CN103918348A - 发光装置 - Google Patents
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Abstract
一种发光装置包括：光透射性基板(10)，其具有光提取面和形成在该光提取面的相对侧上的凹凸面；反射膜(20)，其部分地覆盖所述凹凸面；高折射率层(30)，其被设置在所述光透射性基板(10)上，并且将所述凹凸面和所述反射膜(20)的表面作为界面，所述高折射率层的折射率高于光透射性基板(10)的折射率；有机功能层(50)，其包括被设置在所述高折射率层(30)上的发光层；以及反射电极(60)，其被设置在有机功能层(50)上。各个反射膜(20)形成相对于所述光提取面倾斜并被设置为沿着所述光透射性基板(10)与所述高折射率层(30)之间的界面的光反射面。沿着所述光透射性基板(10)与所述高折射率层(30)之间的界面形成有相对于发光层的延伸面倾斜的光透射面。
Description
技术领域
本发明涉及发光装置，并且更具体地说，涉及一种用于增强光提取效率的技术。
背景技术
为了改进照明设备的能量效率，进行研究和开发以获得取代白炽灯和荧光灯的光源。近来，高亮度发光二极管(LED)等被认为是最有希望的候选之一，并且实际上基于商业基础制造它们的应用产品。响应于对于节能的不断增长的需求，LED照明延伸至普通家庭。
此外，使用了有机电致发光元件(下文中称作有机EL)的照明的商业化逐渐成熟。与涉及点发光的LED相比，有机EL涉及表面发光。因此，有机EL可在不需要使用扩散器的情况下有利地提供适合作为照明光的宽范围的均匀光。
在使用有机EL元件(下文中称作有机EL照明)的照明设备的领域中要实现的一个目的在于增强光提取效率。例如，有机EL照明设备是将透明电极、包括发光层的有机功能层以及金属电极层叠在诸如玻璃基板的光透射性基板上而构成的。在有机EL照明设备中，从发光层发射的光在在透明电极与光透射性基板之间的界面以及光透射性基板与发光空间(空气)之间的界面处重复全反射的同时衰减。因此，发光层中生成的光的仅大约20％被提取至外部。为了解决该问题，将诸如透镜阵列和散射体的结构设置在光透射性基板的表面上，以增强光提取效率。
专利文献1公开了一种表面光源装置，该表面光源装置包括：用于光提取的基板，其构成发光元件的光出射面；透明树脂层，其被设置在基板的在光出射面侧的表面上；以及高折射率薄膜，其被设置在透明树脂层的在光出射面侧的表面上。透明树脂层包括在光出射面侧上的表面上的棱锥状或棱柱状的凹凸结构。棱锥或棱柱状的斜面与光出射面之间形成的角大于40°并小于65°。高折射率薄膜沿着凹凸结构设置，其在各个点的厚度在平均厚度的±30％以内。高折射率薄膜的折射率比透明树脂层的折射率高15％至30％。
专利文献2公开了一种光学显示装置，该光学显示装置包括按顺序层叠在面状的发射器的发光面侧上的半透明层和色彩转换层。色彩转换层的折射率高于半透明层的折射率，并且色彩转换层与半透明层之间的界面形成为凹凸形状。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平2009-146654号公报；
专利文献2：日本特开平2000-284705号公报。
发明内容
发明所要解决的问题
在通过在诸如玻璃基板的光透射性基板上层叠透明电极、包括发光层的有机功能层和金属电极构成的有机EL发光设备中，三个因素可导致光提取效率的劣化。(1)在光透射性基板与透明电极之间的界面处由于它们之间的折射率的差异发生全反射，这使得发光层中生成的光不能入射在光透射性基板上。(2)在光透射性基板与发光空间(空气)之间的界面处由于它们之间的折射率的差异发生全反射，这使得发光层中生成的光不能出射至外部。(3)穿过构成有机EL发光装置的各个层的光根据各个层的光透射率而衰减。当光倾斜地入射在尤其具有相对低的光透射率的透明电极上时，光的光学路径长度变长，这使光显著衰减。
专利文献1和2中公开的两种技术旨在通过抑制在光透射性基板与发光空间(空气)之间的界面处发生的全反射来增强光提取效率。可以知道，这些技术旨在消除上述因素(2)。然而，即使将上述因素(2)消除，也难以实现光提取效率的显著增强，除非有效地抑制在透明电极与光透射性基板之间的界面处发生的全反射(即，除非有效地消除上述因素(1))。更具体地说，在专利文献1和2中公开的结构中，一大部分光仍未被提取。因此，认为有必要实现光提取效率的进一步增强。
鉴于上述问题提出本发明，并且本发明的一方面在于提供一种与现有技术相比能够实现光提取效率的显著增强的发光装置。
解决问题的手段
根据本发明的发光装置包括：光透射性基板，其具有光提取面和形成在该光提取面的相对侧上的凹凸面；第一光反射膜，其部分地接触所述凹凸面；高折射率层，其被设置在所述光透射性基板上，从而将所述凹凸面和所述第一光反射膜的表面作为界面，高折射率层的折射率高于所述光透射性基板的折射率；有机功能层，其包括设置在所述高折射率层上的发光层；以及第二光反射膜，其被设置在所述有机功能层上，其中，所述第一光反射膜在所述光透射性基板与所述高折射率层之间的各个界面处形成相对于所述光提取面倾斜的光反射面，并且在所述光透射性基板与所述高折射率层之间的界面处，形成有相对于所述发光层的延伸面倾斜的光透射面。
附图说明
图1(a)是示出根据本发明的实施方式的发光装置的构造的截面图，图1(b)是根据本发明的实施方式的高折射率层的平面图，并且图1(c)是示出构成根据本发明的实施方式的高折射率层的凹凸面的一个单元的凸部的立体图。
图2(a)是示出根据本发明的实施方式的有机EL元件的构造的平面图，并且图2(b)是沿图2(a)中的2b-2b线截取的截面图。
图3(a)至图3(c)是示出在根据本发明的实施方式的发光装置中在有机功能层中生成并发射至外部的光的路径的截面图。
图4(a)至图4(c)是示出在根据本发明的实施方式的发光装置中在有机功能层中生成并发射至外部的光的路径的截面图。
图5(a)和图5(b)是示出在根据本发明的实施方式的发光装置中在有机功能层中生成并发射至外部的光的路径的截面图。
图6(a)和图6(b)示出了根据本发明的实施方式的发光装置中的光提取结构中的光束的轨迹；
图7示出了根据比较例的光提取结构中的光束的轨迹；
图8(a)是根据本发明的实施方式的光透射性基板的平面图，并且图8(b)是示出构成根据本发明的实施方式的高折射率层的凹凸面的一个单元的凸部的立体图。
图9(a)和图9(b)是根据本发明的实施方式的高折射率层的平面图。
图10(a)和图10(b)是根据本发明的实施方式的高折射率层的平面图。
图11(a)和图11(c)是根据本发明的实施方式的高折射率层的平面图，并且图11(b)是示出构成根据本发明的实施方式的高折射率层的凹凸面的一个单元的凸部的立体图。
图12是根据本发明的实施方式的高折射率层的平面图。
图13是示出根据本发明的实施方式的发光装置的构造的截面图。
图14是示出根据本发明的实施方式的发光装置的构造的截面图。
图15是示出根据本发明的实施方式的发光装置的构造的截面图。
图16(a)和图16(b)是根据本发明的实施方式的光透射性基板的立体图。
图17(a)和图17(b)是部分地示出根据本发明的实施方式的发光装置的构造的截面图。
图18(a)是部分地示出根据本发明的实施方式的发光装置的构造的截面图，图18(b)是根据本发明的实施方式的高折射率层的平面图，并且图18(c)是示出构成根据本发明的实施方式的高折射率层的凹凸面的一个单元的凸部的立体图。
图19是部分地示出根据本发明的实施方式的发光装置的构造的截面图。
图20(a)是示出根据本发明的实施方式的发光装置的构造的截面图，并且图20(b)是部分地示出根据本发明的实施方式的发光装置的构造的截面图。
图21是部分地示出根据本发明的实施方式的发光装置的构造的截面图。
图22(a)至图22(d)是示出用于制造根据本发明的实施方式的发光装置的方法的截面图。
图23是部分地示出根据本发明的实施方式的发光装置的构造的截面图。
图24(a)至图24(d)是示出用于制造根据本发明的实施方式的发光装置的方法的截面图。
图25(a)至图25(c)是示出用于制造根据本发明的实施方式的发光装置的方法的截面图。
图26(a)是示出根据本发明的实施方式的发光装置的构造的立体图，图26(b)是根据本发明的实施方式的高折射率层的平面图，并且图26(c)是示出构成根据本发明的实施方式的高折射率层的凹凸面的一个单元的凸部的立体图。
图27(a)是示出根据本发明的实施方式的发光装置的构造的立体图，并且图27(b)是根据本发明的实施方式的高折射率层的平面图。
图28是根据本发明的实施方式的高折射率层的平面图。
具体实施方式
下文中，将参照附图描述本发明的实施方式。在整个附图中，基本相同或等同的组成元件由相同的标号指代。
第一实施方式
图1(a)是示出根据本发明的第一实施方式的发光装置1的构造的截面图。图1(b)是从图1(a)所示的箭头方向观看的构成发光装置1的高折射率层30的平面图。发光装置1是所谓的底部发光型有机EL发光装置，其通过将光透射性基板10、高折射率层30、透明电极40、包括发光层的有机功能层50以及反射电极60层叠而构成。在将电压施加于透明电极40与反射电极60之间时，在发光层中生成光，并且从光透射性基板10的表面提取光。
光透射性基板10是由诸如玻璃和树脂的具有透光性的材料制成的板状构件。例如，光透射性基板10的厚度为大约500μm。光透射性基板10的光提取面形成与填充在发光空间中的空气(折射率为1)接触的平坦表面。例如，当由玻璃制成光透射性基板10时，其折射率为大约1.5。光透射性基板10的在光提取面的相对侧上的表面具有由图1(b)所示的多个四棱锥状的凹部构成的凹凸结构。光透射性基板10可为由具有相似折射率的两种或更多种材料制成的分层主体。
高折射率层30由折射率高于光透射性基板10的折射率并且与透明电极40的折射率相似的光透射性构件构成。高折射率层30可由折射率为例如大约1.8的环氧树脂等制成。高折射率层30具有紧密接触(对应于)光透射性基板10的凹凸面的凹凸面。更具体地说，高折射率层30具有与形成在光透射性基板10上的多个四棱锥状的凹部对应的多个四棱锥状的(棱锥状的)凸部31。
高折射率层30中的凸部31的表面形成相对于光提取面倾斜的斜面。由于高折射率层30的凹凸面紧密接触光透射性基板10的凹凸面，所以也在光透射性基板10上形成等同的斜面。多个凸部31的形状和大小彼此相等，以形成凸部31沿着纵向和横向对齐的周期性结构。图1(c)是示出构成高折射率层30的凹凸面的一个单元的凸部31的立体图。优选地，凸部31的大小显著大于在有机功能层50中生成的光的波长。例如，凸部31的底面的一侧的长度为10μm，并且高度为大约14μm。可通过使用诸如切割和抛光、激光处理、化学蚀刻和热压印的公知的表面处理技术对高折射率层30的表面进行处理来形成多个凸部31。也可通过将树脂涂覆到光透射性基板10的凹凸面上的方法来形成高折射率层30的凹凸面。
构成本发明的第一光反射膜的反射膜20被设置在凸部31的侧面的一部分上。在四棱锥状的凸部31的四个侧面中，彼此邻近的两个侧面由反射膜20覆盖。形成反射膜20以覆盖在凸部31中彼此面对的多个侧面中的一个侧面(例如，表面a1)，而不覆盖另一侧面(例如，表面b)。还形成反射膜20以覆盖相邻凸部31的彼此面对的多个侧面中的一个侧面(例如，表面a2)，而不覆盖另一侧面(例如，表面b)。在多个凸部31中，反射膜20覆盖面对相同方向的多个侧面。反射膜20由具有高反射率的材料(即，诸如Ag和Al的金属)制成。例如，图案化的抗蚀剂掩模形成在高折射率层30的凹凸面上。然后，上述金属通过真空沉积、溅射法等通过抗蚀剂掩模沉积在高折射率层30的凹凸面上。结果，可形成反射膜20。因此，高折射率层30接触光透射性基板10和反射膜20二者。例如，高折射率层30的厚度为100μm，并且高折射率层30的接触透明电极40的表面是平坦的。
反射膜20在光透射性基板10与高折射率层30之间的界面处形成相对于光提取面倾斜的光反射面。光透射面形成在光透射性基板10与高折射率层30之间的未形成光反射膜20的另一界面处。光透射面相对于包括发光层的有机功能层50的延伸面倾斜。在高折射率层30的平坦面上，将透明电极40、包括发光层的有机功能层50以及反射电极60层叠，以形成有机EL元件。
图2(a)是示出根据本发明的实施方式的有机EL元件的更详细的构造的平面图。图2(b)是沿图2(a)中的2b-2b线截取的截面图。
构成阳极的多个透明电极40各自形成为带状。沿着Y方向在高折射率层30上延伸的透明电极40沿着X方向以固定间隔并排设置。各个透明电极40由例如金属氧化物导电体(诸如铟锡氧化物(ITO)和铟锌氧化物(IZO))制成。透明电极40的折射率类似于高折射率层30的折射率(折射率为大约1.8)。用于将源电压供应至各个透明电极40的总线72形成在各个透明电极40的表面上。绝缘膜71形成在高折射率层30和透明电极40上。绝缘膜71具有条纹状的开口，所述开口各自形成为沿着Y方向延伸。通过在绝缘膜71的表面上设置多个开口来形成多个堤状物(分隔件)。各个开口通向透明电极40。在开口的底面上，暴露出透明电极40的各个表面。在绝缘膜71的各个开口中的透明电极40上，空穴注入层51、空穴传输层52、发光层53R、53G和53B以及电子传输层54按照这个顺序被层叠，以构成有机功能层50。空穴注入层51和空穴传输层52的材料的示例可包括芳族胺衍生物、酞菁衍生物、卟啉衍生物、寡噻吩衍生物、聚噻吩衍生物、苄基苯基衍生物、通过芴基团连接的叔胺化合物、腙衍生物、硅氮烷衍生物、硅胺衍生物、膦胺衍生物、喹吖啶酮衍生物、聚苯胺衍生物、聚吡咯衍生物、聚苯撑乙炔衍生物、聚噻吩乙炔衍生物、聚喹啉衍生物、聚喹喔啉衍生物和碳。发光层53R、53G和53B各自由分别发射红光、绿光和蓝光的荧光有机金属化合物等制成。发光层53R、53G和53B在通过绝缘膜71的堤状物彼此分离的同时并排设置。更具体地说，有机功能层50形成通过堤状物分离的多个发光区域。形成电子传输层54以覆盖发光层53R、53G和53B和绝缘膜71的表面。形成构成阴极的带状反射电极60以覆盖电子传输层54的表面。反射电极60由诸如Al或具有低功函数和高反射率的合金的金属制成。反射电极60构成本发明的第二光反射膜。有机功能层50的折射率类似于透明电极40和高折射率层30的折射率(折射率为大约1.8)。
因此，分别发射红光、绿光和蓝光的发光层53R、53G和53B按照条纹图案重复设置。被允许从光透射性基板10的用作光提取面的表面出射的光通过将红光、绿光和蓝光以任意比率混合而形成，以被识别为单一冷光色彩的光。
图3至图5是示出在根据本发明的实施方式的发光装置1中，在有机功能层50中生成并被允许出射至外部的光的多个路径的截面图。为了更容易地理解，以由位于等同于凸部31的底部的深度位置的反射电极60形成光反射面为前提进行描述。由于高折射率层30、透明电极40和有机功能层50具有相似的折射率，所以在各个界面处既不发生折射也不发生反射。此外，光透射性基板10和高折射率层具有周期性的凹凸结构。因此，反射电极60位于上述位置的前提并不会导致任何实质性的困难。在这种情况下，认为发射点位于反射电极60上。
如图3(a)所示，以入射角θ1从法线n的右侧入射的光束A(从法线n的右侧入射的光束定义为正)被由反射膜20形成的光反射面a1反射。光束随后穿过未形成反射膜的光透射面b，并入射在光透射性基板10上。光束A在被由反射膜20形成的光反射面a2反射之前笔直穿过光透射性基板10的内部。随后，使得所述光束能够从光提取面d出射至外部。
如图3(b)所示，以入射角θ2(θ1>θ2)从法线n的右侧入射的光束B被由反射膜20形成的光反射面a1反射。光束随后穿过未形成反射膜的光透射面b，并入射在光透射性基板10上。光束B在被由反射膜20形成的光反射面a2反射之前笔直穿过光透射性基板10的内部。随后，使得光束B能够从光提取面d出射至外部。
如图3(c)所示，与法线n平行地入射的光束C与由反射膜20a形成的光反射面a1相交。因此，光束C沿着与光入射路径相同的路径朝着由反射电极60形成的光反射面c行进。在被光反射面c反射之后，光束C穿过未形成反射膜的光透射面b，并入射在光透射性基板10上。光束C在被允许从光提取面d出射至外部之前笔直穿过光透射性基板10的内部。
如图4(a)所示，以入射角θ4(θ4<0)从法线n的左侧入射的光束D被由反射膜20形成的光反射面a1反射。光束D随后被由反射电极60形成的光反射面c反射，并且被光反射面a1再次反射。然后，光束D穿过未形成反射膜的光透射面b，并入射在光透射性基板10上。光束D在被由反射膜20形成的光反射面a2反射之前笔直穿过光透射性基板10的内部。随后，使得光束D能够从光提取面d出射至外部。
如图4(b)所示，以入射角θ5(θ5>高折射率层与光透射性基板之间的临界角)从法线n的左侧入射的光束E以大于临界角的角度入射在未形成反射膜的光透射面b上。因此，光束E通过光透射面b被全反射。然后，在被由反射膜20形成的光反射面a1反射之后，光束E被由反射电极60形成的光反射面c反射，穿过光透射面b，并入射在光透射性基板10上。光束E在被允许从光提取面d出射至外部之前笔直穿过光透射性基板10的内部。
如图4(c)所示，以基本平行于光反射面a1的角度入射在高折射率层30上的光束F穿过未形成反射膜的光透射面b，并入射在光透射性基板10上。光束F笔直穿过光透射性基板10的内部，并被允许从光提取面d出射至外部，或者在一些情况下，光束F通过光透射性基板10与空气之间的界面d(光提取面)被全反射。
如图5(a)所示，通过光透射性基板10与空气之间的界面d全反射的光束G被由反射膜20形成的光反射面a反射。由于光反射面a相对于界面d倾斜，所以光束G以小于临界角的入射角入射在界面d上。结果，使得光束G能够在不被全反射的情况下从光提取面d出射至外部。
如图5(b)所示，从光透射性基板10穿过未形成反射膜的光透射面b入射在高折射率层30上的光束H被由反射电极60形成的光反射面c以及由反射膜20形成的光反射面a1反射。光束H随后穿过未形成反射膜的光透射面b，并入射在光透射性基板10上。光束H在被由反射膜20形成的光反射面a2反射之前笔直穿过光透射性基板10的内部。随后，使得光束H能够从光提取面d出射至外部。
因此，在根据当前实施方式的发光装置1中，光透射性基板10具有对应于由设置在高折射率层30的表面上的多个四棱锥状的凸部31构成的凹凸面的对应的凹凸面。具有双面反射性的反射膜20部分地接触所述凹凸面和所述对应的凹凸面。折射率高于光透射性基板10的折射率的高折射率层30被设置在光透射性基板10上，并且光透射性基板10的凹凸面和反射膜20的表面作为界面。根据这种光提取结构，光透射性基板10与高折射率层30之间的界面处形成有相对于包括发光层的有机功能层50的延伸面倾斜的斜面。这样，可以减少以等于或大于临界角的角度入射在界面上的光，使得可抑制通过界面的全反射。反射膜20还形成相对于光提取面倾斜的光反射面。因此，通过光透射性基板10与空气之间的界面(光提取面)全反射的光以及通过高折射率层30入射在光透射性基板10上的光可被反射膜20反射，并且随后以小于临界角的入射角入射在光提取面上。这样，可防止光在光提取面与反射电极60之间长时间地重复反射。此外，由于其上形成有反射膜20的光反射面被布置为面对未形成反射膜的光透射面，所以穿过高折射率层30的内部的光可以按照相对短的路径入射在光透射性基板10上。
图6(a)和图6(b)示出了在根据当前实施方式的发光装置1中的光提取结构中的光束的轨迹。所述光束轨迹是模拟在将高折射率层的一个凸部的底部均等地划分为五份的点P1至P4中的每一个上以10°、30°、50°、70°、90°、110°、130°、150°和170°的角度入射在高折射率层上的全部36支光束的路线的结果。所述模拟基于以下前提来执行：光透射性基板的折射率n1为1.5、高折射率层的折射率n2为1.8、填充在发光空间中的空气的折射率n0为1、在由反射电极形成的光反射面c与高折射率层的凸部的侧面之间形成的角度α为40°(图6(a))和55°(图6(b))。假设由反射电极形成的光反射面c位于等同于高折射率层的凸部的底部的深度位置。根据当前实施方式中的光提取结构，可使得全部36支光束通过在由反射电极形成的光反射面c上进行最多两次反射而出射至外部。
图7示出了根据反射膜未设置在光透射性基板的凹凸面上的比较例的光提取结构中的光束的轨迹。所述光束轨迹是模拟在将高折射率层的一个凸部的底部均等地划分为五份的点P1至P4中的每一个上以10°、30°、50°、70°、90°、110°、130°、150°和170°的角度入射在高折射率层30上的全部36支光束的路线的结果。由于光的路线是对称的，所以图7中未示出以110°、130°、150°和170°的角度入射在高折射率层上的光束。所述模拟基于以下前提来执行：光透射性基板的折射率n1为1.5、高折射率层的折射率n2为1.8、填充在发光空间中的空气的折射率n0为1、在由反射电极形成的光反射面c与凸部的侧面之间形成的角度为55°。假设由反射电极形成的光反射面c位于等同于高折射率层的凸部的底部的深度位置。根据比较例中的光提取结构，在光束在光反射面c上反射的次数在0至2的范围内的情况下，使得36支光束中的20支光束能够出射至外部。这表示出射光束的数量小于根据当前实施方式的光提取结构中的出射光束的数量。换句话说，在光透射性基板的凹凸面上不具有反射膜的结构中，除非光在光反射面c上被反射三次或更多次，否则大约44％的光不能被提取至外部。
从以上描述中清楚的是，根据当前实施方式的发光装置1在透明电极40与光透射性基板10之间具有高折射率层，高折射率层的折射率基本等于透明电极40的折射率。发光装置1还具有设置在光透射性基板10与高折射率层30之间的具有倾斜的双面反射性的反射膜，反射膜相对于光提取面倾斜。因此，光可在相对短的光学路径长度和相对少的反射次数的情况下被提取至外部，使得可实现光提取效率的显著增强。
图8(a)是示出形成在高折射率层30的凹凸面上的反射膜20的图案的第一修改示例的平面图。图8(b)是示出其上形成有具有修改的图案的反射膜20的一个单元的凸部31的立体图。如这些附图中所示，反射膜20可被设置为覆盖四棱锥状的凸部31的各个侧面的大致一半的区域。根据反射膜20的图案，光透射面形成在各个四棱锥状的凸部31的四个侧面中的每一个上，使得可分散光发射方向。从光提取效率的观点来看，优选的是，即使在所述修改的图案中，也仅在彼此面对的两个区域中的一个区域上设置反射膜20。在图8(a)所示的示例中，仅在彼此面对的区域a1'和b'中的区域a1'上设置反射膜20。这也应用于彼此相邻的凸部中的彼此面对的区域a2'和b'。
图9(a)是示出形成在高折射率层30的凹凸面上的反射膜20的图案的第二修改示例的平面图。如图9(a)所示，反射膜20的图案可以是图1(b)所示的反射膜的图案与图8(a)所示的反射膜的图案的混合。
图9(b)是示出形成在高折射率层30的凹凸面上的反射膜20的图案的第三修改示例的平面图。在四棱锥状的凸部31的四个侧面中，彼此相邻的两个侧面由反射膜20覆盖。如图9(b)所示，反射膜20可形成为覆盖在各个凸部中或在包括多个凸部的各个块中按照不同方向取向的侧面。在图9(b)所示的示例中，反射膜20在包括四个凸部31的各个块中按照不同方向设置。根据反射膜20的图案，未由反射膜20覆盖的光透射面朝着图9(b)的中心取向。通过重复地布置图9(b)所示的单元，可获得整体上方向均匀的光。
图10(a)和图10(b)是示出高折射率层30的凸部31的形状的第一修改示例的平面图。如这些附图中示出的，一个单元的凸部31可形成为三棱锥状。反射膜20被形成为覆盖三棱锥的三个侧面中的一个侧面。如图10(a)所示，反射膜20被形成为仅覆盖彼此邻近的相邻凸部中的彼此面对的侧面(例如，表面a和b)中的一个侧面。如图10(b)所示，可存在用作光透射面的区域，其中彼此邻近的相邻凸部中的彼此面对的侧面(例如，表面b1和b2)二者均未由反射膜覆盖。因此，凸部31被形成为三棱锥状，并且反射膜被形成为使得彼此邻近的凸部中的彼此面对的侧面二者不构成光反射面。这样，可增强光提取效率，同时分散光发射方向。根据具体在图10(a)中示出的构造，可获得整体均匀的光。
图11(a)是示出高折射率层30的凸部31的形状的第二修改示例的平面图。图11(b)是示出形成为修改的形状的一个单元的凸部31的立体图。如这些附图中示出的，一个单元的凸部31可形成为圆锥状。反射膜20覆盖圆锥侧面的大致一半的区域。考虑光提取效率等，可适当改变反射膜20的覆盖范围。如图11(a)所示，凸部31的由反射膜20覆盖的区域按照相同方向取向。这样，在不需要掩模的情况下，可通过所谓的斜沉积(通过使沉积表面相对于沉积颗粒的散射方向倾斜来执行沉积的方法)形成反射膜20的图案，从而便于制造。与此相反，如果如图11(c)所示，凸部31的由反射膜20覆盖的区域在包括多个凸部31的各个块中以不同方向取向，则可分散光的出射方向。
如图12所示，构成高折射率层30的凹凸面的多个凸部31可被设置为使得在彼此邻近的凸部之间形成有空隙。
在以上描述中，已经描述了高折射率层30和透明电极40分离地设置的构造。然而，高折射率层30还可具有透明电极的功能，如图13所示。在这种情况下，高折射率层30由诸如ITO的金属氧化物导电体制成。
在以上描述中，已经描述了光透射性基板10和高折射率层30的凹凸面具有由圆锥或四棱锥状的凹部或凸部构成的周期性结构的情况。然而，如图14所示，构成光透射性基板10和高折射率层30的凹凸面的凹部或凸部可具有随机形状、尺寸和高度。可通过利用诸如喷砂处理和喷水处理的公知的表面处理技术来形成这些随机的凹凸面。反射膜20通过所谓的斜沉积等部分地形成在形状和尺寸随机的凸部的侧面上。
在以上描述中，已经描述了光透射性基板10由单一材料制成的情况。然而，如图15所示，光透射性基板10可以是通过层叠具有相似折射率的不同类型的材料而制备的多层基板。例如，可通过将由玻璃制成的第一层10a和由折射率等于第一层10a的折射率的树脂制成的第二层10b层叠来构成光透射性基板10。通过为与高折射率层30邻近的第二层10b选择使得能够相对容易地形成凹凸面的材料，实现了更容易的制造。
在以上描述中，已经描述了光透射性基板10的凹凸面形成有多个棱柱状的凹部12的情况，如图16(b)所示。然而，如图16(a)所示，可从多个圆锥或四棱锥状的凸部11形成光透射性基板10的凹凸面。在这种情况下，高折射率层30被形成为具有由对应于光透射性基板10的凸部11的多个棱锥状的凹部构成的凹凸面。
第二实施方式
图17(a)是部分地示出根据本发明的第二实施方式的发光装置2的截面图。在发光装置2中，高折射率层30的凹凸面由四棱锥状的凸部31构成。凸部31的峰部和在相邻凸部之间形成的谷部具有基本平行于光提取面的面31a和31b。在高折射率层30的面31a和31b上未形成反射膜20，从而面31a和31b用作光透射面。更具体地说，根据当前实施方式的发光装置2具有：第一光透射面，其形成在平行于光提取面的面31a和31b上；以及第二光透射面，其形成在相对于有机功能层50的延伸面倾斜的面31c上。
通过采用基本平行于光提取面的面31a和31b作为光透射面，可容易地将基本与光提取面正交的光束提取至外部。更具体地说，当以直角入射在面31a和31b上的光束穿过面31a和31b时，光束继续笔直行进并仍以直角入射在光提取面上。以直角入射在光提取面上的光束不被光提取面全反射，从而可将光束直接提取至外部。就笔直行进的光而言，可通过在不使光被反射膜20反射的情况下将光提取至外部来增强光提取效率。由于除此前描述的组成元件以外的组成元件与根据第一实施方式的发光装置1的组成元件相似，所以省略对它们的描述。
如图17(b)所示，基本平行于光提取面的面31a和31b可由反射膜20覆盖，使得面31a和31b用作光透射面。更具体地说，反射膜20的覆盖面31a和31b的一部分的厚度比形成光反射面的一部分的厚度小。可通过根据所谓的斜沉积形成反射膜20来实现这种厚度分布。
图18(a)是部分地示出构成高折射率层30的凹凸面的多个凸部31中的每一个具有修改的形状的发光装置2a的截面图。图18(b)是具有由形成为具有修改的形状的凸部31构成的凹凸面的高折射率层30的平面图。图18(c)是示出形成为具有修改的形状的一个单元的凸部31的立体图。如这些附图中示出的，构成高折射率层30的凹凸面的多个凸部31中的每一个具有截头棱锥状。它们的上底部(或下底部)构成基本平行于光提取面的面31d。反射膜20覆盖截头棱锥的彼此邻近的两个侧面，以形成光反射面。反射膜未形成在作为凸部31的上底部(或下底部)的面31d上，因此面31d形成光透射面。
通过采用基本平行于光提取面的面31d作为光透射面，以直角入射在面31d上的光束被使得能够出射至外部而不被反射膜20反射，如上述发光装置2中的情况。因此，可增强光提取效率。
虽然在以上描述中已经描述了多个凸部31中的每一个形成为截头棱锥的情况，但是凸部31可形成为截头圆锥状。高折射率层30的凹凸面也可由多个截头棱锥状的凹部构成。在这种情况下，光透射性基板10的凹凸面由多个截头棱锥状的凸部构成(见图19)。根据图19所示的构造，光透射面31d被布置在反射膜20之下。结果，从发光层发射的光可以按照所有角度入射在光透射面31d上。因此，可在光透射面31d上发生全反射，并且光可在光透射面31d与反射电极60之间重复地反射。相反，根据图18(a)所示的构造，光透射面31d被布置在反射膜上。结果，从底面观看，以小于特定角度的角度入射的光被反射膜20阻挡，并且不能到达光透射面31d。结果，光被反射表面20反射，并被提取至外部。更具体地说，不大可能发生光在光透射面31d与反射电极60之间的重复反射。
第三实施方式
图20(a)是示出根据本发明的第三实施方式的发光装置3的构造的截面图。发光装置3与根据上述的第一实施方式的发光装置1的不同之处在于沿着构成高折射率层30的凹凸面的凸部31的侧面形成的光反射结构。更具体地说，根据当前实施方式的光反射结构由层叠反射膜22构成，所述层叠反射膜22是通过将由具有高反射率的金属(诸如Ag或Al)制成的反射膜20以及由折射率低于光透射性基板10的折射率的材料(诸如SiO2)制成的低折射率膜21层叠而构成的。层叠反射膜22在光透射性基板10与高折射率层30之间的各个界面处形成相对于光提取面倾斜的光反射面。图20(a)示出了低折射率膜21接触光透射性基板10并且反射膜20接触高折射率层30的情况。然而，反射膜20和低折射率膜21的布置方式可互换。由于除层叠反射膜22以外的组成元件与根据上述的第一实施方式的发光装置1的组成元件相似，因此省略对它们的描述。
图20(b)是示出具有上述层叠反射膜22的发光装置3的内部的光的路径的截面图。以大于临界角的入射角从光透射性基板10侧入射在层叠反射膜22上的光束I通过光透射性基板10与低折射率膜21之间的界面被全反射，并被导向至光提取面。在这种情况下，不生成反射损失，因此与光被反射膜20反射的情况相比增强了光提取效率。以小于临界角的入射角从光透射性基板10侧入射在层叠反射膜22上的光束J穿过低折射率膜21。光束J随后在反射膜20的表面上反射并被导向至光提取面。因此，由于可通过将由低折射率膜21和反射膜20构成的层叠反射膜22插置在光透射性基板10与高折射率层30之间来减少反射损失，因此可进一步增强光提取效率。
图21是示出由低折射率膜21和反射膜20形成的光反射结构的修改的示例的截面图。如图21所示，层叠反射膜22a可具有反射膜20被低折射率膜21夹在中间的夹层结构。根据该结构，从光透射性基板10侧和高折射率层30侧入射在层叠反射膜22a上的光可被完全反射。这样，实现了反射损失的进一步减小。
下文中，将参照图22(a)至图22(d)描述用于制造根据本发明的第三实施方式的具有由反射膜20和低折射率膜21构成的层叠反射膜22的发光装置3的方法。
首先，制备通过将玻璃基板10a和具有凹凸面的树脂基板10b层叠而构成的光透射性基板10。玻璃基板10a的折射率等于树脂基板10b的折射率。例如，通过诸如热压印的模制技术来形成树脂基板10b的凹凸面(图22(a))。
接着，通过溅射法等将由折射率低于树脂基板10a和玻璃基板10b的折射率的材料(诸如SiO2)制成的低折射率膜21形成在树脂基板10b的凹凸面上。然后，通过剥除法、蚀刻法等来部分地去除低折射率膜21，以形成低折射率膜21的图案(图22(b))。
接着，通过沉积法、溅射法等将由具有高反射率的金属(诸如Ag或Al)制成的反射膜20形成在树脂基板10b的凹凸面上。然后，通过剥除法、蚀刻法等来部分地去除反射膜20，以形成反射膜20的图案。反射膜20被层叠在低折射率膜21上，使得沿着树脂基板10b的凹凸面形成层叠反射膜22(图22(c))。
接着，将折射率高于树脂基板10b和玻璃基板10a的折射率并且与透明电极40和有机功能层50的折射率相似的UV可固化树脂涂覆至其上形成有层叠反射膜22的树脂基板10b的凹凸面上。然后，利用紫外光辐射UV可固化树脂以使其固化。结果，接触光透射性基板的凹凸面和层叠反射膜22二者的高折射率层30被形成在光透射性基板10上(图22(d))。
接着，通过溅射法等将由诸如ITO的金属氧化物导电体制成的透明导电膜形成在高折射率层30上。所形成的透明导电膜通过蚀刻被图案化以形成透明电极40。随后将光致抗蚀剂(未示出)涂覆至透明电极40以覆盖透明电极40。然后，对光致抗蚀剂执行曝光和显影处理，以形成通向透明电极40的多个开口。因此，形成堤状物以通过各个冷光色彩将有机功能层分离。接着，通过喷墨法将有机材料涂覆至多个开口的内侧。结果，通过将空穴注入层、空穴传输层、发光层和电子传输层层叠而构成的有机功能层50被形成在透明电极40上。接着，具有对应于反射电极60的图案的开口的掩模用于将作为电极材料的Al沉积在有机功能层50上，以通过沉积法等形成期望的图案。结果，形成反射电极60。密封层可根据需要形成在反射电极60上。通过执行以上步骤中的每一个来完成根据当前实施方式的发光装置3。
图23是示出由反射膜和低折射率层构成的光反射结构的修改示例的截面图。如图23所示，光反射结构24由设置在光透射性基板10与高折射率层30之间的空隙部23和光反射膜20构成。空隙部23可填充有空气或折射率低于光透射性基板10的折射率的其它气体。空隙部23也可为真空。由于空隙部23的折射率低于光透射性基板10的折射率，所以空隙部23表现出与上述低折射率膜21的功能相同的功能。更具体地说，光反射结构24在光透射性基板10与高折射率层30之间的各个界面处形成相对于光提取面倾斜的光反射面。虽然图23示出了反射膜20接触光透射性基板10并且空隙部23接触高折射率层30的情况，但是反射膜20和空隙部23的布置方式可互换。由于除光反射结构以外的组成元件与根据上述的第一实施方式的发光装置的组成元件相似，因此省略对它们的描述。
下文中，将参照图24(a)至图24(d)描述制造具有由反射膜20和空隙部23构成的光反射结构的发光装置的方法。
首先，制备光透射性基板10，其是将玻璃基板10a与具有凹凸面的树脂基板10b层叠而构成的。玻璃基板10a的折射率等于树脂基板10b的折射率。例如，通过诸如热压印的模制技术来形成树脂基板10b的凹凸面(图24(a))。
接着，通过沉积法、溅射法等将由具有高反射率的金属(诸如Ag或Al)制成的反射膜20形成在树脂基板10b的凹凸面上。然后，通过剥除法、蚀刻法等来部分地去除反射膜20，以在反射膜20上形成图案(图24(b))。
接着，制备构成高折射率层30的高折射率构件30a。高折射率树脂构件30a由诸如环氧树脂的材料制成，其折射率高于玻璃基板10a和树脂基板10b的折射率并且与透明电极40和有机功能层50的折射率相似。高折射率构件30a具有对应于形成在树脂基板10b上的凹凸面(与所述凹凸面接合)的对应的凹凸面。高折射率构件30a还具有设置在所述对应的凹凸面上的微小突起32(图24(c))。
接着，树脂基板10b的凹凸面与高折射率构件30a的对应的凹凸面接触，其中微小突起32用作间隔件。微小突起32与反射膜20接触，使得在反射膜20上形成空隙。因此，由反射膜20和空隙部23构成的光反射结构24被形成在树脂基板10a与高折射率构件30a之间(图24(d))。
由于形成透明电极40、有机功能层50和反射电极60的步骤与先前描述的步骤相似，所以省略对它们的描述。反射膜20可形成在高折射率构件30a的对应的凹凸面上，或者可形成在树脂基板10a和高折射率构件30a二者上。用作间隔件的微小突起32可被设置在树脂基板10b的凹凸面上，或者可被设置在树脂基板10b和高折射率构件30a二者上。独立于树脂基板10b和高折射率构件30a的结构可被布置在所述凹凸面与所述对应的凹凸面之间，以用作间隔件。
将参照图25(a)至图25(d)描述用于制造具有由反射膜和空隙部构成的光反射结构的发光装置的另一方法。
首先，制备光透射性基板10，其是将玻璃基板10a和具有凹凸面的树脂基板10b层叠而构成的。玻璃基板10a的折射率等于树脂基板10b的折射率。例如，通过诸如热压印的模制技术来形成树脂基板10b的凹凸面。
接着，制备构成高折射率层30的高折射率构件30a。高折射率树脂构件30a由诸如环氧树脂的材料制成，其折射率高于构成光透射性基板10的玻璃基板10a和树脂基板10b的折射率，并且与透明电极40和有机功能层50的折射率相似。高折射率树脂构件30a具有对应于形成在树脂基板10b上的凹凸面(与所述凹凸面接合)的对应的凹凸面。
接着，通过沉积法、溅射法等将由具有高反射率的金属(诸如Ag或Al)制成的反射膜20形成在高折射率构件30a的对应的凹凸面上。反射膜20随后通过剥除法、蚀刻法等被图案化(图25(a))。
接着，通过利用高折射率构件30a与反射膜20之间的热膨胀系数的差异来将扣合结构(褶皱状波浪)形成在反射膜20上。例如，形成在高折射率构件30a上的反射膜20被加热至大约100℃，然后使所述温度降低至室温。结果，扣合结构可形成在反射膜20上(图25(b))。
接着，树脂基板10b的凹凸面和高折射率构件30a的对应的凹凸面在其上形成有扣合结构的反射膜20被插置在它们之间的情况下彼此接触。因此，由反射膜20和与反射膜20的扣合结构相关地生成的空隙部23构成的光反射结构24a被形成在树脂基板10a与高折射率构件30a之间(图25(c))。
由于形成透明电极40、有机功能层50和反射电极60的步骤与先前描述的那些步骤相似，所以省略对它们的描述。
第四实施方式
图26(a)是示出根据本发明的第四实施方式的发光装置4的构造的立体图。图26(b)是构成发光装置4的高折射率层30的平面图。图26(c)是构成形成在高折射率层30上的凹凸面的凸部31的立体图。在图26(a)中，为便于理解，将由光透射性基板10和高折射率层30形成的组成部分与由透明电极40、有机功能层50和反射电极60形成的组成部分分开显示。
在发光装置4中，构成高折射率层30的凹凸面的多个凸部31中的每一个具有相对于光提取面倾斜的第一斜面33a以及沿着与第一斜面33a相对的方向倾斜的第二斜面33b。更具体地说，第一斜面33a和第二斜面33b对应于三棱柱的两个侧面，如图26(c)所示。多个凸部31被设置为使得第一斜面彼此平行并且第二斜面也彼此平行，而在它们之间不设置间隔。
第一斜面33a覆盖有反射膜20。第二斜面33b未覆盖有反射膜。高折射率层30被设置在光透射性基板10上，并且光透射性基板10的凹凸面和光反射膜20的表面作为界面。反射膜20在光透射性基板10与高折射率层30之间的各个界面处形成相对于光提取面倾斜的光反射面。根据当前实施方式中的光透射性基板10和高折射率层30的凹凸结构，反射膜20形成朝向相同的方向的多个矩形形状的(或带状的)光反射面。光透射性基板10在第二斜面13b处接触高折射率层30。在光透射性基板10与高折射率层30之间的界面处，形成有相对于有机功能层50的延伸面倾斜的光透射面。
有机功能层50形成在高折射率层30上，透明电极40介于它们之间。有机功能层50形成通过堤状物分离的多个发光区域50a、50b和50c。多个发光区域50a、50b和50c中的每一个具有矩形形状。它们经由透明电极40按照条纹状图案在高折射率层30上并排设置。多个发光区域50a、50b和50c可生成冷光色彩彼此不同的光。
构成高折射率层30的凹凸面的对应多个凸部31被设置在与发光区域50a、50b和50c交叠的位置处。凸部31与发光区域50a、50b和50c的纵向平行地延伸。换句话说，第一斜面33a与第二斜面33b彼此交叉处的交叉线L沿着发光区域50a、50b和50c的纵向延伸。凸部31的延伸方向的长度(即，交叉线L的长度)比发光区域50a、50b和50c的沿着纵向的长度长。
根据当前实施方式中的发光装置4，可如根据上述的第一实施方式的发光装置1的情况那样实现光提取效率的增强。而且，构成高折射率层30的凹凸面的一个单元的凸部31具有包括两个斜面的简单结构。因此，容易地形成凹凸面，这样可以确保高制造产量。此外，形成在第一斜面33a上的光反射面和形成在第二斜面33b上的光透射面沿着单一方向并排设置。因此，基于光反射面与光透射面之间的面积比，设计用于光提取效率的增强的最优值变得容易。通过将交叉线L的延伸方向布置为与发光区域50a、50b和50c的纵向平行可进一步增强这些优势。形成在第一斜面33a上的多个光反射面中的每一个也具有矩形形状(带状)，并且沿着单一方向取向。因此，当在发光装置未开启的同时从特定角度观看光提取面时，可确保视觉上具有满意外观的镜面。
如图27(a)和图27(b)所示，构成高折射率层30的凹凸面的多个凸部31中的每一个的延伸方向(即，交叉线L的延伸方向)可沿着发光区域50a、50b和50c的设置方向或者沿着垂直于发光区域50a、50b和50c的纵向的方向延伸。在这种情况下，交叉线L可在多个发光区域50a、50b和50c上延伸，如图27(b)所示。或者另选地，多个凸部31中的每一个可沿着发光区域50a、50b和50c的设置方向不连续地形成，如图28所示。交叉线L的长度可等于与发光区域50a、50b和50c的方向对齐的宽度方向的长度W。
上述多个实施方式中的每一个中描述的构造可彼此结合。此外，由于光透射性基板10和高折射率层30的凹凸面紧密接触，所以反射膜20和低折射率膜21可形成在光透射性基板10侧上，或者形成在高折射率层30侧上。
标号说明
1、2、2a、3、4 发光装置
10 光透射性基板
20 反射膜
21 低折射率膜
22 层叠反射膜
23 空隙部
24 光反射结构
30 高折射率层
31 凸部
40 透明电极
50 有机功能层
53R、53G、53B 发光层
60 反射电极
Claims (12)
1.一种发光装置，该发光装置包括：
光透射性基板，其具有光提取面和形成在该光提取面的相对侧上的凹凸面；
第一光反射膜，其部分地接触所述凹凸面；
高折射率层，其被设置在所述光透射性基板上，以将所述凹凸面和所述第一光反射膜的表面作为界面，所述高折射率层的折射率高于所述光透射性基板的折射率；
有机功能层，其包括被设置在所述高折射率层上的发光层；以及
第二光反射膜，其被设置在所述有机功能层上，
其中，所述第一光反射膜在所述光透射性基板与所述高折射率层之间的各个界面处形成相对于所述光提取面倾斜的光反射面，并且
其中，在所述光透射性基板与所述高折射率层之间的界面处，形成有相对于所述发光层的延伸面倾斜的光透射面。
2.根据权利要求1所述的发光装置，其中，在彼此邻近以构成所述凹凸面的凸部或凹部中，所述光反射面和所述光透射面被布置为彼此面对。
3.根据权利要求l或2所述的发光装置，其中，在构成所述凹凸面的各个所述凸部或所述凹部中，与所述第一光反射膜接触的表面朝向相同的方向。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的发光装置，其中，所述光透射性基板是层叠不同类型的材料而构成的。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的发光装置，其中，所述高折射率层包括金属氧化物导电体。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的发光装置，该发光装置还包括被设置在所述高折射率层与所述有机功能层之间的透明电极。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的发光装置，其中，所述凹凸面具有由多个凸部或凹部构成的周期性结构。
8.根据权利要求7所述的发光装置，其中，
所述凹凸面由多个四棱锥状的凸部或凹部构成，并且
所述第一光反射膜与各个所述凸部或各个所述凹部的两个侧面接触。
9.根据权利要求8所述的发光装置，其中，所述第一光反射膜与各个所述凸部或各个所述凹部中的彼此面对的侧面中的一个侧面接触。
10.根据权利要求7所述的发光装置，其中，
所述凹凸面由多个三棱锥状的凸部或凹部构成，并且
所述第一光反射膜与各个所述凸部或各个所述凹部的一个侧面接触。
11.根据权利要求7所述的发光装置，其中，
所述凹凸面由多个圆锥状的凸部或凹部构成，并且
所述第一光反射膜与所述凸部或所述凹部的侧面的一部分接触。
12.根据权利要求1至6中的任一项所述的发光装置，其中，
所述凹凸面由多个形状和尺寸随机的凸部或凹部构成。
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