JP2006085985A

JP2006085985A - 有機ｅｌ表示装置

Info

Publication number: JP2006085985A
Application number: JP2004268632A
Authority: JP
Inventors: Makoto Kanehira; 誠金平
Original assignee: Toshiba Matsushita Display Technology Co Ltd
Current assignee: Japan Display Central Inc
Priority date: 2004-09-15
Filing date: 2004-09-15
Publication date: 2006-03-30

Abstract

【課題】光の取り出し効率に優れた有機ＥＬ表示装置を提供すること。
【解決手段】本発明の有機ＥＬ表示装置１は、光透過性の第１電極４１と、前記第１電極４１と対向した第２電極４３と、前記第１及び第２電極４１，４３間に介在するとともに発光層を含んだ有機物層４２とを備えた有機ＥＬ素子４０と、前記第１電極４１と対向するとともに光透過性の第１領域３１を含んだ光取り出し層３０と、前記第１電極４１と前記光取り出し層３０との間に介在するとともに前記第１電極４１及び前記第１領域３１と比較して屈折率がより小さい光透過性のフォトントンネリング層３５とを具備し、前記第１電極４１から前記第１領域３１までの距離は、前記発光層が放出する光が前記第１電極４１と前記フォトントンネリング層３５との界面に臨界角よりも大きな入射角で入射したときに生じるエバネッセント波のしみ出し深さの最大値未満であることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）表示装置に関する。

有機ＥＬ表示装置は自己発光表示装置であるため、視野角が広く、応答速度が速い。また、バックライトが不要であるため、薄型軽量化が可能である。これらの理由から、近年、有機ＥＬ表示装置は、液晶表示装置に代わる表示装置として注目されている。

有機ＥＬ表示装置の主要部である有機ＥＬ素子は、光透過性の前面電極と、これと対向した光反射性または光透過性の背面電極と、それらの間に介在するとともに発光層を含んだ有機物層とで構成されている。有機ＥＬ素子は、有機物層に電気を流すことにより発光する電荷注入型の自発光素子である。

ところで、有機ＥＬ素子の輝度は、これに流す電流の大きさに応じて増加する。しかしながら、電流密度を高めると、消費電力が大きくなるのに加え、有機ＥＬ素子の寿命が著しく短くなる。したがって、高輝度、低消費電力、長寿命を同時に実現するには、有機ＥＬ素子が放出する光を有機ＥＬ表示装置の外部へとより効率的に取り出すこと，すなわち光の取り出し効率を向上させること，が重要である。

本発明の目的は、光の取り出し効率に優れた有機ＥＬ表示装置を提供することにある。

本発明の第１側面によると、光透過性の第１電極と、前記第１電極と対向した第２電極と、前記第１及び第２電極間に介在するとともに発光層を含んだ有機物層とを備えた有機ＥＬ素子と、前記第１電極と対向するとともに光透過性の第１領域を含んだ光取り出し層と、前記第１電極と前記光取り出し層との間に介在するとともに前記第１電極及び前記第１領域と比較して屈折率がより小さい光透過性のフォトントンネリング層とを具備し、前記第１電極から前記第１領域までの距離は、前記発光層が放出する光が前記第１電極と前記フォトントンネリング層との界面に臨界角よりも大きな入射角で入射したときに生じるエバネッセント波のしみ出し深さの最大値未満であることを特徴とする有機ＥＬ表示装置が提供される。

本発明の第２側面によると、光透過性の第１電極と、前記第１電極と対向した第２電極と、前記第１及び第２電極間に介在するとともに発光層を含んだ有機物層とを備えた有機ＥＬ素子と、前記第１電極と対向するとともに光透過性の第１領域を含んだ光取り出し層と、前記第１電極と前記光取り出し層との間に介在するとともに前記第１電極及び前記第１領域と比較して屈折率がより小さい光透過性のフォトントンネリング層とを具備し、前記第１電極から前記第１領域までの距離は１６０ｎｍ以下であることを特徴とする有機ＥＬ表示装置が提供される。

本発明によると、光の取り出し効率に優れた有機ＥＬ表示装置が提供される。

以下、本発明の幾つかの態様について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、同様または類似した機能を発揮する構成要素には同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。

図１は、本発明の第１態様に係る有機ＥＬ表示装置を概略的に示す断面図である。図１では、有機ＥＬ表示装置１を、その表示面，すなわち前面または光出射面，が下方を向き、背面が上方を向くように描いている。

この有機ＥＬ表示装置１は、アクティブマトリクス型駆動方式を採用した下面発光型の有機ＥＬ表示装置であり、絶縁基板１０として、例えば、ガラス基板のような透明基板を含んでいる。この絶縁基板１０上では、複数の画素がマトリクス状に配列している。各画素は、例えば、一対の電源端子間で直列に接続された駆動制御素子２０及び有機ＥＬ素子４０と、画素スイッチ（図示せず）とを含んでいる。駆動制御素子２０は、その制御端子が画素スイッチを介して映像信号線（図示せず）に接続されており、映像信号線から供給される映像信号に対応した大きさの電流を有機ＥＬ素子４０へ出力する。また、画素スイッチの制御端子は走査信号線（図示せず）に接続されており、走査信号線から供給される走査信号によりＯＮ／ＯＦＦが制御される。なお、これら画素には、他の構造を採用することも可能である。

基板１０上には、アンダーコート層１２として、例えば、ＳｉＮ_x層とＳｉＯ_x層とが順次積層されている。アンダーコート層１２上には、例えばチャネル及びソース・ドレインが形成されたポリシリコン層である半導体層１３、例えばＴＥＯＳ（TetraEthyl OrthoSilicate）などを用いて形成され得るゲート絶縁膜１４、及び例えばＭｏＷなどからなるゲート電極１５が順次積層されており、それらはトップゲート型の薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴという）を構成している。この例では、これらＴＦＴは、駆動制御素子２０や画素スイッチのＴＦＴとして利用している。また、ゲート絶縁膜１４上には、ゲート電極１５と同一の工程で形成可能な走査信号線（図示せず）がさらに設けられている。

ゲート絶縁膜１４及びゲート電極１５上には、例えばプラズマＣＶＤ法などにより成膜されたＳｉＯ_xなどからなる層間絶縁膜１７が設けられている。層間絶縁膜１７上にはソース・ドレイン電極２１が設けられており、それらは、例えばＳｉＮ_xなどからなるパッシベーション膜１８で埋め込まれている。ソース・ドレイン電極２１は、例えば、Ｍｏ／Ａｌ／Ｍｏの三層構造を有しており、層間絶縁膜１７に設けられたコンタクトホールを介してＴＦＴのソース・ドレインに電気的に接続されている。また、層間絶縁膜１７上には、ソース・ドレイン電極２１と同一の工程で形成可能な映像信号線（図示せず）がさらに設けられている。

パッシベーション膜１８上には、光取り出し層３０が設けられている。ここでは、光取り出し層３０として、パッシベーション膜１８上に回折格子を配置している。この光取り出し層３０は、光透過性の第１領域３１と、第１領域３１が形成する凹部を埋め込み且つ第１領域３１とは屈折率が異なる第２領域３２とで構成されている。

光取り出し層３０は、この例では、後述する有機ＥＬ素子４０が放出する光の回折を生じさせる。そのため、この光取り出し層３０に比較的大きな入射角で入射した光の一部は、より小さな屈折角で光取り出し層３０を出射する。その結果、有機ＥＬ素子４０が放出する光のうち、絶縁基板１０などに比較的小さな入射角で入射する光の割合が増加する。したがって、絶縁基板１０などにおける全反射に起因して外部に取り出すことができない光の割合を低減することができる。

光取り出し層３０上には、フォトントンネリング層３５が設けられている。フォトントンネリング層３５は、有機ＥＬ素子４０に平坦な下地を提供している。

このフォトントンネリング層３５は、光透過性であり、光取り出し層３０の第１領域３１及び有機ＥＬ素子４０の第１電極４１と比較して屈折率がより小さい。例えば、フォトントンネリング層３５は、透明樹脂からなる。また、このフォトントンネリング層３５の厚さは、後述する有機ＥＬ素子４０の発光層が放出する光が第１電極４１とフォトントンネリング層３５との界面に臨界角よりも大きな入射角で入射したときに生じるエバネッセント波のしみ出し深さの最大値未満である。なお、「エバネッセント波のしみ出し深さ」は、上記界面におけるエバネッセント波のエネルギーを１としたときに、エバネッセント波のエネルギーが１／ｅにまで減少する深さを意味する。

フォトントンネリング層３５上には、光透過性の第１電極４１が互いから離間して並置されている。第１電極４１は、この例では陽極であり、例えば、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）のような透明導電性酸化物などからなる。第１電極４１は、パッシベーション膜１８、光取り出し層３０及びフォトントンネリング層３５に設けられた貫通孔を介してドレイン電極２１に電気的に接続されている。

フォトントンネリング層３５上には、さらに、隔壁絶縁層５０が設けられている。この隔壁絶縁層５０には、第１電極４１に対応した位置に貫通孔が設けられている。隔壁絶縁層５０は、例えば、有機絶縁層であり、フォトリソグラフィ技術を用いて形成することができる。

隔壁絶縁層５０の貫通孔内で露出した第１電極４１上には、発光層を含んだ有機物層４２が設けられている。発光層は、例えば、発光色が赤色、緑色、または青色のルミネセンス性有機化合物を含んだ薄膜である。この有機物層４２は、発光層以外の層をさらに含むことができる。例えば、有機物層４２は、第１電極４１から発光層への正孔の注入を媒介する役割を果たすバッファ層をさらに含むことができる。また、有機物層４２は、正孔輸送層、正孔ブロッキング層、電子輸送層、電子注入層などもさらに含むことができる。

隔壁絶縁層５０及び有機物層４２上には、光反射性の第２電極４３が設けられている。第２電極４３は、この例では、各画素共通に連続して設けられた陰極である。第２電極４３は、パッシベーション膜１８、光取り出し層３０、フォトントンネリング層３５及び隔壁絶縁層５０に設けられたコンタクトホール（図示せず）を介して、映像信号線と同一の層上に形成された電極配線に電気的に接続されている。それぞれの有機ＥＬ素子４０は、これら第１電極４１、有機物層４２、及び第２電極４３で構成されている。

なお、図１に示す有機ＥＬ表示装置１は、通常、第２電極４３と対向した封止基板（図示せず）と、その第２電極４３との対向面周縁に沿って設けられたシール層（図示せず）とをさらに備えており、それにより、第２電極４３と封止基板との間に密閉された空間を形成している。この空間は、例えば、Ａｒガスなどの希ガスやＮ₂ガスのような不活性ガスで満たされ得る。

また、この有機ＥＬ表示装置１は、絶縁基板１０の外側，すなわち前面側または光出射面側，に、光散乱層６０をさらに備えている。

ところで、有機ＥＬ素子４０の発光層は、全方位に光を放出する。そのため、第１電極４１とフォトントンネリング層３５との界面には、この界面に略垂直な方向に伝搬する光だけでなく、この界面の法線に対して比較的大きな角度を為して伝搬する光も入射する。

上記の通り、この有機ＥＬ表示装置１では、フォトントンネリング層３５は、有機ＥＬ素子４０の第１電極４１と比較して屈折率がより小さい。そのため、第１電極４１とフォトントンネリング層３５との界面に臨界角よりも大きな入射角で光が入射すると、フォトントンネリング層３５中に近接場光であるエバネッセント波が生じる。

フォトントンネリング層３５が厚い場合、先のエバネッセント波は、上記の界面で伝搬光へと変換される。すなわち、フォトントンネリング層３５が厚い場合、伝搬光からエバネッセント波への変換とその逆変換とが同一界面で生じる。換言すれば、有機ＥＬ素子４０の発光層が放出する光のうち、第１電極４１とフォトントンネリング層３５との界面に臨界角よりも大きな入射角で入射した光は、先の界面で全反射される。そのため、この光を光取り出し層３０に入射させることはできない。

本態様に係る有機ＥＬ表示装置１では、上記の通り、フォトントンネリング層３５を第１領域３１よりも低屈折率とするとともに、フォトントンネリング層３５の厚さを非常に薄くして、第１電極４１と第１領域３１との距離を十分に短くしている。そのため、このエバネッセント波を、フォトントンネリング層３５と第１領域３１との界面で伝搬光へと変換させることができる。すなわち、光がフォトントンネリング層３５をトンネルする「フォトントンネリング」を生じさせることができる。したがって、本態様によると、フォトントンネリング層３５が厚い場合と比較して、より高い光の取り出し効率を実現することができる。

図２は、伝搬光の入射角とエバネッセント波のしみ出し深さとの関係の一例を示すグラフである。図中、横軸は、有機ＥＬ素子４０の発光層が放出する伝搬光の第１電極４１とフォトントンネリング層３５との界面に対する入射角を示し、縦軸は、上記界面からの深さを示している。また、図中、曲線１０１は、上記界面におけるエバネッセント波のエネルギーを１としたときにエバネッセント波のエネルギーが１／ｅにまで減少する深さ，すなわち、上記伝搬光が先の界面に入射することによってフォトントンネリング層３５中に生じるエバネッセント波のしみ出し深さ，を示している。曲線１０２は、上記界面におけるエバネッセント波のエネルギーを１としたときにエバネッセント波のエネルギーが１／ｅ²にまで減少する深さを示している。

なお、図２のデータは、以下の条件を仮定してシミュレーションを行うことにより得られたものである。すなわち、ここでは、第１電極４１の屈折率を１．７８とし、フォトントンネリング層３５の屈折率を１．５５とした。また、有機ＥＬ素子４０の発光層は、波長４６０ｎｍの青色光を放出することとした。

上記の条件のもとでは、第１電極４１からフォトントンネリング層３５へと入射する光の臨界角は約６５°である。それゆえ、図２から明らかなように、この例では、先のエバネッセント波のしみ出し深さの最大値は１６０ｎｍ超である。したがって、この例では、第２領域３２の存在を無視すると、第１電極４１から第１領域３１までの距離が約１６０ｎｍ以下であれば、第１電極４１からフォトントンネリング層３５へと臨界角で入射した光を１／ｅ以上の効率で光取り出し層３０に入射させることができる。また、この場合、第１電極４１からフォトントンネリング層３５へと入射する全ての光を、その入射角に拘らず、１／ｅ²以上の効率で光取り出し層３０に入射させることができる。

曲線１０１と曲線１０２との比較から明らかなように、エバネッセント波の電界強度は、第１電極４１とフォトントンネリング層３５との界面からの距離に対して指数関数的に減少する。すなわち、フォトンのトンネル確率は、第１電極４１と第１領域３１との距離が長くなると、急激に減少する。第１電極４１と第１領域３１との距離が、例えば、先のエバネッセント波のしみ出し深さの最大値の約６３％以下，図２の例では約１００ｎｍ以下，である場合、高いトンネル確率を実現することができる。

また、第１電極４１と第１領域３１との距離は、先のエバネッセント波のしみ出し深さの最大値の約５０％以下，図２の例では約８０ｎｍ以下，としてもよい。こうすると、第１電極４１からフォトントンネリング層３５へと入射する全ての光を、その入射角に拘らず、１／ｅ以上の効率で光取り出し層３０に入射させることができる。

このように、光取り出し効率を考慮すると、第１電極４１と第１領域３１との距離は、より短いことが望ましい。但し、上記の通り、フォトトンネリング層３５は、有機ＥＬ素子４０に平坦な下地を提供する役割を果たしている。そのため、第１電極４１と第１領域３１との距離をより短くすべくフォトトンネリング層３５を過剰に薄くした場合、有機ＥＬ素子４０に平坦な下地を提供することが難しくなる。一般に、フォトトンネリング層３５の厚さが約５０ｎｍ以上であれば、有機ＥＬ素子４０に平坦な下地を比較的容易に提供することができる。

図２を参照しながら説明した第１電極４１と第１領域３１との距離は、有機ＥＬ素子４０の発光色が青色であることを前提としている。一般に、発光色が青色の有機ＥＬ素子４０は、発光色が緑色及び赤色の有機ＥＬ素子４０と比較して発光効率が低い。したがって、消費電力及び寿命の観点では、発光色が青色の有機ＥＬ素子４０を考慮して第１電極４１と第１領域３１との距離を定めることが有利である。また、発光色が青色の有機ＥＬ素子４０を考慮して第１電極４１と第１領域３１との距離を定めた場合、緑色及び赤色の発光色についても、青色の発光色について上述したのとほぼ同様の効果を得ることができる。

次に、本発明の第２態様について説明する。
図３は、本発明の第２態様に係る有機ＥＬ表示装置を概略的に示す断面図である。図３では、有機ＥＬ表示装置１を、その表示面，すなわち前面，が上方を向き、背面が下方を向くように描いている。

この有機ＥＬ表示装置１は、アクティブマトリクス型駆動方式を採用した上面発光型の有機ＥＬ表示装置であり、絶縁基板１０として、例えば、ガラス基板などを含んでいる。なお、この有機ＥＬ表示装置１は上面発光型であるので、絶縁基板１０は光透過性である必要はない。

図１の有機ＥＬ表示装置１と同様、この絶縁基板１０の主面上には、アンダーコート層１２と、半導体層１３、ゲート絶縁膜１４及びゲート電極１５で構成されたＴＦＴ２０と、走査信号線（図示せず）と、層間絶縁膜１７とが設けられている。

層間絶縁膜１７上には、ソース・ドレイン電極２１、反射層７０、及び図示しない映像信号線が設けられている。ソース・ドレイン電極２１は、例えば、Ｍｏ／Ａｌ／Ｍｏの三層構造を有しており、層間絶縁膜１７に設けられたコンタクトホールを介してＴＦＴのソース・ドレインに電気的に接続されている。映像信号線や反射層７０は、ソース・ドレイン電極２１と同一の工程で形成することができる。

ソース・ドレイン電極２１、反射層７０及び映像信号線は、例えばＳｉＮ_xなどからなるパッシベーション膜１８で埋め込まれている。

パッシベーション膜１８上には、図１の有機ＥＬ表示装置１と同様の光取り出し層３０及びフォトントンネリング層３５が順次積層されている。

フォトントンネリング層３５上には、第１電極４１が互いから離間して並置されている。第１電極４１は、パッシベーション膜１８、光取り出し層３０及びフォトントンネリング層３５に設けられた貫通孔を介してドレイン電極２１に電気的に接続されている。第１電極４１は、この例では光透過性の陽極である。

隔壁絶縁層５０の貫通孔内で露出した第１電極４１上には、発光層を含んだ有機物層４２が設けられている。発光層は、例えば、発光色が赤色、緑色、または青色のルミネセンス性有機化合物を含んだ薄膜である。この有機物層４２は、発光層以外の層をさらに含むことができる。例えば、有機物層４２は、背面電極４３から発光層への正孔の注入を媒介する役割を果たすバッファ層をさらに含むことができる。また、有機物層４２は、正孔輸送層、正孔ブロッキング層、電子輸送層、電子注入層などもさらに含むことができる。

隔壁絶縁層５０及び有機物層４２上には、光透過性の第２電極４３が設けられている。第２電極４３は、この例では、各画素共通に連続して設けられた陰極である。第２電極４３は、パッシベーション膜１８及び隔壁絶縁層５０に設けられたコンタクトホール（図示せず）を介して、映像信号線と同一の層上に形成された電極配線に電気的に接続されている。それぞれの有機ＥＬ素子４０は、これら第１電極４１、有機物層４２、及び第２電極４３で構成されている。

第２電極４３上には、光透過性絶縁層である封止膜８０が形成されている。この封止膜８０には、光散乱層６０が貼り付けられている。封止膜８０は、外部から有機ＥＬ素子４０などへの水分等の侵入を防ぐとともに、光散乱層６０に平坦な表面を提供する役割を果たす。封止膜８０は、例えば、第２電極４３上に樹脂を塗布し、それにより得られる塗膜を硬化させることにより形成することができる。

この有機ＥＬ表示装置１では、有機ＥＬ素子４０の発光層が絶縁基板１０側に放出する光について、第１態様で説明したのと同様のフォトントンネリングを生じる。したがって、本態様でも、第１態様で説明したのと同様の効果を得ることができる。

また、本態様では、有機ＥＬ表示装置１を上面発光型としている。そのため、本態様によると、有機ＥＬ表示装置１を下面発光型とする第１態様と比較して、より高い開口率を実現することができる。

第１及び第２態様において、光取り出し層３０は、例えば以下の方法により形成することができる。まず、パッシベーション膜１８上に、第１領域３１と同一の材料からなる薄膜を形成する。次に、この薄膜上に、フォトリソグラフィを利用して第２領域３２に対応した開口を有するレジストパターンを形成する。続いて、このレジストパターンをエッチングマスクとして用いて先の薄膜をエッチングする。これにより、第２領域３２に対応して凹部または貫通孔が設けられた第１領域３１を得る。レジストパターンを除去した後、第１領域３１の凹部または貫通孔を第２領域３２の材料で埋め込む。これにより、光取り出し層３０を得る。

第１及び第２態様において、フォトントンネリング層３５は、例えば以下の方法により形成することができる。まず、光取り出し層３０上に、フォトントンネリング層３５の材料からなる膜を形成する。ここでは、最終的に得られるフォトントンネリング層３５よりも厚い膜を形成する。また、この成膜には、スピンコート法などの溶液塗布法を始めとする様々な薄膜形成法を利用することができる。次いで、この膜に、例えば、エッチバックや研磨などの平坦化処理を施して、先の膜を薄膜化する。これにより、フォトントンネリング層３５を得る。

第１及び第２態様において、第１領域３１の材料とパッシベーション膜１８の材料とは、異なっていてもよく、或いは、同一であってもよい。後者の場合、第１領域３１とパッシベーション膜１８とは同一工程で形成することができる。

また、第１及び第２態様において、第２領域３２の材料とフォトントンネリング層３５の材料とは、異なっていてもよく、或いは、同一であってもよい。後者の場合、第２領域３２とフォトントンネリング層３５とは同一工程で形成することができる。

第１及び第２態様において、第１領域３１の材料としては、例えば、ＳｉＮ_x及びＳｉＯ₂などの透明誘電体やＨＲＣなどの透明樹脂を使用することができる。また、第２領域３２及びフォトントンネリング層３５の材料としては、例えば、ＳｉＮ及びＩＴＯなどの透明誘電体及び透明導電体やＨＲＣ及びＳｉ樹脂などの透明樹脂を使用することができる。

第１領域３１の屈折率と第２領域３２の屈折率との差や、第１領域３１の屈折率とフォトントンネリング層３５の屈折率との差は、例えば、０．５以上とする。また、第１電極４１の屈折率とフォトントンネリング層３５の屈折率との差は、例えば、０．５以上とする。典型的には、第１領域３１には屈折率が約２．０２乃至約２．０５の材料を使用し、第２領域３２及びフォトントンネリング層３５には屈折率が約１．５３乃至約１．５５の材料を使用し、第１電極４１には屈折率が約２．００乃至約２．１１の材料を使用する。

次に、本発明の第３態様について説明する。
図４は、本発明の第３態様に係る有機ＥＬ表示装置を概略的に示す断面図である。図４では、有機ＥＬ表示装置１を、その表示面，すなわち前面，が下方を向き、背面が上方を向くように描いている。

図４に示す有機ＥＬ表示装置１は、アクティブマトリクス型駆動方式を採用した下面発光型の有機ＥＬ表示装置である。この有機ＥＬ表示装置１は、以下の構造を採用したこと以外は、図１の有機ＥＬ表示装置１と同様の構造を有している。

すなわち、図４の有機ＥＬ表示装置１では、光取り出し層３０として、回折格子の代わりに、光散乱層を使用している。この光取り出し層３０は、光透過性の第１領域３１と、第１領域３１とは屈折率が異なる光透過性の第２領域３２とで構成されており、第１領域３１及び第２領域３２の一方は他方の中で粒状に分散している。ここでは、一例として、第２領域３２が第１領域３１中で粒状に分散している。また、図４の有機ＥＬ表示装置１では、絶縁基板１０の外面上の光散乱層６０を省略している。

この有機ＥＬ表示装置１では、第１態様で説明したのと同様のフォトントンネリングを生じる。そのため、フォトントンネリング層３５が厚い場合と比較して、有機ＥＬ素子４０が放出する光をより高い効率で光取り出し層３０に入射させることができる。

また、この有機ＥＬ表示装置１では、有機ＥＬ素子４０が放出する光を絶縁基板１０と外界との界面が全反射した場合、この反射光は光取り出し層３０によって散乱する。そのため、光取り出し層３０による散乱後に絶縁基板１０に再度入射した反射光の一部は、絶縁基板１０と外界との界面に臨界角よりも小さな入射角で入射する。

したがって、この有機ＥＬ表示装置１では、光取り出し層３０を設けない場合と比較して、より高い光取り出し効率を実現することができる。すなわち、本態様でも、第１態様で説明したのと同様の効果を得ることができる。

次に、本発明の第４態様について説明する。
図５は、本発明の第４態様に係る有機ＥＬ表示装置を概略的に示す断面図である。図５では、有機ＥＬ表示装置１を、その表示面，すなわち前面，が上方を向き、背面が下方を向くように描いている。

この有機ＥＬ表示装置１は、アクティブマトリクス型駆動方式を採用した上面発光型の有機ＥＬ表示装置である。この有機ＥＬ表示装置１は、以下の構造を採用したこと以外は、図３の有機ＥＬ表示装置１と同様の構造を有している。

すなわち、図５の有機ＥＬ表示装置１では、図４の有機ＥＬ表示装置１と同様、光取り出し層３０として光散乱層を使用している。この光取り出し層３０は、光透過性の第１領域３１と、第１領域３１とは屈折率が異なる光透過性の第２領域３２とで構成されており、第１領域３１及び第２領域３２の一方は他方の中で粒状に分散している。ここでは、一例として、第２領域３２が第１領域３１中で粒状に分散している。また、図５の有機ＥＬ表示装置１では、封止膜８０上の光散乱層６０を省略している。

したがって、この有機ＥＬ表示装置１では、光取り出し層３０を設けない場合と比較して、より高い光取り出し効率を実現することができる。すなわち、本態様でも、第３態様で説明したのと同様の効果を得ることができる。

また、本態様では、有機ＥＬ表示装置１を上面発光型としている。そのため、本態様によると、有機ＥＬ表示装置１を下面発光型とする第３態様と比較して、より高い開口率を実現することができる。

第３及び第４態様において、光取り出し層３０は、例えば以下の方法により形成することができる。まず、第１領域３１の材料と、第２領域３２と同一の材料からなる微粒子とを含有した塗工液を準備する。次いで、スピンコート法などの溶液塗布法により、パッシベーション膜１８上に先の塗工液を塗布する。この塗膜を硬化させることにより、光取り出し層３０を得る。

第３及び第４態様において、フォトントンネリング層３５は、例えば以下の方法により形成することができる。まず、光取り出し層３０上に、フォトントンネリング層３５の材料からなる膜を形成する。ここでは、最終的に得られるフォトントンネリング層３５よりも厚い膜を形成する。また、この成膜には、スピンコート法などの溶液塗布法を始めとする様々な薄膜形成法を利用することができる。次いで、この膜に、例えば、エッチバックや研磨などの平坦化処理を施して、先の膜を薄膜化する。これにより、フォトントンネリング層３５を得る。

第３及び第４態様において、第１領域３１の材料としては、例えば、ＨＲＣ及びＳｉ樹脂などの透明樹脂を使用することができる。また、第２領域３２の材料としては、例えば、ＴｉＯ₂及びＺｒＯ₂などの散乱体などを使用することができ、フォトントンネリング層３５の材料としては、例えば、ＨＲＣ及びＳｉ樹脂などの透明樹脂を使用することができる。

第１領域３１の屈折率と第２領域３２の屈折率との差は、例えば、０．４５以上とする。また、第１電極４１の屈折率とフォトントンネリング層３５の屈折率との差は、例えば、０．５以上とする。典型的には、第１領域３１には屈折率が約１．５３乃至約１．５５の材料を使用し、第２領域３２には屈折率が約２．０乃至２．４の材料を使用し、フォトントンネリング層３５には屈折率が約１．５３乃至約１．５５の材料を使用し、第１電極４１には屈折率が約２．００乃至約２．１１の材料を使用する。

第３及び第４態様では、光取り出し層３０に、第２領域３２が第１領域３１中で粒状に分散した構造を採用したが、第１領域３１が第２領域３２中で粒状に分散した構造を採用してもよい。この場合、第１領域３１の材料としては、第２領域３２に関して先に例示した透明誘電体や透明樹脂を使用することができ、第２領域３２の材料としては、第１領域３１に関して先に例示した透明樹脂を使用することができる。また、光取り出し層３０に第１領域３１が第２領域３２中で粒状に分散した構造を採用する場合、第２領域３２の材料とフォトントンネリング層３５の材料とは、異なっていてもよく、或いは、同一であってもよい。

第１乃至第４態様では、第１電極４１及び第２電極４３をそれぞれ陽極及び陰極としたが、第１電極４１及び第２電極４３をそれぞれ陰極及び陽極としてもよい。

また、第１乃至第４態様では、有機ＥＬ表示装置１に、発光色が青、緑、赤色の３種の有機ＥＬ素子４０を絶縁基板１０上に並置した構造を採用しているが、有機ＥＬ表示装置１には他の構造を採用することもできる。例えば、発光色が白色の有機ＥＬ素子４０を絶縁基板１０上に並置し、それら有機ＥＬ素子４０に対向してカラーフィルタを配置した構造を採用してもよい。

本発明の第１態様に係る有機ＥＬ表示装置を概略的に示す断面図。伝搬光の入射角とエバネッセント波のしみ出し深さとの関係の一例を示すグラフ。本発明の第２態様に係る有機ＥＬ表示装置を概略的に示す断面図。本発明の第３態様に係る有機ＥＬ表示装置を概略的に示す断面図。本発明の第４態様に係る有機ＥＬ表示装置を概略的に示す断面図。

符号の説明

１…有機ＥＬ表示装置、１０…絶縁基板、１２…アンダーコート層、１３…半導体層、１４…ゲート絶縁膜、１５…ゲート電極、１７…層間絶縁膜、１８…パッシベーション膜、２０…駆動制御素子、２１…ソース・ドレイン電極、３０…光取り出し層、３１…第１領域、３２…第２領域、３５…フォトントンネリング層、４０…有機ＥＬ素子、４１…第１電極、４２…有機物層、４３…第２電極、５０…隔壁絶縁層、６０…光散乱層、７０…反射層、８０…封止膜、１０１…曲線、１０２…曲線。

Claims

光透過性の第１電極と、前記第１電極と対向した第２電極と、前記第１及び第２電極間に介在するとともに発光層を含んだ有機物層とを備えた有機ＥＬ素子と、
前記第１電極と対向するとともに光透過性の第１領域を含んだ光取り出し層と、
前記第１電極と前記光取り出し層との間に介在するとともに前記第１電極及び前記第１領域と比較して屈折率がより小さい光透過性のフォトントンネリング層とを具備し、
前記第１電極から前記第１領域までの距離は、前記発光層が放出する光が前記第１電極と前記フォトントンネリング層との界面に臨界角よりも大きな入射角で入射したときに生じるエバネッセント波のしみ出し深さの最大値未満であることを特徴とする有機ＥＬ表示装置。
光透過性の第１電極と、前記第１電極と対向した第２電極と、前記第１及び第２電極間に介在するとともに発光層を含んだ有機物層とを備えた有機ＥＬ素子と、
前記第１電極と対向するとともに光透過性の第１領域を含んだ光取り出し層と、
前記第１電極と前記光取り出し層との間に介在するとともに前記第１電極及び前記第１領域と比較して屈折率がより小さい光透過性のフォトントンネリング層とを具備し、
前記第１電極から前記第１領域までの距離は１６０ｎｍ以下であることを特徴とする有機ＥＬ表示装置。
前記第１領域は前記第１電極と比較して屈折率がより小さいことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の有機ＥＬ表示装置。
前記光取り出し層は、前記第１領域とは屈折率が異なる第２領域をさらに含んだことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の有機ＥＬ表示装置。
前記第１及び第２領域は回折格子を構成したことを特徴とする請求項４に記載の有機ＥＬ表示装置。
前記第２領域の材料と前記フォトントンネリング層の材料とは同一であることを特徴とする請求項５に記載の有機ＥＬ表示装置。
前記光取り出し層は、前記第１及び第２領域の一方が他方の中で粒状に分散してなる光散乱層であることを特徴とする請求項４に記載の有機ＥＬ表示装置。
絶縁基板をさらに具備し、
前記光取り出し層と前記フォトントンネリング層と前記有機ＥＬ素子とは、この順に前記絶縁基板上に積層されていることを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れか１項に記載の有機ＥＬ表示装置。
前記有機ＥＬ素子の発光色は青色であることを特徴とする請求項１乃至請求項８の何れか１項に記載の有機ＥＬ表示装置。
発光色が緑色及び赤色の有機ＥＬ素子をさらに具備したことを特徴とする請求項９に記載の有機ＥＬ表示装置。