JP4183427B2

JP4183427B2 - エレクトロルミネッセンス素子

Info

Publication number: JP4183427B2
Application number: JP2002065048A
Authority: JP
Inventors: 弘毅石田
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2002-03-11
Filing date: 2002-03-11
Publication date: 2008-11-19
Anticipated expiration: 2022-03-11
Also published as: JP2003264059A

Description

【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（以下ＥＬ）素子に係り、特に、その光の取り出し構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、情報機器の多様化に伴い、一般に使用されているＣＲＴ（陰極線管）に比べて、消費電力が少ない平面表示素子に対する要求が高まっている。平面表示素子の一つとして、高効率・薄型・軽量・低視野角依存性等の特徴を有するＥＬ素子が注目され、このＥＬ素子を用いたディスプレイの開発が活発に行われている。
ＥＬ素子は蛍光性化合物に電場を加えることで発光する自己発光型の素子であり、硫化亜鉛などの無機化合物を発光層として用いた無機ＥＬ素子と、ジアミン類などの有機化合物を発光層として用いた有機ＥＬ素子とに大別される。
なかでも有機ＥＬ素子はカラー化が容易で、無機ＥＬ素子よりはるかに低電圧の直流電流で動作するなどの利点から、近年特に携帯端末の表示装置などへの応用が期待されている。
【０００３】
有機ＥＬ素子は、ホール注入電極から発光層に向けてホール（正孔）を注入するとともに電子注入電極から発光層に向けて電子を注入し、注入されたホールと電子が再結合せしめられることにより発光中心を構成する有機分子を励起しこの励起された有機分子が基底状態に戻るときに、蛍光を発するように構成されている。
従って、有機ＥＬ素子は発光層を構成する蛍光物質を選択することにより発光色を変化させることができるので、マルチカラー、フルカラー等の表示装置への応用に対する期待が高まっている。
近年、有機ＥＬディスプレイにおいて、図８に示すように、素子形成面側すなわち、基板１とは反対側に光を取り出すいわゆるトップエミッション構造が提案されている。この構造では、ガラス基板１表面に形成された非晶質シリコン薄膜層２内に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）からなるスイッチング回路素子を形成するとともに、この上層に形成された平坦化膜３としての酸化シリコン膜を隔壁として区画された画素領域内に、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）層などからなる第１の電極４と、発光物質層５と、発光物質層５上に形成された、弗化リチウム層とアルミニウム層との２層構造体からなる第２の電極層６と、この上層に光ＣＶＤ法により形成された膜厚１ミクロンの酸化シリコン膜からなる保護膜（図示せず）と、封止層７とで構成されている。この構造では、基板上に形成される薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）などの駆動回路部２の配置に影響されることなく、発光面積を大きくとることができるという利点がある。
【０００４】
このトップエミッション構造を実現するためには、出射面側である基板と対向する面側に形成される陰極の特性が重要となる。そこでこの電子注入陰極として、０.２〜２ｎｍの弗化リチウム（ＬｉＦ）層からなる内層と０.２〜４．０ｎｍのアルミニウム層とからなる外層との２層構造の電極構造を用いる（特開２００１−５２８７８号）などの方法により実現できるようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら通常は基板側にはＴＦＴなどの駆動回路が形成されており、各画素間は図８に示すように平坦化膜３で覆われていることが多い。
【０００６】
このような平坦化膜の部分での発光の取り出しは不可能であり、平坦化膜部分は非発光領域となっており、光量の増大には限界があった。
【０００７】
上記問題は、トップエミッション構造において特に深刻であるが、基板側に光を取り出す構造の有機ＥＬディスプレイの場合にも各画素間を利用して配線層を走行させたりするなどして非発光領域となっている領域もあった。
【０００８】
本発明は前記実情に鑑みてなされたもので、発光部から発光せしめられた光を効率よく取り出し、光量の増大を図り、発光効率のＥＬ素子を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
そこで本発明では、基板表面に、陽極と陰極との間に発光物質層を挟持してなる発光部を配設するとともに、前記発光部に対応して、前記発光部上に配設されたマイクロレンズを有する封止層を有し、前記発光部からの光が前記マイクロレンズを介して取り出されるように構成したことを特徴とする。
【００１０】
かかる構成によれば、発光部からの光をマイクロレンズを介して取り出すようにしているため、光を非発光部にまで拡大することができ、発光効率を増大することができる。従って光量の増大をはかることができ、隙間のない高密度の表示デバイスを形成することが可能となる。
【００１１】
望ましくは、前記封止層は、前記発光部上に貼着されたガラス基板で構成されており、前記ガラス基板表面からイオン移入によって所定の深さに形成された屈折率勾配を有するレンズ層を具備してなることを特徴とする。
【００１２】
かかる構成によれば、封止層にレンズを一体形成しているため、部品点数もすくなく、位置決めも容易で高効率のＥＬ素子を得ることが可能となる。
【００１３】
望ましくは、前記封止層は、隔壁で囲まれた各画素の中央に前記マイクロレンズの光軸が位置するように配置されていることを特徴とする。
【００１４】
かかる構成によれば、マイクロレンズの光軸が各画素の中央に位置するように構成されているため、効率よく光の取り出しをはかることが可能となる。
【００１５】
望ましくは、前記封止層表面は、前記発光部の配設位置に対応して開口を有する遮光膜で被覆されていることを特徴とする。
【００１６】
かかる構成によれば、画素の区切りを確実にすることができる。
【００１７】
望ましくは、前記遮光膜は、Ｔｉ薄膜からなり、前記レンズ層形成のためのマスク層であることを特徴とする。
【００１８】
かかる構成によれば、Ｔｉ薄膜を形成し、これをマスクとしてイオン移入等の方法により屈折率勾配層を形成し、レンズ層を形成しているため、マスク層と遮光膜との位置あわせも不要であり、高効率で信頼性の高いＥＬ素子を生産性よく形成することが可能となる。
【００１９】
望ましくは、前記封止層表面に積層されたカラーフィルタ層を具備したことを特徴とする。
【００２０】
かかる構成によれば、フィルタ層が封止層に一体的に形成されているため、薄型化をはかることができまた、生産性の向上を図ることが可能となる。
【００２１】
望ましくは、前記カラーフィルタ層は、前記マスク層の開口にインクジェット法により充填されてなることを特徴とする。
【００２２】
かかる構成によれば、マスク層の開口である凹部にカラーフィルタ層を充填することにより、色ずれもなく極めて高精度の実装が可能となる。
【００２３】
望ましくは、前記基板は、発光部の形成された面に対向する側の面に、前記基板表面からイオン移入によって所定の深さに形成された屈折率勾配を有するレンズ層を具備してなることを特徴とする。
【００２４】
かかる構成によれば、あらかじめ基板にマイクロレンズを構成するレンズ層を形成しておくようにし、このレンズ層の形成された面とは対向面側に発光部を形成するようにすればよく、小型でかつ信頼性の高いＥＬ素子を生産性よく形成することが可能となる。基板側に光を取り出す構造の場合、ＴＦＴなどの駆動回路は外付けにするなど、ガラス基板上に積層されることは少ないが、各画素間の配線などに画素間領域が用いられるような場合には、この部分では非発光領域となるが、マイクロレンズによって画素領域の拡大をはかることができる。
【００２５】
また望ましくは、前記基板は、発光部の形成された面に対向する側の面に、前記発光部の配設位置に対応して開口を有する遮光膜で被覆されていることを特徴とする。
【００２６】
望ましくは、前記遮光膜は、Ｔｉ薄膜からなり、前記レンズ層形成のためのマスク層であることを特徴とする。
【００２７】
望ましくは、前記封止層表面に積層されたカラーフィルタ層を具備したことを特徴とする。
【００２８】
望ましくは、前記カラーフィルタ層は、前記マスク層の開口にインクジェット法により充填されてなること特徴とする。
【００２９】
望ましくは、前記発光物質層は、有機物質層であることを特徴とする。
【００３０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の有機ＥＬ素子の製造方法の一実施形態を図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００３１】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の有機ＥＬ素子の構成を示す断面図であり、図２（ａ）乃至（ｃ）はその製造工程を示す断面図、図３乃至図５はマイクロレンズの製造工程を示す図である。
【００３２】
本発明の有機ＥＬ素子は、図１に示すように、ガラス基板１表面に形成された非晶質シリコン薄膜層２内に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）からなるスイッチング回路素子を形成するとともに、この上層に形成された平坦化膜としての酸化シリコン膜３を隔壁として区画された画素領域内に、膜厚８０ｎｍの酸化インジウム錫（ＩＴＯ）層からなる第１の電極４と、発光物質層５と、発光層５上に形成された、膜厚２ｎｍの弗化リチウム層と膜厚４０ｎｍのアルミニウム層との２層構造体からなる第２の電極層６と、この上層に光ＣＶＤ法により形成された膜厚１ミクロンの酸化シリコン膜からなる保護膜（図示せず）と、この上層に形成された厚さ７００μｍのガラスからなり、上面に各画素に対応してマイクロレンズを構成するレンズ層８を備えた封止層７とで構成されている。発光物質層５は、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色に塗り分けられている。この封止層７表面はレンズ層８に対応して開口が形成されているが、この開口間の領域はＴｉ薄膜からなる遮光膜９で被覆されている。この遮光膜９で囲まれた開口は凹部を構成しており、発光物質層５として白色の光を発光する層を用いる場合には、この凹部内に赤色フィルタ層、緑色フィルタ層、青色フィルタが形成される。ここで画素ピッチは１０６μｍ、画素数は６４０×４８０である。
【００３３】
白色光を発光する発光物質層は、例えば膜厚２０ｎｍの芳香族ジアミンからなるホール輸送層と、膜厚３ｎｍのトリアゾール誘導体からなるホールブロック層と、膜厚２０ｎｍのアルミニウムキノリノール錯体からなる緑色発光層と、膜厚２０ｎｍのアルミニウムキノリノール錯体にナイルレッドをドープしてなる赤色発光層とで構成されている。
【００３４】
かかる構成によれば、マイクロレンズが封止層に一体的に形成されており、各画素に対応してマイクロレンズが形成されているため、平坦化膜３によって形成された隔壁によって規定された各画素の発光領域は、拡大されて効率よく封止層側にとりだすことができる。ここでは白色光を発光する発光物質層５を用い、カラーフィルタを設けた素子の例について説明する。
【００３５】
次に、この有機ＥＬ素子の製造工程について説明する。
【００３６】
まず図２（ａ）に示すように、薄膜トランジスタを形成したガラス基板１を、通常の真空蒸着装置に装着し、真空度を１０^-4Ｐａ以下にし、抵抗加熱ボートを用いた真空蒸着法によって、メタルマスクを用いて、ガラス基板１の表面に、膜厚８０ｎｍの酸化インジウム錫（ＩＴＯ）層からなる第１の電極４を形成する。そしてこの後平坦化膜３としての酸化シリコン膜を形成する。
【００３７】
続いて、図３（ｂ）に示すように、真空を破ることなく蒸発源を切り換えるとともに、所望のメタルマスクを装着し、膜厚２０ｎｍの芳香族ジアミンからなるホール輸送層と、膜厚３ｎｍのトリアゾール誘導体からなるホールブロック層と、膜厚２０ｎｍのアルミニウムキノリノール錯体からなる緑色発光層と、膜厚２０ｎｍのアルミニウムキノリノール錯体にナイルレッドをドープしてなる赤色発光層とを順次積層する。
【００３８】
こののち、図２（ｃ）に示すように、さらに真空を破ることなく蒸発源を切り換えるとともに、所望のメタルマスクを装着し、膜厚２ｎｍの弗化リチウム層６ａと膜厚４０ｎｍのアルミニウム層６ｂとの２層構造体からなる第２の電極層６を形成する。
【００３９】
そして、このように第２の電極層６までの各層の形成されたガラス基板を、例えば光ＣＶＤ装置を用いて波長１７２ｎｍの紫外線Ｌを照射し、毎分１０ｃｃで（ＣＨ₃）₃ＳｉＯＳｉ（ＣＨ₃）₃を原料ガスを供給し、膜厚１μｍの酸化シリコン膜からなる保護膜（図示せず）を形成し、有機ＥＬ素子が形成される。
【００４０】
続いて、封止層の形成方法について説明する。
【００４１】
まず、厚さ７００μｍのＢ−２７０と指称されるショット社製のガラス基板７を用意し、図３（ａ）および（ｂ）に示すように、開口径９０μｍの開口Ｏが２次元的に配列された厚さ５０μｍ、幅１６μｍのチタン薄膜９を貼着する。ここで開口Ｏの最小間隔は１６μｍとする。
【００４２】
そして、図４に装置の断面図を示すように、このガラス基板７を底部にセットした小容器２００に６００℃の亜鉛、カリウムあるいはタリウムの混合硝酸溶融塩２０を充填するとともに、この小容器２００を、さらにカリウムあるいはタリウムの混合硝酸溶融塩２０を充填した大容器１００に浸漬し、この大容器１００内に浸漬した陽極１０３と、小容器１００内に浸漬した陰極１０４との間に７Ｖの電圧を印加することにより、溶融塩中のカリウムイオンをガラス中に拡散させる。
【００４３】
このようにして８時間程度浸漬することにより、図５（ａ）および（ｂ）に示すように、開口径９０μｍの開口Ｏ内に屈折率勾配を有する層からなる半球状のレンズ層８が形成される。この屈折率勾配は半球の表面上の中心がもっとも高屈折率となっている。
【００４４】
そしてこのチタン薄膜９をそのまま遮光膜として残したまま、図６に示すようにインクジェット法により各色のインクジェットヘッド１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂからフィルタ層１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂを順次形成し、硬化させることにより、カラーフィルタ層およびマイクロレンズを備えた封止層７が形成される。
【００４５】
この封止層７を図３（ｄ）の工程で形成された有機ＥＬ素子の画素の中心に封止層７の光軸がくるようにガラス基板１上に位置あわせをし、接着する。
【００４６】
このようにして、効率よく、マイクロレンズアレイを備えた封止層で封止された有機ＥＬ素子が形成される。
【００４７】
この有機ＥＬ素子によれば、マイクロレンズで発光層からの光を拡大し、非発光部からも発光しているかのようにみせることができ、表示領域を大きくすることができる。またマイクロレンズアレイおよびカラーフィルタ層が封止層に一体化されており、位置ずれもなく、極めて薄型で高効率の表示装置を形成することが可能となる。
【００４８】
なお前記第１の実施の形態では保護膜として酸化シリコン膜を形成したが、また酸化シリコン膜のみならず窒化シリコン膜との２層膜を形成するようにしてもよい。この場合、Ｎ₂ガスやＮＨ₃ガスの供給により簡単に行なうことができるが、第１層の酸化シリコン膜を形成する際には大パワーの光照射を行ない、窒化シリコン膜の形成に際しては小パワーに切りかえ、光照射をしながら保護膜を形成するようにすれば、より発光物質層と電極層との界面の不純物が除去され、高効率の有機ＥＬ素子が形成される。
【００４９】
このように本発明の第１の実施の形態によれば、基板と対向する面側すなわち表面側から光を取り出す構造であるトップエミッション構造の有機ＥＬ素子に付いて説明したが、基板側から光を取り出す場合にも適用可能であることは言うまでもない。
【００５０】
なお、カラーフィルタを一体的に形成したが、別に形成して封止層上に貼着するようにしてもよいことはいうまでもない。
【００５１】
また、レンズ層の形成に用いたマスクとしてのチタン薄膜をそのまま遮光膜として用いたが、これに限定されることなくマスクをポリイミドなどの樹脂膜で構成してもよい。この場合は遮光膜を別に形成する必要がある。また、カラーフィルタ層の形成にポリイミドなどのバンプを形成し、これを隔壁としてカラー層を色分けするようにしてもよい。このバンプはチタン薄膜と同一パターン形状をなすように16μｍ程度の幅となるように形成してもよい。
【００５２】
（第２の実施の形態）
すなわち、この有機ＥＬ素子は、図７に示すように、基板側から光を取り出す構造の素子であり、第１の実施の形態において図３乃至図５に示す工程で形成されたレンズ層８と、カラーフィルタ層１０Ｒ〜１０Ｂと、遮光膜９とが形成されたガラス基板７の裏面側すなわち、レンズ層形成面の反対側の面に、前記第１の実施の形態と同様にして、図２（ａ）乃至（ｄ）に示したのと同様の方法で、ガラス基板７の裏面側に順次第２の電極１６、発光物質層１５、第１の電極１４を順次積層してなるものである。
【００５３】
この構造では、基板側に光を取り出す構造であるため、ＴＦＴなどの駆動回路は表示領域の外側に形成するかまたは外付けによって形成する。
【００５４】
他の部分については前記第１の実施の形態と同様に形成される。
【００５５】
かかる構成によれば、発光部を構成する支持基板にレンズ層およびカラーフィルタ層を一体形成しているため、より薄型化をはかることが可能となる。
【００５６】
さらにまた、前記第１および第２の実施の形態では有機ＥＬ素子について説明したが、発光物質層を無機物質層で形成した無機ＥＬ素子にも適用可能である。
【００５７】
なお前記第１および第２の実施の形態では、レンズ層を封止膜内に形成したが別体で形成して貼着するようにしてもよい。
【００５８】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明によれば、封止膜に、マイクロレンズを配設するようにしているため、非発光部からも光を取り出すことができ、隙間のない高密度の表示領域を有する表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の有機ＥＬ素子を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態の有機ＥＬ素子の製造工程を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態の有機ＥＬ素子で用いられる封止層の製造工程を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態の有機ＥＬ素子で用いられる封止層の製造工程を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態の有機ＥＬ素子で用いられる封止層の製造工程を示す図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態の有機ＥＬ素子で用いられる封止層の製造工程を示す図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態の有機ＥＬ素子を示す図である。
【図８】従来例の有機ＥＬ素子を示す図である。
【符号の説明】
１有機ＥＬ素子
２基板
３第１の電極
４発光物質層
５第２の電極
６保護膜

Claims

基板表面に、陽極と陰極との間に発光物質層を挟持してなる発光部を配設するとともに、前記発光部に対応して、前記発光部上に配設されたマイクロレンズを有する封止層を有し、該封止層には、イオン移入によって所定の深さに形成された屈折率勾配を有するレンズ層が形成され、前記発光部からの光が前記レンズ層を介して取り出されるように構成したエレクトロルミネッセンス素子であって、
前記封止層表面は、前記発光部の配設位置に対応して開口を有する遮光膜で被覆され、該遮光膜は、前記レンズ層形成のためのマスク層であり、
前記遮光膜の開口内にカラーフィルタが充填されてなることを特徴とするエレクトロルミネッセンス素子。
基板表面に、陽極と陰極との間に発光物質層を挟持してなる発光部を配設するとともに、前記基板の発光部の形成された面の対向面側に、前記基板表面からイオン移入によって所定の深さに形成された屈折率勾配を有するレンズ層を具備したエレクトロルミネッセンス素子であって、
前記基板は、発光部の形成された面の対向面側に、前記発光部の配設位置に対応して開口を有する遮光膜で被覆され、前記遮光膜は、前記レンズ層形成のためのマスク層であり、
前記遮光膜の開口内にカラーフィルタが充填されてなることを特徴とするエレクトロルミネッセンス素子。
前記遮光膜は、Ｔｉ薄膜からなることを特徴とする請求項１乃至２のいずれかに記載のエレクトロルミネッセンス素子。