JP6019375B2 - 発光素子およびそれを用いた表示装置 - Google Patents
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Description
本発明は、有機ＥＬ（Electro Luminescence）素子等の発光素子およびそれを用いた表示装置に関し、特に、発光素子の光学設計に関する。
近年、有機ＥＬ素子等の発光素子の開発が進んでいる。また、この発光素子を用いた表示装置として、青色、緑色および赤色の発光素子を配列した表示装置が開発されている。
発光素子に関しては、消費電力を低減する等の観点から、発光効率の向上が重要とされている。特に、青色の発光素子は緑色や赤色の発光素子に比べて発光効率が低いので、青色の発光素子の発光効率を向上させることが要請されている。
従来から、発光効率を向上させる手法のひとつとして、発光素子に共振器構造を採用する技術が知られている。例えば、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、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膜厚を調整することが開示されている（段落００１２）。光学膜厚の調整は、発光素子を構成する各層の物理膜厚を調整することにより行うことができる。
一般に、発光素子の製造過程において各層の物理膜厚に製造誤差が発生することは避けられない。そのため、製造誤差の発生を考慮すると、単に発光素子に共振器構造を採用したというだけでは不十分な場合が生じる。例えば、製造誤差の範囲内で発光素子の各層の物理膜厚が設計値からずれた場合に、発光効率等の発光素子の特性が極度に低下するような共振器構造では実用的であるとはいえない。従って、発光素子の各層の物理膜厚が設計値からずれたとしても、発光素子の特性が設計値からずれにくい（即ち、製造誤差の許容量が広い）共振器構造を採用することが望ましい。
本発明は、発光効率が高く、且つ、製造誤差の許容量が広い発光素子、および、それを用いた表示装置を提供することを目的とする。
本発明の一態様に係る発光素子は、反射電極と、前記反射電極に対向して配された透光性電極と、前記反射電極と前記透光性電極との間に配された青色光を出射する発光層と、前記反射電極と前記発光層との間に配された機能層と、を備え、前記機能層の光学膜厚が、４２８．９ｎｍ以上４４９．３ｎｍ以下である。
上記の数値範囲を満たすことにより、発光効率が高く、且つ、製造誤差の許容量が広い発光素子を実現することができる。
［本発明の一態様の概要］
本発明の一態様に係る発光素子は、反射電極と、前記反射電極に対向して配された透光性電極と、前記反射電極と前記透光性電極との間に配された青色光を出射する発光層と、前記反射電極と前記発光層との間に配された機能層と、を備え、前記機能層の光学膜厚が、４２８．９ｎｍ以上４４９．３ｎｍ以下である。
本発明の一態様に係る発光素子は、反射電極と、前記反射電極に対向して配された透光性電極と、前記反射電極と前記透光性電極との間に配された青色光を出射する発光層と、前記反射電極と前記発光層との間に配された機能層と、を備え、前記機能層の光学膜厚が、４２８．９ｎｍ以上４４９．３ｎｍ以下である。
また、前記機能層の物理膜厚が、２０４ｎｍ以上３００ｎｍ以下、且つ、屈折率が１．５以上２．１以下であることとしてもよい。
また、さらに、前記透光性電極を挟んで前記発光層とは反対側に配されたカラーフィルタを備えることとしてもよい。
本発明の別の態様に係る発光素子は、反射電極と、前記反射電極に対向して配された透光性電極と、前記反射電極と前記透光性電極との間に配された青色光を出射する発光層と、前記反射電極と前記発光層との間に配された機能層と、を備え、カラーフィルタを配さない場合における発光効率をＥ１とし、カラーフィルタを配した場合における発光効率をＥ２としたとき、前記機能層の光学膜厚が、発光効率Ｅ１が極値となる光学膜厚において色度が目標値になるようにカラーフィルタの特性を調整したときの発光効率Ｅ２を分母とし、ある光学膜厚において色度が目標値になるようにカラーフィルタの特性を調整したときの発光効率Ｅ２を分子とする効率比を求めたときに、効率比が０．８５以上となる第１の条件と、ある光学膜厚において色度が目標値になるようにカラーフィルタの特性を調整し、カラーフィルタの特性を維持したままで光学膜厚を変化させた場合において、発光効率Ｅ２の変化が±１０％以内であり、色度の変化が±０．０１５以内であり、かつ、これらを満たす光学膜厚の範囲が２０ｎｍよりも広くなる第２の条件と、を満たす。
本発明の一態様に係る表示装置は、青色光を出射する発光素子と、緑色光を出射する発光素子と、赤色光を出射する発光素子とを備える表示装置であって、前記青色光を出射する発光素子が、上記の発光素子である。
［実施の形態］
＜１＞ 構成
本発明を実施するための形態を、図面を参照して詳細に説明する。
＜１＞ 構成
本発明を実施するための形態を、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、実施の形態に係る表示装置の画素構造を模式的に示す断面図である。
表示装置では、青色、緑色および赤色の画素が行方向及び列方向に規則的に配置されている。各画素は、電界発光現象を利用した発光素子で構成されている。本実施の形態では、発光素子として、発光材料が有機材料である有機ＥＬ素子を例に挙げて説明する。
青色の有機ＥＬ素子は、基板１、反射電極２、透明導電層３、正孔注入層４、正孔輸送層５、発光層６ｂ、電子輸送層７、透光性電極８、薄膜封止層９、樹脂封止層１０、基板１１およびカラーフィルタ１３ｂを備える。以下、反射電極２と発光層６ｂとの間に配された層（本実施の形態では、透明導電層３、正孔注入層４および正孔輸送層５）を「第１機能層」と称し、発光層６ｂと透光性電極８との間に配された層（本実施の形態では、電子輸送層７）を「第２機能層」と称することがある。
緑色の有機ＥＬ素子は、発光層６ｇおよびカラーフィルタ１３ｇを除き、青色の有機ＥＬ素子と同様の構成を有する。赤色の有機ＥＬ素子も、発光層６ｒおよびカラーフィルタ１３ｒを除き、青色の有機ＥＬ素子と同様の構成を有する。この例では、青色、緑色および赤色の有機ＥＬ素子において、基板１、電子輸送層７、透光性電極８、薄膜封止層９、樹脂封止層１０および基板１１が共通に設けられている。一方、反射電極２、透明導電層３、正孔注入層４、正孔輸送層５および発光層６ｂ、６ｇ、６ｒは、有機ＥＬ素子毎に設けられている。これらの反射電極２、透明導電層３、正孔注入層４、正孔輸送層５、発光層６ｂ、６ｇ、６ｒは有機ＥＬ素子毎にバンク１２で区分されている。また、カラーフィルタ１３ｂ、１３ｇ、１３ｒは有機ＥＬ素子毎にブラックマトリクス１３ｂｒで区分されている。
各色の有機ＥＬ素子では、反射電極２の存在により光の干渉効果を利用した共振器構造が実現されている。図２に青色の有機ＥＬ素子における共振器構造を例示する。有機ＥＬ素子には、第１光路Ｃ１と第２光路Ｃ２とが形成される。第１光路Ｃ１では、発光層６ｂから出射された光の一部が、第１機能層を通じて反射電極２側に進行し、反射電極２により反射された後、第１機能層、発光層６ｂ、第２機能層および透光性電極８を通じて外部に出射される。第２光路Ｃ２では、発光層６ｂから出射された光の残りの一部が、反射電極２側に進行することなく、第２機能層を通じて透光性電極８に進行し、透光性電極８を通じて外部に出射される。第１機能層の光学膜厚を適切に設定することにより、第１光路Ｃ１を通過する光と第２光路Ｃ２を通過する光とが干渉効果によって強め合い、発光効率を高めることができる。
本実施の形態では、青色の有機ＥＬ素子の第１機能層の光学膜厚は、４２８．９ｎｍ以上４４９．３ｎｍ以下である。これにより、青色の有機ＥＬ素子の発光効率を高め、且つ、製造誤差の許容量を広げることができる。以下、詳細に説明する。
＜２＞ シミュレーション
＜２−１＞ 第１段階
発明者らは、第１機能層の光学膜厚を変化させたときの発光効率の変化および色度の変化をシミュレーションにより求めた。図３、図４にシミュレーションに用いる有機ＥＬ素子の各パラメータを示す。
＜２−１＞ 第１段階
発明者らは、第１機能層の光学膜厚を変化させたときの発光効率の変化および色度の変化をシミュレーションにより求めた。図３、図４にシミュレーションに用いる有機ＥＬ素子の各パラメータを示す。
図３は、青色の有機ＥＬ素子の各層の物理膜厚等を列挙したテーブルである。同図の屈折率の欄には、４６０ｎｍの波長での屈折率が記入されている。
図４は、青色の有機ＥＬ素子に用いられる発光材料のＰＬ（Photo Luminescence）スペクトルである。この発光材料のＣＩＥ色度図における座標位置は（０．１５３、０．１３９）である。
図５は、図３、図４の各パラメータを前提とする有機ＥＬ素子において、透明導電層３の物理膜厚と発光効率との関係を示すグラフである。
本シミュレーションでは、第１機能層の光学膜厚を変化させるために、透明導電層３の物理膜厚を変化させている。透明導電層３以外の層の物理膜厚は固定であり、各層の屈折率は固定である。従って、以下の説明における「透明導電層３の物理膜厚」は、「第１機能層の光学膜厚」に置き換えて解釈することができる。なお、数値に関しては、相対値であればそのまま置き換え可能であるが、絶対値であれば換算が必要である。以下の説明では、数値が絶対値の場合は、必要に応じて換算値を併記する。
図５中の破線は、有機ＥＬ素子にカラーフィルタ（ＣＦ）を配さない場合における発光効率を示す。以下、カラーフィルタを配さない場合の発光効率をＥ１と表記する。これは、透明導電層３の物理膜厚を５ｎｍ単位で変化させ、それぞれの物理膜厚での発光効率Ｅ１を算出することにより得られている。図５に示す通り、透明導電層３の物理膜厚を変化させると、光の干渉効果により発光効率Ｅ１が変化する。そして、透明導電層３の物理膜厚が２０ｎｍおよび１５０ｎｍで発光効率Ｅ１が極小値となり、透明導電層３の物理膜厚が８０ｎｍで発光効率Ｅ１が極大値となる。
図５中の実線は、有機ＥＬ素子にカラーフィルタを配した場合における発光効率を示す。以下、カラーフィルタを配した場合の発光効率をＥ２と表記する。これは、透明導電層３の物理膜厚を５ｎｍ単位で変化させ、それぞれの物理膜厚においてカラーフィルタの特性を適切に設定した上で発光効率Ｅ２を算出することにより得られている。本シミュレーションでは、カラーフィルタの特性は、有機ＥＬ素子の発光色の色度（ＣＩＥ色度のｙ値）が目標値０．０６になるように設定している。以下、ＣＩＥ色度のｙ値をＣＩＥｙと表記する。
なお、発明者らの研究により、第１機能層の光学膜厚を変化させると、発光効率Ｅ１だけでなく、色度ＣＩＥｙも変化することが判明している。図６は、図５と同じ条件の有機ＥＬ素子において、透明導電層３の物理膜厚と色度との関係を示すグラフである。
図６中の破線は、有機ＥＬ素子にカラーフィルタを配さない場合における色度を示す。図６に示す通り、透明導電層３の物理膜厚を変化させると、色度ＣＩＥｙが変化する。一般に、青色の有機ＥＬ素子では、色度ＣＩＥｙの目標値としては０．０６から０．０８程度に設定される場合が多い。これは、０．０６がＥＢＵ規格の目標値であり、０．０８がＮＴＳＣ規格の目標値だからである。色度ＣＩＥｙの目標値を０．０６とすると、物理膜厚が３０ｎｍおよび１５５ｎｍの場合に色度ＣＩＥｙが目標値に最も近くなる。また、物理膜厚が１００ｎｍの場合に色度ＣＩＥｙが目標値から最も遠くなる。このように、透明導電層３の物理膜厚が変化すると色度ＣＩＥｙが変化する。そのため、色度ＣＩＥｙを目標値０．０６とするようなカラーフィルタの特性は、透明導電層３の物理膜厚ごとに異なる。ひいては、色度ＣＩＥｙを目標値０．０６とするようなカラーフィルタの特性は、第１機能層の光学膜厚ごとに異なる。
図６中の実線は、有機ＥＬ素子にカラーフィルタを配し、カラーフィルタの特性を物理膜厚ごとに適切に調整した場合の色度を示す。当然ながら、何れの物理膜厚においても色度ＣＩＥｙが目標値０．０６に保たれている。
このように、第１機能層の光学膜厚を変化させると、発光効率Ｅ１だけでなく、色度ＣＩＥｙも変化する。また、図５の破線および図６の破線から分かる通り、ある特定の光学膜厚で発光効率Ｅ１が極大値となっても、その光学膜厚で必ずしも色度ＣＩＥｙが目標値に近いとは限らない。色度ＣＩＥｙが目標値から遠いと、その分だけカラーフィルタでの色度の補正を強くする必要があるので、カラーフィルタを配した場合における発光効率Ｅ２が低下してしまう。その結果、カラーフィルタを配さない場合における発光効率Ｅ１が極大値となる光学膜厚と、カラーフィルタを配した場合における発光効率Ｅ２が極大値となる光学膜厚とが異なることになる。図５に示す通り、発光効率Ｅ２は、透明導電層３の物理膜厚が４５ｎｍおよび１５５ｎｍ付近の場合に極大値となる。
さて、有機ＥＬ素子の製造過程では、各層の物理膜厚に製造誤差が発生することは避けられない。そのため、各層の物理膜厚が設計値からずれたとしても、有機ＥＬ素子の特性が設計値からずれにくい（即ち、製造誤差の許容量が広い）ことが望ましい。また、有機ＥＬ素子では、カラーフィルタを配した場合における発光効率Ｅ２が高いことが望ましい。発明者らは、第１機能層の光学膜厚を設計するに当たり、これらを両立するにはどのようにすればよいかを検討した。
まず、発光効率Ｅ１が極値の付近では、物理膜厚の変化に対する発光効率Ｅ１の変化が小さいので、製造誤差の許容量が広いと考えられる。図５を参照すると、透明導電層３の物理膜厚が２０ｎｍ付近、８０ｎｍ付近および１５０ｎｍ付近が候補となる。この中では、透明導電層３の物理膜厚が１５０ｎｍ付近のときに発光効率Ｅ２が最も高い。従って、物理膜厚を１５０ｎｍ付近（第１機能層の光学膜厚に換算すると４４３．２ｎｍ付近）とすることで発光効率を高め、且つ、製造誤差の許容量を広くすることができると考えられる。
＜２−２＞ 第２段階
上記の第１段階では、透明導電層３の物理膜厚が１５０ｎｍ付近（第１機能層の光学膜厚に換算すると、４４３．２ｎｍ付近）であることが望ましいことが判明した。
上記の第１段階では、透明導電層３の物理膜厚が１５０ｎｍ付近（第１機能層の光学膜厚に換算すると、４４３．２ｎｍ付近）であることが望ましいことが判明した。
発明者らは、次に、透明導電層３の物理膜厚が１５０ｎｍ付近において効果的な物理膜厚の範囲を詳細に検討した。具体的には、以下の条件１、２の両方を満たす物理膜厚の範囲を探索した。
（条件１）
発光効率Ｅ１が極値となる物理膜厚１５０ｎｍにおいて色度ＣＩＥｙが目標値０．０６になるようにカラーフィルタの特性を調整したときの発光効率Ｅ２を分母とし、ある物理膜厚において色度ＣＩＥｙが目標値０．０６になるようにカラーフィルタの特性を調整したときの発光効率Ｅ２を分子とする効率比を求めたときに、効率比が０．８５以上となる。
発光効率Ｅ１が極値となる物理膜厚１５０ｎｍにおいて色度ＣＩＥｙが目標値０．０６になるようにカラーフィルタの特性を調整したときの発光効率Ｅ２を分母とし、ある物理膜厚において色度ＣＩＥｙが目標値０．０６になるようにカラーフィルタの特性を調整したときの発光効率Ｅ２を分子とする効率比を求めたときに、効率比が０．８５以上となる。
（条件２）
ある物理膜厚において色度ＣＩｙが目標値０．０６になるようにカラーフィルタの特性を調整し、カラーフィルタの特性を維持したままで物理膜厚を変化させた場合において、発光効率Ｅ２の変化が±１０％以内であり、色度ＣＩＥｙの変化が±０．０１５以内であり、かつ、これらを満たす物理膜厚の範囲が１０ｎｍ（第１機能層の光学膜厚に換算すると２０ｎｍ）よりも広い。
ある物理膜厚において色度ＣＩｙが目標値０．０６になるようにカラーフィルタの特性を調整し、カラーフィルタの特性を維持したままで物理膜厚を変化させた場合において、発光効率Ｅ２の変化が±１０％以内であり、色度ＣＩＥｙの変化が±０．０１５以内であり、かつ、これらを満たす物理膜厚の範囲が１０ｎｍ（第１機能層の光学膜厚に換算すると２０ｎｍ）よりも広い。
条件１を満たす範囲は、図５の実線を用いて探索することができる。
即ち、透明導電層３の物理膜厚１５０ｎｍのときの発光効率Ｅ２を分母とし、任意の物理膜厚のときの発光効率Ｅ２を分子とする効率比を求めて、効率比が０．８５以上となる範囲を求めればよい。図１１にシミュレーションにより得られた結果を示す。同図の効率比を見ると、透明導電層３の物理膜厚が１４３ｎｍ以上（第１機能層の光学膜厚に換算すると４２８．９ｎｍ以上）であれば、条件１を満たすことが分かる。
条件２を満たす範囲は、以下の要領で探索することができる。
図７は、透明導電層の物理膜厚の設計値を１５０ｎｍとした場合において、製造誤差により物理膜厚が設計値の１５０ｎｍからずれたときの発光効率の変化を示すグラフである。
まず透明導電層３の物理膜厚を１５０ｎｍとした場合に色度ＣＩＥｙが目標値０．０６になるようにカラーフィルタの特性を調整する。そして、そのカラーフィルタの特性を維持したままで物理膜厚を１ｎｍ単位で変化させ、それぞれの物理膜厚での発光効率Ｅ２を算出する。これをプロットすることで図７中の実線が得られる。また、それぞれの物理膜厚での発光効率Ｅ２について、物理膜厚が１５０ｎｍの場合の発光効率Ｅ２に対する変化率ΔＥｆｆを算出する。これをプロットすることで図７中の破線が得られる。なお、図７ではカラーフィルタの特性を維持したままで物理膜厚を変化させている。これに対し、図５ではそれぞれの物理膜厚においてカラーフィルタの特性を適切に調整しつつ物理膜厚を変化させている。従って、当然ながら、図７の曲線の形状と図５の曲線の形状が互いに異なることになる。
図７に示す通り、透明導電層３の物理膜厚が１３５ｎｍ以上１５４ｎｍ以下の範囲が、発光効率Ｅ２の変化率ΔＥｆｆが±１０％以内に収まる範囲であることが分かる。以下、この条件を満たす透明導電層３の物理膜厚の範囲を、発光効率許容範囲と称する。
図８は、図７と同じ条件で、製造誤差により物理膜厚が設計値の１５０ｎｍからずれたときの色度の変化を示すグラフである。
まず透明導電層３の物理膜厚を１５０ｎｍとした場合に色度ＣＩＥｙが目標値０．０６になるようにカラーフィルタの特性を調整する。そして、そのカラーフィルタの特性を維持したままで物理膜厚を１ｎｍ単位で変化させ、それぞれの物理膜厚での色度ＣＩＥｙを算出する。これをプロットすることで図８中の実線が得られる。また、それぞれの物理膜厚での色度ＣＩＥｙについて、物理膜厚が１５０ｎｍの場合の色度ＣＩＥｙに対する変化率Δｙを算出する。これをプロットすることで図８中の破線が得られる。
図８に示す通り、透明導電層３の物理膜厚が１４１ｎｍ以上１６５ｎｍ以下の範囲が、色度ＣＩＥｙの変化率Δｙが±０．０１５以内に収まる範囲であることが分かる。以下、この条件を満たす透明導電層３の物理膜厚の範囲を、色度許容範囲と称する。
図７から得られた発光効率許容範囲は、１３５ｎｍ以上１５４ｎｍ以下の範囲である。また、図８から得られた色度許容範囲は、１４１ｎｍ以上１６５ｎｍ以下の範囲である。そして、これらの許容範囲の両方を満たす範囲は、１４１ｎｍ以上１５４ｎｍ以下の範囲であり、この範囲の幅は、１３ｎｍである。以下、これら両方の条件を満たす範囲の幅を、膜厚許容幅と称する。このように、透明導電層３の物理膜厚の設計値を１５０ｎｍとした場合には、膜厚許容幅が１３ｎｍとなり、上記の条件２を満たすことが分かる。
同様の処理を、透明導電層３の物理膜厚の設計値を１ｎｍ単位で変化させながら実施すると、上記の条件２を満たす物理膜厚の範囲を特定することができる。参考のため、透明導電層３の物理膜厚の設計値を２０ｎｍとした場合について図９および図１０を用いて説明する。
図９は、透明導電層の物理膜厚の設計値を２０ｎｍとした場合において、製造誤差により物理膜厚が設計値の２０ｎｍからずれたときの発光効率の変化を示すグラフである。図９に示す通り、物理膜厚の設計値が２０ｎｍの場合、発光効率許容範囲は、１１ｎｍ以上２３ｎｍ以下の範囲である。
図１０は、図９と同じ条件で、製造誤差により物理膜厚が設計値の２０ｎｍからずれたときの色度の変化を示すグラフである。図１０に示す通り、物理膜厚の設計値が２０ｎｍの場合、色度許容範囲は、１６ｎｍ以上４０ｎｍ超の値以下の範囲である。図１０には、４０ｎｍ超の範囲が示されていないので上限値が不明である。しかしながら、上限値が４０ｎｍ超であることは明らかである。
そして、これら両方を満たす範囲は、１６ｎｍ以上２３ｎｍ以下の範囲であり、従って、膜厚許容幅は７ｎｍである。このように、透明導電層３の物理膜厚の設計値を２０ｎｍとした場合には、膜厚許容幅が７ｎｍとなり上記の条件２を満たさない。
図１１にシミュレーションにより得られた結果を示す。同図の膜厚許容幅を見ると、透明導電層３の物理膜厚が１５３ｎｍ以下（第１機能層の光学膜厚に換算すると４４９．３ｎｍ以下）であれば、条件２を満たすことが分かる。
そして、同図から、条件１、２の両方を満たす物理膜厚の範囲は、透明導電層３の物理膜厚が１４３ｎｍ以上１５３ｎｍ以下（第１機能層の光学膜厚に換算すると４２８．９ｎｍ以上４４９．３ｎｍ以下）であることが分かる。
＜３＞ 効果
上記の通り、透明導電層３の物理膜厚が１４３ｎｍ以上１５３ｎｍ以下であれば、条件１、２の両方を満たすことができる。以下に条件１、２のそれぞれの技術的意義について説明する。
上記の通り、透明導電層３の物理膜厚が１４３ｎｍ以上１５３ｎｍ以下であれば、条件１、２の両方を満たすことができる。以下に条件１、２のそれぞれの技術的意義について説明する。
第１段階では、透明導電層３の物理膜厚が１５０ｎｍの場合に、発光効率Ｅ１が極値をとり、且つ、発光効率Ｅ２が比較的高いことが判明した。条件１は、透明導電層３の物理膜厚が１５０ｎｍの場合の発光効率Ｅ２を基準としたとき、効率比が０．８５以上となることを要求している。条件１を満たすことにより、高い発光効率を確保することができる。
また、一般に、カラーフィルタの特性は設計段階で適切に設定されており、製造段階ではカラーフィルタの特性は調整されない。従って、製造段階で透明導電層３の物理膜厚が設計値からずれたとしても、既に用意されたカラーフィルタをそのまま用いることになる。図７および図８は、このような状況を想定して得られたものである。条件２は、このような状況において、発光効率および色度の設計値からのずれが許容範囲に収まるような物理膜厚の膜厚許容幅が１０ｎｍ超であること（第１機能層の光学膜厚に換算すると、２０ｎｍ超）を要求する。条件２を満たすことにより、物理膜厚の製造誤差の許容量を１０ｎｍ超という広い範囲で確保することができる。
従って、条件１、２の両方を満たすことにより、高い発光効率を確保しつつ広い製造誤差の許容量を確保することができる。
なお、シミュレーションでは、透明導電層３の物理膜厚を１４３ｎｍ以上１５３ｎｍ以下とし、正孔注入層４の物理膜厚を４０ｎｍとし、正孔輸送層５の物理膜厚を４０ｎｍとしている。その結果、第１機能層の光学膜厚の範囲が、４２８．９ｎｍ以上４４９．３ｎｍ以下となる。しかしながら、共振器構造で重要なのは各層の物理膜厚ではなく、第１機能層の光学膜厚である。従って、第１機能層の光学膜厚が４２８．９ｎｍ以上４４９．３ｎｍ以下であれば、各層の物理膜厚および屈折率がどのようなものであっても同様の効果を得ることができる。
発明者らは、さらに、透明導電層３の膜厚許容幅を求める手法と同じ手法を用いて、発光層６ｂの膜厚許容幅を求めた。図１２は、透明導電層の膜厚許容幅と発光層の膜厚許容幅を示すテーブルである。これによると、透明導電層３の物理膜厚が１５０ｎｍの場合は、２０ｎｍ、４５ｎｍ、８０ｎｍの場合に比べて、透明導電層３の膜厚許容幅のみならず、発光層６ｂの膜厚許容幅も広いことが分かる。従って、透明導電層３の物理膜厚を１４３ｎｍ以上１５３ｎｍ以下とすることで、発光層６ｂの製造誤差の許容量を広く確保することができる。
＜４＞ 各層の材料
＜４−１＞ 基板１
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、ソーダガラス、無蛍光ガラス、燐酸系ガラス、硼酸系ガラスなどのガラス板及び石英板、並びに、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、シリコーン系樹脂などのプラスチック板又はプラスチックフィルム、並びに、アルミナなどの金属板又は金属ホイルなどである。
＜４−１＞ 基板１
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、ソーダガラス、無蛍光ガラス、燐酸系ガラス、硼酸系ガラスなどのガラス板及び石英板、並びに、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、シリコーン系樹脂などのプラスチック板又はプラスチックフィルム、並びに、アルミナなどの金属板又は金属ホイルなどである。
＜４−２＞ 反射電極２
反射電極２は、基板１に配されたＴＦＴに電気的に接続されており、有機ＥＬ素子の正極として機能すると共に、発光層６ｂ、６ｇ、６ｒから反射電極２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２の構成材料により発揮されるものでもよいし、反射電極２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。反射電極２は、例えば、Ａｇ（銀）、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）、ＡＣＬ（アルミニウム、コバルト、ランタンの合金）等で形成されている。
反射電極２は、基板１に配されたＴＦＴに電気的に接続されており、有機ＥＬ素子の正極として機能すると共に、発光層６ｂ、６ｇ、６ｒから反射電極２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２の構成材料により発揮されるものでもよいし、反射電極２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。反射電極２は、例えば、Ａｇ（銀）、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）、ＡＣＬ（アルミニウム、コバルト、ランタンの合金）等で形成されている。
＜４−３＞ 透明導電層３
透明導電層３は、製造過程において反射電極２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３の材料は、発光層６ｂ、６ｇ、６ｒ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により形成されればよく、例えば、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）やＩＺＯ（Indium Zinc Oxide）などが適用できる。
透明導電層３は、製造過程において反射電極２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３の材料は、発光層６ｂ、６ｇ、６ｒ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により形成されればよく、例えば、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）やＩＺＯ（Indium Zinc Oxide）などが適用できる。
＜４−４＞ 正孔注入層４
正孔注入層４は、正孔を発光層６ｂ、６ｇ、６ｒに注入する機能を有する。例えば、酸化タングステン（ＷＯx）、酸化モリブデン（ＭｏＯx）、酸化モリブデンタングステン（ＭｏxＷyＯz）などの遷移金属の酸化物で形成される。遷移金属の酸化物で形成することで、電圧電流密度特性を向上させ、また、電流密度を高めて発光強度を高めることができる。なお、これ以外に、遷移金属の窒化物などの金属化合物も適用できる。
正孔注入層４は、正孔を発光層６ｂ、６ｇ、６ｒに注入する機能を有する。例えば、酸化タングステン（ＷＯx）、酸化モリブデン（ＭｏＯx）、酸化モリブデンタングステン（ＭｏxＷyＯz）などの遷移金属の酸化物で形成される。遷移金属の酸化物で形成することで、電圧電流密度特性を向上させ、また、電流密度を高めて発光強度を高めることができる。なお、これ以外に、遷移金属の窒化物などの金属化合物も適用できる。
＜４−５＞ 正孔輸送層５
正孔輸送層５の材料は、例えば、特開平５−１６３４８８号に記載の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、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ある。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である。
正孔輸送層５の材料は、例えば、特開平５−１６３４８８号に記載の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、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ある。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である。
＜４−６＞ 発光層６ｂ、６ｇ、６ｒ
発光層６ｂ、６ｇ、６ｒの材料は、例えば、特開平５−１６３４８８号公報に記載の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である。
発光層６ｂ、６ｇ、６ｒの材料は、例えば、特開平５−１６３４８８号公報に記載の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である。
＜４−７＞ 電子輸送層７
電子輸送層７の材料は、例えば、特開平５−１６３４８８号公報の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である。
電子輸送層７の材料は、例えば、特開平５−１６３４８８号公報の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である。
なお、電子注入性を更に向上させる点から、上記電子輸送層を構成する材料に、Ｎａ，Ｂａ，Ｃａなどのアルカリ金属またはアルカリ土類金属をドーピングしてもよい。
＜４−８＞ 透光性電極８
透光性電極８は、有機ＥＬ素子の負極として機能する。透光性電極８の材料は、発光層６ｂ、６ｇ、６ｒ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により形成されればよく、例えば、ＩＴＯやＩＺＯなどが適用できる。
透光性電極８は、有機ＥＬ素子の負極として機能する。透光性電極８の材料は、発光層６ｂ、６ｇ、６ｒ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により形成されればよく、例えば、ＩＴＯやＩＺＯなどが適用できる。
＜４−９＞ 薄膜封止層９
薄膜封止層９は、水分や酸素の侵入を防止する機能を有する。薄膜封止層９の材料としては、例えば、窒化シリコン（ＳｉＮx）、酸窒化シリコン（ＳｉＯxＮy）、酸化アルミニウム（ＡｌＯx）などが適用できる。
薄膜封止層９は、水分や酸素の侵入を防止する機能を有する。薄膜封止層９の材料としては、例えば、窒化シリコン（ＳｉＮx）、酸窒化シリコン（ＳｉＯxＮy）、酸化アルミニウム（ＡｌＯx）などが適用できる。
＜４−１０＞ 樹脂封止層１０
樹脂封止層１０は、基板１から薄膜封止層９までの各層からなる背面パネルと、基板１１とカラーフィルタ１３ｂ、１３ｇ、１３ｒからなる前面パネルとを貼り合わせるとともに、各層が水分や酸素に晒されることを防止する機能を有する。樹脂封止層１０の材料は、例えば、樹脂接着剤等である。
樹脂封止層１０は、基板１から薄膜封止層９までの各層からなる背面パネルと、基板１１とカラーフィルタ１３ｂ、１３ｇ、１３ｒからなる前面パネルとを貼り合わせるとともに、各層が水分や酸素に晒されることを防止する機能を有する。樹脂封止層１０の材料は、例えば、樹脂接着剤等である。
＜４−１１＞ 基板１１
基板１１の材料は、例えば、ソーダガラス、無蛍光ガラス、燐酸系ガラス、硼酸系ガラスなどのガラス板及び石英板、並びに、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、シリコーン系樹脂などのプラスチック板又はプラスチックフィルムである。
基板１１の材料は、例えば、ソーダガラス、無蛍光ガラス、燐酸系ガラス、硼酸系ガラスなどのガラス板及び石英板、並びに、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、シリコーン系樹脂などのプラスチック板又はプラスチックフィルムである。
＜４−１２＞ バンク１２
バンク１２は、絶縁性材料により形成されていれば良く、有機溶剤耐性を有することがよいと考えられる。また、バンク１２はエッチング処理、ベーク処理などされることがあるので、それらの処理に対する耐性の高い材料で形成されることがよいと考えられる。バンク１２の材料は、樹脂などの有機材料であっても、ガラスなどの無機材料であっても良い。有機材料として、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などを使用することができ、無機材料として、酸化シリコン（ＳｉＯx）、窒化シリコン（ＳｉＮx）などを使用することができる。
バンク１２は、絶縁性材料により形成されていれば良く、有機溶剤耐性を有することがよいと考えられる。また、バンク１２はエッチング処理、ベーク処理などされることがあるので、それらの処理に対する耐性の高い材料で形成されることがよいと考えられる。バンク１２の材料は、樹脂などの有機材料であっても、ガラスなどの無機材料であっても良い。有機材料として、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などを使用することができ、無機材料として、酸化シリコン（ＳｉＯx）、窒化シリコン（ＳｉＮx）などを使用することができる。
＜４−１３＞ カラーフィルタ１３ｂ、１３ｇ、１３ｒ
カラーフィルタ１３ｂ、１３ｇ、１３ｒは、それぞれ発光層６ｂ、６ｇ、６ｒから出射された光の色度を補正する機能を有する。
カラーフィルタ１３ｂ、１３ｇ、１３ｒは、それぞれ発光層６ｂ、６ｇ、６ｒから出射された光の色度を補正する機能を有する。
＜５＞ 表示装置の全体構成および外観
図１３は、実施の形態に係る表示装置の機能ブロックを示す図である。図１４は、実施の形態に係る表示装置の外観を例示する図である。表示装置２０は、有機ＥＬパネル２１と、これに電気的に接続された駆動制御部２２とを備える。有機ＥＬパネル２１は、図１に示す画素構造を有するものである。駆動制御部２２は、各有機ＥＬ素子の反射電極２と透光性電極８との間に電圧を印加する駆動回路２３と、駆動回路２３の動作を制御する制御回路２４とを備える。
図１３は、実施の形態に係る表示装置の機能ブロックを示す図である。図１４は、実施の形態に係る表示装置の外観を例示する図である。表示装置２０は、有機ＥＬパネル２１と、これに電気的に接続された駆動制御部２２とを備える。有機ＥＬパネル２１は、図１に示す画素構造を有するものである。駆動制御部２２は、各有機ＥＬ素子の反射電極２と透光性電極８との間に電圧を印加する駆動回路２３と、駆動回路２３の動作を制御する制御回路２４とを備える。
＜６＞ 製造方法
図１５および図１６は、実施の形態に係る表示装置の製造方法を説明するための図である。
図１５および図１６は、実施の形態に係る表示装置の製造方法を説明するための図である。
まず、基板１上に反射電極２を形成する（図１５（ａ））。次に、反射電極２上に、透明導電層３を形成する（図１５（ｂ））。このとき、例えば、透明導電層３の物理膜厚を１４３ｎｍ以上１５３ｎｍ以下とする。透明導電層３は、例えば、スパッタリング法を用いて基板１の全面に形成し、その後、画素毎にパターニングすることにより得られる。
次に、透明導電層３上に、例えば、正孔注入層４、バンク１２、正孔輸送層５を形成する（図１５（ｃ））。このとき、例えば、正孔注入層４の物理膜厚を４０ｎｍとし、正孔輸送層５の物理膜厚を４０ｎｍとする。これにより、第１機能層の光学膜厚を４２８．９ｎｍ以上４４９．３ｎｍ以下とする。なお、緑色および赤色の有機ＥＬ素子では、第１機能層の光学膜厚をこれ以外に設定してもよい。
次に、正孔輸送層５上に、例えば、インクジェット法などの印刷法により発光層６ｂ、６ｇ、６ｒを形成する（図１５（ｄ））。
次に、発光層６ｂ、６ｇ、６ｒ上に電子輸送層７を形成する（図１６（ａ））。
次に、電子輸送層７上に、蒸着法やスパッタリング法により透光性電極８を形成する（図１６（ｂ））。
次に、透光性電極８上に蒸着法やスパッタリング法により薄膜封止層９を形成し、カラーフィルタ１３ｂ、１３ｇ、１３ｒとブラックマトリクス１３ｂｒが形成された基板１１を、樹脂封止層１０を用いて貼り合わせる（図１６（ｃ））。
以上の工程により、表示装置を製造することができる。
＜７＞ 変形例
（１）第１機能層の物理膜厚と屈折率
上記実施の形態では、第１機能層の光学膜厚の範囲を４２８．９ｎｍ以上４４９．３ｎｍ以下としている。これを実現するために、第１機能層の物理膜厚が、２０４ｎｍ以上３００ｎｍ以下、且つ、屈折率が１．５以上２．１以下であることとしてもよい。図３に示す通り、第１機能層の各層の屈折率は、概ね、１．５以上２．１以下である。光学膜厚の上限値４４９．３ｎｍを屈折率の下限値１．５で割ると、物理膜厚３００ｎｍが得られる。光学膜厚の下限値４２８．９ｎｍを屈折率の上限値２．１で割ると、光学膜厚２０４ｎｍが得られる。
（１）第１機能層の物理膜厚と屈折率
上記実施の形態では、第１機能層の光学膜厚の範囲を４２８．９ｎｍ以上４４９．３ｎｍ以下としている。これを実現するために、第１機能層の物理膜厚が、２０４ｎｍ以上３００ｎｍ以下、且つ、屈折率が１．５以上２．１以下であることとしてもよい。図３に示す通り、第１機能層の各層の屈折率は、概ね、１．５以上２．１以下である。光学膜厚の上限値４４９．３ｎｍを屈折率の下限値１．５で割ると、物理膜厚３００ｎｍが得られる。光学膜厚の下限値４２８．９ｎｍを屈折率の上限値２．１で割ると、光学膜厚２０４ｎｍが得られる。
（２）第１および第２機能層の構成
上記実施の形態では、第１機能層が３層構造となっているが、単層構造、２層構造、あるいは４層以上の多層構造でも構わない。
上記実施の形態では、第１機能層が３層構造となっているが、単層構造、２層構造、あるいは４層以上の多層構造でも構わない。
同様に、上記実施の形態では、第２機能層が単層構造となっているが、２層以上の多層構造でも構わない。
（３）発光層
上記実施の形態では、発光層の材料に有機材料を用いた有機ＥＬ素子を挙げているが、これに限らない。例えば、発光層の材料に無機材料を用いた無機ＥＬ素子でも構わない。
上記実施の形態では、発光層の材料に有機材料を用いた有機ＥＬ素子を挙げているが、これに限らない。例えば、発光層の材料に無機材料を用いた無機ＥＬ素子でも構わない。
本発明は、例えば、表示装置等に利用することができる。
１ 基板
２ 反射電極
３ 透明導電層
４ 正孔注入層
５ 正孔輸送層
６ｂ、６ｇ、６ｒ 発光層
７ 電子輸送層
８ 透光性電極
９ 薄膜封止層
１０ 樹脂封止層
１１ 基板
１２ バンク
１３ｂ、１３ｇ、１３ｒ カラーフィルタ
１３ｂｒ ブラックマトリクス
２０ 表示装置
２１ 有機ＥＬパネル
２２ 駆動制御部
２３ 駆動回路
２４ 制御回路
２ 反射電極
３ 透明導電層
４ 正孔注入層
５ 正孔輸送層
６ｂ、６ｇ、６ｒ 発光層
７ 電子輸送層
８ 透光性電極
９ 薄膜封止層
１０ 樹脂封止層
１１ 基板
１２ バンク
１３ｂ、１３ｇ、１３ｒ カラーフィルタ
１３ｂｒ ブラックマトリクス
２０ 表示装置
２１ 有機ＥＬパネル
２２ 駆動制御部
２３ 駆動回路
２４ 制御回路
Claims (5)
- 反射電極と、
前記反射電極に対向して配された透光性電極と、
前記反射電極と前記透光性電極との間に配された青色光を出射する発光層と、
前記反射電極と前記発光層との間に配された機能層と、
を備え、
カラーフィルタを配さない場合における発光効率をＥ１とし、
カラーフィルタを配した場合における発光効率をＥ２としたとき、
前記機能層の光学膜厚が、
発光効率Ｅ１が極値となる光学膜厚において色度が目標値になるようにカラーフィルタの特性を調整したときの発光効率Ｅ２を分母とし、ある光学膜厚において色度が目標値になるようにカラーフィルタの特性を調整したときの発光効率Ｅ２を分子とする効率比を求めたときに、効率比が０．８５以上となる第１の条件と、
ある光学膜厚において色度が目標値になるようにカラーフィルタの特性を調整し、カラーフィルタの特性を維持したままで光学膜厚を変化させた場合において、発光効率Ｅ２の変化が±１０％以内であり、色度の変化が±０．０１５以内であり、かつ、これらを満たす光学膜厚の範囲が２０ｎｍよりも広くなる第２の条件と、を満たす、
発光素子。 - 青色光を出射する発光素子と、緑色光を出射する発光素子と、赤色光を出射する発光素子とを備える表示装置であって、前記青色光を出射する発光素子が、請求項１に記載の発光素子である、表示装置。
- 前記機能層の光学膜厚が、４２８．９ｎｍ以上４４９．３ｎｍ以下である
請求項１に記載の発光素子。
発光素子。 - 前記機能層の物理膜厚が、２０４ｎｍ以上３００ｎｍ以下、且つ、屈折率が１．５以上２．１以下である
請求項３に記載の発光素子。 - さらに、前記透光性電極を挟んで前記発光層とは反対側に配されたカラーフィルタを備える
請求項３に記載の発光素子。
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