表示装置
【課題】有機ＥＬ素子を用いた表示装置において有機化合物層よりも高い屈折率の透明層を伝播する伝播光を効率的に外部に取り出しながらも、表示装置にとって問題となる表示像のにじみを低減する。
【解決手段】画素４内に互いに異なる発光色を発光する複数の副画素１，２，３を有し、各副画素１，２，３が有機ＥＬ素子を備えた表示装置において、有機ＥＬ素子の光出射側に、有機ＥＬ素子の有機化合物層よりも屈折率の高い高屈折率透明層を有し、さらに、該高屈折率透明層の光出射側に光取り出し構造物７を有し、該光取り出し構造物７は、副画素１，２，３上に配置され、画素間領域６には該光取り出し構造物７が配置されていない。
【解決手段】画素４内に互いに異なる発光色を発光する複数の副画素１，２，３を有し、各副画素１，２，３が有機ＥＬ素子を備えた表示装置において、有機ＥＬ素子の光出射側に、有機ＥＬ素子の有機化合物層よりも屈折率の高い高屈折率透明層を有し、さらに、該高屈折率透明層の光出射側に光取り出し構造物７を有し、該光取り出し構造物７は、副画素１，２，３上に配置され、画素間領域６には該光取り出し構造物７が配置されていない。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機ＥＬ素子を備えた表示装置に関するものであり、特に、１画素が互いに異なる色を発光する複数の副画素からなる、フルカラー表示の表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、数ボルト程度の低駆動電圧で自己発光する有機発光素子が注目を集めている。有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子は、面発光特性、軽量、視認性といった優れた特徴を活かし薄型ディスプレイや照明器具、ヘッドマウントディスプレー、また電子写真方式プリンタのプリントヘッド用光源など発光装置としての実用化が進みつつある。
【０００３】
有機ＥＬ素子は、有機材料からなる発光層やその他の機能分離された複数の有機材料からなる層を陽極及び陰極で挟んだ構造を有しており、少なくとも一方の光出射側の電極は透明である。この積層構造ゆえに、発光層の屈折率や光出射側の媒質、最終的な光の放出が行われる空気の屈折率で決定される各界面における臨界角以上の方向に進行する光は、全反射を受けて素子内部に伝播光として閉じ込められる。伝播光は素子内部の有機化合物層及び金属電極により吸収され、外部に取り出されなくなり、光取り出し効率が低下する。
【０００４】
光取り出し効率改善を目的として、伝播光を外部に取り出すために、光出射側の表面に微細凹凸構造或いはレンズ構造など、光の進行方向を変化させ全反射条件を破る方法が多く提案されている。特に、改善効果が高い方法として、透明電極の光出射側に接して屈折率が発光層と同等以上の透明層を設け、更に、この透明層の光出射側もしくは内部に光の反射・散乱角に乱れを生じさせる領域を設ける方法が提示されている（特許文献１）。
【０００５】
この方法は、古典的なスネルの法則によれば発光層で発光した光の約８０％を占める発光層内の伝播光を、発光層よりも高屈折率である高屈折率透明層に引き込むことで、透明層内の伝播光に変換する。その伝播光を透明層の表面もしくは内部の光の反射・散乱角に乱れを生じさせる領域によって外部に取り出せるようにしている。
【０００６】
しかしながら、こうした高屈折率透明層内に光を伝播させる方法にはディスプレイなど表示装置に適用する場合に特有の課題が生じる。高屈折率透明層に導かれ光の反射・散乱角に乱れを生じさせる領域によって最終的に空気に出射する光は本来であれば全反射されていた臨界角以上の角度で進行する光を含む。従って、高屈折率透明層の厚さに起因した視差により実際の発光点とは異なる位置からの発光と認識されるため表示像のにじみの問題が発生する。これに対しては、高屈折率透明層ではないものの、光が伝播する基板の厚みを画素サイズの一定割合以下に抑える方法が提案されている（特許文献２）。
【０００７】
更に、高屈折率透明層に導かれた光が反射・散乱角に乱れを生じさせる領域に入射した際に、必ずしも一回の入射で空気側に取り出されるわけではない。反射・散乱角に乱れを生じさせる領域によって進行方向を変えた光であっても、高屈折率透明層と空気界面の臨界角以上の角度に進む光は再度、全反射を受けて高屈折率透明層内を伝播する。この結果、光は高屈折率透明層内を横方向に伝播し、いずれ全反射条件が破れた発光点とは離れた位置で空気側に出射することになるため、やはり、表示像のにじみの問題が発生する。特に透明層の屈折率が高いほど、高角度成分の光が多いため反射・散乱角に乱れを生じさせる領域に入射する回数が減少、空気側に取り出されるまでの横方向の導波距離が長くなり、問題が顕著になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−２９６４２９号公報
【特許文献２】特開２００５−３２２４９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、有機ＥＬ素子を用いた表示装置において有機化合物層よりも高い屈折率の透明層を伝播する伝播光を効率的に外部に取り出し、表示像のにじみを低減することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
即ち、本発明は、互いに異なる色を発光する複数の副画素をする画素を複数備え、
前記副画素がそれぞれ、第１電極と、第２電極と、前記第１電極と第２電極との間に配置された発光層を含む有機化合物層とを有する有機ＥＬ素子を備えた表示装置であって、
前記有機ＥＬ素子の光出射側に、前記有機化合物層よりも屈折率の高い高屈折率透明層を有し、
前記高屈折率透明層の光出射側に光取り出し構造物を有し、
前記画素内の副画素上には前記光取り出し構造物を有し、隣り合う二つの画素の間の領域には前記光取り出し構造物がないことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、光取り出し効率を向上させつつ表示像のにじみを低減された表示装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】従来の表示装置の一例の副画素の平面レイアウトを示す図である。
【図２】本発明の表示装置の一実施形態の平面レイアウトを模式的に示す図である。
【図３】本発明の表示装置の好ましい実施形態の断面模式図である。
【図４】本発明の表示装置の好ましい実施形態の副画素の断面模式図である。
【図５】本発明の表示装置の光取り出し構造物の他の平面レイアウトを示す図である。
【図６】本発明の表示装置の光取り出し構造物の他の平面レイアウトを示す図である。
【図７】本発明の表示装置の光取り出し構造物の底面の大きさと中心間の距離との関係を説明するための平面図である。
【図８】本発明の表示装置の他の実施形態の平面レイアウトを模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
有機ＥＬ素子は、第１電極上に発光領域を備えた発光層を含むいくつかの有機化合物層と第２電極とを有している。そして有機ＥＬ素子は、該第１電極と第２電極間に電圧を印加して有機化合物層に注入された正孔と電子が再結合する際に生じるエネルギーを利用して発光する素子である。第１電極と第２電極の一方は反射電極であり、他方は透明電極である。また、第１電極と第２電極の一方は陽極、他方は陰極である。本発明の表示装置は、第１電極として反射電極を支持基板上に形成し、透明電極側から発光を取り出す。本発明の表示装置は、有機ＥＬ素子内で発光した光を効果的に外部に取り出すために、透明電極に隣接して有機化合物層よりも高い屈折率を有する高屈折率透明層が設けられている。更に、高屈折率透明層に隣接して光を取り出すための光取り出し構造物が配置されている。係る構成により、発光層からの光は全反射せずに光取り出し構造物まで達し、効果的に外へ取り出されることになる。
【００１４】
本発明においては表示上のにじみという問題を低減するために、光取り出し構造物を設ける領域と設けない領域に分ける。それによって、画素間領域で混色することによる表示像のにじみを抑制することが本発明の特徴である。
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について説明する。図１に、従来の表示装置の一例の平面レイアウトを示す。青、緑、赤の光の三原色をそれぞれ発光する副画素１，２，３により一つの画素４が形成されている。ここで画素４は少なくとも３つの副画素１，２，３と２つの副画素間領域５からなる。一方、画素間領域６は隣り合う二つの画素４の間の領域であり、より詳しく言えば、隣り合う画素間にそれぞれ含まれる副画素１と３の間の領域のことである。
【００１６】
図２は、本発明の表示装置の平面レイアウトを示す図であり、図１の従来の表示装置に光取り出し構造物７が配置されている。本発明の表示装置では、図２に示すように画素４上に光取り出し構造物７を設け、画素間領域６上には光取り出し構造物７を設けない構成である。本発明の表示装置の画素４は、複数の副画素１，２，３と光取り出し構造物７を備え、表示の最小単位を構成するものである。尚、副画素１，２，３よりも光取り出し構造物７が配置された領域の方が大きい場合には、光取り出し構造物７が配置された領域をまでを含めて画素４とする。また、光取り出し構造物７は副画素１，２，３上にあればよく、副画素１，２，３上と該副画素に隣接する領域上に跨って配置されていてもよい。
【００１７】
本発明の表示装置では副画素１，２，３の発光領域は後述する支持基板側に形成された、パターニングされた電極の面積で決まる。その場合、表示装置は図３に模式的に示すような断面構造になる。
【００１８】
また、図３の構成では、画素間のクロストーク、ショート、電極配線の断線などの回避、又は電極間を絶縁して発光領域を限定するために、隔壁１５を設けているが、なくても構わない。図３の場合、それぞれの副画素に隔壁１５によって設けられた開口部が図１の副画素１，２，３に対応する。
【００１９】
各副画素１，２，３は、それぞれの発光色を発光する有機ＥＬ素子からなる。図３においては、支持基板９上にそれぞれ第１電極として反射電極９を有し、該反射電極９上に有機化合物層１６，１７，１８を備え、さらに光出射側に第２電極として透明電極２０を備えている。有機化合物層１６，１７，１８はそれぞれ、副画素１，２，３の発光色に応じた発光を行う発光層を備えている。透明電極２０は表示領域全体にわたって連続して形成されており、その光出射側（支持基板９とは反対側）に、有機化合物層１６，１７，１８よりも屈折率の高い高屈折率透明層１０を有している。そしてさらに、高屈折率透明層１０の光出射側に光取り出し構造物７を備えている。
【００２０】
副画素１に用いられる有機ＥＬ素子の断面構造の構成例を図４に示す。尚、副画素２，３に用いられる有機ＥＬ素子の断面構造も図４と同様である。支持基板９上に設けられた第１電極として反射電極２２及び透明電極２３と、第２電極としての透明電極２０との間に、発光層を含むいくつかの有機化合物層があり、発光効率、駆動寿命、光学干渉などの観点から様々な積層構成があることはよく知られている。尚、図３では第１電極として反射電極１９のみを示したが、図４の構成では第１電極を反射電極２２と透明電極２３とで構成しており、本発明では反射性を有する電極構成であればいずれの構成でも構わない。
【００２１】
図４の例では、図３の有機化合物層１６として、正孔注入層２４、正孔輸送層２５、発光層２６、電子輸送層２７、電子注入層２８を設けた構成を示す。本発明は、各層に含まれる材料には限定されない。例えば、発光層２６を構成する材料は、蛍光材料、燐光材料のいずれでもよく、ホスト材料、発光材料の他に、少なくとも一種類以上の化合物が素子性能向上のために含まれていてもよい。また、正孔輸送層２５は電子ブロック層として機能してもよく、電子輸送層２７は正孔ブロック層として機能してもよい。
【００２２】
有機化合物層１６のうち、発光層２６の発光位置と反射電極２２の反射面との間の膜厚を調節することで、発光層２６内部の放射分布を制御することができる。表示装置としては特に正面方向の輝度が高くなるように各有機化合物層の膜厚を設定することで、光学干渉により発光色も制御され、より高効率に正面方向に光が放出されるようになる。より具体的には、発光層２６の発光位置から透明電極２２と反射電極２３の界面までの光学距離を発光波長のｎ／４（ｎ＝１、３、５、・・・）に調整することで、発光層２６から光取り出し方向に向けた正面輝度をより高めることができる。
【００２３】
光取り出し効率を高めるためには反射電極２２の反射率はより高い方が好ましい。例えば、反射電極２２の材料としては、アルミニウム（Ａｌ）電極よりも銀（Ａｇ）電極の方が好ましい。更に反射率を高める手段として誘電多層膜ミラーのように屈折率の異なる層を積層する手法を用いてもよい。
【００２４】
図４の例では第２電極に透明電極２０を用いることで素子内に発光が閉じ込められなくなり、この透明電極２０の光出射側に高屈折率透明層１０を設けることで、閉じ込め及び全反射することなく、光取り出し構造物７へ光が取り出されてくる。即ち、高屈折率透明層１０と空気或いは別の媒体などとの間で起こる全反射を光取り出し構造物７を設けることで回避し、効果的に内部の光を外部に取り出すことができる。このようにして、有機ＥＬ素子の光取り出し効率は通常２０％程度と言われるものが飛躍的に向上する。
【００２５】
また第２電極の透明電極２０に代わって半透明電極を用いてもよい。その場合は第２電極の反射率が上昇し、光学共振器としての特性が発現してくる。しかしながら発光層２６からの高角度放射光成分の発生は、程度は少なくても発生している。ゆえに、透明電極２０に比べて光取り出し効率の増加は小さいが効果はあるといえる。第２電極が透明かどうかそのものに特に限定されるものではない。
【００２６】
高屈折率透明層１０は水蒸気や酸素などのガスの侵入に対するバリア層として用いてもよい。バリア層として機能するには用いる材料にもよるが、数μｍ程度の膜厚であればよいが、０．５μｍ以上６．０μｍ以下の範囲である。好ましい膜厚は光取り出し構造物７のサイズにもよるため、規定する必要はない。高屈折率透明層１０の膜厚が６．０μｍより大きいと該高屈折率透明層１０中を長距離伝播し易くなり、隣の画素４上の光取り出し構造物７から光が取り出されやすくなるので好ましくない。高屈折率透明層１０の膜厚は、光取り出し効率の向上という点では、より好ましくは０．５μｍ以上１．０μｍ以下である。
【００２７】
有機化合物層１６，１７，１８の屈折率は材料によっても変化するが、概ね青の発光領域で１．６乃至２．０、緑では１．５乃至１．９、赤では１．５乃至１．８程度である。従って高屈折率透明層１０は、青、緑、赤の各発光領域それぞれで少なくとも有機ＥＬ素子に用いる有機化合物層１６，１７，１８よりも高い屈折率であればよい。
【００２８】
また、高屈折率透明層１０としては、酸化チタンや酸化ジルコニウム、酸化亜鉛などが挙げられる。しかしながらこれらの材料を加工するとなると困難である。本発明において高屈折率透明層１０は窒化ケイ素膜（ＳｉＮx）などが好ましい。窒化ケイ素膜（ＳｉＮx）の元素組成及び元素組成比は特に限定されるものではなく、窒素、ケイ素を主成分としてその他の元素が混合されていてもよい。窒化ケイ素膜を得る成膜プロセスとしてはＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法が用いられる。窒化ケイ素膜は成膜条件、例えば基板温度や成膜速度などによっても、光学定数は変化するが、本発明においては有機化合物層１６，１７，１８よりも高い屈折率を有する透明層であればよい。高屈折率透明層１０の光透過率は、可視光域で８５％以上が好ましく、より好ましくは９０％以上である。
【００２９】
本発明に係る光取り出し構造物７は高屈折率透明層１０を直接加工して形成され、高屈折率透明層１０と光取り出し構造物７の間には屈折率の差を無くすことが好ましい。
【００３０】
光取り出し構造物７は図４に示すようなレンズ構造を有するレンズ形状物だけではなく、凹凸構造、回折構造などでもよいが、より好ましくはレンズ形状物であることが好ましい。ここでレンズ形状物とは、光取り出し方向に対して凸な形状を指す。このような構造物があることで全反射による素子内部への光の戻りが低減され、光取り出し効率が向上する。レンズ形状物の底部形状は円、楕円、三角以上の多角形であり、該レンズの高さ方向の断面形状は半球状、台形、錐状のいずれか、或いは半球状、台形状、錐状の足し合わせからなるものである。また、副画素１，２，３上に複数の光取り出し構造物７が配置された構成であることが望ましい。
【００３１】
これらは画素４内で平面内に３６０°放出される光をできるかぎり取り出すために配置されることが好ましい。例えば、底面の形状が円の場合は、光取り出し構造物７は図２に示すように六方最密配置がよい。また底面の形が四角形ならば、図５のような千鳥配置をとってもよい。
【００３２】
光取り出し構造物７の配置パターンは全面均一でもよい。また、図６（ａ）で示す光取り出し構造物７ａ，７ｂ、図６（ｂ）で示す光取り出し構造物７ｃ，７ｄ、図６（ｃ）で示す光取り出し構造物７ｅ，７ｆのように、副画素１，２，３上と副画素間領域とでその形状が異なっていてもよい。例えば短辺１０μｍで長辺６０μｍの副画素の場合、数μｍの半球レンズと数μｍ幅のシリンドリカルレンズ、数μｍの円錐、四角錐、或いは多角形の錐と、幅が数μｍで断面が直角三角形や二等辺三角形、或いは台形型の構造物などの組み合わせなどが挙げられる。
【００３３】
該光取り出し構造物７の製造方法については、特に限定するものではないが、例えばフォトリソグラフィによってＳｉＮxなどの膜上にレジストパターンを形成後、ドライエッチを行って所望の構造に形成してもよい。ナノインプリントによって所望のモールドのパターンをＳｉＮ上に転写した後、ドライエッチによってＳｉＮxを加工してもよい。
【００３４】
副画素１，２，３の寸法が数十μｍ角ならば、光取り出し構造物７のサイズ或いは幅はミクロンサイズが好ましい。なぜならば、高屈折率透明層１０中に放出される高角度成分の光が光取り出し構造物７に入った場合に１回で取り出されるとは限らず、２個目、３個目の光取り出し構造物７中に入って取り出されることが考えられるためである。また光取り出し構造物７と空気或いは低屈折率層などとの界面で起こる反射があり、２個目、３個目の光取り出し構造物７に光が当たって角度が変わってから取り出されることも考えられる。従って、副画素１，２，３の面積に対して十分な数と大きさの光取り出し構造物７があることが光取り出し効率向上には好ましい。即ち、より好ましくは各副画素１，２，３上に加えて、画素４内の隣り合う二つの副画素の間の領域（図１の副画素間領域５）にも光取り出し構造物７が設けられていることが好適である。
【００３５】
また光取り出し構造物７が光取り出し効率の向上に十分寄与するためには、光取り出し構造物７が密に配置されていることが好ましい。より好ましくは図７（ａ）及び（ｂ）に示すように光取り出し構造物７の底部の直径（図７（ａ）の場合）、又は隣り合う光取り出し構造物７の中心を通る軸に沿った底面の長さ（図７（ｂ）の場合）（Ａ）に対して、光取り出し構造物７の中心間の距離（Ｂ）が
１．０≦Ｂ／Ａ≦１．２ （１）
であることが好ましい。尚、図７において、３７，４７は光取り出し構造物７の水平方向の配置軸、３８，４８は斜め方向の配置軸、３５，４５は光取り出し構造物７の中心である。また、３１は配置軸３７に沿った光取り出し構造物７の底部の直径（Ａ）、３２は配置軸３７に沿った光取り出し構造物７の中心間の距離（Ｂ）である。また、３３は配置軸３８に沿った光取り出し構造物７の底部の直径（Ａ）、３４は配置軸３８に沿った光取り出し構造物７の中心間の距離（Ｂ）である。さらに、４１は配置軸４７に沿った光取り出し構造物７の底面の長さ（Ａ）、４２は配置軸４７に沿った光取り出し構造物７の中心間の距離（Ｂ）である。また、４３は配置軸４８に沿った光取り出し構造物７の底面の長さ（Ａ）、４４は配置軸４８に沿った光取り出し構造物７の中心間の距離（Ｂ）である。
【００３６】
光取り出し構造物７がより密に配置されていることで高屈折率透明層１０まで到達した光が該光取り出し構造物７を経て外に出る機会が増えることになる。例えば、ある特定の点からの発光は３６０°に放出されるため、隣り合う二つの光取り出し構造物７間に隙間がある場合は、その角度の光は取り出されずその次の光取り出し構造物７に入ったところで取り出される。
【００３７】
副画素間領域５上に光取り出し構造物７が設けられていると、該副画素間領域５に、該副画素間領域５に隣り合う副画素の発光が侵入し取り出されることになる。しかしながら、画素４内の光取り出し構造物７によって起こる混色、例えば、青、緑、赤の間での混色は階調制御された色同士の加法混色なので、所望の色度を得るための制御に対して影響は与えない。むしろ隣り合う副画素へ伝播した光を取り出すことができるため、取り出し効率が向上するという利点がある。
【００３８】
一方、画素間領域６上に設けられた光取り出し構造物７からは、それぞれ別の階調制御された副画素の発光が混ざり合うことになる。例えば互いに異なる画素４に含まれ、画素間領域６を挟んで隣り合う赤色副画素３と青色副画素１の混色は、それぞれの副画素の階調制御が取り出したい発光色に合わせたものにならないため、全く意図しない加法混色された光として取り出される。
【００３９】
ここでＭａｃＡｄａｍの偏差楕円を例にとって考える。緑は赤や青よりも色度ずれに対して鈍感であり、青は色度ずれに対しては非常に敏感である。よって、図１の構成において発光色が青色の青色副画素１を例にとって表示像のにじみについて説明する。青色副画素１への他色の異なる階調制御された副画素からの光の侵入は青の色度ずれにつながる。この時、青色副画素１の色は所望の色度で発光しているが、隣り合う画素間領域６上から取り出される発光色は隣の赤色副画素３の色が混ざった色度のずれた発光である。ゆえに、青色副画素１上は所定の青に近いが画素間領域６上に所定の青色とは違う色が認識される。青色副画素１は赤色が混ざった発光色で認識されることになり、色がにじむことになる。また、画素間領域６では、画像を表示するための画素単位の所定の階調制御に対する色度のずれが起こるため表示された画像のエッジ部のにじみにつながる。尚、画素４内での副画素の配置が、青色副画素１，赤色副画素３，緑色副画素２の順であれば、画素間領域６において、該画素間領域６を挟んで隣り合う青色副画素１と緑色副画素２の混色が生じる。
【００４０】
通常の表示装置の画素の開口レイアウトは等ピッチに配されることが主流であり、通常大きくても開口率５０％程度なので画素間領域６の占める面積は大きい。従ってここで起こる青色領域の意図しない混色は色度の違う領域を形成し、表示像のにじみの原因となる。よってにじみ防止のために、図２に示すように画素間領域６上に、光取り出し構造物が設けられていない。より好ましくは、光取り出し構造物がない領域で、光取り出し構造物７が設けられた画素４同士を隔てることが好ましい。具体的には、図２のように光取り出し構造物がない領域（画素間領域６）が、網目状（グリッド状）につながっていることが好ましい。
【００４１】
画素間領域６の幅、つまり、隣り合う画素４同士の距離については、光の伝播距離を考慮する必要がある。光の伝播距離は、発光点と発光点での光の強度が半分になる点との間の距離である。光の伝播距離は高屈折率透明層１０の膜厚や吸収率、発光色などに関係する。本発明では、上記の理由より光取り出し構造物がない領域によってにじみ解消する効果は発光色によって規定されるものではないが、画素間領域６の幅は、少なくとも光取り出し構造物７の底面の直径、或いは多角形の底面の最も長い対角線の長さよりも広ければよい。さらには、画素間領域６の幅は、伝播距離以上であることが望ましい。
【００４２】
尚、本発明において、画素間領域６の幅とは、図２の如く画素及び副画素がＸ方向、Ｙ方向にそれぞれ直線状に配置している場合には、画素間領域６のＸ方向及びＹ方向の長さである。また、図８のようなレイアウトの場合には、画素間領域６の最も狭い部分の長さをもって画素間領域６の幅とする。
【００４３】
副画素１，２，３の開口形状は長方形に限定されるものではなく、図８に示すように円形であってもよい。例えば光が３次元に等方的に放射されるので、円形の開口に対して光取り出し構造物７が有効に配置できる。円形の副画素であっても各画素内の副画素１，２，３上及び副画素間領域上には光取り出し構造物７を設け、画素間領域上には光取り出し構造物７を設けないことが、意図しない、或いは望まない加法混色による表示像のにじみを回避するために有効である。
【００４４】
尚、本発明の表示装置を駆動するための回路、配線、及び用いるＴＦＴの配置や特性は特に規定するものではなく、必要な性能を得るために所望の設計を施し具備してよい。
【００４５】
また、本発明の表示装置では光取り出し構造物は素子内部に閉じ込められる光を外に取り出すためのものであり、該光取り出し構造物上を更にガラスキャップや板ガラスなどの封止ガラスで封止してもよい。該封止ガラス上には色度の改善のためカラーフィルタや、外光反射低減のために円偏光板を具備してもよい。
【実施例】
【００４６】
以下、本発明の具体的な実施例について説明する。
【００４７】
（実施例１）
実施例１として、有機ＥＬ素子が図４の断面構造を持ち、表示領域が図３の断面構造を持ち、図１及び図２のように画素、副画素及び光取り出し構造物がレイアウトされた構成の表示装置を、以下に示す方法で作製した。即ち、本例の表示装置は、複数の画素を有し、各画素が複数色（青色副画素１、緑色副画素２、赤色副画素３）の副画素からなり、副画素それぞれが有機ＥＬ素子を備えている。
【００４８】
本例では、先ず、ガラス基板上に、低温ポリシリコンからなるＴＦＴ駆動回路（不図示）を形成し、その上にアクリル樹脂からなる平坦化膜（不図示）を形成して支持基板９とした。次に、支持基板９上に、反射電極２２として、スパッタリングによりＡｇ合金を約１５０ｎｍの膜厚で形成した。Ａｇ合金からなる反射電極２２は、可視光の波長域（λ＝３８０ｎｍ乃至７８０ｎｍ）で分光反射率８０％以上の高反射膜である。更にスパッタリングにより透明電極２３としてＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）を成膜した。この後、隔壁１５としてポリイミド系樹脂をスピンコートしフォトリソグラフィによって所望の各副画素に開口部を設けた。
【００４９】
この後、各有機化合物層を順次、真空蒸着法により成膜して積層した。本表示装置では各副画素１，２，３において、発光層２６から反射電極２２までの光学膜厚が、各発光色波長の３／４に相当するように正孔輸送層２５の膜厚を変えた。青色は蛍光材料を、緑色及び赤色に関してはより高い内部量子効率が期待できる燐光材料を発光層２６の発光ドーパントとして用いた。各副画素の有機化合物層のうち最も屈折率の高い層の屈折率は、青色副画素が１．８６、緑色副画素が１．８０、赤色副画素が１．７８であった。
【００５０】
次に透明電極２０として、ＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）をスパッタリングにより成膜した。その後ＣＶＤ法により窒化ケイ素（ＳｉＮ）膜を４μｍの厚さで成膜した。このＳｉＮ膜の屈折率は４５０ｎｍ（青色領域）で１．８９、５２０ｎｍ（緑色領域）で１．８８、６２０ｎｍ（赤色領域）で１．８６であった。よって、いずれの副画素においても有機化合物層よりも屈折率が高かった。このＳｉＮ膜上にヘキサメチルジシラザンをスピンコートして表面を改質した後、フォトレジストのＡＺ１５００をスピンコートし、厚さが約２．５μｍの膜厚を得た。これを図２のように画素間領域上にはパターンを持たないフォトマスクであって、直径５μｍのドットが画素上に配されたフォトマスクで、マスクアライナーＭＰＡ−６００ＦＡにより露光を行った。次いでＡＺ３１２ＭＩＦ現像液によって現像を行いレジストパターンを得た。これを１２０℃で３分間のポストベークを行い、レジスト形状をリフローさせた。これを四フッ化炭素と酸素によるドライエッチによりレジストパターンごとＳｉＮをエッチングすることで直径５μｍのマイクロレンズにＳｉＮ膜を加工した。この時、有機化合物層１６，１７，１８よりも屈折率の高い高屈折率透明層１０の膜厚は１．５μｍ、マイクロレンズの高さは２．５μｍであった。レンズピッチは７μｍであった。
【００５１】
また、図８の画素間領域６の幅は、Ｘ方向が１１．０μｍ、Ｙ方向が１２．３μｍであった。従って、画素間領域６（光取り出し構造物がない領域）中に、マイクロレンズの底部の直径よりも狭い部位はなかった。また、マイクロレンズの底部の直径（Ａ）とマイクロレンズのピッチ（Ｂ）との比（Ｂ／Ａ）は１．４であった。
【００５２】
以上のようにして作製した表示装置のにじみ程度を確認するために、青空を背景に人物の画像を表示し、皮膚などの白色系の部位の輪郭部の発光色を確認した。本実施例によって得られた表示像の人物の輪郭部にはにじみに由来する発光色の変化は見られなかった。
【００５３】
また、本実施例における光取り出し効率については４０％程度であった。発光強度は全視野角にわたって増加が見られた。
【００５４】
（比較例１）
画素間領域７上にも光取り出し構造物７を設けた以外は実施例１と同じ構成の表示装置を実施例１と同様な製造プロセスで作製した。得られた表示装置のにじみ程度を実施例１と同様にして確認したところ、表示像の人物の輪郭部にはにじみに由来する発光色の変化が見られ、青紫色のにじみが輪郭部に視認された。一方で、光取り出し効率については４１％程度で実施例１と同様であり、輝度は全視野角にわたって増加が見られた。
【００５５】
（実施例２）
レンズピッチを６μｍに狭めた以外は実施例１と同じ構成の表示装置を実施例１と同様な製造方法で作製した。画素間領域６（光取り出し構造物がない領域）の幅はＸ方向が１３．０μｍ、Ｙ方向が１２．３μｍであり、画素間領域６（光取り出し構造物がない領域）中に、マイクロレンズの底部の直径よりも狭い部位はなかった。また、マイクロレンズの底部の直径（Ａ）とマイクロレンズのピッチ（Ｂ）との比（Ｂ／Ａ）は１．２であった。
【００５６】
得られた有機ＥＬ表示装置のにじみ程度を実施例１と同様にして確認したところ、表示像の人物の輪郭部にはにじみに由来する発光色の変化はみられなかった。また、光取り出し効率については４４％程度であった。輝度は全視野角にわたって増加が見られた。
【００５７】
（実施例３）
レンズピッチを５μｍにして隙間なく直径５μｍのマイクロレンズを配置した以外は実施例１と同じ構成の表示装置を、フォトマスクとしてグレートーンマスクを用いた階調露光によるフォトリソグラフィを行った以外は実施例１と同様にして作製した。画素間領域６（光取り出し構造物がない領域）の長さはＸ方向が１５．０μｍ、Ｙ方向が１５．７μｍであり、画素間領域６（光取り出し構造物がない領域）中に、マイクロレンズの底部の直径よりも狭い部位はなかった。また、マイクロレンズの底部の直径（Ａ）とマイクロレンズのピッチ（Ｂ）との比（Ｂ／Ａ）は１．０であった。
【００５８】
得られた表示装置のにじみ程度を実施例１と同様にして確認したところ、表示像の人物の輪郭部にはにじみに由来する発光色の変化は見られなかった。また、光取り出し効率については４７％程度であった。輝度は全視野角にわたって増加が見られた。
【符号の説明】
【００５９】
１：青色副画素、２：緑色副画素、３：赤色副画素、４：画素、５：副画素間領域、６：画素間領域、７：光取り出し構造物、１６乃至１８：有機化合物層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機ＥＬ素子を備えた表示装置に関するものであり、特に、１画素が互いに異なる色を発光する複数の副画素からなる、フルカラー表示の表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、数ボルト程度の低駆動電圧で自己発光する有機発光素子が注目を集めている。有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子は、面発光特性、軽量、視認性といった優れた特徴を活かし薄型ディスプレイや照明器具、ヘッドマウントディスプレー、また電子写真方式プリンタのプリントヘッド用光源など発光装置としての実用化が進みつつある。
【０００３】
有機ＥＬ素子は、有機材料からなる発光層やその他の機能分離された複数の有機材料からなる層を陽極及び陰極で挟んだ構造を有しており、少なくとも一方の光出射側の電極は透明である。この積層構造ゆえに、発光層の屈折率や光出射側の媒質、最終的な光の放出が行われる空気の屈折率で決定される各界面における臨界角以上の方向に進行する光は、全反射を受けて素子内部に伝播光として閉じ込められる。伝播光は素子内部の有機化合物層及び金属電極により吸収され、外部に取り出されなくなり、光取り出し効率が低下する。
【０００４】
光取り出し効率改善を目的として、伝播光を外部に取り出すために、光出射側の表面に微細凹凸構造或いはレンズ構造など、光の進行方向を変化させ全反射条件を破る方法が多く提案されている。特に、改善効果が高い方法として、透明電極の光出射側に接して屈折率が発光層と同等以上の透明層を設け、更に、この透明層の光出射側もしくは内部に光の反射・散乱角に乱れを生じさせる領域を設ける方法が提示されている（特許文献１）。
【０００５】
この方法は、古典的なスネルの法則によれば発光層で発光した光の約８０％を占める発光層内の伝播光を、発光層よりも高屈折率である高屈折率透明層に引き込むことで、透明層内の伝播光に変換する。その伝播光を透明層の表面もしくは内部の光の反射・散乱角に乱れを生じさせる領域によって外部に取り出せるようにしている。
【０００６】
しかしながら、こうした高屈折率透明層内に光を伝播させる方法にはディスプレイなど表示装置に適用する場合に特有の課題が生じる。高屈折率透明層に導かれ光の反射・散乱角に乱れを生じさせる領域によって最終的に空気に出射する光は本来であれば全反射されていた臨界角以上の角度で進行する光を含む。従って、高屈折率透明層の厚さに起因した視差により実際の発光点とは異なる位置からの発光と認識されるため表示像のにじみの問題が発生する。これに対しては、高屈折率透明層ではないものの、光が伝播する基板の厚みを画素サイズの一定割合以下に抑える方法が提案されている（特許文献２）。
【０００７】
更に、高屈折率透明層に導かれた光が反射・散乱角に乱れを生じさせる領域に入射した際に、必ずしも一回の入射で空気側に取り出されるわけではない。反射・散乱角に乱れを生じさせる領域によって進行方向を変えた光であっても、高屈折率透明層と空気界面の臨界角以上の角度に進む光は再度、全反射を受けて高屈折率透明層内を伝播する。この結果、光は高屈折率透明層内を横方向に伝播し、いずれ全反射条件が破れた発光点とは離れた位置で空気側に出射することになるため、やはり、表示像のにじみの問題が発生する。特に透明層の屈折率が高いほど、高角度成分の光が多いため反射・散乱角に乱れを生じさせる領域に入射する回数が減少、空気側に取り出されるまでの横方向の導波距離が長くなり、問題が顕著になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−２９６４２９号公報
【特許文献２】特開２００５−３２２４９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、有機ＥＬ素子を用いた表示装置において有機化合物層よりも高い屈折率の透明層を伝播する伝播光を効率的に外部に取り出し、表示像のにじみを低減することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
即ち、本発明は、互いに異なる色を発光する複数の副画素をする画素を複数備え、
前記副画素がそれぞれ、第１電極と、第２電極と、前記第１電極と第２電極との間に配置された発光層を含む有機化合物層とを有する有機ＥＬ素子を備えた表示装置であって、
前記有機ＥＬ素子の光出射側に、前記有機化合物層よりも屈折率の高い高屈折率透明層を有し、
前記高屈折率透明層の光出射側に光取り出し構造物を有し、
前記画素内の副画素上には前記光取り出し構造物を有し、隣り合う二つの画素の間の領域には前記光取り出し構造物がないことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、光取り出し効率を向上させつつ表示像のにじみを低減された表示装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】従来の表示装置の一例の副画素の平面レイアウトを示す図である。
【図２】本発明の表示装置の一実施形態の平面レイアウトを模式的に示す図である。
【図３】本発明の表示装置の好ましい実施形態の断面模式図である。
【図４】本発明の表示装置の好ましい実施形態の副画素の断面模式図である。
【図５】本発明の表示装置の光取り出し構造物の他の平面レイアウトを示す図である。
【図６】本発明の表示装置の光取り出し構造物の他の平面レイアウトを示す図である。
【図７】本発明の表示装置の光取り出し構造物の底面の大きさと中心間の距離との関係を説明するための平面図である。
【図８】本発明の表示装置の他の実施形態の平面レイアウトを模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
有機ＥＬ素子は、第１電極上に発光領域を備えた発光層を含むいくつかの有機化合物層と第２電極とを有している。そして有機ＥＬ素子は、該第１電極と第２電極間に電圧を印加して有機化合物層に注入された正孔と電子が再結合する際に生じるエネルギーを利用して発光する素子である。第１電極と第２電極の一方は反射電極であり、他方は透明電極である。また、第１電極と第２電極の一方は陽極、他方は陰極である。本発明の表示装置は、第１電極として反射電極を支持基板上に形成し、透明電極側から発光を取り出す。本発明の表示装置は、有機ＥＬ素子内で発光した光を効果的に外部に取り出すために、透明電極に隣接して有機化合物層よりも高い屈折率を有する高屈折率透明層が設けられている。更に、高屈折率透明層に隣接して光を取り出すための光取り出し構造物が配置されている。係る構成により、発光層からの光は全反射せずに光取り出し構造物まで達し、効果的に外へ取り出されることになる。
【００１４】
本発明においては表示上のにじみという問題を低減するために、光取り出し構造物を設ける領域と設けない領域に分ける。それによって、画素間領域で混色することによる表示像のにじみを抑制することが本発明の特徴である。
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について説明する。図１に、従来の表示装置の一例の平面レイアウトを示す。青、緑、赤の光の三原色をそれぞれ発光する副画素１，２，３により一つの画素４が形成されている。ここで画素４は少なくとも３つの副画素１，２，３と２つの副画素間領域５からなる。一方、画素間領域６は隣り合う二つの画素４の間の領域であり、より詳しく言えば、隣り合う画素間にそれぞれ含まれる副画素１と３の間の領域のことである。
【００１６】
図２は、本発明の表示装置の平面レイアウトを示す図であり、図１の従来の表示装置に光取り出し構造物７が配置されている。本発明の表示装置では、図２に示すように画素４上に光取り出し構造物７を設け、画素間領域６上には光取り出し構造物７を設けない構成である。本発明の表示装置の画素４は、複数の副画素１，２，３と光取り出し構造物７を備え、表示の最小単位を構成するものである。尚、副画素１，２，３よりも光取り出し構造物７が配置された領域の方が大きい場合には、光取り出し構造物７が配置された領域をまでを含めて画素４とする。また、光取り出し構造物７は副画素１，２，３上にあればよく、副画素１，２，３上と該副画素に隣接する領域上に跨って配置されていてもよい。
【００１７】
本発明の表示装置では副画素１，２，３の発光領域は後述する支持基板側に形成された、パターニングされた電極の面積で決まる。その場合、表示装置は図３に模式的に示すような断面構造になる。
【００１８】
また、図３の構成では、画素間のクロストーク、ショート、電極配線の断線などの回避、又は電極間を絶縁して発光領域を限定するために、隔壁１５を設けているが、なくても構わない。図３の場合、それぞれの副画素に隔壁１５によって設けられた開口部が図１の副画素１，２，３に対応する。
【００１９】
各副画素１，２，３は、それぞれの発光色を発光する有機ＥＬ素子からなる。図３においては、支持基板９上にそれぞれ第１電極として反射電極９を有し、該反射電極９上に有機化合物層１６，１７，１８を備え、さらに光出射側に第２電極として透明電極２０を備えている。有機化合物層１６，１７，１８はそれぞれ、副画素１，２，３の発光色に応じた発光を行う発光層を備えている。透明電極２０は表示領域全体にわたって連続して形成されており、その光出射側（支持基板９とは反対側）に、有機化合物層１６，１７，１８よりも屈折率の高い高屈折率透明層１０を有している。そしてさらに、高屈折率透明層１０の光出射側に光取り出し構造物７を備えている。
【００２０】
副画素１に用いられる有機ＥＬ素子の断面構造の構成例を図４に示す。尚、副画素２，３に用いられる有機ＥＬ素子の断面構造も図４と同様である。支持基板９上に設けられた第１電極として反射電極２２及び透明電極２３と、第２電極としての透明電極２０との間に、発光層を含むいくつかの有機化合物層があり、発光効率、駆動寿命、光学干渉などの観点から様々な積層構成があることはよく知られている。尚、図３では第１電極として反射電極１９のみを示したが、図４の構成では第１電極を反射電極２２と透明電極２３とで構成しており、本発明では反射性を有する電極構成であればいずれの構成でも構わない。
【００２１】
図４の例では、図３の有機化合物層１６として、正孔注入層２４、正孔輸送層２５、発光層２６、電子輸送層２７、電子注入層２８を設けた構成を示す。本発明は、各層に含まれる材料には限定されない。例えば、発光層２６を構成する材料は、蛍光材料、燐光材料のいずれでもよく、ホスト材料、発光材料の他に、少なくとも一種類以上の化合物が素子性能向上のために含まれていてもよい。また、正孔輸送層２５は電子ブロック層として機能してもよく、電子輸送層２７は正孔ブロック層として機能してもよい。
【００２２】
有機化合物層１６のうち、発光層２６の発光位置と反射電極２２の反射面との間の膜厚を調節することで、発光層２６内部の放射分布を制御することができる。表示装置としては特に正面方向の輝度が高くなるように各有機化合物層の膜厚を設定することで、光学干渉により発光色も制御され、より高効率に正面方向に光が放出されるようになる。より具体的には、発光層２６の発光位置から透明電極２２と反射電極２３の界面までの光学距離を発光波長のｎ／４（ｎ＝１、３、５、・・・）に調整することで、発光層２６から光取り出し方向に向けた正面輝度をより高めることができる。
【００２３】
光取り出し効率を高めるためには反射電極２２の反射率はより高い方が好ましい。例えば、反射電極２２の材料としては、アルミニウム（Ａｌ）電極よりも銀（Ａｇ）電極の方が好ましい。更に反射率を高める手段として誘電多層膜ミラーのように屈折率の異なる層を積層する手法を用いてもよい。
【００２４】
図４の例では第２電極に透明電極２０を用いることで素子内に発光が閉じ込められなくなり、この透明電極２０の光出射側に高屈折率透明層１０を設けることで、閉じ込め及び全反射することなく、光取り出し構造物７へ光が取り出されてくる。即ち、高屈折率透明層１０と空気或いは別の媒体などとの間で起こる全反射を光取り出し構造物７を設けることで回避し、効果的に内部の光を外部に取り出すことができる。このようにして、有機ＥＬ素子の光取り出し効率は通常２０％程度と言われるものが飛躍的に向上する。
【００２５】
また第２電極の透明電極２０に代わって半透明電極を用いてもよい。その場合は第２電極の反射率が上昇し、光学共振器としての特性が発現してくる。しかしながら発光層２６からの高角度放射光成分の発生は、程度は少なくても発生している。ゆえに、透明電極２０に比べて光取り出し効率の増加は小さいが効果はあるといえる。第２電極が透明かどうかそのものに特に限定されるものではない。
【００２６】
高屈折率透明層１０は水蒸気や酸素などのガスの侵入に対するバリア層として用いてもよい。バリア層として機能するには用いる材料にもよるが、数μｍ程度の膜厚であればよいが、０．５μｍ以上６．０μｍ以下の範囲である。好ましい膜厚は光取り出し構造物７のサイズにもよるため、規定する必要はない。高屈折率透明層１０の膜厚が６．０μｍより大きいと該高屈折率透明層１０中を長距離伝播し易くなり、隣の画素４上の光取り出し構造物７から光が取り出されやすくなるので好ましくない。高屈折率透明層１０の膜厚は、光取り出し効率の向上という点では、より好ましくは０．５μｍ以上１．０μｍ以下である。
【００２７】
有機化合物層１６，１７，１８の屈折率は材料によっても変化するが、概ね青の発光領域で１．６乃至２．０、緑では１．５乃至１．９、赤では１．５乃至１．８程度である。従って高屈折率透明層１０は、青、緑、赤の各発光領域それぞれで少なくとも有機ＥＬ素子に用いる有機化合物層１６，１７，１８よりも高い屈折率であればよい。
【００２８】
また、高屈折率透明層１０としては、酸化チタンや酸化ジルコニウム、酸化亜鉛などが挙げられる。しかしながらこれらの材料を加工するとなると困難である。本発明において高屈折率透明層１０は窒化ケイ素膜（ＳｉＮx）などが好ましい。窒化ケイ素膜（ＳｉＮx）の元素組成及び元素組成比は特に限定されるものではなく、窒素、ケイ素を主成分としてその他の元素が混合されていてもよい。窒化ケイ素膜を得る成膜プロセスとしてはＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法が用いられる。窒化ケイ素膜は成膜条件、例えば基板温度や成膜速度などによっても、光学定数は変化するが、本発明においては有機化合物層１６，１７，１８よりも高い屈折率を有する透明層であればよい。高屈折率透明層１０の光透過率は、可視光域で８５％以上が好ましく、より好ましくは９０％以上である。
【００２９】
本発明に係る光取り出し構造物７は高屈折率透明層１０を直接加工して形成され、高屈折率透明層１０と光取り出し構造物７の間には屈折率の差を無くすことが好ましい。
【００３０】
光取り出し構造物７は図４に示すようなレンズ構造を有するレンズ形状物だけではなく、凹凸構造、回折構造などでもよいが、より好ましくはレンズ形状物であることが好ましい。ここでレンズ形状物とは、光取り出し方向に対して凸な形状を指す。このような構造物があることで全反射による素子内部への光の戻りが低減され、光取り出し効率が向上する。レンズ形状物の底部形状は円、楕円、三角以上の多角形であり、該レンズの高さ方向の断面形状は半球状、台形、錐状のいずれか、或いは半球状、台形状、錐状の足し合わせからなるものである。また、副画素１，２，３上に複数の光取り出し構造物７が配置された構成であることが望ましい。
【００３１】
これらは画素４内で平面内に３６０°放出される光をできるかぎり取り出すために配置されることが好ましい。例えば、底面の形状が円の場合は、光取り出し構造物７は図２に示すように六方最密配置がよい。また底面の形が四角形ならば、図５のような千鳥配置をとってもよい。
【００３２】
光取り出し構造物７の配置パターンは全面均一でもよい。また、図６（ａ）で示す光取り出し構造物７ａ，７ｂ、図６（ｂ）で示す光取り出し構造物７ｃ，７ｄ、図６（ｃ）で示す光取り出し構造物７ｅ，７ｆのように、副画素１，２，３上と副画素間領域とでその形状が異なっていてもよい。例えば短辺１０μｍで長辺６０μｍの副画素の場合、数μｍの半球レンズと数μｍ幅のシリンドリカルレンズ、数μｍの円錐、四角錐、或いは多角形の錐と、幅が数μｍで断面が直角三角形や二等辺三角形、或いは台形型の構造物などの組み合わせなどが挙げられる。
【００３３】
該光取り出し構造物７の製造方法については、特に限定するものではないが、例えばフォトリソグラフィによってＳｉＮxなどの膜上にレジストパターンを形成後、ドライエッチを行って所望の構造に形成してもよい。ナノインプリントによって所望のモールドのパターンをＳｉＮ上に転写した後、ドライエッチによってＳｉＮxを加工してもよい。
【００３４】
副画素１，２，３の寸法が数十μｍ角ならば、光取り出し構造物７のサイズ或いは幅はミクロンサイズが好ましい。なぜならば、高屈折率透明層１０中に放出される高角度成分の光が光取り出し構造物７に入った場合に１回で取り出されるとは限らず、２個目、３個目の光取り出し構造物７中に入って取り出されることが考えられるためである。また光取り出し構造物７と空気或いは低屈折率層などとの界面で起こる反射があり、２個目、３個目の光取り出し構造物７に光が当たって角度が変わってから取り出されることも考えられる。従って、副画素１，２，３の面積に対して十分な数と大きさの光取り出し構造物７があることが光取り出し効率向上には好ましい。即ち、より好ましくは各副画素１，２，３上に加えて、画素４内の隣り合う二つの副画素の間の領域（図１の副画素間領域５）にも光取り出し構造物７が設けられていることが好適である。
【００３５】
また光取り出し構造物７が光取り出し効率の向上に十分寄与するためには、光取り出し構造物７が密に配置されていることが好ましい。より好ましくは図７（ａ）及び（ｂ）に示すように光取り出し構造物７の底部の直径（図７（ａ）の場合）、又は隣り合う光取り出し構造物７の中心を通る軸に沿った底面の長さ（図７（ｂ）の場合）（Ａ）に対して、光取り出し構造物７の中心間の距離（Ｂ）が
１．０≦Ｂ／Ａ≦１．２ （１）
であることが好ましい。尚、図７において、３７，４７は光取り出し構造物７の水平方向の配置軸、３８，４８は斜め方向の配置軸、３５，４５は光取り出し構造物７の中心である。また、３１は配置軸３７に沿った光取り出し構造物７の底部の直径（Ａ）、３２は配置軸３７に沿った光取り出し構造物７の中心間の距離（Ｂ）である。また、３３は配置軸３８に沿った光取り出し構造物７の底部の直径（Ａ）、３４は配置軸３８に沿った光取り出し構造物７の中心間の距離（Ｂ）である。さらに、４１は配置軸４７に沿った光取り出し構造物７の底面の長さ（Ａ）、４２は配置軸４７に沿った光取り出し構造物７の中心間の距離（Ｂ）である。また、４３は配置軸４８に沿った光取り出し構造物７の底面の長さ（Ａ）、４４は配置軸４８に沿った光取り出し構造物７の中心間の距離（Ｂ）である。
【００３６】
光取り出し構造物７がより密に配置されていることで高屈折率透明層１０まで到達した光が該光取り出し構造物７を経て外に出る機会が増えることになる。例えば、ある特定の点からの発光は３６０°に放出されるため、隣り合う二つの光取り出し構造物７間に隙間がある場合は、その角度の光は取り出されずその次の光取り出し構造物７に入ったところで取り出される。
【００３７】
副画素間領域５上に光取り出し構造物７が設けられていると、該副画素間領域５に、該副画素間領域５に隣り合う副画素の発光が侵入し取り出されることになる。しかしながら、画素４内の光取り出し構造物７によって起こる混色、例えば、青、緑、赤の間での混色は階調制御された色同士の加法混色なので、所望の色度を得るための制御に対して影響は与えない。むしろ隣り合う副画素へ伝播した光を取り出すことができるため、取り出し効率が向上するという利点がある。
【００３８】
一方、画素間領域６上に設けられた光取り出し構造物７からは、それぞれ別の階調制御された副画素の発光が混ざり合うことになる。例えば互いに異なる画素４に含まれ、画素間領域６を挟んで隣り合う赤色副画素３と青色副画素１の混色は、それぞれの副画素の階調制御が取り出したい発光色に合わせたものにならないため、全く意図しない加法混色された光として取り出される。
【００３９】
ここでＭａｃＡｄａｍの偏差楕円を例にとって考える。緑は赤や青よりも色度ずれに対して鈍感であり、青は色度ずれに対しては非常に敏感である。よって、図１の構成において発光色が青色の青色副画素１を例にとって表示像のにじみについて説明する。青色副画素１への他色の異なる階調制御された副画素からの光の侵入は青の色度ずれにつながる。この時、青色副画素１の色は所望の色度で発光しているが、隣り合う画素間領域６上から取り出される発光色は隣の赤色副画素３の色が混ざった色度のずれた発光である。ゆえに、青色副画素１上は所定の青に近いが画素間領域６上に所定の青色とは違う色が認識される。青色副画素１は赤色が混ざった発光色で認識されることになり、色がにじむことになる。また、画素間領域６では、画像を表示するための画素単位の所定の階調制御に対する色度のずれが起こるため表示された画像のエッジ部のにじみにつながる。尚、画素４内での副画素の配置が、青色副画素１，赤色副画素３，緑色副画素２の順であれば、画素間領域６において、該画素間領域６を挟んで隣り合う青色副画素１と緑色副画素２の混色が生じる。
【００４０】
通常の表示装置の画素の開口レイアウトは等ピッチに配されることが主流であり、通常大きくても開口率５０％程度なので画素間領域６の占める面積は大きい。従ってここで起こる青色領域の意図しない混色は色度の違う領域を形成し、表示像のにじみの原因となる。よってにじみ防止のために、図２に示すように画素間領域６上に、光取り出し構造物が設けられていない。より好ましくは、光取り出し構造物がない領域で、光取り出し構造物７が設けられた画素４同士を隔てることが好ましい。具体的には、図２のように光取り出し構造物がない領域（画素間領域６）が、網目状（グリッド状）につながっていることが好ましい。
【００４１】
画素間領域６の幅、つまり、隣り合う画素４同士の距離については、光の伝播距離を考慮する必要がある。光の伝播距離は、発光点と発光点での光の強度が半分になる点との間の距離である。光の伝播距離は高屈折率透明層１０の膜厚や吸収率、発光色などに関係する。本発明では、上記の理由より光取り出し構造物がない領域によってにじみ解消する効果は発光色によって規定されるものではないが、画素間領域６の幅は、少なくとも光取り出し構造物７の底面の直径、或いは多角形の底面の最も長い対角線の長さよりも広ければよい。さらには、画素間領域６の幅は、伝播距離以上であることが望ましい。
【００４２】
尚、本発明において、画素間領域６の幅とは、図２の如く画素及び副画素がＸ方向、Ｙ方向にそれぞれ直線状に配置している場合には、画素間領域６のＸ方向及びＹ方向の長さである。また、図８のようなレイアウトの場合には、画素間領域６の最も狭い部分の長さをもって画素間領域６の幅とする。
【００４３】
副画素１，２，３の開口形状は長方形に限定されるものではなく、図８に示すように円形であってもよい。例えば光が３次元に等方的に放射されるので、円形の開口に対して光取り出し構造物７が有効に配置できる。円形の副画素であっても各画素内の副画素１，２，３上及び副画素間領域上には光取り出し構造物７を設け、画素間領域上には光取り出し構造物７を設けないことが、意図しない、或いは望まない加法混色による表示像のにじみを回避するために有効である。
【００４４】
尚、本発明の表示装置を駆動するための回路、配線、及び用いるＴＦＴの配置や特性は特に規定するものではなく、必要な性能を得るために所望の設計を施し具備してよい。
【００４５】
また、本発明の表示装置では光取り出し構造物は素子内部に閉じ込められる光を外に取り出すためのものであり、該光取り出し構造物上を更にガラスキャップや板ガラスなどの封止ガラスで封止してもよい。該封止ガラス上には色度の改善のためカラーフィルタや、外光反射低減のために円偏光板を具備してもよい。
【実施例】
【００４６】
以下、本発明の具体的な実施例について説明する。
【００４７】
（実施例１）
実施例１として、有機ＥＬ素子が図４の断面構造を持ち、表示領域が図３の断面構造を持ち、図１及び図２のように画素、副画素及び光取り出し構造物がレイアウトされた構成の表示装置を、以下に示す方法で作製した。即ち、本例の表示装置は、複数の画素を有し、各画素が複数色（青色副画素１、緑色副画素２、赤色副画素３）の副画素からなり、副画素それぞれが有機ＥＬ素子を備えている。
【００４８】
本例では、先ず、ガラス基板上に、低温ポリシリコンからなるＴＦＴ駆動回路（不図示）を形成し、その上にアクリル樹脂からなる平坦化膜（不図示）を形成して支持基板９とした。次に、支持基板９上に、反射電極２２として、スパッタリングによりＡｇ合金を約１５０ｎｍの膜厚で形成した。Ａｇ合金からなる反射電極２２は、可視光の波長域（λ＝３８０ｎｍ乃至７８０ｎｍ）で分光反射率８０％以上の高反射膜である。更にスパッタリングにより透明電極２３としてＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）を成膜した。この後、隔壁１５としてポリイミド系樹脂をスピンコートしフォトリソグラフィによって所望の各副画素に開口部を設けた。
【００４９】
この後、各有機化合物層を順次、真空蒸着法により成膜して積層した。本表示装置では各副画素１，２，３において、発光層２６から反射電極２２までの光学膜厚が、各発光色波長の３／４に相当するように正孔輸送層２５の膜厚を変えた。青色は蛍光材料を、緑色及び赤色に関してはより高い内部量子効率が期待できる燐光材料を発光層２６の発光ドーパントとして用いた。各副画素の有機化合物層のうち最も屈折率の高い層の屈折率は、青色副画素が１．８６、緑色副画素が１．８０、赤色副画素が１．７８であった。
【００５０】
次に透明電極２０として、ＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）をスパッタリングにより成膜した。その後ＣＶＤ法により窒化ケイ素（ＳｉＮ）膜を４μｍの厚さで成膜した。このＳｉＮ膜の屈折率は４５０ｎｍ（青色領域）で１．８９、５２０ｎｍ（緑色領域）で１．８８、６２０ｎｍ（赤色領域）で１．８６であった。よって、いずれの副画素においても有機化合物層よりも屈折率が高かった。このＳｉＮ膜上にヘキサメチルジシラザンをスピンコートして表面を改質した後、フォトレジストのＡＺ１５００をスピンコートし、厚さが約２．５μｍの膜厚を得た。これを図２のように画素間領域上にはパターンを持たないフォトマスクであって、直径５μｍのドットが画素上に配されたフォトマスクで、マスクアライナーＭＰＡ−６００ＦＡにより露光を行った。次いでＡＺ３１２ＭＩＦ現像液によって現像を行いレジストパターンを得た。これを１２０℃で３分間のポストベークを行い、レジスト形状をリフローさせた。これを四フッ化炭素と酸素によるドライエッチによりレジストパターンごとＳｉＮをエッチングすることで直径５μｍのマイクロレンズにＳｉＮ膜を加工した。この時、有機化合物層１６，１７，１８よりも屈折率の高い高屈折率透明層１０の膜厚は１．５μｍ、マイクロレンズの高さは２．５μｍであった。レンズピッチは７μｍであった。
【００５１】
また、図８の画素間領域６の幅は、Ｘ方向が１１．０μｍ、Ｙ方向が１２．３μｍであった。従って、画素間領域６（光取り出し構造物がない領域）中に、マイクロレンズの底部の直径よりも狭い部位はなかった。また、マイクロレンズの底部の直径（Ａ）とマイクロレンズのピッチ（Ｂ）との比（Ｂ／Ａ）は１．４であった。
【００５２】
以上のようにして作製した表示装置のにじみ程度を確認するために、青空を背景に人物の画像を表示し、皮膚などの白色系の部位の輪郭部の発光色を確認した。本実施例によって得られた表示像の人物の輪郭部にはにじみに由来する発光色の変化は見られなかった。
【００５３】
また、本実施例における光取り出し効率については４０％程度であった。発光強度は全視野角にわたって増加が見られた。
【００５４】
（比較例１）
画素間領域７上にも光取り出し構造物７を設けた以外は実施例１と同じ構成の表示装置を実施例１と同様な製造プロセスで作製した。得られた表示装置のにじみ程度を実施例１と同様にして確認したところ、表示像の人物の輪郭部にはにじみに由来する発光色の変化が見られ、青紫色のにじみが輪郭部に視認された。一方で、光取り出し効率については４１％程度で実施例１と同様であり、輝度は全視野角にわたって増加が見られた。
【００５５】
（実施例２）
レンズピッチを６μｍに狭めた以外は実施例１と同じ構成の表示装置を実施例１と同様な製造方法で作製した。画素間領域６（光取り出し構造物がない領域）の幅はＸ方向が１３．０μｍ、Ｙ方向が１２．３μｍであり、画素間領域６（光取り出し構造物がない領域）中に、マイクロレンズの底部の直径よりも狭い部位はなかった。また、マイクロレンズの底部の直径（Ａ）とマイクロレンズのピッチ（Ｂ）との比（Ｂ／Ａ）は１．２であった。
【００５６】
得られた有機ＥＬ表示装置のにじみ程度を実施例１と同様にして確認したところ、表示像の人物の輪郭部にはにじみに由来する発光色の変化はみられなかった。また、光取り出し効率については４４％程度であった。輝度は全視野角にわたって増加が見られた。
【００５７】
（実施例３）
レンズピッチを５μｍにして隙間なく直径５μｍのマイクロレンズを配置した以外は実施例１と同じ構成の表示装置を、フォトマスクとしてグレートーンマスクを用いた階調露光によるフォトリソグラフィを行った以外は実施例１と同様にして作製した。画素間領域６（光取り出し構造物がない領域）の長さはＸ方向が１５．０μｍ、Ｙ方向が１５．７μｍであり、画素間領域６（光取り出し構造物がない領域）中に、マイクロレンズの底部の直径よりも狭い部位はなかった。また、マイクロレンズの底部の直径（Ａ）とマイクロレンズのピッチ（Ｂ）との比（Ｂ／Ａ）は１．０であった。
【００５８】
得られた表示装置のにじみ程度を実施例１と同様にして確認したところ、表示像の人物の輪郭部にはにじみに由来する発光色の変化は見られなかった。また、光取り出し効率については４７％程度であった。輝度は全視野角にわたって増加が見られた。
【符号の説明】
【００５９】
１：青色副画素、２：緑色副画素、３：赤色副画素、４：画素、５：副画素間領域、６：画素間領域、７：光取り出し構造物、１６乃至１８：有機化合物層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに異なる色を発光する複数の副画素をする画素を複数備え、
前記副画素がそれぞれ、第１電極と、第２電極と、前記第１電極と第２電極との間に配置された発光層を含む有機化合物層とを有する有機ＥＬ素子を備えた表示装置であって、
前記有機ＥＬ素子の光出射側に、前記有機化合物層よりも屈折率の高い高屈折率透明層を有し、
前記高屈折率透明層の光出射側に光取り出し構造物を有し、
前記画素内の副画素上には前記光取り出し構造物を有し、隣り合う二つの画素の間の領域には前記光取り出し構造物がないことを特徴とする表示装置。
【請求項２】
前記光取り出し構造物がない領域が網目状につながっている請求項１に記載の表示装置。
【請求項３】
前記画素内の隣り合う二つの副画素の間の領域上にも前記光取り出し構造物が配置されている請求項１又は２に記載の表示装置。
【請求項４】
画素内の副画素上に形成された光取り出し構造物と、隣り合う二つの副画素の間の領域上に形成された光取り出し構造物とが、互いに異なる形状の光取り出し構造である請求項１乃至３のいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項１】
互いに異なる色を発光する複数の副画素をする画素を複数備え、
前記副画素がそれぞれ、第１電極と、第２電極と、前記第１電極と第２電極との間に配置された発光層を含む有機化合物層とを有する有機ＥＬ素子を備えた表示装置であって、
前記有機ＥＬ素子の光出射側に、前記有機化合物層よりも屈折率の高い高屈折率透明層を有し、
前記高屈折率透明層の光出射側に光取り出し構造物を有し、
前記画素内の副画素上には前記光取り出し構造物を有し、隣り合う二つの画素の間の領域には前記光取り出し構造物がないことを特徴とする表示装置。
【請求項２】
前記光取り出し構造物がない領域が網目状につながっている請求項１に記載の表示装置。
【請求項３】
前記画素内の隣り合う二つの副画素の間の領域上にも前記光取り出し構造物が配置されている請求項１又は２に記載の表示装置。
【請求項４】
画素内の副画素上に形成された光取り出し構造物と、隣り合う二つの副画素の間の領域上に形成された光取り出し構造物とが、互いに異なる形状の光取り出し構造である請求項１乃至３のいずれか１項に記載の表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−２２１６８６（Ｐ２０１２−２２１６８６Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８５３９７（Ｐ２０１１−８５３９７）
【出願日】平成２３年４月７日（２０１１．４．７）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月７日（２０１１．４．７）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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