JP2024064792A - 発光装置、表示装置、撮像装置および電子装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】消費電力の低減、駆動寿命の向上、および、表示品位の向上に有利な技術を提供する。【解決手段】基板の表面の上に複数の発光部を有する発光装置において、前記複数の発光部のそれぞれは、前記表面の上に第1電極、第1発光層、電荷発生層、前記第1発光層が発生する光の色と同じ色の光を発生する第2発光層、および、第2電極をこの順に有し、前記複数の発光部は、第1波長の光を発生する発光部、および、前記第1波長とは異なる第2波長の光を発生する発光部を含み、前記複数の発光部のそれぞれの上に正のパワーを有するレンズが設けられている。【選択図】図1
Description
本発明は、発光装置、表示装置、撮像装置および電子装置に関する。
有機エレクトロルミネッセンス素子(有機EL素子)などとも呼ばれる有機発光素子は、一対の電極とこれらの電極間に配置される有機化合物層とを有する電子素子である。一対の電極から有機化合物層に電子及び正孔を注入することにより、有機化合物層中の発光性有機化合物の励起子が生成され、当該励起子が基底状態に戻る際に光を放出する。有機発光素子の最近の進歩は著しく、低駆動電圧、多様な発光波長、高速応答性、発光デバイスの薄型化、軽量化が進められている。
有機発光素子の製造方法として、微細マスク、フォトリソグラフィなどを用いて色ごとに有機層を成膜する方式(以下、塗分け方式と呼ぶ)が知られている。また、有機発光素子の消費電力の改善のために、複数の発光層間に電荷発生層を設けた構造を有する、タンデム型の有機発光素子が知られている。下部電極と上部電極との間に電界が印加されることで、電荷発生層においてキャリアが発生し、第1発光ユニットと、第2発光ユニットにキャリアが供給される。このため、第1発光ユニットに含まれる発光層及び第2発光ユニットに含まれる発光層の双方を効率よく発光させることができる。特許文献1では、有機表示装置の消費電力及び駆動寿命を改善するために、タンデム型の有機発光素子に塗分け方式を適用した構成が開示されている。
塗分け方式では、異なる色を発する発光層を分けて形成する必要があるため、工程上の精度や、リソグラフィによる有機層へのダメージの影響などにより、一つの副画素に対応する発光層の面積が制約されうる。これによって、副画素面積に対する発光領域の面積の比率、いわゆる開口率が小さくなりうる。加えてタンデム型の場合、発光層が2層あるために、塗分け工程が2回以上発生する場合があり、開口率がさらに制限されやすい。開口率が小さくなった場合、消費電力及び駆動寿命が不十分となるという課題があった。また、開口率が小さくなることにより、画素内の非発光領域の割合が増えることで、表示画像において非発光領域が格子状に視認される、いわゆるスクリーンドア効果が生じ、表示品位が低下するという課題が発生する場合があった。このような表示品位の低下は、例えば、ヘッドマウントディスプレイや電子ビューファインダのように、目と近接して使用される表示装置に用いる場合において特に顕著であった。
本発明は、消費電力の低減、駆動寿命の向上、および、表示品位の向上に有利な技術を提供すること目的とする。
本発明の1つの側面は、基板の表面の上に複数の発光部を有する発光装置に係り、前記複数の発光部のそれぞれは、前記表面の上に第1電極、第1発光層、電荷発生層、前記第1発光層が発生する光の色と同じ色の光を発生する第2発光層、および、第2電極をこの順に有し、前記複数の発光部は、第1波長の光を発生する発光部、および、前記第1波長とは異なる第2波長の光を発生する発光部を含み、前記複数の発光部のそれぞれの上に正のパワーを有するレンズが設けられている。
本発明によれば、消費電力の低減、駆動寿命の向上、および、表示品位の向上に有利な技術が提供される。
以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。なお、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。実施形態には複数の特徴が記載されているが、これらの複数の特徴の全てが発明に必須のものとは限らず、また、複数の特徴は任意に組み合わせられてもよい。さらに、添付図面においては、同一若しくは同様の構成に同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。
以下、本開示の第1実施形態を説明する。第1実施形態に係る発光装置は、基板の表面の上に複数の発光部を有する。該複数の発光部のそれぞれは、該基板の表面の上に第1電極、第1発光層、電荷発生層、該第1発光層が発生する光の色と同じ色の光を発生する第2発光層、および、第2電極をこの順に有しうる。該複数の発光部は、第1波長の光を発生する発光部、および、該第1波長とは異なる第2波長の光を発生する発光部を含みうる。該複数の発光部のそれぞれの上に正のパワーを有するレンズが設けられうる。レンズは、マイクロレンズとして理解されてもよい。この明細書では、基板の表面(主面)に垂直な方向を「垂直方向」と記載し、基板の表面に平行な方向を「水平方向」と記載する。そして、垂直方向における曲面部分の頂点(端)を単に「曲面部分の頂点」と記載する。なお、基板上にはレンズと発光素子以外にも、様々な部材が設けられてよい。ここで、同じ色とは、発光波長のピークの差が、30nm以内であってよく、15nm以内であってよく、同じ波長であってもよい。
図1は、第1実施形態の発光装置100の断面構造を例示する模式図である。図1の発光装置100は、基板1と、第1発光部SP1と、第2発光部SP2とを含みうる。第1発光部SP1及び第2発光部SP2のそれぞれの上にマイクロレンズ16が配置されうる。第1発光部SP1は、第1発光層5、電荷発生層8、第2発光層10を基板1の表面の上にこの順に有し、第2発光部SP2は、第3発光層6、電荷発生層8、第4発光層11を基板1の表面の上にこの順に有する。第1発光層5および第2発光層10は、第1色の光を発生し、第3発光層6および第4発光層11は、第1色はと異なる第2色の光を発生する。第1発光層5および第3発光層6は、例えば、微細マスク、フォトリソグラフィなどを用いた塗分け方式で成膜されうる。同様に、第2発光層10および第4発光層11は、例えば、微細マスク、フォトリソグラフィなどを用いた塗分け方式で成膜されうる。
図2は、図1における第1発光部SP1及びそれに対応するマイクロレンズ16に関わる部分を拡大した模式図である。ここでは、代表的に第1発光部SP1の構成を説明するが、他の発光部も同様の構成を有しうる。図1及び図2は、基板1の表面の法線に平行でマイクロレンズ16の曲面部分の頂点を通る平面で発光装置100を切断した断面を模式的に示す。本実施形態では、マイクロレンズ16の屈折率n1は1より大きく、マイクロレンズ16の曲面部分は球面の一部で構成され、基板1の表面から遠ざかる方向に凸(即ち上に凸)の曲面部分である。また、発光装置100は、マイクロレンズ16の屈折率n1より小さい屈折率を有する層を発光部13とマイクロレンズ16との間に含まない。図2に示す通り、マイクロレンズ16と空気との界面での屈折により、マイクロレンズ16の曲面部分は、発光部から斜め方向に出射した光を空気中の正面方向(基板1の表面の法線に平行な方向)に出射させる効果、すなわち、発光部からの光に対して正のパワーを有する。他の観点において、マイクロレンズ16は、発光部から斜め方向に出射した光を基板1の表面の法線方向に集光させるコリメータとしての効果を奏する。基板1の表面の法線方向から観察した時のマイクロレンズ16の底面部分の形状(マイクロレンズの曲面部分の端をつないだ形状)は、半径rの円形でありうる。発光部SP1の開口OPを半径aの円形とすると、マイクロレンズ16を設けない場合には、発光部SP1の面積はπa2である。一方で、本実施形態のようにマイクロレンズ16を設ける場合、マイクロレンズ16の曲面部分の正のパワーにより、正面方向から観察した場合に発光している面積(見かけの発光面積)は、最大でπr2に拡大される。この拡大効果によって正面に取り出される光量が増えるため、消費電力及び駆動寿命が向上する。更に、画素内における見かけの発光面積が増え、非発光領域の面積が減るため、非発光領域が視認されることに起因するスクリーンドア効果による表示品位の低下が抑制される。したがって、このような構成は、スマートグラスや電子ビューファインダに適用される表示装置のように目と近接して配置される表示装置への応用に有利である。
以下では、本実施形態における好ましい構成について説明する。図2の例では、上述した通り、マイクロレンズ16の曲面部分は球面の一部である。マイクロレンズ16の曲面部分の傾斜角θ(基板1の表面に平行な平面に対する角度)が最大となる位置(第2位置)は、マイクロレンズ16の曲面部分の端である。曲面部分の頂点(第1位置)から曲面部分の端(第2位置)までの垂直方向(第1方向)の距離(マイクロレンズ高さ)をh、曲面部分の頂点から曲面部分の端までの水平方向(第2方向)の距離をrとする。θは、hとrを用いて、sinθ=2rh/(r2+h2)で与えられる。
ここで、発光部SP1で発生した光がマイクロレンズ16の曲面部分の端(第2位置)、つまり、傾斜角θの位置で屈折して、屈折率n0の空気(媒質)に対して、発光装置100の正面方向に取り出される光線を考える。空気中の正面方向に取り出される光線は、マイクロレンズ16の曲面部分に入射角α(曲面部分の法線に対する角度)で入射する。スネルの法則よりn1・sinα=n0・sinθが成り立つ。また、この光線と正面方向とがなす角度(光線角度)β1は、θ-αである。
発光部の開口OP内からマイクロレンズ16の曲面部分の端(第2位置)に角度β1で向かう光線が存在する条件は、式(1)で与えられる。ここで、H1は、発光部からマイクロレンズまでの層の垂直方向の距離であり、図2の例において、当該層の屈折率はマイクロレンズ16と同じn1である。
r-a<H1・tanβ1<r+a・・・式(1)
つまり、式(1)を満たすことで、発光部で発生した光がマイクロレンズの曲面部分の端(第2位置)で屈折して正面に取り出されることになり、見かけの発光面積はπr2に拡大される。式(1)を満たす場合、発光部の発光領域のある点から射出した光線は、マイクロレンズ16の曲面部分のうち基板1の表面に平行な面に対する傾斜角θが最も大きい位置において、基板1の表面の法線に平行な方向に屈折する。一方で、式(1)を満たさない場合、発光部からマイクロレンズの曲面部分の端で屈折して正面に取り出される光線は存在しないことになるため、見かけの発光面積はπr2よりも小さくなる。以上の理由から、式(1)を満たすことで、式(1)を満たさない場合と比較して、見かけの発光面積の拡大効果が大きくなる。これにより、消費電力及び駆動寿命が向上し、表示品位も向上する。
つまり、式(1)を満たすことで、発光部で発生した光がマイクロレンズの曲面部分の端(第2位置)で屈折して正面に取り出されることになり、見かけの発光面積はπr2に拡大される。式(1)を満たす場合、発光部の発光領域のある点から射出した光線は、マイクロレンズ16の曲面部分のうち基板1の表面に平行な面に対する傾斜角θが最も大きい位置において、基板1の表面の法線に平行な方向に屈折する。一方で、式(1)を満たさない場合、発光部からマイクロレンズの曲面部分の端で屈折して正面に取り出される光線は存在しないことになるため、見かけの発光面積はπr2よりも小さくなる。以上の理由から、式(1)を満たすことで、式(1)を満たさない場合と比較して、見かけの発光面積の拡大効果が大きくなる。これにより、消費電力及び駆動寿命が向上し、表示品位も向上する。
以上の説明では、マイクロレンズの曲面部分が球面の一部であって、最も傾斜角θが大きい点が曲面部分の端である場合を考えた。しかし、曲面部分が非球面でもよく、また、最も傾斜角θが大きい第2位置が曲面部分の端でなく、第2位置においてマイクロレンズ16が厚さを持っていてもよい。また、開口の形状は円形に限定されず、例えば、正方形、正方形以外の長方形、または、多角形等であってよい。この場合、基板の表面に垂直な断面における開口の中心から端までの距離をaとしてよい。
また、上記の説明では、発光部からマイクロレンズまでの媒体の屈折率がマイクロレンズの屈折率n1と等しい場合を考えた。しかし、発光部とマイクロレンズとの間にマイクロレンズの屈折率と異なる屈折率を有する層が配置されてもよいし、互いに異なる屈折率を有する複数の層が配置されてもよい。例えば、発光部とマイクロレンズとの間に屈折率n2の保護層が配置され、n1<n2であってもよい。マイクロレンズと保護層との界面での屈折を考えると、r-a<H1・tanβ1の関係を満たすことは、見かけの発光面積がπr2に拡大されるための必要条件である。
発光部とマイクロレンズとの間に屈折率がマイクロレンズと異なる層を有する場合において、更に好ましい条件について、図3を参照しながら説明する。図2の例と同様、屈折率n1のマイクロレンズ16の第1位置から第2位置までの垂直方向の距離をh、水平方向の距離をrとし、発光部の開口部を半径aの円形とする。また、第2位置でのマイクロレンズ16の厚さをH1とする。更に、発光部とマイクロレンズ16との間に屈折率n2で厚さがH1である保護層15を有する。
第2位置で屈折して正面に取り出される光線がマイクロレンズ16の第2位置に入射する光線角度β1は、第2位置での傾斜角θを用いて、前述の例と同様に以下の式で与えられる。
n1・sinα=n0・sinθ
β1=θ-α
また、保護層15中での光線角度β2は、マイクロレンズ16と保護層15の界面での屈折を考慮すると、以下の式で与えられる。
β1=θ-α
また、保護層15中での光線角度β2は、マイクロレンズ16と保護層15の界面での屈折を考慮すると、以下の式で与えられる。
n2・sinβ2=n1・sinβ1
この時、第2位置で屈折して正面に取り出される光線が発光部の開口内から出射される条件は、以下の式(2)を満たすことである。
この時、第2位置で屈折して正面に取り出される光線が発光部の開口内から出射される条件は、以下の式(2)を満たすことである。
r-a<H1・tanβ1+H2・tanβ2<r+a・・・式(2)
つまり、式(2)を満たすことで、発光部で発生した光がマイクロレンズ16の第2位置で屈折して正面に取り出されることになり、見かけの発光面積はπr2に拡大される。すなわち、発光部とマイクロレンズとの間に屈折率がマイクロレンズと異なる層を有する場合において、式(2)を満たすことで、式(2)を満たさない場合と比較して、見かけの発光面積の拡大効果が大きくなる。これにより、消費電力及び駆動寿命が向上し、表示品位も向上する。
つまり、式(2)を満たすことで、発光部で発生した光がマイクロレンズ16の第2位置で屈折して正面に取り出されることになり、見かけの発光面積はπr2に拡大される。すなわち、発光部とマイクロレンズとの間に屈折率がマイクロレンズと異なる層を有する場合において、式(2)を満たすことで、式(2)を満たさない場合と比較して、見かけの発光面積の拡大効果が大きくなる。これにより、消費電力及び駆動寿命が向上し、表示品位も向上する。
発光部とマイクロレンズとの間の媒質は、保護層に限られず、例えば、カラーフィルタ層および/または平坦化層などの他の1又は複数の機能層が配置されてもよい。屈折率が異なる複数の層を有する場合は、最も厚い層の屈折率をn2としてもよいし、各層の厚さで重みづけした屈折率の平均値を用いてもよい。また、各層の界面での屈折を考慮して光線角度を計算することで、第2位置で屈折して正面に取り出される光線が発光部内から出射される条件を考えてもよい。具体的には、マイクロレンズを含めてn個の層を有する場合、マイクロレンズを1番目の層として、そこから積層順にi番目の層の屈折率をniとすると、i番目の層中の光線角度は、上述の例と同様、以下の式で与えられる。
ni・sinβi=n1・sinβ1
これより、i番目の層の厚さをHiとすると、第2位置で屈折して正面に取り出される光線が発光部の開口内から出射される条件は、Hi・tanβiをn番目まで足しあわせた値がr-aより大きく、かつr+aより小さいことである。すなわち、以下の式(3)を満たすことが好ましい。
これより、i番目の層の厚さをHiとすると、第2位置で屈折して正面に取り出される光線が発光部の開口内から出射される条件は、Hi・tanβiをn番目まで足しあわせた値がr-aより大きく、かつr+aより小さいことである。すなわち、以下の式(3)を満たすことが好ましい。
r-a<H1・tanβ1+H2・tanβ2+・・・+Hn・tanβn<r+a
・・・式(3)
以上のように、式(1)~式(3)のいずれかを満たすことで、正面方向への光取り出し効率が向上する。一方で、マイクロレンズと発光部との垂直方向の距離を小さくすることで、マイクロレンズに入射する光量は増加する。すなわち、式(1)~式(3)を満たした上で、マイクロレンズと発光部との垂直方向の距離を小さくすることで、広角側に取り出される光が増えることになり、視野角特性が向上する。視野角特性向上の観点から、カラーフィルタ層を設けないことで、発光部との垂直方向の距離を小さくすることができる。
・・・式(3)
以上のように、式(1)~式(3)のいずれかを満たすことで、正面方向への光取り出し効率が向上する。一方で、マイクロレンズと発光部との垂直方向の距離を小さくすることで、マイクロレンズに入射する光量は増加する。すなわち、式(1)~式(3)を満たした上で、マイクロレンズと発光部との垂直方向の距離を小さくすることで、広角側に取り出される光が増えることになり、視野角特性が向上する。視野角特性向上の観点から、カラーフィルタ層を設けないことで、発光部との垂直方向の距離を小さくすることができる。
マイクロレンズと発光部との間に設ける層の屈折率の好ましい関係について説明する。図4及び図5は、発光部からマイクロレンズ16までの間に屈折率が異なる層を設けた構成の一例を模式的に示す断面図である。図4及び図5では、隣接する2つの発光部が示されている。発光部から屈折率n1のマイクロレンズ16までの間に2つの層L3、層L2が配置され、屈折率はそれぞれn2及びn3である。層L3は、例えば保護層であってよく、層L2は、例えばカラーフィルタまたは平坦化層であってよい。図4の例において、屈折率の大小関係はn2<n1<n3である。発光部から斜め方向に出射された光線の屈折を考えると、屈折率の大小関係に従って、角a、b及びcの大小関係はa<c<bとなる。特にc<bであることによって、層L3とマイクロレンズ16の界面で光線が正面方向に曲げられることになるため、図示したように、発光部からの光が隣接する発光素子のマイクロレンズから正面に近い方向に出射される場合がある。つまり、発光部からの放射角度が大きく、色純度が悪い光が視認されやすくなるため、色純度が低下する可能性がある。一方、屈折率の大小関係をn1<n2<n3とした図5の例では、a<b<cとなるため、発光部から斜め方向に出射された光は層L3とマイクロレンズ16との界面でより広角側に屈折するため、正面方向に出射されにくく、色純度の低下を抑制できる。以上の理由から、マイクロレンズと発光部との間にマイクロレンズの屈折率より小さい屈折率の層を含まない構成とすることで色純度の低下を抑制できる。
次に、発光部の開口の幅aの好ましい範囲について説明する。前述のとおり、マイクロレンズ16の光取り出し効率の向上の効果は、マイクロレンズを設けることによる見かけの発光面積の拡大によって提供される。したがって、この効果は、見かけの発光面積と発光部の開口の面積との比に凡そ比例すると考えることができる。すなわち、マイクロレンズの第1位置から第2位置までの水平方向の距離rと、開口の幅aとの比r/aが大きいほど光取り出し効率の向上の効果が大きく、消費電力の低減効果が大きくなる。消費電力の低減効果を発揮するために、r/a>1であることが好ましく、r/a>1.5であることがより好ましく、r/a>2であることがさらに好ましい。
一方で、開口における外側の点から出射された光は、レンズで屈折してより広角側に取り出される。すなわち、開口の幅aが大きいほど、広角側に取り出される光が増える。よって、開口の幅aが大きいほど視野角特性が向上する。視野角特性を向上させる観点で、r/a<5であることが好ましく、r/a<4であることがより好ましい。
次に、マイクロレンズの第1位置から第2位置までの垂直方向の距離hと水平方向の距離rの好ましい値の範囲について説明する。h=rすなわちh/r=1の場合、マイクロレンズの曲面部分を球面とすると第2位置での傾斜角θは90度である。θが90度の第2位置を通って正面方向に出射される光線は、臨界角で入射する光である。この光線について式(1)~式(3)のいずれかを満たすような構成とした場合、開口における外側から出射して第2位置に到達する光は、第2位置で全反射され、マイクロレンズから取り出されない。よって、h/r<1とすることが、取り出し効率が向上するため、好ましい。
また、h/rが大きいほど、レンズ収差が大きくなることで、有効に利用できない光線が発生し、光取り出し効率が低下する場合がある。よってh/rが小さいほど好ましく、h/r<0.95であることが好ましく、h/r<0.8であることがより好ましい。
以下、図1を参照しながら発光装置100の具体的な構成を例示的に説明する。発光装置100は、基板1、複数の第1電極2、絶縁層(バンク)3、有機膜13、第2電極14、保護層15、及び、マイクロレンズ16を含みうる。複数の第1電極2は、基板1の表面上に設けられている。有機膜13は、第1機能層4、第1発光層5及び第3発光層6、第2機能層7、電荷発生層8、第3機能層9、第2発光層10及び第4発光層11、第4機能層12を含みうる。第1発光層5及び第3発光層6は、第1機能層4と第2機能層7の間に配置され、第2発光層10及び第4発光層11は、第3機能層9と第4機能層12の間に配置される。第2電極12は、有機層13上に配置される。有機層13は、発光部を構成し、第1電極2と第2電極14との間に印加される電位差によって発光する。絶縁層3は、バンクを構成し、複数の第1電極2を相互に絶縁するように配置される。絶縁層3は、第1電極2を有機層13に対して露出させる開口OPを有する。絶縁層3は、複数の第1電極2のそれぞれに対して設けられた複数の絶縁部を含んでもよいし、複数の第1電極2にそれぞれ対応する複数の開口OPを有する1つの絶縁層として構成されてもよい。開口OPにおいて第1電極2と有機層13が接し、有機層13のうち絶縁層3の開口OPに対応する部分が発光領域として機能する。発光装置100は、複数の第1電極2にそれぞれ対応する複数の発光部SP1、SP2・・・を備える装置として理解されうる。複数の発光部は、複数の画素、または、複数の副画素として理解されてもよい。図1の例では、第1発光部SP1は、基板1上に第1電極2、第1色の光を発生する第1発光層5、電荷発生層8、第1色の光を発生する第2発光層10、および、第2電極14をこの順に有する。また、第2発光部SP2は、基板1上に第1電極2、第1色と異なる第2色の光を発生する第3発光層6、電荷発生層8、第2色の光を発生する第4発光層11、および、第2電極14をこの順に有する。電荷発生層8は、複数の発光部SP1、SP2・・・に対して共通に設けられてもよいし、それらに対して個別に設けられてもよい。第1電極2は、複数の発光部SP1、SP2・・・に対して個別に設けられ、第2電極12は、複数の発光部SP1、SP2・・・に対して共通に設けられうる。
第2電極14の上には、保護層15が配置されうる。保護層15の上には、複数の発光部にそれぞれ対応するように複数のマイクロレンズ16が配置されうる。基板1の材料は、第1電極2、有機層13、及び、第2電極14を支持できる材料であれば特に限定されない。例えば、基板1の材料として、ガラス、プラスチック、シリコンなどを用いることができる。トランジスタなどのスイッチング素子や、配線、層間絶縁膜などが基板1に設けられていてもよい。
第1電極2は、透明であっても、不透明であってもよい。第1電極2が不透明である場合には、第1電極2の材料は、発光波長での反射率が70%以上の金属材料であることが好ましい。例えば、第1電極2の材料として、Al又はAgなどの金属や、それらにSi、Cu、Ni、Ndなどを添加した合金を用いることができる。また、第1電極2の材料として、ITO、IZO、AZO、IGZOなども用いることができる。なお、ここでの発光波長は、有機層13から発せられる光のスペクトル範囲を意味する。第1電極2の反射率が所定(所望)の反射率よりも高ければ、第1電極2は、Ti、W、Mo、Auなどの金属やその合金などのバリア電極との積層電極であってもよく、ITOやIZOなどの透明酸化膜電極との積層電極であってもよい。
一方、第1電極2が透明である場合には、第1電極2の下(基板1の側)に反射層を設けてもよい。透明な第1電極2の材料としては、例えば、ITO、IZO、AZO、IGZOなどを用いることができる。後述する光学距離の最適化のために、第1電極2の構成として、反射層と透明導電膜の間に絶縁膜を設けた構成を採用してもよい。各発光部(発光素子)が放射する色に応じて、発光部毎に透明導電膜もしくは絶縁膜の膜厚を変える構成を採用してもよい。
第2電極14は透光性を有する。第2電極14の材料は、第2電極14の表面に到達した光の一部を透過するとともに他の一部を反射する性質(すなわち半透過反射性)を持った半透過材料であってもよい。第2電極14の材料として、例えば、透明導電酸化物のような透明材料を使用できる。また、第2電極14の材料として、単体金属(アルミニウム、銀、金など)、アルカリ金属(リチウムやセシウムなど)、アルカリ土類金属(マグネシウム、カルシウム、バリウムなど)、これらの金属材料を含んだ合金材料などからなる半透過材料を使用できる。第2電極14の材料として半透過材料を使用する場合には、半透過材料としてマグネシウムや銀を主成分とする合金を使用することが好ましい。第2電極14が好ましい透過率を有するならば、第2電極14は、上記材料で構成された複数の層の積層構成を有してもよい。図1では、複数の発光部の間で共通の1つの第2電極14が設けられているが、複数の発光部にそれぞれ対応する複数の第2電極14が設けられてもよい。
第1電極2と第2電極14の一方が陽極として機能し、他方が陰極として機能する。例えば、第1電極2が陽極として機能し、第2電極14が陰極として機能する。第1電極2が陰極として機能し、第2電極14が陽極として機能してもよい。
第1乃至第4機能層は、蒸着法やスピンコート法など公知の技術により形成することができ、複数の層から構成されていてもよい。正孔注入層、正孔輸送層、電子ブロック層正孔ブロック層、電子輸送層、及び、電子注入層の少なくともいずれかを含んで構成される。第1乃至第4機能層は複数の第1電極をまとめて覆うように形成されてもよいし、微細マスク、フォトリソグラフィなどを用いて各第1電極に対して機能層が1対1で対応するように孤立して形成されてもよい。また、後述する光学距離の最適化のために、第1電極毎にその上に積層される各機能層の膜厚を異ならせてもよい。
第1乃至第4発光層は、陽極から注入された正孔と陰極から注入された電子が有機化合物層において再結合することで光を出射する。発光層は単層でも複数層でもよい。本実施形態において、第1発光層5と第3発光層6は微細マスク、フォトリソグラフィなどを用いて、発光部ごとにパターニングされて形成される。図1に示した例では、第1発光層5と第3発光層6は垂直な方向からの平面視で重ならず、孤立して形成されているが、第1電極2の開口の外側で重なるように形成してもよい。第1発光層5と第3発光層6は異なる発光材料を含み、異なる色を発する。例えば第1発光層5が赤色発光材料を含む赤色発光層であり、第3発光層6が緑色発光材料を含む緑色発光層であってよい。本実施形態の例では、第1発光層5と第2発光層10は同一の色の発光層であり、第3発光層6と第4発光層11は同一の色の発光層である。同じ色を発する発光層を積層したタンデム構成とすることで色純度と駆動寿命を向上することができるが、これに限定されず、異なる色の発光層の組み合わせであってよい。
電荷発生層8は、第1電極2と第2電極14の間に電圧が印加されることで、正孔と電子とを生成する層である。電荷発生層8は、他の有機化合物から電子を受容しやすい化合物を含んでいる。例えばアルカリ金属と、最低空軌道準位エネルギーが-5.0eV以下の化合物との組み合わせであってよく、電荷発生層として機能することができる。電荷発生層の最低空軌道準位エネルギーは、第1または第2発光層の最高被占有軌道エネルギーよりも低いエネルギーであってよい。また、電荷発生層の最低空軌道準位エネルギーは、正孔輸送層の最高被占有軌道準位エネルギーよりも低いエネルギーであってよい。正孔輸送層は、電荷発生層と、第2発光層との間に配されている有機層でありうる。
当該アルカリ金属は、Liであってよく、Liは金属単体であっても、化合物の一部としてであっても、有機金属錯体の一部として有していてもよい。最低空軌道準位エネルギーが-5.0eV以下の化合物は、ヘキサアザトリフェニレン化合物、ラジアレン化合物、ヘキサフルオロキノジメタン等であってよいが、これらに限定されない。最低空軌道準位エネルギーが、当該アルカリ金属の最高被占有分子軌道から電子を引き抜くほど低いことで、電荷発生を行うことができる。これによって、電荷発生層8には正と負の電荷が発生するため、電荷発生層8よりも上方と下方の層に、正又は負の電荷を供給することができる。つまり、第1電極2と第2電極14との間に電界が印加されることで、電荷発生層8においてキャリアが発生し、第1発光層5及び第3発光層10と、第2発光層6及び第4発光層11の双方にキャリアが供給され、双方を効率よく発光させることができる。ここで、最高被占有軌道エネルギー(HOMO)、最低空軌道準位エネルギー(LUMO)は、真空準位に近いほど、「高い」と記載される。電荷発生層のLUMOが正孔輸送層のHOMOよりも低いとは、電荷発生層のLUMOが正孔輸送層のHOMOよりも真空準位に近いことを示す。
本明細書における、HOMO、LUMOは、分子軌道計算を用いて算出することができる。分子軌道計算は、密度汎関数法(Density Functional Theory,DFT)等で行われ、汎関数はB3LYP、基底関数は6-31G*等を用いて行われてよい。なお、分子軌道計算は、例えば、Gaussian09(Gaussian09,RevisionC.01,M.J.Frisch,G.W.Trucks,H.B.Schlegel,G.E.Scuseria,M.A.Robb,J.R.Cheeseman,G.Scalmani,V.Barone,B.Mennucci,G.A.Petersson,H.Nakatsuji,M.Caricato,X.Li,H.P.Hratchian,A.F.Izmaylov,J.Bloino,G.Zheng,J.L.Sonnenberg,M.Hada,M.Ehara,K.Toyota,R.Fukuda,J.Hasegawa,M.Ishida,T.Nakajima,Y.Honda,O.Kitao,H.Nakai,T.Vreven,J.A.Montgomery,Jr.,J.E.Peralta,F.Ogliaro,M.Bearpark,J.J.Heyd,E.Brothers,K.N.Kudin,V.N.Staroverov,T.Keith,R.Kobayashi,J.Normand,K.Raghavachari,A.Rendell,J.C.Burant,S.S.Iyengar,J.Tomasi,M.Cossi,N.Rega,J.M.Millam,M.Klene,J.E.Knox,J.B.Cross,V.Bakken,C.Adamo,J.Jaramillo,R.Gomperts,R.E.Stratmann,O.Yazyev,A.J.Austin,R.Cammi,C.Pomelli,J.W.Ochterski,R.L.Martin,K.Morokuma,V.G.Zakrzewski,G.A.Voth,P.Salvador,J.J.Dannenberg,S.Dapprich,A.D.Daniels,O.Farkas,J.B.Foresman,J.V.Ortiz,J.Cioslowski,and D.J.Fox,Gaussian,Inc.,Wallingford CT,2010.)を用いて行うことができる。
本明細書におけるHOMO、LUMOは、イオン化ポテンシャル、バンドギャップを用いて算出することができる。HOMOは、イオン化ポテンシャルを測定することで見積もることができる。イオン化ポテンシャルは、測定対象の化合物をトルエン等の溶媒に溶解させて、AC-3等の測定装置で測定することができる。バンドギャップは、測定対象の化合物をトルエン等の溶媒に溶解させて、励起光をあてる測定で測定できる。励起光の吸収端を測定することでバンドギャップを測定できる。または、測定対象の化合物をガラスなどの基板に蒸着し、蒸着膜に励起光をあてることで測定できる。測定は、励起光を当該蒸着膜が吸収する吸収スペクトルの吸収端を測定することでバンドギャップを測定できる。
LUMOは、バンドギャップとイオン化ポテンシャルの値を用いて算出することができる。バンドギャップからイオン化ポテンシャルの値を引くと、LUMOを見積もることができる。
LUMOは、還元電位から見積もることもできる。例えば、CV(サイクリックボルメトリー)測定を用いて1電子還元電位を見積もる。CVの測定は、例えば、0.1Mテトラブチルアンモニウム過塩素酸塩のDMF溶液中で行い、参照電極はAg/Ag+、対極はPt、作用電極はグラッシーカーボンを用いて測定することができる。得られた化合物の還元電位に対して、フェロセンの還元電位との差分を-4.8eVに加えることでLUMOを見積もることができる。
電荷発生層8を介して隣接画素に電荷が漏れ出すと、意図せず隣接画素が発光して、これにより表示品が低下しうる。これを抑制するために、微細マスク、フォトリソグラフィなどを用いて各第1電極に対して電荷発生層8が1対1で対応するように電荷発生層が孤立して形成されてもよい。また、同様の目的のため、基板上の発光部(画素)間に凹部もしくは凸部を形成して、発光部(画素)間に蒸着される電荷発生層8の膜厚が薄くなるような構成にしてもよい。
本実施形態に係る発光装置100は、第1反射面と、第2反射面と、第1反射面と第2反射面との間に配置されている有機膜3を有する発光装置として構成されてもよい。第1反射面は、第1電極2であってもよいし、基板1と第1電極2との間に配置されている反射層であってもよいし、第1電極2と絶縁層3との間に配置されている反射層であってもよい。第2反射面は第2電極14であってもよいし、第2電極14とマイクロレンズの間に配置されている半透過反射層であってもよい。
第1反射面と、発光層を含む有機膜13の発光部(発光位置)との間の光学距離を、有機膜13における所望の角度θemlに対して最適化するためには、以下の式(4)を満たせばよい。式(4)において、Lrは第1反射面から有機層13の発光位置までの光路長(光学距離)であり、Φrは第1反射面で波長λの光が反射する際の位相シフトであり、mは0以上の整数である。式(4)を満たすように、第1反射面の位置や、有機層13の膜厚などを最適にすればよい。
Lr=(2×m-(Φr/π))×(λ/4)×1/cos(θeml)
・・・(4)
また、発光位置から第2反射面までの光学距離Lsは、第2反射面で波長λの光が反射する際の位相シフトをΦsとすると、以下の式(5)を満たす。
・・・(4)
また、発光位置から第2反射面までの光学距離Lsは、第2反射面で波長λの光が反射する際の位相シフトをΦsとすると、以下の式(5)を満たす。
Ls=(2×m’-(Φs/π))×(λ/4)×1/cos(θeml)
=-(Φs/π)×(λ/4)
・・・(5)
よって、第1反射面と第2反射面との間の光路長Lは、以下の式(6)を満たす。式(6)において、Φは位相シフトΦrと位相シフトΦsの和である。
=-(Φs/π)×(λ/4)
・・・(5)
よって、第1反射面と第2反射面との間の光路長Lは、以下の式(6)を満たす。式(6)において、Φは位相シフトΦrと位相シフトΦsの和である。
L=Lr+Ls=(2×m-Φ/π)×(λ/4)×1/cos(θeml)
・・・(6)
ここで、上述の式(4)~(6)において、許容範囲はλ/8程度、または20nm程度である。よって、式(7)を満たすことが好ましい。
・・・(6)
ここで、上述の式(4)~(6)において、許容範囲はλ/8程度、または20nm程度である。よって、式(7)を満たすことが好ましい。
(2×m-Φ/π)×(λ/4)×1/cos(θeml)-λ/8<L<(2×m-Φ/π)×(λ/4)×1/cos(θeml)+λ/8
・・・(7)
なお、有機膜13の発光位置を特定するのが困難な場合があるので、上記の例では、発光位置を第1発光層5の第1反射面側の界面または第2反射面側の界面で代用した。上述の許容範囲を考慮すれば、このように代用した場合であっても、正面方向の光を強める効果を得ることができる。マイクロレンズを設けない場合、有機膜13の光学距離を正面方向、すなわちθeml=0として上記式(4)~(6)を満たすように膜厚を最適化することで、正面方向の光量を向上させることができる。他方、マイクロレンズを設ける場合、前述した通り、マイクロレンズの第2位置で屈折して正面方向に取り出される光は、マイクロレンズ中での光線角度がβ1の光である。マイクロレンズの曲面部分の傾斜角は第2位置で最大であり、そのほかの点ではより小さい角度であることを考慮すると、マイクロレンズで屈折して正面方向に放射される光は、マイクロレンズ中での光線角度が0以上β1以下の光が足しあわされた光になる。よって、有機膜13の屈折率をnemlとすると、θeml=0に対して膜厚を最適化するよりも、
0<θeml<sin-1(n1・sinβ1/neml)
である角度θemlに対して膜厚を最適化した方が正面方向の取り出し光量を向上させることができると考えられる。
・・・(7)
なお、有機膜13の発光位置を特定するのが困難な場合があるので、上記の例では、発光位置を第1発光層5の第1反射面側の界面または第2反射面側の界面で代用した。上述の許容範囲を考慮すれば、このように代用した場合であっても、正面方向の光を強める効果を得ることができる。マイクロレンズを設けない場合、有機膜13の光学距離を正面方向、すなわちθeml=0として上記式(4)~(6)を満たすように膜厚を最適化することで、正面方向の光量を向上させることができる。他方、マイクロレンズを設ける場合、前述した通り、マイクロレンズの第2位置で屈折して正面方向に取り出される光は、マイクロレンズ中での光線角度がβ1の光である。マイクロレンズの曲面部分の傾斜角は第2位置で最大であり、そのほかの点ではより小さい角度であることを考慮すると、マイクロレンズで屈折して正面方向に放射される光は、マイクロレンズ中での光線角度が0以上β1以下の光が足しあわされた光になる。よって、有機膜13の屈折率をnemlとすると、θeml=0に対して膜厚を最適化するよりも、
0<θeml<sin-1(n1・sinβ1/neml)
である角度θemlに対して膜厚を最適化した方が正面方向の取り出し光量を向上させることができると考えられる。
すなわち、上記のマイクロレンズを設ける場合、0<sinθeml<n1・sinβ1/nemlを満たす角度θemlに対して、Lが、
L=(2×m-Φ/π)×(λ/4)×1/cos(θeml)
を満たすように有機膜13の光学距離を設定することが正面取り出し光量を向上させるために好ましい。あるいは、(8)式を満たすことが好ましい。
L=(2×m-Φ/π)×(λ/4)×1/cos(θeml)
を満たすように有機膜13の光学距離を設定することが正面取り出し光量を向上させるために好ましい。あるいは、(8)式を満たすことが好ましい。
(2mπ-Φ)×(λ/4π)<L<(2×m-Φ/π)×(λ/4)×1/cos(θeml)+λ/8
・・・(8)
この時、θemlは0<sinθeml<n1・sinβ1/nemlを満たす範囲で色純度や視野角特性を最適化するように任意に設定されてよい。
・・・(8)
この時、θemlは0<sinθeml<n1・sinβ1/nemlを満たす範囲で色純度や視野角特性を最適化するように任意に設定されてよい。
別の側面として、発光層に含まれる発光材料のPLスペクトルのピーク波長λPLに対して、正面方向へ発光する光を強める干渉スペクトルの共振ピーク波長λonを長波長側にずらして設定することが好ましいと捉えることもできる。発光材料のPLスペクトルのピーク波長λPLと正面方向の共振ピーク波長λonを略一致させたときに、正面への出射スペクトル強度が最大になり、|λon-λPL|の値が大きくなると正面への出射スペクトル強度が小さくなる。ここで、式(4)~(6)で明らかなように、θeml=0度である正面方向の共振ピーク波長λonよりもθeml>0である斜め方向への共振ピーク波長λoffの方が短波長である。したがって、λon>λPLとして、かつ、|λoff-λPL|<|λon-λPL|の関係を満たすように光学距離を設定することが正面取り出し光量を向上させることができるために好ましい。
更に別の側面として、マイクロレンズを介して放射されるEL発光のピーク波長λELを考えると、|λEL-λPL|<|λon-λPL|の関係を満たすことで正面取り出し光量を向上させることができる。前述した通り、マイクロレンズを介して放射される光は、マイクロレンズ中での光線角度が0以上β1以下の光が足しあわされた光になる。そのため、λELはλonよりも短波長となる。したがって、|λEL-λPL|<|λon-λPL|の関係を満たすことで正面取り出し光量を向上させることができる。
保護層15は、絶縁層であり、透光性を有し、外部からの酸素や水分の透過性が低い無機材料を含むことが好ましい。例えば、保護層15は、シリコン窒化物(SiN)、シリコン酸窒化物(SiON)、シリコン酸化物(SiOX)、アルミニウム酸化物(Al2O3)、チタン酸化物(TiO2)などの無機材料を用いて作製することができる。特に保護性能の面において、SiN、SiON、Al2O3などの無機材料が好ましい。保護層15の形成には化学気相堆積法(CVD法)、原子層堆積法(ALD法)、スパッタリング法などを用いることが好ましい。
保護層15は十分な水分遮断性能を有していれば、単層構造を有していても、上記材料や形成手法を組み合わせた積層構造を有していてもよい。例えば、保護層15は、窒化シリコンの層と、原子堆積法による密度が高い他の層との積層構造を有していてもよい。さらに、保護層15は、水分遮断性能を有していれば、有機層を有してもよい。有機層は、例えば、ポリアクリレート、ポリイミド、ポリエステル、エポキシなどからなる。さらに、図1では、複数の発光部の間で共通の1つの保護層15が設けられているが、複数の発光部にそれぞれ対応する複数の保護層15が設けられてもよい。
マイクロレンズ16は露光及び現像プロセスにより形成することができる。具体的には、マイクロレンズ16の材料からなる膜(フォトレジスト膜)を形成し、連続的な階調変化を有するマスクを用いて、フォトレジスト膜の露光および現像を行う。このようなマスクとしてグレーマスクを用いることができる。露光装置の解像度以下の遮光膜からなるドットの密度分布を変化させることで結像面に連続した階調変化を有する光照射を可能とする面積階調マスクを用いることもできる。また、露光および現像プロセスで形成したマイクロレンズ16に対して、エッチバックを行うことにより、レンズ形状を調整することが可能である。前述の通り、マイクロレンズ16は発光部からの光に正のパワーを作用させる曲面部分を有していればよく、曲面部分は球面の一部であってもよいし、そうでなくてもよい。具体的には、本実施形態のようにマイクロレンズの曲面部分が光取り出し側に突出しており、空気など、マイクロレンズよりも屈折率の低い層に光を取り出す場合は上に凸の曲面であればよい。また、式(1)~式(3)のいずれかの関係を満たす曲面とすることで消費電力及び駆動寿命の向上効果、及び表示品位低下の抑制効果が大きくなる。
図1に示した例では、マイクロレンズ16と光取り出し側で接する層が空気であるが、層の屈折率n0がマイクロレンズの屈折率n1よりも小さければよく、例えばマイクロレンズ上に透明樹脂が配されていてもよい。
発光部やマイクロレンズ16の曲面部分などを組み合わせて発光素子が構成される。発光素子を複数設ける場合に、複数の発光素子の平面配列(垂直方向から見た場合の配列)は、ストライプ配列、スクエア配列、デルタ配列、ペンタイル配列、ベイヤー配列などのいずれの配列であってもよい。また、マイクロレンズ16の複数の曲面部分が互いに異なる色の光を発するような構成を採用してもよい。そのようにすれば、フルカラー表示が可能となる。図6(A)~6(C)は、発光装置をマイクロレンズ16の側から見た平面図であり、複数の発光素子の平面配列の一例を示す。図6(A)はデルタ配列の一例を示し、図6(B)はストライプ配列の一例を示し、図6(C)はベイヤー配列の一例を示す。ここで、発光装置を表示パネルとして用い、1画素(主画素)が、対応する色成分が互いに異なる複数の副画素(例えば、赤色の表示を行う副画素、緑色の表示を行う副画素、及び、青色の表示を行う副画素)から構成される場合を考える。この場合には、図6(B)に示すように、発光素子が、1つの副画素に複数設けられてもよい。マイクロレンズ16の曲面部分のサイズや形状などは、複数の発光素子の平面配列の方式に応じて適宜設定されてもよい。デルタ配列を採用すれば、副画素に対してマイクロレンズ16の曲面部分が占める面積を大きく設定でき、光取り出し効率を高めることができる。
図6(A)~6(C)の例では発光部の平面形状(垂直方向から見た場合の形状)は円形であるが、発光部の平面形状は特に限定されず、例えば四角形や六角形などの多角形であってもよい。但し、発光部の平面形状が円形であれば、発光部の端からマイクロレンズ16(曲面部分)の端までの方向の傾斜角の関係が、曲面部分の頂点を通る垂直方向の面によって得られる全ての断面において等しくなるため、設計が容易になる。
図7に示すように、マイクロレンズ16の曲面部分の端が厚さを持つように(隣接した発光部の間でマイクロレンズ16の一部がオーバーラップするように)マイクロレンズ16が形成されてもよい。この場合にも発光部からの光を集光する効果を奏する曲面部分を有していれば、消費電力及び駆動寿命の向上効果、及び表示品位低下の抑制効果が得られる。また、式(1)~式(3)のいずれかの関係を満たせば消費電力及び駆動寿命の向上効果、及び表示品位低下の抑制効果が大きくなる。
本実施形態では保護層15上にマイクロレンズ16が直接設けられている。しかし、色純度や視野角特性を向上する目的でカラーフィルタや光吸収層が設けられていてもよいし、保護層15の凹凸を平坦化する目的で保護層15とマイクロレンズ16の間に平坦化層が設けられてもよい。保護層15とマイクロレンズ16との間にカラーフィルタや光吸収層が設けられてもよいし、マイクロレンズ16の上にカラーフィルタや光吸収層が設けられてもよい。カラーフィルタと保護層15が一体となっていてもよいし、マイクロレンズ16とカラーフィルタとが一体となっていてもよいし、カラーフィルタを別の基板に形成して対向するように張り合わせてもよい。本実施形態の例のように保護層とマイクロレンズとを一体で形成することで、マイクロレンズ16の曲面部分を発光部に対して精度良く位置合わせして形成できる。また、マイクロレンズと発光部との垂直方向の距離を小さくすることができ、前述の通り、視野角特性を向上することができる。
以下、発光装置100の作製方法の具体例を説明する。本具体例において、発光装置100は、赤色発光層を有する赤色発光素子、緑色発光層を有する緑色発光素子、青色発光層を有する青色発光素子の3種類の発光素子(発光部)を有する。
まず、基板1上にアルミニウムを形成し、これをパターニングすることによって複数の第1電極2を形成した。次に、複数の第1電極2をそれぞれ覆うように複数の絶縁層を形成した。絶縁層の材料は酸化シリコンとして、絶縁層の層厚は65nmとした。そして、各絶縁層に、それに対応する第1電極2(覆っている第1電極2)を露出させる開口OPを形成し、複数の絶縁層3を得た。開口OPの形状は、半径0.9μmの円形とした。上述したように、最終的には、絶縁層3の開口OPは、対応する第1電極2を当該第1電極2に対応する有機層13に対して露出する。垂直方向から見た場合に、開口OPのサイズと形状は、発光部のサイズと形状と一致する。
次に、第1電極2(および絶縁層3)上に有機膜13(有機化合物層)を形成した。具体的には、まず、正孔注入層、正孔輸送層、電子ブロック層を順に形成した。その際、正孔注入層、正孔輸送層はすべての発光素子に対応する第1電極2をまとめて覆うように蒸着し、電子ブロック層は各発光色に対応する発光素子に対応する第1電極2ごとに孤立して形成されるように、微細マスクを用いて3回に分けて蒸着した。前述した光学距離を最適化する目的で、発光色毎に電子ブロック層の膜厚を調整した。次に、第1の赤色発光層、第1の緑色発光層、第1の青色発光層を、微細マスクを用いて3回に分けて蒸着することで、それぞれ孤立するように形成した。次に、正孔ブロック層、電子輸送層を順に形成した。正孔ブロック層は電子ブロック層と同様に、発光色毎に正孔ブロック層の膜厚を調整して形成した。次に、有機材料とリチウムを共蒸着して電荷発生層8を形成した。続いて、同様に、正孔注入層、正孔輸送層、電子ブロック層、第2の赤色発光層、第2の緑色発光層、第2の青色発光層、正孔ブロック層、電子輸送層を順に形成した。第2の赤色発光層、第2の緑色発光層、第2の青色発光層は、微細マスクを用いて3回に分けて蒸着することで、それぞれ孤立するように形成した。続いて、電子注入層としてフッ化リチウムを形成した。
有機層13の合計の厚さは、赤色発光素子で310nm、緑色発光素子で265nm、青色発光素子で212nmとした。これは、各発光素子において、おおよそθeml=15度方向の光を強めるように設定した。
次に、有機層13上に第2電極14としてMgAg合金を10nmの厚さで形成した。MgとAgとの比率は1:1とした。その後、第2電極14上に保護層15としてCVD法にて屈折率1.97のSiN膜を2.1μmの厚さで形成した。
次に、保護層15上に屈折率1.53のマイクロレンズ16を露光及び現像プロセスを用いて形成した。マイクロレンズ16の曲面部分は球面の一部とし、曲面部分の頂点(第1位置)から曲面部分の端(第2位置)までの垂直方向の距離hを1.4μm、水平方向の距離rを1.9μmとした。マイクロレンズより上方は屈折率1の空気である。
以上より作製された発光装置では、発光部からの光に対して正のパワーを作用させる曲面部分を有するマイクロレンズを有しているため、消費電力の低減及び駆動寿命が向上し、また、スクリーンドア効果による表示品位低下が抑制される。
また、第2位置での傾斜角θはsinθ=2rh/(r2+h2)から計算され、θ=72.8度である。また、レンズ面への入射角αとレンズ中での光線角度βはn1・sinα=n0・sinθ及びβ1=θ-αより計算され、それぞれα=38.6度、β1=34.1度である。保護層15中での光線角度β2はn2・sinβ2=n1・sinβ1よりβ2=25.8度である。発光部からマイクロレンズ16の端部までの垂直方向の距離Hは2.1μmであるから、H・tanβ1=1.42μmであり、r-a=1μm、r+a=2.8μmであるので、r-a<H・tanβ1<r+aとなり、式(1)の関係を満たす。また、H1=0μm、H2=2.1μmとして、H1・tanβ1+H2・tanβ2=1.02でありr-a<H1・tanβ1+H2・tanβ2<r+aとなり、式(2)の関係も満たす。さらに開口の半径aが0.9μmであるのに対し、rを1.9μmであり、r/a=2.11である。式(1)及び式(2)の関係を満たすことで見掛けの開口がおおよそ半径r=1.9μmの円形に拡大されることになるので、消費電力の低減及び駆動寿命の向上効果が大きく、またスクリーンドア効果による表示品位低下の抑制効果が大きい。
以下、本開示の第2実施形態を説明する。第2実施形態として言及しない事項は、第1実施形態に従いうる。図8は、第2実施形態の発光装置100の断面構造を例示する模式図である。図9は、図8における第1発光部SP1及びそれに対応するマイクロレンズに関わる部分を拡大した模式図である。図8及び図9は、基板1の表面の法線に平行でマイクロレンズ16の曲面部分の頂点を通る平面で発光装置100を切断した断面を模式的に示す。
以下では、主に第1実施形態と異なる部分について説明する。第2実施形態では、マイクロレンズ16を第2基板17に形成し、発光部SP1、SP2・・・と対向するように配置する。第2基板17は透明性を有していればよく、第2基板17の構成材料は前述の基板1と同様であってよい。マイクロレンズ16を第2基板17に形成するため、マイクロレンズの形成プロセスに対する制約が小さく、マイクロレンズの形成が比較的容易となる。第2実施形態では、屈折率n1のマイクロレンズ16の直下に屈折率n2の低屈折率層18が配される。低屈折率層18はマイクロレンズ16の屈折率n1よりも小さい屈折率n2を持つ層であればよく、空気や窒素などの気体であってもよいし、透明樹脂などであってもよい。第2実施形態では、マイクロレンズ16の曲面部分は球面の一部となっており、基板1の表面に近づく方向に凸(即ち下に凸)の曲面部分である。図9に示す通り、低屈折率層18とマイクロレンズ16の曲面部分との界面での屈折により、発光部からの光に対して正のパワーが作用する。よって、第1実施形態と同様に、消費電力及び駆動寿命が向上し、スクリーンドア効果による表示品位の低下が抑制される。
以下で、第2実施形態における好ましい構成について説明する。図8および図9の例では、上述した通り、マイクロレンズ16の曲面部分は球面の一部となっており、マイクロレンズの曲面部分の傾斜角θが最大となる位置(第2位置)はマイクロレンズ16の曲面部分の端である。曲面部分の頂点(第1位置)から曲面部分の端までの垂直方向の距離(マイクロレンズ高さ)をh、曲面部分の頂点から曲面部分の端までの水平方向の距離をrとすると、θは、hとrを用いて、sinθ=2rh/(r2+h2)で与えられる。
ここで、発光部で発生した光がマイクロレンズ16の曲面部分の端(第2位置)、つまり、傾斜角θの位置で屈折して空気中に取り出される光線を考える。空気中で正面方向に取り出される光線は、マイクロレンズ16の曲面部分に入射角α2(曲面部分の法線に対する角度)で入射する。スネルの法則よりn2・sinα2=n1・sinθが成り立つ。また、この光線の低屈折率層18中での光線角度β2はα2-θである。
第1実施形態と同様に、発光部の開口内からマイクロレンズ16の曲面部分の端(第2位置)を通過して正面に取り出される光線が存在する条件を考える。第2位置での低屈折率層18の厚さをH2とし、保護層15の垂直方向の厚さをH3とすると、以下の式(9)を満たすことが好ましい。
r-a<H2・tanβ2+H3・tanβ3<r+a・・・式(9)
式(9)において、保護層15中の光線角度β3は次の式を満たす角度である。
式(9)において、保護層15中の光線角度β3は次の式を満たす角度である。
n3・sinβ3=n2・sinβ2
つまり、式(9)を満たすことで、発光部からの発光がマイクロレンズの曲面部分の端(第2位置)で屈折して正面に取り出されることになり、見かけの発光面積はπr2に拡大される。式(9)を満たさない場合と比較して、見かけの発光面積の拡大効果が大きくなる。これにより、消費電力及び駆動寿命の向上効果、及び表示品位低下の抑制効果が大きくなる。
つまり、式(9)を満たすことで、発光部からの発光がマイクロレンズの曲面部分の端(第2位置)で屈折して正面に取り出されることになり、見かけの発光面積はπr2に拡大される。式(9)を満たさない場合と比較して、見かけの発光面積の拡大効果が大きくなる。これにより、消費電力及び駆動寿命の向上効果、及び表示品位低下の抑制効果が大きくなる。
更に、有機膜13の屈折率をnemlとすると、0<θeml<sin-1(n2・sinβ2/neml)の関係を満たすθemlに対して式(5)~(8)を満たすように第1反射面及び第2反射面の間の光学距離を設定することで、正面方向の取り出し光量を向上させることができる。
以上ではマイクロレンズ16の曲面部分が球面の一部であって、最も傾斜角θが大きい点が曲面部分の端である場合を考えた。しかし、曲面部分が非球面でもよく、また、最も傾斜角θの大きい第2位置が曲面部分の端でなく、第2位置におけるマイクロレンズ層が厚さを持っていてもよい。
また、発光部と低屈折率層18との間に保護層15がある場合の例を示したが、低屈折率層18と保護層15とが同一の構成材料で、一つの層で両方の機能を兼ねてもよい。また、発光部と低屈折率層18との間には、例えば、カラーフィルタ層および/または平坦化層などの他の機能層が配置されてもよいし、複数の層が配置されてもよい。屈折率が異なる複数の層を有する場合は、最も厚い層の屈折率をn3としてもよいし、各層の厚さで重みづけした屈折率の平均値を用いてもよい。また、各層の界面での屈折を考慮して光線角度を計算することで、第2位置で屈折して正面に取り出される光線が発光部内から出射される条件を考えてもよい。具体的には、マイクロレンズ層を含んでn個の層を有する場合、マイクロレンズ層を1番目の層として、そこから積層順にi番目の層の屈折率をniとすると、i番目の層中の光線角度は、上述の例と同様、以下の式で求められる。
ni・sinβi=n2・sinβ2
これより、i番目の層の厚さをHiとすると、第2位置で屈折して正面に取り出される光線が発光部の開口部内から出射される条件は、Hi・tanβiをn番目まで足しあわせた値がr-aより大きく、かつr+aより小さいことである。すなわち、以下の式(10)を満たすことが好ましい。
これより、i番目の層の厚さをHiとすると、第2位置で屈折して正面に取り出される光線が発光部の開口部内から出射される条件は、Hi・tanβiをn番目まで足しあわせた値がr-aより大きく、かつr+aより小さいことである。すなわち、以下の式(10)を満たすことが好ましい。
r-a<H2・tanβ2+H3・tanβ3+・・・+Hn・tanβn<r+a
・・・式(10)
次に、本実施形態におけるマイクロレンズ16の第2位置での傾斜角θの好ましい値の範囲について説明する。前述した通り、角度α2とマイクロレンズの傾斜角θはn2・sinα2=n1・sinθの関係を満たす。すなわち、n1・sinθ/n2が1以上の時、マイクロレンズの第2位置で屈折して正面に取り出される光は存在しない。そのため、n1・sinθ/n2を1より小さくすることで、消費電力及び駆動寿命の向上効果、及びス表示品位の低下抑制効果が大きくなる。また、n1・sinθ/n2が1に近いほど、レンズ収差が大きくなることで、有効に利用できない光線が発生し、光取り出し効率が低下する場合がある。また、レンズ形状が変化した場合の光線角度の変化が大きく、レンズ形状に対するロバスト性が低くなる場合がある。よって、n1・sinθ/n2が小さいほど好ましく、n1・sinθ/n2<0.98であることが好ましく、n1・sinθ/n2<0.95であることがより好ましい。
・・・式(10)
次に、本実施形態におけるマイクロレンズ16の第2位置での傾斜角θの好ましい値の範囲について説明する。前述した通り、角度α2とマイクロレンズの傾斜角θはn2・sinα2=n1・sinθの関係を満たす。すなわち、n1・sinθ/n2が1以上の時、マイクロレンズの第2位置で屈折して正面に取り出される光は存在しない。そのため、n1・sinθ/n2を1より小さくすることで、消費電力及び駆動寿命の向上効果、及びス表示品位の低下抑制効果が大きくなる。また、n1・sinθ/n2が1に近いほど、レンズ収差が大きくなることで、有効に利用できない光線が発生し、光取り出し効率が低下する場合がある。また、レンズ形状が変化した場合の光線角度の変化が大きく、レンズ形状に対するロバスト性が低くなる場合がある。よって、n1・sinθ/n2が小さいほど好ましく、n1・sinθ/n2<0.98であることが好ましく、n1・sinθ/n2<0.95であることがより好ましい。
以下、図8を参照して第2実施形態の発光装置100の作製方法の具体例を説明する。基板1上に第1電極2から保護層15までの層を第1実施形態の具体例と同様の方法で形成した。次に、第2基板17に屈折率1.53のマイクロレンズ16を露光及び現像プロセスを用いて形成した。マイクロレンズ16の曲面部分は球面の一部とし、曲面部分の頂点(第1位置)から曲面部分の端(第2位置)までの垂直方向の距離hを0.65μm、水平方向の距離rを1.9μmとした。次に、第1電極の開口OPの中心とマイクロレンズ16の中心が平面視で重なるように、基板1と第2基板17とを貼り合わせた。その際、基板1と第2基板17は、表示領域の外側で接着し、保護層15とマイクロレンズとの間の低屈折率層を屈折率1の空気とした。保護層15と第2基板17との垂直方向の距離は1μmとした。つまり、保護層15とマイクロレンズの第2位置までの垂直方向の距離は1μmである。
以上より作製された発光装置100では、第2基板17に形成されたマイクロレンズ16の下に凸の曲面部分が発光部からの光に正のパワーを作用させるように機能する。これにより、消費電力の低減及び駆動寿命が向上し、また、スクリーンドア効果による表示品位低下が抑制される。
また、第2位置での傾斜角θはsinθ=2rh/(r2+h2)で計算され、θ=37.8度である。また、レンズ面への入射角α2と低屈折率層18中での光線角度β2はn2・sinα2=n1・sinθ、β2=α2-θで計算され、それぞれα=69.6度、β2=31.8度である。保護層15中での光線角度β3はn3・sinβ3=n2・sinβ2よりβ3=15.5度である。保護層15とマイクロレンズ16の第2位置までの垂直方向の距離H2は1μm、保護層15の厚さH3は2.1μmであるので、H2・tanβ2+H3・tanβ3=1.2μmである。一方で、r-a=1μm、r+a=2.8μmであるので、式(9)の関係を満たす。さらに開口部の半径aが0.9μmであるのに対し、rを1.9μmであり、r/a=2.11である。式(9)の関係を満たすことで見掛けの開口がおおよそ半径r=1.9μmの円に拡大されることになるので、消費電力の低減及び駆動寿命の向上効果が大きく、またスクリーンドア効果による表示品位低下の抑制効果が大きい。
以下、第3実施形態として第1及び第2実施形態に代表される発光装置100が組み込まれた各種装置について例示的に説明する。なお、発光装置100は、視野角が制限される用途に好適である。そのような用途は、例えば、覗き見の防止が望まれる用途(例えば、スマートフォン等の携帯機器)、個人視聴用ディスプレイ、自動車の助手席用ディスプレイ、スマートグラス、電子ビューファインダ等を挙げることができる。
図10は、本実施形態に係る表示装置の一例である表示装置1000を表す模式図である。表示装置1000は、上部カバー1001と下部カバー1009との間に、タッチパネル1003、表示パネル1005、フレーム1006、回路基板1007、バッテリー1008を有してよい。表示パネル1005は、第1及び第2実施形態に係る発光装置100を有する表示部であり、発光装置100から発せられた光を用いて表示を行う。タッチパネル1003および表示パネル1005には、フレキシブルプリント回路FPC1002,1004が接続されている。回路基板1007には、トランジスタを含む制御回路がプリントされており、表示パネル1005の制御などの各種制御を行う。バッテリー1008は、表示装置が携帯機器でなければ、設けなくてもよいし、携帯機器であっても、別の位置に設けてもよい。表示装置1000は、赤色、緑色、青色にそれぞれ対応する3種類のカラーフィルタを有してよい。複数のカラーフィルタがデルタ配列で配置されてよい。
表示装置1000は、携帯端末の表示部に用いられてもよい。その際には、表示装置1000は、表示機能と操作機能との双方を有してもよい。携帯端末としては、スマートフォン等の携帯電話、タブレット、ヘッドマウントディスプレイ等が挙げられる。
表示装置1000は、複数のレンズを有する光学部と、当該光学部を通過した光を受光する撮像素子とを有する撮像装置の表示部に用いられてよい。撮像装置は、撮像素子が取得した情報(撮像素子が撮像した画像など)を表示する表示部を有してよい。また、表示部は、撮像装置の外部に露出した表示部であっても、ファインダ内に配置された表示部であってもよい。撮像装置は、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラなどであってよい。
図11(A)は、本実施形態に係る撮像装置の一例である撮像装置1100を表す模式図である。撮像装置1100は、電子ビューファインダ1101、背面ディスプレイ1102、操作部1103、筐体1104を有してよい。電子ビューファインダ1101は、第1および第2実施形態に係る発光装置100を含む表示装置を有し、発光装置100から発せられた光を用いて表示を行う。その場合、表示装置は、撮像する画像のみならず、環境情報、撮像指示等を表示してよい。環境情報は、外光の強度、外光の向き、被写体の動く速度、被写体が遮蔽物に遮蔽される可能性等であってよい。
撮像に好適なタイミングはわずかな時間であるため、少しでも早く情報を表示した方がよい。したがって、応答速度が速い有機発光素子を用いた表示装置を用いるのが好ましい。有機発光素子を用いた表示装置は、表示速度が要求される装置において、液晶表示装置などよりも好適に用いることができる。
撮像装置1100は、不図示の光学部を有する。光学部は複数のレンズを有し、筐体1104内に収容されている撮像素子に光を結像する。複数のレンズは、それらの相対位置を調整することで、焦点を調整することができる。この操作を自動で行うこともできる。撮像装置1100は光電変換装置と呼ばれてもよい。光電変換装置は逐次撮像するのではなく、前画像からの差分を検出する方法、記録されている画像の一部を切り出す方法等を撮像の方法として含むことができる。
図11(B)は、本実施形態に係る電子機器の一例である電子機器1200を表す模式図である。電子機器1200は、表示部1201と、操作部1202と、筐体1203とを有する。表示部1201は、第1及び第2実施形態に係る発光装置100を含む表示装置を有し、発光装置100から発せられた光を用いて表示を行う。電子機器1200は、筐体1203には、回路、当該回路を有するプリント基板、バッテリー、外部と通信する通信部、を有してよい。操作部1202は、ボタンであってもよいし、タッチパネル方式の反応部であってもよい。操作部は、指紋を認識してロックの解除等を行う、生体認識部であってもよい。通信部を有する電子機器は通信機器ということもできる。電子機器は、レンズと撮像素子とを備えることでカメラ機能をさらに有してよい。カメラ機能により撮像された画像が表示部に映される。電子機器としては、スマートフォン、ノートパソコン等があげられる。
図12(A)は、本実施形態に係る表示装置の一例である表示装置1300を表す模式図である。表示装置1300は、テレビモニタやPCモニタ等の表示装置である。表示装置1300は、額縁1301と、表示部1302と、額縁1301および表示部1302を支える土台1303とを有する。表示部1302は、第1および第2実施形態に係る発光装置100を含む表示装置を有し、発光装置100から発せられた光を用いて表示を行う。土台1303の形態は、図12(A)の形態に限られない。額縁1301の下辺が土台1303を兼ねてもよい。また、額縁1301および表示部1302は、曲がっていてもよい。その曲率半径は、5000mm以上且つ6000mm以下であってよい。
図12(B)は、本実施形態に係る別の表示装置の一例である表示装置1310を表す模式図である。表示装置1310は、折り曲げ可能に構成された、いわゆるフォルダブルな表示装置である。表示装置1310は、第1表示部1311、第2表示部1312、筐体1313、屈曲点1314を有する。第1表示部1311と第2表示部1312とのそれぞれは、第1及び第2実施形態に係る発光装置100を含む表示装置を有し、発光装置100から発せられた光を用いて表示を行う。第1表示部1311と第2表示部1312とは、つなぎ目のない1枚の表示装置であってよい。第1表示部1311と第2表示部1312とは、屈曲点で分けることができる。第1表示部1311と第2表示部1312とは、それぞれ異なる画像を表示してもよいし、第1表示部1311と第2表示部1312とで1つの画像を表示してもよい。
図13(A)は、本実施形態に係る照明装置の一例である照明装置1400を表す模式図である。照明装置1400は、筐体1401と、光源1402と、回路基板1403と、光学フィルム1404と、光拡散部1405と、を有してよい。光源1402は、第1および第2実施形態に係る発光装置100を含む。光学フィルム1404は光源1402の演色性を向上させるフィルタ(光学フィルタ)であってよい。光拡散部1405は、ライトアップ等、光源1402の光を効果的に拡散し、広い範囲に光を届けることができる。光学フィルム1404と光拡散部1405は、照明装置1400の光出射側に設けられてよい。必要に応じて、最外部にカバーを設けてもよい。
照明装置1400は、例えば室内を照明する装置である。照明装置1400は白色、昼白色、その他の色(青色から赤色までのいずれの色)を発光するものであってよい。白色とは色温度が4200Kの色であり、昼白色とは色温度が5000Kの色である。照明装置1400は、照明装置1400の発光色を調光する調光回路を有してよい。照明装置1400は、光源1402に接続される電源回路を有してよい。電源回路は、交流電圧を直流電圧に変換する回路である。また、照明装置1400はカラーフィルタを有してもよい。また、照明装置1400は、放熱部を有していてもよい。放熱部は装置内の熱を装置外へ放出するものであり、比熱の高い金属、液体シリコン等が挙げられる。
図13(B)は、本実施形態に係る移動体の一例である自動車1500を表す模式図である。自動車1500は灯具の一例であるテールランプ1501を有してよい。テールランプ1501は、ブレーキ操作等に応じて点灯する。
テールランプ1501は、第1及び第2実施形態に係る発光装置100を含む。テールランプ1501は、発光装置を保護する保護部材を有してよい。保護部材はある程度高い強度を有し、透明であれば材料は問わないが、ポリカーボネート等で構成されることが好ましい。ポリカーボネートにフランジカルボン酸誘導体、アクリロニトリル誘導体等を混ぜてよい。
自動車1500は、車体1503と、車体1503に取り付けられている窓1502とを有してよい。窓1502は、自動車1500の前後を確認するための窓でなければ、透明なディスプレイであってもよい。透明なディスプレイは、第1および第2実施形態に係る発光装置100を含む表示装置を有し、発光装置100から発せられた光を用いて表示を行う。この場合に、発光装置が有する電極等の構成材料は透明な部材で構成される。
本実施形態に係る移動体は、船舶、航空機、ドローン等であってよい。移動体は、機体と当該機体に設けられた灯具を有してよい。灯具は、機体の位置を知らせるための発光をしてよい。灯具は第1および第2実施形態に係る発光装置100を含む。
本実施形態に係る表示装置は、第1および第2実施形態に係る発光装置100を含む表示装置を有し、例えば、スマートグラス、HMD、スマートコンタクトのようなウェアラブルデバイスにも適用できる。本実施形態に係る表示装置は、ウェアラブルデバイスなどを有するシステムにも適用できる。ウェアラブルデバイスなどとして使用される撮像表示装置は、可視光を光電変換可能な撮像装置と、可視光を発光可能な表示装置とを有する。
図14(A)は、本実施形態に係るウェアラブルデバイスの一例である眼鏡1600(スマートグラス)を表す模式図である。眼鏡1600のレンズ1601の表面側に、CMOSセンサやSPADのような撮像装置1602が設けられている。また、レンズ1601の裏面側には、第1及び第2実施形態に係る発光装置100を含む表示装置を有し、発光装置100から発せられた光を用いて表示を行う。
眼鏡1600は、制御装置1603をさらに備える。制御装置1603は、撮像装置1602と上記表示装置に電力を供給する電源として機能する。また、制御装置1603は、撮像装置1602と表示装置の動作を制御する。レンズ1601には、撮像装置1602に光を集光するための光学系が形成されている。
図14(B)は、本実施形態に係るウェアラブルデバイスの一例である眼鏡1610(スマートグラス)を表す模式図である。眼鏡1610は、制御装置1612を有しており、制御装置1612に、撮像装置1602に相当する撮像装置と、本実施形態に係る表示装置とが搭載される。レンズ1611には、制御装置1612内の撮像装置と、表示装置からの発光を投影するための光学系が形成されており、レンズ1611に画像が投影される。制御装置1612は、撮像装置および表示装置に電力を供給する電源として機能するとともに、撮像装置および表示装置の動作を制御する。
制御装置は、眼鏡1610の装着者の視線を検知する視線検知部を有してもよい。視線の検知は赤外線を用いてよい。赤外発光部は、表示画像を注視しているユーザーの眼球に対して、赤外光を発する。発せられた赤外光の眼球からの反射光を、受光素子を有する撮像部が検出することで眼球の撮像画像が得られる。平面視における赤外発光部から表示部への光を低減する低減部を有することで、表示装置からレンズ1611に投影された画像の品位低下が低減される。赤外光の撮像により得られた眼球の撮像画像から表示画像に対するユーザーの視線を検出する。眼球の撮像画像を用いた視線検出には任意の公知の手法が適用できる。一例として、角膜での照射光の反射によるプルキニエ像に基づく視線検出方法を用いることができる。より具体的には、瞳孔角膜反射法に基づく視線検出処理が行われる。瞳孔角膜反射法を用いて、眼球の撮像画像に含まれる瞳孔の像とプルキニエ像とに基づいて、眼球の向き(回転角度)を表す視線ベクトルが算出されることにより、ユーザーの視線が検出される。
なお、視認検知(視線検知)に基づいて表示制御を行う場合には、第1及び第2実施形態に係る発光装置100は、外部を撮像する撮像装置を有するスマートグラスに好ましく適用できる。スマートグラスは、撮像した外部情報をリアルタイムで表示することができる。
上記のような表示装置は、受光素子を有する撮像装置を有し、撮像装置からのユーザーの視線情報に基づいて表示画像を制御してよい。具体的には、視線情報に基づいて、ユーザーが注視する第1の視界領域と、第1の視界領域以外の第2の視界領域とが決定される。第1の視界領域と第2の視界領域は、表示装置の制御装置が決定してもよいし、外部の制御装置が決定したものを表示装置が受信してもよい。表示装置の表示領域において、第1の視界領域の表示解像度を第2の視界領域の表示解像度よりも高く制御してよい。つまり、第2の視界領域の解像度を第2の視界領域よりも低くしてよい。
また、表示領域は、第1の表示領域、第1の表示領域とは異なる第2の表示領域とを有し、視線情報に基づいて、第1の表示領域および第2の表示領域から優先度が高い領域を決定してもよい。第1の表示領域、第2の表示領域は、表示装置の制御装置が決定してもよいし、外部の制御装置が決定したものを表示装置が受信してもよい。優先度の高い領域の解像度を、優先度が高い領域以外の領域の解像度よりも高く制御してよい。つまり優先度が相対的に低い領域の解像度を低くしてよい。
なお、第1の視界領域や優先度が高い領域などの決定には、AIを用いてもよい。AIは、眼球の画像と当該画像の眼球が実際に視ていた方向とを教師データとして、眼球の画像から視線の角度、視線の先の目的物までの距離を推定するよう構成されたモデルであってよい。AIプログラムは、表示装置が有しても、撮像装置が有しても、外部装置が有してもよい。外部装置が有する場合は、通信を介して、表示装置に伝えられる。
以上説明した通り、実施形態1~2に係る発光装置を各種装置に用いることにより、良好な画質で表示を行ったり、良好な発光を行ったりすることができる。
本開示は、以下を含む。
(項目1)
基板の表面の上に複数の発光部を有する発光装置であって、
前記複数の発光部のそれぞれは、前記表面の上に第1電極、第1発光層、電荷発生層、前記第1発光層が発生する光の色と同じ色の光を発生する第2発光層、および、第2電極をこの順に有する発光部を含み、
前記複数の発光部は、第1波長の光を発生する発光部、および、前記第1波長とは異なる第2波長の光を発生する発光部を含み、
前記複数の発光部のそれぞれの上に正のパワーを有するレンズが設けられている、
ことを特徴とする発光装置。
(項目2)
前記発光部の発光領域のある点から射出した光線が、前記レンズの曲面部分のうち前記表面に平行な面に対する傾斜角が最も大きい位置において、前記表面の法線に平行な方向に屈折する、
ことを特徴とすることを特徴とする項目1に記載の発光装置。
(項目3)
前記レンズは、前記表面から遠ざかる方向に凸の曲面部分を有し、
前記表面の法線に平行な第1方向における前記曲面部分の頂点を第1位置とし、前記法線に平行で前記第1位置を通る断面において、前記曲面部分のうち前記表面に平行な面に対する傾斜角が最も大きい位置を第2位置とし、
前記断面において、
前記表面に平行な第2方向における前記第1位置から前記第2位置までの距離をrとし、
前記第1方向における前記発光部から前記第2位置までの距離をH1とし、
前記第2方向における前記発光部の中心から前記発光部の端までの距離をaとし、
前記レンズの屈折率をn1、前記レンズの前記曲面部分に光取り出し側で接する媒質の屈折率をn0、前記第2位置における前記曲面部分の傾斜角をθとした場合に、
n1・sinα=n0・sinθ、
β1=θ-α
によって与えられる角度β1が、
r-a<H1・tanβ1<r+a、
の関係を満たすことを特徴とする項目1又は2に記載の発光装置。
(項目4)
前記発光部と前記レンズとの間に屈折率がn2の層が配置され、
前記レンズは、前記表面から遠ざかる方向に凸の曲面部分を有し、
前記表面の法線に平行な第1方向における前記曲面部分の頂点を第1位置とし、前記法線に平行で前記第1位置を通る断面において、前記曲面部分のうち前記表面に平行な面に対する傾斜角が最も大きい位置を第2位置とし、
前記断面において、
前記表面に平行な第2方向における前記第1位置から前記第2位置までの距離をrとし、
前記第1方向における前記第2位置での前記レンズの厚さをH1とし、
前記第2方向における前記発光部の中心から前記発光部の端までの距離をaとし、
前記第1方向における前記層の厚さをH2とし、
前記レンズの屈折率をn1、前記レンズの前記曲面部分に光取り出し側で接する媒質の屈折率をn0、前記第2位置における前記曲面部分の傾斜角をθとした場合に、
n1・sinα=n0・sinθ
β1=θ-α
n2・sinβ2=n1・sinβ1
によって与えられる角度β1及びβ2が、
r-a<H1・tanβ1+H2・tanβ2<r+a
の関係を満たすことを特徴とする項目1又は2に記載の発光装置。
(項目5)
前記発光部と前記レンズとの間に屈折率がn3の第1層が配置され、
前記レンズと前記第1層との間に屈折率がn2の第2層が配置され、
前記レンズは、前記表面に近づく方向に凸の曲面部分を有し、
前記表面の法線に平行な第1方向における前記曲面部分の頂点を第1位置とし、前記法線に平行で前記第1位置を通る断面において、前記曲面部分のうち前記表面に平行な面に対する傾斜角が最も大きい位置を第2位置とし、
前記断面において、
前記表面に平行な第2方向における前記第1位置から前記第2位置までの距離をrとし、
前記第1方向における前記第2位置での前記レンズの厚さをH1とし、
前記第2方向における前記発光部の中心から前記発光部の端までの距離をaとし、
前記第1方向における前記第1層の厚さをH3とし、
前記第1方向における前記第2層の厚さをH2とし、
前記レンズの屈折率をn1、前記第2位置における前記曲面部分の傾斜角をθとした場合に、
n2・sinα2=n1・sinθ
β2=α2-θ
n3・sinβ3=n2・sinβ2
により与えられる角度β2及びβ3が、
r-a<H2・tanβ2+H3・tanβ3<r+a
の関係を満たすことを特徴とする項目1又は2に記載の発光装置。
(項目6)
前記発光部と前記レンズとの間に屈折率がn3の第1層が配置され、
前記レンズと前記第1層との間に屈折率がn2の第2層が配置され、
前記レンズは、前記表面に近づく方向に凸の曲面部分を有し、
前記表面の法線に平行な第1方向における前記曲面部分の頂点を第1位置とし、前記法線に平行で前記第1位置を通る断面において、前記曲面部分のうち前記表面に平行な面に対する傾斜角が最も大きい位置を第2位置とし、
前記断面において、
前記レンズの屈折率をn1、前記第2位置における前記曲面部分の傾斜角をθとした場合に、
n1・sinθ/n2>1
の関係を満たすことを特徴とする項目1又は2に記載の発光装置。
(項目7)
前記表面の法線に平行な第1方向における前記レンズの曲面部分の頂点を第1位置とし、前記法線に平行で前記第1位置を通る断面において、前記曲面部分のうち前記表面に平行な面に対する傾斜角が最も大きい位置を第2位置とし、
前記断面において、
前記表面に平行な第2方向における前記第1位置から前記第2位置までの距離をrとし、
前記第2方向における前記発光部の中心から前記発光部の端までの距離をaとした場合に、
r/a>1
を満たすことを特徴とする項目1乃至6のいずれか1項に記載の発光装置。
(項目8)
前記表面の法線に平行な第1方向における前記レンズの曲面部分の頂点を第1位置とし、前記法線に平行で前記第1位置を通る断面において、前記曲面部分のうち前記表面に平行な面に対する傾斜角が最も大きい位置を第2位置とし、
前記断面において、
前記表面に平行な第2方向における前記第1位置から前記第2位置までの距離をrとし、
前記第2方向における前記発光部の中心から前記発光部の端までの距離をaとした場合に、
r/a<5
の関係を満たすことを特徴とする項目1乃至7のいずれか1項に記載の発光装置。
(項目9)
前記表面の法線に平行な第1方向における前記レンズの曲面部分の頂点を第1位置とし、前記法線に平行で前記第1位置を通る断面において、前記曲面部分のうち前記表面に平行な面に対する傾斜角が最も大きい位置を第2位置とし、
前記断面において、
前記第1方向における前記第1位置から前記第2位置までの距離をhとし、
前記表面に平行な第2方向における前記第1位置から前記第2位置までの距離をrとした場合に、
h/r<0.95
の関係を満たすことを特徴とする項目1乃至8のいずれか1項に記載の発光装置。
(項目10) 前記発光部は、2つの反射面を含み、
前記表面の法線に平行な第1方向における前記曲面部分の頂点を第1位置とし、前記法線に平行で前記第1位置を通る断面において、前記曲面部分のうち前記表面に平行な面に対する傾斜角が最も大きい位置を第2位置とし、
前記レンズの屈折率をn1、前記レンズの前記曲面部分に光取り出し側で接する媒質の屈折率をn0、前記第2位置における前記曲面部分の傾斜角をθとした場合に、
(2×m-Φ/π)×(λ/4)×1/cos(θeml)-λ/8<L<(2×m-Φ/π)×(λ/4)×1/cos(θeml)+λ/8
を満たし、
ここで、Lは前記2つの反射面の間の光路長、λは前記発光部に含まれる発光材料のPLスペクトルのピーク波長、mは0以上の整数、Φはλにおける前記2つの反射面での反射位相の和、θemlは前記第1発光層および前記第2発光層を含む有機膜の屈折率をnemlとした時に、
n1・sinα=n0・sinθ、
β1=θ-α
によって与えられる角度β1を用いて、
0<sinθeml<n1・sinβ1/nemlを満たす任意の角であることを特徴とする項目1に記載の発光装置。
(項目11)
前記発光部は、2つの反射面を含み、
前記表面の法線に平行な第1方向における前記曲面部分の頂点を第1位置とし、前記法線に平行で前記第1位置を通る断面において、前記曲面部分のうち前記表面に平行な面に対する傾斜角が最も大きい位置を第2位置とし、
前記レンズの屈折率をn1、前記レンズの前記曲面部分に光取り出し側で接する媒質の屈折率をn0、前記第2位置における前記曲面部分の傾斜角をθとした場合に、
(2mπ-Φ)×(λ/4π)<L<(2×m-Φ/π)×(λ/4)×1/cos(θeml)+λ/8
を満たし、
ここで、Lは前記2つの反射面の間の光路長、λは前記発光部に含まれる発光材料のPLスペクトルのピーク波長、mは0以上の整数、Φはλにおける前記2つの反射面での反射位相の和、θemlは前記第1発光層および前記第2発光層を含む有機膜の屈折率をnemlとした時に、
n1・sinα=n0・sinθ、
β1=θ-α
によって与えられる角度β1を用いて、
0<sinθeml<n1・sinβ1/nemlを満たす任意の角であることを特徴とする項目1に記載の発光装置。
(項目12)
前記第1発光層に含まれる第1発光物質のPLスペクトルは、可視光領域内に波長がλPLである第1ピークを有し、
前記表面に垂直な方向に発光する光を強める干渉スペクトルの共振ピーク波長λonと、前記発光部から放射される光のピーク波長λELと、前記λPLとが
|λEL-λPL|<|λon-λPL|
の関係を満たすことを特徴とする項目1乃至11のいずか1項に記載の発光装置。
(項目13)
前記第1発光層に含まれる第1発光物質のPLスペクトルは、可視光領域内に波長がλPLである第1ピークを有し、
前記表面の法線に平行な第1方向における前記曲面部分の頂点を第1位置とし、前記法線に平行で前記第1位置を通る断面において、前記曲面部分のうち前記表面に平行な面に対する傾斜角が最も大きい位置を第2位置とし、
前記レンズの屈折率をn1、前記レンズの前記曲面部分に光取り出し側で接する媒質の屈折率をn0、前記第2位置における前記曲面部分の傾斜角をθとした場合に、
前記表面に垂直な方向に発光する光を強める干渉スペクトルの共振ピーク波長λonと、0<sinθeml<n1・sinβ1/nemlを満たすθeml方向に出射される光を強める干渉スペクトルの共振ピーク波長λoffと、前記λPLとが、
|λoff-λPL|<|λon-λPL|
の関係を満たし、
ここで、角度β1は、
n1・sinα=n0・sinθ、
β1=θ-αによって与えられる
ことを特徴とする項目1に記載の発光装置。
(項目14)
前記発光部と前記レンズの間に前記レンズの屈折率より小さい屈折率を有する層を含まないことを特徴とする項目1乃至11のいずか1項に記載の発光装置。
(項目15)
項目1乃至14のいずれか1項に記載の発光装置を有する表示部と、
前記表示部を制御する制御回路と、
を備えることを特徴とする表示装置。
(項目16)
光学部と、
前記光学部を通過した光を受光する撮像素子と、
前記撮像素子が撮像した画像を表示する表示部と、を備え、
前記表示部は、項目1乃至14のいずれか1項に記載の発光装置を含むことを特徴とする撮像装置。
(項目17)
項目1乃至14のいずれか1項に記載の発光装置を有する表示部と、
前記表示部が設けられた筐体と、
前記筐体に設けられ、外部と通信する通信部と、
を備えることを特徴とする電子機器。
(項目1)
基板の表面の上に複数の発光部を有する発光装置であって、
前記複数の発光部のそれぞれは、前記表面の上に第1電極、第1発光層、電荷発生層、前記第1発光層が発生する光の色と同じ色の光を発生する第2発光層、および、第2電極をこの順に有する発光部を含み、
前記複数の発光部は、第1波長の光を発生する発光部、および、前記第1波長とは異なる第2波長の光を発生する発光部を含み、
前記複数の発光部のそれぞれの上に正のパワーを有するレンズが設けられている、
ことを特徴とする発光装置。
(項目2)
前記発光部の発光領域のある点から射出した光線が、前記レンズの曲面部分のうち前記表面に平行な面に対する傾斜角が最も大きい位置において、前記表面の法線に平行な方向に屈折する、
ことを特徴とすることを特徴とする項目1に記載の発光装置。
(項目3)
前記レンズは、前記表面から遠ざかる方向に凸の曲面部分を有し、
前記表面の法線に平行な第1方向における前記曲面部分の頂点を第1位置とし、前記法線に平行で前記第1位置を通る断面において、前記曲面部分のうち前記表面に平行な面に対する傾斜角が最も大きい位置を第2位置とし、
前記断面において、
前記表面に平行な第2方向における前記第1位置から前記第2位置までの距離をrとし、
前記第1方向における前記発光部から前記第2位置までの距離をH1とし、
前記第2方向における前記発光部の中心から前記発光部の端までの距離をaとし、
前記レンズの屈折率をn1、前記レンズの前記曲面部分に光取り出し側で接する媒質の屈折率をn0、前記第2位置における前記曲面部分の傾斜角をθとした場合に、
n1・sinα=n0・sinθ、
β1=θ-α
によって与えられる角度β1が、
r-a<H1・tanβ1<r+a、
の関係を満たすことを特徴とする項目1又は2に記載の発光装置。
(項目4)
前記発光部と前記レンズとの間に屈折率がn2の層が配置され、
前記レンズは、前記表面から遠ざかる方向に凸の曲面部分を有し、
前記表面の法線に平行な第1方向における前記曲面部分の頂点を第1位置とし、前記法線に平行で前記第1位置を通る断面において、前記曲面部分のうち前記表面に平行な面に対する傾斜角が最も大きい位置を第2位置とし、
前記断面において、
前記表面に平行な第2方向における前記第1位置から前記第2位置までの距離をrとし、
前記第1方向における前記第2位置での前記レンズの厚さをH1とし、
前記第2方向における前記発光部の中心から前記発光部の端までの距離をaとし、
前記第1方向における前記層の厚さをH2とし、
前記レンズの屈折率をn1、前記レンズの前記曲面部分に光取り出し側で接する媒質の屈折率をn0、前記第2位置における前記曲面部分の傾斜角をθとした場合に、
n1・sinα=n0・sinθ
β1=θ-α
n2・sinβ2=n1・sinβ1
によって与えられる角度β1及びβ2が、
r-a<H1・tanβ1+H2・tanβ2<r+a
の関係を満たすことを特徴とする項目1又は2に記載の発光装置。
(項目5)
前記発光部と前記レンズとの間に屈折率がn3の第1層が配置され、
前記レンズと前記第1層との間に屈折率がn2の第2層が配置され、
前記レンズは、前記表面に近づく方向に凸の曲面部分を有し、
前記表面の法線に平行な第1方向における前記曲面部分の頂点を第1位置とし、前記法線に平行で前記第1位置を通る断面において、前記曲面部分のうち前記表面に平行な面に対する傾斜角が最も大きい位置を第2位置とし、
前記断面において、
前記表面に平行な第2方向における前記第1位置から前記第2位置までの距離をrとし、
前記第1方向における前記第2位置での前記レンズの厚さをH1とし、
前記第2方向における前記発光部の中心から前記発光部の端までの距離をaとし、
前記第1方向における前記第1層の厚さをH3とし、
前記第1方向における前記第2層の厚さをH2とし、
前記レンズの屈折率をn1、前記第2位置における前記曲面部分の傾斜角をθとした場合に、
n2・sinα2=n1・sinθ
β2=α2-θ
n3・sinβ3=n2・sinβ2
により与えられる角度β2及びβ3が、
r-a<H2・tanβ2+H3・tanβ3<r+a
の関係を満たすことを特徴とする項目1又は2に記載の発光装置。
(項目6)
前記発光部と前記レンズとの間に屈折率がn3の第1層が配置され、
前記レンズと前記第1層との間に屈折率がn2の第2層が配置され、
前記レンズは、前記表面に近づく方向に凸の曲面部分を有し、
前記表面の法線に平行な第1方向における前記曲面部分の頂点を第1位置とし、前記法線に平行で前記第1位置を通る断面において、前記曲面部分のうち前記表面に平行な面に対する傾斜角が最も大きい位置を第2位置とし、
前記断面において、
前記レンズの屈折率をn1、前記第2位置における前記曲面部分の傾斜角をθとした場合に、
n1・sinθ/n2>1
の関係を満たすことを特徴とする項目1又は2に記載の発光装置。
(項目7)
前記表面の法線に平行な第1方向における前記レンズの曲面部分の頂点を第1位置とし、前記法線に平行で前記第1位置を通る断面において、前記曲面部分のうち前記表面に平行な面に対する傾斜角が最も大きい位置を第2位置とし、
前記断面において、
前記表面に平行な第2方向における前記第1位置から前記第2位置までの距離をrとし、
前記第2方向における前記発光部の中心から前記発光部の端までの距離をaとした場合に、
r/a>1
を満たすことを特徴とする項目1乃至6のいずれか1項に記載の発光装置。
(項目8)
前記表面の法線に平行な第1方向における前記レンズの曲面部分の頂点を第1位置とし、前記法線に平行で前記第1位置を通る断面において、前記曲面部分のうち前記表面に平行な面に対する傾斜角が最も大きい位置を第2位置とし、
前記断面において、
前記表面に平行な第2方向における前記第1位置から前記第2位置までの距離をrとし、
前記第2方向における前記発光部の中心から前記発光部の端までの距離をaとした場合に、
r/a<5
の関係を満たすことを特徴とする項目1乃至7のいずれか1項に記載の発光装置。
(項目9)
前記表面の法線に平行な第1方向における前記レンズの曲面部分の頂点を第1位置とし、前記法線に平行で前記第1位置を通る断面において、前記曲面部分のうち前記表面に平行な面に対する傾斜角が最も大きい位置を第2位置とし、
前記断面において、
前記第1方向における前記第1位置から前記第2位置までの距離をhとし、
前記表面に平行な第2方向における前記第1位置から前記第2位置までの距離をrとした場合に、
h/r<0.95
の関係を満たすことを特徴とする項目1乃至8のいずれか1項に記載の発光装置。
(項目10) 前記発光部は、2つの反射面を含み、
前記表面の法線に平行な第1方向における前記曲面部分の頂点を第1位置とし、前記法線に平行で前記第1位置を通る断面において、前記曲面部分のうち前記表面に平行な面に対する傾斜角が最も大きい位置を第2位置とし、
前記レンズの屈折率をn1、前記レンズの前記曲面部分に光取り出し側で接する媒質の屈折率をn0、前記第2位置における前記曲面部分の傾斜角をθとした場合に、
(2×m-Φ/π)×(λ/4)×1/cos(θeml)-λ/8<L<(2×m-Φ/π)×(λ/4)×1/cos(θeml)+λ/8
を満たし、
ここで、Lは前記2つの反射面の間の光路長、λは前記発光部に含まれる発光材料のPLスペクトルのピーク波長、mは0以上の整数、Φはλにおける前記2つの反射面での反射位相の和、θemlは前記第1発光層および前記第2発光層を含む有機膜の屈折率をnemlとした時に、
n1・sinα=n0・sinθ、
β1=θ-α
によって与えられる角度β1を用いて、
0<sinθeml<n1・sinβ1/nemlを満たす任意の角であることを特徴とする項目1に記載の発光装置。
(項目11)
前記発光部は、2つの反射面を含み、
前記表面の法線に平行な第1方向における前記曲面部分の頂点を第1位置とし、前記法線に平行で前記第1位置を通る断面において、前記曲面部分のうち前記表面に平行な面に対する傾斜角が最も大きい位置を第2位置とし、
前記レンズの屈折率をn1、前記レンズの前記曲面部分に光取り出し側で接する媒質の屈折率をn0、前記第2位置における前記曲面部分の傾斜角をθとした場合に、
(2mπ-Φ)×(λ/4π)<L<(2×m-Φ/π)×(λ/4)×1/cos(θeml)+λ/8
を満たし、
ここで、Lは前記2つの反射面の間の光路長、λは前記発光部に含まれる発光材料のPLスペクトルのピーク波長、mは0以上の整数、Φはλにおける前記2つの反射面での反射位相の和、θemlは前記第1発光層および前記第2発光層を含む有機膜の屈折率をnemlとした時に、
n1・sinα=n0・sinθ、
β1=θ-α
によって与えられる角度β1を用いて、
0<sinθeml<n1・sinβ1/nemlを満たす任意の角であることを特徴とする項目1に記載の発光装置。
(項目12)
前記第1発光層に含まれる第1発光物質のPLスペクトルは、可視光領域内に波長がλPLである第1ピークを有し、
前記表面に垂直な方向に発光する光を強める干渉スペクトルの共振ピーク波長λonと、前記発光部から放射される光のピーク波長λELと、前記λPLとが
|λEL-λPL|<|λon-λPL|
の関係を満たすことを特徴とする項目1乃至11のいずか1項に記載の発光装置。
(項目13)
前記第1発光層に含まれる第1発光物質のPLスペクトルは、可視光領域内に波長がλPLである第1ピークを有し、
前記表面の法線に平行な第1方向における前記曲面部分の頂点を第1位置とし、前記法線に平行で前記第1位置を通る断面において、前記曲面部分のうち前記表面に平行な面に対する傾斜角が最も大きい位置を第2位置とし、
前記レンズの屈折率をn1、前記レンズの前記曲面部分に光取り出し側で接する媒質の屈折率をn0、前記第2位置における前記曲面部分の傾斜角をθとした場合に、
前記表面に垂直な方向に発光する光を強める干渉スペクトルの共振ピーク波長λonと、0<sinθeml<n1・sinβ1/nemlを満たすθeml方向に出射される光を強める干渉スペクトルの共振ピーク波長λoffと、前記λPLとが、
|λoff-λPL|<|λon-λPL|
の関係を満たし、
ここで、角度β1は、
n1・sinα=n0・sinθ、
β1=θ-αによって与えられる
ことを特徴とする項目1に記載の発光装置。
(項目14)
前記発光部と前記レンズの間に前記レンズの屈折率より小さい屈折率を有する層を含まないことを特徴とする項目1乃至11のいずか1項に記載の発光装置。
(項目15)
項目1乃至14のいずれか1項に記載の発光装置を有する表示部と、
前記表示部を制御する制御回路と、
を備えることを特徴とする表示装置。
(項目16)
光学部と、
前記光学部を通過した光を受光する撮像素子と、
前記撮像素子が撮像した画像を表示する表示部と、を備え、
前記表示部は、項目1乃至14のいずれか1項に記載の発光装置を含むことを特徴とする撮像装置。
(項目17)
項目1乃至14のいずれか1項に記載の発光装置を有する表示部と、
前記表示部が設けられた筐体と、
前記筐体に設けられ、外部と通信する通信部と、
を備えることを特徴とする電子機器。
発明は上記実施形態に制限されるものではなく、発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、発明の範囲を公にするために請求項を添付する。
100:発光装置、1:基板、2:第1電極、3:絶縁層、4:第1機能層、5:第1発光層、6:第3発光層、7:第2機能層、8:電荷発生層、9:第3機能層、10:第2発光層、11:第4発光層、12:第2電極、13:有機膜、14:第2電極、15:保護層、16:マイクロレンズ、OP:開口、SP1:第1発光部、SP2:第2発光部
Claims (17)
- 基板の表面の上に複数の発光部を有する発光装置であって、
前記複数の発光部のそれぞれは、前記表面の上に第1電極、第1発光層、電荷発生層、前記第1発光層が発生する光の色と同じ色の光を発生する第2発光層、および、第2電極をこの順に有し、
前記複数の発光部は、第1波長の光を発生する発光部、および、前記第1波長とは異なる第2波長の光を発生する発光部を含み、
前記複数の発光部のそれぞれの上に正のパワーを有するレンズが設けられている、
ことを特徴とする発光装置。 - 前記発光部の発光領域のある点から射出した光線が、前記レンズの曲面部分のうち前記表面に平行な面に対する傾斜角が最も大きい位置において、前記表面の法線に平行な方向に屈折する、
ことを特徴とすることを特徴とする請求項1に記載の発光装置。 - 前記レンズは、前記表面から遠ざかる方向に凸の曲面部分を有し、
前記表面の法線に平行な第1方向における前記曲面部分の頂点を第1位置とし、前記法線に平行で前記第1位置を通る断面において、前記曲面部分のうち前記表面に平行な面に対する傾斜角が最も大きい位置を第2位置とし、
前記断面において、
前記第1方向における前記第1位置から前記第2位置までの距離をhとし、
前記表面に平行な第2方向における前記第1位置から前記第2位置までの距離をrとし、
前記第1方向における前記発光部から前記第2位置までの距離をH1とし、
前記第2方向における前記発光部の中心から前記発光部の端までの距離をaとし、
前記レンズの屈折率をn1、前記レンズの前記曲面部分に光取り出し側で接する媒質の屈折率をn0、前記第2位置における前記曲面部分の傾斜角をθとした場合に、
n1・sinα=n0・sinθ、
β1=θ-α
によって与えられる角度β1が、
r-a<H1・tanβ1<r+a、
の関係を満たすことを特徴とする請求項1に記載の発光装置。 - 前記発光部と前記レンズとの間に屈折率がn2の層が配置され、
前記レンズは、前記表面から遠ざかる方向に凸の曲面部分を有し、
前記表面の法線に平行な第1方向における前記曲面部分の頂点を第1位置とし、前記法線に平行で前記第1位置を通る断面において、前記曲面部分のうち前記表面に平行な面に対する傾斜角が最も大きい位置を第2位置とし、
前記断面において、
前記第1方向における前記第1位置から前記第2位置までの距離をhとし、
前記表面に平行な第2方向における前記第1位置から前記第2位置までの距離をrとし、
前記第1方向における前記第2位置での前記レンズの厚さをH1とし、
前記第2方向における前記発光部の中心から前記発光部の端までの距離をaとし、
前記第1方向における前記層の厚さをH2とし、
前記レンズの屈折率をn1、前記レンズの前記曲面部分に光取り出し側で接する媒質の屈折率をn0、前記第2位置における前記曲面部分の傾斜角をθとした場合に、
n1・sinα=n0・sinθ
β1=θ-α
n2・sinβ2=n1・sinβ1
によって与えられる角度β1及びβ2が、
r-a<H1・tanβ1+H2・tanβ2<r+a
の関係を満たすことを特徴とする請求項1に記載の発光装置。 - 前記発光部と前記レンズとの間に屈折率がn3の第1層が配置され、
前記レンズと前記第1層との間に屈折率がn2の第2層が前記レンズと接して配置され、
前記レンズは、前記表面に近づく方向に凸の曲面部分を有し、
前記表面の法線に平行な第1方向における前記曲面部分の頂点を第1位置とし、前記法線に平行で前記第1位置を通る断面において、前記曲面部分のうち前記表面に平行な面に対する傾斜角が最も大きい位置を第2位置とし、
前記断面において、
前記第1方向における前記第1位置から前記第2位置までの距離をhとし、
前記表面に平行な第2方向における前記第1位置から前記第2位置までの距離をrとし、
前記第1方向における前記第2位置での前記レンズの厚さをH1とし、
前記第2方向における前記発光部の中心から前記発光部の端までの距離をaとし、
前記第1方向における前記第1層の厚さをH3とし、
前記第1方向における前記第2層の厚さをH2とし、
前記レンズの屈折率をn1、前記第2位置における前記曲面部分の傾斜角をθとした場合に、
n2・sinα2=n1・sinθ
β2=α2-θ
n3・sinβ3=n2・sinβ2
により与えられる角度β2及びβ3が、
r-a<H2・tanβ2+H3・tanβ3<r+a
の関係を満たすことを特徴とする請求項1に記載の発光装置。 - 前記発光部と前記レンズとの間に屈折率がn3の第1層が配置され、
前記レンズと前記第1層との間に屈折率がn2の第2層が前記レンズと接して配置され、
前記レンズは、前記表面に近づく方向に凸の曲面部分を有し、
前記表面の法線に平行な第1方向における前記曲面部分の頂点を第1位置とし、前記法線に平行で前記第1位置を通る断面において、前記曲面部分のうち前記表面に平行な面に対する傾斜角が最も大きい位置を第2位置とし、
前記断面において、
前記レンズの屈折率をn1、前記第2位置における前記曲面部分の傾斜角をθとした場合に、
n1・sinθ/n2>1
の関係を満たすことを特徴とする請求項1に記載の発光装置。 - 前記表面の法線に平行な第1方向における前記レンズの曲面部分の頂点を第1位置とし、前記法線に平行で前記第1位置を通る断面において、前記曲面部分のうち前記表面に平行な面に対する傾斜角が最も大きい位置を第2位置とし、
前記断面において、
前記表面に平行な第2方向における前記第1位置から前記第2位置までの距離をrとし、
前記第2方向における前記発光部の中心から前記発光部の端までの距離をaとした場合に、
r/a>1
を満たすことを特徴とする請求項1に記載の発光装置。 - 前記表面の法線に平行な第1方向における前記レンズの曲面部分の頂点を第1位置とし、前記法線に平行で前記第1位置を通る断面において、前記曲面部分のうち前記表面に平行な面に対する傾斜角が最も大きい位置を第2位置とし、
前記断面において、
前記表面に平行な第2方向における前記第1位置から前記第2位置までの距離をrとし、
前記第2方向における前記発光部の中心から前記発光部の端までの距離をaとした場合に、
r/a<5
の関係を満たすことを特徴とする請求項1に記載の発光装置。 - 前記表面の法線に平行な第1方向における前記レンズの曲面部分の頂点を第1位置とし、前記法線に平行で前記第1位置を通る断面において、前記曲面部分のうち前記表面に平行な面に対する傾斜角が最も大きい位置を第2位置とし、
前記断面において、
前記第1方向における前記第1位置から前記第2位置までの距離をhとし、
前記表面に平行な第2方向における前記第1位置から前記第2位置までの距離をrとした場合に、
h/r<0.95
の関係を満たすことを特徴とする請求項1に記載の発光装置。 - 前記発光部は、2つの反射面を含み、
前記表面の法線に平行な第1方向における前記曲面部分の頂点を第1位置とし、前記法線に平行で前記第1位置を通る断面において、前記曲面部分のうち前記表面に平行な面に対する傾斜角が最も大きい位置を第2位置とし、
前記レンズの屈折率をn1、前記レンズの前記曲面部分に光取り出し側で接する媒質の屈折率をn0、前記第2位置における前記曲面部分の傾斜角をθとした場合に、
(2×m-Φ/π)×(λ/4)×1/cos(θeml)-λ/8<L<(2×m-Φ/π)×(λ/4)×1/cos(θeml)+λ/8
を満たし、
ここで、Lは前記2つの反射面の間の光路長、λは前記発光部に含まれる発光材料のPLスペクトルのピーク波長、mは0以上の整数、Φはλにおける前記2つの反射面での反射位相の和、θemlは前記第1発光層および前記第2発光層を含む有機膜の屈折率をnemlとした時に、
n1・sinα=n0・sinθ、
β1=θ-α
によって与えられる角度β1を用いて、
0<sinθeml<n1・sinβ1/nemlを満たす任意の角であることを特徴とする請求項1に記載の発光装置。 - 前記発光部は、2つの反射面を含み、
前記表面の法線に平行な第1方向における前記曲面部分の頂点を第1位置とし、前記法線に平行で前記第1位置を通る断面において、前記曲面部分のうち前記表面に平行な面に対する傾斜角が最も大きい位置を第2位置とし、
前記レンズの屈折率をn1、前記レンズの前記曲面部分に光取り出し側で接する媒質の屈折率をn0、前記第2位置における前記曲面部分の傾斜角をθとした場合に、
(2mπ-Φ)×(λ/4π)<L<(2×m-Φ/π)×(λ/4)×1/cos(θeml)+λ/8
を満たし、
ここで、Lは前記2つの反射面の間の光路長、λは前記発光部に含まれる発光材料のPLスペクトルのピーク波長、mは0以上の整数、Φはλにおける前記2つの反射面での反射位相の和、θemlは前記第1発光層および前記第2発光層を含む有機膜の屈折率をnemlとした時に、
n1・sinα=n0・sinθ、
β1=θ-α
によって与えられる角度β1を用いて、
0<sinθeml<n1・sinβ1/nemlを満たす任意の角であることを特徴とする請求項1に記載の発光装置。 - 前記第1発光層に含まれる第1発光物質のPLスペクトルは、可視光領域内に波長がλPLである第1ピークを有し、
前記表面に垂直な方向に発光する光を強める干渉スペクトルの共振ピーク波長λonと、前記発光部から放射される光のピーク波長λELと、前記λPLとが
|λEL-λPL|<|λon-λPL|
の関係を満たすことを特徴とする請求項1に記載の発光装置。 - 前記第1発光層に含まれる第1発光物質のPLスペクトルは、可視光領域内に波長がλPLである第1ピークを有し、
前記表面の法線に平行な第1方向における前記曲面部分の頂点を第1位置とし、前記法線に平行で前記第1位置を通る断面において、前記曲面部分のうち前記表面に平行な面に対する傾斜角が最も大きい位置を第2位置とし、
前記レンズの屈折率をn1、前記レンズの前記曲面部分に光取り出し側で接する媒質の屈折率をn0、前記第2位置における前記曲面部分の傾斜角をθとした場合に、
前記表面に垂直な方向に発光する光を強める干渉スペクトルの共振ピーク波長λonと、0<sinθeml<n1・sinβ1/nemlを満たすθeml方向に出射される光を強める干渉スペクトルの共振ピーク波長λoffと、前記λPLとが、
|λoff-λPL|<|λon-λPL|
の関係を満たし、
ここで、角度β1は、
n1・sinα=n0・sinθ、
β1=θ-αによって与えられる
ことを特徴とする請求項1に記載の発光装置。 - 前記発光部と前記レンズの間に前記レンズの屈折率より小さい屈折率を有する層を含まないことを特徴とする請求項1に記載の発光装置。
- 請求項1乃至14のいずれか1項に記載の発光装置を有する表示部と、
前記表示部を制御する制御回路と、
を備えることを特徴とする表示装置。 - 光学部と、
前記光学部を通過した光を受光する撮像素子と、
前記撮像素子が撮像した画像を表示する表示部と、を備え、
前記表示部は、請求項1乃至14のいずれか1項に記載の発光装置を含むことを特徴とする撮像装置。 - 請求項1乃至14のいずれか1項に記載の発光装置を有する表示部と、
前記表示部が設けられた筐体と、
前記筐体に設けられ、外部と通信する通信部と、
を備えることを特徴とする電子機器。
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Applications Claiming Priority (1)
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JP2022173657A JP2024064792A (ja) | 2022-10-28 | 2022-10-28 | 発光装置、表示装置、撮像装置および電子装置 |
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Family Applications (1)
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-
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- 2022-10-28 JP JP2022173657A patent/JP2024064792A/ja active Pending
-
2023
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