WO2005017861A1 - 光学デバイス及び有機ｅｌディスプレイ - Google Patents

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WO2005017861A1
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light
organic
light extraction
electrode
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Tsuyoshi Uemura
Satoshi Okutani
Hirofumi Kubota
Muneharu Akiyoshi
Naotada Okada
Junichi Tonotani
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Toshiba Corp
Japan Display Central Inc
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Toshiba Corp
Toshiba Matsushita Display Technology Co Ltd
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    • H10K59/10—OLED displays
    • H10K59/12—Active-matrix OLED [AMOLED] displays

Definitions

  • the present invention relates to an optical device such as an organic electroluminescence (EL) display.
  • EL organic electroluminescence
  • organic EL displays are self-luminous displays, they have a wide viewing angle and a high response speed. Also, since no knock light is required, it is possible to reduce the thickness and weight. For these reasons, in recent years, organic EL displays have attracted attention as alternatives to liquid crystal displays. However, conventional organic EL displays have a problem of low luminous efficiency.
  • An object of the present invention is to increase the light extraction efficiency of an optical device such as an organic EL display.
  • a second waveguide including a first waveguide layer in which repeated reflection interference occurs internally, a back surface facing the first waveguide layer, and a front surface as a light emitting surface.
  • a light extraction layer disposed on the back side of the second waveguide layer and facing the first waveguide layer, wherein the light extraction layer is a first layer having light transmittance.
  • a plurality of second portions that are dispersed in the first portion and have different optical characteristics from the first portion, and the arrangement of the plurality of second portions forms a triangular lattice.
  • an organic EL device including a front electrode, a rear electrode facing the front electrode, and an organic layer interposed between the front and rear electrodes and including a light emitting layer.
  • a light-transmitting insulating layer having a back surface facing the front electrode and a front surface serving as a light emitting surface; and a light extraction layer disposed on the back surface side of the insulating layer and facing the organic EL element.
  • the light extraction layer includes a first portion that is a layer having light transmittance, and a plurality of second portions that are dispersed in the first portion and have different optical characteristics from the first portion. The plurality of second portions are arranged in a triangular lattice to form an organic EL device.
  • a second waveguide including a first waveguide layer through which light propagates, a back surface facing the first waveguide layer, and a front surface as a light exit surface.
  • a light extraction layer disposed on the back side of the second waveguide layer and facing the first waveguide layer, wherein the light extraction layer transmits light in the first waveguide layer to the light extraction layer.
  • An optical device is provided that is an aggregation of diffraction patterns leading to the second waveguide layer.
  • an organic EL device including a front electrode, a rear electrode facing the front electrode, and an organic layer interposed between the front and rear electrodes and including a light emitting layer.
  • a light-transmitting insulating layer having a back surface facing the front electrode and a front surface serving as a light emitting surface; and a light extraction layer disposed on the back side of the insulating layer and facing the organic EL element.
  • the light extraction layer includes a first portion that is a layer having light transmittance, and a plurality of second portions having optical characteristics different from the first portion, and an arrangement of the plurality of second portions.
  • an organic EL device including a front electrode, a back electrode facing the front electrode, and an organic layer interposed between the front and back electrodes and including a light emitting layer.
  • a light-transmitting insulating layer having a back surface facing the front electrode and a front surface serving as a light emitting surface; and a light extraction layer disposed on the back side of the insulating layer and facing the organic EL element.
  • the light extraction layer includes a first portion that is a layer having light transmittance, and a plurality of second portions that are dispersed in the first portion and have different optical characteristics from the first portion.
  • FIG. 1 is a partial cross-sectional view schematically showing an organic EL display according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing one example of a method for manufacturing a light extraction layer.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing one example of a method for manufacturing a light extraction layer.
  • FIG. 5 is a sectional view schematically showing an example of a method for manufacturing a light extraction layer.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing one example of a method for manufacturing a light extraction layer.
  • FIG. 7 is a sectional view schematically showing an example of a method for manufacturing a light extraction layer.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view schematically showing one example of a method for manufacturing a light extraction layer.
  • FIG. 9 is a sectional view schematically showing an organic EL display according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is an atomic force microscope photograph of a light extraction layer of an organic EL display according to an example of the present invention.
  • FIG. 1 is a partial cross-sectional view schematically showing an optical device according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 illustrates a self-luminous device, here, an organic EL display 1, as an example of the optical device. Also, in FIG. 1, the organic EL display 1 is depicted such that its display surface, that is, the front surface or the light emitting surface faces downward, and the back surface faces upward.
  • the organic EL display 1 is a bottom emission type organic EL display employing an active matrix driving method.
  • the organic EL display 1 includes a transparent substrate 10 such as a glass substrate as a light-transmitting insulating layer.
  • Each pixel includes, for example, an element control circuit (not shown) connected in series between a pair of power supply terminals, an output switch 20, an organic EL element 40, and a pixel switch (not shown).
  • the element control circuit has a control terminal connected to a video signal line (not shown) via a pixel switch, and outputs a current having a magnitude corresponding to the video signal supplied from the video signal line output switch. Output to the organic EL element 40 via the.
  • the control terminal of the pixel switch is connected to a scanning signal line (not shown), and ONZOFF is controlled by a scanning signal supplied to the scanning signal line. It should be noted that other structures can be adopted for these pixels.
  • a SiN layer and a SiO layer are sequentially stacked as the undercoat layer 12.
  • a semiconductor layer 13 which is a polysilicon layer in which a channel and a source / drain are formed, for example, TEOS (TetraEthyl OrthoSilicate)
  • a gate insulating film 14 that can be formed by using such a method, and a powerful gate electrode 15 such as, for example, MoW are sequentially laminated, and these constitute a top-gate thin film transistor (hereinafter, referred to as TFT).
  • TFT top-gate thin film transistor
  • these TFTs are used as a pixel switch 20, an output switch, and a TFT of an element control circuit.
  • a scanning signal line (not shown) which can be formed in the same step as the gate electrode 15 is further provided.
  • an interlayer insulating film 17 having a strength such as SiO formed by a plasma CVD method or the like is provided on the gate insulating film 14 and the gate electrode 15, for example.
  • an interlayer insulating film 17 having a strength such as SiO formed by a plasma CVD method or the like is provided on the interlayer insulating film 17
  • the source electrode 21 is provided with a passive passive electrode such as SiN.
  • the source'drain electrode 21 has, for example, a three-layer structure of Mo / Al / Mo, and is electrically connected to the source'drain of the TFT via a contact hole provided in the interlayer insulating film 17. . Further, on the interlayer insulating film 17, a video signal line (not shown) which can be formed in the same step as that of the source 'drain electrode 21 is further provided.
  • a light extraction layer 30 is provided on the passivation film 18.
  • the light extraction layer 30 includes a first portion 31 that is a light transmissive layer, and a second portion 32 that is dispersed therein and has optical characteristics different from those of the first portion 31.
  • the light extraction layer 30 includes a first portion 31 and a second portion 32 that buries a recess formed by the first portion and has optical characteristics different from those of the first portion 31.
  • the surface of the light extraction layer 30 is flat.
  • the passivation film 18 and the light extraction layer 30 are provided with through holes communicating with the drain electrodes 21.
  • the path of light propagating in a certain layer can be changed. That is, by appropriately designing the light extraction layer 30, the light extraction layer 30 is confined by being repeatedly reflected in the previous layer, and is condensed and emits light in an inappropriate direction from the previous layer to contribute to display. The strong light can be emitted in a desired direction.
  • the light extraction layer 30 is provided so that the optical device is confined in the first waveguide layer. For this reason, it is possible to extract the light that has not contributed to the display to the outside world.
  • the first waveguide layer corresponds to a laminate of a front electrode 41 and an organic material layer 42, which will be described later,
  • the two waveguide layers correspond to the substrate 10.
  • the front electrode 41 is an anode in this example, and is made of, for example, a transparent conductive oxide such as ITO (Indium Tin Oxide).
  • the front electrode 41 is electrically connected to the drain electrode 21 through a through hole provided in the passivation film 18 and the light extraction layer 30.
  • a partition insulating layer 50 is further provided.
  • a through hole is provided at a position corresponding to the front electrode 41.
  • the partition insulating layer 50 is, for example, an organic insulating layer and can be formed using a photolithography technique.
  • an organic layer 42 including a light emitting layer 42a is provided on the front electrode 41 exposed in the through hole of the partition insulating layer 50.
  • the light-emitting layer 42a is, for example, a thin film containing a luminescent organic compound that emits red, green, or blue light.
  • the organic layer 42 may further include a layer other than the light emitting layer 42a.
  • the organic material layer 42 may further include a buffer layer 42b serving to mediate injection of holes from the front electrode 41 into the light emitting layer 42a.
  • the organic layer 42 may further include a hole transport layer, a hole blocking layer, an electron transport layer, an electron injection layer, and the like.
  • a light-reflective back electrode 43 is provided on the partition insulating layer 50 and the organic material layer 42.
  • the back electrode 43 is a cathode provided continuously for each pixel.
  • the back electrode 43 is formed on the same layer as the video signal line via contact holes (not shown) provided in the noise film 18, the light extraction layer 30, and the partition insulating layer 50. Is electrically connected to Each organic EL element 40 is composed of a front electrode 41, an organic layer 42, and a back electrode 43.
  • the organic EL display 1 shown in FIG. 1 usually has a sealing substrate facing the back electrode 43.
  • This space is, for example, a rare gas such as Ar gas or an unusual gas such as N gas.
  • It can be filled with an active gas.
  • the organic EL display 1 further includes a light scattering layer 60 on the outside of the transparent substrate 10, that is, on the front side or the light emitting surface side.
  • a polarizing plate may be arranged between them.
  • An ND (Neutral-Density) filter may be arranged on the light scattering layer 60! / ⁇ .
  • the present inventors have conducted intensive studies to enhance the luminous efficiency of the organic EL display, and have found the following facts.
  • the luminous efficiency of the organic EL display is influenced not only by the light extraction efficiency of the organic EL element but also by other factors. That is, even if the power of the organic EL element can be extracted with high efficiency, the light cannot be extracted with high efficiency from the light-transmitting insulating layer disposed on the front side of the organic EL element. As long as the luminous efficiency of the organic EL display cannot be increased sufficiently. In other words, in order to sufficiently increase the luminous efficiency of the organic EL display, light incident on the light-transmitting insulating layer is totally reflected at the interface between the light-transmitting insulating layer and the outside world (typically, air). Needs to be sufficiently suppressed.
  • the first waveguide layer here, a laminate of the front electrode 41 and the organic material layer 42
  • the second waveguide layer here, a light-transmitting insulating layer such as the substrate 10. It is important to suppress total reflection at the light emitting surface of the waveguide layer.
  • the light transmission It is a component that the light incident on the conductive insulating layer must be within a critical angle between the light transmitting and transmitting insulating layer and the outside and the directivity must be extremely high. Specifically, the light directivity must be increased to the extent that the use of a light scattering layer is required to achieve a sufficient viewing angle. Therefore, in order to sufficiently increase the directivity of light incident on the light-transmitting insulating layer using the diffraction grating, it is necessary to set the grating constant to be very narrow.
  • the light emitting layer itself of the organic EL element emits light in all directions. For this reason, an organic EL display does not need a light scattering layer to achieve a wide viewing angle.
  • conventional organic EL displays do not use a light-scattering layer and have a light-transmitting insulating layer placed on the observer side with respect to the organic EL element. Was not emitted.
  • a diffraction grating In order to enhance the directivity of light emitted from the organic EL element, for example, a diffraction grating can be used. However, as will be described later with reference to FIG. In order to sufficiently increase the directivity of light incident on the surface by using a diffraction grating, the grating constant must be set very narrow. Diffraction gratings having such a narrow lattice constant are difficult to fabricate.
  • Reflected reflection interference is interference that occurs because a part of a light ray is reflected many times between a reflecting surface, here, a parallel-plane reflecting surface.
  • a very thin layer such as a laminate of the front electrode 41 and the organic material layer 42
  • repeated reflection interference occurs, and among the light traveling in the preceding laminate, the light traveling in a certain direction is strengthened.
  • Light that travels in other directions weakens each other. That is, the traveling direction of the light propagating in the in-plane direction by repeating reflection between both main surfaces of the laminate is regulated. Therefore, in order to increase the luminous efficiency of the organic EL display, it is particularly important to effectively use the light having the highest intensity among the light propagating in the film surface direction while performing multiple reflections in the above laminated body.
  • FIG. 2 shows the lattice constant of the diffraction grating and the interface between the transparent substrate 10 for the first-order diffracted light and the outside obtained when the light extraction layer 30 is considered as a diffraction grating in the organic EL display 1 of FIG. 6 is a graph showing a relationship with an incident angle to a light source.
  • the horizontal axis indicates the lattice constant of the diffraction grating
  • the vertical axis indicates the angle of incidence of the first-order diffracted light on the interface between the transparent substrate 10 and the outside.
  • the data shown in FIG. 2 was obtained by performing a simulation under the following conditions. That is, here, the thickness of the laminate of the front electrode 41 and the organic layer 42 was set to 150 nm, and the refractive index of the laminate was set to 1.55. The organic layer 42 emits light having a wavelength of 530 ⁇ m. Further, a glass substrate was used as the transparent substrate 10, and the internal angle of the transparent substrate 10 was 41.3 ° with respect to light traveling toward the outside (air).
  • the diffraction grating of the highest intensity light among the light propagating in the stacked body toward the film surface is considered.
  • the angle of the traveling direction of the highest intensity light with respect to the film surface among the light propagating toward the film surface in the laminate is determined.
  • the diffraction of this light by the diffraction grating 30 was calculated.
  • the 0th-order diffracted light does not change its traveling direction and the higher-order diffracted light is much weaker than the first-order diffracted light, only the first-order diffracted light is considered here.
  • the angle of incidence of the first-order diffracted light on the interface between the transparent substrate 10 and the outside is equal to or greater than the critical angle. Therefore, in this case, the first-order diffracted light cannot be used for display.
  • the angle of incidence of the first-order diffracted light on the interface between the transparent substrate 10 and the outside is smaller than the critical angle.
  • the lattice constant is within the range of more than 0.2 ⁇ m and less than 0.4 m, the incident angle can be made extremely small, and when the lattice constant is about 0.35 m, the incident angle becomes 0 °. It can be.
  • the angle of incidence of the first-order diffracted light on the interface between the transparent substrate 10 and the outside is equal to or larger than the critical angle. Therefore, in this case, the first-order diffracted light cannot be used for display.
  • the angle of incidence of the first-order diffracted light on the interface between the transparent substrate 10 and the outside can be extremely reduced.
  • the incident angle of the light with the highest intensity among the light propagating in the direction of the film surface in the preceding laminated body becomes smaller than the critical angle, and of course, the light with much lower intensity also becomes smaller.
  • the angle of incidence can be made smaller than the critical angle. Therefore, much of the light that has entered the transparent substrate 10, which is a light-transmitting insulating layer, can be emitted to the outside world. That is, when this structure is adopted, high light emission efficiency can be realized.
  • the light extraction layer 30 obtained by using the technology described below is used.
  • FIGS. 3 to 8 are cross-sectional views schematically showing an example of a method for manufacturing the light extraction layer 30.
  • an organic material layer 90 is formed on the SiN film 31.
  • the organic material layer 90 is formed, for example, by coating a coating solution obtained by dissolving a diblock copolymer of polystyrene (PS) and polymethinolemethalylate (PMMA) in a solvent such as propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA). 31 on the coating film obtained from the solvent Is formed by removing.
  • PS polystyrene
  • PMMA polymethinolemethalylate
  • PMMA propylene glycol monomethyl ether acetate
  • the organic layer 90 is annealed.
  • the annealing is carried out within the range from the glass transition temperature to the order-disorder transition temperature of the block copolymer.
  • the PMMAs constituting the block copolymer come close to each other, and as shown in FIG. 5, an island-like region 91 having a PMMA force and a sea-like region 92 having a PS force are generated in the organic material layer 90.
  • the island-shaped region 91 becomes substantially spherical or substantially columnar, and its dimensions are substantially constant.
  • the dimensions of the island regions 91 can be controlled according to the PMMA molecular weight, and their arrangement pitch can be controlled according to the PMMA molecular weight and the PS molecular weight.
  • the substantially spherical or substantially cylindrical island-shaped regions 91 are regularly arranged. Typically, the line connecting the centers of these is approximately positive.
  • the system can be arranged to form a triangle, and the force can be S.
  • etching such as RIE (Reactive Ion Etching) is performed on the organic material layer 90.
  • the island-like region 91 is removed and the sea-like region 92 is left.
  • the SiN film 31 is patterned using the sea-like region 92 as a mask. That is, a plurality of holes spaced from each other are provided in the SiN film 31 to form a first portion. Subsequently, the sea-like region 92 is removed from the first portion, ie, the SiN film 31.
  • a different flat film is formed to fill the hole provided in the first portion 31. As described above, the light extraction layer 30 is obtained.
  • the dimensions of the holes of the first portion 31 and the distance between the centers thereof can be controlled according to the molecular weight of PMMA or PS. That is, the dimensions of the pores of the first portion 31 and their arrangement can be controlled at the molecular level.
  • a self-assembly of a block copolymer is used to form the holes of the first portion 31 without using a photomask or the like.
  • a photomask In the case of forming an extremely fine pattern, it is difficult to manufacture a photomask by using a photomask. Also, When forming an extremely fine pattern, it is difficult to transfer a photomask pattern with high accuracy by using a photomask. In particular, it is difficult to form a large mask with a fine pattern on a large substrate.
  • the method using the self-assembly of the block copolymer can avoid these problems.
  • the light extraction layer 30 used in the organic EL display 1 according to the present embodiment can be easily manufactured even when the size of the hole of the first portion 31 and the distance between the centers are small. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to sufficiently suppress the light that has entered the transparent substrate 10 that is the light-transmitting insulating layer from being totally reflected at the interface between the light-transmitting insulating layer and the outside world. , A sufficiently high luminous efficiency can be realized.
  • the refractive index of the first portion 31 and the refractive index of the second portion 32 need not be different. Absent. For example, if the same effect as described above can be obtained, the first portion 31 and the second portion 32 may have different optical characteristics such as transmittance and reflectance!
  • the light extraction layer 30 may further include a third portion facing the first portion 31 and having the same material strength as the second portion 32. In this case, each second part 32 may be in contact with the third part. Further, the holes of the light extraction layer 30 may be through holes.
  • the above-described light extraction layer 30 has the following characteristics derived from its manufacturing method.
  • the plurality of holes provided in the first portion 31 are arranged such that the line connecting the centers thereof forms a substantially equilateral triangle. Lined up. That is, the arrangement of the second portions 32 forms a triangular lattice.
  • the plurality of holes provided in the first portion 31 are each opened in a circular shape. That is, when viewed from a direction perpendicular to the main surface of the light extraction layer 30, each second portion 32 is substantially circular.
  • the plurality of holes provided in the first part 31 are formed such that a line connecting the centers thereof has a substantially equilateral triangle. They are arranged so as to form, and each has an opening in a circular shape. That is, the arrangement of the second portions 32 forms a triangular lattice, and when viewed from a direction perpendicular to the main surface of the light extraction layer 30, Each second portion 32 is substantially circular.
  • the light extraction layer 30 can be formed by another method.
  • the steps described with reference to FIGS. 4 to 6 are sequentially performed, and the holes of the sea-like region 92 are filled with a material having optical characteristics different from those of the sea-like region 92. Can be formed. That is, the sea-like region 92 can be used as the first portion 31.
  • the light extraction layer 30 obtained by this method has substantially the same structure as the light extraction layer 30 obtained by the method of FIG. 3 to FIG.
  • the light extraction layer 30 can be formed by sequentially performing the steps described with reference to FIGS. 4 and 5.
  • the organic material layer 90 of FIG. 5 can be used as the light extraction layer 30. That is, the sea-like region 92 and the island-like region 91 can be used as the first portion 31 and the second portion 32, respectively.
  • the light extraction layer 30 obtained by this method has substantially the same structure as the light extraction layer 30 obtained by the method of FIG. 3 to FIG.
  • the directivity of light emitted from the transparent substrate 10 is significantly increased.
  • the light directivity can be freely changed by the light scattering layer 60 according to the use of the organic EL display 1 or the like.
  • the organic EL display 1 when the organic EL display 1 is used in a portable device such as a mobile phone, the organic EL display 1 does not require a wide viewing angle, but requires bright display or low power consumption. Therefore, for such applications, the light scattering layer 60 having a low light scattering ability may be used.
  • the organic EL display 1 when the organic EL display 1 is used as a display of a fixed device, the organic EL display 1 needs to have a wide viewing angle. Therefore, for such applications, the light scattering layer 60 having a high light scattering ability may be used.
  • FIG. 9 is a sectional view schematically showing an organic EL display according to the second embodiment of the present invention.
  • the organic EL display 1 is depicted such that the front faces upward and the rear faces downward.
  • the organic EL display 1 is a top emission type organic EL display. According to thus, unlike the first embodiment, the substrate 10 does not need to be light transmissive.
  • an undercoat layer 12 On the substrate 10, as in the first embodiment, an undercoat layer 12, a TFT, an interlayer insulating film 17, and a nomination film 18 are sequentially formed.
  • a contact hole is provided in the gate insulating film 14, the interlayer insulating film 17, and the nomination film 18, and the source / drain electrode 21 is electrically connected to the source / drain of the TFT via the contact hole. I have.
  • the reflective layer 70 and the first portion 31 of the light extraction layer 30 are sequentially laminated.
  • the first portion 31 is formed integrally with the nomination film.
  • a material of the reflective layer 70 for example, a metal material such as A1 can be used.
  • the reflective layer 70 has a three-layer structure of Mo / AlZMo so that the reflective layer 70 can be formed in the same process as the source and drain electrodes 21.
  • an insulating material such as SiN can be used as a material of the first portion 31, for example.
  • the concave portion of the first portion 31 is filled with a light-transmissive insulating material having a different refractive index from that of the first portion 31, for example, a resist material, and a second portion 32 that also has a force.
  • the back electrode 43 is an anode in this example, and functions as a transparent conductive oxide such as ITO, for example.
  • a partition insulating layer 50 similar to that described in the first embodiment is further provided.
  • an organic layer 42 including a light emitting layer is provided as in the first embodiment.
  • a light-transmitting front electrode 41 is provided on the partition insulating layer 50 and the organic layer 42.
  • the front electrode 41 is a cathode provided continuously for each pixel.
  • the organic EL element 40 corresponds to the first waveguide layer.
  • a transparent protective film 80 which is a light-transmitting insulating layer, and a light-scattering layer 60 are sequentially provided.
  • the transparent protective layer 80 corresponds to the second waveguide layer.
  • the transparent protective film 80 prevents external force from infiltrating moisture into the organic EL element 40, and also plays a role as a flat layer.
  • a transparent resin can be used as a material of the transparent protective film 80.
  • the transparent protective film 80 may have a single-layer structure or a multi-layer structure.
  • a polarizing plate may be provided between the transparent protective film 80 and the light scattering layer 60. Further, an ND filter may be arranged on the light scattering layer 60.
  • the light extraction layer 30 is disposed between the organic EL element 40 and the transparent substrate 10 which is a light-transmitting insulating layer, that is, on the front side of the organic EL element 40.
  • the light extraction layer 30 is disposed between the organic EL element 40 and the reflection layer 70, that is, on the back side of the organic EL element 40. Even when such a structure is employed, substantially the same effects as those described in the first embodiment can be obtained.
  • the light extraction layer 30 is arranged on the back side of the organic EL element 40, a part of the light emitted by the organic EL element 40 passes through the light extraction layer 30 without passing through the light extraction layer 30. Incident. Therefore, to diffract more light, it is advantageous to dispose the light extraction layer 30 between the organic EL element 40 and the light-transmitting insulating layer.
  • the optical characteristics of the second portion 32 are different from the optical characteristics of the first portion 31.
  • the first portion 31 and the second portion 32 may be different from each other in at least one of a refractive index, a transmittance, a reflectance and the like.
  • the refractive index is different from that of the first part 31.
  • At least one of the first portion 31 and the second portion constituting the light extraction layer 30 may have a higher refractive index than the layer adjacent to the organic EL element 40 side. This promotes repeated reflection interference in the layer located on the organic EL element 40 side with respect to the light extraction layer 30.
  • the organic EL display 1 shown in FIG. 1 was manufactured by the following method.
  • a diblock copolymer of PS and PMMA was dissolved in PGMEA.
  • the coating solution thus obtained was spin-coated.
  • the concentration of the block copolymer in PGMEA was 2% by weight.
  • the solvent was removed from the coating film by beta treatment at 110 ° C.
  • the organic material layer 90 shown in FIG. 4 was formed.
  • the organic layer 90 was annealed in a nitrogen atmosphere at 210 ° C. for 4 hours, and subsequently at 135 ° C. for 40 hours. As a result, as shown in FIG. 5, an island-like region 91 having a PMMA force and a sea-like region 92 made of PS were formed in the organic material layer 90.
  • RIE was performed on the organic material layer 90 to remove the island-like region 91 and leave the sea-like region 92 as shown in FIG.
  • the SiN film 31 was patterned using the sea-like region 92 as a mask. That is, a plurality of holes separated from each other were provided in the SiN film 31 to form a first portion. Subsequently, the sea-like region 92 was removed from the first portion, the SiN film 31.
  • an acrylic resin film having a thickness of 100 nm is formed as a second portion 32 on the first portion 31, and the holes provided in the first portion 31 are thereby formed. Embedded. Thus, a light extraction layer 30 was obtained. That is, in this example, both the first portion 31 and the second portion 32 are made of a transparent material, and the difference between the refractive indices of the first portion 31 and the second portion 32 is 0.3 or more. Got.
  • front electrode 41 was obtained by depositing ITO on light extraction layer 30 using a mask sputtering method.
  • a photosensitive resin is applied to the surface of the substrate 11 on which the front electrode 41 is formed, and the obtained coating film is subjected to pattern exposure and development to correspond to the light emitting portion of each pixel.
  • a water-repellent partition insulating layer 50 having an opening was formed.
  • the substrate 10 on which the partition insulating layer 50 was formed was subjected to a surface treatment using a C F / O plasma gas, and the surface of the partition insulating layer 50 was fluorinated.
  • a buffer layer forming ink was discharged by an inkjet method to form a liquid film. Subsequently, these liquid films were heated to a temperature of 120 ° C. for 3 minutes to obtain a buffer layer 42b.
  • the thickness of the buffer layer 42b was 30 nm, and the refractive index was 1.9.
  • the ink for forming a light emitting layer is ejected onto the buffer layer 42b by an ink jet method.
  • a liquid film was formed.
  • these liquid films were heated at a temperature of 90 ° C. for 1 hour to obtain a light emitting layer 42a.
  • the thickness of the light emitting layer 42a was 200 nm, and the refractive index was 1.8.
  • the back electrode 43 was formed by vacuum-depositing barium on the surface of the substrate 11 on which the light-emitting layer 42a was formed, followed by aluminum-vapor deposition.
  • a TFT array substrate was completed.
  • a UV curable resin was applied to the periphery of one main surface of a separately prepared glass substrate (not shown) to form a seal layer (not shown).
  • the glass substrate and the array substrate were bonded together in an inert gas such that the surface provided with the sealing layer and the surface provided with the back electrode 43 faced each other.
  • the seal layer was cured by irradiation with ultraviolet light, and a light scattering film 60 was attached to the outer surface of the substrate 10, whereby the organic EL display 1 shown in FIG. 1 was completed.
  • FIG. 10 is an atomic force micrograph of the light extraction layer of the organic EL display according to an example of the present invention. The photograph shown in FIG. 10 was taken before forming the second portion 32.
  • the first portion 31 of the light extraction layer 30 was provided with a substantially circular hole.
  • These holes had a diameter of about 200 nm, and the lines connecting the centers of the holes were regularly arranged so that each side formed an equilateral triangle having a length of about 400 nm. That is, the arrangement of the second portions 32 formed a triangular lattice when the direction force perpendicular to the main surface of the light extraction layer 30 was also viewed. Further, when viewed from a direction perpendicular to the main surface of the light extraction layer 30, each second portion 32 was substantially circular.
  • the organic EL display 1 was manufactured by the same method as described in the above example, except that the light extraction layer 30 and the light scattering film 60 were not provided.
  • the amount of light extracted outside was measured under the same conditions.
  • the amount of light obtained by the organic EL display 1 according to the example of the present invention was about 2.5 times the amount of light obtained by the organic EL display 1 according to the comparative example. That is, it is confirmed that the organic EL display 1 according to the example of the present invention has higher luminous efficiency than the organic EL display 1 according to the comparative example. I was able to.

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Abstract

　内部で繰返し反射干渉が生じる第１導波層（４１，４２）と、第１導波層（４１，４２）と向き合った背面と光出射面としての前面とを有する第２導波層（１０）と、第２導波層（１０）の背面側に配置され、第１導波層（４１，４２）と向き合った光取り出し層（３０）とを含み、光取り出し層（３０）は、光透過性を有する層である第１部分（３１）と、第１部分の中で分散し且つ第１部分とは光学特性が異なる複数の第２部分（３２）とを含み、複数の第２部分（３２）の配列は三角格子を形成している光学デバイス（１）が提供される。

Description

明 細 書
光学デバイス及び有機 ELディスプレイ
技術分野
[0001] 本発明は、有機 EL (エレクト口ルミネッセンス)ディスプレイ等の光学デバイスに関す る。
背景技術
[0002] 有機 ELディスプレイは自己発光ディスプレイであるため、視野角が広ぐ応答速度 が速い。また、ノ 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ディスプレイは、液晶ディスプレイに代わるディスプレイとして 注目されている。し力しながら、従来の有機 ELディスプレイには、発光効率が低いと いう問題がある。
発明の開示
[0003] 本発明の目的は、有機 ELディスプレイ等の光学デバイスの光取り出し効率を高め ることにめる。
[0004] 本発明の第 1側面によると、内部で繰返し反射干渉が生じる第 1導波層と、前記第 1導波層と向き合った背面と光出射面としての前面とを備えた第 2導波層と、前記第 2 導波層の背面側に配置され、前記第 1導波層と向き合った光取り出し層とを具備し、 前記光取り出し層は、光透過性を有する層である第 1部分と、前記第 1部分の中で分 散し且つ前記第 1部分とは光学特性が異なる複数の第 2部分とを備え、前記複数の 第 2部分の配列は三角格子を形成している光学デバイスが提供される。
[0005] 本発明の第 2側面によると、前面電極と、前記前面電極と向き合った背面電極と、 前記前面及び背面電極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、前記前面電極と向き合った背面と光出射面としての前面とを備えた 光透過性の絶縁層と、前記絶縁層の背面側に配置され、前記有機 EL素子と向き合 つた光取り出し層とを具備し、前記光取り出し層は、光透過性を有する層である第 1 部分と、前記第 1部分の中で分散し且つ前記第 1部分とは光学特性が異なる複数の 第 2部分とを備え、前記複数の第 2部分の配列は三角格子を形成して 、る有機 ELデ イスプレイが提供される。
[0006] 本発明の第 3側面によると、光が伝播する第 1導波層と、前記第 1導波層と向き合つ た背面と光出射面としての前面とを備えた第 2導波層と、前記第 2導波層の背面側に 配置され、前記第 1導波層と向き合った光取り出し層とを具備し、前記光取り出し層 は、前記第 1導波層中の光を前記第 2導波層へ導く回折パターンの集合体である光 学デバイスが提供される。
[0007] 本発明の第 4側面によると、前面電極と、前記前面電極と向き合った背面電極と、 前記前面及び背面電極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、前記前面電極と向き合った背面と光出射面としての前面とを備えた 光透過性の絶縁層と、前記絶縁層の背面側に配置され、前記有機 EL素子と向き合 つた光取り出し層とを具備し、前記光取り出し層は、光透過性を有する層である第 1 部分と、前記第 1部分とは光学特性が異なる複数の第 2部分とを備え、前記複数の第 2部分の配列は三角格子を形成している有機 ELディスプレイが提供される。
[0008] 本発明の第 5側面によると、前面電極と、前記前面電極と向き合った背面電極と、 前記前面及び背面電極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、前記前面電極と向き合った背面と光出射面としての前面とを備えた 光透過性の絶縁層と、前記絶縁層の背面側に配置され、前記有機 EL素子と向き合 つた光取り出し層とを具備し、前記光取り出し層は、光透過性を有する層である第 1 部分と、前記第 1部分の中で分散し且つ前記第 1部分とは光学特性が異なる複数の 第 2部分とを備えた有機 ELディスプレイが提供される。
図面の簡単な説明
[0009] [図 1]本発明の第 1態様に係る有機 ELディスプレイを概略的に示す部分断面図。
[図 2]図 1の有機 ELディスプレイ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ディスプレイを概略的に示す断面図。
[図 10]本発明の一例に係る有機 ELディスプレイの光取り出し層の原子間力顕微鏡 写真。
発明を実施するための最良の形態
[0010] 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 、同様又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。
[0011] 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部分断面図である。
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ディスプレイ 1, を描いている。また、図 1では、有機 ELディスプレイ 1を、その表示面，すなわち前面 又は光出射面，が下方を向き、背面が上方を向くように描いている。
[0012] この有機 ELディスプレイ 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ディスプレイである。この有機 ELディスプレイ 1は、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。
[0013] 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)、出力スィッチ 2 0、及び有機 EL素子 40と、画素スィッチ（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ィッチを介して映像信号線（図示せず）に接続されており 、映像信号線カゝ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ィッチ 20を 介して有機 EL素子 40へ出力する。また、画素スィ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、走査信号線力 供給される走査信号により ONZOFF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。
[0014] 基板 10上には、アンダーコート層 12として、例えば、 SiN層と SiO層とが順次積
X X
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など力 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、画素スィッチ 20、出力スィッチ、 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。
[0015] 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 SiOなど力もなる層間絶縁膜 17が設けられている。層間絶縁膜 17上にはソ
X
ース 'ドレイン電極 21が設けられており、それらは、例えば SiNなど力もなるパッシベ
X
ーシヨン膜 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。
[0016] パッシベーシヨン膜 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、光透過性の層である第 1部分 31と、その中で分散するとともに第 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。この例では、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。典型的には、光取り出し層 30の 表面は平坦である。また、これらパッシベーシヨン膜 18及び光取り出し層 30には、ド レイン電極 21に連通する貫通孔が設けられて 、る。
[0017] この光取り出し層 30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、光取り出し層 30を適宜設計することにより、先の層内で繰返し 反射することにより閉じ込められて 、た光や、先の層から不適切な方向に出射して表 示に寄与して 、な力つた光を、所望の方向に出射させることができる。
[0018] このように、背面側力 順に第 1導波層と第 2導波層とを配置した光学デバイスでは 、光取り出し層 30を設けることにより、第 1導波層内に閉じ込められている等の理由 により表示に寄与していな力つた光を、外界に取り出すことが可能となる。なお、この 例では、第 1導波層は、後述する前面電極 41と有機物層 42との積層体に相当し、第 2導波層は基板 10に相当する。
[0019] 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、パッシベーシヨン膜 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。
[0020] 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。
[0021] 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、又は青 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 42 a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。
[0022] 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、ノ ッシベーシヨン膜 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。
[0023] なお、図 1に示す有機 ELディスプレイ 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 Nガスのような不
2
活性ガスで満たされ得る。
[0024] また、この有機 ELディスプレイ 1は、透明基板 10の外側，すなわち前面側又は光 出射面側，に、光散乱層 60をさらに備えている。なお、透明基板 10と光散乱層 60と の間には、偏光板を配置してもよい。また、光散乱層 60上には、 ND ( Neutral-Density)フィルタを配置してもよ！/ヽ。
[0025] さて、本発明者らは、有機 ELディスプレイ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。
[0026] 有機 ELディスプレイの発光効率には、有機 EL素子の光取り出し効率だけでなぐ 他の要因も大きく作用している。すなわち、例え、有機 EL素子力も高い効率で光を 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 ヽ効率で光を取り出すことができな 、限り、有機 ELディスプレイの発光 効率を十分には高められない。換言すれば、有機 ELディスプレイの発光効率を十分 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、第 1導波層（ここでは、前面電極 41と有機物層 42との積層体)から第 2導波層（ここでは 、基板 10などの光透過性絶縁層）へ入射した光が第 2導波層の光出射面で全反射 されるのを抑制することが重要である。
[0027] 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力つている。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ない 。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。
[0028] なお、有機 EL素子の発光層自体は全方位に光を放出する。そのため、本来、有機 ELディスプレイ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ディスプレイでは、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力 指向性の高い光を出射させる こともなかった。
[0029] 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。
[0030] 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。
[0031] 前面電極 41と有機物層 42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 繰り返して面内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ディスプレイの発光効率を高めるためには、先の積層体内を多重反射しながら 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。
[0032] 図 2は、図 1の有機 ELディスプレイ 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。
[0033] 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、前面電極 41と有機物層 42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 530η m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の内部力も外界 (空気)へ向けて進行する光に関する臨界角は 41. 3° とした。
[0034] また、ここでは、前面電極 41と有機物層 42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。 [0035] 図 2に示すように、格子定数が約 1 μ m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。
[0036] 格子定数が約 1 μ m乃至約 0. 2 m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. 2 μ mより大きく且つ 0. 4 m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. 35 mとした場合に入射角を 0° とすることができる。
[0037] なお、格子定数が約 0. 2 μ m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。
[0038] 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。
[0039] 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。
[0040] 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
[0041] 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。
[0042] 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 9 0は、例えば、ポリスチレン（PS)とポリメチノレメタタリレート（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。
[0043] 次いで、有機物層 90をァニールする。このァニールは、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 一を構成している PMMA同士が近づき合い、図 5に示すように、有機物層 90内に P MMA力もなる島状領域 91と PS力もなる海状領域 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 歹 IJさせること，力 Sできる。
[0044] 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。
[0045] 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。
[0046] 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ィ匕榭脂膜， 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。
[0047] 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。
[0048] 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ィ匕を利用する。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。
[0049] このように、本態様に係る有機 ELディスプレイ 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。
[0050] なお、第 1部分 31と第 2部分 32とで屈折率以外の光学特性が異なっていれば、第 1部分 31の屈折率と第 2部分 32の屈折率とは異なっている必要はない。例えば、上 記と同様の効果が得られるのであれば、第 1部分 31と第 2部分 32とで透過率や反射 率などの光学特性が異なって!/ヽてもよ 、。
[0051] 光取り出し層 30は、第 1部分 31と向き合い且つ第 2部分 32と同じ材料力もなる層で ある第 3部分をさらに含んでいてもよい。この場合、各第 2部分 32は第 3部分と接触し ていてもよい。また、光取り出し層 30の孔は、貫通孔であってもよい。
[0052] 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。
[0053] 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。すなわち、第 2部分 32の配列は、三角格子を形成している。
[0054] 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。すなわち、光取り出し層 30の 主面に垂直な方向から見た場合に、各第 2部分 32は略円形である。
[0055] 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。すなわち、第 2部分 32 の配列は三角格子を形成し、光取り出し層 30の主面に垂直な方向から見た場合に、 各第 2部分 32は略円形である。
[0056] 以上、図 3乃至図 8の方法で光取り出し層 30を形成することについて説明したが、 光取り出し層 30は、他の方法で形成することもできる。
[0057] 例えば、光取り出し層 30は、図 4乃至図 6を参照しながら説明した工程を順次実施 し、海状領域 92の孔を海状領域 92とは光学特性が異なる材料で埋め込むことにより 形成することができる。すなわち、海状領域 92を第 1部分 31として利用することがで きる。なお、この方法により得られる光取り出し層 30は、図 3乃至図 8の方法で得られ る光取り出し層 30とほぼ同様の構造を有して 、る。
[0058] また、光取り出し層 30は、図 4及び図 5を参照しながら説明した工程を順次実施す ること〖こより形成することができる。この場合、図 5の有機物層 90を光取り出し層 30と して利用することができる。すなわち、海状領域 92及び島状領域 91を、それぞれ、 第 1部分 31及び第 2部分 32として利用することができる。なお、この方法により得られ る光取り出し層 30は、図 3乃至図 8の方法で得られる光取り出し層 30とほぼ同様の 構造を有している。
[0059] 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ディスプレイ 1の用途などに応じ、光散乱層 60によつ て自由に変化させることが可能である。例えば、有機 ELディスプレイ 1を携帯電話な どの携帯機器で使用する場合、有機 ELディスプレイ 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ディスプレイ 1を固定 機器のディスプレイとして利用する場合、有機 ELディスプレイ 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ディスプレイを概略的に示す断面図であ る。図 9では、有機 ELディスプレイ 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ディスプレイ 1は、上面発光型の有機 ELディスプレイである。したがつ て、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、 ノ ッ シベーシヨン膜 18が順次形成されている。ゲート絶縁膜 14、層間絶縁膜 17、 ノッシ ベーシヨン膜 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が順次積層さ れている。この例では、第 1部分 31は、ノッシベーシヨン膜と一体的に形成されてい る。反射層 70の材料としては、例えば、 A1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 21と同一工程で形成できるよう、反射層 70は Mo/ AlZMoの 3層構造としている。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，力もなる第 2部分 32で埋め込まれて 、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ィ匕 物など力 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。また 、この例では、有機 EL素子 40が第 1導波層に相当している。
[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。この例では、透明保護層 80が第 2導波層に相当している。透明 保護膜 80は、外界力も有機 EL素子 40中への水分の浸入等を防止するとともに、平 坦ィ匕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榭脂を使用 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ぐ或いは、多 層構造を採用してもよい。 [0069] 透明保護膜 80と光散乱層 60との間には、偏光板を配置してもよい。また、光散乱 層 60上には、 NDフィルタを配置してもよい。
[0070] 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。
[0071] 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 4 0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。
[0072] 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 つていればよいが、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。
[0073] 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。
[0074] 以下、本発明の例について説明する。
[0075] (例）
本例では、以下の方法により、図 1に示す有機 ELディスプレイ 1を作製した。
[0076] 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-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、及びパッシベーシヨン膜 18を形成した。
[0077] 次に、図 3に示すように、パッシベーシヨン膜 24上に、厚さ lOOnmの SiN膜 31を形 成した。
[0078] 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°Cでベータすることにより、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。
[0079] その後、有機物層 90を、窒素雰囲気中、 210°Cで 4時間ァニールし、続いて、 135 °Cで 40時間ァニールした。これにより、図 5に示すように、有機物層 90内に PMMA 力もなる島状領域 91と PSからなる海状領域 92とを生じさせた。
[0080] 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。
[0081] 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- 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。
[0082] 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 lOOnmのァク リル系榭脂膜を形成し、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。
[0083] 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。
[0084] 次 、で、基板 11の前面電極 41を形成した面に、感光性榭脂を塗布し、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 C F /O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
4 2
[0085] 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°C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、ノ ッファ層 42bの厚さは 30nmとし、屈折率は 1. 9とした。
[0086] その後、ノ 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°C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。
[0087] 次 、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、てアルミ -ゥ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。
[0088] 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 化型榭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 ディスプレイ 1を完成した。
[0089] 図 10は、本発明の一例に係る有機 ELディスプレイの光取り出し層の原子間カ顕 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。
[0090] 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。すなわち、第 2部分 32の配列は、光取り出し層 30の主面に垂直な方向 力も見た場合に三角格子を形成していた。また、光取り出し層 30の主面に垂直な方 向から見た場合に、各第 2部分 32は略円形であった。
[0091] (比較例）
光取り出し層 30及び光散乱フィルム 60を設けな力つたこと以外は、上記例で説明 したのと同様の方法により有機 ELディスプレイ 1を作製した。
[0092] 次に、本発明の例及び比較例に係る有機 ELディスプレイ 1につ 、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、本発明の例に係る有 機 ELディスプレイ 1で得られた光量は、比較例に係る有機 ELディスプレイ 1で得られ た光量の約 2. 5倍であった。すなわち、本発明の例に係る有機 ELディスプレイ 1は、 比較例に係る有機 ELディスプレイ 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。
さらなる利益及び変形は、当業者には容易である。それゆえ、本発明は、そのより 広 ヽ側面にぉ 、て、ここに記載された特定の記載や代表的な態様に限定されるべき ではない。したがって、添付の請求の範囲及びその等価物によって規定される本発 明の包括的概念の真意又は範囲力 逸脱しない範囲内で、様々な変形が可能であ る。

Claims

請求の範囲
[1] 内部で繰返し反射干渉が生じる第 1導波層と、
前記第 1導波層と向き合った背面と光出射面としての前面とを備えた第 2導波層と、 前記第 2導波層の背面側に配置され、前記第 1導波層と向き合った光取り出し層と を具備し、
前記光取り出し層は、光透過性を有する層である第 1部分と、前記第 1部分の中で 分散し且つ前記第 1部分とは光学特性が異なる複数の第 2部分とを備え、前記複数 の第 2部分の配列は三角格子を形成している光学デバイス。
[2] 前記光取り出し層の主面に垂直な方向から見た場合に前記複数の第 2部分のそれ ぞれは略円形である請求項 1に記載のデバイス。
[3] 前記第 1部分には複数の孔が設けられ、前記複数の第 2部分は前記複数の孔をそ れぞれ埋め込んだ請求項 1に記載のデバイス。
[4] 前記複数の第 2部分は前記第 1部分とは屈折率が異なる請求項 1に記載のデバイ ス。
[5] 前記第 1導波層は、発光層を含んだ有機物層と、前記有機物層と向き合った光透 過性の電極とを備えた請求項 1に記載のデバイス。
[6] 前記第 1導波層は、光透過性の第 1電極と、前記第 1電極と向き合った光透過性の 第 2電極と、前記第 1及び第 2電極間に介在するとともに発光層を含んだ有機物層と を備えた請求項 1に記載のデバイス。
[7] 前記光取り出し層の前記第 1導波層との対向面は平坦である請求項 1に記載のデ バイス。
[8] 前面電極と、前記前面電極と向き合った背面電極と、前記前面及び背面電極間に 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、
前記前面電極と向き合った背面と光出射面としての前面とを備えた光透過性の絶 縁層と、
前記絶縁層の背面側に配置され、前記有機 EL素子と向き合った光取り出し層とを 具備し、
前記光取り出し層は、光透過性を有する層である第 1部分と、前記第 1部分の中で 分散し且つ前記第 1部分とは光学特性が異なる複数の第 2部分とを備え、前記複数 の第 2部分の配列は三角格子を形成している有機 ELディスプレイ。
[9] 前記光取り出し層の主面に垂直な方向力 見た場合に前記複数の第 2部分のそれ ぞれは略円形である請求項 8に記載のディスプレイ。
[10] 前記第 1部分には複数の孔が設けられ、前記複数の第 2部分は前記複数の孔をそ れぞれ埋め込んだ請求項 8に記載のディスプレイ。
[11] 前記複数の第 2部分は前記第 1部分とは屈折率が異なる請求項 8に記載のデイス プレイ。
[12] 前記光取り出し層は前記絶縁層と前記前面電極との間に配置された請求項 8に記 載のディスプレイ。
[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 過性である請求項 8に記載のディスプレイ。
[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請求項 13に 記載のディスプレイ。
[15] 前記絶縁層は透明基板を含んだ請求項 8に記載のディスプレイ。
[16] 前記絶縁層は透明保護膜を含んだ請求項 8に記載のディスプレイ。
[17] 前記光取り出し層の前記有機 EL素子との対向面は平坦である請求項 8に記載の ディスプレイ。
[18] 光が伝播する第 1導波層と、
前記第 1導波層と向き合った背面と光出射面としての前面とを備えた第 2導波層と、 前記第 2導波層の背面側に配置され、前記第 1導波層と向き合った光取り出し層と を具備し、
前記光取り出し層は、前記第 1導波層中の光を前記第 2導波層へ導く回折パター ンの集合体である光学デバイス。
[19] 前面電極と、前記前面電極と向き合った背面電極と、前記前面及び背面電極間に 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、
前記前面電極と向き合った背面と光出射面としての前面とを備えた光透過性の絶 縁層と、 前記絶縁層の背面側に配置され、前記有機 EL素子と向き合った光取り出し層とを 具備し、
前記光取り出し層は、光透過性を有する層である第 1部分と、前記第 1部分とは光 学特性が異なる複数の第 2部分とを備え、前記複数の第 2部分の配列は三角格子を 形成して!/ヽる有機 ELディスプレイ。
前面電極と、前記前面電極と向き合った背面電極と、前記前面及び背面電極間に 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、
前記前面電極と向き合った背面と光出射面としての前面とを備えた光透過性の絶 縁層と、
前記絶縁層の背面側に配置され、前記有機 EL素子と向き合った光取り出し層とを 具備し、
前記光取り出し層は、光透過性を有する層である第 1部分と、前記第 1部分の中で 分散し且つ前記第 1部分とは光学特性が異なる複数の第 2部分とを備えた有機 EL
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