JP2006221976A

JP2006221976A - 有機ｅｌディスプレイ

Info

Publication number: JP2006221976A
Application number: JP2005034582A
Authority: JP
Inventors: Akira Fujimoto; 明藤本; Kouji Asakawa; 鋼児浅川; Tsutomu Nakanishi; 務中西
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2005-02-10
Filing date: 2005-02-10
Publication date: 2006-08-24
Anticipated expiration: 2025-02-10
Also published as: US20060175962A1; CN1822729A; KR20060090765A; DE102005043546A1; KR100778582B1; CN100493275C; US7759861B2; JP4410123B2

Abstract

【課題】ＲＧＢ全てに対応した間隔の回折格子を一括して形成することができ、製造プロセスの簡略化及び製造コストの低減をはかる。
【解決手段】透明基板２０と、この透明基板２０上に形成されたバッファ層２２と、このバッファ層上２２に形成された有機ＥＬ素子１０とを備えた有機ＥＬディスプレイにおいて、バッファ層２２は有機ＥＬ素子１０の透明電極１１と同等の屈折率を有する材料からなり、該バッファ層２２の基板側の表面に、異なる２種の格子周期を有する２次元の回折格子が形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、フルカラーの有機ＥＬディスプレイに係わり、特に光取り出し部分の改良をはかった有機ＥＬディスプレイに関する。

有機ＥＬディスプレイは、基本的にガラス基板、陽極である透明電極（高屈折率部位）、正孔注入層（正孔輸送層）、有機膜からなる発光層、陰極から構成されている。透明電極は屈折率が２前後であり、屈折率が１．５〜１．７のガラス基板や発光層である有機膜と比較すると大きい。そのため、透明電極は導波路構造となり、透明電極内を光が導波してしまい約５０％の光を損失してしまう。その結果、有機ＥＬディスプレイの光取り出し効率は約１８％と低いのが現状である。この透明電極内を導波する光を取り出す方法として、透明電極としてのＩＴＯ上にＩＴＯと同程度の屈折率である材料を形成し、その材料に回折格子を施し、導波する光を取り出す方法がある（例えば、非特許文献１参照）。

透明電極上に回折格子を形成するのは光取り出しに非常に有効であるが、ある大きさを持つ回折格子はある特定の波長を中心に回折を起こし、可視光（４００から７００ｎｍ）の全てを回折するわけではない。そのため、単一の回折格子をディスプレイ前面に形成する方法は、フルカラー有機ＥＬディスプレイには必ずしも有効ではない。それを解決する方法として、ＲＧＢの画素毎にその波長に見合った大きさの回折格子を形成する方法がある（特許文献１参照）。しかしながら、この方法は、画素毎に見合った回折格子を作り分けることから、製造プロセスが非常に煩雑になり、また高コストになり実用化は難しい。

また、一般的な低分子型の有機ＥＬディスプレイにおいては、ＲＧＢの材料のうち、Ｒの材料の輝度が低い問題がある。そのため、ＲＧＢの輝度のバランスを保つため、Ｒ部分に投入する電力が多くなる。これは、ディスプレイとしての消費電力の増大を招き、素子の寿命も短くしてしまうことになる。
特開２００３−１６３０７５ Applied Physics Letters,3779,82,2003

このように従来、フルカラーの有機ＥＬディスプレイにおいては、光取り出し効率を上げるためにＲＧＢの画素毎に見合った大きさ（間隔）の回折格子を形成しなければならず、これが製造プロセスの煩雑化及びコスト高を招く要因となっていた。

本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目的とするところは、ＲＧＢ全てに対応した大きさ（間隔の）回折格子を一括して形成することができ、製造プロセスの簡略化及び製造コストの低減をはかることができ、高輝度で実用性の高い有機ＥＬディスプレイを提供することにある。

上記課題を解決するために本発明は、次のような構成を採用している。

即ち、本発明の一態様は、透明基板と、この透明基板上に形成され、該基板側に透明電極を有する有機ＥＬ素子とを具備した有機ＥＬディスプレイであって、前記透明電極の前記基板側の表面に、異なる２種の格子周期を有する２次元の回折格子が形成されていることを特徴とする。

また、本発明の別の一態様は、透明基板と、この透明基板上に形成されたバッファ層と、このバッファ層上に形成された有機ＥＬ素子とを具備した有機ＥＬディスプレイであって、前記バッファ層は前記有機ＥＬ素子の透明電極と同等の屈折率を有する材料からなり、該バッファ層の前記基板側の表面に、異なる２種の格子周期を有する２次元の回折格子が形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、透明電極上若しくは透明電極上に形成したバッファ層（高屈折率層）に２種類の格子周期を持つ回折格子を形成することにより、ＲＧＢの各色に対応した格子間隔の回折格子を形成することが可能である。そしてこの場合、色毎に分けて回折格子を形成する必要がなく、ディスプレイ全面に一括して回折格子を形成できることから、製造プロセスが簡便になり、回折格子を用いた高輝度有機ＥＬディスプレイとして実用化可能である。

また、本発明によれば、有機ＥＬ素子のＲの材料の輝度がＧＢに比べて低い問題点も解決できる。即ち、２種の回折格子のうち、Ｒに対応する大きさの回折格子の面積比率を大きくすることで、Ｒの回折効率を大きくできる。そのため、ＲＧＢの輝度のバランスを保つことができ、ディスプレイの消費電力を抑制し、結果として素子の長寿命化をはかることが可能となる。

以下、本発明の詳細を図示の実施形態によって説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係わる有機ＥＬディスプレイの概略構成を示す断面図である。

図中の１０は有機ＥＬ素子であり、この有機ＥＬ素子１０は透明電極（陽極）１１、正孔注入層（正孔輸送層）１２，有機膜（発光層）１３、陰極１４から構成されている。２０はガラス又はプラスチックからなる透明基板であり、この基板２０の上面には凹凸形状からなる回折格子２１が形成されている。

透明基板２０上には、透明電極１１と同等の屈折率の材料からなるバッファ層（高屈折率層）２２が回折格子２１を埋め込むように設けられ、これにより高屈折率層２２に回折格子２３が形成されている。そして、有機ＥＬ素子１０は透明電極１１を下にして高屈折率層２２の上に形成されている。

ここで、回折格子２３は、高屈折率層２２に形成するのではなく、透明電極１１に形成しても良い。また、有機ＥＬ素子１０には、正孔注入層（正孔輸送層）１２だけでなく、電子注入層（電子輸送層）を形成しても良い。即ち、有機ＥＬ素子の代表的な層構造としては、以下のものが挙げられる。

１）透明電極（陽極）／発光層／電極（陰極）
２）透明電極（陽極）／発光層／電子注入層／電極（陰極）
３）透明電極（陽極）／正孔注入層／発光層／電子注入層／電極（陰極）
４）透明電極（陽極）／正孔注入層／発光層／電極（陰極）
陽極としての透明電極１１は、例えばインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）等の仕事関数の大きな導電性材料から形成することができ、その厚さは、通常１００〜３００ｎｍ程度である。

透明電極１１上には、真空蒸着法などによって正孔注入層１２、さらに必要に応じて電子注入層を形成する。電子注入層及び正孔注入層は、それぞれ電荷の注入性、電荷の輸送性、電荷に対する障壁性の何れかを有する層である。これらの層は、有機材料及び無機材料の何れを用いて構成してもよく、厚さは１０〜３００ｎｍ程度とすることができる。

発光層１３では、電子と正孔とが再結合して光が発生する。陰極１４は、例えばアルミニウム，マグネシウム，インジウム，銀又は各々の合金等の仕事関数が小さな金属から形成され、その厚さは１０〜５００ｎｍ程度とすることができる。

次に、本実施形態の原理について詳細に説明する。

図２は、本実施形態における回折格子による光取り出しを説明するための断面図である。図中において、ｋ１は回折格子がない条件での高屈折率部内を導波する光の平面方向への波数ベクトルであるとする。ｋ２はその導波した光が取り出せた場合の波数ベクトルであるとする。回折格子の格子間隔をΛとすると、以下の条件のとき光は高屈折率部から放出される。

ｋ₁sinθ₁＋ｍ（２π／Λ）＝ｋ₂sinθ₂ …（１）
ここで、ｋ₁＝ｎ₁×２π／λ、ｋ₂＝ｎ₂×２π／λであり、ｎ₁は高屈折率部位の屈折率、ｎ₂は放出部の屈折率、θ₁は高屈折率部位の入射角、θ₂は放出部の出射角、λは発光波長である。

（１）式左辺の第２項のｍは回折次数で整数である。高屈折率部内で光があるモードで導波しているならば、（１）式から分かるように、ある波長に対応した格子間隔に応じて回折光が生じる。つまり、光の波長が変われば高屈折率部位の導波光は十分に取り出せないということになる。つまり、１種類の回折格子では複数の波長の光取り出し向上に対応できない。

そのため、一例として図３に示すような２種の大きさのパターンの回折格子を設ける。即ち、Ｘ方向及びＹ方向にそれぞれピッチＬの間隔で大きい円（散乱体）を配列すると共に、同じピッチＬで小さい円（散乱体）を配列する。但し、大きい円と小さい円とは、Ｘ方向及びＹ方向にそれぞれＬ／２ピッチずらしている。

次に、回折格子における波長に対する回折効率について述べる。

光の散乱は波長の短い光ほど散乱されやすい。光の散乱能は波長の４乗に反比例する。このため、青の光の方が赤の光に比べ、数倍散乱されやすい性格を持つ。また、散乱体に対しては、散乱体の体積の積に比例する。このようなことを考えると、各波長に応じた間隔に回折格子を配置し、かつ回折格子を構成する散乱体の大きさを変えることで、波長毎の散乱能を調整することができる。

例えば、二重の四角格子の回折格子を図３のように組む。第１の四角格子としての大きい円の半径をＲ₁、第２の四角格子としての小さい円の半径をＲ₂とし、大きい円間の間隔をＬとする。このとき、小さい円間の間隔もＬである。この間隔Ｌが、回折格子の一方の格子周期となる。これに対して、大きい円と小さい円の間隔は、Ｌ／√２となる。この間隔Ｌ／√２が、回折格子の他方の格子周期となる。そして、間隔Ｌを赤の波長に対応させると、大きい円と小さい円の間隔Ｌ／√２は青の領域になる。

次に、各波長の散乱能を考える。間隔Ｌに対応する散乱体は、大きい円同士と小さい円同士である。このため、各円間での干渉は互いの面積の積になるため、Ｒ₁ ²とＲ₂ ²になる。この２つの格子は間隔が同じため、同じ角度に散乱光が出てくる。一方、間隔Ｌ／√２に対応する散乱体は大きな円と小さな円であり、これらの散乱体に応じた干渉は大きな円と小さな円との間であるため、Ｒ₁×Ｒ₂となる。

この結果、赤の波長の光の回折効率は、
Ｉ（赤）∝Ｌ^-4×（Ｒ₁ ²＋Ｒ₂ ²） …（２）
となる。同様に、青の波長の光の回折効率は、
Ｉ（青）∝（Ｌ／√２）^-4×（Ｒ₁×Ｒ₂）×２ …（３）
となる。

このような条件で、格子を設計すると、赤と青の色の回折光の取り出し量を各々別個に調整することができる。

下記の（表１）に式（２）、（３）からＬ＝６５０ｎｍとし、Ｒ１，Ｒ２の大きさを振った場合のＩ（赤）／Ｉ（青）の結果を示す。

大小の散乱体の面積比率が同じ場合では、（表１）から青色の効率が赤よりも大きいことが分かる。そのため、輝度のバランスを取るためには２つの回折格子である格子の面積比率が、大きい散乱体：小さい散乱体＝５：１から１：１が望ましい。

一例として、図３の二重四角格子のパターンについて述べる。Ｌ＝６５０ｎｍ、Ｒ₁＝２５０ｎｍ、Ｒ₂＝１００ｎｍ、大きい散乱体の面積比率：大きい散乱体の面積比率＝１：１とすると、Ｉ（赤）／Ｉ（青）＝０．３６２となり、青の回折効率が３倍ほど大きい。よって、波長と回折効率の関係は図４（ａ）に示すようになる。さらに、図４（ａ）から分かるように、回折効率は、赤と青の波長で大きくなる他に、重なる緑の波長も大きくなる。そのため、２種の回折格子でＲＧＢの全てを明るくすることが可能になる。

また、ＲＧＢの輝度が同じ場合には、上記の回折格子をそのまま用いると輝度は向上するが、輝度の比率はＲ：Ｇ：Ｂ＝０．３６３：０．３６３：１となりバランスが取れない。このような場合、大小の散乱体の面積比率を３：１程度にすれば、Ｒの回折効率が大きくなり、図４（ｂ）に示すように、ＲＧＢの輝度が同程度になる。

なお、図３の回折格子は、散乱体としての大きな円を配置した第１の四角格子と、散乱体としての小さな円を配置した第２の四角格子と、を有する二重四角格子として説明したが、別の見方をすれば次のように説明することもできる。即ち、Ｘ方向及びＹ方向にそれぞれ等しい格子間隔（Ｌ／√２）で散乱体をそれぞれ配置して１つの四角格子が構成されている。この四角格子において、散乱体としての大きな円と小さな円は、Ｘ方向及びＹ方向のそれぞれに対し交互に配置されている。そして、大きな円同士が第１の四角格子を成し、小さな円同士が第２の四角格子を成すものとなっている。つまり、図３の回折格子は、Ｘ方向及びＹ方向の格子間隔（Ｌ／√２）が等しい四角格子の各格子点に、２種の大きさの散乱体の何れかを配置し、且つ隣接する格子点で該散乱体の大きさが互いに異なるように配置して構成されたものと見なすことができる。

次に、二重回折格子の別の例として、図５の三角格子の回折効率について簡単に述べておく。大きい円の半径をＲ₁、小さい円の半径をＲ₂とし、大きい円間の間隔をＬとする。小さい円間の間隔はＬ／√３となる。同様に、大きい円と小さい円の間隔は、Ｌ／√３となる。

従って、この場合の赤の波長の光の回折効率は、
Ｉ（赤）∝Ｌ^-4×１２Ｒ₁ ² …（４）
となる。同様に、青の波長の光の回折効率は、
Ｉ（青）∝（Ｌ／√３）^-4×（３Ｒ₂ ²＋９Ｒ₁×Ｒ₂）…（５）
となる。

この場合も、Ｌ，Ｒ₁，Ｒ₂の各値の選択により、赤の光の回折効率と青の光の回折効率を最適に設定することにより、Ｒの材料の輝度が低い場合であっても、ＲＧＢの輝度のバランスを保つことができる。これは、三角格子に限らず、ハニカム格子など他の２次元の回折格子を組んだ際にも同様にして扱うことができる。

このように本実施形態によれば、有機ＥＬ素子１０と透明基板２０との間の高屈折率層２２に２種類の格子周期（例えばＬとＬ／√２、又はＬとＬ／√３）を持つ回折格子２３を形成することにより、等価的にＲＧＢの各色に対応した格子間隔の回折格子を形成することが可能である。そしてこの場合、ＲＧＢの各色毎に分けて回折格子を形成する必要がなく、ディスプレイ全面に一括して回折格子を形成することができる。このため、製造プロセスが簡便になり、回折格子を用いた高輝度有機ＥＬディスプレイを実現することが可能となる。また、Ｒに対応する大きさの回折格子の面積比率を大きくすることで、Ｒの回折効率を大きくできる。これにより、ＲＧＢの輝度のバランスを保つことができ、ディスプレイの消費電力を抑制し、結果として素子の長寿命化をはかることが可能となる。

前記図１に示した有機ＥＬディスプレイにおける高屈折率膜上への凹凸形状は、一例として以下のような方法により作製することができる。

まず、図６（ａ）に示すように、ガラス基板２０に電子線レジスト６０を３００ｎｍ程度形成する。

次いで、前記図３に示すような２種の回折格子を有するパターンを形成したマスクを用いて、レジスト６０を電子線ビームで描画する。描画後、現像を行うことにより、図６（ｂ）に示すようなレジストパターン６１を得た。

次いで、現像したレジストパターン６１をマスクとして、ＣＦ₄による反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を行う。１００ｎｍ程度エッチングした後、残留したレジストパターン６１をＯ₂アッシングにより取り除く。これにより、図６（ｃ）に示すように、ガラス基板２０の表面に、２種の大きさの溝（回折格子）２１が得られる。

次いで、図６（ｄ）に示すように、回折格子２１が形成されたガラス基板２０上に、プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法によりＳｉＮ膜（高屈折率層）２２を５００ｎｍ程度形成する。これにより、ＳｉＮ膜２２の表面に回折格子２３が形成されることになる。

これ以降は、スパッタリング法によりＳｉＮ膜２２上にＩＴＯ薄膜１１を堆積して陽極を形成し、さらに正孔注入層１２、発光層１３及び陰極１４を、蒸着法により形成することによって、前記図１、図３に示した２種の回折格子を有する有機ＥＬディスプレイが得られる。

ここで、正孔注入層１２及び発光層１３は、例えばスピンコート法やキャスト法により形成してもよい。この場合は、有機材料又は無機材料を揮発性の溶媒に溶解して原料溶液を調製し、陽極が形成された透明基板を必要に応じて回転させつつ、原料溶液を塗布して塗膜を形成した後、溶媒を蒸発させることによって薄膜が得られる。図１では用いていないが、電子注入層に関しても同様である。

以下、本発明を実施例によって更に詳細に説明する。なお、以下では、２種の回折格子を形成してＲＧＢの輝度向上の効果を簡単に評価するため、回折格子を形成した基板に、１ｃｍ²角の面積のＲＧＢをそれぞれ形成し、回折格子を施さない場合と比較して輝度向上の評価を行った。

（実施例１）
ガラス基板２０に電子線用レジスト６０（フジフィルム製：ＦＥＰ−３０１）を３００ｎｍ形成した。そして、パターンジェネレーターを装備した５０ｋＶの加速電圧を持つ電子線露光装置で、レジスト６０に前記図３のパターンを形成した。ここでは、Ｌ＝６５０ｎｍ、Ｒ₁＝２５０ｎｍ、Ｒ₂＝１００ｎｍ、大きい散乱体の面積比率：大きい散乱体の面積比率＝１：１のパターンとした。続いて、ＣＦ₄流量３０sccm、圧力１．３３Ｐａ（１０ｍTorr）、パワー１００Ｗで２分間ＲＩＥした。ＲＩＥ後、残留したレジストをＯ₂アッシャーにより除去した（図６（ｃ））。エッチングした深さは１００ｎｍであった。

次いで、凹凸パターンつきガラス基板２０にＳｉＮ（ｎ＝１．９）の膜２２をプラズマＣＶＤ法により５００ｎｍ堆積した（図６（ｄ））。５００ｎｍ堆積するとＳｉＮ表面は平坦化された。そして、ＳｉＮ膜２２上にＩＴＯ膜１１をスパッタリング法により１５０ｎｍ堆積し陽極を作製した。

次に、以下のようにしてＲＧＢの各々の有機ＥＬ素子を作製した。

（Ｒ）
ＩＴＯ膜１１上に正孔注入層１２としてのＮ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’−ｂｉｓ（３−メチルフェニル）１−１’ビフェニル−４，４’ジアミン（以下ＴＰＤ）を、蒸着法により５０ｎｍ形成した。そして、その上に発光層１３であるトリス−（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム（以下Ａｌｑ₃）に２％ＤＣＭ２をドープしたものを蒸着法により１００ｎｍ形成した。最後に、Ｍｇ：Ａｇ（５％）電極１４を蒸着法により１５０ｎｍ形成して赤色素子を作製した。ピーク波長は６５０ｎｍであった。

（Ｇ）
ＩＴＯ膜１１上に正孔注入層１２としてのＴＰＤを、蒸着法により５０ｎｍ形成した。そして、その上に発光層１３であるＡｌｑ₃を蒸着法により１００ｎｍ形成した。最後に、Ｍｇ：Ａｇ（５％）電極１４を蒸着法により１５０ｎｍ形成して緑色素子を作製した。ピーク波長は５３０ｎｍであった。

（Ｂ）
ＩＴＯ膜１１上に正孔注入層１２であるトリフェニルアミン・テトラマー（ＴＰＴＥ）を蒸着法により５０ｎｍ形成した。そして、その上に発光層１３であるピレンアダマンタン誘導体を１００ｎｍ形成した。その上に電子注入層（図示せず）であるＡｌｑ₃を蒸着法により１００ｎｍ形成し、電極１４であるＬｉＦ（１ｎｍ）／Ａｌ（１５０ｎｍ）を蒸着法により形成して青色素子を作製した。ピーク波長は４５０ｎｍであった。

上記のようにして作製した各素子の評価を行ったところ、回折格子を形成していない場合と比較して、赤色は１．３倍、緑色は１．５倍、青色は１．７倍の輝度向上が確認された。

（実施例２）
実施例１と同様に、ガラス基板２０上に電子線用レジスト６０を形成し、前記図３のパターンを形成した。そのマスクパターンを用いて、ＣＦ₄流量３０sccm、圧力１．３３Ｐａ（１０ｍTorr）、パワー１００Ｗで２分間ＲＩＥした。ＲＩＥ後、残留したレジストパターン６１をＯ₂アッシャーにより除去した。これにより、図７（ａ）に示すように、ガラス基板２０の表面に、２種の大きさの溝（回折格子）２１が得られる。エッチングした深さは１００ｎｍであった。

次いで、図７（ｂ）に示すように、凹凸パターン付きガラス基板２０に透明電極であるＩＴＯ（ｎ＝１．９）膜１１を、スパッタリング法により３００ｎｍ堆積した。３００ｎｍ堆積すると、ＩＴＯ膜１１の表面は平坦化された。

次いで、図７（ｃ）に示すように、ＲＧＢの有機ＥＬ素子の有機層１３、陰極１４の形成は実施例１と同様のプロセスで形成した。

上記のようにして作製した各素子の評価を行ったところ、回折格子を形成していない場合と比較して、赤色は１．２５倍、緑色は１．４倍、青色は１．６５倍の輝度向上が確認された。

（実施例３）
図８（ａ）に示すように、ガラス基板２０にＳｉＮ（ｎ＝１．９）膜８２をプラズマＣＶＤ法により２００ｎｍ堆積した。その上に、実施例１と同様に、電子線用レジスト６０を形成し、描画、現像を行うことにより、前記図３に示すパターンを有するレジストパターン６１を形成した。

次いで、レジストパターン６１を用いて、ＣＦ₄流量３０sccm、圧力１．３３Ｐａ（１０ｍTorr）、パワー１００Ｗで１０分間ＲＩＥした。ＲＩＥ後、残留したレジストパターン６１をＯ₂アッシャーにより除去した。これにより、図８（ｂ）に示すように、２００ｎｍの高さのＳｉＮ膜８２の回折パターンが形成された。

次いで、図８（ｃ）に示すように、有機系シリカであるスピンオンガラス（ＳＯＧ）を２００ｒｐｍの回転数で塗布し、１５０℃でベークすることにより、ＳＯＧ膜８３を３００ｎｍの膜厚に形成した。３００ｎｍの厚さに形成することでＳＯＧ膜８３の表面は平坦化された。

次いで、ＣＦ₄流量３０sccm、圧力１．３３Ｐａ（１０ｍTorr）、パワー１００Ｗで、ＳＯＧ膜８３を３分間ＲＩＥし、ＳｉＮ膜８２の表面を露出させた。これにより、図８（ｄ）に示すように、ＳｉＮの回折パターンが形成された。

これ以降は、実施例１と同様のプロセスを行い、ＲＧＢの有機ＥＬ素子の陽極１１、正孔注入層１２，有機膜の発光層１３、陰極１４を形成することにより、図８（ｅ）に示すような有機ＥＬディスプレイが得られた。

上記のようにして作製した各素子の評価を行ったところ、回折格子を形成していない場合と比較して、赤色は１．５倍、緑色は１．７倍、青色は１．９倍の輝度向上が確認された。

（実施例４）
ガラス基板２０に電子線用レジスト６０（フジフィルム製：ＦＥＰ−３０１）を３００ｎｍ形成した（図６（ａ））。そして、パターンジェネレーターを装備した５０ｋＶの加速電圧を持つ電子線露光装置で、前記図５の三角格子状のパターン（レジストパターン６１）を形成した（図６（ｂ））。そのマスクパターンを用いて、ＣＦ₄流量３０sccm、圧力１．３３Ｐａ（１０ｍTorr）、パワー１００Ｗで２分間ＲＩＥした。ＲＩＥ後、残留したレジストをＯ₂アッシャーにより除去した（図６（ｃ））。エッチングした深さは１００ｎｍであった。

凹凸パターン付きガラス基板２０上に、ＳｉＮ（ｎ＝１．９）の膜２２をプラズマＣＶＤ法により５００ｎｍ堆積した（図６（ｄ））。５００ｎｍ堆積するとＳｉＮ表面は平坦化された。そして、ＳｉＮ膜２２上にＩＴＯ膜をスパッタリング法により１５０ｎｍ堆積し陽極１１を作製した。

その後、ＲＧＢの有機ＥＬ素子の正孔注入層１２、有機膜の発光層１３、陰極１４の形成は実施例１と同様のプロセスで行った。

上記のようにして作製した各素子の評価を行ったところ、回折格子を形成していない場合と比較して、赤色は１．３倍、緑色は１．３５倍、青色は１．７倍の輝度向上が確認された。

（実施例５）
ここでは、ＲＧＢの輝度のバランスの制御について述べる。

実施例１に示したＲＧＢそれぞれの有機ＥＬ素子において、回折格子を形成していない各々の素子に対する投入電力を同一にした場合、輝度の割合はＲＧＢ＝０．５：１：１となる。

ガラス基板２０上に実施例１と同様に、電子線用レジスト６０を形成し、電子線露光装置を用いてレジストパターン６１を形成した。形成した基本的な回折パターンは前記図３と同様であるが、大きい散乱体の面積比率：大きい散乱体の面積比率＝３：１にしてパターンを形成した。

そのマスクパターンを用いて、ＣＦ₄流量３０sccm、圧力１．３３Ｐａ（１０ｍTorr）、パワー１００Ｗでガラス基板２０の表面を３分間ＲＩＥした。ＲＩＥ後、残留したレジストパターン６１をＯ₂アッシャーにより除去した、エッチングした深さは１５０ｎｍであった。

凹凸パターン付きガラス基板２０にＳｉＮ（ｎ＝１．９）の膜２２をプラズマＣＶＤ法により５００ｎｍ堆積した。５００ｎｍ堆積するとＳｉＮ表面は平坦化された。そして、ＳｉＮ膜２２上にＩＴＯ膜をスパッタリング法により１５０ｎｍ堆積し、陽極１１を作製した。その後、ＲＧＢの有機ＥＬ素子の正孔注入層１２，有機膜の発光層１３、陰極１４の形成は、実施例１と同様のプロセスで行った。

上記のようにして作製した各素子の評価を行ったところ、ＲＧＢそれぞれの有機ＥＬ素子の投入電力を同一にした場合、輝度の割合はＲ：Ｇ：Ｂ＝１：０．９５：０．９５であった。このように２種の回折格子パターンを形成することにより、ＲＧＢの輝度のバランスが大幅に改善された。

（変形例）
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。実施形態では、回折格子の配列を四角格子又は三角格子としたが、これ以外にも格子周期が異なる２種の配列が可能な２次元の回折格子に適用することができる。

また、実施形態においては回折格子の２種の格子周期として、一方を６５０ｎｍ、他方を４６０ｎｍ或いは３７５ｎｍとしたが、一方が赤色近傍の６００〜７００ｎｍに対応した長さであり、他方が青，青紫，紫外近傍の３５０〜４６０ｎｍに対応した長さであればよい。さらに、２種の格子周期を有する回折格子において、格子周期が長い方に対応する散乱体の面積と格子周期が短い方に対応する散乱体の面積との比率は仕様に応じて適宜変更可能である。一般的には、５：１から１：１の範囲とすればよい。

また、有機ＥＬ素子の構成は前記図１に何ら限定されるものではなく、仕様に応じて適宜変更可能である。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができる。

本発明の一実施形態に係わる有機ＥＬディスプレイの概略構造を示す断面図。回折格子による光取り出しを説明するための断面図。２種の大きさのパターンの回折格子の一例を示す平面図。波長と回折効率との関係を示す特性図。２種の大きさのパターンの回折格子の他の例を示す平面図。実施例１に係わる有機ＥＬディスプレイの製造工程を示す断面図。実施例２に係わる有機ＥＬディスプレイの製造工程を示す断面図。実施例３に係わる有機ＥＬディスプレイの製造工程を示す断面図。

符号の説明

１０…有機ＥＬ素子
１１…透明電極（陽極）
１２…正孔注入層（正孔輸送層）
１３…有機膜（発光層）
１４…陰極
２０…ガラス基板（透明基板）
２１，２３…回折格子
２２，８２…ＳｉＮ膜（高屈折率層）
６０…レジスト
６１…レジストパターン
８３…ＳＯＧ膜

Claims

透明基板と、この透明基板上に形成され、該基板側に透明電極を有する有機ＥＬ素子とを具備し、
前記透明電極の前記基板側の表面に、異なる２種の格子周期を有する２次元の回折格子が形成されていることを特徴とする有機ＥＬディスプレイ。
透明基板と、この透明基板上に形成されたバッファ層と、このバッファ層上に形成された有機ＥＬ素子とを具備し、
前記バッファ層は前記有機ＥＬ素子の透明電極と同等の屈折率を有する材料からなり、該バッファ層の前記基板側の表面に、異なる２種の格子周期を有する２次元の回折格子が形成されていることを特徴とする有機ＥＬディスプレイ。
前記回折格子の２種の格子周期は、一方が赤色近傍の６００〜７００ｎｍに対応した長さであり、他方が青，青紫，紫外近傍の３５０〜４６０ｎｍに対応した長さであることを特徴とする請求項１又は２記載の有機ＥＬディスプレイ。
前記回折格子は、複数の四角格子又は複数の三角格子で形成されていることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の有機ＥＬディスプレイ。
前記回折格子は、Ｘ方向及びＹ方向の格子間隔が等しい第１の四角格子と、Ｘ方向及びＹ方向の格子間隔が第１の四角格子と等しく、第１の四角格子とはＸ方向及びＹ方向にそれぞれ１／２ピッチずつずれた第２の四角格子と、を含んで構成されることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の有機ＥＬディスプレイ。
第１の四角格子と第２の四角格子とは、Ｘ方向及びＹ方向に前記格子間隔で配列すべき散乱体の大きさが互いに異なることを特徴とする請求項５記載の有機ＥＬディスプレイ。
前記回折格子は、Ｘ方向及びＹ方向の格子間隔が等しい四角格子の各格子点に、２種の大きさの散乱体の何れかを配置し、且つ隣接する格子点で該散乱体の大きさが互いに異なるように配置して構成されることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の有機ＥＬディスプレイ。
第１の四角格子と第２の四角格子の面積比率が、大きい散乱体：小さい散乱体＝５：１から１：１の範囲であることを特徴とする請求項６記載の有機ＥＬディスプレイ。