表示装置
【課題】光出射側にレンズを配置して損出光を向上させた表示装置において、隔壁に起因する凹レンズ効果を低減させて、上記レンズによる集光効果を高める。
【解決手段】光出射側の第２電極５と、レンズ８との間に、平坦化層７を配置して、隔壁３によって第２電極５の表面に形成された凹形状による凹レンズ効果を低減する。
【解決手段】光出射側の第２電極５と、レンズ８との間に、平坦化層７を配置して、隔壁３によって第２電極５の表面に形成された凹形状による凹レンズ効果を低減する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はフラットパネルディスプレイに用いられる、有機ＥＬ素子を用いた表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、１対の電極間に有機発光層を挟持する有機ＥＬ素子（有機エレクトロルミネッセンス素子）からなる表示装置が盛んに開発されている。特にマトリクス状に多数の微小な画素を配置し、異なる発光色の画素を組み合せてカラー画像を表示する方式が盛んである。画素は開口を有する隔壁で発光領域が規定される場合が多い。また、有機ＥＬ素子は酸素や水分と著しく反応するため、無機材料からなる封止保護膜で外気と遮断する構成も知られている。このような表示装置において、有機ＥＬ素子から放出された光は四方八方に分散される。基板面に斜めに放出された光は、その基板と外部空気の境界又は表示装置の最外層の保護部材と外部空気の境界で反射され、表示装置の外部に放出されず損出光となるものが６０％から７０％にも及んでいた。そのため、発光層から発光する光を効率よく取り出し、光量の増大及び所望方向の輝度の向上のために、有機ＥＬ素子に対応して光取り出し側にレンズを設ける構成が提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
この提案によれば、発光層から放出された光はレンズによって集光されてから表示装置の外へ放出される。そのため、発光層から発光した光の内で、基板面に対して斜めに放出された光でも、レンズによって基板面に垂直方向に屈折されて装置の外部へ放出される。従って、表示装置の外部に放出されない損出光を低減し有機ＥＬ素子から放出された光を効率よく利用することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３９５００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１のような構成の表示装置においては、画素の発光領域を規定する隔壁の端部に傾斜を持たせてなだらかにする場合が多いが、発光領域と隔壁の上面では高低差が生じ、凹形状となる。この凹形状の上に無機材料からなる封止保護膜を形成すると、発光領域と隔壁の上面で形成される凹形状をなぞるように、封止保護膜の表面にも同様の凹形状が形成される。この封止保護膜の上方にレンズを設けることにより、出射光を所望の方向に集めることができるが、封止保護膜の屈折率とレンズ材料の屈折率を合わせることは容易ではなく、屈折率に差が生じ、凹レンズ効果を生じてしまう。即ち、封止保護膜表面の凹形状で出射光の一部が所望の方向からずれ、輝度が低下するという課題が生じる場合がある。
【０００６】
本発明の課題は、レンズを用いて損出光を向上させた表示装置において、隔壁に起因する凹レンズ効果を低減させて、上記レンズによる集光効果を高めることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、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、少なくとも発光層を含む有機化合物層と、を有する有機ＥＬ素子が複数配置されてなり、前記複数の有機ＥＬ素子が隔壁によって分離され、前記有機ＥＬ素子及び前記隔壁上に封止保護膜が形成されており、前記基板とは反対側に集光レンズが形成された表示装置において、
前記隔壁によって前記第２電極表面が段差を有しており、前記段差が、前記第２電極と前記集光レンズとの間に形成された平坦化層によって平坦化されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、平坦化層によって隔壁に起因する凹レンズ効果が低減し、レンズによって高い集光効果が得られ、輝度の高い表示装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の表示装置の第１の実施形態の構成例を模式的に示す断面図である。
【図２】図１の構成から平坦化層を除いた構成を模式的に示す断面図である。
【図３】本発明の表示装置の第１の実施形態に係る（１）式の説明図である。
【図４】凹レンズ効果による本発明の表示装置の視野角改善効果を示す図である。
【図５】本発明の表示装置の第１の実施形態の他の構成例を模式的に示す図である。
【図６】本発明の表示装置の第１の実施形態の他の構成例を模式的に示す図である。
【図７】図１に示した表示装置の製造工程を示す断面図である。
【図８】図１に示した表示装置の製造工程を示す断面図である。
【図９】図５に示した表示装置の製造工程を示す断面図である。
【図１０】図５に示した表示装置の製造工程を示す断面図である。
【図１１】本発明の表示装置の第２の実施形態の構成例を模式的に示す断面図である。
【図１２】本発明の表示装置の第２の実施形態の他の構成例を模式的に示す断面図である。
【図１３】本発明の実施例の結果を示すグラフである。
【図１４】本発明の実施例の結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の表示装置は、基板上に有機ＥＬ素子を複数配置してなり、複数の有機ＥＬ素子が互いに隔壁によって分離されている。そして、有機ＥＬ素子及び隔壁上に封止保護膜が形成され、さらに、有機ＥＬ素子毎に基板とは反対側に集光レンズが形成された構成を有している。有機ＥＬ素子は、第１電極と、第２電極と、前記第１電極と第２電極との間に挟持された、少なくとも発光層を含む有機化合物層とを有している。
【００１１】
本発明の特徴は、隔壁によって前記第２電極表面が段差を有しており、前記段差が、前記第２電極と前記集光レンズとの間に形成された平坦化層によって平坦化されていることにある。ここで、本発明においては、平坦化層を封止保護膜と集光レンズとの間に形成した第１の実施形態と、第２電極と前記封止保護膜との間に形成した第２の実施形態とが挙げられる。以下、各実施形態に分けて構成を説明する。
【００１２】
〔第１の実施形態〕
図１を参照して、本発明の第１の実施形態について説明する。図中の矢印は発光層で発光した光の進行方向を示す。先ず、後述する第２の実施形態と共通する構成について説明する。
【００１３】
基板１の上に、画素電極となる光反射性の第１電極２をマトリクス状に多数形成する。基板１には各有機ＥＬ素子を独立に駆動できるように画素回路が形成されている。これらの画素回路は、複数のトランジスタから構成されている（不図示）。このトランジスタが形成された基板１は、トランジスタと第１電極２とを電気的に接続するためのコンタクトホールが形成された半導体保護層に覆われている（不図示）。更に半導体保護層上には、画素回路による表面凹凸を低減し、表面を比較的平坦にするための平坦化層が形成されていてもよい（不図示）。
【００１４】
第１電極２は、例えばＡｇ等の高い反射率を持つ導電性の金属材料から形成される。また、Ａｇ等の金属材料からなる層とホール注入特性に優れたＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ−Ｔｉｎ−Ｏｘｉｄｅ）などの透明導電性材料からなる層との積層体から構成しても良い。
【００１５】
次いで、第１電極２の端部を覆い、画素の発光領域となる開口を有する絶縁性の隔壁３を形成する。隔壁３の厚みは０．５μｍ乃至５μｍ程度が好ましく、製造には感光性ポリイミドなどの樹脂材料や窒化シリコン、酸化シリコン等の無機材料が使用できる。開口はフォトリソグラフィ技術やエッチング技術を利用して形成する。開口の端部は１０°乃至５０°程度の傾斜（テーパー形状）とするが、開口形成時の樹脂の選定やエッチングの条件により傾斜を形成できる。
【００１６】
隣接する画素に異なる発光色の有機化合物層４を蒸着法や塗布法で形成する。有機化合物層４は、少なくとも発光層を含む単層又は複数の層からなる。例えば、第１の電荷輸送層、発光層、第２の電荷輸送層及び電荷注入層からなる４層構成や、第１の電荷輸送層、発光層及び第２の電荷輸送層からなる３層構成等が挙げられる。有機化合物層４を構成する材料は、公知の材料を使用することができる。正孔輸送性と電子輸送性及び正孔注入性と電子注入性はどちらの極性も選択できる。
【００１７】
有機化合物層４の上に、共通電極となる光透過性の第２電極５をスパッタリング法等で形成し、第１電極２、有機化合物層４、第２電極５からなる有機ＥＬ素子が形成される。この場合は基板１とは反対側を光取り出し側としている。近年、高精細の表示装置が主流であり、画素の幅は数１００μｍから数μｍへと細かくなっている。第２電極５は、有機化合物層４で発光した光を素子外部に取り出し可能な半反射性或いは光透過性の構成を有している。具体的には、素子内部での干渉効果を高めるために第２電極５を半反射性の構成とする場合、第２電極５は、ＡｇやＡｇＭｇなどの電子注入性に優れた導電性の金属材料からなる層を２乃至５０ｎｍの膜厚で形成することにより構成されている。尚、半反射性とは、素子内部で発光した光の一部を反射し、一部を透過する性質を意味し、可視光に対して２０乃至８０％の反射率を有するものをいう。また、光透過性とは、可視光に対して８０％以上の透過率を有するものをいう。尚、アノードとカソードの役割は、材料の選択により第１電極２と第２電極５のどちらにすることも可能である。
【００１８】
第２電極５の表面には、隔壁３に起因する段差が形成されている。より具体的には、隔壁３の開口部によって規定される、有機ＥＬ素子の発光領域が隔壁３の上面よりも低い凹形状が形成されている。本発明では、係る段差を平坦化層によって平坦化するが、第１の実施形態においては、係る平坦化層を封止保護膜と集光レンズとの間に配置する。この平坦化を行う目的は、後述する凹レンズ効果を低減して凸レンズによる集光効果を高めるものである。
【００１９】
第１の実施形態では、図１に示すように、第２電極５上に、封止保護膜６を配置する。封止保護膜６はプラズマＣＶＤ法などによる窒化シリコンや酸窒化シリコンなどの無機材料で形成し、異なる材料を多層に形成してもよい。屈折率は一般的に１．５乃至２．０である。封止保護膜６の厚みは特に制限はないが、実用的には１μｍ乃至５０μｍ程度が好ましい。図１に示すように、有機ＥＬ素子の発光領域と隔壁３の上面では高低差が生じ、隔壁３の形状にならった凹形状となる。この凹形状の上に無機材料からなる封止保護膜６を形成すると、発光領域と隔壁３の上面で形成される凹形状をなぞるように、封止保護膜６の表面にも同様の凹形状が形成される。
【００２０】
本発明において、第２電極５上に封止保護膜６を設けた場合には、隔壁３に起因する封止保護膜６表面の凹形状によって、有機ＥＬ素子から出射された光を発散する作用（本明細書では凹レンズ効果という）を生じてしまう。また、この凹レンズ効果は以下の（１）式を満たすことで顕著になる。即ち、隔壁３の開口部の開口径をＬ、隔壁３の膜厚をＤ、封止保護膜６の膜厚をＴ、隔壁３のテーパー部の幅をＡとした時、
０．１＜（Ｔ×Ｄ）／（Ｌ×Ａ）＜１ （１）
を満たす。
【００２１】
尚、隔壁３の開口部の開口径Ｌは、互いに向かい合う画素端辺を直交する線分の中で、最も短い長さで示される。具体的には、例えば開口部の形状が円形であればその直径であり、楕円形であれば短径であり、長方形であれば短辺の長さである。また、隔壁３のテーパー部の幅Ａは、隔壁３の平均膜厚が１０％から９０％まで変化するのに要する距離である。
【００２２】
（１）式の物理的意味について以下に図３を参照して説明する。尚、図３においては、便宜上、第１電極２、有機化合物層４、第２電極５を省略する。第１電極２は発光層よりも下方にあるため、有機化合物層４と第２電極５とは合わせても１００乃至２００ｎｍ程度であるため、それぞれ影響がほとんどないためである。また、図３中の３ａは隔壁３のテーパー部である。
【００２３】
先ず画素上に凹形状があることによる発散効果は凹レンズ領域３１の幅Ｒ／画素径（隔壁３の開口部の開口径）Ｌに比例する。ここで凹レンズ領域３１の幅Ｒは、隔壁３のテーパー角をθとするとＲ＝Ｔ×ｔａｎ（θ／２）と計算される。さらに近似式によりｔａｎ（θ／２）≒（１／２）×ｔａｎθ＝（１／２）×（Ｄ／Ａ）と表わされ、Ｒ＝Ｔ×（１／２）×（Ｄ／Ａ）であり、Ｒ／Ｌ＝（１／２）×（Ｔ×Ｄ）／（Ｌ×Ａ）である。以上より、発散効果は（Ｔ×Ｄ）／（Ｌ×Ａ）に比例すると言える。
【００２４】
次にさまざまなＴ，Ｄ，Ｌ，Ａの値に対して発光光の発散効果、つまりは視野角分布の改善効果を光学シミュレーションにより計算したところ、図４のような結果が得られた。グラフの縦軸はパネルを斜め（５０°方向）から見た時の輝度に対する正面輝度の比である。この正面輝度／斜方輝度の値は通常凹レンズ効果がない場合３．５乃至４程度であるが、０．１＜（Ｔ×Ｄ）／（Ｌ×Ａ）の範囲では正面輝度／斜方輝度が低減し、正面方向への輝度が相対的に低下する。但し（Ｔ×Ｄ）／（Ｌ×Ａ）≧１の範囲になると正面輝度よりも斜方輝度の方が大きくなり、ディスプレイとしての用途に適さないものとなってしまうため、（Ｔ×Ｄ）／（Ｌ×Ａ）＜１である必要がある。
【００２５】
本発明において、凹レンズ効果が得られる凹形状を作製できるのは封止保護膜６を熱ＣＶＤ法やプラズマＣＶＤ法といった化学気相成長（ＣＶＤ）法により成膜した場合であり、係る成長法における膜成長の方向性に起因する。ＣＶＤ法によって封止保護膜６を成膜すると、被成膜物の表面形状に対して法線方向に膜が成長形成されるため、封止保護膜６が厚くなるほど、封止保護膜６の水平面と傾斜面の交点は画素中央方向へシフトする。この結果、隔壁３の開口部の開口径Ｌに対する凹レンズ領域３１の幅Ｒが拡がり、発光光の発散効果が強く現れる。
【００２６】
本発明においては、封止保護膜６の膜厚Ｔを厚膜化すると、より（１）式の条件を満たすことになる。
【００２７】
また、隔壁３の膜厚Ｄを厚膜化すると、隔壁３のテーパー部３ａの角度が大きくなり、テーパー部３ａにおける封止保護膜６の成長方向がより画素中央方向に向くこととなる。その結果、封止保護膜６の膜厚Ｔが同じでも凹レンズ領域３１の幅Ｒは広くなり、凹レンズ効果が強くなる。
【００２８】
また、隔壁３の開口部の開口径Ｌを小さくすることで、ＴとＤとＡにより決定される凹レンズ領域３１の幅Ｒに対して開口径Ｌが小さくなるので、全体的に凹レンズ領域３１の幅Ｒの占める割合が増加し、凹レンズ効果が強調されることとなる。
【００２９】
その他に、隔壁３のテーパー部３ａの幅Ａを狭くすることにより隔壁３のテーパー部３ａの角度が大きくなり、テーパー部３ａにおける封止保護膜６の成長方向がより画素中央方向に向くこととなる。その結果、封止保護膜６の膜厚Ｔが同じでも凹レンズ領域３１の幅Ｒは広くなり、凹レンズ効果が強くなる。
【００３０】
本発明においては、上記凹レンズ効果によるレンズ８の集光効果の低下を抑制するために、封止保護膜６の上に平坦化層７を設ける。平坦化層７を設けることにより、封止保護膜６表面の凹形状をなだらかにするが、必ずしも完全に平坦にする必要はない。また、必ずしも全面に一様に設ける必要もなく、レンズ８を設ける部分に対応して必要充分な領域のみにパターニングされていても良い。平坦化層７の厚みは所望の光学機能にあわせて選択するが、具体的には１μｍ乃至５０μｍ程度が好ましい。平坦化層７の屈折率は封止保護膜６に近いほど、本発明の効果が発揮できるが、表面形状を平滑にできる材料である必要がある。具体的には酸化ジルコニウムや酸化チタンなどの高屈折率材料の微粒子を分散したアクリル系の樹脂や、ノボラック系の樹脂、シロキサン系のＣＶＤ膜などが用いられる。
【００３１】
平坦化層７で平坦化した表面に集光レンズ８を設ける。レンズ８の材料の屈折率はレンズ面での屈折効果を利用するためには、より外側の屈折率より大きい必要があり、高屈折率の材料が好ましい。ノボラック系の樹脂や窒化シリコン、酸窒化シリコンなどの材料が利用できるが、レンズ形状を形成する必要性から封止保護膜６と同じ屈折率にすることは容易ではない。一般的に屈折率が低くなる場合が多い。光硬化性樹脂（ＪＳＲ社製「ＫＺ６６６６」、東洋インキ製造社製「ＴＹＺ７４」など）を使用すると、屈折率は１．７乃至１．８程度を選択することができる。
【００３２】
レンズ８は、平坦化層７上に直接形成してもよいし、別工程で形成したレンズ８を平坦化層７上に貼り合わせてもよい。レンズ８を貼り合せる接着剤は、薄い方がよく、２乃至３μｍ程度、またそれ以下が好ましい。また、レンズ８の材料は、無機材料でも、有機材料でもよい。無機材料としては、窒化シリコン、酸化シリコン、酸窒化シリコン、酸化アルミニウムなどが挙げられる。有機材料としては、エポキシ樹脂、ブチル樹脂が挙げられる。
【００３３】
レンズ８は、例えば、次のようにして形成できる。レンズ材料である樹脂層を１０μｍ乃至１００μｍ程度、平坦化層７上に塗布する。樹脂層としては熱硬化型樹脂、熱可塑性樹脂、光硬化型樹脂を用いることができ、熱硬化型樹脂と光硬化型樹脂については、スピンコート法、ディスペンス法などを用いる。光硬化型樹脂としては、ポジ型のレジスト（ＡＺエレクトロニックマテリアルズ社製「ＡＺ１０ＸＴ」など）が好ましく用いられる。屈折率は１．６５程度にできる。熱可塑性樹脂については、膜厚１０μｍ乃至１００μｍ程度のフィルムを真空下にて貼りつけてもよい。材料としては、エポキシ樹脂、ブチル樹脂が好適に用いられる。
【００３４】
次に、レンズ８を成形するための型を用意し、樹脂層などに気泡が混入しないように、樹脂層と型とを密着させる。型は、一般的な金属を用いることができるが、樹脂層に光硬化型樹脂を用いる場合は、光を透過することが可能な石英基板が好ましい。また、型の表面には、フッ素樹脂などの膜を形成することにより、樹脂層と型との剥離性を良好にすることができる。さらに、樹脂層に熱硬化型樹脂を用いる場合は、型における各レンズの凸部の頂点と、有機化合物層がなす画素の中心とが一致するようにアライメントしながら、温度を８０℃に加熱して、樹脂を硬化させる。次に、型を硬化した樹脂層から剥がすと、係る樹脂層にはレンズ８が形成されている。この時、型の表面に、濡れ性を下げる効果を有するフッ素樹脂などの膜を成膜しておけば、剥がす作業を簡単に実行することができる。このように形成されたレンズ８は、後述する図６或いは図１１に示すように、平坦化層７上に途切れることなく連続して形成された樹脂層８ａに、複数の集光レンズ８を備えた構成となっている。
【００３５】
また、フォトリソや印刷によってパターニングされた樹脂層を加熱し、リフローによって樹脂層をレンズ形状に変形させてレンズ８を形成することもできる。
【００３６】
レンズ８は、画素毎、即ち、有機ＥＬ素子毎に１つ形成されていることが好ましいが、１つの画素に複数のレンズを形成したり、複数の画素に１つのレンズを形成してもよい。また、レンズの上に円偏光部材を配置してもよい。
【００３７】
図２に、平坦化層７を設けなかった以外は図１の表示装置と同じ構成の表示装置の断面図を示す。図中の矢印は発光層で発光した光の進行方向を示す。図１，図２に示すように、封止保護膜６に屈折率の近い平坦化層７を設けることで、隔壁３に起因する凹レンズ効果によって、出射光の一部が所望の方向からずれて輝度が低下するという問題を低減することができる。
【００３８】
本実施形態の表示装置の製造工程について図７，図８を用いて説明する。図７，図８は図１の構成の表示装置の製造工程の一例を示す断面図である。尚、第２電極５の形成までは周知な製造工程であるため、ここでは説明を省略する。先ず、図７（ａ）に示すように、トップエミッション型の有機ＥＬ素子が複数形成された基板１を用意する。この基板１には、不図示のアクティブマトリクス型の画素回路、半導体保護層、平坦化層が形成されており、係る基板１上に、第１電極２、隔壁３、有機化合物層４、第２電極５が形成されている。
【００３９】
次に、図７（ａ）に示すように無機材料からなる封止保護膜６を取り出し端子部以外の表示領域の全域に形成する。封止保護膜６は、水分や酸素が有機ＥＬ素子に接触することを遮断するための、言わば封止機能を有する部材である。そのため、封止保護膜６は、光の透過率が高く、防湿性に優れた部材であることが好ましい。尚、図７（ａ）では封止保護膜の表面は第２電極４におおむね倣った形状をしている。窒化シリコンを用いる場合、屈折率は１．８乃至２．０程度にできる。
【００４０】
次に図７（ｂ）に示すように、平坦化層７を取り出し端子部以外の表示領域の全域に形成する。
【００４１】
次に図７（ｃ）に示すように、ポジ型の光硬化型樹脂からなるレンズ材料１８を表示領域の全域に形成する。
【００４２】
次に、図８（ａ）に示すように、フォトマスク２０を使い、レンズを形成したい部分以外を露光する。その後現像を行うことで、図８（ｂ）のようにレンズ材料１８をマスクパターンにパターニングする。これを所定の温度で加熱することでレンズ材料１８がリフローし、表面張力により図８（ｃ）のような、概略球レンズ形状のレンズ８が形成できる。必要な光学機能にあわせて高さ、曲率半径を選択する。いずれも数μｍ乃至数１００μｍから選択できる。曲率半径をより短くすると発光光を集光し、所望の方向の明るさを増すことができるが、所望方向以外の光量は低下するため、用途によって選択することが必要である。
【００４３】
次に、図５、図６を用いて、本実施形態の他の構成例を説明する。図５（ａ）、図６（ａ）は断面図、図５（ｂ）、図６（ｂ）は上面図であり、図５（ａ）、図６（ａ）は図５（ｂ）、図６（ｂ）のＣ−Ｃ’断面に相当する。また、図中の矢印は発光層で発光した光の進行方向を示す。
【００４４】
図５の構成例は、封止保護膜６の表面に遮光層９を形成し、さらに、発光領域の中心Ａとレンズの中心Ｂとを故意にずらすことにより、斜め方向の輝度を高めている。
【００４５】
図９は図４の構成例の製造工程の一例を示す断面図である。図９（ａ）に示すように、封止保護膜６まで形成した後、図９（ｂ）に示すように、全面に遮光層材料１９を形成する。遮光層材料１９としては、例えばネガ型のブラックレジストなどが好ましく用いられる。次いで、図９（ｃ）に示すようにマスク２１を用いて、フォトリソグラフィ技術によりパターニングして画素に対応する開口部分を有する遮光層９を形成する（図９（ｄ））。
【００４６】
その後、図７（ｃ）乃至図８（ｃ）の工程と同様にして、平坦化層７及びレンズ８を形成する。
【００４７】
或いは、図１０（ａ）に示すように、全面にポジ型の光硬化型樹脂からなるレンズ材料１８を形成した後、図１０（ｂ）に示すように、グレースケールマスク２２を用いて露光し、現像して図１０（ｃ）のレンズ８を得る。グレースケールマスク２２は、遮光領域（図中のハッチング領域）の光透過性に分布を持たせたものである。
【００４８】
図６の構成例は、封止保護膜６の表面に、フォトリソグラフィ技術を用いて画素に対応する周回部分に平坦化層材料をためる土手部材９を形成した例である。土手部材９は、発光領域よりは広く、レンズの光学機能部より狭いほうが好ましい。感光性ポリイミド樹脂やＭＥＭＳ用ネガレジスト（日本化薬社製「ＳＵ−８」）などが使用できる。土手部材９を設けた上に平坦化層７を設けると、土手部材９が凹形状の部分に平坦化層材料をためる役割をし、平坦化を容易にできる。
【００４９】
また、これとは別に保護部材１１に低屈折率樹脂１０を塗布し、レンズ形状のニッケルメッキで作製した型を押し当て、レンズ８の型となる形状を作製する。低屈折率樹脂１０としては、紫外線硬化型の低屈折率樹脂（ＤＩＣ（大日本インキ）社製「ディフェンサ」など）で屈折率は１．４程度が可能である。これを、エポキシ系樹脂等のレンズ８となる材料で貼り合せて、表示装置が作製できる。エポキシ系樹脂は屈折率は１．６程度が可能である。この時、図５の構成例と同様に、発光領域の中心Ａとレンズの中心Ｂを故意にずらし、所望の方向の輝度を高めることも可能である。
【００５０】
〔第２の実施形態〕
第２の実施形態は、第２電極と封止保護膜との間に平坦化層を設けた構成である。図１１，図１２にその構成例を示して説明する。尚、基板１上に第１電極２、隔壁３、有機化合物層４、第２電極５を設けるまでは、第１の実施形態と同様であり、説明を省略する。尚、本実施形態でも式（１）を満たす構成であれば凹レンズ効果が顕著になってしまう点では第１の実施形態と共通であり、その効果を抑制するために、第２電極と封止保護膜との間に平坦化層を設けている。
【００５１】
図１１，図１２に示すように、本例では、第２電極５上に、平坦化層２７を設けて第２電極５表面の凹形状を平坦化する。平坦化層２７は、テトラエトキシオルソシリケイト（ＴＥＯＳ）、ヘキサメチルジシロキサン（ＨＭＤＳＯ）、（ビスターシャルブチルアミノ）シラン（ＢＴＢＡＳ）、オクタメチルシクロテトラシロキシサン（ＯＭＣＴＳ）を用いて形成される。特に、ＯＭＣＴＳから形成されたＳｉＯＣＨ材料からなる平坦化層２７が好ましい。平坦化層２７は、これら材料を用い、真空紫外光ＣＶＤ法により形成される。ここで、真空紫外光ＣＶＤ法による平坦化層２７を第２電極５の上に直接形成した場合、有機ＥＬ素子の初期輝度が低下する恐れがある。
【００５２】
そこで、平坦化層２７の下層に紫外光を吸収する紫外光遮断層２８を形成することが望ましい。紫外光遮断層２８は、真空紫外ＣＶＤ法による真空紫外光から有機ＥＬ素子を保護する役割を果たす。紫外光遮断層２８は、有機材料でも、無機材料でもよく、２００ｎｍ以下の波長を吸収することが望ましく、パリレン、窒化シリコン、酸化シリコン、酸窒化シリコン、酸化アルミニウムなどが挙げられる。また、紫外光遮断層２８は、その上に形成される平坦化層２７の広がり性、密着性が必要であり、紫外光遮断層２８は、窒化シリコン、酸化シリコン、酸窒化シリコンなどのケイ素を含む材料が好ましい。
【００５３】
本実施形態では、平坦化層２７の上に封止保護膜２６が形成される。封止保護膜２６の構成材料としては、例えば、窒化シリコン、酸窒化シリコン等が挙げられるが、これらに限定されない。特に窒化シリコンを使用することが好ましく、これは窒化シリコンの水分透過性が酸窒化シリコンに比べて低いからである。この封止保護膜２６は、例えば、プラズマＣＶＤ法、スパッタ法等で形成することができるが、これらの形成方法に限定されない。具体的には、例えば、ＳｉＨ4ガス、ＮＨ3ガス、Ｎ2ガスを供給して、プラズマを発生させ、窒化シリコン膜を形成する。また、亜酸化窒素ガス等の酸素を有するガスを添加し、酸窒化シリコン膜を形成する。
【００５４】
封止保護膜２６上に、レンズ８が形成される。レンズ８の形成方法としては、先に示した第１の実施形態と同様に形成することができる。図１２は、別途成形したレンズ８を接着剤層２９により平坦化層２６に接着した構成例である。
【００５５】
このように、平坦化層２７を設けた上に封止保護膜２６を形成することにより、隔壁３に起因する凹レンズ効果を低減させ、レンズ８の集光効果を高めることができる。また、レンズ８と有機化合物層４との距離が大きくなればなるほど、レンズ８の集光効率は低下するが、真空紫外光ＣＶＤ法によって平坦化特性に優れた平坦化層２６を形成することができ、集光効率の低下を抑えることができる。さらに、平坦化層２６を形成する際の紫外光による有機ＥＬ素子への影響も、紫外光遮光層２８を設けることで効率良く低減することができる。
【実施例】
【００５６】
（実施例１）
図７，図８に示す工程に従って、図１の構成の表示装置を作製した。以下に各工程を説明する。
【００５７】
ガラス基板上に、低温ポリシリコンＴＦＴで画素回路（不図示）を形成し、その上に窒化シリコンからなる半導体保護層とポリイミド樹脂からなる平坦化層を、この順番で形成して図７（ａ）に示す基板１を作製した。この基板１上にＡｌＮｄ膜とＩＴＯ膜をスパッタリング法にて１００ｎｍと３８ｎｍの厚さでこの順に形成し、ＡｌＮｄ膜とＩＴＯ膜を画素毎にパターニングし、第１電極２を形成した。
【００５８】
この上に東レ社製ポリイミド樹脂をスピンコートし、フォトリソグラフィ技術により、第１電極２が形成された部分に開口（発光領域に相当）が形成されるようにパターニングし、隔壁３を形成した。加熱し、重合させる時に開口の端部は傾斜となる材料を選択し、厚みは１μｍとした。各画素のピッチは３０μｍ、開口による第１電極２の露出部の大きさは１０μｍ、テーパー角は２μｍとした。
【００５９】
これをイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）で超音波洗浄し、次いで、煮沸洗浄後乾燥した。さらに、ＵＶ／オゾン洗浄してから有機化合物層４を真空蒸着により成膜した。有機化合物層４としては、始めに、ホール輸送層を全ての画素に８７ｎｍの厚さで成膜した。この際の真空度は１×１０-4Ｐａ、蒸着レートは０．２ｎｍ／ｓｅｃであった。
【００６０】
次に、シャドーマスクを用いて、赤色発光層、緑色発光層、青色発光層をそれぞれ厚さ３０ｎｍ、４０ｎｍ、２５ｎｍで成膜した。図１では２色分、２画素の図となっているが同様の構成の繰り返しであるため省略している。尚、白色の発光を得る場合は、同じ材料を一様に設けてよい。
【００６１】
続いて、全ての画素に共通の電子輸送層としてバソフェナントロリン（Ｂｐｈｅｎ）を真空蒸着法にて１０ｎｍの厚さで形成した。蒸着時の真空度は１×１０-4Ｐａ、成膜速度は０．２ｎｍ／ｓｅｃの条件であった。その後、共通の電子注入層として、ＢｐｈｅｎとＣｓ2ＣＯ3を共蒸着（質量比９０：１０）して４０ｎｍの厚さで形成した。蒸着時の真空度は３×１０-4Ｐａ、成膜速度は０．２ｎｍ／ｓｅｃの条件であった。
【００６２】
次に、上記ホール輸送層から電子注入層までの有機化合物層４を成膜した基板を、真空を破ること無しにスパッタ装置に移動し、第２電極５として極薄Ａｇ及び透明電極層をそれぞれ１０ｎｍ及び５０ｎｍの厚さで順に成膜した。透明電極層の材料としては、酸化インジウムと酸化亜鉛の混合物を用いた。
【００６３】
上述の場合、電極２，５や有機化合物層４の厚みは薄く、発光領域と隔壁３の上面では隔壁３の厚み１μｍに相当する高低差が生じ、凹形状となっていた。
【００６４】
次に、図７（ａ）に示すように、窒化シリコンからなる封止保護膜６を、ＳｉＨ4ガス、Ｎ2ガス、Ｈ2ガスを用いたプラズマＣＶＤ法で６μｍの厚みに成膜した。屈折率は１．９であった。封止保護膜６の表面も発光領域と隔壁３の上面の高低差による凹形状をなぞるように凹形状となった。
【００６５】
次に、図７（ｂ）に示すように、平坦化層７として、紫外線硬化性樹脂（東洋インキ製造社製「ＴＹＺ７４」）を、スピンコーターにて塗布した。その後、取出し端子部（不図示）以外の紫外線硬化樹脂を露光し、硬化させた。膜厚は２μｍとした。屈折率は１．７４であった。
【００６６】
次に、図７（ｃ）に示すように、レンズ材料８として、ポジ型レジストであるＡＺエレクトロニックマテリアルズ製「ＡＺ１０ＸＴ」を、スピンコーターにて塗布した。膜厚は１０μｍとした。そして、図８（ａ）に示すように、φ２５μｍ、ピッチ３０μｍのドットパターンを有するフォトマスク２０にて露光し、図８（ｂ）に示すように、現像することによりレンズ材料８をパターニングした。さらに、図８（ｃ）に示すように、加熱してリフローさせることによりレンズ８を形成した。レンズ８として、高さ１４μｍ、曲率半径２０μｍの概略球形のレンズ形状が形成できた。
【００６７】
このようにして作製した表示装置は、Ｌ＝１０μｍ、Ｄ＝１μｍ、Ｔ＝６μｍ、Ａ＝２μｍであり、（Ｔ×Ｄ）／（Ｌ×Ａ）＝０．３であり、凹レンズ効果にかかる前記（１）式が満たされている。
【００６８】
また、本例の表示装置は、レンズ８による正面方向での集光効果が著しく、明るい表示が可能となった。また、同じ輝度で比較した場合は、消費電力が著しく低減できた。
【００６９】
（比較例１）
平坦化層７を設けない以外は実施例１と同様にして、図２の構成の表示装置を作製した。本例の表示装置は、正面の輝度は実施例１にくらべ３割ほど低下した。これは封止保護膜６の表面の凹形状で光が正面方向からずれる割合が多くなったためであった。
【００７０】
（実施例２）
図５の構成の表示装置を、図９，図１０に示す工程で作製した。
【００７１】
図９（ａ）に示すように封止保護膜６までは実施例１と同様に作製し、該封止保護膜６の上に、図９（ｂ）に示すように、遮光層材料１９として東京応化工業製ブラックレジストをスピンコーターにて塗布した。膜厚は１μｍとした。その後、図９（ｃ）に示すように、画素ピッチ３０μｍでφ２０μｍのドットが並んだフォトマスク２１を用い、ブラックレジストを露光、現像し、図９（ｄ）に示す、画素に対応して開口を有する遮光層９のパターンを形成した。
【００７２】
次に、図９（ｅ）に示すように、紫外線硬化樹脂（東洋インキ製造社製「ＴＹＺ７４」）をスピンコーターにて塗布し、硬化させた。膜厚は２μｍとした。
【００７３】
次に、図１０（ａ）に示すように、レンズ材料８として、ポジ型レジストであるＡＺエレクトロニックマテリアルズ製「ＡＺ１０ＸＴ」を、スピンコーターにて塗布した。膜厚は１０μｍとした。
【００７４】
実施例１における図８（ａ）のフォトマスク２０を用いる代わりに、凸版印刷製グレースケールマスク２２を用い、キヤノン製露光機「ＭＰＡ−６００Ｆ」で露光した（図１０（ｂ））。
【００７５】
これをＡＺエレクトロニックマテリアルズ製現像液「ＡＺ４００Ｋ」で現像することで、図１０（ｃ）の所望のレンズ形状を得た。この時、図５に示すように、発光領域の中心Ａとレンズ８の中心Ｂを故意に６μｍずらすことにより、約２０°の斜め方向の輝度を高めることができた。
【００７６】
このようにして作製した表示装置は、前記式（１）を満たしており、レンズ８による２０°の斜め方向の集光効果が著しく、明るい表示が可能となった。また、同じ輝度で比較した場合は、消費電力が著しく低減できた。
【００７７】
（比較例２）
平坦化層７を設けない以外は実施例２と同様にして、表示装置を作製した。本例の表示装置は、２０°の斜め方向の輝度が実施例２にくらべ３割ほど低下した。これは封止保護膜６の表面の凹形状で光が２０°の斜め方向からずれる割合が多くなったためであった。
【００７８】
（実施例３）
図６の構成の表示装置を作製した。封止保護膜６までは実施例１と同様にして作製し、係る封止保護膜６の表面に、ＭＥＭＳ用ネガレジスト（日本化薬社製「ＳＵ−８」）を用い、フォトリソグラフィ技術にて土手部材９を設けた。土手部材９は、内径２５μｍ、外形３０μｍ、厚みは５μｍとした。
【００７９】
その上に平坦化層７を東洋インキ製造社製「ＴＹＺ７４」を用いて設けた。
【００８０】
これとは別に保護部材１１として屈折率１．５のガラス基板に、低屈折率樹脂（ＤＩＣ（大日本インキ）社製「ディフェンサ」）を塗布し、ニッケルメッキでレンズの形状に作製した型を押し当て、先の低屈折率樹脂に凹レンズ形状を作製した。屈折率は１．４であった。これを、レンズ８となる光硬化性のエポキシ樹脂で貼り合せて、表示装置を作製した。エポキシ系樹脂は屈折率は１．６程度であった。この時、実施例２と同様に、発光領域の中心Ａとレンズ８の中心Ｂを故意に６μｍずらし、２０°の方向の輝度を高めることができた。
【００８１】
（実施例４，５、比較例３）
図１１の構成の表示装置を作製した。
【００８２】
まず、ガラス基板上にＴＦＴと、膜厚３００ｎｍの絶縁層と、膜厚１μｍの有機平坦化層と、をこの順で積層し、基板１とした。
【００８３】
上記基板１の絶縁層と有機平坦化層とに、フォトリソグラフィ工程によりコンタクトホールを形成した。次に、有機平坦化層上に、コンタクトホールと電気的に接続するように、画素単位でアルミニウム（Ａｌ）膜とインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）膜とからなる第１電極２を形成した。この第１電極２の膜厚は１５０ｎｍとした。
【００８４】
次に、フォトリソグラフィ工程によりポリイミド製の隔壁３を形成し、画素を形成する部分の周囲を隔壁３で覆った。
【００８５】
隔壁３まで形成された基板１を純水により約５分間洗浄した後、この基板１を約２００℃で２時間ベークすることで、脱水処理を行った。そして、第１電極２にＵＶ／オゾン洗浄を施した。
【００８６】
次に、第１電極２上に、正孔輸送層、発光層、電子輸送層及び電子注入層からなる有機化合物層４を形成した。この有機化合物層４の具体的な形成方法を以下に説明する。
【００８７】
先ず、真空蒸着装置内の圧力を１×１０-3Ｐａとしてから、第１電極２上にＮ，Ｎ’−α−ジナフチルベンジジン（α−ＮＰＤ）を成膜し、正孔輸送層を形成した。この正孔輸送層の膜厚は４０ｎｍとした。
【００８８】
次に、正孔輸送層上に、緑色発光するクマリン色素（クマリン−５４０）と、トリス［８−ヒドロキシキノリナート］アルミニウム（Ａｌｑ３）とを、クマリン色素とＡｌｑ３との体積比が１．０：９９．０となるように共蒸着することで発光層を形成した。この発光層の膜厚は３０ｎｍとした。
【００８９】
次に、下記式（Ｉ）で示される構造のフェナントロリン化合物を成膜し、電子輸送層を形成した。この電子輸送層の膜厚は１０ｎｍとした。
【００９０】
【化１】
【００９１】
次に、電子輸送層上に、炭酸セシウム（２．９体積％）と上記式（Ｉ）で示される構造のフェナントロリン化合物とを、炭酸セシウムとフェナントロリン化合物との体積比が２．９：９７．１となるように共蒸着することで、電子注入層を形成した。この電子注入層の膜厚は４０ｎｍとした。
【００９２】
次に、電子注入層まで成膜した基板を、別のスパッタ装置へ移動させ、この電子注入層上にインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）をスパッタ法にて成膜し、第２電極５を形成した。この第２電極５の膜厚は６０ｎｍとした。
【００９３】
第２電極５まで形成した後、紫外光遮断層２８を形成した。紫外光遮断層２８は、基板１の略全領域において、次のように形成した。
【００９４】
堆積膜形成装置の高周波電極と、この高周波電極に対向する１００℃に過熱された接地電極とが基板１の裏面に接するように固定した。そして、ＳｉＨ4ガス、Ｎ2ガス、Ｈ2ガスをフローしながら、高周波電極と接地電極との間の反応空間圧力を制御した。次に、高周波電力を高周波電極に供給しながら窒化シリコンからなる紫外光遮断層２８を堆積形成した。この紫外光遮断層の膜厚は約１μｍとした。
【００９５】
次に、真空紫外光ＣＶＤ法により、基板１の画素エリア全領域を覆うように平坦化層２７を形成した。具体的には、先ず堆積膜形成装置に基板１を挿入した。ＯＭＣＴＳガスを、真空状態の堆積膜形成装置内に導入し、圧力を制御した。次に、Ｘｅ２エキシマランプ（波長１７２ｎｍフォトンエネルギー７．２ｅＶ）の真空紫外光を石英板を通して、照射して、ＳｉＯＣＨからなる平坦化層２７を堆積形成した。この膜厚は１．５μｍとした。
【００９６】
次に、プラズマＣＶＤ法により、基板１の略全領域において、封止保護膜２６を形成した。先ず、堆積膜形成装置の高周波電極と、この高周波電極に対向する８０℃に過熱された接地電極と、が基板１の裏面に接するように固定した。そして、ＳｉＨ4ガス、Ｎ2ガス、ＮＨ3ガスをフローしながら、高周波電極と接地電極との間の反応空間圧力を制御した。次に、高周波電力を高周波電極に供給しながら封止保護膜２６を堆積形成した。この封止保護膜２６の膜厚は約１μｍとした。
【００９７】
次に、封止保護膜２６の上にレンズ８を形成した。先ず、露点温度６０℃の窒素雰囲気下で、粘度３０００ｍＰａ・ｓの熱硬化性の樹脂材料（エポキシ樹脂）を精密描画が可能なディスペンサー（武蔵エンジニアリング社製ＳＨＯＴ ＭＩＮＩ ＳＬ）を用いて塗布した。樹脂材料を熱硬化する前に、別途用意したレンズ８を成形するための型を、樹脂材料の表面に押し当てた。押し当てる際、型に形成してあるアライメントマークと基板に形成してあるアライメントマークを合わせる事により位置決めを行った。その結果、画素に合わせてレンズ８が形成された。型は、画素ピッチと同じピッチで凹状に窪みが形成されており、その窪みの表面には離形剤としてテフロン（登録商標）系の樹脂がコートされている。窪みの形状、即ちレンズ８の形状は、曲率半径３０μｍで形成した。ピッチ３０μｍであるので、レンズ８の頂点から底部の上面までの間の高さは４μｍ程度になった。高さとは、レンズ部底部と頂上部の差である。エポキシ樹脂は、真空環境下で１００℃の温度で１５分間加熱して硬化させ、レンズ８を形成した。
【００９８】
次に、基板１の外部接続端子とＦＰＣ（フレキシブルプリント基板）との間に異方性導電フィルム（ＡＣＦ）を挟み込んだ後、外部接続端子とＦＰＣとを熱圧着し、表示装置を得た。
【００９９】
また、比較例３として、紫外光遮断層２８と平坦化層２７を設けない以外は上記実施例４と同じ構成の表示装置を作製した。また、比較例４として、紫外光遮断層２８，平坦化層２７，レンズ８を設けない以外は上記実施例４と同じ構成の表示装置を作製した。さらに、実施例５として、紫外光遮断層２８を設けない以外は上記実施例４と同じ構成の表示装置を作製した。
【０１００】
図１３に、平坦化層２７の有無による輝度の違いを示す。図１３に示すように、平坦化層２７もレンズ８もない比較例４の視野角０°を相対輝度１とし、平坦化層２７なしでレンズ８を形成した比較例３と、平坦化層２７及びレンズ８を形成した実施例４とを比較した。図１３より明らかなように、レンズ８を形成した比較例３の輝度と、形成しない比較例４の輝度とを比較すると、真正面から見た時に１．５倍程度の輝度向上が得られた。また、レンズ８のみを形成した比較例３に対して、さらに平坦化層２７を設けた実施例４では相対輝度が大幅に向上した。
【０１０１】
図１４は、紫外線遮断層２８の有無を比較した結果である。図１４より明らかなように、紫外光遮断層２８を設けて平坦化層２７を形成した実施例４に対して、紫外光遮断層２８を設けずに平坦化層２７を形成した実施例５では、正面輝度が１０％程度低下した。
【符号の説明】
【０１０２】
１：基板、２：第１電極、３：隔壁、４：有機化合物層、５：第２電極、６，２６：封止保護膜、７，２７：平坦化層、８：集光レンズ、２８：紫外光遮断層
【技術分野】
【０００１】
本発明はフラットパネルディスプレイに用いられる、有機ＥＬ素子を用いた表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、１対の電極間に有機発光層を挟持する有機ＥＬ素子（有機エレクトロルミネッセンス素子）からなる表示装置が盛んに開発されている。特にマトリクス状に多数の微小な画素を配置し、異なる発光色の画素を組み合せてカラー画像を表示する方式が盛んである。画素は開口を有する隔壁で発光領域が規定される場合が多い。また、有機ＥＬ素子は酸素や水分と著しく反応するため、無機材料からなる封止保護膜で外気と遮断する構成も知られている。このような表示装置において、有機ＥＬ素子から放出された光は四方八方に分散される。基板面に斜めに放出された光は、その基板と外部空気の境界又は表示装置の最外層の保護部材と外部空気の境界で反射され、表示装置の外部に放出されず損出光となるものが６０％から７０％にも及んでいた。そのため、発光層から発光する光を効率よく取り出し、光量の増大及び所望方向の輝度の向上のために、有機ＥＬ素子に対応して光取り出し側にレンズを設ける構成が提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
この提案によれば、発光層から放出された光はレンズによって集光されてから表示装置の外へ放出される。そのため、発光層から発光した光の内で、基板面に対して斜めに放出された光でも、レンズによって基板面に垂直方向に屈折されて装置の外部へ放出される。従って、表示装置の外部に放出されない損出光を低減し有機ＥＬ素子から放出された光を効率よく利用することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３９５００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１のような構成の表示装置においては、画素の発光領域を規定する隔壁の端部に傾斜を持たせてなだらかにする場合が多いが、発光領域と隔壁の上面では高低差が生じ、凹形状となる。この凹形状の上に無機材料からなる封止保護膜を形成すると、発光領域と隔壁の上面で形成される凹形状をなぞるように、封止保護膜の表面にも同様の凹形状が形成される。この封止保護膜の上方にレンズを設けることにより、出射光を所望の方向に集めることができるが、封止保護膜の屈折率とレンズ材料の屈折率を合わせることは容易ではなく、屈折率に差が生じ、凹レンズ効果を生じてしまう。即ち、封止保護膜表面の凹形状で出射光の一部が所望の方向からずれ、輝度が低下するという課題が生じる場合がある。
【０００６】
本発明の課題は、レンズを用いて損出光を向上させた表示装置において、隔壁に起因する凹レンズ効果を低減させて、上記レンズによる集光効果を高めることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、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、少なくとも発光層を含む有機化合物層と、を有する有機ＥＬ素子が複数配置されてなり、前記複数の有機ＥＬ素子が隔壁によって分離され、前記有機ＥＬ素子及び前記隔壁上に封止保護膜が形成されており、前記基板とは反対側に集光レンズが形成された表示装置において、
前記隔壁によって前記第２電極表面が段差を有しており、前記段差が、前記第２電極と前記集光レンズとの間に形成された平坦化層によって平坦化されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、平坦化層によって隔壁に起因する凹レンズ効果が低減し、レンズによって高い集光効果が得られ、輝度の高い表示装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の表示装置の第１の実施形態の構成例を模式的に示す断面図である。
【図２】図１の構成から平坦化層を除いた構成を模式的に示す断面図である。
【図３】本発明の表示装置の第１の実施形態に係る（１）式の説明図である。
【図４】凹レンズ効果による本発明の表示装置の視野角改善効果を示す図である。
【図５】本発明の表示装置の第１の実施形態の他の構成例を模式的に示す図である。
【図６】本発明の表示装置の第１の実施形態の他の構成例を模式的に示す図である。
【図７】図１に示した表示装置の製造工程を示す断面図である。
【図８】図１に示した表示装置の製造工程を示す断面図である。
【図９】図５に示した表示装置の製造工程を示す断面図である。
【図１０】図５に示した表示装置の製造工程を示す断面図である。
【図１１】本発明の表示装置の第２の実施形態の構成例を模式的に示す断面図である。
【図１２】本発明の表示装置の第２の実施形態の他の構成例を模式的に示す断面図である。
【図１３】本発明の実施例の結果を示すグラフである。
【図１４】本発明の実施例の結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の表示装置は、基板上に有機ＥＬ素子を複数配置してなり、複数の有機ＥＬ素子が互いに隔壁によって分離されている。そして、有機ＥＬ素子及び隔壁上に封止保護膜が形成され、さらに、有機ＥＬ素子毎に基板とは反対側に集光レンズが形成された構成を有している。有機ＥＬ素子は、第１電極と、第２電極と、前記第１電極と第２電極との間に挟持された、少なくとも発光層を含む有機化合物層とを有している。
【００１１】
本発明の特徴は、隔壁によって前記第２電極表面が段差を有しており、前記段差が、前記第２電極と前記集光レンズとの間に形成された平坦化層によって平坦化されていることにある。ここで、本発明においては、平坦化層を封止保護膜と集光レンズとの間に形成した第１の実施形態と、第２電極と前記封止保護膜との間に形成した第２の実施形態とが挙げられる。以下、各実施形態に分けて構成を説明する。
【００１２】
〔第１の実施形態〕
図１を参照して、本発明の第１の実施形態について説明する。図中の矢印は発光層で発光した光の進行方向を示す。先ず、後述する第２の実施形態と共通する構成について説明する。
【００１３】
基板１の上に、画素電極となる光反射性の第１電極２をマトリクス状に多数形成する。基板１には各有機ＥＬ素子を独立に駆動できるように画素回路が形成されている。これらの画素回路は、複数のトランジスタから構成されている（不図示）。このトランジスタが形成された基板１は、トランジスタと第１電極２とを電気的に接続するためのコンタクトホールが形成された半導体保護層に覆われている（不図示）。更に半導体保護層上には、画素回路による表面凹凸を低減し、表面を比較的平坦にするための平坦化層が形成されていてもよい（不図示）。
【００１４】
第１電極２は、例えばＡｇ等の高い反射率を持つ導電性の金属材料から形成される。また、Ａｇ等の金属材料からなる層とホール注入特性に優れたＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ−Ｔｉｎ−Ｏｘｉｄｅ）などの透明導電性材料からなる層との積層体から構成しても良い。
【００１５】
次いで、第１電極２の端部を覆い、画素の発光領域となる開口を有する絶縁性の隔壁３を形成する。隔壁３の厚みは０．５μｍ乃至５μｍ程度が好ましく、製造には感光性ポリイミドなどの樹脂材料や窒化シリコン、酸化シリコン等の無機材料が使用できる。開口はフォトリソグラフィ技術やエッチング技術を利用して形成する。開口の端部は１０°乃至５０°程度の傾斜（テーパー形状）とするが、開口形成時の樹脂の選定やエッチングの条件により傾斜を形成できる。
【００１６】
隣接する画素に異なる発光色の有機化合物層４を蒸着法や塗布法で形成する。有機化合物層４は、少なくとも発光層を含む単層又は複数の層からなる。例えば、第１の電荷輸送層、発光層、第２の電荷輸送層及び電荷注入層からなる４層構成や、第１の電荷輸送層、発光層及び第２の電荷輸送層からなる３層構成等が挙げられる。有機化合物層４を構成する材料は、公知の材料を使用することができる。正孔輸送性と電子輸送性及び正孔注入性と電子注入性はどちらの極性も選択できる。
【００１７】
有機化合物層４の上に、共通電極となる光透過性の第２電極５をスパッタリング法等で形成し、第１電極２、有機化合物層４、第２電極５からなる有機ＥＬ素子が形成される。この場合は基板１とは反対側を光取り出し側としている。近年、高精細の表示装置が主流であり、画素の幅は数１００μｍから数μｍへと細かくなっている。第２電極５は、有機化合物層４で発光した光を素子外部に取り出し可能な半反射性或いは光透過性の構成を有している。具体的には、素子内部での干渉効果を高めるために第２電極５を半反射性の構成とする場合、第２電極５は、ＡｇやＡｇＭｇなどの電子注入性に優れた導電性の金属材料からなる層を２乃至５０ｎｍの膜厚で形成することにより構成されている。尚、半反射性とは、素子内部で発光した光の一部を反射し、一部を透過する性質を意味し、可視光に対して２０乃至８０％の反射率を有するものをいう。また、光透過性とは、可視光に対して８０％以上の透過率を有するものをいう。尚、アノードとカソードの役割は、材料の選択により第１電極２と第２電極５のどちらにすることも可能である。
【００１８】
第２電極５の表面には、隔壁３に起因する段差が形成されている。より具体的には、隔壁３の開口部によって規定される、有機ＥＬ素子の発光領域が隔壁３の上面よりも低い凹形状が形成されている。本発明では、係る段差を平坦化層によって平坦化するが、第１の実施形態においては、係る平坦化層を封止保護膜と集光レンズとの間に配置する。この平坦化を行う目的は、後述する凹レンズ効果を低減して凸レンズによる集光効果を高めるものである。
【００１９】
第１の実施形態では、図１に示すように、第２電極５上に、封止保護膜６を配置する。封止保護膜６はプラズマＣＶＤ法などによる窒化シリコンや酸窒化シリコンなどの無機材料で形成し、異なる材料を多層に形成してもよい。屈折率は一般的に１．５乃至２．０である。封止保護膜６の厚みは特に制限はないが、実用的には１μｍ乃至５０μｍ程度が好ましい。図１に示すように、有機ＥＬ素子の発光領域と隔壁３の上面では高低差が生じ、隔壁３の形状にならった凹形状となる。この凹形状の上に無機材料からなる封止保護膜６を形成すると、発光領域と隔壁３の上面で形成される凹形状をなぞるように、封止保護膜６の表面にも同様の凹形状が形成される。
【００２０】
本発明において、第２電極５上に封止保護膜６を設けた場合には、隔壁３に起因する封止保護膜６表面の凹形状によって、有機ＥＬ素子から出射された光を発散する作用（本明細書では凹レンズ効果という）を生じてしまう。また、この凹レンズ効果は以下の（１）式を満たすことで顕著になる。即ち、隔壁３の開口部の開口径をＬ、隔壁３の膜厚をＤ、封止保護膜６の膜厚をＴ、隔壁３のテーパー部の幅をＡとした時、
０．１＜（Ｔ×Ｄ）／（Ｌ×Ａ）＜１ （１）
を満たす。
【００２１】
尚、隔壁３の開口部の開口径Ｌは、互いに向かい合う画素端辺を直交する線分の中で、最も短い長さで示される。具体的には、例えば開口部の形状が円形であればその直径であり、楕円形であれば短径であり、長方形であれば短辺の長さである。また、隔壁３のテーパー部の幅Ａは、隔壁３の平均膜厚が１０％から９０％まで変化するのに要する距離である。
【００２２】
（１）式の物理的意味について以下に図３を参照して説明する。尚、図３においては、便宜上、第１電極２、有機化合物層４、第２電極５を省略する。第１電極２は発光層よりも下方にあるため、有機化合物層４と第２電極５とは合わせても１００乃至２００ｎｍ程度であるため、それぞれ影響がほとんどないためである。また、図３中の３ａは隔壁３のテーパー部である。
【００２３】
先ず画素上に凹形状があることによる発散効果は凹レンズ領域３１の幅Ｒ／画素径（隔壁３の開口部の開口径）Ｌに比例する。ここで凹レンズ領域３１の幅Ｒは、隔壁３のテーパー角をθとするとＲ＝Ｔ×ｔａｎ（θ／２）と計算される。さらに近似式によりｔａｎ（θ／２）≒（１／２）×ｔａｎθ＝（１／２）×（Ｄ／Ａ）と表わされ、Ｒ＝Ｔ×（１／２）×（Ｄ／Ａ）であり、Ｒ／Ｌ＝（１／２）×（Ｔ×Ｄ）／（Ｌ×Ａ）である。以上より、発散効果は（Ｔ×Ｄ）／（Ｌ×Ａ）に比例すると言える。
【００２４】
次にさまざまなＴ，Ｄ，Ｌ，Ａの値に対して発光光の発散効果、つまりは視野角分布の改善効果を光学シミュレーションにより計算したところ、図４のような結果が得られた。グラフの縦軸はパネルを斜め（５０°方向）から見た時の輝度に対する正面輝度の比である。この正面輝度／斜方輝度の値は通常凹レンズ効果がない場合３．５乃至４程度であるが、０．１＜（Ｔ×Ｄ）／（Ｌ×Ａ）の範囲では正面輝度／斜方輝度が低減し、正面方向への輝度が相対的に低下する。但し（Ｔ×Ｄ）／（Ｌ×Ａ）≧１の範囲になると正面輝度よりも斜方輝度の方が大きくなり、ディスプレイとしての用途に適さないものとなってしまうため、（Ｔ×Ｄ）／（Ｌ×Ａ）＜１である必要がある。
【００２５】
本発明において、凹レンズ効果が得られる凹形状を作製できるのは封止保護膜６を熱ＣＶＤ法やプラズマＣＶＤ法といった化学気相成長（ＣＶＤ）法により成膜した場合であり、係る成長法における膜成長の方向性に起因する。ＣＶＤ法によって封止保護膜６を成膜すると、被成膜物の表面形状に対して法線方向に膜が成長形成されるため、封止保護膜６が厚くなるほど、封止保護膜６の水平面と傾斜面の交点は画素中央方向へシフトする。この結果、隔壁３の開口部の開口径Ｌに対する凹レンズ領域３１の幅Ｒが拡がり、発光光の発散効果が強く現れる。
【００２６】
本発明においては、封止保護膜６の膜厚Ｔを厚膜化すると、より（１）式の条件を満たすことになる。
【００２７】
また、隔壁３の膜厚Ｄを厚膜化すると、隔壁３のテーパー部３ａの角度が大きくなり、テーパー部３ａにおける封止保護膜６の成長方向がより画素中央方向に向くこととなる。その結果、封止保護膜６の膜厚Ｔが同じでも凹レンズ領域３１の幅Ｒは広くなり、凹レンズ効果が強くなる。
【００２８】
また、隔壁３の開口部の開口径Ｌを小さくすることで、ＴとＤとＡにより決定される凹レンズ領域３１の幅Ｒに対して開口径Ｌが小さくなるので、全体的に凹レンズ領域３１の幅Ｒの占める割合が増加し、凹レンズ効果が強調されることとなる。
【００２９】
その他に、隔壁３のテーパー部３ａの幅Ａを狭くすることにより隔壁３のテーパー部３ａの角度が大きくなり、テーパー部３ａにおける封止保護膜６の成長方向がより画素中央方向に向くこととなる。その結果、封止保護膜６の膜厚Ｔが同じでも凹レンズ領域３１の幅Ｒは広くなり、凹レンズ効果が強くなる。
【００３０】
本発明においては、上記凹レンズ効果によるレンズ８の集光効果の低下を抑制するために、封止保護膜６の上に平坦化層７を設ける。平坦化層７を設けることにより、封止保護膜６表面の凹形状をなだらかにするが、必ずしも完全に平坦にする必要はない。また、必ずしも全面に一様に設ける必要もなく、レンズ８を設ける部分に対応して必要充分な領域のみにパターニングされていても良い。平坦化層７の厚みは所望の光学機能にあわせて選択するが、具体的には１μｍ乃至５０μｍ程度が好ましい。平坦化層７の屈折率は封止保護膜６に近いほど、本発明の効果が発揮できるが、表面形状を平滑にできる材料である必要がある。具体的には酸化ジルコニウムや酸化チタンなどの高屈折率材料の微粒子を分散したアクリル系の樹脂や、ノボラック系の樹脂、シロキサン系のＣＶＤ膜などが用いられる。
【００３１】
平坦化層７で平坦化した表面に集光レンズ８を設ける。レンズ８の材料の屈折率はレンズ面での屈折効果を利用するためには、より外側の屈折率より大きい必要があり、高屈折率の材料が好ましい。ノボラック系の樹脂や窒化シリコン、酸窒化シリコンなどの材料が利用できるが、レンズ形状を形成する必要性から封止保護膜６と同じ屈折率にすることは容易ではない。一般的に屈折率が低くなる場合が多い。光硬化性樹脂（ＪＳＲ社製「ＫＺ６６６６」、東洋インキ製造社製「ＴＹＺ７４」など）を使用すると、屈折率は１．７乃至１．８程度を選択することができる。
【００３２】
レンズ８は、平坦化層７上に直接形成してもよいし、別工程で形成したレンズ８を平坦化層７上に貼り合わせてもよい。レンズ８を貼り合せる接着剤は、薄い方がよく、２乃至３μｍ程度、またそれ以下が好ましい。また、レンズ８の材料は、無機材料でも、有機材料でもよい。無機材料としては、窒化シリコン、酸化シリコン、酸窒化シリコン、酸化アルミニウムなどが挙げられる。有機材料としては、エポキシ樹脂、ブチル樹脂が挙げられる。
【００３３】
レンズ８は、例えば、次のようにして形成できる。レンズ材料である樹脂層を１０μｍ乃至１００μｍ程度、平坦化層７上に塗布する。樹脂層としては熱硬化型樹脂、熱可塑性樹脂、光硬化型樹脂を用いることができ、熱硬化型樹脂と光硬化型樹脂については、スピンコート法、ディスペンス法などを用いる。光硬化型樹脂としては、ポジ型のレジスト（ＡＺエレクトロニックマテリアルズ社製「ＡＺ１０ＸＴ」など）が好ましく用いられる。屈折率は１．６５程度にできる。熱可塑性樹脂については、膜厚１０μｍ乃至１００μｍ程度のフィルムを真空下にて貼りつけてもよい。材料としては、エポキシ樹脂、ブチル樹脂が好適に用いられる。
【００３４】
次に、レンズ８を成形するための型を用意し、樹脂層などに気泡が混入しないように、樹脂層と型とを密着させる。型は、一般的な金属を用いることができるが、樹脂層に光硬化型樹脂を用いる場合は、光を透過することが可能な石英基板が好ましい。また、型の表面には、フッ素樹脂などの膜を形成することにより、樹脂層と型との剥離性を良好にすることができる。さらに、樹脂層に熱硬化型樹脂を用いる場合は、型における各レンズの凸部の頂点と、有機化合物層がなす画素の中心とが一致するようにアライメントしながら、温度を８０℃に加熱して、樹脂を硬化させる。次に、型を硬化した樹脂層から剥がすと、係る樹脂層にはレンズ８が形成されている。この時、型の表面に、濡れ性を下げる効果を有するフッ素樹脂などの膜を成膜しておけば、剥がす作業を簡単に実行することができる。このように形成されたレンズ８は、後述する図６或いは図１１に示すように、平坦化層７上に途切れることなく連続して形成された樹脂層８ａに、複数の集光レンズ８を備えた構成となっている。
【００３５】
また、フォトリソや印刷によってパターニングされた樹脂層を加熱し、リフローによって樹脂層をレンズ形状に変形させてレンズ８を形成することもできる。
【００３６】
レンズ８は、画素毎、即ち、有機ＥＬ素子毎に１つ形成されていることが好ましいが、１つの画素に複数のレンズを形成したり、複数の画素に１つのレンズを形成してもよい。また、レンズの上に円偏光部材を配置してもよい。
【００３７】
図２に、平坦化層７を設けなかった以外は図１の表示装置と同じ構成の表示装置の断面図を示す。図中の矢印は発光層で発光した光の進行方向を示す。図１，図２に示すように、封止保護膜６に屈折率の近い平坦化層７を設けることで、隔壁３に起因する凹レンズ効果によって、出射光の一部が所望の方向からずれて輝度が低下するという問題を低減することができる。
【００３８】
本実施形態の表示装置の製造工程について図７，図８を用いて説明する。図７，図８は図１の構成の表示装置の製造工程の一例を示す断面図である。尚、第２電極５の形成までは周知な製造工程であるため、ここでは説明を省略する。先ず、図７（ａ）に示すように、トップエミッション型の有機ＥＬ素子が複数形成された基板１を用意する。この基板１には、不図示のアクティブマトリクス型の画素回路、半導体保護層、平坦化層が形成されており、係る基板１上に、第１電極２、隔壁３、有機化合物層４、第２電極５が形成されている。
【００３９】
次に、図７（ａ）に示すように無機材料からなる封止保護膜６を取り出し端子部以外の表示領域の全域に形成する。封止保護膜６は、水分や酸素が有機ＥＬ素子に接触することを遮断するための、言わば封止機能を有する部材である。そのため、封止保護膜６は、光の透過率が高く、防湿性に優れた部材であることが好ましい。尚、図７（ａ）では封止保護膜の表面は第２電極４におおむね倣った形状をしている。窒化シリコンを用いる場合、屈折率は１．８乃至２．０程度にできる。
【００４０】
次に図７（ｂ）に示すように、平坦化層７を取り出し端子部以外の表示領域の全域に形成する。
【００４１】
次に図７（ｃ）に示すように、ポジ型の光硬化型樹脂からなるレンズ材料１８を表示領域の全域に形成する。
【００４２】
次に、図８（ａ）に示すように、フォトマスク２０を使い、レンズを形成したい部分以外を露光する。その後現像を行うことで、図８（ｂ）のようにレンズ材料１８をマスクパターンにパターニングする。これを所定の温度で加熱することでレンズ材料１８がリフローし、表面張力により図８（ｃ）のような、概略球レンズ形状のレンズ８が形成できる。必要な光学機能にあわせて高さ、曲率半径を選択する。いずれも数μｍ乃至数１００μｍから選択できる。曲率半径をより短くすると発光光を集光し、所望の方向の明るさを増すことができるが、所望方向以外の光量は低下するため、用途によって選択することが必要である。
【００４３】
次に、図５、図６を用いて、本実施形態の他の構成例を説明する。図５（ａ）、図６（ａ）は断面図、図５（ｂ）、図６（ｂ）は上面図であり、図５（ａ）、図６（ａ）は図５（ｂ）、図６（ｂ）のＣ−Ｃ’断面に相当する。また、図中の矢印は発光層で発光した光の進行方向を示す。
【００４４】
図５の構成例は、封止保護膜６の表面に遮光層９を形成し、さらに、発光領域の中心Ａとレンズの中心Ｂとを故意にずらすことにより、斜め方向の輝度を高めている。
【００４５】
図９は図４の構成例の製造工程の一例を示す断面図である。図９（ａ）に示すように、封止保護膜６まで形成した後、図９（ｂ）に示すように、全面に遮光層材料１９を形成する。遮光層材料１９としては、例えばネガ型のブラックレジストなどが好ましく用いられる。次いで、図９（ｃ）に示すようにマスク２１を用いて、フォトリソグラフィ技術によりパターニングして画素に対応する開口部分を有する遮光層９を形成する（図９（ｄ））。
【００４６】
その後、図７（ｃ）乃至図８（ｃ）の工程と同様にして、平坦化層７及びレンズ８を形成する。
【００４７】
或いは、図１０（ａ）に示すように、全面にポジ型の光硬化型樹脂からなるレンズ材料１８を形成した後、図１０（ｂ）に示すように、グレースケールマスク２２を用いて露光し、現像して図１０（ｃ）のレンズ８を得る。グレースケールマスク２２は、遮光領域（図中のハッチング領域）の光透過性に分布を持たせたものである。
【００４８】
図６の構成例は、封止保護膜６の表面に、フォトリソグラフィ技術を用いて画素に対応する周回部分に平坦化層材料をためる土手部材９を形成した例である。土手部材９は、発光領域よりは広く、レンズの光学機能部より狭いほうが好ましい。感光性ポリイミド樹脂やＭＥＭＳ用ネガレジスト（日本化薬社製「ＳＵ−８」）などが使用できる。土手部材９を設けた上に平坦化層７を設けると、土手部材９が凹形状の部分に平坦化層材料をためる役割をし、平坦化を容易にできる。
【００４９】
また、これとは別に保護部材１１に低屈折率樹脂１０を塗布し、レンズ形状のニッケルメッキで作製した型を押し当て、レンズ８の型となる形状を作製する。低屈折率樹脂１０としては、紫外線硬化型の低屈折率樹脂（ＤＩＣ（大日本インキ）社製「ディフェンサ」など）で屈折率は１．４程度が可能である。これを、エポキシ系樹脂等のレンズ８となる材料で貼り合せて、表示装置が作製できる。エポキシ系樹脂は屈折率は１．６程度が可能である。この時、図５の構成例と同様に、発光領域の中心Ａとレンズの中心Ｂを故意にずらし、所望の方向の輝度を高めることも可能である。
【００５０】
〔第２の実施形態〕
第２の実施形態は、第２電極と封止保護膜との間に平坦化層を設けた構成である。図１１，図１２にその構成例を示して説明する。尚、基板１上に第１電極２、隔壁３、有機化合物層４、第２電極５を設けるまでは、第１の実施形態と同様であり、説明を省略する。尚、本実施形態でも式（１）を満たす構成であれば凹レンズ効果が顕著になってしまう点では第１の実施形態と共通であり、その効果を抑制するために、第２電極と封止保護膜との間に平坦化層を設けている。
【００５１】
図１１，図１２に示すように、本例では、第２電極５上に、平坦化層２７を設けて第２電極５表面の凹形状を平坦化する。平坦化層２７は、テトラエトキシオルソシリケイト（ＴＥＯＳ）、ヘキサメチルジシロキサン（ＨＭＤＳＯ）、（ビスターシャルブチルアミノ）シラン（ＢＴＢＡＳ）、オクタメチルシクロテトラシロキシサン（ＯＭＣＴＳ）を用いて形成される。特に、ＯＭＣＴＳから形成されたＳｉＯＣＨ材料からなる平坦化層２７が好ましい。平坦化層２７は、これら材料を用い、真空紫外光ＣＶＤ法により形成される。ここで、真空紫外光ＣＶＤ法による平坦化層２７を第２電極５の上に直接形成した場合、有機ＥＬ素子の初期輝度が低下する恐れがある。
【００５２】
そこで、平坦化層２７の下層に紫外光を吸収する紫外光遮断層２８を形成することが望ましい。紫外光遮断層２８は、真空紫外ＣＶＤ法による真空紫外光から有機ＥＬ素子を保護する役割を果たす。紫外光遮断層２８は、有機材料でも、無機材料でもよく、２００ｎｍ以下の波長を吸収することが望ましく、パリレン、窒化シリコン、酸化シリコン、酸窒化シリコン、酸化アルミニウムなどが挙げられる。また、紫外光遮断層２８は、その上に形成される平坦化層２７の広がり性、密着性が必要であり、紫外光遮断層２８は、窒化シリコン、酸化シリコン、酸窒化シリコンなどのケイ素を含む材料が好ましい。
【００５３】
本実施形態では、平坦化層２７の上に封止保護膜２６が形成される。封止保護膜２６の構成材料としては、例えば、窒化シリコン、酸窒化シリコン等が挙げられるが、これらに限定されない。特に窒化シリコンを使用することが好ましく、これは窒化シリコンの水分透過性が酸窒化シリコンに比べて低いからである。この封止保護膜２６は、例えば、プラズマＣＶＤ法、スパッタ法等で形成することができるが、これらの形成方法に限定されない。具体的には、例えば、ＳｉＨ4ガス、ＮＨ3ガス、Ｎ2ガスを供給して、プラズマを発生させ、窒化シリコン膜を形成する。また、亜酸化窒素ガス等の酸素を有するガスを添加し、酸窒化シリコン膜を形成する。
【００５４】
封止保護膜２６上に、レンズ８が形成される。レンズ８の形成方法としては、先に示した第１の実施形態と同様に形成することができる。図１２は、別途成形したレンズ８を接着剤層２９により平坦化層２６に接着した構成例である。
【００５５】
このように、平坦化層２７を設けた上に封止保護膜２６を形成することにより、隔壁３に起因する凹レンズ効果を低減させ、レンズ８の集光効果を高めることができる。また、レンズ８と有機化合物層４との距離が大きくなればなるほど、レンズ８の集光効率は低下するが、真空紫外光ＣＶＤ法によって平坦化特性に優れた平坦化層２６を形成することができ、集光効率の低下を抑えることができる。さらに、平坦化層２６を形成する際の紫外光による有機ＥＬ素子への影響も、紫外光遮光層２８を設けることで効率良く低減することができる。
【実施例】
【００５６】
（実施例１）
図７，図８に示す工程に従って、図１の構成の表示装置を作製した。以下に各工程を説明する。
【００５７】
ガラス基板上に、低温ポリシリコンＴＦＴで画素回路（不図示）を形成し、その上に窒化シリコンからなる半導体保護層とポリイミド樹脂からなる平坦化層を、この順番で形成して図７（ａ）に示す基板１を作製した。この基板１上にＡｌＮｄ膜とＩＴＯ膜をスパッタリング法にて１００ｎｍと３８ｎｍの厚さでこの順に形成し、ＡｌＮｄ膜とＩＴＯ膜を画素毎にパターニングし、第１電極２を形成した。
【００５８】
この上に東レ社製ポリイミド樹脂をスピンコートし、フォトリソグラフィ技術により、第１電極２が形成された部分に開口（発光領域に相当）が形成されるようにパターニングし、隔壁３を形成した。加熱し、重合させる時に開口の端部は傾斜となる材料を選択し、厚みは１μｍとした。各画素のピッチは３０μｍ、開口による第１電極２の露出部の大きさは１０μｍ、テーパー角は２μｍとした。
【００５９】
これをイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）で超音波洗浄し、次いで、煮沸洗浄後乾燥した。さらに、ＵＶ／オゾン洗浄してから有機化合物層４を真空蒸着により成膜した。有機化合物層４としては、始めに、ホール輸送層を全ての画素に８７ｎｍの厚さで成膜した。この際の真空度は１×１０-4Ｐａ、蒸着レートは０．２ｎｍ／ｓｅｃであった。
【００６０】
次に、シャドーマスクを用いて、赤色発光層、緑色発光層、青色発光層をそれぞれ厚さ３０ｎｍ、４０ｎｍ、２５ｎｍで成膜した。図１では２色分、２画素の図となっているが同様の構成の繰り返しであるため省略している。尚、白色の発光を得る場合は、同じ材料を一様に設けてよい。
【００６１】
続いて、全ての画素に共通の電子輸送層としてバソフェナントロリン（Ｂｐｈｅｎ）を真空蒸着法にて１０ｎｍの厚さで形成した。蒸着時の真空度は１×１０-4Ｐａ、成膜速度は０．２ｎｍ／ｓｅｃの条件であった。その後、共通の電子注入層として、ＢｐｈｅｎとＣｓ2ＣＯ3を共蒸着（質量比９０：１０）して４０ｎｍの厚さで形成した。蒸着時の真空度は３×１０-4Ｐａ、成膜速度は０．２ｎｍ／ｓｅｃの条件であった。
【００６２】
次に、上記ホール輸送層から電子注入層までの有機化合物層４を成膜した基板を、真空を破ること無しにスパッタ装置に移動し、第２電極５として極薄Ａｇ及び透明電極層をそれぞれ１０ｎｍ及び５０ｎｍの厚さで順に成膜した。透明電極層の材料としては、酸化インジウムと酸化亜鉛の混合物を用いた。
【００６３】
上述の場合、電極２，５や有機化合物層４の厚みは薄く、発光領域と隔壁３の上面では隔壁３の厚み１μｍに相当する高低差が生じ、凹形状となっていた。
【００６４】
次に、図７（ａ）に示すように、窒化シリコンからなる封止保護膜６を、ＳｉＨ4ガス、Ｎ2ガス、Ｈ2ガスを用いたプラズマＣＶＤ法で６μｍの厚みに成膜した。屈折率は１．９であった。封止保護膜６の表面も発光領域と隔壁３の上面の高低差による凹形状をなぞるように凹形状となった。
【００６５】
次に、図７（ｂ）に示すように、平坦化層７として、紫外線硬化性樹脂（東洋インキ製造社製「ＴＹＺ７４」）を、スピンコーターにて塗布した。その後、取出し端子部（不図示）以外の紫外線硬化樹脂を露光し、硬化させた。膜厚は２μｍとした。屈折率は１．７４であった。
【００６６】
次に、図７（ｃ）に示すように、レンズ材料８として、ポジ型レジストであるＡＺエレクトロニックマテリアルズ製「ＡＺ１０ＸＴ」を、スピンコーターにて塗布した。膜厚は１０μｍとした。そして、図８（ａ）に示すように、φ２５μｍ、ピッチ３０μｍのドットパターンを有するフォトマスク２０にて露光し、図８（ｂ）に示すように、現像することによりレンズ材料８をパターニングした。さらに、図８（ｃ）に示すように、加熱してリフローさせることによりレンズ８を形成した。レンズ８として、高さ１４μｍ、曲率半径２０μｍの概略球形のレンズ形状が形成できた。
【００６７】
このようにして作製した表示装置は、Ｌ＝１０μｍ、Ｄ＝１μｍ、Ｔ＝６μｍ、Ａ＝２μｍであり、（Ｔ×Ｄ）／（Ｌ×Ａ）＝０．３であり、凹レンズ効果にかかる前記（１）式が満たされている。
【００６８】
また、本例の表示装置は、レンズ８による正面方向での集光効果が著しく、明るい表示が可能となった。また、同じ輝度で比較した場合は、消費電力が著しく低減できた。
【００６９】
（比較例１）
平坦化層７を設けない以外は実施例１と同様にして、図２の構成の表示装置を作製した。本例の表示装置は、正面の輝度は実施例１にくらべ３割ほど低下した。これは封止保護膜６の表面の凹形状で光が正面方向からずれる割合が多くなったためであった。
【００７０】
（実施例２）
図５の構成の表示装置を、図９，図１０に示す工程で作製した。
【００７１】
図９（ａ）に示すように封止保護膜６までは実施例１と同様に作製し、該封止保護膜６の上に、図９（ｂ）に示すように、遮光層材料１９として東京応化工業製ブラックレジストをスピンコーターにて塗布した。膜厚は１μｍとした。その後、図９（ｃ）に示すように、画素ピッチ３０μｍでφ２０μｍのドットが並んだフォトマスク２１を用い、ブラックレジストを露光、現像し、図９（ｄ）に示す、画素に対応して開口を有する遮光層９のパターンを形成した。
【００７２】
次に、図９（ｅ）に示すように、紫外線硬化樹脂（東洋インキ製造社製「ＴＹＺ７４」）をスピンコーターにて塗布し、硬化させた。膜厚は２μｍとした。
【００７３】
次に、図１０（ａ）に示すように、レンズ材料８として、ポジ型レジストであるＡＺエレクトロニックマテリアルズ製「ＡＺ１０ＸＴ」を、スピンコーターにて塗布した。膜厚は１０μｍとした。
【００７４】
実施例１における図８（ａ）のフォトマスク２０を用いる代わりに、凸版印刷製グレースケールマスク２２を用い、キヤノン製露光機「ＭＰＡ−６００Ｆ」で露光した（図１０（ｂ））。
【００７５】
これをＡＺエレクトロニックマテリアルズ製現像液「ＡＺ４００Ｋ」で現像することで、図１０（ｃ）の所望のレンズ形状を得た。この時、図５に示すように、発光領域の中心Ａとレンズ８の中心Ｂを故意に６μｍずらすことにより、約２０°の斜め方向の輝度を高めることができた。
【００７６】
このようにして作製した表示装置は、前記式（１）を満たしており、レンズ８による２０°の斜め方向の集光効果が著しく、明るい表示が可能となった。また、同じ輝度で比較した場合は、消費電力が著しく低減できた。
【００７７】
（比較例２）
平坦化層７を設けない以外は実施例２と同様にして、表示装置を作製した。本例の表示装置は、２０°の斜め方向の輝度が実施例２にくらべ３割ほど低下した。これは封止保護膜６の表面の凹形状で光が２０°の斜め方向からずれる割合が多くなったためであった。
【００７８】
（実施例３）
図６の構成の表示装置を作製した。封止保護膜６までは実施例１と同様にして作製し、係る封止保護膜６の表面に、ＭＥＭＳ用ネガレジスト（日本化薬社製「ＳＵ−８」）を用い、フォトリソグラフィ技術にて土手部材９を設けた。土手部材９は、内径２５μｍ、外形３０μｍ、厚みは５μｍとした。
【００７９】
その上に平坦化層７を東洋インキ製造社製「ＴＹＺ７４」を用いて設けた。
【００８０】
これとは別に保護部材１１として屈折率１．５のガラス基板に、低屈折率樹脂（ＤＩＣ（大日本インキ）社製「ディフェンサ」）を塗布し、ニッケルメッキでレンズの形状に作製した型を押し当て、先の低屈折率樹脂に凹レンズ形状を作製した。屈折率は１．４であった。これを、レンズ８となる光硬化性のエポキシ樹脂で貼り合せて、表示装置を作製した。エポキシ系樹脂は屈折率は１．６程度であった。この時、実施例２と同様に、発光領域の中心Ａとレンズ８の中心Ｂを故意に６μｍずらし、２０°の方向の輝度を高めることができた。
【００８１】
（実施例４，５、比較例３）
図１１の構成の表示装置を作製した。
【００８２】
まず、ガラス基板上にＴＦＴと、膜厚３００ｎｍの絶縁層と、膜厚１μｍの有機平坦化層と、をこの順で積層し、基板１とした。
【００８３】
上記基板１の絶縁層と有機平坦化層とに、フォトリソグラフィ工程によりコンタクトホールを形成した。次に、有機平坦化層上に、コンタクトホールと電気的に接続するように、画素単位でアルミニウム（Ａｌ）膜とインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）膜とからなる第１電極２を形成した。この第１電極２の膜厚は１５０ｎｍとした。
【００８４】
次に、フォトリソグラフィ工程によりポリイミド製の隔壁３を形成し、画素を形成する部分の周囲を隔壁３で覆った。
【００８５】
隔壁３まで形成された基板１を純水により約５分間洗浄した後、この基板１を約２００℃で２時間ベークすることで、脱水処理を行った。そして、第１電極２にＵＶ／オゾン洗浄を施した。
【００８６】
次に、第１電極２上に、正孔輸送層、発光層、電子輸送層及び電子注入層からなる有機化合物層４を形成した。この有機化合物層４の具体的な形成方法を以下に説明する。
【００８７】
先ず、真空蒸着装置内の圧力を１×１０-3Ｐａとしてから、第１電極２上にＮ，Ｎ’−α−ジナフチルベンジジン（α−ＮＰＤ）を成膜し、正孔輸送層を形成した。この正孔輸送層の膜厚は４０ｎｍとした。
【００８８】
次に、正孔輸送層上に、緑色発光するクマリン色素（クマリン−５４０）と、トリス［８−ヒドロキシキノリナート］アルミニウム（Ａｌｑ３）とを、クマリン色素とＡｌｑ３との体積比が１．０：９９．０となるように共蒸着することで発光層を形成した。この発光層の膜厚は３０ｎｍとした。
【００８９】
次に、下記式（Ｉ）で示される構造のフェナントロリン化合物を成膜し、電子輸送層を形成した。この電子輸送層の膜厚は１０ｎｍとした。
【００９０】
【化１】
【００９１】
次に、電子輸送層上に、炭酸セシウム（２．９体積％）と上記式（Ｉ）で示される構造のフェナントロリン化合物とを、炭酸セシウムとフェナントロリン化合物との体積比が２．９：９７．１となるように共蒸着することで、電子注入層を形成した。この電子注入層の膜厚は４０ｎｍとした。
【００９２】
次に、電子注入層まで成膜した基板を、別のスパッタ装置へ移動させ、この電子注入層上にインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）をスパッタ法にて成膜し、第２電極５を形成した。この第２電極５の膜厚は６０ｎｍとした。
【００９３】
第２電極５まで形成した後、紫外光遮断層２８を形成した。紫外光遮断層２８は、基板１の略全領域において、次のように形成した。
【００９４】
堆積膜形成装置の高周波電極と、この高周波電極に対向する１００℃に過熱された接地電極とが基板１の裏面に接するように固定した。そして、ＳｉＨ4ガス、Ｎ2ガス、Ｈ2ガスをフローしながら、高周波電極と接地電極との間の反応空間圧力を制御した。次に、高周波電力を高周波電極に供給しながら窒化シリコンからなる紫外光遮断層２８を堆積形成した。この紫外光遮断層の膜厚は約１μｍとした。
【００９５】
次に、真空紫外光ＣＶＤ法により、基板１の画素エリア全領域を覆うように平坦化層２７を形成した。具体的には、先ず堆積膜形成装置に基板１を挿入した。ＯＭＣＴＳガスを、真空状態の堆積膜形成装置内に導入し、圧力を制御した。次に、Ｘｅ２エキシマランプ（波長１７２ｎｍフォトンエネルギー７．２ｅＶ）の真空紫外光を石英板を通して、照射して、ＳｉＯＣＨからなる平坦化層２７を堆積形成した。この膜厚は１．５μｍとした。
【００９６】
次に、プラズマＣＶＤ法により、基板１の略全領域において、封止保護膜２６を形成した。先ず、堆積膜形成装置の高周波電極と、この高周波電極に対向する８０℃に過熱された接地電極と、が基板１の裏面に接するように固定した。そして、ＳｉＨ4ガス、Ｎ2ガス、ＮＨ3ガスをフローしながら、高周波電極と接地電極との間の反応空間圧力を制御した。次に、高周波電力を高周波電極に供給しながら封止保護膜２６を堆積形成した。この封止保護膜２６の膜厚は約１μｍとした。
【００９７】
次に、封止保護膜２６の上にレンズ８を形成した。先ず、露点温度６０℃の窒素雰囲気下で、粘度３０００ｍＰａ・ｓの熱硬化性の樹脂材料（エポキシ樹脂）を精密描画が可能なディスペンサー（武蔵エンジニアリング社製ＳＨＯＴ ＭＩＮＩ ＳＬ）を用いて塗布した。樹脂材料を熱硬化する前に、別途用意したレンズ８を成形するための型を、樹脂材料の表面に押し当てた。押し当てる際、型に形成してあるアライメントマークと基板に形成してあるアライメントマークを合わせる事により位置決めを行った。その結果、画素に合わせてレンズ８が形成された。型は、画素ピッチと同じピッチで凹状に窪みが形成されており、その窪みの表面には離形剤としてテフロン（登録商標）系の樹脂がコートされている。窪みの形状、即ちレンズ８の形状は、曲率半径３０μｍで形成した。ピッチ３０μｍであるので、レンズ８の頂点から底部の上面までの間の高さは４μｍ程度になった。高さとは、レンズ部底部と頂上部の差である。エポキシ樹脂は、真空環境下で１００℃の温度で１５分間加熱して硬化させ、レンズ８を形成した。
【００９８】
次に、基板１の外部接続端子とＦＰＣ（フレキシブルプリント基板）との間に異方性導電フィルム（ＡＣＦ）を挟み込んだ後、外部接続端子とＦＰＣとを熱圧着し、表示装置を得た。
【００９９】
また、比較例３として、紫外光遮断層２８と平坦化層２７を設けない以外は上記実施例４と同じ構成の表示装置を作製した。また、比較例４として、紫外光遮断層２８，平坦化層２７，レンズ８を設けない以外は上記実施例４と同じ構成の表示装置を作製した。さらに、実施例５として、紫外光遮断層２８を設けない以外は上記実施例４と同じ構成の表示装置を作製した。
【０１００】
図１３に、平坦化層２７の有無による輝度の違いを示す。図１３に示すように、平坦化層２７もレンズ８もない比較例４の視野角０°を相対輝度１とし、平坦化層２７なしでレンズ８を形成した比較例３と、平坦化層２７及びレンズ８を形成した実施例４とを比較した。図１３より明らかなように、レンズ８を形成した比較例３の輝度と、形成しない比較例４の輝度とを比較すると、真正面から見た時に１．５倍程度の輝度向上が得られた。また、レンズ８のみを形成した比較例３に対して、さらに平坦化層２７を設けた実施例４では相対輝度が大幅に向上した。
【０１０１】
図１４は、紫外線遮断層２８の有無を比較した結果である。図１４より明らかなように、紫外光遮断層２８を設けて平坦化層２７を形成した実施例４に対して、紫外光遮断層２８を設けずに平坦化層２７を形成した実施例５では、正面輝度が１０％程度低下した。
【符号の説明】
【０１０２】
１：基板、２：第１電極、３：隔壁、４：有機化合物層、５：第２電極、６，２６：封止保護膜、７，２７：平坦化層、８：集光レンズ、２８：紫外光遮断層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、少なくとも発光層を含む有機化合物層と、を有する有機ＥＬ素子が複数配置されてなり、前記複数の有機ＥＬ素子が隔壁によって分離され、前記有機ＥＬ素子及び前記隔壁上に封止保護膜が形成されており、前記基板とは反対側に集光レンズが形成された表示装置において、
前記隔壁によって前記第２電極表面が段差を有しており、前記段差が、前記第２電極と前記集光レンズとの間に形成された平坦化層によって平坦化されていることを特徴とする表示装置。
【請求項２】
前記平坦化層が、前記封止保護膜と前記集光レンズとの間に形成されている請求項１に記載の表示装置。
【請求項３】
前記平坦化層の屈折率が前記集光レンズよりも前記封止保護膜の屈折率に近い請求項１又は２に記載の表示装置。
【請求項４】
前記平坦化層が前記第２電極と前記封止保護膜との間に形成されている請求項１に記載の表示装置。
【請求項５】
前記平坦化層が真空紫外光ＣＶＤ法によって形成されている請求項４に記載の表示装置。
【請求項６】
前記平坦化層と前記第２電極との間に、２００ｎｍ以下の波長の紫外光を吸収する紫外光遮断層を有する請求項５に記載の表示装置。
【請求項７】
前記隔壁の開口部の開口径をＬ、前記隔壁の膜厚をＤ、前記封止保護膜の膜厚をＴ、前記隔壁のテーパー部の幅をＡとした時、下記（１）式を満たす請求項１乃至６のいずれか１項に記載の表示装置。
０．１＜（Ｔ×Ｄ）／（Ｌ×Ａ）＜１ （１）
【請求項１】
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、少なくとも発光層を含む有機化合物層と、を有する有機ＥＬ素子が複数配置されてなり、前記複数の有機ＥＬ素子が隔壁によって分離され、前記有機ＥＬ素子及び前記隔壁上に封止保護膜が形成されており、前記基板とは反対側に集光レンズが形成された表示装置において、
前記隔壁によって前記第２電極表面が段差を有しており、前記段差が、前記第２電極と前記集光レンズとの間に形成された平坦化層によって平坦化されていることを特徴とする表示装置。
【請求項２】
前記平坦化層が、前記封止保護膜と前記集光レンズとの間に形成されている請求項１に記載の表示装置。
【請求項３】
前記平坦化層の屈折率が前記集光レンズよりも前記封止保護膜の屈折率に近い請求項１又は２に記載の表示装置。
【請求項４】
前記平坦化層が前記第２電極と前記封止保護膜との間に形成されている請求項１に記載の表示装置。
【請求項５】
前記平坦化層が真空紫外光ＣＶＤ法によって形成されている請求項４に記載の表示装置。
【請求項６】
前記平坦化層と前記第２電極との間に、２００ｎｍ以下の波長の紫外光を吸収する紫外光遮断層を有する請求項５に記載の表示装置。
【請求項７】
前記隔壁の開口部の開口径をＬ、前記隔壁の膜厚をＤ、前記封止保護膜の膜厚をＴ、前記隔壁のテーパー部の幅をＡとした時、下記（１）式を満たす請求項１乃至６のいずれか１項に記載の表示装置。
０．１＜（Ｔ×Ｄ）／（Ｌ×Ａ）＜１ （１）
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１３−１１４７７２（Ｐ２０１３−１１４７７２Ａ）
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５７２０８（Ｐ２０１１−２５７２０８）
【出願日】平成２３年１１月２５日（２０１１．１１．２５）
【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２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２５日（２０１１．１１．２５）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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