JP6511718B2 - El素子用前面板及び照明装置 - Google Patents
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Description
さらに光取出し効率を向上させるには、素子内部にも光取出し構造を設ける必要ある。
照明装置の光取出し効率を検討したものとして、例えば特許文献1及び2が知られている。
本発明のEL素子用前面板は、透光性基板と、前記透光性基板の一方の面に平坦に積層された高屈折率層と、前記高屈折率層に対して、前記透光性基板とは反対側に積層された透明陽極部と、導電性及び光反射性を有し、前記透明陽極部に対して、前記高屈折率層とは反対側に位置する反対面の一部に、前記反対面から突出するように積層された電気伝導光反射層と、を備えることを特徴としている。
また、上記のEL素子用前面板において、前記透光性基板の前記高屈折率層とは反対側の面に微細凹凸形状を設けたことがより好ましい。
また、上記のEL素子用前面板において、前記高屈折率層の屈折率は1.7以上であることがより好ましい。
また、本発明の照明装置は、上記に記載のEL素子用前面板と、前記透明陽極部の前記反対面であって前記電気伝導光反射層が積層されていない部分、及び前記電気伝導光反射層の前記透明陽極部とは反対側に積層された発光素子部と、前記発光素子部の前記電気伝導光反射層とは反対側に積層された陰極部と、を備えることを特徴としている。
また、上記の照明装置において、前記透明陽極部に積層された前記電気伝導光反射層を覆うように電気絶縁層を備えることがより好ましい。
図1に示すように、本実施形態の照明装置1は、透光性基板11と、透光性基板11の一方の面11aに積層された高屈折率層12と、高屈折率層12の透光性基板11とは反対側に積層された透明陽極部13と、透明陽極部13の高屈折率層12とは反対側の反対面13aの一部に積層された電気伝導光反射層14と、透明陽極部13の反対面13aであって電気伝導光反射層14が積層されていない部分に積層された発光素子部15と、発光素子部15の電気伝導光反射層14とは反対側に積層された陰極部16とを備えている。
なお、透光性基板11、高屈折率層12、透明陽極部13及び電気伝導光反射層14で、本発明のEL素子用前面板1Aを構成する。
高屈折率層12の厚さは、0.5μm(マイクロメートル)〜100μmの範囲であることが好ましい。高屈折率層12の中に後述する光散乱性を有する微粒子を入れた場合に、この微粒子の粒径を高屈折率層12の厚さよりも小さくする必要がある。高屈折率層12の厚さが0.5μmよりも薄いと、微粒子の粒径が小さすぎて光の散乱性が弱まり、散乱材として機能しないため、好ましくない。
また、高屈折率層12の厚さが100μmを超える場合には、高屈折率層12の材料に含まれる水分量が大きすぎて発光素子部15にダメージを与えたり、後述する光散乱性を有する微粒子を入れた場合の表面粗さが大きくなりリークの原因となる。さらに、高屈折率層12が散乱層として厚すぎるため、光の透過性が弱くなり好ましくない。
高屈折率層12は、発光素子部15と同等の屈折率かあるいはそれ以上の屈折率とすることが好ましい。高屈折率層12の屈折率は、1.7以上であることが望ましい。
高屈折率層12は、透光性基板11の一方の面11aに全面にわたり積層されている。
電気伝導光反射層14は、Al(アルミニウム)やAg(銀)等で形成され、電気を効率良く伝導させる導電性、及び光を反射させる光反射性を有する層である。電気伝導光反射層14は、透明陽極部13に蒸着でつけることもでき、その場合、厚さが数10nm(ナノメートル)以上あれば光を反射させることが可能となる。電気伝導光反射層14は、側面視で(透光性基板11の厚さ方向Dに直交する方向に見たときに)矩形状に形成されている。
図2に示すように、各開口部R2は矩形状に形成され、複数の開口部R2は格子状に配列されている。電気伝導光反射層14の各開口部R2をこのように構成することで、開口部R2の1つ1つを目立たなくし、複数の開口部R2全体で面発光しているのと同等に見せることができる。
この例では、電気絶縁層17は、電気伝導光反射層14の透明陽極部13とは反対側の面、及び、透明陽極部13の反対面13aに沿って隣り合う電気伝導光反射層14の対向する側面14aにそれぞれ積層され、電気伝導光反射層14を覆っている。
電気絶縁層17が積層されている場合には、電気絶縁層17を障壁としてインクジェット印刷法により発光素子部15を形成することで、発光素子部15を形成する材料の無駄を抑えて照明装置1を製造することができる。
発光素子部15には、電極から注入された電荷を移動させ、正孔と電子が再結合する材料を用いることが好ましい。具体的には、トリス(8−キノリノラト)アルミニウム錯体(Alq3)や、ビス(ベンゾキノリノラト)ベリリウム錯体(BeBq)、トリ(ジベンゾイルメチル)フェナントロリンユーロピウム錯体(Eu(DBM)3(Phen))、ジトルイルビニルビフェニル(DTVBi)等を用いることができる。発光素子部15の厚さは構成によって異なるが、数100nm以下であることが好ましい。
発光素子部15は、透明陽極部13及び電気絶縁層17に対して高屈折率層12とは反対側に全面にわたり積層されている。発光素子部15の一部は、透明陽極部13に直接接触している。
陰極部16は、発光素子部15の電気絶縁層17とは反対側に全面にわたり積層されている。
透光性基板11、高屈折率層12、透明陽極部13、電気伝導光反射層14等は、従来の有機EL素子と同様に公知のロールtoロール方式にて製造することができる。
しかし、本照明装置1では、反射された光L2は電気伝導光反射層14の透明陽極部13側の表面14bに当たって反射されて光L3となる。反射されることにより、光L3の向きが光L1の向きに対して変化して、元々全反射しロスするはずであった光L2を透光性基板11より外部へ取出すことが可能となる。
光L1の向きに対して光L3の向きを変えるために、電気伝導光反射層14の表面14bは、平坦ではなくある程度粗いことが好ましい。表面14bの算術平均粗さ(Ra)は、例えば100μm以上500μm以下であることが好ましい。
電気伝導光反射層14は透明陽極部13の反対面13aに沿って配置されているため、電気伝導光反射層14自体は光っていないにもかかわらず、照明装置1を透光性基板11側から見た際に、あたかも電気伝導光反射層14が光っているように見せることができる。
照明装置1は、もともと電気伝導光反射層14によって、透光性基板11と空気Aとの界面での全反射が少ない構造となっている。しかし、全反射して素子側(発光素子部15側)へ戻る光についても、照明装置1の陰極部16側で反射させるのではなく、電気伝導光反射層14にてなるべく反射させる構造となっているため、全反射によって戻った光が発光素子部15を通過して吸収される確率が低い。
また、透明陽極部13の低抵抗化のために、200℃程度もしくはそれ以上でのアニールによって、透明陽極部13を結晶化して抵抗を下げる方法が一般的に用いられる。その場合、加熱対象の基板がその温度に耐えられる必要があり、基板の材料に有機材料が用いられている場合には、高温のため材料が劣化する可能性がある。
これに対して、本照明装置1の構成では、光の反射材料として使用している電気伝導光反射層14が透明陽極部13の低抵抗化にも寄与しているため、透明陽極部13を高温でアニールする必要はなくなる。よって、透明陽極部13には、ITO等の一般的な材料や、PEdot等の導電性高分子のような比較的高抵抗の材料も使用可能となる。
透明陽極部13の低抵抗化のために、例えば特開2003−316291号公報に記載されているように補助配線を設ける方法もある。しかしながら、一般的な構成だと、補助配線を設けた箇所は発光しないため、照明装置の発光面内に発光部と非発光部ができることとなり、製品のデザインを損ねる原因となる。
高屈折率層12の屈折率が1.7以上であることで、光取出し効率を高めることができる。
高屈折率層12を発光素子部15側へ向けている、すなわち、高屈折率層12を透光性基板11よりも発光素子部15側に設けている。これにより、透光性基板11の表面(高屈折率層12とは反対側の面)を平坦にすることができ、この表面の清掃を簡単に行うことができるとともに、照明装置1のデザイン性を向上させることができる。
開口率を小さくした場合、電気伝導光反射層14の割合が必然的に増えることになるが、これにより、発光素子部15で発生した熱を伝達し、照明装置1全体としての温度上昇を緩和する効果がある。これにより、発光素子部15の寿命を高める(長くする)ことが可能となる。
また、この構造では透明陽極部13をパターニングすること無く製膜でき、かつ、透明陽極部13に凹凸部が無くフラットであるため、有機EL素子にとって必要な透明陽極部13の表面研磨が可能となるメリットがある。
この場合の、高屈折率層12への微粒子の添加量は40w%以下であることが好ましい。添加量が40w%を超えると、微粒子が凝集し、好ましくない。
高屈折率層12に微粒子を入れない場合には、前述のように電気伝導光反射層14と透明陽極部13との界面、すなわち前述の電気伝導光反射層14の表面14bに凹凸を形成することにより散乱効果を持たせる方法がある。
高屈折率層12が微粒子を含むことで、高屈折率層12内で光が散乱して光が均一化する。これにより、面光源としての光ムラを低減させ、かつ光の角度分布を均一化することができる。
透光性基板11に微細凹凸形状を設けることで、光の射出角度及び光取出し効率のコントロールをすることができる。
透光性基板11が微粒子を含むことで、光の配光特性を制御することができる。
各開口部R2の形状、及び複数の開口部R2の配置は、以下のように変形させてもよい。例えば、図6に示す例では、各開口部R2は矩形状に形成され、複数の開口部R2はハニカム状(千鳥状)に配置されている。電気伝導光反射層14の各開口部R2をこのように構成することで、隣合う開口部R2同士の間隔を等間隔にできるため、光取出し効率を向上させることができる。
また、図7に示す例では、各開口部R2は円形状に形成され、複数の開口部R2はハニカム状に配置されている。電気伝導光反射層14の各開口部R2をこのように構成することで、隣合う開口部R2同士の間隔をより等間隔にできるため、光取出し効率をさらに向上させることができる。
例えば、照明装置1が電気絶縁層17を備えるとしたが、照明装置1に電気絶縁層17は備えられなくてもよい。このように構成されていても、透明陽極部13と陰極部16との間に電圧を印可することで発光素子部15で発光することができるからである。
透明陰極部26は、前記実施形態の透明陽極部13と同様に、高屈折率層12の透光性基板11とは反対側に積層されている。透明陰極部26は透明陽極部13と同じ透明な材料で形成することができる。
この例では、発光素子部15は、電気伝導光反射層14の透明陰極部26とは反対側に積層されている。
陽極部27は、発光素子部15の電気伝導光反射層14とは反対側に積層されている。陽極部27は陰極部16と同じ材料で形成することができる。
このように構成された照明装置3によっても、前記実施形態の照明装置1と同様の効果を奏することができる。
以下では、本発明の実施例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
照明装置の発光層のピッチ(図1における、発光素子部15の隣り合う発光部15a間のピッチ。図1では発光部15aは1つのみ示している)を200μm、高屈折率層の厚さを10μmとした。透明陽極部にはITOを使用し、公知のスパッタリングを用いて150nmの厚さに製膜した。高屈折率層は、厚さ188μmのPETフィルム上に作製し、透湿性対策のためにPETフィルムの高屈折率層とは反対側をガラス面へ透明粘着フィルムにて貼り合せた。
電気伝導光反射層としてアルミニウムを使用し、高屈折率層に蒸着した。
素子構造は、透明陽極部であるITO上に、α−npdを70nm、Alq3を60nm、陰極部であるAlを100nm形成した。単純にガラス上に作製したリファレンス(比較例)と比較し、約1.5倍の効率向上を確認した。
透明陽極部であるITO上にα−npdを70nm、Alq3を60nm、陰極部であるAlを100nm形成した。透光性基板の屈折率を1.5〜2.0まで振った際の透光性基板内に入ってくる光の光束をシミュレーションし、グラフにしたものを図11示す。
グラフは、透光性基板の屈折率が1.5の時を基準とし、透光性基板の屈折率を変えた際の光束の増加率を示している。屈折率が1.7になった際、屈折率が1.6の場合と比較して光束が極端に上昇していることがわかる。このことから、透光性基板内から取出される光束の量は、透光性基板の屈折率が1.7以上が良いことがわかる。
1A EL素子用前面板
11 透光性基板
11a 一方の面
12 高屈折率層
13 透明陽極部
13a 反対面
14 電気伝導光反射層
15 発光素子部
16 陰極部
17 電気絶縁層
26 透明陰極部
27 陽極部
Claims (7)
- 透光性基板と、
前記透光性基板の一方の面に積層された高屈折率層と、
前記高屈折率層に対して、前記透光性基板とは反対側に平坦に積層された透明陽極部と、
導電性及び光反射性を有し、前記透明陽極部に対して、前記高屈折率層とは反対側に位置する反対面の一部に、前記反対面から突出するように積層された電気伝導光反射層と、
を備えることを特徴とするEL素子用前面板。 - 前記高屈折率層に、光散乱性を有する微粒子が含まれることを特徴とする請求項1に記載のEL素子用前面板。
- 前記透光性基板の前記高屈折率層とは反対側の面に微細凹凸形状を設けたことを特徴とする請求項1に記載のEL素子用前面板。
- 前記高屈折率層の屈折率は1.7以上であることを特徴とする請求項1に記載のEL素子用前面板。
- 前記透光性基板に、光散乱性を有する微粒子が含まれることを特徴とする請求項1に記載のEL素子用前面板。
- 請求項1に記載のEL素子用前面板と、
前記透明陽極部の前記反対面であって前記電気伝導光反射層が積層されていない部分、及び前記電気伝導光反射層の前記透明陽極部とは反対側に積層された発光素子部と、
前記発光素子部の前記電気伝導光反射層とは反対側に積層された陰極部と、
を備えることを特徴とする照明装置。 - 前記透明陽極部に積層された前記電気伝導光反射層を覆うように電気絶縁層を備えることを特徴とする請求項6に記載の照明装置。
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