(57)【要約】【課題】  発光層を有する有機化合物層に損傷を与えることなく、光取り出し効率を向上させる。【解決手段】  発光素子の面内方向に導波する光を回折させて発光素子の外に取り出す周期構造７０ａ，７０ｂ，７０ｃが、発光領域１００に配置されず、発光領域１００の外側及び内側に位置する非発光領域１０１に配置されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、薄膜トランジスタと、平坦化層と、複数の発光素子とを順に有する発光装置において、
前記発光素子は、前記平坦化層の上に第１電極と、発光層を有する有機化合物層と、第２電極と、を順に有し、
前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を印加することにより前記発光層が光を発生する発光領域と、前記発光領域の外側及び内側に位置する非発光領域と、を有し、
前記発光層で発生し、前記発光素子の面内方向に導波する光を回折させて前記発光素子の外に取り出す周期構造が、前記発光領域に配置されず、前記発光領域の外側及び内側に位置する非発光領域に配置されていることを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記発光領域の内側に位置する非発光領域に、前記平坦化層を貫き、前記薄膜トランジスタと第１電極を電気的に接続するコンタクトホール部を有することを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【請求項３】
前記発光領域の内側に位置する非発光領域に配置される周期構造が、前記コンタクトホール部に配置されていないを特徴とする請求項２に記載の発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は発光装置に関し、特に光取り出し効率を改善するものである。
【背景技術】
【０００２】
薄膜で自発光を特徴とした有機発光素子を画素として、複数の画素から構成される発光装置は、新方式のフラットパネルディスプレイとして応用されている。そして、このような有機発光素子を用いた発光装置の開発課題の一つとして、発光効率の向上が挙げられる。発光装置の発光効率を改善するためには、光取り出し効率を向上させることが重要である。特許文献１では、全反射を低減し、有機発光素子内部への光閉じ込めを抑制することを目的として、有機化合物層の上部や下部（光取り出し側やその反対側）に周期構造（回折格子）を配置する方法が提案されている。
【０００３】
しかし、上述した有機発光素子において、有機化合物層の上部に周期構造を配置する場合、発光層の形成後に、周期構造を加工する必要があるため、周期構造の作製プロセスによって発光層が損傷してしまう恐れがある。また、有機化合物層の下部に周期構造を配置する場合、発光層や電極の平坦性に問題があり、形成時の膜の不均一性や密着性の低下などが起こり、電流リークによる素子耐久の低下や非点灯を生じる可能性が高くなる恐れがある。
【０００４】
このような問題に対して、有機化合物層の上部や下部でなく、隣り合う素子の間にある隔壁の下に周期構造を配置して、隔壁内にまで伝播する光を素子の外部に取り出し、光取り出し効率を向上させる方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−２８３７５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、有機発光素子の発光層で発生し、基板に水平な方向に伝播する導波光は、伝播する間に有機化合物層に吸収されて減衰してしまう恐れがある。
【０００７】
つまり、画素の中央部で発生した光で、隔壁の下に配置された周期構造に達する光の量は少なくなってしまう。このため、有機発光素子に周期構造を配置しても、発光層で発光した光が素子外に取り出される効果が小さくなるという懸念がある。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑み、発光層を有する有機化合物層に損傷を与えることなく、光取り出し効率を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記背景技術の課題を解決するための手段として、本発明に係る発光装置は、基板上に、薄膜トランジスタと、平坦化層と、複数の発光素子とを順に有する発光装置において、前記発光素子は、前記平坦化層の上に第１電極と、発光層と、第２電極と、を順に有し、前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を印加することにより前記発光層が光を発生する発光領域と、前記発光領域の外側及び内側に位置する非発光領域と、を有し、前記発光層で発生し、前記発光素子の面内方向に導波する光を回折させて前記発光素子の外に取り出す周期構造が、前記発光領域に配置されず、前記発光領域の外側及び内側に位置する非発光領域に配置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、発光層を有する有機化合物層に損傷を与えることなく、光取り出し効率を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】（ａ）本発明における実施例１の発光装置を示す平面概略図、（ｂ）（ａ）で示すＡ−Ａ’断面を示す断面概略図
【図２】（ａ）本発明における実施例２の発光装置を示す平面概略図、（ｂ）本発明における実施例３の発光装置を示す平面概略図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の原理を構成例に基づいて説明する。なお、本発明の発光装置を構成する発光素子は、有機発光素子を例示して説明するが、無機発光素子やＱＤ−ＬＥＤ発光素子などで構成してもよい。
【００１３】
本発明では、有機ＥＬ素子の光取り出し効率を向上させるために、周期構造が構成される。ここで言う周期構造は、発光領域内の発光層で発生した光のうち、有機発光素子の面内方向に導波する光を有機発光素子の外部に取り出すための構造である。なお、発光領域とは、基板に垂直な方向において、有機化合物層を挟む２つの電極のうち、一方の電極を他方の電極に投影させたときに重なる領域であって、この２つの電極の間に隔壁が形成されていない領域を指す。一方、非発光領域は、基板に垂直な方向において、有機化合物層を挟む２つの電極のうち、一方の電極を他方の電極に投影させたときに重ならない領域、または、この２つの電極の間に隔壁が形成されている領域である。
【００１４】
周期構造が構成された有機ＥＬ発光装置を模式的に表した断面概略図を図１（ａ）に、図１（ａ）中のＡ−Ａ’断面概略図を図１（ｂ）に示す。図１において、１０は基板であり、基板１０上に薄膜トランジスタ（以下ＴＦＴと記す）２０が配置され、ＴＦＴ２０の上を平坦化する平坦化層３０が配置されている。さらに、平坦化層３０の上には反射層４１があり、反射層４１の上に、基板１０側から順に配置される、第１電極４２と、発光層を有する有機化合物層４３と、第２電極４４とからなる有機発光素子（以下、素子と記す場合がある）が設けられている。第１電極４２と第２電極４４との間に電圧を印加すると、有機発光素子の発光層が発光する。
【００１５】
また、図１（ｂ）において、発光領域１００の外側には、隔壁５０が設けられ、この隔壁５０が形成されている領域が非発光領域１０１となる。さらに本発明の発光装置においては、図１で示されているように、非発光領域１０１には、反射層４１と一体で形成される周期構造７０ａ，７０ｂ，７０ｃが配置されている。なお、図１（ａ）では見やすくするために隔壁５０等が省略されている。
【００１６】
また、図１（ｂ）に示すように、ＴＦＴ２０は、ソース・ドレイン絶縁層２１、層間絶縁層２２、ゲート絶縁層２３、ソース電極（またはドレイン電極）２４、ゲート電極２５、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ２６で構成されている。
【００１７】
また、図１（ａ）において、発光領域１００の内側には、隔壁５０が設けられ、この隔壁５０が形成されている領域が非発光領域１０１となる。また、図１（ｂ）で示すように、この隔壁５０の下側、つまり発光領域１００の内側の非発光領域１０１に、素子の第１電極４２とＴＦＴ２０とを電気的に接続するためのコンタクトホール部６０が平坦化層３０を貫くように設けられている。そして、ＴＦＴ２０と第１電極４２は、平坦化層３０を貫いて形成されているコンタクトホール部６０を介して、電気的に接続されている。
【００１８】
図１（ｂ）で示す周期構造は、凸部が面内に周期的に形成された構造を指しているが、凹部、あるいは、凹部と凸部の両方が面内に周期的に形成された構造であってもよい。また、周期構造の凹部、凸部は、図１（ｂ）に示すように直角の頂点を有する構造である必要はなく、順テーパ構造、逆テーパ構造等様々な構造にすることができる。また、周期構造は、完全に周期的である必要はなく、略周期的であればよく、準結晶構造やフラクタル構造、連続的に周期が変化する構造、若しくはこれらを組み合わせたものでもよい。
【００１９】
発光領域１００からの発光光の多くは、基板に水平な面内方向に伝播する導波光となる。この導波光の一部を周期構造で回折や屈折によって、素子の外部に取り出す光とすることで光取り出し効率を向上させる。また、周期構造の周期や高さを調整することで、素子の外部に取り出される光は正面方向に対して均一に出射されること、または、正面方向により強く指向性を持たせることで正面における輝度を向上させることができる。このとき、素子の外部に取り出される光の出射方向が不均一になると、正面における輝度や色にムラが生じたり、輝度や色の視野角特性に影響を与えたりする。このため、周期構造は略均一の周期で、略均一の高さに形成されることが望ましい。
【００２０】
本発明の発光装置においては、周期構造７０ａ，７０ｂ，７０ｃを発光領域１００の内側の非発光領域１０１にも配している。このため、発光領域１００の各発光点から周期構造までの平均的な導波距離が短くなり、光取り出し効率が向上する。
【００２１】
なお、図１は、コンタクトホール部６０が発光領域１００内の非発光領域１０１の隔壁５０の下に配置されている場合を示しているが、発光領域１００外の非発光領域１０１の隔壁５０の下に配置される場合も同様の効果がある。しかし、前者の場合では、発光領域１００の内側の非発光領域１０１を利用して、コンタクトホールを形成しているので、後者に比べて開口率（発光領域の面積）を大きくすることができ、好ましい。
【００２２】
また、周期構造が配置される、発光領域１００内の非発光領域１０１は、発光領域１００の略中央部（発光領域の重心付近）に設けられることが好ましい。これは、発光領域１００の各発光点から周期構造への平均的な導波距離をより短くするためである。
【００２３】
また、図１（ａ）で示されているように、発光領域１００内の非発光領域１０１が略正方形である必要はなく、どんな形状であってもよい。特に、発光領域１００と類似する形状（図１（ａ）の場合は、長方形）であると、発光領域１００の各発光点から周期構造への平均的な導波距離をより短くなるので好ましい。
【実施例】
【００２４】
以下、本発明の発光装置の構成および製造方法を実施例として説明するが、本発明は本実施例によって何ら限定されるものではない。
【００２５】
＜実施例１＞
図１に示す構成のフルカラー有機ＥＬ発光装置を以下に示す方法で作製する。つまり、本実施例の発光装置は、複数の画素を有し、赤を発光する発光素子（以下Ｒ素子と記す）、緑を発光する発光素子（以下Ｇ素子と記す）、青を発光する発光素子（以下Ｂ素子と記す）、つまり赤、緑、青の３色の副画素からなる発光装置である。本実施例では、図１の３つの副画素は左から、Ｒ素子、Ｇ素子、Ｂ素子で構成されているが、画素内の３色の素子の配置位置はどのようであってもよい。また、特に本実施例の発光装置は、フルカラーの表示装置として好ましく適用することができる。
【００２６】
まず、基板１０としてのガラス基板上に、低温Ｐｏｌｙ−ＳｉからなるＴＦＴ２０が形成され、その上にアクリル樹脂からなる平坦化層３０が１．５μｍの膜厚で形成される。次に、ＴＦＴ２０の電極が露出するように、平坦化層３０をエッチングすることによって、発光領域１００となる領域の中央部にコンタクトホール部６０が形成される。
【００２７】
また、この平坦化層３０上に、反射層４１として、スパッタリングによりＡｇ合金が約１５０ｎｍの膜厚で形成される。Ａｇ合金からなる反射層４１は、可視光の波長域（λ＝３８０ｎｍ〜７８０ｎｍ）で分光反射率７５％以上の高反射率を有している。このとき、反射層４１は、コンタクトホール部６０内の露出しているＴＦＴ２０の電極と接するようにコンタクトホール部６０内まで形成される。
【００２８】
この反射層４１上に、まず、ポジ型のレジストをスピンコートしプリベークを行う。その後、正方格子の周期構造のパターンを露光し、現像、ポストベークを行い、レジストパターンを形成する。この際、周期構造は、発光領域１００となる領域及びコンタクトホール部６０内の反射層４１上には形成されない。
【００２９】
エッチング加工により、反射層４１の表面に周期構造７０ａ，７０ｂ，７０ｃが形成される。本実施例では、Ｒ素子の発光領域１００の外側及び内側の非発光領域１０１に配置される周期構造７０ａは、周期３４５ｎｍ、凸部の最上面の一辺の長さ２００ｎｍ、エッチング深さ（周期構造の凸部の高さ）４０ｎｍで形成される。Ｇ素子の周期構造７０ｂは周期２５０ｎｍ、凸部の最上面の一辺の長さ１４０ｎｍ、エッチング深さ４０ｎｍで形成される。Ｂ素子の周期構造７０ｃは周期２００ｎｍ、凸部の最上面の一辺の長さ１４５ｎｍ、エッチング深さ４０ｎｍで形成される。各素子の周期構造の周期等は、各素子から取り出される光の特性が、取り出したい光の特性となるように設定されている。
【００３０】
次に、ＩＺＯのリフトオフ加工により、各周期構造の凹状に窪んだエッチング部分を平坦化する。まず、レジストパターンを残した状態で、スパッタリングにより透明導電性材料のＩＺＯが４０ｎｍの膜厚で形成される。エッチング部分ではＡｇ合金上にＩＺＯが、エッチング部分以外ではレジスト上にＩＺＯが形成される。その後、レジストをレジスト上のＩＺＯごと取り除いて平坦化する。この上に、スパッタリングによりＩＺＯを２０ｎｍの膜厚で形成して、第１電極４２のパターニングをし、フォトニック結晶（周期構造）付きの陽極を形成する。
【００３１】
さらに、酸化窒化珪素（ＳｉＮｘＯｙ）を３２０ｎｍの膜厚で形成した後、各副画素に発光領域となる開口部をエッチングする。これにより、開口部（発光領域）の外側及び内側にある周期構造７０ａ，７０ｂ，７０ｃの上に隔壁５０が配置される構成となる。
【００３２】
これをイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）で超音波洗浄し、次いで、煮沸洗浄後乾燥する。その後、ＵＶ／オゾン洗浄してからＲ素子、Ｇ素子、Ｂ素子それぞれの有機化合物層４３を真空蒸着により形成する。各素子の有機化合物層４３の各層は、発光層のみ異なる材料で形成されるが、正孔輸送層、電子輸送層、電子注入層は同じ材料で形成される。
【００３３】
有機化合物層４３を形成した基板１０を、真空を破ること無しにスパッタ装置に移動し、第２電極４４として、スパッタリングによりＡｇ合金を２４ｎｍの膜厚で形成する。
【００３４】
さらに、誘電体層（不図示）として、スパッタリングにより酸化珪素が２９０ｎｍの膜厚で形成される。
【００３５】
さらに、発光装置の周辺部に吸湿剤（不図示）を配置し、エッチングされたキャップガラス（不図示）で封止することにより、発光装置を得る。
【００３６】
本実施例の周期構造は、発光領域には配置されず、非発光領域に配置されているので、周期構造の凹凸による有機発光素子の発光への影響を軽減することができる。そして、発光領域の外側及び内側の非発光領域に周期構造を配置しているので、発光領域で発生した光を周期構造によって、素子の外部に取り出す割合が大きくなる。
【００３７】
さらに本実施例では、コンタクトホール部６０には、周期構造を配置していないので、周期構造の周期の乱れや高さのバラツキが低減され、取り出される光の出射方向や出射強度などのバラツキが少なくなる。
【００３８】
＜実施例２＞
図２（ａ）は、本発明における実施例２の画素を示す平面概略図である。基本的な断面構成および製法は実施例１と同様である為、実施例１との相違点のみを説明する。実施例１では、図１（ａ）で示したようにＲ素子、Ｇ素子、Ｂ素子は、長方形の副画素であったが、実施例２では、図２（ａ）で示すように、副画素を略正方形の副画素としている。このため、発光点から周期構造への平均的な導波距離をより短くすることができ、素子の外部に取り出す割合が大きくなるので、光取り出し効率がより向上する。
【００３９】
＜実施例３＞
図２（ｂ）は、本発明における実施例３の画素を示す平面概略図である。実施例３では、図２（ｂ）で示すように、ハニカム状の副画素としている点が、実施例２とは異なる。それ以外の構成は、実施例１及び２と同様である。本実施例の副画素の構成によって、発光点から周期構造への平均的な導波距離をより短くすることができ、素子の外部に取り出す割合が大きくなるので、光取り出し効率がより向上する。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明は発光素子の素子構造に適用され、特に有機ＥＬ素子や無機ＥＬ素子等の薄膜発光素子からなる発光装置に利用できる。
【符号の説明】
【００４１】
１０  基板
２０  薄膜トランジスタ
４２  第１電極
４３  有機化合物層
４４  第２電極
７０ａ，７０ｂ，７０ｃ  周期構造
１００  発光領域
１０１  非発光領域
【図１】
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【図２】
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