JP3508741B2 - 表示素子 - Google Patents
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Description
し、特に、有機エレクトロルミネッセンス素子のような
自発光型の表示素子に関する。
(Electroluminescence)を利用した素子(以下「有機E
L素子」という。)は、第1電極と第2電極との間に、
有機正孔輸送層や有機発光層を積層させてなる有機層を
設けてなり、低電圧直流駆動による高輝度発光が可能な
自発光型の表示素子として注目されている。
透過型の有機EL素子の要部断面図を示す。図8に示す
ように、この有機EL素子は、透明な基板1上に、透明
電極2、有機バッファ層3、有機正孔輸送層4、有機発
光層5及び金属電極6を下層から順に積層してなり、有
機発光層5において発生した光hが基板1側から取り出
される。
は、各発光色を有する有機発光層5で発生して取り出さ
れる各色の光hのスペクトルが、図9に示すようにピー
ク幅が広く、特に赤色の光hに関してはピーク波長がよ
り低波長よりである。このため、この有機EL素子を用
いてカラー表示が可能な表示装置を構成した場合、例え
ば、テレビ画像を表示させる程度に十分な色再現範囲を
得ることができなかった。
1と透明電極2との間に誘電体ミラー層(図示せず)を
設けることで、誘電体ミラー層、透明電極2、有機バッ
ファ層3、有機正孔輸送層4、有機発光層5及び金属電
極6からなる共振器構造を設けることが考えられた。こ
の共振器構造を備えた有機EL素子では、有機発光層5
で発生した光hが誘電体ミラー層と金属電極6との間を
往復し、共振波長の光だけが増幅されて基板1側から取
り出される。このため、ピーク強度が高く幅が狭いスペ
クトルを有する光hを取り出すことができ、この有機E
L素子で構成される表示装置の色再現範囲を拡大するこ
とが可能になる。
な共振器構造を備えた有機EL素子のように、取り出さ
れる光hのスペクトルのピーク幅が狭くなると、発光面
を斜め方向から見た場合に、光hの波長が大きくシフト
したり発光強度が低下する等、発光特性の視野角依存性
が高くなる。このため、有機EL素子から取り出される
光のスペクトルの幅は、狭くなりすぎないようにする必
要がある。しかし、この有機EL素子においては、上述
したような視野角依存性を考慮した設計がなされておら
ず、広い視野角において、十分な色再現範囲を維持する
ことができなかった。
認識されやすいホワイト(白色)について特に深刻な問
題となる。図10にホワイトの色度の視野角依存性の計
算例を示す。例えば液晶ディスプレイ(LCD)等の画
面内色ずれの許容範囲はΔuv=0.015程度以内で
あるが、図10に示すように視野角が30°のときには
Δuv=0.006と小さいものの、視野角が60°の
ときにはΔuv=0.0178にもなり、色ずれが非常
に大きくなって許容範囲を超えてしまうことがわかる。
この計算は、図11に示す多重干渉フィルタスペクトル
のピーク波長と図12において点線で示す内部発光スペ
クトル(発光層で発光させた光を多重干渉させずに取り
出した光のスペクトル)のピーク波長(より正確には光
のエネルギー利用効率を最大にするピーク波長)とを一
致させた場合のものである。この場合、光エネルギー取
り出し効率は最大となる。内部発光スペクトルと多重干
渉フィルタスペクトルとを掛け合わせることにより、取
り出される光のスペクトルが図13において実線で示す
ように得られる。
は、視野角依存性があるときの輝度変動量のRGBバラ
ンスを調整し、ホワイトの視野角依存性を減少させるこ
とができる自発光型の表示素子を提供することにある。
に、この発明の第1の発明は、第1電極と第2電極との
間に発光層を含む有機層が挟持されるとともに、第1電
極及び第2電極のうちの光が取り出される方のもの及び
有機層の少なくとも一方が発光層で発光した光を共振さ
せる共振器構造の共振部となるように構成された表示素
子において、発光層の内部発光スペクトルのピーク波長
と共振部による多重干渉フィルタスペクトルのピーク波
長とを互いにずらすことにより、視野角が60°のとき
のホワイトの色ずれΔuvを0.015以下としたこと
を特徴とするものである。
なる第1電極と透明材料からなる第2電極との間に発光
層を含む有機層が挟持されるとともに、第2電極及び有
機層の少なくとも一方が発光層で発光した光を共振させ
る共振器構造の共振部となるように構成された表示素子
において、発光層の内部発光スペクトルのピーク波長と
共振部による多重干渉フィルタスペクトルのピーク波長
とを互いにずらすことにより、視野角が60°のときの
ホワイトの色ずれΔuvを0.015以下としたことを
特徴とするものである。
材料からなる第1電極、発光層を含む有機層及び透明材
料からなる第2電極が順次積層されるとともに、第2電
極及び有機層の少なくとも一方が発光層で発光した光を
共振させる共振器構造の共振部となるように構成された
表示素子において、発光層の内部発光スペクトルのピー
ク波長と共振部による多重干渉フィルタスペクトルのピ
ーク波長とを互いにずらすことにより、視野角が60°
のときのホワイトの色ずれΔuvを0.015以下とし
たことを特徴とするものである。
発生した光が共振部の両端で反射する際に生じる位相シ
フトをΦラジアン、共振部の光学的距離をL、発光層で
発生した光のうちの取り出したい光のスペクトルのピー
ク波長をλmax とした場合、下記の式(1)を満たすよ
うに構成される。 2L/λmax +Φ/2π=m (ただし、mは整数) (1) このような構成の表示素子では、共振部の光学的距離L
が式(1)を満たしていることから、この共振部におい
て波長λmax 近傍の光が多重干渉を起こす。この発明に
おいて、好適には、発光層の内部発光スペクトルのピー
ク波長と共振部による多重干渉フィルタスペクトルのピ
ーク波長とを互いにずらすことにより、視野角が60°
のときのホワイトの色ずれΔuvを0.015以下とす
る。
ば、内部発光スペクトルのピーク波長に対する多重干渉
フィルタスペクトルのピーク波長のずれ量により、視野
角依存性があるときの輝度変動量のRGBバランスを調
整することができる。
て図面を参照しながら説明する。ここでは、この発明を
有機EL素子に適用した表示素子の実施形態を説明す
る。なお、実施形態の全図において、同一または対応す
る部分には同一の符号を付す。
機EL素子を示す。この図1に示す有機EL素子は、い
わゆる上面発光型の有機EL素子であり、基板11上
に、下層から順に第1電極12、有機層13、半透明反
射層14及び第2電極15が順次積層された構成になっ
ている。
導体基板等で構成され、フレキシブルなものであっても
よい。第1電極12は、反射層を兼ねたアノード電極と
して用いられるもので、例えば白金(Pt)、金(A
u)、クロム(Cr)、またはタングステン(W)等の
光反射材料で構成されている。また、この第1電極12
は、膜厚が100nm〜300nmの範囲に設定されて
いることが好ましい。
a、正孔輸送層13b及び電子輸送層を兼ねた有機発光
層13cを下層から順次積層してなる。なお、電子輸送
層は有機発光層13cとは別の層として設けてもよい。
バッファ層13aはリークを防止するための層であり、
例えばm−MTDATA〔4,4',4"-tris(3-methylpheny
lphenylamino)triphenylamine 〕、2−TNATA〔4,
4',4"-tris(2-naphtylphenylamino)triphenylamine〕等
で構成される。なお、バッファ層13aはリークが支障
のないレベルであれば省略してもよい。また、正孔輸送
層13bは、例えばα−NPD〔N,N'-di(1-naphthyl)-
N,N'-diphenyl-〔1,1'-biphenyl 〕-4,4'-diamine 〕で
構成される。そして、有機発光層13cは、赤(R)、
緑(G)、青(B)それぞれの発光色を有する各発光材
料で構成され、例えばGの発光色を有する発光材料とし
てはAlq3(トリスキノリノールアルミニウム錯体)
を用いる。
ッファ層13aが15nm〜300nm、正孔輸送層1
3bが15nm〜100nm、有機発光層13cが15
nm〜100nmの範囲に設定されることが好ましい。
ただし、有機層13及びこれを構成する各層の膜厚は、
その光学的膜厚が後に説明する値になるように設定され
る。
極を構成するもので、例えば、マグネシウム(Mg)や
銀(Ag)、あるいはそれらの合金等で構成されてい
る。この半透明反射層14は、膜厚が5nm〜50nm
の範囲に設定されていることが好ましい。
ジウムスズ(Indium Tin Oxide: ITO)やインジウム
と亜鉛の酸化物等、一般的に透明電極として用いられて
いる材料で構成される。この第2電極15は、膜厚が3
0nm〜1000nmの範囲とする。また、この第2電
極15上には、透明誘電体からなるパッシベーション膜
(図示せず)が設けられている。この透明誘電体は、好
ましくは第2電極15を構成する材料と同程度の屈折率
を有するものとする。このような材料として、酸化シリ
コン(SiO2 )、窒化シリコン(SiN)等を用いる
ことができ、例えば500nm〜10000nmの膜厚
で成膜される。
る第1電極12と有機層13と半透明反射層14とで共
振器構造が構成されており、有機層13が共振部となっ
ている。そして、第1電極12と半透明反射層14との
間の光学的距離、すなわち有機層13からなる共振部の
光学的膜厚をL、有機発光層13cで発生した光hが第
1電極12及び半透明反射層14で反射する際に生じる
位相シフトをΦラジアン、有機発光層13cで発光する
光hの波長をλとすると、多重干渉の1回分の位相遅れ
量δは、 δ=2π・2L/λ+Φ (2) である。ここで、 δ=2π・m (ただし、mは整数) (3) の成り立つλが、狭帯域フィルタである多重干渉フィル
タのピーク波長となる。これをλmax とすると、式
(2)、(3)から 2L/λmax +Φ/2π=m (4) が得られる。Lはこの式(4)を満たすように設定され
る。
はこれを満たすように設定されている。ここで、共振部
の光学的距離Lは、有機層13を構成する各層(この第
1の実施形態においては、バッファ層13a、正孔輸送
層13b及び有機発光層13c)の各屈折率n1,n
2,…,nkと膜厚d1,d2,…,dkとから、下記
の式(5)のように求められる。 L=n1×d1+n2×d2+…+nk×dk (5)
が2−TNATA、正孔輸送層13bがα−NPD、有
機発光層13cがAlq3からなり、それらの厚さがそ
れぞれd1=32nm、d2=30nm、d3=50n
mであり、λ=535nmとすると、n1=1.9、n
2=1.8、n3=1.7であるから、 L=1.9×32+1.8×30+1.7×50=20
0nm となる。
ち、まず、基板(例えば、Si基板)上に反射層(Cr
等)または半透明反射層(Mg、Ag、Mg−Ag合金
等)を200nm以上の膜厚に成膜し、分光エリプソメ
トリー測定装置(例えば、SOPRA社製のもの等)を
用いてこれらの反射層または半透明反射層の屈折率n及
び吸収係数kを求める。
この反射層と接している有機層の屈折率nとを用いて計
算することができる(例えば、Principles of Optics,
MaxBorn and Emil Wolf,1974(PERGAMON PRESS) 等参
照)。
に、そのn、kと、この半透明反射層と接している有機
層の屈折率n、半透明反射層の膜厚、その上方の各透明
膜の屈折率及び膜厚とを用いて計算することができる。
なお、有機層、各透明膜の屈折率も分光エリプソメトリ
ー測定装置を用いて測定可能である。
Φの値の一例を挙げると、λ=535nmに対してΦ=
−4.7ラジアンである。
多重干渉フィルタスペクトルのピーク波長とを一致させ
たときの緑色発光色の取り出される光のスペクトルの視
野角依存性を計算したものである。ただし、m=0であ
る。図2からわかるように、視野角が大きくなるに従っ
て、取り出される光のスペクトルのピークは短波長側に
シフトし、ピーク強度も減少している。一方、図3は多
重干渉フィルタスペクトルのピークを内部発光スペクト
ルのピークよりも25nm長波長側にシフトした場合に
取り出される光のスペクトルの視野角依存性を計算した
ものである。ただし、m=0である。図3より、視野角
が大きくなると、ピーク強度はいったん増加し、その後
減少していくことがわかる。
のである。これより、ピークシフトしていないものは、
視野角が大きくなるに従って輝度が低下しているが、2
5nm長波長側にピークシフトしたものはいったん輝度
が上昇して、その後減少していくことがわかる。シフト
量を様々に変えることにより、輝度変動量も変化させる
ことができる。
度と、ホワイト輝度バランスとが与えられて決定され
る。すなわち、RGB単色の色度をそれぞれ、R:(x
r ,y r )、G:(xg ,yg )、B:(xb ,yb )
とし、ホワイト輝度バランスをYr :Yg :Yb (ただ
し、Yr +Yg +Yb =1)とすると、ホワイトの色度
(xw ,yw )は、 xw =xw ´/(xw ´+1+zw ´) yw =1/(xw ´+1+zw ´) ただし、 xw ´=xr ×Yr /yr +xg ×Yg /yg +xb ×
Yb /yb zw ´=(1−xr −yr )×Yr /yr +(1−xg
−yg )×Yg /yg+(1−xb −yb )×Yb /yb で計算することができる。
(xr ,yr )、(xg ,yg )、(xb ,yb )が短
波長側に変化するとともに、輝度も変動して、ホワイト
輝度バランスYr :Yg :Yb が変化し、上式に従って
ホワイトの色度がずれる。
と多重干渉フィルタスペクトルのピーク波長とのシフト
量を変えることで、視野角があるときの輝度変動量を変
化させて、ホワイト輝度バランスの変化量を調整するこ
とにより、ホワイトの色ずれを改善することができる。
4に示すような内部発光スペクトル及び取り出される光
のスペクトルの場合、赤(R)の多重干渉フィルタスペ
クトルのピーク波長を+10nm、緑(G)の多重干渉
フィルタスペクトルのピーク波長を+4nm、青(B)
の多重干渉フィルタスペクトルのピーク波長を−10n
mずらすことにより、図5に示すように、ホワイトの色
ずれを30°でΔuv=0.002、60°でΔuv=
0.0043と、図11に示す従来例に比べて大幅に減
少させることができた。
ば、多重干渉フィルタスペクトルのピーク波長を内部発
光スペクトルのピーク波長とずらしていることにより、
輝度変動量のRGBバランスを調整することができ、そ
れによってホワイトの視野角依存性を大幅に減少させる
ことができる。また、多重干渉フィルタピーク波長をR
で長波長側、Bで短波長側にずらすことにより、両色の
色度をより深い色にすることができる。
機EL素子を示す。この図6に示す有機EL素子は、図
1に示す第1の実施形態による有機EL素子において、
半透明反射層14と第2電極15と、第2電極15の上
端界面(例えば、大気層との界面)とで共振器構造を構
成したものである。第2電極15の端面と大気層との界
面での反射率は10%程度と大きく、ここでは、透明材
料からなる第2電極15を共振部とした共振器の効果を
利用する。
間の距離、すなわち第2電極15からなる共振部の光学
的距離がL(ここでは、第1の実施形態と区別してL2
とする)となる。
5と同等の屈折率を有する透明誘電体からなるパッシベ
ーション膜が設けられている場合には、このパッシベー
ション膜と第2電極15とが共振部となる。
るので、説明を省略する。この第2の実施形態によって
も、第1の実施形態と同様な利点を得ることができる。
機EL素子を示す。この図7に示す有機EL素子は、第
1電極12を光反射材料からなるカソード電極とし、第
2電極15を透明電極からなるアノード電極とし、第1
電極12側から順次有機発光層13c、正孔輸送層13
b及びバッファ層13cを積層したものである。この場
合、有機層13と第2電極15とを合わせて一つの共振
部とし、有機発光層13cで発生した光を有機層13の
下端(第1電極12との境界面)と第2電極14の上端
(大気層との境界面)とで反射させる。有機層13と第
2電極15との光学的距離がLとなる。
5と同等の屈折率を有する透明誘電体からなるパッシベ
ーション膜が設けられている場合には、このパッシベー
ション膜と第2電極15とが共振部となる。
るので、説明を省略する。この第3の実施形態によって
も、第1の実施形態と同様な利点を得ることができる。
に説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定され
るものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の
変形が可能である。
値、構造、形状、材料等はあくまでも例にすぎず、必要
に応じて、これらと異なる数値、構造、形状、材料等を
用いてもよい。
ては、アノード電極を、高仕事関数の金属膜からなる第
1電極12で構成したが、アノード電極は、誘電体多層
膜やアルミニウム(Al)等の反射膜の上部に透明導電
膜を重ねた2層構造にしてもよい。この場合、この反射
膜がこの発明における第1電極となる。そして、透明導
電膜は、共振部の一部を構成するものとなる。
t、Au、Cr等の高仕事関数を有する材料からなる半
透明反射層(図示せず)を、有機層13と第2電極15
との間に設けてもよい。この場合は、共振部の構造は、
第1の実施形態及び第2の実施形態と同様になる。
いては、この発明を上面発光型の有機EL素子に適用し
た場合について説明したが、この発明は、透明な基板1
1を用いた透過型の有機EL素子に適用することも可能
である。また、基板11上の薄膜トランジスタに接続さ
れた有機EL素子にも適用することが可能である。
組み合わせて有機EL素子を構成することも可能であ
る。例えば、第2の実施形態を第1の実施形態と組み合
わせて有機EL素子を構成してもよい。また、第2の実
施形態で説明した共振部の構成は、有機層13からなる
共振部にも適用可能である。しかし、第2の実施形態で
説明した共振部は、その膜厚が比較的厚くなることを考
慮すると、膜厚が厚くなる方向への自由度が比較的高い
第2電極15を共振部とする構成に好適である。また、
第1の実施形態で説明した共振部の構造は、第2電極1
5(及びその上部のパッシベーション膜)からなる共振
部にも適用可能である。
ば、発光層の内部発光スペクトルのピーク波長と共振部
による多重干渉フィルタスペクトルのピーク波長とを互
いにずらしていることにより、このピーク波長のずれ量
により、視野角依存性があるときの輝度変動量のRGB
バランスを調整することができ、それによってホワイト
の視野角依存性を減少させることができる。
L素子を示す要部断面図である。
L素子との比較例の有機EL素子(G発光)の視野角依
存性を示す略線図である。
L素子の視野角依存性を示す略線図である。
L素子における内部発光スペクトル及び取り出される光
のスペクトルを示す略線図である。
L素子のUV色度図を示す略線図である。
L素子を示す要部断面図である。
L素子を示す要部断面図である。
面図である。
色のスペクトルを示す略線図である。
示す略線図である。
渉フィルタスペクトルを示す略線図である。
光スペクトルを示す略線図である。
有機発光層、14・・・半透明反射層、15・・・第2
電極
Claims (6)
- 【請求項1】 第1電極と第2電極との間に発光層を含
む有機層が挟持されるとともに、上記第1電極及び上記
第2電極のうちの光が取り出される方のもの及び上記有
機層の少なくとも一方が上記発光層で発光した光を共振
させる共振器構造の共振部となるように構成された表示
素子において、 上記発光層の内部発光スペクトルのピーク波長と上記共
振部による多重干渉フィルタスペクトルのピーク波長と
を互いにずらすことにより、視野角が60°のときのホ
ワイトの色ずれΔuvを0.015以下としたことを特
徴とする表示素子。 - 【請求項2】 光反射材料からなる第1電極と透明材料
からなる第2電極との間に発光層を含む有機層が挟持さ
れるとともに、上記第2電極及び上記有機層の少なくと
も一方が上記発光層で発光した光を共振させる共振器構
造の共振部となるように構成された表示素子において、 上記発光層の内部発光スペクトルのピーク波長と上記共
振部による多重干渉フィルタスペクトルのピーク波長と
を互いにずらすことにより、視野角が60°のときのホ
ワイトの色ずれΔuvを0.015以下としたことを特
徴とする表示素子。 - 【請求項3】 基板上に光反射材料からなる第1電極、
発光層を含む有機層及び透明材料からなる第2電極が順
次積層されるとともに、上記第2電極及び上記有機層の
少なくとも一方が上記発光層で発光した光を共振させる
共振器構造の共振部となるように構成された表示素子に
おいて、 上記発光層の内部発光スペクトルのピーク波長と上記共
振部による多重干渉フィルタスペクトルのピーク波長と
を互いにずらすことにより、視野角が60°のときのホ
ワイトの色ずれΔuvを0.015以下としたことを特
徴とする表示素子。 - 【請求項4】 上記発光層で発生した光が上記共振部の
両端で反射する際に生じる位相シフトをΦラジアン、上
記共振部の光学的距離をL、上記発光層で発生した光の
うちの取り出したい光のスペクトルのピーク波長をλ
max とした場合、下記の式(1) を満たすように構成されていることを特徴とする請求項
1〜3のいずれか一項記載の表示素子。 - 【請求項5】 m=0であることを特徴とする請求項4
記載の表示素子。 - 【請求項6】 基板上に上記第1電極、上記有機層及び
上記第2電極が順次積層されていることを特徴とする請
求項1記載の表示素子。
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