WO2018008266A1 - 電界発光素子 - Google Patents
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- H10K50/11—OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED] characterised by the electroluminescent [EL] layers
Definitions
- the present invention relates to an electroluminescent element.
- electroluminescent elements such as light emitting diodes and organic EL (Organic Electroluminescence: OLED) have attracted attention.
- the electroluminescent element is composed of a light emitting layer sandwiched between a planar cathode and an anode.
- the anode is often a transparent electrode and the cathode is a metal reflective electrode. When one of them is composed of a metal electrode, light is extracted from the transparent anode side and used as a single-sided light emitting device.
- an electroluminescent element uses transparent electrodes on both sides of a cathode and an anode. In the case of the conventional electroluminescent element, it can be used as a transparent surface emitting light source.
- a transparent surface-emitting light source is rich in design and suitable for producing a space.
- JP 2008-130449 A International Publication No. 2013/187119
- Patent Document 2 is a transparent light emitting element that emits light on the entire surface, but there is a concern that the center portion is dark because there is no grid.
- the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an electroluminescent device capable of realizing uniform surface light emission without causing grid electrodes to appear bright and stand out.
- the first transparent electrode, the second transparent electrode, the light emitting layer sandwiched between the first transparent electrode and the second transparent electrode, and the first transparent electrode are provided.
- a grid electrode is provided.
- the luminance of the region where the grid electrode is provided is greater.
- electroluminescent device it is possible to provide an electroluminescent device capable of realizing uniform surface light emission without making the grid look bright and conspicuous.
- FIG. 3 is a first cross-sectional view showing the structure of the electroluminescent element in the first embodiment.
- FIG. 3 is a second cross-sectional view showing the structure of the electroluminescent element in the first embodiment.
- FIG. 4 is a third cross-sectional view showing the structure of the electroluminescent element in the first embodiment. It is a schematic diagram explaining the angle dependence of the brightness
- FIG. 6 is a cross-sectional view showing a structure of an electroluminescent element according to a third embodiment.
- FIG. 6 is a cross-sectional view showing a structure of an electroluminescent element according to a fifth embodiment. It is a figure which shows the structure of the transparent part of the electroluminescent element of Embodiment 5.
- FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration of a grid portion of an electroluminescent element according to a fifth embodiment. It is a figure which shows the result of having calculated the light distribution of the transparent part of the electroluminescent element of Embodiment 5.
- FIG. It is a figure which shows the result of having calculated the light distribution of the grid part of the electroluminescent element of Embodiment 5.
- FIG. 10 is a cross-sectional view showing a structure of an electroluminescent element according to a sixth embodiment. It is sectional drawing which shows the other structure of the electroluminescent element of Embodiment 6. FIG. It is sectional drawing which shows an example of an optical buffer layer.
- FIG. 1 shows a minimum configuration for realizing a transparent electroluminescent element as a related technique.
- the light emitting layer 10 is present between the first transparent electrode 11 and the second transparent electrode 12. Electrons are accelerated and injected by applying a voltage between the first transparent electrode 11 and the second transparent electrode 12, and the kinetic energy of the electrons is converted into photons in the light emitting layer 10, whereby the first transparent electrode 11. In addition, light can be extracted from both sides of the second transparent electrode 12.
- first transparent electrode 11 and the second transparent electrode 12 are used for the first transparent electrode 11 and the second transparent electrode 12 in order to facilitate electron injection.
- a thin film metal electrode Al, Au, Cu, etc.
- a transparent oxide semiconductor electrode ITO, IZO
- Etc. a transparent oxide semiconductor electrode
- a thin film metal electrode is excellent in electron transport properties, but has a low optical transmittance. Therefore, when used as a transparent electrode, a thin film metal electrode having a thickness of several nm to several tens of nm is suitable for increasing the transmittance.
- a transparent electrode using a transparent oxide semiconductor has a feature that the surface resistance value per thickness is larger and the transmittance is higher than that of a thin film metal electrode.
- a transparent oxide semiconductor is used as a transparent electrode, a film having a thickness of 100 nm to 200 nm is suitable for reducing the sheet resistance value.
- a thickness of 1/8 to 1 times the wavelength of the transparent electrode (the value obtained by dividing the wavelength in vacuum by the refractive index) is suitable.
- a transparent element having a refractive index of 2 is used for a red element that emits light at a wavelength of 620 nm
- Thickness is desirable, and with such a film thickness, the interference effect of light at the emission wavelength can be effectively adjusted with the minimum necessary film thickness, and the angular distribution and spectrum of light intensity can be adjusted with the film thickness of the transparent electrode.
- the electron injection performance is lowered, the drive voltage is increased, and the light emission efficiency is lowered, which is not desirable. It is desirable to use different materials for the first transparent electrode 11 and the second transparent electrode 12, respectively, to improve the electron injection property on one side and the hole injection property on one side.
- the interface between the light emitting layer 10 and the first transparent electrode 11 and the interface between the light emitting layer 10 and the second transparent electrode 12 are used.
- the reflectance of the light differs between the first transparent electrode 11 side and the second transparent electrode 12 side. For example, consider a case where the reflectance on the first transparent electrode 11 side is high and the reflectance on the second transparent electrode 12 side is low. As a result of the multiple reflection, less light is extracted to the first transparent electrode 11 side and more light is extracted to the outside of the second transparent electrode 12.
- FIG. 25 and FIG. 26, which will be described later, is considered to be applied to a showcase (a plate that is transparent when illuminated and has a uniform light emission across the entire surface and a transparent plate when extinguished), and the light extracted outside the first transparent electrode 11
- the intensity of the light extracted outside the second transparent electrode 12 is preferably biased to one side.
- Electroluminescent element 100 2A, 2B, and 2C show cross-sectional structures of the electroluminescent element 100 according to the first embodiment.
- the electroluminescent element 100 includes a first transparent electrode 11, a second transparent electrode 12, and a light emitting layer 10 sandwiched between the first transparent electrode 11 and the second transparent electrode 12.
- the first transparent electrode 11 is provided with a striped grid electrode 14.
- FIG. 2A As a more specific arrangement of the grid electrode 14, as shown in FIG. 2A, a configuration provided on the surface of the first transparent electrode 11 opposite to the light emitting layer 10, a first transparent electrode as shown in FIG. 2B. 11 and a configuration provided on the surface on the light emitting layer 10 side as shown in FIG. 2C.
- a first transparent member 15 is provided on the surface opposite to the first transparent electrode 11 with the grid electrode 14 in between.
- a second transparent member 16 is provided on the surface opposite to the light emitting layer 10 across the second transparent electrode 12.
- the first transparent electrode 11 can be provided on the grid electrode 14, and this embodiment is carried out. At this time, the optical interference on the grid electrode 14 is adjusted by the first transparent electrode 11 so that the light distribution on the grid electrode 14 (the angle dependency of the brightness of light emitted from the transparent member to the observer side) can be easily adjusted.
- the grid electrode 14 is provided inside the first transparent electrode 11, there is an advantage that the light distribution on the grid electrode 14 can be easily adjusted depending on the position of the grid electrode 14.
- the grid electrode when the grid electrode is provided on the surface of the first transparent electrode 11 on the light emitting layer 10 side, the grid electrode can be changed without changing the interference condition on the grid electrode 14 by changing the film thickness of the first transparent electrode 11. 14 has an advantage that the light distribution in the inner portion can be adjusted.
- the electroluminescent element 100 is specified to be 30 degrees or more when Dg ( ⁇ ) is a luminance distribution characteristic observed in the air of light emitted from the light emitting layer 10 on the grid electrode 14 to the second transparent member 16 side. It is characterized in that Dg ( ⁇ t)> Dg (0) cos ( ⁇ t) at this angle ⁇ t.
- Dg ( ⁇ t) a luminance distribution characteristic observed in the air of light emitted from the light emitting layer 10 on the grid electrode 14 to the second transparent member 16 side. It is characterized in that Dg ( ⁇ t)> Dg (0) cos ( ⁇ t) at this angle ⁇ t.
- FIG. 3 and 4 are schematic diagrams for representing the difference between the two.
- the “angle dependency of the luminance of light emitted from the transparent member to the observer” is shown in FIG. 3 in which the surface emitting panel is arranged in a space having a refractive index of 1 (for example, air), and the luminance is relative to the surface normal.
- Dependency is measured using a detector.
- the luminance measurement is calculated according to the definition of CIE, assuming that the wavelength dependence of the optical power is multiplied by the visual sensitivity.
- the angle dependence of the light intensity in the transparent member of the light generated in the light emitting part with respect to the normal of the light emitting part surface means what angle the light generated in the light emitting member of the surface emitting panel is inside the transparent member. It is the quantity which measured whether it is distributed.
- a hemispherical lens that is sufficiently larger than the area of the light emitting portion (for example, 10 times) and has the same refractive index as the transparent member is prepared, and the refractive index is between the transparent member and the hemispherical lens.
- the matching oil to be matched is filled, and the angle dependency of the light intensity with respect to the light emitting surface normal is measured using a detector.
- FIG. 7 of JP 2011-228262 A A similar measurement method is disclosed in FIG. 7 of JP 2011-228262 A.
- the above angle range can be defined from the angle range that can be felt by human vision.
- illumination signals, signal lights, car tail lamps, etc.
- light distribution means “angle dependency of the brightness of light emitted from the transparent member to the observer side”
- light distribution in the transparent member means “light generated in the light emitting layer”. The angle dependency of the light intensity in the transparent member with respect to the normal part of the light emitting surface is expressed.
- the grid electrode 14 is made of a metal having a low electrical resistance and a high reflectivity. 2A to 2C, when the location where the grid electrode 14 is present is compared with the location where the grid electrode 14 is not present, the light distribution on the grid electrode 14 is also on the second transparent member 16 in the case of a structure that does not employ this configuration.
- the light distribution also has a Lambertian (cos ⁇ ) angle dependency. For this reason, when comparing the front luminance, if a portion without the grid electrode is set to “1”, a portion with the grid electrode 14 may have a luminance of “2”. For this reason, when viewed from the front, the grid electrode 14 appears as a bright bright line.
- the light distribution shape on the grid electrode 14 is configured such that the intensity is maximized at a specific angle ⁇ t that is 30 degrees or more oblique.
- ⁇ t that is 30 degrees or more oblique.
- the width of the bright line of the grid electrode 14 is small, so that it is difficult for human eyes to see.
- the human eye cannot visually recognize a line interval of 100 ⁇ m or less, it is preferable that the following equation (2) is satisfied when a specific angle ⁇ t and a grid interval are ⁇ g.
- Embodiment 2 The electroluminescent element in Embodiment 2 is demonstrated.
- the configuration of the electroluminescent element is the same as the cross-sectional structure shown in FIGS. 2A to 2C.
- the first reflectance is such that the reflectance at the interface between the light emitting layer 10 and the first transparent electrode 11 is higher than the reflectance at the interface between the light emitting layer 10 and the second transparent electrode 12.
- the refractive indexes of the transparent electrode 11 and the second transparent electrode 12 are selected, and the refractive index of the first transparent member 15 is provided to be lower than the refractive index of the second transparent member 16.
- the distance between the first transparent member 15 and the light emitting layer 10 is equal to or smaller than the light emission wavelength in the light emitting layer 10
- the distance between the second transparent member 16 and the light emitting layer 10 is equal to or smaller than the light emission wavelength in the light emitting layer 10.
- the first transparent member 15 and the second transparent member 16 have a thickness equal to or greater than the wavelength of light in each transparent member. The distance to the light emitting layer 10 is measured with reference to the light emitting point located substantially at the center of the light emitting layer 10 in the thickness direction.
- electroluminescent element 100A of Embodiment 3 With reference to FIG. 5, electroluminescent element 100A of Embodiment 3 will be described.
- the electroluminescent element 100A according to the present embodiment is different from the first embodiment or the second embodiment in the laminated structure of the first transparent member 15, the grid electrode 14, and the first transparent electrode 11, A ground layer 13 for the first transparent electrode 11 is provided between the first transparent electrode 11 and the first transparent electrode 11.
- the base layer 13 By providing the base layer 13 in this way, the smoothness of the first transparent electrode 11 is improved, and the surface resistance can be reduced simultaneously with the improvement of the transmittance.
- the electroluminescent element in the fourth embodiment is characterized in that the refractive index of the base layer 13 is lower than the refractive index of the light emitting layer 10 in the electroluminescent element 100A of the third embodiment.
- the refractive index of the underlayer 13 and adjusting the refractive index difference with the first transparent electrode 11 it is possible to reduce Fresnel reflection and improve transparency. More specifically, it is preferable that “(refractive index of air) ⁇ (refractive index of first transparent member) ⁇ (refractive index of base layer) ⁇ (refractive index of light emitting layer)” at the emission wavelength.
- FIG. 6 illustrates a single stack type configuration
- a multi stack type electroluminescent element may be used.
- Multi-stack type is suitable because it is easy to adjust.
- the electroluminescent element 100B includes a first transparent member 15, a first transparent electrode a22, an underlayer 13, a grid electrode 14, a first transparent electrode b21, a hole transport layer (HTL) 31, a light emitting layer (EML) 10, and electron transport.
- the layer (ETL) 32, the second transparent electrode 12, the optical buffer layer 23, the sealing layer 24, the adhesive layer 25, and the sealing substrate 26 are laminated in this order.
- the conductivity of the first transparent electrode b21 can be supplemented by the first transparent electrode a22, the surface resistance can be reduced, and the in-plane luminance variation can be further reduced. Effect is obtained.
- the first transparent electrode a22 may not be provided.
- Examples of materials for the first transparent electrode a22 and the first transparent electrode b21 include an ITO (mixture of indium oxide and tin oxide) film, an IZO (mixture of indium oxide and zinc oxide film) film, and ZnO.
- ITO mixed of indium oxide and tin oxide
- IZO mixed of indium oxide and zinc oxide film
- ZnO ZnO
- Other inorganic conductive films such as films, CuI films, SnO 2 films, organic conductive films such as PEDOT / PSS (polyethylenedioxythiophene and polystyrene sulfonic acid) films, silver nanowires and carbon nanotubes as polymer materials
- PEDOT / PSS polyethylenedioxythiophene and polystyrene sulfonic acid
- conductive resins disclosed in JP 2012-099325 A can be used as transparent electrodes.
- a conductive resin there is an advantage that flexibility can be obtained.
- the underlayer 13 is formed. Thereafter, the grid electrode 14 is formed on a part of the base layer 13. Thereafter, the first transparent electrode b ⁇ b> 21 is formed so as to cover the grid electrode 14. Then, after forming the hole transport layer (HTL) 31, the light emitting layer (EML) 10, the electron transport layer (ETL) 32, the second transparent electrode 12, the optical buffer layer 23, and the sealing layer 24 in order, The sealing substrate 26 is bonded using the adhesive layer 25.
- HTL hole transport layer
- EML light emitting layer
- ETL electron transport layer
- the electroluminescent element 100B needs to be formed so that the light distribution in the region on the grid electrode 14 and the light distribution in the region other than the grid electrode 14 are different. By adopting the configuration shown in FIG. 6, it becomes easy to obtain different light distributions in a region on the grid electrode 14 and a region other than the grid electrode 14.
- the hole transport layer (HTL) 31 and the first transparent electrode b21 are located on the optical path when the grid electrode 14 is viewed from the light emitting layer 10 on the grid electrode 14.
- the hole transport layer (HTL) 31, the first transparent electrode b21, the base layer 13, and the first layer are disposed on the optical path when facing the first transparent member 15 side from the region where the grid electrode 14 is not provided.
- the grid electrode 14 is provided in a vertical stripe shape. In FIG. 6, the grid electrode 14 extends in a direction perpendicular to the paper surface.
- the electroluminescent element 100B is a red element that emits light at a wavelength of 590 nm to 650 nm, and the emission peak wavelength is 625 nm.
- the refractive index of the material shows a value at a wavelength of 625 nm as a representative value.
- the first transparent electrode a22 it is desirable to use ITO or IZO as a transparent and conductive material.
- ITO or IZO is used, there is an advantage that the element transmittance can be improved.
- the material for the underlayer 13 it is desirable to use an organic material that improves the smoothness of the metal.
- an organic material that improves the smoothness of the metal.
- disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2015-60728 is “Containing an alkali metal or alkaline earth metal and oxygen”. And the ratio of the number of nitrogen atoms (N) to carbon atoms (C) (N / C), which is disclosed in JP-A-2015-60717. It is desirable to use a material having a nitrogen-containing condensed ring having a value of 0.5) or more in the molecule.
- the smoothness of the grid electrode 14 and the first transparent electrode b21 can be improved by using such an underlayer 13.
- the first transparent electrode b21 (corresponding to the first transparent electrode 11 shown in FIGS. 1 and 5), it is desirable to use a thin film metal. By using the thin film metal in this way, it is possible to improve the conductivity, and at the same time, it becomes easy to adjust the light distribution in the portion where the grid electrode 14 is not present due to the light interference effect.
- IZO is used as the first transparent electrode a22, and an organic material “comprised of an alkaline earth metal and oxygen” is used as the base layer 13.
- a thin film metal electrode is used as the first transparent electrode b21.
- the structure of the light emitting functional layer has been described in the order of the hole transport layer (HTL) 31 / light emitting layer (EML) 10 / electron transport layer (ETL) 32 from the first transparent electrode b21 side.
- a hole injection layer (HIL) may be provided between the electrode b21 and the hole transport layer (HTL) 31 to improve the hole injection property.
- an electron injection layer (EIL) may be provided between the second transparent electrode 12 and the electron transport layer 32 to improve the electron injection property.
- the structure of the hole transport layer (HTL) 31 / the light emitting layer (EML) 10 / the electron transport layer (ETL) 32 has been described from the first transparent member 15 side, but the electron transport layer (from the first transparent member 15 side) Even in the order of ETL) 32 / light emitting layer (EML) 10 / hole transporting layer (HTL) 31, it is optically the same.
- the same material as the first transparent electrode b21 can be used for the second transparent electrode 12, but it is desirable to set the reflectance when viewed from the light emitting layer 10 to be lower than that of the first transparent electrode b21.
- the first transparent electrode b21 is made of a thin film metal and the second transparent electrode 12 is made of a metal oxide such as ITO or IZO, or the first transparent electrode b21 and the second transparent electrode 12 are made of a thin film. It is desirable that the second transparent electrode 12 is made of metal and the film thickness of the second transparent electrode 12 is smaller than that of the first transparent electrode b21.
- the first transparent electrode b21 and the second transparent electrode 12 are made of thin film metal (Ag), and the thickness of the second transparent electrode 12 is smaller than the thickness of the first transparent electrode b21.
- the reflectance of the second transparent electrode 12 viewed from the light emitting layer is configured to be lower than the reflectance of the first transparent electrode b21 viewed from the light emitting layer 10”.
- the sealing layer 24 is preferably made of a material having a higher refractive index than the light emitting layer 10. In general, since light tends to be biased toward a space having a high refractive index, it is possible to extract more light to the sealing layer 24 side with this configuration. By realizing the refractive index of 1.9 using SiN as the sealing layer 24, the refractive index of the sealing layer 24 is higher than that of the light emitting layer 10 at the emission peak wavelength.
- the adhesive layer 25 it is desirable to use a highly transparent optical adhesive. More specifically, the transmittance specified in “JIS K 7136: 2000 (ISO 14782: 1999)” is 80% or more, more desirably 90% or more in the film thickness to be used. By using such an optical adhesive, an electroluminescent element with high transmittance can be realized. Further, the adhesive layer 25 desirably has a transmittance of 90% or more at the emission wavelength. By having a high transmittance at the emission wavelength, high efficiency light emission can be realized, and at the same time, the light distribution adjustment in this embodiment can be performed. The effect can be enhanced. The adhesive layer 25 desirably has absorption characteristics in the ultraviolet region.
- the average absorptance at a wavelength of 350 nm to 400 nm is 10% or more, more preferably 20% or more, and even more preferably 50% or more.
- the absorption in the violet ultraviolet region has an advantage that ultraviolet rays that damage the organic material can be prevented from reaching the organic material and the durability of the electroluminescent element can be improved.
- the adhesive layer 25 has flexibility. After curing, it is desirable that the radius of curvature is 10 mm, desirably the radius of curvature is 5 mm, more desirably, the radius of curvature is 1 mm, and it is not cracked. With this configuration, an electroluminescent element having flexibility can be realized.
- the adhesive layer 25 has absorption in the ultraviolet region (wavelength 350 nm to 400 nm), and the transmittance defined in “JIS K 7136: 2000 (ISO 14782: 1999)” is 90% or more for the adhesive layer alone, at the peak emission wavelength. It has been confirmed that the transmittance of the adhesive layer used is 90% or more, and it does not break with a curvature radius of 1 mm.
- the thickness is 500 ⁇ m or less, more desirably 200 ⁇ m or less, more desirably 100 ⁇ m or less, and even more desirably 50 ⁇ m or less. However, in order to maintain the function as a resin substrate, the thickness is desirably 10 ⁇ m or more.
- the first transparent member 15 and the sealing substrate 26 are made of a PET base material having a thickness of 200 ⁇ m, and it has been confirmed that no cracking occurs even when bent with a curvature radius of 1 mm.
- FIGS. 9 and 10 show the results of calculating the light distribution (angle distribution of luminance) of the electroluminescent element 100B.
- the angle dependency of the emission intensity is designed by using an analysis method of an optical multilayer film.
- a calculation method a method described in Chapter 5 Section 1 of a known document (Kotaro Kajikawa et al., “Active Plasmonics”, Corona, first edition, first edition, 2013) was used.
- the FDTD (Finite Difference Time Domain) method which is a known electromagnetic field analysis method, a finite element method, or the like can also be used.
- the internal emission spectrum of the light emitting layer 10 is calculated back using the electroluminescence spectrum (EL spectrum) at the time of current injection of the reference element, and the emission spectrum at the time of current injection is calculated. An accurate estimate was made.
- the emission spectrum which was calculated backward from the electroluminescence spectrum of the reference element and the light extraction efficiency of the reference element, had a peak wavelength at a wavelength of 625 nm and an optical spectrum having a spectral reciprocal width of 70 nm.
- the method of estimating the internal spectrum using the current injection spectrum of the reference element can estimate the internal spectrum at the time of current injection more accurately than the method of estimating the internal emission spectrum using the photoluminescence spectrum of the material.
- FIGS. 11 and 12 show the results of calculating the light distribution (luminance angular distribution) in the configuration of the comparative example shown in FIGS. 11 and 12.
- the front luminance ratio between the grid portion and the transparent portion is as large as 2.2 times (21.7 / 9.8).
- the front luminance ratio between the grid portion and the transparent portion is as small as 1.6 times (9.8 / 6.0).
- the luminance of the grid portion is conspicuous.
- Electrode 100C An electroluminescent element 100C according to another embodiment in which the light distribution of the grid part and the transparent part is made different will be described below.
- the basic idea is that “the interference condition when viewed from the light emitting layer 10 is different between the grid part (part where the grid electrode 14 is present) and the transparent part (part where the grid electrode 14 is not present)”.
- FIG. 15 and 16 show a cross-sectional structure of the electroluminescent element 100C in the present embodiment.
- the grid portion is a portion immediately above the grid electrode 14, and the transparent portion is a portion that does not have the grid electrode 14 and looks transparent.
- the grid electrode 14 is preferably made of a metal material, and at this time, the grid portion becomes opaque.
- FIG. 15 shows a structure in which the grid electrode 14 is provided on the first transparent member 15 side
- FIG. 16 shows a structure in which the grid electrode 14 is provided on the sealing substrate 26 side.
- the electroluminescent element 100C shown in FIG. 15 includes a first optical buffer layer 33, a grid electrode 14, a first transparent electrode 31, a light emitting functional layer 10A, a second transparent electrode 12, and a second optical buffer layer on the first transparent member 15.
- 34, the sealing layer 24, the adhesive layer 25, and the sealing substrate 26 are laminated in this order.
- the 1st optical buffer layer 33 and the 2nd optical buffer layer 34 are comprised so that the optical path length which the light which generate
- the transparent part is configured to cause interference that strengthens in the front direction
- the grid part is configured to cause interference that strengthens the diagonal direction.
- the first optical buffer layer 33 is blocked by the grid electrode 14 in the grid portion. Therefore, it is desirable that the second optical buffer layer 34 has interference that increases the inclination, and the first optical buffer layer 33 cancels the interference of the second optical buffer layer 34 and causes interference that directs light distribution in the front direction.
- the structure which provided the grid electrode 14 in the electrode by the side of the sealing substrate 26 like FIG. 16 satisfy
- the light emitting functional layer 10A is configured to be flat, thereby suppressing the phenomenon that the light distribution is dull due to scattering caused by the light emitting functional layer 10A undulating.
- the optical buffer layer will be described with reference to FIGS.
- a high refractive index layer (H) 220 having a refractive index of 2.0 shown in FIG. 18, and a high refractive index layer shown in FIG. Dielectric multilayer film in which a plurality of refractive index layers (H) 220 and low refractive index layers (L) 210 are combined, and an MDM type filter in which thin film metal (M) 310 and dielectric (D) 320 are combined as shown in FIG.
- a DMD type filter combining the thin film metal (M) 310 and the dielectric (D) 320 shown in FIG.
- the optical buffer layer may have a configuration in which a dielectric multilayer film and a plurality of MDM type filters, DMD type filters, or photonic crystals are combined.
- the thin film metal is a metal having a film thickness at which light transmittance of 30% or more can be obtained at the emission peak wavelength.
- the film thickness is 20 nm or less.
- the configuration of the buffer layer becomes simple and easy to manufacture.
- the first optical buffer layer 33 has a function of an underlayer for improving the continuous film property of the grid electrode 14 and the first transparent electrode 31 and at the same time has conductivity. As described above, when the conductivity and the performance of the underlayer are combined, there is an effect that the electrode resistance of the first transparent electrode 31 is lowered and the transmittance can be improved at the same time.
- the refractive index of the optical buffer layer is preferably less than the refractive index of the light emitting layer at the emission peak wavelength. By doing so, the light distribution shape can be adjusted by the interference effect due to Fresnel reflection because the refractive index is different from that of the light emitting layer.
- the refractive index of the optical buffer layer is preferably higher than the refractive index of the light emitting layer. By doing so, the light distribution shape can be adjusted by the interference effect due to Fresnel reflection because the refractive index is different from that of the light emitting layer.
- the optical buffer layer it is desirable to use a conductive resin having conductivity as a dielectric layer and having a performance as a base layer. More desirably, the thin film metal of the optical buffer layer also serves as the first transparent electrode or the second transparent electrode. Also in this case, the conductive resin having the function of the base layer has the advantage that the continuous film property of the transparent electrode is improved and the transmittance is increased.
- the thickness of the optical buffer layer is preferably equal to or less than the thickness of the emission peak wavelength in the light emitting layer, and is preferably at least one eighth of the emission peak wavelength in the light emitting layer. By doing so, it is possible to improve manufacturing stability and reduce material costs by controlling the light distribution with the minimum necessary interference film thickness.
- the first optical buffer layer 33 is disposed under the grid electrode 14.
- the first optical buffer layer 33 is optically disposed only on the grid electrode 14.
- a structure in which a buffer layer is provided may be used. In this case, the light distribution can be selectively adjusted only on the grid electrode, and the light distribution on the grid electrode 14 can be largely changed.
- first transparent member Materials desirable as the first transparent member and the second transparent member used in each embodiment will be described.
- the transparent member has a high transmittance.
- a transparent member having a total light transmittance of 80% or more in a visible light wavelength region measured by a method in accordance with JIS K 7361-1: 1997 (a method for testing the total light transmittance of a plastic-transparent material) are preferably used.
- the material excellent in flexibility is used preferably.
- the transparent member for example, a resin substrate, a resin film, and the like are preferably exemplified, but a transparent resin film is preferably used from the viewpoints of productivity and performance such as lightness and flexibility.
- the transparent resin film is a film having a total light transmittance of 50% or more measured in a visible light wavelength region measured by a method in accordance with JIS K 7361-1: 1997 (plastic-transparent material total light transmittance test method).
- the transparent resin film that can be preferably used is not particularly limited, and the material, shape, structure, thickness, and the like can be appropriately selected from known ones.
- transparent resin films include polyester resin films such as polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate, and modified polyester, polyethylene (PE) resin films, polypropylene (PP) resin films, polystyrene resin films, and cyclic olefin resins.
- Polyolefin resin films such as polyvinyl chloride, polyvinyl resin such as polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polyether ether ketone (PEEK) resin film, polysulfone (PSF) resin film, polyether sulfone (PES) resin film, polycarbonate ( PC) resin film, polyamide resin film, polyimide resin film, acrylic resin film, triacetyl cellulose (TAC) resin film, etc. That.
- the thickness is preferably flexible so that it is 100 ⁇ m or less, more preferably 50 ⁇ m or less.
- the refractive index of the light beam in the oblique direction can be made different from the front, and the light distribution in the oblique direction can be adjusted. It may be configured to have refractive properties.
- the transparent member is preferably a biaxially stretched polyethylene terephthalate film, a biaxially stretched polyethylene naphthalate film, a polyethersulfone film or a polycarbonate film from the viewpoints of transparency, heat resistance, ease of handling, strength and cost.
- An axially stretched polyethylene terephthalate film or a biaxially stretched polyethylene naphthalate film is more preferred.
- a biaxially stretched film when used, it can be configured to have birefringence in the horizontal and vertical directions, and the refractive index of the light beam in the oblique direction can be made different from the front, and the light distribution in the oblique direction is adjusted. This is desirable to implement this embodiment.
- An inorganic film, an organic film, or a hybrid film of an inorganic substance and an organic substance may be formed on the front or back surface of the film-like substrate.
- the substrate on which such a film is formed has a water vapor permeability (25 ⁇ 0.5 ° C., relative humidity (90 ⁇ 2)% RH) measured by a method in accordance with JIS K 7129-1992, 1 ⁇ 10 ⁇ 3.
- a barrier film of g / (m 2 ⁇ 24 h) or less is preferable.
- the oxygen permeability measured by a method according to JIS K 7126-1987 is 1 ⁇ 10 ⁇ 3 ml / m 2 ⁇ 24 h ⁇ atm or less, water vapor permeability (25 ⁇ 0.5 ° C., relative humidity (90 It is preferable that the film is a high barrier film having a ⁇ 2)% RH) of 1 ⁇ 10 ⁇ 3 g / (m 2 ⁇ 24 h) or less.
- a material for forming a barrier film formed on the front surface or the back surface of a film-like base material in order to obtain a high barrier film it is a material having a function of suppressing intrusion although it causes deterioration of elements such as moisture and oxygen.
- silicon oxide, silicon dioxide, silicon nitride, or the like can be used.
- the first optical buffer inorganic layer and the plurality of organic layers of the present embodiment can serve as a plurality of layers, and the light distribution adjustment and the barrier function can be enhanced at the same time. There is.
- the transparent member according to each embodiment can be subjected to a surface treatment or an easy adhesion layer in order to ensure wettability and adhesiveness.
- a conventionally well-known technique can be used about surface treatment and an easily bonding layer.
- the surface treatment includes surface activation treatment such as corona discharge treatment, flame treatment, ultraviolet treatment, high frequency treatment, glow discharge treatment, active plasma treatment, and laser treatment.
- the easy-adhesion layer include polyester, polyamide, polyurethane, vinyl copolymer, butadiene copolymer, acrylic copolymer, vinylidene copolymer, and epoxy copolymer.
- the easy adhesion layer may be a single layer, but may be composed of two or more layers in order to improve adhesion.
- An organic EL can be used as the electroluminescent element.
- An organic EL light emitting panel is configured by providing a light emitting region on a transparent substrate and then covering with a sealing member that prevents intrusion of moisture that degrades the organic EL. In order to maintain the sealing performance around the light emitting region, there is a certain non-light emitting region.
- the light emitting region is transparent substrate / transparent electrode (anode) / hole injection layer (HIL) / hole transport layer (HTL) / light emitting layer (EML) / electron. It consists of a transport layer (ETL: Electron Transfer Layer) / electron injection layer (EIL: Electron Injection Layer) / transparent electrode (cathode) / transparent sealing material / transparent member.
- HIL hole injection layer
- HTL hole transport layer
- EML light emitting layer
- anode / light-emitting layer / electron transport layer / cathode anode / hole transport layer / light-emitting layer / electron transport layer / cathode, anode / hole transport layer / light-emitting layer / hole blocking Layer / electron transport layer / cathode, anode / hole transport layer / light emitting layer / hole blocking layer / electron transport layer / cathode buffer layer / cathode, anode / anode buffer layer / hole transport layer /
- each embodiment is not limited to these.
- a non-light emitting portion is included in a part of the light emitting panel in order to provide a sealing region for preventing deterioration of the light emitting region and an electrode for power feeding.
- the non-light emitting portion is transparent.
- Transparent electrode Although an example using ITO as a transparent electrode has been described, it is desirable to use a transparent electrode that can easily control the light distribution (intensity or angle dependency of luminance) in implementing each embodiment.
- a transparent electrode having high reflectivity at the interface between the organic layer and the transparent electrode or at the interface between the transparent electrode and the transparent member is used. It is desirable. Increasing the reflectivity of the interface between the organic layer and the transparent electrode or the interface between the transparent electrode and the transparent member can enhance the light interference effect.
- the angle dependence of the strength in the transparent member is relative to the angle. It becomes easier to have more local maxima.
- a more specific material for the transparent electrode is a thin film metal electrode.
- a transparent electrode in which a nitrogen-containing underlayer and a thin film metal are combined as shown in Japanese Patent No. 5266532.
- the nitrogen-containing underlayer has a property of forming a thin film metal into a continuous film. Since the thin film metal formed as a continuous film has a high Fresnel reflectivity at the interface, the light interference effect can be enhanced.
- the metal is a material in which the real part of the complex non-dielectric constant is negative at the emission wavelength of the surface emitting panel.
- the complex relative dielectric constant ⁇ c is an optical constant related to interface reflection, and is a physical quantity represented by the following formula (7) using the refractive index n and the extinction coefficient ⁇ .
- the medium having a negative real part of the complex relative dielectric constant is a metal
- the substance having a positive real part of the complex relative dielectric constant is a dielectric.
- the refractive index n and the larger the extinction coefficient ⁇ the more the electron vibrates.
- a material having a high electron transport property tends to have a small refractive index n and a large extinction coefficient ⁇ .
- the refractive index n is about 0.1
- the extinction coefficient ⁇ has a large value of 2 to 10
- the change rate with respect to the wavelength is large. Therefore, even when the refractive index n is the same, the extinction coefficient ⁇ is greatly different, and the electron transport performance is often greatly different.
- the transparent electrode material is preferably a metal that increases the Fresnel reflectivity. More specifically, the refractive index is preferably a metal having a small refractive index n and a large extinction coefficient ⁇ in order to improve the electron response. For example, aluminum (Al), silver (Ag), and calcium (Ca) are desirable. In another example, gold (Au) which has an advantage that is not easily oxidized can be considered. Another material is copper (Cu), which is characterized by good conductivity.
- Other materials that have good thermal and chemical properties and are not easily oxidized at high temperatures and do not cause a chemical reaction with the substrate material include platinum, rhodium, palladium, ruthenium, iridium, and osmium.
- An alloy using a plurality of metal materials may be used.
- MgAg and LiAl are often used as thin film transparent metal electrodes.
- Particularly preferable film thickness d of the thin film metal includes the following formula (8) from the distance attenuated to the light intensity 1 / e using the extinction coefficient ⁇ and the emission wavelength ⁇ .
- the extinction coefficient ⁇ is 2.7. Therefore, the following formula (9) is derived, and the film thickness is 13.9 nm or less. desirable.
- FIG. 15 is a cross-sectional structure of the electroluminescent element 100C in the fifth embodiment, but can be adopted as a grid electrode of the electroluminescent element shown in the other embodiments.
- the grid electrode 14 In order to ensure conductivity, the grid electrode 14 needs to have a certain width or more. However, if the grid electrode 14 is made too thick, there is a drawback that it becomes visible. Considering that the limit of the line width that can be recognized by humans is said to be 100 ⁇ m, it is desirable that the grid width Wg satisfies the following formula (10).
- the grid electrode thickness hg satisfies the following formula (11) in order to ensure a thin configuration while ensuring sufficient conductivity.
- the surface roughness of the grid electrode 14 is desirably smooth, and the surface roughness Ra desirably satisfies the following formula (16).
- the material of the grid electrode 14 is a metal material.
- the metal material is not particularly limited as long as it is excellent in conductivity.
- the metal material may be an alloy other than a metal such as gold, silver, copper, iron, nickel, and chromium.
- the metal material is preferably a metal fine particle or metal nanowire, and the metal material is preferably silver from the viewpoint of conductivity.
- the pattern shape of the grid electrode 14 is not particularly limited.
- the grid electrode 14 may have a stripe shape (parallel line shape), a lattice shape, a honeycomb shape, or a random mesh shape. Shape and honeycomb shape are preferable.
- the line width (grid width Wg) of the pattern of the grid electrode 14 is preferably 10 ⁇ m to 200 ⁇ m, and more preferably 10 ⁇ m to 100 ⁇ m.
- the line width of the thin wire is 10 ⁇ m or more, desired conductivity is obtained, and when it is 200 ⁇ m or less, the transparency is improved.
- the interval between the thin lines is preferably 0.5 mm to 4 mm.
- the length of one side is preferably 0.5 mm to 4 mm.
- the height of the fine wire is preferably 0.1 ⁇ m to 10 ⁇ m. When the height of the fine wire is 0.1 ⁇ m or more, desired conductivity is obtained, and by making the thickness 10 ⁇ m or less, it prevents current leakage and the functional layer thickness distribution from becoming a factor in the formation of organic electronic devices. it can.
- the fine line pattern of the grid electrode 14 according to the present embodiment can be formed by a printing method such as a gravure printing method, a flexographic printing method, and a screen printing method using a dispersion of metal particles.
- a printing method such as a gravure printing method, a flexographic printing method, and a screen printing method using a dispersion of metal particles.
- a method generally used for electrode pattern formation can be applied to this embodiment.
- Specific examples of the gravure printing method include those described in JP 2009-295980 A, JP 2009-259826 A, JP 2009-96189 A, and JP 2009-90662 A, and the like.
- JP-A 2010-34161 JP-A 2010-10245, JP-A 2009 and the like.
- An example is the method described in the publication No. -30345.
- a metal layer can be formed on the entire surface of the base material and can be formed by a known photolithography method.
- a conductor layer is formed on the entire surface of the substrate using one or more physical or chemical forming methods such as printing, vapor deposition, sputtering, plating, etc., or a metal foil is used as an adhesive.
- the desired striped or mesh grid electrode 14 can be processed by etching using a known photolithography method after being laminated on the substrate.
- a method of printing an ink containing metal fine particles in a desired shape by screen printing, or applying a plating catalyst ink to a desired shape by gravure printing or an ink jet method, followed by plating treatment As another method, a method using silver salt photographic technology can also be used.
- a method using silver salt photographic technology can be carried out with reference to, for example, [0076]-[0112] of JP-A-2009-140750 and the examples.
- the method for carrying out the plating process by gravure printing of the catalyst ink can be carried out with reference to, for example, JP-A-2007-281290.
- a method of spontaneously forming a disordered network structure of conductive fine particles by applying and drying a liquid containing metal fine particles as described in JP-T-2005-530005 Can be used.
- the surface specific resistance of the thin wire portion of the grid electrode 14 is preferably 10 ⁇ or less per unit area, more preferably 3 ⁇ or less.
- the surface specific resistance can be measured based on, for example, JIS K6911, ASTM D257, etc., and can be easily measured using a commercially available surface resistivity meter.
- FIG. 23 is a cross-sectional view of the electroluminescent element 400
- FIG. 24 is a schematic diagram for explaining a difference in light emission intensity due to a difference in light reflectance at the interface between the light emitting layer of the electroluminescent element 400 and each transparent electrode. .
- the electroluminescent element 400 includes a first transparent electrode 411, a second transparent electrode 412, and a light emitting layer 410 sandwiched between the first transparent electrode 411 and the second transparent electrode 412.
- a first transparent member 415 is provided on the surface of the first transparent electrode 411 opposite to the light emitting layer 410.
- a second transparent member 416 is provided on the surface of the second transparent electrode 412 opposite to the light emitting layer 410.
- the first transparent When viewed from the light emitting layer 410, the first transparent so that the reflectance at the interface between the light emitting layer 410 and the first transparent electrode 411 is higher than the reflectance at the interface between the light emitting layer 410 and the second transparent electrode 412.
- the refractive indexes of the electrode 411 and the second transparent electrode 412 are selected.
- the first transparent member 415 is provided such that the refractive index thereof is lower than the refractive index of the second transparent member 416.
- first transparent member 415 and the second transparent member 416 are not provided, light emission remains on the first transparent member 415 side.
- first transparent member 415 and the second transparent member 416 by providing the first transparent member 415 and the second transparent member 416, light emission can be biased toward the second transparent member 416 side. The principle will be described below.
- the film thickness of the basic electroluminescent element (light emitting layer 410 + first transparent electrode 411 + second transparent electrode 412) sandwiched between the second transparent electrode 412 and the first transparent electrode 411 is determined by the electric field strength with respect to the applied voltage. In order to prevent an increase in voltage and voltage drop due to internal resistance, it is often in the range of about 100 nm to 500 nm.
- ⁇ 1 and ⁇ 2 can be expressed by the following equation (17) using an approximately common proportionality coefficient.
- G is a constant depending on the electric field distribution of the emitted light
- n d1 is the refractive index of the first transparent member 415
- n d2 is the refractive index of the second transparent member 416.
- Equation (18) P1 is the probability that the generated photon will go to the first transparent member 415, and P2 is the probability that the generated photon will go to the second transparent member 416.
- the state density is proportional to the third power of the refractive index, and the theory that the transition probability of light is determined by the ratio of the state density.
- the thickness of the transparent member is set so that the wavelength of light in the transparent member (when the vacuum wavelength is ⁇ 0 , the wavelength of the first transparent member 415 is ⁇ 0 / n d1 , second
- the wavelength of the transparent member 416 is preferably larger than ⁇ 0 / n d2 ).
- the first transparent member 415 and the second transparent member 416 preferably have a thickness of about several hundred ⁇ m in order to increase the mechanical strength of the light emitting element. At this time, the behavior of light in the transparent member is approximated by geometric optics.
- the angular distribution of light moved from the light emitting layer to the transparent member can be approximated by Lambert (cos ⁇ orientation).
- the ratio ⁇ 1 of light emitted from the first transparent member 415 having the refractive index n d1 to the air having the refractive index 1 and the ratio ⁇ of light emitted from the second transparent member 16 having the refractive index n d2 to the air having the refractive index 1 2 can be expressed as in the following formula (19).
- Equation (19) is obtained by integrating the rays with the assumption that the orientation is Lambert and that all the light within the total reflection angle exits the air. Equation (17), wherein the ratio of the number of photons M 2 exiting (19) and the photon number M 1 of light exiting More of the first transparent member 15 side air to the air of the second transparent member 16 side following formula (20) It will be represented by
- This photon number M 1 leaving the first transparent member 415 side is proportional to the refractive index n d1 of the first transparent member 415, the number of photons M 2 exiting the second transparent member 416 side of the second transparent member 416 This means that it is proportional to the refractive index nd2 .
- the reflectance of the first transparent electrode 411 viewed from the light emitting layer 410 is the reflectance of the second transparent electrode 412 viewed from the light emitting layer 410.
- the multiple reflection more light is emitted outside the second transparent electrode 412 than there is light outside the first transparent electrode 411.
- a glass material As the material, a glass material, a resin material, a semiconductor oxide, a metal oxide, and the like can be considered. However, any transparent material such as rubber, liquid, gas, or gel can be used as long as it is a transparent material.
- An example of a medium having a high refractive index in visible light is TiO 2 (refractive index 2.5), and an example of a material having a low refractive index is a resin medium (refractive index 1.1) in which hollow silica fine particles are dispersed. can give.
- the ratio of the number of photons changes according to the equation (20). As a result, the ratio between the light L 1 ′ exiting the first transparent member 415 and the light L 2 ′ exiting the second transparent member 16 is the second transparent member 416 side as shown in the following formula (21). It becomes possible to bias strongly.
- the electroluminescent element 400 controls the refractive index of the first transparent member 415 and the second transparent member 416 so that the light emitted to the first transparent electrode 411 side and the second transparent member
- the ratio of the light emitted to the electrode 412 side is strongly biased toward the second transparent member 416 side, and the transparency of the electroluminescent element 400 can be maintained.
- the distance between the first transparent member 415 and the light emitting layer 410 is equal to or less than the light emission wavelength in the light emitting layer, and the distance between the second transparent member 416 and the light emitting layer 410 is The distance is preferably equal to or shorter than the emission wavelength in the light emitting layer.
- Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2015-60728 discloses a material that includes an alkali metal or alkaline earth metal and oxygen
- Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2015-60717 includes a condensed heterocyclic compound
- Use of a material disclosed as “the heterocyclic compound has a nitrogen-containing condensed ring having a ratio of the number of nitrogen atoms (N) to carbon atoms (C) (N / C) of 0.5 or more in the molecule” Is desirable. Since the refractive index at the emission peak wavelength is 1.7 to 2.0 and is close to the refractive index of the light emitting layer, there is an advantage that extra Fresnel reflection hardly occurs.
- FIGS. 25 is a perspective view of the lighting device 500
- FIG. 26 is a longitudinal sectional view of the lighting device 500.
- the lighting device 500 includes a main body housing 501 and a placement area 520 on which the illumination target 510 is placed.
- the placement window 520 is fitted with an outer window glass 600A.
- Each of the above-described electroluminescent elements can be used for the outer window glass 600A.
- the electroluminescent element 100 shown in FIGS. 2A to 2C is used, the second transparent electrode 12 and the second electroluminescent element 100 are used.
- the transparent member 16 side faces the placement region 520 side.
- the lighting device 500 is a showcase for displaying children's toys, food (such as apples), and the like.
- the lighting device 500 is transparent and realizes light emission that is biased to one side (mounting region 520 side), and functions as a transparent glass plate during quenching.
- the illumination device 500 as a showcase shown in FIG. 25 and FIG. 26, uniform soft illumination is realized only for the internal exhibits. In addition, since the person viewing the exhibits hardly emits light and the other side can be seen through, the space can be expanded.
- the 25 and 26 are used as showcase windows, but transparent lighting itself may be used for the showcase.
- the illumination is uniform in the vertical and horizontal directions, and the display can be illuminated without shadows.
- it is not restricted to a showcase, For example, it can be used also as a lighting device of a house or a car window.
- the angular distribution (light distribution) of the light intensity at a portion of the grid electrode is configured such that the front intensity is low and the diagonal intensity is high.
- the smoothness of the transparent electrode is improved, and it is possible to improve the transmittance and simultaneously reduce the surface resistance.
- FIG. 27 shows eyeglasses 600 employing the electroluminescent element in this embodiment.
- the lens portion of the spectacles 600 is provided with the electroluminescent element that emits light in the present embodiment.
- wiring is made through the frame of the glasses 600, and the wiring is connected to the control device.
- the electroluminescent element according to the present embodiment is applied to the spectacles, the light emission is biased to the outside by making the refractive index of the transparent member on the outer side of the spectacles higher than the refractive index of the transparent member on the eye side of the spectacles.
- the inner side of the surface with the grid is desired, and since the grid is on the eye side, the light emitted from the light emitting layer can be directed to the outside, and the glare of the eyes can be reduced.
- the grid is configured in a striped pattern, the grid interval is set to a central wavelength of visible light of 550 nanometers or less, and the width of the grid is set to a central wavelength of visible light of 550 nanometers or less so that the grid is a wire grid polarizer. It can comprise so that it may have a function as.
- the electroluminescent element according to the present embodiment is applied to eyeglasses, configured to function as a wire grid polarizer at a wavelength of visible light, and configured to have a grid direction as a horizontal plane, thereby emitting light with biased to the outside and sunglasses.
- the person who wears can be configured as non-glaring sunglasses.
- the electroluminescent element in this embodiment is made to function as sunglasses that emit light, sunglasses that emit light to the outside and have excellent design can be realized.
- the first transparent electrode, the second transparent electrode, the light emitting layer sandwiched between the first transparent electrode and the second transparent electrode, and the first transparent electrode are provided.
- a grid electrode is provided.
- the luminance of the region where the grid electrode is provided is greater.
- the grid electrode is provided on the surface of the first transparent electrode opposite to the light emitting layer.
- the grid electrode is provided inside the first transparent electrode.
- the grid electrode is provided on the surface on the light emitting layer side.
- the specification is 30 degrees or more. In this case, Dg ( ⁇ t)> Dg (0) cos ( ⁇ t).
- the 1st transparent member provided in the surface on the opposite side to the said light emitting layer of the said 1st transparent electrode, and the 2nd provided in the surface on the opposite side to the said light emitting layer of the said 2nd transparent electrode. And a transparent member.
- the reflectance of the interface between the light emitting layer and the first transparent electrode is higher than the reflectance of the interface between the light emitting layer and the second transparent electrode.
- the refractive index of the transparent electrode and the second transparent electrode is selected, and the refractive index of the first transparent member is provided to be lower than the refractive index of the second transparent member.
- the distance between the light emitting layer is equal to or less than the light emission wavelength in the light emitting layer, the distance between the second transparent member and the light emitting layer is equal to or less than the light emission wavelength in the light emitting layer, and the first transparent member and the above described
- a 2nd transparent member has thickness more than the wavelength of the light in each transparent member.
- the first transparent member, the grid electrode, and the first transparent electrode are stacked in this order, and a base layer of the first transparent electrode is provided between the grid electrode and the first transparent electrode. It has been.
- the refractive index of the said base layer is lower than the refractive index of the said light emitting layer.
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Abstract
この電界発光素子は、第1透明電極(11)と、第2透明電極(12)と、第1透明電極(11)と第2透明電極(12)とに挟まれた発光層(10)と、第1透明電極(11)に設けられるグリッド電極(14)と、を備え、発光層(10)から第2透明電極(12)側に発光する光の空気で観測した輝度の30度以上の特定の角度θtにおける配光特性を、グリッド電極(14)が設けられている領域と、グリッド電極(14)が設けられていない領域とを比較した場合に、グリッド電極(14)が設けられている領域の輝度の方が大きい。この構成により、グリッド電極が明るく見えて目立つことなく、一様な面発光の実現を可能とする電界発光素子を提供する。
Description
本発明は、電界発光素子に関するものである。
近年、発光ダイオードや有機EL(Organic Electroluminescence:OLED)等の電界発光素子を用いた発光効率の高い面光源が注目を集めている。電界発光素子は平面型の陰極と陽極とに挟まれた発光層から構成される。一般的には陽極を透明電極とし陰極を金属反射電極に構成される場合が多い。一方を金属電極で構成した場合には光は透明陽極側から取り出され、片面発光型の発光デバイスとして用いられている。
電界発光素子は、特開2008-130449号公報(特許文献1)、および、国際公開第2013/187119号(特許文献2)に開示されるように、陰極と陽極との両面に透明電極を用いた電界発光素子の場合、透明な面発光光源として用いることができる。
両面に透明電極を用いた場合には、片側に金属反射電極を用いていた場合に生じていたプラズモン吸収損失を低減することにより、より高効率な電界発光素子を実現することが可能である。透明な面発光光源は、デザイン性に富み空間の拡がりを演出するのに好適である。
しかしながら、特許文献1に開示される発明においては、発光素子の一部のグリッド電極上のみが発光するために、グリッド電極が明るく光って目立って見えてしまう課題が挙げられる。特許文献2は全面で発光する透明発光素子であるが、グリッドが無いために中央部が暗くなる課題が懸念される。
この発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、グリッド電極が明るく見えて目立つことなく、一様な面発光の実現を可能とする電界発光素子を提供することを目的とする。
ある実施の形態に従う電界発光素子においては、第1透明電極と、第2透明電極と、上記第1透明電極と上記第2透明電極とに挟まれた発光層と、上記第1透明電極に設けられるグリッド電極と、を備えている。
上記発光層から上記第2透明電極側に発光する光の空気で観測した輝度の30度以上の特定の角度θtにおける配光特性を、上記グリッド電極が設けられている領域と、上記グリッド電極が設けられていない領域とを比較した場合に、上記グリッド電極が設けられている領域の輝度の方が大きい。
この電界発光素子によれば、グリッドが明るく見えて目立つことなく、一様な面発光の実現を可能とする電界発光素子を提供することを可能とする。
本発明に基づいた各実施の形態における電界発光素子について、以下、図を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、実施の形態の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。また、同一の部品、相当部品に対しては、同一の参照番号を付し、重複する説明は繰り返さない場合がある。また、各実施の形態における構成を適宜組み合わせて用いることは当初から予定されていることである。
(関連技術)
図1に、関連技術として、透明電界発光素子を実現する最小の構成を示す。発光層10は、第1透明電極11と第2透明電極12に挟まれて存在する。第1透明電極11と第2透明電極12との間に電圧を印加することで電子が加速し注入され、発光層10で電子の運動エネルギーが光子に変換されることで、第1透明電極11および第2透明電極12の両側から光を取り出すことができる。
図1に、関連技術として、透明電界発光素子を実現する最小の構成を示す。発光層10は、第1透明電極11と第2透明電極12に挟まれて存在する。第1透明電極11と第2透明電極12との間に電圧を印加することで電子が加速し注入され、発光層10で電子の運動エネルギーが光子に変換されることで、第1透明電極11および第2透明電極12の両側から光を取り出すことができる。
一般的に、電子注入を容易にするために、第1透明電極11と第2透明電極12とには異なる材料を用いる。たとえば、陰極側として電子注入に適した仕事関数を持つ薄膜金属電極(Ag,Al,Au,Cuなど)、陽極側として正孔注入に適した仕事関数を持つ透明酸化物半導体電極(ITO,IZOなど)が用いられる。
薄膜金属電極は、電子輸送性に優れるが、光学透過率が低いので透明電極として用いる場合には透過率を上げるために数nm~数10nmの膜厚のものが適している。透明酸化物半導体を用いた透明電極は、薄膜金属電極よりも厚さあたりの面抵抗値が大きく透過率が高いという特徴がある。透明酸化物半導体を透明電極として用いる場合には、面抵抗値を下げるために100nm~200nmの膜厚のものが適している。
また、光学干渉を最小限の膜厚で効果的に生じさせるためには、透明電極における波長(真空中における波長を屈折率で割った値)の8分の1から1倍の厚さが適しており、例えば波長620nmで発光する赤色の素子で屈折率2の透明電極を用いる場合には、620/2.0×1/8nm~620/2.0×1/2=39~360nmの膜厚が望ましく、このような膜厚にすることで必要最小限の膜厚で効果的に発光波長における光の干渉効果を調整し光強度の角度分布やスペクトルを透明電極の膜厚で調整できる。
第1透明電極11と第2透明電極12とに同種の透明電極を用いた場合には、電子注入性能が低下し駆動電圧が高くなり発光効率が低下するので望ましくない。第1透明電極11と第2透明電極12とにはそれぞれ異なる材料を用いて、片側は電子注入性を良くし片側は正孔注入性を良くすることが望ましい。
第1透明電極11と第2透明電極12とに異なる電極材料を用いた場合には、発光層10と第1透明電極11との界面、および、発光層10と第2透明電極12との界面における光の反射率は、第1透明電極11側と第2透明電極12側とで反射率が異なる。たとえば、第1透明電極11側の反射率が高く第2透明電極12側の反射率が低い場合を考える。多重反射の結果、第1透明電極11側に取り出される光は少なくなり、第2透明電極12の外側に取り出される光が多くなる。
後述する図25および図26に示すようなショーケース(点灯時は透明で全面が均一発光、消灯時には透明な板)での応用を考えた場合、第1透明電極11の外側に取り出される光と第2透明電極12の外側に取り出される光の強度は片側に偏らせることが望ましい。ここで、第1透明電極11の反射率を高くした構成においては、電極反射率の関係から第2透明電極12側のみに発光強度を偏らせる方が効率的である。
(実施の形態1:電界発光素子100)
図2A,図2B,図2Cに、実施の形態1における電界発光素子100の断面構造を示す。電界発光素子100は、第1透明電極11と、第2透明電極12と、第1透明電極11および第2透明電極12に挟まれた発光層10とを有している。第1透明電極11には、縞状のグリッド電極14が設けられている。
図2A,図2B,図2Cに、実施の形態1における電界発光素子100の断面構造を示す。電界発光素子100は、第1透明電極11と、第2透明電極12と、第1透明電極11および第2透明電極12に挟まれた発光層10とを有している。第1透明電極11には、縞状のグリッド電極14が設けられている。
グリッド電極14のより具体的な配置としては、図2Aに示すように、第1透明電極11の発光層10とは反対側の面に設けられる構成、図2Bに示すように、第1透明電極11の内部に設けられる構成、および、図2Cに示すように、発光層10側の面に設けられる構成が挙げられる。
グリッド電極14を挟んで、第1透明電極11とは反対側の面には、第1透明部材15が設けられている。第2透明電極12を挟んで、発光層10とは反対側の面には、第2透明部材16が設けられている。
特に、第1透明電極11の発光層10とは反対側の面にグリッド電極14を設けた際にはグリッド電極14上に第1透明電極11を設けることができ、本実施の形態を実施する際にグリッド電極14上の光学干渉を第1透明電極11で調整させてグリッド電極14上の配光(透明部材から観測者側に放射される光の輝度の角度依存性)を調整し易くなる利点がある。また、第1透明電極11の内部にグリッド電極14を設けた場合には、グリッド電極14の位置によってグリッド電極14上の配光を調整し易くなる利点がある。また、第1透明電極11の発光層10側の面にグリッド電極を設けた場合には、第1透明電極11の膜厚を変えることでグリッド電極14上の干渉条件を変えることなく、グリッド電極14が内部分の配光を調整できる利点がある。
電界発光素子100は、グリッド電極14上の発光層10から第2透明部材16側に発光する光の空気で観測した輝度の配光特性をDg(θ)とした場合に、30度以上の特定の角度θtにおいてDg(θt)>Dg(0)cos(θt)となる、ことを特徴としている。このように構成することで、均一な面発光を実現すると同時に、グリッド電極14上の正面輝度を低下させることで、正面(第2透明部材16側)から見たときの輝度ムラの低減を可能としている。
電界発光素子100のさらに詳しい説明をする前に「透明部材から観測者側に放射される光の輝度の角度依存性」と「発光層で発生した光の透明部材内における光強度の発光部面法線に対する角度依存性」の違いについて説明する。
図3および図4は、上記2つの違いを表すための模式図である。「透明部材から観測者側に放射される光の輝度の角度依存性」は、図3において、面発光パネルを屈折率1の空間(たとえば空気)に配置し、面法線に対して輝度の依存性を、ディテクタを用いて測定している。なお、輝度測定は光電力の波長依存性に視感度をかけたものとしてCIEの定義によって計算される。
一方、「発光部で発生した光の透明部材内における光強度の発光部面法線に対する角度依存性」は、面発光パネルの発光部材で発生した光が、透明部材の内部でどのような角度に分布するかを測定した量である。図4に示すように、実験的には発光部の面積よりも充分大きく(たとえば10倍)、透明部材と同じ屈折率を持つ半球レンズを用意し、透明部材と半球レンズの間に屈折率がマッチングするマッチングオイルを充填して、発光面法線に対する光強度の角度依存性を、ディテクタを用いて測定している。同様の測定方法が、特開2011-228262号公報の図7に開示されている。
(30度以上の特定の角度θt)
特定の角度θtの望ましい範囲に関しては以下の通りである。
特定の角度θtの望ましい範囲に関しては以下の通りである。
上記角度範囲は、人間の視覚で感じることのできる角度範囲から定義することができる。人に見られることを前提とする照明(信号機、信号灯、車のテールランプ、等)においては人間が見える角度範囲において特定の輝度が発光領域の面内でむら無く見られることが重要である。
人間の視覚は、「情報受容能力に優れる有効視野は水平30度,垂直20度程度に過ぎず,注視点が迅速に安定して見える安定注視野は水平に60度~90度、垂直に45度~70度程度である」と言われている。したがって、θt=30度とすれば、明るい範囲の角度において情報受容能力に優れる有効視野の範囲内で面内でむらが無く信号が点灯しているという情報を送ることが可能になる。有る程度広い範囲でむらの無い点灯を実現させたい場合は、θt=80度とすれば「注視点が迅速に安定して見える」範囲でむら無く点灯情報を送ることができる(水平90度と垂直70度の平均)。
図2Aから図2Cを再び参照して、電界発光素子100の構成の効果について説明する。以下、配光と書いた場合は、「透明部材から観測者側に放射される光の輝度の角度依存性」を表し、透明部材内配光と書いた場合は、「発光層で発生した光の透明部材内における光強度の発光部面法線に対する角度依存性」を表すこととする。
一般的にグリッド電極14は電気抵抗が小さく反射率の高い材料である金属によって構成される。図2Aから図2Cにおいてグリッド電極14が有る箇所と無い箇所とを比較した場合、本実施の構成を採用していない構造の場合には、グリッド電極14上の配光も第2透明部材16上の配光もランバーシアン(cosθ)の角度依存性を持つ。このため、正面輝度を比較すると、グリッド電極の無い箇所を「1」とした場合、グリッド電極14のある箇所は「2」の輝度を持ってしまう場合がある。このため、正面から見た場合、グリッド電極14が明るい輝線として見えてしまう。
本実施の形態の電界発光素子100の場合、グリッド電極14上の配光形状を斜めの30度以上の特定の角度θtで強度が最大となるように構成している。エネルギー保存則により、斜めが強い場合は正面輝度が低くなる。このため、配光を変えない場合と比較して正面方向のグリッド電極14の輝線は目立たなくなる。
一方、斜めから見た場合に、グリッド電極14の輝線の幅は小さくなるため、人間の目には見え難くなる。一般に人間の目は100μm以下の線の間隔を視認できないため、望ましくは特定の角度θt、グリッドの間隔をΛgとしたときに、以下の式(2)を満足していることが望ましい。
(実施の形態2)
実施の形態2における電界発光素子について説明する。電界発光素子の構成は、図2Aから図2Cに示す断面構造と同じである。第1透明電極11の発光層10とは反対側の面に設けられる第1透明部材15と、第2透明電極12の発光層10とは反対側の面に設けられる第2透明部材16とにおいて、発光層10から見た場合に、発光層10と第1透明電極11との界面の反射率が、発光層10と第2透明電極12との界面の反射率よりも高くなるように第1透明電極11と第2透明電極12との屈折率が選択され、第1透明部材15の屈折率が第2透明部材16の屈折率よりも低くなるように設けられている。
実施の形態2における電界発光素子について説明する。電界発光素子の構成は、図2Aから図2Cに示す断面構造と同じである。第1透明電極11の発光層10とは反対側の面に設けられる第1透明部材15と、第2透明電極12の発光層10とは反対側の面に設けられる第2透明部材16とにおいて、発光層10から見た場合に、発光層10と第1透明電極11との界面の反射率が、発光層10と第2透明電極12との界面の反射率よりも高くなるように第1透明電極11と第2透明電極12との屈折率が選択され、第1透明部材15の屈折率が第2透明部材16の屈折率よりも低くなるように設けられている。
さらに、第1透明部材15と発光層10との間の距離は発光層10における発光波長以下であり、第2透明部材16と発光層10との間の距離は発光層10における発光波長以下であり、第1透明部材15と第2透明部材16とは、それぞれの透明部材における光の波長以上の厚さを有している。発光層10までの距離は、発光層10の厚さ方向の略中心に位置する発光点を基準として測定する。
このように構成することで、電界発光素子100に片側に偏った発光を実現できると同時に、グリッド電極14上の輝度低下割合を、実施の形態1の構成より少なくすることが可能になり、正面輝度効率を向上させることが可能になる。
(実施の形態3)
図5を参照して、実施の形態3の電界発光素子100Aについて説明する。本実施の形態における電界発光素子100Aは、実施の形態1または実施の形態2に対して、第1透明部材15、グリッド電極14、および、第1透明電極11の積層構造において、グリッド電極14と第1透明電極11との間に第1透明電極11の下地層13が設けられている。このように下地層13が設けられることで、第1透明電極11の平滑性を向上させ、透過率の向上と同時に面抵抗の低減が可能になる。
図5を参照して、実施の形態3の電界発光素子100Aについて説明する。本実施の形態における電界発光素子100Aは、実施の形態1または実施の形態2に対して、第1透明部材15、グリッド電極14、および、第1透明電極11の積層構造において、グリッド電極14と第1透明電極11との間に第1透明電極11の下地層13が設けられている。このように下地層13が設けられることで、第1透明電極11の平滑性を向上させ、透過率の向上と同時に面抵抗の低減が可能になる。
(実施の形態4)
実施の形態4における電界発光素子は、上記実施の形態3の電界発光素子100Aにおいて、下地層13の屈折率が発光層10の屈折率よりも低いことを特徴とする。このように、下地層13の屈折率を調整して、第1透明電極11との間の屈折率差を調整することでフレネル反射を低減させ、透明性を向上させることが可能になる。より具体的には発光波長において「(空気の屈折率)<(第1透明部材の屈折率)<(下地層の屈折率)<(発光層の屈折率)」とすると良い。このようにすることで屈折率段差を低減し、フレネル反射による光損失を低減することができる。
実施の形態4における電界発光素子は、上記実施の形態3の電界発光素子100Aにおいて、下地層13の屈折率が発光層10の屈折率よりも低いことを特徴とする。このように、下地層13の屈折率を調整して、第1透明電極11との間の屈折率差を調整することでフレネル反射を低減させ、透明性を向上させることが可能になる。より具体的には発光波長において「(空気の屈折率)<(第1透明部材の屈折率)<(下地層の屈折率)<(発光層の屈折率)」とすると良い。このようにすることで屈折率段差を低減し、フレネル反射による光損失を低減することができる。
(実施の形態5)
図6を参照して、上記実施の形態2に示した電界発光素子100Aのより詳細な構成を実施の形態5の電界発光素子100Bとして以下説明する。なお、図6では、シングルスタック型の構成で説明しているが、マルチスタック型の電界発光素子としてもよい。特に本実施の形態においてはグリッド電極の有るところと無いところで配光形状を変えることが重要であるので、マルチスタック型を用いると多層膜干渉を各層の膜厚を調整することで行えるため配光を調整しやすいため、マルチスタック型が適している。
図6を参照して、上記実施の形態2に示した電界発光素子100Aのより詳細な構成を実施の形態5の電界発光素子100Bとして以下説明する。なお、図6では、シングルスタック型の構成で説明しているが、マルチスタック型の電界発光素子としてもよい。特に本実施の形態においてはグリッド電極の有るところと無いところで配光形状を変えることが重要であるので、マルチスタック型を用いると多層膜干渉を各層の膜厚を調整することで行えるため配光を調整しやすいため、マルチスタック型が適している。
電界発光素子100Bは、第1透明部材15、第1透明電極a22、下地層13、グリッド電極14、第1透明電極b21、正孔輸送層(HTL)31、発光層(EML)10、電子輸送層(ETL)32、第2透明電極12、光学バッファ層23、封止層24、接着層25、および、封止基板26が、この順で積層されている。
第1透明電極a22、および、第1透明電極b21を設けることで、第1透明電極b21の導電性を第1透明電極a22によって補うことができ、面抵抗を低減でき面内輝度ばらつきをより低減する効果が得られる。面内輝度ばらつきをより低減する必要が無い場合には、第1透明電極a22は設けなくてもよい。
第1透明電極a22と第1透明電極b21の材料としては、たとえばITO(インジウム酸化物と錫酸化物との混合体)膜、IZO(インジウム酸化物と亜鉛酸化膜との混合体)膜、ZnO膜、CuI膜、SnO2膜等のその他の無機導電膜や、PEDOT/PSS(ポリエチレンジオキシチオフェンとポリスチレンスルフォン酸の混合体)膜等の有機導電膜、高分子材料に銀ナノワイヤーやカーボンナノチューブ等を分散させた複合導電膜等が用いられる。ITO透明電極やIZO透明電極を用いた場合には透過率が高い利点がある。PEDOT/PSSを用いた場合には、屈折率が低いため発光層で生じた光が高屈折率層に閉じ込められる導波モード損失を低減できる効果や、有機層との屈折率差が生じるため本実施の形態において重要な配光調整を行なえる利点がある。
有機導電膜、特開2012―099325号公報に開示される導電性樹脂を、透明電極として用いることができる。導電性樹脂を用いた場合にはフレキシブル性が得られる利点がある。
電界発光素子100Bは、第1透明部材15上に第1透明電極a22を形成したあと、下地層13を形成する。その後、下地層13の一部にグリッド電極14を形成する。その後、グリッド電極14を覆うようにして第1透明電極b21を形成する。その後、正孔輸送層(HTL)31、発光層(EML)10、電子輸送層(ETL)32、第2透明電極12、光学バッファ層23、および、封止層24を順番に形成した後、接着層25を用いて封止基板26を接着する。
電界発光素子100Bは、グリッド電極14上の領域の配光とグリッド電極14以外の領域との配光とを異なるように形成する必要がある。図6に示す構成を採用することで、グリッド電極14上の領域とグリッド電極14以外の領域とで異なる配光を取りやすくなる。
より具体的に説明すると、グリッド電極14上の発光層10からグリッド電極14を見た場合の光路上には、正孔輸送層(HTL)31と第1透明電極b21が位置しているのに対し、グリッド電極14が設けられていない領域から第1透明部材15側を向いた場合の光路上には正孔輸送層(HTL)31と、第1透明電極b21と、下地層13と、第1透明電極a22があり、干渉条件を異ならせることができ、グリッド電極14上とグリッド電極14以外の部分とで配光が異なるように構成し易くなる。
図7および図8に、電界発光素子100Bを実施する場合の具体的な構成例を示す。グリッド電極14は縦縞状に設けられている。図6において、グリッド電極14は、紙面に対して垂直方向に延びている。
電界発光素子100Bは、波長590nm~650nmで発光する赤色の素子であり、発光ピーク波長は625nmである。ここで、材料の屈折率は波長625nmにおける値を代表値として示している。
第1透明電極a22としては、透明で導電性のよい材料としてITO、IZOを用いることが望ましい。ITO、IZOを用いた場合には、素子透過率を向上できる利点がある。第1透明電極a22上には下地層13を形成することが望ましい。このように下地層13を一面に形成することで作成プロセスが簡便になる利点と同時に、グリッド電極14が無い部分の光学距離を調整する機能も有し、グリッド電極14上とグリッド電極14が無いところとの光路長を変化させることができる利点を有する。
下地層13の材料としては金属の平滑性を向上させる有機材料を用いることが望ましく、特に特開2015―60728号公報に開示される「アルカリ金属またはアルカリ土類金属と酸素を含有して構成」された材料や、特開2015―60717号公報に開示される「縮合複素環化合物を含有し、当該縮合複素環化合物が窒素原子(N)と炭素原子(C)の数の比(N/C)の値が0.5以上の含窒素縮合環を分子内に有する」材料を用いることが望ましい。
このような下地層13を用いることでグリッド電極14や第1透明電極b21の平滑性を向上することができる。第1透明電極b21(図1および図5に示す第1透明電極11に相当)としては薄膜金属を用いることが望ましい。このように薄膜金属を用いることで、導電性を向上させることが可能であると同時に光の干渉効果によってグリッド電極14が無い部分の配光を調整しやすくなる。
図7および図8に示すように、電界発光素子100Bにおいては、第1透明電極a22としてIZOを用い、下地層13として「アルカリ土類金属と酸素を含有して構成」された有機材料を用い、第1透明電極b21として薄膜金属電極を用いている。
発光機能層の構成として、ここでは第1透明電極b21側から、正孔輸送層(HTL)31/発光層(EML)10/電子輸送層(ETL)32の順番で説明したが、第1透明電極b21と正孔輸送層(HTL)31との間に正孔注入層(HIL)を設けて正孔注入性を向上してもよい。同様に第2透明電極12と電子輸送層32の間に電子注入層(EIL)を設けて電子注入性を向上してもよい。また、透明電極近くの注入層(EILまたはHIL)には有機材料で構成される注入層を用いることが望ましく、有機材料で構成することにより水分や酸素に対する耐性が強くなる効果があり、本実施の形態で重要な光の干渉条件が材料変質により変化することを防ぐ利点がある。
さらに、第1透明部材15側から正孔輸送層(HTL)31/発光層(EML)10/電子輸送層(ETL)32の構成で説明したが、第1透明部材15側から電子輸送層(ETL)32/発光層(EML)10/正孔輸送層(HTL)31の順番に構成しても光学的には同じである。
第2透明電極12については第1透明電極b21と同じ材料を用いることができるが、発光層10から見た場合の反射率を第1透明電極b21よりも低く設定することが望ましい。
より具体的には、第1透明電極b21を薄膜金属で構成し第2透明電極12をITOまたはIZO等の金属酸化物で構成すること、あるいは第1透明電極b21と第2透明電極12を薄膜金属で構成し第2透明電極12の膜厚を第1透明電極b21の膜厚よりも薄く構成すること、が望ましい。
図7および図8においては、「第1透明電極b21と第2透明電極12を薄膜金属(Ag)で構成し、第2透明電極12の膜厚を第1透明電極b21の膜厚よりも薄く構成」することによって「発光層から見た第2透明電極12の反射率を発光層10から見た第1透明電極b21の反射率よりも低く構成」している。
封止層24については発光層10よりも屈折率の高い材料で構成することが望ましい。一般的に光は屈折率が高い空間に偏る傾向があるため、このように構成することで光を封止層24側により多く取り出すことが可能になる。封止層24としてSiNを用いて屈折率1.9を実現することで、発光ピーク波長において発光層10よりも封止層24の屈折率が高くなるように構成している。
接着層25については透明度の高い光学接着剤を用いることが望ましい。より具体的には使用する膜厚において「JIS K 7136:2000(ISO 14782:1999)」に定められる透過率で80%以上、より望ましくは90%以上のものが望ましい。このような光学接着剤を用いることで透過率の高い電界発光素子を実現できる。また、接着層25は発光波長において90%以上の透過率を持つことが望ましく、発光波長で高い透過率を持つことで効率の高い発光を実現できると同時に、本実施の形態における配光調整の効果を高めることができる。接着層25は紫外域で吸収特性を持つことが望ましい。より具体的には(波長350nm~400nm)において平均の吸収率が10%以上であること、より望ましくは20%以上であること、さらに望ましくは50%以上であると良い。紫紫外域で吸収を持つことで、有機材料に損傷を与える紫外線が有機材料に到達することを防止し、電界発光素子の耐久性を向上できる利点がある。
接着層25はフレキシブル性を有することが望ましい。硬化後において、曲率半径10mm、望ましくは曲率半径5mm、より望ましくは曲率半径1mmで割れないことが望ましい。このように構成することでフレキシブル性を有する電界発光素子を実現できる。
接着層25は紫外域(波長350nm~400nm)で吸収を持ち、「JIS K 7136:2000(ISO 14782:1999)」に定められる透過率が接着層単体で90%以上であり、発光ピーク波長において使用する接着層単体の透過率が90%以上であり、曲率半径1mmで割れないことを確認している。
電界発光素子全体のフレキシブル性を向上させるために、第1透明部材15と封止基板26には樹脂基材を用いることが望ましい。その厚さは500μm以下、より望ましくは200μm以下、より望ましくは100μm以下、さらに望ましくは50μm以下がよい。ただし、樹脂基材としての機能を保持するためには、厚さは10μm以上あることが望ましい。
このように構成することでフレキシブル性を有する第1透明部材15と封止基板26としての機能を発揮できる。第1透明部材15および封止基板26には厚さ200μmのPET基材を用い、曲率半径1mmで曲げても割れが発生しないことを確認している。
図9および図10に、電界発光素子100Bの配光(輝度の角度分布)を計算した結果を示す。発光強度の角度依存性は光学多層膜の解析手法を用いて設計される。計算方法としては公知の文献(梶川浩太郎他著,“アクティブ・プラズモニクス”,コロナ社,初版第1刷,2013年)の第5章1節で説明されている方法を用いた。なお、それ以外にも公知の電磁場解析手法であるFDTD(Finite Difference Time Domain)法や、有限要素法などを用いることもできる。
計算において電界発光素子100Bの発光スペクトルを計算するために、基準素子の電流注入時のエレクトロルミネッセンススペクトル(ELスペクトル)を用いて発光層10の内部発光スペクトルを逆算し、電流注入時の発光スペクトルを正確に見積もることを行なった。
このようにして基準素子のエレクトロルミネッセンススペクトルと基準素子の光取りだし効率から逆算された、発光スペクトルは波長625nmにピーク波長を持ち、スペクトル反値全幅が70nmの光スペクトルを有していた。このように、基準素子の電流注入スペクトルを用いる内部スペクトルの推定する方法は、材料のフォトルミネッセンススペクトルを用いて内部発光スペクトルを推定する方法と比較すると電流注入時の内部スペクトルをより正確に推定できる利点がある。以下では、発光スペクトルのピーク波長625nmに注目して、電界発光素子を実施するのに望ましい設計について説明する。
電界発光素子100Bの構成(図7および図8に示す構成)においては、グリッド電極14の無い部分(透明部)において輝度の角度依存性をD(θ)と置いた場合に、以下の式(3)を満足する。
グリッド電極14のある部分(グリッド部)において輝度の角度依存性をDg(θ)と置いた場合に、以下の式(4)を満足する。
このように、透明部とグリッド部で配光形状を異ならせる構成を実現している。
電界発光素子100Bの効果を説明するために比較例を示す。図11および図12に示す比較例における構成においては、電子輸送層32の膜厚を50nmとしている。その他の構成は、図7および図8に示す構成と同じである。図13および図14に、図11および図12に示す比較例の構成での配光(輝度の角度分布)を計算した結果を示す。
電界発光素子100Bの効果を説明するために比較例を示す。図11および図12に示す比較例における構成においては、電子輸送層32の膜厚を50nmとしている。その他の構成は、図7および図8に示す構成と同じである。図13および図14に、図11および図12に示す比較例の構成での配光(輝度の角度分布)を計算した結果を示す。
図13および図14を参照して、比較例の構成においてはグリッド部と透明部の正面輝度比が2.2倍(21.7/9.8)と大きい。一方、図9および図10に示す電界発光素子100Bの構成では、グリッド部と透明部の正面輝度比が、1.6倍(9.8/6.0)と小さくなっている。
このように電界発光素子100Bの構成を実施することでグリッド電極14のある箇所と無い箇所の正面輝度を近づけることが可能になる。また、図13および図14に示すように、比較例の構成における配光の条件については、グリッド電極の無い部分(透明部)において輝度の角度依存性をD(θ)と置いた場合に、以下の式(5)を満足する。
グリッド電極14のある部分(グリッド部)において輝度の角度依存性をDg(θ)と置いた場合に、以下の式(6)を満足する。
このように、特にグリッド部において正面方向に偏った配光になっていると、グリッド部の輝度が目立つようになっている。
(実施の形態6)
グリッド部と透明部の配光を異ならせる他の実施の形態における電界発光素子100Cについて、以下説明する。基本的な考え方は、「グリッド部(グリッド電極14のある部分)と透明部(グリッド電極14のない部分)とで発光層10から見た場合の干渉条件を異ならせる」ことである。
グリッド部と透明部の配光を異ならせる他の実施の形態における電界発光素子100Cについて、以下説明する。基本的な考え方は、「グリッド部(グリッド電極14のある部分)と透明部(グリッド電極14のない部分)とで発光層10から見た場合の干渉条件を異ならせる」ことである。
図15および図16に、本実施の形態における電界発光素子100Cの断面構造を示す。グリッド部とはグリッド電極14の直上の部分で、透明部はグリッド電極14が無い部分で透明に見える部分である。導電性を向上させるためにグリッド電極14は金属材料で構成されることが望ましく、このときグリッド部は不透明になる。図15は、グリッド電極14が、第1透明部材15側に設けられている構造を示し、図16は、グリッド電極14が、封止基板26側に設けられている構造を示す。
図15に示す電界発光素子100Cは、第1透明部材15上に第1光学バッファ層33、グリッド電極14、第1透明電極31、発光機能層10A、第2透明電極12、第2光学バッファ層34、封止層24、接着層25、および、封止基板26が、この順で積層されている。第1光学バッファ層33および第2光学バッファ層34は、発光機能層10Aの内部の発光層(EML)で発生した光が感じる光路長を、透明部とグリッド部で異ならせるように構成する。
より詳しくは、透明部においては正面方向で強め合う干渉が起こるように構成し、グリッド部では斜め方向が強め合うような干渉が生じるように構成する。このように構成することで、透明部ではより正面向きに強い配光になり、グリッド部では斜め方向に強い配光となる。
図15に示すように、グリッド部において、第1光学バッファ層33はグリッド電極14に遮られる。したがって、第2光学バッファ層34は斜めが強まる干渉とし、第1光学バッファ層33は第2光学バッファ層34の干渉を打ち消して正面方向に配光を向ける干渉を起こさせる構成が望ましい。
なお、図16のように封止基板26側の電極にグリッド電極14を設けた構成も本実施の形態の要件を満たす。図16のように封止基板26側の電極にグリッド電極14を設けると、発光機能層10Aを平坦に構成することで発光機能層10Aが波打つことによって生じる散乱によって配光が鈍る現象を抑制でき、透明部とグリッド部で配光を異ならせる効果をより発揮することが可能になる。
図17から図22を参照して、光学バッファ層について説明する。図17に示す、たとえば屈折率が1.4の低屈折率層(L)210、図18に示す、たとえば屈折率が2.0の高屈折率層(H)220、図19に示す、高屈折率層(H)220と低屈折率層(L)210とを複数組み合わせた誘電体多層膜、図20に示す、薄膜金属(M)310と誘電体(D)320を組み合わせたMDM型フィルタ、あるいは、図21示す、薄膜金属(M)310と誘電体(D)320を組み合わせたDMD型フィルタ、図22に示す、横方向に薄膜金属(M)310と誘電体(D)320とを配置した周期性を有するフォトニック結晶などが、光学バッファ層として用いられる。また、光学バッファ層は例えば誘電体多層膜とMDM型フィルタあるいはDMD型フィルタあるいはフォトニック結晶を複数組み合わせた構成をとってもよい。複数のバッファを組み合わせた場合は配光を細かく調整できる利点がある。
ここで薄膜金属とは、発光ピーク波長において光の透過率が30%以上得られる膜厚の金属であり、たとえばAu、Ag、Alであれば膜厚が20nm以下のものをいう。
再び、図15を参照して、光学バッファ層として低屈折率層(L)210、または、高屈折率層(H)220を用いた場合にはバッファ層の構成が単純になり、製造が容易になる利点がある。第1光学バッファ層33は、グリッド電極14や第1透明電極31の連続膜性を向上させる下地層の機能を有していると同時に導電性を有することが望ましい。このように導電性と下地層の性能を合わせて持つ場合には、第1透明電極31の電極抵抗を低下すると同時に透過率を向上できる効果がある。
光学バッファ層として低屈折率層(L)210を用いる場合には、発光ピーク波長において、光学バッファ層の屈折率は発光層の屈折率未満であることが望ましい。このようにすることで、発光層と屈折率が異なることによりフレネル反射による干渉効果で配光形状の調整が行なえる。光学バッファ層として高屈折率層(H)220を用いる場合には、光学バッファ層の屈折率は発光層の屈折率より高いことが望ましい。このようにすることで、発光層と屈折率が異なることによりフレネル反射による干渉効果で配光形状の調整が行なえる。
光学バッファ層として薄膜金属と誘電体とを組み合わせる場合も、誘電体層として導電性を有し下地層としての性能を持った導電性樹脂を用いることが望ましい。より望ましくは光学バッファ層の薄膜金属が第1透明電極あるいは第2透明電極を兼ねることが望ましい。この場合も、下地層の機能を持った導電性樹脂により透明電極の連続膜性が向上すると同時に透過率が上がる利点を有する。
いずれの場合も、光学バッファ層の膜厚は発光層における発光ピーク波長の膜厚以下であることが望ましく、少なくとも発光層における発光ピーク波長の8分の1以上の膜厚であることが望ましい。このようにすることで、必要最小限の干渉膜厚で配光を制御することにより、製造安定性の向上や材料コスト低減が行える。たとえば、発光ピーク波長が625nmで発光層の屈折率が1.8の場合は、光学バッファ層の膜厚は625/1.8/8=43nm以上、625/18=347nm以下であることが望ましい。
電界発光素子100Cの構成においては、グリッド電極14の下に第1光学バッファ層33を配置したが、グリッド電極14の上に選択的に導電性樹脂を設けることでグリッド電極14の上だけに光学バッファ層を設ける構成を用いてもよい。この場合、グリッド電極の上だけ選択的に配光を調整でき、大きくグリッド電極14上の配光を変更することができる。
以下、上述の各実施の形態を実施する上で望ましい構成について詳細に述べる。
(第1透明部材、第2透明部材)
各実施の形態に用いられる第1透明部材および第2透明部材として望ましい材料について説明する。均一な面発光および高効率な面発光を実現するためには、透明部材の透過率が高い方が望ましい。具体的にはJIS K 7361-1:1997(プラスチック-透明材料の全光線透過率の試験方法)に準拠した方法で測定した可視光波長領域における全光線透過率が80%以上のものが透明部材として好ましく用いられる。また、透明部材としては、フレキシブル性に優れている材質が好ましく用いられる。
(第1透明部材、第2透明部材)
各実施の形態に用いられる第1透明部材および第2透明部材として望ましい材料について説明する。均一な面発光および高効率な面発光を実現するためには、透明部材の透過率が高い方が望ましい。具体的にはJIS K 7361-1:1997(プラスチック-透明材料の全光線透過率の試験方法)に準拠した方法で測定した可視光波長領域における全光線透過率が80%以上のものが透明部材として好ましく用いられる。また、透明部材としては、フレキシブル性に優れている材質が好ましく用いられる。
透明部材としては、たとえば、樹脂基板、樹脂フィルム等が好適に挙げられるが、生産性の観点並びに軽量性及び柔軟性といった性能の観点から、透明樹脂フィルムを用いることが好ましい。透明樹脂フィルムとは、JIS K 7361-1:1997(プラスチック-透明材料の全光線透過率の試験方法)に準拠した方法で測定した可視光波長領域における全光線透過率が50%以上のものをいう。
好ましく用いることができる透明樹脂フィルムには特に制限はなく、その材料、形状、構造、厚み等については公知のものの中から適宜選択することができる。かかる透明樹脂フィルムとしては、たとえば、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート、変性ポリエステル等のポリエステル系樹脂フィルム、ポリエチレン(PE)樹脂フィルム、ポリプロピレン(PP)樹脂フィルム、ポリスチレン樹脂フィルム、環状オレフィン系樹脂等のポリオレフィン類樹脂フィルム、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン等のビニル系樹脂フィルム、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)樹脂フィルム、ポリサルホン(PSF)樹脂フィルム、ポリエーテルサルホン(PES)樹脂フィルム、ポリカーボネート(PC)樹脂フィルム、ポリアミド樹脂フィルム、ポリイミド樹脂フィルム、アクリル樹脂フィルム、トリアセチルセルロース(TAC)樹脂フィルム等を挙げることができる。
また、特に厚さについてはフレキシブル性を有するような厚さにすることが望ましく、100マイクロメートル以下が望ましく、50マイクロメートル以下であることがより望ましい。また、複屈折性を有するように構成すると、斜め方向の光線の屈折率を正面と異ならせるようにでき、斜め方向の配光を調整できるようになるため、面水平方向と面垂直方向で複屈折性を有するように構成すると良い。
上記した全光線透過率が80%以上である樹脂フィルムであれば、各実施の形態に係る透明部材としてより好ましく用いられる。透明部材としては、中でも透明性、耐熱性、取り扱いやすさ、強度及びコストの観点から、二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルム、二軸延伸ポリエチレンナフタレートフィルム、ポリエーテルサルホンフィルム又はポリカーボネートフィルムが好ましく、二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルム又は二軸延伸ポリエチレンナフタレートフィルムがより好ましい。特に二軸延伸フィルムを用いると、面水平方向と面垂直方向で複屈折性を有するように構成でき、斜め方向の光線の屈折率を正面と異ならせるようにでき、斜め方向の配光を調整できるようになるので、本実施の形態を実施するには望ましい。
フィルム状の基材の表面又は裏面には、無機物の被膜、有機物の被膜、又は、無機物及び有機物のハイブリッド被膜が形成されていてもよい。かかる被膜が形成された基材は、JIS K 7129-1992に準拠した方法で測定した水蒸気透過度(25±0.5℃、相対湿度(90±2)%RH)が、1×10-3g/(m2・24h)以下のバリア性フィルムであることが好ましい。さらには、JIS K 7126-1987に準拠した方法で測定した酸素透過度が、1×10-3ml/m2・24h・atm以下、水蒸気透過度(25±0.5℃、相対湿度(90±2)%RH)が、1×10-3g/(m2・24h)以下の高バリア性フィルムであることが好ましい。
高バリア性フィルムとするためにフィルム状の基材の表面又は裏面に形成されるバリア膜を形成する材料としては、水分、酸素等といった素子の劣化をもたらすものの侵入を抑制する機能を有する材料であればよく、たとえば、酸化珪素、二酸化珪素、窒化珪素等を用いることができる。さらに当該バリア膜の脆弱性を改良するためにこれら無機層と有機材料からなる層の積層構造を持たせることがより好ましい。無機層と有機層との積層順については特に制限はないが、両者を交互に複数回積層させることが好ましい。特に、無機層と有機層を複数積層した場合は、本実施の形態の第1光学バッファ無機層と有機層を複数積層した層が兼ねることができ、配光調整とバリア機能を同時に強化できる利点がある。
各実施の形態に係る透明部材には、濡れ性及び接着性を確保するために、表面処理を施すことや易接着層を設けることができる。表面処理及び易接着層については、従来公知の技術を使用することができる。たとえば、表面処理としては、コロナ放電処理、火炎処理、紫外線処理、高周波処理、グロー放電処理、活性プラズマ処理、レーザー処理等の表面活性化処理を挙げることができる。易接着層としては、ポリエステル、ポリアミド、ポリウレタン、ビニル系共重合体、ブタジエン系共重合体、アクリル系共重合体、ビニリデン系共重合体、エポキシ系共重合体等を挙げることができる。易接着層は単層でもよいが、接着性を向上させるために2層以上の構成にしてもよい。
(電界発光素子)
電界発光素子として、有機ELが用いられ得る。有機EL発光パネルは透明基板上に発光領域を設け、その後に有機ELを劣化させる水分の侵入を防ぐ封止部材で蓋をすることで構成される。発光領域の周囲には封止性能を保持するために一定領域の非発光領域が存在する。
電界発光素子として、有機ELが用いられ得る。有機EL発光パネルは透明基板上に発光領域を設け、その後に有機ELを劣化させる水分の侵入を防ぐ封止部材で蓋をすることで構成される。発光領域の周囲には封止性能を保持するために一定領域の非発光領域が存在する。
発光領域はさらに詳細に、透明基板/透明電極(陽極)/正孔注入層(HIL:Hole Injection Layer)/正孔輸送層(HTL:Hole Transfer Layer)/発光層(EML:EMissive Layer)/電子輸送層(ETL:Electron Transfer Layer)/電子注入層(EIL:Electron Injection Layer)/透明電極(陰極)/透明封止材料/透明部材、により構成される。
他に、たとえば陽極/発光層/電子輸送層/陰極からなるもの、陽極/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/陰極からなるもの、陽極/正孔輸送層/発光層/正孔阻止層/電子輸送層/陰極からなるもの、陽極/正孔輸送層/発光層/正孔阻止層/電子輸送層/陰極バッファー層/陰極からなるもの、陽極/陽極バッファー層/正孔輸送層/発光層ユニット/正孔阻止層/電子輸送層/陰極バッファー層/陰極からなるものが挙げられるが、各実施の形態はこれらに限定されるものではない。
透明部材、封止部材には可撓性を有するフレキシブル樹脂基板を用いることが望ましく、これは上述した透明部材の材料を用いることが望ましい。電界発光素子は、発光領域の劣化を防止するための封止領域や、給電のための電極を設けるために発光パネルの一部に非発光部が含まれる。各実施の形態を実施する上では非発光部は透明であることが望ましい。このように非発光部を透明になるように構成することで、素子全体の透過率を向上させることができる。
(透明電極)
透明電極にITOを用いた例で説明してきたが、各実施の形態を実施する上ではより配光(強度または輝度の角度依存性)を制御しやすい透明電極を用いることが望ましい。透明部材内の強度の角度依存性がより多くの極大を有しやすい構成としては、有機層と透明電極の界面、あるいは透明電極と透明部材の界面で反射率が高くなるような透明電極を用いることが望ましい。有機層と透明電極との界面、あるいは透明電極と透明部材との界面の反射率を高めることで、光の干渉効果を高めることができ、透明部材内の強度の角度依存性は角度に対してより多くの極大を有しやすくなる。
透明電極にITOを用いた例で説明してきたが、各実施の形態を実施する上ではより配光(強度または輝度の角度依存性)を制御しやすい透明電極を用いることが望ましい。透明部材内の強度の角度依存性がより多くの極大を有しやすい構成としては、有機層と透明電極の界面、あるいは透明電極と透明部材の界面で反射率が高くなるような透明電極を用いることが望ましい。有機層と透明電極との界面、あるいは透明電極と透明部材との界面の反射率を高めることで、光の干渉効果を高めることができ、透明部材内の強度の角度依存性は角度に対してより多くの極大を有しやすくなる。
透明電極のより具体的な材料として、薄膜金属電極が挙げられる。その中で特に公知文献特許第5266532号に示されるように窒素含有の下地層と薄膜金属とを組み合わせた透明電極を用いることが望ましい。窒素含有の下地層は薄膜金属を連続膜に成膜させる性質を持つ。連続膜として成膜された薄膜金属は界面のフレネル反射率が高いため、光の干渉効果を高くできる。
ここでいう、金属とは面発光パネルの発光波長において複素非誘電率の実部が負である材料である。複素比誘電率εcは界面反射に関係する光学定数であり屈折率nと消衰係数κとを用いて、以下の式(7)で表される物理量である。
ここでPとEはそれぞれ分極と電界、εoは真空中の誘電率である。式(7)からnが小さくκが大きいほど複素比誘電率の実部が小さくなることがわかる。これは電界の振動に対して電子の振動によって分極応答の位相がずれる効果を現している。
式(7)で示される複素比誘電率の実部が負になると、電界振動と分極応答が逆転することを意味し、これが金属の特性となる。逆に、素比誘電率の実部が正の場合は電界の方向と分極応答の方向が一致し、誘電体としての分極応答を示す。
まとめると、複素比誘電率の実部が負である媒質が金属であり、複素比誘電率の実部が正の物質が誘電体である。一般に、屈折率nが小さく消衰係数κが大きいほど電子がよく振動する材料であることを意味する。電子輸送性が高い材料は屈折率nが小さく、消衰係数κが大きい傾向がある。特に金属電極においては、屈折率nが0.1程度であるのに対し、消衰係数κは、2~10と大きな値を持ち波長に対する変化率も大きい。従って、屈折率nが同じ値でも消衰係数κの値が大きく違い、電子輸送性能に大きな差が出ることが多い。
本実施の形態を実施する上では、透明電極材料はフレネル反射率を高める金属であることが望ましい。より具体的な屈折率の要件としては屈折率nが小さく、電子の応答を良くするために消衰係数κが大きい金属がのぞましい。たとえば、アルミニウム(Al)、銀(Ag)、カルシウム(Ca)が望ましい。他の例では、酸化され難い利点も持つ金(Au)が考えられる。別の材料として銅(Cu)があり、同材料は導電性がよいという特徴を持つ。
その他には熱的性質や化学的性質が良く高温でも酸化されにくく基板材料との化学反応も起さない特徴がある材料として、白金、ロジウム、パラジウム、ルテニウム、イリジウム、オスミニウムなどがあげられる。また複数の金属材料を用いた合金を用いてもよい。特にMgAgやLiAlは薄膜透明金属電極としてもよく用いられる。
特に望ましい薄膜金属の膜厚dとしては消衰係数κと発光波長λを用いて光強度1/eに減衰する距離から、下記の式(8)が挙げられる。
より具体的な数字で言えば波長475nmにおいてAg薄膜を用いた場合には消衰係数κが2.7であることから、下記の式(9)が導かれ、膜厚は13.9nm以下が望ましい。
(望ましいグリッド電極14の構成)
図15を参照しながら、望ましいグリッド電極14の構造について説明する。図15に示す構成は、実施の形態5における電界発光素子100Cの断面構造であるが、上記他の実施の形態に示す電界発光素子のグリッド電極として採用することができる。
図15を参照しながら、望ましいグリッド電極14の構造について説明する。図15に示す構成は、実施の形態5における電界発光素子100Cの断面構造であるが、上記他の実施の形態に示す電界発光素子のグリッド電極として採用することができる。
導電性を確保するためにグリッド電極14の幅は一定以上確保する必要があるが、グリッド電極14を太くしすぎると目に見えてしまう欠点がある。人間が認識できる線幅の限界は100μmと言われていることを考慮してグリッド幅Wgは、以下の式(10)を満足することが望ましい。
グリッド電極厚hgは十分な導電性を確保しつつ薄型の構成を確保するために、以下の式(11)を満足することが望ましい。
グリッド電極14の周期Λgは、以下の式(12)を満足することが望ましい。
グリッド電極14の周期Λgは、以下の式(13)を満足することがより望ましい。
このようにすることで、グリッド電極の無い部分(透明部)の広さを保ちながら導電性を確保できる。また、上述の式(1)に示す特定の角度θtを用いて、以下の式(14)を満足することがより望ましい。
このようにすることで、斜めから見た場合に、グリッド電極14の輝線の幅は小さくなるため、グリッド電極14上の輝線が人間の目には見えづらくなる効果が得られる。たとえば特定の角度θt=80度の場合は、以下の式(15)を満足することが望ましい。
グリッド電極14の表面粗さは平滑であることが望ましく、表面粗さRaは、以下の式(16)を満足することが望ましい。
表面粗さが0に近くなるとグリッド電極14の表面に材料が密着しづらくなるため望ましくなく、表面粗さが粗すぎると電界発光素子を成膜した際にショート不良が発生するおそれがある。グリッド電極14の表面の粗さを式(16)に示す数値範囲にすることで、電界発光素子に好適なグリッド電極14を提供することが可能になる。
グリッド電極14の材料としては金属材料が挙げられる。金属材料は、導電性に優れていれば特に制限はなく、たとえば、金、銀、銅、鉄、ニッケル、クロム等の金属の他に合金でもよい。特に、後述のようにパターンの形成のしやすさの観点から金属材料の態様は、金属微粒子または金属ナノワイヤであることが好ましく、金属材料は導電性の観点から銀であることが好ましい。
グリッド電極14のパターン形状には特に制限はないが、たとえば、グリッド電極14がストライプ状(平行線状)、格子状、ハニカム状、あるいはランダムな網目状であってもよく、特にストライプ状、格子状、ハニカム状が好ましい。
グリッド電極14のパターンの線幅(グリッド幅Wg)は好ましくは10μm~200μmであり、さらに好ましくは10μm~100μmの範囲である。細線の線幅が10μm以上で、所望の導電性が得られ、また200μm以下とすることで透明性が向上する。
ストライプ状、格子状のパターンにおいて細線の間隔は、0.5mm~4mmが好ましい。ハニカム状のパターンにおいては、一辺の長さが0.5mm~4mmが好ましい。細線の高さ(グリッド電極厚hg)は、0.1μm~10μmが好ましい。細線の高さが0.1μm以上で、所望の導電性が得られ、また10μm以下とすることで有機電子デバイスの形成において、電流リークや機能層の膜厚分布不良の要因となることを防止できる。
本実施の形態に係るグリッド電極14の細線パターンは、金属粒子の分散液を用い、グラビア印刷法、フレキソ印刷法、スクリーン印刷法等の印刷法により形成できる。各印刷の方式は、一般的に電極パターン形成に使われる手法が本実施の形態に関しても適用可能である。具体的な例として、グラビア印刷法については特開2009-295980号公報、特開2009-259826号公報、特開2009-96189号公報、特開2009-90662号公報に記載の方法等が、フレキソ印刷法については特開2004-268319号公報、特開2003-168560号公報に記載の方法等が、スクリーン印刷法については特開2010-34161号公報、特開2010-10245号公報、特開2009-302345号公報に記載の方法等が例として挙げられる。
その他の方法としては、たとえば、基材の全面に金属層を形成し、公知のフォトリソ法によって形成できる。具体的には、基材上の全面に、印刷、蒸着、スパッタ、めっき等の1あるいは2以上の物理的または化学的形成手法を用いて導電体層を形成する、あるいは、金属箔を接着剤で基材に積層した後、公知のフォトリソ法を用いて、エッチングすることにより、所望のストライプ状あるいはメッシュ状のグリッド電極14を加工できる。
別な方法としては、金属微粒子を含有するインクをスクリーン印刷により所望の形状に印刷する方法や、メッキ可能な触媒インクをグラビア印刷、あるいは、インクジェット方式で所望の形状に塗布した後、メッキ処理する方法、さらに別な方法としては、銀塩写真技術を応用した方法も利用できる。
銀塩写真技術を応用した方法については、たとえば、特開2009-140750号公報の[0076]-[0112]、及び実施例を参考にして実施できる。触媒インクをグラビア印刷してメッキ処理する方法については、たとえば、特開2007-281290号公報を参考にして実施できる。
ランダムな網目構造としては、たとえば、特表2005-530005号公報に記載のような、金属微粒子を含有する液を塗布乾燥することにより、自発的に導電性微粒子の無秩序な網目構造を形成する方法を利用できる。
グリッド電極14の細線部の表面比抵抗は、単位面積当たり10Ω以下であることが好ましく、3Ω以下であることがより好ましい。表面比抵抗は、たとえば、JIS K6911、ASTMD257、等に準拠して測定することができ、また市販の表面抵抗率計を用いて簡便に測定することができる。
(発光を偏らせる構成)
以下、図23および図24を参照して、両面発光の電界発光素子400において、発光を偏らせる構成について説明する。図23は、電界発光素子400の断面図、図24は、電界発光素子400の発光層と各透明電極との界面における光の反射率の違いによる発光強度差を説明するための模式図である。
以下、図23および図24を参照して、両面発光の電界発光素子400において、発光を偏らせる構成について説明する。図23は、電界発光素子400の断面図、図24は、電界発光素子400の発光層と各透明電極との界面における光の反射率の違いによる発光強度差を説明するための模式図である。
電界発光素子400は、第1透明電極411と、第2透明電極412と、第1透明電極411と第2透明電極412とに挟まれた発光層410とを備える。第1透明電極411の発光層410とは反対側の面には、第1透明部材415が設けられている。第2透明電極412の発光層410とは反対側の面には、第2透明部材416が設けられている。
発光層410から見た場合に、発光層410と第1透明電極411との界面の反射率が、発光層410と第2透明電極412との界面の反射率よりも高くなるように第1透明電極411と第2透明電極412との屈折率が選択されている。また、発光層410から見た場合に、第1透明部材415の屈折率が第2透明部材416の屈折率よりも低くなるように設けられている。
第1透明部材415と第2透明部材416とを設けない場合には、第1透明部材415側に発光が残留してしまう。一方、第1透明部材415と第2透明部材416を設けることによって、第2透明部材416側に発光を偏らせることができる。以下ではその原理について説明する。
第2透明電極412と第1透明電極411とに挟まれた、基本的な電界発光素子(発光層410+第1透明電極411+第2透明電極412)の膜厚さは、印加電圧に対する電界強度を大きくすること、内部抵抗による電圧低下を防ぐことから、100nm~500nm程度の範囲にすることが多い。
光の波長以下~波長の数倍程度の厚さの光学薄膜における発光がどのように第1透明部材415および第2透明部材416に分配されるかについては光の量子論を用いて説明ができる。ここでは、以下の文献[1]を参考にして、電界発光素子400の効果を説明する。
『文献[1]:Rodney Loudon, 「The Quantum Theory of Light (Second edition)」,(光の量子論,小島忠宣・小島和子訳,「光の量子論 第2版」,内田老鶴圃(1994).)』。図24に示す電界発光素子400において、発光層410で発光した光が第1透明部材415に遷移するのにかかる時間をτ1、発光層410で発光した光が第2透明部材416に遷移するのにかかる時間をτ2とする。
文献[1]を参考にして、τ1とτ2とは近似的に共通の比例係数を用いて、下記の式(17)で表すことができる。
式(17)中で、Gは放射光の電界分布に依存する定数、nd1は第1透明部材415の屈折率、nd2は第2透明部材416の屈折率である。ここからN個の光子が発生したときに、第1透明部材415に配分される光子の数N1と第2透明部材416に配分される光子の数N2の割合は、下記の式(18)で計算することができる。
式(18)中で、P1は発生した光子が第1透明部材415に行く確率、P2は発生した光子が第2透明部材416に行く確率である。これは光の波動状態を表す波数空間において、状態密度が屈折率の3乗に比例するという結果、および光の遷移確率が状態密度の比によって決まるという理論から導かれる。言い換えると、光子が状態密度の多い空間に行きやすく、光の状態密度が光の屈折率の3乗に比例することを意味している。
十分に光の状態密度を増やすためには透明部材の厚さが、透明部材における光の波長(真空波長をλ0とおいたとき、第1透明部材415の波長はλ0/nd1、第2透明部材416の波長はλ0/nd2)より大きいことが望ましい。
また、第1透明部材415と第2透明部材416とは、発光素子の機械強度を増すために数100μm程度の厚さを有することが望ましい。このとき、透明部材における光の振る舞いは幾何光学で近似される。
発光層から透明部材に移動した光の角度分布は、ランバート(cosθ配向)で近似できる。この場合、屈折率nd1の第1透明部材415から屈折率1の空気に出る光の割合η1、および屈折率nd2の第2透明部材16から屈折率1の空気に出る光の割合η2は、下記式(19)のようにあらわすことができる。
式(19)は、配向をランバートで仮定し全反射角以内の光がすべて空気に出るという仮定を置いて光線の積分を行なうことによって得られる。式(17)、式(19)より第1透明部材15側の空気に出る光の光子数M1と第2透明部材16側の空気に出る光子数M2の比は下記の式(20)で表されることになる。
これは、第1透明部材415側に出る光子数M1は、第1透明部材415の屈折率nd1に比例し、第2透明部材416側に出る光子数M2は第2透明部材416の屈折率nd2に比例することを意味する。
実際の素子においてはすべての光子が空気に達するわけではなく、前述した透明電極の反射率や透過率に依存して光子が消える割合が決まる。たとえば第1透明部材415の反射率が第2透明部材416の反射率よりも高ければ、式(20)で表される割合よりもM2が増加することになる。
重要なのは、式(20)で表されるように透明部材の屈折率によって、電極反射率の差による光子数が表面と裏面とで異なる効果を倍増させることができるという点である。
たとえば、第1透明部材415と第2透明部材416とを設けない場合に、発光層410から見た第1透明電極411の反射率が、発光層410から見た第2透明電極412の反射率よりも高い状態を考える。多重反射の結果、第2透明電極412の外側に出る光が第1透明電極411の外側に出る光よりも多くなる。第1透明電極411側に出る光L1と第2透明電極412側に出る光L2の割合がL1/L2=0.5であったとする。
第1透明電極411の外側に第1透明部材415として屈折率が1.1の材料を用い、第2透明部材416として屈折率が1.9の材料を設けた場合を考える。
材料としてガラス材料、樹脂材料、半導体酸化物、金属酸化物などが考えられるが、透明な材料であれば他にもゴム、液体、気体、ジェルなど任意の透明材料が用いられる。可視光で屈折率の高い媒質の例としてはTiO2(屈折率2.5)があり、屈折率の低い材料の例としては中空シリカ微粒子を分散させた樹脂媒体(屈折率1.1)があげられる。この場合、式(20)に従って光子数の割合が変わる。結果として第1透明部材415の外部に出る光L1’と第2透明部材16の外部に出る光L2’との割合は、下記の式(21)のとおり、第2透明部材416側に強く偏らせることが可能になる。
したがって、この電界発光素子400は、図24に示すように、第1透明部材415と第2透明部材416との屈折率を制御することで、第1透明電極411側に出る光と第2透明電極412側に出る光との割合について、第2透明部材416側に強く偏らせるとともに、電界発光素子400の透明性を保つことを可能としている。
なお、発光を偏らせる効果を強く出すためには、第1透明部材415と発光層410との間の距離が発光層における発光波長以下であり、第2透明部材416と発光層410との間の距離は上記発光層における発光波長以下であることが望ましい。このように構成することで、発光層で発生した光の近接場光のしみだし距離以内に第1透明部材と第2透明部材を配置でき、光の状態を第2透明部材側に偏らせる効果を出しやすくなる。
(下地層材料と屈折率との関係)
特開2015―60728号公報に「アルカリ金属またはアルカリ土類金属と酸素を含有して構成」として開示された材料や、特開2015-60717号公報に「縮合複素環化合物を含有し、当該縮合複素環化合物が窒素原子(N)と炭素原子(C)の数の比(N/C)の値が0.5以上の含窒素縮合環を分子内に有する」として開示された材料を用いることが望ましい。発光ピーク波長における屈折率は、1.7~2.0であり、発光層の屈折率に近いために、余計なフレネル反射を生じにくい利点がある。
特開2015―60728号公報に「アルカリ金属またはアルカリ土類金属と酸素を含有して構成」として開示された材料や、特開2015-60717号公報に「縮合複素環化合物を含有し、当該縮合複素環化合物が窒素原子(N)と炭素原子(C)の数の比(N/C)の値が0.5以上の含窒素縮合環を分子内に有する」として開示された材料を用いることが望ましい。発光ピーク波長における屈折率は、1.7~2.0であり、発光層の屈折率に近いために、余計なフレネル反射を生じにくい利点がある。
(照明装置500)
本実施の形態の電界発光素子を用いた照明装置500について、図25および図26を参照して説明する。なお、図25は、照明装置500の斜視図、図26は、照明装置500の縦断面図である。
本実施の形態の電界発光素子を用いた照明装置500について、図25および図26を参照して説明する。なお、図25は、照明装置500の斜視図、図26は、照明装置500の縦断面図である。
この照明装置500は、本体筐体501と、照明対象物510を載置する載置領域520とを有する。載置領域520には、外窓用ガラス600Aが嵌め入れられている。この外窓用ガラス600Aには、上記した各電界発光素子を用いることが可能で、たとえば、図2Aから図2Cに示す電界発光素子100を用いた場合には、第2透明電極12および第2透明部材16側が、載置領域520側に面している。
この照明装置500は、たとえば、子供用のおもちゃ、食品(リンゴ等)等を展示するためのショーケースである。この照明装置500は、透明で片面側(載置領域520側)に偏った発光を実現し、消光時は透明なガラス板として機能する。
図25および図26に示すショーケースとしての照明装置500の場合には、内部の展示品のみに均一な柔らかい照明を実現する。また、展示品を見る人間側にはほとんど発光せず向こう側が透けて見えるので空間に拡がりを持たせることができる。
図25および図26では、ショーケースの窓として用いたが、透明な照明自体をショーケースに用いてもよい。この場合は上下左右に発光が均一な照明になり影のない展示品の照明が可能になる。また、ショーケースに限られず、たとえば、家、車の窓の照明装置としても用いることができる。
以上、本実施の形態における電界発光素子によれば、グリッド電極のある部分の光強度の角度分布(配光)を、正面強度が低く斜め強度が強くなるように構成している。このようにすることで、従来の構造に比較してグリッド電極上部の輝度を目立たなくし、全体として均一な正面方向の輝度を確保することを可能とする。
より好ましくは、片側の面に偏った発光を実現できると同時に、グリッド電極上の輝度低下割合をより少なくすることが可能になり、正面輝度効率を向上させることを可能とする。
より好ましくは、下地層を設けることで透明電極の平滑性を向上し、透過率の向上と同時に面抵抗の低減を図ることを可能とする。
より好ましくは、透明電極との屈折率差を調整することでフレネル反射を低減させ、透明性を向上させることを可能とする。
(眼鏡600)
図27は本実施の形態における電界発光素子を採用した眼鏡600である。眼鏡600のレンズ部に本実施の形態における透明で発光する電界発光素子が設けられている。また、眼鏡600のフレームを介して配線がなされ、配線は制御装置に接続されている。本実施の形態における電界発光素子を眼鏡に実施する際には、眼鏡の外部側の透明部材の屈折率を眼鏡の目側の透明部材の屈折率より高くすることにより発光を外部に偏らせるように構成することで、暗所で手元を見ながら作業をする際に視認側はまぶしくせずに外部を明るくできる効果が得られ作業性が改善できる。
図27は本実施の形態における電界発光素子を採用した眼鏡600である。眼鏡600のレンズ部に本実施の形態における透明で発光する電界発光素子が設けられている。また、眼鏡600のフレームを介して配線がなされ、配線は制御装置に接続されている。本実施の形態における電界発光素子を眼鏡に実施する際には、眼鏡の外部側の透明部材の屈折率を眼鏡の目側の透明部材の屈折率より高くすることにより発光を外部に偏らせるように構成することで、暗所で手元を見ながら作業をする際に視認側はまぶしくせずに外部を明るくできる効果が得られ作業性が改善できる。
また、グリッドのある面は内部の側が望まく、グリッドが目の側にあることで発光層から発光した光を外部に向けることができ、目のまぶしさを低減できる。また、特にグリッドを縞状に構成し、グリッドの間隔を可視光の中心波長550ナノメートル以下とし、グリッドの幅を可視光の中心波長550ナノメートル以下とすることで、グリッドがワイヤグリッド偏光子としての機能を有するように構成できる。
本実施の形態における電界発光素子を眼鏡に応用し、可視光の波長においてワイヤグリッド偏光子として機能するように構成し、グリッドの方向を水平面として構成することで、外部に偏って発光しかつサングラスをかけた人間はまぶしくないサングラスとして構成することができる。本実施の形態における電界発光素子を発光するサングラスとして機能させた場合、外部に発光しデザイン性に優れたサングラスを実現できる。
本実施の形態に従う電界発光素子においては、第1透明電極と、第2透明電極と、上記第1透明電極と上記第2透明電極とに挟まれた発光層と、上記第1透明電極に設けられるグリッド電極と、を備えている。
上記発光層から上記第2透明電極側に発光する光の空気で観測した輝度の30度以上の特定の角度θtにおける配光特性を、上記グリッド電極が設けられている領域と、上記グリッド電極が設けられていない領域とを比較した場合に、上記グリッド電極が設けられている領域の輝度の方が大きい。
他の形態においては、上記グリッド電極は、上記第1透明電極の上記発光層とは反対側の面に設けられている。
他の形態においては、上記グリッド電極は、上記第1透明電極の内部に設けられている。
他の形態においては、上記グリッド電極は、上記発光層側の面に設けられている。他の形態においては、上記グリッド電極上の上記発光層から上記第2透明電極側に発光する光の空気で観測した輝度の配光特性をDg(θ)とした場合に、30度以上の特定の角度θtにおいて、Dg(θt)>Dg(0)cos(θt)となる。
他の形態においては、上記第1透明電極の上記発光層とは反対側の面に設けられる第1透明部材と、上記第2透明電極の上記発光層とは反対側の面に設けられる第2透明部材と、をさらに備えている。
上記発光層から見た場合に、上記発光層と上記第1透明電極との界面の反射率が、上記発光層と上記第2透明電極との界面の反射率よりも高くなるように上記第1透明電極と上記第2透明電極の屈折率が選択され、上記第1透明部材の屈折率が上記第2透明部材の屈折率よりも低くなるように設けられており、上記第1透明部材と上記発光層との間の距離は上記発光層における発光波長以下であり、上記第2透明部材と上記発光層との間の距離は上記発光層における発光波長以下であり、上記第1透明部材と上記第2透明部材とは、それぞれの透明部材における光の波長以上の厚さを有する。
他の形態においては、上記第1透明部材、上記グリッド電極、上記第1透明電極の順に積層されており、上記グリッド電極と上記第1透明電極の間に上記第1透明電極の下地層が設けられている。
他の形態においては、上記下地層の屈折率が上記発光層の屈折率よりも低い。
以上、実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
以上、実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
10,410 発光層、10A 発光機能層、11,31,411 第1透明電極、12,412 第2透明電極、13 下地層、14 グリッド電極、15,415 第1透明部材、16,416 第2透明部材、21 第1透明電極b、22 第1透明電極a、23 光学バッファ層、24 封止層、25 接着層、26 封止基板、32 電子輸送層、33 第1光学バッファ層、34 第2光学バッファ層、100,100A,100B,100C,400 電界発光素子、500 照明装置、501 本体筐体、510 照明対象物、520 置領域、600 眼鏡、600A 外窓用ガラス。
Claims (8)
- 第1透明電極と、
第2透明電極と、
前記第1透明電極と前記第2透明電極とに挟まれた発光層と、
前記第1透明電極に設けられるグリッド電極と、を備え、
前記発光層から前記第2透明電極側に発光する光の空気で観測した輝度の30度以上の特定の角度θtにおける配光特性を、前記グリッド電極が設けられている領域と、前記グリッド電極が設けられていない領域とを比較した場合に、前記グリッド電極が設けられている領域の輝度の方が大きい、電界発光素子。 - 前記グリッド電極は、前記第1透明電極の前記発光層とは反対側の面に設けられている、請求項1に記載の電界発光素子。
- 前記グリッド電極は、前記第1透明電極の内部に設けられている、請求項1に記載の電界発光素子。
- 前記グリッド電極は、前記発光層側の面に設けられている、請求項1に記載の電界発光素子。
- 前記グリッド電極上の前記発光層から前記第2透明電極側に発光する光の空気で観測した輝度の配光特性をDg(θ)とした場合に、30度以上の特定の角度θtにおいて、Dg(θt)>Dg(0)cos(θt)となる、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の電界発光素子。
- 前記第1透明電極の前記発光層とは反対側の面に設けられる第1透明部材と、
前記第2透明電極の前記発光層とは反対側の面に設けられる第2透明部材と、をさらに備え、
前記発光層から見た場合に、
前記発光層と前記第1透明電極との界面の反射率が、前記発光層と前記第2透明電極との界面の反射率よりも高くなるように前記第1透明電極と前記第2透明電極の屈折率が選択され、前記第1透明部材の屈折率が前記第2透明部材の屈折率よりも低くなるように設けられており、
前記第1透明部材と前記発光層との間の距離は前記発光層における発光波長以下であり、
前記第2透明部材と前記発光層との間の距離は前記発光層における発光波長以下であり、
前記第1透明部材と前記第2透明部材とは、それぞれの透明部材における光の波長以上の厚さを有する、請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の電界発光素子。 - 前記第1透明部材、前記グリッド電極、前記第1透明電極の順に積層されており、
前記グリッド電極と前記第1透明電極の間に前記第1透明電極の下地層が設けられている、請求項6に記載の電界発光素子。 - 前記下地層の屈折率が前記発光層の屈折率よりも低い、請求項7に記載の電界発光素子。
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