JP4522760B2 - 発光装置及び発光装置の作製方法 - Google Patents

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本発明は、発光素子を有する発光装置の輝度の向上に関するものである。
薄型軽量、高速応答性、直流低電圧駆動などの特徴を有する発光素子は、次世代のフラットパネルディスプレイへの応用が期待されている。特に、発光素子をマトリクス状に配置した発光装置は、従来の液晶表示装置と比較して、視野角が広く視認性が優れる点に優位性があると考えられている。
発光素子の発光機構は、一対の電極間に発光物質を含む層を挟んで電圧を印加することにより、電極から注入された電子および正孔が発光物質を含む層の発光中心で再結合して分子励起子を形成し、その分子励起子が基底状態に戻る際にエネルギーを放出して発光するといわれている。励起状態には一重項励起と三重項励起が知られ、発光はどちらの励起状態を経ても可能である。
このような発光素子をマトリクス状に配置して形成された発光装置には、パッシブマトリクス駆動（単純マトリクス型）とアクティブマトリクス駆動（アクティブマトリクス型）といった駆動方法を用いることが可能である。なお、画素密度が増えた場合には、画素（又は１ドット）毎にスイッチが設けられているアクティブマトリクス型の方が低電圧駆動できるので有利であると考えられている。
また、これらの発光装置において、発光素子からの発光が十分に取り出せないのが現状であり、光の取り出し効率を向上させるために反射体を設ける手法として、ＴＦＴの配線を光反射物として用いたり（例えば、特許文献１参照。）、基板の一部に予め金属膜を作り込む等の報告がなされている（例えば、特許文献１、２参照。）。
特開平２００２−２２９４８２号公報 特開平２００２−３５２９５０号公報
しかし、このような場合において、反射体を配置した側から光を取り出す場合には、発光層の発光領域と重なる位置に反射体が配置される構造となるため、反射体の配置密度を高くすると、光の取り出し効率（外部に取り出される光量／発光領域から発せられた光量）は向上するものの、発光領域を狭めることになるため輝度は向上しない。また、発光領域を広げようと反射体の配置密度を低くしても発光領域から発せられた光を反射体で反射させることができないため、光の取り出し効率が低下し、結果的に輝度向上が得られない。なお、反射体の配置密度とは、発光層の発光面の面積に対する、発光層の発光面と重なる位置に設けられた反射体の面積の割合である。この割合は、一つの画素中における発光層の発光面の面積に対する、発光層の発光面と重なる位置に設けられた反射体の面積の割合と考えてもよい。
そこで、本発明では、発光領域に関係なく反射体の配置密度を高めた場合でも、輝度を向上させることができる発光装置を提供することを目的とする。
本発明では、発光素子の発光領域となる発光物質を含む層から光を取り出す側の電極と、外部空間（空気）との間に反射体を設けることを特徴とする。なお、本発明において反射体の形状は、反射体の発光素子側の面と、反射体の側面とでなる角度（以下、反射体傾斜角とよぶ）を所定の範囲とすることにより、光の取り出し効率を向上させることができる。なお、絶縁膜の一部に反射体が形成される場合には、反射体と絶縁膜は、同一表面を有する。また、反射体の配置密度を好ましい範囲とすることにより、光の取り出し効率を向上させることができる。ここで、反射体は画素領域全体で連続して形成され一体化していてもよいし、１画素当たり１つ形成されていてもよいし、１画素中に複数形成されていてもよい。
その他、反射体の高さ、反射体の幅等、反射体の形状のパラメータや、反射体配置間隔、反射体と反射電極間との距離等、反射体の配置パラメータの関係を所望の範囲となるように定めることによっても、光の取り出し効率を向上させることができる。
すなわち、本発明の構成は、基板上に第１の電極、発光物質を含む層、および第２の電極からなる発光素子を有し、第１の電極は透光性を有し、基板と第１の電極との間に反射体を有し、かつ反射体は、第１の電極と重なる位置に設けられることを特徴とする発光装置である。
また、上記構成において、反射体は、基板上に形成される絶縁膜の一部に形成され、反射体と絶縁膜が同一表面を有する場合であって、発光物質を含む層の屈折率をｎ1、絶縁膜の屈折率をｎ2とする時、反射体の傾斜角φ（°）は、
ｎ1≧ｎ2の時は、
φ＝４５＋１／２・ｓｉｎ-1（１／ｎ2）±１０（°）
ｎ1＜ｎ2の時は、
φ＝９０−１／２（ｓｉｎ-1（ｎ1／ｎ2）−ｓｉｎ-1（１／ｎ2））±１０（°）（但し、ｎ1、ｎ2＝１〜３）
であることを特徴とする。なお、以下において、特に単位を設けていない場合でも角度の単位は度（°）である。
さらに、発光物質を含む層の屈折率をｎ1、反射体の反射率をｒ1、第２の電極の反射率をｒ2とする時、反射体の配置密度ｘは、
ｘ＜ｃｏｓ（ｓｉｎ-1（１／ｎ1））／（１−ｒ1・ｒ2（１−ｃｏｓ（ｓｉｎ-1（１／ｎ1））））
（但し、ｎ1＝１〜３、０．５＜ｒ1、ｒ2＜１．０）
であることを特徴とする。
本発明を実施することにより、発光領域に関係なく反射体の配置密度を高めることができるため、従来よりも輝度を向上させた発光装置を提供することができる。
本発明では、図１（Ａ）に示すように基板１００上に形成された第１の絶縁膜１０１の一部に反射体１０２を有し、第２の絶縁膜１０４を介して形成される発光素子１０８の光を取り出す側の電極（透明電極１０５）に対して、反射体１０２が外部空間（空気）１０９との間に設けられた構造を有する。なお、発光素子１０８は、透明電極１０５、発光物質を含む層１０６、反射電極１０７によって構成されている。
なお、図１（Ａ）に示した反射体１０２を発光素子１０８側から見た構造について、図１（Ｂ）に示す。なお、ここでは、反射体１０２の開口部１１０が六角形状の場合について示したが、同じ形状を繰り返し形成することができる形状、例えば、四角形状、三角形状等とすることも可能である。
次に、発光素子から得られる光の取り出し効率を向上させる反射体の好ましい形状について検討する。
まず、反射体の好ましい傾斜角について検討する。光が発光物質を含む層（屈折率：ｎ1）からある角度（出射角：θl）で出射されると、絶縁膜（屈折率：ｎ2）にある角度（入射角：θi）で入射する。
この場合、スネルの法則より
ｎ1ｓｉｎθl＝ｎ2ｓｉｎθiが成立する。
発光物質を含む層から光は全方位に出射されるため、
−９０°≦θl≦９０°である。
そのため、ｎ1≧ｎ2の時は、
−９０°≦θi≦９０°であり、
ｎ1＜ｎ2の時は、
Figure 0004522760
 となる。
一方、絶縁膜（屈折率：ｎ2）に入射した光が、反射体によって反射され、ある角度（出射角：θr）で出射されると、空気中（屈折率：１）にある角度（入射角：θa）で入射する。
この場合もスネルの法則より
ｎ2ｓｉｎθr＝ｓｉｎθaが成立する。
光が空気中に出射されるθrの範囲は、
Figure 0004522760
 となる。
また、反射体の傾斜角（φ）と、反射体に反射された光の角度（θr）との関係（但し、φ’＝９０−φ）から
θi−φ’＝φ’−θr
Figure 0004522760
 が成立する。
絶縁膜に入射した光が反射体に反射されて空気中に取り出されるためには、式（２）（３）より、
−ｓｉｎ-1（１／ｎ2）≦θr≦ｓｉｎ-1（１／ｎ2）
−ｓｉｎ-1（１／ｎ2）≦２φ’−θi≦ｓｉｎ-1（１／ｎ2）
Figure 0004522760
 を満たす必要がある。
また、θiが反射体の反射面に当たるための条件は、
Figure 0004522760
 で示される。
なお、式（５）において、
ｎ1≧ｎ2の時は、
θimax＝９０°であり、
ｎ1＜ｎ2の時は、
θimax＝ｓｉｎ-1（ｎ1／ｎ2）
ここで、式（５）を満たすθiが式（４）を満たせば良いため、
Figure 0004522760
Figure 0004522760
 式（６）（７）より、
Figure 0004522760
 なる関係式が成り立ち、φ’＝９０−φより
Figure 0004522760
 が得られる。
傾斜角φが大きいほど反射体の配置密度を低くすることができ、光の取り出し効率を高めることができるため、本発明における反射体の傾斜角φは、
Figure 0004522760
 で示される。
なお、式（１０）において、
ｎ1≧ｎ2の時は、
φ＝４５＋１／２・ｓｉｎ-1（１／ｎ2）であり、
ｎ1＜ｎ2の時は、
φ＝９０−１／２（ｓｉｎ-1（ｎ1／ｎ2）−ｓｉｎ-1（１／ｎ2））である。また、上記式（１０）においてｎ1、ｎ2＝１〜３が好ましい。
すなわち、本発明における反射体の好ましい傾斜角（φ）は、式（１０）で示される。
すなわち、本発明では、発光素子と外部空間との間に反射体を設け、さらにその反射体の傾斜角を式（１０）に示す範囲内とすることにより、発光素子からの取り出し効率を向上させることが可能な発光装置を形成することができる。
さらに、本発明において、反射体の配置密度について検討する。すなわち配置密度をｘ（０＜ｘ＜１）としたとき、反射体が形成されている面に入射した光のうち、（１−ｘ）の割合の光は、反射体の配置されていない領域を通過し、基板／空気層界面１１１に入射する。一方、ｘの割合の光は、反射体平坦面と反射電極間とで反射を繰り返した後、反射体の配置されていない領域を通過し、基板／空気層界面に入射する。
反射体及び反射電極で反射することで、光の強度は、それぞれ、反射体の反射率ｒ1倍（０＜ｒ1≦１）、反射電極の反射率ｒ2倍（０＜ｒ2≦１）に減衰する。
また、発光層からは、全方位に等方的に光は出射されるため、反射体側に出射される光の割合が１／２、反射電極側に出射される光の割合が１／２である。
したがって、発光層から放射された光のうち、反射体の配置されていない領域を通過し、基板／空気層界面に入射する光の割合Ｔは、
Figure 0004522760
Figure 0004522760
 となる。
反射体の配置されていない領域を通過した光が、全て空気中に取り出されたとしても取り出し効率は最大で、式（１２）で与えられる値までしかなり得ない。
一方、反射体を配置していない場合の取り出し効率Ｔ0は、
Figure 0004522760
 となる。
反射体を用いることで取り出し効率を向上させるためには、式（１２）、式（１３）より
（１＋ｒ2）・（１−ｘ）／（２・（１−ｒ1・ｒ2・ｘ））
＞（１＋ｒ2）・（１−ｃｏｓ（ｓｉｎ-1（１／ｎ1）））／２
よって、
Figure 0004522760
 また、上記式（１３）においてｎ1＝１〜３、０．５＜ｒ1、ｒ2＜１．０が好ましい。
すなわち、本発明における反射体の好ましい配置密度（ｘ）は、式（１４）で示される。
すなわち、本発明では、発光素子からの取り出し効率を向上させるために発光素子と外部空間との間に反射体を設け、さらにその反射体の配置密度を式（１４）に示す範囲内とすることが好ましい。
例えば、ｎ1＝１．５、ｒ1＝ｒ2＝０．９２の場合に配置密度（ｘ）をｘ＜０．９５とするのが好ましい。
以下に、本発明の実施例について説明する。
本実施例では、発光素子から得られる光の取り出し効率を向上させる上での好ましい反射体の形状、および配置についてのシミュレーションについて説明する。
なお、シミュレーションに用いる発光装置のモデル構造には、図２に示すガラス基板（屈折率：１．５）２０１上に第１の絶縁膜（屈折率：１．５）２０２、反射体（反射率：９２％）２０３、第２の絶縁膜（屈折率：１．５）２０４、発光素子２０５が積層された構造を想定している。また、発光素子２０５は、第１の電極２０６、発光層（屈折率：１．５）２０７、第２の電極２０８で構成され、第２の電極２０８を反射電極とする場合には、その反射率を９２％とする。
シミュレーションには、光線追跡シミュレーターＬｉｇｈｔ・Ｔｏｏｌｓ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ａｓｓｏｃｉａｔｅｓ製）を用い、発光素子の発光層のランダムな位置から全方位に等方的に出射された光（ここでは、５０００本の光）をガラス基板の外側に配置したディテクタにより追跡する。なお、この場合、屈折率が異なる層界面（ガラス基板／空気）での反射は無視し、全反射のみ考慮する。
まず、反射体の傾斜角についてシミュレーションを行った。ここでは、反射体の高さを１μｍ、反射体の配置間隔を３μｍ、反射体と反射電極間の距離を２μｍと設定し、反射体の傾斜角を変化させた場合における取り出し効率の変化を測定した。図２（Ｂ）には、第１の絶縁膜の屈折率が１．５の場合と、２．０の場合についての結果をそれぞれ示す。
図２（Ｂ）の結果から、屈折率が１．５の場合には、反射体の傾斜角を６０°とした場合に取り出し効率が最大（５２％）となる。一方、屈折率が２．０の場合には、反射体の傾斜角を８０°とした場合に取り出し効率が最大（３６％）となる。なお、反射体を配置しなかった場合の取り出し効率は２５％であった。従って、本発明において、取り出し効率が２５％以上となれば反射体を設けることによる効果が得られたといえる。つまり、第１の絶縁膜２０２の屈折率が１．５のときには、反射体の傾斜角を４０〜８０°とし、第１の絶縁膜２０２の屈折率が２．０のときには、６０〜８５°の傾斜角とするのが好ましい。
従って、本発明における反射体の傾斜角（φ）は、実施の形態において、式（１０）で示した範囲に±１０°を合わせた以下の範囲とすることが好ましい。
すなわち、発光物質を含む層の屈折率をｎ1、絶縁膜の屈折率をｎ2とすると、
ｎ1≧ｎ2の時は、
φ＝４５＋１／２・ｓｉｎ-1（１／ｎ2）±１０（°）
ｎ1＜ｎ2の時は、
φ＝９０−１／２（ｓｉｎ-1（ｎ1／ｎ2）−ｓｉｎ-1（１／ｎ2））±１０（°）であることが好ましい。（但し、ｎ1、ｎ2＝１〜３）
次に、反射体の幅（ｗ）に対する反射体と反射電極との間の距離（ｄ）の関係について、取り出し効率を向上させる上で好ましい範囲を求めるためのシミュレーションを行った。測定方法は、実施例１で説明した方法と同じ方法で行った。
ここでは、図３（Ａ）に示すように反射体の高さ（ｈ）を１μｍ、反射体の配置間隔（ｌ）を３μｍ、反射体の幅（ｗ）を１．１５μｍと設定し、反射体の幅に対する反射体と反射電極との間の距離の割合（Ｙ）（＝反射体と反射電極との間の距離（ｄ）／反射体の幅（ｗ））を変化させた場合における取り出し効率の変化を測定した。なお、図３（Ａ）において、３０１は第一の絶縁膜、３０２は反射体、３０７は反射電極である。図３（Ｂ）には、絶縁膜の屈折率が１．５の場合についての結果を示す。
図３（Ｂ）の結果から、全ての場合において取り出し効率は２５％以上になっており、反射体を設けた効果が得られている。そこで、本実施例においては、取り出し効率が４０％以上となることがより好ましい範囲とする。すなわち、反射体の幅に対する反射体と反射電極との間の距離の割合（Ｙ）を０．１とした場合に取り出し効率が４０％以上となることから、上記条件（反射体の高さ（ｈ）：１μｍ、反射体の配置間隔（ｌ）：３μｍ、反射体の幅（ｗ）：１．１５μｍ）の場合には、反射体の幅に対する反射体と反射電極との間の距離の割合（Ｙ）は０．１以上とするのが好ましい。
次に、反射体の配置密度（ｘ）について、取り出し効率を向上させる上で好ましい範囲を求めるためのシミュレーションを行った。ここでは、図４（Ａ）に示すように反射体の高さ（ｈ）を１μｍ、反射体と反射電極間の距離（ｄ）を２μｍと設定し、反射体の配置密度（ｘ）を変化させた場合における取り出し効率の変化を測定した。なお、反射体の配置密度（ｘ）とは、発光層の発光面の面積に対し、発光層の発光面と重なる位置に設けられた反射体の面積が占める割合をいう。また、図４（Ａ）において、４０１は第一の絶縁膜、４０２は反射体、４０７は反射電極である。
図４（Ｂ）の結果から、反射体の配置密度（ｘ）を０．９５以下（図４（Ｂ）では、百分率で示しているため９５％以下）とした場合に取り出し効率が２５％以上となる。なお、本発明において、取り出し効率が２５％以上となれば反射体を設けることによる効果が得られることから、上記条件（反射体の高さ：１μｍ、反射体と反射電極間の距離：２μｍ）の場合には、反射体の配置密度を０．９５以下、より好ましくは２０〜８０％とする。
本実施例では、本発明の反射体の形状について、図１で説明した開口部が六角形状とは異なる場合について、図５（Ａ）（Ｂ）に示す。
図５（Ａ）は、その開口部５０２が四角形状の反射体５０１である。このような形状であれば、反射体を隙間無く所望の位置に形成することができるため、本発明の反射体として用いることができる。
また、図５（Ｂ）は、その開口部５０４が三角形状の反射体５０３である。この形状の場合にも反射体を隙間無く所望の位置に形成することができるため、本発明の反射体として用いることができる。
なお、本実施例で示した形状は、実施の形態１で示した反射体と同様に基板上に形成された絶縁膜（図１の１０１）上に配置することができる。
本実施例では、反射体の配置の有無による発光素子からの光の取り出し効率の影響について、シミュレーションした結果を説明する。
なお、本実施例では、図１に示した構造と同じであって、第１の絶縁膜１０１、第２の絶縁膜１０４の屈折率をそれぞれ１．５とし、反射電極１０７、および反射体１０２の反射率を９２％、吸収率を８％とし、反射体の配置については、図１（Ｂ）に示す場合を想定した。
その結果、図６に示す様な光の出射分布が得られた。図６からは、反射体の有無により、光の出射分布に差が出ることが分かる。具体的には、反射体を設けることにより、反射体を設けない場合に比べて、正面方向では、光度が３倍程度増加した。
また、光の取り出し効率は、反射体を設けなかった場合には、２５％であったが、反射体を設けることにより５１％となり、２倍程度増加した。
すなわち、反射体を設けることにより、光の取り出し効率が飛躍的に向上することが分かる。
本実施例では、アクティブマトリクス型の発光装置について説明する。
図７（Ａ）、（Ｂ）は、発光素子と電気的に接続されるＴＦＴ（薄膜トランジスタ）を形成する前に本発明の反射体が形成される場合について説明する。
すなわち、基板７００上に第１の絶縁膜７０１が形成される。なお、第１の絶縁膜７０１を形成する材料としては、酸化珪素、窒化珪素、酸化窒化珪素等の珪素を含む絶縁膜を用いることができる。
次に、第１の絶縁膜７０１の一部に反射体を形成するためにフォトリソグラフィー法を用いて溝７１３を形成することにより、溝で囲まれた部分７１４（開口部１１０に相当）を形成する。そして、開口部を含む第１の絶縁膜７０１上に反射性の材料からなる膜を形成する。なお、ここで用いる反射性の材料としては、可視光領域における光の反射率が５０％以上であることが好ましく、さらに好ましくは８０％以上である材料を用いることとする。具体的には、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、タンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）、モリブデン（Ｍｏ）、銅（Ｃｕ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ニッケル（Ｎｉ）、鉛（Ｐｂ）といった材料を用いる。
反射性の膜を形成した後で、ＣＭＰ法（Chemical Mechanical Polishing：化学的機械研磨）を用いて、反射性の材料からなる膜を第１の絶縁膜７０１の表面が露出するまで研磨することにより、反射体７０２を形成する。
次に、ＴＦＴ７０３が形成される。なお、ＴＦＴ７０３は、不純物領域（ソース領域、ドレイン領域）７０４、チャネル形成領域７０５、ゲート絶縁膜７０６、およびゲート電極７０７を少なくとも有している。
なお、同一層には複数のＴＦＴが形成されるが、図７（Ｂ）に示すＴＦＴ７０３は、後で形成される発光素子の第１の電極と電気的に接続されるＴＦＴ（電流制御用ＴＦＴともいう）を示している。そして、ＴＦＴ７０３を覆って、層間絶縁膜７０８が形成される。なお、ここで形成される層間絶縁膜７０８は、絶縁材料を用いて単層で形成することもできるが、複数の絶縁材料を用いた積層構造とすることもできる。絶縁材料としては、具体的には、無機材料（酸化珪素、窒化珪素、酸化窒化珪素など）、感光性または非感光性の有機材料（ポリイミド、アクリル、ポリアミド、ポリイミドアミド、レジスト、ベンゾシクロブテンまたはＳＯＧ）等の材料を用いることができるが、本実施例では、窒化珪素膜を１００ｎｍの膜厚で形成した第１の層とアクリルを１．００μｍの膜厚で形成した第２の層との積層構造で形成される。
次に、層間絶縁膜７０８およびゲート絶縁膜７０６の一部にＴＦＴ７０３の不純物領域７０４に到達する開口部を形成した後、導電膜の成膜およびパターニングを行うことにより、配線７０９が形成される。配線材料としては、Ｔａ、Ｗ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｃｕから選ばれた元素、またはこれらの元素を主成分とする合金材料もしくは化合物材料で形成することができるが、本実施例では、膜厚３０ｎｍの窒化タンタル膜と膜厚３７０ｎｍのタングステン膜を順次積層してなる膜を用いることとする。
次に、配線７０９と電気的に接続された第１の電極７１０が形成される。なお、本実施例において、第１の電極７１０は透明導電膜を用いて形成する。また、第１の電極７１０は陽極として機能する電極であるためＩＴＯを用いて、スパッタリング法により１１０ｎｍの膜厚で形成する。
次に、第１の電極７１０上に発光物質を含む層７１１が形成される。発光物質を含む層７１１は、発光層のみの単層構造とすることもできるが、複数の材料を用いた積層構造とすることもできる。なお、本実施例における発光物質を含む層７１１は、Ｃｕ−Ｐｃからなる正孔注入層、α−ＮＰＤからなる正孔輸送層、および発光層であるＡｌｑ3からなる積層構造とする。
次に発光物質を含む層７１１の上には第２の電極７１２が形成される。なお、本実施例では、第２の電極７１２は、可視光領域における光の反射率が５０％以上であることが好ましく、さらに好ましくは８０％以上の反射性の導電膜を用いて形成する。また、第２の電極７１２は、陰極として機能する電極であるため、アルミニウムを用いて、メタルマスクを用いた蒸着法により、１００ｎｍの膜厚で形成する。なお、第２の電極７１２の材料としては、Ｍｇ：Ａｇ、Ｍｇ：Ｉｎ、Ａｌ：Ｌｉなどの合金、ＣａＦ2、ＣａＮなどの化合物、または周期表の１族もしくは２族に属する元素とアルミニウムとを共蒸着法により形成した導電膜を用いることができる。
さらに、第２の電極７１２側からも光を通過させる構造とする場合には、１ｎｍ〜１０ｎｍのアルミニウム膜、もしくはＬｉを微量に含むアルミニウム膜を用いることができる。また、１ｎｍ〜１０ｎｍのアルミニウム膜を形成する前に陰極バッファー層としてＣａＦ2、ＭｇＦ2、またはＢａＦ2からなる透光性を有する層（膜厚１ｎｍ〜５ｎｍ）を形成してもよい。なお、この場合には、第２の電極７１２上にも本発明の反射体を設けることができる。
以上により、本発明の反射体を有するアクティブマトリクス型の発光装置が形成される。
また、本発明におけるアクティブマトリクス型の発光装置は、図７（Ｃ）に示す構造とすることもできる。
すなわち、基板７２０上にＴＦＴ７２１を形成し、ゲート絶縁膜７２２上に第１の層間絶縁膜７２３を形成した後、反射体７２４および配線７２６を形成し、反射体７２４および配線７２６上に形成された第２の層間絶縁膜７２７を介して配線７２６と電気的に接続された第１の電極７２８上に、発光物質を含む層７２９、および第２の電極７３０が順に積層された構造としてもよい。
なお、図７（Ｃ）に示す構造を作製する方法、および材料は、図７（Ａ）、（Ｂ）において説明したのと同様の方法を用いて、同様の材料で形成することができるので説明は省略することとする。
本実施例では、画素部に本発明により形成される発光素子を有する発光装置について図８を用いて説明する。なお、図８（Ａ）は、発光装置を示す上面図、図８（Ｂ）は図８（Ａ）をＡ−Ａ’で切断した断面図である。点線で示された８０１は駆動回路部（ソース側駆動回路）、８０２は画素部、８０３は駆動回路部（ゲート側駆動回路）である。また、８０４は封止基板、８０５はシール剤であり、シール剤８０５で囲まれた内側８０７は空間、８０８は引き回し配線、８１９は反射体になっている。
なお、８０８はソース側駆動回路８０１及びゲート側駆動回路８０３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）８０９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良い。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８（Ｂ）を用いて説明する。基板８１０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８０１と、画素部８０２が示されている。
なお、ソース側駆動回路８０１はｎチャネル型ＴＦＴ８２３とｐチャネル型ＴＦＴ８２４とを組み合わせたＣＭＯＳ回路が形成される。また、駆動回路を形成するＴＦＴは、公知のＣＭＯＳ回路、ＰＭＯＳ回路もしくはＮＭＯＳ回路で形成しても良い。また、本実施例では、基板上に駆動回路を形成したドライバー一体型を示すが、必ずしもその必要はなく、基板上ではなく外部に形成することもできる。
また、画素部８０２はスイッチング用ＴＦＴ８１１と、電流制御用ＴＦＴ８１２とそのドレインに電気的に接続された第１の電極８１３とを含む複数の画素により形成される。なお、第１の電極８１３の端部を覆って絶縁物８１４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。
第１の電極８１３上には、発光物質を含む層８１６、および第２の電極８１７がそれぞれ形成されている。ここで、陽極として機能する第１の電極８１３に用いる材料としては、仕事関数の大きい材料を用いることが望ましい。例えば、ＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）膜、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）膜、窒化チタン膜、クロム膜、タングステン膜、Ｚｎ膜、Ｐｔ膜などの単層膜の他、窒化チタンとアルミニウムを主成分とする膜との積層、窒化チタン膜とアルミニウムを主成分とする膜と窒化チタン膜との３層構造等を用いることができる。なお、積層構造とすると、配線としての抵抗も低く、良好なオーミックコンタクトがとれ、さらに陽極として機能させることができる。なお、本実施例の場合には、第１の電極８１３は、ＩＴＯで形成される。
また、発光物質を含む層８１６は、蒸着マスクを用いた蒸着法、またはインクジェット法に代表される液滴吐出法によって形成される。なお、液滴吐出法とは、所定の組成物を含む液滴を細孔から吐出して特定のパターンを形成する方法を意味する。発光物質を含む層８１６には、発光層、正孔注入層、正孔輸送層、電子注入層、電子輸送層等が含まれる。なお、これらの層を形成する際には、低分子系材料、中分子材料（オリゴマー、デンドリマーを含む）、または高分子系材料を用いることができる。また、発光物質を含む層を形成する場合には、通常、有機化合物を単層もしくは積層で用いる場合が多いが、本発明においては、有機化合物からなる膜の一部に無機化合物を用いる構成も含めることとする。
さらに、発光物質を含む層８１６上に形成される第２の電極（陰極）８１７は、反射電極として機能する。なお、第２の電極８１７に用いる材料としては、アルミニウム（Ａｌ）を用いることとする。
さらにシール剤８０５で封止基板８０４を基板８１０と貼り合わせることにより、素子基板８１０、封止基板８０４、およびシール剤８０５で囲まれた空間８０７に発光素子８１８が備えられた構造になっている。なお、空間８０７には、不活性気体（窒素やアルゴン等）が充填される場合の他、シール剤８０５で充填される構成も含むものとする。
なお、シール剤８０５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８０４に用いる材料としてガラス基板や石英基板の他、ＦＲＰ（Fiberglass-Reinforced Plastics）、ＰＶＦ（ポリビニルフロライド）、マイラー、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。
以上のようにして、本発明により形成される発光素子を有する発光装置を得ることができる。
本実施例では、例えば実施例７で形成される発光装置をその一部に含む様々な電気器具について説明する。
本発明を用いて形成される発光装置を用いて作製された電気器具として、ビデオカメラ、デジタルカメラ、ゴーグル型ディスプレイ（ヘッドマウントディスプレイ）、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（具体的にはデジタルビデオディスク（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。これらの電気器具の具体例を図９に示す。
図９（Ａ）は表示装置であり、筐体２００１、支持台２００２、表示部２００３、スピーカー部２００４、ビデオ入力端子２００５等を含む。本発明を用いて形成される発光装置をその表示部２００３に用いることにより作製される。なお、表示装置は、コンピュータ用、ＴＶ放送受信用、広告表示用などの全ての情報表示用装置が含まれる。
図９（Ｂ）はコンピュータであり、本体２２０１、筐体２２０２、表示部２２０３、キーボード２２０４、外部接続ポート２２０５、ポインティングマウス２２０６等を含む。本発明を用いて形成される発光装置をその表示部２２０３に用いることにより作製される。
図９（Ｃ）はモバイルコンピュータであり、本体２３０１、表示部２３０２、スイッチ２３０３、操作キー２３０４、赤外線ポート２３０５等を含む。本発明を用いて形成される発光装置をその表示部２３０２に用いることにより作製される。
図９（Ｄ）は記録媒体を備えた携帯型の画像再生装置（具体的にはＤＶＤ再生装置）であり、本体２４０１、筐体２４０２、表示部Ａ２４０３、表示部Ｂ２４０４、記録媒体（ＤＶＤ等）読み込み部２４０５、操作キー２４０６、スピーカー部２４０７等を含む。表示部Ａ２４０３は主として画像情報を表示し、表示部Ｂ２４０４は主として文字情報を表示するが、本発明を用いて形成される発光装置をこれら表示部Ａ、Ｂ２４０３、２４０４に用いることにより作製される。なお、記録媒体を備えた画像再生装置には家庭用ゲーム機器なども含まれる。
図９（Ｅ）はゴーグル型ディスプレイであり、本体２５０１、表示部２５０２、アーム部２５０３を含む。本発明を用いて形成される発光装置をその表示部２５０２に用いることにより作製される。
図９（Ｆ）はビデオカメラであり、本体２６０１、表示部２６０２、筐体２６０３、外部接続ポート２６０４、リモコン受信部２６０５、受像部２６０６、バッテリー２６０７、音声入力部２６０８、操作キー２６０９、接眼部２６１０等を含む。本発明を用いて形成される発光装置をその表示部２６０２に用いることにより作製される。
ここで図９（Ｇ）は携帯電話であり、本体２７０１、筐体２７０２、表示部２７０３、音声入力部２７０４、音声出力部２７０５、操作キー２７０６、外部接続ポート２７０７、アンテナ２７０８等を含む。本発明を用いて形成される発光装置をその表示部２７０３に用いることにより作製される。
以上の様に、本発明を用いて形成された発光装置の適用範囲は極めて広く、また発光装置は、反射体を設けることにより発光素子からの光の取り出し効率が高められているため、反射体を設けずに形成された発光装置に比べて、駆動電圧を低くすることができるという特徴を有している。従って、この発光装置をあらゆる分野の電気器具に適用することにより、低消費電力化を実現することができる。
本発明の反射体の配置、構造について説明する図。 反射体についてのシミュレーション結果を示す図。 反射体についてのシミュレーション結果を示す図。 反射体についてのシミュレーション結果を示す図。 反射体の形状について説明する図。 反射体の有無についてのシミュレーション結果を示す図。 アクティブマトリクス型の発光装置について説明する図。 発光装置について説明する図。 電気器具について説明する図。
符号の説明
１００ 基板
１０１ 第１の絶縁膜
１０２ 反射体
１０４ 第２の絶縁膜
１０５ 透明電極
１０６ 発光物質を含む層
１０７ 反射電極
１０８ 発光素子
１１０ 開口部

Claims (8)

  1. 基板上に形成された溝を有する絶縁膜と、
    前記溝に埋め込まれた反射体と、
    前記絶縁膜上に形成されたＴＦＴのチャネル形成領域及び不純物領域と、
    前記絶縁膜、前記反射体、前記チャネル形成領域、及び前記不純物領領域を覆うゲート絶縁膜と、
    前記ゲート絶縁膜を介して前記チャネル形成領域と重なるゲート電極と、
    前記ゲート絶縁膜及び前記ゲート電極を覆う層間絶縁膜と、
    前記ゲート絶縁膜及び前記層間絶縁膜に形成された開口部に設けられた配線と、
    前記層間絶縁膜上に形成され、前記配線と電気的に接続された透光性を有する第１の電極と、
    前記第１の電極上に形成された発光物質を含む層と、
    前記発光物質を含む層上に形成された第２の電極とを有し、
    前記反射体は、前記発光物質を含む層と重なる位置に設けられ、
    前記発光物質を含む層で生じた光は、前記第１の電極、前記層間絶縁膜、及び前記ゲート絶縁膜を通過し、前記反射体で反射され、前記絶縁膜及び前記基板を通過し、
    前記反射体は六角形状、四角形状、または三角形状の開口部を有し、
    前記発光物質を含む層の屈折率をｎ １ 、前記絶縁膜の屈折率をｎ ２ とすると、
    前記反射体の傾斜角φは、
    ｎ １ ≧ｎ ２ の時は、
    φ＝４５＋１／２・ｓｉｎ −１ （１／ｎ ２ ）±１０（°）
    ｎ １ ＜ｎ ２ の時は、
    φ＝９０−１／２（ｓｉｎ −１ （ｎ １ ／ｎ ２ ）−ｓｉｎ −１ （１／ｎ ２ ））
    ±１０（°）
    （但し、ｎ １ 、ｎ ２ ＝１〜３）
    であることを特徴とする発光装置。
  2. 基板上に形成されたＴＦＴのチャネル形成領域及び不純物領域と、
    前記チャネル形成領域及び前記不純物領域を覆うゲート絶縁膜と、
    前記ゲート絶縁膜を介して前記チャネル形成領域と重なるゲート電極と、
    前記ゲート絶縁膜及び前記ゲート電極を覆い、溝を有する第１の層間絶縁膜と、
    前記溝に埋め込まれた反射体と、
    前記ゲート絶縁膜及び前記第１の層間絶縁膜に形成された開口部に設けられた配線と、
    前記反射体及び前記配線上に形成された第２の層間絶縁膜と、
    前記第２の層間絶縁膜上に形成され、且つ、前記第２の層間絶縁膜に形成された開口部において前記配線と電気的に接続された、透光性を有する第１の電極と、
    前記第１の電極上に形成された発光物質を含む層と、
    前記発光物質を含む層上に形成された第２の電極とを有し、
    前記反射体は、前記発光物質を含む層と重なる位置に設けられ、
    前記発光物質を含む層で生じた光は、前記第１の電極及び前記第２の層間絶縁膜を通過し、前記反射体で反射され、前記第１の層間絶縁膜、前記ゲート絶縁膜、及び前記基板を通過し、
    前記反射体は六角形状、四角形状、または三角形状の開口部を有し、
    前記発光物質を含む層の屈折率をｎ １ 、前記第１の層間絶縁膜の屈折率をｎ ２ とすると、
    前記反射体の傾斜角φは、
    ｎ １ ≧ｎ ２ の時は、
    φ＝４５＋１／２・ｓｉｎ −１ （１／ｎ ２ ）±１０（°）
    ｎ １ ＜ｎ ２ の時は、
    φ＝９０−１／２（ｓｉｎ −１ （ｎ １ ／ｎ ２ ）−ｓｉｎ −１ （１／ｎ ２ ））
    ±１０（°）
    （但し、ｎ １ 、ｎ ２ ＝１〜３）
    であることを特徴とする発光装置。
  3. 請求項１または２において、
    前記反射体を複数有し、
    前記発光物質を含む層の屈折率をｎ１、前記反射体の反射率をｒ１、前記第２の電極の反射率をｒ２とする時、
    前記反射体の配置密度ｘは、
    Figure 0004522760
     であることを特徴とする発光装置。
  4. 請求項１乃至３のいずれか一において、
    前記反射体は、銀、アルミニウム、タンタル、ニオブ、モリブデン、銅、マグネシウム、ニッケル、または鉛からなることを特徴とする発光装置。
  5. 基板上に絶縁膜を形成し、
    前記絶縁膜に溝を形成し、
    前記絶縁膜上に反射性材料からなる膜を形成し、
    前記反射性材料からなる膜を前記絶縁膜が露出するまで研磨することによって、前記溝に埋め込まれた反射体を形成し、
    前記絶縁膜上にＴＦＴのチャネル形成領域及び不純物領域を形成し、
    前記チャネル形成領域及び前記不純物領域を覆ってゲート絶縁膜を形成し、
    前記ゲート絶縁膜上であって、前記チャネル形成領域と重なる位置にゲート電極を形成し、
    前記ゲート絶縁膜及び前記ゲート電極を覆って層間絶縁膜を形成し、
    前記ゲート絶縁膜及び前記層間絶縁膜に、前記不純物領域に達する開口部を形成し、
    前記開口部及び前記層間絶縁膜上に配線を形成し、
    前記層間絶縁膜上に、前記配線と電気的に接続するように透光性を有する第１の電極を形成し、
    前記第１の電極上に発光物質を含む層を形成し、
    前記発光物質を含む層上に第２の電極を形成し、
    前記反射体は、前記発光物質を含む層と重なる位置に形成され、
    前記発光物質を含む層で生じた光は、前記第１の電極、前記層間絶縁膜、及びゲート絶縁膜を通過し、前記反射体で反射され、前記絶縁膜及び前記基板を通過し、
    前記反射体は六角形状、四角形状、または三角形状の開口部を有し、
    前記発光物質を含む層の屈折率をｎ １ 、前記絶縁膜の屈折率をｎ ２ とすると、
    前記反射体の傾斜角φは、
    ｎ １ ≧ｎ ２ の時は、
    φ＝４５＋１／２・ｓｉｎ −１ （１／ｎ ２ ）±１０（°）
    ｎ １ ＜ｎ ２ の時は、
    φ＝９０−１／２（ｓｉｎ −１ （ｎ １ ／ｎ ２ ）−ｓｉｎ −１ （１／ｎ ２ ））
    ±１０（°）
    （但し、ｎ １ 、ｎ ２ ＝１〜３）
    であることを特徴とする発光装置の作製方法。
  6. 基板上にＴＦＴのチャネル形成領域及び不純物領域を形成し、
    前記チャネル形成領域及び前記不純物領域を覆ってゲート絶縁膜を形成し、
    前記ゲート絶縁膜上であって、前記チャネル形成領域と重なる位置にゲート電極を形成し、
    前記ゲート絶縁膜及び前記ゲート電極を覆って第１の層間絶縁膜を形成し、
    前記第１の層間絶縁膜に溝を形成し、
    前記第１の層間絶縁膜上に反射性材料からなる膜を形成し、
    前記反射性材料からなる膜を前記第１の層間絶縁膜が露出するまで研磨することによって、前記溝に埋め込まれた反射体を形成し、
    前記ゲート絶縁膜及び前記第１の層間絶縁膜に、前記不純物領域に達する第１の開口部を形成し、
    前記第１の開口部及び前記第１の層間絶縁膜上に配線を形成し、
    前記第１の層間絶縁膜上に第２の層間絶縁膜を形成し、
    前記第２の層間絶縁膜に、前記配線に達する第２の開口部を形成し、
    前記第２の開口部及び前記第２の層間絶縁膜上に、前記配線と電気的に接続するように透光性を有する第１の電極を形成し、
    前記第１の電極上に発光物質を含む層を形成し、
    前記発光物質を含む層上に第２の電極を形成し、
    前記反射体は、前記発光物質を含む層と重なる位置に形成され、
    前記発光物質を含む層で生じた光は、前記第１の電極、前記層間絶縁膜、及びゲート絶縁膜を通過し、前記反射体で反射され、前記絶縁膜及び前記基板を通過し、
    前記反射体は六角形状、四角形状、または三角形状の開口部を有し、
    前記発光物質を含む層の屈折率をｎ １ 、前記第１の層間絶縁膜の屈折率をｎ ２ とすると、
    前記反射体の傾斜角φは、
    ｎ １ ≧ｎ ２ の時は、
    φ＝４５＋１／２・ｓｉｎ −１ （１／ｎ ２ ）±１０（°）
    ｎ １ ＜ｎ ２ の時は、
    φ＝９０−１／２（ｓｉｎ −１ （ｎ １ ／ｎ ２ ）−ｓｉｎ −１ （１／ｎ ２ ））
    ±１０（°）
    （但し、ｎ １ 、ｎ ２ ＝１〜３）
    であることを特徴とする発光装置の作製方法。
  7. 請求項５または６において、
    前記反射体を複数有し、
    前記発光物質を含む層の屈折率をｎ １ 、前記反射体の反射率をｒ １ 、前記第２の電極の反射率をｒ ２ とする時、
    前記反射体の配置密度ｘは、
    Figure 0004522760
     であることを特徴とする発光装置の作製方法。
  8. 請求項５乃至７のいずれか一において、
    前記反射体は、銀、アルミニウム、タンタル、ニオブ、モリブデン、銅、マグネシウム、ニッケル、または鉛からなることを特徴とする発光装置の作製方法。
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