WO2011016126A1 - 表示装置 - Google Patents

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WO2011016126A1
WO2011016126A1 PCT/JP2009/063968 JP2009063968W WO2011016126A1 WO 2011016126 A1 WO2011016126 A1 WO 2011016126A1 JP 2009063968 W JP2009063968 W JP 2009063968W WO 2011016126 A1 WO2011016126 A1 WO 2011016126A1
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WO
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protective layer
organic
layer
display device
microlens
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PCT/JP2009/063968
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French (fr)
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坂口　清文
靖 岩倉
永山　耕平
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キヤノン株式会社
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Publication date
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Definitions

  • the present invention relates to a display device using an organic EL (Electroluminesent) element, and more particularly to a display device using an organic EL element capable of enhancing the utilization efficiency of light.
  • organic EL Electrode
  • Organic compound layers such as an electrode of an organic EL element, a light emitting layer, and a hole transporting layer are liable to be corroded or oxidized due to a reaction with moisture and oxygen in the air. Such corrosion and oxidation cause the unluminous part called dark spots to grow remarkably and cause the characteristic deterioration of the organic EL element with time. Here, the cause of the dark spot will be described.
  • the surface of the organic EL element is covered with a protective layer in order to block the contact of moisture and oxygen in the air with the organic compound layer.
  • particles such as etching residues and dust generated in the manufacturing process may cause pinholes in part of the protective layer. Then, oxygen and moisture enter the inside of the device from this pinhole and generate a dark spot. In order to prevent such ingress of oxygen and moisture, it is only necessary to thicken the protective layer and sufficiently cover the particles.
  • the material of the protective layer is an inorganic material such as SiN, there is a problem that the tact time of manufacturing is increased to form a film by CVD or the like, and the cost is increased.
  • a configuration is also conceived in which the particles are sufficiently covered with a resin layer that requires only simple film formation such as coating, and then a protective layer made of a dense inorganic material is formed on the resin layer.
  • a protective layer having a laminated structure including a silicon nitride oxide (SiON) layer / an organic material layer / a silicon nitride oxide (SiON) layer is formed on the upper electrode of the organic EL element. Sealing technology is disclosed.
  • Patent Document 2 discloses a configuration in which a microlens array made of a resin is disposed on a silicon oxynitride (SiNxOy) film for sealing an organic EL element to improve light extraction efficiency.
  • the microlens array made of resin is disposed on the laminated structure as the protective layer, the microlens itself is exposed to the external atmosphere. Therefore, moisture in the atmosphere easily penetrates into the micro lens, causing a change in the refractive index and the shape due to swelling, and the lens function is degraded.
  • a configuration may be considered in which the outermost protective film made of an inorganic material such as SiN is formed on the surface of the microlens, but in that case, the protective layer consisting of three layers and the microlens are constructed.
  • the resin layer is combined to form as many as five layers, resulting in an increase in cost.
  • the number of layer interfaces constituting the reflective interface increases, and the emission light confined inside the device increases. As a result, the light extraction efficiency is degraded, and the advantage of providing the microlens is reduced.
  • An object of the present invention is to provide a display device using an organic EL element which can reduce the generation of dark spots, has high light extraction efficiency, and can be manufactured at low cost.
  • the display device is a display device in which a plurality of organic EL elements each having a pair of electrodes and an organic compound layer including a light emitting layer sandwiched between the pair of electrodes and formed on a substrate, A protective layer formed on an organic EL element, the protective layer comprising: a first protective layer made of an inorganic material; and a second protective made of a resin material formed on the first protective layer Layer and a third protective layer made of an inorganic material formed on the second protective layer, and the second protective layer collects at least a part of the light emitted from the light emitting layer. It is characterized in that a light emitting micro lens is formed.
  • the configuration of the present invention described above it is possible to sufficiently cover particles such as etching residues and dust with the second protective layer made of a resin material which can be easily thickened, and the light utilization efficiency by the action of the micro lens Can be enhanced. Furthermore, since the third protective layer made of an inorganic material is formed on the surface of the microlens, the temporal change of the microlens can be suppressed, and the light extraction efficiency can be stably improved. Furthermore, since the total number can be reduced since the second protective layer made of a resin material and the resin layer constituting the micro lens are combined, the production cost can be reduced.
  • FIG. 1 is a partial cross-sectional view showing a display device according to an embodiment of the present invention.
  • the present display device is a top emission type display device in which light is extracted upward in FIG. 1 from the upper surface of the organic EL element formed on the substrate.
  • the display device of the present invention comprises a substrate 10 and a plurality of pixels which are formed in a matrix on the substrate 10 and which constitute a display area.
  • the pixel means a region corresponding to one light emitting element.
  • an organic EL element as a light emitting element is formed in each of the plurality of pixels, and a pixel separation layer 12 for separating the pixels is provided between the organic EL elements.
  • each of the organic EL elements is an organic compound layer 13 (hereinafter referred to as an organic EL layer) including a light emitting layer and an anode electrode 11 and a cathode electrode 14 which are a pair of electrodes and a light emitting layer interposed therebetween. Is equipped.
  • the anode electrode 11 patterned for each pixel is formed on the substrate 10, the organic EL layer 13 is formed on the anode electrode 11, and the cathode electrode 14 is further formed on the organic EL layer 13. It is formed.
  • the anode electrode 11 is formed of, for example, a conductive metallic material having high reflectance such as Ag. Further, the anode electrode may be formed of a laminate of a layer made of such a metal material and a layer made of a transparent conductive material such as ITO (Indium-Tin-Oxide) excellent in hole injection characteristics.
  • the cathode electrode 14 is formed commonly to a plurality of organic EL elements, and has a semi-reflecting or light transmitting configuration that can extract light emitted from the light emitting layer to the outside of the element.
  • the cathode electrode 14 is made of a conductive metal material such as Ag or AgMg that is excellent in electron injection. And a layer having a thickness of 2 to 50 nm.
  • si-reflecting means the property of reflecting part of the light emitted inside the element and transmitting part of it, and means having a reflectance of 20 to 80% with respect to visible light.
  • light transmittance means what has the transmittance
  • the organic EL layer 13 is composed of a single layer or a plurality of layers including at least a light emitting layer.
  • the material which comprises the organic electroluminescent layer 13 can use a well-known material.
  • a pixel circuit is formed on the substrate 10 so that each organic EL element can be driven independently.
  • These pixel circuits are composed of a plurality of transistors (not shown).
  • the substrate 10 on which the transistor is formed is covered with an interlayer insulating film (not shown) in which a contact hole for electrically connecting the transistor and the anode electrode 11 is formed.
  • a planarizing film (not shown) is formed on the interlayer insulating film to absorb surface irregularities due to the pixel circuit and to flatten the surface.
  • a protective layer is formed on the cathode electrode 14 to protect the organic EL layer 13 from oxygen and moisture in the air.
  • the protective layer has a three-layer structure, and has a configuration of the first protective layer 15, the second protective layer 16, and the third protective layer 17 from the cathode electrode 14 side.
  • the first protective layer 15 is made of an inorganic material such as SiN or SiON, and has the function of protecting the organic EL layer 13 from moisture contained in the resin material constituting the second protective layer 16 stacked thereon. In addition, the first protective layer 15 can also have an action of relieving stress generated as the resin material is cured.
  • the film thickness is preferably 0.1 ⁇ m or more and 1.0 ⁇ m or less, and is preferably formed by a CVD method.
  • the second protective layer 16 is made of a transparent resin material having a low water content.
  • the water content is preferably 100 ppm or less.
  • a resin material a thermosetting resin, a photocurable resin, and a thermoplastic resin are preferable. Specific examples of these resins include epoxy resins, polyurethane curable resins, phenol resins, urea resins, melamine resins, alkyd resins, acrylic reaction resins, and formaldehyde resins.
  • silicone resins silicone resins, epoxy polyamide resins, mixtures of polyester resins and isocyanate prepolymers, mixtures of polyester polyols and polyisocyanates, mixtures of polyurethanes and polyisocyanates, etc., and vinyl chloride and vinyl acetate , Vinyl alcohol, maleic acid, acrylic acid, acrylic acid ester, vinylidene chloride, acrylonitrile, methacrylic acid, methacrylic acid ester, styrene, butadiene, ethylene, vinyl butyral, vinyl acetal, vinyl ether, etc.
  • a combination various rubber resin are mentioned.
  • a microlens is formed on the second protective layer 16.
  • the film thickness of the second protective layer 16 is not constant, it is preferable that the minimum film thickness, that is, the film thickness of the thinnest portion be 1 ⁇ m or more and 50 ⁇ m or less.
  • Such a second protective layer can be formed by a coating method, a printing method or the like.
  • the third protective layer 17 is made of an inorganic material such as SiN, and has the function of preventing the entry of oxygen and moisture from the outside into the inside of the organic EL element.
  • the film thickness is preferably 0.5 ⁇ m or more and 5.0 ⁇ m or less, and is preferably formed by a CVD method.
  • the microlenses 16 a are formed by processing the resin material that constitutes the second protective layer 16. Specifically, the microlens can be formed by a method such as embossing. Although it is preferable that one micro lens 16 a is formed for each pixel (that is, the same as each organic EL element), a plurality of micro lenses may be formed in one pixel, or one micro pixel may be formed in a plurality of pixels. You may form a lens.
  • the third protective layer 17 is formed to follow the shape of the microlens 16 a.
  • the light 18 emitted obliquely from the light emitting layer of the organic EL layer 13 is further inclined when emitted from the third protective layer 17. It turns out and emits (direction of 20).
  • the light 19 emitted from the third protective layer 17 has an emission angle of the substrate compared to the case where the microlens 16a is not provided. Approach vertically (direction 19). Therefore, compared to the case where the micro lens 16a is not provided, the light condensing effect in the vertical direction of the substrate is improved when the micro lens 16a is present. That is, as the display device, the use efficiency of light in the front direction can be enhanced.
  • the incident angle of the light 19 obliquely emitted from the light emitting layer with respect to the exit interface is close to perpendicular.
  • the amount of reflected light decreases.
  • the light extraction efficiency is also improved.
  • the light condensing characteristic depends on the light emitting area, the curvature of the micro lens, and the distance from the light emitting surface to the lens, and it is preferable to design the micro lens using these as a parameter.
  • the dependence of the light emission area and the light collection characteristic of light may be as follows. That is, light emitted right below the center of the microlens is easily condensed in the front direction, but light emitted immediately below the periphery of the microlens is not easily collected in the front direction.
  • FIG. 3 shows a change in the correlation between the radiation angle and the relative luminance when the lens radius of curvature R [ ⁇ m] of the microlens is different.
  • “flat” indicates the case where the microlens is not formed.
  • the micro lens used for measurement prepared four types of lenses having different curvature radii R (20, 30, 60, 100 [ ⁇ m]).
  • the pixel pitch is 31.5 ⁇ m
  • the maximum width of the microlens 16a is 31.5 ⁇ m
  • the width of the light emitting area is 16.5 ⁇ m.
  • the cathode electrode was formed of a mixture of indium oxide and zinc oxide, and had a refractive index of 1.9 and a film thickness of 0.05 ⁇ m.
  • the first protective layer was made of SiN, and had a refractive index of 1.83 and a film thickness of 0.18 ⁇ m.
  • the second protective layer was made of epoxy resin and had a refractive index of 1.54 and a minimum film thickness of 10 ⁇ m.
  • the third protective layer was made of SiN, and had a refractive index of 1.83 and a film thickness of 1 ⁇ m.
  • the relative luminance means the relative luminance when the luminance at the radiation angle of 0 [deg] in the configuration (the configuration shown in FIG. 2) in which the microlens 16a is not formed is 1.
  • the relative brightness is higher when the microlens 16a is formed than when the microlens 16a is not formed. Furthermore, even in the case where the micro lens 16a is formed, it is understood that the relative brightness is higher as the lens curvature radius R is smaller.
  • the relative luminance is higher when the micro lens 16a is not formed than when the micro lens 16a is formed. Furthermore, even in the case where the microlens 16a is formed, it can be seen that the relative brightness is higher as the lens radius of curvature R is larger. That is, it is understood that the light collection effect decreases as the lens radius of curvature R increases.
  • the boundary at which the correlation between the radiation angle and the relative luminance changes is described as the radiation angle of 30 [deg]
  • the radiation angle of the boundary changes according to the light emitting area and the distance from the light emitting surface to the lens.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing each manufacturing step of the display device of the present embodiment.
  • the process up to the formation of the cathode electrode 14 is a well-known manufacturing process, and thus the description thereof is omitted here.
  • the substrate 10 on which a plurality of top emission type organic EL elements are formed is prepared.
  • This organic EL element comprises an anode electrode 11, a pixel separation layer 12, an organic EL layer 13 and a cathode electrode 14 on a substrate 10 on which an active matrix pixel circuit is formed, with an interlayer insulating film and a planarization film interposed therebetween.
  • the first protective layer 15 is formed over the entire display area.
  • the first protective layer 15 is a member having a so-called sealing function for blocking contact of moisture contained in the resin material constituting the second protective layer formed thereon with the organic EL element. is there. Therefore, the first protective layer 15 is preferably a member having high light transmittance and excellent moisture resistance, and is preferably made of a silicon nitride film or a silicon oxynitride film.
  • the second protective layer 16 is formed on the entire surface of the display area on the first protective layer 15.
  • the second protective layer 16 is made of a resin material.
  • the film thickness of the second protective layer is about 10 ⁇ m to 100 ⁇ m so that dust such as etching residue can be sufficiently covered and the unevenness generated in the pixel separation film 12 can be flattened.
  • the resin material a thermosetting resin, a thermoplastic resin, or a photocurable resin having a low water content can be used.
  • a spin coating method, a dispensing method, or the like can be used as a film forming method.
  • a method of attaching a thermoplastic resin film having a thickness of about 10 ⁇ m to 100 ⁇ m on the first protective layer 15 under vacuum can also be used.
  • epoxy resin and butyl resin are suitably used.
  • a mold 21 for molding the microlens 16a is prepared, and the resin material mold 21 is pressed against the resin material so that air bubbles do not enter the resin material.
  • the mold 21 can be formed of a common metal, but when using a photocurable resin as the resin material, it is preferable to be formed of a quartz substrate because it is necessary to transmit light. Further, in order to enhance the releasability of the mold 21 from the resin material, a film of fluorine resin or the like may be formed on the surface of the mold 21.
  • the resin material When a thermosetting resin is used as the resin material, the resin material is cured by heating to 80 ° C. in a state where the apexes of the convex portions of the respective microlenses in the mold 21 substantially coincide with the centers of the corresponding pixels.
  • the curing temperature is preferably about 80 ° C., since the heat resistance temperature of the organic compound forming the general organic EL layer 13 is about 100 ° C.
  • the mold 21 is peeled off from the cured resin material.
  • the microlenses 16 a are formed on the surface of the second protective layer 16 corresponding to each pixel.
  • the concave portions 16 b formed between the adjacent microlenses are connected by a smooth curve (continuous curve).
  • a smooth curve continuous curve
  • the surface shape of the mold 21 be designed and processed so as not to cause such a problem and to be able to form a micro lens exhibiting a desired focusing characteristic.
  • the minimum film thickness of the second protective layer at the bottom of the recess 16b is , 1 ⁇ m or more.
  • the maximum thickness of the second protective layer at the bottom of the recess 16b is 50 ⁇ m or less in order to prevent light quantity attenuation due to absorption and leakage of light emitted from adjacent pixels.
  • the third protective layer 17 described above is formed on the entire surface of the display area on the cured second protective layer 16.
  • a member having high light transmittance and excellent moisture resistance is preferable, and a silicon nitride film and a silicon oxynitride film are preferable.
  • the first protective layer 15 and the third protective layer 17 may be the same material or different materials.
  • the first protective layer 15 and the third protective layer 17 are outside the display area where the organic EL element is formed, and the peripheral area where the organic EL element is not formed. And the second protective layer 16 is sandwiched therebetween. That is, the second protective layer 16 is sealed by the first protective layer 15 and the second protective layer 17.
  • the interlayer insulating film 51 formed under the planarizing film 52 on the substrate 10 and the first protective layer 15 are in direct contact with each other in the peripheral region, and the planarizing film 52 and the organic EL layer 13 are , And the pixel separation film (not shown). That is, the planarizing film 52, the organic EL layer 13, the cathode electrode 14, and the pixel separation film are sealed by the interlayer insulating film 51 and the first protective layer 15.
  • the interlayer insulating film 51 is made of an inorganic material such as silicon nitride or silicon oxynitride and is excellent in moisture resistance, so that moisture is prevented from entering the inside of the display region through the planarization film 52 or the pixel separation layer. it can.
  • the micro lens is any of the following i) to v). It can also be produced by a method. i) A method of heat treating a resin layer patterned by photolithography or the like and deforming the resin layer into a microlens shape by reflow. ii) A method of forming a micro lens by exposing the photocurable resin layer formed to a uniform thickness with light having a distribution in the in-plane direction and developing this resin layer.
  • iii) A method of processing the surface of a resin material formed to a uniform thickness into a microlens shape using an ion beam, an electron beam, a laser or the like.
  • iv) A method of forming a microlens in a self-aligning manner by dropping an appropriate amount of resin on each pixel.
  • v) A method of forming a microlens by preparing a resin sheet on which a microlens is formed in advance separately from the substrate on which the organic EL element is formed, aligning the both, and then bonding them.
  • the microlens in the present invention may be hemispherical or may be a bowl-shaped semi-cylindrical shape. In the case of a bowl-shaped semi-cylindrical shape, it has a light collecting function particularly in either the vertical or horizontal direction.
  • the semicylindrical end in the longitudinal direction may be hemispherical or the end face may be formed perpendicular to the substrate.
  • Example 1 A pixel circuit (not shown) is formed of a low temperature polysilicon TFT on a glass substrate, and an interlayer insulating film made of SiN and a planarizing film made of acrylic resin are formed in this order on it, as shown in FIG.
  • the substrate 10 shown in FIG. An ITO film / AlNd film was formed on the substrate 10 by sputtering to a thickness of 38 nm / 100 nm. Subsequently, the ITO film / AlNd film was patterned for each pixel to form an anode electrode 11.
  • Acrylic resin was spin-coated on this.
  • the pixel separation layer 12 was formed by patterning an acrylic resin by a lithography method so that an opening (this opening corresponds to a pixel) is formed in a portion where the anode electrode 11 is formed.
  • the pitch of each pixel is 30 ⁇ m, and the size of the exposed portion of the anode electrode 11 by the opening is 10 ⁇ m.
  • IPA isopropyl alcohol
  • the organic EL layer 13 was formed by vacuum evaporation.
  • a hole transport layer was formed in a thickness of 87 nm on all pixels.
  • the degree of vacuum at this time was 1 ⁇ 10 ⁇ 4 Pa, and the deposition rate was 0.2 nm / sec.
  • a red light emitting layer, a green light emitting layer, and a blue light emitting layer were formed to a thickness of 30 nm, 40 nm, and 25 nm, respectively.
  • bathophenanthroline (Bphen) was formed to a thickness of 10 nm by vacuum evaporation as an electron transport layer common to all the pixels.
  • the degree of vacuum at the time of deposition was 1 ⁇ 10 ⁇ 4 Pa, and the deposition rate was 0.2 nm / sec.
  • Bphen and Cs2CO3 were co-deposited (weight ratio 90:10) to form a common electron injection layer to a thickness of 40 nm.
  • the degree of vacuum at the time of deposition was 3 ⁇ 10 ⁇ 4 Pa, and the deposition rate was 0.2 nm / sec.
  • the substrate on which the organic EL layer 13 from the hole transport layer to the electron injection layer is formed is transferred to a sputtering apparatus without breaking the vacuum, and the cathode electrode 14 is made of ultrathin Ag and transparent electrode layer respectively.
  • the films were formed sequentially at a thickness of 10 nm and 50 nm. A mixture of indium oxide and zinc oxide was used as the material of the transparent electrode layer.
  • a first protective layer 15 made of silicon nitride was formed by plasma CVD using SiH 4 gas, N 2 gas, and H 2 gas.
  • a dispenser made by Musashi Engineering Co., Ltd. capable of precisely drawing a thermosetting resin material (epoxy resin) having a viscosity of 3000 mPa ⁇ s in a nitrogen atmosphere with a dew point temperature of 60 ° C. It applied using the product name SHOT MINI SL).
  • a mold 21 for molding the microlens 16a separately prepared was pressed against the surface of the resin material. At the time of pressing, positioning was performed by aligning the alignment mark formed on the mold 21 with the alignment mark formed on the substrate. As a result, the micro lens 16a was formed according to the pixel.
  • the mold 21 was formed with a recess in the form of a recess at the same pitch as the pixel pitch, and the surface of the recess was coated with a Teflon (registered trademark) resin as a release agent.
  • the shape of the depression, that is, the shape of the microlens 16a was formed with a curvature radius of 30 ⁇ m. Since the pitch is 30 ⁇ m, the height of the microlens array is about 4 ⁇ m.
  • the object is to flatten the surface with the resin material even if there is foreign matter or the like, so the minimum film thickness of the second protective film 16 (the film thickness at the thinnest portion) ) was 10 ⁇ m.
  • the resin material epoxy resin
  • the resin material epoxy resin
  • the mold 21 was released from the resin to form a micro lens 16a as shown in FIG. 4 (e).
  • a protective film (third protective layer 17) of an inorganic material made of silicon nitride is formed by plasma CVD using SiH 4 gas, N 2 gas, and H 2 gas. did.
  • the film thickness of the third protective film 17 was 1 ⁇ m, and the third protective film 17 was formed to cover the entire surface of the display region where the organic EL element was formed.
  • the luminance of the display device of the present invention manufactured in this manner was measured, the luminance was improved by about 1.6 times when viewed from the front as compared with the luminance of the display device in which the microlens was not formed.
  • the second protective layer 16 on which the microlenses are formed is completely surrounded by the first protective layer 15 and the third protective layer 17, water is absorbed by the resin even in a high temperature and high humidity environment. Since moisture permeation did not occur, the resin did not swell to change the light collecting property of the lens.
  • Example 2 The micro lens array was formed by the process shown in FIG. The process up to the formation of the first protective layer 15 is the same as that of the first embodiment, and thus the description thereof is omitted. The process from the formation of the second protective layer 16 will be described.
  • a dispenser capable of precisely drawing a thermosetting epoxy resin (second protective layer 16) having a viscosity of 3000 mPa ⁇ s in a nitrogen atmosphere with a dew point temperature of 60 ° C. manufactured by Musashi Engineering, product name: SHOT MINI SL
  • SHOT MINI SL a thickness of 10 ⁇ m
  • the epoxy resin was cured by heating for 15 minutes at a temperature of 100 ° C. in a vacuum environment.
  • the same resin 23 having a thickness of 4 ⁇ m was applied thereon (FIG. 6 (b)), and exposed by a photomask 24 from above (FIG. 6 (c)).
  • the exposure dose was set to have a two-dimensional distribution converted from the shape of the microlens 16a.
  • microlenses 16a having a desired shape were formed (FIG. 6 (d)).
  • the in-plane control of the exposure amount is performed by controlling the transmittance of the photomask 24 in the plane.
  • the resin was cured again by heating at a temperature of 100 ° C. for 15 minutes in a vacuum environment. This heat treatment also serves to smooth the surface of the microlens.
  • the minimum film thickness (the film thickness of the thinnest part) of the second protective layer 16 is 10 ⁇ m.
  • a protective film (third protective layer 17) of an inorganic material made of silicon nitride was formed by plasma CVD using SiH 4 gas, N 2 gas, and H 2 gas.
  • the film thickness of the third protective film 17 was 1 ⁇ m, and the third protective film 17 was formed to cover the entire surface of the display region where the organic EL element was formed (FIG. 6 (e)).
  • FIG. 7 is a front view of the display device of the present invention.
  • the outer shape of the micro lens 16a be formed to be circular when viewed from the front of the display device.
  • reference numeral 101 denotes an R (red light emission) pixel
  • 102 denotes a G (green light emission) pixel
  • 103 denotes a B (blue light emission) pixel.
  • Reference numeral 104 denotes an outer shape of the microlens 16a.
  • one microlens 16a is formed for each of the RGB pixels.
  • FIGS. 8A and 8B in the case of the stripe arrangement of the pixels, it is preferable to form the microlenses 16a in a bowl-shaped elongated shape so as to cover one sub-pixel.
  • FIG. 8 (a) is a front view of the display device of the present invention, and as shown in FIG. 8 (a), one microlens 16a is formed in each of RGB pixels.
  • FIG. 8 (b) is a perspective view of the display shown in FIG. 8 (a).
  • the first protective layer and the third protective layer are not shown.
  • the bowl-shaped microlens array shown in FIGS. 8A and 8B there is no light collecting effect in the vertical direction in FIG. 8A, and in the horizontal direction in FIG. 8A. It was only possible to obtain the light gathering effect to the front.
  • FIGS. 9 (a) and 9 (b) are modifications of the wedge-shaped microlenses shown in FIGS. 8 (a) and 8 (b).
  • the microlenses 16a have a bowl-like shape elongated in the vertical direction of the paper surface, and for a row of pixels aligned in the vertical direction in FIG. 9 (a).
  • a common microlens 16a was formed. Specifically, one elongated wedge-shaped microlens 16a was formed for each of the R pixel array, the G pixel array, and the blue pixel array.
  • the light collecting effect is the same as that of the micro lens in FIGS. 8A and 8B, there is no light collecting effect in the vertical direction in FIG. 9A, and only in the left and right direction in FIG. It was possible to obtain the light gathering effect to the front.
  • the RGB pixels in FIG. 7 may be in the shape of a bowl-shaped microlens which is elongated in the left-right direction of FIG. In this case, there is no light collecting effect in the left and right direction of FIG. 7, and the light collecting effect to the front can be obtained only in the vertical direction of FIG.

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Abstract

　有機ＥＬ素子の保護機能と光の利用効率を高められ、簡易な構成の表示装置を提供する。　有機ＥＬ素子が基板（１０）上に複数形成された表示装置において、有機ＥＬ素子の上に保護層を形成し、その保護層は、無機材料からなる第１の保護層（１５）と、樹脂からなり、マイクロレンズ（１６ａ）が形成された第２の保護層と、無機材料からなる第３の保護層（１７）とを有する。

Description

表示装置
　有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｅｎｔ）素子を用いた表示装置に関し、特に、光の利用効率を高めることが可能な有機ＥＬ素子を用いた表示装置に関するものである。
　有機ＥＬ素子の電極や、発光層、正孔輸送層等の有機化合物層は、空気中の水分や酸素との反応による腐食や酸化を生じ易い。このような腐食や酸化は、ダークスポットと呼ばれる未発光部を著しく成長させ、有機ＥＬ素子における経時的な特性劣化の原因となっている。ここで、ダークスポットの発生要因を説明する。
　通常、有機ＥＬ素子は、空気中の水分や酸素と有機化合物層との接触を遮断するために、その表面を保護層で覆っている。しかし、製造プロセスで発生するエッチング残渣やゴミ等のパーティクルにより、保護層の一部にピンホールを生じることがある。そして、このピンホールから酸素や水分が素子内部へと進入し、ダークスポットを発生させる。このような酸素や水分の侵入を防ぐためには、保護層を厚膜化し、パーティクルを十分にカバーできればよい。しかし、保護層の材料がＳｉＮなどの無機材料の場合は、ＣＶＤなどで成膜するために製造のタクトタイムが増加し、コストを上昇させるという問題がある。一方、塗布などの成膜が簡便で済む樹脂層で前記パーティクルを十分にカバーしたうえで、この樹脂層上に緻密な無機材料からなる保護層を形成する構成も考案されている。
　例えば、特許文献１には、有機ＥＬ素子の上部電極の上に、シリコン窒化酸化物（ＳｉＯＮ）層／有機材料層／シリコン窒化酸化物（ＳｉＯＮ）層から成る積層構造の保護層を形成する、という封止技術が開示されている。
　また、有機ＥＬ素子の別の課題として、光取り出し効率が悪いことが知られている。これは、有機ＥＬ素子では、発光層から光が様々な角度で出射するため、保護層と外部空間との境界面で全反射成分が多く発生し、発光光が素子内部に閉じ込められてしまうからである。この課題を解決するために、様々な構成が提案されている。例えば、特許文献２には、有機ＥＬ素子を封止する酸化窒化シリコン（ＳｉＮｘＯｙ）膜上に樹脂から成るマイクロレンズアレイを配置して光取り出し効率を向上させる構成が開示されている。
特開２００２－０２５７６５号公報 特開２００４－０３９５００号公報
　ところで、特許文献１で示される積層構造の保護層と特許文献２で示されるマイクロレンズを組み合わせると、以下のような課題を発生してしまう。
　すなわち、保護層としての積層構造の上に樹脂からなるマイクロレンズアレイを配置すると、マイクロレンズ自身は外部雰囲気に曝される。そのため、マイクロレンズに雰囲気中の水分が浸入しやすく、膨潤による屈折率や形状の変化を生じ、レンズ機能を低下させてしまう。
　この問題を解決するために、マイクロレンズの表面にＳｉＮなどの無機材料からなる最外部の保護膜を成膜する構成も考えられるが、その場合、３層からなる保護層とマイクロレンズを構成する樹脂層を併せて５層もの層構成となり、コスト上昇となる。また、その様な構成であると反射界面を構成する層界面数が増え、素子内部に閉じ込められる発光光が増加する。その結果、光取り出し効率が悪化し、マイクロレンズを設ける利点が低下してしまう。
　本発明の目的は、ダークスポットの発生を低減するとともに、光取り出し効率が高く、更に、低コストで製造可能な有機ＥＬ素子を用いた表示装置を提供することである。
　本発明の表示装置は、一対の電極と、該一対の電極に挟持された、発光層を含む有機化合物層と有する有機ＥＬ素子が基板上に複数形成された表示装置であって、前記複数の有機ＥＬ素子上に形成された保護層を有し、前記保護層は、無機材料からなる第１の保護層と、該第１の保護層上に形成された、樹脂材料からなる第２の保護層と、該第２の保護層上に形成された、無機材料からなる第３の保護層とからなり、前記第２の保護層には、前記発光層で発光した光の少なくとも一部を集光するマイクロレンズが形成されていることを特徴とする。
　上述した本発明の構成によれば、厚膜化が容易な樹脂材料からなる第２の保護層でエッチング残渣やゴミなどのパーティクルを十分にカバーでき、また、マイクロレンズの作用により光の利用効率を高められる。更に、マイクロレンズの表面には無機材料からなる第３の保護層が形成されているため、マイクロレンズの経時的な変化を抑制でき、安定的に光取り出し効率を高められる。更に、樹脂材料からなる第２の保護層とマイクロレンズを構成する樹脂層を兼用としているために全体的な総数を減らすことができるため、生産コストを低減させることが可能である。
本発明の実施形態を示す部分断面図である。 従来の構成を示す部分断面図である。 放射角と相対輝度の相関を示す図である。 本発明の表示装置の製造工程を示す図である。 本発明の実施形態の表示領域外における保護層の状態を示す断面図である。 本発明の実施例２の表示装置の製造工程を示す図である。 本発明の表示装置の画素配列とマイクロレンズ形状を示す図である。 本発明の表示装置の他の画素配列とマイクロレンズ形状を示す図である。（ａ）は正面図であり、（ｂ）は斜視図である。 本発明の表示装置のさらに他の画素配列とマイクロレンズ形状を示す図である。（ａ）は正面図であり、（ｂ）は斜視図である。
　＜有機ＥＬ表示装置について＞
　以下、本発明の実施形態に係る表示装置について、図面を参照して説明する。
　図１は、本発明の実施形態に係る表示装置を示す部分断面図である。本表示装置は、基板上に形成された有機ＥＬ素子の上面から、図１においては上方向に光を取り出すトップエミッション型の表示装置である。
　本発明の表示装置は、基板１０と、基板１０上にマトリクス状に形成された、表示領域を構成する複数の画素からなる。ここで、画素とは、１つの発光素子に対応した領域を意味する。本発明では、発光素子としての有機ＥＬ素子が上記複数の画素のそれぞれに形成されており、それら有機ＥＬ素子間には画素間を分離する画素分離層１２が設けられている。また、有機ＥＬ素子の夫々は、一対の電極であるアノード電極１１及びカソード電極１４と、それらの電極間に挟持された、発光層を含む有機化合物層１３（以下、有機ＥＬ層と呼称する）を備えている。具体的には、基板１０の上に、画素毎にパターニングされたアノード電極１１が形成され、そのアノード電極１１上に有機ＥＬ層１３が形成され、更に、有機ＥＬ層１３上にカソード電極１４が形成されている。アノード電極１１は、例えば、Ａｇ等の高い反射率を持つ導電性の金属材料から形成される。また、アノード電極は、そのような金属材料から成る層とホール注入特性に優れたＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ－Ｔｉｎ－Ｏｘｉｄｅ）などの透明導電性材料から成る層との積層体から構成しても良い。一方、カソード電極１４は、複数の有機ＥＬ素子に対して共通に形成されており、また、発光層で発光した光を素子外部に取り出し可能な半反射性或いは光透過性の構成を有している。具体的には、素子内部での干渉効果を高めるためにカソード電極１４を半反射性の構成とする場合、カソード電極１４は、ＡｇやＡｇＭｇなどの電子注入性に優れた導電性の金属材料から成る層を２～５０ｎｍの膜厚で形成することにより構成されている。なお、半反射性とは、素子内部で発光した光の一部を反射し、一部を透過する性質を意味し、可視光に対して２０～８０％の反射率を有するものをいう。また、光透過性とは、可視光に対して８０％以上の透過率を有するものをいう。
　また、有機ＥＬ層１３は、少なくとも発光層を含む単層又は複数の層からなる。例えば、有機ＥＬ層１３の構成例としては、正孔輸送層、発光層、電子輸送層及び電子注入層からなる４層構成や、正孔輸送層、発光層及び電子輸送層からなる３層構成等が挙げられる。有機ＥＬ層１３を構成する材料は、公知の材料を使用することができる。
　基板１０には各有機ＥＬ素子を独立に駆動可能なように画素回路が形成されている。これらの画素回路は、複数のトランジスタから構成されている（不図示）。このトランジスタが形成された基板１０は、トランジスタとアノード電極１１とを電気的に接続するためのコンタクトホールが形成された層間絶縁膜に覆われている（不図示）。更に層間絶縁膜上には、画素回路による表面凹凸を吸収し、表面を平坦にするための平坦化膜が形成されている（不図示）。
　また、カソード電極１４の上には、空気中の酸素や水分から有機ＥＬ層１３を保護するために保護層が形成されている。
　保護層は、３層構成からなり、カソード電極１４側から第１の保護層１５、第２の保護層１６、第３の保護層１７の構成となっている。
　第１の保護層１５は、ＳｉＮ、ＳｉＯＮなどの無機材料からなり、そのうえに積層される第２の保護層１６を構成する樹脂材料が含有する水分から有機ＥＬ層１３を保護する作用を有する。また、第１の保護層１５は、上記樹脂材料の硬化に伴い発生する応力を緩和する作用を持たせることも可能である。膜厚は０．１μｍ以上１．０μｍ以下が好ましく、ＣＶＤ法で形成することが好ましい。
　第２の保護層１６は、水分含有率が低い透明な樹脂材料から構成される。水分含有率としては、１００ｐｐｍ以下が好ましい。また、透明性としては可視光に対して膜厚１０μｍにおいて９０％以上の透過率を持つものが好ましい。樹脂材料としては、熱硬化型樹脂、光硬化型樹脂、熱可塑性樹脂が好ましい。これらの樹脂としては、具体的にはエポキシ樹脂、ポリウレタン硬化型樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、アルキド樹脂、アクリル系反応樹脂、ホルムアルデヒド樹脂がある。更に、このような樹脂の例として、シリコン樹脂、エポキシ・ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂とイソシアネートプレポリマーの混合物、ポリエステルポリオールとポリイソシアネートの混合物、ポリウレタンとポリイソシアネートの混合物等、及び、塩化ビニル、酢酸ビニル、ビニルアルコール、マレイン酸、アクリル酸、アクリル酸エステル、塩化ビニリデン、アクリロニトリル、メタクリル酸、メタクリル酸エステル、スチレン、ブタジエン、エチレン、ビニルブチラール、ビニルアセタール、ビニルエーテル等を構成単位として含む重合体または共重合体、各種ゴム系樹脂が挙げられる。後述するように、第２の保護層１６にはマイクロレンズが形成される。そのため、第２の保護層１６の膜厚は一定ではないが、最小の膜厚、つまり最も薄い箇所の膜厚は、１μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましい。このような第２の保護層は、塗布法、印刷法等により形成可能である。
　第３の保護層１７は、ＳｉＮなどの無機材料からなり、有機ＥＬ素子内部への外部からの酸素や水分の侵入を防ぐ作用を有する。膜厚は０．５μｍ以上５．０μｍ以下が好ましく、ＣＶＤ法で形成することが好ましい。
　第２の保護層１６の光取出し側（図１の上方向）には、複数のマイクロレンズ１６ａがアレイ状に形成されている。そして、それぞれのマイクロレンズ１６ａと、それに隣接するマイクロレンズとの間には滑らかな曲線で繋がる凹部１６ｂが形成されている。マイクロレンズ１６ａは第２の保護層１６を構成する樹脂材料を加工することにより形成されている。具体的には、マイクロレンズは、型押しなどの方法により形成可能である。マイクロレンズ１６ａは、画素毎（すなわち、有機ＥＬ素子毎と同義。）に１つ形成されていることが好ましいが、１つの画素に複数のマイクロレンズを形成したり、複数の画素に１つのマイクロレンズを形成してもよい。また、第３の保護層１７は、マイクロレンズ１６ａの形状に倣って形成されている。
　このような構成により、例えば、１画素に１つのマイクロレンズ１６ａがある場合に、有機ＥＬ層１３から出射された光は、透明なカソード電極１４を透過する。次いで第１の保護層１５、第２の保護層１６が構成するマイクロレンズアレイ、第３の保護層１７を透過して、有機ＥＬ素子の外部へ出射される。
　ここで、マイクロレンズ１６ａが形成されていない場合（図２）には、有機ＥＬ層１３の発光層から斜めに出射された光１８は、第３の保護層１７から出射する際に、さらに斜めになって出射する（２０の方向）。これに対して、図１のように、マイクロレンズ１６ａが形成されている構成では、第３の保護層１７から出射された光１９は、マイクロレンズ１６ａが無い場合に比べて、出射角度が基板垂直方向に近づく（１９の方向）。したがって、マイクレロレンズ１６ａが無い場合に比較して、マイクロレンズ１６ａがあった場合の方が基板垂直方向への集光効果が向上する。すなわち、表示装置としては、正面方向における光の利用効率を高めることができる。
　また、マイクロレンズ１６ａが形成された構成においては、発光層から斜めに出射された光１９の出射界面（第３の保護層１７と空気との界面）に対する入射角度が垂直に近くなるため、全反射する光量が減少する。その結果、光取り出しの効率も向上する。
　なお、光の集光特性は、発光面積、マイクロレンズの曲率、発光面からレンズまでの距離に依存し、これらをパラメータとしてマイクロレンズを設計することが好ましい。
　ここで、発光面積と光の集光特性との依存性は次のことが挙げられる。すなわち、マイクロレンズ中央直下で発光した光は正面方向に集光しやすいが、マイクロレンズ周辺直下で発光した光は正面方向に集光しずらいのである。
　次に、マイクロレンズの曲率と光の集光特性について述べる。図３に、マイクロレンズのレンズ曲率半径Ｒ［μｍ］が異なる場合の、放射角と相対輝度の相関関係の変化を示す。図３において、「平坦」とは、マイクロレンズが形成されていない場合を示す。
　なお、測定に用いたマイクロレンズはレンズ曲率半径Ｒ（２０，３０，６０，１００［μｍ］）が異なる４種類のものを用意した。それぞれの構成において、画素ピッチを３１．５μｍ、マイクロレンズ１６ａの最大幅を３１．５μｍ、発光領域（画素分離膜で規定された１画素の発光領域）の幅を１６．５μｍとした。また、カソード電極は酸化インジウムと酸化亜鉛の混合物で構成し、屈折率１．９、膜厚０．０５μｍとした。第１の保護層はＳｉＮで構成し、屈折率１．８３、膜厚０．１８μｍとした。第２の保護層はエポキシ樹脂で構成し、屈折率１．５４、最小膜厚を１０μｍとした。第３の保護層はＳｉＮで構成し、屈折率１．８３、膜厚１μｍとした。
　なお、相対輝度とは、マイクロレンズ１６ａが形成されていない構成（図２で示される構成）における放射角０［ｄｅｇ］のときの輝度を１とした場合の相対的な輝度を意味する。
　図３により、放射角３０［ｄｅｇ］以下において、マイクロレンズ１６ａが形成されている方が、マイクロレンズ１６ａが形成されていない場合よりも相対輝度が高くなっていることが分る。更に、マイクロレンズ１６ａが形成されている場合においても、レンズ曲率半径Ｒが小さい程、相対輝度が高くなっていることが分る。
　一方、放射角３０［ｄｅｇ］以上では、マイクロレンズ１６ａを形成しない方が、マイクロレンズ１６ａが形成されている場合に比べ相対輝度が高くなっていることが分る。更に、マイクロレンズ１６ａが形成されている場合においても、レンズ曲率半径Ｒが大きい程、相対輝度が高くなっていることが分る。すなわち、レンズ曲率半径Ｒが大きいほど集光効果が小さくなることが分る。
　なお、放射角と相対輝度の相関が変わる境界を放射角度３０［ｄｅｇ］として説明したが、発光面積や発光面からレンズまでの距離に応じて、境界の放射角度は変化する。
　しかし、上述したレンズ曲率半径Ｒの大小による放射角と相対輝度の相関は変わらない。
　＜表示装置の製造方法＞
　次に、本実施形態の表示装置の製造方法について図４を参照して説明する。図４は、本実施形態の表示装置の各製造工程を示す概要断面図である。なお、カソード電極１４の形成までは周知な製造工程であるため、ここでは説明を省略する。先ず、図４（ａ）に示すように、トップエミッション型の有機ＥＬ素子が複数形成された基板１０を用意する。この有機ＥＬ素子は、アクティブマトリクス型の画素回路が形成された基板１０の上に、層間絶縁膜、平坦化膜を介して、アノード電極１１、画素分離層１２、有機ＥＬ層１３、カソード電極１４を形成したものである。
　次に、図４（ｂ）に示すように第１の保護層１５を表示領域の全域に形成する。第１の保護層１５は、その上に形成される第２の保護層を構成する樹脂材料が含有する水分が有機ＥＬ素子に接触することを遮断するための、言わば封止機能を有する部材である。そのため、第１の保護層１５は、光の透過率が高く、防湿性に優れた部材であることが好ましく、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜から構成されることが好ましい。
　次に、図４（ｃ）に示すように第１の保護層１５上に、第２の保護層１６を表示領域の全域に形成する。第２の保護層１６は樹脂材料からなる。また、第２の保護層の膜厚は、エッチング残渣などのゴミを十分にカバーすることが可能であると共に画素分離膜１２に生じる凹凸を平坦化することが可能なように、１０μｍ～１００μｍ程度とする。樹脂材料としては水分含有が少ない熱硬化型樹脂、熱可塑性樹脂、光硬化型樹脂を用いることができる。熱硬化型樹脂と光硬化型樹脂を用いた場合、成膜方法としては、スピンコート法、ディスペンス法などを用いることが可能である。また、第１の保護層１５上に、膜厚１０μｍ～１００μｍ程度の熱可塑性樹脂のフィルムを真空下にて貼りつける方法も用いることができる。具体的な樹脂材料としては、エポキシ樹脂、ブチル樹脂が好適に用いられる。
　次に、図４（ｄ）に示すように、マイクロレンズ１６ａを成形するための型２１を用意し、樹脂材料に気泡が混入しないように、樹脂材料型２１を樹脂材料に対して押圧する。
　型２１は、一般的な金属で形成することができるが、樹脂材料に光硬化型樹脂を用いる場合は、光を透過させる必要があるため石英基板から形成されることが好ましい。また、型２１の樹脂材料に対する剥離性を高めるために、型２１の表面に、フッ素樹脂などの膜を形成してもよい。
　樹脂材料に熱硬化型樹脂を用いる場合は、型２１における各マイクロレンズの凸部の頂点が、対応する画素の中心とほぼ一致した状態で、樹脂材料を８０℃に加熱することにより硬化させる。
　硬化温度については、一般的な有機ＥＬ層１３を構成する有機化合物の耐熱温度が１００℃程度であるため、８０℃程度の硬化温度が好ましい。
　次に、図４（ｅ）に示すように、型２１を、硬化した樹脂材料から剥がす。
　これにより、第２の保護層１６の表面に、各画素に対応してマイクロレンズ１６ａが形成される。ここで、互いに隣接するマイクロレンズの間に形成される凹部１６ｂは滑らかな曲線（連続的な曲線）で繋がる構成とした。この結果、第２の保護層１６の表面には、段差や急激に傾きが変化する部分が存在しなくなる。
　このような急激な傾きの変化や段差が存在すると、マイクロレンズ１６ａ上に第３の保護層１７を形成する際に、段差等の角部に原料ガスが供給され難く、膜成長が阻害される。結果として亀裂が入った状態で第３の保護層１７が形成され、第３の保護層１７の封止機能が失われてしまう。よって、型２１の表面形状は、このような課題を生じないように、かつ所望の集光特性を示すマイクロレンズを形成可能なように設計、加工されることが好ましい。
　また、凹部１６ｂの底部の膜厚が薄いとエッチング残渣などのゴミを十分にカバーすることができずピンホール発生の原因となるため、凹部１６ｂの底部における第２の保護層の最小膜厚は、１μｍ以上とした。また、凹部１６ｂの底部における第２の保護層の最大膜厚は、吸収による光量減衰や隣接画素からの発光光の漏れ込み防止のために５０μｍ以下とした。
　最後に、図４（ｆ）に示すように、硬化した第２の保護層１６上に先述した第３の保護層１７を表示領域の全域に形成する。第３の保護層１７としては光の透過率が高く、防湿性に優れた部材が好ましく、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜が好ましい。第１の保護層１５と第３の保護層１７は同じ材質であっても、異なる材質であっても良い。
　ここで、第１の保護層１５と第３の保護層１７は、図５に示すように、有機ＥＬ素子が形成された表示領域の外側であって、有機ＥＬ素子が形成されていない周辺領域で直接接し、第２の保護層１６を挟み込むように形成されている。つまり、第２の保護層１６は、第１の保護層１５と第２の保護層１７とで封止された構成となっている。
　このため、第２の保護層１６を構成する樹脂材料に外部の空気中の水分が浸入することがない。
　また、図５に示すように、基板１０上の平坦化膜５２下に形成された層間絶縁膜５１と第１の保護層１５は、周辺領域で直接接し、平坦化膜５２、有機ＥＬ層１３、カソード電極１４及び不図示の画素分離膜を挟み込むように形成されている。つまり、平坦化膜５２、有機ＥＬ層１３、カソード電極１４、画素分離膜は、層間絶縁膜５１と第１の保護層１５とで封止された構成となっている。層間絶縁膜５１は、窒化シリコン、酸化窒化シリコン等の無機材料で構成され、防湿性に優れているため、平坦化膜５２や画素分離層を通じて表示領域内部に外部から水分が浸入することを防止できる。
　なお、図４（ｃ）（ｄ）（ｅ）のマイクロレンズ１６ａを形成する工程では、型２１による直接形成法の説明を行なったが、マイクロレンズは、下記ｉ）～ｖ）のいずれかの方法によっても作製可能である。
ｉ）フォトリソなどによってパターニングされた樹脂層を熱処理し、リフローによって樹脂層をマイクロレンズ形状に変形させる方法。
ｉｉ）均一の厚さに形成された光硬化型樹脂層を、面内方向に分布を持った光で露光し、この樹脂層を現像することによってマイクロレンズを形成する方法。
ｉｉｉ）イオンビームあるいは電子ビーム、レーザー等を用いて、均一の厚さに形成された樹脂材料の表面をマイクロレンズ形状に加工する方法。
ｉｖ）各画素に適量の樹脂を滴下して自己整合的にマイクロレンズを形成する方法。
ｖ）有機ＥＬ素子が形成された基板とは別個に、マイクロレンズが予め形成された樹脂シートを用意し、両者をアライメントした後、貼り合せることによりマイクロレンズを形成する方法。
　なお、本発明におけるマイクロレンズは、半球型でも良いし、蒲鉾型の半円筒型であっても構わない。蒲鉾型の半円筒状である場合には、上下又は左右方向の何れかにおいて特に集光機能を有する。なお、半円筒型の長さ方向の端部は半球型でも良いし、端面が基板に垂直に形成されていても良い。
　なお、本発明の表示装置の用途として、高輝度による視認性の向上が重要なモバイル用途、例えばデジタルカメラの背面モニタ、携帯電話用ディスプレイなどが挙げられる。また、同じ輝度でも低消費電力が期待されるので、屋内で使用する用途にも有用である。
　本発明は、上述した趣旨を逸脱しない限り、以上説明した構成に限られることはなく、種々の応用・変形が可能である。
　（実施例１）
　ガラス基板上に、低温ポリシリコンＴＦＴで画素回路（不図示）を形成し、その上にＳｉＮからなる層間絶縁膜とアクリル樹脂からなる平坦化膜を、この順番で形成して図４（ａ）に示す基板１０を作成した。この基板１０上にＩＴＯ膜／ＡｌＮｄ膜をスパッタリング法にて３８ｎｍ／１００ｎｍの厚さで形成した。続いて、ＩＴＯ膜／ＡｌＮｄ膜を画素毎にパターニングし、アノード電極１１を形成した。
　この上にアクリル樹脂をスピンコートした。次に、アクリル樹脂をリソグラフィ法により、アノード電極１１が形成された部分に開口（この開口部が画素に相当）が形成されるようにパターニングし画素分離層１２を形成した。各画素のピッチを３０μｍ、開口によるアノード電極１１の露出部の大きさを１０μｍとした。これをイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）で超音波洗浄し、次いで、煮沸洗浄後乾燥した。さらに、ＵＶ／オゾン洗浄してから有機ＥＬ層１３を真空蒸着により成膜した。
　有機ＥＬ層１３としては、始めに、ホール輸送層をすべての画素に８７ｎｍの厚さで成膜した。この際の真空度は１×１０－４Ｐａ、蒸着レートは、０．２ｎｍ／ｓｅｃであった。
　次に、シャドーマスクを用いて、赤色発光層、緑色発光層、青色発光層をそれぞれ厚さ３０ｎｍ、４０ｎｍ、２５ｎｍで成膜した。
　続いて、すべての画素に共通の電子輸送層としてバソフェナントロリン（Ｂｐｈｅｎ）を真空蒸着法にて１０ｎｍの厚さで形成した。蒸着時の真空度は１×１０－４Ｐａ、成膜速度は０．２ｎｍ／ｓｅｃの条件であった。
　その後、共通の電子注入層として、ＢｐｈｅｎとＣｓ２ＣＯ３を共蒸着（重量比９０：１０）して４０ｎｍの厚さで形成した。蒸着時の真空度は３×１０－４Ｐａ、成膜速度は０．２ｎｍ／ｓｅｃの条件であった。
　次に、上記ホール輸送層から電子注入層までの有機ＥＬ層１３を成膜した基板を、真空を破ること無しにスパッタ装置に移動し、カソード電極１４として極薄Ａｇおよび透明電極層としてをそれぞれ１０ｎｍ及び５０ｎｍの厚さで順に成膜した。透明電極層の材料としては、酸化インジウムと酸化亜鉛の混合物を用いた。
　次に、図４（ｂ）に示すように、窒化珪素からなる第１の保護層１５を、ＳｉＨ４ガス、Ｎ２ガス、Ｈ２ガスを用いたプラズマＣＶＤ法で成膜した。その後、図４（ｃ）に示すように、露点温度６０℃の窒素雰囲気下で、粘度３０００ｍＰａ・ｓの熱硬化性の樹脂材料（エポキシ樹脂）を精密描画が可能なディスペンサー（武蔵エンジニアリング社製、製品名ＳＨＯＴ　ＭＩＮＩ　ＳＬ）を用いて塗布した。
　樹脂材料を熱硬化する前に、図４（ｄ）のように、別途用意したマイクロレンズ１６ａを成形するための型２１を、樹脂材料の表面に押し当てた。押し当てる際、型２１に形成してあるアライメントマークと基板に形成してあるアライメントマークをあわせる事により位置決めを行なった。その結果、画素に合わせてマイクロレンズ１６ａが形成された。型２１は、画素ピッチと同じピッチで凹状に窪みが形成されており、その窪みの表面に離形剤としてテフロン（登録商標）系の樹脂をコートした。窪みの形状、すなわちマイクロレンズ１６ａの形状は、曲率半径３０μｍで形成した。ピッチ３０μｍであるので、マイクロレンズアレイの高さは４μｍ程度になった。
　ここで、クリーンルームおよびプロセス装置の環境を考慮して、異物等があっても樹脂材料で平坦化することを目的としているので、第２の保護膜１６の最小膜厚（最薄部における膜厚）は１０μｍとした。
　上記のように型２１を押し当てた状態で、真空環境下で１００℃の温度で１５分間加熱し、樹脂材料（エポキシ樹脂）を硬化させた。その後、樹脂から型２１を離して、図４（ｅ）のようにマイクロレンズ１６ａを形成した。
　さらに、図４（ｆ）のように、窒化珪素からなる無機材料の保護膜（第３の保護層１７）を、ＳｉＨ４ガス、Ｎ２ガス、Ｈ２ガスを用いたプラズマＣＶＤ法で成膜した。第３の保護膜１７の膜厚は１μｍとし、有機ＥＬ素子が形成された表示領域の全面を覆うように形成した。
　このようにして製造した本発明の表示装置の輝度を測定したところ、マイクロレンズを形成していない表示装置の輝度と比較すると、真正面から見たときに１．６倍程度、輝度が向上していた。
　また、マイクロレンズが形成された第２の保護層１６は、第１の保護層１５と第３の保護層１７とで完全に包まれているため、高温高湿の環境においても樹脂に水が透湿しないため、樹脂が膨潤してレンズの集光性が変化することは無かった。
　（実施例２）
　マイクロレンズアレイの形成手法として、実施例１とは異なり、図６に示す工程で形成した。なお、第１の保護層１５の形成工程までは実施例１と同様であるため説明を省略し、第２の保護層１６の形成工程から説明を行なう。
　まず、露点温度６０℃の窒素雰囲気下で、粘度３０００ｍＰａ・ｓの熱硬化性のエポキシ樹脂（第２の保護層１６）を精密描画が可能なディスペンサー（武蔵エンジニアリング社製、製品名ＳＨＯＴ　ＭＩＮＩ　ＳＬ）を用いて１０μｍ厚に塗布した（図６（ａ））。その後、このエポキシ樹脂を真空環境下で１００℃の温度で１５分間加熱して硬化させた。
　引き続いて、その上に４μｍ厚で同じ樹脂２３を塗布し（図６（ｂ））、その上からフォトマスク２４で露光した（図６（ｃ））。露光量はマイクロレンズ１６ａの形状から換算した２次元の分布を持つように設定した。露光された樹脂を現像することによって、所望の形状のマイクロレンズ１６ａが形成された（図６（ｄ））。露光量の面内の制御は、フォトマスク２４の透過率を面内で制御することで行なった。その後、樹脂を再度真空環境下で１００℃の温度で１５分間加熱して硬化させた。この熱処理は、マイクロレンズ表面の平滑化も兼ねている。なお、異物等があっても樹脂材料で埋めることを目的としているので、第２の保護層１６の最小膜厚（最薄部の膜厚）は１０μｍとした。
　最後に、窒化珪素からなる無機材料の保護膜（第３の保護層１７）を、ＳｉＨ４ガス、Ｎ２ガス、Ｈ２ガスを用いたプラズマＣＶＤ法で成膜した。第３の保護膜１７の膜厚は１μｍとし、有機ＥＬ素子が形成された表示領域の全面を覆うように形成した（図６（ｅ））。
　なお、上述の実施例においては、画素の配置について言及していないが、画素の配置に応じてマイクロレンズ１６ａの形状を以下のようにすることが好ましい。図７は本発明の表示装置の正面図である。図７で示されるように画素の配置がＲＧＢでデルタ配置の場合は、マイクロレンズ１６ａの外形は表示装置の正面からみた時に円形となるように形成するのが好ましい。図７において、１０１はＲ（赤色発光）の画素、１０２はＧ（緑色発光）の画素、１０３はＢ（青色発光）の画素を示す。また、１０４はマイクロレンズ１６ａの外形を示す。図７においてＲＧＢ画素のそれぞれには１個のマイクロレンズ１６ａが形成されている。
　図８（ａ）及び図８（ｂ）で示されるように画素がストライプ配置の場合には、１副画素を覆うように、蒲鉾型の細長い形状でマイクロレンズ１６ａを形成するのが好ましい。ここで、図７と同番号の符号については同一の構成を示す。図８（ａ）は本発明の表示装置の正面図であり、図８（ａ）で示されるようにＲＧＢ画素のそれぞれには１個のマイクロレンズ１６ａが形成されている。図８（ｂ）は図８（ａ）に示す表示装置の斜視図である。なお、図８（ｂ）において、第１の保護層、第３の保護層は不図示としている。図８（ａ）、図８（ｂ）で示される蒲鉾型のマイクロレンズアレイの場合には、図８（ａ）の上下方向には集光効果が無く、図８（ａ）の左右方向でのみ正面への集光効果を得ることができた。
　図９（ａ）及び図９（ｂ）は、図８（ａ）及び図８（ｂ）で示される蒲鉾型のマイクロレンズの変形例である。なお、図７と同番号の符号については同一の構成を示す。図９（ａ）、図９（ｂ）で示されるように、マイクロレンズ１６ａは紙面の上下方向に細長い蒲鉾型の形状であり、図９（ａ）の上下方向に並ぶ一列の画素に対して共通のマイクロレンズ１６ａを形成した。具体的には、Ｒ画素の配列、Ｇ画素の配列、青画素の配列のそれぞれに対して１個の細長い蒲鉾型のマイクロレンズ１６ａを形成した。集光効果は、図８（ａ）、図８（ｂ）のマイクロレンズと同様であり、図９（ａ）の上下方向には集光効果が無く、図９（ａ）の左右方向でのみ正面への集光効果を得ることができた。
　なお、図７のＲＧＢ画素のデルタ配置において、図７の左右方向に細長い蒲鉾型のマイクロレンズ形状としても良い。この場合、図７の左右方向には集光効果が無く、図７の上下方向でのみ正面への集光効果を得ることができる。
　１０　基板
　１１　アノード電極
　１３　有機ＥＬ層
　１４　カソード電極
　１５　第１の保護層
　１６　第２の保護層
　１６ａ　マイクロレンズ
　１７　第３の保護層
　５１　層間絶縁膜
　５２　平坦化膜

Claims (6)

  1. 　一対の電極と、該一対の電極に挟持された、発光層を含む有機化合物層とを有する有機ＥＬ素子が、基板上に複数形成された表示装置であって、前記複数の有機ＥＬ素子の上に形成された保護層を有し、前記保護層は、無機材料からなる第１の保護層と、該第１の保護層の上に形成された、樹脂材料からなる第２の保護層と、該第２の保護層の上に形成された、無機材料からなる第３の保護層とからなり、前記第２の保護層には、前記発光層で発光した光の少なくとも一部を集光させるマイクロレンズが形成されていることを特徴とする表示装置。
  2. 　前記マイクロレンズは前記有機ＥＬ素子の夫々に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
  3. 　前記マイクロレンズは、細長い蒲鉾型の形状を有していることを特徴とする請求項２に記載の表示装置。
  4. 　前記複数の有機ＥＬ素子が形成された表示領域と、該表示領域の外側に位置し、前記有機ＥＬ素子が形成されていない周辺領域とを有し、該周辺領域において前記第１の保護層と前記第３の保護層が互いに接していることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
  5. 　前記基板の上には、無機材料からなる層間絶縁膜と表面を平坦にするための平坦化膜とがこの順に形成されており、前記層間絶縁膜と前記平坦化膜とを介して前記有機ＥＬ素子が形成されており、前記第１の保護層は、前記周辺領域で前記層間絶縁膜と接していることを特徴とする請求項４に記載の表示装置。
  6. 　前記第２の保護層の最小膜厚は、１μｍ以上５０μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
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