JP2002231443A

JP2002231443A - 表示装置

Info

Publication number: JP2002231443A
Application number: JP2001029532A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Iwase; 祐一岩瀬; Jiro Yamada; 二郎山田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2001-02-06
Filing date: 2001-02-06
Publication date: 2002-08-16

Abstract

(57)【要約】【課題】基板と対する上部電極側から発光光を取り出
す表示装置において、発光効率の向上を図る。【解決手段】基板１０１上に下部電極１０２ａ、有機
ＥＬ層１０２ｂ及び上部電極１０２ｃを順次積層してな
る発光素子１０２と、上部電極１０２ｃに接する状態で
基板１０１上に成膜され、屈折率３．５よりも低く大気
の屈折率よりも高い屈折率を有する材料からなる封止膜
１０３とを備えた。これにより、有機ＥＬ層１０２ｂで
生じた発光光ｈが上部電極１０２ｃ側から放出される
際、上部電極１０２ｃと封止膜１０３との界面において
反射が生じることを防止でき、発光光ｈの取り出し効率
を向上させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は表示装置に関し、特
には基板上に発光素子を設けてなる表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】自発光型の素子（以下、発光素子と記
す）である有機エレクトロルミネッセンス(electrolumi
nescence：以下ＥＬと記す）素子は、カソード電極また
はアノード電極となる下部電極と上部電極との間に、少
なくとも発光層を含む有機膜（有機ＥＬ層）を挟持して
なり、低電圧直流駆動による高輝度発光が可能な発光素
子として注目されている。

【０００３】図８には、このような発光素子を用いた表
示装置の概略構成図を示す。この図に示す表示装置ａ
は、基板１の一主面上に、下部電極２ａ、有機ＥＬ層２
ｂ、上部電極２ｃを順次積層してなる発光素子２を設
け、この発光素子２を封止する状態で基板１の一主面上
に封止キャップ３を被せてなる。封止キャップ３は、接
着剤４を介してその周縁端が基板１に接着されており、
封止キャップ３内の中空部５には窒素ガスやアルゴンガ
スなどの不活性ガスが封入されている。このような構成
の表示装置においては、封止キャップ３を用いて発光素
子２を封止することによって、発光素子２の劣化を防止
している。

【０００４】ところで、上記構成の表示装置ａにおい
て、各画素に薄膜トランジスタ（thinfilm transisto
r：以下ＴＦＴと記す）と共に保持容量を設けたアクテ
ィブマトリックス型の駆動方式を採用する場合、ＴＦＴ
が形成された基板１上に絶縁膜を介して発光素子２が形
成されることになる。このため、アクティブマトリック
ス型の表示装置において発光素子２の開口率を確保する
ためには、発光素子２で発生させた発光光ｈを基板１と
反対側の上部電極２ｃ側から取り出す、いわゆる上面光
取り出し構造（以下、上面発光型と記す）として構成す
ることが有効になる。

【０００５】このような上面発光型の表示装置において
は、上部電極２ｃ及び封止キャップ３に透明材料を用い
ることになる。そして、発光素子２で生じた発光光ｈ
は、発光素子２の上部電極２ｃ側から封止キャップ３内
の中空部５に放出され、さらに透明な封止キャップ３を
透過して外部に取り出される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、図８に示す
構成の表示装置ａを上面発光型に適用した場合には、次
のような課題があった。すなわち、この表示装置ａにお
いては、発光素子２の発光層２ｂで生じた発光光ｈが、
上部電極２ｃから中空部５に放出されることになる。し
かし、上部電極２ｃの屈折率に対して、中空部５に封入
されている窒素ガス（Ｎ₂）やアルゴンガス（Ａｒ）の
屈折率は大気と同程度に低くその差が大きいため、発光
素子２（上部電極２ｃ）と中空部５との界面で発光光ｈ
が反射してしまい、中空部５側に発光光ｈを有効に取り
出すことができない。これは、表示装置ａの輝度を低下
させる要因になる。

【０００７】そこで本発明は、発光素子で生じた発光光
の上部電極側からの取り出し効率の向上を図ることが可
能な表示装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るための本発明の表示装置は、基板上に、下部電極、発
光層及び上部電極を順次積層してなる発光素子が設けら
れており、上部電極に接する状態で基板上に封止膜を成
膜してなる表示装置であり、封止膜が屈折率３．５未満
でかつ大気の屈折率よりも高い屈折率を有する材料から
なることを特徴としている。

【０００９】このような構成の表示装置では、上部電極
上に設ける封止膜の屈折率を上記値に設定することで、
大気と屈折率が近い不活性なガスに上部電極が晒されて
いる従来構造の表示装置と比較して、上部電極の表面に
おける発光光の反射が小さく抑えられ、発光素子で生じ
た発光光が上部電極側から効率良く取り出される。図１
には、上部電極側からの発光光の取り出し効率を、上部
電極上に設けられる封止膜の屈折率に対する発光光の透
過率としてシミュレーションしたグラフを示す。このグ
ラフから、上部電極上の材料の屈折率を大気の屈折率１
よりも大きな屈折率で、かつ屈折率３．５未満とするこ
とで、上部電極上に大気の屈折率（＝１）に近い屈折率
を有する不活性なガスが存在している従来構造の表示装
置と比較して、発光光の透過率が大きな値になることが
分かる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の表示装置の構成を
図面に基づいて詳細に説明する。尚ここでは、発光素子
として有機ＥＬ素子を用いた実施形態の説明を行うが、
本発明は、発光素子として有機ＥＬ素子を用いたものに
限定されることはなく、例えば無機電界発光素子のよう
な自発光型の発光素子を用いた表示装置に広く適用可能
である。

【００１１】（第１実施形態）図２は、本発明の第１実
施形態の表示装置を模式的に示す断面図である。この図
に示す表示装置Ａは、ガラス基板やシリコン基板等の上
部に、ここでの図示を省略した薄膜トランジスタ（thin
film transistor：以下ＴＦＴと記す）を設けてなる基
板１０１を有し、この基板１０１のＴＦＴ形成面上に平
坦化絶縁膜（図示省略）を介して発光素子（有機ＥＬ素
子）１０２が形成され、この発光素子１０２を覆う状態
で封止膜１０３が設けられている。

【００１２】発光素子１０２は、基板１０１側からら順
に、下部電極１０２ａ、有機ＥＬ層１０２ｂ及び上部電
極１０２ｃを積層してなる。

【００１３】下部電極１０２ａは、例えばアノード電極
となるもので、Ｃｒ（クロム）膜等のように仕事関数の
高い材料からなる陽極膜をスパッタリング法によって成
膜し、この陽極膜をパターニングすることによって形成
される。尚、ここでの図示は省略したが、この下部電極
１０２ａは、複数配列された各画素（図面においては１
画素分を図示）に対応させてパターン形成され、同様に
各画素に設けられたＴＦＴに対して、これらのＴＦＴを
覆う層間絶縁膜に形成されたコンタクトホール（図示省
略）を介してそれぞれが接続される状態で形成されるこ
ととする。また、下部電極１０２ａは、カソード電極と
なるものであっても良く、この場合には仕事関数の低い
材料からなる陰極膜をパターニングすることによって形
成されることとする。ただし、この表示装置Ａは、上部
電極１０２ｃ側から発光光を取り出す上面発光型である
ため、光反射率の高い材料で構成されることが好まし
い。

【００１４】また、この下部電極１０２ａ上には、下部
電極１０２ａの周縁を覆い発光素子構成部分を露出させ
る形状の開口を有する絶縁膜（図示省略）が設けられ、
この絶縁膜から露出する下部電極１０２ａ上に有機ＥＬ
層１０２ｂが設けられている。

【００１５】この有機ＥＬ層１０２ｂは、有機正孔輸送
層、有機発光層及び電子輸送層等のうち、少なくとも有
機発光層を含む各有機層を所定の順序で積層してなる。
尚、有機発光層は、例えば発光光の波長によって適宜選
択された材料を用いることができる。このような有機Ｅ
Ｌ層１０２ｂの形成は、蒸着マスク上からの真空蒸着に
よって行われる。

【００１６】また、下部電極１０２ａの周縁を覆う絶縁
層上、すなわち発光素子構成部分間（画素間）には、例
えばアルミニウムのような低抵抗材料からなる補助配線
（図示省略）を配置した構成であっても良い。

【００１７】そして、このような構成の有機ＥＬ層１０
２ｂ上に設けられた上部電極１０２ｃは、例えばカソー
ド電極となるもので、仕事関数の小さい材料からなる陰
極膜からなる。そして特に、この表示装置Ａは上面発光
型であることから、例えばＭｇ−Ａｇ（マグネシウムと
銀との合金）のような光を透過する材料を用いることと
する。また、この陰極膜であるＭｇ−Ａｇ膜上に、さら
にインジウムスズ酸化膜（ＩＴＯ）のような透明導電膜
を設けた構成としても良い。尚、下部電極１０２ａがカ
ソード電極として形成されている場合には、この上部電
極１０２ｃにおける有機ＥＬ層１０２ｂと接する層はア
ノード電極となるため、ＩＴＯのような仕事関数の大き
な透明導電膜を用いて形成されることとする。

【００１８】また、この上部電極１０２ｃは、複数の画
素における共通電極として用いられるように、成膜状態
のままのベタ膜状で用いられる。このため、この上部電
極１０２ｃは、有機ＥＬ層１０２ｂを形成した後、基板
１０１上から蒸着マスクを取り除いた状態で、有機ＥＬ
層上１０２ｂ上に真空蒸着法（例えば抵抗加熱蒸着法）
によって成膜形成される。

【００１９】以上のような構成の発光素子１０２を覆う
状態で設けられた封止膜１０３は、上部電極１０２ｃに
接する状態で基板１０１上に設けられている。この封止
膜１０３は、大気の屈折率（ｎ＝１．０）より高く、
３．５未満の屈折率を有する材料、さらに好ましくは屈
折率１．４〜２．０の材料で構成されていることとす
る。

【００２０】さらに、この封止膜１０３には、基板１０
１上に直接成膜でき、上部電極１０２ｃとの密着性が良
好であることが要求され、有機ＥＬ層１０２ｂや上部電
極１０２ｃなど損傷を与えずに成膜可能な材料であり、
緻密な膜質を有して酸素や水分を封止する効果が高いこ
とが望まれる。

【００２１】このよう封止膜１０３の一例として、窒化
シリコン膜が適用される。窒化シリコン膜は、屈折率が
１．８であり、ＣＶＤ(chemical vapor deposition）法
などの成膜方法によって、上部電極１０２ｃとの密着性
を保って基板１０１上に直接成膜可能であり、膜質も緻
密で封止効果も高い。

【００２２】またこの封止膜１０３は、発光素子１０２
を十分に封止でき、かつ保護できる程度の膜厚を有して
設けられていることとする。

【００２３】以上説明したように、大気の屈折率１より
も大きな屈折率で、かつ屈折率３．５未満の屈折率を有
する封止膜１０３を上部電極１０２ｃに接する状態で設
けてなる表示装置Ａでは、上部電極１０２ｃと大気との
屈折率差が封止膜１０３によって緩和される。このた
め、大気に近い屈折率を有する不活性ガスに上部電極が
晒されている従来構造の表示装置(図８参照）と比較し
て、上部電極１０２ｃ上方の界面（封止膜１０３との界
面及び封止膜１０３と大気との界面）における発光光ｈ
の反射が小さく抑えられる。したがって、有機ＥＬ層１
０２ｂで生じた発光光ｈを上部電極１０２ｃ側から外部
に効率良く取り出し、表示装置Ａの輝度の向上を図るこ
とが可能になる。

【００２４】図１には、上部電極１０２ｃ側からの発光
光ｈの取り出し効率を、上部電極１０２ｃ上に設けられ
る封止膜材料の屈折率に対する発光光の透過率としてシ
ミュレーションしたグラフを示す。尚、このグラフは、
封止膜上にさらに光透過性の接着樹脂を介して光透過性
の封止基板を設けた構成において、封止基板から取り出
される発光光の透過率をシミュレーションした結果であ
る。このグラフから、上部電極１０２ｃ上の封止膜材料
の屈折率が、大気の屈折率１よりも大きな屈折率でかつ
屈折率３．５未満の範囲であれば、上部電極１０２ｃ上
に大気の屈折率（＝１）に近い屈折率を有する不活性な
ガスが存在している従来構造の表示装置と比較して、発
光光の透過率が大きな値になることが分かる。

【００２５】（第２実施形態）図３には、本発明の第２
実施形態の表示装置を模式的に示す断面図である。この
図に示す表示装置Ｂは、図２を用いて説明した第１実施
形態の表示装置の封止膜１０３上に、さらに接着樹脂１
０５を介して封止基板１０６を貼り合わせてなる表示装
置である。ここで、接着樹脂１０５は、例えばエポキシ
系樹脂や光硬化性樹脂からなり、基板１０１と封止基板
１０６との間に隙間なく充填された状態で設けられてい
ることとする。また、封止基板１０６は、ガラス等の無
機材料からなる基板やプラスティック基板などの有機樹
脂基板、さらにはポリエチレンフィルムのようにフレキ
シブルに湾曲するフィルム状の基材が用いられる。

【００２６】また、接着樹脂１０５及び封止基板１０６
は、封止膜１０３の屈折率よりも低く大気の屈折率より
も高い屈折率を有する材料からなることとする。このた
め、例えば封止膜１０３として窒化シリコン膜（屈折率
ｎ＝１．８）を用いた場合、接着樹脂１０５としては屈
折率ｎ≒１．５程度のエポキシ系ＵＶ硬化樹脂、封止基
板１０６としては屈折率ｎ≒１．５程度のガラスを好適
に用いることができる。なお、さらに好ましくは、封止
基板１０６の屈折率が接着樹脂１０５の屈折率よりも大
気の屈折率に近くなるように各材料が選択されているこ
ととする。

【００２７】このような構成の表示装置Ｂでは、封止膜
１０３と大気との間に、これらの屈折率の中間の屈折率
を有する接着樹脂１０５及び封止基板１０６が設けられ
ているため、図２を用いて説明した第１実施形態の表示
装置Ａよりも、さらに大気と上部電極１０２ｃとの間の
屈折率差を緩和する効果が高くなる。そして、封止膜１
０３−接着樹脂１０５界面での発光光ｈの反射を防止で
きるため、封止膜１０３内での発光光ｈの反射による多
重干渉効果を低減することができる。このため、発光波
長によらず安定した取り出し効率で発光光を取り出すこ
とが可能になる。

【００２８】また、接着樹脂１０５と封止基板１０６と
を設けたことにより、発光素子１０２を封止する効果が
高まり、発光素子１０２の劣化を防止することが可能に
なる。このため、表示装置Ａとの比較において、封止膜
１０３の膜厚を薄膜化することができる。このため、封
止膜１０３をＣＶＤ法などによって形成されたものとす
る場合、その成膜時間を短縮することができる。

【００２９】尚、以上の各実施形態においては、基板上
にＴＦＴ（thin film transistor）を設け、このＴＦＴ
に下部電極を接続させたアクティブマトリックス型の表
示装置に本発明を適用した場合を説明した。このため、
上部電極１０２ｃは共通電極としてベタ膜状であること
として説明した。しかし本発明は、これに限定されるこ
とはなく、例えばストライプ状に配列形成された下部電
極に対して複数本の上部電極を直交させる状態でストラ
イプ状に配列形成させたパッシブマトリックス方の表示
装置にも適用可能である。この場合であっても、下部電
極及び上部電極の形状もストライプ状に限定されること
はなく、多種多様な形状の微細なパターンで形成しても
良い。

【００３０】

【実施例】図２に示した表示装置Ａ、図３に示した表示
装置Ｂ及び図８を用いて説明した従来構造の表示装置ａ
について、発光光の取り出し効率を測定した。ただし、
表示装置ａにおいては、封止キャップ３を設けず発光素
子から取り出された発光光を直接測定した。

【００３１】また、表示装置Ａ，Ｂにおいては、上部電
極１０２ｃ上の膜厚が２μｍになるように成膜した窒化
シリコン膜を封止膜１０３として用いた。そして、表示
装置Ｂにおいては、接着樹脂１０５として屈折率≒１．
５程度のＵＶ硬化型接着剤を用い、封止基板１０６とし
てガラス基板（屈折率≒１．５程度）を用いた。

【００３２】下記表１に発光光の取り出し効率の測定結
果を示す。ここでは、各表示装置ａ，Ａ，Ｂについて、
同一電流密度で発光素子に電流を流した場合の発光輝度
を測定し、従来の表示装置ａの取り出し効率を１００と
した相対値として測定結果を示した。

【００３３】

【表１】

【００３４】この表１から、実施形態の表示装置Ａ及び
表示装置Ｂにおける取り出し効率の値は、従来構造の表
示装置ａにおける取り出し効率の値を上回っており、こ
の結果から、所定の屈折率を有する封止膜１０３を設け
ることによって発光光の取り出し効率効果が向上するこ
とが確認された。さらに、表示装置Ｂの値が表示装置Ａ
の値を上回っており、この結果から封止膜１０３上に接
着樹脂１０５を介して封止基板１０６を設けることによ
り、さらに発光光の取り出し効率が向上することが確認
された。

【００３５】尚、表１から明らかなように、発光光の取
り出し効率を向上させる効果は、発光色が赤の場合に最
も大きく現れている。

【００３６】また、各表示装置Ａ，Ｂにて採用している
封止構造における分光透過率を測定した。その結果を図
４〜図７に示す。

【００３７】尚、図４は表示装置Ａ（図２）で採用した
封止構造に用いられる封止膜（窒化シリコン膜）の分光
透過率、図５は表示装置Ｂ（図３）で採用した封止構造
に用いられる封止膜（窒化シリコン膜）、ＵＶ硬化型の
接着樹脂（屈折率≒１．５）及びガラスからなる封止基
板（屈折率≒１．５程度）の積層体の分光透過率であ
り、共に窒化シリコン膜からなる封止膜の膜厚が２μｍ
に設定されている。一方、図６は表示装置Ａ（図２）で
採用した封止構造に用いられる封止膜（窒化シリコン
膜）の分光透過率、図７は表示装置Ｂ（図３）で採用し
た封止構造に用いられる封止膜（窒化シリコン膜）、Ｕ
Ｖ硬化型の接着樹脂（屈折率≒１．５）及びガラスから
なる封止基板（屈折率≒１．５程度）の積層体の分光透
過率であり、共に窒化シリコン膜からなる封止膜の膜厚
が３μｍに設定されている。

【００３８】これらの図４と図５、および図６と図７を
比較して明らかなように、表示装置Ｂの構成を採用する
ことで、封止膜１０３の膜厚によらず、封止膜１０３−
接着樹脂１０５界面での発光光ｈの反射を防止でき、封
止膜１０３内での反射による多重干渉効果が低減され、
スペクトルのピークと谷との高低差を小さくできること
が確認された。このように透過率分光特性を変化させる
ことが可能になるため、発光光の波長によらず広い波長
範囲で安定した取り出し効率で発光光を取り出すことが
可能になることが確認された。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように本発明の表示装置に
よれば、屈折率３．５未満でかつ大気の屈折率より高い
屈折率を有する封止膜を上部電極に接する状態で設けた
構成を採用することで、上部電極と大気との間の屈折率
差を緩和し、上部電極上方の界面における発光光の反射
を防止して発光光の取り出し効率を向上させることが可
能になる。この結果、上部電極側から発光光を取り出す
上面発光型の表示装置の輝度の向上を図ることが可能に
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】上部電極に接する材料の屈折率に対する発光光
の透過率を示すグラフである。

【図２】第１実施形態の表示装置の構成を模式的に示す
断面図である。

【図３】第２実施形態の表示装置の構成を模式的に示す
断面図である。

【図４】図２の表示装置の封止構造として採用した膜厚
２μｍの窒化シリコン膜における透過光の分光透過率で
ある。

【図５】図３の表示装置の封止構造として採用した膜厚
２μｍの窒化シリコン膜、接着樹脂及び封止基板（ガラ
ス）の積層体における透過光の分光透過率である。

【図６】図２の表示装置の封止構造として採用した膜厚
３μｍの窒化シリコン膜における透過光のスペクトルで
ある。

【図７】図３の表示装置の封止構造として採用した膜厚
３μｍの窒化シリコン膜、接着樹脂及び封止基板（ガラ
ス）の積層体における透過光の分光透過率である。

【図８】従来の表示装置の構成を模式的に示す断面図で
ある。

【符号の説明】

Ａ，Ｂ…表示装置、１０１…基板、１０２…発光素子、
１０２ａ…下部電極、１０２ｂ…有機ＥＬ層（発光
層）、１０２ｃ…上部電極、１０３…封止膜、１０５…
接着樹脂、１０６…封止基板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に下部電極、発光層及び上部電極
を順次積層してなる発光素子と、屈折率３．５未満でかつ大気の屈折率よりも高い屈折率
を有する材料からなり、当該上部電極に接する状態で前
記基板上に成膜された封止膜とを備えたことを特徴とす
る表示装置。
【請求項２】請求項１記載の表示装置において、前記発光素子は有機ＥＬ素子であることを特徴とする表
示装置。
【請求項３】請求項１記載の表示装置において、前記封止膜上には接着樹脂の充填によって光透過性を有
する封止基板が貼り合わせられており、前記接着樹脂及び前記封止基板は、前記封止膜の屈折率
よりも低く大気の屈折率よりも高い屈折率を有する材料
からなることを特徴とする表示装置。