(57)【要約】【課題】従来の出射効率の悪い有機ＥＬディスプレイ素子では、所定の明るさの表示部が実現できず、必要以上に明るい表示部とするために、有機ＥＬディスプレイ素子の寿命を短縮するという結果となっていた。本発明は、このような問題を解決するために、出射効率の高い有機ＥＬディスプレイ素子の提供を目的とする。【解決手段】本発明では、透明基板上に少なくとも透明樹脂層と、透明電極と、有機ＥＬ層と、金属電極とが形成されてなる有機ＥＬディスプレイ素子において、前記透明樹脂層の前記透明電極の側が所定の数の逆ドーム形状を持たせることにより、出射効率の高い有機ＥＬディスプレイ素子を実現する。【選択図】　図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板上に少なくとも透明樹脂層と、透明電極と、有機エレクトロルミネセンス層と、金属電極とが形成されてなる有機エレクトロルミネセンスディスプレイ素子において、前記透明樹脂層の前記透明電極の側が所定の数の逆ドーム形状を有する有機エレクトロルミネセンスディスプレイ素子。
【請求項２】
請求項１に記載の有機エレクトロルミネセンスディスプレイ素子において、前記逆ドーム形状がマトリクス型表示の画素毎に形成されていることを特徴とする有機エレクトロルミネセンスディスプレイ素子。
【請求項３】
透明基板上に少なくとも透明樹脂層と、透明電極と、有機エレクトロルミネセンス層と、金属電極とが形成されてなる有機エレクトロルミネセンスディスプレイ素子の製造方法であって、前記透明樹脂層を感光性樹脂で形成し、マスクに設けた孔部で回折した光によって該透明樹脂を露光することにより、該透明樹脂層の前記透明電極の側を逆ドーム形状に形成することを特徴とする有機エレクトロルミネセンスディスプレイ素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機エレクトロルミネセンス（以後「エレクトロルミネセンス」を「ＥＬ」と略記）ディスプレイ素子及び有機ＥＬディスプレイ素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
表示装置としてフラットパネルディスプレイが期待されている。フラットパネルディスプレイの表示部には低消費電力のディスプレイである自発光型の有機ＥＬディスプレイが有望である。一方、有機ＥＬディスプレイは高輝度・高効率の発光が重要な課題である。従来、有機ＥＬディスプレイモジュールでより高輝度の表示を実現するには、高電圧を印加していた。
【０００３】
従来の有機ＥＬディスプレイ素子の構造を図１（ａ）、図１（ｂ）に示す。図１（ａ）、図１（ｂ）において、５１は空気、５２はガラス基板、５３は透明電極、５４は有機ＥＬ層、５５は金属電極である。各説明の括弧内は屈折率を表す。図１（ａ）において、ガラス基板５２に透明電極５３、有機ＥＬ層５４、金属電極５５を形成すると、透明電極５３と金属電極５５との交点にある有機ＥＬ層が画素となる。画素部で発光したＥＬ光は、透明電極５３、ガラス基板５２を経て空気５１中に出射する。空気５１中に出射する際のガラス基板から空気５１中への入射角θｉが臨界角を越えると、ＥＬ光は全反射して出射できなくなる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図１（ａ）より各層での入射角と出射角の関係は、　次式で表される。
ｎｏ　ｓｉｎθｏ＝ｎ２　ｓｉｎθ２　（１）
ｎ２　ｓｉｎθ２＝ｎｉ　ｓｉｎθｉ　（２）
ｎｉ　ｓｉｎθｉ＝ｎ１　ｓｉｎθ１　（３）
（１）、（２）、（３）式より、次式が得られる。
ｎｏ　ｓｉｎθｏ＝ｎ１　ｓｉｎθ１　（４）
（４）式より、図１（ｂ）で示したように、有機ＥＬ層の屈折率ｎｏと出射角θ１との関係でいえば、有機ＥＬ層５４が空気５１と直接、接しているのと同じ関係になる。（４）式において、全反射となるのはθ１＝９０°であるから、このときの臨界角（θｏ）ｍａｘは次式となる。
（θｏ）ｍａｘ＝ｓｉｎ−１　（ｎ１／ｎｏ）　（５）
ここで、（５）式において、ｎ１＝１．０、ｎｏ＝１．７とすると、（θｏ）ｍａｘ＝３６．０°となる。つまり、３６°以上の角度になると、ＥＬ光はＥＬディスプレイ素子から出射できず、閉じ込められてしまう。有機ＥＬ層で発光したＥＬ光が３６°以下の角度で入射する割合ηは、単位半球の表面積に対する単位半球の中心角（２×（θｏ）ｍａｘ）内の表面積であるため、次式で表される。
η＝１−ｃｏｓ（（θｏ）ｍａｘ）　（６）
ここで、（θｏ）ｍａｘ＝３６．０°とすると、η＝０．２となり、ＥＬ発光した光のうち２０％しか取り出せないことになる。このように、出射効率の悪い有機ＥＬディスプレイ素子では、所定の明るさの表示部が実現できず、明るい表示部とするために、高電圧を印加することによって有機ＥＬディスプレイ素子の寿命を短縮するという結果となっていた。
【０００５】
本発明は、このような問題を解決するために、出射効率の高い有機ＥＬディスプレイ素子の提供を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前述した課題を解決するために、本願第一発明は、透明基板上に少なくとも透明樹脂層と、透明電極と、有機ＥＬ層と、金属電極とが形成されてなる有機ＥＬディスプレイ素子において、前記透明樹脂層の前記透明電極の側が所定の数の逆ドーム形状を有する有機ＥＬディスプレイ素子である。
【０００７】
本願第二発明は、本願第一発明の有機ＥＬディスプレイ素子において、前記逆ドーム形状がマトリクス型表示の画素毎に形成されていることを特徴とする有機ＥＬディスプレイ素子である。
【０００８】
本願第三発明は、透明基板上に少なくとも透明樹脂層と、透明電極と、有機ＥＬ層と、金属電極とが形成されてなる有機ＥＬディスプレイ素子の製造方法であって、前記透明樹脂層を感光性樹脂で形成し、マスクに設けた孔部で回折した光によって該透明樹脂を露光することにより、該透明樹脂層の前記透明電極の側を逆ドーム形状に形成することを特徴とする有機ＥＬディスプレイ素子の製造方法である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の実施の形態について、添付の図面を参照して説明する。
（実施の形態１）
本発明は、有機ＥＬディスプレイ素子において、透明樹脂層の透明電極側を逆ドーム状に形成して、ＥＬ光の出射効率を向上させたものである。図２は、ＥＬ発光した光の出射効率を向上させた有機ＥＬディスプレイ素子の断面図を示す。図２において、１１は空気、１２は透明基板としてのガラス基板であり、他の透明基板としてはフレキシブル基板、カラーフィルタや色変換材料が形成された基板を含む。１３は透明樹脂層であり、例えばＰＭＭＡ（Ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌ　Ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）が適用できる。１４は透明電極であり、透明電極材料にはＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ　Ｔｉｎ　Ｏｘｉｄｅ）、インディウム亜鉛酸化物や酸化スズなどが適用できる。１５は有機ＥＬ層であり、ＥＬ発光する層である。１６は金属電極であり、Ａｌ、Ｌｉ、Ｍｇ又はこれらの合金を用いることができる。
【００１０】
図２において、透明樹脂層１３の透明電極１４の側を透明樹脂層が凹状になるように逆ドーム状に形成される。透明樹脂層１３の上面を薄い透明電極１４がほぼ等厚に形成される。薄い透明電極１４はほぼ等厚であり、透明樹脂層１３の屈折率は通常１．５程度、有機ＥＬ層１５の屈折率は透明樹脂層１３の屈折率よりも高い１．７程度であるため、有機ＥＬ層１５から見ると、透明樹脂層１３の逆ドーム形状により、有機ＥＬ層１５が凸レンズとしての機能を果たすことになる。即ち、図２に示すように、ＥＬ発光した光がドーム面に当たると、透明電極１４の傾斜により、ガラス基板１２への入射角は透明樹脂層１３が平坦であるときよりも（θ２−α）と小さくなる。ガラス基板１２への入射角が（θ２−α）と小さいと、空気への入射角も（θｉ−β）と小さくなる。その結果、空気１１への出射角は、図１における空気への出射角θ１より（θ１−γ）と小さくなる。
【００１１】
従って、空気１１への出射角が小さくなると、ＥＬ光がガラス基板１２と空気層１１との境界で全反射される割合が少なくなり、出射効率が向上する。出射効率の高い有機ＥＬディスプレイ素子は明るいディスプレイとすることができた。
【００１２】
（実施の形態２）
本発明は、有機ＥＬディスプレイ素子において、透明樹脂層の透明電極側を画素毎に逆ドーム状に形成して、ＥＬ光の出射効率を向上させたものである。図３（ａ）、図３（ｂ）、図３（ｃ）は、それぞれＥＬ発光した光の出射効率を向上させた有機ＥＬディスプレイ素子を示す。図３（ａ）は有機ＥＬディスプレイ素子の拡大平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）におけるＢ−Ｂ’線での断面図、図３（ｃ）は図３（ａ）におけるＡ−Ａ’線での断面図である。図３において、１１は空気、１２は透明基板としてのガラス基板、１３は透明樹脂層、１４は透明電極、１５は有機ＥＬ層、１６は金属電極、１７はマトリクス型表示の画素である。
【００１３】
本有機ＥＬディスプレイ素子は画像表示に用いられ、行方向（図３（ａ）の横方向）の透明電極１４と列方向（図３（ｂ）の縦方向）の金属電極１６からなるマトリクス型のディスプレイ素子である。図３（ａ）、図３（ｂ）、図３（ｃ）に示すように、透明電極１４は横方向に連続的に、縦方向には分断して形成され、金属電極１６は縦方向に連続的に、横方向には分断して形成されている。透明電極１４と金属電極１６の交点にある有機ＥＬ層が画素１７となる。透明樹脂層１３はガラス基板１２の上面に形成され、かつ、画素に対応する部分の透明電極１４の側が凹面になるように逆ドーム形状に形成される。透明樹脂層１３の上面を薄い透明電極１４が逆ドーム形状に沿ってほぼ等厚に形成されることになる。薄い透明電極１４はほぼ等厚であり、透明樹脂層１３の屈折率は通常１．５程度、有機ＥＬ層１５の屈折率は透明樹脂層１３の屈折率よりも高い１．７程度であるため、透明樹脂層１３の逆ドーム形状を有機ＥＬ層１５から見ると、有機ＥＬ層１５が画素毎に設けられた凸レンズとしての機能を果たすことになる。
【００１４】
従って、透明樹脂層１３の透明電極１４の側を画素毎に逆ドーム形状とすることにより、ＥＬ光がガラス基板１２と空気１１との境界で全反射される割合が少なくなり、また、透明樹脂層１３の逆ドーム周辺部までの厚さを薄くすることができ、出射効率を向上させることができた。出射効率の高い有機ＥＬディスプレイ素子は明るいディスプレイとすることができる。た。
【００１５】
（実施の形態３）
本発明は、有機ＥＬディスプレイ素子の透明樹脂層を逆ドーム形状に形成する製造方法である。図４は、本発明の有機ＥＬディスプレイ素子の製造方法の基本原理を説明する図である。図４において、１２はガラス基板、１３は透明樹脂層、１８はマスク、１９はマスク１８に設けた孔部である。ガラス基板１２の上面に感光性の透明樹脂層１３を形成する。図４において、マスク１８に設けた微小な孔部１９を通過した光は、孔部１９で回折し、一定の広がり角で透明樹脂層１３に達する。孔部１９の直径をｄとし、回折する光の波長をλとすると、広がり角２θは次式で近似される。
２θ〜λ／ｄ　　（１）
透明樹脂層１３の表面における光の強度分布は、図４に示すようにドーム形状となる。透明樹脂層１３の材料をポジ型の感光樹脂にすると、光の強度が強い部分が現像によって除去されるため、透明樹脂層に逆ドーム形状が形成される。
【００１６】
次に、有機ＥＬディスプレイ素子の透明樹脂層に逆ドーム形状を形成する製造工程を図５（ａ）乃至図５（ｄ）で説明する。図５（ａ）乃至図５（ｄ）において、１２は透明基板としてのガラス基板であり、他の透明基板としてはフレキシブル基板、カラーフィルタや色変換材料が形成された基板を含む。１３は透明樹脂層であり、ポジ型感光性樹脂を利用する。１４は透明電極であり、透明電極材料にはＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ　Ｔｉｎ　Ｏｘｉｄｅ）、インディウム亜鉛酸化物や酸化スズなどが適用できる。１５は有機ＥＬ層であり、ＥＬ発光する層である。１６は金属電極であり、Ａｌ、Ｌｉ、Ｍｇ又はこれらの合金を用いることができる。１８はマスク、１９は孔部である。
【００１７】
まず、ガラス基板１２の上面に透明樹脂層１３を成膜する（図５（ａ））。次に、透明樹脂層１３にドーム形状を形成するためのマスク１８を配置する（図４（ｂ））。マスク１８の孔部１９がマトリクス型表示の画素に対応するようにマスクを配置すると、透明樹脂層の逆ドーム形状が画素毎に形成される。逆ドーム形状の大きさは透明樹脂層１３とマスク１８の距離に依存する。即ち、前述したように、孔部１９で回折した光は角度２θで広がる。適当な距離に設定して、所要の大きさの逆ドーム形状とする。マスク１８を通して露光した後、現像により露光した部分の樹脂を除去すると、透明樹脂層に逆ドーム形状が形成される（図５（ｃ））。その上面に透明電極１４、有機ＥＬ層１５、金属電極１６を形成する（図５（ｄ））。
【００１８】
本製造方法では、透明樹脂層に直接、逆ドーム形状を形成したが、ネガ型感光樹脂を利用して転写により、透明樹脂層に逆ドームを形成することもできる。即ち、ネガ型感光樹脂に前述したマスクを通して、露光し、現像により露光した部分の樹脂を除去すると、感光樹脂にドーム形状が形成される。このドーム形状を透明樹脂層に転写すると、透明樹脂層には逆ドーム形状が形成される。
【００１９】
従って、孔部を有するマスクを使用して透明樹脂層に逆ドーム形状を形成する本製造方法によれば、逆ドーム形状を有する透明樹脂層を簡易に形成することができた。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明による有機ＥＬディスプレイ素子では、透明樹脂層の透明電極の側を逆ドーム形状にすることによって、有機ＥＬ層で発光した光の出射効率を向上させることができる。出射効率の高い有機ＥＬディスプレイ素子は明るいディスプレイとすることができる。
さらに、本発明による有機ＥＬディスプレイ素子の製造方法では、孔部を有するマスクを使用することによって、簡易に逆ドーム形状を有する透明樹脂層を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の有機ＥＬディスプレイ素子の構造を説明する図である。
【図２】本願発明の有機ＥＬディスプレイ素子の基本原理を説明する断面図である。
【図３】本願発明の有機ＥＬディスプレイ素子の構造を説明する平面図及び断面図である。
【図４】本願発明の有機ＥＬディスプレイ素子の製造方法の基本原理を説明する図である。
【図５】本願発明の有機ＥＬディスプレイ素子の製造方法を説明する工程図である。
【符号の説明】
１１：空気
１２：ガラス基板
１３：透明樹脂層
１４：透明電極
１５：有機ＥＬ層
１６：金属電極
１７：画素
１８：マスク
１９：孔部
５１：空気
５２：ガラス基板
５３：透明電極
５４：有機ＥＬ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】
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