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Description
本発明は、有機材料の電界発光現象を利用した発光素子およびそれを用いた表示装置に関する。
近年、有機エレクトロニクス分野において、特に有機電界発光素子（以下、有機ＥＬ素子という。）の研究が進んでおり、この発光素子を用いた表示装置として、基板上に青、緑、赤の各色の発光素子を配置した構成が提案されている。
発光素子に関しては、消費電力を低減する等の観点から、発光効率を向上させることが重要である。そこで、発光素子に共振器構造を採用することにより、発光効率を向上させる技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１には、下部電極（ミラー）、透明導電膜、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、上部電極（ハーフミラー）を積層した発光素子において、青、緑、赤の発光効率が極大となるようにミラーとハーフミラーとの間の光学的距離を調整することが開示されている（段落００１２）。
また、表示装置に関しては、発光効率の向上に加えて、優れた色再現性を実現することも重要である。色再現性を向上させるには、各色の発光素子の色純度を向上させる必要がある。そこで、発光素子にカラーフィルタ（ＣＦ）を設けることで、不要な波長成分をカットし、その結果、発光色の色純度を向上させる技術が提案されている。
しかしながら、発明者らの研究により、単純に共振器構造により得られる発光効率が最大の膜厚を選択しカラーフィルタと組み合わせただけでは、発光効率の向上と発光色の色純度の向上とを両立させることが困難なことが判明した。
本発明は、高い色純度と高い発光効率を両立できる発光素子、およびそれを用いることで優れた色再現性を実現することができる表示装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明の一態様である発光素子は、反射電極と透明電極との間に、青色光を放射する発光層を有する発光素子であって、前記反射電極と前記発光層との間に機能層が介挿され、前記機能層の光学膜厚が、４５５．４［ｎｍ］以上４７５．８［ｎｍ］以下である。
本発明の一態様である発光素子は、上述の構成を備えることにより、発光効率の向上と、高い色純度を得ることとを両立できる。
１．本発明の一態様
本発明の一態様である発光素子は、反射電極と透明電極との間に、青色光を放射する発光層を有する発光素子であって、前記反射電極と前記発光層との間に機能層が介挿され、前記機能層の光学膜厚が、４５５．４［ｎｍ］以上４７５．８［ｎｍ］以下である。
本発明の一態様である発光素子は、反射電極と透明電極との間に、青色光を放射する発光層を有する発光素子であって、前記反射電極と前記発光層との間に機能層が介挿され、前記機能層の光学膜厚が、４５５．４［ｎｍ］以上４７５．８［ｎｍ］以下である。
この構成により、発光効率の向上と、高い色純度を得ることとを両立できる。
本発明の一態様に係る発光素子は、反射電極と透明電極との間に、青色光を発光する発光層を有する発光素子であって、前記反射電極と前記発光層との間に少なくとも一つの機能層が介挿され、前記機能層の光学膜厚Ｌ［ｎｍ］が、
この構成により、青色光を放射する発光素子において、ディスプレイに要求される色純度を満たし、かつ、発光効率を向上することができる。
本発明の一様態に係る表示装置は、青色光、緑色光、赤色光のいずれかの発光色を放射する複数の発光素子が配列された表示装置であって、前記青色光を放射する発光素子が前記発光素子である。
この構成により、青色光の色純度が向上し、画像の色再現性を向上させることができるとともに、発光効率が向上するので表示装置の消費電力を低減させることができる。
また、前記緑色光または前記赤色光を放射する発光素子は、反射電極と透明電極との間に、緑色光または赤色光を放射する発光層を有する発光素子であって、前記反射電極と前記発光層との間に機能層が介挿され、前記機能層の光学膜厚Ｌ［ｎｍ］が、
また、前記ｍが２であることとしてもよい。
この構成により、緑色光、赤色光の発光効率および色純度が向上するので、表示装置の消費電力の低減と画像の色再現性をさらに向上させることができる。
２．本発明の実施の形態
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
２．１．有機ＥＬディスプレイの構成
図１は、本発明の一実施形態にかかる有機ＥＬディスプレイの一部断面を模式的に示した断面図である。
２．本発明の実施の形態
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
２．１．有機ＥＬディスプレイの構成
図１は、本発明の一実施形態にかかる有機ＥＬディスプレイの一部断面を模式的に示した断面図である。
本発明の一実施形態にかかる有機ＥＬディスプレイは、発光素子としてのトップエミッション型の有機ＥＬセルが基板１上にマトリックス状配列で形成されて成る。各発光素子は、Ｒ（赤色）Ｇ（緑色）Ｂ（青色）いずれかの光を放射する発光層７を具備する。以下、青色光、緑色光及び赤色光を放射する発光層７をそれぞれ発光層７ｂ、７ｇ及び７ｒと表す。各発光素子は、いわゆるピクセルバンク（井桁状バンク）構造のバンク２により規定されている。
発光素子は、反射電極３、５つの機能層（透明導電層４、正孔注入層５、正孔輸送層６、発光層７及び電子輸送層８）及び透明電極９がこの順に積層されて成る。なお、図１に示すように、電子輸送層８及び透明電極９は、バンク２によって発光素子毎に区切られてはいない。
各発光素子は、反射電極３の存在による共振器構造を有する。透明電極９を透過して外部に放射される光には、発光層７ｂ、７ｇ、７ｒから透明電極９に向けて放射された光（以下、直接光という）と、発光層７ｂ、７ｇ、７ｒから反射電極３に向けて放射され、反射電極３で反射された光（以下、反射光という）の両方の成分が含まれている。この直接光と反射光とが干渉効果で強め合うように発光層７ｂ、７ｇ、７ｒと反射電極３との間の距離を調整することで、発光素子の発光効率を高めることができる。距離の調整は、発光層７ｂ、７ｇ、７ｒと反射電極３との間に挟まれた３つの機能層（透明導電層４、正孔注入層５、正孔輸送層６）の膜厚を調整することで行う。
発光素子の上には、薄膜封止層１０、樹脂封止層１１、色度補正層としてのカラーフィルタ１２及びガラス１３がこの順に積層されている。以下、青色、緑色及び赤色発光素子上に設けられたカラーフィルタをそれぞれカラーフィルタ１２ｂ、１２ｇ、１２ｒと表す。各層の材料等については後述する。
２．２．色度重視及び効率重視の膜厚設計
上述の距離の調整に係る膜厚は、色度と、発光効率とを考慮して決定する。以下、色度を重視する設計を色度重視設計、発光効率を重視する設計を効率重視設計という。
２．２．色度重視及び効率重視の膜厚設計
上述の距離の調整に係る膜厚は、色度と、発光効率とを考慮して決定する。以下、色度を重視する設計を色度重視設計、発光効率を重視する設計を効率重視設計という。
色度については、ＥＢＵ規格などの放送規格で定められた色度を得る必要がある。
図２は、本実施の形態で採用するＥＢＵ規格で定められた色度（目標色度）を示す。
ここで、色度（ｘ，ｙ）は、ＣＩＥ色度図上の位置を示す。図２に示すように、赤色の目標色度は（０．６４，０．３３）であり、緑色の目標色度は（０．２９，０．６０）であり、青色の目標色度は（０．１５，０．０６）である。色度重視設計は、出射光の色度が目標色度を達成するように発光層と反射電極との間の距離を設定する設計方法である。
一方、発光効率については、消費電力等の観点などから、原則、効率が高いほど望ましいといえる。効率重視設計は、まず発光効率が最大となるように発光層と反射電極との距離を調整し、その上で、さらに出射光の色度が目標色度を達成するようカラーフィルタ（ＣＦ）の特性（透過スペクトル）を設定する設計方法である。カラーフィルタは、一般的に色度補正に用いられるものである。なお、色度重視設計では、出射光がほぼ目標色度を達成しているためカラーフィルタを用いる必要ないか、または効率重視設計に比べ弱い色度補正のための透過率の高いカラーフィルタを用いることができる。
従来、膜厚設計においては、色度補正前の発光効率が高い効率重視設計の方が、色度補正前の発光効率の低くなる色度重視設計よりも、発光素子からの最終的な発光効率に関するロスが小さいように思われていた。しかし、これは赤色発光素子及び緑色発光素子については当てはまるが、青色発光素子においては当てはまらないことが発明者らの実験により判明した。
具体的には、青色発光素子で効率重視設計にした場合、色度重視設計と比べて、目標色度とのズレが大きくカラーフィルタによる色度補正において発光効率が大きく低下することが明らかになった。また、効率重視設計では、通常、発光層と反射電極との距離が短いほど発光効率が高くなるのであるが、青色発光素子においては、発光層と反射電極との距離を長波長の赤色よりも長くすることで効率が向上することが明らかになった。
２．３．実験及び膜厚設計
膜厚は、色度については、緑色発光素子では、色度ｘが０．２９以下となるよう設計し、赤色発光素子では、色度ｙが０．３３以下となるよう設計し、青色発光素子では、色度ｙが０．０６以下となるよう設計する。
２．３．実験及び膜厚設計
膜厚は、色度については、緑色発光素子では、色度ｘが０．２９以下となるよう設計し、赤色発光素子では、色度ｙが０．３３以下となるよう設計し、青色発光素子では、色度ｙが０．０６以下となるよう設計する。
発光効率についてはピーク値の８０％以内となるよう設計する。このピーク値の８０％以内という範囲は、ディスプレイの面内において、製造誤差が２０％の範囲で生じうることを前提として定めたものである。
図３は、実験に用いた、青色、緑色、赤色の各発光素子における各層の設計膜厚ｄと、各層の材料の光学定数（屈折率ｎ、消衰係数ｋ）を示す。
光学定数は、各発光素子の放射する光の波長が、青色発光素子で４５５ｎｍ、緑色発光素子で５１０ｎｍ、赤色発光素子で６４０ｎｍのときの値である。透明導電層４の材料は、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）である。また、発光層７ｂ、７ｇ、７ｒの材料は、それぞれCovion Organic Semiconductors GmbH社製のSpiro-Anthracene、Ir(ppy)3、サメイション（SUMATION）社製のＲＰ１５８としている。各発光材料のスペクトル強度と波長との関係は、図４に示すものである。図４中のグラフ（ａ）が青色発光材料について示し、グラフ（ｂ）が緑色発光材料、グラフ（ｃ）が赤色発光材料について示す。
青色、緑色、赤色の各発光素子においては、透明導電層４以外の層の膜厚は固定値で各色共通である。そして透明導電層４の膜厚を変化させることで発光層と反射電極との距離を調整している。なお、光学膜厚は、膜厚と屈折率の積により算出する。
２．３．１．緑色発光素子
図５は、ＣＦ補正はせず、透明導電層４の膜厚を変化させたときの緑色発光素子の発光効率と色度ｘの変化を表す図である。
２．３．１．緑色発光素子
図５は、ＣＦ補正はせず、透明導電層４の膜厚を変化させたときの緑色発光素子の発光効率と色度ｘの変化を表す図である。
図５中、実線のグラフ（ａ）は、透明導電層４の膜厚を変化させた場合の発光効率（Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）の変化を示す。また、丸印をプロットしたグラフ（ｂ）は、透明導電層４の膜厚を変化させた場合の色度ｘ（ＣＩＥ ｘ）の変化を示す。
緑色発光素子では、発光効率（グラフ（ａ））がピークとなる膜厚（９６ｎｍ）付近で、色度（グラフ（ｂ））について、目標色度（ｘ＝０．２９）に近い値が得られている。よって、目標色度に近づける（発光色の色純度を高める）場合に、弱いスペクトル矯正で足り、それだけ透過率の高いカラーフィルタを利用できる。したがって、緑色発光素子については、効率重視設計が適する。
図６は、緑色発光素子での透明導電層４の膜厚変化に対する、光学膜厚、発光効率、色度ｘ、数値ｍを示す。
図６は、図５のグラフを境界条件の部分を中心に表形式にし、発光効率、数値ｍについても示したものである。また、数値ｍは、
（式１）は、共振器構造において、透明導電層４、正孔注入層５および正孔輸送層６の光学膜厚の合計Ｌｎｍ、共振波長λｎｍ、位相シフトΦ［ラジアン］の関係を表す式である。
反射電極３での位相シフトΦは、以下の（式２）で求めることができる。
２．３．２．赤色発光素子
図７は、ＣＦ補正をせず、透明導電層４の膜厚を変化させたときの赤色発光素子の発光効率と色度ｙの変化を表す図である。
図７中、実線のグラフ（ａ）は、透明導電層４の膜厚を変化させた場合の発光効率の変化を示す。また、丸印をプロットしたグラフ（ｂ）は、透明導電層４の膜厚を変化させた場合の色度ｙの変化を示す。
赤色発光素子では、発光効率（グラフ（ａ））がピークとなる膜厚（１４１ｎｍ）付近で、色度（グラフ（ｂ））について目標色度（ｙ＝０．３３）に近い値が得られている。よって、目標色度に近づける場合に、弱いスペクトル矯正で足り、それだけ透過率の高いカラーフィルタを利用できる。したがって、赤色発光素子については、効率重視設計が適する。
図８は、赤色発光素子での透明導電層４の膜厚変化に対する、光学膜厚、発光効率、色度ｙ、数値ｍを示す。
図８は、図７のグラフを境界条件の部分を中心に表形式にし、発光効率、数値ｍについても示したものである。また、数値ｍは、（式１）より導出したものである。
図８から、赤色発光素子において発光効率がピーク値の８０％以内であり、かつ色度ｙが０．３３以下となる範囲は、透明導電層４の膜厚が１４１ｎｍ以上１５２ｎｍ以下の範囲である。そして、透明導電層４の膜厚が１４１ｎｍにおいて発光効率は最大となる。このときの光学膜厚Ｌは４０３．５ｎｍとなり、（式１）における数値ｍは１．９（≒２）となる。このときの発光効率は、赤色発光素子で２．５６［ｃｄ／Ａ］である。
２．３．３．青色発光素子について
（１）設計手法の選択
図９は、透明導電層４の膜厚を変化させたときの青色発光素子の発光効率と色度ｙとを表す図である。
２．３．３．青色発光素子について
（１）設計手法の選択
図９は、透明導電層４の膜厚を変化させたときの青色発光素子の発光効率と色度ｙとを表す図である。
図９中、実線のグラフ（ａ）は、ＣＦ補正をせず、透明導電層４の膜厚を変化させた場合の発光効率の変化を示す。丸印をプロットしたグラフ（ｃ）は、ＣＦ補正をせず、透明導電層４の膜厚を変化させた場合の色度ｙの変化を示す。また、四角印をプロットしたグラフ（ｂ）は、目標色度を得るためｙ＝０．０６となるＣＦ補正を行った場合において、透明導電層４の膜厚を変化させた場合の発光効率の変化を示す。
効率重視設計とする場合、透明導電層４の膜厚は、図９グラフ（ａ）の発光効率がピークとなる８７ｎｍを採用することになる。この条件において得られる色度（グラフ（ｃ））は目標色度（０．０６）から大きく外れているので目標色度を得るためにＣＦ補正することになる。しかし、目標色度に近づけるべくＣＦ補正をすると（グラフ（ｂ））、得られる発光効率は０．３９［ｃｄ／Ａ］まで低下してしまう。目標色度に近づけるため強いスペクトル矯正が必要であるが、強いスペクトル矯正を行うカラーフィルタの透過率は低いためである。このときのＣＦ透過率は６．３［％］である。
一方、色度重視設計とする場合、図９グラフ（ｂ）で色度が０．０６以下を示す膜厚を採用することになる。グラフ（ｂ）で色度が０．０６以下を満たし、かつグラフ（ａ）でピークを示す膜厚は、４４ｎｍ（発光効率は１．４４［ｃｄ／Ａ］）及び１６６ｎｍ（発光効率は１．６２［ｃｄ／Ａ］）であり、いずれの発光効率も、効率重視設計した場合の発光効率より大きい。したがって、青色発光素子については、色度重視設計が適する。
（２）色度重視設計
上述したように、青色発光素子では、発光効率がピーク値の８０％以内、かつ色度ｙが０．０６以下となる範囲（以下、青色膜厚条件という。）になるよう設計する。そして、色度重視設計でこの条件を満たす膜厚としては、図９を用いて説明したように、透明導電層４の膜厚が赤色発光素子の膜厚よりも薄膜の場合（以下、色度重視設計１という）と、厚膜の場合（以下、色度重視設計２という）がある。
（２）色度重視設計
上述したように、青色発光素子では、発光効率がピーク値の８０％以内、かつ色度ｙが０．０６以下となる範囲（以下、青色膜厚条件という。）になるよう設計する。そして、色度重視設計でこの条件を満たす膜厚としては、図９を用いて説明したように、透明導電層４の膜厚が赤色発光素子の膜厚よりも薄膜の場合（以下、色度重視設計１という）と、厚膜の場合（以下、色度重視設計２という）がある。
図１０は、色度重視設計１、色度重視設計２のそれぞれにおける、青色発光素子での透明導電層４の膜厚変化に対する、光学膜厚、発光効率、色度ｙ、数値ｍを示す。
図１０は、図９のグラフのうち境界条件の部分を中心に表形式にし、発光効率、数値ｍについても示したものである。また、数値ｍは、（式１）より導出したものである。
図１０に示すように、色度重視設計１では、透明導電層４の膜厚が４２ｎｍ以上４４ｎｍ以下の場合に青色膜厚条件を満たす。また、色度重視２では、透明導電層４の膜厚が１５６ｎｍ以上１６６ｎｍ以下の場合に青色膜厚条件を満たす。このとき、ｍは、２．５≦ｍ＜３を満たす範囲が良好である。
（３）効率重視設計と色度重視設計の比較
図１１は、効率重視設計、色度重視設計１及び２の各設計における最適条件下での透明導電層４の膜厚と、そのときの（式１）における光学膜厚Ｌと数値ｍ、デバイス特性として発光効率とカラーフィルタ透過率を示す。
（３）効率重視設計と色度重視設計の比較
図１１は、効率重視設計、色度重視設計１及び２の各設計における最適条件下での透明導電層４の膜厚と、そのときの（式１）における光学膜厚Ｌと数値ｍ、デバイス特性として発光効率とカラーフィルタ透過率を示す。
効率重視設計の場合、透明導電層４の膜厚が８７ｎｍにおいて、発光効率は最大となる。このときの光学膜厚Ｌは３１４．７ｎｍとなり、数値ｍは２．１（≒２）となる。
一方、色度重視設計１の場合は、透明導電層４の膜厚が４４ｎｍにおいて、色度０．０６以下を条件とした場合の発光効率は、１．４４［ｃｄ／Ａ］（色度は０．０５８）でピークとなる。このときの光学膜厚Ｌは２２７．０ｎｍであり、数値ｍは１．７となる。
また、色度重視設計２の場合は、透明導電層４の膜厚が１６６ｎｍにおいて、色度０．０６以下を条件とした場合の発光効率が１．６２［ｃｄ／Ａ］（色度は０．０５９）でピークとなる。このときの光学膜厚Ｌは４７５．８ｎｍであり、（式１）における数値ｍは２．８となる。
発光効率は、効率重視設計の場合０．３９［ｃｄ／Ａ］であるのに対し、色度重視設計１では１．４４［ｃｄ／Ａ］となり、効率重視設計の約３．７倍であり、色度重視設計１の方が効率重視よりも発光効率が高くなる。
また、色度重視設計２では、発光効率は１．６２［ｃｄ／Ａ］となり、発光効率を色度重視設計１に比べさらに約１０％向上させることができる。
（４）正孔注入層、正孔輸送層の膜厚の変更
上述の実施形態では、実験において透明導電層４の膜厚を変更していたが、色度重視設計を行う場合に重要なパラメータは、透明導電層４の膜厚ではなく、透明導電層４、正孔注入層５、正孔輸送層６の光学膜厚の合計Ｌである。発光素子の発光効率を高めるという効果は、直接光と反射光との干渉により得られるものと考えられるためである。
（４）正孔注入層、正孔輸送層の膜厚の変更
上述の実施形態では、実験において透明導電層４の膜厚を変更していたが、色度重視設計を行う場合に重要なパラメータは、透明導電層４の膜厚ではなく、透明導電層４、正孔注入層５、正孔輸送層６の光学膜厚の合計Ｌである。発光素子の発光効率を高めるという効果は、直接光と反射光との干渉により得られるものと考えられるためである。
図１２は、青色発光素子の正孔注入層、正孔輸送層の膜厚をそれぞれ２０ｎｍに変更し、この条件下で、透明導電層４の膜厚を変化させた場合の光学膜厚、発光効率、色度ｙ、数値ｍを示す。
色度重視設計１で設計した場合は、透明導電層４の膜厚が６９ｎｍ以上７２ｎｍ以下の場合に青色膜厚条件を満たす。透明導電層４の膜厚が７２ｎｍの場合に発光効率がピーク（１．４４［ｃｄ／Ａ］）となる。このときの光学膜厚Ｌは２１５．５ｎｍであり、（式１）における数値ｍは１．７となる。
また、色度重視２で設計した場合は、透明導電層４の膜厚が１８８ｎｍ以上１９６ｎｍ以下の場合に青色膜厚条件を満たす。透明導電層４の膜厚が１９６ｎｍにおいて発光効率がピーク（１．７５［ｃｄ／Ａ］）となる。このときの光学膜厚Ｌは４６８．４ｎｍであり、（式１）における数値ｍは２．８となる。
色度重視１と色度重視２との発光効率を比較すると、色度重視２の発光効率は、色度重視１の発光効率に比べ約２０％向上している。
３．各部材料
基板１は、例えば、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）基板である。基板１の材料は、例えば、無アルカリガラス、ソーダガラス、無蛍光ガラス、燐酸系ガラス、硼酸系ガラス、石英、アクリル系樹脂、スチレン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリエチレン、ポリエステル、シリコーン系樹脂、又はアルミナ等の絶縁性材料である。
３．各部材料
基板１は、例えば、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）基板である。基板１の材料は、例えば、無アルカリガラス、ソーダガラス、無蛍光ガラス、燐酸系ガラス、硼酸系ガラス、石英、アクリル系樹脂、スチレン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリエチレン、ポリエステル、シリコーン系樹脂、又はアルミナ等の絶縁性材料である。
バンク２は、樹脂等の有機材料で形成されており絶縁性を有する。有機材料は、例えば、アクリル系樹脂、ポリイミド系樹脂、ノボラック型フェノール樹脂等である。また、バンク２は、有機溶剤耐性を有することが好ましい。さらに、バンク２はエッチング処理、ベーク処理等がされることがあるので、それらの処理に対して過度に変形、変質などをしないような耐性の高い材料で形成されることが好ましい。
反射電極３は、基板１に配されたＴＦＴに電気的に接続されており、発光素子の正極として機能すると共に、発光層７ｂ，７ｇ，７ｒから反射電極３に向けて出射された光を反射する機能を有する。反射機能は、反射電極３の構成材料により発揮されるものでもよいし、反射電極３の表面部分に反射コーティングを施すことにより発揮されるものでもよい。反射基板３は、例えば、Ａｇ（銀）、Ａｌ（アルミニウム）等で形成されている。また、反射電極３の材料は、例えば、ＡＰＣ（銀、パラジウム、銅の合金）、ＡＲＡ（銀、ルビジウム、金の合金）、ＭｏＣｒ（モリブデンとクロムの合金）、ＮｉＣｒ（ニッケルとクロムの合金）等の合金である。トップエミッション型の発光素子の場合は、光反射性の高い材料で形成されていることが好ましい。
透明導電層４は、反射電極３と正孔注入層５との間に介在し、反射電極３と正孔注入層５との接合性を良好にする機能を有すると共に、製造過程において反射電極３の形成直後に反射電極３が自然酸化するのを防止する保護層として機能する。透明導電層４の材料は、発光層７ｂ，７ｇ，７ｒで発生した光に対して十分な透光性を有する導電性材料であればよく、例えば、ＩＴＯやＩＺＯ（Indium Zinc Oxide）などが好ましい。室温で成膜しても良好な導電性を得ることができるからである。
正孔注入層５は、正孔を発光層７ｂ、７ｇ、７ｒに注入する機能を有する。正孔注入層５の材料は、例えば、ＷＯｘ（酸化タングステン）、ＭｏＯｘ（酸化モリブテン）、ＭｏｘＷｙＯｚ（モリブデン−タングステン酸化物）等である。なお、正孔注入層５は、正孔を発光層に注入する機能を有する金属化合物で形成されていることが好ましく、そのような金属化合物としては、例えば、金属酸化物、金属窒化物又は金属酸窒化物が挙げられる。
正孔注入層５が特定の金属化合物で形成されている場合は、正孔を容易に注入することができ、発光層７ｂ、７ｇ、７ｒ内で電子が有効に発光に寄与するため、良好な発光特性を得ることができる。前記の特定の金属化合物としては、遷移金属が好ましい。遷移金属は、複数の酸化数をとるためこれにより複数の準位をとることができ、その結果正孔注入が容易になり駆動電圧を低減することができる。
正孔輸送層６は正孔を発光層７ｂ、７ｇ、７ｒに輸送する機能を有する。正孔輸送層６の材料は、例えば、トリアゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、ポリアリールアルカン誘導体、ピラゾリン誘導体及びピラゾロン誘導体、フェニレンジアミン誘導体、アリールアミン誘導体、アミノ置換カルコン誘導体、オキサゾール誘導体、スチリルアントラセン誘導体、フルオレノン誘導体、ヒドラゾン誘導体、スチルベン誘導体、ポルフィリン化合物、芳香族第三級アミン化合物及びスチリルアミン化合物、ブタジエン化合物、ポリスチレン誘導体、ヒドラゾン誘導体、トリフェニルメタン誘導体、テトラフェニルベンジン誘導体で形成される。特に好ましくは、ポリフィリン化合物、芳香族第三級アミン化合物及びスチリルアミン化合物等で形成される。
発光層７ｂ、７ｇ、７ｒは、それぞれ青色、緑色、赤色の光を放射する機能を有する。発光層７ｂ、７ｇ、７ｒの材料は、例えば、オキシノイド化合物、ペリレン化合物、クマリン化合物、アザクマリン化合物、オキサゾール化合物、オキサジアゾール化合物、ペリノン化合物、ピロロピロール化合物、ナフタレン化合物、アントラセン化合物、フルオレン化合物、フルオランテン化合物、テトラセン化合物、ピレン化合物、コロネン化合物、キノロン化合物及びアザキノロン化合物、ピラゾリン誘導体及びピラゾロン誘導体、ローダミン化合物、クリセン化合物、フェナントレン化合物、シクロペンタジエン化合物、スチルベン化合物、ジフェニルキノン化合物、スチリル化合物、ブタジエン化合物、ジシアノメチレンピラン化合物、ジシアノメチレンチオピラン化合物、フルオレセイン化合物、ピリリウム化合物、チアピリリウム化合物、セレナピリリウム化合物、テルロピリリウム化合物、芳香族アルダジエン化合物、オリゴフェニレン化合物、チオキサンテン化合物、アンスラセン化合物、シアニン化合物、アクリジン化合物、８−ヒドロキシキノリン化合物の金属鎖体、２−ビピリジン化合物の金属鎖体、シッフ塩とＩＩＩ族金属との鎖体、オキシン金属鎖体、希土類鎖体等の蛍光物質等である。
電子輸送層８は透明電極９から注入された電子を発光層７ｂ、７ｇ、７ｒへ輸送する機能を有する。電子輸送層８は、例えば、ニトロ置換フルオレノン誘導体、チオピランジオキサイド誘導体、ジフェキノン誘導体、ペリレンテトラカルボキシル誘導体、アントラキノジメタン誘導体、フレオレニリデンメタン誘導体、アントロン誘導体、オキサジアゾール誘導体、ペリノン誘導体、キノリン錯体誘導体等である。
透明電極９は、例えば、ＩＴＯ、ＩＺＯ（酸化インジウム亜鉛）等で形成される。トップエミッション型の発光素子の場合は、光透過性の材料で形成されることが好ましい。
薄膜封止層１０は、基板１との間に挟まれた各層が水分や空気に晒されることを防止する機能を有する。薄膜封止層１０の材料は、例えば、ＳｉＮ（窒化シリコン）、ＳｉＯＮ（酸窒化シリコン）等である。
樹脂封止層１１は、基板１から薄膜封止層１０までの各層からなる背面パネルと、カラーフィルタ１２ｂ、１２ｇ、１２ｒが形成された前面パネルとを貼り合わせるとともに、各層が水分や空気に晒されることを防止する機能を有する。樹脂封止層１１の材料は、例えば、樹脂接着剤等である。トップエミッション型の発光素子の場合は、光透過性の材料で形成されることが好ましい。
４．まとめ
以上説明したように、青色発光素子は、効率重視設計によると、発光色の色度が目標色度より大きくズレてしまうため、カラーフィルタによる色度の補正を行うと効率が激減してしまう。一方、色度重視設計によると、ここでは透明導電層４の膜厚を１５６ｎｍ以上１６６ｎｍ以下とすることで、放射色の色純度をディスプレイに必要な目標色度まで高めることができ、さらに発光効率を高めることができる。この効果は、直接光と反射光との干渉により得られるものと考えられる。その場合、透明導電層４の膜厚が１５６ｎｍ以上１６６ｎｍ以下とすることが重要なのではなく、透明導電膜４、正孔注入層５、正孔輸送層６の光学膜厚の合計Ｌが重要であるといえる。従って、青色発光素子では、透明導電層４、正孔注入層５、正孔輸送層６の光学膜厚の合計Ｌを４５５．４ｎｍから４７５．８ｎｍとすればよく、この条件を満たす限り、同様の効果を得ることができる。
４．まとめ
以上説明したように、青色発光素子は、効率重視設計によると、発光色の色度が目標色度より大きくズレてしまうため、カラーフィルタによる色度の補正を行うと効率が激減してしまう。一方、色度重視設計によると、ここでは透明導電層４の膜厚を１５６ｎｍ以上１６６ｎｍ以下とすることで、放射色の色純度をディスプレイに必要な目標色度まで高めることができ、さらに発光効率を高めることができる。この効果は、直接光と反射光との干渉により得られるものと考えられる。その場合、透明導電層４の膜厚が１５６ｎｍ以上１６６ｎｍ以下とすることが重要なのではなく、透明導電膜４、正孔注入層５、正孔輸送層６の光学膜厚の合計Ｌが重要であるといえる。従って、青色発光素子では、透明導電層４、正孔注入層５、正孔輸送層６の光学膜厚の合計Ｌを４５５．４ｎｍから４７５．８ｎｍとすればよく、この条件を満たす限り、同様の効果を得ることができる。
また、緑色発光素子については、透明導電層４の膜厚を９６ｎｍ、つまり、透明導電層４、正孔注入層５、正孔輸送層６の光学膜厚の合計Ｌを３２６．４ｎｍとするのが好ましい。なお、この効果は、透明導電層４、正孔注入層５、正孔輸送層６の光学膜厚の合計Ｌを２９０．４ｎｍから３３８．４ｎｍとすればよく、この条件を満たす限り、同様の効果を得ることができる。
また、赤色発光素子については、透明導電層４の膜厚を１４９ｎｍ、つまり、透明導電層４、正孔注入層５、正孔輸送層６の光学膜厚の合計Ｌを４１９．３ｎｍとするのが好ましい。なお、この効果は、透明導電層４、正孔注入層５、正孔輸送層６の光学膜厚の合計Ｌを４０３．５ｎｍから４２４．９ｎｍとすればよく、この条件を満たす限り、同様の効果を得ることができる。
そして、これら発光素子を具備したディスプレイにおいて、それぞれ発光効率が高く、かつ発光色の色純度が高い、低消費電力、高色再現性なディスプレイを実現することができる。
５．変形例
なお、本発明を上記の実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
５．変形例
なお、本発明を上記の実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
例えば、本発明の一態様に係る有機ＥＬディスプレイを、表示装置１００に搭載することとしてもよい。
図１３は、表示装置１００の外観を示す外観斜視図である。
これにより、上記と同様の効果が得られる有機ＥＬ表示装置を構成することができる。
また、上記の実施の形態では、機能層は３層構造(透明電極、正孔注入層、正孔輸送層)を有することとしたが、これに限らず、例えば、２層構造あるいは単層構造を有していても良い。
本発明の発光素子は、低消費電力、高色再現性を要する表示装置や、各種光源などに好適である。
１ 基板
２ バンク
３ 反射電極
４ 透明導電層
５ 正孔注入層
６ 正孔輸送層
７ｂ、７ｇ、７ｒ 発光層
８ 電子輸送層
９ 透明電極
１０ 薄膜封止層
１１ 樹脂封止層
１２ｂ、１２ｇ、１２ｒ、１２ｂｒ カラーフィルタ
１３ ガラス
１５ 表示装置
２ バンク
３ 反射電極
４ 透明導電層
５ 正孔注入層
６ 正孔輸送層
７ｂ、７ｇ、７ｒ 発光層
８ 電子輸送層
９ 透明電極
１０ 薄膜封止層
１１ 樹脂封止層
１２ｂ、１２ｇ、１２ｒ、１２ｂｒ カラーフィルタ
１３ ガラス
１５ 表示装置
Claims (4)
- 複数の発光素子が配列された表示装置であって、
前記複数の発光素子は、それぞれ、反射電極と透明電極との間に配された、波長が４５５ｎｍの青色光、波長が５１０ｎｍの緑色光、赤色光のいずれかを放射する発光層と、前記反射電極と前記発光層との間に介挿された機能層とを有し、
前記反射電極において光が反射する際の位相シフトφ／２πが０．７であり、
前記反射電極と前記青色光を放射する発光層との間の光学距離が、４５５．４ｎｍ以上４７５．８ｎｍ以下であり、
前記反射電極と前記緑色光を放射する発光層との間の光学距離が、２９０．４ｎｍ以上３３８．４ｎｍ以下である
ことを特徴とする表示装置。 - 前記赤色光の波長が６４０ｎｍであり、
前記反射電極と前記赤色光を放射する発光層との間の光学距離が、４０３．５ｎｍ以上４２４．９ｎｍ以下である請求項１に記載の表示装置。 - 複数の発光素子が配列された表示装置であって、
前記複数の発光素子は、それぞれ、反射電極と透明電極との間に配された、波長が４５５ｎｍの青色光、緑色光、波長が６４０ｎｍの赤色光のいずれかを放射する発光層と、前記反射電極と前記発光層との間に介挿された機能層とを有し、
前記反射電極において光が反射する際の位相シフトφ／２πが０．７であり、
前記反射電極と前記青色光を放射する発光層との間の光学距離が、４５５．４ｎｍ以上４７５．８ｎｍ以下であり、
前記反射電極と前記赤色光を放射する発光層との間の光学距離が、４０３．５ｎｍ以上４２４．９ｎｍ以下である
ことを特徴とする表示装置。 - 透明電極に対向してカラーフィルタを備えることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の表示装置。
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