説明

面発光光源およびその製造方法

【課題】光利用効率の高い面発光光源を提供する。
【解決手段】基板14の上にカソード電極17、発光層11およびアノード電極層15がこの順で形成された面発光光源において、発光層11を複数の発光領域に区画し、かつ、この発光層11の端面と対向する面に反射面を有するカソード電極層12を形成することで、発光層11の端面から出射した光をカソード電極層12が反射して、この光を照射面に導く。これにより、面発光光源1の端部から漏出する光を照明光として利用することができ、光の利用効率を高めることができる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、有機EL等の自発光型の発光素子を用いた面発光光源およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
近年注目を浴びている発光素子として、有機EL素子がある。この素子は、図22に示したように、一般的に、ガラス基板等の基板102上に、カソード電極103、発光層104および透明電極からなるアノード電極層105を順次積層し、あるいはその逆の順で積層して構成される。この種の有機EL素子は、電極間に電圧を印加し、キャリアを有機EL層に注入することで発光させることができ、面発光光源としても利用可能である。
【0003】
なお、下記特許文献には、表示デバイスとして有機ELを用いて表示面を画素毎に分割した構造が開示されている。
【0004】
【特許文献1】特許第3846819号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、有機EL素子を面発光光源として用いる場合には、一般的に、その発光光のうちの多くが、発光層の内部で反射を繰り返しながら、正面ではなく周辺部の端面等に伝播し、そこから外部へ出射されるため、光量のロスが発生する。その光量ロスは、素子構造にもよるが、一般には、80%にも及ぶこともある。
【0006】
また、発光面上に欠陥が存在すると、有機材料を用いて構成されている発光層の性質上、欠陥は経時的に発光面の面方向に成長することが知られている。このため、欠陥が少しでもあるパネルは使用することができない。したがって、仮に単一パネルで大型化を図ろうとした場合、通常の小型パネルの生産ラインと同等の(品質レベルの)生産ラインで生産する限り、歩留は著しく低下する。この傾向はパネルの大型化に従って益々顕著になる。
【0007】
この問題に対処すべく、欠陥のない小型パネルを繋ぎ合わせて大面積の面発光光源を得る方法が考えられる。ところが、この方法では、大型化に伴って接合箇所およびパネル個数が増加するため、生産性の低下は免れない。他の方策として、高い品質レベルの(欠陥発生率の低い)生産ラインを用いて大型パネルを生産する方法も考えられるが、この場合には、生産ラインの構築に要するコストの上昇を招くおそれがある。
【0008】
また、面発光光源では、大型化するに従い、温度分布や透明電極の抵抗が無視できなくなるため、発光面内に輝度むらが発生するおそれもある。
【0009】
本発明は、上記従来技術の問題点を解決するためのもので、その目的は、発光光の利用率の向上および歩留の向上を可能とする面発光光源およびその製造方法、並びに、これらに加えて輝度むらの発生を抑制することができる面発光光源およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明の面発光光源は、複数の発光領域に区画された発光層と、互いに隣り合う発光領域の間の領域に形成され、発光層から出射された光を反射する反射構造とを備えたものである。
【0011】
本発明の面発光光源では、発光層が複数の発光領域に区画されているので、一部の発光領域に生じた欠陥が他の発光領域に影響を与えることがない。また、ある発光層で発した光のうち隣の発光領域に向かう成分は、反射構造によって反射されるので、その光が発光層内部を次々と伝播して最外端面から外部に漏れ出ることが抑制される。
【0012】
特に、反射構造が、発光層の積層面と交差する方向に延びる反射面を有するようにした場合には、ある発光領域から隣の発光領域へ向かう光の少なくとも一部が元の発光領域の方向へ戻され、あるいは、発光層の積層面と交差する方向(被照射面の方向)に向かうようになる。
【0013】
さらに、特に、発光層を上下から透明電極および金属電極により挟むようにした場合には、上面発光型の面発光光源が得られる。この場合、各発光領域の発光層端面から出射した光は、反射構造の反射面によって反射され、最終的に上側の透明電極を透過して本来の被照射面を照射する。一方、基板を透明基板で構成すると共に、発光層を上下から金属電極および透明電極により挟むようにした場合には、下面発光型の面発光光源が得られる。この場合、各発光領域の発光層端面から出射した光は、反射構造の反射面によって反射され、最終的に下側の透明電極および透明基板を透過して本来の被照射面を照射する。
【0014】
また、透明電極に接するように金属からなる補助電極を追加配設し、あるいは、透明電極に接するように反射構造としての金属隔壁を設けるようにした場合には、透明電極の配線抵抗が低減される。これより、大きい面積の面発光光源であっても電圧降下が低減され、電極間印加電圧が発光領域間で異なることが抑制される。
【0015】
また、透明基板上に形成された透明電極層の上に発光層を形成し、各発光領域における発光層の外周端面に接しながら発光層を取り囲むように透明電極層上に透明絶縁層を立設し、発光層および透明絶縁層の表面を覆うように金属電極層を形成すると共に、金属電極層の一部が反射構造を兼ねるようにした場合には、下面発光型の面発光光源が得られる。この場合には、反射構造としての隔壁(金属隔壁)を別途設ける必要がない。
【0016】
本発明の第1の面発光光源の製造方法は、基板上に金属電極層を形成する工程と、金属電極層における互いに離間した複数の領域をそれぞれ所定の深さまでエッチングして複数の凹部とこれらの凹部間を分離する金属隔壁とを形成する工程と、金属隔壁の上面から側壁面までを覆うように透明絶縁層を形成する工程と、金属電極層の各凹部の底面に発光層を形成する工程と、発光層から透明絶縁層までを覆うように透明電極層を形成する工程とを含むものである。
この面発光光源の製造方法では、基板上に形成した金属電極層に複数の凹部が形成され、各凹部の底面に発光層が形成される。隣り合う凹部間の金属電極層部分が金属隔壁となる。透明電極層は、発光層と接触すると共に、金属隔壁上においては透明絶縁層を介してその上に延在するように形成される。この結果、反射構造として機能する金属隔壁を備えた上面発光型の面発光光源が得られる。
【0017】
本発明の第2の面発光光源の製造方法は、透明基板上に透明電極層を形成する工程と、透明電極層上に金属層を形成する工程と、金属層を透明電極層に達するまで選択的にエッチングして、透明電極層が露出した複数の領域とこれらの領域間を分離する金属隔壁とを形成する工程と、金属隔壁の上面から側壁面までを覆うように透明絶縁層を形成する工程と、露出領域に発光層を形成する工程と、発光層から透明絶縁層までを覆うように金属電極層を形成する工程とを含むものである。
この面発光光源の製造方法では、透明基板上に形成した透明電極層の上に金属隔壁が選択的に形成されると共に、この金属隔壁およびこれを覆う透明絶縁層によって取り囲まれた領域の透明電極層上に発光層が形成される。金属電極層は、発光層と接触すると共に、金属隔壁上においては透明絶縁層を介してその上に延在するように形成される。この結果、反射構造として機能する金属隔壁を備えた下面発光型の面発光光源が得られる。
【0018】
本発明の第3の面発光光源の製造方法は、透明基板上に透明電極層を形成する工程と、透明電極層上の互いに離間した複数の領域をそれぞれ取り囲むように、透明電極層上に透明絶縁層を形成する工程と、透明電極層上の複数の領域の各々に発光層を形成する工程と、発光層から透明絶縁層までを覆うように金属電極層を形成する工程とを含み、透明絶縁層が、発光層よりも大きい膜厚を有し複数の領域の各々を取り囲む第1の部分と、発光層よりも小さい膜厚を有し第1の部分の外周を取り囲むようにしてこれと一体をなす第2の部分とを含むようにするものである。
この面発光光源の製造方法では、透明基板上に形成した透明電極層の上に透明絶縁層が選択的に形成されると共に、この透明絶縁層によって取り囲まれた領域の透明電極層上に発光層が形成される。金属電極層は、発光領域では発光層と接触すると共に、発光領域間では透明絶縁層上に延在するように形成される。透明絶縁層は、発光層よりも厚い膜厚をもって発光層を取り囲む内側部分(第1の部分)と、発光層よりも薄い外側部分(第2の部分)とを含むように形成される。この結果、上側の電極である金属電極層が反射構造を兼ねる下面発光型の面発光光源が得られる。
【0019】
本発明の第4の面発光光源の製造方法は、基板上に金属電極層を形成する工程と、金属電極層上に不透明絶縁層を形成する工程と、不透明絶縁層上に金属層を形成する工程と、金属層を不透明絶縁層に達するまで選択的にエッチングして、不透明絶縁層が露出した複数の領域とこれらの領域間を分離する金属隔壁とを形成する工程と、上記複数の領域に露出している不透明絶縁層を除去して金属電極層を露出させる工程と、金属隔壁の側壁面を覆うように透明絶縁層を形成する工程と、不透明絶縁層が除去された領域の金属電極層上に発光層を形成する工程と、発光層から透明絶縁層を経由して金属隔壁までを覆うように透明電極層を形成する工程とを含むものである。
この面発光光源の製造方法では、透明基板上に形成した金属電極層の上に絶縁層を介して金属層が形成されると共に、この絶縁層をエッチングストッパとして金属層が選択的にエッチングされる。この金属層のエッチング後の残余部分が金属隔壁となる。こののち、露出している絶縁層が除去されて金属電極層が露出し、金属隔壁の側壁面が透明絶縁層で覆われた後、露出した金属電極層上に発光層が形成される。透明電極層は、発光領域では発光層と接触すると共に、発光領域間では透明絶縁層および金属隔壁上に延在するように形成される。この結果、反射構造として機能する金属隔壁を備えた上面発光型の面発光光源が得られる。この場合、金属隔壁は透明電極層と接触する金属配線としても機能するので、透明電極の配線抵抗が低減される。
【発明の効果】
【0020】
本発明の面発光光源によれば、発光層を複数の発光領域に区画するようにしたので、一部の発光領域に生じた欠陥が他の発光領域にまで拡大することがない。また、互いに隣り合う発光領域の間の領域に反射構造を設けるようにしたので、発光した光の光利用効率を高めることができる。
【0021】
特に、透明電極に接するように金属からなる補助電極を追加配設し、あるいは、透明電極に接するように反射構造としての金属隔壁を設けるようにした場合には、透明電極の配線抵抗が低減されるので、大きい面積の面発光光源であっても発光輝度むらを低減することができる。
【0022】
また、発光面側(透明電極側)にレンズ層を形成した場合には、発光面から出射した光を効率よく被照射面に導くことができ、光利用効率をさらに高めることもできる。
【0023】
また、各発光領域の発光層を取り囲むように透明電極層上に透明絶縁層を立設し、発光層および透明絶縁層の表面を覆うように金属電極層を形成すると共に、金属電極層の一部が反射構造を兼ねるようにした場合には、反射構造としての隔壁(金属隔壁)を別途設ける必要がないので、プロセスが簡単になる。
【0024】
本発明の第1ないし第4の面発光光源の製造方法によれば、複数の発光領域に区画された発光層と、各発光領域の発光層を取り囲む反射構造(金属隔壁または金属電極層)とを備えた面発光光源が得られる。このため、一部の発光領域の発光層に発生した欠陥が面発光光源全体に拡大するのを抑制して製造歩留を高めることができると共に、発生光が発光層内部を外部へと伝播して失われるのを抑制して光利用効率を高めることができる。
【0025】
特に、第4の面発光光源の製造方法によれば、透明基板上に形成した金属電極層の上に絶縁層を介して金属層を形成し、この絶縁層をエッチングストッパとして金属層を選択的にエッチングして非エッチング領域に金属隔壁を形成すると共に、その後、エッチングストッパ(絶縁層)を除去して金属電極層を露出させるようにしたので、金属電極層の膜厚および金属隔壁の高さを高精度に制御することができる。しかも、金属隔壁は、後に形成する透明電極層と接触する金属配線としても機能するので、透明電極層の配線抵抗が低減され、面発光光源全体における発光輝度むらを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0026】
以下、本発明を実施するための最良の形態(以下、単に実施の形態という。)について、図面を参照して詳細に説明する。
【0027】
[第1の実施の形態]
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る面発光光源の平面構造を表すものであり、図2は、この面発光光源における1つの発光セル(発光領域)のA−A矢視断面構造(を表すものである。面発光光源1は、上面発光型(トップ・エミッション型)の面発光光源として構成されたものであり、図1に示したように、複数の発光セルを有する。図2に示したように、この面発光光源1は、基板14上に、カソード電極層12、発光層11およびアノード電極層15を順次積層した構造を有する。カソード電極層12の中央部(発光領域)には凹部が形成され、この凹部の底部に発光層11が形成されている。カソード電極層12のうち、発光層11を取り囲む部分(隣の発光領域との間の領域)は、反射構造としての隔壁16を構成している。発光層11と隔壁16との間には、透明絶縁層13が形成されている。この透明絶縁層13は、隔壁16上にまで延びている。発光層11および透明絶縁層13の上面には、アノード電極層15が形成されている。すなわち、発光層11は隔壁16および透明絶縁層13によって複数の発光セルに区画されている。
【0028】
基板14としては、例えば、ガラスなどの透明(光透過性)材料により構成されるが、これには限定されず、例えば樹脂基板やセラミック基板等の不透明基板も利用可能である。
【0029】
カソード電極層12は、発光層11に電圧を印加するための一方の電極であり、すべての発光セルに共通に延在している。カソード電極層12は、光反射率の高い導電性材料、例えば、アルミニウム(Al)や銀(Ag)、チタン(Ti)等の金属材料が利用可能である。カソード電極層12の凹部領域は、例えば1μm程度の膜厚を有する。
【0030】
発光層11は、外部からアノード電極層15とカソード電極層12との間に印加された電圧に応じて光を発するものであり、例えば、有機EL(Organic Electro-Luminescence)材料を用いて構成可能である。但し、これに限定されず、それ以外にも、例えば、無機EL材料が利用可能である。また、発光層11の形状は、図1では円形であるが、これには限定されず、隔壁16の形状に合わせて、例えば三角形、四角形、六角形等にしてもよい。なお、発光層11は、例えば200nm程度の膜厚を有することが好ましい。また、互いに隣接する発光セルの中心間距離dは、例えば1mm程度とすることができるが、これには限定されない。
【0031】
アノード電極層15は、発光層11に電圧を印加するための他方の電極であり、例えば、酸化インジウム錫(ITO;Indium Tin Oxide)などの透明導電材料により構成されている。このアノード電極層15は、すべての発光セルの発光層11および絶縁層13を覆うようにして発光面全体に配設されている。アノード電極層15は、全発光領域に同時に一様な電圧が印加されることを確保すべく、配線抵抗が大きくならないように十分な膜厚を有することが好ましい。
【0032】
隔壁16は、アノード電極層15の一部をなすものであり、発光層11を個々の発光セルに区画すると共に、発光層11で発生した光を反射して所定の方向に導くものである。隔壁16の高さは、発光層11の高さ(膜厚)よりも高く(厚く)することが好ましく、例えば、1μm程度の膜厚に形成される。隔壁16は、図1に示したように正六角形形状に形成されている。これにより、円形に形成された発光層11を比較的高密度(高効率)で収容することができる。なお、隔壁16の壁厚lは、例えば3μm程度である。
【0033】
絶縁層13 は、カソード電極層12とアノード電極層15との間の絶縁状態を確保するものである。この絶縁層13は、例えば、二酸化ケイ素(SiO2)または窒化ケイ素(SiN)等の絶縁材料、もしくは感光性SOG(Spin-On-Glass)等の塗布型感光性絶縁材料により構成可能である。
【0034】
続いて、図3参照して面発光光源1の作用について説明する。
【0035】
発光層11によって発せられた光は、その大部分(正面方向成分t)がアノード電極層15を透過して被照射面側に出射する。一方、他の一部(端面方向成分t)は、発光層11の端面から出射し、隔壁16の側面(反射面18A)で反射したのち、アノード電極層15を透過して被照射面を照射する。すなわち、出射光の端面方向成分tが面発光光源1の最外周辺部にまで伝播し、その端部から漏出することが抑制される。これにより、光利用効率を高め、発光輝度を向上させることができる。
【0036】
また、発光層を複数の発光領域に区画し、各発光領域毎に隔絶するようにしたので、いずれかの発光セルの発光層に欠陥が生じた場合であっても、それが他の発光セルに転移することがなく、面発光光源1の面方向への欠陥の成長が抑制される。したがって、小型の有機EL素子を製造する通常品質レベルの生産ラインを用いた場合であっても、
大型の面発光光源の製造歩留りを高めることができる。
【0037】
以下、本実施の形態の変形例について説明する。
【0038】
(変形例1−1)
本変形例は、図4に示したように、カソード電極層12の一部をなす隔壁16Aが勾配を有するようにしたものである。その他の構成は、図2と同様である。隔壁16Aが勾配を有することで、隔壁16Aによって反射された光は、被照射面に向かって進行しやすくなり、光の利用効率が高まる。なお、「被照射面」とは、面発光光源1が光を照射する対象となる面をいい、図2の例ではアノード電極層15と対向する面である。
【0039】
(変形例1−2)
本変形例の面発光光源1Aは、図5Aに示したように、透明絶縁層13とアノード電極層15Aとの間に、例えばアルミニウム、銀等の金属からなる補助電極19を備えている。その他の構成は図2と同様である。この補助電極19は、アノード電極層15と電気的に接続された低抵抗の金属配線であるため、アノード電極層15Aの配線抵抗を軽減するように作用する。このため、カソード電極層とアノード電極層との間に印加される電圧の降下を抑制することができ、面発光光源1の中央部に印加される電圧の損失を抑制し、発光面内における発光輝度を均一にすることができる。
なお、図5Bに示したように、補助電極19Aを発光層11(発光部分)の上部を除くアノード電極層15の上面に形成しても同様の効果が得られる。
【0040】
(変形例1−3)
本変形例は、上記面発光光源1に出射方向を制御する機構を加えたものである。面発光光源1Bは、図6Aに示したように、アノード電極層15の上面に、出射方向を制御するマイクロレンズ20とを備えている。このマイクロレンズ20を発光層11の上部(光取出し部分)に設けることで、出射光を照射面に集光し、光利用効率を高めることができる。
【0041】
また、本変形例のマイクロレンズ20と変形例2の補助電極19とを組み合わせるようにしてもよい。図6Bに示したように、透明絶縁層13とアノード電極層15Aとの間に補助電極19を形成し、かつ、アノード電極層15Aの上面にマイクロレンズ20を形成する。この場合には、面発光光源の光利用効率を高めると共に、発光面全体における発光輝度の均一性を確保することができる。
【0042】
(変形例1−4)
本変形例は、基板自体がカソード電極および反射構造をも兼用するようにしたものである。本変形例の面発光光源1Cは、図7に示したように、基板24と、発光層11と、透明絶縁層13と、アノード電極層15とを備えている。基板24は、カソード電極17および隔壁16を兼ねており、上記実施の形態(図2)のカソード電極と同様の材料により形成されている。このように、基板24がカソード電極17および隔壁16をも兼用するようにすることにより、成膜プロセスを減らし簡略化することができる。
【0043】
次に、図8を参照して、図2に示した面発光光源1の製造方法について説明する。
【0044】
まず、図8(A)に示したように、基板14の上に、例えばPVD(Physical Vapor Deposition;物理気相成長)により、カソード電極となる膜厚1μm程度のAl層を形成する。続いて、例えばフォトリソグラフィ法などのエッチング技術ないしはレーザ加工等の微細加工技術により、Al層の一部(発光層11を形成するために必要部分)を除去して凹部28および隔壁16を形成する。隔壁16の高さは、後述する発光層13の膜厚よりも大きくする。なお、Al層の形成には、製造方法は異なるが、上記PVD以外にもCVD(Chemical Vapor Deposition;化学気相成長)法が利用可能である。
【0045】
次に、図8(B)に示したように、隔壁16の上に、例えばCVD法やPVD法により膜厚150nm程度のSiO層(透明絶縁層13)を形成する。続いて、例えばフォトリソグラフィ法などのエッチング技術またはレーザ加工等の微細加工技術により、透明絶縁層13の一部を除去して凹部28の表面を露出させる。
【0046】
次に、図8(C)に示したように、カソード電極層12の凹部底面(透明絶縁層13に囲まれた領域)に、例えばインクジェットやレーザ転写等により膜厚200nm程度の発光層11を形成する。
【0047】
次に、図8(D)に示したように、発光層11および透明絶縁層13の上面(発光面全体)に、アノード電極層15を形成する。
【0048】
以上の工程により、面発光光源1を形成することができる。説明を省略したが、この面発光光源1には、上記方法により複数の発光領域が形成される。このとき、隣接する発光領域の間の距離dは、例えば1mm程度である。
【0049】
本実施の形態に係る面発光光源の製造方法では、面発光光源1の発光面を複数の発光領域に区画して形成するようにしたので、面発光光源1内の一部に欠陥が発生した場合であっても、その欠陥の面方向における成長を抑制することができ、その製造歩留を高めることができる。
【0050】
特に、面発光光源を大面積化する場合には、欠陥の発生を考慮した小型の光源パネルを複数作製し、それらを繋ぎ合わせる等の作業が不要となり、生産性を高めることができる。
【0051】
また、発光層11の下面にカソード電極12を形成し、その上面にアノード電極層15を形成するようにしたので、トップ・エミッション型の面発光光源を形成することができる。
【0052】
[第2の実施の形態]
続いて、本発明の第2の実施の形態の面発光光源の構成について説明する。本実施の形態の面発光光源は、下面発光型(ボトム・エミッション型)の面発光光源として構成したものであり、アノード電極とカソード電極がそれぞれ反対側に設けられ、かつ、隔壁とカソード電極が別体となっている。上述した第1の実施の形態と重複する箇所については、同一の符号を付し説明を省略する。
【0053】
本実施の形態に係る面発光光源の平面構成は、図1に示すものと同様である。図9は、本実施の形態に係る面発光光源のA−A矢視断面構成を表すものである。面発光光源2は、基板34と、アノード電極層15Bと、隔壁16Bと、発光層11と、透明絶縁層13と、カソード電極17Aとを備えている。基板34の上には、アノード電極層15Bが形成されている。アノード電極層15Bの上には発光層11および隔壁16Bが互いに離間した状態で形成されている。隔壁16Bの側面および上面には透明絶縁層13が形成されている。また、発光層11および透明絶縁層13の上には、カソード電極17Aが形成されている。そして、発光層11と隔壁16B、およびアノード電極層15Bとカソード電極17Aは、それぞれ透明絶縁層13によって隔絶された状態となっている。
【0054】
隔壁16Bは、上記隔壁16と同質のものである。その膜厚は、発光層11の膜厚よりも大きく、例えば、1μm程度である。発光層11によって発光された光の側面方向成分を照射面(基板34側)に導くために発光層11の端面を囲むように設けられている。また、アノード電極層15Bと接着した状態となることで、アノード電極層15Bの補助配線としての機能も有している。
【0055】
アノード電極層15Bおよびカソード電極17Aは、発光層14に電圧を印加するための一対の電極となるものである。アノード電極層15Bは上記アノード電極層15と同様の透明電極である。また、カソード電極17Aは、上記カソード電極17と同様の金属電極である。
【0056】
続いて、図10を参照して面発光光源2の作用について説明する。
【0057】
発光層11によって発せられた光は、その大部分(正面方向成分t)がアノード電極層15Bおよび基板34を透過して照射面側に出射する。一方、他の一部(端面方向成分t)は、発光層11の端面から出射し、複数の反射面、例えば、反射面18B、反射面18Cおよび反射面18Dのすべて、もしくはそれらのいずれかとの反射を繰り返したのち、アノード電極層15Bおよび基板34を透過して照射面を照射する。
【0058】
以下、本実施の形態の変形例について説明する。
【0059】
(変形例2)
本変形例は、基板の下面をレンズ状に形成したものである。図11に示したように、基板34Aの下面を光の出射方向を制御する機構、例えば、レンズ状に形成する。これにより、光の出射方向を制御することができ、光の利用効率を高めることができる。
【0060】
以上説明したように、本実施の形態に係る面発光光源では、隔壁16Bを設け、発光層11の端面を覆うようにしたので、発光した光の端面方向成分が面発光光源2の端部から漏出することを回避することができ、光利用効率を高め、発光輝度を向上させることができる。
【0061】
特に、隔壁16Bとアノード電極層15とを接着させることで、アノード電極層15Bの配線抵抗を低減させることができ、発光面内における輝度むらを抑制することができる。
【0062】
また、基板下面の形状をレンズ状に形成した場合には、光の出射方向を制御することができ、光利用効率をさらに高めることができる。
【0063】
次に、図12を参照して、図9に示した面発光光源2の製造方法について説明する。
【0064】
まず、図12(A)に示したように、基板34の上に、例えば、膜厚150nm程度のアノード電極層15Bを形成する。続いて、例えば、膜厚1μm程度のAl層21を形成する。ここで、Al層21の膜厚は、後述する発光層11の膜厚よりも厚くする。
【0065】
次に、図12(B)に示したように、Al層21の一部(発光層11を形成するために必要な部分)を選択的に除去して隔壁16Bを形成する。続いて、隔壁16Bを含むアノード電極層15B上に、膜厚150nm程度の透明絶縁層13を形成する。その後、透明絶縁層13の一部(発光層11を形成するために必要な部分)を除去してアノード電極層15Bの一部を露出させる。
【0066】
次に、図12(C)に示したように、露出したアノード電極層15Bの上面に、例えば、インクジェットやレーザ転写等により、膜厚200nm程度の発光層11を形成する。
【0067】
次に、図12(D)に示したように、発光層11および透明絶縁層13の上面(発光面全体)に、カソード電極16Aを形成する。
【0068】
以上の工程により、面発光光源2を形成することができる。上記面発光光源1と同様に、複数の発光領域が同時に形成される。
【0069】
本実施の形態に係る面発光光源の製造方法では、隔壁16Bを形成することで、発光面を複数の発光領域に区画して形成するようにしたので、上記第1の実施の形態の製造方法と同様に、製造歩留を高めることができ、かつ、面発光光源を大面積化する場合には、その生産性を高めることができる。
【0070】
特に、発光層11の下面にカソード電極17を形成し、その上面にアノード電極層15を形成するようにしたので、ボトム・エミッション型の面発光光源を形成することができる。
【0071】
[第3の実施の形態]
続いて、本発明の第3の実施の形態の面発光光源の構成について説明する。本実施の形態の面発光光源は、ボトム・エミッション型の面発光光源として構成したものであり、隔壁を用いず、カソード電極によって発光層の側面を覆うようにしたものである。上述した第1および第2の実施の形態と重複する箇所については、同一の符号を付し説明を省略する。
【0072】
本実施の形態に係る面発光光源の平面構成は、図1に示すものと同様である。図13は、本実施の形態に係る面発光光源のA−A矢視断面構成を表すものである。面発光光源3は、基板34と、アノード電極層15Bと、発光層11と、透明絶縁層13Bと、カソード電極27とを備えている。基板34の上には、アノード電極層15Bが形成されている。アノード電極層15Bの上には発光層11および透明絶縁層13B形成され、発光層11および透明絶縁層13Bの上には、カソード電極27が形成されている。
【0073】
透明絶縁層13Bは、アノード電極層15Bとカソード電極27との間を絶縁するものであり、例えば、SiO2等の絶縁材料である。この透明絶縁層13Bは、発光層11の外周端面と対向するようにアノード電極層15B上に立設された第1部位13Cと、第1部位の外周面に設けられた第2部位とを含んでいる。第1部位の膜厚は、発光層11の膜厚よりも厚い、例えば、600nm程度である。また、第2部位の膜厚は、発光層11の膜厚よりも薄い、例えば、150nm程度である。
【0074】
カソード電極27は、アノード電極層15Bと一対となり、発光層に電圧を印加するための電極である。このカソード電極27は、発光層11の上面に設けられた上面部27Aと、発光層11の端面と対向するように設けられた端面部27Bとを含んでいる。端面部27Bは、発光層を発光領域毎に区画する隔壁としての機能も有している。
【0075】
続いて、図14を参照して面発光光源3の作用について説明する。
【0076】
発光層11によって発せられた光は、その大部分(正面方向成分t)がアノード電極層15Bおよび基板34を透過して照射面側に出射する。一方、他の一部(端面方向成分t)は、発光層11の端面から出射し、複数の反射面、例えば、反射面18E、反射面18Fおよび反射面18Gのとの反射を繰り返したのち、アノード電極層15Bおよび基板34を透過して照射面を照射する。
【0077】
以上説明したように、本実施の形態に係る面発光光源では、発光層11の端面と対向するようにしてカソード電極27の一部(端面部27B)を形成するようにしたので、発光面の端部から出射光の一部が漏出することを回避することができ、光利用効率を高め、発光輝度を向上させることができる。
【0078】
次に、図15を参照して、図13に示した面発光光源3の製造方法について説明する。
【0079】
まず、図15(A)に示したように、基板34の上に、例えば、膜厚150nm程度のアノード電極層15Bを形成する。
【0080】
次に、図15(B)に示したように、透明絶縁層13Bを形成する。具体的には、膜厚600nm程度のSiO層を形成する。続いて、SiO層における発光層11が形成される領域22Aを選択的に除去してアノード電極層15Bを露出させる。さらに、残るSiO層の一部(カソード電極27の端面部分27Bが形成される領域)22Bを選択的に除去する。以上の工程により、膜厚600nm程度の透明絶縁層の第1部位13Cと、膜厚150nm程度の透明絶縁層の第2部位13Dとを有する透明絶縁層13Bを形成する。なお、アノード電極層15Bの上部に存在するSiO層の膜厚を減少させ、続いて、SiO層の一部22Bとともにアノード電極層15Bの上部に存在するSiO層を除去する方法により、透明絶縁層13Bを形成することもできる。
【0081】
次に、図15(C)に示したように、露出したアノード電極層15Bの上面に、例えば、インクジェットやレーザ転写等により、膜厚200nm程度の発光層11を形成する。
【0082】
次に、図15(D)に示したように、発光層11および透明絶縁層13Bの上面(発光面全体)に、例えばPVD法によりカソード電極27を形成する。
【0083】
以上の工程により、面発光光源3を形成することができる。上記面発光光源1および2と同様に、複数の発光領域が同時に形成される。
【0084】
本実施の形態に係る面発光光源の製造方法では、透明絶縁層13Bの一部(第2部位13D)の膜厚を発光層11の膜厚よりも薄く形成し、かつ、カソード電極27の一部(端面部部27B)を発光層11の端面と対向するように形成したので、出射光の端面成分を照射面に導くことが可能となり光利用効率を高めることができ、かつ、別個に隔壁を設ける必要がなく、その製造工程数を減らすことができる。
【0085】
[第4の実施の形態]
続いて、本発明の第4の実施の形態の面発光光源の構成について説明する。本実施の形態の面発光光源は、トップ・エミッション型の面発光光源として構成したものであり、補助電極としても機能する金属隔壁をアノード電極層の下面に配設すると共に、金属隔壁とカソード電極層との間に、エッチングストッパ層としても機能する電極間絶縁膜を設けるようにしたものである。上述した第1および第3の実施の形態と重複する箇所については、同一の符号を付し説明を省略する。
【0086】
本実施の形態に係る面発光光源の平面構成は、図1に示すものと同様である。図16は、本実施の形態に係る面発光光源のA−A矢視断面構成を表すものである。面発光光源4は、基板14と、カソード電極17と、不透明絶縁層23と、透明絶縁層13Eと、発光層11と、隔壁16Cと、アノード電極層15とを備えている。基板12の上には、カソード電極17が形成されている。このカソード電極17の上面の一部には、発光層11が形成されている。カソード電極17の上面に、かつ、発光層11の外周端面と接するように透明絶縁層13Eが形成されている。カソード電極17の上面に、かつ、透明絶縁層13Eの外周端面と接するように不透明絶縁層23が形成されている。また、不透明絶縁層23の上面に、透明絶縁層13Eの外周端面と接するように隔壁16Cが形成されている。
【0087】
不透明絶縁層23は、カソード電極17と隔壁16Cとを電気的に絶縁するためのものであり、かつ、面発光光源の製造時においては、隔壁16Cの膜厚を制御する機能をも有する。この不透明絶縁層23としては、例えば、AlNやAlである。またはSiOやSiNであっても構わない。また、不透明絶縁層23の膜厚は、発光層11の膜厚よりも薄く、例えば、100nm程度である。
【0088】
透明絶縁層13Eは、アノード電極層15Bとカソード電極27との間を絶縁するものであり、上記透明絶縁層13と同質のものである。
【0089】
隔壁16Cは、上記隔壁16と同質のものである。その膜厚は、発光層11の膜厚よりも大きく、例えば、600nm程度である。発光層11によって発光された光の側面方向成分を照射面(基板14側)に導くために発光層11の端面を囲むように設けられている。また、隔壁16Cおよび上記透明絶縁層13Eの膜厚は、発光層11の膜厚よりも厚くする。隔壁16Cは、アノード電極層15と接した状態となることで、アノード電極層15の補助配線としての機能も有する。
【0090】
続いて、図17を参照して面発光光源4の作用について説明する。
【0091】
発光層11によって発せられた光は、その大部分(正面方向成分t)がアノード電極層15を透過して照射面側に出射する。一方、他の一部(端面方向成分t)は、発光層11の端面から出射し、例えば、反射面18Hと反射したのち、アノード電極層15を透過して照射面を照射する。
【0092】
以上説明したように、本実施の形態に係る面発光光源では、発光層11の端面と対向するようにして側壁16Cを形成するようにしたので、発光面の端部から出射光の一部が漏出することを回避することができ、光利用効率を高め、発光輝度を向上させることができる。
【0093】
特に、アノード電極層15と隔壁16Cとを接して設けるようにしたので、アノード電極の配線抵抗を低減することができ、発光面内における発光輝度を均一にすることができる。
【0094】
次に、図18,19を参照して、図16に示した面発光光源4の製造方法について説明する。について説明する。
【0095】
まず、図18(A)に示したように、基板14の上に、例えば、PVD法により膜厚600nm程度のカソード電極17を形成する。続いて、例えば、PVD法またはCVD法により膜厚100nm程度の不透明絶縁層23を形成する。その後、例えば、PVD法により膜厚1μm程度の金属の補助電極層25を形成する。
【0096】
次に、図18(B)に示したように、補助電極層25の一部を除去する。具体的には、補助電極層25の残存させる領域の上面にレジスト層26を形成し、続いて、露出した補助電極層25を、補助電極層のみエッチングする条件により選択的にエッチングして隔壁16Cを形成すると共に、不透明絶縁層23を露出させる。
【0097】
次に、図18(C)に示したように、不透明絶縁層23の一部を除去する。具体的には、露出した不透明絶縁層23を、不透明絶縁層23のみエッチングする条件により選択的にエッチングしてカソード電極17を露出させる。なお、このとき後処理としてレジスト層26を除去する。なお、これらのエッチング処理(図18(B),(C))が同一工程での処理であっても構わない。
【0098】
次に、図19(A)に示したように、透明絶縁層13Eを形成する。具体的には、隔壁16Cおよびカソード電極17の上に、例えば、CVD法によりSiO膜を形成し、続いてこの上からエッチングする。これにより、隔壁16Cおよび不透明絶縁層23の側面部分のみが残存し、透明絶縁層13Eが形成される。
【0099】
次に、図19(B)に示したように、露出したカソード電極17の上面に、例えば、インクジェットやレーザ転写等により、1μm程度の発光層11を形成する。
【0100】
次に、図19(C)に示したように、発光層11、透明絶縁層13Eおよび隔壁16Cの上面(発光面全体)に、アノード電極層15を形成する。
【0101】
以上の工程により、面発光光源4を形成することができる。上記面発光光源1ないし3と同様に、複数の発光領域が同時に形成される。
【0102】
本実施の形態に係る面発光光源の製造方法では、上記面発光光源1の製造方法と同様に、発光面を複数の発光領域に区画して形成するようにしたので、面発光光源1内の一部に欠陥が発生した場合であっても、その欠陥の面方向における成長を抑制することができ、その製造歩留を高めることができる。
【0103】
特に、カソード電極17と隔壁16Cとの間に不透明絶縁層23を形成し、かつ、隔壁16Cおよび不透明絶縁層23をそれぞれ性質の異なるエッチング法によりエッチングするようにしたので、隔壁16Cおよびカソード電極17の膜厚を高精度に制御することができる。
【0104】
以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明はこの実施の形態に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、発光領域の形状を変えても良い。例えば、図20に示したように、四角形にしてもよい、この場合には、発光領域の形成を容易に行うことができる。また、図21に示したように、三角形にしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【0105】
【図1】本発明の第1の実施の形態に係る面発光光源の平面図である。
【図2】図1に示した面発光光源の要部断面構造を表す断面図である。
【図3】図1に示した面発光光源の出射光路を表す図である。
【図4】第1の実施の形態に係る変形例を表す図である。
【図5A】第1の実施の形態に係る他の変形例を表す図である。
【図5B】第1の実施の形態に係る他の変形例を表す図である。
【図6A】第1の実施の形態に係る他の変形例を表す図である。
【図6B】第1の実施の形態に係る他の変形例を表す図である。
【図7】第1の実施の形態に係る他の変形例を表す図である。
【図8】図1に示した面発光光源の製造方法を表す断面図である。
【図9】本発明の第2の実施の形態に係る面発光光源の要部断面構造を表す断面図である。
【図10】図9に示した面発光光源の出射光路を表す図である。
【図11】第2の実施の形態に係る変形例を表す図である。
【図12】図9に示した面発光光源の製造方法を表す断面図である。
【図13】本発明の第3の実施の形態に係る面発光光源の要部断面構造を表す断面図である。
【図14】図13に示した面発光光源の出射光路を表す図である。
【図15】図13に示した面発光光源の製造方法を表す断面図である。
【図16】本発明の第4の実施の形態に係る面発光光源の要部断面構造を表す断面図である。
【図17】図16に示した面発光光源の出射光路を表す図である。
【図18】図16に示した面発光光源の製造方法を表す断面図である。
【図19】図17に続く図である。
【図20】本発明に係る面発光光源の変形例を表す図である。
【図21】本発明に係る面発光光源の他の変形例を表す図である。
【図22】従来の面発光光源の要部断面構造を表す断面図である。
【符号の説明】
【0106】
1,1A,1B,1C,2,3,4…面発光光源、11…発光層、12…カソード電極層、13,13B,13E…透明絶縁層、13C…透明絶縁層の第1部位、13D…透明絶縁層の第2部位、14,24,34…基板、15,15A,15B…アノード電極層、16,16A,16B,16C…隔壁、17,17A,27…カソード電極、19,19A…補助電極、20…マイクロレンズ、23…不透明絶縁層、27A…カソード電極の上面部、27B…カソード電極の端面部。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数の発光領域に区画された発光層と、
互いに隣り合う発光領域の間の領域に形成され、前記発光層から出射された光を反射する反射構造と
を備えたことを特徴とする面発光光源。
【請求項2】
前記反射構造は、前記発光層の積層面と交差する方向に延びる反射面を有する
ことを特徴とする請求項1に記載の面発光光源。
【請求項3】
基板と、
前記基板上に形成され、前記発光層と接しつつこれを支持する第1の電極層と、
前記発光層の上面に接するように形成された第2の電極層と
を備え、
前記反射構造は、各発光領域における発光層の外周端面に対向して発光層を取り囲むように前記第1の電極層上に立設されて前記発光層を複数の発光領域に区画する隔壁であり、
前記隔壁の側壁面が前記反射面を構成する
ことを特徴とする請求項2に記載の面発光光源。
【請求項4】
各発光領域の発光層の外周端面と前記隔壁との間の領域から前記隔壁の上面領域にかけて透明絶縁層が形成されている
ことを特徴とする請求項3に記載の面発光光源。
【請求項5】
前記第1の電極層が金属電極であり、前記第2の電極層が透明電極である
ことを特徴とする請求項4に記載の面発光光源。
【請求項6】
前記隔壁と前記第1の電極層とが同一の金属材料により一体に形成されている
ことを特徴とする請求項5に記載の面発光光源。
【請求項7】
前記透明絶縁層の上面に金属からなる補助電極層が形成され、
前記第2の電極層が前記発光層の上面から前記補助電極層の上面まで延設されている
ことを特徴とする請求項5に記載の面発光光源。
【請求項8】
前記第2の電極層が前記発光層の上面から前記透明絶縁層の上面まで延設され、
前記透明絶縁層の上方の前記第2の電極層の上面に金属からなる補助電極層が形成されている
ことを特徴とする請求項5に記載の面発光光源。
【請求項9】
前記第2の電極層の上に形成されたレンズ層
をさらに備えたことを特徴とする請求項5ないし請求項8のいずれか1項に記載の面発光光源。
【請求項10】
前記第1の電極層が透明電極であり、前記第2の電極層が金属電極であり、前記基板が透明基板である
ことを特徴とする請求項4に記載の面発光光源。
【請求項11】
前記隔壁と前記第1の電極層とが互いに異なる材料により別体に形成され、かつ、前記隔壁が金属材料により形成されている
ことを特徴とする請求項10に記載の面発光光源。
【請求項12】
透明基板と、
前記透明基板上に形成され、前記発光層と接しつつこれを支持する透明電極層と、
各発光領域における発光層の外周端面に接しながら発光層を取り囲むように前記透明電極層上に立設され、各発光領域間を分離する透明絶縁層と、
前記発光層および前記透明絶縁層の表面を覆うように形成された金属電極層と
を備え、
前記金属電極層の一部が前記反射構造を兼ねている
ことを特徴とする請求項2に記載の面発光光源。
【請求項13】
前記透明絶縁層は、
前記発光層よりも大きい膜厚を有し、発光層の外周端面に接しながら発光層を取り囲むように形成された第1の部分と、
前記発光層よりも小さい膜厚を有し、前記第1の部分の外周を取り囲むようにしてこれと一体に形成された第2の部分と
を含み、
前記金属電極層の、前記第1の部分の側壁面と接する面が前記反射面を構成する
ことを特徴とする請求項12に記載の面発光光源。
【請求項14】
前記基板の下面がレンズ形状を有する
ことを特徴とする請求項10ないし請求項13のいずれか1項に記載の面発光光源。
【請求項15】
前記隔壁が前記発光層よりも大きい膜厚を有する
ことを特徴とする請求項3に記載の面発光光源。
【請求項16】
基板と、
前記基板上に形成され、前記発光層と接しつつこれを支持する金属電極層と、
前記発光層の上面と接するように形成された透明電極層と
を備え、
前記反射構造は、各発光領域における発光層の外周端面に対向して発光層を取り囲むように前記第1の電極層上に絶縁層を介して立設されて前記発光層を複数の発光領域に区画する金属隔壁であり、
前記金属隔壁の側壁面が前記反射面を構成する
ことを特徴とする請求項2に記載の面発光光源。
【請求項17】
各発光領域の発光層の外周端面と前記金属隔壁との間の領域に形成された透明絶縁層を備え、
前記透明電極層が、前記発光層、前記透明絶縁層および前記金属隔壁を覆うように形成されている
ことを特徴とする請求項16に記載の面発光光源。
【請求項18】
基板上に金属電極層を形成する工程と、
前記金属電極層における互いに離間した複数の領域をそれぞれ所定の深さまでエッチングして複数の凹部とこれらの凹部間を分離する金属隔壁とを形成する工程と、
前記金属隔壁の上面から側壁面までを覆うように透明絶縁層を形成する工程と、
前記金属電極層の各凹部の底面に発光層を形成する工程と、
前記発光層から前記透明絶縁層までを覆うように透明電極層を形成する工程と
を含むことを特徴とする面発光光源の製造方法。
【請求項19】
前記金属隔壁の高さが前記発光層の膜厚よりも大きくなるようにエッチングを行う
ことを特徴とする請求項18に記載の面発光光源の製造方法。
【請求項20】
透明基板上に透明電極層を形成する工程と、
前記透明電極層上に金属層を形成する工程と、
前記金属層を前記透明電極層に達するまで選択的にエッチングして、透明電極層が露出した複数の領域とこれらの領域間を分離する金属隔壁とを形成する工程と、
前記金属隔壁の上面から側壁面までを覆うように透明絶縁層を形成する工程と、
前記露出領域に発光層を形成する工程と、
前記発光層から前記透明絶縁層までを覆うように金属電極層を形成する工程と
を含むことを特徴とする面発光光源の製造方法。
【請求項21】
前記金属層を前記発光層よりも厚く形成する
ことを特徴とする請求項18に記載の面発光光源の製造方法。
【請求項22】
透明基板上に透明電極層を形成する工程と、
前記透明電極層上の互いに離間した複数の領域をそれぞれ取り囲むように、透明電極層上に透明絶縁層を形成する工程と、
前記透明電極層上の前記複数の領域の各々に発光層を形成する工程と、
前記発光層から前記透明絶縁層までを覆うように金属電極層を形成する工程と
を含み、
前記透明絶縁層が、
前記発光層よりも大きい膜厚を有し、複数の領域の各々を取り囲む第1の部分と、
前記発光層よりも小さい膜厚を有し、前記第1の部分の外周を取り囲むようにしてこれと一体をなす第2の部分と
を含むようにする
ことを特徴とする面発光光源の製造方法。
【請求項23】
基板上に金属電極層を形成する工程と、
前記金属電極層上に不透明絶縁層を形成する工程と、
前記不透明絶縁層上に金属層を形成する工程と、
前記金属層を不透明絶縁層に達するまで選択的にエッチングして、不透明絶縁層が露出した複数の領域と、これらの領域間を分離する金属隔壁とを形成する工程と、
前記領域に露出している不透明絶縁層を除去して前記金属電極層を露出させる工程と、
前記金属隔壁の側壁面を覆うように透明絶縁層を形成する工程と、
前記不透明絶縁層が除去された領域の金属電極層上に発光層を形成する工程と、
前記発光層から前記透明絶縁層を経由して前記金属隔壁までを覆うように透明電極層を形成する工程と
を含むことを特徴とする面発光光源の製造方法。
【請求項24】
前記金属層を前記発光層よりも厚く形成する
ことを特徴とする請求項23に記載の面発光光源の製造方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5A】
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【図5B】
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【図6A】
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【図6B】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【図10】
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【図11】
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【図12】
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【図13】
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【図14】
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【図15】
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【図16】
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【図17】
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【図18】
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【図19】
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【図20】
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【図21】
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【図22】
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【公開番号】特開2009−151955(P2009−151955A)
【公開日】平成21年7月9日(2009.7.9)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−326464(P2007−326464)
【出願日】平成19年12月18日(2007.12.18)
【出願人】(000002185)ソニー株式会社 (34,172)
【Fターム(参考)】