表示装置
【課題】反射性電極から発光位置までの距離を調整して光の強め合い効果を得る有機ＥＬ表示装置において、赤色の有機ＥＬ素子の駆動電圧の上昇を抑え、表示特性に優れた表示装置を提供する。
【解決手段】第１電極２と第２電極７と、前記一対の電極間に配置された、少なくとも発光層４Ｒ、４Ｇ、４Ｂと、前記発光層４Ｒ、４Ｇ、４Ｂと第１電極２との間に配置された電荷輸送層３１と、を有し、Ｒ，Ｇ，Ｂの各有機ＥＬ素子において、第１電極２の反射面から発光位置までの光学的距離Ｌｒ、Ｌｇ、Ｌｂと、発光層４Ｒ、４Ｇ、４Ｂの発光波長λｒ、λｇ、λｂと、前記第１電極２での位相シフト量（ラジアン）φｒ、φｇ、φｂとが所定の関係を満たすように、電荷輸送層３２Ｇ，３２Ｂで調整する。
【解決手段】第１電極２と第２電極７と、前記一対の電極間に配置された、少なくとも発光層４Ｒ、４Ｇ、４Ｂと、前記発光層４Ｒ、４Ｇ、４Ｂと第１電極２との間に配置された電荷輸送層３１と、を有し、Ｒ，Ｇ，Ｂの各有機ＥＬ素子において、第１電極２の反射面から発光位置までの光学的距離Ｌｒ、Ｌｇ、Ｌｂと、発光層４Ｒ、４Ｇ、４Ｂの発光波長λｒ、λｇ、λｂと、前記第１電極２での位相シフト量（ラジアン）φｒ、φｇ、φｂとが所定の関係を満たすように、電荷輸送層３２Ｇ，３２Ｂで調整する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はフラットパネルディスプレイ、プロジェクションディスプレイ、照明等に応用される、有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子を用いた表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光素子として、有機ＥＬ素子が現在盛んに研究開発されており、特に、有機ＥＬ素子の光取り出し効率を向上させる取り組みがなされている。例えば、反射性電極の反射面から発光位置までの光学的距離が発光波長の略（１／４）の奇数倍となるように電荷輸送層の膜厚を調整して、発光される光と反射性電極で反射されて戻る光との光の強め合いを利用する方法がある。またこの時、電荷輸送層の膜厚を厚くすることにより電気的なリークや非点灯を防止することが知られている（特許文献１参照）。つまり、反射性電極の反射面から発光位置までの光学的距離が発光波長の略（３／４）倍となるように電荷輸送層の膜厚を調整することで、光の強め合いとリークや非点灯の防止を両立できることが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２４３５７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、赤色、緑色、青色の有機ＥＬ素子を備えた有機ＥＬ表示装置において、反射性電極から発光位置までの光学的距離が発光波長の略（３／４）倍となるように電荷輸送層の膜厚を調整した場合、次のような問題が生じた。即ち、発光波長が最も長い赤色の有機ＥＬ素子において電荷輸送層の膜厚が厚くなりすぎて駆動電圧が上昇するという問題が生じた。
【０００５】
本発明の課題は、上記問題を解決し、反射性電極から発光位置までの距離を調整して光の強め合い効果を得る有機ＥＬ表示装置において、赤色の有機ＥＬ素子の駆動電圧の上昇を抑え、表示特性に優れた表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、赤色を発する有機ＥＬ素子と、緑色を発する有機ＥＬ素子と、青色を発する有機ＥＬ素子と、を有し、各有機ＥＬ素子が、第１電極と電荷輸送層と発光層と第２電極とを有し、前記第１電極が反射面を有し、前記第２電極側から光が出射される表示装置であって、
前記赤色を発する有機ＥＬ素子と、前記緑色を発する有機ＥＬ素子と、青色を発する有機ＥＬ素子それぞれにおいて、第１電極の反射面から発光位置までの光学的距離Ｌｒ、Ｌｇ、Ｌｂと、発光層の発光波長λｒ、λｇ、λｂと、第１電極での位相シフト量（ラジアン）φｒ、φｇ、φｂとが、下記の関係式（１Ｒ）、（１Ｇ）、（１Ｂ）を満たし、
（λｒ／８）×（３−（２φｒ／π））≦Ｌｒ≦（λｒ／８）×（５−（２φｒ／π）） （１Ｒ）
（λｇ／８）×（７−（２φｇ／π））≦Ｌｇ≦（λｇ／８）×（９−（２φｇ／π）） （１Ｇ）
（λｂ／８）×（７−（２φｂ／π））≦Ｌｂ≦（λｂ／８）×（９−（２φｂ／π）） （１Ｂ）
前記赤色を発する有機ＥＬ素子の発光層の発光位置は第１電極側にあり、
前記電荷輸送層の少なくとも一部が、各有機ＥＬ素子に共通で配置され、
前記共通で配置された電荷輸送層の膜厚が、赤色を発する有機ＥＬ素子に配置された電荷輸送層の膜厚に等しいことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、赤色の有機ＥＬ素子において、反射性電極の反射面から発光位置までの干渉次数をＮｒ＝１とすることで、反射性電極と発光層との間の電荷輸送層の膜厚を必要以上に厚くせずに済むために駆動電圧を低減できる。また、赤色の有機ＥＬ素子において、発光位置を反射性電極側とすることで、反射性電極と発光層との間の電荷輸送層の膜厚として、リークや非点灯の防止に有効な厚さを確保することが容易となる。よって、本発明によれば、駆動電圧の上昇を招くことなく、発光光の強め合い効果を得た、表示特性に優れた有機ＥＬ表示装置が提供される。
【０００８】
また、赤色、緑色、青色それぞれの有機ＥＬ素子において共通に電荷輸送層が形成されることから、マスク成膜の負荷を減らすことができ、製造コストの削減を図ることができる。さらに、緑色や青色の有機ＥＬ素子において、反射性電極と発光層との間の電荷輸送層をパターニングしなくても発光層の膜厚によって干渉距離を調整することが可能となり、電荷輸送層のマスク成膜の回数を減らすことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の有機ＥＬ表示装置の一実施形態の断面模式図である。
【図２】本発明の実施例２の有機ＥＬ表示装置の断面模式図である。
【図３】本発明の実施例３の有機ＥＬ表示装置の断面模式図である。
【図４】有機ＥＬ表示装置における、電荷輸送層の膜厚と非点灯数の関係を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の有機ＥＬ表示装置は、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の３色の有機ＥＬ素子を有する。そして、各有機ＥＬ素子が、第１電極と第２電極と、前記一対の電極間に配置された、少なくとも発光層と、前記発光層と第１電極との間に配置された電荷輸送層と、を有する。さらに、各色の有機ＥＬ素子において、第１電極の反射面から発光位置までの光学的距離と、発光層の発光波長と、第１電極での位相シフト量とが所定の関係にある構成である。さらに、本発明では、上記電荷輸送層の少なくとも一部が、赤色、緑色、青色の有機ＥＬ素子に共通で形成され、共通で形成された電荷輸送層の膜厚が、赤色の有機ＥＬ素子の電荷輸送層の膜厚に等しい構成である。
【００１１】
以下、図１を参照して本発明の有機ＥＬ表示装置の実施形態について説明する。図１は本発明の有機ＥＬ表示装置の一実施形態の１画素分を示す断面模式図である。本実施形態の有機ＥＬ表示装置は、１画素が赤色、緑色、青色の３色の副画素から構成され、各副画素が赤色、緑色、青色の光を発光する有機ＥＬ素子を備えている。本実施形態では、各有機ＥＬ素子が、基板１上に、第１電極である反射性電極２、正孔輸送層３１、発光層４Ｒ、４Ｇ、４Ｂ、電子輸送層５、電子注入層６、第２電極である光取り出し電極７を順次設けた構成を有している。また、緑色及び青色の有機ＥＬ素子については、赤色の有機ＥＬ素子と共通の正孔輸送層３１以外に、パターニング層である正孔輸送層３２Ｇ，３２Ｂを有している。そして、この有機ＥＬ素子に電流を通電することで、電極２，７から注入された正孔と電子が発光層４Ｒ、４Ｇ、４Ｂにおいて再結合して発光を生じる。
【００１２】
以下、第１電極が陽極の場合、即ち第１電極と発光層との間に正孔輸送層を有する場合を例に本発明を説明する。
【００１３】
本発明において、発光位置で発光して外部に出射する光と反射性電極２の反射面で反射されて戻る光との光の強め合いの干渉を利用することで、光取り出し効率を向上させることができる。一般的に、このような干渉の関係は下記の関係式（Ａ）であらわされる。
【００１４】
（２Ｌ／λ）＋（φ／２π）＝Ｎ （Ａ）
Ｌ：反射性電極の反射面から発光位置までの光学的距離（屈折率×長さ）
λ：発光波長
φ：反射性電極での位相シフト量
Ｎ：干渉次数（整数）
【００１５】
この関係式（Ａ）によれば、同一の干渉次数であれば発光波長が長いほど光学的距離Ｌは大きくなる。つまり、一般的に発光波長が長いほど、反射面と発光位置との間に配置される正孔輸送層の膜厚が厚くなることとなる。ここで、位相シフト量φは電極の種類や発光波長によって異なるため、光学的距離Ｌは単純に発光波長λだけでは求まらない。尚、実際の有機ＥＬ素子では、正面の取り出し効率とトレードオフ関係にある視野角特性なども考慮して、必ずしも関係式（Ａ）の膜厚に完全に一致させる必要はない。
【００１６】
本発明においては、赤色、緑色、青色のそれぞれの有機ＥＬ素子の干渉次数が、Ｎｒ＝１、Ｎｇ＝２、Ｎｂ＝２という関係を満たす構成である。最も発光波長が長い赤色において干渉次数をＮｒ＝１と小さくすることで、反射性電極２と発光層４Ｒ、４Ｇ、４Ｂとの間に形成される正孔輸送層の膜厚を薄くすることができ、駆動電圧を低減することができる。例えば、赤色（発光波長：６３０ｎｍ）の干渉次数がＮｒ＝２の時には正孔輸送層の膜厚が２３０ｎｍであるのに対して、Ｎｒ＝１の時には６０ｎｍとなり、駆動電圧を約１Ｖ以上も低電圧化することができる。一方で、緑色と青色の干渉次数をＮｇ＝１、Ｎｂ＝１と小さくすると、赤色の時と比べて正孔輸送層の膜厚が薄くなる。例えば、緑色（発光波長：５３０ｎｍ）と青色（発光波長：４６０ｎｍ）の干渉次数がＮｇ＝１、Ｎｂ＝１の時には正孔輸送層の膜厚がそれぞれ、４０ｎｍと２０ｎｍとなる。
【００１７】
本発明者が検討した結果、緑色や青色の干渉次数をＮｇ＝１、Ｎｂ＝１と小さくしてしまうと正孔輸送層が薄すぎるためにリークや非点灯数が増加してしまう。一方で、発光波長が最も長い赤色においては、干渉次数がＮｒ＝１においても十分に正孔輸送層の膜厚を確保できるために非点灯数が減少することを見出した。よって、リークや非点灯を防止するためには、緑色と青色の干渉次数をＮｇ＝２、Ｎｂ＝２とし、更には赤色の駆動電圧を低減するために赤色の干渉次数をＮｒ＝１とすることが有効である。正孔輸送層と非点灯数の関係を図４に示す（図４においては、検体数２つを示しており、それぞれｎ＝１、ｎ＝２とする）。正孔輸送層（ＨＴＬ）の膜厚が厚いほど非点灯数が減少し、ある一定膜厚以上（５０ｎｍ以上）で非点灯数が半数以下となっている。
【００１８】
本発明においては、Ｎｒ＝１、Ｎｇ＝２、Ｎｂ＝２となるように、各有機ＥＬ素子において、発光位置から反射性電極２の反射面までの光学距離を調整する。係る光学距離の許容範囲はそれぞれ、発光波長の（１／８）以内である。よって、本発明において、各有機ＥＬ素子の発光位置から反射性電極２の反射面までの光学距離と、発光層４Ｒ、４Ｇ、４Ｂの発光波長と、反射性電極での位相シフト量は、下記の関係式（１Ｒ）、（１Ｇ）、（１Ｂ）を満たすものである。
【００１９】
（λｒ／８）×（３−（２φｒ／π））≦Ｌｒ≦（λｒ／８）×（５−（２φｒ／π）） （１Ｒ）
（λｇ／８）×（７−（２φｇ／π））≦Ｌｇ≦（λｇ／８）×（９−（２φｇ／π）） （１Ｇ）
（λｂ／８）×（７−（２φｂ／π））≦Ｌｂ≦（λｂ／８）×（９−（２φｂ／π）） （１Ｂ）
Ｌｒ、Ｌｇ、Ｌｂ：赤色、緑色、青色の各有機ＥＬ素子の発光位置から反射性電極２の反射面までの光学距離（ｎｍ）
φｒ、φｇ、φｂ：赤色、緑色、青色の各有機ＥＬ素子の反射性電極２における位相シフト量（ラジアン）
λｒ、λｇ、λｂ：赤色、緑色、青色の各有機ＥＬ素子の発光波長（ｎｍ）
【００２０】
さらに本発明において好ましくは、上記光学距離の許容範囲が発光波長の（１／１６）以内であり、下記関係式（２Ｒ）、（２Ｇ）、（２Ｂ）を満たすものである。
【００２１】
（λｒ／１６）×（７−（４φｒ／π））≦Ｌｒ≦（λｒ／１６）×（９−（４φｒ／π）） （２Ｒ）
（λｇ／１６）×（１５−（４φｇ／π））≦Ｌｇ≦（λｇ／１６）×（１７−（４φｇ／π）） （２Ｇ）
（λｂ／１６）×（１５−（４φｂ／π））≦Ｌｂ≦（λｂ／１６）×（１７−（４φｂ／π）） （２Ｂ）
【００２２】
さらに本発明において最適は、下記関係式（３Ｒ）、（３Ｇ）、（３Ｂ）を満たすものである。
【００２３】
Ｌｒ＝（λｒ／２）×（１−（φｒ／２π）） （３Ｒ）
Ｌｇ＝（λｇ／２）×（２−（φｇ／２π）） （３Ｇ）
Ｌｂ＝（λｂ／２）×（２−（φｂ／２π）） （３Ｂ）
【００２４】
また比較のために、電子輸送層５と非点灯数の関係も図４に示す。正孔輸送層に比べて、電子輸送層（ＥＴＬ）５の膜厚の利きが小さいのが分かる。よって、全層の膜厚を厚くするだけではなく、正孔輸送層の膜厚をある一定膜厚以上に厚くすることがリークや非点灯の防止に有効となる。このメカニズムとしては例えば、反射性電極２上に異物がある場合にその直上に成膜される正孔輸送層により先ずこの異物をカバーすることがリークや非点灯の防止に有効であると考えられる。
【００２５】
本発明の有機ＥＬ表示装置では、正孔輸送層の少なくとも一部が赤色、緑色、青色それぞれの有機ＥＬ素子で共通に形成され、共通に形成される正孔輸送層３１の膜厚が赤色の正孔輸送層の膜厚に等しい構成である。このように、共通に正孔輸送層３１を形成することでマスク成膜の回数を減らすことができ、コストを低くすることができる。また、干渉次数がＮｒ＝１である赤色の有機ＥＬ素子の正孔輸送層３１の膜厚はリークや非点灯防止に十分な膜厚であるため、有機ＥＬ表示装置の歩留まりを向上させることができる。
【００２６】
本発明の有機ＥＬ表示装置においては、発光層４Ｒ、４Ｇ、４Ｂ内における発光位置を制御することで更なる効果を有する。以下にこの効果について説明する。
【００２７】
本発明は、赤色の有機ＥＬ素子において、発光層内での発光位置が反射性電極２側である。発光位置を反射性電極２側に制御することで、反射性電極２と発光位置との間の光学的距離Ｌｒが正孔輸送層３１の膜厚だけで決まることとなる。つまり、正孔輸送層３１の膜厚をリークや非点灯の防止に有効な膜厚に十分に厚く確保することが容易となる。反対に、赤色の発光位置が光取り出し電極７側の場合には、光学的距離Ｌｒは発光層４Ｒと正孔輸送層３１の両方の膜厚で決まることとなり、発光層４Ｒの膜厚の分だけ正孔輸送層３１の膜厚が薄くなって制約を受ける。一般的に発光層４Ｒの膜厚は２０ｎｍ以上であるため、その分だけ正孔輸送層３１の膜厚は薄くなり、リークや非点灯を防止する十分な膜厚を確保することが難しくなる。
【００２８】
更に本発明の有機ＥＬ表示装置においては、緑色と青色の少なくとも１つの有機ＥＬ素子において、発光層４Ｇ、４Ｂ内での発光位置が光取り出し電極７側であることが好ましい。緑色や青色の発光位置を光取り出し電極７側に制御することで、反射性電極２の反射面から発光位置までの間の光学的距離ＬｇとＬｂとが発光層４Ｇ、４Ｂと正孔輸送層３１の両方の膜厚で制御できることとなる。よって、緑色や青色の有機ＥＬ素子において、正孔輸送層３２Ｇ、３２Ｂを設けなくても発光層４Ｒ、４Ｂの膜厚によって干渉距離を調整することが可能となる。つまり、緑色と青色の少なくとも一方の有機ＥＬ素子の発光層の膜厚は、緑色と青色の少なくとも一方の有機ＥＬ素子の発光層の発光位置から外部に出射する光と、発光位置から第１電極の反射面に向かい反射される光と、が干渉によって強められる膜厚となる。このことで、正孔輸送層のマスク成膜の回数を減らすことができ、コストを低減することができる。
【００２９】
本発明の有機ＥＬ素子の各部位についてそれぞれ詳しく説明する。
【００３０】
反射性電極２は、銀やアルミニウムなどの金属やそれらの合金を用いることができる。例えば、反射率の高い銀合金が好ましい。また、反射性電極２を陽極として用いる場合には、正孔輸送層３１へのホール注入性を良くするために仕事関数の大きな材料が好ましい。そのため、仕事関数の大きなＩＴＯやＩＺＯ（登録商標）などの酸化物導電膜を積層させることが好ましい。例えば、Ａｇ電極の上にＩＺＯを連続膜となる１０ｎｍ以上の膜厚で積層させる。
【００３１】
本発明において第１電極の反射面とは、反射性電極２がＡｇ電極等の反射層とＩＴＯ等の透明導電層とから構成される場合には、その界面であり、Ａｇ電極等の金属層のみからなる場合には、該電極と有機化合物層との界面である。
【００３２】
正孔輸送層３１、３２Ｇ、３２Ｂは、公知の正孔輸送材料を好適に用いることができる。また、必要に応じて陽極と正孔輸送層３１の間に、銅フタロシアニンや酸化バナジウム、または正孔輸送材料に金属ドープを行った共蒸着層、などの正孔注入層を形成しても良い。但し、導電性の高い正孔注入層を用いる場合には、リークや非点灯の防止に有効な膜厚として正孔注入層の膜厚を用いることは難しい。また、必要に応じて正孔輸送層３１、３２Ｇ、３２Ｂと発光層４Ｒ、４Ｇ、４Ｂとの間に、最低空軌道（ＬＵＭＯ）エネルギーの絶対値が小さい電子ブロック層を形成しても良い。
【００３３】
発光層４Ｒ、４Ｇ、４Ｂには、公知の発光材料をいずれも好適に用いることができる。発光材料は、単体で発光層４Ｒ、４Ｇ、４Ｂとして機能する材料でもよいし、ホスト材料と発光ドーパントや電荷輸送ドーパント、などとの混合層として機能する材料でもよい。
【００３４】
本発明では、発光層４Ｒ、４Ｇ、４Ｂ内における発光位置を制御する構成である。この制御方法として、発光層４Ｒ、４Ｇ、４Ｂ内の電荷輸送性を制御する方法がある。発光位置を反射性電極２側に制御したい場合には、発光層４Ｒ、４Ｇ、４Ｂ内の電子輸送性を優勢にする。逆に、発光位置を光取り出し電極７側に制御したい場合には、発光層４Ｒ、４Ｇ、４Ｂ内での正孔輸送性を優勢にする。
【００３５】
発光層４Ｒ、４Ｇ、４Ｂ内の電荷輸送性を制御する方法として、発光層４Ｒ、４Ｇ、４Ｂのホスト材料の電荷輸送性を利用することができる。例えば、発光層４Ｒ、４Ｇ、４Ｂのホスト材料として電子輸送性の高い材料を用いた場合、発光位置を反射性電極２側に制御することができる。反対に、ホスト材料として正孔輸送性の高い材料を用いた場合には、発光位置を光取り出し電極７側に制御することができる。
【００３６】
また、発光層４Ｒ、４Ｇ、４Ｂ内の電荷輸送性を制御する別の方法として、発光層４Ｒ、４Ｇ、４Ｂのホスト材料と発光ドーパント間の電荷トラップ性を利用することができる。例えば、ゲスト材料のＨＯＭＯ（最高被占軌道）の絶対値がホスト材料のＨＯＭＯの絶対値よりも小さい場合、ホスト材料のＨＯＭＯに注入された正孔がゲスト材料のＨＯＭＯにトラップされることで正孔輸送性が小さくなる。よって相対的に発光層４Ｒ、４Ｇ、４Ｂ内の電子輸送性が高くなり、発光位置を反射性電極２側に制御することができる。また、ゲスト材料のＬＵＭＯ（最低空軌道）の絶対値がホスト材料のＬＵＭＯの絶対値よりも大きい場合、ホスト材料のＬＵＭＯに注入された電子がゲスト材料のＬＵＭＯにトラップされることで電子輸送性が小さくなる。よって相対的に発光層４Ｒ、４Ｇ、４Ｂ内の正孔輸送性が高くなり、発光位置を光取り出し側に制御することができる。
【００３７】
電子輸送層５としては、公知の材料、例えばアルミキノリノール錯体やフェナントロリン化合物等を用いることができる。また、必要に応じて発光層４Ｒ、４Ｇ、４Ｂと電子輸送層５の間に、ＨＯＭＯエネルギーの絶対値が大きい正孔ブロック層を形成しても良い。
【００３８】
電子注入層６としては、アルカリ（土類）金属、又はアルカリ（土類）金属化合物の薄膜（５乃至１０Å）を用いることができる。例えば、フッ化リチウムやフッ化カリウム、酸化マグネシウムが好ましい。また、厚膜化が可能な電子注入層６として、有機化合物にドナー（電子供与性）ドーパントとして機能する金属または金属化合物を混合する層を用いることができる。電子注入効率を向上させるために仕事関数の低い金属、もしくはその化合物をドーパントとして用いることが好ましく、仕事関数が低い金属としてはアルカリ金属又はアルカリ土類金属または希土類が好ましい。アルカリ金属化合物は、大気中での取り扱いが比較的容易なため好ましい。例えば、アルカリ金属化合物としてセシウム化合物が好ましく、炭酸セシウムは大気中で安定であり、取り扱いが容易である。電子注入層６の有機化合物としては電子輸送性の材料が好ましく、公知の材料、例えばアルミキノリノール錯体やフェナントロリン化合物等を用いることができる。
【００３９】
光取り出し電極７は、ＩＴＯやＩＺＯなどの透明性電極を用いることができる。また、薄膜（５ｎｍ乃至２０ｎｍ）の金、銀、アルミニウム、マグネシウム又はこれらの合金などの半透明性電極を用いることができる。
【００４０】
尚、上記した実施形態においては、反射面を備えた第１電極２を陽極とした例を挙げたが、本発明においてはこれに限定されず、第１電極２を陰極とし、第１電極２と発光層４Ｒ、４Ｇ、４Ｂとの間に電子輸送層や電子注入層を備えた構成も本発明の範疇とする。
【実施例】
【００４１】
（実施例１）
図１に示す構造の赤色、緑色、青色の３色からなる有機ＥＬ素子が配置された有機ＥＬ表示装置を以下に示す方法で作製した。
【００４２】
基板１としてのガラス基板上に、反射性電極２として、先ず銀を１２０ｎｍの膜厚でスパッタリング法にて成膜し、更に、ＩＴＯをスパッタリング法にて２０ｎｍの膜厚で形成した。次に、高さ１μｍでテーパー角４０°の画素分離膜をポリイミドにより形成した。これをアセトン、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）で順次超音波洗浄した後、ＩＰＡで煮沸洗浄して乾燥し、この基板表面に対してＵＶ／オゾン洗浄を施した。
【００４３】
始めに、下記構造式（１）で示される正孔輸送材料を７０ｎｍの膜厚となるように赤色、緑色、青色の有機ＥＬ素子に共通に成膜して共通の正孔輸送層３１を形成した。次に、シャドーマスクを用いて緑色、青色のパターニング層である正孔輸送層３２Ｇ，３２Ｂと発光層４Ｒ、４Ｇ、４Ｂを形成した。
【００４４】
赤色の有機ＥＬ素子においては、発光層４Ｒとして下記構造式（２）で示されるホスト材料と下記構造式（３）で示されるゲスト材料とを共蒸着（質量比９６：４）して膜厚５０ｎｍの発光層を形成した。構造式（２）で示されるホスト材料は電子輸送性が高く、赤色の発光層４Ｒ内での発光位置は反射性電極２側となる。
【００４５】
緑色の有機ＥＬ素子においては、先ず下記構造式（１）で示される正孔輸送層３２Ｇを７０ｎｍの膜厚で成膜した。次いで、発光層４Ｇとして下記構造式（４）で示されるホスト材料と下記構造式（５）で示されるゲスト材料とを共蒸着（質量比９８：２）して膜厚５０ｎｍの発光層を形成した。構造式（４）で示されるホスト材料は電子輸送性が高く、緑色の発光層４Ｇ内での発光位置は反射性電極２側となる。
【００４６】
青色の有機ＥＬ素子においては、先ず下記構造式（１）で示される正孔輸送層３２Ｂを５０ｎｍの膜厚で成膜した。次いで、発光層４Ｂとして下記構造式（６）で示されるホスト材料と下記構造式（７）で示されるゲスト材料とを共蒸着（質量比９５：５）して膜厚５０ｎｍの発光層を形成した。構造式（６）で示されるホスト材料は電子輸送性が高く、青色の発光層４Ｂ内での発光位置は反射性電極２側となる。
【００４７】
次に、前記発光層４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの上に下記構造式（８）で示される電子輸送層５を１０ｎｍの膜厚となるように成膜した。さらに、構造式（８）で示される電子輸送材料と炭酸セシウムを、層中のセシウム濃度が８．３質量％となるように共蒸着して、膜厚６０ｎｍの電子注入層６を形成した。
【００４８】
【化１】
【００４９】
【化２】
【００５０】
最後に、光取り出し電極７として透明電極であるＩＺＯを３０ｎｍの膜厚で形成した後、窒素雰囲気中のグローブボックスにおいて、乾燥剤を入れたガラスキャップにより有機ＥＬ表示装置の全体をカバーした。
【００５１】
本実施例の有機ＥＬ表示装置の各色の有機ＥＬ素子の構成は以下の通りである。
【００５２】
【表１】
【００５３】
また、赤色、緑色、青色の有機ＥＬ素子の反射性電極２での位相シフト量φｒ、φｇ、φｂはそれぞれ、２π×０．５、２π×０．８、２π×０．８であり、発光波長λｒ、λｇ、λｂはそれぞれ、６３０ｎｍ、５３０ｎｍ、４６０ｎｍである。よって、前記した関係式（１Ｒ）、（１Ｇ）、（１Ｂ）は以下の通りとなる。
【００５４】
７８．７５ｎｍ≦Ｌｒ≦２３６．２５ｎｍ （１Ｒ）
２５１．７５ｎｍ≦Ｌｇ≦３８４．２５ｎｍ （１Ｇ）
２１８．５０ｎｍ≦Ｌｂ≦３３３．５０ｎｍ （１Ｂ）
【００５５】
また、前記した関係式（２Ｒ）、（２Ｇ）、（２Ｂ）は以下の通りとなる。
【００５６】
１１８．１３ｎｍ≦Ｌｒ≦１９６．８８ｎｍ （２Ｒ）
２８４．８８ｎｍ≦Ｌｇ≦３５１．１２５ｎｍ （２Ｇ）
２４７．２５ｎｍ≦Ｌｂ≦３０４．７５ｎｍ （２Ｂ）
【００５７】
さらに、前記した関係式（３Ｒ）、（３Ｇ）、（３Ｂ）は以下の通りとなる。
【００５８】
Ｌｒ＝１５７．５ｎｍ （３Ｒ）
Ｌｇ＝３１８ｎｍ （３Ｇ）
Ｌｂ＝２７６ｎｍ （３Ｂ）
【００５９】
本実施例の有機ＥＬ表示装置の赤色、緑色、青色の有機ＥＬ素子の、反射性電極２の反射面から発光位置までの光学的距離Ｌｒ、Ｌｇ、Ｌｂは、およそ１６０ｎｍ、３００ｎｍ、２７０ｎｍであった。従って、本実施例では、関係式（１Ｒ）、（１Ｇ）、（１Ｂ）は勿論、関係式（２Ｒ）、（２Ｇ），（２Ｂ）も満たしている。よって、赤色の有機ＥＬ素子において、正孔輸送層３１の膜厚が必要以上に厚くならずに済むために駆動電圧を低減できた。赤色の有機ＥＬ素子の干渉次数がＮｒ＝２の場合には正孔輸送層３１の膜厚が２００ｎｍ以上となるために、赤色の有機ＥＬ素子の駆動電圧が１Ｖ以上も高くなってしまう。
【００６０】
また、共通の正孔輸送層３１の膜厚が、赤色の干渉次数Ｎｒ＝１における膜厚と等しいために十分に厚く確保できるため、リークや非点灯が問題とならずに歩留まりを上げることができる。
【００６１】
（実施例２）
青色の有機ＥＬ素子の正孔輸送層３２Ｂを成膜せず、発光層４Ｂを下記の工程で形成した以外は実施例１と同様な条件で実施例２の有機ＥＬ表示装置を作製した。図２に本実施例で作製した有機ＥＬ表示装置の１画素分の断面模式図を示す。
【００６２】
青色の有機ＥＬ素子において、発光層４Ｂとして下記構造式（９）で示されるホスト材料と下記構造式（１０）で示されるゲスト材料とを共蒸着（質量比９５：５）して膜厚５０ｎｍの発光層を形成した。構造式（１０）で示されるゲスト材料のＬＵＭＯの絶対値が構造式（９）で示されるホスト材料のＬＵＭＯの絶対値よりも大きい（０．１５ｅＶ以上）。そのため、ホスト材料のＬＵＭＯに注入された電子がゲスト材料のＬＵＭＯにトラップされることで電子輸送性が小さくなる。よって相対的に発光層４Ｂ内の正孔輸送性が高くなり、青色の発光層４Ｂ内での発光位置は光取り出し電極７側となる。
【００６３】
【化３】
【００６４】
本実施例の有機ＥＬ表示装置の各色の有機ＥＬ素子の構成は以下の通りである。また、本実施例の青色の有機ＥＬ素子のＬｂは実施例１と同様におよそ２７０ｎｍであり、関係式（２Ｂ）を満たしている。
【００６５】
【表２】
【００６６】
本実施例の有機ＥＬ表示装置によれば、青色の有機ＥＬ素子において、発光位置が光取り出し電極７側であるため、正孔輸送層３２Ｂを形成しなくても発光層４Ｂの膜厚によって干渉距離を調整することが可能となった。よって、正孔輸送層のマスク成膜の回数を減らすことができた。
【００６７】
（実施例３）
緑色の有機ＥＬ素子の正孔輸送層３２Ｇを成膜せず、発光層４Ｇを以下の工程で形成する以外は実施例２と同様な条件で実施例３の有機ＥＬ表示装置を作製した。図３に本実施例で作製した有機ＥＬ表示装置の１画素分の断面模式図を示す。
【００６８】
緑色の発光層４Ｇとして下記構造式（１１）で示されるホスト材料と前記構造式（６）で示されるゲスト材料とを共蒸着（質量比９８：２）して膜厚５０ｎｍの発光層４Ｇを形成した。構造式（１１）で示されるホスト材料は正孔輸送性が高く、緑色の発光層４Ｇ内での発光位置は光取り出し電極７側となる。
【００６９】
【化４】
【００７０】
本実施例の有機ＥＬ表示装置の各色の有機ＥＬ素子の構成は以下の通りである。また、本実施例の緑色の有機ＥＬ素子のＬｇは実施例１と同様におよそ３００ｎｍであり、関係式（２Ｂ）を満たしている。
【００７１】
【表３】
【００７２】
本実施例の有機ＥＬ表示装置によれば、緑色の有機ＥＬ素子において、発光位置が光取り出し電極７側であるため、正孔輸送層３２Ｇを形成しなくても発光層４Ｇの膜厚によって干渉距離を調整することが可能となった。よって、正孔輸送層のマスク成膜の回数を減らすことができた。
【符号の説明】
【００７３】
２：第１電極、３１：正孔輸送層（共通）、３２Ｇ、３２Ｂ、：正孔輸送層（パターニング層）、４Ｒ、４Ｇ、４Ｂ：発光層、７：第２電極
【技術分野】
【０００１】
本発明はフラットパネルディスプレイ、プロジェクションディスプレイ、照明等に応用される、有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子を用いた表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光素子として、有機ＥＬ素子が現在盛んに研究開発されており、特に、有機ＥＬ素子の光取り出し効率を向上させる取り組みがなされている。例えば、反射性電極の反射面から発光位置までの光学的距離が発光波長の略（１／４）の奇数倍となるように電荷輸送層の膜厚を調整して、発光される光と反射性電極で反射されて戻る光との光の強め合いを利用する方法がある。またこの時、電荷輸送層の膜厚を厚くすることにより電気的なリークや非点灯を防止することが知られている（特許文献１参照）。つまり、反射性電極の反射面から発光位置までの光学的距離が発光波長の略（３／４）倍となるように電荷輸送層の膜厚を調整することで、光の強め合いとリークや非点灯の防止を両立できることが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２４３５７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、赤色、緑色、青色の有機ＥＬ素子を備えた有機ＥＬ表示装置において、反射性電極から発光位置までの光学的距離が発光波長の略（３／４）倍となるように電荷輸送層の膜厚を調整した場合、次のような問題が生じた。即ち、発光波長が最も長い赤色の有機ＥＬ素子において電荷輸送層の膜厚が厚くなりすぎて駆動電圧が上昇するという問題が生じた。
【０００５】
本発明の課題は、上記問題を解決し、反射性電極から発光位置までの距離を調整して光の強め合い効果を得る有機ＥＬ表示装置において、赤色の有機ＥＬ素子の駆動電圧の上昇を抑え、表示特性に優れた表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、赤色を発する有機ＥＬ素子と、緑色を発する有機ＥＬ素子と、青色を発する有機ＥＬ素子と、を有し、各有機ＥＬ素子が、第１電極と電荷輸送層と発光層と第２電極とを有し、前記第１電極が反射面を有し、前記第２電極側から光が出射される表示装置であって、
前記赤色を発する有機ＥＬ素子と、前記緑色を発する有機ＥＬ素子と、青色を発する有機ＥＬ素子それぞれにおいて、第１電極の反射面から発光位置までの光学的距離Ｌｒ、Ｌｇ、Ｌｂと、発光層の発光波長λｒ、λｇ、λｂと、第１電極での位相シフト量（ラジアン）φｒ、φｇ、φｂとが、下記の関係式（１Ｒ）、（１Ｇ）、（１Ｂ）を満たし、
（λｒ／８）×（３−（２φｒ／π））≦Ｌｒ≦（λｒ／８）×（５−（２φｒ／π）） （１Ｒ）
（λｇ／８）×（７−（２φｇ／π））≦Ｌｇ≦（λｇ／８）×（９−（２φｇ／π）） （１Ｇ）
（λｂ／８）×（７−（２φｂ／π））≦Ｌｂ≦（λｂ／８）×（９−（２φｂ／π）） （１Ｂ）
前記赤色を発する有機ＥＬ素子の発光層の発光位置は第１電極側にあり、
前記電荷輸送層の少なくとも一部が、各有機ＥＬ素子に共通で配置され、
前記共通で配置された電荷輸送層の膜厚が、赤色を発する有機ＥＬ素子に配置された電荷輸送層の膜厚に等しいことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、赤色の有機ＥＬ素子において、反射性電極の反射面から発光位置までの干渉次数をＮｒ＝１とすることで、反射性電極と発光層との間の電荷輸送層の膜厚を必要以上に厚くせずに済むために駆動電圧を低減できる。また、赤色の有機ＥＬ素子において、発光位置を反射性電極側とすることで、反射性電極と発光層との間の電荷輸送層の膜厚として、リークや非点灯の防止に有効な厚さを確保することが容易となる。よって、本発明によれば、駆動電圧の上昇を招くことなく、発光光の強め合い効果を得た、表示特性に優れた有機ＥＬ表示装置が提供される。
【０００８】
また、赤色、緑色、青色それぞれの有機ＥＬ素子において共通に電荷輸送層が形成されることから、マスク成膜の負荷を減らすことができ、製造コストの削減を図ることができる。さらに、緑色や青色の有機ＥＬ素子において、反射性電極と発光層との間の電荷輸送層をパターニングしなくても発光層の膜厚によって干渉距離を調整することが可能となり、電荷輸送層のマスク成膜の回数を減らすことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の有機ＥＬ表示装置の一実施形態の断面模式図である。
【図２】本発明の実施例２の有機ＥＬ表示装置の断面模式図である。
【図３】本発明の実施例３の有機ＥＬ表示装置の断面模式図である。
【図４】有機ＥＬ表示装置における、電荷輸送層の膜厚と非点灯数の関係を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の有機ＥＬ表示装置は、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の３色の有機ＥＬ素子を有する。そして、各有機ＥＬ素子が、第１電極と第２電極と、前記一対の電極間に配置された、少なくとも発光層と、前記発光層と第１電極との間に配置された電荷輸送層と、を有する。さらに、各色の有機ＥＬ素子において、第１電極の反射面から発光位置までの光学的距離と、発光層の発光波長と、第１電極での位相シフト量とが所定の関係にある構成である。さらに、本発明では、上記電荷輸送層の少なくとも一部が、赤色、緑色、青色の有機ＥＬ素子に共通で形成され、共通で形成された電荷輸送層の膜厚が、赤色の有機ＥＬ素子の電荷輸送層の膜厚に等しい構成である。
【００１１】
以下、図１を参照して本発明の有機ＥＬ表示装置の実施形態について説明する。図１は本発明の有機ＥＬ表示装置の一実施形態の１画素分を示す断面模式図である。本実施形態の有機ＥＬ表示装置は、１画素が赤色、緑色、青色の３色の副画素から構成され、各副画素が赤色、緑色、青色の光を発光する有機ＥＬ素子を備えている。本実施形態では、各有機ＥＬ素子が、基板１上に、第１電極である反射性電極２、正孔輸送層３１、発光層４Ｒ、４Ｇ、４Ｂ、電子輸送層５、電子注入層６、第２電極である光取り出し電極７を順次設けた構成を有している。また、緑色及び青色の有機ＥＬ素子については、赤色の有機ＥＬ素子と共通の正孔輸送層３１以外に、パターニング層である正孔輸送層３２Ｇ，３２Ｂを有している。そして、この有機ＥＬ素子に電流を通電することで、電極２，７から注入された正孔と電子が発光層４Ｒ、４Ｇ、４Ｂにおいて再結合して発光を生じる。
【００１２】
以下、第１電極が陽極の場合、即ち第１電極と発光層との間に正孔輸送層を有する場合を例に本発明を説明する。
【００１３】
本発明において、発光位置で発光して外部に出射する光と反射性電極２の反射面で反射されて戻る光との光の強め合いの干渉を利用することで、光取り出し効率を向上させることができる。一般的に、このような干渉の関係は下記の関係式（Ａ）であらわされる。
【００１４】
（２Ｌ／λ）＋（φ／２π）＝Ｎ （Ａ）
Ｌ：反射性電極の反射面から発光位置までの光学的距離（屈折率×長さ）
λ：発光波長
φ：反射性電極での位相シフト量
Ｎ：干渉次数（整数）
【００１５】
この関係式（Ａ）によれば、同一の干渉次数であれば発光波長が長いほど光学的距離Ｌは大きくなる。つまり、一般的に発光波長が長いほど、反射面と発光位置との間に配置される正孔輸送層の膜厚が厚くなることとなる。ここで、位相シフト量φは電極の種類や発光波長によって異なるため、光学的距離Ｌは単純に発光波長λだけでは求まらない。尚、実際の有機ＥＬ素子では、正面の取り出し効率とトレードオフ関係にある視野角特性なども考慮して、必ずしも関係式（Ａ）の膜厚に完全に一致させる必要はない。
【００１６】
本発明においては、赤色、緑色、青色のそれぞれの有機ＥＬ素子の干渉次数が、Ｎｒ＝１、Ｎｇ＝２、Ｎｂ＝２という関係を満たす構成である。最も発光波長が長い赤色において干渉次数をＮｒ＝１と小さくすることで、反射性電極２と発光層４Ｒ、４Ｇ、４Ｂとの間に形成される正孔輸送層の膜厚を薄くすることができ、駆動電圧を低減することができる。例えば、赤色（発光波長：６３０ｎｍ）の干渉次数がＮｒ＝２の時には正孔輸送層の膜厚が２３０ｎｍであるのに対して、Ｎｒ＝１の時には６０ｎｍとなり、駆動電圧を約１Ｖ以上も低電圧化することができる。一方で、緑色と青色の干渉次数をＮｇ＝１、Ｎｂ＝１と小さくすると、赤色の時と比べて正孔輸送層の膜厚が薄くなる。例えば、緑色（発光波長：５３０ｎｍ）と青色（発光波長：４６０ｎｍ）の干渉次数がＮｇ＝１、Ｎｂ＝１の時には正孔輸送層の膜厚がそれぞれ、４０ｎｍと２０ｎｍとなる。
【００１７】
本発明者が検討した結果、緑色や青色の干渉次数をＮｇ＝１、Ｎｂ＝１と小さくしてしまうと正孔輸送層が薄すぎるためにリークや非点灯数が増加してしまう。一方で、発光波長が最も長い赤色においては、干渉次数がＮｒ＝１においても十分に正孔輸送層の膜厚を確保できるために非点灯数が減少することを見出した。よって、リークや非点灯を防止するためには、緑色と青色の干渉次数をＮｇ＝２、Ｎｂ＝２とし、更には赤色の駆動電圧を低減するために赤色の干渉次数をＮｒ＝１とすることが有効である。正孔輸送層と非点灯数の関係を図４に示す（図４においては、検体数２つを示しており、それぞれｎ＝１、ｎ＝２とする）。正孔輸送層（ＨＴＬ）の膜厚が厚いほど非点灯数が減少し、ある一定膜厚以上（５０ｎｍ以上）で非点灯数が半数以下となっている。
【００１８】
本発明においては、Ｎｒ＝１、Ｎｇ＝２、Ｎｂ＝２となるように、各有機ＥＬ素子において、発光位置から反射性電極２の反射面までの光学距離を調整する。係る光学距離の許容範囲はそれぞれ、発光波長の（１／８）以内である。よって、本発明において、各有機ＥＬ素子の発光位置から反射性電極２の反射面までの光学距離と、発光層４Ｒ、４Ｇ、４Ｂの発光波長と、反射性電極での位相シフト量は、下記の関係式（１Ｒ）、（１Ｇ）、（１Ｂ）を満たすものである。
【００１９】
（λｒ／８）×（３−（２φｒ／π））≦Ｌｒ≦（λｒ／８）×（５−（２φｒ／π）） （１Ｒ）
（λｇ／８）×（７−（２φｇ／π））≦Ｌｇ≦（λｇ／８）×（９−（２φｇ／π）） （１Ｇ）
（λｂ／８）×（７−（２φｂ／π））≦Ｌｂ≦（λｂ／８）×（９−（２φｂ／π）） （１Ｂ）
Ｌｒ、Ｌｇ、Ｌｂ：赤色、緑色、青色の各有機ＥＬ素子の発光位置から反射性電極２の反射面までの光学距離（ｎｍ）
φｒ、φｇ、φｂ：赤色、緑色、青色の各有機ＥＬ素子の反射性電極２における位相シフト量（ラジアン）
λｒ、λｇ、λｂ：赤色、緑色、青色の各有機ＥＬ素子の発光波長（ｎｍ）
【００２０】
さらに本発明において好ましくは、上記光学距離の許容範囲が発光波長の（１／１６）以内であり、下記関係式（２Ｒ）、（２Ｇ）、（２Ｂ）を満たすものである。
【００２１】
（λｒ／１６）×（７−（４φｒ／π））≦Ｌｒ≦（λｒ／１６）×（９−（４φｒ／π）） （２Ｒ）
（λｇ／１６）×（１５−（４φｇ／π））≦Ｌｇ≦（λｇ／１６）×（１７−（４φｇ／π）） （２Ｇ）
（λｂ／１６）×（１５−（４φｂ／π））≦Ｌｂ≦（λｂ／１６）×（１７−（４φｂ／π）） （２Ｂ）
【００２２】
さらに本発明において最適は、下記関係式（３Ｒ）、（３Ｇ）、（３Ｂ）を満たすものである。
【００２３】
Ｌｒ＝（λｒ／２）×（１−（φｒ／２π）） （３Ｒ）
Ｌｇ＝（λｇ／２）×（２−（φｇ／２π）） （３Ｇ）
Ｌｂ＝（λｂ／２）×（２−（φｂ／２π）） （３Ｂ）
【００２４】
また比較のために、電子輸送層５と非点灯数の関係も図４に示す。正孔輸送層に比べて、電子輸送層（ＥＴＬ）５の膜厚の利きが小さいのが分かる。よって、全層の膜厚を厚くするだけではなく、正孔輸送層の膜厚をある一定膜厚以上に厚くすることがリークや非点灯の防止に有効となる。このメカニズムとしては例えば、反射性電極２上に異物がある場合にその直上に成膜される正孔輸送層により先ずこの異物をカバーすることがリークや非点灯の防止に有効であると考えられる。
【００２５】
本発明の有機ＥＬ表示装置では、正孔輸送層の少なくとも一部が赤色、緑色、青色それぞれの有機ＥＬ素子で共通に形成され、共通に形成される正孔輸送層３１の膜厚が赤色の正孔輸送層の膜厚に等しい構成である。このように、共通に正孔輸送層３１を形成することでマスク成膜の回数を減らすことができ、コストを低くすることができる。また、干渉次数がＮｒ＝１である赤色の有機ＥＬ素子の正孔輸送層３１の膜厚はリークや非点灯防止に十分な膜厚であるため、有機ＥＬ表示装置の歩留まりを向上させることができる。
【００２６】
本発明の有機ＥＬ表示装置においては、発光層４Ｒ、４Ｇ、４Ｂ内における発光位置を制御することで更なる効果を有する。以下にこの効果について説明する。
【００２７】
本発明は、赤色の有機ＥＬ素子において、発光層内での発光位置が反射性電極２側である。発光位置を反射性電極２側に制御することで、反射性電極２と発光位置との間の光学的距離Ｌｒが正孔輸送層３１の膜厚だけで決まることとなる。つまり、正孔輸送層３１の膜厚をリークや非点灯の防止に有効な膜厚に十分に厚く確保することが容易となる。反対に、赤色の発光位置が光取り出し電極７側の場合には、光学的距離Ｌｒは発光層４Ｒと正孔輸送層３１の両方の膜厚で決まることとなり、発光層４Ｒの膜厚の分だけ正孔輸送層３１の膜厚が薄くなって制約を受ける。一般的に発光層４Ｒの膜厚は２０ｎｍ以上であるため、その分だけ正孔輸送層３１の膜厚は薄くなり、リークや非点灯を防止する十分な膜厚を確保することが難しくなる。
【００２８】
更に本発明の有機ＥＬ表示装置においては、緑色と青色の少なくとも１つの有機ＥＬ素子において、発光層４Ｇ、４Ｂ内での発光位置が光取り出し電極７側であることが好ましい。緑色や青色の発光位置を光取り出し電極７側に制御することで、反射性電極２の反射面から発光位置までの間の光学的距離ＬｇとＬｂとが発光層４Ｇ、４Ｂと正孔輸送層３１の両方の膜厚で制御できることとなる。よって、緑色や青色の有機ＥＬ素子において、正孔輸送層３２Ｇ、３２Ｂを設けなくても発光層４Ｒ、４Ｂの膜厚によって干渉距離を調整することが可能となる。つまり、緑色と青色の少なくとも一方の有機ＥＬ素子の発光層の膜厚は、緑色と青色の少なくとも一方の有機ＥＬ素子の発光層の発光位置から外部に出射する光と、発光位置から第１電極の反射面に向かい反射される光と、が干渉によって強められる膜厚となる。このことで、正孔輸送層のマスク成膜の回数を減らすことができ、コストを低減することができる。
【００２９】
本発明の有機ＥＬ素子の各部位についてそれぞれ詳しく説明する。
【００３０】
反射性電極２は、銀やアルミニウムなどの金属やそれらの合金を用いることができる。例えば、反射率の高い銀合金が好ましい。また、反射性電極２を陽極として用いる場合には、正孔輸送層３１へのホール注入性を良くするために仕事関数の大きな材料が好ましい。そのため、仕事関数の大きなＩＴＯやＩＺＯ（登録商標）などの酸化物導電膜を積層させることが好ましい。例えば、Ａｇ電極の上にＩＺＯを連続膜となる１０ｎｍ以上の膜厚で積層させる。
【００３１】
本発明において第１電極の反射面とは、反射性電極２がＡｇ電極等の反射層とＩＴＯ等の透明導電層とから構成される場合には、その界面であり、Ａｇ電極等の金属層のみからなる場合には、該電極と有機化合物層との界面である。
【００３２】
正孔輸送層３１、３２Ｇ、３２Ｂは、公知の正孔輸送材料を好適に用いることができる。また、必要に応じて陽極と正孔輸送層３１の間に、銅フタロシアニンや酸化バナジウム、または正孔輸送材料に金属ドープを行った共蒸着層、などの正孔注入層を形成しても良い。但し、導電性の高い正孔注入層を用いる場合には、リークや非点灯の防止に有効な膜厚として正孔注入層の膜厚を用いることは難しい。また、必要に応じて正孔輸送層３１、３２Ｇ、３２Ｂと発光層４Ｒ、４Ｇ、４Ｂとの間に、最低空軌道（ＬＵＭＯ）エネルギーの絶対値が小さい電子ブロック層を形成しても良い。
【００３３】
発光層４Ｒ、４Ｇ、４Ｂには、公知の発光材料をいずれも好適に用いることができる。発光材料は、単体で発光層４Ｒ、４Ｇ、４Ｂとして機能する材料でもよいし、ホスト材料と発光ドーパントや電荷輸送ドーパント、などとの混合層として機能する材料でもよい。
【００３４】
本発明では、発光層４Ｒ、４Ｇ、４Ｂ内における発光位置を制御する構成である。この制御方法として、発光層４Ｒ、４Ｇ、４Ｂ内の電荷輸送性を制御する方法がある。発光位置を反射性電極２側に制御したい場合には、発光層４Ｒ、４Ｇ、４Ｂ内の電子輸送性を優勢にする。逆に、発光位置を光取り出し電極７側に制御したい場合には、発光層４Ｒ、４Ｇ、４Ｂ内での正孔輸送性を優勢にする。
【００３５】
発光層４Ｒ、４Ｇ、４Ｂ内の電荷輸送性を制御する方法として、発光層４Ｒ、４Ｇ、４Ｂのホスト材料の電荷輸送性を利用することができる。例えば、発光層４Ｒ、４Ｇ、４Ｂのホスト材料として電子輸送性の高い材料を用いた場合、発光位置を反射性電極２側に制御することができる。反対に、ホスト材料として正孔輸送性の高い材料を用いた場合には、発光位置を光取り出し電極７側に制御することができる。
【００３６】
また、発光層４Ｒ、４Ｇ、４Ｂ内の電荷輸送性を制御する別の方法として、発光層４Ｒ、４Ｇ、４Ｂのホスト材料と発光ドーパント間の電荷トラップ性を利用することができる。例えば、ゲスト材料のＨＯＭＯ（最高被占軌道）の絶対値がホスト材料のＨＯＭＯの絶対値よりも小さい場合、ホスト材料のＨＯＭＯに注入された正孔がゲスト材料のＨＯＭＯにトラップされることで正孔輸送性が小さくなる。よって相対的に発光層４Ｒ、４Ｇ、４Ｂ内の電子輸送性が高くなり、発光位置を反射性電極２側に制御することができる。また、ゲスト材料のＬＵＭＯ（最低空軌道）の絶対値がホスト材料のＬＵＭＯの絶対値よりも大きい場合、ホスト材料のＬＵＭＯに注入された電子がゲスト材料のＬＵＭＯにトラップされることで電子輸送性が小さくなる。よって相対的に発光層４Ｒ、４Ｇ、４Ｂ内の正孔輸送性が高くなり、発光位置を光取り出し側に制御することができる。
【００３７】
電子輸送層５としては、公知の材料、例えばアルミキノリノール錯体やフェナントロリン化合物等を用いることができる。また、必要に応じて発光層４Ｒ、４Ｇ、４Ｂと電子輸送層５の間に、ＨＯＭＯエネルギーの絶対値が大きい正孔ブロック層を形成しても良い。
【００３８】
電子注入層６としては、アルカリ（土類）金属、又はアルカリ（土類）金属化合物の薄膜（５乃至１０Å）を用いることができる。例えば、フッ化リチウムやフッ化カリウム、酸化マグネシウムが好ましい。また、厚膜化が可能な電子注入層６として、有機化合物にドナー（電子供与性）ドーパントとして機能する金属または金属化合物を混合する層を用いることができる。電子注入効率を向上させるために仕事関数の低い金属、もしくはその化合物をドーパントとして用いることが好ましく、仕事関数が低い金属としてはアルカリ金属又はアルカリ土類金属または希土類が好ましい。アルカリ金属化合物は、大気中での取り扱いが比較的容易なため好ましい。例えば、アルカリ金属化合物としてセシウム化合物が好ましく、炭酸セシウムは大気中で安定であり、取り扱いが容易である。電子注入層６の有機化合物としては電子輸送性の材料が好ましく、公知の材料、例えばアルミキノリノール錯体やフェナントロリン化合物等を用いることができる。
【００３９】
光取り出し電極７は、ＩＴＯやＩＺＯなどの透明性電極を用いることができる。また、薄膜（５ｎｍ乃至２０ｎｍ）の金、銀、アルミニウム、マグネシウム又はこれらの合金などの半透明性電極を用いることができる。
【００４０】
尚、上記した実施形態においては、反射面を備えた第１電極２を陽極とした例を挙げたが、本発明においてはこれに限定されず、第１電極２を陰極とし、第１電極２と発光層４Ｒ、４Ｇ、４Ｂとの間に電子輸送層や電子注入層を備えた構成も本発明の範疇とする。
【実施例】
【００４１】
（実施例１）
図１に示す構造の赤色、緑色、青色の３色からなる有機ＥＬ素子が配置された有機ＥＬ表示装置を以下に示す方法で作製した。
【００４２】
基板１としてのガラス基板上に、反射性電極２として、先ず銀を１２０ｎｍの膜厚でスパッタリング法にて成膜し、更に、ＩＴＯをスパッタリング法にて２０ｎｍの膜厚で形成した。次に、高さ１μｍでテーパー角４０°の画素分離膜をポリイミドにより形成した。これをアセトン、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）で順次超音波洗浄した後、ＩＰＡで煮沸洗浄して乾燥し、この基板表面に対してＵＶ／オゾン洗浄を施した。
【００４３】
始めに、下記構造式（１）で示される正孔輸送材料を７０ｎｍの膜厚となるように赤色、緑色、青色の有機ＥＬ素子に共通に成膜して共通の正孔輸送層３１を形成した。次に、シャドーマスクを用いて緑色、青色のパターニング層である正孔輸送層３２Ｇ，３２Ｂと発光層４Ｒ、４Ｇ、４Ｂを形成した。
【００４４】
赤色の有機ＥＬ素子においては、発光層４Ｒとして下記構造式（２）で示されるホスト材料と下記構造式（３）で示されるゲスト材料とを共蒸着（質量比９６：４）して膜厚５０ｎｍの発光層を形成した。構造式（２）で示されるホスト材料は電子輸送性が高く、赤色の発光層４Ｒ内での発光位置は反射性電極２側となる。
【００４５】
緑色の有機ＥＬ素子においては、先ず下記構造式（１）で示される正孔輸送層３２Ｇを７０ｎｍの膜厚で成膜した。次いで、発光層４Ｇとして下記構造式（４）で示されるホスト材料と下記構造式（５）で示されるゲスト材料とを共蒸着（質量比９８：２）して膜厚５０ｎｍの発光層を形成した。構造式（４）で示されるホスト材料は電子輸送性が高く、緑色の発光層４Ｇ内での発光位置は反射性電極２側となる。
【００４６】
青色の有機ＥＬ素子においては、先ず下記構造式（１）で示される正孔輸送層３２Ｂを５０ｎｍの膜厚で成膜した。次いで、発光層４Ｂとして下記構造式（６）で示されるホスト材料と下記構造式（７）で示されるゲスト材料とを共蒸着（質量比９５：５）して膜厚５０ｎｍの発光層を形成した。構造式（６）で示されるホスト材料は電子輸送性が高く、青色の発光層４Ｂ内での発光位置は反射性電極２側となる。
【００４７】
次に、前記発光層４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの上に下記構造式（８）で示される電子輸送層５を１０ｎｍの膜厚となるように成膜した。さらに、構造式（８）で示される電子輸送材料と炭酸セシウムを、層中のセシウム濃度が８．３質量％となるように共蒸着して、膜厚６０ｎｍの電子注入層６を形成した。
【００４８】
【化１】
【００４９】
【化２】
【００５０】
最後に、光取り出し電極７として透明電極であるＩＺＯを３０ｎｍの膜厚で形成した後、窒素雰囲気中のグローブボックスにおいて、乾燥剤を入れたガラスキャップにより有機ＥＬ表示装置の全体をカバーした。
【００５１】
本実施例の有機ＥＬ表示装置の各色の有機ＥＬ素子の構成は以下の通りである。
【００５２】
【表１】
【００５３】
また、赤色、緑色、青色の有機ＥＬ素子の反射性電極２での位相シフト量φｒ、φｇ、φｂはそれぞれ、２π×０．５、２π×０．８、２π×０．８であり、発光波長λｒ、λｇ、λｂはそれぞれ、６３０ｎｍ、５３０ｎｍ、４６０ｎｍである。よって、前記した関係式（１Ｒ）、（１Ｇ）、（１Ｂ）は以下の通りとなる。
【００５４】
７８．７５ｎｍ≦Ｌｒ≦２３６．２５ｎｍ （１Ｒ）
２５１．７５ｎｍ≦Ｌｇ≦３８４．２５ｎｍ （１Ｇ）
２１８．５０ｎｍ≦Ｌｂ≦３３３．５０ｎｍ （１Ｂ）
【００５５】
また、前記した関係式（２Ｒ）、（２Ｇ）、（２Ｂ）は以下の通りとなる。
【００５６】
１１８．１３ｎｍ≦Ｌｒ≦１９６．８８ｎｍ （２Ｒ）
２８４．８８ｎｍ≦Ｌｇ≦３５１．１２５ｎｍ （２Ｇ）
２４７．２５ｎｍ≦Ｌｂ≦３０４．７５ｎｍ （２Ｂ）
【００５７】
さらに、前記した関係式（３Ｒ）、（３Ｇ）、（３Ｂ）は以下の通りとなる。
【００５８】
Ｌｒ＝１５７．５ｎｍ （３Ｒ）
Ｌｇ＝３１８ｎｍ （３Ｇ）
Ｌｂ＝２７６ｎｍ （３Ｂ）
【００５９】
本実施例の有機ＥＬ表示装置の赤色、緑色、青色の有機ＥＬ素子の、反射性電極２の反射面から発光位置までの光学的距離Ｌｒ、Ｌｇ、Ｌｂは、およそ１６０ｎｍ、３００ｎｍ、２７０ｎｍであった。従って、本実施例では、関係式（１Ｒ）、（１Ｇ）、（１Ｂ）は勿論、関係式（２Ｒ）、（２Ｇ），（２Ｂ）も満たしている。よって、赤色の有機ＥＬ素子において、正孔輸送層３１の膜厚が必要以上に厚くならずに済むために駆動電圧を低減できた。赤色の有機ＥＬ素子の干渉次数がＮｒ＝２の場合には正孔輸送層３１の膜厚が２００ｎｍ以上となるために、赤色の有機ＥＬ素子の駆動電圧が１Ｖ以上も高くなってしまう。
【００６０】
また、共通の正孔輸送層３１の膜厚が、赤色の干渉次数Ｎｒ＝１における膜厚と等しいために十分に厚く確保できるため、リークや非点灯が問題とならずに歩留まりを上げることができる。
【００６１】
（実施例２）
青色の有機ＥＬ素子の正孔輸送層３２Ｂを成膜せず、発光層４Ｂを下記の工程で形成した以外は実施例１と同様な条件で実施例２の有機ＥＬ表示装置を作製した。図２に本実施例で作製した有機ＥＬ表示装置の１画素分の断面模式図を示す。
【００６２】
青色の有機ＥＬ素子において、発光層４Ｂとして下記構造式（９）で示されるホスト材料と下記構造式（１０）で示されるゲスト材料とを共蒸着（質量比９５：５）して膜厚５０ｎｍの発光層を形成した。構造式（１０）で示されるゲスト材料のＬＵＭＯの絶対値が構造式（９）で示されるホスト材料のＬＵＭＯの絶対値よりも大きい（０．１５ｅＶ以上）。そのため、ホスト材料のＬＵＭＯに注入された電子がゲスト材料のＬＵＭＯにトラップされることで電子輸送性が小さくなる。よって相対的に発光層４Ｂ内の正孔輸送性が高くなり、青色の発光層４Ｂ内での発光位置は光取り出し電極７側となる。
【００６３】
【化３】
【００６４】
本実施例の有機ＥＬ表示装置の各色の有機ＥＬ素子の構成は以下の通りである。また、本実施例の青色の有機ＥＬ素子のＬｂは実施例１と同様におよそ２７０ｎｍであり、関係式（２Ｂ）を満たしている。
【００６５】
【表２】
【００６６】
本実施例の有機ＥＬ表示装置によれば、青色の有機ＥＬ素子において、発光位置が光取り出し電極７側であるため、正孔輸送層３２Ｂを形成しなくても発光層４Ｂの膜厚によって干渉距離を調整することが可能となった。よって、正孔輸送層のマスク成膜の回数を減らすことができた。
【００６７】
（実施例３）
緑色の有機ＥＬ素子の正孔輸送層３２Ｇを成膜せず、発光層４Ｇを以下の工程で形成する以外は実施例２と同様な条件で実施例３の有機ＥＬ表示装置を作製した。図３に本実施例で作製した有機ＥＬ表示装置の１画素分の断面模式図を示す。
【００６８】
緑色の発光層４Ｇとして下記構造式（１１）で示されるホスト材料と前記構造式（６）で示されるゲスト材料とを共蒸着（質量比９８：２）して膜厚５０ｎｍの発光層４Ｇを形成した。構造式（１１）で示されるホスト材料は正孔輸送性が高く、緑色の発光層４Ｇ内での発光位置は光取り出し電極７側となる。
【００６９】
【化４】
【００７０】
本実施例の有機ＥＬ表示装置の各色の有機ＥＬ素子の構成は以下の通りである。また、本実施例の緑色の有機ＥＬ素子のＬｇは実施例１と同様におよそ３００ｎｍであり、関係式（２Ｂ）を満たしている。
【００７１】
【表３】
【００７２】
本実施例の有機ＥＬ表示装置によれば、緑色の有機ＥＬ素子において、発光位置が光取り出し電極７側であるため、正孔輸送層３２Ｇを形成しなくても発光層４Ｇの膜厚によって干渉距離を調整することが可能となった。よって、正孔輸送層のマスク成膜の回数を減らすことができた。
【符号の説明】
【００７３】
２：第１電極、３１：正孔輸送層（共通）、３２Ｇ、３２Ｂ、：正孔輸送層（パターニング層）、４Ｒ、４Ｇ、４Ｂ：発光層、７：第２電極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤色を発する有機ＥＬ素子と、緑色を発する有機ＥＬ素子と、青色を発する有機ＥＬ素子と、を有し、各有機ＥＬ素子が、第１電極と電荷輸送層と発光層と第２電極とを有し、前記第１電極が反射面を有し、前記第２電極側から光が出射される表示装置であって、
前記赤色を発する有機ＥＬ素子と、前記緑色を発する有機ＥＬ素子と、青色を発する有機ＥＬ素子それぞれにおいて、第１電極の反射面から発光位置までの光学的距離Ｌｒ、Ｌｇ、Ｌｂと、発光層の発光波長λｒ、λｇ、λｂと、第１電極での位相シフト量（ラジアン）φｒ、φｇ、φｂとが、下記の関係式（１Ｒ）、（１Ｇ）、（１Ｂ）を満たし、
（λｒ／８）×（３−（２φｒ／π））≦Ｌｒ≦（λｒ／８）×（５−（２φｒ／π）） （１Ｒ）
（λｇ／８）×（７−（２φｇ／π））≦Ｌｇ≦（λｇ／８）×（９−（２φｇ／π）） （１Ｇ）
（λｂ／８）×（７−（２φｂ／π））≦Ｌｂ≦（λｂ／８）×（９−（２φｂ／π）） （１Ｂ）
前記赤色を発する有機ＥＬ素子の発光層の発光位置は第１電極側にあり、
前記電荷輸送層の少なくとも一部が、各有機ＥＬ素子に共通で配置され、
前記共通で配置された電荷輸送層の膜厚が、赤色を発する有機ＥＬ素子に配置された電荷輸送層の膜厚に等しいことを特徴とする表示装置。
【請求項２】
前記緑色を発する有機ＥＬ素子と前記青色を発する有機ＥＬ素子の少なくとも一方の有機ＥＬ素子の発光層の発光位置は第２電極側であり、
前記少なくとも一方の有機ＥＬ素子の発光層の膜厚は、前記少なくとも一方の有機ＥＬ素子の発光層の発光位置から外部に出射する光と、発光位置から第１電極の反射面に向かい、反射面で反射される光と、が干渉によって強められる膜厚である請求項１に記載の表示装置。
【請求項３】
前記赤色を発する有機ＥＬ素子と、前記緑色を発する有機ＥＬ素子と、前記青色を発する有機ＥＬ素子それぞれにおいて、第１電極の反射面から発光位置までの光学的距離Ｌｒ、Ｌｇ、Ｌｂと、発光層の発光波長λｒ、λｇ、λｂと、第１電極での位相シフト量（ラジアン）φｒ、φｇ、φｂとが、下記の関係式（２Ｒ）、（２Ｇ）、（２Ｂ）を満たしている請求項１又は２に記載の表示装置。
（λｒ／１６）×（７−（４φｒ／π））≦Ｌｒ≦（λｒ／１６）×（９−（４φｒ／π）） （２Ｒ）
（λｇ／１６）×（１５−（４φｇ／π））≦Ｌｇ≦（λｇ／１６）×（１７−（４φｇ／π）） （２Ｇ）
（λｂ／１６）×（１５−（４φｂ／π））≦Ｌｂ≦（λｂ／１６）×（１７−（４φｂ／π）） （２Ｂ）
【請求項４】
前記共通に配置されている電荷輸送層の膜厚が５０ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項１】
赤色を発する有機ＥＬ素子と、緑色を発する有機ＥＬ素子と、青色を発する有機ＥＬ素子と、を有し、各有機ＥＬ素子が、第１電極と電荷輸送層と発光層と第２電極とを有し、前記第１電極が反射面を有し、前記第２電極側から光が出射される表示装置であって、
前記赤色を発する有機ＥＬ素子と、前記緑色を発する有機ＥＬ素子と、青色を発する有機ＥＬ素子それぞれにおいて、第１電極の反射面から発光位置までの光学的距離Ｌｒ、Ｌｇ、Ｌｂと、発光層の発光波長λｒ、λｇ、λｂと、第１電極での位相シフト量（ラジアン）φｒ、φｇ、φｂとが、下記の関係式（１Ｒ）、（１Ｇ）、（１Ｂ）を満たし、
（λｒ／８）×（３−（２φｒ／π））≦Ｌｒ≦（λｒ／８）×（５−（２φｒ／π）） （１Ｒ）
（λｇ／８）×（７−（２φｇ／π））≦Ｌｇ≦（λｇ／８）×（９−（２φｇ／π）） （１Ｇ）
（λｂ／８）×（７−（２φｂ／π））≦Ｌｂ≦（λｂ／８）×（９−（２φｂ／π）） （１Ｂ）
前記赤色を発する有機ＥＬ素子の発光層の発光位置は第１電極側にあり、
前記電荷輸送層の少なくとも一部が、各有機ＥＬ素子に共通で配置され、
前記共通で配置された電荷輸送層の膜厚が、赤色を発する有機ＥＬ素子に配置された電荷輸送層の膜厚に等しいことを特徴とする表示装置。
【請求項２】
前記緑色を発する有機ＥＬ素子と前記青色を発する有機ＥＬ素子の少なくとも一方の有機ＥＬ素子の発光層の発光位置は第２電極側であり、
前記少なくとも一方の有機ＥＬ素子の発光層の膜厚は、前記少なくとも一方の有機ＥＬ素子の発光層の発光位置から外部に出射する光と、発光位置から第１電極の反射面に向かい、反射面で反射される光と、が干渉によって強められる膜厚である請求項１に記載の表示装置。
【請求項３】
前記赤色を発する有機ＥＬ素子と、前記緑色を発する有機ＥＬ素子と、前記青色を発する有機ＥＬ素子それぞれにおいて、第１電極の反射面から発光位置までの光学的距離Ｌｒ、Ｌｇ、Ｌｂと、発光層の発光波長λｒ、λｇ、λｂと、第１電極での位相シフト量（ラジアン）φｒ、φｇ、φｂとが、下記の関係式（２Ｒ）、（２Ｇ）、（２Ｂ）を満たしている請求項１又は２に記載の表示装置。
（λｒ／１６）×（７−（４φｒ／π））≦Ｌｒ≦（λｒ／１６）×（９−（４φｒ／π）） （２Ｒ）
（λｇ／１６）×（１５−（４φｇ／π））≦Ｌｇ≦（λｇ／１６）×（１７−（４φｇ／π）） （２Ｇ）
（λｂ／１６）×（１５−（４φｂ／π））≦Ｌｂ≦（λｂ／１６）×（１７−（４φｂ／π）） （２Ｂ）
【請求項４】
前記共通に配置されている電荷輸送層の膜厚が５０ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−１５６０７５（Ｐ２０１２−１５６０７５Ａ）
【公開日】平成２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５８８９（Ｐ２０１１−１５８８９）
【出願日】平成２３年１月２８日（２０１１．１．２８）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月２８日（２０１１．１．２８）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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