JP4507718B2 - カラー有機ｅｌディスプレイ及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、有機エレクトロルミネッセンス（以下本明細書において、有機ＥＬという。）を用いたディスプレイに関し、特に簡易な製造工程で発光の取り出し効率を高めたカラー表示の有機ＥＬディスプレイ及びその製造方法に関するものである。

有機ＥＬディスプレイは、自発光の有機ＥＬ素子をガラス等の基板上に配置させ、有機ＥＬ素子を発光させて情報を表示する。有機ＥＬディスプレイは、他の方式の薄型ディスプレイに比べ、「薄い・軽い」「高画質」「動画対応に優れる」「視野角が広い」「低消費電力」という特長を持ち、ユビキタス社会を支える次世代薄型ディスプレイとして有望視されている。

有機ＥＬ素子は、陽極と陰極の間に有機層を挟んで構成される。ここで有機層は、特に低分子の材料を使用する場合は、発光層を挟んでホール輸送層及び／又はホール注入層、もしくは電子輸送層及び／又は電子注入層等の複数の機能層を含むことが多い。

有機ＥＬ素子の有機層を挟む陽極と陰極の２つの電極間に直流電圧をかけると、上記各層を通して発光層にホールと電子が送り込まれる。発光層中でホールと電子が再結合を起こして発生するエネルギーによって、発光層に含まれる有機分子の電子状態が励起状態に励起される。この極めて不安定な電子状態が基底状態に落ちる際にエネルギーを光として放出し、有機ＥＬ素子が発光する。この発光原理が発光ダイオード（ＬＥＤ；Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）の発光メカニズムと共通することから、有機ＥＬ素子は有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ；Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）とも呼ばれている。

有機ＥＬ素子の駆動方法には、大きく分けてパッシブマトリクス方式とアクティブマトリクス方式の２種類がある。パッシブマトリクス方式とは、帯状の陽極と陰極を縦横に交差させ、交差部で挟まれた有機ＥＬ素子を選択的に発光させる駆動方法である。一方、アクティブマトリクス方式は、各画素ごとに薄膜トランジスタ（ＴＦＴ；Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）によりスイッチングとメモリ機能を持たせて有機ＥＬ素子を発光させる駆動方法である。積極的にＴＦＴを用いて画素を光らせるアクティブマトリクス方式は、パッシブマトリクス方式に比べ製造コストは高くつくものの、低電力で高輝度を得ることができる。

一方、従来有機ＥＬディスプレイの光の取り出し方にはボトム・エミッション方式とトップ・エミッション方式がある。ここでボトム・エミッション方式とは、図４（ａ）に示すように、光を絶縁基板２０１０側から取り出す方式である。また、トップ・エミッション方式とは、図４（ｂ）に示すように陰極１０１４側の上面層側から光を取り出す方式である。アクティブマトリクス方式の有機ＥＬディスプレイ１００１では基板上にＴＦＴを形成するため、開口率を上げて光取り出し効率を高めるにはトップ・エミッション方式が有利である。

有機ＥＬディスプレイでフルカラー表示を行なう機構は、基本的には液晶ディスプレイ等と同一である。即ち、まず光の３原色である赤・緑・青（以下、本明細書でそれぞれＲＧＢと略して表現することもある。）のサブピクセルを基板上に並べて配置し、３原色の出力の仕方により混色法で様々な色を作り出す。従ってカラー表示の有機ＥＬディスプレイでは、例えば、基板に青色発光用、緑色発光用、赤色発光用の３種類の有機ＥＬ素子をサブピクセルとして順番に配置させる構造が採用されている。

ところで、有機ＥＬディスプレイの輝度を上げるためには、各有機ＥＬ素子が発光する光をできるだけ有機ＥＬ素子の外に取り出す必要が生じる。有機ＥＬディスプレイは１５００Å程度の非常に薄い有機薄膜中にて発光するデバイスであるが、光は膜内で立体角Ω＝４πですべての方向に広がる。図３（ａ）に模式的に示すように、通常、トップ・エミッション方式の有機ＥＬディスプレイ１００１では陰極１０１４を通して光が出て行くのと同時に、陽極１０１２側に一旦出射された光は陽極１０１２で反射され、やはり陰極１０１４側から出てゆく。ボトム・エミッション方式の有機ＥＬディスプレイでは、トップ・エミッション方式の場合の陽極と陰極の役割が反対となるだけである。従って、トップ・エミッション方式の有機ＥＬディスプレイで１００１は陽極１０１２を光の反射率が高い反射電極とし、陰極１０１４を光の透過率の高い透明電極とするのが一般的である。

更に、有機ＥＬディスプレイの光の取り出し効率を向上させるために、透明電極から直接出て行く光と、反射電極で一旦反射されて透明電極から出て行く光とが強め合う必要がある。発光層内で発光強度がピークとなる発光部と反射電極間の光学反射距離をＬとし、反射電極で反射する際の光の位相変化をφとしたとき、波長λの光を干渉の強め合いを利用して高い効率で取り出すための関係は、

で表される。ここで、ｉ番目の機能層の厚さをｄ_ｉ、屈折率をｎ_ｉとすると、Ｌ＝Σ_（ｉ）ｎ_ｉｄ_ｉである。従って、図３（ａ）のようにセルごとに有機層が含む機能層の膜厚を好適な範囲に設定しないと、輝度を十分に得られない。特に波長の違いが大きいＲとＢは同じ膜厚で作成する限り、双方で満足のいく特性を得ることは困難であり、いずれか一方の色の特性を犠牲にする必要があった。例えば、ＲはＢよりも波長が大きいため、光学反射距離Ｌを大きくするため、Ｒは機能層の厚みをＢよりも厚くした方が好ましい傾向にある。

従って、低分子系の有機層を持つカラー有機ＥＬディスプレイは、いわゆるマスクプロセスを活用して、例えば、以下のように製造される。以下の説明において、図３（ａ）又は図７が参照され、又、マスクとしてメタルマスクが使用される。

（１）絶縁加工された基板１０１０を準備し、この上にメタルマスクを使用してスパッタ法等により反射電極１０１２をパターニングする。反射電極１０１２はＡｌ混合物、Ｃｒ等で形成され、例えば陽極となる。

（２）次に反射電極１０１２上に、ＲＧＢの所定の色、例えば赤のサブピクセルの反射電極１０１２上に有機層を蒸着できるように、メタルマスクを位置あわせする。通常メタルマスクは各色に対応して、赤なら赤のサブピクセルの上方でのみ開口し、各色のサブピクセルのみ蒸着できる構造である。図３（ａ）において、赤色の光に応じた所定の膜厚のホール注入層１０２０とホール輸送層１０２２及び赤色発光用の発光層１０１８を、メタルマスクを介して、例えば真空蒸着法で積層する。引き続きメタルマスクを固定して、赤色の光の波長に対応してあらかじめ定められた膜厚の電子輸送層１０２４と電子注入層１０２６を、真空蒸着法で赤色発光用の発光層１０１８上に積層する。

（３）次にメタルマスクを少し動かし、例えば緑色発光用の発光層を形成する反射電極１０１２上に有機層を蒸着できるようにメタルマスクの位置合わせを行なう。緑色の光の波長に対応して予め定められた膜厚のそれぞれの機能層を、緑色発光用の発光層１０１８を挟んで、ホール注入層１０２０、ホール輸送層１０２２、発光層１０１８、電子輸送層１０２４、電子注入層１０２６の順に真空蒸着法で積層する。

（４）次に、青色発光用の発光層を形成する反射電極１０１２上に有機層を蒸着できるように、メタルマスクの位置合わせを行なう。後は上記工程と同様に、青色の光の波長に対応してあらかじめ定められた膜厚のそれぞれの機能層を、青色発光用の発光層１０１８を挟んで順に蒸着する。

（５）最後に上記各サブピクセルに対応したメタルマスクを外し、一面にＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）等からなる透明電極１２６を積層する。本説明の場合、透明電極は陰極として機能する。

以上のような複雑なマスクプロセスを用いれば、発光した光を干渉の強め合いを利用して高い効率で取り出すことの可能な有機ＥＬディスプレイを製造することができた。しかし、発光材料として低分子材料を用い、メタルマスクで塗り分ける手法を用いる限り、すべての有機層を各色毎にマスクを用いて別々に塗り分ける必要がある。特に、発光面積を高める点で有利なトップエミション構造の有機ＥＬディスプレイを作成した場合、ＲＧＢ各色の色純度と発光効率を両立させるには、ＲＧＢそれぞれの光取り出し効率に関して各有機層の好適な膜厚の範囲が異なっているため、すべての有機層を各色毎にマスクを用いて別々に成膜する必要があった。このため、マスク蒸着プロセスに要する時間が増え、生産性が低下するだけでなく、製造コストが高いという問題があった。

また、特にすべての有機膜をメタルマスクによる塗り分け法を用いて成膜すると、成膜時間、材料使用効率、マスクのクリーニング頻度等の様々な面で問題が生じる。

しかし、トップエミッション構造では反射電極として陽極を用いることが多く、陽極と発光層の間に成膜するホール注入層、ホール輸送層はＲＧＢ各層で同一材料を用いることができるので、マスクを使わず一括して形成した方が製造面では遥かに有利である。

一方、特許文献１には、発光層と反射電極との間に介在される有機層のうちの一部（機能層）を同一工程で一括的に成膜して形成された多色有機ＥＬディスプレイが開示されている。
特開２０００−３２３２７７号公報（例えば、段落[８]、[９]を参照。）

しかしながら、特許文献１に記載の有機ＥＬディスプレイでは、発光層と透明電極との間に介在される有機層のうちの機能層については同一工程で形成されているものの、発光層と透明電極との間に介在された有機層のうちの残りの有機層（補足層）についてはサブピクセル毎に膜厚が異なっている。従って、特許文献１では結局、サブピクセル毎に有機層の膜厚を好適な値に設定しているにほかならず、上記従来のマスクプロセスの削減には大きな効果がない。

そこで本発明は、発光層と反射電極との間に介在される有機層の成膜を複数のサブピクセルに対して一括して行なうことができ、しかも、マスクプロセス数を減らして製造コスト削減、生産性向上に寄与することが可能な光の取り出し効率の良い有機ＥＬディスプレイと、その製造方法を提供することを目的とする。

本発明の有機ＥＬディスプレイは、発光層を有する有機層と、該有機層の一主面に被着される反射電極と、前記有機層の他主面に被着される透明電極とを備え、青色発光用、緑色発光用、赤色発光用の３種類で構成された複数個の有機ＥＬ素子を有し、前記青色発光用、緑色発光用及び赤色発光用の有機ＥＬ素子のうち、緑色発光用及び赤色発光用の前記有機ＥＬ素子のみは、前記反射電極と前記有機層との間に介在し、一括して設けられる互いに略等しい膜厚に設定された光透過性導電膜を有していることを特徴とする。

本発明の有機ＥＬディスプレイは、発光層を有する有機層と、該有機層の一主面に被着される反射電極と、前記有機層の他主面に被着される透明電極と、前記反射電極と前記有機層との間に介在される光透過性導電膜と、を備え、少なくとも青色発光用、緑色発光用、赤色発光用の３種に分類された複数個の有機ＥＬ素子を有し、緑色発光用及び赤色発光用の前記有機ＥＬ素子は、青色発光用の有機ＥＬ素子よりも光透過性導電膜の厚みが大きいことを特徴とする。

本発明の有機ＥＬディスプレイは、緑色発光用及び赤色発光用の有機ＥＬ素子は青色発光用の有機ＥＬ素子よりも前記発光層と前記反射電極層との間の距離が大きいことを特徴とする。

本発明の有機ＥＬディスプレイは、前記緑色発光用及び赤色発光用の有機ＥＬ素子は前記光透過性導電膜の厚みが略等しいことを特徴とする。

本発明の有機ＥＬディスプレイは、前記有機層は、前記発光層よりも前記反射電極側にホール輸送層及び／またはホール注入層、もしくは電子輸送層及び／または電子注入層を有しており、これら輸送層及び注入層の厚み、材料が青色発光用、緑色発光用、赤色発光用のいずれの有機ＥＬ素子においても略同一であることを特徴とする。

本発明の有機ＥＬディスプレイは、発光層を含み、一主面と他主面を有する有機層と、
前記有機層の一主面に被着される反射電極と、前記有機層の他主面に被着される透明電極と、を備えた有機ＥＬ素子を複数個有し、前記有機ＥＬ素子は、該有機ＥＬ素子が含む発光層が発光する色により少なくとも２種に分類され、前記有機ＥＬ素子のうち、少なくとも１種の有機ＥＬ素子は、前記反射電極と前記有機層との間に光透過性導電膜を有していることを特徴とする。

本発明の有機ＥＬディスプレイは、前記有機層の一主面から発光層までの距離が、すべての前記有機ＥＬ素子において略同一である。

本発明の有機ＥＬディスプレイの製造方法は、発光層と少なくとも１層の機能層を有する有機ＥＬ素子が、該発光層の発光する色により少なくとも青色発光用、緑色発光用、赤色発光用の３種に分類される有機ＥＬディスプレイであって、基板を準備する工程と、前記基板上に複数の反射電極を形成する工程と、前記赤色発光用及び／または前記緑色発光用の有機ＥＬ素子を形成する前記反射電極の上に、光透過性導電膜を形成する工程と、前記基板の全面に、前記少なくとも１層の機能層を一様に形成する工程と、前記反射電極の上方で、前記少なくとも１層の機能層上に、前記少なくとも青色発光用、緑色発光用、赤色発光用の発光層を形成する工程と、を含む。

本発明は、発光層と反射電極との間の距離を必要のあるサブピクセル（例えばＲ及び／またはＧ）に対して、有機層と反射電極との間に所定膜厚の光透過性導電膜を形成することにより、発光層と反射電極との間に介在される有機層（機能層）を略等しい膜厚で形成しても、各サブピクセルに対して輝度、色純度ともに満足な結果が得られる有機ＥＬディスプレイを得ることに成功した。得られた有機ＥＬディスプレイの製造コスト、タクトタイムは、すべての有機膜をメタルマスクで塗り分ける場合と比較すると極めて小さいものである。

図１は、本発明に係る有機ＥＬディスプレイの第１の実施形態を表す断面図である。図１において、本発明の有機ＥＬディスプレイ１は、発光層１８を含み一主面と他主面を有する有機層１６と、有機層１６の一主面に被着される反射電極１２と、有機層１６の他主面に被着される透明電極１４とを備えている。反射電極１２は陽極であり、Ａｌ混合物、Ｃｒ等で形成される。透明電極１４は陰極として機能し、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、ＭｇＡｇ薄膜＋ＩＴＯもしくはＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、ＬiＦ＋Ａｌ薄膜等から形成される。

図３（ｂ）に模式的に示されるように、有機層１６は発光層１８を有し、発光層１８は少なくとも青色発光用、緑色発光用、赤色発光用の３種類の発光層１８Ｂ、１８Ｇ、１８Ｒに分類される。有機層１６は更に、発光層１８を挟持する機能層を有している。この機能層は、発光層１８よりも反射電極１２側にホール輸送層２２及びホール注入層２０を、発光層１８よりも透明電極１４側に電子輸送層２４及び電子注入層２６をそれぞれ有している。尚、図１においては、有機層１６は発光層１８Ｂ、１８Ｇ、１８Ｒを含み、電子輸送層２４、電子注入層２６は省略している。

本発明の有機ＥＬディスプレイ１は、上記少なくとも青色発光用、緑色発光用、赤色発光用の３種に分類された複数個の有機ＥＬ素子３Ｂ、３Ｇ、３Ｒを有しており、緑色発光用及び赤色発光用の有機ＥＬ素子３Ｇ及び有機ＥＬ素子３Ｒは、反射電極１２と有機層１６との間に光透過性導電膜５０を有している。

図１及び図３（ｂ）に示す本実施形態の有機ＥＬディスプレイ１は、トップ・エミッション方式であり、また、有機層１６は低分子有機材料、デンドリマーあるいは高分子ポリマーなどで形成される。図３（ｂ）において、有機ＥＬ素子３Ｇ及び有機ＥＬ素子３Ｒが反射電極１２と有機層１６との間に有する光透過性導電膜５０は、ＩＴＯ、ＩＺＯ等で形成され、膜厚は１０ナノメートル〜２００ナノメートルで略同一膜厚である。

また、図３（ｂ）に示す本実施形態の有機ＥＬディスプレイ１において、有機層１６は反射電極１２又は光透過性導電膜５０上に、ホール注入層２０、ホール輸送層２２、発光層１８、電子輸送層２４、電子注入層２６が順に積層されて形成されている。即ち、有機ＥＬ素子３Ｂでは反射電極１２上に、有機ＥＬ素子３Ｇ及び３Ｒでは光透過性導電膜５０上に、それぞれ有機層１６が形成される。本発明の有機ＥＬディスプレイ１においては、発光層１８と反射電極１２又は光透過性導電膜５０との間に挟まれるホール輸送層２２及びホール注入層２０は有機ＥＬ素子３Ｂ，３Ｇ，３Ｒで略同一膜厚に形成される。

更に、本実施形態の有機ＥＬディスプレイ１において、発光層１８上に成膜される電子輸送層２４及び電子注入層２６の膜厚は、各有機ＥＬ素子３Ｂ、３Ｇ、３Ｒでそれぞれ異なってよい。電子輸送層２４及び電子注入層２６の膜厚は、各有機ＥＬ素子３Ｂ、３Ｇ、３Ｒの発光波長、有機EL素子３を形成する各層の膜厚及び屈折率、光透過性導電膜５０の膜厚等に従って変化し、これらの要素を考慮して最適化される。

以下、上記構成の本実施形態における有機ＥＬディスプレイ１の、各色有機層が含む機能層の膜厚について詳説する。

上述のように、発光層内で発光強度がピークとなる発光部と反射電極間の光学反射距離をＬとしたとき、波長λの光を干渉の強め合いを利用して高い効率で取り出すための関係は数１で表される。本実施形態において、有機ＥＬ素子３Ｂでは発光層１８と反射電極１２間にはホール輸送層２２とホール注入層２０が、有機ＥＬ素子３Ｇ及び３Ｒでは更に光透過性導電膜５０が成膜されている。但し、上記のように、ホール輸送層２２とホール注入層２０の膜厚は、いずれの有機ＥＬ素子３においても略同一である。

各色有機ＥＬ素子３の発光部と反射電極間の光学反射距離をそれぞれＬ_Ｂ、Ｌ_Ｇ、Ｌ_Ｒとし、各色発光層１８Ｂ、１８Ｇ、１８Ｒが発光する光の波長をそれぞれλ_Ｂ、λ_Ｇ、λ_Ｒ、各色反射電極１２で反射する際の光の位相変化をφ_Ｂ、φ_Ｇ、φ_Ｒとする。

また、ホール輸送層２２、ホール注入層２０及び光透過性導電膜５０の膜厚をそれぞれｄ_ＨＴＬ、ｄ_ＨＩＬ、ｄ_ＩＴＯと、屈折率をｎ_ＨＴＬ、ｎ_ＨＩＬ、ｎ_ＩＴＯとする。以上の定義より次式が成り立つ。

本実施形態においては、例えば青色の有機ＥＬ素子３Ｂ内で発光強度がピークに近づくように、ホール輸送層２２、ホール注入層２０の屈折率及び膜厚を数２に基づいて好適な範囲に設定する。一方、ホール輸送層２２やホール注入層２０の屈折率、膜厚は青色の有機ＥＬ素子３Ｂを数２に基づいて好適化することにより決定されるため、赤色の有機ＥＬ素子３Ｒや緑色の有機ＥＬ素子３Ｇ内で発光強度をピークに近づけるためには光透過性導電膜５０の屈折率及び膜厚を数３に基づいて好適な範囲に設定する必要がある。ここで、ＲとＧの波長の違いから、数３の第１式と第２式を同時に満たすのは難しいことから、ＲとＧの何れか一方を犠牲にして他方の色を最適化する。ところが、一般にＧを発光する有機ＥＬ素子は、ＢまたはＲを発光する有機ＥＬ素子に比べて発光効率が良く、視感度もＧが良いことから、屈折率や膜厚が最適値と多少異なっても性能へ与える影響は少ないため、Ｒを最適化する方がより適している。また、Ｂの波長に比べるとＧの波長はＲの波長に近く、Ｒを最適化したことによるＧへの影響は少ない。従って、この場合、光透過性導電膜５０の屈折率や膜厚はＲを基準に数３に基づいて好適化することが好ましい。なお、下記実施例１において示すが、本実施形態の有機ＥＬディスプレイ１においては、ＲＧＢすべての色に対して、色純度、輝度等において満足な結果を得ることに成功した。

以上数２及び３を満たすように有機層１６及び光透過性導電膜５０が調整された本実施形態の有機ＥＬディスプレイ１は、反射電極１２を陽極とし透明電極１４を陰極として両極間に発光閾値電圧以上の適当な電圧を印加すると、上述のように、各色発光層１８Ｒ、１８Ｇ、１８ＢがそれぞれＲＧＢの蛍光または燐光を発光する。基板に略垂直に放出された各色光は、透明電極１４及び反射電極１２方向に伝搬し、透明電極１４方向の直進光は透明電極１４から外部に取り出される。反射電極１２方向に進行した光は、反射電極１２で反射し、透明電極１４方向に伝搬する。この反射電極１２で反射した反射光は、発光層１８から透明電極１４方向へ放射された光と干渉する。しかし、各有機ＥＬ素子３Ｂ、３Ｇ、３Ｒは数２及び３を満たすように調整されているため、直進光と反射光は略強め合って透明電極１４から外部に取り出される。

本実施形態の説明の最後に、図１及び図３（ｂ）を参照して、有機ＥＬディスプレイ１の製造工程について説明する。有機ＥＬディスプレイ１は低分子系の有機層を持ち、トップエミッション型のカラー有機ＥＬディスプレイであり、上述のようにマスクプロセスを活用して、例えば、以下のように製造される。

（１）絶縁基板を準備し、この上にメタルマスクを使用してスパッタ法等により反射電極１２をパターニングする。反射電極１２はＡｌ混合物、Ｃｒ等で形成され、陽極として機能する。

（２）ＲとＧのサブピクセルとなる反射電極１２上にのみ、数３より定める同一膜厚の光透過性導電膜５０を周知のフォトプロセスを経てエッチングによりパターン形成する。光透過性導電膜５０はＩＴＯ、ＩＺＯ等で形成し、例えば２０ｎｍの薄膜とする。

（３）基板一面にベタに、ＲＧＢに関するホール注入層２０及びホール輸送層２２を、数２及び数３より膜厚で、例えば真空蒸着法で積層する。従来の製法と異なり、マスクの位置合わせ等の複雑なマスクプロセスは不要であり、ＲＧＢに関して一括的に成膜するため、ＲＧＢでホール注入層２０とホール輸送層２２の膜厚は略等しくなる。

（４）次にホール輸送層２２上に、ＲＧＢの所定の色、例えば赤色発光用の発光層１８Ｒを蒸着できるように、メタルマスクの位置あわせをする。メタルマスクを介して、発光層１８Ｒを、真空蒸着法でホール輸送層２２上に積層する。引き続きメタルマスクを固定して、電子輸送層２４と電子注入層２６を発光層１８Ｒ上に積層する。

（５）ついで、例えば緑色発光用の発光層１８Ｇを形成するホール輸送層２２上に有機層を蒸着できるようにメタルマスクの位置合わせを行なう。緑色の光に応じて発光層１８Ｇ、電子輸送層２４、電子注入層２６の順に真空蒸着法で積層する。

（６）更に、青色のサブピクセルに有機層を蒸着できるように、メタルマスクの位置合わせを行なう。後は上記工程と同様に、青色の光に応じて発光層１８Ｂ、電子輸送層２４、電子注入層２６の順に蒸着する。

（７）最後に上記各サブピクセルに対応したメタルマスクを外し、一面にＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、ＭｇＡｇ薄膜+ＩＴＯ等からなる透明電極１４を積層する。

上記本発明の製造工程を、従来の製造工程と比べると、（２）の工程は増えるものの、本工程の（３）の工程において従来の製法と異なり、マスクの位置合わせ等の複雑なマスクプロセスを大幅に削減している。特に本実施形態においては工程（３）で基板一面にベタでホール注入層２０及びホール輸送層２２を成膜しているためにマスクプロセスを不要としている。即ち、本実施形態では、ＲとＧのサブピクセルでのみ、反射電極１２上に所定膜厚の光透過性導電膜５０を形成しておき、ＲＧＢすべてのサブピクセルに対してホール注入層２０、ホール輸送層２２を同一工程で一括的に略同一膜厚で形成し、マスクも用いる必要がない。

従って、本発明の有機ＥＬディスプレイの製造方法を用いれば、製造コスト、タクトタイムの面で極めて有利である。また、上記工程（２）による製造コスト、タクトタイムの損失は、すべての有機膜をメタルマスクで塗り分ける場合と比較すると極めて小さいものである。

しかも、ＲＧに対して光透過性導電膜５０を介在させていることから、ホール輸送層２２とホール注入層２０をＲＧＢで略等しい膜厚で形成しても、ＲＧＢそれぞれに関して反射電極１２と発光層１８との間の距離を好適な範囲で設計することができ、所望の色純度や発光効率を得ることができる。

次に、他の実施形態について説明する。以下、図において、上記第１の実施形態と同一の構成要素には、同一の符号を用いることとする。

上記第１の実施形態では、ＲとＧのサブピクセルでのみ、反射電極１２上に所定膜厚の光透過性導電膜５０を形成した。図５において、本第２の実施形態の有機ＥＬディスプレイ２０１では、Ｒのサブピクセルでのみ反射電極１２上に所定膜厚の光透過性導電膜５０を形成しておき、ホール注入層２０、ホール輸送層２２を同一膜厚とし、ＲＧＢすべてのサブピクセルに対して一括して形成する。従って、図５に示す本第２の実施形態の有機ＥＬディスプレイ２０１の構成は、第１の実施形態の有機ＥＬディスプレイ１から、Ｇのサブピクセルにおける反射電極１２上の光透過性導電膜５０がなくなるのみである。

従って、構成要素、製法の説明は省略し、各波長λ_Ｂ、λ_Ｒの光を干渉の強め合いを利用して高い効率で取り出すために各機能層の膜厚が満たすべき関係を列記する。

本第２の実施形態では、Ｒのサブピクセルでのみ、反射電極１２上に所定膜厚の光透過性導電膜５０を形成しておき、ホール注入層２０、ホール輸送層２２をそれぞれ同一膜厚として、ＲＧＢすべてのサブピクセルに対して一括して積層することができる。

上記第１及び２の実施形態では、有機ＥＬディスプレイは全て陰極側の上面から光を取り出すトップエミッション型のディスプレイについて説明した。しかし、本発明の有機ＥＬディスプレイは、ボトムエミッション型のディスプレイであってもよい。以下、ボトムエミッション型の第３の実施形態について図６を用いて説明する。

本発明に係る第３の実施形態の有機ＥＬディスプレイ４０１は、第１の実施形態の有機ＥＬディスプレイ１の有機層１６の積層パターンを同一とし、有機層１６を挟む反射電極１２、透明電極１４を入替えた構造となる。基板は透明基板とし、透明基板上に陽極である透明電極１４、有機層１６、光透過性導電膜５０、陰極である反射電極１２の順に積層する。

従って、有機層１６を構成する発光層１８及び機能層は第１の実施形態の有機ＥＬディスプレイ１と同一であってよく、また、反射電極１２、透明電極１４を形成する材料も有機ＥＬディスプレイ１と同一であってよい。

また、上述の第１及び第２実施形態においては、数２及び３から膜厚を好適化するのはホール輸送層２２、ホール注入層２０であったが、第３の実施形態では反射電極１２と発光層１８に介在される有機層は電子輸送層２４及び電子注入層２６であるので、電子輸送層２４及び電子注入層２６、更には光透過性導電膜５０を上述の数２及び数３に基づいて好適化する。ここでは、数２及び数３におけるホール輸送層、ホール注入層をそれぞれ電子輸送層、電子注入層に置き換えて、電子輸送層、電子注入層、光透過性導電膜の膜厚が満たすべき関係を、上記実施形態１と同様に算出する（式省略）。

第３の実施形態の有機ＥＬディスプレイ４０１の製造工程は、以下のようになる。

（１）ガラス基板等の透明基板を準備し、この上にメタルマスクを使用してスパッタ法等により陽極となる透明電極１４（ＩＴＯ、ＩＺＯなど）をフォト工程、エッチング工程を用いてパターニングする。

（２）透明基板上に、まず各色のホール注入層２０のうち最も薄い膜厚、例えばＢのサブピクセルに要求される膜厚で、ホール注入層２０を一面に蒸着させる。

（３）次にメタルマスクを位置あわせして、例えばＧのサブピクセルに所定の膜厚になるように、不足した分のホール注入層２０を蒸着させる。

（４）更にＲのサブピクセルにメタルマスクを位置あわせして、Ｒのサブピクセルに所定の膜厚になるように、不足した分のホール注入層２０を蒸着させる。

（５）ホール輸送層２２の蒸着について、上記（２）〜（４）のマスクプロセスを繰り返し、各ＲＧＢのサブピクセルに所定のホール輸送層２２を、ホール注入層２０の上に積層する。

（６）ホール輸送層２２の上に発光層１８を蒸着させる。

（７）発光層１８上に、数２及び数３により予め定めた膜厚の電子輸送層２４と電子注入層２６を、この順にＲＧＢを同時に一面に積層する。

（８）メタルマスクを位置あわせして、ＲとＧのサブピクセルとなる電子注入層２６上にのみ、数３より定める同一膜厚の光透過性導電膜５０を、スパッタ法や蒸着法等によりパターン形成する。

（９）最後に上記各サブピクセルに対応したメタルマスクを外し、一面に反射電極１２を積層する。

以上のような有機ＥＬディスプレイ４０１の製造工程においても、電子輸送層２４と電子注入層２６を同一膜厚で形成し、ＲＧＢすべてのサブピクセルに対して一括して行なうことができ、マスクを用いる必要がない。

しかも、ＲＧに対して光透過性導電膜５０を介在させていることから、電子輸送層２４と電子注入層２６をＲＧＢで略等しい膜厚で形成しても、ＲＧＢそれぞれに関して反射電極１２と発光層１８との間の距離を好適な範囲で設計することができ、所望の色純度や発光効率を得ることができる。

上記第３の実施形態の有機ＥＬディスプレイ４０１は、第１の実施形態の有機ＥＬディスプレイ１と対応してＲとＧのサブピクセルに同一膜厚の光透過性導電膜５０を備えたが、第２の実施形態と対応した実施形態も可能である。

即ち、本発明の第４の実施形態の有機ＥＬディスプレイは、第２の実施形態の有機ＥＬディスプレイ２０１と対応して、Ｒのサブピクセルのみに光透過性導電膜５０を備えたボトムエミッション型の有機ＥＬディスプレイである。

以上のような第４の実施形態の有機ＥＬディスプレイの製造工程においても、マスクプロセスなしでＲＧＢすべてのサブピクセルに対して電子輸送層２４と電子注入層２６を形成することができる。また、数２及び３に従い、ＲＧＢそれぞれに関して反射電極１２と発光層１８との間の距離を好適な範囲で設計することができ、所望の色純度や発光効率を得ることができる。

以上、本発明に係る有機ＥＬディスプレイの実施形態について説明したが、本発明の有機ＥＬディスプレイは上記実施形態及び以下に説明する実施例に限定されるものではない。ＲＧＢすべてのサブピクセルで有機層１６と反射電極１２の間に光透過性導電膜５０が形成されてもよい。この場合、数３及び下記の数６を用いてそれぞれのサブピクセルにおける光透過性導電膜５０の膜厚を好適な範囲に設定しても良い。ＲとＧに形成される光透過性導電膜５０の厚みを略等しく設定し、かつＢの光透過性導電膜５０の厚みをＲやＧよりも薄くし、Ｂの光透過性導電膜５０の厚みをＲ及びＧと独立に好適な範囲に設定してもよく、この場合、光透過性導電膜５０をＲとＧとで同一工程で一括的に行うことができ、有機ＥＬディスプレイの生産性を向上させることができるという利点がある。

また、光透過性導電膜５０は、反射電極１２と反射電極１２に最近接の有機層１６との間に形成する必要はない。有機層１６を構成する層同士の層間に挿入してもよい。

また、上記実施形態においては、各サブピクセルにおける発光色をＲＧＢの基本３色としたが、各サブピクセルの発光色はＲＧＢ以外の色であってよく、又、３色に限定されない。各サブピクセルにおける発光色が２種類以上であれば、本発明は適用し得る。

また、上記実施形態においては、各サブピクセルごとにそれぞれＲＧＢの色を発光させてフルカラー表示を行なう場合について説明したが、エリアによって異なる色を表現する、いわゆるエリアカラー表示であってもよい。この場合は上記サブピクセルを適当なエリアに置き換えて、本発明の有機ＥＬディスプレイの製造方法を適用することができる。

更に、本発明の有機ＥＬディスプレイにおいて、機能層はホール輸送層、ホール注入層、電子輸送層及び電子注入層の全てが必要であるわけではなく、発光層と反射層の間に少なくとも一層存在すればよい。又は、発光層と反射層の間には、３層以上の多数層が存在しても本発明は適用し得る。

また、上記のように本発明の有機ＥＬディスプレイは、トップエミッション型のディスプレイでも、ボトムエミッション型のディスプレイであってもよく、パッシブ方式でもアクティブ方式でもよい。更に、上記実施形態１、２等で、有機ＥＬ素子１６及び／又は光透過性導電膜の膜厚の最適化は、Ｂのサブピクセルを基準に決定する必要はなく、いずれの色の有機ＥＬ素子３を基準に膜厚、各層の材料の屈折率等を最適化してもよい。

その他、本発明は、その主旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づき種々の改良、修正、変更を加えた態様で実施できるものである。

本実施例では、有機ＥＬディスプレイの中に本発明に関わる設計の画素と従来技術による設計の画素の２箇所を用意して、両画素の色度と輝度を比較した。画素２は、従来のように反射電極上に光透過性導電膜は形成しないが、すべてのＲＧＢサブピクセルでホール輸送層とホール注入層の膜厚を一定とした。対して画素１は、ＲＧＢのすべてのサブピクセルにおいて、反射電極上に厚さ２０ｎｍのＩＴＯ薄膜からなる光透過性導電膜を形成した。画素１と画素２の構成の違いは各ＲＧＢサブピクセルにおける光透過性導電膜の存否のみであり、他の要素のサイズはすべて略同一とした。

画素２において、数２より、青色発光用の有機ＥＬ素子の直進光と反射光が強め合って外部に取り出されるように設計を行ない、画素１の有機ＥＬ素子の有機層の膜厚も同一とした。

画素１又は２の材料及び各層の膜厚は以下の通りである。
基板：ガラス（ ０．７ｍｍｔ）
反射電極：Ａｌ混合物またはＣｒ（ ３００ｎｍ）
光透過性導電膜：ＩＴＯ（ 厚さ ２０ｎｍ）
ホール注入層：（ ２０ｎｍ）
ホール輸送層：（ １０ｎｍ）
発光層： （ ２５ｎｍ）
電子輸送層：（ 今回未使用）
電子注入層：（ ２０ｎｍ forＢ,３０ｎｍ forＧ,４５ｎｍ forＲ・・・ＲＧＢについて）
透明電極： ＭｇＡｇ＋ＩＴＯ （ 30nm）

本実施例では、上記画素２のディスプレイにおけるＲＧＢの各光の輝度を１００％として、画素１の輝度を評価した。その結果、光透過性導電膜を形成したサンプル１は、ＲとＧの光がそれぞれ２９％及び２３％づつ輝度がアップしたが、Ｂの光の輝度は１３％ダウンした。これは、上記のように、画素２で青色発光用の有機ＥＬ素子の直進光と反射光が強め合って外部に取り出されるように最適化されていたため、光透過性導電膜を形成した画素１では輝度が落ちたと考えられる。

また、図２は画素１と画素２のＣＩＥ色度を、ＣＩＥ色度図にプロットしたものである。白抜きのプロットは画素１のＣＩＥ色度を、黒のプロットは画素２のＣＩＥ色度のプロットを表す。輝度と同様の理由で、Ｂの色度は悪くなっているが、ＲとＧの色度はわずかながら良くなるという結果が得られた。

従って、本発明に係る、実施形態１の有機ＥＬディスプレイ１のように、ＲとＧのサブピクセルでのみ反射電極１２上に一定膜厚の光透過性導電膜５０を形成し、ホール注入層２０、ホール輸送層２２を同一膜厚とすれば、Ｂのサブピクセルの有機ＥＬ素子も最適化され、Ｂの色純度と輝度を保ちつつ、ＲとＧの輝度を２０％以上高めることができる。

本発明の有機ＥＬディスプレイは、テレビやパソコンに用いる薄型ディスプレイとして、あるいは、携帯電話やカーナビ、ＰＤＡ等に使用される小型のディスプレイに利用し得るほか、多色式照明としても利用し得る。

本発明に係る第１の実施形態の有機ＥＬディスプレイの断面図である。 実施例１における画素１と画素２のＣＩＥ色度をプロットしたＣＩＥ色度図である。 （ａ）従来の有機ＥＬディスプレイの発光光路を表す断面図である。（ｂ）本発明に係る第１の実施形態の有機ＥＬディスプレイの発光光路を表す断面図である。 （ａ）ボトムエミッション型のアクティブ型有機ＥＬディスプレイの発光方法を表す断面図である。（ｂ）トップエミッション型のアクティブ型有機ＥＬディスプレイの発光方法を表す断面図である。 本発明に係る第２の実施形態の有機ＥＬディスプレイの発光光路を表す断面図である。 本発明に係る第３の実施形態の有機ＥＬディスプレイの発光光路を表す断面図である。 従来の有機ＥＬディスプレイの断面図である。

符号の説明

１、２０１、４０１、１００１、２００１：有機ＥＬディスプレイ
３、３Ｂ、３Ｇ、３Ｒ：有機ＥＬ素子
１０、１０１０、２０１０：基板
１２、１０１２：反射電極
１４、１４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｒ、１０１４Ｒ、１０１４Ｇ、１０１４Ｒ：透明電極
１６、１０１６、２０１６：有機層
１８、１８Ｂ、１８Ｇ、１８Ｒ、１０１８：発光層
２０、１０２０：ホール注入層
２２、１０２２：ホール輸送層
２４、１０２４：電子輸送層
２６、１０２６：電子注入層
５０、５０Ｇ、５０Ｒ：光透過性導電膜
２０１２：陽極
２０１４：陰極

Claims (3)

1. 発光層を含み、一主面と他主面を有する有機層と、
   前記有機層の一主面に被着される反射電極と、
   前記有機層の他主面に被着される透明電極と、
   を備えた有機ＥＬ素子を複数個有し、
   前記有機ＥＬ素子は、該有機ＥＬ素子が含む前記発光層の発光する色により青色発光用、緑色発光用及び赤色発光用の３種類で構成され、
   前記青色発光用、緑色発光用及び赤色発光用の有機ＥＬ素子のうち、前記緑色発光用及び赤色発光用の有機ＥＬ素子のみは、前記反射電極と前記有機層との間に介在し、一括して設けられる互いに略等しい膜厚に設定された光透過性導電膜を有していることを特徴とする、
   有機ＥＬディスプレイ。
2. 前記緑色発光用及び赤色発光用の有機ＥＬ素子は、前記青色発光用の有機ＥＬ素子よりも前記発光層と前記反射電極層との間の距離が長いことを特徴とする、
   請求項１に記載の有機ＥＬディスプレイ。
3. 前記有機層は、前記発光層よりも前記反射電極側にホール輸送層及び／又はホール注入層、もしくは電子輸送層及び／又は電子注入層を有しており、
   これら輸送層または注入層の厚み、材料が青色発光用、緑色発光用、赤色発光用のいずれの有機ＥＬ素子においても略同一であることを特徴とする、
   請求項１又は請求項２のいずれかに記載の有機ＥＬディスプレイ。

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