JP4163573B2 - 電界発光素子及び電界発光表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、テレビ、コンピュータ、ゲーム機、携帯情報端末及び携帯電話等の情報表示装置に使用される電界発光素子及びこれを使用した電界発光表示装置に関する。

複数個の電界発光（ＥＬ：Electro Luminescence）素子がマトリクス状に配置された電界発光表示装置は、液晶表示装置（ＬＣＤ）及びプラズマディスプレイパネル等と同様に薄型のカラー表示装置として着目されている。図１４は電界発光素子の構造及びその発光原理を示す模式的断面図である。ＥＬ素子は、ガラス又はフィルム製の透明基体（基板）１上に、正極として透明な酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）電極２が形成されている。また、このＩＴＯ電極２上には、正孔輸送層、有機ＥＬ層及び電子輸送層等が積層された発光層３が設けられている。更に、発光層３の上には、例えば、負極としてアルミニウム−リチウム合金、銀−マグネシウム合金又は銀−カルシウム合金等からなる金属電極４が形成されている。そして、ＩＴＯ電極２と金属電極４との間に電圧が印加されると、発光層３から透明基板１側に光が放出される。なお、発光層３における正孔輸送層及び電子輸送層は必須ではなく、これらは形成されていない場合もある。

電界発光表示装置は、このようなＥＬ素子をマトリクス状に配置し、例えば、ロー（行）駆動回路により、行方向に配列した一連の素子群を列方向に順次走査し、カラム（列）駆動回路により、ロー駆動回路により走査されて選択されている行の素子群に駆動電流を選択的に供給して、ＥＬ素子を発光駆動するものであり、入力信号に従って適切な素子を発光させることにより、任意の画像を表示することができる。また、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）色を発光する微小なＥＬ素子をマトリクス状に配列し、各々の素子の発光強度を調節することにより、多くの色を表示することができる。このような電界発光表示装置はバックライトを必要としない自発光型表示装置として注目されている。

電界発光表示装置を屋外のような明るい場所で使用したり、鮮やかな画像を表示させたりするためには、ＥＬ素子をより高輝度で発光させなければならない。また、消費電力を抑制するためには、ＥＬ素子の発光効率を高めなければならない。しかしながら、従来のＥＬ素子の発光層に含まれる有機ＥＬ層から発生する全発光量と、ＥＬ素子の外部に出射される光量の比、即ち、光取り出し効率は２０％程度であり、発光の残りの部分は発光層を構成する各層内及び基板内で全反射を繰り返して閉じこめられ、その多くが熱エネルギーとなって散逸してしまう。

この光取り出し効率を高める方法としては、例えば、基板の端面に光反射膜を形成することにより基板端面からの光の分散をなくし、光取り出し面へ効率よく光を集中させる方法がある（例えば、特許文献１参照）。また、基板の光出射面側及び／又は発光層側にレンズ状構造物を設けることにより、基板内部での全反射成分を出射させて光取り出し効率を高める方法もある（例えば、特許文献２及び３参照）。更に、基板の光出射面に側面がテーパー状の凹構造を設け、基板内部での全反射成分をテーパー部分で反射させることにより、光の進行方向を変化させて基板外部に出射させて光取り出し効率を高める方法も提供されている（例えば、特許文献４参照）。更にまた、上電極と下電極とが重ならないように配置することにより電極による光の反射を低減し、更に発光層の表面を褶曲させることにより発光域の面積を増大させて、光取り出し効率を高めたＥＬ素子もある（例えば、特許文献５参照）。

特開昭６１−１９５５８８号公報 （第２−３頁、第１図）

特開平０９−１７１８９２号公報 （第３−５頁、第３図） 特開２００２−１７０６６３号公報 （第３−５頁、第１−５図） 特開平１０−１８９２４３号公報 （第３−５頁、第６図） 特開２００２−３１３５８６号公報 （第６頁、第１図）

しかしながら、前述の従来の技術には以下に示す問題点がある。例えば、前述の特許文献１乃至５に記載されている方法は、基板に入射して基板内に閉じこめられた光の取り出し効率を高めたにすぎず、新たに取り出される光量は素子内に閉じこめられた全光量の十数パーセント程度である。ＥＬ素子中に閉じこめられている光の残りの部分は、発光層を構成する各層内で全反射を繰り返し閉じこめられているので、これらの成分を取り出すことがＥＬ素子の発光効率を十分に高めるための大きな課題である。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、高輝度で高効率の電界発光素子及び電界発光表示装置を提供することを目的とする。

本願第１発明に係る電界発光素子は、基板と、前記基板上に形成された下電極と、前記下電極上に形成された発光層と、前記発光層上に形成された上電極と、を有し、前記発光層には少なくとも有機ＥＬ層が形成されており、前記有機ＥＬ層の膜厚は一方向に向かって薄くなっていることを特徴とする。

本発明においては、前記有機ＥＬ層の膜厚を変化させることにより、前記有機ＥＬ層で発生した光が有機ＥＬ層と他の層との界面で全反射し、更にその反射光が反対側の界面で再び全反射して有機ＥＬ層中に閉じこめられたとしても、光の進行方向と有機ＥＬ層の表面とのなす角度を膜厚変化に伴って変えることができるため、全反射条件が成立しなくなる領域が形成されて、全反射を繰り返してきた光をその領域から有機ＥＬ層の外へ出射することができる。

本願第２発明に係る電界発光素子は、基板と、前記基板上に形成された下電極と、前記下電極上に形成された発光層と、前記発光層上に形成された上電極と、を有し、前記発光層には少なくとも有機ＥＬ層が形成されており、前記発光層を形成する層のうち、少なくとも１つの層には屈折率が不連続となる界面が存在することを特徴とする。

本発明においては、前記発光層中に屈折率が不連続になる界面を設けることにより、光を前記界面で屈折させてその進行方向を変化させることができるため、全反射条件を成立しいようにして、光を有機ＥＬ層の外へ出射することができる。

本願第３発明に係る電界発光素子は、基板と、前記基板上に形成された下電極と、前記下電極上に形成された発光層と、前記発光層上に形成された上電極と、を有し、前記発光層には少なくとも有機ＥＬ層が形成されており、前記発光層を形成する層のうち少なくとも１つの層の表面粗さと、前記下電極パターンの表面粗さとが異なっていることを特徴とする。

本発明においては、電極の平均表面粗さと有機ＥＬ層の平均表面粗さとを変えることにより、有機ＥＬ層の一方の界面で全反射した光が、他方の界面においては全反射しない領域が生じる。これにより、有機ＥＬ層で発生した光は、その領域から有機ＥＬ層の外に出射する。

前記電極には、複数個のサブ電極と、前記サブ電極を接続する接続電極と、を設けることができる。これにより、膜厚の変化量及び屈折率の不連続性が生じやすい発光領域のエッジ部分が増えるため、ＥＬ素子内に閉じこめられた光をより多く取り出すことができる。また、前記サブ電極が平面視で正方形の場合、前記サブ電極の１辺の長さＬは、前記接続電極の長さＭと、前記接続電極の幅Ｎとの和の（１／４）より長くすることが好ましい。

更に、前記基板の前記電極側及び光取り出し側の少なくとも一方の面には、曲面が形成されていてもよい。又は、前記基板の前記電極側及び光取り出し側の少なくとも一方の面には、他方の面に近づくに従い断面積が小さくなるテーパ状の凹部が形成されていてもよい。

本願第４発明に係る電界発光表示装置は、前述の電界発光素子が複数個設けられていることを特徴とする。これにより、従来の電界発光表示装置に比べて、高輝度で、高効率の電界発光表示装置を提供することができる。

本発明によれば、膜厚の変化及び屈折率の不連続性が生じやすい発光領域のエッジ部分を増やすことにより、発光層を形成する各層及び基板内等で全反射を繰り返し、素子内に閉じこめられていた光をより多く外に取り出すことができるため、従来の電界発光素子及び電界発光表示装置に比べて、高輝度で高効率の電界発光素子及び電界発光表示装置を製造することができる。

以下、本発明の実施形態に係る電界発光表示装置について添付の図面を参照して具体的に説明する。先ず、本発明の第１の実施形態に係るＥＬ素子について説明する。図１は本実施形態のＥＬ素子の構造を模式的に示す断面図である。図１に示すように、本実施形態のＥＬ素子は、透明なガラス基板１０１上に、正極としてＩＴＯ下電極１０２が形成されている。また、このＩＴＯ下電極１０２上には、発光層として、正孔輸送層１０２及び有機ＥＬ層１０４がこの順に積層されている。更に、有機ＥＬ層１０４の上には、負極として上電極１０５が形成されている。本実施形態における有機ＥＬ層１０４の厚さは、従来のＥＬ素子における有機ＥＬ層のように均一ではなく、一方向に向かって薄くなっている。

そして、本実施形態のＥＬ素子においては、従来のＥＬ素子と同様に、ＩＴＯ下電極１０２と上電極１０５との間に電圧を印加することにより、発光層から透明基板１０１側に光が放出される。このとき、本実施形態のＥＬ素子は、有機ＥＬ層の膜厚が一方向に向かって変化しているため、ＥＬ素子の中の有機ＥＬ層で発生した光が有機ＥＬ層と他の層との界面で全反射し、更にその反射光が反対側の界面で再び全反射して有機ＥＬ層中に閉じこめられたとしても、光の進行方向と有機ＥＬ層の表面とのなす角度が、膜厚変化に伴って変わる。このため、全反射条件が成立しなくなる領域が形成され、全反射を繰り返してきた光はその領域から有機ＥＬ層の外へ出射する。これにより、ＥＬ素子の発光効率を高めることができる。特に、有機ＥＬ層の表面を曲面にすることにより、その厚さ方向に平行な断面において、光の進行方向と有機ＥＬ層の表面との接線とがなす角度が、有機ＥＬ層の表面、即ち、曲線に伴って変化するため、有機ＥＬ層で発生した光を全反射条件が成立しなくなる領域から有機ＥＬ層の外へ出射することができる。

次に本発明の第２の実施形態に係るＥＬ素子について説明する。図２は本実施形態のＥＬ素子の構造を模式的に示す断面図である。図２に示すように、本実施形態のＥＬ素子は、透明なガラス基板２０１上にＩＴＯ下電極２０２が形成されている。また、このＩＴＯ下電極２０２上には、発光層として、正孔輸送層２０３及び有機ＥＬ層２０４がこの順に積層されている。更に、有機ＥＬ層２０４の上には、上電極２０６が形成されている。本実施形態における有機ＥＬ層２０４には、屈折率が不連続となる界面２０５が形成されている。

そして、本実施形態のＥＬ素子は、従来のＥＬ素子と同様に、ＩＴＯ下電極２０２と上電極２０６との間に電圧を印加することにより、発光層から透明基板２０１側に光が放出される。このとき、本実施形態のＥＬ素子のように、有機ＥＬ層中に屈折率が不連続となる界面が存在すると、光はその界面で屈折して進行方向が変化するので全反射条件が成立しなくなり、光が有機ＥＬ層の外へ出射する。これにより、ＥＬ素子の発光効率を高めることができる。

次に本発明の第３の実施形態に係るＥＬ素子について説明する。図３は本実施形態のＥＬ素子の構造を模式的に示す断面図である。図３に示すように、本実施形態のＥＬ素子は、ガラス基板３０１上にＩＴＯ下電極３０２が形成されている。また、このＩＴＯ下電極上には、発光層として、正孔輸送層３０４及び有機ＥＬ層３０５がこの順に積層されている。更に、有機ＥＬ層３０５の上には、上電極３０７が形成されている。本実施形態においては、ＩＴＯ下電極表面３０３における平均表面粗さと有機ＥＬ層表面３０６における平均表面粗さとが異なっている。

そして、本実施形態のＥＬ素子は、従来のＥＬ素子と同様に、ＩＴＯ下電極３０２と上電極３０７との間に電圧を印加することにより、発光層から透明基板３０１側に光が放出される。このとき、本実施形態のＥＬ素子のように、電極の平均表面粗さと有機ＥＬ層の平均表面粗さとが異なっていると、有機ＥＬ層の一方の界面で全反射した光が、他方の界面においては全反射しない領域が生じる。そして、有機ＥＬ層で発生した光は、その領域から有機ＥＬ層の外に出射する。これにより、ＥＬ素子の発光効率を高めることができる。

なお、前述の第１乃至第３本実施形態においては、有機ＥＬ層の膜厚、屈折率、又は表面粗さを変化させて、有機ＥＬ層の中で全反射を繰り返す光を層外に取り出す方法を例に説明したが、このメカニズムは発光層中の有機ＥＬ層以外の層にもそのまま適用できる。即ち、隣接する層との界面を通過してある層に入射した光が、その層の中で全反射を繰り返して層中に閉じこめられた場合、その層の膜厚を変化させたり、その層内の屈折率を不連続としたり、下電極パターンの平均表面粗さとその層の平均表面粗さとを変えたりすることにより、その層の中に全反射条件が成立しない領域を形成することができる。その結果、光を層外により多く出射することができる。

よって、本発明においては、発光層を構成する各層の膜厚変化、発光層内部の屈折率の不連続性、又は発光層の表面粗さを規定する。これにより、発光層を構成する各層において、有機ＥＬ層の中で発生した光が連続して全反射しないような光学的構造を実現することができるため、有機ＥＬ層の中で発生した光のうち、発光層中に閉じこめられている成分をＥＬ素子の外に取り出すことができる。

また、膜厚の変化量及び屈折率の不連続性が生じやすい発光領域のエッジ部分を増やすことにより、ＥＬ素子内に閉じこめられた光をより多く取り出すことができる。このため、前述の第１乃至第３の実施形態のＥＬ素子においても、ＩＴＯ下電極にサブ電極エリアと接続電極エリアとを設けることにより、膜厚の変化及び屈折率の不連続性が生じやすい発光領域のエッジ部分を増やすことができる。図４は本実施形態における下電極パターンを示す平面図である。また、図５は本実施形態における第１の変形例の下電極パターンを示す平面図であり、図６は第２の変形例の下電極パターンを示す平面図である。従来のＥＬ素子における下電極は、主に、平面視で正方形状又は長方形状であった。これに対して本実施形態における下電極は、図４に示すように、４つのサブ電極エリアＡ_１１、Ａ_１２、Ａ_２１及びＡ_２２と、それを接続する４つの接続電極エリアａ_１乃至ａ_４とで構成されている。

なお、図４においては、サブ電極エリアＡ_１１、Ａ_１２、Ａ_２１及びＡ_２２が全て同じ形状（正方形状）で、同じ大きさである下電極パターンを例示しているが、サブ電極エリアＡ_１１、Ａ_１２、Ａ_２１及びＡ_２２は必ずしも同じ大きさ及び形状である必要はなく、また正方形でなくてもよい。同様に、接続電極エリアａ_１乃至ａ_４の大きさ及び形状についても、特に制限はない。例えば、図５に示すように、サブ電極エリアＢ_１１、Ｂ_1２、Ｂ_２１及びＢ_２２を接続する場合、接続電極エリアｂ_１のように３つに分割して接続してもよい。また、図６に示すように、サブ電極エリアを１６個、接続電極エリアを２４個設けることもできる。なお、本実施形態においては、接続電極エリアの形成方法は特に限定するものではなく、例えば、サブ電極エリアＣ_１１とサブ電極エリアＣ_２２とを接続してもよい。更に、図７に示すように、接続電極エリアを図６に示す下電極パターンの３倍に増やすこともできる。なお、図６及び図７においても、全て同じ大きさのサブ電極エリア及び接続電極エリアが設けられているが、必ずしも同じ大きさである必要はない。本実施形態における電極は、サブ電極エリアが２個以上設けられており、且つ接続電極エリアが１個以上設けられていればよい。

更に、本実施形態のＥＬ素子においては、発光層と同様の光学的構造を有する基板を前記発光層と組み合わせることにより、発光層及び基板からの光取り出し効率を向上させることができる。例えば、基板表面における発光層が形成される部分を曲面にしたり、テーパー状の凹部にしたりすることにより、基板と発光層との界面において全反射する光を取り出すことができる。これにより、従来のＥＬ素子を使用した電界発光表示装置に比べて、高輝度で、高効率の電界発光表示装置を提供することができる。

なお、本実施形態においては透明基板としてガラス基板を使用した場合について述べたが、本発明はこれに限定されるものではなく、発光層中の有機ＥＬ層で発生した光を透過し、且つ電極を形成することができるものであればよい。その材質としては、例えば、石英、ガラス及びプラスチック等を使用することができる。また、基板の形状、面積及び厚みは、必要に応じて適宜選択することができる。更に、駆動回路についても、本発明による制限は全くない。

また、本実施形態においては、ＩＴＯにより下電極を形成した場合について述べたが、本発明はこれに限定されるものではなく、発光層にホールを注入することができる材料により形成されていればよく、例えば、Ｉｎ_２−ｘＳｎ_ｘＯ_３（ＩＴＯ）及びＳｎＯ_２等を使用することができる。また、下電極の電気的性質、膜厚及びパターン形状に関する制約はなく、必要に応じて適宜選択することができる。更に、電極の表面粗さについても制約はなく、発光層の表面粗さと異なっていてもよい。

本実施形態における発光層は、有機ＥＬ層単層でも、正孔輸送層、有機ＥＬ層電子輸送層等を積層した構造でもよい。この発光層を構成する各層の材料及び膜厚は、特に制限はない。また、各層の表面粗さについては、前述のように、電極の表面粗さと異なっていてもよい。

本実施形態における上電極の材料は、例えば、アルミニウム−リチウム合金、銀−マグネシウム合金又は銀−カルシウム合金等を使用することができるが、これらに限定されるものではない。その膜厚も特に制限はなく、また、成膜法も、例えば、蒸着法及び印刷法等を利用することができるが、これらに限定されるものではない。

以下、本発明の実施例の効果について、本発明の範囲から外れる比較例と比較して、より詳細に説明する。先ず、本発明の実施例１として、図１に示すＥＬ素子を使用して、電界発光表示装置を作製した。先ず、アクティブマトリクス型ＥＬ素子を駆動させるためのＴＦＴ（Thin Film Transistor：薄膜トランジスタ）回路及びＩＴＯ下電極１０２を複数個配置したパターンが形成されている平面状のガラス基板１０１を、水平面に対して３０度傾斜させて固定し、ガラス基板１０１上に正孔輸送層１０３として、ポリ（３，４）エチレンジオキシチオフェンとポチスチレンスルフォネートの共重合体（ＰＥＤＴ−ＰＳＳ）を、インクジェットプリンタ（Ink Jet Printer：ＩＪＰ）法により成膜した。具体的には、０．５質量％のＰＥＤＴ−ＰＳＳの水溶液を、ＩＪＰ装置のノズルからＩＴＯ下電極１個に対して１滴（３０ｐＬ）滴下した。滴下された液滴はＩＴＯ下電極１０２上に拡がったが、その膜厚は傾斜した基板の影響を受け、液膜表面が基板面に対して傾斜した膜厚分布を持って形成された。全てのＩＴＯ上にＰＥＤＴ−ＰＳＳ液滴の滴下が終了した後、ガラス基板１０１を傾けたまま窒素雰囲気下で２１０℃で、３０分間減圧乾燥した。これにより、乾燥前の液膜と同様に、基板面に対して傾斜した膜厚分布を持つＰＥＤＴ−ＰＳＳ層（正孔輸送層１０３）を形成した。

次に、窒素雰囲気下でＩＪＰ法により、有機ＥＬ層１０４を成膜した。具体的には、ガラス基板１０１を水平に戻し、ＰＰＶ（ポリパラフェニレンビニレン）のＴＭＢ（テトラメチルベンゼン）溶液を、ＩＪＰ装置により、ＩＴＯ下電極１０２上に成膜されたＰＥＤＴ−ＰＳＳ層（正孔輸送層１０３）の上に、１滴（４０ｐＬ）ずつ滴下した。この操作を全ての正孔輸送層１０３に対して行った後、１５０℃で１０分間加熱して乾燥した。これにより、基板面に対して傾斜した膜厚分布を持つ有機ＥＬ層１０４を形成した。その後、正孔輸送層１０３及び有機ＥＬ層１０４からなる発光層の上に、蒸着法により銀−マグネシウム合金を膜厚が１００ｎｍになるように成膜して、上電極１０５を形成した。そして、上述の方法により作製したＥＬ素子を使用して、実施例１の電界発光表示装置を製造した。

上述の方法により製造した電界発光表示装置の発光特性を測定したところ、本実施例の電界発光表示装置は、正孔輸送層１０３及び有機ＥＬ層１０４の膜厚が均一で、それ以外は実施例１と全く同じ条件で製造した比較例１の電界発光表示装置に比べて、最大輝度が約１．３倍、発光効率が１．２倍に向上していた。

次に、本発明の実施例２として、図２に示すＥＬ素子を使用して、電界発光表示装置を作製した。先ず、前述の実施例１と同様の方法で、アクティブマトリクス型ＥＬ素子を駆動させるためのＴＦＴ回路及びＩＴＯ下電極２０２を複数個配置したパターンが形成された平面形状のガラス基板２０１に、正孔輸送層２０３としてＰＥＤＴ−ＰＳＳをＩＪＰ法により成膜した。具体的には、０．５質量％のＰＥＤＴ−ＰＳＳの水溶液を、ＩＪＰ装置のノズルからＩＴＯ下電極１個に対して１滴（３０ｐＬ）滴下した。そして、全てのＩＴＯ下電極２０２上にＰＥＤＴ−ＰＳＳ液滴の滴下が終了した後、ガラス基板２０１を窒素雰囲気下で２１０℃に加熱して、３０分間減圧乾燥した。

次に、有機ＥＬ層２０４を窒素雰囲気下でＩＪＰ法により成膜した。その際、成膜は２段階に分けて行った。先ず、０．５質量％のＰＰＶ系有機ＥＬ材料のＴＭＢ溶液を、ＩＴＯ下電極２０２上に成膜されたＰＥＤＴ−ＰＳＳ層（正孔輸送層２０３）の上に、ＩＪＰ装置のノズルから１０ｐＬの液滴で２滴ずつ滴下した。このとき、１個のＩＴＯ下電極２０２の両端に、液滴同士が接触しないで半球状を保つように滴下した。そして、１５０℃で、１０分間乾燥させた後、再度、先述のＰＰＶのＴＭＢ溶液を、先に形成したＩＴＯ下電極両端部の乾燥したＥＬ材料に接触するように、ＩＪＰにより２０ｐＬの液滴として滴下する。この操作を全てのＩＴＯ下電極２０２に対して行った後、１５０℃で１０分間加熱して乾燥させた。これにより、有機ＥＬ層２０４には、最初に滴下し乾燥させたＥＬ材料と、後から滴下し乾燥させたＥＬ材料との間に、屈折率が不連続となる界面２０５が形成された。

その後、正孔輸送層２０３及び有機ＥＬ層２０４からなる発光層の上に、蒸着法によりアルミニウム−リチウム合金を膜厚が１００ｎｍになるように成膜して、上電極２０６を形成した。そして、上述の方法により作製したＥＬ素子を使用して、実施例２の電界発光表示装置を製造した。

上述の方法により製造した電界発光表示装置の発光特性を測定したところ、本実施例の電界発光表示装置は、有機ＥＬ層２０４の屈折率が均一であること以外は、実施例２と全く同じ条件で製造した比較例２の電界発光表示装置に比べて、最大輝度が約１．４倍、発光効率が１．３倍向上していた。

次に、本発明の実施例３に係るＥＬ素子及びそれを使用した電界発光表示装置について説明する。図８は本実施例のＥＬ素子の構成を模式的に示す断面図である。先ず、前述の実施例１及び２と同様の方法で、アクティブマトリクス型ＥＬ素子を駆動させるためのＴＦＴ回路及びＩＴＯ下電極９０２を複数個配置したパターンが形成され、ＩＴＯ下電極９０２側及び光出射側の表面にレンズ状の凸部が形成されたガラス基板９０１に、ＩＪＰ法により、正孔輸送層９０３を成膜した。具体的には、０．５質量％のＰＥＤＴ−ＰＳＳの水溶液を、ＩＪＰ装置のノズルからＩＴＯ下電極１個に対して１滴（３０ｐＬ）滴下した。このとき、滴下された液滴は、ガラス基板３０１の表面の曲面を反映し、湾曲して形成されているＩＴＯ下電極９０２の全面に広がった。

そして、全てのＩＴＯ下電極９０２上にＰＥＤＴ−ＰＳＳ液滴を滴下した後、ガラス基板９０１を窒素雰囲気下で２１０℃に加熱し、３０分間減圧乾燥した。これにより形成されたＰＥＤＴ−ＰＳＳ層（正孔輸送層９０３）は、湾曲したＩＴＯ下電極９０２の表面に湾曲した層となって形成された。その後、窒素雰囲気下でＩＪＰ法により有機ＥＬ層９０４を成膜した。このとき、ＩＪＰ装置により、湾曲したＰＥＤＴ−ＰＳＳ層（正孔輸送層９０３）上に、ＰＰＶのＴＭＢ溶液を１滴（４０ｐＬ）ずつ滴下し、この操作を全てのＩＴＯ下電極９０２に対して行った後、これらを１５０℃で１０分間加熱して乾燥させた。

その後、正孔輸送層９０３及び有機ＥＬ層９０４からなる発光層の上に、蒸着法により銀−カルシウム合金を膜厚が１００ｎｍになるように成膜して、上電極９０５を形成した。そして、上述の方法により作製したＥＬ素子を使用して、実施例３の電界発光表示装置を製造した。

上述の方法により製造した電界発光表示装置の発光特性を測定したところ、本実施例の電界発光表示装置は、表面が平坦な基板を使用して実施例３と全く同じ条件で製造した比較例３の電界発光表示装置に比べて、最大輝度が約１．５倍、発光効率が１．６倍向上していた。

次に、本発明の実施例４に係るＥＬ素子及びそれを使用した電界発光表示装置について説明する。図９は本実施例のＥＬ素子の構成を模式的に示す断面図である。先ず、前述の実施例１乃至３と同様の方法で、アクティブマトリクス型ＥＬ素子を駆動させるためのＴＦＴ回路及びＩＴＯ下電極４０２を複数個配置したパターンが形成され、ＩＴＯ下電極４０２側及び光出射側の表面に深くなるに従って断面積が小さくなるテーパ状の凹部が形成されたガラス基板４０１上に、ＩＪＰ法により、正孔輸送層４０４を成膜した。具体的には、０．５質量％のＰＥＤＴ−ＰＳＳの水溶液を、ＩＪＰ装置のノズルからＩＴＯ下電極１個に対して１滴（３０ｐＬ）ずつ滴下した。このとき、滴下された液滴はＩＴＯ下電極４０２上に均一な膜厚の液膜となって拡がった。

そして、全てのＩＴＯ下電極４０２上にＰＥＤＴ−ＰＳＳ液滴を滴下した後、窒素雰囲気下で２１０℃に加熱して、３０分間減圧乾燥した。その後、温度を２０分かけて室温まで徐々に降下させた。これにより、ＰＥＤＴ−ＰＳＳ層（正孔輸送層４０４）の中にＰＥＤＴ−ＰＳＳの微細な結晶が多数形成され、正孔輸送層層表面４０５の平均表面粗さＲａは１０ｎｍになった。なお、ＩＴＯ下電極表面４０３の平均表面粗さＲａは１ｎｍであった。その後、ＩＪＰ法により、窒素雰囲気下で有機ＥＬ層４０６を成膜した。具体的には、ＩＪＰ装置により、ＩＴＯ下電極４０２に成膜されたＰＥＤＴ−ＰＳＳ層上に、ＰＰＶのＴＭＢ溶液を１滴（４０ｐＬ）ずつ滴下し、この操作を全てのＩＴＯ下電極４０２に対して行った後、１５０℃で１０分間加熱して乾燥させた。なお、有機ＥＬ層の表面４０７の平均表面粗さＲａは、正孔輸送層４０４の平均表面粗さを反映し、１０ｎｍであった。このようにして、全てのＥＬ素子について、正孔輸送層４０４及び有機ＥＬ層４０６の表面粗さを、ＩＴＯ下電極４０２の平均表面粗さと異なるようにした。

その後、正孔輸送層４０４及び有機ＥＬ層４０６からなる発光層の上に、蒸着法により銀−マグネシウム合金を膜厚が１００ｎｍになるように成膜して、上電極４０８を形成した。そして、上述の方法により作製したＥＬ素子を使用して、実施例４の電界発光表示装置を製造した。

上述の方法により製造した電界発光表示装置の発光特性を測定したところ、本実施例の電界発光表示装置は、正孔輸送層及び有機ＥＬ層の表面粗さが、ＩＴＯ下電極の平均表面粗さと同等とした以外は、実施例３と全く同じ条件で製造した比較例４の電界発光表示装置に比べて、最大輝度が約１．５倍、発光効率が１．６倍向上していた。

次に、本発明の実施例５に係るＥＬ素子及びそれを使用した電界発光表示装置について説明する。図１０は本実施例のＥＬ素子の下電極パターンを示す断面図である。また、図１１は本実施例のＥＬ素子の構成を模式的に示す断面図であり、図９に示すＡ−Ａ線による断面図に相当する。先ず、前述の実施例１乃至４と同様の方法で、アクティブマトリクス型ＥＬ素子を駆動させるためのＴＦＴ回路及び図９に示すパターンのＩＴＯ下電極６０２が形成されたガラス基板６０１上に、ＩＪＰ法により、正孔輸送層６０３を成膜した。具体的には、０．５質量％のＰＥＤＴ−ＰＳＳの水溶液を、ＩＪＰ装置のノズルから１個のサブ電極エリア５０１に対して１滴（１０ｐＬ）を滴下した。なお、サブ電極エリア５０１の長さは２０μｍであり、接続電極エリアは長さ及び幅共に５μｍであった。そして、全てのサブ電極エリア５０１上にＰＥＤＴ−ＰＳＳ液滴を滴下した後、ガラス基板６０１を窒素雰囲気下で２１０℃に加熱して、３０分間減圧乾燥した。

その後、ＩＪＰ法により、窒素雰囲気下で有機ＥＬ層６０４を成膜した。具体的には、ＩＴＯサブ電極エリア５０１上に成膜されたＰＥＤＴ−ＰＳＳ層上に、ＰＰＶ系有機ＥＬ材料のＴＭＢ溶液（０．５質量％）を、ＩＪＰ装置のノズルから１滴（１０ｐＬ）ずつ滴下し、１５０℃で１０分間加熱して乾燥させた。乾燥後、正孔輸送層６０３及び有機ＥＬ層６０４からなる発光層の上に、蒸着法によりアルミニウム−リチウム合金を膜厚が１００ｎｍになるように成膜して、上電極６０５を形成した。そして、上述の方法により作製した発光領域のエッジ６０６が複数個存在するＥＬ素子を使用して、実施例５の電界発光表示装置を製造した。

上述の方法により製造した電界発光表示装置の発光特性を測定したところ、本実施例の電界発光表示装置は、サブ電極エリアを設けずに、それ以外は実施例５と全く同じ条件で製造した比較例５の電界発光表示装置に比べて、最大輝度が約１．６倍、発光効率が１．７倍向上していた。

次に、本発明の実施例６に係るＥＬ素子及びそれを使用した電界発光表示装置について説明する。図１２は本実施例のＥＬ素子の下電極パターンを示す断面図である。また、図１３は本実施例のＥＬ素子の構成を模式的に示す断面図であり、図１１に示すＢ−Ｂ線による断面図に相当する。先ず、前述の実施例１乃至５と同様の方法で、アクティブマトリクス型ＥＬ素子を駆動させるためのＴＦＴ回路及び図１１に示すサブ電極エリア７０１が１６個、接続エリア７０１が２４個設けられたパターンのＩＴＯ下電極８０２が形成されたガラス基板８０１上に、ＩＪＰ法により、正孔輸送層８０３を成膜した。具体的には、０．２質量％のＰＥＤＴ−ＰＳＳの水溶液を、ＩＪＰ装置のノズルから１個のサブ電極エリア７０１に対して１滴（１０ｐＬ）を滴下した。なお、サブ電極エリア７０１の長さは１０μｍであり、接続電極エリアは長さ及び幅共に３μｍであった。そして、全てのサブ電極エリア７０１上にＰＥＤＴ−ＰＳＳ液滴を滴下した後、ガラス基板８０１を窒素雰囲気下で２１０℃に加熱して、３０分間減圧乾燥した。

その後、ＩＪＰ法により、窒素雰囲気下で有機ＥＬ層８０４を成膜した。具体的には、ＩＴＯサブ電極エリア５０１上に成膜されたＰＥＤＴ−ＰＳＳ層上に、０．２質量％のＰＰＶ系有機ＥＬ材料のＴＭＢ溶液を、ＩＪＰ装置のノズルから１滴（１０ｐＬ）ずつ滴下し、１５０℃で１０分間加熱して乾燥させた。乾燥後、正孔輸送層８０３及び有機ＥＬ層８０４からなる発光層の上に、蒸着法によりアルミニウム−リチウム合金を膜厚が１００ｎｍになるように成膜して、上電極８０５を形成した。そして、上述の方法により作製した発光領域のエッジ８０６が複数個存在するＥＬ素子を使用して、実施例６の電界発光表示装置を製造した。

上述の方法により製造した電界発光表示装置の発光特性を測定したところ、本実施例の電界発光表示装置は、サブ電極エリアを設けずに、それ以外は実施例６と全く同じ条件で製造した比較例６の電界発光表示装置に比べて、最大輝度が約１．７倍、発光効率が１．６倍向上していた。

本発明の第１の実施形態のＥＬ素子の構成を模式的に示す断面図である。 本発明の第２の実施形態のＥＬ素子の構成を模式的に示す断面図である。 本発明の第３の実施形態のＥＬ素子の構成を模式的に示す断面図である。 本発明の第１乃至第３の実施形態における下電極パターンを示す平面図である。 図４の第１の変形例における下電極パターンを示す平面図である。 図４の第２の変形例における下電極パターンを示す平面図である。 図４の第３の変形例における下電極パターンを示す平面図である。 本発明の実施例３のＥＬ素子の構成を模式的に示す断面図である。 本発明の実施例４のＥＬ素子の構成を模式的に示す断面図である。 本発明の実施例５のＥＬ素子の下電極パターンを示す平面図である。 本発明の実施例５のＥＬ素子の構成を模式的に示す断面図であり、図９に示すＡ−Ａ線による断面図に相当する。 本発明の実施例６のＥＬ素子の下電極パターンを示す平面図である。 本発明の実施例６のＥＬ素子の構成を模式的に示す断面図であり、図１１に示すＢ−Ｂ線による断面図に相当する。 ＥＬ素子の構造及びその発光原理を示す模式的断面図である。

符号の説明

１：透明基板
２：ＩＴＯ電極
３：発光層
４：金属電極
１０１、２０１、３０１、４０１、６０１、８０１、９０１：ガラス基板
１０２、２０２、３０２、４０２、６０２、８０２、９０２：ＩＴＯ下電極
１０３、２０３、３０４、４０４、６０３、８０３、９０３：正孔輸送層
１０４、２０４、３０５、４０６、６０４、８０４、９０４：有機ＥＬ層
１０５、２０６、３０７、４０８、６０５、８０５、９０５：上電極
２０５：屈折率が不連続となる界面
３０３、４０３：ＩＴＯ下電極表面
４０５：正孔輸送層表面
３０６、４０７：有機ＥＬ層表面
５０１、７０１、Ａ_１１、Ａ_１２、Ａ_２１、Ａ_２２、Ｂ_１１、Ｂ_１２、Ｂ_２１、Ｂ_２２、Ｃ_１１〜 Ｃ_１４、Ｃ_２１〜Ｃ_２４、Ｃ_３１〜Ｃ_３４、Ｃ_４１〜Ｃ_４４、Ｄ_１１〜Ｄ_１４、Ｄ_２１〜Ｄ_２４、Ｄ_３１〜Ｄ_３４、Ｄ_４１〜Ｄ_４４：サブ電極エリア
５０２、７０２、ａ_１、ａ_２、ａ_３、ａ_４、ｂ_１、ｃ_１、ｄ_１：接続電極エリア
６０６、８０６：有機ＥＬ層エッジ部
Ｌ：サブ電極エリアの１辺の長さ
Ｍ：接続電極エリアの長さ
Ｎ：接続電極エリアの幅

Claims (4)

1. 光取り出し領域を有する基板と、
   前記基板上に形成された下部電極と、
   前記下部電極上に形成された発光層と、
   前記発光層上に形成された上部電極と、を有し、
   前記発光層には少なくとも有機ＥＬ層が形成され、前記有機ＥＬ層の膜厚は一方向に向かって薄くなって、前記下部電極と前記光取り出し領域上に形成された上部電極は実質的に平行することを特徴とする電界発光素子。
2. 前記下部電極は、複数個のサブ電極と、前記サブ電極を接続する接続電極と、を有することを特徴とする請求項１に記載の電界発光素子。
3. 前記基板の前記下部電極側及び光取り出し側の少なくとも一方の面には、曲面が形成されていること特徴とする請求項１に記載の電界発光素子。
4. 請求項１に記載の電界発光素子が複数個設けられていることを特徴とする電界発光表示装置。

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