発光装置
【課題】 発光層などの膜厚が最適条件からずれた場合でも色純度の低下を最小限に抑えることができ、かつ、視野角特性を向上可能な発光装置を提供すること。
【解決手段】 有機ＥＬ表示装置１において、有機ＥＬ素子１０では、光透過性の基板１１の上層側に、ＩＴＯなどからなる光透過性の画素電極１２、正孔注入層１３、発光層１４、アルミニウムなどといった光反射性を備えた対向電極１５がこの順に積層されている。画素電極１２の下層側には半透過反射膜１６が形成され、半透過反射膜１６と対向電極１５との間に光共振器２０が構成されている。半透過反射膜１６の下層側には、シリコン窒化膜やシリコン酸化膜、あるいはアクリル樹脂などの感光性樹脂からなる光透過性の凹凸形成層１７が１画素当たり複数、形成されており、発光層１４は、画素１００内で位置によって膜厚が相違している。
【解決手段】 有機ＥＬ表示装置１において、有機ＥＬ素子１０では、光透過性の基板１１の上層側に、ＩＴＯなどからなる光透過性の画素電極１２、正孔注入層１３、発光層１４、アルミニウムなどといった光反射性を備えた対向電極１５がこの順に積層されている。画素電極１２の下層側には半透過反射膜１６が形成され、半透過反射膜１６と対向電極１５との間に光共振器２０が構成されている。半透過反射膜１６の下層側には、シリコン窒化膜やシリコン酸化膜、あるいはアクリル樹脂などの感光性樹脂からなる光透過性の凹凸形成層１７が１画素当たり複数、形成されており、発光層１４は、画素１００内で位置によって膜厚が相違している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の発光領域の各々に自発光素子を備えた発光装置に関するものである。さらに詳しくは、発光領域に光共振器が形成された発光装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話機、パーソナルコンピュータやＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔｓ）などの電子機器に使用される表示装置や、デジタル複写機やプリンタなどの画像形成装置における露光用ヘッドとして、有機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ／Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）装置などの発光装置が注目されている。この種の発光装置では、複数の発光領域の各々に少なくとも発光層を含む機能膜を備えた自発光素子を有している。
【０００３】
また、複数の発光領域の各々に対して、発光層の下層側に形成された下層側反射層と発光層の上層側に形成された上層側反射層との間に光共振器を形成し、各発光領域から出射される光の色度を高めたものが提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００４】
また、特許文献１には、下層側反射層と上層側反射層との光学長を各色に対応する画素間で相違させることにより各色の光を出射可能にすることが開示され、特許文献２には、多重干渉する範囲で発光スペクトルの幅が最も広くなるように下層側反射層と上層側反射層との光学長を最適化することにより、広い視野角において色純度を向上させることが開示されている。
【特許文献１】特許第２７９７８８３号公報
【特許文献２】国際公開番号ＷＯ／０１／００３９５５４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記いずれの特許文献においても、発光層などの機能層の膜厚を最適化しているので、例えば、成膜条件のばらつきなどが原因で機能層の膜厚が最適条件からずれると、その効果が極端に低下するという問題点がある。
【０００６】
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、発光層などの膜厚が最適条件からずれた場合でも色純度の低下を最小限に抑えることができ、かつ、視野角特性を向上可能な発光装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明では、基板上の複数の発光領域の各々に少なくとも発光層を含む機能膜を備えた自発光素子を備え、当該自発光素子には、前記発光層の下層側に形成された下層側反射層と前記発光層の上層側に形成された上層側反射層との間に光共振器が形成された発光装置において、前記機能膜には、前記発光領域内の位置により膜厚が相違する層が少なくとも１層含まれていることを特徴とする。
【０００８】
本発明では、下層側反射層と上層側反射層との間に形成される機能膜には、発光領域内の位置により膜厚が相違する層が少なくとも１層含まれているため、発光領域からは、各膜厚に対応する発光スペクトルが合成されて出射されている。従って、機能層を形成する際の成膜条件によって、機能層の膜厚が最適値からずれた場合でも、各膜厚の発光スペクトルが合成されて出射され、その構成比率がシフトするだけである。それ故、機能層を形成する際の成膜条件によって、機能層の膜厚が変動した場合でも、このような変動によって、出射光の波長がシフトすることを最小限に抑えることができる。また、光の出射方向が変ると、機能層の厚さが変化することになるが、本発明では、機能層の膜厚が発光領域内の位置によって当初から変化しているため、いずれの方向に出射される光においても、各膜厚の発光スペクトルが合成されている。このため、発光装置から正面に出射される光と、斜めに出射される光との間で、発光スペクトルの変化が極めて小さいので、広い視野角にわたって色純度の高い光を出射することができる。
【０００９】
本発明において、前記複数の発光領域の各々は、前記自発光素子が出射する光の色により、赤色、緑色および青色のうちのいずれかの色に対応しており、前記赤色、緑色および青色の発光領域のいずれにおいても、前記機能膜には、前記発光領域内の位置により膜厚が相違する層が少なくとも１層含まれていることが好ましい。
【００１０】
本発明において、前記機能層より下層側に凹凸が形成され、該凹凸が当該凹凸の上層側に形成された前記機能膜の膜厚を前記発光領域内の位置により相違させている構成を採用することが好ましい。このように構成すると、機能膜の膜厚を発光領域内の位置により容易に変化させることができる。
【００１１】
本発明において、前記凹凸を構成する凸部の高さあるいは凹部の深さは、５ｎｍから２０ｎｍの範囲であることが好ましい。機能層の膜厚の差が大きすぎると光共振器条件が大きくずれるとともに、電気光学特性も大きくずれてしまい、同一の供給電力における発光量が極端に低下してしまう。また、機能層の膜厚の差が小さすぎると、効果が小さすぎて、機能層の膜厚が±１０ｎｍばらついたときでも、輝度ばらつきを十分、抑えることができない。従って、凸部の高さあるいは凹部の深さは、５ｎｍ以上、２０ｎｍ以下が好ましい。
【００１２】
本発明において、前記機能膜の膜厚を前記発光領域内の位置により相違させるにあたって、前記凹凸を利用する場合、前記機能膜には、高分子膜が少なくとも１層、含まれていることが好ましい。高分子膜の場合、凹凸の上層側に形成するだけで膜厚を連続的に変化させることができる。
【００１３】
本発明においては、前記下層側反射層は半透過反射層であり、前記上層側反射層は全反射層である構成、あるいは前記下層側反射層は全反射層であり、前記下層側反射層は半透過反射層である構成を採用することができる。
【００１４】
本発明において、前記自発光素子は、例えば、エレクトロルミネッセンス素子である。
【００１５】
本発明を適用した発光装置は、携帯電話機、パーソナルコンピュータやＰＤＡなどの電子機器において表示装置として用いられる。また、本発明を適用した発光装置は、デジタル複写機やプリンタなどの画像形成装置における露光用ヘッドとして用いられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の説明に用いた各図では、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材毎に縮尺を相違させてある。
【００１７】
［実施の形態１］
（有機ＥＬ表示装置の全体構成）
図１は、自発光素子として有機ＥＬ素子を備えた有機ＥＬ表示装置（発光装置）の電気的構成を示すブロック図である。
【００１８】
図１において、有機ＥＬ表示装置１は、有機半導体膜からなる機能膜に駆動電流が流れることによって発光するＥＬ素子を薄膜トランジスタで駆動制御する発光装置であり、このタイプの発光装置を表示装置として用いた場合、発光素子が自己発光するため、バックライトを必要とせず、また、視野角依存性が少ないなどの利点がある。ここに示す有機ＥＬ表示装置１では、複数の走査線６３と、この走査線６３の延設方向に対して交差する方向に延設された複数のデータ線６４と、これらのデータ線６４に並列する複数の共通給電線６５と、データ線６４と走査線６３との交差点に対応する画素１００（発光領域）とが構成され、画素１００は、画像表示領域にマトリクス状に配置されている。データ線６４に対しては、シフトレジスタ、レベルシフタ、ビデオライン、アナログスイッチを備えるデータ線駆動回路５１が構成されている。走査線６３に対しては、シフトレジスタおよびレベルシフタを備える走査線駆動回路５４が構成されている。また、画素１００の各々には、走査線６３を介して走査信号がゲート電極に供給される画素スイチング用の薄膜トランジスタ６と、この薄膜トランジスタ６を介してデータ線６４から供給される画像信号を保持する保持容量３３と、この保持容量３３によって保持された画像信号がゲート電極４３に供給される電流制御用の薄膜トランジスタ７と、薄膜トランジスタ７を介して共通給電線６５に電気的に接続したときに共通給電線６５から駆動電流が流れ込む有機ＥＬ素子１０（自発光素子）とが構成されている。有機ＥＬ表示装置１でカラー表示を行う場合には、各画素１００を赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）に対応させることになる。
【００１９】
（有機ＥＬ素子および光共振器の構成）
図２は、本発明の実施の形態１に係る有機ＥＬ表示装置に構成した有機ＥＬ素子の構成を示す断面図である。有機ＥＬ表示装置１のうち、基板側に向けて表示光を出射するボトムエミッション型の有機ＥＬ表示装置１の場合には、図２に示すように、有機ＥＬ素子１０は、光透過性の基板１１の上層側に、ＩＴＯなどからなる光透過性の画素電極１２（陽極）、正孔注入層１３（機能層）、発光層１４（機能層）、アルミニウムなどといった光反射性を備えた対向電極１５（陰極／全反射層）がこの順に積層された構成を有する。ここで、発光層１４は、画素１００が赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）のいずれに対応するかによって、材料や膜厚が選択される。
【００２０】
また、本形態では、画素電極１２の下層側に誘電体多層膜や薄いアルミニウムなどからなる半透過反射膜１６が形成され、本形態では、半透過反射膜１６からなる下層側反射層と、対向電極１５からなる上層側反射層との間に光共振器２０が構成されている。
【００２１】
このような有機ＥＬ表示装置１において、有機ＥＬ素子１０では、正孔注入層１３および発光層１４を通じて対向電極１５に電流が流れると、そのときの電流量に応じて発光層１４が発光する。そして、発光層１４から出射された光は、画素電極１２および基板１１を透過して、観測者側に出射される一方、発光層１４から対向電極１５に向けて出射された光は、対向電極１５によって反射され、画素電極１２および基板１１を透過して観測者側に出射される。その際、発光層１４から出射された光では、光共振器２０の下層側反射層（光反射層１９）と上層側反射層（対向電極１８）の間で多重反射され、光共振器２０の光学長が半波長の整数倍に相当する光が出射されるので、出射光の色度を向上させることができる。
【００２２】
さらに、本形態では、半透過反射膜１６の下層側に、シリコン窒化膜やシリコン酸化膜、あるいはアクリル樹脂などの感光性樹脂からなる光透過性の凹凸形成層１７が１画素当たり複数、形成されており、このような凹凸形成層１７の上層側に、半透過反射膜１６、画素電極１２、正孔注入層１３、発光層１４、および対向電極１５がこの順に形成された構造になっている。
【００２３】
このため、発光層１４は、凹凸形成層１７が形成されている領域の膜厚ｄ１、および凹凸形成層１７が形成されている領域から離れている領域のｄ２は比較的薄いのに対して、凹凸形成層１７が形成されている領域の周囲では膜厚ｄ３が厚い。しかも、発光層１４の膜厚は、凹凸形成層１７が形成されている領域、凹凸形成層１７が形成されている領域の周囲、および凹凸形成層１７が形成されている領域から離れた領域にかけて連続的に変化している。
【００２４】
なお、本形態では、画素電極１２および正孔注入層１３も、発光層１４と同様、凹凸形成層１７が形成されている領域、および凹凸形成層１７が形成されている領域から離れている領域では、膜厚が薄いのに対して、凹凸形成層１７が形成されている領域の周囲では膜厚が厚い。しかも、画素電極１２および正孔注入層１３の膜厚は、発光層１４と同様、凹凸形成層１７が形成されている領域、凹凸形成層１７が形成されている領域の周囲、および凹凸形成層１７が形成されている領域から離れた領域にかけて連続的に変化している。
【００２５】
このため、理由については後述するように、本形態の有機ＥＬ表示装置１では、成膜時の条件によって、画素電極１２、正孔注入層１３、発光層１４の厚さにばらつきがあっても、各画素１００から出射される光の色度が大きく低下することがなく、かつ、視野角も広いという効果を奏する。
【００２６】
なお、凹凸形成層１７をシリコン窒化膜やシリコン酸化膜などから構成する場合には、成膜工程、およびフォトリソグラフィ技術を利用したパターニング工程により形成できる。また、凹凸形成層１７を感光性樹脂によって構成する場合には、感光性樹脂を塗布した後、露光工程および現像工程を行うことにより形成できる。
【００２７】
また、正孔注入層１３や発光層１４については、インクジェット法（液体吐出法）などによって所定領域に液状物を吐出した後、乾燥させることにより形成できる。
【００２８】
この場合、正孔注入層１３は、例えば、ポリオレフィン誘導体である３，４−ポリエチレンジオシチオフェン／ポリスチレンスルフォン酸（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）を正孔注入材料として用い、これを有機溶剤を主溶媒として分散させてなる分散液を所定領域に吐出した後、乾燥させることにより形成できる。また、正孔注入層１３を形成するための材料としては、前記のものに限定されることなく、ポリマー前駆体がポリテトラヒドロチオフェニルフェニレンであるポリフェニレンビニレン、１，１−ビス−（４−Ｎ、Ｎ−ジトリルアミノフェニル）シクロヘキサン、トリス（８−ヒドロキシキノリノール）アルミニウム等を用いることもできる。但し、正孔注入層１３を凹凸形成層１７の上層側に形成した際、正孔注入層１３に膜厚変化を付与するという観点からすれば、上記材料のうち、高分子材料を用いることが好ましい。
【００２９】
また、発光層１４を形成する材料についても、凹凸形成層１７の上層側に形成した際、発光層１４に膜厚変化を付与するという観点からすれば、高分子材料、例えば分子量が１０００以上の高分子材料が用いることが好ましい。具体的には、ポリフルオレン誘導体、ポリフェニレン誘導体、ポリビニルカルバゾール、ポリチオフェン誘導体、またはこれらの高分子材料に、ペリレン系色素、クマリン系色素、ローダミン系色素、例えばルブレン、ペリレン、９，１０−ジフェニルアントラセン、テトラフェニルブタジエン、ナイルレッド、クマリン６、キナクリドン等をドープしたものが用いられる。なお、このような高分子材料としては、二重結合のπ電子がポリマー鎖上で非極在化しているπ共役系高分子材料が、導電性高分子でもあることから発光性能に優れるため、好適に用いられる。特に、その分子内にフルオレン骨格を有する化合物、すなわちポリフルオレン系化合物がより好適に用いられる。また、このような材料以外にも、例えば特開平１１−４０３５８号公報に示される有機ＥＬ素子用組成物、すなわち共役系高分子有機化合物の前駆体と、発光特性を変化させるための少なくとも１種の蛍光色素とを含んでなる有機ＥＬ素子用組成物も、発光層形成材料として使用可能である。
【００３０】
（発光層の膜厚と出射光の発光スペクトル）
図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）には、赤色、緑色、青色の各画素１００において、発光層１４の膜厚を変化させたときの各画素１００から出射される光の発光スペクトルを示す説明図である。図３（ａ）には、赤色の画素１００（Ｒ）において発光層１４の膜厚を８０ｎｍから１００ｎｍまで２ｎｍずつ膜厚をかえた場合の各データを示してあり、矢印Ｒが示す方向に沿って、発光層１４の膜厚が厚くなったときのデータを示してある。図３（ｂ）には、緑色の画素１００（Ｇ）において発光層１４の膜厚を８０ｎｍから１００ｎｍまで２ｎｍずつ膜厚をかえた場合の各データを示してあり、矢印Ｇが示す方向に沿って、発光層１４の膜厚が厚くなったときのデータを示してある。図３（ｃ）には、青色の画素１００（Ｂ）において発光層１４の膜厚を６０ｎｍから８０ｎｍまで２ｎｍずつ膜厚をかえた場合の各データを示してあり、矢印Ｂが示す方向に沿って、発光層１４の膜厚が厚くなったときのデータを示してある。
【００３１】
図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、赤色、緑色、青色のいずれの画素１００（Ｒ）、（Ｇ）、（Ｂ）においても、発光層１４の膜厚が厚くなると発光スペクトルのピークは長波長側にシフトする一方、発光層１４の膜厚が薄くなると、発光スペクトルのピークは短波長側にシフトする。また、赤色の画素１００（Ｒ）の場合、発光層１４の膜厚が約９４ｎｍのときに、発光スペクトルのピークが最高になる。緑色の画素１００（Ｇ）の場合、発光層１４の膜厚が約８８ｎｍのときに、発光スペクトルのピークが最高になる。青色の画素１００（Ｂ）の場合、発光層１４の膜厚が約７２ｎｍのときに、発光スペクトルのピークが最高になる。従って、従来のように、発光層１４の膜厚が発光スペクトルのピークが最高になる値になっていれば、所望の波長を有する光を効率的に出射できるが、発光層１４を形成する際の成膜条件によって、発光層１４の膜厚が最適値からずれると、出射光の波長が完全にシフトしてしまう。しかるに本形態では、発光層１４の下層側に凹凸形成層１７を形成してあるので、発光層１７の膜厚が画素１００内で位置によって当初から連続的に変化しているため、図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す各膜厚毎の発光スペクトルが合成されて出射されている。従って、発光層１４を形成する際の成膜条件によって、発光層１４の膜厚が最適値からずれた場合でも、図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す各膜厚毎の発光スペクトルが合成されて出射され、その構成比率が変化するだけである。それ故、発光層１４を形成する際の成膜条件によって、発光層１４の膜厚が変動した場合でも、このような変動によって、出射光の波長がシフトすることを最小限に抑えることができる。
【００３２】
このような変動は、輝度ばらつきの原因となるので、例えば、画素電極１２、正孔注入層１３および発光層１４の膜厚が±１０ｎｍばらついた場合において、有機ＥＬ表示装置１における各画素１００での輝度ばらつきを下式
輝度ばらつき＝１００×３σ／平均輝度
より求めたところ、従来の有機ＥＬ素子および光共振器では、輝度ばらつきが３５％であったが、本形態の有機ＥＬ素子１０および光共振器２０によれば、輝度ばらつきを５％にまで低減できることが確認できた。
【００３３】
また、本形態では、発光層１４の膜厚が画素１００内で位置によって連続的に変化しているため、視野角特性に優れている。すなわち、画素１００に対して光の出射方向がなす角度が変ると、それに伴って、光の出射方向での発光層１４の厚さが相違していることになるが、本形態では、発光層１４の膜厚が画素１００内で位置によって当初から連続的に変化しているため、いずれの方向に出射される光においても、図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す各膜厚毎の発光スペクトルが合成されておる。このため、有機ＥＬ表示装置１から正面に出射される光と、斜めに出射される光との間で、発光スペクトルの変化が極めて小さいので、有機ＥＬ表示装置１を正面からみたときと、斜めからみたときの画質に大きな差がない。
【００３４】
例えば、図４（ａ）には、本発明を適用した有機ＥＬ表示装置１において赤色の画素１００（Ｒ）から出射される光の発光スペクトルを示し、図４（ｂ）には、発光層の厚さが画素内で一定の従来の有機ＥＬ表示装置において赤色の画素から出射される光の発光スペクトルを比較して示す。なお、図４（ａ）、（ｂ）には、黒円と実線Ｌ０によって法線方向（正面）に出射される発光スペクトルを示し、黒円と実線Ｌ４５によって法線方向（正面）から４５°傾いた方向に出射される発光スペクトルを示し、その他の方向に出射される発光スペクトルについては、５°ずつずらした場合の結果を細線のみで示してある。
【００３５】
図４（ａ）、（ｂ）を比較すればわかるように、本形態では、従来例と比較して、有機ＥＬ表示装置１から正面に出射される光と、斜めに出射される光との間で、発光スペクトルの変化が極めて小さいので、有機ＥＬ表示装置１を正面からみたときと、斜めからみたときの画質に大きな差がない。
【００３６】
（凹凸形成層１７の膜厚）
このような構成の有機ＥＬ表示装置１において、直径２μｍの凹凸形成層１７を厚さ２ｎｍ〜５０ｎｍで形成した場合において、厚さが８０ｎｍの発光層１４を形成した場合における、画素内における発光層１４の膜厚の差を検討したところ、以下に示す結果
凹凸形成層１７の厚さ 発光層１４の膜厚の差
２ｎｍ ０．９ｎｍ
５ｎｍ ２．４ｎｍ
１０ｎｍ ４．２ｎｍ
２０ｎｍ ９．０ｎｍ
３５ｎｍ １７．４ｎｍ
５０ｎｍ ３０．０ｎｍ
が得られた。ここで、発光層１４の膜厚の差が１０ｎｍを超えると光共振器条件が大きくずれるとともに、電気光学特性も大きくずれてしまい、同一の供給電力における発光量が極端に低下してしまう。また、発光層１４の膜厚の差が２ｎｍ未満ではその効果が小さく、２ｎｍ以上であれば、画素電極１２、正孔注入層１３および発光層１４の膜厚が±１０ｎｍばらついたときでも、有機ＥＬ表示装置１における輝度ばらつきを１／２以下にまで抑えることができる。従って、凹凸形成層１７の厚さ（高さ）については、５ｎｍ以上、２０ｎｍ以下が好ましい。
【００３７】
［実施の形態２］
図５は、本発明の実施の形態２に係る有機ＥＬ表示装置に構成した有機ＥＬ素子の構成を示す断面図である。なお、本形態の有機ＥＬ表示装置および有機ＥＬ素子は、基本的な構成が実施の形態１と共通しているため、共通する部分については同一の符号を付して説明する。
【００３８】
図５において、本形態の有機ＥＬ表示装置１は、基板側とは反対側に向けて表示光を出射するトップエミッション型の有機ＥＬ表示装置であり、有機ＥＬ素子１０は、基板１１の上層側に、銀やアルミニウムなどといった光反射層１９（全反射層）、ＩＴＯなどからなる透明な画素電極１２（陽極）、正孔注入層１３、発光層１４、薄いアルミニウムなどといった半透過反射型の対向電極１８（陰極）がこの順に積層された構成を有する。ここで、基板１１は、透明あるいは光透過性のいずれの基板を用いることができる。このように構成した有機ＥＬ表示装置１でも、光反射層１９からなる下層側反射層と、対向電極１８からなる上層側反射層との間に光共振器２０が構成されている。
【００３９】
このように構成した有機ＥＬ素子１０では、正孔注入層１３および発光層１４を通じて対向電極１５に電流が流れると、そのときの電流量に応じて発光層１４が発光する。そして、発光層１４が出射された光は対向電極１８を透過して、観測者側に出射される一方、発光層１４から基板２０に向けて出射された光は、画素電極１２の下層に形成された光反射層１９によって反射され、対向電極１８を透過して観測者側に出射される。その際、発光層１４から出射された光では、光共振器２０の下層側反射層（光反射層１９）と上層側反射層（対向電極１８）の間で多重反射され、光共振器２０の光学長が１／４波長の整数倍に相当する光の色度を向上させることができる。
【００４０】
さらに、本形態では、光反射層１９の下層側にシリコン窒化膜、シリコン酸化膜、感光性樹脂などからなる光透過性の凹凸形成層１７が１画素当たり複数、形成されており、凹凸形成層１７の上層側に、光反射層１９、画素電極１２、正孔注入層１３、発光層１４、および対向電極１５がこの順に形成された構造になっている。
【００４１】
このため、発光層１４は、凹凸形成層１７が形成されている領域の膜厚ｄ１、および凹凸形成層１７が形成されている領域から離れている領域のｄ２は比較的薄いのに対して、凹凸形成層１７が形成されている領域の周囲では膜厚ｄ３が厚い。しかも、発光層１４の膜厚は、凹凸形成層１７が形成されている領域、凹凸形成層１７が形成されている領域の周囲、および凹凸形成層１７が形成されている領域から離れた領域にかけて連続的に変化している。
【００４２】
なお、本形態では、画素電極１２および正孔注入層１３も、凹凸形成層１７が形成されている領域、および凹凸形成層１７が形成されている領域から離れている領域では、膜厚が薄いのに対して、凹凸形成層１７が形成されている領域の周囲では膜厚が厚い。しかも、画素電極１２および正孔注入層１３の膜厚は、凹凸形成層１７が形成されている領域、凹凸形成層１７が形成されている領域の周囲、および凹凸形成層１７が形成されている領域から離れた領域にかけて連続的に変化している。
【００４３】
このため、本形態の有機ＥＬ表示装置１では、実施の形態１において図３および図４などを参照して説明したように、成膜時の条件によって、半透過反射層１６、画素電極１２、正孔注入層１３、発光層１４の厚さにばらつきがあっても、各画素１００から出射される光の色度が大きく低下することがなく、かつ、視野角も広いという効果を奏する。
【００４４】
例えば、画素電極１２、正孔注入層１３および発光層１４の膜厚が±１０ｎｍばらついた場合において、有機ＥＬ表示装置１における各画素１００での輝度ばらつきを下式
輝度ばらつき＝１００×３σ／平均輝度
より求めたところ、従来の有機ＥＬ素子および光共振器では、輝度ばらつきが３５％であったが、本形態の有機ＥＬ素子１０および光共振器２０によれば、輝度ばらつきを５％にまで低減することができる。
【００４５】
［その他の実施の形態］
上記形態では、機能層より下層側に凹凸を形成するにあたって、凹凸形成層１７をドット状に形成したが、基板の全面に形成した凹凸形成層の穴（凹部）を点在させてもよい。この場合にも、穴の深さは、５ｎｍから２０ｎｍの範囲であることが好ましい。
【００４６】
また、上記形態では、正孔注入層１３および発光層１４などの機能層の双方を高分子材料で構成したが、少なくとも１つを高分子材料で形成すれば、機能層の膜厚を連続して変化させることができる。
【００４７】
また、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能であり、実施形態で挙げた具体的な材料や構成などは一例に過ぎず、適宜変更が可能である。従って、ＥＬ表示装置の他、プラズマディスプレイ装置、電子放出素子を用いた装置（Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｄｉｓｐｌａｙ及びＳｕｒｆａｃｅ‐Ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ‐Ｅｍｉｔｔｅｒ Ｄｉｓｐｌａｙ等）などの各種電気光学装置に本発明を適用してもよい。
【００４８】
［電子機器への搭載例］
本発明を適用した電気光学装置については、携帯電話機、パーソナルコンピュータやＰＤＡなど、様々な電子機器において表示装置として用いることができる。また、本発明を適用した発光装置は、デジタル複写機やプリンタなどの画像形成装置における露光用ヘッドとして用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】有機ＥＬ表示装置（発光装置）の電気的構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る有機ＥＬ素子の構成を示す断面図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ、発光層の膜厚を変化させたときに各画素から出射される光の発光スペクトルを示す説明図である。
【図４】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、本発明を適用した有機ＥＬ表示装置において赤色の画素から出射される光の発光スペクトルを示す説明図、および発光層の厚さが画素内で一定の従来の有機ＥＬ表示装置において赤色の画素から出射される光の発光スペクトルの説明図である。
【図５】本発明の実施の形態２に係る有機ＥＬ表示装置に構成した有機ＥＬ素子の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５０】
１・・有機ＥＬ表示装置、１０・・有機ＥＬ素子、１１・・基板、１２・・画素電極、１３・・正孔注入層（機能層）、１４・・発光層（機能層）、１５・・対向電極（全反射層／上層側反射層）、１６・・半透過反射膜（下層側反射層）、１７・・凹凸形成層、１８・・光反射層（全反射層／下層側反射層）、１９・・光反射層（上層側反射層）、２０・・光共振器、１００・・画素（発光領域）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の発光領域の各々に自発光素子を備えた発光装置に関するものである。さらに詳しくは、発光領域に光共振器が形成された発光装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話機、パーソナルコンピュータやＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔｓ）などの電子機器に使用される表示装置や、デジタル複写機やプリンタなどの画像形成装置における露光用ヘッドとして、有機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ／Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）装置などの発光装置が注目されている。この種の発光装置では、複数の発光領域の各々に少なくとも発光層を含む機能膜を備えた自発光素子を有している。
【０００３】
また、複数の発光領域の各々に対して、発光層の下層側に形成された下層側反射層と発光層の上層側に形成された上層側反射層との間に光共振器を形成し、各発光領域から出射される光の色度を高めたものが提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００４】
また、特許文献１には、下層側反射層と上層側反射層との光学長を各色に対応する画素間で相違させることにより各色の光を出射可能にすることが開示され、特許文献２には、多重干渉する範囲で発光スペクトルの幅が最も広くなるように下層側反射層と上層側反射層との光学長を最適化することにより、広い視野角において色純度を向上させることが開示されている。
【特許文献１】特許第２７９７８８３号公報
【特許文献２】国際公開番号ＷＯ／０１／００３９５５４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記いずれの特許文献においても、発光層などの機能層の膜厚を最適化しているので、例えば、成膜条件のばらつきなどが原因で機能層の膜厚が最適条件からずれると、その効果が極端に低下するという問題点がある。
【０００６】
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、発光層などの膜厚が最適条件からずれた場合でも色純度の低下を最小限に抑えることができ、かつ、視野角特性を向上可能な発光装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明では、基板上の複数の発光領域の各々に少なくとも発光層を含む機能膜を備えた自発光素子を備え、当該自発光素子には、前記発光層の下層側に形成された下層側反射層と前記発光層の上層側に形成された上層側反射層との間に光共振器が形成された発光装置において、前記機能膜には、前記発光領域内の位置により膜厚が相違する層が少なくとも１層含まれていることを特徴とする。
【０００８】
本発明では、下層側反射層と上層側反射層との間に形成される機能膜には、発光領域内の位置により膜厚が相違する層が少なくとも１層含まれているため、発光領域からは、各膜厚に対応する発光スペクトルが合成されて出射されている。従って、機能層を形成する際の成膜条件によって、機能層の膜厚が最適値からずれた場合でも、各膜厚の発光スペクトルが合成されて出射され、その構成比率がシフトするだけである。それ故、機能層を形成する際の成膜条件によって、機能層の膜厚が変動した場合でも、このような変動によって、出射光の波長がシフトすることを最小限に抑えることができる。また、光の出射方向が変ると、機能層の厚さが変化することになるが、本発明では、機能層の膜厚が発光領域内の位置によって当初から変化しているため、いずれの方向に出射される光においても、各膜厚の発光スペクトルが合成されている。このため、発光装置から正面に出射される光と、斜めに出射される光との間で、発光スペクトルの変化が極めて小さいので、広い視野角にわたって色純度の高い光を出射することができる。
【０００９】
本発明において、前記複数の発光領域の各々は、前記自発光素子が出射する光の色により、赤色、緑色および青色のうちのいずれかの色に対応しており、前記赤色、緑色および青色の発光領域のいずれにおいても、前記機能膜には、前記発光領域内の位置により膜厚が相違する層が少なくとも１層含まれていることが好ましい。
【００１０】
本発明において、前記機能層より下層側に凹凸が形成され、該凹凸が当該凹凸の上層側に形成された前記機能膜の膜厚を前記発光領域内の位置により相違させている構成を採用することが好ましい。このように構成すると、機能膜の膜厚を発光領域内の位置により容易に変化させることができる。
【００１１】
本発明において、前記凹凸を構成する凸部の高さあるいは凹部の深さは、５ｎｍから２０ｎｍの範囲であることが好ましい。機能層の膜厚の差が大きすぎると光共振器条件が大きくずれるとともに、電気光学特性も大きくずれてしまい、同一の供給電力における発光量が極端に低下してしまう。また、機能層の膜厚の差が小さすぎると、効果が小さすぎて、機能層の膜厚が±１０ｎｍばらついたときでも、輝度ばらつきを十分、抑えることができない。従って、凸部の高さあるいは凹部の深さは、５ｎｍ以上、２０ｎｍ以下が好ましい。
【００１２】
本発明において、前記機能膜の膜厚を前記発光領域内の位置により相違させるにあたって、前記凹凸を利用する場合、前記機能膜には、高分子膜が少なくとも１層、含まれていることが好ましい。高分子膜の場合、凹凸の上層側に形成するだけで膜厚を連続的に変化させることができる。
【００１３】
本発明においては、前記下層側反射層は半透過反射層であり、前記上層側反射層は全反射層である構成、あるいは前記下層側反射層は全反射層であり、前記下層側反射層は半透過反射層である構成を採用することができる。
【００１４】
本発明において、前記自発光素子は、例えば、エレクトロルミネッセンス素子である。
【００１５】
本発明を適用した発光装置は、携帯電話機、パーソナルコンピュータやＰＤＡなどの電子機器において表示装置として用いられる。また、本発明を適用した発光装置は、デジタル複写機やプリンタなどの画像形成装置における露光用ヘッドとして用いられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の説明に用いた各図では、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材毎に縮尺を相違させてある。
【００１７】
［実施の形態１］
（有機ＥＬ表示装置の全体構成）
図１は、自発光素子として有機ＥＬ素子を備えた有機ＥＬ表示装置（発光装置）の電気的構成を示すブロック図である。
【００１８】
図１において、有機ＥＬ表示装置１は、有機半導体膜からなる機能膜に駆動電流が流れることによって発光するＥＬ素子を薄膜トランジスタで駆動制御する発光装置であり、このタイプの発光装置を表示装置として用いた場合、発光素子が自己発光するため、バックライトを必要とせず、また、視野角依存性が少ないなどの利点がある。ここに示す有機ＥＬ表示装置１では、複数の走査線６３と、この走査線６３の延設方向に対して交差する方向に延設された複数のデータ線６４と、これらのデータ線６４に並列する複数の共通給電線６５と、データ線６４と走査線６３との交差点に対応する画素１００（発光領域）とが構成され、画素１００は、画像表示領域にマトリクス状に配置されている。データ線６４に対しては、シフトレジスタ、レベルシフタ、ビデオライン、アナログスイッチを備えるデータ線駆動回路５１が構成されている。走査線６３に対しては、シフトレジスタおよびレベルシフタを備える走査線駆動回路５４が構成されている。また、画素１００の各々には、走査線６３を介して走査信号がゲート電極に供給される画素スイチング用の薄膜トランジスタ６と、この薄膜トランジスタ６を介してデータ線６４から供給される画像信号を保持する保持容量３３と、この保持容量３３によって保持された画像信号がゲート電極４３に供給される電流制御用の薄膜トランジスタ７と、薄膜トランジスタ７を介して共通給電線６５に電気的に接続したときに共通給電線６５から駆動電流が流れ込む有機ＥＬ素子１０（自発光素子）とが構成されている。有機ＥＬ表示装置１でカラー表示を行う場合には、各画素１００を赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）に対応させることになる。
【００１９】
（有機ＥＬ素子および光共振器の構成）
図２は、本発明の実施の形態１に係る有機ＥＬ表示装置に構成した有機ＥＬ素子の構成を示す断面図である。有機ＥＬ表示装置１のうち、基板側に向けて表示光を出射するボトムエミッション型の有機ＥＬ表示装置１の場合には、図２に示すように、有機ＥＬ素子１０は、光透過性の基板１１の上層側に、ＩＴＯなどからなる光透過性の画素電極１２（陽極）、正孔注入層１３（機能層）、発光層１４（機能層）、アルミニウムなどといった光反射性を備えた対向電極１５（陰極／全反射層）がこの順に積層された構成を有する。ここで、発光層１４は、画素１００が赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）のいずれに対応するかによって、材料や膜厚が選択される。
【００２０】
また、本形態では、画素電極１２の下層側に誘電体多層膜や薄いアルミニウムなどからなる半透過反射膜１６が形成され、本形態では、半透過反射膜１６からなる下層側反射層と、対向電極１５からなる上層側反射層との間に光共振器２０が構成されている。
【００２１】
このような有機ＥＬ表示装置１において、有機ＥＬ素子１０では、正孔注入層１３および発光層１４を通じて対向電極１５に電流が流れると、そのときの電流量に応じて発光層１４が発光する。そして、発光層１４から出射された光は、画素電極１２および基板１１を透過して、観測者側に出射される一方、発光層１４から対向電極１５に向けて出射された光は、対向電極１５によって反射され、画素電極１２および基板１１を透過して観測者側に出射される。その際、発光層１４から出射された光では、光共振器２０の下層側反射層（光反射層１９）と上層側反射層（対向電極１８）の間で多重反射され、光共振器２０の光学長が半波長の整数倍に相当する光が出射されるので、出射光の色度を向上させることができる。
【００２２】
さらに、本形態では、半透過反射膜１６の下層側に、シリコン窒化膜やシリコン酸化膜、あるいはアクリル樹脂などの感光性樹脂からなる光透過性の凹凸形成層１７が１画素当たり複数、形成されており、このような凹凸形成層１７の上層側に、半透過反射膜１６、画素電極１２、正孔注入層１３、発光層１４、および対向電極１５がこの順に形成された構造になっている。
【００２３】
このため、発光層１４は、凹凸形成層１７が形成されている領域の膜厚ｄ１、および凹凸形成層１７が形成されている領域から離れている領域のｄ２は比較的薄いのに対して、凹凸形成層１７が形成されている領域の周囲では膜厚ｄ３が厚い。しかも、発光層１４の膜厚は、凹凸形成層１７が形成されている領域、凹凸形成層１７が形成されている領域の周囲、および凹凸形成層１７が形成されている領域から離れた領域にかけて連続的に変化している。
【００２４】
なお、本形態では、画素電極１２および正孔注入層１３も、発光層１４と同様、凹凸形成層１７が形成されている領域、および凹凸形成層１７が形成されている領域から離れている領域では、膜厚が薄いのに対して、凹凸形成層１７が形成されている領域の周囲では膜厚が厚い。しかも、画素電極１２および正孔注入層１３の膜厚は、発光層１４と同様、凹凸形成層１７が形成されている領域、凹凸形成層１７が形成されている領域の周囲、および凹凸形成層１７が形成されている領域から離れた領域にかけて連続的に変化している。
【００２５】
このため、理由については後述するように、本形態の有機ＥＬ表示装置１では、成膜時の条件によって、画素電極１２、正孔注入層１３、発光層１４の厚さにばらつきがあっても、各画素１００から出射される光の色度が大きく低下することがなく、かつ、視野角も広いという効果を奏する。
【００２６】
なお、凹凸形成層１７をシリコン窒化膜やシリコン酸化膜などから構成する場合には、成膜工程、およびフォトリソグラフィ技術を利用したパターニング工程により形成できる。また、凹凸形成層１７を感光性樹脂によって構成する場合には、感光性樹脂を塗布した後、露光工程および現像工程を行うことにより形成できる。
【００２７】
また、正孔注入層１３や発光層１４については、インクジェット法（液体吐出法）などによって所定領域に液状物を吐出した後、乾燥させることにより形成できる。
【００２８】
この場合、正孔注入層１３は、例えば、ポリオレフィン誘導体である３，４−ポリエチレンジオシチオフェン／ポリスチレンスルフォン酸（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）を正孔注入材料として用い、これを有機溶剤を主溶媒として分散させてなる分散液を所定領域に吐出した後、乾燥させることにより形成できる。また、正孔注入層１３を形成するための材料としては、前記のものに限定されることなく、ポリマー前駆体がポリテトラヒドロチオフェニルフェニレンであるポリフェニレンビニレン、１，１−ビス−（４−Ｎ、Ｎ−ジトリルアミノフェニル）シクロヘキサン、トリス（８−ヒドロキシキノリノール）アルミニウム等を用いることもできる。但し、正孔注入層１３を凹凸形成層１７の上層側に形成した際、正孔注入層１３に膜厚変化を付与するという観点からすれば、上記材料のうち、高分子材料を用いることが好ましい。
【００２９】
また、発光層１４を形成する材料についても、凹凸形成層１７の上層側に形成した際、発光層１４に膜厚変化を付与するという観点からすれば、高分子材料、例えば分子量が１０００以上の高分子材料が用いることが好ましい。具体的には、ポリフルオレン誘導体、ポリフェニレン誘導体、ポリビニルカルバゾール、ポリチオフェン誘導体、またはこれらの高分子材料に、ペリレン系色素、クマリン系色素、ローダミン系色素、例えばルブレン、ペリレン、９，１０−ジフェニルアントラセン、テトラフェニルブタジエン、ナイルレッド、クマリン６、キナクリドン等をドープしたものが用いられる。なお、このような高分子材料としては、二重結合のπ電子がポリマー鎖上で非極在化しているπ共役系高分子材料が、導電性高分子でもあることから発光性能に優れるため、好適に用いられる。特に、その分子内にフルオレン骨格を有する化合物、すなわちポリフルオレン系化合物がより好適に用いられる。また、このような材料以外にも、例えば特開平１１−４０３５８号公報に示される有機ＥＬ素子用組成物、すなわち共役系高分子有機化合物の前駆体と、発光特性を変化させるための少なくとも１種の蛍光色素とを含んでなる有機ＥＬ素子用組成物も、発光層形成材料として使用可能である。
【００３０】
（発光層の膜厚と出射光の発光スペクトル）
図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）には、赤色、緑色、青色の各画素１００において、発光層１４の膜厚を変化させたときの各画素１００から出射される光の発光スペクトルを示す説明図である。図３（ａ）には、赤色の画素１００（Ｒ）において発光層１４の膜厚を８０ｎｍから１００ｎｍまで２ｎｍずつ膜厚をかえた場合の各データを示してあり、矢印Ｒが示す方向に沿って、発光層１４の膜厚が厚くなったときのデータを示してある。図３（ｂ）には、緑色の画素１００（Ｇ）において発光層１４の膜厚を８０ｎｍから１００ｎｍまで２ｎｍずつ膜厚をかえた場合の各データを示してあり、矢印Ｇが示す方向に沿って、発光層１４の膜厚が厚くなったときのデータを示してある。図３（ｃ）には、青色の画素１００（Ｂ）において発光層１４の膜厚を６０ｎｍから８０ｎｍまで２ｎｍずつ膜厚をかえた場合の各データを示してあり、矢印Ｂが示す方向に沿って、発光層１４の膜厚が厚くなったときのデータを示してある。
【００３１】
図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、赤色、緑色、青色のいずれの画素１００（Ｒ）、（Ｇ）、（Ｂ）においても、発光層１４の膜厚が厚くなると発光スペクトルのピークは長波長側にシフトする一方、発光層１４の膜厚が薄くなると、発光スペクトルのピークは短波長側にシフトする。また、赤色の画素１００（Ｒ）の場合、発光層１４の膜厚が約９４ｎｍのときに、発光スペクトルのピークが最高になる。緑色の画素１００（Ｇ）の場合、発光層１４の膜厚が約８８ｎｍのときに、発光スペクトルのピークが最高になる。青色の画素１００（Ｂ）の場合、発光層１４の膜厚が約７２ｎｍのときに、発光スペクトルのピークが最高になる。従って、従来のように、発光層１４の膜厚が発光スペクトルのピークが最高になる値になっていれば、所望の波長を有する光を効率的に出射できるが、発光層１４を形成する際の成膜条件によって、発光層１４の膜厚が最適値からずれると、出射光の波長が完全にシフトしてしまう。しかるに本形態では、発光層１４の下層側に凹凸形成層１７を形成してあるので、発光層１７の膜厚が画素１００内で位置によって当初から連続的に変化しているため、図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す各膜厚毎の発光スペクトルが合成されて出射されている。従って、発光層１４を形成する際の成膜条件によって、発光層１４の膜厚が最適値からずれた場合でも、図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す各膜厚毎の発光スペクトルが合成されて出射され、その構成比率が変化するだけである。それ故、発光層１４を形成する際の成膜条件によって、発光層１４の膜厚が変動した場合でも、このような変動によって、出射光の波長がシフトすることを最小限に抑えることができる。
【００３２】
このような変動は、輝度ばらつきの原因となるので、例えば、画素電極１２、正孔注入層１３および発光層１４の膜厚が±１０ｎｍばらついた場合において、有機ＥＬ表示装置１における各画素１００での輝度ばらつきを下式
輝度ばらつき＝１００×３σ／平均輝度
より求めたところ、従来の有機ＥＬ素子および光共振器では、輝度ばらつきが３５％であったが、本形態の有機ＥＬ素子１０および光共振器２０によれば、輝度ばらつきを５％にまで低減できることが確認できた。
【００３３】
また、本形態では、発光層１４の膜厚が画素１００内で位置によって連続的に変化しているため、視野角特性に優れている。すなわち、画素１００に対して光の出射方向がなす角度が変ると、それに伴って、光の出射方向での発光層１４の厚さが相違していることになるが、本形態では、発光層１４の膜厚が画素１００内で位置によって当初から連続的に変化しているため、いずれの方向に出射される光においても、図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す各膜厚毎の発光スペクトルが合成されておる。このため、有機ＥＬ表示装置１から正面に出射される光と、斜めに出射される光との間で、発光スペクトルの変化が極めて小さいので、有機ＥＬ表示装置１を正面からみたときと、斜めからみたときの画質に大きな差がない。
【００３４】
例えば、図４（ａ）には、本発明を適用した有機ＥＬ表示装置１において赤色の画素１００（Ｒ）から出射される光の発光スペクトルを示し、図４（ｂ）には、発光層の厚さが画素内で一定の従来の有機ＥＬ表示装置において赤色の画素から出射される光の発光スペクトルを比較して示す。なお、図４（ａ）、（ｂ）には、黒円と実線Ｌ０によって法線方向（正面）に出射される発光スペクトルを示し、黒円と実線Ｌ４５によって法線方向（正面）から４５°傾いた方向に出射される発光スペクトルを示し、その他の方向に出射される発光スペクトルについては、５°ずつずらした場合の結果を細線のみで示してある。
【００３５】
図４（ａ）、（ｂ）を比較すればわかるように、本形態では、従来例と比較して、有機ＥＬ表示装置１から正面に出射される光と、斜めに出射される光との間で、発光スペクトルの変化が極めて小さいので、有機ＥＬ表示装置１を正面からみたときと、斜めからみたときの画質に大きな差がない。
【００３６】
（凹凸形成層１７の膜厚）
このような構成の有機ＥＬ表示装置１において、直径２μｍの凹凸形成層１７を厚さ２ｎｍ〜５０ｎｍで形成した場合において、厚さが８０ｎｍの発光層１４を形成した場合における、画素内における発光層１４の膜厚の差を検討したところ、以下に示す結果
凹凸形成層１７の厚さ 発光層１４の膜厚の差
２ｎｍ ０．９ｎｍ
５ｎｍ ２．４ｎｍ
１０ｎｍ ４．２ｎｍ
２０ｎｍ ９．０ｎｍ
３５ｎｍ １７．４ｎｍ
５０ｎｍ ３０．０ｎｍ
が得られた。ここで、発光層１４の膜厚の差が１０ｎｍを超えると光共振器条件が大きくずれるとともに、電気光学特性も大きくずれてしまい、同一の供給電力における発光量が極端に低下してしまう。また、発光層１４の膜厚の差が２ｎｍ未満ではその効果が小さく、２ｎｍ以上であれば、画素電極１２、正孔注入層１３および発光層１４の膜厚が±１０ｎｍばらついたときでも、有機ＥＬ表示装置１における輝度ばらつきを１／２以下にまで抑えることができる。従って、凹凸形成層１７の厚さ（高さ）については、５ｎｍ以上、２０ｎｍ以下が好ましい。
【００３７】
［実施の形態２］
図５は、本発明の実施の形態２に係る有機ＥＬ表示装置に構成した有機ＥＬ素子の構成を示す断面図である。なお、本形態の有機ＥＬ表示装置および有機ＥＬ素子は、基本的な構成が実施の形態１と共通しているため、共通する部分については同一の符号を付して説明する。
【００３８】
図５において、本形態の有機ＥＬ表示装置１は、基板側とは反対側に向けて表示光を出射するトップエミッション型の有機ＥＬ表示装置であり、有機ＥＬ素子１０は、基板１１の上層側に、銀やアルミニウムなどといった光反射層１９（全反射層）、ＩＴＯなどからなる透明な画素電極１２（陽極）、正孔注入層１３、発光層１４、薄いアルミニウムなどといった半透過反射型の対向電極１８（陰極）がこの順に積層された構成を有する。ここで、基板１１は、透明あるいは光透過性のいずれの基板を用いることができる。このように構成した有機ＥＬ表示装置１でも、光反射層１９からなる下層側反射層と、対向電極１８からなる上層側反射層との間に光共振器２０が構成されている。
【００３９】
このように構成した有機ＥＬ素子１０では、正孔注入層１３および発光層１４を通じて対向電極１５に電流が流れると、そのときの電流量に応じて発光層１４が発光する。そして、発光層１４が出射された光は対向電極１８を透過して、観測者側に出射される一方、発光層１４から基板２０に向けて出射された光は、画素電極１２の下層に形成された光反射層１９によって反射され、対向電極１８を透過して観測者側に出射される。その際、発光層１４から出射された光では、光共振器２０の下層側反射層（光反射層１９）と上層側反射層（対向電極１８）の間で多重反射され、光共振器２０の光学長が１／４波長の整数倍に相当する光の色度を向上させることができる。
【００４０】
さらに、本形態では、光反射層１９の下層側にシリコン窒化膜、シリコン酸化膜、感光性樹脂などからなる光透過性の凹凸形成層１７が１画素当たり複数、形成されており、凹凸形成層１７の上層側に、光反射層１９、画素電極１２、正孔注入層１３、発光層１４、および対向電極１５がこの順に形成された構造になっている。
【００４１】
このため、発光層１４は、凹凸形成層１７が形成されている領域の膜厚ｄ１、および凹凸形成層１７が形成されている領域から離れている領域のｄ２は比較的薄いのに対して、凹凸形成層１７が形成されている領域の周囲では膜厚ｄ３が厚い。しかも、発光層１４の膜厚は、凹凸形成層１７が形成されている領域、凹凸形成層１７が形成されている領域の周囲、および凹凸形成層１７が形成されている領域から離れた領域にかけて連続的に変化している。
【００４２】
なお、本形態では、画素電極１２および正孔注入層１３も、凹凸形成層１７が形成されている領域、および凹凸形成層１７が形成されている領域から離れている領域では、膜厚が薄いのに対して、凹凸形成層１７が形成されている領域の周囲では膜厚が厚い。しかも、画素電極１２および正孔注入層１３の膜厚は、凹凸形成層１７が形成されている領域、凹凸形成層１７が形成されている領域の周囲、および凹凸形成層１７が形成されている領域から離れた領域にかけて連続的に変化している。
【００４３】
このため、本形態の有機ＥＬ表示装置１では、実施の形態１において図３および図４などを参照して説明したように、成膜時の条件によって、半透過反射層１６、画素電極１２、正孔注入層１３、発光層１４の厚さにばらつきがあっても、各画素１００から出射される光の色度が大きく低下することがなく、かつ、視野角も広いという効果を奏する。
【００４４】
例えば、画素電極１２、正孔注入層１３および発光層１４の膜厚が±１０ｎｍばらついた場合において、有機ＥＬ表示装置１における各画素１００での輝度ばらつきを下式
輝度ばらつき＝１００×３σ／平均輝度
より求めたところ、従来の有機ＥＬ素子および光共振器では、輝度ばらつきが３５％であったが、本形態の有機ＥＬ素子１０および光共振器２０によれば、輝度ばらつきを５％にまで低減することができる。
【００４５】
［その他の実施の形態］
上記形態では、機能層より下層側に凹凸を形成するにあたって、凹凸形成層１７をドット状に形成したが、基板の全面に形成した凹凸形成層の穴（凹部）を点在させてもよい。この場合にも、穴の深さは、５ｎｍから２０ｎｍの範囲であることが好ましい。
【００４６】
また、上記形態では、正孔注入層１３および発光層１４などの機能層の双方を高分子材料で構成したが、少なくとも１つを高分子材料で形成すれば、機能層の膜厚を連続して変化させることができる。
【００４７】
また、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能であり、実施形態で挙げた具体的な材料や構成などは一例に過ぎず、適宜変更が可能である。従って、ＥＬ表示装置の他、プラズマディスプレイ装置、電子放出素子を用いた装置（Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｄｉｓｐｌａｙ及びＳｕｒｆａｃｅ‐Ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ‐Ｅｍｉｔｔｅｒ Ｄｉｓｐｌａｙ等）などの各種電気光学装置に本発明を適用してもよい。
【００４８】
［電子機器への搭載例］
本発明を適用した電気光学装置については、携帯電話機、パーソナルコンピュータやＰＤＡなど、様々な電子機器において表示装置として用いることができる。また、本発明を適用した発光装置は、デジタル複写機やプリンタなどの画像形成装置における露光用ヘッドとして用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】有機ＥＬ表示装置（発光装置）の電気的構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る有機ＥＬ素子の構成を示す断面図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ、発光層の膜厚を変化させたときに各画素から出射される光の発光スペクトルを示す説明図である。
【図４】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、本発明を適用した有機ＥＬ表示装置において赤色の画素から出射される光の発光スペクトルを示す説明図、および発光層の厚さが画素内で一定の従来の有機ＥＬ表示装置において赤色の画素から出射される光の発光スペクトルの説明図である。
【図５】本発明の実施の形態２に係る有機ＥＬ表示装置に構成した有機ＥＬ素子の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５０】
１・・有機ＥＬ表示装置、１０・・有機ＥＬ素子、１１・・基板、１２・・画素電極、１３・・正孔注入層（機能層）、１４・・発光層（機能層）、１５・・対向電極（全反射層／上層側反射層）、１６・・半透過反射膜（下層側反射層）、１７・・凹凸形成層、１８・・光反射層（全反射層／下層側反射層）、１９・・光反射層（上層側反射層）、２０・・光共振器、１００・・画素（発光領域）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上の複数の発光領域の各々に少なくとも発光層を含む機能膜を備えた自発光素子を備え、当該自発光素子には、前記発光層の下層側に形成された下層側反射層と前記発光層の上層側に形成された上層側反射層との間に光共振器が形成された発光装置において、
前記機能膜には、前記発光領域内の位置により膜厚が相違する層が少なくとも１層含まれていることを特徴とする発光装置。
【請求項２】
請求項１において、前記複数の発光領域の各々は、前記自発光素子が出射する光の色により、赤色、緑色および青色のうちのいずれかの色に対応しており、
前記赤色、緑色および青色の発光領域のいずれにおいても、前記機能膜には、前記発光領域内の位置により膜厚が相違する層が少なくとも１層含まれていることを特徴とする発光装置。
【請求項３】
請求項１または２において、前記機能層より下層側に凹凸が形成され、
該凹凸は、当該凹凸の上層側に形成された前記機能膜の膜厚を前記発光領域内の位置により相違させていることを特徴とする発光装置。
【請求項４】
請求項３において、前記凹凸を構成する凸部の高さあるいは凹部の深さは、５ｎｍから２０ｎｍの範囲であることを特徴とする発光装置。
【請求項５】
請求項３または４において、前記機能膜には、高分子膜が少なくとも１層、含まれていることを特徴とする発光装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかにおいて、前記下層側反射層は半透過反射層であり、前記上層側反射層は全反射層であることを特徴とする発光装置。
【請求項７】
請求項１ないし５のいずれかにおいて、前記下層側反射層は全反射層であり、前記下層側反射層は半透過反射層であることを特徴とする発光装置。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれかにおいて、前記自発光素子は、エレクトロルミネッセンス素子であることを特徴とする発光装置。
【請求項１】
基板上の複数の発光領域の各々に少なくとも発光層を含む機能膜を備えた自発光素子を備え、当該自発光素子には、前記発光層の下層側に形成された下層側反射層と前記発光層の上層側に形成された上層側反射層との間に光共振器が形成された発光装置において、
前記機能膜には、前記発光領域内の位置により膜厚が相違する層が少なくとも１層含まれていることを特徴とする発光装置。
【請求項２】
請求項１において、前記複数の発光領域の各々は、前記自発光素子が出射する光の色により、赤色、緑色および青色のうちのいずれかの色に対応しており、
前記赤色、緑色および青色の発光領域のいずれにおいても、前記機能膜には、前記発光領域内の位置により膜厚が相違する層が少なくとも１層含まれていることを特徴とする発光装置。
【請求項３】
請求項１または２において、前記機能層より下層側に凹凸が形成され、
該凹凸は、当該凹凸の上層側に形成された前記機能膜の膜厚を前記発光領域内の位置により相違させていることを特徴とする発光装置。
【請求項４】
請求項３において、前記凹凸を構成する凸部の高さあるいは凹部の深さは、５ｎｍから２０ｎｍの範囲であることを特徴とする発光装置。
【請求項５】
請求項３または４において、前記機能膜には、高分子膜が少なくとも１層、含まれていることを特徴とする発光装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかにおいて、前記下層側反射層は半透過反射層であり、前記上層側反射層は全反射層であることを特徴とする発光装置。
【請求項７】
請求項１ないし５のいずれかにおいて、前記下層側反射層は全反射層であり、前記下層側反射層は半透過反射層であることを特徴とする発光装置。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれかにおいて、前記自発光素子は、エレクトロルミネッセンス素子であることを特徴とする発光装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００６−２６９２５１（Ｐ２００６−２６９２５１Ａ）
【公開日】平成１８年１０月５日（２００６．１０．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−８５６８０（Ｐ２００５−８５６８０）
【出願日】平成１７年３月２４日（２００５．３．２４）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１０月５日（２００６．１０．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年３月２４日（２００５．３．２４）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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