JP5760699B2 - 発光装置および電子機器 - Google Patents
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また、有機EL素子の膜厚を約100nm程度にすることで、赤色、緑色、および青色の各色の波長を取り出し、カラーフィルターで色純度を高くする構造が間提案されている(例えば非特許文献1)。この技術では、画素毎に共振長を調整する必要がないため、構造が簡単になり、さらには、透明導電膜が必要ないために製造工程上のメリットが得られる。
また、非特許文献1の方法では、透明導電膜が必要でないために、Siの製造ラインに導入しやすい等の利点があるが、一方で、光取り出し効率が低く、色純度が悪いために、ディスプレイの画像品質的には不利になるという問題があった。
D={(2πm+φL+φU)/4π}λ
を満たす共振構造を有し、前記透明膜以外の各膜および各層の膜厚は、各色の画素において同じ値に設定することもできる。本発明に係る発光装置においては、上述のような共振構造を有しているので、高い光取り出し効率と広色域における発光を実現できる。
<A:発光装置の構造>
図1は、本発明の一実施形態に係る発光装置D1の概要を示す模式的な断面図である。発光装置E1は、複数の画素が図示しない下辺の第1基板の面上に配列された構成であるが、図1においては、説明の便宜上、一つの色の画素のみが例示されている。本実施形態の発光装置E1は、トップエミッション型であり、画素にて発生した光は図1の上方に向かって進行する。従って、ガラスなどの光透過性を有する板材のほか、セラミックスや金属のシートなど不透明な板材を図示しない下辺の第1基板として採用することができる。また、第1基板には、画素に給電して発光させるための配線が配置されているが、配線の図示についても省略する。
半透過電極15は、導電性があり、後述する正孔注入膜あるいはOLED層との界面での反射率が低いことが必要であり。また、消衰係数が小さく、光吸収が小さいことが必要である。したがって、膜厚としては20nm以下の薄膜が好ましい。本実施形態では、半透過電極15はTiN(窒化チタン)等で形成され、膜厚は10nmとした。半透過電極15に適した材料としては、正孔注入膜(HIL)20との界面での反射率が低いこと、および、消衰係数の低いことが好ましい。詳しくは後述する。
電子輸送膜28は図2に示すように、Alq3(トリス8−キノリノラトアルミニウム錯体)で形成し、膜厚を40nmとした。以上のように、正孔輸送膜24、積層発光膜26および電子輸送膜28で形成されるOLED層21の膜厚は130nmとした。
次に、本実施形態の発光装置E1の共振構造について説明する。本実施形態では、半透過電極15と光取り出し側電極としての対向電極22との間で発光機能層16が発する光を共振させる共振器構造が形成される。
D={(2πm+φL+φU)/4π}λ・・・(1)
本実施形態では、赤色領域、緑色領域および青色領域について、各色の画素で同じ膜厚のOLED層21を用いて、透明膜の膜厚により半透過電極15から対向電極22までの膜厚Dを1次共振に合うように調整した。
本実施形態の発光装置において、半透過電極15に求められる特性としては、導電性があり、正孔注入膜20またはOLED層21との界面での反射率が低く、かつ、消衰係数が小さくて光吸収が小さいことが挙げられる。
しかしも、本実施形態の発光装置においては、ICなどを製造するSiを用いた製造ラインで使用されている金属材料をこの半透過電極15に使用している。Siを用いた製造ラインで使用されている代表的な金属材料で半透過電極15を形成することにより、発光装置の各膜を同一の製造ラインで製造することができる。
反射率R={(N0−n1)2+k1 2}/{(N0+n1)2+k1 2}・・・(2)
により計算した。
光吸収を小さくするには、消衰係数kが小さく、かつ、反射率が低い領域の材料が好ましい。消衰係数kは、400nm〜600nmの波長の範囲で、3.0以下であり、反射率は40%以下であることが好ましい。したがって、図5から、Siを用いた製造ラインで使用されている代表的な金属材料の中では、Cu(銅)、W(タングステン)、TiN(窒化チタン)、不純物ドープされた多結晶Si(シリコン)およびα−Si(アモルファスシリコン)が好ましいことがわかる。一方、Mo(モリブデン)、Ag(銀)およびAl(アルミニウム)は好ましくないことがわかる。
以下、このような本実施形態の発光装置E1の消費電力およびNTSC比を確認するために行ったパネルシミュレーションについて説明する。
このシミュレーションにおいては、図1に示した発光装置E1と同じ構成の実施例1および実施例2と、比較のために比較例1および比較例2の発光装置を用意した。
実施例1は、図1に示した発光装置E1と同じ構造であり、各色画素の各膜の材料および膜厚は上述した通り、MgAgの光取り出し側電極22が10nm、OLED層21が130nm、MoO3の正孔注入膜20が2nm、AlNdの反射膜13が100nmである。また、透明膜14にはSiNを用いて、赤色、緑色および青色のピーク波長が得られるように透明層14の膜厚を調節するようにした。
<D−2:実施例2の構造>
実施例2は、半透過電極15を、膜厚10nmのAlで形成した以外は実施例1と同じ構成である。
<D−3:比較例1の構造>
比較例1は、図6に示すように、図1の発光装置E1における半透過電極15の代わりに、ITOで形成された透明導電膜17で置き換え、この透明導電膜17の厚さを変えることによって光路長を変えるようにした例である。その他は図1の発光装置E1とほぼ同様であり、MgAgの光取り出し側電極22が10nm、OLED層21が130nm、SiNの透明層14が50nm、AlNdの反射層13が100nmである。また、図1の発光装置E1とは異なり、正孔注入膜20が設けられていない。
<D−4:比較例2の構造>
比較例2は、図6に示すように、反射膜13および半透過電極15の代わりに、反射膜兼画素電極12をAlNdで形成し、反射膜兼画素電極12と対向電極22との間の光学的距離Dを調整し、前記の式(1)においてm=0を満たした光学構造となっている。各色の発光色は、カラーフィルターの選択によって得るようにしたものである。MgAgの光取り出し側電極22が10nm、MoO3の正孔注入層20が2nm、AlNdの反射層兼画素電極12が100nmである。なお、OLED層21の膜厚を100nmとしたところが実施例1および実施例2と異なっている。
このシミュレーションにおいては、図7に示すように、赤色のカラーフィルターとして、600nm以上の光に対する透過率が80〜90%のカラーフィルターを用いた。図7に示すCF1−Rは高透過率用で、CF2−Rは広色域用のカラーフィルターである。
また、緑色のカラーフィルターとしては、520〜560nmの光に対する透過率が65〜70%のカラーフィルターを用いた。図7に示すCF1−Gは高透過率用で、CF2−Gは広色域用のカラーフィルターである。
青色のカラーフィルターとしては、430〜470nmの光に対する透過率が60〜65%のカラーフィルターを用いた。図7に示すCF1−Bは高透過率用で、CF2−Bは広色域用のカラーフィルターである。
図8〜図10は、実施例1、実施例2、比較例1および比較例2の各色画素の発光スペクトルを示す図である。図8に示すにように、実施例1の方が比較例2によりも青色と赤色の取り出し効率が高くなっており、緑色の光取り出し効率は低くなっていることがわかる。また、図9に示すように、実施例2の方が比較例2によりも赤色の光取り出し効率が高くなっており、青色と緑色の光取り出し効率が低くなっていることがわかる。
しかし、図8と図9を比較すると、半透過電極15としてAlを用いた実施例2よりも、半透過電極15としてTiNを用いた実施例1の方が各色において光取り出し効率が高いことがわかる。また、図9からわかるように、半透過電極15としてAlを用いた実施例2は、緑色画素と青色画素において、赤色領域の波長にもピークが現れ、実施例1に比べて色純度が低いことがわかる。
さらに、図8および図9と図10とを比べると、ITOの透明電極層を用いた比較例1の方が、実施例1、実施例2および比較例2によりも各色において光取り出し効率が高いことがわかる。
次に、半透過電極15をTiNで形成し、膜厚を20nmとした実施例3と、半透過電極15をAlで形成し、膜厚を20nmとした実施例4について説明する。
図12に実施例3、実施例4、および比較例2の各色画素の発光スペクトルを示す。図12に示すように、半透過電極15をTiNで形成し、膜厚を20nmとした実施例3は、比較例2よりも赤色の光取り出し効率が高くなり、青色と緑色の光取り出し効率は低くなることが分かる。実施例3は、図8に示す実施例1よりも各色の光取り出し効率が若干低くなることがわかる。
次に、本発明に係る発光装置を利用した電子機器について説明する。図19は、上述の実施形態に係る発光装置E1を表示装置として採用したモバイル型のパーソナルコンピュータの構成を示す斜視図である。パーソナルコンピュータ2000は、表示装置としての発光装置D1と本体部2010とを備える。本体部2010には、電源スイッチ2001およびキーボード2002が設けられている。この発光装置E1は有機EL素子を使用しているので、視野角が広く見易い画面を表示できる。
また、いずれか一色の画素のみにおいて、発光機能層16と透明膜14の間にTiN等の半透過電極15を設けるようにしてもよい。
Claims (12)
- 基板と、
前記基板上に形成された光反射膜と、
前記光反射層上に形成された発光層と、
前記発光層上に形成された光取り出し側電極とを備え、前記光反射膜と光取り出し側電極の間の光路長を調整した共振構造を有する発光装置であって、
少なくとも一つの色の画素は、前記光反射膜上に透明膜が形成され、前記透明膜上に半透明電極が形成され、前記半透明電極上に正孔注入膜が形成され、前記正孔注入膜上に前記発光層が形成され、
前記半透過電極は、400nmから600nmの波長に対する消衰係数が3.0以下である、
ことを特徴とする発光装置。 - 前記半透過電極は、TiNで形成されていることを特徴とする請求項1記載の発光装置。
- 前記半透過電極は、半導体材料で形成されていることを特徴とする請求項1記載の発光装置。
- 前記半透過電極は、不純物ドープされた多結晶Si、または、アモルファスSiで形成されていることを特徴とする請求項1記載の発光装置。
- 前記半透過電極の膜厚は、10nm〜20nmに設定されていることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか一記載の発光装置。
- 前記正孔注入層は酸化物、特に、MoO3であることを特徴とする請求項1記載の発光装置。
- 前記光反射層から光取り出し側電極までの光学的距離をD、半透過電極での反射における位相シフトをφ L 、光取り出し側電極での反射における位相シフトをφ U 、定在波のピーク波長をλ、整数をmとすると、
D={(2πm+φ L +φ U )/4π}λ
を満たす共振構造を有し、前記透明膜以外の各膜および各層の膜厚は、各色の画素において同じ値に設定されていることを特徴とする請求項1ないし6のいずれか一記載の発光装置。 - 光反射膜は、Al、Ag、もしくはこれらの合金材料であることを特徴とする請求項1ないし7のいずれか一記載の発光装置。
- 前記光取り出し側電極はアルカリ金属、アルカリ土類金属を含んだ合金材料であることを特徴とする請求項1ないし請求項8のいずれか一記載の発光装置。
- 前記光取り出し側電極はMgAgであることを特徴とする請求項1ないし請求項9のいずれか一記載の発光装置。
- 前記光取り出し側電極の上層にはカラーフィルターが設けられていることを特徴とする請求項1ないし請求項10のいずれか一記載の発光装置。
- 請求項1ないし請求項11のいずれか一記載の発光装置を備えたことを特徴とする電子機器。
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