JP4482790B2

JP4482790B2 - 自発光装置

Info

Publication number: JP4482790B2
Application number: JP2003375968A
Authority: JP
Inventors: 博士鎌田; 裕美子林田
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2003-07-23
Filing date: 2003-11-05
Publication date: 2010-06-16
Anticipated expiration: 2023-11-05
Also published as: JP2005056813A

Description

本発明は、例えば有機ＬＥＤ、有機ＥＬ、無機ＥＬなどと呼ばれる自発光装置に関する。

従来の有機ＬＥＤなどを用いた自発光装置は、有機ＬＥＤの発光時のジュール熱による発光物質の結晶化（非晶質からガラス状に結晶化することで絶縁物になり発光しなくなる。）による影響で大面積化が非常に困難であった。

また、有機ＬＥＤなどは、屈折率差がある材料をガラス基板上に積層して形成しているため、有機ＬＥＤなどの発光部から発光された光は、その影響、つまりファイバー効果でサイドに放射されてしまい、所望方向へ光を取り出す効率が悪かった。

そこで、この効率悪化の問題を解決するために、ガラス基板の表面全面を凹凸状に加工する技術が提案されている（例えば特許文献１参照）。

また、このようなＥＬ素子で可視光を得るために、有機ＥＬ材料および蛍光材料部を並列に横置するＥＬ素子が特開平３−１５２８９７号広報（特許文献２）に開示されている。
特開２００２−０４３０５４号公報特開平３−１５２８９７号公報

しかしながら、特許文献１の場合、有機ＬＥＤなどの発光部からガラス基板表面までの遠い位置で光を乱反射させる構造のため、期待していたほど光を取り出す効率が上がらないという問題があった。また、特許文献２の場合でも、効率的に光を取り出すことはできないので、効率向上の効果はあがらなかった。

本発明はこのような課題を解決するためになされたもので、光を取り出す効率を向上でき、さらには広い面での発光を可能とする自発光装置を提供することを目的としている。

請求項１の発明の自発光装置は、透光性基板と；透光性基板上に形成された透明性導電体と；透明性導電体の上に形成され、エレクトロルミネッセンス材料を含有した層を含む発光部と；透明性導電体と少なくとも一部が対向するように発光部上に形成され、発光部が発光した光を反射可能な金属電極と；発光部に並接するとともに金属電極に接するよう形成される光変換部と；を具備している。

本発明および以下の各発明において、特に指定しない限り、用語の定義および技術的な意味は次による。

発光部のエレクトロルミネッセンス材料（以下、ＥＬ材料）は、有機物であっても無機物であってもよい。また、低分子材料だけでなく高分子材料であってもよい。金属電極は、光が反射できる金属であればよく、アルミニウム、銀、金、プラチナ等の金属および合金を許容する。また、金属電極に凸凹面を設けるなどして多くの光を光変換部に入射できるように、または、透光性基板から透過させるようにしてもよい。

光変換部は、発光部から放射された光の光色を変換させる機能を持つものであり、蛍光色素などを含んだレジストなどの絶縁物が好ましい。材質としては、アクリル、エポキシ樹脂等の単純透明材料あるいは白色透光材料のレジスト膜に光変換材料を含有させて形成することができる。

請求項２の発明は、請求項１の自発光装置であって、発光部が青色に発光し、色変換部は青色の光を緑色および赤色に変換することを特徴とする。

青色に発光する発光部としては、ＥＬ材料としてジスチリルアリーレン誘導体（ＤＰＶＢｉ）などがある。また、青色の発光を赤色に変換するものとして、ローダミンBbase、ＤＣＭ、ナイルレッド等の蛍光色素などがある。また、青色の発光を緑色に変換するものとして、クマリン６蛍光色素、キナクリドンなどがある。

請求項３の発明は、請求項１の自発光装置であって、発光部が青色に発光し、色変換部は青色の光を黄色ないし橙色に変換することを特徴とする。

青色の発光を黄色ないし橙色に変換するものとして、ルブレン蛍光色素（黄色に変換）、DCM誘導体蛍光色素（橙色に変換）などがあり、これらを混合して使用することも許容する。

請求項４の発明は、請求項１ないし３の自発光装置であって、色変換部は、変換される色が異なる少なくとも２種類の色変換体を混合して形成したことを特徴とする。

光を変換する光変換体を少なくとも２種類混合したものを光変換部に形成したので、光変換部によって変換された有色の光が混合され、白色に近い発光がむらなく得られる。

なお、発光部の発光色と色変換部によって変換される色の組み合わせは、上記に限られるものではなく、光発光部のＥＬ材料を１、４ビス（４−メチルスチリル）ベンゼン（ＰＭＳＢなどの青緑色の発光を用いた場合、光変換部を青緑色から赤色に変換させるピリジン１のような蛍光体を用いることによって自発光装置からを略白色の発光を得ることができる。また、任意の色の組み合わせによって任意の発光色を得ることも許容する。

請求項５の発明は、請求項１ないし４記載の自発光装置であって、光変換部に光拡散性粒子を含有していることを特徴とする。

光変換部に絶縁物にアクリル、エポキシ樹脂等の単純透明材料あるいは白色透光材料で保護層(レジスト膜)を形成するまたは、アルミナ、セリア、チタニア、ジルコニア等の無機材料あるいはポリエチレン、ポリスチレン等の有機材料からなる透明な微粒子を透明材料あるいは透光材料に含有させたものを用いてもよい。

請求項１の発明によれば、発光部に並接するとともに金属電極に接する部分に光変換部を形成したので、発光部からの光が、透明性導電体の境界面で生じる屈折によって発光部から放射される光が光変換部に放射され、また、その光を反射効果のある金属電極による反射によって光が所望の方向(前面方向)へ照射される量が増加し、その光が、光変換部によって光色が変換されるので、ＥＬ材料のみでは得ることの困難であった光色も、発光部から得られる光色と光変換部によって変換された別の光色とが混ざり合うことによって得ることができる。さらに、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、発光部の光色を青色、光変換部が青色を緑色および赤色に変換する光変換部を設けたので、白色の自発光装置を得るのに適している。また、発光部の出力を変化させることで、様様な光色の自発光装置を得ることができる。

請求項３の発明によれば、発光部の光色を青色、光変換部が青色を黄色ないし橙色に変換する光変換部を設けたので、白色の自発光装置を得るのに適している。

請求項４の発明によれば、変換された有色の光が混合され、白色に近い発光がむらなく得られる。

請求項５の発明によれば、発光部からの光が、透明性導電体の境界面で生じる屈折によって発光部から放射される光が光変換部に放射され、光変換部に含有されている光拡散粒子によって拡散される。このため、発光部からの光を拡散させて前方への光の取り出し効率を向上させることもできる。

本発明の第一の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明に係る一つの実施形態の有機ＥＬ装置の構成を示す図、図２は図１の有機ＥＬ装置の断面図、図３は図１の有機ＥＬ装置の要部拡大図である。

図１ないし図３に示すように、この有機ＥＬ装置は、例えば光をマトリクス状に発光させるために透光性基板としてのガラス基板２１と、このガラス基板２１上にライン状に形成した透明性導電体としての陽極２２と、ガラス基板２１の上に有機発光材料であるエレクトロルミネッセンス材料（以下ＥＬ材料と称す）を含有した層を含む複数の層を積層して形成された発光部２５と、陽極２２と対向して交差するようにライン状に形成された金属電極としての陰極２４と、ガラス基板２１の上に塗布した封止用接着剤２８を介して発光部２５を密閉する皿状の封止用ガラス基板２７と、この封止用ガラス基板２７の内面に取り付けられた乾燥剤２６とを備えている。

図３に示すように、ガラス基板２１には、陽極２２（ＩＴＯ膜）がライン状に形成されている。ガラス基板２１の厚みは、例えば１．５ｍｍ程度である。陽極２２（ＩＴＯ膜）の厚みは例えば２．０μｍ程度である。陽極２２（ＩＴＯ膜）の上には、発光部２５が形成されている。発光部２５は、正孔輸送層３２、発光層３３、電子注入層３４を順に積層形成したものである。正孔輸送層３２には、例えばα-NPD、Bis[N-(1-naphthyl)-N-phenyl］benzidine等が用いられている。正孔輸送層３２の厚みは、例えば0.04μm程度である。発光層３３には、ジスチリルアリーレン誘導体：（ＤＰＶＢｉ：4,4’-bis(2,2’diphenylvinyl)-1,1’-biphenylが用いられている。発光層３３の厚みは、例えば0.02μm程度である。電子注入層３４には、フッ化リチウム（LiF）が用いられている。電子注入層３４の厚みは、例えば0.0007μm程度である。陽極２２と交差する方向に陰極２４がライン状に形成されている。陰極２４は、アルミニウム、銀、金、プラチナ等の光が反射できる材料で形成された金属電極であり、厚みは例えば1.0μm程度である。

発光部２５に並設し、陰極２４に接する位置に光変換部２３が配置される。光変換部２３は、青色の光色を赤色に変換できるローダミンBbaseの蛍光色素を含んだアクリル、エポキシポリイミドなどの主原料からなるレジストをＲ色変換部２３Ｒ、青色の光色を緑色に変換できるクマリン６蛍光色素を含んだレジストをＧ色変換部２３Ｇとして、発光部と併設するように配置する。

図１は、発光部２５を、ほぼ正方形に複数形成する有機ＥＬ光源である。上から見ると、複数の発光部２５の周辺をＲ色変換部２３ＲとＧ色変換部２３Ｇの領域が等しくなるように光変換部２３を形成している。

これら光変換部２３および発光部２５の上には、陰極２４の上には空間を隔てて封止用ガラス基板２７が配設されている。この封止用ガラス基板２７と最下部のガラス基板２１とで発光部２５を密封し、空気、水分等の浸入を防ぐ封止構造を構成している。

封止用ガラス基板２７は、光を透過する必要がないので、ガラス以外に、例えば金属等の材料を用いてもよい。封止用ガラス基板２７の内面は、皿状にくぼんでおり空間が設けられている。この空間に酸素、水を除去する乾燥剤２６が取り付けられている。

このようにこの実施形態の有機ＥＬ装置によれば、ガラス基板２１上に発光部２５を形成し、発光部に並接および金属電極２４に隣接させるようにガラス基板２１の上に光変換部２３を形成したので、陽極２２の境界面で生じる屈折によって発光部２５の光が光変換部２３に放射された光やまたその光を反射効果のある陰極２４による反射により光が所望の方向(前面方向)へ照射される量が増加し、その光が、赤や緑に変換されるので、光の取り出し効率を向上させた白色の有機ＥＬ装置を提供することができる。

これにより、従来の前面照射照度を１としたときの百分率である比向上率に換算した場合、従来のもの（比向上率：１００％）に対して、光変換部２３の上に塗布した場合、比向上率を１２０％〜１４０％程度に高めることができる。また、各発光部２５への入力電力を変化させることによって、有機ＥＬ装置全体の光色を変化させることも可能である。

また、図４に示すように、光変換部２３とガラス基板２１の境界面に光拡散部３０を形成することもできる。この光拡散部３０は、ガラス基板２１の表面に光拡散部２３の形成する範囲をマスキングした後ガラス基板をサンドブラスト処理、薬品処理や拡散膜を塗布するなどによってフロストを形成することができる。このように形成することによって発光部２５の光と光変換部２３で変換された光が拡散部３０によってお互いに拡散され、光が混合しやすく光の色むらが押さえられた白色を得ることができる。

さらに、図５のようにガラス基板２１の発光部を形成する側とは反対側の面に拡散部３０を設けることできる。これは、ガラス基板２１の片側全面にフロストを形成することやガラス基板２１の片側全面に拡散膜を形成することなどにより作ることができる。このように形成することによって、発光部２５の光と光変換部２３で変換された光が拡散部３０によってお互いに拡散され、光が混合しやすく光の色むらが押さえられた白色を得ることができる。さらに、光拡散部３０の形成が簡易にできる利点がある

また、図６に示すように、発光部２５を、ほぼ長方形に複数形成した有機ＥＬ装置の場合は、発光部の中間部分で、Ｒ色変換部２３ＲとＧ色変換部２３Ｇの領域が等しくなるように光変換部２３を形成してもよい。

さらに、図７に示すように発光部２５をほぼ長方形に複数形成した有機ＥＬ装置のような場合、複数の発光部２５の中心で十字に分けるように発光部の周辺をＲ色変換部２３ＲとＧ色変換部２３Ｇの領域が等しくなるように光変換部２３を形成してもよい。この用に構成すると、それぞれの発光色が光に形成されるため有機ＥＬ装置全体の光色をより白色に近づけることができる。

また、発光部２５や光変換部（２３Ｒ，２３Ｇ）は、各光色や発光強度によって任意にそれぞれの大きさや形状など変化させることも許容する。

さらに、図８のように発光部２５をほぼ正方形に複数形成し、G色変換部２３Gを発光部２５の周囲に形成し、さらにその周囲にＲ色変換部２３Ｒを形成してもよい。外側に配置されているＲ色変換部２３Ｒは、発光部２５から発光される青色の光を赤色に変換するだけでなく、Ｇ色発光部２３Ｇによって青色から緑色に変換された光も赤色に変換することが可能であるため、光の取り出す量が多くなり発光効率が向上する。このように変換される光色の波長が長いものを外側に形成していくことによって、光の利用率が大きくなり発光効率が向上した有機ＥＬ装置を提供することができる。

次に本発明の第二の実施の形態を図面を参照して説明する。なお、図１ないし５と同一部分には同一符号を付して説明は省略する。

図９は、本発明の第二の実施の形態であり、図１と同様に発光部２５はほぼ正方形に形成したものであるが、光拡散部２３Ｍは、Ｒ色光拡散部に使用した蛍光体とＧ色光拡散部に使用した蛍光体を混合したレジストにて形成される。このように形成することによって光の混合がされ、白色を得ることができる。また、Ｒ色に変換する蛍光体とＧ色に変換する蛍光体の混合する量を調節して有機ＥＬ装置の光色を任意に変化させることもできる。

次に本発明の第三の実施の形態を図面を参照して説明する。なお、図１ないし５と同一部分には同一符号を付して説明は省略する。

図１０は有機ＥＬ装置の構成をしめす平面図、図１１はその要部断面図である。略正方形状に形成した発光部２５の発光層は、ジスチリルアリーレン誘導体：（ＤＰＶＢｉ）が用いられ、第一の実施形態と同様青色の発光色を有する。発光部の周囲には青色の光色を黄色の変換するＹ色光変換部２３Ｙが形成される。Ｙ色変換部２３Ｙは、ルブレン蛍光色素を含有したレジスト材から構成されている。このように構成すれば、発光部から放射される青色の光は、第1の実施形態と同様に光変換部２３に放射されまたは反射されその光を黄色の変換することにより青色と黄色の混色により白色の発光を得ることができる。光変換部２３は、アルミナからなる光拡散性粒子２９を含有したレジスト材から構成されている。光拡散粒子は、粒径５nm〜５０nmの粒子である。この光拡散粒子によって、発光部からの光および光変換部２３によって色変換された光が拡散され、よりよく混合され白色の光を得やすくしている。

図１２の有機ＥＬ装置は、略ライン状に形成した発光部２５もまた青色の発光色を有する。発光部の周囲には青色の光色を橙色の変換するＯ色光変換部２３Oが形成される。O色変換部２３Oは、DCM誘導体蛍光色素、およびアルミナからなる光拡散性粒子２９を含有したレジスト材から構成されている。光拡散粒子は、粒径５nm〜５０nmの粒子である。このように構成すれば、発光部から放射される青色の光は、第1の実施形態と同様に光変換部２３に放射されまたは反射されその光を橙色の変換することにより青色と橙色の混色により白色の発光を得ることができる。さらに光変換部２３に含まれた光拡散粒子２９のため光変換部２３に放射された光を効率的に有機ＥＬ装置の前面に放射させることもできる。よってより効率よく光を取り出すことが可能である。

図１３は、有機ＥＬ装置は、略ライン状に形成した発光部２５もまた青色の発光色を有する。発光部を略二分割した周囲には、青色の光色を黄色の変換するルブレン蛍光色素を含有したレジスト材から構成されるＹ色光変換部２３Ｙおよび青色の光色を橙色の変換するDCM誘導体蛍光色素を含有したレジストから構成される色光変換部２３Oが形成されるこのように構成すれば、発光部から放射される青色の光は、第1の実施形態と同様に光変換部２３に放射されまたは反射されその光を黄色と橙色の変換することにより青色と黄色および橙色の混色により白色の発光を得ることができる。

本発明の第一の実施形態の有機ＥＬ装置の構成を示す平面図。図１の有機ＥＬ装置の断面図。図２の有機ＥＬ装置の要部を拡大した断面図。他の例の要部拡大断面図。同じく他の例の要部拡大断面図。本発明の第一の実施形態の有機ＥＬ装置の他の例を示す平面図。同じく第一の実施形態の有機ＥＬ装置の他の例を示す平面図。同じく第一の実施形態の有機ＥＬ装置の他の例を示す平面図。本発明の第二の実施形態の有機ＥＬ装置の構成を示す平面図。本発明の第三の実施形態の有機ＥＬ装置の構成を示す平面図。図１０の有機ＥＬ装置の要部を拡大した断面図。同じく第三の実施形態の有機ＥＬ装置の他の例を示す平面図。同じく第三の実施形態の有機ＥＬ装置の他の例を示す平面図。

符号の説明

２１…ガラス基板、２１ａ…乱反射面、２２…陽極、２３…光変換部、２４…陰極、２５…発光部、２６…乾燥剤、２７…封止用ガラス基板、２８…封止用接着剤、３０・・・光拡散部３２…正孔輸送層、３３…発光層、３４…電子注入層。

Claims

透光性基板と；
透光性基板上に形成された透明性導電体と；
透明性導電体の上に形成され、エレクトロルミネッセンス材料を含有した層を含む発光部と；
透明性導電体と少なくとも一部が対向するように発光部上に形成され、発光部が発光した光を反射可能な金属電極と；
発光部に並接するとともに金属電極に接するよう形成される光変換部と；
を具備したことを特徴とする自発光装置。