JPWO2011046144A1 - 有機エレクトロルミネッセンス光源装置 - Google Patents
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Abstract
Description
したがって、本発明によれば、下記〔1〕〜〔7〕が提供される。
前記反射面が凹凸構造を有し、
前記凹凸構造は、くぼみ、または突起からなる凹凸構造単位を複数有し、
前記構造層Xの屈折率n、前記凹凸構造単位の傾斜角θx1(°)、及び前記反射面における前記凹凸構造の平均傾斜角θx2(°)が、以下の式(1)及び(2):
θx1≦sin−1(1/n) ・・・(1)
{90−sin−1(1/n)}/3≦θx2≦sin−1(1/n) ・・・(2)
を満たす、有機エレクトロルミネッセンス光源装置。
〔2〕 〔1〕に記載の有機エレクトロルミネッセンス光源装置であって、
前記構造層Xの屈折率n、及び前記反射面の前記凹凸構造の平均傾斜角θx2(°)が、以下の式(3):
{90−sin−1(1/n)}/2≦θx2≦sin−1(1/n) ・・・(3)
を満たす、有機エレクトロルミネッセンス光源装置。
〔3〕 〔1〕又は〔2〕に記載の有機エレクトロルミネッセンス光源装置であって、
前記構造層Xの屈折率n、及び前記反射面の前記凹凸構造の平均傾斜角θx2(°)が、以下の式(4):
({90+sin−1(1/n)}/4)−5≦θx2≦({90+sin−1(1/n)}/4)+5 ・・・(4)
を満たす、有機エレクトロルミネッセンス光源装置。
〔4〕 〔1〕〜〔3〕のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセンス光源装置であって、
前記反射面の前記凹凸構造単位が、角錐、または角錐台形状である、有機エレクトロルミネッセンス光源装置。
〔5〕 〔1〕〜〔4〕のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセンス光源装置であって、
前記凹凸構造は、凹凸構造単位として離隔して設けられたくぼみを有し、且つ隣り合う前記くぼみ間には、平坦な隙間部分が設けられている、有機エレクトロルミネッセンス光源装置。
〔6〕 〔1〕〜〔5〕のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセンス光源装置であって、
前記反射層が、第1の金属を含む第1の金属層と、前記第1の金属とは異なる第2の金属を含む第2の金属層との積層体である有機エレクトロルミネッセンス光源装置。
〔7〕 〔1〕〜〔6〕のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセンス光源装置であって、
前記反射層より出光面側に設けられた光拡散層をさらに有する有機エレクトロルミネッセンス光源装置。
図1は、本発明の第1実施形態に係る有機EL光源装置の層構成を概略的に示す立面断面図である。なお、本願においては、別に断らない限り、光源装置はその発光層を水平にして装置の出光面を上に向けて載置した状態において説明する。従って、別に断らない限り、以下の記載において「水平面」は発光層の主面と平行な面であり、光源装置の上側は出光面側となり、下側は出光面と反対側となる。これは単に位置関係の説明の便宜のためである。光源装置の使用に際しての光源装置の設置の状態は、この水平な載置の状態には全く限定されない。
さらに、以下の記載において、界面における光の入射角、出射角、反射角及び臨界角は、いずれも、入射、出射又は反射する光が、界面の垂線となす角度である。また、以下の記載において、凹凸構造の傾斜角は、凹凸構造上の面が水平面となす角度である。また、当該水平面に対する垂線の方向を、単に「Z軸方向」ということがある。
基板101及び封止基板102には、ガラス基板、石英ガラス、およびプラスチック基板などの、有機EL発光素子の基板として通常用いうる基板を採用することができる。基板101を構成する材料は、封止基板102を構成する材料と同一でもよく、異なっていてもよい。基板及び封止基板の厚さは、いずれも0.01〜5mmとすることができる。
本実施形態において、発光素子120は、出光側から、第1の透明電極層111、発光層121、及び第2の透明電極層112をこの順に備えている。
発光層121としては、特に限定されず既知のものを適宜選択することができるが、光源としての用途に適合すべく、一種の層単独又は複数種類の層の組み合わせにより、後述する所定のピーク波長を含む光を発光するものとすることができる。
第1の透明電極層111は、発光層121より出光面に近い位置に位置し、第2の透明電極層112は、反射層に近い位置に位置する。各透明電極層111,112を構成する材料は、特に限定されず有機EL発光素子の電極として用いられる既知の材料を適宜選択することができ、どちらか一方を陽極とし、他方を陰極とすることができる。また、電極間には、発光層に加えてホール注入層、ホール輸送層、電子輸送層、電子注入層及びガスバリア層等の他の層をさらに有することもできる。
封止層131を構成する材料としては、第2の透明電極層112及び封止基板102を接着する機能を有し、且つ装置の使用時において発光素子120を空気中の水分及び酸素等による劣化を防ぎ得る各種の樹脂を用いることができる。封止層131を構成する材料としては、固体に限らず、例えば、フッ化炭化水素、シリコンオイルなどの不活性液体、ネマチック液晶やスメクチック液晶などの液晶材料を用いることができる。
不飽和結合減少率(%)=100×(SB−SA)/SB
として求められる。
本発明の光源装置は、反射層の反射面の形状と、第2の透明電極層と反射面との間に位置し且つ反射面に接して設けられる構造層Xの屈折率とが、所定の関係を有する。即ち、構造層Xの屈折率n、凹凸構造単位の傾斜角θx1、及び前記反射面の前記凹凸構造の平均傾斜角θx2が、以下の式(1)及び(2):
θx1≦sin−1(1/n) ・・・(1)
{90−sin−1(1/n)}/3≦θx2≦sin−1(1/n) ・・・(2)
を満たす。
第1実施形態において、封止基板102と反射層142とを接着する接着層132を構成する材料としては、上記封止層131の材料として例示した樹脂と同様の材料(各種の粘着機能樹脂又は接着機能樹脂等)を用いることができるが、それに限らず、光学部材等の接着に用いる既知の各種の接着剤を用いることができる。具体的には例えば、東亞合成社製アロンアルファ(登録商標)などを用いることができる。接着層が、本発明における構造層Xに相当する場合は、その屈折率は、下に述べる構造層Xの屈折率nとして好ましい範囲であることが好ましい。
本発明の有機EL光源装置は、必須の構成要素である第1の透明電極層、発光層、第2の透明電極層、構造層X、及び反射層に加えて、さらに任意の層を有することができる。例えば、反射層より出光面側に設けられた光拡散層をさらに有することができる。
第1実施形態の有機EL光源装置において、発光層121は、第1の透明電極層111及び第2の透明電極層112に電圧が印加されることにより発光する。生じた光は、発光層121から任意の方向に出射する。
({90+sin−1(1/n)}/4)−5≦θx2≦({90+sin−1(1/n)}/4)+5 ・・・(4)
n=1.5のとき、式(2):16.1≦θx2≦41.8、式(3):24.1≦θx2≦41.8、式(4):28.0≦θx2≦38.0。
n=1.6のとき、式(2)17.1≦θx2≦38.7、式(3):25.7≦θx2≦38.7、式(4):27.2≦θx2≦37.2。
n=1.8のとき、式(2)18.8≦θx2≦33.7、式(3):28.1≦θx2≦33.7、式(4):25.9≦θx2≦35.9。
n=1.9のとき、式(2)19.4≦θx2≦31.8、式(3):29.1≦θx2≦31.8、式(4):25.4≦θx2≦35.4。
図4は、本発明の第2実施形態に係る有機EL光源装置の層構成を概略的に示す立面断面図である。図4において、装置400は、封止基板102より下側に、接着層432を介して設けられ、下側の面に凹凸構造部441を有する透明凹凸層440と、凹凸構造部441の下面に設けられる反射層442とを備える点で、第1実施形態と異なっている。図4に示す第2実施形態においては、透明凹凸層440が反射層の反射面の凹凸構造を規定する部材となる。即ち、透明凹凸層440の凹凸構造部441に沿って反射層442が設けられることにより、反射層442の反射面が本発明の所定の凹凸構造を有する形状となる。
図5は、本発明の第3実施形態に係る有機EL光源装置の層構成を概略的に示す立面断面図である。第3実施形態は、図4に示す第2実施形態のさらなる変形例である。図5において、装置500は、封止基板102の下側の面に、接着層を介さず直接透明樹脂からなる凹凸構造部541と、凹凸構造部541に沿って設けられる反射層542とを備える点で、第2実施形態と異なっている。
図6は、本発明の第4実施形態に係る有機EL光源装置の層構成を概略的に示す立面断面図である。図6に示すように、第4実施形態の光源装置600は、基板601上に、第2の透明電極層612、発光層621及び第1の透明電極層611をこの順に積層して構成される発光素子620と、発光素子620の上に封止層631を介して設けられる封止基板602とを備えている。一方、基板601の下側の面には、第1実施形態と同様に、反射部複合体基板140の上面の凹凸構造部141上に設けられる反射層142が、接着層132を介して設けられている。第4実施形態では、封止基板602の上面602Aが光源装置の出光面となる。また、第1実施形態と同様に、接着層132が構造層Xに相当し、接着層132に接する反射層142の面が反射層の反射面となる。
このように、発光素子をその上に形成する基板である基板601とは反対側の基板である封止基板602の面602Aから出光するように構成した場合でも、第1の透明電極層、発光層、第2の透明電極層、及び所定の反射面を有する反射層をこの順に有するという本発明の要件を満たすことができ、その結果本発明の構成要件を満たし、高い光取り出し効率及びその他の所望の効果を得ることができる。基板601の屈折率は特に限定しないが1.5以上であることが好ましく1.6以上である屈折率の高い基板であることがさらに好ましい。このような屈折率の基板を用いる場合、接着層132(この例における構造層X)の屈折率の下限は、基板と同様に1.5以上であることが好ましく、1.6以上であることがさらに好ましい。一方接着層132の屈折率の上限は、発光素子の屈折率以上である必要はないことから、1.9以下であることが好ましい。
図7は、本発明の第5実施形態に係る有機EL光源装置の層構成を概略的に示す立面断面図である。第5実施形態は、図1に示す第1実施形態の変形例である。図7において、装置700は、第2の透明電極層112の下側に、封止層131、封止基板102及び接着層132を有する代わりに、封止接着層732を有する点で、第1実施形態と異なっている。すなわち、第5実施形態においては、封止接着層732が第2の透明電極層112及び反射層142の両方に直接接している。
第5実施形態においては、封止接着層732が構造層Xに該当する。また、封止接着層732に接する反射層142の面が、反射層の反射面となる。
第5実施形態においては、反射層142が、封止基板102に代わって、空気中の酸素及び水分等が発光素子120(第1の透明電極層111、発光層121及び第2の透明電極層112)へ浸入することを遮断することで、より単純な層構成で劣化を防止することができ、薄型で安価で長寿命な光源装置とすることができる。
反射性能及びバリア性能を確保する観点から、反射層142の厚さは0.1〜10μmであることが好ましい。一般的に有機EL発光素子を金属膜でバリアする場合、10−5g/m2−day以下の水蒸気バリア性が必要とされるが、本発明においては、封止接着層及び反射部複合体基板を適宜選択することにより、容易に製造しうる薄い金属反射膜で、高いバリア性能を得ることができる。また、図示を省略するが、同じくバリア性能を確保する観点から、封止接着層732と透明電極層112の間に、バリア層が形成されていてもよい。このようなバリア層としては、SiO2やSiON、SiN、SiOC、Al2O3などの各種金属酸化物や金属窒化物等が挙げられる、また、同じく図示を省略するが、封止接着層732の代わりに、封止層として用いられるアクリレート、メタクリレート等のエネルギー線硬化型樹脂、アクリル系やオレフィン系等の粘着機能樹脂又は接着機能樹脂、加熱により溶着し冷却により硬化する熱溶融型の接着機能樹脂、フッ化炭化水素、シリコンオイルなどの不活性液体、ネマチック液晶やスメクチック液晶などの液晶材料を用いてもよい。特に流動性の高い材料を用いることで反射層の凹凸構造を封止層で充填することが容易になる。
封止接着層732(この例における構造層X)の屈折率は、基板及び封止基板の屈折率と同等かそれ以上であることが好ましい。基板及び封止基板が一般的なガラスやフィルム等の材料であるとすると、封止接着層732の屈折率nの下限は、1.5以上であることが好ましく、1.6以上であることがさらに好ましい。一方封止接着層732の屈折率nの上限は、発光素子の屈折率以上である必要はないことから、1.9以下であることが好ましい。
図8は、本発明の第6実施形態に係る有機EL光源装置の層構成を概略的に示す立面断面図である。第6実施形態は、図7に示す第5実施形態のさらなる変形例である。図8において、装置800は、第2の透明電極層112の下側に、封止接着層832を介して設けられるとともに、その下側の面に凹凸構造部841が形成された透明凹凸層840と、透明凹凸層840の下側の面に形成された凹凸構造部841の下面に設けられる反射層842とを備える点で、第5実施形態と異なっている。第6実施形態においては、透明凹凸層840が構造層Xに該当する。また、透明凹凸層840の凹凸構造部841に接する反射層842の面が、反射層の反射面となる。
第6実施形態においては、透明凹凸層840の凹凸構造部の凹凸構造に沿って反射層842が設けられることにより、反射層842が本発明の所定の凹凸構造を有するものとすることができ、且つ第5実施形態と同様に反射層が、空気中の酸素及び水分等が発光素子へ浸入することを遮断することができる。よって、このような構成によって、光取り出し効率を高めることができ、且つ薄型で安価で長寿命な光源装置とすることができる。
図9は、本発明の第7実施形態に係る有機EL光源装置の層構成を概略的に示す立面断面図である。第7実施形態は、図8に示す第6実施形態のさらなる変形例である。図9において、装置900は、反射層842のさらに下側に、封止層933を介して、封止用金属層943及びその基板944を有する点で、第6実施形態と異なっている。第7実施形態においては、透明凹凸層840が構造層Xに該当する。また、透明凹凸層840の凹凸構造部841に接する反射層842の面が、反射層の反射面となる。封止層933、封止用金属層943及びその基板944は、光の透過や反射には関与しない。
反射層842を構成する材料及び金属層943を構成する材料は、同一であっても異なっていてもよく、またその膜厚も、同一であっても異なっていてもよい。第7実施形態においては、反射層842に加えてさらに別の金属層943を有することにより、反射層842として反射性能が高いが封止性能の低い層を用いた場合でも、金属層943として反射性能に関わらず封止性能の高い層を採用することで、第6実施形態以上に良好に、反射性能を高めることができ且つ空気中の酸素及び水分等が発光素子へ浸入することを遮断することができる。よって、このような構成によって、光取り出し効率を高めることができ、且つ薄型で安価で長寿命な光源装置とすることができる。
上に説明した実施形態においては、反射層が有する凹凸構造として、図2に示すような四角錐の凹凸構造単位が2方向に連続した周期的構造を例示したが、本発明における凹凸構造はこれらに限られず、構造層Xの屈折率、凹凸構造単位の傾斜角θx1及び凹凸構造の平均傾斜角の関係が上記範囲内である限りにおいて、種々の形状をとることができる。
本発明の有機EL光源装置の用途は、特に限定されないが、高い光取り出し効率等の利点を生かし、液晶表示装置のバックライト、照明装置などの光源とすることができる。
ポリイソプレン300重量部を、トルエン700重量部に完全に溶解した後、p−トルエンスルホン酸2.4重量部を投入し、環化反応を行い重合体環化物の溶液を得た。
得られた溶液中の重合体環化物100重量部に対して無水マレイン酸2.5重量部を添加し付加反応を行なった。
溶液中のトルエンの一部を留去し、酸化防止剤を添加した後、さらに真空乾燥を行って、トルエンおよび未反応の無水マレイン酸を除去して、変性共役ジエン重合体環化物系接着剤を得た。
図1に示す第1実施形態の構成を有する有機EL光源装置を製造した。
(1−1:発光素子の調製)
厚さ0.7mmのガラス製の基板101の一方の面上に、第1の透明電極層111、有機発光層121及び第2の透明電極112を含む有機EL発光素子を設けた。
厚さ0.7mmのガラス製の封止基板102の一方の面上に、製造例1で得た封止層用接着剤を塗布し、これを(1−1)で得た発光素子の第2の透明電極層側の面に貼付し、素子の周辺部に電極層への通電手段を設け周辺封止部材で封止して(図1において不図示)、厚さ15μmの封止層131を形成し、これにより基板101、第1の透明電極層111、有機発光層121、第2の透明電極層112、封止層131及び封止基板102を有する積層体を得た。
脂環式構造を有する樹脂(日本ゼオン(株)製、商品名「ゼオノアフィルム」、)からなる基材フィルムの一方の面に、紫外線硬化型樹脂(アクリレート系樹脂、屈折率n=1.53)を塗布し、塗膜を形成した。当該塗膜上に、所定の形状の金属型を圧接し、基材フィルム側から紫外線を1000mJ/cm2の積算光量で照射して、塗膜を硬化させ、基材フィルム上に凹凸構造部を形成した。次いで、凹凸構造部から金型を剥がして、基材フィルム及び凹凸構造部からなる反射部複合体基板140を得た。
(1−3)で得られた反射部複合体基板140の条列が形成された面上に、銀を200nm蒸着することにより、金属反射層を形成し、反射部複合体基板140及び凹凸構造を有する反射層142からなる反射部複合体144を得た。
(1−4)で得られた反射部複合体144の反射層142側の面に、製造例1で得た封止用接着剤を塗布し、これを、(1−2)で得た積層体の封止基板102側に貼付し、厚さ18μm(反射面凹凸構造の最も高い部分から封止基板102までの距離)の接着層132を形成し、これにより基板101、第1の透明電極層111、有機発光層121、第2の透明電極層112、封止層131、封止基板102、接着層132、反射層142及び複合体基板140を有する有機EL光源装置を得た。封止層131及び接着層132の屈折率はいずれも1.5であった。
得られた有機EL光源装置に定電流を通電して発光させ、光度をELDIM社製EZ−contrastを用いて測定し、全光量を求めた。
工程(1−3)において金型を変更した他は、実施例1と同様にして、有機EL光源装置を製造した。得られた有機EL光源装置において、反射部複合体基板140の凹凸構造部の表面の凹凸構造は、図2に模式的に示す複数の正四角錐形状の凹部14Zからなるものであった。凹部14Zを構成する斜面14A〜14Dが基材フィルムの面となす角度は60°であった。凹部14Zの底辺14Eの長さは20μmであり、凹部14Zは凹凸構造部表面の直交する2方向に20μmピッチで配列した構造であった。反射部複合体基板140全体の厚さは200μmであった。
図1に示す有機EL光源装置において、発光層121及び第1及び第2の透明電極層(ITO)の屈折率1.8、封止層131及び接着層132の屈折率1.53、基板101及び封止基板102の屈折率1.53、反射層142の反射面の反射率100%、及び発光素子120の光学密度を正面方向から透過する光の発光素子120による吸収率が10%となるように設定し、反射面の凹凸構造単位の形状を図2に示す四角錘形状とし、さらに発光素子120から基板101及び封止層131へ出射する光の配向特性(初期配向特性)を下記の通りとした場合について、四角錐の斜面の平均傾斜角(°)と、出光面100Aからの光取り出し効率(%)との関係を、プログラム(プログラム名:Light Tools、Optical Research Associates社製)によりシミュレーションして検討した。検討結果を図18に示す。
反射層に金属層を採用した場合の、反射面の反射率を計算した。計算にあたっては、アルミニウムの屈折率を1.29、複素屈折率を7.23に設定し、銀の屈折率を0.13、複素屈折率を3.34として計算した。(i)反射層として銀を用いた場合、(ii)反射層としてアルミニウムを用いた場合、及び(iii)反射層としてアルミニウム及び銀を用い、銀が反射面となるよう層を構成した場合の3種類について検討した。(i)及び(ii)のそれぞれにおいて反射層の膜厚を種々変更し、(iii)においてアルミニウムの膜厚を100nmとし銀の膜厚を種々変更した場合における、膜厚と反射率との関係の検討結果を図19に示す。
参考例1の検討結果に基づき、実際に(i)銀100nmの反射層、(ii)アルミニウム100nmの反射層及び(iii)アルミニウム100nmと銀20nmとの組み合わせで、銀が反射面となる反射層をそれぞれ作成し、反射率を測定した。その結果、(i)は98.8%、(ii)は88.3%、(iii)は94.2%であった。
101、601 基板
102、602 封止基板
111、611 第1の透明電極層
112、612 第2の透明電極層
120、620 発光素子
121、621 発光層
131、631、933 封止層
132、432 接着層
140、24X、34X、44X、54X、64X、74X 反射部複合体基板
141、441、541、841 凹凸構造部
142、442、542、842 反射層
144 反射部複合体
14A〜14D、24A〜24D、34B、34D、34F、34H、44B、54B、54D 斜面
14E、24E 底辺
14T、24T、34T 頂点
14Z、24Z、34Z、44Z、54Z 凹凸構造単位
440、840 透明凹凸層
54T 平面
64J、64K、74J 隙間
732、832 封止接着層
943 封止金属層
944 基板
Claims (7)
- 出光面側から順に、第1の透明電極層、発光層、第2の透明電極層、及び反射面を有する反射層をこの順に有し、さらに、前記第2の透明電極層と前記反射面との間に位置し且つ前記反射面に接して設けられる構造層Xを有する有機エレクトロルミネッセンス光源装置であって、
前記反射面が凹凸構造を有し、
前記凹凸構造は、くぼみ、または突起からなる凹凸構造単位を複数有し、
前記構造層Xの屈折率n、前記凹凸構造単位の傾斜角θx1(°)、及び前記反射面における前記凹凸構造の平均傾斜角θx2(°)が、以下の式(1)及び(2):
θx1≦sin−1(1/n) ・・・(1)
{90−sin−1(1/n)}/3≦θx2≦sin−1(1/n) ・・・(2)
を満たす、有機エレクトロルミネッセンス光源装置。 - 請求項1に記載の有機エレクトロルミネッセンス光源装置であって、
前記構造層Xの屈折率n、及び前記反射面の前記凹凸構造の平均傾斜角θx2(°)が、以下の式(3):
{90−sin−1(1/n)}/2≦θx2≦sin−1(1/n) ・・・(3)
を満たす、有機エレクトロルミネッセンス光源装置。 - 請求項1に記載の有機エレクトロルミネッセンス光源装置であって、
前記構造層Xの屈折率n、及び前記反射面の前記凹凸構造の平均傾斜角θx2(°)が、以下の式(4):
({90+sin−1(1/n)}/4)−5≦θx2≦({90+sin−1(1/n)}/4)+5 ・・・(4)
を満たす、有機エレクトロルミネッセンス光源装置。 - 請求項1に記載の有機エレクトロルミネッセンス光源装置であって、
前記反射面の前記凹凸構造単位が、角錐、または角錐台形状である、有機エレクトロルミネッセンス光源装置。 - 請求項1に記載の有機エレクトロルミネッセンス光源装置であって、
前記凹凸構造は、凹凸構造単位として離隔して設けられたくぼみを有し、且つ隣り合う前記くぼみ間には、平坦な隙間部分が設けられている、有機エレクトロルミネッセンス光源装置。 - 請求項1に記載の有機エレクトロルミネッセンス光源装置であって、
前記反射層が、第1の金属を含む第1の金属層と、前記第1の金属とは異なる第2の金属を含む第2の金属層との積層体である有機エレクトロルミネッセンス光源装置。 - 請求項1に記載の有機エレクトロルミネッセンス光源装置であって、
前記反射層より出光面側に設けられた光拡散層をさらに有する有機エレクトロルミネッセンス光源装置。
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