JP5764289B2 - 発光装置及び電子機器 - Google Patents
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Description
有機EL素子の分野において、増幅的干渉すなわち共振を利用して、発光した光のうち特定の波長の光を強める技術が知られている。共振現象を生じさせるためには、反射層と半透明半反射層(「半透明」であるのは光を取り出すためである。)が利用される。この技術では、発光色の色純度を高めたり、発光に対する放出される光の効率を高めたりすることができる。
このような画像表示装置としては、例えば特許文献1及び2に開示されているようなものが知られている。
すなわち、特許文献1等の技術によれば、たしかに「微小光共振器」の作用によって特定波長の光を強めることが可能であるが(特許文献1の〔0015〕〔0018〕等)、それによって得られるメリットとデメリットの程度が、強めようとする色の相違に関して異なるという問題がある。例えば、赤色、緑色及び青色の3色の光それぞれを光共振器によって強める場合を考えると、このうちの緑色光及び青色光については、前記メリットとしての光取り出し効率向上効果や色純度向上効果を比較的享受しやすく、前記デメリットとしての視野角特性の悪化等は目立たない。しかし、赤色光については必ずしもそうではない。つまり、光取り出し効率向上や色純度向上はある程度見込めるものの、それを凌駕するような視野角特性の悪化が目立ち、全体的にみて、赤色光に関し共振現象を生じさせる意義が、緑色光及び青色光の場合に比べて認めがたいのである。
また、この発明によれば、緑色発光、あるいは青色発光する発光素子については、発光素子、反射層及び半透明半反射層からなる共振器構造において、共振現象を好適に生じさせることができる。前述のように、緑色発光、あるいは青色発光する発光素子については、共振器構成を採用することのメリットの方が、デメリットよりも大きい。したがって、本態様のように、緑色及び前記青色発光素子と、赤色発光素子との間で、取扱いの差異を生じさせることは、発光装置全体の観点から好ましい効果をもたらす。
この態様によれば、電子輸送層が、全発光素子に関して共通に形成されるから、電子輸送層を各発光素子ごとに個別に形成するなどという場合に比べて、製造容易性が向上する。本発明においては、赤色発光する発光素子について共振条件が満たされないように構成されるのにもかかわらず、本態様に係るこの効果が享受される点が特筆される。
本発明の電子機器は、上述した各種の発光装置を備えてなるので、赤色発光する発光素子についての視野角特性の改善効果を享受可能な電子機器が提供される。
図1は、本発明の実施の形態に係る有機EL装置(発光装置)1の概略を示す断面図である。有機EL装置1は、発光パネル3とカラーフィルタパネル30とを備える。
これら各発光素子2には、給電用のTFT(薄膜トランジスタ)及び配線等が接続されている。このTFT及び配線等は、基板10上において、例えば、適当な層間絶縁膜間に構築される。
なお、図1では、図面の見易さ等を優先するため、前記TFT及び配線等の図示はされていない(ちなみに、前記層間絶縁膜は、例えば、後述する反射層12及び第1電極層18間や反射層12及び基板10間、等々様々な場所に形成されうるが、これも不図示。)。また、図1では、3つの発光素子2しか示されていないが、実際には、図示よりも多数の発光素子が設けられている。以下、構成要素の添字のR,G,Bは、発光素子2R,2G,2Bに対応する。
なお、この反射層12には、上述のAl、Cr、Agのほか、例えば、Cu、Zn、Nd、Pdなどが添加されてよい。これにより、耐熱性の向上等が見込まれる。
反射層12の厚さは50〜150nm程度とされて好適である。
本実施形態では、第1電極層18は、画素(発光素子2)にそれぞれ設けられる画素電極であり、例えば陽極である。第1電極層18は、例えばITO(indium tin oxide)又はZnO2のような透明材料から形成されている。
ちなみに、本実施形態においては、発光機能層20のうち電子輸送層及び電子注入層は、各発光素子2R,2G,2Bの別に関わらず、共通に形成される。したがって、これら電子輸送層及び電子注入層は、基板10上で一様の厚さを有する。図1においては、このうち電子輸送層201だけが、各発光機能層20R、20G,20Bに共通であることが特別に図示されている。電子注入層は、この電子輸送層201の図中上方(即ち、電子輸送層201と第2電極層22との間)に形成されるが、その厚さが通常は極めて小さいため、その図示は省略した。なお、このような構造によって奏される効果等については、後に改めて説明する。
第2電極層22は、発光素子2の発光色にかかわらず一様な厚さを有する。より具体的には例えば、第2電極層22は、5〜20〔nm〕程度の厚さとされて好適である。厚さが比較的小さいため、第2電極層22は、半透明半反射性をもつ。
このような第2電極層22は、発光機能層20から進行してきた光(発光機能層20からの光を含む)の一部を図の上方に透過し、これらの光の他の一部を図の下方つまり第1電極層18に向けて反射する。
接着剤28は、カラーフィルタパネル30における基板32及びカラーフィルタ36と、発光パネル3の各層とがほぼ平行関係を維持するように両者を支持する。
カラーフィルタ36Rは発光素子2Rに重なっており、一つのカラーフィルタ36Rと一つの発光素子2Rとで一つのセットを構成する。カラーフィルタ36Rは赤色の光を透過させる機能を有し、その透過率のピークは610nmの波長にある。カラーフィルタ36Rは、重なった発光素子2Rの第2電極層22を透過した赤色が増幅された光のうち、赤色の光を透過させ、赤色の純度を高める。また、カラーフィルタ36Rは、緑色及び青色の光の多くを吸収する。
残るカラーフィルタ36G及び36Bはそれぞれ、緑色光及び青色光を透過させるという相違はあるものの、基本的に、前述のカラーフィルタ36Rと同様である。なお、両者それぞれの透過率のピークは550nm及び470nmの波長にある。
図2は、発光機能層20を発した光の軌跡を簡略的に示す模式図である。発光機能層20を発した光のうちの一部は、図中左方に示すように、第1電極層18の側に向かって進行し、反射層12の発光機能層20の側の面で反射する。この反射のときの位相変化をφDとする。他方、前記光の他の部分は、図中右方に示すように、第2電極層22の側に向かって進行し、当該第2電極層22の発光機能層20の側の面(第2電極層22における反射層12に対向する界面)で反射する。この反射のときの位相変化をφUとする。
これらの場合のうち後者の場合、即ち光が第2電極層22で反射する場合、図2に示すように、当該光は、その反射の後、発光機能層20及び第1電極層18を透過して、反射層12の発光機能層20の側の面で再び反射する。以下、光の反射は、第2電極層22及び反射層12において、原理的には、無限に繰り返される。前者の場合、即ち光が反射層12で反射する場合についても、図示はしないが、同様である。
なお、図2において各界面での光の屈折による光路変化の図示は省略して、光路は単純な直線ないし曲線で示している。
d=((2πm+φD+φU)/4π)・λ … (1)
ここで、λは、共振対象として設定された波長〔nm〕であり、mは任意の整数である。なお、φD及びφUの意義は前述したとおりである。
一般に、ある物質についての「光学的距離」は、当該物質の物理的厚さとその屈折率の積として表現されるから、正孔注入層の物理的厚さをt、その屈折率をnHILとすれば、この正孔注入層と、それ以外の発光機能層20、及び前記第1電極層18全体の光学的距離Dは、
D=t・nHIL+D20+D18 … (2)
である。ただし、D20は正孔注入層以外の発光機能層20についての光学的距離、D18は第1電極層18についての光学的距離である。
この式(2)中、nHILは基本的に動かせないので、D=dG及びD=dBのいずれかを成立させるためには、tを変動させる必要がある。このようにして、D=dGのときのtG及びD=dBのときのtB、がそれぞれ見つけられることになり、これらに基づき、正孔注入層の厚さ、即ち発光機能層20の厚さが調整される。なお、このtG及びtBの求根の際、式(2)中のnHILとしては、λG及びλBそれぞれに対応した値(n18=nHIL G,nHIL B)が使用される。
このように、本実施形態においては、正孔注入層ないし発光機能層20の厚さの調整を通じて、光共振器に係る光学的距離の調整を行っているが、本発明が、このような形態に限定されるわけではない。例えば、発光機能層20の厚さの調整に代えて又は加えて、第1電極層18の厚さの調整を通じて、光共振器に係る光学的距離の調整が行われてもよい。
例えば、発光素子2Gにおいては、その光学的距離dGが、前記式(1)により規定されることから、当該発光素子2Gでは、その波長λGを持つ光についての共振現象が生じる。そして、このように増幅された波長λGの光(即ち、緑色光)の一部は、第2電極層22が半透過性能をもつため、装置外部へと進行する(図中、第2電極層22を超えて上向きに延びる矢印参照。)。以上の結果、緑色が強調されることになる。
このようなことは、青色についても同様に生じる。
赤色対応の発光素子2Rに関しては、前記式(1)ないし式(2)によって、その光学的距離を定めない。当該光学的距離dRは、
dR=((φD+φU)/4π)・λ … (3)
と求められ、当該発光素子2Rを構成する正孔注入層の厚さtRは、
dR=tR・nHIL+D20+D18 … (4)
に基づいて求められる。
ただし、これらの式中、λ=λR=610nm、φD=φDR、φU=φURであり、nHIL=nHIL Rである。それらの意義は、上述の緑色及び青色の場合と同様である。
このような結果、赤色対応の発光素子2Rについては、前記式(1)で表現される共振条件が満たされない。つまり、発光素子2Rにおいては、前述の発光素子2G及び2Bの場合と同様の意味においては共振現象は生じないのである。
以下では、以上のような構成を備える有機EL装置1の作用効果について、既に参照した図1及び図2に加えて、図3乃至図8を参照しながら説明する。
まず、図3及び図4は、上に説明した構造をもつ有機EL装置1を実際に製造し、当該装置1において観測された光強度の観測結果等の各種実験結果を示すものである。なお、この実験においては、以下の各前提が置かれている。
(i) 反射層12は、APCから作られ、その厚さは100〔nm〕である。なお、APCは、Ag、Pd及びCuからなる合金(Pdが0.9重量%、Cuが1重量%、残部がAg)である。
(ii) 第1電極層18は、ITOから作られる。厚さは20〔nm〕である。
(iii) 発光機能層20R,20G,20B全体の厚さは、それぞれ100〔nm〕、226〔nm〕及び201〔nm〕である。この中には、正孔輸送層の厚さ30〔nm〕、発光層の厚さ20〔nm〕、電子輸送層の厚さ32〔nm〕、及び電子注入層の厚さ1〔nm〕が含まれる。これらについては、発光機能層20R,20G,20Bの全部に関し共通である。
ただし、正孔注入層の厚さは、前述の式(1)あるいは式(3)等に基づいて定められており、発光機能層20R内の正孔注入層は17〔nm〕であり、発光機能層20G及び20B内の正孔注入層はそれぞれ143〔nm〕及び118〔nm〕である。
また、前記の発光層を構成する材料も、発光機能層20R,20G,20Bの別に応じて異なる。赤色対応の発光層は、ホスト材料BAlq(出光興産株式会社製)に赤色ドーパント材料Ir(piq)3(出光興産株式会社製)をドープしたもの、緑色対応の発光層は、ホスト材料BH−215(出光興産株式会社製)に緑色ドーパント材料GD−206(出光興産株式会社製)をドープしたもの、青色対応の発光層は、ホスト材料BH−215(出光興産株式会社製)に青色ドーパント材料BD−102(出光興産株式会社製)をドープしたものである。
(iv) 第2電極層22は、MgAgから作られる。厚さは10〔nm〕である。
ピーク波長の変化についても同様である。例えば、視野角が0度から75度へと変化する場合における観測ピーク波長の変化幅は、比較例において−11.7〔nm〕であるのに対して、実験例において−5.3〔nm〕である。
また、図4では、実験例及び比較例の規格化輝度が、視野角θの変化に応じてどのように変化していくかも表現されているが、本実験例のほうが、比較例に比べて輝度の落下幅が小さいことがわかる。例えば、視野角が0度から75度へと変化する場合における規格化輝度の変化幅は、比較例において−0.950であるのに対して、実験例において−0.855である。この規格化輝度については、特に視野角θが45度と60度との場合における実験例と比較例との対比を行うと、実験例の優位性が際立つことがわかる。実験例ではほとんど落ち込みがない(1.000(0度の場合)→0.696(45度の場合))のに対し、比較例では相対的に急激な落ち込みが見られる(1.000(0度の場合)→0.528(45度の場合))からである。
上述のように、本実施形態に係る有機EL装置1では、式(1)の成立を背景とする共振器が構成されるが、この共振器の作用効果を全的に享受するのは、本実施形態において緑色及び青色対応の発光素子2G及び2Bのみである。赤色対応の発光素子2Rは、前記式(3)を満たす光学的距離dRをもつから、共振器の作用効果を全的には享受しない。しかし他方、同じ理由によって、本実施形態では、赤色対応の発光素子2Rの視野角特性は大幅に改善されている。その具体的様子は、図4を参照して説明したとおりである。
一般に、式(1)の成立を背景とするような光共振器を構成すると、その強めようとした特定の波長の光の強度は大きくなる反面、光の指向性が高まり、視野角特性は悪化するというデメリットがある。それでも、緑色光及び青色光については、光取り出し効率向上効果や色純度向上効果が比較的享受しやすく、そのデメリットとしての視野角特性の悪化等は目立たない。しかし、赤色光については必ずしもそうではない。見る角度が正面から斜めになるに従って,短波長側にスペクトルがシフトするという現象が起きるが、緑色や青色では短波長側にスペクトルがシフトすると555nmの視感度のピークから遠ざかる方向なので視野角特性は目立たず,赤色の場合ではスペクトルが短波長側にシフトすると555nmの視感度のピークに近づくことになり、視野角特性が目立つ結果となるからである。つまり赤色では、光取り出し効率向上や色純度向上はある程度見込めるものの、それはあまり大きな効果にはならない一方(図3参照)、それを凌駕するような視野角特性の悪化が目立つのである。
本実施形態では、このような事情に配慮して、赤色対応の発光素子2Rについては、式(3)を満たす光学的距離dRをもたせる。これにより、本実施形態に係る赤色対応の発光素子2Rについては、一定程度の光取り出し効率や色純度が維持されながら、なお視野角特性が改善されるのである。なお、式(1)を満たさないのに一定程度の光取り出し効率を維持できるのは、赤色対応の発光素子2Rの光学的距離が式(3)を満たすように定められること、即ち、いわば0次の共振条件を満たすかのように定められること(式(1)中のmを0とした場合と、式(3)とを対比するとよい。)によっているという側面がある。
したがって、本実施形態においては、製造プロセスが殊更面倒になるといった不具合が発生する余地はない。かかる効果が享受できる背景にも、赤色対応の発光素子2Rの光学的距離が式(3)を満たすように定められることがあるといえる。すなわち、本実施形態は、発光素子2Rについて、非共振でありながら一種の共振的現象は生じさせており、単純に非共振を実現するという考え方には立っていないからである(もし、この考え方にたてば、第2電極層22を透明にする必要等が生じる。)。
(1) 上述した実施形態では、発光機能層20が各色発光する場合について説明しているが、本発明は、かかる形態に限定されない。
例えば、上記実施形態の第1電極層18が発光素子2R,2G,2Bの別に関わらず共通に形成されていたのと同様に、発光機能層も、発光素子2R,2G,2Bの別に関わらず共通に形成されてもよい。この場合、この発光機能層は、例えば白色で発光するものだけとなる。このような場合でも、各発光素子2に関して、上述したような各色に対応した光共振器構造が採用されるならば、白色光の中から特定の色の光(例えば、上記実施形態のように、赤色光、緑色光及び青色光)の波長成分だけを強調して、これを外部に取り出すことは可能である。
次に、本発明に係る発光装置を適用した電子機器について説明する。
図5は、上記実施形態に係る発光装置を画像表示装置に利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、表示装置としての有機EL装置1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。
図6に、上記実施形態に係る発光装置を適用した携帯電話機を示す。携帯電話機3000は、複数の操作ボタン3001およびスクロールボタン3002、ならびに表示装置としての有機EL装置1を備える。スクロールボタン3002を操作することによって、有機EL装置1に表示される画面がスクロールされる。
図7に、上記実施形態に係る発光装置を適用した情報携帯端末(PDA:Personal Digital Assistant)を示す。情報携帯端末4000は、複数の操作ボタン4001および電源スイッチ4002、ならびに表示装置としての有機EL装置1を備える。電源スイッチ4002を操作すると、住所録やスケジュール帳といった各種の情報が有機EL装置1に表示される。
Claims (3)
- 基板上に、第1電極層、第2電極層、並びに、前記第1及び第2電極層の間に配置された発光層、を有する複数の発光素子と、
前記基板と前記第1電極層との間に配置され、前記発光層で発せられた光を反射する反射層と、
を備え、
前記発光素子は、赤色発光する赤色発光素子、緑色発光する緑色発光素子、及び青色発光する青色発光素子、を含み、
前記第2電極層は、
前記発光層で発せられた光の一部を反射し、かつ、他の一部を透過させる半透明半反射層と、
前記発光層で発せられた光を透過させる透明層と、を含み、
前記緑色発光素子、及び、前記青色発光素子に対応する第2電極層を前記半透明半反射層とするとともに、前記反射層及び前記半透明半反射層間の光学的距離の調整を通じて構成される、これら両層からなる共振器構造を含み、
前記赤色発光素子に対応する第2電極層と前記緑色発光素子及び前記青色発光素子に対応する第2電極層とを別々に製造することにより、前記赤色発光素子に対応する第2電極層だけを前記透明層とする、
ことを特徴とする発光装置。 - 前記第1及び第2電極層の間には電子輸送層が更に配置され、
当該電子輸送層は、
前記赤色発光素子、前記緑色発光素子、及び前記青色発光素子、のすべてに関して共通に形成される、
ことを特徴とする請求項1に記載の発光装置。 - 請求項1または2に記載の発光装置を備える、
ことを特徴とする電子機器。
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