有機ＥＬディスプレイ
【課題】有機ＥＬディスプレイにおいて動画表示を行う際の消費電力を低減する技術を提供する。
【解決手段】動画表示を行なう有機ＥＬディスプレイであって、発光層を含む１以上の層から成る有機層と、当該有機層を挟んで互いに対向する第１及び第２の電極とをそれぞれ有する複数の有機ＥＬ素子を備え、予め設定された前記有機ＥＬ素子の最大発光輝度の１／３から１／２の輝度範囲内で、前記有機ＥＬ素子の発光効率が最大となるように設定されている。
【解決手段】動画表示を行なう有機ＥＬディスプレイであって、発光層を含む１以上の層から成る有機層と、当該有機層を挟んで互いに対向する第１及び第２の電極とをそれぞれ有する複数の有機ＥＬ素子を備え、予め設定された前記有機ＥＬ素子の最大発光輝度の１／３から１／２の輝度範囲内で、前記有機ＥＬ素子の発光効率が最大となるように設定されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機ＥＬ(Electroluminescent)ディスプレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、電界発光を利用した有機ＥＬ素子を利用した有機ＥＬディスプレイが知られている。
【０００３】
有機ＥＬ素子としては、例えば、発光層を含む有機層を挟んで透明電極と金属電極とを対向配置させたものがある。このような構成の有機ＥＬ素子では、透明電極と金属電極との間に電圧または電流を印加して発光層に電流を流すと発光層が発光し、この発光層から出射される光が透明電極を透過して外部に放出される。そして、一般的な有機ＥＬ素子では、発光層に流れる電流が大きくなるほど発光強度が高くなることが知られている。
【０００４】
ところで、通常の有機ＥＬディスプレイでは、高輝度の発光が要求されるため、有機ＥＬ素子に高い電圧を印加して、発光層に流れる電流密度を大きくすることによって高輝度の発光を得ていたが、当該手法では、消費電力が大きいという欠点があった。
【０００５】
このような問題に対して、有機ＥＬ素子に印加する電圧又は電流の大きさを、有機ＥＬ素子における発光効率が最大値の８０％以上となる電圧値又は電流値に設定するＥＬディスプレイが提案されている（例えば、特許文献１）。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−５９６５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１で提案されたＥＬディスプレイでは、有機ＥＬ素子に印加する電圧又は電流の範囲全体に対して発光効率が高くなる条件を採用しているだけで、動画表示時における発光条件に対応して、消費電力を低減するようなものではなかった。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、有機ＥＬディスプレイにおいて動画表示を行う際の消費電力を低減する技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するために、請求項１の発明は、動画表示を行なう有機ＥＬディスプレイであって、発光層を含む１以上の層から成る有機層と、当該有機層を挟んで互いに対向する第１及び第２の電極とをそれぞれ有する複数の有機ＥＬ素子を備え、予め設定された前記有機ＥＬ素子の最大発光輝度の１／３から１／２の輝度範囲内で、前記有機ＥＬ素子の発光効率が最大となるように設定されたことを特徴とする。
【００１０】
また、請求項２の発明は、請求項１に記載の有機ＥＬディスプレイであって、予め設定された前記有機ＥＬ素子の最大発光輝度の１／３から１／２の輝度範囲における前記有機ＥＬ素子の発光効率が、当該有機ＥＬ素子の最大発光効率の８０％以上となるように設定されたことを特徴とする。
【００１１】
また、請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載の有機ＥＬディスプレイであって、前記複数の有機ＥＬ素子が、第１の色の光を発する第１の有機ＥＬ素子と、前記第１の色とは異なる第２の色の光を発する第２の有機ＥＬ素子と、前記第１及び第２の色とは異なる第３の色の光を発する第３の有機ＥＬ素子とを含み、前記第１から第３の有機ＥＬ素子のうちの１以上の有機ＥＬ素子について、予め設定された最大発光輝度の１／３から１／２の輝度範囲内で、発光効率が最大となるように設定されたことを特徴とする。
【００１２】
また、請求項４の発明は、請求項３に記載の有機ＥＬディスプレイであって、前記第１から第３の有機ＥＬ素子のうちの１以上の有機ＥＬ素子について、予め設定された最大発光輝度の１／３から１／２の輝度範囲における発光効率が最大発光効率の８０％以上となるように設定されたことを特徴とする。
【００１３】
また、請求項５の発明は、請求項３または請求項４に記載の有機ＥＬディスプレイであって、前記第１から第３の有機ＥＬ素子すべてについて、予め設定された最大発光輝度の１／３から１／２の輝度範囲内で、発光効率が最大となるようにそれぞれ設定されたことを特徴とする。
【００１４】
また、請求項６の発明は、請求項５に記載の有機ＥＬディスプレイであって、前記第１から第３の有機ＥＬ素子すべてについて、予め設定された最大発光輝度の１／３から１／２の輝度範囲における発光効率が最大発光効率の８０％以上となるようにそれぞれ設定されたことを特徴とする。
【００１５】
＜用語に関する記載＞
本明細書において、「発光効率」とは、有機ＥＬ素子に流れる電流密度（例えば、単位：アンペア毎平方メートル［Ａ／ｍ２］）と、有機ＥＬ素子から発せられる光の輝度（例えば、単位：カンデラ毎平方メートル［ｃｄ／ｍ２］）とを測定し、輝度を電流密度で除した値で表される。また、適宜、有機ＥＬ素子の発光効率の最大値を基準値である１として、発光効率を示している。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１に記載の発明によれば、最大発光輝度の１／３から１／２の輝度範囲内で、発光効率が最大となるように設定したことから、動画表示時において頻繁に使用される輝度範囲についての発光効率が向上し、動画表示を行う際の消費電力を低減することができる。
【００１７】
また、請求項２に記載の発明によれば、最大発光輝度の１／３から１／２の輝度範囲に含まれる何れの輝度の光を発する場合であっても、発光効率が最大発光効率の８０％以上となるように設定することで、動画表示時において頻繁に使用される輝度範囲についての発光効率を幅広く向上させることができるため、動画表示を行う際の消費電力を確実に低減することができる。
【００１８】
また、請求項３に記載の発明によれば、３種類の相互に異なる色の光を発する有機ＥＬ素子のうち、少なくとも１種類以上の色の光を発する有機ＥＬ素子について、最大発光輝度の１／３から１／２の輝度範囲内で、発光効率が最大となるように設定することにより、動画表示時において頻繁に使用される輝度範囲についての発光効率が向上し、動画表示を行う際の消費電力を低減することができる。
【００１９】
また、請求項４に記載の発明によれば、３種類の相互に異なる色の光を発する有機ＥＬ素子のうち、少なくとも１種類以上の色の光を発する有機ＥＬ素子について、最大発光輝度の１／３から１／２の輝度範囲における発光効率が最大発光効率の８０％以上となるように設定することで、動画表示時において頻繁に使用される輝度範囲についての発光効率を幅広く向上させることができるため、動画表示を行う際の消費電力を確実に低減することができる。
【００２０】
また、請求項５に記載の発明によれば、３種類の相互に異なる色の光を発する有機ＥＬ素子すべてについて、最大発光輝度の１／３から１／２の輝度範囲内で発光効率が最大となるように設定することで、動画表示を行う際の消費電力を大幅に低減することができる。
【００２１】
また、請求項６に記載の発明によれば、３種類の相互に異なる色の光を発する有機ＥＬ素子すべてについて、最大発光輝度の１／３から１／２の輝度範囲における発光効率が最大発光効率の８０％以上となるように設定することで、動画表示時において頻繁に使用される輝度範囲についての発光効率を幅広く増大させることができるため、動画表示を行う際の消費電力を確実かつ大幅に低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２３】
＜有機ＥＬディスプレイの構成＞
図１は、本発明の実施形態に係る有機ＥＬディスプレイ２１の構成を概略的に示す断面図である。この有機ＥＬディスプレイ２１は、トップエミッションタイプであり、図１に示すように、透明基板であるガラス基板（以下「基板」と略称）２３と、その基板２３上に形成された素子部２５と、その素子部２５の上に形成された調整層２６と、その調整層２６の上から素子部２５全体を覆うように形成された封止膜２７とを備えている。素子部２５は、基板２３側から順に、第１の電極３１、有機層３３及び第２の電極３５を備えている。そして、第１及び第２の電極３１，３５は有機層３３を挟み込んで相互に対向している。
【００２４】
また、有機ＥＬディスプレイ２１では、カラー発光を行うため、図２に示すように、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各色に対応して第１ないし第３の有機ＥＬ素子５１ｒ，５１ｇ，５１ｂが複数配設されている。なお、図２では、図示の便宜上、封止膜２７が省略されている。第１ないし第３の有機ＥＬ素子５１ｒ，５１ｇ，５１ｂの有機層３３には、後述のように、赤、緑、青の各波長の光を発光するのに適した材料が用いられている。
【００２５】
調整層２６は、第１ないし第３の有機ＥＬ素子５１ｒ，５１ｇ，５１ｂの光透過特性を調整するためのものである。封止膜２７は、有機層３３及び第２の電極３５等を封止するためのものであり、有機ＥＬディスプレイ２１の素子部２５が形成される領域を完全に覆うようにして形成されている。封止膜２７は、光透過性を有する絶縁材料、例えばＳｉＮｘ等により形成される。
【００２６】
素子部２５の構成について説明する。第１の電極３１は、有機層３３が発光した光の少なくとも一部を有機層３３側に反射するようになっており、例えば、Ａｌ等の反射電極（不透明電極）によって構成される。
【００２７】
第２の電極３５は、光を透過する導電材料によって構成される。なお、第２の電極３５は、半透明電極又は透明電極とすることができるが、半透明電極で構成される場合には、可視光を透過させるような光学特性を有している必要があるため、電極の膜厚を薄くすることでそのような光学特性を実現している。ここで、透明電極に好適な材料としては、例えばＩＴＯやＩＺＯ等がある。また、半透明電極に好適な材料としては、Ｌｉなどのアルカリ金属、Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａなどのアルカリ土類金属、あるいはＡｌ，Ｓｉ，Ａｇ等がある。
【００２８】
有機層３３は、図２に示すように、基板２３側から順に、正孔又は電子の注入を行うための電荷注入層４１と、正孔又は電子の輸送を行うための電荷輸送層４３と、ＥＬ発光を行う発光層４５と、電子又は正孔の輸送を行うための電荷輸送層４７と、電子又は正孔の注入を行うための電荷注入層４９とを備えている。なお、本実施形態では、有機層３３を５層構造で形成したが、種々の条件に応じて２ないし４層構造等、種々の層構造が採用される。
【００２９】
有機層３３の構成及び材料は、例えば、第１及び第２の電極３１，３５の反射特性（不透明、半透明又は透明）及び極性（いずれを陽極側にするか等）、及び有機層３３の発光色の種類（赤色、緑色、青色）等に応じて決定される。具体例としては、例えば、Ａｌｑ３（アルミキノリール錯体）などの材料は、緑色の発光を行うとともに電子輸送性にも優れているため、緑色の発光を行う素子部２５においては発光層と電子輸送層とがＡｌｑ３などの単一材料で構成される場合がある。また、透明電極を用いる場合には、金属の電子注入層を用いる場合が多い。
【００３０】
＜発光輝度と発光効率との関係＞
図３は、一般的な有機ＥＬ素子の発光輝度と発光効率との関係を例示している。図３では、横軸が発光輝度、縦軸が発光効率を示している。そして、発光効率の最大値、及び使用する発光輝度の最大値（以下「最大発光輝度」と称する）がそれぞれ基準値である１とされ、発光輝度と発光効率との関係を示す曲線Ｃｖが示されている。なお、カラー表示可能な有機ＥＬ素子では、最も明るい色である白色を表示する場合に発光輝度が最大発光輝度となるように予め設定されている。
【００３１】
図３に示すように、発光輝度が最大発光輝度よりも小さな値Ｓpkのときに、発光効率が最大（ピーク値）となる。以下では、発光効率の最大値を「最大発光効率」と称し、最大発光効率が実現される発光輝度を「最大効率輝度」と称する。なお、「発光効率」は、発光輝度を電流密度で除することで求められるため、一定の電流に対して光が放出される効率を示している。
【００３２】
ところで、有機ＥＬディスプレイは、テレビ電話やデジタルテレビ等の用途で使用される場合、動画を表示する頻度が高くなるものと予測される。そして、一般に、動画表示を行う場合、ディスプレイが表示可能な（すなわち使用される）階調範囲（すなわち輝度範囲）のうち、低輝度側から１／２〜１／３程度の輝度範囲（階調範囲）が最も頻繁に使用される。
【００３３】
そこで、本願発明者らは、使用される輝度範囲のうち低輝度側から１／２〜１／３の発光輝度の範囲において、第１ないし第３の有機ＥＬ素子５１ｒ、５１ｇ、５１ｂの発光効率を向上させるように調節することにより、有機ＥＬディスプレイ２１において動画表示を行う際の消費電力を低減することを創出した。
【００３４】
＜発光効率の調整＞
図４は、本発明の実施形態に係る有機ＥＬディスプレイ２１の発光輝度と発光効率との関係、すなわち、使用される輝度範囲のうち低輝度側から１／２〜１／３の発光輝度の範囲において、有機ＥＬ素子５１ｒ、５１ｇ、５１ｂの発光効率が最大となるように調整した場合における発光輝度と発光効率との関係を例示している。なお、図４では、図３と同様に、横軸が発光輝度、縦軸が発光効率を示しており、最大発光効率及び最大発光輝度がそれぞれ基準値である１とされ、発光輝度と発光効率との関係を示す曲線Ｃｖ１が示されている。また、図４では、動画表示時に頻繁に使用される発光輝度の範囲（発光輝度＝１／３〜１／２）にほぼ対応する所定の発光輝度の範囲（発光輝度＝０．３〜０．５）にハッチングが付されている。更に、比較のために、図３で示した曲線Ｃｖが破線で示されている。
【００３５】
図４に示すように、図３で示された発光輝度と発光効率との関係（曲線Ｃｖ）と比較して、本発明に係る有機ＥＬ素子５１ｒ、５１ｇ、５１ｂでは、最大効率輝度Ｓpkが低輝度側へシフトしている。そして、動画表示時に頻繁に使用される所定の発光輝度の範囲（発光輝度＝０．３〜０．５）において発光効率がピーク値（最大発光効率）を示している。つまり、動画表示時に頻繁に使用される所定の発光輝度の範囲（発光輝度＝０．３〜０．５）に最大効率輝度Ｓpkが含まれている。このように、発光輝度＝０．３〜０．５における発光効率が高くなるように調整すると、動画表示を行う際の消費電力を低減することができる。
【００３６】
また、例えば、発光輝度＝１／２〜１／３（すなわち発光輝度＝０．３〜０．５）の全域において、発光効率が最大発光効率の８０％（すなわち、０．８）以上となるように調整すると、動画表示を行う際の消費電力を確実に低減することができる。更に消費電力を低減する観点から言えば、発光輝度＝１／２〜１／３（すなわち発光輝度＝０．３〜０．５）全域において、発光効率が最大発光効率の９０％（すなわち、０．９）以上となるように調整することがより好ましい。また、動画表示時に、０．３〜０．５の輝度範囲全域にわたって、発光輝度の使用頻度がほぼ等しいものとすれば、最大効率輝度を、発光輝度＝０．３〜０．５の略中央の値である発光輝度＝０．４付近の値に調整することが好ましい。
【００３７】
ところで、各有機ＥＬ素子５１ｒ、５１ｇ、５１ｂの最大効率輝度を低輝度側へシフトさせる、すなわち発光輝度と発光効率との関係を示す曲線のピーク形状を調整する因子としては、有機層３３を構成する各層の膜厚、キャリアの移動度、及び不純物の濃度などが挙げられる。
【００３８】
ここで、各有機ＥＬ素子５１ｒ、５１ｇ、５１ｂについての最大効率輝度（すなわち発光輝度と発光効率との関係を示す曲線のピーク形状）の調整に関する因子ついて簡単に説明する。
【００３９】
図５は、有機ＥＬ素子５１ｒ、５１ｇ、５１ｂについてのポテンシャルダイヤグラムを例示する図である。ここでは、一例として、第１の電極３１としてＡｌが使用され、第２の電極３５としてＣａが使用され、電荷注入層４１が正孔注入層、電荷輸送層４３が正孔輸送層、電荷輸送層４７が電子輸送層、電荷注入層４９が電子注入層として構成されているものについて示している。
【００４０】
このような有機ＥＬ素子５１ｒ、５１ｇ、５１ｂを発光させる場合、図５中の矢印で示すように、正孔が、第１の電極３１側から正孔注入層４１、正孔輸送層４３、発光層４５の順に進む一方、電子が、第２の電極３５側から電子注入層４９、電子輸送層４７、発光層４５の順に進む。そして、発光層４５の発光面ＥＭにおいて正孔と電子とが結合することで、光が発生する。
【００４１】
ところで、有機ＥＬ素子の発光効率を示す代表的ものとして外部量子効率ηφがある。この外部量子効率ηφは、注入電子数に対して、有機ＥＬ素子外部に放射される光子数を割合で示したもので、外部量子効率ηφが高いほど、光子数は多くなる。そして、外部量子効率ηφは、下式（１）によって示される。
【００４２】
【数１】
【００４３】
式（１）では、γはキャリアバランス因子（電荷バランス）、ηrが励起子生成効率、ηfが励起子からの発光量子効率、ηextが外部取出し効率（光取出し効率）を示している。つまり、外部量子効率ηφは、キャリアバランス因子γ、励起子生成効率ηr、発光量子効率ηf、及び外部取出し効率ηextの４つの積からなる。そして、この４つの値のうち、励起子生成効率ηr、発光量子効率ηf、及び外部取出し効率ηextの３つの値は有機ＥＬ素子に流れる電流値の変化があっても基本的に値は変化しない。その一方で、キャリアバランス因子γの値は、有機ＥＬ素子に流れる電流値の変化に伴って変化する。よって、図３及び図４で示したように、このキャリアバランス因子γの変化が、発光輝度の変化に対して発光効率のピークを生じさせる。
【００４４】
そこで、キャリアバランス因子γを適宜調整することで、発光輝度に対する発光効率を所望のものとすることができると考えられる。
【００４５】
ここで、キャリアバランス因子γを変動させる因子として、１）第１及び第２の電極３１，３５から有機層３３への電荷の注入障壁の高さ、２）有機層３３におけるキャリアの移動度、３）ドーピングによる有機層３３におけるキャリア密度、４）空間電荷制限電流（ＳＣＬＣ）等が挙げられる。
【００４６】
１）電荷の注入障壁の高さについては、障壁の高さによって電荷（正孔又は電子）が発光面ＥＭに到達する容易さが左右される。一般に、有機ＥＬ素子で使用される有機層では、正孔の方が注入され易いため、例えば、電子注入層４９を構成する材料を適宜変更することで電荷の注入障壁の高さを調整し、電子を注入し易くすれば、最大効率輝度を低輝度側にシフトさせることができる。
【００４７】
２）有機層３３におけるキャリアの移動度については、電荷の流れを阻害する不純物を有機層３３にドーピングすることで調整することができる。例えば、正孔が移動する経路上の各層（正孔注入層４１、及び正孔輸送層４３等）に不純物をドーピングして、キャリアの移動度を低下させることで、電子の移動を相対的に促進し、結果として最大効率輝度を低輝度側にシフトさせることができる。
【００４８】
３）ドーピングによる有機層３３におけるキャリア密度は、ドーピングによって向上する。例えば、電子が移動する経路上の各層（電子注入層４９、及び電子輸送層４７等）の移動度を向上させることで、正孔に対して相対的に電子の移動が促進され、結果として最大効率輝度を低輝度側にシフトさせることができる。
【００４９】
４）空間電荷制限電流は、有機層（有機半導体）中にトラップが存在しない場合、下式（２）で示される。
【００５０】
【数２】
【００５１】
式（２）では、μはキャリアの移動度、ε0は真空の誘電率、εは有機薄膜の誘電率、Ｖは印加電圧、Ｌは有機層の膜厚を示している。
【００５２】
式（２）から明らかなように、電流値Ｊは、膜厚の３乗に逆比例する。このため、例えば、有機層３３の膜厚を一定に保持したまま、有機層３３を構成する各層の膜厚を適宜調整することで、正孔の流れを阻害する一方、電子の流れを促進させることができる。その結果、最大効率輝度を低輝度側にシフトさせることができる。
【００５３】
以上のように、本発明の実施形態に係る有機ＥＬディスプレイ２１では、有機ＥＬ素子が最大発光輝度の１／３から１／２の輝度範囲内で、発光効率が最大となるように設定されている。このような構成を採用することで、動画表示時において頻繁に使用される輝度範囲についての発光効率が向上するため、動画表示を行う際の消費電力を低減することができる。
【００５４】
特に、最大発光輝度の１／３から１／２の輝度範囲における発光効率が最大発光効率の８０％以上（好ましくは９０％以上）となるように設定されている。このため、動画表示時において頻繁に使用される輝度範囲についての発光効率が幅広く向上する。その結果、動画表示を行う際の消費電力を確実に低減することができる。
【００５５】
また、ＲＧＢの３種類の相互に異なる色の光を発する有機ＥＬ素子５１ｒ、５１ｇ、５１ｂ全てについて、最大発光輝度の１／３から１／２の輝度範囲内で発光効率が最大となるように設定されている。このため、動画表示を行う際の消費電力を大幅に低減することができる。更に、最大発光輝度の１／３から１／２の輝度範囲における発光効率が最大発光効率の８０％以上（好ましくは９０％以上）となるように設定されている。このため、動画表示時において頻繁に使用される輝度範囲についての発光効率を幅広く増大させることができるため、動画表示を行う際の消費電力を確実かつ大幅に低減することができる。
【００５６】
＜変形例＞
以上、この発明の実施形態について説明したが、この発明は上記説明した内容のものに限定されるものではない。
【００５７】
例えば、上記実施形態では、ＲＧＢの３色全ての有機ＥＬ素子５１ｒ．５１ｇ．５１ｂについて、動画表示時に頻繁に使用される発光輝度の範囲内に、最大効率輝度が出現するように調整したが、これに限られず、例えば、ＲＧＢのうちの少なくとも１色以上の有機ＥＬ素子について、動画表示時に頻繁に使用される発光輝度の範囲内に、最大効率輝度が出現するように調整しても良い。
【００５８】
また、上記実施形態では、ＲＧＢの３色を発光することができる有機ＥＬディスプレイ２１を挙げて説明したが、これに限られず、例えば、モノクロの有機ＥＬディスプレイ等といった、少なくとも１色以上の光を発することができる有機ＥＬディスプレイに対しても本発明を適用することで、動画表示を行う際の消費電力を低減することができる。
【実施例】
【００５９】
＜膜厚を変化させて最大効率輝度を調整した実施例＞
本実施例では、陽極、第１正孔注入層、第２正孔注入層、正孔輸送層、発光層、正孔ブロック層、電子輸送層、電子注入層、陰極の順に積層した有機ＥＬ素子を作製した。ここでは、第２正孔注入層と正孔輸送層の膜厚の合計を３５０Åに保持しつつ、第２正孔注入層と正孔輸送層の膜厚を変更した。各層の構成は下記の通りである。
【００６０】
(a) 陽極（第１の電極）
材料：アルミニウム 膜厚：５００Å
(b) 第１正孔注入層
材料：ＮｉＯｘ 膜厚：５０Å
(c) 第２正孔注入層
材料：ＣｕＰｃ 膜厚：１８０Å又は１４０Å
(d) 正孔輸送層
材料：α−ＮＰＤ 膜厚：１７０Å又は２１０Å
(e) 発光層
ホスト材料：ＣＢＰ ゲスト材料：Ｂｔｐ２Ｉｒ(ａｃａｃ)
合計膜厚：３５０Å ホスト材料に対するゲスト材料の濃度：５ｗｔ％
(f) 正孔ブロック層
材料：ＢＡｌｑ 膜厚：１００Å
(g) 電子輸送層
材料：Ａｌｑ 膜厚：１５０Å
(h) 電子注入層
材料：ＬｉＦ
膜厚：５Å
(i) 陰極（第２の電極）
材料：Ｍｇ：Ａｇ（Ｍｇ−Ａｇ合金）
膜厚：２００Å。
【００６１】
図６は、上記の実施例（実施例１：第２正孔注入層の膜厚１８０Å−正孔輸送層の膜厚１７０Å、実施例２：第２正孔注入層の膜厚１４０Å−正孔輸送層の膜厚２１０Å）の構成について、発光時における電流密度と発光輝度とを測定し、発光輝度と発光効率との関係をプロットした図である。図６では、黒四角印及び当該黒四角印を繋ぐ折れ線Ｌ１が実施例１の構成に係る結果を示し、白抜き菱形印及び当該白抜き菱形印を繋ぐ折れ線Ｌ２が実施例２の構成に係る結果を示している。更に、図６では、比較のために、実施例１、２の構成から第２正孔注入層及び正孔輸送層の膜厚を変更した比較例（比較例１：第２正孔注入層の膜厚１００Å−正孔輸送層の膜厚２５０Å、比較例２：第２正孔注入層の膜厚２０Å−正孔輸送層の膜厚３３０Å）の構成に係る結果も併せて示している。なお、黒三角印及び当該黒三角印を繋ぐ折れ線Ｃ１が比較例１の構成に係る結果を示し、白抜き丸印及び当該白抜き丸印を繋ぐ折れ線Ｃ２が比較例２の構成に係る結果を示している。
【００６２】
なお、ここでは、９００ｃｄ／ｍ２が最高発光輝度として設定され、動画表示時に頻繁に使用される発光輝度の範囲が、最高発光輝度の１／３〜１／２、すなわち３００〜４５０ｃｄ／ｍ２の範囲であるものとして説明する。
【００６３】
図６に示すように、実施例１の最大効率輝度（発光効率が最大となるときの発光輝度）は３０８ｃｄ／ｍ２、実施例２の最大効率輝度は３８３ｃｄ／ｍ２であり、動画表示時に頻繁に使用される発光輝度の範囲（３００〜４５０ｃｄ／ｍ２）に最大効率輝度が含まれた。これに対して、比較例１の最大効率輝度は５３７ｃｄ／ｍ２、比較例２の最大効率輝度は７５７ｃｄ／ｍ２であり、動画表示時に頻繁に使用される発光輝度の範囲（３００〜４５０ｃｄ／ｍ２）には最大効率輝度が含まれなかった。
【００６４】
このように、第２正孔注入層と正孔輸送層の合計膜厚を一定に保持したまま、第２正孔注入層と正孔輸送層の厚みを適宜変更することで、動画表示時に頻繁に使用される発光輝度の範囲内に最大効率輝度が含まれるように調整することができる。
【００６５】
＜正孔注入層の存在によって最大効率輝度を調整した実施例＞
本実施例では、陽極、第１正孔注入層、第２正孔注入層、第３正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層、陰極の順に積層した有機ＥＬ素子を作製した。各層の構成は下記の通りである。
【００６６】
(a) 陽極（第１の電極）
材料：アルミニウム 膜厚：５００Å
(b) 第１正孔注入層
材料：ＴｉＯｘ 膜厚：１０Å
(c) 第２正孔注入層
材料：ＣＦｘ 膜厚：１５Å
(d) 第３正孔注入層
材料：ＣｕＰｃ 膜厚：２２５Å
(e) 正孔輸送層
材料：α−ＮＰＤ 膜厚：１００Å
(f) 発光層
ホスト材料：ＣＢＰ ゲスト材料：ＦＩｒｐｉｃ
合計膜厚：２７０Å ホスト材料に対するゲスト材料の濃度：５ｗｔ％
(g) 電子輸送層
材料：Ａｌｑ 膜厚：２４０Å
(h) 電子注入層
材料：ＬｉＦ
膜厚：５Å
(i) 陰極（第２の電極）
材料：Ｍｇ：Ａｇ（Ｍｇ−Ａｇ合金）
膜厚：２００Å。
【００６７】
図７は、上記の実施例（実施例３：第３正孔注入層あり）の構成について、発光時における電流密度と発光輝度とを測定し、発光輝度と発光効率との関係をプロットした図である。図７では、白抜き菱形印及び当該白抜き菱形印を繋ぐ折れ線Ｌ３が実施例３の構成に係る結果を示している。更に、図７では、比較のために、実施例３の構成から第３正孔注入層を除いた比較例（比較例３：第３正孔注入層なし）の構成に係る結果も併せて示している。
【００６８】
なお、ここでは、６００ｃｄ／ｍ２が最高発光輝度として設定され、動画表示時に頻繁に使用される発光輝度の範囲が、最高発光輝度の１／３〜１／２、すなわち２００〜３００ｃｄ／ｍ２の範囲であるものとして説明する。
【００６９】
図７に示すように、実施例３の最大効率輝度は、動画表示時に頻繁に使用される発光輝度の範囲（２００〜３００ｃｄ／ｍ２）に含まれた。これに対して、比較例３の最大効率輝度は、動画表示時に頻繁に使用される発光輝度の範囲（２００〜３５０ｃｄ／ｍ２）よりも高輝度側に存在した。
【００７０】
このように、有機ＥＬ素子に第３正孔注入層を介在させて、最大効率輝度を低輝度側へシフトさせることで、動画表示時に頻繁に使用される発光輝度の範囲内に最大効率輝度が含まれるように調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の実施形態に係る有機ＥＬディスプレイの構成を示す断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る有機ＥＬディスプレイの構成を示す断面図である。
【図３】一般的な有機ＥＬ素子の発光輝度と発光効率との関係を例示する図である。
【図４】調整後の発光輝度と発光効率との関係を例示する図である。
【図５】有機ＥＬ素子のポテンシャルダイヤグラムを示す図である。
【図６】本発明の実施例及び比較例の発光輝度と発光効率との関係を示す図である。
【図７】本発明の実施例及び比較例の発光輝度と発光効率との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００７２】
２１ 有機ＥＬディスプレイ
２５ 素子部
３１ 第１の電極
３３ 有機層
３５ 第２の電極
４１ 電荷注入層（正孔注入層）
４３ 電荷輸送層（正孔輸送層）
４５ 発光層
４７ 電荷輸送層（電子輸送層）
４９ 電荷注入層（電子注入層）
５１ｂ 第３の有機ＥＬ素子
５１ｇ 第２の有機ＥＬ素子
５１ｒ 第１の有機ＥＬ素子
ＥＭ 発光面
Ｓpk 最大効率輝度
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機ＥＬ(Electroluminescent)ディスプレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、電界発光を利用した有機ＥＬ素子を利用した有機ＥＬディスプレイが知られている。
【０００３】
有機ＥＬ素子としては、例えば、発光層を含む有機層を挟んで透明電極と金属電極とを対向配置させたものがある。このような構成の有機ＥＬ素子では、透明電極と金属電極との間に電圧または電流を印加して発光層に電流を流すと発光層が発光し、この発光層から出射される光が透明電極を透過して外部に放出される。そして、一般的な有機ＥＬ素子では、発光層に流れる電流が大きくなるほど発光強度が高くなることが知られている。
【０００４】
ところで、通常の有機ＥＬディスプレイでは、高輝度の発光が要求されるため、有機ＥＬ素子に高い電圧を印加して、発光層に流れる電流密度を大きくすることによって高輝度の発光を得ていたが、当該手法では、消費電力が大きいという欠点があった。
【０００５】
このような問題に対して、有機ＥＬ素子に印加する電圧又は電流の大きさを、有機ＥＬ素子における発光効率が最大値の８０％以上となる電圧値又は電流値に設定するＥＬディスプレイが提案されている（例えば、特許文献１）。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−５９６５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１で提案されたＥＬディスプレイでは、有機ＥＬ素子に印加する電圧又は電流の範囲全体に対して発光効率が高くなる条件を採用しているだけで、動画表示時における発光条件に対応して、消費電力を低減するようなものではなかった。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、有機ＥＬディスプレイにおいて動画表示を行う際の消費電力を低減する技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するために、請求項１の発明は、動画表示を行なう有機ＥＬディスプレイであって、発光層を含む１以上の層から成る有機層と、当該有機層を挟んで互いに対向する第１及び第２の電極とをそれぞれ有する複数の有機ＥＬ素子を備え、予め設定された前記有機ＥＬ素子の最大発光輝度の１／３から１／２の輝度範囲内で、前記有機ＥＬ素子の発光効率が最大となるように設定されたことを特徴とする。
【００１０】
また、請求項２の発明は、請求項１に記載の有機ＥＬディスプレイであって、予め設定された前記有機ＥＬ素子の最大発光輝度の１／３から１／２の輝度範囲における前記有機ＥＬ素子の発光効率が、当該有機ＥＬ素子の最大発光効率の８０％以上となるように設定されたことを特徴とする。
【００１１】
また、請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載の有機ＥＬディスプレイであって、前記複数の有機ＥＬ素子が、第１の色の光を発する第１の有機ＥＬ素子と、前記第１の色とは異なる第２の色の光を発する第２の有機ＥＬ素子と、前記第１及び第２の色とは異なる第３の色の光を発する第３の有機ＥＬ素子とを含み、前記第１から第３の有機ＥＬ素子のうちの１以上の有機ＥＬ素子について、予め設定された最大発光輝度の１／３から１／２の輝度範囲内で、発光効率が最大となるように設定されたことを特徴とする。
【００１２】
また、請求項４の発明は、請求項３に記載の有機ＥＬディスプレイであって、前記第１から第３の有機ＥＬ素子のうちの１以上の有機ＥＬ素子について、予め設定された最大発光輝度の１／３から１／２の輝度範囲における発光効率が最大発光効率の８０％以上となるように設定されたことを特徴とする。
【００１３】
また、請求項５の発明は、請求項３または請求項４に記載の有機ＥＬディスプレイであって、前記第１から第３の有機ＥＬ素子すべてについて、予め設定された最大発光輝度の１／３から１／２の輝度範囲内で、発光効率が最大となるようにそれぞれ設定されたことを特徴とする。
【００１４】
また、請求項６の発明は、請求項５に記載の有機ＥＬディスプレイであって、前記第１から第３の有機ＥＬ素子すべてについて、予め設定された最大発光輝度の１／３から１／２の輝度範囲における発光効率が最大発光効率の８０％以上となるようにそれぞれ設定されたことを特徴とする。
【００１５】
＜用語に関する記載＞
本明細書において、「発光効率」とは、有機ＥＬ素子に流れる電流密度（例えば、単位：アンペア毎平方メートル［Ａ／ｍ２］）と、有機ＥＬ素子から発せられる光の輝度（例えば、単位：カンデラ毎平方メートル［ｃｄ／ｍ２］）とを測定し、輝度を電流密度で除した値で表される。また、適宜、有機ＥＬ素子の発光効率の最大値を基準値である１として、発光効率を示している。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１に記載の発明によれば、最大発光輝度の１／３から１／２の輝度範囲内で、発光効率が最大となるように設定したことから、動画表示時において頻繁に使用される輝度範囲についての発光効率が向上し、動画表示を行う際の消費電力を低減することができる。
【００１７】
また、請求項２に記載の発明によれば、最大発光輝度の１／３から１／２の輝度範囲に含まれる何れの輝度の光を発する場合であっても、発光効率が最大発光効率の８０％以上となるように設定することで、動画表示時において頻繁に使用される輝度範囲についての発光効率を幅広く向上させることができるため、動画表示を行う際の消費電力を確実に低減することができる。
【００１８】
また、請求項３に記載の発明によれば、３種類の相互に異なる色の光を発する有機ＥＬ素子のうち、少なくとも１種類以上の色の光を発する有機ＥＬ素子について、最大発光輝度の１／３から１／２の輝度範囲内で、発光効率が最大となるように設定することにより、動画表示時において頻繁に使用される輝度範囲についての発光効率が向上し、動画表示を行う際の消費電力を低減することができる。
【００１９】
また、請求項４に記載の発明によれば、３種類の相互に異なる色の光を発する有機ＥＬ素子のうち、少なくとも１種類以上の色の光を発する有機ＥＬ素子について、最大発光輝度の１／３から１／２の輝度範囲における発光効率が最大発光効率の８０％以上となるように設定することで、動画表示時において頻繁に使用される輝度範囲についての発光効率を幅広く向上させることができるため、動画表示を行う際の消費電力を確実に低減することができる。
【００２０】
また、請求項５に記載の発明によれば、３種類の相互に異なる色の光を発する有機ＥＬ素子すべてについて、最大発光輝度の１／３から１／２の輝度範囲内で発光効率が最大となるように設定することで、動画表示を行う際の消費電力を大幅に低減することができる。
【００２１】
また、請求項６に記載の発明によれば、３種類の相互に異なる色の光を発する有機ＥＬ素子すべてについて、最大発光輝度の１／３から１／２の輝度範囲における発光効率が最大発光効率の８０％以上となるように設定することで、動画表示時において頻繁に使用される輝度範囲についての発光効率を幅広く増大させることができるため、動画表示を行う際の消費電力を確実かつ大幅に低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２３】
＜有機ＥＬディスプレイの構成＞
図１は、本発明の実施形態に係る有機ＥＬディスプレイ２１の構成を概略的に示す断面図である。この有機ＥＬディスプレイ２１は、トップエミッションタイプであり、図１に示すように、透明基板であるガラス基板（以下「基板」と略称）２３と、その基板２３上に形成された素子部２５と、その素子部２５の上に形成された調整層２６と、その調整層２６の上から素子部２５全体を覆うように形成された封止膜２７とを備えている。素子部２５は、基板２３側から順に、第１の電極３１、有機層３３及び第２の電極３５を備えている。そして、第１及び第２の電極３１，３５は有機層３３を挟み込んで相互に対向している。
【００２４】
また、有機ＥＬディスプレイ２１では、カラー発光を行うため、図２に示すように、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各色に対応して第１ないし第３の有機ＥＬ素子５１ｒ，５１ｇ，５１ｂが複数配設されている。なお、図２では、図示の便宜上、封止膜２７が省略されている。第１ないし第３の有機ＥＬ素子５１ｒ，５１ｇ，５１ｂの有機層３３には、後述のように、赤、緑、青の各波長の光を発光するのに適した材料が用いられている。
【００２５】
調整層２６は、第１ないし第３の有機ＥＬ素子５１ｒ，５１ｇ，５１ｂの光透過特性を調整するためのものである。封止膜２７は、有機層３３及び第２の電極３５等を封止するためのものであり、有機ＥＬディスプレイ２１の素子部２５が形成される領域を完全に覆うようにして形成されている。封止膜２７は、光透過性を有する絶縁材料、例えばＳｉＮｘ等により形成される。
【００２６】
素子部２５の構成について説明する。第１の電極３１は、有機層３３が発光した光の少なくとも一部を有機層３３側に反射するようになっており、例えば、Ａｌ等の反射電極（不透明電極）によって構成される。
【００２７】
第２の電極３５は、光を透過する導電材料によって構成される。なお、第２の電極３５は、半透明電極又は透明電極とすることができるが、半透明電極で構成される場合には、可視光を透過させるような光学特性を有している必要があるため、電極の膜厚を薄くすることでそのような光学特性を実現している。ここで、透明電極に好適な材料としては、例えばＩＴＯやＩＺＯ等がある。また、半透明電極に好適な材料としては、Ｌｉなどのアルカリ金属、Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａなどのアルカリ土類金属、あるいはＡｌ，Ｓｉ，Ａｇ等がある。
【００２８】
有機層３３は、図２に示すように、基板２３側から順に、正孔又は電子の注入を行うための電荷注入層４１と、正孔又は電子の輸送を行うための電荷輸送層４３と、ＥＬ発光を行う発光層４５と、電子又は正孔の輸送を行うための電荷輸送層４７と、電子又は正孔の注入を行うための電荷注入層４９とを備えている。なお、本実施形態では、有機層３３を５層構造で形成したが、種々の条件に応じて２ないし４層構造等、種々の層構造が採用される。
【００２９】
有機層３３の構成及び材料は、例えば、第１及び第２の電極３１，３５の反射特性（不透明、半透明又は透明）及び極性（いずれを陽極側にするか等）、及び有機層３３の発光色の種類（赤色、緑色、青色）等に応じて決定される。具体例としては、例えば、Ａｌｑ３（アルミキノリール錯体）などの材料は、緑色の発光を行うとともに電子輸送性にも優れているため、緑色の発光を行う素子部２５においては発光層と電子輸送層とがＡｌｑ３などの単一材料で構成される場合がある。また、透明電極を用いる場合には、金属の電子注入層を用いる場合が多い。
【００３０】
＜発光輝度と発光効率との関係＞
図３は、一般的な有機ＥＬ素子の発光輝度と発光効率との関係を例示している。図３では、横軸が発光輝度、縦軸が発光効率を示している。そして、発光効率の最大値、及び使用する発光輝度の最大値（以下「最大発光輝度」と称する）がそれぞれ基準値である１とされ、発光輝度と発光効率との関係を示す曲線Ｃｖが示されている。なお、カラー表示可能な有機ＥＬ素子では、最も明るい色である白色を表示する場合に発光輝度が最大発光輝度となるように予め設定されている。
【００３１】
図３に示すように、発光輝度が最大発光輝度よりも小さな値Ｓpkのときに、発光効率が最大（ピーク値）となる。以下では、発光効率の最大値を「最大発光効率」と称し、最大発光効率が実現される発光輝度を「最大効率輝度」と称する。なお、「発光効率」は、発光輝度を電流密度で除することで求められるため、一定の電流に対して光が放出される効率を示している。
【００３２】
ところで、有機ＥＬディスプレイは、テレビ電話やデジタルテレビ等の用途で使用される場合、動画を表示する頻度が高くなるものと予測される。そして、一般に、動画表示を行う場合、ディスプレイが表示可能な（すなわち使用される）階調範囲（すなわち輝度範囲）のうち、低輝度側から１／２〜１／３程度の輝度範囲（階調範囲）が最も頻繁に使用される。
【００３３】
そこで、本願発明者らは、使用される輝度範囲のうち低輝度側から１／２〜１／３の発光輝度の範囲において、第１ないし第３の有機ＥＬ素子５１ｒ、５１ｇ、５１ｂの発光効率を向上させるように調節することにより、有機ＥＬディスプレイ２１において動画表示を行う際の消費電力を低減することを創出した。
【００３４】
＜発光効率の調整＞
図４は、本発明の実施形態に係る有機ＥＬディスプレイ２１の発光輝度と発光効率との関係、すなわち、使用される輝度範囲のうち低輝度側から１／２〜１／３の発光輝度の範囲において、有機ＥＬ素子５１ｒ、５１ｇ、５１ｂの発光効率が最大となるように調整した場合における発光輝度と発光効率との関係を例示している。なお、図４では、図３と同様に、横軸が発光輝度、縦軸が発光効率を示しており、最大発光効率及び最大発光輝度がそれぞれ基準値である１とされ、発光輝度と発光効率との関係を示す曲線Ｃｖ１が示されている。また、図４では、動画表示時に頻繁に使用される発光輝度の範囲（発光輝度＝１／３〜１／２）にほぼ対応する所定の発光輝度の範囲（発光輝度＝０．３〜０．５）にハッチングが付されている。更に、比較のために、図３で示した曲線Ｃｖが破線で示されている。
【００３５】
図４に示すように、図３で示された発光輝度と発光効率との関係（曲線Ｃｖ）と比較して、本発明に係る有機ＥＬ素子５１ｒ、５１ｇ、５１ｂでは、最大効率輝度Ｓpkが低輝度側へシフトしている。そして、動画表示時に頻繁に使用される所定の発光輝度の範囲（発光輝度＝０．３〜０．５）において発光効率がピーク値（最大発光効率）を示している。つまり、動画表示時に頻繁に使用される所定の発光輝度の範囲（発光輝度＝０．３〜０．５）に最大効率輝度Ｓpkが含まれている。このように、発光輝度＝０．３〜０．５における発光効率が高くなるように調整すると、動画表示を行う際の消費電力を低減することができる。
【００３６】
また、例えば、発光輝度＝１／２〜１／３（すなわち発光輝度＝０．３〜０．５）の全域において、発光効率が最大発光効率の８０％（すなわち、０．８）以上となるように調整すると、動画表示を行う際の消費電力を確実に低減することができる。更に消費電力を低減する観点から言えば、発光輝度＝１／２〜１／３（すなわち発光輝度＝０．３〜０．５）全域において、発光効率が最大発光効率の９０％（すなわち、０．９）以上となるように調整することがより好ましい。また、動画表示時に、０．３〜０．５の輝度範囲全域にわたって、発光輝度の使用頻度がほぼ等しいものとすれば、最大効率輝度を、発光輝度＝０．３〜０．５の略中央の値である発光輝度＝０．４付近の値に調整することが好ましい。
【００３７】
ところで、各有機ＥＬ素子５１ｒ、５１ｇ、５１ｂの最大効率輝度を低輝度側へシフトさせる、すなわち発光輝度と発光効率との関係を示す曲線のピーク形状を調整する因子としては、有機層３３を構成する各層の膜厚、キャリアの移動度、及び不純物の濃度などが挙げられる。
【００３８】
ここで、各有機ＥＬ素子５１ｒ、５１ｇ、５１ｂについての最大効率輝度（すなわち発光輝度と発光効率との関係を示す曲線のピーク形状）の調整に関する因子ついて簡単に説明する。
【００３９】
図５は、有機ＥＬ素子５１ｒ、５１ｇ、５１ｂについてのポテンシャルダイヤグラムを例示する図である。ここでは、一例として、第１の電極３１としてＡｌが使用され、第２の電極３５としてＣａが使用され、電荷注入層４１が正孔注入層、電荷輸送層４３が正孔輸送層、電荷輸送層４７が電子輸送層、電荷注入層４９が電子注入層として構成されているものについて示している。
【００４０】
このような有機ＥＬ素子５１ｒ、５１ｇ、５１ｂを発光させる場合、図５中の矢印で示すように、正孔が、第１の電極３１側から正孔注入層４１、正孔輸送層４３、発光層４５の順に進む一方、電子が、第２の電極３５側から電子注入層４９、電子輸送層４７、発光層４５の順に進む。そして、発光層４５の発光面ＥＭにおいて正孔と電子とが結合することで、光が発生する。
【００４１】
ところで、有機ＥＬ素子の発光効率を示す代表的ものとして外部量子効率ηφがある。この外部量子効率ηφは、注入電子数に対して、有機ＥＬ素子外部に放射される光子数を割合で示したもので、外部量子効率ηφが高いほど、光子数は多くなる。そして、外部量子効率ηφは、下式（１）によって示される。
【００４２】
【数１】
【００４３】
式（１）では、γはキャリアバランス因子（電荷バランス）、ηrが励起子生成効率、ηfが励起子からの発光量子効率、ηextが外部取出し効率（光取出し効率）を示している。つまり、外部量子効率ηφは、キャリアバランス因子γ、励起子生成効率ηr、発光量子効率ηf、及び外部取出し効率ηextの４つの積からなる。そして、この４つの値のうち、励起子生成効率ηr、発光量子効率ηf、及び外部取出し効率ηextの３つの値は有機ＥＬ素子に流れる電流値の変化があっても基本的に値は変化しない。その一方で、キャリアバランス因子γの値は、有機ＥＬ素子に流れる電流値の変化に伴って変化する。よって、図３及び図４で示したように、このキャリアバランス因子γの変化が、発光輝度の変化に対して発光効率のピークを生じさせる。
【００４４】
そこで、キャリアバランス因子γを適宜調整することで、発光輝度に対する発光効率を所望のものとすることができると考えられる。
【００４５】
ここで、キャリアバランス因子γを変動させる因子として、１）第１及び第２の電極３１，３５から有機層３３への電荷の注入障壁の高さ、２）有機層３３におけるキャリアの移動度、３）ドーピングによる有機層３３におけるキャリア密度、４）空間電荷制限電流（ＳＣＬＣ）等が挙げられる。
【００４６】
１）電荷の注入障壁の高さについては、障壁の高さによって電荷（正孔又は電子）が発光面ＥＭに到達する容易さが左右される。一般に、有機ＥＬ素子で使用される有機層では、正孔の方が注入され易いため、例えば、電子注入層４９を構成する材料を適宜変更することで電荷の注入障壁の高さを調整し、電子を注入し易くすれば、最大効率輝度を低輝度側にシフトさせることができる。
【００４７】
２）有機層３３におけるキャリアの移動度については、電荷の流れを阻害する不純物を有機層３３にドーピングすることで調整することができる。例えば、正孔が移動する経路上の各層（正孔注入層４１、及び正孔輸送層４３等）に不純物をドーピングして、キャリアの移動度を低下させることで、電子の移動を相対的に促進し、結果として最大効率輝度を低輝度側にシフトさせることができる。
【００４８】
３）ドーピングによる有機層３３におけるキャリア密度は、ドーピングによって向上する。例えば、電子が移動する経路上の各層（電子注入層４９、及び電子輸送層４７等）の移動度を向上させることで、正孔に対して相対的に電子の移動が促進され、結果として最大効率輝度を低輝度側にシフトさせることができる。
【００４９】
４）空間電荷制限電流は、有機層（有機半導体）中にトラップが存在しない場合、下式（２）で示される。
【００５０】
【数２】
【００５１】
式（２）では、μはキャリアの移動度、ε0は真空の誘電率、εは有機薄膜の誘電率、Ｖは印加電圧、Ｌは有機層の膜厚を示している。
【００５２】
式（２）から明らかなように、電流値Ｊは、膜厚の３乗に逆比例する。このため、例えば、有機層３３の膜厚を一定に保持したまま、有機層３３を構成する各層の膜厚を適宜調整することで、正孔の流れを阻害する一方、電子の流れを促進させることができる。その結果、最大効率輝度を低輝度側にシフトさせることができる。
【００５３】
以上のように、本発明の実施形態に係る有機ＥＬディスプレイ２１では、有機ＥＬ素子が最大発光輝度の１／３から１／２の輝度範囲内で、発光効率が最大となるように設定されている。このような構成を採用することで、動画表示時において頻繁に使用される輝度範囲についての発光効率が向上するため、動画表示を行う際の消費電力を低減することができる。
【００５４】
特に、最大発光輝度の１／３から１／２の輝度範囲における発光効率が最大発光効率の８０％以上（好ましくは９０％以上）となるように設定されている。このため、動画表示時において頻繁に使用される輝度範囲についての発光効率が幅広く向上する。その結果、動画表示を行う際の消費電力を確実に低減することができる。
【００５５】
また、ＲＧＢの３種類の相互に異なる色の光を発する有機ＥＬ素子５１ｒ、５１ｇ、５１ｂ全てについて、最大発光輝度の１／３から１／２の輝度範囲内で発光効率が最大となるように設定されている。このため、動画表示を行う際の消費電力を大幅に低減することができる。更に、最大発光輝度の１／３から１／２の輝度範囲における発光効率が最大発光効率の８０％以上（好ましくは９０％以上）となるように設定されている。このため、動画表示時において頻繁に使用される輝度範囲についての発光効率を幅広く増大させることができるため、動画表示を行う際の消費電力を確実かつ大幅に低減することができる。
【００５６】
＜変形例＞
以上、この発明の実施形態について説明したが、この発明は上記説明した内容のものに限定されるものではない。
【００５７】
例えば、上記実施形態では、ＲＧＢの３色全ての有機ＥＬ素子５１ｒ．５１ｇ．５１ｂについて、動画表示時に頻繁に使用される発光輝度の範囲内に、最大効率輝度が出現するように調整したが、これに限られず、例えば、ＲＧＢのうちの少なくとも１色以上の有機ＥＬ素子について、動画表示時に頻繁に使用される発光輝度の範囲内に、最大効率輝度が出現するように調整しても良い。
【００５８】
また、上記実施形態では、ＲＧＢの３色を発光することができる有機ＥＬディスプレイ２１を挙げて説明したが、これに限られず、例えば、モノクロの有機ＥＬディスプレイ等といった、少なくとも１色以上の光を発することができる有機ＥＬディスプレイに対しても本発明を適用することで、動画表示を行う際の消費電力を低減することができる。
【実施例】
【００５９】
＜膜厚を変化させて最大効率輝度を調整した実施例＞
本実施例では、陽極、第１正孔注入層、第２正孔注入層、正孔輸送層、発光層、正孔ブロック層、電子輸送層、電子注入層、陰極の順に積層した有機ＥＬ素子を作製した。ここでは、第２正孔注入層と正孔輸送層の膜厚の合計を３５０Åに保持しつつ、第２正孔注入層と正孔輸送層の膜厚を変更した。各層の構成は下記の通りである。
【００６０】
(a) 陽極（第１の電極）
材料：アルミニウム 膜厚：５００Å
(b) 第１正孔注入層
材料：ＮｉＯｘ 膜厚：５０Å
(c) 第２正孔注入層
材料：ＣｕＰｃ 膜厚：１８０Å又は１４０Å
(d) 正孔輸送層
材料：α−ＮＰＤ 膜厚：１７０Å又は２１０Å
(e) 発光層
ホスト材料：ＣＢＰ ゲスト材料：Ｂｔｐ２Ｉｒ(ａｃａｃ)
合計膜厚：３５０Å ホスト材料に対するゲスト材料の濃度：５ｗｔ％
(f) 正孔ブロック層
材料：ＢＡｌｑ 膜厚：１００Å
(g) 電子輸送層
材料：Ａｌｑ 膜厚：１５０Å
(h) 電子注入層
材料：ＬｉＦ
膜厚：５Å
(i) 陰極（第２の電極）
材料：Ｍｇ：Ａｇ（Ｍｇ−Ａｇ合金）
膜厚：２００Å。
【００６１】
図６は、上記の実施例（実施例１：第２正孔注入層の膜厚１８０Å−正孔輸送層の膜厚１７０Å、実施例２：第２正孔注入層の膜厚１４０Å−正孔輸送層の膜厚２１０Å）の構成について、発光時における電流密度と発光輝度とを測定し、発光輝度と発光効率との関係をプロットした図である。図６では、黒四角印及び当該黒四角印を繋ぐ折れ線Ｌ１が実施例１の構成に係る結果を示し、白抜き菱形印及び当該白抜き菱形印を繋ぐ折れ線Ｌ２が実施例２の構成に係る結果を示している。更に、図６では、比較のために、実施例１、２の構成から第２正孔注入層及び正孔輸送層の膜厚を変更した比較例（比較例１：第２正孔注入層の膜厚１００Å−正孔輸送層の膜厚２５０Å、比較例２：第２正孔注入層の膜厚２０Å−正孔輸送層の膜厚３３０Å）の構成に係る結果も併せて示している。なお、黒三角印及び当該黒三角印を繋ぐ折れ線Ｃ１が比較例１の構成に係る結果を示し、白抜き丸印及び当該白抜き丸印を繋ぐ折れ線Ｃ２が比較例２の構成に係る結果を示している。
【００６２】
なお、ここでは、９００ｃｄ／ｍ２が最高発光輝度として設定され、動画表示時に頻繁に使用される発光輝度の範囲が、最高発光輝度の１／３〜１／２、すなわち３００〜４５０ｃｄ／ｍ２の範囲であるものとして説明する。
【００６３】
図６に示すように、実施例１の最大効率輝度（発光効率が最大となるときの発光輝度）は３０８ｃｄ／ｍ２、実施例２の最大効率輝度は３８３ｃｄ／ｍ２であり、動画表示時に頻繁に使用される発光輝度の範囲（３００〜４５０ｃｄ／ｍ２）に最大効率輝度が含まれた。これに対して、比較例１の最大効率輝度は５３７ｃｄ／ｍ２、比較例２の最大効率輝度は７５７ｃｄ／ｍ２であり、動画表示時に頻繁に使用される発光輝度の範囲（３００〜４５０ｃｄ／ｍ２）には最大効率輝度が含まれなかった。
【００６４】
このように、第２正孔注入層と正孔輸送層の合計膜厚を一定に保持したまま、第２正孔注入層と正孔輸送層の厚みを適宜変更することで、動画表示時に頻繁に使用される発光輝度の範囲内に最大効率輝度が含まれるように調整することができる。
【００６５】
＜正孔注入層の存在によって最大効率輝度を調整した実施例＞
本実施例では、陽極、第１正孔注入層、第２正孔注入層、第３正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層、陰極の順に積層した有機ＥＬ素子を作製した。各層の構成は下記の通りである。
【００６６】
(a) 陽極（第１の電極）
材料：アルミニウム 膜厚：５００Å
(b) 第１正孔注入層
材料：ＴｉＯｘ 膜厚：１０Å
(c) 第２正孔注入層
材料：ＣＦｘ 膜厚：１５Å
(d) 第３正孔注入層
材料：ＣｕＰｃ 膜厚：２２５Å
(e) 正孔輸送層
材料：α−ＮＰＤ 膜厚：１００Å
(f) 発光層
ホスト材料：ＣＢＰ ゲスト材料：ＦＩｒｐｉｃ
合計膜厚：２７０Å ホスト材料に対するゲスト材料の濃度：５ｗｔ％
(g) 電子輸送層
材料：Ａｌｑ 膜厚：２４０Å
(h) 電子注入層
材料：ＬｉＦ
膜厚：５Å
(i) 陰極（第２の電極）
材料：Ｍｇ：Ａｇ（Ｍｇ−Ａｇ合金）
膜厚：２００Å。
【００６７】
図７は、上記の実施例（実施例３：第３正孔注入層あり）の構成について、発光時における電流密度と発光輝度とを測定し、発光輝度と発光効率との関係をプロットした図である。図７では、白抜き菱形印及び当該白抜き菱形印を繋ぐ折れ線Ｌ３が実施例３の構成に係る結果を示している。更に、図７では、比較のために、実施例３の構成から第３正孔注入層を除いた比較例（比較例３：第３正孔注入層なし）の構成に係る結果も併せて示している。
【００６８】
なお、ここでは、６００ｃｄ／ｍ２が最高発光輝度として設定され、動画表示時に頻繁に使用される発光輝度の範囲が、最高発光輝度の１／３〜１／２、すなわち２００〜３００ｃｄ／ｍ２の範囲であるものとして説明する。
【００６９】
図７に示すように、実施例３の最大効率輝度は、動画表示時に頻繁に使用される発光輝度の範囲（２００〜３００ｃｄ／ｍ２）に含まれた。これに対して、比較例３の最大効率輝度は、動画表示時に頻繁に使用される発光輝度の範囲（２００〜３５０ｃｄ／ｍ２）よりも高輝度側に存在した。
【００７０】
このように、有機ＥＬ素子に第３正孔注入層を介在させて、最大効率輝度を低輝度側へシフトさせることで、動画表示時に頻繁に使用される発光輝度の範囲内に最大効率輝度が含まれるように調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の実施形態に係る有機ＥＬディスプレイの構成を示す断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る有機ＥＬディスプレイの構成を示す断面図である。
【図３】一般的な有機ＥＬ素子の発光輝度と発光効率との関係を例示する図である。
【図４】調整後の発光輝度と発光効率との関係を例示する図である。
【図５】有機ＥＬ素子のポテンシャルダイヤグラムを示す図である。
【図６】本発明の実施例及び比較例の発光輝度と発光効率との関係を示す図である。
【図７】本発明の実施例及び比較例の発光輝度と発光効率との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００７２】
２１ 有機ＥＬディスプレイ
２５ 素子部
３１ 第１の電極
３３ 有機層
３５ 第２の電極
４１ 電荷注入層（正孔注入層）
４３ 電荷輸送層（正孔輸送層）
４５ 発光層
４７ 電荷輸送層（電子輸送層）
４９ 電荷注入層（電子注入層）
５１ｂ 第３の有機ＥＬ素子
５１ｇ 第２の有機ＥＬ素子
５１ｒ 第１の有機ＥＬ素子
ＥＭ 発光面
Ｓpk 最大効率輝度
【特許請求の範囲】
【請求項１】
動画表示を行なう有機ＥＬディスプレイであって、
発光層を含む１以上の層から成る有機層と、当該有機層を挟んで互いに対向する第１及び第２の電極とをそれぞれ有する複数の有機ＥＬ素子を備え、
予め設定された前記有機ＥＬ素子の最大発光輝度の１／３から１／２の輝度範囲内で、前記有機ＥＬ素子の発光効率が最大となるように設定されたことを特徴とする有機ＥＬディスプレイ。
【請求項２】
請求項１に記載の有機ＥＬディスプレイであって、
予め設定された前記有機ＥＬ素子の最大発光輝度の１／３から１／２の輝度範囲における前記有機ＥＬ素子の発光効率が、当該有機ＥＬ素子の最大発光効率の８０％以上となるように設定されたことを特徴とする有機ＥＬディスプレイ。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の有機ＥＬディスプレイであって、
前記複数の有機ＥＬ素子が、第１の色の光を発する第１の有機ＥＬ素子と、前記第１の色とは異なる第２の色の光を発する第２の有機ＥＬ素子と、前記第１及び第２の色とは異なる第３の色の光を発する第３の有機ＥＬ素子とを含み、
前記第１から第３の有機ＥＬ素子のうちの１以上の有機ＥＬ素子について、予め設定された最大発光輝度の１／３から１／２の輝度範囲内で、発光効率が最大となるように設定されたことを特徴とする有機ＥＬディスプレイ。
【請求項４】
請求項３に記載の有機ＥＬディスプレイであって、
前記第１から第３の有機ＥＬ素子のうちの１以上の有機ＥＬ素子について、予め設定された最大発光輝度の１／３から１／２の輝度範囲における発光効率が最大発光効率の８０％以上となるように設定されたことを特徴とする有機ＥＬディスプレイ。
【請求項５】
請求項３または請求項４に記載の有機ＥＬディスプレイであって、
前記第１から第３の有機ＥＬ素子すべてについて、予め設定された最大発光輝度の１／３から１／２の輝度範囲内で、発光効率が最大となるようにそれぞれ設定されたことを特徴とする有機ＥＬディスプレイ。
【請求項６】
請求項５に記載の有機ＥＬディスプレイであって、
前記第１から第３の有機ＥＬ素子すべてについて、予め設定された最大発光輝度の１／３から１／２の輝度範囲における発光効率が最大発光効率の８０％以上となるようにそれぞれ設定されたことを特徴とする有機ＥＬディスプレイ。
【請求項１】
動画表示を行なう有機ＥＬディスプレイであって、
発光層を含む１以上の層から成る有機層と、当該有機層を挟んで互いに対向する第１及び第２の電極とをそれぞれ有する複数の有機ＥＬ素子を備え、
予め設定された前記有機ＥＬ素子の最大発光輝度の１／３から１／２の輝度範囲内で、前記有機ＥＬ素子の発光効率が最大となるように設定されたことを特徴とする有機ＥＬディスプレイ。
【請求項２】
請求項１に記載の有機ＥＬディスプレイであって、
予め設定された前記有機ＥＬ素子の最大発光輝度の１／３から１／２の輝度範囲における前記有機ＥＬ素子の発光効率が、当該有機ＥＬ素子の最大発光効率の８０％以上となるように設定されたことを特徴とする有機ＥＬディスプレイ。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の有機ＥＬディスプレイであって、
前記複数の有機ＥＬ素子が、第１の色の光を発する第１の有機ＥＬ素子と、前記第１の色とは異なる第２の色の光を発する第２の有機ＥＬ素子と、前記第１及び第２の色とは異なる第３の色の光を発する第３の有機ＥＬ素子とを含み、
前記第１から第３の有機ＥＬ素子のうちの１以上の有機ＥＬ素子について、予め設定された最大発光輝度の１／３から１／２の輝度範囲内で、発光効率が最大となるように設定されたことを特徴とする有機ＥＬディスプレイ。
【請求項４】
請求項３に記載の有機ＥＬディスプレイであって、
前記第１から第３の有機ＥＬ素子のうちの１以上の有機ＥＬ素子について、予め設定された最大発光輝度の１／３から１／２の輝度範囲における発光効率が最大発光効率の８０％以上となるように設定されたことを特徴とする有機ＥＬディスプレイ。
【請求項５】
請求項３または請求項４に記載の有機ＥＬディスプレイであって、
前記第１から第３の有機ＥＬ素子すべてについて、予め設定された最大発光輝度の１／３から１／２の輝度範囲内で、発光効率が最大となるようにそれぞれ設定されたことを特徴とする有機ＥＬディスプレイ。
【請求項６】
請求項５に記載の有機ＥＬディスプレイであって、
前記第１から第３の有機ＥＬ素子すべてについて、予め設定された最大発光輝度の１／３から１／２の輝度範囲における発光効率が最大発光効率の８０％以上となるようにそれぞれ設定されたことを特徴とする有機ＥＬディスプレイ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００７−２０６２４０（Ｐ２００７−２０６２４０Ａ）
【公開日】平成１９年８月１６日（２００７．８．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２３２４７（Ｐ２００６−２３２４７）
【出願日】平成１８年１月３１日（２００６．１．３１）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年８月１６日（２００７．８．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１月３１日（２００６．１．３１）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
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