JP2011096678A - 複数波長発光素子、表示装置、および電子機器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】この発光素子は、出力すべき波長成分を含んだ光を発する発光手段(4)と、発光手段から発せられた光のうち特定の波長を有する光の一部を透過し残りを反射する半反射層(2R、2G、2B)が、出力すべき光の波長に対応させて光の進行方向に沿って順に積層されている半反射層群(2)とを備える。出力させる光の波長に対応付けて発光領域(AR、AG、AB)が定められている。各発光領域では、その発光領域から出力させる光を反射する半反射層(2R、2G、2B)の発光手段側からの光に対する反射面と、発光層の半反射層群側の端部から反射層までの間における一点との間の距離(LR、LG、LB)が、その光に対して共振する光学距離となるように調整されて構成されている。
【選択図】図1
Description
本願発明の第2の課題は、複数の波長について最適化が容易であり、さらに製造が容易な複数波長発光素子を提供することである。
本願発明の第3の課題は、最適化された複数波長の光を出力可能な電子機器を提供することである。
本願発明の第4の課題は、複数波長の光のスペクトルを先鋭化させて出力可能な干渉ミラーを提供することである。
L=Σdi
Σ(ni・di)+m1・(Φ/2π)・λ=m2・λ/2 …(1)
を満たす関係に調整される。Lが実距離に相当し、Σ(ni・di)が光学距離(Optical Path Length)に相当する。光学距離および位相シフトの和が半波長の自然数倍に等しくなること、これが半反射層側と反対側に配置される反射層の面との間に必要な共振条件である。
L=Σdi Σ(ni・di)=m2・λ/2+(2m3+1)・λ/4 …(2)
を満たす関係に調整される。
n1・d1=n2・d2=(1/4+m/2)・λ …(3)
という関係を満たすように調整されている。この共振構造における干渉条件である。二層一組で半波長に相当する。屈折率の低い層から高い層に光が入射する場合に反射が生じるので、発光手段の側から屈折率の高い層、低い層、高い層、低い層、というように並べるのが好ましい。
本発明の実施形態1は、カラー表示に必要な三原色が発光可能であり、陽極で間隙調整する場合の基本構造に関する。図1に、実施形態1の複数波長発光素子の層構造を示す。本複数波長発光素子は、図1に示すように、基板1、半反射層群2、陽極3、発光層4および陰極5を備えている。
n1・d1=n2・d2=(1/4+m/2)・λ …(3)
という関係を満たすように調整されている。ただしλはその半反射層において反射させる光の波長であり、mは0以上の整数である。二層一組で光の半波長に相当する。屈折率の低い層から高い層に光が入射する場合に反射が生じるので、発光手段の側から屈折率の高い層、低い層、高い層、低い層、というように並べるのが好ましい。すなわち、n1>n2となるように設定する。
L=Σdi
Σ(ni・di)+m1・(Φ/2π)・λ=m2・λ/2 …(1)(同上)
を満たす関係に調整されている。ただし、当該半反射層の反射面と発光面40との間にあるi番目の物質(他の波長に対する半反射層の各誘電体層を含む)の屈折率をni、その厚みをdiとし、m1およびm2を自然数としてある。また陰極表面で反射させる場合には、Φとして反射面で反射時に生じる位相シフトを加える。赤色光の発光領域ARについては、途中に他の半反射層を通過しないので、陽極3の厚みとその屈折率を乗じた値が半波長の自然数になるように調整される。
L=Σdi Σ(ni・di)=m2・λ/2+(2m3+1)・λ/4 …(2)(同上)
を満たす関係に調整される。ただし、反射面と一点との間にあるi番目の物質の屈折率をni、その厚みをdiとし、m2を自然数、m3を0以上の整数とする。
上記実施形態1によれば、三原色それぞれについての共振構造を積層し半反射層の発光手段側からの光に対する反射面と発光層の半反射層側の端部から反射層までの間における一点との間の距離を調整して共振条件を定めたので、バランスのとれた複数波長の光を射出することが可能である。
本発明の実施形態2は、上記実施形態1の有機EL素子に正孔輸送層を備えた構成に関する。図3に、実施形態2の複数波長発光素子の層構造を示す。本複数波長発光素子は、図3に示すように、基板1、半反射層群2、陽極3、正孔輸送層6,発光層4および陰極5を備えている。
本発明の実施形態3は、上記実施形態2の有機EL素子にさらに電子輸送層を備えた構成に関する。図4に、実施形態3の複数波長発光素子の層構造を示す。本複数波長発光素子は、図4に示すように、基板1、半反射層群2、陽極3、正孔輸送層6,発光層4、電子輸送層7および陰極5が提供される。
本発明の実施形態4は、上記実施形態1の有機EL素子における共振条件の光学的距離の調整を絶縁体で行う構成に関する。図5に、実施形態4の複数波長発光素子の層構造を示す。本複数波長発光素子は、図5に示すように、基板1、半反射層群2、陽極3、絶縁体8G・8B、発光層4および陰極5を備えている。
上記各実施形態では発光領域ごとに異なる発光層を設けていたが、本発明の実施形態5では総ての発光領域に共通の発光層を備える。図6に、実施形態5の複数波長発光素子の層構造を示す。本複数波長発光素子は、図6に示すように、基板1、半反射層群2、陽極3、発光層4および陰極5を備えている。
上記各実施形態では陽極や絶縁体で、発光領域ごとに異なる共振条件を設定していたが、本発明の実施形態6ではいずれの層の厚みも均一にしつつ共振条件を変更する。図7に、実施形態6の複数波長発光素子の層構造を示す。本複数波長発光素子は、図7に示すように、基板1、スペーサ9Gおよび9Bを備えた半反射層群2、陽極3、発光層4および陰極5を備えている。
本実施形態7は、上記実施形態6における間隙調整方法の変形例に関する。図8に、実施形態7の複数波長発光素子の層構造を示す。本複数波長発光素子は、図8に示すように、基板1、間隙調整層21Gおよび21Bを備えた半反射層群2、陽極3、発光層4および陰極5を備えている。
その他の構成については上記実施形態6と同様である。
本実施形態8は、発光層を発光領域ごとに発光させることの可能な構造に関する。図9に、実施形態8の複数波長発光素子の層構造を示す。本複数波長発光素子は、図9に示すように、基板1、半反射層群2、陽極3、発光層4、電気的に分離された陰極5、基板11およびバンク10を備えている。さらにバンク10で電気的に分離された各陰極5R,5Gおよび5Bに対して個別独立に制御電圧VR、VGおよびVBを印加する駆動回路(図示しない)とそのための配線を備えている。
上記構成において、各発光領域ごとに駆動回路を制御して駆動電圧VR,VGまたはVBを印加すると、対応する発光層のみに電流が流れ、その発光領域の色彩のみが出力される。発光領域をカラー表示装置のカラー画素に対応させて形成し、カラー画像データのRGB信号に対応させて各発光領域の駆動電圧を制御すれば、全体としてカラー表示装置として機能することになる。その他、発光素子として使用する場合でも発光色を自由に変更可能な構成となっている。
本実施形態9は、陰極をパターニングにより分離した上記実施形態8の変形例に関する。図10に、実施形態8の複数波長発光素子の層構造を示す。本複数波長発光素子は、図10に示すように、基板1、半反射層群2、陽極3、発光層4、パターニングされた陰極5および基板11を備えている。さらに電気的に分離された各陰極5R,5Gおよび5Bに対して個別独立に制御電圧VR、VGおよびVBを印加する駆動回路(図示しない)とそのための配線を備えている。
本実施形態10は、上記実施形態8とは反対に陽極をバンクにより分離した構成に関する。図11に、実施形態10の複数波長発光素子の層構造を示す。本複数波長発光素子は、図11に示すように、基板1、半反射層群2、バンク10で分離された陽極3、発光層4、陰極5および基板11を備えている。さらに電気的に分離された各陽極3R,3Gおよび3Bに対して個別独立に制御電圧VR、VGおよびVBを印加する駆動回路(図示しない)とそのための配線を備えている。
本実施形態11は、陽極をパターニングにより分離した上記実施形態10の変形例に関する。図12に、実施形態11の複数波長発光素子の層構造を示す。本複数波長発光素子は、図12に示すように、基板1、半反射層群2、パターニングされた陽極3、発光層4、陰極5および基板11を備えている。さらに電気的に分離された各陽極3R,3Gおよび3Bに対して個別独立に制御電圧VR、VGおよびVBを印加する駆動回路(図示しない)とそのための配線を備えている。
本発明は、上記各実施形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更して構成することが可能である。例えば、有機EL層は発光手段の代表として使用したに過ぎず、他の構造を有する公知の発光手段を代わりに用いてもよい。また発光現象としても、電界発光の他に、光発光などを利用してもよい。
Claims (29)
- 複数の異なる波長を有する光を発する複数波長発光素子であって、 出力すべき波長成分を含んだ光を発する発光手段と、 前記発光手段の近傍に配置された反射層と、 前記発光手段を挟んで前記反射層と対向するように配置され、当該発光手段から発せられた光のうち特定の波長を有する光の一部を反射し残りを透過する半反射層が、出力すべき光の波長に対応させて光の進行方向に沿って順に積層されている半反射層群と、を備え、 出力される光の波長が異なる少なくとも2以上の発光領域を備え、各発光領域において、当該発光領域から出力される光の一部を反射する半反射層の発光手段側からの光に対する反射面と前記発光手段の半反射層群側の端部から前記反射層までの間における一点との間の距離が、当該発光領域から出力される波長の光について共振する光学距離を設けるように調整されて構成されることを特徴とする複数波長発光素子。
- 前記半反射層群は、複数の異なる波長を有する光の各波長に応じた複数種類の半反射層が、各発光領域間で分離されることなく一様に配置されている請求項1に記載の複数波長発光素子。
- 前記半反射層群における半反射層の発光手段側からの光に対する反射面が、発光波長の異なる各発光領域ごとに厚み方向で異なる位置にある請求項1に記載の複数波長発光素子。
- 前記発光手段の半反射層群側の端部から前記反射層までの間における一点が、前記反射層の反射面上にある請求項1に記載の複数波長発光素子。
- 波長λの光を出力させる発光領域では、複数の前記半反射層のうち波長λの光を反射する前記半反射層の発光手段側からの光に対する反射面と前記発光手段の半反射層群側の端部から前記反射層までの間における一点との距離Lが、前記反射層における反射面と前記一点との間にあるi番目の物質の屈折率をni、その厚みをdi、Φを前記反射層における反射面で生じる位相シフト、m1およびm2を自然数とした場合に、 L=Σdi Σ(ni・di)+m1・(Φ/2π)・λ=m2・λ/2を満たす関係に調整されている請求項4に記載の複数波長発光素子。
- 前記発光手段の半反射層群側の端部から前記反射層までの間における一点が、当該発光手段中の発光点である請求項1に記載の複数波長発光素子。
- 波長λの光を出力させる発光領域では、複数の前記半反射層のうち波長λの光を反射する前記半反射層の発光手段側からの光に対する反射面と前記発光手段の半反射層群側の端部から前記反射層までの間における発光点との距離Lが、前記反射面と前記発光点との間にあるi番目の物質の屈折率をni、その厚みをdiとし、m2を自然数、m3を0以上の整数とした場合に、 L=Σdi Σ(ni・di)=m2・λ/2+(2m3+1)・λ/4を満たす関係に調整されている請求項6に記載の複数波長発光素子。
- 前記半反射層群は、前記発光素子に近い側に、より長い波長の光を反射する前記半反射層が配置されている請求項1乃至請求項7のいずれか一項に記載の複数波長発光素子。
- 前記半反射層群を構成する各半反射層は、屈折率の異なる二層が交互に積層されて構成されている請求項1乃至請求項8のいずれか一項に記載の複数波長発光素子。
- 各前記半反射層は、前記屈折率の異なる二層のうち、一方の層の屈折率をn1、その厚みをd1とし、他方の層の屈折率をn2、その厚みをd2とし、その半反射層において反射させる光の波長をλとし、mを0または自然数とした場合に、 n1・d1≒n2・d2≒(1/4+m/2)・λという関係を満たすように調整されている請求項9に記載の複数波長発光素子。
- 前記半反射層群は、各前記半反射層の間に、前記発光手段に最も近い半反射層以外の半反射層における前記発光手段側からの光に対する反射面と前記発光手段の半反射層群側の端部から前記反射層までの間における一点との距離を調整するための間隙調整層を備える請求項1乃至請求項10のいずれか一項に記載の複数波長発光素子。
- 前記半反射層群は、前記発光手段に最も近い半反射層以外の半反射層における前記発光手段側からの光に対する反射面と前記発光手段の半反射層群側の端部から前記反射層までの間における一点との距離を調整するために、当該半反射層を構成する前記屈折率の異なる層の積層構造のうちいずれか一層の厚みが変更されている請求項9に記載の複数波長発光素子。
- 各前記発光領域に対応づけられた波長の光成分を相対的に多く発光する複数種類の発光手段が、各前記発光領域に対応づけられて設けられている請求項1乃至請求項12のいずれか一項に記載の複数波長発光素子。
- 総ての前記発光領域に対応づけられた波長成分の光を発することが可能な発光手段が、各前記発光領域に共通して設けられている請求項1乃至請求項12のいずれか一項に記載の複数波長発光素子。
- 前記発光手段は、電極層で挟持された有機電界発光層であって、その背面に設けられる電極が前記反射層に相当している請求項1乃至請求項14のいずれか一項に記載の複数波長発光素子。
- 前記有機電界発光層において電極間で電場が極大になる点と当該発光層における発光点が一致していることを特徴とする請求項1に記載の複数波長発光素子。
- 前記発光手段は、前記有機電界発光層の陽極側に正孔輸送層を備える請求項15または請求項16のいずれか一項に記載の複数波長発光素子。
- 前記発光手段は、前記有機電界発光層の陰極側に電子輸送層を備える請求項15乃至請求項17のいずれか一項に記載の複数波長発光素子。
- 各前記半反射層の発光手段側からの光に対する反射面と前記発光手段の半反射層側の端部から前記反射層までの間における一点との距離が前記発光手段の半反射層群側に配置された陽極の厚みで調整されている請求項15乃至請求項18のいずれか一項に記載の複数波長発光素子。
- 各前記半反射層の発光手段側からの光に対する反射面と前記発光手段の半反射層側の端部から前記反射層までの間における一点との距離を調整するための層を前記発光手段の半反射層群側に備えている請求項15乃至請求項18のいずれか一項に記載の複数波長発光素子。
- 前記陰極は、光反射性を有する材料で構成されている請求項15乃至請求項20のいずれか一項に記載の複数波長発光素子。
- 前記有機電界発光層を挟持する電極膜の少なくともいずれか一方が前記発光領域に対応させて分離独立して形成されている請求項15乃至請求項21のいずれか一項に記載の複数波長発光素子。
- いずれか一方の前記電極膜は、前記発光領域間を仕切る仕切り部材により分離されている請求項22に記載の複数波長発光素子。
- 前記電極膜のうち、陰極が、前記発光領域に対応させて分離されており、陽極が、各前記半反射層の発光手段側からの光に対する反射面と前記発光手段の半反射層側の端部から前記反射層までの間における一点との距離を調整するために、前記発光領域に対応させてその厚みが変更されている請求項22に記載の複数波長発光素子。
- 前記電極膜のうち、陽極が、前記発光領域に対応させて分離されており、かつ、各前記半反射層の発光手段側からの光に対する反射面と前記発光手段の半反射層側の端部から前記反射層までの間における一点との距離を調整するために、前記発光領域に対応させてその厚みが変更されている請求項22に記載の複数波長発光素子。
- 電気的に分離された前記電極膜を個別に駆動するための駆動回路を備えた請求項22乃至請求項25に記載の複数波長発光素子。
- 請求項26に記載の複数波長発光素子を備えたことを特徴とする電子機器。
- 前記複数波長発光素子における発光領域が、画像表示のための画素として形成されており、画像情報に応じて各画素の駆動を制御可能に構成されている表示要素として機能する請求項27に記載の電子機器。
- 互いに異なる波長の光についてその一部を反射可能に構成され、光軸方向に順次配置された複数の干渉反射層と、 各前記干渉反射層の間に配置された間隙調整層と、を備えたことを特徴とする干渉ミラー。
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