表示装置
【課題】 ロバスト性の高い赤色を発する有機EL素子を備える表示装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 青色を発する有機EL素子11と、緑色を発する有機EL素子12と、赤色を発する有機EL素子13と、を有する表示装置であって、赤色を発する有機EL素子13の上に、膜厚d1が以下の式Aを満たす光学調整層5が設けられている。
(4m1−2φ1/π−3)λ1/(8n1)<d1<(4m1−2φ1/π−1)λ1/(8n1) ・・・式A
ここで、λ1は赤色を発する有機EL素子13から取り出される光のスペクトルの最大ピーク波長、n1は最大ピーク波長λ1における光学調整層5の屈折率、φ1は赤色を発する有機EL素子13から出射される光が光学調整層5の第2電極4とは反対側の界面で反射される際の位相シフト量、m1は正の整数である。
【解決手段】 青色を発する有機EL素子11と、緑色を発する有機EL素子12と、赤色を発する有機EL素子13と、を有する表示装置であって、赤色を発する有機EL素子13の上に、膜厚d1が以下の式Aを満たす光学調整層5が設けられている。
(4m1−2φ1/π−3)λ1/(8n1)<d1<(4m1−2φ1/π−1)λ1/(8n1) ・・・式A
ここで、λ1は赤色を発する有機EL素子13から取り出される光のスペクトルの最大ピーク波長、n1は最大ピーク波長λ1における光学調整層5の屈折率、φ1は赤色を発する有機EL素子13から出射される光が光学調整層5の第2電極4とは反対側の界面で反射される際の位相シフト量、m1は正の整数である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
有機EL素子を用いた表示装置に関する。
【背景技術】
【0002】
有機EL素子は、基板側に配置される第1電極と、発光層を含む有機化合物層と、第2電極とが積層されて構成されている。有機EL素子の課題として、発光効率の向上が挙げられる。この課題に対して特許文献1では、第1電極と第2電極の両方に金属を用いる共振器構造を有する有機EL素子に関して開示されている。
【0003】
一般的に、金属薄膜の反射率は、可視光領域の長波長では大きい。そのため、青色、緑色、赤色を発する有機EL素子を備えたフルカラーの表示装置において、光の出射側の電極として金属薄膜を用いる場合には、赤色を発する有機EL素子で他の色を発する有機EL素子よりも共振効果が大きくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2004−127795号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
したがって、共振効果の大きい赤色を発する有機EL素子においては、有機化合物層などの成膜時における膜厚変化によって、色度や発光効率等の特性が大きく変化してしまうという課題が生じる。
【0006】
本発明は上記課題に鑑み、ロバスト性の高い赤色を発する有機EL素子を備える表示装置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】
【0007】
本発明の表示装置は、青色を発する有機EL素子と、緑色を発する有機EL素子と、赤色を発する有機EL素子と、を有する表示装置であって、各有機EL素子が、第1電極と発光層と第2電極とを有し、前記有機EL素子から発せられる光が前記第2電極から出射され、前記赤色を発する有機EL素子の第2電極の上に、第1光学調整層を有し、前記第1光学調整層の膜厚d1は、以下の式Aを満たすことを特徴とする。
(4m1−2φ1/π−3)λ1/(8n1)<d1<(4m1−2φ1/π−1)λ1/(8n1) ・・・式A
ここで、λ1は前記赤色を発する有機EL素子から取り出される光のスペクトルの最大ピーク波長、n1は前記最大ピーク波長λ1における前記第1光学調整層の屈折率、φ1は前記赤色を発する有機EL素子から出射される光が前記第1光学調整層の前記第2電極とは反対側の界面で反射される際の位相シフト量、m1は正の整数である。
【発明の効果】
【0008】
本発明によって、ロバスト性の高い赤色を発する有機EL素子を備える表示装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】本発明の有機EL素子を備える表示装置を説明する概略図
【図2】薄膜銀における反射率の波長分散を示す図
【図3】本発明の実施例1における第1光学調整層の膜厚と発光効率の関係を示す図
【図4】本発明の実施例1と比較例1における有機化合物層の膜厚ずれと色度変化量
【図5】本発明の実施例2における第1光学調整層の膜厚と発光効率の関係を示す図
【図6】本発明の実施例2と比較例1における有機化合物層の膜厚ずれと色度変化量
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、本発明に係る表示装置の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書で特に図示または記載されない部分に関しては、当該技術分野の周知または公知技術を適用する。また以下に説明する実施形態は、発明の一つの実施形態であって、これらに限定されるものではない。
【0011】
図1(a)は、本発明の赤色を発する有機EL素子を有する表示装置の概略断面図である。表示装置は、基板1上に、青色を発光する有機EL素子11と、緑色を発光する有機EL素子12と、赤色を発光する有機EL素子13とを有している。各有機EL素子は、第1電極2と、発光層を有する有機化合物層3と、第2電極4とを順に有している。そして、各有機EL素子の上には保護層6が配置されている。また、有機EL素子から発せられる光が第2電極4側から出射する。なお、各有機EL素子の間には隔壁7が配置されている。
【0012】
また、保護層6は、複数の有機EL素子(有機EL素子11と有機EL素子12と有機EL素子13)に渡って共通の膜厚で配置されている。
【0013】
また、各有機EL素子の第2電極4と保護層6の間に光学調整層5が配置されている。光学調整層5は、1つの層で構成されていてもよいし、複数の層で構成されていてもよい。また、光学調整層5が複数の層からなる場合には、その複数の層のうち接する2つの層は、互いに異なる屈折率を有していることが好ましい。
【0014】
図2は、Ag薄膜10nmでの反射率の波長分散を示した図である。この図と同様に、光取り出し電極となる第2電極を5nm以上20nm以下の金属薄膜で構成する場合には、その第2電極4の反射率が長波長領域で大きくなっている。このため赤色を発光する有機EL素子の共振効果が大きくなり、光取り出し効率が、他の色よりも相対的に大きくなってしまう。このため、赤色を発する有機EL素子13では、有機化合物層などの成膜時における膜厚変化に対して、色度や発光効率等の特性が大きく変化してしまい、ロバスト性が低くなってしまう。なお、共振効果とは、第1電極2側にある反射面と第2電極4側にある反射面との間で光干渉効果を利用して発光層が発する光を強める効果である。
【0015】
よって、本発明では、赤色を発する有機EL素子13の共振効果を弱めるように光学調整層5が設けられている。具体的には、赤色を発光する有機EL素子13の発光層内で発光する光が、光学調整層5の2つの界面で反射される際の位相が互いに逆位相の関係になるように、光学調整層5の膜厚が設定されている。より具体的には、光学調整層5の膜厚d1が以下の式1を満たすように設計されている。
2n1d1/λ1+φ1/2π=m1−1/2 ・・・式1
ここで、λ1は有機EL素子から取り出される光のスペクトルの最大ピーク波長、n1は最大ピーク波長λ1における光学調整層5の屈折率である。また、φ1は赤色を発する有機EL素子13から出射される光が光学調整層5の第2電極4とは反対側の界面で反射される際の位相シフト量、m1は正の整数である。
【0016】
なお、有機化合物層3や光学調整層5の成膜時に生じる成膜誤差や、発光層内の発光分布の影響によって式1を満たさない場合がある。しかしながら、光学調整層5の光学膜厚n1d1の値が式1を満たす値から±λ1/8程度ずれたとしても、赤色を発する有機EL素子13の共振効果は十分弱められる。よって、光学調整層5の膜厚d1は、以下の関係式(式A)を満たしていればよい。ただし、d1>0である。
(4m1−2φ1/π−3)λ1/(8n1)<d1<(4m1−2φ1/π−1)λ1/(8n1) ・・・式A
この構成により、赤色を発する有機発光素子の共振効果が弱められ、色度や発光効率等の特性が変化しにくくなりロバスト性が高くなる。また、光学調整層5が赤色を発する有機EL素子13にのみ配置された場合であってもよい。
【0017】
また、光学調整層5の光学膜厚n1d1は、光学調整層5の光学膜厚n1d1の値が式1を満たす値から±λ1/16程度ずれた範囲内の値であればより好ましい。つまり、光学調整層5の膜厚d1は以下の関係式(式A’)を満たすことがより好ましい。
(8m1−4φ1/π−5)λ1/(16n1)≦d1≦(8m1−4φ1/π−3)λ1/(16n1) ・・・式A’
なお、図2の特性は、Agを含む金属薄膜を用いる場合には顕著であるが、膜厚5nm以上20nm以下の金属薄膜は総じて短波長側ほど反射率が低いため、Ag薄膜あるいはAgを含む金属薄膜に限られるわけではない。また、赤色を発する有機EL素子13の共振効果が他の色を発する有機EL素子よりも大きいものであれば本発明を適用できる。例えば、共振器構造を有する有機EL素子で、赤色を発する有機EL素子が他の色を発する素子よりも高次の光干渉効果を利用する共振器構造を有する場合が挙げられる。
【0018】
一方、図1(b)には、光学調整層5が、第2電極4の上に配置される第1光学調整層51と、第1光学調整層51の上に配置される第2光学調整層52と、を有する複数の層で構成されている例が示されている。第1光学調整層51、第2光学調整層52はともに、各有機EL素子の上に共通で配置されている。また、第1光学調整層51と第2光学調整層52は互いに屈折率の異なる材料からなる。そして、第1光学調整層51の膜厚は、上述した式Aを満たし、第2光学調整層52の膜厚d2は下記関係式(式B)を満たしている。
(4m2−2φ2/π−1)λ2/(8n2)<d2<(4m2−2φ2/π+1)λ2/(8n2) ・・・式B
ここで、λ2は青色を発する有機EL素子11から取り出される光のスペクトルの最大ピーク波長、n2は最大ピーク波長λ2における第2光学調整層52の屈折率である。また、φ2は青色を発する有機EL素子11から出射される光が第1光学調整層51と第2光学調整層52との界面で反射される際の位相シフト量と第2光学調整層52の第1光学調整層51とは反対側の界面で反射される際の位相シフト量との和である。そして、m2は正の整数である。
【0019】
また、第2光学調整層52の膜厚d2は式B’を満たすことがより好ましい。さらに、第2光学調整層52の膜厚d2は式B” を満たすことが最適である。
(8m2−4φ2/π−1)λ2/(16n2)≦d2≦(8m2−4φ2/π+1)λ2/(16n2) ・・・式B’
2n2d2/λ2+φ2/2π=m2 ・・・式B’’
これは、図2で示されるように、光取り出し電極となる第2電極を5nm以上20nm以下の金属薄膜で構成する場合には、その第2電極の反射率が短波長領域で小さくなっていることに着目したものである。式B、式B’,式B’’を満たすように第2光学調整層52を構成することにより、青色の波長において第2光学調整層52の両界面で反射される際の位相が近くなり、青色を発する有機EL素子11の共振効果を強めることができ、青色の光取り出し効率が向上する。
【0020】
この構成により、本発明の表示装置において、青色を発する有機EL素子11の発光効率が向上し、赤色を発する有機EL素子13の発光効率を低くすることができるので、白色を表示する際の輝度バランスが良好になり、消費電力が低減される。
【0021】
また、図1(c)のように、第2光学調整層52の上に第3光学調整層53を有する構成にしてもよい。つまり、青色の波長において第3光学調整層53の両界面で反射される際の位相をそろえ、青色を発する有機EL素子11の共振効果を強めるような構成を第2光学調整層52と第3光学調整層53を用いて実現してもよい。この場合、第3光学調整層53は第2光学調整層52とは屈折率の異なる材料からなる。そして、第3光学調整層53の膜厚d3は、下記関係式(式C)を満たしている。
(4m3−2φ3/π−1)λ2/(8n3)<d3<(4m3−2φ3/π+1)λ2/(8n3) ・・・式C
ここで、n3は上述した最大ピーク波長λ2における第3光学調整層53の屈折率である。また、φ3は青色を発する有機EL素子11から出射される光が第2光学調整層52と第3光学調整層53との界面で反射される際の位相シフト量と第3光学調整層53の第2光学調整層52とは反対側の界面で反射される際の位相シフト量との和である。そして、m3は正の整数である。
【0022】
また、第3光学調整層53の膜厚d3は式C’を満たすことがより好ましい。さらに、第3光学調整層53の膜厚d3は式C” を満たすことが最適である。
(8m3−4φ3/π−1)λ3/(16n3)≦d3≦(8m3−4φ3/π+1)λ3/(16n3) ・・・式C’
2n3d3/λ3+φ3/2π=m3 ・・・式C’’
【0023】
また、光学調整層5が単層から成る場合のその膜厚d1、光学調整層5が複数の層から成る場合における第1光学調整層51の膜厚d1は、上記式Aまたは式A’を満たし、かつ、以下の式Dと式D’と式D’’のうち少なくともいずれか1つを満たすことが望ましい。
(4m4−2φ4/π−1)λ2/(8n4)<d1<(4m4−2φ4/π+1)λ2/(8n4) ・・・式D
(8m4−4φ4/π−1)λ2/(16n4)≦d1≦(8m4−4φ4/π+1)λ2/(16n4) ・・・式D’
2n4d1/λ2+φ4/2π=m4 ・・・式D’’
ここで、λ2は青色を発する有機EL素子11から取り出される光のスペクトルの最大ピーク波長、n4は最大ピーク波長λ2における光学調整層5(もしくは第1光学調整層51)の屈折率である。φ4は青色を発する有機EL素子11から出射される光が光学調整層5(第1光学調整層51)の第2電極4とは反対側の界面で反射される際の位相シフト量、m4は正の整数である。
【0024】
この構成では、光学調整層5もしくは第1光学調整層51によって、赤色を発する有機発光素子の共振効果が弱められ、かつ、青色を発する有機EL素子11の共振効果を強めることができる。なお、式Dよりも式D’、式D’よりも式D’’を満たす方が、青色を発する有機EL素子11の共振効果を強めることができるので好ましい。
【0025】
また、光学調整層5が複数の層から成る場合における第2光学調整層52の膜厚d2は、上記式Bまたは式B’を満たし、かつ、以下の式Eと式E’と式E’’のうち少なくともいずれか1つを満たすことが望ましい。
(4m5−2φ5/π−3)λ1/(8n5)<d2<(4m5−2φ5/π−1)λ1/(8n5) ・・・式E
(8m5−4φ5/π−5)λ1/(16n5)≦d2≦(8m5−4φ5/π−3)λ1/(16n5) ・・・式E’
2n5d2/λ1+φ5/2π=m5−1/2 ・・・式E’’
ここで、λ1は赤色を発する有機EL素子13から取り出される光のスペクトルの最大ピーク波長、n5は最大ピーク波長λ1における第2光学調整層52の屈折率である。φ5は赤色を発する有機EL素子13から出射される光が第1光学調整層51と第2光学調整層52との界面で反射される際の位相シフト量と第2光学調整層52の第1光学調整層51とは反対側の界面で反射される際の位相シフト量との和である。m5は正の整数である。
【0026】
この構成では、第2光学調整層52によって、青色を発する有機EL素子11の共振効果を強め、かつ、赤色を発する有機発光素子13の共振効果が弱められる。なお、式Eよりも式E’、式E’よりも式E’’を満たす方が、赤色を発する有機EL素子13の共振効果を弱めることができるので好ましい。
【0027】
また、光学調整層5がさらに第3光学調整層53を有する場合のその膜厚d3は、上記式Cまたは式C’を満たし、かつ、以下の式Fと式F’と式F’’のうち少なくともいずれか1つを満たすことが望ましい。
(4m6−2φ6/π−3)λ1/(8n6)<d3<(4m6−2φ6/π−1)λ1/(8n6) ・・・式F
(8m6−4φ6/π−5)λ1/(16n6)≦d3≦(8m6−4φ6/π−3)λ1/(16n6) ・・・式F’
2n6d3/λ1+φ6/2π=m6−1/2 ・・・式F’’
ここで、λ1は赤色を発する有機EL素子13から取り出される光のスペクトルの最大ピーク波長、n6は最大ピーク波長λ1における第3光学調整層53の屈折率である。φ6は赤色を発する有機EL素子13から出射される光が第2光学調整層52と第3光学調整層53との界面で反射される際の位相シフト量と第3光学調整層53の第2光学調整層52とは反対側の界面で反射される際の位相シフト量との和である。m6は正の整数である。
【0028】
この構成では、第3光学調整層53によって、青色を発する有機EL素子11の共振効果を強め、かつ、赤色を発する有機発光素子13の共振効果が弱められる。なお、式Fよりも式F’、式F’よりも式F’’を満たす方が、赤色を発する有機EL素子13の共振効果を弱めることができるので好ましい。
【0029】
基板1はTFT等のスイッチング素子(不図示)が形成された絶縁性の基板であり、ガラス、プラスチック等からなる。
【0030】
第1電極2は、Al、Cr、Agなどの金属単体やそれらの合金からなる金属層を用いることができる。さらに、酸化インジウムと酸化錫の化合物層や酸化インジウムと酸化亜鉛の化合物層などの透明酸化物導電層を金属層の上に積層する構成を採ることもできる。第1電極2が金属層のみからなる場合は、第1電極2にある反射面は、金属層(第1電極2)と有機化合物層3との界面である。第1電極2が金属層と透明酸化物導電層との2層からなる場合は、第1電極2にある反射面は、金属層と透明酸化物導電層との界面である。第1電極2の膜厚は、50nm以上200nm以下が好ましい。なお、透明とは、可視光域(波長400nm乃至780nm)において50%以上の光透過率を有することをいう。
【0031】
有機化合物層3は、少なくとも発光層を有し、必要に応じて正孔輸送層や電子輸送層などの電荷輸送層を有してもよく、さらには正孔ブロッキング層等を有してもいてよい。各層には公知の材料が使用することができ、成膜手法も蒸着や転写等公知の成膜手法を用いることができる。なお、有機化合物層3の膜厚を発光色毎に最適化することで、各色の有機EL素子の発光効率を上げることができる。
【0032】
第2電極4は、Al、Cr、Agなどの金属単体やそれらの合金からなる金属薄膜を使用することができる。特にAgを含む金属薄膜は吸収率が低く、比抵抗も低いため、第2電極4として好ましい。第2電極4の膜厚が5nm以上20nm以下であることが好ましい。また、第2電極4は上述した金属薄膜と酸化インジウムと酸化錫の化合物層や酸化インジウムと酸化亜鉛の化合物層などの透明酸化物導電層とが積層され構成であってもよい。第2電極4にある反射面は、金属薄膜(第2電極4)と有機化合物層3との界面である。
【0033】
保護層6は、材料や成膜手法は公知のものを使用することができる。一例としては、窒化シリコンをCVD装置で成膜する方法が挙げられる。また酸化チタンも用いることができる。なお、保護層6の膜厚は封止性能を出すために一般的にミクロンオーダであり、光学干渉効果が効かない膜厚である。
【0034】
光学調整層5は、特に制限は無く、有機材料、無機材料のどちらでもよい。例えば、酸化シリコン、酸化チタン、LiF、MgF2、CFx、有機化合物層3を構成するいずれかと同じ材料が挙げられる。ただし、隣り合う光学調整層間(第1光学調整層51と第2光学調整層52、第2光学調整層52と第3光学調整層53)において屈折率差が大きい方(屈折率差が0.2以上)が、反射率が大きくなるため、光学的な調整を行ううえで好ましい。なお、屈折率nAの媒質から屈折率nBの媒質に光が入射する際の界面における反射率Rの式が式2で表されている。
R=(nA−nB)2/(nA+nB)2 ・・・式2
また、光学調整層5は、高屈折率層(屈折率が1.7より大きい)と低屈折率層(屈折率が1.7以下)が交互に積層された構成であることが望ましい。また、第1光学調整層51が高屈折率層なら第2光学調整層52は低屈折率層が好ましい。また、光学調整層5内の、保護層6と接する層の屈折率は保護層6の屈折率よりも大きいことが好ましく、その屈折率差は0.5以上であることが好ましい。
【0035】
また光学調整層5を構成する層の各膜厚は、10nm以上150nm以下が好ましい。
【実施例】
【0036】
(実施例1)
本実施例における表示装置は、図1(a)、(b)で示すように青色、緑色、赤色を発する有機EL素子(11,12,13)を有する。基板1の上に、各有機EL素子に対応する第1電極2が配置されている。そして、第1電極2の上には、発光層31を有する有機化合物層3が配置されている。なお、有機化合物層3の膜厚は各色毎で共振効果を利用するため最適化されている。有機化合物層3の上には、金属薄膜からなる第2電極4が各有機EL素子に渡って配置されている。
【0037】
そして、第2電極4の上には、光学調整層5が配置されている。そして、光学調整層5の上には、保護層6が配置されている。光学調整層5と保護層6は、各有機EL素子に渡って、共通に配置されている。また、光学調整層5は第1光学調整層51と第2光学調整層52とから構成されている。光学調整層5の各層と保護層6の材料、屈折率及び膜厚は表1に示す。
【0038】
【表1】
【0039】
第1光学調整層51の膜厚xと赤色を発する有機EL素子13の発光効率との関係が図3に示されており、第1光学調整層51が30nmの場合に、発光効率が極小になることがわかる。本実施例において、赤色を発する有機EL素子13の発するスペクトルの最大ピーク波長λ1は620nmである。また、第2電極4から出射される光が第1光学調整層51の第2電極4とは反対側の界面で反射される際の位相シフト量φ1は約0である。よってm1=1で、第1光学調整層51の膜厚は式Aを満たしている。
【0040】
図4に、実施例1において第1光学調整層51の膜厚xを30nmとしたものと有機EL素子に光学調整層5を設けない場合(比較例1)において、有機化合物層の膜厚ずれと設定値(x0,y0)からの色度変化量Δxyの関係が示されている。設定値(x0,y0)は、赤色のNTSC色度座標(0.67,0.33)である。この図で示すように、比較例1よりも実施例1の方が、膜厚ずれに対して色度変化量が小さくなっている。例えばΔxy≦0.01に入るためには、比較例1では有機化合物層3の膜厚ずれが±5nm程度であるのに対し、実施例1では有機化合物層3の膜厚ずれが±10nmとなり、膜厚変動許容値が広くなり、ロバスト性が向上する。
【0041】
また、第2光学調整層52の膜厚は77nmであるが、これは式Bを満たすように設定されている。なお、青色を発する有機EL素子11の発する光のスペクトルの最大ピーク波長λ2は460nmである。また、青色を発する有機EL素子11から出射される光が第1光学調整層51と第2光学調整層52との界面で反射される際の位相シフト量と第2光学調整層52の第1光学調整層51とは反対側の界面で反射される際の位相シフト量との和φ2は、約πである。正の整数m2は1である。
【0042】
また、表2に実施例1および比較例1における各色を発する有機EL素子の発光効率比、及び、その時の消費電力比が示されている。
【0043】
【表2】
【0044】
本実施例においては、膜厚変動許容値を広げているため、第1光学調整層51によって赤の共振効果を弱めているので、赤の発光効率は比較例よりも低下している。一方、第2光学調整層52によって短波長側の共振効果を強めているため、緑色と青色の発光効率は比較例よりも高くなっている。その結果、本実施例の方が消費電力の小さい表示装置を得ることが可能となる。
【0045】
なお、本実施例では、光学調整層5は第1光学調整層51と第2光学調整層52の2層で構成されているが、赤色を発する有機EL素子13のロバスト性を向上させるには光学調整層5が1層で構成されていればよい。さらに、その光学調整層5が赤色を発する有機EL素子13にのみ配置される構成であってもよい。
【0046】
(実施例2)
本実施例は、図1(c)のように、実施例1に対して、光学調整層5が第1光学調整層51と第2光学調整層52と第3光学調整層53とから構成されている点で異なる。また、第1光学調整層51と第2光学調整層52と第3光学調整層53と保護層6の材料、屈折率及び膜厚は表3に示す。
【0047】
【表3】
【0048】
第1光学調整層51の膜厚xと赤色を発する有機EL素子13の発光効率との関係が図5に示されており、第1光学調整層51が60nmの場合に、発光効率が極小になることがわかる。本実施例において、赤色を発する有機EL素子13の発するスペクトルの最大ピーク波長λ1は620nmである。また、第2電極4から出射される光が第1光学調整層51の第2電極4とは反対側の界面で反射される際の位相シフト量φ1は約0である。よってm1=1で、第1光学調整層51の膜厚は式Aを満たしている。
【0049】
図6に、実施例2において第1光学調整層51の膜厚xを60nmとしたものと有機EL素子に光学調整層5を設けない場合(比較例1)において、有機化合物層の膜厚ずれと設定値(x0,y0)からの色度変化量Δxyの関係が示されている。なお、設定値は実施例1と同様である。この図で示すように、比較例1よりも実施例2の方が、膜厚ずれに対して色度変化量が小さくなっている。例えばΔxy≦0.01に入るためには、比較例1では有機化合物層の膜厚ずれが±5nm程度であるのに対し、実施例2では有機化合物層の膜厚ずれが±10nmとなり、膜厚変動許容値が広くなり、ロバスト性が向上する。
【0050】
また、第2光学調整層52の膜厚は、77nmであるが、これは式Bを満たすように設定されている。なお、青色を発する有機EL素子11の発する光のスペクトルの最大ピーク波長λ2は460nmである。また、青色を発する有機EL素子11から出射される光が第1光学調整層51と第2光学調整層52との界面で反射される際の位相シフト量と第2光学調整層52の第1光学調整層51とは反対側の界面で反射される際の位相シフト量との和φ2は、約πである。正の整数m2は1である。
【0051】
また、第3光学調整層53の膜厚は、58nmであるが、これは式Cを満たすように設定されている。青色を発する有機EL素子11から出射される光が第2光学調整層52と第3光学調整層53との界面で反射される際の位相シフト量と第3光学調整層53の第2光学調整層52とは反対側の界面で反射される際の位相シフト量との和φ3は、約πである。そして、m3は1である。
【0052】
また、表4に実施例2および比較例1における各色を発する有機EL素子の発光効率比、及び、その時の消費電力比が示されている。
【0053】
【表4】
【0054】
本実施例においては、膜厚変動許容値を広げているため、第1光学調整層51によって赤の共振効果を弱めているので、赤の発光効率は比較例よりも低下している。一方、第2光学調整層52、第3光学調整層53によって短波長側の共振効果を強めているため、緑色と青色の発光効率は比較例よりも高くなっている。その結果、本実施例の方が消費電力の小さい表示装置を得ることが可能となる。
【0055】
なお、本発明は、トップエミッションに関して記述したが、ボトムエミッションでもよい。また、複数層からなる保護層の一部を光学調整層として利用することも有効である。また、屈折率の算出に関しては分光エリプソメトリー等の光学機器を用いればよい。
【符号の説明】
【0056】
2 第1電極
3 有機化合物層
4 第2電極
5 光学調整層
51 第1光学調整層
52 第2光学調整層
53 第3光学調整層
【技術分野】
【0001】
有機EL素子を用いた表示装置に関する。
【背景技術】
【0002】
有機EL素子は、基板側に配置される第1電極と、発光層を含む有機化合物層と、第2電極とが積層されて構成されている。有機EL素子の課題として、発光効率の向上が挙げられる。この課題に対して特許文献1では、第1電極と第2電極の両方に金属を用いる共振器構造を有する有機EL素子に関して開示されている。
【0003】
一般的に、金属薄膜の反射率は、可視光領域の長波長では大きい。そのため、青色、緑色、赤色を発する有機EL素子を備えたフルカラーの表示装置において、光の出射側の電極として金属薄膜を用いる場合には、赤色を発する有機EL素子で他の色を発する有機EL素子よりも共振効果が大きくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2004−127795号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
したがって、共振効果の大きい赤色を発する有機EL素子においては、有機化合物層などの成膜時における膜厚変化によって、色度や発光効率等の特性が大きく変化してしまうという課題が生じる。
【0006】
本発明は上記課題に鑑み、ロバスト性の高い赤色を発する有機EL素子を備える表示装置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】
【0007】
本発明の表示装置は、青色を発する有機EL素子と、緑色を発する有機EL素子と、赤色を発する有機EL素子と、を有する表示装置であって、各有機EL素子が、第1電極と発光層と第2電極とを有し、前記有機EL素子から発せられる光が前記第2電極から出射され、前記赤色を発する有機EL素子の第2電極の上に、第1光学調整層を有し、前記第1光学調整層の膜厚d1は、以下の式Aを満たすことを特徴とする。
(4m1−2φ1/π−3)λ1/(8n1)<d1<(4m1−2φ1/π−1)λ1/(8n1) ・・・式A
ここで、λ1は前記赤色を発する有機EL素子から取り出される光のスペクトルの最大ピーク波長、n1は前記最大ピーク波長λ1における前記第1光学調整層の屈折率、φ1は前記赤色を発する有機EL素子から出射される光が前記第1光学調整層の前記第2電極とは反対側の界面で反射される際の位相シフト量、m1は正の整数である。
【発明の効果】
【0008】
本発明によって、ロバスト性の高い赤色を発する有機EL素子を備える表示装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】本発明の有機EL素子を備える表示装置を説明する概略図
【図2】薄膜銀における反射率の波長分散を示す図
【図3】本発明の実施例1における第1光学調整層の膜厚と発光効率の関係を示す図
【図4】本発明の実施例1と比較例1における有機化合物層の膜厚ずれと色度変化量
【図5】本発明の実施例2における第1光学調整層の膜厚と発光効率の関係を示す図
【図6】本発明の実施例2と比較例1における有機化合物層の膜厚ずれと色度変化量
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、本発明に係る表示装置の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書で特に図示または記載されない部分に関しては、当該技術分野の周知または公知技術を適用する。また以下に説明する実施形態は、発明の一つの実施形態であって、これらに限定されるものではない。
【0011】
図1(a)は、本発明の赤色を発する有機EL素子を有する表示装置の概略断面図である。表示装置は、基板1上に、青色を発光する有機EL素子11と、緑色を発光する有機EL素子12と、赤色を発光する有機EL素子13とを有している。各有機EL素子は、第1電極2と、発光層を有する有機化合物層3と、第2電極4とを順に有している。そして、各有機EL素子の上には保護層6が配置されている。また、有機EL素子から発せられる光が第2電極4側から出射する。なお、各有機EL素子の間には隔壁7が配置されている。
【0012】
また、保護層6は、複数の有機EL素子(有機EL素子11と有機EL素子12と有機EL素子13)に渡って共通の膜厚で配置されている。
【0013】
また、各有機EL素子の第2電極4と保護層6の間に光学調整層5が配置されている。光学調整層5は、1つの層で構成されていてもよいし、複数の層で構成されていてもよい。また、光学調整層5が複数の層からなる場合には、その複数の層のうち接する2つの層は、互いに異なる屈折率を有していることが好ましい。
【0014】
図2は、Ag薄膜10nmでの反射率の波長分散を示した図である。この図と同様に、光取り出し電極となる第2電極を5nm以上20nm以下の金属薄膜で構成する場合には、その第2電極4の反射率が長波長領域で大きくなっている。このため赤色を発光する有機EL素子の共振効果が大きくなり、光取り出し効率が、他の色よりも相対的に大きくなってしまう。このため、赤色を発する有機EL素子13では、有機化合物層などの成膜時における膜厚変化に対して、色度や発光効率等の特性が大きく変化してしまい、ロバスト性が低くなってしまう。なお、共振効果とは、第1電極2側にある反射面と第2電極4側にある反射面との間で光干渉効果を利用して発光層が発する光を強める効果である。
【0015】
よって、本発明では、赤色を発する有機EL素子13の共振効果を弱めるように光学調整層5が設けられている。具体的には、赤色を発光する有機EL素子13の発光層内で発光する光が、光学調整層5の2つの界面で反射される際の位相が互いに逆位相の関係になるように、光学調整層5の膜厚が設定されている。より具体的には、光学調整層5の膜厚d1が以下の式1を満たすように設計されている。
2n1d1/λ1+φ1/2π=m1−1/2 ・・・式1
ここで、λ1は有機EL素子から取り出される光のスペクトルの最大ピーク波長、n1は最大ピーク波長λ1における光学調整層5の屈折率である。また、φ1は赤色を発する有機EL素子13から出射される光が光学調整層5の第2電極4とは反対側の界面で反射される際の位相シフト量、m1は正の整数である。
【0016】
なお、有機化合物層3や光学調整層5の成膜時に生じる成膜誤差や、発光層内の発光分布の影響によって式1を満たさない場合がある。しかしながら、光学調整層5の光学膜厚n1d1の値が式1を満たす値から±λ1/8程度ずれたとしても、赤色を発する有機EL素子13の共振効果は十分弱められる。よって、光学調整層5の膜厚d1は、以下の関係式(式A)を満たしていればよい。ただし、d1>0である。
(4m1−2φ1/π−3)λ1/(8n1)<d1<(4m1−2φ1/π−1)λ1/(8n1) ・・・式A
この構成により、赤色を発する有機発光素子の共振効果が弱められ、色度や発光効率等の特性が変化しにくくなりロバスト性が高くなる。また、光学調整層5が赤色を発する有機EL素子13にのみ配置された場合であってもよい。
【0017】
また、光学調整層5の光学膜厚n1d1は、光学調整層5の光学膜厚n1d1の値が式1を満たす値から±λ1/16程度ずれた範囲内の値であればより好ましい。つまり、光学調整層5の膜厚d1は以下の関係式(式A’)を満たすことがより好ましい。
(8m1−4φ1/π−5)λ1/(16n1)≦d1≦(8m1−4φ1/π−3)λ1/(16n1) ・・・式A’
なお、図2の特性は、Agを含む金属薄膜を用いる場合には顕著であるが、膜厚5nm以上20nm以下の金属薄膜は総じて短波長側ほど反射率が低いため、Ag薄膜あるいはAgを含む金属薄膜に限られるわけではない。また、赤色を発する有機EL素子13の共振効果が他の色を発する有機EL素子よりも大きいものであれば本発明を適用できる。例えば、共振器構造を有する有機EL素子で、赤色を発する有機EL素子が他の色を発する素子よりも高次の光干渉効果を利用する共振器構造を有する場合が挙げられる。
【0018】
一方、図1(b)には、光学調整層5が、第2電極4の上に配置される第1光学調整層51と、第1光学調整層51の上に配置される第2光学調整層52と、を有する複数の層で構成されている例が示されている。第1光学調整層51、第2光学調整層52はともに、各有機EL素子の上に共通で配置されている。また、第1光学調整層51と第2光学調整層52は互いに屈折率の異なる材料からなる。そして、第1光学調整層51の膜厚は、上述した式Aを満たし、第2光学調整層52の膜厚d2は下記関係式(式B)を満たしている。
(4m2−2φ2/π−1)λ2/(8n2)<d2<(4m2−2φ2/π+1)λ2/(8n2) ・・・式B
ここで、λ2は青色を発する有機EL素子11から取り出される光のスペクトルの最大ピーク波長、n2は最大ピーク波長λ2における第2光学調整層52の屈折率である。また、φ2は青色を発する有機EL素子11から出射される光が第1光学調整層51と第2光学調整層52との界面で反射される際の位相シフト量と第2光学調整層52の第1光学調整層51とは反対側の界面で反射される際の位相シフト量との和である。そして、m2は正の整数である。
【0019】
また、第2光学調整層52の膜厚d2は式B’を満たすことがより好ましい。さらに、第2光学調整層52の膜厚d2は式B” を満たすことが最適である。
(8m2−4φ2/π−1)λ2/(16n2)≦d2≦(8m2−4φ2/π+1)λ2/(16n2) ・・・式B’
2n2d2/λ2+φ2/2π=m2 ・・・式B’’
これは、図2で示されるように、光取り出し電極となる第2電極を5nm以上20nm以下の金属薄膜で構成する場合には、その第2電極の反射率が短波長領域で小さくなっていることに着目したものである。式B、式B’,式B’’を満たすように第2光学調整層52を構成することにより、青色の波長において第2光学調整層52の両界面で反射される際の位相が近くなり、青色を発する有機EL素子11の共振効果を強めることができ、青色の光取り出し効率が向上する。
【0020】
この構成により、本発明の表示装置において、青色を発する有機EL素子11の発光効率が向上し、赤色を発する有機EL素子13の発光効率を低くすることができるので、白色を表示する際の輝度バランスが良好になり、消費電力が低減される。
【0021】
また、図1(c)のように、第2光学調整層52の上に第3光学調整層53を有する構成にしてもよい。つまり、青色の波長において第3光学調整層53の両界面で反射される際の位相をそろえ、青色を発する有機EL素子11の共振効果を強めるような構成を第2光学調整層52と第3光学調整層53を用いて実現してもよい。この場合、第3光学調整層53は第2光学調整層52とは屈折率の異なる材料からなる。そして、第3光学調整層53の膜厚d3は、下記関係式(式C)を満たしている。
(4m3−2φ3/π−1)λ2/(8n3)<d3<(4m3−2φ3/π+1)λ2/(8n3) ・・・式C
ここで、n3は上述した最大ピーク波長λ2における第3光学調整層53の屈折率である。また、φ3は青色を発する有機EL素子11から出射される光が第2光学調整層52と第3光学調整層53との界面で反射される際の位相シフト量と第3光学調整層53の第2光学調整層52とは反対側の界面で反射される際の位相シフト量との和である。そして、m3は正の整数である。
【0022】
また、第3光学調整層53の膜厚d3は式C’を満たすことがより好ましい。さらに、第3光学調整層53の膜厚d3は式C” を満たすことが最適である。
(8m3−4φ3/π−1)λ3/(16n3)≦d3≦(8m3−4φ3/π+1)λ3/(16n3) ・・・式C’
2n3d3/λ3+φ3/2π=m3 ・・・式C’’
【0023】
また、光学調整層5が単層から成る場合のその膜厚d1、光学調整層5が複数の層から成る場合における第1光学調整層51の膜厚d1は、上記式Aまたは式A’を満たし、かつ、以下の式Dと式D’と式D’’のうち少なくともいずれか1つを満たすことが望ましい。
(4m4−2φ4/π−1)λ2/(8n4)<d1<(4m4−2φ4/π+1)λ2/(8n4) ・・・式D
(8m4−4φ4/π−1)λ2/(16n4)≦d1≦(8m4−4φ4/π+1)λ2/(16n4) ・・・式D’
2n4d1/λ2+φ4/2π=m4 ・・・式D’’
ここで、λ2は青色を発する有機EL素子11から取り出される光のスペクトルの最大ピーク波長、n4は最大ピーク波長λ2における光学調整層5(もしくは第1光学調整層51)の屈折率である。φ4は青色を発する有機EL素子11から出射される光が光学調整層5(第1光学調整層51)の第2電極4とは反対側の界面で反射される際の位相シフト量、m4は正の整数である。
【0024】
この構成では、光学調整層5もしくは第1光学調整層51によって、赤色を発する有機発光素子の共振効果が弱められ、かつ、青色を発する有機EL素子11の共振効果を強めることができる。なお、式Dよりも式D’、式D’よりも式D’’を満たす方が、青色を発する有機EL素子11の共振効果を強めることができるので好ましい。
【0025】
また、光学調整層5が複数の層から成る場合における第2光学調整層52の膜厚d2は、上記式Bまたは式B’を満たし、かつ、以下の式Eと式E’と式E’’のうち少なくともいずれか1つを満たすことが望ましい。
(4m5−2φ5/π−3)λ1/(8n5)<d2<(4m5−2φ5/π−1)λ1/(8n5) ・・・式E
(8m5−4φ5/π−5)λ1/(16n5)≦d2≦(8m5−4φ5/π−3)λ1/(16n5) ・・・式E’
2n5d2/λ1+φ5/2π=m5−1/2 ・・・式E’’
ここで、λ1は赤色を発する有機EL素子13から取り出される光のスペクトルの最大ピーク波長、n5は最大ピーク波長λ1における第2光学調整層52の屈折率である。φ5は赤色を発する有機EL素子13から出射される光が第1光学調整層51と第2光学調整層52との界面で反射される際の位相シフト量と第2光学調整層52の第1光学調整層51とは反対側の界面で反射される際の位相シフト量との和である。m5は正の整数である。
【0026】
この構成では、第2光学調整層52によって、青色を発する有機EL素子11の共振効果を強め、かつ、赤色を発する有機発光素子13の共振効果が弱められる。なお、式Eよりも式E’、式E’よりも式E’’を満たす方が、赤色を発する有機EL素子13の共振効果を弱めることができるので好ましい。
【0027】
また、光学調整層5がさらに第3光学調整層53を有する場合のその膜厚d3は、上記式Cまたは式C’を満たし、かつ、以下の式Fと式F’と式F’’のうち少なくともいずれか1つを満たすことが望ましい。
(4m6−2φ6/π−3)λ1/(8n6)<d3<(4m6−2φ6/π−1)λ1/(8n6) ・・・式F
(8m6−4φ6/π−5)λ1/(16n6)≦d3≦(8m6−4φ6/π−3)λ1/(16n6) ・・・式F’
2n6d3/λ1+φ6/2π=m6−1/2 ・・・式F’’
ここで、λ1は赤色を発する有機EL素子13から取り出される光のスペクトルの最大ピーク波長、n6は最大ピーク波長λ1における第3光学調整層53の屈折率である。φ6は赤色を発する有機EL素子13から出射される光が第2光学調整層52と第3光学調整層53との界面で反射される際の位相シフト量と第3光学調整層53の第2光学調整層52とは反対側の界面で反射される際の位相シフト量との和である。m6は正の整数である。
【0028】
この構成では、第3光学調整層53によって、青色を発する有機EL素子11の共振効果を強め、かつ、赤色を発する有機発光素子13の共振効果が弱められる。なお、式Fよりも式F’、式F’よりも式F’’を満たす方が、赤色を発する有機EL素子13の共振効果を弱めることができるので好ましい。
【0029】
基板1はTFT等のスイッチング素子(不図示)が形成された絶縁性の基板であり、ガラス、プラスチック等からなる。
【0030】
第1電極2は、Al、Cr、Agなどの金属単体やそれらの合金からなる金属層を用いることができる。さらに、酸化インジウムと酸化錫の化合物層や酸化インジウムと酸化亜鉛の化合物層などの透明酸化物導電層を金属層の上に積層する構成を採ることもできる。第1電極2が金属層のみからなる場合は、第1電極2にある反射面は、金属層(第1電極2)と有機化合物層3との界面である。第1電極2が金属層と透明酸化物導電層との2層からなる場合は、第1電極2にある反射面は、金属層と透明酸化物導電層との界面である。第1電極2の膜厚は、50nm以上200nm以下が好ましい。なお、透明とは、可視光域(波長400nm乃至780nm)において50%以上の光透過率を有することをいう。
【0031】
有機化合物層3は、少なくとも発光層を有し、必要に応じて正孔輸送層や電子輸送層などの電荷輸送層を有してもよく、さらには正孔ブロッキング層等を有してもいてよい。各層には公知の材料が使用することができ、成膜手法も蒸着や転写等公知の成膜手法を用いることができる。なお、有機化合物層3の膜厚を発光色毎に最適化することで、各色の有機EL素子の発光効率を上げることができる。
【0032】
第2電極4は、Al、Cr、Agなどの金属単体やそれらの合金からなる金属薄膜を使用することができる。特にAgを含む金属薄膜は吸収率が低く、比抵抗も低いため、第2電極4として好ましい。第2電極4の膜厚が5nm以上20nm以下であることが好ましい。また、第2電極4は上述した金属薄膜と酸化インジウムと酸化錫の化合物層や酸化インジウムと酸化亜鉛の化合物層などの透明酸化物導電層とが積層され構成であってもよい。第2電極4にある反射面は、金属薄膜(第2電極4)と有機化合物層3との界面である。
【0033】
保護層6は、材料や成膜手法は公知のものを使用することができる。一例としては、窒化シリコンをCVD装置で成膜する方法が挙げられる。また酸化チタンも用いることができる。なお、保護層6の膜厚は封止性能を出すために一般的にミクロンオーダであり、光学干渉効果が効かない膜厚である。
【0034】
光学調整層5は、特に制限は無く、有機材料、無機材料のどちらでもよい。例えば、酸化シリコン、酸化チタン、LiF、MgF2、CFx、有機化合物層3を構成するいずれかと同じ材料が挙げられる。ただし、隣り合う光学調整層間(第1光学調整層51と第2光学調整層52、第2光学調整層52と第3光学調整層53)において屈折率差が大きい方(屈折率差が0.2以上)が、反射率が大きくなるため、光学的な調整を行ううえで好ましい。なお、屈折率nAの媒質から屈折率nBの媒質に光が入射する際の界面における反射率Rの式が式2で表されている。
R=(nA−nB)2/(nA+nB)2 ・・・式2
また、光学調整層5は、高屈折率層(屈折率が1.7より大きい)と低屈折率層(屈折率が1.7以下)が交互に積層された構成であることが望ましい。また、第1光学調整層51が高屈折率層なら第2光学調整層52は低屈折率層が好ましい。また、光学調整層5内の、保護層6と接する層の屈折率は保護層6の屈折率よりも大きいことが好ましく、その屈折率差は0.5以上であることが好ましい。
【0035】
また光学調整層5を構成する層の各膜厚は、10nm以上150nm以下が好ましい。
【実施例】
【0036】
(実施例1)
本実施例における表示装置は、図1(a)、(b)で示すように青色、緑色、赤色を発する有機EL素子(11,12,13)を有する。基板1の上に、各有機EL素子に対応する第1電極2が配置されている。そして、第1電極2の上には、発光層31を有する有機化合物層3が配置されている。なお、有機化合物層3の膜厚は各色毎で共振効果を利用するため最適化されている。有機化合物層3の上には、金属薄膜からなる第2電極4が各有機EL素子に渡って配置されている。
【0037】
そして、第2電極4の上には、光学調整層5が配置されている。そして、光学調整層5の上には、保護層6が配置されている。光学調整層5と保護層6は、各有機EL素子に渡って、共通に配置されている。また、光学調整層5は第1光学調整層51と第2光学調整層52とから構成されている。光学調整層5の各層と保護層6の材料、屈折率及び膜厚は表1に示す。
【0038】
【表1】
【0039】
第1光学調整層51の膜厚xと赤色を発する有機EL素子13の発光効率との関係が図3に示されており、第1光学調整層51が30nmの場合に、発光効率が極小になることがわかる。本実施例において、赤色を発する有機EL素子13の発するスペクトルの最大ピーク波長λ1は620nmである。また、第2電極4から出射される光が第1光学調整層51の第2電極4とは反対側の界面で反射される際の位相シフト量φ1は約0である。よってm1=1で、第1光学調整層51の膜厚は式Aを満たしている。
【0040】
図4に、実施例1において第1光学調整層51の膜厚xを30nmとしたものと有機EL素子に光学調整層5を設けない場合(比較例1)において、有機化合物層の膜厚ずれと設定値(x0,y0)からの色度変化量Δxyの関係が示されている。設定値(x0,y0)は、赤色のNTSC色度座標(0.67,0.33)である。この図で示すように、比較例1よりも実施例1の方が、膜厚ずれに対して色度変化量が小さくなっている。例えばΔxy≦0.01に入るためには、比較例1では有機化合物層3の膜厚ずれが±5nm程度であるのに対し、実施例1では有機化合物層3の膜厚ずれが±10nmとなり、膜厚変動許容値が広くなり、ロバスト性が向上する。
【0041】
また、第2光学調整層52の膜厚は77nmであるが、これは式Bを満たすように設定されている。なお、青色を発する有機EL素子11の発する光のスペクトルの最大ピーク波長λ2は460nmである。また、青色を発する有機EL素子11から出射される光が第1光学調整層51と第2光学調整層52との界面で反射される際の位相シフト量と第2光学調整層52の第1光学調整層51とは反対側の界面で反射される際の位相シフト量との和φ2は、約πである。正の整数m2は1である。
【0042】
また、表2に実施例1および比較例1における各色を発する有機EL素子の発光効率比、及び、その時の消費電力比が示されている。
【0043】
【表2】
【0044】
本実施例においては、膜厚変動許容値を広げているため、第1光学調整層51によって赤の共振効果を弱めているので、赤の発光効率は比較例よりも低下している。一方、第2光学調整層52によって短波長側の共振効果を強めているため、緑色と青色の発光効率は比較例よりも高くなっている。その結果、本実施例の方が消費電力の小さい表示装置を得ることが可能となる。
【0045】
なお、本実施例では、光学調整層5は第1光学調整層51と第2光学調整層52の2層で構成されているが、赤色を発する有機EL素子13のロバスト性を向上させるには光学調整層5が1層で構成されていればよい。さらに、その光学調整層5が赤色を発する有機EL素子13にのみ配置される構成であってもよい。
【0046】
(実施例2)
本実施例は、図1(c)のように、実施例1に対して、光学調整層5が第1光学調整層51と第2光学調整層52と第3光学調整層53とから構成されている点で異なる。また、第1光学調整層51と第2光学調整層52と第3光学調整層53と保護層6の材料、屈折率及び膜厚は表3に示す。
【0047】
【表3】
【0048】
第1光学調整層51の膜厚xと赤色を発する有機EL素子13の発光効率との関係が図5に示されており、第1光学調整層51が60nmの場合に、発光効率が極小になることがわかる。本実施例において、赤色を発する有機EL素子13の発するスペクトルの最大ピーク波長λ1は620nmである。また、第2電極4から出射される光が第1光学調整層51の第2電極4とは反対側の界面で反射される際の位相シフト量φ1は約0である。よってm1=1で、第1光学調整層51の膜厚は式Aを満たしている。
【0049】
図6に、実施例2において第1光学調整層51の膜厚xを60nmとしたものと有機EL素子に光学調整層5を設けない場合(比較例1)において、有機化合物層の膜厚ずれと設定値(x0,y0)からの色度変化量Δxyの関係が示されている。なお、設定値は実施例1と同様である。この図で示すように、比較例1よりも実施例2の方が、膜厚ずれに対して色度変化量が小さくなっている。例えばΔxy≦0.01に入るためには、比較例1では有機化合物層の膜厚ずれが±5nm程度であるのに対し、実施例2では有機化合物層の膜厚ずれが±10nmとなり、膜厚変動許容値が広くなり、ロバスト性が向上する。
【0050】
また、第2光学調整層52の膜厚は、77nmであるが、これは式Bを満たすように設定されている。なお、青色を発する有機EL素子11の発する光のスペクトルの最大ピーク波長λ2は460nmである。また、青色を発する有機EL素子11から出射される光が第1光学調整層51と第2光学調整層52との界面で反射される際の位相シフト量と第2光学調整層52の第1光学調整層51とは反対側の界面で反射される際の位相シフト量との和φ2は、約πである。正の整数m2は1である。
【0051】
また、第3光学調整層53の膜厚は、58nmであるが、これは式Cを満たすように設定されている。青色を発する有機EL素子11から出射される光が第2光学調整層52と第3光学調整層53との界面で反射される際の位相シフト量と第3光学調整層53の第2光学調整層52とは反対側の界面で反射される際の位相シフト量との和φ3は、約πである。そして、m3は1である。
【0052】
また、表4に実施例2および比較例1における各色を発する有機EL素子の発光効率比、及び、その時の消費電力比が示されている。
【0053】
【表4】
【0054】
本実施例においては、膜厚変動許容値を広げているため、第1光学調整層51によって赤の共振効果を弱めているので、赤の発光効率は比較例よりも低下している。一方、第2光学調整層52、第3光学調整層53によって短波長側の共振効果を強めているため、緑色と青色の発光効率は比較例よりも高くなっている。その結果、本実施例の方が消費電力の小さい表示装置を得ることが可能となる。
【0055】
なお、本発明は、トップエミッションに関して記述したが、ボトムエミッションでもよい。また、複数層からなる保護層の一部を光学調整層として利用することも有効である。また、屈折率の算出に関しては分光エリプソメトリー等の光学機器を用いればよい。
【符号の説明】
【0056】
2 第1電極
3 有機化合物層
4 第2電極
5 光学調整層
51 第1光学調整層
52 第2光学調整層
53 第3光学調整層
【特許請求の範囲】
【請求項1】
青色を発する有機EL素子と、緑色を発する有機EL素子と、赤色を発する有機EL素子と、を有する表示装置であって、
各有機EL素子が、第1電極と発光層と第2電極とを有し、
前記有機EL素子から発せられる光が前記第2電極から出射され、
前記赤色を発する有機EL素子の第2電極の上に、第1光学調整層を有し、
前記第1光学調整層の膜厚d1は、以下の式Aを満たすことを特徴とする表示装置。
(4m1−2φ1/π−3)λ1/(8n1)<d1<(4m1−2φ1/π−1)λ1/(8n1) ・・・式A
ここで、λ1は前記赤色を発する有機EL素子から取り出される光のスペクトルの最大ピーク波長、n1は前記最大ピーク波長λ1における前記第1光学調整層の屈折率、φ1は前記赤色を発する有機EL素子から出射される光が前記第1光学調整層の前記第2電極とは反対側の界面で反射される際の位相シフト量、m1は正の整数である。
【請求項2】
前記第1光学調整層が青色を発する有機EL素子と緑色を発する有機EL素子に渡って共通の膜厚で配置されていることを特徴とする請求項1に記載の表示装置。
【請求項3】
各色の有機EL素子に配置された前記第1光学調整層の上に第2光学調整層をさらに有し、
前記第1光学調整層と前記第2光学調整層は、互いに異なる屈折率を有し、
前記第2光学調整層の膜厚d2は、以下の式Bを満たすことを特徴とする請求項2に記載の表示装置。
(4m2−2φ2/π−1)λ2/(8n2)<d2<(4m2−2φ2/π+1)λ2/(8n2) ・・・式B
ここで、λ2は青色を発する有機EL素子から取り出される光のスペクトルの最大ピーク波長、n2は前記最大ピーク波長λ2における前記第2光学調整層の屈折率、φ2は前記青色を発する有機EL素子から出射される光が前記第1光学調整層と前記第2光学調整層との界面で反射される際の位相シフト量と前記第2光学調整層の前記第1光学調整層とは反対側の界面で反射される際の位相シフト量との和、m2は正の整数である。
【請求項4】
前記第2電極は、膜厚5nm以上20nm以下の金属からなる電極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5】
前記第2電極は、Agを含むことを特徴とする請求項4に記載の表示装置。
【請求項6】
各色の有機EL素子に配置された前記第2光学調整層の上に第3光学調整層をさらに有し、前記第3光学調整層は、前記第2光学調整層とは屈折率が異なり、前記第3光学調整層の膜厚d3は、以下の式Cを満たすことを特徴とする請求項3乃至5のいずれか1項に記載の表示装置。
(4m3−2φ3/π−1)λ2/(8n3)<d3<(4m3−2φ3/π+1)λ2/(8n3) ・・・式C
ここで、n3は前記最大ピーク波長λ2における前記第3光学調整層の屈折率、φ3は前記青色を発する有機EL素子から出射される光が前記第2光学調整層と前記第3光学調整層との界面で反射される際の位相シフト量と前記第3光学調整層の前記第2光学調整層とは反対側の界面で反射される際の位相シフト量との和、m3は正の整数である。
【請求項7】
前記第1光学調整層の膜厚d1は、以下の式Dを満たすことを特徴とする請求項2乃至6のいずれか1項に記載の表示装置。
(4m4−2φ4/π−1)λ2/(8n4)<d1<(4m4−2φ4/π+1)λ2/(8n4) ・・・式D
ここで、λ2は前記青色を発する有機EL素子から取り出される光のスペクトルの最大ピーク波長、n4は前記最大ピーク波長λ2における前記第1光学調整層の屈折率、φ4は前記青色を発する有機EL素子から出射される光が前記第1光学調整層の前記第2電極とは反対側の界面で反射される際の位相シフト量、m4は正の整数である。
【請求項8】
前記第1光学調整層の膜厚d1は、以下の式A’および式D’を満たすことを特徴とする請求項7に記載の表示装置。
(8m1−4φ1/π−5)λ1/(16n1)≦d1≦(8m1−4φ1/π−3)λ1/(16n1) ・・・式A’
(8m4−4φ4/π−1)λ2/(16n4)≦d1≦(8m4−4φ4/π+1)λ2/(16n4) ・・・式D’
【請求項9】
前記第2光学調整層の膜厚d2は、以下の式Eを満たすことを特徴とする請求項3に記載の表示装置。
(4m5−2φ5/π−3)λ1/(8n5)<d2<(4m5−2φ5/π−1)λ1/(8n5) ・・・式E
ここで、n5は前記最大ピーク波長λ1における第2光学調整層の屈折率、φ5は前記赤色を発する有機EL素子から出射される光が前記第1光学調整層と前記第2光学調整層との界面で反射される際の位相シフト量と前記第2光学調整層の前記第1光学調整層とは反対側の界面で反射される際の位相シフト量との和、m5は正の整数である。
【請求項10】
前記第2光学調整層の膜厚d2は、以下の式B’および式E’を満たすことを特徴とする請求項9に記載の表示装置。
(8m2−4φ2/π−1)λ2/(16n2)≦d2≦(8m2−4φ2/π+1)λ2/(16n2) ・・・式B’
(8m5−4φ5/π−5)λ1/(16n5)≦d2≦(8m5−4φ5/π−3)λ1/(16n5) ・・・式E’
【請求項11】
前記第3光学調整層の膜厚d3は、以下の式Fを満たすことを特徴とする請求項6に記載の表示装置。
(4m6−2φ6/π−3)λ1/(8n6)<d3<(4m6−2φ6/π−1)λ1/(8n6) ・・・式F
ここで、n6は前記最大ピーク波長λ1における前記第3光学調整層の屈折率、φ6は前記赤色を発する有機EL素子から出射される光が前記第2光学調整層と前記第3光学調整層との界面で反射される際の位相シフト量と前記第3光学調整層の前記第2光学調整層とは反対側の界面で反射される際の位相シフト量との和、m6は正の整数である。
【請求項12】
前記第3光学調整層の膜厚d3は、以下の式C’および式F’を満たすことを特徴とする請求項11に記載の表示装置。
(8m3−4φ3/π−1)λ3/(16n3)≦d3≦(8m3−4φ3/π+1)λ3/(16n3) ・・・式C’
(8m6−4φ6/π−5)λ1/(16n6)≦d3≦(8m6−4φ6/π−3)λ1/(16n6) ・・・式F’
【請求項1】
青色を発する有機EL素子と、緑色を発する有機EL素子と、赤色を発する有機EL素子と、を有する表示装置であって、
各有機EL素子が、第1電極と発光層と第2電極とを有し、
前記有機EL素子から発せられる光が前記第2電極から出射され、
前記赤色を発する有機EL素子の第2電極の上に、第1光学調整層を有し、
前記第1光学調整層の膜厚d1は、以下の式Aを満たすことを特徴とする表示装置。
(4m1−2φ1/π−3)λ1/(8n1)<d1<(4m1−2φ1/π−1)λ1/(8n1) ・・・式A
ここで、λ1は前記赤色を発する有機EL素子から取り出される光のスペクトルの最大ピーク波長、n1は前記最大ピーク波長λ1における前記第1光学調整層の屈折率、φ1は前記赤色を発する有機EL素子から出射される光が前記第1光学調整層の前記第2電極とは反対側の界面で反射される際の位相シフト量、m1は正の整数である。
【請求項2】
前記第1光学調整層が青色を発する有機EL素子と緑色を発する有機EL素子に渡って共通の膜厚で配置されていることを特徴とする請求項1に記載の表示装置。
【請求項3】
各色の有機EL素子に配置された前記第1光学調整層の上に第2光学調整層をさらに有し、
前記第1光学調整層と前記第2光学調整層は、互いに異なる屈折率を有し、
前記第2光学調整層の膜厚d2は、以下の式Bを満たすことを特徴とする請求項2に記載の表示装置。
(4m2−2φ2/π−1)λ2/(8n2)<d2<(4m2−2φ2/π+1)λ2/(8n2) ・・・式B
ここで、λ2は青色を発する有機EL素子から取り出される光のスペクトルの最大ピーク波長、n2は前記最大ピーク波長λ2における前記第2光学調整層の屈折率、φ2は前記青色を発する有機EL素子から出射される光が前記第1光学調整層と前記第2光学調整層との界面で反射される際の位相シフト量と前記第2光学調整層の前記第1光学調整層とは反対側の界面で反射される際の位相シフト量との和、m2は正の整数である。
【請求項4】
前記第2電極は、膜厚5nm以上20nm以下の金属からなる電極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5】
前記第2電極は、Agを含むことを特徴とする請求項4に記載の表示装置。
【請求項6】
各色の有機EL素子に配置された前記第2光学調整層の上に第3光学調整層をさらに有し、前記第3光学調整層は、前記第2光学調整層とは屈折率が異なり、前記第3光学調整層の膜厚d3は、以下の式Cを満たすことを特徴とする請求項3乃至5のいずれか1項に記載の表示装置。
(4m3−2φ3/π−1)λ2/(8n3)<d3<(4m3−2φ3/π+1)λ2/(8n3) ・・・式C
ここで、n3は前記最大ピーク波長λ2における前記第3光学調整層の屈折率、φ3は前記青色を発する有機EL素子から出射される光が前記第2光学調整層と前記第3光学調整層との界面で反射される際の位相シフト量と前記第3光学調整層の前記第2光学調整層とは反対側の界面で反射される際の位相シフト量との和、m3は正の整数である。
【請求項7】
前記第1光学調整層の膜厚d1は、以下の式Dを満たすことを特徴とする請求項2乃至6のいずれか1項に記載の表示装置。
(4m4−2φ4/π−1)λ2/(8n4)<d1<(4m4−2φ4/π+1)λ2/(8n4) ・・・式D
ここで、λ2は前記青色を発する有機EL素子から取り出される光のスペクトルの最大ピーク波長、n4は前記最大ピーク波長λ2における前記第1光学調整層の屈折率、φ4は前記青色を発する有機EL素子から出射される光が前記第1光学調整層の前記第2電極とは反対側の界面で反射される際の位相シフト量、m4は正の整数である。
【請求項8】
前記第1光学調整層の膜厚d1は、以下の式A’および式D’を満たすことを特徴とする請求項7に記載の表示装置。
(8m1−4φ1/π−5)λ1/(16n1)≦d1≦(8m1−4φ1/π−3)λ1/(16n1) ・・・式A’
(8m4−4φ4/π−1)λ2/(16n4)≦d1≦(8m4−4φ4/π+1)λ2/(16n4) ・・・式D’
【請求項9】
前記第2光学調整層の膜厚d2は、以下の式Eを満たすことを特徴とする請求項3に記載の表示装置。
(4m5−2φ5/π−3)λ1/(8n5)<d2<(4m5−2φ5/π−1)λ1/(8n5) ・・・式E
ここで、n5は前記最大ピーク波長λ1における第2光学調整層の屈折率、φ5は前記赤色を発する有機EL素子から出射される光が前記第1光学調整層と前記第2光学調整層との界面で反射される際の位相シフト量と前記第2光学調整層の前記第1光学調整層とは反対側の界面で反射される際の位相シフト量との和、m5は正の整数である。
【請求項10】
前記第2光学調整層の膜厚d2は、以下の式B’および式E’を満たすことを特徴とする請求項9に記載の表示装置。
(8m2−4φ2/π−1)λ2/(16n2)≦d2≦(8m2−4φ2/π+1)λ2/(16n2) ・・・式B’
(8m5−4φ5/π−5)λ1/(16n5)≦d2≦(8m5−4φ5/π−3)λ1/(16n5) ・・・式E’
【請求項11】
前記第3光学調整層の膜厚d3は、以下の式Fを満たすことを特徴とする請求項6に記載の表示装置。
(4m6−2φ6/π−3)λ1/(8n6)<d3<(4m6−2φ6/π−1)λ1/(8n6) ・・・式F
ここで、n6は前記最大ピーク波長λ1における前記第3光学調整層の屈折率、φ6は前記赤色を発する有機EL素子から出射される光が前記第2光学調整層と前記第3光学調整層との界面で反射される際の位相シフト量と前記第3光学調整層の前記第2光学調整層とは反対側の界面で反射される際の位相シフト量との和、m6は正の整数である。
【請求項12】
前記第3光学調整層の膜厚d3は、以下の式C’および式F’を満たすことを特徴とする請求項11に記載の表示装置。
(8m3−4φ3/π−1)λ3/(16n3)≦d3≦(8m3−4φ3/π+1)λ3/(16n3) ・・・式C’
(8m6−4φ6/π−5)λ1/(16n6)≦d3≦(8m6−4φ6/π−3)λ1/(16n6) ・・・式F’
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【公開番号】特開2012−54225(P2012−54225A)
【公開日】平成24年3月15日(2012.3.15)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−135602(P2011−135602)
【出願日】平成23年6月17日(2011.6.17)
【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3月15日(2012.3.15)
【国際特許分類】
【出願日】平成23年6月17日(2011.6.17)
【出願人】(000001007)キヤノン株式会社 (59,756)
【Fターム(参考)】
[ Back to top ]