JP4384107B2 - 有機発光素子アレイ - Google Patents

Description

本発明はフルカラー発光と白発光可能な有機発光素子アレイ、ディスプレイおよびデジタルカメラに関する。

有機エレクトロルミネッセンス（有機ＥＬ、ＯＬＥＤ）技術の開発が盛んである。そしてこのような技術を利用した発光素子を正面から見た場合と傾いて見た場合とでは発光色が変化することが注目されている。特許文献１では、発光材料の配向を制御することで観察する角度の変化におけるスペクトル変化を低減する工夫が記載されている。

一方特許文献２では、観察する角度の変化における波長のシフトや発光強度の低下等によりホワイトの色ずれが生じることに注目し、ホワイトの色ずれを低減させることが記載されている。より具体的には発光層の内部発光スペクトルのピーク波長と共振部による多重干渉フィルタスペクトルのピーク波長とをずらすように膜厚方向における半透明反射層の位置を決定することが記載されている。

特開２００２−１１０３６３号公報 特開２００２−３６７７７０号公報

特許文献１はホワイトの色ずれ、即ち発光色の異なる発光素子を混色させる際の工夫について着目していない。

特許文献２は多重干渉を利用した共振構造を有する有機発光素子に関するもので、共振構造を有しているため正面視においてのみ強度が強い素子に適した構成に関するものである。

本発明は、多重干渉を利用せず、光の指向性を強要しない構成の有機発光素子アレイに関し、観察する角度を変化させても混色の色ずれが低減された有機発光素子アレイおよびそれを有するディスプレイを提供することを目的とする。

よって本発明は、
透過側に配置されている第１電極と、
反射側に配置されている第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極の間に配置される発光層と、を少なくとも有する有機発光素子を複数有し、前記複数の有機発光素子が異なる色を発光する有機発光素子を含む有機発光素子アレイにおいて、
発光位置と反射位置との間の光学距離をＬとする場合、インターフェログラムにおける光路差が２Ｌの場合の傾きの正負が前記複数の有機発光素子のすべてについて同じであることを特徴とする有機発光素子アレイを提供する。

本発明により、共振器構造を採用しなくても観察する角度を変化させても混色の色ずれが低減された有機発光素子アレイを提供することが出来る。

本実施の形態に係る有機発光素子アレイは、発光位置と反射位置との間の光学距離をＬとする場合、インターフェログラムにおける光路差２Ｌの場合の傾きの正負が前記複数の有機発光素子のすべてについて同じであることを特徴とする。

インターフェログラムとは、光路差の関数として干渉光強度の変化を表したものである。つまりインターフェログラムは、横軸を光路差、縦軸を干渉光強度としてあらわされる曲線であり、周期的な波形を示す。

また本実施の形態に係る有機発光素子アレイは、透過側に配置されている第１電極と、反射側に配置されている第２電極と、前記第１乃至第２電極間に配置される発光層と、を少なくとも有する有機発光素子を複数有し、前記複数の有機発光素子はそれぞれ異なる色を発光する有機発光素子アレイであって、
前記発光層から前記透過側に配置されている部材の反射率は５０％未満であり、
正面視した場合の白のＣＩＥ色度座標と、正面から６０°傾いて観察した場合の白のＣＩＥ色度座標との差がｘ座標、ｙ座標においてそれぞれ０．０５以下であることを特徴とする有機発光素子アレイである。

図１は本実施の形態に係る有機発光素子アレイの、発光位置と反射位置と光学距離Ｌを説明する概念図である。符号１は発光位置、２は反射位置、３は発光位置と反射位置との間の厚みｄである。図中１より上方が光取り出し側である。発光位置は有機発光素子の一対の電極の間に配置されている有機層内に位置する。発光位置は具体的には有機発光層内であったり、あるいは２つの有機層の界面あるいは界面近傍である。より具体的には、発光層中の正孔輸送層との界面あるいは界面近傍である。

光は発光位置１から反射位置２において反射し、光取り出し側へ出射する。

反射位置は反射層の光取り出し側の表面に位置する。一対の電極のうち一方が反射電極である場合はこの電極表面が反射位置である。また本発明は反射電極を有していなくても良く、その場合透明電極とその下に反射層が設けられていればよい。その場合反射層が反射位置となる。

発光位置と反射位置との間は複数の層で構成されていてもよい。

発光位置と反射位置との間の光学距離Ｌはその間の層が１層の場合その層の屈折率ｎをそのまま適用し、Ｌ＝ｎｄを得ることができる。複数層が存在する場合には、発光位置と反射位置との間の光学距離Ｌは各層の光学距離をそれぞれ計算して足し合わせれば得ることができる。

本発明において光路差が２Ｌとなる場合とは、正面から観察した場合のことを意味する。光路差とは、発光位置から光透過側に出射する光が通る道すじの光学距離と、発光位置から反射側に出射して反射位置で反射した後に光透過側へ出射する光が通る道すじの光学距離との差のことである。一般に、光路差は反射位置での反射角をθとすると２ｎｄｃｏｓθと表すことができる。正面に出射する光は反射角θ＝０°でありｃｏｓθ＝１であるため、光路差は２ｎｄ即ち２Ｌとなるのである。

図２は本実施の形態に係る有機発光素子アレイの１つの有機発光素子の光路差に対する強度の関係を示すインターフェログラムを示す図である。横軸は光路差、縦軸は強度を示す。

図示するようにインターフェログラムは複数の周期を有する。本図では第１の周期をＡとし、第１の周期の山の頂点をＢとし第１の周期と第２の周期との間の谷の頂点をＣとする。

第１の山の頂点Ｂは発光波長のλ／４に相当する。隣の周期の山の頂点は３λ／４に相当する。

本発明において、インターフェログラムにおける光路差が２Ｌとなる場合の傾きが正であるとは、光路差が２Ｌとなる場合に対応する干渉光強度がインターフェログラムの周期内の山へ上る矢印方向の曲線の途中であることを表す。またインターフェログラムにおける光路差が２Ｌとなる場合の傾きが負であるとは、光路差が２Ｌとなる場合に対応する干渉光強度が山を下る矢印方向の曲線の途中であることを表す。図２中一例として光路差が２Ｌとなる場合におけるインターフェログラムの傾きが正である場合を丸（●）で示した。そして横軸である光路差上に２Ｌと図示した。つまり、光路差が２Ｌの場合インターフェログラムの傾きは丸（●）の位置で判断すればよく、この場合傾きが正である。

本実施形態に係る有機発光素子アレイはそれぞれ異なる色を発光する複数の有機発光素子を有しているが、それぞれの有機発光素子のインターフェログラムは図２に模式的に示すようになる。

そして本実施形態に係る有機発光素子アレイにおいて、インターフェログラムにおける光路差が２Ｌとなる場合の傾きの正負がそれぞれの有機発光素子のすべてにおいて等しくなるように光路差が設定されている。

その結果有機発光素子アレイを斜めから観察しても各色の強度が共に増加あるいは低下するので観察する角度によるホワイトバランスの変化が低減できる。

本実施形態に係る有機発光素子アレイにおいて、それぞれの有機発光素子の光路差が２Ｌとなる位置はそれぞれλ／４よりも短い正の傾きの途中であることが好ましい。

より好ましい光路差が２Ｌとなる位置は
１）山の頂点より−１ｎｍ以上−８３ｎｍ以下であり且つ発光強度が第１周期の最大強度を１００％とした場合の４０％以上９９％以下であり、他の各色有機発光素子の強度が前記９９％の±３０％以内であることが好ましい。

２）さらに光路差が２Ｌとなる位置が山の頂点より−４０ｎｍ以上−８３ｎｍ以下であり且つ強度が第１周期の最大強度を１００％とした場合の４０％以上７５％以下であり、他の各色有機発光素子の強度が前記９９％の±３０％以内としてもよい。この場合成膜上の誤差範囲内で有機発光素子アレイを提供できるという点で好ましい。

上記１）、２）で述べた２つの数値範囲をみたす有機発光素子アレイはいずれも正面から６０°傾いて観察しても白色のＣＩＥ色度座標が正面視した場合に比べてｘ座標、ｙ座標においてそれぞれ０．０５以下しか変化しない。また輝度が各発光色間で５％以内にしかずれない。

更に詳述する。

本発明の各色の有機発光素子の光路差が２Ｌとなる位置は、上述した第１周期の正の傾きの途中にあること以外でもよい。その一例を以下に述べる。

図３は本実施形態に係る有機発光素子アレイの一例として、それぞれ青、緑、赤を発光する有機発光素子のインターフェログラムを示すグラフである。

本図は青発光素子、緑発光素子、赤発光素子のそれぞれのインターフェログラムを示すグラフでありそれぞれのインターフェログラムの横軸（光路差）を揃えて表示している。なお本図では縦軸（不図示）方向は干渉光強度を意味するが、本図において各色間の干渉光強度は絶対的にも相対的にも比較できるものではない。

なお上述の第１周期の正の傾きの途中にある形態の一例も本図の丸（●）で示す。即ち何れの発光色の発光素子も光路差が２Ｌとなる位置はインターフェログラムの第１周期の正の傾きの途中である。

青発光素子と緑発光素子のインターフェログラムの山の頂点及び谷の頂点の波長は近いものの、赤発光素子の山の頂点及び谷の頂点は遠い。例えば第一周期の青発光素子と緑発光素子の山の頂点はそれぞれ１１５ｎｍ、１３２．５ｎｍで赤発光素子の山の頂点は１６２．５ｎｍである。またそれぞれの第１周期の谷の頂点、即ち２／４λはそれぞれ２３０ｎｍ、２６５ｎｍ、３２５ｎｍである。この周期の数が増えるに従い各発光素子間の山の頂点あるいは谷の頂点のずれは大きくなる。

したがって各発光素子における光路差が２Ｌとなる位置を第１周期内で設定することは各発光素子間のずれを大きくしないという意味からも好ましい。さらにこのような構成の場合には、各発光素子の発光位置から反射層までの距離ｄ、即ち発光位置と反射層との間の膜厚を等しくすることができるため、発光位置と反射層との間の層を各発光素子間に跨って配置することができる。こうすることによって、より簡単な構成の有機発光素子アレイにすることができる。

図３においてインターフェログラムの傾きが負であるとは、光路差が２Ｌとなる位置がインターフェログラムにおいて図中の三角（▲）で示すような位置になることを意味する。

光路差が２Ｌとなる位置をインターフェログラムの負の傾きの途中とする場合、観察する角度を傾けてもホワイトバランスを大きく変化させず且つ僅かに暗く（各色輝度差５％以内に）表示することができる。

更に詳述する。

図４はそれぞれの有機発光素子のインターフェログラムを示すグラフに、光路差が２Ｌとなる位置が図３とは別になるように設定されることを示す図である。

本図において光路差が２Ｌとなる位置をインターフェログラム上に２タイプ示す。一方のタイプを丸（●）で示し、もう一方のタイプを三角（▲）で示す。丸（●）で示したタイプは同じ傾き（この場合正）にあるものの、少なくとも１つの有機発光素子の光路差が２Ｌとなる位置が他の有機発光素子の光路差が２Ｌとなる位置と比べて輝度が大きく異なるように設定されている。より具体的にはインターフェログラムにおける輝度が低い位置に設定されている形態のものである。

一方三角（▲）で示したタイプは同じ傾き（この場合負）にあるものの、少なくとも１つの有機発光素子の光路差が２Ｌとなる位置がインターフェログラムの別の周期に設定されている形態のものである。この場合、緑発光素子の光路差が２Ｌとなる位置が第２周期に設定されており、青と赤の発光素子の光路差が２Ｌとなる位置が第１周期に設定されている。

本実施形態ではこのような形態の有機発光素子アレイも提供できる。

つまり図３と図４を挙げて説明したように、本発明の有機発光素子アレイが有する各色の有機発光素子の光路差が２Ｌとなる位置の設定には以下のような工夫が施されている。

即ち、何れの有機発光素子もインターフェログラムにおける光路差２Ｌの場合の傾きが正負いずれか一方に設定されるように光路差が設定されていることが好ましい。

傾けた場合ホワイトバランスを維持しつつ赤発光素子、緑発光素子、青発光素子の間で輝度変化がほとんど無く（輝度差５％以内に）表示させるには、正の傾きの途中に各発光素子の光路差が２Ｌとなる位置が設定されていることがさらに好ましい。

インターフェログラムの正負いずれかに設定されていれば何れかの有機発光素子の光路差が２Ｌとなる位置が設定される周期が、他の有機発光素子の光路差が２Ｌとなる位置が設定される周期と異なっていてもよい。

全ての有機発光素子の光路差が２Ｌとなる位置がインターフェログラムの正負何れかに設定されていれば、何れかの有機発光素子の光路差が２Ｌとなる位置における強度が他の有機発光素子の光路差が２Ｌとなる位置における強度と５０％以上異なっていてもよい。

上述の有機発光素子アレイは、発光層から前記透過側に配置されている部材の反射率が５０％未満であり、正面視した場合の白のＣＩＥ色度座標と、正面から６０°傾いて観察した場合の白のＣＩＥ色度座標がｘ座標、ｙ座標においてそれぞれ０．０５以下である。

発光層から透過側に配置されている部材の反射率が５０％未満であるということは、特許文献２に記載されているような半透明反射層を有さないということである。特に本実施形態では光取り出し側の電極に透明電極を用いることが好ましく、例えばＩＺＯやＩＴＯと称される透明導電材料を用いてもよい。そして半透明反射層を設けないので、発光層から光取り出し側（透過側）には反射率が５０％未満の部材は配置されていない。透明導電材料は公知のものを使用できる。即ち第１電極（透明電極）と、第１電極に接する有機層との界面において、第１電極の反射率は５％以下のものを用いることが出来るので特別な工夫を施した透明電極が不要である。第１電極のより好ましい反射率は１％以下である。

また反射側に配置される第２電極の反射率は９８％以上のものがこのましい。より具体的にはＣｒやＡｇの少なくとも一方を有する電極、より好ましくはＣｒ単体の電極あるいはＡｇを含む電極等を挙げることが出来る。

即ち本実施の形態に係る有機発光素子アレイは、有機層の膜厚を制御することで半透明反射層のような特別な部材を必要とせず公知の透明電極と反射電極を用いても観察する角度によるホワイトバランスの変化を低減することができる。より具体的には、正面視した場合の白のＣＩＥ色度座標と、正面から６０°傾いて観察した場合の白のＣＩＥ色度座標とがｘ座標、ｙ座標においてそれぞれ０．０５以下であることを特徴とする有機発光素子アレイを提供することが出来る。

以上、本発明に係る有機発光素子アレイの一例として青発光素子、緑発光素子、赤発光素子の３色の有機発光素子からなる有機発光素子アレイについて詳述してきたが、本発明はこの構成に限られない。例えば、青発光素子と橙色発光素子の２色の有機発光素子からなる有機発光素子アレイであってもよいし、あるいは４色の有機発光素子からなる有機発光素子アレイであってもよい。つまり、それぞれ異なる色を発光する複数の有機発光素子による混色の発光であればよい。

また、特に白色を発光する場合には、それぞれ異なる色を発光する複数の有機発光素子の混色による白色発光と、１素子で白色を発光する白発光素子による白色発光とを組み合わせることができる。例えば、インターフェログラムにおける光路差２Ｌの場合の傾きの正負がすべて同じ赤発光素子、緑発光素子、青発光素子と、インターフェログラムにおける光路差が２Ｌの場合の傾きの正負を問わない白発光素子とを有する有機発光素子アレイであってもよい。

また、本発明に係る有機発光素子アレイは、例えばデジタルカメラの表示部分や、テレビ、ＰＣ等のディスプレイの表示部分などの様々な電子機器の表示部分に用いることができる。

以下に実施例を説明する。

＜実施例１＞
本実施の形態に係る有機発光素子アレイは青発光素子、緑発光素子、赤発光素子を有しているが、それぞれの有機発光素子は図５に示す構造を有している。

そして本実施の形態に係る有機発光素子アレイのそれぞれ赤発光素子、緑発光素子、青発光素子は何れもインターフェログラムにおける光路差２Ｌの場合の傾きが正になるように光路差が設定されている。具体的には、陽極８を反射電極で形成し正孔輸送層７を屈折率ｎ＝１．８の有機層で構成しており、光は透明陰極４を透過して外部へ取り出している。なお、正孔輸送層７は３１ｎｍの膜厚で形成されており、ここで、赤発光素子、緑発光素子、青発光素子の光路差２Ｌは何れも１１２ｎｍである。

これは図３の青発光素子、緑発光素子、赤発光素子のそれぞれのインターフェログラムにおいて光路差が２Ｌとなる位置は丸（●）で示したように第１周期の正の傾きの途中にある。

その結果有機発光素子アレイを斜めから観察しても図６に示すように各色の強度が共に低下するので観察する角度によるホワイトバランスの変化が低減できる。

したがって上述の形態、即ちそれぞれの有機発光素子のインターフェログラムにおける光路差２Ｌの場合の傾きの正負を等しくすることはそれぞれの発光素子間の強度のずれを大きくしないという意味からも好ましい形態である。

次に参考例として本実施の形態とは別の例を示す。図７の丸（●）で示すように、有機発光素子アレイのそれぞれ緑発光素子、青発光素子は角度の途中までインターフェログラムの負の傾きにあるように光路差が２Ｌとなる位置が設定され、赤発光素子は正の傾きにあるように設定されている。具体的には、正孔輸送層７は４２ｎｍの膜厚で形成されており、ここで、赤発光素子、緑発光素子、青発光素子の光路差２Ｌは何れも１５１ｎｍである。

その結果有機発光素子アレイを斜めから観察しても図８に示すように緑発光素子、青発光素子の強度が途中まで上昇し赤発光素子の強度は低下するので、観察する角度によるホワイトバランスの変化がおき、ホワイトの色ずれが発生する。

したがって上述の形態、即ちそれぞれの有機発光素子のインターフェログラムにおける光路差２Ｌの場合の傾きの正負を異ならせることはそれぞれの有機発光素子間の強度のずれが大きくなるという意味から好ましくない形態である。

＜実施例２＞
本実施の形態に係る有機発光素子アレイは赤発光素子、緑発光素子、青発光素子を有しているが、それぞれの有機発光素子は図５に示す構造を有している。

そして本実施の形態に係る有機発光素子アレイのそれぞれ赤発光素子、緑発光素子、青発光素子は何れもインターフェログラムにおける光路差２Ｌの場合の傾きが正になるように光路差が設定されている。具体的には、陽極８を反射電極で形成し正孔輸送層７を屈折率ｎ＝１．８の有機層で構成しており、光は透明陰極４を透過して外部へ取り出している。なお、緑発光素子の正孔輸送層７は３６ｎｍ、青発光素子の正孔輸送層７は３２ｎｍ、赤発光素子の正孔輸送層７は１３５ｎｍの膜厚で形成されている。ここで、赤発光素子の光路差２Ｌは４８６ｎｍ，緑発光素子の光路差２Ｌは１３０ｎｍ，青発光素子の光路差２Ｌは１１３ｎｍである。

これは図９のそれぞれの有機発光素子のインターフェログラムにおいて丸（●）で示したように緑発光素子と青発光素子の光路差が２Ｌとなる位置が第１周期の正の傾きの途中に、赤発光素子の光路差が２Ｌとなる位置が第２周期の正の傾きの途中にある。

その結果有機発光素子アレイを斜めから観察しても図１０に示すようにそれぞれの有機発光素子の強度が共に低下するので観察する角度によるホワイトバランスの変化が低減できる。

したがって上述の形態、即ちそれぞれの有機発光素子のインターフェログラムにおける光路差２Ｌの場合の傾きの正負を等しくすることはそれぞれの有機発光素子間の強度のずれを大きくしないという意味からも好ましい形態である。

発光位置と反射位置と光学距離Ｌを説明する概念図である。 光路差に対する光干渉強度の関係を示すインターフェログラムを説明するための図である。 本実施形態に係る有機発光素子アレイのそれぞれの有機発光素子のインターフェログラムを示す図である。 それぞれの有機発光素子のインターフェログラムにおいて、光路差が２Ｌとなる位置が図３とは別になるように設定されていることを示す図である。 有機発光素子の構造を示す図である。 本発明の実施例１に係る有機発光素子アレイにおいて、それぞれの有機発光素子の相対輝度と観察する角度との関係を示す図である。 参考例に係る有機発光素子アレイにおいて、それぞれの有機発光素子のインターフェログラムと、光路差が２Ｌとなる位置とを示す図である。 参考例に係る有機発光素子アレイにおいて、それぞれの有機発光素子の相対輝度と観察する角度との関係を示す図である。 本発明の実施例２に係る有機発光素子アレイにおいて、それぞれの有機発光素子のインターフェログラムと、光路差が２Ｌとなる位置とを示す図である。 本発明の実施例２に係る有機発光素子アレイにおいて、それぞれの有機発光素子の相対輝度と観察する角度との関係を示す図である。

符号の説明

１ 発光位置
２ 反射位置
３ 膜厚ｄ

Claims (9)

1. 透過側に配置されている第１電極と、
   反射側に配置されている第２電極と、
   前記第１電極と前記第２電極の間に配置される発光層と、を少なくとも有する有機発光素子を複数有し、前記複数の有機発光素子が異なる色を発光する有機発光素子を含む有機発光素子アレイにおいて、
   発光位置と反射位置との間の光学距離をＬとする場合、インターフェログラムにおける光路差が２Ｌの場合の傾きの正負が前記複数の有機発光素子のすべてについて同じであることを特徴とする有機発光素子アレイ。
2. 前記反射位置とは反射電極である前記第２電極の前記透過側の界面の位置であることを特徴とする請求項１に記載の有機発光素子アレイ。
3. 正面視した場合の白のＣＩＥ色度座標と、正面から６０°傾いて観察した場合の白のＣＩＥ色度座標との差がｘ座標、ｙ座標においてそれぞれ０．０５以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項２のいずれか１項に記載の有機発光素子アレイ。
4. 正面視した場合の各色の相対輝度差と、正面から６０°傾いて観察した場合の前記各色の相対輝度差がそれぞれ５％以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の有機発光素子アレイ。
5. 前記第１電極の前記発光層側の界面において、前記第１電極の反射率は５％以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の有機発光素子アレイ。
6. 前記第２電極の反射率は９８％以上であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の有機発光素子アレイ。
7. 前記複数の有機発光素子において、それぞれの発光位置と反射位置との間の膜厚が等しいことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の有機発光素子アレイ。
8. 前記発光位置と前記反射位置との間のある層が前記複数の有機発光素子間に跨って配置されていることを特徴とする請求項７に記載の有機発光素子アレイ。
9. 前記複数の有機発光素子とは別であり、且つ白色を発光する有機発光素子をさらに有することを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の有機発光素子アレイ。

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