JP4378891B2

JP4378891B2 - Active matrix light emitting device and manufacturing method thereof

Info

Publication number: JP4378891B2
Application number: JP2001075074A
Authority: JP
Inventors: 弘横川; 勝横山; 健治椿; 謙司河野; 哲夫筒井
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2001-03-15
Filing date: 2001-03-15
Publication date: 2009-12-09
Anticipated expiration: 2021-03-15
Also published as: JP2002278477A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種ディスプレイ装置、表示装置などに用いられるアクティブマトリクス型発光素子及びその製法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、情報化社会の進展に伴って、各種のディスプレイが開発されている。その中で、自発光型の電子ディスプレイとして特に期待されているものの一つに、ＥＬ素子（エレクトロルミネッセンス素子、電界発光素子）がある。ＥＬ素子は物質に電界を印加したときに発光を生じる現象を利用したものであり、無機ＥＬ層あるいは有機ＥＬ層を電極で挟んだ構造に形成されている。
【０００３】
図５はその一例の有機ＥＬ素子の基本構造を示すものであり、ガラス板など透明な基板１１の上に酸化インジウム錫（ＩＴＯ）から形成されるアノードとなる透明導電層２、有機ＥＬからなる発光層３、カソード５を積層した構造に形成されている。このものでは、透明導電層２のアノードから注入されたホールとカソード５から注入された電子が有機ＥＬの発光層３で再結合し、発光中心である蛍光色素などを励起することにより発光するものである。そして有機ＥＬの発光層３から発光した光は、透明導電層２を透過して透明な基板１１から出射されるようになっている。
【０００４】
このようにＥＬ素子は自発光するので、液晶の場合のようなバックライトを必要とすることなく、軽量化や薄型化が容易なディスプレイ装置や表示装置を作製することができる。そしてＥＬ素子を用いた発光素子として、液晶ディスプレイの場合と同様に、ＴＦＴ（薄膜トランジスター）をスイッチング用半導体素子などとして用いてアクティブマトリクス駆動させるアクティブマトリクス型発光素子が、特許第２７８４６１５号公報などで提供されている。
【０００５】
このアクティブマトリクス型発光素子の基本的な構造は、上記の図５において、その基板１１として、ＴＦＴからなるマトリクス制御回路が形成されたＴＦＴ基板を用いるようにしたものとして形成されるものである。
【０００６】
ここで、アクティブマトリクス型発光素子の発光層３で発生した光が発光素子の外部へ取り出される取り出し率ηは、古典光学の法則により、屈折率ｎの媒体中から屈折率１．０の空気中に出射される際の全反射の臨界角θｃで決まる。屈折の法則からこの臨界角θｃは次の式（１）で与えられる。
【０００７】
ｓｉｎθｃ＝１／ｎ（１）
そして取り出し率ηは、屈折率ｎの媒体から空気中へ通過する光量と発生した全光量（媒体と空気の界面で全反射される光量と空気中へ通過する光量の和）の比から次の式（２）で求められる。
【０００８】
η＝１−（ｎ²−１）^1/2／ｎ（２）
尚、媒体の屈折率ｎが１．５より大きい場合には次の近似式（３）を用いることができるが、媒体の屈折率ｎが１．００に極めて近い場合は上記の式（２）を用いる必要がある。
【０００９】
η＝１／（２ｎ²）（３）
ここで、アクティブマトリクス型発光素子において有機ＥＬの発光層３や透明導電層２の厚みは光の波長より短いので、ＴＦＴ基板１１のガラス板の屈折率が主として取り出し率ηに寄与することになる。そしてガラスの屈折率ｎは一般に１．５〜１．６程度であるので、（３）式から、取り出し率ηは約０．２（約２０％）になる。残りの約８０％は、図６に示すように、ＴＦＴ基板１１のガラス板と空気の界面の全反射によって導波光としてＴＦＴ基板１１の端部から失われており、発光素子の表面からの発光の効率が悪くなっているものである。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
このように、アクティブマトリクス型発光素子の発光層で発生した光を大気中に取り出す際の取り出し率は低く、表面からの発光効率が高いアクティブマトリクス型発光素子を得ることは困難であるという問題を有するものであった。
【００１１】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、光を外部に取り出す取り出し率が高く、表面からの発光効率が高いアクティブマトリクス型発光素子及びその製法を提供することを目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係るアクティブマトリクス型発光素子は、マトリクス状に設けられた発光層３と、発光層３に電子又はホールを供給する透明導電層２と、発光層３の発光を制御するマトリクス制御回路が形成されたＴＦＴ基板１とを有するアクティブマトリクス型発光素子において、透明導電層２の発光層３と反対側の面に屈折率が１．０１〜１．３の範囲である低屈折率層４を設けて成ることを特徴とするものである。
【００１３】
また請求項２の発明は、請求項１において、ＴＦＴ基板１は低屈折率層４の発光層３と反対側に配置されて成ることを特徴とするものである。
【００１４】
また請求項３の発明は、請求項１において、ＴＦＴ基板１は発光層３の低屈折率層４と反対側に配置されて成ることを特徴とするものである。
【００１５】
また請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれかにおいて、低屈折率層４がシリカエアロゲル薄膜であることを特徴とするものである。
【００１６】
本発明の請求項５に係るアクティブマトリクス型発光素子の製法は、上記の請求項２のアクティブマトリクス型発光素子を製造するにあたって、ＴＦＴ８からなるマトリクス制御回路が形成されたＴＦＴ基板１にアルコキシシランを加水分解・重縮合してなる湿潤ゲルを乾燥して得られる低屈折率層４を形成し、低屈折率層４の上に透明導電層２からなるアノード、発光層３、カソード５をこの順に形成することを特徴とするものである。
【００１７】
本発明の請求項６に係るアクティブマトリクス型発光素子の製法は、上記の請求項３のアクティブマトリクス型発光素子を製造するにあたって、ＴＦＴ８からなるマトリクス制御回路が形成されたＴＦＴ基板１に、絶縁層６、カソード５、発光層３、透明導電層２からなるアノードをこの順に形成し、次いで透明導電層２の上にシリカエアロゲル薄膜からなる低屈折率層４を形成し、さらに低屈折率層４の上に光透過性材料による保護層７を形成することを特徴とするものである。
【００１８】
また本発明の請求項７に係るアクティブマトリクス型発光素子の製法は、上記の請求項３のアクティブマトリクス型発光素子を製造するにあたって、ＴＦＴ８からなるマトリクス制御回路が形成されたＴＦＴ基板１に、絶縁層６、カソード５、発光層３、透明導電層２からなるアノードをこの順に形成し、シリカエアロゲル薄膜からなる低屈折率層４を表面に設けた光透過性保護シート９を、低屈折率層４の側が透明導電層２と接するように重ね合わせることを特徴とするものである。
【００１９】
また本発明の請求項８に係るアクティブマトリクス型発光素子の製法は、上記の請求項３のアクティブマトリクス型発光素子を製造するにあたって、ＴＦＴ８からなるマトリクス制御回路が形成されたＴＦＴ基板に、絶縁層６、アノード１０、発光層３、透明導電層２からなるカソードをこの順に形成し、アルコキシシランを加水分解・重縮合してなる湿潤ゲルを乾燥して得られる低屈折率層を表面に設けた光透過性保護シート９を、低屈折率層４の側が透明導電層２と接するように重ね合わせることを特徴とするものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００２１】
図１は請求項１及び請求項２の発明の実施の形態の一例を示すものであり、ＴＦＴ基板１はガラス板など透明な基板１５の表面にＴＦＴからなるマトリクス制御回路を設けて形成してある。すなわち、図１において１６はアルミニウム配線により形成したソース電極、１７はアルミニウム配線により形成したドレイン電極、１８はゲート電極、１９はゲート絶縁膜、２０は活性半導体層、２１は保護膜であり、これらにより基板１５の表面にＴＦＴ８を形成し、そしてこのＴＦＴ８を画素の一つ一つに配置してマトリクス状に設けて、ＴＦＴ８からなるマトリクス制御回路を形成するようにしてある。
【００２２】
そしてこのＴＦＴ基板１のＴＦＴ８を形成した側の表面に低屈折率層４を設け、低屈折率層４の表面に透明導電層２を設けると共に、透明導電層２の表面に発光層３を設け、さらに発光層３の表面にカソード５を設けることによって、アクティブマトリクス型発光素子を形成することができるものである。発光層３はマトリクス状に配置して設けられるものであり、図１において２２は透明導電層２とカソード５との間の絶縁層である。
【００２３】
ここで、低屈折率層４は、光の屈折率が１．０１〜１．３０の範囲の値を持つ透明材料で形成されるものである。低屈折率層４の屈折率が１．３０を超えるものであると、光の取り出し率ηの高い発光素子を得ることが困難になる。低屈折率層４は屈折率が低いほど望ましいが、後述のシリカエアロゲルを含めて屈折率を小さくするには限界があり、１．０１が実用上の下限である。また低屈折率層４の厚みは０．１〜５０μｍの範囲が好ましく、さらに０．１〜１．０μｍの範囲がより好ましい。
【００２４】
このような低屈折率層４としては、シリカエアロゲルで形成したものが最も好ましい。シリカエアロゲルは透明で且つ空気並みの屈折率を有するので、前述の式（２）から得られる光の外部への取り出し率ηを１（１００％）近くまで向上させることが可能になるものである。
【００２５】
シリカエアロゲルは、米国特許第４４０２８２７号公報、同第４４３２９５６号公報、同第４６１０８６３号公報で提供されているように、アルコキシシラン（シリコンアルコキシド、アルキルシリケートとも称される）の加水分解、重合反応によって得られたシリカ骨格からなる湿潤状態のゲル状化合物を、アルコールあるいは二酸化炭素等の溶媒（分散媒）の存在下で、この溶媒の臨界点以上の超臨界状態で乾燥することによって製造することができる。超臨界乾燥は、例えばゲル状化合物を液化二酸化炭素中に浸漬し、ゲル状化合物が含む溶媒の全部又は一部をこの溶媒よりも臨界点が低い液化二酸化炭素に置換し、この後、二酸化炭素の単独系、あるいは二酸化炭素と溶媒との混合系の超臨界条件下で乾燥することによって、行なうことができる。
【００２６】
またシリカエアロゲルは、米国特許第５１３７２７９号公報、同第５１２４３６４号公報で提供されているように、ケイ酸ナトリウムを原料として、上記と同様にして製造することができる。
【００２７】
さらに、特開平５−２７９０１１号公報、特開平７−１３８３７５号公報に開示されているように、上記のようにしてアルコキシシランの加水分解、重合反応によって得られたゲル状化合物を疎水化処理することによって、シリカエアロゲルに疎水性を付与することが好ましい。このように疎水性を付与した疎水性シリカエアロゲルは、湿気や水等が浸入し難くなり、シリカエアロゲルの屈折率や光透過性等の性能が劣化することを防ぐことができるものである。
【００２８】
この疎水化処理の工程は、ゲル状化合物を超臨界乾燥する前、あるいは超臨界乾燥中に行なうことができる。疎水化処理は、ゲル状化合物の表面に存在するシラノール基の水酸基を疎水化処理剤の官能基と反応させ、疎水化処理剤の疎水基と置換させることによって疎水化するために行なうものである。疎水化処理を行なう手法としては、例えば、疎水化処理剤を溶媒に溶解させた疎水化処理液中にゲルを浸漬し、混合するなどしてゲル内に疎水化処理剤を浸透させた後、必要に応じて加熱して、疎水化反応を行なわせる方法がある。
【００２９】
この疎水化処理に用いる溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール、イソプロパノール、キシレン、トルエン、ベンゼン、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、ヘキサメチルジシロキサン等を挙げることができるが、疎水化処理剤が容易に溶解し、かつ、疎水化処理前のゲルが含有する溶媒と置換可能なものであればよく、これらに限定されるものではない。また後の工程で超臨界乾燥が行なわれる場合、超臨界乾燥の容易な媒体、例えばメタノール、エタノール、イソプロパノール、液体二酸化炭素などと同一種類もしくはそれと置換可能なものが好ましい。また疎水化処理剤としては例えば、ヘキサメチルジシラザン、ヘキサメチルジシロキサン、トリメチルメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、トリメチルエトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、メチルトリエトキシシラン等を挙げることができる。
【００３０】
シリカエアロゲルによる低屈折率層４をＴＦＴ基板１に設けるにあたっては、アルコキシシラン溶液をコーティングして製膜した後、必要に応じて疎水化処理を行ない、非超臨界乾燥状態で乾燥する方法を用いることができる。請求項５の発明では、低屈折率体層４を設ける前にＴＦＴ基板１には有機ＥＬなどの素子構成薄膜が形成されているので、非超臨界乾燥による方法が好ましいのである。この非超臨界乾燥による方法は、例えば特許第３０４５４１１号公報、特公表平８−５０４６７４号公報などに記載されている方法を採用して行なうことができる。
【００３１】
また、低屈折率層４の表面に設けられる透明導電層２は、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、酸化インジウム亜鉛、酸化亜鉛アルミニウムなどの透明化合物や、金、銀、クロムなどの透明薄膜を用いて形成することができるが、透明性やシート抵抗（透明導電層の表面導電性を示す指標）、仕事関数の点から、酸化インジウム錫が特に好ましい。透明導電層２の膜厚は、透明性やシート抵抗を確保するために、１５０〜４００ｎｍ程度が好ましい。低屈折率層４の表面に透明導電層２を形成する方法は、特に制限されるものではなく、低屈折率層４の表面にＩＴＯ等の材料をコーティングする方法や、スパッタリング法、イオンプレーティング法、ＥＤ蒸着法など、従来から周知の方法を採用することができる。
【００３２】
ここで、低屈折率層４の表面に透明導電層２を設けるに先だって、マトリクス制御回路を作動させる回路を低屈折率層４に形成するための微細加工を施しておく必要がある。この微細加工の方法としては、低屈折率層４の表面にフォトレジストを設け、フォトレジストをフォトエッチングしてレジストパターンを形成した後、サンドブラストやドライエッチングをすることによって、低屈折率層４に微細なエッチング加工を行なう方法が挙げられるが、回路の精度を考慮すると、ドライエッチングがより好ましい。そして図１に示すようにこの微細なエッチング加工によってドレイン電極１７の箇所において低屈折率層４にバイヤホール２３を形成するようにしてあり、低屈折率層４の表面に設けられる透明導電層２をバイヤホール２３を通してドレイン電極１７に導通接続するようにしてある。
【００３３】
また、発光層３は、有機ＥＬや無機ＥＬによって形成されるものであり、真空蒸着などの周知の方法で透明導電層２の上に発光層３を設けることができる。有機ＥＬとしては低分子色素系材料や共役高分子系材料など、従来から使用されているものを用いることができる。また無機ＥＬとしては無機蛍光材料など、従来から使用されているものを用いることができ、無機ＥＬ層の両面には絶縁層を形成しておくのが好ましい。有機ＥＬ層として発光層３を形成する場合、ホール注入層、ホール輸送層、電子輸送層、電子注入層などの層との積層多層構造であってもよい。さらにカソード５は、アルミニウム、銀−マグネシウム、カルシウム等の金属で形成することができるものであり、スパッタリングや真空蒸着などの周知の方法で発光層３の上にカソード５を設けることができる。
【００３４】
上記のように形成される図１のアクティブマトリクス型発光素子にあって、アノードとなる透明導電層２とカソード５の間に直流電源を接続して発光層３に電界を印加すると、発光層３が発光する。この発光層３で発光した光は図１に矢印で示すように、透明導電層２及び低屈折率層４からＴＦＴ基板１の透明な基板１５を透過し、ＴＦＴ基板１の表面から出射する。このとき、低屈折率層２は屈折率１．０１〜１．３０と非常に小さくて１に近いので、上記の（２）式から導かれるように、光の取り出し率ηは高くなるものである。すなわち図４に示すように、ＴＦＴ基板１と空気の界面の全反射によって導波光として端部から失われる光を少なくして、発光素子の表面からの発光の効率を高めることができるものである。尚、発光層３と低屈折率層４の間には透明導電層２が介在しているが、透明導電層２の厚みは光の波長よりも小さいため、光の取り出し率ηに影響を与えることはない。
【００３５】
図２は請求項１及び請求項３の発明の実施の形態の一例を示すものであり、ＴＦＴ基板１としては図１と同じ構造のものを用いることができる。そして図２のものでは、ＴＦＴ基板１のＴＦＴ８を形成した側の表面に絶縁層６を設け、絶縁層６の表面にカソード５を設けると共にカソード５の表面に発光層３を設け、発光層３の表面に透明導電層２を設け、さらに透明導電層２の表面に低屈折率層４を設けると共に低屈折率層４の表面に透光性材料の保護層７を設けた構造に、アクティブマトリクス型発光素子を形成してある。図２において２２は透明導電層２とカソード５との間の絶縁層である。
【００３６】
上記の絶縁層６は、シリカ等の絶縁物質をスパッタリング法、ＣＶＤ法等で形成することができるものであり、厚みは０．１〜５０μｍの範囲が好ましく、特に０．１〜１μｍの範囲がより好ましい。ＴＦＴ基板１の表面に絶縁層６を設けた後、絶縁層６の表面にカソード５を設けるのであるが、これに先だって、マトリクス制御回路を作動させる回路を絶縁層６に形成するための微細加工を施しておく。この微細加工は図１において説明した方法で行なうことができるものであり、図２に示すようにソース電極１６の箇所において絶縁層６にバイヤホール２３を形成し、絶縁層６の表面に設けられるカソード５をバイヤホール２３を通してソース電極１６に導通接続するようにしてある。
【００３７】
また絶縁層６の表面にカソード５を設けた後、カソード５の表面に発光層３を設けるのであるが、発光層３としては図１の場合と同様に有機ＥＬや無機ＥＬを用いることができる。さらにこの発光層３の表面に透明導電層２を設ける。透明導電層２としては図１の場合と同様にＩＴＯなどを用いることができる。
【００３８】
このように透明導電層２を設けた後、その上にシリカエアロゲルの低屈折率層４を設ける。シリカエアロゲルの低屈折率層４の形成は、アルコキシシラン溶液をコーティングして製膜した後、必要に応じて疎水化処理を行ない、さらに超臨界乾燥するか、あるいは非超臨界乾燥状態で乾燥する方法を用いることができる。乾燥の方法は目的とする屈折率によっても異なるが、請求項６の発明では低屈折率層４を設ける前に、ＴＦＴ基板１には有機ＥＬなどの素子構成薄膜が形成されているので、非超臨界乾燥による方法が好ましい。この非超臨界乾燥による方法は、例えば特許第３０４５４１１号公報、特公表平８−５０４６７４号公報などに記載されている方法を採用して行なうことができる。このように低屈折率層４を設けた後、この上に保護層７を設けて低屈折率層４を保護し、アクティブマトリクス型発光素子を形成することができるものである。保護層７としては、透明樹脂フィルムや、ガラス等の透明パネルなどを用いることができる。さらに保護層７の表面には樹脂シートなどで形成される透明シール２４が貼ってある。
【００３９】
上記のように形成される図２のアクティブマトリクス型発光素子にあって、アノードとなる透明導電層２とカソード５の間に直流電源を接続して発光層３に電界を印加すると、発光層３が発光する。この発光層３で発光した光は図２に矢印で示すように、透明導電層２及び低屈折率層４から透光性の保護層７を透過し、透明シール２４の表面から出射する。このとき、低屈折率層２は屈折率１．０１〜１．３０と非常に小さくて１に近いので、上記の（２）式から導かれるように、光の取り出し率ηは高くなるものである。すなわち図３に示すように、保護層７や透明シール２４と空気の界面の全反射によって導波光として端部から失われる光を少なくして、発光素子の表面からの発光の効率を高めることができるものである。
【００４０】
ここで、上記の図１のアクティブマトリクス型発光素子では、発光層３で発光した光は透明導電層２及び低屈折率層４からＴＦＴ基板１の透明な基板１５を透過させて、ＴＦＴ基板１の表面から取り出すようになっているが、このものにおいてＴＦＴ基板１のＴＦＴ８は光を透過しないので、発光層３で発光した光はＴＦＴ８以外の部分から取り出す必要がある。従って、取り出す光の光量がＴＦＴ８の配置に影響され、また発光層３に対する開口率がＴＦＴ８によって制限されることになる。これに対して図２のアクティブマトリクス型発光素子では、発光層３で発光した光は透明導電層２及び低屈折率層４から透光性の保護層７を透過させて取り出すことができるものであり、ＴＦＴ基板１の側から取り出す必要はない。従って、取り出す光の光量がＴＦＴ８の配置に影響されるようなことがなくなると共に、発光層３に対する開口率を大きくすることが可能になり、高輝度化を可能にすることができるものである。また開口率が向上することによって、輝度を保ちながら微小化することが可能になり、画素数のアップや高精細化が容易になるものである。
【００４１】
また、発光層３を有機ＥＬで形成する場合、有機ＥＬは大気中に含まれる水分や酸素に触れるとその発光特性が急速に劣化するおそれがある。そこで従来はメタルキャップで覆うなどの中空部分を持つ構造に形成しており、厚みが増す要因になっているが、図２のものでは、発光層３は水分や酸素の遮断性の高い保護層７やさらに透明シール２４で被覆されているので、このような中空部分を形成する必要がなくなり、薄型構造を実現することができるものである。
【００４２】
上記の実施の形態では、ＴＦＴ基板１に絶縁層６、カソード５、発光層３、透明導電層２、低屈折率層４、透光性材料の保護層７をこの順に設けるようにしたが、ＴＦＴ基板１に絶縁層６、カソード５、発光層３、透明導電層２をこの順に設けた後、予めシリカエアロゲル薄膜からなる低屈折率層４を表面に設けた光透過性保護シート９を、低屈折率層４の側で透明導電層２の上に重ねて貼り合わせることによって、図２のアクティブマトリクス型発光素子を作製するようにするこもできる。光透過性保護シート９としては透明樹脂シートなどを用いることができるものであり、この光透過性保護シート９によって図２の保護層７を形成することができるものである。
【００４３】
ここで、光透過性保護シート９にシリカエアロゲル薄膜からなる低屈折率層４を形成するにあたっては、アルコキシシラン溶液を光透過性保護シート９の表面にコーティングして製膜した後、必要に応じて疎水化処理を行ない、さらに超臨界乾燥するか、あるいは非超臨界状態で乾燥することによって行なうことができる。コーティング方法は、光透過性保護シート９の大きさやシリカエアロゲル薄膜の厚みにもよるが、主としてスピンコーティング法、フローコーティング法などを採用することができる。このときも乾燥は超臨界乾燥、あるいは非超臨界乾燥のいずれでもよい。シリカエアロゲル薄膜からなる低屈折率層４の膜厚は特に限定されないものであり、むしろ基材となる光透過性保護シート９の取り扱いに耐えるべく光透過性保護シート９との密着性を有するように、光透過性保護シート９の種類や取り扱いによって適宜選定するのがよい。また光透過性保護シート９の材質によっては、コーティングの前処理としてプライマーコーティングやアルカリエッチング等を行なっておくのが好ましい。
【００４４】
また、上記の図１や図２の実施の形態では、透明導電層２をアノードとして用い、透明導電層２から発光層３にホールを供給して発光させるようにしたが、透明導電層２をカソードとして用いることもできる。この場合は例えば図３に示すような構造になるものであり、絶縁層６の表面にアノード１０を設け、アノード１０をバイヤホール２３を通してドレイン電極１７に導通接続するようにしてある。このものではカソードとなる透明導電層２とアノード１０の間に直流電源を接続して、カソードとなる透明導電層２から発光層３に電子を注入すると共にアノード１０から発光層３にホールを注入することによって、発光層３を発光させることができるものである。
【００４５】
【発明の効果】
上記のように本発明の請求項１に係るアクティブマトリクス型発光素子は、マトリクス状に設けられた発光層と、発光層に電子又はホールを供給する透明導電層と、発光層の発光を制御するマトリクス制御回路が形成されたＴＦＴ基板とを有するアクティブマトリクス型発光素子において、透明導電層の発光層と反対側の面に屈折率が１．０１〜１．３の範囲である低屈折率層を設けるようにしたので、発光層で発光した光を透明導電層及び低屈折率層を透過して出射させることができ、屈折率が低い低屈折率層を透過した光は大気への取り出し率が高くなるものであって、発光素子表面からの発光効率を高めることができるものである。
【００４６】
また請求項２の発明は、ＴＦＴ基板を低屈折率層の発光層と反対側に配置するようにしたので、発光層で発光した光を低屈折率層及びＴＦＴ基板を通して出射させることができ、屈折率が低い低屈折率層を透過した光は大気への取り出し率が高くなるものであって、発光素子表面からの発光効率を高めることができるものである。
【００４７】
また請求項３の発明は、ＴＦＴ基板を発光層の低屈折率層と反対側に配置するようにしたので、発光層で発光した光を低屈折率層を通して出射させることができ、屈折率が低い低屈折率層を透過した光は大気への取り出し率が高くなるものであって、素子表面からの発光効率を高めることができるものである。しかも発光層で発光した光をＴＦＴ基板に透過させる必要がなく、取り出す光の光量がＴＦＴの配置に影響されるようなことがなくなると共に、発光層に対する開口率を大きくすることが可能になり、発光素子を高輝度に形成することができるものである。
【００４８】
また請求項４の発明は、低屈折率層がシリカエアロゲル薄膜であるので、屈折率が１．０１〜１．３と低い低屈折率層を容易に形成することができるものである。
【００４９】
本発明の請求項５に係るアクティブマトリクス型発光素子の製造方法は、上記の請求項２のアクティブマトリクス型発光素子を製造するにあたって、ＴＦＴからなるマトリクス制御回路が形成されたＴＦＴ基板にアルコキシシランを加水分解・重縮合してなる湿潤ゲルを乾燥して得られる低屈折率層を形成し、低屈折率層の上に透明導電層からなるアノード、発光層、カソードをこの順に形成するようにしたので、発光素子表面からの発光効率が高いアクティブマトリクス型発光素子を得ることができるものである。
【００５０】
本発明の請求項６に係るアクティブマトリクス型発光素子の製造方法は、上記の請求項３のアクティブマトリクス型発光素子を製造するにあたって、ＴＦＴからなるマトリクス制御回路が形成されたＴＦＴ基板に、絶縁層、カソード、発光層、透明導電層からなるアノードをこの順に形成し、次いで透明導電層の上にアルコキシシランを加水分解・重縮合してなる湿潤ゲルを乾燥して得られる低屈折率層を形成し、さらに低屈折率層の上に光透過性材料による保護層を形成するようにしたので、発光素子表面からの発光効率が高く、また高輝度に発光するアクティブマトリクス型発光素子を得ることができるものである。
【００５１】
本発明の請求項７に係るアクティブマトリクス型発光素子の製造方法は、上記の請求項３のアクティブマトリクス型発光素子を製造するにあたって、ＴＦＴからなるマトリクス制御回路が形成されたＴＦＴ基板に、絶縁層、カソード、発光層、透明導電層からなるアノードをこの順に形成し、シリカエアロゲル薄膜からなる低屈折率層を表面に設けた光透過性保護シートを、低屈折率層の側が透明導電層と接するように重ね合わせるようにしたので、発光素子表面からの発光効率が高く、また高輝度に発光するアクティブマトリクス型発光素子を得ることができるものである。
【００５２】
本発明の請求項８に係るアクティブマトリクス型発光素子の製造方法は、請求項３のアクティブマトリクス型発光素子を製造するにあたって、ＴＦＴからなるマトリクス制御回路が形成されたＴＦＴ基板に、絶縁層、アノード、発光層、透明導電層からなるカソードをこの順に形成し、シリカエアロゲル薄膜からなる低屈折率層を表面に設けた光透過性保護シートを、低屈折率層の側が透明導電層と接するように重ね合わせるようにしたので、発光素子表面からの発光効率が高く、また高輝度に発光するアクティブマトリクス型発光素子を得ることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例を示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態の他の一例を示す断面図である。
【図３】本発明の実施の形態のさらに他の一例を示す断面図である。
【図４】光の透過・発光状態を示すものであり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図である。
【図５】従来例の断面図である。
【図６】光の透過・発光状態を示すものであり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図である。
【符号の説明】
１ＴＦＴ基板
２透明導電層
３発光層
４低屈折率層
５カソード
６絶縁層
７保護層
８ＴＦＴ
９光透過性保護シート
１０カソード[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an active matrix light-emitting element used for various display devices, display devices, and the like, and a method for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
In recent years, various displays have been developed with the progress of the information society. Among them, there is an EL element (electroluminescence element, electroluminescence element) as one particularly expected as a self-luminous electronic display. An EL element utilizes a phenomenon in which light is emitted when an electric field is applied to a substance, and is formed in a structure in which an inorganic EL layer or an organic EL layer is sandwiched between electrodes.
[0003]
FIG. 5 shows the basic structure of an organic EL element as an example, which is composed of a transparent conductive layer 2 serving as an anode formed of indium tin oxide (ITO) on a transparent substrate 11 such as a glass plate, and an organic EL. The light emitting layer 3 and the cathode 5 are stacked. In this structure, holes injected from the anode of the transparent conductive layer 2 and electrons injected from the cathode 5 recombine in the light emitting layer 3 of the organic EL, and emit light by exciting the fluorescent dye as the emission center. It is. The light emitted from the organic EL light emitting layer 3 is transmitted through the transparent conductive layer 2 and emitted from the transparent substrate 11.
[0004]
Since the EL element emits light in this manner, a display device and a display device that can be easily reduced in weight and thickness can be manufactured without requiring a backlight as in the case of liquid crystal. As a light-emitting element using an EL element, an active matrix light-emitting element that performs active matrix driving using a TFT (thin film transistor) as a switching semiconductor element or the like is disclosed in Japanese Patent No. 2784615 as in the case of a liquid crystal display. Is provided.
[0005]
The basic structure of the active matrix light-emitting element is formed by using a TFT substrate on which a matrix control circuit composed of TFTs is formed as the substrate 11 in FIG.
[0006]
Here, the extraction ratio η at which light generated in the light emitting layer 3 of the active matrix light emitting element is extracted to the outside of the light emitting element is determined from the medium of refractive index n in the air having a refractive index of 1.0 according to the law of classical optics. Is determined by the critical angle θc of total reflection when the light is emitted. From the law of refraction, this critical angle θc is given by the following equation (1).
[0007]
sin θc = 1 / n (1)
The extraction rate η is calculated from the ratio of the amount of light passing from the medium having the refractive index n to the air and the total amount of light generated (the sum of the amount of light totally reflected at the interface between the medium and air and the amount of light passing through the air). It is obtained by equation (2).
[0008]
η = 1− (n ² -1) ^1/2 / N (2)
When the refractive index n of the medium is larger than 1.5, the following approximate expression (3) can be used. When the refractive index n of the medium is very close to 1.00, the above expression (2) can be used. Must be used.
[0009]
η = 1 / (2n ² (3)
Here, since the thickness of the organic EL light emitting layer 3 and the transparent conductive layer 2 is shorter than the wavelength of light in the active matrix light emitting element, the refractive index of the glass plate of the TFT substrate 11 mainly contributes to the extraction rate η. . Since the refractive index n of glass is generally about 1.5 to 1.6, the extraction rate η is about 0.2 (about 20%) from the equation (3). As shown in FIG. 6, the remaining 80% is lost from the edge of the TFT substrate 11 as guided light due to total reflection at the interface between the glass plate and the air of the TFT substrate 11, and the light emitted from the surface of the light emitting element. The efficiency of is getting worse.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, there is a problem that it is difficult to obtain an active matrix light-emitting element having a low extraction rate when extracting light generated in the light-emitting layer of the active matrix light-emitting element into the atmosphere and having high light emission efficiency from the surface. I had it.
[0011]
The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide an active matrix light-emitting element having a high extraction rate for extracting light to the outside and a high light emission efficiency from the surface, and a method for manufacturing the same. is there.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The active matrix light emitting element according to claim 1 of the present invention controls the light emitting layer 3 provided in a matrix, the transparent conductive layer 2 for supplying electrons or holes to the light emitting layer 3, and the light emission of the light emitting layer 3. In an active matrix light emitting device having a TFT substrate 1 on which a matrix control circuit is formed, low refractive index having a refractive index in the range of 1.01 to 1.3 on the surface of the transparent conductive layer 2 opposite to the light emitting layer 3. The rate layer 4 is provided.
[0013]
The invention of claim 2 is characterized in that, in claim 1, the TFT substrate 1 is disposed on the opposite side of the light emitting layer 3 of the low refractive index layer 4.
[0014]
The invention of claim 3 is characterized in that, in claim 1, the TFT substrate 1 is arranged on the side of the light emitting layer 3 opposite to the low refractive index layer 4.
[0015]
According to a fourth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects, the low refractive index layer 4 is a silica airgel thin film.
[0016]
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing an active matrix light-emitting element. In manufacturing the active matrix light-emitting element according to the second aspect, alkoxysilane is applied to the TFT substrate 1 on which a matrix control circuit composed of TFTs 8 is formed. A low refractive index layer 4 obtained by drying a wet gel obtained by hydrolysis and polycondensation is formed. On the low refractive index layer 4, an anode composed of a transparent conductive layer 2, a light emitting layer 3, and a cathode 5 are arranged in this order. It is characterized by forming.
[0017]
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing an active matrix light-emitting element. In manufacturing the active matrix light-emitting element according to the third aspect, an insulating layer is formed on a TFT substrate 1 on which a matrix control circuit including TFTs 8 is formed. 6, an anode including a cathode 5, a light emitting layer 3, and a transparent conductive layer 2 is formed in this order, and then a low refractive index layer 4 including a silica airgel thin film is formed on the transparent conductive layer 2. A protective layer 7 made of a light transmitting material is formed on the substrate.
[0018]
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing an active matrix light-emitting element. In manufacturing the active matrix light-emitting element according to the third aspect, the TFT substrate 1 on which a matrix control circuit composed of TFTs 8 is formed is insulated. A light-transmitting protective sheet 9 having a low refractive index layer 4 made of a silica airgel thin film formed on the surface thereof is formed by forming an anode including the layer 6, the cathode 5, the light emitting layer 3, and the transparent conductive layer 2 in this order. 4 is overlapped so that the side of 4 is in contact with the transparent conductive layer 2.
[0019]
According to an eighth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing an active matrix light-emitting element according to the third aspect of the present invention. 6. A cathode composed of the anode 10, the light emitting layer 3, and the transparent conductive layer 2 was formed in this order, and a low refractive index layer obtained by drying a wet gel obtained by hydrolysis and polycondensation of alkoxysilane was provided on the surface. The light-transmissive protective sheet 9 is overlaid so that the low refractive index layer 4 side is in contact with the transparent conductive layer 2.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below.
[0021]
FIG. 1 shows an example of an embodiment of the invention of claim 1 and claim 2. The TFT substrate 1 is formed by providing a matrix control circuit made of TFT on the surface of a transparent substrate 15 such as a glass plate. is there. That is, in FIG. 1, 16 is a source electrode formed of aluminum wiring, 17 is a drain electrode formed of aluminum wiring, 18 is a gate electrode, 19 is a gate insulating film, 20 is an active semiconductor layer, and 21 is a protective film. Thus, the TFT 8 is formed on the surface of the substrate 15, and this TFT 8 is arranged in each pixel and provided in a matrix to form a matrix control circuit composed of the TFT 8.
[0022]
The low refractive index layer 4 is provided on the surface of the TFT substrate 1 on which the TFT 8 is formed, the transparent conductive layer 2 is provided on the surface of the low refractive index layer 4, and the light emitting layer 3 is provided on the surface of the transparent conductive layer 2. Further, by providing the cathode 5 on the surface of the light emitting layer 3, an active matrix light emitting element can be formed. The light emitting layer 3 is provided in a matrix form. In FIG. 1, reference numeral 22 denotes an insulating layer between the transparent conductive layer 2 and the cathode 5.
[0023]
Here, the low refractive index layer 4 is formed of a transparent material having a light refractive index in the range of 1.01 to 1.30. When the refractive index of the low refractive index layer 4 exceeds 1.30, it is difficult to obtain a light emitting device having a high light extraction rate η. The low refractive index layer 4 is preferably as low as possible, but there is a limit to reducing the refractive index including silica airgel described later, and 1.01 is a practical lower limit. The thickness of the low refractive index layer 4 is preferably in the range of 0.1 to 50 μm, more preferably in the range of 0.1 to 1.0 μm.
[0024]
As such a low refractive index layer 4, a layer formed of silica airgel is most preferable. Since the silica airgel is transparent and has a refractive index similar to that of air, it is possible to improve the light extraction rate η obtained from the above formula (2) to nearly 1 (100%). .
[0025]
Silica airgel is produced by hydrolysis and polymerization reaction of alkoxysilane (also referred to as silicon alkoxide or alkyl silicate) as provided in US Pat. Nos. 4,402,827, 4,432,956 and 4,610,863. It is possible to produce a wet gel compound comprising a silica skeleton by drying in a supercritical state above the critical point of the solvent in the presence of a solvent (dispersion medium) such as alcohol or carbon dioxide. it can. In supercritical drying, for example, a gel compound is immersed in liquefied carbon dioxide, and all or part of the solvent contained in the gel compound is replaced with liquefied carbon dioxide having a critical point lower than that of the solvent. It can be carried out by drying under supercritical conditions of a single system of or a mixed system of carbon dioxide and a solvent.
[0026]
Silica airgel can be produced in the same manner as described above using sodium silicate as a raw material, as provided in US Pat. Nos. 5,137,279 and 5,124,364.
[0027]
Further, as disclosed in JP-A-5-279011 and JP-A-7-138375, the gel-like compound obtained by hydrolysis and polymerization reaction of alkoxysilane as described above is hydrophobized. It is preferable to impart hydrophobicity to the silica airgel. Hydrophobic silica airgel imparted with hydrophobicity as described above can prevent moisture, water, and the like from entering, and prevent the performance of the silica airgel from being degraded in refractive index, light transmittance, and the like.
[0028]
This hydrophobization treatment step can be performed before or during supercritical drying of the gel compound. The hydrophobization treatment is performed to make the hydrophobization by reacting the hydroxyl group of the silanol group present on the surface of the gel-like compound with the functional group of the hydrophobizing agent and substituting the hydrophobic group of the hydrophobizing agent. . As a method of performing the hydrophobization treatment, for example, after immersing the gel in the hydrophobization treatment liquid in which the hydrophobization treatment agent is dissolved in a solvent and mixing the gel, the hydrophobization treatment agent is infiltrated into the gel. There is a method of performing a hydrophobization reaction by heating as necessary.
[0029]
Examples of the solvent used for the hydrophobization treatment include methanol, ethanol, isopropanol, xylene, toluene, benzene, N, N-dimethylformamide, hexamethyldisiloxane, and the like. Any solvent can be used as long as it dissolves and can be replaced with the solvent contained in the gel before the hydrophobization treatment, and is not limited thereto. When supercritical drying is performed in a later step, a medium that can be easily supercritically dried, for example, methanol, ethanol, isopropanol, liquid carbon dioxide, or the like, or a medium that can replace it is preferable. Examples of the hydrophobizing agent include hexamethyldisilazane, hexamethyldisiloxane, trimethylmethoxysilane, dimethyldimethoxysilane, methyltrimethoxysilane, ethyltrimethoxysilane, trimethylethoxysilane, dimethyldiethoxysilane, and methyltriethoxysilane. Etc.
[0030]
In providing the TFT substrate 1 with the low refractive index layer 4 made of silica aerogel, a method is used in which a film is formed by coating with an alkoxysilane solution, and then subjected to a hydrophobization treatment if necessary, followed by drying in a non-supercritical dry state. be able to. In the invention of claim 5, since a thin film of an element such as organic EL is formed on the TFT substrate 1 before the low refractive index layer 4 is provided, a method by non-supercritical drying is preferable. This non-supercritical drying method can be carried out by employing the methods described in, for example, Japanese Patent No. 3045411 and Japanese Patent Publication No. 8-504673.
[0031]
The transparent conductive layer 2 provided on the surface of the low refractive index layer 4 uses a transparent compound such as indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide, and zinc aluminum oxide, or a transparent thin film such as gold, silver, and chromium. Although it can be formed, indium tin oxide is particularly preferable in terms of transparency, sheet resistance (an index indicating the surface conductivity of the transparent conductive layer), and work function. The film thickness of the transparent conductive layer 2 is preferably about 150 to 400 nm in order to ensure transparency and sheet resistance. The method for forming the transparent conductive layer 2 on the surface of the low refractive index layer 4 is not particularly limited. A method for coating the surface of the low refractive index layer 4 with a material such as ITO, a sputtering method, ion plating, or the like. Conventionally well-known methods such as the ED vapor deposition method and the like can be adopted.
[0032]
Here, prior to providing the transparent conductive layer 2 on the surface of the low refractive index layer 4, it is necessary to perform fine processing for forming a circuit for operating the matrix control circuit in the low refractive index layer 4. As this fine processing method, a photoresist is provided on the surface of the low refractive index layer 4, a photoresist pattern is photoetched to form a resist pattern, and then sandblasting or dry etching is performed to form the low refractive index layer 4. Although a method of performing a fine etching process is mentioned, dry etching is more preferable in consideration of circuit accuracy. As shown in FIG. 1, a via hole 23 is formed in the low refractive index layer 4 at the location of the drain electrode 17 by this fine etching process, and the transparent conductive layer 2 provided on the surface of the low refractive index layer 4. Is electrically connected to the drain electrode 17 through the via hole 23.
[0033]
Moreover, the light emitting layer 3 is formed of organic EL or inorganic EL, and the light emitting layer 3 can be provided on the transparent conductive layer 2 by a known method such as vacuum deposition. As the organic EL, conventionally used materials such as low molecular dye materials and conjugated polymer materials can be used. Moreover, as inorganic EL, what is used conventionally, such as an inorganic fluorescent material, can be used, and it is preferable to form an insulating layer on both surfaces of an inorganic EL layer. When the light emitting layer 3 is formed as an organic EL layer, a multilayered structure with layers such as a hole injection layer, a hole transport layer, an electron transport layer, and an electron injection layer may be used. Furthermore, the cathode 5 can be formed of a metal such as aluminum, silver-magnesium, calcium, and the cathode 5 can be provided on the light emitting layer 3 by a known method such as sputtering or vacuum deposition.
[0034]
In the active matrix light emitting device of FIG. 1 formed as described above, when a direct current power source is connected between the transparent conductive layer 2 serving as the anode and the cathode 5 and an electric field is applied to the light emitting layer 3, the light emitting layer 3 Emits light. The light emitted from the light emitting layer 3 passes through the transparent substrate 15 of the TFT substrate 1 from the transparent conductive layer 2 and the low refractive index layer 4 and is emitted from the surface of the TFT substrate 1 as indicated by arrows in FIG. At this time, the low refractive index layer 2 has a refractive index of 1.01 to 1.30, which is very small and close to 1, so that the light extraction rate η is high as derived from the above equation (2). is there. That is, as shown in FIG. 4, the light lost from the end portion as the guided light due to the total reflection at the interface between the TFT substrate 1 and the air can be reduced, and the efficiency of light emission from the surface of the light emitting element can be increased. . The transparent conductive layer 2 is interposed between the light emitting layer 3 and the low refractive index layer 4. However, since the thickness of the transparent conductive layer 2 is smaller than the wavelength of light, the light extraction rate η is affected. There is nothing.
[0035]
FIG. 2 shows an example of an embodiment of the invention of claim 1 and claim 3, and the TFT substrate 1 having the same structure as FIG. 1 can be used. 2, the insulating layer 6 is provided on the surface of the TFT substrate 1 on which the TFT 8 is formed, the cathode 5 is provided on the surface of the insulating layer 6, and the light emitting layer 3 is provided on the surface of the cathode 5. An active matrix having a structure in which a transparent conductive layer 2 is provided on the surface of the transparent conductive layer 2, a low refractive index layer 4 is provided on the surface of the transparent conductive layer 2, and a protective layer 7 of a translucent material is provided on the surface of the low refractive index layer 4. A type light emitting element is formed. In FIG. 2, reference numeral 22 denotes an insulating layer between the transparent conductive layer 2 and the cathode 5.
[0036]
The insulating layer 6 can be formed of an insulating material such as silica by a sputtering method, a CVD method, or the like, and the thickness is preferably in the range of 0.1 to 50 μm, particularly in the range of 0.1 to 1 μm. More preferred. After the insulating layer 6 is provided on the surface of the TFT substrate 1, the cathode 5 is provided on the surface of the insulating layer 6. Prior to this, fine processing for forming a circuit for operating the matrix control circuit in the insulating layer 6. Apply. This fine processing can be performed by the method described with reference to FIG. 1, and a via hole 23 is formed in the insulating layer 6 at the source electrode 16 as shown in FIG. 2, and is provided on the surface of the insulating layer 6. The cathode 5 is electrically connected to the source electrode 16 through the via hole 23.
[0037]
Further, after the cathode 5 is provided on the surface of the insulating layer 6, the light emitting layer 3 is provided on the surface of the cathode 5. As the light emitting layer 3, an organic EL or an inorganic EL can be used as in the case of FIG. . Further, the transparent conductive layer 2 is provided on the surface of the light emitting layer 3. As the transparent conductive layer 2, ITO or the like can be used as in the case of FIG.
[0038]
Thus, after providing the transparent conductive layer 2, the low-refractive-index layer 4 of a silica airgel is provided on it. Formation of the silica airgel low refractive index layer 4 is carried out by coating with an alkoxysilane solution and then hydrophobizing as necessary, followed by supercritical drying or drying in a non-supercritical dry state. The method can be used. The drying method varies depending on the target refractive index. However, in the invention of claim 6, since the TFT substrate 1 is formed with an element constituent thin film such as an organic EL before the low refractive index layer 4 is provided, A method by supercritical drying is preferred. This non-supercritical drying method can be carried out by employing the methods described in, for example, Japanese Patent No. 3045411 and Japanese Patent Publication No. 8-504673. Thus, after providing the low refractive index layer 4, the protective layer 7 can be provided on this and the low refractive index layer 4 can be protected, and an active matrix light emitting element can be formed. As the protective layer 7, a transparent resin film, a transparent panel such as glass, or the like can be used. Further, a transparent seal 24 formed of a resin sheet or the like is pasted on the surface of the protective layer 7.
[0039]
In the active matrix light emitting device of FIG. 2 formed as described above, when an electric field is applied to the light emitting layer 3 by connecting a DC power source between the transparent conductive layer 2 serving as the anode and the cathode 5, the light emitting layer 3 Emits light. The light emitted from the light emitting layer 3 is transmitted through the transparent protective layer 7 from the transparent conductive layer 2 and the low refractive index layer 4 and is emitted from the surface of the transparent seal 24 as indicated by arrows in FIG. At this time, the low refractive index layer 2 has a refractive index of 1.01 to 1.30, which is very small and close to 1, so that the light extraction rate η is high as derived from the above equation (2). is there. That is, as shown in FIG. 3, light lost from the end portion as guided light due to total reflection at the interface between the protective layer 7 and the transparent seal 24 and the air can be reduced, and the efficiency of light emission from the surface of the light emitting element can be improved. It can be done.
[0040]
Here, in the active matrix light emitting device of FIG. 1 described above, the light emitted from the light emitting layer 3 is transmitted through the transparent substrate 15 and the transparent substrate 15 of the TFT substrate 1 from the transparent conductive layer 2 and the low refractive index layer 4. However, since the TFT 8 of the TFT substrate 1 does not transmit light, the light emitted from the light emitting layer 3 needs to be extracted from a portion other than the TFT 8. Accordingly, the amount of light to be extracted is affected by the arrangement of the TFT 8, and the aperture ratio with respect to the light emitting layer 3 is limited by the TFT 8. On the other hand, in the active matrix light emitting device of FIG. 2, light emitted from the light emitting layer 3 can be taken out from the transparent conductive layer 2 and the low refractive index layer 4 through the transparent protective layer 7. There is no need to take out from the TFT substrate 1 side. Therefore, the amount of light to be extracted is not affected by the arrangement of the TFTs 8, and the aperture ratio with respect to the light emitting layer 3 can be increased, so that high luminance can be achieved. Further, by improving the aperture ratio, it is possible to reduce the size while maintaining the luminance, and it is easy to increase the number of pixels and to increase the definition.
[0041]
Further, when the light emitting layer 3 is formed of an organic EL, the organic EL may rapidly deteriorate in light emission characteristics when it comes into contact with moisture or oxygen contained in the atmosphere. Therefore, in the prior art, a structure having a hollow portion such as a metal cap is formed, which is a factor of increasing the thickness. In the case of FIG. 2, the light emitting layer 3 is a protective layer having a high barrier property against moisture and oxygen. 7 and further covered with the transparent seal 24, it is not necessary to form such a hollow portion, and a thin structure can be realized.
[0042]
In the above embodiment, the TFT substrate 1 is provided with the insulating layer 6, the cathode 5, the light emitting layer 3, the transparent conductive layer 2, the low refractive index layer 4, and the protective layer 7 of a light transmitting material in this order. After providing the insulating layer 6, the cathode 5, the light emitting layer 3, and the transparent conductive layer 2 in this order on the TFT substrate 1, a light-transmitting protective sheet 9 provided with a low refractive index layer 4 made of a silica airgel thin film on the surface in advance, The active matrix light-emitting element shown in FIG. 2 can be manufactured by laminating and laminating on the transparent conductive layer 2 on the low refractive index layer 4 side. A transparent resin sheet or the like can be used as the light transmissive protective sheet 9, and the protective layer 7 of FIG. 2 can be formed by the light transmissive protective sheet 9.
[0043]
Here, in forming the low refractive index layer 4 made of a silica airgel thin film on the light transmissive protective sheet 9, after coating the surface of the light transmissive protective sheet 9 with an alkoxysilane solution, the film is formed as necessary. It can be carried out by hydrophobizing and further supercritical drying or drying in a non-supercritical state. Although the coating method depends on the size of the light-transmitting protective sheet 9 and the thickness of the silica airgel thin film, a spin coating method, a flow coating method, or the like can be mainly employed. At this time, the drying may be either supercritical drying or non-supercritical drying. The film thickness of the low refractive index layer 4 made of a silica airgel thin film is not particularly limited, but rather has adhesion to the light transmissive protective sheet 9 to withstand the handling of the light transmissive protective sheet 9 serving as a base material. In addition, it is preferable to select appropriately according to the type and handling of the light-transmitting protective sheet 9. Depending on the material of the light-transmitting protective sheet 9, it is preferable to perform primer coating, alkali etching, or the like as pretreatment for coating.
[0044]
In the embodiment shown in FIGS. 1 and 2, the transparent conductive layer 2 is used as an anode and holes are supplied from the transparent conductive layer 2 to the light emitting layer 3 to emit light. It can also be used as a cathode. In this case, for example, the structure shown in FIG. 3 is provided, and the anode 10 is provided on the surface of the insulating layer 6, and the anode 10 is electrically connected to the drain electrode 17 through the via hole 23. In this device, a DC power source is connected between the transparent conductive layer 2 serving as the cathode and the anode 10 to inject electrons from the transparent conductive layer 2 serving as the cathode into the light emitting layer 3 and to inject holes from the anode 10 into the light emitting layer 3. By doing so, the light emitting layer 3 can emit light.
[0045]
【The invention's effect】
As described above, the active matrix light-emitting device according to claim 1 of the present invention controls the light emission of the light-emitting layer, the light-emitting layer provided in a matrix, the transparent conductive layer that supplies electrons or holes to the light-emitting layer, and the light-emitting layer. In an active matrix light emitting device having a TFT substrate on which a matrix control circuit is formed, a low refractive index layer having a refractive index in the range of 1.01 to 1.3 is provided on the surface of the transparent conductive layer opposite to the light emitting layer. Since the light emitted from the light emitting layer can be transmitted through the transparent conductive layer and the low refractive index layer, the light transmitted through the low refractive index layer having a low refractive index can be extracted into the atmosphere. The light emission efficiency from the surface of the light emitting element can be increased.
[0046]
In the invention of claim 2, since the TFT substrate is arranged on the side opposite to the light emitting layer of the low refractive index layer, the light emitted from the light emitting layer can be emitted through the low refractive index layer and the TFT substrate. The light transmitted through the low refractive index layer having a low refractive index has a high extraction rate to the atmosphere, and can increase the light emission efficiency from the surface of the light emitting element.
[0047]
In the invention of claim 3, since the TFT substrate is arranged on the side opposite to the low refractive index layer of the light emitting layer, the light emitted from the light emitting layer can be emitted through the low refractive index layer, and the refractive index is The light transmitted through the low low refractive index layer has a high extraction rate to the atmosphere, and can increase the light emission efficiency from the element surface. Moreover, it is not necessary to transmit the light emitted from the light emitting layer to the TFT substrate, the amount of light to be extracted is not affected by the TFT arrangement, and the aperture ratio to the light emitting layer can be increased. A light-emitting element can be formed with high luminance.
[0048]
In the invention of claim 4, since the low refractive index layer is a silica airgel thin film, a low refractive index layer having a low refractive index of 1.01 to 1.3 can be easily formed.
[0049]
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing an active matrix light-emitting element. In manufacturing the active matrix light-emitting element according to the second aspect, alkoxysilane is applied to a TFT substrate on which a matrix control circuit including TFTs is formed. A low refractive index layer obtained by drying a wet gel obtained by hydrolysis and polycondensation was formed, and an anode composed of a transparent conductive layer, a light emitting layer, and a cathode were formed in this order on the low refractive index layer. Therefore, it is possible to obtain an active matrix light emitting element with high light emission efficiency from the surface of the light emitting element.
[0050]
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing an active matrix light-emitting element. When the active matrix light-emitting element according to the third aspect is manufactured, an insulating layer is formed on a TFT substrate on which a matrix control circuit including TFTs is formed. Then, an anode composed of a cathode, a light emitting layer and a transparent conductive layer is formed in this order, and then a low refractive index layer obtained by drying a wet gel obtained by hydrolyzing and polycondensing alkoxysilane is formed on the transparent conductive layer. In addition, since a protective layer made of a light-transmitting material is formed on the low refractive index layer, an active matrix light-emitting element that emits light with high luminous efficiency and high luminance from the surface of the light-emitting element can be obtained. It can be done.
[0051]
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing an active matrix light-emitting element. When the active matrix light-emitting element according to the third aspect is manufactured, an insulating layer is formed on a TFT substrate on which a matrix control circuit including TFTs is formed. A light-transmitting protective sheet in which an anode composed of a cathode, a light emitting layer, and a transparent conductive layer is formed in this order and a low refractive index layer composed of a silica airgel thin film is provided on the surface is in contact with the transparent conductive layer on the low refractive index layer side Thus, it is possible to obtain an active matrix light-emitting element that emits light with high luminance and high luminance from the surface of the light-emitting element.
[0052]
According to an eighth aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing an active matrix light-emitting element. In manufacturing the active matrix light-emitting element according to the third aspect, an insulating layer and an anode are formed on a TFT substrate on which a matrix control circuit including TFTs is formed. A light-transmitting protective sheet in which a light emitting layer and a cathode made of a transparent conductive layer are formed in this order and a low refractive index layer made of a silica airgel thin film is provided on the surface, so that the low refractive index layer side is in contact with the transparent conductive layer Since they are superposed, an active matrix light-emitting element that emits light with high luminance with high luminous efficiency from the surface of the light-emitting element can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing another example of the embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing still another example of the embodiment of the present invention.
4A and 4B show light transmission and light emission states, where FIG. 4A is a perspective view and FIG. 4B is a cross-sectional view.
FIG. 5 is a cross-sectional view of a conventional example.
6A and 6B show light transmission and light emission states, where FIG. 6A is a perspective view and FIG. 6B is a cross-sectional view.
[Explanation of symbols]
1 TFT substrate
2 Transparent conductive layer
3 Light emitting layer
4 Low refractive index layer
5 Cathode
6 Insulation layer
7 Protective layer
8 TFT
9 Light transmissive protective sheet
10 Cathode

Claims

In an active matrix light emitting device having a light emitting layer provided in a matrix, a transparent conductive layer for supplying electrons or holes to the light emitting layer, and a TFT substrate on which a matrix control circuit for controlling light emission of the light emitting layer is formed. An active matrix light emitting element comprising a transparent conductive layer and a low refractive index layer having a refractive index in the range of 1.01 to 1.3 provided on a surface opposite to the light emitting layer.

2. The active matrix light emitting device according to claim 1, wherein the TFT substrate is disposed on the opposite side of the light emitting layer of the low refractive index layer.

2. The active matrix light emitting device according to claim 1, wherein the TFT substrate is disposed on the light emitting layer opposite to the low refractive index layer.

4. The active matrix light-emitting element according to claim 1, wherein the low refractive index layer is a silica airgel thin film.

3. A low refractive index layer obtained by drying a wet gel obtained by hydrolyzing and polycondensing alkoxysilane on a TFT substrate on which a matrix control circuit made of TFT is formed in manufacturing the active matrix light emitting device according to claim 2. And forming an anode composed of a transparent conductive layer, a light emitting layer, and a cathode in this order on the low refractive index layer.

In manufacturing the active matrix light emitting device according to claim 3, an insulating layer, a cathode, a light emitting layer, and an anode made of a transparent conductive layer are formed in this order on a TFT substrate on which a matrix control circuit made of TFT is formed, and then transparent. A low refractive index layer obtained by drying a wet gel formed by hydrolysis and polycondensation of alkoxysilane is formed on the conductive layer, and a protective layer made of a light transmissive material is formed on the low refractive index layer. A method for producing an active matrix light-emitting element.

In manufacturing the active matrix light emitting device according to claim 3, an anode composed of an insulating layer, a cathode, a light emitting layer, and a transparent conductive layer is formed in this order on a TFT substrate on which a matrix control circuit composed of TFTs is formed. A method for producing an active matrix light-emitting element, wherein a light-transmitting protective sheet having a low refractive index layer made of a thin film provided on a surface thereof is superposed so that the low refractive index layer side is in contact with the transparent conductive layer.

In manufacturing the active matrix light emitting device according to claim 3, a silica airgel is formed by forming an insulating layer, an anode, a light emitting layer, and a cathode made of a transparent conductive layer in this order on a TFT substrate on which a matrix control circuit made of TFT is formed. A method for producing an active matrix light-emitting element, wherein a light-transmitting protective sheet having a low refractive index layer made of a thin film provided on a surface thereof is superposed so that the low refractive index layer side is in contact with the transparent conductive layer.