JP2003045642A

JP2003045642A - 表示素子とその製造方法

Info

Publication number: JP2003045642A
Application number: JP2001227661A
Authority: JP
Inventors: Akira Koshiishi; 亮輿石; Kazuto Shimoda; 和人下田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2001-07-27
Filing date: 2001-07-27
Publication date: 2003-02-14

Abstract

(57)【要約】【課題】素子の特性に影響を与えることなく輝度を向
上させることが可能な表示素子およびその製造方法を提
供する。【解決手段】有機ＥＬ素子１０は、基板１と素子機能
部１０Ａの間に空間層２が設けられた構成をしている。
空間層２は低屈折率層として機能し、透明電極層３側よ
り入射してきた光は空間層２と基板１との界面で屈折す
る。これにより、光が基板１と外気との界面に入射する
際の入射角が、先に屈折された分だけ小さな角度とな
り、臨界角を超えて全反射する成分が大きく減少する。
空間層２は、基板１の上に犠牲層８と透明電極層３を形
成した後、犠牲層８だけをエッチング除去することによ
って形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、表示面側に基板が
設けられている表示素子とその製造方法に係り、特に有
機電界発光素子とその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、フラットパネルディスプレイとし
ては液晶ディスプレイが主流であったが、近年、さらな
る極薄化・大画面化を達成するものとして、有機ＥＬ
（ElectroLuminescence ；電界発光）ディスプレイが注
目されている。その実用化に当たっては、軽量化、薄型
化とともに曲面形状とすることが可能な形状加工性が求
められており、高分子フィルムなどの可撓性を有する材
料からなる基板を用いることが提案されている（たとえ
ば特開平２−２５１４２９号公報や特開平６−１２４７
８５号公報など）。

【０００３】この有機ＥＬディスプレイは、透明導電膜
よりなる短冊状の電極層（陽極）、有機ＥＬ層、およ
び、金属薄膜よりなる短冊状の電極層（陰極）とが積層
してなる有機ＥＬ素子が、透明基板上に陽極を基板側に
して多数設けられた構造をしている。また、陽極と陰極
とは互いに直交してマトリクス状となっており、選択さ
れた電極の間に電圧を印加することによって、所定位置
の有機ＥＬ層が発光し、このとき透明基板を透過して取
り出される光により表示が行われる。この発光部分、つ
まり表示領域はそれぞれ、ディスプレイ上の画素に対応
している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような有機ＥＬ素
子では、電界発光の量子効率が小さく、輝度を高めるに
は有機ＥＬ層に流入させる電流の電流密度を大きくする
必要がある。しかしながら、電流密度を大きくすると、
有機ＥＬ層の劣化が早まり、輝度が急速に低下するとい
う問題があった。

【０００５】また、従来では、有機ＥＬ層内で発生し放
射される光を外部へ効率的に取り出せないこと、すなわ
ち、光の取り出し効率が低いことが要因となって、本来
得られるはずの輝度が達成できないという問題があっ
た。すなわち、有機ＥＬ層は等方発光源であり、光取り
出し側では放射された光の一部しか取り出せない。ま
た、有機ＥＬ層からの光は、光取り出し側の基板や透明
電極へ入射する際に、その入射角が臨界角を越えると全
反射されるため、入射角が臨界角を越える成分について
は外部へ取り出すことができない。このため、光の取り
出し効率はおおよそ２０％程度に抑えられてしまう。

【０００６】なお、このような問題は、例えばプラズマ
表示素子や液晶表示素子などの表示面側に基板が設けら
れている他の表示素子においても同様であった。

【０００７】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
ので、その目的は、素子の特性に影響を与えることなく
輝度を向上させることが可能な表示素子およびその製造
方法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明による表示素子
は、基板と素子機能部との間に空間層が設けられている
ものである。

【０００９】本発明による表示素子の製造方法は、基板
上に犠牲層を形成する工程と、基板および犠牲層の上に
素子機能部の少なくとも一部を形成する工程と、犠牲層
を除去し、空間層を形成する工程とを含むものである。

【００１０】本発明による他の表示素子の製造方法は、
基板の一面に溝部を形成し、この溝部を犠牲層で埋め込
む工程と、基板および犠牲層の上に素子機能部の少なく
とも一部を形成する工程と、犠牲層を除去して溝部の領
域に空間層を形成する工程とを含むものである。

【００１１】本発明による表示素子とその製造方法で
は、基板と素子機能部との間に空間層が形成される。よ
って、素子機能部で発した光は空間層と基板との界面に
おいて屈折し、その基板と外気との界面に対する入射角
が小さくなるために、この部分で全反射される成分が減
少する。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の一
実施の形態に係る表示素子としての有機ＥＬ素子の概略
を示す構成図である。この有機ＥＬ素子１０は、基板１
の上に、空間層２を介して素子機能部１０Ａが設けられ
たものである。

【００１３】基板１は、薄膜ガラスなどの透明な材料に
より構成されている。また、生産性向上や表示面の形状
加工性の観点からは、可撓性を有する材料を用いること
が好ましく、例えば、ポリエチレンテレフタレート（Ｐ
ＥＴ；Poly(Ethylene Terephthalate ））、ポリカーボ
ネート（ＰＣ；PolyCarbonate ）、ポリオレフィン（Ｐ
Ｏ；PolyOlefin）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ；Po
lyEter Sulphone ）を初めとする高分子ポリマー系材料
を好適に用いることができる。

【００１４】素子機能部１０Ａは、有機ＥＬ素子として
機能するための要素からなり、基板１側から透明電極層
３、有機ＥＬ層４および金属電極層５が順に積層されて
構成されている。

【００１５】透明電極層３は、正孔を有機ＥＬ層４に注
入するための電極層（陽極）であり、ストライプ状に設
けられる。また、ここでは、この透明電極層３は、空間
層２を介して基板１上に設けられている。この透明電極
層３は、例えば、厚さ１５０ｎｍのＩＴＯ（Indium Tin
Oxide）膜とすることができる。その他、基板１の側か
ら光を取り出すために透光性を有する材料で構成するこ
とができ、ＳｎＯ₂，ＺｎＯ等を用いてもよい。

【００１６】有機ＥＬ層４は、電界発光を行なうための
有機化合物からなり、透明電極層３上に正孔輸送層、発
光層および電子輸送層（いずれも図示せず）が順に積層
されたものである。その総厚は、例えば１５０ｎｍであ
る。

【００１７】正孔輸送層は、透明電極層３から注入され
た正孔を発光層まで輸送するために設けられる。正孔輸
送層の材料としては、例えば、ベンジン、スチリルアミ
ン、トリフェニルアミン、ポルフィリン、トリアゾー
ル、イミダゾール、オキサジアゾール、ポリアリールア
ルカン、フェニレンジアミン、アリールアミン、オキザ
ゾール、アントラセン、フルオレノン、ヒドラゾン、ス
チルベン、あるいはこれらの誘導体、または、ポリシラ
ン系化合物、ビニルカルバゾール系化合物、チオフェン
系化合物あるいはアニリン系化合物等の複素環式共役系
のモノマー，オリゴマーあるいはポリマーを用いること
ができる。具体的には、α−ナフチルフェニルジアミ
ン、ポルフィリン、金属テトラフェニルポルフィリン、
金属ナフタロシアニン、４，４，４−トリス（３−メチ
ルフェニルフェニルアミノ）トリフェニルアミン）トリ
フェニルアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ，Ｎ−テトラキス（ｐ−ト
リル）ｐ−フェニレンジアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ，Ｎ−テト
ラフェニル４，４−ジアミノビフェニル、Ｎ−フェニル
カルバゾール、４−ジ−ｐ−トリルアミノスチルベン、
ポリ（パラフェニレンビニレン）、ポリ（チオフェンビ
ニレン）、ポリ（２，２−チエニルピロール）等が挙げ
られるが、これらに限定されるものではない。

【００１８】発光層は、金属電極層５と透明電極層３の
間に電位差が生じると、金属電極層５および透明電極層
３のそれぞれから電子および正孔が注入され、再結合す
る領域である。この発光層は、発光効率が高い材料、例
えば、低分子蛍光色素、蛍光性の高分子、金属錯体等の
有機材料から構成されている。具体的には、例えば、ア
ントラセン、ナフタリン、フェナントレン、ピレン、ク
リセン、ペリレン、ブタジエン、クマリン、アクリジ
ン、スチルベン、トリス（８−キノリノラト）アルミニ
ウム錯体、ビス（ベンゾキノリノラト）ベリリウム錯
体、トリ（ジベンゾイルメチル）フェナントロリンユー
ロピウム錯体ジトルイルビニルビフェニルが用いられ
る。

【００１９】電子輸送層は、金属電極層５から注入され
る電子を発光層に輸送するために設けられる。電子輸送
層の材料としては、例えば、キノリン、ペリレン、ビス
スチリル、ピラジン，またはこれらの誘導体が用いら
れ、具体的には、８−ヒドロキシキノリンアルミニウ
ム，アントラセン、ナフタリン、フェナントレン、ピレ
ン、クリセン、ペリレン、ブタジエン、クマリン、アク
リジン、スチルベン、またはこれらの誘導体が挙げられ
る。

【００２０】金属電極層５は、有機ＥＬ層４に電子を注
入するための電極層（陰極）であり、有機ＥＬ層４の上
に設けられている。この金属電極層５は、ストライプ状
に設けられ、透明電極層３と互いに直交している。な
お、その交点が画素として発光する位置である。金属電
極層５は、例えば、厚さ１００ｎｍのＡｌ−Ｌｉ合金で
構成することができ、その他、金属電極層５の材料とし
ては、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、インジウム（Ｉ
ｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）、銀（Ａｇ）、カルシウム
（Ｃａ）、バリウム（Ｂａ）、リチウム（Ｌｉ）が挙げ
られる。これらの金属は単体で用いてもよく、他の金属
との合金として使用してもよい。

【００２１】更に、基板１と素子機能部、つまり透明電
極層３との間には、空間層２が設けられている。空間層
２は低屈折率層として機能し、透明電極層３側より入射
してきた光は、この空間層２と基板１との界面で屈折す
る。これにより、光が基板１と外気との界面に入射する
際の入射角が、先に屈折された分だけ小さな角度とな
り、臨界角を超えて全反射する成分が大きく減少する。
そのため、空間層２は、屈折率の低い気体で満たされて
おり、その屈折率は１．０以上１．１以下であることが
好ましい。そのような例として、ここでは、空間層２は
空気によって満たされている。また、空間層２の厚さ
は、空間層２に入射してくる光を屈折させるのに十分な
厚さであって、好ましくは０．１μｍ以上１０μｍ以下
とする。

【００２２】なお、空間層２は、有機ＥＬ層４で発生す
る光を基板１の外側へより多く取り出すために十分な大
きさに設けられている。よって、この空間部２が設けら
れる基板１上の領域は、少なくとも素子機能部１０Ａの
画素としての表示領域Ｗを含むものとされる。実際に
は、表示領域Ｗは図示しない絶縁層に囲まれ、隣接する
表示領域Ｗとの境界が設けられており、個々の画素毎に
対応している。そこで、空間層２は、例えば個々の表示
領域Ｗに対応して設けられてもよい。ここでは、より簡
易な構成とするために、空間層２はストライプ状の透明
電極層３に沿って設けられ、その基板１上の領域は、同
じく透明電極層３に沿って並列する複数の画素の表示領
域Ｗを含むものとする。

【００２３】次に、有機電界発光素子１０の製造方法に
ついて説明する。

【００２４】まず、図２（Ａ）に示したように、基板１
上に犠牲層８を形成する。例えば、基板１の全面に犠牲
層８を蒸着させ、そののち不要部分を除去することによ
り形成してもよく、また、予めマスク層を形成してお
き、所望の形状に犠牲層８を蒸着させてもよい。犠牲層
８の材料としては、後述するエッチングの際に透明電極
層３に与える影響が小さく、また容易に除去できる材料
が好ましく、例えば銅が用いられる。なお、犠牲層８
は、０．１μｍ以上１０μｍ以下の厚みで形成されるこ
とが好ましく、ここでは、透明電極層３の形成位置に沿
って所定の幅のストライプ状に形成される。

【００２５】次に、図２（Ｂ）に示したように、基板１
の上に犠牲層８を介して透明電極層３を形成する。例え
ば、基板１上に、スパッタリングにより犠牲層８を覆う
ようにＩＴＯ薄膜を１５０ｎｍの厚さで形成し、プラズ
マエッチング法または化学的エッチング法によって形状
加工することによって、所望の形状の透明電極層３を形
成する。

【００２６】次に、図２（Ｃ）に示したように、犠牲層
８を除去し、空間層２を形成する。その際、透明電極層
３にできるだけ影響を与えない方法を採ることが望まし
く、犠牲層８を銅で形成した場合には、硝酸鉄化学エッ
チング法を用いるとよい。

【００２７】その後、透明電極層３の上に有機ＥＬ層
４、金属電極層５を例えば真空蒸着法により順次形成す
る。このようにして、有機ＥＬ素子１０が製造される。

【００２８】この有機ＥＬ素子１０では、透明電極層
３，金属電極層５それぞれに正負の電圧を印加すると、
電極間に生じる電界により正孔と電子が発光層に注入さ
れ、再結合が起こり、いわゆる電界発光が生じる。図３
は、有機ＥＬ素子１０において光が放射される様子を示
したものである。有機ＥＬ層４の発光層で発生した光
は、等方的に放射される。そのうち、基板１側に放射さ
れたものは、矢印２０で示したように、空間層２を経て
基板１に入射角θ_Aで入射する。そのとき、空間層２と
基板１との界面で光は屈折角θ_Bで屈折するので、基板
１と外気３１との界面における光の入射角はθ_Bとな
り、屈折された分だけ小さくなる（θ_A＞θ_B）。この
結果、光が基板１と外気３１との界面で全反射される率
が大幅に減り、光取り出し効率が向上する。比較のた
め、従来の有機ＥＬ素子において光が放射される様子を
図４に示す。この場合、有機ＥＬ層１０４で発生した光
は直接基板１０１に入射し、矢印１２０で示すように、
この入射角θ_Aのまま基板１０１と外気１３１との界面
に入射する。入射角θ_Aが臨界角を越えた成分は、この
界面で全反射され、有機ＥＬ層１０４から基板１０１ま
での素子内部に散乱する。従って、基板と外気との界面
において、より小さな入射角（θ_A＞θ_B）で入射する
有機ＥＬ素子１０のほうが、従来の素子よりも入射角が
臨界角を超える成分が少なく、全反射される率が減少す
る。

【００２９】このように、本実施の形態においては、基
板１と透明電極層３との間に空間層２を形成するように
したので、有機ＥＬ層４で発生する光が空間層２と基板
１との界面で屈折し、基板１と外気３１との界面への入
射角が臨界角以下に抑えられる。よって、基板１の外側
へより多くの光を取り出すことができ、輝度を向上させ
ることができる。

【００３０】（変形例）図５は、上記実施の形態に係る
有機ＥＬ素子１０の変形例を表している。この有機ＥＬ
素子５０では、基板１の一面に形成された溝部に空間層
５２が設けられている。空間層５２の形成は、例えば、
次のようにして行う。まず、図６（Ａ）に示したよう
に、基板１の所定位置にエッチングを施して溝部５５を
形成し、図６（Ｂ）に示したように、蒸着により犠牲層
５８で溝部５５を埋め込む。次に、図６（Ｃ）に示した
ように、基板１の上に透明電極層５３をスパッタリング
により形成し、そののち、図６（Ｄ）に示したように、
犠牲層５８をエッチング除去して溝部５５の領域に空間
層５２を形成する。その後、透明電極層５３の上に有機
ＥＬ層４、金属電極層５を例えば真空蒸着法により順次
形成する。

【００３１】上記実施の形態では、透明電極層３の厚み
を空間層２と同程度とする場合に、ブリッジ状の透明電
極層３は、基板１と空間層２の段差部分においては薄く
形成され、電極切れなどの可能性があるが、本変形例で
は、透明電極層５３は、基板１と犠牲層５８からなる平
坦面に形成されるために、均一な厚みとすることができ
る。その他の作用効果は、上記実施の形態と同様であ
る。

【００３２】以上、実施の形態を挙げて本発明を説明し
たが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではな
く、種々変形が可能である。例えば、上記実施の形態で
は、有機ＥＬ層４を正孔輸送層、発光層および電子輸送
層により構成するものとしたが、その他の構成の有機Ｅ
Ｌ層を用いることができる。例えば、正孔輸送層および
電子輸送層はどちらも必ず積層させる必要はなく、発光
層と金属電極層５（陰極）との間に、電子の注入効率を
向上させるためのバッファ層５を設けてもよい。バッフ
ァ層５は、伝導帯の準位が有機ＥＬ層４と金属電極層５
のそれの中間に位置する材料からなり、例えば酸化リチ
ウム（Ｌｉ₂Ｏ）から構成される。

【００３３】また、上記実施の形態では、表示素子とし
て有機ＥＬ素子１０について説明したが、素子機能部１
０Ａを他の表示素子の機能部で構成し、基板１との間に
空間層２を介在させる構造として、本発明をその他の発
光表示素子に対して適用することができる。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように請求項１ないし請求
項７のいずれか１項に記載の表示素子によれば、基板と
素子機能部との間に空間層が設けられているようにした
ので、素子機能部で発生する光は空間層と基板との界面
で屈折し、基板と外気との界面におけるその入射角が小
さくなる。よって、入射角が臨界角以下に抑えられる成
分は基板の外へ射出され、より多くの光を取り出すこと
ができる。従って、発生する光を有効に利用して、素子
の特性を損なうことなく輝度を向上させることができ
る。

【００３５】また、請求項８ないし請求項１１のいずれ
か１項に記載の表示素子の製造方法によれば、基板上に
犠牲層を形成する工程と、基板および犠牲層の上に素子
機能部の少なくとも一部を形成する工程と、犠牲層を除
去し、空間層を形成する工程とを含むようにしたので、
基板と素子機能部との間に空間層が設けられ、光の取り
出し効率を向上させることが可能な表示素子を製造する
ことができる。

【００３６】更に、請求項１２ないし請求項１５のいず
れか１項に記載の表示素子の製造方法によれば、基板の
一面に溝部を形成し、この溝部を犠牲層で埋め込む工程
と、基板および犠牲層の上に素子機能部の少なくとも一
部を形成する工程と、犠牲層を除去して溝部の領域に空
間層を形成する工程とを含むようにしたので、これによ
っても基板と素子機能部との間に空間層が設けられ、光
の取り出し効率を向上させることが可能な表示素子を製
造することができる。しかも、素子機能部は平坦面上に
形成されるために、より簡易に歩留まりよく製造するこ
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に係る有機ＥＬ素子の概
略構成を示す断面図である。

【図２】図１に示した有機ＥＬ素子の製造方法を説明す
るための工程図である。

【図３】図１に示した有機ＥＬ素子における光の放射方
向を示した説明図である。

【図４】従来の有機ＥＬ素子における光の放射方向を示
した説明図である。

【図５】本発明の変形例に係る有機ＥＬ素子の概略構成
を示す断面図である。

【図６】図５に示した有機ＥＬ素子の製造方法を説明す
るための工程図である。

【符号の説明】

１…基板、２，５２…空間層、３，５３…透明電極層、
４…有機ＥＬ層、５…金属電極層、８，５８…犠牲層、
１０Ａ…素子機能部、１０，５０…有機ＥＬ素子、３１
…外気、５５…溝部、Ｗ…画素の表示領域

───────────────────────────────────────────────────── 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 33/14 Ｈ０５Ｂ 33/14 ＡＦターム(参考） 3K007 AB02 AB03 AB18 BA06 BA07 BB06 CA06 CB01 CB04 DA01 DB03 EB00 FA01 5C094 AA10 AA43 BA27 CA19 DA06 DA13 EA05 EB10 ED20 FA02 FB01 FB20 GB10 JA08

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板と素子機能部とを備え、前記基板側
に画素毎の表示領域が形成された表示素子であって、前記基板と前記素子機能部との間に空間層が設けられて
いることを特徴とする表示素子。
【請求項２】有機電界発光素子として構成されている
ことを特徴とする請求項１記載の表示素子。
【請求項３】前記空間層は屈折率が１．０以上１．１
以下の範囲内にあることを特徴とする請求項１記載の表
示素子。
【請求項４】前記空間層は厚さが０．１μｍ以上１０
μｍ以下の範囲内にあることを特徴とする請求項１記載
の表示素子。
【請求項５】前記空間層は、少なくとも前期画素毎の
表示領域を含む領域内に設けられていることを特徴とす
る請求項１記載の表示素子。
【請求項６】前記基板は可撓性を有する材料よりなる
ことを特徴とする請求項１記載の表示素子。
【請求項７】前記基板は高分子材料よりなることを特
徴とする請求項６記載の表示素子。
【請求項８】基板上に犠牲層を形成する工程と、前記基板および前記犠牲層の上に素子機能部の少なくと
も一部を形成する工程と、前記犠牲層を除去し、空間層を形成する工程とを含むことを特徴とする表示素子の製造方法。
【請求項９】前記犠牲層を０．１μｍ以上１０μｍ以
下の範囲内の厚みで形成することを特徴とする請求項８
記載の表示素子の製造方法。
【請求項１０】前記犠牲層を、少なくとも画素毎の表
示領域を含んだ領域に形成することを特徴とする請求項
８記載の表示素子の製造方法。
【請求項１１】前記素子機能部として第１の電極層、
有機電界発光層および第２の電極層を順に形成すること
を特徴とする請求項８記載の表示素子の製造方法。
【請求項１２】基板の一面に溝部を形成し、この溝部
を犠牲層で埋め込む工程と、前記基板および前記犠牲層の上に前記素子機能部の少な
くとも一部を形成する工程と、前記犠牲層を除去して溝部の領域に空間層を形成する工
程とを含むことを特徴とする表示素子の製造方法。
【請求項１３】前記基板に溝を０．１μｍ以上１０μ
ｍ以下の範囲内の深さで形成することを特徴とする請求
項１２記載の表示素子の製造方法。
【請求項１４】前記空間層を、少なくとも画素毎の表
示領域を含んだ領域に形成することを特徴とする請求項
１２記載の表示素子の製造方法。
【請求項１５】前記素子機能部として第１の電極層、
有機電界発光層および第２の電極層を順に形成すること
を特徴とする請求項１２記載の表示素子の製造方法。