JP2006278137A

JP2006278137A - 面発光体

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Publication number: JP2006278137A
Application number: JP2005095477A
Authority: JP
Inventors: Akira Sato; 彰佐藤; Tomoyoshi Nakayama; 知是中山
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 2005-03-29
Filing date: 2005-03-29
Publication date: 2006-10-12

Abstract

【課題】光を出射する透光性基板の出射面と反対側の面に異なった複数の波長の発光を行う発光層が設けられた面発光素子を備えた面発光体において、面発光素子に設けられた各発光層から発光される各色彩の光の正面輝度を適切に調整できるようにする。
【解決手段】光を出射する透光性基板11の出射面11aと反対側の面に異なった複数の波長の発光を行う発光層14a,14b,14cが設けられた面発光素子10を備えた面発光体において、面発光素子における発光層からの配光輝度特性を発光波長によって異ならせると共に、上記の透光性基板の出射面に、表面に凹凸21aが設けられた透光性の集光板21を設けた。
【選択図】図４

Description

この発明は、光を出射する透光性基板の出射面と反対側の面に異なった複数の波長の発光を行う発光層が設けられた面発光素子を備えた面発光体に係り、特に、面発光素子に設けられた発光層から発光される各色彩の光の正面輝度を適切に調整できるようにした点に特徴を有するものである。

近年、情報機器の多様化等にともなって、消費電力が少なく、容積が小さい面発光素子のニーズが高まり、このような面発光素子の一つとしてエレクトロルミネッセンス素子（以下、ＥＬ素子と略す。）が注目されている。

そして、このようなＥＬ素子は、使用する材料によって無機ＥＬ素子と有機ＥＬ素子とに大別される。

ここで、無機ＥＬ素子は、一般に発光部に高電界を作用させ、電子をこの高電界中で加速して発光中心に衝突させ、これにより発光中心を励起させて発光させるようになっている。一方、有機ＥＬ素子は、電子注入電極とホール注入電極とからそれぞれ電子とホールとを発光層内に注入し、このように注入された電子とホールとを発光層内で結合させて、有機材料を励起状態にし、この有機材料が励起状態から基底状態に戻るときに発光するようになっており、無機ＥＬ素子に比べて、低い電圧で駆動できるという利点がある。

また、有機ＥＬ素子の場合には、発光材料を選択することによって適当な色彩に発光する発光素子を得ることができ、また発光材料を適当に組み合わせることによって白色光を得ることもでき、液晶表示素子等のバックライトとして利用することも期待されている。

そして、上記のような有機ＥＬ素子を白色に発光させて液晶表示素子等のバックライトとして利用する場合には、一般に、青色に発光する青色発光層と赤色に発光する赤色発光層と緑色に発光する緑色発光層とを設け、これらを同時に発光させて白色に発光を得るようにしている。

ここで、液晶表示素子等のバックライトとして利用するためには、一般に２０００〜４０００ｃｄ／ｍ²程度の正面輝度が必要になる。

しかし、有機ＥＬ素子の場合、一般に青色に発光する発光材料の寿命や輝度が、赤色や緑色に発光する発光材料に比べて低いため、白色の発光を行って十分な発光寿命を得ようとした場合、１０００〜１５００ｃｄ／ｍ²程度の正面輝度しか得られないという問題があった。

また、従来においては、有機ＥＬ素子等の面発光素子を発光させた場合において、その内部に閉じ込められる光を取り出して、その正面輝度を向上させるために、光の出射面側に微小な凹凸を設けるようにしたものが提案されている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照。）。

しかし、これらのものは、単に全体の正面輝度を向上させるだけのものであって、特定の色彩の正面輝度だけを大きく向上させるということはできず、上記のように青色に発光する発光材料の寿命や輝度が、赤色や緑色に発光する発光材料に比べて低い場合、青色の正面輝度だけを他の赤色や緑色に比べて大きく向上させ、バランスよく白色の発光を得るようにすることはできなかった。
特開平５−４５５０５号公報特開平９−６３７６７号公報

この発明は、光を出射する透光性基板の出射面と反対側の面に異なった複数の波長の発光を行う発光層が設けられた面発光素子を備えた面発光体において、面発光素子に設けられた発光層から発光される各色彩の光の正面輝度を適切に調整できるようにすることを課題とするものである。

この発明における第１の面発光体においては、上記のような課題を解決するため、を出射する透光性基板の出射面と反対側の面に異なった複数の波長の発光を行う発光層が設けられた面発光素子を備えた面発光体において、上記の面発光素子における発光層からの配光輝度特性を発光波長によって異ならせると共に、上記の透光性基板の出射面に、表面に凹凸が設けられた透光性の集光板を設けた。

ここで、この第１の面発光体において、その集光板として、その表面に断面三角形状のレンズ列が複数形成されたものを用い、２つの集光板における上記のレンズ列が直交するようにして、２つの集光板を上記の透光性基板の出射面に積層させることが好ましい。

また、この発明における第２の面発光体においては、上記のような課題を解決するため、光を出射する透光性基板の出射面と反対側の面に異なった複数の波長の発光を行う発光層が設けられた面発光素子を備え、この面発光素子における発光層からの配光輝度特性を発光波長によって異ならせると共に、上記の透光性基板の出射面に、凹凸が設けられた面における凸部を接触させるようにして透光性の集光板を設けた。

ここで、上記の第１及び第２の面発光体においては、上記の面発光素子として様々なものを用いることができ、例えば、前記のような有機ＥＬ素子を用いることができる。

また、上記の第１及び第２の面発光体において、面発光素子における発光層からの配光輝度特性を発光波長によって異ならせる場合、発光輝度が低い色彩の光については、透光性基板の法線方向における正面輝度に対して、法線方向から適当な角度傾斜した方向の輝度の比を大きくすることが好ましい。

また、上記の第１及び第２の面発光体を白色に発光させる場合には、上記の面発光素子が、青色に発光する青色発光材料と赤色に発光する赤色発光材料と緑色に発光する緑色発光材料とを備えるようにする。

そして、上記の面発光素子に有機ＥＬ素子を用い、白色に発光させる場合においては、前記のように青色に発光する発光材料の寿命や輝度が、赤色や緑色に発光する発光材料に比べて低いため、透光性基板の法線方向における正面輝度に対する法線方向から適当な角度傾斜した方向における輝度の比を、赤色や緑色よりも青色において大きくすることが好ましく、透光性基板の法線方向における青色の正面輝度をＩｂ０、赤色の正面輝度をＩｒ０、緑色の正面輝度をＩｇ０とし、上記の法線に対して５０度傾斜した方向における青色の輝度をＩｂ１、赤色の輝度をＩｒ１、緑色の輝度をＩｇ１とした場合に、Ｉｂ１／Ｉｂ０＞Ｉｒ１／Ｉｒ０及び／又はＩｂ１／Ｉｂ０＞Ｉｇ１／Ｉｇ０の条件を満たすようにすることが好ましい。

この発明における第１及び第２の面発光体のように、光を出射する透光性基板の出射面と反対側の面に異なった複数の波長の発光を行う発光層が設けられた面発光素子において、発光層からの配光輝度特性を発光波長によって異ならせると共に、上記の透光性基板の出射面に上記のような集光板を設けると、透光性基板の法線方向における正面輝度に対して、法線方向から適当な角度傾斜した方向における輝度の比が大きくなった波長の光は、上記の集光板によって法線方向から傾斜した方向の光が、透光性基板の法線方向に効率よく集光されて、その正面輝度が大幅に高められる。

また、上記の第１の面発光体において、その集光板として、その表面に断面三角形状のレンズ列が複数形成されたものを用い、２つの集光板における上記のレンズ列が直交するようにして、２つの集光板を上記の透光性基板の出射面に積層させると、この２つの集光板によって法線方向から傾斜した方向の光が、透光性基板の法線方向により効率よく集光されて、その正面輝度がさらに向上される。

また、上記の第１及び第２の面発光体において、上記の面発光素子が青色に発光する青色発光材料と赤色に発光する赤色発光材料と緑色に発光する緑色発光材料とを備えるようにすると、これらの各発光材料を発光させて面発光体を白色に発光させることができ、液晶表示素子等のバックライトとして利用できるようになる。

そして、上記の第１及び第２の面発光体において、上記の面発光素子に有機ＥＬ素子を用いて白色に発光させる場合に、透光性基板の法線方向における正面輝度に対する法線方向から適当な角度傾斜した方向における輝度の比を、赤色や緑色よりも青色において大きくすると、前記のように集光板によって法線方向から傾斜した方向における青色の光が、赤色や緑色の光よりも透光性基板の法線方向に効率よく集光されて、その正面輝度が大幅に高められる。

このため、前記のように青色に発光する発光材料の寿命や輝度が、赤色や緑色に発光する発光材料に比べて低い場合においても、青色の正面輝度を赤色や緑色よりも効率よく高めることができ、作用させる電圧を高くしなくても充分な正面輝度が得られるようになり、長期にわたって充分な正面輝度を有する白色の発光が行えるようになり、液晶表示素子等のバックライトとして有効に利用できるようになる。

また、面発光素子として、異なった波長の発光を行う複数の発光層を備えたものを用いると、発光層からの配光輝度特性を各波長によって異ならせることが容易に行えるようになる。

以下、この発明の実施例に係る面発光体を添付図面に基づいて具体的に説明すると共に、この発明の実施例における面発光体においては、面発光素子に設けられた各発光層から発光される各色彩の光の正面輝度を適切に調整できるようになり、特に、特定の色彩の光における正面輝度を他の色彩の光よりも効率よく高めることができることを、比較例を挙げて明らかにする。なお、この発明に係る面発光体は、下記の実施例に示したものに限定されず、その要旨を変更しない範囲において適宜変更して実施できるものである。

（実施例１）
この実施例１においては、面発光素子として、図１に示す有機ＥＬ素子１０を用いるようにした。

ここで、この有機ＥＬ素子１０においては、縦，横３０ｍｍ×３０ｍｍ、厚さ０．７ｍｍで屈折率が１．５２のガラス基板からなる透光性基板１１の上に膜厚が１２０ｎｍになったＩＴＯ（インジウム−スズ酸化物）からなる透明なホール注入電極１２が形成されたものを用い、これをイソプロピルアルコールで超音波洗浄した後、これを乾燥窒素ガス中で乾燥させ、さらにＵＶオゾン洗浄を５分間行った。

そして、ホール注入電極１２が形成されたこの透光性基板１１を真空蒸着装置内にセットし、真空度４×１０^-6Ｐａの条件で、上記のホール注入電極１２の上に、下記の化１に示すｍ−ＭＴＤＡＴＡからなる膜厚が４０ｎｍのホール注入層１３ａと、下記の化２に示α−ＮＰＤからなる膜厚が４０ｎｍのホール輸送層１３ｂと、下記の化３に示すホスト材料９７重量％に下記の化４に示すドーパントが３重量％ドープされた膜厚が１５ｎｍの青色発光層１４ａと、下記の化５に示す材料からなる膜厚が５ｎｍの第１中間層１５ａと、下記の化６に示すＣＢＰからなるホスト材料９２重量％に下記の化７に示すドーパントが８重量％ドープされた膜厚が１０ｎｍの赤色発光層１４ｂと、下記の化６に示すＣＢＰからなる膜厚が３ｎｍの第２中間層１５ｂと、下記の化６に示すＣＢＰからなるホスト材料９５重量％に下記の化８に示すドーパントが５重量％ドープされた膜厚が３ｎｍの緑色発光層１４ｃと、下記の化５に示す材料からなる膜厚が１０ｎｍの第３中間層１５ｃと、下記の化９に示すＡｌｑ₃からなる膜厚が２０ｎｍの電子輸送層１６ａと、ＬｉＦからなる膜厚が１ｎｍの電子注入層１６ｂとを形成した後、この電子注入層１６ｂの上にアルミニウムからなる膜厚が１１０ｎｍの電子注入電極１７を形成して有機ＥＬ素子１０を作製した。その後、窒素雰囲気下において、この有機ＥＬ素子１０の露出部をガラスケース（図示せず）で被覆させた。

そして、このように作製した有機ＥＬ素子を市販の分光放射輝度計（コニカミノルタ社製：ＣＳ−１０００）にセットして、この有機ＥＬ素子を発光させると共に、上記の透光性基板の法線方向に対する角度を変化させながら、各傾斜角度における輝度と分光スペクトルとを測定して、波長６２０ｎｍの赤色、波長５２５ｎｍの緑色、波長４５８ｎｍの青色における配光輝度特性を求め、その結果を図２に示した。

ここで、上記の有機ＥＬ素子においては、透光性基板の法線方向における赤色、緑色、青色の正面輝度をそれぞれ１にした場合において、上記の法線方向に対して５０度傾斜した方向における相対輝度は、青色では０．６９、緑色では０．５８、赤色では０．４９になっており、青色が一番大きくなっていた。なお、この実施例においては、各色の発光材料を含有する複数の発光層を、出射面から順に、青、赤、緑の順序で積層させた有機ＥＬ素子を用いることにより、有機ＥＬ素子の透光性基板の法線方向に対して５０度傾斜した方向における青色の相対輝度を最も大きくしている。このように面発光素子の膜構成や材料を適宜選択して設定することにより、各色の配光輝度特性をある程度変化させることができる。なお、発光層は各色の発光材料を含む単一の発光層であってもよいが、この実施例のように複数の発光層を積層させるようにすると、その積層順序や各発光層の膜厚など調整し得る選択肢が多くなるため、各色の配光輝度特性を制御するのに適している。また、有機ＥＬ素子においては、概して緑色発光材料に比べて、青色発光材料や赤色発光材料、特に青色発光材料の寿命や輝度特性が劣っているため、この実施例のように青色に相当する波長の光の正面輝度を向上させることにより、発光材料に求められる性能レベルを引き下げることができる。

また、この実施例１においては、集光板として、図３に示すように、基板２１ａの表面に断面三角形状のレンズ列２１ｂが連続して形成された集光板２１を２枚用いるようにし、具体的には、市販のプリズムシート（スリーエム社製：ＢＥＦ II）を用いるようにした。

そして、この実施例１の面発光体においては、図４に示すように、上記の有機ＥＬ素子１０における透光性基板１１の出射面１１ａ上に拡散板２２をセットし、この拡散板２２の上に、上記の第１の集光板２１をその表面における断面三角形状のレンズ列２１ｂが有機ＥＬ素子１０と反対側に位置するようにセットし、さらにこの第１の集光板２１の上に、第２の集光板２１をその表面における断面三角形状のレンズ列２１ｂを上にして、このレンズ列２１ｂが上記の第１の集光板２１のレンズ列２２ｂと直交するようにセットした。

（比較例１）
この比較例１の面発光体においては、面発光素子として、実施例１と同じ有機ＥＬ素子１０を用いる一方、この有機ＥＬ素子１０に拡散板や集光板を設けないようにした。

そして、上記の実施例１及び比較例１の各面発光体について、上記の分光放射輝度計（コニカミノルタ社製：ＣＳ−１０００）を用い、透光性基板の法線方向における各波長の正面輝度を測定し、実施例１の面発光体の結果を実線で、比較例１の面発光体の結果を破線で図５に示した。

また、比較例１の面発光体に対する実施例１の面発光体の各波長における正面輝度の倍率を求め、その結果を図６に示した。

この結果、比較例１の面発光体に対する実施例１の面発光体における正面輝度の倍率は、波長が４５８ｎｍの青色では１．８６倍、波長が５２５ｎｍの緑色では１．５４倍、波長が６２０ｎｍの赤色では１．４０倍となっており、前記のように透光性基板の法線方向における正面輝度に対する法線方向から５０度傾斜した方向における輝度の比が一番大きくなった波長４５８ｎｍの青色において、正面輝度が大きく向上していた。

（実施例２）
この実施例２の面発光体においても、面発光素子としては、実施例１と同じ有機ＥＬ素子１０を用いるようにした。

また、この実施例２においては、集光板として、図７（Ａ），（Ｂ）に示すように、ポリスチレンで構成された基板２３ａの片面に四角錘台状になったプリズム２３ｂが多数突出されて配列されると共に、基板２３ａの反対側の面において、上記のプリズム２３ｂが交差する点に平面円形状になったレンズ２３ｃの中心がくるようにして、このようなレンズ２３ｃを多数配列させたものを用いるようにした。なお、この集光板２３においては、上記の基板２３ａの厚みを０．８ｍｍにし、また上記のプリズム２３ｂにおける基板側の一辺の長さを０．８ｍｍ，突出した高さを０．４ｍｍ，突出した先端面の一辺の長さを０．４ｍｍにし、また上記のレンズ２３ｃの直径を０．８ｍｍ，突出した部分の曲率半径を５ｍｍにした。

そして、この実施例２の面発光体においては、図８に示すように、上記の有機ＥＬ素子１０における透光性基板１１の上に、上記の集光板２３におけるプリズム２３ｂの突出した先端面を接着剤により接着させた。

そして、この実施例２の面発光体についても、上記の分光放射輝度計（コニカミノルタ社製：ＣＳ−１０００）を用い、透光性基板の法線方向における各波長の正面輝度を測定し、前記の比較例１の面発光体の結果と合わせて実施例２の面発光体の結果を実線で図９に示した。

また、比較例１の面発光体に対する実施例２の面発光体の各波長における正面輝度の倍率を求め、その結果を図１０に示した。

この結果、比較例１の面発光体に対する実施例２の面発光体における正面輝度の倍率は、波長が４５８ｎｍの青色では１．５５倍、波長が５２５ｎｍの緑色では１．００倍、波長が６２０ｎｍの赤色では１．２７倍となっており、上記の実施例１の場合と同様に、透光性基板の法線方向における正面輝度に対する法線方向から５０度傾斜した方向における輝度の比が一番大きくなった波長４５８ｎｍの青色において、正面輝度が大きく向上していた。

この発明の実施例１，２及び比較例１において用いた有機ＥＬ素子の概略説明図である。上記の有機ＥＬ素子における波長６２０ｎｍの赤色、波長５２５ｎｍの緑色、波長４５８ｎｍの青色の配光輝度特性を示した図である。実施例１の面発光体に使用した集光板の概略説明図である。実施例１の面発光体を示した概略説明図である。実施例１及び比較例１の面発光体における各波長の正面輝度を示した図である。比較例１の面発光体に対する実施例１の面発光体の各波長における正面輝度の倍率を示した図である。実施例２の面発光体に使用した集光板の概略平面図及び概略正面図である。実施例２の面発光体を示した概略説明図である。実施例２及び比較例１の面発光体における各波長の正面輝度を示した図である。比較例１の面発光体に対する実施例２の面発光体の各波長における正面輝度の倍率を示した図である。

符号の説明

１０有機ＥＬ素子（面発光素子）
１１透光性基板
１２ホール注入電極
１３ａホール注入層
１３ｂホール輸送層
１４ａ青色発光層
１４ｂ赤色発光層
１４ｃ緑色発光層
１５ａ第１中間層
１５ｂ第２中間層
１５ｃ第３中間層
１６ａ電子輸送層
１６ｂ電子注入層
１７電子注入電極
２１集光板
２１ａ基板
２１ｂレンズ列
２２拡散板
２３集光板
２３ａ基板
２３ｍプリズム
２３ｃレンズ

Claims

光を出射する透光性基板の出射面と反対側の面に異なった複数の波長の発光を行う発光層が設けられた面発光素子を備えた面発光体において、上記の面発光素子における発光層からの配光輝度特性を発光波長によって異ならせると共に、上記の透光性基板の出射面に、表面に凹凸が設けられた透光性の集光板を設けたことを特徴とする面発光体。
請求項１に記載の面発光体において、上記の集光板として、その表面に断面三角形状のレンズ列が複数形成されたものを用い、２つの集光板における上記のレンズ列が直交するようにして、２つの集光板を上記の透光性基板の出射面に積層させたことを特徴とする面発光体。
光を出射する透光性基板の出射面と反対側の面に異なった複数の波長の発光を行う発光層が設けられた面発光素子を備え、この面発光素子における発光層からの配光輝度特性を発光波長によって異ならせると共に、上記の透光性基板の出射面に、凹凸が設けられた面における凸部を接触させるようにして透光性の集光板を設けたことを特徴とする面発光体。
請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の面発光体において、上記の面発光素子が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面発光体。
請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の面発光体において、上記の面発光素子が青色に発光する青色発光材料と赤色に発光する赤色発光材料と緑色に発光する緑色発光材料とを備え、上記の集光板を設ける前において、上記の透光性基板の法線方向における青色の正面輝度をＩｂ０、赤色の正面輝度をＩｒ０、緑色の正面輝度をＩｇ０とし、上記の法線に対して５０度傾斜した方向における青色の輝度をＩｂ１、赤色の輝度をＩｒ１、緑色の輝度をＩｇ１とした場合に、Ｉｂ１／Ｉｂ０＞Ｉｒ１／Ｉｒ０及び／又はＩｂ１／Ｉｂ０＞Ｉｇ１／Ｉｇ０の条件を満たすことを特徴とする面発光体。
請求項１〜請求項５の何れか１項に記載の面発光体において、上記の面発光素子が白色に発光することを特徴とする面発光素子。
請求項１〜請求項６の何れか１項に記載の面発光体において、上記の面発光素子が、異なった波長の発光を行う複数の発光層を備えることを特徴とする面発光素子。