JP2006100042A

JP2006100042A - 有機ｅｌ表示装置

Info

Publication number: JP2006100042A
Application number: JP2004282602A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Okuya; 聡奥谷
Original assignee: Toshiba Matsushita Display Technology Co Ltd
Current assignee: Japan Display Central Inc
Priority date: 2004-09-28
Filing date: 2004-09-28
Publication date: 2006-04-13

Abstract

【課題】有機ＥＬ表示装置の光の取り出し効率を高めること。
【解決手段】本発明の有機ＥＬ表示装置１は、絶縁基板１０と、前記絶縁基板１０上に配置された有機ＥＬ素子４０と、前記絶縁基板１０と前記有機ＥＬ素子４０との間に介在し、前記有機ＥＬ素子４０と向き合った光取り出し層３０と、光取り出し層３０と前記有機ＥＬ素子４０との間に介在し、透明樹脂とその中で分散した複数の光透過性粒子とを含有した平坦化層６０とを具備し、前記光透過性粒子は前記透明樹脂と比較して屈折率がより大きいことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）表示装置に関する。

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。

有機ＥＬ表示装置の主要部である有機ＥＬ素子は、光透過性の前面電極と、これと対向した光反射性または光透過性の背面電極と、それらの間に介在するとともに発光層を含んだ有機物層とで構成されている。有機ＥＬ素子は、有機物層に電気を流すことにより発光する電荷注入型の自発光素子である。

ところで、有機ＥＬ素子の輝度は、これに流す電流の大きさに応じて増加する。しかしながら、電流密度を高めると、消費電力が大きくなるのに加え、有機ＥＬ素子の寿命が著しく短くなる。したがって、高輝度、低消費電力、長寿命を同時に実現するには、有機ＥＬ素子が放出する光を有機ＥＬ表示装置の外部へとより効率的に取り出すこと，すなわち光の取り出し効率を向上させること，が重要である。

本発明の目的は、有機ＥＬ表示装置の光の取り出し効率を高めることにある。

本発明の一側面によると、絶縁基板と、前記絶縁基板上に配置された有機ＥＬ素子と、前記絶縁基板と前記有機ＥＬ素子との間に介在した光取り出し層と、前記光取り出し層と前記有機ＥＬ素子との間に介在し、透明樹脂とその中で分散した複数の光透過性粒子とを含有した平坦化層とを具備し、前記光透過性粒子は前記透明樹脂と比較して屈折率がより大きいことを特徴とする有機ＥＬ表示装置が提供される。

本発明によると、有機ＥＬ表示装置の光の取り出し効率を高めることができる。

以下、本発明の態様について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、同様または類似した機能を発揮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。

図１は、本発明の一態様に係る有機ＥＬ表示装置を概略的に示す断面図である。図２は、図１の有機ＥＬ表示装置の一部を拡大して示す断面図である。なお、図１及び図２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，が上方を向き、背面が下方を向くように描いている。また、図２では、有機ＥＬ表示装置の一部の構成要素のみを描いている。

図１に示す有機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上面発光型の有機ＥＬ表示装置である。この有機ＥＬ表示装置１は、例えば、ガラス基板などの絶縁基板１０を含んでいる。

絶縁基板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、画素回路と有機ＥＬ素子４０とを含んでいる。

画素回路は、例えば、一対の電源端子間で有機ＥＬ素子４０と直列に接続された駆動制御素子（図示せず）及び出力制御スイッチ２０と、画素スイッチ（図示せず）とを含んでいる。駆動制御素子は、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制御スイッチ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スイッチング動作が制御される。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。

基板１０上には、アンダーコート層１２として、例えば、ＳｉＮ_x層とＳｉＯ_x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、出力制御スイッチ２０、駆動制御素子の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）がさらに配置されている。

ゲート絶縁膜１４及びゲート電極１５は、例えばプラズマＣＶＤ法などにより成膜されたＳｉＯ_xなどからなる層間絶縁膜１７で被覆されている。層間絶縁膜１７上にはソース・ドレイン電極２１が配置されており、それらは、例えばＳｉＮ_x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）がさらに配置されている。

パッシベーション膜１８上には、平坦化層１９が形成されている。平坦化層１９上には、反射層７０が配置されている。平坦化層１９の材料としては、例えば、硬質樹脂を使用することができる。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。

平坦化層１９及び反射層７０上には、光取り出し層３０及び平坦化層６０がこの順に形成されている。

光取り出し層３０は、後述する導波層内に閉じ込められている光をその前面側に取り出すことを可能とする。光取り出し層３０は、この例では、透明領域３１とその中で分散すると共に透明領域３１とは光学特性，例えば屈折率，が異なる複数の粒状領域３２とを含んだ光散乱層である。典型的には、透明領域３１の材料としては透明樹脂を使用し、粒状領域３２の材料としては透明樹脂又は透明無機物を使用する。光取り出し層３０としては、光散乱層の代わりに、例えば、回折格子を使用してもよい。

この光取り出し層３０の表面は、凹凸を含んでいる。凹凸表面上に有機ＥＬ素子４０を形成すると、その電極同士が短絡する可能性がある。平坦化層６０は、光取り出し層３０の凹部及び凸部を埋め込んで、有機ＥＬ素子４０に平坦な下地を提供する。

平坦化層６０は、透明樹脂６１とその中で分散した複数の光透過性粒子６２とを含有している。光透過性粒子６２は、粒状領域３２と比較して平均粒径がより小さい。また、光透過性粒子６２は、透明樹脂６１と比較して屈折率がより大きい。

透明樹脂６１としては、例えば、シリコーン樹脂やアクリル樹脂などの透明な樹脂を使用することができる。また、光透過性粒子６２としては、例えば、透明な無機誘電体を使用することができる。この光透過性粒子６２に使用可能な無機誘電体としては、例えば、ＺｒＯ₂やＴｉＯ₂などの酸化物を挙げることができる。

透明樹脂６１に透過性粒子６２を添加すると、透明樹脂６１のみを使用した場合と比較して、平坦化層６０の屈折率を高めることができる。また、光透過性粒子６２の平均粒径が十分に小さいと、平坦化層６０内での光散乱は殆ど生じず、平坦化層６０内の屈折率はほぼ均一であるとみなすことができる。さらに、光透過性粒子６２の平均粒径が十分に小さければ、平坦化層６０は、有機ＥＬ素子４０に平坦な下地を提供するという役割を十分に果たす。

平坦化層６０の屈折率は、第１電極４１の屈折率又は第１電極４１と有機物層４２との積層体１４０の平均屈折率とほぼ等しくするか又はそれよりも大きくする。ここでは、一例として、平坦化層６０の屈折率は、第１電極４１と有機物層４２との積層体１４０の平均屈折率とほぼ等しくする。また、光透過性粒子６２の平均粒径は、例えば３０ｎｍ以下とし、典型的には１０ｎｍ以下とする。

平坦化層６０上には、光透過性の第１電極４１が互いから離間して並置されている。各第１電極４１は、反射層７０と向き合うように配置されている。また、各第１電極４１は、パッシベーション膜１８、平坦化層１９、光取り出し層３０、平坦化層６０に設けた貫通孔を介して、ドレイン電極２１に接続されている。

第１電極４１は、この例では陽極である。第１電極４１の材料としては、例えば、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）のような透明導電性酸化物を使用することができる。

平坦化層６０上には、さらに、隔壁絶縁層５０が配置されている。この隔壁絶縁層５０には、第１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。

隔壁絶縁層５０の貫通孔内で露出した第１電極４１上には、発光層を含んだ有機物層４２が配置されている。発光層は、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、第１電極４１から発光層への正孔の注入を媒介する役割を果たすバッファ層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。

隔壁絶縁層５０及び有機物層４２は、光透過性の第２電極４３で被覆されている。第２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。第２電極４３は、パッシベーション膜１８、平坦化層１９、光取り出し層３０、平坦化層６０、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、これら第１電極４１、有機物層４２、及び第２電極４３で構成されている。

なお、図１に示す有機ＥＬ表示装置１では、通常、水分や酸素などとの接触により有機ＥＬ素子４０が劣化するのを防止するために、缶封止又は保護膜封止を行う。また、この有機ＥＬ表示装置１では、通常、有機ＥＬ素子４０の前面側に偏光板を配置する。

上記の通り、この有機ＥＬ表示装置１では、光取り出し層３０を、有機ＥＬ素子４０の近傍に配置している。このような構造を採用すると、以下に説明するように、有機ＥＬ素子４０の発光層が放出する光を、有機ＥＬ表示装置１の外部へと、より高い効率で取り出すことができる。

発光層が放出する光の一部は、第１電極４１と有機物層４２とを含む導波層内で反射を繰り返しながら膜面方向に伝播する。この膜面方向に伝播する光は、導波層の主面に対する入射角が大きいと、外部に取り出すことができない。

光取り出し層３０を有機ＥＬ素子４０の近傍に配置すると、発光層が放出する光の進行方向を変えることができる。そのため、発光層が放出する光を、有機ＥＬ表示装置１の外部へと、より高い効率で取り出すことが可能となる。

このように、光取り出し層３０を使用すると、有機ＥＬ表示装置１の発光効率を高めることができる。しかしながら、この効果は、導波層内を膜面方向に伝播する光が光取り出し層３０に到達できない場合には得ることはできない。

図３は、比較例に係る有機ＥＬ表示装置を概略的に示す断面図である。この有機ＥＬ表示装置１は、平坦化層６０が光透過性粒子６２を含有していないこと以外は、図１及び図２に示す有機ＥＬ表示装置１と同様の構造を有している。

平坦化層６０に使用する透明樹脂６１は、第１電極４１と有機物層４２とからなる層１４０と比較して、屈折率がより小さい。典型的には、層１４０の屈折率は１．７乃至１．８程度であり、透明樹脂６１の屈折率は１．５程度である。そのため、図３の有機ＥＬ表示装置１では、層１４０が上記の導波層として機能し、有機ＥＬ素子４０の発光層が放出した光の一部は、層１４０と平坦化層６０との界面で全反射される。

平坦化層６０が十分に薄ければ、層１４０と平坦化層６０との界面に臨界角よりも大きな入射角で入射することによって生じるエバネッセント波の多くは、平坦化層６０と光取り出し層３０との界面又は透明領域３１と粒状領域３２との界面で伝播光へと変換させることができる。しかしながら、平坦化層６０が有機ＥＬ素子４０に平坦な下地を提供するという役割を果たすためには、通常、平坦化層６０の厚さは約２００ｎｍ以上であることが必要である。そのため、図３の有機ＥＬ表示装置１では、光取り出し層３０は、その機能を十分に発揮することはできない。

これに対し、図１及び図２の有機ＥＬ表示装置１では、上記の通り、平坦化層６０の屈折率を層１４０の屈折率とほぼ等しくしている。すなわち、この有機ＥＬ表示装置１では、層１４０と平坦化層６０との積層体が、上記の導波層として機能する。したがって、この有機ＥＬ表示装置１では、光取り出し層３０は、その機能を十分に発揮することができる。それゆえ、図１及び図２の有機ＥＬ表示装置１は、図３の有機ＥＬ表示装置１と比較して、有機ＥＬ素子４０の発光層が放出する光を、有機ＥＬ表示装置１の外部へと、より高い効率で取り出すことができる。

以上の説明から明らかなように、光透過性粒子６２は、平坦化層６０の屈折率を調節する役割を果たしている。この平坦化層６０の屈折率は、光透過性粒子６２に使用する材料の屈折率と、光透過性粒子６２の添加量とに応じて変更可能である。

図４は、平坦化層の光透過性粒子含量と屈折率との関係の例を示すグラフである。図中、横軸は透明樹脂６１に対する光透過性粒子６２の体積比を示し、縦軸は平坦化層６０の屈折率を示している。また、図４には、光透過性粒子６２の材料としてＺｒＯ₂（ｎ_i＝２．０）を使用した場合のデータと、光透過性粒子６２の材料としてＴｉＯ₂（ｎ_i＝２．７）を使用した場合のデータとを示している。

なお、この平坦化層６０の屈折率ｎ_effは、以下の等式（１）及び（２）を用いて算出した。下記等式（１）及び（２）において、ε_aは透明樹脂６１の屈折率ｎ_aの二乗、ε_iは光透過性粒子６２の屈折率ｎ_iの二乗、ｑは透明樹脂６１に対する光透過性粒子６２の体積比をそれぞれ示している。

上記の通り、層１４０の屈折率は１．７乃至１．８程度である。したがって、図４から明らかなように、光透過性粒子６２に屈折率ｎ_iが２．０以上の材料を使用する場合、体積比ｑを約０．２乃至約０．３以上とすると、平坦化層６０の屈折率を層１４０の屈折率とほぼ等しくするか又はそれよりも大きくすることができる。

なお、体積比ｑを大きくすると、平坦化層６０は、有機ＥＬ素子４０に平坦な下地を提供するという役割を十分に果たせないことがある。したがって、体積比ｑは、例えば、８０％以下とする。

以上、上面発光型の有機ＥＬ表示装置１について説明したが、本発明は下面発光型の有機ＥＬ表示装置にも適用可能である。例えば、図１の有機ＥＬ表示装置１において、反射層７０を省略すると共に、第２電極４３を光反射性にしてもよい。

本発明の一態様に係る有機ＥＬ表示装置を概略的に示す断面図。図１の有機ＥＬ表示装置の一部を拡大して示す断面図。比較例に係る有機ＥＬ表示装置を概略的に示す断面図。平坦化層の光透過性粒子含量と屈折率との関係の例を示すグラフ。

符号の説明

１…有機ＥＬ表示装置、１０…絶縁基板、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…出力制御スイッチ、２１…ソース・ドレイン電極、３０…光取り出し層、３１…透明領域、３２…粒状領域、４０…有機ＥＬ素子、４１…第１電極、４２…有機物層、４３…第２電極、５０…隔壁絶縁層、６０…平坦化層、６１…透明樹脂、６２…光透過性粒子、７０…反射層、１４０…積層体。

Claims

絶縁基板と、
前記絶縁基板上に配置された有機ＥＬ素子と、
前記絶縁基板と前記有機ＥＬ素子との間に介在した光取り出し層と、
前記光取り出し層と前記有機ＥＬ素子との間に介在し、透明樹脂とその中で分散した複数の光透過性粒子とを含有した平坦化層とを具備し、
前記光透過性粒子は前記透明樹脂と比較して屈折率がより大きいことを特徴とする有機ＥＬ表示装置。
前記光取り出し層は光散乱層であることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ表示装置。
前記光取り出し層は、透明領域とその中で分散すると共に前記透明領域とは光学特性が異なる複数の粒状領域とを含み、前記光透過性粒子は前記粒状領域と比較して平均粒径がより小さいことを特徴とする請求項２に記載の有機ＥＬ表示装置。
前記光透過性粒子の平均粒径は３０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ表示装置。
前記光透過性粒子の平均粒径は１０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ表示装置。