JP2006100193A - 有機ｅｌ素子及びこれを備えた有機ｅｌ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 有機ＥＬ素子を比較的容易に製造し、取り出し効率を向上させる。
【解決手段】
有機ＥＬ素子は、基板（１０）と、一対の電極層（１１、１３）と該一対の電極層間に挟持されており発光層（１２）を含んだ有機層（１２Ａ）とが基板に積層されてなる積層体（２０）を備える。積層体の光出射側には、屈折層（３１）が配置される。屈折層は、入射光を屈折させる気泡（３１ａ）が複数混入された樹脂（３１ｂ）からなる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば、基板上に有機ＥＬ（Electroluminescence）膜及び電極膜が順次積層されてなる有機ＥＬ素子、及び、そのような有機ＥＬ素子を備え、照明光源、カラーディスプレイ、プリンタヘッド等の有機ＥＬ装置の技術分野に関する。

この種の有機ＥＬ素子は、基板上に、少なくとも発光層を含む有機薄膜を一対の電極膜で挟んだ積層構造を有し、一対の電極膜から注入されたキャリアが発光層内で再結合することにより発光する。一対の電極膜は、素子外部に光を取り出すために、少なくとも一方がＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等の透明電極となっている。

このような有機ＥＬ素子においては、素子を構成する有機薄膜、透明電極、及び基板等が夫々異なる屈折率を有しているために、各層の界面ではある角度以上の角度で入射した光は全反射してしまい、素子外部に取り出される光の割合（即ち、取り出し効率）が低くなるという問題がある。

これに対し、特許文献１に記載の技術では、極めて屈折率が低いシリカエアロゲル層を透明電極に接するように設け、取り出し効率の向上を図っている。

特開２００１−２０２８２７号公報

しかしながら、シリカエアロゲル層を実際に作製するためには、液化炭酸ガス等の存在下で、高温高圧の超臨界状態で溶媒を乾燥させる必要がある。そのため、多大なコストと時間を要するという技術的問題点がある。

本発明は、例えば上記問題点に鑑みてなされたものであり、比較的容易に製造可能な、取り出し効率の高い有機ＥＬ素子、及びこれを備えた有機ＥＬ装置を提供することを課題とする。

本発明の有機ＥＬ素子は、上記課題を解決するために、基板と、前記基板に、一対の電極層と該一対の電極層間に挟持されており発光層を含んだ有機層とが積層されてなる積層体と、前記積層体の光出射側に配置され、入射光を屈折させる気泡が複数混入された樹脂からなる屈折層とを備える。

本発明の有機ＥＬ素子によれば、一対の電極層の間に、発光層を含んだ単層又は多層の有機層が挟まれた構造の積層体が、基板に設けられている。有機薄膜としては、発光層の他に、例えば、ホール注入層やホール輸送層、或いは電子注入層や電子輸送層などがある。発光層で生じる光は、積層体の光出射側から積層体外部に取り出される。この光射出側（即ち、光を取り出す方向）は基本的に、積層体の層面に対して垂直方向を中心にして選ばれる。即ち、観察者は、表示画面の正面を中心に適当な視野角の範囲内で見ることが想定されている。ところが、発光層から射出される斜めの光のうち、積層体内部の各層の界面や積層体と基板との界面、或いは基板と外気との界面で全反射した成分は、積層体外部には射出されず、積層体の側面側に導波されてしまう。

これに対し、本発明の有機ＥＬ素子では、積層体外部の光出射側に屈折層が設けられている。この屈折層は、多数の気泡が混入された樹脂からなる。ここで屈折層の母材を樹脂としたのは、バブリング等により気泡を包含させることが比較的容易であるという理由による。従って、屈折層自体の屈折率は、ここでは特に限定されない。また、樹脂は一般に絶縁性であること、及び、発光効率低下防止の観点から、屈折層は、積層体内部の導電層としてではなく、積層体外部に絶縁層として設けられる。

この屈折層の存在により、本来ならば上記各界面で全反射される斜めの光であっても屈折層内に入射し、気泡と樹脂との界面で屈折される。そのため、仮に何らの対策も施さねば全反射されるような斜めの光であっても、屈折層内に入射し屈折されることで、取り出し可能な方向に大なり小なり向かわせること、即ち表示に寄与する光として利用することが可能となる。

以上の結果、本発明の有機ＥＬ素子によれば、屈折層内の気泡によって光の射出角度が変わることで、光の取り出し効率を向上させることが可能である。

また、前述したように、本発明に係る屈折層は、液状ないしゲル状の樹脂にバブリング等によって気体を混入させ、スピンコート、ディップコートないし塗布等により層形成することで実際に作製できる。従って、このような有機ＥＬ素子は、比較的容易に製造可能である。

本発明の有機ＥＬ素子の一態様では、前記屈折層は、前記基板上で平面的に見て、前記積層体に規定される発光領域を内包する領域を占めている。

この態様によれば、平面的に見て、屈折層は、この有機ＥＬ素子本来の発光領域が内包された、発光領域より大きな領域を占める。発光領域とは、平面的に見て、発光層で発光が生じる領域であり、積層体を構成する各層が重なり合う領域を指している。屈折層では、多数の気泡により光が多重反射されることや、発光領域から屈折層の縁部に対して光が斜めに入射されること等から、光が屈折層の積層体側の層面の一部に入射された場合でも、出射側の層面全体から出射させることができる。そのため、発光面積が拡がり、見かけ上の発光領域が屈折層の占有領域の大きさに拡大される。

よって、この場合の発光領域（即ち、積層体の形成領域）は、通常よりも小さく設定することができ、例えば、発光領域の大きさが制限された場合でも実質的な発光面積は確保できるなど、設計自由度が拡がるという利点がある。具体的には、このように実際の発光面積を小さくすると、駆動電流が少なくて済み、低消費電力化が可能である。また、配線幅を狭くすることもでき、開口率を向上させることが可能である。

本発明の有機ＥＬ素子の他の態様では、前記気泡は、不活性ガスを含み、水分及び酸素の含有率が夫々１ｐｐｍ未満である。

この態様によれば、屈折層の気泡は、窒素（Ｎ_２）、アルゴン（Ａｒ）等の不活性ガスが一部又は全部を占める気体からなり、その水分含有率及び酸素含有率は夫々１ｐｐｍ未満とされる。即ち、屈折層は、気泡に水分も酸素も殆ど含まれないように形成される。

仮に、気泡内に水分や酸素が含有されていれば、これらが樹脂を透過して積層体内に侵入するおそれがある。積層体内の有機層は、水分や酸素によって劣化しやすく、これらの侵入によって劣化が早まり、輝度が低下したり、寿命が短くなったりしかねない。

本態様における有機ＥＬ素子では、こうした劣化原因となる水分や酸素を屈折層が持ち込まないようにしたので、劣化を抑制することができる。

本発明の有機ＥＬ素子の他の態様では、前記積層体は、前記基板と反対の上面側を前記光出射側とするように構成され、前記屈折層は、前記上面よりも上層側に設けられている。

この態様によれば、有機ＥＬ素子は、基板上面側から光を取り出す、所謂“トップエミッション型”である。発光層を挟む一対の電極層は、基板側の下層の電極層が光を反射させるように金属膜からなる一方、光射出側となる上層の電極層が、光を取り出すために透明導電膜からなる。この場合の屈折層は、積層体の直上もしくは更にその上層側に設けられることで、上記の作用及び効果を果たすことができる。

このトップエミッション型の態様では、前記屈折層は、前記積層体の直上に設けられていてもよい。

この場合の屈折層は、積層体の直近で、入射光の光路を変えるように作用する。即ち、極力早い段階で出射角度が調整されるため、その後、他の構成要素による界面でも全反射されずに透過する成分が増加し、光取り出し効率を効率よく向上させることができる。

また、この態様では、前記屈折層は、外部からの水分及び酸素の少なくとも一方の侵入を防止するために前記積層体を封止する機能を備えていてもよい。

この場合の屈折層は、積層体と外気との間に設けられていることから、外部からの積層体内への水分及び酸素の少なくとも一方の侵入を防止するための封止層としても機能する。そのため、積層体に対し、より信頼性の高い封止を施すことができる。或いは、封止層を別途設ける手間が省け、素子の構成を簡略化することができる。

本発明の有機ＥＬ素子の他の態様では、前記積層体は、前記基板に面する下面側を前記光出射側とするように構成され、前記屈折層は、前記下面と前記基板面との間に設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子。

この態様によれば、有機ＥＬ素子は、基板下面側から光を取り出す、所謂“ボトムエミッション型”である。発光層を挟む一対の電極層は、基板と反対側の上層の電極層が光を反射させるように金属膜からなる一方、基板に面した、光射出側の下層の電極層が、光を取り出すために透明導電膜からなる。この場合の屈折層は、基板と積層体との間に配置される。

このように積層体の下面もしくは更にその下層側に設けられることで、屈折層は、上記の作用及び効果を果たすことができる。

このボトムエミッション型の態様では、前記屈折層は、前記積層体の直下に設けられていてもよい。

この場合の屈折層は、積層体の直近で、入射光の光路を変えるように作用する。即ち、極力早い段階で出射角度が調整されるため、その後、基板等の他の構成要素によるいくつかの界面においても、全反射されずに透過する成分が増加し、光取り出し効率を効率よく向上させることができる。

本発明の有機ＥＬ素子の他の態様では、前記積層体は、前記基板の一面に、下面側を前記光出射側とするように構成されて配置され、前記屈折層は、前記基板の他面に配置されている。

この態様によれば、有機ＥＬ素子は、基板下面側から光を取り出す、所謂“ボトムエミッション型”である。この場合の屈折層は、基板を挟んで積層体と対向するように配置される。通常、基板と外気との屈折率差は比較的大きく、その界面で全反射される成分が少なからず存在する。これに対し、本態様では、この基板と外気との界面に屈折層が配置されるので、外部に取り出される光成分を増加させることができる。因みに、この界面には、反射防止用として基板より屈折率が低い低屈折層が配置されることがあるが、本発明に係る屈折層は、層界面での屈折より、気泡と樹脂との界面における屈折によって出射光の進行方向を変えるように働く。

本発明の有機ＥＬ装置は、上記課題を解決するために、上述した本発明に係る有機ＥＬ素子（但し、その各種態様を含む）と、一端側が前記一対の電極層のうちの一方と電気的に接続されると共に、他端側が前記一方を駆動するための外部回路に接続される入出力信号線と、前記一対の電極層のうちの他方と電気的に接続される電極用配線とを備える。

本発明の有機ＥＬ装置によれば、上述した本発明に係る有機ＥＬ素子を備えるので、光取り出し効率の向上が実現可能であり、しかも比較的容易に製造することが可能である。このような有機ＥＬ装置は、例えば、低消費電力で高輝度の照明光源や、高品質な画像表示を行うことが可能な、投射型表示装置、テレビ、携帯電話、電子手帳、ワードプロセッサ、ビューファインダ型又はモニタ直視型のビデオテープレコーダ、ワークステーション、テレビ電話、ＰＯＳ端末、タッチパネルなど、更には有機ＥＬ装置を露光用ヘッドとして用いたプリンタ、コピー、ファクシミリ等の画像形成装置など、各種電子機器を実現できる。

本発明のこのような作用及び他の利得は次に説明する実施形態から明らかにされる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

＜１：有機ＥＬ素子＞
先ず、図１から図３を参照して、本発明の実施形態に係る有機ＥＬ素子の基本的な構成について説明する。図１から図３の夫々は、本実施形態に係る有機ＥＬ素子の概略構成を表す断面図である。

＜１−１：トップエミッション型有機ＥＬ素子＞
図１において、有機ＥＬ素子１は、素子基板１０の上面側から光を取り出すトップエミッション型の発光素子であり、ガラス基板、樹脂製のフィルム基板、或いは半導体基板等からなる素子基板１０上に積層体２０が形成され、その積層体２０の上層側に屈折層３１が配置されて構成されている。

積層体２０は、陽極１１と陰極１３との間に発光源となる有機層１２Ａが挟まれた構造を有し、各層が素子基板１０上に積層されてなる。陰極１３は、電子注入電極として機能し、光射出側に位置することから、例えばＩＴＯ等による透明電極とされる。有機層１２Ａは、発光層１２を含む単層又は多層の有機薄膜であり、発光層１２の他に、例えば正孔注入/輸送層等や電子注入／輸送層等が含まれる。発光層１２は、陽極１１及び陰極１３から注入される電子と正孔とが再結合して光が発生する層である。正孔注入/輸送層は、発光層１２と陽極１１との間に設けられるバッファ層であり、発光層１２と陽極１１との接合性を高める。正孔注入/輸送層は、正孔の注入効率を高めるとともに、注入された正孔の移動速度を高める機能を有する。陽極１１は、正孔注入電極として機能すると共に、光射出側とは反対側に配置されることから、光取り出し効率を高めるために高反射率のアルミニウム等による金属電極と、ＩＴＯ等の正孔注入性電極との積層構造とされる。

このように、積層体２０は、素子基板１０側から順に陽極１１、有機層１２Ａ及び陰極１３が積層されて構成されている。尚、有機層１２Ａの構成は、発光層１２を含むこと以外は特に制限されない。

屈折層３１は、積層体２０の上面側に設けられ、発光領域Ｗ11の幅よりも広い幅Ｗ21を有している。屈折層３１は、窒素、アルゴン等の不活性ガスの気泡３１ａを多数内包する樹脂３１ｂから構成されている。尚、気泡３１ａの水分及び酸素の含有率は、夫々１ｐｐｍ未満であり、屈折層３１内は水分や酸素が殆ど含まれない状態となっている。仮に、気泡３１ａ内に水分や酸素が含有されていれば、これらが樹脂３１ｂを透過して積層体２０内に侵入するおそれがある。有機層１２Ａは、水分や酸素によって劣化しやすく、これらの侵入によって劣化が早まり、輝度が低下したり、寿命が短くなったりしかねない。これに対し、屈折層３１は劣化原因となる水分や酸素を有機ＥＬ素子１内に持ち込まないので、有機ＥＬ素子１の劣化が抑制される。

また、屈折層３１は、積層体２０より外表側に配置されることから、樹脂３１ｂに水分や酸素が透過し難い材料を用いるなどして、より積極的に、外部からの水分や酸素の侵入に対し積層体２０を封止する機能を兼ね備えるようにしてもよい。

このような屈折層３１は、例えば、液状ないしゲル状の樹脂にバブリング等により不活性ガスを混入させ、スピンコート、ディップコートないし塗布等により層形成することで作製される。その際には、屈折層３１の厚みや気泡３１ａの大きさは、特に限定されず、適宜に設計可能である。尚、屈折層３１自体の屈折率は、後述するように、ここでは特に限定されない。

この有機ＥＬ素子１では、発光層１２で生じる光は、屈折層３１側から積層体２０外に取り出される。このとき、発光層１２から射出される光のうち、積層体２０内部の各層の界面で全反射した成分は、積層体２０外には射出されず、積層体２０の側面に導波されて減衰してしまう。とりわけ、屈折層３１が設けられていない場合の陰極１３と外気との界面２１においては、両者の屈折率差により、光Ｌ１’、Ｌ２’のような全反射される成分が生じる。しかしながら、本実施形態においては、屈折層３１の存在により、本来ならば全反射される光Ｌ１、Ｌ２も屈折層３１内に入射し、気泡３１ａと樹脂３１ｂとの界面で屈折される。そのため、屈折層３１内に入射した光Ｌ１、Ｌ２は、確率的に、概ね取り出し可能な方向に向かう。

従って、有機ＥＬ素子１によれば、屈折層３１内の気泡３１ａによって光の射出角度が変わることで、光の取り出し効率を向上させることが可能である。ここで、屈折層３１を積層体２０の上層側に設けるものとしたが、このような作用及び効果を効率よく発揮するには、屈折層３１は、積層体２０からの出射光を他の部材等の影響を受ける前に屈折することが望ましく、できるだけ積層体２０の直近、即ち陰極１３の上面に接するように配置されることが好ましい。

尚、本実施形態に係る屈折層３１は、以上に説明したように、本来ならば全反射される入射光を、内包する気泡３１ａにより屈折するように作用することから、陰極１３と屈折層３１との界面における入射光の屈折はそれほど考慮する必要はない。そのために、気泡３１ａと樹脂３１ｂとの屈折率差を調整することはあっても、屈折層３１自体の屈折率は特に限定されない。

また、屈折層３１では、気泡３１ａと樹脂３１ｂとの界面で光が多重反射されることや、光Ｌ２のように、屈折層３１の周縁部分に斜めに入射される光が存在すること等から、屈折層３１に対して幅Ｗ11の領域内に入射される光は、幅Ｗ21の領域全体にわたって出射される。そのため、この有機ＥＬ素子１では、発光面積が拡がり、見かけ上の発光領域が屈折層３１の占有領域の大きさにまで拡大される。よって、素子の開口率が向上する。

また、本実施形態に係る屈折層３１は比較的容易に形成可能であることから、有機ＥＬ素子１は容易に製造可能である。

＜１−２：ボトムエミッション型有機ＥＬ素子＞
図２において、有機ＥＬ素子２は、素子基板１０の下面側から光を取り出すボトムエミッション型の発光素子であり、素子基板１０と積層体２０との間に屈折層３２が設けられている。この場合、素子基板１０に面した下面側が光出射側となるために、例えば、陽極１１はＩＴＯ等の透明導電材料からなり、陰極１３は金属からなる。また、素子基板１０は、光出射側に配置されているために、ガラス基板や樹脂製のフィルム基板等の透明基板とされる。

屈折層３２は、屈折層３１と同様、水分及び酸素の含有率が夫々１ｐｐｍ未満の不活性ガスの気泡３２ａを内包している。また、屈折層３２は、発光領域Ｗ12の幅よりも広い幅Ｗ22を有している。

この有機ＥＬ素子２では、屈折層３２が屈折層３１と同様に作用し、有機ＥＬ素子１と同様の効果をもたらす。尚、この場合には、効果を効率よく効果を発揮するには、屈折層３２は、積層体２０からの出射光を他の部材等の影響を受ける前に屈折することが望ましく、できるだけ積層体２０の直近、即ち陽極１１の下面に接するように配置されることが好ましい。

図３において、有機ＥＬ素子３もまたボトムエミッション型である。但し、この場合の屈折層３３は、素子基板１０のうち積層体２０が形成されている面とは反対側の面に配置されている。屈折層３３は、屈折層３１と同様、水分及び酸素の含有率が夫々１ｐｐｍ未満の不活性ガスの気泡３３ａを内包している。また、屈折層３３は、発光領域Ｗ13の幅よりも広い幅Ｗ23を有している。

この場合、屈折層３３が設けられていない場合の素子基板１０と外気との界面２２においては、両者の屈折率差により全反射される成分が少なからず存在する。これに対し、本実施形態においては、屈折層３３の存在により、本来ならば全反射される光も屈折層３３内に入射し、気泡３３ａにより屈折される。そのため、屈折層３３内に入射した光は、確率的に、概ね取り出し可能な方向に向かう。こうして、有機ＥＬ３素子は、有機ＥＬ素子１と同様の作用及び効果を奏する。

＜２：有機ＥＬ装置＞
次に、図４から図７を参照して、上記実施形態の有機ＥＬ素子を備えた有機ＥＬ装置に係る実施形態について説明する。尚、以下では、図２に示したボトムエミッション型の有機ＥＬ素子２を備えた場合を例にとり、具体的に説明する。

＜２−１：有機ＥＬ装置の全体構成＞
図４を参照して有機ＥＬ装置の全体構成について説明する。図４は、素子基板１０を封止基板の側から見た有機ＥＬ装置の概略的な平面図である。ここでは、駆動回路内蔵型のアクティブマトリクス駆動方式の有機ＥＬ装置を例にとる。

図４において、素子基板１０上の画像表示領域１１０には、複数の画素駆動用信号線１１６ａが配線されると共に、夫々画素駆動用信号線１１６ａに電気的に接続される複数の画素部が所定パターンで配列されている。複数の画素部は夫々有機ＥＬ素子２を含んでいる。尚、図４中、画像表示領域１１０における画素駆動用信号線１１６ａや画素部の具体的な構成については図示を省略し、その詳細については後述する。

画像表示領域１１０の周辺に位置する周辺領域には、画像表示領域１１０を挟んで対向する素子基板１０の２辺に沿って、Ｙ側駆動回路部１３２が設けられると共に、この２辺に隣接する一辺に沿ってＸ側駆動回路部１５２が設けられている。複数の画素駆動用信号線１１６ａは、Ｙ側駆動回路部１３２及びＸ側駆動回路部１５２に電気的に接続されている。図４には、複数の画素駆動用信号線１１６ａのうち、Ｘ側駆動回路部１５２と電気的に接続される画素駆動用信号線１１６ａについて、画像表示領域１１０の一辺からＸ側駆動回路部１５２に延びて配線される一部分について示してある。

更に、Ｘ側駆動回路部１５２が設けられた素子基板１０の一辺に沿って、複数の実装端子１０２が設けられている。これらの実装端子１０２には、例えばＴＡＢ（Tape Automated Bonding）方式やＣＯＧ（Chip On Grass）方式により配線基材３００が実装される。配線基材３００には、走査線駆動回路やデータ線駆動回路を駆動するための各種信号を供給する外部回路が形成されている。

Ｙ側駆動回路部１３２には、走査線駆動回路が設けられると共に、例えば画素駆動用信号線１１６ａと走査線駆動回路内の回路素子等とを電気的に接続するための配線や、走査線駆動回路を駆動するための各種信号の供給経路となる配線等が設けられる。Ｘ側駆動回路部１５２には、データ線駆動回路が設けられると共に、例えば画素駆動用信号線１１６ａとデータ線駆動回路内の回路素子等とを電気的に接続するための配線や、データ線駆動回路を駆動するための各種信号の供給経路となる配線等が設けられる。配線１１６ｂは、Ｘ側駆動回路部１５２を介して入出力信号線１１８に電気的に接続されている。

入出力信号線１１８は、外部回路に入出力される信号の種類に対応して、複数種類設けられる。例えば、複数の入出力信号線１１８には、以下のような画素駆動用電源線１１８ａや駆動回路用信号線が設けられる。画素駆動用電源線１１８ａには、外部回路から画素駆動用電源が供給される。画素駆動用電源線１１８ａの一端側は、Ｘ側駆動回路部１５２又はＹ側駆動回路部１３２を介して、画素駆動用信号線１１６ａとしての電源供給線に電気的に接続される。また、駆動回路用信号線には、外部回路から走査線駆動回路やデータ線駆動回路を駆動するための駆動回路用信号が供給される。このような駆動回路用信号線には、例えば、図４に示すように、駆動回路用信号として、走査線駆動回路やデータ線駆動回路の電源となる駆動回路用電源が供給される駆動回路用電源線１１８ｂが含まれる。

＜２−２：画素部の構成＞
次に、図４に加え、図５から図７を参照して、有機ＥＬ装置の画像表示領域１１０における画素部の構成について具体的に説明する。図５は、有機ＥＬ装置の全体構成を示すブロック図であり、図６は、データ線、走査線、陽極や発光層等が形成された素子基板の任意の画素部の平面図であり、図７は図６に示す画素部のＡ−Ａ'断面図である。なお、図６及び図７においては、各層・各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層、各部材ごとに縮尺を異ならしめてある。

先ず、図５を参照して、有機ＥＬ装置の画像表示領域１１０の電気的な構成について説明する。

画像表示領域１１０には、図４の画素駆動用信号線１１６ａに相当するデータ線１１４及び走査線１１２が縦横に延設され、それらの交点に対応する各画素部７０はマトリクス状に配列されている。更に、画像表示領域１１０には、各データ線１１４に対して配列された画素部７０に対応する電源供給線１１７が延在している。電源供給線１１７もまた、図４の画素駆動用信号線１１６ａに相当する。

尚、本実施形態では、カラー表示を行うために、画像表示領域１１０には例えば、Ｒ用、Ｇ用及びＢ用の３種の画素部７０が設けられると共に、３種の画素部７０に対応する３種のデータ線１１４及び３種の電源供給線１１７が設けられる。図５において、例えば隣接する３本のデータ線１１４毎に３種の画素部７０が設けられる。３本のデータ線１１４のうち、いずれか１本のデータ線１１４には、３種のうちいずれか１種の画素部７０が配列される。また、このように配列された画素部７０には、対応する種類の電源供給線１１７が電気的に接続される。

前述したように、素子基板１０上の周辺領域には、走査線駆動回路１３０及びデータ線駆動回路１５０が設けられている。走査線駆動回路１３０及びデータ線駆動回路１５０は、図４における実装端子１０２及び入出力信号線１１８としての駆動回路用信号線を介して、外部回路から供給される駆動回路用信号に基づいて駆動される。そして、走査線駆動回路１３０は、複数の走査線１１２に走査信号を順次供給する。また、データ線駆動回路１５０は、画像表示領域１１０に配線された３種のデータ線１１４に、Ｒ用、Ｇ用及びＢ用の３種の画像信号を供給する。尚、２種の走査線駆動回路１３０の動作と、データ線駆動回路１５０の動作とは、外部回路から供給される同期信号１６０によって相互に同期が図られる。

また、周辺領域には、３種の電源供給線１１７に対応して３種の画素駆動用電源線１１８ａが設けられる。３種の電源供給線１１７には夫々、外部回路から実装端子１０２及び対応する画素駆動用電源線１１８ａを介して画素駆動用電源が供給される。

ここで、図５中、一つの画素部７０に着目すれば、画素部７０には、有機ＥＬ素子２が設けられると共に、例えばＴＦＴを用いて構成されるスイッチング用トランジスタ７６及び駆動用トランジスタ７４、並びに保持容量７８が設けられている。画素部７０において、各トランジスタは、例えば、薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor；以下適宜、“ＴＦＴ”と称する）等により構成される。

スイッチング用トランジスタ７６のゲート電極には走査線１１２が電気的に接続されており、スイッチング用トランジスタ７６のソース電極にはデータ線１１４が電気的に接続され、スイッチング用トランジスタ７６のドレイン電極には駆動用トランジスタ７４のゲート電極が電気的に接続されている。また、駆動用トランジスタ７４のソース電極には、電源供給線１１７が電気的に接続されており、駆動用トランジスタ７４のドレイン電極には有機ＥＬ素子２の陽極が電気的に接続されている。

尚、このような有機ＥＬ装置では、図５及び図６に例示した画素回路の構成の他にも、電流プログラム方式の画素回路、電圧プログラム型の画素回路、電圧比較方式の画素回路、サブフレーム方式の画素回路等の各種方式の画素回路を採用することが可能である。

次に、図６及び図７を参照して、画素部７０の更に詳細な構成について説明する。

例えば透明樹脂やガラス基板等の透明基板を用いて構成される素子基板１０上には、スイッチング用トランジスタ７６及び駆動用トランジスタ７４の半導体層３が形成されている。半導体層３は例えば低温ポリシリコン膜を用いて形成されている。また、半導体層３上には、半導体層３を埋め込むようにスイッチング用トランジスタ７６及び駆動用トランジスタ７４のゲート絶縁層２が形成されている。そして、ゲート絶縁層２上に、駆動用トランジスタ７４のゲート電極３ａ及び走査線１１２が形成されている。走査線１１２の一部は、スイッチング用トランジスタ７６のゲート電極として形成されている。ゲート電極３ａ及び走査線１１２は、Ａｌ（アルミニウム）、Ｗ（タングステン）、Ｔａ（タンタル）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｔｉ（チタン）、銅（Ｃｕ）等のうち少なくとも一つを含む金属材料を用いて形成されている。

また、走査線１１２や駆動用トランジスタ７４のゲート電極３ａを埋め込むように、ゲート絶縁層２上には層間絶縁層４１が形成されている。層間絶縁層４１及びゲート絶縁層２は例えばシリコン酸化膜から構成されている。

層間絶縁層４１上には、例えばアルミニウム（Ａｌ）又はＩＴＯ（Indium Tin Oxide）を含む導電材料から夫々構成される、データ線１１４及び電源供給線１１７、更には駆動用トランジスタ７４のドレイン電極４２が形成されている。層間絶縁層４１には、層間絶縁層４１の表面から層間絶縁層４１及びゲート絶縁層２を貫通して、駆動用トランジスタ７４の半導体層３に至るコンタクトホール５０１及び５０２が形成されている。図７に示すように、電源供給線１１７及びドレイン電極４２を構成する導電膜は、コンタクトホール５０１及び５０２の各々の内壁に沿って半導体層３の表面に至るように連続的に形成されている。

保持容量７８の下部容量電極は、走査線１１２と同一の層に、例えば同様の材料を用いて形成され、電源供給線１１７の一部が保持容量７８の上部容量電極として形成されている。層間絶縁層４１は誘電体膜として形成されており、層間絶縁層４１の一部分が下部容量電極及び上部容量電極の間に挟持される。

層間絶縁層４１上には、電源供給線１１７及びドレイン電極４２を埋め込むように、保護層４５として例えばシリコン窒化膜（ＳｉＮ）が形成されている。保護層４５上には、発光材料保持層４７より親水性の高い層として、例えばシリコン酸化膜よりなる親水層４６が形成され、更に親水層４６上に発光材料保持層４７が形成されている。親水層４６及び発光材料保持層４７によって、画素部７０における開口領域が形成されている。

この保護層４５上に形成された開口領域には、有機ＥＬ素子２が形成されている。即ち、開口領域には、保護層４５を下地として屈折層３２、陽極１１、有機層１２Ａ及び陰極１３が順に形成されている。

屈折層３２は、例えば、バブリングにより樹脂材料に不活性ガスの気泡３２ａを混入させ、この樹脂材料を用いてスピンコーティングやディップコーティング、塗布等により層形成し、その後、乾燥或いは熱処理等を施して完成される。このように、屈折層３２は、比較的簡易に形成可能である。屈折層３２は、素子基板１０の全面にベタ状に形成されてもよいが、画素部７０毎に区画形成されてもよい。こうして形成される屈折層３２の厚み、気泡３２ａの大きさは任意であるが、例えば、共に数μｍから数十μｍオーダーとすることができる。また、屈折層３２内の気泡３２ａの密度は、低過ぎれば確率的に入射光を屈折させる効果が低下してしまう反面、高過ぎれば屈折層３２総体の屈折率が低くなり、気泡３２ａによる屈折効果より層界面における屈折効果が大きくなることが考えられる。

ここで、屈折層３２の幅Ｗ22は、発光領域の幅Ｗ12より広く、また図６に示したように、平面的に見て屈折層３２が占める領域３２Ａは、発光領域５０Ａを内包している。発光領域は、平面的に見た場合に発光する領域であり、陽極１１、有機層１２Ａ及び陰極１３が層面に垂直方向に重ね合わせられている領域である。

陽極１１は、透明性導電材料としてＩＴＯを用いて、開口領域から延びてドレイン電極４２の一部と重畳するように形成されている。また、開口領域において、陽極１１上には有機層１２Ａが形成されている。そのうち、発光層の発光材料は、有機ＥＬ素子２のＲ、Ｇ及びＢの別に応じて選定される。発光層を形成する際には、発光材料とされる有機化合物が溶解或いは分散された溶液をインクジェット方式やスピンコート法の如き塗布法によって塗布する。この溶液に含まれる溶媒は加熱処理によって気化し、発光層が形成されることになる。また、正孔注入/輸送層は、有機化合物を塗布して形成された有機層であり、インクジェット方式の如き塗布法によって形成されている。正孔注入/輸送層を形成する有機化合物としては、例えば、ポリエチレンジオキシチオフェン等のポリチオフェン誘導体とポリスチレンスルホン酸等の混合物を用いることができる。

陰極１３は、例えばアルミニウム（Ａｌ）を含む金属材料を用いて形成されるか、又はカルシウム（Ｃａ）、フッ化リチウム（ＬｉＦ）、フッ化ストロンチウム（ＳｒＦ２）、マグネシウム（Ｍｇ）、銀（Ａｇ）等のうち少なくとも一つを含む金属材料を用いて形成された導電膜の積層膜として形成されている。尚、図７には、封止基板について図示を省略してある。

＜２−３：有機ＥＬ装置の動作＞
有機ＥＬ装置の駆動時、走査線１１２を介して走査信号が供給されることにより、スイッチング用トランジスタ７６がオン状態になる。スイッチング用トランジスタ７６がオン状態となると、データ線１１４から供給される画像信号が、保持容量７８に書き込まれると共に駆動用トランジスタ７４のゲートに印加される。これにより、オン状態とされた駆動用トランジスタ７４を介して、所定電位の電源に接続されている電源供給線１１７から有機ＥＬ素子２に駆動電流が流れる。この際、駆動用トランジスタ７４では、保持容量７８に書き込まれた画像信号によってゲート電圧が保持されるために、有機ＥＬ素子２には画像信号の大きさに応じたドレイン電流Ｉdが流れる。有機ＥＬ素子２では、このようにして整流された駆動電流が陽極１１及び陰極１３間に流れ、この両者間に挟持された発光層が発光する。

発光層で生じた光は、素子基板１０側（図７中、矢印Ｘの方向）に取り出される。このとき、発光領域５０Ａが発光しているのであるが、本実施形態においては、前述したように、屈折層３２が占める領域３２Ａ全体から光が出射される。このように、領域３２Ａが見かけ上の発光領域となるため、開口率を向上させることができる。

その逆に、本実施形態における有機ＥＬ素子２は、発光領域５０Ａを小さくしても従来と同等の発光面積を得ることができ、発光領域５０Ａの縮小分だけ、素子設計の自由度が拡大される。その場合、画像表示領域１１０の各種配線の配線幅も同様に縮小することができ、画素の狭ピッチ化、及び低消費電力化にも寄与する。

また、発光層からの光は、素子基板１０より先に屈折層３２内に達し、気泡３２ａと樹脂との界面で屈折されてから素子基板１０側に出射されるので、素子基板１０の上面及び下面の各界面で全反射条件を満たす成分が減り、光取り出し効率が向上する。

尚、本実施形態では、屈折層３２を陽極１１の直下に設ける場合について説明したが、本発明の屈折層は、位置をこれに限定されず、素子基板１０と陽極１１との間に設けられていればよく、このような屈折層３２と共に又は代えて、素子基板１０の外側の面に形成されていてもよい。

また、以上の実施形態では、ボトムエミッション型の有機ＥＬ装置について説明したが、本発明の有機ＥＬ装置は、封止基板側から表示光として有機ＥＬ素子１（図１を参照）の発光を出射させるトップエミッション型として構成されてもよい。

＜３：電子機器＞
次に、図８及び図９を参照して、上記実施形態の有機ＥＬ装置が適用された電子機器について説明する。

＜３−１：モバイル型コンピュータ＞
先ず、上述した有機ＥＬ装置を、モバイル型のパーソナルコンピュータに適用した例について説明する。図８は、このパーソナルコンピュータの構成を示す斜視図である。図８において、コンピュータ１２００は、キーボード１２０２を備えた本体部１２０４と、有機ＥＬ装置を用いて構成された表示ユニット１２０６とを備えている。

＜３−２：携帯電話＞
さらに、この有機ＥＬ装置を、携帯電話に適用した例について説明する。図９は、この携帯電話の構成を示す斜視図である。図９において、携帯電話１３００は、複数の操作ボタン１３０２とともに有機ＥＬ装置を備えるものである。

この他にも、上記実施形態に係る有機ＥＬ装置は、ノート型のパーソナルコンピュータ、ＰＤＡ、テレビ、ビューファインダ、モニタ直視型のビデオテープレコーダ、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳、電卓、ワードプロセッサ、ワークステーション、ＰＯＳ端末、タッチパネル、プリンタを備えた装置等に適用することができる。

本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨、あるいは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う有機ＥＬ素子、及びこれを備えた有機ＥＬ装置もまた、本発明の技術的範囲に含まれるものである。

本発明の実施形態に係る有機ＥＬ素子の第１の基本構成を示す断面図である。 本発明の実施形態に係る有機ＥＬ素子の第２の基本構成を示す断面図である。 本発明の実施形態に係る有機ＥＬ素子の第３の基本構成を示す断面図である。 素子基板を封止基板の側から見た有機ＥＬ装置の概略的な平面図である。 有機ＥＬ装置の全体構成を示すブロック図である。 データ線、走査線、陽極や発光層等が形成された素子基板の任意の画素部の平面図である。 図６に示す画素部のＡ−Ａ'断面図である。 有機ＥＬ装置を適用した電子機器の一例たるパーソナルコンピュータの構成を示す断面図である。 有機ＥＬ装置を適用した電子機器の一例たる携帯電話の構成を示す断面図である。

符号の説明

１、２、３…有機ＥＬ素子、１０…素子基板、１１…陽極、１２Ａ…有機層、１２…発光層、１３…陰極、２０…積層体、３１、３２、３３…屈折層、３１ａ、３２ａ、３３ａ…気泡、３２Ａ…（屈折層３２が占める）領域、５０Ａ…発光領域、７０…画素部。

Claims (10)

1. 基板と、
   前記基板に、一対の電極層と該一対の電極層間に挟持されており発光層を含んだ有機層とが積層されてなる積層体と、
   前記積層体の光出射側に配置され、入射光を屈折させる気泡が複数混入された樹脂からなる屈折層と
   を備えたことを特徴とする有機ＥＬ素子。
2. 前記屈折層は、前記基板上で平面的に見て、前記積層体に規定される発光領域を内包する領域を占めていることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ素子。
3. 前記気泡は、不活性ガスを含み、水分及び酸素の含有率が夫々１ｐｐｍ未満であることを特徴とする請求項１又は２に記載の有機ＥＬ素子。
4. 前記積層体は、前記基板と反対の上面側を前記光出射側とするように構成され、前記屈折層は、前記上面よりも上層側に設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子。
5. 前記屈折層は、前記積層体の直上に設けられていることを特徴とする請求項４に記載の有機ＥＬ素子。
6. 前記屈折層は、外部からの水分及び酸素の少なくとも一方の侵入を防止するために前記積層体を封止する機能を備えることを特徴とする請求項４に記載の有機ＥＬ素子。
7. 前記積層体は、前記基板に面する下面側を前記光出射側とするように構成され、前記屈折層は、前記下面と前記基板面との間に設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子。
8. 前記屈折層は、前記積層体の直下に設けられていることを特徴とする請求項７に記載の有機ＥＬ素子。
9. 前記積層体は、前記基板の一面に、下面側を前記光出射側とするように構成されて配置され、前記屈折層は、前記基板の他面に配置されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子。
10. 請求項１から９のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子と、
    一端側が前記一対の電極層のうちの一方と電気的に接続されると共に、他端側が前記一方を駆動するための外部回路に接続される入出力信号線と、
    前記一対の電極層のうちの他方と電気的に接続される電極用配線と
    を備えたことを特徴とする有機ＥＬ装置。
    

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