JP3934460B2

JP3934460B2 - 自発光素子

Info

Publication number: JP3934460B2
Application number: JP2002106999A
Authority: JP
Inventors: 康之大八木
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2002-04-09
Filing date: 2002-04-09
Publication date: 2007-06-20
Anticipated expiration: 2022-04-09
Also published as: JP2003303677A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光取出し効率（出光率）が高く、視認性を向上させたエレクトロルミネッセンス（ＥＬ）素子やプラズマディスプレイ（ＰＤＰ）素子などの自発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＥＬ素子やＰＤＰ素子などの自発光型の素子において、その発光層から発生する光は指向性があまりなく、それを支持する透明基板内に等方的に均一に放出される。放出された光のうち、光取出し面（出光面）に対して臨界角以上の光は、図６の符号１１に示すように、全反射を起こし、透明基板２０内から外部に光を取り出すことができない。スネルの屈折の法則により屈折率ｎから空気中に出射される際の全反射の臨界角は次式で表すことができる。
ｎｓｉｎθ_c＝１（１）
【０００３】
図６の基板２０の屈折率が一般のガラスや透明樹脂の場合の光取出し効率ηは、凡そ２０％でしかなく、外部発光効率（出光率）を制限している最大の要因となっている。特開平１０−２４１８５６号公報には、ガラス基板表面を粗面にし、ＥＬ素子発光層から出射した光を散乱させ、出光率を向上させる方法が開示されているが、臨界角以下の光に対しては、上記粗面による散乱により、散乱光が臨界角以上になる成分が発生し、出光率にロスが生じる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、ＥＬ素子やＰＤＰ素子などの自発光型の素子の発光層から放出され、光取り出し面に対して臨界角以上の光を、透明基板内で拡散反射させることによって、出光率が高く、視認性を向上させたＥＬ素子やＰＤＰ素子などの自発光素子の提供を目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的は以下の本発明によって達成される。すなわち、本発明は、少なくとも一方が透明または半透明である一対の陽極および陰極からなる電極間に少なくとも発光層を有し、その出光側が、透明基板により支持された自発光素子において、上記透明基板と外部との界面に対して前記発光層から臨界角よりも大きな角度で出射した光を拡散反射させる隔壁を前記透明基板内に設けてなり、上記隔壁が、下記（１）、（２）および（３）のいずれかの方法で形成されていることを特徴とする自発光素子を提供する。
（１）支持基板上に形成した陰極上に、白色顔料を感光性樹脂に分散させたペーストを塗工して感光層を形成し、該感光層をフォトリソグラフィ法によりパターニングして形成する方法。
（２）支持基板上に形成した陰極上に、白色顔料を感光性樹脂に分散させたペーストを用いてシルクスクリーン印刷方法によって形成する方法。
（３）透明基板上に光重合性のアクリルモノマーをスリットコートし、型押し可能とする離型処理した金型を上記基板に押し付け、基板側より紫外線を照射し、ストライプ状の溝を形成し、該溝に白色顔料粉末を封入し、アクリルモノマーを白色顔料を充填した溝内に滴下し、スピンコートによって全表面に薄膜を形成し、紫外線により硬化させる方法。
【０００６】
【発明の実施の形態】
次に好ましい実施の形態を挙げて本発明をさらに詳しく説明する。図１は、本発明の１実施例を示す素子の概略断面図である。本発明の自発光素子は、図１に示すように、透明陽極２１および不透明または光反射性陰極２３からなる電極間に少なくとも発光層２２を有し、その出光側が、透明基板２０により支持された自発光素子において、上記透明基板２０と外部との界面に対して前記発光層２２から臨界角よりも大きな角度で出射した光を拡散反射させる隔壁３０を前記透明基板２０内に設けたことを特徴としている。なお、上記において陽極と陰極とが逆であって、陰極が透明で、陽極が不透明または光反射性であってもよい。
【０００７】
上記自発光素子を駆動させると、図２に示すように透明陽極２１から出射した光のうちで、臨界角以上の角度成分の光１１は隔壁に３０によって反射され、透明基板２０と空気との界面において臨界角未満の角度の光１２として透明基板２０から出光する。このように光１２を隔壁で反射させるために、隔壁表面に光散乱性を持たせておくことが好ましい。
【０００８】
隔壁３０の高さｈは、画素（隔壁）のピッチをｄとしたとき次式（２）のようにすることにより、出射光の臨界角以上の角度成分の光１１を隔壁に入射させ、角度変換を行うことができる。

例えば（２）式より、屈折率１．５の透明基板２０においてピッチ（ｄ）を７６μｍとすると、隔壁の高さ（ｈ）は８５μｍ以上が望ましい。ｈが高くなることにより、出射光の正面方向への指向性を向上させることができる。ｈが（２）式を満たしていなくとも、出光率向上の効果を期待することができることから、固定された図柄、文字などを表示する比較的発光エリアの広い自発光素子についても、発光エリア端に上記隔壁３０を設けることにより出光率を向上させることができる。
【０００９】
上記本発明の自発光素子における隔壁３０は、白色系であることが好ましい。これより液晶ディスプレイ用カラーフィルターの遮光膜に関する特開平１１−２７１７５５号公報に開示されているように、上記自発光素子を白基調の背景色のときに使用すると、隔壁３０の色により表示画像の視認性を劣化させることがない。上記隔壁３０の材料として、白色で反射率の高い硫化バリウム、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、酸化チタンなどの金属酸化物や金属化合物などの粉末を押し固めたものや、これらの粉末を樹脂に分散させたものなどが使用できる。
【００１０】
図３に示す実施の形態は、前記隔壁３０が、陽極２１および発光層２２を貫通して陰極２３に達している例である。この場合には、隔壁３０を絶縁体とすることにより、隔壁３０によって区画されるそれぞれの画素に、発光色の異なる発光層を設け、ドットマトリクス型のディスプレイとすることができる。そのためには各画素間で電極２１を電気的に隔離する必要がある。そのために上記隔壁３０が絶縁体であるこが必要であり、このような隔壁３０を用いることによりドットマトリクス型のディスプレイの製造工程の簡略化も可能である。
【００１１】
図４は、図３のＡ−Ａ矢視図であり、隔壁３０は平行したストライプ状に設けられていることを説明している。このように隔壁３０と発光層２２とが透明基板２０の面方向に交互に配列したストライプ状であってもよいし、図５に示すように隔壁３０がドットマトリックス状でもよい。隔壁３０をドットマトリックス状にして、各画素内にＲ、Ｇ、Ｂなどの如く発光色の異なる発光層を設けることにより、フルカラー画像の表示が可能である。
【００１２】
上記本発明の自発光素子に用いる透明基板２０の材質としては、ガラスや、アクリル樹脂、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリスチレンなどの透明樹脂が使用できる。図１に示す実施の形態の自発光素子を形成する場合には、透明基板２０がガラスである場合には、機械切削、フォトリソグラフィーによるエッチングなどで隔壁となる溝を形成することができる。また、透明基板２０が上記の如き透明樹脂のフィルム、シートまたは板などの場合には、上記のガラス板の加工方法に加えて、隔壁３０と同一形状の凸部を有するプレス金型を用いて隔壁３０となる溝を連続的に形成することができる。加工の容易性および生産性の点からは透明樹脂を用いることが好ましい。
【００１３】
上記の如く形成した溝中に、白色で反射率の高い硫化バリウム、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、酸化チタンなどの白色顔料を充填して隔壁３０とすることができる。これらの白色顔料は、樹脂を含む溶液中に分散させて、ブレードなどにより溝に充填してもよいし、熱硬化性樹脂、紫外線または電子線硬化性樹脂中に上記白色顔料を分散させたペーストをブレードなどを用いて溝に充填し、樹脂を硬化させて隔壁とすることもできる。さらに、上記充填後に、その面に上記の如き何れかのクリヤー塗料を薄く塗布および硬化させて表面平滑性を上げることも好ましい。
【００１４】
次に上記透明基板２０の図面上下方の面に、陽極２１、発光層２２および陰極２３および支持基板２４を積層することにより、図１に示す構造の本発明の自発光素子が得られる。なお、この場合の支持基板２４は必須ではないが、素子の耐久性などの点で設けた方が好ましい。該支持基板２４は厚みには特に制限がなく、材質はガラス板や樹脂フィルムやシートである。また、予め、支持基板２４に陰極２３、発光層２２および陽極２１を積層してなる素子基板に、上記隔壁３０を形成した透明基板２０を適当な接着剤で積層して本発明の自発光素子とすることもできる。図２に示す自発光素子は、前記のように発光層２２から出射された光の透明基板２０からの出光率が向上している。
【００１５】
また、図３に示す実施形態の本発明の自発光素子の場合には、支持基板２４上に形成した陰極２３上に、前記の如き白色顔料などを感光性樹脂に分散させたペーストを塗工して感光層を形成し、該感光層をフォトリソグラフィー法によりパターニングして隔壁３０を形成することができる。隔壁の形成は、例えば、シルクスクリーン印刷法によっても形成できる。なお、隔壁の幅、高さ、間隔、その他の構成は図１に示す実施形態と同様でよい。
【００１６】
その後に隔壁３０によって区画された領域内に、発光層２２および透明電極２１を順に成膜し、その上に熱硬化性樹脂、紫外線または電子線硬化性透明塗料を塗布し、硬化させることにより透明基板２０を形成して本発明の自発光素子が得られる。なお、図３において、隔壁を形成した後、隔壁間にガラスや上記の如き透明樹脂を同様に充填した後、その表面にガラス板や樹脂シート（フィルム）などを積層しても本発明の自発光素子が得られる。この図３に示す自発光素子は、前記のように発光層２２から出射された光の透明基板２０からの出光率が向上している。
【００１７】
本発明の自発光素子としては、ＥＬ素子やＰＤＰ素子が挙げられるが、特にＥＬ素子が有用である。ＥＬ素子である１実施例を以下に説明する。図１を参照して説明する。図１は、本発明の１例のＥＬ表示装置の一部拡大断面図を示す。透明基板２０としてアクリル基板（住友化学製、スミペックス、屈折率１．４９）を用い、この上に、光重合性のアクリルモノマーを所定の厚みだけスリットコートした。本実施例では硬化後の基板全厚みを０．５ｍｍとした。次に隔壁３０を設けるために、型押しを可能とする離型処理した金型を上記基板に押し付け、アクリル基板側より紫外線を所定光量だけ照射した。硬化完了後、金型を剥離することで、ストライプ状の溝を有する基板を得ることができた。ここで基板の寸法を以下の通り設計して作製した。
基板総厚＝０．５ｍｍ
溝の深さ＝０．０８ｍｍ
溝の幅＝０．０５１ｍｍ
溝のピッチ＝０．０７６ｍｍ
【００１８】
次に上記溝に、白色顔料粉末（酸化チタン）を封入し、封入を確実にするために、アクリルモノマーを白色顔料を充填した溝内に滴下し、スピンコートによって全表面に薄膜を形成し、後に紫外線により硬化させた。この薄膜層形成には、これ以外にＥＬ層の形成プロセスを容易にする効果も持つ。
【００１９】
続いて上記基板２０に、次のようにしてＥＬ層を形成した。ＩＴＯ透明電極２１をスパッタした。発光層は、発光有機材料Ａｌｑ₃[tris(8-hydroxyquinoline)aluminium]と正孔注入層ＴＰＤ[N,N'-diphenyl-N,N'-bis(3-methyl-phenyl)-1,1-diphenyl-4,4'-diamine]を積層した。透明陽極２１としてはＩＴＯを、光反射性陰極２３としてＭｇ−Ａｇ合金を用いた。ＴＰＤとＩＴＯが接する積層順とした。
【００２０】
ＩＴＯ２１は１５０ｎｍとし、高真空下で予熱を十分に行った昇華精製装置で精製したＴＰＤをタングステンボードに装荷して抵抗加熱法で５０ｎｍ成膜した。そして、この上に昇華精製されたＡｌｑ₃を石英ボードに装荷して抵抗加熱法で３０ｎｍ成膜した。最後にＭｇ−Ａｇ合金（Ｍｇ：Ａｇ＝１０：１）を厚さ１５０ｎｍになるように蒸着し、さらにその上に保護層としてＡｇを２００ｎｍの厚みになるように蒸着し、最後に別に用意したガラス板２４とＵＶ硬化シール材により封止し、有機ＥＬ表示装置のパネル部を得た。このＥＬ表示装置にコントローラーと電源回路を接続して本発明のＥＬ表示装置を完成した。
【００２１】
続いてこのＥＬ表示装置の電源回路を動作させ、点灯表示させ、輝度の向上を確認するため、輝度測定装置（トプコンＢＭ−７）を用いた。測定の結果、同等で、屈折率層が単一な一般の基板に同等のＥＬ層パターンを形成した表示装置に比較して、ＥＬ発光の出光率が約２０％向上することが確認できた。これは、基板２０内に放射されたＥＬ光は通常の基板ならば、垂直方向から４１．８度から臨界角を超えて全反射して取り出せないのに対し、本発明では、隔壁３０が形成されているため、放射光はその分、臨界角が寝ることになり、その分の放射光は全反射されずに出光させたためと考える。
【００２２】
【発明の効果】
上記の如き本発明によれば、ＥＬ素子やＰＤＰ素子などの自発光型の素子の発光層から放出され、光取り出し面に対して臨界角以上の光を、透明基板内で拡散反射させることによって、出光率が高く、視認性を向上させたＥＬ素子やＰＤＰ素子などの自発光素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１例の自発光素子の断面図。
【図２】図１の自発光素子の機能を説明する図。
【図３】本発明の他の例の自発光素子の機能を説明する図
【図４】隔壁配列の１例を説明する図。
【図５】隔壁配列の他の例を説明する図。
【図６】従来の自発光素子を説明する断面図。
【符号の説明】
１０：透過光
１１：全反射光
１２：拡散反射光
２０：透明基板
２１：陽極
２２：発光層
２３：陰極
２４：支持基板
３０：隔壁

Claims

少なくとも一方が透明または半透明である一対の陽極および陰極からなる電極間に少なくとも発光層を有し、その出光側が、透明基板により支持された自発光素子において、上記透明基板と外部との界面に対して前記発光層から臨界角よりも大きな角度で出射した光を拡散反射させる隔壁を前記透明基板内に設けてなり、上記隔壁が、下記（１）、（２）および（３）のいずれかの方法で形成されていることを特徴とする自発光素子。
（１）支持基板上に形成した陰極上に、白色顔料を感光性樹脂に分散させたペーストを塗工して感光層を形成し、該感光層をフォトリソグラフィ法によりパターニングして形成する方法。
（２）支持基板上に形成した陰極上に、白色顔料を感光性樹脂に分散させたペーストを用いてシルクスクリーン印刷方法によって形成する方法。
（３）透明基板上に光重合性のアクリルモノマーをスリットコートし、型押し可能とする離型処理した金型を上記基板に押し付け、基板側より紫外線を照射し、ストライプ状の溝を形成し、該溝に白色顔料粉末を封入し、アクリルモノマーを白色顔料を充填した溝内に滴下し、スピンコートによって全表面に薄膜を形成し、紫外線により硬化させる方法。
前記隔壁が、絶縁体である請求項１に記載の自発光素子。
エレクトロルミネッセンス素子である請求項１に記載の自発光素子。