JP5056602B2 - 有機ｅｌ発光装置および電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、有機ＥＬ発光装置、及び当該発光装置を搭載した電子機器に関する。

ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）発光装置、特に有機ＥＬ発光装置は、軽量化および薄膜化が可能であるという特徴からディスプレイの画像形成素子として、あるいは、ラインヘッドモジュールで形成した画像を感光体ドラムを介して媒体に転写する方式の画像形成装置の発光画素としての利用が進んでいる。

ディスプレイの分野では表色範囲の向上のために、また画像形成装置の分野では結像光学系に用いられるセルフォック（登録商標）レンズアレイの波長分散特性による結像画像の劣化（ボケ）を抑制するために、単色性の向上が求められている。そしてその対策として、例えば特許文献１に示すように、ボトムエミッション構造の発光装置において、発光層の下層に交互に積層された低屈折率の薄膜と高屈折率の薄膜とからなる誘電体ミラーを配置し、干渉を利用して特定の波長の光を強化して単色性を向上する態様が提案されている。

一方、有機ＥＬ発光装置の長寿命化や消費電力の抑制のために、表示領域の面積に対して実際に光が出射する面積の比率である開口率の向上が求められている。そしてその対策としては、例えば特許文献２に示すように、画素駆動部の上層にも発光層を形成できるトップエミッション構造の有機ＥＬ発光装置が提案されている。

特開平６−２７５３８１号公報 特開２００４−１８６０４３号公報

しかし、誘電体ミラーの形成は薄膜の積層を繰り返すため、加熱工程等に起因するダメージを下層に与え得る。したがって、有機材料からなる発光層の上層には形成し難く、発光層の上層側から光を取り出すトップエミッション構造との両立は困難であった。

上記課題を解決するために本発明の一実施形態に係る有機ＥＬ発光装置は、複数の発光画素を有する有機ＥＬ発光装置であって、前記複数の発光画素の各々は、基板と、前記基板と対向して配置され、透光性を有する陰極と、前記基板と前記陰極との間に配置された発光層と、前記基板と前記発光層との間に配置された正孔注入層と、前記基板と前記正孔注入層との間に配置され、前記発光層が発光する光の内、特定の波長の光を強化する光共振器として作用する誘電体ミラーと、前記基板と前記誘電体ミラーとの間に配置された光反射層と、前記基板と前記光反射層との間に配置された絶縁体層と、前記基板と前記絶縁体層との間に配置され、前記陽極と電気的に接続された薄膜トランジスタと、を有し、前記陰極は、前記発光層が発光する光の一部を透過し、一部を反射する半透過半反射層を有し、前記誘電体ミラーは、前記基板と前記正孔注入層との間に配置され、透光性を有する陽極と、前記基板と前記陽極との間に前記陽極に接して配置され、前記陽極より低屈折率の材料からなる第１低屈折率材料層と、を有することを特徴とする。
また、本発明の一実施形態に係る有機ＥＬ装置は、前記複数の発光画素を互いに分離する隔壁をさらに備え、前記薄膜トランジスタは前記隔壁と前記基板との間に配置されることを特徴とする。
また、本発明の一実施形態に係る有機ＥＬ装置は、前記誘電体ミラーは、前記基板と前記第１低屈折率材料層との間に配置され、前記第１低屈折率材料層より高屈折率の材料からなる高屈折率材料層と、前記光反射層と前記高屈折率材料層との間に前記光反射層に接して配置され、前記第１低屈折率材料層と同じ材料からなる第２低屈折率材料層と、をさらに有することを特徴とする。
また、本発明の一実施形態に係る有機ＥＬ装置は、前記陽極はＩＴＯからなることを特徴とする。
また、本発明の一実施形態に係る有機ＥＬ装置は、前記高屈折率材料層は窒化シリコンからなることを特徴とする。
また、本発明の一実施形態に係る有機ＥＬ装置は、前記第１低屈折率材料層は酸化シリコンからなることを特徴とする。
また、本発明の一実施形態に係る有機ＥＬ装置は、前記第１低屈折率材料層の膜厚方向の光学距離、及び、前記陽極の膜厚方向の光学距離は、前記特定の波長の略１／４倍であることを特徴とする。
また、本発明の一実施形態に係る有機ＥＬ装置は、前記第１低屈折率材料層の膜厚方向の光学距離と前記陽極の膜厚方向の光学距離の和は、前記特定の波長の略１／２倍であることを特徴とする。
また、本発明の一実施形態に係る有機ＥＬ装置は、前記陰極は、前記半透過半反射層上に透明導電材料を積層して形成されていることを特徴とする。
また、本発明の一実施形態に係る有機ＥＬ装置は、前記正孔注入層の膜厚及び前記発光層の膜厚は、干渉効果によって前記特定の波長の光が強化されるように設定されていることを特徴とする。
また、本発明の一実施形態に係る電子機器は、上記の有機ＥＬ発光装置を具備することを特徴とする。
本発明の参考例に係る有機ＥＬ発光装置は、基板上に光反射層と、透明導電材料からなる第１の電極と、少なくとも有機ＥＬ発光層を含む機能層と、上記有機ＥＬ発光層からの光の１部を透過し１部を反射する半透過半反射層を少なくとも含む第２の電
極と、が順に配置され、上記有機ＥＬ発光層からの光を上記基板の反対側から出射するトップエミッション方式の有機ＥＬ発光装置であって、上記機能層と上記光反射層の間に特定の波長の光を強化する光共振器として作用する誘電体ミラーを具備することを特徴とする。

かかる構成であれば、上記半透過半反射層で反射された光を、上記機能層の下層に形成された上記誘電体ミラーにより特定の波長の光の強度を増加させたうえで出射できる。したがって、トップエミッション方式のＥＬ装置に誘電体ミラーを適用でき、有機ＥＬ発光装置の長寿命化や消費電力の抑制と単色性の向上を両立できる。

好ましくは、上記誘電体ミラーは、上記光反射層上に低屈折率材料層と高屈折率材料層とを交互に積層することにより形成されている。

かかる構成により、上記機能層から出射する光が上記基板上の上記光反射層に到達する間に複数回の共振現象を起こせるため、特定の波長の光の強度をより一層増加させることができる。

また好ましくは、上記第１の電極はＩＴＯ（酸化インジウムすず）からなり、上記高屈折率材料層を兼ねている。

上記第１の電極を高屈折率材料層としても利用することにより、下層に低屈折率材料層を１層形成することで誘電体ミラーを形成できる。したがって、製造コストを抑制しつつ特定の波長の光の強度を増加させることができる。

また好ましくは、上記高屈折率材料は窒化シリコンであり、上記低屈折率材料は酸化シリコンである。

窒化シリコン、及び酸化シリコンは膜厚の制御性および強度等が優れている。したがってかかる構成により、信頼性の低下または製造コストの上昇を抑制しつつ誘電体ミラーを形成でき、特定の波長の光の強度を増加させることができる。

また好ましくは、上記低屈折率材料層の膜厚方向の光学距離、及び上記高屈折率材料層の膜厚方向の光学距離は、上記波長の略１／４倍である。さらに好ましくは、上記低屈折率材料層の膜厚方向の光学距離と上記高屈折率材料層の膜厚方向の光学距離の和は、上記波長の略１／２倍である。

かかる構成によれば、高屈折率材料層の光学距離と低屈折率材料層の光学距離との合計が、強度を増加させるべき光の波長と一致する。したがって、上記核材料層の膜厚を容易に決定できる。

また好ましくは、上記第２の電極は、上記半透過半反射層上に透明導電材料を積層して形成されている。

かかる構成によれば、上記第２の電極の面抵抗を、透光性に与える影響を抑制しつつ低下させることができる。したがって、上記半透過半反射層の透過性及び反射性の設定の自由度を向上できる。

また好ましくは、上記第１の電極と上記半透過半反射層との間の光学距離が、上記特定の波長の光を強化するように設定されている。

機能層にも特定の波長の光を強化する機能を付加することにより、特定の波長の光の強度をより一層増加させることができる。

また好ましくは、上記機能層が正孔注入層の上に有機ＥＬ発光層を積層して形成されており、上記正孔注入層の膜厚方向における光学距離の２倍の距離と上記有機ＥＬ発光層の膜厚方向における光学距離との和が上記特定の波長の略１／２倍である。

かかる構成により、第１の電極の表面で反射した光が第２の電極の表面に到達するまでの経路の光学距離が強度を増加させるべき波長と一致するため、上記各材料層の膜厚を容易に決定できる。

また、上記課題を解決するために本発明の「電子機器」としての画像形成装置は、上述の有機ＥＬ発光装置を整列配置して形成されたラインヘッドを含むラインヘッドモジュールを具備する。

単色性の向上したラインヘッドを用いて感光体を照射できるため、媒体により一層高精細な画像を形成でき、また消費電力の抑制も可能になる。

また、上記課題を解決するために本発明の「電子機器」としての表示装置は、上記特定の波長が赤色光に対応する波長である上述の有機ＥＬ発光装置と、上記特定の波長が緑色光に対応する波長である上述の有機ＥＬ発光装置と、上記特定の波長が青色光に対応する波長である上述の有機ＥＬ発光装置と、が、表示領域にマトリクス状に配置されている。

３原色に対応する夫々の有機ＥＬ発光装置につき単色性を向上させられるので、かかる構成により、表色範囲が広く画質が向上した表示装置を提供できる。

本発明に係る画像形成装置の実施形態について図面を参照して説明する。実施形態の説明及び理解を容易にすべく、実施形態の説明に先立ち本発明の基本的な構成について説明する。

図１は、従来のトップエミッション方式の有機ＥＬ発光装置（以下、「発光装置」と称する。）、及び本発明に係るトップエミッション方式の発光装置の発光層を中心とする部分の断面、及び発光層で生じた光の反射等の態様を模式的に示す図である。図１（ａ）は、従来の発光装置の発光層１０８等の態様を示す図である。図１（ｂ）は、本発明にかかる発光装置の、発光層１０８と光反射層１０４との間に形成された誘電体ミラー１４０による、発光光の干渉を示す図である。図１（ｃ）は、第１の電極１０６と第２の電極１５０との間の発光光の干渉を示す図である。

図１（ａ）に示すように、発光装置の画素は、基板上に形成された絶縁体層１０２上に光反射層１０４、第１の電極（陽極）１０６、発光層１０８、及び第２の電極（陰極）１５０等を積層して構成されている。第１の電極（陽極）１０６と第２の電極（陰極）１５０の間に電圧を印加すると発光層１０８に電流が流れ、ＥＬ現象が生じる。ここで、光反射層１０４は遮光性を有するアルミニウム等の金属で形成され、発光層１０８で発生した光のうちの下側（基板方向）に向かう光を反射し、上側へ向けて出射することでトップエミッション方式に対応している。

第１の電極は１０６は、仕事関数が高いＩＴＯを用いている。また、第２の電極１５０は、Ｂａ、ＭｇＡｇ等の仕事関数が低い金属または合金の薄膜を用いている。膜厚を薄くすることで導電性を確保しつつ透光性をできる限り高くして、反射性は抑制している。つまり、発光層１０８で発光した光のうち、上方（基板の反対の方向）に向かう光をできるだけ直接出射して、トップエミッション方式に対応している。

発光層１０８の厚さ方向（基板に垂直な方向）の中間を中間点１０９として、発光が当該点で起こるものとして模式化したときの光が、１０ａ〜１０ｄである。反射の態様を分かりやすくするために、斜め方向に光を進行させ、また、屈折による入射角度の変化は省略している（以下の、図１（ｂ）、図１（ｃ）も同様）。図示するように、発光層１０８で発生した光は、上側へ向かう光と下側へ向かう光に大別される。

下側に向かう光１０ａは、透光性を有する第１の電極１０６を透過して光反射層１０４の表面で反射して上側へ向かい、発光層１０８及び第２の電極１５０を透過して当該装置外へ出射する。一部の光は、１０ｃに示すように第１の電極１０６の表面で反射して上側へ向かい、１０ａと同様に装置外へ出射する。

上側に向かう光１０ｂは、そのまま発光層１０８及び第２の電極１５０を透過して上方へ出射する。一部の光は、１０ｄに示すように第２の電極１５０で反射され下側へ向かった後、１０ａと同様に光反射層１０４の表面で反射して上側へ向かい、発光層１０８及び第２の電極１５０を透過して上方へ出射する。

下側へ向かった光は殆んどが光反射層で反射するため、第１の電極１０６で反射する光との間で干渉は殆んど起こらない。また上述したように発光層１０８上に誘電体ミラーを形成していないため、上側へ向かった光も干渉は殆んど起こらない。したがって当該装置の外部ヘ出射する光の波長の分布は発光層１０８中で生じたときの値とあまり変化していない。

本発明は、第１の電極１０６と光反射層１０４との間に誘電体ミラー１４０を形成することで、トップエミッション方式でありながら、発光層１０８の上に誘電体ミラーを形成することなしに、干渉効果により波長の分布を好ましい態様としている。また、第２の電極１５０の透光率を略５０％とすることで、上側へ向けて発光した光のうちの略半分を下側へ反射して一旦、誘電体ミラー１４０を通過させ、共振させることで、上記分布をより一層好ましくするものである。さらに、発光層１０８を含む機能層の膜厚を最適化することで、第１の電極１０６と第２の電極１５０との間での干渉も利用して、上記波長の分布をより一層好ましいものとしている。

図１（ｂ）は、本発明に係る発光装置の、第１の電極１０６と光反射層１０４の間に形成された誘電体ミラー１４０と、当該誘電体ミラーによる発光光の干渉の態様を示す図である。図示するように、光反射層１０４の上には第１の低屈折率材料層１１２、第１の高屈折率材料層１１４、第２の低屈折率材料層１１６の順に積層され、第１の電極１０６も含めて誘電体ミラー１４０を形成している。第１の電極１０６は、電極としての機能と同時に第２の高屈折率材料層としての機能も果たしている。そして第２の電極１５０は、発光層１０８からの光の１部を透過し１部を反射する半透過半反射層を少なくとも含んでいる。

上記の従来例と同様に、発光層１０８の中間を中間点１０９として、発光が当該点で発生すると模式化したときの光が２０ａ〜２０ｂである。２０ａに示すように、発光層１０８で発光した光の略半分は上側へ向かう。そして、半透過半反射層である第２の電極１５０で略半分が反射されて下側に向かい誘電体ミラー１４０に入射する。光は、屈折率の異なる誘電体層が積層された物体に入射すると、層同士の界面においてその一部が反射される性質がある。特に、低屈折率材料層を透過した光が高屈折率材料層に入射する際に大きく反射する。したがって下側に向かった光は、第１の電極１０６で反射される光、第１の高屈折率材料層１１４と第２の低屈折率材料層１１６との界面で反射される光、光反射層１０４で反射される光、の３つに大別され異なる経路を経たうえで同一の方向へ向かい、装置外部ヘ出射する。ここで、誘電体ミラー１４０を形成する夫々の層の膜厚を最適化することで、干渉効果により特定の波長の光を強化し、単色性を向上できる。

中間点１０９から下側に向けて発光した光も同様である。２０ｂに示すように３つの光に大別され、夫々異なる経路を経たうえで同一の方向へ向かい、装置外部ヘ出射する。第２の電極１５０で反射された光とは同一の誘電体ミラー１４０を通過するため、２０ａの光と同一の波長の光が強化される。２０ａの光は略半分が誘電体ミラー１４０を通過する。そして２０ｂの光は全て誘電体ミラー１４０を通過する。その結果、発光層１０８で生じた光の略７５％が、特定の波長の光を強化して出射する。なお、誘電体ミラー１４０の構成は上記に限定されるものではない。後述するように、低屈折率材料層と高屈折率材料層の組み合わせが１ペア以上あれば上述の効果は得られる。

図１（ｃ）は、本発明に係る発光装置の、第１の電極１０６と第２の電極１５０との間の干渉の態様を示す図である。図１（ａ）と同様、第１の電極１０６と光反射層１０４の間に誘電体ミラーは形成されていない。図示するように、誘電体ミラーがない場合でも、機能層の中間点１０９で生じた光は上側に向けて出射する３０ａと下側に向けて出射して第１の電極で反射されて上側へ向かう光３０ｂとの間で干渉を起こし得る。したがって、機能層の膜厚を最適化して特定の波長の光を強化することで、図１（ｂ）の誘電体ミラー１４０の効果を補完できる。

図１（ｂ）、図１（ｃ）に示す誘電体ミラーと機能層膜厚の最適化による効果を下記の表１〜４に示す。波長が略６４０ｎｍの赤色光を発光する発光層を用いる発光装置において、機能層の膜厚は一定として、誘電体ミラーを形成する低屈折率材料層の膜厚と高屈折率材料層の膜厚を変動させた場合の単色性の評価結果である。

表１は、１ペア、すなわち低屈折率材料層と高屈折率材料層が各１層の誘電体ミラーを光反射層上に配置した有機ＥＬ発光装置の単色性の向上結果を、比較例とともに記載したものである。低屈折率材料は酸化シリコンであり、これは以下全て共通である。単色性を表す指標として「半値幅」と「強度」を用いている。「強度」は、測定装置に示される発光光の最大強度を表す無次元数である。「半値幅」は、最大強度の１／２以上の強度となる範囲の波長の幅を示す。以下の表２〜４等に記載する単色性の評価も、上記２項目で行っている。

表１で用いる高屈折率材料は第１の電極を兼ねるＩＴＯである。つまり、表１の発光装置は、従来のトップエミッション方式の装置の、光反射層とＩＴＯからなる第１の電極の間に酸化シリコン層を１層配置したものである。表に示すように、半値幅を従来の発光装置、つまり誘電体ミラーを有しないものと同レベルにした場合、強度を向上できる。特にＩＴＯを８０ｎｍ、酸化シリコンを６０ｎｍとした場合、半値幅をほぼ６０ｎｍに保ちつつ強度を１１％向上できる。

表２は、２ペアの誘電体ミラーを光反射層上に配置した発光装置の単色性の向上結果を記載したものである。高屈折率材料層は、光反射層に近い第１の高屈折率材料層が窒化シリコン層であり、光反射層から離れた第２の高屈折率材料層が第１の電極を兼ねるＩＴＯ層である。表に示すように、従来の発光装置と比べて、強度と半値幅の少なくともどちらか一方を向上できる。特に、高屈折率材料層を７０ｎｍ、酸化シリコン層を１００ｎｍとした場合、強度を従来の発光装置と同一に保ちつつ、半値幅を４８．６ｎｍと大幅に向上できる。

表３は、３ペアの誘電体ミラーを光反射層上に配置した発光装置の単色性の向上結果を記載したものである。高屈折率材料層は、光反射層に近い第１の高屈折率材料層と、中間の第２の高屈折率材料層が窒化シリコン層であり、最上層の第３の高屈折率材料層が第１の電極を兼ねるＩＴＯ層である。強度は従来の発光装置と比べて若干低下しているが、半値幅は大きく向上しており、高屈折率材料層を４０ｎｍ、酸化シリコン層を１５０ｎｍとした場合、半値幅を４０．３ｎｍと大幅に向上できる。

表４は上記表１〜３の誘電体ミラーとは異なり、光反射層上に低屈折率材料層である酸化シリコン層を形成せずに、光反射層、高屈折率材料層、低屈折率材料層、高屈折率材料層の順に積層して誘電体ミラーを形成した発光装置の単色性の向上結果を記載したものである。最上層の高屈折率材料層はＩＴＯ層である点は上記他の態様と同様である。半値幅の改善効果は認められるが、強度の低下を補えるほどの効果はなく、光反射層上に低屈折率材料層としての酸化シリコン層を形成する態様に比べて実用性は劣っている。

なお、誘電体ミラーの１ペアの膜厚、すなわち低屈折率材料層の光学距離（当該層の、膜厚と屈折率の積）と高屈折率材料層の光学距離の合計は、強化すべき光の波長の１／２が好ましい。具体的には、低屈折率材料層の光学距離と高屈折率材料層の光学距離とを、それぞれ強化すべき光の波長の１／４とすればよい。理論的には、上方に向けて出射する光と、誘電体ミラーで反射した後に上方に向かう光とが干渉するため、当該光学距離の波長の光が強化される。しかし、上記表１〜４に示すように、実際の発光装置では機能層膜厚の影響等もあり、必ずしも理論通りにはいかない。したがって、本発明を実際の発光装置に適用する際には、シミュレーションや実験で各層の膜厚を定めることが好ましい。

図２（ａ）〜（ｄ）は、表１〜３で示す誘電体ミラーの効果のうち、好ましい結果が出た膜厚構成の誘電体ミラーの効果を示したものである。図２（ａ）は３ペアの誘電体ミラー、図２（ｂ）は２ペアの誘電体ミラー、図２（ｃ）は１ペアの誘電体ミラー、そして、図２（ｄ）従来の誘電体ミラーを有しない発光装置の特性を示すものである。上記の各表でも示したように、いずれの誘電体ミラーも単色性を向上させており、特に半値幅の向上効果が大きい。以下、これらの発光装置を用いた電子機器の各実施形態について述べる。
（第１の実施形態）

図３〜６に、本発明の第１の実施形態の発光装置と、当該発光装置を用いるラインヘッド、および当該ラインヘッドを用いる電子機器としての画像形成装置（プリンタ）を示す。

図３（ａ）は、本実施形態の発光装置７２を、駆動用の薄膜トランジスタ（以下、「ＴＦＴ」と称する。）４１２と共に示す断面図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡの部分を拡大して示すものである。発光装置７２はトップエミッション方式であるため、基板１０１は透光性を有する必要はなく、ガラス基板の他にセラミック基板あるいは金属基板等を用いることができる。そして発光装置７２は、基板１０１上に複数の層を介して配置されている絶縁層１０２上に形成されている。絶縁層１０２はＴＦＴ４１２と、光反射層および画素電極とを分離するためのもので、酸化シリコン層をＣＶＤ法で積層している。ＴＦＴ４１２は公知の技術で形成され、発光装置７２の第１の電極１０６と導通している。そして、後述するように制御回路からの命令に基づき発光装置７２を駆動している。

第１の電極１０６上面の隔壁１２８で囲まれた凹部に膜厚５０ｎｍの正孔注入層１０７と膜厚１２０ｎｍの発光層１０８とからなる機能層が形成されている。
本実施形態のように画像形成装置に用いる場合は、波長が６４０ｎｍほどの赤色光を発光する材料が好ましい。本発明は誘電体ミラー１４０を形成することに特徴があり、発光層１０８の形成材料としては公知の材料を用いる。具体的には、（ポリ）フルオレン誘導体（ＰＦ）、（ポリ）パラフェニレンビニレン誘導体（ＰＰＶ）、ポリフェニレン誘導体（ＰＰ）、ポリパラフェニレン誘導体（ＰＰＰ）、ポリビニルカルバゾール（ＰＶＫ）、ポリチオフェン誘導体、ポリメチルフェニルシラン（ＰＭＰＳ）等のポリシラン系等が挙げられる。そして発光層１０８を赤色に発光させるには、ローダミン、ＤＣＭの誘導体、ナイルレッド等を、発光層１０８を構成する材料に添加する。

正孔注入層１０７は、発光層に正孔を供給するもので、正孔注入層１０７から注入された正孔と第２の電極からの電子とが発光層中で結合してＥＬ現象が生じる。上記膜厚は後述するように、特定の波長の光を強化するように設定されている。正孔注入層１０７の形成材料としては、ポリスチレン、ポリピロール、ポリアニリン、ポリアセチレンやその誘導体等を、ポリスチレンスルフォン酸等の分散媒に分散させたものが使用可能である。機能層の上には、半透過半反射層としてＣａ層１１０が形成され、その上にＩＴＯ層１３０が形成されている。Ｃａ層１１０とＩＴＯ層１３０とで第２の電極１５０となる。

Ｃａ層１１０は、膜厚を１８ｎｍと薄くすることで、可視光に対して半透過半反射性を有している。具体的には、発光層１０８から上に向けて出射する光の略５０％を透過して、上方すなわち基板１０１の反対側へ出射する。そして、残りの略５０％は反射して、下方すなわち基板１０１側へ出射する。ＩＴＯ膜１３０の膜厚１００ｎｍで、照射される光の殆んどを透過する。したがって、発光層１０８の上方の透光性を損なわずに、第２の電極１５０の面抵抗を低減できる。

光反射層１０４と正孔注入層１０７の間に本発明にかかる誘電体ミラー１４０が形成されている。誘電体ミラー１４０は表３、および図２（ａ）に示した膜厚の構成である。すなわち３ペアで、低屈折率材料層として酸化シリコン層、高屈折率材料層は窒化シリコン層または第１の電極を兼ねるＩＴＯ層である。具体的には、光反射層１０４上に下から順に、第１の低屈折率材料層としての膜厚１４０ｎｍの酸化シリコン層１１２、第１の高屈折率材料層としての膜厚５０ｎｍの窒化シリコン層１１４、第２の低屈折率材料層としての膜厚１４０ｎｍの酸化シリコン層１１６、第２の高屈折率材料層としての膜厚５０ｎｍの窒化シリコン層１１８、第３の低屈折率材料層としての膜厚１４０ｎｍの酸化シリコン層１２０、第３の高屈折率材料層としての膜厚５０ｎｍのＩＴＯ層である第１の電極１０６、が形成され、上記６層の薄膜で誘電体ミラー１４０となる。高屈折率材料層としては、この他ジルコニウム等、透明で屈折率が１．６以上のものであれば用いることができる。

上述したように、Ｃａ層１１０は発光層１０８が上に向けて出射する光の略５０％を基板１０１の方に向けて反射する。また、発光層１０８で発生する光の５０％は基板１０１の方に向けて出射する。したがって、発光層１０８で発生する光の略７５％は誘電体ミラー１４０に入射して、上記図１（ｂ）に記した干渉作用により特定の波長の光が強化される。さらに機能層でも上記図１（ｃ）に記した干渉作用により特定の波長の光が強化される。その結果、単色性が向上した発光装置が得られる。かかる発光装置７２を画像形成装置のラインヘッドに用いる場合を図４、および図５に示す。図４はＴＦＴ４１２、および発光装置７２を基板の垂直方向から示す図である。

図４において、駆動用のＴＦＴ４１２のソース電極４０は信号線７０４に導通し、ゲート電極３５は制御回路５０（図５参照）と導通している。第２の電極１５０は、隣接する他のＴＦＴの当該電極、および電源供給線７０６と一体化しており、発光層１０８（図３参照）に電子を供給する。第１の電極１０６はドレイン電極４５と導通し、発光装置７２に電圧を印加して、図示しない発光層を発光させる。かかる構成のＴＦＴ４１２および発光装置７２を整列配置して、図５に模式的に示すラインヘッド９０となる。

図５は、ＴＦＴ４１２等を整列配置して形成したラインヘッド９０の全体を示す図である。図５（ａ）は底面図であり、（ｂ）は側面図である。ラインヘッド９０は、後述する画像形成装置の露光手段として用いられるものである。したがって図５（ａ）に示すように、長細い矩形形状の素子基板６０上に、複数の発光装置７２、および当該装置を駆動するＴＦＴ４１２を配列し、さらにＴＦＴ４１２を制御する制御回路５０とを一体形成したものである。上述したように素子基板６０上に整列配置されるＴＦＴ４１２および発光装置７２には信号線７０４および電源供給線７０６等が接続されており、これらを介して図示しない電源からＴＦＴ４１２に電圧が印加されるとともに、制御回路５０によって制御され、発光装置７２の発光が制御される。

また、図５（ｂ）に示す通り、素子基板６０は、その表面側に発光装置７２等を封止する封止基板６５が透明性の接着剤によって貼付され、裏面側には放熱板８０が貼付されている。上述したように、本実施形態のラインヘッド９０は、発光装置で発光した光を封止基板６０側から出射するトップエミッション方式である。従って、封止基板６５はガラス等の透明性材料からなっている。放熱板８０は、例えばアルミニウム等の金属からなり、発光装置７２の周辺温度の上昇を抑えることにより当該装置の発光効率及び寿命の低下を抑制する機能を有する。
（画像形成装置）

図６に、本発明に係る発光装置を基板上に整列配置して得られるラインヘッド９０を具備する、「電子機器」としてのベルト中間転写体方式を利用したタンデム型のフルカラー画像形成装置の模式断面図を示す。

本画像形成装置は、上記図５に示されるラインヘッド９０に、図示しない正立等倍結像レンズ等を組み合わせて得られるラインヘッドモジュール１００Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙを、感光体ドラム１６０Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙの露光位置にそれぞれ配置している。ここで、添え字Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙは、それぞれ黒、シアン、マゼンタ、イエローに対応していることを表す。他の構成要素についても同様である。図示するように、この画像形成装置には、駆動ローラ１７１と従動ローラ１７２が設けられており、これらのローラには無端の中間転写ベルト１７０が巻回されており、矢印に示すように駆動ローラ１７１と従動ローラ１７２の周囲を回転する。この中間転写ベルト１７０の周囲には、互いに所定の間隔をおいて外周面に感光体層を有する４個の感光体ドラム１６０Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ、が配置されている。各々の感光体ドラム１６０Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙは、中間転写ベルト１７０の駆動と同期して回転する。

各々の感光体ドラム１６０Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙの周囲には、コロナ帯電器１６１Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙと、現像器１６４Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ、が配置されている。コロナ帯電器１６１Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙは、対応する感光体ドラム１６０Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙの外周面を一様に帯電させることができる。そして、ラインヘッドモジュール１００Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙは、発光装置７２（図５参照）に電圧が印加されて生じる光を、回転している感光体ドラム１６０Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙの帯電した外周面に連続的に出射することにより、上記外周面上に静電潜像を描き込む。

一方上述したように、本発明にかかる発光装置７２は、誘電体ミラーの共振効果により単色性が向上している。ここで、各ラインヘッドモジュール１００の結像素子であるセルフォック（登録商標）レンズアレイの光出射端面から感光体ドラム１６０Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙの外周面までの距離は、発光主波長に合せて最適化してあり、かつ従来に比べてその発光スペクトルの半値幅が極めて狭いために、感光体上での結像が極めてシャープになり、印字、画像等もシャープなものが得られるのである。なお、最終的な記録媒体への画像形成は以下の通りに行われる。

現像器１６４Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙは、静電潜像に現像剤としてのトナーを付着させることにより、感光体ドラム１６０Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙに顕像すなわち可視像を形成する。このような、４色に対応する各単色顕像形成ステーションにより形成された黒、シアン、マゼンタ、イエローの各顕像は、中間転写ベルト１７０上に順次一次転写されることにより、中間転写ベルト１７０上で重ね合わされて、フルカラーの顕像が得られる。中間転写ベルト１７０の内側には、一次転写コロトロン（転写器）１６２Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ、が配置されている。一次転写コロトロン１６２Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙは、感光体ドラム１６０Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙの近傍にそれぞれ配置されており、感光体ドラム１６０Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙから顕像を静電的に吸引することにより、感光体ドラム１６０Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙと一次転写コロトロン１６２の間を通過する中間転写ベルト１７０に顕像を転写する。

最終的に、画像を形成する対象である記録媒体としての記録用紙１５２は、ピックアップローラ１５３によって給紙カセット１５１から１枚ずつ搬出されて、駆動ローラ１７１に接した中間転写ベルト１７０と二次転写ローラ１７６の間のニップに送られる。中間転写ベルト１７０上のフルカラーの顕像は、二次転写ローラ１７６によって記録用紙１５２の片面に一括して二次転写され、定着部である定着ローラ対１７７を通ることで、記録用紙１５２上に定着される。この後、記録用紙１５２は、排紙ローラ対１７８によって、本画像形成装置上に設けられた図示しない排紙カセット上に排出される。

このように、静電潜像の書き込み手段として、誘電体ミラーにより単色性が向上した発光装置７２を具備するラインヘッドモジュール１００を用いることにより、現行の画像形成装置と同様の要素で構成されながら、極めて解像度の高い画像形成装置を提供することが可能となる。
なお、本発明に係る発光装置を具備するラインヘッド９０を用いる画像形成装置は、タンデム型のフルカラー画像形成装置に限られるものではなく、ベルト中間転写体方式を利用したロータリ現像式のフルカラー画像形成装置、あるいはモノクロの画像形成装置に用いることも可能である。
（第２の実施形態）

図７〜１２に、本発明の第２の実施形態の発光装置と、当該発光装置を用いる「電子機器」としての有機ＥＬ表示装置（以下、「表示装置」と称する。）、および当該表示装置を用いるモバイル型のパーソナルコンピュータを示す。

図７は、本実施形態の表示装置の全体構成を示す回路図である。各々が独立に制御される、赤色光、緑色光、青色光を発光する３タイプの発光装置をマトリクス状に配列してカラー表示を可能にした、アクティブマトリクス型の表示装置である。本表示装置は画像表示領域と周辺部に大別できる。画像表示領域７０には、複数の走査線７０２と、走査線７０２と直交する複数の信号線７０４と、信号線７０４と平行に延びる複数の電源供給線７０６が形成されている。画像表示領域７０の周辺には、走査線駆動回路７２０、及び信号線駆動回路７３０が形成されている。走査線７０２には、走査線駆動回路７２０から、図示しない外部回路より供給される各種信号に応じて走査信号が順次供給される。そして、信号線７０４には信号線駆動回路７３０から画像信号が供給され、電源供給線７０６には図示しない外部回路から画素駆動電流が供給される。走査線７０２と信号線７０４との交点近傍には発光画素７１が形成されている。

発光画素７１は、走査線７０２を介して走査信号がゲート電極に供給されるスイッチング用ＴＦＴ７０８と、スイッチング用ＴＦＴ７０８を介して信号線７０４から供給される画素信号を保持する保持容量７１０と、保持容量７１０によって保持された画素信号がゲート電極に供給される駆動用ＴＦＴ７１２と、駆動用ＴＦＴ７１２を介して電源供給線７０６から駆動電流が流れ込む発光装置７２と、からなる。発光装置７２は、赤色光を発光する赤色発光装置７２Ｒ、緑色光を発光する緑色発光装置７２Ｇ、および青色光を発光する青色発光装置７２Ｂ、の３タイプがある。そして、夫々が上記各要素と共に赤色光を発光する赤色発光画素７１Ｒ、緑色光を発光する緑色発光画素７１Ｇ、および青色光を発光する青色発光画素７１Ｂ、の３タイプの発光画素を構成している。各発光装置は上記のように各々が独立して発光するため、本実施形態の表示装置は、色度図に上記３色（３原色）の発光画素の発光色をプロットして得られる３つの頂点の範囲内でのカラー表示が可能となる。したがって、各々の発光装置の単色性が向上すると、表示可能な色の範囲が拡大して、表示能力が向上する。なお以下の文において、Ｒ、Ｇ、Ｂ、の添え字は、発光装置において同一の機能を果たす構成要素であって、それぞれ赤色光、緑色光、青色光、に対応していることを表す。

図８は、赤色発光装置７２Ｒ、緑色発光装置７２Ｇ、および青色発光装置７２Ｂ、の３原色の発光装置（７２Ｒ、７２Ｇ、７２Ｂ）と、当該発光装置を駆動する駆動用ＴＦＴ７１２の断面図である。そして、各々の発光装置は、本発明に係る光共振器として機能する誘電体ミラー１４０Ｒ、１４０Ｇ、１４０Ｂ（図４参照）を有している。各構成要素の機能等は、上記図３等で示す発光装置７２、およびＴＦＴ４１２と略同一であり、各層の膜厚および材質が異なっている。したがって、機能等の説明は省略し、上記膜厚および材質について述べる。

図９は、図８のＲ、Ｇ、Ｂで示す枠内の誘電体ミラーを拡大した断面図である。図９（ａ）は、Ｒで示す赤色発光装置７２Ｒの誘電体ミラー１４０Ｒを示すものであり、図３（ｂ）で示す画像形成装置に用いられる発光装置と同一であるため説明を省略する。

図９（ｂ）は、図８のＧで示す枠内の、緑色発光装置７２Ｇの誘電体ミラー１４０Ｇ等を示すものである。第２の電極１５０は、半透過半反射層である膜厚１８ｎｍのＣａ層１１０の上にＩＴＯ層１３０を積層して形成されている。第２の電極１５０と、第１の電極１０６Ｇとの間には、緑光発光層１０８Ｇと正孔注入層１０７Ｇとからなる機能層が狭持されている。そして光反射層１０４上には、第１の電極１０６Ｇを構成要素として含む、略５４０ｎｍの波長の光を強化する誘電体ミラー１４０Ｇが形成されている。緑色発光層１０８Ｇは上述の発光層形成材料の（ポリ）フルオレン誘導体（ＰＦ）、（ポリ）パラフェニレンビニレン誘導体（ＰＰＶ）等にキナクリドン、クマリン６等を添加してあり、通電により波長が略５４０ｎｍの緑色光を発光する。そして、機能層内での干渉効果を目的として膜厚は８０ｎｍである。

誘電体ミラー１４０Ｇは赤色発光装置７２Ｒのそれと同じく３ペアで、低屈折率材料層として酸化シリコン層、高屈折率材料層は窒化シリコン層または第１の電極を兼ねるＩＴＯ層である。各層の膜厚は略５４０ｎｍの波長の光を強化する光共振器として作用するように定められている。具体的には、第１の低屈折率材料層１１２Ｇは膜厚３０ｎｍの酸化シリコン層、第１の高屈折率材料層１１４Ｇは膜厚６０ｎｍの窒化シリコン層、第２の低屈折率材料層１１６Ｇは膜厚３０ｎｍの酸化シリコン層、第２の高屈折率材料層１１８Ｇは膜厚６０ｎｍの窒化シリコン層、第３の低屈折率材料層１２０Ｇは膜厚３０ｎｍの酸化シリコン層、そして第１の電極１０６Ｇを兼ねる第３の高屈折率材料層は膜厚６０ｎｍのＩＴＯ層で形成されている。

上述したように、Ｃａ層１１０は発光層１０８が上方に向けて出射する光の略５０％を基板１０１の方に向けて反射する。また、発光層１０８で発生する光の５０％は、基板１０１の方に向けて出射する。したがって、半透過半反射層であるＣａ層１１０の効果により、緑色発光層１０８Ｇで発生する光の略７５％は誘電体ミラー１４０Ｇに入射して、上記図１（ｂ）に示す干渉作用により緑色光である略５４０ｎｍの波長の光が強化される。さらに機能層でも上記図１（ｃ）に記した干渉作用により上記波長の光が強化される。その結果、緑色光についての単色性が向上した発光装置が得られる。

図９（ｃ）は、図８のＢで示す枠内の、緑色発光装置７２Ｂの誘電体ミラー１４０Ｂ等を示すものである。第２の電極１５０は、半透過半反射層である膜厚１８ｎｍのＣａ層１１０の上にＩＴＯ層１３０を積層して形成されている。第２の電極１５０と第１の電極１０６Ｂとの間には、青光発光層１０８Ｂと正孔注入層１０７Ｂとからなる機能層が狭持されている。そして光反射層１０４上には、第１の電極１０６Ｂを構成要素として含む、略４７０ｎｍの波長の光を強化する誘電体ミラー１４０Ｂが形成されている。青色発光層１０８Ｂは、上述の発光層形成材料の（ポリ）フルオレン誘導体（ＰＦ）、（ポリ）パラフェニレンビニレン誘導体（ＰＰＶ）等に、ペリレン、テトラフェニルブタジエン等を添加してあり、通電により波長が略４７０ｎｍの青色光を発光する。そして、機能層内での干渉効果を目的として膜厚は８０ｎｍとなっている。

誘電体ミラー１４０Ｂは赤色発光装置７２Ｒのそれと同じく３ペアで、低屈折率材料層として酸化シリコン層、高屈折率材料層は窒化シリコン層または第１の電極１０６を兼ねるＩＴＯ層であり、各層の膜厚は略４７０ｎｍの波長の光を強化する光共振器として作用するように定められている。具体的には、第１の低屈折率材料層１１２Ｂは膜厚８ｎｍの酸化シリコン層、第１の高屈折率材料層１１４Ｂは膜厚７０ｎｍの窒化シリコン層、第２の低屈折率材料層１１６Ｂは膜厚８ｎｍの酸化シリコン層、第２の高屈折率材料層１１８Ｂは膜厚６０ｎｍの窒化シリコン層、第３の低屈折率材料層１２０Ｂは膜厚８ｎｍの酸化シリコン層、そして第１の電極１０６Ｂを兼ねる第３の高屈折率材料層は膜厚７０ｎｍのＩＴＯ層で形成されている。

上述したように、半透過半反射層であるＣａ層１１０の効果により、青色発光層１０８Ｂで発生する光の略７５％は誘電体ミラー１４０に入射する。したがって、上記図１（ｂ）に記した干渉作用により青色光である略４７０ｎｍの波長の光が強化される。さらに機能層でも上記図１（ｃ）に記した干渉作用により上記波長の光が強化される。その結果、青色光についての単色性が向上した発光装置が得られる。

図１０および図１１は、上記の誘電体ミラーの効果、すなわち第１の電極と光反射層との間に誘電体ミラー１４０を形成して、共振器として機能させることによる単色性の向上効果を図示したものである。図１０は緑色光の単色性向上効果を示す図、そして図１１は青色光の単色性向上効果を示す図である（赤色光については図２に既出）。双方とも、従来の誘電体ミラーを具備しない装置、すなわち光反射層上に直接第１の電極が形成されている発光装置と比べて強度は高く半値幅は狭くなり、単色性が向上している。したがって本表示装置は、単色性が向上しているＲ、Ｇ、Ｂの３原色の発光装置をマトリクス状に配列することで、従来の表示装置に比べて広い範囲のカラー表示が可能となる。

次に、上述の赤色光、緑色光、青色光の３原色を発光する発光装置を具備するカラー表示装置をモバイル型のパーソナルコンピュータに適用した例について説明する。図１２は、このパーソナルコンピュータの構成を示す斜視図である。図において、パーソナルコンピュータ１２００は、キーボード１２０２を備えた本体部１２０４と、誘電体ミラーにより単色性が向上した３原色の発光装置を用いて構成されたカラー表示装置１２０６と、を備える。上述したようにカラー表示装置１２０６を構成する各々の発光装置は単色性が向上しているため、表示能力が向上したパーソナルコンピュータ１２００を得ることができる。
（変形例）

上記の実施形態では、誘電体ミラーは３ペアのものを用いている。しかし、本発明に係る発光装置の誘電体ミラーの層の数は上記に限定されるものではなく、４ペア以上の層数にすることも可能である。ペア数を増加すると強度は落ちるが半値幅は向上する。したがって、発光装置の使用目的に合せてペア数を定めることが好ましい。

発光装置の発光層で生じた光の反射等の態様を模式的に示す図。 誘電体ミラーの効果を示す図。 発光装置を駆動用の薄膜トランジスタと共に示す断面図。 ＴＦＴ、および発光装置を基板の垂直方向から示す図。 ＴＦＴ等を整列配置して形成したラインヘッドの全体を示す図。 電子機器としてのタンデム型のフルカラー画像形成装置の模式断面図。 表示装置の全体構成を示す回路図。 ３原色の発光装置と、当該発光装置を駆動する駆動用ＴＦＴの断面図。 誘電体ミラーの拡大断面図。 緑色光の単色性向上効果を示す図。 青色光の単色性向上効果を示す図。 電子機器としてのパーソナルコンピュータの構成を示す斜視図。

符号の説明

１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ…模式化した光、２０ａ，２０ｂ…模式化した光、３０ａ，３０ｂ…模式化した光、３５…ゲート電極、４０…ソース電極、４５…ドレイン電極、５０…制御回路、６０…素子基板、６５…封止基板、７０…画像表示領域、７１…発光画素、７２…発光装置、８０…放熱板、９０…ラインヘッド、１００…ラインヘッドモジュール、１０１…基板、１０２…絶縁体層、１０４…光反射層、１０６…第１の電極、１０７…正孔注入層、１０８…発光層、１０９…中間点、１１０…半透過半反射層としてのＣａ層、１１２…第１の低屈折率材料層、１１４…第１の高屈折率材料層、１１６…第２の低屈折率材料層、１１８…第２の高屈折率材料層、１２０…第３の低屈折率材料層、１２８…隔壁、１３０…ＩＴＯ層、１４０…誘電体ミラー、１５０…第２の電極、１５１…給紙カセット、１５２…記録用紙、１５３…ピックアップローラ、１６０…感光体ドラム、１６１…コロナ帯電器、１６２…一次転写コロトロン、１６４…現像器、１７０…中間転写ベルト、１７１…駆動ローラ、１７２…従動ローラ、１７６…二次転写ローラ、１７７…定着ローラ対、１７８…排紙ローラ対、４１２…ＴＦＴ、７０２…走査線、７０４…信号線、７０６…電源供給線、７０８…スイッチング用ＴＦＴ、７１０…保持容量、７１２…駆動用ＴＦＴ、７２０…走査線駆動回路、７３０…信号線駆動回路、１２００…パーソナルコンピュータ、１２０２…キーボード１２０４…本体部、１２０６…カラー表示装置。

Claims (11)

1. 複数の発光画素を有する有機ＥＬ発光装置であって、
   前記複数の発光画素の各々は、
   基板と、
   前記基板と対向して配置され、透光性を有する陰極と、
   前記基板と前記陰極との間に配置された発光層と、
   前記基板と前記発光層との間に配置された正孔注入層と、
   前記基板と前記正孔注入層との間に配置された誘電体ミラーと、
   前記基板と前記誘電体ミラーとの間に配置された光反射層と、
   前記基板と前記光反射層との間に配置された絶縁体層と、
   前記基板と前記絶縁体層との間に配置された薄膜トランジスタと、
   を有し、
   前記陰極は、前記発光層が発光する光の一部を透過し、一部を反射する半透過半反射層を有し、
   前記誘電体ミラーは、
   前記基板と前記正孔注入層との間に配置され、透光性を有する陽極と、
   前記基板と前記陽極との間に前記陽極に接して配置され、前記陽極より低屈折率の材料からなる第１低屈折率材料層とを有し、
   前記半透過半反射層と前記誘電体ミラーとは、前記発光層が発光する光を干渉させる光共振器として作用し、
   前記薄膜トランジスタは前記陽極と電気的に接続されている
   ことを特徴とする有機ＥＬ発光装置。
2. 前記複数の発光画素を互いに分離する隔壁をさらに備え、前記薄膜トランジスタは前記隔壁と前記基板との間に配置されることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ発光装置。
3. 前記誘電体ミラーは、
   前記基板と前記第１低屈折率材料層との間に配置され、前記第１低屈折率材料層より高屈折率の材料からなる高屈折率材料層と、
   前記光反射層と前記高屈折率材料層との間に前記光反射層に接して配置され、前記第１低屈折率材料層と同じ材料からなる第２低屈折率材料層と、
   をさらに有することを特徴とする請求項１または２に記載の有機ＥＬ発光装置。
4. 前記陽極はＩＴＯからなることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の有機ＥＬ発光装置。
5. 前記高屈折率材料層は窒化シリコンからなることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の有機ＥＬ発光装置。
6. 前記第１低屈折率材料層は酸化シリコンからなることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の有機ＥＬ発光装置。
7. 前記第１低屈折率材料層の膜厚方向の光学距離、及び、前記陽極の膜厚方向の光学距離は、前記特定の波長の略１／４倍であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の有機ＥＬ発光装置。
8. 前記第１低屈折率材料層の膜厚方向の光学距離と前記陽極の膜厚方向の光学距離の和は、前記特定の波長の略１／２倍であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の有機ＥＬ発光装置。
9. 前記陰極は、前記半透過半反射層上に透明導電材料を積層して形成されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の有機ＥＬ発光装置。
10. 前記正孔注入層の膜厚及び前記発光層の膜厚は、干渉効果によって前記特定の波長の光が強化されるように設定されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の有機ＥＬ発光装置。
11. 請求項１〜１０のいずれか１項に記載の有機ＥＬ発光装置を具備することを特徴とする電子機器。

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