JP4187191B2 - Organic electroluminescent display element and method for manufacturing the same - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機エレクトロルミネセンスディスプレイ素子及び有機エレクトロルミネセンスディスプレイ素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の有機エレクトロルミネセンスディスプレイ素子の構造を図１に示す。以後、「エレクトロルミネセンス」を「ＥＬ」と略記する。図１において、５１は空気、５２はガラス基板、５３は透明電極、５４は有機ＥＬ層である。各説明の括弧内は屈折率を表す。図１（ａ）において、ガラス基板５２に透明電極５３、有機ＥＬ層５４、金属電極（図示せず）を積層し、透明電極５３と金属電極との交点が画素部となる。画素部で発光したＥＬ光は、透明電極５３、ガラス基板５２を経て空気５１に出射する。空気５１に出射する際のガラス基板５２から空気５１への入射角θｉが臨界角を越えると、ＥＬ光は全反射して出射できなくなる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
図１（ａ）より各層での入射角と出射角の関係は、 次式で表される。
ｎo sinθo＝ｎ2 sinθ2 （１）
ｎ2 sinθ2＝ｎi sinθi （２）
ｎi sinθi＝ｎ1 sinθ1 （３）
ここで、ｎoは有機ＥＬ層の屈折率、ｎ2は透明電極の屈折率、ｎiはガラス基板の屈折率、ｎ1は空気の屈折率である。
（１）、（２）、（３）式より、
ｎo sinθo＝ｎ1 sinθ1 （４）
【０００４】
上式より、有機ＥＬ層の屈折率ｎoと出射角θ1との関係でいえば、図１（ｂ）で示したように、有機ＥＬ層５４が空気５１と直接、接しているのと同じ関係になる。（４）式において、全反射となるのはθ1＝９０°であるから、このときの臨界角（θo）maxは次式となる。
（θo）max＝sin-1 （ｎ1／ｎo） （５）
【０００５】
上式において、ｎ1＝１．０、ｎo＝１．７とすると、（θo）max＝３６．０°となる。つまり、θoが３６°以上の角度になると、ＥＬ光はＥＬディスプレイ素子から出射できず、閉じ込められてしまう。有機ＥＬ層で発光したＥＬ光が３６°以下の角度で入射する割合ηは次式となる。
【数１】
上式において、（θo）max＝３６．０°とすると、η＝０．２となり、有機ＥＬ層でＥＬ発光した光のうちガラス基板からは２０％しか取り出せない。このように、出射効率の悪い有機ＥＬディスプレイ素子では、所定の明るさのディスプレイとするために、有機ＥＬディスプレイ素子の寿命を短縮するという結果となっていた。
本発明は、このような問題を解決するために、出射効率の高い有機ＥＬディスプレイ素子の提供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するために、本願第一発明は、透明基板上に順次積層された透明電極、有機ＥＬ層、金属電極を有する有機ＥＬディスプレイ素子において、前記透明電極の前記透明基板側を平坦とし、前記透明電極の前記有機エレクトロルミネセンス層側を画素毎にドーム形状に張り出した形状として凸レンズを形成した有機ＥＬディスプレイ素子である。ここで、ドーム形状とは、透明電極の有機ＥＬ層側を膨出させて、湾曲状にしたものをいう。
【０００８】
本願第二発明は、本願第一発明の有機ＥＬディスプレイ素子において、前記ドーム形状がマトリクス型表示の画素毎に形成されていることを特徴とする有機ＥＬディスプレイ素子である。
【０００９】
本願第三発明は、透明基板上に順次積層された透明電極、有機ＥＬ層、金属電極を有する有機ＥＬディスプレイ素子の製造方法であって、断面が逆台形のシャドーマスクを用いて、透明電極の有機ＥＬ層側をドーム形状に形成することを特徴とする有機ＥＬディスプレイ素子の製造方法である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の実施の形態について、添付の図面を参照して説明する。
（実施の形態１）
本発明は、有機ＥＬディスプレイ素子において、透明電極の有機ＥＬ層側をドーム形状に形成して、ＥＬ光の出射効率を向上させたものである。図２は、ＥＬ発光した光の出射効率を向上させた有機ＥＬディスプレイ素子の断面図を示す。図２において、１１は空気、１２は透明基板としてのガラス基板であり、他の透明基板としてはフレキシブル基板、カラーフィルタや色変換材料が形成された基板を含む。１３は透明電極であり、透明電極材料にはＩＴＯ（Indium Tin Oxide）、インディウム亜鉛酸化物や酸化スズなどが適用できる。１４は有機ＥＬ層であり、ＥＬ発光する層である。
【００１１】
図２において、透明電極１３を有機ＥＬ層１４の側にドーム形状に張り出した形状とする。透明電極１３の屈折率は通常１．９程度、有機ＥＬ層１４の屈折率は通常１．７程度であるため、透明電極のドーム形状は凸レンズとしての効果を有することになる。即ち、図２に示すように、ＥＬ発光した光がドーム形状面に当たると、透明電極１３の傾斜により、ガラス基板１２への入射角は透明電極１３が平坦であるときよりも（θ２−α）とθ２より小さくなる。ガラス基板１２への入射角がθ２より小さいと、空気への入射角も（θｉ−β）とθｉより小さくなる。その結果、空気１１への出射角も（θ１−γ）とθ１より小さくなる。
【００１２】
従って、空気１１への出射角が小さくなると、ＥＬ光がガラス基板１２と空気１１との境界で全反射される割合が少なくなり、出射効率を向上させることができた。出射効率の高い有機ＥＬディスプレイ素子は明るいディスプレイとすることができる。
【００１３】
（実施の形態２）
本発明は、有機ＥＬディスプレイ素子において、透明電極の有機ＥＬ層側を画素毎にドーム形状に形成して、ＥＬ光の出射効率を向上させたものである。図３は、ＥＬ発光した光の出射効率を向上させた有機ＥＬディスプレイ素子を示す。図３（ａ）は有機ＥＬディスプレイ素子の拡大平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）におけるＢ−Ｂ’線での断面図、図３（ｃ）は図３（ａ）におけるＡ−Ａ’線での断面図である。図３において、１１は空気、１２は透明基板としてのガラス基板、１３は透明電極、１４は有機ＥＬ層、１５は画素である。
【００１４】
本有機ＥＬ素子は画像表示に用いられ、行方向（図面の横方向）の透明電極１３と列方向（図面の縦方向）の金属電極（図示せず）からなるマトリクスの表示素子である。図３（ａ）に示すように、透明電極１３は横方向に配置され、金属電極（図示せず）は縦方向に配置されているため、その交点が画素１５となる。Ｂ−Ｂ’線での断面図である図３（ｂ）に示すように、透明電極１３を横方向に連続的に形成し、かつ画素の部分の透明電極を有機ＥＬ層側に膨出させて、ドーム形状に形成する。Ａ−Ａ’線での断面図である図３（ｃ）に示すように、透明電極１３を縦方向に分断し、かつ画素の部分の透明電極を有機ＥＬ層側に膨出させて、ドーム形状に形成する。透明電極１３の屈折率は通常１．９程度、有機ＥＬ層１４の屈折率は通常１．７程度であるため、実施の形態１で説明したように、透明電極のドーム形状は画素毎に凸レンズとしての効果を有することになる。
【００１５】
従って、透明電極１３を有機ＥＬ層側にドーム形状に膨出させることにより、ＥＬ光がガラス基板１２と空気層１１との境界で全反射される割合が少なくなり、出射効率を向上させることができた。出射効率の高い有機ＥＬディスプレイ素子は明るいディスプレイとすることができる。ＥＬ光の透過率の高い有機ＥＬディスプレイ素子は明るいディスプレイとすることができる。
【００１６】
（実施の形態３）
本発明は、有機ＥＬディスプレイ素子の透明電極をドーム形状に形成する製造方法である。図４は、本発明の有機ＥＬディスプレイ素子の製造方法を説明する図である。図４において、１２は透明基板としてのガラス基板、１３は透明電極、１４は有機ＥＬ層、１６はシャドーマスクとしてのメタルマスクである。
【００１７】
次に、有機ＥＬディスプレイ素子の透明電極をドーム形状に形成する製造工程について説明する。ガラス基板１２の上面に透明電極１３を成膜する（図４（ａ））。このときの透明電極は従来の透明電極と同じく導電体としての機能をもつものである。次に、ドーム形状の透明電極を形成するためのメタルマスク１６を装着する（図４（ｂ））。メタルマスクの開口部が画素に対応するようにメタルマスクを装着する。次に、すでに成膜された透明電極の上に、さらに透明電極材料をスパッタリング法などで積層する。このとき、メタルマスクの断面を逆台形とし、短辺をすでに成膜した透明電極側に密着させて、透明電極材料を積層してメタルマスク１６を取り去ると、新たに積層した透明電極はドーム形状となる（図４（ｃ））。その上面に有機ＥＬ膜１４を成膜する（図４（ｄ））。
【００１８】
メタルマスク１６を装着する際に、メタルマスク１６の開口部とすでに成膜した透明電極の表面と間に透明電極材料が進入する程度に、メタルマスク１６の開口部とすでに成膜した透明電極の表面と間に間隙を設ける。この状態でさらに透明電極材料を積層すると、透明電極１３とメタルマスク１６の間隙にも透明電極材料が入り込み、ドーム形状がより滑らかに形成される。さらに、予め、透明電極を成膜せずに、メタルマスク１６をガラス基板１２に装着してもよい。メタルマスク１６をガラス基板１２に密着させないで、透明電極材料がガラス基板１２とメタルマスク１６の間隙に十分に入り込むように透明電極材料を積層すると、導電体としての機能を持つ透明電極とドーム形状の透明電極を１度に形成することができる。この方法により、透明電極の形成工程を減らすことができた。ただし、この場合は、隣接する透明電極の行間で絶縁が十分でなくなるため、行間の絶縁を完全にするために、エッチング等により、隣接する透明電極の行間を除去する。
【００１９】
従って、逆台形のメタルマスクを使用して透明電極をドーム形状に形成する本製造方法によれば、ドーム形状の透明電極を簡易に形成することができた。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明による有機ＥＬディスプレイ素子では、透明電極の有機ＥＬ層側をドーム形状にすることによって、有機ＥＬ層で発光した光の出射効率を向上させることができた。出射効率の高い有機ＥＬディスプレイ素子は明るいディスプレイとすることができる。
【００２１】
さらに、本発明による有機ＥＬディスプレイ素子の製造方法では、逆台形のメタルマスクを使用することによって、簡易にドーム形状の透明電極を形成することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来の有機ＥＬディスプレイ素子の構造を説明する図である。
【図２】 本願発明の有機ＥＬディスプレイ素子の断面を説明する図である。
【図３】 本願発明の有機ＥＬディスプレイ素子の平面図及び断面図である。
【図４】 本願発明の有機ＥＬディスプレイ素子の製造方法を説明する工程図である。
【符号の説明】
１１：空気
１２：ガラス基板
１３：透明電極
１４：有機ＥＬ層
１５：画素
１６：メタルマスク
５１：空気
５２：ガラス基板
５３：透明電極
５４：有機ＥＬ層[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an organic electroluminescent display element and a method for producing an organic electroluminescent display element.
[0002]
[Prior art]
The structure of a conventional organic electroluminescence display element is shown in FIG. Hereinafter, “electroluminescence” is abbreviated as “EL”. In FIG. 1, 51 is air, 52 is a glass substrate, 53 is a transparent electrode, and 54 is an organic EL layer. The parentheses in each description represent the refractive index. In FIG. 1A, a transparent electrode 53, an organic EL layer 54, and a metal electrode (not shown) are stacked on a glass substrate 52, and an intersection of the transparent electrode 53 and the metal electrode is a pixel portion. The EL light emitted from the pixel portion is emitted to the air 51 through the transparent electrode 53 and the glass substrate 52. If the incident angle θi from the glass substrate 52 to the air 51 when emitted to the air 51 exceeds the critical angle, the EL light is totally reflected and cannot be emitted.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
From FIG. 1A, the relationship between the incident angle and the outgoing angle in each layer is expressed by the following equation.
n o sinθ o = n 2 sinθ 2 (1)
n 2 sinθ 2 = n i sinθ i (2)
n i sinθ i = n 1 sinθ 1 (3)
Here, n o is the refractive index of the organic EL layer, n 2 is the refractive index of the transparent electrode, n i is the refractive index of the glass substrate, and n 1 is the refractive index of air.
From equations (1), (2) and (3),
n o sinθ o = n 1 sinθ 1 (4)
[0004]
From the above equation, in terms of the relationship between the refractive index n o and the emission angle theta 1 of the organic EL layer, as shown in FIG. 1 (b), the a of the organic EL layer 54 directly with the air 51 in contact The same relationship. In equation (4), the total reflection is θ 1 = 90 °, so the critical angle (θ o ) max at this time is given by the following equation.
(Θ o ) max = sin −1 (n 1 / n o ) (5)
[0005]
In the above equation, when n 1 = 1.0 and n o = 1.7, (θ o ) max = 36.0 °. That is, when θ o is an angle of 36 ° or more, the EL light cannot be emitted from the EL display element and is confined. The ratio η at which the EL light emitted from the organic EL layer is incident at an angle of 36 ° or less is expressed by the following equation.
[Expression 1]
In the above equation, if (θ o ) max = 36.0 °, η = 0.2, and only 20% of the light emitted from the organic EL layer can be extracted from the glass substrate. As described above, in the organic EL display element having low emission efficiency, the lifetime of the organic EL display element is shortened in order to obtain a display having a predetermined brightness.
In order to solve such a problem, an object of the present invention is to provide an organic EL display element having high emission efficiency.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above-described object, the first invention of the present application provides a transparent electrode, an organic EL layer, and an organic EL display element having a metal electrode that are sequentially laminated on a transparent substrate. and then, an organic EL display device wherein the organic electroluminescent layer side to form a convex lens with a shape that protrudes in a dome shape for each pixel of the transparent electrode. Here, the dome shape refers to a bulge formed by expanding the organic EL layer side of the transparent electrode.
[0008]
A second invention of the present application is the organic EL display element according to the first invention of the present application, wherein the dome shape is formed for each pixel of matrix type display.
[0009]
The third invention of the present application is a method of manufacturing an organic EL display element having a transparent electrode, an organic EL layer, and a metal electrode sequentially laminated on a transparent substrate, and using a shadow mask having an inverted trapezoidal cross section, An organic EL display element manufacturing method, wherein the organic EL layer side is formed in a dome shape.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
(Embodiment 1)
In the organic EL display element of the present invention, the organic EL layer side of the transparent electrode is formed in a dome shape to improve the emission efficiency of EL light. FIG. 2 is a cross-sectional view of an organic EL display element in which the emission efficiency of light emitted by EL is improved. In FIG. 2, 11 is air, 12 is a glass substrate as a transparent substrate, and the other transparent substrate includes a flexible substrate, a substrate on which a color filter and a color conversion material are formed. Reference numeral 13 denotes a transparent electrode, and ITO (Indium Tin Oxide), indium zinc oxide, tin oxide, or the like can be applied as a transparent electrode material. An organic EL layer 14 is a layer that emits EL.
[0011]
In FIG. 2, the transparent electrode 13 has a shape that protrudes in a dome shape on the organic EL layer 14 side. Since the refractive index of the transparent electrode 13 is usually about 1.9 and the refractive index of the organic EL layer 14 is usually about 1.7, the dome shape of the transparent electrode has an effect as a convex lens. That is, as shown in FIG. 2, when the EL emitted light hits the dome-shaped surface, the angle of incidence on the glass substrate 12 is (θ 2 −α) more than when the transparent electrode 13 is flat due to the inclination of the transparent electrode 13. ) And θ 2 . Angle of incidence and theta 2 is smaller than to the glass substrate 12, becomes smaller than theta i also incident angle to the air and (θ i -β). As a result, the exit angle to the air 11 is also smaller than (θ 1 −γ) and θ 1 .
[0012]
Therefore, when the emission angle to the air 11 is reduced, the ratio of the total reflection of the EL light at the boundary between the glass substrate 12 and the air 11 is reduced, and the emission efficiency can be improved. An organic EL display element with high emission efficiency can be a bright display.
[0013]
(Embodiment 2)
In the organic EL display element, the organic EL layer side of the transparent electrode is formed in a dome shape for each pixel to improve the emission efficiency of EL light. FIG. 3 shows an organic EL display element with improved emission efficiency of light emitted by EL. 3A is an enlarged plan view of the organic EL display element, FIG. 3B is a cross-sectional view taken along the line BB ′ in FIG. 3A, and FIG. 3C is A in FIG. It is sectional drawing in the -A 'line. In FIG. 3, 11 is air, 12 is a glass substrate as a transparent substrate, 13 is a transparent electrode, 14 is an organic EL layer, and 15 is a pixel.
[0014]
This organic EL element is used for image display, and is a matrix display element composed of transparent electrodes 13 in the row direction (horizontal direction in the drawing) and metal electrodes (not shown) in the column direction (vertical direction in the drawing). As shown in FIG. 3A, the transparent electrode 13 is arranged in the horizontal direction and the metal electrode (not shown) is arranged in the vertical direction. As shown in FIG. 3B, which is a cross-sectional view taken along the line BB ′, the transparent electrode 13 is continuously formed in the horizontal direction, and the transparent electrode in the pixel portion is bulged toward the organic EL layer side. To form a dome shape. As shown in FIG. 3C, which is a cross-sectional view taken along the line AA ′, the transparent electrode 13 is divided in the vertical direction, and the transparent electrode in the pixel portion is bulged toward the organic EL layer side, so that the dome Form into shape. Since the refractive index of the transparent electrode 13 is usually about 1.9 and the refractive index of the organic EL layer 14 is usually about 1.7, the dome shape of the transparent electrode is a convex lens for each pixel as described in the first embodiment. It has the effect as.
[0015]
Therefore, by expanding the transparent electrode 13 in a dome shape on the organic EL layer side, the ratio of the total reflection of the EL light at the boundary between the glass substrate 12 and the air layer 11 is reduced, and the emission efficiency can be improved. did it. An organic EL display element with high emission efficiency can be a bright display. An organic EL display element having a high EL light transmittance can be a bright display.
[0016]
(Embodiment 3)
The present invention is a manufacturing method for forming a transparent electrode of an organic EL display element in a dome shape. FIG. 4 is a diagram for explaining a method for producing an organic EL display element of the present invention. In FIG. 4, 12 is a glass substrate as a transparent substrate, 13 is a transparent electrode, 14 is an organic EL layer, and 16 is a metal mask as a shadow mask.
[0017]
Next, a manufacturing process for forming the transparent electrode of the organic EL display element in a dome shape will be described. A transparent electrode 13 is formed on the upper surface of the glass substrate 12 (FIG. 4A). The transparent electrode at this time has a function as a conductor like the conventional transparent electrode. Next, a metal mask 16 for forming a dome-shaped transparent electrode is mounted (FIG. 4B). The metal mask is mounted so that the opening of the metal mask corresponds to the pixel. Next, a transparent electrode material is further laminated on the already formed transparent electrode by a sputtering method or the like. At this time, when the cross section of the metal mask is inverted trapezoidal, the short side is brought into close contact with the already formed transparent electrode side, the transparent electrode material is laminated, and the metal mask 16 is removed, the newly laminated transparent electrode becomes a dome shape. (FIG. 4C). An organic EL film 14 is formed on the upper surface (FIG. 4D).
[0018]
When the metal mask 16 is mounted, the opening of the metal mask 16 and the transparent electrode already formed are formed to such an extent that the transparent electrode material enters between the opening of the metal mask 16 and the surface of the transparent electrode already formed. A gap is provided between the surfaces. When a transparent electrode material is further laminated in this state, the transparent electrode material also enters the gap between the transparent electrode 13 and the metal mask 16, and the dome shape is formed more smoothly. Furthermore, the metal mask 16 may be attached to the glass substrate 12 in advance without forming a transparent electrode. If the transparent electrode material is laminated so that the transparent electrode material sufficiently enters the gap between the glass substrate 12 and the metal mask 16 without the metal mask 16 being in close contact with the glass substrate 12, a transparent electrode having a function as a conductor and a dome shape Transparent electrodes can be formed at a time. By this method, the process for forming the transparent electrode could be reduced. However, in this case, since insulation between the rows of adjacent transparent electrodes is not sufficient, the spaces between adjacent transparent electrodes are removed by etching or the like in order to complete the insulation between rows.
[0019]
Therefore, according to this manufacturing method in which the transparent electrode is formed into a dome shape using an inverted trapezoidal metal mask, the dome shaped transparent electrode can be easily formed.
[0020]
【The invention's effect】
As described above, in the organic EL display element according to the present invention, the emission efficiency of light emitted from the organic EL layer could be improved by making the organic EL layer side of the transparent electrode a dome shape. An organic EL display element with high emission efficiency can be a bright display.
[0021]
Furthermore, in the method for manufacturing an organic EL display element according to the present invention, a dome-shaped transparent electrode can be easily formed by using an inverted trapezoidal metal mask.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating the structure of a conventional organic EL display element.
FIG. 2 is a diagram illustrating a cross section of an organic EL display element of the present invention.
FIG. 3 is a plan view and a cross-sectional view of an organic EL display element of the present invention.
FIG. 4 is a process diagram illustrating a method for producing an organic EL display element of the present invention.
[Explanation of symbols]
11: Air 12: Glass substrate 13: Transparent electrode 14: Organic EL layer 15: Pixel 16: Metal mask 51: Air 52: Glass substrate 53: Transparent electrode 54: Organic EL layer
Claims (3)
前記透明電極の前記透明基板側を平坦とし、前記透明電極の前記有機エレクトロルミネセンス層側を画素毎にドーム形状に張り出した形状として凸レンズを形成した有機エレクトロルミネセンスディスプレイ素子。In an organic electroluminescence display element having a transparent electrode, an organic electroluminescence layer, and a metal electrode sequentially laminated on a transparent substrate,
Wherein the transparent substrate side flat, the said organic electroluminescent layer side organic electroluminescent display device as a shape protruding in dome shape to form a convex lens for each pixel of the transparent electrode of the transparent electrode.
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