JP2003163085A

JP2003163085A - 発光素子及びディスプレイ

Info

Publication number: JP2003163085A
Application number: JP2001361448A
Authority: JP
Inventors: Kenji Kono; 謙司河野; Hiroshi Yokogawa; 弘横川; Masaru Yokoyama; 勝横山
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2001-11-27
Filing date: 2001-11-27
Publication date: 2003-06-06

Abstract

(57)【要約】【課題】光を外部に取り出す取り出し効率の高い発光
素子及びその発光素子を複数個用いた光を外部に取り出
す取り出し効率の高いディスプレイを提供する。【解決手段】凸状の曲面を有する透明基板（１）と、
その透明基板の内面に沿って発光手段（２）を備えた発
光素子において、上記透明基板の端面に光反射体（３）
を設けている発光素子及び、凸状の曲面を有する透明基
板（１）と、その透明基板の内面に沿って発光手段
（２）を備えた発光素子において、上記透明基板の端面
に光反射体（３）を設けている発光素子を複数個設けた
ディスプレイ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は発光部分を曲面にす
ることにより、外部への光の取り出し効率を高めて効率
よく発光する発光素子及びこの発光素子を用いたディス
プレイに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】エレクトロルミネッセンス（以下ＥＬと
略す）発光素子は、固体蛍光体物質の電界発光を利用し
た発光素子であり、現在、無機系材料を発光体として用
いた無機ＥＬ発光素子が実用化され、液晶ディスプレイ
のバックライトやフラットパネルディスプレイ等への応
用展開が一部ではかられている。

【０００３】一方、有機材料を用いたＥＬ発光素子に関
する研究も古くから注目され、様々な検討が行われてき
たが、発光効率が非常に悪いことから本格的な実用化に
は至らなかった。しかし、１９８７年にコダック社の
Ｃ．Ｗ．Ｔａｎｇらにより、有機材料をホール輸送層と
発光層の２層に分けた機能分離型の積層構造を有する有
機ＥＬが提案され、このものでは１０Ｖ以下の低電圧に
もかかわらず、１０００ｃｄ／ｍ²以上の高い発光輝度
が得られることが明らかになった。そしてこれ以降、有
機ＥＬ発光素子が注目されはじめ、活発な研究が行われ
るようになった。このような研究開発がなされた結果、
有機ＥＬ発光素子は、１０Ｖ程度の低電圧で１００〜１
０００００ｃｄ／ｍ²程度の高輝度の面発光が可能とな
り、また蛍光物質の種類を選択することにより青色から
赤色までの発光が可能となった。

【０００４】また、フォトルミネッセンス（以下ＰＬと
略す）発光素子は、固体蛍光物質を紫外線励起により発
光させる素子であり、プラズマディスプレイ（ＰＤＰ）
等のように現在実用化されているものもある。ガラス気
密容器内に封入されたＨｅとＸｅの混合ガスをグロー放
電させることにより発生する１４７ｎｍの紫外線をガラ
ス内面に塗布された無機化合物の蛍光体、例えば、Ｙ₂
Ｏ₃：Ｅｕなどが吸収、励起し発光するものである。

【０００５】しかし、一般に、これらの発光素子は発光
層が平坦なガラス基板やプラスチック基板に形成されて
いるため、発光層で発生した光の大半は、平坦なガラス
基板やプラスチック基板から外部にすべて取り出され
ず、ガラス基板やプラスチック基板内を導波し、側面か
ら光が漏れたり、素子内で消滅してしまう。そのため、
発光効率は高いものではないことが問題となっている。
フルカラーディスプレイや照明用発光素子としてこれら
の発光素子を考えた場合も、発光効率のさらなる向上が
必要である。

【０００６】さらに、光の取り出しについて詳しく説明
すると、発光素子の内部で発生した光が発光素子の外側
へ取り出される取り出し率ηは、古典光学の法則によ
り、屈折率ｎの媒体中から屈折率１．０の空気中に出射
される際の全反射の臨界角θｃで決まる。屈折率の法則
からこの臨界角θ_cは次の式（１）で与えられる。

【０００７】ｓｉｎθ_c＝１／ｎ（１）そして、光の取り出し率ηは、屈折率ｎの媒体から空気
中へ通過する光量と発生した全光量（媒体と空気の界面
で全反射される光量と空気中へ通過する光量の和）の比
から次の式（２）で求められる。

【０００８】η＝１−（ｎ²−１）^1/2／ｎ（２）なお、媒体の屈折率ｎが１．５より大きい場合には次の
近似式（３）を用いることができる。

【０００９】η＝１／（２ｎ²）（３）ここで、発光素子の発光層や透明電極の厚みは光の波長
より小さいので、ガラス基板の屈折率が主として光の取
り出し効率ηに寄与することになる。そしてガラスの屈
折率ｎは一般に１．５〜１．６程度であるので、（３）
式から、光の取り出し効率ηは約０．２（約２０％）に
なる。残りの約８０％はガラス基板と空気の界面の全反
射によって導波光として失われているものである。

【００１０】このように、発光素子内部で発生した発光
を大気中に取り出す場合の光の取り出し効率は低く、こ
のことは、内部で発生した面状発光を大気中に取り出す
発光素子全体において問題になるものであった。

【００１１】また、特開平５−４７４７０号公報には、
凸状の曲面を有する透明基板上にＥＬの発光素子を形成
することが提案されている。本出願人等は、鋭意検討し
た結果、凸状の曲面を有する透明基板を用いた発光素子
は、平坦な透明基板を用いる場合に比べて、外部への光
の取り出し効率を高めることができるとの知見を得た。
これは、凸状の曲面を有する透明基板は、透明基板―空
気界面での光の入射角が立つことになるので、臨界角θ
_cをより小さくすることができ、その結果、外部への光
の取り出し効率を高められるものと説明できる。

【００１２】そして、凸状の曲面を有する透明基板を用
いた発光素子については、外部への光の取り出し効率を
さらに向上させ、より効率よく発光する発光素子が求め
られているのが現状である。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の点に鑑
みてなされたもので、凸状の曲面を有する透明基板を用
いた発光素子であって、外部への光の取り出し効率を高
めていて、より効率よく発光する発光素子を提供するこ
と、及びその発光素子を用いた効率よく発光するディス
プレイを提供することを目的とするものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係る
発光素子は、凸状の曲面を有する透明基板と、その透明
基板の内面に沿って発光手段を備えた発光素子におい
て、上記透明基板の端面に光反射体を設けたことを特徴
としている。

【００１５】本発明の請求項２に係る発光素子は、請求
項１記載の発光素子において、上記発光手段が、上記透
明基板の内面に沿って陽極と、エレクトロルミネッセン
ス発光層（ＥＬ発光層）と、陰極とをこの順に設けて形
成した発光手段であることを特徴としている。

【００１６】本発明の請求項３に係る発光素子は、請求
項１記載の発光素子において、上記発光手段が、上記透
明基板の内面に沿って、紫外線が照射されることにより
発光するフォトルミネッセンス発光層（ＰＬ発光層）を
備える発光手段であることを特徴としている。

【００１７】本発明の請求項４に係る発光素子は、請求
項１乃至請求項３のいずれかに記載の発光素子におい
て、上記光反射体が、金属で形成した光反射体であるこ
とを特徴としている。

【００１８】本発明の請求項５に係る発光素子は、請求
項１乃至請求項３のいずれかに記載の発光素子におい
て、上記光反射体が、上記透明基板よりも屈折率の高い
材料で形成した光反射体であることを特徴としている。

【００１９】本発明の請求項６に係るディスプレイは、
請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の発光素子を複
数個設けたことを特徴としている。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る発光素子の実
施の形態を説明する。

【００２１】図１は、本発明に係る発光素子の実施の形
態の一例を示す断面図であり、ドーム状（略半球形状）
であって凸状の曲面を有する透明基板１の内面に沿っ
て、発光手段２を備え、さらに、透明基板１の端面に光
反射体３を設けた構造としている。

【００２２】透明基板１を凸状の曲面にすることによ
り、平坦な場合に比べて、透明基板―空気界面での光の
入射角が立つことになるので、臨界角θ_cがより小さく
なり、透明基板１内部を導波する光が少なくなる。さら
に、光反射体３を透明基板１の端面に設けることで、透
明基板１内を導波する光を端面で反射させることができ
る。従って、外部に取り出す光の量を増すことができ、
その結果、発光効率を向上させることが可能になるもの
と考えられる。

【００２３】上記透明基板１としては、ガラスやポリス
チレン、ポリエチレンテレフタレートなどといったプラ
スチックが挙げられるが、これらに限定されるものでは
なく、特に、３８０ｎｍ〜７８０ｎｍの波長範囲で光を
透過させるものが望ましい。また、表面の形状が凸状の
曲面であるということについては、図１に示すようなド
ーム状の他に、凸状の曲面が半円筒状等であっても構わ
ない。

【００２４】上記光反射体３としては、透明基板１内を
導波光として通ってきた光を反射させる効果があるもの
を用いることができ、例えば、アルミニウムや銀等の金
属や透明基板１よりも屈折率の高い材料等を用いること
ができる。

【００２５】次に、本発明に係る発光素子の発光手段２
の一例について説明する。

【００２６】図２は、発光手段２の一例を備えた発光素
子を示す断面図であり、ドーム状であって凸状の曲面を
有する透明基板１の内面に沿って、発光手段２を備え、
さらに、透明基板１の端面に光反射体３を設けた構造と
している。

【００２７】上記発光手段２としては、凸状の曲面を有
する透明基板１の内面に沿って、陽極２ａ、ＥＬ発光層
２ｂ、陰極２ｃをこの順に積層して設けた構造のものを
用いることができる。そして陽極２ａに正電圧を、陰極
２ｃに負電圧を印加すると陽極２ａからホールが、陰極
２ｃから電子が注入され発光層２ｂにおいて再結合して
発光が起こるものである。

【００２８】上記陽極２ａとしては、酸化インジウム錫
（ＩＴＯ）又は酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）等で形成
した透明電極を用いることができ、上記陰極２ｃとして
は、アルミニウム、銀―マグネシウム、カルシウム等の
金属からなる金属電極を用いることができるが、これら
に限定されるわけではない。また、透明電極および金属
電極は、スパッタリング法、ＣＶＤ法、イオンプレーテ
ィング法や蒸着法等の一般的な方法を用いて形成するこ
とができる。

【００２９】上記ＥＬ発光層２ｂとしては、有機ＥＬの
発光層として、一般に用いられている低分子色素系材料
や共役高分子系材料などで形成することができ、ホール
注入層、ホール輸送層、電子輸送層、電子注入層などの
層との積層多層構造であってもよい。また、無機ＥＬの
発光層を用いることもできる。無機ＥＬとしては、一般
に無機ＥＬの発光層として用いられる無機蛍光材料であ
れば、特に制限されることなく用いることができる。

【００３０】上記発光手段２を備えた発光素子は、光反
射体３を透明基板１の端面に設けることで、透明基板１
内を導波する光を端面で反射させることができるので、
外部に取り出す光の量を増すことができ、その結果、発
光効率を向上させることが可能になるものと考えられ
る。

【００３１】次に、本発明に係る発光素子の発光手段２
の異なる一例について説明する。

【００３２】図３は、発光手段２の異なる一例を備えた
発光素子を示す断面図であり、ドーム状であって凸状の
曲面を有する透明基板１の内面に沿って、ＰＬ発光層２
ｄを設けると共に、そのＰＬ発光層２ｄに紫外線を供給
する紫外線供給手段４を備えた構造としている。

【００３３】上記ＰＬ発光層２ｄとしては、紫外線で励
起され発光するＰＬ発光材料で形成されるものであり、
無機材料、有機材料、希土類金属錯体など、ＰＬ発光す
るものであれば特に制限されることなく使用することが
できる。

【００３４】上記紫外線供給手段４としては、ガラス等
で形成された密閉空間４ａ内に、一対の放電電極４ｂを
設け、密閉空間４ａ内に水銀あるいはＸｅ、Ｎｅ、Ｋｒ
又はこれらの混合ガスなどの希ガスを封入したものを用
いることができる。放電電極４ｂに電圧を印加してグロ
ー放電させると、放電電極４ｂから放出された熱電子に
より放電プラズマが生成し、プラズマ中の水銀や希ガス
から紫外線が発せられる。

【００３５】上記発光手段２を備えた発光素子は、光反
射体３を透明基板１の端面に設けることで、透明基板１
内を導波する光を端面で反射させることができるので、
外部に取り出す光の量を増すことができ、その結果、発
光効率を向上させることが可能になるものと考えられ
る。

【００３６】次に、本発明に係るディスプレイの実施の
形態について説明する。

【００３７】本発明に係るディスプレイの実施の形態の
一例は、上記で説明した凸状の曲面を有する透明基板の
端面に光反射体を設けた発光素子を複数個、マトリック
スに配置し、ディスプレイとしたものである。このよう
な構成を用いることにより、光の取り出し効率を高めた
ディスプレイが可能になるものと考えられる。

【００３８】また、上記ディスプレイは、緑・青・赤の
各色のＥＬ発光素子をマトリックスに配置し、ディスプ
レイにすることもできる。

【００３９】

【実施例】次に本発明を実施例によって具体的に説明す
る。

【００４０】（実施例１）まず、図２に示す発光手段を
備える発光素子を作製した。ドーム状であって凸状の曲
面を外面に有するガラス基板（透明基板１）の端面に光
反射体３としてアルミニウムを１００ｎｍ真空蒸着し
た。次いで、このガラス基板（透明基板１）の内面に、
陽極２ａとして酸化インジウム錫（ＩＴＯ）を１００ｎ
ｍスパッタリング法で形成し、その上にＥＬ発光層２ｂ
として、芳香族ジアミン化合物「４，４−ビス［Ｎ−
（ナフチル）−Ｎ−フェニル−アミノ］ビフェニル（α
−ＮＰＤ）：ケミプロ化成（株）製」を５０ｎｍ、アル
ミノキノリノール錯体「トリス（８−ヒドロキノリン）
アルミニウム：（株）同仁化学研究所製」を５０ｎｍス
パッタリング法で形成し、さらに陰極２ｃとしてＬｉＦ
／Ａｌを１００ｎｍ真空蒸着法により形成して、ＥＬの
発光素子を作製した。

【００４１】なお、発光手段２のＥＬ発光層２ｂを発光
させるために、上記陽極２ａと陰極２ｃの間には、直流
電源を印加した。

【００４２】（比較例１）次に、凸状の曲面を外面に有
するガラス基板の端面に光反射体としてのアルミニウム
を形成せずに、実施例１と同様にしてＥＬ発光素子を作
製した。

【００４３】（参考例１）次に、実施例１に示した凸状
の曲面を外面に有するガラス基板と同じ表面積を持つ平
坦なガラス基板に、そのガラス基板の端面に光反射体３
としてのアルミニウムを形成せずに、実施例１と同様に
してＥＬ発光素子を作製した。

【００４４】上記の実施例１、比較例１及び参考例１で
得たＥＬの発光素子について、駆動電圧４Ｖにおける発
光輝度を輝度計「ミノルタ（株）製：ＬＳ−１１０」で
測定した。これらの結果を表１に示す。

【００４５】

【表１】

【００４６】表１にみられるように、実施例１は、比較
例１及び参考例１よりも発光素子の輝度が高く、光の外
部取り出し効率が高いことが確認された。

【００４７】（実施例２）次に、図３に示す発光手段を
備える発光素子を作製した。ドーム状であって凸状の曲
面を外面に有するガラス基板（透明基板１）の端面に光
反射体３としてアルミニウムを１００ｎｍ真空蒸着し
た。次いで、Ｙ₂Ｏ₃：Ｅｕ「ＮＰ３４０：日亜化学
（株）製」２４ｇとアルミナゾル「日産化学社（株）
製：結着剤」１２ｍｇを３．０質量％濃度のポリエチレ
ンオキサイド水溶液（増粘剤）２５ｇと純水５．０ｇと
０．５質量％濃度の界面活性剤水溶液の混合液に分散さ
せたスラリーを調製し、このスラリーを上記ガラス基板
（透明基板１）の内面に塗布し、６００℃で１０分間焼
成を行って、溶媒や増粘剤を除去することによって、Ｙ
₂Ｏ₃：Ｅｕからなる厚み２０ミクロンのＰＬ発光層２ｄ
を形成した。

【００４８】なお、発光手段２であるＰＬ発光層２ｄを
発光させるために、密閉空間４ａであるガラスケース内
に、ＨｅとＸｅの混合ガスを封入して密閉した後、放電
電極４ｂ間にグロー放電をさせることによって発生した
１４７ｎｍの紫外線をＰＬ発光層２ｄに照射した。

【００４９】（比較例２）凸状の曲面を外面に有するガ
ラス基板の端面に光反射体としてのアルミニウムを形成
せずに、実施例２と同様にしてＰＬの発光素子を作製し
た。

【００５０】（参考例２）実施例２に示した凸状の曲面
を外面に有するガラス基板と同じ表面積を持つ平坦なガ
ラス基板に、そのガラス基板の端面に光反射体３として
アルミニウムを形成せずに、実施例２と同様にしてＰＬ
の発光素子を作製した。

【００５１】上記の実施例２、比較例２及び参考例２の
ＰＬの発光素子に、紫外線を照射して、その発光輝度を
輝度計「ミノルタ（株）製：ＬＳ−１１０」で測定し
た。これらの結果を表２に示す。

【００５２】

【表２】

【００５３】表２にみられるように、実施例２は、比較
例２及び参考例２よりも発光素子の輝度が高く、光の外
部取り出し効率が高いことが確認された。

【００５４】（実施例３）この実施例３では、３種類の
発光素子（緑・青・赤）をそれぞれ作製し、作製した３
種類の発光素子を用いて、ディスプレイを作製してい
る。

【００５５】まず、図２に示す構造の発光手段を備える
緑色ＥＬ発光素子を作製した。ドーム状であって凸状の
曲面を外面に有するガラス基板（透明基板１）の端面に
光反射体３としてアルミニウムを１００ｎｍ真空蒸着し
た。次いで、このガラス基板（透明基板１）の内面に、
陽極２ａとして酸化インジウム錫（ＩＴＯ）を１００ｎ
ｍスパッタリング法で形成し、さらにその上にＥＬ発光
層２ｂとして、芳香族ジアミン化合物「４，４−ビス
［Ｎ−（ナフチル）−Ｎ−フェニル−アミノ］ビフェニ
ル（α−ＮＰＤ）：ケミプロ化成（株）製」を５０ｎｍ
及びアルミノキノリノール錯体「トリス（８−ヒドロキ
ノリン）アルミニウム：（株）同仁化学研究所製」を５
０ｎｍスパッタリング法で形成した。さらに、陰極３ｄ
としてＬｉＦ／Ａｌを１００ｎｍ真空蒸着法により形成
し、緑色ＥＬ発光素子を作製した。

【００５６】次に、ＥＬ発光層２ｂとして、芳香族ジア
ミン化合物「４，４−ビス［Ｎ−（ナフチル）−Ｎ−フ
ェニル−アミノ］ビフェニル（α−ＮＰＤ）：ケミプロ
化成（株）製」を５０ｎｍ及びバソクプロイン「（株）
同仁化学研究所製」を５０ｎｍスパッタリング法で形成
する以外は、上記緑色ＥＬ発光素子と同様の方法で、青
色ＥＬ発光素子を作製した。

【００５７】さらに、ＥＬ発光層２ｂとして、芳香族ジ
アミン化合物「４，４−ビス［Ｎ−（ナフチル）−Ｎ−
フェニル−アミノ］ビフェニル（α−ＮＰＤ）：ケミプ
ロ化成（株）製」を５０ｎｍ及びアルミノキノリノール
錯体「トリス（８−ヒドロキノリン）アルミニウム：
（株）同仁化学研究所製」にナイルレッド３％をドープ
した層５０ｎｍスパッタリング法で形成する以外は、上
記緑色ＥＬ発光素子と同様の方法で、赤色ＥＬ発光素子
を作製した。

【００５８】上記で作製した、緑・青・赤の各色のＥＬ
発光素子を１個づつ合計３個を一列に配置し、ディスプ
レイとした。

【００５９】（比較例３）凸状の曲面を外面に有するガ
ラス基板の端面に光反射体としてアルミニウムを形成せ
ずに、実施例３と同様にして、緑・青・赤の各色のＥＬ
発光素子を作製し、３色の各発光素子を１個づつ合計３
個を、実施例３と同様に一列に配置して、ディスプレイ
とした。

【００６０】（参考例３）実施例３で示した凸状の曲面
を外面に有するガラス基板と同じ表面積を持つ平坦なガ
ラス基板を用い、そのガラス基板の端面に光反射体とし
てアルミニウムを形成せずに、緑・青・赤の各色のＥＬ
発光素子を実施例３と同様に作製し、３色の各発光素子
を１個づつ合計３個を、実施例３と同様に一列に配置し
て、ディスプレイとした。

【００６１】上記の実施例３、比較例３及び参考例３で
得たディスプレイについて、３色の各発光素子を同時に
発光させた場合の、駆動電圧４．５Ｖにおける発光輝度
を輝度計「ミノルタ（株）製：ＬＳ−１１０」で測定し
た。これらの結果を表３に示す。

【００６２】

【表３】

【００６３】表３にみられるように、実施例３は、比較
例３及び参考例３よりもディスプレイの輝度が高く、光
の外部取り出し効率が高いことが確認された。

【００６４】

【発明の効果】請求項１〜請求項５に係る発光素子は、
凸状の曲面を有する透明基板と、その透明基板の内面に
沿って発光手段を備えた発光素子において、上記透明基
板の端面に光反射体を設けているので、光の外部取り出
し効率が高い発光素子とすることができる。

【００６５】また、請求項６に係るディスプレイは、凸
状の曲面を有する透明基板と、その透明基板の内面に沿
って発光手段を備えた発光素子において、上記透明基板
の端面に光反射体を設けている発光素子を複数個設けた
ディスプレイとしているので、光の外部取り出し効率が
高いディスプレイとすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る発光素子の実施の形態を説明する
断面図である。

【図２】本発明に係る発光素子の発光手段の一例を説明
する断面図である。

【図３】本発明に係る発光素子の発光手段の異なる一例
を説明する断面図である。

【符号の説明】

１透明基板２発光層２ａ陽極２ｂＥＬ発光層２ｃ陰極２ｄＰＬ発光層３光反射体４紫外線照射手段４ａ密閉空間４ｂ放電電極

フロントページの続き (72)発明者横山勝大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株式会社内Ｆターム(参考） 3K007 AB02 AB03 BB04 CA05 DB03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】凸状の曲面を有する透明基板と、その透
明基板の内面に沿って発光手段とを備えた発光素子にお
いて、上記透明基板の端面に光反射体を設けたことを特
徴とする発光素子。
【請求項２】上記発光手段が、上記透明基板の内面に
沿って陽極と、エレクトロルミネッセンス発光層（ＥＬ
発光層）と、陰極とをこの順に設けて形成された発光手
段であることを特徴とする請求項１記載の発光素子。
【請求項３】上記発光手段が、上記透明基板の内面に
沿って、紫外線が照射されることによって発光するフォ
トルミネッセンス発光層（ＰＬ発光層）を備える発光手
段であることを特徴とする請求項１記載の発光素子。
【請求項４】上記光反射体が、金属で形成した光反射
体であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいず
れかに記載の発光素子。
【請求項５】上記光反射体が、上記透明基板よりも屈
折率の高い材料で形成した光反射体であることを特徴と
する請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の発光素
子。
【請求項６】請求項１乃至請求項５のいずれかに記載
の発光素子を複数個設けたことを特徴とするディスプレ
イ。