JP2005085710A - 発光素子基板およびそれを用いた発光素子 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】光透明性基板10上に、屈折率が透明性基板10よりも高い第一の層30と、屈折率が第一の層30よりも低い第二の層40を積層する。さらに、この上に、第二の層40よりも屈折率の大きい電極層60を形成する。第一の層30の屈折率は、第二の層40の屈折率の1.35倍以上とする。こうした層構造とすることにより、発光素子の発光層における点光源から全方向に出射された球面波状の波面は基板内で平面波状の波面に変換し、基板外に効率良く出射することが可能となる。
【選択図】 図5
Description
特許文献2には、光の取り出し効率を向上させる手法として、反射面を形成する方法が記載されている。同文献記載の技術は、発光層の片面に光を反射するミラーを設けたことを特徴とし、ミラーの形状をすり鉢状に形成することにより発光層の周囲への光のロスを改善している。
いわゆる反射防止膜は、単一膜で構成する場合、nd=λ/4(物理膜厚をd、使用波長をλとする)を満たすとき、光の干渉作用により反射光が打ち消される。上記文献記載の技術は、このような反射防止膜の一種であり、多層構造を有している。実施例で記載されている構造では、高屈折率層H1、低屈折率層L1および陽極層2Aの厚みは、それぞれ、14.2nm、41.5nmおよび139.8nmであり(段落0015)、各層の厚みは、発光波長400〜700nmに対し半波長以下の厚みとなっている。この文献に記載されている多層膜は、いわゆる反射防止膜の一種である。
特許文献1、2に記載されている、基板にレンズを形成する方法や、反射面を形成する方法は、発光面積の大きな素子に対しては有効であるが、ドットマトリクスディスプレイ等の画素面積の微小な素子においては、集光性を持たせるレンズや側面の反射面等の形成加工が困難である。特に、有機エレクトロルミネッセンス素子においては発光層の膜厚が数μm以下となるためテーパー状の加工を施し素子側面に反射鏡を形成することは、現在の微細加工の技術では困難であり、大幅なコストアップをもたらすことは明白である。
また、第二の層の屈折率をn2、層厚をd2としたとき、n2d2≧λ/2とすることができる。
こうすることにより、第一および第二の層の界面において、発光が好適に波面変換されて平面波状の光となり、光取り出し効率の向上効果が安定的に得られる。
図1は、本実施形態に係る発光素子基板の模式的断面図である。すなわち、本発明の発光素子基板50は光透明性基板10の一方の面に光制御層20を具備する。光制御層20は、光透明性基板10の屈折率よりも高い屈折率を有する第一の層30と、第一の層30の屈折率よりも低い屈折率を有する第二の層40とからなっており、これらが光透明性基板10側からこの順で積層した構造を有している。
n1≧n2、
n3≧n2、
n1>n3
n1/n2の値は、1以上の値であれば良いが、好ましくは1.1以上、さらに好ましくは1.25以上である。
図4は、本実施形態に係る発光素子基板を利用した無機エレクトロルミネッセンス素子の断面模式図の一例である。光透明性基板10の一方の面に光制御層20を具備し、その上に電極層60、絶縁層90、無機発光層100、絶縁層91、電極層60を順次具備する。
本実施形態では、第一の実施の形態で説明した発光素子基板を有機エレクトロルミネッセンス素子に適用した例を示す。図5は、本実施形態に係る有機エレクトロルミネッセンス素子の素子構造の断面模式図の一例である。本実施形態に係る発光素子基板上に、陽極80、発光層130、陰極120を順次具備している。
本実施形態に係る発光素子基板の構成を図10に示す。光制御層25は、層中に不純物金属がドープされた誘電体からなる。光制御層25中の不純物濃度分布は、透明性基板10側から電極層60に向かって次第に高濃度となるように構成されている。これにより、透明性基板10側から電極層60に向かって屈折率が漸次的に減少するようになっている。
光透明性基板として屈折率1.457の溶融石英を使用し、その光透明性基板の一方の面に、光制御層の第一の層として、スパッタリング法により屈折率2.30、厚さ600nmのTiO2膜を、光制御層の第二の層として、スパッタリング法により屈折率1.70、厚さ600nmのTiO2/SiO2混合膜を成膜し光学基板を作製した。
光透明性基板として屈折率1.457の溶融石英を使用し、その光透明性基板の一方の面に、光制御層の第一の層として、スパッタリング法により屈折率2.30、厚さ700nmのTiO2膜を、光制御層の第二の層として、スパッタリング法により屈折率1.50、厚さ826nmのSiO2膜を成膜し、光学基板を作製した。
光透明性基板として屈折率1.457の溶融石英を使用し、その光透明性基板の一方の面に、光制御層の第一の層として、スパッタリング法により屈折率2.40、厚さ670nmのTiO2膜を、光制御層の第二の層として、スパッタリング法により屈折率1.43、厚さ1000nmのSiO2膜を成膜し光学基板を作製した。
光透明性基板として屈折率1.457の溶融石英を使用し、その光透明性基板の一方の面に、光制御層の第一の層として、CVD法により屈折率2.01、厚さ800nmのSiNX膜を、光制御層の第二の層として、スパッタリング法により屈折率1.42、厚さ530nmのSiO2膜を成膜し光学基板を作製した。この光学基板上に陽極、有機層および陰極を形成した。陽極、有機層および陰極は実施例1の条件と同等とした。作製した有機エレクトロルミネッセンス素子の電流効率は4.4cd/Aであった。
光透明性基板として屈折率1.95の重フリントガラスを使用すること以外は、実施例3と同一とした。作製した有機エレクトロルミネッセンス素子の電流効率は3.2cd/Aであった。
光透明性基板として屈折率1.457の溶融石英を使用し、その光透明性基板の一方の面に、光制御層の第一の層として、CVD法により屈折率2.01、厚さ800nmのSiNX膜を、光制御層の第二の層として、スパッタリング法により屈折率1.42、厚さ720nmのSiO2膜を成膜し光学基板を作製した。
光透明性基板として屈折率1.457の溶融石英を使用し、その光透明性基板の一方の面に、光制御層の第一の層として、スパッタリング法により屈折率2.40、厚さ670nmのTiO2膜を、光制御層の第二の層として、スパッタリング法により屈折率1.43、厚さ900nmのSiO2混合膜を成膜した。さらに、光染み出し層として、屈折率2.00、膜厚50nmのSiNX層を成膜し光学基板を作製した。
光透明性基板として屈折率1.457の溶融石英を使用し、その光透明性基板の一方の面に、光制御層の第一の層として、スパッタリング法により屈折率2.40、厚さ670nmのTiO2膜を、光制御層の第二の層として、スパッタリング法により屈折率1.43、厚さ900nmのSiO2膜を成膜し光学基板を作製した。さらに、光制御層の第二の層上にスパッタリング法により光制御層の第二の層が遠ざかるにしたがい屈折率が1.45から1.78へと変化する厚さ100nmの傾斜屈折率層を作製した。
光透明性基板として屈折率1.457の溶融石英を使用し、その光透明性基板の一方の面に、光制御層の第一の層として、スパッタリング法により屈折率2.40、厚さ670nmのTiO2膜を、光制御層の第二の層として、スパッタリング法により屈折率1.43、厚さ900nmのSiO2混合膜を成膜し光学基板を作製した。その上に、光制御層の第二の層上にスパッタリング法により光制御層の第二の層が遠ざかるにしたがい屈折率が1.45から2.0へと変化する厚さ100nmの傾斜屈折率層を作製し、さらに、光染み出し層として、屈折率2.00、膜厚50nmのSiNXからなる光染み出し層を成膜した。
光透明性基板として、一方の面に屈折率1.38、膜厚97nmの反射防止膜MgF2を有した屈折率1.512のソーダガラスを使用し、その光透明性基板の一方の面に、光制御層の第一の層として、スパッタリング法により屈折率2.30、厚さ700nmのTiO2膜を、光制御層の第二の層として、スパッタリング法により屈折率1.50、厚さ826nmのSiO2膜を成膜した。
光透明性基板として、一方の面に屈折率1.38、膜厚97nmの反射防止膜MgF2を、もう一方の面に、光透明性基板から遠ざかるにしたがい屈折率が1.52から2.30へと連続的に変化する厚さ100nmの反射防止層を有した屈折率1.512のソーダガラスを使用し、その光透明性基板の一方の面に、光制御層の第一の層として、スパッタリング法により屈折率2.30、厚さ700nmのTiO2膜を、光制御層の第二の層として、スパッタリング法により屈折率1.50、厚さ826nmのSiO2膜を成膜した。
TiO2/SiO2混合膜の厚さを20nmとする以外は実施例1と同一の条件とした。この素子の電流効率は、2.8cd/Aであり、光取り出し効率の改善は観察されなかった。
TiO2/SiO2混合膜の厚さを3.5μmとする以外は実施例1と同一の条件とした。この素子の電流効率は、2.9cd/Aと、光取り出し効率の改善は観察されなかった。
光制御層の第二の層として、ゾルゲル法により屈折率1.25のSiO2膜を使用すること以外は実施例2と同一条件とした。作製した有機エレクトロルミネッセンス素子の電流効率は3.1cd/Aであったが、発光しない点(ダークスポット)が多数観察された。
上記実施例および比較例の評価結果を以下に示す。表中、第一の層の屈折率をn1、層厚をd1、第二の層の屈折率をn2、層厚をd2、陽極の屈折率をn3とした。また、透明基板の屈折率をn(sub)とした。
20 光制御層
30 第一の層
40 第二の層
50 発光素子基板
60 電極層
70 反射防止膜
80 陽極
90 絶縁層
100 無機発光層
120 陰極
130 発光層
140 正孔輸送層
150 青色発光層
160 白色発光層
501、504 青色出射光
502、505 緑色出射光
503、506 赤色出射光
507 白色発光
510、511 色変換フィルタ
520、521、522 カラーフィルタ
Claims (23)
- 透明基板と、該透明基板上に設けられ、球面波の入射光を平面波状の光に変換して前記透明基板に導く光制御部とを備えることを特徴とする発光素子基板。
- 請求項1に記載の発光素子基板において、
前記光制御部は、前記透明基板上に設けられ層中に屈折率分布を有する光制御層からなることを特徴とする発光素子基板。 - 請求項1または2に記載の発光素子基板において、
前記光制御層は、前記透明基板上に設けられた第一の層と、該第一の層上に接して設けられ、該第一の層よりも低い屈折率を有する第二の層とを含むことを特徴とする発光素子基板。 - 請求項3に記載の発光素子基板において、
前記第一の層の屈折率をn1、前記第二の層の屈折率をn2としたとき、
n1≧1.3n2
であることを特徴とする発光素子基板。 - 請求項3または4に記載の発光素子基板において、
前記光制御層上に電極層をさらに備え、前記第二の層の屈折率が前記電極層の屈折率よりも小さいことを特徴とする発光素子基板。 - 請求項5に記載の発光素子基板において、
前記第一の層の屈折率は、前記電極層の屈折率よりも大きいことを特徴とする発光素子基板。 - 請求項3乃至6いずれかに記載の発光素子基板において、
当該発光素子基板は、発光ピーク波長λの発光素子が搭載される基板であって、
前記第一の層の屈折率をn1、層厚をd1としたとき、n1d1≧λ/2であることを特徴とする発光素子基板。 - 請求項3乃至7いずれかに記載の発光素子基板において、
当該発光素子基板は、発光ピーク波長λの発光素子が搭載される基板であって、
前記第二の層の屈折率をn2、層厚をd2としたとき、n2d2≧λ/2であることを特徴とする発光素子基板。 - 請求項3乃至8いずれかに記載の発光素子基板において、
前記第二の層上に前記第二の層の屈折率よりも高い屈折率を有する光染み出し層をさらに備えることを特徴とする発光素子基板。 - 請求項1乃至9いずれかに記載の発光素子基板において、
前記透明基板に、発光素子駆動回路が設けられたことを特徴とする発光素子基板。 - 透明基板と、
該透明基板上に設けられ、球面波の入射光を平面波状の光に変換して前記透明基板に導く光制御部と、
該光制御部上に設けられた電極層と、
該電極層上に設けられた発光層とを備えることを特徴とする発光素子。 - 請求項11に記載の発光素子において、
前記光制御部は、前記透明基板上に設けられ層中に屈折率分布を有する光制御層からなることを特徴とする発光素子。 - 請求項12に記載の発光素子において、
前記光制御層は、前記透明基板上に設けられた第一の層と、該第一の層上に接して設けられ、該第一の層よりも低い屈折率を有する第二の層とを含むことを特徴とする発光素子。 - 請求項13に記載の発光素子において、
前記第一の層の屈折率をn1、前記第二の層の屈折率をn2としたとき、
n1≧1.3n2
であることを特徴とする発光素子。 - 請求項13または14に記載の発光素子において、
前記光制御層上に電極層をさらに備え、前記第二の層の屈折率が前記電極層の屈折率よりも小さいことを特徴とする発光素子。 - 請求項15に記載の発光素子において、
前記第一の層の屈折率は、前記電極層の屈折率よりも大きいことを特徴とする発光素子。 - 請求項13乃至16いずれかに記載の発光素子において、
前記発光層の発光ピーク波長をλ、前記第一の層の屈折率をn1、層厚をd1としたとき、
n1d1≧λ/2
であることを特徴とする発光素子。 - 請求項13乃至17いずれかに記載の発光素子において、
前記発光層の発光ピーク波長をλ、前記第一の層の屈折率をn2、層厚をd2としたとき、
n2d2≧λ/2
であることを特徴とする発光素子。 - 請求項11乃至18いずれかに記載の発光素子において、
前記透明基板に色変換フィルタが設けられたことを特徴とする発光素子。 - 請求項11乃至19いずれかに記載の発光素子において、
前記透明基板にカラーフィルタが設けられたことを特徴とする発光素子。 - 請求項11乃至20いずれかに記載の発光素子において、
前記発光層からの発光が単色光であることを特徴とする発光素子。 - 請求項21に記載の発光素子において、
前記単色光が青色光であることを特徴とする発光素子。 - 請求項11乃至22いずれかに記載の発光素子において、
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発光素子。
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