JP4804289B2

JP4804289B2 - 表示装置

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Publication number: JP4804289B2
Application number: JP2006250565A
Authority: JP
Inventors: 利則長谷川; 宏松田; 昌宏奥田; 正孝八島; 浩一福田; 信貴水野
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Priority date: 2005-09-29
Filing date: 2006-09-15
Publication date: 2011-11-02
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Description

本発明は、有機化合物を用いた発光素子を利用した表示装置に関するものであり、さらに詳しくは、有機化合物からなる薄膜に電界を印加することにより光を放出する有機ＥＬ素子を用いた表示装置に関する。

有機ＥＬ素子（有機発光素子、有機エレクトロルミネッセンス素子）が現在盛んに研究開発されている。このような有機ＥＬ素子を利用した表示装置を屋外環境で使用する場合、外光が透明電極を介して有機発光素子に入射し、素子内部の金属電極で反射されて、透明電極より出射し、再び素子外部へ戻る。そのため、例えば屋外にて表示装置を使用する場合、表示に外光の反射や、外景の写りこみが生じ、コントラストの低下や、画質の劣化が起こる。

そのため、特許文献１では、表示装置の表示面に円偏光板を配置し、コントラストの低下や、画質の劣化を防止する方法が開示されている。

また、特許文献２では、光吸収フィルタと光共振器構造の組み合わせにより、外光反射の影響を低減させる方法が開示されている。

さらに、特許文献３では、光学干渉による消光効果を用いて、外光反射の低減を図った単色素子及び、光学干渉による消光効果と例えばカラーフィルター等の光学フィルタを併用して外光反射の影響を低減させた表示装置が開示されている。

また、特許文献４では、光学干渉による消光効果により、外光反射の低減を図った単色素子が開示されている。

特開平９−１２７８８５号公報（４頁，６１−６６，第２図）特開２００２−３７３７７６号公報（３頁，６４−８２行，第２図）特開２００４−１６４８９０号公報（４頁，１４−２０行，第１図）国際公開公報ＷＯ２００４／０４４９９８（４頁，９−１３行，第１図）

しかしながら、特許文献１では、外光反射に対する抑制効果は大きいものの、外光とともに、有機ＥＬ素子からの発光も消光されるため、輝度が５０％以下になる。そのため、必要な輝度を得ようとすると、有機ＥＬ素子は、その２倍以上の輝度を生じさせる必要があり、消費電力が上昇する。また、素子に高負荷がかかるため、素子寿命が短くなる等の課題がある。

また、特許文献２では、光吸収フィルタを画素上へ形成する工程が必要となり、表示装置の製造プロセスがより煩雑になるという課題がある。

さらに、特許文献３，４では、発光色近傍の波長領域における外光反射率は低下するものの、発光色以外の波長領域における外光反射率は高くなる。図２０は、従来の光学干渉により外光反射を低減させた、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の発光色を示す有機ＥＬ素子の外光反射特性をそれぞれ示す図である。図２０にみられるように、従来の光干渉方式の外光消光方法では、例えば発光色が青や、赤色等の発光画素部では、緑色領域での外光反射が十分低減できないため、表示装置のコントラストが低下するという課題があった。そのため、発光色が異なる複数の有機ＥＬ素子により構成される表示装置へ適用する場合、例えばカラーフィルター等の別な光学手段を併用する必要があり、表示装置の構成が複雑になるとともに、装置作製のコストが高いという課題があった。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、例えばカラーフィルター等の光学フィルタを併用することなく、光学干渉効果のみで外光を消光し、日中屋外で良好な視認性を得られる表示装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の表示装置は、光取り出し電極と、反射電極と、前記光取り出し電極と前記反射電極の間に配置されている有機化合物層と、を有する有機ＥＬ素子を複数有する表示装置において、前記複数の有機ＥＬ素子は赤色、緑色、青色を発光する前記有機ＥＬ素子を含み、前記複数の有機ＥＬ素子のいずれにも、前記反射電極よりも前記光取り出し電極側に、４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長領域において、波長が長くなるにつれて屈折率が大きくなる分散特性を示す材料からなる層が配置されており、前記表示装置の外光反射率は、４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長領域のうち５３５ｎｍ以上５７５ｎｍ以下の波長領域で最小値を持つことを特徴とする。

本発明によれば、例えばカラーフィルター等の光学フィルタを設けることなく、光学干渉により外光反射防止処理が可能になる。それにより、従来に比べより簡単な装置構成にて、日中屋外での良好な視認性を確保するとともに、発光の利用効率が高く、低消費電力な表示装置を提供することができる。

以下、本発明を詳細に説明する。

図１は有機ＥＬ素子を用いた本発明の表示装置の一例を示す概略部分断面図である。

本表示装置は、複数の有機ＥＬ素子からなり、それぞれの有機ＥＬ素子は、基板１上に、反射層（陽極）２、ホール輸送層３、発光層４、電子輸送層５、電子注入層６、陰極７、反射率調整層８、保護層９を順次設けた構成のものである。例えばＲＧＢの三色の発光画素からなる表示装置においては、Ｒ、Ｇ，ＢのＥＬ発光をするＲ発光層４１、Ｇ発光層４２、Ｂ発光層４３が、それぞれ形成されている。これらのＥＬ素子に電流を通電することで、陽極２から注入されたホールと陰極７から注入された電子が、ＲＧＢそれぞれの発光層４１〜４３において再結合し、そこでＲＧＢそれぞれの光を放出することになる。

なお、本実施形態では、基板１上に陽極を形成した構成の一例を示したが、基板側より陰極、有機化合物層、陽極、反射率調整層、保護層の順序で構成されていてもよく、有機ＥＬ素子の積層順序には、特に制限はない。また、本表示装置は、ＲＧＢを発光する有機ＥＬ素子からなる表示装置について説明しているが、本発明の表示装置は、ＲＧＢの３色以外に別の色を発光する有機ＥＬ素子を有していてもよい。

また、本実施形態では簡略のため、反射電極である陽極が反射層２の１層である構成を示したが、反射電極は発光を反射する特性を備えていればよく、反射層２とは別に透明層を有していて、透明層が光取り出し側に配置されている２層構成であってもよい。反射層２と別に透明層として透明導電層が用いられる場合は、例えば誘電体多層膜ミラーのような絶縁性の部材を反射層として用いることができる。

反射率調整層８は、光学干渉により、各画素部の外光反射率を低減させる目的で設けられる。反射率調整層８は、少なくとも、異常分散を示す材料を含んでいることが好ましい。異常分散とは、４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の可視光波長領域において、波長が長くなるにつれて、屈折率が大きくなる分散特性をいう。異常分散を示す材料としては、異常分散を示せば、有機化合物、無機化合物、金属や合金、それらの複合化合物等、如何なる材料をも用いることができる。異常分散を示す材料としては、例えばタングステンカーバイド（ＷＣ）、金属アルミニウム、ＡｌＳｉＯ等の材料がある。反射率調整層８の構成としては、光学干渉により各発光画素での外光反射を消光もしくは、低減できる構成であれば、とくに限定されない。必要に応じて、異常分散を示す材料の単独層か、いくつかの異常分散を示す材料を組み合わせた複数層、異常分散を示す材料と通常材料を組み合わせた複数層等、任意に選択できる。

光学干渉を起こす波長を設定するために光路長を調節する場合には、異常分散を示す材料からなる層に隣接して光路長調節層が配置されていることが好ましい。層構成は例えば、異常分散を示す材料からなる層の両面に隣接して光路長調節層が配置されている構成、異常分散を示す材料からなる層の片面に隣接して光路長調節層が配置されている構成が可能である。即ち、光路長調節層／異常分散を示す材料からなる層／光路長調節層、光路長調節層／異常分散を示す材料からなる層、異常分散を示す材料からなる層／光路長調節層、の構成である。このような層構成として具体的には、異常分散を示す材料からなる層の両面に接して二酸化珪素からなる層が配置されている構成、即ち二酸化珪素（ＳｉＯ₂）／タングステンカーバイド（ＷＣ）／二酸化珪素（ＳｉＯ₂）の三層構成が挙げられる。光路長調整層は屈折率と膜厚との積で表される光路長を、外光（ａｍｂｉｅｎｔｌｉｇｈｔ）の反射率が最も低減されるように調節できればよいが、吸収が少ない材料であることが好ましい。吸収が少ない材料を用いることによって有機ＥＬ素子の光取り出し効率をより高めることができる。このような材料として例えば、上述した二酸化珪素の他に、二酸化チタン等の無機化合物、銀やアルミニウム等の金属、およびそれらの化合物や混合物等を用いることができる。

従来の光学干渉による外光反射防止を行う有機ＥＬ素子では、入射した外光が、素子内の各部にて反射し、それら反射光の強度と位相を調整し、外光を消光している。ところで外光の反射は、各積層界面での屈折率差に起因して生じ、一般の有機ＥＬ素子では、外光反射が生じる主たる部位は、素子内部で最も屈折率段差が最大となる有機−電極界面になる。したがって、有機ＥＬ素子における一対の電極界面でそれぞれ反射される外光を、強度がほぼ同等で位相が反転するように調整すればよい。反射光の強度は、各電極や有機化合物層材料の選択や膜厚変更により調整される。消光する外光の波長をλ、外光が反射層２で反射する際の位相シフトをπ（ｒａｄ）とする。そして、反射層２と反射率調整層８の光取り出し側の界面、即ち反射率調整層８−保護層９界面との光学的距離Ｌとの間に、式（１）の関係を満たす時、一対の電極でそれぞれ反射した外光の位相が互いに反転する状態となる。
λ／２・（２ｍ）＝２Ｌ・・・（１）（ｍは正の整数）

なお、位相シフトがπ（ｒａｄ）でない場合は、式（１）の関係を満足するために必要な位相シフトの過不足分を光路長により調整し補償すればよい。式（１）より、消光する外光波長により、位相反転のために必要な光学的距離Ｌが異なるため、例えば、より長波長の外光を位相反転させようとすると、より長い光学距離が必要となる。

ところで、光学距離Ｌは、上下電極間にある各有機化合物層の屈折率（ｎ）と膜厚（ｄ）の積（ｎｄ）の総和（ｎ１ｄ１＋ｎ２ｄ２＋・・・・）である。

したがって、式（１）は、
λ／２・（２ｍ）＝２（ｎ１ｄ１＋ｎ２ｄ２＋・・・・）・・・（１’）（ｍは正の整数）となる。

図２は、一般の有機ＥＬに用いられる有機化合物層として用いられるＡｌｑ３の屈折率波長分散特性である。波長４３０ｎｍよりも長波長領域では、波長の増加に伴い、屈折率が低下する。そのため、種々の波長において、式（１’）を満足しようとすると、波長の変化に、屈折率の波長分散特性も加味し、有機化合物層膜厚を決定する必要がある。

Ａｌｑ３の屈折率分散特性を用いて、各波長に対し、式（１）（ｍ＝１の場合）を満たす膜厚を算出すると、消光する外光波長が長くなるに伴い、材料屈折率も低下することから、表１のように、波長の差分以上に厚い有機化合物層の膜厚が必要になる。

そのため、有機化合物層をある特定の膜厚に固定すると、その膜厚により、式（１’）が満足される波長にて、外光が消光されるが、それ以外の波長では、式（１’）が満足できなくなる。

ある特定の有機化合物層の膜厚において、消光する波長帯域を広げるためには、波長の変化分を屈折率変化により補償する必要がある。例えば、波長が長くなる場合、屈折率が大きく変化する必要がある。表２は、有機化合物層の膜厚が一定（１６０ｎｍ）条件の下、４００ｎｍ以上７５０ｎｍ以下の波長領域にて式（１’）を満足する屈折率を算出した結果である。

表２より、４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長領域で膜厚一定にて、式（１’）の関係を満足するためには、波長が長くなるにつれ、屈折率が大きく変化するような、異常分散を示す材料が必要である。本発明の反射率調整層８には、このような異常分散を示す材料を備えることが好ましい。

異常分散を示す材料としては、その消衰係数κが３以下、好ましくは、２以下、さらに好ましくは、１以下であることが、反射率調整層８に吸収されるＥＬ発光が少なくなり、発光の取り出し効率の高い表示装置を実現できる観点から望ましい。

図３には、異常分散を示すタングステンカーバイド（ＷＣ）の屈折率および消衰係数の分散特性を示す。また、図４には、金属アルミニウムの屈折率および消衰係数の分散特性を示す。図４にみられるよう金属アルミニウムも、異常分散を示すが、その消衰係数は、４．８以上８．３以下（４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下）とタングステンカーバイドに比較して大きい。

なお、これらの屈折率や消衰係数は、分光エリプソメーターを用いて測定することができる。

ところで、薄膜の吸収係数αは、光が薄膜中を単位長さ進む間に吸収される割合を表し、消衰係数κを用いて下記式（２）のように表される。
α＝４πκ／λ・・・（２）

また、吸収係数α、膜厚ｚの薄膜を透過した光強度は、ベールの法則から式（３）のように表される。
Ｉ（ｚ）＝Ｉ（０）ｅ^-αz・・・（３）
Ｉ（ｚ）：膜厚ｚにおける光強度，Ｉ（０）：入射光強度

したがって、消衰係数κが大きいほど、また膜厚ｚが厚いほど光吸収ロスが大きい。

図５は、厚さ１０ｎｍのタングステンカーバイドと金属アルミニウム各薄膜を透過した際の入射光に対する出射光の強度比（Ｉ（ｏｕｔ）／Ｉ（ｉｎ））を式（３）より、求めた結果である。図５に示されるように、消衰係数の大きい金属アルミニウムでは、光吸収が大きく、反射率調整層８に適用すると、有機ＥＬ素子からの発光が吸収され、出射光の強度比、すなわち、外光やＥＬ素子からの発光の透過率が低下する傾向にある。外光消光調整の自由度を高めるため、また、発光の取り出し効率を高めるため、反射率調整層８に用いる材料としては、消衰係数が小さい異常分散を示す材料が好ましく、具体的にはタングステンカーバイド（ＷＣ）が好ましい。

反射率調整層８は、如何なる方法で成膜されてもよく、好適には、真空蒸着法、イオン化蒸着法、スパッタリング等の手法により行う。反射率調整層８を、他の有機化合物層や、陰極７等の成膜に用いられる汎用の真空蒸着法や、スパッタリング法で成膜する場合、その最低膜厚は、略１０ｎｍ程度である。反射率調整層８の膜厚が１０ｎｍの時、波長５５０ｎｍにて吸収ロスを５０％以下とするためには、式（２）及び式（３）より、消衰係数κは３以下である必要がある。本発明の反射率調整層８は、消衰係数κが３以下の材料を使用することが好ましい。従来の偏光特性を利用して外光反射を防止する有機ＥＬ素子は、ＥＬ発光の内約５０％が外部へ取り出せず、無駄になっていた。本発明の反射率調整層８は、反射ロスが５０％以下であり、従来の円偏光板を利用する有機ＥＬ素子に比べ、高い発光の利用効率が期待できる。

ところで、表示装置の外部環境における、明所コントラストは、次のような式で評価される。
Ｃ＝（Ｂ＋γ×Ａ／π）／（γ×Ａ／π）・・・（４）

式（４）において、Ｃは明所コントラストの評価値、Ａは外光の明るさ（ルクス）、Ｂは表示装置の輝度（ｃｄ／ｍ²），γは有機ＥＬ素子の外光反射率（％）である。ここで、外光反射率とは、表示装置の正面より入射した外光の反射率である。つまりできるだけ暗い環境（Ａ）で、表示装置の反射率を下げ（γ）、なるべく明るく発光させた（Ｂ）場合に、高いコントラスト値が得られる。すなわち視認性のよい表示装置が実現できる。

また、人間の肉眼は、可視光波長に対する感度（分光感度）が一様でなく、波長５５５ｎｍの黄緑色光に対して感度が最大となる。図６に肉眼の感度を表す視感度曲線を示す。そのため、波長により所定のコントラストを満足するために必要な外光反射率に違いが生じる。例えば、波長５５５ｎｍにて所定コントラストを満足するために必要な外光反射率をＲとした場合、その他の各波長にて所定コントラストを満足するために必要とされる外光反射率γ（λ）は、視感度ｌ（λ）を用いて、次式のように表すことができる。
γ（λ）＝Ｒ／ｌ（λ）・・・（５）

式（５）より算出される外光反射率は、所定コントラストを満足するための上限値を示すものであり、表示装置の各波長に対応する外光反射率が式（５）の値を下回っていれば、所定コントラストを満足していると言える。

例えば、表示装置の発光輝度３００ｃｄ／ｍ²の場合、１５００ルクスの明るさに相当する明所にて新聞紙程度相当するコントラスト値１０以上を得ようとすると、外光反射率は、式（４）より、７％以下にする必要がある。４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長全域で、コントラスト１０を満足するために必要な各波長における外光反射率は、式（５）より、図７のようになる。

図７でみられるよう、前記条件においてコントラスト１０を満足するために必要な外光反射率は、外光のすべての波長領域のうち５３５ｎｍ以上５７５ｎｍ以下の領域で７〜８％と略一定であり、この波長領域にて必要な外光反射率が極小となる。これは肉眼の視感度が、この波長領域にて最も高く、かつ波長に対する視感度の変化率が１０％以下であるため、所定コントラストを満足するために必要な外光反射率は、この波長領域（５３５ｎｍ以上５７５ｎｍ以下）でほぼ一定となる。そのため、コントラストが高い表示装置を実現させるためには、この波長領域（５３５ｎｍ以上５７５ｎｍ以下）の外光反射率が特に低くなる、好ましくは極小値を持つよう、表示装置の消光帯域を設定することが最も効果的である。

一方、５３５ｎｍ以上５７５ｎｍ以下以外の波長領域では、視感度が低下するため、仮にこの波長領域における外光反射率が高い場合でも、コントラスト値への影響は軽微であり、表示装置視認性への影響は少ない。そこで本発明の表示装置は、このような視感度とコントラストの関係に着目し、発光画素における外光反射率の消光中心を５３５ｎｍ以上５７５ｎｍ以下の波長領域に設定した。

図８は、タングステンカーバイドを反射率調整層（厚さ２０ｎｍ）として用いた有機ＥＬ素子と、従来の反射率調整層を用いない有機ＥＬ素子の外光反射率を、汎用の薄膜光学干渉の解析ソフトウエアにより求めたものである。陽極としての機能も兼ね備える反射層と陰極は、金属アルミニウム、有機化合物層は、屈折率１．７、有機ＥＬ素子の上部には、屈折率１．５の保護層を設けた。反射率調整層の有無で有機ＥＬ素子を含めた光学干渉効果が変化する。外光の消光中心を５５０ｎｍ付近で略一致させるため、有機化合物層の膜厚を、反射率調整層有りの場合１０５ｎｍ、無しの場合１２０ｎｍとした。

図８より、タングステンカーバイドを反射率調整層として備えた有機ＥＬ素子（図８（ａ））は、従来の反射率調整層を有しない有機ＥＬ素子（図８（ｂ））に比して外光の消光波長領域が広帯域となる。外光反射率が１０％以下になる波長領域は、反射率層がある場合、５０５ｎｍ以上６００ｎｍ以下の領域、従来の有機ＥＬ素子の場合、５４０以上５７０ｎｍ以下の領域である。このように異常分散性を持つタングステンカーバイドを反射率調整層に用いると、式（１）を満足する波長帯域が広がるため、外光反射の消光帯域を広帯域化することが可能となる。

従来の光学干渉により外光を消光する有機ＥＬ素子では、消光波長領域が狭かったため、比較的視感度の比較的高い波長領域の外光を消光しようとすると、例えばカラーフィルター等の別部材を併用し、消光波長領域を実質的に広帯域化させる必要があった。本発明の表示装置は、そのような別部材が不用のため、装置構成が簡単で、またそれら別部材を表示装置へ搭載する工程なども必要ないため、より低コストな表示装置をスループットよく得ることができる。また、カラーフィルター等の光学フィルタの透過率は、４０〜８０％程度であるため、従来の別部材を併用する有機ＥＬ素子では、それらにより発光の多くがカットされ、発光の取り出し効率が低いという課題があった。本発明の表示装置は、そのような光学別部材が不要なため、高い発光の取り出し効率が可能となり、表示装置へ係る負荷を軽減できる。そのため、低消費電力な、また長寿命な表示装置が実現できる。

図９は、タングステンカーバイドを反射率調整層（厚さ２０ｎｍ）として用いた有機ＥＬ素子で、有機化合物層膜厚を１０５ｎｍ、７５ｎｍとし、外光の消光中心をそれぞれ５４０ｎｍ（図９（ａ））、４５０ｎｍ（図９（ｂ））とした場合の外光反射率を示す。また図９には、図７に記した所定条件下、コントラスト１０を満足するために必要な外光反射率（図９（ｃ））を合わせて記した。図９よりみられるよう、消光中心を５４０ｎｍに設定した有機ＥＬ素子の外光反射率（図９（ａ））は、４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の全波長領域において、図９（ｃ）を下回り、全波長領域でコントラスト１０を満足する。一方、消光中心を４５０ｎｍに設定した有機ＥＬ素子の外光反射率（図９（ｂ））は、５３５ｎｍ以上６２５ｎｍ以下の波長領域で、図９（ｃ）を上回り、コントラスト１０を満たさなくなる波長領域がある。波長５３５ｎｍ以上５７５ｎｍ以下の領域における平均コントラスト値は、消光中心５４０ｎｍ設定の時、３０、４５０ｎｍ設定の時、３．１である。コントラストが高い、すなわち視認性がよい表示装置を実現させるためには、本発明の反射率調整を導入し、外光の消光帯域を広帯域化し、かつその消光中心を５３５ｎｍ以上５７５ｎｍ以下の波長範囲に設定することが望ましい。

反射率調整層の構成は、表示装置上の発光色によらず、共通の膜厚や積層構成でも、発光色の異なる画素毎に個別に反射率調整層の膜厚や、積層構成を変更してもよい。有機ＥＬ素子の発光効率を向上させるためには、素子内部での光学干渉効果を調整し、実質的に外部へ取り出される光量を強める取り組みが必要である。例えば、発光層における発光領域と反射電極間の光学距離を制御し、光学干渉効果の調整を行う場合、以下の式（６）を満たすよう光学距離を制御することで、取り出し効率の向上が見込まれる。式（６）において、Ｌは、発光領域と反射電極との光学距離、λは、発光のピーク波長をそれぞれ示す。
（２ｎ−１）／４×λ＝Ｌ・・・（６）（ｎは整数）

式（６）より、発光色のピーク波長により、最適な光学距離が異なるため、外部への取り出し効率の高い有機ＥＬ素子を実現させるためには、有機化合物層の膜厚を、発光色毎に最適化する必要がある。そのため外光反射特性は、発光色毎にそれぞれ異なるようになる。本発明の表示装置は、反射率調整層に、異常分散を示す材料を備えると、反射率調整層が発光色によらず共通の膜厚、材料構成であっても、外光反射特性の違いが生じ難い。そのため、異なる発光色を示す発光画素に共通の膜厚、積層構成の反射率調整層を設けた場合でも、外光の反射を効果的に軽減することができる。このように反射率調整層の構成が発光色によらず全ての発光画素で共通であることは、表示装置作製のスループットを向上させる観点で好ましい。

また、発光色毎に反射率調整層の膜厚や材料、層数等の構成を個別に最適化してもよい。その場合、外光に対する光学干渉効果を調整する自由度が上がるため、外光反射の消光がより効果的に行え、各色共通の反射率調整層を設けた場合に比較して、より視認性が優れた表示装置を実現することが可能となる。さらにこの場合、素子内部での光学干渉効果を調整により、実質的に外部へ取り出される光量を強めることが可能となるため、所定輝度発するために係る表示装置への負荷が軽減される。そのため、表示装置の消費電力低減や、装置の長寿命化が図れる。

このように本発明の表示装置は、要求される特性や、装置作製のスループットを考慮し、反射率調整層の構成を発光色毎に最適化するか、または、発光色によらず各画素共通の構成とするかを任意に選択できる。

また、本実施形態では、全ての発光画素に反射率調整層８を形成した場合を示したが、表示装置上一部の画素に反射率調整層８が形成する構成であってもよい。但し、表示装置視認性の観点から、全ての画素に反射率調整層８を設けることがより好ましい。

ところで、本実施形態では、反射率調整層８が、陰極７と保護層９の間に備えられた事例を示したが、反射率調整層８を設ける位置はそれに限定されない。外光反射防止機能が発現できれば、表示装置上如何なる部位にも反射率調整層８を設けることができ、設置場所の一例として、有機ＥＬ素子の対向する電極間や、対抗する電極の外側等を挙げることができる。ただし、反射率調整層８は干渉によって外光反射を低減するための部材であるため、光路差を生じさせる位置、すなわち反射層２よりも光取り出し側に配置されている必要がある。

また本発明は、基板側から発光を取り出す、いわゆるボトムエミッション型の表示装置においても、基板側に反射率調整層を設けることで同様な効果を得ることが可能である。また、本発明をアクティブマトリックス駆動の表示装置へ適用する場合、開口率の確保という観点から、保護層９側から光を取り出す、いわゆるトップエミッション構成の表示装置が有利である。

図１０は、本発明の表示装置の他の例を示す概略部分断面図であり、トップエミッション型のアクティブマトリックス表示装置である。

図１０における基板１は、支持体１１、ＴＦＴ駆動回路１２、平坦化膜１３からなる。支持体１１としては、特に限定するものではないが、金属、セラミックス、ガラス、石英等の支持体が用いられる。また、プラスチックシート等のフレキシブルシート上にＴＦＴ駆動回路１２を形成して、フレキシブル表示装置とすることをも可能である。

支持体１１上には反射電極２０が形成してある。反射電極２０は、反射層２１と透明導電膜２２（透明層）からなる。

反射層２１としては、透明導電膜２２との界面における反射率が少なくとも５０％以上、好ましくは８０％以上であることが望ましく、特に限定されるものではないが、例えば銀やアルミニウムやクロム等の金属や、それらの合金等が用いられる。

透明導電膜２２としては、酸化物導電膜、具体的には、酸化インジウムと酸化錫の化合物膜（ＩＴＯ）や酸化インジウムと酸化亜鉛の化合物膜（ＩＺＯ）等を用いることができる。透明導電膜２２は、必要に応じて導入することが可能であるが、本発明の効果を発揮するために必ずしも必要な構成要件ではない。透明導電膜２２を導入する場合としては、反射層２１から有機化合物層へのキャリア注入障壁を低減させる、素子内部での光路長調整する等の目的や、反射層２１が誘電体多層膜等の絶縁性部材で形成された場合等がある。なお、ここで用いている「透明」とは、可視光に対して８０％以上１００％以下の透過率を有していることであり、より具体的には、多重反射による減衰を抑える観点より、消衰係数κが０．０５以下、好ましくは０．０１以下であることが望ましい。透明導電膜２２の厚さは、その屈折率や表示装置の発光色にも依存するが、ホール輸送層３の厚さが１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下、好ましくは１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の範囲に入るように設定することが望ましい。これは、消費電力の観点から、低電圧で駆動したほうが有利だからである。

なお、本実施形態は、一例として反射層２１を金属材料で形成した事例であり、コンタクトホール１４により反射層２１とＴＦＴ駆動回路１２とが電気的に接続されている。反射層２１が絶縁性部材の場合は、コンタクトホール１４により透明導電膜２２とＴＦＴ駆動回路１２とを電気的に接続すればよい。

反射電極２０は、各画素にパターニングされ、素子分離膜２３により分離されている。素子分離膜２３としては、例えばカーボンブラックを含んだ樹脂等の外光を吸収する部材で構成されることが、画素間での外光反射を防止し、より高コントラストな表示装置を実現させるために好ましい。

ホール輸送層３、発光層４、電子輸送層５、電子注入層６に用いられる有機化合物としては、低分子材料で構成されても、高分子材料で構成されても、両者を用いて構成されてもよく、特に限定されるものではない。必要に応じてこれまで知られている材料を使用することができる。

以下にこれらの化合物例を挙げる。

ホール輸送性材料としては、陽極からのホールの注入を容易にし、また注入されたホールを発光層に輸送するに優れたモビリティを有することが好ましい。また、必要に応じて陽極とホール輸送層の間にホール注入層を狭持しても良い。ホール注入輸送性能を有する低分子および高分子系材料としては、以下に示すものが挙げられるが、もちろんこれらに限定されるものではない。

トリアリールアミン誘導体、フェニレンジアミン誘導体、トリアゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、ピラゾリン誘導体、ピラゾロン誘導体、オキサゾール誘導体、フルオレノン誘導体、ヒドラゾン誘導体、スチルベン誘導体、フタロシアニン誘導体、ポルフィリン誘導体、およびポリ（ビニルカルバゾール）、ポリ（シリレン）、ポリ（チオフェン）、その他導電性高分子

以下に、具体例の一部を示す。

発光材料としては、発光効率の高い蛍光色素や燐光材料が用いられる。以下に具体例の一部を示す。

電子輸送性材料としては、注入された電子を発光層に輸送する機能を有するものから任意に選ぶことができ、ホール輸送材料のキャリア移動度とのバランス等を考慮し選択される。電子注入輸送性能を有する材料としては、以下に示すものが挙げられるが、もちろんこれらに限定されるものではない。

オキサジアゾール誘導体、オキサゾール誘導体、チアゾール誘導体、チアジアゾール誘導体、ピラジン誘導体、トリアゾール誘導体、トリアジン誘導体、ペリレン誘導体、キノリン誘導体、キノキサリン誘導体、フルオレノン誘導体、アントロン誘導体、フェナントロリン誘導体、有機金属錯体等

以下に、具体例の一部を示す。

また、電子注入材料としては、前述した電子輸送性材料に、アルカリ金属やアルカリ土類金属、もしくはその化合物を０．１〜数十％含有させることにより、電子注入性を付与することが出来る。電子注入層６は、必要不可欠な層ではないが、この後に透明な陰極７を形成する際の成膜時に受けるダメージを考慮すると、良好な電子注入性を確保するために１０〜１００ｎｍ程度挿入した方が好ましい。

これらの有機化合物層は、一般には真空蒸着法、イオン化蒸着法、スパッタリング、プラズマ等により形成できる。また、適当な溶媒に溶解させて公知の塗布法（例えば、スピンコーティング、ディッピング、キャスト法、ＬＢ法、インクジェット法等）により形成することもできる。特に塗布法で成膜する場合は、適当な結着樹脂と組み合わせて膜を形成することもできる。上記結着樹脂としては、広範囲な結着性樹脂より選択でき、例えば、以下に示すものが挙げられるが、これらに限定されるものではない。

ポリビニルカルバゾール樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリスチレン樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリブタジエン樹脂、ポリウレタン樹脂、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、ブチラール樹脂、ポリビニルアセタール樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ジアリルフタレート樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリスルホン樹脂、尿素樹脂等

また、これらは単独または共重合体ポリマーとして１種または２種以上混合してもよい。さらに必要に応じて、公知の可塑剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤等の添加剤を併用してもよい。

陰極７は、前述したＩＴＯやＩＺＯ等の酸化物導電膜や、銀やアルミニウム等の金属やそれらの合金等の薄膜による半透過陰極、また半透過陰極と酸化物導電膜の組み合わせが用いられる。電子輸送層５及び電子注入層６との組み合わせにより、電子注入性が良好な組み合わせを適宜選択することが望ましい。陰極７は、各発光画素に共通材料・膜厚構成でも、発光画素ごとに個別の膜厚・材料構成であってもよい。また、陰極７は、如何なる方法で成膜されてもよく、スパッタリングや蒸着等により形成することが出来る。

反射率調整層８は、図１で説明したとおりである。

保護層９は、酸素や水分等との接触を防止する目的で設けられる。保護層９としては、以下に示すものが挙げられる。

窒化シリコン、窒化酸化シリコン等の金属窒化物膜や、酸化タンタル等の金属酸化物膜、ダイヤモンド薄膜、また、フッ素樹脂、ポリパラキシレン、ポリエチレン、シリコーン樹脂、ポリスチレン樹脂等の高分子膜、さらには、光硬化性樹脂等

また、ガラス、気体不透過性フィルム、金属などをカバーし、適当な封止樹脂により素子自体をパッケージングすることもできる。また、防湿性を高める為に、保護層内に吸湿材を含有させても良い。

なお、これまでは、ＴＦＴ駆動回路１２側が陽極となる構成で説明してきたが、図１１に示すような逆構成でも可能である。すなわち、反射層７１と透明導電膜７２により構成され、陰極としての機能を兼ね備えた反射電極７０、電子注入層６、電子輸送層５、発光層４、ホール輸送層３、透明陽極２、反射率調整層８、保護層９を順次積層したものでも可能である。

さらには、透明基板上に反射率調整層を積層し、その上に、透明電極、有機化合物層、反射電極を積層したボトムエミッション構成においても本発明を実施することは可能であり、特に限定されるものではない。

また、本実施形態は、アクティブマトリックス表示装置に関するものであるが、パッシブマトリックス表示装置に本発明を適用することは可能であり、特に限定されるものではない。

このような特徴を備える本発明の表示装置の用途としては、特に制限はないが、テレビや、デジタルカメラ、ビデオカメラのモニター、携帯電話や、ＰＤＡ、コンピューターを始めとする様々な機器の表示画面として、好ましく適用することができる。

以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明していくが、本発明はこれらに限定されるものではない。

＜実施例１＞
図１２に示す構造のＲＧＢ３色からなる表示装置を以下に示す方法で作成した。

支持体１１としてのガラス基板上に、低温ポリシリコンからなるＴＦＴ駆動回路１２を形成し、その上にアクリル樹脂からなる平坦化膜１３を形成して基板１とした。

この上に反射層２１としてのアルミニウム合金（ＡｌＮｉＰｄ）を約１００ｎｍスパッタリング法にて形成してパターニングし、さらに、透明導電膜２２としてのＩＺＯをスパッタリング法にて２０ｎｍ形成してパターニングし、反射電極２０を形成した。さらに、アクリル樹脂により素子分離膜２３を形成し、反射電極２０を形成した基板を作成した。これをイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）で超音波洗浄し、次いで、煮沸洗浄後乾燥した。さらに、ＵＶ／オゾン洗浄してから有機化合物層を真空蒸着により成膜する。

始めに、共通のホール輸送層３として下記構造式で示される化合物［Ｉ］を、２０ｎｍの厚さですべての画素に成膜した。この際の真空度は１×１０^-4Ｐａ、蒸着レートは、０．２ｎｍ／ｓｅｃである。

次に、発光層４として、シャドーマスクを用いて、ＲＧＢそれぞれの発光層を成膜した。Ａｌｑ３（ホスト）とＤＣＭ［４−（ｄｉｃｙａｎｏｍｅｔｈｙｌｅｎｅ）−２−ｍｅｔｈｙｌ−６（ｐ−ｄｉｍｅｔｈｙｌａｍｉｎｏｓｔｙｒｙｌ）−４Ｈ−ｐｙｒａｎ］（発光性化合物）を共蒸着（重量比９９：１）して２０ｎｍのＲ発光層４１を設けた。Ａｌｑ３（ホスト）とクマリン６（発光性化合物）を共蒸着（重量比９９：１）して２０ｎｍのＧ発光層４２を設けた。下記に示す［ＩＩ］（ホスト）と［ＩＩＩ］（発光性化合物）を共蒸着（重量比８０：２０）して２０ｎｍのＢ発光層４３を設けた。蒸着時の真空度は１×１０^-4Ｐａ、成膜速度は０．２ｎｍ／ｓｅｃの条件で成膜した。

更に共通の電子輸送層５としてバソフェナントロリン（Ｂｐｈｅｎ）を真空蒸着法にて１０ｎｍの膜厚に形成した。蒸着時の真空度は１×１０^-4Ｐａ、成膜速度は０．２ｎｍ／ｓｅｃの条件であった。

次に、共通の電子注入層６として、ＢｐｈｅｎとＣｓ₂ＣＯ₃を共蒸着（重量比９０：１０）して３０ｎｍの膜厚に形成した。蒸着時の真空度は３×１０^-4Ｐａ、成膜速度は０．２ｎｍ／ｓｅｃの条件であった。

そして、陰極７として、銀（Ａｇ）を１０ｎｍの膜厚にて形成した。蒸着時の真空度は１×１０^-4Ｐａ、成膜速度は、０．２ｎｍ／ｓｅｃの条件であった。

陰極７まで成膜した基板を、真空を破ること無しにスパッタ装置へ移動して、ＳｉＯ₂を１５０ｎｍ、その上に、異常分散性のタングステンカーバイド（ＷＣ）を２５ｎｍ、さらにＳｉＯ₂を３０ｎｍ成膜して、３層構成の反射率調整層８を設けた。その後、保護層９として、窒化酸化シリコンを３５０ｎｍ成膜した。

続いて、保護層９まで成膜した基板をスパッタ装置より取り出し、保護層９の上へ樹脂層８１として厚さ５００μｍのアクリル樹脂を、さらに樹脂層８１の上へ厚さ７００μｍのガラス板８２をそれぞれ張り合わせ、表示装置を得た。

このようにして得られた表示装置の外光反射特性を図１３に示す。また、本表示装置におけるＲＧＢ画素それぞれの下記特性を表５に示す。
（１）発光効率。
（２）ＣＩＥ色度座標。
（３）発光輝度１００ｃｄ／ｍ²にて１５００ルクスの明るさに相当する明所における波長５３５ｎｍ以上５７５ｎｍ以下の平均コントラスト値。
（４）発光輝度１００ｃｄ／ｍ²にて、白色（色純度：０．３２，０．３３）表示を行った場合の消費電力。

＜実施例２＞
表３に示す様に有機化合物層の膜厚と反射率調整層の膜厚を発光色毎に個別最適化した以外は、実施例１と同様にして表示装置を作製した。

このようにして得られた表示装置の外光反射特性を図１４に示す。本実施例では、発光色毎の個別膜厚設定を行うため、外光反射特性は、発光画素毎に異なる。また、実施例１と同様に評価した結果を表５に示す。なお本実施例でのコントラスト値は、ＲＧＢ各発光画素の各コントラスト値の平均である。

＜比較例１＞
反射率調整層を無くした以外は実施例１と同様にして表示装置を作製した。このようにして得られた表示装置の外光反射特性を図１５に示す。また、実施例１と同様に評価した結果を表５に示す。この表示装置の波長５３５ｎｍ以上５７５ｎｍ以下の平均コントラスト値は、１．３３と低く、日中の屋外環境にて表示画像を視認することはできなかった。

＜比較例２＞
表示装置の発光取り出し面に円偏光板を設けた以外は、比較例１と同様にして表示装置を作製した。このようにして得られた表示装置の外光反射特性を図１６に示す。また、実施例１と同様に評価した結果を表５に示す。なお、本比較例で使用した円偏光板におけるＥＬ発光の透過率は、略４５％であった。

＜比較例３＞
表４に示す様に有機化合物層の膜厚を発光色毎に個別最適化した以外は、比較例２と同様にして表示装置を作製した。このようにして得られた表示装置の外光反射率を図１７に示す。また、実施例１と同様に評価した結果を表５に示す。

＜比較例４＞
本比較例では、反射率調整層を、異常分散性を有していない、ＳｉＯ₂及びＴｉＯ₂により構成し、有機化合物層膜厚及び、反射率調整層の膜厚を各発光色で同一とした以外は、実施例１と同様に多色表示装置を作製した。有機化合物層及び反射率調整層の膜厚を表６にまとめて示す。

このようにして得られた多色表示装置の外光反射特性を図１８に示す。また、この多色表示装置を実施例１と同様に評価した結果を表７に示す。

＜比較例５＞
本比較例では、反射率調整層を、異常分散性を有していない、ＳｉＯ₂及びＴｉＯ₂により構成し、有機化合物層膜厚及び、反射率調整層の膜厚を発光色毎に個別最適化した以外は、実施例１と同様に多色表示装置を作製した。有機化合物層及び反射率調整層の膜厚を表６にまとめて示す。

このようにして得られた多色表示装置の外光反射特性を図１９に示す。また、この多色表示装置を実施例１と同様に評価した結果を表７に示す。なお、本比較例でのコントラスト値は、ＲＧＢ各発光画素の各コントラスト値の平均である。

本発明の表示装置の一例を示す概略部分断面図である。Ａｌｑ３の屈折率波長分散特性を表す図である。タングステンカーバイド（ＷＣ）の屈折率及び消衰係数波長分散特性を表す図である。金属アルミニウム（Ａｌ）の屈折率及び消衰係数波長分散特性を表す図である。タングステンカーバイド（ＷＣ）及びアルミニウム（Ａｌ）薄膜を透過前後の光強度比を表す図である。肉眼の視感度を表す図である。所定コントラストを満足するために必要な波長−外光反射率の関係を表す図である。有機ＥＬ素子の外光反射特性を表す図である。有機ＥＬ素子の外光反射特性及び、所定コントラストを満足するために必要な波長−外光反射特性を表す図である。本発明の表示装置の他の例を示す概略部分断面図である。本発明の表示装置のさらに他の例を示す概略部分断面図である。実施例１の表示装置を示す概略部分断面図である。実施例１の表示装置の外光反射特性を表す図である。実施例２の表示装置の外光反射特性を表す図である。比較例１の表示装置の外光反射特性を表す図である。比較例２の表示装置の外光反射特性を表す図である。比較例３の表示装置の外光反射特性を表す図である。比較例４の表示装置の外光反射特性を表す図である。比較例５の表示装置の外光反射特性を表す図である。従来の有機ＥＬ素子の外光反射特性を表す図である。

符号の説明

１基板
２反射層
３ホール輸送層
４発光層
５電子輸送層
６電子注入層
７陰極
８反射率調整層
９保護層
１１支持体
１２ＴＦＴ駆動回路
１３平坦化膜
１４コンタクトホール
２０反射電極
２１反射層
２２透明導電膜
２３素子分離膜
４１Ｒ発光層
４２Ｇ発光層
４３Ｂ発光層
７０反射電極
７１反射層
７２透明導電膜
８１樹脂層
８２ガラス板

Claims

光取り出し電極と、反射電極と、前記光取り出し電極と前記反射電極の間に配置されている有機化合物層と、を有する有機ＥＬ素子を複数有する表示装置において、
前記複数の有機ＥＬ素子は赤色、緑色、青色を発光する前記有機ＥＬ素子を含み、
前記複数の有機ＥＬ素子のいずれにも、前記反射電極よりも前記光取り出し電極側に、４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長領域において、波長が長くなるにつれて屈折率が大きくなる分散特性を示す材料からなる層が配置されており、
前記表示装置の外光反射率は、４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長領域のうち５３５ｎｍ以上５７５ｎｍ以下の領域で最小値を持つことを特徴とする表示装置。
前記分散特性を示す材料は、その消衰係数κが３以下を示す材料であることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
前記表示装置の外光反射率が４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長領域のうち５３５ｎｍ以上５７５ｎｍ以下の領域で最小値を持つように、前記有機化合物層の膜厚、或いは前記分散特性を示す材料からなる層の膜厚または材料が設定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の表示装置。
前記分散特性を示す材料からなる層の膜厚は前記複数の有機ＥＬ素子で同一であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の表示装置。