专利名称：发光元件及显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种针对白色发光元件的干涉峰値波长的调整。
背景技术：
以往，已知有一种利用有机电致发光(electro lumine scene，EL)元件的显示装置，在该有机电致发光元件中，使电流流经电极间的有机电致发光层，依靠流通的电流而产生发光。
有机电致发光的发光材料已知有红色发光、蓝色发光和绿色发光材料。因此，通过RGB的分涂即可进行全彩显示。在该RGB的分涂方式中，由于各色的有机电致发光层的材料不同，因此通常必须进行RGB各色的蒸镀步骤，并且还为此使用各种屏蔽(mask)。如此当制作工序变多时，则容易造成合格率变差。
另一方面，已提出一种将红色(橘色)的发光层、蓝色的发光层层叠，并使两发光层发光，而由此组成白色发光层的结构。在该结构中，能以全像素共同形成白色发光层，并通过滤色片形成RGB的各像素。可使比较困难的有机电致发光层的形成简单化，并且可提升合格率。
再者，在显示器的显示中，大都为白色的显示或使RGB所有颜色发光的情形。因此已提出一种通过在RGB各个像素之外设置白色像素、以提升效率的RGBW的显示装置(日本特开2004-127602号公报)。
在该RGBW的显示装置中，通过使白色的发光效率上升，从而带动整体的效率上升。
另外，无论是在RGB分涂、白色发光+滤色片型的任一显示装置中，还是在来自有机电致发光元件的光的射出路径都存在各种的层。在通过各个像素所设的薄膜晶体管(TFT)控制流向各有机电致发光元件的电流的主动矩阵方式的显示装置中，形成该TFT的层中存在由有机电致发光元件发出的光射出到外部的路径。而且，在该TFT层会产生各种反射，因而会有与来自有机电致发光元件的光相干涉而造成视角依赖性变大的问题。
发明内容
本发明涉及的白色发光元件具有透明绝缘膜；形成在该透明绝缘膜上的透明电极；形成在透明电极上的白色发光层；及形成在该白色发光层上的反射层；并且通过使电流流通于前述白色发光层而获得的光从前述透明绝缘膜侧导出。并且，较好的做法是将从前述透明电极的透明绝缘膜侧的表面至前述反射层的光学长度设定在对红色及蓝色的光具有干涉峰値的距离。
若能通过干涉而使红色及蓝色的光因干涉增强的话，则可导出有效的白色光。
再者，本发明涉及的显示装置还具有包含配置成矩阵状的显示像素、且包含薄膜晶体管的TFT层；形成在该TFT层上的平坦化层；及形成在该平坦化层上的有机电致发光层。此外，较好的做法是将前述平坦化层的厚度设定为可使前述TFT层的反射光与前述有机电致发光层的发光之间干涉的影响确实减小的足够厚度。根据以上结构，可抑制显示的视角依赖性。而且，如果以随着视角从正面倾斜并朝色温低的方向移动的方式设定，则通过人的眼晴所感受的色调的变化会变少。
图1是表示发光元件的剖面结构的模式图。
图2是表示有机电致发光元件部分的剖面结构的模式图。
图3是表示有机电致发光元件部分的其它结构例的剖面结构的模式图。
图4是干涉的影响的示意图。
图5是表示膜厚变化与消耗电力变化的关系图。
图6是表示顶端射极型的发光元件的剖面结构图。
图7是表示像素电路的例图。
图8是表示视角与RGB各色亮度的关系图。
图9是因视角变化造成色温变化的示意图。
具体实施例方式
下面根据图示说明本发明实施例涉及的发光元件。
图1是表示发光元件的剖面结构的模式图。图中显示只选出1个发光元件，将发光元件及驱动该发光元件的像素电路配置成矩阵状以构成显示装置。另外，玻璃基板、发光层、阴极等形成了全像素通用的层。
在玻璃基板30上，设置有包含像素电路及各种配线的TFT(薄膜晶体管)/配线层32。像素电路使用例如图7所示的电路。依据来自闸极线GL的控制信号，开关TFT1控制来自数据线DL的数据信号的输入。由开关TFT1输入的数据电压蓄积在电容2。通过蓄积于电容2的数据电压，驱动器TFT4导通，将对应数据电压的驱动电流从电源线PVdd供给至有机电致发光元件40。此外，电容2的另一端连接于电容线SC。此外，有机电致发光元件40如后所述，形成于平坦化层34之上。在此，像素电路有很多提案，并且可进行包括驱动器TFT的临界值补偿电路等的各种变形。
再者，在TFT/配线层32上设置有由丙烯酸树脂(acrylic resin)等构成的平坦化层34。
在平坦化层34上设置有有机电致发光元件40。该有机电致发光元件40包括阳极10、红色发光层16、蓝色发光层18及阴极24。
在此，阳极10设置于各个像素，但红色发光层16、蓝色发光层18及阴极24等基本上设置于全像素通用的层。
在此，根据图2说明该有机电致发光元件40的具体结构。在由透明导电体所构成的阳极10上，隔着电洞植入层12设置有电洞传输层14。在该例中，阳极10虽使用IZO(铟锌氧化物，indium zinc oxide)，但亦可使用ITO(铟锡氧化物，indium tin oxide)等。而且，在该例中，电洞植入层12使用CFx，电洞传输层14使用主体为属于三芳胺(triarylamine)衍生物或三苯基胺(triphenylamine)衍生物的NPB(N，N’-二(萘-1-基)-N，N’-二苯基-联苯胺)的材料。
在该电洞传输层14之上依序设置有红色发光层16、蓝色发光层18。该红色发光层16使用属于三芳胺衍生物或三苯基胺衍生物的NPB作为主体，使用第三-丁基取代二萘基蒽(TBADN)作为掺杂物1，使用5，12-二(4-(6-甲基苯并噻唑-2-基)苯基)-6，11-二苯基丁省(DBzR)作为掺杂物2。而且，蓝色发光层18使用第三-丁基取代二萘基蒽(TBADN)作为主体，使用属于三芳胺衍生物或三苯基胺衍生物的NPB作为掺杂物1，使用1，4，7，10-四-第三-丁基二萘嵌苯(TBP)作为掺杂物2。
在蓝色发光层18上设置有第1电子传输层20、第2电子传输层22，且在该第1电子传输层20、第2电子传输层22上设有阴极24。
第1电子传输层20使用树枝状镀层(トリス)(8-羟基喹啉基)铝(Alq)，第2电子传输层22使用啡啉(phenanthroline)衍生物。再者，阴极24使用表面设有LiF的铝(Al)。
这样，在本实施例的有机电致发光元件40中，在阳极10与阴极24的电极间具有红色发光层16、蓝色发光层18，通过在两发光层16、18产生发光而形成白色光。因而，在两发光层16、18的界面附近，从阳极10供给的电洞、与从阴极24供给的电子会发生再结合，从而在两发光层16、18产生发光，该白色光会从玻璃基板30射出。此外，实际上为了进行全彩显示而在各个像素设置RGB的滤色片，若为RGBW型，则也具有未设置滤色片能射出白色光的像素。
这里，本实施例中，由2个发光层16、18发光。因此，发光在2个发光层16、18的界面附近产生，发光层16、18的交界形成发光界面。此为用以在两发光层16、18产生发光的必须条件。而且，在该界面附近发出的光有的直接射出、有的由阴极24反射。亦即，阴极24为铝，从发光层16、18发出的光并无法通过此而被反射。
因此，从有机电致发光元件40射出的光，是从发光层16、18的界面直接发出的光、及由阴极24反射的光的合成，且两者会产生干涉。
由于该干涉，只要增强所需的可见光即有所收效，但通常由界面至阴极24的距离所决定的预定波长的可见光会因干涉而衰减。
本实施例通过缩小从界面至阴极24表面(反射面)的距离，防止直接射出的光与由反射层所反射的光产生干涉而使可见光减少。
亦即，前述有机电致发光元件40的红色发光层16及蓝色发光层18的界面、与阴极24表面的光学距离设定为100nm以下。由此，可抑制因干涉所造成的蓝色波长的强度减少。此外，由于实际上观看者所辨识的显示中只要能排除造成问题的可见光的衰减即可，因此红色发光层16与蓝色发光层18的界面、与阴极24的表面的光学距离设定为可见光的最低波长的1/4以下的光学长度即可。再者，比可见光的最低波长的1/4的光学长度略长的光学长度亦可设为接近紫外线的区域的蓝波长中因干涉而产生衰减的光学长度。
此外，有机层的折射率在1.6至1.9左右，可以依实际的折射率来决定各层的厚度。
再者，较佳为在从该界面至阴极24的间存在蓝色发光层18等，且将所述的距离设定为50至60nm左右。
再者，构成阳极10的ITO、IZO的折射率在1.8至2.1左右。另一方面，形成于阳极10的下的平坦化层34如上所述，通常由丙烯酸树脂(acrylic resin)等构成，且其折射率为1.5至1.6左右，阳极10与平坦化层34的折射率的差值比较大，因而在该界面容易产生反射。
因此，在该阳极10与平坦化层34的界面反射的光，与在阴极24反射且由界面直接射出的光产生干涉。
本实施例利用此时的干涉，以增强红色及蓝色的光为目的，设定从阳极10及平坦化层34的界面至阴极24表面的距离(光学长度)。亦即，以干涉波形的峰値存在于红色及蓝色的波长为目的，设定从产生反射的界面至作为反射层的阴极24的光学长度。
在此，为了有效的发光，在有机电致发光元件40内的有机层厚度方面，对于各层有某种程度的限制。另一方面，由透明材料所构成的阳极10的厚度可比较自由地变更。因此，较佳为通过变更阳极10的厚度来设定光学长度。具体而言，将阳极10的厚度调整在100nm至250nm的范围即可。
再者，利用干涉增强预定波长λ的光的条件是来自不同路径的光的相位皆相同，作为其一例可考虑将阳极10与平坦化层34的界面、与阴极24表面的光学距离Σnd设定在欲增强的光的波长λ的1/2光学长度。亦即，Σnd＝m·λ/2(n为折射率，m为1以上的整数)。由此，利用由阴极24的反射光所造成的干涉，可增强特定波长的光。例如，若在Σnd设为m＝3时，以增强波长440nm的光的方式设定膜厚，则在m＝2时波长660nm的光得到增强。由此，可利用干涉增强原本所需的蓝色与接近红色的光，并且可达成有效的白色光的导出。具体而言，较佳为利用上述的结构，将阳极10与其上的有机层的厚度合计设定为330至430nm左右。
如此，通过将阳极10与平坦化层34的界面、与阴极24表面的光学距离Σnd，设定为可增强用以获得白色光所需的蓝色及红色光的距离，从而可获得有效的白色发光元件。
此外，形成于红色发光层16、蓝色发光层18等阳极10与阴极24的间的有机层的折射率在1.6至1.9左右，且在与阳极10的间的反射较小。
再者，较佳为加厚平坦化层34的厚度。比如，最好将平坦化层34的光学长度设为1μm以上，尤以1.3μm以上为佳。如此，加厚平坦化层34的厚度时，因在平坦化层34的两界面反射所造成的干涉会和缓地平坦化，因而不易产生激烈的干涉高峰。因此，通过加厚平坦化层34，干涉条件(峰値)不会因作为其下层的TFT/配线层32的反射等而变化，因此可维持红色、蓝色相关的干涉峰値。
在将没有TFT/配线层32时来自RGBW的各发光元件的发光电流效率设为1的情况下，未设置平坦化层34时，RGBW的各发光元件的电流效率为0.91、0.79、0.95、1.12。如此，未设置平坦化层34时，特定的波长光(此时为绿色)会因TFT的干涉影响而衰减。因此，对于因该干涉造成的衰减，不仅需要电激发光条件的最适化，亦需要包含TFT的条件最适化。
另一方面，在设置上述比较厚的1.0μm以上(1.3μm)的平坦化层34时，RGBW的各电流效率为0.98、0.98、0.98、1.03。因此，通过平坦化层34，确认可排除由比该平坦化层34更下层的TFT所造成的干涉影响。如此，通过设置较厚的平坦化层34，可减小TFT的膜厚不均的影响，并且可提升装置的有效系数(マ一ジン)。
图3是表示其它实施例的有机电致发光元件40的结构。在此例中，采用1层白色发光层40来取代红色发光层16及蓝色发光层18。
该白色发光层40采用比如以第三-丁基取代二萘基蒽(TBADN)为主体，以1，4，7，10-四-第三-丁基二萘嵌苯(TBP)作为蓝色掺杂物，以5，12-二(4-(6-甲基苯并噻唑-2-基)苯基)-6，11-二苯基丁省(DBzR)作为红色掺杂物。使用该白色发光层40时，白色发光层40与电洞传输层14的界面成为产生发光的发光界面。
图4表示本实施例的发光元件中从发光层16、18射出的白色光、干涉后的光及干涉效果相关的波长特性。如此，可得知蓝色及红色的光会因干涉效果而增强。
图5是表示在使阳极10与平坦化层34的界面、与阴极24表面的光学距离变化时，为了获得需要的白色光强度而所需消耗电力的图。由此得知在设定为预定的膜厚时，可抑制消耗电力。
图6是表示顶端射极型的电激发光元件的模式图。这样，在为顶端射极型时，在铝等反射层上设置有透明的阳极10，在阳极10的上方设置有电洞传输层14、红色发光层16、蓝色发光层18等有机层，该有机层之上的阴极24为可使光透过的半穿透或透明的电极。半穿透材料可采用薄的金属材料，透明材料则可采用ITO、IZO等。
再者，在阴极24的上设置有低折射率保护膜62及积层保护层64。低折射率保护膜62是由SiO2所形成，积层保护层64是由SiN与SiO2的积层膜等所形成。
此外，有机层的结构可以是与上述顶端射极型的电激发光元件同样的结构。
即使为该顶端射极型时，从发光界面至反射层60的距离必须设为充分小的距离，从而使射出的可见光不会因干涉而产生衰减。特别地，在顶端射极型时，阳极10设为透明电极的情况下，由于阳极10包含在至反射层60的距离内，因此需要将阳极10设计得比较薄。
再者，通过将低折射率保护膜62设为1μm以上，可防止因积层保护层64产生的反射光等所造成的干涉的不良影响发生。
此外，在低折射率保护膜62与阴极24的界面会产生反射。因此，较佳为将该界面与反射层60的光学长度设定为与上述顶端射极型同样地可增强特定波长的光的程度。
如上所述，在本实施例中，将平坦化层34的厚度加厚为1μm以上。特别地，最好是把该平坦化层34的厚度设定为1.5μm。如此，当平坦化层34的厚度变厚时，则可确保斜向通过该平坦化层34的光形成各种路径，因而不易产生激烈的干涉峰値。因此，通过使平坦化层34的厚度变厚，可减小作为其下层的TFT/配线层32的反射等的影响，并抑制在此的干涉所造成的特定波长的可见光峰値的产生。由此，可使因视角变化所造成的色调的变化减少。亦即，因干涉而使特定波长增强时，该特定波长因光路长度而变化，因此视角依赖性较大。因此，通过使平坦化层的厚度充分地增厚，从而减小因TFT/配线层的反射所造成的干涉影响，进而可使显示的视角依赖性减小。
此外，将滤色片配置在平坦化膜的上或下任一侧时(通常以平坦化层覆盖滤色片)，如上所述将滤色片与平坦化层的合计厚度设为1.5μm即可。例如，为具有白色发光层的RGBW的显示装置时，RGB的像素设有滤色片，而在W的像素并未设置滤色片。另外，滤色片通常作为平坦化层的下层设置。
虽将平坦化层的厚度设为1.5μm以上，但是为了视角依赖性的改善，平坦化层的厚度越厚越好。另一方面，若使平坦化层加厚，则会花费材料费，且在此光的衰减也增大。因此，希望薄一些，其厚度应在5μm以下，最好为3μm以下。
此外，构成阳极10的ITO、IZO的折射率在1.8至2.1左右。另一方面，形成于阳极10之下的平坦化层34如上所述通常由丙烯酸树脂等所形成，其折射率为1.5至1.6左右，阳极10与平坦化层34的折射率的差值较大，在该界面容易产生反射。因此，在该阳极10与平坦化层34的界面反射的光将与在阴极24反射而从界面直接射出的光产生干涉。
在本实施例中，通过此时的干涉以使蓝色的光增强，从而设定从阳极10与平坦化层34的界面至阴极24表面的距离(光学长度)。亦即，为了在蓝色波长中产生干涉波形的峰値，从而设定从产生反射的界面至作为反射层的阴极24的光学长度。
例如，如下述方式设定厚度。
(A)为WRGB方式时，将从阳极的下面至阴极的下面的距离设为50至600nm，即设定(1)阳极(IZO)160nm、有机层210nm，(2)阳极(IZO)30nm、有机层200nm，(3)阳极(IZO)20nm、有机层70nm左右。由此，干涉峰値设定为蓝色，蓝色的视角变化增大。
(B)为RGB(白色发光层+滤色片)方式时，将从阳极的下面至阴极的下面的距离设为50至600nm，即设定(1)阳极(IZO)160nm、有机层230nm，(2)阳极(IZO)30nm、有机层210nm，(3)阳极(IZO)20nm、有机层80nm左右。由此，干涉峰値设定为蓝色，且视角变化也以蓝色变化最大。
(C)为RGB(RGB的各色发光)方式时，在RGB的各色像素中，将从阳极的下面至阴极的下面的距离设定如下，即(R)120、260、400nm，(G)130、270、410nm，(B)110、250、390nm。由此，在蓝色的像素干涉峰値成为蓝色，但红色、绿色的像素则是干涉的峰値不一致。
这样，在本实施例中，利用干涉而使蓝色光增强。在此，干涉由于受到其光路长度的影响，视角依赖性较大。因此，如上所述利用干涉而使蓝色增强时，蓝色会因视角而相对地变弱。亦即，如图8所示，蓝色会因视角而减少得最多。此外，图8针对上述(B)的白色发光层设置滤色片，是形成RGB各色的像素时的特性。
再者，由于如上所述视角从正面朝斜向偏移，而使蓝色变弱，由此如图9所示色温坐标上的Δuv的变化会变得非常小。图9的黑点表示从正面观看时的色温，黑三角表示视角为70°的色度。如此，根据本实施例，当视角变化时，大致在偏差Δuv＝0上色度会产生变化。由此，白色的色变化会变小，且因视角所造成的色调变化也会缓和。此外，通过将Δuv设定在±0.02以内，可以使人们难以辨识因视角所产生的色变化，从而可使显示的视角依赖性减少。
再者，在上述例中，虽将阳极与有机层作为干涉对象的光路长度，但由于滤色片的配置，滤色片亦包含在该光路长度。另外，在没有平坦化层时，TFT层亦包含于该光路长度。
如此，根据本实施例，对于来自正面的射出光，预设为使蓝色增强的干涉条件。由此，从斜向看时，蓝色会因干涉而变弱，且朝色温降低的方向变化，因此可使色调的变化相对于视角变化减小。
权利要求
1.一种发光元件，其特征在于，包括透明绝缘膜；形成在该透明绝缘膜上的透明电极；形成在该透明电极上的白色发光层；形成在该白色发光层上的反射层；将前述透明电极的透明绝缘膜侧的表面至前述反射层的光学长度为设定在红色及蓝色的光具有干涉峰值的距离。
2.如权利要求1所述的发光元件，其特征在于，前述白色发光层的发光界面与前述反射层的光学距离在100nm以下。
3.如权利要求2所述的发光元件，其特征在于，前述发光界面为白色发光层与电洞传输层的界面。
4.如权利要求2所述的发光元件，其特征在于，前述白色发光层由积层红色发光层与蓝色发光层所构成。
5.如权利要求4所述的发光元件，其特征在于，前述发光界面是红色发光层与蓝色发光层的界面。
6.如权利要求1所述的发光元件，其特征在于，前述反射层是与透明电极相对的反射电极。
7.如权利要求1所述的发光元件，其特征在于，前述透明电极的厚度的光学长度为200至500nm。
8.如权利要求1所述的发光元件，其特征在于，前述透明绝缘膜的膜厚在1μm以上。
9.一种显示装置，其包含配置成矩阵状的显示像素，其特征在于，在前述显示像素中呈矩阵状配置有权利要求第1所述的发光元件。
10.一种显示装置，其包含有配置成矩阵状的显示像素，其特征在于，包括包含薄膜晶体管的TFT层；形成在该TFT层上的平坦化层；形成在该平坦化层上的有机电致发光层；前述平坦化层的厚度设定为可使前述TFT层的反射光与前述有机电致发光层的发光的干涉影响可以确实减小的充分厚度。
11.如权利要求10所述的显示装置，其特征在于前述有机电致发光层是白色发光层；前述平坦化层通过包含红色、绿色及蓝色的滤色片层来进行彩色显示。
12.如权利要求10所述的显示装置，其特征在于，前述平坦化层的厚度在1.5μm以上。
13.如权利要求10所述的显示装置，其特征在于，通过视角从正面倾斜，将正面调整的白色色温设定为可以在Δuv＝±0.02以内范围内移动。
14.如权利要求13所述的显示装置，其特征在于，对于从前述有机电致发光层射出的光，以通过干涉使蓝色光增强为目的设定光的射出路径。
全文摘要
本发明提供一种发光元件及显示装置，通过将结合了发光元件的红色发光层、蓝色发光层等的阳极与阴极之间的光学距离再结合阳极的厚度，设定为能够通过干涉以使红色光与蓝色光增强的厚度。由此，可增强所需要的波长的光，并且可有效地导出白色光。
文档编号H01L27/32GK1971969SQ20061014946
公开日2007年5月30日 申请日期2006年11月21日 优先权日2005年11月22日
发明者小村哲司, 中井正也, 白川真, 佐佐修一 申请人:三洋电机株式会社