JP2007317591A - 有機el発光装置および電子機器 - Google Patents
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Abstract
【課題】有機EL発光装置において、誘電体ミラーによる単色性の向上と、トップエミッション方式と、を両立する。
【解決手段】基板101上に、光反射層104、透明導電材料からなる第1の電極106、少なくとも発光層108を含む機能層、及び発光層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110を少なくとも含む第2の電極150、が順に配置され、発光層108からの光を基板101の反対側に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、機能層と光反射層110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140を具備する発光装置。
【選択図】図3
【解決手段】基板101上に、光反射層104、透明導電材料からなる第1の電極106、少なくとも発光層108を含む機能層、及び発光層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110を少なくとも含む第2の電極150、が順に配置され、発光層108からの光を基板101の反対側に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、機能層と光反射層110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140を具備する発光装置。
【選択図】図3
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。
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わす無次元数である。「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項目で行なっている。
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)
(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。
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)
(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)
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)
(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。
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 (12)
- 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、前記有機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、
前記有機EL発光層からの光を前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、
前記機能層と前記光反射層の間に、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有機EL発光装置。 - 前記誘電体ミラーは、前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ことを特徴とする請求項1に記載の有機EL発光装置。
- 前記第1の電極はITOからなり、前記高屈折率材料層を兼ねていることを特徴とする請求項2に記載の有機EL発光装置。
- 前記高屈折率材料は窒化シリコンであることを特徴とする請求項2、又は3に記載の有機EL発光装置。
- 前記低屈折率材料は酸化シリコンであることを特徴とする請求項2〜4のいずれか1項に記載の有機EL発光装置。
- 前記低屈折率材料層の膜厚方向の光学距離、及び前記高屈折率材料層の膜厚方向の光学距離は、前記波長の略1/4倍であることを特徴とする請求項2〜5のいずれか1項に記載の有機EL発光装置。
- 前記低屈折率材料層の膜厚方向の光学距離と前記高屈折率材料層の膜厚方向の光学距離の和は、前記波長の略1/2倍であることを特徴とする請求項2〜5のいずれか1項に記載の有機EL発光装置。
- 前記第2の電極は、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1〜7のいずれか1項に記載の有機EL発光装置。
- 前記第1の電極と前記半透過半反射層との間の光学距離が、前記特定の波長の光を強化するように設定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。
- 前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、前記正孔注入層の膜厚方向における光学距離の2倍の距離と前記有機EL発光層の膜厚方向における光学距離との和が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1〜8のいずれか1項に記載の有機EL発光装置。
- 請求項1〜10のいずれか1項に記載の有機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ことを特徴とする電子機器。
- 前記特定の波長が赤色光に対応する波長である請求項1〜10のいずれか1項に記載の有機EL発光装置と、
前記特定の波長が緑色光に対応する波長である請求項1〜10のいずれか1項に記載の有機EL発光装置と、
前記特定の波長が青色光に対応する波長である請求項1〜10のいずれか1項に記載の有機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ことを特徴とする電子機器。
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