JP2006107743A - Organic electroluminescent display device - Google Patents

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JP2006107743A
JP2006107743A JP2004288412A JP2004288412A JP2006107743A JP 2006107743 A JP2006107743 A JP 2006107743A JP 2004288412 A JP2004288412 A JP 2004288412A JP 2004288412 A JP2004288412 A JP 2004288412A JP 2006107743 A JP2006107743 A JP 2006107743A
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organic
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insulating layer
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Naotada Okada
直忠 岡田
Junichi Tonotani
純一 戸野谷
Tsuyoshi Uemura
強 上村
Satoshi Okuya
聡 奥谷
Muneharu Akiyoshi
宗治 秋吉
Hiroshi Kubota
浩史 久保田
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Toshiba Corp
Japan Display Central Inc
Original Assignee
Toshiba Corp
Toshiba Matsushita Display Technology Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an organic EL display device capable of improving the directivity of light entered into an optically-transparent insulation layer by a simple structure. <P>SOLUTION: This organic electroluminescent display device is provided with the optically-transparent insulation layer, an organic electroluminescent element and a three-dimensional diffraction element. The organic electroluminescent element is provided with: a back electrode arranged on the back side with respect to the optically-transparent insulation layer; an optically-transparent front electrode interlaid between the optically-transparent insulation layer and the back electrode; and an organic matter layer interlaid between the front electrode and the back electrode and including a luminescent layer. The three-dimensional element has a double cross-sectional structure of specific dielectric constant modulation disposed on an optical path from a point where light emitted by the luminescent layer leaves an organic matter layer to a point where the light reaches the optically-transparent insulation layer. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、有機エレクトロルミネッセンス（有機ＥＬ）表示装置に関する。   The present invention relates to an organic electroluminescence (organic EL) display device.

有機ＥＬ表示装置は、自己発光表示装置であるため、視野角が広く、応答速度が速いという特徴を有する。また、バックライトが不要であるため、薄型軽量化が可能である。これらの理由から、近年、有機ＥＬ表示装置は、液晶表示装置に代わる表示装置として注目されている。   Since the organic EL display device is a self-luminous display device, it has a wide viewing angle and a high response speed. In addition, since a backlight is not necessary, it is possible to reduce the thickness and weight. For these reasons, in recent years, organic EL display devices have attracted attention as display devices that replace liquid crystal display devices.

有機ＥＬ表示装置の主要部である有機ＥＬ素子は、光透過性の前面電極と、これと対向した光反射性または光透過性の背面電極と、それらの間に介在される発光層を含んだ有機物層とで構成され、有機物層に電気を流すことにより発光する電荷注入型の自発光素子である。有機ＥＬ表示装置で表示を行うためには、発光層が放出する光を前面電極から出射させる必要があるが、素子内で前面側へと進行する光のうち、広角側へと進行する光は前面電極とその下層の界面で全反射される。このため、有機物層が放出する光の多くを有機ＥＬ素子の外部に取り出すことができない、すなわち有機ＥＬ素子の光取り出し効率が低い、という問題があった。   An organic EL element which is a main part of an organic EL display device includes a light-transmitting front electrode, a light-reflective or light-transmitting back electrode facing the light-transmitting electrode, and a light-emitting layer interposed therebetween. It is a charge injection type self-luminous element which is composed of an organic material layer and emits light when electricity is passed through the organic material layer. In order to perform display on the organic EL display device, it is necessary to emit light emitted from the light emitting layer from the front electrode. Of the light traveling to the front side in the element, the light traveling to the wide angle side is It is totally reflected at the interface between the front electrode and its lower layer. For this reason, there is a problem that much of the light emitted from the organic layer cannot be extracted outside the organic EL element, that is, the light extraction efficiency of the organic EL element is low.

このようなことから特許文献１には、素子内で前面側へと進行する光のうち、広角側へと進行する光を回折素子またはゾーンプレートを利用して屈折させて前面電極界面を通過させることが記載されている。この技術によれば、有機ＥＬ素子の光取り出し効率を高めることが可能である。   For this reason, in Patent Document 1, among the light traveling toward the front side in the element, the light traveling toward the wide angle side is refracted using the diffraction element or the zone plate to pass through the front electrode interface. It is described. According to this technology, it is possible to increase the light extraction efficiency of the organic EL element.

しかしながら、特許文献１では回折素子またはゾーンプレートを構成するパターンに方向性があるため、取り出される光の指向性が方向によって異なり、有機ＥＬ表示装置としては画像表示が不適切な場合がある。また、回折素子またはゾーンプレートの微細形状はリソグラフィーなどにより形成する必要があり、コストが高くなるという問題もあった。
特許第２９９１１８３号公報 However, in Patent Document 1, since the pattern constituting the diffractive element or the zone plate has directionality, the directivity of the extracted light varies depending on the direction, and the image display may be inappropriate for the organic EL display device. In addition, the fine shape of the diffractive element or the zone plate must be formed by lithography or the like, resulting in a problem of increased cost.
Japanese Patent No. 2911183

本発明は、簡単な構成で光透過性絶縁層に入射される光の指向性を向上することが可能な有機ＥＬ表示装置を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide an organic EL display device capable of improving the directivity of light incident on a light-transmissive insulating layer with a simple configuration.

本発明によると、光透過性絶縁層；
前記光透過性絶縁層に対して背面側に配置された背面電極と、前記光透過性絶縁層と前記背面電極との間に介在した光透過性の前面電極と、前記前面電極と前記背面電極との間に介在するとともに発光層を含んだ有機物層とを備えた有機エレクトロルミネッセンス素子；および
前記発光層が放出する光が前記有機物層を出射してから前記光透過性絶縁層に至るまでの光路上に配置された２層構造の３次元回折素子；
を具備し、
前記３次元回折素子は、下記数１の式（１）で表される誘電率変調の断面構造を有し、かつ式（１）のｑ＝１の振幅をΔε1、ｑ＞１の他の次数の振幅をΔεqすると、Δε1＞Δεqであることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス表示装置が提供される。 According to the invention, a light transmissive insulating layer;
A back electrode disposed on the back side with respect to the light transmissive insulating layer; a light transmissive front electrode interposed between the light transmissive insulating layer and the back electrode; the front electrode and the back electrode; An organic electroluminescence device including an organic material layer including a light emitting layer and a light emitted from the light emitting layer from the light emitted from the organic material layer to the light-transmissive insulating layer A two-dimensional three-dimensional diffraction element disposed on the optical path;
Comprising
The three-dimensional diffractive element has a dielectric constant modulation cross-sectional structure represented by the following formula (1), and the amplitude of q = 1 in the formula (1) is Δε1 and other orders of q> 1. An organic electroluminescence display device is provided in which Δεq> Δεq where Δεq is Δεq.

Figure 2006107743
Figure 2006107743

ただし、Δε(z)は位置zにおける誘電率変化、
Δεqはq次の項の振幅、
Ｋは２π／Λ（Λは周期）、
ｚは水平方向位置、
を示す。 Where Δε (z) is the change in dielectric constant at position z,
Δεq is the amplitude of the q-order term,
K is 2π / Λ (Λ is the period),
z is the horizontal position,
Indicates.

また本発明によると、光透過性絶縁層；および
前記光透過性絶縁層に対して背面側に配置された背面電極と、前記光透過性絶縁層と前記背面電極との間に介在した光透過性の前面電極と、前記前面電極と前記背面電極との間に介在するとともに発光層を含んだ有機物層と備えた有機エレクトロルミネッセンス素子；
を具備し、
前記有機エレクトロルミネッセンス素子は、所望の周期で波状に屈曲されていることを特徴とする有機ＥＬ表示装置が提供される。 Further, according to the present invention, a light transmissive insulating layer; and a back electrode disposed on a back side with respect to the light transmissive insulating layer, and a light transmissive interposed between the light transmissive insulating layer and the back electrode. An organic electroluminescence device comprising a conductive front electrode and an organic layer interposed between the front electrode and the back electrode and including a light emitting layer;
Comprising
An organic EL display device is provided in which the organic electroluminescence element is bent in a wave shape with a desired period.

本発明によれば、簡単な構成で発光効率を高めた有機ＥＬ表示装置を提供できる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the organic electroluminescent display apparatus which improved luminous efficiency with simple structure can be provided.

以下、本発明に係る有機ＥＬ表示装置を図面を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, an organic EL display device according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

（第１実施形態）
図１は、この第１実施形態に係るアクティブマトリクス型駆動方式を採用した下面発光型の有機ＥＬ表示装置に示す断面図、図２の（Ａ）は有機ＥＬ表示装置の３次元回折素子を示す平面図、同図の（Ｂ）は同図の（Ａ）のＢ−Ｂ銭に沿う断面図である。なお、図１では有機ＥＬ表示装置をその表示面、すなわち前面が下方を向き、背面が上方を向くように描いている。 (First embodiment)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a bottom emission type organic EL display device adopting the active matrix driving method according to the first embodiment, and FIG. 2A shows a three-dimensional diffraction element of the organic EL display device. (B) of the figure is a cross-sectional view taken along the line BB of (A) of the figure. In FIG. 1, the organic EL display device is drawn such that its display surface, that is, the front surface faces downward and the back surface faces upward.

光透過性絶縁層である例えばガラス基板のような透明基板１上には、複数の画素がマトリクス状に配列されている。各画素は、例えば一対の電源端子間で直列に接続された素子制御回路、出力スイッチ、後述する有機ＥＬ素子および画素スイッチを有する。前記素子制御回路は、その制御端子が画素スイッチを介して映像信号線に接続されており、映像信号線駆動回路から映像信号線および画素スイッチを介して供給される映像信号に対応した大きさの電流を、出力スイッチを介して有機ＥＬ素子へ出力する。また、画素スイッチは、その制御端子が走査信号線に接続されており、走査信号線駆動回路から走査信号線を介して供給される走査信号によりＯＮ／ＯＦＦが制御される。さらに、出力スイッチは、その制御端子が走査信号線に接続されており、走査信号線駆動回路から走査信号線を介して供給される走査信号によりＯＮ／ＯＦＦが制御される。なお、これら画素には他の構造を採用することも可能である。   A plurality of pixels are arranged in a matrix on a transparent substrate 1 such as a glass substrate that is a light-transmissive insulating layer. Each pixel has, for example, an element control circuit, an output switch, an organic EL element and a pixel switch, which will be described later, connected in series between a pair of power supply terminals. The element control circuit has a control terminal connected to a video signal line via a pixel switch, and has a size corresponding to a video signal supplied from the video signal line driving circuit via the video signal line and the pixel switch. Current is output to the organic EL element via the output switch. The pixel switch has a control terminal connected to the scanning signal line, and ON / OFF is controlled by a scanning signal supplied from the scanning signal line driving circuit via the scanning signal line. Further, the control terminal of the output switch is connected to the scanning signal line, and ON / OFF is controlled by the scanning signal supplied from the scanning signal line driving circuit via the scanning signal line. Note that other structures may be employed for these pixels.

例えばＳｉＮx層とＳｉＯx層がこの順次で積層されたアンダーコート層２は、前記基板１上に形成されている。アンダーコート層２上には、例えばチャネル領域、ソース領域、ドレイン領域が形成されたポリシリコンからなる半導体層３と、例えばテトラエチルオルソシリケート（ＴＥＯＳ）などを用いて形成されるゲート絶縁膜４と、例えばＭｏＷなどからなるゲート電極５とがこの順序で形成され、トップゲート型の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を構成している。この例では、これらＴＦＴは画素スイッチ、出力スイッチ、素子制御回路に利用されている。前記ゲート絶縁膜４上には、ゲート電極５と同一の工程で形成可能な走査信号線（図示せず）がさらに形成されている。 For example, an undercoat layer 2 in which a SiN x layer and a SiO x layer are sequentially laminated is formed on the substrate 1. On the undercoat layer 2, for example, a semiconductor layer 3 made of polysilicon in which a channel region, a source region, and a drain region are formed, a gate insulating film 4 formed using, for example, tetraethyl orthosilicate (TEOS), and the like, For example, a gate electrode 5 made of MoW or the like is formed in this order to constitute a top gate type thin film transistor (TFT). In this example, these TFTs are used for pixel switches, output switches, and element control circuits. A scanning signal line (not shown) that can be formed in the same process as the gate electrode 5 is further formed on the gate insulating film 4.

例えばプラズマＣＶＤ法などにより成膜されたＳｉＯxなどからなる層間絶縁膜６は、前記ゲート電極５を含むゲート絶縁膜４上に形成されている。ソース・ドレイン電極７，８は、層間絶縁膜６上に形成され、その層間絶縁膜６に設けられたコンタクトホールを通して前記ＴＦＴのソース領域、ドレイン領域にそれぞれ接続されている。ソース・ドレイン電極７，８は、例えば、Ｍｏ／Ａｌ／Ｍｏの三層構造を有する。また、ソース・ドレイン電極７，８と同一の工程で形成可能な映像信号線（図示せず）は層間絶縁膜６上形成されている。例えばＳｉＮxなどからなるパッシベーション膜９は、前記ソース・ドレイン電極７，８を含む層間絶縁膜６上に形成されている。 For example, an interlayer insulating film 6 made of SiO x or the like formed by a plasma CVD method or the like is formed on the gate insulating film 4 including the gate electrode 5. The source / drain electrodes 7 and 8 are formed on the interlayer insulating film 6 and connected to the source region and drain region of the TFT through contact holes provided in the interlayer insulating film 6, respectively. The source / drain electrodes 7 and 8 have, for example, a three-layer structure of Mo / Al / Mo. Further, video signal lines (not shown) that can be formed in the same process as the source / drain electrodes 7 and 8 are formed on the interlayer insulating film 6. For example, a passivation film 9 made of SiN x or the like is formed on the interlayer insulating film 6 including the source / drain electrodes 7 and 8.

光取り出し手段としての３次元回折素子１０は、前記パッシベーション膜９上に設けられている。この３次元回折素子１０は、図１および図２の（Ａ），（Ｂ）に示すように例えばＳｉＮのような透明無機材料から作られる第１層１１と、この第１層１１に積層され、この材料と異なるレジストやポリイミド等の有機絶縁材料から作られる第２層１２の２層構造をなし、下記数３の式（１）のフーリエ級数で表される誘電率変調の断面構造（例えば格子状）を有する   A three-dimensional diffractive element 10 as light extraction means is provided on the passivation film 9. The three-dimensional diffraction element 10 is laminated on a first layer 11 made of a transparent inorganic material such as SiN, for example, as shown in FIGS. 1 and 2A and 2B. A two-layer structure of the second layer 12 made of an organic insulating material such as resist or polyimide different from this material, and a cross-sectional structure of dielectric constant modulation represented by the Fourier series of the following formula (1) (3) (for example, (Lattice)

Figure 2006107743
Figure 2006107743

ただし、Δε(z)は位置zにおける誘電率変化、
Δεqはq次の項の振幅、
Ｋは２π／Λ（Λは周期）、
ｚは水平方向位置（図２の矢印方向）、
を示す。 Where Δε (z) is the change in dielectric constant at position z,
Δεq is the amplitude of the q-order term,
K is 2π / Λ (Λ is the period),
z is the horizontal position (the arrow direction in FIG. 2),
Indicates.

光を指向性をもたせて例えば光透過性絶縁層（透明基板１）から取り出すためには、一次光のみ、または一次光が強くなるような形状にした方が有利である。すなわち、前記式（１）の関係においてq＝１の振幅をΔε1を、ｑ＞１の他の次数の振幅をΔεqとすると、Δε1＞Δεqにすることが必要である。   For example, in order to extract light from a light-transmitting insulating layer (transparent substrate 1) with directivity, it is advantageous to form only the primary light or a shape that makes the primary light strong. That is, if the amplitude of q = 1 is Δε1 and the amplitude of other orders of q> 1 is Δεq in the relationship of the equation (1), it is necessary to satisfy Δε1> Δεq.

前記３次元回折素子１０は、閉じ込め光に対しては十分動作し、取り出される光に対しては作用しないことが望ましい。取り出し光に対する効率は、波長をλ、第１層１１の屈折率をｎ1、第２層１２の屈性率をｎ1とすると、図２の（Ｂ）に示す屈折率周期構造深さ（ｈ）はｈ＝λ／２（ｎ1−ｎ2）のときに最大になる。ｎ1＝２．０，ｎ2＝１．５のとき、λ＝５００ｎｍとすると、ｈ＝１２５ｎｍとなる。一方、閉じ込め光の染み出しは１００ｎｍ以下である場合が多いため、ｈ＜１２５ｎｍにすることが望ましい。   It is desirable that the three-dimensional diffraction element 10 operates sufficiently for confined light and does not act on extracted light. The efficiency with respect to the extracted light is the refractive index periodic structure depth (h) shown in FIG. 2B, where the wavelength is λ, the refractive index of the first layer 11 is n1, and the refractive index of the second layer 12 is n1. Becomes maximum when h = λ / 2 (n1−n2). When n1 = 2.0 and n2 = 1.5, if λ = 500 nm, h = 125 nm. On the other hand, since the leakage of confined light is often 100 nm or less, it is desirable that h <125 nm.

前記パッシベーション膜９および３次元回折素子１０には、前記ドレイン電極８に連通するスルーホールが開口されている。複数の光透過性の前面電極１３は、前記微粒子分散有機樹脂層１０上に互いに離間して並置されている。この例において、前面電極１３は陽極であり、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）のような透明導電性酸化物などからなる。前面電極１３は前記スルーホールを通して前記ドレイン電極８に電気的に接続されている。   In the passivation film 9 and the three-dimensional diffraction element 10, a through hole communicating with the drain electrode 8 is opened. The plurality of light-transmitting front electrodes 13 are juxtaposed on the fine particle dispersed organic resin layer 10 so as to be separated from each other. In this example, the front electrode 13 is an anode, and is made of, for example, a transparent conductive oxide such as ITO (Indium Tin Oxide). The front electrode 13 is electrically connected to the drain electrode 8 through the through hole.

隔壁絶縁層１４は、前記前面電極１３を含む前記３次元回折素子１０上に設けられている。この隔壁絶縁層１４には、貫通孔１５が前面電極１３に対応して設けられている。前記隔壁絶縁層１４は、例えば有機絶縁層であり、フォトリソグラフィ技術を用いて形成することができる。   The partition insulating layer 14 is provided on the three-dimensional diffraction element 10 including the front electrode 13. A through hole 15 is provided in the partition insulating layer 14 corresponding to the front electrode 13. The partition insulating layer 14 is an organic insulating layer, for example, and can be formed using a photolithography technique.

発光層１６ａを含む有機物層１６は、前記隔壁絶縁層１４の貫通孔１５内に露出した前面電極１３上に設けられている。発光層１６ａは、例えば発光色が赤色、緑色または青色のルミネセンス性有機化合物を含んだ薄膜である。この有機物層１６は、発光層１６ａ以外の層をさらに含むことができる。例えば、有機物層１６は前面電極１３から発光層１６ａへの正孔の注入を媒介する役割を果たすバッファ層１６ｂをさらに含むことができる。また、有機物層１６は正孔輸送層、正孔ブロッキング層、電子輸送層、電子注入層などもさらに含むことができる。   The organic material layer 16 including the light emitting layer 16 a is provided on the front electrode 13 exposed in the through hole 15 of the partition insulating layer 14. The light emitting layer 16a is a thin film containing a luminescent organic compound whose emission color is red, green or blue, for example. The organic layer 16 can further include layers other than the light emitting layer 16a. For example, the organic material layer 16 may further include a buffer layer 16b that serves to mediate hole injection from the front electrode 13 to the light emitting layer 16a. The organic layer 16 may further include a hole transport layer, a hole blocking layer, an electron transport layer, an electron injection layer, and the like.

光反射性の背面電極１７は、前記隔壁絶縁層１４および有機物層１６上に設けられている。この例において、前記背面電極１７は各画素共通に連続して設けられた陰極である。背面電極１７は、パッシベーション膜９、３次元回折素子１０および隔壁絶縁層１４に設けられたコンタクトホール（図示せず）を通して映像信号線Ｘと同一の層上に形成された電極配線に電気的に接続されている。これら前面電極１３、有機物層１６および背面電極１７により有機ＥＬ素子１８をそれぞれ構成している。   The light-reflecting back electrode 17 is provided on the partition insulating layer 14 and the organic layer 16. In this example, the back electrode 17 is a cathode provided continuously in common with each pixel. The back electrode 17 is electrically connected to an electrode wiring formed on the same layer as the video signal line X through a contact hole (not shown) provided in the passivation film 9, the three-dimensional diffraction element 10 and the partition insulating layer 14. It is connected. These front electrode 13, organic layer 16 and back electrode 17 constitute an organic EL element 18, respectively.

自発光素子および自発光素子に対応して配置される画素スイッチを少なくとも含む画素をマトリクス状に配置してなる自発光表示装置において、前記表示装置の表示面側または背面側に配置される光取り出し手段を設ける。なお、図１に示す有機ＥＬ表示装置は通常、背面電極１７と対向した封止基板（図示せず）と、その背面電極１７との対向面周縁に沿って設けられたシール層（図示せず）とをさらに備えており、それにより背面電極１７と封止基板との間に密閉された空間を形成している。この空間は、例えばＡｒガスなどの希ガスやＮ2ガスのような不活性ガスで満たされる。また、この有機ＥＬ表示装置は透明基板１の外側、すなわち前面側、に拡散手段として光散乱層１９をさらに備えている。 In a self-luminous display device in which pixels including at least a pixel switch arranged corresponding to the self-luminous element and the self-luminous element are arranged in a matrix, light extraction arranged on the display surface side or the back surface side of the display device Means are provided. The organic EL display device shown in FIG. 1 usually has a sealing substrate (not shown) facing the back electrode 17 and a seal layer (not shown) provided along the periphery of the facing surface of the back electrode 17. ), Thereby forming a sealed space between the back electrode 17 and the sealing substrate. This space is filled with a rare gas such as Ar gas or an inert gas such as N 2 gas. The organic EL display device further includes a light scattering layer 19 as a diffusing means on the outer side of the transparent substrate 1, that is, on the front side.

以上説明した本発明の第１実施形態によれば、発光層１６ａから放出する光が有機物層１６を出射してから光透過性絶縁層（例えば透明基板１）に至るまでの光路上に前記式（１）で表される特定の誘電率変調の断面構造を有する３次元回折素子１０を配置することによって、発光効率の高い有機ＥＬ表示装置を実現できる。   According to the first embodiment of the present invention described above, the above-described equation is provided on the optical path from the time when the light emitted from the light emitting layer 16a is emitted from the organic material layer 16 to the light transmissive insulating layer (for example, the transparent substrate 1). By disposing the three-dimensional diffractive element 10 having a specific dielectric constant modulation sectional structure represented by (1), an organic EL display device with high luminous efficiency can be realized.

すなわち、有機ＥＬ表示装置の発光効率には有機ＥＬ素子１８自体の光取り出し効率だけでなく、他の要因も大きく作用している。例え、有機ＥＬ素子１８自体から高い効率で光を取り出すことができたとしても、有機ＥＬ素子１８に対して前面側に配置される光透過性絶縁層（透明基板１）から高い効率で光を取り出すことができない限り、有機ＥＬ表示装置の発光効率を十分には高められない。   In other words, not only the light extraction efficiency of the organic EL element 18 itself but also other factors greatly affect the light emission efficiency of the organic EL display device. For example, even if light can be extracted from the organic EL element 18 with high efficiency, light can be emitted with high efficiency from the light-transmitting insulating layer (transparent substrate 1) disposed on the front side of the organic EL element 18. Unless it can be taken out, the light emission efficiency of the organic EL display device cannot be sufficiently increased.

換言すれば、有機ＥＬ表示装置の発光効率を十分に高めるためには、光透過性絶縁層に入射した光が光透過性絶縁層と外界（典型的には空気）との界面で全反射されるのを十分に抑制することが必要である。つまり、光を伝播する第１導波層（ここでは、有機物層１６および前面電極１３）から第２導波層（ここでは光透過性絶縁層）へ入射した光が第２導波層の光出射面界面での全反射を抑制することが重要である。   In other words, in order to sufficiently increase the light emission efficiency of the organic EL display device, light incident on the light transmissive insulating layer is totally reflected at the interface between the light transmissive insulating layer and the outside (typically air). It is necessary to sufficiently suppress That is, the light that has entered the second waveguide layer (here, the light-transmissive insulating layer) from the first waveguide layer (here, the organic material layer 16 and the front electrode 13) that propagates light is the light of the second waveguide layer. It is important to suppress total reflection at the exit surface interface.

本発明者らの調査によれば、光透過性絶縁層に入射した光が光透過性絶縁層と外界との界面で全反射されるのを十分に抑制するためには、光透過性絶縁層に入射させる光を光透過性絶縁層と外界との臨界角度以内であり且つ指向性が極めて高くなければならないことが分かっている。具体的には、十分な視野角を実現するために光散乱層の使用が必要となるほどまで光の指向性を高めなければならない。   According to the investigation by the present inventors, in order to sufficiently suppress the light incident on the light transmissive insulating layer from being totally reflected at the interface between the light transmissive insulating layer and the outside world, the light transmissive insulating layer is used. It has been found that the light incident on the light must be within a critical angle between the light-transmitting insulating layer and the outside and must have a very high directivity. Specifically, the directivity of light must be increased to the extent that the use of a light scattering layer is necessary to achieve a sufficient viewing angle.

このようなことから、前記第１導波層と第２導波層の界面、すなわち前面電極１３とパッシベーション膜９の間に前記式（１）で表される特定の誘電率変調の断面構造を有する３次元回折素子１０を配置することによって、光透過性絶縁層に入射される光を３次元回折素子１０で回折し、結果として光透過性絶縁層への嗜好性の高い光入射を可能にし、光取り出し効率を向上できる。したがって、発光効率の高い有機ＥＬ表示装置を実現できる。   Therefore, a specific dielectric constant modulation cross-sectional structure represented by the above formula (1) is provided between the first waveguide layer and the second waveguide layer, that is, between the front electrode 13 and the passivation film 9. By disposing the three-dimensional diffractive element 10, the light incident on the light-transmissive insulating layer is diffracted by the three-dimensional diffractive element 10, and as a result, light having a high preference can be incident on the light-transmissive insulating layer. The light extraction efficiency can be improved. Therefore, an organic EL display device with high luminous efficiency can be realized.

特に、前記３次元回折素子１０において発光層１６ａから出射される光の波長をλ、第１層１１の屈折率をｎ1、第２層１２の屈性率をｎ1、図２の（Ｂ）に示す屈折率周期構造深さをｈとしたとき、ｈ＝λ／２（ｎ1−ｎ2）に関係式からｈ＜１２５ｎｍにすることによって、より一層発光効率の高い有機ＥＬ表示装置を得ることができる。   In particular, in the three-dimensional diffraction element 10, the wavelength of light emitted from the light emitting layer 16a is λ, the refractive index of the first layer 11 is n1, the refractive index of the second layer 12 is n1, and FIG. When the refractive index periodic structure depth shown is h, by setting h <125 nm from the relational expression of h = λ / 2 (n1−n2), an organic EL display device with higher luminous efficiency can be obtained. .

事実、３次元回折素子をＳｉＮ(屈折率２．０)により作られる第１層と樹脂(屈折率１．５)により作られる第２層とから構成し、周期構造深さｈ１００ｎｍ，周期（Λ）を３５０ｎｍとし，断面形状を1次光が強くなるよう矩形とすることによって、より一層発光効率の高い有機ＥＬ表示装置を得ることができた。   In fact, the three-dimensional diffractive element is composed of a first layer made of SiN (refractive index 2.0) and a second layer made of resin (refractive index 1.5), and has a periodic structure depth h100 nm and a period (Λ ) Is 350 nm, and the cross-sectional shape is rectangular so that the primary light becomes strong. Thus, an organic EL display device with even higher luminous efficiency can be obtained.

また、本発明によれば、上記の通り透明基板１を出射する光の指向性は著しく高くなる。この光の指向性は、有機ＥＬ表示装置の用途などに応じ、光散乱層１９によって自由に変化させることが可能である。例えば、有機ＥＬ表示装置を携帯電話などの携帯機器で使用する場合、有機ＥＬ表示装置に広視野角は要求されず、明るい表示或いは低消費電力が要求される。したがって、このような用途については、光散乱能の低い光散乱層１９を使用してもよい。また、有機ＥＬ表示装置を固定機器の表示装置として利用する場合、有機ＥＬ表示装置には広視野角が要求される。したがって、このような用途については、光散乱能の高い光散乱層１９を使用してもよい。   Moreover, according to the present invention, the directivity of the light emitted from the transparent substrate 1 is remarkably increased as described above. The directivity of light can be freely changed by the light scattering layer 19 according to the use of the organic EL display device or the like. For example, when the organic EL display device is used in a portable device such as a mobile phone, the organic EL display device is not required to have a wide viewing angle, and is required to have a bright display or low power consumption. Therefore, for such applications, the light scattering layer 19 having a low light scattering ability may be used. Further, when the organic EL display device is used as a display device for a fixed device, the organic EL display device is required to have a wide viewing angle. Therefore, for such applications, the light scattering layer 19 having a high light scattering ability may be used.

このように、或る方向に指向性をもった光を取出し、光散乱層１９により指向性を用途に応じて調整することにより、取り出した光をより有効に活用することができ、発光効率を向上させることが可能となる。   Thus, by extracting light having directivity in a certain direction and adjusting the directivity according to the application by the light scattering layer 19, the extracted light can be used more effectively, and the luminous efficiency can be improved. It becomes possible to improve.

なお、拡散手段として光散乱層１９を利用したが、拡散手段には他の構造を採用してもよい。例えば、透明基板の表面を荒らし、これを光散乱面として利用してもよい。さらに、拡散手段は、光散乱を利用しないものであってもよい。例えば、拡散手段として、光散乱層の代わりに、複数の拡散レンズを配列してなるレンズアレイを使用してもよい。   Although the light scattering layer 19 is used as the diffusing means, other structures may be adopted for the diffusing means. For example, the surface of the transparent substrate may be roughened and used as a light scattering surface. Further, the diffusing means may not use light scattering. For example, as a diffusing unit, a lens array formed by arranging a plurality of diffusing lenses may be used instead of the light scattering layer.

（第２実施形態）
図３は、この第２実施形態に係るアクティブマトリクス型駆動方式を採用した下面発光型の有機ＥＬ表示装置に示す断面図、図４は図３の要部断面図である。なお、図３では有機ＥＬ表示装置をその表示面、すなわち前面が下方を向き、背面が上方を向くように描いている。また、図３において前述した図１と同様な部材は同符号を付した説明を省略する。 (Second Embodiment)
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a bottom emission type organic EL display device adopting the active matrix drive system according to the second embodiment, and FIG. 4 is a cross-sectional view of the main part of FIG. In FIG. 3, the organic EL display device is drawn such that its display surface, that is, the front surface faces downward and the back surface faces upward. Also, in FIG. 3, the same members as those in FIG.

この有機ＥＬ表示装置は、図３に示すようにパッシベーション膜９上に例えば樹脂材料からなる平坦化層２０が形成され、この平坦化層２０上に例えば樹脂材料からなる波形層２１が形成され、さらにこの波形層２１上に前面電極１３、発光層を含む有機物層１６および背面電極１７からなり、その波形層２１表面に転写された所望の周期で波状を屈曲した有機ＥＬ素子１８が形成されている。この波状をなす有機ＥＬ素子１８は、図４に示すように周期Ｌ（波の山間または谷間）が５〜８μｍ、山谷間の高低差ΔＨが１〜２μｍであることが好ましい。   In this organic EL display device, as shown in FIG. 3, a planarizing layer 20 made of, for example, a resin material is formed on the passivation film 9, and a corrugated layer 21 made of, for example, a resin material is formed on the planarizing layer 20, Further, an organic EL element 18 which is composed of a front electrode 13, an organic material layer 16 including a light emitting layer, and a back electrode 17 on the corrugated layer 21 and is bent on the corrugated layer 21 surface with a desired period is formed. Yes. As shown in FIG. 4, the organic EL element 18 having a wave shape preferably has a period L (between peaks or valleys) of 5 to 8 μm and a height difference ΔH between peaks and valleys of 1 to 2 μm.

なお、前記波形層２１は例えば感光性樹脂層を写真蝕刻法により凹凸を形成した後、熱処理して表面をリフローすることにより形成することが可能である。   The corrugated layer 21 can be formed, for example, by forming irregularities on the photosensitive resin layer by photolithography and then reflowing the surface by heat treatment.

以上説明した本発明の第２実施形態によれば、前面電極１３、発光層を含む有機物層１６および背面電極１７からなる有機ＥＬ素子１８を波形状にすることによって、発光効率の高い有機ＥＬ表示装置を実現できる。   According to the second embodiment of the present invention described above, an organic EL display with high luminous efficiency is obtained by forming the organic EL element 18 including the front electrode 13, the organic material layer 16 including the light emitting layer, and the back electrode 17 into a wave shape. A device can be realized.

すなわち、有機ＥＬ表示装置の発光効率には有機ＥＬ素子１８自体の光取り出し効率だけでなく、他の要因も大きく作用している。例え、有機ＥＬ素子１８自体から高い効率で光を取り出すことができたとしても、有機ＥＬ素子１８に対して前面側に配置される光透過性絶縁層（透明基板１）から高い効率で光を取り出すことができない限り、有機ＥＬ表示装置の発光効率を十分には高められない。   In other words, not only the light extraction efficiency of the organic EL element 18 itself but also other factors greatly affect the light emission efficiency of the organic EL display device. For example, even if light can be extracted from the organic EL element 18 with high efficiency, light can be emitted with high efficiency from the light-transmitting insulating layer (transparent substrate 1) disposed on the front side of the organic EL element 18. Unless it can be taken out, the light emission efficiency of the organic EL display device cannot be sufficiently increased.

換言すれば、有機ＥＬ表示装置の発光効率を十分に高めるためには、光透過性絶縁層に入射した光が光透過性絶縁層と外界（典型的には空気）との界面で全反射されるのを十分に抑制することが必要である。つまり、光を伝播する第１導波層（ここでは、有機物層１６および前面電極１３）から第２導波層（ここでは光透過性絶縁層；透明基板１）へ入射した光が第２導波層の光出射面界面での全反射を抑制することが重要である。   In other words, in order to sufficiently increase the light emission efficiency of the organic EL display device, light incident on the light transmissive insulating layer is totally reflected at the interface between the light transmissive insulating layer and the outside (typically air). It is necessary to sufficiently suppress That is, light incident on the second waveguide layer (here, the light-transmissive insulating layer; transparent substrate 1) from the first waveguide layer (here, the organic material layer 16 and the front electrode 13) that propagates the light is second guided. It is important to suppress total reflection at the light exit surface interface of the wave layer.

本発明者らの調査によれば、光透過性絶縁層に入射した光が光透過性絶縁層と外界との界面で全反射されるのを十分に抑制するためには、光透過性絶縁層に入射させる光を光透過性絶縁層と外界との臨界角度以内であり且つ指向性が極めて高くなければならないことが分かっている。具体的には、十分な視野角を実現するために光散乱層の使用が必要となるほどまで光の指向性を高めなければならない。   According to the investigation by the present inventors, in order to sufficiently suppress the light incident on the light transmissive insulating layer from being totally reflected at the interface between the light transmissive insulating layer and the outside world, the light transmissive insulating layer is used. It has been found that the light incident on the light must be within a critical angle between the light-transmitting insulating layer and the outside and must have a very high directivity. Specifically, the directivity of light must be increased to the extent that the use of a light scattering layer is necessary to achieve a sufficient viewing angle.

このようなことから、前記第１導波層を含む有機ＥＬ素子１８自体を波状にすることによって、その有機物層1６の発光層で放射された光を第２導波層の界面、すなわち前面電極１３と波形層２１の界面で全反射されずに屈折させて、波形層２１の下方、つまり光透過性絶縁層に入射させることができるため、結果として光透過性絶縁層への嗜好性の高い光入射を可能にし、光取り出し効率を向上できる。したがって、発光効率の高い有機ＥＬ表示装置を実現できる。   For this reason, by making the organic EL element 18 itself including the first waveguide layer into a wave shape, the light emitted from the light emitting layer of the organic material layer 16 is transmitted to the interface of the second waveguide layer, that is, the front electrode. 13 and the corrugated layer 21 can be refracted without being totally reflected and enter the corrugated layer 21 below, that is, the light transmissive insulating layer. As a result, the light transmissive insulating layer has high preference. Light can be incident and light extraction efficiency can be improved. Therefore, an organic EL display device with high luminous efficiency can be realized.

特に、有機ＥＬ素子１８において図４に示すように周期Ｌ（波の山間または谷間）を５〜８μｍ、山谷間の高低差ΔＨを１〜２μｍにすることによって、より一層発光効率の高い有機ＥＬ表示装置を得ることができる。   In particular, in the organic EL element 18, as shown in FIG. 4, by setting the period L (mountain or valley of waves) to 5 to 8 μm and the height difference ΔH between the peaks and valleys to 1 to 2 μm, the organic EL having higher luminous efficiency. A display device can be obtained.

本発明の第１実施形態に係る有機ＥＬ表示装置を概略的に示す断面図。1 is a cross-sectional view schematically showing an organic EL display device according to a first embodiment of the present invention. 図１の３次元回折素子を示す図。The figure which shows the three-dimensional diffraction element of FIG. 本発明の第２実施形態に係る有機ＥＬ表示装置を概略的に示す断面図。Sectional drawing which shows schematically the organic electroluminescence display which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 図３の有機ＥＬ表示装置の要部断面図。FIG. 4 is a cross-sectional view of a main part of the organic EL display device in FIG. 3.

符号の説明Explanation of symbols

１…透明基板（光透過性絶縁層）、５…ゲート電極、６…層間絶縁膜、９…パッシベーション膜、１０…３次元回折素子、１１…第1層、１２…第2層、１３…前面電極、１４…隔壁絶縁層、１６有機物層、１６ａ…発光層、１８…有機ＥＬ素子、２１…波形層。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Transparent substrate (light transmissive insulating layer), 5 ... Gate electrode, 6 ... Interlayer insulating film, 9 ... Passivation film, 10 ... Three-dimensional diffraction element, 11 ... 1st layer, 12 ... 2nd layer, 13 ... Front Electrode, 14 ... partition insulating layer, 16 organic layer, 16a ... light emitting layer, 18 ... organic EL element, 21 ... corrugated layer.

Claims (4)

光透過性絶縁層；
前記光透過性絶縁層に対して背面側に配置された背面電極と、前記光透過性絶縁層と前記背面電極との間に介在した光透過性の前面電極と、前記前面電極と前記背面電極との間に介在するとともに発光層を含んだ有機物層とを備えた有機エレクトロルミネッセンス素子；および
前記発光層が放出する光が前記有機物層を出射してから前記光透過性絶縁層に至るまでの光路上に配置された２層構造の３次元回折素子；
を具備し、
前記３次元回折素子は、下記数１の式（１）で表される誘電率変調の断面構造を有し、かつ式（１）のｑ＝１の振幅をΔε1、ｑ＞１の他の次数の振幅をΔεqすると、Δε1＞Δεqであることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス表示装置。
Figure 2006107743
 ただし、Δε(z)は位置zにおける誘電率変化、
Δεqはq次の項の振幅、
Ｋは２π／Λ（Λは周期）、
ｚは水平方向位置、
を示す。 A light transmissive insulating layer;
A back electrode disposed on the back side with respect to the light transmissive insulating layer; a light transmissive front electrode interposed between the light transmissive insulating layer and the back electrode; the front electrode and the back electrode; An organic electroluminescence device including an organic material layer including a light emitting layer and a light emitted from the light emitting layer from the organic material layer to the light-transmissive insulating layer A two-dimensional three-dimensional diffraction element disposed on the optical path;
Comprising
The three-dimensional diffractive element has a cross-sectional structure of dielectric constant modulation expressed by the following equation (1), and the amplitude of q = 1 in equation (1) is Δε1, and other orders of q> 1 The organic electroluminescence display device is characterized in that Δε1> Δεq where Δεq is the amplitude of.
Figure 2006107743
 Where Δε (z) is the change in dielectric constant at position z,
Δεq is the amplitude of the q-order term,
K is 2π / Λ (Λ is the period),
z is the horizontal position,
Indicates. 前記３次元回折素子の屈折率周期構造深さ（ｈ）は、光の波長をλ、その回折格子の第１層材料の屈折率をｎ1、第２層材料の屈折率をｎ2としたとき、
ｈ＜λ／２（ｎ1−ｎ2)
の関係を満たすことを特徴とする請求項１記載の有機エレクトロルミネッセンス表示装置。 The refractive index periodic structure depth (h) of the three-dimensional diffractive element is that when the wavelength of light is λ, the refractive index of the first layer material of the diffraction grating is n1, and the refractive index of the second layer material is n2.
h <λ / 2 (n1-n2)
The organic electroluminescence display device according to claim 1, wherein the relationship is satisfied. 光透過性絶縁層；および
前記光透過性絶縁層に対して背面側に配置された背面電極と、前記光透過性絶縁層と前記背面電極との間に介在した光透過性の前面電極と、前記前面電極と前記背面電極との間に介在するとともに発光層を含んだ有機物層と備えた有機エレクトロルミネッセンス素子；
を具備し、
前記有機エレクトロルミネッセンス素子は、所望の周期で波状に屈曲されていることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス表示装置。 A light transmissive insulating layer; and a back electrode disposed on the back side with respect to the light transmissive insulating layer; a light transmissive front electrode interposed between the light transmissive insulating layer and the back electrode; An organic electroluminescence device comprising an organic layer interposed between the front electrode and the back electrode and including a light emitting layer;
Comprising
The organic electroluminescence display device, wherein the organic electroluminescence element is bent in a wave shape with a desired period. 前記有機エレクトロルミネッセンス素子は、周期が５〜８μｍ、山谷間の高低差ΔＨが１〜２μｍであることを特徴とする請求項３記載の有機エレクトロルミネッセンス表示装置。   4. The organic electroluminescence display device according to claim 3, wherein the organic electroluminescence element has a period of 5 to 8 [mu] m and a height difference [Delta] H between peaks and valleys of 1 to 2 [mu] m.
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