JP2013118173A

JP2013118173A - 表示装置

Info

Publication number: JP2013118173A
Application number: JP2012207713A
Authority: JP
Inventors: 格 ▲高▼谷; Itaru Takatani
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2011-10-31
Filing date: 2012-09-21
Publication date: 2013-06-13
Also published as: US20130105775A1; CN103094309A

Abstract

【課題】発光色毎に波長を強める干渉条件に発光位置と反射面の光学距離を合わせて発光効率を高めた表示装置を、金属マスクの使用枚数を低減させた方法により提供することにある。
【解決手段】各有機ＥＬ素子に共通する第１電荷輸送層２と第２電荷輸送層４とを備えた表示装置において、赤色の有機ＥＬ素子は発光層３Ｒと第１電荷輸送層２との間に膜厚調整層６を配置して、発光層３Ｒと膜厚調整層６との界面を発光位置７Ｒとし、緑色の有機ＥＬ素子は発光層３Ｇの中に発光位置７Ｇが来るようにアシストドーパントの濃度を調整し、青色の有機ＥＬ素子は発光層３Ｂと第１電荷輸送層２或いは第２電荷輸送層４との界面を発光位置７Ｂとする。
【選択図】図２

Description

本発明は、赤、緑、青の３色の有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子を備えたフルカラー表示の表示装置に関する。

赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色の有機ＥＬ素子を用いた表示装置の発光効率を高める技術として、電荷輸送層の膜厚を発光色に対応して、それぞれ異なる膜厚に設定する技術が知られている。これは発光色毎に波長を強める干渉条件に発光位置と反射面の光学距離を合わせ、発光効率を高めるものである。

特許文献１では、少なくとも赤、緑の２色に関して、真空蒸着にて金属マスクを用い、電荷輸送層を画素形状に合わせて形成することにより、赤、緑、青の３色の電荷輸送層の膜厚を発光色に対応して、それぞれ異なる膜厚に設定することが示されている。

一方で近年、多色表示装置の高精細化に伴い各色の画素サイズは微小化し、その画素形状に合わせた塗り分け用の金属マスクも高精細用になっているため、表示装置の製造コストに占める金属マスクの製造及び維持管理費用は、非常に大きなものになっている。

特開２０００−３２３２７７号公報

本発明の課題は、発光色毎に波長を強める干渉条件に発光位置と反射面の光学距離を合わせて発光効率を高めた表示装置を、金属マスクの使用枚数を低減させた方法により提供することにある。

本発明は、赤色発光の有機ＥＬ素子、緑色発光の有機ＥＬ素子、青色発光の有機ＥＬ素子を有し、前記各有機ＥＬ素子が、金属層を有する第１電極と、前記第１電極に接する第１電荷輸送層と、発光層と、第２電荷輸送層と、前記第２電荷輸送層に接して、金属層を有する第２電極と、を順に備え、
前記第１電荷輸送層と前記第２電荷輸送層とが各有機ＥＬ素子に共通で配置されている表示装置であって、
前記青色発光の有機ＥＬ素子において、発光層は前記第１電荷輸送層と第２電荷輸送層に接して配置され、
前記緑色発光の有機ＥＬ素子において、発光層はホスト材料と発光ドーパント材料とアシストドーパント材料を含み、前記第１電荷輸送層と前記第２電荷輸送層に接して配置され、
前記赤色発光の有機ＥＬ素子において、前記第１電荷輸送層と発光層との間、或いは、前記発光層と第２電荷輸送層との間のいずれかに膜厚調整層が配置され、
前記各有機ＥＬ素子において、各発光層の発光位置と第１電極にある反射面との間の第１光学距離Ｌ₁と、各発光層の発光位置と第２電極にある反射面との間の第２光学距離Ｌ₂とが、それぞれ各有機ＥＬ素子の発光波長λ、各有機ＥＬ素子の第１電極の反射面で光が反射する際の位相シフトφ₁、各有機ＥＬ素子の第２電極の反射面で光が反射する際の位相シフトφ₂に対して、
（λ／１６）×（−１−（４φ₁／π））≦Ｌ₁≦（λ／１６）×（１−（４φ₁／π））
（λ／１６）×（−１−（４φ₂／π））≦Ｌ₂≦（λ／１６）×（１−（４φ₂／π））
を満たしていることを特徴とする。

本発明によれば、金属マスクを用いて形成するのは、赤色、緑色、青色の各発光層と、赤色の有機ＥＬ素子で用いる膜厚調整層のみであり、従来に比べて、金属マスクの使用を低減させることができ、より安価に発光効率の高い表示装置を提供することができる。

本発明の表示装置の一実施形態の構成を模式的に示す斜視図である。本発明の表示装置の実施形態の構成を模式的に示す部分断面図である。本発明の表示装置の実施形態の構成を模式的に示す部分断面図である。本発明の表示装置の緑色発光の発光層の好ましいエネルギーバンド図である。

［本発明の基本的構成］
図１は、本発明の表示装置の一実施形態の構成を模式的に示す斜視図である。本発明の表示装置は、有機ＥＬ素子を備える画素１０を複数有している。そして、複数の画素１０はマトリックス状に配置され、表示領域２０を形成している。尚、画素とは、１つの有機ＥＬ素子の発光領域に対応した領域を意味している。本発明の表示装置では、画素１０のそれぞれに１つの色の有機ＥＬ素子が配置された表示装置である。各有機ＥＬ素子は、赤色、緑色、青色のいずれかを発光し、赤色画素、緑色画素、及び青色画素から画素ユニットが構成され、係る画素ユニットが表示領域２０に複数配列されている。画素ユニットとは、各画素の混色によって所望の色の発光を可能とする最小の単位を示す。

図２、図３は、図１のＡ−Ａ’線における部分断面模式図である。発光層中の発光位置により図２（ａ）及び（ｂ）、図３（ａ）及び（ｂ）の４つの場合に分けられ、最も好ましいのは図２（ａ）の構成である。

各画素１０は、基板（不図示）上に、第１電極１と、第１電荷輸送層２と、発光層と、第２電荷輸送層４と、第２電極５とを、この順で備える有機ＥＬ素子を有している。図２の３Ｒ、３Ｇ、３Ｂは、それぞれ赤色発光の発光層、緑色発光の発光層、青色発光の発光層を表し、矢印７Ｒ、７Ｇ、７Ｂで示した位置は発光位置を示している。また、赤色の有機ＥＬ素子には、発光層３Ｒと第１電荷輸送層２又は第２電荷輸送層４との間に膜厚調整層６が配置される。

本発明は、第１電荷輸送層２と第２電荷輸送層４とが各有機ＥＬ素子で共通に配置されている表示装置である。従って、第１電荷輸送層２と第２電荷輸送層４の形成の際には画素形状に合わせた金属マスクを用いる事はない。

［発光位置と素子構成］
以下、図２、図３を用いて、本発明における各色の発光層中の発光位置と取るべき素子構成について説明する。

（青色発光の有機ＥＬ素子）
青色の有機ＥＬ素子において、発光層３Ｂは画素形状に合わせた金属マスクを用いて蒸着により形成され、第１電荷輸送層２と第２電荷輸送層４に接して配置される。

図２、図３中の矢印７Ｂで示される位置が青色発光の発光位置である。発光位置７Ｂが発光層３Ｂと第１電荷輸送層２の界面に存在する場合を図２（ｂ）と図３（ｂ）に示し、発光位置７Ｂが発光層３Ｂと第２電荷輸送層４の界面に存在する場合を図２（ａ）と図３（ａ）に示す。尚、青色発光の有機ＥＬ素子において、発光位置７Ｂは発光層３Ｂの内部にあってもよいが、図としては省略する。

この時、発光位置７Ｂと第１電極１の反射面との間の第１光学距離Ｌ_1B及び、発光位置７Ｂと第２電極５の反射面との間の第２光学距離Ｌ_2Bはそれぞれ、発光波長λ_Bの１／４倍になるように設定される。尚、光学距離とは、係る距離に含まれる各層の屈折率に層の厚さを乗じた値の総和を言う。発光位置７Ｂが発光層３Ｂと第１電荷輸送層２の界面である場合には、図２（ｂ）と図３（ｂ）で示すように第１光学距離Ｌ_1Bは、発光波長λ_Bの１／４倍になるように第１電荷輸送層２の膜厚により設定される。また、第２光学距離Ｌ_2Bは、発光波長λ_Bの１／４倍になるように発光層３Ｂと第２電荷輸送層４の膜厚により設定される。一方、発光位置７Ｂが発光層３Ｂと第２電荷輸送層４との界面である場合には、図２（ａ）と図３（ａ）で示すように第１光学距離Ｌ_1Bは、発光波長λ_Bの１／４倍になるように第１電荷輸送層２と発光層３Ｂの膜厚により設定される。そして、第２光学距離Ｌ_2Bは、発光波長λ_Bの１／４倍になるように第２電荷輸送層４の膜厚により設定される。発光位置７Ｂが発光層３Ｂ内部にある場合には、発光層３Ｂ内の発光位置から第１電極１の反射面までの間の第１光学距離Ｌ_1Bは、第１電荷輸送層２に加えて、発光層３Ｂの膜厚と発光位置によって、発光波長λ_Bの１／４倍になるように設定される。また、発光層３Ｂ内の発光位置から第２電極５の反射面までの間の第２光学距離Ｌ_2Bについても、第２電荷輸送層４に加えて、発光層３Ｂの膜厚と発光位置によって、発光波長λ_Bの１／４倍になるように設定される。

このことにより、青色の有機ＥＬ素子においては、発光層３Ｂのみを画素形状に合わせた金属マスクで形成することにより、第１光学距離Ｌ_1Bと第２光学距離Ｌ_2Bを発光波長λ_Bの１／４倍に合わせることができる。

（緑色発光の有機ＥＬ素子）
緑色の有機ＥＬ素子において、発光層３Ｇは画素形状に合わせた金属マスクを用いて蒸着により形成され、ホスト材料と発光ドーパント材料とアシストドーパント材料を含み、第１電荷輸送層２と第２電荷輸送層４に接して配置される。発光位置はアシストドーパント材料の濃度によって制御されて発光層３Ｇ内にある。図２、図３中の矢印７Ｇで示される位置が発光位置である。

この時、青色の有機ＥＬ素子と同様に、発光位置７Ｇと第１電極１の反射面との間の第１光学距離Ｌ_1G及び、発光位置７Ｇと第２電極５の反射面との間の第２光学距離Ｌ_2Gは、それぞれ発光波長λ_Gの１／４倍になるように設定される。

発光層３Ｇ内の発光位置７Ｇから第１電極１の反射面までの間の第１光学距離Ｌ_1Gは、青色の有機ＥＬ素子によって定められた第１電荷輸送層２に加えて、発光層３Ｇの膜厚と発光位置７Ｇによって、発光波長λ_Gの１／４倍になるように設定される。また、発光層３Ｇ内の発光位置７Ｇから第２電極５の反射面までの間の第２光学距離Ｌ_2Gについても、青色の有機ＥＬ素子によって定められた第２電荷輸送層４に加えて、発光層３Ｇの膜厚と発光位置７Ｇによって、発光波長λ_Gの１／４倍になるように設定される。

このことにより、緑色の有機ＥＬ素子においても、発光層３Ｇのみを画素形状に合わせた金属マスクで形成することにより、第１光学距離Ｌ_1Gと第２光学距離Ｌ_2Gを発光波長λ_Gの１／４倍に合わせることができる。

（赤色発光の有機ＥＬ素子）
赤色の有機ＥＬ素子において、発光層３Ｒと第１電荷輸送層２との間、或いは、発光層３Ｒと第２電荷輸送層４との間には膜厚調整層６が配置される。図２、図３中の矢印７Ｒで示される位置が発光位置であり、発光位置７Ｒは発光層３Ｒと膜厚調整層６との界面にある。膜厚調整層６が発光層３Ｒと第１電荷輸送層２の間に配置される場合を図２（ａ）と（ｂ）に示し、膜厚調整層６が発光層３Ｒと第２電荷輸送層４の間に配置される場合を図３（ａ）と（ｂ）に示す。

この時、青色や緑色の有機ＥＬ素子と同様に、発光位置７Ｒと第１電極１の反射面との間の第１光学距離Ｌ_1R及び、発光位置７Ｒと第２電極５の反射面との間の第２光学距離Ｌ_2Rは、それぞれ発光波長λ_Rの１／４倍になるように設定される。

発光位置７Ｒが発光層３Ｒの第１電荷輸送層２側の界面である場合には、図２（ａ）と（ｂ）で示されるように膜厚調整層６は第１電荷輸送層２と発光層３Ｒの間に配置される。そして第１光学距離Ｌ_1Rは、青色の有機ＥＬ素子によって定められた第１電荷輸送層２に加えて、膜厚調整層６の膜厚によって、発光波長λ_Rの１／４倍になるように設定される。また、第２光学距離Ｌ_2Rは、青色の有機ＥＬ素子によって定められた第２電荷輸送層４に加えて、発光層３Ｒの膜厚によって、発光波長λ_Rの１／４倍になるように設定される。一方、発光位置７Ｒが発光層３Ｒの第２電荷輸送層４側の界面である場合には、図３（ａ）と（ｂ）で示されるように膜厚調整層６は発光層３Ｒと第２電荷輸送層４の間に配置される。そして第１光学距離Ｌ_1Rは、青色の有機ＥＬ素子によって定められた第１電荷輸送層２に加えて、発光層３Ｒの膜厚によって、発光波長λ_Rの１／４倍になるように設定される。また、第２光学距離Ｌ_2Rは、青色の有機ＥＬ素子によって定められた第２電荷輸送層４に加えて、膜厚調整層６の膜厚によって、発光波長λ_Rの１／４倍になるように設定される。

このことにより、赤色の有機ＥＬ素子においては、発光層３Ｒと膜厚調整層６を画素形状に合わせた金属マスクで形成することにより、第１光学距離Ｌ_1Rと第２光学距離Ｌ_2Rを発光波長λ_Rの１／４倍に合わせることができる。

以上のように、金属マスクを赤色、緑色、青色の各発光層３Ｒ，３Ｇ，３Ｂと、赤色の有機ＥＬ素子で用いる膜厚調整層６を形成する４工程に用いるだけで、赤、緑、青色それぞれの第１光学距離Ｌ_1R、Ｌ_1G、Ｌ_1B及び第２光学距離Ｌ_2R、Ｌ_2G、Ｌ_2Bを発光波長λ_R、λ_G、λ_Bの１／４倍に合わせることができる。よって、金属マスクの使用を低減させることができる。

また本発明は、発光層中の発光位置により上述の図２（ａ）、（ｂ）、図３（ａ），（ｂ）の４つの場合に分けられ、最も好ましいのは図２（ａ）である。図２（ａ）の場合、赤色の発光層３Ｒの第１電荷輸送層２側の界面に発光位置７Ｒがあり、青色の発光層３Ｂの第２電荷輸送層４側の界面に発光位置７Ｂがある。この場合、発光層３Ｒ，３Ｂに発光効率の高い材料を用いることができるため好ましい。発光層に用いることができる具体的材料については後述する。

［第１光学距離Ｌ₁と第２光学距離Ｌ₂についての詳細］
本発明の発光波長、λ_R、λ_G、λ_Bはそれぞれ、赤色、緑色、青色の発光波長を示すが、より詳細には、発光材料の発光スペクトルではなく、有機ＥＬ素子から発するスペクトルのピーク波長を示す。

本発明のように発光色毎に波長を強める干渉条件に発光位置と反射面との間の光学距離を合わせるには、反射界面での位相シフトφを考慮すると、光学距離Ｌは以下の式（Ａ）で表される。尚、式中のｍは０以上の整数である。

式（Ａ）
Ｌ＝（λ／４）×（２ｍ−（φ／π））
本発明は、第１光学距離Ｌ₁と第２光学距離Ｌ₂が発光波長λの１／４倍であるため、ｍが０の場合である。ｍが０の場合が最も干渉による効果が高い。またｍが１以上の場合、各色の光学距離Ｌの差が大きくなるため、膜厚調整層が赤と緑の両方に必要か、もしくは緑色の発光層膜厚が著しく厚くなり、緑色の有機ＥＬ素子のみ電圧が非常に大きくなってしまう。本発明では、膜厚調整層を赤色の有機ＥＬ素子のみに用いるため、ｍ＝０の場合に限定され、位相シフトをおおよそ−πとすると、第１光学距離Ｌ₁と第２光学距離Ｌ₂は発光波長λの１／４倍となる。しかしながら、実際には位相シフトφを考慮して式（Ａ）に基づいて設定される。また、有機化合物層の成膜ばらつきなどで、光学距離が式（Ａ）を完全に満たさない場合も考えられる。しかし、式（Ａ）を満たす光学距離から発光波長の１／１６倍程度のずれであれば干渉効果が得られる。よって、第１光学距離Ｌ₁と第２光学距離Ｌ₂は、以下の式（Ｂ）を満たせばよい。

式（Ｂ）
（λ／１６）×（−１−（４φ／π））≦Ｌ≦（λ／１６）×（１−（４φ／π））

即ち、各有機ＥＬ素子において、第１電極の反射面で光が反射する際の位相シフトφ₁、各有機ＥＬ素子の第２電極の反射面で光が反射する際の位相シフトφ₂に対して、
（λ／１６）×（−１−（４φ₁／π））≦Ｌ₁≦（λ／１６）×（１−（４φ₁／π））
（λ／１６）×（−１−（４φ₂／π））≦Ｌ₂≦（λ／１６）×（１−（４φ₂／π））
を満たしていればよい。

すなわち、青色の有機ＥＬ素子において、以下の式（Ｃ）を満たせばよい。

式（Ｃ）
（λ_B／１６）×（−１−（４φ_1B／π））≦Ｌ_1B≦（λ_B／１６）×（１−（４φ_1B／π））
（λ_B／１６）×（−１−（４φ_2B／π））≦Ｌ_2B≦（λ_B／１６）×（１−（４φ_2B／π））
ここで、φ_1Bは、青色の有機ＥＬ素子の第１電極の反射面で光が反射する際の位相シフト、φ_2Bは、青色の有機ＥＬ素子の第２電極の反射面で光が反射する際の位相シフトである。さらに、φ_1B、φ_2Bがともにおよそ−πであるので、青色の有機ＥＬ素子において、以下の式（Ｃ’）を満たせばよい。

式（Ｃ’）
３λ_B／１６≦Ｌ_1B≦５λ_B／１６
３λ_B／１６≦Ｌ_2B≦５λ_B／１６

また、緑色の有機ＥＬ素子において、以下の式（Ｄ）を満たせばよい。

式（Ｄ）
（λ_G／１６）×（−１−（４φ_1G／π））≦Ｌ_1G≦（λ_G／１６）×（１−（４φ_1G／π））
（λ_G／１６）×（−１−（４φ_2G／π））≦Ｌ_2G≦（λ_G／１６）×（１−（４φ_2G／π））
ここで、φ_1Gは、緑色の有機ＥＬ素子の第１電極の反射面で光が反射する際の位相シフト、φ_2Gは、緑色の有機ＥＬ素子の第２電極の反射面で光が反射する際の位相シフトである。さらに、φ_1G、φ_2Gがともにおよそ−πであるので、緑色の有機ＥＬ素子において、以下の式（Ｄ’）を満たせばよい。

式（Ｄ’）
３λ_G／１６≦Ｌ_1G≦５λ_G／１６
３λ_G／１６≦Ｌ_2G≦５λ_G／１６

また、赤色の有機ＥＬ素子において、以下の式（Ｅ）を満たせばよい。

式（Ｅ）
（λ_R／１６）×（−１−（４φ_1R／π））≦Ｌ_1R≦（λ_R／１６）×（１−（４φ_1R／π））
（λ_R／１６）×（−１−（４φ_2R／π））≦Ｌ_2R≦（λ_R／１６）×（１−（４φ_2R／π））
ここで、φ_1Rは、赤色の有機ＥＬ素子の第１電極の反射面で光が反射する際の位相シフト、φ_2Rは、赤色の有機ＥＬ素子の第２電極の反射面で光が反射する際の位相シフトである。さらに、φ_1R、φ_2Rがともにおよそ−πであるので、赤色の有機ＥＬ素子において、以下の式（Ｅ’）を満たせばよい。

式（Ｅ’）
３λ_R／１６≦Ｌ_1R≦５λ_R／１６
３λ_R／１６≦Ｌ_2R≦５λ_R／１６
また、反射界面での位相シフトφは反射面を形成する材料の屈折率ｎと吸収係数ｋを用いて計算することができる（例えば、ＰｒｉｎｃｉｐｌｅｓｏｆＯｐｔｉｃｓ，ＭａｘＢｏｒｎａｎｄＥｍｉｌＷｏｌｆ，１９７４（ＰＥＲＧＡＭＯＮＰＲＥＳＳ）等参照）。

また、本発明で発光位置が２つの層の界面にある（赤色と青色の有機ＥＬ素子）とは、界面から発光層の内側に０乃至５ｎｍ離れた位置に発光領域の中心があることを示す。また、発光位置が発光層内にある（緑色の有機ＥＬ素子）とは、界面から発光層の内側に５ｎｍを超えて離れた位置に発光領域の中心があることを示す。

［本発明で用いられる材料］
図２の（ａ）の構成を中心に、本発明の好ましい実施形態を説明する。また、基板上に形成される第１電極１が陽極、第２電極５が陰極であり、基板と逆側の第２電極５側から光が取り出される、いわゆるトップエミッション型について説明する。しかし本発明は陽極と陰極が逆でもよく、また基板側から光が取り出される、いわゆるボトムエミッション型でもよい。また用いる材料として例を示すが、本発明で用いる材料は必ずしもここに挙げた材料である必要はなく、好ましい例である。

（第１電極）
図２中の第１電極１は、基板（不図示）上に画素形状に形成され、金属層の反射面を有しているが、該金属層に透明導電材料を積層して用いてもよい。

用いられる金属は、Ａｌ、Ａｇ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｒ、Ａｕ、Ｓｎ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｎｉなどが用いられ、これらの合金を用いてもよく、また、これらの金属からなる層を積層して用いてもよい。透明導電材料としては酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、酸化インジウム亜鉛などの導電性金属酸化物を用いることができる。但し、金属層の反射面に積層して透明導電材料からなる層を第１電荷輸送層２側に配置する場合には、その光学膜厚は、発光位置から第１電極１にある反射面との間の第１光学距離Ｌ₁に含まれる。

（第１電荷輸送層）
第１電極１上には、第１電荷輸送層２が各有機ＥＬ素子で共通に形成される。第１電荷輸送層２は、蒸着、塗布、転写等の方法で形成される。第１電極１が陽極の場合、第１電荷輸送層２は正孔輸送層となる。正孔輸送層にはアリールアミン類など、従来から知られた正孔輸送材料が用いられるが、正孔注入材料と正孔輸送材料、更には電子ブロック材料等を積層して用いてもよい。本発明では正孔注入材料や電子ブロック材料を積層して用いた場合も、合わせて正孔輸送層とする。正孔輸送層に用いられる材料の例を以下に示す。

（膜厚調整層）
第１電荷輸送層２上には、赤色発光の発光層３Ｒ、緑色発光の発光層３Ｇ、青色発光の発光層３Ｂが金属マスクを用いて形成される。そして、図２（ａ）の場合第１電荷輸送層２と赤色発光の発光層３Ｒとの間には膜厚調整層６が金属マスクを用いて蒸着により形成される。

膜厚調整層６に用いられる材料は、図２（ａ）と（ｂ）の構成の場合は、第１電荷輸送層２に用いられるような正孔輸送材料を用いることができるが、第１電荷輸送層２と同じ材料でも異なる材料でもよい。また、膜厚調整層６が陰極側である図３（ａ）と（ｂ）の構成の場合は、赤色発光の発光層３Ｒのホスト材料と同じ材料が好ましい。

（赤色発光層）
赤色発光の発光層３Ｒについては、ホスト材料と発光ドーパント材料と発光層のアシストドーパント材料を含むことが好ましい。赤色発光層３Ｒのホスト材料の例としては、以下の構造式の材料が挙げられる。

また赤色発光層３Ｒの発光ドーパント材料としては、以下の構造式の材料が例として挙げられ、特に好ましいのは、ＲＤ７乃至ＲＤ１１に示すような赤色燐光を発する材料である。これらは発光効率が高いため好ましい。ＲＤ７乃至１１に示す赤色燐光を発する材料を用いた場合、発光位置は赤色の発光層の正孔輸送層側の界面となる場合が多く、図２（ａ）と（ｂ）で示される。

アシストドーパント材料としては、膜厚調整層６が発光層３Ｒの陽極側にある場合、アリールアミン類など、従来から知られた正孔輸送材料を用いるのが好ましく、より好ましくは膜厚調整層６と同じ材料である。アシストドーパント材料と膜厚調整層６が同じ材料であると、赤色の発光層にホール注入がされやすくなり、電圧の低減効果がある。

（緑色発光層）
緑色発光の発光層３Ｇについては、ホスト材料と、発光ドーパント材料と、アシストドーパント材料を含み、好ましくは、下記式（Ｉ）を満たす。

式（Ｉ）
ＬＵＭＯ_Gh＜ＬＵＭＯ_Ga＜ＬＵＭＯ_Ge＜ＨＯＭＯ_Ga＜ＨＯＭＯ_Gh＜ＨＯＭＯ_Ge
上記式（Ｉ）において、ＬＵＭＯ_Gh、ＬＵＭＯ_Ge、ＬＵＭＯ_Gaはそれぞれ、緑色発光層のホスト材料、発光ドーパント材料、アシストドーパント材料のＬＵＭＯ準位の絶対値である。また、ＨＯＭＯ_Gh、ＨＯＭＯ_Ge、ＨＯＭＯ_Gaはそれぞれ、緑色発光層のホスト材料、発光ドーパント材料、アシストドーパント材料のＨＯＭＯ準位の絶対値を示す。

式（Ｉ）を満たす緑色発光の発光層３Ｇの好ましいエネルギーバンド図を図４に示す。発光ドーパント材料は発光層３Ｇの１０重量％以下、アシストドーパント材料は１０重量％乃至９０重量％の含有量である。ホスト材料とアシストドーパント材料は、好ましくは上記式（Ｉ）の関係を満たし、本発明では、バンドギャップの広い方をホスト材料、狭い方をアシストドーパント材料と定義する。

一般に緑色発光層３Ｇは電子輸送性で、発光位置７Ｇが正孔輸送層との界面になるものが多い。しかし図４に示すエネルギーバンド図では、電子は発光ドーパントのＬＵＭＯ準位にトラップされ、発光ドーパント材料は緑色発光層３Ｇの全体積の１０％以下であるため、電子は移動しにくくなる。また、正孔はアシストドーパントのＨＯＭＯ準位にトラップされ、電子と同じく正孔も移動しにくくなる。アシストドーパントの濃度が発光ドーパントの濃度と同程度に低い場合には、電子と正孔の移動度は同程度となるため、再結合位置は発光層の中心近傍となる。しかし、アシストドーパントの濃度を発光ドーパントの濃度よりも増やすことにより、正孔が電子よりも移動しやすくなる。そのため、再結合位置は陰極側に動き、逆にアシストドーパントの濃度を発光ドーパントの濃度よりも減らすと、電子が正孔よりも移動しやすくなるため、再結合位置は陽極側に動く。そのため、電子と正孔の再結合位置はアシストドーパントの濃度により発光層３Ｇの内部で制御することができ、発光位置７Ｇがアシストドーパントの濃度により制御されることになる。発光位置は、アシストドーパントや発光ドーパントのホール移動度によっても変化する。しかしながら、アシストドーパントの濃度が発光ドーパント濃度より高い場合に発光位置が発光層の中心よりも陰極側となり、発光ドーパント濃度より低い場合に発光位置が発光層の中心よりも陽極側になる傾向がある。本発明では、アシストドーパントを発光ドーパントよりも高い濃度で用い、発光層の中心近傍よりも陰極側にすることで発光位置と反射面の光学距離を合わせて発光効率を高める事が出来る。具体的には上述したように発光ドーパント材料は発光層３Ｇの１０重量％以下、アシストドーパント材料は１０重量％乃至９０重量％の含有量である。アシストドーパントの濃度はより好ましくは３０重量％乃至７０重量％の含有量である。

尚、本発明で定義するＨＯＭＯ、ＬＵＭＯの値は、エネルギーレベルの絶対値で示している。ＨＯＭＯは最高被占軌道のことであり、大気中光電子分光法（ＡＣ−２）を用いて測定した。また、ＬＵＭＯは、上記の方法で測定したＨＯＭＯの値から吸収スペクトルの吸収端から求めたバンドギャップを引いて算出した。

緑色発光層３Ｇのホスト材料の例としては、以下の構造式の材料が挙げられる。

また緑色発光層３Ｇの発光ドーパント材料としては以下の構造式の材料が例として挙げられる。

また、緑色発光層３Ｇのアシストドーパント材料としては以下の構造式の材料が例として挙げられる。

（青色発光層）
青色発光の発光層３Ｂについても、ホスト材料と、発光ドーパント材料から形成することができる。青色発光層３Ｂのホスト材料の例としては、以下の構造式の材料が挙げられる。

また青色発光層３Ｂの発光ドーパント材料としては以下の構造式の材料が例として挙げられ、特に好ましいのは、ＢＤ１２乃至ＢＤ１８に示す５員環を構造に含む発光ドーパント材料である。これらは発光効率が高いため好ましい。

ＢＤ１２乃至１８に示す５員環を構造に含む材料は電子トラップ性が高く、発光位置は青色発光層３Ｂの電子輸送層側の界面となる場合が多く、構成は図２（ａ）と図３（ａ）で示される。赤色の有機ＥＬ素子の場合、上述したように図２（ａ）と（ｂ）の場合に効率が高く、最も好ましいのは図２（ａ）の構成となる。

（第２電荷輸送層）
赤色発光の発光層３Ｒ、緑色発光の発光層３Ｇ、青色発光の発光層３Ｂ、膜厚調整層６を金属マスクを用いて蒸着により形成した後には、第２電荷輸送層４が形成される。第２電荷輸送層４は、第１電荷輸送層２と同じく蒸着、塗布、転写等の方法で形成される。第１電極１が陽極の場合、第２電荷輸送層４は電子輸送層となる。電子輸送層には従来から知られたフェナントロリン誘導体等が用いられ、電子輸送層は電子輸送材料と電子注入材料、更には正孔ブロック材料等を積層して用いてもよい。

電子注入材料にはアルカリ金属化合物やアルカリ土類金属化合物を用いるか、それらを有機化合物に含有させて用いてもよい。但し、本発明では電子注入材料や正孔ブロック材料を積層して用いた場合も、合わせて電子輸送層とする。

（第２電極）
第２電荷輸送層４上には、第２電極５が形成される。第２電極５には、第１電極１に用いたような金属が用いられるが、陰極として電子注入を高めるためにアルカリ金属やアルカリ土類金属、それらの化合物を含有させたり積層して用いてもよい。トップエミッション型構成では、第２電極５は半透明電極とし、光を取り出すことができる膜厚に設定される。

上記に述べた構成により、本発明は、金属マスクを４つの層（赤、緑、青色の各発光層３Ｒ，３Ｇ，３Ｂと、赤色の有機ＥＬ素子で用いる膜厚調整層６）を形成するのに用いるだけである。よって、赤、緑、青色それぞれ第１光学距離Ｌ₁及び第２光学距離Ｌ₂を発光波長λの１／４倍に合わせることができる。そして、金属マスクの使用を低減させた上で、発光効率の良いフルカラーの表示装置を提供する事ができる。

（実施例１）
以下、本発明の実施例について説明するが、実施例に用いた材料や素子構成は、好ましい例であるが、これに限定されるものではない。

ガラス基板上にＴＦＴ、有機平坦化層及び画素形状に加工したＡｌ／ＩＴＯ積層電極を形成し、さらにその周辺をポリイミド製素子分離膜で絶縁し、ＵＶ／オゾン洗浄を施した。第１電極１はＡｌ／ＩＴＯ積層電極であり、ＩＴＯの厚さは１０ｎｍとした。

次に、真空蒸着装置（アルバック社製）に取り付け１．３３×１０^-4Ｐａ（１×１０^-6Ｔｏｒｒ）まで排気した。そして、画素形状に加工した全ての第１電極上にわたって上述の正孔輸送材料であるＨＴ１３を１７ｎｍの厚さに蒸着し、第１電荷輸送層２とした。

次に画素形状の金属マスクを用い、第１電荷輸送層２上の赤色の画素となる部分に対して上述の正孔輸送材料であるＨＴ４を４５ｎｍの厚さで蒸着し、膜厚調整層６とした。

続いて画素形状の金属マスクを用い、膜厚調整層６上に、ホスト材料として上述のＲＨ４、発光ドーパントとしてＲＤ９（体積比４％）、アシストドーパントとしてＨＴ４（体積比１５％）を２５ｎｍの厚さに共蒸着し、赤色発光の発光層３Ｒとした。

次に画素形状の金属マスクを用い、第１電荷輸送層２上の緑色の画素となる部分に対して緑色発光層３Ｇを蒸着した。具体的には、ホスト材料として上述のＧＨ３、発光ドーパントとしてＧＤ１６（体積比１．５％）、アシストドーパントとしてＧＤ６５（体積比６０％）を３５ｎｍの厚さに共蒸着した。発光層３Ｇのエネルギーバンドは以下の通りであり、式（Ｉ）に当てはまる。
ＧＨ３：ＨＯＭＯ＝５．７２ｅＶ，ＬＵＭＯ＝２．７８ｅＶ
ＧＤ１６：ＨＯＭＯ＝５．７５ｅＶ，ＬＵＭＯ＝３．２５ｅＶ
ＧＤ６５：ＨＯＭＯ＝５．５８ｅＶ，ＬＵＭＯ＝２．９７ｅＶ

次に画素形状の金属マスクを用い、第１電荷輸送層２上の青色の画素となる部分に対してホスト材料として上述のＢＨ１４、発光ドーパントとしてＢＨ１２（体積比０．５％）を２０ｎｍの厚さに共蒸着し、青色発光の発光層３Ｂとした。

次に第２電荷輸送層４として、下記構造式で示される、フェナントロリン誘導体を全ての発光層３Ｒ，３Ｇ，３Ｂ上にわたって４０ｎｍの膜厚で蒸着した。

次に第２電荷輸送層４上に、炭酸セシウム（体積比３％）とＡｇを６ｎｍの厚さに共蒸着し、更にＡｇを２０ｎｍの厚さに蒸着して第２電極５とした。

その後、基板をグローブボックスに移し、窒素雰囲気中で乾燥剤を入れたガラスキャップにより封止した。

上記手順で得られた表示装置を評価したところ、得られた発光からλ_R＝６２３ｎｍ、λ_G＝５１７ｎｍ、λ_B＝４５２ｎｍであった。

また、上記手順で作製した青色素子について第１光学距離Ｌ_1Bを算出した。第１電極１に用いたＡｌ／ＩＴＯの反射面はＡｌであり、ＩＴＯの膜厚は上述したように第１光学距離Ｌ_1Bに含まれるため、ＩＴＯ、第１電荷輸送層２、発光層３Ｂの光学膜厚の合計である。発光層３Ｂは発光ドーパントが電子をトラップするバンド構造になっており、発光位置７Ｂは第２電荷輸送層４との界面である。従って、ＩＴＯの屈折率を２．０、第１電荷輸送層２と発光層３Ｂの屈折率を１．８として、１０ｎｍ×２．０＋１７ｎｍ×１．８＋２０ｎｍ×１．８＝８６．６ｎｍである。

また、上述した式（Ａ）から算出される光学距離Ｌは、第１電極側の屈折率、吸収係数から算出される位相シフトφ＝−１３９°、λ_B＝４５２ｎｍから、８７．２ｎｍである。よって、作製した有機ＥＬ素子の第１光学距離Ｌ₁は発光波長λ_Bの１／４倍にほぼ合っている。尚、屈折率と吸収係数はそれぞれの材料の膜を実際に分光エリプソメトリー測定装置を用いて測定した。

表１に本実施例で作製した有機ＥＬ素子の各色の第１光学距離Ｌ₁と第２光学距離Ｌ₂、及び式（Ａ）から算出される光学距離をまとめた。緑色の有機ＥＬ素子の発光位置に関しては、アシストドーパントの濃度を最適化した結果、発光層３Ｇと第２電荷輸送層４との界面から発光層３Ｇ内部に７ｎｍ入った部分が発光領域の中心となっているとして算出している。

（比較例１）
緑色の有機ＥＬ素子にも膜厚調整層を形成し、第１光学距離Ｌ_1Gと第２光学距離Ｌ_2Gを発光波長λ_Gの１／４倍の値に設定した表示装置を作製した。

具体的には、緑色の発光層３Ｇの形成の際に、アシストドーパントを共蒸着せず、ホスト材料と発光ドーパント材料のみで２８ｎｍの厚さの緑色発光層３Ｇを形成した。次いで膜厚調整層としてホスト材料ＧＨ３を緑色発光層３Ｇ上に緑色の画素となる部分に対して７ｎｍの厚さに積層した以外は実施例１と同様にして表示装置を作製した。

以上より本実施例と比較例で作製した表示装置に用いた有機ＥＬ素子は各発光層の発光位置と第１電極１にある反射面との間の第１光学距離Ｌ₁と、各発光層の発光位置と第２電極５にある反射面との間の第２光学距離Ｌ₂とが、それぞれ各有機ＥＬ素子の発光波長の１／４倍の値に設定されている。

また、表示装置の評価結果からも本実施例１と比較例１で作製した表示装置は発光効率が同等に高く、良好な表示装置である。比較例１が赤と緑色の有機ＥＬ素子で画素形状の金属マスクを使用し膜厚調整層を形成しているのに対し、実施例１では膜厚調整層は赤色の有機ＥＬ素子のみに形成しており、金属マスクに係るコストが低減されている。

１：第１電極、２：第１電荷輸送層、３Ｒ：赤色発光層、３Ｇ：緑色発光層、３Ｂ：青色発光層、４：第２電荷輸送層、５：第２電極、６：膜厚調整層、７Ｒ：赤色発光位置、７Ｇ：緑色発光位置、７Ｂ：青色発光位置

Claims

赤色発光の有機ＥＬ素子、緑色発光の有機ＥＬ素子、青色発光の有機ＥＬ素子を有し、前記各有機ＥＬ素子が、金属層を有する第１電極と、前記第１電極に接する第１電荷輸送層と、発光層と、第２電荷輸送層と、前記第２電荷輸送層に接して、金属層を有する第２電極と、を順に備え、
前記第１電荷輸送層と前記第２電荷輸送層とが各有機ＥＬ素子に共通で配置されている表示装置であって、
前記青色発光の有機ＥＬ素子において、発光層は前記第１電荷輸送層と第２電荷輸送層に接して配置され、
前記緑色発光の有機ＥＬ素子において、発光層はホスト材料と発光ドーパント材料とアシストドーパント材料を含み、前記第１電荷輸送層と前記第２電荷輸送層に接して配置され、
前記赤色発光の有機ＥＬ素子において、前記第１電荷輸送層と発光層との間、或いは、前記発光層と第２電荷輸送層との間のいずれかに膜厚調整層が配置され、
前記各有機ＥＬ素子において、各発光層の発光位置と第１電極にある反射面との間の第１光学距離Ｌ₁と、各発光層の発光位置と第２電極にある反射面との間の第２光学距離Ｌ₂とが、それぞれ各有機ＥＬ素子の発光波長λ、各有機ＥＬ素子の第１電極の反射面で光が反射する際の位相シフトφ₁、各有機ＥＬ素子の第２電極の反射面で光が反射する際の位相シフトφ₂に対して、
（λ／１６）×（−１−（４φ₁／π））≦Ｌ₁≦（λ／１６）×（１−（４φ₁／π））
（λ／１６）×（−１−（４φ₂／π））≦Ｌ₂≦（λ／１６）×（１−（４φ₂／π））
を満たしていることを特徴とする表示装置。
前記青色発光の有機ＥＬ素子において、前記発光層の発光位置は前記発光層と第２電荷輸送層との界面にあり、前記第１光学距離は前記第１電荷輸送層と発光層の膜厚で設定され、前記第２光学距離は前記第２電荷輸送層の膜厚で設定され、
前記緑色の有機ＥＬ素子において、第１光学距離と第２光学距離は共に、前記第１電荷輸送層と発光層と前記第２電荷輸送層の膜厚と、発光層内のアシストドーパント材料の濃度と、で設定され、
前記赤色発光の有機ＥＬ素子において、前記発光層と第１電荷輸送層の間に前記膜厚調整層を有し、第１光学距離は前記第１電荷輸送層と前記膜厚調整層の膜厚で設定され、前記第２光学距離は前記第２電荷輸送層と発光層の膜厚で設定されている請求項１に記載の表示装置。
前記赤色発光の有機ＥＬ素子において、前記発光層はホスト材料と発光ドーパント材料とアシストドーパント材料を含み、前記膜厚調整層は前記アシストドーパント材料と同じ材料で形成されている請求項２に記載の表示装置。
前記緑色発光の有機ＥＬ素子において、下記式（Ｉ）を満たすことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の表示装置。
式（Ｉ）
ＬＵＭＯ_Gh＜ＬＵＭＯ_Ga＜ＬＵＭＯ_Ge＜ＨＯＭＯ_Ga＜ＨＯＭＯ_Gh＜ＨＯＭＯ_Ge
（式（Ｉ）において、ＬＵＭＯ_Gh、ＬＵＭＯ_Ge、ＬＵＭＯ_Gaはそれぞれ、緑色発光層のホスト材料、発光ドーパント材料、アシストドーパント材料のＬＵＭＯ準位の絶対値であり、ＨＯＭＯ_Gh、ＨＯＭＯ_Ge、ＨＯＭＯ_Gaはそれぞれ、緑色発光層のホスト材料、発光ドーパント材料、アシストドーパント材料のＨＯＭＯ準位の絶対値を示す。）