JP2005038681A - ボトムエミッション型発光素子形成用の透明基板及び当該透明基板を用いた発光デバイス - Google Patents
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Abstract
【課題】光取出効率が極めて高いボトムエミッション型の発光デバイス及び該発光デバイスに好適に用いられる透明基板を提供する。
【解決手段】発光デバイスとしての照明装置11は、透明基板12の片面に有機エレクトロルミネッセンス素子16を備えている。有機エレクトロルミネッセンス素子16は、透明基板12側から、第1電極13、有機エレクトロルミネッセンス層14、第2電極15が順に配置され、有機エレクトロルミネッセンス素子16から出射される光が透明基板12側から出射される。透明基板12内には光を散乱させる界面を備えた光散乱部18が複数設けられている。光散乱部18は、レーザーにより透明材料の内部にマーキングを施す方法(レーザーマーキング方法)により形成されている。
【選択図】 図1
【解決手段】発光デバイスとしての照明装置11は、透明基板12の片面に有機エレクトロルミネッセンス素子16を備えている。有機エレクトロルミネッセンス素子16は、透明基板12側から、第1電極13、有機エレクトロルミネッセンス層14、第2電極15が順に配置され、有機エレクトロルミネッセンス素子16から出射される光が透明基板12側から出射される。透明基板12内には光を散乱させる界面を備えた光散乱部18が複数設けられている。光散乱部18は、レーザーにより透明材料の内部にマーキングを施す方法(レーザーマーキング方法)により形成されている。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボトムエミッション型発光素子形成用の透明基板及び当該透明基板を用いた発光デバイスに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、透明基板上にエレクトロルミネッセンス素子などの発光素子を備えたボトムエミッション型の照明装置(エレクトロルミネッセンスパネル)が提案されており、この照明装置を、例えば液晶表示装置のバックライトとして用いた技術も提案されている。
【0003】
エレクトロルミネッセンスパネルは、透明基板上に、陽極、エレクトロルミネッセンス層、反射陰極が順に積層形成されたエレクトロルミネッセンス素子を備えている。陽極は、光透過性を有する材料、例えばITO(インジウム錫酸化物)で形成されており、エレクトロルミネッセンス素子を発光させた状態では光が透明基板側から出射される。
【0004】
上記エレクトロルミネッセンスパネルにおいてエレクトロルミネッセンス素子の発光を有効に利用するためには、エレクトロルミネッセンス素子から透明基板に入射された光が透明基板のエレクトロルミネッセンス素子と対向する面と反対側の面(光出射面)から効率良く出射される必要がある。
【0005】
しかし、エレクトロルミネッセンス素子から発せられる光はあらゆる方向に向かって放射されるため、透明基板内に入射されて当該透明基板の光出射面に入射する光の入射角も様々である。また、一般に、透明基板は、外部雰囲気(一般には空気)の屈折率よりも屈折率が高い材料を利用せざるを得ない。
【0006】
そのため、透明基板に入射された光のうち、光出射面から出射されず、透明基板の側面からパネル外部へ直接出射されたり、光出射面で全反射した後、透明基板内を導波して透明基板の側面から出射されたり、エレクトロルミネッセンス層等に入射するなどして減衰してしまったりする光も多くある。
【0007】
このように、以上のような照明装置では、発光素子で発せられた光のうち、透明基板における所定の面(光出射面)から取り出すことのできる光の量が、発光素子による発光量と比べて極めて少ないという問題点(光取出効率が低い・悪いという問題点)が指摘されている。
【0008】
上記問題点に対して、エレクトロルミネッセンス層から発せられ、透明基板に入射した光が透明基板の側面から出射されるのを抑制するため、エレクトロルミネッセンス表示素子の発光層の光出射側と反対側の面を褶曲面としたエレクトロルミネッセンス表示素子が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。このエレクトロルミネッセンス表示素子50は、図6に示すように、透明絶縁基板51上に透明電極52、第1の誘電体層53、発光層54、第2の誘電体層55及び背面電極56が順に積層されている。製造時、透明絶縁基板51上にエレクトロルミネッセンス材料からなる発光層54を形成した後、発光層54の表面を選択的にレーザービームで照射することによって、発光層54の上面を微細な褶曲面に形成している。そして、発光層54からの光を乱反射させることにより、透明絶縁基板51の側面から出射される光の量を少なくして、透明絶縁基板51の表面から出射される光量を多くするようにしている。
【0009】
一方、近年、レーザーにより透明材料の内部にマーキングを施す方法(レーザーマーキング方法)及び装置が提案されている(例えば、特許文献2,3,4参照)。
【0010】
【特許文献1】
特開昭57−43391号公報(明細書の2頁、第3図)
【特許文献2】
特許第2810151号公報(明細書の2,3頁、第1図、第2図)
【特許文献3】
特許第3208730号公報(明細書の段落[0032]〜[0042]、図1、図2)
【特許文献4】
特開2001−276985号公報(明細書の段落[0015]〜[0021]、図1)
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、特許文献1の方法では、発光層54を構成するエレクトロルミネッセンス材料にレーザーを照射し、エレクトロルミネッセンス材料を部分的に溶解状態にして発光層54の上面に褶曲面を形成し、その上に第2の誘電体層55及び背面電極56を形成する。そのため、エレクトロルミネッセンス材料を部分的に溶解状態にしてしまう。特に、有機エレクトロルミネッセンス素子に使用される有機エレクトロルミネッセンス材料は、極めて熱に弱いため、前記従来技術を適用することは実質上極めて困難である。
【0012】
そこで、本願発明者らは、光取出効率が高い、ボトムエミッション型発光素子を備えた発光デバイス、及び、この発光デバイスに好適に用いられる新規な構成の透明基板を検討した。
【0013】
すなわち、本発明は、光取出効率が極めて高いボトムエミッション型の発光デバイスを提供することを目的とする。
また、本発明の他の目的は、上記発光デバイスに好適に用いられる透明基板を提供することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係るボトムエミッション型発光素子形成用の透明基板は、光出射面と光入射面とを備え、光を散乱させる界面を備えた光散乱部が内部に複数設けられている。前記光散乱部は、屈折率が周囲と異なる部分又は傷であって、少なくともその界面が透明基板と同一材料で形成されている。なお、本明細書で「透明」とは、発光デバイスにおいて外部へ出射するように設定されている波長の光に対して透過性を有することをいい、一般には可視光に対して透過性を有するように設定される。
【0015】
また、前記光散乱部は、好ましくは、例えば、レーザーマーキング技術によって前記透明基板内へレーザー光を照射されて形成されたものである。
前記光散乱部は、光を反射又は屈折させる。
【0016】
前記光散乱部は、前記光出射面側から眺めた際に、前記透明基板の周縁部における存在密度がその他の部分に比べて高くなるように形成されていてもよい。
前記各光散乱部は、それぞれ前記光出射面の法線方向と概略平行な直線方向の長さが、他の方向の長さよりも長く形成されていてもよい。
【0017】
前記光出射面の法線と概略平行な直線上に光散乱部が複数存在するように形成されていてもよい。
本発明に係る発光デバイスは、請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の透明基板の光入射面上に発光素子が設けられ、発光素子から発せられ、透明基板の光入射面に入射された光を、透明基板の光出射面から外部へ出射する。
【0018】
前記発光素子は有機エレクトロルミネッセンス素子であってもよい。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る発光デバイスを、液晶表示装置のバックライトに使用する照明装置に具体化した一実施の形態を図1〜図5に従って説明し、あわせて、本発明の実施の形態に係る透明基板についても説明する。図1は照明装置の模式断面図、図2(a),(b)は光散乱部を示す模式図、(c)は透明基板を厚さ方向(光出射面側)から見た模式部分平面図である。図3は透明基板を端面(端部)側から見た模式図である。図4(a)〜(c)は光散乱部の別の配置を示す透明基板を端面(端部)側から見た模式図、図5は光散乱部の別の配置を示す透明基板の模式部分平面図である。
【0020】
《構成》
図1に示すように、照明装置11は、透明基板12の片面に、第1電極13、有機エレクトロルミネッセンス層14、第2電極15が順に配置されている。第1電極13、有機エレクトロルミネッセンス層14及び第2電極15が発光素子としての有機エレクトロルミネッセンス素子16を構成する。有機エレクトロルミネッセンス素子16は、有機エレクトロルミネッセンス層14が外気と接しないように、保護膜17で被覆されている。保護膜17は、少なくとも水分(水蒸気)及び酸素の透過を抑制する機能を有する材料で形成され、この実施の形態では窒化ケイ素で形成されている。
【0021】
有機エレクトロルミネッセンス素子16は、有機エレクトロルミネッセンス層14の発光が透明基板12側から取り出される(出射される)、ボトムエミッション型の有機エレクトロルミネッセンス素子を構成する。換言すると、照明装置11は、透明基板12の光入射面12b上に発光素子としての有機エレクトロルミネッセンス素子16を備え、前記発光素子から出射される光が透明基板12側(より詳細には光出射面12a)から出射される構成となっている。
【0022】
〈透明基板12〉
本実施の形態においては、透明基板12は、照明装置11から外部へ取り出す光に対して透明であって、発光素子である有機ELデバイスを支持でき、かつ、後述するように光散乱部18を形成可能な部材であればどのような部材でも採用できる。このような部材としては、例えば、ガラス製の板や透明な樹脂製の基板、樹脂製で透明なフレキシブル基板を採用できる。樹脂製の基板を採用する場合には、同じ厚さで同じ大きさのガラス基板に比較して軽量にすることができたり、割れ難くできたりする。
【0023】
透明基板12は、光出射面12aと、当該面に対向する光入射面12bとを備える。透明基板12内には、光を散乱させる界面を備えた光散乱部18が複数設けられている。ここで、散乱とは反射又は屈折を意味する。光散乱部18は、レーザー光の照射により形成された傷又は屈折率が周囲と異なる部分である。
【0024】
したがって、光散乱部18は、透明基板12内を透明基板12の光出射面12aに向かって光出射面12aと垂直な面との成す角度が透明基板12と外部との界面での臨界角より大きな角度で進む光の一部又は全部を、光出射面12aと垂直な面との成す角度が前記臨界角より小さな角度で進むように反射又は屈折させる。つまり、光散乱部18が設けられていないこと以外は同様に作成された透明基板においては、光出射面から外部へ取り出すことのできなかった光を、その進行方向を光散乱部18によって変えるために、その一部又は全部を取り出すことができる。
【0025】
〈光散乱部18の形状〉
光散乱部18の形状は、特に限定されず、透明基板12及び照明装置(発光デバイス)11に応じて、光取出効率が高くなる形状を適宜設計すればよい。例えば、図1や図2に示すように、球形状にしたり、断面形状を円にしたりしてもよい。このように、光散乱部18の外周部(表面)に曲面を備えていると、同一の方向から入射された光を、入射された位置によって様々な方向へ散乱させることができる。
【0026】
また、図2(a)に示すように、光散乱部18を透明基板12の厚さ方向に延びるように細長い線状に形成された構造としてもよい。別言すると、光出射面12aの法線方向の長さが、他の方向の長さよりも長い形状の光散乱部18を設けてもよい。この形状を採用すると、球形状の光散乱部18よりも、光出射面12aに対して、当該面における臨界角よりも大きな角度で進む光を散乱させる面積を大きくすることができる。
【0027】
また、図2(b)に示すように、光出射面12aを基準にして法線以外の方向の長さが、他の方向の長さよりも長い(透明基板12の厚さ方向に斜めに延びる)細長い線状に形成された光散乱部18を設けてもよい。この形状の光散乱部18は、光出射面12aを基準とした光の進行方向を変えるため、光出射面12aから外部へ取り出されなかった光や取り出すことのできない光を外部へ取り出すことのできる進行方向の光へ変換する(反射/屈折する)ことが可能になる。つまり、光出射面12aと進行方向とのなす角度が臨界角以上の光を、臨界角以下で進行する光に変換することが可能となり、光取出効率を高くすることが可能になる。
【0028】
当然、光散乱部18の形状を、以上に挙げた以外の形状に設計することもできる。
〈透明基板12内における光散乱部18の配置位置/配置法〉
光散乱部18の配置位置(配置法)は、特に限定されず、透明基板12及び照明装置(発光デバイス)11に応じて、光取出効率が高くなるように適宜設計すればよい。
【0029】
例えば、図2(c)に示すように、光散乱部18を、透明基板12を光出射面12a側から眺めた際に、ランダムに分布させてもよい。透明基板12を端面(端部)側から眺めた際に(図1に示すように眺めた際に)、図3に示すように、光散乱部18を、ランダムに分布させてもよい。また、いずれの方向から眺めた際にもランダムになるように光散乱部18を設けてもよい。
【0030】
また、光散乱部18を、厚さ方向(光出射面12aの法線方向)においてランダムに分布するようにしなくともよく、例えば、図4(a)に示すように、光出射面12aに近い側に多く設けたり、図4(b)に示すように、光入射面12b側(第1電極13)に近い側に多く設けたり、図4(c)に示すように、中央部に多く設けたりしてもよい。
【0031】
光散乱部18は、透明基板12の端面(端部)方向へ進む光を光出射面12aから外部へ取り出すために、透明基板12を光出射面12a側から眺めた場合に、図5に示すように、透明基板12の周縁部における存在密度が他の部分に比べて高くなるようにしてもよい。つまり、透明基板12内を端面方向へ進み、端面から外部へ出射されたり、端面で反射されたりする光を、以上のような位置に設けた光散乱部18によって散乱させて、その進行方向を変え、光出射面12aから外部へ取り出すことができるようにしてもよい。
【0032】
このような配置法を採用する場合には、光散乱部18を、透明基板12を光出射面12a側から見た場合に、少なくとも透明基板12の周縁部に枠状に配置するとよい。この場合、透明基板12内を導波して透明基板12の側面から出射される光の量をより少なくできる。
【0033】
光散乱部18は、図1に示すように、光出射面12aの法線(透明基板12の厚さ方向)と概略平行な直線上に複数存在していてもよく、当該直線上に一つのみ存在していてもよい。つまり、光出射面12a側から透明基板12を眺めた図である図2において光散乱部18が1つしか目視で確認できない位置であっても、透明基板12の側面側からは、図1に示すように厚さ方向に複数存在する場合もある。
【0034】
光出射面12aを基準にして法線以外の方向に延びる直線上に複数の光散乱部18を設けてもよい。
当然、異なる形状及び/又は異なる配置法による光散乱部18を透明基板12内に混在させてもよい。光散乱部18の形状及び配置法を透明基板12や照明装置11にあわせて適宜設計することで、有機エレクトロルミネッセンス素子16から透明基板12に入射された光の光取出効率を、従来の照明装置よりも高くすることが可能になる。
【0035】
〈光散乱部18の形成方法〉
光散乱部18は、レーザーにより透明材料の内部にマーキングを施す方法(レーザーマーキング方法)の応用により形成されている。即ち、光散乱部18はレーザー光の照射により形成されている。
【0036】
例えば、特許文献4に開示された装置及び方法を採用して光散乱部18を形成する場合には、レーザーマーキング方法では高出力のレーザーパルスをガラス等の透明な材料の内部に集光すると、その強い光電場による非線形効果によって吸収が起こる。そのため、損傷、屈折率の変化、密度の変化等が焦点近傍でのみ生じ、これによって、材料表面には影響を与えずに内部を加工することができる。
【0037】
つまり、光散乱部18を形成すべき透明基板12をX,Y,Z方向に移動可能なステージ(テーブル)上に載置し、レンズでレーザー光を透明基板12の所定深さの位置に集光させる操作と、ステージをX,Y,Z方向へ移動させる操作とを繰り返すことにより、光散乱部18を透明基板12内の所定位置に形成することができる。
【0038】
図1に示すように、光出射面12aの法線方向に複数の光散乱部18を形成するには、Z方向の位置(高さ)を一定にした状態でX,Y方向にステージを移動させて厚さ方向の同じ位置に形成すべき光散乱部18を形成した後、ステージをZ方向に移動させて高さを変更する。そして、その高さにおいて前記と同様にX,Y方向にステージを移動させて光散乱部18を形成する。この操作を繰り返すことにより、図1に示すような透明基板12を形成できる。
【0039】
レーザー光源としては、例えば、Nd−YAGレーザーが使用される。レーザー光源としては、パルスレーザーが制御性良好にマーキングを行うことができ、パルス幅が短いものがマーキングの深さ方向を均一に揃えることができるため有利である。このため、サブナノ秒以下のレーザー光源(例えば、10−15秒オーダーのパルス幅を有するフェムト秒レーザー)を用いることは有用である。
【0040】
なお、光散乱部18の形成方法としては、以上の形成方法に限定されるものではなく、透明基板外部を実質的に変形させたり変質させたりすることなく、透明基板内部に光散乱部18を形成する方法であれば、公知のどのような製造方法であっても採用することができる。しかし、透明基板12の任意の位置に光散乱部18を設けることができるレーザーマーキング法が好ましく採用される。
【0041】
透明基板12に光散乱部18を形成する時期は、透明基板12上に有機エレクトロルミネッセンス素子16を形成する前であっても後であってもよい。つまり、光散乱部18が形成された透明基板12の光入射面12b上に有機エレクトロルミネッセンス素子16を設けてもよく、また、光散乱部18が形成されていない透明基板12の光入射面12b上に有機エレクトロルミネッセンス素子16を形成後、透明基板12に光散乱部18を設けてもよい。また、透明基板12上に第1電極13を形成した後、有機エレクトロルミネッセンス層14を形成する前に光散乱部18を形成したり、透明基板12上に有機エレクトロルミネッセンス素子16及び保護膜17を形成した後に、光散乱部18を形成したりしてもよい。
【0042】
なお、有機エレクトロルミネッセンス素子16の形成後に光散乱部18を設ければ、発光デバイス(照明装置11)や有機エレクトロルミネッセンス素子16の特性(発光特性、光取出特性等)にあわせ、この特性を改善するように、光散乱部18の形状を設計したり、光散乱部18を設ける位置を設定したりすることもできる。
【0043】
以上のように、本実施の形態に係るボトムエミッション型発光素子形成用の透明基板12は、発光素子が形成された際における光取出効率を、従来の透明基板よりも高くすることができる。
【0044】
また、透明基板12の外部が変質したり変形したりすることがない。したがって、透明基板の外面(光出射面及び/又は光入射面)に凹凸面を設けて光取出効率を高くする従来技術と比べて、透明基板12の強度を高くできたり、製造工程途中で基板が破損する可能性を低くできたりする。
【0045】
さらに、光入射面に凹凸を設けて光取出効率を高くする従来技術と比べて、光取出効率を高くできる可能性が高い。この理由は、この従来技術では、光入射面上に設けられる有機エレクトロルミネッセンス素子のショート(リーク)等を防ぐために凹凸形状が限定されるのに対し、本実施の形態では、有機エレクトロルミネッセンス素子16による光散乱部18の形状は配置法の制約はないからである。
【0046】
透明基板12における光散乱部18を設ける位置を極めて正確に設定できるため、透明基板の外面に凹凸を設ける従来技術と比べて、設計値に極めて近い性能を得ることができる。その理由は、透明基板の外面に、設計値(シミュレーション)通りの凹凸を設けることは極めて困難だからである。
【0047】
次に、本実施の形態における発光デバイス(照明装置11)の、ボトムエミッション型発光素子形成用の透明基板12以外の部材について説明する。
〈第1電極13〉
第1電極13は、ITO(インジウム錫酸化物)やIZO等による、公知の有機エレクトロルミネッセンス素子で用いられる透明電極として形成されている。
【0048】
また、第1電極13を、極薄い金属層によって構成することで透明電極とすることもできる。この場合の電極の膜厚は、デバイスから外部へ取り出す光や光の量にもよるが、一般的には50nm以下程度とされ、0.5〜20nmの範囲が好ましい。
【0049】
第1電極13を陽極とする場合には、このような材料としては、亜鉛アルミニウム酸化物等を挙げることができる。
第1電極13を陰極とする場合には、このような材料としては、クロムやアルミニウムの他に、例えば、Li,Mg,Ca,Sr,La,Ce,Er,Eu,Sc,Y,Yb等の仕事関数が低い金属一種以上と、Ag,Al,Cu等の安定な金属元素との合金を用いるとよい。具体的にはMgAg,AlLi,CuLi等の合金が好ましく採用される。
【0050】
〈有機エレクトロルミネッセンス層14〉
有機エレクトロルミネッセンス層14は、公知の有機エレクトロルミネッセンス素子における公知の層構成及び公知の材料の層にすればよく、公知の製造方法によって製造できる。
【0051】
有機エレクトロルミネッセンス層14は、少なくとも以下の機能を実現できればよく、積層構造とし、各層にそれぞれいずれかの機能を担わせてもよい。
・電子注入機能
電極(陰極)から電子を注入される機能。電子注入性。
・ホール注入機能
電極(陽極)からホール(正孔)を注入される機能。ホール注入性。
・キャリア輸送機能
電子及びホールの少なくとも一方を輸送する機能。キャリア輸送性。
【0052】
電子を輸送する機能は電子輸送機能(電子輸送性)と言い、ホールを輸送する機能はホール輸送機能(ホール輸送性)と言う。
・発光機能
注入・輸送された電子及びキャリアを再結合させて励起子を発生させ(励起状態となり)、基底状態に戻る際に光を発する機能。
【0053】
例えば、陽極側から正孔輸送層、発光層、電子輸送層の順に層を設けて有機エレクトロルミネッセンス層14を構成してもよい。
正孔輸送層は、陽極から発光層へ正孔を輸送する層である。正孔輸送層形成用の材料としては、例えば、銅フタロシアニン、テトラ(t−ブチル)銅フタロシアニン等の金属フタロシアニン類及び無金属フタロシアニン類、キナクリドン化合物、1,1−ビス(4−ジ−p−トリルアミノフェニル)シクロヘキサン、N,N’−ジフェニル−N,N’−ビス(3−メチルフェニル)−1,1’−ビフェニル−4,4’−ジアミン、N,N’−ジ(1−ナフチル)−N,N’−ジフェニル−1,1’−ビフェニル−4,4’−ジアミン等の芳香族アミンなどの低分子材料や、ポリチオフェン、ポリアニリン等の高分子材料、ポリチオフェンオリゴマー材料、その他既存の正孔輸送材料の中から選ぶことができる。
【0054】
発光層は、陽極側から輸送された正孔と陰極側から輸送された電子とを再結合させて励起状態となり、励起状態から基底状態へ戻る際に光を発する層である。発光層の材料としては、蛍光材料や燐光材料を採用することができる。また、ホスト材中にドーパント(蛍光材料や燐光材料)を含有させてもよい。
【0055】
発光層形成用の材料としては、例えば、9,10−ジアリールアントラセン誘導体、ピレン誘導体、コロネン誘導体、ペリレン誘導体、ルブレン誘導体、1,1,4,4−テトラフェニルブタジエン、トリス(8−キノリノラート)アルミニウム錯体、トリス(4−メチル−8−キノリノラート)アルミニウム錯体、ビス(8−キノリノラート)亜鉛錯体、トリス(4−メチル−5−トリフルオロメチル−8−キノリノラート)アルミニウム錯体、トリス(4−メチル−5−シアノ−8−キノリノラート)アルミニウム錯体、ビス(2−メチル−5−トリフルオロメチル−8−キノリノラート)[4−(4−シアノフェニル)フェノラート]アルミニウム錯体、ビス(2−メチル−5−シアノ−8−キノリノラート)[4−(4−シアノフェニル)フェノラート]アルミニウム錯体、トリス(8−キノリノラート)スカンジウム錯体、ビス〔8−(パラ−トシル)アミノキノリン〕亜鉛錯体及びカドミウム錯体、1,2,3,4−テトラフェニルシクロペンタジエン、ペンタフェニルシクロペンタジエン、ポリ−2,5−ジヘプチルオキシ−パラ−フェニレンビニレン、クマリン系蛍光体、ペリレン系蛍光体、ピラン系蛍光体、アンスロン系蛍光体、ポルフィリン系蛍光体、キナクリドン系蛍光体、N,N’−ジアルキル置換キナクリドン系蛍光体、ナフタルイミド系蛍光体、N,N’−ジアリール置換ピロロピロール系蛍光体等の低分子材料や、ポリフルオレン、ポリパラフェニレンビニレン、ポリチオフェン等の高分子材料、その他既存の発光材料を用いることができる。ホスト/ゲスト型の構成を採用する場合には、これらの材料の中から適宜ホスト及びゲスト(ドーパント)を選択すればよい。
【0056】
電子輸送層は、陰極から発光層へ電子を輸送する層である。電子輸送層形成用の材料としては、例えば、2−(4−ビフィニルイル)−5−(4−t−ブチルフェニル)−1,3,4−オキサジアゾール、2,5−ビス(1−ナフチル)−1,3,4−オキサジアゾール及びオキサジアゾール誘導体やビス(10−ヒドロキシベンゾ[h]キノリノラート)ベリリウム錯体、トリアゾール化合物等が挙げられる。
【0057】
〈第2電極15〉
第2電極15は、金属(例えば、アルミニウム)で形成され、本実施の形態においては光反射性を備える。
【0058】
光反射性を有する電極形成用の材料としては、アルミニウムに限らず、クロムや他の金属としてもよい。クロムを使用した場合はアルミニウムを使用した場合より反射率が高くなる。
【0059】
なお、電極自身が光反射性でなくても、光透過性の電極を使用するとともに、電極を透過した光を反射させる光反射膜及び光反射板の少なくとも一方を設けてもよい。
【0060】
〈その他の層〉
有機エレクトロルミネッセンス素子16には、上記した以外の層や部材を設けることができる。例えば、図1に示すように、有機エレクトロルミネッセンス素子16の透明基板12と接する面以外を保護膜17で覆ってもよい。保護膜17は、有機エレクトロルミネッセンス層14が外気と接しないように形成されればよく、第1電極13及び第2電極15に挟まれた有機エレクトロルミネッセンス層14の周縁部のみを保護膜17で覆うように設けてもよい。
【0061】
また、保護膜17を設ける代わりに、有機エレクトロルミネッセンス素子16の透明基板12と対向する面及び電極端子以外の部分をカバー部材で覆う、缶封止技術を採用してもよい。
【0062】
その他、バッファ層や正孔ブロック層等、公知の有機エレクトロルミネッセンス素子に採用されうる種々の層や部材を採用することができる。
《作用》
次に前記のように構成された照明装置11の作用を説明する。
【0063】
照明装置11は、例えば、透過型の液晶パネル(図1に鎖線で図示)20の背面(表示面と反対側の面)側に配置されるバックライトとして使用される。
照明装置11は、電源投入されると、第1電極13及び第2電極15間に電圧が印加され、有機エレクトロルミネッセンス層14が発光する。有機エレクトロルミネッセンス層14から発せられた光は、第1電極13を経て透明基板12に入射し、透明基板12に入射した光のうち、光出射面12aから液晶パネル20に向かって出射された光が照明装置11の照明光として有効に作用する。そして、液晶表示装置の使用者は液晶パネル20の表示をその出射光により視認する。
【0064】
透明基板12内に光散乱部18が存在しない場合、透明基板12内に入射した光のうち、光出射面12aに対して当該面における臨界角よりも大きな角度で進む光は、光出射面12aから出射されない。また、このような光は、光出射面12aにおいて全反射したり、透明基板12の端面で反射したり、有機エレクトロルミネッセンス素子16に再突入したりしても、光出射面12aに再度入射する際の角度は一度目と変わらない。したがって、透明基板12の側面から出射されたり、透明基板12内部や有機エレクトロルミネッセンス素子16内部で減衰してしまったりする。なお、透明基板12として無アルカリガラスを使用した場合、その屈折率は約1.51、空気の屈折率は約1.00であるため、臨界角θc=sin−1(1/1.51)で臨界角θcは約42度となる。
【0065】
一方、有機エレクトロルミネッセンス素子16から発せられる光はあらゆる方向に向かって放射される(等方向光出射特性を備える)ため、有機エレクトロルミネッセンス素子16から透明基板12に入射する光の入射角も様々となる。従って、透明基板12に入射した光の一部しか光出射面12aからデバイス外部へ出射されない。
【0066】
しかし、本実施の形態における透明基板12は、内部に光散乱部18が存在するため、透明基板12内を導波する(進む)光が光散乱部18に当たると、光は屈折又は散乱されその進行方向が変更される。
【0067】
例えば、図1に矢印L1で示す光は、光出射面12aからデバイス外部へ出射不能な角度で透明基板12内を進むが、光散乱部18において散乱されて、光出射面12aに対する入射角が臨界角より小さな角度となるようにその進路が変更される。そして、光出射面12aから液晶パネル20に向かって出射される。
【0068】
矢印L3で示す光のように、光出射面12aに対して臨界角より大きな入射角で入射して光出射面12aで全反射し、液晶パネル20と反対側に進む場合、その光が光散乱部18において散乱されて、光出射面12aに対する入射角が臨界角より小さな角度となるようにその進路が変更される。
【0069】
このように、本実施の形態に係る発光デバイスとしての有機エレクトロルミネッセンスデバイス(照明装置11)は、光散乱部18が存在することにより、従来は光出射面12aからデバイス外部へ取り出すことのできなかった光の一部又は全部を、光出射面12aからデバイス外部へ取り出すことができる。したがって、従来の発光デバイスよりも光取出効率を高くすることができる。
【0070】
なお、図1において、光線が有機エレクトロルミネッセンス層14から第1電極13へ入射する際、第1電極13から透明基板12へ入射する際及び透明基板12から出射する際の入射角と屈折角とは実際は異なるが、便宜上同じとして図示している。
《効果》
上記実施の形態に係る照明装置11や透明基板12による効果は、例えば以下に挙げるものがある。また、前記した説明中に記載した作用・効果も当然に得ることができうる。
【0071】
(1)光取出効率の向上に伴う照明装置11の輝度アップ・省電力化
照明装置11は、前記したように光取出効率を高くすることができる。その結果、従来装置と比較して、同じ電力使用量であれば輝度を高めることができ、同じ輝度であれば電力消費量を少なくできる。
【0072】
(2)設計の自由度及び製造の自由度の増大
透明基板12の表面を傷つけることなく、透明基板12の内部の所定位置に光散乱部18を形成することができ、光散乱部18の形状やパターンの制約も少なく、設計及び加工の自由度が大きいという効果を得ることができる。
【0073】
この理由は、透明基板12内にレーザー光を照射することにより、レーザーの焦点部分に選択的に加工を施すことができるレーザーマーキング方法の応用により光散乱部18が形成されるからである。
【0074】
また、透明基板に凹凸を設けて光取出効率を高くする場合と比べ、有機エレクトロルミネッセンス層を平坦化できたり、リーク等の不良の発生が少なくなったりするといった効果も得ることができる。
【0075】
(3)電源電圧の低電圧化
発光素子として無機エレクトロルミネッセンス素子を使用する場合に比較して、電源電圧を低くできるという効果を得ることができる。
【0076】
(4)有機エレクトロルミネッセンス素子から発せられた光の有効利用
有機エレクトロルミネッセンス素子16から発せられた光の内、透明基板12とは反対側へ出射された光を、光出射面12aから取り出すことができる。この理由は、有機エレクトロルミネッセンス素子16を構成する両電極13,15のうち、有機エレクトロルミネッセンス層14に対して透明基板12と反対側に光反射性の第2電極15が配置されているからである。
【0077】
ただし、第2電極15も透明電極として、光出射面12aとは反対側にも光を取り出すことができるようにしてもよい。
《変形例》
上記実施の形態に係る照明装置11(発光デバイス)は、前記したように、光入射面12bと光出射面12aとを備え、光を散乱させる界面を備えた光散乱部18が内部に複数設けられている。そして、光散乱部18が、屈折率が周囲と異なる部分又は傷であって、透明基板12と同一材料で形成されている、ボトムエミッション型発光素子形成用の透明基板12の光入射面12b上に、発光素子としての有機エレクトロルミネッセンス素子16が形成されている。この照明装置11は、前記したとおり、種々に変更することができる。また、以下のようにも変形することができる。なお、各変形例は、互いが矛盾しない範囲で適宜組み合わせて具体化することができる。
(変形例1)上記照明装置11を、液晶表示装置のバックライト以外の照明装置に適用してもよい。
(変形例2)上記照明装置11及び透明基板12は、光出射面12a側から眺めた際の形状が矩形に限定されない。例えば、円形状や円弧形状等であってもよい。
【0078】
また、透明基板12は、板状部材でなくてもよく、半球状等の曲面を備えた形状であってもよい。
(変形例3)発光素子として有機エレクトロルミネッセンス素子16に代えて、無機エレクトロルミネッセンス素子を使用してもよい。この場合、有機エレクトロルミネッセンス素子16に比較して発光素子を発光させる際の印加電圧が高くなるが、発光素子から透明基板12に入射された光が透明基板12の側面から出射されるのを抑制して光出射面12aから出射される光量を多くできる。
(変形例4)上記デバイスを、照明装置以外のデバイス(例えばディスプレイ等)としてもよい。
(変形例5)光入射面及び光出射面の少なくとも一方に、複数の凹凸を設けてもよい。これにより、さらに光取出効率を高くすることも可能になる。
【0079】
【発明の効果】
以上の説明からも明らかなように、本発明によれば、光取出効率が極めて高いボトムエミッション型の発光デバイスを提供できる。
【0080】
また、本発明によれば、上記発光デバイスに好適に用いられる透明基板を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】一実施の形態の照明装置の模式断面図。
【図2】(a),(b)は光散乱部を示す模式図、(c)は透明基板を厚さ方向から見た模式部分平面図。
【図3】透明基板を端面(端部)側から見た模式図。
【図4】(a)〜(c)は、光散乱部の別の配置を示す透明基板を端面(端部)側から見た模式図。
【図5】光散乱部の別の配置を示す透明基板の模式部分平面図。
【図6】従来技術のエレクトロルミネッセンス表示装置の模式断面図。
【符号の説明】
11…発光デバイスとしての照明装置、12…透明基板、12a…光出射面、12b…光入射面、16…発光素子としての有機エレクトロルミネッセンス素子、18…光散乱部。
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボトムエミッション型発光素子形成用の透明基板及び当該透明基板を用いた発光デバイスに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、透明基板上にエレクトロルミネッセンス素子などの発光素子を備えたボトムエミッション型の照明装置(エレクトロルミネッセンスパネル)が提案されており、この照明装置を、例えば液晶表示装置のバックライトとして用いた技術も提案されている。
【0003】
エレクトロルミネッセンスパネルは、透明基板上に、陽極、エレクトロルミネッセンス層、反射陰極が順に積層形成されたエレクトロルミネッセンス素子を備えている。陽極は、光透過性を有する材料、例えばITO(インジウム錫酸化物)で形成されており、エレクトロルミネッセンス素子を発光させた状態では光が透明基板側から出射される。
【0004】
上記エレクトロルミネッセンスパネルにおいてエレクトロルミネッセンス素子の発光を有効に利用するためには、エレクトロルミネッセンス素子から透明基板に入射された光が透明基板のエレクトロルミネッセンス素子と対向する面と反対側の面(光出射面)から効率良く出射される必要がある。
【0005】
しかし、エレクトロルミネッセンス素子から発せられる光はあらゆる方向に向かって放射されるため、透明基板内に入射されて当該透明基板の光出射面に入射する光の入射角も様々である。また、一般に、透明基板は、外部雰囲気(一般には空気)の屈折率よりも屈折率が高い材料を利用せざるを得ない。
【0006】
そのため、透明基板に入射された光のうち、光出射面から出射されず、透明基板の側面からパネル外部へ直接出射されたり、光出射面で全反射した後、透明基板内を導波して透明基板の側面から出射されたり、エレクトロルミネッセンス層等に入射するなどして減衰してしまったりする光も多くある。
【0007】
このように、以上のような照明装置では、発光素子で発せられた光のうち、透明基板における所定の面(光出射面)から取り出すことのできる光の量が、発光素子による発光量と比べて極めて少ないという問題点(光取出効率が低い・悪いという問題点)が指摘されている。
【0008】
上記問題点に対して、エレクトロルミネッセンス層から発せられ、透明基板に入射した光が透明基板の側面から出射されるのを抑制するため、エレクトロルミネッセンス表示素子の発光層の光出射側と反対側の面を褶曲面としたエレクトロルミネッセンス表示素子が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。このエレクトロルミネッセンス表示素子50は、図6に示すように、透明絶縁基板51上に透明電極52、第1の誘電体層53、発光層54、第2の誘電体層55及び背面電極56が順に積層されている。製造時、透明絶縁基板51上にエレクトロルミネッセンス材料からなる発光層54を形成した後、発光層54の表面を選択的にレーザービームで照射することによって、発光層54の上面を微細な褶曲面に形成している。そして、発光層54からの光を乱反射させることにより、透明絶縁基板51の側面から出射される光の量を少なくして、透明絶縁基板51の表面から出射される光量を多くするようにしている。
【0009】
一方、近年、レーザーにより透明材料の内部にマーキングを施す方法(レーザーマーキング方法)及び装置が提案されている(例えば、特許文献2,3,4参照)。
【0010】
【特許文献1】
特開昭57−43391号公報(明細書の2頁、第3図)
【特許文献2】
特許第2810151号公報(明細書の2,3頁、第1図、第2図)
【特許文献3】
特許第3208730号公報(明細書の段落[0032]〜[0042]、図1、図2)
【特許文献4】
特開2001−276985号公報(明細書の段落[0015]〜[0021]、図1)
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、特許文献1の方法では、発光層54を構成するエレクトロルミネッセンス材料にレーザーを照射し、エレクトロルミネッセンス材料を部分的に溶解状態にして発光層54の上面に褶曲面を形成し、その上に第2の誘電体層55及び背面電極56を形成する。そのため、エレクトロルミネッセンス材料を部分的に溶解状態にしてしまう。特に、有機エレクトロルミネッセンス素子に使用される有機エレクトロルミネッセンス材料は、極めて熱に弱いため、前記従来技術を適用することは実質上極めて困難である。
【0012】
そこで、本願発明者らは、光取出効率が高い、ボトムエミッション型発光素子を備えた発光デバイス、及び、この発光デバイスに好適に用いられる新規な構成の透明基板を検討した。
【0013】
すなわち、本発明は、光取出効率が極めて高いボトムエミッション型の発光デバイスを提供することを目的とする。
また、本発明の他の目的は、上記発光デバイスに好適に用いられる透明基板を提供することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係るボトムエミッション型発光素子形成用の透明基板は、光出射面と光入射面とを備え、光を散乱させる界面を備えた光散乱部が内部に複数設けられている。前記光散乱部は、屈折率が周囲と異なる部分又は傷であって、少なくともその界面が透明基板と同一材料で形成されている。なお、本明細書で「透明」とは、発光デバイスにおいて外部へ出射するように設定されている波長の光に対して透過性を有することをいい、一般には可視光に対して透過性を有するように設定される。
【0015】
また、前記光散乱部は、好ましくは、例えば、レーザーマーキング技術によって前記透明基板内へレーザー光を照射されて形成されたものである。
前記光散乱部は、光を反射又は屈折させる。
【0016】
前記光散乱部は、前記光出射面側から眺めた際に、前記透明基板の周縁部における存在密度がその他の部分に比べて高くなるように形成されていてもよい。
前記各光散乱部は、それぞれ前記光出射面の法線方向と概略平行な直線方向の長さが、他の方向の長さよりも長く形成されていてもよい。
【0017】
前記光出射面の法線と概略平行な直線上に光散乱部が複数存在するように形成されていてもよい。
本発明に係る発光デバイスは、請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の透明基板の光入射面上に発光素子が設けられ、発光素子から発せられ、透明基板の光入射面に入射された光を、透明基板の光出射面から外部へ出射する。
【0018】
前記発光素子は有機エレクトロルミネッセンス素子であってもよい。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る発光デバイスを、液晶表示装置のバックライトに使用する照明装置に具体化した一実施の形態を図1〜図5に従って説明し、あわせて、本発明の実施の形態に係る透明基板についても説明する。図1は照明装置の模式断面図、図2(a),(b)は光散乱部を示す模式図、(c)は透明基板を厚さ方向(光出射面側)から見た模式部分平面図である。図3は透明基板を端面(端部)側から見た模式図である。図4(a)〜(c)は光散乱部の別の配置を示す透明基板を端面(端部)側から見た模式図、図5は光散乱部の別の配置を示す透明基板の模式部分平面図である。
【0020】
《構成》
図1に示すように、照明装置11は、透明基板12の片面に、第1電極13、有機エレクトロルミネッセンス層14、第2電極15が順に配置されている。第1電極13、有機エレクトロルミネッセンス層14及び第2電極15が発光素子としての有機エレクトロルミネッセンス素子16を構成する。有機エレクトロルミネッセンス素子16は、有機エレクトロルミネッセンス層14が外気と接しないように、保護膜17で被覆されている。保護膜17は、少なくとも水分(水蒸気)及び酸素の透過を抑制する機能を有する材料で形成され、この実施の形態では窒化ケイ素で形成されている。
【0021】
有機エレクトロルミネッセンス素子16は、有機エレクトロルミネッセンス層14の発光が透明基板12側から取り出される(出射される)、ボトムエミッション型の有機エレクトロルミネッセンス素子を構成する。換言すると、照明装置11は、透明基板12の光入射面12b上に発光素子としての有機エレクトロルミネッセンス素子16を備え、前記発光素子から出射される光が透明基板12側(より詳細には光出射面12a)から出射される構成となっている。
【0022】
〈透明基板12〉
本実施の形態においては、透明基板12は、照明装置11から外部へ取り出す光に対して透明であって、発光素子である有機ELデバイスを支持でき、かつ、後述するように光散乱部18を形成可能な部材であればどのような部材でも採用できる。このような部材としては、例えば、ガラス製の板や透明な樹脂製の基板、樹脂製で透明なフレキシブル基板を採用できる。樹脂製の基板を採用する場合には、同じ厚さで同じ大きさのガラス基板に比較して軽量にすることができたり、割れ難くできたりする。
【0023】
透明基板12は、光出射面12aと、当該面に対向する光入射面12bとを備える。透明基板12内には、光を散乱させる界面を備えた光散乱部18が複数設けられている。ここで、散乱とは反射又は屈折を意味する。光散乱部18は、レーザー光の照射により形成された傷又は屈折率が周囲と異なる部分である。
【0024】
したがって、光散乱部18は、透明基板12内を透明基板12の光出射面12aに向かって光出射面12aと垂直な面との成す角度が透明基板12と外部との界面での臨界角より大きな角度で進む光の一部又は全部を、光出射面12aと垂直な面との成す角度が前記臨界角より小さな角度で進むように反射又は屈折させる。つまり、光散乱部18が設けられていないこと以外は同様に作成された透明基板においては、光出射面から外部へ取り出すことのできなかった光を、その進行方向を光散乱部18によって変えるために、その一部又は全部を取り出すことができる。
【0025】
〈光散乱部18の形状〉
光散乱部18の形状は、特に限定されず、透明基板12及び照明装置(発光デバイス)11に応じて、光取出効率が高くなる形状を適宜設計すればよい。例えば、図1や図2に示すように、球形状にしたり、断面形状を円にしたりしてもよい。このように、光散乱部18の外周部(表面)に曲面を備えていると、同一の方向から入射された光を、入射された位置によって様々な方向へ散乱させることができる。
【0026】
また、図2(a)に示すように、光散乱部18を透明基板12の厚さ方向に延びるように細長い線状に形成された構造としてもよい。別言すると、光出射面12aの法線方向の長さが、他の方向の長さよりも長い形状の光散乱部18を設けてもよい。この形状を採用すると、球形状の光散乱部18よりも、光出射面12aに対して、当該面における臨界角よりも大きな角度で進む光を散乱させる面積を大きくすることができる。
【0027】
また、図2(b)に示すように、光出射面12aを基準にして法線以外の方向の長さが、他の方向の長さよりも長い(透明基板12の厚さ方向に斜めに延びる)細長い線状に形成された光散乱部18を設けてもよい。この形状の光散乱部18は、光出射面12aを基準とした光の進行方向を変えるため、光出射面12aから外部へ取り出されなかった光や取り出すことのできない光を外部へ取り出すことのできる進行方向の光へ変換する(反射/屈折する)ことが可能になる。つまり、光出射面12aと進行方向とのなす角度が臨界角以上の光を、臨界角以下で進行する光に変換することが可能となり、光取出効率を高くすることが可能になる。
【0028】
当然、光散乱部18の形状を、以上に挙げた以外の形状に設計することもできる。
〈透明基板12内における光散乱部18の配置位置/配置法〉
光散乱部18の配置位置(配置法)は、特に限定されず、透明基板12及び照明装置(発光デバイス)11に応じて、光取出効率が高くなるように適宜設計すればよい。
【0029】
例えば、図2(c)に示すように、光散乱部18を、透明基板12を光出射面12a側から眺めた際に、ランダムに分布させてもよい。透明基板12を端面(端部)側から眺めた際に(図1に示すように眺めた際に)、図3に示すように、光散乱部18を、ランダムに分布させてもよい。また、いずれの方向から眺めた際にもランダムになるように光散乱部18を設けてもよい。
【0030】
また、光散乱部18を、厚さ方向(光出射面12aの法線方向)においてランダムに分布するようにしなくともよく、例えば、図4(a)に示すように、光出射面12aに近い側に多く設けたり、図4(b)に示すように、光入射面12b側(第1電極13)に近い側に多く設けたり、図4(c)に示すように、中央部に多く設けたりしてもよい。
【0031】
光散乱部18は、透明基板12の端面(端部)方向へ進む光を光出射面12aから外部へ取り出すために、透明基板12を光出射面12a側から眺めた場合に、図5に示すように、透明基板12の周縁部における存在密度が他の部分に比べて高くなるようにしてもよい。つまり、透明基板12内を端面方向へ進み、端面から外部へ出射されたり、端面で反射されたりする光を、以上のような位置に設けた光散乱部18によって散乱させて、その進行方向を変え、光出射面12aから外部へ取り出すことができるようにしてもよい。
【0032】
このような配置法を採用する場合には、光散乱部18を、透明基板12を光出射面12a側から見た場合に、少なくとも透明基板12の周縁部に枠状に配置するとよい。この場合、透明基板12内を導波して透明基板12の側面から出射される光の量をより少なくできる。
【0033】
光散乱部18は、図1に示すように、光出射面12aの法線(透明基板12の厚さ方向)と概略平行な直線上に複数存在していてもよく、当該直線上に一つのみ存在していてもよい。つまり、光出射面12a側から透明基板12を眺めた図である図2において光散乱部18が1つしか目視で確認できない位置であっても、透明基板12の側面側からは、図1に示すように厚さ方向に複数存在する場合もある。
【0034】
光出射面12aを基準にして法線以外の方向に延びる直線上に複数の光散乱部18を設けてもよい。
当然、異なる形状及び/又は異なる配置法による光散乱部18を透明基板12内に混在させてもよい。光散乱部18の形状及び配置法を透明基板12や照明装置11にあわせて適宜設計することで、有機エレクトロルミネッセンス素子16から透明基板12に入射された光の光取出効率を、従来の照明装置よりも高くすることが可能になる。
【0035】
〈光散乱部18の形成方法〉
光散乱部18は、レーザーにより透明材料の内部にマーキングを施す方法(レーザーマーキング方法)の応用により形成されている。即ち、光散乱部18はレーザー光の照射により形成されている。
【0036】
例えば、特許文献4に開示された装置及び方法を採用して光散乱部18を形成する場合には、レーザーマーキング方法では高出力のレーザーパルスをガラス等の透明な材料の内部に集光すると、その強い光電場による非線形効果によって吸収が起こる。そのため、損傷、屈折率の変化、密度の変化等が焦点近傍でのみ生じ、これによって、材料表面には影響を与えずに内部を加工することができる。
【0037】
つまり、光散乱部18を形成すべき透明基板12をX,Y,Z方向に移動可能なステージ(テーブル)上に載置し、レンズでレーザー光を透明基板12の所定深さの位置に集光させる操作と、ステージをX,Y,Z方向へ移動させる操作とを繰り返すことにより、光散乱部18を透明基板12内の所定位置に形成することができる。
【0038】
図1に示すように、光出射面12aの法線方向に複数の光散乱部18を形成するには、Z方向の位置(高さ)を一定にした状態でX,Y方向にステージを移動させて厚さ方向の同じ位置に形成すべき光散乱部18を形成した後、ステージをZ方向に移動させて高さを変更する。そして、その高さにおいて前記と同様にX,Y方向にステージを移動させて光散乱部18を形成する。この操作を繰り返すことにより、図1に示すような透明基板12を形成できる。
【0039】
レーザー光源としては、例えば、Nd−YAGレーザーが使用される。レーザー光源としては、パルスレーザーが制御性良好にマーキングを行うことができ、パルス幅が短いものがマーキングの深さ方向を均一に揃えることができるため有利である。このため、サブナノ秒以下のレーザー光源(例えば、10−15秒オーダーのパルス幅を有するフェムト秒レーザー)を用いることは有用である。
【0040】
なお、光散乱部18の形成方法としては、以上の形成方法に限定されるものではなく、透明基板外部を実質的に変形させたり変質させたりすることなく、透明基板内部に光散乱部18を形成する方法であれば、公知のどのような製造方法であっても採用することができる。しかし、透明基板12の任意の位置に光散乱部18を設けることができるレーザーマーキング法が好ましく採用される。
【0041】
透明基板12に光散乱部18を形成する時期は、透明基板12上に有機エレクトロルミネッセンス素子16を形成する前であっても後であってもよい。つまり、光散乱部18が形成された透明基板12の光入射面12b上に有機エレクトロルミネッセンス素子16を設けてもよく、また、光散乱部18が形成されていない透明基板12の光入射面12b上に有機エレクトロルミネッセンス素子16を形成後、透明基板12に光散乱部18を設けてもよい。また、透明基板12上に第1電極13を形成した後、有機エレクトロルミネッセンス層14を形成する前に光散乱部18を形成したり、透明基板12上に有機エレクトロルミネッセンス素子16及び保護膜17を形成した後に、光散乱部18を形成したりしてもよい。
【0042】
なお、有機エレクトロルミネッセンス素子16の形成後に光散乱部18を設ければ、発光デバイス(照明装置11)や有機エレクトロルミネッセンス素子16の特性(発光特性、光取出特性等)にあわせ、この特性を改善するように、光散乱部18の形状を設計したり、光散乱部18を設ける位置を設定したりすることもできる。
【0043】
以上のように、本実施の形態に係るボトムエミッション型発光素子形成用の透明基板12は、発光素子が形成された際における光取出効率を、従来の透明基板よりも高くすることができる。
【0044】
また、透明基板12の外部が変質したり変形したりすることがない。したがって、透明基板の外面(光出射面及び/又は光入射面)に凹凸面を設けて光取出効率を高くする従来技術と比べて、透明基板12の強度を高くできたり、製造工程途中で基板が破損する可能性を低くできたりする。
【0045】
さらに、光入射面に凹凸を設けて光取出効率を高くする従来技術と比べて、光取出効率を高くできる可能性が高い。この理由は、この従来技術では、光入射面上に設けられる有機エレクトロルミネッセンス素子のショート(リーク)等を防ぐために凹凸形状が限定されるのに対し、本実施の形態では、有機エレクトロルミネッセンス素子16による光散乱部18の形状は配置法の制約はないからである。
【0046】
透明基板12における光散乱部18を設ける位置を極めて正確に設定できるため、透明基板の外面に凹凸を設ける従来技術と比べて、設計値に極めて近い性能を得ることができる。その理由は、透明基板の外面に、設計値(シミュレーション)通りの凹凸を設けることは極めて困難だからである。
【0047】
次に、本実施の形態における発光デバイス(照明装置11)の、ボトムエミッション型発光素子形成用の透明基板12以外の部材について説明する。
〈第1電極13〉
第1電極13は、ITO(インジウム錫酸化物)やIZO等による、公知の有機エレクトロルミネッセンス素子で用いられる透明電極として形成されている。
【0048】
また、第1電極13を、極薄い金属層によって構成することで透明電極とすることもできる。この場合の電極の膜厚は、デバイスから外部へ取り出す光や光の量にもよるが、一般的には50nm以下程度とされ、0.5〜20nmの範囲が好ましい。
【0049】
第1電極13を陽極とする場合には、このような材料としては、亜鉛アルミニウム酸化物等を挙げることができる。
第1電極13を陰極とする場合には、このような材料としては、クロムやアルミニウムの他に、例えば、Li,Mg,Ca,Sr,La,Ce,Er,Eu,Sc,Y,Yb等の仕事関数が低い金属一種以上と、Ag,Al,Cu等の安定な金属元素との合金を用いるとよい。具体的にはMgAg,AlLi,CuLi等の合金が好ましく採用される。
【0050】
〈有機エレクトロルミネッセンス層14〉
有機エレクトロルミネッセンス層14は、公知の有機エレクトロルミネッセンス素子における公知の層構成及び公知の材料の層にすればよく、公知の製造方法によって製造できる。
【0051】
有機エレクトロルミネッセンス層14は、少なくとも以下の機能を実現できればよく、積層構造とし、各層にそれぞれいずれかの機能を担わせてもよい。
・電子注入機能
電極(陰極)から電子を注入される機能。電子注入性。
・ホール注入機能
電極(陽極)からホール(正孔)を注入される機能。ホール注入性。
・キャリア輸送機能
電子及びホールの少なくとも一方を輸送する機能。キャリア輸送性。
【0052】
電子を輸送する機能は電子輸送機能(電子輸送性)と言い、ホールを輸送する機能はホール輸送機能(ホール輸送性)と言う。
・発光機能
注入・輸送された電子及びキャリアを再結合させて励起子を発生させ(励起状態となり)、基底状態に戻る際に光を発する機能。
【0053】
例えば、陽極側から正孔輸送層、発光層、電子輸送層の順に層を設けて有機エレクトロルミネッセンス層14を構成してもよい。
正孔輸送層は、陽極から発光層へ正孔を輸送する層である。正孔輸送層形成用の材料としては、例えば、銅フタロシアニン、テトラ(t−ブチル)銅フタロシアニン等の金属フタロシアニン類及び無金属フタロシアニン類、キナクリドン化合物、1,1−ビス(4−ジ−p−トリルアミノフェニル)シクロヘキサン、N,N’−ジフェニル−N,N’−ビス(3−メチルフェニル)−1,1’−ビフェニル−4,4’−ジアミン、N,N’−ジ(1−ナフチル)−N,N’−ジフェニル−1,1’−ビフェニル−4,4’−ジアミン等の芳香族アミンなどの低分子材料や、ポリチオフェン、ポリアニリン等の高分子材料、ポリチオフェンオリゴマー材料、その他既存の正孔輸送材料の中から選ぶことができる。
【0054】
発光層は、陽極側から輸送された正孔と陰極側から輸送された電子とを再結合させて励起状態となり、励起状態から基底状態へ戻る際に光を発する層である。発光層の材料としては、蛍光材料や燐光材料を採用することができる。また、ホスト材中にドーパント(蛍光材料や燐光材料)を含有させてもよい。
【0055】
発光層形成用の材料としては、例えば、9,10−ジアリールアントラセン誘導体、ピレン誘導体、コロネン誘導体、ペリレン誘導体、ルブレン誘導体、1,1,4,4−テトラフェニルブタジエン、トリス(8−キノリノラート)アルミニウム錯体、トリス(4−メチル−8−キノリノラート)アルミニウム錯体、ビス(8−キノリノラート)亜鉛錯体、トリス(4−メチル−5−トリフルオロメチル−8−キノリノラート)アルミニウム錯体、トリス(4−メチル−5−シアノ−8−キノリノラート)アルミニウム錯体、ビス(2−メチル−5−トリフルオロメチル−8−キノリノラート)[4−(4−シアノフェニル)フェノラート]アルミニウム錯体、ビス(2−メチル−5−シアノ−8−キノリノラート)[4−(4−シアノフェニル)フェノラート]アルミニウム錯体、トリス(8−キノリノラート)スカンジウム錯体、ビス〔8−(パラ−トシル)アミノキノリン〕亜鉛錯体及びカドミウム錯体、1,2,3,4−テトラフェニルシクロペンタジエン、ペンタフェニルシクロペンタジエン、ポリ−2,5−ジヘプチルオキシ−パラ−フェニレンビニレン、クマリン系蛍光体、ペリレン系蛍光体、ピラン系蛍光体、アンスロン系蛍光体、ポルフィリン系蛍光体、キナクリドン系蛍光体、N,N’−ジアルキル置換キナクリドン系蛍光体、ナフタルイミド系蛍光体、N,N’−ジアリール置換ピロロピロール系蛍光体等の低分子材料や、ポリフルオレン、ポリパラフェニレンビニレン、ポリチオフェン等の高分子材料、その他既存の発光材料を用いることができる。ホスト/ゲスト型の構成を採用する場合には、これらの材料の中から適宜ホスト及びゲスト(ドーパント)を選択すればよい。
【0056】
電子輸送層は、陰極から発光層へ電子を輸送する層である。電子輸送層形成用の材料としては、例えば、2−(4−ビフィニルイル)−5−(4−t−ブチルフェニル)−1,3,4−オキサジアゾール、2,5−ビス(1−ナフチル)−1,3,4−オキサジアゾール及びオキサジアゾール誘導体やビス(10−ヒドロキシベンゾ[h]キノリノラート)ベリリウム錯体、トリアゾール化合物等が挙げられる。
【0057】
〈第2電極15〉
第2電極15は、金属(例えば、アルミニウム)で形成され、本実施の形態においては光反射性を備える。
【0058】
光反射性を有する電極形成用の材料としては、アルミニウムに限らず、クロムや他の金属としてもよい。クロムを使用した場合はアルミニウムを使用した場合より反射率が高くなる。
【0059】
なお、電極自身が光反射性でなくても、光透過性の電極を使用するとともに、電極を透過した光を反射させる光反射膜及び光反射板の少なくとも一方を設けてもよい。
【0060】
〈その他の層〉
有機エレクトロルミネッセンス素子16には、上記した以外の層や部材を設けることができる。例えば、図1に示すように、有機エレクトロルミネッセンス素子16の透明基板12と接する面以外を保護膜17で覆ってもよい。保護膜17は、有機エレクトロルミネッセンス層14が外気と接しないように形成されればよく、第1電極13及び第2電極15に挟まれた有機エレクトロルミネッセンス層14の周縁部のみを保護膜17で覆うように設けてもよい。
【0061】
また、保護膜17を設ける代わりに、有機エレクトロルミネッセンス素子16の透明基板12と対向する面及び電極端子以外の部分をカバー部材で覆う、缶封止技術を採用してもよい。
【0062】
その他、バッファ層や正孔ブロック層等、公知の有機エレクトロルミネッセンス素子に採用されうる種々の層や部材を採用することができる。
《作用》
次に前記のように構成された照明装置11の作用を説明する。
【0063】
照明装置11は、例えば、透過型の液晶パネル(図1に鎖線で図示)20の背面(表示面と反対側の面)側に配置されるバックライトとして使用される。
照明装置11は、電源投入されると、第1電極13及び第2電極15間に電圧が印加され、有機エレクトロルミネッセンス層14が発光する。有機エレクトロルミネッセンス層14から発せられた光は、第1電極13を経て透明基板12に入射し、透明基板12に入射した光のうち、光出射面12aから液晶パネル20に向かって出射された光が照明装置11の照明光として有効に作用する。そして、液晶表示装置の使用者は液晶パネル20の表示をその出射光により視認する。
【0064】
透明基板12内に光散乱部18が存在しない場合、透明基板12内に入射した光のうち、光出射面12aに対して当該面における臨界角よりも大きな角度で進む光は、光出射面12aから出射されない。また、このような光は、光出射面12aにおいて全反射したり、透明基板12の端面で反射したり、有機エレクトロルミネッセンス素子16に再突入したりしても、光出射面12aに再度入射する際の角度は一度目と変わらない。したがって、透明基板12の側面から出射されたり、透明基板12内部や有機エレクトロルミネッセンス素子16内部で減衰してしまったりする。なお、透明基板12として無アルカリガラスを使用した場合、その屈折率は約1.51、空気の屈折率は約1.00であるため、臨界角θc=sin−1(1/1.51)で臨界角θcは約42度となる。
【0065】
一方、有機エレクトロルミネッセンス素子16から発せられる光はあらゆる方向に向かって放射される(等方向光出射特性を備える)ため、有機エレクトロルミネッセンス素子16から透明基板12に入射する光の入射角も様々となる。従って、透明基板12に入射した光の一部しか光出射面12aからデバイス外部へ出射されない。
【0066】
しかし、本実施の形態における透明基板12は、内部に光散乱部18が存在するため、透明基板12内を導波する(進む)光が光散乱部18に当たると、光は屈折又は散乱されその進行方向が変更される。
【0067】
例えば、図1に矢印L1で示す光は、光出射面12aからデバイス外部へ出射不能な角度で透明基板12内を進むが、光散乱部18において散乱されて、光出射面12aに対する入射角が臨界角より小さな角度となるようにその進路が変更される。そして、光出射面12aから液晶パネル20に向かって出射される。
【0068】
矢印L3で示す光のように、光出射面12aに対して臨界角より大きな入射角で入射して光出射面12aで全反射し、液晶パネル20と反対側に進む場合、その光が光散乱部18において散乱されて、光出射面12aに対する入射角が臨界角より小さな角度となるようにその進路が変更される。
【0069】
このように、本実施の形態に係る発光デバイスとしての有機エレクトロルミネッセンスデバイス(照明装置11)は、光散乱部18が存在することにより、従来は光出射面12aからデバイス外部へ取り出すことのできなかった光の一部又は全部を、光出射面12aからデバイス外部へ取り出すことができる。したがって、従来の発光デバイスよりも光取出効率を高くすることができる。
【0070】
なお、図1において、光線が有機エレクトロルミネッセンス層14から第1電極13へ入射する際、第1電極13から透明基板12へ入射する際及び透明基板12から出射する際の入射角と屈折角とは実際は異なるが、便宜上同じとして図示している。
《効果》
上記実施の形態に係る照明装置11や透明基板12による効果は、例えば以下に挙げるものがある。また、前記した説明中に記載した作用・効果も当然に得ることができうる。
【0071】
(1)光取出効率の向上に伴う照明装置11の輝度アップ・省電力化
照明装置11は、前記したように光取出効率を高くすることができる。その結果、従来装置と比較して、同じ電力使用量であれば輝度を高めることができ、同じ輝度であれば電力消費量を少なくできる。
【0072】
(2)設計の自由度及び製造の自由度の増大
透明基板12の表面を傷つけることなく、透明基板12の内部の所定位置に光散乱部18を形成することができ、光散乱部18の形状やパターンの制約も少なく、設計及び加工の自由度が大きいという効果を得ることができる。
【0073】
この理由は、透明基板12内にレーザー光を照射することにより、レーザーの焦点部分に選択的に加工を施すことができるレーザーマーキング方法の応用により光散乱部18が形成されるからである。
【0074】
また、透明基板に凹凸を設けて光取出効率を高くする場合と比べ、有機エレクトロルミネッセンス層を平坦化できたり、リーク等の不良の発生が少なくなったりするといった効果も得ることができる。
【0075】
(3)電源電圧の低電圧化
発光素子として無機エレクトロルミネッセンス素子を使用する場合に比較して、電源電圧を低くできるという効果を得ることができる。
【0076】
(4)有機エレクトロルミネッセンス素子から発せられた光の有効利用
有機エレクトロルミネッセンス素子16から発せられた光の内、透明基板12とは反対側へ出射された光を、光出射面12aから取り出すことができる。この理由は、有機エレクトロルミネッセンス素子16を構成する両電極13,15のうち、有機エレクトロルミネッセンス層14に対して透明基板12と反対側に光反射性の第2電極15が配置されているからである。
【0077】
ただし、第2電極15も透明電極として、光出射面12aとは反対側にも光を取り出すことができるようにしてもよい。
《変形例》
上記実施の形態に係る照明装置11(発光デバイス)は、前記したように、光入射面12bと光出射面12aとを備え、光を散乱させる界面を備えた光散乱部18が内部に複数設けられている。そして、光散乱部18が、屈折率が周囲と異なる部分又は傷であって、透明基板12と同一材料で形成されている、ボトムエミッション型発光素子形成用の透明基板12の光入射面12b上に、発光素子としての有機エレクトロルミネッセンス素子16が形成されている。この照明装置11は、前記したとおり、種々に変更することができる。また、以下のようにも変形することができる。なお、各変形例は、互いが矛盾しない範囲で適宜組み合わせて具体化することができる。
(変形例1)上記照明装置11を、液晶表示装置のバックライト以外の照明装置に適用してもよい。
(変形例2)上記照明装置11及び透明基板12は、光出射面12a側から眺めた際の形状が矩形に限定されない。例えば、円形状や円弧形状等であってもよい。
【0078】
また、透明基板12は、板状部材でなくてもよく、半球状等の曲面を備えた形状であってもよい。
(変形例3)発光素子として有機エレクトロルミネッセンス素子16に代えて、無機エレクトロルミネッセンス素子を使用してもよい。この場合、有機エレクトロルミネッセンス素子16に比較して発光素子を発光させる際の印加電圧が高くなるが、発光素子から透明基板12に入射された光が透明基板12の側面から出射されるのを抑制して光出射面12aから出射される光量を多くできる。
(変形例4)上記デバイスを、照明装置以外のデバイス(例えばディスプレイ等)としてもよい。
(変形例5)光入射面及び光出射面の少なくとも一方に、複数の凹凸を設けてもよい。これにより、さらに光取出効率を高くすることも可能になる。
【0079】
【発明の効果】
以上の説明からも明らかなように、本発明によれば、光取出効率が極めて高いボトムエミッション型の発光デバイスを提供できる。
【0080】
また、本発明によれば、上記発光デバイスに好適に用いられる透明基板を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】一実施の形態の照明装置の模式断面図。
【図2】(a),(b)は光散乱部を示す模式図、(c)は透明基板を厚さ方向から見た模式部分平面図。
【図3】透明基板を端面(端部)側から見た模式図。
【図4】(a)〜(c)は、光散乱部の別の配置を示す透明基板を端面(端部)側から見た模式図。
【図5】光散乱部の別の配置を示す透明基板の模式部分平面図。
【図6】従来技術のエレクトロルミネッセンス表示装置の模式断面図。
【符号の説明】
11…発光デバイスとしての照明装置、12…透明基板、12a…光出射面、12b…光入射面、16…発光素子としての有機エレクトロルミネッセンス素子、18…光散乱部。
Claims (8)
- 光出射面と光入射面とを備え、光を散乱させる界面を備えた光散乱部が内部に複数設けられており、
前記光散乱部は、屈折率が周囲と異なる部分又は傷であって、少なくともその界面が透明基板と同一材料で形成されていることを特徴とするボトムエミッション型発光素子形成用の透明基板。 - 前記光散乱部は、前記透明基板内へレーザー光を照射されて形成されたことを特徴とする請求項1に記載の透明基板。
- 前記光散乱部は、光を反射又は屈折させることを特徴とする請求項1又は請求項2のいずれか一項に記載の透明基板。
- 前記光散乱部は、前記光出射面側から眺めた際に、前記透明基板の周縁部における存在密度がその他の部分に比べて高くなるように形成されていることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の透明基板。
- 前記各光散乱部は、それぞれ前記光出射面の法線方向と概略平行な直線方向の長さが、他の方向の長さよりも長いことを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載の透明基板。
- 前記光出射面の法線と概略平行な直線上に光散乱部が複数存在することを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載の透明基板。
- 請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の透明基板の光入射面上に発光素子が設けられ、発光素子から発せられ、透明基板の光入射面に入射された光を、透明基板の光出射面から外部へ出射することを特徴とする発光デバイス。
- 前記発光素子は有機エレクトロルミネッセンス素子であることを特徴とする請求項7に記載の発光デバイス。
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