JP2007265988A

JP2007265988A - 発光装置および電子機器

Info

Publication number: JP2007265988A
Application number: JP2007052834A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Takahashi; 正弘高橋
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 2006-03-03
Filing date: 2007-03-02
Publication date: 2007-10-11

Abstract

【課題】エレクトロルミネッセンス素子などの発光素子の光取り出し効率を向上させる。
【解決手段】基板１００上に、第１の電極１０２、発光層１０２、第２の電極１０３が形成され、発光素子を構成している。発光層１０２で発した光は第２の電極１０３から取り出される。第２の電極１０３の表面に接して、複数の立体の構造体１０４が設けられている。構造体１０４を設けることにより、第２の電極１０３と空気の間で全反射されていた光を構造体１０４に入射させることにより、構造体１０４の側面から外部に取り出すことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電極を通過させて、光を取り出す装置に関するものである。例えば、発光素子を備えた発光装置や、液晶表示装置に関する。

液晶パネル等のフラットパネルディスプレイの改善が進み、映像の高品位化、低消費電力化、長寿命化が図られている。エレクトロルミネッセンス素子（以下、ＥＬ素子という）を画素に用いたエレクトロルミネッセンスパネル（以下、ＥＬパネルという）を実用化するに当たり、自発光パネルである特長を活かすべく、消費電力がより低く、より鮮やかで明るい表示を実現することが求められている。この目的のため、ＥＬ素子で使用する材料の電流輝度特性などの、電力効率の改善が進められている。しかし、電力効率の改善には限界もある。

幾何光学計算によると、ＥＬ素子の発光層で発光した光が外部に取り出される効率（光取り出し効率）は２０％程度しかない。このように光取り出し効率が低い原因は、発光層で発光した光が、屈折率の異なる膜の界面を通過するとき全反射が生じ、全反射された光がＥＬ素子内部を伝播している間に減衰し、或いは発光素子の側面、例えば、ガラス基板の端面から放射されるためである。

特許文献１には、全反射量を少なくさせて、光取り出し効率を向上させたＥＬ素子が記載されている。特許文献１では、透明導電層の光を取り出す側の表面に、空気に近い屈折率をもつ低屈折率層を設けることで、光取り出し効率を向上させている。
特開２００２−２７８４７７号公報

しかしながら、特許文献１では、透明導電層と空気層との間での全反射量が改善されるが、一方で透明導電層と低屈折率層との界面で全反射量が増加するというおそれがある。本発明は、電極を通過した光が全反射される量を減らし、光取り出し効率を向上させることを課題とする。

本発明の発光装置が備える発光素子は、例えば、発光材料に有機材料を用いた有機ＥＬ素子、発光材料に無機材料を用いた無機ＥＬ素子、化合物半導体などの半導体を用いた発光ダイオードなどを含む。本発明の発光素子は、第１の電極、発光層、第２の電極の順に、基板上に積層されて形成されており、前記発光層で発した光は、第１の電極に対向する第２の電極から取り出される。発光装置は、発光素子を少なくとも１つ備えていればよい。または、発光領域（第２の電極の光が取り出される領域）を少なくとも１つ備えていればよい。

第１の電極は、発光層からの光を反射することできる電極である。また、発光層からの光を透過できる電極でもよい。第２の電極は発光層からの光を透過することができる電極である。

発光素子は、第１の電極と第２の電極の間に少なくとも１層の発光層を有するものであればよい。電極間に発光層を複数設けてもよい。また、発光素子が有機ＥＬ素子の場合は、発光層以外に、電子注入層、電子輸送層、ホールブロッキング層、正孔輸送層、正孔注入層等の各層を適宜形成することができる。また、無機ＥＬ素子の場合は、発光層と第１の電極間、発光層と第２の電極間の一方又は双方に、絶縁層を設けることができる。

第２の電極の光が取り出される側の表面に接して、複数又は単数の構造体が選択的に設けられる。構造体の屈折率は、特に制限はないが、発光層と同じかそれ以上とすることが好ましい。

構造体を選択的に設けるとは、発光領域において、第２の電極に構造体が設けられていない領域があるように設けることである。即ち、第２の電極の表面は構造体に覆われている領域と覆われていない領域を有する。このように構造体を配置することで、構造体は、第２の電極と構造体の界面に対して側面（界面に対して平行でない面）を有する。

発光層で発した光は直接、または第１の電極に反射されて第２の電極に入射する。第２の電極と構造体との界面に達した光の一部は、その界面で全反射されることなく、第２の電極へ入射することができる。なお、構造体の屈折率が発光層と同じかそれ以上であれば、全ての光が全反射されることなく、第２の電極と構造体の界面に入射することができる。このことは、幾何光学のスネルの法則及び全反射条件から導き出される。

本発明は、構造体に入射した光をできるだけ外部に取り出せるように、第２の電極との界面に対して平行でない側面を有するように構造体を設ける。こうする事で、構造体の上面で全反射されてしまう入射角で構造体に入射した光も上記側面に入射することで外部に取り出される可能性がある。すなわち、本発明では、構造体内部に入射した光は、構造体と空気との界面への入射角が臨界角よりも小さくなることができるため、構造体から外部に取り出される光量が増加する。本発明では、構造体を設けることで第２の電極の上面で全反射する光量を減らすと共に、入射した光を構造体で散乱させることで、構造体から効率よく光を取り出すことができるため、光取り出し効率を向上させることができる。
以上述べたように、本発明は、光を取り出す側の電極表面に凸部を形成することで、発光素子内に閉じこめられた導波光を散乱させて、外部へ取り出すものである。本発明は上方から光を取り出すトップエミッション構造の発光素子に非常に適したものである。なぜなら、ボトムエミッションの場合には、ガラス表面に凹凸を形成しても、ガラス内を導波する光を取り出すことは出来るが、発光素子内を伝搬する光を取り出すことができない。しかしながら、トップエミッションの場合には全ての光が発光素子内を伝搬するので、本発明を適用することで発光素子から光が取り出される確率が高くなる。

本発明においては、第２の電極の表面に保護膜を設け、その上に構造体を少なくとも１つ選択的に設けることができる。保護膜としては、酸化珪素（ＳｉＯ_ｙ、０＜ｙ≦２）、窒化珪素（ＳｉＮ_ｘ、０＜ｘ≦４／３）、窒化酸化珪素（ＳｉＮ_ｘＯ_ｙ、０＜ｘ＜４／３、０＜ｙ＜２、０＜３ｘ＋２ｙ≦４）、などを用いることができる。

本発明の構造体が適用されるのは自発光型の発光素子、発光装置に限定されない。例えば、透過型または半透過型の液晶表示装置に適用することができる。液晶表示装置の画素電極の表面に構造体を設けることで、画素電極を通過した光を効率よく外部に取り出すことができる。半透過型の液晶表示装置の場合は、構造体は、画素電極のうち光が透過する領域に選択的に設ければよい。

第２の電極に選択的に構造体を少なくとも１つ設けることで、第２の電極からの光の取り出し効率が向上する。光取り出し効率が向上することによって、装置を低消費電力化することができる。

以下に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、本発明は多くの異なる様態で実施することが可能である。本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなく、その形態を変更することが可能である。本発明は実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。また、本発明の趣旨を逸脱することなく、各実施形態を適宜組み合わせることが可能である。

（実施の形態１）
図１〜図６を用いて、本実施形態を説明する。

図１に、本実施形態の発光装置を示す。図１（Ａ）は上面図であり、図１（Ｂ）は図１（Ａ）のａ−ｂ断面図であり、図１（Ｃ）は構造体の外観図である。

基板１００上に発光素子が設けられている。発光素子は、基板１００側から第１の電極１０１、発光層１０２、第２の電極１０３の順に積層されている。第２の電極１０３の表面に接して、複数の構造体１０４が選択的に設けられている。

基板１００は発光素子の支持基体となるものであればよく、石英基板、半導体基板、ガラス基板、プラスチック基板、可撓性のあるプラスチックフィルムなどを用いることができる。また、基板１００側から光を取り出す構造となっていないため、透明である必要はなく、着色されていても、不透明であってもよい。

第１の電極１０１は、発光層１０２で発した光を反射する機能を有する。第１の電極１０１は金属、合金でなる反射性を有する導電膜から形成される。この金属膜としては、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、銅（Ｃｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、アルミニウム（Ａｌ）等があげられる。また、合金膜としては、マグネシウムと銀との合金、アルミニウムとリチウムとの合金等があげられる。これらの第１の電極１０１を形成する膜はスパッタ法や蒸着法等を用いて形成することができる。

第１の電極１０１上に、蒸着法等により発光層１０２が形成される。発光層１０２は、発光物質を含む層である。発光層１０２には、公知の材料を用いることができ、低分子系材料および高分子系材料のいずれを用いることもできる。なお、発光層１０２を形成する材料には、有機化合物材料のみからなるものだけでなく、有機化合物材料に無機化合物を混合したもの、無機化合物材料のみからなる材料を用いることができる。また、発光層１０２の作製には、例えば、メタルマスクを用いた蒸着法、メタルマスクを用いない液滴吐出法（代表的には、インクジェット法）、スピンコート法、ディップコート法など、発光層１０２の材料に合わせて選択される。

発光層１０２上に、第２の電極１０３が形成される。第２の電極１０３は発光層１０２で発した光が透過できる電極である。発光層１０２で生じた光は、直接または第１の電極１０１で反射されて、第２の電極１０３から取り出される。第２の電極１０３は、代表的には透明導電膜でなる。

特に、発光素子を有機ＥＬ素子とした場合は、第１の電極１０１側に、仕事関数の調整のため金属などの可視光の透過率が低い材料を極薄く、１ｎｍ〜５０ｎｍ、好ましくは５ｎｍ〜２０ｎｍ程度に形成し、その上に透明導電膜を積層した導電膜を用いることもできる。この場合、極薄く形成される薄膜は、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、銅（Ｃｕ）、パラジウム（Ｐｄ）等を用いることができる。これらの薄膜は、例えばスパッタ法や蒸着法等を用いて形成することができる。

なお、第２の電極１０３と同様、第１の電極１０１を光が通過できる電極（透明電極）として設けることができる。

第１の電極１０１、第２の電極１０３に用いられる透明導電膜の材料は、代表的には金属酸化物である。例えば、亜鉛（Ｚｎ）、インジウム（Ｉｎ）、錫（Ｓｎ）から選ばれた元素の酸化物、またこれらの酸化物にドーパントを添加した化合物がある。酸化亜鉛のドーパントとしては、Ａｌ、Ｇａ、Ｂ、Ｉｎ等がある。なお、これらのドーパントを含む酸化亜鉛は、それぞれ、ＡＺＯ、ＧＺＯ、ＢＺＯ、ＩＺＯと呼ばれている。また酸化亜鉛のドーパントにはＳｉを用いることができる。酸化インジウムのドーパントとしてはＳｎ、Ｔｉ等がある。Ｓｎを添加した酸化インジウムはＩＴＯ（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ）と呼ばれている。酸化錫のドーパントとしてＳｂ、Ｆ等がある。さらに、透明導電膜として、上記の酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化錫、およびドーパントを含んだそれらの酸化物から選ばれた２種類の酸化物を混合した化合物を用いることができる。

本発明の発光素子は、図１に示す構造に限定されるものではなく、２つの電極間に少なくとも１層の発光層を有するものであればよい。エレクトロルミネセンスを利用する発光素子は、発光層に含まれる発光材料が有機化合物であるか、無機化合物であるかによって区別され、一般的に、前者は有機ＥＬ素子、後者は無機ＥＬ素子と呼ばれている。

例えば、発光素子を有機ＥＬ素子とした場合には、発光層以外に、電子注入層、電子輸送層、ホールブロッキング層、正孔輸送層、正孔注入層等、機能性の層を自由に組み合わせてもよい。また、電極間に発光層を複数設けてもよい。

また、発光素子を無機ＥＬ素子として形成することもできる。無機ＥＬ素子は、その素子構成により、分散型無機ＥＬ素子と薄膜型無機ＥＬ素子とに分類される。前者は、発光材料の粒子をバインダ中に分散させた発光層を有し、後者は、発光材料の薄膜からなる発光層を有している点に違いはあるが、高電界で加速された電子を必要とする点では共通である。なお、得られる発光のメカニズムとしては、ドナー準位とアクセプター準位を利用するドナー−アクセプター再結合型発光と、金属イオンの内殻電子遷移を利用する局在型発光とがある。一般的に、分散型無機ＥＬではドナー−アクセプター再結合型発光が用いられ、薄膜型無機ＥＬ素子では局在型発光である場合が多い。

第２の電極１０３の表面に接して、複数の構造体１０４が選択的に設けられる。図１では構造体１０４の立体形状を底面が矩形の柱状としている。構造体１０４は、発光層１０２で発する光に対する透過率の高い材料から選ばれる。また、構造体１０４の屈折率は、発光層１０２の屈折率と同じかそれ以上とすることが好ましい。このように屈折率を調整すると、第２の電極１０３と構造体１０４との界面に入射した光がこの界面で全反射されず、構造体１０４の内部に進入することができ、光取り出し効率をより向上させることができる。

構造体１０４が第２の電極１０３との界面に対して平行でない面（側面）を有するため、構造体１０４の上面で全反射される入射角で、光が構造体１０４に進入しても、構造体１０４の側面から外部に取り出すことが可能になる。そのため、第２の電極１０３から取り出される光量を増加させることができる。

構造体１０４の高さは５０ｎｍ以上１００μｍ以下の範囲とすることができる。また、底面の一辺の長さは、第２の電極１０３に対して選択的に構造体１０４を設けることが可能な範囲であればよい。構造体１０４の底面の一辺の長さは５０ｎｍ以上１００μｍ以下の範囲とすることができる。

柱状の構造体１０４の底面の形状は、矩形に限定されるものではなく、三角形、矩形、五角形などの多角形でよい。

図１では構造体１０４を複数設けたが、図２に示すように、１つの構造体１０５を第２の電極１０３上に選択的に設けることができる。図２（Ａ）は上面図であり、図２（Ｂ）は図２（Ａ）のａ−ｂ断面図であり、図２（Ｃ）は、図２（Ａ）の矩形の領域Ｃで切り取った構造体の外観図である。

構造体１０５の立体形状は、複数の開口部を有する直方体である。ちょうど、構造体１０５が存在する領域には図１の構造体１０４が存在せず、構造体１０５が存在しない領域には図１の構造体１０４が存在というように、構造体１０５は図１の構造体１０４とポジとネガの関係にある。つまり、構造体１０５の開口部の形状が、構造体１０４と同じ角柱状となっている。構造体１０５の開口部の形状（開口部の底面の形状）は、矩形に限定されるものではなく、三角形、矩形、五角形などの多角形でもよい。

構造体１０５の高さは５０ｎｍ以上１００μｍ以上の範囲とすることができる。また、構造体１０５の幅１０５ａは第２の電極１０３に対して選択的に設けることが可能な範囲であればよい。よって、構造体１０５の幅１０５ａは５０ｎｍ以上１００μｍ以下の範囲とすることができる。

また、図３のように、角柱を井桁状に組んだ立体形状の構造体１０６を設けることができる。構造体１０６の大きさは構造体１０５と同様に決定することができる。

また、図４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、１つの第２の電極１０３上に対して、構造体１０５、１０６を複数設けることができる。

第２の電極１０３の表面に保護膜を設け、保護膜の表面に構造体を形成することができる。保護膜としては、酸化珪素（ＳｉＯ_ｙ、０＜ｙ≦２）、窒化珪素（ＳｉＮ_ｘ、０＜ｘ≦４／３）、窒化酸化珪素（ＳｉＮ_ｘＯ_ｙ、０＜ｘ＜４／３、０＜ｙ＜２、０＜３ｘ＋２ｙ≦４）、などを用いることができる。保護膜の厚さは０．１μｍ以上であればよく、０．１μｍ以上１０μｍ以下の範囲とすればよい。

実施の形態２で後述するように、発光素子は素子を設けた素子基板に封止用の基板を固着することで封止される。基板と基板の間は気体や樹脂でなるシール材で充たされる。樹脂で充たす場合は、液相状態の樹脂を充填し硬化させているが、樹脂が硬化したときに、発光素子を構成する膜に力が加わり、発光素子の特性に影響を与えるおそれがある。保護膜の厚さを１μｍ以上とすれば、上記のような影響をなくすことができるため、好ましい。

構造体は、インプリント技術、ナノレベルの立体構造物を転写技術で形成できるナノインプリント技術を用いて形成することができる。インプリント、ナノインプリントは、フォトリソグラフィー工程を用いずに微細な立体構造物を形成できる技術である。

本発明は、構造体のような微細な立体構造物を作製するのに、好適なインプリント技術、ナノインプリント技術を提供することも課題の１つとする。図５を用いて、インプリント技術（ここでは、ナノインプリント技術も含む）で構造体を形成する方法を説明する。

第１の電極１０１、発光層１０２、第２の電極１０３を形成した基板１００を用意する。スピンコート法、スクリーン印刷、ディスペンサ法などの方法により、第２の電極１０３の表面に構造体を形成するための樹脂材料２０２を設ける。ここでは、樹脂材料２０２に熱硬化樹脂材料を用いた。他に、紫外線硬化樹脂や熱可塑性樹脂を用いてもよい。樹脂の性質に合わせて、硬化させるプロセスを変更すればよい（図５（Ａ））。

構造体に対応する立体構造の凹凸を有するスタンパ２００を用意する。スタンパ２００は石英で形成されている。スタンパ２００の凹凸の表面には酸化チタン２０１が形成されている。酸化チタン２０１を形成したことがスタンパ２００の特徴である。詳細は後述する（図５（Ｂ））。

スタンパ２００はインプリント装置の上下動機構により昇降できるようになっている。インプリント装置のプレス機に基板１００を配置する。（図５（Ｃ））。

所定の温度に加熱した後、上下動機構によりスタンパ２００を下降させて樹脂材料２０２に接触させる。プレス機により加圧して、スタンパ２００の凹凸面を樹脂材料２０２に押しつけ、スタンパ２００の表面の凹凸形状を樹脂材料２０２に転写する（図５（Ｄ））。

スタンパ２００を押しつけた状態で、スタンパ２００を加熱し、スタンパ２００で変形された部分の樹脂材料２０２を硬化し、構造体２０３を形成する。このとき基板１００も加熱されている（図６（Ａ））。

スタンパ２００と基板１００を室温まで冷却した後、プレス機による加圧をやめ、スタンパ２００を上昇させて、構造体２０３とスタンパ２００を分離する。

このように、インプリント技術では、樹脂材料にスタンパを押しつけた状態で、加熱と冷却を行う。スタンパと樹脂材料の熱膨張率が異なるため、冷却したとき、樹脂材料とスタンパの収縮量に差が生じ、スタンパの表面の凹部に硬化された樹脂材料が入りこんでしまい、樹脂材料がスタンパから剥がれにくくなることがある。この状態で、スタンパを上昇させてしまうと、硬化された樹脂材料が変形したり、樹脂材料が基板から剥がれたりするおそれがある。

このような問題を解消するため、酸化チタン２０１で覆ったスタンパ２００を用いる。スタンパ２００を上昇する前に、スタンパ２００の背後から紫外光２０４を照射する（図６（Ｂ））。

紫外光２０４により酸化チタンが活性化され触媒作用が働き、構造体２０３（硬化した樹脂材料２０２）との密着性が減少する。そのため、スタンパ２００を上昇するときに、構造体２０３を変形させることなく、スタンパ２００と構造体２０３を分離することができる。

紫外光２０４を照射した後、スタンパ２００を上昇させ、スタンパ２００を基板１００から分離する（図６（Ｃ））。

スタンパ２００に対して基板１００を相対的に移動しながら、図５（Ｄ）以降の工程を繰り返し、第２の電極１０３上の所望の位置に構造体２０３を形成する。

酸化チタンを表面に設けたスタンパを用いたインプリント技術は、本発明の構造体の形成だけでなく、従来のインプリント技術が用いられていた、立体構造を形成する工程一般に適用することができる。例えば、情報記憶媒体のパターン形成や電機部品のパターン形成に適用することができる。

（実施の形態２）
本実施の形態では、トランジスタによって発光素子の駆動を制御するアクティブ型の発光装置について説明する。

本実施の形態では、画素部に本発明を適用して作製した発光素子を有する発光装置について図７を用いて説明する。なお、図７（Ａ）は、発光装置を示す上面図、図７（Ｂ）は図７（Ａ）をＡ−Ａ’およびＢ−Ｂ’で切断した断面図である。点線で示された６０１は駆動回路部（ソース側駆動回路）、６０２は画素部、６０３は駆動回路部（ゲート側駆動回路）である。また、６０４は封止基板、６０５はシール材であり、シール材６０５で囲まれた内側は、空間６０７になっている。

なお、引き回し配線６０８はソース側駆動回路６０１及びゲート側駆動回路６０３に入力される信号を伝送するための配線であり、外部入力端子となるＦＰＣ（フレキシブルプリントサーキット）６０９からビデオ信号、クロック信号、スタート信号、リセット信号等を受け取る。なお、ここではＦＰＣしか図示されていないが、このＦＰＣにはプリント配線基盤（ＰＷＢ）が取り付けられていてもよい。本明細書における発光装置には、発光装置本体だけでなく、それにＦＰＣもしくはＰＷＢが取り付けられた状態をも含むものとする。

次に、断面構造について図７（Ｂ）を用いて説明する。素子基板６１０上には駆動回路部及び画素部が形成されているが、ここでは、駆動回路部であるソース側駆動回路６０１と、画素部６０２中の一つの画素が示されている。

なお、ソース側駆動回路６０１には、ｎチャネル型薄膜トランジスタ（以下、「ＴＦＴ」と記す）６２３とｐチャネル型ＴＦＴ６２４とを組み合わせたＣＭＯＳ回路が形成される。また、駆動回路は、公知のＣＭＯＳ回路、ＰＭＯＳ回路もしくはＮＭＯＳ回路で形成してもよい。また、本実施形態では、基板上に駆動回路を形成したドライバ一体型を示すが、必ずしもその必要はなく、駆動回路を基板上ではなく外部に形成することもできる。なお、ＴＦＴの構造は、特に限定されない。スタガ型のＴＦＴでもよいし、逆スタガ型のＴＦＴでもよい。また、ＴＦＴに用いられる半導体膜の結晶性についても特に限定されない。非晶質半導体膜を用いてもよいし、結晶性半導体膜を用いてもよい。また、半導体材料に限定はなく、無機化合物を用いてもよいし、有機化合物を用いてもよい。

また、画素部６０２はスイッチング用ＴＦＴ６１１と、電流制御用ＴＦＴ６１２とそのドレインに電気的に接続された第１の電極６１３とを含む複数の画素により形成される。なお、第１の電極６１３の端部を覆って絶縁物６１４が形成されている。ここでは、ポジ型の感光性アクリル樹脂膜を用いることにより形成する。

また、被覆性を良好なものとするため、絶縁物６１４の上端部または下端部に曲率を有する曲面が形成されるようにする。例えば、絶縁物６１４の材料としてポジ型の感光性アクリルを用いた場合、絶縁物６１４の上端部のみに曲率半径（０．２μｍ〜３μｍ）を有する曲面を持たせることが好ましい。また、絶縁物６１４として、光の照射によってエッチャントに不溶解性となるネガ型、或いは光の照射によってエッチャントに溶解性となるポジ型のいずれも使用することができる。

第１の電極６１３上には、発光層６１６、および第２の電極６１７がそれぞれ形成されている。第１の電極６１３および第２の電極６１７のうち、少なくとも第２の電極６１７は透光性を有しており、発光層６１６からの発光を外部へ取り出すことが可能である。

第２の電極６１７上に、実施形態１で示した構造体６００が設けられている。図７では、第２の電極６１７の全面に設けているが、例えば、第２の電極６１７の発光領域（発光素子６１８に含まれる領域）のみに設けてもよい。

第１の電極６１３、発光層６１６、第２の電極６１７の形成方法としては、種々の方法を用いることができる。具体的には、抵抗加熱蒸着法、電子ビーム蒸着（ＥＢ蒸着）法等の真空蒸着法、スパッタリング法等の物理気相成長法（ＰＶＤ）、有機金属ＣＶＤ法、ハイドライド輸送減圧ＣＶＤ法等の化学気相成長法（ＣＶＤ）、原子層エピタキシ法（ＡＬＥ）等を用いることができる。また、インクジェット法、スピンコート法等を用いることができる。また、各電極または各層ごとに異なる成膜方法を用いて形成しても構わない。

シール材６０５で封止基板６０４を素子基板６１０と貼り合わせることにより、素子基板６１０、封止基板６０４、およびシール材６０５で囲まれた空間６０７に発光素子６１８が備えられた構造になっている。なお、空間６０７には、充填材が充填されており、不活性気体（窒素やアルゴン等）が充填される場合の他、樹脂でなるシール材で充填される場合もある。

なお、シール材６０５にはエポキシ系樹脂を用いるのが好ましい。また、これらの材料はできるだけ水分や酸素を透過しない材料であることが望ましい。また、封止基板６０４に用いる材料としてガラス基板や石英基板の他、ＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒｇｌａｓｓ−ＲｅｉｎｆｏｒｃｅｄＰｌａｓｔｉｃｓ）、ＰＶＦ（ポリビニルフルオライド）、ポリエステルまたはアクリル等からなるプラスチック基板を用いることができる。

（実施の形態３）
図８には本発明を適用して作製したパッシブ型の発光装置の斜視図を示す。

図８において、基板９５１上には、第１の電極９５２、第２の電極９５６、およびこれら電極の間の発光層９５５が設けられている。第２の電極９５６は透過型の電極である。第１の電極９５２は反射型の電極、透過型の電極のいずれでもよい。第１の電極９５２と第２の電極９５６はストライプ状の電極であり、直交するように設けられている。第１の電極９５２と第２の電極９５６が交差した領域が発光領域（発光素子）である。第２の電極９５６上に直方体状の構造体９５０を設けて、光取り出し効率を向上させている。もちろん、構造体９５０の形状は他の形状とすることができる。

第１の電極９５２の端部は絶縁層９５３で覆われている。そして、絶縁層９５３上には隔壁層９５４が設けられている。隔壁層９５４の側壁は、基板面に近くなるに伴って、一方の側壁と他方の側壁との間隔が狭くなっていくような傾斜を有する。つまり、隔壁層９５４の短辺方向の断面は、台形状であり、底辺（絶縁層９５３の面方向と同様の方向を向き、絶縁層９５３と接する辺）の方が上辺（絶縁層９５３の面方向と同様の方向を向き、絶縁層９５３と接しない辺）よりも短い。このように、隔壁層９５４を設けることで、静電気等に起因した発光素子の不良を防ぐことができる。

図８のパッシブマトリクス型の発光装置も図７のアクティブマトリクス型の発光装置と同様、シール材により封止用の基板が固定されている。

（実施の形態４）
本発明の発光装置は、電子機器の表示部として用いることができる。本実施の形態では、このような電子機器について説明する。本実施の形態で示す電子機器は、実施の形態１、２または実施の形態４で示した発光素子を有する。よって、消費電力の低減された電子機器を提供することが可能である。

本発明を適用して作製された電子機器として、ビデオカメラ、デジタルカメラ等のカメラ、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ＤｉｇｉｔａｌＶｅｒｓａｔｉｌｅＤｉｓｃ（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９に示す。

図９（Ａ）は本発明に係るテレビ装置であり、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。このテレビ装置において、表示部９１０３は、実施の形態１、２または３で説明したものと同様の発光素子をマトリクス状に配列して構成されている。当該発光素子の光取り出し効率を向上させることにより、テレビ装置本体の低消費電力化を図ることができる。それにより住環境に適合した製品とすることができる。

図９（Ｂ）は本発明に係る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、ポインティングマウス９２０６等を含む。このコンピュータにおいて、表示部９２０３は、発光素子をマトリクス状に配列して構成されている。発光素子の光取り出し効率を向上したことにより、コンピュータ自体の低消費電力化を図ることができる。

図９（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。この携帯電話において、表示部９４０３は、発光素子をマトリクス状に配列して構成されている。当該発光素子が光取り出し効率を向上されているため、携帯電話は低消費電力化が図られ、より利便性の高いものとすることができる。

図９（Ｄ）にカメラとして、ビデオカメラを示す。ビデオカメラは、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。このカメラにおいて、表示部９５０２は、発光素子をマトリクス状に配列して構成されている。該発光素子が光取り出し効率を向上されているため、カメラ本体のは低消費電力化が図られ、より利便性の高いものとすることができる。

以上の様に、本発明の発光装置の適用範囲は極めて広く、あらゆる分野の電子機器に適用することが可能である。本発明を適用することにより、低消費電力の電子機器を作製することが可能となる。

（実施の形態５）
本発明の発光装置は、照明装置として用いることもできる。本発明を適用した発光素子を照明装置として用いる一態様を、図１０を用いて説明する。

図１０は、本発明を適用した発光装置をバックライトとして用いた液晶表示装置の一例である。図１０に示した液晶表示装置は、筐体９０１、液晶層９０２、バックライト９０３、筐体９０４を有し、液晶層９０２は、ドライバＩＣ９０５と接続されている。また、バックライト９０３は、本発明の発光装置が用いられおり、端子９０６により、電流が供給されている。

本発明を適用した発光装置を液晶表示装置のバックライトとして用いることにより、明るく、かつ低消費電力のバックライトが得られる。また、本発明を適用した発光装置は、面発光の照明装置であり大面積化も可能であるため、バックライトの大面積化が可能であり、液晶表示装置の大画面化も可能になる。さらに、発光装置は薄型で低消費電力であるため、表示装置の薄型化、低消費電力化も可能となる。

もちろん、本発明の発光装置は、液晶表示装置のバックライト以外の平面状の照明装置として用いることができる。

構造体による光取り出し効率の向上の効果を計算により検証したことを示す。発光素子として、有機ＥＬ素子を想定した。また、３つの発光素子Ａ〜Ｃの光取り出し効率を計算で求めた。図１１（Ａ）〜図１１（Ｃ）に、それぞれ、発光素子Ａ〜Ｃの断面図、上面図を示す。

（発光素子Ａの構造）
図１１（Ａ）に示す発光素子Ａは、構造体を設けていない素子である。発光素子Ａには、第１の電極１１、第２の電極１２、これらの電極の間の発光層１３が設けられている。第１の電極１１と発光層１３の間には電子輸送層１４が設けられ、第２の電極１２と発光層１３の間には正孔輸送層１５が設けられている。

第１の電極１１はアルミニウムでなり、第２の電極１２はＩＴＯでなり、発光層１３は、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（略称、Ａｌｑ_３）とクマリン６（ここでは、Ｃ６と表記する。）を共蒸着した膜である。電子輸送層１４は、４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニル−アミノ］−ビフェニル（略称、α−ＮＰＤ）でなり、正孔輸送層１５はＡｌｑ_３でなる。

表１に、発光素子Ａの構造と、計算に使用した膜厚と屈折率（実部と虚部）を示す。屈折率は、発光素子Ａを作製し、５００ｎｍの波長に対して測定した値である。

（発光素子Ｂの構造）
図１１（Ｂ）に示す発光素子Ｂは構造体１６を設けた他は、構造は発光素子Ａと同じである。構造体１６は１辺が０．１μｍの立方体であり、また０．１μｍ間隔でｘｙ方向に配置されている。

（発光素子Ｃの構造）
図１１（Ｃ）に示す発光素子Ｃは、構造体１７を設けた他は、構造は発光素子Ａと同じである。構造体１７は構造体１６とポジとネガの関係にある。つまり、構造体１７が存在する領域には構造体１６が存在せず、構造体１７が存在しない領域には構造体１６が存在する。構造体１７は高さが０．１μｍの直方体であり、この直方体に１辺が０．１μｍの立方体の開口部が０．１μｍ間隔でｘｙ方向に設けられている。

（計算の条件）
上記発光素子Ａ〜Ｃに関して、外部に取り出される光量を計算した。計算には、Ｍａｘｗｅｌｌ方程式を時間領域差分法（Ｆｉｎｉｔｅ−Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ−Ｔｉｍｅ−Ｄｏｍａｉｎ、ＦＤＴＤ法）で解く方法を用いた。計算には、日本アールソフトデザイングループ株式会社販売の「ＦｕｌｌＷＡＶＥ」を用いた。

図１１に示すように、ｘｙｚ座標軸の方向を想定した。図１２に、示すように、点線で示した直方体２０の側面及び上面に入射する光量を計算した。直方体の大きさは、１．４μｍ（ｘ）×１．４μｍ（ｙ）×０．９μｍ（ｚ）である。境界条件は吸収境界条件を用いた。

光源は５００ｎｍの単一波長を発すると仮定した。光源の位置は、ｘ、ｙ、ｚ座標により示される。ｚ座標を正孔輸送層１５と発光層１３の界面から１０ｎｍ上方に固定し、ｘ、ｙ座標は変化させた。ｘ、ｙ座標は、それぞれ、−１００ｎｍ以上１００ｎｍ以下の範囲を、２０ｎｍ間隔で区切るｘ軸に平行な直線、およびｙ軸に平行な直線を想定し、この直線の交点の座標とした。そして、この交点の１つに光源をおいて、直方体２０に入射する光量を計算した。この計算を交点の数だけ行い、上記直方体２０の側面、上面を通る光量を積算し、外に取り出される光量とした。

このとき、
空間グリッドサイズ（ｘ，ｙ，ｚ）各１０ｎｍ
時間グリッドサイズ１．９２４６６×１０^−１８秒
とした。実際には、時間グリッドサイズとして、この時間内に光が屈折率１の媒質中を進む距離５．７７ｎｍを用いて、光量を計算している。

また、発光素子Ｂの構造体１６と発光素子Ｃの構造体１７の屈折率は、共に実部を２とし、虚部を０とし、発光層１３よりも屈折率を大きくした。

（計算結果）
以上の条件で、発光素子Ａ〜Ｃから取り出される光量を計算した。図１３に計算結果を示す。図１３のグラフでは、レファレンスとして用いた発光素子Ａの光量を１．０としたときの、発光素子Ｂ及びＣの光量を示している。計算結果では、発光素子Ｂの光量は１．１７、発光素子Ｃの光量は１．３８であった。構造体を設けることで、取り出される光量を増やすことができることが計算で明らかになった。

発光素子Ｂよりも発光素子Ｃの方が、光取り出し効率がよいのは、次の理由であると考えている。本発明では、構造体を設けた部分で全反射量を減らすことができる。構造体と第２の電極が接する領域の面積は、発光素子Ｃの方が広いため、取り出し効率がより高くなったと考える。

発光装置の構成を示す図（実施の形態１）発光装置の構成を示す図（実施の形態１）発光装置の構成を示す図（実施の形態１）発光装置の構成を示す図（実施の形態１）発光装置の作製方法を示す図（実施の形態１）発光装置の作製方法を示す図（実施の形態１）発光装置の構成を示す図（実施の形態２）発光装置の構成を示す図（実施の形態３）電子機器に実施した態様を示す図（実施の形態４）液晶表示装置に実施した態様を示す図（実施の形態４）計算に用いた発光素子の構造を示す図（実施例１）光量を計算した領域を示す図（実施例１）計算から求めた、発光素子から取り出させれる光量を示すグラフ（実施例１）

符号の説明

１１第１の電極
１２第２の電極
１３発光層
１４電子輸送層
１５正孔輸送層
１６構造体
１７構造体
２０直方体
１００基板
１０１第１の電極
１０２発光層
１０３第２の電極
１０４構造体
１０５構造体
１０６構造体
２００スタンパ
２０１酸化チタン
２０２樹脂材料
２０３構造体
２０４紫外光
６００構造体
６０１ソース側駆動回路
６０２画素部
６０３ゲート側駆動回路
６０４封止基板
６０５シール材
６０７空間
６０８配線
６０９ＦＰＣ（フレキシブルプリントサーキット）
６１０素子基板
６１１スイッチング用ＴＦＴ
６１２電流制御用ＴＦＴ
６１３第１の電極
６１４絶縁物
６１６発光層
６１７第２の電極
６１８発光素子
６２３ｎチャネル型ＴＦＴ
６２４ｐチャネル型ＴＦＴ
９０１筐体
９０２液晶層
９０３バックライト
９０４筐体
９０５ドライバＩＣ
９０６端子
９５０構造体
９５１基板
９５２第１の電極
９５３絶縁層
９５４隔壁層
９５５発光層
９５６第２の電極
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ポインティングマウス
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

Claims

基板と、
前記基板上の第１の電極と、
前記第１の電極上で対向する第２の電極と、
前記第１の電極と前記第２の電極の間に発光層と、
前記第２の電極の表面に、選択的に設けられた複数の構造体と、
を有し、
前記第２の電極は前記発光層で発した光を透過することを特徴とする発光装置。
基板と、
前記基板上の第１の電極と、
前記第１の電極上で対向する第２の電極と、
前記第１の電極と前記第２の電極の間に発光層と、
前記第２の電極の表面に選択的に設けられた構造体と、
を有し、
前記第２の電極は前記発光層で発した光を透過することを特徴とする発光装置。
基板と、
前記基板上の第１の電極と、
前記第１の電極上で対向する第２の電極と、
前記第１の電極と前記第２の電極の間に発光層と、
前記第２の電極の表面に形成された保護膜と、
前記保護膜の表面に選択的に設けられた複数の構造体と、
を有し、
前記第２の電極は前記発光層で発した光を透過することを特徴とする発光装置。
基板と、
前記基板上の第１の電極と、
前記第１の電極上で対向する第２の電極と、
前記第１の電極と前記第２の電極の間に発光層と、
前記第２の電極の表面に形成された保護膜と、
前記保護膜の表面に選択的に設けられた構造体と、
を有し、
前記第２の電極は前記発光層で発した光を透過することを特徴とする発光装置。
基板と、
前記基板上の第１の電極と、
前記第１の電極上で対向する第２の電極と、
前記第１の電極と前記第２の電極の間に発光層と、
前記第２の電極の表面に、選択的に設けられた複数の構造体と、
前記基板上に形成され、前記第１の電極に電気的に接続された薄膜トランジスタと、
を有し、
前記第２の電極は前記発光層で発した光を透過することを特徴とする発光装置。
基板と、
前記基板上の第１の電極と、
前記第１の電極上で対向する第２の電極と、
前記第１の電極と前記第２の電極の間に発光層と、
前記第２の電極の表面に選択的に設けられた構造体と、
前記基板上に形成され、前記第１の電極に電気的に接続された薄膜トランジスタと、
を有し、
前記第２の電極は前記発光層で発した光を透過することを特徴とする発光装置。
基板と、
前記基板上の第１の電極と、
前記第１の電極上で対向する第２の電極と、
前記第１の電極と前記第２の電極の間に発光層と、
前記第２の電極の表面に形成された保護膜と、
前記保護膜の表面に選択的に設けられた複数の構造体と、
前記基板上に形成され、前記第１の電極に電気的に接続された薄膜トランジスタと、
を有し、
前記第２の電極は前記発光層で発した光を透過することを特徴とする発光装置。
基板と、
前記基板上の第１の電極と、
前記第１の電極上で対向する第２の電極と、
前記第１の電極と前記第２の電極の間に発光層と、
前記第２の電極の表面に形成された保護膜と、
前記保護膜の表面に選択的に設けられた構造体と、
前記基板上に形成され、前記第１の電極に電気的に接続された薄膜トランジスタと、
を有し、
前記第２の電極は前記発光層で発した光を透過することを特徴とする発光装置。
請求項１乃至８のいずれか１項において、前記構造体の屈折率は、前記発光層の屈折率と同じかそれ以上であることを特徴とする発光装置。
請求項１乃至９のいずれか１項において、前記構造体は、樹脂材料でなることを特徴とする発光装置。
請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の発光装置を表示部に有することを特徴とする電子機器。