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技術 発光装置、及び発光装置を用いた電子機器

出願人 株式会社半導体エネルギー研究所
発明者 瀬尾哲史佐々木俊毅大澤信晴
出願日 2012年2月9日 (8年9ヶ月経過) 出願番号 2012-025694
公開日 2012年9月20日 (8年2ヶ月経過) 公開番号 2012-182127
状態 拒絶査定
技術分野 エレクトロルミネッセンス光源
主要キーワード 共振効果 有色層 D表示 積層素子 微小光共振器 発光素子駆動用トランジスタ インライン化 真空焼成
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2012年9月20日)のものです。
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図面 (10)

課題

一対の電極間で光の共振効果を利用した発光装置において、マスク枚数の増加、及び工程の増加を低減し、簡単な構成で発光素子からの発光色純度を高めた発光装置を提供する。

解決手段

反射電極層と、発光層と、半透過電極層と、を含む第1乃至第3の発光素子を有し、第1の発光素子は、反射電極層に接して発光層が形成され、発光層に接して半透過電極層が形成され、第2の発光素子は、反射電極層に接して第1の透明電極層が形成され、第1の透明電極層に接して発光層が形成され、発光層に接して半透過電極層が形成され、第3の発光素子は、反射電極層に接して第2の透明電極層が形成され、第2の透明電極層に接して発光層が形成され、発光層に接して半透過電極層が形成され、第1の透明電極層と第2の透明電極層の膜厚が異なる。

概要

背景

近年、エレクトロルミネッセンス(Electroluminescence:EL)を利用した発光素子研究開発が盛んに行われている。これら発光素子の基本的な構成は、一対の電極間発光性物質を含む層を挟んだものである。この素子電圧印加することにより、発光性の物質からの発光が得られる。

上述の発光素子は自発光型であるため、これを用いた発光装置は、視認性に優れ、バックライトが不要であり、消費電力が少ない等の利点を有する。さらに、薄型軽量に作製でき、応答速度が高いなどの利点も有する。

例えば、上述の発光素子をアクティブマトリクス型の発光装置に適用する場合、発光を制御するトランジスタ等が形成された基板上に発光素子を形成することがあるが、このように、発光素子からの発光をトランジスタ等が形成された基板を通して外部へ取り出す構造(ボトムエミッション構造)では、配線やトランジスタ等によって、開口率が低くなってしまうという問題があった。

この問題を解決するため、素子基板とは反対側から光を取り出す構造(トップエミッション構造)が提案されている(例えば、特許文献1参照)。トップエミッション構造を用いることにより、開口率を向上させることが可能であり、光の取り出し効率を増大させることができ、消費電力や高精細化では有利となる。

また、発光素子からの光の取り出し効率を改善するために、一対の電極間で光の共振効果を利用した微小光共振器マイクロキャビティ)を採用し、特定波長における光強度を増加させる方法(例えば、特許文献2参照)や、一画素内にキャビティ長の異なる領域を設けて、発光素子の視野角依存性を改善する構造などが提案されている(例えば、特許文献3参照)。

概要

一対の電極間で光の共振効果を利用した発光装置において、マスク枚数の増加、及び工程の増加を低減し、簡単な構成で発光素子からの発光の色純度を高めた発光装置を提供する。反射電極層と、発光層と、半透過電極層と、を含む第1乃至第3の発光素子を有し、第1の発光素子は、反射電極層に接して発光層が形成され、発光層に接して半透過電極層が形成され、第2の発光素子は、反射電極層に接して第1の透明電極層が形成され、第1の透明電極層に接して発光層が形成され、発光層に接して半透過電極層が形成され、第3の発光素子は、反射電極層に接して第2の透明電極層が形成され、第2の透明電極層に接して発光層が形成され、発光層に接して半透過電極層が形成され、第1の透明電極層と第2の透明電極層の膜厚が異なる。

目的

上記問題に鑑み、本明細書等において開示する発明の一態様は、一対の電極間で光の共振効果を利用した発光装置において、マスク枚数の増加、及び工程の増加を低減し、簡単な構成で発光素子からの発光の色純度を高めた発光素子、発光装置、及び発光装置を用いた電子機器を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
10件

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請求項1

反射電極層と、半透過電極層と、前記反射電極層と前記半透過電極層に挟持された発光層と、を含む第1乃至第3の発光素子を、有し、前記第1の発光素子は、前記反射電極層に接して前記発光層が形成され、前記発光層に接して前記半透過電極層が形成され、前記第2の発光素子は、前記反射電極層に接して第1の透明電極層が形成され、前記第1の透明電極層に接して前記発光層が形成され、前記発光層に接して前記半透過電極層が形成され、前記第3の発光素子は、前記反射電極層に接して第2の透明電極層が形成され、前記第2の透明電極層に接して前記発光層が形成され、前記発光層に接して前記半透過電極層が形成され、前記第1の透明電極層と前記第2の透明電極層の膜厚が異なることを特徴とする発光装置

請求項2

反射電極層と、半透過電極層と、前記反射電極層と前記半透過電極層に挟持された発光層と、を含む第1乃至第4の発光素子を、有し、前記第1の発光素子は、前記反射電極層に接して前記発光層が形成され、前記発光層に接して前記半透過電極層が形成され、前記第2の発光素子は、前記反射電極層に接して第1の透明電極層が形成され、前記第1の透明電極層に接して前記発光層が形成され、前記発光層に接して前記半透過電極層が形成され、前記第3の発光素子は、前記反射電極層に接して第2の透明電極層が形成され、前記第2の透明電極層に接して前記発光層が形成され、前記発光層に接して前記半透過電極層が形成され、前記第4の発光素子は、前記反射電極層に接して第3の透明電極層が形成され、前記第3の透明電極層に接して前記発光層が形成され、前記発光層に接して前記半透過電極層が形成され、前記第1の透明電極層と前記第2の透明電極層と前記第3の透明電極層の膜厚が異なることを特徴とする発光装置。

請求項3

反射電極層と、半透過電極層と、前記反射電極層と前記半透過電極層に挟持された発光層と、を含む第1乃至第3の発光素子と、前記半透過電極層と対向して設けられた特定波長帯域の光を透過する有色層と、を有し、前記第1の発光素子は、前記反射電極層に接して前記発光層が形成され、前記発光層に接して前記半透過電極層が形成され、前記第2の発光素子は、前記反射電極層に接して第1の透明電極層が形成され、前記第1の透明電極層に接して前記発光層が形成され、前記発光層に接して前記半透過電極層が形成され、前記第3の発光素子は、前記反射電極層に接して第2の透明電極層が形成され、前記第2の透明電極層に接して前記発光層が形成され、前記発光層に接して前記半透過電極層が形成され、前記第1の透明電極層と前記第2の透明電極層の膜厚が異なることを特徴とする発光装置。

請求項4

反射電極層と、半透過電極層と、前記反射電極層と前記半透過電極層に挟持された発光層と、を含む第1乃至第4の発光素子と、前記半透過電極層と対向して設けられた特定波長帯域の光を透過する有色層と、を有し、前記第1の発光素子は、前記反射電極層に接して前記発光層が形成され、前記発光層に接して前記半透過電極層が形成され、前記第2の発光素子は、前記反射電極層に接して第1の透明電極層が形成され、前記第1の透明電極層に接して前記発光層が形成され、前記発光層に接して前記半透過電極層が形成され、前記第3の発光素子は、前記反射電極層に接して第2の透明電極層が形成され、前記第2の透明電極層に接して前記発光層が形成され、前記発光層に接して前記半透過電極層が形成され、前記第4の発光素子は、前記反射電極層に接して第3の透明電極層が形成され、前記第3の透明電極層に接して前記発光層が形成され、前記発光層に接して前記半透過電極層が形成され、前記第1の透明電極層と前記第2の透明電極層と前記第3の透明電極層の膜厚が異なることを特徴とする発光装置。

請求項5

請求項1または請求項3において、前記第1の発光素子からの発光は、青色の領域に発光強度を有し、前記第2の発光素子からの発光は、緑色の領域に発光強度を有し、前記第3の発光素子からの発光は、赤色の領域に発光強度を有していることを特徴とする発光装置。

請求項6

請求項2または請求項4において、前記第1の発光素子からの発光は、青色の領域に発光強度を有し、前記第2の発光素子からの発光は、緑色の領域に発光強度を有し、前記第3の発光素子からの発光は、赤色の領域に発光強度を有し、前記第4の発光素子からの発光は、黄色の領域に発光強度を有していることを特徴とする発光装置。

請求項7

請求項1乃至請求項6のいずれか一において、前記発光層は、正孔注入層と、正孔輸送層と、電子輸送層と、電子注入層と、を有していることを特徴とする発光装置。

請求項8

請求項1乃至請求項7のいずれか一において、前記発光層からの発光は、白色発光が得られることを特徴とする発光装置。

請求項9

請求項7において、前記正孔注入層は、酸化モリブデンを含む材料により形成されることを特徴とする発光装置。

請求項10

請求項1乃至請求項9のいずれか一において、前記半透過電極層は、酸化インジウム、銀、マグネシウムを含む材料により形成されることを特徴とする発光装置。

請求項11

請求項1乃至請求項10のいずれか一において、前記発光層からの発光は、前記半透過電極層を透過して取り出されることを特徴とする発光装置。

請求項12

請求項1乃至請求項11のいずれか一に記載の発光装置を用いた電子機器

技術分野

0001

発明の一態様は、エレクトロルミネッセンスを利用した発光装置に関する。また、該発光装置を用いた電子機器に関する。

背景技術

0002

近年、エレクトロルミネッセンス(Electroluminescence:EL)を利用した発光素子研究開発が盛んに行われている。これら発光素子の基本的な構成は、一対の電極間発光性物質を含む層を挟んだものである。この素子電圧印加することにより、発光性の物質からの発光が得られる。

0003

上述の発光素子は自発光型であるため、これを用いた発光装置は、視認性に優れ、バックライトが不要であり、消費電力が少ない等の利点を有する。さらに、薄型軽量に作製でき、応答速度が高いなどの利点も有する。

0004

例えば、上述の発光素子をアクティブマトリクス型の発光装置に適用する場合、発光を制御するトランジスタ等が形成された基板上に発光素子を形成することがあるが、このように、発光素子からの発光をトランジスタ等が形成された基板を通して外部へ取り出す構造(ボトムエミッション構造)では、配線やトランジスタ等によって、開口率が低くなってしまうという問題があった。

0005

この問題を解決するため、素子基板とは反対側から光を取り出す構造(トップエミッション構造)が提案されている(例えば、特許文献1参照)。トップエミッション構造を用いることにより、開口率を向上させることが可能であり、光の取り出し効率を増大させることができ、消費電力や高精細化では有利となる。

0006

また、発光素子からの光の取り出し効率を改善するために、一対の電極間で光の共振効果を利用した微小光共振器マイクロキャビティ)を採用し、特定波長における光強度を増加させる方法(例えば、特許文献2参照)や、一画素内にキャビティ長の異なる領域を設けて、発光素子の視野角依存性を改善する構造などが提案されている(例えば、特許文献3参照)。

先行技術

0007

特開2001−043980号公報
特開平06−275381号公報
特開2006−032327号公報

発明が解決しようとする課題

0008

しかしながら、特許文献2、及び特許文献3においては、マイクロキャビティを利用するために、赤色(R)、緑色(G)、青色(B)の各色に対して、一対の電極間に配置されている透明導電膜や透明絶縁層の厚さを調整する必要があった。そのため、各色でパターニングエッチング工程などが必要となり、マスク枚数の増加、及び工程の増加といった問題があり最適な構造になっていない。

0009

上記問題に鑑み、本明細書等において開示する発明の一態様は、一対の電極間で光の共振効果を利用した発光装置において、マスク枚数の増加、及び工程の増加を低減し、簡単な構成で発光素子からの発光の色純度を高めた発光素子、発光装置、及び発光装置を用いた電子機器を提供することを課題の一つとする。

課題を解決するための手段

0010

本発明の一態様は、反射電極層と、半透過電極層と、反射電極層と半透過電極層に挟持された発光層と、を含む第1乃至第3の発光素子を、有し、第1の発光素子は、反射電極層に接して発光層が形成され、発光層に接して半透過電極層が形成され、第2の発光素子は、反射電極層に接して第1の透明電極層が形成され、第1の透明電極層に接して発光層が形成され、発光層に接して半透過電極層が形成され、第3の発光素子は、反射電極層に接して第2の透明電極層が形成され、第2の透明電極層に接して発光層が形成され、発光層に接して半透過電極層が形成され、第1の透明電極層と第2の透明電極層の膜厚が異なることを特徴とする発光装置である。

0011

本発明の他の一態様は、反射電極層と、半透過電極層と、反射電極層と半透過電極層に挟持された発光層と、を含む第1乃至第4の発光素子を、有し、第1の発光素子は、反射電極層に接して発光層が形成され、発光層に接して半透過電極層が形成され、第2の発光素子は、反射電極層に接して第1の透明電極層が形成され、第1の透明電極層に接して発光層が形成され、発光層に接して半透過電極層が形成され、第3の発光素子は、反射電極層に接して第2の透明電極層が形成され、第2の透明電極層に接して発光層が形成され、発光層に接して半透過電極層が形成され、第4の発光素子は、反射電極層に接して第3の透明電極層が形成され、第3の透明電極層に接して発光層が形成され、発光層に接して半透過電極層が形成され、第1の透明電極層と第2の透明電極層と第3の透明電極層の膜厚が異なることを特徴とする発光装置である。

0012

本発明の他の一態様は、反射電極層と、半透過電極層と、反射電極層と半透過電極層に挟持された発光層と、を含む第1乃至第3の発光素子と、半透過電極層と対向して設けられた特定波長帯域の光を透過する有色層と、を有し、第1の発光素子は、反射電極層に接して発光層が形成され、発光層に接して半透過電極層が形成され、第2の発光素子は、反射電極層に接して第1の透明電極層が形成され、第1の透明電極層に接して発光層が形成され、発光層に接して半透過電極層が形成され、第3の発光素子は、反射電極層に接して第2の透明電極層が形成され、第2の透明電極層に接して発光層が形成され、発光層に接して半透過電極層が形成され、第1の透明電極層と第2の透明電極層の膜厚が異なることを特徴とする発光装置である。

0013

本発明の他の一態様は、反射電極層と、半透過電極層と、反射電極層と半透過電極層に挟持された発光層と、を含む第1乃至第4の発光素子と、半透過電極層と対向して設けられた特定波長帯域の光を透過する有色層と、を有し、第1の発光素子は、反射電極層に接して発光層が形成され、発光層に接して半透過電極層が形成され、第2の発光素子は、反射電極層に接して第1の透明電極層が形成され、第1の透明電極層に接して発光層が形成され、発光層に接して半透過電極層が形成され、第3の発光素子は、反射電極層に接して第2の透明電極層が形成され、第2の透明電極層に接して発光層が形成され、発光層に接して半透過電極層が形成され、第4の発光素子は、反射電極層に接して第3の透明電極層が形成され、第3の透明電極層に接して発光層が形成され、発光層に接して半透過電極層が形成され、第1の透明電極層と第2の透明電極層と第3の透明電極層の膜厚が異なることを特徴とする発光装置である。

0014

上記各構成において、第1の発光素子からの発光は、青色の領域に発光強度を有し、第2の発光素子からの発光は、緑色の領域に発光強度を有し、第3の発光素子からの発光は、赤色の領域に発光強度を有し、第4の発光素子からの発光は、黄色の領域に発光強度を有していてもよい。

0015

上記各構成において、発光層は、正孔注入層と、正孔輸送層と、電子輸送層と、電子注入層と、を有していてもよい。また、発光層からの発光は、白色発光が得られてもよい。また、半透過電極層は、酸化インジウム、銀、マグネシウムを含む材料により形成されてもよい。

0016

また、上記構成において、正孔注入層は、酸化モリブデンを含んでいてもよい。

0017

また、上記各構成において、発光層の発光は、半透過電極層を透過して取り出される。

0018

また、本発明の他の一態様は、上記各構成を有する発光装置を用いた電子機器である。

0019

なお、本明細書等において、発光装置には、画像表示デバイスや、発光デバイス光源照明等が含まれる。また、発光装置は、発光素子が形成されたパネルコネクタFPC:Flexible printed circuit)等を取り付けたモジュールをも含むものとする。

0020

また、本明細書等において、発光素子とは、一対の電極(反射電極層と、半透過電極層)により挟持された発光層を含む構成である。一対の電極間に発光層以外にも機能層や、透明電極層等が挟持されていても構わない。

0021

また、本明細書等において、発光装置とは、複数の発光素子が形成された構成も発光装置とする。

0022

また、本明細書等において「電極」や「配線」の用語は、これらの構成要素を機能的に限定するものではない。例えば、「電極」は「配線」の一部として用いられることがあり、その逆もまた同様である。さらに、「電極」や「配線」の用語は、複数の「電極」や「配線」が一体となって形成されている場合をなどをも含む。

0023

また、「ソース」や「ドレイン」の機能は、極性の異なるトランジスタを採用する場合や、回路動作において電流の方向が変化する場合などには入れ替わることがある。このため、本明細書においては、「ソース」や「ドレイン」の用語は、入れ替えて用いることができるものとする。

発明の効果

0024

一対の電極間で光の共振効果を利用した発光装置において、マスク枚数の増加、及び工程の増加を低減し、簡単な構成で発光素子からの発光の色純度を高めた発光装置を提供することができる。

0025

また、このような発光装置を用いた電子機器を提供することができる。

図面の簡単な説明

0026

発光素子を説明する図。
発光素子を説明する図。
発光素子を説明する図。
発光装置を説明する図。
発光装置を説明する図。
発光装置を用いた電子機器を説明する図。
本発明の一態様である発光素子の発光スペクトル
比較用発光素子の発光スペクトル。
発光装置を説明する図。

0027

以下、実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。但し、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定されず、本明細書などにおいて開示する発明の趣旨から逸脱することなく形態および詳細を様々に変更し得ることは当業者にとって自明である。また、異なる実施の形態に係る構成は、適宜組み合わせて実施することが可能である。なお、以下に説明する発明の構成において、同一部分または同様な機能を有する部分には同一の符号を用い、その繰り返しの説明は省略する。

0028

なお、図面などにおいて示す各構成の、位置、大きさ、範囲などは、理解の簡単のため、実際の位置、大きさ、範囲などを表していない場合がある。このため、開示する発明は、必ずしも、図面などに開示された位置、大きさ、範囲などに限定されない。

0029

なお、本明細書等における「第1」、「第2」、「第3」などの序数は、構成要素の混同を避けるために付すものであり、数的に限定するものではないことを付記する。

0030

(実施の形態1)
本実施の形態では、本発明の発光装置一態様について、図1(A)、及び図1(B)を用いて説明する。

0031

図1(A)に示す発光装置は、本発明の概念を表す断面図であり、第1の発光素子150a、第2の発光素子150b、及び第3の発光素子150cにより構成されている。また、第1の発光素子150aは、反射電極層102に接して発光層106が形成され、発光層106に接して半透過電極層108が形成されている。また、第2の発光素子150bは、反射電極層102に接して第1の透明電極層104aが形成され、第1の透明電極層104aに接して発光層106が形成され、発光層106に接して半透過電極層108が形成されている。また、第3の発光素子150cは、反射電極層102に接して第2の透明電極層104bが形成され、第2の透明電極層104bに接して発光層106が形成され、発光層106に接して半透過電極層108が形成されている。すなわち、反射電極層と、半透過電極層と、反射電極層と半透過電極層に挟持された発光層と、を含む第1乃至第3の発光素子を有した発光装置である。また、図1(A)に示すように第1の透明電極層104aと、第2の透明電極層104bの膜厚が異なる。

0032

また、第1の発光素子150aは、青色の領域に発光強度を有し、第2の発光素子150bは、緑色の領域に発光強度を有し、第3の発光素子150cは、赤色の領域に発光強度を有している。

0033

なお、本明細書等においては、青色の領域に発光強度を有するとは、450〜485nmの波長帯域に少なくとも一つのピークを有し、緑色の領域に発光強度を有するとは、500〜565nmの波長帯域に少なくとも一つのピークを有し、赤色の領域に発光強度を有するとは、600nm〜740nmの波長帯域に少なくとも一つのピークを有するものとする。

0034

また、図1(A)に示す発光装置は、発光層106からの発光を反射電極層102により反射し、半透過電極層108側から射出する発光素子を複数有した構成である。すなわち、図1(A)に矢印で示す方に発光する。また、発光層106からの発光は、全方向に発光するため、反射電極層102と、半透過電極層108で発光層106からの発光を共振させる所謂微小光共振器(マイクロキャビティ)としての機能を有する。このような構成とすることにより、所望の発光スペクトルを増強させることができ、各発光素子からの発光の色純度を高めることが実現できる。

0035

なお、このマイクロキャビティとしての機能は、反射電極層102と半透過電極層108の間に挟持される材料、または光路長等で調整することが可能である。例えば、第1の発光素子150aでは、発光層106のみ挟持されており、第2の発光素子150bでは、第1の透明電極層104aと発光層106が挟持されており、第3の発光素子150cでは、第2の透明電極層104bと発光層106が挟持されている。すなわち、反射電極層102と、半透過電極層108の光路長等が各色(青色、緑色、赤色)の発光素子で異なる。また、第1の透明電極層104a、及び第2の透明電極層104bの膜厚を変更することで光路長を調整することが可能である。

0036

このように各色(青色、緑色、赤色)で反射電極層102と半透過電極層108の光学距離光学的距離、光路長ともいう)が異なっている。なお、光学距離とは、実際の距離に屈折率をかけたものであり、本明細書等においては、実膜厚にn(屈折率)をかけたものを表している。すなわち、「光学距離=実膜厚×n」である。例えば、光学的距離の調整としては、第1の発光素子150aにおいては、反射電極層102と半透過電極層108との距離が、所望の光の波長の(2Na−1)/4倍(Naは自然数)になるようにすればよい。また、第2の発光素子150bにおいては、反射電極層102と半透過電極層108との距離が、所望の光の波長の(2Nb−1)/4倍(Nbは自然数)になるようにすればよく、第1の透明電極層104aの膜厚を調整することで、反射電極層102と半透過電極層108との距離を調整することができる。また、第3の発光素子150cにおいては、反射電極層102と半透過電極層108との距離が、所望の光の波長の(2Nc−1)/4倍(Ncは自然数)になるようにすればよく、第2の透明電極層104bの膜厚を調整することで、反射電極層102と半透過電極層108との距離を調整することができる。このように、各色(青色、緑色、赤色)で必要なスペクトルが共振効果により増幅される光路長とすればよい。また、第1の発光素子150aのみ第1の透明電極層、及び第2の透明電極層が形成されていない。すなわち、反射電極層102と半透過電極層108との間には、発光層106のみが形成されている。

0037

このような構造とすることにより、第1の発光素子150aに形成する透明電極層が不要となるため、マスク枚数、工程数、及びコストの削減が実現できる。

0038

ここで、発光層106が反射電極層102と接する領域(所謂正孔注入層に相当する)には、有機化合物アクセプターとの複合材料を用いることが好ましい。アクセプターとしては、例えば、遷移金属酸化物酸化バナジウム、酸化モリブデンなどを用いることができる。酸化モリブデンは空気中において安定で昇華性に優れているので、好適である。第1の発光素子150aは、反射電極層102と発光層106との間に透明電極層を有していないため、一般的には正孔注入されにくいが、このような構成とすることで、正孔注入性が改善される。そのため、第1の発光素子150aにおいて、透明電極層を省くことが容易となり、マスク枚数、工程数、及びコストの削減につながる。

0039

次に、図1(B)に示した発光装置について、以下説明を行う。

0040

図1(B)に示す発光装置は、図1(A)に示した発光装置の変形例である。基本的な概念は、各色(青色、緑色、赤色)の波長を射出する発光素子において、反射電極層102と、半透過電極層108との光学的距離を調整しマイクロキャビティを利用し、所望のスペクトルを増強させる点は同様である。そのため、同一部分または同様な機能を有する部分には同一の符号を用い、その繰り返しの説明は省略する。

0041

図1(B)に示す発光装置は、本発明の概念を表す断面図であり、第1の発光素子150a、第2の発光素子150b、及び第3の発光素子150cにより構成されている。図1(A)との違いは、図1(B)においては、発光層106が2層形成された積層構造となっており、発光層106の間に電荷発生層106aを有している点である。

0042

電荷発生層106aは、キャリア注入性、キャリア輸送性に優れているため、発光素子の低電流駆動、および低電圧駆動を実現することができる。

0043

このように、発光層106の構成としては、図1(A)に示した単層構造の発光層を用いてもよいし、図1(B)に示した積層構造の発光層を用いてもよい。また、図1(B)においては、発光層が2層形成された積層構造について例示したが、これに限定されない。3層以上の発光層とした積層構造にしてもよい。

0044

ここで、図1(A)、及び図1(B)に示した発光装置に用いることが出来る材料等について、以下説明を行う。

0045

反射電極層102としては、反射率の高い金属膜により形成することができる。反射率の高い金属膜としては、アルミニウム、銀、または、これらの金属材料を含む合金等を、単層または積層して形成することができる。また、反射率の高い金属膜と他の薄い金属膜(好ましくは20nm以下、更に好ましくは10nm以下)との積層構造としてもよい。例えば、薄いチタン膜を形成することにより、後に形成される発光層106と反射率の高い金属膜(アルミニウム、アルミニウムを含む合金、または銀など)との間に形成される絶縁膜の生成を抑制することができるので好適である。なお、薄い金属膜は酸化されていてもよいが、この場合、酸化されても絶縁化しにくい材料、例えばチタンモリブデンを用いるのが好ましい。

0046

第1の透明電極層104a、及び第2の透明電極層104bとしては、導電性金属酸化物を用いて形成することができる。導電性の金属酸化物としては酸化インジウム(In2O3)、酸化スズ(SnO2)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化インジウム酸化スズ合金(In2O3—SnO2、ITOと略記する)、酸化インジウム酸化亜鉛合金(In2O3—ZnO)、またはこれらの金属酸化物材料酸化シリコンを含ませたものを用いることができる。

0047

また、発光層106としては、少なくとも発光層を含んで形成されていればよく、発光層以外の機能層を含む積層構造であっても良い。なお、発光層106は、白色発光する材料が好ましい。

0048

電荷発生層106aとしては、有機化合物と金属酸化物の複合材料、金属酸化物、有機化合物とアルカリ金属アルカリ土類金属、またはこれらの化合物との複合材料の他、これらを適宜組み合わせて形成することができる。

0049

また、半透過電極層108としては、薄い金属膜(好ましくは20nm以下、更に好ましくは10nm以下)と導電性の金属酸化物を積層して形成することができる。薄い金属膜としては、銀、マグネシウム、またはこれらの金属材料を含む合金等を、単層または積層して形成することが出来る。導電性の金属酸化物としては、酸化インジウム(In2O3)、酸化スズ(SnO2)、酸化亜鉛(ZnO)、ITO、酸化インジウム酸化亜鉛合金(In2O3—ZnO)、またはこれらの金属酸化物材料に酸化シリコンを含ませたものを用いることができる。

0050

また、本実施の形態においては、第1の発光素子150aにおいては、反射電極層102が陽極アノードともいう)として機能し、半透過電極層108が陰極カソードともいう)として機能する。また、第2の発光素子150bにおいては、反射電極層102と第1の透明電極層104aが陽極として機能し、半透過電極層108が陰極として機能する。また、第3の発光素子150cにおいては、反射電極層102と第2の透明電極層104bが陽極として機能し、半透過電極層108が陰極として機能する。

0051

以上のように、本実施の形態に示した発光装置は、第1の発光素子と、第2の発光素子と、第3の発光素子と、で光学的距離を変更している。各発光素子でマイクロキャビティにより所望のスペクトルを増強させることで、色純度の高い発光装置を実現できる。また、第1の発光素子のみ透明電極層を用いていないため、マスク枚数、工程数、及びコストの削減を実現できる。

0052

本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。

0053

(実施の形態2)
本実施の形態では、本発明の発光装置の一態様について、先の実施の形態1に示した構成と異なる構成について、図2(A)、及び図2(B)を用いて説明する。

0054

図2(A)に示す発光装置は、本発明の概念を表す断面図であり、第1の発光素子150a、第2の発光素子150b、第3の発光素子150c、及び第4の発光素子150dにより構成されている。また、第1の発光素子150aは、反射電極層102に接して発光層106が形成され、発光層106に接して半透過電極層108が形成されている。また、第2の発光素子150bは、反射電極層102に接して第1の透明電極層104aが形成され、第1の透明電極層104aに接して発光層106が形成され、発光層106に接して半透過電極層108が形成されている。また、第3の発光素子150cは、反射電極層102に接して第2の透明電極層104bが形成され、第2の透明電極層104bに接して発光層106が形成され、発光層106に接して半透過電極層108が形成されている。また、第4の発光素子150dは、反射電極層102に接して第3の透明電極層104cが形成され、第3の透明電極層104cに接して発光層106が形成され、発光層106に接して半透過電極層108が形成されている。すなわち、反射電極層と、半透過電極層と、反射電極層と半透過電極層に挟持された発光層と、を含む第1乃至第4の発光素子を有した発光装置である。また、図2(A)に示すように第1の透明電極層104aと、第2の透明電極層104bと、第3の透明電極層104cの膜厚が異なる。

0055

なお、第1の発光素子150aは、青色の領域に発光強度を有し、第2の発光素子150bは、緑色の領域に発光強度を有し、第3の発光素子150cは、赤色の領域に発光強度を有し、第4の発光素子150dは、黄色の領域に発光強度を有している。

0056

なお、本明細書等においては、青色の領域に発光強度を有するとは、450〜485nmの波長帯域に少なくとも一つのピークを有し、緑色の領域に発光強度を有するとは、500〜565nmの波長帯域に少なくとも一つのピークを有し、黄色の領域に発光強度を有するとは、570〜590nmの波長帯域に少なくとも一つのピークを有し、赤色の領域に発光強度を有するとは、600nm〜740nmの波長帯域に少なくとも一つのピークを有するものである。

0057

なお、図2に示す発光装置の一形態は、先の実施の形態1の変形例である。先の実施の形態1に示した発光装置は、RGBの3色発光を示す発光装置であったが、本実施の形態においては、RGBY(黄色)の4色発光を示す発光装置である。基本的な概念は、各色の発光素子(第1の発光素子150a、第2の発光素子150b、第3の発光素子150c、及び第4の発光素子150d)において、反射電極層102と、半透過電極層108との光学的距離を調整しマイクロキャビティを利用し、所望のスペクトルを増強させる点は同様である。そのため、同一部分または同様な機能を有する部分には同一の符号を用い、その繰り返しの説明は省略する。

0058

また、図2(A)に示す発光装置は、発光層106からの発光を反射電極層102により反射し、半透過電極層108側から射出する発光素子を複数有した構成である。すなわち、図2(A)の矢印で示す方に発光する。また、発光層106からの発光は、全方向に発光するため、反射電極層102と、半透過電極層108で発光層106からの発光を共振させる微小光共振器(マイクロキャビティ)としての機能を有する。このような構成とすることにより、所望の発光スペクトルを増強させることができ、各発光素子からの発光の色純度を高めることが実現できる。

0059

なお、このマイクロキャビティとしての機能は、反射電極層102と半透過電極層108の間に挟持される材料または光路長等で調整することが可能である。例えば、第1の発光素子150aでは、発光層106のみ挟持されており、第2の発光素子150bでは、第1の透明電極層104aと発光層106が挟持されており、第3の発光素子150cでは、第2の透明電極層104bと発光層106が挟持されており、第4の発光素子150dでは、第3の透明電極層104cと発光層106が挟持されている。すなわち、反射電極層102と、半透過電極層108の光路長が各色(青色、緑色、赤色、黄色)の波長を射出する発光素子で異なる。また、第1の透明電極層104a、第2の透明電極層104b、第3の透明電極層104cの膜厚を変更することで容易に光路長を調整することが可能である。

0060

このように各色(青色、緑色、赤色、黄色)で反射電極層102と半透過電極層108の光路長を変えることで光学的距離が異なっていると言える。この光学的距離は、各色(青色、緑色、赤色、黄色)で必要なスペクトルが共振効果により増幅される光路長とすればよい。また、第1の発光素子150aのみ第1の透明電極層、第2の透明電極層、及び第3の透明電極層が形成されていない。すなわち、反射電極層102と半透過電極層108との間には、発光層106のみが形成されている。

0061

このような構造とすることにより、第1の発光素子150aに形成する透明電極層が不要となるため、マスク枚数、工程数、及びコストの削減が実現できる。

0062

次に、図2(B)に示した発光装置について、以下説明を行う。

0063

図2(B)に示す発光装置は、図2(A)に示した発光装置の変形例である。基本的な概念は、各色(青色、緑色、赤色、黄色)の波長を射出する発光素子において、反射電極層102と、半透過電極層108との光学的距離を調整しマイクロキャビティを利用し、所望のスペクトルを増強させる点は同様である。そのため、同一部分または同様な機能を有する部分には同一の符号を用い、その繰り返しの説明は省略する。

0064

図2(B)に示す発光装置は、本発明の概念を表す断面図であり、第1の発光素子150a、第2の発光素子150b、第3の発光素子150c、第4の発光素子150dにより構成されている。図2(A)との違いは、図2(B)においては、発光層106が2層形成された積層構造となっており、発光層106の間に電荷発生層106aを有している点である。

0065

このように、発光層106の構成としては、図2(A)に示した単層構造の発光層を用いてもよいし、図2(B)に示した積層構造の発光層を用いてもよい。また、図2(B)においては、発光層が2層形成された積層構造について例示したが、これに限定されない。3層以上の発光層とした積層構造にしてもよい。

0066

以上のように、本実施の形態に示した発光装置は、第1の発光素子と、第2の発光素子と、第3の発光素子と、第4の発光素子と、で光学的距離を変更している。各発光素子でマイクロキャビティにより所望のスペクトルを増強させることで、色純度の高い発光装置を実現できる。また、第1の発光素子のみ透明電極層を用いていないため、マスク枚数の削減、工程数の削減、及びコストの削減を実現できる。

0067

本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。

0068

(実施の形態3)
本実施の形態においては、実施の形態1、及び実施の形態2で示した反射電極層102、発光層106、及び半透過電極層108により構成された発光素子の詳細について図3(A)、及び図3(B)を用いて説明を行う。

0069

図3(A)に示す発光素子は、一対の電極(反射電極層102、半透過電極層108)間に発光領域を含む発光層106が挟まれた構造を有する。なお、以下の本実施の形態の説明においては、例として、反射電極層102を陽極として用い、半透過電極層108を陰極として用いるものとする。

0070

発光層106は、少なくとも発光層を含んで形成されていればよく、発光層以外の機能層を含む積層構造であっても良い。発光層以外の機能層としては、正孔注入性の高い物質、正孔輸送性の高い物質、電子輸送性の高い物質、電子注入性の高い物質、バイポーラ性電子及び正孔輸送性の高い物質)の物質等を含む層を用いることができる。具体的には、正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層、電子注入層等の機能層を適宜組み合わせて用いることができる。

0071

図3(A)に示す発光素子は、反射電極層102と半透過電極層108との間に生じた電位差により電流が流れ、発光層106において正孔と電子とが再結合し、発光するものである。つまり発光層106に発光領域が形成されるような構成となっている。

0072

本発明においては、発光は、半透過電極層108側から外部に取り出させる。従って、半透過電極層108は透光性を有する物質で成る。また、マイクロキャビティ作用を利用するために、半透過電極層108は、反射電極層102側に一部の発光を反射する材料が好ましい。また、半透過電極層108側から外部に発光を効率良く取り出すために、反射電極層102は反射性の高い物質で形成するのが好ましい。

0073

なお、発光層106は、図3(B)のように反射電極層102と半透過電極層108との間に複数積層されていても良い。n(nは2以上の自然数)層の積層構造を有する場合には、m(mは自然数、mは1以上n−1以下)番目の発光層と、(m+1)番目の発光層との間には、それぞれ電荷発生層106aを設けることが好ましい。

0074

電荷発生層106aは、有機化合物と金属酸化物の複合材料、金属酸化物、有機化合物とアルカリ金属、アルカリ土類金属、またはこれらの化合物との複合材料の他、これらを適宜組み合わせて形成することができる。有機化合物と金属酸化物の複合材料としては、例えば、有機化合物と酸化バナジウムや酸化モリブデンや酸化タングステンの金属酸化物を含む。有機化合物としては、芳香族アミン化合物カルバゾール誘導体芳香族炭化水素高分子化合物オリゴマーデンドリマーポリマー等)など、種々の化合物を用いることができる。なお、有機化合物としては、正孔輸送性有機化合物として正孔移動度が10−6cm2/Vs以上であるものを適用することが好ましい。但し、電子よりも正孔の輸送性の高い物質であれば、これら以外のものを用いてもよい。なお、電荷発生層106aに用いるこれらの材料は、キャリア注入性、キャリア輸送性に優れているため、発光素子の低電流駆動、および低電圧駆動を実現することができる。

0075

なお、電荷発生層106aは、有機化合物と金属酸化物の複合材料と他の材料とを組み合わせて形成してもよい。例えば、有機化合物と金属酸化物の複合材料を含む層と、電子供与性物質の中から選ばれた一の化合物と電子輸送性の高い化合物とを含む層とを組み合わせて形成してもよい。また、有機化合物と金属酸化物の複合材料を含む層と、透明導電膜とを組み合わせて形成してもよい。

0076

このような構成を有する発光素子は、エネルギーの移動や消光などの問題が起こり難く、材料の選択の幅が広がることで高い発光効率と長い寿命とを併せ持つ発光素子とすることが容易である。また、一方の発光層で燐光発光、他方で蛍光発光を得ることも容易である。

0077

なお、電荷発生層106aとは、反射電極層102と半透過電極層108に電圧を印加したときに、電荷発生層106aに接して形成される一方の発光層106に対して正孔を注入する機能を有し、他方の発光層106に電子を注入する機能を有する。

0078

図3(B)に示す素子構成は、発光層106に用いる発光物質の種類を変えることにより様々な発光色を得ることができる。また、発光物質として発光色の異なる複数の発光物質を用いることにより、ブロードなスペクトルの発光や白色発光を得ることもできる。

0079

また、反射電極層102と発光層106の間に透明電極層を形成して、反射電極層102と半透過電極層108との光路長を調整してもよい。光路長を調整することにより所望のスペクトルを増強させることができる。

0080

なお、図3(B)に示す発光素子を用いて、白色発光を得る場合、複数の発光層の組み合わせとしては、赤、青及び緑色の光を含んで白色に発光する構成であればよく、例えば、青色の蛍光材料を発光物質として含む第1の発光層と、緑色と赤色の燐光材料を発光物質として含む第2の発光層を有する構成が挙げられる。また、赤色の発光を示す第1の発光層と、緑色の発光を示す第2の発光層と、青色の発光を示す第3の発光層とを有する構成とすることもできる。または、補色の関係にある光を発する発光層を有する構成であっても白色発光が得られる。発光層が2層積層された積層型素子において、第1の発光層から得られる発光の発光色と第2の発光層から得られる発光の発光色を補色の関係にする場合、補色の関係としては、青色と黄色、あるいは青緑色と赤色などが挙げられる。

0081

なお、上述した積層型素子の構成において、積層される発光層の間に電荷発生層を配置することにより、電流密度を低く保ったまま、高輝度領域での長寿命素子を実現することができる。また、電極材料抵抗による電圧降下を小さくできるので、大面積での均一発光が可能となる。

0082

本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。

0083

(実施の形態4)
本実施の形態では、本発明の発光装置の一態様について、図4(A)乃至(C)を用いて説明する。

0084

図4(A)乃至(C)は発光装置の画素の一部分に相当する断面図、及び平面図である。

0085

図4(A)に示す発光装置は、図4(A)に矢印で示す方向に光を発する。すなわち、発光層218が形成された第1の基板201を介することなく、第2の基板251を介して発光する所謂上面射出構造(トップエミッション構造)の発光装置である。

0086

図4(B)は、第1の基板201を半透過電極層219側からみた平面図であり、図4(C)は、第2の基板251を遮光膜252側からみた平面図である。なお、図4(A)は、図4(B)、及び図4(C)における破線A1−A2の断面図に相当する。また、図4(B)、図4(C)の平面図においては、本発明の構成要素である一部(例えば、発光層218など)を図面の煩雑を避けるために、省略してある。

0087

図4(A)に示すように、第1の基板201と、第2の基板251との間に、青色画素240a、緑色画素240b、及び赤色画素240cが形成されている。また、第1の基板201上には、発光素子の駆動を制御するトランジスタ230と、トランジスタ230に電気的に接続された反射電極層214と、を有している。

0088

なお、本実施の形態において、青色画素240aは、青色の領域に発光強度を有する発光素子が形成された構成であり、緑色画素240bは、緑色の領域に発光強度を有する発光素子が形成された構成であり、赤色画素240cは、赤色の領域に発光強度を有する発光素子が形成された構成である。

0089

青色画素240aにおいては、青色の領域に発光強度を有する発光素子として、反射電極層214の上に発光層218が直接形成され、発光層218の上に半透過電極層219が形成されている。

0090

また、緑色画素240bにおいては、緑色の領域に発光強度を有する発光素子として、反射電極層214の上に第1の透明電極層220aが形成され、第1の透明電極層220aの上に発光層218が形成され、発光層218の上に半透過電極層219が形成されている。

0091

また、赤色画素240cにおいては、赤色の領域に発光強度を有する発光素子として、反射電極層214の上に第2の透明電極層220bが形成され、第2の透明電極層220bの上に発光層218が形成され、発光層218の上に半透過電極層219が形成されている。

0092

このように、各画素(青色画素240a、緑色画素240b、赤色画素240c)の発光素子で反射電極層214と半透過電極層219の間の構成が異なる。

0093

また、第2の基板251は、第2の基板251の上に、ブラックマトリクスとして機能する遮光膜252と、カラーフィルタ254と、オーバーコート256を有している。カラーフィルタ254は、有色層であり、各発光素子からの発光の色(青、緑、赤)に対応する光を透過し、発光層218からの光を第2の基板251側に射出する。

0094

このように、各画素(青色画素240a、緑色画素240b、赤色画素240c)の発光素子で反射電極層214と半透過電極層219の光路長を変えることで光学的距離が異なっていると言える。この光学的距離は、各画素の発光素子が必要なスペクトルが共振効果により増幅される光路長とすればよい。また、青色画素240aに配置された青色の領域に発光強度を有する発光素子のみ、反射電極層214の上に発光層218が直接形成され、発光層218の上に半透過電極層219が形成されている。すなわち、透明電極層(第1の透明電極層220a、及び第2の透明電極層220b)が形成されない。

0095

このような構造とすることにより、青色画素240aに形成する透明電極層が不要となるため、工程数の削減、及びコストの削減が実現できる。

0096

なお、第1の基板201と第2の基板251の間にある空間260は、特に限定はなく、透光性を有していれば良い。ただし、空間260は、屈折率が空気よりも大きい透光性を有した材料で充填した方が好ましい。屈折率が小さい場合、発光層218から射出された斜め方向の光が、空間260によりさらに屈折し、場合によっては隣接の画素から光が射出してしまう。従って、空間260としては、例えば、第1の基板201と第2の基板251とが、接着可能な屈折率が大きい透光性の接着剤を用いることができる。また、窒素アルゴンなどの不活性気体なども用いることができる。

0097

続けて、図4(A)乃至(C)に示した発光装置の詳細な説明、及び作製方法の説明を行う。

0098

まず、発光素子の駆動を制御するトランジスタ230、及び発光層218等が形成された第1の基板201の作製方法を以下に示す。

0099

絶縁表面を有する基板である第1の基板201上に、導電層を形成した後、第1のフォトリソグラフィ工程を行い、レジストマスクを形成し、エッチングにより不要な部分を除去してゲート電極層202を形成する。図4(A)のように、ゲート電極層202の端部にテーパー形状が形成されるようにエッチングすると、積層する膜の被覆性が向上するため好ましい。

0100

第1の基板201に使用することができる基板に大きな制限はないが、少なくとも、後の加熱処理に耐えうる程度の耐熱性を有していることが必要となる。第1の基板201にはガラス基板を用いることができる。

0101

ガラス基板としては、後の加熱処理の温度が高い場合には、歪み点が730℃以上のものを用いると良い。また、ガラス基板には、例えば、アルミノシリケートガラスアルミノホウケイ酸ガラスバリウムホウケイ酸ガラスなどのガラス材料が用いられている。なお、酸化ホウ素と比較して酸化バリウム(BaO)を多く含ませることで、より実用的な耐熱ガラスが得られる。このため、B2O3よりBaOを多く含むガラス基板を用いることが好ましい。

0102

なお、上記のガラス基板に代えて、セラミック基板石英基板サファイア基板などの絶縁体でなる基板を用いても良い。他にも、結晶化ガラスなどを用いることができる。本実施の形態で示す発光装置は、第2の基板251を介して発光を取り出すトップエミッション構造であるので、第1の基板201としては、非透光性金属基板等の基板を用いることもできる。

0103

下地膜となる絶縁膜を第1の基板201とゲート電極層202との間に設けてもよい。下地膜は、第1の基板201からの不純物元素拡散を防止する機能があり、窒化珪素膜酸化珪素膜窒化酸化珪素膜、又は酸化窒化珪素膜から選ばれた一又は複数の膜による積層構造により形成することができる。

0104

ゲート電極層202の材料は、モリブデン、チタン、クロムタンタルタングステン、アルミニウム、銅、ネオジムスカンジウム等の金属材料又はこれらを主成分とする合金材料を用いて、単層で又は積層して形成することができる。

0105

次に、ゲート電極層202上にゲート絶縁層204を形成する。ゲート絶縁層204は、プラズマCVD法又はスパッタリング法等を用いて、酸化珪素層窒化珪素層酸化窒化珪素層窒化酸化珪素層、又は酸化アルミニウム層を単層で又は積層して形成することができる。例えば、成膜ガスとして、SiH4、N2Oを用いてプラズマCVD法により酸化窒化珪素膜を形成すればよい。

0106

次に、半導体層を形成し第2のフォトリソグラフィ工程、及びエッチング工程により島状の半導体層206を形成する。

0107

半導体層206の材料は、シリコン半導体酸化物半導体を用いて形成することができる。シリコン半導体としては、単結晶シリコン多結晶シリコンなどがあり、酸化物半導体としては、In−Ga−Zn−O系金属酸化物などを、適宜用いることができる。ただし、半導体層206としては、In−Ga−Zn−O系金属酸化物である酸化物半導体を用いて、オフ電流の低い半導体層とすることで、後に形成される発光素子のオフ時のリーク電流が抑制できるため、好ましい。

0108

次に、ゲート絶縁層204、及び半導体層206上に導電膜を形成し、第3のフォトリソグラフィ工程、及びエッチング工程によりソース電極層及びドレイン電極層208を形成する。

0109

ソース電極層及びドレイン電極層208に用いる導電膜としては、例えば、Al、Cr、Cu、Ta、Ti、Mo、Wから選ばれた元素を含む金属膜、または上述した元素を成分とする金属窒化物膜窒化チタン膜窒化モリブデン膜、窒化タングステン膜)等を用いることができる。また、Al、Cuなどの金属膜の下側又は上側の一方または双方にTi、Mo、Wなどの高融点金属膜またはそれらの金属窒化物膜(窒化チタン膜、窒化モリブデン膜、窒化タングステン膜)を積層させた構成としても良い。また、ソース電極層及びドレイン電極層208に用いる導電膜としては、導電性の金属酸化物で形成しても良い。導電性の金属酸化物としては酸化インジウム(In2O3)、酸化スズ(SnO2)、酸化亜鉛(ZnO)、ITO、酸化インジウム酸化亜鉛合金(In2O3—ZnO)、またはこれらの金属酸化物材料に酸化シリコンを含ませたものを用いることができる。

0110

次に、半導体層206、及びソース電極層及びドレイン電極層208上に、絶縁層210を形成する。絶縁層210としては、酸化シリコン膜酸化窒化シリコン膜などの無機絶縁膜を用いることができる。

0111

次に、絶縁層210上に第2の絶縁層212を形成する。

0112

第2の絶縁層212としては、トランジスタ起因の表面凹凸を低減するために平坦化機能を有する絶縁膜を選択するのが好適である。例えば、ポリイミドアクリルベンゾシクロブテン、等の有機材料を用いることができる。また上記有機材料の他に、低誘電率材料(low−k材料)等を用いることができる。なお、これらの材料で形成される絶縁膜を複数積層させることで、第2の絶縁層212を形成してもよい。

0113

次に、第4のフォトリソグラフィ工程、及びエッチング工程により、第2の絶縁層212、及び絶縁層210にソース電極層及びドレイン電極層208に達する開口を形成する。開口方法は、ドライエッチングウェットエッチングなど適宜選択すれば良い。

0114

次に、絶縁層212、ソース電極層及びドレイン電極層208上に導電膜を形成し、第5のフォトリソグラフィ工程、及びエッチング工程により、反射電極層214を形成する。

0115

反射電極層214としては、発光層218(後に形成される)が発する光を効率よく反射する材料が好ましい。なぜなら光の取り出し効率を向上できるためである。なお、反射電極層214を積層構造としてもよい。例えば、発光層218に接する側に金属酸化物による導電膜、またはチタン等を薄く形成し、他方に反射率の高い金属膜(アルミニウム、アルミニウムを含む合金、または銀など)を用いることができる。このような構成とすることで、発光層218と反射率の高い金属膜(アルミニウム、アルミニウムを含む合金、または銀など)との間に形成される絶縁膜の生成を抑制することができるので好適である。

0116

次に、反射電極層214上に透明導電膜を成膜し、第6のフォトリソグラフィ工程、及びエッチング工程により、第1の透明電極層220aを形成する。

0117

次に、反射電極層214、及び第1の透明電極層220a上に透明導電膜を成膜し、第7のフォトリソグラフィ工程、及びエッチング工程により第2の透明電極層220bを形成する。なお、青色画素240aのみ第1の透明電極層220a、及び第2の透明電極層220bは形成されない。

0118

第1の透明電極層220a、及び第2の透明電極層220bに使用できる材料としては、酸化インジウム(In2O3)、酸化スズ(SnO2)、酸化亜鉛(ZnO)、ITO、酸化インジウム酸化亜鉛合金(In2O3—ZnO)、またはこれらの金属酸化物材料に酸化シリコンを含ませたものを用いることができる。

0119

なお、第1の透明電極層220a、及び第2の透明電極層220bの形成方法はこれに限定されない。例えば、第2の透明電極層220bに必要な膜厚の透明導電膜を成膜し、第1の透明電極層220aとなる部分のみドライエッチング、またはウェットエッチング等を行い、第1の透明電極層220aに必要な膜厚まで、透明導電膜を除去する方法なども用いることもできる。また、第2の透明電極層220bは、第1の透明電極層220aに使用した透明導電膜との積層構造としてもよい。

0120

このように、青色画素240aのみ透明電極層を形成しない構成とすることで、マスク枚数の削減や、不要な工程の削減によりコストの低減が実現できる。

0121

次に、反射電極層214、第1の透明電極層220a、及び第2の透明電極層220bの上に隔壁216を形成する。

0122

隔壁216としては、有機絶縁材料、又は無機絶縁材料を用いて形成する。特に感光性の樹脂材料を用い、青色画素240aでは、反射電極層214上に開口部を形成し、緑色画素240bでは、第1の透明電極層220a上に開口部を形成し、赤色画素240cでは、第2の透明電極層220b上に開口部を形成し、その開口部の側壁が連続した曲率を持って形成される傾斜面となるように形成することが好ましい。

0123

次に、反射電極層214、第1の透明電極層220a、第2の透明電極層220b、及び隔壁216上に発光層218を形成する。発光層218は、単層の層で構成されていても、複数の層が積層されるように構成されていてもどちらでも良いが、発光層218が発する光は白色であることが好ましく、赤、緑、青のそれぞれの波長領域にピークを有する光が好ましい。

0124

次に、発光層218上に半透過電極層219を形成する。

0125

なお、反射電極層214、または半透過電極層219は、いずれか一方は発光層218の陽極として機能し、他方は発光層218の陰極として機能する。陽極として機能する電極には、仕事関数の大きな物質が好ましく、陰極として機能する電極には仕事関数の小さな物質が好ましい。

0126

以上の工程により、発光素子の駆動を制御するトランジスタ230、及び発光層218が設けられた第1の基板201が形成される。

0127

次に、遮光膜252、カラーフィルタ254、及びオーバーコート256が形成された第2の基板251の作製方法を以下に示す。

0128

まず、第2の基板251上に導電膜を形成し、第8のフォトリソグラフィ工程、及びエッチング工程を行い、遮光膜252を形成する。遮光膜252により、各画素間での混色を防止することができる。ただし、遮光膜252は設けなくてもよい。

0129

遮光膜252としては、チタン、クロムなどの反射率の低い金属膜、または、黒色顔料黒色染料含浸された有機樹脂膜などを用いることができる。

0130

次に、第2の基板251、及び遮光膜252の上に、カラーフィルタ254を形成する。

0131

カラーフィルタ254については、特定の波長帯域の光を透過する有色層である。例えば、赤色の波長帯域の光を透過する赤色(R)のカラーフィルタ、緑色の波長帯域の光を透過する緑色(G)のカラーフィルタ、青色の波長帯域の光を透過する青色(B)のカラーフィルタなどを用いることができる。各カラーフィルタは、公知の材料を用いて、印刷法インクジェット法、フォトリソグラフィ技術を用いたエッチング方法などでそれぞれ所望の位置に形成する。

0132

なお、ここでは、RGBの3色を用いた方法について説明したが、これに限定されず、実施の形態2に示したRGBY(黄色)の4色を用いた構成、または、5色以上の構成としてもよい。

0133

次に、遮光膜252、及びカラーフィルタ254の上にオーバーコート256を形成する。オーバーコート256は、アクリル、ポリイミド等の有機樹脂膜により形成することができる。オーバーコート256により、カラーフィルタ254に含有された不純物成分等を発光層218側への拡散を防止することができる。また、オーバーコート256は、有機樹脂膜と無機絶縁膜との積層構造としてもよい。無機絶縁膜としては、窒化シリコン、酸化シリコンなどを用いることができる。なお、オーバーコート256は、形成しない構成としてもよい。

0134

以上の工程により、遮光膜252、カラーフィルタ254、及びオーバーコート256が設けられた第2の基板251が形成される。

0135

また、第1の基板201と、第2の基板251と、をアライメントして張り合わせを行い発光装置とする。これにより、第1の基板201に形成された半透過電極層219と対向して、特定の波長帯域の光を透過する有色層であるカラーフィルタ254が設けられる。また、第1の基板201と第2の基板251の張り合わせは、特に限定はなく、接着可能な屈折率が大きい透光性の接着剤などを用いて行うことができる。

0136

以上のように、本実施の形態に示した発光装置は、青色の領域に発光強度を有する発光素子が形成された青色画素と、緑色の領域に発光強度を有する発光素子が形成された緑色画素と、赤色の領域に発光強度を有する発光素子が形成された赤色画素と、発光素子の光学的距離を変更している。各発光素子でマイクロキャビティにより所望のスペクトルを増強させることで、色純度の高い発光装置を実現できる。また、青色の波長を射出する発光素子が形成された青色画素のみ透明電極層を用いていないため、マスク枚数の削減、工程数の削減、及びコストの削減を実現できる。

0137

ここで、本実施の形態に示した白色発光する発光素子と、カラーフィルタと、を組み合わせたトップエミッション構造(以下、白色+CF+TE構造と省略する)の発光装置と、塗り分け方式により形成した発光素子のトップエミッション構造(以下、塗り分け+TE構造)の発光装置について、以下比較を行う。なお、塗りわけ方式とは、各画素にRGBの材料を蒸着法などにより塗り分ける方式である。

0138

まず、カラー化に対しては、白色+CF+TE構造の場合、カラーフィルタを用いてカラー化を行う。そのため、カラーフィルタが必要になる。一方、塗り分け+TE構造の場合、各画素を蒸着等により塗り分けてカラー化を行うため、カラーフィルタは不要である。しかし、白色+CF+TE構造では、カラーフィルタが必要であるが、塗り分け+TE構造では、塗り分けを行うためにメタルマスク等が必要となる。また、メタルマスクを用いずにインクジェット等を利用して塗り分けを行うことも可能であるが、まだ技術的な課題が多く困難である。なお、メタルマスクを使用した場合、蒸着材料がメタルマスクにも蒸着されてしまうため、材料使用効率が悪く、コストが高いといった課題もある。また、メタルマスクと発光素子とが接触し、発光素子の破壊、または接触によるキズパーティクル等が発生するため歩留まりが低下してしまう。

0139

また、白色+CF+TE構造の場合、外光反射が低減されるため、偏光板を不要とすることが可能である。一方、塗り分け+TE構造においては、外光反射を防ぐための偏光板が必要となる。また、マイクロキャビティを利用した色純度の向上は、白色+CF+TE構造、及び塗りわけTE構造ともに利用することは可能である。

0140

次に、画素サイズに対しては、塗りわけ+TE構造では、各画素の色を塗り分ける必要がり、画素間に塗り分けに必要な領域を設ける必要がある。そのため、1画素のサイズを大きくすることが出来ない。これによって、開口率が大幅に低減してしまう。一方、白色+CF+TE構造の場合、画素間に塗り分けに必要な領域を設ける必要がないため、1画素のサイズを大きくすることができ、これに伴い開口率を向上させることができる。

0141

また、発光装置としては、携帯電話等に用いられる10インチ以下の中型、または小型の発光装置や、テレビジョン等に用いられる数十〜数百インチの大型の発光装置がある。

0142

発光装置を大型化する場合、発光装置の製造技術が必要不可欠な要素となる。塗り分け+TE構造の場合、塗り分けのためにメタルマスクが必要となり、大型対応のメタルマスクの技術、及び生産設備確立しておらず困難である。また、仮に大型対応のメタルマスクの技術、及び生産設備が確立したとしても、蒸着材料がメタルマスクにも蒸着されるといった材料使用効率の課題は解決しない。一方、白色+CF+TE構造の場合、メタルマスクが不要となるため、従来までの生産設備を用いて製造が可能であり好適である。

0143

また、発光装置の生産性については、発光装置の製造装置重要な要素となる。例えば、発光素子を複数段の積層構造とする場合、発光装置を製造する装置をインラインまたは、マルチチャンバーとして複数の蒸着源を一度に、または連続して基板に形成することが好ましい。塗りわけ+TE構造の場合、各画素の色を塗り分ける必要があるため、所望の位置に形成するためにメタルマスクを交換して形成する必要がある。メタルマスクを交換するために、製造装置をインラインまたは、マルチチャンバーとすることが困難である。一方、白色+CF+TE構造の場合、メタルマスクを用いる必要がないため、インライン化、またはマルチチャンバー化の製造装置の構成とするのが容易である。

0144

なお、液晶を用いた表示装置と比較した場合、本実施の形態で示した発光装置は、自発光であるためバックライトが不要であり、コントラストが良く、バックライトを用いないため消費電力を小さくすることができる。また、バックライトを用いないため、薄膜化することが可能であり、同時に重さも軽量化することができる。また、タッチパネルと一体に形成することもできる。

0145

このように、本実施の一形態である発光装置は、従来までの発光装置と比較して、非常に優れている。

0146

本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。

0147

(実施の形態5)
本実施の形態では、発光装置の一形態である表示装置(表示パネル、または発光パネルともいう)の外観及び断面について、図5を用いて説明する。図5(A)は、第1の基板上に形成された発光素子駆動用トランジスタ、及び発光素子と、第2の基板上に形成された遮光膜、カラーフィルタ、及びオーバーコートと、をシール材によって封止したパネルの平面図であり、図5(B)は、図5(A)の破線B1−B2における断面図に相当する。

0148

第1の基板4501上に設けられた画素部4502、信号線駆動回路4503a、信号線駆動回路4503b、走査線駆動回路4504a、及び走査線駆動回路4504bを囲むようにして、シール材4505が設けられている。また画素部4502、信号線駆動回路4503a、信号線駆動回路4503b、走査線駆動回路4504a、及び走査線駆動回路4504bの上に第2の基板4506が設けられている。

0149

なお、第2の基板4506上には、遮光膜4521、青色のカラーフィルタ4522a、緑色のカラーフィルタ4522b、赤色のカラーフィルタ4522c、及びオーバーコート4523が設けられている。遮光膜4521、青色のカラーフィルタ4522a、緑色のカラーフィルタ4522b、赤色のカラーフィルタ4522c、及びオーバーコート4523については、先の実施の形態4に示した第2の基板251上に形成した手法と同様な手法により形成することができる。

0150

このような構造とすることで、画素部4502、信号線駆動回路4503a、信号線駆動回路4503b、走査線駆動回路4504a、及び走査線駆動回路4504bは、第1の基板4501とシール材4505と第2の基板4506とによって、充填材4507と共に密封されている。このように外気に曝されないように脱ガスの少ない保護フィルム(貼り合わせフィルム紫外線硬化樹脂フィルム等)やカバー材パッケージング封入)することにより、気密性が高く好ましい。

0151

また、第1の基板4501上に設けられた画素部4502、信号線駆動回路4503a、信号線駆動回路4503b、走査線駆動回路4504a、及び走査線駆動回路4504bは、トランジスタを複数有しており、図5(B)では、画素部4502に含まれるトランジスタ4510、トランジスタ4511、及びトランジスタ4512と、信号線駆動回路4503aに含まれるトランジスタ4509とを例示している。

0152

トランジスタ4509乃至トランジスタ4512は、実施の形態4で示したトランジスタ230と同様な手法により形成することができる。

0153

また、発光層4515に接する反射電極層4513は各発光素子に設けられており、トランジスタ4510、トランジスタ4511、及びトランジスタ4512のソース電極またはドレイン電極とそれぞれが電気的に接続されている。なお、発光層4515の構成は、実施の形態3で示した素子構成を適用することができる。

0154

また、青色のカラーフィルタ4522aの下に位置する発光素子は、反射電極層4513、発光層4515、及び半透過電極層4516により形成されており、緑色のカラーフィルタ4522bの下に位置する発光素子は、反射電極層4513、第1の透明電極層4514a、発光層4515、及び半透過電極層4516により形成されており、赤色のカラーフィルタ4522cの下に配置する発光素子は、反射電極層4513、第2の透明電極層4514b、発光層4515、及び半透過電極層4516により形成されている。

0155

このように、各色(青、緑、赤)のカラーフィルタの下に位置する発光素子の構成が異なっている。各発光素子でマイクロキャビティにより所望のスペクトルを増強させ、増強したスペクトルの発光がカラーフィルタを透過することにより、さらに色純度の高い発光が得られる。

0156

隔壁4520は、有機樹脂膜、無機絶縁膜または有機ポリシロキサンを用いて形成する。特に感光性の材料を用い、反射電極層4513、第1の透明電極層4514a、及び第2の透明電極層4514b上に開口部を形成し、その開口部の側壁が連続した曲率を持って形成される傾斜面となるように形成することが好ましい。

0157

発光層4515は、単数の層で構成されていても、複数の層が積層されるように構成されていてもどちらでも良い。また、発光層4515に酸素水素、水分、二酸化炭素等が侵入しないように、半透過電極層4516上に保護膜を形成してもよい。保護膜としては、窒化シリコン膜窒化酸化シリコン膜等を形成することができる。

0158

また、信号線駆動回路4503a、信号線駆動回路4503b、走査線駆動回路4504a、走査線駆動回路4504b、または画素部4502に与えられる各種信号及び電位は、FPC4518から供給されている。

0159

また、接続端子電極4517は、トランジスタ4510、トランジスタ4511、及びトランジスタ4512が有するソース電極層及びドレイン電極層と同じ導電膜から形成され、端子電極4525は、トランジスタ4510、トランジスタ4511、及びトランジスタ4512が有するゲート電極と同じ導電膜から形成されている。

0160

接続端子電極4517は、FPC4518が有する端子と、異方性導電膜4519を介して電気的に接続されている。

0161

発光層4515からの光は、第2の基板4506側から射出される。そのため、第2の基板4506は、透光性を持たせる必要があり、例えば、ガラス板プラスチック板ポリエステルフィルムまたはアクリルフィルムのような材料を用いる。

0162

また、充填材4507としては窒素やアルゴンなどの不活性な気体の他に、紫外線硬化樹脂または熱硬化樹脂を用いることができ、PVC(ポリビニルクロライド)、アクリル、ポリイミド、エポキシ樹脂シリコーン樹脂、PVB(ポリビニルブチラル)またはEVA(エチレンビニルアセテート)を用いることができる。例えば充填材として窒素を用いればよい。

0163

また、必要であれば、第2の基板4506に偏光板、又は円偏光板楕円偏光板を含む)、位相差板(λ/4板、λ/2板)などの光学フィルムを適宜設けてもよい。また、偏光板又は円偏光板に反射防止膜を設けてもよい。例えば、表面の凹凸により反射光を拡散し、映り込みを低減できるアンチグレア処理を施すことができる。

0164

信号線駆動回路4503a、信号線駆動回路4503b、走査線駆動回路4504a、及び走査線駆動回路4504bは、別途用意された基板上に単結晶半導体膜又は多結晶半導体膜によって形成された駆動回路実装されていてもよい。また、信号線駆動回路のみ、或いは一部、又は走査線駆動回路のみ、或いは一部のみを別途形成して実装しても良く、図5の構成に限定されない。

0165

以上のように、本実施の形態に示した発光装置は、青色のカラーフィルタの下に位置する発光素子と、緑色のカラーフィルタの下に位置する発光素子と、赤色のカラーフィルタの下に位置する発光素子と、で光学的距離を変更している。各発光素子でマイクロキャビティにより所望のスペクトルを増強させることで、色純度の高い発光装置を実現できる。また、青色のカラーフィルタの下に位置する発光素子のみ透明電極層を用いていないため、マスク枚数の削減、工程数の削減、及びコストの削減を実現できる。

0166

本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。

0167

(実施の形態6)
本実施の形態では、実施の形態1乃至5に示す発光装置を含む電子機器について説明する。

0168

実施の形態1乃至5に示した発光装置を有する電子機器の一例として、ビデオカメラデジタルビデオカメラ等のカメラゴーグル型ディスプレイナビゲーションシステム音響再生装置カーオーディオオーディオコンポ等)、コンピュータゲーム機器携帯情報端末モバイルコンピュータ、携帯電話、携帯型ゲーム機または電子書籍等)、記録媒体を備えた画像再生装置(具体的にはDigital Versatile Disc(DVD)等の記録媒体を再生し、その画像を表示しうる表示装置を備えた装置)などが挙げられる。これらの電子機器の具体例を図6に示す。

0169

図6(A)はテレビ装置であり、筐体9101、支持台9102、表示部9103、スピーカー部9104、ビデオ入力端子9105等を含む。このテレビ装置は、表示部9103は、実施の形態1乃至実施の形態5に示した発光装置を用いることによって作製される。マイクロキャビティにより所望のスペクトルを増強させた発光装置をテレビ装置の表示部9103に搭載することで、色純度の高いテレビ装置を提供することができる。

0170

図6(B)はコンピュータであり、本体9201、筐体9202、表示部9203、キーボード9204、外部接続ポート9205、ポインティングデバイス9206等を含む。このコンピュータは、表示部9203に実施の形態1乃至実施の形態5に示した発光装置を用いることによって作製される。マイクロキャビティにより所望のスペクトルを増強させた発光装置をコンピュータの表示部9203に搭載することで、色純度の高い表示部を用いたコンピュータを提供することができる。

0171

図6(C)は携帯電話であり、本体9401、筐体9402、表示部9403、音声入力部9404、音声出力部9405、操作キー9406、外部接続ポート9407、アンテナ9408等を含む。この携帯電話は、表示部9403が実施の形態1乃至実施の形態5に示した発光装置を用いることによって作製される。マイクロキャビティにより所望のスペクトルを増強させた発光装置を携帯電話の表示部9403に搭載することで、色純度の高い表示部を用いた携帯電話を提供することができる。

0172

図6(D)はデジタルビデオカメラであり、本体9501、表示部9502、筐体9503、外部接続ポート9504、リモコン受信部9505、受像部9506、バッテリー9507、音声入力部9508、操作キー9509、接眼部9510等を含む。このデジタルビデオカメラは、表示部9502は、実施の形態1乃至実施の形態5に示した発光装置を用いることによって作製される。マイクロキャビティにより所望のスペクトルを増強させた発光装置をデジタルビデオカメラの表示部9502に搭載することで、色純度の高い表示部を用いたデジタルビデオカメラを提供することができる。

0173

以上のように、実施の形態1乃至5に示した発光装置の適用範囲は極めて広く、この発光装置をあらゆる分野の電子機器に適用することが可能である。

0174

本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。

0175

(実施の形態7)
本実施の形態では、実施の形態4に示した発光装置を用いた、発光装置の一例について図9を用いて説明する。

0176

図9に示す発光装置は、図4に示した発光装置300と、スイッチング用液晶パネル301とを組み合わせて構成された発光装置の画素の一部分に相当する断面図である。

0177

スイッチング用液晶パネル301は、所謂視差バリアとして機能する。スイッチング用液晶パネル301を用いることにより、発光装置300からの発光の一部を特定方向にのみ射出させることで、3D(立体三次元)表示を行う発光装置とすることができる。

0178

なお、本実施の形態において、視差バリアとは、発光装置300からの発光に対して、遮光領域(バリア領域)を設けることによって、特定の視野角が与えられ、右目用左目用とで異なる空間領域に発光が得られ、各々の目に対応する像のみが観察者に認識されることによって、3D表示とすることができる。また、遮光領域を設けない場合は、2D表示とすることができ、スイッチング用液晶パネル301により3D/2D表示の切り替えを行うことができる。

0179

発光装置300は、実施の形態4に示した発光装置であり、第1の基板201と、第2の基板251との間に、青色画素240a、緑色画素240b、及び赤色画素240cが形成されている。また、第1の基板201上には、発光素子の駆動を制御するトランジスタ230と、トランジスタ230に電気的に接続された反射電極層214と、を有している。

0180

なお、本実施の形態において、青色画素240aは、青色の領域に発光強度を有する発光素子が形成された構成であり、緑色画素240bは、緑色の領域に発光強度を有する発光素子が形成された構成であり、赤色画素240cは、赤色の領域に発光強度を有する発光素子が形成された構成である。

0181

青色画素240aにおいては、青色の領域に発光強度を有する発光素子として、反射電極層214の上に発光層218が直接形成され、発光層218の上に半透過電極層219が形成されている。また、緑色画素240bにおいては、緑色の領域に発光強度を有する発光素子として、反射電極層214の上に第1の透明電極層220aが形成され、第1の透明電極層220aの上に発光層218が形成され、発光層218の上に半透過電極層219が形成されている。また、赤色画素240cにおいては、赤色の領域に発光強度を有する発光素子として、反射電極層214の上に第2の透明電極層220bが形成され、第2の透明電極層220bの上に発光層218が形成され、発光層218の上に半透過電極層219が形成されている。

0182

このように、各画素(青色画素240a、緑色画素240b、赤色画素240c)の発光素子で反射電極層214と半透過電極層219の間の構成が異なる。

0183

また、第2の基板251は、第2の基板251の上に、ブラックマトリクスとして機能する遮光膜252と、カラーフィルタ254と、オーバーコート256を有している。カラーフィルタ254は、有色層であり、各発光素子からの発光の色(青、緑、赤)に対応する光を透過し、発光層218からの光を第2の基板251側に射出する。

0184

このように、各画素(青色画素240a、緑色画素240b、赤色画素240c)の発光素子で反射電極層214と半透過電極層219の光路長を変えることで光学的距離が異なっていると言える。この光学的距離は、各画素の発光素子が必要なスペクトルが共振効果により増幅される光路長とすればよい。また、青色画素240aに配置された青色の領域に発光強度を有する発光素子のみ、反射電極層214の上に発光層218が直接形成され、発光層218の上に半透過電極層219が形成されている。すなわち、透明電極層(第1の透明電極層220a、及び第2の透明電極層220b)が形成されない。

0185

このような構造とすることにより、青色画素240aに形成する透明電極層が不要となるため、マスク枚数の削減、工程数の削減、及びコストの削減が実現できる。

0186

また、スイッチング用液晶パネル301は、第3の基板302と第4の基板304の間に液晶層310が挟持され、第3の基板302には、共通電極306が形成され、第4の基板304には、パターニングされたパターン電極308が形成されている。また、第3の基板302と第4の基板304には、それぞれ偏光板312a、及び312bが形成されている。

0187

第3の基板302、及び第4の基板304としては、透光性の材料により形成することができ、例えば、ガラス基板などを用いることができる。共通電極306、及びパターン電極308は透光性の導電性材料を用いることができ、例えばITOを用いることができる。なお、パターン電極308は所望の形状となるように適宜形状を調整する。また、液晶層310、偏光板312a、及び偏光板312bとしては、公知の材料を用いて形成することができる。

0188

発光装置300とスイッチング用液晶パネル301を貼り合わせることにより、3D表示が行える発光装置とすることができる。なお、発光装置300とスイッチング用液晶パネル301との間には、スペーサーとしての透明層アクリル樹脂など)を挿入し、最適な距離が保たれるようにしてもよい。

0189

また、スイッチング用液晶パネル301は、パターン電極308へ電圧を印加することで、パターン電極308が形成された領域を遮光領域とすることができる。すなわち、発光装置300からの発光を一部分遮光し、視差バリアとして機能する。一方、パターン電極308へ電圧無印加時は、パターン電極308が形成された領域を透過領域とすることができる。すなわち、発光装置300からの発光は全て透過される。すなわち、パターン電極308に電圧印加時には、3D表示となり、パターン電極308に電圧無印加時には2D表示が可能となる。

0190

このように、本発明の発光装置は、スイッチング用液晶パネルと組み合わせることにより、3D表示を行う発光装置として使用することが出来る。

0191

以上のように、本実施の形態に示した発光装置は、各発光素子でマイクロキャビティにより所望のスペクトルを増強させることで、色純度の高い発光装置を実現できる。また、スイッチング用液晶パネルと組み合わせることにより、3D表示と2D表示の切り替えが可能な発光装置とすることもできる。

0192

本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。

0193

本実施例では、実施の形態1の図1(B)に示した発光素子、及び図1(B)に示した発光素子にカラーフィルタを付けた発光素子を作製し、各発光素子の発光スペクトルの評価を行った。

0194

本実施例で作製した発光素子は、透明電極層の有無、透明電極層の膜厚、及び、カラーフィルタ有無の条件振りを行い発光素子1乃至発光素子6の発光素子を作製した。

0195

発光素子1は、反射電極層上に直接発光層を形成し、発光層からの発光スペクトルに対して、マイクロキャビティを利用して青色の発光強度を高めた発光素子であり、発光素子2は、反射電極層上に透明電極層を30nm形成し、発光層からの発光スペクトルに対して、マイクロキャビティを利用して緑色の発光強度を高めた発光素子であり、発光素子3は、反射電極層上に透明電極層を70nm形成し、発光層からの発光スペクトルに対して、マイクロキャビティを利用して赤色の発光強度を高めた発光素子であり、発光素子1にカラーフィルタを設けた構造、発光素子2にカラーフィルタを設けた構造、発光素子3にカラーフィルタを設けた構造が、それぞれ発光素子4、発光素子5、発光素子6である。本実施例で作製した発光素子1乃至6の構造を表1に示す。

0196

0197

発光素子1乃至発光素子6は、全て同一の発光層として発光層Aを用いた。なお、本実施例で作製した発光層Aは、三波長型白色の積層素子タンデム素子ともいう)である。発光層Aの構造を表2に示す。

0198

0199

なお、発光素子1乃至発光素子6は、透明電極層、及びカラーフィルタ以外の構成は全て同一である。

0200

発光素子1乃至発光素子6の作製方法について、以下説明を行う。

0201

(発光素子1)
まず、ガラス基板上に、Al−TiとTiをスパッタリング法にて連続して成膜し、反射電極層を形成した。なお、膜厚は、Al−Ti=200nm、Ti=6nmとし、電極面積は2mm×2mmとした。なお、Al−Ti上のTi(6nm)は、少なくとも一部が酸化している。

0202

次に、発光素子を形成するための前処理として、基板表面を水で洗浄し、200℃で1時間焼成した後、UVオゾン処理を370秒行った。その後、10−4Pa程度まで内部が減圧された真空蒸着装置に基板を導入し、真空蒸着装置内の加熱室において、170℃で30分間の真空焼成を行った後、基板を30分程度放冷した。

0203

次に、反射電極層が形成された面が下方となるように真空蒸着装置内に設けられた基板ホルダーに固定し、10−4Pa程度まで減圧した後、反射電極層上に、発光層Aを形成した。

0204

発光層Aとして、まず、9−[4−(9—フェニルカルバゾール−3−イル)]フェニル−10−フェニルアントラセン略称:PCzPA、下記構造式(100))と酸化モリブデンを共蒸着することで、正孔注入層を形成した。その膜厚は、30nmとし、PCzPAと酸化モリブデンの比率は、重量比で1:0.5(=PCzPA:酸化モリブデン)となるように調節した。なお、共蒸着法とは、一つの処理室内で、複数の蒸発源から同時に蒸着を行う蒸着法である。

0205

0206

次に、正孔注入層上に、PCzPA(略称)を20nmの膜厚となるように成膜し、第1の正孔輸送層を形成した。

0207

次に、第1の正孔輸送層上に、9−[4−(N−カルバゾリル)]フェニル−10−フェニルアントラセン(略称:CzPA、下記構造式(101))と、N,N’−ビス(3−メチルフェニル)−N,N’−ビス〔3−(9−フェニル−9H−フルオレン−9−イル)フェニル〕−ピレン−1,6−ジアミン(略称:1,6mMemFLPAPrn、下記構造式(102))とを共蒸着することで、第1の発光層を形成した。その膜厚は30nmとし、CzPA(略称)と1,6mMemFLPAPrn(略称)の比率は、重量比で1:0.05(=CzPA:1,6mMemFLPAPrn)となるように調節した。

0208

0209

次に、第1の発光層上に、CzPA(略称)を5nmの膜厚となるように成膜して第1の電子輸送層を形成した。次に、第1の電子輸送層上に、バソフェナントロリン(略称:BPhen、下記構造式(103))を15nmの膜厚となるように成膜して第2の電子輸送層を形成した。

0210

0211

次に、第2の電子輸送層上に、電荷発生層を形成した。電荷発生層としては、第2の電子輸送層から順にCa=1nm、銅(II)フタロシアニン(略称:CuPc、下記構造式(104))=2nm、PCzPA(略称)と酸化モリブデンを共蒸着した膜(重量比で1:0.5=PCzPA:酸化モリブデン)=30nmを形成した。

0212

0213

次に、電荷発生層上に、第2の正孔輸送層として、4−フェニル−4’−(9−フェニルフルオレン−9−イル)トリフェニルアミン(略称:BPAFLP、下記構造式(105))を20nmの膜厚となるように形成した。

0214

0215

その後、第2の正孔輸送層上に第2の発光層を形成した。第2の発光層は、2−[3−(ジベンゾチオフェン−4−イル)フェニル]ジベンゾ[f,h]キノキサリン(略称:2mDBTPDBq−II、下記構造式(106))、4−フェニル−4’−(9−フェニル−9H−カルバゾール−3−イル)トリフェニルアミン(略称:PCBA1BP、下記構造式(107))、及び(アセチルアセトナト)ビス(6−メチル−4−フェニルピリミジナト)イリジウム(III)(略称:[Ir(mppm)2(acac)]、下記構造式(108))を共蒸着し形成した。ここで、2mDBTPDBq−II(略称)、PCBA1BP(略称)及び[Ir(mppm)2(acac)](略称)の重量比は、0.8:0.2:0.06(=2mDBTPDBq−II:PCBA1BP:[Ir(mppm)2(acac)]となるように調節した。また、第2の発光層の膜厚は20nmとした。

0216

0217

次に、第2の発光層上に第3の発光層を形成した。第3の発光層は、2mDBTPDBq−II(略称)と、ビス(2,3,5−トリフェニルピラジナト)(ジピバロイルメタナト)イリジウム(III)((略称:Ir(tppr)2(dpm)、下記構造式(109))を共蒸着することで形成した。その膜厚は、20nmとし、2mDBTPDBq−II(略称)と、Ir(tppr)2(dpm)(略称)の比率は、重量比で1:0.02(=2mDBTPDBq−II:Ir(tppr)2(dpm))となるように調整した。

0218

0219

その後、第3の発光層上に第3の電子輸送層として、2mDBTPDBq−II(略称)を15nmとなるように成膜した。

0220

その後、第3の電子輸送層上にBPhen(略称)を膜厚15nmとなるように成膜し、第4の電子輸送層を形成した。

0221

さらに、第4の電子輸送層上に、フッ化リチウム(LiF)を1nmの膜厚で蒸着し、電子注入層を形成した。

0222

次に、第1の半透過電極層として、銀(Ag)とマグネシウム(Mg)を共蒸着することで形成した。その膜厚は、10nmとし、AgとMgの比率は、体積比で10:1(=Ag:Mg)となるように調節した。

0223

最後に、第2の半透過電極層として、ITOを50nmの膜厚となるように成膜することで、本実施例の発光素子1を作製した。

0224

次に、以下に本実施例の発光素子2の作製方法を示す。なお、発光素子2は、発光素子1と同様の構成部分については、説明を省略する。

0225

(発光素子2)
まず、ガラス基板上に、Al−TiとTiをスパッタリング法にて連続して成膜し、反射電極層を形成した。なお、膜厚は、Al−Ti=200nm、Ti=6nmとし、電極面積は2mm×2mmとした。なお、Al−Ti上のTi(6nm)は、少なくとも一部が酸化している。

0226

その後、酸化インジウム酸化スズ合金に酸化シリコンを含ませたターゲット(略称:ITO−SiO2、ターゲット組成比:In2O3:SnO2:SiO2=85:10:5[重量%])を用いて、スパッタリング法にて透明電極層としてITO−SiO2を形成した。なお、ITO−SiO2の膜厚は30nmとし、反射電極層と透明電極層の電極面積は2mm×2mmとした。

0227

次に、発光素子を形成するための前処理として、基板表面を水で洗浄し、200℃で1時間焼成した後、UVオゾン処理を370秒行った。その後、10−4Pa程度まで内部が減圧された真空蒸着装置に基板を導入し、真空蒸着装置内の加熱室において、170℃で30分間の真空焼成を行った後、基板を30分程度放冷した。

0228

次に、透明電極層が形成された面が下方となるように真空蒸着装置内に設けられた基板ホルダーに固定し、10−4Pa程度まで減圧した後、透明電極層上に、発光層Aを形成する。なお、発光層Aの作製方法は発光素子1と同様である。

0229

発光層A形成後に、第1の半透過電極層として、銀(Ag)とマグネシウム(Mg)を共蒸着することで形成した。その膜厚は、10nmとし、AgとMgの比率は、体積比で10:1(=Ag:Mg)となるように調節した。

0230

最後に、第2の半透過電極層として、ITOを50nmの膜厚となるように成膜することで、本実施例の発光素子2を作製した。

0231

次に、以下に本実施例の発光素子3の作製方法を示す。なお、発光素子3は、発光素子1と同様の構成部分については、説明を省略する。

0232

(発光素子3)
まず、ガラス基板上に、Al−TiとTiをスパッタリング法にて連続して成膜し、反射電極層を形成した。なお、膜厚は、Al−Ti=200nm、Ti=6nmとし、電極面積は2mm×2mmとした。なお、Al−Ti上のTi(6nm)は、少なくとも一部が酸化している。

0233

その後、酸化インジウム酸化スズ合金に酸化シリコンを含ませたターゲット(略称:ITO−SiO2、ターゲット組成比:In2O3:SnO2:SiO2=85:10:5[重量%])を用いて、スパッタリング法にて透明電極層としてITO−SiO2を形成した。なお、ITO−SiO2の膜厚は70nmとし、反射電極層と透明電極層の電極面積は2mm×2mmとした。

0234

次に、発光素子を形成するための前処理として、基板表面を水で洗浄し、200℃で1時間焼成した後、UVオゾン処理を370秒行った。その後、10−4Pa程度まで内部が減圧された真空蒸着装置に基板を導入し、真空蒸着装置内の加熱室において、170℃で30分間の真空焼成を行った後、基板を30分程度放冷した。

0235

次に、透明電極層が形成された面が下方となるように真空蒸着装置内に設けられた基板ホルダーに固定し、10−4Pa程度まで減圧した後、透明電極層上に、発光層Aを形成する。なお、発光層Aの作製方法は発光素子1と同様である。

0236

発光層A形成後に、第1の半透過電極層として、銀(Ag)とマグネシウム(Mg)を共蒸着することで形成した。その膜厚は、10nmとし、AgとMgの比率は、体積比で10:1(=Ag:Mg)となるように調節した。

0237

最後に、第2の半透過電極層として、ITOを50nmの膜厚となるように成膜することで、本実施例の発光素子3を作製した。

0238

次に、以下に本実施例の発光素子4の作製方法を示す。

0239

(発光素子4)
発光素子1と同様の手法により、第2の半透過電極層までの形成を行い、その後カラーフィルタとしてスピンコート法により青色の波長領域の光を透過するカラーフィルタを形成し、本実施例の発光素子4を形成した。

0240

次に、以下に本実施例の発光素子5の作製方法を示す。

0241

(発光素子5)
発光素子2と同様の手法により、第2の半透過電極層までの形成を行い、その後カラーフィルタとしてスピンコート法により緑色の波長領域の光を透過するカラーフィルタを形成し、本実施例の発光素子5を形成した。

0242

次に、以下に本実施例の発光素子6の作製方法を示す。

0243

(発光素子6)
発光素子3と同様の手法により、第2の半透過電極層までの形成を行い、その後カラーフィルタとしてスピンコート法により赤色の波長領域の光を透過するカラーフィルタを形成し、本実施例の発光素子6を形成した。

0244

なお、本実施例においては、反射電極層、または反射電極層と透明電極層が陽極として機能し、第1の半透過電極層と第2の半透過電極層が陰極として機能する。

0245

発光素子1乃至発光素子3に電流を流した際の発光スペクトルを、図7(A)に示す。図7(A)から、発光素子1の発光スペクトルは、464nmに大きいピークと、532nmに小さいピークを有している。発光素子2は、537nmに大きいピークを有している。発光素子3は、520〜620nmに大きいピークと、463nmに小さいピークを有している。

0246

このように、発光素子1乃至発光素子3の素子構成において、反射電極層と発光層の間に透明電極層の有無、及び透明電極層の膜厚を調整することにより、所望のスペクトルの発光強度を高めることができることが確認できた。

0247

次に、発光素子4乃至発光素子6に電流を流した際の発光スペクトルを、図7(B)に示す。図7(B)から、発光素子4の発光スペクトルは、463nmに大きいピークを有している。発光素子5は、539nmに大きいピークを有している。発光素子6は、617nmに大きいピークを有している。

0248

このように、発光素子4乃至発光素子6の素子構成において、反射電極層と発光層の間に透明電極層の有無、及び膜厚を調整することにより、所望のスペクトルの発光強度を高めることができることが確認できた。また、カラーフィルタと組み合わせることで、更にスペクトルが狭線化されている。なお、発光素子4乃至発光素子6のCIE色度座標(x,y)を測定した結果、発光素子4は、(x,y)=(0.14,0.12)であり純青色発光が得られた。発光素子5は、(x,y)=(0.29,0.69)であり純緑色発光が得られた。発光素子6は、(x,y)=(0.67,0.33)であり、純赤色発光が得られた。また、この時のNTSC比は86%であり、高い色再現性が実現できている。

0249

以上のように、本実施例においては、反射電極層と発光層の間に透明電極層の有無、及び透明電極層の膜厚を調整することにより、所望のスペクトルの発光強度を高めることができることが確認できた。また、カラーフィルタを用いることにより、さらに、スペクトルが狭線化された。このように、所望の領域の発光強度を高めることにより、発光装置からの発光の色純度を高めることができる。

0250

本実施例は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。

0251

(比較例1)
上記実施例1で示した発光素子1乃至発光素子6と比較のために、マイクロキャビティを行わない比較用発光素子を作製し、発光スペクトルの評価を行った。

0252

比較用発光素子は、反射電極層と、第2の半透過電極層との間に透明電極層、及び第1の半透過電極層を設けない構造である。すなわち、反射電極層と第2の半透過電極層との間でマイクロキャビティが行われない。また、カラーフィルタは設けていない。比較用発光素子の構造を表3に示す。

0253

0254

比較用発光素子の発光層は、実施例1で示した発光素子1乃至発光素子6と構造が一部異なる発光層Bを用いた。発光層Bの構造を表4に示す。

0255

0256

比較用発光素子の作製方法について、以下説明を行う。

0257

(比較用発光素子)
まず、ガラス基板上に、Al−TiとTiをスパッタリング法にて連続して成膜し、反射電極層を形成した。なお、膜厚は、Al−Ti=200nm、Ti=6nmとし、電極面積は2mm×2mmとした。なお、Al−Ti上のTi(6nm)は、少なくとも一部が酸化している。

0258

次に、発光素子を形成するための前処理として、基板表面を水で洗浄し、200℃で1時間焼成した後、UVオゾン処理を370秒行った。その後、10−4Pa程度まで内部が減圧された真空蒸着装置に基板を導入し、真空蒸着装置内の加熱室において、170℃で30分間の真空焼成を行った後、基板を30分程度放冷した。

0259

次に、反射電極層が形成された面が下方となるように真空蒸着装置内に設けられた基板ホルダーに固定し、10−4Pa程度まで減圧した後、反射電極層上に、発光層Bを形成した。

0260

発光層Bとして、まず、9−[4−(9—フェニルカルバゾール−3−イル)]フェニル−10−フェニルアントラセン(略称:PCzPA、下記構造式(100))と酸化モリブデンを共蒸着することで、正孔注入層を形成した。その膜厚は、170nmとし、PCzPA(略称)と酸化モリブデンの比率は、重量比で1:0.5(=PCzPA:酸化モリブデン)となるように調節した。なお、共蒸着法とは、一つの処理室内で、複数の蒸発源から同時に蒸着を行う蒸着法である。

0261

0262

次に、正孔注入層上に、PCzPA(略称)を25nmの膜厚となるように成膜し、第1の正孔輸送層を形成した。

0263

第1の正孔輸送層上に、9−[4−(N−カルバゾリル)]フェニル−10−フェニルアントラセン(略称:CzPA、下記構造式(101))と、N,N’−ビス(3−メチルフェニル)−N,N’−ビス〔3−(9−フェニル−9H−フルオレン−9−イル)フェニル〕−ピレン−1,6−ジアミン(略称:1,6mMemFLPAPrn、下記構造式(102))とを共蒸着することで、第1の発光層を形成した。その膜厚は30nmとし、CzPA(略称)と1,6mMemFLPAPrn(略称)の比率は、重量比で1:0.05(=CzPA:1,6mMemFLPAPrn)となるように調節した。

0264

0265

次に、第1の発光層上に、CzPA(略称)を5nmの膜厚となるように成膜して第1の電子輸送層を形成した。次に、第1の電子輸送層上に、バソフェナントロリン(略称:BPhen、下記構造式(103))を15nmの膜厚となるように成膜して第2の電子輸送層を形成した。

0266

0267

次に、第2の電子輸送層上に、第1の電荷発生層を形成した。第1の電荷発生層としては、第2の電子輸送層から順にCa=1nm、銅(II)フタロシアニン(略称:CuPc、下記構造式(104))=2nm、PCzPA(略称)と酸化モリブデンを共蒸着した膜(重量比で1:0.5=PCzPA:酸化モリブデン)=180nmを形成した。

0268

0269

次に、第1の電荷発生層上に、第2の正孔輸送層として、4−フェニル−4’−(9−フェニルフルオレン−9−イル)トリフェニルアミン(略称:BPAFLP、下記構造式(105))を20nmの膜厚となるように形成した。

0270

0271

その後、第2の正孔輸送層上に第2の発光層を形成した。第2の発光層は、2−[3−(ジベンゾチオフェン−4−イル)フェニル]ジベンゾ[f,h]キノキサリン(略称:2mDBTPDBq−II、下記構造式(106))、4−フェニル−4’−(9−フェニル−9H−カルバゾール−3−イル)トリフェニルアミン(略称:PCBA1BP、下記構造式(107))、及び(アセチルアセトナト)ビス(6−メチル−4−フェニルピリミジナト)イリジウム(III)(略称:[Ir(mppm)2(acac)]、下記構造式(108))を共蒸着し形成した。ここで、2mDBTPDBq−II(略称)、PCBA1BP(略称)及び[Ir(mppm)2(acac)](略称)の重量比は、0.8:0.2:0.06(=2mDBTPDBq−II:PCBA1BP:[Ir(mppm)2(acac)]となるように調節した。また、第2の発光層の膜厚は20nmとした。

0272

0273

次に、第2の発光層上に第3の発光層を形成した。第3の発光層は、2mDBTPDBq−II(略称)と、ビス(2,3,5−トリフェニルピラジナト)(ジピバロイルメタナト)イリジウム(III)((略称:Ir(tppr)2(dpm)、下記構造式(109))を共蒸着することで形成した。その膜厚は、20nmとし、2mDBTPDBq−II(略称)と、Ir(tppr)2(dpm)(略称)の比率は、重量比で1:0.02(=2mDBTPDBq−II:Ir(tppr)2(dpm))となるように調整した。

0274

0275

次に、第3の発光層上に第3の電子輸送層として、2mDBTPDBq−II(略称)を15nmとなるように成膜した。

0276

次に、第3の電子輸送層上にBPhen(略称)を膜厚15nmとなるように成膜し、第4の電子輸送層を形成した。

0277

次に、第4の電子輸送層上に、第2の電荷発生層を形成した。第2の電荷発生層としては、第4の電子輸送層から順にCa=1nm、CuPc=2nm、PCzPAと酸化モリブデンを共蒸着した膜(重量比で1:0.5=PCzPA:酸化モリブデン)=10nmを形成した。

0278

最後に、第2の半透過電極層として、ITOを110nmの膜厚となるように成膜することで、比較用発光素子を作製した。

0279

なお、比較用発光素子は、反射電極層が陽極として機能し、第2の半透過電極層が陰極として機能する。

0280

比較用発光素子に電流を流した際の発光スペクトルを、図8に示す。図8から、比較用発光素子の発光スペクトルは、470nmと571nmに大きいピークを有している。このように、比較用発光素子は、430nmから680nmの広い範囲に発光強度を有し、全体的にブロードなピークであることがわかる。

実施例

0281

比較用発光素子に対し、本発明の一実施例である発光素子1乃至発光素子6の発光スペクトルは、反射電極層と発光層の間に透明電極層の有無、及び透明電極層の膜厚を調整することにより、所望のスペクトルの発光強度を高めることができることが確認できた。

0282

102反射電極層
104a透明電極層
104b 透明電極層
104c 透明電極層
106発光層
106a電荷発生層
108半透過電極層
150a発光素子
150b 発光素子
150c 発光素子
150d 発光素子
201基板
202ゲート電極層
204ゲート絶縁層
206半導体層
208ソース電極層及びドレイン電極層
210絶縁層
212 絶縁層
214 反射電極層
216隔壁
218 発光層
219 半透過電極層
220a 透明電極層
220b 透明電極層
230トランジスタ
240a青色画素
240b緑色画素
240c赤色画素
251 基板
252遮光膜
254カラーフィルタ
256オーバーコート
260 空間
300発光装置
301スイッチング用液晶パネル
302 基板
304 基板
306共通電極
308パターン電極
310液晶層
312a偏光板
312b 偏光板
4501 基板
4502画素部
4503a信号線駆動回路
4503b 信号線駆動回路
4504a走査線駆動回路
4504b 走査線駆動回路
4505シール材
4506 基板
4507充填材
4509 トランジスタ
4510 トランジスタ
4511 トランジスタ
4512 トランジスタ
4513 反射電極層
4514a 透明電極層
4514b 透明電極層
4515 発光層
4516 半透過電極層
4517接続端子電極
4518FPC
4519 異方性導電膜
4520 隔壁
4521 遮光膜
4522a カラーフィルタ
4522b カラーフィルタ
4522c カラーフィルタ
4523 オーバーコート
4525端子電極
9101筐体
9102支持台
9103 表示部
9104スピーカー部
9105ビデオ入力端子
9201 本体
9202 筐体
9203 表示部
9204キーボード
9205外部接続ポート
9206ポインティングデバイス
9401 本体
9402 筐体
9403 表示部
9404音声入力部
9405音声出力部
9406操作キー
9407 外部接続ポート
9408アンテナ
9501 本体
9502 表示部
9503 筐体
9504 外部接続ポート
9505リモコン受信部
9506 受像部
9507バッテリー
9508 音声入力部
9509 操作キー
9510接眼部

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