(57)【要約】【課題】製造工程の複雑化およびコスト上昇を伴うことなく、光の取り出し効率を改善し、かつ長期にわたって安定した発光特性を維持する有機ＥＬ発光ディスプレイの提供。【解決手段】透明な支持基板上に配置されたストライプパターンの第１電極と、第１電極と交差するストライプパターンを有して対向配置される第２電極と、第１電極および第２電極の間に配置される有機発光層とを備えたパッシブマトリクス有機ＥＬ発光ディスプレイにおいて、第１電極は、透明電極とより低い電気抵抗率を有する補助電極とから構成され、透明電極の一部は補助電極上に形成され、補助電極は端部にテーパー部を有し、それによって透明電極内を伝播する光を抑制する機能を有することを特徴とする有機ＥＬ発光ディスプレイ。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明な支持基板上に互いに平行に配置されたストライプパターンの第１電極と、前記第１電極のストライプパターンに交差するストライプパターンを有して対向配置される第２電極と、前記第１電極および第２電極の間に配置される有機発光層とを備えたパッシブマトリクス有機ＥＬ発光ディスプレイにおいて、
前記第１電極は、透明電極と前記透明電極よりも低い電気抵抗率を有する補助電極とから構成され、前記透明電極の一部は前記補助電極上に形成され、前記補助電極は端部にテーパー部を有し、それによって透明電極内を横方向に伝播する光を抑制する機能を有することを特徴とする有機ＥＬ発光ディスプレイ。
【請求項２】
前記テーパー部は、６５゜より大きなテーパー角度を有することを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ発光ディスプレイ。
【請求項３】
前記テーパー部は、２００〜７００ｎｍの大きさの粒子状の形状を有することを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ発光ディスプレイ。
【請求項４】
前記テーパー部の形状は、ウェットエッチングにより形成されることを特徴とする請求項３に記載の有機ＥＬ発光ディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高い効率を可能とする有機ＥＬ発光ディスプレイに関する。詳細には、イメージセンサー、パーソナルコンピューター、ワードプロセッサー、テレビ、ファクシミリ、オーディオ、ビデオ、カーナビゲーション、電気卓上計算機、電話機、携帯端末機ならびに産業用計測器等の表示用の有機ＥＬ発光ディスプレイに関する。
【０００２】
【従来の技術】
有機ＥＬ発光ディスプレイにおける電極構成として、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）を用いたアクティブマトリクス駆動方式およびパッシブマトリクス駆動方式が知られている。パッシブマトリクス駆動方式は電極構成が単純であるため、安価に製造できる利点を有している。
【０００３】
パッシブマトリクス駆動方式のディスプレイは、透明な支持基板上に互いに平行に配置されるストライプパターン状の第１電極と、第１電極のストライプパターンと交差するストライプパターンを有して対向配置される第２電極と、第１電極および第２電極の間に挟まれる有機発光層とを有し、選択された第１電極と選択された第２電極との交差した部分の画素が発光するものである。通常、基板側に光を取り出す方式では、基板側の第１電極は透明電極であり、有機発光層の光は透明電極および透明基板を通して外部に放射される。このとき、屈折率の異なる層の境界面において、ある角度よりも大きな入射角を有する光は全反射されてその層内を横方向に伝播してしまい、有機発光層にて発光した光の全てを外部に取り出すことはできない。
【０００４】
この光の取り出し効率を向上させる方法としては、発光部からの光の出射角度を変換して外部に放射する角度変換手段を透明基板内に設ける方法（特許文献１参照）や、素子界面での全反射を抑制する位置に回折格子もしくはゾーンプレートを形成する方法（特許文献２参照）がある。しかしながら、これらの方法は取り出し効率向上のための構成要素を別途作成しなければならず、製造工程の複雑化および製造コストの上昇を招く。
【０００５】
また、透明電極に用いられるＩＴＯあるいはＩＺＯなどの透明導電性酸化物は金属に比べ抵抗値が高く、ディスプレイ全体の配線抵抗を増大させて、消費電力を大きくする可能性がある。ディスプレイの消費電力を低減させるために、画素間に透明電極に対して電気的に接続される金属製の補助電極を形成することが一般的に行われている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１０−１８９２５１号公報
【０００７】
【特許文献２】
特許第２９９１１８３号明細書
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように、有機ＥＬ発光ディスプレイはその光の取り出し効率の向上という課題を有しており、製造工程の複雑化およびコスト上昇を伴うことなくその課題を解決する手段を提供することが広く求められている。
【０００９】
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、光の取り出し効率を改善し、かつ長期にわたって安定した発光特性を維持する有機ＥＬ発光ディスプレイを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、光の取り出し効率を改善する簡便な方法として、透明電極に接続される補助電極端部にテーパー部を設け、該テーパー部のテーパー角度および形状を制御することにより、透明電極内での光の全反射を防止できることを見出した。
【００１１】
前述の目的を達成するための手段は、以下のとおりである。有機発光層からの発光は、透明電極および透明基板を経て外部へと放射される。このときに層内での光の横方向への伝播は、最も大きな屈折率を有する透明電極内にて発生する。したがって、透明電極の界面における全反射を防止することで、光の取り出し効率の改善をすることが可能である。第１の手段は、補助電極端部のテーパー部のテーパー角度を規定することで、テーパー部における光の反射角度を制御し、それによって透明電極内での光の横方向への伝播を防止することである。第２の手段は、テーパー部の表面を粒子状の粗い表面形状とすることにより光を散乱させ、それによって透明電極内での光の横方向への伝播を防止することである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の有機ＥＬ発光ディスプレイの１画素に相当する部分の一例を、図１および図２に示す。図１は断面図であり、透明な支持基板１上に補助電極２、透明電極３、有機発光層４および第２電極５が設けられている。図２は、補助電極２の好ましい形状を示す上面図である。
【００１３】
透明な支持基板１は、可視域において透明であることが必要であり、例えば、ガラスなどを用いることができる。また、ガラスの屈折率１．５と同等の屈折率を有する高分子基板（ポリエチレンテレフタレート、ポリメチルメタクリレートなど）を用いることもできる。さらに、上記の材料の上にカラーフィルタ層および／または色変換層を設け、その上にＳｉＯ２などの１．５に近い屈折率を有する層を積層した基板を用いることもできる。
【００１４】
補助電極２は、透明電極３に用いられる材料よりも低い抵抗率を有し、かつ光反射性を有する材料、例えばＡｌ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｗまたはそれらの合金を用いて作製することができる。補助電極２は、スパッタ法などの成膜方法を用いて膜形成した後に、フォトリソグラフ法を用いてパターニングを行って形成される。補助電極２は、透明電極３のストライプパターンの両方の側部に沿って同一方向に延在する２つのストライプパターンを有し、それらの２つのストライプパターンの間を適切な位置で接続して、画素に相当する部分の周縁を囲むような補助電極２を形成することが好ましい（図２参照）。いずれの場合においても、補助電極２は透明電極３と電気的に接続される。補助電極の端部（透明電極３と隣接する部分、または画素すなわち開口部の周縁部）のテーパー形状については後述する。
【００１５】
透明電極３は、互いに平行であるストライプパターン状に形成され、その一部が補助電極２の上に積層されている。透明電極３は、ＩＴＯまたはＩＺＯのような透明導電性酸化物から形成され、特に室温成膜において比較的低抵抗な膜が得られ、弱酸によるパターニングが可能なＩＺＯを用いることが好ましい。成膜方法としてはスパッタ法などを用い、およびパターニングにはフォトリソグラフ法を用いることが可能である。なお、透明電極３を陰極として用いる場合には、前述の透明酸化物の上に、リチウム、ナトリウム等のアルカリ金属、カリウム、カルシウム、マグネシウム、ストロンチウムなどのアルカリ土類金属、またはこれらのフッ化物等からなる電子注入性の金属、その他の金属との合金や化合物の極薄膜（１０ｎｍ）を積層する。これらの仕事関数の小さい材料を用いることにより効率のよい電子注入を可能とし、さらに極薄膜とすることによりこれらの材料による透明性低下を最低限とすることが可能となる。
【００１６】
図示していないが、透明電極３の端部（ストライプパターンの側部）を被覆し、発光領域を制限する目的で絶縁膜を形成してもよい。あるいはまた、透明電極３の隣接するストライプパターンの間の区域に絶縁膜を積層してもよい。それら絶縁膜は、無機酸化物、アクリレートなどのネガ型フォトレジスト、あるいはポリイミド材料を用いて形成することができる。さらに、透明電極３上または前記絶縁膜上に第２電極分離隔壁を形成してもよい。第２電極分離隔壁は、アクリレートまたはノボラック樹脂などのネガ型フォトレジストを用いて形成することができる。第２電極分離隔壁は、第１電極のストライプパターンと交差する方向に延在するストライプパターンを有し、かつ逆テーパー形状の断面を有して形成される。それによって、隔壁頂部上に形成される層と、隣接する隔壁の間に形成される層とを分離して、隔壁間に形成される層が、第１電極のストライプパターンと交差する方向に延在するストライプパターン状の第２電極として機能することを可能にする。目的の形状の開口部を有するマスクを用いてストライプパターン状の第２電極を形成する場合には、第２電極分離隔壁を設ける必要はない。
【００１７】
次に、透明電極３の上に、有機発光層４が形成される。有機発光層４は、少なくとも有機ＥＬ発光層を含み、必要に応じて、正孔注入層、正孔輸送層、および／または電子注入層を介在させた構造を有する。具体的には、下記のような層構成からなるものが採用される。
（１）有機ＥＬ発光層
（２）正孔注入層／有機ＥＬ発光層
（３）有機ＥＬ発光層／電子注入層
（４）正孔注入層／有機ＥＬ発光層／電子注入層
（５）正孔注入層／正孔輸送層／有機ＥＬ発光層／電子注入層
（上記において、陽極は有機ＥＬ発光層または正孔注入層に接続され、陰極は有機ＥＬ発光層または電子注入層に接続される）
【００１８】
上記各層の材料としては、公知のものが使用される。青色から青緑色の発光を得るためには、有機ＥＬ発光層中に、例えばベンゾチアゾール系、ベンゾイミダゾール系、べンゾオキサゾール系などの蛍光増白剤、金属キレート化オキソニウム化合物、スチリルベンゼン系化合物、芳香族ジメチリディン系化合物などが好ましく使用される。
【００１９】
第２電極５は、ＡｌまたはＭｇのような金属およびそれらの合金を用いて形成することができる。第２電極５を陽極として用いる場合、有機発光層と接触する面に仕事関数の大きな材料（ＩＴＯまたはＩＺＯのような導電性酸化物）の層を設けてもよい。第２電極５は、前述の第２電極分離隔壁を用いて所定の形状を有する電極として機能させてもよいし、あるいはマスクを用いる蒸着法またはスパッタ法によって、透明電極３のストライプパターンと交差して延在するストライプパターン状に形成してもよい。
【００２０】
図示していないが、第２電極５を形成した後に、酸化シリコンまたは酸化窒化シリコンのような無機膜を封止部材として形成してもよい。あるいはまた、ガラス基板、ＳＵＳ缶またはポリカーボネートなどのフィルム基板を支持基板１と接着してディスプレイの封止を行うことも可能である。
【００２１】
以下に、補助電極端部（画素に隣接する部位、あるいは画素を囲む周縁部）のテーパー形状の効果について述べる。有機発光層４、透明電極３およびガラス棟の透明な支持基板１の屈折率は、それぞれ１．７、２．０および１．５程度と考えられる。この場合に、層内での光の横方向への伝播は、最も屈折率の高い透明電極３において発生する。ここで前記の屈折率を考慮すると、各界面における臨界角は、透明電極３と支持基板１との界面で約５０゜となり、および透明電極３と有機発光層４との界面で約６０゜となる。図３に示すような補助電極２を持たない慣用のディスプレイにおいては、有機発光層４から入射し、有機発光層４／透明電極３界面の法線に対して角θ０をなして透明電極３内を進行する光は、θ０が透明電極３と支持基板１との界面における臨界角である約５０゜より大きい場合には、透明電極３／支持基板１の界面、および透明電極３／有機発光層４の界面のそれぞれにおいて全反射を起こし、透明電極内を横方向に伝播し、外部に放射されることがない。
【００２２】
次に、図４に示すような、その端部にテーパー角φのテーパー部を有する補助電極２を設けた本発明の有機ＥＬ発光ディスプレイを考察する。有機発光層から５０゜より大きな屈折角θ０で入射する光は、透明電極３／支持基板１の界面で全反射を起こす。全反射した光がテーパー角φを有するテーパー部で反射して、透明電極３／有機発光層４の界面に対して角θ１＝２７０゜−２φ−θ０をなして、該界面に到達する。このとき、角θ１が９０゜より小さければ、光の少なくとも１部は透明電極３／有機発光層４の界面において、残りは第２電極５において画素内に反射され、そして外部へ放射される。前述の入射角の式から計算すると、テーパー角φが６５゜より大きい場合にこの効果を実現することが可能となる。
【００２３】
このようなテーパー角φは、補助電極をパターニングする際のフォトリソグラフ法の条件（例えば、レジスト塗布後のベーク条件、エッチング液（エッチング速度）など）を選択することにより実現することができる。該条件は、補助電極の材質や所望のテーパー角φに依存して決定される。
【００２４】
あるいはまた、図５に示すようにテーパー部を粗面化して、粒子状の凹凸を設けて光を散乱させることによっても、本発明の目的を達することが可能である。すなわち、凹凸部における散乱によって光の反射角を変化させ、光の少なくとも一部は透明電極３／有機発光層４の界面および第２電極５において画素内に反射され、そして外部へ放射される。凸部が球形ないし回転楕円体の一部であるような粒子状の凹凸を有するテーパー部は、ウェットエッチングを用いて容易に形成することができる。例えば、補助電極をＭｏを用いて形成してリン酸／硝酸／酢酸の混合液でエッチングする場合、酸化剤である硝酸の比率を低下させることにより、粗い表面形状を形成することが可能となる。光を散乱させる目的から、テーパー部表面の粒子状形状の大きさは、可視光の波長を含む２００〜７００ｎｍであることが好ましい。
【００２５】
以上においては、有機発光層からの発光をそのまま放射するモノクロディスプレイについて説明したが、前述のように支持基板に色変換層および／またはカラーフィルタ層を設けることによって多色のディスプレイを作成することも可能である。
【００２６】
色変換層は、マトリクス樹脂中に蛍光変換色素を含有するものであり、有機発光層から発せられる近紫外領域ないし可視領域の光を吸収して波長分布変換を行い、異なる波長の可視光を蛍光として発光する。例えば、青色ないし青緑色の光を吸収して赤色領域の蛍光を発する色素、青色ないし青緑色の光を吸収して緑色領域の蛍光を発する色素、または近紫外領域ないし可視領域の光を吸収して青色の蛍光を発する色素などを、蛍光変換色素として用いることができる。複数種の色変換層（好ましくは、青、緑、赤の光を出射する層）を配列して、フルカラーのディスプレイとすることができる。カラーフィルタ層は、有機発光層からの発光あるいは色変換層において波長分布変換された光の色純度を向上させるために設けられるものである。色変換層およびカラーフィルタ層を構成する材料としては、当該技術において知られている任意の材料を用いることが可能である。
【００２７】
【実施例】
（実施例１）
透明な支持基板１としてガラス基板を用い、ＭｏターゲットおよびスパッタガスとしてＡｒを用いる室温におけるＤＣスパッタ法によって膜厚３００ｎｍのＭｏ膜を堆積させた。Ｍｏ膜の上にフォトリソグラフ法によりパターニングしたレジスト（レジスト塗布後、ホットプレート上１００℃で１２０秒間ベークした）を形成した後に、リン酸／硝酸／酢酸＝１２／１／９０の混合エッチング液を用いてＭｏ膜をパターニングして、図２に示すようなストライプパターンを有する補助電極２を形成した。補助電極２のストライプ幅は１１０μｍ、隣接する２つのストライプ間の間隔は１０μｍとした。ストライプ内に設けられた開口部は、幅９０μｍ×長さ３３０μｍであり、隣接する２つの開口部は３０μｍの間隔で離間した。このようにして得られた補助電極２は、開口部の周縁に沿ってテーパー部を有し、そのテーパー角は７０゜であり、テーパー部の表面は滑らかであった。
【００２８】
次に、透明電極３を形成した。ＩＺＯ焼成ターゲットおよびＡｒスパッタガスを用いる室温におけるＤＣスパッタ法により、膜厚２００ｎｍのＩＺＯ膜を形成した。そして、フォトリソグラフ法により補助電極２に重なるようなストライプパターンのレジストを形成し、シュウ酸を用いてエッチングして、幅１００μｍ、間隔２０μｍのストライプパターンを有する透明電極３を形成した。
【００２９】
補助電極２および透明電極３を形成した支持基板１を抵抗加熱蒸着装置内に装着し、有機発光層４を形成した。有機発光層４は、正孔注入層、正孔輸送層、有機ＥＬ発光層および電子注入層から成り、それらの層を真空を破ることなく順次成膜した。成膜に際しては、真空槽内圧を１×１０−４Ｐａまで減圧した。正孔注入層は厚さ１００ｎｍの銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）であり、正孔輸送層は、厚さ２０ｎｍの４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（α−ＮＰＤ）であり、有機ＥＬ発光層は厚さ３０ｎｍの４，４’−ビス（２，２’−ジフェニルビニル）ビフェニル（ＤＰＶＢｉ）、および電子注入層は厚さ２０ｎｍのアルミニウムトリス（８−キノリノラート）（Ａｌｑ）であった。
【００３０】
この後に、真空を破ることなしに、補助電極２および透明電極３のストライプと直交する方向に延在する幅３４０μｍ、間隔２０μｍのストライプパターンを得られるマスクを用い、厚さ２００ｎｍのＭｇ／Ａｇ（重量比１０：１）膜を形成し、第２電極５とした。このとき、透明電極３の各ストライプと第２電極５の各ストライプとが、補助電極２内に設けた開口部の上方で交差するようにマスク位置を設定した。
【００３１】
このようにして得られた積層体を、乾燥窒素雰囲気（酸素および水分濃度ともに１０ｐｐｍ以下）のグローブボックス内に移し、封止ガラスおよびＵＶ硬化型接着剤を用いて封止し、有機ＥＬ発光ディスプレイを得た。
【００３２】
（実施例２）
レジスト塗布後、該レジストをホットプレート上１００℃で４０秒間ベークしたこと、および補助電極２の作成時の混合エッチング液をリン酸／硝酸／酢酸＝１２／０．５／９０の混合エッチング液に変更したことを除いて、実施例１を繰り返した。得られたテーパー部は、３０゜のテーパー角を有した。該テーパー部の表面には、３００〜６００ｎｍの大きさの粒子状形状が観察された。
【００３３】
（比較例１）
レジスト塗布後、該レジストをホットプレート上１００℃で４０秒間ベークすることによりテーパー部のテーパー角度を３０゜にしたことを除いて実施例１を繰り返して、色変換発光デバイスを得た。テーパー部の表面は滑らかであった。
【００３４】
（評価）
各実施例および比較例において、１画素当たり１００μＡの電流を流した際の発光効率を比較した。結果を表１に示す。
【００３５】
【表１】
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【００３６】
上記の結果から明らかなように、本発明に従うテーパー角度または表面形状のテーパー部を有する補助電極を用いることにより、発光効率を改善できた。
【００３７】
【発明の効果】
本発明に記載の補助電極を用いることにより、製造工程の複雑化およびコストアップを伴うことなしに、光の取り出し効率の高い有機ＥＬ発光ディスプレイを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の有機ＥＬ発光ディスプレイの１画素を示す概略断面図である。
【図２】本発明の有機ＥＬ発光ディスプレイの補助電極の形状を示す概略上面図である。
【図３】従来の有機ＥＬ発光ディスプレイにおける層内の横方向への光伝播を説明する概略断面図である。
【図４】本発明の有機ＥＬ発光ディスプレイにおける層内の光伝播を説明する概略断面図である。
【図５】本発明の補助電極の粒子状凹凸を有するテーパー部表面形状を示す概略斜視図である。
【符号の説明】
１　　透明な支持基板
２　　補助電極
３　　透明電極
４　　有機発光層
５　　第２電極
【図１】
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【図２】
2004119216.tif 000005
【図３】
2004119216.tif 000006
【図４】
2004119216.tif 000007
【図５】
2004119216.tif 000008