JP4626967B2 - 面発光素子及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、互いに異なる発光波長を有する複数の発光ユニットを組み合わせて構成された面発光素子及びその製造方法に関するものである。

従来、面発光素子の一つである有機ＬＥＤ素子は、例えば図１０に示すように、構成されている。
即ち、まず図１０において、有機ＬＥＤ素子１は、表面にＩＴＯ膜２ａを形成した所謂ＩＴＯ基板２上に、順次にホール輸送層３ａ、発光層３ｂ及び電子輸送層３ｃから成る有機層３を積層させた後、最後にＡｌ等の金属や透明電極から成る陰極４を対向電極として成膜することにより、構成されている。
このような構成の有機ＬＥＤ素子１によれば、図１１に示すように、ＩＴＯ膜２ａ（陽極）と陰極４間に駆動電圧を印加することより、有機層３の発光層３ｂから光Ｌが出射し、ＩＴＯ基板２を通って、図１０及び図１１にて下方に出射するようになっている。

ところで、このような構成の有機ＬＥＤ素子１においては、白色光を発する単一の発光層を構成する材料は、まだ見つかっていない。このため、白色光を得る場合には、複数の発光色、例えば補色関係にある二つの発光色（青色と黄色等）や、一般的な光の三原色（赤色、緑色及び青色）を発する発光層の組合せによって、白色光を出射するようにしている。
例えば、青色光と黄色光を組み合わせて一つの有機ＬＥＤ素子から白色発光を得る場合、青色光と黄色光をそれぞれ発する有機材料（例えば蛍光材料やリン光材料）を含む一つまたは二つ以上の発光層を積層させ、各発光層の発光強度を、その膜厚や不純物のドーピング濃度等の調整により制御することにより、白色発光を得るようにしている。

これに対して、特許文献１には、一つのＩＴＯ基板上に複数個の上述した構成の有機ＬＥＤ素子を垂直方向に積層した、所謂ＭＰＥ（Ｍｕｌｔｉ Ｐｈｏｔｏｎ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）素子が開示されている。
このＭＰＥ素子５は、例えば図１２に示すように、ＩＴＯ基板２上に、等電位面形成層６を介して、二つの上記有機層（発光ユニット）３を垂直方向に積層させることにより、構成されている。
ここで、上記等電位面形成層６は、例えば電荷発生層、ＣＧＬ（Ｃｈａｒｇｅ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｌａｙｅｒ）層とも呼ばれている。

このような構成のＭＰＥ素子５によれば、同様にＩＴＯ膜２ａ（陽極）と陰極４間に駆動電圧を印加することより、二つの発光層３ｂからそれぞれ光、例えば下方の発光層３ｂから青色光Ｌ１が、また上方の発光層３ｂから黄色光Ｌ２が出射することにより、それぞれＩＴＯ基板２を通って、図１０にて下方に出射すると共に、互いに混色されることよって、白色光Ｌが下方に出射するようになっている。
尚、このようなＭＰＥ素子５においては、一つの発光ユニット中に、二つ以上の発光層を設けて、白色光を得ることも可能である。

また、特許文献２から、有機ＬＥＤ素子１またはＭＰＥ素子５の各有機層３、ＩＴＯ膜２ａの膜厚及び屈折率の積から光学長を求め、この光学長と発光波長との関係から、光学的干渉効果が生じて、発光スペクトル形状、発光強度や発光分布が変化することが公知である。
特開２００３−２７２８６０号 特開平０７−２４０２７７号

ところで、上述した有機ＬＥＤ素子１またはＭＰＥ素子５においては、一般的に、所謂ランバシアン発光分布を有していることから、上記有機ＬＥＤ素子１を天井から下方に向けて光Ｌを出射するように、照明器具に組み込んだ場合、斜め前方から、即ち放射角度分布における素子発光面に垂直な方向からずれた所謂高視野角度の方向でも発光強度は変わらない。 しかしながら、例えば膜厚を制御する等により、素子発光面に垂直方向（天井方向からは照明器具直下）の発光輝度を高めようとした場合、斜め方向の発光分布は小さくなってしまう。逆に斜め方向の発光強度を大きくした場合には、垂直方向の発光強度が小さくなってしまうため、例えば照明装置直下方向の輝度（観測者からは照度）が低下してしまう。

本発明は、以上の点から、発光面に垂直な方向からずれた高視野角度側では視感度の高い波長帯域の分光放射輝度成分を増すことで、輝度を高めた有機ＬＥＤ素子を提供することを目的としている。また、当該有機ＬＥＤを用いた照明器具およびバックライトを提供することを目的としている。

上記目的は、本発明の構成によれば、互いに異なる発光波長を有する発光スペクトルの複数の発光層または発光ユニットを組み合わせて構成された面発光素子において、５１０ｎｍから６１０ｎｍの波長帯域の分光放射輝度成分量は、放射角度分布における発光面に垂直な方向における当該成分量より、発光面に垂直な方向から一定角度ずれた方向における当該成分量が高く、前記発光面に垂直な方向から一定角度ずれた方向の照射光の輝度は、発光面に垂直な方向の照射光の輝度より高いことを特徴とする面発光素子により、達成される。
本発明において、高視野角度側とは、発光面に垂直な方向から４０度から８０度の角度側を想定するが、照明装置と観測者との距離や、複数照明装置が用いられる場合の各照明装置との距離など、照明装置の用途や配置により設定される。

本発明の面発光素子は、好ましくは、前記発光層または発光ユニットが、有機層から構成される有機ＬＥＤ素子である。

本発明の面発光素子は、好ましくは、前記発光ユニットが、等電位面形成層を介して、互いに積層されたＭＰＥ素子である。

上記構成によれば、各発光層または発光ユニットの有機層に駆動電圧が印加されることによって、有機層のうち発光層からそれぞれ光が出射し、互いに混色されることにより外部に照射される。
そして、各発光層または発光ユニットのうち、視感度の高い波長帯域（例えば比視感度で０．５以上ある５１０から６１０ｎｍの波長範囲）の光を発する発光ユニットからの分光放射輝度成分を増大させることにより、外部に照射される光の放射角度分布にて、発光面に垂直な方向からずれた高視野角度側での輝度が高められる。つまり、異なる発光スペクトルの複数の発光ユニットを組み合わせて構成された有機ＬＥＤ素子において、視感度の高い波長帯域の放射角度分布を制御することにより、発光面に垂直な方向からずれた高視野角度側で視感度の高い波長帯域の分光放射輝度成分を増やすことで、高視野角度側での輝度の向上した有機ＬＥＤ素子を得ることができる。

従って、本有機ＬＥＤ素子を例えば天井に備えられる照明装置に組み込んだとき、高視野角度側である前方に位置する照明装置からの輝度が増大して、視認性が向上することになる。
この場合、高視野角度側に照射される光が、視感度の高い波長帯域の分光放射輝度成分の割合が高められているので輝度が明るく感じられ、前方に居る観察者には、より明るい視界が得られることになる。
また、発光面にほぼ垂直な方向、即ち照明器具直下に照射される光は、従来と同様に、通常の発光スペクトル成分であることから、従来と同様に観察され得ることになり、発光色が問題となるようなことはない。

視感度の高い波長帯域の分光放射輝度成分を増大させることは、各発光層または発光ユニットからの光の光学干渉効果を利用して、発光スペクトルの形状を調整することにより、達成することができる。発光スペクトルの形状は、各種光学距離の調整をおこなうことにより変えることができる。ここでいう光学距離とは、実際の膜厚×屈折率であり、複数層の場合は、実際の膜厚×屈折率を各薄膜層について加算した距離である。有機材料の場合には、屈折率は大きく変わらないため、膜厚により、光学距離の調整を行うことが好ましい。有機材料の屈折率はエリプソメーター等による測定で求めることができ、一般的に１．７から２．０程度である。

また、各発光層または発光ユニットの発光スペクトル成分毎に放射角度分布を制御することによっても、視感度の高い波長を含む発光スペクトルを上記高視野角度側に多く分布させて、視感度の高い波長帯域の分光放射輝度成分を増大させることができる。放射角度分布は、例えば透明導電膜であるＩＴＯ膜の膜厚や屈折率を調整することにより、制御可能であり、視感度の高い波長を含む発光スペクトルを、高視野角度側に多く分布させることにより、視感度の高い波長帯域の光量を増大させることができる。

上記各発光層または発光ユニットが、それぞれ有機層から構成されている場合には、一つの有機ＬＥＤ素子の有機層内に、複数の有機発光層を構成し、あるいはそれぞれ少なくとも一つの有機発光層を含む複数の発光ユニットを垂直方向に積層させることにより、有機ＬＥＤ素子が構成され得る。

上記各発光ユニットが、等電位面形成層（または電荷発生層、またはＣＧＬ層）を介して、互いに積層されたＭＰＥ素子である場合には、それぞれ異なる発光スペクトルの発光ユニットが等電位面形成層（または電荷発生層、またはＣＧＬ層）を介して、互いに積層されることにより、ＭＰＥ素子として構成され得る。

このようにして、本発明によれば、従来公知の複数の発光ユニットを組み合わせて構成された有機ＬＥＤ素子において、視感度の高い波長帯域の分光放射輝度成分を増大させることにより、放射角度分布における発光面に垂直な方向からずれた高視野角度側での輝度が高められるので、高視野角度側での視認性が向上し、照明器具に最適な有機ＬＥＤ素子が得られることになる。特に、発光面に垂直な方向に発光強度を大きくし照明器具直下の発光輝度を高めるように放射角度分布を設定し、高視野角度側の発光強度が小さくなっても、視感度の高い波長帯域の分光放射輝度成分が増大している結果、高視野角度側での輝度の低下を補うことができる。

つまり、例えば、発光面にほぼ垂直な方向へ白色光が放射され、発光面に斜めの角度において緑みの白色光が放出される、見かけの輝度の向上した面発光素子を得ることができる。また、積極的に発光分布を制御して、発光面にほぼ垂直な方向へ白色光を集光した場合における、高視野角度側の光量の低下を、高視野角度側を緑みの白色光とすることで、少ないものとすることができる。

以下、この発明の好適な実施形態を図１〜図９を参照しながら、詳細に説明する。本実施形態では、以下のごとく一例として有機ＬＥＤを挙げて説明するが、本発明は両電極間に薄膜積層構造を有する点で共通する、無機ＥＬ素子でも良い。
尚、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。

図１は、本発明による有機ＬＥＤ素子の第一の実施形態の構成を示している。
図１において、有機ＬＥＤ素子１０は、図１２に示した従来のＭＰＥ素子と同様の構成であり、表面にＩＴＯ膜１１ａを形成した所謂ＩＴＯ基板１１上に、順次にホール輸送層、発光層及び電子輸送層から成る第一の有機層１２、ＣＧＬ層１３及び同様の構成の第二の有機層１４と、を積層させた後、最後に陰極１５を対向電極として成膜することにより、構成されている。
これにより、上記有機ＬＥＤ素子１０は、それぞれ第一の有機層１２、第二の有機層１４から成る二つの発光ユニットを備えるようになっている。

上記ＩＴＯ基板１１は、平坦なガラス基板の表面にＩＴＯ膜１１ａを形成することより、構成されている。ＩＴＯ膜は、厚さ２１００Åとした。

上記第一の有機層１２は、公知の構成であって、青色光Ｌ１を発光するように構成されている。第一の有機層１２は、ホール注入層（１８００Å）／ホール輸送層（２００Å）／青色発光層（４００Å）／電子輸送層（３００Å）からなる２７００Åの厚みとした。
そして、上記第一の有機層１２からの青色光Ｌ１は、図２に示すような発光スペクトルを有している。
この場合、発光スペクトルのピーク波長は、４７１ｎｍ及び５０２ｎｍであり、短波長（４７１ｎｍ）側のピーク強度が最大になっている。

第一の有機層１２上に、３００Åの上記ＣＧＬ層１３を蒸着した。ＣＧＬ層１３は、公知の構成であって、等電位面を形成するようになっている。

上記第二の有機層１４は、同様に公知の構成であって、黄色光Ｌ２を発光するように構成されている。第二の有機層１４としてホール注入層（７００Å）／ホール輸送層（２００Å）／黄色発光層（３００Å）／電子輸送層（２００Å）を蒸着し、第一の有機層１２とＣＧＬ層とを合わせて４４００Åの膜厚とした。
そして、上記第二の有機層１４からの黄色光Ｌ２は、図３に示すような発光スペクトルを有している。

これにより、上記第一の有機層１２及び第二の有機層１４からの青色光Ｌ１及び黄色光Ｌ２が互いに混色されると、図４に示すような発光スペクトルの白色光Ｌが得られることになる。
ここで、この白色光は、ＣＩＥ色度座標（０．３３６、０、３３４）で表わされるようになっている。
尚、図２乃至図４に示した各発光スペクトルは、何れも発光面、即ちＩＴＯ基板１１の下面に対して正面方向（法線方向）にて測定したものであり、縦軸は分光放射輝度値（Ｗ／ｍ２・ｓｒ）をピーク強度値で規格化したもの、横軸は波長［ｎｍ］である。

上記陰極１５は、例えばＡｌ等の金属の薄膜から構成されている。

以上の構成は、従来のＭＰＥ素子５とほぼ同様の構成であるが、本発明による有機ＬＥＤ素子１０においては、以下の点で異なる構成になっている。
即ち、上記各発光ユニットの有機層１２、１４及びＩＴＯ膜１１ａの膜厚を、後述する手法を利用して適宜に調整することによって、上述した有機層１２による青色光Ｌ１の発光スペクトルの視野角度依存性を制御している。
これにより、ＩＴＯ基板１１の法線方向から６０度の視野角度において、有機層１２による青色光Ｌ１の発光スペクトルは、図２とは異なり、図５に示すように、光学干渉効果によって、短波長（４７１ｎｍ）側のピーク強度が低下すると共に、長波長（５０２ｎｍ）側のピーク強度が上昇して、最大値を与えるようになっている。

そして、この６０度の視野角度における青色光Ｌ１と第二の有機層１４からの黄色光Ｌ２との混色光Ｌの発光スペクトル（６０度方向）は、図６に示すように変化し、ＣＩＥ色度座標（０．３１８、０．４０８）で表わされ、ＪＩＳ（Ｚ８１０２）では（緑みの）白と呼ばれる領域の色である。

これは、図４に示した正面方向の発光スペクトルと比較して、青色成分の短波長側強度が低下するに伴い、視感度の高い波長帯域の分光放射輝度成分の強度が増大し、照射光の相対輝度を向上させることになる。基板法線方向でのスペクトル図４と６０度でのスペクトル図６において、輝度増加分を求め、表１に示した。
ある視野角度（例えば法線方向から６０度）における輝度増加分の評価は、以下の手順でおこなった。まず、有機ＬＥＤ素子に対して法線方向の分光放射輝度スペクトルを測定した。次に測定した分光放射輝度スペクトルに関して、最大ピーク強度における値にて規格化し、発光スペクトルを得た。本実施例では図４に示す法線方向でのスペクトルがこれに相当する。図１３に示した明所視における標準比視感度曲線に基づいて、比視感度０．５以上に相当する領域（５１０ｎｍから６１０ｎｍ）から０．８以上に相当する領域（５２６ｎｍから５８６ｎｍ）に関して、各波長毎に「発光スペクトル強度×比視感度」を計算し、該当する波長領域にわたって積算した（表１に示した図４の計算値、に相当する）。本実施例では、１ｎｍ間隔の発光スペクトル強度、比視感度の値を使って計算した。
次に有機ＬＥＤ素子の法線方向から６０度の角度で分光放射輝度スペクトルを測定し、上記と同様の作業をおこない、当該波長領域の「発光スペクトル強度×比視感度」を計算した（表１に示した図６の計算値、に相当する）。これらの値を使って、式１に示した「増加分（％）」を求める計算式により、分光放射輝度成分の強度の増大分を計算し、評価した。その結果、比視感度０．５以上に相当する、波長範囲５１０ｎｍから６１０ｎｍで輝度が増加していることが確認できた。

本発明実施形態による有機ＬＥＤ素子１０は、以上のように構成されており、従来のＭＰＥ素子と同様にして製造されると共に、ＩＴＯ膜１１ａ及び有機層１２を成膜する際に、膜厚調整やＩＴＯ膜１１ａの屈折率の調整を行なうことによって、製造され得る。
このため、従来の有機ＬＥＤ素子１０の製造装置をそのまま利用して製造することが可能であり、追加の設備投資等が不要である。
例えば、面発光素子の膜厚構成は、正面方向と所望の角度方向について、それぞれ次の光学距離を満たすように設計される。原則としては、各発光領域からミラーとなる陰極界面、および屈折率差の大きいガラス／ＩＴＯ界面（一般的なガラスではｎ＝１．５２、ＩＴＯは１．８前後）までの光学距離を、正面方向、所望の角度方向、それぞれについて、各方向での所望の波長の光が光学干渉効果により強めあうように設定する。
ここで、任意の光学系では一般的に、発光領域からある波長λ（ｎｍ）の光が発生し、反射により位相が反転する物質による界面までの光学距離は１／４×λの奇数倍とし、反射により位相が反転しない物質による界面までの光学距離は１／４×λの偶数倍とすることで、光学干渉効果により発光強度を増大することができる。
一般的な有機ＬＥＤ素子の内部では屈折率差の大きいガラス／ＩＴＯ界面と、ミラーとなる金属陰極間での反射が主であるが、異なる屈折率を持つ有機材料による有機層界面によっても反射が生じること、素子構成に固有の発光層内での発光強度分布が存在すること等により、光学干渉効果を加味した素子設計は、複雑である。
従って、第一の実施形態においては、各発光ユニットにおける発光領域からの金属陰極界面およびガラス/ＩＴＯ界面までの光学距離を、発光強度が強め合う前記条件（それぞれ１／４×λの奇数倍、および１／４×λの偶数倍）となるように設定することを、有機材料層等の膜厚調整の第一の基準とした。なお、実施形態において、波長λ（ｎｍ）は、各発光色の発光スペクトルのピーク波長を用いて検討した。また、発光領域において発光強度が最大となると想定される位置を発光領域の位置として光学距離の計算に用いた。
さらに、第一の実施形態においては、青色波長と黄色波長のそれぞれについて強めあう光学距離の条件を求めた後に、両者を合わせて白色となる条件を選択する必要、視野角度６０度付近が緑みの白色となる条件を選択する必要、および、各発光色のユニットを同じ電流密度で電流が流れるため、各発光材料の発光効率の違い等を考慮する必要等から、調整を加えた。調整とは、発光領域からＩＴＯ側の膜厚および屈折率、発光領域から金属面側の膜厚および屈折率、ＩＴＯ膜厚および屈折率、金属面の反射率等により行われるが、有機材料の場合には、屈折率は大きく変わらないため、主に、有機層膜厚によっておこなった。
従って、このように、ユニット数や色調整の観点からも、光学距離は調整を加えられるため、前記光学距離は、厳密に１／４×λの整数倍とされるわけではない。
上記第一の実施形態においては、上記パラメータを用いた簡易なシミュレーションにより光学膜厚を見積もり、素子作製において膜厚の微調整を施して得たものであり、法線方向において、青色の光学距離はガラス／ＩＴＯ界面側で６．７／４×λ、金属陰極側で３．４／４×λ、また黄色の光学距離はガラス／ＩＴＯ界面側で７．７／４×λ、金属陰極側で０．５／４×λであった。

このような構成の有機ＬＥＤ素子１０によれば、ＩＴＯ膜１１ａと陰極１５の間に駆動電圧が印加されると、有機層１２、１４がそれぞれ発光して、青色光Ｌ１及び黄色光Ｌ２が出射する。
そして、これらの青色光Ｌ１及び黄色光Ｌ２が下方に向かって進んで、ＩＴＯ基板１１の下面から下方に向かって出射すると共に、これらの青色光Ｌ１及び黄色光Ｌ２が互いに混色されて、白色光Ｌとなって、下方に向かって照射されることになる。
その際、ＩＴＯ基板１１の下面に対して法線方向に関しては、従来と同様に図４に示す発光スペクトルを有する白色光Ｌが照射されることになり、明るい視野が得られる。

これに対して、ＩＴＯ基板１１の下面に対して高視野角度側（例えば６０度）の方向に関しては、前述したように発光スペクトルの変形、即ちピーク形状の調整により、青色光Ｌ１に関して視感度の高い波長帯域、即ち緑色成分の強度が増大されるので、全体として緑色がかった白色光Ｌとなって、照射光の輝度が高められることになる。
また、明所視における比視感度が０．５以上の波長帯域の分光放射輝度成分量について、放射角度分布における発光面に垂直な方向における当該成分量より、発光面に垂直な方向から一定角度ずれた方向における当該成分量を１０％以上高め、発光面に垂直な方向から一定角度ずれた方向における輝度を１０％以上高めることにより、観察者にとって視認性の高い照明器具を提供することができる。
このようにして、本発明実施形態による有機ＬＥＤ素子１０によれば、ＩＴＯ膜１１ａや有機層１２、１４の膜厚を適宜に調整し、あるいはＩＴＯ膜１１ａの屈折率を適宜に調整することにより、有機層１２からの発光スペクトルを変形させて、ＩＴＯ基板１１の法線方向からずれた高視野角度側にて、視感度の高い波長帯域の強度を高めることにより、法線方向の輝度はそのまま保持されながら、照射光の高視野角度側での輝度が向上することになり、視認性の高い照射光が得られる。

図８は、上記有機ＬＥＤ素子の輝度の放射角度分布を示したものである。
即ち、図８は、有機ＬＥＤ素子２０から外部に照射される白色光の輝度を、ＩＴＯ基板１１の正面（法線方向）を０度として、０度から８０度まで測定し、０度から−８０度までは上記法線に関して線対称であるとして作図したものが、符号Ｗで示す特性曲線である。

ここで、この白色光の発光スペクトルを解析的に色分解して、青色発光材料由来の成分（ここでは青色成分という）と黄色発光材料由来の発光成分（ここでは黄色成分という）に分割したところ、青色成分は、図８にて符号Ｂで示すように、また黄色成分は、図８にて符号Ｙで示すようになった。素子から出射する発光スペクトルを、青色成分と黄色成分の２つの成分としてピーク分離をしたものである。具体的には、図２に示す青色成分のＰＬスペクトルから長波長側部分のスペクトルのすその部分を切り出し、続いて、６０度の発光スペクトルにおいて、すその部分をフィッティングして、青色成分を取り出す。黄色成分は、６０度の発光スペクトルから、当該青色成分を差し引いて求めた。
符号Ｂで示す青色成分は、５０度付近の高視野角度にて最も強くなる放射角度分布を示した。このことは、青色発光材料由来の成分は視野角度によりスペクトルが変化し、５０度付近においては、緑色成分をも有するため相対的に輝度が高くなったものと考えられる。
これに対して、符号Ｙで示す黄色成分は、図８にて符号Ｄで示す所謂ランバシアン発光分布（Ｉ＝Ｉo・cosθで表わされる）と比較して、ほぼ同様な放射角度分布であり、３０度から８０度で輝度がわずかに低下している。
そして、符号Ｗで示す白色光の放射角度分布は、４０度から８０度で上記ランバシアン発光分布を上回る輝度となっている。
従って、本有機ＬＥＤ素子２０においては、視感度の高い波長域５１０ｎｍから６１０ｎｍにスペクトルを有する青色成分の放射角度分布を５０度付近の高視野角度において強め、緑みの白色光を得たことで、従来のランバシアン発光分布を有する有機ＬＥＤ素子と比較して、高視野角度側で輝度が向上していることが分かる。このことは、各発光ユニット即ち各有機層１２及び１４毎の放射角度分布を制御することにより、高視野角度側の強度を高めることができることを示唆するものである。
尚、０度から４０度の視野角度においては、本有機ＬＥＤ素子２０の輝度は、ランバシアン発光分布の場合と比較して、僅かに低くなっている。

このようにして、本発明による有機ＬＥＤ素子１０、２０においては、高視野角度において、視感度の高い波長帯域の光（青色光）に関して、発光スペクトルの変化および放射角度分布の制御によって、輝度が高められているので、基板法線方向からずれた高視野角度側にて、照射光がより明るくなる。
従って、本有機ＬＥＤ素子１０、２０を照明器具に組み込んだ場合、例えば図９に示すように、観察者Ｐの眼に対して斜め方向に位置する照明器具３０からの高視野角度の光が、視感度の高い波長帯域で強度が高められていることから、観察者Ｐにとってより明るく感じられることになる。例えば目の高さから１．５ｍ高い位置に照明器具が配置されている場合、器具の法線方向から４０°の光は約１．３ｍ前方、同様に８０°の光は８．５ｍ前方からの発光が直接目に入射することになる。
また、直上の照明器具３１からの照射光は、従来の有機ＬＥＤ素子からの照射光と同様に白色光であることから、観察者Ｐが照射光により照明された物体等を観察する場合に、正しく色彩を判断することが可能であり、色的に問題とはならない。

図７は、本発明による有機ＬＥＤ素子の第二の実施形態の構成を示している。
図７において、有機ＬＥＤ素子２０は、図１に示した有機ＬＥＤ素子１０とほぼ同じ構成であるので、同じ構成要素には同じ符号を付してその説明を省略する。
第二の実施形態として、前記第一の実施形態と同様に二つの発光ユニットを備えた有機ＬＥＤ素子を作製した。前記第一の実施形態とは、ＩＴＯの膜厚および有機層の膜厚が異なる。
発光部位置から陰極による金属反射面までの光学距離が長い第一発光ユニット側、すなわち、陽極となるＩＴＯガラス基板（ＩＴＯ厚さ１８００Å）上に、発光波長の短い青色発光層を有する第一発光ユニットを蒸着し、つづいて黄色発光層を有する第二発光ユニットを積層した。
第一発光ユニットはホール注入層（６００Å）／ホール輸送層（２００Å）／青色発光層（３００Å）／電子輸送層（３００Å）からなる１４００Åの厚みとした。この第一発光ユニット上に３００ÅのＣＧＬ層を蒸着した後、第二発光ユニットとしてホール注入層（５００Å）／ホール輸送層（２００Å）／黄色発光層（３００Å）／電子輸送層（２００Å）を蒸着し、第一発光ユニット、およびＣＧＬ層と合わせて２９００Åの膜厚とし、最後に金属からなる陰極を蒸着した。法線方向において、青色の光学距離はガラス／ＩＴＯ界面側で４．２／４×λ、金属陰極側で３．１／４×λ、また黄色の光学距離はガラス／ＩＴＯ界面側で５．４／４×λ、金属陰極側で０．５／４×λであった。
図１４は、作製した素子の法線方向での発光スペクトル（実線）と、法線方向から６０度の角度で観測した発光スペクトル（破線）である。
作製した素子の法線方向での発光スペクトルによる白色光はＣＩＥ色度座標（０．３１８、０．３３８）であり、法線方向から６０度の角度で観測した発光スペクトルではＣＩＥ色度座標（０．３０５、０．３７８）を示した。
両者の発光スペクトルを比較したところ、高視野角度（６０度）のスペクトルでは、４８０から５７０ｎｍの波長領域でスペクトル成分が、法線方向のスペクトルと比較して増加していることがわかった。また、比視感度０．５以上に相当する領域（５１０ｎｍから６１０ｎｍ）での分光放射輝度成分の増加量を求めたところ、＋１７％であった。

このように、有機層膜厚や発光スペクトル形状の異なる第一の実施形態、第二の実施形態のいずれの構成についても、視感度の高い波長領域の分光放射輝度成分量が、法線方向より高視野角度（６０度）方向において大きく、法線方向からは白色、高視野角度方向からは、緑みの白色を視認できるという点で同様の効果を有する素子が作製できる。
さらに、これらＭＰＥ素子においては、光学干渉効果によりスペクトル波形、発光強度を調整しやすい短波長側の発光色のユニットを、反射率の高い電極から遠い側の発光ユニットとして配置することが好ましい。ガラス、ＩＴＯ、有機材料等、用いられる材料の屈折率は短波長側で高いという性質を有するため、物理的な膜厚が同じでも短波長に対する光学距離は、長波長に対する光学距離より長くなるためである。また、光学距離が長いほど、１／４×λの整数倍、つまり、強めあい・弱めあいのポイントを多く有するため、所望の発光スペクトルへ調整するにあたり、選択できる自由度が高くなるためである。

上述した実施形態においては、有機ＬＥＤ素子１０、２０は、それぞれ有機層１２、１４の間にＣＧＬ層１３を備えているが、これに限らず、ＣＧＬ層１３の代わりに、他の構成の等電位形成層を備えるようにしてもよいことは明らかである。また、上述した実施形態においては、有機ＬＥＤ素子１０、２０は、それぞれ所謂ＭＰＥ素子として構成されているが、これに限らず、一つの有機層内に複数の発光層が形成された有機ＬＥＤ素子であってもよいことは明らかである。陽極としてＩＴＯ膜を例にあげたが、ＩＺＯ膜やＺｎＯ膜等の透明導電膜を使うことも可能である。

さらに、上述した実施形態においては、何れも二つの発光ユニットとしての有機層１２、１４からの青色光及び黄色光による白色の混色光が外部に照射されるようになっているが、これに限らず、三つの発光ユニットを備えており、例えば光の三原色である赤色光、青色光及び緑色光による白色の混色光が外部に照射されるような有機ＬＥＤ素子であってもよいことは明らかである。

このようにして、本発明によれば、視感度の高い波長帯域の発光輝度の放射角度分布において、発光面に垂直な方向からずれた高視野角度側で最高輝度を与えるようにした、極めて優れた有機ＬＥＤ素子が提供され得る。また、当該有機ＬＥＤ素子を用いた照明器具や、バックライトも提供することができる。

本発明による有機ＬＥＤ素子の第一の実施形態の構成を示す概略断面図である。 図１の有機ＬＥＤ素子における第一の有機層から法線方向に出射する青色光の発光スペクトルを示すグラフである。 図１の有機ＬＥＤ素子における第二の有機層から法線方向に出射する黄色光の発光スペクトルを示すグラフである。 図１の有機ＬＥＤ素子から法線方向に出射する白色光の発光スペクトルを示すグラフである。 図１の有機ＬＥＤ素子における第一の有機層から高視野角度（６０度）で出射する青色光の発光スペクトルを示すグラフである。 図１の有機ＬＥＤ素子における第一の有機層から高視野角度（６０度）で出射する白色光の発光スペクトルを示すグラフである。 本発明による有機ＬＥＤ素子の第二の実施形態の構成を示す概略断面図である。 図７の有機ＬＥＤ素子における出射光の放射角度特性を示すグラフである。 図１または図７による有機ＬＥＤ素子を組み込んだ照明器具の使用例を示す概略図である。 従来の有機ＬＥＤ素子の詳細な構成例を示す概略断面図である。 図１０の有機ＬＥＤ素子を簡略化した概略断面図である。 従来のＭＰＥ素子の構成例を示す概略断面図である。 明所視における比視感度曲線である。 図７の有機ＬＥＤ素子の法線方向および法線方向から６０度で出射する白色光の発光スペクトルを示すグラフである。

符号の説明

１０、２０ 有機ＬＥＤ素子
１１ ＩＴＯ基板
１１ａ ＩＴＯ膜
１２ 第一の有機層
１３ ＣＧＬ層
１４ 第二の有機層
３０ 照明器具（斜め前方）
３１ 照明器具（直上）

Claims (4)

1. 互いに異なる発光波長を有する発光スペクトルの複数の発光層または発光ユニットを組み合わせて構成された面発光素子において、５１０ｎｍから６１０ｎｍの波長帯域の分光放射輝度成分量は、放射角度分布における発光面に垂直な方向における当該成分量より、発光面に垂直な方向から一定角度ずれた方向における当該成分量が高く、
   前記発光面に垂直な方向から一定角度ずれた方向の照射光の輝度は、発光面に垂直な方向の照射光の輝度より高いことを特徴とする面発光素子。
2. 前記発光層または発光ユニットが、有機層から構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の面発光素子。
3. 前記発光ユニットが、等電位面形成層を介して、互いに積層されたＭＰＥ素子であることを特徴とする、請求項１または２に記載の面発光素子。
4. 前記面発光素子は、金属からなる反射性の電極を含み、
   前記発光ユニットとして、複数の発光色の発光ユニットを含み、
   短波長側の発光色の前記発光ユニットを、長波長側の発光色の前記発光ユニットより前記反射性の電極から遠い位置に配置することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の面発光素子。

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