JP2007157514A - 表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】一部の有機電界発光素子に色変換層を組み合わせた表示装置において、各色光の取り出し強度を高めることが可能な表示装置を提供する。
【解決手段】反射電極層１１、発光層１３-3を含む機能層１３、および光透過性電極層１４をこの順または逆の順に積層した状態で基板２上に配列された複数の発光素子３ｂ，３ｇ，３ｒと、これらのうちの一部の発光素子３ｇ，３ｒにおける光透過性電極層１４側に設けられ、発光層１３-3で生じた発光光を色変換する色変換層７ｇ，７ｒとを備えた表示装置１において、色変換層７ｇ，７ｒが設けられていない発光素子３ｂと、設けられた発光素子３ｇ，３ｒとで、反射電極層１１と発光層１３-2との間の光学的距離ｄｂ，ｄｇ，ｄｒが異なることを特徴としている。
【選択図】図１

Description

本発明は、薄膜発光素子を用いてカラー表示を行う表示装置に関する。

有機材料のエレクトロルミネッセンス(electroluminescence）を利用した有機電界発光素子は、陽極と陰極との間に、正孔輸送層や発光層等の有機層を積層させた発光ユニットを設けてなり、低電圧直流駆動による高輝度発光が可能な発光素子として注目されている。

このような有機電界発光素子を用いたフルカラーの表示装置の１つに、有機電界発光素子と、色変換層とを組み合わせた構成がある。色変換層を用いることにより、有機電界発光素子の作製において発光層を含む有機層を作り分けることなく、すなわちメタルマスクを用いた高精細な塗り分けを行わずにフルカラーの表示装置を作製することが可能である。

上記色変換層を用いた表示装置においては、有機電界発光素子として青色発光素子が用いられ、各色発光の全ての画素には青色発光素子が設けられる。そして、赤色発光の画素および緑色発光の画素には、青色発光素子の光取り出し側に、吸収した青色発光を、蛍光または燐光、または両者の混合によって赤色または緑色に再発光させる色変換層がそれぞれ設けられる。一方、青色発光の画素には色変換層を設けず、青色発光素子での青色発光をそのまま取り出す構成とする(以上、下記特許文献１参照）。

このような色変換層を用いた表示装置に用いられる有機電界発光素子(青色発光素子）は、発光層を狭持する陽極または陰極のうちの一方が反射電極層、他方が光透過性電極層として構成され、光透過性電極層側から発光光が光取り出される。このため、青色発光素子の発光層で生じた発光光のうち、光透過性電極層側に直接向かう青色光と、反射電極層で反射して光透過性電極層側に向かう青色光とが干渉して強め合うように、発光層と反射電極層との間の光学的距離が最適化されている。

また、以上説明したような色変換層を用いた表示装置においては、青色発光光の緑色への変換効率は比較的高くできるものの、赤色への変換効率が充分ではない。そこで、赤色への変換効率をよくするため、赤色変換層の吸収波長に近い黄色発光成分を青色発光素子に加える構成が提案されている。これにより、赤色変換層での変換効率が向上し、赤色発光の取り出し強度が向上するとしている（以上、下記非特許文献１，２参照）。

特願平５−２５８８６０号公報 「フラットパネル・ディスプレイ２００４<実務編＞」２００３年1月、ｐ．２５８ 「フラットパネル・ディスプレイ２００４4<戦略編＞」２００３年1月、ｐ．１９４

しかしながら、青色発光素子に黄色発光成分を加えることにより、有機電界発光素子での発光光のスペクトルは、青色と黄色との２色発光となるため、発光エネルギーが２種の発光に分散される。このため、有機電界発光素子自体の発光効率は低下し、青色発光の画素および緑色発光の画素においては、光の取り出し強度が低下してしまう問題がある。

そこで本発明は、有機電界発光素子と色変換層とを組み合わせたフルカラーの表示装置において、有機電界発光素子の発光効率を低下させることなく、色変換層における色変換効率を高めることができ、これによりさらに各色光の取り出し強度を高めることが可能な表示装置を提供することを目的とする。

このような目的を達成するための本発明の表示装置は、基板上に配列された複数の発光素子を備えている。これらの発光素子は、光透過性電極層、発光層を含む機能層、および対向電極層を、この順または逆の順に積層した構成となっている。また、複数の発光素子のうちの一部の発光素子における光透過性電極層側には、当該発光素子における発光層で生じた発光光を色変換する色変換層が設けられている。そして、各発光素子は、光透過性電極層との間で発光層を狭持する位置に反射面を有しており、さらに色変換層が設けられていない発光素子と、色変換層が設けられた発光素子とで、反射電極層と発光層との間の光学的距離が異なることを特徴としている。

このような構成の表示装置によれば、各発光素子の光学的距離を異なる値としているため、例えば色変換層を設けた素子と設けていない素子とで、それぞれの光取り出し強度が高くなるように、それぞれを最適な光学設計とすることができる。つまり、色変換層を設けていない発光素子における光学的距離を、当該発光素子の発光層での発光光が干渉する距離に設定することで、干渉によって強められた発光光がそのまま取り出される構成となる。一方、色変換層が設けられた発光素子における光学的距離を、色変換層で変換された発光色の光が最も高い強度で取り出される距離に設定することで、各色光の取り出し強度が高められる。

以上説明したように本発明の表示装置によれば、一部の発光素子に色変換層を組み合わせて設けた構成において、発光素子における発光強度を弱めることなく、色変換層においての色変換効率を高めることができ、これによりさらに各色光の取り出し強度を効果的に高めることが可能になる。

以下、本発明の表示装置の構成を図面に基づいて詳細に説明する。

＜第1実施形態＞
図1は、第1実施形態の表示装置を示す断面構成図である。この図に示す表示装置１は、基板２の上部に複数の発光素子３ｂ，３ｇ，３ｒを配列してなる。また、これらの発光素子３ｂ，３ｇ，３ｒの上方には、基板２に対向させて封止基板４が設けられている。この封止基板４における発光素子３ｂ，３ｇ，３ｒ側の面には、各発光素子３ｂ，３ｇ，３ｒに対応させてカラーフィルタ層５ｂ、５ｇ、５ｒが設けられている。さらに一部のカラーフィルタ５ｇ、５ｒの上部には、一部の発光素子３ｇ，３ｒに対応させて色変換層７ｇ，７ｒが設けられた構成となっている。そして、これらの基板２−封止基板４間には、ここでの図示を省略した樹脂が充填されており、発光素子３ｂ，３ｇ，３ｒ、カラーフィルタ層５ｂ、５ｇ、５ｒ、および色変換層７ｇ，７ｒが封止された完全固体型の表示装置１を構成している。

基板２は、例えば画素駆動用の薄膜トランジスタ(thin film transistor：ＴＦＴ）やこれを駆動する駆動回路を備えた、いわゆるＴＦＴ基板であることとする。

各発光素子３ｂ，３ｇ，３ｒは、薄膜発光素子であって、ここでは有機電界発光素子であることとし、青色画素Ｂに発光素子３ｂが、緑色画素Ｇに発光素子３ｇが、赤色画素Ｒに発光素子３ｒが設けられている。これらの各発光素子３ｂ，３ｇ，３ｒは、基板２側から順に、反射電極層１１、透明電極層１２、発光層を含む機能層１３、光透過性電極層１４を積層した構成となっている。ここでは、反射電極層１１と透明電極層１２との積層体が対向電極層として用いられている。そして、反射電極層１１と透明電極層１２との界面、すなわち透明電極層１２側に向いた反射電極層１１の表面が反射面Ａとなっている。これにより、これらの発光素子３ｂ，３ｇ，３ｒを備えた表示装置１は、各発光素子３ｂ，３ｇ，３ｒでの発光光を基板２と反対の光透過性電極層１４側から取り出す、いわゆるトップエミッション構造となっている。

このうち、反射電極層１１および透明電極層１２は、発光素子３ｂ，３ｇ，３ｒにおいて陽極（または陰極）として用いられるもので、画素電極としてパターニングされている。そして、反射電極層１１は、銀(Ａｇ）のような光反射特性の良好な材料からなり、透明電極層１２はＩＴＯ（Indium Tin Oxide）のような透明電極材料からなる。そして特に、透明電極層１２は、各発光素子３ｂ,３ｇ，３ｒ毎に設定される光学構成に従い、その膜厚が個別に設定されていることが第１実施形態に特徴的な構成となる。この光学構成については、表示装置１の全体構成を説明した後に詳細に説明する。

また機能層１３は、各発光素子３ｂ，３ｇ，３ｒに共通層として設けられ、基板２上にベタ膜形成されていて良い。尚、図面においては、説明のため機能層１３が画素毎にパターニングされている状態を示している。

機能層１３の拡大図に示すように、この機能層１３は、陽極（ここでは例えば反射電極層１１および透明電極層１２）側から正孔注入層１３-1、正孔輸送層１３-2、発光層１３-3、および電子輸送層１３-4、電子注入層１３-5等をこの順に積層させてなる。ただし、少なくとも発光層１３-3を備えていれば良く、この発光層１３-3において高輝度の発光が得られるように他の層が必要に応じて設けられていることとする。例えばここでは、発光層１３-3において高輝度発光が得られるように、青色の発光光を発生するように機能層１３が構成されていることとする。

尚、各層１３-1〜１３-5は、それぞれが単層で構成されても良いし積層構造であっても良い。また、１つの層が複数の機能を備えてもよく、例えば発光層１３-3が電子輸送層としての機能を有していても良い。

光透過性電極層１４は、反射電極層１１および透明電極層１２が陽極として用いられる場合いは陰極として用いられ、その逆である場合は陽極として用いられる。このような光透過性電極１４は、各発光素子３ｂ，３ｇ，３ｒに共通層として設けられ、基板２上にベタ膜形成されていて良い。尚、図面においては、説明のため光透過性電極層１４が画素毎にパターニングされている状態を示している。

以上のように、各発光素子３ｂ，３ｇ，３ｒは、透明電極層１２の膜厚がそれぞれ個別に設定されていること以外は同一の構成であり、発光層１３-3において同一波長の青色の発光光を発生させる構成となっている。また、各発光素子３ｂ，３ｇ，３ｒからは、各発光層１３-3で発生した発光光のうち、各発光層１３-3から透明電極層１４側に直接向かう光ｈ１と、反射電極層１１で反射して透明電極層１４側に向かう光ｈ２とが取り出される構成となる。

一方、対向基板４は、各発光素子３ｂ，３ｇ，３ｒからの発光光を取り出す光透過性材料からなる。

カラーフィルタ５ｂ，５ｇ，５ｒは、青、緑、赤の各色の光のみを透過して取り出す構成であり、青色画素Ｂには青色フィルタ５ｂが、緑色画素Ｇには緑色フィルタ５ｇが、赤色画素Ｒには赤色フィルタ５ｒが設けられている。

また色変換層７ｇ，７ｒは、緑色画素Ｇと赤色画素Ｒのみに設けられている。緑色画素Ｇには、発光素子３ｇで発生した青色の発光光を吸収し、蛍光によって緑色に再発光させる蛍光媒体を含有する緑色変換層７ｇが設けられている。また、赤色画素Ｒには、発光素子３ｒで発生した青色の発光光を吸収し、蛍光によって赤色に再発光させる蛍光媒体を含有する赤色変換層７ｒが設けられている。

尚、以上説明した各層は、通常の有機電界発光素子を用いた表示装置で用いる材料であれば、特に限定されることなく適用して構成することができる。例えば、色変換層７ｇ，７ｒとしては、有機蛍光色素溶解含有層、有機蛍光顔料分散層、無機蛍光体結晶分散層、量子ドット蛍光体分散層などを用いることができる。

次に、以上のように構成された表示装置１において、本実施形態の特徴となる発光素子３ｂ，３ｇ，３ｒの光学構成について説明する。

これらの発光素子３ｂ，３ｇ，３ｒは、上述したように、透明電極層１２の膜厚がそれぞれ個別に設定されていること以外は同一の構成であり、発光層１３-3において同一波長の青色の発光光を発生させる。そして、各発光素子３ｂ，３ｇ，３ｒからは、各発光層１３-3で発生した発光光のうち、各発光層１３-3から透明電極層１４側に直接向かう光ｈ１と、反射電極層１１で反射して透明電極層１４側に向かう光ｈ２とが取り出される構成となる。

このような構成において、青色画素Ｂに配置される発光素子３ｂは、発光層１３-3と反射電極層１１との間の光学的距離ｄｂが、上述した光ｈ１とｈ２とが干渉して最も強め合う最適距離に設定されている。このような光学的距離ｄｂは、発光層１３-3において発生する青色の発光光の波長と、発光層１３-3と反射電極層１１とのに配置される各層の屈折率とに基づいて算出するか、また予備実験によって求められる。

これに対して、色変換層７ｇ，７ｒが設けられた発光素子３ｇ，３ｒでは、発光層１３-2と反射電極層１１との間の光学的距離ｄｇ，ｄｒは、発光素子３ｇ，３ｒからの光ｈ１，ｈ２が色変換層７ｇ，７ｒにて変換された各色光ｈｇ、ｈｒの光強度が最も高くなる最適距離に設定されている。このような緑色画素Ｇおよび赤色画素Ｒにおける光学的距離ｄｇ、ｄｒは、例えば予備実験によって求められる。

ここで、光学的距離ｄ（ｄｂ，ｄｇ，ｄｒ）は、各層の屈折率をｎ１，ｎ２，ｎ３，…、各層の膜厚をｄ1，ｄ２，ｄ３，…とした場合、ｄ＝ｎ１・ｄ１＋ｎ２・ｄ２＋ｎ３・ｄ３＋…である。

そして、本実施形態においては、以上のような各発光素子３ｂ，３ｇ，３ｒの光学的距離ｄｂ，ｄｇ，ｄｒが、透明電極層１２の膜厚によって調整された構成となっている。尚、このように膜厚が異なる透明電極層１２の形成は、スパッタ方によるＩＴＯ（酸化インジウムすず）膜の成膜と、フォトリソグラフィー法によって形成したレジストパターンをマスクに用いてのＩＴＯ膜のパターンエッチングとを繰り返すことよって形成される。また他の方法としては、複数枚のマスクを用いた複数回の成膜により、それぞれの膜厚の透明電極層１２が形成される。

以上のような構成の表示装置１によれば、発光素子３ｂ，３ｇ，３ｒは、発光層１３-3において青色の発光光が高輝度で得られるように構成されている。そして、青色画素Ｂの発光素子３ｂにおける発光層１３-3−反射電極層１１間の光学的距離ｄｂは、各発光層１３-3から透明電極層１４側に直接向かう光ｈ１と、反射電極層１１で反射して透明電極層１４側に向かう光ｈ２とが干渉して最も強め合う最適距離に設定されている。このため、青色画素Ｂにおいては、発光層１３-3で高輝度に発生した青色の発光光が干渉によってさらに強められ、青色フィルター５ｂを透過して対向基板４側から取り出される。したがって、青色画素Ｂにおいては、最も効果的に青色光ｈｂを取り出すことが可能である。

一方、青色画素Ｂの発光素子３ｂとは別に、緑色画素Ｇおよび赤色画素Ｒの発光素子３ｇ，３ｒにおける発光層１３-3と反射電極層１１との間の光学的距離ｄｇ，ｄｒは、発光層１３-3で発生して色変換層７ｇ，７ｒにて変換された各色光ｈｇ、ｈｒの光強度が最も高くなる最適距離に設定されている。これにより緑色画素Ｇおよび赤色画素Ｒにおいては、最も高い光強度となるように変換された各色光ｈｇ、ｈｒが対向基板４側から取り出される。

以上の結果本発明の表示装置１によれば、各色画素Ｂ，Ｇ，Ｒに、同一の機能層１３を備えた発光素子３ｂ，３ｇ，３ｒを設け、一部の発光素子３ｇ，３ｒのみに対して色変換層７ｇ，７ｒを組み合わせて設けた構成において、各発光素子３ｂ，３ｇ，３ｒにおける発光強度を弱めることなく、すなわち発光素子３ｂ，３ｇ，３ｒの構成は光強度の高い発光が得られる構成としつつ、色変換層７ｇ，７ｒにおいての色変換効率を高めることができる。これにより色変換層７ｇ，７ｒを設けた発光素子３ｇ，３ｒおよび設けていない発光素子３ｂの両方ともに、各色光ｈｂ，ｈｇ，ｈｒの取り出し強度を効果的に高めることができる。

また、各発光素子３ｂ，３ｇ，３ｒにおける発光層１３-3−反射電極層１１間の光学的距離ｄｂ，ｄｇ，ｄｒを透明電極層１２の膜厚によって調整する構成であるため、機能層１３の全ての層を、全画素で共通とすることができる。したがって、機能層１３の形成において、メタルマスクを用いた高精細な塗り分けを行う必要がなく、画素の微細化が進んだ高精細な表示装置に好ましく適用可能である。

さらに、上述した第１実施形態においては、本発明をトップエミッション構造の表示装置１に適用したことにより、反射電極層１１が設けられた基板２上において、異なる膜厚の透明電極層１２をパターン形成すれば良い。したがって、特に発光層１３-3に対してダメージを与えることなく、すなわちマスク蒸着法によらずにリソグラフィー法やエッチング法を適用して透明電極層１２の形成を行うことが可能である。

尚、上述した第１実施形態においては、各発光素子３ｂ，３ｇ，３ｒにおける光学的距離ｄｂ，ｄｇ，ｄｒを、透明電極層１２の膜厚によって調整する構成を説明した。しかしながら、各発光素子３ｂ，３ｇ，３ｒにおける発光層１３-3での発光強度を低下させることのない範囲であれば、これらの光学的距離ｄｂ，ｄｇ，ｄｒは、反射電極層１１と発光層１３-3との間に設けられたどの層で調整しても良く、例えば、正孔注入層１３-1や正孔輸送層１３-2の膜厚、さらには透明電極層１２の膜厚を組み合わせて調整しても良い。

また、各発光素子３ｂ，３ｇ，３ｒにおける光学的距離ｄｂ，ｄｇ，ｄｒを規定する反射面Ａは、反射電極層１１の表面である必要はなく、反射面として屈折率差のある界面を用いる構成であっても良い。

また上述した第１実施形態においては、発光素子３ｂ，３ｇ，３ｒの構成をトップエミッション構造としたが、本発明はボトムエミッション構造であっても良く、同様の効果を得ることができる。この場合、基板２を光透過性材料で構成し、発光素子３ｂ，３ｇ，３ｒの積層順を逆にして基板２側を光透過型電極層１４とすれば良い。

＜第２実施形態＞
図２は、第２実施形態の表示装置の構成を示す断面模である。この図に示す表示装置１’が図１を用いて説明した第１実施形態の表示装置１と異なるところは、反射電極層１１と光透過性電極層１４との間に、複数の機能層１３を中間電極層２１を介して積層したところにあり、他の構成は同様であることとする。図面においては、機能層１３を３層積層した状態を図示したが、機能層１３の積層数は２層以上であれば良く、４層以上であっても良い。

各機能層１３および中間電極層２１は、各画素Ｂ，Ｇ，Ｒに共通層として設けられ、基板２上にベタ膜形成されていて良い。尚、図面においては、説明のため機能層１３および中間電極層２１がパターニングされている状態を示している。

このような各機能層１３の積層構成は、第1実施形態と同様でよく、例えば発光層１３-3において高輝度発光が得られるように、青色の発光光を発生する構成であることとする。また、積層された各機能層１３は、その層構成が同一であっても良く、異なっていても良い。

中間電極層２１は、各機能層１３を直列に接続するための層であり、例えばＩＴＯのような透明電極材料を高抵抗として用いている。スパッタ法により製膜時の酸素濃度を調整することにより容易に抵抗値を制御できる

このように構成された表示装置１’において、これらの発光素子３ｂ’，３ｇ’，３ｒ’は、透明電極層１２の膜厚がそれぞれ個別に設定されていること以外は同一の構成であり、各機能層１３の発光層１３-3において略同一波長の青色の発光光を発生させる。そして、各発光素子３ｂ，３ｇ，３ｒからは、３層の各発光層１３-3で発生した発光光のうち、透明電極層１４側に直接向かう光ｈ１と、反射電極層１１で反射して透明電極層１４側に向かう光ｈ２とが取り出される構成となる。

このような構成において、各発光素子３ｂ，３ｇ，３ｒにおける各発光層１３-3−反射電極層１１間の光学的距離は１つの素子において３つ設定される。例えば青色画素Ｂを例に取ると、基板２側の1層目の発光層１３-3−反射電極層１１間の第1光学的距離ｄｂ-1、基板２側の２層目の発光層１３-3−反射電極層１１間の第２光学的距離ｄｂ-2、および基板２側の３層目の発光層１３-3−反射電極層１１間の第３光学的距離ｄｂ-3である。そして、緑色画素Ｇおよび赤色画素Ｒにおいても、同様に３つの光学的距離が設定されている。そして、これらの光学的距離ｄｂ-1〜ｄｒ-3は、第1実施形態と同様に設定されている。

すなわち、青色画素Ｂに配置される発光素子３ｂ’においては、第1実施形態と同様に、各発光層１３-3と反射電極層１１との間の光学的距離ｄｂ-1，ｄｂ-2，ｄｂ-3が、上述した光ｈ１とｈ２とが干渉する最適距離に設定されている。このような光学的距離ｄｂ-1，ｄｂ-2，ｄｂ-3は、発光層１３-3において発生する青色の発光光の波長と、発光層１３-3と反射電極層１１とのに配置される各層の屈折率とに基づいて算出するか、また予備実験によって求められる。

また、色変換層７ｇ，７ｒが設けられた発光素子３ｇ’，３ｒ’においては、発光層１３-2と反射電極層１１との間の光学的距離ｄｇ-1，ｄｇ-2，ｄｇ-3，ｄｒ-1，ｄｒ-2，ｄｒ-3は、第1実施形態と同様に、上述した光ｈ１，ｈ２が色変換層７ｇ，７ｒにて変換された各色光ｈｇ、ｈｒの光強度が最も高くなる最適距離に設定されている。このような光学的距離ｄｇ-1，…は、例えば予備実験によって求められる。

そして、第1実施形態と同様に、以上のような各発光素子３ｂ’，３ｇ’，３ｒ’の光学的距離ｄｂ-1〜ｄｒ-3は、透明電極層１２の膜厚によって調整されている。

以上のような構成の表示装置１’であっても、青色画素Ｂの発光素子３ｂにおける発光層１３-3と反射電極層１１との間の光学的距離ｄｂ-1，ｄｂ-2，ｄｂ-3、および色変換層７ｇ，７ｒを設けた緑色画素Ｇおよび赤色画素Ｒの発光素子３ｇ，３ｒにおける発光層１３-3と反射電極層１１との間の光学的距離ｄｇ-1，ｄｇ-2，ｄｇ-3，ｄｒ-1，ｄｒ-2，ｄｒ-3は、第１実施形態と同様に個別に設定されるため、発光素子３ｂ’，３ｇ’，３ｒ’の構成を光強度の高い発光が得られる構成としつつ、色変換層７ｇ，７ｒにおいての色変換効率を高めることができ、各色光ｈｂ，ｈｇ，ｈｒの取り出し強度を効果的に高めることが可能になる。

尚、上述した第２実施形態においては、各発光素子３ｂ’，３ｇ’，３ｒ’における光学的距離ｄｂ-1〜ｄｒ-3を、透明電極層１２の膜厚によって調整する構成を説明した。しかしながら、各発光素子３ｂ’，３ｇ’，３ｒ’における発光層１３-3での発光強度を低下させることのない範囲であれば、これらの光学的距離ｄｂ-1〜ｄｒ-3は、反射電極層１１と発光層１３-3との間に設けられたどの層で調整しても良く、例えば、正孔注入層１３-1や正孔輸送層１３-2の膜厚、さらには透明電極層１２の膜厚を組み合わせて調整しても良い。特に正孔注入層１３-1や正孔輸送層１３-2は、複数の機能層１３毎に設けられているため、これらの膜厚を調整することにより、各発光素子３ｂ’，３ｇ’，３ｒ’におけるそれぞれの発光層１３-3に対応する各光学的距離を細かく最適化することができる。このような場合であっても、各発光層１３-3は全ての発光素子３ｂ’，３ｇ’，３ｒ’に共通層として用いることができる。

また、各発光素子３ｂ’，３ｇ’，３ｒ’における光学的距離ｄｂ-1〜ｄｒ-3を規定する反射面は、反射電極層１１の表面である必要はなく、反射面として屈折率差のある界面を用いる構成であっても良い。

また上述した第２実施形態に対してもボトムエミッション構造適用しても良く、この場合、基板２を光透過性材料で構成し、発光素子３ｂ，３ｇ，３ｒの積層順を逆にして基板２側を光透過型電極層１４とすれば良い。

さらに、上述した第１実施形態および第２実施形態においては、発光素子として有機電界発光素子を用いた表示装置に本発明を適用した構成を説明した。しかしながら、本発明は、これに限定されることはなく、光を取り出す側の光透過性電極層に対向させて反射面を備えた薄膜発光素子を用いた表示装置に広く適用可能であり、同様の効果を得ることができる。

以下、本発明の実施例および比較例１，２を説明する。

＜実施例＞
先ず、図３に示すように、青色の発光素子３０をテストサンプルとして作製した。この発光素子３０は、図１を用いて説明した発光素子３ｂ，３ｇ，３ｒに対応するトップエミッション構造のものであり、以下のような層構成として作製した。尚、ここでは、正孔注入層１３-1の膜厚を上記の範囲で調整することにより、反射電極層１１−発光層１３-3間の光学的距離（ここでは、光学的距離に換算しないそのまま距離ｄとして表示)を変化させた複数の発光素子３０をテストサンプルとして作製した。

基板２ ：ガラス
反射電極層１１ ：Ａｇ（５０ｎｍ）
透明電極層１２ ：ＩＴＯ（１１ｎｍ）
正孔注入層１３-1 ：ｍ−ＭＴＤＡＴＡ（７０ｎｍ〜１７０ｎｍ）
正孔輸送層１３-2 ：αＮＰＤ（１1ｎｍ）
発光層１３-3 ：ＤＰＡＶＢｉ＋５％ＢＣｚＶＢｉ（３０ｎｍ）
電子輸送層１３-4 ：Ａｌｑ３（１０ｎｍ）
電子注入層１３-5 ：ＬｉＦ（０．３ｎｍ）
光透過性電極層１４ ：ＭｇＡｇ（１ｎｍ）／ＩＴＯ（１００ｎｍ）積層

以上の成膜においては、反射電極１１：Ａｇ（５０ｎｍ）／透明電極１２：ＩＴＯ（１１ｎｍ）成膜後に酸素プラズマによる前処理を行った。その後、正孔注入層１３-1：ｍ−ＭＴＤＡＴＡ〜光透過性電極１４：ＭｇＡｇまでは、真空蒸着にて成膜し、圧力１Ｅ−４Ｐａにて抵抗加熱法による真空蒸着にて成膜した。ＩＴＯ（１００ｎｍ）の成膜は、ＤＣマグネトロンスパッタ方式にて行い、０．３Ｐａ、１％Ｏ２／Ａｒガス、５ｓｃｃｍ、１５０Ｗの条件で行った。

次に、距離ｄを因子として作製した各青色の発光素子３０について、図４に示すように、分光放射強度を測定した。測定は、電流密度１０ｍＡ／cm²として行った。この結果、青色光（波長４６０ｎｍ）の発光強度は、距離ｄ＝１３１ｎｍにおいて最も高くなることが確認された。このことから、青色画素Ｂに設ける発光素子３ｂにおける光学的距離ｄｂとして、距離ｄ＝１３１ｎｍ（正孔注入層１３-1：ｍ−ＭＴＤＡＴＡの膜厚１１０ｎｍ）を選択した。尚、この値は、光学干渉理論によって説明される値である。

また、図５に示すように、テストサンプルとして作製した各発光素子３０の光取出側、すなわち光透過性電極側に、接着剤樹脂３１、および色変換層７ｇ，７ｒを介して対向基板４を貼り合わせた。

緑色変換層７ｇは、ＳｒＧａ₂Ｓ₄：Ｅｕからなる粒径〜３μｍ程度の蛍光体粒子を、役４０ｗｔ％の割合で樹脂中に分散させたものであり、３０μｍ程度の膜厚でカバーガラス３２上に成膜してなる。赤色変換層７ｒは、ＳｒＳ：Ｅｕからなる粒径〜３μｍ程度の蛍光体粒子を、役４０ｗｔ％の割合で樹脂中（波長460nmにおいて屈折率n=1.60）に分散させたものであり、３０μｍ程度の膜厚でカバーガラス３２上に成膜してなる。

図６には、これらの色変換層７ｇ、７ｒの蛍光スペクトルを示す。尚、励起光は、青色光（波長４６０ｎｍ）であることとする。これらのスペクトルに示すように、緑色変換層７ｇは、青色光を緑色の波長領域の光に変換し、赤色変換層７ｒは青色光を赤色の波長領域の光に変換する。

そして、先の図５に示したように、テストサンプルとして作製した各青色発光の発光素子３０の光取出側にこのような色変換層７ｇ、７ｒを設けた状態で、各色変換層７ｇ，７ｒから取り出される光の発光強度を測定した。

図７には、各発光素子３０における反射電極層１１−発光層１３-3間の距離ｄに対する、各色変換層７ｇ，７ｒから取り出される光の強度(色変換強度）の測定結果を示す。測定は、電流密度１０ｍＡ／cm²として行った。尚、図７には、各発光素子３０の発光強度（波長４６５ｎｍ）を光源強度として測定した結果を合わせて示す。

この測定の結果、緑色変換層７ｇを介して取り出される光の強度(色変換強度）は、距離ｄ＝１５０ｎｍ〜１７０ｎｍ付近で最も高くなることが確認された。また、赤色変換層７ｒを介して取り出される光の強度(色変換強度）は、距離ｄ＝１７０ｎｍ付近で最も高くなることが確認された。このことから、緑色画素Ｇおよび赤色画素Ｒに設ける発光素子３ｇ，３ｒにおける光学的距離ｄｇ，ｄｒとして、距離ｄ＝１７１ｎｍ（正孔注入層１３-1：ｍ−ＭＴＤＡＴＡの膜厚１５０ｎｍ）を選択した。

尚、光源強度は、距離ｄに対してコサインカーブを示し、ｄ＝１３０ｎｍ付近において最大値が得られる単純な光学干渉が行われていることがわかる。しかしながら、緑色画素Ｇおよび赤色画素Ｒに設ける発光素子３ｇ，３ｒの構成として採用した距離ｄ＝１７１ｎｍ付近においては、光源強度が極端に小さく、色変換層７ｇ，７ｒなしでは発光光をほとんど取り出すことができないことがわかる。

以上のようにして、各画素Ｂ，Ｇ，Ｒの発光素子３ｂ，３ｇ，３ｒにおける光学的距離ｄｂ，ｄｇ，ｄｒを選択した後、このような光学的距離ｄｂ，ｄｇ，ｄｒが設定された各発光素子３ｂ，３ｇ，３ｒを備えた図１に示す表示装置１を作成した。この際、透明電極層１４〜色変換層７ｇ，７ｒまでの層の構成は、テストサンプルとして作製した発光素子３０および図５を用いて説明したと同様の構成とした。

図８には、以上のようにして得られた表示装置１における各画素Ｂ，Ｇ，Ｒからの取り出し光の強度(発光強度）の測定値を示す。測定は、電流密度１０ｍＡ／ｃｍ²、駆動電圧約１０Ｖ、発光面積は４ｍｍ²の条件で行った。

＜比較例１＞
図１に示した構成の表示装置において、すべての発光素子３ｂ，３ｇ，３ｒにおける距離をｄ１＝１３１ｎｍとした以外は、実施例１と同様の構成の表示装置を作製した。

図９には、比較例１の表示装置における各画素Ｂ，Ｇ，Ｒからの取り出し光の強度(発光強度）の測定値を示す。測定は、実施例と同様に行った。

＜比較例２＞
図１に示した構成の表示装置において、すべての発光素子３ｂ，３ｇ，３ｒにおける距離をｄ１＝１７１ｎｍとした以外は、実施例１と同様の構成の表示装置を作製した。

図１０には、比較例１の表示装置における各画素Ｂ，Ｇ，Ｒからの取り出し光の強度(発光強度）の測定値を示す。測定は、実施例と同様に行った。

＜評価結果＞
以上の図８〜図１０を比較すると、本発明を適用した実施例の表示装置においては(図８）と、比較例１，２（図９，１０）と比較して、すべての画素Ｒ，Ｇ，Ｂにおいて高い発光強度が得られていることが確認された。これにより、色変換層７ｇ，７ｒが組み合わせられる発光素子３ｇ，３ｒと、組み合わせずに直接発光光を取り出す発光素子３ｂとで、光学設計を異なる値とする本発明の効果が確認された。

つまり、青色としては外部に取り出せる光が少ないような光学干渉条件であっても、色変換層によって色変換を行う際には最も高い変換光強度を示し、その場合がその変換層にとって最適な光学条件になるのである。この原因としてはいろいろ考えられるが、発光素子３ｇ，３ｒから色変換層７ｇ，７ｒに入射する光は角度依存があり、発光層と反射電極層との距離ｄがある程度の値（ここでは１３０ｎｍ）を超えると斜め方向の発光が強くなる。このため、色変換層７ｇ．７ｒに入射する光の強度が、距離ｄ＝１７１ｎｍ付近で最大になるのではないかと考えられる。

第１実施形態の表示素子の断面構成図である。 第２実施形態の表示素子の断面構成図である。 実施例においてテストサンプルとして作製した各青色の発光素子の断面構成図である。 テストサンプルとして作製した各青色の発光素子の分光放射強度の測定値である。 テストサンプルの発光素子に色変換層を設けた図である。 色変換層の蛍光スペクトルである。 テストサンプルの発光素子における反射電極層−発光層間の距離に対する色変換強度の測定結果である。 実施例で作製した表示装置における各画素Ｂ，Ｇ，Ｒからの取り出し光の強度(発光強度）の測定値である。 比較例１で作製した表示装置における各画素Ｂ，Ｇ，Ｒからの取り出し光の強度(発光強度）の測定値である。 比較例２で作製した表示装置における各画素Ｂ，Ｇ，Ｒからの取り出し光の強度(発光強度）の測定値である。

符号の説明

１，１’…表示装置、２…基板、３ｂ，３ｇ，３ｒ…発光素子、１１…反射電極層、１３…機能層、１３-3…発光層、１４…光透過性電極層、７ｇ…緑色変換層、７ｒ…青色変換層、Ａ…反射面、ｄｂ，ｄｇ，ｄｒ,ｄｂ-1，ｄｇ-1，ｄｒ-1,ｄｂ-2，ｄｇ-2，ｄｒ-2,ｄｂ-3，ｄｇ-3，ｄｒ-3…光学的距離、１２…透明電極層、２１…中間電極

Claims (4)

1. 光透過性電極層、発光層を含む機能層、および対向電極層をこの順または逆の順に積層した状態で基板上に配列された複数の発光素子と、
   前記複数の発光素子のうちの一部の発光素子における光透過性電極層側に設けられ、前記発光素子における発光層で生じた発光光を色変換する色変換層とを備えた表示装置において、
   前記各発光素子は、前記光透過性電極層との間で前記発光層を狭持する位置に反射面を有し、
   前記複数の発光素子のうち、前記色変換層が設けられていない発光素子と当該色変換層が設けられた発光素子とで、前記反射面と前記発光層との間の光学的距離が異なる
   ことを特徴とする表示装置。
2. 請求項１記載の表示装置において、
   前記色変換層が設けられていない発光素子における前記光学的距離は、当該発光素子の発光層での発光光が干渉する距離に設定され、
   前記色変換層が設けられた発光素子における前記光学的距離は、当該色変換層で変換された所定波長の光が最も高い強度で取り出される距離に設定されている
   ことを特徴とする表示装置。
3. 請求項１記載の表示装置において、
   前記反射面と前記機能層との間に、前記光学的距離を調整するための膜厚を備えた透明電極層が設けられており、
   前記機能層は、前記複数の発光素子における共通層として設けられている
   ことを特徴とする表示装置。
4. 請求項１記載の表示装置において、
   前記対向電極層と光透過性電極層との間には、複数の機能層が中間電極を介して積層されている
   ことを特徴とする表示装置。
   
   

Images