JP2006107744A - 有機エレクトロルミネッセンス表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で光取り出し効率を高めた有機ＥＬ表示装置を提供する。
【解決手段】光透過性絶縁層；前記光透過性絶縁層に対して背面側に配置された背面電極と、前記光透過性絶縁層と前記背面電極との間に介在した光透過性の前面電極と、前記前面電極と前記背面電極との間に介在された発光層を含む有機物層とを備えた有機エレクトロルミネッセンス素子；および前記発光層から放出する光が前記有機物層を出射してから前記光透過性絶縁層に至るまでの光路上に配置された微粒子分散層；を具備し、前記微粒子分散層は、ベース材料に平均粒径１００〜３５０ｎｍの多数の微粒子が分散されていることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス表示装置。
【選択図】 図１

Description

本発明は、有機エレクトロルミネッセンス（有機ＥＬ）表示装置に関する。

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、応答速度が速いという特徴を有する。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、それらの間に介在される発光層を含んだ有機物層とで構成され、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。有機ＥＬ表示装置で表示を行うためには、発光層が放出する光を前面電極から出射させる必要があるが、素子内で前面側へと進行する光のうち、広角側へと進行する光は前面電極とその下層の界面で全反射される。このため、有機物層が放出する光の多くを有機ＥＬ素子の外部に取り出すことができない、すなわち有機ＥＬ素子の光取り出し効率が低い、という問題があった。

このようなことから特許文献１には、素子内で前面側へと進行する光のうち、広角側へと進行する光を回折素子またはゾーンプレートを利用して屈折させて前面電極界面を通過させることが記載されている。この技術によれば、有機ＥＬ素子の光取り出し効率を高めることが可能である。

しかしながら、特許文献１では回折素子またはゾーンプレートを構成するパターンに方向性があるため、取り出される光の指向性が方向によって異なり、有機ＥＬ表示装置としては画像表示が不適切な場合がある。また、回折素子またはゾーンプレートの微細形状はリソグラフィーなどにより形成する必要があり、コストが高くなるという問題もあった。
特許第２９９１１８３号公報

本発明は、簡単な構成で光取り出し効率を高めた有機ＥＬ表示装置を提供することを目的とする。

本発明によると、光透過性絶縁層；
前記光透過性絶縁層に対して背面側に配置された背面電極と、前記光透過性絶縁層と前記背面電極との間に介在した光透過性の前面電極と、前記前面電極と前記背面電極との間に介在された発光層を含む有機物層とを備えた有機エレクトロルミネッセンス素子；および
前記発光層から放出する光が前記有機物層を出射してから前記光透過性絶縁層に至るまでの光路上に配置された微粒子分散層；
を具備し、
前記微粒子分散層は、ベース材料にこのベース材料と異なる屈折率を持つ多数の微粒子が分散されていることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス表示装置が提供される。

本発明によれば、簡単な構成で発光効率を高めた有機ＥＬ表示装置を提供できる。

以下、本発明に係る有機ＥＬ表示装置を図面を参照して詳細に説明する。

図１は、この実施形態に係る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表示装置に示す断面図である。なお、図１では有機ＥＬ表示装置をその表示面、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。

光透過性絶縁層である例えばガラス基板のような透明基板１上には、複数の画素がマトリクス状に配列されている。各画素は、例えば一対の電源端子間で直列に接続された素子制御回路、出力スイッチ、後述する有機ＥＬ素子および画素スイッチを有する。前記素子制御回路は、その制御端子が画素スイッチを介して映像信号線に接続されており、映像信号線駆動回路から映像信号線および画素スイッチを介して供給される映像信号に対応した大きさの電流を、出力スイッチを介して有機ＥＬ素子へ出力する。また、画素スイッチは、その制御端子が走査信号線に接続されており、走査信号線駆動回路から走査信号線を介して供給される走査信号によりＯＮ／ＯＦＦが制御される。さらに、出力スイッチは、その制御端子が走査信号線に接続されており、走査信号線駆動回路から走査信号線を介して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。

例えばＳｉＮ_x層とＳｉＯ_x層がこの順次で積層されたアンダーコート層２は、前記基板１上に形成されている。アンダーコート層２上には、例えばチャネル領域、ソース領域、ドレイン領域が形成されたポリシリコンからなる半導体層３と、例えばテトラエチルオルソシリケート（ＴＥＯＳ）などを用いて形成されるゲート絶縁膜４と、例えばＭｏＷなどからなるゲート電極５とがこの順序で形成され、トップゲート型の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を構成している。この例では、これらＴＦＴは画素スイッチ、出力スイッチ、素子制御回路に利用されている。前記ゲート絶縁膜４上には、ゲート電極５と同一の工程で形成可能な走査信号線（図示せず）がさらに形成されている。

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６は、前記ゲート電極５を含むゲート絶縁膜４上に形成されている。ソース・ドレイン電極７，８は、層間絶縁膜６上に形成され、その層間絶縁膜６に設けられたコンタクトホールを通して前記ＴＦＴのソース領域、ドレイン領域にそれぞれ接続されている。ソース・ドレイン電極７，８は、例えば、Ｍｏ／Ａｌ／Ｍｏの三層構造を有する。また、ソース・ドレイン電極７，８と同一の工程で形成可能な映像信号線（図示せず）は層間絶縁膜６上形成されている。例えばＳｉＮ_xなどからなるパッシベーション膜９は、前記ソース・ドレイン電極７，８を含む層間絶縁膜６上に形成されている。

光取り出し手段としての微粒子分散層１０は、前記パッシベーション膜９上に設けられている。この微粒子分散層１０は、ベース材料層（例えば樹脂材料層）１１に平均粒径１００〜３５０ｎｍの微粒子１２が多数分散された構造を有する。ここで、微粒子は一次粒子でも一次粒子が凝集して形成される二次粒子のいずれでもよい。微粒子の分散状態は、整列している必要はなく、ランダムであってもかまわない。このような微粒子分散層は、樹脂材料に微粒子を分散した溶液を調製し、この溶液をスピンコートなどの方法により塗布し、露光や加熱により硬化することにより形成することができる。

前記微粒子の平均粒径を１００ｎｍ未満にすると、後述する有機ＥＬ素子からの光を効率的に取出すことが困難になる。一方、前記微粒子の平均粒径が３５０ｎｍを超えると、膜形成のための塗布性が阻害されて微粒子分散層の平坦性が損なわれる虞がある。

前記微粒子分散層１０において、有機樹脂材料の屈折率をｎ1、前記微粒子の屈折率をｎ2とすると、ｎ2＞ｎ1の関係を満たすことが好ましい。これらの屈折率差は０．５〜１．２の範囲にすることが好ましい。前記樹脂材料としては、透明であることが好ましく、例えばＪＳＲ社製商標名：ＰＣ４０３のような感光性樹脂またはポリイミド等を用いることができる。これらの樹脂材料は、屈折率が概ね１．５〜１．６である。前記微粒子は、屈折率は高いほど光取り出し効果が高いため、屈折率が２．０以上である例えばＺｎＯ（屈折率２．０）、ＺｒＯ₂（屈折率２．０）またはＴｉＯ₂（屈折率２．７）等が好ましい。

前記微粒子分散層１０は、分散された微粒子より厚い５００ｎｍ〜１μｍの厚さを有することが好ましい。微粒子分散層１０は、前記微粒子が堆積密度で１０〜５０％で分散されていることが好ましい。

前記パッシベーション膜９および微粒子分散層１０には、前記ドレイン電極８に連通するスルーホールが開口されている。複数の光透過性の前面電極１３は、前記微粒子分散層１０上に互いに離間して並置されている。この例において、前面電極１３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。前面電極１３は前記スルーホールを通して前記ドレイン電極８に電気的に接続されている。

隔壁絶縁層１４は、前記前面電極１３を含む前記微粒子分散層１０上に設けられている。この隔壁絶縁層１４には、貫通孔１５が前面電極１３に対応して設けられている。前記隔壁絶縁層１４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。

発光層１６ａを含む有機物層１６は、前記隔壁絶縁層１４の貫通孔１５内に露出した前面電極１３上に設けられている。発光層１６ａ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１６は、発光層１６ａ以外の層をさらに含むことができる。例えば、有機物層１６は前面電極１３から発光層１６ａへの正孔の注入を媒介する役割を果たすバッファ層１６ｂをさらに含むことができる。また、有機物層１６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。

光反射性の背面電極１７は、前記隔壁絶縁層１４および有機物層１６上に設けられている。この例において、前記背面電極１７は各画素共通に連続して設けられた陰極である。背面電極１７は、パッシベーション膜９、微粒子分散層１０および隔壁絶縁層１４に設けられたコンタクトホール（図示せず）を通して映像信号線Ｘ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。これら前面電極１３、有機物層１６および背面電極１７により有機ＥＬ素子１８をそれぞれ構成している。

自発光素子および自発光素子に対応して配置される画素スイッチを少なくとも含む画素をマトリクス状に配置してなる自発光表示装置において、前記表示装置の表示面側または背面側に配置される光取り出し手段を設ける。なお、図１に示す有機ＥＬ表示装置は通常、背面電極１７と対向した封止基板（図示せず）と、その背面電極１７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、それにより背面電極１７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る。

以上説明した本発明によれば、発光層１６ａから放出する光が有機物層１６を出射してから光透過性絶縁層（例えば透明基板１）に至るまでの光路上にベース材料層（例えば樹脂材料層）１１に平均粒径１００〜３５０ｎｍの多数の微粒子１２が分散された微粒子分散層１０を配置することによって、発光効率の高い有機ＥＬ表示装置を実現できる。

前面電極１３とパッシベーション膜９の界面で全反射した光は、閉じ込められ外部に取り出すことが困難になる。本発明のように前面電極１３とパッシベーション膜９の間に樹脂材料層１１に平均粒径１００〜３５０ｎｍの多数の微粒子１２が分散された微粒子分散層１０を配置することによって、全反射で閉じ込められた光を前記微粒子分散層１０で散乱させ、光取り出し効率を向上できる。したがって、発光効率の高い有機ＥＬ表示装置を実現できる。

特に、微粒子分散層１０においてその有機樹脂材料の屈折率をｎ1、前記微粒子の屈折率をｎ2とすると、ｎ2＞ｎ1の関係を満たし、その屈折率差を０．５以上にすることによって、より一層発光効率の高い有機ＥＬ表示装置を得ることができる。

事実、アクリル系感光性樹脂（屈折率１．５４）に平均粒径の異なる（５０〜４５０ｎｍ）ＴｉＯ₂の微粒子（屈折率２．７）を２０％の体積密度で分散した厚さ５００ｎｍの微粒子分散層を図１に示す形態で組み込み、有機物層１６の発光層１６ａから放射された光（波長５００ｎｍ）の光取り出し効率を測定した。その結果を図２に示す。

図２から明らかなように取り出し効率は、微粒子分散層に分散されたＴｉＯ₂の微粒子の平均粒径が１００ｎｍより大きくなると高くなり、その微粒子の平均粒径が２００〜３５０ｎｍの範囲で最大になることがわかる。ただし、微粒子の平均粒径が３５０ｎｍを越えると、平坦な微粒子分散層を形成することが困難になる。また、微粒子の平均粒径が５０ｎｍmでは光の取り出し効率の向上が殆ど認められなかった。

本発明の有機ＥＬ表示装置を概略的に示す断面図。 微粒子分散層に分散された微粒子の粒径と光取り出し効率の関係を示す図。

符号の説明

１…透明基板（光透過性絶縁層）、５…ゲート電極、６…層間絶縁膜、９…パッシベーション膜、１０…微粒子分散層、１１…有機樹脂材料層、１２…微粒子、１３…前面電極、１４…隔壁絶縁層、１６有機物層、１６ａ…発光層、１８…有機ＥＬ素子。

Claims (6)

1. 光透過性絶縁層；
   前記光透過性絶縁層に対して背面側に配置された背面電極と、前記光透過性絶縁層と前記背面電極との間に介在した光透過性の前面電極と、前記前面電極と前記背面電極との間に介在された発光層を含む有機物層とを備えた有機エレクトロルミネッセンス素子；および
   前記発光層から放出する光が前記有機物層を出射してから前記光透過性絶縁層に至るまでの光路上に配置された微粒子分散層；
   を具備し、
   前記微粒子分散層は、ベース材料にこのベース材料と異なる屈折率を持つ多数の微粒子が分散されていることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス表示装置。
2. 前記微粒子は、平均粒径１００〜３５０ｎｍで、前記ベース材料より高い屈折率を有することを特徴とする請求項1記載の有機エレクトロルミネッセンス表示装置。
3. 前記ベース材料は、感光性樹脂であることを特徴とする請求項1または２記載の有機エレクトロルミネッセンス表示装置。
4. 前記微粒子は、ＴｉＯ₂、ＺｒＯ₂、またはＺｎＯであることを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の有機エレクトロルミネッセンス表示装置。
5. 前記微粒子分散層は、分散された微粒子より厚い５００ｎｍ〜３μｍの厚さを有することを特徴とする請求項１〜４いずれか記載の有機エレクトロルミネッセンス表示装置。
6. 前記微粒子分散層は、前記微粒子が体積密度で１０〜５０％で分散されていることを特徴とする請求項１ないし５いずれか記載の有機エレクトロルミネッセンス表示装置。

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