JPH11265790A

JPH11265790A - Ｅｌ素子

Info

Publication number: JPH11265790A
Application number: JP10065718A
Authority: JP
Inventors: Tsukasa Komura; 司甲村; Kazuhiro Inokuchi; 和宏井ノ口
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1998-03-16
Filing date: 1998-03-16
Publication date: 1999-09-28

Abstract

(57)【要約】【課題】製造プロセスが簡単であり、表示画素からの
光のしみ出しを防止するＥＬ素子構成を提供する。【解決手段】ガラス基板１上に、下部電極２、下部絶
縁層３、発光層４、上部絶縁層６、上部電極７が順次積
層形成され、発光層４を下部及び上部電極２、７にて挟
んだ部分が表示画素２０を構成するＥＬ素子１００にお
いて、発光層４の視認側において表示画素２０部位以外
の部位に位置する発光層４に界面接触しつつ、表示画素
２０部位に位置する発光層４の周囲を取り囲むように、
黒色または半透明の光吸収層５を形成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、発光層を一対の電
極にて挟んだ表示画素を有するＥＬ（エレクトロルミネ
ッセンス）素子に関し、特に、表示画素からの光のしみ
出し防止に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＥＬ素子は、自発光素子であるため、視
認性が高い、また、液晶ディスプレイのように視認する
方向により見やすさが変わることがない、といった特徴
を有している。ところが、このＥＬ素子（ＥＬディスプ
レイ）はその構造に起因して次のような問題がある。つ
まり、画素の周りに光がしみ出し、画素の発光がシャー
プにならないという問題である。この光のしみ出しの問
題について、図７に示す一般的なＥＬ素子を用いた説明
図（断面構成）を参照して説明する。

【０００３】図７に示す様に、一般にＥＬ素子は発光層
５３の両側に下部絶縁層（第１絶縁層）５２、上部絶縁
層（第２絶縁層）５４、さらにこれら絶縁層の両側に下
部電極（第１電極）５１、上部電極（第２電極）５５が
形成され、これらがガラス基板５０、５７及び封止材５
６に挟まれた構造となっている。そして、下部及び上部
電極５１、５５に交流電圧が印加されると、両電極が対
向する発光層５３の一部が発光する。このように、発光
層５３を第１及び第２電極５１、５５にて挟んだ部分が
ＥＬ素子の画素（表示画素）６０に相当する。

【０００４】発光層５３の発光中心６１から出射された
光の一部は、光６２のように素子の外部へ出射され、視
認を行う観察者７０に向かうが、このように発光層５３
の発光中心６１から直接素子外部に出射される光６２
は、発光層５３から出射される光の一部であり、大部分
は素子内部に閉じ込められ、素子内部を膜に平行に伝搬
する。

【０００５】この原因はＥＬ素子の膜構造に関係があ
る。図中、各膜５１〜５５、封止材５６及びガラス基板
５０、５７に示す数値は、それぞれの屈折率を表すが、
発光層５３が最も高く、その両側に向かって概略屈折率
が低くなっている。この構造は光導波路と同じ構造で光
を膜に沿って伝搬させやすい構造となっている。光の閉
じ込めは種々の界面で起こるが、この内、画素からの光
のしみ出しに関係する光は、上部電極５５から下部電極
５１の間の膜５２〜５５（以下、これらの膜をＥＬ膜と
いう）に閉じ込められる光６３である。

【０００６】ところで、発光層５３と上部絶縁層５４と
の界面は発光層５３の熱処理による結晶化のため凹凸が
できているが、それに伴い上部絶縁層５４と上部電極５
５、上部電極５５と封止材５６の界面も凹凸ができてい
る。そのため、ＥＬ膜内に閉じ込められ、伝搬する光６
３は伝搬しながら、散乱光６４及び６５のように上記凹
凸のある界面で散乱される。

【０００７】この散乱現象が画素６０内で起きれば、画
素内で散乱する散乱光６４のように画素６０における輝
度を向上させることになるが、画素外で散乱する散乱光
６５のように画素６０の外側で起こると、本来光るべき
ではないところが光ることになる。以上が光のしみ出し
のメカニズムである。ここで、従来、上記光のしみ出し
現象を対策するものとして、特開平４−１７４９９６号
公報に記載のＥＬ素子が提案されている。この構成を図
８に示す。なお、図８中、図７と同一部分については同
一符号を付している。これは、図８に示す様に、ストラ
イプ状に形成される上下電極５１及び５５において、各
ストライプの間に光吸収層７１を設け、ＥＬ膜内を伝搬
する光を、ここで吸収し、上記光のしみ出しが起こらな
いようにしたものである。

【０００８】なお、図８においては上部電極５５は下部
電極５２と直交しているため、図示はしないが、やはり
上部電極５５のストライプの間隙に光吸収層が設けられ
ている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記公
報のＥＬ素子について検討したところ、以下に述べるよ
うな２つの問題があることがわかった。１つは、ＥＬ膜
内に閉じ込められる光の中でも特定の光については、光
吸収層７１が効果を奏しないという問題である。ＥＬ膜
内に閉じ込められる光は必ずしもガラス基板５０と下部
電極５１との界面、又は上部電極５５と封止材５６との
界面に到達するわけではなく、光７２のように発光層５
３を含めた上下絶縁層５２、５４間に閉じ込められて伝
搬する光も存在する。

【００１０】この上部絶縁層と下部絶縁層の間を伝搬す
る光７２においても、画素６０内で散乱する散乱光７３
は輝度を向上させるが、画素６０外において、この光７
２に対しては上記光吸収層７１に到達しないため、光吸
収の効果を奏しない。以上が１つ目の問題である。もう
１つは、より本質的な問題であるが、上下の各電極５
１、５５がストライプ状に直交して形成され、各ストラ
イプの間隙に光吸収層７１が形成されていることに起因
するものである。

【００１１】この構成によれば、画素６０以外の部位に
おいても、観察者側からみた場合、光吸収層７１が設け
られている部位と設けられていない部位とが存在する。
ここで、光吸収層７１の下で発生する散乱光は光吸収層
７１で吸収されるが、光吸収層７１が存在しない電極の
下で発生する散乱光７４に対しては光吸収層は効果がな
く、光のしみ出し現象が生じることになる。

【００１２】なお、更に上記光のしみ出し現象を対策す
るものとして、発光層を画素単位に分割し、その隙間に
光吸収層を設けるという構成により、光のしみ出しを防
止するようにしたもの（特開昭６０−２５７０９７号公
報参照）があるが、発光層をを分割するという構造であ
るため、この構造を形成するための製造プロセスが複雑
になるという問題がある。

【００１３】本発明は上記点に鑑みて、製造プロセスが
簡単であり、表示画素からの光のしみ出しを防止するＥ
Ｌ素子構成を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため、以下の技術的手段を採用する。すなわち、請
求項１記載の発明においては、発光層（４）の視認側に
おいて表示画素（２０）部位以外の部位に位置する発光
層（４）に界面接触しつつ、表示画素（２０）部分に位
置する発光層（４）の周囲を取り囲むように、黒色また
は半透明の光吸収層（５）が形成されていることを特徴
としている。

【００１５】それによって、表示画素（２０）部位に位
置する発光層（４）から表示画素（２０）部位以外の部
位に伝搬する光は、光吸収層（５）によって吸収される
ため、光のしみ出しを防止することができる。また、本
発明では、表示画素（２０）部位以外の部位に光吸収層
（５）を設けた構成としており、表示画素（２０）部位
の光吸収層（５）を分割することなく簡単な構成とでき
るため、製造プロセスを簡単にできる。

【００１６】ここで、上記光吸収層（５）は、垂直透過
率を高いものとすれば、ＥＬ素子全体の透過率を高く維
持（高輝度化）できるが、本発明者等の検討によれば、
請求項２記載の発明のような光吸収層（５）とすること
が好ましい。すなわち、発光層（４）の発光波長の強度
が最大になる波長において、単層膜における垂直透過率
が膜界面における反射率を除いた時に８０％以上である
ことが好ましい。

【００１７】また、請求項３記載の発明のように、第１
絶縁層（３）と発光層（４）との界面に凹凸が形成され
ているＥＬ素子構成とすれば、この界面の凹凸により散
乱光が生じるため、上記効果に加えて、よりいっそうの
高輝度化が図れる。また、第１及び第２電極（２、７）
は、請求項４記載のように、透明電極からなるものにで
きる。

【００１８】なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述
する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すもの
である。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示す実施形態
について説明する。図１に、本発明の一実施形態に係る
ＥＬ素子１００の断面構造を示す。また、図２は図１の
断面Ａ−Ａである。なお、図１は図２の断面Ｂ−Ｂであ
る。これら両図を用いて本実施形態の構成を説明する。

【００２０】絶縁性基板であるガラス基板１の上には、
第１電極としての下部電極２が形成されている。材料は
透明導電膜ＩＴＯ（インジウム−チン−オキサイド）、
ないしアルミニウム等を用いる。この下部電極２はスト
ライプ状に形成され、後述のストライプ状の上部電極７
と直交して対向配置される。そして、図２に示す様に、
両電極２、７が対向する部分がＥＬ素子１００における
表示画素２０に相当する。

【００２１】下部電極２及びガラス基板１の上には、第
１絶縁層としての下部絶縁層３が成膜されている。材料
はＡＴＯ（Ａｌ₂Ｏ₃とＴｉＯ₂の交互積層膜）、Ｔ
ａ、Ｓｎ、Ｏの複合材料、ＳｉＯＮ等を用いる。この下
部絶縁層３の上に、発光層４が形成されている。発光層
４の材料としてはオレンジ色を発光させるＺｎＳ：Ｍ
ｎ、ないし緑色を発光させるＺｎＳ：Ｔｂ等を用いる。

【００２２】そして、表示画素２０部位以外の部位にお
いて、発光層４の上に界面接触しつつ、表示画素２０部
位に位置する発光層４の周囲を囲むように光吸収層５が
形成されている。発光層４と光吸収層５の位置関係を図
２に示す。光吸収層５は黒色または半透明であり、その
材料としてはＳｉ、ＴａＳ等の無機材料、ないしポリイ
ミド等の高分子に黒色色素を分散させた材料を用いる。
また、光吸収層５においては、ＥＬ素子全体の透過率を
高く維持するため、発光層４の発光波長の強度が最大に
なる波長（例えば５８０ｎｍ）において、単層膜におけ
る垂直透過率（図１の上下方向の透過率）が膜界面にお
ける反射率を除いた時に８０％以上となるように、材料
及び膜厚等を構成することが好ましい。

【００２３】そして、これら発光層４及び光吸収層５の
上には、第２絶縁層としての上部絶縁層６が形成されて
いる。上部絶縁層６は下部絶縁層３と同じ材料を用いて
もいいし、異なる材料を用いても構わない。上部絶縁層
６の上には、第２電極としての上記上部電極７が形成さ
れている。上部電極７としては透明導電膜ＩＴＯを用い
る。

【００２４】更に、上部電極７の上には、例えば、接着
剤またはシリコンオイルからなる封止材８が配され、封
止材８の上には、もう１つのガラス基板９が積層配置さ
れている。つまり、本実施形態のＥＬ素子１００は、上
述の図７に示すＥＬ素子において光吸収層５を付加した
形としている。本実施形態では両電極２、７の間の各膜
３〜６を総称してＥＬ膜１０という。なお、本実施形態
のＥＬ素子１００においても、各膜２〜７、封止材８及
びガラス基板１、９の各屈折率は、上述の図７のＥＬ素
子と同様の値を示す。また、ガラス基板１の厚さは約１
ｍｍ、ＥＬ膜１０の厚さは約３μｍとなっている。

【００２５】ここで、光の取出し側、つまり視認側は、
本実施形態では図１の上方に相当する。そして、両電極
２、７間にて電圧をオンオフさせ、発光層４を発光状
態、非発光状態とすることにより、表示画素２０におけ
る表示が行われる。次に、上記光吸収層の形成方法の一
例を図３及び図４を用いて説明する。図３（ａ）はガラ
ス基板１に下部電極２、下部絶縁層３、発光層４を成膜
し、更に、光吸収層５を発光層４上に一様に成膜した様
子を示す。光吸収層５としては本例ではＴａＳを用いる
ことにする。これら各膜２〜５はスパッタリングや電子
ビーム蒸着法等により成膜することができる。

【００２６】この光吸収層５の上に、フォトレジスト３
０をコートし、フォト工程によりパターニングする。つ
まり、表示画素２０になる部分のフォトレジスト３０を
除去する。この様子を図３（ｂ）に示す。次に、Ｈ₂と
ＣＦ₄のプラズマ中でＴａＳをドライエッチングし、表
示画素２０になる部分の光吸収層５を除去する（図３
（ｃ）参照）。この上に上部絶縁層６、上部電極７をス
パッタリングや電子ビーム蒸着法等により成膜し、上部
電極７はストライプ状にパターニングする（図４
（ａ）、（ｂ）参照）。ここで、光吸収層５であるＴａ
Ｓ単層膜の厚さは５０ｎｍ程度とする。この時、光吸収
層５において膜界面における反射率を除いた時の垂直透
過率は８０％程度になる。

【００２７】そして、接着剤等の封止材８を介してガラ
ス基板９を貼り合わせることにより、図１に示す本実施
形態のＥＬ素子１００が形成される。次に、この光吸収
層５の効果を説明する。従来技術の欄にて述べたよう
に、本実施形態においても、各膜の屈折率の関係から、
発光層４を出射した光は、直接ＥＬ素子外部に出射する
成分（図７の光６２に相当）以外に、ＥＬ膜１０に沿っ
て伝搬する成分（図７の光６３及び図８の光７２に相
当）がある。

【００２８】このＥＬ膜１０に沿って伝搬する成分（導
波光）は、ＥＬ膜１０内の界面に存在する凹凸により散
乱されるが、もし、この現象が表示画素２０を越えて起
きると、光のしみ出しとして認識される。ところが、本
実施形態では、表示画素２０の周囲に、光吸収層５があ
るためほとんどの導波光はこの光吸収層５に吸収され
る。上記したように光吸収層５の垂直透過率は８０％程
度であるが、光吸収層５の水平方向（図１の左右方向）
のサイズは膜厚に比べて十分に大きい。そして、導波光
は膜に沿って伝搬するため、表示画素２０のサイズに比
較して充分短い距離で減衰する。

【００２９】特に、図５に示すように、表示画素２０の
輝度を向上させるために、現状のＥＬ素子において既に
存在する界面の凹凸をさらに高くする場合や、現状では
概略平坦で散乱を起こさない界面に凹凸を形成し、散乱
強度を強くする場合に、本実施形態は効果がある。ここ
で、図５は、ＥＬ素子１００において発光層４の上側
（視認側）及び下側の各膜について既存の凹凸をより高
くすべく界面を荒らし、更に、現状では概略平坦で散乱
を起こさない界面である下部絶縁層３と発光層４との界
面に凹凸を形成すべく荒らしたＥＬ素子の断面構成を示
す。

【００３０】なお、図５のＥＬ素子においても光吸収層
５と同様の光吸収層が形成されたものとしているが、図
中省略してある。このように界面を荒らして凹凸を形成
することは、例えば表面をドライエッチングするときに
エッチング速度を変えることによって行うことが可能で
ある。なお、光吸収層４の屈折率が低く発光層４内を導
波するモードが存在する場合はその光に対する吸収効果
は弱まる。ただし、発光層４を導波するいずれのモード
も、図６において発光層４内を伝搬する光の電界強度Ｋ
に示すように、隣接する各層にしみだしているが、本実
施形態では、表示画素２０部位以外において発光層４の
視認側に、光吸収層４が界面接触しているので光吸収効
果が生じ、光の電界強度が減衰する。

【００３１】そのため本実施形態によれば、表示画素２
０間の導波光はいずれも光吸収層５に吸収され光のしみ
出し現象を防止することができる。また、本実施形態に
よれば、光吸収層５の形成において、上記従来技術（特
開昭６０−２５７０９７号公報）のように、発光層をパ
ターニング分割して、更にその間隙に光吸収層を埋め込
むようにパターニング形成するという複雑な製造プロセ
スをとることなく、１回のフォトリソグラフ工程にて製
造できるので製造プロセスを簡単なものとできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係るＥＬ素子の断面構造
を示す図である。

【図２】図１のＡ−Ａ断面を示す図である。

【図３】図１のＥＬ素子の製造工程を示す図である。

【図４】図３に続くＥＬ素子の製造工程を示す図であ
る。

【図５】図１のＥＬ素子において発光層の上側、下側の
界面を荒らしたＥＬ素子の断面構造を示す説明図であ
る。

【図６】図１のＥＬ素子において発光層内を伝搬する光
の電界強度を示す図である。

【図７】光しみ出しのメカニズムを示す説明図である。

【図８】従来のＥＬ素子の断面構造を示す説明図であ
る。

【符号の説明】

１…ガラス基板、２…下部電極、３…下部絶縁層、４…
発光層、５…光吸収層、６…上部絶縁層、７…上部電
極、２０…表示画素。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガラス基板（１）上に、第１電極
（２）、第１絶縁層（３）、発光層（４）、第２絶縁層
（６）、第２電極（７）が順次積層形成され、前記発光
層（４）を前記第１及び第２電極（２、７）にて挟んだ
部分が表示画素（２０）を構成するＥＬ素子であって、前記発光層（４）の視認側において前記表示画素（２
０）部位以外の部位に位置する前記発光層（４）に界面
接触しつつ、前記表示画素（２０）部位に位置する前記
発光層（４）の周囲を取り囲むように、黒色または半透
明の光吸収層（５）が形成されていることを特徴とする
ＥＬ素子。
【請求項２】前記光吸収層（５）は、前記発光層
（４）の発光波長の強度が最大になる波長において、単
層膜における垂直透過率が膜界面における反射率を除い
た時に８０％以上であることを特徴とする請求項１に記
載のＥＬ素子。
【請求項３】前記第１絶縁層（３）と前記発光層
（４）との界面には凹凸が形成されていることを特徴と
する請求項１または２に記載のＥＬ素子。
【請求項４】前記第１及び第２電極（２、７）が透明
電極からなることを特徴とする請求項１ないし３のいず
れか１つに記載のＥＬ素子。