CN1933689A

CN1933689A - 面发光装置

Info

Publication number: CN1933689A
Application number: CNA2006101536685A
Authority: CN
Inventors: 星作太郎
Original assignee: Toyoda Automatic Loom Works Ltd
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2005-09-12
Filing date: 2006-09-12
Publication date: 2007-03-21
Also published as: KR20070030124A; JP2007080579A; EP1763081A2; TW200721906A; US20070096112A1

Abstract

本发明提供一种面发光装置，包括：EL元件，包括依次层叠在基板上的：第一电极层；包含发光层的薄膜层；以及第二电极层，EL元件具有预定的面发光区，第一电极层和第二电极层的至少一个是透明电极层；以及辅助电极，位于EL元件的面发光区，该辅助电极由导电性高于透明电极层的材料形成，辅助电极层与透明电极层电连接，该辅助电极具有位于其***部中的反射表面。

Description

面发光装置

技术领域

本发明涉及一种面发光装置，特别涉及利用电致发光(EL)装置作为光源的面发光装置的光提取效率的改善。

背景技术

诸如无机EL装置或者有机EL装置的EL装置执行自发光，所以可以获得高亮度表面光源。因此，EL装置作为厚度薄、重量轻的便携装置的显示器或者面发光装置已经被广泛实际使用。EL装置具有例如这样一种结构，其中透光并且由ITO等造成的透明电极层、具有发光层的薄膜层以及反射光并且由Al等造成的金属电极层依次层叠在由玻璃或类似物造成的透明基板上，以便构成EL元件。从发光层发射的光经由透明电极层透射或者当在金属电极层反射光之后，经由透明电极层透射。然后光经由透明基板透射并从透明基板与外部空气之间的作为光出射面的界面出射。

在薄膜层与透明电极层之间的界面、透明电极层与透明基板之间的界面表面、透明基板与外部空气之间的界面的每一个上，在位于光入射侧的物质的折射率大于位于光出射侧的物质的折射率的情况下，入射角超过临界角的光在例如充当光出射面的透明基板与外部空气之间的界面上被全反射，而所述临界角基于作为透明基板的材料的玻璃或类似物的折射率与空气的折射率之间的比值确定。因此，光不可能被提取。

为了解决这一问题，在JP 10-189251A所述的显示装置的情况下，在透明基板中设有剖面为楔形的反射部件，以便包围每个象素的***部分。从每个象素的发光层发射的光在位于其***部分的反射部件上被反射，以改变光的角度。因此，在透明基板与外部空气之间的界面表面上全反射的光量被减少，从而改善了光提取效率。

JP10-189251所述的显示装置的反射部件形成于与彼此隔开间隙矩阵状配置的各象素之间的间隙相对的位置上。因此，把显示装置原样应用于面发光装置是困难的，在该面发光装置中，EL元件被形成透明基板的整个表面上。

在例如ITO情况下，透明电极层的电阻率约为几百μΩcm。因此，透明电极层的电阻率大于金属电极层的电阻率约两位数。该金属电极层的电阻率例如在Al情况下为2.65μΩcm，或者在Ag情况下为1.59μΩcm。结果，在EL元件形成于透明基板的整个表面的面发光装置中，透明电极层的面内方向的电压降不能忽略，所以在发光的时候，可能造成亮度不均匀。通常，透明电极层的端子在非发光区域形成。因此，随着发光表面尺寸增加，位于相距端子远距离的发光面与位于距端子短距离的另一发光面之间的电压降之差变大。结果，出现亮度不均匀。

为了降低由上述透明电极层的电压降造成的亮度不均匀，人们已经建议了形成辅助电极的方法，该辅助电极在非发光区域由具有优异传导性的材料如金属造成，以便连接透明电极层。然而，即使在使用辅助电极的情况下，当发光表面的尺寸增加时，位于相距端子远距离的发光面与位于相距端子短距离的另一发光面之间的电压降之差变大。因此，难以解决亮度均匀的问题。

请注意，透明电极层变厚，面内方向的电压降可以被抑制。然而，透明电极层的透射性相应于其厚度增加而减少，所以，问题出现在EL元件的发光效率降低的时候。

发明内容

本发明已经解决了上述的传统问题，本发明的目的是提供一种面发光装置，它能够改善光提取效率，并且降低由于透明电极层的电压降造成的亮度不均匀。

本发明的面发光装置包括：EL元件，包括依次层叠在基板上的：第一电极层；包含发光层的薄膜层；以及第二电极层，EL元件具有预定的面发光区，第一电极层和第二电极层的至少一个是透明电极层；以及，辅助电极，位于EL元件的面发光区，该辅助电极由导电性高于透明电极层的材料形成，辅助电极层与透明电极层电连接，该辅助电极具有位于其***部中的反射表面。

附图说明

图1是显示本发明第一实施方式的面发光装置的结构的剖面图；

图2是显示第一实施方式的面发光装置的平面图；

图3A至图3D是以分段方式显示生产用于第一实施方式的面发光装置的辅助电极的方法的示意图；

图4是显示第二实施方式的面发光装置的结构的剖面图；

图5A至图5D是以分段方式显示生产用于第二实施方式的面发光装置的辅助电极的方法的示意图；

图6是显示用于第三实施方式的面发光装置的辅助电极的剖面图；

图7是显示用于第四实施方式的面发光装置的辅助电极的剖面图；

图8是显示用于第四实施方式的修改实例的面发光装置的辅助电极的剖面图；

图9是显示用于第五实施方式的面发光装置的辅助电极的剖面图；

图10是显示用于第五实施方式的修改实例的面发光装置的辅助电极的剖面图；

图11是显示另一实施方式的面发光装置的结构的剖面图；

图12是显示另一实施方式的面发光装置的结构的剖面图。

具体实施方式

下面将参考附图描述本发明的实施方式。请注意，每个附图显示示意结构，因此尺寸比例、厚度比例或类似比例与实际比例不同。

第一实施方式

图1显示了第一实施方式的面发光装置的剖面结构。充当第一电极层的透明电极层2在充当基板的透明基板1的表面形成。在透明电极层2上形成有机层3，该有机层3由有机化合物造成并充当包括发光层的薄膜层。在有机层3上形成充当第二电极层的金属电极层4。具有预定面发光区R的有机电致发光(EL)元件5由透明电极层2、有机层3和金属电极层4构成。整个有机EL元件5由保护层6覆盖。与透明电极层2相对的透明基板1的表面1a充当面发光装置的出射面。

辅助电极7在透明基板1与透明电极层2之间的界面上形成。辅助电极7由导电性优于透明电极层2的材料制成，并且具有直角等腰三角形的剖面形状。此外，辅助电极7被埋在透明基板1内，使得成为底面的***表面7a与透明电极层2的表面接触，并且彼此直角相交的两个***表面7b和7c与透明基板1的表面1a相对。由于***表面7a与透明电极层2的表面之间的接触，辅助电极7与透明电极层2电连接。辅助电极7的三个***表面7a、7b和7c构成用来至少反射可见光的反射表面。

如图2所示，在有机EL元件5的面发光区R中，以格栅形状安排辅助电极7。

透明电极层2和金属电极层4分别具有延伸到面发光区R外部的端子部2a和4a。

透明基板1可以由透射可见光的材料制成，并且可以使用玻璃、树脂或类似物。透明电极层2可以用作电极并且至少透射可见光。例如，ITO用作透明电极层2的材料。

有机层3可以是仅仅为发光层的单层，或者是层叠发光层和从一组中选出的至少一层的多层，所述的组包括空穴注入层、空穴传递层、空穴注入和传递层、空穴阻断层、电子注入层、电子传递层和电子阻断层。发光层至少包含已知有机发光材料，比如Alq₃或者DCM。空穴注入层、空穴传递层、空穴注入和传递层、空穴阻断层、电子注入层、电子传递层和电子阻断层和类似层由适当的已知材料制成。

金属电极层4可以充当电极并且可至少反射可见光。例如，可以使用Al、Cr、Mo、Al合金、Al/Mo层叠的材料或者类似物。

使用例如等离子体CVD方法形成的氮化硅、氮氧化合物硅、氧化硅或类似物用于保护膜6。

辅助电极7由具有优异导电性和至少对可见光的优异反射性的如Ag或Al的材料制成。辅助电极7的***表面7a是用50μm宽度和200μm布置间距形成的。

下面将参照图3说明生产辅助电极7的方法。首先，对图3A所示的透明基板1的表面进行切割处理，以形成格栅形状的凹槽8，每个凹槽具有如图3B所示的直角等腰三角形剖面形状。除了机械处理外，激光处理、化学处理或类似处理也可以用来形成凹槽8。然后，如图3C所示，例如Ag被汽相沉淀在透明基板1的表面，直至每个凹槽8的内部被填充，由此形成Ag层9。然后蚀刻Ag层9，以暴露透明基板1的表面。因此，如图3D所示，埋在透明基板1表面的辅助电极7被制成。

此后，仅仅需要在埋藏辅助电极7的透明基板1的表面依次层叠透明电极层2、有机层3和金属电极层4，以形成有机EL元件5。

下面将描述第一实施方式的面发光装置的操作。在端子部2a与4a之间连接有未图示的电源电路，并且允许电流在透明电极层2与金属电极层4之间流动，以点亮有机EL元件5。也就是，从有机层3的发光层发射的光直接入射在透明电极层2上或者光在金属电极层4上反射后入射在透明电极层2上，然后经由透明基板1从表面1a出射。

通常，作为透明基板1材料的玻璃或类似物的折射率大于空气的折射率。因此，如图1所示，经由透明基板1透射并且以超过临界角的入射角入射到充当光出射面的表面1a上的光束L1被表面1a完全反射，并再次在透明基板1内传播。这里，由于具有直角等腰三角形的剖面形状的辅助电极7被安置在透明基板1与透明电极层2之间的界面表面中，因此当在辅助电极7的***表面7b或7c上反射光束L1时，光束L1的光程(光径)被调整。光束L1由此以小于临界角的入射角输入到表面1a上，然后从表面1a出射到外部空气。

当从有机层3的发光层中发射的光束之中的光束L2，即从透明电极层2以大入射角入射到透明基板1上的光束L2，在辅助电极7的***表面7b或7c上反射时，光束L2的光程被调整。因此，光束L2以小于临界角的入射角入射到表面1a上，然后从表面1a出射到外部空气。

如上所述，由于辅助电极7的存在，受传统面发光装置限制的光被提取到空气中，由此改善了光提取效率。

上述每条光束如上述光束L1和L2在辅助电极7的***表面7b或7c上反射，然后从透明基板1的表面1a出射到外部空中，由于这些光束的存在，当从透明基板1的表面1a侧观看面发光装置时，很难看到辅助电极7。从而获得均匀发光表面。

当在与透明电极层2接触的辅助电极7的***表面7a上反射从有机层3的发光层发射的光时，光束不能进入透明基板1，并且被再次返回到有机EL元件5内。然而，当入射角相对于辅助电极7的***表面7a不为0时，如在图1所示的光束L3的情况中，光束在有机EL元件5的金属电极层4上反射，或者在辅助电极7的***表面7a与金属电极层4之间重复地反射。此后，光束从未设置辅助电极7的面入射到透明基板1，以及光束从表面1a出射到外部空中。因此，可以最小化由于辅助电极7的阻断造成的光提取效率的降低。

辅助电极7由具有优于透明电极层2的导电性的材料制成，该辅助电极7以格栅形状被安置在有机EL元件5的面发光区R中，并且与透明电极层2电连接。因此，在接近面发光区R的每个点的位置设置辅助电极7的一部分，所以可以降低由透明电极层2的面内方向上的电压降造成的亮度不均匀。最好选择辅助电极7的剖面面积、与透明电极层2接触的***表面7a的宽度、辅助电极7的布置间距等，以便最小化亮度不均匀。

辅助电极7被设置在有机EL元件5的面发光区R中，所以与传统情况不同，不需要在非发光区中形成辅助电极。因此，尽管面发光区R的尺寸等于传统情况的尺寸，但是可以实现小型的面发光装置。因此，当从父基板剪切出多个面发光装置时，可以从同一父基板剪切更多面发光装置，所以能够降低面发光装置的制造成本。

第二实施方式

图4显示了第二实施方式的面发光装置的剖面结构。该面发光装置不同于图1所示第一实施方式的面发光装置，不同之处在于，在透明基板1与有机EL元件5的透明电极层2之间形成折射率调整层10，并且在折射率调整层10中形成辅助电极7。辅助电极7通过接触透明电极层2的表面，与透明电极层2电连接。

折射率调整层10至少透射可见光，并且由具有透明基板1的折射率为透明电极层2的折射率之间的中间值的材料制成。

下面将描述制造包括折射率调整层10的面发光装置7的方法。首先如图5A所示，由例如负光敏聚合物制成的折射率调整层10形成在透明基板1的表面上，并且从透明基板1的背面侧经由透明基板1向折射率调整层10发射格栅形状的紫外(UV)光，所述格栅形状对应于待形成的辅助电极7的布置形状。此后，显影折射率调整层10，所以如图5B所示，根据厚度方向的曝光量差值造成的显影速率差值，在折射率调整层10中形成具有三角形剖面形状的格栅形状凹槽11。然后如图5C所示，在折射率调整层10的表面上汽相沉积Ag，直至每个凹槽11的内部被填充，从而形成Ag层9。随后蚀刻Ag层9，以暴露折射率调整层10的表面。因此，如图5D所示，埋藏在折射率调整层10的表面内的辅助电极7被产生。

此后，仅仅需要在埋藏辅助电极7的折射率调整层10的表面上依次层叠透明电极层2、有机层3和金属电极层4，以形成有机EL元件5。

用来形成折射率调整层10的光敏聚合物最好是模压后放气量小的材料。

下面将描述第二实施方式的面发光装置的操作。允许电流在透明电极层2与金属电极层4之间流动，以点亮有机EL元件5。此时，从有机层3的发光层发射的光被直接入射到透明电极层2上，或者在金属电极层4上反射光之后入射到透明电极层2上，然后经由折射率调整层10和透明基板1，从表面1a出射。

假设用n1表示作为构成透明基板1的材料玻璃或类似物的折射率，用n2表示作为构成透明电极层2的材料的ITO或类似物的折射率，以及用n3标识折射率调整层10的折射率。通常，建立n1＜n2，并且折射率调整层10的折射率是n1与n2之间的中间值。因此，得到以下表达式。

n1＜n3＜n2 (1)

在透明基板1和透明电极层2在第一实施方式的面发光装置中相互直接接触的情况下，为了光从透明电极层2到透明基板1传播而确定的临界角θ由下式表示

sinθ＝n1/n2 (2)

与此相对照，在折射率调整层10置于透明电极层2与透明基板1之间的结构情况下，就像在第二实施方式的面发光装置的场合下，为了从透明电极层2到折射率调整层10的光传播而确定的临界角α由下式表示

sinα＝n3/n2 (3)

并且为了从折射率调整层10到透明基板1的光传播而确定的临界角β由下式表示

sinβ＝n1/n3 (4)

当使用式(1)和(2)改写式(3)和(4)时，得到下式：

sinα＝(n3/n2)＞(n1/n2)＝sinθ (5)

sinβ＝(n1/n3)＞(n1/n2)＝sinθ (6)

因此，从式(5)和(6)导出下式：

α＞θ

β＞θ

也就是，正如从第二实施方式明白的那样，从透明电极层2到折射率调整层10的光传播的临界角α以及从折射率调整层10到透明基板1的光传播的临界角β之每个，变得大于在如第一实施方式的透明基板1和透明电极层2相互直接接触的结构中的从透明电极层2到透明基板1的光传播的临界角θ，所以全反射的光量降低。因此，如图4所示的光束L4的情况，经由透明基板1透射的光束量增加，因为没有在透明电极层2与折射率调整层10之间的界面表面上以及在折射率调整层10与透明基板1之间的界面表面之间的界面表面上的全反射，因此与第一实施方式的面发光装置的情况相比，改善了光提取效率。

请注意，辅助电极7的***表面7a至7c上反射所造成的光提取效果和由于辅助电极7存在而造成的亮度不均匀降低效果与第一实施方式的效果相同。

第三实施方式

图6显示了第三实施方式的面发光装置的辅助电极7。在上述第一实施方式的面发光装置中，辅助电极7被埋藏在透明基板1中，以便接触透明电极层2的表面。在第三实施方式中，辅助电极7被埋藏在透明电极层2的内部以及透明基板1的内部。辅助电极7的***表面7a至7c与透明电极层2接触，所以辅助电极7与透明电极层2电连接。辅助电极7被埋藏在透明基板1中，使得变成底面的***表面7a不与有机层3的表面接触。

即使当使用辅助电极7，如第一实施方式的情况，通过在辅助电极7的***表面7a至7c上的光反射，改善了光提取效率，并且降低了由于透明电极层2的面内方向的电压降所造成的亮度不均匀。

第三实施方式的辅助电极7可应用于第二实施方式，把辅助电极7埋藏在透明电极层2的内部以及折射率调整层10的内部。

第四实施方式

图7和图8分别显示了用于第四实施方式的面发光装置的辅助电极13、14。在上述的第一至第三实施方式的面发光装置中，辅助电极7具有直角等腰三角形的剖面形状。与此相对照，如图7所示，具有多边形如六边形的剖面形状的辅助电极13被使用。辅助电极13由导电性优于透明电极层12的材料制成，并且被埋藏在透明基板1内，使得变成底面的***表面13a与透明电极层2的表面接触。包括辅助电极13底面的***表面之每个构成至少反射可见光的反射表面。

较之在第一至第三实施方式之每个中使用的具有直角等腰三角形的剖面形状的辅助电极7，辅助电极13具有设置成不同角度的更多反射表面。因此，受传统面发光装置限制的光传播方向可以被调整到各种方向，所以可以改善光提取效率。

辅助电极的剖面形状不限于直角等腰三角形和六边形，因此使用具有任意多边形的剖面形状的辅助电极是可能的。

如图8所示，也可以使用具有圆弧的剖面形状的辅助电极14。变成底面的***表面14a与透明电极层2的表面接触。

第四实施方式的辅助电极13或14可适用于第二实施方式，把辅助电极13或14埋藏在折射率调整层10中。辅助电极13或14还可适用于第三实施方式，把辅助电极13或14埋藏在透明电极层2的内部和透明基板1的内部或者透明电极层2的内部和折射率调整层10的内部。

第五实施方式

图9和图10分别显示了用于第五实施方式的面发光装置的辅助电极15。在上述第一至第四实施方式的面发光装置中，辅助电极7、13和14之每个由单一材料制成。与此对照，由两种材料制成并具有两层结构的辅助电极15用在第五实施方式中。如图9所示，辅助电极15包括：***部16，它与透明基板1的表面1a相对以成为面发光装置的出射表面，并且由具有优异反射性的第一材料制成；以及内部17，位于***部16之内与透明电极层2接触，并且由具有优异反射性的第二材料制成。例如，***部16可以由作为第一材料的Al制成，并且内部17可以由作为第二材料的Cu制成。

当具有这种结构的辅助电极15被使用时，***部16的光反射效率是高的，并且连接透明电极层2的内部17的导电性是高的，所以可以同时实现光提取效率的进一步改善和透明电极层2的面内方向的电压降所造成的亮度不均匀的进一步降低。

此外，如图10所示，辅助电极15可以包括形成辅助电极15的所有***表面的***部18，并且由具有优异导电性的第一材料制成。例如，***部18可以由作为第一材料的Al制成，并且内部17可以由作为第二材料Cu制成。

当具有这种结构的辅助电极15被使用时，变成辅助电极15的底面的***表面18a的反射型被改善。

在上述第一至第五实施方式之每个中，辅助电极在有机EL元件5的面发光区R中以格栅形状来布置。然而，本发明不限于这一布置。例如，可以使用平行线形状的布置。不一定在有机EL元件5的面发光区R中设有相同尺寸和相同剖面形状的辅助电极，可以有不同尺寸和不同剖面形状。

在生产如图3和图5所示的辅助电极7的方法中，通过汽相沉积形成Ag层9。除此之外，可以通过电镀、溅射或者类似方式形成Ag层9。

蚀刻变厚的Ag层9，以暴露透明基板1的表面或折射率调整层10的表面。然而，通过使用具有对应于透明基板1的凹槽8或折射率调整层10的凹槽11的开口的掩模或保护膜用诸如Ag等的辅助电极7的材料填充透明基板1的凹槽8或折射率调整层10的凹槽11，来形成辅助电极7，然后移除掩模或者保护膜，可以生产辅助电极7。

通过选择辅助电极的剖面面积、布置间距和类似物，可以改变有机EL元件5的面发光区R上的亮度分布，所以不仅可以降低亮度不均匀，而且还可以在面发光区R上形成预期亮度形状，以显示呈现效果。

根据本发明，可以改善光提取效率，所以可以实现更长寿命、更高亮度和更低功率消耗的面发光装置。

反射可见光的材料用于金属电极层4，该金属电极层4是第二电极层。没有反射性但具有与电极相同功能的材料可以用于第二电极层。

在上述实施方式中，光从透明基板侧出射的结构被使用。然而，本发明不限于该结构。例如，它还能够使用光从基板的相对侧出射的结构。在此情况下，如图11所示，充当第一电极层的金属电极层4、充当包括发光层的薄膜层的有机层3、以及充当第二电极层的透明电极层2被依次层叠在基板19上。然后，透射光的保护层20被设置在透明电极层2上，该保护层20防止薄膜层受到外部空气中潮湿、氧气等影响。辅助电极7被形成在保护膜20中，以便电连接透明电极层2。在此情况下，基板19不一定透射光，因此可以由例如金属制成。

如图12所示，在图11所示的面发光装置的情况下，可以使用透明基板1，而不使用基板19，以及使用透明电极层2，而不使用作为第一电极层的金属电极层4，以获得光从两侧(即，透明基板1侧和透明基板1的相对侧)出射的结构。在此情况下，辅助电极7被设置在透明基板1和保护膜20的每个上。

在上述每个实施方式中，公开了包括有机EL元件的面发光装置。然而，本发明不限于此，本发明可以应用于包括设置在透明电极层与反射电极层之间的发光层的薄膜层由无机化合物制成的无机EL元件的面发光装置。

Claims

1、一种面发光装置，包括：

EL元件，包括依次层叠在基板上的：第一电极层；包含发光层的薄膜层；以及第二电极层，EL元件具有预定的面发光区，第一电极层和第二电极层的至少一个是透明电极层；以及

辅助电极，位于EL元件的面发光区，该辅助电极由导电性高于透明电极层的材料形成，辅助电极层与透明电极层电连接，该辅助电极具有位于其***部中的反射表面。

2、根据权利要求1所述的面发光装置，其中基板包括透明基板，第一电极层是透明电极层，光从透明基板一侧出射。

3、根据权利要求2所述的面发光装置，其中辅助电极被埋藏在透明基板中。

4、根据权利要求2所述的面发光装置，其中第二电极层是具有反射性的金属电极层。

5、根据权利要求2所述的面发光装置，还包括：折射率调整层，设置在透明基板与透明电极层之间，并具有是透明基板的折射率与透明电极层的折射率之间的中间值的折射率，

辅助电极埋藏在折射率调整层中。

6、根据权利要求1所述的面发光装置，还包括：保护膜，透射光并且形成在第二电极层上，

第二电极层是透明电极层，光从保护膜一侧出射。

7、根据权利要求6所述的面发光装置，其中辅助电极埋藏在保护膜中。

8、根据权利要求6所述的面发光装置，其中第一电极层是具有反射性的金属电极层。

9、根据权利要求6所述的面发光装置，其中基板包括金属基板。

10、根据权利要求1所述的面发光装置，还包括：透射光并形成于第二电极层上的保护膜，

基板包括透明基板，第一电极层和第二电极层的每个都是透明电极层，光从透明基板一侧和保护膜一侧的两方出射。

11、根据权利要求10所述的面发光装置，其中辅助电极被分别埋藏在透明基板和保护膜之中。

12、根据权利要求1所述的面发光装置，其中辅助电极以格栅形状布置在EL元件的面发光区中。

13、根据权利要求1所述的面发光装置，其中辅助电极的一部分被埋藏在透明电极层中。

14、根据权利要求1所述的面发光装置，其中辅助电极具有多边形的剖面形状。

15、根据权利要求1所述的面发光装置，其中辅助电极具有圆弧形的剖面形状。

16、根据权利要求1所述的面发光装置，其中辅助电极包括：***部，该***部的至少一部分包含具有优异反射性的第一材料；内部，该内部包含具有优异导电性的第二材料。

17、根据权利要求1所述的面发光装置，其中薄膜层由有机化合物制成。