JP5265084B2 - 有機ｅｌディスプレイ - Google Patents

Description

本発明は、有機ＥＬ(Electroluminescent)ディスプレイに関する。

現在、薄型のフラットディスプレイとして、主に、有機ＥＬディスプレイ、プラズマディスプレイ、液晶ディスプレイ等が知られている。この中でも、有機ＥＬディスプレイは、自発光素子を利用しており、視覚依存性がなく、省電力、低コスト、及び製造工程が簡略等といった種々の利点を有していることから、次世代ディスプレイの主流となることが期待されている。

ところが、有機ＥＬディスプレイでは、陽極と陰極に電圧が印加されて有機層で発光した光のうち臨界角以上の光は、有機ＥＬ素子を構成する各層の界面、あるいは有機ＥＬ素子と空気との界面（光取り出し面）で全反射する。その結果、発光した光の一部しか外部に取り出すことができない。

例えば、一般的な有機ＥＬ素子の場合、有機層の屈折率が約１．６では、光の外部取り出し効率（外部量子効率）が約２０％程度にとどまる。

このような問題に対して、反射電極に光散乱部を設けて光取り出し面への入射角を変えることで、外部量子効率を向上させる発光素子が提案されている（例えば、特許文献１）。

特開２００３−３６９６９号公報

しかしながら、上記特許文献１では、基板上に形成される反射電極の表面粗さ等を調整することで外部量子効率を向上させる技術が記載されているが、基板に対する反射面の成す角度の最適化などについては全く記載がない。また、反射電極の形状と有機ＥＬ素子の劣化との関連性に関する記載もない。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、有機ＥＬ素子における反射面の形状を調整することで外部量子効率を向上させる技術を提供することを第１の目的とする。

また、有機ＥＬ素子における反射面の形状を調整することで、有機ＥＬ素子の劣化を抑制しつつ、外部量子効率を向上させる技術を提供することを第２の目的とする。

上記の課題を解決するために、請求項１の発明は、有機ＥＬディスプレイであって、基板と、当該基板上方に配置された第１電極層と、当該第１電極層上に配置された有機層と、当該有機層上に配置された第２電極層とをそれぞれ有する複数の有機ＥＬ素子、を備え、前記第１電極層が、前記有機層で発する光を反射する反射面を有し、前記反射面の中央部が、前記基板の上面に対して略平行な平坦面によって構成されるとともに、前記反射面のうちの前記中央部の周囲に位置する端部が、前記基板の上面に対して互いに反対方向に傾斜する一対の傾斜面を含んで構成される凸部を複数備え、前記平坦面の延長面が、前記凸部の頂部と前記凸部の底部との間に位置することを特徴とする。

また、請求項２の発明は、請求項１に記載の有機ＥＬディスプレイであって、前記凸部の断面形状は、その頂部が底部よりも幅狭であることを特徴とする。

また、請求項３の発明は、請求項１に記載の有機ＥＬディスプレイであって、前記平坦面の延長面よりも上方に位置する前記凸部の容積が、前記平坦面の延長面よりも下方であって隣接する前記凸部とに囲まれる容積よりも、小さいことを特徴とする。

また、請求項４の発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の有機ＥＬディスプレイであって、前記傾斜面の前記基板の上面に対する傾斜角度が、２０から４０度であることを特徴とする。

また、請求項５の発明は、請求項４に記載の有機ＥＬディスプレイであって、前記凸部の９０％以上の表面領域が、前記傾斜面によって構成されたことを特徴とする。

また、請求項６の発明は、請求項１から請求項５のいずれかに記載の有機ＥＬディスプレイであって、前記凸部の頂部が、前記基板の上面に対して略平行な平坦面によって構成されていることを特徴とする。

また、請求項７の発明は、請求項１から請求項５のいずれかに記載の有機ＥＬディスプレイであって、前記複数の凸部における頂部の平均曲率半径が、０．０３μｍ以上であることを特徴とする。

また、請求項８の発明は、請求項７に記載の有機ＥＬディスプレイであって、前記複数の凸部における頂部の平均曲率半径が、０．５μｍ以下であることを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明によれば、劣化し易い有機ＥＬ素子の端部近傍における劣化の進行速度を、劣化し難い中央付近における劣化の進行速度に近づけることができるため、有機ＥＬ素子の劣化を抑制しつつ、外部量子効率を向上させることができる。

また、請求項４に記載の発明によれば、傾斜面の前記基板の上面に対する傾斜角度が、２０から４０度であるような構成を採用することで、光の反射角度が好適となり、更に外部量子効率を向上させることができる。

また、請求項６に記載の発明によれば、凸部の頂部が、基板の上面に対して略平行な平坦面によって構成されていることで、凸部の形成が容易になり、有機ＥＬディスプレイの生産性向上に供することができる。また、凸部の頂部において電流密度が過度に集中することによる有機層の損傷を防止することができる。

また、請求項７に記載の発明によれば、複数の凸部における頂部の平均曲率半径が、０．０３μｍ以上とすることで、製造の容易化を図りつつ、凸部の頂部において電流密度が過度に集中することによる有機層の損傷を防止することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

＜第１実施形態＞
＜外部量子効率の低下原理＞
本実施形態の構成について説明する前に、まず外部量子効率の低下原理について説明する。

図１は、有機ＥＬディスプレイの内部において発生する光の進行方向とディスプレイ表面から外部へ射出される光の射出方向との関係を説明するための図である。

図１に示すように、有機ＥＬディスプレイの光出力部１０には、電界発光を行う発光層を含む有機層３の下面側にアノード電極によって形成された反射面７と、有機層３と外部（外気）との界面などによって形成された透過面５とが配置される。

発光層で発生した光は、全方位に向けて出射し、発光層で発せられた光のうちの発光層から透過面５に向かう光は、一部の光が透過面５を透過して外部に向けて射出する一方、残余の光が透過面５において反射面７に向けて反射する。また、発光層から反射面７に向かう光は、金属表面によって形成される反射面７において透過面５に向けて反射する。よって、発光層で発せられた光は、透過面５と反射面７との間で反射されつつ、ある程度の割合の光が透過面５から外部に向けて射出される。

しかしながら、透過面５に向かう光のうち、透過面５に対して所定値以上の角度で入射する光は、透過面５において全反射してしまう。

例えば、光出力部１０の屈折率をｎ１、外部（外気）の屈折率をｎ２（＝１）とし、透過面５に入射する光の進行方向が透過面５の法線に対して角度θ１だけ傾くとともに、透過面５を透過した光の進行方向が透過面５の法線に対して角度θ２だけ傾いているものとすると、下式（１）で示す公知のスネルの法則が成立する。

ｎ１×ｓｉｎθ１＝ｎ２×ｓｉｎθ２・・・（１）。

ここで、上記（１）を満足するθ２が存在しない場合には、発光層から透過面５（界面）に向けて入射する光は、透過面５で全反射されるため、外部には射出しない。このとき、角度θ１が全反射角以上となる。

そして、一般的には、透過面５と反射面７とが略平行に形成されているため、透過面５と反射面７との間で繰り返して反射される光は、透過面５に対して常に同じ角度で入射し続ける。このため、一旦透過面５の法線に対して全反射角以上を成した光は、透過面５の法線に対して全反射角以上となり続ける。したがって、発光層で発生する光のうちの２０％程度の光しか外部に射出せず、いわゆる外部量子効率が低くなってしまい、発光素子の輝度を高めるために有機層に多くの電流を流さなければならず、省電力化などの阻害要因となっていた。よって、省電力化などを達成するために、外部量子効率を向上させることが望まれる。

＜有機ＥＬディスプレイの概略構成＞
本発明の第１実施形態に係る有機ＥＬディスプレイ２１では、外部量子効率を向上させるために、基板側に位置する第１の電極の表面形状を調整している。まず、本発明の第１実施形態に係る有機ＥＬディスプレイ２１の概略構成について説明する。

図２は、本発明の第１実施形態に係る有機ＥＬディスプレイ２１の概略構成を例示する断面模式図である。図２及び図２以降の図では、方位関係を明確化するために、相互に直交するＸＹＺの３軸又はＸＹの２軸を適宜付している。

有機ＥＬディスプレイ２１は、例えばトップエミッションタイプであり、図２に示すように、透明基板であるガラス基板などからなる基板２３と、その基板２３上に形成された有機材料などからなる平坦化膜２４と、その平坦化膜２４上に形成された素子部２５と、その素子部２５上に形成されたキャップ層（調整層）２６と、その調整層２６を覆うように形成された封止膜２７とを主に備えている。なお、図１及び図１以降の図では、図が複雑化するのを防ぐため、ＴＦＴ層などの記載を省略している。

素子部２５は、基板２３側から順に、第１の電極層３１、有機層３３及び第２の電極層３５を備えている。有機層３３が第１及び第２の電極層３１，３５によって挟み込まれている。

第１の電極層３１は、有機層３３が発光した光の少なくとも一部を有機層３３側に反射する反射面７（図５など参照）を有しており、不透明な電極材料を用いて形成されている。この第１の電極層３１のうち有機層３３側の表面が反射面７として機能し、外部量子効率を向上させるための形状を有している。反射面７の形状による外部量子効率の向上については後述する。

第２の電極層３５は、光を透過する導電材料であればいずれの材料を用いて形成してもよい。但し、光の透過率を高めるためには、第２の電極層３５を半透明電極又は透明電極とするのがよい。なお、透明電極の場合は、可視光の多くを透過させるような光学特性と比較的大きな電気伝導性とを備えた材料で形成される。また、半透明電極の場合は、透明電極と不透明電極との中間的な特性を有するものであり、可視光を透過させるような光学特性を有している必要があるため、電極の膜厚を薄くすることでそのような光学特性を実現している。

ここで、透明電極に好適な材料としては、例えばＩＴＯやＩＺＯ等がある。また、透明電極の膜厚は、好ましくは５０ｎｍ以上であり、より好ましくは１００ｎｍ〜３００ｎｍの範囲にある。また、不透明電極に好適な材料としては、Ａｌ等がある。また、その膜厚は、好ましくは５０ｎｍ以上であり、より好ましくは１００ｎｍ〜３００ｎｍの範囲にある。また、半透明電極に好適な材料としては、Ｌｉなどのアルカリ金属、Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａなどのアルカリ土類金属、あるいはＡｌ，Ｓｉ，Ａｇ等がある。その膜厚は、好ましくは１００ｎｍ以下であり、より好ましくは５ｎｍ〜５０ｎｍの範囲にある。

有機層３３は、基板２３側から順に、正孔又は電子の注入を行うための電荷注入層と、正孔又は電子の輸送を行うための電荷輸送層と、ＥＬ発光を行う発光層と、電子又は正孔の輸送を行うための電荷輸送層と、電子又は正孔の注入を行うための電荷注入層とを備えている。なお、有機層３３としては、５層構造を採用せず、種々の条件に応じて２ないし４層構造、発光層のみの単層構造等、種々の層構造を採用しても良い。

調整層２６は、素子部２５から外部に向けた光透過特性を調整するためのものである。調整層２６の好適な材料としては、スチリルアリーレン、ポリシラン等の透明有機材料、酸化チタン、硫化亜鉛等の透明無機材料等がある。

封止膜２７は、有機層３３、第２の電極層３５、及び調整層２６等を封止するためのものであり、有機ＥＬディスプレイ２１の素子部２５が形成される領域を完全に覆うようにして形成されている。封止膜２７は、光透過性を有する絶縁材料、例えばＳｉＮｘ等により形成される。この封止膜２７と外部（外気）との界面は、透過面５（図５など参照）として機能する。

図３は、有機ＥＬディスプレイ２１の画素配列を例示する模式図である。有機ＥＬディスプレイ２１では、例えば、略長方形を有する多数の画素（すなわち有機ＥＬ素子）ＵＣが行列状に配列される。なお、各画素ＵＣは、正方形状、六角形状、三角形状、円形状または楕円形状等の他の形状であっても構わない。

＜反射面の形状と外部量子効率の向上＞
図４は、反射面の形状の調整による外部量子効率の向上を説明するための図である。

図４に示すように、反射面７に傾斜面を設けることで、透過面５と反射面７とが略平行にならないようにすると、透過面５と反射面７との間で繰り返して反射される光については、反射面７の透過面５に対する傾きにより、透過面５に対して入射する角度が変化する。このため、一旦透過面５の法線に対して全反射角以上を成すようになった光であっても、透過面５の法線に対して全反射しない光となる現象が得られる。このような現象は、反射面７で光が反射される度に、光の進行方向が変化するため、透過面５への入射角度が変化することによって生じる。そこで、このような現象を利用して、反射面７に傾斜面を設けることで外部量子効率を向上させることできると考えられる。

なお、有機ＥＬディスプレイでは、各有機ＥＬ素子において基板２３の上面と透過面５とが略平行に構成される。そして、有機ＥＬディスプレイの通常の製造工程では、基板２３の上方において、透過面５よりも早期に反射面７が形成される。したがって、基板２３の上方に第１の電極層３１を形成する際に、基板２３上面に対して反射面７を適宜傾けることで、結果的に透過面５に対して反射面７を傾けることができる。また、第１の電極層３１上に堆積される各層は、ある程度の膜厚以上堆積すると、各層を構成する材料の表面拡散により、上面（図中Ｚ方向の面）が略平坦となる。

ここで、図５に示すように、反射面７の全面が、基板２３の上面に対して約θ度だけ傾けた面によって構成される凸部が複数形成された領域（凸領域）７ａとなっている場合を考える。

図６は、反射面７の全面を凸領域７ａとした場合において、反射面７を基板２３上面に対して傾けた角度（ミラー角度）θと、外部量子効率との関係を示している。図６では、横軸がミラー角度θ、縦軸が外部量子効率を示している。

なお、ここでは、反射面７が鏡面状態のアルミニウム（Ａｌ）によって形成され、反射面７と透過面５との間が有機ＥＬ素子に一般的に用いられる有機材料の屈折率（ｎ＝１．６）を有する材料で形成されているものとして算出した。また、その他の条件としては、反射面７と透過面５との最大間隔が約３００ｎｍ、発光層ＥＭが透過面５から約１００ｎｍの位置に配置され、反射面７の全面に山と谷がストライプ状に連続配置された凸領域７ａが設けられ、凸構造の配列ピッチ（隣接する凸部の頂部同士の間隔）が約０．４μｍ、反射面７の幅が１０μｍに設定され、発光層ＥＭのランダムな位置から全方位（ランダムな方位）に向けて光が出射され、光線数が２００００本であるといった条件を採用した。

図６に示すように、ミラー角度θが０度（反射面７と透過面５とが平行）である場合が、一般的な有機ＥＬディスプレイの場合（従来）であり、外部量子効率が約２０％となる。これに対して、ミラー角度θが２０〜４０度である場合には、外部量子効率が４０％を超えて、当該効率が従来技術の２倍以上と顕著に向上する。また、図６に示すように、ミラー角度θが２５〜３５度である場合に外部量子効率が最大値（約４５％）を示す。

図６に示す結果より、外部量子効率を従来技術の２倍以上と顕著に向上させるためには、ミラー角度θを２０〜４０度とすることが好ましく、更に高い外部量子効率を得るためには、ミラー角度θを２５〜３５度とすることが好ましいと言える。また、ミラー角度θが３０度の場合に外部量子効率のピークが見られるため、高い外部量子効率を出来るだけ向上させるといった観点から言えば、ミラー角度θを約３０度とすることが最も好ましいと言える。すなわち、反射面７にランダムな凸部を設けるのではなく、反射面７に、基板２３上面に対して所定の値域範囲に含まれる角度傾斜した傾斜面によって構成される凸領域７ａを設けることが好ましい。

上記計算結果は、反射面７における凸領域７ａの凸部がストライプ状に連続配置された条件において得たが、発光層ＥＭから出射される光の進行方向は、全方位（ランダムな方位）となるため、反射面７上に、一定の方向に斜面が連続して並んだストライプ状の凸領域７ａを形成するよりも、他の方向にも基板２３上面に対して傾けた傾斜面を形成するようにした方が好ましい。例えば、図７に示すように、凸領域７ａがミラー角度θ＝２０〜４０である４面によって囲まれた正四角錐（ピラミッド状の凸構造）が周期的に隙間なく配列されるようにすることが好ましい。

以上のように、第１実施形態に係る有機ＥＬディスプレイ２１では、第１の電極層３１によって構成される反射面７が、基板２３上面に対して所定の値域範囲（ここでは、２０〜４０度）傾斜した傾斜面を備えて構成される凸領域７ａを有する。このような構成を採用することで、外部量子効率を向上させることができる。

＜第２実施形態＞
第１実施形態に係る有機ＥＬディスプレイ２１では、反射面７の全面に凸領域７ａが設けられた。これに対して、第２実施形態に係る有機ＥＬディスプレイ２１Ａでは、各画素ＵＣにおける反射面７について、反射面７の中央近傍の領域（中央部）を平坦（平坦面）とし、反射面７の端部近傍の領域（周縁部）に凸領域７ａを設けることで、発光層ＥＭで発生した光のうち、反射面７の周縁部に達した光を透過面５から外部に取り出し、外部量子効率を向上させ、発光素子の輝度を高い状態で維持しながら、発光素子の劣化を抑制している。なお、第１実施形態に係る有機ＥＬディスプレイ２１と第２実施形態に係る有機ＥＬディスプレイ２１Ａとでは、反射面７のうち凸領域７ａが設けられている領域が異なるのみで、その他の構成は同様となる。以下、反射面７の周縁部にのみ凸領域７ａを設ける理由ならびに第１実施形態と異なる構成などについて説明する。

図８は、反射面７の全体が平坦であるものと仮定した場合における有機ＥＬディスプレイの駆動時間と発光効率との関係を例示する図である。図８では、横軸が駆動時間、縦軸が発光効率を示しており、反射面７の中央部における駆動時間と発光効率との関係を曲線Ｃｖ１で示し、反射面７の周縁部における駆動時間と発光効率（消費電力に対する発光強度の割合）との関係を曲線Ｃｖ２で示している。

図８に示すように、反射面７においては、中央部よりも周縁部の方が、駆動時間の経過とともに発光効率が相対的に低くなる傾向にある。これは、中央部近傍よりも周縁部近傍の方が、駆動電流の密度が高い傾向にあるために劣化が進行し易いか、又は水分や酸素などによって劣化し易い有機材料や透明電極（又は半透明電極）が各画素の端部近傍から劣化するためであると考えられる。

第２実施形態に係る有機ＥＬディスプレイ２１Ａでは、反射面７の周縁部にのみ凸領域７ａを設けることで、各画素ＵＣにおいて周縁部における劣化の進行速度を、中央部における劣化の進行速度に近づけるようにしている。

図９は、１つの画素ＵＣに着目して、反射面７のうちの凸領域７ａを設ける領域を示す図であり、図１０は、図９のＡ−Ａ’断面について反射面７の構造のイメージを示す図である。なお、図１０では、素子部２５に着目した図を示しており、図を見易くするために、画素ＵＣの幅に対する各層の膜厚を実際のものよりも厚く示すとともに、実際には、凸構造が多数配列しているところを、凸構造の有無を明確に示すために、凸構造も誇張して示している。

図９及び図１０に示すように、反射面７のうち、中央部７１には基板２３上面に対して略平行な平坦面（平坦部）７１ａが配置され、周縁部７２（図９のハッチング部）には凸領域７ａが配置されている。

このように反射面７のうちの周縁部７２にのみ凸領域７ａを設けると、図１１に示すように、凸領域７ａの頂部７ａｃ付近では、その周辺よりも第１の電極層３１と第２の電極層３５とが近づいた状態となる。

また、平坦面７１ａの延長面７１ｂが、凸領域における凸部の頂部７ａｃと凸部の底部７ａｂとの間に位置するように形成する。このとき、図１２に示すように、平坦面７１ａの延長面７１ｂよりも上方に位置する凸部の容積Ｖａが、平坦面７１ａの延長面７１ｂよりも下方であって隣接する凸部とに囲まれる容積Ｖｂよりも、小さい構造とする。なお、容積Ｖｂは、第１の電極層３１の上面と延長面７１ｂとで囲まれる領域とする。

このため、図１１に示すように、有機ＥＬディスプレイ２１Ａの駆動時には、この頂部７ａｃ一点のみに電流が集中し、電流密度が高い状態となる。その代わりに、凸領域７ａのうち頂部７ａｃ以外の部分では、ＶａがＶｂよりも小さいために電流密度が相対的に低くなる。そして、凸領域７ａ全体を平均すると、電流密度が比較的低くなる。これに対して、平坦部７１ａは、全面が第２の電極層３５との距離が略一定となるため、全体的に均一な電流が注入される。このため、平坦部７１ａにおける電流密度が、凸領域７ａ全体における電流密度よりも相対的に低くなる。

上記の理由により、有機ＥＬディスプレイ２１Ａの駆動時には、周縁部７２における電流密度の平均値が、中央部７１における電流密度の平均値よりも小さくなる。よって、電流密度の面から言えば、中央部７１よりも周縁部７２の方が劣化し難い構造となっている。

また、中央部７１の近傍で発生した光のうち反射面７と透過面５との間で繰り返し反射される光は、最終的には、周縁部７２付近に辿り着いて、凸領域７ａで反射されることで、光の進行方向が変更される。その結果として、上記第１実施形態に係る有機ＥＬディスプレイ２１と同様に、外部量子効率が向上する。つまり、各画素ＵＣにおいて、少なくとも周縁部７２に凸領域７ａを設ければ、外部量子効率を向上させることができる。

以上のように、第２実施形態に係る有機ＥＬディスプレイ２１Ａでは、第１の電極層３１によって構成される反射面７において、中央部７１に平坦部７１ａが配置されるとともに、周縁部７２に凸領域７ａが配置されている。このような構成を採用することで、劣化し易い有機ＥＬ素子の端部近傍における劣化の進行速度を、劣化し難い中央部付近における劣化の進行速度に近づけることができる。このため、有機ＥＬ素子における反射面７の形状を調整することで、有機層の劣化を端部から進行させずに、有機層全体にゆるやかに進行させることで、有機ＥＬ素子の劣化を全体的に抑制しつつ、外部量子効率を向上させることができる。また、駆動時間に対する発光効率の低下も抑制することができるため、同じ発光強度を得るための電流が小さくても済み、消費電力を低減することもできる。

＜その他＞
以上、この発明の実施形態について説明したが、この発明は上記説明した内容のものに限定されるものではない。

◎例えば、上記実施形態では、凸領域７ａの形状については、基板２３上面に対して所定の値域範囲（例えば、２０〜４０度）に含まれる角度だけ傾けられた面によって構成されるものとして説明した。しかしながら、凸領域７ａの先端部は加工精度の関係上、ある程度の曲率を有する。

図１３及び図１４は凸構造の頂部７ａｃの形状に着目して示した図である。図１３に示すように、凸領域７ａの頂部が尖鋭であればあるほど、駆動時（発光時）に、凸領域７ａの頂部において著しい電流密度の集中が生じ、有機層３３が焼け焦げてしまう虞がある。したがって、図１４に示すように、凸領域７ａの頂部７ａｃにある程度の曲率半径ｒを持たせて、電流密度が過度に集中することを回避する方が好ましい。なお、現在の技術では、頂部７ａｃの曲率半径ｒを０．１μｍ程度まで小さな値まで調整することができる。

また、凸領域７ａの頂部７ａｃにある程度の曲率を持たせる代わりに、当該頂部を基板２３に対して略平行な面（平坦面）で構成しても、凸領域７ａの頂部７ａｃにおける電流密度の集中に起因した有機層３３の損傷を防止することができる。

但し、外部量子効率を所望の目標値以上まで向上させるためには、凸領域７ａにおいて、基板２３の上面に対して所定の値域範囲（ここでは、２０〜４０度）に含まれる角度だけ傾けられた傾斜面（テーパー面）が占有すべき下限値（テーパー面占有下限値）が存在する。

以下、所望の目標値が、従来の外部量子効率（約２０％）の２倍（約４０％）とした場合におけるテーパー面占有下限値について説明する。

図６で示したように、例えば、ミラー角度を約３０度に設定すると、反射面７が平坦である場合（従来）に対して、外部量子効率が２．２５倍まで上昇する。そして、このとき、テーパー面占有下限値は、８９％（≒２／２．２５×１００）となる。よって、１つの画素ＵＣに設けられる凸領域７ａが幾何学的に同じ形状を有する複数の凸構造によって構成される場合には、１つの凸構造（例えば、１つのピラミッド状の構造）の９割以上（上面側から見た９割以上）の領域がテーパー面によって構成されれば、所望の目標値を達成することができる。なお、１つの凸構造の９割以上がテーパー面によって構成され、凸領域７ａに複数の凸構造が間断なく配列されている場合は、凸領域７ａの９割以上（上面側から見た９割以上）の領域がテーパー面によって構成されていることになる。

また、１つの画素ＵＣに設けられる複数の凸構造が、例えば、頂部７ａｃの形状が異なる等、幾何学的に異なる形状を有する場合には、１つの画素ＵＣの反射面７において複数の凸構造が設けられる凸領域７ａの９０％以上（上面側から見た９割以上）の領域がテーパー面によって構成されれば、所望の目標値を達成することができる。なお、各凸構造の頂部７ａｃがなだらかな曲面で構成される場合には、当該なだらかな曲面も外部量子効率の上昇に寄与するため、実際には、凸領域７ａの１０％以上の領域がテーパー面によって形成されていなくても、所望の目標値を達成することができる。

ここでは、ミラー角度を約３０度と仮定してテーパー面占有下限値を求めたが、例えば、ミラー角度が２０〜４０度の場合であっても、凸領域７ａの９０％以上の領域がテーパー面によって形成されれば、外部量子効率が従来に比べて大幅に向上する。

また、上記実施形態では、凸領域７ａを構成する幾何学的に同一の凸構造が連続的に配列される配列ピッチについては特に説明しなかったが、製造技術上の理由などにより、凸構造の配列ピッチには採用可能な範囲が存在する。以下、配列ピッチの採用可能な範囲について説明する。

凸構造をフォトリソグラフィー工程によって作成する場合には、配列周期の下限値は０．３μｍが現実的である。また、配列ピッチが０．３μｍ未満の場合は、有機層３３の屈折率が１．６程度であることを考慮すると、配列ピッチが発光波長以下となってしまうため、この点からも好ましくない。

一方、有機層３３の膜厚については、今後厚くすることが可能となっても、１μｍ程度が上限であると予測される。そして、凸構造のミラー角度θが、所定の値域範囲（ここでは、２０〜４０度）の最低値である２０度の場合であっても、配列ピッチが５．４μｍとなると、凸構造の頂部７ａｃが第２の電極層３５と接触してしまう。このような場合において、上述したように、凸構造の頂部７ａｃの約１０％平坦化することで、漸く凸構造の頂部７ａｃと第２の電極層３５とが接触しないようになる。よって、配列ピッチの上限値は、５μｍ程度であると言える。

したがって、凸構造の配列ピッチの採用可能な範囲は、０．３〜５μｍ程度である。

また、上記説明では、過度な電流密度の集中による有機層３３の損傷を防止するために、凸構造の先端部７ａｃに曲率を持たせる方が好ましいことを説明したが、以下、頂部７ａｃに持たせるべき曲率半径ｒの数値範囲について説明する。なお、ここでは、ミラー角度θを３０度（外部量子効率が最大となる値）に設定し、凸構造のテーパー面の約１０％を削って頂部７ａｃに曲面を設けるものとして説明する。

上述したように、凸構造の配列ピッチの採用可能な範囲は０．３〜５μｍであるため、例えば、反射面７における凸領域７ａの凸部がストライプ状に連続配置された条件では、テーパー面が削られる領域に対応する凸構造の底辺の長さは０．０６〜１．０μｍとなる。この場合、図１３で示したように、テーパー面（図中直線部）と曲面（図中曲線部）とを滑らかに繋ぐ場合には、下式（２）が成立する。ここで、下式（２）の配列ピッチに下限値である０．０６μｍを代入すると、頂部７ａｃの曲率半径ｒは０．０３μｍ以上でなければならない。

曲率半径ｒ＝（配列周期×０．１／２）×｛１／ｃｏｓ（９０°−θ）｝・・・(２)。

よって、テーパー面と曲面とを滑らかに繋ぐことを前提とすれば、凸領域７ａの頂部７ａｃの曲率半径ｒは、０．０３μｍ以上でなければならない。

この曲率半径ｒの下限値は、凸構造をフォトリソグラフィー工程によって作成する場合に配列ピッチの下限値が０．３μｍとなることに依拠している。

また、上式（２）の配列ピッチに上限値である５μｍを代入すると、頂部７ａｃの曲率半径ｒは０．５μｍ以下でなければならない。

よって、頂部７ａｃの曲率半径ｒの下限値は、凸構造の配列ピッチの採用可能な範囲（０．３〜５μｍ）に対応して、０．０３〜０．５μｍとなる。

そして、例えば、曲率半径ｒの上限値を０．５μｍに設定した場合には、配列ピッチが上限値（５μｍ）近傍である場合であっても、凸構造の頂部７ａｃにおけるテーパー面と曲面とを滑らかに繋げることができるため、現実的に作成し易い。

また、凸構造の頂部７ａｃを平坦な面（すなわち基板２３の上面に対して略平行な面）としても電流密度の過度な集中を防ぐことができるため、頂部７ａｃの曲率半径ｒの上限値は無限大であり、実質的には存在していないとも言える。

以上のように、凸構造の頂部７ａｃの曲率半径ｒを０．０３μｍ以上の値とすることで、凸構造の頂部７ａｃにおける電流集中による有機層３３の損傷を防止することができる。更に、凸構造の頂部７ａｃの曲率半径ｒを０．０３μｍ以上、かつ０．５μｍ以下とすることで、現実的に作成し易い構造で、外部量子効率の向上を図りつつ、凸構造の頂部７ａｃにおける電流集中による有機層３３の損傷を防止することができる。

また、曲率半径の測定は、ＦＩＢ加工などによって、凸構造の先端部７ａｃを含む断面を作成し、電子顕微鏡で観察し曲率半径を求める断面観察法や、触針式段差計、レーザー式表面形状測定器によって表面形状を測定し曲率半径を求める表面形状測定法で測定することができる。なお、平均曲率半径とは、測定した多数の曲率半径の平均値をいう。

◎また、上記第２実施形態では、反射面７の中央部７１には凸構造が設けられなかったが、これに限られず、中央部７１にも凸構造を設けるとともに、中央部７１に設けられた凸構造の頂部７ａｃの曲率半径ｒ１が、周縁部７２に設けられた凸構造の頂部７ａｃの曲率半径ｒ２よりも大きくなるように構成しても、上記第２実施形態と同様な効果を得ることができる。

図１５は、変形例に係る有機ＥＬディスプレイ２１Ｂにおける１つの画素（図９）のＡ−Ａ’断面について反射面７の構造のイメージを示す図である。なお、図１５では、図１０と同様に、素子部２５に着目して示しており、図面を見易くするために、各層の膜厚を実際よりも厚く示すとともに、実際には、凸構造が多数配列しているところを、凸構造の違いを明確に示すために、凸構造を実際よりも大きく示している。

図１５に示すように、反射面７のうち、中央部７１には、頂部の曲率半径ｒ１が比較的大きな凸構造が設けられた領域（第１の凸領域）７１１ａが形成されている。また、周縁部７２には、頂部の曲率半径ｒ２が比較的小さな凸構造が設けられた領域（第２の凸領域）７２ａが形成されている。そして、ここでは、曲率半径ｒ１の方が曲率半径ｒ２よりも大きな値となるように設計されている。

このような構成を採用すると、有機ＥＬディスプレイ２１Ｂの駆動時には、第１の凸領域７１１ａよりも第２の凸領域７２ａにおいて、先端部における電流密度の集中が起こり易い。したがって、第２の凸領域７２ａ全体における電流密度が比較的低くなる。

これに対して、第１の凸領域７１１ａのでは、頂部の曲率半径ｒ１が比較的大きなため、電流密度の集中が起こり難い。したがって、全体的により均一に電流が注入されるため、電流密度が、第２の凸領域７２ａに全体についての電流密度よりも相対的に高くなる。

上記の理由により、劣化し易い有機ＥＬ素子の端部近傍における劣化の進行速度を、劣化し難い中央部付近における劣化の進行速度に近づけることができる。このため、有機ＥＬ素子における反射面７の形状を調整することで、有機ＥＬ素子の劣化を抑制しつつ、外部量子効率を向上させることができる。

また、図１５では、第１の凸領域７１１ａにおける凸の高さが、第２の凸領域７２ａにおける凸の高さよりも大きくなるように形成されている例が示されている。しかしながら、これに限られず、曲率半径ｒ１の方が曲率半径ｒ２よりも大きな値となるように設計されていれば、第１及び第２の凸領域７１１ａ，７２ａにおける凸の高さの何れが相対的に高くなっても同様な効果を得ることができる。

例えば、中央部７１及び周縁部７２における凸構造の配列周期が同じ場合に、曲率半径ｒ１の方が曲率半径ｒ２よりも大きくなると、第１の凸領域７１１ａにおける凸の高さよりも、第２の凸領域７２ａにおける凸の高さの方が相対的に高くなる。

図１６は、変形例に係る有機ＥＬディスプレイ２１Ｃにおける１つの画素（図９）のＡ−Ａ’断面について反射面７の構造のイメージを示す図である。なお、図１６では、図１０及び図１５と同様に、素子部２５に着目して示している。

図１６に示すような構成を採用しても、劣化し易い有機ＥＬ素子の端部近傍における劣化の進行速度を、劣化し難い中央部付近における劣化の進行速度に近づけることができる。このため、有機ＥＬ素子における反射面７の形状を調整することで、有機ＥＬ素子の劣化を抑制しつつ、外部量子効率を向上させることができる。

◎また、上記実施形態では、反射面７の凸構造が四角錐の形状を有したが、これに限られず、三角錐や六角錐等といった他の形状のものを採用しても良い。ただし、外部量子効率を考慮すると、凸構造のミラー角度には最適値が存在するため、凸構造は一定の周期的な幾何学的なパターンによって形成されることが望ましい。特に、外部量子効率を向上させる観点から言えば、四角錐、三角錐、及び六角錐等といった凸構造を採用して、当該凸構造を所望の領域に間断なく埋め尽くす方が好ましい。

◎また、上記実施形態では、光を反射する透過面５及び反射面７が、それぞれ外気と光出力部１０との界面及び第１の電極層３１と有機層３３との界面であったが、これに限られない。例えば、光の反射は、屈折率が大きく変化する種々の境界面で発生する。よって、例えば、光透過特性調整用の調整層の表面等といった種々の境界面で光の反射が生じる。したがって、種々の境界面に適宜凸構造を設けても、外部量子効率を上昇させることができる。

◎また、上記実施形態では、第１の電極層３１として不透明な電極材料を用いたが、これに限られず、例えば、第１の電極層３１が、有機層３３が発光した光の少なくとも一部を有機層３３側に反射するような透明及び半透明の電極材料によって構成されても良い。但し、外部量子効率を向上させるためには、第１の電極層３１が不透明な電極材料によって構成され、照射される光をなるべく反射するようにすることが望ましい。そして、光の反射率を高めるためには、第１の電極層３１を半透明電極又は不透明光電極とするのがよい。更に好ましくは第１の電極層は、Ａｌ等の反射電極とするのがよい。

発生した光の進行方向と外部への射出方向との関係を示す図である。 第１実施形態に係る有機ＥＬディスプレイの構成を示す断面模式図である。 有機ＥＬディスプレイの画素配列を例示する模式図である。 反射面の形状による光の外部取り出し効率の向上を説明する図である。 有機ＥＬディスプレイの断面模式図である。 ミラー角度θと光の取り出し効率との関係を示す図である。 反射面の凸構造の一形態のイメージを例示する図である。 駆動時間と発光効率との関係を例示する図である。 第２実施形態に係る反射面のうち凸構造を設ける領域を示す図である。 第２実施形態に係る反射面の構造のイメージを示す図である。 電流密度について説明する図である。 反射面の凸構造と平坦面との関係を例示する図である。 頂部の形状と電流密度との関係について説明する図である。 頂部の曲率半径と電流密度との関係について説明する図である。 変形例に係る反射面の構造のイメージを示す図である。 変形例に係る反射面の構造のイメージを示す図である。

符号の説明

５ 透過面
７ 反射面
７ａ 凸領域
７ａｃ 頂部
１０ 光出力部
２１，２１Ａ〜２１Ｃ 有機ＥＬディスプレイ
２３ 基板
２４ 平坦化膜
２５ 素子部
２６ キャップ層（調整層）
２７ 封止膜
３１ 第１の電極層
３３ 有機層
３５ 第２の電極層
７１ 中央部
７２ 周縁部
７１ａ 平坦部
７１１ａ 第１の凸領域
７２ａ 第２の凸領域
ＥＭ 発光層
ＵＣ 画素
ｒ，ｒ１，ｒ２ 曲率半径
θ ミラー角度
Ｖａ 容積
Ｖｂ 容積

Claims (8)

1. 有機ＥＬディスプレイであって、
   基板と、当該基板上方に配置された第１電極層と、当該第１電極層上に配置された有機層と、当該有機層上に配置された第２電極層とをそれぞれ有する複数の有機ＥＬ素子、
   を備え、
   前記第１電極層が、前記有機層で発する光を反射する反射面を有し、
   前記有機層の中央の下部に位置する前記反射面の中央部が、前記基板の上面に対して略平行な平坦面によって構成されるとともに、前記有機層の中央の周囲の下部に位置する前記中央部の周囲部が、前記基板の上面に対して互いに反対方向に傾斜する一対の傾斜面を含んで構成される凸部を複数備え、前記平坦面の延長面が、前記凸部の頂部と前記凸部の底部との間に位置し、前記凸部の頂部が、前記反射面の中央部よりも前記第２電極層に近いことを特徴とする有機ＥＬディスプレイ。
2. 請求項１に記載の有機ＥＬディスプレイであって、
   前記凸部の断面形状は、その頂部が底部よりも幅狭であることを特徴とする有機ＥＬディスプレイ。
3. 請求項１に記載の有機ＥＬディスプレイであって、
   前記平坦面の延長面よりも上方に位置する前記凸部の容積が、前記平坦面の延長面よりも下方であって隣接する前記凸部に囲まれる容積よりも、小さいことを特徴とする有機ＥＬディスプレイ。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の有機ＥＬディスプレイであって、
   前記傾斜面の前記基板の上面に対する傾斜角度が、２０から４０度であることを特徴とする有機ＥＬディスプレイ。
5. 請求項４に記載の有機ＥＬディスプレイであって、
   前記凸部の９０％以上の表面領域が、前記傾斜面によって構成されていることを特徴とする有機ＥＬディスプレイ。
6. 請求項１から請求項５のいずれかに記載の有機ＥＬディスプレイであって、
   前記凸部の頂部が、前記基板の上面に対して略平行な平坦面によって構成されていることを特徴とする有機ＥＬディスプレイ。
7. 請求項１から請求項５のいずれかに記載の有機ＥＬディスプレイであって、
   前記複数の凸部における頂部の平均曲率半径が、０．０３μｍ以上であることを特徴とする有機ＥＬディスプレイ。
8. 請求項７に記載の有機ＥＬディスプレイであって、
   前記複数の凸部における頂部の平均曲率半径が、
   ０．５μｍ以下であることを特徴とする有機ＥＬディスプレイ。

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