JP2003031353A

JP2003031353A - 発光素子およびその製造方法ならびにそれを用いた表示パネル

Info

Publication number: JP2003031353A
Application number: JP2001209195A
Authority: JP
Inventors: Hisanori Sugiura; 久則杉浦; Mikiko Matsuo; 三紀子松尾; Tetsuya Sato; 徹哉佐藤
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2001-07-10
Filing date: 2001-07-10
Publication date: 2003-01-31

Abstract

(57)【要約】【課題】光の取り出し効率が高い発光素子を提供する。【解決手段】基板の表面に第一電極、発光層および第二
電極が積層して配され、発光層の発した光を発光層より
も上層の第二電極の側より系外に出射する発光素子の、
第二電極よりもさらに上層に、発光層において発せされ
た光を集光して系外に出射するためのものであって、そ
の直径が発光層の幅の３／２倍以上、好ましくは２倍以
上であるレンズを配する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、有機エレクトロル
ミネッセンス素子等の発光素子およびそれを用いた表示
パネルに関するものであって、より詳しくは発光素子の
光の取り出し効率を向上させるための改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】エレクトロルミネッセンス素子（以下、
ＥＬ素子とする）、発光ダイオード等の電場発光素子
は、自発光のため視認性が高く、薄型化が可能なため、
バックライト、平板状ディスプレイ等の表示素子として
注目を集めている。中でも、有機化合物を発光体とする
有機ＥＬ素子は、低電圧駆動が可能なこと、大面積化が
容易なこと、適当な色素を選ぶことにより所望の発光色
が容易に得られること等の特徴を有し、次世代ディスプ
レイとして活発に開発が行われている。例えば厚さ１μ
ｍ以下のアントラセン蒸着膜に３０Ｖの電圧を印加する
ことにより、青色の発光が得られている(Thin Solid Fi
lms, 94 (1982) p.171)。しかし、この素子では高電圧
を印加しても十分な輝度が得られず、有機発光体を用い
たＥＬ素子として実用化するにはさらに発光効率を向上
する必要があった。

【０００３】これに対し、Tangらは、透明電極（正
極）、正孔輸送層、電子輸送性の発光層および仕事関数
の低い金属からなる負極が積層され、１０Ｖ以下の印加
電圧で１０００ｃｄ／ｍ²の輝度を示す、発光効率が向
上した有機発光素子を提案している(Applied Physics L
etter, 51 (1987) p.913)。

【０００４】さらに、正孔輸送層と電子輸送層で発光層
を挟み込んだ３層構造の素子(Japanese Journal of App
lied Physics, 27 (1988) L269)や、発光層にドーピン
グされた色素からの発光を得る素子(Journal of Applie
d Physics, 65 (1989) 3610)も提案されている。

【０００５】従来の有機ＥＬ素子の一般的な構成の断面
図を図５に示す。例えばガラス、プラスチックス等から
なる透明な基板１０の表面には、正極として例えばイン
ジウム錫酸化物（以下、ＩＴＯとする）からなる透明電
極２１が配されていて、さらにそれに積層して例えば
Ｎ，Ｎ’ージフェニル−Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフ
ェニル）−１，１’−ビフェニルー４，４’−ジアミン
（ＴＰＤ）からなる正孔輸送層３ｂ、例えばトリス（８
−キノリノラト）アルミニウム（Ａｌｑ₃）からなる電
子輸送性発光層３ａ、および負極として例えばＡｌＬｉ
合金からなる反射電極２２が配されている。正極として
の透明電極２１と負極としての反射電極２２との間に電
圧を印加すると、透明電極２１から正孔輸送層３ｂに正
孔が注入され、反射電極２２から電子輸送性発光層３ａ
に電子が注入される。透明電極２１から注入された正孔
は、正孔輸送層３ｂ中を通過してさらに電子輸送性発光
層３ａに注入される。電子輸送性発光層３ａ中で正孔と
電子が再結合し、これによって励起されたＡｌｑ₃分子
からの発光が得られる。

【０００６】通常、ＩＴＯ等からなる透明電極は、スパ
ッタ法、電子ビーム蒸着法等により形成され、ＴＰＤ、
Ａｌｑ₃等の有機物からなる正孔輸送層、電子輸送性発
光層及びＡｌＬｉ等からなる反射電極は、抵抗加熱蒸着
法により形成される。

【０００７】前記有機ＥＬ素子以外の発光素子として
は、無機ＥＬ素子がある。無機ＥＬ素子の一般的な構成
の断面図を図６に示す。例えばガラスからなる透明な基
板１０に積層して、例えばＩＴＯからなる透明電極２１
と、例えばＴａ₂Ｏ₅からなる第一絶縁層２３ａ、例えば
ＭｎをドープしたＺｎＳからなる発光材料層２３ｂおよ
び例えばＴａ₂Ｏ₅からなる第二絶縁層２３ｃが積層した
発光層２３と、および例えばＡｌからなる反射電極２２
が配される。この両電極に交流電圧を印加すると、絶縁
層２３ａまたは２３ｃと発光材料層２３ｂとの界面から
出た電子が加速されて、発光材料層２３ｂ中の発光中心
であるＭｎに衝突してこれを励起し、励起したＭｎが基
底状態に戻る際に光が発せられる。

【０００８】これらの発光素子を画素に用いて、ディス
プレイパネルを得ることができる。すなわち、微小な発
光素子をマトリクス状に並べ、所望の素子（画素）を発
光させることにより、画像を形成する。発光素子を用い
たディスプレイパネルは、駆動方式により２種類に分類
される。一方は、互いに直交するようにして対向したラ
イン状の正極および負極の交点部分に発光層が、これら
に挟まれて配されたいわゆる単純マトリクスパネルであ
る。発光させたい画素を含む一対の電極間に電圧が印加
される。一般に、単純マトリクスパネルではラインごと
に発光させる画素を選択する線順次方式により駆動す
る。単純マトリクスパネルでは、各画素が対応する一対
の電極が選択されている期間しか発光しないため、画素
数すなわちライン数が多くなると、画素の発光時間が短
くなる。したがって、発光時のピーク輝度を大きくする
必要がある。

【０００９】他方は、各画素にそれぞれ薄膜トランジス
タ（ＴＦＴ）等のスイッチング素子が配されたいわゆる
アクティブマトリクスパネルである。選択された画素に
は、それぞれ一定期間、所定の電圧が印加される。アク
ティブマトリクスパネルでは、選択期間以外でも発光を
維持することができるため、単純マトリクスパネルのよ
うにピーク輝度を上げる必要はない。従って、アクティ
ブマトリクスパネルのほうが消費電力は小さくできる。
しかしながら、その一方で、例えば１画素あたり数マイ
クロアンペア〜数十マイクロアンペアの大きな電流を流
す必要があるため、ＴＦＴ材料として液晶パネルに広く
用いられている非晶質シリコンに代えてより移動度の高
いポリシリコンまたは単結晶シリコンを用いる必要があ
る。ポリシリコンまたは単結晶シリコンを用いたＴＦＴ
素子は、非晶質シリコンを用いたそれと比べて、複雑な
製造工程が求められ、したがって製造コストが大きいと
いう問題がある。

【００１０】ディスプレイパネルの消費電力の低減等を
目的として、発光素子の発光効率の向上が求められてい
る。発光素子の発光効率を制限している要因として、発
光層から外部への光の取り出し効率がある。図７に示す
ように、発光層３で発生した光のうち臨界角以上の光は
各層間の界面、あるいは基板１０と空気との界面で全反
射するため外部に取り出すことができない。外部取り出
し効率は、発光体の屈折率をｎとすると、１／２ｎ²で
表される（Advanced Materials, 6 (1994) p.491）。一
般的な有機ＥＬ素子の場合、発光体の屈折率が約１．６
で、外部取り出し効率は約２０％となる。また、無機Ｅ
Ｌ素子で、例えば発光層に屈折率約２．３のＺｎＳを用
いた場合、外部取り出し効率は約１０％である。従っ
て、たとえ内部量子効率（注入された電荷の光への変換
効率）が１００％であったとしても、取り出し効率によ
る制限のため、外部量子効率は１０％〜２０％程度とな
ってしまう。

【００１１】そこで、この取り出し効率を向上するた
め、様々な手法が検討されてきた。例えば、特開昭６１
−１９５５８８号公報には、基板の端面に光反射膜が形
成されたＥＬ素子が提案されている。同公報によると、
基板端面に光反射膜を形成することにより、主に基板中
を伝搬して基板端面から分散してしまう光を光取り出し
面へ集光させることができるとしている。しかしなが
ら、この手法によると、例えば微小な発光素子をマトリ
クス状に並べたドットマトリクスディスプレイ等に用い
る場合においては、各発光素子ごとに光反射膜を形成す
ることは非常に困難である。特開平４−３０６５８９号
公報やOptics Letters vol.27, No.6 (1997) p.396に
は、発光層あるいは基板をメサ形状とする方法等が提案
されている。しかしながら、これらの方法では、基板の
加工が困難である。

【００１２】そこで、基板の光取り出し面に集光のため
のレンズを配したＥＬ素子が提案されている。特開昭６
３−３１４７９５号公報には、基板の光を出射する側の
面が凸レンズ状に加工された有機ＥＬ素子が提案されて
いる。また、特開平９−１７１８９２号公報には、上記
公報で提案されたそれと同様に基板の光取り出し面にレ
ンズ構造を有し、レンズの曲率中心が発光部の中心であ
るか、レンズの頂点から基板の他方の側の表面までの距
離が曲率半径以下である有機ＥＬ素子が提案されてい
る。しかしながら、上記公報のようにレンズを配するこ
とだけでは、たとえ図８（ａ）に示すように、発光素子
（画素）１とレンズ１０ａが１対１となるように配置さ
れたとしても、充分な効果は得られない。すなわち、レ
ンズ１０ａを配することで、発光層３のうち図８（ｂ）
に領域Ａで示すような所定の領域（たとえばレンズの曲
率中心部およびその周辺部）において発せられた光の取
り出し効率は向上するものの、領域Ｂのようなたとえば
発光層側端部等の他の領域において発せられた光は、レ
ンズを有さない場合に本来外部に出射されていた成分が
レンズに臨界角以上で入射して全反射することになる。

【００１３】また、これらの公報で提案されたような発
光素子では、光は等方的に発せられたのちある程度の厚
みを持った基板を通過してその光取り出し面に到達す
る。したがって、基板透過時の減衰が懸念される。ま
た、これらの素子の多数を配列してドットマトリクスデ
ィスプレイに用いる場合には、発光層より発せられた光
の成分がそれぞれ異なるレンズに入射してしまい、画像
ににじみが生じてしまう。

【００１４】そこで、特開平１０−１７２７５６号公報
には、基板の発光層が配された側とは異なる面より光が
出射され、電極と基板との間に集光用のレンズが埋設さ
れた有機ＥＬ発光装置が提案されている。同提案による
と、上記のような画像のにじみ等は抑えられるが、一方
でレンズ材料と基板材料との屈折率差を大きくすること
が困難であるためにレンズによる集光効果を得にくい。

【００１５】特開平４−１９２２９０号公報では、上記
公報と同様の基板表面より光を出射し、その表面に集光
用のマイクロレンズが配された有機ＥＬ装置とともに、
他方の側すなわち第二の電極の表面より光を出射し、第
二の電極よりも上層に同様のマイクロレンズが配された
有機ＥＬ装置が提案されている。同公報によると、画素
の大きさがマイクロレンズの大きさと同等またはその整
数倍であることが好ましいとしている。同公報において
提案された素子のように発光層がレンズの径よりも大き
い場合、上記説明のように、発光層の中心部において発
せられた光については有用であるが、一方で発光層の他
の領域において発せられた光に対しては逆に悪影響を及
ぼすことから、大きな効果は得られない。たとえば、図
９に示す領域Ｃより破線で示すよう発せられた光は、レ
ンズ１７が配されない場合には系外に出射されなかった
が、レンズ１７を配することにより系外に出射される。
しかしながら、同領域より実線で示すように出射された
光は、本来系外に出射されていたものがレンズ１７の存
在によって全反射して系外には射出されなくなる。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の問題
点を解決し、光の取り出し効率が高い発光素子を提供す
ることを目的とする。あわせて、発光素子を用いたアク
ティブマトリクスパネルにおいて、画像のにじみが少な
く、さらにも低コストで製造できる発光素子を提供する
ことを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明では、基板の表面
に第一電極、発光層および第二電極が積層して配され、
発光層の発した光を発光層よりも上層の第二電極の側よ
り系外に出射する発光素子の、第二電極よりもさらに上
層に、発光層において発せされた光を集光して系外に出
射するためのものであって、その直径が発光層の幅の３
／２倍以上、より好ましくは２倍以上であるレンズを配
する。発光素子をアレイ状に配列する表示パネルにおい
ては、各発光素子に配することができるレンズの大きさ
は限定される。そこで、上記発光素子のレンズに代え
て、その曲率半径が発光層の幅の３／４倍以上、より好
ましくは２倍以上であるレンズを用いると、同様に高い
光取り出し効率を得ることができかつ高密度で配置可能
な表示パネルに適した発光素子が得られる。本発明は、
光を基板と反対側から取り出し、発光層と光取り出し面
の間に集光用のレンズが設けられた発光素子において、
レンズと発光層とが所定の条件を満たす場合に、従来は
発光層、透明電極あるいは透明基板中に閉じこめられて
外部には取り出せなかった光を取り出せることができ、
これによって発光効率が飛躍的に向上するという新たな
知見に基づいたものである。

【００１８】特に、レンズが発光層からの距離の２倍以
上、より好ましくは３倍以上の直径を有する半球状であ
ると、素子の光取り出し効率は大きく向上する。半球レ
ンズの直径を４倍以上とすると、レンズを有さない従来
の素子の２倍以上の光取り出し効率を得ることができ
る。レンズとしては、上記の半球レンズのほか、通常の
球面レンズ、非球面レンズ、フレネルレンズ、屈折率分
散型レンズ等を用いる。本発明は、発光層の種類を問わ
ず、あらゆる発光素子に適用される。

【００１９】なお、上記のような光取り出し効率に優れ
た本発明の発光素子は、輝度の確保に求められる電流量
が従来のそれと比べて大幅に小さいことから、これを画
素に用い、そのそれぞれをスイッチング素子により制御
するアクティブマトリクス型の表示パネルにおいて、消
費電力を低減することができる。また、そのスイッチン
グ素子、とりわけ有機ＥＬ素子のスイッチング素子に移
動度の小さいアモルファスシリコンの使用が可能にな
る。また、本発明の発光素子を任意の面積の基板全面に
形成することで、バックライト等の照明装置として用い
ることもできる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施の形
態を、図面を用いて詳細に説明する。

【００２１】本実施の形態の発光素子を図１に示す。発
光素子１は、発光材料に有機化合物を用いたいわゆる電
流注入型有機ＥＬ素子である。発光素子１は、たとえば
ガラスからなる基板１０の表面に形成される。基板１０
には、このほか、ポリカーボネート、ポリメチルメタク
リレート、ポリエチレンテレフタレートなどの樹脂製の
フィルム、またはシリコンが用いられる。

【００２２】基板１０の上に形成された反射電極２は、
発光層３において発せられた光を反射して図中上方に向
けて放射するためのものであって、たとえばアルミニウ
ム、銀またはこれらの酸化物等の化合物からなる。銀化
合物としては、銀・パラジウム・銅（Ａｇ−Ｐｄ−Ｃ
ｕ）の合金あるいは銀・金・銅（Ａｇ−Ａｕ−Ｃｕ）の
合金が用いられる。通常反射電極２は陰極であって、電
子の注入効率の高い材料、すなわち仕事関数の低い材料
が用いられる。例えばＡｌ−Ｌｉ合金やＭｇ−Ａｇ合金
のようにＬｉ、Ｍｇ等の仕事関数が低いが反応性の高い
金属とＡｌ、Ａｇ等反応性が低く安定な金属との合金を
用いればよい。また、Ｌｉ／Ａｌ、ＬｉＦ／Ａｌ等の仕
事関数の低い金属あるいはその化合物の層と仕事関数の
高い金属の層を重ねあわせた積層電極などを用いること
ができる。反射電極２は、スパッタ、エレクトロンビー
ム蒸着、抵抗加熱蒸着等の方法により形成される。な
お、反射電極２に代えて、金属からなる反射層と透明／
半透明電極との積層体を用いることもできる。

【００２３】反射電極２上に形成された発光層３は、Ａ
ｌｑ₃等の有機発光材料を含む。発光層３は、正極側に
ＴＰＤ等を含む正孔輸送層３ｃを、負極側にオキサジア
ゾール等を含む電子輸送層３ｅを、両層間にペリレン等
を含む発光材料層３ｄをそれぞれ配した３層構造を有す
る。なお、発光層３には、ＴＰＤ等を含む正孔輸送層を
正極側にＡｌｑ₃等を含む電子輸送性発光層を負極側に
配した２層構造や、正極側に正孔輸送層、負極側に電子
輸送層を配しかつ両層間に他の層を配した４層以上の積
層構造を有するものなど、他の構成のものを用いること
ができる。発光層３は、一般に抵抗加熱蒸着法により形
成される。この他、エレクトロンビーム蒸着法、スパッ
タ法等を用いてもよい。

【００２４】また、無機ＥＬ素子の場合には、発光層３
は、たとえばＭｎ等をドープしたＺｎＳ等からなる発光
材料層とそれを挟んだ一対のＴａ₂Ｏ₅等からなる絶縁層
を含む多層構造を有する。発光層３は、一般にスパッタ
法により形成される。また、エレクトロンビーム蒸着
法、抵抗加熱蒸着法、イオンプレーティング法等を用い
てもよい。

【００２５】透明電極４は、ＩＴＯ、酸化錫等の酸化物
透明電極あるいは５〜数十ｎｍ程度の金属薄膜（たとえ
ばＭｇＡｇ合金）からなり、発光層３において発せられ
た光を透過する。透明電極４は、スパッタ法、抵抗加熱
蒸着法、エレクトロンビーム蒸着法、イオンプレーティ
ング法等により形成する。なお、有機ＥＬ素子の場合、
発光層の高温加熱による劣化を防ぐため、透明電極４
は、低温で形成する必要がある。さらに、透明電極４と
して薄膜をスパッタ法やエレクトロンビーム蒸着法等に
より発光層３上に形成する場合、有機材料からなる発光
層３のダメージを軽減するため、発光層３上にバッファ
層５を形成してから透明電極４を形成することが好まし
い。バッファ層５としては、銅フタロシアニン等の熱的
に安定な有機化合物あるいは膜厚約１０ｎｍのＭｇＡｇ
等の透明金属薄膜等を用いればよい。

【００２６】発光層３、透明電極４等を覆う透明な絶縁
材料（たとえば酸化ケイ素）からなる保護層６は、その
上層へのレンズ７の形成における、例えばフォトリソグ
ラフィによるエッチング用薬品や、レンズ材料をスパッ
タ法で形成する際のプラズマによる発光層３等のダメー
ジを低減するためのものである。また、レンズ７を形成
する表面を平坦化するためのものでもある。さらに、保
護層６は、素子の使用時において発光層３等の吸湿等を
防ぐ機能をも有する。

【００２７】保護層６上に配された集光用のレンズ７
は、ガラスや樹脂等の透明材料からなる。レンズ７に
は、半球レンズ等の球面レンズ、非球面レンズ、フレネ
ルレンズ等が用いられる。レンズ７は、例えば、光硬化
性樹脂材料を透明電極４上にスピンコート法あるいはキ
ャスト法により塗布した後、フォトリソグラフィ法によ
り所望のパターンにパターニングして形成する。また、
必要に応じて、さらに熱処理等を加えて半球状などの所
望の形状に加工される。また、ガラス層を塗布法、真空
成膜法等で形成した後、この層をフォトリソグラフィ法
によりレンズ７に加工してもよい。

【００２８】さらに、レンズ７には、いわゆる屈折率分
布型レンズを用いることができる。樹脂、ＳｉＯ₂など
のレンズ材料からなる層を塗布法、蒸着法、スパッタ法
などで形成した後、イオン交換法などの方法によって層
内の所定箇所に不純物を選択的に拡散させて屈折率分布
型のレンズを形成する。

【００２９】本実施の形態の発光素子を用いたアクティ
ブマトリクス型の表示パネルの例を図２に示す。ガラス
等からなる基板１０の表面に、たとえば酸化ケイ素から
なる絶縁層１１を隔てて図１に示すものと同様の発光素
子１が複数配列して配される。発光素子１の透明電極
（正極）４は、隣接する画素の発光素子のそれと電気的
に接続されている。一方、発光素子１の反射電極（負
極）２は、スイッチング素子としての薄膜トランジスタ
（ＴＦＴ）１２のドレイン電極１３と電気的に接続され
ている。ＴＦＴ１２は、絶縁層１１を隔てて半導体層１
６に対向して配されたゲート電極１４に出力された信号
に基づいてソース電極１５とドレイン電極１３との電気
的接続を制御する。

【００３０】

【実施例】実際に、有機ＥＬ素子を作製し、その光取り
出し効率を測定した。

【００３１】図１に示すものと同様であって、一辺が１
００μｍの正方形の発光層３と、直径が１００μｍ、２
００μｍ、３００μｍまたは４００μｍの半球状の集光
レンズ７とを備えた有機ＥＬ素子を作製した。ここで、
保護層６の厚さが互いに異なる素子をそれぞれ作製し
た。基板１０には、厚さ０．７ｍｍのガラス基板を用
い、この上に厚さが約２５０ｎｍのアルミニウム膜をス
パッタ法により形成した。形成されたアルミニウム膜を
フォトリソグラフィーにより所望の形状にパターニング
して反射電極２を形成した。反射電極２上に、Ｌｉから
なる厚さが１．５ｎｍの電子注入層３ａ、Ａｌｑ₃から
なる厚さが５０ｎｍの発光材料層３ｂ、ＴＰＤからなる
厚さが５０ｎｍの正孔輸送層３ｃ、および銅フタロシア
ニンからなる厚さが５ｎｍのバッファ層５をそれぞれ抵
抗加熱蒸着法により積層して形成した。

【００３２】この上に、ＩＴＯからなる透明電極４およ
び酸化ケイ素からなる保護層６をスパッタ法により形成
した。成膜は室温で行い、膜厚はそれぞれ１００ｎｍと
した。さらにこの上に、エポキシ系の光硬化性樹脂から
なるレンズ材料を塗布し、フォトリソグラフィ法により
所望のパターンにパターニングした。さらに、８０℃で
３０分熱処理して半球状のレンズ７を形成した。

【００３３】こうして作製した発光素子１の透明電極４
を正極として、透明電極４と反射電極２の間に電圧を印
加すると、透明電極４より外部に緑色光の出射が観察さ
れた。発光層３とレンズ７の間の距離（発光層−レンズ
間距離）と光取り出し効率との関係を調べた。その関係
を図３に示す。なお、図中、Ｙ軸は、レンズを配さない
場合に対する光取り出し効率の比である。

【００３４】図より明らかなように、発光層−レンズ間
距離およびレンズの径が光の取り出し効率に大きな影響
を与える。レンズの径が、発光層の幅と等しい１００μ
ｍの場合には、レンズ無しの場合と比べて発光層−レン
ズ間距離が約８μｍ以下で光取り出し効率に若干の向上
が確認されたのみであって、発光層−レンズ間距離がそ
れよりも大きくなると逆に低い値を示している。すなわ
ちレンズを配することによる効果はほとんど認められな
い。一方、レンズの径が発光層の幅の１．５倍以上にな
ると、発光層−レンズ間距離が小さい場合には、レンズ
を有さない発光素子と比べて２倍以上の光取り出し効率
が得られる。レンズの径が大きくなるにつれ、発光層−
レンズ間距離が大きい場合の光取り出し効率は高くな
る。しかしながら、いずれの径のレンズにおいても、発
光層−レンズ間距離が大きくなるにつれ、光取り出し効
率は低下する。発光層−レンズ間距離が約２００μｍ以
上になると、いずれのレンズを用いた場合においても、
レンズを用いない従来の素子よりも光取り出し効率は低
くなる。すなわち、これは、両者間距離が大きくなるこ
とによる単位面積当たりの光量の低下および減衰量の増
大によるものと考えられる。光取り出し効率の向上のた
めには、発光層−レンズ間距離をより小さくすることが
望まれる。ただし、本実施例の発光素子のように基板を
透過させずに光を出射する発光素子においては、基板上
に配された発光層の上にレンズを配することから、発光
層−レンズ間距離（すなわち透明電極および保護層の厚
さ）が１００μｍ以上となるような場合は実用的には無
視できる。したがって、実質的には、レンズ径が１５０
μｍ以上、すなわちレンズ径が発光層の幅の１．５倍以
上またはレンズの曲率半径が発光層の幅の３倍以上であ
ると、レンズを有さない従来の発光素子と比べて高い光
取り出し効率が得られる。

【００３５】光取り出し効率とレンズ径および発光層−
レンズ間距離の比との関係を図４に示す。図４（ａ）よ
り明らかなように、レンズ径が発光層の幅の２倍以上で
ある発光素子は、レンズの直径に関わらず類似した挙動
を示す。図４（ｂ）に示すように、特にレンズ径が発光
層−レンズ間距離の２倍以上であると、レンズを有さな
い従来の発光素子と比べて高い光取り出し効率が得ら
れ、３倍以上であると１．５倍以上の光取り出し効率
が、４倍以上であると２倍以上で安定した光取り出し効
率が得られる。

【００３６】

【発明の効果】本発明によると、光取り出し効率が高い
発光素子を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態の発光素子を示す縦断面
図である。

【図２】同発光素子を用いた表示パネルの要部を示す縦
断面図である。

【図３】同発光素子の発光層−レンズ間距離と光り取り
出し効率の関係を示す特性図である。

【図４】（ａ）および（ｂ）は、ともに同素子のレンズ
径と発光層−レンズ間距離との比に対する光り取り出し
効率の関係を示す特性図である。

【図５】有機エレクトロルミネッセンス素子の構成を示
す概略した縦断面図である。

【図６】無機エレクトロルミネッセンス素子の構成を示
す概略した縦断面図である。

【図７】従来の発光素子における光の出射を示すモデル
図である。

【図８】（ａ）は、従来の他の発光素子の構成を示す概
略した縦断面図であって、（ｂ）は同素子における光の
出射を示すモデル図である。

【図９】従来のさらに他の発光素子における光の出射を
示すモデル図である。

【符号の説明】

１発光素子２、２２反射電極３、２３発光層３ａ電子輸送性発光層３ｂ、３ｃ正孔輸送層３ｄ発光材料層３ｅ電子輸送層４、２１透明電極５バッファ層６保護層７、１７レンズ１０基板１１絶縁層１２薄膜トランジスタ１３ドレイン電極１４ゲート電極１５ソース電極１６半導体層２３ａ第一絶縁層２３ｂ発光材料層２３ｃ第二絶縁層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０５Ｂ 33/10 Ｈ０５Ｂ 33/10 33/14 33/14 Ａ (72)発明者佐藤徹哉大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内Ｆターム(参考） 3K007 AB02 AB18 BA06 BB06 BB07 CB01 DA01 DB03 EB00 FA01 FA02 5C094 AA06 AA10 AA43 AA48 BA03 BA27 CA19 CA25 DA09 DA12 DA13 EA04 EA05 ED01 FA01 FA02 FB01 FB12 FB14 FB15 FB20 GB10 JA01 5G435 AA03 AA17 BB05 CC09 EE03 GG02 GG05 KK05 KK07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板の表面に配された第一電極、前記第
一電極に積層して配された発光層、前記発光層に積層し
て配された透明または半透明な第二電極、および前記第
二電極に積層して配され前記発光層の発した光を集光し
て系外に出射するためのレンズを具備し、前記レンズの
直径が、前記発光層の幅の３／２倍以上である発光素
子。
【請求項２】前記レンズの直径が、前記発光層の幅の
２倍以上である請求項１記載の発光素子。
【請求項３】前記レンズが、前記発光層からの距離の
２倍以上の直径を有する半球状である請求項１記載の発
光素子。
【請求項４】前記レンズが、前記発光層からの距離の
３倍以上の直径を有する半球状である請求項１記載の発
光素子。
【請求項５】前記レンズが、フレネルレンズまたは屈
折率分散型レンズである請求項１記載の発光素子。
【請求項６】前記レンズおよび第二電極の間に保護層
をさらに備えた請求項１記載の発光素子。
【請求項７】前記発光層が、有機化合物からなる請求
項１記載の発光素子。
【請求項８】基板の表面に配された第一電極、前記第
一電極に積層して配された発光層、前記発光層に積層し
て配された透明または半透明な第二電極、および前記第
二電極に積層して配され前記発光層の発した光を集光し
て系外に出射するためのレンズを具備し、前記レンズの
曲率半径が、前記発光層の幅の３／４倍以上である発光
素子。
【請求項９】前記レンズの曲率半径が、前記発光層の
幅以上である請求項８記載の発光素子。
【請求項１０】基板と、前記基板の表面に配された第
一電極、前記第一電極に積層して配された発光層、前記
発光層に積層して配された透明または半透明な第二電
極、および前記第二電極よりも上層に積層して配され前
記発光層の発した光を集光して系外に出射するためのレ
ンズを備え、集光レンズの直径が、前記発光層の幅の３
／２倍以上である発光素子の複数とを備えた表示パネ
ル。
【請求項１１】前記発光素子の動作を制御するための
薄膜トランジスタをさらに備えた請求項１０記載の表示
パネル。
【請求項１２】前記薄膜トランジスタが非晶質シリコ
ンからなる半導体層を具備する請求項１１記載の表示パ
ネル。
【請求項１３】基板上に第一の電極を形成する工程、
前記第一の電極に積層して発光層を形成する工程、前記
発光層に積層して透明または半透明な第二の電極を形成
する工程、第二の電極に積層して保護層を形成する工
程、および前記第二の電極に積層して前記発光層の発し
た光を集光して系外に出射するためのレンズを形成する
工程を含む発光素子の製造方法。
【請求項１４】基板上に第一の電極を形成する工程、
前記第一の電極に積層して発光層を形成する工程、前記
発光層に積層して透明または半透明な第二の電極を形成
する工程、および前記第二の電極に積層して透明材料か
らなる層を形成する工程、前記透明材料からなる層を加
工して、前記発光層の発した光を集光して系外に出射す
るためのレンズを形成する工程を含む発光素子の製造方
法。
【請求項１５】前記透明材料が光硬化性樹脂であっ
て、前記レンズを形成する工程において、前記光硬化性
樹脂からなる層を所定のパターンに加工し、さらにパタ
ーン化された前記光硬化性樹脂を熱処理によってレンズ
状に加工する請求項１４記載の発光素子の製造方法。