光学基板、発光素子、表示装置およびそれらの製造方法
【課題】光取り出し効率に優れる発光素子用の光学基板及びそれを用いた発光素子、その発光素子を用いた表示装置を提供する。
【解決手段】本発明の光学基板は、透明基板１の一方の面に低屈折率層２と、低屈折率層２の上部にゾルゲル膜３を具備している。この光学基板は、ゾルゲル膜３の上部に発光領域を搭載し、発光素子の基板として使用される。また、この光学基板を用いることにより、発光効率の高い、すなわち高輝度で低消費電力の発光素子並びに表示装置が提供される。
【解決手段】本発明の光学基板は、透明基板１の一方の面に低屈折率層２と、低屈折率層２の上部にゾルゲル膜３を具備している。この光学基板は、ゾルゲル膜３の上部に発光領域を搭載し、発光素子の基板として使用される。また、この光学基板を用いることにより、発光効率の高い、すなわち高輝度で低消費電力の発光素子並びに表示装置が提供される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子用の光学基板及びそれを用いた発光素子、発光素子を用いたディスプレイ等の表示装置、及びそれらの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の情報化技術の発展に伴い、様々なディスプレイデバイスが開発されている。その中で、自発光型である有機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）素子は、高表示品質や薄型化などの点で注目されている。
【０００３】
有機ＥＬ素子は、電界を印加することにより、陽極より注入された正孔と陰極より注入された電子の再結合エネルギーにより蛍光性物質が発光する原理を利用した自発光素子である。積層型の低電圧駆動有機ＥＬ素子の報告がなされて以来、有機材料を構成材料とする有機ＥＬ素子に関する研究が盛んに行われている。一例として、トリス（８−キノリノール）アルミニウムを発光層に、トリフェニルジアミン誘導体を正孔輸送層に用いた素子が挙げられる。積層構造の利点としては、発光層への正孔の注入効率を高めること、陰極より注入された電子をブロックして再結合により生成する励起子の生成効率を高めること、発光層内で生成した励起子を閉じ込めることなどが挙げられる。この例のような有機ＥＬ素子の素子構造としては、上記した２層型以外にも、正孔輸送層、発光層、電子輸送層の３層型等が良く知られている。こうした積層型構造素子では、注入された正孔と電子の再結合効率を高めるため、素子構造や形成方法の工夫がなされている。また、発光層に用いる材料を変えることによって、発光波長を変えることができる。
【０００４】
しかしながら、有機ＥＬ素子においては、キャリア再結合の際にスピン統計の依存性より一重項生成の確率に制限があり、発光効率に上限が生じる。この上限の値はおよそ２５％と知られている。発光層のドーパント材料としてイリジウム錯体を用いた場合は、イリジウムの三重項励起子からの発光が高い確率で生じるため、一重項励起子の利用と併せて７５〜１００％の励起子生成確率が可能となる。
【０００５】
ところで、有機ＥＬ素子などに見られる特徴的な光学現象として、全反射効果による光の閉じ込め作用がある。発光層もしくは透明電極の屈折率が基板や空気よりも高いため、臨界角以上の出射角の光は、透明電極／基板界面もしくは基板／空気界面等で全反射を起こし、基板から外部に取り出すことができない。発光層を含む有機層の屈折率を１．６、透明電極の屈折率を２．０、基板の屈折率を１．５とすると、外部に放出される発光量、即ち、光取り出し効率は２０％程度でしかない。このため、エネルギーの変換効率の限界としては、上記した一重項生成確率を併せ全体で５％程度、三重項励起子を利用した場合でも全体で１５〜２０％程度と決して高い効率とならない。このことは有機ＥＬ素子に限らず、発光体から光が放出される面発光素子全般における共通の課題である。
【０００６】
この光取り出し効率を向上させる手法として、特許文献１に低屈折率層を基板と透明電極層との間に配置する方法が提案されており、その積層構造を図１１に示す。当該開示技術では、低屈折率体３０１の少なくとも一方の表面に接して透明導電性膜（透明電極層）３０２を有することで、低屈折率体３０１を通過する光は大気への取り出し率が高くなり、光を外部に取り出す取り出し率が高くなること、低屈折率体３０１の屈折率が１．００３〜１．３００であるので、低屈折率体３０１を通過する光は大気への取り出し効率が高くなり、光を外部に取り出す取り出し率が高くなること、さらに、低屈折率体３０１としてシリカエアロゲルを用いることにより、１に近い超低屈折率を実現している。
【０００７】
また、同一発明人により特許文献１の発光素子を薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）基板に適用したものが特許文献２に開示されている。当該開示技術では、透明導電層の発光層と反対側の面に屈折率が１．０１〜１．３の範囲にある低屈折率層を設けている。
【０００８】
また、非特許文献１には、低屈折率層として１０μｍ厚のシリカエアロゲルを配置し、シリカエアロゲル膜上に５０ｎｍ厚のシリコン酸化膜（ＳｉＯ2）、シリコン酸化膜上に１００ｎｍ厚の透明電極（ＩＴＯ）が具備された基板上に有機ＥＬ素子を設けた構造が開示されている。ここで、シリコン酸化膜はスパッタリング法で形成されている。当該開示構造の外部量子効率が、シリカエアロゲル膜が無い場合の素子構造と比較して１．８倍向上することが記載されている。
【特許文献１】特開２００１−２０２８２７号公報
【特許文献２】特開２００２−２７８４７７号公報
【非特許文献１】筒井 哲夫他，アドバンスドマテリアル，２００１年８月３日，１３，Ｎｏ．１５，ｐ．１１４９−１１５２（T.Tsutsui, Adv. Mater. 2001, 13, No.15, August 3, pp. 1149-1152）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記背景技術では、以下の点でなお改善の余地を有していた。
【００１０】
特許文献１並びに２に記載されている、低屈折率層が基板と透明電極層との間に配置され構造では、臨界角内に光を集めて光取り出し効率を向上させるという点では有効であるが、透明電極と低屈折率層の界面で光の反射が発生するために、光取出し効率の改善は、未だ不十分であるといえる。また、超低屈折率層を得るためにポーラスなシリカエアロゲル膜を使用した場合、膜の機械的強度が非常に低い。また、透明電極をウエットプロセスでパターニングする場合には、ポーラスなシリカエアロゲル膜からのエッチャントの回り込みにより所定のパターンを形成することが困難となる。更に、ポーラスな膜の表面粗さに起因して電極間リークや画素ショートを招き、不安定な発光や非発光の箇所が発生する。このように、上記技術は、有機ＥＬ素子に有効な光取り出し技術として未だ不十分である。
【００１１】
非特許文献１に記載されている１０μｍ厚のシリカエアロゲル上にスパッタリング法でシリコン酸化膜を形成する方法においても、スパッタ膜は上記したシリカエアロゲル膜の表面粗さの改善にならず、同様に電極間リークや画素ショートを招く。また、１０μｍものシリカエアロゲル厚膜を均一性良く形成するのは困難であり、素子特性のばらつきが生じやすい。薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を備えた表示装置に適用する場合においては、１０μｍの膜厚により画素電極とＴＦＴソース電極とを接続するために必要なコンタクトホールの形成が困難となり適用できないという問題がある。
【００１２】
本発明の目的は、上記従来技術の有する課題を解決した光取り出し効率に優れる発光素子用の光学基板及びそれを用いた発光素子、発光素子を用いたディスプレイ等の表示装置を提供することにある。特に、高歩留まり、高信頼性の発光素子および表示装置、並びに高品位画質、高精細の表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の発光基板は、透明基板と、該透明基板上に設けられた当該透明基板より屈折率の低い低屈折率層と、該低屈折率層上に設けられたゾルゲル膜を有することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の発光素子は、透明基板と、該透明基板上に設けられた当該透明基板より屈折率の低い低屈折率層と、該低屈折率層上に設けられたゾルゲル膜と、該ゾルゲル膜上の第一電極と、該第一電極上の発光層と、該発光層上の第二電極とを具備することを特徴とする。
【００１５】
更に、本発明の表示装置は、複数の発光素子と該発光素子を駆動する手段とが透明基板上に設けられた表示装置において、該発光素子が、該透明基板上に設けられた当該透明基板より屈折率の低い低屈折率層と、該低屈折率層上に設けられたゾルゲル膜と、該ゾルゲル膜上の第一電極と、該第一電極上の発光層と、該発光層上の第二電極とを具備することを特徴とする。この表示装置における複数の発光素子はマトリックス状に形成することができる。
【００１６】
本発明によれば、前記低屈折率層上に設けられた前記ゾルゲル膜により、光取り出し効率が顕著に向上する。前記ゾルゲル膜は前記低屈折率層の表面粗さを緩和し、前記低屈折率層と前記透明電極間での乱反射を低減し、この結果、光取出し効率を顕著に向上することができる。
【００１７】
本発明において、前記低屈折率層の屈折率は１．００３〜１．４００の範囲に設定することができる。
【００１８】
本発明において、前記低屈折率層はシリカエアロゲルを好適に用いることができる。
【００１９】
本発明において、前記ゾルゲル膜はＳｉ−Ｏ−Ｃ構造を有するものを好適に用いることができる。
【００２０】
本発明において、前記ゾルゲル膜は赤外吸収スペクトルにおいてＳｉ−Ｏ−Ｃに由来する波数１１０７±２ｃｍ-1の吸収を有するものを用いることができる。
【００２１】
本発明において、前記ゾルゲル膜が赤外吸収スペクトルにおいてＳｉ−Ｏ−Ｃに由来する波数１１０７±２ｃｍ-1の吸収Ａと、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉに由来する波数１０７０±２ｃｍ-1の吸収Ｂを有し、吸収Ａと吸収Ｂとの強度比Ａ／Ｂが０．５〜１．０の範囲であるものを好適に用いることができる。
【００２２】
本発明において、前記低屈折率層の表面粗さをＲａ1、前記低屈折率層上の前記ゾルゲル膜の表面粗さをＲａ2としたとき、
Ｒａ1＞Ｒａ2
とすることができる。
【００２３】
本発明において、前記ゾルゲル膜の屈折率は前記低屈折率層よりも大きくするように構成することができる。
【００２４】
本発明において、前記ゾルゲル膜の膜厚は０．０５〜１．０μｍとなるように構成することができる。
【００２５】
本発明において、前記ゾルゲル膜はＳｉ−Ｈ基を有する前駆体を用いて形性することができる。
【００２６】
本発明において、前記透明基板はプラスチック基板を好適に用いることができる。
【００２７】
本発明において、前記ゾルゲル膜上にバリア層を有することでき、またこのバリア層上に前記第一電極を有することができる。
【００２８】
本発明において、前記透明基板は薄膜トランジスタを具備した基板でを好適に用いることができる。
【００２９】
本発明の発光素子において、発光層からの発光が単色光であるように構成することができる。また、この単色光は白色光もしくは青色光にすることができる。
【００３０】
本発明に係る発光素子は、様々な形態の光素子に適用できる。例えば、有機ＥＬ素子、無機ＥＬ素子のほか、発光ダイオード、プラズマディスプレイ素子などにも適用可能である。
【００３１】
本発明の表示装置は、前記駆動手段として薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等より構成される電子回路を具備したＴＦＴ表示装置とすることができる。
【００３２】
本発明の表示装置は、ＴＦＴ等より構成される電子回路による凸部を緩和する段差緩和膜を具備した構成にすることができる。
【００３３】
本発明の表示装置は、前記低屈折率層の膜厚を４μｍ以下となるように構成することができる。
【００３４】
本発明に係る製造方法は、透明基板上に低屈折率層を設ける工程と、該低屈折率層上にゾルゲル膜をコートする工程と、乾燥後、紫外線照射によりゾルゲル膜の密度を増加させる工程を有することを特徴とする。発光素子は、このゾルゲル膜上に設けることができる。また、低屈折率層は、駆動手段を備えた透明基板上に設けることができる。
【発明の効果】
【００３５】
第１の効果は、低屈折率層上に設けられたゾルゲル膜により、低屈折率層界面で起こる乱反射を低減し、光取り出し効率を大幅に向上させた光学基板を提供することができる。また、この光学基板を用いることにより、発光効率の高い、言い換えると高輝度で低消費電力の発光素子並びに表示装置を提供することができる。
【００３６】
第２の効果は、低屈折率層の表面粗さをゾルゲル膜が緩和することにより、有機ＥＬ素子のような非常に膜厚の小さい発光層を用いる場合においても電極間リークや画素ショートを抑制でき、高輝度、低消費電力に加え、高歩留まりで高信頼性の発光素子並びに表示装置を提供することができる。
【００３７】
第３の効果は、ＴＦＴ等の発光素子の駆動手段による凸部を解消する段差緩和層を設けることで、低屈折率層を膜厚ムラやクラックのない状態で均一に形成できるため、高輝度、低消費電力、高歩留まり、高信頼性に加え、高品位画質の表示装置が提供できる。
【００３８】
第４の効果は、膜厚４μｍ以下、特に膜厚１μｍ以下の低屈折率層においても発光効率の高い発光素子が得られることにより、コンタクトホールサイズを非常に小さくすることが可能となるため、高輝度、低消費電力、高歩留まり、高信頼性、高品位画質に加え、高精細で高開口率の表示装置が提供できる。
【００３９】
第５の効果は、ゾルゲル膜の前駆体にＳｉ−Ｈ基を含むことにより、ゾルゲル膜硬化方法として紫外線照射による光反応を用いることができる。これは低温プロセスを可能とし、耐熱性の低いプラスチック基板にも適用可能であるため、軽量かつ薄型でフレキシビリティを有する光学基板、並びに発光効率の高い発光素子および表示装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００４１】
（第１の実施の形態）
図１を参照すると、本発明の第１の実施の形態として光学基板の断面図が示されている。すなわち、本発明の光学基板１０は透明基板１の一方の面に低屈折率層２と、低屈折率層２の上部にゾルゲル膜３を具備している。
【００４２】
図２は、図１の光学基板の上面に接して第一電極層２０を設けた基板の断面図である。
【００４３】
この光学基板は、ゾルゲル膜３の上部に発光領域を搭載し、発光素子の基板として使用される。ゾルゲル膜３は低屈折率層２の表面粗さを緩和し、ゾルゲル膜が存在しない図１１で見られるような低屈折率体３０１と透明電極３０２との界面で発生する乱反射を低減し、この結果、光取出し効率を顕著に向上することができる。言い換えると、低屈折率層２とゾルゲル膜３との界面と、ゾルゲル膜３と第一電極層２０との界面の２つの界面が本実施形態に係る重要な要素となっている。
【００４４】
以下、本実施形態に係る光学基板を構成する各部について詳細に説明する。
【００４５】
透明基板１は、発光素子の光取り出し基板として使用される。少なくとも可視光領域の一部の波長を透過するものである。本実施形態における透明基板１とは、波長が４００〜８００ｎｍの少なくとも一部の光を通すものであれば良く、材質は無機材でも有機材でも構わない。無機材としてはガラス等、有機材としてはプラスチック等を用いることができる。ガラスとしては、溶融石英、無アルカリガラス、ソーダガラス、重フリントガラスの光学ガラスが使用できる。プラスチックとしては、ポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等のエンジニアリングプラスチックが利用できる。透明基板１の屈折率としては１．４〜２．１程度のものが好適である。透明基板１には、水分や酸素の透過を抑制するバリア層をコートすることもできる。透明基板１の厚さは特に限定されないが、実用上の観点から０．１〜２．０ｍｍ程度が望ましい。
【００４６】
低屈折率層２は、透明基板１よりも屈折率が低い透明材料を用いる。透明基板と同様に波長が４００〜８００ｎｍの少なくとも一部の光を通すものであれば良い。屈折率は、１．００３〜１．４００の範囲が望ましい。屈折率を小さくするには限界があり、１．００３が実用上の限界とされている。低屈折率層として用いる材料はシリカエアロゲルが最も好ましい。
【００４７】
シリカエアロゲルは、アルコキシシランを加水分解、重合反応して得られるシリカ骨格からなる湿潤状態のゲル状化合物を、アルコール等の溶媒の存在下で、この溶媒の臨界点以上の超臨界状態で乾燥することにより製造することができる。
【００４８】
ゾルゲル膜３は、透明基板１並びに低屈折率層２と同様に波長が４００〜８００ｎｍの少なくとも一部の光を通すものであれば良い。シリコン、チタン等の金属アルコキシド、水、酸、アルコール等からなるゾル溶液が使用できるが、透過度や製造上の取り扱い易さなどから、シリコン系アルコキシドが好ましい。
【００４９】
図３に本実施形態に係る光学基板の製造方法の一例を示す。図３（Ａ）は透明基板１上に低屈折率層２を設けた状態を示している。この状態から図３（Ｂ）に示すように低屈折率層２上にゾルゲル膜をコートし、乾燥して溶媒を除去し、ゾルゲル膜の前駆体３’を得る。そこで、紫外線８をゾルゲル膜の前駆体３’に照射し、ゾルゲル膜中の縮合などの反応を促進させる。これにより、図３（Ｃ）に示すようにゾルゲル膜の前駆体３’と比べて膜厚が減少した、言い換えると密度が増加したゾルゲル膜３を得ることができる。ここで、紫外線照射時に加温することも可能である。加温雰囲気とすることで、更に密度が増加する場合もある。本実施形態に係る発光素子及び表示装置においても同様の手法で製造することができる。紫外線の波長としては、ゾルゲル膜前駆体３’が吸収するものであれば、何れのものが利用できる。紫外線の光源としては、キセノンランプ、キセノン水銀ランプ、水銀ランプ、エキシマランプ、エキシマレーザ、ＹＡＧレーザ等がある。本発明の光学基板には、エキシマランプが有効であり、中でも、波長１７２ｎｍのＸｅ2ランプ、波長１４６ｎｍのＫｒ2ランプ、波長１２６ｎｍのＡｒ2ランプが好ましい。
【００５０】
図４にゾルゲル膜３としてシリコン系アルコキシドを使用した場合の光反応前後の赤外吸収スペクトルを示す。図４（Ａ）において、Ａは８２６±２ｃｍ-1のＳｉ−Ｈの吸収ピークを、Ｂは１０７０±２ｃｍ-1のＳｉ−Ｏ−Ｓｉの吸収ピークを、Ｃは１１０７±２ｃｍ-1のＳｉ−Ｏ−Ｃの吸収ピークを、Ｄは２３６０±２ｃｍ-1のＳｉ−Ｈの吸収ピークである。図４（Ｂ）は図４（Ａ）の波数１０００〜１２００ｃｍ-1の領域を拡大したものである。ゾルゲル膜４は一般的に光反応や加熱反応によって硬化するが、先ほど製造方法で説明した紫外線による光反応前後での吸収ピークを比較すると、Ｓｉ−Ｈによる波数８２６ｃｍ-1のピークが光反応後に大きく減少することが分かる。これは、ゾルゲル膜の前駆体には光反応性の高いＳｉ−Ｈ基が含まれており、紫外線照射による光反応によってＳｉ−Ｈ基がほとんど消失することに起因する。但し、紫外線照射後もゾルゲル膜中にＳｉ−Ｈ基が残存しても構わない。
【００５１】
この紫外線照射による光反応を用いることで、低温硬化プロセスが可能となる。これは、透明基板としてプラスチック基板のような温度耐性の低い材料が用いることができ、基板材料の選択肢が増える。このため、軽量で薄型化可能でフレキシビリティを有する光学基板、並びにこの光学基板を用いた光取り出し効率の高い発光素子を容易に得ることができる。更に、低温プロセスにより図８に示すような薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が形成されている基板に対しても、ＴＦＴ特性や信頼性の劣化が小さくなるというメリットが生じる。このため、軽量で薄型化可能でフレキシビリティを有し、高輝度で品質・信頼性の高い表示装置の提供が容易となる。
【００５２】
また図４を参照すると、ゾルゲル膜３の反応後にＳｉ−Ｏ−Ｃの吸収ピークが残存している。低屈折率層にシリカエアロゲル膜を用いた場合、シリカエアロゲル膜にもＳｉ−Ｏ−Ｃの吸収ピークが存在するために、ゾルゲル膜３にシリコン系アルコキシドを用いることで、化学的親和性が高いというメリットが生じる。Ｓｉ−Ｏ−Ｃの吸収ピークはＳｉ−Ｏ−Ｓｉの吸収ピークに対して強度比（吸光度比：Ｓｉ−Ｏ−Ｃ／Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ）０．５〜１．０が好適である。この強度比が１．０より大きい場合はゾルゲル膜の縮合反応が不十分であることを意味している。
【００５３】
なお、本実施形態に係る光学基板は、透明基板１上に低屈折率層２、ゾルゲル膜３を順次積層して製造される。本実施形態に係る発光素子はその光学基板上に少なくとも第一電極２０および発光層を積層して製造される。このため、透明基板１の表面に凹凸が存在すると、第一電極２０や発光層にもその凹凸が影響を及ぼし、電極間の電流リークやショートの原因となる。従って、透明基板１は平滑なものを利用することが好ましい。しかし、低屈折率層２はシリカエアロゲルに代表されるようなポーラスな膜質を特徴とするものが多く、表面粗さは小さくない。そこで、低屈折率層２の表面粗さをＲａ1、低屈折率層２上のゾルゲル膜３の表面粗さをＲａ2とすると、
Ｒａ1＞Ｒａ2
の関係を満たす必要がある。ここで、表面粗さは中心線平均粗さで定義している。これにより、第一電極２０の下地を平滑化させ、電極間の電流リークやショートの発生を抑制すると共に、上記した２つの界面、一つは低屈折率層２とゾルゲル膜３との界面、もう一つはゾルゲル膜３と第一電極層２０との界面の乱反射を低減させ、光取り出し効率を向上させることができる。
【００５４】
また、ゾルゲル膜３によって低屈折率層２の凹凸の緩和並びにゾルゲル膜３表面の表面粗さを小さくするためには、ポーラスな膜質よりも緻密な膜質が要求させる。一般的に緻密さが向上すると屈折率は大きくなる。従って、ゾルゲル膜３の屈折率は低屈折率層よりも大きい方が好ましい。
【００５５】
また、ゾルゲル膜３の厚さは０．０５〜１．０μｍが好適であるが、好ましくは０．０５〜０．５μｍ、より好ましくは０．０５〜０．３μｍである。０．０５μｍ未満の場合は、低屈折率層２の凹凸の緩和、言い換えると上記Ｒａ2を小さくすることが困難となる。１．０μｍより膜厚が大きくなると、膜形成時に起因した膜厚ムラやクラックが発生し易くなり、光学特性の不安定要因となる。
【００５６】
本実施形態において、ゾルゲル膜３にＩＴＯ（酸化インジウムスズ合金）やＡＴＯ（アンチモンドープ酸化スズ）などの透明導電性材料を用いることにより、第一電極層２０の抵抗を下げる補助電極として利用することもできる。
【００５７】
（第２の実施の形態）
本実施形態では、第１の実施の形態で述べた光学基板を、有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子に用いた例を示す。
【００５８】
図５は、本実施形態に係る有機ＥＬ素子の一例の断面図である。光学基板１０上に第一電極２０、有機発光層５０、第二電極３０を順次具備している。ここで、有機発光層５０というのは１層または複数層で構成されており、複数層の場合は、正孔輸送層／発光層もしくは発光層／電子輸送層からなる２層構造や、正孔輸送層／発光層／電子輸送層からなる３層構造、正孔注入層／正孔輸送層／発光層／電子輸送層からなる４層構造、正孔注入層／正孔輸送層／発光層／正孔ブロック層／電子輸送層からなる５層構造など様々な構造が挙げられる。また、陰極は発光層側に低仕事関数金属やフッ化物等のバッファ層を具備することも可能である。なお、本実施形態に係る有機ＥＬ素子は、低分子タイプ、高分子タイプの両方が利用できる。なお、本実施形態に係る有機ＥＬ素子では、光学基板は、発光層からの出射光が光学基板を通過するように配置される。
【００５９】
正孔輸送材料としては種々のものを用いることができる。具体的には、Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’―ビス（３−メチルフェニル）−１，１’―ビフェニル−４，４’―ジアミン（ＴＰＤと略記）、Ｎ，Ｎ’―ジフェニル−Ｎ，Ｎ’―ビス（α―ナフチル）―１，１’―ビフェニル−４，４’―ジアミン（α―ＮＰＤと略記）等のジアミン誘導体、４，４’，４”―トリス（３―メチルフェニルフェニルアミノ）―トリフェニルアミン等や、スターバースト型分子等が挙げられる。
【００６０】
電子輸送材料としては種々のものを用いることができる。具体的には、トリス（８−キノリノール）アルミニウム錯体（Ａｌｑ３）や２−（４−ビフェニリル）−５−（４−ｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール、ビス｛２−（４−ｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール｝−ｍ−フェニレン等のオキサジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、キノリノール系の金属錯体が挙げられる。
【００６１】
発光材料としては、例えば、トリス（８−キノリノール）アルミニウム錯体（Ａｌｑ３）やビスジフェニルビニルビフェニル（ＢＤＰＶＢｉ）、１，３−ビス（ｐ−ｔ−ブチルフェニル−１，３，４−オキサジアゾールイル）フェニル（ＯＸＤ−７）、Ｎ，Ｎ’−ビス（２，５−ジ−ｔ−ブチルフェニル）ペリレンテトラカルボン酸ジイミド（ＢＰＰＣ）、１，４ビス（ｐ−トリル−ｐ−メチルスチリルフェニル）ナフタレンなどがある。また、電荷輸送材料に蛍光材料をドープした層を発光材料として用いることもできる。例えば、前記のＡｌｑ３などのキノリノール金属錯体に４−ジシアノメチレン−２−メチル−６−（ｐ−ジメチルアミノスチリル）−４Ｈ−ピラン（ＤＣＭ）、２，３−キナクリドン［７］などのキナクリドン誘導体、３−（２’−ベンゾチアゾール）−７−ジエチルアミノクマリンなどのクマリン誘導体、ペリレン、ジベンゾナフタセン、ベンゾピレン等をドープした層、あるいは電子輸送材料ビス（２−メチル−８−ヒドロキシキノリン）−４−フェニルフェノール−アルミニウム錯体にペリレン等の縮合多環芳香族をドープした層、あるいは正孔輸送材料４，４’−ビス（ｍ−トリルフェニルアミノ）ビフェニル（ＴＰＤ）にルブレン等をドープした層を用いることができる。
【００６２】
図５に示す素子において、第一電極２０は、正孔を正孔輸送層または発光層に注入する役割を担うものであり、４．５ｅＶ以上の仕事関数を有することが好ましい。本実施形態に用いられる第一電極８０の材料としては、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ合金）、ＩＺＯ（酸化インジウム亜鉛合金）などの透明性導電材料を用いることができる。第二電極３０は、電子輸送層又は発光層に電子を注入する役割を担うものであり、仕事関数の小さい材料が好ましい。陰極１２０材料は特に限定されないが、具体的にはインジウム、アルミニウム、マグネシウム、マグネシウム−インジウム合金、マグネシウム−アルミニウム合金、アルミニウム−リチウム合金、アルミニウム−スカンジウム−リチウム合金、マグネシウム−銀合金等を使用できる。
【００６３】
なお、本実施形態に係る有機ＥＬ素子は、パッシブ駆動で利用することもできるし、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等のアクティブ素子を付加し、アクティブ駆動で利用することもできる。
【００６４】
本実施形態における有機ＥＬ素子の各層の形成方法は特に限定されず、公知の方法から適宜選択できる。例えば、真空蒸着法、分子線蒸着法（ＭＢＥ法）あるいは溶媒に溶かした溶液のディッピング法、スピンコーティング法、キャスティング法、バーコート法、ロールコート法等の塗布法、等があげられる。
【００６５】
本実施形態において、光学基板１０は可視領域において出射光の波長に依存せず光取出し効率を向上させることができる。従って、有機発光層５０としては赤色、緑色、青色それぞれ独立に発光する材料を用いて高効率エリアカラー素子や高効率フルカラー素子を得ることができる他に、図６に示す白色発光層７０を利用した高効率カラーフィルタ型有機ＥＬ素子や図７に示すような青色発光層８０を利用した高効率色変換型有機ＥＬ素子を構成することも可能である。ここで、白色発光層や青色発光層は上述したような複数層で構成されても良い。
【００６６】
図６のカラーフィルタ型有機ＥＬ素子は、透明基板１と低屈折率層２とゾルゲル膜３を具備した光学基板１０の低屈折率層２と反対側の面に赤色カラーフィルタ２２０、緑色カラーフィルタ２２１、青色カラーフィルタ２２２を具備し、ゾルゲル膜３上に第一電極２０、白色発光層７０、第二電極３０を順次積層した構成を有している。白色発光層７０からの白色出射光２１０は、赤色カラーフィルタ２２０、緑色カラーフィルタ２２１、青色カラーフィルタ２２２によってそれぞれ、赤色出射光２００、緑色出射光２０１、青色出射光２０２に分離される。これにより高輝度のフルカラー素子を得ることができる。
【００６７】
また、図７の色変換型有機ＥＬ素子は、透明基板１と低屈折率層２とゾルゲル膜３を具備した光学基板１０の低屈折率層２と反対側の面に赤色変換フィルタ２３０、緑色変換フィルタ２３１を具備し、ゾルゲル膜３上に第一電極２０、青色発光層８０、第二電極３０を順次積層した構成を有している。青色発光層８０からの青色出射光２０２は、赤色変換フィルタ２３０、緑色カラーフィルタ２３１によってそれぞれ、赤色出射光２００、緑色出射光２０１に変換される。この際に、青色出射光２０２は、そのまま出射させても構わないし、カラーフィルタを設けて更に色純度を向上させた後に出射させても構わない。
【００６８】
以上説明したとおり、本実施形態に係る発光素子によれば、高い発光効率を有するフルカラー有機ＥＬ素子を得ることができる。
【００６９】
図５〜図７では発光素子に関する素子構造を示したが、実際の表示装置においては透明基板１に発光素子と薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等の駆動手段を設けたものが用いられる。
【００７０】
図８は、本実施形態に係る有機ＥＬ表示装置の一例の断面図である。ＴＦＴ形成基板１１０の一方の面に、低屈折率層２とゾルゲル膜３が設けられ、ゾルゲル膜３上に、各画素に対応した第一電極２０、有機発光層５０、第二電極３０が順に積層されている。また、発光層５０は非常に薄い膜であることから、第一電極２０のエッジの凹凸により第二電極３０と電極間ショートを防ぐためにエッジ保護層１０９を具備している。ＴＦＴ形成基板１１０において、１００は画素駆動ＴＦＴ回路部、１０１はポリシリコン、１０５はゲート酸化膜、１０２はドレイン電極、１０３はソース電極、１０６は第１層間膜、１０７は第２層間膜、１０８は段差緩和膜を示す。画素駆動ＴＦＴ回路部１００は発光層５０の発光制御を行う素子であり、互いに直行する方向に伸びたゲート線とデータ線（図示せず）の各交点の１つ１つに対応して配置されている。画素駆動ＴＦＴ回路部は駆動方式により複数備えることも可能である。
【００７１】
本実施形態に係る表示装置において、段差緩和膜１０８は画素駆動ＴＦＴ回路部１００領域外、言い換えると発光層５０に対応した領域Ｌに設けられている。段差緩和膜を設けない場合、画素駆動ＴＦＴ回路部１００によって領域Ｌの部分が凹となるために、低屈折率層２又はゾルゲル膜３をウエットコーティングする場合に液だまりとなり、膜厚ムラやクラックが発生し、画質不良を招く。このため、段差緩和膜１０８を設けることにより上記問題を解決している。
【００７２】
また、本実施形態に係る光学基板や発光素子においては、低屈折率層２の膜厚は任意で構わないが、本実施形態に係る表示装置においては、低屈折率層２の膜厚が４μｍ以上の場合、ソース電極１０３と第一電極２０を接続するためのコンタクトホール形成が困難となる。特に、１３０ｐｐｉ以上の高精細の表示装置においては、画素間距離が小さくなるために、高開口率を達成させるためには４μｍ以下のコンタクトホールサイズが求められる。このため、低屈折率層２の膜厚は４μｍ以下が望ましく、１μｍ以下であれば更に好ましい。低屈折率層の効果を十分に発揮させる点から、その膜厚は０．１μｍ以上であることが好ましい。
【００７３】
以上説明したとおり、本実施形態に係る表示装置によれば、高輝度で低消費電力のフルカラー表示装置を得ることができる。
【００７４】
（第３の実施の形態）
本実施形態では、第２の実施の形態で述べた発光素子において、ゾルゲル膜と第一電極との間にバリア層を設けた例を示す。
【００７５】
図９は、本実施形態に係る有機ＥＬ素子の一例の断面図である。光学基板１０上にバリア層４を設け、バリア層４上に第一電極２０、有機発光層５０、第二電極３０を順次具備している。
【００７６】
一般的にゾルゲル膜は平坦化機能に優れている反面、膜の化学的構造に起因して吸水性が高いという特徴を持っている。有機ＥＬ素子を構成する有機材料は、水分に対して劣化しやすい材料も多く存在する。このため、有機材料の形成時に光学基板を高温加熱などの脱水処理が必要となる。
【００７７】
バリア層４はゾルゲル膜３からの放出される水分を閉じ込める機能を有している。バリア層４を設けることで、このような脱水処理を不要、もしくは脱水処理工程時間を短縮させることができる。これにより低コストの高輝度のフルカラー有機ＥＬ素子を得ることができる。
【００７８】
（第４の実施の形態）
本実施形態では、第１の実施の形態で述べた光学基板を、無機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子に用いた例を示す。
【００７９】
図１０は、本実施形態に係る無機ＥＬ素子の一例の断面図である。光学基板１０上に第一電極２０、絶縁層４０、無機発光層６０、絶縁層４０、第二電極３０を順次具備している。本実施形態に係る無機ＥＬ素子では、光学基板は、発光層からの出射光が光学基板を通過するように配置される。なお、本実施形態に係る無機ＥＬ素子は、公知の材料を使用することができる。
【００８０】
本実施形態において、光学基板１０は可視領域において出射光の波長に依存せず光取出し効率を向上させることができる。従って、無機発光層６０としては赤色、緑色、青色それぞれ独立に発光する材料を用いて高効率エリアカラー素子や高効率フルカラー素子を得ることができる他に、第二の実施の形態で述べたように、白色発光層を利用した高効率カラーフィルタ型無機ＥＬ素子や青色発光層を利用した高効率色変換型無機ＥＬ素子を構成することも可能である。これにより高輝度のフルカラー無機ＥＬ素子を得ることができる。
【実施例】
【００８１】
実施例に基づいて本発明を更に詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではなく、適宜変更して実施可能なものである。
【００８２】
以下の実施例において、有機ＥＬ素子の発光特性の測定は輝度計（ＴＯＰＣＯＮ製 ＳＲ−３）を基板法線方向に配置し、集光角０．１度の条件で行った。また、有機ＥＬ素子の発光部の面積は０．４ｃｍ2とし、この素子に定電流を印加して、電流密度１ｍＡ／ｃｍ2時の電流輝度効率と第一電極と第二電極間にかかる素子電圧について測定した。なお、１つの素子に発光部は４箇所存在し、測定値は４箇所の平均値とした。但し、電極間リークや画素ショートが発生した発光部のデータは除いた。
【００８３】
以下の実施例並びに比較例では、所定の光学基板に対して発光層に緑色、赤色、青色をそれぞれ用いた例を示しているが、緑色の場合は比較例１を、赤色の場合は比較例２を、青色の場合は比較例３をそれぞれ基準とし、電流輝度効率（発光効率）については基準を１００とした場合の相対値を、素子電圧については基準との相対電圧差を示すこととする。また、これらの結果を表１に示す。
【００８４】
実施例１
透明基板として厚さ０．７ｍｍ、屈折率１．５２の無アルカリガラス（日本電気硝子製ＯＡ−１０）を使用し、この透明基板の一方の面に、低屈折率層として、スピンコート法により屈折率１．２５、厚さ０．８５μｍのシリカエアロゲル膜を成膜した。この時の低屈折率層の表面粗さＲａ1は８ｎｍであった。次に、低屈折率層上にゾルゲル膜として、スピンコート法により屈折率１．５０、厚さ０．１μｍのシリコン系アルコキシド（東京応化工業製Ｔ１２−８００）を成膜し、光学基板を作製した。ここで、ゾルゲル膜成膜時には積算光量６００ｍＪ／ｃｍ2の紫外線照射を実施している。この時のゾルゲル膜の表面粗さＲａ2は５ｎｍとＲａ1よりも小さくなっていた。
【００８５】
続いて、光学基板上に第一電極としてＩＴＯをスパッタリング法によってシート抵抗１５Ω／□以下となるように成膜し、所定のパターンを得るために塩酸、硝酸、水からなるエッチャントを用いウエットエッチングを行った。ＩＴＯの膜厚は１００ｎｍであり、屈折率は１．７８とした。次に、ＩＴＯ上に正孔注入・輸送層として、α−ＮＰＤ（Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’−ビス（α−ナフチル）−１，１’−ビフェニル−４，４’−ジアミン）を５０ｎｍの膜厚で真空蒸着法により成膜した。次に、発光層としてＡｌｑ３（トリス（８−キノリノール）アルミニウム錯体）にドーパントとしてキナクリドン（ドーピング濃度４ｗｔ％）を２５ｎｍ共蒸着した。続いて、電子輸送層としてＡｌｑ３を３５ｎｍの膜厚で真空蒸着法により成膜した。最後に、陰極層としてＡｌとＬｉを共蒸着により３０ｎｍ、その後Ａｌのみを４０ｎｍ蒸着し、緑色発光の有機ＥＬ素子を形成した。その結果、電流輝度効率は１８４であり、素子電圧差は０．４Ｖであった。
【００８６】
実施例２
発光層としてＡｌｑ３（トリス（８−キノリノール）アルミニウム錯体）にドーパントとしてジシアノメチレンピラン（ＤＣＭ、ドーピング濃度５ｗｔ％）を２５ｎｍ共蒸着した以外は実施例１と同一の条件で、赤色発光の有機ＥＬ素子を形成した。その結果、電流輝度効率は１６６であり、素子電圧差は０．３Ｖであった。
【００８７】
実施例３
発光層として４，４’−ビス（２，２−ジフェニルビニル）ビフェニルを３５ｎｍ共蒸着した以外は実施例１と同一の条件で、青色発光の有機ＥＬ素子を形成した。その結果、電流輝度効率は１８２であり、素子電圧差は０．３Ｖであった。
【００８８】
実施例４
透明基板として厚さ０．７ｍｍ、屈折率１．５２の無アルカリガラス（日本電気硝子製ＯＡ−１０）を使用し、この透明基板の一方の面に、低屈折率層として、スピンコート法により屈折率１．２５、厚さ０．８５μｍのシリカエアロゲル膜を成膜した。この時の低屈折率層の表面粗さＲａ1は８ｎｍであった。次に、ゾルゲル膜として、スピンコート法により屈折率１．５０、厚さ０．１μｍのシリコン系アルコキシド（東京応化工業製Ｔ１２−８００）を成膜し、光学基板を作製した。ここで、ゾルゲル膜成膜時には積算光量６００ｍＪ／ｃｍ2の紫外線照射を実施している。この時のゾルゲル膜の表面粗さＲａ2は５ｎｍとＲａ1よりも小さくなっていた。
【００８９】
続いて、光学基板上にバリア層としてＣＶＤ法により屈折率１．５、厚さ０．０５μｍのシリコン酸化膜を成膜し、バリア層上に第一電極としてＩＴＯをスパッタリング法によってシート抵抗１５Ω／□以下となるように成膜し、所定のパターンを得るために塩酸、硝酸、水からなるエッチャントを用いウエットエッチングを行った。ＩＴＯの膜厚は１００ｎｍであり、屈折率は１．７８とした。次に、ＩＴＯ上に正孔注入・輸送層として、α−ＮＰＤ（Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’−ビス（α−ナフチル）−１，１’−ビフェニル−４，４’−ジアミン）を５０ｎｍの膜厚で真空蒸着法により成膜した。次に、発光層としてＡｌｑ３（トリス（８−キノリノール）アルミニウム錯体）にドーパントとしてキナクリドン（ドーピング濃度４ｗｔ％）を２５ｎｍ共蒸着した。続いて、電子輸送層としてＡｌｑ３を３５ｎｍの膜厚で真空蒸着法により成膜した。最後に、陰極層としてＡｌとＬｉを共蒸着により３０ｎｍ、その後Ａｌのみを４０ｎｍ蒸着し、緑色発光の有機ＥＬ素子を形成した。その結果、電流輝度効率は１７０であり、素子電圧差は０．１Ｖであった。
【００９０】
実施例５
発光層としてＡｌｑ３（トリス（８−キノリノール）アルミニウム錯体）にドーパントとしてジシアノメチレンピラン（ＤＣＭ、ドーピング濃度５ｗｔ％）を２５ｎｍ共蒸着した以外は実施例４と同一の条件で、赤色発光の有機ＥＬ素子を形成した。その結果、電流輝度効率は１６０であり、素子電圧差は０Ｖであった。
【００９１】
実施例６
発光層として４，４’−ビス（２，２−ジフェニルビニル）ビフェニルを３５ｎｍ共蒸着した以外は実施例４と同一の条件で、青色発光の有機ＥＬ素子を形成した。その結果、電流輝度効率は１７１であり、素子電圧差は０Ｖであった。
【００９２】
比較例１
低屈折率層並びにゾルゲル膜を形成しない透明基板を用いて、実施例１と同一の条件で緑色発光素子を作成した。本比較例の電流輝度効率並びに素子電圧値を各実施例の緑色発光素子の基準値とした。
【００９３】
比較例２
低屈折率層並びにゾルゲル膜を形成しない透明基板を用いて、実施例２と同一の条件で赤色発光素子を作成した。本比較例の電流輝度効率並びに素子電圧値を各実施例の赤色発光素子の基準値とした。
【００９４】
比較例３
低屈折率層並びにゾルゲル膜を形成しない透明基板を用いて、実施例３と同一の条件で青色発光素子を作成した。本比較例の電流輝度効率並びに素子電圧値を各実施例の青色発光素子の基準値とした。
【００９５】
比較例４
透明基板として厚さ０．７ｍｍ、屈折率１．５２の無アルカリガラス（日本電気硝子製ＯＡ−１０）を使用し、この透明基板の一方の面に、低屈折率層として、スピンコート法により屈折率１．２５、厚さ０．８５μｍのシリカエアロゲル膜を成膜した。この時の低屈折率層の表面粗さＲａ1は８ｎｍであった。次に、低屈折率層上にスパッタリング法により屈折率１．５０、厚さ０．１μｍのシリコン酸化膜を成膜し、光学基板を作製した。この時のシリコン酸化膜の表面粗さＲａ2は８ｎｍとＲａ1と比べて変化がなかった。この光学基板上に実施例１と同一の条件で緑色発光の有機ＥＬ素子を形成した。その結果、電流輝度効率は１２０であり、素子電圧差は０．１Ｖであった。また、４箇所ある発光部のうち、１箇所は電極間リーク電流が大きく、所定の発光が得られなかった。
【００９６】
比較例５
透明基板として厚さ０．７ｍｍ、屈折率１．５２の無アルカリガラス（日本電気硝子製ＯＡ−１０）を使用し、この透明基板の一方の面に、低屈折率層として、スピンコート法により屈折率１．２５、厚さ０．８５μｍのシリカエアロゲル膜を成膜した。この時の低屈折率層の表面粗さＲａ1は８ｎｍであった。次に、低屈折率層上にスパッタリング法により屈折率１．５０、厚さ０．１μｍのシリコン酸化膜を成膜し、光学基板を作製した。この時のシリコン酸化膜の表面粗さＲａ2は８ｎｍとＲａ1と比べて変化がなかった。この光学基板上に実施例２と同一の条件で赤色発光の有機ＥＬ素子を形成した。その結果、電流輝度効率は１１６であり、素子電圧差は０Ｖであった。また、４箇所ある発光部のうち、２箇所は電極間リーク電流が大きく、所定の発光が得られなかった。
【００９７】
比較例６
透明基板として厚さ０．７ｍｍ、屈折率１．５２の無アルカリガラス（日本電気硝子製ＯＡ−１０）を使用し、この透明基板の一方の面に、低屈折率層として、スピンコート法により屈折率１．２５、厚さ０．８５μｍのシリカエアロゲル膜を成膜した。この時の低屈折率層の表面粗さＲａ1は８ｎｍであった。次に、低屈折率層上にスパッタリング法により屈折率１．５０、厚さ０．１μｍのシリコン酸化膜を成膜し、光学基板を作製した。この時のシリコン酸化膜の表面粗さＲａ2は８ｎｍとＲａ1と比べて変化がなかった。この光学基板上に実施例３と同一の条件で青色発光の有機ＥＬ素子を形成した。その結果、電流輝度効率は１１８であり、素子電圧差は０．１Ｖであった。また、４箇所ある発光部のうち、１箇所は電極間リーク電流が大きく、所定の発光が得られなかった。
【００９８】
比較例７
透明基板として厚さ０．７ｍｍ、屈折率１．５２の無アルカリガラス（日本電気硝子製ＯＡ−１０）を使用し、この透明基板の一方の面に、低屈折率層として、スピンコート法により屈折率１．２５、厚さ０．８５μｍのシリカエアロゲル膜を設け、光学基板を作製した。この光学基板上に第一電極としてＩＴＯをスパッタリング法によってシート抵抗１５Ω／□以下となるように成膜し、所定のパターンを得るために塩酸、硝酸、水からなるエッチャントを用いウエットエッチングを行った。しかし、低屈折率層であるシリカエアロゲル膜のポーラスな膜質に起因して、非エッチング領域にまでエッチャントが回り込み所定のＩＴＯパターンを得ることができなかった。
【００９９】
【表１】
【産業上の利用可能性】
【０１００】
本発明の活用例として、有機ＥＬ素子、無機ＥＬ素子、発光ダイオード素子、プラズマディスプレイ素子などに使用される発光素子並びに表示装置が挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１】本発明の光学基板の一例の断面図である。
【図２】本発明の光学基板の一例の断面図である。
【図３】本発明の光学基板の製法を示す工程図である。
【図４】ゾルゲル膜の光反応前後での赤外吸収スペクトル図である。
【図５】本発明の光学素子の一例の断面図である。
【図６】本発明の光学素子の一例の断面図である。
【図７】本発明の光学素子の一例の断面図である。
【図８】本発明の表示装置の一例の断面図である。
【図９】本発明の光学素子の一例の断面図である。
【図１０】本発明の光学素子の一例の断面図である。
【図１１】従来の光学基板を示す断面図である。
【符号の説明】
【０１０２】
１ 透明基板
２ 低屈折率層
３ ゾルゲル膜
３’ ゾルゲル膜前駆体
４ バリア層
８ 紫外線
１０ 光学基板
２０ 第一電極
３０ 第二電極
４０ 絶縁膜
５０ 有機発光層
６０ 無機発光層
７０ 有機白色発光層
８０ 有機青色発光層
１００ 画素駆動ＴＦＴ回路部
１０１ ポリシリコン
１０２ ドレイン電極
１０３ ソース電極
１０４ ゲート電極
１０５ ゲート酸化膜
１０６ 第一層間膜
１０７ 第二層間膜
１０８ 段差緩和膜
１０９ エッジ保護膜
１１０ ＴＦＴ形成基板
２００ 赤色出射光
２０１ 緑色出射光
２０２ 青色出射光
２１０ 白色出射光
２２０ 赤色カラーフィルタ
２２１ 緑色カラーフィルタ
２２２ 青色カラーフィルタ
２３０ 赤色変換フィルタ
２３１ 緑色変換フィルタ
３０１ 低屈折率体
３０２ 透明導電性膜
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子用の光学基板及びそれを用いた発光素子、発光素子を用いたディスプレイ等の表示装置、及びそれらの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の情報化技術の発展に伴い、様々なディスプレイデバイスが開発されている。その中で、自発光型である有機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）素子は、高表示品質や薄型化などの点で注目されている。
【０００３】
有機ＥＬ素子は、電界を印加することにより、陽極より注入された正孔と陰極より注入された電子の再結合エネルギーにより蛍光性物質が発光する原理を利用した自発光素子である。積層型の低電圧駆動有機ＥＬ素子の報告がなされて以来、有機材料を構成材料とする有機ＥＬ素子に関する研究が盛んに行われている。一例として、トリス（８−キノリノール）アルミニウムを発光層に、トリフェニルジアミン誘導体を正孔輸送層に用いた素子が挙げられる。積層構造の利点としては、発光層への正孔の注入効率を高めること、陰極より注入された電子をブロックして再結合により生成する励起子の生成効率を高めること、発光層内で生成した励起子を閉じ込めることなどが挙げられる。この例のような有機ＥＬ素子の素子構造としては、上記した２層型以外にも、正孔輸送層、発光層、電子輸送層の３層型等が良く知られている。こうした積層型構造素子では、注入された正孔と電子の再結合効率を高めるため、素子構造や形成方法の工夫がなされている。また、発光層に用いる材料を変えることによって、発光波長を変えることができる。
【０００４】
しかしながら、有機ＥＬ素子においては、キャリア再結合の際にスピン統計の依存性より一重項生成の確率に制限があり、発光効率に上限が生じる。この上限の値はおよそ２５％と知られている。発光層のドーパント材料としてイリジウム錯体を用いた場合は、イリジウムの三重項励起子からの発光が高い確率で生じるため、一重項励起子の利用と併せて７５〜１００％の励起子生成確率が可能となる。
【０００５】
ところで、有機ＥＬ素子などに見られる特徴的な光学現象として、全反射効果による光の閉じ込め作用がある。発光層もしくは透明電極の屈折率が基板や空気よりも高いため、臨界角以上の出射角の光は、透明電極／基板界面もしくは基板／空気界面等で全反射を起こし、基板から外部に取り出すことができない。発光層を含む有機層の屈折率を１．６、透明電極の屈折率を２．０、基板の屈折率を１．５とすると、外部に放出される発光量、即ち、光取り出し効率は２０％程度でしかない。このため、エネルギーの変換効率の限界としては、上記した一重項生成確率を併せ全体で５％程度、三重項励起子を利用した場合でも全体で１５〜２０％程度と決して高い効率とならない。このことは有機ＥＬ素子に限らず、発光体から光が放出される面発光素子全般における共通の課題である。
【０００６】
この光取り出し効率を向上させる手法として、特許文献１に低屈折率層を基板と透明電極層との間に配置する方法が提案されており、その積層構造を図１１に示す。当該開示技術では、低屈折率体３０１の少なくとも一方の表面に接して透明導電性膜（透明電極層）３０２を有することで、低屈折率体３０１を通過する光は大気への取り出し率が高くなり、光を外部に取り出す取り出し率が高くなること、低屈折率体３０１の屈折率が１．００３〜１．３００であるので、低屈折率体３０１を通過する光は大気への取り出し効率が高くなり、光を外部に取り出す取り出し率が高くなること、さらに、低屈折率体３０１としてシリカエアロゲルを用いることにより、１に近い超低屈折率を実現している。
【０００７】
また、同一発明人により特許文献１の発光素子を薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）基板に適用したものが特許文献２に開示されている。当該開示技術では、透明導電層の発光層と反対側の面に屈折率が１．０１〜１．３の範囲にある低屈折率層を設けている。
【０００８】
また、非特許文献１には、低屈折率層として１０μｍ厚のシリカエアロゲルを配置し、シリカエアロゲル膜上に５０ｎｍ厚のシリコン酸化膜（ＳｉＯ2）、シリコン酸化膜上に１００ｎｍ厚の透明電極（ＩＴＯ）が具備された基板上に有機ＥＬ素子を設けた構造が開示されている。ここで、シリコン酸化膜はスパッタリング法で形成されている。当該開示構造の外部量子効率が、シリカエアロゲル膜が無い場合の素子構造と比較して１．８倍向上することが記載されている。
【特許文献１】特開２００１−２０２８２７号公報
【特許文献２】特開２００２−２７８４７７号公報
【非特許文献１】筒井 哲夫他，アドバンスドマテリアル，２００１年８月３日，１３，Ｎｏ．１５，ｐ．１１４９−１１５２（T.Tsutsui, Adv. Mater. 2001, 13, No.15, August 3, pp. 1149-1152）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記背景技術では、以下の点でなお改善の余地を有していた。
【００１０】
特許文献１並びに２に記載されている、低屈折率層が基板と透明電極層との間に配置され構造では、臨界角内に光を集めて光取り出し効率を向上させるという点では有効であるが、透明電極と低屈折率層の界面で光の反射が発生するために、光取出し効率の改善は、未だ不十分であるといえる。また、超低屈折率層を得るためにポーラスなシリカエアロゲル膜を使用した場合、膜の機械的強度が非常に低い。また、透明電極をウエットプロセスでパターニングする場合には、ポーラスなシリカエアロゲル膜からのエッチャントの回り込みにより所定のパターンを形成することが困難となる。更に、ポーラスな膜の表面粗さに起因して電極間リークや画素ショートを招き、不安定な発光や非発光の箇所が発生する。このように、上記技術は、有機ＥＬ素子に有効な光取り出し技術として未だ不十分である。
【００１１】
非特許文献１に記載されている１０μｍ厚のシリカエアロゲル上にスパッタリング法でシリコン酸化膜を形成する方法においても、スパッタ膜は上記したシリカエアロゲル膜の表面粗さの改善にならず、同様に電極間リークや画素ショートを招く。また、１０μｍものシリカエアロゲル厚膜を均一性良く形成するのは困難であり、素子特性のばらつきが生じやすい。薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を備えた表示装置に適用する場合においては、１０μｍの膜厚により画素電極とＴＦＴソース電極とを接続するために必要なコンタクトホールの形成が困難となり適用できないという問題がある。
【００１２】
本発明の目的は、上記従来技術の有する課題を解決した光取り出し効率に優れる発光素子用の光学基板及びそれを用いた発光素子、発光素子を用いたディスプレイ等の表示装置を提供することにある。特に、高歩留まり、高信頼性の発光素子および表示装置、並びに高品位画質、高精細の表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の発光基板は、透明基板と、該透明基板上に設けられた当該透明基板より屈折率の低い低屈折率層と、該低屈折率層上に設けられたゾルゲル膜を有することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の発光素子は、透明基板と、該透明基板上に設けられた当該透明基板より屈折率の低い低屈折率層と、該低屈折率層上に設けられたゾルゲル膜と、該ゾルゲル膜上の第一電極と、該第一電極上の発光層と、該発光層上の第二電極とを具備することを特徴とする。
【００１５】
更に、本発明の表示装置は、複数の発光素子と該発光素子を駆動する手段とが透明基板上に設けられた表示装置において、該発光素子が、該透明基板上に設けられた当該透明基板より屈折率の低い低屈折率層と、該低屈折率層上に設けられたゾルゲル膜と、該ゾルゲル膜上の第一電極と、該第一電極上の発光層と、該発光層上の第二電極とを具備することを特徴とする。この表示装置における複数の発光素子はマトリックス状に形成することができる。
【００１６】
本発明によれば、前記低屈折率層上に設けられた前記ゾルゲル膜により、光取り出し効率が顕著に向上する。前記ゾルゲル膜は前記低屈折率層の表面粗さを緩和し、前記低屈折率層と前記透明電極間での乱反射を低減し、この結果、光取出し効率を顕著に向上することができる。
【００１７】
本発明において、前記低屈折率層の屈折率は１．００３〜１．４００の範囲に設定することができる。
【００１８】
本発明において、前記低屈折率層はシリカエアロゲルを好適に用いることができる。
【００１９】
本発明において、前記ゾルゲル膜はＳｉ−Ｏ−Ｃ構造を有するものを好適に用いることができる。
【００２０】
本発明において、前記ゾルゲル膜は赤外吸収スペクトルにおいてＳｉ−Ｏ−Ｃに由来する波数１１０７±２ｃｍ-1の吸収を有するものを用いることができる。
【００２１】
本発明において、前記ゾルゲル膜が赤外吸収スペクトルにおいてＳｉ−Ｏ−Ｃに由来する波数１１０７±２ｃｍ-1の吸収Ａと、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉに由来する波数１０７０±２ｃｍ-1の吸収Ｂを有し、吸収Ａと吸収Ｂとの強度比Ａ／Ｂが０．５〜１．０の範囲であるものを好適に用いることができる。
【００２２】
本発明において、前記低屈折率層の表面粗さをＲａ1、前記低屈折率層上の前記ゾルゲル膜の表面粗さをＲａ2としたとき、
Ｒａ1＞Ｒａ2
とすることができる。
【００２３】
本発明において、前記ゾルゲル膜の屈折率は前記低屈折率層よりも大きくするように構成することができる。
【００２４】
本発明において、前記ゾルゲル膜の膜厚は０．０５〜１．０μｍとなるように構成することができる。
【００２５】
本発明において、前記ゾルゲル膜はＳｉ−Ｈ基を有する前駆体を用いて形性することができる。
【００２６】
本発明において、前記透明基板はプラスチック基板を好適に用いることができる。
【００２７】
本発明において、前記ゾルゲル膜上にバリア層を有することでき、またこのバリア層上に前記第一電極を有することができる。
【００２８】
本発明において、前記透明基板は薄膜トランジスタを具備した基板でを好適に用いることができる。
【００２９】
本発明の発光素子において、発光層からの発光が単色光であるように構成することができる。また、この単色光は白色光もしくは青色光にすることができる。
【００３０】
本発明に係る発光素子は、様々な形態の光素子に適用できる。例えば、有機ＥＬ素子、無機ＥＬ素子のほか、発光ダイオード、プラズマディスプレイ素子などにも適用可能である。
【００３１】
本発明の表示装置は、前記駆動手段として薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等より構成される電子回路を具備したＴＦＴ表示装置とすることができる。
【００３２】
本発明の表示装置は、ＴＦＴ等より構成される電子回路による凸部を緩和する段差緩和膜を具備した構成にすることができる。
【００３３】
本発明の表示装置は、前記低屈折率層の膜厚を４μｍ以下となるように構成することができる。
【００３４】
本発明に係る製造方法は、透明基板上に低屈折率層を設ける工程と、該低屈折率層上にゾルゲル膜をコートする工程と、乾燥後、紫外線照射によりゾルゲル膜の密度を増加させる工程を有することを特徴とする。発光素子は、このゾルゲル膜上に設けることができる。また、低屈折率層は、駆動手段を備えた透明基板上に設けることができる。
【発明の効果】
【００３５】
第１の効果は、低屈折率層上に設けられたゾルゲル膜により、低屈折率層界面で起こる乱反射を低減し、光取り出し効率を大幅に向上させた光学基板を提供することができる。また、この光学基板を用いることにより、発光効率の高い、言い換えると高輝度で低消費電力の発光素子並びに表示装置を提供することができる。
【００３６】
第２の効果は、低屈折率層の表面粗さをゾルゲル膜が緩和することにより、有機ＥＬ素子のような非常に膜厚の小さい発光層を用いる場合においても電極間リークや画素ショートを抑制でき、高輝度、低消費電力に加え、高歩留まりで高信頼性の発光素子並びに表示装置を提供することができる。
【００３７】
第３の効果は、ＴＦＴ等の発光素子の駆動手段による凸部を解消する段差緩和層を設けることで、低屈折率層を膜厚ムラやクラックのない状態で均一に形成できるため、高輝度、低消費電力、高歩留まり、高信頼性に加え、高品位画質の表示装置が提供できる。
【００３８】
第４の効果は、膜厚４μｍ以下、特に膜厚１μｍ以下の低屈折率層においても発光効率の高い発光素子が得られることにより、コンタクトホールサイズを非常に小さくすることが可能となるため、高輝度、低消費電力、高歩留まり、高信頼性、高品位画質に加え、高精細で高開口率の表示装置が提供できる。
【００３９】
第５の効果は、ゾルゲル膜の前駆体にＳｉ−Ｈ基を含むことにより、ゾルゲル膜硬化方法として紫外線照射による光反応を用いることができる。これは低温プロセスを可能とし、耐熱性の低いプラスチック基板にも適用可能であるため、軽量かつ薄型でフレキシビリティを有する光学基板、並びに発光効率の高い発光素子および表示装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００４１】
（第１の実施の形態）
図１を参照すると、本発明の第１の実施の形態として光学基板の断面図が示されている。すなわち、本発明の光学基板１０は透明基板１の一方の面に低屈折率層２と、低屈折率層２の上部にゾルゲル膜３を具備している。
【００４２】
図２は、図１の光学基板の上面に接して第一電極層２０を設けた基板の断面図である。
【００４３】
この光学基板は、ゾルゲル膜３の上部に発光領域を搭載し、発光素子の基板として使用される。ゾルゲル膜３は低屈折率層２の表面粗さを緩和し、ゾルゲル膜が存在しない図１１で見られるような低屈折率体３０１と透明電極３０２との界面で発生する乱反射を低減し、この結果、光取出し効率を顕著に向上することができる。言い換えると、低屈折率層２とゾルゲル膜３との界面と、ゾルゲル膜３と第一電極層２０との界面の２つの界面が本実施形態に係る重要な要素となっている。
【００４４】
以下、本実施形態に係る光学基板を構成する各部について詳細に説明する。
【００４５】
透明基板１は、発光素子の光取り出し基板として使用される。少なくとも可視光領域の一部の波長を透過するものである。本実施形態における透明基板１とは、波長が４００〜８００ｎｍの少なくとも一部の光を通すものであれば良く、材質は無機材でも有機材でも構わない。無機材としてはガラス等、有機材としてはプラスチック等を用いることができる。ガラスとしては、溶融石英、無アルカリガラス、ソーダガラス、重フリントガラスの光学ガラスが使用できる。プラスチックとしては、ポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等のエンジニアリングプラスチックが利用できる。透明基板１の屈折率としては１．４〜２．１程度のものが好適である。透明基板１には、水分や酸素の透過を抑制するバリア層をコートすることもできる。透明基板１の厚さは特に限定されないが、実用上の観点から０．１〜２．０ｍｍ程度が望ましい。
【００４６】
低屈折率層２は、透明基板１よりも屈折率が低い透明材料を用いる。透明基板と同様に波長が４００〜８００ｎｍの少なくとも一部の光を通すものであれば良い。屈折率は、１．００３〜１．４００の範囲が望ましい。屈折率を小さくするには限界があり、１．００３が実用上の限界とされている。低屈折率層として用いる材料はシリカエアロゲルが最も好ましい。
【００４７】
シリカエアロゲルは、アルコキシシランを加水分解、重合反応して得られるシリカ骨格からなる湿潤状態のゲル状化合物を、アルコール等の溶媒の存在下で、この溶媒の臨界点以上の超臨界状態で乾燥することにより製造することができる。
【００４８】
ゾルゲル膜３は、透明基板１並びに低屈折率層２と同様に波長が４００〜８００ｎｍの少なくとも一部の光を通すものであれば良い。シリコン、チタン等の金属アルコキシド、水、酸、アルコール等からなるゾル溶液が使用できるが、透過度や製造上の取り扱い易さなどから、シリコン系アルコキシドが好ましい。
【００４９】
図３に本実施形態に係る光学基板の製造方法の一例を示す。図３（Ａ）は透明基板１上に低屈折率層２を設けた状態を示している。この状態から図３（Ｂ）に示すように低屈折率層２上にゾルゲル膜をコートし、乾燥して溶媒を除去し、ゾルゲル膜の前駆体３’を得る。そこで、紫外線８をゾルゲル膜の前駆体３’に照射し、ゾルゲル膜中の縮合などの反応を促進させる。これにより、図３（Ｃ）に示すようにゾルゲル膜の前駆体３’と比べて膜厚が減少した、言い換えると密度が増加したゾルゲル膜３を得ることができる。ここで、紫外線照射時に加温することも可能である。加温雰囲気とすることで、更に密度が増加する場合もある。本実施形態に係る発光素子及び表示装置においても同様の手法で製造することができる。紫外線の波長としては、ゾルゲル膜前駆体３’が吸収するものであれば、何れのものが利用できる。紫外線の光源としては、キセノンランプ、キセノン水銀ランプ、水銀ランプ、エキシマランプ、エキシマレーザ、ＹＡＧレーザ等がある。本発明の光学基板には、エキシマランプが有効であり、中でも、波長１７２ｎｍのＸｅ2ランプ、波長１４６ｎｍのＫｒ2ランプ、波長１２６ｎｍのＡｒ2ランプが好ましい。
【００５０】
図４にゾルゲル膜３としてシリコン系アルコキシドを使用した場合の光反応前後の赤外吸収スペクトルを示す。図４（Ａ）において、Ａは８２６±２ｃｍ-1のＳｉ−Ｈの吸収ピークを、Ｂは１０７０±２ｃｍ-1のＳｉ−Ｏ−Ｓｉの吸収ピークを、Ｃは１１０７±２ｃｍ-1のＳｉ−Ｏ−Ｃの吸収ピークを、Ｄは２３６０±２ｃｍ-1のＳｉ−Ｈの吸収ピークである。図４（Ｂ）は図４（Ａ）の波数１０００〜１２００ｃｍ-1の領域を拡大したものである。ゾルゲル膜４は一般的に光反応や加熱反応によって硬化するが、先ほど製造方法で説明した紫外線による光反応前後での吸収ピークを比較すると、Ｓｉ−Ｈによる波数８２６ｃｍ-1のピークが光反応後に大きく減少することが分かる。これは、ゾルゲル膜の前駆体には光反応性の高いＳｉ−Ｈ基が含まれており、紫外線照射による光反応によってＳｉ−Ｈ基がほとんど消失することに起因する。但し、紫外線照射後もゾルゲル膜中にＳｉ−Ｈ基が残存しても構わない。
【００５１】
この紫外線照射による光反応を用いることで、低温硬化プロセスが可能となる。これは、透明基板としてプラスチック基板のような温度耐性の低い材料が用いることができ、基板材料の選択肢が増える。このため、軽量で薄型化可能でフレキシビリティを有する光学基板、並びにこの光学基板を用いた光取り出し効率の高い発光素子を容易に得ることができる。更に、低温プロセスにより図８に示すような薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が形成されている基板に対しても、ＴＦＴ特性や信頼性の劣化が小さくなるというメリットが生じる。このため、軽量で薄型化可能でフレキシビリティを有し、高輝度で品質・信頼性の高い表示装置の提供が容易となる。
【００５２】
また図４を参照すると、ゾルゲル膜３の反応後にＳｉ−Ｏ−Ｃの吸収ピークが残存している。低屈折率層にシリカエアロゲル膜を用いた場合、シリカエアロゲル膜にもＳｉ−Ｏ−Ｃの吸収ピークが存在するために、ゾルゲル膜３にシリコン系アルコキシドを用いることで、化学的親和性が高いというメリットが生じる。Ｓｉ−Ｏ−Ｃの吸収ピークはＳｉ−Ｏ−Ｓｉの吸収ピークに対して強度比（吸光度比：Ｓｉ−Ｏ−Ｃ／Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ）０．５〜１．０が好適である。この強度比が１．０より大きい場合はゾルゲル膜の縮合反応が不十分であることを意味している。
【００５３】
なお、本実施形態に係る光学基板は、透明基板１上に低屈折率層２、ゾルゲル膜３を順次積層して製造される。本実施形態に係る発光素子はその光学基板上に少なくとも第一電極２０および発光層を積層して製造される。このため、透明基板１の表面に凹凸が存在すると、第一電極２０や発光層にもその凹凸が影響を及ぼし、電極間の電流リークやショートの原因となる。従って、透明基板１は平滑なものを利用することが好ましい。しかし、低屈折率層２はシリカエアロゲルに代表されるようなポーラスな膜質を特徴とするものが多く、表面粗さは小さくない。そこで、低屈折率層２の表面粗さをＲａ1、低屈折率層２上のゾルゲル膜３の表面粗さをＲａ2とすると、
Ｒａ1＞Ｒａ2
の関係を満たす必要がある。ここで、表面粗さは中心線平均粗さで定義している。これにより、第一電極２０の下地を平滑化させ、電極間の電流リークやショートの発生を抑制すると共に、上記した２つの界面、一つは低屈折率層２とゾルゲル膜３との界面、もう一つはゾルゲル膜３と第一電極層２０との界面の乱反射を低減させ、光取り出し効率を向上させることができる。
【００５４】
また、ゾルゲル膜３によって低屈折率層２の凹凸の緩和並びにゾルゲル膜３表面の表面粗さを小さくするためには、ポーラスな膜質よりも緻密な膜質が要求させる。一般的に緻密さが向上すると屈折率は大きくなる。従って、ゾルゲル膜３の屈折率は低屈折率層よりも大きい方が好ましい。
【００５５】
また、ゾルゲル膜３の厚さは０．０５〜１．０μｍが好適であるが、好ましくは０．０５〜０．５μｍ、より好ましくは０．０５〜０．３μｍである。０．０５μｍ未満の場合は、低屈折率層２の凹凸の緩和、言い換えると上記Ｒａ2を小さくすることが困難となる。１．０μｍより膜厚が大きくなると、膜形成時に起因した膜厚ムラやクラックが発生し易くなり、光学特性の不安定要因となる。
【００５６】
本実施形態において、ゾルゲル膜３にＩＴＯ（酸化インジウムスズ合金）やＡＴＯ（アンチモンドープ酸化スズ）などの透明導電性材料を用いることにより、第一電極層２０の抵抗を下げる補助電極として利用することもできる。
【００５７】
（第２の実施の形態）
本実施形態では、第１の実施の形態で述べた光学基板を、有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子に用いた例を示す。
【００５８】
図５は、本実施形態に係る有機ＥＬ素子の一例の断面図である。光学基板１０上に第一電極２０、有機発光層５０、第二電極３０を順次具備している。ここで、有機発光層５０というのは１層または複数層で構成されており、複数層の場合は、正孔輸送層／発光層もしくは発光層／電子輸送層からなる２層構造や、正孔輸送層／発光層／電子輸送層からなる３層構造、正孔注入層／正孔輸送層／発光層／電子輸送層からなる４層構造、正孔注入層／正孔輸送層／発光層／正孔ブロック層／電子輸送層からなる５層構造など様々な構造が挙げられる。また、陰極は発光層側に低仕事関数金属やフッ化物等のバッファ層を具備することも可能である。なお、本実施形態に係る有機ＥＬ素子は、低分子タイプ、高分子タイプの両方が利用できる。なお、本実施形態に係る有機ＥＬ素子では、光学基板は、発光層からの出射光が光学基板を通過するように配置される。
【００５９】
正孔輸送材料としては種々のものを用いることができる。具体的には、Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’―ビス（３−メチルフェニル）−１，１’―ビフェニル−４，４’―ジアミン（ＴＰＤと略記）、Ｎ，Ｎ’―ジフェニル−Ｎ，Ｎ’―ビス（α―ナフチル）―１，１’―ビフェニル−４，４’―ジアミン（α―ＮＰＤと略記）等のジアミン誘導体、４，４’，４”―トリス（３―メチルフェニルフェニルアミノ）―トリフェニルアミン等や、スターバースト型分子等が挙げられる。
【００６０】
電子輸送材料としては種々のものを用いることができる。具体的には、トリス（８−キノリノール）アルミニウム錯体（Ａｌｑ３）や２−（４−ビフェニリル）−５−（４−ｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール、ビス｛２−（４−ｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール｝−ｍ−フェニレン等のオキサジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、キノリノール系の金属錯体が挙げられる。
【００６１】
発光材料としては、例えば、トリス（８−キノリノール）アルミニウム錯体（Ａｌｑ３）やビスジフェニルビニルビフェニル（ＢＤＰＶＢｉ）、１，３−ビス（ｐ−ｔ−ブチルフェニル−１，３，４−オキサジアゾールイル）フェニル（ＯＸＤ−７）、Ｎ，Ｎ’−ビス（２，５−ジ−ｔ−ブチルフェニル）ペリレンテトラカルボン酸ジイミド（ＢＰＰＣ）、１，４ビス（ｐ−トリル−ｐ−メチルスチリルフェニル）ナフタレンなどがある。また、電荷輸送材料に蛍光材料をドープした層を発光材料として用いることもできる。例えば、前記のＡｌｑ３などのキノリノール金属錯体に４−ジシアノメチレン−２−メチル−６−（ｐ−ジメチルアミノスチリル）−４Ｈ−ピラン（ＤＣＭ）、２，３−キナクリドン［７］などのキナクリドン誘導体、３−（２’−ベンゾチアゾール）−７−ジエチルアミノクマリンなどのクマリン誘導体、ペリレン、ジベンゾナフタセン、ベンゾピレン等をドープした層、あるいは電子輸送材料ビス（２−メチル−８−ヒドロキシキノリン）−４−フェニルフェノール−アルミニウム錯体にペリレン等の縮合多環芳香族をドープした層、あるいは正孔輸送材料４，４’−ビス（ｍ−トリルフェニルアミノ）ビフェニル（ＴＰＤ）にルブレン等をドープした層を用いることができる。
【００６２】
図５に示す素子において、第一電極２０は、正孔を正孔輸送層または発光層に注入する役割を担うものであり、４．５ｅＶ以上の仕事関数を有することが好ましい。本実施形態に用いられる第一電極８０の材料としては、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ合金）、ＩＺＯ（酸化インジウム亜鉛合金）などの透明性導電材料を用いることができる。第二電極３０は、電子輸送層又は発光層に電子を注入する役割を担うものであり、仕事関数の小さい材料が好ましい。陰極１２０材料は特に限定されないが、具体的にはインジウム、アルミニウム、マグネシウム、マグネシウム−インジウム合金、マグネシウム−アルミニウム合金、アルミニウム−リチウム合金、アルミニウム−スカンジウム−リチウム合金、マグネシウム−銀合金等を使用できる。
【００６３】
なお、本実施形態に係る有機ＥＬ素子は、パッシブ駆動で利用することもできるし、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等のアクティブ素子を付加し、アクティブ駆動で利用することもできる。
【００６４】
本実施形態における有機ＥＬ素子の各層の形成方法は特に限定されず、公知の方法から適宜選択できる。例えば、真空蒸着法、分子線蒸着法（ＭＢＥ法）あるいは溶媒に溶かした溶液のディッピング法、スピンコーティング法、キャスティング法、バーコート法、ロールコート法等の塗布法、等があげられる。
【００６５】
本実施形態において、光学基板１０は可視領域において出射光の波長に依存せず光取出し効率を向上させることができる。従って、有機発光層５０としては赤色、緑色、青色それぞれ独立に発光する材料を用いて高効率エリアカラー素子や高効率フルカラー素子を得ることができる他に、図６に示す白色発光層７０を利用した高効率カラーフィルタ型有機ＥＬ素子や図７に示すような青色発光層８０を利用した高効率色変換型有機ＥＬ素子を構成することも可能である。ここで、白色発光層や青色発光層は上述したような複数層で構成されても良い。
【００６６】
図６のカラーフィルタ型有機ＥＬ素子は、透明基板１と低屈折率層２とゾルゲル膜３を具備した光学基板１０の低屈折率層２と反対側の面に赤色カラーフィルタ２２０、緑色カラーフィルタ２２１、青色カラーフィルタ２２２を具備し、ゾルゲル膜３上に第一電極２０、白色発光層７０、第二電極３０を順次積層した構成を有している。白色発光層７０からの白色出射光２１０は、赤色カラーフィルタ２２０、緑色カラーフィルタ２２１、青色カラーフィルタ２２２によってそれぞれ、赤色出射光２００、緑色出射光２０１、青色出射光２０２に分離される。これにより高輝度のフルカラー素子を得ることができる。
【００６７】
また、図７の色変換型有機ＥＬ素子は、透明基板１と低屈折率層２とゾルゲル膜３を具備した光学基板１０の低屈折率層２と反対側の面に赤色変換フィルタ２３０、緑色変換フィルタ２３１を具備し、ゾルゲル膜３上に第一電極２０、青色発光層８０、第二電極３０を順次積層した構成を有している。青色発光層８０からの青色出射光２０２は、赤色変換フィルタ２３０、緑色カラーフィルタ２３１によってそれぞれ、赤色出射光２００、緑色出射光２０１に変換される。この際に、青色出射光２０２は、そのまま出射させても構わないし、カラーフィルタを設けて更に色純度を向上させた後に出射させても構わない。
【００６８】
以上説明したとおり、本実施形態に係る発光素子によれば、高い発光効率を有するフルカラー有機ＥＬ素子を得ることができる。
【００６９】
図５〜図７では発光素子に関する素子構造を示したが、実際の表示装置においては透明基板１に発光素子と薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等の駆動手段を設けたものが用いられる。
【００７０】
図８は、本実施形態に係る有機ＥＬ表示装置の一例の断面図である。ＴＦＴ形成基板１１０の一方の面に、低屈折率層２とゾルゲル膜３が設けられ、ゾルゲル膜３上に、各画素に対応した第一電極２０、有機発光層５０、第二電極３０が順に積層されている。また、発光層５０は非常に薄い膜であることから、第一電極２０のエッジの凹凸により第二電極３０と電極間ショートを防ぐためにエッジ保護層１０９を具備している。ＴＦＴ形成基板１１０において、１００は画素駆動ＴＦＴ回路部、１０１はポリシリコン、１０５はゲート酸化膜、１０２はドレイン電極、１０３はソース電極、１０６は第１層間膜、１０７は第２層間膜、１０８は段差緩和膜を示す。画素駆動ＴＦＴ回路部１００は発光層５０の発光制御を行う素子であり、互いに直行する方向に伸びたゲート線とデータ線（図示せず）の各交点の１つ１つに対応して配置されている。画素駆動ＴＦＴ回路部は駆動方式により複数備えることも可能である。
【００７１】
本実施形態に係る表示装置において、段差緩和膜１０８は画素駆動ＴＦＴ回路部１００領域外、言い換えると発光層５０に対応した領域Ｌに設けられている。段差緩和膜を設けない場合、画素駆動ＴＦＴ回路部１００によって領域Ｌの部分が凹となるために、低屈折率層２又はゾルゲル膜３をウエットコーティングする場合に液だまりとなり、膜厚ムラやクラックが発生し、画質不良を招く。このため、段差緩和膜１０８を設けることにより上記問題を解決している。
【００７２】
また、本実施形態に係る光学基板や発光素子においては、低屈折率層２の膜厚は任意で構わないが、本実施形態に係る表示装置においては、低屈折率層２の膜厚が４μｍ以上の場合、ソース電極１０３と第一電極２０を接続するためのコンタクトホール形成が困難となる。特に、１３０ｐｐｉ以上の高精細の表示装置においては、画素間距離が小さくなるために、高開口率を達成させるためには４μｍ以下のコンタクトホールサイズが求められる。このため、低屈折率層２の膜厚は４μｍ以下が望ましく、１μｍ以下であれば更に好ましい。低屈折率層の効果を十分に発揮させる点から、その膜厚は０．１μｍ以上であることが好ましい。
【００７３】
以上説明したとおり、本実施形態に係る表示装置によれば、高輝度で低消費電力のフルカラー表示装置を得ることができる。
【００７４】
（第３の実施の形態）
本実施形態では、第２の実施の形態で述べた発光素子において、ゾルゲル膜と第一電極との間にバリア層を設けた例を示す。
【００７５】
図９は、本実施形態に係る有機ＥＬ素子の一例の断面図である。光学基板１０上にバリア層４を設け、バリア層４上に第一電極２０、有機発光層５０、第二電極３０を順次具備している。
【００７６】
一般的にゾルゲル膜は平坦化機能に優れている反面、膜の化学的構造に起因して吸水性が高いという特徴を持っている。有機ＥＬ素子を構成する有機材料は、水分に対して劣化しやすい材料も多く存在する。このため、有機材料の形成時に光学基板を高温加熱などの脱水処理が必要となる。
【００７７】
バリア層４はゾルゲル膜３からの放出される水分を閉じ込める機能を有している。バリア層４を設けることで、このような脱水処理を不要、もしくは脱水処理工程時間を短縮させることができる。これにより低コストの高輝度のフルカラー有機ＥＬ素子を得ることができる。
【００７８】
（第４の実施の形態）
本実施形態では、第１の実施の形態で述べた光学基板を、無機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子に用いた例を示す。
【００７９】
図１０は、本実施形態に係る無機ＥＬ素子の一例の断面図である。光学基板１０上に第一電極２０、絶縁層４０、無機発光層６０、絶縁層４０、第二電極３０を順次具備している。本実施形態に係る無機ＥＬ素子では、光学基板は、発光層からの出射光が光学基板を通過するように配置される。なお、本実施形態に係る無機ＥＬ素子は、公知の材料を使用することができる。
【００８０】
本実施形態において、光学基板１０は可視領域において出射光の波長に依存せず光取出し効率を向上させることができる。従って、無機発光層６０としては赤色、緑色、青色それぞれ独立に発光する材料を用いて高効率エリアカラー素子や高効率フルカラー素子を得ることができる他に、第二の実施の形態で述べたように、白色発光層を利用した高効率カラーフィルタ型無機ＥＬ素子や青色発光層を利用した高効率色変換型無機ＥＬ素子を構成することも可能である。これにより高輝度のフルカラー無機ＥＬ素子を得ることができる。
【実施例】
【００８１】
実施例に基づいて本発明を更に詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではなく、適宜変更して実施可能なものである。
【００８２】
以下の実施例において、有機ＥＬ素子の発光特性の測定は輝度計（ＴＯＰＣＯＮ製 ＳＲ−３）を基板法線方向に配置し、集光角０．１度の条件で行った。また、有機ＥＬ素子の発光部の面積は０．４ｃｍ2とし、この素子に定電流を印加して、電流密度１ｍＡ／ｃｍ2時の電流輝度効率と第一電極と第二電極間にかかる素子電圧について測定した。なお、１つの素子に発光部は４箇所存在し、測定値は４箇所の平均値とした。但し、電極間リークや画素ショートが発生した発光部のデータは除いた。
【００８３】
以下の実施例並びに比較例では、所定の光学基板に対して発光層に緑色、赤色、青色をそれぞれ用いた例を示しているが、緑色の場合は比較例１を、赤色の場合は比較例２を、青色の場合は比較例３をそれぞれ基準とし、電流輝度効率（発光効率）については基準を１００とした場合の相対値を、素子電圧については基準との相対電圧差を示すこととする。また、これらの結果を表１に示す。
【００８４】
実施例１
透明基板として厚さ０．７ｍｍ、屈折率１．５２の無アルカリガラス（日本電気硝子製ＯＡ−１０）を使用し、この透明基板の一方の面に、低屈折率層として、スピンコート法により屈折率１．２５、厚さ０．８５μｍのシリカエアロゲル膜を成膜した。この時の低屈折率層の表面粗さＲａ1は８ｎｍであった。次に、低屈折率層上にゾルゲル膜として、スピンコート法により屈折率１．５０、厚さ０．１μｍのシリコン系アルコキシド（東京応化工業製Ｔ１２−８００）を成膜し、光学基板を作製した。ここで、ゾルゲル膜成膜時には積算光量６００ｍＪ／ｃｍ2の紫外線照射を実施している。この時のゾルゲル膜の表面粗さＲａ2は５ｎｍとＲａ1よりも小さくなっていた。
【００８５】
続いて、光学基板上に第一電極としてＩＴＯをスパッタリング法によってシート抵抗１５Ω／□以下となるように成膜し、所定のパターンを得るために塩酸、硝酸、水からなるエッチャントを用いウエットエッチングを行った。ＩＴＯの膜厚は１００ｎｍであり、屈折率は１．７８とした。次に、ＩＴＯ上に正孔注入・輸送層として、α−ＮＰＤ（Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’−ビス（α−ナフチル）−１，１’−ビフェニル−４，４’−ジアミン）を５０ｎｍの膜厚で真空蒸着法により成膜した。次に、発光層としてＡｌｑ３（トリス（８−キノリノール）アルミニウム錯体）にドーパントとしてキナクリドン（ドーピング濃度４ｗｔ％）を２５ｎｍ共蒸着した。続いて、電子輸送層としてＡｌｑ３を３５ｎｍの膜厚で真空蒸着法により成膜した。最後に、陰極層としてＡｌとＬｉを共蒸着により３０ｎｍ、その後Ａｌのみを４０ｎｍ蒸着し、緑色発光の有機ＥＬ素子を形成した。その結果、電流輝度効率は１８４であり、素子電圧差は０．４Ｖであった。
【００８６】
実施例２
発光層としてＡｌｑ３（トリス（８−キノリノール）アルミニウム錯体）にドーパントとしてジシアノメチレンピラン（ＤＣＭ、ドーピング濃度５ｗｔ％）を２５ｎｍ共蒸着した以外は実施例１と同一の条件で、赤色発光の有機ＥＬ素子を形成した。その結果、電流輝度効率は１６６であり、素子電圧差は０．３Ｖであった。
【００８７】
実施例３
発光層として４，４’−ビス（２，２−ジフェニルビニル）ビフェニルを３５ｎｍ共蒸着した以外は実施例１と同一の条件で、青色発光の有機ＥＬ素子を形成した。その結果、電流輝度効率は１８２であり、素子電圧差は０．３Ｖであった。
【００８８】
実施例４
透明基板として厚さ０．７ｍｍ、屈折率１．５２の無アルカリガラス（日本電気硝子製ＯＡ−１０）を使用し、この透明基板の一方の面に、低屈折率層として、スピンコート法により屈折率１．２５、厚さ０．８５μｍのシリカエアロゲル膜を成膜した。この時の低屈折率層の表面粗さＲａ1は８ｎｍであった。次に、ゾルゲル膜として、スピンコート法により屈折率１．５０、厚さ０．１μｍのシリコン系アルコキシド（東京応化工業製Ｔ１２−８００）を成膜し、光学基板を作製した。ここで、ゾルゲル膜成膜時には積算光量６００ｍＪ／ｃｍ2の紫外線照射を実施している。この時のゾルゲル膜の表面粗さＲａ2は５ｎｍとＲａ1よりも小さくなっていた。
【００８９】
続いて、光学基板上にバリア層としてＣＶＤ法により屈折率１．５、厚さ０．０５μｍのシリコン酸化膜を成膜し、バリア層上に第一電極としてＩＴＯをスパッタリング法によってシート抵抗１５Ω／□以下となるように成膜し、所定のパターンを得るために塩酸、硝酸、水からなるエッチャントを用いウエットエッチングを行った。ＩＴＯの膜厚は１００ｎｍであり、屈折率は１．７８とした。次に、ＩＴＯ上に正孔注入・輸送層として、α−ＮＰＤ（Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’−ビス（α−ナフチル）−１，１’−ビフェニル−４，４’−ジアミン）を５０ｎｍの膜厚で真空蒸着法により成膜した。次に、発光層としてＡｌｑ３（トリス（８−キノリノール）アルミニウム錯体）にドーパントとしてキナクリドン（ドーピング濃度４ｗｔ％）を２５ｎｍ共蒸着した。続いて、電子輸送層としてＡｌｑ３を３５ｎｍの膜厚で真空蒸着法により成膜した。最後に、陰極層としてＡｌとＬｉを共蒸着により３０ｎｍ、その後Ａｌのみを４０ｎｍ蒸着し、緑色発光の有機ＥＬ素子を形成した。その結果、電流輝度効率は１７０であり、素子電圧差は０．１Ｖであった。
【００９０】
実施例５
発光層としてＡｌｑ３（トリス（８−キノリノール）アルミニウム錯体）にドーパントとしてジシアノメチレンピラン（ＤＣＭ、ドーピング濃度５ｗｔ％）を２５ｎｍ共蒸着した以外は実施例４と同一の条件で、赤色発光の有機ＥＬ素子を形成した。その結果、電流輝度効率は１６０であり、素子電圧差は０Ｖであった。
【００９１】
実施例６
発光層として４，４’−ビス（２，２−ジフェニルビニル）ビフェニルを３５ｎｍ共蒸着した以外は実施例４と同一の条件で、青色発光の有機ＥＬ素子を形成した。その結果、電流輝度効率は１７１であり、素子電圧差は０Ｖであった。
【００９２】
比較例１
低屈折率層並びにゾルゲル膜を形成しない透明基板を用いて、実施例１と同一の条件で緑色発光素子を作成した。本比較例の電流輝度効率並びに素子電圧値を各実施例の緑色発光素子の基準値とした。
【００９３】
比較例２
低屈折率層並びにゾルゲル膜を形成しない透明基板を用いて、実施例２と同一の条件で赤色発光素子を作成した。本比較例の電流輝度効率並びに素子電圧値を各実施例の赤色発光素子の基準値とした。
【００９４】
比較例３
低屈折率層並びにゾルゲル膜を形成しない透明基板を用いて、実施例３と同一の条件で青色発光素子を作成した。本比較例の電流輝度効率並びに素子電圧値を各実施例の青色発光素子の基準値とした。
【００９５】
比較例４
透明基板として厚さ０．７ｍｍ、屈折率１．５２の無アルカリガラス（日本電気硝子製ＯＡ−１０）を使用し、この透明基板の一方の面に、低屈折率層として、スピンコート法により屈折率１．２５、厚さ０．８５μｍのシリカエアロゲル膜を成膜した。この時の低屈折率層の表面粗さＲａ1は８ｎｍであった。次に、低屈折率層上にスパッタリング法により屈折率１．５０、厚さ０．１μｍのシリコン酸化膜を成膜し、光学基板を作製した。この時のシリコン酸化膜の表面粗さＲａ2は８ｎｍとＲａ1と比べて変化がなかった。この光学基板上に実施例１と同一の条件で緑色発光の有機ＥＬ素子を形成した。その結果、電流輝度効率は１２０であり、素子電圧差は０．１Ｖであった。また、４箇所ある発光部のうち、１箇所は電極間リーク電流が大きく、所定の発光が得られなかった。
【００９６】
比較例５
透明基板として厚さ０．７ｍｍ、屈折率１．５２の無アルカリガラス（日本電気硝子製ＯＡ−１０）を使用し、この透明基板の一方の面に、低屈折率層として、スピンコート法により屈折率１．２５、厚さ０．８５μｍのシリカエアロゲル膜を成膜した。この時の低屈折率層の表面粗さＲａ1は８ｎｍであった。次に、低屈折率層上にスパッタリング法により屈折率１．５０、厚さ０．１μｍのシリコン酸化膜を成膜し、光学基板を作製した。この時のシリコン酸化膜の表面粗さＲａ2は８ｎｍとＲａ1と比べて変化がなかった。この光学基板上に実施例２と同一の条件で赤色発光の有機ＥＬ素子を形成した。その結果、電流輝度効率は１１６であり、素子電圧差は０Ｖであった。また、４箇所ある発光部のうち、２箇所は電極間リーク電流が大きく、所定の発光が得られなかった。
【００９７】
比較例６
透明基板として厚さ０．７ｍｍ、屈折率１．５２の無アルカリガラス（日本電気硝子製ＯＡ−１０）を使用し、この透明基板の一方の面に、低屈折率層として、スピンコート法により屈折率１．２５、厚さ０．８５μｍのシリカエアロゲル膜を成膜した。この時の低屈折率層の表面粗さＲａ1は８ｎｍであった。次に、低屈折率層上にスパッタリング法により屈折率１．５０、厚さ０．１μｍのシリコン酸化膜を成膜し、光学基板を作製した。この時のシリコン酸化膜の表面粗さＲａ2は８ｎｍとＲａ1と比べて変化がなかった。この光学基板上に実施例３と同一の条件で青色発光の有機ＥＬ素子を形成した。その結果、電流輝度効率は１１８であり、素子電圧差は０．１Ｖであった。また、４箇所ある発光部のうち、１箇所は電極間リーク電流が大きく、所定の発光が得られなかった。
【００９８】
比較例７
透明基板として厚さ０．７ｍｍ、屈折率１．５２の無アルカリガラス（日本電気硝子製ＯＡ−１０）を使用し、この透明基板の一方の面に、低屈折率層として、スピンコート法により屈折率１．２５、厚さ０．８５μｍのシリカエアロゲル膜を設け、光学基板を作製した。この光学基板上に第一電極としてＩＴＯをスパッタリング法によってシート抵抗１５Ω／□以下となるように成膜し、所定のパターンを得るために塩酸、硝酸、水からなるエッチャントを用いウエットエッチングを行った。しかし、低屈折率層であるシリカエアロゲル膜のポーラスな膜質に起因して、非エッチング領域にまでエッチャントが回り込み所定のＩＴＯパターンを得ることができなかった。
【００９９】
【表１】
【産業上の利用可能性】
【０１００】
本発明の活用例として、有機ＥＬ素子、無機ＥＬ素子、発光ダイオード素子、プラズマディスプレイ素子などに使用される発光素子並びに表示装置が挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１】本発明の光学基板の一例の断面図である。
【図２】本発明の光学基板の一例の断面図である。
【図３】本発明の光学基板の製法を示す工程図である。
【図４】ゾルゲル膜の光反応前後での赤外吸収スペクトル図である。
【図５】本発明の光学素子の一例の断面図である。
【図６】本発明の光学素子の一例の断面図である。
【図７】本発明の光学素子の一例の断面図である。
【図８】本発明の表示装置の一例の断面図である。
【図９】本発明の光学素子の一例の断面図である。
【図１０】本発明の光学素子の一例の断面図である。
【図１１】従来の光学基板を示す断面図である。
【符号の説明】
【０１０２】
１ 透明基板
２ 低屈折率層
３ ゾルゲル膜
３’ ゾルゲル膜前駆体
４ バリア層
８ 紫外線
１０ 光学基板
２０ 第一電極
３０ 第二電極
４０ 絶縁膜
５０ 有機発光層
６０ 無機発光層
７０ 有機白色発光層
８０ 有機青色発光層
１００ 画素駆動ＴＦＴ回路部
１０１ ポリシリコン
１０２ ドレイン電極
１０３ ソース電極
１０４ ゲート電極
１０５ ゲート酸化膜
１０６ 第一層間膜
１０７ 第二層間膜
１０８ 段差緩和膜
１０９ エッジ保護膜
１１０ ＴＦＴ形成基板
２００ 赤色出射光
２０１ 緑色出射光
２０２ 青色出射光
２１０ 白色出射光
２２０ 赤色カラーフィルタ
２２１ 緑色カラーフィルタ
２２２ 青色カラーフィルタ
２３０ 赤色変換フィルタ
２３１ 緑色変換フィルタ
３０１ 低屈折率体
３０２ 透明導電性膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板と、該透明基板上に設けられた当該透明基板より屈折率の低い低屈折率層と、該低屈折率層上に設けられたゾルゲル膜を有することを特徴とする光学基板。
【請求項２】
前記低屈折率層の屈折率が１．００３〜１．４００であることを特徴とする請求項１に記載の光学基板。
【請求項３】
前記低屈折率層がシリカエアロゲルであることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学基板。
【請求項４】
前記ゾルゲル膜がＳｉ−Ｏ−Ｃ構造を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の光学基板。
【請求項５】
前記ゾルゲル膜が赤外吸収スペクトルにおいてＳｉ−Ｏ−Ｃに由来する波数１１０７±２ｃｍ-1の吸収を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の光学基板。
【請求項６】
前記ゾルゲル膜が赤外吸収スペクトルにおいてＳｉ−Ｏ−Ｃに由来する波数１１０７±２ｃｍ-1の吸収Ａと、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉに由来する波数１０７０±２ｃｍ-1の吸収Ｂを有し、吸収Ａと吸収Ｂとの強度比Ａ／Ｂが０．５〜１．０の範囲であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の光学基板。
【請求項７】
前記低屈折率層の表面粗さをＲａ1、前記低屈折率層上の前記ゾルゲル膜の表面粗さをＲａ2としたとき、
Ｒａ1＞Ｒａ2
であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の光学基板。
【請求項８】
前記ゾルゲル膜の屈折率が前記低屈折率層よりも大きいことを特徴とする請求項１乃至７いずれかに記載の光学基板。
【請求項９】
前記ゾルゲル膜の厚みが０．０５〜１．０μｍであることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の光学基板。
【請求項１０】
前記ゾルゲル膜は、Ｓｉ−Ｈ基を有する前駆体を用いて形性されたことを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の光学基板。
【請求項１１】
前記透明基板がプラスチック基板であることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の光学基板。
【請求項１２】
前記ゾルゲル膜上にバリア層を有する請求項１乃至１１のいずれかに記載の光学基板。
【請求項１３】
前記透明基板が薄膜トランジスタを具備した基板であることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれかに記載の光学基板。
【請求項１４】
透明基板と、該透明基板上に設けられた当該透明基板より屈折率の低い低屈折率層と、該低屈折率層上に設けられたゾルゲル膜と、該ゾルゲル膜上の第一電極と、該第一電極上の発光層と、該発光層上の第二電極とを有することを特徴とする発光素子。
【請求項１５】
前記低屈折率層の屈折率が１．００３〜１．４００であることを特徴とする請求項１４に記載の発光素子。
【請求項１６】
前記低屈折率層がシリカエアロゲルであることを特徴とする請求項１４又は１５に記載の発光素子。
【請求項１７】
前記ゾルゲル膜がＳｉ−Ｏ−Ｃ構造を有することを特徴とする請求項１４乃至１６のいずれかに記載の発光素子。
【請求項１８】
前記ゾルゲル膜が赤外吸収スペクトルにおいてＳｉ−Ｏ−Ｃに由来する波数１１０７±２ｃｍ-1の吸収を有することを特徴とする請求項１４乃至１７のいずれかに記載の発光素子。
【請求項１９】
前記ゾルゲル膜が赤外吸収スペクトルにおいてＳｉ−Ｏ−Ｃに由来する波数１１０７±２ｃｍ-1の吸収Ａと、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉに由来する波数１０７０±２ｃｍ-1の吸収Ｂを有し、吸収Ａと吸収Ｂとの強度比Ａ／Ｂが０．５〜１．０の範囲であることを特徴とする請求項１４乃至１８のいずれかに記載の発光素子。
【請求項２０】
前記低屈折率層の表面粗さをＲａ1、前記低屈折率層上の前記ゾルゲル膜の表面粗さをＲａ2としたとき、
Ｒａ1＞Ｒａ2
であることを特徴とする請求項１４乃至１９のいずれかに記載の発光素子。
【請求項２１】
前記ゾルゲル膜の屈折率が前記低屈折率層よりも大きいことを特徴とする請求項１４乃至２０のいずれかに記載の発光素子。
【請求項２２】
前記ゾルゲル膜の厚みが０．０５〜１．０μｍであることを特徴とする請求項１４乃至２１のいずれかに記載の発光素子。
【請求項２３】
前記ゾルゲル膜は、Ｓｉ−Ｈ基を有する前駆体を用いて形性されたことを特徴とする請求項１４乃至２２のいずれかに記載の発光素子。
【請求項２４】
前記透明基板がプラスチック基板であることを特徴とする請求項１４乃至２３のいずれかに記載の光学素子。
【請求項２５】
前記ゾルゲル膜上にバリア層を有し、該バリア層上に前記第一電極を有する請求項１４乃至２４のいずれかに記載の光学素子。
【請求項２６】
前記透明基板が薄膜トランジスタを具備した基板であることを特徴とする請求項１４乃至２５のいずれかに記載の発光素子。
【請求項２７】
前記透明基板に色変換フィルタが設けられたことを特徴とする請求項１４乃至２６のいずれかに記載の発光素子。
【請求項２８】
前記透明基板にカラーフィルタが設けられたことを特徴とする請求項１４乃至２６のいずれかに記載の発光素子。
【請求項２９】
前記発光層からの発光が単色光であることを特徴とする請求項１４乃至２８のいずれかに記載の発光素子。
【請求項３０】
前記単色光が白色光であることを特徴とする請求項２９に記載の発光素子。
【請求項３１】
前記単色光が青色光であることを特徴とする請求項２９に記載の発光素子。
【請求項３２】
前記発光素子は有機エレクトロルミネッセンス素子である、請求項１４乃至３１のいずれかに記載に発光素子。
【請求項３３】
請求項１４乃至３２のいずれかに記載の発光素子と該発光素子を駆動する手段とが透明基板上に設けられたことを特徴とする表示装置。
【請求項３４】
前記駆動手段は薄膜トランジスタであることを特徴とする請求項３３に記載の表示装置。
【請求項３５】
前記薄膜トランジスタによる凸部を緩和する段差緩和膜を具備することを特徴とする請求項３４に記載の表示装置。
【請求項３６】
前記低屈折率層の膜厚が４μｍ以下であることを特徴とする請求項３３、３４又は３５に記載の表示装置。
【請求項３７】
透明基板上に低屈折率層を設ける工程と、該低屈折率層上にゾルゲル膜をコートする工程と、乾燥後、紫外線照射によりゾルゲル膜の密度を増加させる工程を有することを特徴とする光学基板の製造方法。
【請求項３８】
透明基板上に低屈折率層を設ける工程と、該低屈折率層上にゾルゲル膜をコートする工程と、乾燥後、紫外線照射によりゾルゲル膜の密度を増加させる工程と、該ゾルゲル膜上に請求項１４乃至３２に記載の発光素子を形成する工程を有することを特徴とする発光素子の製造方法。
【請求項３９】
駆動手段を備えた透明基板上に低屈折率層を設ける工程と、該低屈折率層上にゾルゲル膜をコートする工程と、乾乾燥後、紫外線照射によりゾルゲル膜の密度を増加させる工程と、該ゾルゲル膜上に請求項１４乃至３２に記載の発光素子を形成する工程を有することを特徴とする表示装置の製造方法。
【請求項１】
透明基板と、該透明基板上に設けられた当該透明基板より屈折率の低い低屈折率層と、該低屈折率層上に設けられたゾルゲル膜を有することを特徴とする光学基板。
【請求項２】
前記低屈折率層の屈折率が１．００３〜１．４００であることを特徴とする請求項１に記載の光学基板。
【請求項３】
前記低屈折率層がシリカエアロゲルであることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学基板。
【請求項４】
前記ゾルゲル膜がＳｉ−Ｏ−Ｃ構造を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の光学基板。
【請求項５】
前記ゾルゲル膜が赤外吸収スペクトルにおいてＳｉ−Ｏ−Ｃに由来する波数１１０７±２ｃｍ-1の吸収を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の光学基板。
【請求項６】
前記ゾルゲル膜が赤外吸収スペクトルにおいてＳｉ−Ｏ−Ｃに由来する波数１１０７±２ｃｍ-1の吸収Ａと、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉに由来する波数１０７０±２ｃｍ-1の吸収Ｂを有し、吸収Ａと吸収Ｂとの強度比Ａ／Ｂが０．５〜１．０の範囲であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の光学基板。
【請求項７】
前記低屈折率層の表面粗さをＲａ1、前記低屈折率層上の前記ゾルゲル膜の表面粗さをＲａ2としたとき、
Ｒａ1＞Ｒａ2
であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の光学基板。
【請求項８】
前記ゾルゲル膜の屈折率が前記低屈折率層よりも大きいことを特徴とする請求項１乃至７いずれかに記載の光学基板。
【請求項９】
前記ゾルゲル膜の厚みが０．０５〜１．０μｍであることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の光学基板。
【請求項１０】
前記ゾルゲル膜は、Ｓｉ−Ｈ基を有する前駆体を用いて形性されたことを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の光学基板。
【請求項１１】
前記透明基板がプラスチック基板であることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の光学基板。
【請求項１２】
前記ゾルゲル膜上にバリア層を有する請求項１乃至１１のいずれかに記載の光学基板。
【請求項１３】
前記透明基板が薄膜トランジスタを具備した基板であることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれかに記載の光学基板。
【請求項１４】
透明基板と、該透明基板上に設けられた当該透明基板より屈折率の低い低屈折率層と、該低屈折率層上に設けられたゾルゲル膜と、該ゾルゲル膜上の第一電極と、該第一電極上の発光層と、該発光層上の第二電極とを有することを特徴とする発光素子。
【請求項１５】
前記低屈折率層の屈折率が１．００３〜１．４００であることを特徴とする請求項１４に記載の発光素子。
【請求項１６】
前記低屈折率層がシリカエアロゲルであることを特徴とする請求項１４又は１５に記載の発光素子。
【請求項１７】
前記ゾルゲル膜がＳｉ−Ｏ−Ｃ構造を有することを特徴とする請求項１４乃至１６のいずれかに記載の発光素子。
【請求項１８】
前記ゾルゲル膜が赤外吸収スペクトルにおいてＳｉ−Ｏ−Ｃに由来する波数１１０７±２ｃｍ-1の吸収を有することを特徴とする請求項１４乃至１７のいずれかに記載の発光素子。
【請求項１９】
前記ゾルゲル膜が赤外吸収スペクトルにおいてＳｉ−Ｏ−Ｃに由来する波数１１０７±２ｃｍ-1の吸収Ａと、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉに由来する波数１０７０±２ｃｍ-1の吸収Ｂを有し、吸収Ａと吸収Ｂとの強度比Ａ／Ｂが０．５〜１．０の範囲であることを特徴とする請求項１４乃至１８のいずれかに記載の発光素子。
【請求項２０】
前記低屈折率層の表面粗さをＲａ1、前記低屈折率層上の前記ゾルゲル膜の表面粗さをＲａ2としたとき、
Ｒａ1＞Ｒａ2
であることを特徴とする請求項１４乃至１９のいずれかに記載の発光素子。
【請求項２１】
前記ゾルゲル膜の屈折率が前記低屈折率層よりも大きいことを特徴とする請求項１４乃至２０のいずれかに記載の発光素子。
【請求項２２】
前記ゾルゲル膜の厚みが０．０５〜１．０μｍであることを特徴とする請求項１４乃至２１のいずれかに記載の発光素子。
【請求項２３】
前記ゾルゲル膜は、Ｓｉ−Ｈ基を有する前駆体を用いて形性されたことを特徴とする請求項１４乃至２２のいずれかに記載の発光素子。
【請求項２４】
前記透明基板がプラスチック基板であることを特徴とする請求項１４乃至２３のいずれかに記載の光学素子。
【請求項２５】
前記ゾルゲル膜上にバリア層を有し、該バリア層上に前記第一電極を有する請求項１４乃至２４のいずれかに記載の光学素子。
【請求項２６】
前記透明基板が薄膜トランジスタを具備した基板であることを特徴とする請求項１４乃至２５のいずれかに記載の発光素子。
【請求項２７】
前記透明基板に色変換フィルタが設けられたことを特徴とする請求項１４乃至２６のいずれかに記載の発光素子。
【請求項２８】
前記透明基板にカラーフィルタが設けられたことを特徴とする請求項１４乃至２６のいずれかに記載の発光素子。
【請求項２９】
前記発光層からの発光が単色光であることを特徴とする請求項１４乃至２８のいずれかに記載の発光素子。
【請求項３０】
前記単色光が白色光であることを特徴とする請求項２９に記載の発光素子。
【請求項３１】
前記単色光が青色光であることを特徴とする請求項２９に記載の発光素子。
【請求項３２】
前記発光素子は有機エレクトロルミネッセンス素子である、請求項１４乃至３１のいずれかに記載に発光素子。
【請求項３３】
請求項１４乃至３２のいずれかに記載の発光素子と該発光素子を駆動する手段とが透明基板上に設けられたことを特徴とする表示装置。
【請求項３４】
前記駆動手段は薄膜トランジスタであることを特徴とする請求項３３に記載の表示装置。
【請求項３５】
前記薄膜トランジスタによる凸部を緩和する段差緩和膜を具備することを特徴とする請求項３４に記載の表示装置。
【請求項３６】
前記低屈折率層の膜厚が４μｍ以下であることを特徴とする請求項３３、３４又は３５に記載の表示装置。
【請求項３７】
透明基板上に低屈折率層を設ける工程と、該低屈折率層上にゾルゲル膜をコートする工程と、乾燥後、紫外線照射によりゾルゲル膜の密度を増加させる工程を有することを特徴とする光学基板の製造方法。
【請求項３８】
透明基板上に低屈折率層を設ける工程と、該低屈折率層上にゾルゲル膜をコートする工程と、乾燥後、紫外線照射によりゾルゲル膜の密度を増加させる工程と、該ゾルゲル膜上に請求項１４乃至３２に記載の発光素子を形成する工程を有することを特徴とする発光素子の製造方法。
【請求項３９】
駆動手段を備えた透明基板上に低屈折率層を設ける工程と、該低屈折率層上にゾルゲル膜をコートする工程と、乾乾燥後、紫外線照射によりゾルゲル膜の密度を増加させる工程と、該ゾルゲル膜上に請求項１４乃至３２に記載の発光素子を形成する工程を有することを特徴とする表示装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００６−３０５４８（Ｐ２００６−３０５４８Ａ）
【公開日】平成１８年２月２日（２００６．２．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２０８７１８（Ｐ２００４−２０８７１８）
【出願日】平成１６年７月１５日（２００４．７．１５）
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年２月２日（２００６．２．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年７月１５日（２００４．７．１５）
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]