JP4164251B2 - 有機ｅｌカラーディスプレイ及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の発光色を呈する発光層からる有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子を要素とした有機ＥＬカラーディスプレイ及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
有機ＥＬディスプレイは、有機ＥＬ素子を基本要素とするもので、平面基板上に形成された有機ＥＬ素子を点灯又は非点灯することで、画像表示を行うものである。有機ＥＬ素子とは、所定面積の電極を対向配置して、一方を正電圧が印加される陽極、他方を負電圧が印加される陰極とし、この電極間に発光層を含む有機化合物材料層を介在させたものであり、電極間に電圧を印加することで、陰極から電子が、陽極から正孔がそれぞれ発光層に注入され、この発光層中で電子−正孔の再結合が起こることにより発光が生じる面発光素子である。この有機ＥＬ素子を単位面発光要素として平面基板上にマトリクス状に形成し、これをドットマトリクス駆動することにより、高精細な画像が表示できるフラットパネルディスプレイを形成することができる。
【０００３】
また、有機化合物材料の研究によって、色純度の高いＲ，Ｇ，Ｂ各発光色を呈する有機ＥＬ素子が開発されたことを受けて、この各色の素子を画素毎に配設して、フルカラー表示を行う有機ＥＬカラーディスプレイが開発されている。図８は、その素子構造を示す説明図である。
【０００４】
同図において、透明なガラス等から成る基板１上には、ＴＦＴ２が形成されており、更にはＩＴＯ等の透明導電材料からなる透明電極３（陽極）が１つの要素毎に独立して形成されている。この透明電極３間には、ポリイミド等からなる絶縁膜４が形成されている。そして、この透明電極３上に、複数の有機化合物材料層５が形成され、その有機化合物材料層５の上を覆って、Ａｌ等からなる金属電極（陰極）６が形成されている。有機化合物材料層５は、基板１上の透明電極３及び絶縁膜４上に形成される正孔輸送機能層（正孔注入層５１，正孔輸送層５２）、その上に形成される、異なる有機化合物材料によって異なる色を発光する発光層５０Ｂ，５０Ｇ，５０Ｒ、その上に形成される電子輸送機能層（電子輸送層５３，電子注入層５４）からなる。また、破線間の矢印の領域はＲＧＢ各色の発光領域を示している。
【０００５】
このような素子構造からなる有機ＥＬカラーディスプレイにおいては、発光層５２Ｂ，５２Ｇ，５２Ｒから放射して基板１から出射する光として、直接透明電極３を介して基板１から出射する光、金属電極６側に出射して金属電極３の表面で反射されて基板１から出射する光、基板１，透明電極３及び多層化された有機化合物材料層５の各界面で反射して基板１から出射する光が存在し、これらの光が干渉して出力に影響を及ぼすことが知られている。特開平２０００−３２３２７７号公報には、発光層を除く有機化合物材料層の各層を発光色に対応してそれぞれ異なる膜厚に設定し、反射干渉現象を利用することで各色取り出し光の高効率化を図ることが記載されている。
【０００６】
上述の説明では、アクティブマトリクス型の有機ＥＬカラーディスプレイを例にして説明したが、単純マトリクス（パッシブ）型の有機ＥＬカラーディスプレイも、素子構造自体には大きな違いはなく、同様に反射干渉現象を利用した出力の高効率化が図られている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前述の特開平２０００−３２３２７７号公報に記載されたものでは、透明電極の膜厚を一定にすることを前提としているので、有機化合物材料層と透明電極との境界で反射する反射光を対象とした反射干渉現象と、透明電極と基板との境界で反射する反射光を対象にした反射干渉現象とを共に考慮した取り出し光の高効率化ができないという問題がある。また、発光層を除いた有機化合物材料層を各色に対応して異なる膜厚に設定しているが、有機化合物材料層の膜厚は、本来その機能を充分に発揮するために設定されるべきものであり、この膜厚を反射干渉現象を考慮して設定した場合には、各色発光層の電圧輝度効率が低下してしまう問題があった。
【０００８】
更には、発光層を除いた有機化合物材料層である正孔輸送機能層及び電子輸送機能層は一般には各色に拘わらず各機能毎に同じ材料で且つ均一な膜厚とすることがなされており、この各機能層の膜厚を各色毎に異なる膜厚にすると生産性が悪化する問題が生じる。
【０００９】
本発明は、このような事情に対処するために提案されたものであって、各種の反射光を考慮して取り出し光の高効率化を達成することができると共に、発光層を除いた有機化合物材料層はその機能に応じた膜厚を設定することができ、また良好な生産性を確保できる有機ＥＬカラーディスプレイ及びその製造方法を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の有機ＥＬカラーディスプレイ又はその製造方法は、以下の特徴を具備するものである。
【００１１】
一つには、透明電極と少なくとも発光層を含む複数の有機化合物材料層と金属電極とを透明基板上に順次積層してなる有機ＥＬ素子を要素として、異なる有機化合物材料によって異なる発光色を呈する前記発光層からなる前記有機ＥＬ素子を複数配列してなる有機ＥＬカラーディスプレイにおいて、前記透明電極は、発光色に対応した異なる膜厚を有し、前記発光層を除く前記有機化合物材料層のうちで同一機能を有するいずれかの機能層の少なくとも一層が一定膜厚を有し、前記各有機ＥＬ素子の前記透明電極と前記有機化合物材料層は、波長λを中心波長として発光する前記発光層の発光界面から前記透明電極と前記透明基板との境界までの光学距離がλ／４の偶数倍と略等しくなるような膜厚で、成膜されていることを特徴とする。
【００１２】
また一つには、透明電極と少なくとも発光層を含む複数の有機化合物材料層と金属電極とを透明基板上に順次積層してなる有機ＥＬ素子を要素として、異なる有機化合物材料によって異なる発光色を呈する前記発光層からなる前記有機ＥＬ素子を複数配列してなる有機ＥＬカラーディスプレイにおいて、前記透明電極は、発光色に対応した異なる膜厚を有し、前記発光層を除く前記有機化合物材料層のうちで同一機能を有するいずれかの機能層の少なくとも一層が一定膜厚を有し、前記各有機ＥＬ素子の前記透明電極と前記有機化合物材料層は、波長λを中心波長として発光する前記発光層の発光界面から前記透明電極と前記透明基板との境界までの光学距離がλ／４の偶数倍と略等しく、且つ前記発光層の発光界面から前記金属電極と前記有機化合物材料層との境界までの光学距離がλ／４の奇数倍と略等しくなるような膜厚で、成膜されていることを特徴とする。
【００１３】
また一つには、前述の特徴に併せて、前記発光層の発光界面から前記有機化合物材料層と前記透明電極との境界までの光学距離がλ／４の奇数倍と略等しくなるような膜厚で、前記有機化合物材料層が成膜されていることを特徴とする。
【００１４】
また一つには、透明電極と少なくとも発光層を含む複数の有機化合物材料層と金属電極とを透明基板上に順次積層してなる有機ＥＬ素子を要素として、異なる有機化合物材料によって異なる発光色を呈する前記発光層からなる前記有機ＥＬ素子を複数配列してなる有機ＥＬカラーディスプレイにおいて、前記透明電極は、発光色に対応した異なる膜厚を有し、前記発光層を除く前記有機化合物材料層のうちで同一機能を有するいずれかの機能層の少なくとも一層が一定膜厚を有し、前記各有機ＥＬ素子の前記透明電極と前記有機化合物材料層は、波長λを中心波長として発光する前記発光層の発光界面から前記透明電極と前記有機化合物材料層との境界までの光学距離、前記発光層の発光界面から前記金属電極と前記有機化合物材料層との界面までの光学距離、且つ前記透明電極の前記有機化合物材料層との界面と前記透明基板の前記透明電極との界面までの光学距離がλ／４と略等しくなるような膜厚で、成膜されていることを特徴とする。
【００１５】
また一つには、屈折率ｎ３，膜厚ｄ３である透明電極、少なくとも屈折率ｎ１，膜厚ｄ１である電子輸送層、屈折率ｎ２，膜厚ｄ２である正孔輸送層、発光層を含む複数の有機化合物材料層と金属電極とを透明基板上に順次積層してなる有機ＥＬ素子を要素として、異なる有機化合物材料によって異なる発光色を呈する前記発光層からなる前記有機ＥＬ素子を複数配列してなる有機ＥＬカラーディスプレイにおいて、前記透明電極は、発光色に対応した異なる膜厚を有し、前記発光層を除く前記有機化合物材料層のうちで同一機能を有するいずれかの機能層の少なくとも一層が一定膜厚を有し、異なる発光色を呈する前記有機ＥＬ素子毎に、波長λを各発光色の中心波長として各発光層の発光界面から前記金属電極と前記有機化合物材料層との境界までの光学距離（ｎ１・ｄ１）、各発光層の発光界面から前記透明電極と前記有機化合物材料層との界面までの光学距離（ｎ２・ｄ２）、且つ前記透明電極の前記有機化合物材料層の界面と前記透明基板の前記透明電極との界面までの光学距離（ｎ３・ｄ３）がλ／４と略等しくなるような膜厚で成膜されていることを特徴とする。
【００１６】
また一つには、透明電極と少なくとも発光層を含む複数の有機化合物材料層と金属電極とを透明基板上に順次積層してなる有機ＥＬ素子を要素として、異なる有機化合物材料によって異なる発光色を呈する前記発光層からなる前記有機ＥＬ素子を複数配列してなる有機ＥＬカラーディスプレイの製造方法において、前記透明電極を発光色に対応してそれぞれ異なる膜厚に成膜する工程を有すると共に、前記有機ＥＬ素子のすべてについて、同一の有機化合物材料からなる連続した一定膜厚を有する共通層を積層する共通積層工程を少なくとも１工程以上有し、波長λを中心波長として発光する前記発光層の発光界面から前記透明電極と前記透明基板との境界までの光学距離がλ／４の偶数倍と略等しくなるような膜厚で、前記有機化合物材料層と前記透明電極が成膜されることを特徴とする。
【００１７】
透明電極と少なくとも発光層を含む複数の有機化合物材料層と金属電極とを透明基板上に順次積層してなる有機ＥＬ素子を要素として、異なる有機化合物材料によって異なる発光色を呈する前記発光層からなる前記有機ＥＬ素子を複数配列してなる有機ＥＬカラーディスプレイの製造方法において、前記透明電極を発光色に対応してそれぞれ異なる膜厚に成膜する工程を有すると共に、前記有機ＥＬ素子のすべてについて、同一の有機化合物材料からなる連続した一定膜厚を有する共通層を積層する共通積層工程を少なくとも１工程以上有し、波長λを中心波長として発光する前記発光層の発光界面から前記透明電極と前記透明基板との境界までの光学距離がλ／４の偶数倍と略等しく、且つ前記発光層の発光界面から前記金属電極と前記有機化合物材料層との境界までの光学距離がλ／４の奇数倍と略等しくなるような膜厚で、前記有機化合物材料層と透明電極が成膜されていることを特徴とする。
【００１８】
また一つには、前記発光層の発光界面から前記有機化合物材料層と前記透明電極との境界までの光学距離がλ／４の奇数倍と略等しくなるような膜厚で、前記有機化合物材料層が成膜されていることを特徴とする。
【００２８】
前記各請求項に係る発明は以下の作用を奏するものである。
【００２９】
本発明によると、透明電極の膜厚を発光色に対応させて異なる膜厚に設定することにより、有機化合物材料層と透明電極との境界で反射する反射光と、透明電極と基板との境界で反射する反射光との両方を考慮して、取り出し光の干渉による高効率化を設定することができる。また、透明電極のみによって干渉による高効率化を達成する場合には、有機化合物材料層の各機能層は、各機能の応じた膜厚又は生産性を考慮に入れた均一な膜厚とすることが可能になる。これによって、生産性又は発光層の発光効率の最適化を図りながら、取り出し光の高効率化を達成することが可能になる。
【００３０】
特に、有機化合物材料層の各機能層の少なくとも一層を、ディスプレイの全面において一定膜厚とするか又は同一の有機化合物材料により形成することにより、生産性の向上を図ることが可能になる。この一定膜厚又は同一材料の機能層としては、発光層から陽極側に積層された正孔輸送層或いは正孔注入層、又は発光層から陰極側に積層された電子輸送層とすることができる。
【００３１】
また、発光層から放射して透明電極と透明基板との境界で反射して再び発光層側に戻る光を対象にした反射干渉現象を考慮して取り出し光の高効率化を達成することができる。
【００３２】
また、発光層から放射して透明電極と透明基板との境界で反射して再び発光層側に戻る光及び発光層から後面方向に放射して金属電極の界面で反射して前面基板側に向けられる光を対象とした反射干渉現象を考慮して取り出し光の高効率化を達成することができる。
【００３３】
また、発光層から放射して有機化合物材料層と透明電極との境界で反射して再び発光層側に戻る光を対象にした反射干渉現象を考慮して、取り出し光の高効率化を達成することができる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の有機ＥＬカラーディスプレイにおける第１の実施形態を示す説明図である。図はＲＧＢ各色の発光領域における層構造を示している。この実施形態は、各色の有機化合物材料層及び透明電極の膜厚を全て光学膜厚としたものである。有機ＥＬカラーディスプレイは複数の有機ＥＬ素子を要素としており、各々の有機ＥＬ素子は、異なる有機化合物材料によって異なる発光色を呈する発光層を備えており、各色の有機ＥＬ素子が複数配列して有機ＥＬカラーディスプレイを形成している。そして、各有機ＥＬ素子は、透明なガラス等から成る基板１、その上に形成されたＩＴＯ等の透明電極３、有機化合物材料層５を形成する正孔輸送機能層５Ａ，発光層５０Ｒ（５０Ｇ，５０Ｂ），電子輸送機能層５Ｂ、及びＡｌ等から成る金属電極６から構成され、この金属電極６が図示省略したＳｉＮ4等から成る封止材で覆われている。
【００３５】
各有機ＥＬ素子において、独立して別個に積層された発光層５０Ｒ，５０Ｇ，５０Ｂはそれぞれ電流印加時に異なる発光色の赤，緑，青を呈する異なる有機化合物材料から成っており、有機ＥＬカラーディスプレイは、赤，緑及び青の発光色の有機ＥＬ素子の組を一つの画素として、例えば、これら複数画素をマトリクス配列することによりカラー表示を行うものである。
【００３６】
まず、図２によって、有機ＥＬ素子における反射干渉現象について説明する。ここで、電子輸送機能層５Ｂ，正孔輸送機能層５Ａ，透明電極３はそれぞれｎ１，ｎ２，ｎ３の屈折率を有し、各膜厚がｄ１，ｄ２，ｄ３であるとする。そして、基板１の屈折率をｎ４とすると、ｎ１≒ｎ２＜ｎ３＞ｎ４の関係にあるとする。
【００３７】
この場合に、反射干渉現象の対象として考慮すべき光の態様は、発光層５０の発光界面５０ａ（発光層５０と正孔輸送機能層５Ａとの界面を発光界面とする。）から前面に放射される光ａ、発光界面５０ａから後面に放射される光ａ’、発光界面５０ａから後面に放射されて金属電極の界面で反射する光ｂ、発光界面５０ａから前面に放射されて正孔輸送機能層５Ａと透明電極３との境界で反射して再び発光界面５０ａに戻る光ｃ、発光界面５０ａから前面に放射されて透明電極３と基板１との境界で反射して再び発光界面５０ａに戻る光ｄとなる。実際上の発光領域は素子構造や使用する有機化合物材料に大きく依存するが、発光層５０と正孔輸送機能層５Ａとの界面から数〜数十ｎｍに分布していると考えられるので、前述の発光界面５０ａを定義して、そこからの光学距離によって反射干渉現象を検討するものとする。
【００３８】
そして、波長λの光ａと光ｂが強め合う条件は（１）式のとおり、すなわち、波長λを中心波長として発光する発光層の発光界面５０ａから金属電極６の界面までの光学距離ｎ１・ｄ１がλ／４の奇数倍である。
【００３９】
【数１】
【００４０】
また、波長λの光ａ’と光ｄが強め合う条件は（２）式のとおり、すなわち、波長λを中心波長として発光する発光層の発光界面５０ａから透明電極３と基板１との境界までの光学距離（ｎ２・ｄ２＋ｎ３・ｄ３）がλ／４の偶数倍である。
【００４１】
【数２】
【００４２】
更に、中心波長λの光ａ’と光ｃが強め合う条件は（３）式のとおり、すなわち、波長λを中心波長として発光する発光層の発光界面５０ａから有機化合物材料層５と透明電極３との境界までの光学距離（ｎ２・ｄ２）がλ／４の奇数倍である。
【００４３】
【数３】
【００４４】
したがって、（１）〜（３）式を全て満足する光学距離の関係は、以下のとおりである。
【００４５】
【数４】
【００４６】
【数５】
図１の実施形態では、ＲＧＢの各色における電子輸送機能層５Ｂ，正孔輸送機能層５Ａ，透明電極３に対して、ＲＧＢに相当する中心波長（λＲ＝６５０ｎｍ，λＧ＝５２０ｎｍ，λＢ＝４６０ｎｍ）からλＲ／４，λＧ／４，λＢ／４を求めて（５）式より各層の光学距離を以下のように設定している。
【００４７】
【数６】
【００４８】
ここで、透明電極３（ＩＴＯ）の各色毎の屈折率は、ｎ３（λＲ）＝１.８１，ｎ３（λＧ）＝１.９４，ｎ４（λＢ）＝２.００であるから、透明電極３の各色毎の膜厚（ｎｍ）は、ｄ３（λＲ）＝９０，ｄ３（λＧ）＝６７，ｄ４（λＢ）＝５８となる。このように透明電極３の各色における膜厚ｄ３を発光色に対応した異なる厚さにすることで、（１）〜（３）式を全て満たして、考慮した全ての光が互いに強め合うような設定が可能になり、各色発光層から放射した光を最も効率よく取り出すことができる。
【００４９】
［設定例１］電子輸送機能層をＡｌｑ、正孔輸送機能層をＮＰＢ、透明電極をＩＴＯ、基板をＡＳガラスとして、図１の実施形態における設定例を以下に示す。ここでｎ１〜ｎ４は各波長（λＲ＝６５０ｎｍ，λＧ＝５２０ｎｍ，λＢ＝４６０ｎｍ）における屈折率の実測値を示している。
【００５０】
【表１】
【００５１】
次に、本発明の有機ＥＬカラーディスプレイの第２の実施形態を図３を参照して説明する（以下の各実施形態において、前述の実施形態と同一の部位には同一の符号を付して一部説明を省略する。また、図はＲＧＢ各色の発光領域における層構造を示しており、発光層を図示省略している。）。この実施形態は、発光界面５０ａから前面に放射されて正孔輸送機能層５Ａと透明電極３との境界で反射して再び発光界面５０ａに戻る光ｃを無視して、反射光としては、発光界面５０ａから後面に放射されて金属電極の界面で反射する光ｂ及び発光界面５０ａから前面に放射されて透明電極３と基板１との境界で反射して再び発光界面５０ａに戻る光ｄのみを考慮したものである。
【００５２】
以下に、前述の設定例１における各層境界（電子輸送機能層；Ａｌｑ，正孔輸送機能層；ＮＰＢ，透明電極；ＩＴＯ，基板；ＡＳガラス）での電界振幅反射率の実測値を示す。
【００５３】
【表２】
【００５４】
この表から明らかなように、実際には、有機化合物材料層間又は有機化合物材料層と透明電極３との境界での反射率は、透明電極３と基板１との境界における反射率と比較するとかなり小さく、前者の反射光を無視することは実用上問題にならない。したがって、前述の（１）式と（２）式のみ、すなわち、波長λを中心波長として発光する発光層の発光界面５０ａから透明電極３と基板１との境界までの光学距離（ｎ２・ｄ２＋ｎ３・ｄ３）がλ／４の偶数倍であり、且つ発光界面５０ａから金属電極６の界面までの光学距離ｄ１がλ／４の奇数倍となる関係から、ｍ＝１として以下の関係を得る。
【００５５】
【数７】
【００５６】
ここで、ｄ２とｄ３については、例えば各色で駆動電圧をそろえるように膜厚設定を行う。すなわち、正孔輸送機能層を厚く形成し、透明電極を薄くすると、電流輝度特性は変わらないが電圧輝度特性は劣化するので、これを利用して、駆動条件が各色毎に同じになるように正孔輸送機能層ｄ２の膜厚を設定することができる。そして、透明電極膜厚ｄ３を各色毎に異なる値とすることで（７）式を満足することが可能になり、実用的な取り出し光の高効率化も併せて達成することができるものである。
【００５７】
次に、本発明の有機ＥＬカラーディスプレイにおける第３の実施形態を図４によって説明する。この実施形態では、図３の実施形態と同様に有機化合物材料層間の反射及び有機化合物材料層と透明電極との境界での反射を無視して、（１）式と（２）式のみからｎ１・ｄ１＝λ／４、ｎ２・ｄ２＋ｎ３・ｄ３＝λ／２の条件を求め、これに対して、正孔輸送機能層５Ａの膜厚ｄ２を各色共通の一定値として設定したものである。これによると、透明電極３膜形成後に正孔輸送機能層５Ａをパネル一面に一様に形成することができるので生産性の向上を図ることができる。正孔輸送機能層５ＡはＮＰＢ等の単一材料からなる正孔輸送層の単層であっても良いし、正孔輸送層と透明電極との間にＣｕＰＣ等から成る単一材料の正孔注入層を積層させたものでもよい。
【００５８】
［設定例２］電子輸送機能層をＡｌｑ、正孔輸送機能層をＮＰＢ、透明電極をＩＴＯ、基板をＡＳガラスとして、図４の実施形態における設定例を以下に示す。ここでｎ１〜ｎ４は各波長（λＲ＝６５０ｎｍ，λＧ＝５２０ｎｍ，λＢ＝４６０ｎｍ）における屈折率の実測値を示している。
【００５９】
【表３】
【００６０】
次に、本発明の有機ＥＬカラーディスプレイにおける第４の実施形態を図５によって説明する。この実施形態においては、透明電極３、正孔輸送機能層５Ａについては図４の実施形態と同様であり、陰極側の電子輸送機能層５Ｂの膜厚ｄ１を各色共通の一定値として設定したものである。この場合には、膜厚ｄ１を各色共通の一定値にすることにより、前述の（１）式を全ての色において満足することはできなくなる。したがって、特定の色のみで（１）式を満足させた膜厚ｄ１を設定すると共に、透明電極３の膜厚ｄ３を各色毎に異なる値に設定し、（２）式を満足するように正孔輸送機能層５Ａの膜厚ｄ２を設定する。これによると、実用的に取り出し光の高効率化を達成しながら、正孔輸送機能層５Ａと電子輸送機能層５Ｂを共に一定膜厚とすることで、更に生産性の向上を図ることができる。この際の電子輸送機能層５Ｂは、Ａｌｑ等からなる単一材料の電子輸送層の単層であっても良いし、電子輸送層と金属電極６との間にＬｉ2Ｏ等から成る単一材料の電子注入層を積層させたものでもよい。
【００６１】
［設定例３］電子輸送機能層をＡｌｑ、正孔輸送機能層をＮＰＢ、透明電極をＩＴＯ、基板をＡＳガラスとして、図５の実施形態における設定例を以下に示す。ここでｎ１〜ｎ４は各波長（λＲ＝６５０ｎｍ，λＧ＝５２０ｎｍ，λＢ＝４６０ｎｍ）における屈折率の実測値を示している。
【００６２】
【表４】
【００６３】
以下に、本発明に係る有機ＥＬカラーディスプレイの製造方法を説明する。図６において、まず、同図（ａ）に示すように、それぞれＩＴＯからなるＲＧＢ用の透明電極３をガラス基板１上に形成する。透明電極の膜厚ｄ３は表４に示すようにＲＧＢの各発光色に対応して異なる値となるように予め設定されており、各色毎のマスクを用いて蒸着時間を各色毎に設定して所望の膜厚を形成する。
【００６４】
次に同図（ｂ）に示すように、真空蒸着等によって正孔輸送機能層５Ａを透明電極３の上に一様に形成する。この正孔輸送機能層５Ａは前述のようにＮＰＢの単層であってもよいし、正孔注入層としてＣｕＰＣ等の単層を積層した後のＮＰＢを積層するようにしてもよい。いずれにしても、この正孔輸送機能層５Ａの形成は、同一の有機化合物材料からなる連続した一定膜厚を有する共通層を積層する工程とする。
【００６５】
次に同図（ｃ）に示すように、各色毎に発光層５０を形成し、更にその上に真空蒸着等によって電子輸送機能層５Ｂを一様に形成する。この電子輸送機能層５Ｂは前述のようにＡｌｑの単層であってもよいし、この単層を積層した後に電子注入層としてＬｉ２Ｏ等の単層を積層するようにしてもよい。いずれにしても、この電子輸送機能層５Ｂの形成は、同一の有機化合物材料からなる連続した一定膜厚を有する共通層を積層する工程とする。そして、同図（ｄ）に示すように、電子輸送機能層５Ｂ上にＡｌ−Ｌｉ等の低仕事関数の金属電極６を蒸着又はスパッタ等の手段で成膜し、更にその上を図示省略した封止材で覆う。
【００６６】
この製造方法によると、透明電極３の形成工程はマスク等を用いた各色毎に膜厚を設定する煩雑な工程を要するが、その後の成膜工程を簡略化することが可能になる。特に、基板上に透明電極３を形成した状態で資材を流通させることを考えると、ディスプレイの生産性を著しく向上させることが可能になる。
【００６７】
そして、正孔輸送機能層５Ａ及び電子輸送機能層５Ｂを表４の膜厚ｄ２及び膜厚ｄ１となるように設定することで、実用的に有効な範囲で反射干渉現象による取り出し光の高効率化を達成することも可能になる。
【００６８】
図７は、本発明に係る有機ＥＬカラーディスプレイの製造方法における他の実施形態を示す説明図である。これは、各色取り出し光の高効率化を最も重要視した［設定例１］を得るための実施形態である。まず、同図（ａ）に示すように、それぞれＩＴＯからなるＲＧＢ用の透明電極３をガラス基板１上に膜厚ｄ３が表１に示す値となるように形成する。そして、この透明電極３上に正孔輸送機能層の共通層５Ａ’を同一の有機化合物材料からなる連続した一定膜厚で形成する。この共通層５Ａ’の膜厚は、表１におけるｄ２の最小値（５９ｎｍ）に設定されている。
【００６９】
次に同図（ｂ）に示すように、Ｒ及びＧに対して正孔輸送機能層を必要な厚さだけ付加して、ＲＧＢ各色の膜厚ｄ２が表１に示す値になるように、正孔輸送機能層５Ａを形成する。更に同図（ｃ）に示すように、各色毎の発光層５０を形成した後、電子輸送機能層の共通層５Ｂ’を同一の有機化合物材料からなる連続した一定膜厚で形成する。この共通層５Ｂ’の膜厚は、表１におけるｄ１の最小値（６２ｎｍ）に設定されている。
【００７０】
そして、同図（ｄ）に示すように、Ｒ及びＧに対して電子輸送機能層を必要な厚さだけ付加して、ＲＧＢ各色の膜厚ｄ１が表１に示す値になるように、電子輸送機能層５Ｂを形成する。以下、前述の実施形態と同様に電子輸送機能層５Ｂ上に金属電極６を成膜し、更にその上を封止材で覆う。また、この実施形態においても、前述の実施形態と同様に、正孔輸送機能層５ＡはＮＰＢ等の単層であってもよいし、正孔注入層としてＣｕＰＣ等の単層を積層した後のＮＰＢを積層するようにしてもよく、電子輸送機能層５Ｂは、Ａｌｑ等の単層であってもよいし、この単層を積層した後に電子注入層としてＬｉ２Ｏ等の単層を積層するようにしてもよい。
【００７１】
この製造方法によると、前述の（１）〜（３）式を全て満足する膜厚の設定をすることで、各色の取り出し光を最大限高効率化することが可能になると共に、有機化合物材料層の形成に際して共通層を先に形成して、その後に各色の層を付加するようにしたので、膜形成の時間を短縮化することが可能になり、生産性の向上を図ることができる。
【００７２】
【発明の効果】
本発明は、このように構成されるので、各種の反射光を考慮して取り出し光の高効率化を達成することができると共に、発光層を除いた有機化合物材料層はその機能に応じた膜厚を設定することができ、また良好な生産性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の有機ＥＬカラーディスプレイにおける実施形態を示す説明図である。
【図２】有機ＥＬ素子における反射干渉現象を説明する説明図である。
【図３】本発明の有機ＥＬカラーディスプレイにおける実施形態を示す説明図である。
【図４】本発明の有機ＥＬカラーディスプレイにおける実施形態を示す説明図である。
【図５】本発明の有機ＥＬカラーディスプレイにおける実施形態を示す説明図である。
【図６】本発明の有機ＥＬカラーディスプレイの製造方法における実施形態を示す説明図である。
【図７】本発明の有機ＥＬカラーディスプレイの製造方法における実施形態を示す説明図である。
【図８】従来の有機ＥＬカラーディスプレイの素子構造を示す説明図である。
【符号の説明】
１ 基板
２ ＴＦＴ
３ 透明電極
４ 絶縁膜
５ 有機化合物材料層
５Ａ 正孔輸送機能層
５Ｂ 電子輸送機能層
５０ 発光層
６ 金属電極
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の発光色を呈する発光層からる有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子を要素とした有機ＥＬカラーディスプレイ及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
有機ＥＬディスプレイは、有機ＥＬ素子を基本要素とするもので、平面基板上に形成された有機ＥＬ素子を点灯又は非点灯することで、画像表示を行うものである。有機ＥＬ素子とは、所定面積の電極を対向配置して、一方を正電圧が印加される陽極、他方を負電圧が印加される陰極とし、この電極間に発光層を含む有機化合物材料層を介在させたものであり、電極間に電圧を印加することで、陰極から電子が、陽極から正孔がそれぞれ発光層に注入され、この発光層中で電子−正孔の再結合が起こることにより発光が生じる面発光素子である。この有機ＥＬ素子を単位面発光要素として平面基板上にマトリクス状に形成し、これをドットマトリクス駆動することにより、高精細な画像が表示できるフラットパネルディスプレイを形成することができる。
【０００３】
また、有機化合物材料の研究によって、色純度の高いＲ，Ｇ，Ｂ各発光色を呈する有機ＥＬ素子が開発されたことを受けて、この各色の素子を画素毎に配設して、フルカラー表示を行う有機ＥＬカラーディスプレイが開発されている。図８は、その素子構造を示す説明図である。
【０００４】
同図において、透明なガラス等から成る基板１上には、ＴＦＴ２が形成されており、更にはＩＴＯ等の透明導電材料からなる透明電極３（陽極）が１つの要素毎に独立して形成されている。この透明電極３間には、ポリイミド等からなる絶縁膜４が形成されている。そして、この透明電極３上に、複数の有機化合物材料層５が形成され、その有機化合物材料層５の上を覆って、Ａｌ等からなる金属電極（陰極）６が形成されている。有機化合物材料層５は、基板１上の透明電極３及び絶縁膜４上に形成される正孔輸送機能層（正孔注入層５１，正孔輸送層５２）、その上に形成される、異なる有機化合物材料によって異なる色を発光する発光層５０Ｂ，５０Ｇ，５０Ｒ、その上に形成される電子輸送機能層（電子輸送層５３，電子注入層５４）からなる。また、破線間の矢印の領域はＲＧＢ各色の発光領域を示している。
【０００５】
このような素子構造からなる有機ＥＬカラーディスプレイにおいては、発光層５２Ｂ，５２Ｇ，５２Ｒから放射して基板１から出射する光として、直接透明電極３を介して基板１から出射する光、金属電極６側に出射して金属電極３の表面で反射されて基板１から出射する光、基板１，透明電極３及び多層化された有機化合物材料層５の各界面で反射して基板１から出射する光が存在し、これらの光が干渉して出力に影響を及ぼすことが知られている。特開平２０００−３２３２７７号公報には、発光層を除く有機化合物材料層の各層を発光色に対応してそれぞれ異なる膜厚に設定し、反射干渉現象を利用することで各色取り出し光の高効率化を図ることが記載されている。
【０００６】
上述の説明では、アクティブマトリクス型の有機ＥＬカラーディスプレイを例にして説明したが、単純マトリクス（パッシブ）型の有機ＥＬカラーディスプレイも、素子構造自体には大きな違いはなく、同様に反射干渉現象を利用した出力の高効率化が図られている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前述の特開平２０００−３２３２７７号公報に記載されたものでは、透明電極の膜厚を一定にすることを前提としているので、有機化合物材料層と透明電極との境界で反射する反射光を対象とした反射干渉現象と、透明電極と基板との境界で反射する反射光を対象にした反射干渉現象とを共に考慮した取り出し光の高効率化ができないという問題がある。また、発光層を除いた有機化合物材料層を各色に対応して異なる膜厚に設定しているが、有機化合物材料層の膜厚は、本来その機能を充分に発揮するために設定されるべきものであり、この膜厚を反射干渉現象を考慮して設定した場合には、各色発光層の電圧輝度効率が低下してしまう問題があった。
【０００８】
更には、発光層を除いた有機化合物材料層である正孔輸送機能層及び電子輸送機能層は一般には各色に拘わらず各機能毎に同じ材料で且つ均一な膜厚とすることがなされており、この各機能層の膜厚を各色毎に異なる膜厚にすると生産性が悪化する問題が生じる。
【０００９】
本発明は、このような事情に対処するために提案されたものであって、各種の反射光を考慮して取り出し光の高効率化を達成することができると共に、発光層を除いた有機化合物材料層はその機能に応じた膜厚を設定することができ、また良好な生産性を確保できる有機ＥＬカラーディスプレイ及びその製造方法を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の有機ＥＬカラーディスプレイ又はその製造方法は、以下の特徴を具備するものである。
【００１１】
一つには、透明電極と少なくとも発光層を含む複数の有機化合物材料層と金属電極とを透明基板上に順次積層してなる有機ＥＬ素子を要素として、異なる有機化合物材料によって異なる発光色を呈する前記発光層からなる前記有機ＥＬ素子を複数配列してなる有機ＥＬカラーディスプレイにおいて、前記透明電極は、発光色に対応した異なる膜厚を有し、前記発光層を除く前記有機化合物材料層のうちで同一機能を有するいずれかの機能層の少なくとも一層が一定膜厚を有し、前記各有機ＥＬ素子の前記透明電極と前記有機化合物材料層は、波長λを中心波長として発光する前記発光層の発光界面から前記透明電極と前記透明基板との境界までの光学距離がλ／４の偶数倍と略等しくなるような膜厚で、成膜されていることを特徴とする。
【００１２】
また一つには、透明電極と少なくとも発光層を含む複数の有機化合物材料層と金属電極とを透明基板上に順次積層してなる有機ＥＬ素子を要素として、異なる有機化合物材料によって異なる発光色を呈する前記発光層からなる前記有機ＥＬ素子を複数配列してなる有機ＥＬカラーディスプレイにおいて、前記透明電極は、発光色に対応した異なる膜厚を有し、前記発光層を除く前記有機化合物材料層のうちで同一機能を有するいずれかの機能層の少なくとも一層が一定膜厚を有し、前記各有機ＥＬ素子の前記透明電極と前記有機化合物材料層は、波長λを中心波長として発光する前記発光層の発光界面から前記透明電極と前記透明基板との境界までの光学距離がλ／４の偶数倍と略等しく、且つ前記発光層の発光界面から前記金属電極と前記有機化合物材料層との境界までの光学距離がλ／４の奇数倍と略等しくなるような膜厚で、成膜されていることを特徴とする。
【００１３】
また一つには、前述の特徴に併せて、前記発光層の発光界面から前記有機化合物材料層と前記透明電極との境界までの光学距離がλ／４の奇数倍と略等しくなるような膜厚で、前記有機化合物材料層が成膜されていることを特徴とする。
【００１４】
また一つには、透明電極と少なくとも発光層を含む複数の有機化合物材料層と金属電極とを透明基板上に順次積層してなる有機ＥＬ素子を要素として、異なる有機化合物材料によって異なる発光色を呈する前記発光層からなる前記有機ＥＬ素子を複数配列してなる有機ＥＬカラーディスプレイにおいて、前記透明電極は、発光色に対応した異なる膜厚を有し、前記発光層を除く前記有機化合物材料層のうちで同一機能を有するいずれかの機能層の少なくとも一層が一定膜厚を有し、前記各有機ＥＬ素子の前記透明電極と前記有機化合物材料層は、波長λを中心波長として発光する前記発光層の発光界面から前記透明電極と前記有機化合物材料層との境界までの光学距離、前記発光層の発光界面から前記金属電極と前記有機化合物材料層との界面までの光学距離、且つ前記透明電極の前記有機化合物材料層との界面と前記透明基板の前記透明電極との界面までの光学距離がλ／４と略等しくなるような膜厚で、成膜されていることを特徴とする。
【００１５】
また一つには、屈折率ｎ３，膜厚ｄ３である透明電極、少なくとも屈折率ｎ１，膜厚ｄ１である電子輸送層、屈折率ｎ２，膜厚ｄ２である正孔輸送層、発光層を含む複数の有機化合物材料層と金属電極とを透明基板上に順次積層してなる有機ＥＬ素子を要素として、異なる有機化合物材料によって異なる発光色を呈する前記発光層からなる前記有機ＥＬ素子を複数配列してなる有機ＥＬカラーディスプレイにおいて、前記透明電極は、発光色に対応した異なる膜厚を有し、前記発光層を除く前記有機化合物材料層のうちで同一機能を有するいずれかの機能層の少なくとも一層が一定膜厚を有し、異なる発光色を呈する前記有機ＥＬ素子毎に、波長λを各発光色の中心波長として各発光層の発光界面から前記金属電極と前記有機化合物材料層との境界までの光学距離（ｎ１・ｄ１）、各発光層の発光界面から前記透明電極と前記有機化合物材料層との界面までの光学距離（ｎ２・ｄ２）、且つ前記透明電極の前記有機化合物材料層の界面と前記透明基板の前記透明電極との界面までの光学距離（ｎ３・ｄ３）がλ／４と略等しくなるような膜厚で成膜されていることを特徴とする。
【００１６】
また一つには、透明電極と少なくとも発光層を含む複数の有機化合物材料層と金属電極とを透明基板上に順次積層してなる有機ＥＬ素子を要素として、異なる有機化合物材料によって異なる発光色を呈する前記発光層からなる前記有機ＥＬ素子を複数配列してなる有機ＥＬカラーディスプレイの製造方法において、前記透明電極を発光色に対応してそれぞれ異なる膜厚に成膜する工程を有すると共に、前記有機ＥＬ素子のすべてについて、同一の有機化合物材料からなる連続した一定膜厚を有する共通層を積層する共通積層工程を少なくとも１工程以上有し、波長λを中心波長として発光する前記発光層の発光界面から前記透明電極と前記透明基板との境界までの光学距離がλ／４の偶数倍と略等しくなるような膜厚で、前記有機化合物材料層と前記透明電極が成膜されることを特徴とする。
【００１７】
透明電極と少なくとも発光層を含む複数の有機化合物材料層と金属電極とを透明基板上に順次積層してなる有機ＥＬ素子を要素として、異なる有機化合物材料によって異なる発光色を呈する前記発光層からなる前記有機ＥＬ素子を複数配列してなる有機ＥＬカラーディスプレイの製造方法において、前記透明電極を発光色に対応してそれぞれ異なる膜厚に成膜する工程を有すると共に、前記有機ＥＬ素子のすべてについて、同一の有機化合物材料からなる連続した一定膜厚を有する共通層を積層する共通積層工程を少なくとも１工程以上有し、波長λを中心波長として発光する前記発光層の発光界面から前記透明電極と前記透明基板との境界までの光学距離がλ／４の偶数倍と略等しく、且つ前記発光層の発光界面から前記金属電極と前記有機化合物材料層との境界までの光学距離がλ／４の奇数倍と略等しくなるような膜厚で、前記有機化合物材料層と透明電極が成膜されていることを特徴とする。
【００１８】
また一つには、前記発光層の発光界面から前記有機化合物材料層と前記透明電極との境界までの光学距離がλ／４の奇数倍と略等しくなるような膜厚で、前記有機化合物材料層が成膜されていることを特徴とする。
【００２８】
前記各請求項に係る発明は以下の作用を奏するものである。
【００２９】
本発明によると、透明電極の膜厚を発光色に対応させて異なる膜厚に設定することにより、有機化合物材料層と透明電極との境界で反射する反射光と、透明電極と基板との境界で反射する反射光との両方を考慮して、取り出し光の干渉による高効率化を設定することができる。また、透明電極のみによって干渉による高効率化を達成する場合には、有機化合物材料層の各機能層は、各機能の応じた膜厚又は生産性を考慮に入れた均一な膜厚とすることが可能になる。これによって、生産性又は発光層の発光効率の最適化を図りながら、取り出し光の高効率化を達成することが可能になる。
【００３０】
特に、有機化合物材料層の各機能層の少なくとも一層を、ディスプレイの全面において一定膜厚とするか又は同一の有機化合物材料により形成することにより、生産性の向上を図ることが可能になる。この一定膜厚又は同一材料の機能層としては、発光層から陽極側に積層された正孔輸送層或いは正孔注入層、又は発光層から陰極側に積層された電子輸送層とすることができる。
【００３１】
また、発光層から放射して透明電極と透明基板との境界で反射して再び発光層側に戻る光を対象にした反射干渉現象を考慮して取り出し光の高効率化を達成することができる。
【００３２】
また、発光層から放射して透明電極と透明基板との境界で反射して再び発光層側に戻る光及び発光層から後面方向に放射して金属電極の界面で反射して前面基板側に向けられる光を対象とした反射干渉現象を考慮して取り出し光の高効率化を達成することができる。
【００３３】
また、発光層から放射して有機化合物材料層と透明電極との境界で反射して再び発光層側に戻る光を対象にした反射干渉現象を考慮して、取り出し光の高効率化を達成することができる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の有機ＥＬカラーディスプレイにおける第１の実施形態を示す説明図である。図はＲＧＢ各色の発光領域における層構造を示している。この実施形態は、各色の有機化合物材料層及び透明電極の膜厚を全て光学膜厚としたものである。有機ＥＬカラーディスプレイは複数の有機ＥＬ素子を要素としており、各々の有機ＥＬ素子は、異なる有機化合物材料によって異なる発光色を呈する発光層を備えており、各色の有機ＥＬ素子が複数配列して有機ＥＬカラーディスプレイを形成している。そして、各有機ＥＬ素子は、透明なガラス等から成る基板１、その上に形成されたＩＴＯ等の透明電極３、有機化合物材料層５を形成する正孔輸送機能層５Ａ，発光層５０Ｒ（５０Ｇ，５０Ｂ），電子輸送機能層５Ｂ、及びＡｌ等から成る金属電極６から構成され、この金属電極６が図示省略したＳｉＮ4等から成る封止材で覆われている。
【００３５】
各有機ＥＬ素子において、独立して別個に積層された発光層５０Ｒ，５０Ｇ，５０Ｂはそれぞれ電流印加時に異なる発光色の赤，緑，青を呈する異なる有機化合物材料から成っており、有機ＥＬカラーディスプレイは、赤，緑及び青の発光色の有機ＥＬ素子の組を一つの画素として、例えば、これら複数画素をマトリクス配列することによりカラー表示を行うものである。
【００３６】
まず、図２によって、有機ＥＬ素子における反射干渉現象について説明する。ここで、電子輸送機能層５Ｂ，正孔輸送機能層５Ａ，透明電極３はそれぞれｎ１，ｎ２，ｎ３の屈折率を有し、各膜厚がｄ１，ｄ２，ｄ３であるとする。そして、基板１の屈折率をｎ４とすると、ｎ１≒ｎ２＜ｎ３＞ｎ４の関係にあるとする。
【００３７】
この場合に、反射干渉現象の対象として考慮すべき光の態様は、発光層５０の発光界面５０ａ（発光層５０と正孔輸送機能層５Ａとの界面を発光界面とする。）から前面に放射される光ａ、発光界面５０ａから後面に放射される光ａ’、発光界面５０ａから後面に放射されて金属電極の界面で反射する光ｂ、発光界面５０ａから前面に放射されて正孔輸送機能層５Ａと透明電極３との境界で反射して再び発光界面５０ａに戻る光ｃ、発光界面５０ａから前面に放射されて透明電極３と基板１との境界で反射して再び発光界面５０ａに戻る光ｄとなる。実際上の発光領域は素子構造や使用する有機化合物材料に大きく依存するが、発光層５０と正孔輸送機能層５Ａとの界面から数〜数十ｎｍに分布していると考えられるので、前述の発光界面５０ａを定義して、そこからの光学距離によって反射干渉現象を検討するものとする。
【００３８】
そして、波長λの光ａと光ｂが強め合う条件は（１）式のとおり、すなわち、波長λを中心波長として発光する発光層の発光界面５０ａから金属電極６の界面までの光学距離ｎ１・ｄ１がλ／４の奇数倍である。
【００３９】
【数１】
また、波長λの光ａ’と光ｄが強め合う条件は（２）式のとおり、すなわち、波長λを中心波長として発光する発光層の発光界面５０ａから透明電極３と基板１との境界までの光学距離（ｎ２・ｄ２＋ｎ３・ｄ３）がλ／４の偶数倍である。
【００４１】
【数２】
更に、中心波長λの光ａ’と光ｃが強め合う条件は（３）式のとおり、すなわち、波長λを中心波長として発光する発光層の発光界面５０ａから有機化合物材料層５と透明電極３との境界までの光学距離（ｎ２・ｄ２）がλ／４の奇数倍である。
【００４３】
【数３】
したがって、（１）〜（３）式を全て満足する光学距離の関係は、以下のとおりである。
【００４５】
【数４】
【数５】
【００４７】
【数６】
ここで、透明電極３（ＩＴＯ）の各色毎の屈折率は、ｎ３（λＲ）＝１.８１，ｎ３（λＧ）＝１.９４，ｎ４（λＢ）＝２.００であるから、透明電極３の各色毎の膜厚（ｎｍ）は、ｄ３（λＲ）＝９０，ｄ３（λＧ）＝６７，ｄ４（λＢ）＝５８となる。このように透明電極３の各色における膜厚ｄ３を発光色に対応した異なる厚さにすることで、（１）〜（３）式を全て満たして、考慮した全ての光が互いに強め合うような設定が可能になり、各色発光層から放射した光を最も効率よく取り出すことができる。
【００４９】
［設定例１］電子輸送機能層をＡｌｑ、正孔輸送機能層をＮＰＢ、透明電極をＩＴＯ、基板をＡＳガラスとして、図１の実施形態における設定例を以下に示す。ここでｎ１〜ｎ４は各波長（λＲ＝６５０ｎｍ，λＧ＝５２０ｎｍ，λＢ＝４６０ｎｍ）における屈折率の実測値を示している。
【００５０】
【表１】
次に、本発明の有機ＥＬカラーディスプレイの第２の実施形態を図３を参照して説明する（以下の各実施形態において、前述の実施形態と同一の部位には同一の符号を付して一部説明を省略する。また、図はＲＧＢ各色の発光領域における層構造を示しており、発光層を図示省略している。）。この実施形態は、発光界面５０ａから前面に放射されて正孔輸送機能層５Ａと透明電極３との境界で反射して再び発光界面５０ａに戻る光ｃを無視して、反射光としては、発光界面５０ａから後面に放射されて金属電極の界面で反射する光ｂ及び発光界面５０ａから前面に放射されて透明電極３と基板１との境界で反射して再び発光界面５０ａに戻る光ｄのみを考慮したものである。
【００５２】
以下に、前述の設定例１における各層境界（電子輸送機能層；Ａｌｑ，正孔輸送機能層；ＮＰＢ，透明電極；ＩＴＯ，基板；ＡＳガラス）での電界振幅反射率の実測値を示す。
【００５３】
【表２】
この表から明らかなように、実際には、有機化合物材料層間又は有機化合物材料層と透明電極３との境界での反射率は、透明電極３と基板１との境界における反射率と比較するとかなり小さく、前者の反射光を無視することは実用上問題にならない。したがって、前述の（１）式と（２）式のみ、すなわち、波長λを中心波長として発光する発光層の発光界面５０ａから透明電極３と基板１との境界までの光学距離（ｎ２・ｄ２＋ｎ３・ｄ３）がλ／４の偶数倍であり、且つ発光界面５０ａから金属電極６の界面までの光学距離ｄ１がλ／４の奇数倍となる関係から、ｍ＝１として以下の関係を得る。
【００５５】
【数７】
ここで、ｄ２とｄ３については、例えば各色で駆動電圧をそろえるように膜厚設定を行う。すなわち、正孔輸送機能層を厚く形成し、透明電極を薄くすると、電流輝度特性は変わらないが電圧輝度特性は劣化するので、これを利用して、駆動条件が各色毎に同じになるように正孔輸送機能層ｄ２の膜厚を設定することができる。そして、透明電極膜厚ｄ３を各色毎に異なる値とすることで（７）式を満足することが可能になり、実用的な取り出し光の高効率化も併せて達成することができるものである。
【００５７】
次に、本発明の有機ＥＬカラーディスプレイにおける第３の実施形態を図４によって説明する。この実施形態では、図３の実施形態と同様に有機化合物材料層間の反射及び有機化合物材料層と透明電極との境界での反射を無視して、（１）式と（２）式のみからｎ１・ｄ１＝λ／４、ｎ２・ｄ２＋ｎ３・ｄ３＝λ／２の条件を求め、これに対して、正孔輸送機能層５Ａの膜厚ｄ２を各色共通の一定値として設定したものである。これによると、透明電極３膜形成後に正孔輸送機能層５Ａをパネル一面に一様に形成することができるので生産性の向上を図ることができる。正孔輸送機能層５ＡはＮＰＢ等の単一材料からなる正孔輸送層の単層であっても良いし、正孔輸送層と透明電極との間にＣｕＰＣ等から成る単一材料の正孔注入層を積層させたものでもよい。
【００５８】
［設定例２］電子輸送機能層をＡｌｑ、正孔輸送機能層をＮＰＢ、透明電極をＩＴＯ、基板をＡＳガラスとして、図４の実施形態における設定例を以下に示す。ここでｎ１〜ｎ４は各波長（λＲ＝６５０ｎｍ，λＧ＝５２０ｎｍ，λＢ＝４６０ｎｍ）における屈折率の実測値を示している。
【００５９】
【表３】
次に、本発明の有機ＥＬカラーディスプレイにおける第４の実施形態を図５によって説明する。この実施形態においては、透明電極３、正孔輸送機能層５Ａについては図４の実施形態と同様であり、陰極側の電子輸送機能層５Ｂの膜厚ｄ１を各色共通の一定値として設定したものである。この場合には、膜厚ｄ１を各色共通の一定値にすることにより、前述の（１）式を全ての色において満足することはできなくなる。したがって、特定の色のみで（１）式を満足させた膜厚ｄ１を設定すると共に、透明電極３の膜厚ｄ３を各色毎に異なる値に設定し、（２）式を満足するように正孔輸送機能層５Ａの膜厚ｄ２を設定する。これによると、実用的に取り出し光の高効率化を達成しながら、正孔輸送機能層５Ａと電子輸送機能層５Ｂを共に一定膜厚とすることで、更に生産性の向上を図ることができる。この際の電子輸送機能層５Ｂは、Ａｌｑ等からなる単一材料の電子輸送層の単層であっても良いし、電子輸送層と金属電極６との間にＬｉ2Ｏ等から成る単一材料の電子注入層を積層させたものでもよい。
【００６１】
［設定例３］電子輸送機能層をＡｌｑ、正孔輸送機能層をＮＰＢ、透明電極をＩＴＯ、基板をＡＳガラスとして、図５の実施形態における設定例を以下に示す。ここでｎ１〜ｎ４は各波長（λＲ＝６５０ｎｍ，λＧ＝５２０ｎｍ，λＢ＝４６０ｎｍ）における屈折率の実測値を示している。
【００６２】
【表４】
以下に、本発明に係る有機ＥＬカラーディスプレイの製造方法を説明する。図６において、まず、同図（ａ）に示すように、それぞれＩＴＯからなるＲＧＢ用の透明電極３をガラス基板１上に形成する。透明電極の膜厚ｄ３は表４に示すようにＲＧＢの各発光色に対応して異なる値となるように予め設定されており、各色毎のマスクを用いて蒸着時間を各色毎に設定して所望の膜厚を形成する。
【００６４】
次に同図（ｂ）に示すように、真空蒸着等によって正孔輸送機能層５Ａを透明電極３の上に一様に形成する。この正孔輸送機能層５Ａは前述のようにＮＰＢの単層であってもよいし、正孔注入層としてＣｕＰＣ等の単層を積層した後のＮＰＢを積層するようにしてもよい。いずれにしても、この正孔輸送機能層５Ａの形成は、同一の有機化合物材料からなる連続した一定膜厚を有する共通層を積層する工程とする。
【００６５】
次に同図（ｃ）に示すように、各色毎に発光層５０を形成し、更にその上に真空蒸着等によって電子輸送機能層５Ｂを一様に形成する。この電子輸送機能層５Ｂは前述のようにＡｌｑの単層であってもよいし、この単層を積層した後に電子注入層としてＬｉ２Ｏ等の単層を積層するようにしてもよい。いずれにしても、この電子輸送機能層５Ｂの形成は、同一の有機化合物材料からなる連続した一定膜厚を有する共通層を積層する工程とする。そして、同図（ｄ）に示すように、電子輸送機能層５Ｂ上にＡｌ−Ｌｉ等の低仕事関数の金属電極６を蒸着又はスパッタ等の手段で成膜し、更にその上を図示省略した封止材で覆う。
【００６６】
この製造方法によると、透明電極３の形成工程はマスク等を用いた各色毎に膜厚を設定する煩雑な工程を要するが、その後の成膜工程を簡略化することが可能になる。特に、基板上に透明電極３を形成した状態で資材を流通させることを考えると、ディスプレイの生産性を著しく向上させることが可能になる。
【００６７】
そして、正孔輸送機能層５Ａ及び電子輸送機能層５Ｂを表４の膜厚ｄ２及び膜厚ｄ１となるように設定することで、実用的に有効な範囲で反射干渉現象による取り出し光の高効率化を達成することも可能になる。
【００６８】
図７は、本発明に係る有機ＥＬカラーディスプレイの製造方法における他の実施形態を示す説明図である。これは、各色取り出し光の高効率化を最も重要視した［設定例１］を得るための実施形態である。まず、同図（ａ）に示すように、それぞれＩＴＯからなるＲＧＢ用の透明電極３をガラス基板１上に膜厚ｄ３が表１に示す値となるように形成する。そして、この透明電極３上に正孔輸送機能層の共通層５Ａ’を同一の有機化合物材料からなる連続した一定膜厚で形成する。この共通層５Ａ’の膜厚は、表１におけるｄ２の最小値（５９ｎｍ）に設定されている。
【００６９】
次に同図（ｂ）に示すように、Ｒ及びＧに対して正孔輸送機能層を必要な厚さだけ付加して、ＲＧＢ各色の膜厚ｄ２が表１に示す値になるように、正孔輸送機能層５Ａを形成する。更に同図（ｃ）に示すように、各色毎の発光層５０を形成した後、電子輸送機能層の共通層５Ｂ’を同一の有機化合物材料からなる連続した一定膜厚で形成する。この共通層５Ｂ’の膜厚は、表１におけるｄ１の最小値（６２ｎｍ）に設定されている。
【００７０】
そして、同図（ｄ）に示すように、Ｒ及びＧに対して電子輸送機能層を必要な厚さだけ付加して、ＲＧＢ各色の膜厚ｄ１が表１に示す値になるように、電子輸送機能層５Ｂを形成する。以下、前述の実施形態と同様に電子輸送機能層５Ｂ上に金属電極６を成膜し、更にその上を封止材で覆う。また、この実施形態においても、前述の実施形態と同様に、正孔輸送機能層５ＡはＮＰＢ等の単層であってもよいし、正孔注入層としてＣｕＰＣ等の単層を積層した後のＮＰＢを積層するようにしてもよく、電子輸送機能層５Ｂは、Ａｌｑ等の単層であってもよいし、この単層を積層した後に電子注入層としてＬｉ２Ｏ等の単層を積層するようにしてもよい。
【００７１】
この製造方法によると、前述の（１）〜（３）式を全て満足する膜厚の設定をすることで、各色の取り出し光を最大限高効率化することが可能になると共に、有機化合物材料層の形成に際して共通層を先に形成して、その後に各色の層を付加するようにしたので、膜形成の時間を短縮化することが可能になり、生産性の向上を図ることができる。
【００７２】
【発明の効果】
本発明は、このように構成されるので、各種の反射光を考慮して取り出し光の高効率化を達成することができると共に、発光層を除いた有機化合物材料層はその機能に応じた膜厚を設定することができ、また良好な生産性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の有機ＥＬカラーディスプレイにおける実施形態を示す説明図である。
【図２】有機ＥＬ素子における反射干渉現象を説明する説明図である。
【図３】本発明の有機ＥＬカラーディスプレイにおける実施形態を示す説明図である。
【図４】本発明の有機ＥＬカラーディスプレイにおける実施形態を示す説明図である。
【図５】本発明の有機ＥＬカラーディスプレイにおける実施形態を示す説明図である。
【図６】本発明の有機ＥＬカラーディスプレイの製造方法における実施形態を示す説明図である。
【図７】本発明の有機ＥＬカラーディスプレイの製造方法における実施形態を示す説明図である。
【図８】従来の有機ＥＬカラーディスプレイの素子構造を示す説明図である。
【符号の説明】
１ 基板
２ ＴＦＴ
３ 透明電極
４ 絶縁膜
５ 有機化合物材料層
５Ａ 正孔輸送機能層
５Ｂ 電子輸送機能層
５０ 発光層
６ 金属電極
Claims (8)
- 透明電極と少なくとも発光層を含む複数の有機化合物材料層と金属電極とを透明基板上に順次積層してなる有機ＥＬ素子を要素として、異なる有機化合物材料によって異なる発光色を呈する前記発光層からなる前記有機ＥＬ素子を複数配列してなる有機ＥＬカラーディスプレイにおいて、
前記透明電極は、発光色に対応した異なる膜厚を有し、
前記発光層を除く前記有機化合物材料層のうちで同一機能を有するいずれかの機能層の少なくとも一層が一定膜厚を有し、
前記各有機ＥＬ素子の前記透明電極と前記有機化合物材料層は、波長λを中心波長として発光する前記発光層の発光界面から前記透明電極と前記透明基板との境界までの光学距離がλ／４の偶数倍と略等しくなるような膜厚で、成膜されていることを特徴とする有機ＥＬカラーディスプレイ。 - 透明電極と少なくとも発光層を含む複数の有機化合物材料層と金属電極とを透明基板上に順次積層してなる有機ＥＬ素子を要素として、異なる有機化合物材料によって異なる発光色を呈する前記発光層からなる前記有機ＥＬ素子を複数配列してなる有機ＥＬカラーディスプレイにおいて、
前記透明電極は、発光色に対応した異なる膜厚を有し、
前記発光層を除く前記有機化合物材料層のうちで同一機能を有するいずれかの機能層の少なくとも一層が一定膜厚を有し、
前記各有機ＥＬ素子の前記透明電極と前記有機化合物材料層は、波長λを中心波長として発光する前記発光層の発光界面から前記透明電極と前記透明基板との境界までの光学距離がλ／４の偶数倍と略等しく、且つ前記発光層の発光界面から前記金属電極と前記有機化合物材料層との境界までの光学距離がλ／４の奇数倍と略等しくなるような膜厚で、成膜されていることを特徴とする有機ＥＬカラーディスプレイ。 - 前記発光層の発光界面から前記有機化合物材料層と前記透明電極との境界までの光学距離がλ／４の奇数倍と略等しくなるような膜厚で、前記有機化合物材料層が成膜されていることを特徴とする請求項２の有機ＥＬカラーディスプレイ。
- 透明電極と少なくとも発光層を含む複数の有機化合物材料層と金属電極とを透明基板上に順次積層してなる有機ＥＬ素子を要素として、異なる有機化合物材料によって異なる発光色を呈する前記発光層からなる前記有機ＥＬ素子を複数配列してなる有機ＥＬカラーディスプレイにおいて、
前記透明電極は、発光色に対応した異なる膜厚を有し、
前記発光層を除く前記有機化合物材料層のうちで同一機能を有するいずれかの機能層の少なくとも一層が一定膜厚を有し、
前記各有機ＥＬ素子の前記透明電極と前記有機化合物材料層は、波長λを中心波長として発光する前記発光層の発光界面から前記透明電極と前記有機化合物材料層との境界までの光学距離、前記発光層の発光界面から前記金属電極と前記有機化合物材料層との境界までの光学距離、且つ前記透明電極の前記有機化合物材料層との界面と前記透明基板の前記透明電極との界面までの光学距離がλ／４と略等しくなるような膜厚で、成膜されていることを特徴とする有機ＥＬカラーディスプレイ。 - 屈折率ｎ３，膜厚ｄ３である透明電極、少なくとも屈折率ｎ１，膜厚ｄ１である電子輸送層、屈折率ｎ２，膜厚ｄ２である正孔輸送層、発光層を含む複数の有機化合物材料層と金属電極とを透明基板上に順次積層してなる有機ＥＬ素子を要素として、異なる有機化合物材料によって異なる発光色を呈する前記発光層からなる前記有機ＥＬ素子を複数配列してなる有機ＥＬカラーディスプレイにおいて、
前記透明電極は、発光色に対応した異なる膜厚を有し、
前記発光層を除く前記有機化合物材料層のうちで同一機能を有するいずれかの機能層の少なくとも一層が一定膜厚を有し、
異なる発光色を呈する前記有機ＥＬ素子毎に、波長λを各発光色の中心波長として各発光層の発光界面から前記金属電極と前記有機化合物材料層との境界までの光学距離（ｎ１・ｄ１）、各発光層の発光界面から前記透明電極と前記有機化合物材料層との界面までの光学距離（ｎ２・ｄ２）、且つ前記透明電極の前記有機化合物材料層の界面と前記透明基板の前記透明電極との界面までの光学距離（ｎ３・ｄ３）がλ／４と略等しくなるような膜厚で成膜されていることを特徴とする有機ＥＬカラーディスプレイ。 - 透明電極と少なくとも発光層を含む複数の有機化合物材料層と金属電 極とを透明基板上に順次積層してなる有機ＥＬ素子を要素として、異なる有機化合物材料によって異なる発光色を呈する前記発光層からなる前記有機ＥＬ素子を複数配列してなる有機ＥＬカラーディスプレイの製造方法において、
前記透明電極を発光色に対応してそれぞれ異なる膜厚に成膜する工程を有すると共に、前記有機ＥＬ素子のすべてについて、同一の有機化合物材料からなる連続した一定膜厚を有する共通層を積層する共通積層工程を少なくとも１工程以上有し、
波長λを中心波長として発光する前記発光層の発光界面から前記透明電極と前記透明基板との境界までの光学距離がλ／４の偶数倍と略等しくなるような膜厚で、前記有機化合物材料層と前記透明電極が成膜されることを特徴とする有機ＥＬカラーディスプレイの製造方法。 - 透明電極と少なくとも発光層を含む複数の有機化合物材料層と金属電極とを透明基板上に順次積層してなる有機ＥＬ素子を要素として、異なる有機化合物材料によって異なる発光色を呈する前記発光層からなる前記有機ＥＬ素子を複数配列してなる有機ＥＬカラーディスプレイの製造方法において、
前記透明電極を発光色に対応してそれぞれ異なる膜厚に成膜する工程を有すると共に、前記有機ＥＬ素子のすべてについて、同一の有機化合物材料からなる連続した一定膜厚を有する共通層を積層する共通積層工程を少なくとも１工程以上有し、
波長λを中心波長として発光する前記発光層の発光界面から前記透明電極と前記透明基板との境界までの光学距離がλ／４の偶数倍と略等しく、且つ前記発光層の発光界面から前記金属電極と前記有機化合物材料層との境界までの光学距離がλ／４の奇数倍と略等しくなるような膜厚で、前記有機化合物材料層と透明電極が成膜されていることを特徴とする有機ＥＬカラーディスプレイの製造方法。 - 前記発光層の発光界面から前記有機化合物材料層と前記透明電極との境界までの光学距離がλ／４の奇数倍と略等しくなるような膜厚で、前記有機化合物材料層が成膜されていることを特徴とする請求項７記載の有機ＥＬカラーディスプレイの製造方法。
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