(57)【要約】【課題】有機ＥＬ表示装置の発光効率を高めること。【解決手段】本発明の有機ＥＬ表示装置１は、光透過性絶縁層１０と、前記光透過性絶縁層１０に対して背面側に配置された背面電極４３と、前記光透過性絶縁層１０と前記背面電極４３との間に介在した光透過性の前面電極４１と、前記前面電極４１と前記背面電極４３との間に介在するとともに発光層４２ａを含んだ有機物層４２とを備えた有機ＥＬ素子４０と、前記発光層４２ａが放出する光が前記有機物層４２を出射してから前記光透過性絶縁層１０に至るまでの光路上に配置された光取り出し層３０とを具備し、前記光取り出し層３０は、互いに離間した複数の孔が設けられた光透過性の層である第１部分３１と、前記複数の孔を埋め込むとともに前記第１部分３１とは光学特性が異なる第２部分３２とを備え、前記複数の孔はそれらの中心同士を結んだ線が略正三角形を形成するように配列していることを特徴とする。【選択図】図１
2005063839.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を伝播する第１導波層と、
前記第１導波層上に設けられ、前記第1導波層と相反する主面を光出射面とする第２導波層と、
前記第１導波層と前記第２導波層の間、または、前記第１導波層の前記第２導波層と相反する側の面に配置される光取り出し層を具備し、
前記光取り出し層は、複数の回折パターンの集合体であることを特徴とする光学デバイス。
【請求項２】
前記第１導波層は、前記第２導波層側に設けられる光透過性電極と、前記光透過性電極に対向して配置される電極と前記光透過性電極との間に配置され、かつ少なくとも発光層を含んだ有機物層を含むことを特徴とする請求項１に記載の光学デバイス。
【請求項３】
前記第１導波層は前記電極を含むとともに、前記電極は光透過性を有することを特徴とする請求項２に記載の光学デバイス。
【請求項４】
前記光取り出し層は、前記光を前記出射面を介して外部へ取り出されるよう構成されることを特徴とする請求項１に記載の光学デバイス。
【請求項５】
前記光取り出し層は、屈折率の異なる少なくとも２種の材料から構成されることを特徴とする請求項１に記載の光学デバイス。
【請求項６】
光透過性絶縁層と、
前記光透過性絶縁層に対して背面側に配置された背面電極と、前記光透過性絶縁層と前記背面電極との間に介在した光透過性の前面電極と、前記前面電極と前記背面電極との間に介在するとともに発光層を含んだ有機物層とを備えた有機ＥＬ素子と、
前記発光層が放出する光が前記有機物層を出射してから前記光透過性絶縁層に至るまでの光路上に配置された光取り出し層とを具備し、
前記光取り出し層は、互いに離間した複数の孔が設けられた光透過性の層である第１部分と、前記第１部分とは光学特性が異なる第２部分とを備え、
前記複数の孔はそれらの中心同士を結んだ線が略正三角形を形成するように配列していることを特徴とする有機ＥＬ表示装置。
【請求項７】
光透過性絶縁層と、
前記光透過性絶縁層に対して背面側に配置された背面電極と、前記光透過性絶縁層と前記背面電極との間に介在した光透過性の前面電極と、前記前面電極と前記背面電極との間に介在するとともに発光層を含んだ有機物層とを備えた有機ＥＬ素子と、
前記発光層が放出する光が前記有機物層を出射してから前記光透過性絶縁層に至るまでの光路上に配置された光取り出し層とを具備し、
前記光取り出し層は、互いに離間した複数の孔が設けられた光透過性の層である第１部分と、前記複数の孔を埋め込むとともに前記第１部分とは光学特性が異なる第２部分とを備え、
前記複数の孔はそれらの中心同士を結んだ線が略正三角形を形成するように配列していることを特徴とする有機ＥＬ表示装置。
【請求項８】
前記複数の孔のそれぞれは部分的に開口していることを特徴とする請求項６または請求項７に記載の有機ＥＬ表示装置。
【請求項９】
前記複数の孔のそれぞれは略円形状に開口していることを特徴とする請求項６乃至請求項８の何れか１項に記載の有機ＥＬ表示装置。
【請求項１０】
光透過性絶縁層と、
前記光透過性絶縁層に対して背面側に配置された背面電極と、前記光透過性絶縁層と前記背面電極との間に介在した光透過性の前面電極と、前記前面電極と前記背面電極との間に介在するとともに発光層を含んだ有機物層とを備えた有機ＥＬ素子と、
前記発光層が放出する光が前記有機物層を出射してから前記光透過性絶縁層に至るまでの光路上に配置された光取り出し層とを具備し、
前記光取り出し層は、互いに離間した複数の孔が設けられた光透過の層である第１部分と、前記複数の孔を埋め込むとともに前記第１部分とは光学特性が異なる第２部分とを備えたことを特徴とする有機ＥＬ表示装置。
【請求項１１】
前記複数の孔のそれぞれは円形状に開口していることを特徴とする請求項１０に記載の有機ＥＬ表示装置。
【請求項１２】
前記光取り出し層は前記光透過性絶縁層と前記前面電極との間に配置されたことを特徴とする請求項６乃至請求項１１の何れか１項に記載の有機ＥＬ表示装置。
【請求項１３】
前記背面電極の背面側に配置された反射層をさらに具備し、前記背面電極は光透過性であることを特徴とする請求項６乃至請求項１１の何れか１項に記載の有機ＥＬ表示装置。
【請求項１４】
前記光取り出し層は前記背面電極と前記反射層との間に配置されたことを特徴とする請求項１３に記載の有機ＥＬ表示装置。
【請求項１５】
前記光透過性絶縁層は透明基板を含んだことを特徴とする請求項６乃至請求項１４の何れか１項に記載の有機ＥＬ表示装置。
【請求項１６】
前記光透過性絶縁層は透明保護膜を含んだことを特徴とする請求項６乃至請求項１４の何れか１項に記載の有機ＥＬ表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）表示装置等の光学デバイスに関する。
【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、薄型軽量化が可能である。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。しかしながら、従来の有機ＥＬ表示装置には、発光効率が低いという問題がある。
【０００３】
なお、以下の非特許文献１には、本発明に関連した技術が記載されている。しかしながら、この文献の記載は、記録媒体に関するものであり、表示装置とは無縁である。
【非特許文献１】「ジャーナル・オブ・フォトポリマー・サイエンス・アンド・テクノロジー（Journal of Photopolymer Science and Technology），（米国），第１５巻，第３号，２００２年，ｐ．４６５−４７０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、有機ＥＬ表示装置等の光学デバイスの発光効率を高めることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の第１側面によると、光を伝播する第１導波層と、前記第１導波層上に設けられ、前記第1導波層と相反する主面を光出射面とする第２導波層と、前記第１導波層と前記第２導波層の間、または、前記第１導波層の前記第２導波層と相反する側の面に配置される光取り出し層を具備し、前記光取り出し層は、複数の回折パターンの集合体であることを特徴とする光学デバイスが提供される。
【０００６】
本発明の第２側面によると、光透過性絶縁層と、前記光透過性絶縁層に対して背面側に配置された背面電極と、前記光透過性絶縁層と前記背面電極との間に介在した光透過性の前面電極と、前記前面電極と前記背面電極との間に介在するとともに発光層を含んだ有機物層とを備えた有機ＥＬ素子と、前記発光層が放出する光が前記有機物層を出射してから前記光透過性絶縁層に至るまでの光路上に配置された光取り出し層とを具備し、前記光取り出し層は、互いに離間した複数の孔が設けられた光透過性の層である第１部分と、前記第１部分とは光学特性が異なる第２部分とを備え、前記複数の孔はそれらの中心同士を結んだ線が略正三角形を形成するように配列していることを特徴とする有機ＥＬ表示装置が提供される。
【０００７】
本発明の第３側面によると、光透過性絶縁層と、前記光透過性絶縁層に対して背面側に配置された背面電極と、前記光透過性絶縁層と前記背面電極との間に介在した光透過性の前面電極と、前記前面電極と前記背面電極との間に介在するとともに発光層を含んだ有機物層とを備えた有機ＥＬ素子と、前記発光層が放出する光が前記有機物層を出射してから前記光透過性絶縁層に至るまでの光路上に配置された光取り出し層とを具備し、前記光取り出し層は、互いに離間した複数の孔が設けられた光透過性の層である第１部分と、前記複数の孔を埋め込むとともに前記第１部分とは光学特性が異なる第２部分とを備え、前記複数の孔はそれらの中心同士を結んだ線が略正三角形を形成するように配列していることを特徴とする有機ＥＬ表示装置が提供される。
【０００８】
本発明の第４側面によると、光透過性絶縁層と、前記光透過性絶縁層に対して背面側に配置された背面電極と、前記光透過性絶縁層と前記背面電極との間に介在した光透過性の前面電極と、前記前面電極と前記背面電極との間に介在するとともに発光層を含んだ有機物層とを備えた有機ＥＬ素子と、前記発光層が放出する光が前記有機物層を出射してから前記光透過性絶縁層に至るまでの光路上に配置された光取り出し層とを具備し、前記光取り出し層は、互いに離間した複数の孔が設けられた光透過の層である第１部分と、前記複数の孔を埋め込むとともに前記第１部分とは光学特性が異なる第２部分とを備えたことを特徴とする有機ＥＬ表示装置が提供される。
【０００９】
第１導波層は、第２導波層側に設けられる光透過性電極と、光透過性電極に対向して配置される電極と光透過性電極との間に配置され、かつ少なくとも発光層を含んだ有機物層を含んでいてもよい。この場合、第１導波層は上記電極を含むとともに、この電極は光透過性を有していてもよい。
【００１０】
光取り出し層は、上記光を出射面を介して外部へ取り出されるよう構成されていてもよい。
【００１１】
光取り出し層は、屈折率の異なる少なくとも２種の材料から構成されていてもよい。
【００１２】
複数の孔のそれぞれは部分的に開口していてもよい。複数の孔のそれぞれは略円形状に開口していてもよい。
【００１３】
光取り出し層は光透過性絶縁層と前面電極との間に配置されていてもよい。
【００１４】
背面電極の背面側に配置された反射層をさらに具備し、背面電極は光透過性であってもよい。この場合、光取り出し層は、光透過性絶縁層と前面電極との間に配置されていてもよく、或いは、背面電極と反射層との間に配置されていてもよい。
【００１５】
光透過性絶縁層は透明基板を含んでいてもよい。或いは、光透過性絶縁層は透明保護膜を含んでいてもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によると、光取り出し層を設けることにより光透過性絶縁層に入射した光をより効率的に出射させることができるため、有機ＥＬ表示装置等の光学デバイスの発光効率を高めることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の態様について、図面を参照しながら説明する。なお、各図において、同様または類似する機能を有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。
【００１８】
図１は、本発明の第１態様に係る光学デバイスを概略的に示す断面図である。図１では、光学デバイスの一例として、自発光装置，ここでは有機ＥＬ表示装置１，を描いている。また、図１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，が下方を向き、背面が上方を向くように描いている。
【００１９】
この有機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下面発光型の有機ＥＬ表示装置であり、光透過性絶縁層として、例えば、ガラス基板のような透明基板１０を含んでいる。この透明基板１０上では、複数の画素がマトリクス状に配列している。各画素は、例えば、一対の電源端子間で直列に接続された素子制御回路（図示せず）、出力スイッチ２０、及び有機ＥＬ素子４０と、画素スイッチ（図示せず）とを含んでいる。素子制御回路は、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ＯＮ／ＯＦＦ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。
【００２０】
この有機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下面発光型の有機ＥＬ表示装置であり、光透過性絶縁層として、例えば、ガラス基板のような透明基板１０を含んでいる。この透明基板１０上では、複数の画素がマトリクス状に配列している。各画素は、例えば、一対の電源端子間で直列に接続された素子制御回路（図示せず）、出力スイッチ２０、及び有機ＥＬ素子４０と、画素スイッチ（図示せず）とを含んでいる。素子制御回路は、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ＯＮ／ＯＦＦ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。
【００２１】
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２０、出力スイッチ、素子制御回路の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）がさらに設けられている。
【００２２】
ゲート絶縁膜１４及びゲート電極１５上には、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が設けられている。層間絶縁膜１７上にはソース・ドレイン電極２１が設けられており、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）がさらに設けられている。
【００２３】
パッシベーション膜１８上には、光取り出し層３０が設けられている。この光取り出し層３０は、第１部分３１と、それら第１部分が形成する凹部を埋め込み且つ第１部分３１とは光学特性が異なる第２部分３２とで構成されている。これらパッシベーション膜１８及び光取り出し層３０には、ドレイン電極２３に連通する貫通孔が設けられている。
【００２４】
この、光取り出し層を用いることにより、或る層内を伝播する光の経路を変えることができる。すなわち、第１部分３１と第２部分３２の組み合わせ条件設定を適切に行うことにより、層内で連続反射することにより層内にとじこめられている光や、また、所望の発光面以外の端面から出射し表示装置の発光に寄与していなかった光を所望の出射方向に集光することができる。
【００２５】
つまり、光学表示装置の背面より順に第１の導波層、第２の導波層が形成されている光学表示装置で、第１の導波層の前面または背面であって、第２導波層よりも背面に光取り出し層を配置することにより、第１の導波層内にとじこめられている等の理由により発光に寄与していなかった光を集光し、外界に取り出すことができる。
【００２６】
光取り出し層３０上には、光透過性の前面電極４１が互いから離間して並置されている。前面電極４１は、この例では陽極であり、例えば、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）のような透明導電性酸化物などからなる。前面電極４１は、パッシベーション膜１８及び光取り出し層３０に設けられた貫通孔を介してドレイン電極２１に電気的に接続されている。
【００２７】
光取り出し層３０上には、光透過性の前面電極４１が互いに離間して並置されている。前面電極４１は、この例では陽極であり、例えば、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）のような透明導電性酸化物などからなる。前面電極４１は、パッシベーション膜１８及び光取り出し層３０に設けられた貫通孔を介してドレイン電極２１に電気的に接続されている。
【００２８】
光取り出し層３０上には、さらに、隔壁絶縁層５０が設けられている。この隔壁絶縁層５０には、前面電極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。
【００２９】
隔壁絶縁層５０の貫通孔内で露出した前面電極４１上には、発光層４２ａを含んだ有機物層４２が設けられている。発光層４２ａ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４２ａ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、前面電極４１から発光層４２ａへの正孔の注入を媒介する役割を果たすバッファ層４２ｂ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。
【００３０】
隔壁絶縁層５０及び有機物層４２上には、光反射性の背面電極４３が設けられている。背面電極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。背面電極４３は、パッシベーション膜１８、光取り出し層３０及び隔壁絶縁層５０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、これら前面電極４１、有機物層４２、及び背面電極４３で構成されている。
【００３１】
なお、図１に示す有機ＥＬ表示装置１は、通常、背面電極４３と対向した封止基板（図示せず）と、その背面電極４３との対向面周縁に沿って設けられたシール層（図示せず）とをさらに備えており、それにより、背面電極４３と封止基板との間に密閉された空間を形成している。この空間は、例えば、Ａｒガスなどの希ガスやＮ2ガスのような不活性ガスで満たされ得る。
【００３２】
また、この有機ＥＬ表示装置１は、透明基板１０の外側，すなわち前面側または光出射面側，に、光散乱層６０をさらに備えている。
【００３３】
さて、本発明者らは、有機ＥＬ表示装置の発光効率を高めるべく鋭意研究を重ねた結果、以下の事実を見出した。
【００３４】
有機ＥＬ表示装置の発光効率には、有機ＥＬ素子の光取り出し効率だけでなく、他の要因も大きく作用している。すなわち、例え、有機ＥＬ素子から高い効率で光を取り出すことができたとしても、有機ＥＬ素子に対して前面側に配置される光透過性絶縁層から高い効率で光を取り出すことができない限り、有機ＥＬ表示装置の発光効率を十分には高められない。換言すれば、有機ＥＬ表示装置の発光効率を十分に高めるためには、光透過性絶縁層に入射した光が光透過性絶縁層と外界（典型的には空気）との界面で全反射されるのを十分に抑制することが必要である。つまり、光を伝播する第１導波層（ここでは、有機物層及び前面電極）から第２導波層（ここでは光透過性絶縁層）へ入射した光が第２導波層の光出射面界面での全反射を抑制することが重要である。
【００３５】
本発明者らの調査によれば、光透過性絶縁層に入射した光が光透過性絶縁層と外界との界面で全反射されるのを十分に抑制するためには、光透過性絶縁層に入射させる光を光透過透過性絶縁層と外界との臨界角度以内であり且つ指向性が極めて高くなければならないことが分かっている。具体的には、十分な視野角を実現するために光散乱層の使用が必要となるほどまで光の指向性を高めなければならず、したがって、光透過性絶縁層に入射させる光の指向性を回折格子を利用して十分に高めるには、その格子定数を非常に狭く設定する必要がある。
【００３６】
なお、有機ＥＬ素子の発光層自体は全方位に光を放出するため、本来、有機ＥＬ表示装置では広視野角を実現するうえで光散乱層は不要である。このような背景のもと、従来の有機ＥＬ表示装置では、光散乱層は使用せず、また、有機ＥＬ素子に対して観察者側に配置する光透過性絶縁層から指向性の高い光を出射させることもなかった。
【００３７】
有機ＥＬ素子が放出する光の指向性を高めるには、例えば、回折格子を利用することができる。しかしながら、後で図２を参照しながら説明するように、光透過性絶縁層に入射させる光の指向性を回折格子を利用して十分に高めるには、その格子定数を非常に狭く設定する必要がある。そのような狭い格子定数を有する回折格子は、その作製自体が困難である。
【００３８】
また、本発明者らは、多重反射及び多重干渉，すなわち「繰返し反射干渉」，を考慮する必要があることを見出した。なお、「繰返し反射干渉」は、光線の一部が反射面，ここでは平行平面状の反射面，間で何回も反射するために起こる干渉である。
【００３９】
有機物層４２と前面電極４１との積層体のように非常に薄い層では繰返し反射干渉を生じるため、先の積層体内を進行する光のうち、或る方向に進行する光は強め合い、他の方向に進行する光は弱め合う。すなわち、この積層体の両主面間で反射を繰り返して膜面方向へと伝播する光は、その進行方向が規制される。したがって、有機ＥＬ表示装置の発光効率を高めるためには、先の積層体内を繰返し反射干渉しながら膜面方向に伝播する光のうち最大強度の光を有効利用することが特に重要である。
【００４０】
図２は、図１の有機ＥＬ表示装置１において光取り出し層３０を回折格子として考えた場合に得られた、回折格子の格子定数と１次回折光の透明基板１０と外界との界面への入射角との関係を示すグラフである。図中、横軸は回折格子の格子定数を示し、縦軸は１次回折光の透明基板１０と外界との界面への入射角を示している。
【００４１】
なお、図２に示すデータは、以下の条件のもとでシミュレーションを行うことにより得られたものである。すなわち、ここでは、有機物層４２と前面電極４１との積層体の厚さを１５０ｎｍとし、この積層体の屈折率を１．５５とした。また、有機物層４２は波長５３０ｎｍの光を放出することとした。さらに、透明基板１０としてガラス基板を使用し、透明基板１０の内部から外界（空気）へ向けて進行する光に関する臨界角は４１．３°とした。
【００４２】
また、ここでは、有機物層４２と前面電極４１との積層体における繰返し反射干渉を考慮し、この積層体内を膜面方向へと伝播する光のうち最も高強度の光の回折格子３０による回折を計算した。具体的には、先の波長と積層体の厚さと屈折率とから、積層体内を膜面方向へと伝播する光のうち最も高強度の光の進行方向が膜面に対して為す角度を６３．７°に定め、この光の回折格子３０による回折を計算した。また、０次回折光は進行方向を変化させず、１次回折光よりも高次の回折光は非常に弱いので、ここでは、１次回折光についてのみ考慮した。
【００４３】
図２に示すように、格子定数が約１μｍよりも広い場合、１次回折光の透明基板１０と外界との界面に対する入射角は臨界角以上である。そのため、この場合、先の１次回折光は表示に利用することができない。
【００４４】
格子定数が約１μｍ乃至約０．２μｍの範囲内にある場合、１次回折光の透明基板１０と外界との界面に対する入射角は臨界角よりも小さい。特に、格子定数を０．２μｍより大きく且つ０．４μｍ未満の範囲内とすると入射角を極めて小さくすることができ、格子定数を約０．３５μｍとした場合に入射角を０°とすることができる。
【００４５】
なお、格子定数が約０．２μｍ未満である場合、１次回折光の透明基板１０と外界との界面に対する入射角は臨界角以上である。そのため、この場合、先の１次回折光は表示に利用することができない。
【００４６】
このように、回折格子の格子定数が非常に狭い場合、１次回折光の透明基板１０と外界との界面に対する入射角を極めて小さくすることができる。この場合、先の積層体内を膜面方向へと伝播する光のうち最も高強度の光の入射角が臨界角よりも小さくなるのは勿論、それよりも低強度の光の多くについても、その入射角を臨界角よりも小さくすることができる。そのため、光透過性絶縁層である透明基板１０に入射した光の多くを外界へと出射させることができる。すなわち、この構造を採用すると、高い発光効率を実現することができる。
【００４７】
ところで、上記の通り、狭い格子定数を有する回折格子は、その作製自体が難しい。本態様では、一例として、以下に説明する技術を利用して得られる光取り出し層３０を利用する。
【００４８】
図３乃至図８は、光取り出し層３０の製造方法の一例を概略的に示す断面図である。
【００４９】
この方法では、まず、図３に示すように、基板１０の一主面に、後で第１部分３１として利用する光透過性の層，例えばＳｉＮ膜，を形成する。
【００５０】
次に、図４に示すように、ＳｉＮ膜３１上に、有機物層９０を形成する。この有機物層９０は、例えば、ポリスチレン（ＰＳ）とポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）とのジブロックコポリマーをプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート（ＰＧＭＥＡ）などの溶媒中に溶解してなる塗工液をＳｉＮ膜３１上に塗布し、それにより得られる塗膜から溶媒を除去することにより形成する。
【００５１】
次いで、有機物層９０をアニールする。このアニールは、先のブロックコポリマーのガラス転移温度乃至秩序無秩序転移温度の範囲内で行う。こうすると、ブロックコポリマーを構成しているＰＭＭＡ同士が近づき合い、図５に示すように、有機物層９０内にＰＭＭＡからなる島状領域９１とＰＳからなる海状領域９２とが生じる。先のブロックコポリマーとして、ＰＭＭＡ分子量のばらつきの少ないものを使用すると、島状領域９１は略球状或いは略円柱状となるとともに、その寸法はほぼ一定となる。また、島状領域９１の寸法はＰＭＭＡ分子量に応じて制御可能であり、それらの配列ピッチはＰＭＭＡ分子量及びＰＳ分子量に応じて制御可能である。ＰＭＭＡ及びＰＳの分子量やそれらの比を適宜設定すると、略球状或いは略円柱状の島状領域９１を、規則的に配列させること，典型的にはそれらの中心同士を結んだ線が略正三角形を形成するように配列させること，ができる。
【００５２】
その後、有機物層９０に対してＲＩＥ（Reactive Ion Etching）などのエッチングを行う。ここでは、ＰＭＭＡとＰＳとのエッチング耐性の違いを利用して、図６に示すように、島状領域９１を除去するとともに、海状領域９２を残留させる。
【００５３】
次に、図７に示すように、海状領域９２をマスクとして用いて、ＳｉＮ膜３１をパターニングする。すなわち、ＳｉＮ膜３１に互いに離間した複数の孔を設けて第１部分とする。続いて、第１部分であるＳｉＮ膜３１から海状領域９２を除去する。
【００５４】
さらに、図８に示すように、第１部分３１上に、第２部分３２として、第１部分３１とは屈折率などの光学特性が異なる層，例えばＳｉＮ膜とは屈折率が異なる平坦化樹脂膜，を形成し、これで第１部分３１に設けた孔を埋め込む。以上のようにして、光取り出し層３０を得る。なお、第１部分３１と第２部分３２とで異なるのは屈折率に限るものではなく、同様の効果が得られるようであれば透過率や反射率などの光学特性が異なる構成でもよい。
【００５５】
この方法によると、上記のように、第１部分３１の孔の寸法やそれらの中心間距離は、ＰＭＭＡやＰＳの分子量に応じて制御することができる。すなわち、第１部分３１の孔の寸法やそれらの配列は、分子レベルでの制御が可能である。
【００５６】
また、この方法では、第１部分３１の孔を形成するために、フォトマスクなどは利用せず、ブロックコポリマーの自己組織化を利用する。極めて微細なパターンを形成する場合、フォトマスクを利用する方法では、フォトマスクの製造自体が困難である。また、極めて微細なパターンを形成する場合、フォトマスクを利用する方法では、フォトマスクのパターンを高精度に転写することが難しい。特に、大型基板では微細パターンの大型マスク形成自体が困難である。これに対し、ブロックコポリマーの自己組織化を利用する方法では、それら問題を回避することができる。
【００５７】
このように、本態様に係る有機ＥＬ表示装置１で使用する光取り出し層３０は、第１部分３１の孔の寸法や中心間距離が小さい場合であっても容易に作製可能である。したがって、本態様によれば、光透過性絶縁層である透明基板１０に入射した光が光透過性絶縁層と外界との界面で全反射されるのを十分に抑制することができ、それゆえ、十分に高い発光効率を実現することができる。
【００５８】
上述した光取り出し層３０には、その作製方法に由来して以下に説明するような特徴が見られる。例えば、上記の方法により得られる光取り出し層３０では、通常、第１部分３１に設けられた複数の孔は、それらの中心同士を結んだ線が略正三角形を形成するように配列している。また、上記の方法により得られる光取り出し層３０では、通常、第１部分３１に設けられた複数の孔は、それぞれ、円形状に開口している。そして、最も典型的には、上記の方法により得られる光取り出し層３０では、第１部分３１に設けられた複数の孔は、それらの中心同士を結んだ線が略正三角形を形成するように配列するとともに、それぞれ円形状に開口している。
【００５９】
なお、この技術によれば、上記の通り、透明基板１０を出射する光の指向性は著しく高くなる。この光の指向性は、有機ＥＬ表示装置１の用途などに応じ、光散乱層６０によって自由に変化させることが可能である。例えば、有機ＥＬ表示装置１を携帯電話などの携帯機器で使用する場合、有機ＥＬ表示装置１に広視野角は要求されず、明るい表示或いは低消費電力が要求される。したがって、このような用途については、光散乱能の低い光散乱層６０を使用してもよい。また、有機ＥＬ表示装置１を固定機器の表示装置として利用する場合、有機ＥＬ表示装置１に広視野角が要求される。したがって、このような用途については、光散乱能の高い光散乱層６０を使用してもよい。
【００６０】
次に、本発明の第２態様について説明する。  
図９は、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平面図である。図９では、有機ＥＬ表示装置１を、その前面が上方を向き、背面が下方を向くように描いている。
【００６１】
この有機ＥＬ表示装置１は、上面発光型の有機ＥＬ表示装置であり、第１態様とは異なり、基板１０は光透過性である必要はない。
【００６２】
基板１０上には、第１態様と同様、アンダーコート層１２、ＴＦＴ、層間絶縁膜１７、パッシベーション膜１８が順次形成されている。ゲート絶縁膜１４、層間絶縁膜１７、パッシベーション膜１８にはコンタクトホールが設けられており、ソース・ドレイン電極２１は、この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。
【００６３】
層間絶縁膜１７上には、反射層７０及び光取り出し層３０の第１部分３１（ここでは、パッシベーション膜と一体的に形成されている）が順次積層されている。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が、ここでは、ソース・ドレイン電極と同一工程で形成するよう、反射層７０はＭｏ／Ａｌ／Ｍｏの３層構造で構成している。また、第１部分３１の材料としては、例えば、ＳｉＮなどの絶縁材料を使用することができる。
【００６４】
第１部分３１の凹部は、第１部分３１とは屈折率が異なる光透過性絶縁材料，例えばレジスト材料，からなる第２部分３２で埋め込まれている。
【００６５】
光取り出し層３０上には、光透過性の背面電極４３が互いから離間して並置されている。背面電極４３は、この例では陽極であり、例えば、ＩＴＯのような透明導電性酸化物などからなる。
【００６６】
光取り出し層３０上には、さらに、第１態様で説明したのと同様の隔壁絶縁層５０が設けられている。また、この隔壁絶縁層５０の貫通孔内で露出した背面電極４３上には、第１態様と同様に、発光層を含んだ有機物層４２が設けられている。
【００６７】
隔壁絶縁層５０及び有機物層４２上には、光透過性の前面電極４１が設けられている。前面電極４１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。
【００６８】
前面電極４１上には、光透過性絶縁層である透明保護膜８０及び光散乱層６０が順次設けられている。透明保護膜８０は、外界から有機ＥＬ素子４０中への水分の浸入等を防止するとともに、平坦化層としての役割を果たしている。透明保護膜８０の材料としては透明樹脂を使用することができる。また、透明保護膜８０には、単層構造を採用してもよく、或いは、多層構造を採用してもよい。
【００６９】
第１態様では、有機ＥＬ素子４０と光透過性絶縁層である透明基板１０との間，すなわち有機ＥＬ素子４０の前面側，に光取り出し層３０を配置した。これに対し、第２態様では、有機ＥＬ素子４０と反射層７０との間，すなわち有機ＥＬ素子４０の背面側，に光取り出し層３０を配置している。このような構造を採用した場合も、第１態様で説明したのとほぼ同様の効果を得ることができる。
【００７０】
但し、光取り出し層３０を有機ＥＬ素子４０の背面側に配置した場合、有機ＥＬ素子４０が放出する一部の光は光取り出し層３０を透過することなく光透過性絶縁層に入射する。したがって、より多くの光を回折させるうえでは、光取り出し層３０を有機ＥＬ素子４０と光透過性絶縁層との間に配置することが有利である。
【００７１】
上記の通り、第２部分３２の光学特性は第１部分３１の光学特性とは異ならしめる。第１部分３１と第２部分３２とは、屈折率、透過率、反射率などの少なくとも１つが異なっていればよいが、典型的には、第２部分３２も光透過性とするとともに第１部分３１とは屈折率を異ならしめる。
【００７２】
光取り出し層３０を構成する第１部分３１及び第２部分の少なくとも一方は、有機ＥＬ素子４０側に隣接する層と比較して、屈折率がより高くてもよい。こうすると、光取り出し層３０に対して有機ＥＬ素子４０側に位置した層における繰返し反射干渉が促進される。
【実施例】
【００７３】
以下、本発明の実施例について説明する。
【００７４】
（実施例）
本例では、以下の方法により、図１に示す有機ＥＬ表示装置１を作製した。
【００７５】
まず、ガラス基板１０のアンダーコート層１２が形成された面に対し、通常のＴＦＴ形成プロセスと同様に成膜とパターニングとを繰り返し、ＴＦＴ２０、層間絶縁膜１７、電極配線（図示せず）、ソース・ドレイン電極２１、及びパッシベーション膜１８を形成した。
【００７６】
次に、図３に示すように、パッシベーション膜２４上に、厚さ１００ｎｍのＳｉＮ膜３１を形成した。
【００７７】
次いで、ＳｉＮ膜３１上に、ＰＳとＰＭＭＡとのジブロックコポリマーをＰＧＭＥＡ中に溶解してなる塗工液をスピンコートした。ここでは、ＰＧＭＥＡ中のブロックコポリマーの濃度は２重量％とした。その後、１１０℃でベークすることにより、塗膜から溶媒を除去した。このようにして、図４に示す有機物層９０を形成した。
【００７８】
その後、有機物層９０を、窒素雰囲気中、２１０℃で４時間アニールし、続いて、１３５℃で４０時間アニールした。これにより、図５に示すように、有機物層９０内にＰＭＭＡからなる島状領域９１とＰＳからなる海状領域９２とを生じさせた。
【００７９】
次に、有機物層９０に対してＲＩＥを行い、図６に示すように、島状領域９１を除去するとともに、海状領域９２を残留させた。
【００８０】
次いで、図７に示すように、海状領域９２をマスクとして用いて、ＳｉＮ膜３１をパターニングした。すなわち、ＳｉＮ膜３１に互いに離間した複数の孔を設けて第１部分とした。続いて、第１部分であるＳｉＮ膜３１から海状領域９２を除去した。
【００８１】
さらに、図８に示すように、第１部分３１上に、第２部分３２として、厚さ１００ｎｍのアクリル系樹脂膜を形成し、これで第１部分３１に設けた孔を埋め込んだ。以上のようにして、光取り出し層３０を得た。すなわち、本例では、第１部分３１及び第２部分３２は何れも透明材料で構成し、第１部分３１と第２部分３２との屈折率差が０．３以上の光取り出し層３０を得た。
【００８２】
次に、光取り出し層３０上に、マスクスパッタリング法を用いてＩＴＯを堆積させることにより前面電極４１を得た。
【００８３】
次いで、基板１１の前面電極４１を形成した面に、感光性樹脂を塗布し、得られた塗膜をパターン露光及び現像することにより、各画素の発光部に対応して開口を有する撥水性の隔壁絶縁層５０を形成した。この隔壁絶縁層５０を形成した基板１０にはＣＦ4／Ｏ2プラズマガスを用いた表面処理を施し、隔壁絶縁層５０の表面をフッ素化した。
【００８４】
次に、隔壁絶縁層５０が形成するそれぞれの液溜めに、インクジェット法によりバッファ層形成用インクを吐出して液膜を形成した。続いて、これら液膜を１２０℃の温度に３分間加熱することによりバッファ層４２ｂを得た。ここでは、バッファ層４２ｂの厚さは３０ｎｍとし、屈折率は１．９とした。
【００８５】
その後、バッファ層４２ｂ上に発光層形成用インクをインクジェット法により吐出して液膜を形成した。続いて、これら液膜を９０℃の温度に１時間加熱することにより発光層４２ａを得た。ここでは、発光層４２ａの厚さは２００ｎｍとし、屈折率は１．８とした。
【００８６】
次いで、基板１１の発光層４２ａを形成した面にバリウムを真空蒸着し、続いてアルミニウムを蒸着することにより背面電極４３を形成した。これにより、ＴＦＴアレイ基板を完成した。
【００８７】
その後、別途用意したガラス基板（図示せず）の一方の主面の周縁部に紫外線硬化型樹脂を塗布してシール層（図示せず）を形成した。次いで、このガラス基板と先のアレイ基板とを、それらのシール層を設けた面と背面電極４３を設けた面とが対向するように不活性ガス中で貼り合せた。さらに、紫外線照射によりしてシール層を硬化させ、基板１０の外面に光散乱フィルム６０を貼り付けることにより、図１に示す有機ＥＬ表示装置１を完成した。
【００８８】
図１０は、本発明の実施例に係る有機ＥＬ表示装置の光取り出し層の原子間力顕微鏡写真である。なお、図１０に示す写真は、第２部分３２を形成する前に撮影したものである。
【００８９】
図１０に示すように、この光取り出し層３０の第１部分３１には、略円形状に開口した孔が設けられていた。また、これら孔は、約２００ｎｍの径を有しており、それらの中心同士を結んだ線が一辺の長さが約４００ｎｍの正三角形を形成するように規則的に配列していた。
【００９０】
（比較例）
光取り出し層３０及び光散乱フィルム６０を設けなかったこと以外は、上記実施例で説明したのと同様の方法により有機ＥＬ表示装置１を作製した。
【００９１】
次に、実施例及び比較例に係る有機ＥＬ表示装置１について、同一条件のもと、それらの外部に取り出される光量を測定した。その結果、実施例に係る有機ＥＬ表示装置１で得られた光量は、比較例に係る有機ＥＬ表示装置１で得られた光量の約２．５倍であった。すなわち、実施例に係る有機ＥＬ表示装置１は、比較例に係る有機ＥＬ表示装置１と比較して、発光効率がより高いことを確認することができた。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【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平面図。
【図２】図１の有機ＥＬ表示装置において光取り出し層を回折格子として考えた場合に得られた、回折格子の格子定数と１次回折光の透明基板と外界との界面への入射角との関係を示すグラフ。
【図３】光取り出し層の製造方法の一例を概略的に示す断面図。
【図４】光取り出し層の製造方法の一例を概略的に示す断面図。
【図５】光取り出し層の製造方法の一例を概略的に示す断面図。
【図６】光取り出し層の製造方法の一例を概略的に示す断面図。
【図７】光取り出し層の製造方法の一例を概略的に示す断面図。
【図８】光取り出し層の製造方法の一例を概略的に示す断面図。
【図９】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平面図。
【図１０】本発明の実施例に係る有機ＥＬ表示装置の光取り出し層の原子間力顕微鏡写真。
【符号の説明】
【００９３】
１…有機ＥＬ表示装置、１０…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…ＴＦＴ、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、４０…有機ＥＬ素子、４１…前面電極、４２…有機物層、４２ａ…発光層、４２ｂ…バッファ層、４３…背面電極、５０…隔壁絶縁層、６０…光散乱層、７０…反射層、８０…透明保護膜、９０…有機物層、９１…島状領域、９２…海状領域。
【図１】
2005063839.tif 000003
【図２】
2005063839.tif 000004
【図３】
2005063839.tif 000005
【図４】
2005063839.tif 000006
【図５】
2005063839.tif 000007
【図６】
2005063839.tif 000008
【図７】
2005063839.tif 000009
【図８】
2005063839.tif 000010
【図９】
2005063839.tif 000011
【図１０】
2005063839.tif 000012