JP2002158095A

JP2002158095A - 回折構造体を備えた自発光型表示素子

Info

Publication number: JP2002158095A
Application number: JP2000391382A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Ito; 信行伊藤; Takeshi Kaneko; 毅金子; Masaaki Kabe; 正章加邉
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2000-09-06
Filing date: 2000-12-22
Publication date: 2002-05-31

Abstract

(57)【要約】【課題】自発光型表示素子の発光効率を向上させるこ
と。【解決手段】自発光型表示素子１は、発光層４と、該
発光層を挟むよう設けられて該発光層に電界を印加する
ための一対の電極２、３とを備える。一対の電極２、３
の一方に、周期構造を有する回折構造体１０が設けら
れ、任意の場所での前記周期構造の形状は、発光層４か
ら発せられるほぼ全ての方向の光線に対して略同一の周
期を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エレクトロルミネ
ッセンス（ＥＬ）素子のような自発光型表示装置に好適
な表示素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子的表示装置は、光線の利用方法によ
って大きく２つの種類に分類される。その１つは、表示
装置を形成する制御素子自身は発光せず、外光を透過、
遮断するための、いわゆるシャッターとして動作して表
示装置を構成する受光型表示装置であり、他は、制御素
子自身が発光して輝度として使用者に認識させる自発光
型表示装置である。

【０００３】受光型表示装置としては、液晶表示装置
（ＬＣＤ）が良く知られており、現在広く普及してい
る。自発光型表示装置としては、現在最も普及している
冷陰極管（ＣＲＴ）をはじめとして、有機ＥＬ（エレク
トロルミネッセンス）、無機ＥＬ、プラズマ・ディスプ
レイ・パネル（ＰＤＰ）、発光ダイオード表示装置（Ｌ
ＥＤ）、蛍光表示管表示装置（ＶＦＤ）、フィールド・
エミッション・ディスプレイ（ＦＥＤ）などがある。自
発光型表示装置の中には既に実用化が始まったものがあ
り、他のものについても活発に開発が行われている。

【０００４】ＬＣＤに代表される受光型表示装置は、光
源を必要とするため、バックライトを備えるのが普通で
あり、表示情報の様態に拘わらず常にバックライトが点
灯しているので、全表示状態とほぼ変わらない電力を消
費することになる。これに対して、自発光型表示装置
は、表示情報に応じて、点灯する必要のある箇所だけが
電力を消費するので、受光型表示装置に比較して電力消
費が少ないという利点が原理的にある。

【０００５】また、受光型表示装置の代表であるＬＣＤ
は、液晶の複屈折による偏光制御を利用しているため、
観察する方向によって表示状態が大きく変わる、いわゆ
る視野角依存性が強いのに対して、自発光型表示装置に
はこの問題がほとんど無いという利点もある。

【０００６】さらに、ＬＣＤは有機弾性物質である液晶
の誘電異方性に由来する分子配向変化を利用するため、
原理的に、電気信号に対する応答時間は１ミリ秒以上で
あり、このため、こうした応答の遅さに由来する動画残
像の問題が生じる。これに対して、上記のように開発が
進められている自発光型表示装置は、電子及び正孔とい
うキャリアの遷移、電子放出、プラズマ放電などを利用
しているため、応答時間はナノ秒のオーダーであって、
液晶とは比較にならないほど高速であり、応答の遅さに
由来する動画残像が問題になることはない。

【０００７】このように多くの利点を持った自発光型表
示装置であるが、現在のところ、完全に実用化されてい
るのはＣＲＴのみであり、今後ますます需要が伸びると
予測される平面表示装置としては未だにＬＣＤが主流で
ある。自発光型表示装置が実用化されない大きな原因の
一つは、その発光効率の低さである。ＬＣＤは、常に照
明のためにバックライトを点灯させなければならないの
で電力消費量が大きいが、その発光効率、輝度、寿命な
ど、どの特性においても完成された技術であり、長時間
安定に効率良く発光し続けるという点においては実用上
ほぼ問題がない。これに対して、自発光型表示装置にお
いては、長時間安定に効率良く発光し続けるという基本
的な特性が実用的なレベルにまで達していないのが実状
である。

【０００８】自発光型表示装置の安定性や発光効率を向
上させるために、発光材料の開発が進められているが、
フルカラー表示を行なうためには、赤、青、緑を発光す
る材料のそれぞれについて、こうした技術的課題を解決
する必要がある。このため、フルカラー表示の可能な自
発光型表示装置のための発光材料を開発することは容易
ではない。

【０００９】このため、発光材料に依存しないで安定性
や発光効率を向上させる技術が必要となってくる。特に
ＥＬ表示装置において大きな問題は、発光層から発せら
れた光のうち、表示装置を構成する基板や大気との界面
で全反射されてしまって表示装置の外部に到達すること
のない光が存在するということである。これは、主に、
発光材料の屈折率の方が基板や大気の屈折率よりも大き
いために生じるものである。

【００１０】ＥＬ表示装置におけるこうした全反射の問
題を解決する方法の一つは、図１４の（ａ）及び（ｂ）
に示すように、ＥＬ表示装置を構成するＥＬ表示素子の
各々に直線状の回折格子を設けることである。回折格子
により光の進行が変化するため、界面への進入角度も変
わり、全反射を減らすことができる。図１４において、
ＥＬ表示素子１は、反射性の背面電極２、発光層４、透
明電極３及び回折格子５をこの順に積層した構造を有す
る。なお、６は発光層４から発せられた光、７は発光層
４の発光中心を示している。こうした構造を採用したこ
とにより、発光層４から発せられた光６のうち界面で全
反射されて外部に到達できなかった光の一部は、回折格
子５によって回折され進行方向を変えられ、全反射条件
を回避して外部に到達することになるので、結果的にＥ
Ｌ表示素子１から外部へ到達する光線の量が増すことに
なり、回折格子５が無い場合よりも発光効率は向上す
る。しかしながら、回折格子５として、いわゆる単純な
回折格子を使用したのでは、図１４から明らかなよう
に、発光中心７から放射される光線のうち、回折格子５
に垂直な光は上記の如く回折されて外部に到達するが、
他の殆どの光は回折の影響を受けないため、発光効率は
それほど向上しないのが実状である。

【００１１】ＥＬ表示素子における全反射の問題を解決
するために、図１５の（ａ）及び（ｂ）に示すように、
千鳥状の格子を設けた２次元回折格子５’を使用する提
案がなされた。しかし、この場合も、回折格子５’に対
して斜め方向に入射される大部分の光線は回折の影響を
受けないため、界面で全反射される光量の低減には余り
役立たない。同じ目的で、図１６の（ａ）及び（ｂ）に
示すようなゾーンプレート５”も提案されている。しか
し、この場合も、ゾーンプレート５”の中心で発光した
光線の全てが理想的に回折されるにすぎず、ゾーンプレ
ート５”の中心以外で発光される他の大部分の光線は回
折の影響を受けないため、図１４及び図１５に示す回折
格子と同様に、図１６のゾーンプレート５”も全反射問
題を有効に解決するものではない。

【００１２】このように、図１４〜図１６に示す回折格
子は、原理的には、発光層の材料に対する依存性が無く
且つ自発光型表示素子の発光効率を向上させるものと考
えられるが、実際には、自発光型表示素子において界面
で全反射される光を低減して発光効率を向上させるのに
十分な効果を発揮するものではなかった。

【００１３】更に、有機ＥＬ表示素子から取り出し得る
光量を増すため、有機ＥＬ発光層を挟む一対の電極のう
ち一方の電極に突起を形成し、他方の電極に凹部を設け
るようにした表示素子も提案されている。しかし、この
表示素子は回折現象を利用するものではなく、凹部を有
する方の電極での光線の反射を利用して光線の取り出し
効率を上げるようにしているが、他方の電極に形成され
た突起によって有機ＥＬ発光層の発光面積が減少するた
め、突起がない場合に比べて輝度が低下することにな
る。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、上記の課
題に鑑みて提案されたものであり、発光層内から発せら
れた光のうち界面で全反射される光の割合を低減した自
発光型表示素子を提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１の発明は、発光層と、該発光層を挟むよ
う設けられて該発光層に電界を印加するための一対の電
極とを備えた自発光型表示素子であって、前記電極の少
なくとも一方に、周期構造を有する回折構造体が設けら
れ、任意の場所での前記周期構造の形状が、前記発光層
から発せられるほぼ全ての方向の光線に対して略同一の
周期を有することを特徴とする自発光型表示素子、を提
供する。

【００１６】請求項２の発明は、前記回折構造体が、最
密充填配置から再配置された微小構造物を備えるように
したものである。請求項３の発明は、発光層と、該発光
層を挟むよう設けられて該発光層に電界を印加するため
の一対の電極と、該電極の少なくとも一方に設けられ且
つ周期構造を有するた回折構造体とを備えた自発光型表
示素子であって、前記発光層から発せられる光が直線偏
光或いは略直線偏光であり、前記回折構造体における前
記周期構造の繰り返し方向と前記光の偏光方向とが一致
或いは略一致することを特徴とする自発光型表示素子、
を提供する。

【００１７】また、請求項４の発明は、発光層と、該発
光層を挟むよう設けられて該発光層に電界を印加するた
めの一対の電極と、該電極の少なくとも一方に設けられ
且つ周期構造を有するた回折構造体とを備えた自発光型
表示素子であって、前記発光層から発せられる光が直線
偏光或いは略直線偏光であり、前記回折構造体における
前記周期構造の繰り返し方向と前記光の偏光方向とが直
交或いは略直交することを特徴とする自発光型表示素
子、を提供する。

【００１８】請求項５の発明は、前記回折構造体を直線
状の格子を有する回折格子としたものである。請求項６
の発明は、少なくとも基板と発光部とを備えた表示素子
であって、前記基板に周期構造が設けられ、該基板の光
り取出し面側に偏光層を、その偏光方向と前記周期構造
の繰り返し方向とが一致或いは略一致する様に設置した
ことを特徴とする自発光型表示素子、を提供する。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
に係る自発光型表示素子の若干の実施の形態について説
明する。なお、以下の説明において、図１４〜図１６に
示す従来の自発光型表示素子におけると同じ又は同様の
構成要素には同一の参照数字を付すことにする。

【００２０】図１は、この発明に係る自発光型表示素子
の第１の実施の形態を示している。同図において、自発
光型表示素子はＥＬ発光素子１であり、図１４〜図１６
に示す従来の自発光型表示素子と同様に、発光層４と、
該発光層４を挟持して発光層４に電界を印加することに
より発光層４を発光させるための一対の電極２、３とを
有する。実用的には、観察者側の輝度を向上させるた
め、観察者に近い側の電極を透明電極３とし、それに対
向する電極を反射電極２とするのがよい。ＥＬ発光素子
１において、更に、透明電極３の発光層４とは反対側の
面に、発光層４内で発せられた光が装置界面で全反射さ
れるのを抑制するための回折構造体１０が設けられる。
回折構造体１０は、発光層４内の任意の場所での全ての
発光方向の光線に対して略同一の周期を有する構成とな
るよう多数の微小構造物１１を配列した構造を有する。

【００２１】回折構造体１０は、図１に示すように透明
電極３側に設置する代わりに、図２の（ａ）及び（ｂ）
に示すように反射電極２と発光層４との間に配置するよ
うにしても良い。図２において、回折構造体１０は、発
光層４の透明電極３とは反対側の面に多数の微小構造物
１１を形成することにより設けられ、回折構造体１０の
上に反射電極２が形成される。微小構造物１１は、例え
ば、円形の断面を有する孔（ピット）や突起体である。

【００２２】図３は、回折構造体１０における微小構造
物１１の配置を説明するための図であって、微小構造物
１１はＥＬ発光素子１における任意の位置を中心に略同
一の周期を有するよう配置した回折構造を示す。即ち、
任意の４個の微小構造物１１の中心を中心とする同心円
を描いて該中心から放射方向を見たとき、いずれの放射
方向においても微小構造物１１が略同一の周期で配置さ
れている。微小構造物１１のこうした配置により、ＥＬ
発光素子１の回折構造体１０に入射する全ての発光方向
の光線に対して略同一の周期を有する回折構造を提供す
ることができるので、従来の回折格子やゾーンプレート
を用いた自発光型表示装置に比べて、ＥＬ発光素子１の
発光効率を大幅に向上させることができる。

【００２３】図４の（ａ）及び（ｂ）は、微小構造物１
１が同径のピットである場合に、回折構造体１０の面に
入射する全ての発光方向の光線に対して略同一の周期を
有するよう微小構造物１１を配置する一つの方法を説明
する図である。まず、図４の（ａ）に示すように、微小
構造物１１を最密充填配置した状態を想定する。この状
態においては、任意の隣り合う２つの微小構造物の中心
間の距離ｄは微小構造物の直径に等しく、いずれの隣り
合う２個の微小構造物についても同じ値である。次に、
距離ｄに所定の一定数を乗じた値Ｄを求め、多数の微小
構造物１１を、図４の（ｂ）に示すように、任意の隣り
合う２個の微小構造物１１の中心間の距離がＤになるよ
うに再配置する。これにより、回折構造体１０の面に入
射する全ての発光方向の光線に対して略同一の周期を有
するように微小構造物１１を配置することができる。実
際には、微小構造物１１の周期は１μｍから２０μｍが
望ましい。また、カラー表示装置の場合には、画素毎
に、色の波長に応じて周期を変えることが望ましい。

【００２４】図５は、この発明に係る自発光型表示素子
の第２の実施の形態を示している。この第２の実施の形
態においても、自発光型表示素子はＥＬ発光素子１であ
り、発光層４と、該発光層４を挟持する一対の電極の一
方である反射性の背面電極２と、他方の電極である透明
電極３と、表示素子界面での光の全反射を抑制するため
の回折構造体１２とを備えている。発光層４において発
せられた光線は矢印Ｘの方向に偏光した直線偏光あるい
は略直線偏光であり、回折構造体１２は直線状の格子を
平行に配列した回折格子を有する。この場合、回折構造
体１２の格子の方向は、発光層４から発光された直線偏
光または略直線偏光の光の偏光方向と一致または略一致
する。回折構造体１２の有する回折格子の周期は、１μ
ｍから２０μｍであることが望ましいが、カラー表示素
子の場合には、画素毎に色の波長に応じて周期を変える
ことが望ましい。

【００２５】ＥＬ表示素子において発光層から直線偏光
を発光し得ることに関しては、例えば、雑誌Ａｐｐｌ．
Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．Ｖｏｌ．６７、Ｎｏ．１１、２
３．Ｏｃｔｏｂｅｒ１９９５、ｐ．２４３６−２４３
８、”Ｐｏｌａｒｉｚｅｄｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎ
ｅｓｃｅｎｃｅｆｒｏｍｏｒｉｅｎｔｅｄｐ−ｓ
ｅｘｉｐｈｅｎｙｌｖａｃｕｕｍ-ｄｅｐｏｓｉｔｅ
ｄｆｉｌｍ”に記載されており、有機ＥＬにおいては
ラビング等によって方向付けされた発光層がその方向の
直線偏光発光を生じることが知られている。この論文の
Ｆｉｇ.５は、トータルの発光輝度が偏光発光の場合に
も従来の偏光していない発光の場合と変わらないこと、
即ち、発光層の方向付けによって発光分子が配向して発
光が直線偏光状に揃うだけであって発光能力が損なわれ
ることは無いことを示している。

【００２６】同様に、雑誌Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔ
ｔ．Ｖｏｌ．７３、Ｎｏ．１１、１４Ｓｅｐｔｅｍｂｅ
ｒ１９９８、ｐ．１５９５−１５９７”Ｐｏｌａｒｉ
ｚｅｄｌｉｇｈｔｅｍｉｓｓｉｏｎｆｒｏｍａ
ｃａｌａｍｉｔｉｃｌｉｑｕｉｄｃｒｙｓｔａｌ
ｌｉｎｅｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｄｏｐｅｄｗ
ｉｔｈｄｙｅｓ”は、液晶性半導体に直流バイアスを
印加したときに直線偏光が発光されたことを報告してい
る。ＥＬ表示素子１における発光層として、これらの論
文に記載された発光材料を用いることができる。

【００２７】なお、図５においては回折構造体１２は透
明電極３の発光層４とは反対側の面に設置されている
が、図６の（ａ）及び（ｂ）に示すように、回折構造体
１２を反射電極２と発光層４との間に形成するようにし
てもよい。

【００２８】図５及び図６に示すように、回折構造体１
２の格子の繰り返し構造の方向と発光層４から発せられ
る直線偏光または略直線偏光の偏光方向とを一致または
略一致させることにより、ほとんど全ての光は回折構造
体１２の回折効果により進行方向を変化されて全反射条
件を回避することになるので、素子の外部に到達する光
線の量を従来の無偏光発光に比較して大幅に向上させる
ことができ、従来の素子よりも大幅に発光効率を向上さ
せることができる。

【００２９】図７は、この発明に係る自発光型表示素子
の第３の実施の形態を示している。この第３の実施の形
態においても、自発光型表示素子はＥＬ発光素子１であ
り、発光層４と、該発光層４を挟持する一対の電極の一
方である反射性の背面電極２と、他方の電極である透明
電極３と、表示素子界面での光の全反射を抑制するため
の回折構造体１２とを備えている。発光層４において発
せられた光６は矢印Ｙの方向に偏光した直線偏光あるい
は略直線偏光であり、回折構造体１２は直線状の格子を
平行に配列した回折格子を有する。この場合、回折構造
体１２の格子の方向は、発光層４から発せられた直線偏
光または略直線偏光の光６の偏光方向に垂直または略垂
直の関係にある。回折構造体１２の有する回折格子の周
期は、１μｍから２０μｍであることが望ましいが、カ
ラー表示素子の場合には、画素毎に色の波長に応じて周
期を変えることが望ましい。

【００３０】図７に示すＥＬ表示素子１の動作を図８に
より説明すると、発光層４の発光中心７から出た光６
は、発光中心７から全方向に放射される。ただし、光６
は直線偏光であるため、その放射面は２次元である。即
ち、発光中心７から出る光の直線偏光の方向Ｙは光６の
放射進行方向Ｚに対して垂直である。このため、回折構
造体１２の回折格子の有する繰り返し構造の方向と発光
層４からの光６の偏光方向とは垂直または略垂直である
ようにすることにより、ほとんど全ての光が回折構造体
１２の作用により進行方向を変えられて全反射条件を回
避するので、素子の外部に到達する光線の量は従来の無
偏光発光に比較して大幅に向上するので、従来の表示素
子よりも大幅に発光効率を向上させることができる。

【００３１】なお、図７においては回折構造体１２は透
明電極３の発光層４とは反対側の面に設置されている
が、図９に示すように、回折構造体１２を反射電極２と
発光層４との間に形成するようにしてもよい。また、こ
の第３の実施の形態においてＥＬ表示素子１の発光層４
に使用し得る材料は、第２の実施の形態において発光層
４に使用し得る材料と同じであり、前掲の論文に記載さ
れた材料がその一例である。

【００３２】

【実施例】以下、この発明に係る自発光型表示素子の第
１の実施の形態〜第３の実施の形態のそれぞれについ
て、その実施例を説明する。

【００３３】第１の実施の形態に関する２つの実施例この発明に係る自発光型表示素子の第１実施例として、
図１に示す構成のＥＬ表示素子を作製した。この第１実
施例は、透明電極３としてＩＴＯ、反射電極２としてＡ
ｌを用い、発光層４は発光有機材料Ａｌｑ３と正孔輸送
層α−ＮＰＤとを、正孔輸送層α−ＮＰＤとＩＴＯとが
接する順で積層したものである。まず、直径１μｍで深
さ５０Åのピットを周期１０μｍとなるよう最密充填構
造から再配置し、ピットをガラス基板上にフォトリソグ
ラフィー法とフッ酸を用いたエッチングにより形成する
ことで回折構造体１０を作成した。続いて、ガラス基板
のピットが形成された面にＩＴＯを蒸着により形成して
透明電極３とし、その上に発光層４、反射電極２として
のＡｌを順に形成してＥＬ表示素子を作製した。発光層
４において、Ａｌｑ３の厚みは２０００Å、α−ＮＰＤ
の厚みは１０００Åとした。

【００３４】Ａｌを負極性、ＩＴＯを正極性として７Ｖ
の直流電界を発光層４に印加したところ、電流密度０．
２ｍＡ/ｍｍ²で輝度５００ｃｄ/ｍ²の発光を確認するこ
とができた。

【００３５】この発明に係る自発光型表示素子の第２実
施例として、図２に示すＥＬ表示素子を作製した。この
第２実施例は透明電極３としてＩＴＯを、反射電極２と
してＡｌを用い、発光層４は発光有機材料Ａｌｑ３と正
孔輸送層α−ＮＰＤを、正孔輸送層α−ＮＰＤとＩＴＯ
とが接する順で積層した。まず、直径１μｍで深さ５０
Åのピットを周期１０μｍで最密充填構造から再配置
し、ピットをガラス基板の一方の面にフォトリソグラフ
ィー法とフッ酸を用いたエッチングにより形成して回折
構造体１０を作成した。続いて、ガラス基板のピットが
形成された面にＡｌを蒸着により形成して反射電極２を
形成し、次いで、その上に発光層４とＩＴＯをこの順に
形成してＥＬ表示素子１を作製した。発光層４のＡｌｑ
３の厚みは２０００Å、α−ＮＰＤの厚みは１０００Å
とした。

【００３６】Ａｌを負極性、ＩＴＯを正極性として７Ｖ
の直流電界を発光層４に印加したところ、第１実施例と
同様に、電流密度０．２ｍＡ/ｍｍ²で輝度５００ｃｄ／
ｍ²の発光を確認することができた。

【００３７】比較例として、第１実施例に回折構造体１
０を設けない通常のＥＬ表示素子を同様の方法で作製
し、Ａｌを負極性、ＩＴＯを正極性として７Ｖの直流電
界を発光層に印加したところ、電流密度０．２ｍＡ/ｍ
ｍ²で輝度は１２０ｃｄ／ｍ²の発光しか確認することが
できなかった。これは、この発明の自発光型表示素子の
方が同一の電力で３倍以上も高輝度の表示素子を作製す
ることができることを示している。この比較例における
発光材料、電極材料等の各種材料は第１実施例と全く同
一であるから、第１実施例は、発光材料が本来持つ発光
能力、即ち、表示素子として必要な光を外部に取出す効
率を向上させただけであると言うことができ、寿命等の
信頼性は全く低下することがない。

【００３８】第２の実施の形態に関する２つの実施例本発明に係る自発光型表示素子の第３実施例として、図
５に示すＥＬ表示素子を作製した。この第３実施例は、
透明電極３としてＩＴＯを、反射電極２としてＡｌを用
い、発光層４は発光有機材料Ａｌｑ３と正孔輸送層α−
ＮＰＤを、正孔輸送層α−ＮＰＤとＩＴＯとが接する順
で積層したものである。まず、ガラス基板の一方の面
に、フォトリソグラフィー法とフッ酸を用いたエッチン
グにより、幅１μｍ、周期１μｍの回折格子である回折
構造体１２を形成し、ガラス基板の回折格子が形成され
た面にＩＴＯを蒸着により形成して透明電極３とした。
次いで、ＩＴＯの上にα−ＮＰＤを厚み１０００Åだ
け、更にＡｌｑ３を厚み３００Åだけ蒸着形成して発光
層４を形成した。その後、回折格子の繰り返し方向と同
じ方向にＡｌｑ３をラビングし、再びＡｌｑ３をトータ
ル膜厚２０００Åとなるように蒸着形成した。最後に、
発光層４の上にＡｌを形成して反射電極２を形成し、素
子１を作製した。

【００３９】Ａｌを負極性、ＩＴＯを正極性として７Ｖ
の直流電界を発光層４に印加したところ、電流密度０.
２ｍＡ/ｍｍ²で輝度５００ｃｄ／ｍ²の発光を確認する
ことができた。偏光板を用いて光を観察したところ、ラ
ビングを施した方向に光が偏光していることが確認され
た。

【００４０】この発明に係る自発光型表示素子の第４実
施例として、図６に示すＥＬ表示素子を作製した。この
第４実施例は、透明電極３としてＩＴＯを、反射電極２
としてＡｌを用い、発光層４は発光有機材料Ａｌｑ３と
正孔輸送層α−ＮＰＤを、正孔輸送層α−ＮＰＤとＩＴ
Ｏとが接する順で積層したものである。まず、ガラス基
板の一方の面に、フォトリソグラフィー法とフッ酸を用
いたエッチングにより、幅１μｍ、周期１μｍの回折格
子である回折構造体１２を形成し、ガラス基板の回折格
子が形成された面にＡｌを蒸着により形成して反射電極
２とした。次いで、その上にＡｌｑ３を厚み３００Åだ
け蒸着形成した。こうして形成したＡｌｑ３を回折格子
の繰り返し方向と同じ方向にラビングした後、再びＡｌ
ｑ３をトータル膜厚２０００Åとなるように蒸着形成
した。その上にα−ＮＤＰを厚み１０００Åだけ形成し
て発光層４を形成し、最後にＩＴＯを形成してＥＬ表示
素子１を作製した。

【００４１】Ａｌを負極性、ＩＴＯを正極性として７Ｖ
の直流電界を発光層４に印加したところ、電流密度０.
２ｍＡ/ｍｍ²で輝度５００ｃｄ／ｍ²の発光を確認する
ことができた。偏光板を用いて光を観察したところ、ラ
ビングを施した方向に光が偏光していることが確認され
た。

【００４２】比較例として、第３実施例及び第４実施例
においてラビング処理をしない発光層を有し且つ通常の
回折格子を有するＥＬ表示素子を同様の手順で作製し、
Ａｌを負極性、ＩＴＯを正極性として７Ｖの直流電界を
発光層に印加したところ、電流密度０.２ｍＡ/ｍｍ²で
輝度は２００ｃｄ／ｍ²の発光しか確認することができ
なかった。偏光板を用いて光を観察したところ、光は無
偏光であった。

【００４３】第３の実施の形態に関する２つの実施例この発明の自発光型表示素子の第５実施例として、図７
に示すＥＬ表示素子を作製した。この第５実施例は、透
明電極３としてＩＴＯを、反射電極２としてＡｌを用
い、発光層４は発光有機材料Ａｌｑ３と正孔輸送層α−
ＮＰＤを、正孔輸送層α−ＮＰＤとＩＴＯとが接する順
で積層したものである。まず、ガラス基板の一方の面
に、フォトリソグラフィー法とフッ酸を用いたエッチン
グにより、幅１μｍ、周期１μｍの回折格子である回折
構造体１２を形成し、次いで、ＩＴＯを蒸着により形成
して透明電極３とし、その上にα−ＮＰＤを厚み１００
０Åだけ、更にＡｌｑ３を厚み３００Åだけ蒸着形成し
た。その後、回折格子の繰り返し方向に対して垂直な方
向にＡｌｑ３をラビングし、再びＡｌｑ３をトータル膜
厚２０００Åとなるように蒸着形成して発光層４とし
た。最後にＡｌを形成し、ＥＬ表示素子１を作製した。

【００４４】この発明に係る自発光型表示素子の第６実
施例として、図９に示すＥＬ表示素子１を作製した。こ
の第６実施例は、透明電極３としてＩＴＯを、反射電極
２としてＡｌを用い、発光層４は発光有機材料Ａｌｑ３
と正孔輸送層α−ＮＰＤを、正孔輸送層α−ＮＰＤとＩ
ＴＯとが接する順で積層したものである。まず、ガラス
基板の一方の面に、フォトリソグラフィー法とフッ酸を
用いたエッチングにより、幅１μｍ、周期１μｍの回折
格子である回折構造体１２を形成し、次いで、ガラス基
板の回折格子が形成された面にＡｌを蒸着により形成し
て反射電極２とした。続いて、その上にＡｌｑ３を厚み
３００Åだけ蒸着により形成し、回折格子の繰り返し方
向に対して垂直な方向にＡｌｑ３をラビングし、再びＡ
ｌｑ３をトータル膜厚２０００Åとなるように蒸着によ
り形成し、最後にＩＴＯを形成してＥＬ表示素子１を作
製した。

【００４５】Ａｌを負極性、ＩＴＯを正極性として７Ｖ
の直流電界を発光層４に印加したところ、電流密度０.
２ｍＡ/ｍｍ²で輝度５００ｃｄ／ｍ²の発光を確認する
ことができた。偏光板を用いて光を観察したところ、ラ
ビングを施した方向に光が偏光していることが確認され
た。

【００４６】比較例として、第５実施例及び第６実施例
においてラビング処理をしない発光層を備え且つ通常の
回折格子を有するＥＬ表示素子を作製し、Ａｌを負極
性、ＩＴＯを正極性として７Ｖの直流電界を発光層に印
加したところ、電流密度０.２ｍＡ/ｍｍ²で輝度は２０
０ｃｄ／ｍ²の発光しか確認することができなかった。
また、偏光板を用いて光を観察したところ、光は無偏光
であった。

【００４７】これまで、この発明に係る自発光型表示素
子の第１〜第３の実施の形態とその実施例について説明
してきたが、実際に自発光表示装置を一般に考えれられ
る幅広い環境下で使用できるようにするためには、発光
効率の向上ばかりでなく、外光の反射を防止するという
大きな問題を解決しなければならない。

【００４８】反射型表示装置は、文字どうり、外光を反
射することによって輝度変化を制御するため、外光の強
い明るい場所では認識し易いが外光の弱い暗い場所では
認識しにくいという特性がある。反対に自発光表示装置
は、装置内部あるいは表面での外光反射が発光の相対コ
ントラストを下げるため、外光の弱い暗い場所では認識
し易いが外光の強い明るい場所では認識しにくいという
特性がある。発光型表示装置の、明るい場所では認識し
にくいという問題を解決するために、従来から円偏光板
を使う方法が提案されている。この円偏光板を使う方法
は、円偏光板を通過して装置内部或いは表面で反射して
逆方向になった円偏光は円偏光板を透過することができ
ないという特性を利用したものである。

【００４９】上記の従来方法について図１０により簡単
に説明する。自発光表示装置として例えばＥＬ表示装置
を考える。金属等の反射性電極２とＩＴＯ等の透明電極
３により発光層４を挟持し電界を印加することで発光１
３が発生する。外光１４の反射を防いで実用的なコント
ラストを得るために、１／４波長位相差素子１５と直線
偏光素子１６を積層した円偏光素子１７を透明電極３の
外側に設置する。１／４波長位相差素子１５及び直線偏
光素子１６は、それらの主軸が互いに４５°の角度を成
すように配置される。直線偏光素子１６及び１／４波長
位相差素子１５の順に円偏光素子１７を通過して円偏光
となった外光１４は、ＥＬ表示装置内を通過した後、反
射電極２で反射されて逆方向の円偏光に変換され、再
度、ＥＬ表示装置内を通過する。この状態で１／４波長
位相差素子１５を再度通過することにより、直線偏光素
子１６の偏光軸に対して垂直な偏光面の直線偏光に変換
される。この状態では直線偏光素子１６を通過すること
ができないため、観察者には外光反射が認識されない良
好な暗状態になり、実用的なコントラストを得ることが
できる。

【００５０】こうした円偏光素子による外光反射は、Ｅ
Ｌ表示装置において欠かすことの出来ない重要な技術で
あり、実用にあたっては、実験室レベルでＥＬ素子の発
光効率を検討するだけでは不十分であり、常に光り取り
出し側に偏光素子を設置することを考慮する必要があ
る。

【００５１】以下、図１１の（ａ）及び（ｂ）を用い
て、この発明に係る自発光型表示素子の第４の実施の形
態について説明をする。図５に示す自発光型表示素子と
同じく、第４の実施の形態の自発光型表示素子１も、反
射性の背面電極２、発光層４、透明電極３をこの順に積
層し、透明電極３の上に回折構造体１２を設け、回折構
造体１２の上を透明基板１８で覆い、更に、透明基板１
８の上に円偏光素子１７を設ける構造となっている。図
１１の（ｂ）に示すように、回折構造体１２は直線状の
格子を平行に配列した回折格子を有しており、回折格子
の繰り返し方向と円偏光素子１７の偏光方向１９とが一
致する或いは略一致するよう円偏光素子１７に対して配
置される。

【００５２】こうした構造を採用して円偏光素子１７を
自発光型表示素子１の光り取り出し側に設置することに
より、外光の反射を防止することが可能になる。回折構
造体１２によって全反射が回避され且つ取出し効率が改
良された結果、発光の分布は、図１１の（ｂ）に数字２
０で示すようになる。

【００５３】発光の分布が図１１の（ｂ）において数字
２０で示すようになる理由は以下のとおりである。先
に、この発明に係る自発光型表示素子の第１〜第３の実
施の形態について説明した際、回折構造体１０によって
発光効率が向上するのは、この回折構造体１０の周期構
造に沿った発光のためであることを述べた。しかし、こ
の発明の第１〜第３の実施の形態における自発光型表示
素子１においては、回折構造体をなす微小構造物１１や
回折格子１２の影響を受けない発光の方が圧倒的に多
い。このため、円偏光素子１７を設置しない状態では、
全体の発光効率は期待ほどには向上しない。

【００５４】しかしながら、実用上不可欠な円偏光素子
１７を考慮した場合、回折構造体１２の周期構造の繰り
返し方向と円偏光素子１７の偏光方向とを一致或いは略
一致させれば、回折構造体１２によって取出し効率を向
上された分布の発光だけを円偏光素子１７によって取出
すことができるので、実用上、発光効率を大幅に向上さ
せることができる。

【００５５】図１１では透明電極３を回折構造体１２上
に直接形成するので、回折構造体１２の形状が透明電極
３に反映されてしまい、場合によっては電界印加不良や
キャリア注入不良といった悪影響が出ることもある。こ
うした悪影響を回避するには、図１２に示すように、透
明電極３の上に、樹脂製等の透明な平坦化層２１を設置
し、平坦化層２１に回折構造体１２を設けるようにすれ
ばよい。

【００５６】なお、この発明の第４の実施の形態におい
ては、回折構造体１２を発光層４に関して、図１１及び
図１２のように透明電極３の側に設置しても、図１３に
示すように反射電極２の側に形成しても良い。

【００５７】以上説明したように、この発明の第４の実
施の形態においては、回折構造体１２の周期構造の繰り
返し方向と円偏光素子１７の偏光軸とを一致或いは略一
致させたので、従来の装置に比較して、実用的に大幅に
発光効率を向上させることができる。回折構造体１２の
構造的周期は、図１４に示す従来の自発光型表示素子の
場合と同一でよいが、１μｍから２０μｍであることが
望ましい。また、第４の実施の形態における自発光型表
示素子をカラー表示装置に適用する場合には、画素毎
に、色の波長に応じて回折構造体１２の構造的周期を変
えることが望ましい。

【００５８】第４の実施の形態に関する３つの実施例この発明に係る自発光型表示素子の第７実施例として、
図１１に示すＥＬ表示素子を作製した。このＥＬ表示素
子において、発光層４は発光有機材料Ａｌｑ３と正孔輸
送層α−ＮＰＤとを積層したものであり、透明電極３に
はＩＴＯを、反射電極２にはＡｌを用い、正孔輸送層α
−ＮＰＤとＩＴＯが接する順で積層した。まず、回折構
造体１２として、ガラス基板にフォトリソグラフィー法
とフッ酸を用いたエッチングにより幅１μｍ、周期１μ
ｍの回折格子を形成し、続いて、このガラス基板にＩＴ
Ｏを蒸着により形成し、α−ＮＰＤを１０００Å、Ａｌ
ｑ３を２０００Å蒸着によって形成し、最後にＡｌを形
成してＥＬ表示素子を作製した。次いで、１／４波長位
相差素子と偏光板とを各々の主軸が４５°の角度になる
ように組み合わせた円偏光素子を、１／４波長位相差素
子がＥＬ表示素子の光り取り出し側の面と接触するよ
う、且つ、円偏光素子の偏光方向が回折格子の周期構造
の繰り返し方向と一致するよう、位置を決めて配置し
た。

【００５９】こうして形成されたＥＬ表示素子におい
て、Ａｌを負極性、ＩＴＯを正極性として７Ｖの直流電
界を印加したところ、電流密度０.２Ａ/ｍｍ²で輝度２
５０ｃｄ/ｍ²の発光を確認することができた。

【００６０】この発明に係る自発光型表示素子の第８実
施例として、図１２に示すＥＬ表示素子を作製した。こ
のＥＬ表示素子は、上記の第７実施例においてガラス基
板に形成した回折格子上に、平坦化層として、ＬＣＤ用
カラー・フィルターで使われている樹脂オーバーコート
を形成したものである。そこで、Ａｌを負極性、ＩＴＯ
を正極性として７Ｖの直流電界を印加したところ、電流
密度０.３ｍＡ/ｍｍ²で輝度３００ｃｄ/ｍ²の発光を確
認することができた。

【００６１】この発明に係る自発光型表示素子の第９実
施例として、図１３に示すＥＬ表示素子を作製した。こ
のＥＬ表示素子は、透明電極と反射電極とを逆にし、発
光層の積層順も逆にした以外は第７実施例と同様の手順
で作製された。そこで、Ａｌを負極性、ＩＴＯを正極性
として７Ｖの直流電界を印加したところ、電流密度０.
２ｍＡ/ｍｍ²で輝度２５０ｃｄ/ｍ²と、第７実施例と同
様な発光を確認することができた。

【００６２】比較例として、第７実施例から回折格子を
除去した構造の通常のＥＬ表示素子を同様に作製した。
このＥＬ表示素子においてＡｌを負極性、ＩＴＯを正極
性として７Ｖの直流電界を印加したところ、電流密度
０．２ｍＡ/ｍｍ²で輝度が８０ｃｄ/ｍ²の発光しか確認
することができなかった。

【００６３】以上、この発明に係る自発光型表示素子の
若干の実施の形態及び実施例について説明してきたが、
本発明はこれらに限定されるものではない。

【００６４】

【発明の効果】以上、この発明の実施の形態及び実施例
を説明したところから理解されるとおり、この発明は、
発光材料に依存することなく自発光型表示素子の発光効
率を大幅に向上させることができ、しかも、表示素子の
寿命や信頼性等には一切影響を与えることがないという
格別の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は、この発明に係る自発光型表示素子の
第１の実施の形態の断面図であり、（ｂ）は、発光層か
らの光と微小構造物の配置との関係を示す図である。

【図２】（ａ）は、この発明に係る自発光型表示素子の
第１の実施の形態の変形例の断面図であり、（ｂ）は、
発光層からの光と微小構造物の配置との関係を示す図で
ある。

【図３】微小構造物の配置を説明するための図である。

【図４】（ａ）及び（ｂ）は、回折構造体における微小
構造物の配置の仕方を説明するための図である。

【図５】（ａ）は、この発明に係る自発光型表示素子の
第２の実施の形態の断面図であり、（ｂ）は、発光層か
らの光と回折構造体の配置との関係を示す図である。

【図６】（ａ）は、この発明に係る自発光型表示素子の
第２の実施の形態の変形例の断面図であり、（ｂ）は、
発光層からの光と回折構造体の配置との関係を示す図で
ある。

【図７】（ａ）は、この発明に係る自発光型表示素子の
第３の実施の形態の断面図であり、（ｂ）は、発光層か
らの光と回折構造体の配置との関係を示す図である。

【図８】（ａ）及び（ｂ）は、第３の実施の形態におけ
る光の偏光方向と放射進行方向との関係を説明するため
の図である。

【図９】（ａ）は、この発明に係る自発光型表示素子の
第３の実施の形態の変形例の断面図であり、（ｂ）は、
発光層からの光と微小構造物の配置との関係を示す図で
ある。

【図１０】円偏光板を用いた外光反射防止技術を説明す
るための図である。

【図１１】（ａ）は、この発明に係る自発光型表示素子
の第４の実施の形態の断面図であり、（ｂ）は発光層か
らの光と回折構造体との関係を示す図である。

【図１２】図１１に示す第４の実施の形態の変形例を示
す図である。

【図１３】図１１に示す第４の実施の形態の他の変形例
を示す図である。

【図１４】（ａ）は、従来の自発光型表示素子の断面図
であり、（ｂ）は、発光層からの光と回折格子との関係
を示す図である。

【図１５】（ａ）は、従来の他の自発光型表示素子の断
面図であり、（ｂ）は、発光層からの光と回折格子との
関係を示す図である。

【図１６】（ａ）は、従来の別の自発光型表示素子の断
面図であり、（ｂ）は、発光層からの光と回折格子との
関係を示す図である。

【符号の説明】

１：ＥＬ表示素子、２：反射電極、３：透明電極、
４：発光層、６：光、７：発光中心、１０：回
折構造体、１１：微小構造物、１２：回折構造体、
Ｘ、Ｙ：偏光方向、Ｚ：放射進行方向、１３：発
光、１４：外光、１５：１／４波長位相差素子、
１６：直線偏光素子、１７：円偏光素子、１８：透
明基板、１９：偏光方向、２０：発光分布、２
１：平坦化層

フロントページの続き (72)発明者加邉正章大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内Ｆターム(参考） 3K007 AB03 BB06 CB01 CC01 DA01 DB03 EB00 5C094 AA10 BA29 CA19 CA24 DA13 EA04 EA05 EA06 EA07 EB02 ED14 ED20 5G435 AA03 BB05 EE33 FF03 FF05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】発光層と、該発光層を挟むよう設けられ
て該発光層に電界を印加するための一対の電極とを備え
た自発光型表示素子であって、前記電極の少なくとも一方に、周期構造を有する回折構
造体が設けられ、任意の場所での前記周期構造の形状
が、前記発光層から発せられるほぼ全ての方向の光線に
対して略同一の周期を有することを特徴とする自発光型
表示素子。
【請求項２】前記回折構造体が、最密充填配置から再
配置された微小構造物を備えることを特徴とする請求項
１記載の自発光型表示素子。
【請求項３】発光層と、該発光層を挟むよう設けられ
て該発光層に電界を印加するための一対の電極と、該電
極の少なくとも一方に設けられ且つ周期構造を有するた
回折構造体とを備えた自発光型表示素子であって、前記発光層から発せられる光が直線偏光或いは略直線偏
光であり、前記回折構造体における前記周期構造の繰り返し方向と
前記光の偏光方向とが一致或いは略一致することを特徴
とする自発光型表示素子。
【請求項４】発光層と、該発光層を挟むよう設けられ
て該発光層に電界を印加するための一対の電極と、該電
極の少なくとも一方に設けられ且つ周期構造を有するた
回折構造体とを備えた自発光型表示素子であって、前記発光層から発せられる光が直線偏光或いは略直線偏
光であり、前記回折構造体における前記周期構造の繰り返し方向と
前記光の偏光方向とが直交或いは略直交することを特徴
とする自発光型表示素子。
【請求項５】前記回折構造体が直線状の格子を有する
回折格子であることを特徴とする請求項３又は４記載の
自発光型表示素子。
【請求項６】少なくとも基板と発光部を備えてなる表
示素子であって、前記基板に周期構造が設けられ、該基板の光り取出し面
側に偏光層を、その偏光方向と前記周期構造の繰り返し
方向とが一致或いは略一致する様に設置したことを特徴
とする自発光型表示素子。