JP2006165271A - Surface emitting device and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、互いに異なる発光波長を有する複数の発光ユニットを組み合わせて構成された面発光素子及びその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a surface light emitting element configured by combining a plurality of light emitting units having different emission wavelengths and a method for manufacturing the same.
従来、面発光素子の一つである有機LED素子は、例えば図10に示すように、構成されている。
即ち、まず図10において、有機LED素子1は、表面にITO膜2aを形成した所謂ITO基板2上に、順次にホール輸送層3a、発光層3b及び電子輸送層3cから成る有機層3を積層させた後、最後にAl等の金属や透明電極から成る陰極4を対向電極として成膜することにより、構成されている。
このような構成の有機LED素子1によれば、図11に示すように、ITO膜2a(陽極)と陰極4間に駆動電圧を印加することより、有機層3の発光層3bから光Lが出射し、ITO基板2を通って、図10及び図11にて下方に出射するようになっている。
Conventionally, an organic LED element, which is one of surface emitting elements, is configured as shown in FIG. 10, for example.
That is, in FIG. 10, the
According to the
ところで、このような構成の有機LED素子1においては、白色光を発する単一の発光層を構成する材料は、まだ見つかっていない。このため、白色光を得る場合には、複数の発光色、例えば補色関係にある二つの発光色(青色と黄色等)や、一般的な光の三原色(赤色、緑色及び青色)を発する発光層の組合せによって、白色光を出射するようにしている。
例えば、青色光と黄色光を組み合わせて一つの有機LED素子から白色発光を得る場合、青色光と黄色光をそれぞれ発する有機材料(例えば蛍光材料やリン光材料)を含む一つまたは二つ以上の発光層を積層させ、各発光層の発光強度を、その膜厚や不純物のドーピング濃度等の調整により制御することにより、白色発光を得るようにしている。
By the way, in the
For example, when white light is obtained from one organic LED element by combining blue light and yellow light, one or two or more organic materials (for example, fluorescent materials or phosphorescent materials) that emit blue light and yellow light, respectively, are included. Light emitting layers are stacked, and white light emission is obtained by controlling the light emission intensity of each light emitting layer by adjusting the film thickness, the doping concentration of impurities, and the like.
これに対して、特許文献1には、一つのITO基板上に複数個の上述した構成の有機LED素子を垂直方向に積層した、所謂MPE(Multi Photon Emission)素子が開示されている。
このMPE素子5は、例えば図12に示すように、ITO基板2上に、等電位面形成層6を介して、二つの上記有機層(発光ユニット)3を垂直方向に積層させることにより、構成されている。
ここで、上記等電位面形成層6は、例えば電荷発生層、CGL(Charge Generation Layer)層とも呼ばれている。
On the other hand,
For example, as shown in FIG. 12, the
Here, the equipotential
このような構成のMPE素子5によれば、同様にITO膜2a(陽極)と陰極4間に駆動電圧を印加することより、二つの発光層3bからそれぞれ光、例えば下方の発光層3bから青色光L1が、また上方の発光層3bから黄色光L2が出射することにより、それぞれITO基板2を通って、図10にて下方に出射すると共に、互いに混色されることよって、白色光Lが下方に出射するようになっている。
尚、このようなMPE素子5においては、一つの発光ユニット中に、二つ以上の発光層を設けて、白色光を得ることも可能である。
According to the
In such an
また、特許文献2から、有機LED素子1またはMPE素子5の各有機層3、ITO膜2aの膜厚及び屈折率の積から光学長を求め、この光学長と発光波長との関係から、光学的干渉効果が生じて、発光スペクトル形状、発光強度や発光分布が変化することが公知である。
ところで、上述した有機LED素子1またはMPE素子5においては、一般的に、所謂ランバシアン発光分布を有していることから、上記有機LED素子1を天井から下方に向けて光Lを出射するように、照明器具に組み込んだ場合、斜め前方から、即ち放射角度分布における素子発光面に垂直な方向からずれた所謂高視野角度の方向でも発光強度は変わらない。 しかしながら、例えば膜厚を制御する等により、素子発光面に垂直方向(天井方向からは照明器具直下)の発光輝度を高めようとした場合、斜め方向の発光分布は小さくなってしまう。逆に斜め方向の発光強度を大きくした場合には、垂直方向の発光強度が小さくなってしまうため、例えば照明装置直下方向の輝度(観測者からは照度)が低下してしまう。
By the way, since the
本発明は、以上の点から、発光面に垂直な方向からずれた高視野角度側では視感度の高い波長帯域の分光放射輝度成分を増すことで、輝度を高めた有機LED素子を提供することを目的としている。また、当該有機LEDを用いた照明器具およびバックライトを提供することを目的としている。 In view of the above, the present invention provides an organic LED element with increased brightness by increasing the spectral radiance component in the wavelength band with high visibility on the high viewing angle side shifted from the direction perpendicular to the light emitting surface. It is an object. Moreover, it aims at providing the lighting fixture and backlight which used the said organic LED.
上記目的は、本発明の構成によれば、互いに異なる発光波長を有する発光スペクトルの複数の発光層または発光ユニットを組み合わせて構成された面発光素子において、視感度の高い波長帯域の分光放射輝度成分量は、放射角度分布における発光面に垂直な方向における当該成分量より、発光面に垂直な方向から一定角度ずれた方向における当該成分量が高いことを特徴とする面発光素子を提供することにより、達成される。
本発明において、視感度の高い波長帯域とは、明所視における比視感度が0.5以上ある波長帯域(510から610nm)である。高視野角度側とは、発光面に垂直な方向から40度から80度の角度側を想定するが、照明装置と観測者の距離や、複数照明装置が用いられる場合の各照明装置との距離など、照明装置の用途や配置により設定される。
The object of the present invention is to provide a spectral radiance component in a wavelength band with high visibility in a surface-emitting device configured by combining a plurality of light-emitting layers or light-emitting units having emission wavelengths different from each other according to the configuration of the present invention. By providing a surface light emitting device characterized in that the amount of the component in a direction deviated by a certain angle from the direction perpendicular to the light emitting surface is higher than the amount of the component in the direction perpendicular to the light emitting surface in the radiation angle distribution. Achieved.
In the present invention, a wavelength band with high visibility is a wavelength band (510 to 610 nm) having a relative visibility of 0.5 or more in photopic vision. The high viewing angle side is assumed to be an angle side of 40 degrees to 80 degrees from the direction perpendicular to the light emitting surface, but the distance between the illumination device and the observer, or the distance between each illumination device when a plurality of illumination devices are used. For example, it is set according to the use and arrangement of the lighting device.
本発明の面発光素子は、好ましくは、前記発光層または発光ユニットが、有機層から構成される有機LED素子である。 The surface light emitting device of the present invention is preferably an organic LED device in which the light emitting layer or the light emitting unit is composed of an organic layer.
本発明の面発光素子は、好ましくは、前記発光ユニットが、等電位面形成層を介して、互いに積層されたMPE素子である。
The surface light-emitting device of the present invention is preferably an MPE device in which the light-emitting units are stacked on each other via an equipotential surface forming layer.
上記構成によれば、各発光層または発光ユニットの有機層に駆動電圧が印加されることによって、有機層のうち発光層からそれぞれ光が出射し、互いに混色されることにより外部に照射される。
そして、各発光層または発光ユニットのうち、視感度の高い波長帯域(例えば比視感度で0.5以上ある510から610nmの波長範囲)の光を発する発光ユニットからの分光放射輝度成分を増大させることにより、外部に照射される光の放射角度分布にて、発光面に垂直な方向からずれた高視野角度側での輝度が高められる。つまり、異なる発光スペクトルの複数の発光ユニットを組み合わせて構成された有機LED素子において、視感度の高い波長帯域の放射角度分布を制御することにより、発光面に垂直な方向からずれた高視野角度側で視感度の高い波長帯域の分光放射輝度成分を増やすことで、高視野角度側での輝度の向上した有機LED素子を得ることができる。
According to the said structure, when a drive voltage is applied to each light emitting layer or the organic layer of a light emitting unit, light is each radiate | emitted from a light emitting layer among organic layers, and it is irradiated outside by being mixed with each other.
Then, among each light emitting layer or light emitting unit, the spectral radiance component from the light emitting unit that emits light in a wavelength band with high visual sensitivity (for example, a wavelength range of 510 to 610 nm having a specific visual sensitivity of 0.5 or more) is increased. Thus, the luminance on the high viewing angle side deviated from the direction perpendicular to the light emitting surface is enhanced in the radiation angle distribution of the light irradiated to the outside. In other words, in an organic LED element configured by combining a plurality of light emitting units having different emission spectra, by controlling the radiation angle distribution in the wavelength band with high visibility, the high viewing angle side shifted from the direction perpendicular to the light emitting surface Thus, by increasing the spectral radiance component of the wavelength band with high visibility, an organic LED element with improved luminance on the high viewing angle side can be obtained.
従って、本有機LED素子を例えば天井に備えられる照明装置に組み込んだとき、高視野角度側である前方に位置する照明装置からの輝度が増大して、視認性が向上することになる。
この場合、高視野角度側に照射される光が、視感度の高い波長帯域の分光放射輝度成分の割合が高められているので輝度が明るく感じられ、前方に居る観察者には、より明るい視界が得られることになる。
また、発光面にほぼ垂直な方向、即ち照明器具直下に照射される光は、従来と同様に、通常の発光スペクトル成分であることから、従来と同様に観察され得ることになり、発光色が問題となるようなことはない。
Therefore, when this organic LED element is incorporated in, for example, a lighting device provided on the ceiling, the luminance from the lighting device located in front of the high viewing angle side is increased, and the visibility is improved.
In this case, the light radiated to the high viewing angle side is felt bright because the ratio of the spectral radiance component in the wavelength band with high visibility is increased, and a brighter field of view is provided to an observer in front. Will be obtained.
In addition, since the light irradiated in a direction substantially perpendicular to the light emitting surface, that is, directly under the lighting fixture, is a normal emission spectrum component as in the conventional case, it can be observed as in the conventional case, and the emission color is There will be no problems.
視感度の高い波長帯域の分光放射輝度成分を増大させることは、各発光層または発光ユニットからの光の光学干渉効果を利用して、発光スペクトルの形状を調整することにより、達成することができる。発光スペクトルの形状は、各種光学距離の調整をおこなうことにより変えることができる。ここでいう光学距離とは、実際の膜厚×屈折率であり、複数層の場合は、実際の膜厚×屈折率を各薄膜層について加算した距離である。有機材料の場合には、屈折率は大きく変わらないため、膜厚により、光学距離の調整を行うことが好ましい。有機材料の屈折率はエリプソメーター等による測定で求めることができ、一般的に1.7から2.0程度である。 Increasing the spectral radiance component in the wavelength band with high visibility can be achieved by adjusting the shape of the emission spectrum using the optical interference effect of light from each light emitting layer or light emitting unit. . The shape of the emission spectrum can be changed by adjusting various optical distances. The optical distance here is an actual film thickness × refractive index, and in the case of a plurality of layers, it is a distance obtained by adding the actual film thickness × refractive index for each thin film layer. In the case of an organic material, since the refractive index does not change greatly, it is preferable to adjust the optical distance depending on the film thickness. The refractive index of the organic material can be determined by measurement with an ellipsometer or the like, and is generally about 1.7 to 2.0.
また、各発光層または発光ユニットの発光スペクトル成分毎に放射角度分布を制御することによっても、視感度の高い波長を含む発光スペクトルを上記高視野角度側に多く分布させて、視感度の高い波長帯域の分光放射輝度成分を増大させることができる。放射角度分布は、例えば透明導電膜であるITO膜の膜厚や屈折率を調整することにより、制御可能であり、視感度の高い波長を含む発光スペクトルを、高視野角度側に多く分布させることにより、視感度の高い波長帯域の光量を増大させることができる。 Also, by controlling the emission angle distribution for each emission spectrum component of each light emitting layer or light emitting unit, a large emission spectrum including wavelengths with high visibility is distributed on the high viewing angle side, so that wavelengths with high visibility are obtained. The spectral radiance component of the band can be increased. Radiation angle distribution can be controlled by adjusting the film thickness and refractive index of the ITO film, which is a transparent conductive film, for example, and a large emission spectrum including wavelengths with high visibility is distributed on the high viewing angle side. Thus, the amount of light in the wavelength band with high visibility can be increased.
上記各発光層または発光ユニットが、それぞれ有機層から構成されている場合には、一つの有機LED素子の有機層内に、複数の有機発光層を構成し、あるいはそれぞれ少なくとも一つの有機発光層を含む複数の発光ユニットを垂直方向に積層させることにより、有機LED素子が構成され得る。 When each light emitting layer or light emitting unit is composed of an organic layer, a plurality of organic light emitting layers are formed in the organic layer of one organic LED element, or at least one organic light emitting layer is provided. An organic LED element can be comprised by laminating | stacking the several light emission unit containing in a perpendicular direction.
上記各発光ユニットが、等電位面形成層(または電荷発生層、またはCGL層)を介して、互いに積層されたMPE素子である場合には、それぞれ異なる発光スペクトルの発光ユニットが等電位面形成層(または電荷発生層、またはCGL層)を介して、互いに積層されることにより、MPE素子として構成され得る。 When each of the above light emitting units is an MPE element laminated with each other through an equipotential surface forming layer (or charge generation layer or CGL layer), the light emitting units having different emission spectra are the equipotential surface forming layers. By laminating each other via (or a charge generation layer or CGL layer), it can be configured as an MPE element.
このようにして、本発明によれば、従来公知の複数の発光ユニットを組み合わせて構成された有機LED素子において、視感度の高い波長帯域の分光放射輝度成分を増大させることにより、放射角度分布における発光面に垂直な方向からずれた高視野角度側での輝度が高められるので、高視野角度側での視認性が向上し、照明器具に最適な有機LED素子が得られることになる。特に、発光面に垂直な方向に発光強度を大きくし照明器具直下の発光輝度を高めるように放射角度分布を設定し、高視野角度側の発光強度が小さくなっても、視感度の高い波長帯域の分光放射輝度成分が増大している結果、高視野角度側での輝度の低下を補うことができる。 Thus, according to the present invention, in an organic LED element configured by combining a plurality of conventionally known light emitting units, by increasing the spectral radiance component in the wavelength band with high visibility, in the radiation angle distribution Since the luminance on the high viewing angle side deviated from the direction perpendicular to the light emitting surface is enhanced, the visibility on the high viewing angle side is improved, and an organic LED element optimal for a lighting fixture can be obtained. In particular, even if the emission angle distribution is set so that the emission intensity is increased in the direction perpendicular to the emission surface to increase the emission brightness directly under the lighting fixture, the wavelength band with high visibility is achieved even if the emission intensity on the high viewing angle side decreases. As a result of the increase in the spectral radiance component, it is possible to compensate for a decrease in luminance on the high viewing angle side.
つまり、例えば、発光面にほぼ垂直な方向へ白色光が放射され、発光面に斜めの角度において緑みの白色光が放出される、見かけの輝度の向上した面発光素子を得ることができる。また、積極的に発光分布を制御して、発光面にほぼ垂直な方向へ白色光を集光した場合における、高視野角度側の光量の低下を、高視野角度側を緑みの白色光とすることで、少ないものとすることができる。 That is, for example, it is possible to obtain a surface light emitting element with improved apparent luminance in which white light is emitted in a direction substantially perpendicular to the light emitting surface and green light is emitted at an oblique angle to the light emitting surface. In addition, when the light emission distribution is actively controlled and white light is condensed in a direction substantially perpendicular to the light emitting surface, the amount of light on the high viewing angle side is reduced. By doing so, it can be reduced.
以下、この発明の好適な実施形態を図1〜図9を参照しながら、詳細に説明する。本実施形態では、以下のごとく一例として有機LEDを挙げて説明するが、本発明は両電極間に薄膜積層構造を有する点で共通する、無機EL素子でも良い。
尚、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. In the present embodiment, an organic LED is described as an example as follows, but the present invention may be an inorganic EL element that is common in that it has a thin film laminated structure between both electrodes.
The embodiments described below are preferable specific examples of the present invention, and thus various technically preferable limitations are given. However, the scope of the present invention particularly limits the present invention in the following description. As long as there is no description of the effect, it is not restricted to these aspects.
図1は、本発明による有機LED素子の第一の実施形態の構成を示している。
図1において、有機LED素子10は、図12に示した従来のMPE素子と同様の構成であり、表面にITO膜11aを形成した所謂ITO基板11上に、順次にホール輸送層、発光層及び電子輸送層から成る第一の有機層12、CGL層13及び同様の構成の第二の有機層14と、を積層させた後、最後に陰極15を対向電極として成膜することにより、構成されている。
これにより、上記有機LED素子10は、それぞれ第一の有機層12、第二の有機層14から成る二つの発光ユニットを備えるようになっている。
FIG. 1 shows a configuration of a first embodiment of an organic LED element according to the present invention.
In FIG. 1, an
Thus, the
上記ITO基板11は、平坦なガラス基板の表面にITO膜11aを形成することより、構成されている。ITO膜は、厚さ2100Åとした。
The
上記第一の有機層12は、公知の構成であって、青色光L1を発光するように構成されている。第一の有機層12は、ホール注入層(1800Å)/ホール輸送層(200Å)/青色発光層(400Å)/電子輸送層(300Å)からなる2700Åの厚みとした。
そして、上記第一の有機層12からの青色光L1は、図2に示すような発光スペクトルを有している。
この場合、発光スペクトルのピーク波長は、471nm及び502nmであり、短波長(471nm)側のピーク強度が最大になっている。
The first organic layer 12 has a known configuration and is configured to emit blue light L1. The first organic layer 12 had a thickness of 2700 mm composed of a hole injection layer (1800 mm) / hole transport layer (200 mm) / blue light emitting layer (400 mm) / electron transport layer (300 mm).
The blue light L1 from the first organic layer 12 has an emission spectrum as shown in FIG.
In this case, the peak wavelengths of the emission spectrum are 471 nm and 502 nm, and the peak intensity on the short wavelength (471 nm) side is maximum.
第一の有機層12上に、300Åの上記CGL層13を蒸着した。CGL層13は、公知の構成であって、等電位面を形成するようになっている。
On the first organic layer 12, 300 CGL of the
上記第二の有機層14は、同様に公知の構成であって、黄色光L2を発光するように構成されている。第二の有機層14としてホール注入層(700Å)/ホール輸送層(200Å)/黄色発光層(300Å)/電子輸送層(200Å)を蒸着し、第一の有機層12とCGL層とを合わせて4400Åの膜厚とした。
そして、上記第二の有機層14からの黄色光L2は、図3に示すような発光スペクトルを有している。
Similarly, the second organic layer 14 has a known configuration and is configured to emit yellow light L2. As the second organic layer 14, a hole injection layer (700 () / hole transport layer (200 層) / yellow light emitting layer (300Å) / electron transport layer (200Å) is deposited, and the first organic layer 12 and the CGL layer are combined. The film thickness was 4400 mm.
The yellow light L2 from the second organic layer 14 has an emission spectrum as shown in FIG.
これにより、上記第一の有機層12及び第二の有機層14からの青色光L1及び黄色光L2が互いに混色されると、図4に示すような発光スペクトルの白色光Lが得られることになる。
ここで、この白色光は、CIE色度座標(0.336、0、334)で表わされるようになっている。
尚、図2乃至図4に示した各発光スペクトルは、何れも発光面、即ちITO基板11の下面に対して正面方向(法線方向)にて測定したものであり、縦軸は分光放射輝度値(W/m2・sr)をピーク強度値で規格化したもの、横軸は波長[nm]である。
Accordingly, when the blue light L1 and the yellow light L2 from the first organic layer 12 and the second organic layer 14 are mixed with each other, white light L having an emission spectrum as shown in FIG. 4 is obtained. Become.
Here, the white light is represented by CIE chromaticity coordinates (0.336, 0, 334).
2 to 4 are all measured in the front direction (normal direction) with respect to the light emitting surface, that is, the lower surface of the
上記陰極15は、例えばAl等の金属の薄膜から構成されている。
The
以上の構成は、従来のMPE素子5とほぼ同様の構成であるが、本発明による有機LED素子10においては、以下の点で異なる構成になっている。
即ち、上記各発光ユニットの有機層12、14及びITO膜11aの膜厚を、後述する手法を利用して適宜に調整することによって、上述した有機層12による青色光L1の発光スペクトルの視野角度依存性を制御している。
これにより、ITO基板11の法線方向から60度の視野角度において、有機層12による青色光L1の発光スペクトルは、図2とは異なり、図5に示すように、光学干渉効果によって、短波長(471nm)側のピーク強度が低下すると共に、長波長(502nm)側のピーク強度が上昇して、最大値を与えるようになっている。
The above configuration is substantially the same as the
That is, the viewing angle of the emission spectrum of the blue light L1 by the organic layer 12 is adjusted by appropriately adjusting the film thicknesses of the organic layers 12 and 14 and the ITO film 11a of each light emitting unit using a method described later. Dependency is controlled.
Thereby, the emission spectrum of the blue light L1 by the organic layer 12 at a viewing angle of 60 degrees from the normal direction of the
そして、この60度の視野角度における青色光L1と第二の有機層14からの黄色光L2との混色光Lの発光スペクトル(60度方向)は、図6に示すように変化し、CIE色度座標(0.318、0.408)で表わされ、JIS(Z8102)では(緑みの)白と呼ばれる領域の色である。 The emission spectrum (60-degree direction) of the mixed light L of the blue light L1 and the yellow light L2 from the second organic layer 14 at the viewing angle of 60 degrees changes as shown in FIG. It is represented by a degree coordinate (0.318, 0.408), and is a color of a region called (greenish) white in JIS (Z8102).
これは、図4に示した正面方向の発光スペクトルと比較して、青色成分の短波長側強度が低下するに伴い、視感度の高い波長帯域の分光放射輝度成分の強度が増大し、照射光の相対輝度を向上させることになる。基板法線方向でのスペクトル図4と60度でのスペクトル図6において、輝度増加分を求め、表1に示した。
ある視野角度(例えば法線方向から60度)における輝度増加分の評価は、以下の手順でおこなった。まず、有機LED素子に対して法線方向の分光放射輝度スペクトルを測定した。次に測定した分光放射輝度スペクトルに関して、最大ピーク強度における値にて規格化し、発光スペクトルを得た。本実施例では図4に示す法線方向でのスペクトルがこれに相当する。図13に示した明所視における標準比視感度曲線に基づいて、比視感度0.5以上に相当する領域(510nmから610nm)から0.8以上に相当する領域(526nmから586nm)に関して、各波長毎に「発光スペクトル強度×比視感度」を計算し、該当する波長領域にわたって積算した(表1に示した図4の計算値、に相当する)。本実施例では、1nm間隔の発光スペクトル強度、比視感度の値を使って計算した。
次に有機LED素子の法線方向から60度の角度で分光放射輝度スペクトルを測定し、上記と同様の作業をおこない、当該波長領域の「発光スペクトル強度×比視感度」を計算した(表1に示した図6の計算値、に相当する)。これらの値を使って、式1に示した「増加分(%)」を求める計算式により、分光放射輝度成分の強度の増大分を計算し、評価した。その結果、比視感度0.5以上に相当する、波長範囲510nmから610nmで輝度が増加していることが確認できた。
Compared with the emission spectrum in the front direction shown in FIG. 4, the intensity of the spectral radiance component in the wavelength band with high visibility increases as the intensity of the short wavelength side of the blue component decreases. This will improve the relative luminance. In the spectrum diagram 4 in the normal direction of the substrate and the spectrum diagram 6 at 60 degrees, the increase in luminance was obtained and shown in Table 1.
Evaluation of the luminance increase at a certain viewing angle (for example, 60 degrees from the normal direction) was performed according to the following procedure. First, the spectral radiance spectrum of the normal direction was measured with respect to the organic LED element. Next, the measured spectral radiance spectrum was normalized with the value at the maximum peak intensity to obtain an emission spectrum. In this embodiment, the spectrum in the normal direction shown in FIG. 4 corresponds to this. Based on the standard relative luminous sensitivity curve in photopic vision shown in FIG. 13, the region corresponding to a specific visual sensitivity of 0.5 or higher (510 nm to 610 nm) to the region corresponding to 0.8 or higher (526 nm to 586 nm), “Emission spectrum intensity × specific luminous sensitivity” was calculated for each wavelength and integrated over the corresponding wavelength region (corresponding to the calculated value of FIG. 4 shown in Table 1). In this example, the calculation was performed using the emission spectrum intensity at 1 nm intervals and the value of specific luminous efficiency.
Next, the spectral radiance spectrum was measured at an angle of 60 degrees from the normal direction of the organic LED element, the same operation as described above was performed, and “emission spectrum intensity × specific luminous sensitivity” in the wavelength region was calculated (Table 1). (Corresponding to the calculated value of FIG. 6). Using these values, the increase in the intensity of the spectral radiance component was calculated and evaluated by the calculation formula for obtaining the “increase (%)” shown in
本発明実施形態による有機LED素子10は、以上のように構成されており、従来のMPE素子と同様にして製造されると共に、ITO膜11a及び有機層12を成膜する際に、膜厚調整やITO膜11aの屈折率の調整を行なうことによって、製造され得る。
このため、従来の有機LED素子10の製造装置をそのまま利用して製造することが可能であり、追加の設備投資等が不要である。
例えば、面発光素子の膜厚構成は、正面方向と所望の角度方向について、それぞれ次の光学距離を満たすように設計される。原則としては、各発光領域からミラーとなる陰極界面、および屈折率差の大きいガラス/ITO界面(一般的なガラスではn=1.52、ITOは1.8前後)までの光学距離を、正面方向、所望の角度方向、それぞれについて、各方向での所望の波長の光が光学干渉効果により強めあうように設定する。
ここで、任意の光学系では一般的に、発光領域からある波長λ(nm)の光が発生し、反射により位相が反転する物質による界面までの光学距離は1/4×λの奇数倍とし、反射により位相が反転しない物質による界面までの光学距離は1/4×λの偶数倍とすることで、光学干渉効果により発光強度を増大することができる。
一般的な有機LED素子の内部では屈折率差の大きいガラス/ITO界面と、ミラーとなる金属陰極間での反射が主であるが、異なる屈折率を持つ有機材料による有機層界面によっても反射が生じること、素子構成に固有の発光層内での発光強度分布が存在すること等により、光学干渉効果を加味した素子設計は、複雑である。
従って、第一の実施形態においては、各発光ユニットにおける発光領域からの金属陰極界面およびガラス/ITO界面までの光学距離を、発光強度が強め合う前記条件(それぞれ1/4×λの奇数倍、および1/4×λの偶数倍)となるように設定することを、有機材料層等の膜厚調整の第一の基準とした。なお、実施形態において、波長λ(nm)は、各発光色の発光スペクトルのピーク波長を用いて検討した。また、発光領域において発光強度が最大となると想定される位置を発光領域の位置として光学距離の計算に用いた。
さらに、第一の実施形態においては、青色波長と黄色波長のそれぞれについて強めあう光学距離の条件を求めた後に、両者を合わせて白色となる条件を選択する必要、視野角度60度付近が緑みの白色となる条件を選択する必要、および、各発光色のユニットを同じ電流密度で電流が流れるため、各発光材料の発光効率の違い等を考慮する必要等から、調整を加えた。調整とは、発光領域からITO側の膜厚および屈折率、発光領域から金属面側の膜厚および屈折率、ITO膜厚および屈折率、金属面の反射率等により行われるが、有機材料の場合には、屈折率は大きく変わらないため、主に、有機層膜厚によっておこなった。
従って、このように、ユニット数や色調整の観点からも、光学距離は調整を加えられるため、前記光学距離は、厳密に1/4×λの整数倍とされるわけではない。
上記第一の実施形態においては、上記パラメータを用いた簡易なシミュレーションにより光学膜厚を見積もり、素子作製において膜厚の微調整を施して得たものであり、法線方向において、青色の光学距離はガラス/ITO界面側で6.7/4×λ、金属陰極側で3.4/4×λ、また黄色の光学距離はガラス/ITO界面側で7.7/4×λ、金属陰極側で0.5/4×λであった。
The
For this reason, it is possible to manufacture using the conventional manufacturing apparatus of the
For example, the film thickness configuration of the surface light emitting element is designed to satisfy the following optical distances for the front direction and the desired angular direction, respectively. As a general rule, the optical distance from each light emitting region to the cathode interface serving as a mirror and the glass / ITO interface having a large refractive index difference (n = 1.52 for general glass and about 1.8 for ITO) The direction and the desired angular direction are set so that light of a desired wavelength in each direction is strengthened by the optical interference effect.
Here, in an arbitrary optical system, light having a wavelength λ (nm) is generally generated from a light emitting region, and the optical distance to the interface due to a substance whose phase is inverted by reflection is an odd multiple of 1/4 × λ. By setting the optical distance to the interface by a substance whose phase does not invert due to reflection to an even multiple of 1/4 × λ, the light emission intensity can be increased by the optical interference effect.
Reflection between the glass / ITO interface having a large refractive index difference and the metal cathode as a mirror is mainly inside a general organic LED element, but reflection is also caused by an organic layer interface made of an organic material having a different refractive index. The element design that takes into account the optical interference effect is complicated due to the occurrence and the existence of the emission intensity distribution in the light emitting layer inherent to the element configuration.
Therefore, in the first embodiment, the optical distances from the light emitting region to the metal cathode interface and the glass / ITO interface in each light emitting unit are set to the above-described conditions for increasing the light emission intensity (odd multiples of 1/4 × λ, And an even multiple of 1/4 × λ) was set as the first standard for adjusting the film thickness of the organic material layer and the like. In the embodiment, the wavelength λ (nm) was examined using the peak wavelength of the emission spectrum of each emission color. In addition, the position where the light emission intensity is assumed to be maximum in the light emitting region was used as the position of the light emitting region to calculate the optical distance.
Furthermore, in the first embodiment, after obtaining the optical distance conditions for strengthening each of the blue wavelength and the yellow wavelength, it is necessary to select a condition for combining both to become white, and the viewing angle near 60 degrees is green. Adjustments were made because it was necessary to select the white color conditions, and because the currents flowed at the same current density in the units of each luminescent color, it was necessary to consider the difference in luminous efficiency of each luminescent material. The adjustment is performed by the film thickness and refractive index from the light emitting region to the ITO side, the film thickness and refractive index from the light emitting region to the metal surface side, the ITO film thickness and refractive index, the reflectance of the metal surface, etc. In some cases, the refractive index did not change greatly, and therefore this was mainly done by the thickness of the organic layer.
Accordingly, since the optical distance can be adjusted from the viewpoint of the number of units and color adjustment, the optical distance is not strictly an integral multiple of 1/4 × λ.
In the first embodiment, the optical film thickness is estimated by a simple simulation using the above parameters, and is obtained by finely adjusting the film thickness in device fabrication. In the normal direction, the blue optical distance is obtained. Is 6.7 / 4 × λ on the glass / ITO interface side, 3.4 / 4 × λ on the metal cathode side, and the yellow optical distance is 7.7 / 4 × λ on the glass / ITO interface side, on the metal cathode side It was 0.5 / 4 × λ.
このような構成の有機LED素子10によれば、ITO膜11aと陰極15の間に駆動電圧が印加されると、有機層12、14がそれぞれ発光して、青色光L1及び黄色光L2が出射する。
そして、これらの青色光L1及び黄色光L2が下方に向かって進んで、ITO基板11の下面から下方に向かって出射すると共に、これらの青色光L1及び黄色光L2が互いに混色されて、白色光Lとなって、下方に向かって照射されることになる。
その際、ITO基板11の下面に対して法線方向に関しては、従来と同様に図4に示す発光スペクトルを有する白色光Lが照射されることになり、明るい視野が得られる。
According to the
Then, the blue light L1 and the yellow light L2 travel downward and are emitted downward from the lower surface of the
At this time, the white light L having the emission spectrum shown in FIG. 4 is irradiated on the lower surface of the
これに対して、ITO基板11の下面に対して高視野角度側(例えば60度)の方向に関しては、前述したように発光スペクトルの変形、即ちピーク形状の調整により、青色光L1に関して視感度の高い波長帯域、即ち緑色成分の強度が増大されるので、全体として緑色がかった白色光Lとなって、照射光の輝度が高められることになる。
また、明所視における比視感度が0.5以上の波長帯域の分光放射輝度成分量について、放射角度分布における発光面に垂直な方向における当該成分量より、発光面に垂直な方向から一定角度ずれた方向における当該成分量を10%以上高め、発光面に垂直な方向から一定角度ずれた方向における輝度を10%以上高めることにより、観察者にとって視認性の高い照明器具を提供することができる。
このようにして、本発明実施形態による有機LED素子10によれば、ITO膜11aや有機層12、14の膜厚を適宜に調整し、あるいはITO膜11aの屈折率を適宜に調整することにより、有機層12からの発光スペクトルを変形させて、ITO基板11の法線方向からずれた高視野角度側にて、視感度の高い波長帯域の強度を高めることにより、法線方向の輝度はそのまま保持されながら、照射光の高視野角度側での輝度が向上することになり、視認性の高い照射光が得られる。
On the other hand, with respect to the direction of the high viewing angle side (for example, 60 degrees) with respect to the lower surface of the
Further, with respect to the spectral radiance component amount in the wavelength band where the relative visibility in photopic vision is 0.5 or more, the component amount in the direction perpendicular to the light emitting surface in the radiation angle distribution is more than a certain angle from the direction perpendicular to the light emitting surface. By increasing the component amount in the shifted direction by 10% or more and increasing the luminance in a direction shifted by a certain angle from the direction perpendicular to the light emitting surface by 10% or more, it is possible to provide a lighting device with high visibility for the observer. .
Thus, according to the
図8は、上記有機LED素子の輝度の放射角度分布を示したものである。
即ち、図8は、有機LED素子20から外部に照射される白色光の輝度を、ITO基板11の正面(法線方向)を0度として、0度から80度まで測定し、0度から−80度までは上記法線に関して線対称であるとして作図したものが、符号Wで示す特性曲線である。
FIG. 8 shows a radiation angle distribution of luminance of the organic LED element.
That is, FIG. 8 shows the brightness of the white light emitted from the
ここで、この白色光の発光スペクトルを解析的に色分解して、青色成分と黄色成分に分割したところ、青色成分は、図8にて符号Bで示すように、また黄色成分は、図8にて符号Yで示すようになった。ここで、青色成分とは、青色発光材料由来の発光成分、黄色成分とは黄色発光材料由来の発光成分をいう。素子から出射する発光スペクトルを、青色成分と黄色成分の2つの成分としてピーク分離をしたものである。図2に示す青色成分のPLスペクトルから長波長側部分のスペクトルのすその部分を切り出し、続いて、60度の発光スペクトルにおいて、すその部分をフィッティングして、青色成分を取り出す。黄色成分は、60度の発光スペクトルから、当該青色成分を差し引いて求めた。
符号Bで示す青色成分は、50度付近の高視野角度にて最も強くなる放射角度分布を示し、視野角度によりスペクトルが変化し、50度付近においては、緑色成分をも有するため相対的に輝度が高くなっていると考えられる。
これに対して、符号Yで示す黄色成分は、図8にて符号Dで示す所謂ランバシアン発光分布(I=Io・cosθで表わされる)と比較して、ほぼ同様な放射角度分布であり、30度から80度で輝度がわずかに低下している。
そして、符号Wで示す白色光の放射角度分布は、40度から80度で上記ランバシアン発光分布を上回る輝度となっている。
従って、本有機LED素子20においては、視感度の高い波長域510nmから610nmにスペクトルを有する青色成分の放射角度分布を50度付近の高視野角度において強め、緑みの白色光を得たことで、従来のランバシアン発光分布を有する有機LED素子と比較して、高視野角度側で輝度が向上していることが分かる。このことは、各発光ユニット即ち各有機層12及び14毎の放射角度分布を制御することにより、高視野角度側の強度を高めることができることを示唆するものである。
尚、0度から40度の視野角度においては、本有機LED素子20の輝度は、ランバシアン発光分布の場合と比較して、僅かに低くなっている。
Here, when the emission spectrum of the white light is analytically color-separated and divided into a blue component and a yellow component, the blue component is indicated by a symbol B in FIG. It came to show with the code | symbol Y. Here, the blue component means a light emitting component derived from a blue light emitting material, and the yellow component means a light emitting component derived from a yellow light emitting material. The emission spectrum emitted from the element is peak-separated into two components, a blue component and a yellow component. From the PL spectrum of the blue component shown in FIG. 2, the skirt portion of the long-wavelength side portion is cut out, and then the skirt portion is fitted in the 60-degree emission spectrum to extract the blue component. The yellow component was determined by subtracting the blue component from the emission spectrum at 60 degrees.
The blue component indicated by symbol B shows a radiation angle distribution that is the strongest at a high viewing angle near 50 degrees, and the spectrum changes depending on the viewing angle. Seems to be higher.
On the other hand, the yellow component indicated by the symbol Y has a radiation angle distribution that is substantially similar to the so-called Lambasian emission distribution (represented by I = Io · cos θ) indicated by the symbol D in FIG. The brightness is slightly decreased from 80 degrees to 80 degrees.
And the radiation angle distribution of the white light shown with the code | symbol W is the brightness | luminance which exceeds the said Lambasian light emission distribution at 40 to 80 degree | times.
Therefore, in the present
In addition, in the viewing angle of 0 degree to 40 degrees, the luminance of the present
このようにして、本発明による有機LED素子10、20においては、高視野角度において、視感度の高い波長帯域の光(青色光)に関して、発光スペクトルの変化および放射角度分布の制御によって、輝度が高められているので、基板法線方向からずれた高視野角度側にて、照射光がより明るくなる。
従って、本有機LED素子10、20を照明器具に組み込んだ場合、例えば図9に示すように、観察者Pの眼に対して斜め方向に位置する照明器具30からの高視野角度の光が、視感度の高い波長帯域で強度が高められていることから、観察者Pにとってより明るく感じられることになる。例えば目の高さから1.5m高い位置に照明器具が配置されている場合、器具の法線方向から40°の光は約1.3m前方、同様に80°の光は8.5m前方からの発光が直接目に入射することになる。
また、直上の照明器具31からの照射光は、従来の有機LED素子からの照射光と同様に白色光であることから、観察者Pが照射光により照明された物体等を観察する場合に、正しく色彩を判断することが可能であり、色的に問題とはならない。
In this manner, in the
Therefore, when the present
Moreover, since the irradiation light from the lighting fixture 31 immediately above is white light similarly to the irradiation light from the conventional organic LED element, when the observer P observes an object or the like illuminated by the irradiation light, It is possible to correctly determine the color, and there is no problem in color.
図7は、本発明による有機LED素子の第二の実施形態の構成を示している。
図7において、有機LED素子20は、図1に示した有機LED素子10とほぼ同じ構成であるので、同じ構成要素には同じ符号を付してその説明を省略する。
第二の実施形態として、前記第一の実施形態と同様に二つの発光ユニットを備えた有機LED素子を作製した。前記第一の実施形態とは、ITOの膜厚および有機層の膜厚が異なる。
発光部位置から陰極による金属反射面までの光学距離が長い第一発光ユニット側、すなわち、陽極となるITOガラス基板(ITO厚さ1800Å)上に、発光波長の短い青色発光層を有する第一発光ユニットを蒸着し、つづいて黄色発光層を有する第二発光ユニットを積層した。
第一発光ユニットはホール注入層(600Å)/ホール輸送層(200Å)/青色発光層(300Å)/電子輸送層(300Å)からなる1400Åの厚みとした。この第一発光ユニット上に300ÅのCGL層を蒸着した後、第二発光ユニットとしてホール注入層(500Å)/ホール輸送層(200Å)/黄色発光層(300Å)/電子輸送層(200Å)を蒸着し、第一発光ユニット、およびCGL層と合わせて2900Åの膜厚とし、最後に金属からなる陰極を蒸着した。法線方向において、青色の光学距離はガラス/ITO界面側で4.2/4×λ、金属陰極側で3.1/4×λ、また黄色の光学距離はガラス/ITO界面側で5.4/4×λ、金属陰極側で0.5/4×λであった。
図14は、作製した素子の法線方向での発光スペクトル(実線)と、法線方向から60度の角度で観測した発光スペクトル(破線)である。
作製した素子の法線方向での発光スペクトルによる白色光はCIE色度座標(0.318、0.338)であり、法線方向から60度の角度で観測した発光スペクトルではCIE色度座標(0.305、0.378)を示した。
両者の発光スペクトルを比較したところ、高視野角度(60度)のスペクトルでは、480から570nmの波長領域でスペクトル成分が、法線方向のスペクトルと比較して増加していることがわかった。また、比視感度0.5以上に相当する領域(510nmから610nm)での分光放射輝度成分の増加量を求めたところ、+17%であった。
FIG. 7 shows a configuration of a second embodiment of the organic LED element according to the present invention.
In FIG. 7, the
As a second embodiment, an organic LED element provided with two light emitting units was produced as in the first embodiment. The film thickness of ITO and the film thickness of an organic layer differ from said 1st embodiment.
First light emission having a blue light emitting layer with a short emission wavelength on the first light emitting unit side having a long optical distance from the light emitting portion position to the metal reflecting surface by the cathode, that is, on the ITO glass substrate (ITO thickness 1800 mm) serving as the anode. The unit was vapor-deposited, and then a second light emitting unit having a yellow light emitting layer was laminated.
The first light emitting unit had a thickness of 1400 mm comprising a hole injection layer (600 mm) / hole transport layer (200 mm) / blue light emitting layer (300 mm) / electron transport layer (300 mm). After depositing a 300 Å CGL layer on the first light emitting unit, a hole injection layer (500 Å) / hole transport layer (200 Å) / yellow luminescent layer (300 Å) / electron transport layer (200 Å) is deposited as the second luminescent unit. And it combined with the 1st light emission unit and the CGL layer, it was set as the film thickness of 2900 mm, and the cathode which consists of metal was vapor-deposited finally. In the normal direction, the blue optical distance is 4.2 / 4 × λ on the glass / ITO interface side, the metal cathode side is 3.1 / 4 × λ, and the yellow optical distance is 5.5 × on the glass / ITO interface side. The ratio was 4/4 × λ and 0.5 / 4 × λ on the metal cathode side.
FIG. 14 shows an emission spectrum (solid line) in the normal direction of the manufactured element and an emission spectrum (broken line) observed at an angle of 60 degrees from the normal direction.
White light from the emission spectrum in the normal direction of the fabricated element is CIE chromaticity coordinates (0.318, 0.338), and in the emission spectrum observed at an angle of 60 degrees from the normal direction, CIE chromaticity coordinates ( 0.305, 0.378).
When the emission spectra of the two were compared, it was found that in the spectrum at a high viewing angle (60 degrees), the spectral component increased in the wavelength region of 480 to 570 nm as compared with the spectrum in the normal direction. Further, when the amount of increase in the spectral radiance component in the region corresponding to the specific luminous sensitivity of 0.5 or more (510 nm to 610 nm) was determined, it was + 17%.
このように、有機層膜厚や発光スペクトル形状の異なる第一の実施形態、第二の実施形態のいずれの構成についても、視感度の高い波長領域の分光放射輝度成分量が、法線方向より高視野角度(60度)方向において大きく、法線方向からは白色、高視野角度方向からは、緑みの白色を視認できるという点で同様の効果を有する素子が作製できる。
さらに、これらMPE素子においては、光学干渉効果によりスペクトル波形、発光強度を調整しやすい短波長側の発光色のユニットを、反射率の高い電極から遠い側の発光ユニットとして配置することが好ましい。ガラス、ITO、有機材料等、用いられる材料の屈折率は短波長側で高いという性質を有するため、物理的な膜厚が同じでも短波長に対する光学距離は、長波長に対する光学距離より長くなるためである。また、光学距離が長いほど、1/4×λの整数倍、つまり、強めあい・弱めあいのポイントを多く有するため、所望の発光スペクトルへ調整するにあたり、選択できる自由度が高くなるためである。
As described above, the spectral radiance component amount in the wavelength region with high visibility is higher than that in the normal direction in both configurations of the first embodiment and the second embodiment having different organic layer thicknesses and emission spectrum shapes. An element having the same effect can be manufactured in that it is large in the direction of the high viewing angle (60 degrees), white is visible from the normal direction, and greenish white is visible from the direction of the high viewing angle.
Further, in these MPE elements, it is preferable to arrange the light emission color unit on the short wavelength side, in which the spectral waveform and the light emission intensity can be easily adjusted by the optical interference effect, as the light emission unit on the side far from the electrode having a high reflectance. Since the refractive index of the material used, such as glass, ITO, and organic materials, has a property of being high on the short wavelength side, the optical distance for short wavelengths is longer than the optical distance for long wavelengths even if the physical film thickness is the same. It is. Further, the longer the optical distance, the more the integral multiple of 1/4 × λ, that is, the points of strengthening and weakening, so that the degree of freedom that can be selected for adjustment to the desired emission spectrum increases.
上述した実施形態においては、有機LED素子10、20は、それぞれ有機層12、14の間にCGL層13を備えているが、これに限らず、CGL層13の代わりに、他の構成の等電位形成層を備えるようにしてもよいことは明らかである。また、上述した実施形態においては、有機LED素子10、20は、それぞれ所謂MPE素子として構成されているが、これに限らず、一つの有機層内に複数の発光層が形成された有機LED素子であってもよいことは明らかである。陽極としてITO膜を例にあげたが、IZO膜やZnO膜等の透明導電膜を使うことも可能である。
In the embodiment described above, the
さらに、上述した実施形態においては、何れも二つの発光ユニットとしての有機層12、14からの青色光及び黄色光による白色の混色光が外部に照射されるようになっているが、これに限らず、三つの発光ユニットを備えており、例えば光の三原色である赤色光、青色光及び緑色光による白色の混色光が外部に照射されるような有機LED素子であってもよいことは明らかである。 Further, in the above-described embodiment, the mixed color light of the blue light and the yellow light from the organic layers 12 and 14 as the two light emitting units is irradiated to the outside. It is obvious that the organic LED element may be provided with three light-emitting units, for example, white light mixed with red light, blue light and green light which are the three primary colors of light. is there.
このようにして、本発明によれば、視感度の高い波長帯域の発光輝度の放射角度分布において、発光面に垂直な方向からずれた高視野角度側で最高輝度を与えるようにした、極めて優れた有機LED素子が提供され得る。また、当該有機LED素子を用いた照明器具や、バックライトも提供することができる。 In this way, according to the present invention, in the emission angle distribution of the emission luminance in the wavelength band with high visibility, the highest luminance is provided on the high viewing angle side shifted from the direction perpendicular to the light emitting surface, which is extremely excellent. Organic LED elements can be provided. Moreover, the lighting fixture using the said organic LED element and a backlight can also be provided.
10、20 有機LED素子
11 ITO基板
11a ITO膜
12 第一の有機層
13 CGL層
14 第二の有機層
30 照明器具(斜め前方)
31 照明器具(直上)
31 Lighting equipment (directly above)
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