JP5364811B2 - 発光装置、モジュール、電子機器、及び照明装置 - Google Patents
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Description
方法や封止に用いられる部材に関するものである。
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、低消費電力化でより鮮やかで明る
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
流輝度特性などの改善により、電力効率の改善が進められている。しかし、上述した方法
では電力効率の改善には限界がある。
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、全反射された光はEL素子内部で吸収さ
れ減衰してしまうこと、もしくは、発光素子の側面、例えば、ガラス基板の端面から放射
されてしまうことによる。
素子が記載されている。特許文献1では、粒子を分散させた膜を透明導電膜上に設けるこ
とで、膜内を通過する光を粒子により散乱させて、透明導電膜と低屈折率膜の界面に入射
する光が臨界角を超えた角度で入射する光の割合を減らしている。
発光構造)とトップエミッション構造(上面発光構造)に区別される。ボトムエミッショ
ン構造では、EL素子が設けられた基板を通してから光が取り出され、トップエミッショ
ン構造はEL素子の上方から光が取り出される。なお、ボトムエミッション構造、トップ
エミッション構造という言葉は、有機ELパネルの構造について用いられることが多いが
、本明細書では、発光素子の種類によらず、光の取り出し方向で、発光素子や発光装置の
構造を区別するのに使用することとする。
限が少ないため、トップエミッション構造を採用することで、アクティブマトリクス型の
ELパネルの開口率を大きくすることができる。そのため、アクティブマトリクス型のE
Lパネルでは、トップエミッション構造のほうが低消費電力化、映像の高品位化に有利で
ある。
減らし、発光素子の光取り出し効率を向上させ、低消費電力化することを課題とする。
の間に少なくとも発光層を有する。第1の電極、発光層、第2の電極の順に積層されて形
成されており、前記発光層で発した光は第2の電極から取り出される。
、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。
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、例えば、発光素子
として有機EL素子を形成した場合、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が適宜形成されるが、このような構成の
発光素子も、本発明の範疇に含まれる。また、発光素子として無機EL素子を形成した場
合、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。
が設けられ、前記微粒子の屈折率は、前記第2の電極の屈折率と同じかそれ以上であるこ
とを特徴とする。
う。多層膜でなるときは、光取り出し側に最も近い膜の屈折率、つまり表面に微粒子が設
けられている膜の屈折率をいう。
状を変化させている。つまり、第2の電極を表面に複数の凸部を有する電極とする。表面
に微粒子を設けることで、第2の電極の表面を通過する光の臨界角が多様になり、従来の
EL素子では全反射されて取り出せなかった光も通過できるようになる。第2の電極を通
過する光が全反射される量が少なくなり、光取り出し効率を向上させることができる。
2の電極の屈折率と同じかそれ以上とする。
けることができる。保護膜と第2の電極の界面で全反射を起こさないようにするため、こ
の保護膜の屈折率は第2の電極と同じかそれ以上とする。
の光が取り出される側の表面に接して、複数の微粒子が設けられている。また、保護膜と
第2の電極の界面で全反射を起こさないようにするため、この保護膜の屈折率は第2の電
極と同じかそれ以上であり、微粒子の屈折率は保護膜の屈折率と同じかそれ以上であるこ
とを他の特徴とする。
多層膜でなるときは、光取り出し側に最も近い膜、つまり微粒子が設けられている膜の屈
折率をいう。
率を有する微粒子を保護膜の光が取り出される側の表面に設けることにより、保護膜の表
面の形状を変化させている。その結果、保護膜を通過した光の全反射量が少なくなるので
、発光素子の光取り出し効率が向上する。
する光の量が少なくなるため、光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、発光素子、及び発光素子を用いた発光装置の低消費電力化ができる。特に、
トップエミッション構造を採用することにより、低消費電力化の効果をより顕著なものと
することができる。
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
形態及び詳細を様々に変更することは当業者であれば容易に理解される。本発明は本実施
の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
ある。異なる実施形態において、共通の要素には同じ符号を付して説明したため、説明を
省略することがある。
図1に、本実施形態の発光素子を備えた発光装置の断面図を示す。基板101上に発光
素子の下部構造物102が設けられ、下部構造物102上に3つの発光素子が設けられて
いる。
順に積層されている。第2の電極側から第2の電極105の表面に接して、複数の微粒子
106が設けられている。なお、発光素子の第2の電極105は3つの素子に対して一体
に設けられている。隔壁107は、素子を分離するために設けたものであり、絶縁材料で
形成される。隔壁107により、第1の電極103、発光層104は素子ごとに分割され
ている。
が基板101に固定され、発光素子が封止されている。本実施形態では、基板101、シ
ール材108、基板109により気密にされた空間には気体110が充填されている。気
体110としては、窒素、アルゴンのような不活なガスが好ましい。
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101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。
い基板が用いられる。例えば、石英基板、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。封止用の基板109にカラーフィルタ
を設けて、発光の色純度を向上させる、または発光素子の発光色を変換してもよい。また
、平板状の基板109を用いたが、形状はこれに限定されるものではなく封止ができれば
よい。例えば、封止缶のようなキャップ状のものを用いることができる。
構造物102は設ける必要がないことがある。発光装置にアクティブマトリクス型の画素
を設けた場合は、下部構造物102には、例えば、発光素子の輝度や発光のタイミングを
制御するためのトランジスタ、コンデンサなどの素子、層間絶縁膜、配線等を含む回路が
形成される。
発した光を反射する機能を有し、陰極として機能する。第1の電極としては金属、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(P
t)、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
)、銀(Ag)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103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。
膜や、上記金属膜、合金膜を2つの透明導電膜で挟んだ多層膜で形成することともできる
。さらに、第1の電極103には、屈折率の異なる透明導電膜でなる多層膜を用いること
ができる。光の多重干渉を利用することにより反射率を向上させることができる。
構造物102表面に形成し、この絶縁膜に発光素子を形成する箇所をエッチングして開口
部を形成することによって、形成される。隔壁107は、アクリル樹脂やシロキサン樹脂
、ポリイミド系樹脂、エポキシ系樹脂等の有機材料や、酸化珪素、窒素を含む酸化珪素、
酸素を含む窒化珪素等の無機材料や、無機材料と有機膜材料の両方を用いて形成されたも
のでもよい。アクリル等の有機材料膜は、例えば原料溶液を塗布し、焼成することで形成
される。また、無機材料膜はCVD法やスパッタ法により形成される。
発光物質を含む層である。発光層104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104を形成する
材料には、有機化合物のみからなものだけでなく、有機化合物に無機化合物を混合したも
の、無機化合物のみからなるものを用いることもできる。また、発光層104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、印刷法など、発光層の材
料によって、乾式法、湿式法の成膜方法が選択される。
能し、発光層104で発した光が透過できる電極である。発光層104で生じた光は、直
接または第1の電極103で反射されて、第2の電極105から取り出される。
した場合は、第1の電極103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)、銀(Ag)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。
の光に対する透過率が高い材料であり、代表的には金属酸化物である。例えば、亜鉛(Z
n)、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、Si等の元素、およびこれら元素から選ばれた元素の酸化物等がある。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。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(Indium Tin Oxide)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、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。
電極105表面に微粒子106を散布する。ドライ方式とは、気流や静電気の作用により
微粒子106を自然落下させる方式である。ウエット方式とは溶媒に微粒子106を混入
させた混合物を散布する方式である。ウエット方式で微粒子106を含む混合物を散布し
た場合は、微粒子106が基板101に到達する前に蒸発する溶媒を用いていないときは
、微粒子106を含む混合物を散布後、発光層104に影響を与えない程度(100℃以
下)に加熱して、溶媒を蒸発させる。
は、微粒子106とアルコールなどの揮発性の溶媒との混合物を、第2の電極105の表
面に塗布し、溶媒を揮発させる方法を用いることもできる。塗布の方法にはキャスト法、
スピンコート法、スプレー法、インクジェット法、印刷法、滴下法などがある。
)などのアルコールなど、微粒子106の材料によって選択される。
なる。本実施形態では、第2の電極105の屈折率は、第2の電極105に用いられた透
明導電膜の屈折率である。
る。未硬化のシール材108は、印刷方式、ディスペンサ方式等により、所定の形状で基
板109の周囲に設けられる。シール材108は、微粒子106を第2の電極105の上
に散布した後、基板101側に設けることもできる。
熱硬化樹脂が利用できる。発光層104の材料が加熱により分解しやすいため、シール材
108には光硬化性の樹脂が最適である。熱硬化樹脂であれば硬化温度が100℃以下の
樹脂が好ましい。
基板109を貼り合わせる。基板101と基板109を重ね合わせる前に、加熱処理また
は光照射により未硬化のシール材108を若干硬化させる。基板101と基板109を重
ね合わせた状態で、未硬化のシール材108にUV光を照射して完全に硬化させ、基板1
01と基板109を固着する。このとき、必要に応じて基板101と基板109に圧力を
加える。なお、本明細書において、未硬化とは、完全に硬化されていない状態をいう。も
ちろん、シール材108に熱硬化樹脂を用いた場合は、加熱処理をする。また、基板10
1と基板109を重ね合わせ、シール材108を完全に硬化させるという一連の作業環境
としては、雰囲気に水分や酸素ができるだけ含まないことが望ましく、例えば、窒素雰囲
気とすればよい。また、この雰囲気を大気圧、または大気圧よりも多少減圧にすることが
できる。後述する固体封止構造の発光装置の作製工程では、この雰囲気を大気圧よりも多
少減圧することが望ましい。
、気体110で充たされている。
イズの発光装置を得る。
ることで、第2の電極105表面の形状を変化させることを特徴とする。複数の微粒子1
06により第2の電極105の表面は複数の凸部を有するものとなり、第2の電極105
と気体110の界面に入射する光の臨界角は場所ごとに変わることとなる。すなわち、こ
の場合では通常、全反射されていた入射角を持つ光でも全反射されずに、微粒子106に
より屈折、散乱されて、第2の電極105を通過することができるようになる。このよう
に、微粒子106を第2の電極105の表面に接して設けることにより、第2の電極10
5と気体110の界面で全反射する光の量が少なくなり、光取り出し効率が向上する。
3上に設けることで、光取り出し効率を向上させることが記載されている(図2とその説
明参照)。つまり、特許文献1では、粒子含有透明電極層3’内で微粒子により光を散乱
させることにより、光の角度を全反射しないような角度に変えることで、取り出し効率を
改善するものであり、透明電極層3から取り出される光の全反射の条件(臨界角)を変え
るものではない。一方、本明細書で提案する発明は、第2の電極105と気体110界面
の形状を変えることにより、界面自体の全反射条件を変えて、光取り出し効率を改善する
ものであって、本明細書で提案する発明は本質的な原理が特許文献1と全く異なるもので
ある。
SnO2)、酸化亜鉛(ZnO)、ITO等、上記第2の電極105の透明導電膜材料と
して列記した酸化物およびドーパントを含む酸化物や、酸化ストロンチウム(Sr3O2)
、酸化アルミニウム(Al2O3)、酸化チタン(TiO2)、酸化イットリウム(Y2O3
)、酸化セリウム(CeO2、CeO2Ce2O3)などの金属酸化物があげられる。また、
各種強誘電体材料を用いることができる。例えば、チタン酸バリウム(BaTiO3)、
KNbO3、LiNbO3などの酸化物強誘電体材料がある。また、酸化珪素、窒化珪素、
窒化酸化珪素(SiNxOy、0<x<4/3、0<y<2、0<3x+2y≦4)、ジル
コニア、DLC(ダイヤモンドライクカーボン)、カーボンナノチューブ等の無機材料を
用いることができる。
2nm以上、より好ましくは20nm以上とする。また、微粒子106の大きさは、可視
光域の波長を超えないことが好ましく、上限は800nmとする。発光素子の光学設計を
考慮すると、100nmを上限とするのが好ましい。
ば、柱状、多面体状、三角錐等の多角錐状、円錐状、凹レンズ状、凸レンズ状、かまぼこ
状、プリズム状、球状、半球状などである。
ついて、材料、大きさ、形状が同じである必要はなく、それぞれが異なっていてもよい。
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。
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。
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、発光のメカニズムは二つ受け入れられている。一つはとしては、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メカニズムである。もう一
つは、金属イオンの内殻電子遷移を利用する局在メカニズムである。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メカニズム、薄膜型無機EL素子では局在型メ
カニズムである場合が多い。
れ、直流駆動又は交流駆動のいずれにおいても動作することができる。
図2を用いて本実施形態を説明する。実施形態1では、基板101と基板109の間の
気密な空間に気体を充填していたが、本実施形態の発光装置は、この空間に液相の材料を
充填し、この液相の材料を硬化することで形成された固体が充填されている。このように
、基板と基板の間に固体が設けられた発光装置の封止構造を固体封止構造と呼び、気体が
充填された構造と区別するのに用いられることがある。本明細書中でも、気体が充填され
た構造と区別するために、この用語を使用することとする。
基板101を用意する(図2(a))。
08を所定の形状で基板101の周囲に設ける(図2(b))。
充填材201を設ける。充填材201の材料としては、エポキシ樹脂やアクリル樹脂のよ
うなUV光硬化樹脂、可視光硬化樹脂、熱硬化樹脂が用いられる。発光層104の材料が
有機材料の場合は、有機材料の低い耐熱性を考慮し、UV光硬化樹脂、可視光硬化樹脂が
好ましい。熱硬化樹脂を用いる場合は、硬化温度が100℃以下の樹脂を選択するように
する。シール材108を設けた後、シール材108で囲まれた領域内に未硬化(液相)の
充填材201を滴下する(図2(c))。
重ね合わせる。基板101と基板109に圧力を加えながら、未硬化のシール材108及
び充填材201に光を照射する、または加熱して、それぞれを硬化させ、基板109を基
板101に固着する。硬化した充填材201は、第2の基板の表面及び前記第2の電極1
05表面に接した状態で設けられて、基板109を基板101に固定している。さらに、
充填材201により、微粒子106が第2の電極105表面に固定される。シール材10
8、充填材201を硬化させた後、基板109を分断し、任意のサイズの発光装置を形成
とする(図2(d))。
図3を用いて本実施形態を説明する。本実施形態も、実施形態2同様、固体封止構造の
発光装置を示す。
04、第2の電極105でなる発光素子を形成した基板101を準備する。そして、微粒
子を散布する前に、実施形態1で示したように基板101の周囲にシール材108を設け
る(図3(a))。
材料としては、実施形態2の充填材201と同様である。シール材108で囲われた領域
内に、微粒子106を分散させた未硬化の充填材302を滴下する(図3(b))。なお
、未硬化の充填材302を滴下する前に、UV光の照射処理または加熱処理により、予め
未硬化のシール材108の若干硬化させる。
して、充填材302中の微粒子106ができるだけ多く第2の電極105の表面と接触す
るように、基板101を静置する。しかる後、UV光の照射または加熱によりシール材1
08及び充填材302を完全に硬化し、固体封止構造の発光装置を得る(図3(c))。
なお、必要に応じて基板101と基板109に圧力を加えながら、シール材108及び充
填材302を完全に硬化させる。
の材料中に微粒子106を分散させ、それを第2の電極105表面に滴下したものである
。本実施形態の発光装置では、微粒子106は充填材302中にも分散しているものが存
在しており、この点が、本実施形態と実施形態2とを区別するものである。
本実施形態を図4に示す。本実施形態は、固体封止構造の発光装置である。実施形態3
では、発光素子を設けた基板側に、微粒子を分散させた充填材を滴下している。一方、本
実施形態では、他方の封止用の基板に滴下する。
8を設ける(図4(a))。
材料は実施形態2の充填材201と同様である。シール材108で囲われた領域内に、微
粒子106を分散させた未硬化の充填材312を滴下する(図4(b))。なお、未硬化
の充填材312を滴下する前に、予め未硬化のシール材108を若干硬化させる。
04、第2の電極105でなる発光素子を形成した基板101を準備する。基板109に
基板101を重ね合わせる(図4(c))。
の後、天地を入れ替え、基板101側を下にする。そして、基板101を静置して、充填
材312中の微粒子106を沈殿させる。しかる後、UV光の照射または加熱によりシー
ル材108及び充填材312を完全に硬化し、固体封止構造の発光装置を得る(図4(d
))。
硬化された充填材は、シール材に囲まれた領域全体に設けられていなくともよく、硬化さ
れた充填材によって、基板101上の発光素子が設けられた領域(発光層104や第2の
電極105が設けられた領域)が少なくとも覆われていればよい。
本実施形態を図5に示す。本実施形態は、固体封止構造の発光装置である。実施形態2
〜4では、液相の材料を硬化した固体を設けた固体封止構造を示した。本実施形態では、
フィルム基材上に設けられたシート状(フィルム状ともいう)のシール材を硬化した固体
を用いた固体封止構造を示す。
101を用意する(図5(a))。
硬化のシート状のシール材501は、接着機能のある樹脂材料でなるシート状のシール材
である。樹脂材料には、UV光硬化樹脂、可視光硬化樹脂、熱硬化樹脂を用いることがで
きる。接着面を保護するため、その両面がフィルム基材502で覆われている。シール材
501の一方の面のフィルム基材502を剥離し、その面を基板101の表面と重ねる(
図5(b))。
わせる。基板101、基板109に圧力を加えながら、UV光を照射する、又は加熱する
ことでシート状のシール材501を硬化し、基板109を基板101に固着する。また、
硬化されたシール材501により、微粒子106が強固に第2の電極105に固定される
。(図5(c))。
固着すること、固体封止構造の発光装置を形成すること、また微粒子106を固定するこ
とという効果を得ることができる。
基板109側に設けることもできる。この場合、第2の電極の表面に微粒子106を散布
する代わりに、基板109に設けたシール材501の表面に微粒子106を散布すること
ができる。
本実施形態を図6に示す。本実施形態は、実施形態5同様、シート状のシール材を用いた
固体封止構造の発光装置である。
、接着機能のある樹脂層でなり、その両面がフィルム基材512で覆われた状態となって
いる。シート状のシール材511を構成する樹脂層としては、UV光硬化樹脂、可視光硬
化樹脂、熱硬化樹脂が用いられる。(図6(a))
1で示したしたようなドライ方式またはウェット方式の散布法、或いはグラビア印刷法な
どの印刷法を用いることで、シール材511の一方の表面に微粒子106を設け、微粒子
106付きのシート状シール材511を用意する(図6(b))。
01の表面に、微粒子106付きのシート状のシール材511を配置する。このとき、シ
ール材511の微粒子106のある面を第2の電極105と接触させる(図6(c))。
重ね合わせる。基板101と基板109に圧力を加えながら、UV光を照射する、又は加
熱することでシート状のシール材511を硬化し、基板109を基板101に固着する(
図6(d))。
板101とを重ねることもできる。このときも、シール材511は微粒子106が散布さ
れていない表面側が基板109側となるようにする。
板101に固着すること、固体封止構造の発光装置を形成すること、また微粒子106を
固定することという効果と共に、発光素子の光取り出し効率を向上させる効果を有するも
のである。このように、微粒子付きのシート状のシール材は、発光素子の光を発光素子の
上方から取り出す発光装置の部材として非常に有用である。
装置を形成する場合、シート状のシール材は、基板101や基板109の全表面を覆わな
くともよい。シート状のシール材は、基板101上の発光素子が設けられた領域(発光層
104や第2の電極105が設けられた領域)を少なくとも覆えばよい。
図7、図8を用いて本実形態を説明する。本実施形態では、微粒子を第2の電極と透明
導電膜などで挟んだ発光素子を備えた発光装置を例示する。
101を用意する。
膜上に、さらに保護膜601を形成する。これにより、第2の電極105表面の透明導電
膜と保護膜601とに微粒子106が挟まれた構造となる。これにより、保護膜601が
ない構成よりも、微粒子106が第2の電極の表面により強固に固定される。(図7)
が同じか、それ以上の材料を選択する。これは、第2の電極105と保護膜601の界面
での全反射を抑制するためである。具体的には、実施形態1で説明した透明導電膜の材料
を選択することができる。
電膜はスパッタ法、蒸着法で形成できる。
珪素(SiNx、0<x≦4/3)、窒化酸化珪素(SiNxOy、0<x<4/3、0<
y<2、0<3x+2y≦4)、DLC、窒化アルミニウムなどを用いることができる。
これらの膜は、CVD法、スパッタ法、蒸着法により形成できる。保護膜601の屈折率
の調整は、例えば、酸化珪素、窒化珪素、窒化酸化珪素などをプラズマCVD法で形成す
るとき、原料ガスの比率や種類、処理温度などを調節し、堆積される膜の比誘電率を調整
することで行うことができる。
5と保護膜601の屈折率が同じようにすることで、発光装置の光学設計が容易になる。
保護膜601に、透明導電膜よりも水の透過性が低い窒化珪素膜や、窒素の組成比が酸素
よりも高い窒化酸化珪素膜を用いると、水分による発光素子の劣化を抑える点で有利であ
る。
射を抑制するため、保護膜601の表面にも微粒子106による凹凸が生じるようにする
。例えば、微粒子106の大きさを大きくすればこの目的が達成される。一方、保護膜6
01の屈折率が第2の電極105の屈折率よりも大きい場合は、保護膜601の表面が微
粒子106による凹凸が顕著にならなくともよい。
封止する。実施形態1、2、5の封止工程を行った発光装置を図8(a)〜(c)に示す
。図8(a)が実施形態1に、図8(b)が実施形態2に、図8(c)が実施形態5に対
応する。
図9〜図11を用いて本実形態を説明する。本実施形態では、第2の電極上に保護膜を
設けた発光素子を備えた発光装置を示す。
5でなる発光素子を形成した基板101を準備する。そして、第2の電極105表面に接
して、保護膜611を形成する。そして、保護膜611上に微粒子106を設ける。微粒
子106を設けるには、実施形態1と同様、微粒子106をドライ方式又はウエット方式
で散布すればよい。
(SiOy、0<y≦2)、窒化珪素(SiNx、0<x≦4/3)、窒化酸化珪素(Si
NxOy、0<x<4/3、0<y<2、0<3x+2y≦4)、DLC、窒化アルミニウ
ムなどを用いることができる。また保護膜611を形成するには、蒸着法、スパッタ法、
プラズマCVD法、原料を溶媒に溶かした原料溶液から膜を形成する塗布法など、保護膜
611の材料に合わせて選択される。
膜611の材料には、第2の電極105と屈折率が同じか、それより大きい屈折率を有す
る材料を選択するのが好ましい。保護膜611の屈折率を調整するには、例えば、酸化珪
素、窒化珪素、窒化酸化珪素などをプラズマCVD法で形成するとき、原料ガスの比率や
種類、処理温度などを調節し、堆積される膜の比誘電率を調整することで行うことができ
る。
うにするため第2の電極105と屈折率が同じか、それより大きい屈折率を有する材料を
選択するのが好ましい。
た、実施形態6で説明したように微粒子106付きのシート状のシール材で封止を行うこ
ともできる。実施形態1、2、5及び6の封止工程を行った発光装置を図10(a)〜(
c)に示す。図10(a)が実施形態1に、図10(b)が実施形態2に、図10(c)
が実施形態5及び6に対応する。
散させた未硬化の充填材を滴下する方法を採用することができる。実施形態3、4の方法
を採用して作製した発光装置を図11に示す。
取り出し効率を向上させることができる。すなわち、保護膜611の光取り出し側の表面
に複数の微粒子106を設けることで、保護膜611の表面の形状が変化するため、通常
、第2の電極105と微粒子106の界面での全反射を導く入射角を持つもつ光でも、全
反射されずに、保護膜611により屈折、散乱されて微粒子106を通過することができ
るようになる。このように、保護膜611の表面に接して複数の微粒子を設けることによ
り、第2の電極105と保護膜611の界面で全反射する光の量が少なくなり、光取り出
し効率が向上する。
図12を用いて本実施形態を説明する。図1では、微粒子106は多面体状で、形状、
大きさが異なる場合を例示した。微粒子の形状によって、レンズやプリズムの作用が顕著
になる。例えば、図12(a)に示すように、微粒子701の形状を球体とする。球体の
微粒子701を通過させることにより、第2の電極105を通過した光を集光させること
ができる。なお、固体封止の場合は、球体の微粒子701は、基板101と基板109を
固着するときに加えた圧力により、第2の電極105の表面に押しつけられた状態で固定
されている。
微粒子702にプリズムの作用を持たせることもできる。微粒子702を通過させること
で、光が散乱するので、視野角を広げることができる。また、球体の微粒子701を通過
させることにより、第2の電極105を通過した光を集光させることができる。
粒子702を共に設けてもよい。
同じ大きさとしてもよい。また、図12(a)〜(c)では、例示として発光装置の構造
に実施形態2の構造を採用したが、他の実施形態の構造を採用できることはもちろんであ
る。
図13〜図16を用いて本実施形態を説明する。本実施形態は、発光装置として、表示
機能を有するアクティブマトリクス型ELパネルに用いた例について説明する。
800に封止用の基板801がシール材802により固着されている。基板800と基板
801の間の空間を気密なものとしている。また、本実施形態では、ELパネルの封止構
造を固体封止構造とし、この空間には、樹脂でなる充填材を充填している。
ート信号線駆動回路部805、ソース信号線駆動回路部806とが設けられている。駆動
回路部804〜806は、それぞれ、配線群を介して、外部入力端子であるFPC(フレ
キシブルプリントサーキット)807と接続している。そして、ソース信号線駆動回路部
806と、書込用ゲート信号線駆動回路部804と、消去用ゲート信号線駆動回路部80
5とは、それぞれ、FPC807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。またFPC807にはプリント配線基盤(PWB)808が取り付
けられている。
FT)で形成されている。なお、駆動回路部804〜806は、上記のように必ずしも画
素部803と同一基板800上に設けられている必要はなく、例えば、配線パターンが形
成されたFPC上にICチップを実装したもの(TCP)等を利用し、基板外部に設けら
れていてもよい。また、各駆動回路804〜806の一部を基板800上に設け、一部を
基板800外部に設けてもよい。
数平面状に配列されている。1画素には、第1のトランジスタ811と第2のトランジス
タ812と発光素子813とが含まれている。さらに、列方向に延びたソース信号線81
4及び電流供給線815と、並びに行方向に延びたゲート信号線816が設けられている
。発光素子813はトップエミッション構造のEL素子であり、基板801側から光が取
り出される。
と、ドレイン領域と、ソース領域とを含む三端子の素子であり、ドレイン領域とソース領
域の間にチャネル領域を有する。ここで、ソース領域とドレイン領域とは、トランジスタ
の構造や動作条件等によって変わるため、いずれがソース領域またはドレイン領域である
かを限定することが困難である。そこで、本明細書においては、トランジスタの3つ端子
をゲート電極、第1電極、第2電極と表記して区別する。
816が書込用ゲート信号線駆動回路819と電気的に接続されている。スイッチ818
を制御することにより、ゲート信号線816は書込用ゲート信号線駆動回路819と電気
的に接続または非接続の状態が選択される。
816が消去用ゲート信号線駆動回路821と電気的に接続されている。スイッチ820
を制御することにより、ゲート信号線816は消去用ゲート信号線駆動回路821と電気
的に接続または非接続の状態が選択される。
ってソース信号線駆動回路823または電源824のいずれかに電気的に接続される。
1電極がソース信号線814に電気的に接続し、第2電極は第2のトランジスタ812の
ゲート電極と電気的に接続している。
電極と電気的に接続し、第1電極が電流供給線815と電気的に接続し、第2電極は発光
素子813の第1の電極と電気的に接続している。発光素子813の第2の電極は、電位
が一定にされている。
ELパネルであるため、基板800と封止用の基板801間の気密な空間に樹脂でなる充
填材830が充填されている。基板800には、下部構造物831及び、発光素子813
が形成される。下部構造物831として、下地膜832上に、図14に示す第1のトラン
ジスタ811、第2のトランジスタ812が形成されている。下部構造物831は、発光
素子の支持体として機能させることができる。第1のトランジスタ811、第2のトラン
ジスタ812上に層間絶縁膜833が形成され、層間絶縁膜833上に発光素子813と
、絶縁材料でなる隔壁834が形成されている。
れる半導体層を中心として基板と逆側にゲート電極が設けられたトップゲート型の薄膜ト
ランジスタである。第1、第2のトランジスタ811、812の薄膜トランジスタ構造に
ついては、特に限定はなく、例えばボトムゲート型のものでもよい。またボトムゲートの
場合には、チャネルを形成する半導体層の上に保護膜が形成されたもの(チャネル保護型
)でもよいし、或いはチャネルを形成する半導体層の一部が凹状になったもの(チャネル
エッチ型)でもよい。
体層は、結晶性半導体、非晶質半導体のいずれのものでもよい。
ゲルマニウム等から成るものが挙げられる。これらはレーザー結晶化によって形成された
ものでもよいし、例えばニッケル等を用いた固相成長法による結晶化によって形成された
ものでもよい。
03を構成する全てNチャネル型の薄膜トランジスタであることが好ましい。それ以外に
ついては、画素部803には、Nチャネル型またはPチャネル型のいずれか一のトランジ
スタで構成されたものでもよいし、両方のトランジスタで構成してもよい。
の第1、第2のトランジスタ811、812と同様である。駆動回路部804〜806に
ついては、トランジスタの性能に合わせて、全てを薄膜トランジスタで構成する、又は回
路の一部を薄膜トランジスタにより構成し、残りをICチップで構成することができる。
また、駆動回路部804〜806のトランジスタは、全てをNチャネル型またはPチャネ
ル型のいずれか一のトランジスタで構成されたものでもよいし、両方のトランジスタで構
成してもよい。
発光層837を有する。層間絶縁膜833上に第1の電極835、発光層837、第2の
電極836の順に積層されて形成される。第1の電極835は反射性を有する電極であり
、陰極として機能する。第2の電極836は透光性を有する電極であり、陽極として機能
する。発光層837で発した光は第2の電極836から取り出される。
ンジスタ812の第2電極に接続されている。
り、第2の電極836と充填材830の界面に入射する光が全反射する量が減るため、発
光素子813の光取り出し効率を向上させることができる。
が、他の実施形態の封止構造を適用できることはいうまでもない。
経過に伴ったフレームの動作について説明する図である。図16において、横方向は時間
経過を表し、縦方向はゲート信号線の走査段数を表している。
き換え動作と表示動作とが繰り返し行われる。この書き換え回数について特に限定はない
が、画像をみる人がちらつき(フリッカ)を感じないように少なくとも1秒間に60回程
度とすることが好ましい。ここで、一画面(1フレーム)の書き換え動作と表示動作を行
う期間を1フレーム期間という。
4aと保持期間841b、842b、843b、844bとを含む4つのサブフレーム8
41、842、843、844に時分割されている。発光するための信号を与えられた発
光素子は、保持期間において発光状態となっている。各々のサブフレームにおける保持期
間の長さの比は、第1のサブフレーム841:第2のサブフレーム842:第3のサブフ
レーム843:第4のサブフレーム844=23:22:21:20=8:4:2:1となっ
ている。これによって4ビット階調を表現することができる。但し、ビット数及び階調数
はここに記すものに限定されず、例えば8つのサブフレームを設け8ビット階調を行える
ようにしてもよい。
目から最終行まで順に書き込み動作が行われる。従って、行によって書込み期間の開始時
間が異なる。書込み期間841aが終了した行から順に保持期間841bへと移る。当該
保持期間において、発光するための信号を与えられている発光素子は発光状態となってい
る。また、保持期間841bが終了した行から順に次のサブフレーム842へ移り、サブ
フレーム841の場合と同様に1行目から最終行まで順に書き込み動作が行われる。
サブフレーム844における動作を終了したら次のフレームへ移る。このように、各サブ
フレームにおいて発光した時間の積算時間が、1フレームにおける各々の発光素子の発光
時間となる。この発光時間を発光素子ごとに変えて一画素内で様々に組み合わせることに
よって、明度および色度の異なる様々な表示色を形成することができる。
を終え、保持期間に移行した行における保持期間を強制的に終了させたいときは、保持期
間844bの後に消去期間844cを設け、強制的に非発光の状態となるように制御する
ことが好ましい。そして、強制的に非発光状態にした行については、一定期間、非発光の
状態を保つ(この期間を非発光期間844dとする。)。そして、最終行目の書込み期間
が終了したら直ちに、一行目から順に次の(またはフレーム)の書込み期間に移行する。
これによって、サブフレーム844の書込み期間と、その次のサブフレームの書込み期間
とが重畳することを防ぐことができる。
でいるが、必ずしも本実施例のような並びにする必要はなく、例えば保持期間の短いもの
から順に並べられていてもよいし、または保持期間の長いものと短いものとがランダムに
並んでいてもよい。また、サブフレームは、さらに複数のフレームに分割されていてもよ
い。つまり、同じ映像信号を与えている期間、ゲート信号線の走査を複数回行ってもよい
。
書込み期間における動作について説明する。書込み期間において、n行目(nは自然数)
のゲート信号線816は、スイッチ818により書込用ゲート信号線駆動回路819と電
気的に接続される。他方、スイッチに820により消去用ゲート信号線駆動回路821と
は非接続とされる。
接続している。ここで、n行目(nは自然数)のゲート信号線816に接続した第1のト
ランジスタ811のゲートに信号が入力され、第1のトランジスタ811はオンとなる。
この時、1列目から最終列目迄のソース信号線814に同時に映像信号が入力される。な
お、各列のソース信号線814から入力される映像信号は互いに独立したものである。
第1のトランジスタ811を介して第2のトランジスタ812のゲート電極に入力される
。そして、その電流値に依存して発光素子813は発光または非発光が決まる。例えば、
第2のトランジスタ812がPチャネル型である場合は、第2のトランジスタ812のゲ
ート電極にLow Levelの信号が入力されることによって発光素子813が発光す
る。一方、第2のトランジスタ812がNチャネル型である場合は、第2のトランジスタ
812のゲート電極にHigh Levelの信号が入力されることによって発光素子8
13に電流が流れて、発光素子813が発光する。
)のゲート信号線816は、スイッチ820を介して消去用ゲート信号線駆動回路821
と電気的に接続される。他方、書込用ゲート信号線駆動回路819とスイッチ818によ
りは非接続とされる。ソース信号線814はスイッチ822により電源824と電気的に
接続される。n行目のゲート信号線816に接続した第1のトランジスタ811のゲート
に信号が入力され、第1のトランジスタ811はオンとなる。この時、1列目から最終列
目迄のソース信号線814に同時に消去信号が入力される。
第1のトランジスタ811を介して第2のトランジスタ812のゲート電極に入力される
。第2のトランジスタ812に入力された信号によって、電流供給線815から発光素子
813への電流の供給が阻止され、発光素子813は強制的に非発光となる。例えば、第
2のトランジスタ812がPチャネル型である場合は、第2のトランジスタ812のゲー
ト電極にHigh Levelの信号が入力されることによって発光素子813は非発光
となる。一方、第2のトランジスタ812がNチャネル型である場合は、第2のトランジ
スタ812のゲート電極にLow Levelの信号が入力されることによって発光素子
813は非発光となる。
消去する為の信号を入力する。しかし、前述のように、n行目が消去期間であると共に、
他の行(m行目(mは自然数)とする。)については書込み期間となる場合がある。この
ような場合、同じ列のソース信号線814を利用してn行目には消去の為の信号を、m行
目には書き込みの為の信号を入力する必要があるため、以下に説明するような動作させる
ことが好ましい。
た後、直ちに、ゲート信号線816と消去用ゲート信号線駆動回路821とを非接続の状
態とすると共に、スイッチ822を切り替えてソース信号線814とソース信号線駆動回
路823と接続させる。そして、スイッチ818によりゲート信号線816と書込用ゲー
ト信号線駆動回路819とを接続させる。そして、書込用ゲート信号線駆動回路819か
らm行目のゲート信号線816に選択的に信号が入力され、第1のトランジスタ811が
オンすると共に、ソース信号線駆動回路823からは、1列目から最終列目迄のソース信
号線814に書き込みの為の信号が入力される。この信号によって、m行目の発光素子は
、発光または非発光となる。
間に移行する。そのために、スイッチ818によりゲート信号線816と書込用ゲート信
号線駆動回路819を非接続とすると共に、スイッチ820により消去用ゲート信号線駆
動回路821と接続状態する。また、スイッチ822を切り替えてソース信号線814を
電源824に接続する。消去用ゲート信号線駆動回路821からn+1行目のゲート信号
線816に信号を入力して、第1のトランジスタ811をオンすると共に、電源824か
ら消去信号が入力される。以下、同様に、消去期間と書込み期間とを繰り返し、最終行目
の消去期間まで動作させればよい。
実施形態1〜8に示す発光装置への発光素子は光取り出し効率を向上させることにより
、低消費電力化を実現することができる。よって、これら発光装置を表示部として実装す
ることによって、低消費電力で鮮やかで明るい表示をさせることができる。
装置や、電子機器の表示部に好適に用いることができる。例えば、テレビジョン装置(テ
レビ、テレビジョン受信機)、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、携帯電話装置(
携帯電話機)、PDA等の携帯情報端末、携帯型ゲーム機、モニター、コンピュータ、カ
ーオーディオ等の音響再生装置、家庭用ゲーム機等の記録媒体を備えた画像再生装置等が
挙げられる。その具体例について、図17を参照して説明する。表示部に用いられる発光
装置は、アクティブマトリクス型、パッシブ型のいずれも構造でもよい。
るため表示部913に発光装置が用いられる。
置が用いられる。
記実施形態の発光装置を適用することができる。
とができる。なお、テレビジョン装置には、図17(D)に示した携帯電話機などの携帯
端末に搭載する小型のもの、持ち運びをすることができる中型のもの、および大型のもの
(例えば40インチ以上)があるが、これら様々な画面サイズのテレビジョン装置の表示
部に、上記実施形態の発光装置を適用することができる。
本実施形態では、発光装置を平面状の照明装置に適用した態様を説明する。実施形態1
〜9の発光装置は表示部の他、面状の照明機器としても使用できる。例えば、上記実施形
態で例示した電子機器の表示部に液晶パネルを用いた場合、液晶パネルのバックライトと
して上記実施形態の発光装置を実装することができる。照明装置として用いるときは、パ
ッシブ型の発光装置が好ましい。
示した液晶表示装置は、筐体921、液晶層922、バックライト923、筐体924を
有し、液晶層922は、ドライバIC925と接続されている。また、バックライト92
3は、本発明の発光装置が用いられおり、端子926により、電流が供給されている。
な各種の電子機器の表示部として用いることができる。
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
、液晶表示装置の大面積化も可能になる。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。
102 下部構造物
103 第1の電極
104 発光層
105 第2の電極
106 微粒子
107 隔壁
108 シール材
109 基板(封止用)
110 気体
Claims (10)
- 第1の基板上の第1の電極と、
前記第1の基板上の絶縁層と、
前記第1の電極上の発光層と、
前記発光層上の第2の電極と、
前記第2の電極上の複数の微粒子と、
前記複数の微粒子上の第1の膜と、
前記第1の膜上の充填材と、
前記充填材上の第2の基板と、
前記第1の基板と前記第2の基板の間のシール材と、を有し、
前記絶縁層は、前記第1の電極の端部を覆う領域を少なくとも有し、
前記複数の微粒子の少なくとも一部は、前記第2の電極上に接して設けられ、
前記複数の微粒子の屈折率は、前記第2の電極の屈折率と同じかそれ以上であり、
前記第1の膜は前記複数の微粒子と前記第2の電極とに接して設けられ、
前記第1の膜の屈折率は、前記第2の電極の屈折率と同じかそれ以上であり、
前記充填材は、前記第1の膜及び前記シール材と接することを特徴とする発光装置。 - 請求項1において、
前記第1の膜は、酸化珪素、窒化珪素、窒化酸化珪素、DLC、又は窒化アルミニウムを含むことを特徴とする発光装置。 - 請求項1又は2において、
前記第1の基板と前記第1の電極の間に、絶縁材料を含む第2の膜を有し、
前記第1の基板と前記第2の膜の間にトランジスタを有することを特徴とする発光装置。 - 請求項1乃至3のいずれか一において、
前記複数の微粒子は、2nm以上100nm以下の粒径を有することを特徴とする発光装置。 - 請求項1乃至4のいずれか一において、
前記複数の微粒子は、酸化物、金属酸化物、又は強誘電体材料を含むことを特徴とする発光装置。 - 請求項1乃至5のいずれか一において、
前記充填材は、UV光硬化樹脂、可視光硬化樹脂、又は熱硬化樹脂を含むことを特徴とする発光装置。 - 請求項1乃至6のいずれか一において、
前記第2の電極は、透明導電膜を有することを特徴とする発光装置。 - 請求項1乃至7のいずれか一に記載の発光装置とFPCとを有することを特徴とするモジュール。
- 請求項1乃至7のいずれか一に記載の発光装置又は請求項8に記載のモジュールを有することを特徴とする電子機器。
- 請求項1乃至7のいずれか一に記載の発光装置を有することを特徴とする照明装置。
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