JP2010157404A

JP2010157404A - 有機ｅｌ発光装置

Info

Publication number: JP2010157404A
Application number: JP2008334460A
Authority: JP
Inventors: Masato Yamana; 正人山名; Mikio Shinagawa; 幹夫品川; Yoshio Mitsutake; 義雄光武; Masahiro Nakamura; 将啓中村
Original assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2008-12-26
Filing date: 2008-12-26
Publication date: 2010-07-15

Abstract

【課題】有機ＥＬ発光装置において、光の取り出し効率を向上させる。
【解決手段】有機ＥＬ発光装置１は、基板２と、この基板２上に形成される有機ＥＬ素子３と、基板２の有機ＥＬ素子３形成面上に形成される凸部４と、を備え、基板２の有機ＥＬ素子３形成面とは反対側の面より該有機ＥＬ素子３から出射される光を取り出す。有機ＥＬ素子３は、基板２側から順に陽極５、有機層６、及び陰極７の順に積層して成り、凸部４上に凸状に形成される。基板２及び陽極５は透光性を有し、陽極５、有機層６、及び陰極７は夫々基板２と接する端面８、９、１０を有するように形成されている。有機ＥＬ素子３から出射された光の陽極５又は有機層６中の導波光が、陽極５の端面８又は有機層６の端面９から基板２へ入射される。従って、端面８、９から取り出されずに失われていた導波光をも基板２の光取り出し面より取り出すことができ、大気への光の取り出し量が増える。
【選択図】図２

Description

本発明は、有機エレクトロルミネッセンス素子（以下、有機ＥＬ素子という）を発光源として備える有機ＥＬ発光装置に関する。

有機ＥＬ素子は、数Ｖ程度の低電圧で高輝度の面発光が可能であり、さらに発光物質の選択により任意の色調での発光が可能であるので近年注目されている。有機ＥＬ素子は、陽極、発光層を含む有機層、及び陰極を備え、電圧印加によって陽極が有機層にホールを注入すると共に、陰極が有機層に電子を注入し、有機層に注入されたホールと電子が有機層において結合することで発光する。

図７は、このような有機ＥＬ素子を備える有機ＥＬ発光装置２０の一部の構成を示す。ここでは有機ＥＬ発光装置２０のうち、基板２１と、基板２１上に積層された有機ＥＬ素子の陽極２２のみを図示している。有機ＥＬ素子は、この陽極２２上に、図示していない有機層、陰極が順に積層される。ここに、有機層で生じた光がそれぞれ異なる入射角で陽極２２へ入射した光２３、２４を示している。基板２１の屈折率をｎ_１、陽極２２の屈折率をｎ_２としたとき、基板２１と陽極２２の間の臨界角θ（図示せず）は、ｓｉｎθ＝（ｎ_１／ｎ_２）の式から求められる。

ここで、光２３の陽極２２から入射する入射角θ_１が臨界角θより小さいとき、陽極２２中の光２３は、全反射せずに屈折して基板２１へ出射する。しかし、光２４の陽極２２から入射する入射角θ_２が臨界角θ以上のとき、陽極２２中の光２４は、全反射するので基板２１へ取り出されない。全反射した光２４は、陽極２２の内部に閉じ込められ、導波光として失われる。また、図示していないが有機層中の光も、陽極２２中の光２４と同様に、全反射して陽極２２へ取り出されないとき、有機層の内部に閉じ込められ、導波光として失われる。そのため、有機ＥＬ発光装置２０からの光の取り出し効率は、有機層で発生した全光量の２０％と非常に低い。

そこで、光の出射方向に凹部を有する有機ＥＬ素子が基板上に積層された有機ＥＬ発光装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。図８、及び図９は、このような有機ＥＬ発光装置３０の構成を示す。有機ＥＬ発光装置３０は、複数の凹部３１を有する基板３２と、凹部３１に沿って形成される複数の凹部３３を有する有機ＥＬ素子３４と、を備える。有機ＥＬ素子３４は、基板３２上に陰極３５、有機層３６、及び陽極３７の順に積層して成る。この有機ＥＬ発光装置３０から出射される光は、図９に矢印で示されるように、基板３２の有機ＥＬ素子３４形成面から外部に取り出される。

この有機ＥＬ発光素子３０によれば、有機ＥＬ素子３４に凹部３３を設けたこと、すなわち有機ＥＬ素子３４の一部を曲面にしたことによって、光が有機ＥＬ素子３４内で全反射し難くなり、光が大気へ出射しやすくなる。しかしながら、この有機ＥＬ発光装置３０であっても、光の取り出し効率がまだ十分とはいえない。すなわち、有機層で発光した光のうち、有機ＥＬ素子３４形成面と水平な方向に出射され、有機ＥＬ素子３４の端部へ導波する光、いわゆるエッジ光は、陽極から大気に取り出されることなく喪失する。
特開２００５−１７４７１７号公報

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、光の取り出し効率が向上する有機ＥＬ発光装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために請求項１の発明は、基板と、この基板上に、該基板側から順に陽極、有機層、及び陰極を積層形成して成る有機ＥＬ素子と、を備え、該基板及び陽極が透光性を有し、前記基板の有機ＥＬ素子形成面とは反対側の面より該有機ＥＬ素子から出射される光を取り出す有機ＥＬ発光装置であって、前記基板の有機ＥＬ素子形成面上に、該基板と略同等の屈折率を有する凸部が形成され、前記有機ＥＬ素子は、前記凸部上に凸状に形成され、前記陽極、有機層、及び陰極は、夫々前記基板と接する端面を有するように形成されているものである。

請求項２の発明は、請求項１に記載の有機ＥＬ発光装置において、前記基板上の凸部は、互いに離間した状態で複数設けられるものである。

請求項１の発明によれば、有機ＥＬ素子から出射された光が従来どおり基板へ入射される他、陽極又は有機層中の導波光が陽極の端面又は有機層の端面からも基板へ入射されることになる。従って、従来、これら端面から取り出されずに失われていた導波光をも基板の光取り出し面より取り出すことができるので、大気への光の取り出し量が増えて光の取り出し効率を向上させることができる。

請求項２の発明によれば、所望の光を複数の有機ＥＬ素子に分配させることができるので、各有機ＥＬ素子の大きさを小さくして、光の有機ＥＬ素子内を移動する距離を短くすることができ、光が基板へ入射しやすくなる。そのため、有機ＥＬ素子から基板への光の取り出し量が増え、ひいては大気への光の取り出し量が増えて光の取り出し効率を向上させることができる。

本発明の一実施形態に係る有機ＥＬ発光装置について図面を参照して説明する。図１乃至図３は、本実施形態の有機ＥＬ発光装置１の構成を示す。有機ＥＬ発光装置１は、基板２と、この基板２上に形成される有機ＥＬ素子３と、基板２の有機ＥＬ素子３形成面上に形成される凸部４と、を備える。凸部４は互いに離間した状態で複数設けられる。有機ＥＬ素子３は、基板２側から陽極５、有機層６、及び陰極７の順に積層して成り、凸部４上に凸状に形成される。陽極５、有機層６、及び陰極７は、夫々基板２と接する端面８、９、１０を有するように形成されている。また、有機ＥＬ発光装置１から出射される光は、図２、及び図３に矢印で示されるように、基板２の有機ＥＬ素子３形成面とは反対側の面から外部に取り出される。

基板２は、透光性を有しており、例えば、ソーダライムガラスや無アルカリガラスの透明ガラス板、又はポリエステル、ポリオレフィン、ポリアミド、エポキシの樹脂、若しくはフッ素系樹脂から作製されたプラスチックフィルムやプラスチック板などが材料として用いられる。

有機ＥＬ素子３は、半球状であり、その曲面の形状が凸部４の曲面の形状と相似である。この有機ＥＬ素子３の曲面の形状によって、光は有機ＥＬ素子３内で全反射し難くなる。そのため、光が有機層６から陽極５へ入射しやすくなり、かつ、陽極５から凸部４へ入射しやすくなるので、有機ＥＬ発光装置１は、有機ＥＬ素子３から基板２への光の取り出し量が増え、ひいては基板２から大気への光の取り出し量も増えて光の取り出し効率が向上する。

また、有機ＥＬ素子３は、複数の凸部４に対応する箇所に複数設けられる。このとき、所望の光を複数の有機ＥＬ素子３に分配させて各有機ＥＬ素子３の大きさを小さくすると、光の有機ＥＬ素子３内を移動する距離が短くなるので、光が基板２へ入射しやすくなる。そのため、有機ＥＬ発光装置１は、有機ＥＬ素子３から基板２への光の取り出し量が増え、ひいては大気への光の取り出し量が増えて光の取り出し効率が向上する。

また、各有機ＥＬ素子３は、図１に示されるように平面視において、縦の配列と横の配列が略直交し、隣り合う有機ＥＬ素子３同士の間隔が略等間隔となるように配置される。各有機ＥＬ素子３を電気的に接続するために、各有機ＥＬ素子３の間には接続部１１が設けられる。接続部１１は、有機ＥＬ素子３の陽極５、有機層６、及び陰極７が延設されて形成される。

基板２上の凸部４は、半球状であり、基板２と略同等の屈折率を有すればよく、例えば、アクリル樹脂が材料として挙げられる。また、凸部４の材料は、基板２上に塗布された後に、パターンの刻み込まれた金型が押し付けられることによって、金型のパターンが転写されて凸状に形成される（ナノインプリント）。

陽極５は、透光性を有しており、有機層６にホールを注入するための電極である。陽極５の材料は、仕事関数の大きい金属、合金、電気伝導性化合物、又はこれらの混合物から成る電極材料を用いることが好ましく、仕事関数が４ｅＶ以上であることが特に好ましい。陽極５の具体的な材料は、例えば、金などの金属、ＣｕＩ、ＩＴＯ（インジウム−スズ酸化物）、ＳｎＯ_２、ＺｎＯ、ＩＺＯ（インジウム−亜鉛酸化物）や、ＰＥＤＯＴ、ポリアニリンの導電性高分子、任意のアクセプタでドープした導電性高分子、カーボンナノチューブの導電性光透過性材料などが挙げられる。また、陽極５、有機層６、及び陰極７は、例えば、所定の開口形状を有するメタルマスクを用いた真空蒸着によって薄膜に形成及び積層される。

有機層６は、例えば、ホール輸送層、発光層、及び電子輸送層の順に積層して成る。また、有機層６は、必要に応じて電子注入層、ホールブロック層、ホール注入層などを備えていてもよい。ホール輸送層は、発光層へのホール注入性を向上させるか、又は電子がホール輸送層へ移動するのを防止し、電子輸送層は、発光層への電子注入性を向上させるか、又はホールが電子輸送層へ移動するのを防止する。

発光層を構成する有機材料は、例えば、アントラセン、ナフタレン、ピレン、テトラセン、コロネン、ペリレン、フタロペリレン、ナフタロペリレン、ジフェニルブタジエン、テトラフェニルブタジエン、クマリン、オキサジアゾール、ビスベンゾキサゾリン、ビススチリル、シクロペンタジエン、クマリン、オキサジアゾール、ビスベンゾキサゾリン、ビススチリル、シクロペンタジエン、キノリン金属錯体、トリス（８−ヒドロキシキノリナート）アルミニウム錯体（Ａｌｑ_３）、トリス（４−メチル−８−キノリナート）アルミニウム錯体、トリス（５−フェニル−８−キノリナート）アルミニウム錯体、アミノキノリン金属錯体、ベンゾキノリン金属錯体、トリ−（ｐ−ターフェニル−４−イル）アミン、１−アリール−２，５−ジ（２−チエニル）ピロール誘導体、ピラン、キナクリドン、ルブレン、ジスチリルベンゼン誘導体、ジスチリルアリーレン誘導体、ジスチリルアミン誘導体及び各種蛍光色素などが挙げられる。また、これらの材料は、必要に応じて、適宜選択して用いることができる。また、発光層の材料は、スピン多重項からの発光を示す化合物、例えば、燐光発光を生じる燐光発光材料、及びそれらを分子内に有する化合物も好適に用いることができる。

陰極７は、有機層６中に電子を注入するための電極であり、仕事関数の低い金属、合金、電気伝導性化合物、又はこれらの混合物からなる電極材料を用いることが好ましく、例えば、アルカリ金属、アルカリ金属のハロゲン化物、アルカリ金属の酸化物、アルカリ土類金属、及びこれらと他の金属との合金、具体的にはナトリウム、ナトリウム−カリウム合金、リチウム、マグネシウム、マグネシウム−銀混合物、マグネシウム−インジウム混合物、アルミニウム−リチウム合金、Ａｌ／ＬｉＦ混合物などが材料として用いられる。また、陰極７の材料は、アルミニウム、Ａｌ／Ａｌ_２Ｏ_３混合物なども用いられる。さらに、陰極７の材料は、アルカリ金属の酸化物、アルカリ金属のハロゲン化物、又は金属酸化物の下地の上に、金属等の導電材料を１層以上積層したものを用いてもよく、具体的にはアルカリ金属／Ａｌの積層物、アルカリ金属のハロゲン化物／アルカリ土類金属／Ａｌの積層物、アルカリ金属の酸化物／Ａｌの積層物などが用いられる。

上記のように構成された有機ＥＬ発光装置１において、有機層６から照射される光の経路を説明する。図４は、有機ＥＬ発光装置１内の光の光路を示す。なお、同図においては、断面を示す斜線の記載を省略している。光１２、１３、１４は、それぞれ異なる入射角で陽極５へ入射した光である。陽極５中の光１２は、凸部４への入射角が基板２と凸部４の間の臨界角よりも小さいので、全反射せずに凸部４へ出射する。凸部４中の光１２は、凸部４の屈折率と基板２の屈折率が同じであるので、屈折せずに基板２へ出射する。

陽極５中の光１３は、凸部４への入射角が基板２と凸部４の間の臨界角よりも大きいので、全反射して導波光となる。導波光となった光１３は、基板２と陽極５の間で全反射して陽極５の端面８まで進んだ後、基板２への入射角が基板２と陽極５の間の臨界角よりも小さいので、全反射せずに基板２へ出射する。また、陽極５中の光１４は、有機層６への入射角が陽極５と有機層６の間の臨界角よりも大きいので、全反射して導波光となる。導波光となった光１４は、陽極５の端面８まで進んだ後、基板２への入射角が基板２と陽極５の間の臨界角よりも小さいので、全反射せずに基板２へ出射する。

従って、有機ＥＬ素子３から出射される光は、従来どおり基板２へ入射される他、陽極５中の導波光が陽極５の端面８から直接的に基板２へ入射される。そのため、従来、端面８から取り出されずに失われていた導波光（いわゆるエッジ光など）をも基板２の光取り出し面より取り出すことができるので、有機ＥＬ発光装置１は大気への光の取り出し量が増えて光の取り出し効率が向上する。また、図示していないが有機層６中の導波光も、有機層６の端面９から直接的に基板２へ入射される。そのため、従来、端面９から取り出されずに失われていた導波光が基板２の光取り出し面より取り出されるので、有機ＥＬ発光装置１は大気への光の取り出し量が増えて光の取り出し効率が向上する。

図５、及び図６は、有機ＥＬ発光装置１の変形例である有機ＥＬ発光装置１５、１６の構成を示す。有機ＥＬ発光装置１５は、各有機ＥＬ素子３が平面視において六方最密に、すなわち、縦の配列と横の配列が略４５°で交わり、隣り合う有機ＥＬ素子３同士の間隔が略等間隔となるように配置される。有機ＥＬ発光装置１５、有機ＥＬ素子３の六方最密の配置、及び平面視で正六角形の形状によって、基板２の有機ＥＬ素子３形成面の面積を有効に利用できる。

有機ＥＬ発光装置１６も、有機ＥＬ発光装置１５と同様に、各有機ＥＬ素子３が六方最密に配置される。また、有機ＥＬ発光装置１６の有機ＥＬ素子３は、平面視において円形ではなく正六角形の形状であり、かつ、有機ＥＬ素子３の中心を通り、基板２の有機ＥＬ素子３形成面に対して垂直方向の断面が略楕円形状である。有機ＥＬ発光装置１６は、有機ＥＬ素子３の六方最密の配置、及び平面視で正六角形の形状によって、基板２の有機ＥＬ素子３形成面の面積を有効に利用できる。

なお、本発明は、上記の実施形態の構成に限られず、発明の要旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、基板上の凸部の配置は、周期的、又は非周期的のいずれであっても構わない。

本発明の一実施形態に係る有機ＥＬ発光装置の平面図。同有機ＥＬ発光装置のＡ−Ａ線断面図。同有機ＥＬ発光装置のＢ−Ｂ線断面図。同有機ＥＬ発光装置の拡大側断面図。同有機ＥＬ発光装置の変形例を示す平面図。同有機ＥＬ発光装置の他の変形例を示す平面図。従来の有機ＥＬ発光装置の一部の側断面図。他の従来の有機ＥＬ発光装置の平面図。同有機ＥＬ発光装置のＣ−Ｃ線断面図。

符号の説明

１、１５、１６有機ＥＬ発光装置
２基板
３有機ＥＬ素子
４凸部
５陽極
６有機層
７陰極
８、９、１０端面

Claims

基板と、この基板上に、該基板側から順に陽極、有機層、及び陰極を積層形成して成る有機ＥＬ素子と、を備え、該基板及び陽極が透光性を有し、前記基板の有機ＥＬ素子形成面とは反対側の面より該有機ＥＬ素子から出射される光を取り出す有機ＥＬ発光装置であって、
前記基板の有機ＥＬ素子形成面上に、該基板と略同等の屈折率を有する凸部が形成され、
前記有機ＥＬ素子は、前記凸部上に凸状に形成され、
前記陽極、有機層、及び陰極は、夫々前記基板と接する端面を有するように形成されていることを特徴とする有機ＥＬ発光装置。
前記基板上の凸部は、互いに離間した状態で複数設けられることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ発光装置。