(57)【要約】【課題】  有機ＥＬ素子を備える素子基板とレンズアレイ基板を備える表示装置において、素子基板とレンズアレイ基板との距離を一定に保つために、互いに隣接するレンズの間にスペーサーを設けると、アスペクト比の高いスペーサーを形成しなければならず、プロセスの難易度が高くなってしまう。【解決手段】  スペーサーをそれぞれ前記発光素子の外側に設け、スペーサーの一端がレンズの凸面に接するように、素子基板とレンズアレイ基板とを固定する。【選択図】  図１
2012129122.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の発光素子が設けられた素子基板と複数の凸型レンズが設けられたレンズアレイ基板と、を備えており、
前記素子基板の発光素子が設けられた面と前記レンズアレイ基板のレンズが設けられた面とが互いに向かい合っている表示装置であって、
前記素子基板と前記レンズアレイ基板との間に互いの距離を維持するための複数のスペーサーを有しており、
前記複数のスペーサーは、それぞれ前記発光素子の外側に設けられ、レンズの凸面に接していることを特徴とする表示装置。
【請求項２】
前記表示装置は、前記複数の発光素子のそれぞれの領域を区画するための素子分離層を備えており、前記素子分離層は前記スペーサーを兼ねることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項３】
前記発光素子が有機ＥＬ素子であることを特徴とする、請求項１または２に記載の表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
有機ＥＬ素子を用いた表示装置（以下、有機ＥＬ表示装置）は、駆動回路を設けた基板の上に、一対の電極で挟まれた有機化合物層を有する有機ＥＬ素子を複数配置し、その表面を保護部材で覆う構成が一般的である。発光層から様々な角度に発せられた光（発光光）の多くが、表示装置と外部空間との境界面で全反射して表示装置内部に閉じ込められてしまうため、発光光を外部に取り出す効率、いわゆる光取り出し効率が低い。また、等方的に発せられる発光光を表示装置の外部空間に放出させるため、表示装置から放出される総光量に対する正面方向（表示装置の表示面に対する法線方向）の光量の割合は高くない。このため、正面方向からの観察に対して、表示装置で十分な輝度を表示するためには、有機ＥＬ素子の発光量を増やさなくてはならず、消費電力の増大や有機ＥＬ素子の劣化を促進するという問題がある。
【０００３】
この問題を解決するため、特許文献１には、有機ＥＬ素子が設けられた基板（有機ＥＬ素子基板）と、有機ＥＬ素子基板とは別の複数のレンズが設けられた基板（レンズアレイ基板）を貼り合せる構成が開示されている。この構成により、光取り出し効率の向上と正面方向に放出する光の割合を増大する効果を期待することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４２２９１８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１で示される構成の場合、有機ＥＬ素子からの光の多くをレンズに入射させるためには、有機ＥＬ素子とレンズとの間隔を十分に狭くする必要がある。その一方で、レンズが有機ＥＬ素子に損傷を与える可能性があるため、有機ＥＬ素子とレンズが接してはならない。そこで、特許文献１では、封止体に複数のレンズを互いに離間して設け、互いに隣接するレンズの間にスペーサーとなる凸壁を設けている。
【０００６】
この場合、封止体にはレンズの厚み以上のスペーサーを形成する必要がある。一方、表示装置では高精細化のため発光素子１０の間隔をできるだけ狭くなるように配置されており、レンズの配置も発光素子１０に合わせて間隔を狭くする必要がある。これらの条件を満たすには、アスペクト比の高いスペーサーを形成しなければならないが、アスペクト比の高いスペーサーを形成するプロセスは、難易度が高い。
【０００７】
発光素子１０の配置を変えずにスペーサーのアスペクト比を小さくするためには、レンズの径を小さくしてレンズを配置する隙間を大きくとる方法がある。しかし、この場合は、レンズによる集光の効果が低くなってしまう。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記問題を解決するため、本発明にかかる表示装置は、複数の発光素子が設けられた素子基板と複数の凸型レンズが設けられたレンズアレイ基板と、を備えており、
前記素子基板の発光素子が設けられた面と前記レンズアレイ基板のレンズが設けられた面とが互いに向かい合っている表示装置であって、前記素子基板と前記レンズアレイ基板との間に互いの距離を維持するための複数のスペーサーを有しており、前記複数のスペーサーは、それぞれ前記発光素子の外側に設けられ、レンズの凸面に接していることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の構成によれば、前記発光素子の発光領域の外側であって、レンズ７の凸状面に接するようにスペーサーを配置することによって、スペーサーの高さを低くすることができる。その結果、簡単な方法でスペーサーを作成することができる。また、互いに隣接するレンズの間にスペーサーを配置しないので、レンズおよび発光素子の配置に関する制約を少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態及び実施例１にかかる表示装置の概略断面図と上面図。
【図２】本発明にかかるスペーサーの配置例。
【図３】本発明の実施例２にかかる表示装置の概略断面図。
【図４】本発明にかかるスペーサーの断面形状の例。
【図５】比較例にかかる表示装置の概略断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図面を参照しながら本発明に係る表示装置について説明する。以下、有機ＥＬ表示装置を例にとって説明するが、本発明にかかる表示装置の発光素子は有機ＥＬ素子に限定されることはなく、無機ＥＬ素子、ＬＥＤなどの発光素子であり得る。
【００１２】
図１（ａ）は、本発明の実施形態に係るトップエミッション型の有機ＥＬ表示装置の概要断面、図１（ｂ）は発光素子とレンズの関係を示す平面図である。表示装置の表示領域には、実際には精細度に応じて多数の素子が配置されるが、図１（ａ）では図面が複雑にならないよう、（ｂ）の一部分であるＸＩ−ＸＩＩ断面だけを示している。図３および図５面においても同様である。ここで、表示領域とは、発光素子が複数配置され、画像を表示する領域を指す。
【００１３】
有機ＥＬ表示装置は、基板１と、有機ＥＬ素子と、有機ＥＬ素子１０の領域を区画する素子分離層３と、素子分離層３の上に設けられた突起、即ちスペーサー５が設けられた素子基板１１を有している。有機ＥＬ素子は、一対の電極、即ち、下部電極２と上部電極６との間に挟まれた有機ＥＬ層４を備えている。有機ＥＬ層４とは、発光層を含む単層又は複数の層からなる積層体であり、例えば、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４を構成する材料（有機発光材料、正孔輸送材料、電子輸送材料、電子注入材料等）には、公知の材料を用いることができる。
【００１４】
素子基板１１は、複数のレンズ７が設けられたレンズアレイ基板１２と、素子基板の発光素子１０が設けられた面とレンズアレイ基板のレンズが設けられた面とが互いに向かい合って固定されている。図１（ａ）では、素子基板１１とレンズアレイ基板１２との間は空隙となっており、両基板の周辺で、接着剤９により固定されているが、空隙をレンズよりも低屈折率の透過率の高い材料で充填してもよい。このような構成にすることにより、外部からの圧力や衝撃により強く信頼性の高い表示装置を得ることができる。素子基板１１とレンズアレイ基板１２との間に充填する材料の透過率は、９０％以上が好ましく、９５％以上がより好ましい。
【００１５】
素子分離層３の上に設けられスペーサー５の先端は、複数のレンズ７が設けられたレンズアレイ基板１２と接している。スペーサー５は透明基板８の表面に複数のレンズ７が設けられたレンズアレイ基板１２と発光素子１０の表面との距離を一定に保持する機能を有する。
【００１６】
スペーサー５とレンズアレイ基板１２とは、レンズ７の凸状面で接している。素子基板１１とレンズアレイ基板１２とを所定間隔に保持する場合、互いに隣接するレンズ７の隙間にスペーサー５を設ける場合に比べて、アスペクト比の小さいスペーサーで所定間隔を維持することが可能となる。さらに、レンズ７を配置する間隔を狭くすることも可能となるため、レンズ７の設計に応じて、発光素子１０とレンズ７を最適な距離に配置することができる。
【００１７】
図１ではスペーサー５を素子分離層３と別体として設けているが、図３に示したように素子分離層３がスペーサー５の役割を兼ねていても良い。この構成では、スペーサー５の底面積を十分に確保できるためアスペクト比が問題とならず、素子分離層３と別体でスペーサー５を形成するよりも精度よく形成することができる。加えて、スペーサー５を形成する工程を省略できるため、プロセスも簡略化することができ、好ましい。スペーサーは、フォトリソグラフィを用いて、アクリルやポリイミドなどの樹脂材料で形成するのが好ましい。
【００１８】
レンズ７は、樹脂材料や無機材料を加工して形成することができる。例えば、均一な膜厚に形成した樹脂材料を、型押しや、面内方向に分布を持った光で露光するフォトリソグラフィを用いたパターニング法、あるいはイオンビームあるいは電子ビーム、レーザー等の照射によってレンズ形状に成型することが可能である。
【００１９】
本実施形態では、発光素子１０を外気・水分から保護するために、レンズアレイ基板１２と素子基板１１とが最外周部で接着され、発光素子１０を密閉封止している。密閉封止の効果を高めるため、接着剤９にガラスフリットなどの防湿性の高い材料を用いたり、密閉された空間内に吸湿材を配置してもよい。また、発光素子１０を外気・水分から保護するために、最外周部で密閉封止する代わりにカソード電極６の上に防湿性の高い保護層を設けてもよい。
【００２０】
図１では発光素子１０毎にレンズ７を配置しているが、レンズ７と有機ＥＬ素子との位置関係はこれに限られない。全ての発光素子１０の上にレンズ７を配置しなくても良いし、複数の発光素子１０ごとに１つのレンズ７を設けても良いし、１つの発光素子１０に対して複数のレンズ７を設けても良い。また、本発明にかかるスペーサー５のレイアウトは、図１の例に限定されるものではない。他の例を図２（ａ）〜（ｃ）に示す。それぞれの発光素子１０に対して、スペーサー５は、図２（ａ）のように３つ以上でもよく、また図２（ｂ）のように１つでもよく、また図２（ｃ）のように全ての素子に配置する必要もない。つまり、レンズ７およびスペーサー５のレイアウトは、本発明の思想に基づいて、レンズの形状（径、曲率、高さ）に応じて決めることで、図１と同様の効果を得ることができる。
【００２１】
スペーサー５の形状も特に限定はなく、例えば図４（ａ）〜（ｃ）に示す形状のものでもよい。図４（ａ）のスペーサー５は、円柱あるいは四角柱の先端を丸めた形状である。図４（ｂ）のスペーサー５は、円柱あるいは四角柱の先端を斜めに切り落とした形状で、斜めに切り落とした面でレンズ７の凸面と接するように配置する。図４（ｃ）のスペーサー５は、円柱あるいは四角柱であるが、レンズ７表面の曲率と合致するように、先端に凹状の面が形成されている。図４（ｃ）のスペーサー形状は、他の先端形状のスペーサーに比べてレンズとの接触面積が大きくできるため、レンズ表面に対して局所的な応力を減らすことができ、レンズへの応力集中による光学特性の変動を抑制することができるので好ましい。
【００２２】
さらに、スペーサーは必ずしも素子分離層３に接して設ける必要はなく、上部電極の上や保護層の上に設けてもよい。
【００２３】
なお、図１（ｂ）では、発光素子１０は縦方向で半ピッチずつずれて配置されているが、縦横ともに直線状、即ち格子状に配置してもよい。また、レンズアレイ基板１２にはレンズ同士が互いに接する状態で配置されているが、レンズ同士は必ずしも接する必要はない。図ではレンズ間の隙間に平坦部が残っているが、レンズ同士を重なるように大きくして平坦な隙間が無い形状にしてもよい。
【００２４】
以上説明した表示装置の構成によれば、レンズ７と発光素子１０とを近接した距離で保持することが可能となる。その結果、レンズ７と発光素子１０との接触により発光素子１０に点欠陥等の不良が発生するのを防止することができる。加えて、発光素子１０からレンズ７に入射する光量を増やしてレンズの効果を最大限に引き出すことができる。さらに、スペーサー５は、互いに隣接するレンズ７の間に配置する場合に比べて、高さが低くて良い。このため、スペーサー５を形成するためのプロセスの難易度を低くすることができる。また、スペーサー５は、発光素子１０の外側であってレンズ７の凸状面で接する位置であれば、特に配置に制限はないため、発光素子１０やレンズ７のレイアウトの自由度を高くすることもできる。
【００２５】
以下、有機ＥＬ表示装置の実施例により本発明を具体的に説明する。
【００２６】
［実施例１］
本実施例では、図１と同様の有機ＥＬ表示装置を以下に示す方法で作成した。公知の方法や材料を適用できる場合は、詳細な説明を省略している場合もある。
【００２７】
まず、ガラスの基板１上に低温ポリシリコンからなるＴＦＴを用いて駆動回路（不図示）を形成し、その上にアクリル樹脂からなる平坦化膜（不図示）を形成して基板とした。平坦化膜にコンタクトホール（不図示）を形成した後、ＩＴＯ／ＡｌＮｄをスパッタリング法にて３８／１００ｎｍの厚さで形成した。ＩＴＯ／ＡｌＮｄを発光素子１０毎にパターニングし、下部電極（アノード電極）２を形成した。それぞれのアノード電極２は、コンタクトホールを介して駆動回路に電気的に接続された。
【００２８】
アノード電極２の端部を覆い、発光素子１０の領域を区画するための素子分離層３を、アクリル樹脂により形成した。さらにその素子分離層３の上に立方体形状のスペーサー５を形成した。素子分離層３およびスペーサー５は、アクリル樹脂をスピンコーターで基板全体に塗布した後、フォトリソグラフィにてパターニングした。素子分離層１２の厚みは０．５μｍとし、スペーサー５はアノード電極露出部中心より１０μｍの位置に配置し、高さは２ｕｍとした。なお、発光素子１０のピッチは３０μｍ、アノード電極２の露出部、即ち発光領域１０の形状は、直径１２μｍの円とした。
【００２９】
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４を真空蒸着により成膜した。
【００３０】
始めに、すべての素子に共通するホール輸送層として８７ｎｍの厚さで成膜した。成膜時の真空度は１×１０−４Ｐａ、蒸着レートは、０．２ｎｍ／ｓｅｃとした。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３０ｎｍ、４０ｎｍ、２５ｎｍの膜厚で成膜した。次に、すべての発光素子１０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、ＢｐｈｅｎとＣｓ２ＣＯ３を共蒸着（重量比９０：１０）し、厚さ４０ｎｍの電子注入層を形成した。電子注入層は、シャドーマスクは用いず、基板１に形成された発光素子１０に亘って共通する膜として形成した。蒸着時の真空度は３×１０−４Ｐａ、成膜速度は０．２ｎｍ／ｓｅｃとした。
【００３１】
次に、電子注入層まで成膜した基板を、真空を破ること無しにスパッタ装置に移動し、上部電極（カソード電極）６として、膜厚１０ｎｍのＡｇと膜厚５０ｎｍの透明電極ＩｎＺｎＯからなる積層膜を、基板１に形成された発光素子１０に亘って共通に形成した。
【００３２】
次に、レンズアレイ基板１２の作成について述べる。露点温度−６０℃の窒素雰囲気下で、ガラス基板８の上に粘度３０００ｍＰａ・ｓの熱硬化性の樹脂層（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ＳＨＯＴ  ＭＩＮＩ  ＳＬ）を用いて塗布した。樹脂層を熱硬化させる前に、用意しておいたレンズアレイを成形するための型をガラス基板８の樹脂層の表面に押し当てた。型には、発光素子１０と同じピッチで、複数の凹状の窪みが形成されており、その窪みの表面には離形剤としてテフロン（登録商標）系の樹脂をコートしておいた。レンズアレイ７の凸面を成形する窪みの曲率半径は３０μｍとした。
【００３３】
型を押し当てる際、型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、ガラス基板８上のレンズの配置を決めた。そして、型を押し当てながら熱硬化することより、凸型レンズ７が発光素子１０のサイズおよびピッチに応じて配置されたレンズアレイ基板１２が形成された。出来上がったレンズ７の高さは４μｍ程度になった。エポキシ樹脂は、真空環境下で１００℃の温度で１５分間加熱して硬化させた。
【００３４】
次に、有機ＥＬ素子が設けられた素子基板１とレンズアレイ基板１２を、素子基板の発光素子１０が設けられた面とレンズアレイ基板のレンズが設けられた面とが互いに向かい合うように固定した。素子基板１とレンズアレイ基板１２とは、発光素子１０の中心とレンズ７の中心が一致するようにアライメントした。また、素子基板１とレンズアレイ基板１２は、最外周をフリットガラス（低融点ガラス）９で封止して固定した。
【００３５】
［実施例２］
本実施例は、スペーサー５を設けず、素子分離層３を高くして（素子分離層３の膜厚を厚くして）スペーサーの機能を持たせた点で、実施例１とは異なる。
【００３６】
本実施例にかかる有機ＥＬ表示装置の概略断面図を図３に示す。素子分離層１２の厚みは１．５μｍとし、スペーサー５を作成しなかった点を除いて、実施例１と同様にして有機ＥＬ表示装置を形成した。
【００３７】
［比較例］
比較例として、図５に記載の有機ＥＬ表示装置を作製した。スペーサーの高さを４μｍにした点とスペーサーをレンズの平坦な部分で接触させた点を除いて、実施例１と同様に素子基板１１を作成した。さらに、レンズアレイ基板１２の形成および素子基板１１とレンズアレイ基板１２との固定も実施例１と同様にして、表示装置を作製した。図５の（ａ）に比較例の有機ＥＬ表示装置の概略断面図、（ｂ）に発光素子１０とレンズ７の関係を示す平面図を示す。図面が複雑にならないように、図５（ａ）の封止空間には、発光素子の一部分である（ｂ）のＸＩ−ＸＩＩ断面を示している。また、レンズ７と発光素子１０との関係を示すため、ＸＩ−ＸＩＩ断面には表れないスペーサー５を点線で示してある。
【００３８】
実施例１、実施例２、比較例で得られた表示装置のそれぞれに対して、外部から圧力をかけ、表示装置の信頼性を評価する実験を行った。表示装置の１０箇所に、順次５Ｎ／ｍ２の圧力を加えた後、すべての発光素子１０に最大輝度データを与えて目視で観察した。
【００３９】
実施例１および２で得られた表示装置には変化は見られなかったが、比較例の表示装置は、圧力を加えた１０箇所のうち２箇所で、発光しない素子が発生した。比較例の表示装置を分解して発光しない素子およびその周辺を観察したところ、発光素子１０の表面にレンズと接触した痕が見られ、その周囲のスペーサーの高さが３．４μｍ乃至３．８μｍと低く形成されていたことがわかった。
【符号の説明】
【００４０】
５  スペーサー
７  レンズ
１０  発光素子
１１  素子基板
１２  レンズアレイ基板
【図１】
2012129122.tif 000003
【図２】
2012129122.tif 000004
【図３】
2012129122.tif 000005
【図４】
2012129122.tif 000006
【図５】
2012129122.tif 000007