CN108353473B - 有机电致发光装置、有机电致发光装置的制造方法、照明装置和显示装置 - Google Patents

有机电致发光装置、有机电致发光装置的制造方法、照明装置和显示装置 Download PDF

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Abstract

本发明的一个方式的有机电致发光装置包括：在一面侧设置有凹部的基材；和发光元件，该发光元件包括：至少设置在凹部的表面的反射层；隔着反射层填充在凹部的内侧的具有光透射性的填充层；至少设置在填充层的上层侧的具有光透射性的第一电极；设置在第一电极的上层的至少包含发光层的有机层；设置在有机层的上层侧的具有光透射性的第二电极；和至少覆盖第一电极的端部的边缘覆盖层，凹部的位置的第一电极的上表面位于比包含反射层的上表面的平面靠下方的位置，第一电极的端部存在于凹部内并且与反射层分离。

Description

有机电致发光装置、有机电致发光装置的制造方法、照明装置 和显示装置
技术领域
本发明的几个方式涉及有机电致发光装置、有机电致发光装置的制造方法、照明装置和显示装置。
本申请基于2015年11月16日在日本申请的特愿2015-224303号主张优先权，将其内容援用至本说明书中。
背景技术
当前，有机电致发光(EL)装置作为下一代显示器技术的候补正在进行着开发。有机EL元件是发光元件，发光成分在全部方位均匀地发光，因此，在发光层(EML)内发光的成分的一部分，由于有机层与空气的折射率差而发生全反射，从而在元件内传导，不会被取出至外部。
例如，当发光层的折射率为1.8时，发光成分的大约20％在上下被取出，大约80％被封闭在反射层3(AL)与空气层之间。在发光层的折射率与空气的折射率不同的情况下，基于折射的原理，发光成分被封闭在反射层3与空气层之间的层内。
专利文献1中公开了一种平面显示装置，其包括对向支承基板侧射出的光进行反射的光反射层。光反射层包括多个凹部作为入射角调节部，该多个凹部隔着光透射性绝缘膜与多个显示元件分开，使各反射光向对应显示元件行进，各凹部具有沿着对应显示元件的有机发光层的外缘的倾斜面。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2003-229283号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
在专利文献1的结构中，通过利用反射部件对发光进行反射而在膜面侧取出发光，在图3中的阳极电极内沿着横向传输的光成分在显示面侧几乎不会被取出。特别是从阳极电极的右端面沿着横向射出的光的大部分向膜内散射，无法在显示面侧取出。因此，光的取出效率低，显示面侧的发光亮度不充分。
这样，在以往的结构的有机EL元件中，存在只能将来自发光层的光的大约20％左右取出至外部，亮度电流效率低的问题。
本发明的一个方式是鉴于上述现有技术的问题而做出的，其目的在于提供能够提高光的取出效率并且提高亮度电流效率的有机电致发光装置、有机电致发光装置的制造方法、照明装置和显示装置。
用于解决技术问题的手段
本发明的一个方式的有机电致发光装置包括：在一面侧设置有凹部的基板；和发光元件，该发光元件包括：至少设置在所述凹部的表面的反射层；隔着所述反射层填充在所述凹部的内侧的具有光透射性的填充层；至少设置在所述填充层的上层侧的具有光透射性的第一电极；设置在所述第一电极的上层的至少包含发光层的有机层；设置在所述有机层的上层侧的具有光透射性的第二电极；和至少覆盖所述第一电极的端部的边缘覆盖层，所述凹部的位置的所述第一电极的上表面位于比包含所述反射层的上表面的平面靠下方的位置，所述第一电极的所述端部存在于所述凹部内并且与所述反射层分离。
此外，在本发明的一个方式的有机电致发光装置中，可以：所述边缘覆盖层的端部形成为在基板的法线方向上沿着所述凹部的圆周的形状的图案形状。
此外，在本发明的一个方式的有机电致发光装置中，可以：具有彼此被分割的多个单位发光区域，所述单位发光区域具有存在所述第一电极的中央部分的第一区域和存在所述第一电极的所述端部的第二区域，在所述第二区域设置有所述凹部。
此外，在本发明的一个方式的有机电致发光装置中，可以在所述第一区域也设置有所述凹部。
此外，在本发明的一个方式的有机电致发光装置中，可以：在所述第一区域，没有设置所述凹部，所述反射层、所述第一电极和所述有机层的上表面形成为平滑的面。
此外，在本发明的一个方式的有机电致发光装置中，可以：在所述第二区域，与所述凹部相邻地设置有第二凹部，所述端部与所述第二凹部内的所述反射层分离。
此外，在本发明的一个方式的有机电致发光装置中，可以：所述第二凹部的截面形状为抛物线形状，且形成为以所述端部为焦点。
此外，本发明的一个方式的有机电致发光装置的制造方法包括：在基材的一面侧形成凹部的工序；和至少沿着所述凹部的表面形成反射层，在所述凹部的内侧隔着所述反射层形成具有光透射性的填充层，至少在所述填充层的上层侧形成具有光透射性的第一电极，在所述第一电极的上层侧形成至少包含发光层的有机层，在所述有机层的上层侧形成具有光透射性和光透射性和光反射性的第二电极，从而形成发光元件的工序，在形成所述第一电极时，形成为所述第一电极的端部存在于所述凹部内并且与所述凹部内的所述反射层分离的图案。
此外，本发明的一个方式的照明装置包括：在一面侧设置有凹部的基材；和发光元件，该发光元件包括：至少设置在所述凹部的表面的反射层；隔着所述反射层填充在所述凹部的内侧的具有光透射性的填充层；至少设置在所述填充层的上层侧的具有光透射性的第一电极；设置在所述第一电极的上层的至少包含发光层的有机层；设置在所述有机层的上层侧的具有光透射性的第二电极；和至少覆盖所述第一电极的端部的边缘覆盖层，所述凹部的位置的所述第一电极的上表面位于比包含所述反射层的上表面的平面靠下方的位置，所述第一电极的所述端部存在于所述凹部内并且与所述反射层分离。
此外，本发明的一个方式的显示装置包括：在一面侧设置有凹部的基材；和发光元件，该发光元件包括：至少设置在所述凹部的表面的反射层；隔着所述反射层填充在所述凹部的内侧的具有光透射性的填充层；至少设置在所述填充层的上层侧的具有光透射性的第一电极；设置在所述第一电极的上层的至少包含发光层的有机层；设置在所述有机层的上层侧的具有光透射性的第二电极；和至少覆盖所述第一电极的端部的边缘覆盖层，所述凹部的位置的所述第一电极的上表面位于比包含所述反射层的上表面的平面靠下方的位置，所述第一电极的所述端部存在于所述凹部内并且与所述反射层分离。
发明效果
根据本发明的几个方式，能够提供能够提高光的取出效率并且提高亮度电流效率的有机电致发光装置、有机电致发光装置的制造方法、照明装置和显示装置。
附图说明
图1是表示第1实施方式的有机EL装置的显示区域的图。
图2是表示第1实施方式的有机EL装置中的1个像素的平面图。
图3是用与有机EL装置的上表面垂直的任意的平面切断而得到的截面图。
图4A是将子像素的一部分放大表示的平面图。
图4B是表示子像素的变形例的平面图。
图5是沿着图4A的A-A’线的截面图。
图6是表示存在于子像素的中央区域的凹部结构的截面图。
图7是表示存在于子像素的周缘区域的凹部结构的截面图。
图8是表示凹部结构的详细情况的截面图。
图9A是表示第1实施方式的有机EL装置的制造工序的第1图。
图9B是表示第1实施方式的有机EL装置的制造工序的第2图。
图9C是表示第1实施方式的有机EL装置的制造工序的第3图。
图9D是表示第1实施方式的有机EL装置的制造工序的第4图。
图10A是表示第1实施方式的有机EL装置的制造工序的第1图。
图10B是表示第1实施方式的有机EL装置的制造工序的第2图。
图10C是表示第1实施方式的有机EL装置的制造工序的第3图。
图11A是表示以往的结构中的光路的图。
图11B是表示实施方式的结构中的光路的图。
图12是表示子像素中的1个凹部结构附近的光路的图。
图13是表示折射率与光路的关系的图。
图14是表示凹部结构中的光路的图。
图15是表示第2实施方式的有机EL装置中的子像素中的凹部结构的图。
图16是表示抛物线形状的概念的图。
图17是用于对第2实施方式中的凹部结构的制造方法进行说明的图。
图18是表示第3实施方式的有机EL装置的子像素的平面形状的图。
图19是沿着图18的B-B’线的截面图。
图20是表示凹部结构中的光路的图，是将该光路部分地放大的截面图。
图21A是表示以往的凹部结构的图，是1个像素的平面图。
图21B是表示以往的凹部结构的图，是沿着图21A的C-C’线的截面图。
具体实施方式
下面，对作为本发明的一个实施方式的有机电致发光装置(有机EL装置)进行说明。本发明的各实施方式的有机EL装置是采用微腔结构的顶部发光方式的有机EL装置的一个例子。
另外，在以下的各附图中，为了使得容易观看各构成要素，有时根据构成要素的不同而使尺寸的比例尺不同来表示。此外，光的取出方向是图面的上方。
[第1实施方式]
首先，对第1实施方式的有机EL装置进行说明。
图1是表示第1实施方式的有机EL装置的显示区域的图。
图2是表示第1实施方式的有机EL装置中的1个像素的平面图。
图3是用与有机EL装置的上表面垂直的任意的平面切断而得到的截面图。
图4A是将子像素的一部分放大表示的平面图，图4B是表示变形例的平面图。
图5是沿着图4A的A-A’线的截面图。
图6是表示存在于子像素的中央区域的凹部结构的截面图。
图7是表示存在于子像素的周缘区域的凹部结构的截面图。
本实施方式的有机EL装置(有机电致发光装置、显示装置)100，如图1所示，包括彼此被分割的多个单位发光区域11。在此，具有包括与RGB对应的多个单位发光区域11的显示区域10。各单位发光区域11沿着y轴呈条状延伸，沿着x轴以RGB的顺序反复配置。在图1中，表示出了RGB的各单位发光区域11条状排列的例子，但是本实施方式并不限定于此，RGB的各单位发光区域11的排列也可以为马赛克排列、三角形排列等以往公知的RGB像素排列。
RGB的各单位发光区域11能够用作通过同时射出红色光、绿色光和蓝色光而生成白色光的照明装置。但是，有机EL装置100的用途并不限定于照明装置。例如，也能够将有机EL装置100应用于如图2所示，将与红色、绿色、蓝色对应的各单位发光区域11分别作为红色子像素11R、绿色子像素11G、蓝色子像素11B并由这3个子像素11R、11G、11B构成1个像素P的显示装置。
此外，在不对子像素11R、11G、11B进行区别的情况下，仅表示为子像素11。在此，作为一个例子，子像素11的尺寸为0.078mm×0.026mm，1个像素的尺寸为90μm×90μm。
如图3和图4A、图4B所示，在各子像素11R、11G、11B形成有多个在俯视时为圆形的凹部9。具体而言，多个凹部9设置在子像素11的包括中央区域(第一区域)R1和周缘区域(第二区域)R2的大致整个区域。凹部9的直径φ例如为5μm左右。多个凹部9以7μm间距在纵横方向上规则地配置，呈格子状。凹部9的密度为多个凹部9的全部面积占子像素区域(发光区域U)的面积的比例为70％的程度。在图4A和图4B中，发光区域U是被边缘覆盖层13包围的区域。
在本实施方式中，子像素11中设置在中央区域R1的凹部9与设置在周缘区域R2的凹部9均为相同形状。
在本实施方式中，在子像素11的周缘区域R2形成的凹部9在俯视时与第一电极4的周缘部4A重叠。此外，在子像素11的周缘区域R2形成的凹部9以外的凹部9、即在子像素11的中央区域R1形成的凹部9，在俯视时全部与第一电极4的中央部分重叠。
本实施方式的有机EL装置100包括显示面板(未图示)，该显示面板具有：如图3所示的TFT阵列基板101；相对于显示区域的多个子像素11规定排列而设置的多个薄膜晶体管(未图示)；与各薄膜晶体管连接的各种配线(未图示)；以覆盖多个薄膜晶体管和各种配线的方式设置的密封基板(未图示)。薄膜晶体管与有机EL元件(发光元件)30，经由反射层3和接触部205而电连接。将1个像素1分割为3个子像素11，各个子像素11彼此独立地被驱动，因此，根据使各子像素11发光的方式，能够显示任意的颜色。
如图3所示，TFT阵列基板101包括基板2、反射层3、第一电极4、包含发光层的有机层5、第二电极6和边缘覆盖层13，具有按每个子像素11设置的有机EL元件30。
具体而言，基板2包括基材7和基底层(未图示)。在基材7的上表面，从基材7侧起依次层叠有TFT层(未图示)、平坦化树脂层19、反射层3、第一电极4、边缘覆盖层13、包含发光层的有机层5和第二电极6。有机EL元件30形成于在平坦化树脂层19形成的多个凹部(第一凹部)9上，包括反射层3、填充层12、第一电极4、包含发光层的有机层5和第二电极6。有机EL装置100是顶部发光型的有机EL装置，从发光层发出的光从第二电极6(光射出面)侧射出。
基材7例如使用玻璃基板或挠性的聚酰亚胺基板。此外，有机EL装置100是顶部发光型的有机EL装置，因此，基材7不一定需要具有光透射性，例如也可以使用硅基板等半导体基板。
平坦化树脂层19由具有感光性的树脂、例如丙烯酸树脂、环氧树脂、聚酰亚胺树脂等树脂构成。当平坦化树脂层19的材料使用感光性树脂时，对于后述的凹部9的形成方法而言是适宜的。但是，在采用后述的形成方法以外的方法的情况下，平坦化树脂层19的构成材料可以不一定具有感光性。另外，平坦化树脂层19的构成材料也可以不是树脂，也可以使用无机材料。
在平坦化树脂层19的与子像素11对应的区域形成有多个凹部9。
各凹部9在基板2的上表面2a向上部开口，其截面形状为圆弧形状。即，各凹部9的内表面立体地构成球面的一部分。此外，截面形状并不限定于圆弧形状。
在本实施方式中，使用了包括基材7和基底层的基板2，但是不一定需要使用基底层，也可以在基板本身形成凹部9。
反射层3按每个子像素11设置，形成在各子像素11的发光区域U内。如图5和图6所示，反射层3形成在包括多个凹部9的内表面的平坦化树脂层19的上表面19a上。反射层3延伸到在子像素11的周缘区域R2形成的凹部9之外，与边缘覆盖层13接触。此外，在本实施方式中，反射层3可以遍及多个凹部9连续地形成，也可以按每个凹部9非连续地形成。作为反射层3的构成材料，优选使用例如铝、银等反射性高的金属。在本实施方式的情况下，反射层3例如由膜厚为100nm的铝蒸镀膜构成。
填充层12隔着反射层3填充在各凹部9的内侧。填充层12的上表面12a位于比包含反射层3的上表面3a的平面Q低的位置。
填充层12由具有光透射性的树脂构成。具体而言，填充层12的材料可使用透射率为95％的丙烯酸类树脂。本实施方式的填充层12的折射率例如为1.5。
多个第一电极4按每个子像素11设置。在子像素11中，第一电极4遍及在发光区域U内存在的多个凹部9内设置的各填充层12的上表面12a和反射层3的上表面3a地形成。第一电极4中的位于平坦化树脂层19的上表面19a上的部分，与反射层3的一部分接触。在各凹部9的内侧的位置，第一电极4的下表面与填充层12的上表面12a接触。因此，第一电极4的下表面位于比包含反射层3的上表面3a的平面Q低的位置。
第一电极4为由例如氧化铟锡(ITO)、氧化铟锌(IZO)等的透明导电膜构成的透明电极，具有光透射性。在本实施方式的情况下，第一电极4由例如膜厚为120nm的ITO构成。第一电极4作为用于向有机层5注入空穴的阳极发挥作用。
如图4A所示，第一电极4的周缘部4A以沿着在俯视时呈圆形的凹部9的形状的方式形成。
如图5和图7所示，边缘覆盖层13形成在包含反射层3的上表面3a的平坦化树脂层19的上表面19a上。边缘覆盖层13的周缘部(端部)13A与在子像素11的周缘区域R2形成的凹部9接触并且进入该凹部9内，覆盖存在于凹部9内的第一电极4的周缘部4A。边缘覆盖层13与在子像素11的周缘区域R2形成的凹部9以外的凹部9、即在子像素11的中央区域R1内形成的凹部9不接触。
边缘覆盖层13可以使用与上述的填充层12相同的材料，通过通常的光刻工艺形成。由边缘覆盖层13将发光区域U规定为规定图案。
如图4A和图4B所示，边缘覆盖层13的周缘部13A以沿着在俯视时呈圆形的凹部9的形状的方式形成，覆盖第一电极4的整个周缘部4A。
此外，在本实施方式中，使第一电极4的周缘部4A和边缘覆盖层13的周缘部(端部)13A为在俯视时沿着凹部9的圆周的形状的图案形状，但是也可以为如图4B所示在俯视时沿着子像素区域的矩形状。在图4A、图4B中，实线表示凹部9(填充层12与反射层3的边界)，虚线表示第一电极4的周缘部4A，点划线表示边缘覆盖层13的周缘部13A。
有机层5形成在发光区域U内。有机层5遍及多个凹部9地形成，沿着第一电极4的上表面层叠在该第一电极4上。有机层5是包含空穴注入层、空穴输送层、发光层、电子输送层和电子注入层的由有机材料构成的层叠体。有机层5的下表面位于比包含反射层3的上表面3a的平面Q低的位置。关于构成有机层5的各层的详细的构成和功能，将在后面进行说明。
第二电极6沿着有机层5的上表面层叠在该有机层5上。在本实施方式的情况下，第二电极6为由例如膜厚1nm的镁银合金(MgAg)和膜厚19nm的银(Ag)的蒸镀膜构成的半透明电极，具有半透射性。第二电极6作为用于向有机层5注入电子的阴极发挥作用。此外，第二电极6也可以使用由例如氧化铟锡(ITO)、氧化铟锌(IZO)等的透明导电膜构成的透明电极。此时，作为一个例子，以膜厚70nm形成ITO膜。
在本实施方式中，在子像素11内的形成有凹部9的发光区域U，被第一电极4和第二电极6夹着的区域构成微腔结构。从发光层发出的光在第一电极4与第二电极6之间发生多重反射。此时，从发光层发出的光中的特定的波长成分的光被增强。此外，虽然在图5～图7中省略了图示，但是在第二电极6的上表面层叠有被称为盖层的光学调节层。此外，在使第二电极6为透明电极的情况下，也可以不设置上述的盖层。
图8是表示凹部结构的详细情况的截面图。
在此，将构成有机EL元件30的多个凹部结构中的一个凹部结构放大表示。此外，3个子像素11R、11G、11B中的有机EL元件30的凹部结构，只是空穴注入层的膜厚不同，基本结构相同。
如图8所示，在凹部结构(光取出结构)中，有机层5设置在第一电极4的上层。有机层5由从第一电极4侧起层叠有空穴注入层14、空穴输送层15、发光层16、电子输送层17和电子注入层18的层叠膜构成。
但是，发光层16以外的层只要根据需要适当插入即可。此外，输送层和注入层可以由1层兼任。在本实施方式中，如上所述，例示空穴注入层14、空穴输送层15、发光层16、电子输送层17和电子注入层18的5层结构的有机层。可以进一步根据需要适当增加空穴阻挡层、电子阻挡层等用于阻止电荷向相反侧的电极迁移的层。
空穴注入层14是具有提高从第一电极4向发光层16的空穴注入效率的功能的层。作为空穴注入层14的材料，例如可使用苯炔、苯乙烯胺、三苯胺、卟啉、三唑、咪唑、噁二唑、聚芳基烷烃、苯二胺、芳基胺、噁唑、蒽、芴酮、腙、茋、苯并菲、氮杂苯并菲、或者它们的衍生物、或聚硅烷类化合物、乙烯基咔唑类化合物、噻吩类化合物或者苯胺类化合物等杂环式共轭类的单体、低聚物或聚合物等，可以在这些有机材料中混合钼氧化物。有机材料与钼氧化物的混合比率例如有机材料为80％左右、钼氧化物为20％左右。
空穴输送层15是具有提高从第一电极4向发光层16的空穴输送效率的功能的层。空穴输送层15可以使用与空穴注入层14同样的有机材料。另外，空穴注入层14和空穴输送层15可以一体化，也可以作为独立的层形成。
发光层16具有使从第一电极4侧注入的空穴和从第二电极6侧注入的电子复合，在释放能量时射出光的功能。发光层16的材料例如由主体材料和掺杂材料构成。可以还包含辅助材料。主体材料在发光层16中的构成材料中以最高的比率含有。例如，主体材料与掺杂材料的混合比率是主体材料为90％左右、掺杂材料为10％左右。主体材料具有使发光层16的成膜容易、并且将发光层16维持在膜的状态的功能。因此，要求主体材料是在成膜后难以发生结晶化且难以发生化学变化的稳定的化合物。另外，具有如下功能：当在第一电极4与第二电极6之间施加有电场时，在主体分子内发生载流子的复合，使激发能向掺杂材料迁移而使掺杂材料发光。发光层16的厚度例如为60nm左右。
作为发光层16的具体材料，可以举出包含低分子荧光色素、荧光性的高分子、金属配位化合物等发光效率高的材料的材料。作为发光层16的材料，例如可以举出蒽、萘、茚、菲、芘、丁省、苯并菲、蒽、苝、苉、荧蒽、醋菲烯、戊芬、戊省、晕苯、丁二烯、香豆素、吖啶、茋、或者它们的衍生物、三(8-羟基喹啉)铝配位化合物、双(苯并羟基喹啉)铍配位化合物、三(二苯甲酰甲基)菲罗啉铕配位化合物、二甲苯基乙烯基联苯等。
电子输送层17具有提高从第二电极6向发光层16的电子输送效率的功能。作为电子输送层17的材料，例如可以使用喹啉、苝、菲罗啉、二苯乙烯、吡嗪、三唑、噁唑、噁二唑、芴酮、或它们的衍生物或金属配位化合物。具体而言，可以使用三(8-羟基喹啉)铝、蒽、萘、菲、芘、蒽、苝、丁二烯、香豆素、吖啶、茋、1,10-菲罗啉或它们的衍生物或金属配位化合物等。电子输送层17的厚度例如为15nm左右。
电子注入层18具有提高从第二电极6向发光层16的电子注入效率的功能。作为电子注入层18的材料，例如可以使用金属钙(Ca)、氟化锂(LiF)等化合物。另外，电子输送层17和电子注入层18可以一体化，也可以作为独立的层形成。电子注入层18的厚度例如为0.5nm左右。
微腔结构20具有利用在第一电极4与第二电极6之间产生的光的共振使特定波长的光增强的效果。在本实施方式的情况下，从红色、绿色、蓝色的各子像素11R、11G、11B射出的光的波长各自不同。因此，第一电极4与第二电极6之间的光程，与各色的发光光谱峰值波长对应。分别设定光程，使得红色子像素11R的光程最长，蓝色子像素11B的光程最短，绿色子像素11G的光程为它们中间的长度。
使各子像素11R、11G、11B的微腔结构20的光程各自不同的方法有多种，但是，在此，从尽可能抑制对电阻值的影响的观点出发，采用使空穴注入层14的厚度不同的方法。在设红色子像素11R的空穴注入层14的厚度为tHIL-R，设绿色子像素11G的空穴注入层14的层厚为tHIL-G，设蓝色子像素11B的空穴注入层14的层厚为tHIL-B时，使tHIL-R＞tHIL-G＞tHIL-B。
利用微腔结构20，从有机层5射出的光在第一电极4与第二电极6之间在规定的光程的范围内反复进行反射，与光程对应的特定波长的光进行共振而被增强，而不与光程对应的波长的光被减弱。其结果，被取出到外部的光的光谱变得陡峭且高强度，亮度和色纯度提高。
或者，也可以在红色子像素11R、绿色子像素11G、蓝色子像素11B的发光区域U中，全都使用射出白色光的同一发光材料。在该情况下也是，根据各子像素11R、11G、11B而不同的波长的光进行共振而被增强，结果，从红色子像素11R射出红色光，从绿色子像素11G射出绿色光，从蓝色子像素11B射出蓝色光。
盖层21层叠在第二电极6的上表面。盖层21作为保护第二电极6的保护层发挥作用，并且作为光学调节层发挥作用。另外，可以在比第二电极6靠上层侧的位置附加有彩色滤光片。通过从有机层5射出的光透射彩色滤光片，能够提高色纯度。
有机EL装置100的具体的构成例，例如如[表1]所示。
[表1]
Figure BDA0001659509020000121
下面，对上述构成的有机EL装置的制造工序进行说明。
图9A～图9D和图10A～图10C是表示第1实施方式的有机EL装置的制造工序的图。
首先，形成TFT阵列基板101。
如图9A所示，在基材7上形成包括薄膜晶体管Tr等的TFT层8。薄膜晶体管Tr使用公知的方法形成，没有特别限定。
接着，如图9B所示，在薄膜晶体管Tr上，利用公知的CVD法以500nm的膜厚形成氮化硅作为树脂膜24。
在此，将图9A所示的基板浸在纯水的超声波清洗槽中2分钟，吹N2进行干燥，在150℃的大气烘箱中使其干燥。然后，利用旋涂法，以转速1000rpm、旋转时间10秒在基材7上涂敷感光性丙烯酸树脂(例如JAS100，JSR株式会社制造)，用150℃的加热板预烘焙2分钟。
接着，利用紫外线曝光装置32，使用光掩模31将树脂膜24曝光为规定图案。曝光时间为1秒。在本实施方式中，使用将直径4μm的图案以7μm间距配置的掩模。最后，凹部结构通过图案转变而成为直径约5μm的图案。此外，光掩模31中的对应于与TFT配线连接的接触孔H的部分，在膜厚方向上完全开口。此外，光掩模31中的与凹部结构对应的部分，为透射率为15％的半曝光用开口部。
然后，用浓度为几％的碱性显影液进行显影。具体而言，浸在0.1％的四甲基氢氧化铵(TMAH)中2分钟进行水洗，得到如图9C所示的规定的图案。然后，在200℃的大气烘箱中烧制60分钟。
这样，得到在每个子像素11具有多个凹部9的平坦化树脂层19。
事先使得薄膜晶体管Tr的漏极电极15d的一部分从各个接触孔H露出。
接着，在平坦化树脂层19上，在按每个子像素11设置的多个凹部9中的各个凹部9形成有机EL元件30。
首先，如图9D所示，遍及在平坦化树脂层19形成的多个凹部9形成反射层3。反射层3通过将铝(Al)形成为100nm的厚度，并利用公知的方法将其形成为规定的图案而得到。利用公知的溅射法以100nm的厚度形成Al，在涂敷光致抗蚀剂后，进行曝光显影，用磷酸类蚀刻液进行2分钟蚀刻。然后，用剥离液将抗蚀剂除去。由此，按每个子像素11形成反射层3。
在此，优选反射层3形成为包含子像素区域的大小，并形成至子像素区域的周围。
接着，如图9D所示，用旋涂法在包含反射层3的平坦化树脂层19上涂敷感光性的丙烯酸类树脂，使用光掩模36对该丙烯酸类树脂层35进行紫外线曝光。丙烯酸类树脂层35的厚度形成为在预烘焙完成的时刻为1.0μm。
光掩模36为将与凹部9对应的区域遮光的图案。由此，在曝光时，通过光在凹部9的会聚，凹部9内的丙烯酸类树脂层被强烈地曝光，能够防止填充层被过度显影。此外，光掩模36可以使用例如半色调掩膜。在本实施方式中，使光掩模36的遮光部36A(黑色)的直径的大小为φ3μm。
此外，涂敷丙烯酸类树脂时，基板转速为1500rpm，旋转时间为20秒，用150℃的加热板烘焙2分钟。此外，曝光时间为1秒。
在对丙烯酸类树脂层35进行曝光后，用几％的碱性显影液进行2分钟的显影，进行水洗，使其干燥，在200℃的烘箱中和基材7一起进行烧制。更具体而言，浸在0.1％的四甲基氢氧化铵(TMAH)中2分钟进行图案显影后进行水洗，吹N2使基板干燥，在200℃的烘箱中烧制基板。这样，在按每个子像素11设置的多个凹部9中的各个凹部9中形成填充层12，得到如图10A所示的结构。
接着，作为由透明电极构成的第一电极4，以120nm的厚度，以覆盖反射层3的方式在基板整面上形成IZO(Indium Zinc Oxide：氧化铟锌)膜。即，利用公知的溅射法将IZO膜形成为100nm的厚度。然后，用旋涂法涂敷感光性光致抗蚀剂之后完成预烘焙。然后，使用规定图案的光掩模和紫外线照射装置进行图案曝光，将光致抗蚀剂显影后，用草酸蚀刻2～4分钟。然后，用剥离液将光致抗蚀剂除去，进行水洗，使其干燥。在本实施方式中，以使第一电极4的周缘部4A存在于凹部9内的方式进行图案化。周缘部4A在凹部9内与位于第一电极4的正侧面(水平方向上的延长线上)的反射层3分离，没有接触。
反射层3与第一电极4，在平坦化树脂层19的上表面19a上在重叠的部分彼此电连接。反射层3在显示区域外经由接触孔H与TFT配线等驱动电路系统电连接，由此，能够使各子像素11按规定那样发光。
接着，在平坦化树脂层19上形成成为将第一电极4的端部覆盖的边缘覆盖层13的丙烯酸类树脂膜。即，通过旋涂法将丙烯酸类树脂进行成膜，使得在预烘焙完成的时刻成为2μm的厚度。利用规定图案的光掩模和紫外线曝光装置对该树脂膜进行图案曝光，用几％的碱系显影液进行显影。然后，进行水洗、干燥后，在200℃的烘箱中烧制1小时。由此，形成如图10B所示的边缘覆盖层13。此时，以使得边缘覆盖层13将凹部9内存在的第一电极4的周缘部4A覆盖的方式进行图案形成。
在本实施方式中，由边缘覆盖层13规定子像素区域(发光区域)。
接着，如图10C所示，利用如上述的[表1]所示的构成形成有机层5。
最后，以覆盖按每个子像素11形成的有机层5的方式，在边缘覆盖层13的上表面13a形成膜厚1nm的镁银合金(MgAg)和膜厚19nm的银(Ag)的蒸镀膜，形成第二电极6。这样，按每个子像素11形成多个有机EL元件30。
通过以上的工序，本实施方式的有机EL装置1完成。
图11A是表示以往的结构中的光路的图，图11B是表示本实施方式的结构中的光路的图。
如图11A所示，在有机层5发出的光的成分，在凹部9内传导，被反射层3反射，行进方向被折弯，某种程度地向显示面侧射出。但是，有机层5与第一电极4的折射率接近，因此，在第一电极4内传输的发光成分也变多。由于凹部9的内表面的倾斜效果，也能够将一部分的发光成分取出至显示面侧，但是如图11A所示，在第一电极4的周缘部4A成为边缘发光成分，分散在边缘覆盖层13等膜内的发光成分变多。
对此，在本实施方式的结构中，如图11B所示，使得利用凹部9的内表面将从第一电极4的端部(边缘)射出的发光成分取出至显示面侧。其结果，能够将以往无法取出的发光成分取出至外部，因此，发光效率提高。由此，能够构成更低消耗电力型显示器。
图12是表示子像素中的1个凹部结构附近的光路的图。
如图12所示，在本实施方式中，使反射层3与第一电极4的周缘部4A在凹部结构内分离。在本实施方式中，形成为周缘部4A与位于同一面内的反射层3的距離L为2μm。由此，能够高效率地将从周缘部4A射出的发光成分取出至显示面侧。
此外，当第一电极4的周缘部4A与反射层3在凹部9内接触的情况下，从周缘部4A向水平方向射出的光被反射层3反射而返回至第一电极4内的比例高，无法高效率地取出发光。
图13是表示折射率与光路的关系的图。
如图13所示，由于折射率的关系，被封闭在空气层与反射层3之间的有机层5间的发光成分无法取出至显示面侧。如上所述，来自有机EL元件30的发光成分在全部方位均匀地发光，因此，在发光层内发光的成分的一部分(发出的光的一部分)，由于有机层5与空气的折射率差而发生全反射。因此，未被取出至外部，而在有机层5内一边在横向上行进一边持续散射。用图中的实线箭头符号表示发光成分的概念。此外，在凹部结构的凹部9内的发光区域(平面区域)，成为空气层/有机EL层/透光性树脂层/反射层的层叠结构，但是在该情况下，从第一电极4在横向上射出的发光成分也变多。
图14是表示凹部结构中的光路的图。
如图14所示，在子像素11的内部，在凹部结构的倾斜部分，发光成分的光的方向被改变，从而也能够将发光取出至显示面侧。但是，向第一电极4的膜面方向散射的光的成分还是多。
而在本实施方式中，能够利用凹部形状的反射层3将从有机EL元件30的第一电极4的图案端、即周缘部4A沿着横向(水平方向)射出的光取出至显示面侧。由此，能够提高将从有机EL元件30的发光区域发出的光取出至外部的效率，其结果，能够构成低消耗电力型显示器。
为了验证本实施方式的有机EL元件(凹部结构)的效果，本发明的发明人制作了2种有机EL元件，对各自的特性进行了比较。在此，制作了色度高的绿色发光元件。此外，为了容易理解地解析各元件的现象，从元件正面侧进行了测量。将其结果示于表2。
实施例是上述的具有将来自第一电极4的边缘部分的光取出的光取出结构(MS结构)的有机EL元件。
比较例是将来自第一电极4的边缘部分的光取出的光取出效果和微腔效果均没有的元件(BE元件)。
[表2]
(正面亮度观察结果)
实施例 比较例
电流效率化 1.4 1
如表2所示可知，当以比较例的有机EL元件的电流效率为基准时，实施例的有机EL元件的电流效率与比较例相比高至1.4倍。
因此可知，实施例的有机EL元件，通过将来自第一电极4的边缘部分的光取出的光取出结构，能够大幅改善亮度效率。在此，制作了绿色发光元件，但即使是发出其它颜色的光的元件也能够得到同样的结果。也就是说，采用上述的光取出结构，能够不受发光颜色限定地得到高亮度。
如以上所述，根据本实施方式的结构，通过在TFT阵列基板101侧设置凹部形状，进而利用反射层3将在透光性的下部电极(第一电极4)内沿着膜面方向传输的发光成分取出至显示面侧，能够改善亮度电流效率。
[第2实施方式]
接着，对本发明的第2实施方式的有机EL装置进行说明。
以下所示的本实施方式的有机EL装置的基本结构与上述第1实施方式大致相同，但是凹部结构不同。因此，在下面的说明中，对与第1实施方式的不同之处详细进行说明，省略相同部位的说明。此外，在说明中使用的各个附图中，对于与图1～图14相同的构成要素赋予相同的附图标记。
图15是表示第2实施方式的有机EL装置中的子像素中的凹部结构的图。
如图15所示，在本实施方式中，子像素11中的凹部结构的周缘部分形成为抛物线形状。具体而言，在子像素11内存在的多个凹部9中的位于周缘区域R2的凹部9A的周缘部分，与凹部9A相邻地设置有截面为抛物线形状的凹部(第二凹部)9B。在凹部9B内设置有与凹部9A相同的反射层3和填充层12，但是不存在第一电极4。即，本实施方式中也为第一电极4的周缘部4A与凹部9B内的反射层3分离的结构。
此外，只要为第一电极4的周缘部4A与凹部9B内的反射层3分离的结构即可，因此，凹部9B内也可以存在第一电极4。
凹部9B的抛物线形状形成为以第一电极4的周缘部4A为焦点。由此，也能够将在第一电极4与第二电极6之间的有机层5内在横向上散射的光取出至外部，能够进一步改善亮度电流效率。
在本实施方式的情况下，反射层3沿着抛物线形状的凹部9B的内表面形成。
因此，反射层3的内表面也为抛物线形状。此外，凹部9B位于凹部9A的外侧，在填充层12的上表面12A上不存在第一电极4。
图16是表示抛物线形状的概念的图。
如图16所示，从有机层5中的位于作为凹部9B的截面形状的抛物线的焦点的发光点P射出的光L，在被反射层3反射后，朝向与抛物线的中心轴C平行的方向、即与有机EL装置和外部空间的界面垂直的方向行进。从发光点P向所有方向射出光L，但是向任一方向射出的光L，光L在被反射层3反射后，都向与抛物线的中心轴C平行的方向行进。
基于抛物线理论的形状，截面形状为Y＝aX2。此外，该情况下的焦点位置，如图16所示可知为{0，1/(4a)}，在包含其的区域构成有机EL元件的第一电极4的周缘部4A。
有机EL元件的发光中，也有从发光区域直接射出至外部的发光，但是在通常的结构中这样的发光仅为本来的发光的20％左右。
而在本实施方式中，使从有机EL元件的第一电极4的周缘部4A射出的光在抛物线形状的凹部9B内的反射层3反射而将其取出至显示面侧。由此，能够提高将从有机EL元件的发光层发出的光取出至外部的取出效率，消除了效率低的发光区域，因此，结果，能够构成低消耗电力型显示器。
图17是用于对第2实施方式中的凹部结构的制造方法进行说明的图。
如图17所示，通常的凹部9和抛物线形状的凹部9B各自能够通过隔着规定的光掩模33对感光性的平坦化树脂层进行曝光而形成。具体而言，首先，将感光性丙烯酸树脂涂敷在基板上，利用曝光装置32隔着光掩模图案进行树脂层中的与凹部9A对应的区域的曝光。然后，使用抛物线形状用的光掩模图案，对与第一电极4的周缘部4A对应的区域进行曝光。此时的曝光时间为0.5秒。
这样，形成多个凹部9A和多个抛物线形状的凹部9B。
接着，为了验证本实施方式的有机EL元件(凹部结构)的效果，本发明的发明人制作了2种有机EL元件，对各自的特性进行了比较。在本验证中也制作了绿色发光元件。此外，为了容易理解地解析各元件的现象，从元件正面侧进行了测量。将其结果示于表3。
实施例是具有抛物线形状的凹部结构的有机EL元件。
比较例是将来自第一电极4的边缘部分的光取出的光取出效果和微腔效果均没有的元件(BE元件)。
[表3]
(正面亮度观察结果)
实施例 比较例
电流效率化 1.6 1
如表3所示可知，当设比较例的有机EL元件的电流效率为“1”时，实施例的有机EL元件的电流效率与比较例相比高至“1.6”倍。
因此可知，实施例的有机EL元件通过抛物线形状的凹部结构能够进一步改善亮度效率。
[第3实施方式]
接着，对本发明的第3实施方式的有机EL装置进行说明。
以下所示的本实施方式的有机EL装置的基本结构与上述第1实施方式大致相同，但是凹部结构不同。因此，在下面的说明中，对与第1实施方式的不同之处进行详细说明，省略相同部位的说明。此外，在说明中使用的各个附图中，对与图1～图14相同的构成要素赋予相同的附图标记。
图18是表示第3实施方式的有机EL装置的子像素的平面形状的图。
图19是沿着图18的B-B’线的截面图。
图20是表示凹部结构中的光路的图，是将该光路部分地放大的截面图。
如图18和图19所示，本实施方式在仅在子像素11的周缘区域(第二区域)R2设置凹部9而形成凹部结构40这一点上与之前的实施方式不同。子像素11的中心区域(第一区域)R1形成为平滑结构41。如图19所示，在中央区域R1没有设置凹部9，反射层3、第一电极4和有机层5各自的上表面形成为平滑的面。中央区域R1的平滑结构41为通常的使用微腔的顶部发光结构。
本实施方式中的凹部结构40是截面为半圆形状的凹部，遍及子像素11的周围连续地形成。
根据本实施方式的结构，在平滑结构41，能够利用微腔结构得到改善发光色的效果。另外，在凹部结构40，虽然没有微腔效果，但是能够将来自第一电极4的周缘部4A的发光成分取出至显示面侧。
通过这样的发光色改善效果和光取出效果，能够形成高效率的显示品质高的有机EL元件。
在此，用作第一电极4的IZO的折射率大约为2.0。另一方面，丙烯酸树脂的折射率为1.5～1.6。因此，当用丙烯酸树脂形成边缘覆盖层13时，存在凹部结构40的将来自第一电极4的周缘部4A的光取出的取出效率下降的问题。
因此，在本实施方式中，用折射率接近IZO的SiNx膜构成边缘覆盖层13。由此，如图20所示，能够将从第一电极4的周缘部4A沿着横向(水平方向)散射的光成分顺利地取出至边缘覆盖层13侧，在反射层3的倾斜部分进行反射，高效率地将光取出至显示面侧。因此，能够进一步提高将来自第一电极4的周缘部4A的光取出的光取出效率。
图21A和图21B是表示以往的凹部结构的图，图21A是1个像素的平面图，图21B是沿着图21A的C-C’线的截面图。
如图21A、图21B所示，在以往的顶部发光结构的情况下，没有与如上所述的本实施方式同样的凹部结构，因此，从第一电极4的周缘部4A沿着横向漏出的发光成分在基板内部传导，无法取出至外部。虽然也有一部分的发光成分被取出至显示面侧，但是其取出量微小，在基板内散射的发光成分相当多。
为了验证本实施方式的有机EL元件(凹部结构)的效果，本发明的发明人制作了2种有机EL元件，对各自的特性进行了比较。将其结果示于表4。
实施例是上述的具有将来自第一电极4的边缘部分的光取出的光取出结构的有机EL元件。
比较例是不具有将来自第一电极4的边缘部分的光取出的光取出结构的有机EL元件。
[表4]
(正面亮度观察结果)
结构 边缘发光非取出结构 本实施例的结构
电流效率化 1 1.5
如表4所示可知，当设比较例的有机EL元件的电流效率为“1”时，实施例的有机EL元件的电流效率与比较例相比高至“1.5”倍。
因此可知，即使采用本实施例那样的凹部结构，也能够改善亮度效率。
以上，参照附图对本发明的优选实施方式进行了说明，但是本发明并不限定于这些例子，这是不言而喻的。对本领域技术人员而言，可以在权利要求所记载的技术思想的范围内想到各种变形例或修改例，这是显然的，应该知道这些当然也属于本发明的技术范围。
产业上的可利用性
本发明的几个方式能够应用于需要提高光的取出效率、并提高亮度电流效率的有机电致发光装置、有机电致发光装置的制造方法、照明装置和显示装置等。
附图标记说明
2a、3a、19a、12a、13a……上表面，2……基板，3……反射层，4……第一电极，5……有机层，6……第二电极，7……基材，9……凹部，9A……第一凹部，9B……第二凹部，10……显示区域，11……单位发光区域，12……填充层，13……边缘覆盖层，13A……周缘部(端部)，16……发光层，19……平坦化树脂层，30……有机EL元件(发光元件)，L……光，Q……平面。

Claims (9)

1.一种有机电致发光装置，其特征在于，包括：
具有多个子像素的基板；
设置在所述基板上的平坦化树脂层，在该平坦化树脂层的与所述多个子像素对应的区域设置有多个第一凹部；和
发光元件，该发光元件包括：至少遍及所述多个第一凹部的表面连续地设置的反射层；隔着所述反射层分别与所述多个第一凹部对应地填充在所述多个第一凹部的内侧的具有光透射性的多个填充层；至少设置在所述多个填充层的上层侧的具有光透射性的第一电极；设置在所述第一电极的上层侧的至少包含发光层的有机层；设置在所述有机层的上层侧的具有光透射性的第二电极；和至少覆盖所述第一电极的端部的边缘覆盖层，
所述反射层与从所述边缘覆盖层露出的所述第一电极，在所述平坦化树脂层的上表面在重叠的部分接触并电连接，
与所述多个填充层各自重叠的所述第一电极的上表面和所述有机层的下表面位于比包含所述反射层的上表面的平面靠下方的位置，所述第一电极的所述端部存在于所述多个第一凹部中的至少1个第一凹部内并且与所述反射层分离，
所述边缘覆盖层的端部形成为在所述基板的法线方向上沿着所述多个第一凹部中的至少1个第一凹部的圆周的形状的图案形状。
2.如权利要求1所述的有机电致发光装置，其特征在于：
具有彼此被分割的多个单位发光区域，
所述多个单位发光区域具有存在所述第一电极的中央部分的第一区域和存在所述第一电极的所述端部的第二区域，
在所述第二区域设置有所述多个第一凹部中的至少1个第一凹部。
3.如权利要求2所述的有机电致发光装置，其特征在于：
在所述第一区域也设置有所述多个第一凹部中的至少1个第一凹部。
4.如权利要求2所述的有机电致发光装置，其特征在于：
所述多个第一凹部均没有设置在所述第一区域，所述反射层、所述第一电极和所述有机层的上表面形成为平滑的面。
5.如权利要求2～4中任一项所述的有机电致发光装置，其特征在于：
在所述第二区域，与所述多个第一凹部相邻地设置有第二凹部，
所述第一电极的所述端部与所述第二凹部内的所述反射层分离。
6.如权利要求5所述的有机电致发光装置，其特征在于：
所述第二凹部的截面形状为抛物线形状，
且形成为以所述第一电极的所述端部为焦点。
7.一种有机电致发光装置的制造方法，其特征在于，包括：
在具有多个子像素的基板上形成在与所述多个子像素对应的区域设置有多个凹部的平坦化树脂层的工序；和
至少遍及所述多个凹部的表面连续地形成反射层，隔着所述反射层分别与所述多个凹部对应地在所述多个凹部的内侧填充具有光透射性的多个填充层，在所述多个填充层的上层侧至少形成具有光透射性的第一电极，在所述第一电极的上层侧形成至少包含发光层的有机层，在所述有机层的上层侧形成具有光透射性的第二电极，形成至少覆盖所述第一电极的端部的边缘覆盖层的工序，
所述反射层与从所述边缘覆盖层露出的所述第一电极，在所述平坦化树脂层的上表面在重叠的部分接触并电连接，
与所述多个填充层各自重叠的所述第一电极的上表面和所述有机层的下表面位于比包含所述反射层的上表面的平面靠下方的位置，所述第一电极的所述端部存在于所述多个凹部中的至少1个凹部内并且与所述反射层分离，
所述边缘覆盖层的端部形成为在所述基板的法线方向上沿着所述多个凹部中的至少1个凹部的圆周的形状的图案形状。
8.一种照明装置，其特征在于，包括：
具有多个子像素的基板；
设置在所述基板上的平坦化树脂层，在该平坦化树脂层的与所述多个子像素对应的区域设置有多个凹部；和
发光元件，该发光元件包括：至少遍及所述多个凹部的表面连续地设置的反射层；隔着所述反射层分别与所述多个凹部对应地填充在所述多个凹部的内侧的具有光透射性的多个填充层；至少设置在所述多个填充层的上层侧的具有光透射性的第一电极；设置在所述第一电极的上层侧的至少包含发光层的有机层；设置在所述有机层的上层侧的具有光透射性的第二电极；和至少覆盖所述第一电极的端部的边缘覆盖层，
所述反射层与从所述边缘覆盖层露出的所述第一电极，在所述平坦化树脂层的上表面在重叠的部分接触并电连接，
与所述多个填充层各自重叠的所述第一电极的上表面和所述有机层的下表面位于比包含所述反射层的上表面的平面靠下方的位置，所述第一电极的所述端部存在于所述多个凹部中的至少1个凹部内并且与所述反射层分离，
所述边缘覆盖层的端部形成为在所述基板的法线方向上沿着所述多个凹部中的至少1个凹部的圆周的形状的图案形状。
9.一种显示装置，其特征在于，包括：
具有多个子像素的基板；
设置在所述基板上的平坦化树脂层，在该平坦化树脂层的与所述多个子像素对应的区域设置有多个凹部；和
发光元件，该发光元件包括：至少遍及所述多个凹部的表面连续地设置的反射层；隔着所述反射层分别与所述多个凹部对应地填充在所述多个凹部的内侧的具有光透射性的多个填充层；至少设置在所述多个填充层的上层侧的具有光透射性的第一电极；设置在所述第一电极的上层侧的至少包含发光层的有机层；设置在所述有机层的上层侧的具有光透射性的第二电极；和至少覆盖所述第一电极的端部的边缘覆盖层，
所述反射层与从所述边缘覆盖层露出的所述第一电极，在所述平坦化树脂层的上表面在重叠的部分接触并电连接，
与所述多个填充层各自重叠的所述第一电极的上表面和所述有机层的下表面位于比包含所述反射层的上表面的平面靠下方的位置，所述第一电极的所述端部存在于所述多个凹部中的至少1个凹部内并且与所述反射层分离，
所述边缘覆盖层的端部形成为在所述基板的法线方向上沿着所述多个凹部中的至少1个凹部的圆周的形状的图案形状。
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