(57)【要約】上面発光型の有機ＥＬ表示装置１は、絶縁基板１０と、絶縁基板１０の一主面上に配置された複数の有機ＥＬ素子４０と、有機ＥＬ素子４０から繰返し反射干渉しながら面内方向に伝播する光を取り出して有機ＥＬ素子４０の前方へ進行させる取り出し層３０とを含んだアレイ基板２と、複数の有機ＥＬ素子４０と向き合うと共にそれらから離間した封止基板３とを含む。表示装置１は、封止基板３とアレイ基板２の有機ＥＬ素子４０に対応した素子部との間に、不活性ガスが充填されているか又は真空の密閉空間を形成している。封止基板３と素子部との間の距離は１００ｎｍ以上である。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁基板と、前記絶縁基板の一主面上に配置された複数の有機ＥＬ素子と、前記有機ＥＬ素子から繰返し反射干渉しながら面内方向に伝播する光を取り出して前記有機ＥＬ素子の前方へ進行させる取り出し層とを具備したアレイ基板と、
前記複数の有機ＥＬ素子と向き合うと共にそれらから離間した封止基板とを具備し、
前記表示装置は、前記封止基板と前記アレイ基板の前記有機ＥＬ素子に対応した素子部との間に、不活性ガスが充填されているか又は真空の密閉空間を形成し、前記封止基板と前記素子部との間の距離は１００ｎｍ以上である上面発光型の有機ＥＬ表示装置。
【請求項２】
前記封止基板と前記素子部との間の距離は２００ｎｍ以上である請求項１に記載の表示装置。
【請求項３】
前記封止基板と前記素子部との間の距離は３００ｎｍ以上である請求項１に記載の表示装置。
【請求項４】
前記封止基板と前記素子部との間の距離は３μｍ以上である請求項１に記載の表示装置。
【請求項５】
前記封止基板と前記素子部との間の距離は３ｍｍ以下である請求項１に記載の表示装置。
【請求項６】
前記封止基板と前記素子部との間の距離は３ｍｍ以下である請求項２に記載の表示装置。
【請求項７】
前記封止基板と前記素子部との間の距離は３ｍｍ以下である請求項３に記載の表示装置。
【請求項８】
前記封止基板と前記素子部との間の距離は３ｍｍ以下である請求項４に記載の表示装置。
【請求項９】
前記取り出し層は前記絶縁基板と前記複数の有機ＥＬ素子との間に介在した請求項１に記載の表示装置。
【請求項１０】
前記取り出し層は前記複数の有機ＥＬ素子を被覆している請求項１に記載の表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。また、バックライトが不要であるため、広視野角及び高速応答を達成し得る。また、有機ＥＬ表示装置は、バックライトが不要であるため、薄型軽量に形成可能である。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。
【０００３】
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又は光透過性の背面電極と、それらの間に介在するとともに発光層を含んだ有機物層とで構成されている。有機ＥＬ素子は、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。
【０００４】
ところで、有機ＥＬ素子の輝度は、これに流す電流の大きさに応じて増加する。しかしながら、電流密度を高めると、消費電力が大きくなるのに加え、有機ＥＬ素子の寿命が著しく短くなる。したがって、高輝度、低消費電力、長寿命を同時に実現するには、有機ＥＬ素子が放出する光を有機ＥＬ表示装置の外部へとより効率的に取り出すこと，すなわち取り出し効率を向上させること，が重要である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、有機ＥＬ表示装置の取り出し効率を高めることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一側面によると、上面発光型の有機ＥＬ表示装置であって、絶縁基板と、前記絶縁基板の一主面上に配置された複数の有機ＥＬ素子と、前記有機ＥＬ素子から繰返し反射干渉しながら面内方向に伝播する光を取り出して前記有機ＥＬ素子の前方へ進行させる取り出し層とを具備したアレイ基板と、前記複数の有機ＥＬ素子と向き合うと共にそれらから離間した封止基板とを具備し、前記表示装置は、前記封止基板と前記アレイ基板の前記有機ＥＬ素子に対応した素子部との間に、不活性ガスが充填されているか又は真空の密閉空間を形成し、前記封止基板と前記素子部との間の距離は１００ｎｍ以上であるものが提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の態様について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、同様又は類似した機能を発揮する構成要素には同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。
【０００８】
図１は、本発明の第１態様に係る有機ＥＬ表示装置を概略的に示す断面図である。図２は、図１の有機ＥＬ表示装置を拡大して示す部分断面図である。なお、図１及び図２では、有機ＥＬ表示装置１を、その表示面，すなわち前面または光出射面，が上方を向き、背面が下方を向くように描いている。
【０００９】
図１に示す有機ＥＬ表示装置１は、アクティブマトリクス型駆動方式を採用した上面発光型の有機ＥＬ表示装置である。この有機ＥＬ表示装置１は、アレイ基板２と封止基板３とを含んでいる。
【００１０】
封止基板３のアレイ基板２との対向面は、例えば、凹形状を有している。アレイ基板２と封止基板３とは、周縁部同士が例えば接着剤やフリットシールなどによって結合しており、これにより、それらの間に密閉空間を形成している。この密閉空間は、気密に形成されており、例えば窒素ガスなどの不活性ガスが充填されているか又は真空である。
【００１１】
なお、アレイ基板２及び封止基板３の各対向面が平坦である場合、封止基板３とアレイ基板２との間にスペーサを配置してもよい。或いは、後述する隔壁絶縁層５０をスペーサとして使用してもよい。
【００１２】
アレイ基板２は、例えば、ガラス基板などの絶縁基板１０を含んでいる。絶縁基板１０上では、複数の画素がマトリクス状に配列している。
【００１３】
各画素は、画素回路と有機ＥＬ素子４０とを含んでいる。なお、図１では、複数の有機ＥＬ素子４０を纏めて層４０Ｇとして描いている。
【００１４】
画素回路は、例えば、一対の電源端子間で有機ＥＬ素子４０と直列に接続された駆動制御素子（図示せず）及び出力制御スイッチ２０と、画素スイッチ（図示せず）とを含んでいる。駆動制御素子は、その制御端子が画素スイッチを介して映像信号線（図示せず）に接続されており、映像信号線から供給される映像信号に対応した大きさの電流を出力制御スイッチ２０を介して有機ＥＬ素子４０へ出力する。また、画素スイッチの制御端子は走査信号線（図示せず）に接続されており、走査信号線から供給される走査信号によりスイッチング動作が制御される。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。
【００１５】
基板１０上には、アンダーコート層１２として、例えば、ＳｉＮx層とＳｉＯx層とが順次積層されている。アンダーコート層１２上には、例えばチャネル及びソース・ドレインが形成されたポリシリコン層である半導体層１３、例えばＴＥＯＳ（tetraethyl orthosilicate）などを用いて形成され得るゲート絶縁膜１４、及び例えばＭｏＷなどからなるゲート電極１５が順次積層されており、それらはトップゲート型の薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴという）を構成している。この例では、これらＴＦＴは、画素スイッチ、出力制御スイッチ２０、駆動制御素子のＴＦＴとして利用している。また、ゲート絶縁膜１４上には、ゲート電極１５と同一の工程で形成可能な走査信号線（図示せず）がさらに配置されている。
【００１６】
ゲート絶縁膜１４及びゲート電極１５は、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１７で被覆されている。層間絶縁膜１７上にはソース・ドレイン電極２１が配置されており、それらは、例えばＳｉＮxなどからなるパッシベーション膜１８で埋め込まれている。ソース・ドレイン電極２１は、例えば、Ｍｏ／Ａｌ／Ｍｏの三層構造を有しており、層間絶縁膜１７に設けられたコンタクトホールを介してＴＦＴのソース・ドレインに電気的に接続されている。また、層間絶縁膜１７上には、ソース・ドレイン電極２１と同一の工程で形成可能な映像信号線（図示せず）がさらに配置されている。
【００１７】
パッシベーション膜１８上には、平坦化層１９が形成されている。平坦化層１９上には、反射層７０が配置されている。平坦化層１９の材料としては、例えば、硬質樹脂を使用することができる。反射層７０の材料としては、例えば、Ａｌなどの金属材料を使用することができる。
【００１８】
平坦化層１９及び反射層７０は、取り出し層３０で被覆されている。ここでは、一例として、取り出し層３０は、第１部分３１と、この中で分散した複数の第２部分３２とを含んでいる。第１部分３１は光透過性であり、第２部分３２は第１部分３１とは光学特性，例えば屈折率，が異なっている。
【００１９】
取り出し層３０上には、光透過性の第１電極４１が互いから離間して並置されている。各第１電極４１は、反射層７０と向き合うように配置されている。また、各第１電極４１は、パッシベーション膜１８と平坦化層１９と取り出し層３０とに設けた貫通孔を介して、ドレイン電極２１に接続されている。
【００２０】
第１電極４１は、この例では陽極である。第１電極４１の材料としては、例えば、ＩＴＯ（indium tin oxide）のような透明導電性酸化物を使用することができる。
【００２１】
取り出し層３０上には、さらに、隔壁絶縁層５０が配置されている。この隔壁絶縁層５０には、第１電極４１に対応した位置に貫通孔が設けられている。隔壁絶縁層５０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。
【００２２】
隔壁絶縁層５０の貫通孔内で露出した第１電極４１上には、発光層を含んだ有機物層４２が配置されている。発光層は、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４２は、発光層以外の層をさらに含むことができる。例えば、有機物層４２は、第１電極４１から発光層への正孔の注入を媒介する役割を果たすバッファ層をさらに含むことができる。また、有機物層４２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。
【００２３】
隔壁絶縁層５０及び有機物層４２は、光透過性の第２電極４３で被覆されている。第２電極４３は、この例では、各画素共通に連続して設けられた陰極である。第２電極４３は、パッシベーション膜１８と平坦化層１９と取り出し層３０と隔壁絶縁層５０とに設けられたコンタクトホール（図示せず）を介して、映像信号線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。それぞれの有機ＥＬ素子４０は、これら第１電極４１、有機物層４２、及び第２電極４３で構成されている。
【００２４】
上記の通り、この有機ＥＬ表示装置１では、取り出し層３０を、有機ＥＬ素子４０と隣接するように配置している。このような構造を採用すると、以下に説明するように、有機ＥＬ素子４０の発光層が放出する光を、有機ＥＬ素子４０の外部へと、より高い効率で取り出すことができる。
【００２５】
発光層が放出する光の一部は、第１電極４１と有機物層４２との積層体又は第１電極４１と有機物層４２と第２電極４３との積層体（以下、導波層という）内で反射または全反射を繰り返しながら膜面方向に伝播する。この膜面方向に伝播する光は、導波層の主面に対する入射角が大きいと、外部に取り出すことができない。
【００２６】
取り出し層３０を導波層の近傍に配置すると、発光層が放出する光の進行方向を変えることができる。そのため、発光層が放出する光を、有機ＥＬ素子４０の外部へと、より高い効率で取り出すことが可能となる。
【００２７】
このように、取り出し層３０を使用すると、有機ＥＬ素子４０の取り出し効率を高めることができる。しかしながら、封止基板３を使用した上面発光型の有機ＥＬ表示装置では、例え、有機ＥＬ素子４０から高い効率で光を取り出すことができたとしても、封止基板３の前面側に高い効率で光を取り出すことができない限り、発光層が放出する光を表示に有効利用することができない。
【００２８】
そこで、本態様では、有機ＥＬ表示装置１を以下のように設計する。すなわち、アレイ基板２の有機ＥＬ素子４０に対応した各素子部から封止基板３までの距離ｄを、十分に大きな値とする。これについて、さらに詳しく説明する。
【００２９】
発光層が放出した光が有機ＥＬ素子４０とその上部空間との界面に臨界角よりも大きな入射角で入射すると、先の上部空間内に近接場光であるエバネッセント波が生じる。
【００３０】
距離ｄが短い場合、このエバネッセント波は、有機ＥＬ素子４０の上部空間と封止基板３との界面で伝搬光へと変換される。すなわち、有機ＥＬ素子４０から上部空間へ臨界角よりも大きな入射角で入射した光は、この界面で全反射されず、封止基板３に入射する。この光の少なくとも一部は、封止基板３の前面に臨界角よりも大きな入射角で入射するため、封止基板３の前面側に取り出すことができない。このような理由から、距離ｄが短い場合、例え、有機ＥＬ素子４０から高い効率で光を取り出すことができたとしても、封止基板３の前面側に高い効率で光を取り出すことができない。
【００３１】
これに対し、距離ｄが十分に長い場合（距離ｄがエバネッセント波の染み出し深さよりも長い場合）、伝搬光からエバネッセント波への変換とその逆変換とが同一界面で生じる。換言すれば、有機ＥＬ素子４０の発光層が放出する光のうち、有機ＥＬ素子４０とその上部空間との界面に臨界角よりも大きな入射角で入射した光は、先の界面で全反射される。
【００３２】
この全反射された光は、取り出し層３０によって進行方向が変えられる。そのため、有機ＥＬ素子４０からその上部空間へと取り出された光は、比較的小さな入射角で封止基板３に入射する。それゆえ、封止基板３に入射した光の殆どは、その前面で全反射されることなく、有機ＥＬ表示装置１の外部へと取り出される。したがって、距離ｄが十分に長くすると、発光層が放出する光を表示に有効利用することが可能となる。
【００３３】
ところで、導波層の屈折率をｎEL、導波層の上部空間の屈折率を１とし、導波層とその上部空間との界面に臨界角よりも大きな入射角θELで波長λの光を入射させた場合を考えると、先の界面におけるエバネッセント波のエネルギーＥ（０）、この界面からの距離ｚ（≧０）、界面からの距離がｚの位置におけるエバネッセント波のエネルギーＥ（０）は、下記等式に示す関係を満足する。
【数１】
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【００３４】
上記等式から明らかなように、或る界面で生じたエバネッセント波のエネルギーＥ（ｚ）は、その界面からの距離ｚに応じて指数関数的に小さくなる。
【００３５】
図３は、導波層の屈折率とエバネッセント波の染み出し深さとの関係の例を示すグラフである。図中、横軸は、導波層の屈折率ｎELを示し、縦軸は距離ｚを示している。
【００３６】
図３に示すデータは、何れも上記等式を用いて得られたものである。具体的には、入射角θELは６０°、波長λは５５０ｎｍとした。また、図３には、比Ｅ（ｚ）／Ｅ（０）が１／ｅ2にまで減少する距離ｚ、比Ｅ（ｚ）／Ｅ（０）が１／ｅ4にまで減少する距離ｚ、比Ｅ（ｚ）／Ｅ（０）が１／ｅ6にまで減少する距離ｚを示している。
【００３７】
エバネッセント波の染み出し深さは、一般に、比Ｅ（ｚ）／Ｅ（０）が１／ｅ2にまで減少する距離ｚを意味している。図３に示すように、この場合の染み出し深さは１００ｎｍ未満である。したがって、各素子部から封止基板３までの距離ｄを約１００ｎｍ以上とすると、導波層の上部空間と封止基板３との界面においてエバネッセント波が伝搬光へと変換されるのを十分に抑制することができると考えられる。また、図３から明らかなように、この効果は、距離ｄを約２００ｎｍ以上とすることにより大きくなり、距離ｄを約３００ｎｍ以上とすることによりさらに大きくなる。
【００３８】
距離ｄは、約３μｍ以上としてもよい。こうすると、干渉ムラが視認され難くなる。また、距離ｄは約３ｍｍ以下としてもよい。距離ｄを長くすると、有機ＥＬ表示装置１の機械的強度が低下することがある。
【００３９】
第１態様では、取り出し層３０として光散乱層を例示したが、取り出し層３０は、回折格子であってもよい。また、取り出し層３０と第１電極４１との間には、平坦化層として、エバネッセント波の染み出し深さよりも薄い光透過性の層を配置してもよい。
【００４０】
次に、本発明の第２態様について説明する。  
図４は、本発明の第２態様に係る有機ＥＬ表示装置を簡略化して描いた断面図である。なお、図４では、有機ＥＬ表示装置１を、その表示面，すなわち前面または光出射面，が上方を向き、背面が下方を向くように描いている。
【００４１】
この有機ＥＬ表示装置１は、有機ＥＬ素子４０が形成している層４０Ｇ上に取り出し層３０を配置していること以外は、図１及び図２の有機ＥＬ表示装置１と同様の構造を有している。このような構造を採用した場合も、各素子部から封止基板３までの距離ｄを上記と同様に設定することにより、第１態様で説明したのと同様の効果を得ることができる。
【００４２】
また、取り出し層３０を有機ＥＬ素子４０の上方に配置することにより、取り出し層３０の平坦化やパターニング等の工程を省略することができる。
【００４３】
本態様では、取り出し層３０には様々な構造を採用することができる。  
図５乃至図９は、図４の有機ＥＬ表示装置で使用可能な取り出し層の例を概略的に示す断面図である。
【００４４】
図５に示す取り出し層３０は、その表面に無秩序な凹凸が設けられている光透過性の層である。この取り出し層３０は、光散乱効果により、導波層からの光取出しを可能とする。他方、図６に示す取り出し層３０は、その表面に秩序的な凹凸が設けられている光透過性の層である。この取り出し層３０は、散乱、回折効果により、導波層からの光取出しを可能とする。
【００４５】
図５及び図６に示す取り出し層３０は、例えば、それ自体を単独で取り扱うことができる樹脂シート又は樹脂フィルムである。この場合、取り出し層３０は、例えば、接着剤層３３により第２電極４３に貼り付ける。接着剤層３３の厚さは、通常、２０μｍ以上であるので、第２電極４３の表面に凹凸があったとしても、接着剤層３３と第２電極４１との間などに隙間が生じるのを防止することができる。
【００４６】
図７に示す取り出し層３０は、第２電極４３上に配置された光透過性粒子３４からなる。光透過性粒子３４は、透明粒子３４ａを接着剤３４ｂで被覆してなり、この接着剤３４ｂにより、光透過性粒子３４同士の結合及び光透過性粒子３４と第２電極４３との結合が為されている。図７の取り出し層３０は、例えば、第２電極４３上に光透過性粒子３４を湿式又は乾式で散布することにより形成することができる。また、図８に示す取り出し層３０は、接着剤層３３上に透明粒子３４ａを湿式又は乾式で散布してなる。図７及び図８に示す取り出し層３０は、光散乱効果により、導波層からの光取出しを可能とする。
【００４７】
図９に示す取り出し層３０は、光透過性樹脂３５とこの中で分散した粒子３６とを含んだ光散乱層である。粒子３６は、光透過性樹脂３５とは光学特性，例えば屈折率，が異なっている。この取り出し層３０は、例えば、粒子３６と光透過性樹脂３５の材料とを含有した塗工液を第２電極４３上に塗布し、この塗膜を硬化させることにより得られる。なお、この光透過性樹脂３５は、有機物層４２のガラス転移温度以下で硬化する材料から選択される。
【００４８】
図７及び図９の取り出し層３０では、光透過性粒子３４ａや粒子３６の材料として、ＴｉＯ2やＺｒＯ2などのように導波層と比較して屈折率がより高いものを使用してもよい。この場合、屈折率が１．５程度の樹脂などを使用した場合と比較して、より高い取り出し効率を実現することができる。
【００４９】
また、図５及び図９の取り出し層３０を使用する場合、接着剤や樹脂中の成分が有機物層４２中へと拡散するのを防止するために、第２電極４３が含む物理的及び化学的に安定な導体層，例えばＩＴＯ層，の厚さを１０ｎｍ以上としてもよい。また、この場合、ピンホール等を考慮して、先の導体層の厚さを４０ｎｍ以上としてもよい。
【００５０】
さらなる利益及び変形は、当業者には容易である。それゆえ、本発明は、そのより広い側面において、ここに記載された特定の記載や代表的な態様に限定されるべきではない。したがって、添付の請求の範囲及びその等価物によって規定される本発明の包括的概念の真意又は範囲から逸脱しない範囲内で、様々な変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の第１態様に係る有機ＥＬ表示装置を概略的に示す断面図。
【図２】図１の有機ＥＬ表示装置を拡大して示す部分断面図。
【図３】導波層の屈折率とエバネッセント波の染み出し深さとの関係の例を示すグラフ。
【図４】本発明の第２態様に係る有機ＥＬ表示装置を概略的に示す部分断面図。
【図５】図４の有機ＥＬ表示装置で使用可能な取り出し層の例を概略的に示す断面図。
【図６】図４の有機ＥＬ表示装置で使用可能な取り出し層の例を概略的に示す断面図。
【図７】図４の有機ＥＬ表示装置で使用可能な取り出し層の例を概略的に示す断面図。
【図８】図４の有機ＥＬ表示装置で使用可能な取り出し層の例を概略的に示す断面図。
【図９】図４の有機ＥＬ表示装置で使用可能な取り出し層の例を概略的に示す断面図。
【符号の説明】
【００５２】
１…有機ＥＬ表示装置、２…アレイ基板、３…封止基板、１０…絶縁基板、１２…アンダーコート層、１３…半導体層、１４…ゲート絶縁膜、１５…ゲート電極、１７…層間絶縁膜、１８…パッシベーション膜、１９…平坦化層、２０…出力制御スイッチ、２１…ソース・ドレイン電極、３０…光取り出し層、３１…第１部分、３２…第２部分、３３…接着剤層、３４…光透過性粒子、３４ａ…透明粒子、３４ｂ…接着剤、３５…光透過性樹脂、３６…粒子、４０…有機ＥＬ素子、４０Ｇ…層、４１…第１電極、４２…有機物層、４３…第２電極、５０…隔壁絶縁層、７０…反射層。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2008515130.tif 000008
【図６】
2008515130.tif 000009
【図７】
2008515130.tif 000010
【図８】
2008515130.tif 000011
【図９】
2008515130.tif 000012
【国際調査報告】
2008515130.tif 000013
2008515130.tif 000014