JP4853605B2 - 有機ｅｌディスプレイ - Google Patents

Description

本発明は、有機ＥＬディスプレイに関するものである。

最近、次世代フラットディスプレイとして注目を浴びている有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）ディスプレイは、携帯電話を初めとする小形モバイル機器に装着され、常用化されている。
モバイル機器に使用される有機ＥＬディスプレイは、長寿命と低電力消費を要求されるが、現在使用されている有機ＥＬディスプレイは、このような条件を満たしていない。

有機ＥＬディスプレイが長寿命と低電力消耗を備えられない理由の一つは、高屈折率の基板を使用するためである。即ち、高屈折率基板の使用によって生成された光は、基板の内部で殆ど全反射し、一部分のみが放出されるためである。一般に、ガラス基板での内部全反射、及び導波路効果による光の損失は約８０％に至る。
したがって、このような光の損失を減らせば、少ない電力消費でディスプレイの明るさを向上させられる。低電力でもディスプレイの明るさが向上すれば、モバイル機器で電池の使用時間を増やせるばかりでなく、有機ＥＬディスプレイの寿命を延長させられる。

そこで、従来は、内部全反射及び導波路効果による光の損失を減らし、光の効率を増加させるための方法として、基板の表面を荒くする方法、基板の表面に凸凹を有するパターンを形成させる方法、ミリメートルサイズの半円レンズを使用する方法などが使用されていた。

しかしながら、かかる方法は、光の放射パターンを変化させ、ディスプレイされるイメージが鮮明ではなく、工程が複雑になるという問題があった。
本発明は、従来技術の問題点を解決するために、発光効率を向上させ、ディスプレイされるイメージが鮮明な有機ＥＬディスプレイを提供することをその目的とする。

上記目的を達成するための本発明による有機ＥＬディスプレイは、透明基板と、透明基板上に形成される第１電極と、第１電極上に形成される有機発光層と、有機発光層上に形成される第２電極と、透明基板の下部に形成され、表面に２次元グレーティングパターンを有するフィルムと含み、
該フィルムは、光の速度に対する第１の屈折率を有する材料からなり、前記透明基板は、光の速度に対する第２の屈折率を有する材料からなり、そして、光の全反射量を減少させるように、前記第１屈折率は、前記第２屈折率よりも小さくなっており、
前記２次元グレーティングパターンは、前記フィルムのベース部分から外側に伸び、マトリックス形態に配置された複数の突起物を含み、
前記複数の突起物の隣接する突起物間の間隔周期は、対応する光の半波長以下であることを特徴とする。

ここで、２次元グレーティングパターンの周期は２００ｎｍ以下であり、２次元グレーティングパターンは、多数個の突起物で構成される。

また、各突起物は、六面体であってもよく、その突起物は、マトリックス形態に互いに同一間隔で配列される。

そして、フィルムは、熱または紫外線に対して強化された高分子物質であり、光透過率が８５％以上である。

本発明によれば、シリコンモールドを使用して２次元グレーティングパターンを有するフィルムを簡単に安価で製作することができる。
また、製作されたフィルムをガラス基板に取り付けることで、有機ＥＬディスプレイの発光効率を増加させ、鮮明なイメージをディスプレイできる効果を得られる。

以下、本発明の好ましい一実施形態による構成及び作用を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。

本発明の概念は、図１のような２次元グレーティングパターンを有するフィルムを使用して有機ＥＬディスプレイを製作することで、ディスプレイの発光効率を向上させることにある。
図１は、本発明による有機ＥＬディスプレイに取り付けられる２次元グレーティングパターンを有するフィルムを示す図面である。
本発明で使用されるフィルムは、その表面に２次元グレーティングパターンが形成されている。２次元グレーティングパターンとは、屈折率の異なる物質が２次元上で一定の周期を有して配列されていることをいう。ここで、グレーティングパターンの一周期は、光の半波長より短い周期を有する。

グレーティングパターンの一周期は、青色の波長を約４００ｎｍとする時、約２００ｎｍ以下の周期である。光の半波長より短い周期を有する２次元グレーティングパターンは、光を回折せず、０次モードで光を透過させ、有効屈折率が減少するので、光の反射を減少させ、ディスプレイの発光効率を増加させる。

また、図１に示すように、２次元グレーティングパターンは多数個の突起物で構成され、各突起物は六面体で形成されることが好ましい。場合によって、前記突起物は多面体、半球形、円形などから形成されてもよい。
そして、前記突起物はマトリックス形態で、かつ互いに同一間隔で配列される。
このような２次元グレーティングパターンを有するフィルムは、熱または紫外線により硬化する高分子物質などを使用することが良く、光透過率が８５％以上の物質が好ましい。

図２は、本発明による有機ＥＬディスプレイを示す図面であって、その製作過程は次の通りである。

まず、透明基板１上に第１電極２を形成する。第１電極２は陽極でＩＴＯ（Indium Tin Oxide）を使用する。そして、第１電極２上に有機発光層３を形成する。
ここで、有機発光層は、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層などで構成され、場合によって正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層、電子注入層のうち少なくともある一層は省略することができる。

一般に、正孔注入層（ＨＩＬ：hole injecting layer）は、主にＣｕＰｃ（Copper Phthalocyanine）を約１０−３０ｎｍの厚さで形成する。そして、正孔輸送層（ＨＴＬ：hole transport layer）は、Ｎ，Ｎ′−diphenyl−Ｎ，Ｎ′−bis（３−methylphenyl）−（１−１′−biphenyl）−４、４′−diamine（ＴＰＤ）、または、４、４′−bis[Ｎ−（１−naphthyl）−Ｎ−phenyｌ−amino]biphenyl（ＮＰＤ）を約３０−６０ｎｍ程度、形成する。

次いで、発光層は、必要に応じて不純物が添加することができる。緑色発光層としては、Alq３（tris（８−hydroxy−quinolate）aluminum）を約３０−６０ｎｍ程度、形成し、不純物はクマリン６（coumarin６）、またはＱｄ（Quinacridone）を主に使用する。

次に、電子輸送層（ＥＴＬ：electron transport layer）は、場合によって省略可能であり、電子注入層（ＥＩＬ：electron injecting layer）は、ＬｉＦやＬｉ₂Ｏを約５オングストロ−ム程度、薄く覆うか、あるいはＬｉ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｓｒなど、アルカリ金属、またはアルカリ土類金属を約２００オングストローム以下に形成する。

このように形成された有機発光層３上に第２電極４を形成する。第２電極４は陰極で伝導性に優れた金属を使用する。そして、ガラス基板１の下部に２次元グレーティングパターンを有するフィルム５を取り付ける。もし、ガラス基板１の下部にグレーティングパターンを有するフィルム５がなければ、有機発光層３から発生する光の一部がガラス基板１を通りつつ、ガラス基板１と空気の界面で全反射する。

光の全反射は、光がガラス基板１に入る角度によって決定され、これはまたガラス１の屈折率によって決定される。屈折率が大きいほど全反射する光の量が増加するので、ガラス基板１上にガラスの屈折率より小さい材料のフィルムを取り付けると、全反射する光の量が減少する。

また、このフィルム５の表面に光の半波長より短い周期を有する２次元グレーティングパターンを形成すると、グレーティングパターンが形成されたフィルム５の屈折率がグレーティングパターンのないフィルムより小さくなり、全反射する光の量をさらに減少させる。
それに、グレーティングパターンの周期が光の半波長より短いため、光は回折せずに０次に進行し、波面の歪が起こらないので、イメージの歪やくもり（blur）現象が生じない。

図３（Ａ）乃至図３（Ｅ）は、図１のフィルム製作のためのモールドの製作過程を示す図面である。
まず、モールドの材質は、シリコンばかりでなく、石英（Quartz）、ＧａＡｓ、Ｇｅなども可能であり、電鋳鍍金によって製作されたニッケルなどの金属も使用される。

まず、図３（Ａ）のようにシリコン基板５１に窒化シリコン膜５２をＰＥＣＶＤ方法などで形成する。そして、図３（Ｂ）のように、窒化シリコン膜５２上に感光剤５３をスピンコーティング方法などで形成する。ここで、感光剤５３は、電子ビームリソグラフィ、またはＸ−線リソグラフィなどを使用する場合には、その工程に適した感光剤を使用する。

次に、図３（Ｃ）のように、感光剤５３に光、または電子ビームを照射及び現像して、２次元グレーティングパターンを形成する。
例えば、光学リソグラフィ、或いはＸ−線リソグラフィの場合、マスクを使用してグレーティングパターンを形成し、電子ビームリソグラフィの場合は、マスクを使用せず直接にグレーティングパターンを形成する、
そして、レーザ干渉リソグラフィの場合は、分離されたレーザ光が再び結合される過程で形成される干渉パターンを用いて、グレーティングパターンを形成する。

次いで、図３（Ｄ）のように、感光剤５３をマスクにして窒化シリコン膜５２をエッチングする。そして、図３（Ｅ）のように、窒化シリコン膜５３をマスクにしてシリコン基板５１の一部を除去した後、残っている窒化シリコン膜５３を除去して、シリコンモールドを完成する。このような半導体工程を用いて、シリコンばかりでなく、Ｑｕａｒｔｚなど他の材質のモールドなども製作可能である。
モールドの耐久性向上のために、金属でモールドを製作することでき、金属の場合は周知の電鋳鍍金方式を用いる。

図４（Ａ）乃至図４（Ｃ）は、図１のフィルム製作過程を示す図面である。図４（Ａ）に示すように、図３（Ｅ）に示すシリコンモールド上にフィルム材料５４を注入する。ここで、フィルム材料は、熱あるいは紫外線により硬化する高分子物質であり、光透過率が８５％以上の物質を使用する。

そして、図４（Ｂ）に示すように、フィルム材料上にガラス基板などの堅い板を使用して圧力を加え押した状態で、熱を加えるか、或いは紫外線を照射して、高分子材料をシリコンモールドに付着させる。ここで、フィルムの厚さは圧力及び硬化条件によって決定され、フィルムの厚さを均一にするために、圧力を加える板とモールドとの平行がうまく維持されなければならない。ここで、使用するフィルムは、光透過性に優れたものが好ましい。

最後に、図４（Ｃ）に示すように、フィルムをシリコンモールドから分離すると、２次元グレーティングパターンを有するフィルムが完成する。

このように製作されたフィルムは、有機ＥＬディスプレイのガラス基板の下部に取り付けられる。ここで、フィルムに形成されるグレーティングパターンは、シリコンモールドに形成されたパターンに対して反対のパターンを有する。

そして、モールドのパターンを転写する方式として、上記方法の外にも高分子フィルムに薄い金属モールドを重ねた後、ローラーの間を通過させ、ローラーで押圧する方式などもある。

本発明による有機ＥＬディスプレイに取り付けられる２次元グレーティングパターンを有するフィルムを示す図面である。 本発明による有機ＥＬディスプレイを示す図面である。 （Ａ）〜（Ｅ）は、図１のフィルムを製作するための、モールドの製作過程を示す図面である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、図１のフィルムの製作過程を示す図面である。

符号の説明

１：透明基板 ２：第１電極 ３：有機発光層 ４：第２電極 ５：フィルム
５１：シリコン基板 ５２：窒化シリコン膜 ５３：感光剤

Claims (8)

1. 透明基板と、
   前記透明基板上に形成される第１電極と、
   前記第１電極上に形成される有機発光層と、
   前記有機発光層上に形成される第２電極と、
   前記透明基板の下部に形成され、表面に２次元グレーティングパターンを有するフィルムとを含み、
   該フィルムは、光の速度に対する第１の屈折率を有する材料からなり、前記透明基板は、光の速度に対する第２の屈折率を有する材料からなり、そして、光の全反射量を減少させるように、前記第１屈折率は、前記第２屈折率よりも小さくなっており、
   前記２次元グレーティングパターンは、前記フィルムのベース部分から外側に伸び、マトリックス形態に配置された複数の突起物を含み、
   前記複数の突起物の隣接する突起物間の間隔周期は、対応する光の半波長以下であることを特徴とする有機ＥＬディスプレイ。
2. 前記２次元グレーティングパターンの周期は、２００ｎｍ以下である請求項１記載の有機ＥＬディスプレイ。
3. 前記各突起物は、多面体、半球形、円形のうち何れかである請求項１記載の有機ＥＬディスプレイ。
4. 前記突起物は、互いに同一間隔で配列される請求項１記載の有機ＥＬディスプレイ。
5. 前記フィルムは、熱または紫外線により硬化可能な高分子であり、光透過率が８５％以上である請求項１記載の有機ＥＬディスプレイ。
6. 前記フィルムは、前記２次元グレーティングパターンと反対のパターンを有するモールドによって製作される請求項１記載の有機ＥＬディスプレイ。
7. 前記モールドは、半導体工程を通じて製作されるか、あるいは電鋳鍍金方式を用いて製作される請求項６記載の有機ＥＬディスプレイ。
8. 前記モールドは、シリコン、石英、ガリウム砒素、ゲルマニウム、ニッケルのうち、何れかからなる請求項６記載の有機ＥＬディスプレイ。

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