JP2005038849A - 発光装置 - Google Patents
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- GWDUZCIBPDVBJM-UHFFFAOYSA-L zinc;2-(2-hydroxyphenyl)-3h-1,3-benzothiazole-2-carboxylate Chemical compound [Zn+2].OC1=CC=CC=C1C1(C([O-])=O)SC2=CC=CC=C2N1.OC1=CC=CC=C1C1(C([O-])=O)SC2=CC=CC=C2N1 GWDUZCIBPDVBJM-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
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Abstract
【課題】 有機ＥＬ材料を用いた発光素子において、発光色の色純度が悪いという問題点に起因するものであった。このような背景のもとに成されたものであり、有機化合物材料を用いて高輝度、高効率の発光装置を提供する。
【解決手段】 電流注入により発光するピーク波長の半値幅が１０ｎｍ以下である光を放射する有機化合物層が一対の電極間に備えられ、電流密度に対する発光ピーク強度の変化が、傾きの異なる二つの線形領域で区分可能であり、傾きの大きい領域は、傾きの小さい領域に対して高電流密度側にある発光装置であり、アクティブマトリクス駆動が可能なようにＴＦＴが各画素に備えられたものである。
【選択図】なし
【解決手段】 電流注入により発光するピーク波長の半値幅が１０ｎｍ以下である光を放射する有機化合物層が一対の電極間に備えられ、電流密度に対する発光ピーク強度の変化が、傾きの異なる二つの線形領域で区分可能であり、傾きの大きい領域は、傾きの小さい領域に対して高電流密度側にある発光装置であり、アクティブマトリクス駆動が可能なようにＴＦＴが各画素に備えられたものである。
【選択図】なし
Description
本発明は、有機化合物材料を発光媒体として、画像の表示または照明などに利用する発光装置に関する。
複数の発光画素をマトリクス状（行と列）に配置させて多色画像表示を行う発光装置として、画素毎に異なる発光色（代表的には、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ））のエレクトロルミネセンス（ＥＬ）素子を組み合わせて多色表示を行うものが知られている。しかしこの方式では、発光色毎の輝度寿命が異なることが問題であった。また、精密な塗り分け技術が必要となることが問題であった。
他の方式として、青色発光素子と色変換層とを組み合わせる方式がある。この方式では、実用的な高い色変換効率が得られていないことが問題であった。また、高効率な青色発光素子が必要とされることが問題であった。
白色発光素子とカラーフィルターとを組み合わせる方式もあるが、発光の利用効率が低下することや、高輝度の白色発光素子が必要とされることが問題であった。
上記した従来の技術は、ＥＬ材料を用いた発光素子において、発光色の色純度が悪いということに起因するものであった。本発明はこのような状況に鑑み、有機化合物材料を用いて高輝度、高効率の発光装置を提供することを目的とする。
本発明は、有機化合物材料を発光媒体として用い、該有機化合物材料からの可干渉性の光と非可干渉性の光、もしくはルミネセンス光とレーザー光とを同時に、または別個に取り出して利用することを特徴とする発光装置である。本発明では、エレクトロルミネセンスを発現する材料を用い、当該材料からの発光に加え、レーザー光の放射を可能とするために、その波長を考慮して複数の異なる有機化合物材料を用いて積層されている。各層の膜厚と積層構造とはその目的において決定される。
以下の説明において、一対の電極間に形成される有機化合物を主成分とする薄膜を総称して有機化合物層と呼ぶこととする。有機化合物層は、一対の電極間に挟まれるように形成されるものである。好ましくはキャリア輸送特性の異なる複数の層を用いて形成される。さらに発光層を含んでいる。有機化合物層は、反射層に挟まれた所謂共振器構造とすることは望ましい。
本発明の発光装置は、一対の電極間に形成された有機化合物層に電流を流すことにより可干渉性の光と非干渉性の光とを放射可能とするように、有機化合物層において発光可能な複数の層が接して形成されているものである。
この発光装置において、一対の電極間の内側であって、その有機化合物層の両方または一方の面には、反射体が備えられ所謂共振器構造としておくことは好ましい。すなわち、一対の電極間の内側であって、有機化合物層で発光した特定波長の光に対して定在波が立つように有機化合物層の少なくとも一方の面には反射体が備えられていることは好ましい形態となる。さらに有機化合物層の厚さは、レーザー発振する波長の二分の一倍（半波長）、またはその整数倍とすることが望ましい。
本発明は、複数の発光ピークを有し、少なくとも一つの発光ピークの半値幅が１０ｎｍ以下である光を放射する有機化合物層が、一対の電極間に備えられている発光装置である。
この発光装置において、一対の電極間の内側であって、その有機化合物層の両方または一方の面には、反射体が備えられた所謂共振器構造としておくことは、好ましい一形態である。すなわち、一対の電極間の内側であって、発光の内、膜厚で規定される波長の光に対して、定在波が立つように前記有機化合物層の少なくとも一方の面には反射体が備えられていることは、好ましい一形態である。ここで、有機化合物層の厚さは、レーザー発振する波長の二分の一倍、すなわち半波長、またはその整数倍とすることが望ましい。
本発明に適用される有機化合物層は、ホール注入層、ホール輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層などを適宣組み合わせた構造となっている。この分類において、ホール移動度などホール輸送性に適した材料をホール注入層、ホール輸送層と呼び、電子移動度など電子輸送性に適した材料を電子注入層と呼ぶ。なお、ホール注入層とホール輸送層とを区別して表記しているが、これらはホール輸送性が特に重要な特性である意味において同じである。便宜上区別するために、ホール注入層は陽極に接する側の層であり、発光層に接する側の層はホール輸送層と呼んでいる。また、陰極に接する層を電子注入層と呼び、発光層に接する側の層を電子輸送層と呼んでいる。発光層は電子輸送層を兼ねる場合もあり、発光性電子輸送層と呼ぶこともできる。また、ホール注入層、ホール輸送層、電子注入層、電子輸送層なども、発光層と兼用することができる。また、発光層には、発光色を変化させるために金属錯体や、もしくは有機色素材料、各種誘導体などを含ませたものが適用可能である。
このような有機化合物層の積層構造を適用した場合、陰極から注入された電子と、陽極から注入されたホールが発光層で再結合して励起子を形成し、その励起子が基底状態に戻る時に光を放出する所謂エレクトロルミネセンスにより発光が得られる。本発明では、電流注入により発光層で発光する光の波長帯域よりも短波長側であって、中心波長の半値幅が１０ｎｍ以下の発光ピークを有する光を放射するように、発光層に接してホール輸送層が形成することにより、レーザー光を発現させることも可能としている。
本発明は、電流注入により発光するピーク波長の半値幅が１０ｎｍ以下である光を放射する有機化合物層が一対の電極間に備えられた発光装置である。この発光装置は、電流密度に対する発光ピーク強度の変化が、傾きの異なる二つの線形領域で示すことができる。その傾きの異なる二つの線形領域の内、傾きの大きい領域は、傾きの小さい領域に対して高電流密度側にある。
本発明は、前記した有機化合物層が備えられた発光素子をマトリクス状に配置して画素部を形成し、発光素子の発光を制御するトランジスタが接続されていることを特徴とする発光装置である。
本発明により、可干渉性の光と非可干渉性の光、もしくはルミネセンス光とレーザー光とを取り出して利用して、高輝度、高効率の発光装置を得ることができる。
以下、本発明の実施の態様について、図面を参照して説明する。但し、本発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細をさまざまに変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に示す図面において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
本実施の形態は、複数の発光ピークを有する有機化合物層が一対の電極間に備えられている発光装置である。この発光装置は、少なくとも一つの発光ピークの半値幅が１０ｎｍ以下である光を放射することを特徴としている。半値幅が狭い発光ピークは、以下に示すような有機化合物材料および積層構造を採用することで実現することが可能である。
有機ＥＬ素子では、有機薄膜に対して多量のキャリアが供給される。通電中に素子に存在するキャリア数と有機ＥＬ素子中の分子数とはほぼ同等、あるいは前者が多い状態となる。従って、キャリアを持たない分子、すなわち基底状態の分子の数は、キャリアを持った分子よりも少なくなる。この状態でキャリアの再結合が起こって励起状態が生成すると、励起状態の分子数は基底状態の分子数よりも相対的に多い状態を作り出すことができる。すなわち、低電流量の通電でも十分に反転分布を作り出せるものと予想できる。ここで素子に共振器として機能する有機膜の膜厚を半波長の整数倍にすることで、反転分布状態から生じる誘導放射と共振によって、光が増幅することでレーザーの発振が可能になるものと期待される。
図４は、基板の上面から光を取り出すトップエミッション型の発光素子の構成について示す。図４において、基板４１は、ガラス、石英、プラスチックのみ他に、紙や布などの柔軟な基板も用いることができる。もちろん、透明である必要はない。
陽極４２は有機化合物層にホールを注入する機能を備えている。また、陽極４２は反射鏡としても機能する。したがって、可視光の吸収が少なく、反射率が高く、かつ仕事関数の大きい（仕事関数４．０ｅＶ以上）材料が必要である。これらの条件を満たすものとしては、例えば、Ａｇ、Ｐｔ、またはＡｕなどが用いることが可能である。なお、この電極は反射鏡として用いるため、可視光を透過しない程度以上の膜厚が必要である。具体的には、数十ｎｍから数百ｎｍとすればよい。
陽極４２の上には電流を印加することによって発光する有機化合物層を設ける。具体的には、ホール注入層４３、ホール輸送層４４、発光層４５、電子輸送層４６、電子注入層４７を設ける。
ホール注入層４３としては、イオン化ポテンシャルの小さな材料が用いられる。それを大別すると、金属酸化物、低分子有機化合物、および高分子系化合物に分けられる。金属酸化物の例としては、酸化バナジウムや酸化モリブデン、酸化ルテニウム、酸化アルミニウムなどを用いることができる。低分子有機化合物の例としては、ｍ−ＭＴＤＡＴＡに代表されるスターバースト型アミンや金属フタロシアニンなどが挙げられる。一方高分子系化合物材料としては、ポリアニリンやポリチオフェン誘導体などの共役高分子を用いることができる。これらの材料をホール注入層として用いることにより、ホール注入障壁が低減し効率よくホールが注入される。
ホール輸送層４４の代表例としては、芳香族アミンがある。例えば４，４'−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニル−アミノ］−ビフェニル（以下、α−ＮＰＤと示す）や、４，４'，４''−トリス（Ｎ，Ｎ−ジフェニル−アミノ）−トリフェニルアミン（以下、ＴＤＡＴＡと示す）などを用いることができる。一方、高分子材料としては良好なホール輸送性を示すポリ（ビニルカルバゾール）などを用いてもよい。
発光層４５は、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（以下、Ａｌｑ3と示す）、トリス（４−メチル−８−キノリノラト）アルミニウム（以下、Ａｌｍｑ3と示す）、ビス（１０−ヒドロキシベンゾ［η］−キノリナト）ベリリウム（以下、ＢｅＢｑ2と示す）、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）−（４−ヒドロキシ−ビフェニリル）−アルミニウム（以下、ＢＡｌｑと示す）、ビス［２−（２−ヒドロキシフェニル）−ベンゾオキサゾラト］亜鉛（以下、Ｚｎ（ＢＯＸ）2と示す）、ビス［２−（２−ヒドロキシフェニル）−ベンゾチアゾラト］亜鉛（以下、Ｚｎ（ＢＴＺ）2と示す）などの金属錯体の他、各種蛍光色素が有効である。また、白金オクタエチルポルフィリン錯体やトリス（フェニルピリジン）イリジウム錯体、トリス（ベンジリデンアセトナート）フェナントレンユーロピウム錯体などのりん光材料も有効である。特にりん光材料は蛍光材料と比較して励起寿命が長いため、レーザー発振に不可欠な、反転分布、すなわち、基底状態にある分子数よりも励起状態にある分子数が多い状態を作り出すことが容易になる。
なお、上述した発光層では、発光材料をドーパントとして用いても構わない。すなわち、発光材料よりもイオン化ポテンシャルが大きく、かつバンドギャップの大きな材料をホスト材料とし、これに上述した発光材料を少量（０．００１％から３０％程度）混合しても構わない。
電子輸送層４６には、トリス（８−キノリノラート）アルミニウム錯体（以下、Ａｌｑ3と記す）に代表されるような、キノリン骨格またはベンゾキノリン骨格を有する金属錯体やその混合配位子錯体などが好ましい。さらに、金属錯体以外にも、２−（４−ビフェニリル）−５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール（以下、ＰＢＤと示す）、１，３−ビス［５−（ｐ−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール−２−イル］ベンゼン（以下、ＯＸＤ−７と示す）などのオキサジアゾール誘導体、３−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−４−フェニル−５−（４−ビフェニリル）−１，２，４−トリアゾール（以下、ＴＡＺと示す）、３−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−４−（４−エチルフェニル）−５−（４−ビフェニリル）−１，２，４−トリアゾール（以下、ｐ−ＥｔＴＡＺと示す）などのトリアゾール誘導体、バソフェナントロリン（以下、ＢＰｈｅｎと示す）、バソキュプロイン（以下、ＢＣＰと示す）などのフェナントロリン誘導体を用いることができる。
電子注入層４７では、フッ化カルシウムやフッ化リチウム、臭化セシウムなどのアルカリ金属、またはアルカリ土類金属塩を使用すればよい。この上に陰極４８が形成される。陰極は通常のＥＬ素子で用いられるような仕事関数の小さい金属、合金、電気伝導性化合物、およびこれらの混合物などでよい。具体的には、１族または２族の典型元素、すなわちＬｉやＣｓ等のアルカリ金属、およびＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ等のアルカリ土類金属、およびこれらを含む合金（Ｍｇ/Ａｇ、Ａｌ/Ｌｉ）の他、希土類金属を含む遷移金属を用いて形成することができる。これ以外にも、Ａｌ、Ａｇ、ＩＴＯ等の金属（合金を含む）との積層により形成することもできる。ただし、本実施の形態では発光層で発光した光が共振するように、陽極と陰極上の反射板の間で共振器構造を形成する必要がある。したがって、陰極材料としては可視光の吸収が小さく、反射率の大きな金属が好ましい。具体的にはＡｌやＭｇ、あるいはこれらの合金が好ましい。
なお、上述した有機材料は、湿式、乾式、いずれの方法を適用して形成しても構わない。高分子材料の場合では、スピンコート法やインクジェット法、ディップコート法、印刷法などが適している。一方低分子材料であれば、ディップコート法やスピンコート法だけでなく、真空蒸着などによっても成膜される。陽極材料及び陰極材料は、蒸着法、スパッタリング法等によって形成される。
ここで最も重要なことは、陽極上の反射鏡と陰極の間隔である。定在波を形成して光を増幅させるためには、半波長の整数倍の間隔が必要である。例えば４００ｎｍの光を増幅させるためには、少なくとも２００ｎｍの間隔が必要である。同様に、８００ｎｍの光を増幅させるためには、４００ｎｍの間隔が必要である。上述した有機発光材料の発光波長は、主として可視光領域に存在する。したがって、４００ｎｍから８００ｎｍと定義される可視光を増幅させるためには、反射鏡と陰極の間隔、すなわち機能層の膜厚を２００ｎｍ以上にする必要がある。なお、光速は材料の屈折率分小さくなることを考慮する必要があるため、実際には膜厚に屈折率をかけた値が２００ｎｍよりも大きいことが必要である。
陰極４８としては発振するレーザー光の波長に対して透過率が５０〜９５％となるように陰極を形成する。例えばＭｇとＡｇとの合金の場合は５〜２０ｎｍ程度となる。あるいは、電子注入層４７を設けず、電子注入性に優れたＭｇＡｇ合金を直接積層してもよい。なお、この構造では上面からレーザー光を取り出すので、陰極は出力鏡として機能する。したがって、発振するレーザー光の波長に対して透過率が５０〜９５％となるように陰極を形成する。例えばＭｇとＡｇとの合金の場合は５〜２０ｎｍ程度となる。
また、図５は、透明性電極の下に反射鏡を取り付けている。すなわち、透明性電極自身を共振器の一部に取り込むことによって、有機化合物層の膜厚を薄くして、かつ基板の上面からレーザー光を発振できる構造である。
図５において、基板５１の材質は特に限定されない。基板５１は、ガラス、石英、プラスチックのみならず、紙や布などの柔軟な基板でも用いることができる。もちろん、透明である必要はない。この基板５１の上に反射鏡５２を設ける。反射鏡５２としては、反射率が高く、可視光の吸収率が低い材料を選ぶ。具体的には、Ａｌ、Ａｇなどの金属やこれらの金属を主成分とする合金、あるいはＳｉＯ2やＴｉＯ2などの誘電体の積層膜などである。誘電体積層膜では、発振させる波長を持った光を選択的に反射するように各層の膜厚を設計する。また、光を全反射させるに必要な層数だけ積層する。この上に電極５３を設ける。この電極５３は有機化合物層にホールが注入でき、かつ透明性が高いことが要求される。そこでＩＴＯやＴｉＮなどの透明性電極を用いることが好ましい。
電極５３の上には電流を印加することによって発光する有機ＥＬ素子と同様の構造を設ける。つまり、ホール注入層５４、ホール輸送層５５、発光層５６、電子輸送層５７を形成する。これらは前記した材料を用いればよい。ホール注入層５４から電子輸送層５７の内、発光を担う層以外は省略することも可能である。電子輸送層５７の上には通常電子注入層５８を設けるが、ＬｉやＣｅなどのアルカリ金属がドープされた有機化合物を使用するのが好ましい。この後、陰極５９を形成する。陰極５９としては前記した材料を用いればよい。あるいは、電子注入層５８を設けず、電子注入性に優れたＭｇＡｇ合金を直接形成してもよい。なお、この構造では上面からレーザー光を取り出すので、陰極は出力鏡として機能する。したがって、発振するレーザー光の波長に対して透過率が５０〜９５％となるように陰極を形成する。例えばＭｇ／Ａｇ合金の場合５〜２０ｎｍ程度となる。
このようにして形成された発光素子に通電することにより、有機化合物層から誘導放射によって増幅された光の一部が陰極と陽極の間で共振し定在波が形成される。この際、共振器は透明性電極を含む膜厚となるので、その分有機化合物層の膜厚を小さくすることができる。すなわち、低い電圧で発光が可能であり、従って低い電圧でレーザー発振が可能となると共に、エレクトロルミネセンス光を同時に発光させることが可能となる。
以上に示す発光素子を用いた発光装置の一態様を図１と図２を用いて説明する。本実施の形態に係る発光装置は上述の発光素子を用い、電界により蛍光又はりん光による非可干渉性の光と可干渉性のレーザー光とを利用して表示を行う構成としている。図１（Ａ）は外部回路などを除いた発光装置の構成を示す斜視図であり、図１（Ｂ）はＡ−Ａ'線の縦断面図、図１（Ｃ）はＢ−Ｂ'線の縦断面図である。
発光装置は画像表示部１２、走査線駆動回路１３、データ線駆動回路１４、入力端子部１５などが備えられた素子基板１０を備えている。この素子基板１０と、カラーフィルター１８が備えられた対向基板１１がシール材１９により固着された構成となっている。
素子基板１０には、ガラス、石英、プラスチック、もしくは半導体などが用いられる。対向基板１１には少なくとも可視光を透過する透光性のガラス、石英、プラスチックなどが部材として用いられる。基板は板状物、フィルム状物、シート状物のいずれの形態であっても良く、単層構造又は積層構造のいずれの構造を有していても良い。ガラスでは市販されている無アルカリガラスなどの透明ガラスが好ましい。ガラス基板として、表面を酸化珪素膜で被覆したアルカリガラスを適用することもできる。プラスチックを用いる場合には、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、透光性のポリイミドなどを適用することができる。その他、透光性アルミナ、ＺｎＳ焼結体などの透明セラミックを適用することもできる。
シール材１９は対向基板１１の周辺部に沿って形成される。シール材１９は、層間絶縁膜１６を介して走査線駆動回路１３やデータ線駆動回路１４と重畳して形成されている。層間絶縁膜１６はその形成表面を平坦に形成するものであるが、最表面及び側面部は窒化珪素又は酸窒化珪素などで形成する。
画像表示部１２は、走査線駆動回路１３やデータ線駆動回路１４から延在する走査線とデータ線によりマトリクスが形成されている。画素マトリクスは、各所に適宜配列したスイッチング素子群と、そのスイッチング素子群に電気的に接続する発光素子群１７とから形成されている。走査線駆動回路１３は画像表示部１２の両側から駆動する構成となっているが、信号遅延が問題にならない場合には片側一方のみとしても良い。
多色表示を可能とする発光素子群１７とそれに対向するカラーフィルター１８が備えられている。カラーフィルター１８は、各画素に対応して所定の波長を透過するフィルター、限界透過率以下の波長をカットするシャープカットフィルター、色補正フィルターを適宜組み合わせて配置する。また、色変換層と組み合わせても良い。
ここでは、複数の発光ピークを有し、少なくとも一つの発光ピークの半値幅が１０ｎｍ以下である特定光を放射する発光素子で発光素子郡１７が形成されている。この場合には、カラーフィルター１８として、特定光に対するバンドパスフィルターと、所定の波長を透過するフィルターとを各画素に対応して配置することが好ましい。
素子基板１０の外周部分には、入力端子部１５が形成されている。入力端子部１５は、外部回路から各種信号が入力され、また電源と接続している。素子基板１０及び対向基板１１とシール材１９により囲まれた空間には、不活性気体が充填されている。不活性気体をここに充填することで、発光素子群１７の腐食を防いでいる。この空間には酸化バリウムなどの乾燥剤があっても良い。
図２は素子基板１０の構成をより詳細に示す上面図である。素子基板１０は、画像表示部１２の２辺を囲む走査線駆動回路１３と、他の１辺に隣接するデータ線駆動回路１４、入力端子部１５の配置を示している。
図２において、区画化された一画素分の領域２３は、行方向と列方向とに配列して画像表示部１２を構成している。第１補助配線２０は列方向と平行な方向にストライプ状に形成されている。その両端部又は片端部は画像表示部の外側に延在している。第１補助配線２０は一画素分の領域２３とは重ならない位置に形成され開口率を損なうことがないように配慮されている。第１補助配線２０と電気的に接続する第２補助配線２１は行方向と平行な方向に延在している。その両端部又は片端部において、第２補助配線２１は、入力端子部１５から延びる配線２２と電気的に接続している。配線２２の電位は有機発光素子の駆動方法により一定電位又は交番電位が印加されていても良い。
この補助配線は抵抗率から見て１×１０-5Ωｃｍ以下の材料で形成することが望ましい。補助配線１ｃｍ当たりの抵抗値は１００Ω以下とすることが望まれる。勿論、補助配線の抵抗値は、形成する材質の他に線幅、厚さにより決まる。例えば、画素列間のピッチが２００μｍで形成されるような場合には、画素電極の幅が概略１２０μｍであるとすると、隔壁層上に形成される第１補助配線の幅は２０〜４０μｍが適当である。これを抵抗率４×１０-6Ωｃｍのアルミニウム合金を用い０．４μｍの厚さで形成した場合、線幅２０μｍでは１ｃｍ当たり５０Ωとなる。
図３は発光装置の構成を示す断面図である。素子基板１０上に画素（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）が形成されている。画素（Ａ）には、薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと記す）２０１に接続する発光素子２５１が備えられている。画素（Ｂ）にはＴＦＴ２０２に接続する発光素子２５２が備えられている。画素（Ｃ）にはＴＦＴ２０３に接続する発光素子２５３が備えられている。ＴＦＴと発光素子とは層間絶縁膜２０４を介して形成されている。
各発光素子の一方の電極２０５ａ〜２０５ｃは層間絶縁膜２０４上に形成され、各画素のＴＦＴと電気的に接続されている。
発光素子は、一方の電極２０５と他方の電極２１０との間に有機化合物層を挟んで形成される。有機化合物層の構成は、各画素の発光色に対応して異ならせて形成することができる。発光層以外のホール注入層、ホール輸送層、電子輸送層、電子注入層は共通化させても良い。
図３では、ホール輸送層２０６と、電子輸送層２０９を各画素間で共通化して同一層で形成している。発光層２０７は画素（Ａ）と（Ｂ）とで共通化したものを用いる。画素（Ｃ）には他の材料で形成される発光層２０８を形成している。
本発明のように、複数の発光ピークを有し、ある一定の波長帯域に渡って発光スペクトルが分布した光を放射する発光素子を適用する場合、その画素に対向して備えられるカラーフィルター１８の着色層で透過光を選択的に抽出することができる。例えば、非可干渉性の光（エレクトロルミネセンス光）と可干渉性の光（レーザー光）とを放射可能とした発光素子の場合には、バンドパスフィルターとしての機能をもつ着色層を配置して可干渉性の光を取り出す画素を設けることができる。すなわち、非可干渉性の光（エレクトロルミネセンス光）と可干渉性の光（レーザー光）とを光学フィルターにより個別に取り出して画像表示を可能とする画素部を構成することができる。
対向基板１１と素子基板１０との間には封止を目的として透光性の樹脂を充填しておいても良いし、乾燥した不活性気体または減圧状態としても良い。
なお、本実施の形態では、画素に設けるトランジスタをＴＦＴで形成しているが、本発明はこれに限定されず、単結晶半導体基板やＳＯＩ(Silicon On Insulator)基板に形成したＭＯＳトランジスタや、シリコンなどの非晶質半導体膜を使ったＴＦＴで形成しても良い。
以下、本発明に適用可能な発光素子の一例を説明する。以下の説明において図６を参照する。
電極や発光層などの被膜を形成するための基板として、ガラス基板１０１（例えば、市販はされているアルミノシリケートガラスやバリウムホウケイ酸ガラスなどが好ましい）を用いる。第１の電極（陽極）１０２として、ＩＴＯ膜をスパッタリング法で３０〜１００ｎｍの厚さで形成する。
ホール輸送層１０３を、真空蒸着により４，４'−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニル−アミノ］−ビフェニル（ＮＰＢ）を１３５ｎｍの厚さで成膜する。発光層１０４は、ホスト材料である４，４'−ビス（Ｎ−カルバゾリル）−ビフェニル（ＣＢＰ）と三重項発光材料であるイリジウム錯体、Ｉｒ(tpy)2(acac)を共蒸着して３０ｎｍの厚さで形成する。ＣＢＰとイリジウム錯体は重量比で１０：１である。この膜に電子輸送層１０５をバソキュプロイン（ＢＣＰ）で１０５ｎｍの厚さに形成する。電子注入層１０６はフッ化カルシウム（ＣａＦ2）を用い、第２の電極１０７としてＡｌを蒸着によって形成する。
有機材料で形成する各層の膜厚は、発生した光を有機化合物層中で増幅する事を目的として設定している。すなわち、発光層１０４中に添加されたＩｒ錯体、またはホール輸送層１０３からの発光が、第１の電極１０２とホール輸送層１０３が接する界面、電子輸送層１０５と電子注入層１０６が接する界面、あるいは電子注入層１０６と第２の電極１０７とが接する界面で反射を繰り返しながら定常波を形成するようにすることが好ましい。
ここで用いた有機化合物材料の内、発光可能なものはＩｒ錯体とＮＰＢである。これらは可視光領域（４００〜８００ｎｍ）に発光を示す材料として知られている。定常波を形成するためには、反射面の間隔が半波長の整数倍であることが必要条件である。例えば、４００ｎｍの光の定常波を形成するためには２００ｎｍおよびこれの整数倍の長さが必要である。つまり、２００、４００、６００ｎｍというように、２００の整数倍の膜厚が必要とされる。同様に、８００ｎｍの光の定常波を形成させるためには、反射面間隔、すなわち膜厚は４００、８００、１２００ｎｍというように、４００ｎｍの整数倍であることが必須条件である。
本実施例では、ホール輸送層１０３を１３５ｎｍ、発光層１０４を３０ｎｍ、電子輸送層１０５を１０５ｎｍの厚さにそれぞれ形成し、有機化合物層の合計膜厚を２７０ｎｍに設定している。この場合、有機化合物の屈折率を１．７と仮定すると、定常波を形成できる光の波長は９２０ｎｍを整数で割った波長であり可視光領域では４６０ｎｍとなる。
図７にはこのように形成した発光素子の発光スペクトルを示している。第１の電極を陽極とし、第２の電極を陰極となるようにして直流電圧を印加して電流を流すことにより発光を得ている。発光は６Ｖ付近から観測可能であり、２４Ｖ印加することによって数万カンデラ（Ｃｄ）の発光が得られている。
図７（Ａ）、（Ｂ）に示す両スペクトルにおいて、発光強度は規格化した値で示している。図７（Ａ）は、第１の電極側から観測した面発光である。一方、図７（Ｂ）は有機化合物層が積層形成された基板の横方向から観測した発光のスペクトルである。図７（Ａ）では、４７５〜６５０ｎｍの波長帯域に強い発光が観測される。この発光はＩｒ錯体からの発光に基づくものである。また、４００〜４７５ｎｍ付近には別の発光が観測される。この発光はＮＰＢからの発光に基づくものである。
この結果は、キャリア（ホールと電子）は主として発光層１０４中で再結合してＩｒからの発光に寄与するが、一部のキャリアはホール輸送層１０３の中でも再結合していることを示している。この面発光では、発光強度は電流密度の変化に比例して変化する。したがって、いずれの電流密度においても、スペクトルは全く同一の形状となり、強度だけが電流密度の増大に比例して直線的に増大する。
図７（Ａ）のスペクトルに対し、側面から得られる発光スペクトルは二つの特徴を有している。第一に４７５ｎｍ〜６５０ｎｍの波長帯域における発光スペクトルの波形が異なる点である。第二点として４６０ｎｍ付近に鋭い発光スペクトルが観測されることである。前者の原因は必ずしも明らかでないが、後者の発光スペクトルは有機化合物層１０２で定常波が形成され、この波長の光のみが増幅されているためと考えられる。実際、上述したように、有機化合物層１０２の膜厚で定常波が許容される波長は４６０ｎｍである。最も特徴的なことは、４７５ｎｍ〜６５０ｎｍの波長帯域における発光は、電流密度の増大に比例して強度が変化するのに対し、４６０ｎｍ付近にピークのある別の発光スペクトルは電流密度の増大よりもさらに大きく発光強度が増大する事である。したがって、規格化された図７（Ｂ）では、４６０ｎｍの発光のみが相対的に増大することになる。
以上のことから、この構造が４６０ｎｍの光の共振器として働き、光を増幅させていることを示している。図８はさらに電流密度を増大させた結果であり、１２０ｍＡ／ｃｍ2の電流密度を流しても、面発光のスペクトル形状は全く変化しないのに対し、４６０ｎｍの発光はさらに強度が増大し、鋭い発光強度が得られている。
表１は本実施例で作製した試料のレーザー発振特性を示している。これは、３個の同一の試料について測定した結果を示しているが、いずれの場合もピーク波長は４６２〜４６４ｎｍ、半値幅は１０ｎｍ以下であり、閾値は１０〜１２．５ｍＡ／ｃｍ2となっており良い再現性を示している。なお、この特性は室温において測定された値である。
以上のように、４６０ｎｍ付近の発光に対して共振器構造を有しており、この波長の光の定在波が形成可能である。また、４６０ｎｍの発光は電流密度に対して閾値を示す。こうした挙動は、所謂固体レーザーと同様の挙動である。この閾値が、所謂反転分布が始まった閾値であるとすると、これよりも大きな電流密度ではレーザー光が発振していることになる。
本発明は、上記した発光素子の構造に限定されず、エレクトロルミネセンス光とレーザー光とを同時に、または個別に取り出すことのできるものであれば、他の材料で他の積層構造を用いて実現しても良い。
次に、図３で示した本発明の発光装置において、本実施例の発光素子を適用した場合について説明する。発光素子２５１と２５２の発光層２０７を共通化して、本実施例で示す有機化合物層を用いる。発光素子３０１に対応して着色層２１１を青色フィルターで形成すると、４６０ｎｍに発光ピークを有するレーザー光を取り出すことができる。発光素子２５２に対しては、着色層２１２を緑色フィルターで形成する。また、発光素子２５３は発光層２０８の材料を異ならせ、Ａｌｑ3かＴＰＤのどちらかに赤色発光色素をドープすれば赤色発光層とすることができる。この発光素子２５３に対して、着色層２１３に赤色フィルターを用いれば、その発光色の色純度を高めることもできる。また、発光素子２５１に対応して着色層２１１を青色フィルターで形成し、発光素子２５２に対しては、着色層２１２を青色カットフィルターで形成しても良い。
このようにして、赤（Ｒ）緑（Ｇ）青（Ｂ）方式の多色表示可能な発光装置を完成させることができる。
以上説明したような本発明の発光装置を用いて、携帯情報端末(電子手帳、モバイルコンピュータ、携帯電話など)、ビデオカメラ、デジタルカメラ、コンピュータ、液晶テレビ受像器、携帯電話機など様々な電気器具を完成させることができる。
図９(Ａ)は本発明を適用したテレビ受像器の一例であり、筐体３０１、支持台３０２、表示部３０３などにより構成されている。本発明の発光装置は表示部３０３として用いてテレビ受像器を完成させることができる。
図９(Ｂ)は本発明を適用したビデオカメラの一例であり、本体３１１、表示部３１２、音声入力部３１３、操作スイッチ３１４、バッテリー３１５、受像部３１６などにより構成されている。本発明の発光装置は表示部３１２として用いてビデオカメラを完成させることができる。
図９(Ｃ)は本発明を適用したコンピュータの一例であり、本体３２１、筐体３２２、表示部３２３、キーボード３２４などにより構成されている。本発明の発光装置は表示部３２３としてコンピュータを完成させることができる。
図９(Ｄ)は本発明を適用したＰＤＡ(Personal Digital Assistant)の一例であり、本体３３１、スタイラス３３２、表示部３３３、操作ボタン３３４、外部インターフェース３３５などにより構成されている。本発明の発光装置は表示部３３３として用いてＰＤＡを完成させることができる。
図９(Ｅ)は本発明を適用した音響再生装置の一例であり、具体的には車載用のオーディオ装置であり、本体３４１、表示部３４２、操作スイッチ３４３、３４４などにより構成されている。本発明の発光装置は表示部３４２として用いて音響再生装置を完成させることができる。
図９(Ｆ)は本発明を適用したデジタルカメラの一例であり、本体３５１、表示部(Ａ)３５２、接眼部３５３、操作ボタン３５４、表示部(Ｂ)３５５、バッテリー３５６などにより構成されている。本発明の発光装置は表示部３５２、３５５として用いてデジタルカメラを完成させることができる。
図９(Ｇ)は本発明を適用した携帯電話機の一例であり、本体３６１、音声出力部３６２、音声入力部３６３、表示部３６４、操作ボタン３６５、アンテナ３６６などにより構成されている。本発明の発光装置は表示部３６４として用いて携帯電話機を完成させることができる。
なお、ここで示す装置はごく一例であり、本発明の発光装置はこれらの用途に限定するものではなく、洗濯機、冷蔵庫、固定電話機、ゲーム機、電子レンジ、ラジオなどに取り付けられる表示手段として用いることができる。
１０ 素子基板
１１ 対向基板
１２ 画像表示部
１３ 走査線駆動回路
１４ データ線駆動回路
１５ 入出力端子部
１６ 層間絶縁膜
１７ 発光素子群
１８ カラーフィルター
１９ シール材
２０ 第１補助配線
２１ 第２補助配線
２２ 配線
２３ 一画素分の領域
４１ 基板
４２ 陽極
４３ ホール注入層
４４ ホール輸送層
４５ 発光層
４６ 電子輸送層
４７ 電子注入層
４８ 陰極
５１ 基板
５２ 反射鏡
５３ 電極
５４ ホール注入層
５５ ホール輸送層
５６ 発光層
５７ 電子輸送層
５８ 電子注入層
５９ 陰極
１１ 対向基板
１２ 画像表示部
１３ 走査線駆動回路
１４ データ線駆動回路
１５ 入出力端子部
１６ 層間絶縁膜
１７ 発光素子群
１８ カラーフィルター
１９ シール材
２０ 第１補助配線
２１ 第２補助配線
２２ 配線
２３ 一画素分の領域
４１ 基板
４２ 陽極
４３ ホール注入層
４４ ホール輸送層
４５ 発光層
４６ 電子輸送層
４７ 電子注入層
４８ 陰極
５１ 基板
５２ 反射鏡
５３ 電極
５４ ホール注入層
５５ ホール輸送層
５６ 発光層
５７ 電子輸送層
５８ 電子注入層
５９ 陰極
Claims (8)
- 非可干渉性の光と可干渉性の光とを放射可能とした有機化合物層を発光媒体として用いたことを特徴とする発光装置。
- ルミネセンス光とレーザー光とを放射可能とした有機化合物層を発光媒体として用いたことを特徴とする発光装置。
- 複数の発光ピークを有し、少なくとも一つの発光ピークの半値幅が１０ｎｍ以下である光を放射する有機化合物層が、一対の電極間に備えられていることを特徴とする発光装置。
- 一対の基板間に、有機化合物層が形成され、前記有機化合物層から放射される光の発光スペクトルは複数のピークを有し、前記発光スペクトルの内、特定の波長の光に対して定在波が立つように、前記有機化合物層の膜厚が、前記波長の半波長またはその整数倍の厚さで形成されていることを特徴とする発光装置。
- 非可干渉性の光と可干渉性の光とを放射可能とした有機化合物層を発光媒体として用いた発光素子をマトリクス状に配置して画素部を形成し、前記発光素子の発光を制御するトランジスタが接続されていることを特徴とする発光装置。
- ルミネセンス光とレーザー光とを放射可能とした有機化合物層を発光媒体として用いた発光素子をマトリクス状の配置して画素部を形成し、前記発光素子の発光を制御するトランジスタが接続されていることを特徴とする発光装置。
- 複数の発光ピークを有し、少なくとも一つの発光ピークの半値幅が１０ｎｍ以下である光を放射する有機化合物層が、一対の電極間に備えられている発光素子をマトリクス状に配置して画素部を形成し、前記発光素子の発光を制御するトランジスタが接続されていることを特徴とする発光装置。
- 一対の基板間に、有機化合物層が形成され、前記有機化合物層から放射される光の発光スペクトルは複数のピークを有し、前記発光スペクトルの内、特定の波長の光に対して定在波が立つように、前記有機化合物層の膜厚が、前記波長の半波長またはその整数倍の厚さで形成されている発光素子をマトリクス状に配置して画素部を形成し、前記発光素子の発光を制御するトランジスタが接続されていることを特徴とする発光装置。
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