JP4779171B2 - 複数波長発光素子および電子機器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機電界発光（ＥＬ：Electro-Luminescence）素子などに適する複数色発光可能な発光素子に係り、特に反射層の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
異なる屈折率を有する層を交互に積層した誘電体多層膜と反射層とを組み合わせて特定波長の光を反射させることが知られている。信学技報、ＯＭＥ94-79(1995-03)、pp7-12には、この誘電体多層膜による微小共振構造を利用して多色発光をさせるための考察が記載されている。この文献によれば微小共振構造において反射が起こる反射面と発光層の位置とを調整することにより、発光層に含まれる波長のうちいずれか共振した光が出力できる旨が記載されている。
【０００３】
例えば、特開平６−２７５３８１号公報には、図９に示すような層構造の発光素子が記載されている。この発光素子は、透明基板１００、微小共振構造１０２，陽極１０３、正孔輸送層１０４，有機電界発光（ＥＬ）層１０５および陰極１０６を備えている。このうち陽極１０３の厚みをそれぞれ変更して共振する光の波長を選択するものである。陰極の材料としては、アルミニウムやアルカリ金属が使用されていた。
【０００４】
従来の電界発光素子において、陰極は理論的には光を全反射するものとして設計されていた。実際には、ＥＬ層の相対駆動抵抗（relative drive resistance）を小さくするためになるべく薄くなるように設定することがあった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、陰極を薄く形成した場合、その反射率は必ずしも十分ではなく、一部の光は反射されずに電界発光素子の背面に漏れ出ていた。光の利用率は、全反射すると仮定した理想的な反射層に比べ、大分低いものになっていた。特に、特開平６−２７５３８１号のような微小共振構造からなるミラーを、ＥＬ層の前面（光出力側）に配置して波長選択性を上げた場合には、このミラーから発光層側に戻される光の量が増加する。このような構造の従来品ではＥＬ層の背面にある陰極の反射率が低いので、光の利用率が格段に下がることが問題となっていた。
【０００６】
光の反射効率のみを考えた場合には、反射率の高い材料は公知であったが、電界発光素子の陰極にはエネルギー準位など材料に対する制約があるため、従来品では反射率の高い陰極を使用できなかった。
【０００７】
漏れ出た光を反射ミラーで戻してやることも考えられるが、反射ミラーとして薄膜素子に適当なものは考案されていなかった。
【０００８】
本願発明の第１の課題は、複数の波長について従来より高い効率で発光させることができる複数波長発光素子を提供することである。
【０００９】
本願発明の第２の課題は、複数の波長について従来より高い効率であって、シンプルな構造の複数波長発光素子を提供することである。
【００１０】
本願発明の第３の課題は、複数の波長について従来より高い効率で発光させることができる電子機器を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、波長の異なる複数の光を発する複数波長発光素子であって、
１）出力すべき波長成分を含んだ光を発する発光手段と、
２）前記発光手段の第１の面側に配置され、前記光の少なくとも一部を透過する半透過層と、
３）前記発光手段の前記第1の面側に前記半透過層を介して設けられ、前記発光手段から前記半透過層を介して当該第1の面側に射出された（ejected to or transmitted towards）光のうち特定の波長を有する光を反射する反射層が、出力すべき光の波長に対応させて光軸に垂直に順に積層されている反射層群と、
４）前記発光手段の前記第１の面に対向する第2の面側に設けられ、前記発光手段から当該第２の面側に射出さ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軸に垂直に順に積層されている半反射層群と、を備えている。
【００１２】
出力される光の波長が異なる２以上の発光領域の各々において、当該発光領域で出力される波長の光を反射する前記反射層群中の反射層における前記発光手段からの光に対する反射面と、当該発光領域で出力される波長の光の一部を反射する前記半反射層群中の半反射層における前記発光手段からの光に対する反射面と、の距離が、当該発光領域から射出される光について共振する光学距離となるように調整されている。
【００１３】
上記構成によれば、発光手段から第１の面（背面）側に射出され半透過層を透過して漏れ出た光は、反射層群の作用によって最適化されて再び半透過層を通過して、発光素子の第２の面（前面）側に射出される。半反射層と反射層との距離を調整することにより、当該発光領域から出力される光の波長が定まる。当該発光領域において、出力させる光の波長以外の波長を有する光に対して最適化されている他の反射層は、単に一定の減衰率を有する半透明層としてどの発光領域でも均等に作用するだけなので、複数波長の光の間で光量のバランスを保つことが可能である。
【００１４】
本明細書における用語を以下のように定義する。「発光手段」に限定はないが、少なくとも出力させたい光の波長成分を含むことを必要とする。「反射層」は平面を成していることが好ましいが、必ずしも均一な平面でなくともよい。「発光領域」とは、ある波長分散を有する光を出力するための領域であり、発光領域ごとに異なる波長の光が出力されることを意味している。「波長」には、いわゆる可視光領域の波長のみならず、紫外線や赤外線など広い範囲の波長を総て含む。「反射層」には、屈折率の異なる複数膜を積層して干渉させる積層構造の他に、単純な全反射ミラー、ハーフミラーや偏光板のような構造をも含む。「半反射層」には、屈折率の異なる複数膜を積層して干渉させる積層構造の他に、ハーフミラーや偏光板のような構造をも含む。「光学距離」（Optical Path Length）とは媒体の屈折率と厚みとの積に相当する距離をいう。
【００１５】
上記半透過層の厚みは、前記反射層群により反射された光が再び当該半透過層を透過して発光手段の第２の面側に射出される光の位相と、当該発光手段の第２の面側に直接射出される光の位相とが一致するように調整されている。
【００１６】
ここで波長λの光を射出させる発光領域では、前記発光手段における発光点と前記反射層群における波長λの光に対する反射層の反射面との間に存在する各層の屈折率をｎｉ、その厚みをｄｉ、ｍを自然数とした場合に、
Σ（ｎｉ・ｄｉ）＝ｍ・λ／２
を満たす関係に調整されていることが好ましい。
【００１７】
例えば本発明では、前記反射層の前記発光手段からの光に対する反射面と前記半反射層の前記発光手段からの光に対する反射面との距離を調整する間隙調整層を、前記半透過層と前記反射層群との間に備えている。
【００１８】
例えば、上記反射層群は、波長が異なる複数光の各波長に応じた複数種類の反射層が、各前記発光領域間で分離して構成されている。
【００１９】
具体的には、前記反射層群中の反射層における前記発光手段からの光に対する反射面が、各前記発光領域ごとに厚み方向で異なる位置にある。
【００２０】
具体的には、波長λの光を射出させる発光領域では、波長λの光を出力する前記反射層の前記発光手段からの光に対する反射面と前記半反射層の前記発光手段からの光に対する反射面との距離Ｌが、これら反射面の間にあるｉ番目の物質の屈折率をｎｉ、その厚みをｄｉ、ｍを自然数とした場合に、
Ｌ＝Σｄｉ
Σ（ｎｉ・ｄｉ）＝ｍ・λ／２
を満たす関係に調整されている。
【００２１】
好ましくは、上記反射層群では、前記発光手段側に、より波長の長い光を反射する反射層が配置されている。
【００２２】
誘電体多層膜で反射層が構成される場合、上記反射層群を構成する各反射層は、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。
【００２３】
各前記反射層は、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。
【００２４】
例えば、上記半透過層の前記反射層群側の面は、総ての発光領域において同一平面上となるように形成されている。
【００２５】
例えば、上記反射層群は、波長の異なる複数の光の各波長に応じた複数種類の反射層が、各発光領域間で分離されることなく一様に積層されている。
【００２６】
例えば、上記反射層群は、各前記反射層の間に、前記反射層における前記発光手段からの光に対する反射面と前記半反射層の前記発光手段からの光に対する反射面との光学距離を調整するためのスペーサを、当該反射層間に備えている。
【００２７】
例えば、上記反射層群は、前記反射層における前記発光手段からの光に対する反射面と前記半反射層における前記発光手段側の光に対する反射面との光学距離を調整するために、当該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。
【００２８】
一例として、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場合がある。
【００２９】
他の例として、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場合がある。
【００３０】
具体的な態様として、上記発光手段は、電極で挟持された有機電界発光層であって、その前記第１の面に設けられる電極を前記半透過層としている。
【００３１】
この発光手段は、電子輸送層または／および正孔輸送層を備えていてもよい。
【００３２】
本発明は、波長の異なる複数の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有機電界発光層と、前記有機電界発光層の第1の面に配置され、当該有機電界発光層の第１の面側に射出された光を反射する電極と、を備える。そして電極は、ダイヤモンド、窒化ホウ素および窒化アルミニウムで構成される群のなかの選択される一の物質で構成されていることを特徴とする複数波長発光素子である。
【００３３】
本発明は、上記した本発明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である。
【００３４】
【発明の実施の形態】
次に本発明の好適な実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
【００３５】
（実施形態１）
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、背面に漏れ出た光を前面に戻すことが可能な高効率の複数波長発光素子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。図面下側が発光素子の第２の面に対するの光の射出側（前面）であり、上側が発光素子の第１の面に対する光の射出側（背面）である。
【００３６】
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、陰極５、間隙調整層６および反射層群７を備えている。本発明の層構造は、発光層４、陰極５、間隙調整層６および反射層群７に関する。発光層４の前面側の構成は、例示に過ぎず他の構造を備えていてもよい。
【００３７】
当該複数波長発光素子は、光軸に垂直な方向において異なる波長の光を反射する少なくとも２以上の発光領域のいずれかに分けられている。本実施例では、原色として赤色（Ｒ)、緑色（Ｇ）および青色（Ｂ）を想定するので、赤色の波長λ_Ｒの光を反射し射出する発光領域Ａ_Ｒ、緑色の波長λ_Ｇの光を反射し射出する発光領域Ａ_Ｇおよび青色の波長λ_Ｂの光を反射し射出する発光領域Ａ_Ｂを備えることになる。
【００３８】
発光層４Ｒ、４Ｇ、４Ｂは、出力すべき波長成分を含んだ光を発する発光手段であり、それぞれが有機ＥＬ材料で形成されている。各有機ＥＬ材料は、各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ものが用いられる。発光層の材料には、有機電界発光素子材料として研究開発されている材料を適用可能であり、例えば特開平10-163967号や特開平8-248276号に記載されているものを使用する。具体的には、赤色の発光層４Ｒの材料としては、シアノポリフェニレンビニレン前駆体、2-1,3',4'-ジヒドロキシフェニル-3,5,7-トリヒドロキシ-1-ベンゾポリリウムパークロレート、ＰＶＫにＤＣＭ１をドーピングしたものなどを用いる。緑色の発光層４Ｇの材料としては、ポリフェニレンビンレン前駆体、2,3,6,7-テトラヒドロ-11-オキソ-1H、5H、11H-(1)ベンゾピラノ[6,7,8-ij]-キノリジン-10-カルボン酸、ＰＶＫにコータミン６をドーピングしたものなどを用いる。青色の発光層４Ｂの材料としては、アルミニウムキノリノール錯体、ピラゾリンダイマー、2,3,6,7-テトラヒドロ-9-メチル-11-オキソ-1H、5H、11H-(1)ベンゾピラノ[6,7,8-ij]-キノリジン、ジスチル誘導体、ＰＶＫに1,1,4,4-トリフェニル-1,3-ブタジエンをドーピングしたものなどを用いる。
【００３９】
発光面が発光層の中心に位置するかどうかは、電荷の輸送層が存在するか否かによって変化する。各発光層の厚みは反射面を構成する陰極と発光波長との関係に応じて定める。
【００４０】
陰極５は、発光層の背面に配置され、光の少なくとも一部を透過する半透過層として作用するものである。有機ＥＬ素子の陰極として作用させるために仕事関数の小さい（４ｅＶ以下）の金属、合金、電気伝導性化合物やこれらの混合物が用いられる。特に本実施形態では背面に漏れ出た光を反射層が戻すことが可能に構成されているので、光の反射率を考慮する必要がない。具体的に陰極材料としては、ナトリウム、ナトリウム−カリウム合金、マグネシウム、リチウム、マグネシウム／銅混合物、マグネシウム／銀混合物、マグネシウム、アルミニウム混合物、マグネシウム／インジウム混合物、アルミニウム／酸化アルミニウム混合物、インジウム、リチウム／アルミニウム混合物、希土類金属、ハロゲン化合物などが挙げられる。陰極５は半透過層として、単層または複数層からなる積層体のいずれであってもよい。
【００４１】
上記陰極５の厚みは、反射層群７により反射された光が再び当該半透過層を透過して発光層４の前面に射出される光の位相と、当該発光層４の前面に直接射出される光の位相とが一致するように調整されていることが好ましい。例えば、波長λの光を射出させる発光領域では、前記発光手段における発光点と前記反射層群における波長λの光に対する反射層の反射面との間に存在する各層（陰極が複数層から構成される場合には各層の物質）の屈折率をそれぞれｎｉ、それぞれの厚みをｄｉ、ｍを自然数とした場合に、
Σ（ｎｉ・ｄｉ）＝ｍ・λ／２ …（１）
を満たす関係に調整されている。さらに好ましくは、発光手段における発光点と半反射層群における波長λの光に対する反射面との間に存在する各層の屈折率をそれぞれｎｉ、それぞれの厚みをｄｉ、ｍを自然数とした場合にも、上記（１）式の関係を満たすことが好ましい。
【００４２】
間隙調整層６は、反射光の光学距離調整のために設けられる層であり、光の透過性があればその材料を問わない。間隙調整層６の材料としては、光透過性のある有機物または無機物、例えば、ＳｉＯ_２やＳｉ_３Ｎ_４、ＴｉＯ_２などの誘電体を使用可能である。
【００４３】
間隙調整層６の厚みは、各発光領域において、反射層の発光層側の反射面と半反射層の発光層側の反射面との距離が、当該発光領域で反射される光について共振する光学距離（Ｌ_Ｒ，Ｌ_Ｇ、Ｌ_Ｂ）となるように調整されている。
【００４４】
好ましくは、波長λの光を反射させる発光領域では、波長λの光を反射する反射層７の陰極５側の反射面と、半反射層２の陰極側の反射面との距離Ｌが、
Ｌ＝Σｄｉ
Σ（ｎｉ・ｄｉ）＝ｍ・λ／２ …（２）
を満たす関係に調整されている。ただし、（２）式では、反射層７の陰極側の反射面と半反射層２の陰極側の反射面との間に存在する各層の屈折率をｎｉ、その厚みをｄｉ、ｍを自然数とする。
【００４５】
反射層群７は、陰極５の背面に配置され、陰極５を透過して背面に発せられた光のうち特定の波長を有する光をそれぞれ反射する反射層７Ｒ，７Ｇ、７Ｂが、反射すべき光の波長に対応させて、光軸に垂直な面において順に（ordered in a plane perpendicular to the light axis）積層されて構成される。反射層７Ｒは赤色の波長（６２５ｎｍ付近）に対して干渉するように最適化されている。反射層７Ｇは緑色の波長（５２５ｎｍ付近）に対して干渉するように最適化されている。反射層７Ｂは青色の波長（４５０ｎｍ付近）に対して干渉するように最適化されている。
【００４６】
反射層群７は、陰極５に近い側に、より波長の長い光（赤色）に対し共振する反射層７Ｒが配置され、陰極より遠い側に、より波長の短い光（緑色）に対して共振する反射層７Ｇおよび７Ｂが順番に並ぶように配置されている。短い波長の光はより長い波長の光に対して最適化された半反射層で反射されにくいため、このような順番にすることで効率のよい反射ミラーを構成できるからである。
【００４７】
本実施形態の反射層群７は、複数種類の反射層が、各発光領域間で分離して構成され、又は各発光領域に対して特別に設定された状態（defined specifically for each light emission region）で構成されている。これは発光層４における前面側の発光条件を調整するため、各色に対応した発光層が異なる位置に形成されているからである。背面側では、前面側と同様に独立して発光条件を調整する必要があるため、反射層群７を発光領域ごとに分離して移動させる必要があるからである。ただし、光学距離の条件を満たすことができるのであれば、必ずしも分離して形成しなければならないわけではない。つまり反射層群の反射層における発光層側の反射面と半反射層群の半反射層における発光層がわの反射面との光学距離を、いずれの発光領域の波長についても共振し得るように調整できるのであれば、反射層を総ての発光領域において連続的に形成可能である。
【００４８】
図２に、反射層群７の各反射層における層構造の拡大図と干渉条件の説明図を示す。各反射層は、屈折率の異なる二層である第１層７１と第２層７２とが交互に積層されて構成されている。屈折率と厚みに対する干渉条件としては、第１層７１の屈折率をｎ_１、その厚みをｄ_１とし、第２層７２の屈折率をｎ_２、その厚みをｄ_２とした場合、
ｎ_１・ｄ_１≒ｎ_２・ｄ_２≒（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進む場合に反射が生じるので、陰極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、
ｎ_１＞ｎ_２
となるように設定する。
【００４９】
反射層７Ｒ、７Ｇ、７Ｂの具体的な材料としては、屈折率の異なる誘電体を（３）式の関係を満たすように積層していく。例えば、屈折率２．４のＴｉＯ_２を第１層７１、屈折率１．４４のＳｉＯ_２を第２層７２として使用する。または、屈折率２．３７のＺｎＳを第１層７１として、屈折率１．３８のＭｇＦ_２を第２層７２として使用する。ただし反射層の構成層は誘電体に限ること無く、例えば特開平10-133222号公報に記載されているように樹脂と液晶とからなる積層構造であってもよい。各反射層では第１層と第２層それぞれの厚みが、その反射層における波長に適合するように調整されている。第１層と第２層との屈折率の差が少ない場合には反射率が低くなるので、多数層を積層するようにする。
【００５０】
有機電界発光素子の前面側の構成には限定がないが、本実施形態では、背面側の構成と同様の微小共振構造を備えるものとしている。
【００５１】
陽極３は、光透過性を示し、かつ有機ＥＬ素子の陽極として作用するように設けられる。陽極の材料は、仕事関数の大きい（４ｅＶ以上）の金属、合金、電気伝導性化合物やこれらの混合物が用いられる。好ましくはＩＴＯが挙げられ、光透過性を確保可能な程度に薄くするなら、その他Ａｕ等の金属、ＣｕＩ、ＳｎＯ_２、ＺｎＯが用いられる。
【００５２】
陽極３は、背面側における間隙調整層６における共振条件調整と同様にして、その厚みが形成されている。
【００５３】
半反射層群２は、半反射層２Ｒ、２Ｇおよび２Ｂから構成されている。各半反射層２Ｒ、２Ｇおよび２Ｂにおける構成は反射層７Ｒ、７Ｇおよび７Ｂの構成と同様に考えられる。すなわち、屈折率の異なる第１層と第２層とが交互に積層されて構成されている。ただし、相対的な発光層４の位置が逆になっているため、積層の順番が反射層群７の逆となっている。
【００５４】
基板１は、製造時における基台となるものであり、光透過性を備え、一定の機械的強度や環境耐性（environmental protection）を備え、製造時の熱処理に耐えられる材料で構成されている。例えば、ガラスや石英、樹脂などが適用される。
【００５５】
上記構成において、陰極５は発光層４から背面に射出された光の一部を透過する。陰極５を透過した光は、反射層群７に入射する。間隙調整層６は、反射層群の反射層における反射面と半反射層群の半反射層における反射面との光学距離を、各発光領域の光に対して与えている。反射層群７では、それぞれの反射層７Ｒ，７Ｇまたは７Ｂが、対応する色の光に対して反射可能であって、反射面間で共振条件を満たすように設定されている。各発光領域では、その発光領域に対応する光のみが反射層で反射され、再び陰極５を透過して発光層４に届く。発光層４から前面に射出される光の一部は、半反射層群の半反射層においても反射され、発光層側に戻される。このため反射層の反射面と半反射層の反射面との間で光の共振が生ずる。ここで、前面からの反射光と背面からの反射光との位相が合うように陰極５の厚みを調整した場合、共振により光のスペクトルが先鋭化され、光が強められ、発光素子から外部に射出される。
【００５６】
なおこの複数波長発光素子を電子機器に用いるためには、陽極および陰極間に発光領域単位で独立して制御電圧を印加可能に駆動回路を構成して接続しておく。画像データの示す画素のオン・オフ状態に応じて駆動回路を駆動し制御電圧を発光領域ごとに加えれば、発光する画素（反射）領域と発光しない画素領域とが画像データに応じて変動するので、全体としてカラー表示が行えることになる。
【００５７】
上記したように実施形態１によれば、陰極の背面に漏れ出た光が背面側の反射層と前面側の半反射層との間で、最適な条件で強め合うので、発光効率のよい複数波長発光素子を提供可能である。
【００５８】
また本実施形態によれば、波長の長いものに最適化させた反射層を備えたので、他の波長の光に影響を与えることなく効率を上げることが可能である。
【００５９】
また本実施形態によれば、有機ＥＬ素子を発光手段として採用したので、多様な材料から適当な波長分散を有する材料を選択可能である。
【００６０】
また本実施形態によれば、発光波長単位で発光材料を変化させたので、より高い純度および高い強度の光を出力させることができる。
【００６１】
また本実施形態によれば、陰極における光の透過を許容するので、材料選択の幅が広がる。
【００６２】
（実施形態２）
上記実施形態１では発光領域ごとに異なる発光層を設けていたが、本実施形態２では総ての発光領域に共通の発光層を備える。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、発光層４ｂ、陰極５、間隙調整層６および反射層群７を備えている。
【００６３】
本実施形態では発光層４ｂが総ての発光層に共通に設けられている点に特徴がある。このような発光層４ｂの材料としては、各発光領域から供給される光の波長成分をバランスよく含んでいる広スペクトル帯域（broad spectral-range）発光の材料を用いることが好ましい。このような材料として、例えばアルミニウムキレート（Ａｌｑ_３）、ポリパラフェニレンビニレンなどを用いることができる。
【００６４】
その他の構成や光学的な条件については、上記実施形態１と同様に考えられる。なお、発光層の電荷輸送能力が低い場合には、後述する実施形態のように正孔輸送層および／または電子輸送層を備えてもよい。
【００６５】
上記構成において、発光層４ｂからは出力すべき総ての波長成分を含んだ光が背面に射出される。反射層群７では、いずれの反射層においてもその反射層に最適化された波長の光が反射される。しかし半反射層の発光層側の反射面と各反射層の反射面との距離が、発光領域ごとにいずれか一の光に対してのみ共振条件に合致するよう最適化されているため、その共振条件に合っている波長の光のみスペクトルが先鋭化されて反射される。
【００６６】
上記実施形態２によれば、上記実施形態１と同様の効果を奏する他、発光層を発光領域ごとに個別に作成する必要がなくなるため、製造が容易である。
【００６７】
（実施形態３）
本発明の実施形態３は、上記実施形態の有機ＥＬ素子にさらに電子輸送層を備えた構成に関する。
【００６８】
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、発光層４、電子輸送層８、陰極５、間隙調整層６および反射層群７を備えている。
【００６９】
電子輸送層８は、電子注入層ともよばれ、陰極から注入された電子を発光層に効率よく伝達する機能を備える。電子輸送層の材料としては、例えば特開平10-163967号や特開平8-248276号、特開昭59-194393号に記載されているものを使用可能である。具体的には、ニトロ置換フルオレン誘導体、アントラキノジメタン誘導体、ジフェニルキノン誘導体、チオピランジオキシド誘導体、ナフタレンペリレン等の複素環テトラカルボン酸無水物、カルボジイミド、フレオレニリデンメタン誘導体、アントラキノジメタンおよびアントロン誘導体、オキサジアゾール誘導体、キノキサリン誘導体などを使用可能である。その厚みは電子輸送機能を十分に果たせる程度にする。
【００７０】
電子輸送層はあっても無くてもよく、有機ＥＬ材料との兼ね合いで電子輸送層を設けるか設けないかを決定すればよい。
【００７１】
発光層４と陽極３との間に、正孔輸送層を備えていてもよい。正孔輸送層としては、正孔の注入機能及び／または電子の障壁となる機能を備えた有機物または無機物を使用する。例えば特開平10-163967号や特開平8-248276号に記載されているものを使用可能である。
【００７２】
その他の層構造については上記実施形態１と同様なのでその説明を省略する。
【００７３】
上記実施形態３によれば、上記実施形態１と同様の効果を奏する他、電子輸送層を備えるので有機ＥＬ素子の発光効率が高まり、さらに明るい発光素子を得ることができる。
【００７４】
（実施形態４）
本発明の実施形態４は、陰極の厚みを発光領域ごとに変えた構成に関する。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、発光層４、陰極５ｂ、間隙調整層６ｂおよび反射層群７を備えている。
【００７５】
陰極５ｂは、反射層群７側の面が総ての発光領域において同一平面上になるように厚みが調整されている点で実施形態１における陰極５と異なる。間隙調整層６ｂは、陰極５ｂにおける反射層群７側の面の位置が変わったことにより、各発光領域の共振条件を一致させるために厚さを実施形態１の間隙調整層６から変更してある点で異なる。その他の構成については、上記実施形態と同様である。なお、上記実施形態２や３のように、正孔輸送層および／または電子輸送層を設けてもよいし、発光層を総ての発光領域で共通に設けてもよい。
【００７６】
上記実施形態４によれば、陰極５ｂの反射層群７側の面を平面状に形成したため、間隙調整層６ｂや反射層群７が製造し易くなった点に利点がある。
【００７７】
（実施形態５）
上記各実施形態では間隙調整層の厚みを発光領域ごとに異ならせて共振条件を設定していたが、本発明の実施形態５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。
【００７８】
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、陰極５ｂ、スペーサ９Ｒ、９Ｇおよび９Ｂを備えた反射層７Ｒ，７Ｇ，７Ｂを備えている。本実施形態の複数波長発光素子は、反射層が総ての発光領域にわたって一様に配置されている点に特徴がある。
【００７９】
陽極３、発光層４および陰極５は総ての発光領域に亙って均一な厚みに形成されている。
【００８０】
半反射層群２は、各半反射層の間にスペーサ１０Ｂと１０Ｇとを備えている。スペーサの内容については、後述するスペーサ９Ｇ，９Ｂと同様に考えられる。
【００８１】
発光層４の材料としては、赤色発光領域Ａ_Ｒの発光層４Ｒでは赤色光の波長成分を、緑色発光領域Ａ_Ｇの発光層４Ｇでは緑色光の波長成分を、青色発光領域Ａ_Ｒの発光層４Ｂでは青色光の波長成分をそれぞれ多く含み、他の波長成分を比較的少なく含むものをそれぞれ選択する。本実施形態では層構造がいずれの発光領域について同じであるため、発光層自体の特性で発光波長を規定する必要があるからである。
【００８２】
陰極５ｂは、実施形態４と同様に反射層群側の面が総ての発光領域で均一な平面になるように調整される。均一な面にするのは、背面側の積層構造を作成し易くするためである。
【００８３】
スペーサ９Ｒは、総ての発光領域において、均一な厚みに設定される層であり、赤色の発光領域において共振条件を満たすように間隙を調整する層である。スペーサ９Ｇや９Ｂ、１０Ｂ，１０Ｇは、赤色以外の発光領域において、上記共振条件を満たすように各反射層間の間隙を調整するための層である。
【００８４】
スペーサの材料としては、光透過性の高い材料であって半反射層と密着性のよい材料、例えば樹脂や誘電体が使用される。もちろん半反射層間の距離を保つことが可能ならば、気体、液体、液晶等で構成された層であってもよい。スペーサ９Ｇと９Ｂ、１０Ｂと１０Ｇとで材料を異ならせ、屈折率を異ならせてもよい。
【００８５】
スペーサ９Ｒ、９Ｇ、９Ｂ、１０Ｂおよび１０Ｇの厚みは、実施形態１で説明した共振条件に合致させるように設定される。すなわち赤色の発光領域Ａ_Ｒについては、反射層７Ｒにおける反射面と半反射層２Ｒの発光層側の反射面との光学距離Ｌ_Ｒが、当該反射層７Ｒにおいて反射する光（赤色光）の半波長の自然数倍に相当するように保たれている。共振条件である上記（２）式において、スペーサが無いとした場合の光学距離に、スペーサ９Ｒの屈折率ｎ_９Ｒと厚みＤ_９Ｒの積に相当する光学距離（ｎ_９Ｒ・Ｄ_９Ｒ）を加算する。緑色の発光領域Ａ_Ｇについては、スペーサ９Ｇの屈折率ｎ_{9 Ｇ}と厚みＤ_{9 Ｇ}の積に相当する光学距離、スペーサ１０Ｇの屈折率ｎ_１０Ｇと厚みＤ_１０Ｇの積に相当する光学距離と上記スペーサ９Ｒにおける光学距離の和（ｎ_９Ｒ・Ｄ_９Ｒ＋ｎ_９Ｇ・Ｄ_９Ｇ＋ｎ_１０Ｇ・Ｄ_１０Ｇ）をスペーサが無いとした場合の光学距離に加算して、（２）式の共振条件を満たすように厚みを設定する。青色の発光領域Ａ_Ｂについては、スペーサ９Ｒ、９Ｇ、９Ｂ、１０Ｇおよび１０Ｂについての光学距離（ｎ_９Ｒ・Ｄ_９Ｒ＋ｎ_９Ｇ・Ｄ_９Ｇ＋ｎ_９Ｂ・Ｄ_９Ｂ＋ｎ_１０Ｇ・Ｄ_１０Ｇ＋ｎ_１０Ｂ・Ｄ_１０Ｂ）をスペーサが無いとした場合の光学距離に加えて、（２）式の共振条件を満たすように厚みを設定する。
【００８６】
なお発光層の電荷輸送能力が低い場合には、上記実施形態のように正孔輸送層または電子輸送層の双方またはいずれか一方を設けてもよい。
【００８７】
上記構成において、発光層からの光が陰極５ｂを透過して背面にも射出され、最も発光層に近い赤色反射層７Ｒの反射面と前面側の赤色半反射層２Ｒとの反射面との間で赤色光が実施形態１と同様に共振し効率良く反射される。他の発光領域についても、各反射層と各半反射層との間の光学距離が半波長の自然数倍になるように調整されているのでそれぞれの波長の光について共振が生じ、共振した波長のスペクトルが先鋭化されて効率良く反射される。
【００８８】
上記実施形態５によれば、上記各実施形態と同様の効果を奏する他、スペーサや反射層をいずれも平坦に均一な厚みで形成すればよいので、パターニングなどの複雑な工程を省略でき、製造コストを下げることができる。
【００８９】
（実施形態６）
本実施形態６は、上記実施形態５における間隙調整方法の変形例に関する。図７に、実施形態６の複数波長発光素子の層構造を示す。
【００９０】
本複数波長発光素子は、図７に示すように、基板１、半反射層群２、陽極３、発光層４、陰極５ｂ、間隙調整層７４Ｒ並びに間隙調整層７４Ｇおよび７４Ｂと接する反射層７Ｒ，７Ｇ，７Ｂを備えている。本実施形態の複数波長発光素子は、実施形態５と同様に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点に特徴がある。
【００９１】
陽極３、発光層４および陰極５は総ての発光領域に亙って均一な厚みで形成されている。
【００９２】
間隙調整層７４Ｒは、上述した間隙調整層６と同様に考えられる。ただし赤色反射層７Ｒにおける屈折率の低い第２層７２を間隙調整層７４Ｒとして用いることも可能である。間隙調整層７４Ｇは、各反射層間の間隙を調整するための層であって、赤用反射層７Ｒのうち、最も反射層７Ｇ寄りの屈折率のより低い第２層７２の厚みを変更したような形態となっている。間隙調整層７４Ｂは、各反射層間の間隙を調整するための層であって、緑用反射層７Ｇのうち、最も反射層７Ｂ寄りの屈折率のより低い第２層７２の厚みを変更したような形態となっている。
【００９３】
反射層を構成している各層はそれ自体誘電体であるため、その一層の厚みを異ならせると、その層は光の干渉に関与する層では無くなり、その屈折率と厚みとで与えられる光学距離を増やすことに寄与する。
【００９４】
間隙調整層７４Ｇの厚みは、緑色光について、間隙調整層７４Ｒの屈折率（ｎ_２とする）その厚みＤ_７４Ｒの積に相当する光学距離と間隙調整層７４Ｇの屈折率ｎ_２とその厚みＤ_７４Ｇの積に相当する光学距離とを（２）式において考慮して共振条件を満たすように設定する。間隙調整層７４Ｂの厚みは、青色光について、間隙調整層７４Ｒ，７４Ｂおよび７４Ｇによる光学距離ｎ_２・（Ｄ_７４Ｒ＋Ｄ_７４Ｇ＋Ｄ_７４Ｂ）も（２）式において考慮して共振条件を満たすように設定する。
【００９５】
なお、半反射層群２においても、反射層群７と同様にして、半反射層２Ｒ，２Ｇ，２Ｂを構成する層の一部を間隙調整層として利用し、光学距離を調整して共振条件を満たすように設定することも可能である。
【００９６】
その他の構成については上記実施形態５と同様である。
【００９７】
上記実施形態６によれば、反射層の境界にある層で間隙を調整するので、使用する材料数を節減でき、反射層の製造工程において間隙調整層の形成時にその膜厚制御をするだけでよいため、製造工程を省略可能である。
【００９８】
（実施形態７）
本実施形態７は、陰極そのものの反射率を向上させた発光素子に関する。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、半反射層群２、陽極３、発光層４および陰極５ｃを備えている。
【００９９】
陰極５ｃは、有機電界発光素子の陰極として使用可能な仕事関数を有しながら、高い反射率を備える材料で構成されている。このような材料としては、ダイヤモンド、窒化ホウ素または窒化アルミニウムのなかのいずれか一から選択される。
【０１００】
ダイヤモンド陰極の製造方法としては、プラズマＣＶＤ法やホットフィラメントＣＶＤ法等で炭素の結晶構造を成長させる方法がある。例えばＣＨ_４＋Ｈ_２の混合ガスから、０．１Ｔｏｒｒで数百度以上の雰囲気化で炭素結晶を化学気相成長させることでダイヤモンド薄膜形成が可能である。
【０１０１】
窒化ホウ素や窒化アルミニウムの陰極にもプラズマＣＶＤ法の窒化物を形成可能なＣＶＤ法を採用可能である。
【０１０２】
本実施形態７によれば、陰極を構成する材料は、エネルギー準位が低く電界発光素子の陰極として使用可能でありながら、反射率が高いため、光の利用率を良くすることが可能である。
【０１０３】
（その他の変形例）
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、多層誘電体による反射層は、薄膜形成が可能な反射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反射機能を有する薄膜を代わりに用いてもよい。
【０１０４】
反射層は、上記実施形態では誘電体の多層膜を利用していたがこれに限定されない。例えばハーフミラー機能を有する光学要素または薄膜を共振条件を満たすように設置したり偏光状態を制御し反射層として偏光板を利用したりしてもよい。
【０１０５】
また発光手段は、有機電界発光素子に限らず、他の発光現象に基づく発光手段であってもよい
また本発明の複数波長発光素子を適用可能な電子機器に限定はない。例えばウォッチ、電卓、携帯電話、ページャ、電子手帳、ノートパソコンなどの携帯型情報端末装置の表示装置や照明装置、カメラのファインダ、大型ディスプレイなどに利用可能である。
【０１０６】
【発明の効果】
本願発明によれば、背面に漏れ出た光を最適な条件で前面に反射可能に構成したので、複数の波長について従来より高い効率で発光させることができる複数波長発光素子を提供することができる。
【０１０７】
本願発明によれば、最適な条件で背面に漏れ出た光を前面へだすことが可能に構成したので、複数の波長について従来より高い効率を実現できる複数波長発光素子を提供することができる。
【０１０８】
本願発明によれば、複数の波長について従来より高い効率で発光させる複数波長発光素子を備えたので、従来より明るい表示が可能な電子機器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態１における複数波長発光素子の層構造断面図である。
【図２】 反射層における干渉条件の説明図である。
【図３】 本発明の実施形態２における複数波長発光素子の層構造断面図である。
【図４】 本発明の実施形態３における複数波長発光素子の層構造断面図である。
【図５】 本発明の実施形態４における複数波長発光素子の層構造断面図である。
【図６】 本発明の実施形態５における複数波長発光素子の層構造断面図である。
【図７】 本発明の実施形態６における複数波長発光素子の層構造断面図である。
【図８】 本発明の実施形態７における複数波長発光素子の層構造断面図である。
【図９】 従来の発光素子の層構造断面図である。
【符号の説明】
２Ｒ、２Ｇ、２Ｂ…半反射層
３…陽極
４…発光層
５、５ｂ、５ｃ…陰極
６、６ｂ、６ｃ…間隙調整層
７…反射層群
７Ｒ、７Ｇ、７Ｂ…反射層
８…電子輸送層
９Ｒ，９Ｇ、９Ｂ…スペーサ
２１…第１層
２２…第２層
２１Ｇ、２１Ｂ…間隙調整層

Claims (19)

1. 波長の異なる複数の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層と、
   前記発光層の第１の面側に配置され、前記光の少なくとも一部を透過する半透過層と、
   前記発光層の前記第１の面側に前記半透過層を介して設けられ、前記発光層から前記半透過層を介して当該第１の面側に射出された光のうち特定の波長を有する光を反射する反射層が、出力すべき光の波長に対応させて光軸に垂直に順に積層されている反射層群と、
   前記発光層の前記第１の面に対向する第２の面側に設けられ、前記発光層から当該第２の面側に射出さ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軸に垂直に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２以上の発光領域の各々において、当該発光領域で出力される波長の光を反射する前記反射層群中の反射層における前記発光層からの光に対する反射面と、当該発光領域で出力される波長の光の一部を反射する前記半反射層群中の半反射層における前記発光層からの光に対する反射面と、の距離が、当該発光領域から射出される光について共振する光学距離となるように調整されている
   ことを特徴とする複数波長発光素子。
2. 前記半透過層の厚みは、
   前記反射層群により反射された光が再び当該半透過層を透過して発光層の第２の面側に射出される光の位相と、当該発光層の第２の面側に直接射出される光の位相とが一致するように調整されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の複数波長発光素子。
3. 波長λの光を射出させる発光領域では、前記発光層における発光点と前記反射層群における波長λの光に対する反射層の反射面との間に存在する各層の屈折率をｎｉ、その厚みをｄｉ、ｍを自然数とした場合に、
   Σ（ｎｉ・ｄｉ）＝ｍ・λ／２
   を満たす関係に調整されている
   ことを特徴とする請求項２に記載の複数波長発光素子。
4. 前記反射層の前記発光層からの光に対する反射面と前記半反射層の前記発光層からの光に対する反射面との距離を調整する間隙調整層を、前記半透過層と前記反射層群との間に備えている
   ことを特徴とする請求項１に記載の複数波長発光素子。
5. 前記反射層群は、
   波長が異なる複数光の各波長に応じた複数種類の反射層が、各前記発光領域間で分離して構成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の複数波長発光素子。
6. 前記反射層群中の反射層における前記発光層からの光に対する反射面が、各前記発光領域ごとに厚み方向で異なる位置にある
   ことを特徴とする請求項１に記載の複数波長発光素子。
7. 波長λの光を射出させる発光領域では、波長λの光を出力する前記反射層の前記発光層からの光に対する反射面と前記半反射層の前記発光層からの光に対する反射面との距離Ｌが、これら反射面の間にあるｉ番目の物質の屈折率をｎｉ、その厚みをｄｉ、ｍを自然数とした場合に、
   Ｌ＝Σｄｉ
   Σ（ｎｉ・ｄｉ）＝ｍ・λ／２
   を満たす関係に調整されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の複数波長発光素子。
8. 前記反射層群では、前記発光層に近い側に、波長の長い光を反射する反射層が配置され、前記発光層に遠い側に、波長の短い光を反射する反射層が配置されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の複数波長発光素子。
9. 前記反射層群を構成する各反射層は、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
   ことを特徴とする請求項１に記載の複数波長発光素子。
10. 各前記反射層は、
    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
    ことを特徴とする請求項９に記載の複数波長発光素子。
11. 前記半透過層の前記反射層群側の面は、
    総ての発光領域において同一平面上となるように形成されている
    ことを特徴とする請求項１に記載の複数波長発光素子。
12. 前記反射層群は、
    波長の異なる複数の光の各波長に応じた複数種類の反射層が、各発光領域間で分離されることなく積層されている
    ことを特徴とする請求項１に記載の複数波長発光素子。
13. 前記反射層群は、
    各前記反射層の間に、前記反射層における前記発光層からの光に対する反射面と前記半反射層の前記発光層からの光に対する反射面との光学距離を調整するためのスペーサ
    を備え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。
14. 前記反射層群は、
    前記反射層における前記発光層からの光に対する反射面と前記半反射層における前記発光層側の光に対する反射面との光学距離を調整するために、当該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
    ことを特徴とする請求項９に記載の複数波長発光素子。
15. 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層が、各前記発光領域に対応づけられて設けられている
    ことを特徴とする請求項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。
16. 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層が、各前記発光領域に共通して設けられている
    ことを特徴とする請求項１乃至請求項１５のいずれか一項に記載の複数波長発光素子。
17. 前記発光層は、
    電極で挟持された有機電界発光層であって、前記第１の面に設けられる電極を前記半透過層としている
    ことを特徴とする請求項１乃至請求項１６のいずれか一項に記載の複数波長発光素子。
18. 前記発光層は、
    電子輸送層または／および正孔輸送層
    を備えることを特徴とする請求項１７に記載の複数波長発光素子。
19. 請求項１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
    を備えることを特徴とする電子機器。

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