JP6201311B2 - 面発光体及びその製造方法 - Google Patents
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本発明の面発光体10の一例を、図1に示す。
本発明の面発光体10は、基板11の光出射面側に光取り出し層14、基板11の光入射面側に複数の有機EL発光素子12が配置され、有機EL発光素子12同士の間隙に拡散手段13を有する。
基板11は、有機EL発光素子12から発光される可視光波長域(概ね400〜700nm)の光透過率が高いものであれば、特に限定されるものではない。
基板11の形状としては、例えば、フィルム、シート等が挙げられる。
基板11の厚さは、0.1〜100mmが好ましく、0.2〜50mmがより好ましい。基板11の厚さが0.1mm以上であると、面発光体の取り扱い性に優れる。また、基板11の厚さが100mm以下であると、面発光体の輝度に優れ、面発光体が軽量化される。
微粒子としては、例えば、後述する微粒子を含む樹脂からなる拡散手段13(c)の微粒子として例示した微粒子等が挙げられる。好ましい微粒子の体積平均粒子径、好ましい微粒子の形状についても、後述する微粒子を含む樹脂からなる拡散手段13(c)の微粒子と同様である。
基板11の光入射面側には、有機EL発光素子12や拡散手段13を固定するために、必要に応じて、粘着層15を設けてもよい。
粘着層15の材料としては、例えば、公知の粘着剤、公知の粘着シート、公知の接着剤、公知の接着シート、公知の光学密着シート、カーギル標準屈折液等の公知の光学密着液等が挙げられる。これらの粘着層15の材料の中でも、面発光体の輝度に優れることから、公知の光学密着シートや公知の光学密着液のような光学密着させることができるものが好ましい。
同様に、有機EL発光素子12の光出射面側、光取り出し層14の光入射面側、有機EL発光素子12と拡散手段13との境界面等に、面発光体を形成するために前記と同様の粘着層15を設けてもよく、面発光体の輝度に優れることから、公知の光学密着シートや公知の光学密着液のような光学密着させることができるものを粘着層15の材料として用いることが好ましい。
また、接着層15を設ける代わりに、基板11、光取り出し層14等の表面に易接着処理を施してもよい。更に、光取り出し層14は、基板11の光出射面側に直接賦形してもよい。
ここで光学密着とは、光透過性を有する物体同士がその間に空気層を形成することなく密着している状態をいう。一般に、フィルムやシート等の表面には微細な凹凸構造を有する。この微細な凹凸構造を空気でなく光学密着させることができる屈折率の近いもので埋めることで、面発光体の輝度の低下を抑制することができるため、各層間に光学密着させることができる粘着層15を設けることが好ましい。
有機EL発光素子12の一例を、図2に示す。
図2に示す有機EL発光素子12は、光出射面側から、有機EL発光素子基板21、第1電極22、発光層23、第2電極24が順次積層されている。
以下、図2に示す有機EL発光素子12について説明するが、図2に示す有機EL発光素子12に限定されるものではない。
有機EL発光素子基板21は、発光層23から発光される可視光波長域(概ね400〜700nm)の光透過率が高いものであれば、特に限定されるものではない。
有機EL発光素子基板21の形状としては、例えば、箔、フィルム、シート等が挙げられる。
有機EL発光素子基板21の厚さは、0.1〜20mmが好ましく、0.2〜10mmがより好ましい。有機EL発光素子基板21の厚さが0.1mm以上であると、有機EL発光素子12の取り扱い性に優れる。また、有機EL発光素子基板21の厚さが20mm以下であると、面発光体の輝度に優れ、面発光体が軽量化される。
第1電極22は、陽極であってもよく、陰極であってもよいが、通常、陽極とされる。
第1電極22の材料としては、例えば、ITO(酸化インジウムスズ)、IZO(酸化インジウム亜鉛)、FTO(フッ素ドープ酸化スズ)、GZO(ガリウムドープ酸化亜鉛)、AZO(アルミニウムドープ酸化亜鉛)、ATO(アンチモンドープ酸化スズ)、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化スズ、酸化チタン等が挙げられる。これらの第1電極22の材料は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。これらの第1電極22の材料の中でも、透明性や導電性に優れ、面発光体の輝度に優れることから、ITO、IZO、FTO、GZO、AZO、ATO、酸化亜鉛、酸化スズが好ましく、ITO、IZO、FTOがより好ましい。
第1電極22の厚さは、10nm〜2mmが好ましく、50nm〜1mmがより好ましい。第1電極22の厚さが10nm以上であると、導電性に優れる。また、第1電極22の厚さが1mm以下であると、透明性に優れる。
尚、第1電極22の厚さは、段差・表面粗さ・微細形状測定装置によって測定できる。
発光層23は、有機化合物の発光材料を含む層である。
発光層23の有機化合物の発光材料としては、例えば、リン光性化合物のホスト化合物であるカルバゾール誘導体(4,4’−N,N’−ジカルバゾール−ジフェニル等)にイリジウム錯体(トリス(2−フェニルピリジン)イリジウムをドープしたもの;8−ヒドロキシキノリン又はその誘導体の金属錯体(トリス(8−ヒドロキシキノリン)アルミニウム等);その他公知の発光材料等が挙げられる。
発光層23は、有機化合物の発光材料の他に、後述する正孔輸送性材料、後述する電子輸送性材料等を含んでもよい。
発光層23の厚さは、1nm〜3μmが好ましく、10nm〜2μmがより好ましい。発光層23の厚さが1nm以上であると、面発光体の輝度に優れる。また、発光層23の厚さが3μm以下であると、面発光体の輝度ムラを抑制することができる。
尚、発光層23の厚さは、段差・表面粗さ・微細形状測定装置によって測定できる。
第2電極24は、陰極であってもよく、陽極であってもよいが、通常、陰極とされる。
第2電極24の材料としては、例えば、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、アルミニウム、スカンジウム、バナジウム、亜鉛、イットリウム、インジウム、セリウム、サマリウム、ユーロピウム、テルビウム、イッテルビウム等の金属;これらの金属のうち2つ以上を組み合わせた合金;これらの金属のフッ化物等の金属塩類;これらのうち1つ以上と金、銀、白金、銅、マンガン、チタン、コバルト、ニッケル、タングステン、錫のうち1つ以上との合金等が挙げられる。合金としては、例えば、マグネシウム−銀合金、マグネシウム−インジウム合金、マグネシウム−アルミニウム合金、インジウム−銀合金、リチウム−アルミニウム合金、リチウム−マグネシウム合金、リチウム−インジウム合金、カルシウム−アルミニウム合金等が挙げられる。
第2電極24の厚さは、5nm〜3mmが好ましく、10nm〜2mmがより好ましい。第2電極24の厚さが5nm以上であると、導電性に優れる。また、第2電極24の厚さが3mm以下であると、耐久性に優れる。
尚、第2電極24の厚さは、段差・表面粗さ・微細形状測定装置によって測定できる。
第1電極22と発光層23との間や発光層23と第2電極24との間に、必要に応じて、他の機能層を設けてもよい。
他の機能層としては、例えば、正孔注入層、正孔輸送層、正孔阻止層、電子輸送層、電子注入層等が挙げられる。
正孔注入材料としては、例えば、酸化モリブデン、酸化バナジウム等の遷移金属系の酸化物;銅フタロシアニン;導電性を有する有機高分子;その他公知の有機の正孔注入材料が挙げられる。
正孔注入層の厚さは、遷移金属系の酸化物の場合、2〜20nmが好ましく、3〜10nmがより好ましい。また、正孔注入層の厚さは、有機の正孔注入材料の場合、1〜100nmが好ましく、10〜50nmがより好ましい。
正孔輸送性材料としては、例えば、トリフェニルジアミン類(4,4’−ビス(m−トリルフェニルアミノ)ビフェニル等);その他公知の正孔輸送性材料が挙げられる。
正孔注入層の厚さは、1〜100nmが好ましく、10〜50nmがより好ましい。
正孔阻止材料としては、例えば、2,9−ジメチル−4,7−ジフェニル−1,10−フェナントロリン等);その他公知の正孔阻止材料が挙げられる。
正孔注入層の厚さは、1〜100nmが好ましく、5〜50nmがより好ましい。
電子輸送性材料としては、例えば、8−ヒドロキシキノリン又はその誘導体の金属錯体;オキサジアゾール誘導体;その他公知の電子輸送性材料が挙げられる。
電子輸送層の厚さは、1〜100nmが好ましく、10〜50nmがより好ましい。
電子注入材料としては、例えば、アルカリ金属化合物(フッ化リチウム等);アルカリ土類金属化合物(フッ化マグネシウム等);金属(ストロンチウム等);その他公知の電子注入材料が挙げられる。
電子注入層の厚さは、0.1〜50nmが好ましく、0.2〜10nmがより好ましい。
尚、これらの他の機能層の厚さは、段差・表面粗さ・微細形状測定装置によって測定できる。
積層方法としては、例えば、スパッタリング法、蒸着法、イオンプレーティング法等が挙げられる。これらの積層方法は、積層される層や積層する層の特性等に応じて、適宜選択すればよい。
また、これらの積層前に、層間の密着性を高めるために、必要に応じて、紫外線オゾン処理、プラズマ処理、コロナ処理等の処理を行ってもよい。
拡散手段13は、有機EL発光素子12同士の間隙に配置され、有機EL発光素子12の側面から放射された光を基板11へ出射させることや、基板11等で反射して光出射面側から入射した光を再反射させて基板11へ出射させることを目的とする。
拡散手段13としては、前記目的を達成するものであれば特に限定されないが、例えば、基板とは逆側の面に凹曲面を有する拡散手段、基板とは逆側の面に凹凸構造を有する拡散手段、微粒子を含む樹脂からなる拡散手段、公知の拡散手段等が挙げられる。これらの拡散手段13の中でも、面発光体の輝度に優れることから、基板とは逆側の面に凹曲面を有する拡散手段、基板とは逆側の面に凹凸構造を有する拡散手段、微粒子を含む樹脂からなる拡散手段が好ましく、基板とは逆側の面に凹曲面を有する拡散手段、基板とは逆側の面に凹凸構造を有する拡散手段がより好ましく、基板とは逆側の面に凹凸構造を有する拡散手段が更に好ましい。
基板とは逆側の面に凹曲面を有する拡散手段13(a)(以下、単に「拡散手段13(a)」という)は、基板とは逆側の面に凹曲面を有することで、拡散手段13(a)内に入射した光をより多く基板11へ出射させることを目的とする。
拡散手段13(a)の凹曲面の凹部の深さは、拡散手段13(a)の厚さを超えなければ特に限定されないが、拡散手段13(a)内に入射した光をより多く基板11へ出射させることができることから、できる限り深いことが好ましい。
基板とは逆側の面に凹凸構造を有する拡散手段13(b)(以下、単に「拡散手段13(b)」という)は、基板とは逆側の面に凹凸構造を有することで、拡散手段13(b)内に入射した光をより多く基板11へ出射させることを目的とする。
レンズの形状、大きさ、配置、充填率等は、有機EL発光素子12の配向分布や有機EL発光素子が基板と接する面積と拡散手段が基板と接する面積との比等により、適宜設定すればよい。
レンズの形状、大きさ、配置、充填率等は、有機EL発光素子12の配向分布や有機EL発光素子が基板と接する面積と拡散手段が基板と接する面積との比等により、適宜設定すればよい。
マイクロレンズシートとしては、公知のマイクロレンズシート等が挙げられ、具体的には、図6(a)に示すような半球形状のマイクロレンズシート、図6(b)に示すような四角錐形状のマイクロレンズシート等が挙げられる。
レンズの形状、大きさ、配置、充填率等は、有機EL発光素子12の配向分布や有機EL発光素子が基板と接する面積と拡散手段が基板と接する面積との比等により、適宜設定すればよい。
微粒子を含む樹脂からなる拡散手段13(c)(以下、単に「拡散手段13(c)」という)は、拡散手段13(c)内の微粒子により光を拡散させ、拡散手段13(c)内に入射した光をより多く基板11へ出射させることを目的とする。
拡散手段13は、拡散手段13(a)内に入射した光をより多く基板11へ出射させることができることから、基板とは逆側の面に反射層を設けてもよい。反射層としては、例えば、公知の光反射能を有する材料からなる層等が挙げられる。
拡散手段13中の他の成分の含有率は、可視波長域の光を効果的に散乱させることができ、面発光体の輝度に優れることから、30質量%以下が好ましく、20質量%以下がより好ましく、10質量%以下が更に好ましい。
拡散手段13の積層方法としては、例えば、拡散手段13を直接貼り付ける方法、溶剤に溶解・分散させた拡散手段13を塗布して溶剤を乾燥させる方法、拡散手段13の硬化性組成物を塗布して紫外線や熱等により硬化させる方法等が挙げられる。拡散手段13(a)の凹曲面や拡散手段13(b)の凹凸構造等の形状付与は、型等を用いて積層時に形成してもよい。
有機EL発光素子12が基板11と接する面積が下限値以上、拡散手段13が基板11と接する面積が上限値以下であると、有機EL発光素子12の繋ぎ目が少なくなり、面発光体の輝度に優れる。また、有機EL発光素子12が基板11と接する面積が上限値以下、拡散手段13が基板11と接する面積が下限値以上であると、拡散手段13の形成が容易で、面発光体を製造しやすい。
基板11の光出射面側には、面発光体の輝度を向上し、面発光体の輝度をより均一化するため、光取り出し層14を配置することが好ましい。
光取り出し層14としては、公知の有機EL光取り出し部材等が挙げられ、具体的には、プリズムシート、シリンドリカルレンズシート、マイクロレンズシート等の凹凸構造を有するシート;微粒子によるコーティング層等が挙げられる。
レンズの形状、大きさ、配置、充填率等は、有機EL発光素子12の配向分布や有機EL発光素子が基板と接する面積と拡散手段が基板と接する面積との比等により、適宜設定すればよい。
微粒子としては、例えば、前述した微粒子を含む樹脂からなる拡散手段13(c)の微粒子として例示した微粒子等が挙げられる。好ましい微粒子の体積平均粒子径、好ましい微粒子の形状についても、前述した微粒子を含む樹脂からなる拡散手段13(c)の微粒子と同様である。
微粒子によるコーティング層の形成方法は、例えば、分散媒に分散させ微粒子を塗布して分散媒を乾燥させる方法、微粒子を含む硬化性組成物を塗布して紫外線や熱等により硬化させる方法等が挙げられる。
本発明の面発光体10の製造方法は、基板11の光入射面側に複数の有機EL発光素子12が配置され、有機EL発光素子12の間隙に拡散手段13を有していれば、積層する順序等は特に限定されない。
本発明の面発光体10の製造方法としては、例えば、基板11の光入射面側に粘着層15を積層し、前記粘着層15上に複数の有機EL発光素子12を配置し、有機EL発光素子12の間隙に拡散手段13を配置し、必要に応じて、基板11の光出射面側に粘着層15を介して光取り出し層14を積層する方法が挙げられる。
本発明の面発光体は、面発光体全体を均一に発光でき、大面積化が可能であることから、例えば、照明、ディスプレイ、スクリーン等に好適に用いることができ、特に照明が好ましい。
光取り出し層14は、微粒子(屈折率1.42、直径2.0μm)を30質量%含むフィルム(屈折率1.49、厚さ45μm)に凸構造の球欠形状(直径50μm、高さ25μm、六方配列、充填率90%)を設けたものを用いた。尚、光取り出し層14の寸法は、110mm×330mmとした。
粘着層15は、いずれも屈折率1.49で厚さ20μmのものを用いた。尚、粘着層15の寸法は、110mm×330mmとした。
基板11は、屈折率1.49で厚さ2mmのアクリル樹脂板を用いた。尚、基板11の寸法は、110mm×330mmとした。
有機EL発光素子12は、光出射面側から、有機EL発光素子基板21、発光層23、第2電極24の順に積層したものを用いた。尚、有機EL発光素子12の各層は、光学密着させ、有機EL発光素子12の寸法は、100mm×100mmとした。
有機EL発光素子基板21は、屈折率1.51で厚さ0.7mmのガラス板を用いた。
発光層23は、1μmのものを用いた。
第2電極24は、厚さ1mmのものを用い、発光層23と接する面の反射率を90%と設定した。
拡散手段13は、後述する実施例に記載のものを用いた。尚、拡散手段の寸法は、10mm×100mmとし、有機EL発光素子12の間隙に配置した。
拡散手段13として、屈折率1.49で厚さ0.7mmの層に凹構造の四角錘(頂角90度、ピッチ100μm、高さ50μm)を矩形配列で最密充填となるよう配置したものを用い、出射する光の量を計算した。
拡散手段13として、屈折率1.49で厚さ0.7mmの層に凹構造の四角錘(頂角90度、ピッチ100μm、深さ50μm)を矩形配列で最密充填となるよう配置し、更に基板とは逆側の面に反射層を設けたものを用い、出射する光の量を計算した。
拡散手段13として、微粒子(屈折率1.42、直径2.0μm)を5質量%含む屈折率1.49で厚さ0.7mmの層を用い、出射する光の量を計算した。
拡散手段13として、微粒子(屈折率1.42、直径2.0μm)を20質量%含む屈折率1.49で厚さ0.7mmの層を用い、出射する光の量を計算した。
拡散手段13を有さない面発光体の出射する光の量を計算した。
拡散手段13の代わりに、屈折率1.49で厚さ0.7mmの平坦な層を用い、出射する光の量を計算した。
A:基板とは逆側の面に凹凸構造を有する拡散手段
B:微粒子を含む樹脂からなる拡散手段
C:拡散しない平坦な層
また、表1における視認性は、以下の基準を表す。
○:有機EL発光素子の繋ぎ目の発光が改善された
△:有機EL発光素子の繋ぎ目の発光がやや改善された
×:有機EL発光素子の繋ぎ目の発光が改善されなかった
11 基板
12 有機EL発光素子
13 拡散手段
14 光取り出し層
15 粘着層
21 有機EL発光素子基板
22 第1電極
23 発光層
24 第2電極
Claims (5)
- 基板の光入射面側に複数の有機EL発光素子が配置され、有機EL発光素子同士の間隙に拡散手段を有する面発光体であって、
拡散手段が、基板とは逆側の表面に凹曲面を有する拡散手段、または基板とは逆側の表面に凹凸構造を有する拡散手段である面発光体。 - 拡散手段の基板とは逆側の面に、更に反射層を有する、請求項1に記載の面発光体。
- 有機EL発光素子が基板と接する面積と拡散手段が基板と接する面積との比が、50:50〜99:1である、請求項1または2に記載の面発光体。
- 更に、基板の光出射面側に光取り出し層が配置される、請求項1〜3のいずれかに請求項1〜3のいずれかに記載の面発光体。
- 光取り出し層が、マイクロレンズシートである、請求項4に記載の面発光体。
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