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TWI601325B - 發光元件、發光裝置以及照明裝置 - Google Patents

發光元件、發光裝置以及照明裝置 Download PDF

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TWI601325B
TWI601325B TW105131367A TW105131367A TWI601325B TW I601325 B TWI601325 B TW I601325B TW 105131367 A TW105131367 A TW 105131367A TW 105131367 A TW105131367 A TW 105131367A TW I601325 B TWI601325 B TW I601325B
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hemispherical structure
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hemispherical
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池田壽雄
瀨尾哲史
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半導體能源研究所股份有限公司
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Description

發光元件、發光裝置以及照明裝置
本發明係關於發光元件及使用該發光元件的發光裝置以及具備該發光裝置的照明裝置。
在折射率高於大氣的區域中發光的固體發光元件在某種條件下，該發光元件的內部發出的光的一部分在其與大氣的介面上被全反射。其結果，有將光從固體發光元件的內部取出到大氣一側的效率小於100%的問題。
為了解決該問題，已有在固體發光元件的表面上設置結構體(例如，凹凸結構)的結構的報告。
例如，在非專利檔案1中，已公開組合高折射率玻璃基板和高折射率透鏡的結構及在高折射率玻璃基板和大氣之間的介面上設置凹凸結構的結構，改善了發光元件的光取出效率。
[非專利文獻1] “White organic light-emitting diodes with fluorescent tube efficiency”,Nature,14 May 2009, Vol. 459, p.234-239。
透射可見光，並且具有高折射率的材料(例如，玻璃和樹脂等)的種類少而且價格高。因此，適用於非專利檔案1所示的結構的發光元件有成本高的問題。
鑒於上述技術背景，本發明的目的之一就是使用廉價的材料提供一種光取出效率高的固體發光元件。另外，本發明的一個方式是提供一種使用該固體發光元件的高效率的發光裝置或一種使用該發光裝置的高效率的照明裝置。
為了實現上述目的，本發明著眼於高折射率的材料的使用量、低折射率的光學構件以及在該光學構件中的發光體的配置。
本發明藉由實現如下結構來解決上述課題，一種發光元件，包括：在第一面上具有半球狀結構並在第二面上具有凹凸結構的低折射率構件；使該凹凸結構平坦化的高折射率的接合層；以及其發光面接觸於該高折射率的接合層的平坦面的發光體，其中，該低折射率構件的凹凸結構至少設置在形成於第一面上的半球狀結構的外形的內側，並且，以該發光體的發光區域的外形小於該半球狀結構的外形且重疊於半球狀結構的方式設置該發光體。
藉由採用使發光體的發光面接觸於該高折射率的接合層的平坦面的結構，可以將光有效地從發光體提取到高折射率的接合層。而且，藉由採用隔著形成有凹凸結構的介面，使低折射率構件接觸於高折射率的接合層的結構，可 以有效地將透射高折射率的接合層的光取出到低折射率構件。另外，還具有降低高折射率的材料的使用量的效果。並且，藉由採用使發光體的發光區域的外形重疊於低折射構件中的半球狀結構並成為小於該結構的外形的結構，可以將透射低折射率構件的光高效率地取出到大氣中。
就是說，本發明的一個方式是一種發光元件，包括：在第一面上具有半球狀的結構並在第二面上具有凹凸結構的低折射率構件；其折射率高於使凹凸結構平坦化的低折射率構件的高折射率構件；以及其發光面接觸於高折射率的接合層的平坦面的發光體，其中，低折射率構件的凹凸結構至少設置在形成於第一面上的半球狀結構的外形的內側，以使投影在包括發光面的面上的發光體的發光區域的外形小於半球狀結構的外形且重疊於半球狀結構的方式設置該發光體。
根據上述本發明的一個方式，在折射率高的區域和折射率低的區域接觸的介面上形成凹凸結構或半球狀結構。由此，可以藉由折射率低的構件高效率地將源自折射率高的發光體的光取出到折射率更低的大氣中。另外，可以降低高折射率的材料的使用量。由此，可以減少製造成本。
另外，本發明的一個方式是根據上述的發光元件，其中半球狀結構的折射率為n，投影在包括發光面的面的發光體的發光區域的外形具有與投影在包括發光面的面的半球狀結構的外形共同的中心，且與半球狀結構的外形相似，其發光體的發光區域的外形包括在半球狀結構的外形 的(1/n)倍的範圍。
根據上述本發明的一個方式，光的全反射被儘量抑制，由此發光體發出的光藉由半球狀結構被取出到外部。
另外，本發明的一個方式是根據上述的發光元件，其中低折射率構件的折射率高於1.0且小於1.6，高折射率的接合層的折射率為1.6以上且1.9以下。
根據上述本發明的一個方式，能夠適用於低折射率構件的折射率小於1.6的材料有很多，且相對廉價。由此，可以減少製造成本。另外，因為與大氣的折射率差也小，所以可以有效地取出光到大氣中。另外，當高折射率的接合層的折射率為1.6以上且1.9以下時，可以有效地取出源自其折射率包括在1.6以上且1.9以下的範圍的固體發光體的發光。
另外，本發明的一個方式是根據上述的發光元件，包括：高折射率的接合層的平坦面上的第一電極；重疊於第一電極的第二電極；以及第一電極和第二電極之間的包含發光性的有機物的層，其中第一電極透射發光性的有機物發出的光。
根據上述本發明的一個方式，在藉由高折射率的接合層而實現平坦化的凹凸結構上形成第一電極。由此，可以抑制起因於凹凸結構的第一電極和第二電極的短路的發生，而可以提供高可靠性的發光元件。
此外，本發明的一個方式是根據上述的發光元件，其中在高折射率的接合層和發光體之間包括折射率為1.6以 上且1.9以下的氮化膜的。
根據上述本發明的一個方式，其中高折射率的接合層和第一電極之間具有折射率1.6以上且1.9以下的氮化膜。由此，可以在不影響光的取出效率的情況下防止雜質擴散到固體發光體。例如，當該固體發光元件為有機EL元件時，可以防止包含在低折射率構件及高折射率的接合層中的水分侵入到EL層，所以是較佳的。
另外，本發明的一個方式根據上述的發光元件，其中低折射率構件包括支撐體，並且在支撐體的一方的面具有半球狀結構，在另一方的面具有凹凸結構，支撐體和半球狀結構的折射率的差以及支撐體和凹凸結構的折射率的差都是0.15以下。
根據上述本發明的一個方式，其中將支撐體和半球狀結構的折射率的差以及支撐體和凹凸結構的折射率的差抑制為0.15以下。由此，降低由介面的折射率臺階引起的反射，可以藉由半球狀結構將發光體發出的光有效地取出到外部。另外，用於低折射率構件的材料的選擇變得容易，由此可以減少製造成本。
此外，本發明的一個方式是根據上述的發光元件，其中低折射率構件具有支撐體，並且在支撐體的一個面具有半球狀結構，在另一個面具有凹凸結構，半球狀結構和凹凸結構中的至少一個跟支撐體一起被成形。
根據上述本發明的一個方式，不在支撐體和半球狀結構之間以及/或支撐體和凹凸結構之間產生光學性能差。 由此，在低折射率構件內部的介面中光不散亂，而可以提高光的取出效率。另外，可以藉由一個製程將結構與支撐體一起形成，所以可以減少製造步驟，因此是方便的。
此外，本發明的一個方式是一種排列有多個上述發光元件的發光裝置。
根據上述本發明的一個方式，可以使用廉價材料且使用多個光取出效率高的固體發光元件構成發光裝置。由此，可以提供高效率的發光裝置。
另外，本發明的一個方式是一種具備上述發光元件的照明裝置。
根據上述本發明的一個方式，可以使用高效率的發光裝置來構成照明裝置。由此，可以提供高效率的照明裝置。
注意，在本說明書中，EL層是指設置在發光元件中的一對電極之間的層。從而，被夾在電極之間的包含發光性的有機化合物的發光層是EL層的一個形態。
此外，在本說明書中，當將物質A分散在使用其他物質B而形成的基質(matrix)中時，將構成基質的物質B稱為主體材料，並且將分散在基質中的物質A稱為客體材料。注意，物質A和物質B可以分別是單一物質或者是兩種或兩種以上的物質的混合物。
注意，本說明書中的發光裝置是指影像顯示裝置或光源(包括照明裝置)。而且，所述發光裝置在其範疇內包括以下所有的模組：連接器如軟性印刷電路(Flexible printed circuit，FPC)、卷帶式自動接合(Tape Automated Bonding,TAB)帶或帶載封裝(Tape Carrier Package,TCP)被連接到發光裝置上的模組；在TAB帶或TCP的末端帶有印刷線路板的模組；以及積體電路(IC)藉由玻璃覆晶片(Chip-On-Glass,COG)方式直接安裝在形成有發光元件的基底上的模組。
根據本發明，可以使用廉價材料提供光取出效率高的固體發光元件。另外，可以提供高效率的發光裝置或使用該發光裝置的高效率的照明裝置。
101‧‧‧第一電極
101b‧‧‧第一電極
102‧‧‧第二電極
102b‧‧‧第二電極
103‧‧‧層
103b‧‧‧層
104‧‧‧導電膜
140‧‧‧分隔壁
140b‧‧‧分隔壁
150‧‧‧構件
151‧‧‧半球狀結構
152‧‧‧凹凸結構
153‧‧‧支撐體
160‧‧‧接合層
165‧‧‧包括發光面的面
170‧‧‧固體發光體
170b‧‧‧固體發光體
171‧‧‧外形
180‧‧‧固體發光元件
180b‧‧‧固體發光元件
190‧‧‧固體發光裝置
201‧‧‧第一電極
202‧‧‧第二電極
203‧‧‧層
204‧‧‧導電膜
240‧‧‧分隔壁
250‧‧‧構件
251‧‧‧半球狀結構
252‧‧‧凹凸結構
260‧‧‧接合層
265‧‧‧包括發光面的面
270‧‧‧固體發光體
270a‧‧‧子固體發光體
270b‧‧‧子固體發光體
270c‧‧‧子固體發光體
271‧‧‧外形
271c‧‧‧外形
280‧‧‧固體發光元件
290‧‧‧固體發光裝置
350‧‧‧構件
351‧‧‧半球狀結構
360‧‧‧接合層
370‧‧‧固體發光體
380‧‧‧固體發光元件
390‧‧‧固體發光裝置
450‧‧‧構件
451‧‧‧半球狀結構
460‧‧‧接合層
470‧‧‧固體發光體
480‧‧‧固體發光元件
490‧‧‧固體發光裝置
1001‧‧‧外殼
1003‧‧‧光源
1004‧‧‧外殼
1006‧‧‧光源
1101‧‧‧陽極
1102‧‧‧陰極
1103‧‧‧有機層
1104‧‧‧中間層
1104a‧‧‧電子注入緩衝
1104b‧‧‧電子中繼層
1104c‧‧‧第一電荷產生區域
在圖式中：圖1A和圖1B是說明根據實施方式的固體發光裝置的結構的圖；圖2A至圖2D是說明根據實施方式的固體發光元件的結構的圖；圖3A和圖3B是說明根據實施方式的固體發光元件的結構的圖；圖4A至圖4C是說明根據實施方式的固體發光裝置的結構的圖；圖5A和圖5B是說明根據實施方式的固體發光裝置的結構的圖；圖6是說明根據實施方式的固體發光元件的結構的圖； 圖7A至圖7C是說明根據實施方式的固體發光裝置的結構的圖；圖8A至圖8C是說明根據實施方式的固體發光體的結構的圖；圖9A和圖9B是說明使用根據實施方式的固體發光裝置的照明裝置的圖；圖10A和圖10B是說明根據實施方式的固體發光體的結構的圖。
參照圖式對實施方式進行詳細說明。但是，本發明不侷限於以下說明，而所屬技術領域的普通技術人員可以很容易地理解一個事實就是其方式及詳細內容在不脫離本發明的宗旨及其範圍的情況下可以被變換為各種各樣的形式。因此，本發明不應該被解釋為僅侷限在以下所示的實施方式所記載的內容中。注意，以下說明的發明結構中，在不同的圖式中共同使用相同的圖式標記來表示相同的部分或具有相同功能的部分，而省略反復說明。
實施方式1
在本實施方式中，參照圖1A至圖4C說明固體發光元件以及將多個該固體發光元件排列為陣列形的發光裝置，該固體發光元件包括：在第一面上具有半球狀結構並在第二面上具有凹凸結構的低折射率構件；使其凹凸結構 平坦化的高折射率的接合層；以及其發光面接觸於該高折射率的接合層的平坦面的發光體，其中，上述低折射率構件的凹凸結構至少設置在形成於第一面上的半球狀結構的外形的內側，以該發光體的發光區域的外形小於該半球狀結構的外形且重疊於半球狀結構的方式設置該發光體。
圖1A和圖1B示出在本實施方式中例示的固體發光裝置190的結構。圖1A是其中固體發光元件180配置為矩陣狀的固體發光裝置190的剖面圖，圖1B是從固體發光裝置190的光取出面一側觀察的正面圖。另外，圖1A相當於沿著圖1B所示的切斷線M-N的剖面圖。
使用圖2A至圖2D詳細說明固體發光元件180的結構。固體發光元件180包括低折射率構件150、高折射率的接合層160和固體發光體170。另外，在固體發光體170與鄰接於該固體發光體170的其他固體發光體之間設置分隔壁140，固體發光體170具有與鄰接的其他固體發光體獨立的發光區域。
〈低折射率構件的結構〉
低折射率構件150在第一面上具有半球狀結構151，在第二面上具有凹凸結構152。作為低折射率構件150，較佳使用透射固體發光體170發出的光，折射率高於1.0且低於1.6的材料。尤其較佳使用透射可見光，折射率為1.4以上且小於1.6的材料。
因為折射率高於1.0且低於1.6的材料的種類很豐 富，廉價且容易取得，所以材料選擇的自由度高。另外，因為材料選擇的自由度高，所以製造方法的選擇的自由度也提高，因此製造變得容易。
可以例如使用玻璃及樹脂等形成低折射率構件150。作為樹脂，可以使用聚酯樹脂、聚丙烯腈樹脂、聚醯亞胺樹脂、聚甲基丙烯酸甲酯樹脂、聚碳酸酯樹脂、聚醚碸樹脂、聚醯胺樹脂、環烯烴樹脂、聚苯乙烯樹脂、聚醯胺-醯亞胺樹脂或聚氯乙烯樹脂等。
半球狀結構151在經過頂點的剖面上包括圓弧形。例如，其底面為圓形且經過頂點的剖面為半圓形的結構是半球狀結構的一個形式。另外，其底面為多角形且經過頂點的剖面包括圓弧(半圓形等)的結構(也可以稱為傘狀結構)也是半球狀結構的一個形式。當半球狀結構的底面的形狀為圓形時，與多角形的角多時實際上相同。當底面為多角形時，可以使鄰接的半球狀結構之間沒有空隙地進行配置。例如，當為三角形、四角形和六角形時，可以在平面上以最大密度填充而配置。尤其是，底面為六角形的半球狀結構可以提高光取出效率，所以是較佳的。
另外，也可以配置不同形狀及不同尺寸的半球狀結構來構成發光裝置。例如，可以在鄰接的大的半球狀結構的空隙中設置小的半球狀結構來提高光取出效率。
另外，半球狀結構(在本說明書中，包括在平面上一部分被切除的球狀結構)因為設計時的誤差而包括產生扁平狀態等的結構。可以採用能夠儘量減小在半球狀結構 (在本說明書中，包括在平面上一部分被切除的球狀結構)與大氣之間產生的全反射的形狀。
凹凸結構152可以為有規則的形狀或不規則的形狀。另外，凹凸結構152可以為接連到鄰接的固體發光元件180所具有的凹凸結構的形狀或不接連到固體發光元件180所具有的凹凸結構的形狀。凹凸結構152的從谷底到頂點的高度可以為0.1μm至100μm左右，鄰接的頂點的間隔較佳為1μm以上且100μm左右。藉由設置凹凸結構，不需要使用折射率高的高價材料形成半球狀結構，這樣就使製造變得容易。
作為可以用作凹凸結構152的有規則的形狀，例如可以舉出圓錐、三角錐、四角錐和六角錐等錐體。尤其是，三角錐、四角錐和六角錐可以最密地填充，所以是較佳的。越接近最密填充越不容易使固體發光體發出的光產生全反射，所以具有提高光取出效率的效果。
另外，凹凸結構152可以為單層或層疊有多個層的疊層。例如，較佳採用折射率高於1.0且小於1.6，且在與高折射率的接合層的介面具有無機材料膜的結構，其中該無機材料膜具有透光性和阻擋性。例如，可以使用氧化矽膜和氧氮化矽膜。具有透光性和阻擋性的無機材料膜可以在不降低光取出效率的情況下，防止雜質物擴散到固體發光體。例如，當該固體發光體為有機EL元件時，可以抑制水分等的雜質物侵入到發光體內部的現象，而提高固體發光元件的可靠性。
也可以使用金屬模具形成半球狀結構151及凹凸結構152。藉由利用注塑成型法使用同樣的材料，將具有半球狀結構151及凹凸結構152的低折射率構件150一體成形，可以使各個結構之間不容易產生折射率臺階，而降低雜散光。其結果，可以提高固體發光體發出的光的取出效率(參照圖2B)。
如圖2C所示那樣，也可以採用只在與固體發光體170的發光區域重疊的箭頭所示的區域中形成凹凸結構152。藉由採用上述結構，可以提高低折射率構件150的力學強度。
例如，可以適當地使用蝕刻法、噴砂法(sand blasting method)、乾冰噴砂加工法(microblast processing method)、液滴噴射法、印刷法(絲網印刷及膠版印刷等的形成圖案的方法)及旋塗法等的塗敷法、浸漬法、分配器法、印模法以及奈米壓印法等形成凹凸結構152。
低折射率構件150也可以為組合有多個構件的結構。例如，低折射率構件可以是在支撐體的一個面上黏合有半球狀結構和微透鏡陣列的結構，也可以是在另一個面上黏合有具有凹凸結構的膜的結構。圖2D是在支撐體153的第一面上貼合有半球狀結構151，並在支撐體153的第二面上貼合有凹凸結構152的結構的一例。注意，當採用貼合有多個構件的結構時，較佳將使用的構件以及黏合劑的折射率設定為實質上相同(折射率的差為0.15以下)。由此，可以抑制低折射率構件150內部的折射率臺階差。其 結果，可以降低雜散光，而提高固體發光體發出的光的取出效率。
〈高折射率的接合層的結構〉
高折射率的接合層160的一個面接觸於低折射率構件150的凹凸結構152，高折射率的接合層160的另一個面具備平坦面。
作為高折射率的接合層160較佳使用透射固體發光體170發出的光，且折射率為1.6以上的材料，尤其較佳使用折射率為1.7以上且2.1以下的材料。折射率高於1.6的材料的折射率與固體發光體的折射率等同或高於其。因此，即使為隔著平面與固體發光體接觸的結構，也不容易滿足產生全反射的條件，而不容易產生波導光，所以是較佳的。另一方面，折射率高於1.6的材料在材料選擇的自由度上受到限制，而且較高價。
但是，本實施方式所例示的高折射率接合層160可以有填充低折射率構件150的凹凸結構152，並使其表面變得平坦程度的厚度。由此，可以減少折射率為1.6以上的高價材料的使用量，而使接合層160的形成變得容易。
另外，高折射率的接合層160填充低折射率構件150的凹凸結構152的凹陷部，形成平坦的表面。由此，不容易發生起因於凹凸的膜厚度的不均勻和覆蓋不良等，而使固體發光體170的形成變得容易。
使用高折射率的玻璃以及高折射率的樹脂構成高折射 率的接合層160。作為高折射率的樹脂，可以舉出包含溴的樹脂和包含硫的樹脂等，例如，可以使用含硫聚醯亞胺樹脂、環氧硫化物樹脂、硫胺甲酸乙酯樹脂或溴化芳香族樹脂等。另外，也可以使用PET(聚對苯二甲酸乙二醇酯)和TAC(三醋酸纖維素)等。
高折射率的接合層160可以為單層或層疊有多個層的疊層。例如，較佳採用折射率為1.6以上的無機材料膜，尤其是包括氮化膜的結構。例如，可以使用氮化矽膜、氮化鋁膜、氮氧化矽膜和氧化鋁膜。氮化膜可以在不減低光取出效率的情況下，防止雜質物擴散到固體發光體。例如，當該固體發光體為有機EL元件時，可以抑制水分等的雜質物侵入到發光體內部的現象，而提高固體發光元件的可靠性。
作為高折射率的接合層160的形成方法，可以考慮接合強度和加工的容易性，適當地選擇適合材料的各種方法。例如可以使用旋塗法、絲網印刷法形成上述樹脂，並使用熱或光固化上述樹脂。
〈固體發光體的結構〉
固體發光體170包括折射率為1.6以上的發光層而構成。作為固體發光體170，例如，可以舉出有機EL元件、無機EL元件以及LED等。
〈固體發光元件的結構〉
對固體發光體可以期待高可靠性，但是因為在比大氣的折射率高的區域中產生光，所以被要求以高效率將光取出到大氣中。這是因為當光從折射率高的區域行進到折射率低的區域時，由於在介面產生全反射，所以不能將光取出到折射率低的區域的緣故。
本實施方式所例示的固體發光元件包括在第一面上具有半球狀結構並在第二面上具有凹凸結構的低折射率構件；使其凹凸結構平坦化的高折射率的接合層；以及其發光面接觸於該高折射率的接合層的平坦面的發光體，其中該低折射率構件的凹凸結構至少設置在形成於第一面上的半球狀結構的外形的內側，以該發光體的發光區域的外形小於該半球狀結構的外形且重疊於半球狀結構的方式設置該發光體。以下使用圖3A和圖3B說明藉由上述結構能夠從折射率高的區域將光高效率地取出到折射率低的區域的理由(參照圖3B)。
在本實施方式中，說明將有機EL元件適用於固體發光元件180中的固體發光體170的情況。明確地說，在固體發光體170中，在第一電極101和第二電極102之間夾有包含發光性的有機化合物的層103。第一電極101透射包含發光性的有機化合物的層103發出的光，第二電極102反射包含發光性的有機化合物的層103發出的光。另外，分隔壁140具有垂直於第一電極101的表面的形狀或倒錐型的形狀，其使固體發光體170與鄰接於該固體發光體170的固體發光體分離(參照圖3A)。另外，第一電極 101和第二電極102分別藉由未圖示的佈線連接到電源。例如，藉由使用覆蓋性良好的成膜方法(例如，濺射法)，重疊於第二電極102地來形成導電膜104，可以使固體發光體170的第二電極102連接到鄰接的固體發光體的第二電極(參照圖10A)。另外，藉由使用覆蓋性良好的成膜方法形成第二電極102，也可以得到同樣的效果。
另外，圖3A的右側圖示出分隔壁的變形例。固體發光元件180b包括正錐型的分隔壁140b。分隔壁140b使第一電極101b和包括發光性的有機化合物的層103b之間電絕緣，而使固體發光體170b與鄰接的固體發光體分離。另外，藉由使分隔壁140b成為正錐型，可以使固體發光體170b的第二電極102b連接到鄰接的固體發光體的第二電極。另外，圖3A所例示的固體發光體170b的第一電極101b連接到鄰接固體發光體的第一電極。因此，可以說固體發光體170b與鄰接的發光體並聯連接。
注意，低折射率構件150所具有的凹凸結構152被高折射率的接合層160平坦化。藉由在被高折射率的接合層160平坦化的表面上形成第一電極101，第一電極101成為平坦，而可以抑制第一電極101和第二電極102的短路。因此上述結構具有提高固體發光體170的可靠性的效果。
在固體發光體170中，藉由對第一電極101和第二電極102施加閾值以上的電壓，使包含發光性的有機化合物的層103發光。接著，該發光透射對發光性的有機化合物 發出的光具有透光性的第一電極101，行進到與高折射率的接合層160的介面。注意，在本說明書中，將固體發光體的發光的區域叫做發光區域。另外，將接受固體發光體發出的光的高折射率接合層的面叫做發光面。
從而，在圖3B中，固體發光體170發出的光透射的第一電極101和高折射率的接合層160接觸的介面是發光面。另外，將固體發光體170的發光區域投影在包括發光面的面165的形狀是發光區域的外形171。
因為高折射率的接合層160與固體發光體170同樣地具有高於大氣的折射率，所以固體發光體170發出的光的大部分可以進入到高折射率的接合層160中，而在與高折射率接合層160的介面不產生全反射。
進入到高折射率的接合層160的光行進到設置在低折射率構件150中的凹凸結構152。因為凹凸結構152具有與發光面不平行的角度，所以在介面中不容易重複產生全反射。其結果，固體發光體170發出的光可以以高效率進入到低折射率構件150內部。
如圖3B所示那樣，其折射率為n的低折射率構件具有接觸於折射率更低的大氣的半球狀結構。另外，與投影在包括發光面的面165的半球狀結構151的外形的直徑r1相比，固體發光體170的發光區域的外形171的直徑r2小。另外，以與半球狀結構151重疊的方式設置有該發光體。由此，發光體發出的光藉由半球狀結構被取出到外部。
尤其，當發光區域的外形171與投影在包括發光面的面165的半球狀結構151的外形相似，並且以包括在半球狀結構151的(1/n)倍的範圍方式構成時，換言之，在r2等於r1的(1/n)倍的結構中，光的全反射被儘量抑制，藉由半球狀結構，可以有效地將發光體發出的光取出到大氣中。進入到靠近半球狀結構151的外周部區域的光重複產生全反射，所以難以取出。因此，藉由採用避開該區域地設置發光區域的結構，可以防止取出效率的降低。
<變形例>
圖4A至圖4C示出本實施方式的變形例。圖4A至圖4C所例示的固體發光裝置390除了六角形的發光面和其底面為六角形的半球狀結構以外，具有與圖1A和圖1B所例示的固體發光裝置190同樣的結構。
圖4A是其中固體發光元件380配置為矩陣狀的固體發光裝置390的剖面圖，圖4B是從固體發光裝置390的光取出面一側觀察的正面圖。另外，圖4A相當於沿著圖4B所示的切斷線M-N的剖面圖，圖4C相當於沿著圖4B所示的切斷線P-Q的剖面圖。
固體發光元件380包括具有六角形的發光區域的固體發光體370；高折射率的接合層360；以及低折射率構件350，該低折射率構件350在第一面上具有凹凸結構，在第二面上具有半球狀結構。將固體發光體370的發光區域投影在其包括發光面的面的發光區域的外形和半球狀結構 351的外形(也可以稱為半球結構的底面的外形)具有共同中心，並都是六角形。另外，在其折射率為n的低折射率構件350中，固體發光體370的發光區域的外形包括在半球狀結構351的外形的(1/n)倍的範圍。
半球狀結構351具有從底面的角朝往頂點的棱線。在經過棱線的斷面中，該棱線包括圓弧。另外，也可以將“半球狀結構351”換稱為“傘狀半球狀結構”。另外，本變形例所例示的固體發光元件380中的固體發光體370具有與上述固體發光元件180中的固體發光體170同樣的結構。明確地說，在第一電極和第二電極之間夾有包含發光性的有機化合物的層。此外，固體發光體370中的第一電極和第二電極分別藉由未圖示的佈線連接到電源。例如，藉由使用覆蓋性良好的成膜方法(例如，濺射法)，重疊於第二電極地形成導電膜，可以使固體發光體370的第二電極連接到鄰接的固體發光體的第二電極。另外，藉由使用覆蓋性良好的成膜方法形成第二電極，也可以得到同樣的效果。
本變形例所例示的固體發光裝置在一個面具有多個半球狀結構，該半球狀結構的外形與鄰接的其他半球狀結構的外形沒有空隙地接觸。另外，固體發光體的發光區域的外形包括在半球狀結構的外形的(1/n)倍的範圍。藉由採用上述結構，由於在同樣的面積內可以以高密度配置固體發光元件，因此可以實現固體發光裝置的微型化。
尤其是，藉由避開難以取出光的半球狀結構的外周 部，將固體發光體的發光區域設定為半球狀結構的外形的(1/n)倍，可以在不使光取出效率降低的情況下，使固體發光裝置的面積成為最小。且可以使光取出效率成為最大。
本實施方式所例示的固體發光元件包括：在第一面上具有半球狀結構並在第二面上具有凹凸結構的低折射率構件；使其凹凸結構平坦化的高折射率的接合層；以及其發光面接觸於該高折射率的接合層的平坦面的發光體，其中該低折射率構件的凹凸結構至少設置在第一面上形成的半球狀結構的外形的內側，以該發光體的發光區域的外形小於該半球狀結構的外形且重疊於半球狀結構的方式設置該發光體。因為該固體發光元件可以降低具有高折射率的材料的使用量，所以可以使用廉價材料提供光取出效率高的固體發光元件。
另外，因為將該固體發光元件配置為陣列的發光裝置由使用廉價材料的光取出效率高的固體發光元件構成，所以發光裝置的光取出效率高，並且廉價。
注意，本實施方式可以與本說明書所示的其他實施方式適當地組合。
實施方式2
在本實施方式中，參照圖5A和圖5B及圖6說明與實施方式1不同方式的固體發光元件及其中將該固體發光元件配置為陣列的發光裝置。本實施方式所例示的固體發光元件包括：在第一面上具有半球狀結構並在第二面上具 有半球狀的凹陷結構的低折射率構件；使其半球狀的凹陷結構平坦化的高折射率的接合層；以及其發光面接觸於該高折射率的接合層的平坦面的發光體。另外，低折射率構件的半球狀的凹陷結構設置在形成於第一面上的半球狀結構的外形的內側。而且，該發光體包括多個子固體發光體，子固體發光體的發光區域的外形小於半球狀的凹陷結構的外形，以其發光區域的外形重疊於半球狀的凹陷結構的外形的方式設置有該子固體發光體(參照圖6)。
圖5A和圖5B示出本實施方式所例示的固體發光裝置290及固體發光元件280的結構。圖5A是其中配置有多個子固體發光體的固體發光元件280的剖面圖，5B是從其中固體發光元件280配置為陣列的固體發光裝置290的光取出面一側觀察的正面圖。另外，圖5A相當於沿著圖5B所示的切斷線M-N的剖面圖。
使用圖5A詳細說明固體發光元件280的結構。固體發光元件280具有低折射率構件250、高折射率的接合層260以及固體發光體270。
如圖5A所示那樣，固體發光體270由包括小子固體發光體270a、子固體發光體270b、子固體發光體270c的多個子固體發光體來構成。分隔壁240設置在子固體發光體之間，分離各個發光區域。
〈低折射率構件的結構〉
低折射率構件250在第一面上具有半球狀結構251， 在第二面上具有半球狀的凹陷結構252。此外，可以使用與實施方式1所例示的低折射率構件150同樣的材料和方法來形成低折射率構件250。明確地說，可以使用透射固體發光體270發出的光，且折射率高於1.0且小於1.6的材料，例如，使用注塑成型法等形成低折射率構件250。因此，詳細內容可以參照實施方式1。
半球狀的凹陷結構252所具有的半球狀凹陷例如其直徑可以為1μm以上且100μm以下左右，其配置較佳為彼此被最密填充。越接近最密填充，越可以提高每單位面積中子固體發光體的發光區域所占的面積，因此，可以使固體發光元件280明亮。
〈高折射率的接合層的結構〉
高折射率的接合層260的一個面接觸於低折射率構件250的半球狀的凹陷結構252，高折射率的接合層260的另一個面是平坦面，可以使用與實施方式1所例示的高折射率的接合層160同樣的材料和方法來形成高折射率的接合層260。明確地說，可以使用透射固體發光體270發出的光，且其折射率為1.6以上的材料，使用旋塗法和絲網印刷法等填充半球狀的凹陷結構252，以使其表面成為平坦的方式形成高折射率的接合層260。因此，詳細內容可以參照實施方式1。
〈固體發光體的結構〉
固體發光體270包括折射率為1.6以上的發光層而構成。作為固體發光體270，可以舉出有機EL元件、無機EL元件以及LED等。
〈固體發光元件的結構〉
對固體發光體可以期待高可靠性，但是因為在比大氣的折射率高的區域產生光，所以被要求以高效率將光取出到大氣中。這是因為當光從折射率高的區域行進到折射率低的區域時，由於在介面產生全反射，所以不能將光取出到折射率低的區域的緣故。
本實施方式所例示的固體發光元件包括：在第一面上具有半球狀結構並在第二面上具有半球狀的凹陷結構的低折射率構件；使其半球狀的凹陷結構平坦化的高折射率的接合層；以及其發光面接觸於該高折射率的接合層的平坦面的發光體。其中，低折射率構件的半球狀的凹陷結構設置在形成在第一面上的半球狀結構的外形的內側。該發光體包括多個子固體發光體，該子固體發光體的發光區域的外形小於半球狀的凹陷結構的外形，以其發光區域的外形重疊於半球狀的凹陷結構的外形的方式設置該子固體發光體。以下說明藉由上述結構能夠將光從折射率高的固體發光體高效率地取出到折射率低的大氣中的理由。
在本實施方式中，說明將有機EL元件適用於固體發光元件280的固體發光體270的情況。明確地說，在構成固體發光體270的每一個子固體發光體中，在第一電極 201和第二電極202之間夾有包含發光性的有機化合物的層203。第一電極201透射包含發光性的有機化合物的層203發出的光，第二電極202反射包含發光性的有機化合物的層203發出的光。另外，分隔壁240具有垂直或倒錐型的形狀，其分離子固體發光體的每一個發光區域。(參照圖5A)。
注意，低折射率構件250所具有的半球狀的凹陷結構252被高折射率的接合層260平坦化。藉由在被高折射率的接合層260平坦化的表面上形成第一電極201，第一電極201成為平坦，這樣可以抑制第一電極201和第二電極202的短路。因此上述結構具有提高固體發光體270的可靠性的效果。
在固體發光體270中，藉由對第一電極201和第二電極202施加閾值以上的電壓，使包含發光性的有機化合物的層203發光。接著，該發光透射對發光性的有機化合物發出的光具有透光性的第一電極201，行進到與高折射率的接合層260的介面。
另外，在圖6中，固體發光體270發出的光透射的第一電極201和高折射率的接合層260接觸的介面是發光面。另外，將子固體發光體270c的發光區域投影在包括發光面的面265的形狀是子發光區域的外形271c，將固體發光體270的發光區域投影在包括發光面的面265的形狀是發光區域的外形271。另外，在本實施方式中將子固體發光體270c用作例子進行說明，但是可以對固體發光 體270所具有的其他子固體發光體適用同樣的說明。
因為高折射率的接合層260與子固體發光體270c同樣地具有高於大氣的折射率，所以子固體發光體270c發出的光的大部分可以進入到高折射率的接合層260中，而不在與高折射率接合層260的介面產生全反射。
進入到高折射率的接合層260的光行進到設置在低折射率構件250中的半球狀的凹陷結構252。因為半球狀的凹陷結構252具有與發光面不平行的多樣角度，所以在介面中不容易重複產生全反射。另外，投影在包括發光面的面265的子固體發光體270c的發光區域的外形271c的直徑r4小於半球狀的凹陷結構252的外形的直徑r3。此外，以其發光區域的外形271c的直徑r4重疊於半球狀的凹陷結構252的方式設置子固體發光體270c。其結果，子固體發光體270c發出的光高效率地進入到被高折射率的接合層260填充的半球狀的凹陷結構252的內部，並且藉由半球狀的凹陷結構252進入到低折射率構件250中。
另外，與子固體發光體270c發出的光相同，固體發光體270所具有的其他子固體發光體發出的光也藉由半球狀的凹陷結構252高效率地進入到低折射率構件250。
固體發光元件280所具有的折射率為n的低折射率構件250具有接觸於折射率更低的大氣的半球狀結構251(參照圖5A)。與投影在包括發光面的面265的半球狀結構251的外形的直徑r1相比，固體發光體270的發光區域的外形271的直徑r2小。另外，以重疊於半球狀結構251 的方式設置有固體發光體270。由此，發光體發出的光藉由半球狀結構251被取出到外部。
尤其是，當以與投影在包括發光面的面265的半球狀結構251的外形相似，且包括在半球狀結構251的外形的(1/n)倍的範圍內的方式構成發光區域的外形271時，換言之，在r2等於r1的(1/n)倍的結構中，光的全反射被儘量抑制，可以將發光體發出的光藉由半球狀結構高效率地取出到大氣中。進入到靠近半球狀結構251的外周部的區域的光反復產生全反射，所以難以取出。因此，藉由採用避開該區域地設置發光區域的結構，可以防止光取出效率的降低。另外，本實施方式所例示的子固體發光元件中的子固體發光體具有與實施方式1的固體發光元件180中的固體發光體170同樣的結構。明確地說，在第一電極和第二電極之間夾有包含發光性的有機化合物的層。另外，子固體發光體的第一電極和第二電極分別藉由未圖示的佈線連接到電源。例如，藉由使用覆蓋性良好的成膜方法(例如，濺射法)，重疊於第二電極地形成導電膜204，可以使子固體發光體第二電極連接到鄰接的子固體發光體的第二電極(參照圖10B)。另外，藉由使用覆蓋性良好的成膜方法形成第二電極，也可以得到同樣的效果。
<變形例>
圖7A至圖7C示出本實施方式的變形例。圖7A至圖7C所例示的固體發光裝置490除了具有包括六角形的發 光面和六角形的底面的半球結構以外，還具有與圖5A和圖5B所例示的固體發光裝置290同樣的結構。
圖7A是其中固體發光元件480配置為矩陣狀的固體發光裝置490的剖面圖，圖7B是從固體發光裝置490的光取出面一側觀察的正面圖。注意，圖7A相當於沿著圖7B所示的切斷線M-N的剖面圖，圖7C相當於沿著圖7B所示的切斷線P-Q的剖面圖。
固體發光元件480包括具有配置為六角形狀的子固體發光體的固體發光體470；高折射率的接合層460；以及低折射率構件450，並且該低折射率構件450在第一面上具有凹陷結構，在第二面上具有半球狀結構。配置為六角形狀的子固體發光體的發光區域投影在包括發光面的面的發光區域的外形和半球狀結構451的外形(也可以稱為底面的外形)具有共同中心，並都是六角形。另外，在其折射率為n的低折射率構件450中，固體發光體470的發光區域的外形包括在半球狀結構451的外形的(1/n)倍的範圍。
半球狀結構451具有從底面的角朝往頂點的棱線。在經過棱線的斷面中，高棱線包括圓弧。
在本變形例所例示的固體發光裝置在一個面具有多個半球狀結構，該半球狀結構的外形與鄰接的其他半球狀結構的外形沒有空隙地接觸。另外，固體發光體的發光區域的外形包括在半球狀結構的外形的(1/n)倍的範圍。藉由採用上述結構，由於可以在同樣的面積內以高密度配置固體 發光元件，因此可以實現固體發光裝置的微型化。
尤其是，藉由避開難以取出半球狀結構的外周部的光的區域，將固體發光體的發光區域的外形設定為半球狀結構的外形的(1/n)倍，可以使固體發光裝置的面積成為最小。且可以使其光取出效率成為最大。
另外，因為將該固體發光元件配置為陣列的發光裝置由使用廉價材料的光取出效率高的固體發光元件構成，所以該發光裝置的光取出效率高，並且廉價。
注意，本實施方式可以與本說明書所示的其他實施方式適當地組合。
實施方式3
在本實施方式中，參照圖8A至圖8C說明可以適用於實施方式1或實施方式2所說明的固體發光元件的發光體的結構以及其製造方法的一例。
本實施方式所例示的發光體具有第一電極、第二電極以及包含發光物質的有機層。第一電極和第二電極中的一個用作陽極，另一個用作陰極。包含發光物質的有機層設置在第一電極和第二電極之間，可以根據第一電極和第二電極的極性以及材質適當地選擇該有機層的結構。以下示出發光體的結構的一例，但是當然發光體的結構不限於此。
〈發光體的結構例1.〉
圖8A示出發光體的結構的一例。在圖8A所示的發光體中，陽極1101和陰極1102之間夾有包含發光物質的有機層1103。
對陽極1101和陰極1102之間施加高於閾值電壓的電壓，使來自陽極1101一側的電洞以及來自陰極1102一側的電子注入到包含發光物質的有機層1103中。被注入的電子和電洞在有機層1103中重新結合，於是，包含在有機層1103的發光物質發光。
包含發光物質的有機層1103只要至少具有包含發光物質的發光層，即可。其也可以是發光層與發光層以外的層的疊層結構。作為發光層以外的層，例如可以舉出包含電洞注入性高的物質、電洞傳輸性高的物質、電子傳輸性高的物質、電子注入性高的物質以及雙極性(電子及電洞的傳輸性高的物質)的物質的層等。明確地說，可以舉出電洞注入層、電洞傳輸層、發光層、電洞阻止層(電洞阻擋層)、電子傳輸層、電子注入層等，可以從陽極一側將這些層適當地層疊而使用。
〈發光體的結構例2.〉
圖8B示出發光體結構的其他一例。在圖8B所示的發光體中，陽極1101和陰極1102之間夾有包含發光物質的有機層1103。而且陰極1102和包含發光物質的有機層1103之間設置有中間層1104。注意，與上述發光體的結構例1同樣的結構可以適用於該發光體的結構例2的包含 發光物質的有機層1103，因此詳細內容可以參照發光體的結構例1。
中間層1104只要至少包括電荷產生區域而形成，即可，也可以是層疊中間層1104與電荷產生區域以外的層的疊層結構。例如，可以適用如下結構，即從陰極1102一側依次層疊第一電荷產生區域1104c、電子中繼層1104b、電子注入緩衝層1104a。
說明在中間層1104中的電子和電洞的動態。當對陽極1101和陰極1102之間施加高於閾值電壓的電壓時，在第一電荷產生區域1104c中產生電洞和電子，電洞移動到陰極1102，電子移動到電子中繼層1104b。電子中繼層1104b的電子傳輸性高，將在第一電荷產生區域1104c中產生的電子及時送達到電子注入緩衝層1104a。電子注入緩衝層1104a緩和將電子注入到包含發光物質的有機層1103的勢壘，提高對包含發光物質的有機層1103的電子注入效率。從而，在第一電荷產生區域1104c中產生的電子經過電子中繼層1104b和電子注入緩衝層1104a注入到包含發光物質的層1103的LUMO能階。
另外，電子中繼層1104b可以防止構成第一電荷產生區域1104c的物質和構成電子注入緩衝層1104a的物質在介面起反應而破壞彼此功能等的相互作用。
〈發光體的結構例3.〉
圖8C示出發光體的結構的其他一例。在圖8C所例 示的發光體中，陽極1101和陰極1102之間夾有兩個包含發光物質的有機層1103。而且，包含發光物質的有機層1103和包含發光物質的有機層1103之間設置有中間層1104。注意，在陽極和陰極之間夾持的包含發光物質的有機層不限於兩個。也可以在包含發光物質的有機層之間夾有中間層，而在陽極和陰極之間層疊三個以上的包含發光物質的有機層。注意，可以將與上述發光體的結構例1同樣的結構適用於該發光體的結構例3的包含發光物質的有機層1103，另外，可以將與上述發光體的結構例2同樣的結構適用於該發光體的結構例3的中間層1104。因此詳細內容可以參照發光體的結構例1或發光體的結構例2。
說明設置在包含發光物質的有機層1103之間的中間層1104中的電子和電洞的動態。當對陽極1101和陰極1102之間施加高於閾值的電壓時，在中間層1104中產生電洞和電子，電洞移動到設置在陰極1102一側的包含發光物質的有機層1103，電子移動到設置在陽極1101一側的包含發光物質的有機層1103。注入到設置在陰極1102一側的包含發光物質的有機層1103的電洞與從陰極1102一側注入的電子重新結合，於是，包含在該有機層1103的發光物質發光。另外，注入到設置在陽極1101一側的包含發光物質的有機層1103的電子與從陽極1101一側注入的電洞重新結合，於是，包含在該有機層1103的發光物質發光。從而，在中間層1104中產生的電洞和電子分 別在不同的包含發光物質的有機層中發光。
另外，藉由將包含發光物質的有機層設置為彼此接觸，當在兩者之間形成與中間層同樣的結構時，可以將包含發光物質的有機層設置為彼此接觸。明確地說，當在包含發光物質的有機層的一個面設置有電荷產生區域時，因為該電荷產生區域用作中間層的第一電荷產生區域，所以可以將包含發光物質的有機層設置為彼此接觸。
發光體的結構例1至結構例3可以彼此組合而使用。例如，在發光體的結構例3的陰極和包含發光物質的有機層之間可以設置中間層。
〈可以用於發光體的材料〉
接著，按陽極、陰極、包含發光物質的有機層、第一電荷產生區域、電子中繼層、電子注入緩衝的順序說明可以用於具有上述結構的發光體的具體材料。
〈可以用於陽極的材料〉
陽極1101較佳使用具有高功函數(明確地說，較佳是4.0eV以上)的金屬、合金、導電化合物以及它們的混合物等。明確地說，例如，可以舉出氧化銦錫(ITO：Indium Tin Oxide)、包含矽或氧化矽的氧化銦錫、氧化銦鋅(Indium Zinc Oxide)、包含氧化鎢的氧化銦鋅等。
通常使用濺射形成上述導電性金屬氧化膜，但是也可以應用溶膠-凝膠法形成上述導電性金屬氧化膜。例如， 藉由濺射法，使用在氧化銦中添加有1wt%至20wt%的氧化鋅的靶材，能夠形成氧化銦-氧化鋅膜。另外，藉由濺射法，使用在氧化銦中包含有0.5wt%至5wt%的氧化鎢和0.1wt%至1wt%的氧化鋅的靶材，能夠形成含有氧化鎢和氧化鋅的氧化銦膜。
此外，可以舉出如下物質：金(Au)、鉑(Pt)、鎳(Ni)、鎢(W)、鉻(Cr)、鉬(Mo)、鐵(Fe)、鈷(Co)、銅(Cu)、鈀(Pd)、鈦(Ti)、金屬材料的氮化物(例如氮化鈦等)、鉬氧化物、釩氧化物、釕氧化物、鎢氧化物、錳氧化物以及鈦氧化物等。另外，還可以使用諸如聚(3,4-乙烯二氧噻吩)/聚(苯乙烯磺酸)(PEDOT/PSS)、以及聚苯胺/聚(苯乙烯磺酸)(PAni/PSS)等導電聚合物。
但是，在接觸於陽極1101地設置第二電荷產生區域的情況下，可以使用各種導電材料作為陽極1101，而不用考慮功函數。明確地說，除了功函數大的材料，也可以使用功函數小的材料作為陽極。關於構成第一電荷產生區域以及第二電荷產生區域的材料，將在後面說明。
〈可以用於陰極的材料〉
當在包含發光物質的有機層1103之間，以接觸陰極1102的方式設置第一電荷產生區域1104c時，作為陰極1102，可以使用各種導電性材料，而與功函數的大小無關。
另外，使用透射可見光的導電膜形成陰極1102和陽 極1101中的至少一個。作為透射可見光的導電膜，例如，可以舉出包含氧化鎢的氧化銦、包含氧化鎢的氧化銦鋅、包含氧化鈦的氧化銦、包含氧化鈦的氧化銦錫、氧化銦錫(以下示出為ITO)、氧化銦鋅、以及添加有氧化矽的氧化銦錫的膜。此外，也可以使用透射光程度(較佳為5nm至30nm左右)的金屬薄膜。
〈可以用於包含發光物質的有機層的材料〉
以下示出可以用於構成包含上述發光物質的有機層1103的各層的材料的具體例子。
電洞注入層是包含高電洞注入性的物質的層。作為電洞注入性高的物質，例如可以使用鉬氧化物、釩氧化物、釕氧化物、鎢氧化物、錳氧化物等。此外，可以使用酞菁類的化合物如酞菁(縮寫：H2Pc)或酞菁銅(縮寫：CuPc)；高分子化合物如聚(3,4-乙烯基二氧基噻吩)/聚(苯乙烯磺酸)(PEDOT/PSS)等形成電洞注入層。
另外，可以使用第二電荷產生區域形成電洞注入層。當使用第二電荷產生區域作為電洞注入層時，如上所述，可以使用各種導電性材料作為陽極1101，而不用考慮功函數。關於構成第一電荷產生區域以及第二電荷產生區域的材料，將在後面說明。
電洞傳輸層是包含電洞傳輸性高的物質的層。作為高電洞傳輸性物質，例如可以舉出4,4’-雙[N-(1-萘基)-N-苯基胺基]聯苯(縮寫：NPB或α-NPD)、N,N’-雙(3-甲基苯)- N,N’-二苯基-[1,1’-聯苯]-4,4’-二胺(縮寫：TPD)、4-苯基-4’-(9-苯基芴-9-基)三苯胺(縮寫：BPAFLP)4,4’,4”-三(咔唑-9-基)三苯胺(縮寫：TCTA)、4,4’,4”-三(N,N-二苯胺)三苯胺(縮寫：TDATA)、4,4’,4”-三[N-(3-甲基苯)-N-苯胺]三苯胺(縮寫MTDATA)、4,4’-雙[N-(螺-9,9’-二芴-2-基)-N-苯基氨基]聯苯(縮寫：BSPB)等芳香胺化合物、3-[N-(9-苯基咔唑-3-基)-N-苯基氨基]-9-苯基咔唑(縮寫：PCzPCA1)、3,6-雙[N-(9-苯基咔唑-3-基)-N-苯基氨基]-9-苯基咔唑(縮寫：PCzPCA2)、3-[N-(1-萘基)-N-(9-苯基咔唑-3-基)氨基]-9-苯基咔唑(縮寫：PCzPCN1)等。除上述以外，還可以使用4,4’-二(N-咔唑基)聯苯(縮寫：CBP)、1,3,5-三[4-(N-咔唑基)苯基]苯(縮寫：TCPB)、9-[4-(10-苯基-9-蒽基)苯基]-9H-咔唑(縮寫：CzPA)等的咔唑衍生物等。在此所述的物質主要是具有10-6cm2/Vs以上的電洞遷移率的物質。但是，如果是電洞傳輸性高於電子傳輸性的物質時，也可以使用上述以外的物質。另外，包含高電子傳輸性的物質的層不限於單層，還可以層疊兩層以上的由上述物質構成的層。
除了上述以外，還可以使用聚(N-乙烯咔唑)(縮寫：PVK)、聚(4-乙烯三苯胺)(縮寫：PVTPA)、聚[N-(4-{N’-[4-(4-二苯基氨基)苯基]苯基-N’-苯基氨基}苯基)甲基丙烯醯胺](縮寫：PTPDMA)、聚[N,N’-雙(4-丁基苯基)-N,N’-雙(苯基)聯苯胺](縮寫：Poly-TPD)等高分子化合物用作電洞傳輸層。
發光層是包含發光物質的層。作為發光物質，可以使用以下所示的螢光化合物。例如，可以舉出N,N’-雙[4-(9H-咔唑-9-基)苯基]-N,N’-二苯基二苯乙烯-4,4’-二胺(縮寫：YGA2S)、4-(9H-咔唑-9-基)-4’-(10-苯基-9-蒽基)三苯胺(縮寫：YGAPA)、4-(9H-咔唑-9-基)-4’-(9,10-二苯基-2-蒽基)三苯胺(縮寫：2YGAPPA)、N,9-二苯基-N-[4-(10-苯基-9-蒽基)苯基]-9H-咔唑-3-胺(縮寫：PCAPA)、二萘嵌苯、2,5,8,11-四-叔丁基二萘嵌苯(縮寫：TBP)、4-(10-苯基-9-蒽基)-4’-(9-苯基-9H-咔唑-3-基)三苯胺(縮寫：PCBAPA)、N,N”-(2-叔丁基蒽-9,10-二基二-4,1-亞苯基)雙[N,N’,N’-三苯基-1,4-苯二胺](縮寫：DPABPA)、N,9-二苯基-N-[4-(9,10-二苯基-2-蒽基)苯基]-9H-咔唑-3-胺(縮寫：2PCAPPA)、N-[4-(9,10-二苯基-2-蒽基)苯基]-N,N’,N’-三苯基-1,4-苯二胺(縮寫：2DPAPPA)、N,N,N’,N’,N”,N”,N”’,N”’-八苯基二苯並[g,p]屈(chrysene)-2,7,10,15-四胺(縮寫：DBC1)、香豆素30、N-(9,10-二苯基-2-蒽基)-N,9-二苯基-9H-咔唑-3-胺(縮寫：2PCAPA)、N-[9,10-雙(1,1’-聯苯-2-基)-2-蒽基]-N,9-二苯基-9H-咔唑-3-胺(縮寫：2PCABPhA)、N-(9,10-二苯基-2-蒽基)-N,N’,N’-三苯基-1,4-苯二胺(縮寫：2DPAPA)、N-[9,10-雙(1,1’-聯苯-2-基)-2-蒽基]-N,N’,N’-三苯基-1,4-苯二胺(縮寫：2DPABPhA)、9,10-雙(1,1’-聯苯-2-基)-N-[4-(9H-咔唑-9-基)苯基]-N-苯基蒽-2-胺(縮寫：2YGABPhA)、N,N,9-三苯基蒽-9-胺(縮寫：DPhAPhA)、香豆素545T、N,N’-二 苯基喹吖酮(縮寫DPQd)、紅熒烯、5,12-雙(1,1’-聯苯-4-基)-6,11-二苯基並四苯(縮寫：BPT)、2-(2-{2-[4-(二甲基氨基)苯基]乙烯基}-6-甲基-4H-吡喃-4-亞基(ylidene))丙二腈(縮寫：DCM1)、2-{2-甲基-6-[2-(2,3,6,7-四氫-1H,5H-苯並[ij]喹嗪(quinolizine)-9-基)乙烯基]-4H-吡喃-4-亞基}丙二腈(縮寫：DCM2)、N,N,N’,N’-四(4-甲基苯基)並四苯-5,11-二胺(縮寫：p-mPhTD)、7,14-二苯基-N,N,N’,N’-四(4-甲基苯基)苊並(acenaphtho)[1,2-a]熒蒽-3,10-二胺(縮寫：p-mPhAFD)、2-{2-異丙基-6-[2-(1,1,7,7-四甲基-2,3,6,7-四氫-1H,5H-苯並[ij]喹嗪-9-基)乙烯基]-4H-吡喃-4-亞基}丙二腈(縮寫：DCJTI)、2-{2-叔丁基-6-[2-(1,1,7,7-四甲基-2,3,6,7-四氫-1H,5H-苯並[ij]喹嗪-9-基)乙烯基]-4H-吡喃-4-亞基}丙二腈(縮寫：DCJTB)、2-(2,6-雙{2-[4-(二甲基氨基)苯基]乙烯基}-4H-吡喃-4-亞基)丙二腈(縮寫：BisDCM)、2-{2,6-雙[2-(8-甲氧基-1,1,7,7-四甲基-2,3,6,7-四氫-1H,5H-苯並[ij]喹嗪-9-基)乙烯基]-4H-吡喃-4-亞基}丙二腈(縮寫：BisDCJTM)、SD1(商標名；SFC Co.,Ltd製造)等。
另外，作為發光物質，還可以使用以下所示的磷光化合物。例如，可以舉出，雙[2-(4’,6’-二氟苯基)吡啶-N,C2’]合銥(Ⅲ)四(1-吡唑基)硼酸鹽(縮寫：FIr6)、雙[2-(4’,6’-二氟苯基)吡啶-N,C2' ]銥(Ⅲ)吡啶甲酸鹽(縮寫：FIrpic)、雙[2-(3’,5’-雙三氟甲基苯基)吡啶-N,C2' ]銥(Ⅲ)吡啶甲酸鹽(縮寫：Ir(CF3ppy)2(pic))、雙[2-(4’,6’-二氟苯基) 吡啶-N,C2' ]銥(Ⅲ)乙醯丙酮(縮寫：FIracac)、三(2-苯基吡啶)合銥(Ⅲ)(縮寫：Ir(ppy)3)、雙(2-苯基吡啶)銥(Ⅲ)乙醯丙酮(縮寫：Ir(ppy)2(acac))、雙(苯並[h]喹啉)銥(Ⅲ)乙醯丙酮(縮寫：Ir(bzq)2(acac))、雙(2,4-二苯基-1,3-噁唑-N,C2' )銥(Ⅲ)乙醯丙酮(縮寫：Ir(dpo)2(acac))、雙[2-(4'-全氟苯基苯基)吡啶]銥(Ⅲ)乙醯丙酮(縮寫：Ir(p-PF-ph)2(acac))、雙(2-苯基苯並噻唑-N,C2' )銥(Ⅲ)乙醯丙酮(縮寫：Ir(bt)2(acac))、雙[2-(2’-苯並[4,5-α]噻吩基)吡啶-N,C3' ]銥(Ⅲ)乙醯丙酮(縮寫：Ir(btp)2(acac))、雙(1-苯基異喹啉-N,C2' )銥(Ⅲ)乙醯丙酮(縮寫：Ir(piq)2(acac))、(乙醯基丙酮)雙[2,3-雙(4-氟苯基)喹喔啉]合銥(Ⅲ)(縮寫：Ir(Fdpq)2(acac))、(乙醯丙酮)雙(2,3,5-三苯基吡嗪根合)合銥(Ⅲ)(縮寫Ir(tppr)2(acac))、2,3,7,8,12,13,17,18-八乙基-21H,23H-卟啉合鉑(Ⅱ)(縮寫：PtOEP)、三(乙醯丙酮)(一菲咯啉)合鋱(Ⅲ)(縮寫：Tb(acac)3(Phen))、三(1,3-二苯基-1,3-丙二酮)(一菲咯啉)合銪(Ⅲ)(縮寫：Eu(DBM)3(Phen))、三[1-(2-噻吩甲醯基)-3,3,3-三氟丙酮](一菲咯啉)合銪(Ⅲ)(縮寫：Eu(TTA)3(Phen))、(二新戊醯基甲烷根)雙(2,3,5-三苯基吡嗪根)合銥(Ⅲ)(縮寫：(Ir(tppr)2(dpm))等。
另外，這些發光物質較佳被分散在主體材料中而使用。作為主體材料，例如可以使用NPB(縮寫)、TPD(縮寫)、TCTA(縮寫)、TDATA(縮寫)、MTDATA(縮寫)、BSPB(縮寫)等芳香胺化合物；PCzPCA1(縮寫)、 PCzPCA2(縮寫)、PCzPCN1(縮寫)、CBP(縮寫)、TCPB(縮寫)、CzPA(縮寫)、9-苯基-3-[4-(10-苯基-9-蒽基)苯基]-9H-咔唑(縮寫：PCzPA)、4-苯基-4’-(9-苯基-9H-咔唑-3-基)三苯胺(縮寫：PCBA1BP)等咔唑衍生物；PVK(縮寫)、PVTPA(縮寫)、PTPDMA(縮寫)、Poly-TPD(縮寫)等包含高分子化合物的高電洞傳輸性物質；三(8-羥基喹啉)鋁(縮寫：Alq)、三(4-甲基-8-羥基喹啉)鋁(縮寫：Almq3)、雙(10-羥基苯並[h]喹啉)鈹(縮寫：BeBq2)、雙(2-甲基-8-羥基喹啉)(4-苯基苯酚合)鋁(縮寫：BAlq)等具有喹啉骨架或苯並喹啉骨架的金屬配合物；雙[2-(2-羥基苯基)苯並噁唑]鋅(縮寫：Zn(BOX)2)、雙[2-(2-羥基苯基)苯並噻唑]鋅(縮寫：Zn(BTZ)2)等具有噁唑類或噻唑類配體的金屬配合物；2-(4-聯苯基)-5-(4-叔丁基苯基)-1,3,4-惡二唑(縮寫：PBD)、1,3-雙[5-(對叔丁基苯基)-1,3,4-惡二唑-2-基]苯(縮寫：OXD-7)、9-[4-(5-苯基-1,3,4-噁二唑-2-基)苯基]-9H-咔唑(縮寫：CO11)、3-(4-聯苯基)-4-苯基-5-(4-叔丁基苯基)-1,2,4-三唑(縮寫：TAZ)、紅菲繞啉(縮寫：BPhen)、浴銅靈(縮寫：BCP)等高電子傳輸性物質。
電子傳輸層是包含電子傳輸性高的物質的層。作為電子傳輸性高的物質，例如可以使用Alq(縮寫)、Almq3(縮寫)、BeBq2(縮寫)、BAlq(縮寫)等具有喹啉骨架或苯並喹啉骨架的金屬配合物等。除了上述以外，還可以使用Zn(BOX)2(縮寫)、Zn(BTZ)2(縮寫)等具有噁唑類或噻唑類配體的金屬配合物等。而且，除了金屬配合物以外，還可 以使用PBD(縮寫)、OXD-7(縮寫)、CO11(縮寫)、TAZ(縮寫)、BPhen(縮寫)、BCP(縮寫)、以及2-[4-(二苯並噻吩-4-基)苯基]-1-苯基-1H-苯並咪唑(縮寫：DBTBIm-II)。所述物質主要是具有10-6cm2/Vs以上的電洞遷移率的物質。注意，只要是電子傳輸性高於電洞傳輸性的物質，就可以採用上述以外的物質。另外，電子傳輸層不限於單層，還可以層疊兩層以上的由上述物質構成的層。
另外，可以使用高分子化合物。例如，可以使用聚[(9,9-二己基芴-2,7-二基)-共聚-(吡啶-3,5-二基)](縮寫：PF-Py)、聚[(9,9-二辛基芴-2,7-二基)-共聚-(2,2’-吡啶-6,6’-二基)](縮寫：PF-BPy)等。
電子注入層是包含高電子注入性的物質的層。作為高電子注入性物質，可以舉出鋰(Li)、銫(Cs)、鈣(Ca)、氟化鋰(LiF)、氟化銫(CsF)、氟化鈣(CaF2)等鹼金屬、鹼土金屬或它們的化合物。另外，還可以使用其中含有鹼金屬、鹼土金屬或它們的化合物的電子傳輸物質，例如其中含有鎂(Mg)的Alq等。藉由採用上述結構，可以進一步提高來自陰極1102的電子注入效率。
作為適當地組合這些層來形成包含發光物質的有機層1103的方法，可以適當地選擇各種方法(例如，乾處理或濕處理)。例如，根據使用的材料，選擇而使用真空蒸鍍法、噴墨法以及旋塗法等。另外，還可以以不同的方法形成各層。
〈可以用於電荷產生區域的材料〉
第一電荷產生區域1104c以及第二電荷產生區域是包含電洞傳輸性高的物質和受體性物質的區域。另外，電荷產生區域除了可以在同一個膜中含有高電洞傳輸性的物質和受體性物質以外，還可以層疊有包含高電洞傳輸性的物質的層和包含受體性物質的層。但是，當採用在陰極一側設置第一電荷產生區域1104c的疊層結構時，採用包含電洞傳輸性高的物質的層接觸陰極1102的結構。當採用在陽極一側設置第二電荷產生區域的疊層結構時，採用包含受體性物質的層接觸陽極1101的結構。
另外，較佳在電荷產生區域中以受體性物質與電洞傳輸性高的物質的質量比為0.1以上且4.0以下的比率添加受體性物質。
作為用於電荷產生區域的受體性物質，可以舉出過渡金屬氧化物或屬於元素週期表中的第四族至第八族的金屬氧化物。明確地說，氧化鉬是特別較佳的。另外，氧化鉬具有吸濕性低的特徵。
此外，作為用於電荷產生區域的電洞傳輸性高的物質，可以使用各種有機化合物諸如芳香胺化合物、咔唑衍生物、芳香烴、高分子化合物(低聚物、樹狀聚合物、聚合體等)等。明確地說，較佳使用具有10-6cm2/Vs以上的電洞遷移率的物質。但是，如果是電洞傳輸性高於電子傳輸性的物質，則也可以使用上述以外的物質。
〈可以用於電子中繼層的材料〉
電子中繼層1104b是能夠及時接收在第一電荷產生區域1104c中由受體性物質抽出的電子的層。因此，電子中繼層1104b是包含高電子傳輸性物質的層，並且其LUMO能階位於第一電荷產生區域1104c中的受體性物質的受體能階與包含發光物質的有機層1103的LUMO能階之間。明確地說，較佳將其設定為-5.0eV以上且-3.0eV以下左右。
作為用於電子中繼層1104b的物質，例如，可以舉出二萘嵌苯衍生物和含氮稠合芳香化合物。另外，因為含氮稠環芳香化合物是穩定的化合物，所以較佳作為用於電子中繼層1104b的物質。再者，在含氮稠環芳香化合物中，藉由使用具有氰基或氟基等電子吸引基的化合物，能夠使電子中繼層1104b中的電子接收變得更容易，所以是較佳的。
作為二萘嵌苯衍生物的具體例子，可以舉出3,4,9,10-苝四羧酸二酐(縮寫：PTCDA)、3,4,9,10-苝四羧酸-二-苯並咪唑(縮寫：PTCBI)、N,N’-二辛基-3,4,9,10-苝四羧酸二醯亞胺(縮寫：PTCDI-C8H)、N,N’-二己基-3,4,9,10-苝四羧酸二醯亞胺(縮寫：Hex PTC)等。
作為含氮稠合芳香化合物的具體例子，可以舉出：吡嗪並[2,3-f][1,10]鄰二氮雜菲-2,3-二腈(縮寫：PPDN)，2,3,6,7,10,11-六氰基-1,4,5,8,9,12-六氮雜三亞苯(縮寫：HAT(CN)6)，2,3-二苯基吡啶並[2,3-b]吡嗪(縮寫： 2PYPR)，2,3-雙(4-氟苯基)吡啶並[2,3-b]吡嗪(縮寫：F2PYPR)等。
另外，作為電子中繼層1104b，還可以使用7,7,8,8-四氰基醌二甲烷(縮寫：TCNQ)、1,4,5,8-萘四甲酸二酐(縮寫：NTCDA)、全氟並五苯、十六氟酞氰銅(縮寫：F16CuPc)、N,N’-雙(2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8-十五烷氟辛基)-1,4,5,8-萘四羧酸二醯亞胺(縮寫：NTCDI-C8F)、3’,4’-二丁基-5,5”-雙(二氰基亞甲基)-5,5”-二氫-2,2’：5’,2”-三聯噻吩(縮寫：DCMT)以及甲醇富勒烯(例如[6,6]-苯基C61酪酸甲酯)等。
〈可以用於電子注入緩衝的材料〉
電子注入緩衝1104a是使電子更容易從第一電荷產生區域1104c注入到包含發光物質的有機層1103的層。藉由在第一電荷產生區域1104c和包含發光物質的有機層1103之間設置電子注入緩衝1104a，可以緩和兩者之間的注入勢壘。
電子注入緩衝1104a可以使用鹼金屬、鹼土金屬、稀土金屬以及它們的化合物(鹼金屬化合物(包括氧化鋰等氧化物、鹵化物、碳酸鋰或碳酸銫等碳酸鹽)、鹼土金屬化合物(包括氧化物、鹵化物、碳酸鹽)或稀土金屬的化合物(包括氧化物、鹵化物、碳酸鹽))等高電子注入性物質。
另外，在電子注入緩衝1104a包含高電子傳輸性物質和施體性物質而形成的情況下，較佳以高電子傳輸性物質 與施體性物質的質量比為0.001以上且0.1以下的比率添加施體性物質。另外，作為施體性物質，除了鹼金屬、鹼土金屬、稀土金屬以及它們的化合物(鹼金屬化合物(包括氧化鋰等氧化物、鹵化物、碳酸鋰或碳酸銫等碳酸鹽)、鹼土金屬化合物(包括氧化物、鹵化物、碳酸鹽)或稀土金屬的化合物(包括氧化物、鹵化物、碳酸鹽))以外，還可以使用四硫並四苯(tetrathianaphthacene)(縮寫：TTN)、二茂鎳、十甲基二茂鎳等有機化合物。另外，作為高電子傳輸性物質，可以使用與以上說明的可以形成在包含發光物質的有機層1103中的一部分的電子傳輸層的材料同樣的材料而形成。
藉由組合上述材料，能夠製造本實施方式所示的發光體。能夠從該發光元件得到來自上述發光物質的發光，並且藉由改變發光物質的種類，可以得到各種發光顏色。另外，可以藉由使用發光顏色不相同的多個發光物質，擴大發光光譜的幅度，例如得到白色發光。另外，在要得到白色發光的情況下，可以使用呈現彼此成為互補色的發光顏色的發光物質，例如可以使用具有呈現成為互補色的不同層的結構等。作為具體的互補色的關係，例如可以舉出藍色與黃色、藍綠色與紅色等。
注意，本實施方式可以與本說明書所示的其他實施方式適當地組合。
實施方式4
在本實施方式中，說明電子裝置的一例。
圖9A是將本發明的發光裝置用作室內照明裝置的臺燈的例子。臺燈包括外殼1001及光源1003。而且，作為光源1003使用本發明的發光裝置。
圖9B是將本發明的發光裝置用作室內照明裝置的例子。照明裝置包括外殼1004及光源1006。而且，作為光源1006使用本發明的發光裝置。
本實施方式可以與其他實施方式適當地組合而實施。
170‧‧‧固體發光體
180‧‧‧固體發光元件
190‧‧‧固體發光裝置

Claims (12)

  1. 一種發光裝置，包括：包括包含第一半球狀結構和第二半球狀結構之第一面以及對著該第一面之第二面的構件；接合層；第一發光體，與該第一半球狀結構重疊，而該接合層插置於彼等之間；以及第二發光體，與該第二半球狀結構重疊，而該接合層插置於彼等之間，其中，該構件的該第二面至少在重疊於該第一半球狀結構之第一區以及重疊於該第二半球狀結構之第二區包含凹凸結構，其中，該接合層使該凹凸結構平坦化，其中，該第一發光體的發光區域的外形小於該第一半球狀結構的外形且具有與該第一半球狀結構的外形共同的中心，其中，該第二發光體的發光區域的外形小於該第二半球狀結構的外形且具有與該第二半球狀結構的外形共同的中心，其中，該接合層具有高於該構件的折射率。
  2. 一種發光裝置，包括：包括包含第一半球狀結構和第二半球狀結構之第一面以及對著該第一面之第二面的構件；接合層； 第一發光體，與該第一半球狀結構重疊，而該接合層插置於彼等之間；以及第二發光體，與該第二半球狀結構重疊，而該接合層插置於彼等之間，其中，該構件的該第二面至少在重疊於該第一半球狀結構之第一區以及重疊於該第二半球狀結構之第二區包含半球狀的凹陷結構，其中，該第一發光體及該第二發光體係各包含多個子發光體，其中，該接合層使該半球狀的凹陷結構平坦化，其中，該多個子發光體係各設置為重疊於該半球狀的凹陷結構中所含之半球狀凹陷，其中，該第一發光體的發光區域的外形小於該第一半球狀結構的外形且具有與該第一半球狀結構的外形共同的中心，其中，該第二發光體的發光區域的外形小於該第二半球狀結構的外形且具有與該第二半球狀結構的外形共同的中心，其中，該接合層具有高於該構件的折射率。
  3. 根據申請專利範圍第2項之發光裝置，其中，該多個子發光體係各包括：該接合層上的第一電極；重疊於該第一電極的第二電極；以及該第一電極和該第二電極之間的包含發光有機物的 層，以及其中該第一電極透射該發光有機物所發出的光。
  4. 根據申請專利範圍第1或2項之發光裝置，其中，該構件的折射率為n，其中，該第一發光體的發光區域的外形與該第一半球狀結構的外形為形狀相似，其中，該第一發光體的發光區域的外形包括在該第一半球狀結構的外形的(1/n)倍的範圍，其中，該第二發光體的發光區域的外形與該第二半球狀結構的外形為形狀相似，以及其中，該第二發光體的發光區域的外形包括在該第二半球狀結構的外形的(1/n)倍的範圍。
  5. 根據申請專利範圍第1或2項之發光裝置，其中，該構件的折射率高於1.0且小於1.6，以及其中，該接合層的折射率為1.6以上且1.9以下。
  6. 一種發光裝置，包括：包括包含第一半球狀結構和第二半球狀結構之第一部分、第二部分以及在該第一部分與該第二部分之間的支撐體的構件；接合層；第一發光體，與該第一半球狀結構重疊，而該接合層插置於彼等之間；以及第二發光體，與該第二半球狀結構重疊，而該接合層插置於彼等之間， 其中，該第二部分的表面至少在重疊於該第一半球狀結構之第一區以及重疊於該第二半球狀結構之第二區包含凹凸結構，其中，該接合層使該凹凸結構平坦化，其中，該第一發光體的發光區域的外形小於該第一半球狀結構的外形且具有與該第一半球狀結構的外形共同的中心，其中，該第二發光體的發光區域的外形小於該第二半球狀結構的外形且具有與該第二半球狀結構的外形共同的中心，其中，該接合層具有高於該構件的折射率。
  7. 根據申請專利範圍第6項之發光裝置，其中，該支撐體和該第一部分的折射率的差以及該支撐體和該第二部分的折射率的差各為0.15以下。
  8. 根據申請專利範圍第1或6項之發光裝置，其中，該第一發光體及該第二發光體係各包含：該接合層上的第一電極；重疊於該第一電極的第二電極；以及該第一電極和該第二電極之間的包含發光有機物的層，其中該第一電極透射該發光有機物所發出的光。
  9. 根據申請專利範圍第1、2及6項中任一項之發光裝置，其中，該第一發光體和該第二發光體係以並聯電性連接。
  10. 根據申請專利範圍第1、2及6項中任一項之發光裝置還包括該接合層和各該第一發光體及該第二發光體之間的折射率為1.6以上且1.9以下的氮化膜。
  11. 根據申請專利範圍第1、2及6項中任一項之發光裝置，其中，該第一半球狀結構和該第二半球狀結構各包含多角形狀的基底，並且經過各該第一半球狀結構和該第二半球狀結構的頂點的剖面包括圓弧。
  12. 一種包括根據申請專利範圍第1、2及6項中任一項之發光裝置的照明裝置。
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