発光装置
【課題】電極にアルミニウム等の反射性の高い材料を用いる場合であっても、接触抵抗を高めることなく、電極上に酸素を有する層を形成することができる発光装置及びその作製方法を提供することを課題とする。
【解決手段】電極にアルミニウム、銀、アルミニウムを含む合金、又は銀を含む合金等の反射性の高い導電膜を用い、導電膜上に高融点金属材料からなる導電膜を設けた積層構造からなる電極を有する発光素子、又は当該発光素子を有する発光装置である。
【解決手段】電極にアルミニウム、銀、アルミニウムを含む合金、又は銀を含む合金等の反射性の高い導電膜を用い、導電膜上に高融点金属材料からなる導電膜を設けた積層構造からなる電極を有する発光素子、又は当該発光素子を有する発光装置である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、金属酸化物を有する混在層を含む発光素子を備えた発光装置に関する。
【背景技術】
【0002】
発光素子を有する表示装置(以下、発光装置と呼ぶ)は、液晶表示装置と比較して、広視野角、低消費電力、高応答速度という利点を有しており、その研究開発が盛んに行われている。
【0003】
発光素子は、一対の電極間に発光物質を備えた構成を有しており、該電極の透光性に応じて、発光物質からの光が出現される。
【0004】
例えば、一方向に光を出現させたい場合、該一方向側に設けられた一方の電極を、透光性を有する材料を用い、他方の電極を、反射性を有する材料を用いて形成する。他方の電極による反射を有効に使うことにより、光の取り出し効率を高めることができる。
【0005】
また、一対の電極間の光学的距離がある数式を満たすようにした共振器構造を導入し、共振波長と、取り出したい光のスペクトルのピーク波長を一致させた表示装置が提案されている(特許文献1参照)。
【特許文献1】特開2004−178930号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
ところで、特許文献1のように上方に出射するパネルにおいて陽極は反射電極として用いるため、アルミニウムや銀等の可視光での反射率が高い材料が望ましい。銀は加工が難しいため、陽極にはアルミニウムを用いることが多い。
【0007】
しかしアルミニウムや銀といった反射率の高い材料は酸化されやすく、例えばアルミニウムや銀等の導電膜上に酸素を含有する層を形成する場合、該導電膜は酸化されてしまう。酸化後は絶縁特性に近づくため、接触抵抗が高くなってしまう。その結果、電流を充分に供給することができず、駆動電圧が高くなり、電極として用いることが難しかった。
【0008】
そこで本発明は電極にアルミニウム等の可視光の反射率が高い材料を用いる場合であっても、接触抵抗を高めることなく、該電極上に酸素を含有する層を形成することができる発光装置及びその作製方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
上記課題を鑑み本発明は、高い反射率が求められる電極(反射電極と記す)に、アルミニウム(Al)、銀(Ag)、アルミニウムを含む合金(Al合金)、又は銀を含む合金(Ag合金)等の反射性の高い導電膜と、該導電膜の上層に設けられた高融点金属材料からなる導電膜との積層構造からなる電極を特徴とする。そして本発明の発光装置は、高融点金属材料からなる導電膜上に、酸素を含有する層である金属酸化物を有する混在層を設けた発光素子を有する。すなわち本発明は、積層構造とした電極の一である高融点金属材料からなる導電膜に接して金属酸化物を有する混在層を形成することを特徴とする。
アルミニウム(Al)、銀(Ag)、アルミニウムを含む合金(Al合金)、又は銀を含む合金(Ag合金)等の反射性の高い導電膜は、金属酸化物を有する混在層により酸化することが懸念されるが、高融点金属材料からなる導電膜を設けたことにより、酸化を防止することができる。
【0010】
なお高融点金属材料からなる導電膜には、当該金属酸化物を有する混在層によって酸化されない材料、又は酸化される場合であっても導電性を示す材料であればよい。また高融点金属材料からなる導電膜は、金属酸化物との接触抵抗が低い材料であると表記することができる。このような高融点金属材料からなる導電膜の材料には、チタン(Ti)、タングステン(W)、モリブデン(Mo)、またはこれらを有する化合物、例えばチタン化合物である窒化チタン(TiN)を用いることができる。
【0011】
このような本発明の発光素子において、発光素子からの光が射出される側の透明電極には、酸化インジウム酸化スズ合金(ITO)等の透明電極材料を用いる。またITO以外にも、反射率の高い反射性材料、言い換えると非透光性材料であって、当該材料の膜厚を光が透過する程度まで薄膜化した材料を用いてもよい。このように光の射出側の電極に、薄膜化された反射性を有する材料を用いると、反射電極との間で、発光素子からの光を干渉させることができ、光の外部取り出し効率を高めることができる。
【0012】
また本発明の発光素子において、反射電極で反射する発光層からの光と、発光層から直接出射される光とに干渉を生じさせ、発光素子の光の外部取り出し効率を高めることもできる。このように取り出し効率を高めるためには、電界発光層のいずれかの層、具体的には反射電極と発光層との間の層の膜厚を制御する。また取り出し効率が高くなるように膜厚を、発光色ごとに異ならせるように膜厚を制御するとよい。
【0013】
以下に、本発明の具体的な形態を示す。
【0014】
本発明は、積層された第1の電極と、第1の電極上に設けられた電界発光層と、電界発光層上に設けられた第2の電極と、を有し、電界発光層は、第1の電極と接する側に金属酸化物を有する混在層を含み、第1の電極は、金属酸化物を有する混在層との接触抵抗が低い材料からなる導電膜を含む発光装置である。金属酸化物を有する混在層との接触抵抗が低い材料とは、高融点金属材料である。
【0015】
別形態の本発明は、第1の電極が有する第1の導電層及び第2の導電層と、第2の導電層に接して設けられた電界発光層と、電界発光層上に設けられた第2の電極と、を有し、電界発光層において、第2の導電層と接する領域には金属酸化物を有する混在層が設けられており、第2の導電層は金属酸化物を有する混在層との接触抵抗が低い材料からなる導電膜からなる発光装置である。金属酸化物を有する混在層との接触抵抗が低い材料とは、高融点金属材料である。
【0016】
別形態の本発明は、反射性を有する、積層された第1の電極と、第1の電極上に設けられた電界発光層と、電界発光層上に設けられた、透光性を有する第2の電極と、を有し、第1の電極は、電界発光層と接する側に高融点金属材料からなる導電膜を含み、電界発光層は、第1の電極と接する側に金属酸化物を有する混在層を含む発光装置である。高融点金属材料の一例として、窒化チタンが挙げられる。
【0017】
別形態の本発明は、反射性を有する第1の電極が有する第1の導電層及び第2の導電層と、第2の導電層に接して設けられた電界発光層と、電界発光層上に設けられた、透光性を有する第2の電極と、を有し、第2の導電層は高融点金属材料からなり、電界発光層において、第2の導電層と接する領域には金属酸化物を有する混在層が設けられている発光装置である。高融点金属材料の一例として、窒化チタンが挙げられる。
【0018】
別形態の本発明は、積層された第1の電極と、第1の電極上に設けられた電界発光層と、電界発光層上に設けられた第2の電極とを有する赤色、緑色、及び青色を呈する複数の発光素子を有し、第1の電極は、電界発光層と接する側に窒化チタンからなる導電膜を含み、電界発光層は、第1の電極と接する側に金属酸化物を有する混在層を含み、赤色、緑色、及び青色を呈する発光素子において、第1の電極の膜厚は同一であり、電界発光層、具体的には金属酸化物を有する混在層の膜厚が異なっている発光装置である。
【0019】
別形態の本発明は、第1の電極が有する第1の導電層及び第2の導電層と、第2の導電層に接して設けられた電界発光層と、電界発光層上に設けられた第2の電極とを有する赤色、緑色、及び青色を呈する複数の発光素子を有し、第2の導電層は窒化チタンからなり、電界発光層において、第2の導電層と接する領域には金属酸化物を有する混在層が設けられており、赤色、緑色、及び青色を呈する発光素子において、第1の電極の膜厚は同一であり、電界発光層の膜厚、具体的には金属酸化物を有する混在層の膜厚が異なっている発光装置である。
【0020】
また本発明において第1の電極にはスイッチング用素子として薄膜トランジスタが接続されている。当該薄膜トランジスタはnチャネル型又はpチャネル型を有する。
【0021】
なお電界発光層において、第1の電極に接する層に金属酸化物の混在層ではなく、酸化インジウム酸化スズ合金(ITO)等の透明導電層を用いてもよい。透明導電層を用いる場合、透明導電層と接触抵抗が低い、高融点金属材料を、第1の電極の上層に用いればよい。
【0022】
また反射電極には、アルミニウムの代わりにアルミニウム合金、銀、又は銀合金を用いてもよい。アルミニウム合金、銀、銀合金も反射性を有する金属材料であるからである。また、窒化チタンの代わりに、チタン(Ti)、タングステン(W)、モリブデン(Mo)を用いてもよい。これら材料を代替する場合、電界発光層の下層であって、金属酸化物を有する混在層と接する側には、該層と接触抵抗が低い、高融点金属材料を第1の電極の上層に用いる。
【発明の効果】
【0023】
発光素子の反射電極にアルミニウム等の反射性の高い電極材料と、窒化チタン等の高融点金属材料とからなる積層構造を用いることにより、金属酸化物を有する混在層と、当該反射電極の接触抵抗を良好にすると同時に、高い光の取り出し効率を得ることができる。その結果、従来の反射電極であるアルミニウム単層、又は窒化チタン単層を用いる場合に比べて、高い輝度を持った発光素子及び発光装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0024】
以下に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。但し、本発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、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し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、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。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【0025】
(実施の形態1)
本実施の形態では、発光素子の構成について説明する。
【0026】
図1に示すように、本発明の発光素子は、対向する第1の電極101、第2の電極102を有し、第1の電極101から順に、第1の層111、第2の層112、第3の層113が積層されている。このような発光素子は、第1の電極101と、第2の電極102とに電位差を与えると、発光することができる。例えば第1の電極の電位を、第2の電極の電位より高くすると、第1の層111から第2の層112へ正孔が注入され、第3の層113から第2の層112へ電子が注入される。正孔と、電子とが、第2の層112において再結合し、発光物質を励起状態にする。そして、励起状態の発光物質は、基底状態に戻るときに発光し、第2の電極102から発光を得ることができる。このような発光は、透光性を有する第2の電極102から発光を得ることができる。言い換えると、発光を取り出したい側の電極に、透光性を有する材料を用いる。
【0027】
第1の電極101は反射性を有し、第2の電極102は透光性を有する。反射性を有する電極を反射電極と記し、透光性を有する電極を透明電極と記すことができる。
【0028】
このような発光素子において、第1の電極101を少なくとも2層の導電層101a、101bから構成する。すなわち第1の電極101を積層構造によって構成する。その結果、第1の電極101に対する光の反射率を高めると同時に、第1の層111に金属酸化物を有する混在層といった酸素を含有する層を用いた場合であっても、第1の層111との接触抵抗を良好なものとすることができる。
【0029】
第1の導電層101aには反射性の高い、アルミニウム、銀、アルミニウム合金、銀合金、これらのいずれかを有する合金を用いることができる。このような反射性の高い材料は酸化しやすいため、後に第1の層111を形成するとき、表面に酸化物が形成される恐れがあることがわかった。酸化物が形成されると絶縁性特性を示すようになり、接触抵抗が増加してしまう。また、金属酸化物を有する混在層を有する発光素子は、その特性が高く、好ましかった。そこで、第2の導電層101bには高融点金属材料、例えば窒化チタン、チタン、タングステン、モリブデンを用いることとした。すなわち、第2の導電層101bとして用いられる高融点金属材料からなる導電層とは、金属酸化物を有する混在層の形成によって酸化しない材料、又は酸化する場合であっても導電性を示す材料である。
【0030】
なお金属酸化物を有する混在層とは、当該金属酸化物と、有機化合物とが混在している層である。混在層は、金属酸化物と有機化合物とが厳密に混在している必要はなく、共蒸着法によって作製された程度に混在した状態を含む。例えば、共蒸着法によって作製した結果、各層が非常に薄く積層した状態も含まれる。
【0031】
本構成により、第1の電極101の反射性を高めると同時に、第1の層111との接触抵抗を良好なものとすることができる。
【0032】
また第2の電極102である透明電極には、ITO、ITOに珪素が混入したITSO、2から20%の酸化亜鉛を含む酸化インジウム等を用いることができる。また上記の反射性材料を薄くし、透光性を有するように薄膜化して形成してもよい。このような薄膜化された反射性の材料を用いることによって、第1の電極101と第2の電極102との間で発光を干渉させることができ、取り出し効率を高めることができる。
【0033】
これらの反射電極や透明電極は、スパッタリング法や蒸着法等を用いて形成することができる。また反射電極において、第1の導電層101aと第2の導電層101bとは、大気開放することなく連続して形成することができる。さらに、第1の電極101から第2の電極102までを、大気開放することなく連続して形成することもできる。発光素子の不純物汚染を防止する点で有利である。
【0034】
次に第1の層111から第3の層113の構成について説明する。
【0035】
第1の層111は、正孔を発生する層である。このような層としては、例えば、正孔輸送性物質と、その物質に対して電子受容性を示す物質と含む層が挙げられる。また正孔輸送性物質に対して電子受容性を示す物質は、モル比が0.5から2(=正孔輸送性物質に対して電子受容性を示す物質/正孔輸送性物質)と成るように第1の層111が含まれていることが好ましい。
【0036】
正孔輸送性物質とは、電子よりも正孔の輸送性が高い物質であり、例えば、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)、4,4’−ビス[N−(3−メチルフェニル)−N−フェニルアミノ]ビフェニル(略称:TPD)、4,4’,4’’−トリス(N,N−ジフェニルアミノ)トリフェニルアミン(略称:TDATA)、4,4’,4’’−トリス[N−(3−メチルフェニル)−N−フェニルアミノ]トリフェニルアミン(略称:MTDATA)、4,4’−ビス[N−{4−(N,N−ジ−m−トリルアミノ)フェニル}−N−フェニルアミノ]ビフェニル(略称:DNTPD)等の芳香族アミン化合物や、フタロシアニン(略称:H2Pc)、銅フタロシアニン(略称:CuPc)、バナジルフタロシアニン(略称:VOPc)等のフタロシアニン化合物等の有機化合物を用いることができる。なお、正孔輸送性物質は、これらに限定されるものではない。
【0037】
また、正孔輸送性物質に対して電子受容性を示す物質は、例えば、バナジウム酸化物、モリブデン酸化物、ニオブ酸化物、レニウム酸化物、タングステン酸化物、ルテニウム酸化物、チタン酸化物、クロム酸化物、ジルコニウム酸化物、ハフニウム酸化物、及びタンタル酸化物等のいずれかの金属酸化物を用いることができる。なお正孔輸送性物質に対して電子受容性を示す物質は、これらに限定されるものではない。
【0038】
正孔輸送性物質となる有機化合物と、その物質に対して電子受容性を示す金属酸化物とが混在した混在層は、共蒸着法により作製することができる。具体的に第1の層111は、抵抗加熱蒸着同士による共蒸着法、電子ビーム蒸着同士による共蒸着法、抵抗加熱蒸着と電子ビーム蒸着による共蒸着法、抵抗加熱蒸着とスパッタリング法による成膜、電子ビーム蒸着とスパッタリングによる成膜など、同種、異種方法を組み合わせて形成することができる。また、上記例は2種の材料を含む層を想定しているが、3種以上の材料を含む場合も同様に、同種、異種方法を組み合わせて形成することができる。
【0039】
なお第1の層111に、その他の有機化合物を含んでいてもよい。その他の有機化合物には、ルブレン等が挙げられる。ルブレンを加えることにより、信頼性を向上させることができる。
【0040】
この他、第1の層111は、モリブデン酸化物、バナジウム酸化物、ルテニウム酸化物、コバルト酸化物、銅酸化物のような金属酸化物からなる層としてもよい。
【0041】
但し、第1の層111は、上記のように有機化合物と金属酸化物とを有する混在層から形成すると、導電性が高くなり好ましい。導電性が高いと、第1の層111を厚膜化することができ、第1の電極101と第2の電極102との短絡を防止することができる。
【0042】
さらに、発光素子において、第1の電極101で反射する発光層からの光と、発光層から直接出射される光とに干渉を生じさせ、発光素子の光の外部取り出し効率を高めることもできる。このように取り出し効率を高めるためには、第1の層111の膜厚を制御すればよい。また発光素子からの光によって、発光色ごとに第1の層111の膜厚を異ならせるとよい。
【0043】
このような第1の層111と接触抵抗が良好な材料を、第1の電極101の上層である第2の導電層101bに用いる。本実施の形態では、第1の層111にモリブデン酸化物を含む混在層を用い、第2の導電層101bに窒化チタンを用い、第1の電極101の下層である第1の導電層101aにはアルミニウムを用いる。その結果、第1の電極101と第1の層111との接触抵抗を良好にすると同時に、高い光の取り出し効率を得ることができる。
【0044】
第2の層112は、発光層を含む層である。第2の層112の構造は、単層でも多層でも構わない。例えば、図1に示すように、第2の層112は、発光層122の他、正孔輸送層121、電子輸送層123、電子注入層124といった機能的に異なる層を有することができる。勿論、第2の層112は発光層122のみからなる単層であってもよい。
【0045】
また第2の層112は、発光物質が、発光物質の有するエネルギーギャップよりも大きいエネルギーギャップを有する物質からなる層中に、分散して含まれた層を有すればよい。なお、発光物質とは、発光効率が良好で、所望の発光波長の発光をし得る物質である。なお、エネルギーギャップとはLUMO準位とHOMO準位との間のエネルギーギャップをいう。
【0046】
発光物質を分散させるために用いる物質には、例えば、9,10−ジ(2−ナフチル)−2−tert−ブチルアントラセン(略称:t−BuDNA)等のアントラセン誘導体、または4,4’−ジ(N−カルバゾリル)ビフェニル(略称:CBP)等のカルバゾール誘導体の他、ビス[2−(2’−ヒドロキシフェニル)ピリジナト]亜鉛(略称:Znpp2)、ビス[2−(2’−ヒドロキシフェニル)ベンズオキサゾラト]亜鉛(略称:ZnBOX)等の金属錯体等を用いることができる。但し、発光物質を分散させるために用いる物質はこれらの材料に限定されない。上記のような構造であると、発光物質からの発光が、濃度に起因して消光してしまうことを防ぐことができる。
【0047】
赤色系の発光を得たいときには、第2の層112に、4−ジシアノメチレン−2−イソプロピル−6−[2−(1,1,7,7−テトラメチルジュロリジン−9−イル)エテニル]−4H−ピラン(略称:DCJTI)、4−ジシアノメチレン−2−メチル−6−[2−(1,1,7,7−テトラメチルジュロリジン−9−イル)エテニル]−4H−ピラン(略称:DCJT)、4−ジシアノメチレン−2−tert−ブチル−6−[2−(1,1,7,7−テトラメチルジュロリジン−9−イル)エテニル]−4H−ピラン(略称:DCJTB)やペリフランテン、2,5−ジシアノ−1,4−ビス[2−(10−メトキシ−1,1,7,7−テトラメチルジュロリジン−9−イル)エテニル]ベンゼン、ビス[2,3−ビス(4−フルオロフェニル)キノキサリナイト]イリジウム(アセチルアセトナート)(略称:Ir[Fdpq]2acac)等を用いることができる。但しこれらの材料に限定されず、600nm以上680nm以下に発光スペクトルのピークを有する発光を呈する物質を用いることができる。
【0048】
緑色系の発光を得たいときは、第2の層112に、N,N’−ジメチルキナクリドン(略称:DMQd)、クマリン6やクマリン545T、トリス(8−キノリノラト)アルミニウム(略称:Alq3)等を用いることができる。但しこれらの材料に限定されず、500nm以上550nm以下に発光スペクトルのピークを有する発光を呈する物質を用いることができる。
【0049】
青色系の発光を得たいときは、第2の層112に、9,10−ジ(2−ナフチル)−tert−ブチルアントラセン(略称:t−BuDNA)、9,9’−ビアントリル、9,10−ジフェニルアントラセン(略称:DPA)、9,10−ジ(2−ナフチル)アントラセン(略称:DNA)、ビス(2−メチル−8−キノリノラト)−4−フェニルフェノラト−ガリウム(略称:BGaq)、ビス(2−メチル−8−キノリノラト)−4−フェニルフェノラト−アルミニウム(略称:BAlq)等を用いることができる。但しこれらの材料に限定されず、420nm以上500nm以下に発光スペクトルのピークを有する発光を呈する物質を用いることができる。
【0050】
なお、図1に示すように正孔輸送層121を設けたことにより、第1の電極101と、発光層122との距離を長くすることができ、発光が金属に起因して消光することを防ぐことができる。なお、正孔輸送層121とは、第1の電極101から注入された正孔を発光層122へ輸送する機能を有する層である。具体的な材料は、上述したα−NPD、TPD、TDATA、MTDATA、DNTPDなどを用いることができる。但し、正孔輸送層121は、これらに限定されず、前述のような電子の移動度よりも正孔の移動度が高い正孔輸送性物質を用いて形成することができる。具体的には10−6cm2/Vs以上の正孔移動度を有する物質を用いて、正孔輸送層121を形成すると好ましい。また、正孔輸送層121は、上記に記載の物質からなる層を二以上組み合わせて形成した多層構造の層であってもよい。
【0051】
また、図1に示すように、第2の電極102と発光層122との間に電子輸送層123を設けることができる。このように、電子輸送層123を設けたことにより、第2の電極102と発光層122との距離を長くすることができ、発光が金属に起因して消光することを防ぐことができる。電子輸送層123とは、注入された電子を発光層122へ輸送する機能を有する層である。具体的な材料は、Alq3、Almq3、BeBq2、BAlq、Zn(BOX)2、Zn(BTZ)2、PBD、OXD−7、TAZ、p−EtTAZ、BPhen、BCP等を用いて形成することができる。但し、電子輸送層123はこれらに限定されず、正孔の移動度よりも、電子の移動度が高い電子輸送性物質を用いて形成すればよい。具体的には10−6cm2/Vs以上の電子移動度を有する物質を用いて、電子輸送層123を形成すると好ましい。また電子輸送層123は、上記に記載の物質からなる層を二以上組み合わせて形成した多層構造の層であってもよい。
【0052】
さらに図1に示すように、第2の電極102と電子輸送層123との間には、電子注入層124を有していてもよい。なお、電子注入層124とは、第2の電極102等から電子輸送層123へ電子の注入を補助する機能を有する層である。具体的な材料は、フッ化カルシウムやフッ化リチウム、酸化リチウムや塩化リチウムなどのアルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩などを用いることができる。この他、トリス(8−キノリノラト)アルミニウム(略称:Alq3)やバソキュプロイン(略称:BCP)などのいわゆる電子輸送性の材料にリチウムなどのドナー性化合物を添加した層も用いることができる。また、上述した電子輸送性物質と、その物質に対して電子供与性を示す物質とを含む層により、電子注入層124を形成してもよい。但し、電子注入層124は、これらに限定されるものではない。
【0053】
なお、第2の層112に含まれる層のうち第1の層111と接する層は、第2の層112が積層構造を有する場合、正孔輸送層121に相当する。
【0054】
また第3の層113は、電子を発生する層である。このような層としては、例えば、電子輸送性物質と、その物質に対して電子供与性を示す物質とを含む層が挙げられる。なお電子輸送性物質とは、正孔よりも電子の輸送性が高い物質であり、例えば、トリス(8−キノリノラト)アルミニウム(略称:Alq3)、トリス(4−メチル−8−キノリノラト)アルミニウム(略称:Almq3)、ビス(10−ヒドロキシベンゾ[h]−キノリナト)ベリリウム(略称:BeBq2)、ビス(2−メチル−8−キノリノラト)−4−フェニルフェノラト−アルミニウム(略称:BAlq)、ビス[2−(2’−ヒドロキシフェニル)ベンゾオキサゾラト]亜鉛(略称:Zn(BOX)2)、ビス[2−(2’−ヒドロキシフェニル)ベンゾチアゾラト]亜鉛(略称:Zn(BTZ)2)等の金属錯体の他、2−(4−ビフェニリル)−5−(4−tert−ブチルフェニル)−1,3,4−オキサジアゾール(略称:PBD)、1,3−ビス[5−(4−tert−ブチルフェニル)−1,3,4−オキサジアゾール−2−イル]ベンゼン(略称:OXD−7)、3−(4−ビフェニリル)−4−フェニル−5−(4−tert−ブチルフェニル)−1,2,4−トリアゾール(略称:TAZ)、3−(4−ビフェニリル)−4−(4−エチルフェニル)−5−(4−tert−ブチルフェニル)−1,2,4−トリアゾール(略称:p−EtTAZ)、バソフェナントロリン(略称:BPhen)、バソキュプロイン(略称:BCP)、4,4’ −ビス(5−メチル−ベンゾオキサゾール−2−イル)スチルベン(略称:BzOs)等を用いることができる。但し、電子輸送性物質はこれらに限定されない。
【0055】
また、電子輸送性物質に対して電子供与性を示す物質は、例えば、リチウム、セシウム等のアルカリ金属、マグネシウム、カルシウム等のアルカリ土類金属、エルビウム、イッテルビウム等の希土類金属等を用いることができる。但し、電子輸送物質に対して電子供与性を示す物質は、これらに限定されない。なお、電子輸送性物質に対して電子供与性を示す物質が、モル比が0.5から2(=電子輸送性物質に対して電子供与性を示す物質/電子輸送性物質)と成るように第3の層113に含まれていることが好ましい。
【0056】
また、第3の層113は、酸化亜鉛、硫化亜鉛、セレン化亜鉛、酸化スズ、酸化チタンのような物質からなる層であってもよい。
【0057】
また、第2の層112は発光層のみの単層構造からなる場合があったり、又は正孔輸送層121等を有しない場合もある。このような場合であって発光層が第3の層113と接するとき、第2の層112に含まれる層のうち第3の層113と接する層に含まれる物質は、発光物質を分散状態とするための物質に相当する。また、発光物質そのものに相当することがある。発光物質そのものとなるのは、Alq3等のように特に分散状態としなくても発光することができ、且つキャリアの輸送性の良い発光物質では、分散状態とすることなくAlq3のみからなる層を発光層として機能させることができるためである。
【0058】
このように、第2の層112と第3の層113とを接合することによって、第2の層112から第3の層113への電子の注入が容易になる。
【0059】
以上のような発光素子において、第1の電極として、金属酸化物を有する混在層に接した、高融点金属材料からなる導電層を形成することを特徴とする。なお金属酸化物を有する混在層に接して設けられる導電層には、当該金属酸化物を有する混在層形成によって、酸化しない材料、又は酸化する場合であっても導電性を示す材料であればよい。本発明により、第1の電極101による反射性を高めると同時に、第1の電極101と第1の層111との接触抵抗を良好なものとすることができる。なお本発明は上記効果を得ることができればよく、図1に示した発光素子の構造に限定されるものではない。例えば、第2の電極102を反射電極とし、第3の層113に金属酸化物を有する混在層を適用する場合、積層構造を有する第2の電極102として、金属酸化物を有する混在層に接して、高融点金属材料からなる導電層を形成する。その結果、第2の電極102の反射性を高めると同時に、第3の層113との接触抵抗を良好なものとすることができる。
【0060】
(実施の形態2)
さらに本発明において、各発光色(赤色、緑色、青色)を呈する発光素子ごとに、電界発光層のいずれか一つの層の膜厚を異ならせてもよい。その結果、発光波長の異なる発光素子に対して、光の取り出し効率を高めることができる。本実施の形態では、実施の形態1に示した電極構造に加えて、電界発光層、つまり第1の電極及び第2の電極を除くいずれか一の層の膜厚を異ならせた発光素子について説明する。
【0061】
図2に示すように、赤系色(R)、緑系色(G)、青系色(B)を発光する発光素子は、反射性を有する第1の電極101、及び透光性を有する第2の電極102の膜厚は共通なものとし、第1の層111R、111G、111B、第2の層112R、112G、112B、第3の層113R、113G、113Bのいずれかの膜厚を異ならせる。例えば、第1の層111R、111G、111Bを発光色毎に異ならせる。その結果、発光波長の異なる発光素子に対して、光の取り出し効率を高めることができる。
【0062】
これは発光領域からの光が入射した場合、反射電極たる第1の電極101での反射光には、位相の反転が生じ、直接光と反転光とによって光の干渉効果が生じる。その結果、発光領域と反射電極との光学的距離(屈折率×距離に相当)が、発光波長の[(2m−1)/4]倍(mは任意の正の整数)、具体的には、光学的距離=1/4、3/4、5/4・・・倍の時には、発光の外部取り出し効率が高くなる。これは光の干渉が強め合う条件である。このように強め合う条件を満たす光学的距離はいくつもあるため、光学的距離自体を発光色ごとに異ならせてもよい。例えば、波長の関係で膜厚が薄くなってしまう青系色は光学的距離=3/4を満たし、その他の赤系色、緑系色は光学的距離=1/4を満たすようにする。その結果、青系色において、光学的距離=1/4を満たす場合よりも、光学的距離=3/4を満たす場合の方が厚膜化でき、電極間短絡を防止することができる。勿論、光学的距離の数値は一例である。一方、m/2倍(mは任意の正の整数)具体的には、m=1/2、1、3/2・・・倍の時には発光の外部取り出し効率が低くなる。これは光の干渉が弱め合う条件である。
【0063】
したがって、本発明の発光素子において、発光領域と反射電極との光学的距離が、発光波長の(2m−1)/4倍(mは任意の正の整数)となるように、第1の層111から第3の層113のいずれかの膜厚を各発光素子で異ならせるとよい。
【0064】
特に、第1の層111から第3の層113において、電子と正孔が再結合する発光領域から反射電極との間の層の膜厚を異ならせると好ましい。また、発光領域から透明電極たる第2の電極102との間の層の膜厚を異ならせてもよい。さらにこれら両方の層の膜厚を異ならせても構わない。このようにして、発光を効率よく外部に取り出すことができるように、各層の膜厚を決定する。
【0065】
第1の層111から第3の層113のいずれかの膜厚を異ならせるため、層を厚膜化する必要がある。そこで本発明は、厚膜化する層に、有機化合物と、無機化合物である金属酸化物とが混在した混在層を用いることを特徴とする。
【0066】
一般に、発光素子の層を厚膜化すると、駆動電圧が増加してしまうため、好ましくなかった。しかし、有機化合物と無機化合物である金属酸化物とを有する混在層は厚膜化する場合であっても、駆動電圧を高くすることがない。さらには、駆動電圧自体を低くすることもできる。
【0067】
そして第1の層111から第3の層113のいずれかを厚膜化することにより、第1の電極101と第2の電極102とが短絡することを防止でき、量産性を高めることもでき、非常に好ましい。
【0068】
また、第1の層111から第3の層113を蒸着法で形成する場合、蒸着マスクをそのまま用いることができる。一方、反射電極や透明電極の膜厚を異ならせる場合では、その分のフォトリソグラフィー法工程、エッチング工程が必要と考えられ、工程数が増加してしまうため、第1の層111から第3の層113のいずれかの膜厚を異ならせると好ましい。
【0069】
このように膜厚を異ならせた構成を組み合わせることによって、光の取り出し効率をより高めることができる。
【0070】
(実施の形態3)
本実施の形態では、本発明の発光素子を有する画素の断面構造について、説明する。また、発光素子への電流の供給を制御するトランジスタ(以下、駆動用トランジスタと呼ぶ)がp型薄膜トランジスタ(TFT)であるとする。
【0071】
図3の画素断面図は、各発光素子603R、603G、603Bから発せられる光を第2の電極102側から取り出す、いわゆる上方出射型を示す。また、発光素子603R、603G、603Bからはそれぞれ各発光色(RGB)を呈すことができる(以下、合わせて発光素子603とも表記する)。発光素子603は、積層された第1の電極101(第1の導電層101a及び第2の導電層101bからなる)と第2の電極102を有し、それらの間には電界発光層605R、605G、605Bが設けられている。電界発光層605R、605G、605Bは、第1の層111乃至第3の層113に相当する。第1の電極101と、TFT601R、601G、601Bとは、それぞれ電気的に接続されている。
【0072】
TFT601R、601G、601Bは、厚さが10乃至200nmであって、島状に分離された半導体膜により、チャネル形成領域を有する。半導体膜は、非晶質半導体膜、結晶性半導体膜、微結晶半導体膜のいずれを用いてもよい。例えば、結晶性半導体膜を形成する場合、まず非晶質半導体膜を形成し、加熱処理により結晶化された結晶性半導体膜を形成することができる。加熱処理とは、加熱炉、レーザー照射、若しくはレーザー光の代わりにランプから発する光の照射(以下、ランプアニールと表記する)、又はそれらを組み合わせて用いることができる。
【0073】
レーザー照射を用いる場合、連続発振型のレーザー(CWレーザー)やパルス発振型のレーザー(パルスレーザー)を用いることができる。
【0074】
またパルス発振型のレーザーであって、半導体膜がレーザー光によって溶融してから固化するまでに、次のパルスのレーザー光を照射できるような繰り返し周波数でレーザー光を発振させることで、走査方向に向かって連続的に成長した結晶粒を得ることができる。すなわち、パルス発振の周期が、半導体膜が溶融してから完全に固化するまでの時間よりも短くなるように、繰り返しの周波数の下限を定めたパルスビームを使用することができる。実際に用いることができるパルスビームの発振周波数は10MHz以上であって、通常用いられている数十Hzから数百Hzの周波数帯よりも著しく高い周波数帯を使用する。
【0075】
その他の加熱処理として、加熱炉を用いる場合、非晶質半導体膜を500〜550℃で2〜20時間かけて加熱する。このとき、徐々に高温となるように温度を500〜550℃の範囲で多段階に設定するとよい。最初の低温加熱工程により、非晶質半導体膜の水素等が出てくるため、結晶化の際の膜荒れを低減する、いわゆる水素だしを行うことができる。さらに、結晶化を促進させる金属元素、例えばNiを非晶質半導体膜上に形成すると、加熱温度を低減することができ好ましい。このような金属元素を用いた結晶化であっても、600〜950℃に加熱しても構わない。
【0076】
但し、金属元素を形成する場合、半導体素子の電気特性に悪影響を及ぼすことが懸念されるので、該金属元素を低減又は除去するためのゲッタリング工程を施す必要が生じる。例えば、非晶質半導体膜をゲッタリングシンクとして金属元素を捕獲する工程を行えばよい。
【0077】
さらにTFT601R、601G、601Bは、該半導体膜を覆うゲート絶縁膜、第1の導電層及び第2の導電層が積層しているゲート電極、ゲート電極上に絶縁膜を有する。
【0078】
TFT601R、601G、601Bは、p型の不純物領域を有する半導体膜を有する。本実施の形態では、不純物領域として高濃度不純物領域のみを有する、所謂シングルドレイン構造とする。勿論TFT601R、601G、601Bは、半導体膜に低濃度不純物領域、及び高濃度不純物領域を有するLDD(低濃度ドレイン)構造や不純物領域がゲート電極と重なったGOLD(Gate Overlapped Drain)構造としてもよい。
【0079】
TFT601R、601G、601Bは層間絶縁膜607で覆われており、層間絶縁膜607上には開口部を有する隔壁608が形成されている。当該開口部では、積層された第1の電極101が露出しており、当該第1の電極101上に各電界発光層605R、605G、605B、第2の電極102が順に積層されている。
【0080】
電界発光層605R、605G、605Bは、第1の層111、第2の層112、第3の層113に相当する。そのため電界発光層において、発光色毎に、第1の層から第3の層のいずれかの膜厚を異ならせ、光の取り出し効率を高めることができる。本実施の形態は、上方出射型であるため、積層された第1の電極101に近い第1の層111の膜厚を、各発光色で異ならせるとよい。
【0081】
さらに好ましくは、第1の層111に有機化合物と、金属酸化物とが混在する混在層を用いると、厚膜化による駆動電圧の上昇を防止できる。このように有機化合物と、金属酸化物とが混在する混在層を用いる場合、積層された第1の電極101の上層である第2の導電層101bは窒化チタン等の高融点金属材料であり、該混在層との接触抵抗の低い材料とする。また第1の導電層101aは、アルミニウム等の反射性の高い材料とする。なお第1の導電層101a、第2の導電層101bの詳細は、上記実施の形態を参照することができる。
【0082】
その結果、当該混在する層と第1の電極101の接触抵抗を良好にすると同時に、高い光の取り出し効率を得ることができる。加えて、第1の層111の膜厚を、各発光色で異ならせることによって、光の取り出し効率をより高めることができる。
【0083】
本実施の形態は上方出射型の場合であるため、積層された第1の電極101は、反射性の高い材料からなる第1の導電層101aと、高融点金属材料であり、第1の層111との接触抵抗が良好な材料からなる第2の導電層101bからなる。第1の導電層101a及び第2の導電層101bの材料は実施の形態1を参照することができる。
【0084】
第2の電極102の材料は、透光性材料から形成する。具体的な材料は、実施の形態1を参照することができる。
【0085】
なお本実施の形態において、第1の電極101が陽極として機能し、第2の電極102が陰極として機能する。そのため、第1の電極101は仕事関数の小さい材料からなり、第2の電極102は仕事関数の大きい材料からなるとよい。
【0086】
TFT601R、601G、601Bがp型であるため、当該TFTに接続される配線を、そのまま陽極たる第1の電極101として機能させることもできる。このように配線を共用することによって工程数を削減することもできる。
【0087】
第1の電極101、又は第2の電極102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。
【0088】
層間絶縁膜607は、有機樹脂材料、無機絶縁材料またはシロキサン系樹脂で形成されたSi−O−Si結合を含む絶縁物(以下、シロキサン絶縁物と呼ぶ)を用いて形成することができる。シロキサン系樹脂はSi−O−Si結合を含む樹脂に相当する。シロキサンは、シリコン(Si)と酸素(O)との結合で骨格構造が構成される。置換基として、少なくとも水素を含む有機基(例えばアルキル基、芳香族炭化水素)が用いられる。置換基として、フルオロ基を用いてもよい。または置換基として、少なくとも水素を含む有機基と、フルオロ基とを用いてもよい。また層間絶縁膜607には、低誘電率材料(low−k材料)と呼ばれる材料を用いてもよい。
【0089】
隔壁608は、有機樹脂材料、無機絶縁材料またはシロキサン絶縁物を用いて形成することができる。有機樹脂材料ならば、例えばアクリル、ポリイミド、ポリアミドなど、無機絶縁材料ならば酸化珪素、窒化酸化珪素などを用いることができる。特に感光性の有機樹脂材料を隔壁608に用いて、第1の電極101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で、電界発光層の成膜不良、所謂段切れを防ぎ、第1の電極101と第2の電極102との短絡を防止できる。
【0090】
このように、発光素子603から発せられる光を、矢印で示すように第2の電極102側から取り出すことができる上方出射型の発光装置を提供することができる。
【0091】
本発明は、第1の電極101を積層構造として、金属酸化物を有する混在層に接する側に、高融点金属材料からなる導電層を形成することを特徴とする。なお金属酸化物を有する混在層に接して設けられる導電層には、当該金属酸化物を有する混在層形成によって、酸化しない材料、又は酸化する場合であっても導電性を示す材料であればよい。本発明により、第1の電極101の反射性を高めると同時に、電界発光層たる第1の層111との接触抵抗を良好なものとすることができる。
【0092】
なお本発明は上記効果を得ることができればよく、図3に示した画素構造に限定されるものではない。例えば、第2の電極102を反射電極とし、電界発光層たる第3の層113に金属酸化物を有する混在層を適用する場合、積層構造を有する第2の電極102として、金属酸化物を有する混在層に接して、高融点金属材料からなる導電層を形成し、下方から光を取り出す形態にもありうる。このような形態であっても、第2の電極102の反射性を高めると同時に、電界発光層たる第3の層113との接触抵抗を良好なものとすることができる。
【0093】
(実施の形態4)
本実施の形態では、駆動用トランジスタがn型TFTの場合における、画素の断面構造について説明する。なお本実施の形態では、第1の電極を陰極として機能させ、第2の電極を陽極として機能させる。そのため発光素子を、図1の発光素子の積層構造と逆とする。
【0094】
このような発光素子の積層構造においても、電界発光層のうち反射電極に接する層に、金属酸化物を有する混在層を用いることができる。反射電極に反射性の高い材料、アルミニウム、銀、アルミニウム合金、又は銀合金を用いるとその表面が酸化されて、当該混在層との接触抵抗が高くなってしまう。そのため、本実施の形態における発光素子であっても、反射電極の上層に、接触抵抗を考慮して、高融点金属材料である窒化チタン、チタン、タングステン、モリブデン等を用いることができる。
【0095】
図4の画素断面図は、各発光素子613R、613G、613Bから発せられる光を第2の電極102側から取り出す上方出射型を示す。また図3と同様に、発光素子613R、613G、613Bからはそれぞれ各発光色(RGB)を呈すことができる(以下、合わせて発光素子613とも表記する)。発光素子613は、積層された第1の電極101(第1の導電層101a及び第2の導電層101bからなる)と第2の電極102を有し、それらの間には電界発光層615R、615G、615Bが設けられている。電界発光層615R、615G、615Bは、第1の層111乃至第3の層113に相当する。電界発光層615R、615G、615Bは、発光色毎に膜厚が異なる。第1の電極101と、TFT611R、611G、611Bとは、それぞれ電気的に接続されている。
【0096】
TFT611R、611G、611Bは、上記実施の形態のTFT601R、601G、601Bと同様に形成することができる。
【0097】
本実施の形態は上方出射型の場合であるため、積層された第1の電極101は、反射性の高い材料からなる第1の導電層101aと、第1の層111との接触抵抗が良好な材料からなる第2の導電層101bと、を有する。第1の導電層101a及び第2の導電層101bの材料は実施の形態1を参照することができる。
【0098】
第2の電極102の材料は、透光性材料から形成する。具体的な材料は、実施の形態1を参照することができる。
【0099】
なお、第1の電極101が陰極として機能し、第2の電極102が陽極として機能する。そのため、第1の電極101は仕事関数の大きい材料からなり、第2の電極102は仕事関数の小さい材料からなるとよい。
【0100】
なお、駆動用トランジスタがn型であるため、TFT611R、611G、611Bに接続される配線をそのまま、陰極として機能する第1の電極101とすることができる。このように配線を共用することによって工程数を削減することができる。
【0101】
電界発光層615R、615G、615Bは、第1の層111、第2の層112、第3の層113に相当する。そのため電界発光層において、発光色毎に、第1の層から第3の層のいずれかの膜厚を異ならせ、光の取り出し効率を高めることができる。本実施の形態は、上方出射型であるため、積層された第1の電極101に近い第1の層111の膜厚を、各発光色で異ならせるとよい。
【0102】
さらに、第1の層111に有機化合物と、金属酸化物とが混在する混在層を用いることができ、厚膜化による駆動電圧の上昇を防止できる。このような金属酸化物には、リチウム酸化物(Li2O)、カルシウム酸化物(CaO)、ナトリウム酸化物(Na2O)、カリウム酸化物(K2O)、マグネシウム酸化物(MgO)、フッ化リチウム(LiF)、フッ化セシウム(CsF)、フッ化カルシウム(CaF2)等が挙げられる。また積層された第1の電極101の上層である第2の導電層101bは、窒化チタン、チタン、タングステン、モリブデン等の高融点金属材料であり、接触抵抗の低い材料とする。また第1の導電層101aは、アルミニウム、銀、アルミニウム合金、銀合金等の反射性の高い材料とする。
【0103】
その結果、当該混在する層と第1の電極101の接触抵抗を良好にすると同時に、高い光の取り出し効率を得ることができる。加えて、第1の層111の膜厚を、各発光色で異ならせることによって、光の取り出し効率をより高めることができる。
【0104】
このように、発光素子613から発せられる光を、矢印で示すように第2の電極102側から取り出す上方出射型の発光装置を提供することができる。
【0105】
本発明は、第1の電極101として、金属酸化物を有する混在層に接して、高融点金属材料からなる導電層を形成することを特徴とする。なお金属酸化物を有する混在層に接して設けられる導電層には、当該金属酸化物を有する混在層形成によって、酸化しない材料、又は酸化する場合であっても導電性を示す材料であればよい。本発明により、第1の電極101の反射性を高めると同時に、電界発光層たる第1の層111との接触抵抗を良好なものとすることができる。なお本発明は上記効果を得ることができればよく、図4に示した画素構造に限定されるものではない。例えば、第2の電極102を反射電極とし、電界発光層たる第3の層113に金属酸化物を有する混在層を適用する場合、積層構造を有する第2の電極102として、金属酸化物を有する混在層に接して、高融点金属材料からなる導電層を形成し、下方から光を取り出す形態にもありうる。このような形態であっても、第2の電極102の反射性を高めると同時に、電界発光層たる第3の層113との接触抵抗を良好なものとすることができる。
【0106】
(実施の形態5)
本実施の形態では、各トランジスタに非晶質半導体膜を有するトランジスタ(非晶質トランジスタ)を用いた場合における、画素の断面構造について説明する。
【0107】
本実施の形態に示す画素構成においても、電界発光層のうち反射電極に接する層、金属酸化物を有する混在層を用いることができる。反射電極に反射性の高い材料である、アルミニウム、銀、アルミニウム合金、又は銀合金を用いるとその表面が酸化されて、当該混在層との接触抵抗が高くなってしまう。そのため、本実施の形態における発光素子であっても、反射電極の上層に、接触抵抗を考慮して、高融点金属材料である窒化チタン、チタン、タングステン、モリブデン等を用いることができる。
【0108】
なお本実施の形態では、非晶質トランジスタは、n型半導体膜を有する。このようなn型半導体膜によって、ソース電極及びドレイン電極の接触抵抗を良好にすることができる。n型を有するトランジスタ621R、621G、621Bを用いるため、第1の電極を陰極として機能させ、第2の電極を陽極として機能させる構造は実施の形態4と同様である。またその他の構成は実施の形態3及び4と同様であるため説明を省略する。
【0109】
図13の画素断面図は、各発光素子623R、623G、623B(以下、合わせて発光素子623とも表記する)から発せられる光を第2の電極102側から取り出す上方出射型を示す。また図3と同様に、発光素子623は、積層された第1の電極101(第1の導電層101a及び第2の導電層101bからなる)と第2の電極102を有し、それらの間には電界発光層625R、625G、625Bが設けられている。電界発光層625R、625G、625Bは、第1の層111乃至第3の層113に相当する。電界発光層625R、625G、625Bは、発光色毎に膜厚が異なる。第1の電極101と、TFT621R、621G、621Bとは、それぞれ電気的に接続されている。
【0110】
本実施の形態は上方出射型の場合であるため、積層された第1の電極101は、反射性の高い材料からなる第1の導電層101aと、第1の層111との接触抵抗が良好な材料からなる第2の導電層101bからなる。第1の導電層101a及び第2の導電層101bの材料は実施の形態1を参照することができる。
【0111】
第2の電極102の材料は、透光性材料から形成する。具体的な材料は、実施の形態1を参照することができる。
【0112】
なお、第1の電極101が陰極として機能し、第2の電極102が陽極として機能する。そのため、第1の電極101は仕事関数の大きい材料からなり、第2の電極102は仕事関数の小さい材料からなるとよい。
【0113】
そして発光素子623から発せられる光を、矢印で示すように第2の電極102側から取り出すことができる上方出射型の発光装置を提供することができる。
【0114】
このような非晶質トランジスタを用いる場合、駆動回路はチップ630により形成する。そして、接続配線を用いて、非晶質トランジスタにチップ630が電気的に接続される。また別の接続配線631を介して、チップ630は外部回路と電気的に接続される。
【0115】
このような非晶質トランジスタを画素部に設けると、平坦性が高く、積層数がトップゲート型トランジスタと比較して少ないため、表示装置の薄型化を図ることができる。
【0116】
本発明は、第1の電極101として、金属酸化物を有する混在層に接して、高融点金属材料からなる導電層を形成することを特徴とする。なお金属酸化物を有する混在層に接して設けられる導電層には、当該金属酸化物を有する混在層形成によって、酸化しない材料、又は酸化する場合であっても導電性を示す材料であればよい。本発明により、第1の電極101の反射性を高めると同時に、電界発光層たる第1の層111との接触抵抗を良好なものとすることができる。なお本発明は上記効果を得ることができればよく、図13に示した画素構造に限定されるものではない。例えば、第2の電極102を反射電極とし、電界発光層たる第3の層113に金属酸化物を有する混在層を適用する場合、積層構造を有する第2の電極102として、金属酸化物を有する混在層に接して、高融点金属材料からなる導電層を形成し、下方から光を取り出す形態にもありうる。このような形態であっても、第2の電極102の反射性を高めると同時に、電界発光層たる第3の層113との接触抵抗を良好なものとすることができる。
【0117】
(実施の形態6)
本実施の形態では、パッシブ型の画素構成について、図14を用いて説明する。
【0118】
図14には、絶縁表面を有する基板(絶縁基板)上に発光素子633が設けられた画素構成を示す。なお基板上には、下地膜として機能する絶縁膜を設けてもよい。発光素子633は、積層された第1の電極101(第1の導電層101a及び第2の導電層101bからなる)と第2の電極102を有する。第1の電極101及び第2の電極102は、互いに交差するように設けられている。
【0119】
第1の電極101及び第2の電極102の間、つまり第1の電極101と第2の電極102との交差部には電界発光層625が設けられている。電界発光層625は、第1の層111乃至第3の層113に相当する。例えば第1の層111に金属酸化物を有する混在層を用いる。
【0120】
なお、パッシブ型の画素においては、隔壁やバンクとして機能する絶縁膜628(本実施の形態では第1の絶縁膜628a、第2の絶縁膜628bからなる)によって、隣接する電界発光層を分けることができる。第1の電極101上に、第1の絶縁膜628a及び第2の絶縁膜628bを形成する。所定の形状に加工、つまりパターニング後、第2の絶縁膜628bについては、下方に向かって細くなるような形状とする。すなわち、第2の絶縁膜628bの側面はある角度をもって傾く、所謂逆テーパ形状となっている。その結果、電界発光層625を全面に形成する場合であっても、絶縁膜628によって電界発光層625を分断することができ、隣接する電界発光層を分けることができる。
【0121】
また第1の電極101には、スイッチング素子として機能するトランジスタ635が接続されている。本実施の形態では、当該トランジスタとして、同一基板上に形成された非晶質半導体膜を有する薄膜トランジスタを用いるが、これに限定されるものではなく結晶性半導体膜を有する薄膜トランジスタや単結晶シリコンからなるICチップを用いてもよい。
【0122】
このようなパッシブ型の画素構成において、第1の電極101に、金属酸化物を有する混在層に接して、高融点金属材料からなる導電層を形成する本発明は、パッシブ型の画素構造にも適用することができる。なお本発明は上記効果を得ることができればよく、図14に示した画素構造に限定されるものではない。例えば、第2の電極102を反射電極とし、第3の層113に金属酸化物を有する混在層を適用する場合、積層構造を有する第2の電極102として、金属酸化物を有する混在層に接して、高融点金属材料からなる導電層を形成する。その結果、第2の電極102の反射性を高めると同時に、第3の層113との接触抵抗を良好なものとすることができる。
【0123】
(実施の形態7)
本実施の形態では、発光素子を有する画素の等価回路図について、図5、図12を用いて説明する。
【0124】
図5(A)は、画素の等価回路図の一例を示したものであり、信号線6114、電源線6115、走査線6116、それらの交差部に、発光素子6113、トランジスタ6110、6111、容量素子6112を有する。信号線6114には信号線駆動回路から映像信号が入力される。トランジスタ6110は、走査線6116に走査線駆動回路から入力される選択信号に従って、オンオフが制御され、トランジスタ6111へ入力される電流の供給を制御することができる。このようなトランジスタ6110をスイッチング用トランジスタと呼ぶことができる。トランジスタ6110がオンとなると、容量素子6112に電荷が蓄積され、当該電荷がトランジスタ6111のゲートソース間電位を超えると、トランジスタ6111がオンとなり、電源線6115から電流が供給される。そして、発光素子6113への電流が供給される。このようにして、発光素子6113の発光を制御することができる。このようなトランジスタ6111を駆動用トランジスタと呼ぶことができる。なお、図5(A)では、容量素子6112を図示したが、トランジスタ6111のゲート容量や他の寄生容量で賄うことが可能な場合には、設けなくてもよい。
【0125】
図5(B)は、図5(A)に示した画素に、トランジスタ6118と走査線6119を新たに設けた画素の等価回路図である。トランジスタ6118により、トランジスタ6111のゲートとソースを同電位とし、強制的に発光素子6113に電流が流れない状態を作ることができる。具体的には、容量素子6112に蓄積された電荷を放電させるため、容量素子6112の両端にトランジスタ6118のソース電極及びドレイン電極が接続されている。そして走査線6119により、トランジスタ6118のオンオフが制御される。このようなトランジスタ6118を消去用トランジスタと呼ぶことができる。
【0126】
トランジスタ6118により、全ての画素に映像信号が入力される期間よりも、サブフレーム期間の長さを短くすることができる。また駆動方法によって、図5(A)に示す画素であっても、強制的に発光素子6113に電流が流れない状態を作ることができる。
【0127】
図5(C)は、図5(B)に示した画素に、新たにトランジスタ6125と、配線6126を設けた画素の等価回路図である。トランジスタ6125は、そのゲートの電位が、配線6126によって固定されている。そして、トランジスタ6111とトランジスタ6125は、電源線6115と発光素子6113との間に直列に接続されている。よって図5(C)では、トランジスタ6125により発光素子6113に供給される電流の値が制御され、トランジスタ6111により発光素子6113への電流の供給の有無が制御できる。
【0128】
図12には、トランジスタ6111のゲートとソースとを同電位とし、強制的に発光素子6113に電流が流れない状態を作るために、ダイオード6128を設けた画素回路を示す。ダイオード6128は、トランジスタ6111のゲート電極と、走査線6119に接続されている。走査線6119が選択されると、ダイオード6128がオンとなり、走査線6119の電位とトランジスタ6111のゲート電位が同電位となり、トランジスタ6111がオフとなる。その結果、電源線6115からの電流が発光素子6113へ供給されることがなくなる。本実施の形態では、ダイオード6128がオンとなると、トランジスタ6111がオフとなるように、n型のダイオードと、p型のトランジスタを用い、走査線6119にはHighの信号を入力する。
【0129】
本形態の画素構成において、発光素子6113を発光状態に維持する場合、走査線6119にLowの信号を入力する。すると、ダイオード6128がオフとなり、トランジスタ6111のゲート電位を維持することができる。
【0130】
なお、ダイオード6128は、ダイオード接続したトランジスタ(n型トランジスタであるためゲートとドレインを接続した形態)を用いる場合を示したが、整流性がある素子であればよい。例えばPN型ダイオードでもよいし、PIN型ダイオードでもよいし、ショットキー型ダイオードでもよいし、ツェナー型ダイオードでもよい。
【0131】
なお、本発明の画素回路は、本実施の形態で示した構成に限定されない。また本実施の形態は、上記の実施の形態と自由に組み合わせることができる。
【0132】
(実施の形態8)
本発明の発光装置を備えた電子機器として、テレビジョン装置(単にテレビ、又はテレビジョン受信機ともよぶ)、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ等のカメラ、携帯電話装置(単に携帯電話機、携帯電話ともよぶ)、PDA等の携帯情報端末、携帯型ゲーム機、コンピュータ用のモニター、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6を参照して説明する。
【0133】
図6(A)に示す携帯情報端末機器は、本体9201、表示部9202等を含んでいる。表示部9202は、本発明の発光装置を適用することができる。その結果、接触抵抗が良好となり充分な電流を流すことができる。また膜厚を制御することによって光の取り出し効率を向上させることができる。これらにより、駆動電圧がおさえられた携帯情報端末機器を提供することができる。
【0134】
図6(B)に示すデジタルビデオカメラは、表示部9701、表示部9702等を含んでいる。表示部9701は本発明の発光装置を適用することができる。その結果、接触抵抗が良好となり充分な電流を流すことができる。また膜厚を制御することによって光の取り出し効率を向上させることができる。これらにより、駆動電圧がおさえられたデジタルビデオカメラを提供することができる。
【0135】
図6(C)に示す携帯電話機は、本体9101、表示部9102等を含んでいる。表示部9102は、本発明の発光装置を適用することができる。その結果、接触抵抗が良好となり充分な電流を流すことができる。また膜厚を制御することによって光の取り出し効率を向上させることができる。これらにより、駆動電圧がおさえられた携帯電話機を提供することができる。
【0136】
図6(D)に示す携帯型のテレビジョン装置は、本体9301、表示部9302等を含んでいる。表示部9302は、本発明の発光装置を適用することができる。その結果、接触抵抗が良好となり充分な電流を流すことができる。また膜厚を制御することによって光の取り出し効率を向上させることができる。これらにより、駆動電圧がおさえられた携帯型のテレビジョン装置を提供することができる。またテレビジョン装置としては、携帯電話機などの携帯端末に搭載する小型のものから、持ち運びをすることができる中型のもの、また、大型のもの(例えば40インチ以上)まで、幅広いものに、本発明の発光装置を適用することができる。
【0137】
図6(E)に示す携帯型のコンピュータは、本体9401、表示部9402等を含んでいる。表示部9402は、本発明の発光装置を適用することができる。その結果、接触抵抗が良好となり充分な電流を流すことができる。また膜厚を制御することによって光の取り出し効率を向上させることができる。これらにより、駆動電圧がおさえられた携帯型のコンピュータを提供することができる。
【0138】
図6(F)に示すテレビジョン装置は、本体9501、表示部9502等を含んでいる。表示部9502は、本発明の発光装置を適用することができる。その結果、接触抵抗が良好となり充分な電流を流すことができる。また膜厚を制御することによって光の取り出し効率を向上させることができる。これらにより、駆動電圧がおさえられたテレビジョン装置を提供することができる。
【0139】
このように、接触抵抗が良好となり充分な電流を流すことができ、また膜厚を制御することによって光の取り出し効率を向上させた本発明の発光装置により、駆動電圧がおさえられた電子機器を提供することができる。
【実施例】
【0140】
本実施例では、発光素子においてアルミニウムと窒化チタンとが積層した反射電極を用いると、金属酸化物を有する混在層との接触抵抗が向上し、発光輝度を高めることができることを確認するためのシミュレーション結果を示す。なお本シミュレーションでは、金属酸化物としてモリブデン酸化物を用いた。
【0141】
図7には、シミュレーションに用いた発光素子の構成を示す。発光素子は、第1の電極101として反射電極(50nm)、第1の層111としてモリブデン酸化物を有する混在層(各発光色で異なる任意の膜厚)、第2の層112として各発光色を呈する発光層(合計40nm)、第3の層113としてAlq3(20nm)、第2の電極102としてBzOs:Li(20nm)と銀(15nm)との積層を有する。発光層にはtBuDNAやAlq3が含まれる。また、第2の電極102に用いる銀の膜厚が非常に薄いため透光性を有し、上方出射型の発光素子となる。
【0142】
このような発光素子(素子領域2×2mm)に、6Vの電圧をかけたときの電流値は、反射電極にアルミニウムを用いた場合0.375(mA/cm2)であり、高融点金属材料である窒化チタンを用いた場合7.825(mA/cm2)であった。これより、アルミニウムはモリブデン酸化物を有する混在層との接触抵抗が高く、充分な電流を流すことができないことを示している。一方、窒化チタンはモリブデン酸化物を有する混在層との接触抵抗が低く、充分な電流を流すことができることを示している。そのため、モリブデン酸化物を有する混在層に接する層の反射電極には、高融点金属材料である窒化チタンを用いると好ましいことがわかる。
【0143】
また、発光素子は光源が内部に設けられた構造のため、透明電極として透光性を有する程度に薄く形成したアルミニウム、銀、アルミニウム合金、銀合金等の半透過膜を用いると強力な干渉を起こすため、光の取り出し効率を向上させることができる。
このように銀等による光の干渉を適用し、光の取り出し効率を高めるには、各発光色によって、発光領域と反射電極との距離を異ならせるとよい。
【0144】
図8(A)には視野角に対する、アルミニウムを反射電極にした場合の光の取り出し効率ηoptを示す。なお光の取り出し効率は干渉の無い光源の光を1として規格した値である。
図8(A)では赤色を呈する発光素子をその発光波長である630nm、緑色を呈する発光素子をその発光波長である530nm、青色を呈する発光素子をその発光波長である450nmとして示す。モリブデン酸化物を有する混在層の膜厚は、赤色、緑色、青色を呈す発光素子から順に238nm、178nm、126nmである。各色でモリブデン酸化物を有する混在層の膜厚を異ならせることによって、光の取り出し効率ηoptを向上させることができる。
【0145】
また図8(B)には視野角に対する、窒化チタンを反射電極にしたときの光の取り出し効率ηoptのシミュレーション結果を示す。モリブデン酸化物を有する混在層の膜厚は、赤色、緑色、青色を呈す発光素子から順に226nm、172nm、126nmである。各色でモリブデン酸化物を有する混在層の膜厚を異ならせることによって、光の取り出し効率ηoptを向上させることができる。
【0146】
図8(A)(B)より、全視野角において、高融点金属材料である窒化チタンを反射電極にしたときの光の取り出し効率は、アルミニウムを反射電極にしたときの光の取り出し効率よりも低いことがわかる。
【0147】
以上より、窒化チタンを用いるとモリブデン酸化物を有する混在層との接触抵抗が改善され充分な電流を流すことができるが、反射率が低いため、光の取り出し効率が低くなってしまうことがわかる。
【0148】
ところで発光素子の輝度Iextは以下のような式で表される。
Iext(cd/cm2)=ηext(cd/A)×J(電流密度:mA/cm2)
ηextは発光素子の構成が一定であれば、光の取り出し効率に比例することを示している。したがって、光の取り出し効率をηoptとすれば
Iext∝ηopt(cd/A)×J
となる。
【0149】
従って、6Vの電圧をかけたときの電流値と、図8のシミュレーション結果より、アルミニウムと、窒化チタンとのそれぞれを反射電極に用いたときの相対的な輝度を求めることができる。図9(A)(B)には、アルミニウムと窒化チタンとのそれぞれを反射電極に用いた場合であって、6Vを印加した時における相対的な輝度を示す。図9(A)には視野角に対する、アルミニウムを反射電極とした場合の輝度を示し、図9(B)には視野角に対する、窒化チタンを反射電極とした場合の輝度を示す。なお図9においても、図8と同様な膜厚となるように、モリブデン酸化物を有する混在層を、各発光色を呈する発光素子毎に異ならせ、光の取り出し効率を高める。
【0150】
図9(A)(B)より、全視野角において、高融点金属材料である窒化チタンを反射電極にしたときの輝度Iextは、アルミニウムを反射電極にしたときの輝度よりも高いことがわかる。
【0151】
そこで、本発明ではアルミニウムの上に1から20nmの膜厚を有する窒化チタンを設けた反射電極によって、モリブデン酸化物を有する混在層との良好な接触抵抗を得ると同時に、反射電極に対する光の反射率の低下を抑え、つまり反射率を最大限とし、輝度の高い発光素子を実現した。
【0152】
以下に、本発明の反射電極を用いた効果を示す実験結果を示す。
【0153】
図7に示す発光素子において、アルミニウム上に窒化チタンを10nm形成した反射電極を用いた2×2mm発光素子の6V印加時の電流値は8.05(mA/cm2)となった。すなわちアルミニウム上に窒化チタンを10nm形成した反射電極を用いた場合、窒化チタンと同等のモリブデン酸化物を有する混在層との接触抵抗が得られることがわかる。またこの電流値は、窒化チタン単層を反射電極に用いた値よりも大きく、窒化チタンの単層よりアルミニウムと窒化チタンとの積層を、反射電極に用いた方が好ましいことを示す。
【0154】
図10にアルミニウム上に窒化チタンを5nm成膜した反射電極を用いたときの、光の取り出し効率を求めるシミュレーション結果を示す。図8(A)に示したアルミニウムの場合と比較すると光の取り出し効率は低下する。しかし、図8(B)に示した窒化チタン単層に比べると、光の取り出し効率は大幅に改善されていることがわかる。
【0155】
この結果と、6V印加時の電流値は8.05(mA/cm2)を用いると、アルミニウム上に窒化チタンを5nm成膜した反射電極に用いたときの、相対的な6V時における輝度Iextを計算することができる。その結果は、図11のようになり、アルミニウムと窒化チタン単層に比較して大幅な輝度上昇を見込めることがわかる。
【0156】
このようにアルミニウムの上に1から20nm程度の薄い窒化チタンを設けた本発明により、モリブデン酸化物との良好な接触抵抗を得ると同時に、反射電極に対する光の反射率の低下を抑えて、輝度の高い発光素子を実現することができた。
【図面の簡単な説明】
【0157】
【図1】本発明の発光素子を示した図である
【図2】本発明の発光素子を示した図である
【図3】本発明の発光素子を有する画素を示した断面図である
【図4】本発明の発光素子を有する画素を示した断面図である
【図5】本発明の発光素子を有する画素回路を示した図である
【図6】本発明の発光素子を有する電子機器を示した図である
【図7】シミュレーションに用いた本発明の発光素子を示した図である
【図8】シミュレーション結果を示すグラフである
【図9】シミュレーション結果を示すグラフである
【図10】シミュレーション結果を示すグラフである
【図11】シミュレーション結果を示すグラフである
【図12】本発明の発光素子を有する画素回路を示した図である
【図13】本発明の発光素子を有する画素を示した断面図である
【図14】本発明の発光素子を有する画素を示した断面図である
【技術分野】
【0001】
本発明は、金属酸化物を有する混在層を含む発光素子を備えた発光装置に関する。
【背景技術】
【0002】
発光素子を有する表示装置(以下、発光装置と呼ぶ)は、液晶表示装置と比較して、広視野角、低消費電力、高応答速度という利点を有しており、その研究開発が盛んに行われている。
【0003】
発光素子は、一対の電極間に発光物質を備えた構成を有しており、該電極の透光性に応じて、発光物質からの光が出現される。
【0004】
例えば、一方向に光を出現させたい場合、該一方向側に設けられた一方の電極を、透光性を有する材料を用い、他方の電極を、反射性を有する材料を用いて形成する。他方の電極による反射を有効に使うことにより、光の取り出し効率を高めることができる。
【0005】
また、一対の電極間の光学的距離がある数式を満たすようにした共振器構造を導入し、共振波長と、取り出したい光のスペクトルのピーク波長を一致させた表示装置が提案されている(特許文献1参照)。
【特許文献1】特開2004−178930号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
ところで、特許文献1のように上方に出射するパネルにおいて陽極は反射電極として用いるため、アルミニウムや銀等の可視光での反射率が高い材料が望ましい。銀は加工が難しいため、陽極にはアルミニウムを用いることが多い。
【0007】
しかしアルミニウムや銀といった反射率の高い材料は酸化されやすく、例えばアルミニウムや銀等の導電膜上に酸素を含有する層を形成する場合、該導電膜は酸化されてしまう。酸化後は絶縁特性に近づくため、接触抵抗が高くなってしまう。その結果、電流を充分に供給することができず、駆動電圧が高くなり、電極として用いることが難しかった。
【0008】
そこで本発明は電極にアルミニウム等の可視光の反射率が高い材料を用いる場合であっても、接触抵抗を高めることなく、該電極上に酸素を含有する層を形成することができる発光装置及びその作製方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
上記課題を鑑み本発明は、高い反射率が求められる電極(反射電極と記す)に、アルミニウム(Al)、銀(Ag)、アルミニウムを含む合金(Al合金)、又は銀を含む合金(Ag合金)等の反射性の高い導電膜と、該導電膜の上層に設けられた高融点金属材料からなる導電膜との積層構造からなる電極を特徴とする。そして本発明の発光装置は、高融点金属材料からなる導電膜上に、酸素を含有する層である金属酸化物を有する混在層を設けた発光素子を有する。すなわち本発明は、積層構造とした電極の一である高融点金属材料からなる導電膜に接して金属酸化物を有する混在層を形成することを特徴とする。
アルミニウム(Al)、銀(Ag)、アルミニウムを含む合金(Al合金)、又は銀を含む合金(Ag合金)等の反射性の高い導電膜は、金属酸化物を有する混在層により酸化することが懸念されるが、高融点金属材料からなる導電膜を設けたことにより、酸化を防止することができる。
【0010】
なお高融点金属材料からなる導電膜には、当該金属酸化物を有する混在層によって酸化されない材料、又は酸化される場合であっても導電性を示す材料であればよい。また高融点金属材料からなる導電膜は、金属酸化物との接触抵抗が低い材料であると表記することができる。このような高融点金属材料からなる導電膜の材料には、チタン(Ti)、タングステン(W)、モリブデン(Mo)、またはこれらを有する化合物、例えばチタン化合物である窒化チタン(TiN)を用いることができる。
【0011】
このような本発明の発光素子において、発光素子からの光が射出される側の透明電極には、酸化インジウム酸化スズ合金(ITO)等の透明電極材料を用いる。またITO以外にも、反射率の高い反射性材料、言い換えると非透光性材料であって、当該材料の膜厚を光が透過する程度まで薄膜化した材料を用いてもよい。このように光の射出側の電極に、薄膜化された反射性を有する材料を用いると、反射電極との間で、発光素子からの光を干渉させることができ、光の外部取り出し効率を高めることができる。
【0012】
また本発明の発光素子において、反射電極で反射する発光層からの光と、発光層から直接出射される光とに干渉を生じさせ、発光素子の光の外部取り出し効率を高めることもできる。このように取り出し効率を高めるためには、電界発光層のいずれかの層、具体的には反射電極と発光層との間の層の膜厚を制御する。また取り出し効率が高くなるように膜厚を、発光色ごとに異ならせるように膜厚を制御するとよい。
【0013】
以下に、本発明の具体的な形態を示す。
【0014】
本発明は、積層された第1の電極と、第1の電極上に設けられた電界発光層と、電界発光層上に設けられた第2の電極と、を有し、電界発光層は、第1の電極と接する側に金属酸化物を有する混在層を含み、第1の電極は、金属酸化物を有する混在層との接触抵抗が低い材料からなる導電膜を含む発光装置である。金属酸化物を有する混在層との接触抵抗が低い材料とは、高融点金属材料である。
【0015】
別形態の本発明は、第1の電極が有する第1の導電層及び第2の導電層と、第2の導電層に接して設けられた電界発光層と、電界発光層上に設けられた第2の電極と、を有し、電界発光層において、第2の導電層と接する領域には金属酸化物を有する混在層が設けられており、第2の導電層は金属酸化物を有する混在層との接触抵抗が低い材料からなる導電膜からなる発光装置である。金属酸化物を有する混在層との接触抵抗が低い材料とは、高融点金属材料である。
【0016】
別形態の本発明は、反射性を有する、積層された第1の電極と、第1の電極上に設けられた電界発光層と、電界発光層上に設けられた、透光性を有する第2の電極と、を有し、第1の電極は、電界発光層と接する側に高融点金属材料からなる導電膜を含み、電界発光層は、第1の電極と接する側に金属酸化物を有する混在層を含む発光装置である。高融点金属材料の一例として、窒化チタンが挙げられる。
【0017】
別形態の本発明は、反射性を有する第1の電極が有する第1の導電層及び第2の導電層と、第2の導電層に接して設けられた電界発光層と、電界発光層上に設けられた、透光性を有する第2の電極と、を有し、第2の導電層は高融点金属材料からなり、電界発光層において、第2の導電層と接する領域には金属酸化物を有する混在層が設けられている発光装置である。高融点金属材料の一例として、窒化チタンが挙げられる。
【0018】
別形態の本発明は、積層された第1の電極と、第1の電極上に設けられた電界発光層と、電界発光層上に設けられた第2の電極とを有する赤色、緑色、及び青色を呈する複数の発光素子を有し、第1の電極は、電界発光層と接する側に窒化チタンからなる導電膜を含み、電界発光層は、第1の電極と接する側に金属酸化物を有する混在層を含み、赤色、緑色、及び青色を呈する発光素子において、第1の電極の膜厚は同一であり、電界発光層、具体的には金属酸化物を有する混在層の膜厚が異なっている発光装置である。
【0019】
別形態の本発明は、第1の電極が有する第1の導電層及び第2の導電層と、第2の導電層に接して設けられた電界発光層と、電界発光層上に設けられた第2の電極とを有する赤色、緑色、及び青色を呈する複数の発光素子を有し、第2の導電層は窒化チタンからなり、電界発光層において、第2の導電層と接する領域には金属酸化物を有する混在層が設けられており、赤色、緑色、及び青色を呈する発光素子において、第1の電極の膜厚は同一であり、電界発光層の膜厚、具体的には金属酸化物を有する混在層の膜厚が異なっている発光装置である。
【0020】
また本発明において第1の電極にはスイッチング用素子として薄膜トランジスタが接続されている。当該薄膜トランジスタはnチャネル型又はpチャネル型を有する。
【0021】
なお電界発光層において、第1の電極に接する層に金属酸化物の混在層ではなく、酸化インジウム酸化スズ合金(ITO)等の透明導電層を用いてもよい。透明導電層を用いる場合、透明導電層と接触抵抗が低い、高融点金属材料を、第1の電極の上層に用いればよい。
【0022】
また反射電極には、アルミニウムの代わりにアルミニウム合金、銀、又は銀合金を用いてもよい。アルミニウム合金、銀、銀合金も反射性を有する金属材料であるからである。また、窒化チタンの代わりに、チタン(Ti)、タングステン(W)、モリブデン(Mo)を用いてもよい。これら材料を代替する場合、電界発光層の下層であって、金属酸化物を有する混在層と接する側には、該層と接触抵抗が低い、高融点金属材料を第1の電極の上層に用いる。
【発明の効果】
【0023】
発光素子の反射電極にアルミニウム等の反射性の高い電極材料と、窒化チタン等の高融点金属材料とからなる積層構造を用いることにより、金属酸化物を有する混在層と、当該反射電極の接触抵抗を良好にすると同時に、高い光の取り出し効率を得ることができる。その結果、従来の反射電極であるアルミニウム単層、又は窒化チタン単層を用いる場合に比べて、高い輝度を持った発光素子及び発光装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0024】
以下に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。但し、本発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、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し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、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。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【0025】
(実施の形態1)
本実施の形態では、発光素子の構成について説明する。
【0026】
図1に示すように、本発明の発光素子は、対向する第1の電極101、第2の電極102を有し、第1の電極101から順に、第1の層111、第2の層112、第3の層113が積層されている。このような発光素子は、第1の電極101と、第2の電極102とに電位差を与えると、発光することができる。例えば第1の電極の電位を、第2の電極の電位より高くすると、第1の層111から第2の層112へ正孔が注入され、第3の層113から第2の層112へ電子が注入される。正孔と、電子とが、第2の層112において再結合し、発光物質を励起状態にする。そして、励起状態の発光物質は、基底状態に戻るときに発光し、第2の電極102から発光を得ることができる。このような発光は、透光性を有する第2の電極102から発光を得ることができる。言い換えると、発光を取り出したい側の電極に、透光性を有する材料を用いる。
【0027】
第1の電極101は反射性を有し、第2の電極102は透光性を有する。反射性を有する電極を反射電極と記し、透光性を有する電極を透明電極と記すことができる。
【0028】
このような発光素子において、第1の電極101を少なくとも2層の導電層101a、101bから構成する。すなわち第1の電極101を積層構造によって構成する。その結果、第1の電極101に対する光の反射率を高めると同時に、第1の層111に金属酸化物を有する混在層といった酸素を含有する層を用いた場合であっても、第1の層111との接触抵抗を良好なものとすることができる。
【0029】
第1の導電層101aには反射性の高い、アルミニウム、銀、アルミニウム合金、銀合金、これらのいずれかを有する合金を用いることができる。このような反射性の高い材料は酸化しやすいため、後に第1の層111を形成するとき、表面に酸化物が形成される恐れがあることがわかった。酸化物が形成されると絶縁性特性を示すようになり、接触抵抗が増加してしまう。また、金属酸化物を有する混在層を有する発光素子は、その特性が高く、好ましかった。そこで、第2の導電層101bには高融点金属材料、例えば窒化チタン、チタン、タングステン、モリブデンを用いることとした。すなわち、第2の導電層101bとして用いられる高融点金属材料からなる導電層とは、金属酸化物を有する混在層の形成によって酸化しない材料、又は酸化する場合であっても導電性を示す材料である。
【0030】
なお金属酸化物を有する混在層とは、当該金属酸化物と、有機化合物とが混在している層である。混在層は、金属酸化物と有機化合物とが厳密に混在している必要はなく、共蒸着法によって作製された程度に混在した状態を含む。例えば、共蒸着法によって作製した結果、各層が非常に薄く積層した状態も含まれる。
【0031】
本構成により、第1の電極101の反射性を高めると同時に、第1の層111との接触抵抗を良好なものとすることができる。
【0032】
また第2の電極102である透明電極には、ITO、ITOに珪素が混入したITSO、2から20%の酸化亜鉛を含む酸化インジウム等を用いることができる。また上記の反射性材料を薄くし、透光性を有するように薄膜化して形成してもよい。このような薄膜化された反射性の材料を用いることによって、第1の電極101と第2の電極102との間で発光を干渉させることができ、取り出し効率を高めることができる。
【0033】
これらの反射電極や透明電極は、スパッタリング法や蒸着法等を用いて形成することができる。また反射電極において、第1の導電層101aと第2の導電層101bとは、大気開放することなく連続して形成することができる。さらに、第1の電極101から第2の電極102までを、大気開放することなく連続して形成することもできる。発光素子の不純物汚染を防止する点で有利である。
【0034】
次に第1の層111から第3の層113の構成について説明する。
【0035】
第1の層111は、正孔を発生する層である。このような層としては、例えば、正孔輸送性物質と、その物質に対して電子受容性を示す物質と含む層が挙げられる。また正孔輸送性物質に対して電子受容性を示す物質は、モル比が0.5から2(=正孔輸送性物質に対して電子受容性を示す物質/正孔輸送性物質)と成るように第1の層111が含まれていることが好ましい。
【0036】
正孔輸送性物質とは、電子よりも正孔の輸送性が高い物質であり、例えば、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)、4,4’−ビス[N−(3−メチルフェニル)−N−フェニルアミノ]ビフェニル(略称:TPD)、4,4’,4’’−トリス(N,N−ジフェニルアミノ)トリフェニルアミン(略称:TDATA)、4,4’,4’’−トリス[N−(3−メチルフェニル)−N−フェニルアミノ]トリフェニルアミン(略称:MTDATA)、4,4’−ビス[N−{4−(N,N−ジ−m−トリルアミノ)フェニル}−N−フェニルアミノ]ビフェニル(略称:DNTPD)等の芳香族アミン化合物や、フタロシアニン(略称:H2Pc)、銅フタロシアニン(略称:CuPc)、バナジルフタロシアニン(略称:VOPc)等のフタロシアニン化合物等の有機化合物を用いることができる。なお、正孔輸送性物質は、これらに限定されるものではない。
【0037】
また、正孔輸送性物質に対して電子受容性を示す物質は、例えば、バナジウム酸化物、モリブデン酸化物、ニオブ酸化物、レニウム酸化物、タングステン酸化物、ルテニウム酸化物、チタン酸化物、クロム酸化物、ジルコニウム酸化物、ハフニウム酸化物、及びタンタル酸化物等のいずれかの金属酸化物を用いることができる。なお正孔輸送性物質に対して電子受容性を示す物質は、これらに限定されるものではない。
【0038】
正孔輸送性物質となる有機化合物と、その物質に対して電子受容性を示す金属酸化物とが混在した混在層は、共蒸着法により作製することができる。具体的に第1の層111は、抵抗加熱蒸着同士による共蒸着法、電子ビーム蒸着同士による共蒸着法、抵抗加熱蒸着と電子ビーム蒸着による共蒸着法、抵抗加熱蒸着とスパッタリング法による成膜、電子ビーム蒸着とスパッタリングによる成膜など、同種、異種方法を組み合わせて形成することができる。また、上記例は2種の材料を含む層を想定しているが、3種以上の材料を含む場合も同様に、同種、異種方法を組み合わせて形成することができる。
【0039】
なお第1の層111に、その他の有機化合物を含んでいてもよい。その他の有機化合物には、ルブレン等が挙げられる。ルブレンを加えることにより、信頼性を向上させることができる。
【0040】
この他、第1の層111は、モリブデン酸化物、バナジウム酸化物、ルテニウム酸化物、コバルト酸化物、銅酸化物のような金属酸化物からなる層としてもよい。
【0041】
但し、第1の層111は、上記のように有機化合物と金属酸化物とを有する混在層から形成すると、導電性が高くなり好ましい。導電性が高いと、第1の層111を厚膜化することができ、第1の電極101と第2の電極102との短絡を防止することができる。
【0042】
さらに、発光素子において、第1の電極101で反射する発光層からの光と、発光層から直接出射される光とに干渉を生じさせ、発光素子の光の外部取り出し効率を高めることもできる。このように取り出し効率を高めるためには、第1の層111の膜厚を制御すればよい。また発光素子からの光によって、発光色ごとに第1の層111の膜厚を異ならせるとよい。
【0043】
このような第1の層111と接触抵抗が良好な材料を、第1の電極101の上層である第2の導電層101bに用いる。本実施の形態では、第1の層111にモリブデン酸化物を含む混在層を用い、第2の導電層101bに窒化チタンを用い、第1の電極101の下層である第1の導電層101aにはアルミニウムを用いる。その結果、第1の電極101と第1の層111との接触抵抗を良好にすると同時に、高い光の取り出し効率を得ることができる。
【0044】
第2の層112は、発光層を含む層である。第2の層112の構造は、単層でも多層でも構わない。例えば、図1に示すように、第2の層112は、発光層122の他、正孔輸送層121、電子輸送層123、電子注入層124といった機能的に異なる層を有することができる。勿論、第2の層112は発光層122のみからなる単層であってもよい。
【0045】
また第2の層112は、発光物質が、発光物質の有するエネルギーギャップよりも大きいエネルギーギャップを有する物質からなる層中に、分散して含まれた層を有すればよい。なお、発光物質とは、発光効率が良好で、所望の発光波長の発光をし得る物質である。なお、エネルギーギャップとはLUMO準位とHOMO準位との間のエネルギーギャップをいう。
【0046】
発光物質を分散させるために用いる物質には、例えば、9,10−ジ(2−ナフチル)−2−tert−ブチルアントラセン(略称:t−BuDNA)等のアントラセン誘導体、または4,4’−ジ(N−カルバゾリル)ビフェニル(略称:CBP)等のカルバゾール誘導体の他、ビス[2−(2’−ヒドロキシフェニル)ピリジナト]亜鉛(略称:Znpp2)、ビス[2−(2’−ヒドロキシフェニル)ベンズオキサゾラト]亜鉛(略称:ZnBOX)等の金属錯体等を用いることができる。但し、発光物質を分散させるために用いる物質はこれらの材料に限定されない。上記のような構造であると、発光物質からの発光が、濃度に起因して消光してしまうことを防ぐことができる。
【0047】
赤色系の発光を得たいときには、第2の層112に、4−ジシアノメチレン−2−イソプロピル−6−[2−(1,1,7,7−テトラメチルジュロリジン−9−イル)エテニル]−4H−ピラン(略称:DCJTI)、4−ジシアノメチレン−2−メチル−6−[2−(1,1,7,7−テトラメチルジュロリジン−9−イル)エテニル]−4H−ピラン(略称:DCJT)、4−ジシアノメチレン−2−tert−ブチル−6−[2−(1,1,7,7−テトラメチルジュロリジン−9−イル)エテニル]−4H−ピラン(略称:DCJTB)やペリフランテン、2,5−ジシアノ−1,4−ビス[2−(10−メトキシ−1,1,7,7−テトラメチルジュロリジン−9−イル)エテニル]ベンゼン、ビス[2,3−ビス(4−フルオロフェニル)キノキサリナイト]イリジウム(アセチルアセトナート)(略称:Ir[Fdpq]2acac)等を用いることができる。但しこれらの材料に限定されず、600nm以上680nm以下に発光スペクトルのピークを有する発光を呈する物質を用いることができる。
【0048】
緑色系の発光を得たいときは、第2の層112に、N,N’−ジメチルキナクリドン(略称:DMQd)、クマリン6やクマリン545T、トリス(8−キノリノラト)アルミニウム(略称:Alq3)等を用いることができる。但しこれらの材料に限定されず、500nm以上550nm以下に発光スペクトルのピークを有する発光を呈する物質を用いることができる。
【0049】
青色系の発光を得たいときは、第2の層112に、9,10−ジ(2−ナフチル)−tert−ブチルアントラセン(略称:t−BuDNA)、9,9’−ビアントリル、9,10−ジフェニルアントラセン(略称:DPA)、9,10−ジ(2−ナフチル)アントラセン(略称:DNA)、ビス(2−メチル−8−キノリノラト)−4−フェニルフェノラト−ガリウム(略称:BGaq)、ビス(2−メチル−8−キノリノラト)−4−フェニルフェノラト−アルミニウム(略称:BAlq)等を用いることができる。但しこれらの材料に限定されず、420nm以上500nm以下に発光スペクトルのピークを有する発光を呈する物質を用いることができる。
【0050】
なお、図1に示すように正孔輸送層121を設けたことにより、第1の電極101と、発光層122との距離を長くすることができ、発光が金属に起因して消光することを防ぐことができる。なお、正孔輸送層121とは、第1の電極101から注入された正孔を発光層122へ輸送する機能を有する層である。具体的な材料は、上述したα−NPD、TPD、TDATA、MTDATA、DNTPDなどを用いることができる。但し、正孔輸送層121は、これらに限定されず、前述のような電子の移動度よりも正孔の移動度が高い正孔輸送性物質を用いて形成することができる。具体的には10−6cm2/Vs以上の正孔移動度を有する物質を用いて、正孔輸送層121を形成すると好ましい。また、正孔輸送層121は、上記に記載の物質からなる層を二以上組み合わせて形成した多層構造の層であってもよい。
【0051】
また、図1に示すように、第2の電極102と発光層122との間に電子輸送層123を設けることができる。このように、電子輸送層123を設けたことにより、第2の電極102と発光層122との距離を長くすることができ、発光が金属に起因して消光することを防ぐことができる。電子輸送層123とは、注入された電子を発光層122へ輸送する機能を有する層である。具体的な材料は、Alq3、Almq3、BeBq2、BAlq、Zn(BOX)2、Zn(BTZ)2、PBD、OXD−7、TAZ、p−EtTAZ、BPhen、BCP等を用いて形成することができる。但し、電子輸送層123はこれらに限定されず、正孔の移動度よりも、電子の移動度が高い電子輸送性物質を用いて形成すればよい。具体的には10−6cm2/Vs以上の電子移動度を有する物質を用いて、電子輸送層123を形成すると好ましい。また電子輸送層123は、上記に記載の物質からなる層を二以上組み合わせて形成した多層構造の層であってもよい。
【0052】
さらに図1に示すように、第2の電極102と電子輸送層123との間には、電子注入層124を有していてもよい。なお、電子注入層124とは、第2の電極102等から電子輸送層123へ電子の注入を補助する機能を有する層である。具体的な材料は、フッ化カルシウムやフッ化リチウム、酸化リチウムや塩化リチウムなどのアルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩などを用いることができる。この他、トリス(8−キノリノラト)アルミニウム(略称:Alq3)やバソキュプロイン(略称:BCP)などのいわゆる電子輸送性の材料にリチウムなどのドナー性化合物を添加した層も用いることができる。また、上述した電子輸送性物質と、その物質に対して電子供与性を示す物質とを含む層により、電子注入層124を形成してもよい。但し、電子注入層124は、これらに限定されるものではない。
【0053】
なお、第2の層112に含まれる層のうち第1の層111と接する層は、第2の層112が積層構造を有する場合、正孔輸送層121に相当する。
【0054】
また第3の層113は、電子を発生する層である。このような層としては、例えば、電子輸送性物質と、その物質に対して電子供与性を示す物質とを含む層が挙げられる。なお電子輸送性物質とは、正孔よりも電子の輸送性が高い物質であり、例えば、トリス(8−キノリノラト)アルミニウム(略称:Alq3)、トリス(4−メチル−8−キノリノラト)アルミニウム(略称:Almq3)、ビス(10−ヒドロキシベンゾ[h]−キノリナト)ベリリウム(略称:BeBq2)、ビス(2−メチル−8−キノリノラト)−4−フェニルフェノラト−アルミニウム(略称:BAlq)、ビス[2−(2’−ヒドロキシフェニル)ベンゾオキサゾラト]亜鉛(略称:Zn(BOX)2)、ビス[2−(2’−ヒドロキシフェニル)ベンゾチアゾラト]亜鉛(略称:Zn(BTZ)2)等の金属錯体の他、2−(4−ビフェニリル)−5−(4−tert−ブチルフェニル)−1,3,4−オキサジアゾール(略称:PBD)、1,3−ビス[5−(4−tert−ブチルフェニル)−1,3,4−オキサジアゾール−2−イル]ベンゼン(略称:OXD−7)、3−(4−ビフェニリル)−4−フェニル−5−(4−tert−ブチルフェニル)−1,2,4−トリアゾール(略称:TAZ)、3−(4−ビフェニリル)−4−(4−エチルフェニル)−5−(4−tert−ブチルフェニル)−1,2,4−トリアゾール(略称:p−EtTAZ)、バソフェナントロリン(略称:BPhen)、バソキュプロイン(略称:BCP)、4,4’ −ビス(5−メチル−ベンゾオキサゾール−2−イル)スチルベン(略称:BzOs)等を用いることができる。但し、電子輸送性物質はこれらに限定されない。
【0055】
また、電子輸送性物質に対して電子供与性を示す物質は、例えば、リチウム、セシウム等のアルカリ金属、マグネシウム、カルシウム等のアルカリ土類金属、エルビウム、イッテルビウム等の希土類金属等を用いることができる。但し、電子輸送物質に対して電子供与性を示す物質は、これらに限定されない。なお、電子輸送性物質に対して電子供与性を示す物質が、モル比が0.5から2(=電子輸送性物質に対して電子供与性を示す物質/電子輸送性物質)と成るように第3の層113に含まれていることが好ましい。
【0056】
また、第3の層113は、酸化亜鉛、硫化亜鉛、セレン化亜鉛、酸化スズ、酸化チタンのような物質からなる層であってもよい。
【0057】
また、第2の層112は発光層のみの単層構造からなる場合があったり、又は正孔輸送層121等を有しない場合もある。このような場合であって発光層が第3の層113と接するとき、第2の層112に含まれる層のうち第3の層113と接する層に含まれる物質は、発光物質を分散状態とするための物質に相当する。また、発光物質そのものに相当することがある。発光物質そのものとなるのは、Alq3等のように特に分散状態としなくても発光することができ、且つキャリアの輸送性の良い発光物質では、分散状態とすることなくAlq3のみからなる層を発光層として機能させることができるためである。
【0058】
このように、第2の層112と第3の層113とを接合することによって、第2の層112から第3の層113への電子の注入が容易になる。
【0059】
以上のような発光素子において、第1の電極として、金属酸化物を有する混在層に接した、高融点金属材料からなる導電層を形成することを特徴とする。なお金属酸化物を有する混在層に接して設けられる導電層には、当該金属酸化物を有する混在層形成によって、酸化しない材料、又は酸化する場合であっても導電性を示す材料であればよい。本発明により、第1の電極101による反射性を高めると同時に、第1の電極101と第1の層111との接触抵抗を良好なものとすることができる。なお本発明は上記効果を得ることができればよく、図1に示した発光素子の構造に限定されるものではない。例えば、第2の電極102を反射電極とし、第3の層113に金属酸化物を有する混在層を適用する場合、積層構造を有する第2の電極102として、金属酸化物を有する混在層に接して、高融点金属材料からなる導電層を形成する。その結果、第2の電極102の反射性を高めると同時に、第3の層113との接触抵抗を良好なものとすることができる。
【0060】
(実施の形態2)
さらに本発明において、各発光色(赤色、緑色、青色)を呈する発光素子ごとに、電界発光層のいずれか一つの層の膜厚を異ならせてもよい。その結果、発光波長の異なる発光素子に対して、光の取り出し効率を高めることができる。本実施の形態では、実施の形態1に示した電極構造に加えて、電界発光層、つまり第1の電極及び第2の電極を除くいずれか一の層の膜厚を異ならせた発光素子について説明する。
【0061】
図2に示すように、赤系色(R)、緑系色(G)、青系色(B)を発光する発光素子は、反射性を有する第1の電極101、及び透光性を有する第2の電極102の膜厚は共通なものとし、第1の層111R、111G、111B、第2の層112R、112G、112B、第3の層113R、113G、113Bのいずれかの膜厚を異ならせる。例えば、第1の層111R、111G、111Bを発光色毎に異ならせる。その結果、発光波長の異なる発光素子に対して、光の取り出し効率を高めることができる。
【0062】
これは発光領域からの光が入射した場合、反射電極たる第1の電極101での反射光には、位相の反転が生じ、直接光と反転光とによって光の干渉効果が生じる。その結果、発光領域と反射電極との光学的距離(屈折率×距離に相当)が、発光波長の[(2m−1)/4]倍(mは任意の正の整数)、具体的には、光学的距離=1/4、3/4、5/4・・・倍の時には、発光の外部取り出し効率が高くなる。これは光の干渉が強め合う条件である。このように強め合う条件を満たす光学的距離はいくつもあるため、光学的距離自体を発光色ごとに異ならせてもよい。例えば、波長の関係で膜厚が薄くなってしまう青系色は光学的距離=3/4を満たし、その他の赤系色、緑系色は光学的距離=1/4を満たすようにする。その結果、青系色において、光学的距離=1/4を満たす場合よりも、光学的距離=3/4を満たす場合の方が厚膜化でき、電極間短絡を防止することができる。勿論、光学的距離の数値は一例である。一方、m/2倍(mは任意の正の整数)具体的には、m=1/2、1、3/2・・・倍の時には発光の外部取り出し効率が低くなる。これは光の干渉が弱め合う条件である。
【0063】
したがって、本発明の発光素子において、発光領域と反射電極との光学的距離が、発光波長の(2m−1)/4倍(mは任意の正の整数)となるように、第1の層111から第3の層113のいずれかの膜厚を各発光素子で異ならせるとよい。
【0064】
特に、第1の層111から第3の層113において、電子と正孔が再結合する発光領域から反射電極との間の層の膜厚を異ならせると好ましい。また、発光領域から透明電極たる第2の電極102との間の層の膜厚を異ならせてもよい。さらにこれら両方の層の膜厚を異ならせても構わない。このようにして、発光を効率よく外部に取り出すことができるように、各層の膜厚を決定する。
【0065】
第1の層111から第3の層113のいずれかの膜厚を異ならせるため、層を厚膜化する必要がある。そこで本発明は、厚膜化する層に、有機化合物と、無機化合物である金属酸化物とが混在した混在層を用いることを特徴とする。
【0066】
一般に、発光素子の層を厚膜化すると、駆動電圧が増加してしまうため、好ましくなかった。しかし、有機化合物と無機化合物である金属酸化物とを有する混在層は厚膜化する場合であっても、駆動電圧を高くすることがない。さらには、駆動電圧自体を低くすることもできる。
【0067】
そして第1の層111から第3の層113のいずれかを厚膜化することにより、第1の電極101と第2の電極102とが短絡することを防止でき、量産性を高めることもでき、非常に好ましい。
【0068】
また、第1の層111から第3の層113を蒸着法で形成する場合、蒸着マスクをそのまま用いることができる。一方、反射電極や透明電極の膜厚を異ならせる場合では、その分のフォトリソグラフィー法工程、エッチング工程が必要と考えられ、工程数が増加してしまうため、第1の層111から第3の層113のいずれかの膜厚を異ならせると好ましい。
【0069】
このように膜厚を異ならせた構成を組み合わせることによって、光の取り出し効率をより高めることができる。
【0070】
(実施の形態3)
本実施の形態では、本発明の発光素子を有する画素の断面構造について、説明する。また、発光素子への電流の供給を制御するトランジスタ(以下、駆動用トランジスタと呼ぶ)がp型薄膜トランジスタ(TFT)であるとする。
【0071】
図3の画素断面図は、各発光素子603R、603G、603Bから発せられる光を第2の電極102側から取り出す、いわゆる上方出射型を示す。また、発光素子603R、603G、603Bからはそれぞれ各発光色(RGB)を呈すことができる(以下、合わせて発光素子603とも表記する)。発光素子603は、積層された第1の電極101(第1の導電層101a及び第2の導電層101bからなる)と第2の電極102を有し、それらの間には電界発光層605R、605G、605Bが設けられている。電界発光層605R、605G、605Bは、第1の層111乃至第3の層113に相当する。第1の電極101と、TFT601R、601G、601Bとは、それぞれ電気的に接続されている。
【0072】
TFT601R、601G、601Bは、厚さが10乃至200nmであって、島状に分離された半導体膜により、チャネル形成領域を有する。半導体膜は、非晶質半導体膜、結晶性半導体膜、微結晶半導体膜のいずれを用いてもよい。例えば、結晶性半導体膜を形成する場合、まず非晶質半導体膜を形成し、加熱処理により結晶化された結晶性半導体膜を形成することができる。加熱処理とは、加熱炉、レーザー照射、若しくはレーザー光の代わりにランプから発する光の照射(以下、ランプアニールと表記する)、又はそれらを組み合わせて用いることができる。
【0073】
レーザー照射を用いる場合、連続発振型のレーザー(CWレーザー)やパルス発振型のレーザー(パルスレーザー)を用いることができる。
【0074】
またパルス発振型のレーザーであって、半導体膜がレーザー光によって溶融してから固化するまでに、次のパルスのレーザー光を照射できるような繰り返し周波数でレーザー光を発振させることで、走査方向に向かって連続的に成長した結晶粒を得ることができる。すなわち、パルス発振の周期が、半導体膜が溶融してから完全に固化するまでの時間よりも短くなるように、繰り返しの周波数の下限を定めたパルスビームを使用することができる。実際に用いることができるパルスビームの発振周波数は10MHz以上であって、通常用いられている数十Hzから数百Hzの周波数帯よりも著しく高い周波数帯を使用する。
【0075】
その他の加熱処理として、加熱炉を用いる場合、非晶質半導体膜を500〜550℃で2〜20時間かけて加熱する。このとき、徐々に高温となるように温度を500〜550℃の範囲で多段階に設定するとよい。最初の低温加熱工程により、非晶質半導体膜の水素等が出てくるため、結晶化の際の膜荒れを低減する、いわゆる水素だしを行うことができる。さらに、結晶化を促進させる金属元素、例えばNiを非晶質半導体膜上に形成すると、加熱温度を低減することができ好ましい。このような金属元素を用いた結晶化であっても、600〜950℃に加熱しても構わない。
【0076】
但し、金属元素を形成する場合、半導体素子の電気特性に悪影響を及ぼすことが懸念されるので、該金属元素を低減又は除去するためのゲッタリング工程を施す必要が生じる。例えば、非晶質半導体膜をゲッタリングシンクとして金属元素を捕獲する工程を行えばよい。
【0077】
さらにTFT601R、601G、601Bは、該半導体膜を覆うゲート絶縁膜、第1の導電層及び第2の導電層が積層しているゲート電極、ゲート電極上に絶縁膜を有する。
【0078】
TFT601R、601G、601Bは、p型の不純物領域を有する半導体膜を有する。本実施の形態では、不純物領域として高濃度不純物領域のみを有する、所謂シングルドレイン構造とする。勿論TFT601R、601G、601Bは、半導体膜に低濃度不純物領域、及び高濃度不純物領域を有するLDD(低濃度ドレイン)構造や不純物領域がゲート電極と重なったGOLD(Gate Overlapped Drain)構造としてもよい。
【0079】
TFT601R、601G、601Bは層間絶縁膜607で覆われており、層間絶縁膜607上には開口部を有する隔壁608が形成されている。当該開口部では、積層された第1の電極101が露出しており、当該第1の電極101上に各電界発光層605R、605G、605B、第2の電極102が順に積層されている。
【0080】
電界発光層605R、605G、605Bは、第1の層111、第2の層112、第3の層113に相当する。そのため電界発光層において、発光色毎に、第1の層から第3の層のいずれかの膜厚を異ならせ、光の取り出し効率を高めることができる。本実施の形態は、上方出射型であるため、積層された第1の電極101に近い第1の層111の膜厚を、各発光色で異ならせるとよい。
【0081】
さらに好ましくは、第1の層111に有機化合物と、金属酸化物とが混在する混在層を用いると、厚膜化による駆動電圧の上昇を防止できる。このように有機化合物と、金属酸化物とが混在する混在層を用いる場合、積層された第1の電極101の上層である第2の導電層101bは窒化チタン等の高融点金属材料であり、該混在層との接触抵抗の低い材料とする。また第1の導電層101aは、アルミニウム等の反射性の高い材料とする。なお第1の導電層101a、第2の導電層101bの詳細は、上記実施の形態を参照することができる。
【0082】
その結果、当該混在する層と第1の電極101の接触抵抗を良好にすると同時に、高い光の取り出し効率を得ることができる。加えて、第1の層111の膜厚を、各発光色で異ならせることによって、光の取り出し効率をより高めることができる。
【0083】
本実施の形態は上方出射型の場合であるため、積層された第1の電極101は、反射性の高い材料からなる第1の導電層101aと、高融点金属材料であり、第1の層111との接触抵抗が良好な材料からなる第2の導電層101bからなる。第1の導電層101a及び第2の導電層101bの材料は実施の形態1を参照することができる。
【0084】
第2の電極102の材料は、透光性材料から形成する。具体的な材料は、実施の形態1を参照することができる。
【0085】
なお本実施の形態において、第1の電極101が陽極として機能し、第2の電極102が陰極として機能する。そのため、第1の電極101は仕事関数の小さい材料からなり、第2の電極102は仕事関数の大きい材料からなるとよい。
【0086】
TFT601R、601G、601Bがp型であるため、当該TFTに接続される配線を、そのまま陽極たる第1の電極101として機能させることもできる。このように配線を共用することによって工程数を削減することもできる。
【0087】
第1の電極101、又は第2の電極102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。
【0088】
層間絶縁膜607は、有機樹脂材料、無機絶縁材料またはシロキサン系樹脂で形成されたSi−O−Si結合を含む絶縁物(以下、シロキサン絶縁物と呼ぶ)を用いて形成することができる。シロキサン系樹脂はSi−O−Si結合を含む樹脂に相当する。シロキサンは、シリコン(Si)と酸素(O)との結合で骨格構造が構成される。置換基として、少なくとも水素を含む有機基(例えばアルキル基、芳香族炭化水素)が用いられる。置換基として、フルオロ基を用いてもよい。または置換基として、少なくとも水素を含む有機基と、フルオロ基とを用いてもよい。また層間絶縁膜607には、低誘電率材料(low−k材料)と呼ばれる材料を用いてもよい。
【0089】
隔壁608は、有機樹脂材料、無機絶縁材料またはシロキサン絶縁物を用いて形成することができる。有機樹脂材料ならば、例えばアクリル、ポリイミド、ポリアミドなど、無機絶縁材料ならば酸化珪素、窒化酸化珪素などを用いることができる。特に感光性の有機樹脂材料を隔壁608に用いて、第1の電極101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で、電界発光層の成膜不良、所謂段切れを防ぎ、第1の電極101と第2の電極102との短絡を防止できる。
【0090】
このように、発光素子603から発せられる光を、矢印で示すように第2の電極102側から取り出すことができる上方出射型の発光装置を提供することができる。
【0091】
本発明は、第1の電極101を積層構造として、金属酸化物を有する混在層に接する側に、高融点金属材料からなる導電層を形成することを特徴とする。なお金属酸化物を有する混在層に接して設けられる導電層には、当該金属酸化物を有する混在層形成によって、酸化しない材料、又は酸化する場合であっても導電性を示す材料であればよい。本発明により、第1の電極101の反射性を高めると同時に、電界発光層たる第1の層111との接触抵抗を良好なものとすることができる。
【0092】
なお本発明は上記効果を得ることができればよく、図3に示した画素構造に限定されるものではない。例えば、第2の電極102を反射電極とし、電界発光層たる第3の層113に金属酸化物を有する混在層を適用する場合、積層構造を有する第2の電極102として、金属酸化物を有する混在層に接して、高融点金属材料からなる導電層を形成し、下方から光を取り出す形態にもありうる。このような形態であっても、第2の電極102の反射性を高めると同時に、電界発光層たる第3の層113との接触抵抗を良好なものとすることができる。
【0093】
(実施の形態4)
本実施の形態では、駆動用トランジスタがn型TFTの場合における、画素の断面構造について説明する。なお本実施の形態では、第1の電極を陰極として機能させ、第2の電極を陽極として機能させる。そのため発光素子を、図1の発光素子の積層構造と逆とする。
【0094】
このような発光素子の積層構造においても、電界発光層のうち反射電極に接する層に、金属酸化物を有する混在層を用いることができる。反射電極に反射性の高い材料、アルミニウム、銀、アルミニウム合金、又は銀合金を用いるとその表面が酸化されて、当該混在層との接触抵抗が高くなってしまう。そのため、本実施の形態における発光素子であっても、反射電極の上層に、接触抵抗を考慮して、高融点金属材料である窒化チタン、チタン、タングステン、モリブデン等を用いることができる。
【0095】
図4の画素断面図は、各発光素子613R、613G、613Bから発せられる光を第2の電極102側から取り出す上方出射型を示す。また図3と同様に、発光素子613R、613G、613Bからはそれぞれ各発光色(RGB)を呈すことができる(以下、合わせて発光素子613とも表記する)。発光素子613は、積層された第1の電極101(第1の導電層101a及び第2の導電層101bからなる)と第2の電極102を有し、それらの間には電界発光層615R、615G、615Bが設けられている。電界発光層615R、615G、615Bは、第1の層111乃至第3の層113に相当する。電界発光層615R、615G、615Bは、発光色毎に膜厚が異なる。第1の電極101と、TFT611R、611G、611Bとは、それぞれ電気的に接続されている。
【0096】
TFT611R、611G、611Bは、上記実施の形態のTFT601R、601G、601Bと同様に形成することができる。
【0097】
本実施の形態は上方出射型の場合であるため、積層された第1の電極101は、反射性の高い材料からなる第1の導電層101aと、第1の層111との接触抵抗が良好な材料からなる第2の導電層101bと、を有する。第1の導電層101a及び第2の導電層101bの材料は実施の形態1を参照することができる。
【0098】
第2の電極102の材料は、透光性材料から形成する。具体的な材料は、実施の形態1を参照することができる。
【0099】
なお、第1の電極101が陰極として機能し、第2の電極102が陽極として機能する。そのため、第1の電極101は仕事関数の大きい材料からなり、第2の電極102は仕事関数の小さい材料からなるとよい。
【0100】
なお、駆動用トランジスタがn型であるため、TFT611R、611G、611Bに接続される配線をそのまま、陰極として機能する第1の電極101とすることができる。このように配線を共用することによって工程数を削減することができる。
【0101】
電界発光層615R、615G、615Bは、第1の層111、第2の層112、第3の層113に相当する。そのため電界発光層において、発光色毎に、第1の層から第3の層のいずれかの膜厚を異ならせ、光の取り出し効率を高めることができる。本実施の形態は、上方出射型であるため、積層された第1の電極101に近い第1の層111の膜厚を、各発光色で異ならせるとよい。
【0102】
さらに、第1の層111に有機化合物と、金属酸化物とが混在する混在層を用いることができ、厚膜化による駆動電圧の上昇を防止できる。このような金属酸化物には、リチウム酸化物(Li2O)、カルシウム酸化物(CaO)、ナトリウム酸化物(Na2O)、カリウム酸化物(K2O)、マグネシウム酸化物(MgO)、フッ化リチウム(LiF)、フッ化セシウム(CsF)、フッ化カルシウム(CaF2)等が挙げられる。また積層された第1の電極101の上層である第2の導電層101bは、窒化チタン、チタン、タングステン、モリブデン等の高融点金属材料であり、接触抵抗の低い材料とする。また第1の導電層101aは、アルミニウム、銀、アルミニウム合金、銀合金等の反射性の高い材料とする。
【0103】
その結果、当該混在する層と第1の電極101の接触抵抗を良好にすると同時に、高い光の取り出し効率を得ることができる。加えて、第1の層111の膜厚を、各発光色で異ならせることによって、光の取り出し効率をより高めることができる。
【0104】
このように、発光素子613から発せられる光を、矢印で示すように第2の電極102側から取り出す上方出射型の発光装置を提供することができる。
【0105】
本発明は、第1の電極101として、金属酸化物を有する混在層に接して、高融点金属材料からなる導電層を形成することを特徴とする。なお金属酸化物を有する混在層に接して設けられる導電層には、当該金属酸化物を有する混在層形成によって、酸化しない材料、又は酸化する場合であっても導電性を示す材料であればよい。本発明により、第1の電極101の反射性を高めると同時に、電界発光層たる第1の層111との接触抵抗を良好なものとすることができる。なお本発明は上記効果を得ることができればよく、図4に示した画素構造に限定されるものではない。例えば、第2の電極102を反射電極とし、電界発光層たる第3の層113に金属酸化物を有する混在層を適用する場合、積層構造を有する第2の電極102として、金属酸化物を有する混在層に接して、高融点金属材料からなる導電層を形成し、下方から光を取り出す形態にもありうる。このような形態であっても、第2の電極102の反射性を高めると同時に、電界発光層たる第3の層113との接触抵抗を良好なものとすることができる。
【0106】
(実施の形態5)
本実施の形態では、各トランジスタに非晶質半導体膜を有するトランジスタ(非晶質トランジスタ)を用いた場合における、画素の断面構造について説明する。
【0107】
本実施の形態に示す画素構成においても、電界発光層のうち反射電極に接する層、金属酸化物を有する混在層を用いることができる。反射電極に反射性の高い材料である、アルミニウム、銀、アルミニウム合金、又は銀合金を用いるとその表面が酸化されて、当該混在層との接触抵抗が高くなってしまう。そのため、本実施の形態における発光素子であっても、反射電極の上層に、接触抵抗を考慮して、高融点金属材料である窒化チタン、チタン、タングステン、モリブデン等を用いることができる。
【0108】
なお本実施の形態では、非晶質トランジスタは、n型半導体膜を有する。このようなn型半導体膜によって、ソース電極及びドレイン電極の接触抵抗を良好にすることができる。n型を有するトランジスタ621R、621G、621Bを用いるため、第1の電極を陰極として機能させ、第2の電極を陽極として機能させる構造は実施の形態4と同様である。またその他の構成は実施の形態3及び4と同様であるため説明を省略する。
【0109】
図13の画素断面図は、各発光素子623R、623G、623B(以下、合わせて発光素子623とも表記する)から発せられる光を第2の電極102側から取り出す上方出射型を示す。また図3と同様に、発光素子623は、積層された第1の電極101(第1の導電層101a及び第2の導電層101bからなる)と第2の電極102を有し、それらの間には電界発光層625R、625G、625Bが設けられている。電界発光層625R、625G、625Bは、第1の層111乃至第3の層113に相当する。電界発光層625R、625G、625Bは、発光色毎に膜厚が異なる。第1の電極101と、TFT621R、621G、621Bとは、それぞれ電気的に接続されている。
【0110】
本実施の形態は上方出射型の場合であるため、積層された第1の電極101は、反射性の高い材料からなる第1の導電層101aと、第1の層111との接触抵抗が良好な材料からなる第2の導電層101bからなる。第1の導電層101a及び第2の導電層101bの材料は実施の形態1を参照することができる。
【0111】
第2の電極102の材料は、透光性材料から形成する。具体的な材料は、実施の形態1を参照することができる。
【0112】
なお、第1の電極101が陰極として機能し、第2の電極102が陽極として機能する。そのため、第1の電極101は仕事関数の大きい材料からなり、第2の電極102は仕事関数の小さい材料からなるとよい。
【0113】
そして発光素子623から発せられる光を、矢印で示すように第2の電極102側から取り出すことができる上方出射型の発光装置を提供することができる。
【0114】
このような非晶質トランジスタを用いる場合、駆動回路はチップ630により形成する。そして、接続配線を用いて、非晶質トランジスタにチップ630が電気的に接続される。また別の接続配線631を介して、チップ630は外部回路と電気的に接続される。
【0115】
このような非晶質トランジスタを画素部に設けると、平坦性が高く、積層数がトップゲート型トランジスタと比較して少ないため、表示装置の薄型化を図ることができる。
【0116】
本発明は、第1の電極101として、金属酸化物を有する混在層に接して、高融点金属材料からなる導電層を形成することを特徴とする。なお金属酸化物を有する混在層に接して設けられる導電層には、当該金属酸化物を有する混在層形成によって、酸化しない材料、又は酸化する場合であっても導電性を示す材料であればよい。本発明により、第1の電極101の反射性を高めると同時に、電界発光層たる第1の層111との接触抵抗を良好なものとすることができる。なお本発明は上記効果を得ることができればよく、図13に示した画素構造に限定されるものではない。例えば、第2の電極102を反射電極とし、電界発光層たる第3の層113に金属酸化物を有する混在層を適用する場合、積層構造を有する第2の電極102として、金属酸化物を有する混在層に接して、高融点金属材料からなる導電層を形成し、下方から光を取り出す形態にもありうる。このような形態であっても、第2の電極102の反射性を高めると同時に、電界発光層たる第3の層113との接触抵抗を良好なものとすることができる。
【0117】
(実施の形態6)
本実施の形態では、パッシブ型の画素構成について、図14を用いて説明する。
【0118】
図14には、絶縁表面を有する基板(絶縁基板)上に発光素子633が設けられた画素構成を示す。なお基板上には、下地膜として機能する絶縁膜を設けてもよい。発光素子633は、積層された第1の電極101(第1の導電層101a及び第2の導電層101bからなる)と第2の電極102を有する。第1の電極101及び第2の電極102は、互いに交差するように設けられている。
【0119】
第1の電極101及び第2の電極102の間、つまり第1の電極101と第2の電極102との交差部には電界発光層625が設けられている。電界発光層625は、第1の層111乃至第3の層113に相当する。例えば第1の層111に金属酸化物を有する混在層を用いる。
【0120】
なお、パッシブ型の画素においては、隔壁やバンクとして機能する絶縁膜628(本実施の形態では第1の絶縁膜628a、第2の絶縁膜628bからなる)によって、隣接する電界発光層を分けることができる。第1の電極101上に、第1の絶縁膜628a及び第2の絶縁膜628bを形成する。所定の形状に加工、つまりパターニング後、第2の絶縁膜628bについては、下方に向かって細くなるような形状とする。すなわち、第2の絶縁膜628bの側面はある角度をもって傾く、所謂逆テーパ形状となっている。その結果、電界発光層625を全面に形成する場合であっても、絶縁膜628によって電界発光層625を分断することができ、隣接する電界発光層を分けることができる。
【0121】
また第1の電極101には、スイッチング素子として機能するトランジスタ635が接続されている。本実施の形態では、当該トランジスタとして、同一基板上に形成された非晶質半導体膜を有する薄膜トランジスタを用いるが、これに限定されるものではなく結晶性半導体膜を有する薄膜トランジスタや単結晶シリコンからなるICチップを用いてもよい。
【0122】
このようなパッシブ型の画素構成において、第1の電極101に、金属酸化物を有する混在層に接して、高融点金属材料からなる導電層を形成する本発明は、パッシブ型の画素構造にも適用することができる。なお本発明は上記効果を得ることができればよく、図14に示した画素構造に限定されるものではない。例えば、第2の電極102を反射電極とし、第3の層113に金属酸化物を有する混在層を適用する場合、積層構造を有する第2の電極102として、金属酸化物を有する混在層に接して、高融点金属材料からなる導電層を形成する。その結果、第2の電極102の反射性を高めると同時に、第3の層113との接触抵抗を良好なものとすることができる。
【0123】
(実施の形態7)
本実施の形態では、発光素子を有する画素の等価回路図について、図5、図12を用いて説明する。
【0124】
図5(A)は、画素の等価回路図の一例を示したものであり、信号線6114、電源線6115、走査線6116、それらの交差部に、発光素子6113、トランジスタ6110、6111、容量素子6112を有する。信号線6114には信号線駆動回路から映像信号が入力される。トランジスタ6110は、走査線6116に走査線駆動回路から入力される選択信号に従って、オンオフが制御され、トランジスタ6111へ入力される電流の供給を制御することができる。このようなトランジスタ6110をスイッチング用トランジスタと呼ぶことができる。トランジスタ6110がオンとなると、容量素子6112に電荷が蓄積され、当該電荷がトランジスタ6111のゲートソース間電位を超えると、トランジスタ6111がオンとなり、電源線6115から電流が供給される。そして、発光素子6113への電流が供給される。このようにして、発光素子6113の発光を制御することができる。このようなトランジスタ6111を駆動用トランジスタと呼ぶことができる。なお、図5(A)では、容量素子6112を図示したが、トランジスタ6111のゲート容量や他の寄生容量で賄うことが可能な場合には、設けなくてもよい。
【0125】
図5(B)は、図5(A)に示した画素に、トランジスタ6118と走査線6119を新たに設けた画素の等価回路図である。トランジスタ6118により、トランジスタ6111のゲートとソースを同電位とし、強制的に発光素子6113に電流が流れない状態を作ることができる。具体的には、容量素子6112に蓄積された電荷を放電させるため、容量素子6112の両端にトランジスタ6118のソース電極及びドレイン電極が接続されている。そして走査線6119により、トランジスタ6118のオンオフが制御される。このようなトランジスタ6118を消去用トランジスタと呼ぶことができる。
【0126】
トランジスタ6118により、全ての画素に映像信号が入力される期間よりも、サブフレーム期間の長さを短くすることができる。また駆動方法によって、図5(A)に示す画素であっても、強制的に発光素子6113に電流が流れない状態を作ることができる。
【0127】
図5(C)は、図5(B)に示した画素に、新たにトランジスタ6125と、配線6126を設けた画素の等価回路図である。トランジスタ6125は、そのゲートの電位が、配線6126によって固定されている。そして、トランジスタ6111とトランジスタ6125は、電源線6115と発光素子6113との間に直列に接続されている。よって図5(C)では、トランジスタ6125により発光素子6113に供給される電流の値が制御され、トランジスタ6111により発光素子6113への電流の供給の有無が制御できる。
【0128】
図12には、トランジスタ6111のゲートとソースとを同電位とし、強制的に発光素子6113に電流が流れない状態を作るために、ダイオード6128を設けた画素回路を示す。ダイオード6128は、トランジスタ6111のゲート電極と、走査線6119に接続されている。走査線6119が選択されると、ダイオード6128がオンとなり、走査線6119の電位とトランジスタ6111のゲート電位が同電位となり、トランジスタ6111がオフとなる。その結果、電源線6115からの電流が発光素子6113へ供給されることがなくなる。本実施の形態では、ダイオード6128がオンとなると、トランジスタ6111がオフとなるように、n型のダイオードと、p型のトランジスタを用い、走査線6119にはHighの信号を入力する。
【0129】
本形態の画素構成において、発光素子6113を発光状態に維持する場合、走査線6119にLowの信号を入力する。すると、ダイオード6128がオフとなり、トランジスタ6111のゲート電位を維持することができる。
【0130】
なお、ダイオード6128は、ダイオード接続したトランジスタ(n型トランジスタであるためゲートとドレインを接続した形態)を用いる場合を示したが、整流性がある素子であればよい。例えばPN型ダイオードでもよいし、PIN型ダイオードでもよいし、ショットキー型ダイオードでもよいし、ツェナー型ダイオードでもよい。
【0131】
なお、本発明の画素回路は、本実施の形態で示した構成に限定されない。また本実施の形態は、上記の実施の形態と自由に組み合わせることができる。
【0132】
(実施の形態8)
本発明の発光装置を備えた電子機器として、テレビジョン装置(単にテレビ、又はテレビジョン受信機ともよぶ)、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ等のカメラ、携帯電話装置(単に携帯電話機、携帯電話ともよぶ)、PDA等の携帯情報端末、携帯型ゲーム機、コンピュータ用のモニター、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6を参照して説明する。
【0133】
図6(A)に示す携帯情報端末機器は、本体9201、表示部9202等を含んでいる。表示部9202は、本発明の発光装置を適用することができる。その結果、接触抵抗が良好となり充分な電流を流すことができる。また膜厚を制御することによって光の取り出し効率を向上させることができる。これらにより、駆動電圧がおさえられた携帯情報端末機器を提供することができる。
【0134】
図6(B)に示すデジタルビデオカメラは、表示部9701、表示部9702等を含んでいる。表示部9701は本発明の発光装置を適用することができる。その結果、接触抵抗が良好となり充分な電流を流すことができる。また膜厚を制御することによって光の取り出し効率を向上させることができる。これらにより、駆動電圧がおさえられたデジタルビデオカメラを提供することができる。
【0135】
図6(C)に示す携帯電話機は、本体9101、表示部9102等を含んでいる。表示部9102は、本発明の発光装置を適用することができる。その結果、接触抵抗が良好となり充分な電流を流すことができる。また膜厚を制御することによって光の取り出し効率を向上させることができる。これらにより、駆動電圧がおさえられた携帯電話機を提供することができる。
【0136】
図6(D)に示す携帯型のテレビジョン装置は、本体9301、表示部9302等を含んでいる。表示部9302は、本発明の発光装置を適用することができる。その結果、接触抵抗が良好となり充分な電流を流すことができる。また膜厚を制御することによって光の取り出し効率を向上させることができる。これらにより、駆動電圧がおさえられた携帯型のテレビジョン装置を提供することができる。またテレビジョン装置としては、携帯電話機などの携帯端末に搭載する小型のものから、持ち運びをすることができる中型のもの、また、大型のもの(例えば40インチ以上)まで、幅広いものに、本発明の発光装置を適用することができる。
【0137】
図6(E)に示す携帯型のコンピュータは、本体9401、表示部9402等を含んでいる。表示部9402は、本発明の発光装置を適用することができる。その結果、接触抵抗が良好となり充分な電流を流すことができる。また膜厚を制御することによって光の取り出し効率を向上させることができる。これらにより、駆動電圧がおさえられた携帯型のコンピュータを提供することができる。
【0138】
図6(F)に示すテレビジョン装置は、本体9501、表示部9502等を含んでいる。表示部9502は、本発明の発光装置を適用することができる。その結果、接触抵抗が良好となり充分な電流を流すことができる。また膜厚を制御することによって光の取り出し効率を向上させることができる。これらにより、駆動電圧がおさえられたテレビジョン装置を提供することができる。
【0139】
このように、接触抵抗が良好となり充分な電流を流すことができ、また膜厚を制御することによって光の取り出し効率を向上させた本発明の発光装置により、駆動電圧がおさえられた電子機器を提供することができる。
【実施例】
【0140】
本実施例では、発光素子においてアルミニウムと窒化チタンとが積層した反射電極を用いると、金属酸化物を有する混在層との接触抵抗が向上し、発光輝度を高めることができることを確認するためのシミュレーション結果を示す。なお本シミュレーションでは、金属酸化物としてモリブデン酸化物を用いた。
【0141】
図7には、シミュレーションに用いた発光素子の構成を示す。発光素子は、第1の電極101として反射電極(50nm)、第1の層111としてモリブデン酸化物を有する混在層(各発光色で異なる任意の膜厚)、第2の層112として各発光色を呈する発光層(合計40nm)、第3の層113としてAlq3(20nm)、第2の電極102としてBzOs:Li(20nm)と銀(15nm)との積層を有する。発光層にはtBuDNAやAlq3が含まれる。また、第2の電極102に用いる銀の膜厚が非常に薄いため透光性を有し、上方出射型の発光素子となる。
【0142】
このような発光素子(素子領域2×2mm)に、6Vの電圧をかけたときの電流値は、反射電極にアルミニウムを用いた場合0.375(mA/cm2)であり、高融点金属材料である窒化チタンを用いた場合7.825(mA/cm2)であった。これより、アルミニウムはモリブデン酸化物を有する混在層との接触抵抗が高く、充分な電流を流すことができないことを示している。一方、窒化チタンはモリブデン酸化物を有する混在層との接触抵抗が低く、充分な電流を流すことができることを示している。そのため、モリブデン酸化物を有する混在層に接する層の反射電極には、高融点金属材料である窒化チタンを用いると好ましいことがわかる。
【0143】
また、発光素子は光源が内部に設けられた構造のため、透明電極として透光性を有する程度に薄く形成したアルミニウム、銀、アルミニウム合金、銀合金等の半透過膜を用いると強力な干渉を起こすため、光の取り出し効率を向上させることができる。
このように銀等による光の干渉を適用し、光の取り出し効率を高めるには、各発光色によって、発光領域と反射電極との距離を異ならせるとよい。
【0144】
図8(A)には視野角に対する、アルミニウムを反射電極にした場合の光の取り出し効率ηoptを示す。なお光の取り出し効率は干渉の無い光源の光を1として規格した値である。
図8(A)では赤色を呈する発光素子をその発光波長である630nm、緑色を呈する発光素子をその発光波長である530nm、青色を呈する発光素子をその発光波長である450nmとして示す。モリブデン酸化物を有する混在層の膜厚は、赤色、緑色、青色を呈す発光素子から順に238nm、178nm、126nmである。各色でモリブデン酸化物を有する混在層の膜厚を異ならせることによって、光の取り出し効率ηoptを向上させることができる。
【0145】
また図8(B)には視野角に対する、窒化チタンを反射電極にしたときの光の取り出し効率ηoptのシミュレーション結果を示す。モリブデン酸化物を有する混在層の膜厚は、赤色、緑色、青色を呈す発光素子から順に226nm、172nm、126nmである。各色でモリブデン酸化物を有する混在層の膜厚を異ならせることによって、光の取り出し効率ηoptを向上させることができる。
【0146】
図8(A)(B)より、全視野角において、高融点金属材料である窒化チタンを反射電極にしたときの光の取り出し効率は、アルミニウムを反射電極にしたときの光の取り出し効率よりも低いことがわかる。
【0147】
以上より、窒化チタンを用いるとモリブデン酸化物を有する混在層との接触抵抗が改善され充分な電流を流すことができるが、反射率が低いため、光の取り出し効率が低くなってしまうことがわかる。
【0148】
ところで発光素子の輝度Iextは以下のような式で表される。
Iext(cd/cm2)=ηext(cd/A)×J(電流密度:mA/cm2)
ηextは発光素子の構成が一定であれば、光の取り出し効率に比例することを示している。したがって、光の取り出し効率をηoptとすれば
Iext∝ηopt(cd/A)×J
となる。
【0149】
従って、6Vの電圧をかけたときの電流値と、図8のシミュレーション結果より、アルミニウムと、窒化チタンとのそれぞれを反射電極に用いたときの相対的な輝度を求めることができる。図9(A)(B)には、アルミニウムと窒化チタンとのそれぞれを反射電極に用いた場合であって、6Vを印加した時における相対的な輝度を示す。図9(A)には視野角に対する、アルミニウムを反射電極とした場合の輝度を示し、図9(B)には視野角に対する、窒化チタンを反射電極とした場合の輝度を示す。なお図9においても、図8と同様な膜厚となるように、モリブデン酸化物を有する混在層を、各発光色を呈する発光素子毎に異ならせ、光の取り出し効率を高める。
【0150】
図9(A)(B)より、全視野角において、高融点金属材料である窒化チタンを反射電極にしたときの輝度Iextは、アルミニウムを反射電極にしたときの輝度よりも高いことがわかる。
【0151】
そこで、本発明ではアルミニウムの上に1から20nmの膜厚を有する窒化チタンを設けた反射電極によって、モリブデン酸化物を有する混在層との良好な接触抵抗を得ると同時に、反射電極に対する光の反射率の低下を抑え、つまり反射率を最大限とし、輝度の高い発光素子を実現した。
【0152】
以下に、本発明の反射電極を用いた効果を示す実験結果を示す。
【0153】
図7に示す発光素子において、アルミニウム上に窒化チタンを10nm形成した反射電極を用いた2×2mm発光素子の6V印加時の電流値は8.05(mA/cm2)となった。すなわちアルミニウム上に窒化チタンを10nm形成した反射電極を用いた場合、窒化チタンと同等のモリブデン酸化物を有する混在層との接触抵抗が得られることがわかる。またこの電流値は、窒化チタン単層を反射電極に用いた値よりも大きく、窒化チタンの単層よりアルミニウムと窒化チタンとの積層を、反射電極に用いた方が好ましいことを示す。
【0154】
図10にアルミニウム上に窒化チタンを5nm成膜した反射電極を用いたときの、光の取り出し効率を求めるシミュレーション結果を示す。図8(A)に示したアルミニウムの場合と比較すると光の取り出し効率は低下する。しかし、図8(B)に示した窒化チタン単層に比べると、光の取り出し効率は大幅に改善されていることがわかる。
【0155】
この結果と、6V印加時の電流値は8.05(mA/cm2)を用いると、アルミニウム上に窒化チタンを5nm成膜した反射電極に用いたときの、相対的な6V時における輝度Iextを計算することができる。その結果は、図11のようになり、アルミニウムと窒化チタン単層に比較して大幅な輝度上昇を見込めることがわかる。
【0156】
このようにアルミニウムの上に1から20nm程度の薄い窒化チタンを設けた本発明により、モリブデン酸化物との良好な接触抵抗を得ると同時に、反射電極に対する光の反射率の低下を抑えて、輝度の高い発光素子を実現することができた。
【図面の簡単な説明】
【0157】
【図1】本発明の発光素子を示した図である
【図2】本発明の発光素子を示した図である
【図3】本発明の発光素子を有する画素を示した断面図である
【図4】本発明の発光素子を有する画素を示した断面図である
【図5】本発明の発光素子を有する画素回路を示した図である
【図6】本発明の発光素子を有する電子機器を示した図である
【図7】シミュレーションに用いた本発明の発光素子を示した図である
【図8】シミュレーション結果を示すグラフである
【図9】シミュレーション結果を示すグラフである
【図10】シミュレーション結果を示すグラフである
【図11】シミュレーション結果を示すグラフである
【図12】本発明の発光素子を有する画素回路を示した図である
【図13】本発明の発光素子を有する画素を示した断面図である
【図14】本発明の発光素子を有する画素を示した断面図である
【特許請求の範囲】
【請求項1】
積層構造を有する第1の電極と、
前記第1の電極上に設けられた電界発光層と、
前記電界発光層上に設けられた第2の電極と、を有し、
前記電界発光層は、前記第1の電極と接する側に金属酸化物を有する混在層を含み、
前記第1の電極は前記金属酸化物を有する混在層と接する側に高融点金属材料を有する
ことを特徴とする発光装置。
【請求項2】
積層構造を有する第1の電極と、
前記第1の電極上に設けられた電界発光層と、
前記電界発光層上に設けられた、反射性材料であって、透光性を有するように薄膜化された第2の電極と、を有し、
前記電界発光層は、前記第1の電極と接する側に金属酸化物を有する混在層を含み、
前記第1の電極は、前記金属酸化物を有する混在層と接する側に高融点金属材料を有し、
前記第2の電極は、前記電界発光層からの発光を透過する膜厚を有する
ことを特徴とする発光装置。
【請求項3】
積層構造を有する第1の電極と、
前記第1の電極上に設けられた電界発光層と、
前記電界発光層上に設けられた第2の電極と、をそれぞれ有する赤色、緑色、及び青色を呈する発光素子を有し、
前記電界発光層は、前記第1の電極と接する側に金属酸化物を有する混在層を含み、
前記第1の電極は、前記金属酸化物を有する混在層と接する側に高融点金属材料を有し、
前記赤色、緑色、及び青色を呈する発光素子において、前記第1の電極の膜厚は同一であり、且つ前記金属酸化物を有する混在層の膜厚はそれぞれ異なっている
ことを特徴とする発光装置。
【請求項4】
絶縁基板上に形成された半導体膜と、
前記半導体膜中の不純物領域に接続された電極と、
前記電極に接続された、積層構造を有する第1の電極と、
前記第1の電極上に設けられた電界発光層と、
前記電界発光層上に設けられた第2の電極と、を有し、
前記電界発光層は、前記第1の電極と接する側に金属酸化物を有する混在層を含み、
前記第1の電極は前記金属酸化物を有する混在層と接する側に高融点金属材料を有する
ことを特徴とする発光装置。
【請求項5】
請求項4において、
前記不純物領域はp型の不純物領域であることを特徴とする発光装置。
【請求項6】
請求項1乃至請求項5のいずれか一において、
前記金属酸化物は、バナジウム酸化物、モリブデン酸化物、ニオブ酸化物、レニウム酸化物、タングステン酸化物、ルテニウム酸化物、チタン酸化物、クロム酸化物、ジルコニウム酸化物、ハフニウム酸化物、及びタンタル酸化物のいずれかであ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、
前記第2の電極から前記電界発光層の光が射出され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、
前記第1の電極は前記高融点金属材料と、反射性材料との積層構造を有することを特徴とする発光装置。
【請求項9】
請求項1乃至請求項8のいずれか一において、
前記高融点金属材料に窒化チタンを用い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8のいずれか一において、
前記高融点金属材料にチタン、タングステン、モリブデン、又はこれらを有する化合物を用いることを特徴とする発光装置。
【請求項11】
請求項8乃至請求項10のいずれか一において、
前記反射性材料はアルミニウム、銀、アルミニウムを含む合金、又は銀を含む合金であることを特徴とする発光装置。
【請求項1】
積層構造を有する第1の電極と、
前記第1の電極上に設けられた電界発光層と、
前記電界発光層上に設けられた第2の電極と、を有し、
前記電界発光層は、前記第1の電極と接する側に金属酸化物を有する混在層を含み、
前記第1の電極は前記金属酸化物を有する混在層と接する側に高融点金属材料を有する
ことを特徴とする発光装置。
【請求項2】
積層構造を有する第1の電極と、
前記第1の電極上に設けられた電界発光層と、
前記電界発光層上に設けられた、反射性材料であって、透光性を有するように薄膜化された第2の電極と、を有し、
前記電界発光層は、前記第1の電極と接する側に金属酸化物を有する混在層を含み、
前記第1の電極は、前記金属酸化物を有する混在層と接する側に高融点金属材料を有し、
前記第2の電極は、前記電界発光層からの発光を透過する膜厚を有する
ことを特徴とする発光装置。
【請求項3】
積層構造を有する第1の電極と、
前記第1の電極上に設けられた電界発光層と、
前記電界発光層上に設けられた第2の電極と、をそれぞれ有する赤色、緑色、及び青色を呈する発光素子を有し、
前記電界発光層は、前記第1の電極と接する側に金属酸化物を有する混在層を含み、
前記第1の電極は、前記金属酸化物を有する混在層と接する側に高融点金属材料を有し、
前記赤色、緑色、及び青色を呈する発光素子において、前記第1の電極の膜厚は同一であり、且つ前記金属酸化物を有する混在層の膜厚はそれぞれ異なっている
ことを特徴とする発光装置。
【請求項4】
絶縁基板上に形成された半導体膜と、
前記半導体膜中の不純物領域に接続された電極と、
前記電極に接続された、積層構造を有する第1の電極と、
前記第1の電極上に設けられた電界発光層と、
前記電界発光層上に設けられた第2の電極と、を有し、
前記電界発光層は、前記第1の電極と接する側に金属酸化物を有する混在層を含み、
前記第1の電極は前記金属酸化物を有する混在層と接する側に高融点金属材料を有する
ことを特徴とする発光装置。
【請求項5】
請求項4において、
前記不純物領域はp型の不純物領域であることを特徴とする発光装置。
【請求項6】
請求項1乃至請求項5のいずれか一において、
前記金属酸化物は、バナジウム酸化物、モリブデン酸化物、ニオブ酸化物、レニウム酸化物、タングステン酸化物、ルテニウム酸化物、チタン酸化物、クロム酸化物、ジルコニウム酸化物、ハフニウム酸化物、及びタンタル酸化物のいずれかであ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、
前記第2の電極から前記電界発光層の光が射出され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、
前記第1の電極は前記高融点金属材料と、反射性材料との積層構造を有することを特徴とする発光装置。
【請求項9】
請求項1乃至請求項8のいずれか一において、
前記高融点金属材料に窒化チタンを用い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8のいずれか一において、
前記高融点金属材料にチタン、タングステン、モリブデン、又はこれらを有する化合物を用いることを特徴とする発光装置。
【請求項11】
請求項8乃至請求項10のいずれか一において、
前記反射性材料はアルミニウム、銀、アルミニウムを含む合金、又は銀を含む合金であることを特徴とする発光装置。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【公開番号】特開2006−303463(P2006−303463A)
【公開日】平成18年11月2日(2006.11.2)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2006−75314(P2006−75314)
【出願日】平成18年3月17日(2006.3.17)
【出願人】(000153878)株式会社半導体エネルギー研究所 (5,264)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成18年11月2日(2006.11.2)
【国際特許分類】
【出願日】平成18年3月17日(2006.3.17)
【出願人】(000153878)株式会社半導体エネルギー研究所 (5,264)
【Fターム(参考)】
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