(57)【要約】キャップと一体化可能なマイクロレンズアレイを備え、有機ＥＬ層の両面からの発光を片面に集中することが可能で、透明度が高い保護膜が可能になることにより、消費電力当たりの実効的発光量を増加した、特にトップエミッション型の有機ＥＬ素子を提供する。保護膜と、透明電極膜・有機ＥＬ層・対向電極層を含む有機ＥＬ発光ダイオード（ＯＬＥＤ）と、前記ＯＬＥＤを搭載した基板と、前記ＯＬＥＤを覆うように設けられたキャップとを含む有機ＥＬ素子において、前記キャップの外面もしくは内面に、又は前記透明電極膜の表面側に、例えばシリコーン樹脂からなるマイクロレンズアレイを備え、好ましくは前記基板に光反射面を備え、さらに好ましくは前記保護膜がシリカ膜とケイ素含有有機フッ素高分子の膜を含む。【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明電極膜と有機ＥＬ層と対向電極層を含む有機ＥＬ発光ダイオード（ＯＬＥＤ）と、前記ＯＬＥＤを搭載した基板と、前記ＯＬＥＤを覆うように設けられ、前記透明電極膜に対向する部分が透明であるキャップと、を含む有機ＥＬ素子において、前記キャップの外面もしくは内面に、又は前記透明電極膜の表面側に、マイクロレンズアレイを備えることを特徴とする有機ＥＬ素子。
【請求項２】
前記キャップがシリコーン樹脂からなり、前記マイクロレンズが前記キャップと一体に形成されて備えられていることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項３】
前記キャップと前記基板の接着に際して、前記基板の、前記キャップとの接着部にプライマー処理がなされることを特徴とする請求項２に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項４】
透明電極膜と有機ＥＬ層と対向電極層を含む有機ＥＬ発光ダイオード（ＯＬＥＤ）と、前記ＯＬＥＤを搭載した基板と、前記ＯＬＥＤを覆うように設けられ、前記透明電極膜に対向する部分が透明であるキャップと、を含む有機ＥＬ素子において、前記キャップの外面もしくは内面にマイクロレンズアレイが前記キャップと一体に設けられ、前記キャップの内面と、前記ＯＬＥＤの上面を含む前記基板の上面との間の空隙に、前記キャップと前記基板との接着面の間の空隙を含めて、シリコーン樹脂が充填されていることを特徴とする有機ＥＬ素子。
【請求項５】
前記キャップと前記基板の接着に際して、前記基板の接着部と前記キャップの接着部の双方にプライマー処理がなされることを特徴とする請求項４に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項６】
前記シリコーン樹脂が、ポリジメチルシロキサン（Ｐｏｌｙ−Ｄｉ−Ｍｅｔｈｙｌ−Ｓｉｌｏｘａｎｅ、ＰＤＭＳ）であることを特徴とする、請求項１ないし５のいずれか１項に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項７】
第１の透明電極膜と有機ＥＬ層と第２の透明電極膜とを含む有機ＥＬ発光ダイオード（ＯＬＥＤ）と、前記ＯＬＥＤを前記第１の透明電極膜が接するように搭載した基板とを含む有機ＥＬ素子において、前記基板の、前記ＯＬＥＤを搭載した側に光反射面を備えることを特徴とする有機ＥＬ素子。
【請求項８】
前記基板が、その表面に絶縁膜が形成された金属基板であることを特徴とする請求項７に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項９】
前記光反射面が複数の凹面鏡からなる凹面鏡アレイを含むことを特徴とする請求項７又は８に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項１０】
さらに前記ＯＬＥＤを覆うように設けられ、前記第２の透明電極膜に対向する部分が透明であるキャップを備え、前記キャップの外面もしくは内面に、又は前記第２の透明電極膜の表面側に、複数のマイクロレンズからなるマイクロレンズアレイを備えることを特徴とする請求項７ないし９のいずれかに記載の有機ＥＬ素子。
【請求項１１】
ポリシラザン（ＰＨＰＳ）を焼成して得られるシリカ膜と、その上に積層されたケイ素含有有機フッ素高分子膜を含み、前記ケイ素含有有機フッ素高分子膜のケイ素含有有機フッ素高分子は、ペルフルオロ炭化水素部と炭化水素部とケイ素含有基とからなることを特徴とする有機ＥＬ素子の保護膜。
【請求項１２】
前記ペルフルオロ炭化水素部は、直鎖のみ又は側鎖つきの、ペルフルオロアルカン又はペルフルオロアルケン、からなることを特徴とする請求項１１に記載の有機ＥＬ素子の保護膜。
【請求項１３】
前記ペルフルオロ炭化水素部は、直鎖のみ又は側鎖つきであり、かつ、飽和結合のみ又は不飽和結合を含む、ペルフルオロポリエーテル（ペルフルオロポリオキタセン）からなることを特徴とする請求項１１に記載の有機ＥＬ素子の保護膜。
【請求項１４】
前記炭化水素部は、飽和結合のみを含み、直鎖のみ又は側鎖つきであり、水素原子の内少なくとも一つが前記ケイ素含有基に置換されていることを特徴とする請求項１１に記載の有機ＥＬ素子の保護膜。
【請求項１５】
前記水素原子の内、さらに単数または複数個がハロゲンにより置換されていることを特徴とする請求項１４に記載の有機ＥＬ素子の保護膜。
【請求項１６】
前記珪素含有基は、１個又は複数個の直鎖ケイ素からなるシランにおいて、１個又は複数個の水素原子が、アルコキシル基またはハロゲンにより置換されていることを特徴とする請求項１１に記載の有機ＥＬ素子の保護膜。
【請求項１７】
ポリシラザン（ＰＨＰＳ）をシクロヘキサン溶媒で希釈し、所定の金属触媒を添加したポリシラザン溶液を得るステップと、
前記ポリシラザン溶液を有機ＥＬ素子のＩＴＯ膜の上に塗布するステップと、
２０℃以上１００℃以下の所定の温度と所定の湿度で、所定の時間、加湿乾燥してシリカ膜を形成するステップと、
ペルフルオロ炭化水素部と炭化水素部とケイ素含有基とからなるケイ素含有有機フッ素系高分子をペルフルオロヘキサンで希釈して前記ケイ素含有有機フッ素系高分子の溶液を得るステップと、
前記ケイ素含有有機フッ素系高分子溶液を前記シリカ膜上に塗布するステップと、
２０℃以上１００℃以下の所定の温度と所定の湿度で、所定の時間、加湿乾燥して、前記ケイ素含有有機フッ素系高分子を、シリカのケイ素原子と分子レベルで結合させるステップと、
を含むことを特徴とする有機ＥＬ素子の保護膜の製法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は有機ＥＬ素子に係り、特にトップエミッション型の場合に、実効的に高い発光効率を呈する有機ＥＬ素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
有機エレクトロルミネッセンス素子（以下、略して「有機ＥＬ素子」という。）は、近年の薄膜形成技術の進歩により、厚さｎｍクラスの高純度、良質の積層膜が形成できるようになり、５Ｖ程度の低電圧動作が可能となった。
このようにして有機ＥＬ素子は、低消費電力、高品質で、薄型で、さらには曲面表示も可能な、次世代表示システム用の素子として注目されている。【０００３】
有機ＥＬ素子では、所定の有機分子成分からなる複数の膜を上下に積層して有機ＥＬ層とし、その上下両側に各々電極層を付着してＯＬＥＤ（有機発光ダイオード）を形成し、両電極を通じて所定の電圧又は電流を印加して電子とホールを有機ＥＬ層に注入し、電子とホールが再結合する際に発光する現象を利用する。
従って、この発光を外部に導いて表示機能を果たさせるためには、上下に備えた電極の内、少なくとも一方の電極は透明でなければならない。【０００４】
この透明電極としては、電気伝導度と透明度の両立を図ることができる材質としてＩＴＯ（酸化インジウム錫）が普及しているが、一般にはＩＴＯの電気抵抗を下げるためアニールが必要であり、且つ、ＩＴＯの表面の平滑度を上げるため（粗度を下げるため）研磨が必要である。【０００５】
ＩＴＯのアニールの際などに高温にすると有機ＥＬ層が変質してしまうので、ＩＴＯの形成に際しては、有機ＥＬ層の形成より先に実行する必要があった。
即ち、ＩＴＯを先に形成する場合は、積層順が［基板−第１電極膜（ＩＴＯ）−有機ＥＬ層−第２電極膜（不透明電極膜）］となり、基板側から発光させる（ボトムエミッション）ため、基板も透明でなければならず、通常、ガラス基板を用いている。【０００６】
しかしながら、ガラス基板は熱伝導性が悪く、作動中の発熱に対し放熱が不十分で高温になり有機ＥＬ層の劣化を招き易い。【０００７】
さらに、高速高精細の表示システムを得るためには、アクティブマトリクス（ＴＦＴ）駆動にしなければならないが、その場合、ＴＦＴトランジスタを基板とＩＴＯ電極の間に形成しなければならないので、ＴＦＴトランジスタの存在する分だけ開口率が低下し、発光の外部変換効率が低下する。
即ち、所要の発光量を確保するためには消費電力が増大し、従って消費電力に比例する発熱量が増大し、さらに高温になってしまい、有機ＥＬ層の劣化を一層招き易い。【０００８】
そこで、第２電極を透明化して［基板―ＴＦＴ−第１電極−有機ＥＬ層−第２電極（ＩＴＯ）］とし、基板の反対側から発光させる（トップエミッション）方式が研究されている。
その際は、ＩＴＯの形成に際しては、有機ＥＬ層を変質させないよう特に留意する必要がある。
例えば、非特許文献１には、この変質を防ぐため有機ＥＬ層までを形成した基板と、第２電極（ＩＴＯ）を形成した基板を貼り合わせる、などの製法上の工夫が開示されている。
【非特許文献１】Ｋａｔｈｌｅｅｎ  Ｍ．Ｖａｅｔｈ，Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  Ｄｉｓｐｌａｙ  ６／０３（２００３），ｐｐ１２−１７、ＳＩＤ．
【０００９】
さて、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）の発光強度は有機ＥＬ層に直角な方向に最大であるが、それ以外の方向に対しても分散しており、その相対値は理論的には直角方向からの角度をθとしてｃｏｓθで表されるθの関数となる。
従って、この発光を直角方向に集光すると輝度を増すことができ、即ち、直角方向の一定の輝度を得るために、消費電力を抑えてもよく、有機ＥＬ層の劣化を防ぐことができる。【００１０】
そこで、このＯＬＥＤの集光を達成するために、各種のマイクロレンズアレイの導入が研究されている。
例えば特許文献１には、透明電極６の上をガラス基板（ガラスキャップ）７で封止し、その外表面側からのイオン注入で形成したレンズ層を備える技術が開示されている。【００１１】
また、特許文献２には、有機フィルム１０に、ガスバリア層１１と酸化ケイ素膜１３を形成し、その上に微細透明ビーズを混合した紫外線硬化樹脂を塗り、ロール金型でマイクロレンズ１２を形成した後、別に形成した有機ＥＬ基板にラミネート接着する技術が開示されている。【００１２】
また、特許文献３には、有機ＥＬ画素の陽極１５の上の保護膜１６のさらに上に、好ましくは光硬化性透明樹脂からなるマイクロレンズアレイ１７を設ける技術が開示されている。【００１３】
このように、マイクロレンズアレイを形成する位置は多様であるが、その形成方法はガラスに対するイオン注入または紫外線硬化樹脂もしくは光硬化性樹脂を利用するとしており、透明性の確保など安定した安価な製造条件を得るのが容易ではない。
【特許文献１】特開２００３−２６４０５９号公報
【特許文献２】特開２００３−２５７６２７号公報
【特許文献３】特開２００４−０３９５００号公報
【００１４】
さらに注目すべきは、有機ＥＬ層自身は両面から、前記の関数ｃｏｓθに従う強度で発光していること、即ち、注目している透明電極膜側の表面からだけでなく、その反対面側からも同量の発光があることである。
従来の技術では、ボトムエミッション、トップエミッションを問わず、この反対面側からの発光は不透明電極膜に遮られて浪費されており、発光量／消費電力の比を上げることができなかった。【００１５】
非特許文献２には、ガラス基板上に有機ＥＬ層の両面に透明電極膜を備えた有機ＥＬ素子を形成する技術が具体的に開示されており、両面発光の利用が可能になったが、有機ＥＬ素子の用途としては片面だけの受光（視認）が優勢であり、その場合の発光量／消費電力の比は依然として上げられない。
【非特許文献２】Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ  ｏｒｇａｎｉｃ  ｌｉｇｈｔ  ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｄｅｖｉｃｅｓ，Ｇ．Ｇｕ  ｅｔ  ａｌ．，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔｅｒ．６８（１９），６  Ｍａｙ  １９９６
【００１６】
このようにして形成した有機ＥＬ素子は、そのままでは、ＯＬＥＤ、特に有機ＥＬ層やＩＴＯ膜が水分や酸素により時間と共に変質劣化してしまうので、何らかの保護膜が不可欠であり、しかもトップエミッション型の場合、この保護膜は可視光に対してなるべく透明でなければならない。
さらに、この保護膜形成に当たっても、再びＯＬＥＤを物理的、化学的に変質させないような、低温プロセスが必要である。【００１７】
従来、シリコン半導体などに対する水分や酸素に対する保護膜（パッシベーション）としては、窒化シリコン系の膜が最適とされているが、窒化シリコン系の膜は、一般に成膜に際して高温を要する上に、硬いので有機ＥＬ素子にストレスを与えるなど、単独では不適当であったので、様々な工夫がなされてきた。【００１８】
例えば、ポリシラザン、特にＰＨＰＳ（ＰｅｒＨｙｄｒｏＰｏｌｙＳｉｌａｚａｎｅ）を有機溶媒に溶解して塗布し焼成するだけで、高純度のシリカ（ＳｉＯ２）膜を得る技術が半導体産業で実用化されていたが、最近の触媒技術の進歩により、１００℃以下の比較的低温で焼成できるようになったので、有機ＥＬ素子への適用が可能になった。【００１９】
しかしながら、このポリシラザン焼成によるシリカ膜は、巨視的には緻密な保護膜を形成するが、微視的には、上記窒化シリコン系膜ほどの緻密さがなく、単独では保護能力が劣る。
そこで、ポリシラザンと他の種類の膜を組み合わせて多層膜を形成して所要の保護能力を得る試みがなされている。【００２０】
例えば特許文献４には、中間膜（ポリシラザン膜）を上下から窒化シリコン系膜で挟み、ＯＬＥＤを覆い、外周部分のみをレーザ加熱して、中間膜をシリカに変成する技術が開示されている。【００２１】
また、多層膜の一部にフッ素系高分子膜を適用する試みがなされている。
フッ素は電気陰性度が最も大きく、高分子骨格の炭素と最も強く結合しているので、フッ素系高分子膜は一般に堅牢で疎水性、疎油性を兼ね備える、即ち撥水性、防汚性を呈するからである。【００２２】
例えば特許文献５には、４層からなる透明保護膜の１例として、フッ素系高分子膜、窒化シリコン系膜、エポキシ系高分子膜、ＰＥＴ又はフッ素系高分子膜、の４層が列挙された構造が開示されている。【００２３】
しかしながら、これらの複合膜は製造手順が複雑で高価につく反面、特に多層膜の一部として窒化シリコン系膜を使っている場合、ＯＬＥＤを変質させずに所要の保護能力を得るのが必ずしも容易ではない。
また、無機系膜と有機系高分子膜、特にフッ素系高分子膜との密着性が必ずしも確保されず、剥離により保護能力が劣化する場合があった。
また、これらの多層膜の場合、透明度が必ずしも確保されなかった。
【特許文献４】特開２００４−１１９１３８号公報
【特許文献５】特開２００４−１３９９９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
本発明は、上記の諸問題を解決するために、安定して安価に製造できるマイクロレンズアレイを備えた有機ＥＬ素子を提供することを目的とする。【００２５】
本発明は、又、キャップとマイクロレンズアレイを一体にすることにより、さらに安定で安価に製造できる有機ＥＬ素子を提供することを目的とする。【００２６】
本発明は、又、キャップと基板の確実な接着方法を提供することにより、さらに安定で安価に製造できる有機ＥＬ素子を提供することを目的とする。【００２７】
本発明は、又、有機ＥＬ素子の保護と、キャップ及び基板の確実な接着とを同時に実現して封止することにより、さらに安定で安価に製造できる有機ＥＬ素子を提供することを目的とする。【００２８】
本発明は、上記の諸問題を解決するために、有機ＥＬ層の両面からの発光を片面に集中することにより、発光量／消費電力の比を上げた有機ＥＬ素子を提供することを目的とする。【００２９】
本発明は、又、基板として金属基板を用いることにより、有機ＥＬ層の両面からの発光を片面に集中する機構が安定で安価に製造できる有機ＥＬ素子を提供することを目的とする。【００３０】
本発明は、上記の諸問題を解決するために、構造・製法が簡単で、有機ＥＬ層が変質・劣化する恐れのない、しかも透明度の確保された、従って特にトップエミッション型の有機ＥＬ素子に適した保護膜とその製法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００３１】
上記目的を達成するために、本発明による有機ＥＬ素子は請求項１に記載のとおり、透明電極膜と有機ＥＬ層と対向電極層を含む有機ＥＬ発光ダイオード（ＯＬＥＤ）と、前記ＯＬＥＤを搭載した基板と、前記ＯＬＥＤを覆うように設けられ、前記透明電極膜に対向する部分が透明であるキャップと、を含む有機ＥＬ素子において、前記キャップの外面もしくは内面に、又は前記透明電極膜の表面側に、マイクロレンズアレイを備えることを特徴とする。【００３２】
また、請求項２に記載のとおり、前記キャップがシリコーン樹脂からなり、前記マイクロレンズが前記キャップと一体に形成されて備えられていることを特徴とする。【００３３】
また、請求項３に記載のとおり、前記キャップと前記基板の接着に際して、前記基板の、前記キャップとの接着部にプライマー処理がなされることを特徴とする。【００３４】
また、請求項４に記載のとおり、透明電極膜と有機ＥＬ層と対向電極層を含む有機ＥＬ発光ダイオード（ＯＬＥＤ）と、前記ＯＬＥＤを搭載した基板と、前記ＯＬＥＤを覆うように設けられ、前記透明電極膜に対向する部分が透明であるキャップと、を含む有機ＥＬ素子において、前記キャップの外面もしくは内面にマイクロレンズアレイが前記キャップと一体に設けられ、前記キャップの内面と、前記ＯＬＥＤの上面を含む前記基板の上面との間の空隙に、前記キャップと前記基板との接着面の間の空隙を含めて、シリコーン樹脂が充填されていることを特徴とする。【００３５】
また、請求項５に記載のとおり、前記キャップと前記基板の接着に際して、前記基板の接着部と前記キャップの接着部の双方にプライマー処理がなされることを特徴とする。【００３６】
また、請求項６に記載のとおり、前記シリコーン樹脂が、ポリジメチルシロキサン（Ｐｏｌｙ−Ｄｉ−Ｍｅｔｈｙｌ−Ｓｉｌｏｘａｎｅ、ＰＤＭＳ）であることを特徴とする。【００３７】
上記目的を達成するために、本発明による有機ＥＬ素子は請求項７に記載のとおり、第１の透明電極膜と有機ＥＬ層と第２の透明電極膜とを含む有機ＥＬ発光ダイオード（ＯＬＥＤ）からなるＯＬＥＤと、前記ＯＬＥＤを前記第１の透明電極膜が接するように搭載した基板とを含む有機ＥＬ素子において、前記基板の、前記ＯＬＥＤを搭載した側に光反射面を備えることを特徴とする。【００３８】
本発明によれば、有機ＥＬ層からの発光のうち、従来と同様に第１の透明電極膜を経たものは直接外部に発射され、これに加えて、第２の透明電極膜を経たものは基板に備えた光反射面で反射されて第１の透明電極膜を経たものに重畳して外部に発射されるので、外部への発光量／消費電力の比は略、倍増できることになる。【００３９】
また、請求項８に記載のとおり、前記基板が、例えば、マグネシウム、アルミニウム、又はそれらを含む合金からなり、その表面に絶縁膜が形成された金属基板であることを特徴とする。【００４０】
金属基板は、表面を鏡面になるように滑らかに仕上げるだけで、光反射面とすることができる。
特にマグネシウム基板は鏡面仕上げが容易であり、良質の光反射面を安価に得ることができる。
なお、これらの金属基板、特にマグネシウム基板は、加工性に富み、表面酸化により丈夫で薄い絶縁膜の形成が容易であるので安価に製造でき、その上に熱伝導率が大きく消費電力の熱放散が容易であるが、本発明による有機ＥＬ素子はこれらの特徴を合わせ備えることができる。【００４１】
また、請求項９に記載のとおり、前記光反射面が複数の凹面鏡からなる凹面鏡アレイを含むことを特徴とする。【００４２】
本発明により基板に備えるべき凹面鏡アレイは、特に金属基板の場合は、原基板の表面を予め、モールド、研削、又はプレスにより凹面のアレイの形状に仕上げた後で表面酸化し、凹部にシリコーンなどの透明樹脂を充填して最終表面を平坦にすることにより容易に備えることができる。【００４３】
各凹面鏡のサイズとピッチは、なるべく多くの側方発光を捕らえて反射するため、ＯＬＥＤのサイズ（以下ｄとする）とピッチ（以下Ｄとする、Ｄ＞ｄ）のうち、Ｄに等しくとる、即ち、ＯＬＥＤに一対一で対応してなるべく隙間なく並べることが望ましい。【００４４】
各凹面鏡の平面形状は通常円形であるが、集光量を上げるため、ＯＬＥＤの縦横のピッチに合わせた正方形又は長方形であってもよい。
各凹面鏡の焦点距離（以下ｆ１とする）は、ＯＬＥＤのピッチＤの略、０．５倍以上、２倍以下が望ましい。
凹面鏡アレイとＯＬＥＤの距離（以下ｓ１とする）は凹面鏡の焦点距離ｆ１の略、０．５倍以上、２倍以下が望ましい。
各凹面鏡の断面形状は、略、放物線が望ましい。【００４５】
以上の諸パラメータの詳細は、反射光を有機ＥＬ素子面に直角な方向に最大集光できるように、発光の通過媒体での減衰、凹面鏡の各種収差による歪み、隣接ＯＬＥＤの発光への干渉などを考慮して決定される。【００４６】
また、請求項１０に記載のとおり、さらに前記ＯＬＥＤを覆うように設けられ、前記第２の透明電極膜に対向する部分が透明であるキャップを備え、前記キャップの外面もしくは内面に、又は前記第２の透明電極膜の表面側に、複数のマイクロレンズからなるマイクロレンズアレイを備えることを特徴とする。【００４７】
本発明によりキャップ側、即ち、第１電極膜に近接して備えるべきマイクロレンズアレイは、各種の方法で設けることができる。
特に、例えばシリコーン樹脂を用いてキャップと一体に成形することにより、キャップと基板の封止を含めて、安定した性能が安価に得られる。【００４８】
各マイクロレンズのサイズとピッチは、なるべく多くの側方発光を捕らえて反射するため、ＯＬＥＤのサイズ（以下ｄとする）とピッチ（以下Ｄとする、Ｄ＞ｄ）のうち、Ｄに等しくとる、即ち、ＯＬＥＤに一対一で対応してなるべく隙間なく並べることが望ましい。【００４９】
各マイクロレンズの平面形状は通常円形であるが、集光量を上げるため、ＯＬＥＤの縦横のピッチに合わせた正方形又は長方形であってもよい。
各マイクロレンズの焦点距離（以下ｆ２とする）は、ＯＬＥＤのピッチＤの略、０．５倍以上、２倍以下が望ましい。
マイクロレンズとＯＬＥＤの距離（以下ｓ２とする）はマイクロレンズの焦点距離ｆ２の略、０．５倍以上、２倍以下が望ましい。
各マイクロレンズの断面形状は、略、放物線が望ましい。【００５０】
以上の諸パラメータの詳細は、屈折光を有機ＥＬ素子面に直角な方向に最大集光できるように、発光の通過媒体での減衰、マイクロレンズの各種収差による歪み、隣接ＯＬＥＤの発光への干渉などを考慮して決定される。【００５１】
上記目的を達成するために、本発明による有機ＥＬ素子の保護膜は請求項１１に記載のとおり、ポリシラザン（ＰＨＰＳ）を焼成して得られるシリカ膜と、その上に積層されたケイ素含有有機フッ素高分子膜を含み、前記ケイ素含有有機フッ素高分子膜のケイ素含有有機フッ素高分子は、ペルフルオロ炭化水素部と炭化水素部とケイ素含有基とからなることを特徴とする。【００５２】
また、請求項１２に記載のとおり、前記ペルフルオロ炭化水素部は、直鎖のみ又は側鎖つきの、ペルフルオロアルカン又はペルフルオロアルケン、からなることを特徴とする。【００５３】
また、請求項１３に記載のとおり、前記ペルフルオロ炭化水素部は、直鎖のみ又は側鎖つきであり、かつ、飽和結合のみ又は不飽和結合を含む、ペルフルオロポリエーテル（ペルフルオロポリオキタセン）からなることを特徴とする。【００５４】
また、請求項１４に記載のとおり、前記炭化水素部は、飽和結合のみを含み、直鎖のみ又は側鎖つきであり、水素原子の内少なくとも一つが前記ケイ素含有基に置換されていることを特徴とする。【００５５】
また、請求項１５に記載のとおり、前記水素原子の内、さらに単数または複数個がハロゲンにより置換されていることを特徴とする。【００５６】
また、請求項１６に記載のとおり、前記珪素含有基は、１個又は複数個の直鎖ケイ素からなるシランにおいて、１個又は複数個の水素原子が、アルコキシル基またはハロゲンにより置換されていることを特徴とする。【００５７】
また、上記目的を達成するために、本発明による有機ＥＬ素子の保護膜の製法は請求項１７に記載のとおり、
ポリシラザン（ＰＨＰＳ）をシクロヘキサン溶媒で希釈し、所定の金属触媒を添加したポリシラザン溶液を得るステップと、
前記ポリシラザン溶液を有機ＥＬ素子のＩＴＯ膜の上に塗布するステップと、
２０℃以上１００℃以下の所定の温度と所定の湿度で、所定の時間、加湿乾燥してシリカ膜を形成するステップと、
ペルフルオロ炭化水素部と炭化水素部とケイ素含有基とからなるケイ素含有有機フッ素系高分子をペルフルオロヘキサンで希釈して前記ケイ素含有有機フッ素系高分子の溶液を得るステップと、
前記ケイ素含有有機フッ素系高分子溶液を前記シリカ膜上に塗布するステップと、
２０℃以上１００℃以下の所定の温度と所定の湿度で、所定の時間、加湿乾燥して、前記ケイ素含有有機フッ素系高分子を、シリカのケイ素原子と分子レベルで結合させるステップと、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００５８】
本発明による有機ＥＬ素子は、安定で安価に製造することができるシリコーン樹脂からなるマイクロレンズアレイを備えているので、発光面に直角な方向の輝度を高めて、有機ＥＬ層の劣化を招く消費電力の増加を抑えることができる。【００５９】
また、本発明による有機ＥＬ素子は、キャップとマイクロレンズアレイが一体に形成されるので、さらに安定で安価に製造できる。【００６０】
また、本発明による有機ＥＬ素子は、シリコーン樹脂からなるキャップと基板の接着に際して、基板にプライマー処理をなすことで、堅固な封止接着ができるので、さらに安定で安価に製造できる。【００６１】
また、本発明による有機ＥＬ素子は、キャップと基板の接着と同時に、低温でキュアできるシリコーン樹脂により封止されて保護されるので、劣化がなく、安定で安価に製造できる。【００６２】
本発明による有機ＥＬ素子は、基板に備えた光反射面により、ＯＬＥＤの両面からの発光を外部に片面発射できるので、発光量、従って発光量／消費電力の比を略、倍増することができ、有機ＥＬ層の劣化を招く消費電力の増加を抑えることができる。【００６３】
また、本発明による有機ＥＬ素子は、特に基板としてマグネシウムなどの金属基板を用いて、光反射面を一体成形により安定で安価に製造することができる。【００６４】
また、本発明による有機ＥＬ素子は、第１透明電極膜側に備えた光反射面、及び／又は第２電極膜側、即ちキャップ側に備えたマイクロレンズと組み合わせることにより、有機ＥＬ素子面に直角な方向に最大集光することができるので、表示装置としての有効発光量／消費電力の比をさらに上げることができる。【００６５】
本発明による有機ＥＬ素子の保護膜によれば、緻密なシリカ膜と、前記シリカ膜に分子レベルで強固に結合されたケイ素含有有機フッ素高分子膜の２層からなる撥水性、撥油性に富む保護膜を提供することができ、水分、酸素、高温、そして物理的打撃に関して、製造工程中及び製造後の保管又は使用中を通じて、脆弱な有機ＥＬ素子（ＯＬＥＤ、及びその駆動回路）を保護することができ、特にトップエミッション型有機ＥＬ素子を高信頼度で経済的に提供できる。【００６６】
また、本発明による有機ＥＬ素子の保護膜の製法によれば、水分、酸素、高温、そして物理的打撃に対して、脆弱な有機ＥＬ素子（ＯＬＥＤ、及びその駆動回路）が物理的又は化学的にダメージを受けることなく、緻密なシリカ膜と、前記シリカ膜に分子レベルで強固に結合されたケイ素含有有機フッ素高分子膜の２層からなる撥水性、撥油性に富む保護膜を形成する、高信頼度で経済的な製法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、各々実施例１、２、３における有機ＥＬ素子を示す断面模式図である。
【図２】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、各々実施例４、５、６における有機ＥＬ素子を示す断面模式図である。
【図３】は、実施例７における有機ＥＬ素子を示す断面模式図である。
【図４】は、実施例８における有機ＥＬ素子の構造を示す断面模式図である。
【図５】は、実施例９における有機ＥＬ素子の構造を示す断面模式図である。
【図６】は、実施例１０における有機ＥＬ素子の構造を示す断面模式図である。
【図７】は、実施例１１における有機ＥＬ素子の構造を示す断面模式図である。
【図８】は、実施例８における有機ＥＬ素子の光学的等価断面図である。
【図９】は、実施例８における有機ＥＬ素子の発光量の分布図である。
【図１０】は、実施例９における有機ＥＬ素子の光学的等価断面図である。
【図１１】は、実施例９における有機ＥＬ素子の発光量の分布図である。
【図１２】は、実施例１０における有機ＥＬ素子の光学的等価断面図である。
【図１３】は、実施例１０における有機ＥＬ素子の発光量の分布図である。
【図１４】は、本発明の実施例１２〜１５に係る有機ＥＬ素子の断面模式図である。
【図１５】は、実施例１２における有機ＥＬ層素子の保護膜の分子構造を示す模式図である。
【図１６】は、実施例１３における有機ＥＬ層素子の保護膜の分子構造を示す模式図である。
【図１７】は、本発明の実施例１２〜１５に係るケイ素含有有機含フッ素系高分子の様々な態様を示す分子構造模式図である。
【図１８】は、実施例１５における有機ＥＬ層の保護膜の形成手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００６８】
１１、１２、１３、１４、１５、１６    光線
２１、２２、２３、２４、２５、２６    光線
５１、５２、５３、５４、５５、５６    光線
６１、６２、６３、６４、６５、６６    光線
７１、７６    光線
１００    キャップ
１０２    キャップの下面
１１０    マイクロレンズアレイ
１１５    マイクロレンズ
１０５    キャップの脚部
１２０    接着部
１３０    充填部
２００    基板
２０１    金属基板（マグネシウム基板）
２０５    境界（光反射面）
２１５    透明層
２１０、２２５    絶縁膜
２２０    ポリシリコン層又はアモルファスシリコン層（ＴＦＴ層）
２３０    画素駆動ユニット（ＴＦＴトランジスタ回路）
２３１    ソース
２３３    ソース配線
２３５    ドレーン
２３７    ゲート絶縁膜
２３９    ゲート配線
２４０    陰極用電極（第１電極）
２５０Ｒ、２５０Ｇ、２５０Ｂ    有機ＥＬ層
２６０    透明電極膜（第２電極）
２７０    保護膜
３００、３０１、３０２    有機ＥＬ層
３０５    鏡像
３１０    第１透明電極膜（ドレーン配線）
３２０    第２透明電極膜
３２２    Ｍｇ−Ａｇ層
４０１    境界
４１０    ポリシラザンを焼成して得られるシリカ膜
４２０    ケイ素含有有機フッ素系高分子膜
４３０、４４０、４５０    ケイ素含有有機フッ素系高分子の主部
４３２    ペルフルオロアルカン部
４３４、４５４    炭化水素部
４３９、４５９    ケイ素含有基
４４２    ペルフルオロポリオキセタン部
４９０、４９０ａ、４９０ｂ    汚れ
【発明を実施するための最良の形態】
【００６９】
以下、本発明に係る実施の形態を、トップエミッション型で、かつアクティブマトリクス駆動型の場合について、図面を参照して具体的に説明する。
本発明はボトムエミッション型あるいはパッシブマトリクス駆動型の場合についても適宜変形するならば適用できる。【００７０】
図１（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、各々実施例１、２、３における有機ＥＬ素子を示す断面模式図、図２（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、各々実施例４、５、６における有機ＥＬ素子を示す断面模式図、図３は実施例７における有機ＥＬ素子を示す断面図である。
【実施例１】
【００７１】
図１（Ａ）を参照すると、本発明による有機ＥＬ素子を示す断面模式図であって、有機ＥＬ素子本体は、基板２００上に形成されて、例えばガラス製の透明なキャップ１００に覆われ、キャップの縁辺部において下方に延伸された脚部１０５が接着部１２０を介して基板２００に接着されることにより封止され、外界から遮断される。【００７２】
有機ＥＬ素子本体は、パネル１つ分の有機ＥＬ発光ダイオード（ＯＬＥＤ）と、対応する画素駆動ユニット２３０からなり、基板２００の上表面に例えばポリシリコン層又はアモルファスシリコン層２２０を堆積し、画素駆動ユニット２３０が形成される。【００７３】
個々の画素駆動ユニット２３０は、原理的には１個のＴＦＴトランジスタからなり、そのゲートとソースは各々行・列をなす駆動配線（図示せず）に接続され、そのドレーンは（必要ならば、導電性金属層を介して）、ＯＬＥＤの陰極用電極２４０に接続される。【００７４】
個々のＯＬＥＤは、上記陰極用電極２４０と共通の透明電極膜２６０と、両電極に挟まれた、３原色に対応する有機ＥＬ層２５０Ｒ、２５０Ｇ、又は２５０Ｂからなり、透明電極膜２６０の上には保護膜２７０が形成されている。【００７５】
このようにして、有機ＥＬ素子本体が形成される。
上記封止完成後に、有機ＥＬ素子本体の画素駆動ユニットに時間と共に変化する所定の信号電圧が与えられると、ＯＬＥＤは信号電圧に対応して変化する光量を有する３原色光を発光する。
３原色光は各々、透明電極膜２６０、保護膜２７０、透明なキャップ１００を経て上方から外部に発光され、各画素は所望の色調を呈色し、表示装置としての機能を果たすことになる。【００７６】
さて本発明によれば、キャップ１００の内面にシリコーン樹脂からなるマイクロレンズアレイ１１０が接着されて備えられ、個々のマイクロレンズ１１５は凸レンズの形状をなして、ＯＬＥＤの上面に対向している。【００７７】
個々のＯＬＥＤの発光強度は、上述のように発光角度に依存し、図１（Ａ）で垂直上方を最大とし、垂直上方からの角度をθに対してｃｏｓθに比例している。
従って、マイクロレンズ１１５はＯＬＥＤからの発光を垂直上方方向に向かった集光する。【００７８】
図１（Ａ）では、マイクロレンズ１１５のサイズ、ピッチは有機ＥＬ層２５０Ｒ、２５０Ｇ、２５０Ｂ、従ってＯＬＥＤ１個のサイズ、ピッチに合わせてあるが、これに限定されるものではない。
いずれにしても、マイクロレンズ１１５のサイズ、ピッチは、最近の高精細表示の場合、画素のサイズ、ピッチに合わせる必要があり、μｍ（ミクロン）級である。【００７９】
本発明は、このようなミクロン級の精密加工が最近の技術の進歩により、初めて実用化の目処が立ったという事実に基づくものであり、例えば非特許文献３には、素材としてシリコーン樹脂、中でもその一種ＰＤＭＳ（Ｐｏｌｙ−Ｄｉ−Ｍｅｔｈｙｌ−Ｓｉｌｏｘａｎｅ）を適用すると、基板のソリに対する順応性がよく、化学的に不活性で、等方、等質、透明で、エラストマとしての耐久性が高く、プラズマ処理とこれに続く化学的処理によって制御可能な表面状態が形成できる、旨が記述されている。
【非特許文献３】Ｙ  Ｘｉａ  ｅｔ  ａｌ：  Ｓｏｆｔ  Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ，  Ａｎｇｅｗ．  Ｃｈｅｍ．  Ｉｎｔ．  Ｅｄ．  １９９８，  ３７，  ｐｐ５５０−５７５．
【００８０】
従って、このＰＤＭＳ材を使うと、例えばシリコンで作ったミクロン級の母型から、例えばエンボス加工により、所望のマイクロレンズアレイが離型性よく安価に得られる。
シリコンの最先端加工技術は０．１ミクロン級であり、上記ミクロン級の母型が安価に得られる。【００８１】
なお、マイクロレンズ１１５の突端とＯＬＥＤの上面保護膜２７０との距離は、集光効率を上げるためにはなるべく小さい方が望ましいが、基板２００やキャップ１００の反りなどがあっても、マイクロレンズの一部が保護膜に押し付けられて変形しない程度の値に設定される。
【実施例２】
【００８２】
図１（Ｂ）を参照すると、本発明による有機ＥＬ素子を示す断面模式図であって、上記実施例１との差異は、マイクロレンズアレイ１１０がキャップ１００の内面ではなく、外面に備えられていることである。【００８３】
このようにすると、有機ＥＬ層がキャップにより封止されてマイクロレンズアレイから隔てられているので、仮にマイクロレンズアレイに水、酸素などが僅かに付着していても、有機ＥＬ層を痛める恐れがない。
【実施例３】
【００８４】
図１（Ｃ）を参照すると、本発明による有機ＥＬ素子を示す断面模式図であって、上記実施例１、２との差異は、マイクロレンズアレイ１１０がキャップ１００の内面または外面にではなく、ＯＬＥＤの透明電極膜２６０の上表面側に保護膜２７０を介して接着されて、備えられていることである。【００８５】
このようにすると、マイクロレンズ１１５による集光を最も効率的に行うことができる上に、マイクロレンズアレイ１１０がＯＬＥＤを最も効果的に保護する。
【実施例４】
【００８６】
図２（Ａ）を参照すると、本発明による有機ＥＬ素子を示す断面模式図であって、上記実施例１〜３との差異は、シリコーン樹脂からなるキャップ１００の内面にマイクロレンズ１１５がキャップ１００と一体に形成されている、即ち、シリコーン樹脂からマイクロレンズ１１５とキャップ１００を一体に成形して得ている点である。【００８７】
従って上記実施例１と同じくシリコーン樹脂であるＰＤＭＳ材を使うと、例えばシリコンで作ったミクロン級の母型から、例えばエンボス加工により、所望のマイクロレンズアレイとキャップを一体したものが離型性よく安価に得られる。【００８８】
シリコーン樹脂ＰＤＭＳは、上記のように透明であるのでＯＬＥＤの発光を外部に通す一方、化学的に不活性であるので内部のＯＬＥＤを保護し、かつ基板の反りに対する順応性があり、キャップとして理想的な性能を備える。【００８９】
さらに、一般にシリコーン樹脂の表面のＳｉ原子のダングリングボンドは、例えば酸素プラズマ処理によりＯＨ基と安定に結合した状態にしておける。
基板２００と、キャップ１００の脚部１０５との接着・封止に際しては、予め、基板２００の接着面（接着部１２０）をプライマー処理をしておくと、キャップ１００の前記ＯＨ基が脱水反応により除去されて、シリコーン樹脂の表面のＳｉ原子が接着部１２０の分子と化学的に結合され、強固な接着・封止が得られる。
【実施例５】
【００９０】
図２（Ｂ）を参照すると、マイクロレンズのサイズ・ピッチが上記実施例４では有機ＥＬ層２５０Ｒ、２５０Ｇ、２５０Ｂ、従ってＯＬＥＤのサイズ・ピッチと１対１に対応しているのに対し、本実施例では、１対２で対応している。
【実施例６】
【００９１】
また図２（Ｃ）を参照すると、マイクロレンズのサイズ・ピッチがＯＬＥＤのサイズ・ピッチと２対１で対応している。【００９２】
マイクロレンズは一般に小サイズであるほど、短い焦点距離のものが得られるが、収差歪みが甚だしくなるので、ＯＬＥＤのサイズ・ピッチ、ＯＬＥＤの上面とマイクロレンズの距離とそのばらつきなどを考慮して、パネル全面で安定した集光率が得られるように、マイクロレンズのサイズ・ピッチを決定しなければならない。
このことは、他の実施例である上記実施例１、２、３、及び下記実施例７についても当然成り立つ。
【実施例７】
【００９３】
図３を参照すると、本発明による有機ＥＬ素子を示す断面模式図であって、マイクロレンズ１１５を内面に備えた、例えばガラス製の透明なキャップ１００が、ＯＬＥＤを搭載した基板２００の上面の全体を覆い、双方の間の空隙は、キャップ１００の脚部１０５と基板２００の接着部１２０を含めて、シリコーン樹脂ＰＤＭＳ、で充填されて充填部１３０となる。【００９４】
このようにすると、一回の工程でＰＤＭＳがＯＬＥＤを効果的に保護すると共に、同時に基板２００とキャップ１００を接着部１２０で効果的に接着することができ、ＰＤＭＳは例えば、室温で４８時間、６５℃で４時間程度の低温でキュアできるので、有機ＥＬ層にダメージを与えない。【００９５】
基板２００と、キャップ１００の脚部１０５との接着・封止に際しては、予め、基板の接着面と、脚部の接着面を予めプライマー処理をしておくと、接着部１２０に充填されたシリコーン樹脂の表面の前記ＯＨ基が脱水反応により除去されて、シリコーン樹脂の表面のＳｉ原子が基板、キャップの接着表面の分子と化学的に結合され、強固な接着、封止が得られる。【００９６】
また、図４、図５、図６、図７は各々、実施例８、９、１０、１１における有機ＥＬ素子の構造を示す断面模式図、図８、図１０、図１２は各々、実施例８、９、１０における有機ＥＬ素子の光学的等価断面図、図９、図１１、図１３は各々、実施例８、９、１０における有機ＥＬ素子の発光量の分布図である。
【実施例８】
【００９７】
図４は、実施例８における有機ＥＬ素子の構造を示す断面模式図である。
有機ＥＬ素子本体は、金属基板、例えばマグネシウム基板２０１上に形成されて、例えばガラス製の透明なキャップ１００に覆われ、キャップの縁辺部において下方に延伸された脚部（図示せず）が基板の対応する縁辺部に接着されることにより封止され、外界から遮断される。【００９８】
有機ＥＬ素子本体は、例えばパネル１つ分にあたる、複数の有機ＥＬ発光ダイオード（ＯＬＥＤ）と、対応する画素駆動ユニットからなり、基板２０１の上表面に形成された絶縁膜２１０の上に例えばポリシリコン層又はアモルファスシリコン層２２０を堆積し、その中に画素駆動ユニットが形成される。【００９９】
個々の画素駆動ユニットは原理的には１個のＴＦＴトランジスタであり、ソース２３１、ゲート絶縁膜２３７、ドレーン２３５と、ソース配線２３３、ゲート配線２３９、ドレーン配線３１０からなる。
ソース配線２３３とゲート配線２３９は、各々行、列をなしており、画素駆動ユニットアレイの縁辺部に設けた行・列駆動回路により駆動され、選択電位が与えられたゲート配線に繋がる画素駆動ユニットのドレーンの電位は、各々のソース配線に与えられた画素信号電位に等しくなり、このようにして各画素駆動ユニットのドレーン配線には任意の信号電位が順次与えられる。【０１００】
ドレーン配線３１０は必要ならば適当なバリア金属層を介してドレーン２３５に接続される。
ポリシリコン（アモルファスシリコン）層の上面のうち、隣接する画素駆動ユニットの間の領域は窒化酸化シリコン系の絶縁膜２２５で覆われており、ドレーン配線３１０は、その上に延伸されてＯＬＥＤの第１透明電極膜となる。【０１０１】
個々のＯＬＥＤは、第１透明電極膜３１０と、共通の第２透明電極膜３２０と、両電極膜に挟まれた有機ＥＬ層３００からなり、通常３つの隣接する有機ＥＬ層３０１、３００、３０２が３原色Ｒ、Ｇ、Ｂに対応する。
なお第２透明電極膜と有機ＥＬ層３００の間には、電子注入効率を上げるため、低ワークファンクションの合金、例えばＭｇ−Ａｇ層３２２を介在させる。
Ｍｇ−Ａｇ層の厚さは透明性を損なわないように薄く、例えば１０ｎｍ程度にとる。
また、第２透明電極膜３２０の上には保護膜（図示せず）を形成する。【０１０２】
このようにして、有機ＥＬ素子本体が形成される。
ここで本有機ＥＬ素子の発光部に関係する各膜、層の典型的膜圧を列挙すると、
基板絶縁膜２１０：  １０ｎｍ、  ポリシリコン（アモルファスシリコン）層２２０（絶縁膜２２５を含む）：  ５００ｎｍ、  第１透明電極膜３１０：  １００ｎｍ、  有機ＥＬ層３００：  ６０ｎｍ、  Ｍｇ−Ａｇ層：  １０ｎｍ、  第２透明電極膜３２０：  ４０ｎｍ、である。【０１０３】
上記のキャップによる封止完成後に、有機ＥＬ素子本体の画素駆動ユニットの行・列配線に時間と共に変化する所定の信号電圧が与えられると、各有機ＥＬ層３００は信号電圧に対応して変化する光量を有する３原色光のいずれかを発光する。
３原色光は各々、Ｍｇ−Ａｇ膜３２２、第２透明電極膜３２０、保護膜、透明なキャップ１００を経て上方から外部に発光され、各画素は所望の色調を呈色し、表示装置としての機能を果たすことになる。
有機ＥＬ素子の輝度を決定するのは、信号電圧が最大の場合のＯＬＥＤの発光量であり、以下において、「発光量」はこの場合に限定する。【０１０４】
さて有機ＥＬ層の発光量は、上記のように図１において上下方向で最大になり、水平方向でゼロとなり、上方向を基線として計った角度θに対してｃｏｓθ分布をなす。
従って、本実施例の場合、図４で下方向、即ち９０°≦θ≦１８０°の範囲の発光は、第１透明電極膜３１０、ポリシリコン（アモルファスシリコン）層２２０、絶縁層２１０を透過して、絶縁層２１０と基板２０１の母体金属の境界２０５に至り、光は金属基板２０１内を透過できないので、反射される。【０１０５】
即ち、境界２０５が光反射面として機能し、反射された光は、あたかも有機ＥＬ層３００の鏡像３０５（２点鎖線で示す）からの発光のように、上方に向かう。（以下、光反射面も「２０５」で示す。）
図４において、直接光と反射光の光線の例を各々、１１及び１６と、６１及び６６で示す。
次に、直接光と反射光の合計強度の分布を近似的に見積もる。【０１０６】
図８は、本実施例における有機ＥＬ素子の光学的等価断面図である。
有機ＥＬ層３００の平面方向の寸法ｄとピッチＤ、及びキャップの下面１０２との間隔ｓ１が、０．１ｍｍ〜１ｍｍであるのに対して、有機ＥＬ層と光反射面２０５の間隔は上記の典型的膜厚の場合でも高々７００ｎｍ、即ち１μｍ（ミクロン）未満であるので、有機ＥＬ層、光反射面、鏡像３０５は密着してすべてキャップ下面からｓ１の距離にあると見なす。
本図では、ｓ１＝Ｄ＝２×ｄ、にとってある。【０１０７】
従って、有機ＥＬ層３００からの発光は、上方への直接光と下方からの反射光が重畳しており、有機ＥＬ層の、本図における左端、中央、右端の各々から左右π／２（＝４５°）への発光光線、１１と１２、１３と１４、１５と１６、で代表して示す。【０１０８】
図９は、本実施例における有機ＥＬ素子の発光量の分布図である。
有機ＥＬ層３００の発光強度Ｙ（相対値）は、図において垂直上方からの角度をθとして、破線で示すようにｃｏｓθであるが、下方発光にあたる負値のＹの部分が反射されて上方発光に重畳され、合計発光強度は実線で示すように２×ｃｏｓθ（−π／２≦θ≦π／２）となり、反射がない従来の場合に比較して倍増できる。
【実施例９】
【０１０９】
図５は、実施例９における有機ＥＬ素子の構造を示す断面模式図である。
上記実施例８と比べると、金属基板２０１に対して、予め図で上面に凹部のアレイを形成しておき、同様に表面を酸化して絶縁膜２１０を形成すると、凹面鏡として機能する光反射面２０５が得られる。【０１１０】
このような金属基板２０１の上に透明層２１５を形成して上面を平坦化した後、上記実施例８と同様にポリシリコン層又はアモルファスシリコン層２２０以降の各層を形成する。
本実施例のようにアクティブマトリクス駆動型の場合は、ポリシリコン層又はアモルファスシリコン層２２０とその中にＴＦＴトランジスタを形成するプロセスにおいて、高温を要する場合があるので、透明層２１５の素材としては例えば低融点ガラスを適用する。
パッシブマトリクス駆動型の場合で後のプロセスに高温を要しない場合は、透明層２１５の素材としては例えばシリコーン樹脂、中でもその一種ＰＤＭＳ（Ｐｏｌｙ−Ｄｉ−Ｍｅｔｈｙｌ−Ｓｉｌｏｘａｎｅ）が適用できる。
ＰＤＭＳは、基板のソリに対する順応性がよく、化学的に不活性で、等方、等質、透明である上に、エラストマとしての耐久性が高く、プラズマ処理とこれに続く化学的処理によって制御可能な表面状態が形成できるので、第１透明電極膜などと密着し、しかも温度係数の差によるストレスを吸収することができる。
次に本実施例における合計発光強度の分布を見積もる。【０１１１】
図１０は、実施例９における有機ＥＬ素子の光学的等価断面図である。
上方への直接発光を、上記実施例１の場合と同じように光線１１〜１６で示す。
一方、下方への発光は凹面鏡により反射されるが、本実施例の場合、凹面鏡アレイをなす光反射面２０５と有機ＥＬ層３００との間隔ｓ２は、凹面鏡の焦点距離ｆ１に等しくとってあるので、有機ＥＬ層上の各点光源ごとに平行な反射光となる。
一般には透明層２１５の屈折率が１より大きいので、透明層２１５は下方発光と反射光の各々に対して凸レンズとして機能するので、正確には、ｆ１は凹面鏡単独の焦点距離ではなく、凹面鏡と透明層２１５による２つの凸レンズとの合成系の焦点距離である。
また、光反射面は、厳密には凹面鏡の凹面に沿って変化する（光反射面２０５の、図で下方の円弧状破線）が、ここでは簡単のため平面で代表する。
なお、凹面鏡の直径は、本実施例では、有機ＥＬ層のピッチＤに等しくとってある。【０１１２】
即ち、図で有機ＥＬ層の左端、中央、右端から下方に発射された光線のうち、５１と５２の間φ４、５３と５４の間φ５、５５と５６の間φ６の範囲の光線は、反射されて各々、平行な光線、６１と６２、６３と６４、６５と６６、の間の光線となる。【０１１３】
図１１は、本実施例における有機ＥＬ素子の発光量の分布図である。
上方発光の強度分布は、破線で示したｃｏｓθ（−π／２≦θ≦π／２）に従うが、下方発光は、上記φ４〜φ６の範囲、即ち、約０．１π≦θ≦約π／４の部分の一部又は全部が、反射光では、０≦θ≦０．１πに集中することになる。
この結果、合計発光強度は実線で示すように、約−０．１π〜＋０．１πに集中し、そのピーク値はθ＝０で、約２．８となり、反射がない従来の場合に比較して３倍増に近くなり、上記実施例８の場合の約２．０と比較してもさらに改善される。
このようにして、有機ＥＬ表示装置を正面から見た場合（θ〜０）の発光強度／消費電力比を改善できる。
【実施例１０】
【０１１４】
図６は、実施例１０における有機ＥＬ素子の構造を示す断面模式図である。
上記実施例８に対して、例えば図６に示すようにキャップ１００の下面１０２に、有機ＥＬ層に対向する凸面のマイクロレンズ１１５をさらに設ける。
有機ＥＬ層からの上方発光光線１１、１６はマイクロレンズにより屈折されて外部光線２１、２６となる。
一方、下方発光光線は光反射面２０５で反射されて反射光線６１、６６となり、マイクロレンズにより屈折されて外部光線７１、７６となる。【０１１５】
マイクロレンズアレイの素材としては、例えばシリコーン樹脂、中でもその一種ＰＤＭＳ（Ｐｏｌｙ−Ｄｉ−Ｍｅｔｈｙｌ−Ｓｉｌｏｘａｎｅ）を適用すると、キャップのソリに対する順応性がよく、化学的に不活性で、等方、等質、透明である上に、エラストマとしての耐久性が高いので、温度係数の差によるストレスを吸収することができる。
次に本実施例における合計発光強度の分布を見積もる。【０１１６】
図１２は、実施例１０における有機ＥＬ素子の光学的等価断面図である。
（  マイクロレンズ１１５の両面又は片面は、厳密には所定の曲率を持って変化する（マイクロレンズ１１５の図で下方の円弧状破線）が、ここでは簡単のため平面で代表する。
また、有機ＥＬ層３００とマイクロレンズ１１５との距離ｓ１は、本実施例ではマイクロレンズの焦点距離ｆ２に等しくとってある。）【０１１７】
従って、図で有機ＥＬ層の左端、中央、右端から上方から発射された光線と、下方に発射されて光反射面２０５で反射された光線は重畳され、そのうち、１１と１２の間φ１、１３と１４の間φ２、１５と１６の間φ３の範囲の光線は、反射されて各々、平行な光線、２１と２２、２３と２４、２５と２６、の間の平行な光線となる。【０１１８】
図１３は、本実施例における有機ＥＬ素子の発光量の分布図である。
本実施例の場合、上方、下方発光は重畳され、ｃｏｓθ（−π／２≦θ≦π／２）分布のうち、上記φ１〜φ３の範囲、即ち、約０．１π≦θ≦約π／４の部分の一部又は全部が、外部への発射光では、０≦θ≦０．１πに集中することになる。
この結果、合計発光強度は実線で示すように、約−０．１π〜＋０．１πに集中し、そのピーク値はθ＝０で、約３．６となり、反射がない従来の場合に比較して４倍増に近くなり、上記実施例８の場合の約２．０と比較してもさらに改善される。
【実施例１１】
【０１１９】
図７は、実施例１１における有機ＥＬ素子の構造を示す断面模式図である。
上記実施例８と比べると、金属基板２０１に対して、予め図で上面に凹部のアレイを形成しておき、同様に表面を酸化して絶縁膜２１０を形成すると、凹面鏡として機能する光反射面２０５が得られる。
それとともに、例えばキャップ１００の下面１０２に、有機ＥＬ層に対向する凸面のマイクロレンズ１１５をさらに設ける。【０１２０】
有機ＥＬ層からの上方発光光線１１、１６はマイクロレンズ１１５により屈折されて外部光線２１、２６となる。
一方、下方発光光線５１、５６は凹面鏡状の光反射面２０５で反射されて反射光線６１、６６となり、マイクロレンズ１１５により屈折されて外部光線７１、７６となる。【０１２１】
即ち、上方発光光線はマイクロレンズにより１回集光され、下方発光光線はマイクロレンズと凹面鏡により２回集光されるので、マイクロレンズと凹面鏡の位置、サイズ、焦点距離を適切に選ぶことにより、さらに集光効率を上げることができる。【０１２２】
また、図１４は、実施例１２〜１５に係る有機ＥＬ素子の断面模式図、図１５は、実施例１２における有機ＥＬ層素子の保護膜の分子構造を示す模式図、図１６は、実施例１３における有機ＥＬ層素子の保護膜の分子構造を示す模式図、図１７は、実施例１２〜１５に係るケイ素含有有機フッ素系高分子の様々な態様を示す分子構造模式図、そして、図１８は、実施例１５における有機ＥＬ層の保護膜の形成手順を示すフローチャートである。
【実施例１２】
【０１２３】
図１４を参照すると、本発明に係るトップエミッション型の有機ＥＬ素子の断面模式図であって、基板２００の上にＴＦＴ層２２０が形成され、ＴＦＴ層２２０内には、複数個のＴＦＴトランジスタ回路２３０とこれらを選択的に駆動するための図示しない行・列配線が形成される。【０１２４】
ＴＦＴトランジスタ回路２３０の出力は、第１電極２４０に接続されており、第１電極２４０の上に有機ＥＬ層２５０Ｒ、２５０Ｇ、又は２５０Ｂが形成され、さらにそれらの上に、ＩＴＯ透明膜からなる第２電極２６０が形成されて、第１電極・有機ＥＬ層・第２電極の３者により有機電界発光ダイオード（以下ＯＬＥＤという）が構成される。【０１２５】
通常、第２電極に基準電位（接地電位）を与えておき、選択された行配線に選択電圧を与えると、選択された行配線に接続されたＴＦＴトランジスタ回路がすべて活性化し、列配線に与えた電圧又はそれに対応する電圧が第１電極に印加され、有機ＥＬ素子は印加された電圧に応じた光度で発光する。カラー表示の場合は、赤、緑、青の有機ＥＬ層のセット２５０Ｒ、２５０Ｇ、２５０Ｂを含むＯＬＥＤが選択される。【０１２６】
ここまでに説明した有機ＥＬ素子の、行・列配線及びその駆動回路、ＴＦＴトランジスタ回路、第１電極、有機ＥＬ層、第２電極の各々に関する構造と作用については、これ以上の詳細な説明を省略する。
第２電極の上には、本発明による保護膜が形成されており、ポリシラザンを焼成して得られるシリカ膜４１０とケイ素含有有機フッ素系高分子膜４２０からなる。【０１２７】
図１５を参照すると、本発明の実施例１２における有機ＥＬ層素子の保護膜の分子構造を示す模式図である。
図において、保護膜はポリシラザンを焼成して得られるシリカ膜４１０とケイ素含有有機フッ素系高分子膜４２０からなり、両者は、一点鎖線４０１を境界として、分子的に結合している。【０１２８】
最初に、ポリシラザンを焼成して得られるシリカ膜について説明する。
ポリシラザンＰＨＰＳ（ＰｅｒＨｙｄｒｏＰｏｌｙＳｉｌａｚａｎｅ）は「−ＳｉＨ２−ＮＨ−」を基本ユニットとする有機溶剤に可溶な無機高分子（ポリマー）であるが、有機溶剤で希釈して塗布した後、加湿乾燥して焼成すると脱水素及び脱アンモニア反応などの結果、緻密な高純度シリカ（ＳｉＯ２）膜４１０となる。
シリカのバルクは「−Ｓｉ−Ｏ−」を基本ユニットとする多結晶からなるが、多結晶の表面のＳｉ原子は通常水酸基「−ＯＨ」で終端されている。【０１２９】
次に、ケイ素含有有機フッ素系高分子について説明する。
図１７を参照すると、ケイ素含有有機フッ素系高分子の様々な態様を示す分子構造模式図である。【０１３０】
図１７（Ａ）は、最も基本的な有機フッ素系高分子であって、ペルフルオロアルカンと呼ばれ、非環式・飽和型炭化水素（アルカン）の水素原子をすべてフッ素原子で置換したものである。
ペルフルオロアルカンは、構造が単純で、撥水性、撥油性に富むが、保護すべき有機ＥＬ素子との密着性が確保できない。
ペルフルオロアルカンに非飽和結合を導入し（ペルフロオロアルケン）、又は／及び側鎖を導入しても、撥水性、撥油性と密着性の両立は容易ではない。【０１３１】
図１７（Ｂ）は、ケイ素含有有機フッ素系高分子の一例であって、ペルフルオロアルカン部４３２の末端にケイ素含有基４３９を導入、結合したものである。
この場合、ケイ素含有基４３９は、トリメチロキシシラン基「−Ｓｉ（ＯＣＨ３）３」からなり、ペルフルオロアルカン部４３２とは炭化水素部４３４を介して結合されている。【０１３２】
炭化水素部４３４は、ケイ素含有基４３９をペルフルオロアルカン部４３２に結合するために、ケイ素含有基のキャリアとして導入されたものであり、炭化水素部の分子量が大きくなると付随水素原子の数が増え、撥水、撥油性を損ねる恐れがあるので小分子量であることが望ましい場合がある。その場合は、ケイ素原子１個あたり炭素数２とし、そのため、ケイ素含有基のキャリア分子としてはビニルシラン誘導体が用いられる。
ペルフルオロアルカン４３２と炭化水素部４３４とを合わせてケイ素含有有機フッ素系高分子の主部４３０と名づける。【０１３３】
ここで再び図１５を参照すると、上記ポリシラザンを焼成して得られるシリカ膜４１０の上面に図１７（Ｂ）に示すケイ素含有有機フッ素系高分子からなる膜４２０を形成したものである。
ケイ素含有有機フッ素系高分子は、ケイ素含有基４３９側でシリカの表面の水酸基と反応し、ケイ素含有基４３９のケイ素原子からメチロキシ基がはずれて、シリカ４１０の表面のケイ素原子及び隣接するケイ素含有基のケイ素原子と酸素原子を介して結合し、ケイ素含有有機フッ素系高分子の母体４３０は、シリカ表面に対して分子レベルで結合される。【０１３４】
このように、特にポリシラザンを焼成して得られる高純度シリカの場合は、その表面の殆どが水酸基で終端された２酸化ケイ素であるので、その後から塗布し焼成したケイ素含有有機フッ素系高分子は、ケイ素含有基側でシリカと、シリカ自身と同じ２酸化ケイ素結合により一体化され、分子レベルでの強固な密着が確保できる。【０１３５】
その上、ケイ素含有有機フッ素系高分子の主部４３０は、その大部分を占めるペルフルオロアルカンが剛直で配向しやすいので、上方に整列し、全体として優れた撥水性、撥油性を呈するので、本実施例による、シリカ膜４１０とケイ素含有有機フッ素系高分子膜４２０からなる２層膜は、有機ＥＬ素子に対して優秀な保護膜となる。【０１３６】
図１５に戻ると、上記のように整列したケイ素含有有機フッ素系高分子の上面には、一般には撥水性、撥油性により汚れ４９０が付着しにくく、仮に付着しても容易に排除できる。
しかしながら、高純度シリカにおいても結晶粒界、結晶欠陥などにより、結晶不整が存在し、例えば図２の中央部に示すように、そこではケイ素含有有機フッ素系高分子が結合できず整列にギャップが生じ、そのギャップに汚れ４９０（水性又は油性分子）が侵入すると、特にその侵入部分４９０ａは、物理的化学的に除去し切れない場合があり、ＯＬＥＤの経年品質劣化をもたらす恐れがある。
【実施例１３】
【０１３７】
図１６を参照すると、実施例１３においては、ケイ素含有有機フッ素系高分子の主部４４０として柔軟性のある分子構造を有するものを導入する。
具体的には、図１７（Ｃ）に示すように、有機フッ素系高分子として、ペルフロオロポリオキセタンを適用し、ペルフルオロオキセタン部４４２とする。
ペルフルオロオキセタンは、より一般にはペルフルオロ（ポリ）エーテルと呼ばれ、数個（ペルフルオロポリオキセタンの場合は３個）の「−ＣＦ２−」からなる直鎖のみ又は側鎖を有するペルフルオロアルカンが酸素原子Ｏを介して結合（エーテル結合）されたものである。【０１３８】
酸素原子によるエーテル結合部が複数箇所存在するので、ケイ素含有有機フッ素系高分子の主部４４０は柔軟性に富み、図１６の中央部に示すように、シリカの表面の結晶不整によるギャップが存在しても、ギャップの周辺のケイ素含有有機フッ素系高分子の主部が曲がりながらギャップを埋め、汚れ分子４９０を撥いてしまうので、上記実施例１２に比べて、さらに汚れの撥水性、撥油性を向上することができる。
【実施例１４】
【０１３９】
上記の実施例１２、１３においては、ペルフロオロアルカン、ペルフルオロポリオキセタン（ペルフルオロポリエーテル）からなる有機フッ素系高分子部、炭化水素部、そしてケイ素含有基として、典型的、基本的な場合のみを示した。
本発明によるケイ素含有有機フッ素系高分子において、有機フッ素系高分子部における側鎖又は／及び不飽和結合の導入、炭化水素部における主鎖炭素数の変更、側鎖の導入、修飾水素のハロゲン又は炭化水素による置換、及びケイ素含有基におけるメチロキシ基の、水素、炭化水素、水酸基、又はアルコキシ基による置換などにより、様々な誘導体の形成が可能であり、それらの選択的導入と全体の重合分子量の設定により、対応するシリカ表面の結晶不整特性と汚れ物質の特性にマッチした高い防汚特性を備えた、しかも塗布、焼成がしやすく生産性の高い保護膜を得ることができる。【０１４０】
一例として、図１７（Ｄ）に示すように、実施例１３に対して、２炭素原子のかわりに４炭素原子からなる炭化水素部４５４を導入し、その第１と第３炭素原子にトリメチロキシシランを結合する。
本実施例では、ケイ素含有有機フッ素系高分子の主部４５０が、２個の「−Ｓｉ−Ｏ−」結合により、シリカ表面に結合されるので、分子レベルでの密着強度がさらに向上し、主部４５０の根本での配向方向がシリカ面に対して略並行になるので、シリカ面の結晶不整が、さらに効率的に被覆され、防汚特性がさらに向上する。
【実施例１５】
【０１４１】
図１８を参照すると、実施例１５として、上記実施例１２〜１４に共通する、有機ＥＬ層の保護膜の形成手順を示すフローチャートである。【０１４２】
ステップＳ１では、ポリシラザン（ＰＨＰＳ）をシクロヘキサン溶媒で希釈しポリシラザン（ＰＨＰＳ）溶液を得る。
後のステップＳ３で比較的低温での加湿乾燥を可能にするため、所定の金属触媒を添加しておく。【０１４３】
ステップＳ２では、ＰＨＰＳ溶液を有機ＥＬ素子のＩＴＯ膜の上に塗布する。【０１４４】
ステップＳ３では、温度６０℃、湿度９０％で１時間、加湿乾燥する。
これにより緻密で高純度のシリカ膜が形成される。【０１４５】
ステップＳ４では、ペルフルオロ炭化水素部と炭化水素部とケイ素含有基とからなるケイ素含有有機フッ素系高分子をペルフルオロヘキサンで希釈して前記ケイ素含有有機フッ素系高分子の溶液を得る。【０１４６】
ステップＳ５では、前記ケイ素含有有機フッ素系高分子の溶液をシリカ膜の上に塗布する。【０１４７】
ステップＳ６では、室温放置１時間で乾燥させる。又は、温度６０℃、湿度９０％で１時間、加湿乾燥させる。
これにより、ケイ素含有有機フッ素系高分子が、ケイ素含有基を介して、シリカのケイ素と分子レベルで結合される。【０１４８】
上記のステップＳ２、Ｓ３、Ｓ５、Ｓ６を通じ、工程は低温、常圧下で静的に進めることができ、有機ＥＬ素子に対して物理的、化学的ダメージを与えないので、水分、酸素、物理的打撃に関して脆弱な有機ＥＬ素子に対して好適である。
【産業上の利用可能性】
【０１４９】
有機ＥＬ素子は、低消費電力、高品質で、薄型で、さらには曲面表示も可能な、次世代表示システム用の素子として注目されているが、実用化に際しては、同じ消費電力、同じ表示面積において、実効的な発光効率をより一層向上する必要がある。
本発明によれば、有機ＥＬ層として同じものを使っても、実効的な発光効率を上げることができる、安価で信頼度の高い周辺構造が提供されるので、次世代表示システムの発達に大いに寄与できる。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【国際調査報告】
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