JP2012248433A - 発光装置および電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】白色の有機ＥＬ素子と共振構造を組み合わせたトップエミッション方式の発光装置において、光取り出し効率と色純度を高めつつ、Ｓｉの製造ラインにて製造可能とする。
【解決手段】下辺の第１電極側の反射膜１３上に透明膜１４を形成し、この透明膜１４上にＴｉＮ等の半透過電極１５を形成する。半透過電極１５上に正孔注入膜２０を形成し、正孔注入膜２０上にはＯＬＥＤ層２１を形成する。ＯＬＥＤ層２１上には、光取り出し側電極としての対向電極２２を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、各種の発光素子を利用した発光装置およびこの発光装置を備えた電子機器に関する。

近年、基板上に有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子を発光素子として形成し、発光素子の発光光を基板と反対側に取り出すトップエミッション方式の発光装置が電子機器の表示装置などとして多用されている。トップエミッション方式は、発光素子を挟み、基板側に形成された一方の第１電極（例えば陽極）と基板との間に反射層を形成し、発光素子を挟む他方の第２電極（例えば陰極）側から光を取り出す方式であって、光の利用効率が高い方式である。

トップエミッション方式の発光装置は、白色の有機ＥＬ素子を用い、前記第２電極と反射層との間で所定の波長の光を共振させる構造を有しているが、赤色、緑色、および青色の各色の共振長を調整する方法としては、基板側の透明膜の膜厚または第一電極としての透明導電膜の膜厚で調整する方法が開示されている（特許文献１）。この方法によれば、光取出し効率が向上するのみならず、色純度を改善でき、高い画像品質のディスプレイを実現することができる。
また、有機ＥＬ素子の膜厚を約１００ｎｍ程度にすることで、赤色、緑色、および青色の各色の波長を取り出し、カラーフィルターで色純度を高くする構造が間提案されている（例えば非特許文献１）。この技術では、画素毎に共振長を調整する必要がないため、構造が簡単になり、さらには、透明導電膜が必要ないために製造工程上のメリットが得られる。

特許第２７９７８８３号公報

SID2010 P-146/S.Lee, Samsung Mobile Display Co.,Ltd

しかしながら、特許文献１の方法では、パーティクルというゴミを発生しやすいこと、材料であるＩＴＯ等の透明導電膜を成膜することが必須であるため、ＩＣなどを製造するＳｉの製造ラインには用いることが難しいという問題がある。
また、非特許文献１の方法では、透明導電膜が必要でないために、Ｓｉの製造ラインに導入しやすい等の利点があるが、一方で、光取り出し効率が低く、色純度が悪いために、ディスプレイの画像品質的には不利になるという問題があった。

このような事情を背景として、本発明は、白色の有機ＥＬ素子と共振構造を組み合わせたトップエミッション方式の発光装置において、光取り出し効率と色純度を高めつつ、製造ラインによらない製造方法により発送装置を製造可能とする、という課題の解決を目的としている。

以上の課題を解決するために、本発明に係る発光装置は、基板と、前記基板上に形成された光反射膜と、前記光反射層上に形成された発光層と、前記発光層上に形成された光取り出し側電極とを備え、前記光反射膜と光取り出し側電極の間の光路長を調整した共振構造を有する発光装置であって、少なくとも一つの色の画素は、前記発光層と光反射膜との間に、前記光反射膜上に形成される透明膜と、前記透明膜上に形成される半透過電極とを備えることを特徴とする。

本発明においては、少なくとも一つの色の画素は、前記発光層と光反射膜との間に、前記光反射膜上に形成される透明膜と、前記透明膜上に形成される半透過電極とを備えるので、ＩＴＯのような透明導電膜を使用せずに発光装置を提供することができるので、一般的なＳｉを用いた製造ラインの設備をそのまま使用することができ、新たな設備投資を必要とせずに低コスト化を実現することができる。

本発明に係る発光装置として、前記半透過電極として、４００ｎｍから６００ｎｍの波長に対する消衰係数が３．０以下の半透過電極を用いることもできる。

本発明に係る発光装置においては、前記半透過電極の４００ｎｍから６００ｎｍの波長に対する消衰係数が３．０以下なので、発光層との界面における反射率が低く、消衰係数の低い金属材料を用いることができ、光取り出し効率および色純度の高い発光装置を、例えば半導体製造ライン、詳しくはＳｉを用いた製造ラインにおいて発光装置を製造することができる。

本発明に係る発光装置は、前記半透過電極をＴｉＮで形成することもできる。本発明に係る発光装置においては、前記半透過電極がＴｉＮなので、発光層との界面における反射率が低く、消衰係数の低い金属材料を用いることができ、光取り出し効率および色純度の高い発光装置を、Ｓｉを用いた製造ラインにおいて発光装置を製造することができる。

本発明に係る発光装置は、前記半透過電極を半導体材料とすることができる。本発明に係る発光装置においては、前記半透過電極が半導体材料なので、発光層との界面における反射率が低く、消衰係数の低い金属材料を用いることができ、光取り出し効率および色純度の高い発光装置を、Ｓｉを用いた製造ラインにおいて発光装置を製造することができる。

本発明に係る発光装置は、前記半透過電極を不純物ドープされた多結晶ＳｉもしくはアモルファスＳｉとすることもできる。本発明に係る発光装置においては、前記半透過電極が不純物ドープされた多結晶ＳｉもしくはアモルファスＳｉなので、発光層との界面における反射率が低く、消衰係数の低い金属材料を用いることができ、光取り出し効率および色純度の高い発光装置を、Ｓｉを用いた製造ラインにおいて発光装置を製造することができる。

本発明に係る発光装置は、前記半透過電極と発光層との間に正孔注入層を形成することもできる。本発明に係る発光装置においては、発光層へ適切に正孔注入を行うことができ、高い光取り出し効率と広色域における発光を実現できる。

本発明に係る発光装置は、前記正孔注入層を酸化物、特に、ＭｏＯ_３とすることもできる。本発明に係る発光装置においては、前記正孔注入層を酸化物、特に、ＭｏＯ_３なので、発光層へ適切に正孔注入を行うことができ、高い光取り出し効率と広色域における発光を実現できる。

本発明に係る発光装置は、前記光反射層から光取り出し側電極までの光学的距離をＤ、半透過電極での反射における位相シフトをφ_Ｌ、光取り出し側電極での反射における位相シフトをφ_Ｕ、定在波のピーク波長をλ、整数をｍとすると、
Ｄ＝{(２πｍ＋φ_Ｌ＋φ_Ｕ)／４π}λ
を満たす共振構造を有し、前記透明膜以外の各膜および各層の膜厚は、各色の画素において同じ値に設定することもできる。本発明に係る発光装置においては、上述のような共振構造を有しているので、高い光取り出し効率と広色域における発光を実現できる。

本発明に係る発光装置は、基板側電極は、Ａｌ、Ａｇ、もしくはこれらの合金材料とすることもできる。本発明に係る発光装置においては、基板側電極は、Ａｌ、Ａｇ、もしくはこれらの合金材料なので、基板側電極に反射層として機能を持たせることができ、光取り出し効率を高めることができる。

本発明に係る発光装置は、前記光取り出し側電極をアルカリ金属、またはアルカリ土類金属を含んだ合金材料とすることもできる。本発明に係る発光装置においては、前記光取り出し側電極がアルカリ金属、またはアルカリ土類金属を含んだ合金材料なので、発光層を挟んで基板側電極との間で適切に共振構造を実現することができる。

本発明に係る発光装置は、前記光取り出し側電極をＭｇＡｇとすることもできる。本発明に係る発光装置においては、前記光取り出し側電極がＭｇＡｇなので、発光層を挟んで基板側電極との間で適切に共振構造を実現することができる。

本発明に係る発光装置は、前記光取り出し側電極の上層にカラーフィルターを設けることができる。本発明に係る発光装置においては、白色の有機ＥＬ層を用いた発光層から適切に各色の発光色を効率良く取り出すことができる。

本発明に係る電子機器は、上述の発光装置を備えている。本発明に係る電子機器においては、低消費電力で広色域な表示装置を有する電子機器を提供できる。

本発明の一実施形態に係る発光装置の概要を示す模式的な断面図である。 図１におけるＯＬＥＤ層の正孔輸送層、発光層、および、電子輸送層に用いられた材料を示す図である。 Ａｌ、Ｃｕ、ＴｉＮ、Ｍｏ、および、Ｗの各波長に対する屈折率の変化を示す図である。 Ａｌ、Ｃｕ、ＴｉＮ、Ｍｏ、および、Ｗの各波長に対する消衰係数の変化を示す図である。 ＯＬＥＤ層の有機ＥＬ物質と金属材料感の反射率の計算結果と、Ｓｉを用いた製造ラインで使用されている代表的な金属材料の４００〜６００ｎｍの波長に対する反射率を示す図である。 比較例１および比較例２の発光装置の概要を示す模式的な断面図である。 実施例１、実施例２、比較例１および比較例２に使用したカラーフィルターの特性を示す図である。 実施例１および比較例２の各色発光素子の各波長に対する発光スペクトルを示す図である。 実施例２および比較例２の各色発光素子の各波長に対する発光スペクトルを示す図である。 比較例１の各色発光素子の各波長に対する発光スペクトルを示す図である。 実施例１、実施例２、変形例、比較例１および比較例２の消費電力およびＮＴＳＣ比を示す図である。 実施例３および比較例２の各色発光素子の各波長に対する発光スペクトルを示す図である。 実施例４および比較例２の各色発光素子の各波長に対する発光スペクトルを示す図である。 実施例１、実施例２、実施例３、実施例４、比較例１および比較例２の消費電力を示す図である。 実施例１、実施例２、実施例３、実施例４、比較例１および比較例２のＮＴＳＣ比を示す図である。 半透過電極をＴｉＮおよびＡｌで形成し、膜厚を１０ｎｍ、２０ｎｍ、５００ｎｍにした場合の波長に対する反射率の変化を示す図である。 半透過電極をＴｉＮおよびＡｌで形成し、膜厚を１０ｎｍ、２０ｎｍ、５００ｎｍにした場合の波長に対する透過率の変化を示す図である。 図１６の反射率と図１７の透過率を説明する図である。 図１の実施形態に係る発光装置を表示装置として採用したモバイル型のパーソナルコンピュータの構成を示す斜視図である。 図１の実施形態に係る発光装置を表示装置として採用した携帯電話機の構成を示す斜視図である。 図１の実施形態に係る発光装置を表示装置として採用した携帯情報端末の構成を示す斜視図である。

以下、添付の図面を参照しながら本発明に係る様々な実施の形態を説明する。図面においては、各部の寸法の比率は実際のものとは適宜に異ならせてある。
＜Ａ：発光装置の構造＞
図１は、本発明の一実施形態に係る発光装置Ｄ１の概要を示す模式的な断面図である。発光装置Ｅ１は、複数の画素が図示しない下辺の第１基板の面上に配列された構成であるが、図１においては、説明の便宜上、一つの色の画素のみが例示されている。本実施形態の発光装置Ｅ１は、トップエミッション型であり、画素にて発生した光は図１の上方に向かって進行する。従って、ガラスなどの光透過性を有する板材のほか、セラミックスや金属のシートなど不透明な板材を図示しない下辺の第１基板として採用することができる。また、第１基板には、画素に給電して発光させるための配線が配置されているが、配線の図示についても省略する。

第１基板の上には、反射膜１３、透明膜１４、半透過電極（第１電極）１５、正孔注入膜２０、ＯＬＥＤ層２１、光取り出し側電極としての対向電極２２（第２電極）、封止膜３０およびカラーフィルター４０とを備える。以下、詳細に説明する。

図１に示す反射膜１３は、光反射性を有する材料によって形成される。反射膜１３に要求される特性は、可視光領域での反射率が高く、好ましくは導電性があることである。これは、画素回路との多層構造を考えた場合に、反射膜１３を配線として利用場合があるからである。この種の材料としては、例えばＡｌ（アルミニウム）、Ａｇ（銀）、Ａｕ（金）、Ｃｕ（銅）などの単体金属、またはＡｕ、ＣｕまたはＡｇを主成分とする合金などが好適に採用される。本実施形態では、反射膜１３をＡｌＮｄ合金（アルミニウム・ネオジウム合金）で形成し、膜厚を１００ｎｍとした。

透明膜１４はＳｉＮまたはＳｉＯ_２で形成され、光路調整層として機能する。透明膜１４に要求される特性としては、消衰係数が小さく、光透過性を有することが必要である。
半透過電極１５は、導電性があり、後述する正孔注入膜あるいはＯＬＥＤ層との界面での反射率が低いことが必要であり。また、消衰係数が小さく、光吸収が小さいことが必要である。したがって、膜厚としては２０ｎｍ以下の薄膜が好ましい。本実施形態では、半透過電極１５はＴｉＮ（窒化チタン）等で形成され、膜厚は１０ｎｍとした。半透過電極１５に適した材料としては、正孔注入膜（ＨＩＬ）２０との界面での反射率が低いこと、および、消衰係数の低いことが好ましい。詳しくは後述する。

半透過電極１５上には、正孔注入膜（ＨＩＬ：Hole Injection Layer）２０と、ＯＬＥＤ（Organic Light Emitting Diode）層２１とからなる発光機能層１６が形成される。正孔注入膜２０は、導電膜からＯＬＥＤ層へのキャリア注入性に優れていることが必要である。正孔注入膜２０には、酸化物が好ましい。本実施形態では、ＭｏＯ_３（三酸化モリブデン）で形成し、膜厚を２ｎｍとした。その他にも、基板側電極が陽極の場合には、ＭｏＯ_３、ＬＧ１０１（ＬＧケミカル社製）、ｐドープの有機材料を正孔注入膜２０として用いることができる。また、基板側電極が陰極の場合には、アルカリ金属、アルカリ土類金属等の低仕事関数材料または合金、およびこれらをドープした有機材料を用いることができる。

ＯＬＥＤ層２１は、正孔と電子が結合して発光する有機ＥＬ物質から形成されている。ＯＬＥＤ層２１には白色発光可能な発光層であることが求められる。本実施形態では、図２に示すように、正孔注入膜２０上に形成される正孔輸送膜（ＨＴＬ：Hole transport layer）２４と、正孔輸送膜２４上に形成される積層発光膜２６（ＥＭＬ：Emitting Layer）と、積層発光膜２６上に形成された電子輸送膜２８（ＥＴＬ：Electron Transport Layer）とからなる。

正孔輸送膜２４は、図２に示すようにα−ＮＰＤで形成し、膜厚は４０ｎｍとした。有機ＥＬ物質は低分子材料であって、白色光を発する。赤色のホスト材料、赤色のドーパント材料、ならびに、緑色および青色のホスト材料としては図２に示すものを使用することができる。また、青色のドーパント材料としてはＤＰＡＶＢｉ（４，４´−ビス［２−｛４−（Ｎ，Ｎ−ジフェニルアミノ）フェニル｝ビニル］ビフェニル）、が使用される。緑色のドーパント材料としてはキナクリドンが使用される。本実施形態では、積層発光膜２６の膜厚を５０ｎｍとした。
電子輸送膜２８は図２に示すように、Ａｌｑ３（トリス８−キノリノラトアルミニウム錯体）で形成し、膜厚を４０ｎｍとした。以上のように、正孔輸送膜２４、積層発光膜２６および電子輸送膜２８で形成されるＯＬＥＤ層２１の膜厚は１３０ｎｍとした。

対向電極２２は陰極であり、発光機能層１６を覆うように形成される。対向電極２２には、ＯＬＥＤ層２１へのキャリア注入性が優れていることが求められる。対向電極２２は複数の画素に渡って連続している。対向電極２２は、その表面に到達した光の一部を透過するとともに他の一部を反射する性質（すなわち半透過反射性）を持った半透過反射膜として機能する。例えば、対向電極２２が陽極の場合には、ＭｏＯ_３、ＬＧ１０１、ｐドープの有機材料などと導電材料を積層したものを用いることができる。また、対向電極２２が陰極の場合には、マグネシウムや銀などの単体金属、またはマグネシウムや銀を主成分とする合金、もしくは、アルカリ金属、アルカリ土類金属を含んだ合金材料から形成される。本実施形態では、対向電極２２は、ＭｇＡｇ（マグネシウム銀合金）で形成し、膜厚は、１０ｎｍとした。

対向電極２２上には、各色の画素に対する水や外気の浸入を防ぐための保護層であって、無機材料からなる封止層３０が形成される。封止層３０は、ＳｉＮ（窒化珪素）やＳｉＯＮ（酸窒化珪素）などのガス透過率が低い無機材料から形成される。本実施形態では、封止層３０をＳｉＮで形成し、膜厚は４００ｎｍとした。

本実施形態では、第１基板上に形成された各色の画素と対向するように、図示しない上辺の第２基板が配置される。第２基板はガラスなどの光透過性を有する材料で形成される。第２基板の厚さは０．５ｍｍとした。第２基板のうち第１基板との対向面には、カラーフィルター４０および遮光膜が形成される。遮光膜は、各色の画素に対向して開口が形成された遮光体の膜体である。開口内にはカラーフィルターが形成される。

本実施形態の発光装置Ｅ１においては、反射膜１３と光取り出し側電極としての対向電極２２との間で発光機能層１６が発する光を共振させる共振器構造が形成される。これにより、特定の波長の光を効率良く取り出すことができる。以上が本実施形態の発光装置の構造である。

＜Ｂ：発光装置の共振構造＞
次に、本実施形態の発光装置Ｅ１の共振構造について説明する。本実施形態では、半透過電極１５と光取り出し側電極としての対向電極２２との間で発光機能層１６が発する光を共振させる共振器構造が形成される。

具体的には、反射膜１３から対向電極２２までの光学的距離をＤ（＝膜厚×屈折率）、第１電極である半透過電極１５での反射における位相シフトをφ_Ｌ、第２電極である対向電極２２での反射における位相シフトをφ_Ｕ、定在波のピーク波長をλ、整数をｍとすると、下記の式を満たす構造となっている。
Ｄ＝{(２πｍ＋φ_Ｌ＋φ_Ｕ)／４π}λ・・・（１）

本実施形態においては、各色の画素で、前記（１）式においてｍ＝１を満たした光学構造となっている。
本実施形態では、赤色領域、緑色領域および青色領域について、各色の画素で同じ膜厚のＯＬＥＤ層２１を用いて、透明膜の膜厚により半透過電極１５から対向電極２２までの膜厚Ｄを１次共振に合うように調整した。

＜Ｃ：発光装置の半透過電極＞
本実施形態の発光装置において、半透過電極１５に求められる特性としては、導電性があり、正孔注入膜２０またはＯＬＥＤ層２１との界面での反射率が低く、かつ、消衰係数が小さくて光吸収が小さいことが挙げられる。
しかしも、本実施形態の発光装置においては、ＩＣなどを製造するＳｉを用いた製造ラインで使用されている金属材料をこの半透過電極１５に使用している。Ｓｉを用いた製造ラインで使用されている代表的な金属材料で半透過電極１５を形成することにより、発光装置の各膜を同一の製造ラインで製造することができる。

図３にＳｉを用いた製造ラインで使用されている代表的な金属材料の屈折率と波長との関係を示し、図４にＳｉを用いた製造ラインで使用されている代表的な金属材料の消衰係数と波長との関係を示す。また、図５には、ＯＬＥＤ層２１の有機ＥＬ物質と金属材料感間の界面における反射率の計算結果を示す。

反射率の計算は、有機ＥＬ物質の屈折率Ｎ_０を１．８、消衰係数ｋを０とし、屈折率ｎ_１と消衰係数ｋ_１を変数として、下記（１）式
反射率Ｒ＝{(Ｎ_０−ｎ_１)^２＋ｋ_１ ^２}／{(Ｎ_０＋ｎ_１)^２＋ｋ_１ ^２}・・・（２）
により計算した。

また、図５には、Ｓｉを用いた製造ラインで使用されている代表的な金属材料の４００〜６００ｎｍの波長に対する反射率を示す。
光吸収を小さくするには、消衰係数ｋが小さく、かつ、反射率が低い領域の材料が好ましい。消衰係数ｋは、４００ｎｍ〜６００ｎｍの波長の範囲で、３．０以下であり、反射率は４０％以下であることが好ましい。したがって、図５から、Ｓｉを用いた製造ラインで使用されている代表的な金属材料の中では、Ｃｕ（銅）、Ｗ（タングステン）、ＴｉＮ（窒化チタン）、不純物ドープされた多結晶Ｓｉ（シリコン）およびα−Ｓｉ（アモルファスシリコン）が好ましいことがわかる。一方、Ｍｏ（モリブデン）、Ａｇ（銀）およびＡｌ（アルミニウム）は好ましくないことがわかる。

＜Ｄ：パネルシミュレーション＞
以下、このような本実施形態の発光装置Ｅ１の消費電力およびＮＴＳＣ比を確認するために行ったパネルシミュレーションについて説明する。
このシミュレーションにおいては、図１に示した発光装置Ｅ１と同じ構成の実施例1および実施例２と、比較のために比較例１および比較例２の発光装置を用意した。

＜Ｄ−１：実施例１の構造＞
実施例１は、図１に示した発光装置Ｅ１と同じ構造であり、各色画素の各膜の材料および膜厚は上述した通り、ＭｇＡｇの光取り出し側電極２２が１０ｎｍ、ＯＬＥＤ層２１が１３０ｎｍ、ＭｏＯ_３の正孔注入膜２０が２ｎｍ、ＡｌＮｄの反射膜１３が１００ｎｍである。また、透明膜１４にはＳｉＮを用いて、赤色、緑色および青色のピーク波長が得られるように透明層１４の膜厚を調節するようにした。
＜Ｄ−２：実施例２の構造＞
実施例２は、半透過電極１５を、膜厚１０ｎｍのＡｌで形成した以外は実施例１と同じ構成である。
＜Ｄ−３：比較例１の構造＞
比較例１は、図６に示すように、図１の発光装置Ｅ１における半透過電極１５の代わりに、ＩＴＯで形成された透明導電膜１７で置き換え、この透明導電膜１７の厚さを変えることによって光路長を変えるようにした例である。その他は図１の発光装置Ｅ１とほぼ同様であり、ＭｇＡｇの光取り出し側電極２２が１０ｎｍ、ＯＬＥＤ層２１が１３０ｎｍ、ＳｉＮの透明層１４が５０ｎｍ、ＡｌＮｄの反射層１３が１００ｎｍである。また、図１の発光装置Ｅ１とは異なり、正孔注入膜２０が設けられていない。
＜Ｄ−４：比較例２の構造＞
比較例２は、図６に示すように、反射膜１３および半透過電極１５の代わりに、反射膜兼画素電極１２をＡｌＮｄで形成し、反射膜兼画素電極１２と対向電極２２との間の光学的距離Ｄを調整し、前記の式（１）においてｍ＝０を満たした光学構造となっている。各色の発光色は、カラーフィルターの選択によって得るようにしたものである。ＭｇＡｇの光取り出し側電極２２が１０ｎｍ、ＭｏＯ_３の正孔注入層２０が２ｎｍ、ＡｌＮｄの反射層兼画素電極１２が１００ｎｍである。なお、ＯＬＥＤ層２１の膜厚を１００ｎｍとしたところが実施例１および実施例２と異なっている。

＜Ｄ−５：カラーフィルター＞
このシミュレーションにおいては、図７に示すように、赤色のカラーフィルターとして、６００ｎｍ以上の光に対する透過率が８０〜９０％のカラーフィルターを用いた。図７に示すＣＦ１−Ｒは高透過率用で、ＣＦ２−Ｒは広色域用のカラーフィルターである。
また、緑色のカラーフィルターとしては、５２０〜５６０ｎｍの光に対する透過率が６５〜７０％のカラーフィルターを用いた。図７に示すＣＦ１−Ｇは高透過率用で、ＣＦ２−Ｇは広色域用のカラーフィルターである。
青色のカラーフィルターとしては、４３０〜４７０ｎｍの光に対する透過率が６０〜６５％のカラーフィルターを用いた。図７に示すＣＦ１−Ｂは高透過率用で、ＣＦ２−Ｂは広色域用のカラーフィルターである。

＜Ｄ−６：パネルシミュレーションの結果＞
図８〜図１０は、実施例１、実施例２、比較例１および比較例２の各色画素の発光スペクトルを示す図である。図８に示すにように、実施例１の方が比較例２によりも青色と赤色の取り出し効率が高くなっており、緑色の光取り出し効率は低くなっていることがわかる。また、図９に示すように、実施例２の方が比較例２によりも赤色の光取り出し効率が高くなっており、青色と緑色の光取り出し効率が低くなっていることがわかる。
しかし、図８と図９を比較すると、半透過電極１５としてＡｌを用いた実施例２よりも、半透過電極１５としてＴｉＮを用いた実施例１の方が各色において光取り出し効率が高いことがわかる。また、図９からわかるように、半透過電極１５としてＡｌを用いた実施例２は、緑色画素と青色画素において、赤色領域の波長にもピークが現れ、実施例１に比べて色純度が低いことがわかる。
さらに、図８および図９と図１０とを比べると、ＩＴＯの透明電極層を用いた比較例１の方が、実施例１、実施例２および比較例２によりも各色において光取り出し効率が高いことがわかる。

図１１に、実施例１、実施例２、比較例１および比較例２の消費電力およびＮＴＳＣ比の値を示す。消費電力は、比較例１の発光装置にカラーフィルターとしてＣＦ１を用い、全白（０．３１０、０．３１０）、２００ｃｄ／ｍ^２で表示させた時の値を１００％として規格化したものである。また、比較例２の発光装置にカラーフィルターとしてＣＦ２１を用いた場合には、表色範囲が狭く、（０．３１０、０．３１０）の白表示が不可能なため、図１１への記載を割愛した。

図１１に示すように、半透過電極１５にＴｉＮを用いた実施例１は、カラーフィルターとしてＣＦ１とＣＦ２のどちらを用いてもＮＴＳＣ比が９０％を超えており、比較例１と同等以上の色域が得られた。実施例１の発光装置に、カラーフィルターとしてＣＦ１を用いた場合の消費電力は、比較例１の１．４倍であり、カラーフィルターとしてＣＦ２を用いた場合の消費電力は、比較例１の２．１倍であった。

半透過電極１５にＡｌを用いた実施例２は、カラーフィルターとしてＣＦ１を用いた場合には、ＮＴＳＣ比が８０％程度であり、カラーフィルターとしてＣＦ２を用いた場合には、ＮＴＳＣ比が９０％を超えている。つまり、比較例１よりも若干色域が狭くなった。実施例２の発光装置は、半透過電極１５に用いたＡｌの消衰係数が大きいために光損失が大きく、カラーフィルターとしてＣＦ１を用いた場合の消費電力は、比較例１の２．２倍であり、カラーフィルターとしてＣＦ２を用いた場合の消費電力は、比較例１の３．６倍であった。

比較例１は、消費電力的には最も優れているが、透明導電膜としてＩＴＯを用いるため、Ｓｉを用いる製造ラインにおいて製造することが困難である。

比較例２は、透過率を重視したカラーフィルターＣＦ１を用いた場合には、表色範囲が狭くなってしまい、白表示できない場合もある。表色範囲を広くするために高色域用のカラーフィルターＣＦ２を用いると、ＮＴＳＣ比は７０％程度に改善するものの、不十分である。また、消費電力も比較例１の２．３倍になった。

以上のように、本実施形態の発光装置Ｅ１においては、半透過電極に、消衰係数が低い導電性材料であるＴｉＮを用いると、透明導電膜としてＩＴＯを用いた比較例１よりも若干消費電力は増加するものの、広色域なディスプレイを実現することができる。また、ＩＴＯ等の透明導電膜を必要としないので、Ｓｉを用いる製造ラインにおいて製造することができる。

＜Ｅ：半透過電極の膜厚＞
次に、半透過電極１５をＴｉＮで形成し、膜厚を２０ｎｍとした実施例３と、半透過電極１５をＡｌで形成し、膜厚を２０ｎｍとした実施例４について説明する。
図１２に実施例３、実施例４、および比較例２の各色画素の発光スペクトルを示す。図１２に示すように、半透過電極１５をＴｉＮで形成し、膜厚を２０ｎｍとした実施例３は、比較例２よりも赤色の光取り出し効率が高くなり、青色と緑色の光取り出し効率は低くなることが分かる。実施例３は、図８に示す実施例１よりも各色の光取り出し効率が若干低くなることがわかる。

また、図１４に示すように、実施例３においてカラーフィルターにＣＦ１を用いた場合には、実施例１に比べて消費電力は１．６倍になり、カラーフィルターにＣＦ２を用いた場合には、実施例１に比べて消費電力は１．７倍になることがわかる。

さらに、図１５に示すように、ＮＴＳＣ比は、実施例３においてカラーフィルターにＣＦ１を用いた場合には８１．６%、実施例３においてカラーフィルターにＣＦ２を用いた場合には９１．０%であった。

一方、図１３に示すように、半透過電極１５をＡｌで形成し、膜厚を２０ｎｍとした実施例４は、緑色領域および青色領域においては、比較例２よりも光取り出し効率が低くなっていることがわかる。また、実施例４は、図９に示す実施例２に比べても、また、図１２に示す実施例３に比べても、青色と緑色の光取り出し効率が著しく低下していることがわかる。

また、図１４に示すように、実施例４においてカラーフィルターにＣＦ１を用いた場合には、実施例２に比べて消費電力は１．７倍で高くなっていることがわかる。しかし、実施例４にカラーフィルターにＣＦ２を用いた場合には、実施例２に比べて消費電力は１．９９倍であり、消費電力が突出して高くなっていることがわかる。

さらに、図１５に示すように、ＮＴＳＣ比は、実施例４においてカラーフィルターにＣＦ１を用いた場合、および、カラーフィルターにＣＦ２を用いた場合の双方においては、比較例２と同程度までＮＴＳＣ比が低くなることがわかる。

なお、実施例１〜４において、赤色の発光強度が他の色よりも強くなる傾向であった。これは半透明電極から半透過半反射膜までの膜厚が１３０ｎｍの場合に起こる現象であり、ＯＬＥＤ層２１の膜厚を変化させた場合、赤色以外の発光強度が強くなる場合もありえる。

図１６に、半透過電極１５をＴｉＮで形成し、膜厚を１０ｎｍ、２０ｎｍ、５００ｎｍにした場合の波長に対する反射率の変化と、半透過電極１５をＡｌで形成し、膜厚を１０ｎｍ、２０ｎｍ、５００ｎｍにした場合の波長に対する反射率の変化を示す。また、図１７に、半透過電極１５をＴｉＮで形成し、膜厚を１０ｎｍ、２０ｎｍにした場合の波長に対する透過率の変化と、半透過電極１５をＡｌで形成し、膜厚を１０ｎｍ、２０ｎｍにした場合の波長に対する透過率の変化を示す。

図１６に示す反射率は、図１８に示すように、半透過電極１５の下層の透明膜１４と、上層の発光機能層１６の屈折率ｎを１．８として、発光機能層１６内を透過して半透過電極１５で反射する光の反射率を求めたものである。また、図１７に示す透過率は、半透過電極１５の下層の透明膜１４と、上層の発光機能層１６の屈折率ｎを１．８として、発光機能層１６内を透過し、さらに半透過電極１５を透過して透明膜１４内に進む光の透過率を求めたものである。

上述したように、光吸収を少なくするには、反射率は３０％以内が好ましい。また、透過率としては、４０％以上が好ましい。したがって、図１６および図１７からわかるように、４００〜６００ｎｍの波長の範囲では、半透過電極１５としてＴｉＮを採用し、その膜厚を１０ｎｍ〜２０ｎｍに設定すれば良いことがわかる。

一方、半透過電極１５としてＴｉＮを採用した場合でも、その膜厚を５００ｎｍにしてしまうと、反射率が高くなり過ぎ、殆ど透過しないことがわかる。また、半透過電極１５としてはＡｌはその膜厚が１０ｎｍでも問題があることがわかる。

＜Ｆ：応用例＞
次に、本発明に係る発光装置を利用した電子機器について説明する。図１９は、上述の実施形態に係る発光装置Ｅ１を表示装置として採用したモバイル型のパーソナルコンピュータの構成を示す斜視図である。パーソナルコンピュータ２０００は、表示装置としての発光装置Ｄ１と本体部２０１０とを備える。本体部２０１０には、電源スイッチ２００１およびキーボード２００２が設けられている。この発光装置Ｅ１は有機ＥＬ素子を使用しているので、視野角が広く見易い画面を表示できる。

図２０に、上述の実施形態に係る発光装置Ｅ１を適用した携帯電話機の構成を示す。携帯電話機３０００は、複数の操作ボタン３００１およびスクロールボタン３００２、ならびに表示装置としての発光装置Ｅ１を備える。スクロールボタン３００２を操作することによって、発光装置Ｅ１に表示される画面がスクロールされる。

図２１に、上述の実施形態に係る発光装置Ｅ１を適用した携帯情報端末（ＰＤＡ：Personal Digital Assistant）の構成を示す。情報携帯端末４０００は、複数の操作ボタン４００１および電源スイッチ４００２、ならびに表示装置としての発光装置Ｅ１を備える。電源スイッチ４００２を操作すると、住所録やスケジュール帳といった各種の情報が発光装置Ｅ１に表示される。

なお、本発明に係る発光装置が適用される電子機器としては、図１９から図２１に示したもののほか、デジタルスチルカメラ、テレビ、ビデオカメラ、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳、電子ペーパー、電卓、ワードプロセッサ、ワークステーション、テレビ電話、ＰＯＳ端末、プリンタ、スキャナ、複写機、ビデオプレーヤ、タッチパネルを備えた機器等などが挙げられる。

また、上述した実施形態においては、全ての色の画素において、発光機能層１６と透明膜１４の間にＴｉＮ等の半透過電極１５を設ける例について説明した。しかしながら、本発明はこのような場合に限定されるものではなく、例えば、緑色画素と青色画素においては発光機能層１６と透明膜１４の間にＴｉＮ等の半透過電極１５を設け、赤色画素においては図６に示す比較例２のような０次共振構造を採用するようにしてもよい。
また、いずれか一色の画素のみにおいて、発光機能層１６と透明膜１４の間にＴｉＮ等の半透過電極１５を設けるようにしてもよい。

１２……反射層兼画素電極、１３……反射膜、１４……透明膜、１５……半透過電極、１６……発光機能層、１７……透明導電膜、２０……正孔注入膜、２１……ＯＬＥＤ層、２２…対向電極、２４……正孔輸送膜、２６……積層発光膜、２８……電子輸送膜、３０……封止膜、４０……カラーフィルター、Ｅ１……発光装置。

Claims (14)

1. 基板と、
   前記基板上に形成された光反射膜と、
   前記光反射層上に形成された発光層と、
   前記発光層上に形成された光取り出し側電極とを備え、前記光反射膜と光取り出し側電極の間の光路長を調整した共振構造を有する発光装置であって、
   少なくとも一つの色の画素は、前記発光層と光反射膜との間に、前記光反射膜上に形成される透明膜と、前記透明膜上に形成される半透過電極とを備える、
   ことを特徴とする発光装置。
2. 前記半透過電極は、４００ｎｍから６００ｎｍの波長に対する消衰係数が３．０以下であることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
3. 前記半透過電極は、ＴｉＮで形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の発光装置。
4. 前記半透過電極は、半導体材料で形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の発光装置。
5. 前記半透過電極は、不純物ドープされた多結晶Ｓｉ、または、アモルファスＳｉで形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の発光装置。
6. 前記半透過電極の膜厚は、１０ｎｍ〜２０ｎｍに設定されていることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一記載の発光装置。
7. 前記半透過電極と前記発光層との間に正孔注入膜がさらに形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか一記載の発光装置。
8. 前記正孔注入層は酸化物、特に、ＭｏＯ_３であることを特徴とする請求項７記載の発光装置。
9. 前記光反射層から光取り出し側電極までの光学的距離をＤ、半透過電極での反射における位相シフトをφ_Ｌ、光取り出し側電極での反射における位相シフトをφ_Ｕ、定在波のピーク波長をλ、整数をｍとすると、
   Ｄ＝{(２πｍ＋φ_Ｌ＋φ_Ｕ)／４π}λ
   を満たす共振構造を有し、前記透明膜以外の各膜および各層の膜厚は、各色の画素において同じ値に設定されていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか一記載の発光装置。
10. 光反射膜は、Ａｌ、Ａｇ、もしくはこれらの合金材料であることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか一記載の発光装置。
11. 前記光取り出し側電極はアルカリ金属、アルカリ土類金属を含んだ合金材料であることを特徴とする請求項１ないし請求項１０のいずれか一記載の発光装置。
12. 前記光取り出し側電極はＭｇＡｇであることを特徴とする請求項１ないし請求項１０のいずれか一記載の発光装置。
13. 前記光取り出し側電極の上層にはカラーフィルターが設けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項１２のいずれか一記載の発光装置。
14. 請求項１ないし請求項１３のいずれか一記載の発光装置を備えたことを特徴とする電子機器。
    

Images