JP2008277186A - 有機エレクトロルミネセンス素子 - Google Patents

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亨 千葉
Takanobu Shiokawa
孝紳 塩川
Yukio Kubota
幸雄 久保田
Takaomi Sekiya
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Abstract

【課題】複数の発光部が配列された有機EL素子において、各発光部から発した光が別の発光部の光と混合することを防止する。
【解決手段】各発光部11は、透明基板12上に順に陽極層13、有機層14、及び陰極層15を積層して構成する。隣接する発光部11の間に、内部絶縁層20を設ける。内部絶縁層20の少なくとも左側面20L、右側面20Rに光反射材料膜21を被膜する。光反射材料膜21の外側にはさらに外部絶縁膜22を被膜する。発光部11の左右の側面L、Rは、外部絶縁膜22に密着しており、光反射材料膜21に近接する。有機層14から左右方向又は上方向に出射した光は、光反射材料膜21及び陰極層15で反射して透明基板12から下側に向けて出射する。
【選択図】図1

Description

本発明は、有機エレクトロルミネセンス素子(以下有機EL素子という)に関し、特にレーザープリンター等の画像形成装置の露光ヘッドに用いられる有機EL素子に関する。
従来有機EL素子が、画像形成装置の露光ヘッドとして用いられるものが種々提案されている。例えば特許文献1に示された有機EL素子の露光ヘッドは、少なくとも1列の画素状に配列された複数の発光部と、各発光部に対応するように設けられた集光光学系としてのボールレンズとによって構成される。この露光ヘッドでは、発光部から発した光は、集光光学系によって、感光ドラム等の像担持体上に集光させられ、1列の発光部の光に基づき、像担持体に1ラインの画像が形成される。
特許文献1において、有機EL素子としてはトップエミッション型の有機EL素子が用いられている。具体的には、ガラス基板に1列に並べられた複数の穴が設けられ、各穴に陽極層、有機層が積層されると共に、ガラス基板表面に穴を覆うように透明陰極層が成膜されて、画素状に配列された発光部が形成される。そして、各発光部からの光は、透明陰極層を介して基板の上方に向けて出射される。
特開2004−195676号公報
しかし、各発光部から発光した光は、有機層から拡散して出射するので、一部がガラス基板の内部又は透明陰極層の内部を伝播し、隣接する発光部まで導かれることがある。このように伝播した光は、その隣接する発光部から発した光と混合することとなるので、画像の再現性を悪化させる原因となる。
そこで、本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、各発光部から発した光が別の発光部の光と混合することを防止し、画像形成装置における画像の再現性を良好にすることを目的とする。
本発明に係る有機EL素子は、少なくとも一列に複数の発光部を並べ、各発光部が基板上に、陽極及び陰極のいずれか一方である第1電極層、有機層、及び陽極及び陰極の他方である第2の電極層が順に積層されて構成され、同一列に並べられ隣り合う発光部の側面同士の間に、有機層からの光を反射又は吸収する光反射部又は光吸収部が設けられることを特徴とする。
光反射部又は光吸収部は、発光部の側面に近接し、又は接触して設けられることが好ましい。例えば、同一列に並べられ隣り合う発光部の間には、基板の上に積層された絶縁層が設けられる。そして、光反射部又は光吸収部は、絶縁層の側面に被膜される光反射材料膜又は光吸収材料膜であることが好ましい。絶縁層の側面において光反射材料膜又は光吸収材料膜の外側にはさらに外部絶縁膜が被膜されていたほうが良い。外部絶縁膜は、反射材料膜又は光吸収材料膜と第1及び第2電極層のうち少なくともいずれか一方の電極層との間を電気的に絶縁する。
基板は、有機層からの光を基板の厚さ方向に透過させると共に、同一列に並べられ隣り合う発光部の間における、基板の内部に、基板の上面から下面にわたって延びる、有機層からの光の少なくとも一部を反射又は吸収する光反射壁又は光吸収壁が設けられていても良い。
また、基板は、基板の厚さ方向に光を透過させる複数の微小導光部を有し、各微小導光部の外周面は有機層からの光の少なくとも一部を反射又は吸収する光反射壁又は光吸収壁で構成されていても良い。各微小導光部は例えば、各発光部に対応して設けられる。発光部に対応して設けられた各微小導光部は、その下面が下側に膨らみ、正のパワーを有するレンズとして形成されていることが好ましい。なお、本発明に係る有機EL素子は、例えば露光用ヘッドとして用いられる。
本発明によれば、光反射部又は光吸収部によって、発光部が並べられた方向に光が伝播するのが防止され、各発光部から発した光が別の発光部の光と混合することが防止される。
以下添付図面を参照しつつ本発明について説明する。図1は本発明の第1の実施形態に係る有機EL素子の模式的な断面図を示す。なお、以下の説明においては、図1の左右上下を実際の左右上下として説明すると共に、紙面の手前側を前方、奥側を後方として説明する。
本実施形態に係る有機EL素子10は、露光ヘッドに使用される発光素子である。有機EL素子10は、それぞれが陽極層13、有機層14、及び陰極層15から構成される複数の発光部11が1列に並べられて1本の発光ラインを形成する。図1は、1本の発光ラインを構成する発光部が左右方向に並べられた様子を示す。
各発光部11の陽極層13は、透明基板12の上面12Uに積層されており、発光部11と同様に左右方向に複数並べられている。陽極層13は、例えばITO(Indium Tin Oxide)、ATO(antimony doped tindioxide)、ZnO(zinc oxide)、IZO(Indium Zinc Oxide)等の透明導電性金属化合物から形成される。透明基板12は、プラスチック、ガラス等の透明材料から形成される。
有機EL素子10は、左右に並べられた2つの発光部11の間において、さらに、透明基板12の上面12Uに積層された内部絶縁層20を有する。内部絶縁層20は、例えばポリイミド、アクリル誘導体化合物等の絶縁材料であって、かつ透明性を有する合成樹脂から形成される。
内部絶縁層20は上方から見ると四角形に形成され、また上方に進むに従って幅が細くなる断面台形を呈し、各側面部(例えば、左側面20L、及び右側面20R)が斜め上方を向く傾斜面に形成される。内部絶縁層20には、その上面20Uから側面部(少なくとも、左側面20L、及び右側面20R)にわたって、光反射材料膜21が被膜される。側面部に被膜された光反射材料膜21は、その下端部が透明基板12の上面12Uに密着している。光反射材料膜21は、後述する有機層14から発した光を高効率で反射可能なように、反射性の高い金属で形成され、例えば銀、ニッケル、アルミニウム等で形成される。
内部絶縁層20の上面20U及び側面部において、光反射材料膜21の外側にはさらに、外部絶縁膜22が被膜される。左側面20L及び右側面20Rにおいて被膜された外部絶縁膜22は、内部絶縁層20の側面20L、20Rそれぞれに隣接する、陽極層13の右側面、左側面に接触しており、陽極層13の左右の端部の上面にも被膜される。外部絶縁膜22は、光反射材料膜21の外部への露出を防ぎ、光反射材料膜21と陽極層13及び陰極層15との間を電気的に絶縁する。外部絶縁膜22は、内部絶縁層20と同様に透明性を有しかつ絶縁材料である合成樹脂で形成されるが、好ましくは内部絶縁層20と同一の材料で形成される。
各発光部11において、有機層14及び陰極層15は、左右に隣り合う2つの内部絶縁層20の間において、陽極層13の上にこの順で積層される。2つの内部絶縁層20の間において、陽極層13及び陰極層15は、その左右の側面それぞれが、右側面20R、左側面20Lに被膜された外部絶縁膜22に密着しつつ積層される。これにより、各発光部11における有機層14、陰極層15の左右の側面それぞれは、右側面20R、左側面20Lに被膜された光反射材料膜21に近接して設けられる。同様に、陽極層13の左右の側面それぞれも、右側面20R、左側面20Lに被膜された光反射材料膜21に近接して設けられる。すなわち、2つの内部絶縁層20の間において、陽極層13、有機層14、及び陰極層15の左右の側面で構成される発光部11の左右の側面L、Rには、光反射材料膜21が近接して設けられる。なお、有機層14の上面の高さ位置は、内部絶縁層20の上面20Uの高さ位置より充分に低くなる。
有機層14は、陽極層13の左端部及び右端部の上面においては、外部絶縁膜22を介して陽極層13の上に積層され、その他の部分においては陽極層14の上面に直接積層される。一般的に、陽極層13の端部の上に積層される有機層14は薄くなりやすく、陽極層13の端部と陰極層15との間はショートが発生しやすい。しかし、本実施形態では、陽極層13の端部の上面には、外部絶縁膜22が被膜されているため、ショートの発生が防止される。
有機層14は、その層構成が限定されないが、例えば陽極層側から順に、正孔輸送層、有機発光層、電子輸送層が積層されて構成される。また、正孔輸送層と陽極層の間及び電子輸送層と陰極層の間それぞれには、正孔注入層及び電子注入層が適宜積層されていても良い。
同一の発光ラインを構成する発光部11の陰極層15は一体的に形成され、複数の発光部11の共通電極となる。すなわち、陰極層15は、1つの有機層14の上面から内部絶縁層20の上方を通って、隣接する有機層14の上面に延びている。陰極層15は、好ましくは、アルミニウム、ニッケル、銀等の光反射率の高い金属材料で形成され、好ましくは光反射材料膜21と同一の材料で形成される。
次に、本実施形態に係る有機EL素子10の製造方法を説明する。本実施形態では、まず、陽極層13及び内部絶縁層20を順に、又は同時に透明基板12の上面12Uに例えばフォトリソグラフィによって積層する。次いで、光反射材料膜21を内部絶縁層20の上面及び側面にスパッタリング等によって蒸着させて被膜する。その後、外部絶縁膜22を例えばフォトリソグラフィによって、光反射材料膜21を覆うように被膜する。外部絶縁膜22が被膜した後、有機層14、及び陰極層15を順にスパッタリング等によって蒸着し、これにより有機EL素子10が得られる。
次に、本実施形態に係る有機EL素子10の作用について説明する。各発光部11の有機層14には、陽極層13と陰極層15から電力が供給され、各有機層14はその電力に応じて光を発する。各有機層14から発した光は、陽極層13及び透明基板12を通って、透明基板12の下面12D側から出射され、不図示の集光光学系で集光されて、感光ドラム等の像担持体に結像される。像担持体では、結像された光に応じて画像が形成される。なお、集光光学系は、各発光部に対応して設けられ、1つの発光部11から発した光が1つの集光光学系に入射されるようにしても良いが、2つ以上の発光部11から発した光が1つの集光光学系に入射されるようにしても良い。
有機層14から発した光の一部は、拡散出射し、又は発光部11の各層の界面で反射することにより有機層14及び陽極層13の内部を導波して、発光部11の側面L、R(有機層14及び陽極層13の側面)から左右方向に出射する。ここで、本実施形態では、各発光部11の側面L、Rには、光反射材料膜21が近接するように配置され、左右に隣り合う発光部11の側面L、R同士の間には、光反射材料膜21が配置されている。したがって、発光部11から左右方向に出射した光は、外部絶縁膜22を透過して、光反射材料膜21で反射される。なお、光反射材料膜21は、入射された光の一部を吸収することはあるが、光を透過することはない。
以上の構成により、基板12の上方において、各有機層14から発した光は、隣接する発光部11に伝播することなく、1つの発光部11から発した光が、他の発光部11から発した光と混合することが防止される。したがって、像担持体において再現性の良い画像を形成することができる。
本実施形態では、有機層14の上面には、光反射性の良好な陰極層15が設けられている。したがって、有機層14から上方又は左右方向に発した光の一部は、陰極層15及び光反射材料膜21で1回又は2回以上反射して下方に出射するので、各発光部11からの光の取り出し効率が高められる。なお、本実施形態では、光反射材料膜21は、発光部11に近接し、かつ上方向を向くように傾けられている。したがって、光反射材料膜21で反射した光は、陰極層15で再度反射されて透明基板12の内部に入射されやすくなり、有機層14から出射する光の取り出し効率を高めやすくする。
本実施形態では、各発光部11の前方側及び後方側にさらに、側面部に光反射材料膜21及び外部絶縁膜22が被膜された内部絶縁層20が、発光部11に隣り合うように設けられていても良い。このような構成によれば、発光部11の前方側及び後方側の側面にも、光反射材料膜21が近接して設けられることとなり、発光部11の外周面(四方の側面部)は、その全周にわたって、光反射材料膜21に囲まれる。したがって、発光部11から外部に光が漏れることが防止されると共に、光の取り出し効率をさらに高めることができる。
本実施形態においては、1本分の発光ライン(第1の発光ライン)のみの構成を示したが、発光ラインは前後方向に多数並べられていても良く、有機EL素子10は、例えば第1の発光ラインの前後に隣接する第2及び第3の発光ラインを有していても良い。この場合、第1の発光ラインの各発光部11の前後又は左右に隣接する内部絶縁層20は、第2及び第3の発光ラインを構成する発光部11にも隣接し、その側面に被膜された光反射材料膜21が第2及び第3の発光ライン上に配置される発光部11の側面に近接していても良い。
また、複数の発光ラインを有する場合、左右方向において、第1の発光ライン上に設けられた隣接する2つの発光部の間の位置それぞれに、第2及び第3の発光ラインの各発光部が設けられていたほうが良い。この場合、第1の発光ラインにおいて、隣接する2つの発光部11の間に設けられた内部絶縁層20の前方側及び後方側の側面に被膜された光反射材料膜21は、第2及び第3の発光ラインにおける発光部11の後方側及び前方側の側面に近接する光反射材料膜21とすることが可能である。
なお、本実施形態では、内部絶縁層20の上面20Uには全面にわたって光反射材料膜21が被膜され、同一の内部絶縁層20の左側面20L、右側面20Rに被膜された光反射材料膜21は上面20Uに被膜された光反射材料膜21を介して接続されている。しかし、上面20Uには、一部しか光反射材料膜21が被膜されておらず、同一の内部絶縁層20の左側面20L、右側面20Rに被膜された光反射材料膜21は接続されていなくても良い。このような場合、同一の内部絶縁層20の左側面20L、右側面20Rに被膜された外部絶縁膜22も同様に接続されなくなる。
さらに、本実施形態においては、内部絶縁層20に光反射材料膜21の代わりに、光吸収材料で形成された光吸収材料膜が被膜されていても良い。光吸収材料としては例えばカーボン粒子が配合された合成樹脂等である。なお、光反射材料膜21(光吸収材料膜)は、外部絶縁膜22を介して有機層に近接して設けられるが、光反射材料膜21(光吸収材料膜)が絶縁体であれば、外部絶縁膜22が省略されても良い。この場合、光反射材料膜21(光吸収材料膜)は、発光部11(すなわち、陽極層13、有機層14、及び陰極層15)の側面R,Lに接触して設けられる。
また、本実施形態では、発光部11のうち陰極層15は光を透過しないので、陰極層15の左右の側面に近接する光反射材料膜21は省略されても良い。
図2は、本発明の第2の実施形態の有機EL素子の断面図を示す。本実施形態において、第1の実施形態と相違する点は、透明基板の構成のみである。以下、本実施形態について、第1の実施形態との相違点を説明する。
本実施形態に係る透明基板32は、厚さ方向に延びる円柱や四角柱、六角柱等の多角形の柱状部である複数の微小導光部33が配列されると共に、これら微小導光部33が一体になって形成される。微小導光部33は、例えばガラス、樹脂等の透明材料で形成される。各微小導光部33の界面には、光反射壁35が設けられ、すなわち、各微小導光部33の外周面は光反射部で覆われる。光反射壁35は、例えば、アルミニウム、ニッケル、銀等の光反射率の高い金属板又は金属膜で形成され、厚さ方向に平行に配置される。
各発光部11それぞれは、各微小導光部33に対応した位置に配置され、上方から見ると、各発光部11の有機層14は、各微小導光部33の外周を囲う光反射壁35によって取り囲まれている。したがって、各発光部11の有機層14から出射した光は、対応する微小導光部33に入射され、その他の微小導光部33に入射されることはない。各微小導光部33に入射された光のうち、基板10の厚さ方向(上下方向)に略平行な光は、光反射壁35に入射されることなく、基板12の下面12D側から直接的に出射される。一方、厚さ方向に対して、ある程度の角度で傾いて入射される光は、光反射壁35で反射しつつ基板12の下面12D側まで伝播して下面12Dから出射される。
光反射壁35は反射材料で形成され非透過性であるので、有機層14からの光が光反射壁35で反射するとき、その光の一部は光反射壁35に吸収されるが、光反射壁35を透過することはない。したがって、各微小導光部33に入射された光は、その導光部33から漏れることなく、その導光部33内を伝播して、下面12D側から出射される。
以上のように、本実施形態においては、各発光部11から出射した光は、他の微小導光部33に入射されることなく、厚さ方向に延びる微小導光部33を透過して、基板10の下面まで伝播させられる。したがって、各発光部11から発せられた光は、透明基板32において、他の発光部11からの光と混合することなく、像担持体に結像されるので、像担持体に再現性の良い画像を形成することができる。
なお、透明基板32は、例えば、隔壁が光反射性の金属板で形成された管状セルが、規則的に複数配列されて一体的に形成された構造体の各セル内部に、ガラスや樹脂等が流し込まれた後、ガラスが固化されて形成される。なお、このときの構造体としては、例えば、セル断面が六角形を呈するハニカム構造体であっても良いし、セル断面が、円形や楕円形、又は三角形、四角形等の他の多角形であっても良い。また、上記構造物においては、各セルの隔壁が光反射壁35を成すと共に、セル内部に流し込まれて固化された透明材料が微小導光部33を形成する。
なお、本実施形態では、1つの微小導光部33に対応して各発光部11が配置されたが、複数の微小導光部33に対応して1つの発光部11が配置されても良い。この場合、微小導光部33の左右方向及び前後方向の幅は、有機層14の左右方向及び前後方向の幅より小さくなる。
なお、本実施形態においては、透明基板12には微小導光部33が設けられ、上方から見ると、有機層14は光反射壁35によって取り囲まれている。しかし、発光ラインが1ラインしか設けられない場合、上方から見ると有機層14を挟み込むように、有機層14の左側及び右側に配置された光反射壁35のみが設けられていれば、その他の光反射壁35は省略されても良い。このような構成によれば、同一列に並べられた隣り合う発光部11の間における、基板12の内部に、基板12の上面12Uから下面12Dまで延びる光反射壁35が設けられることになる。したがって、同一の発光ラインにおける、1つの発光部11から発した光が、他の発光部11の光と混合することが防止される。なお、光反射壁35は、上方から見ると、有機層14に近接するので、有機層14から出射した光の光路は、透明基板12で広がらないので、有機層14から出射した光を集光光学系にロス無く入射させることができる。
なお、本実施形態では、微小導光部33の外周は光反射壁35によって囲まれたが、入射された光を吸収する光吸収材料で形成される光吸収壁であっても良い。
図3は本発明の第3の実施形態に係る有機EL素子を示す。第3の実施形態において、第2の実施形態と相違する点は、各発光部11に対応する各微小導光部33がレンズとして形成されている点である。すなわち、本実施形態では、各発光部11に対応する微小導光部33それぞれの下面が、下側に膨らんでレンズ面40として形成され、微小導光部33が正のパワーを有するレンズとして形成される。このような構成によれば、透明基板32が集光光学系の役割を果たすので、集光光学系を省略することが可能になる。また、微小導光部33と集光光学系とが一体に形成されることになるので、微小導光部33で導光された光を高効率で像担持体に集光させることができる。
なお、本実施形態においては、発光部11に対応する微小導光部33の下面のみにレンズ面が形成されたが、全ての微小導光部33の下面がレンズ面に形成されても良い。また、第1の実施形態の透明基板12の下面12Dにおいても、各発光部11に対応する部分それぞれが下側に膨らむように形成されレンズ面として形成されても良い。
図4は第4の実施形態に係る有機EL素子10を示す。第1の実施形態に係る有機EL素子10は、有機層14からの光が透明基板12の下面12Dから取り出されるボトルエミッションタイプであったが、本実施形態では、有機EL素子10は、発光部11の上方側から光が取り出されるトップエミッションタイプである。
本実施形態では、透明基板12側から順に陰極層15、有機層14、及び陽極層13が積層される。そして、陽極層13は、第1の実施形態と同様に、透明導電性金属化合物で形成されると共に、陰極層15は反射性の高い金属で形成される。その他の構成は第1の実施形態と同様であるので、その説明は省略する。
本実施形態でも、各発光部11の有機層14から発した光は、陽極層13を介して上方向に出射されて、像担持体に集光される。また、発光部11からの光は、左右方向にも出射するが、左右方向に出射した光は、光反射材料膜21で反射するため、他の発光部11の光と混合することが防止される。また、有機層14から左右方向又は下方向に出射した光は、光反射材料膜21、陰極層15によって反射することにより一部の光が上方向に向けて出射されるので、光の取り出し効率を高めることができる。なお、本実施形態では、発光部11のうち、陰極層15は光を透過しないので、陰極層15の左右の側面に近接する光反射材料膜21は省略されても良い。
本発明の第1の実施形態に係る有機EL素子の模式的な断面図である。 本発明の第2の実施形態に係る有機EL素子の模式的な断面図である。 本発明の第3の実施形態に係る有機EL素子の模式的な断面図である。 本発明の第4の実施形態に係る有機EL素子の模式的な断面図である。
符号の説明
10 有機EL素子
11 発光部
12、32 透明基板
13 陽極層
14 有機層
15 陰極層
20 内部絶縁層
21 光反射材料膜
22 外部絶縁膜
33 微小導光部
35 光反射壁
40 レンズ

Claims (9)

  1. 少なくとも一列に複数の発光部を並べ、各発光部が基板上に、陽極及び陰極のいずれか一方である第1電極層、有機層、及び陽極及び陰極の他方である第2の電極層が順に積層されて構成され、同一列に並べられ隣り合う前記発光部の側面同士の間に、前記有機層からの光を反射又は吸収する光反射部又は光吸収部が設けられることを特徴とする有機エレクトロルミネセンス素子。
  2. 前記光反射部又は光吸収部は、前記発光部の側面に近接し、又は接触して設けられることを特徴とする請求項1に記載の有機エレクトロルミネセンス素子。
  3. 同一列に並べられ隣り合う発光部の間には、前記基板の上に積層された絶縁層が設けられ、前記光反射部又は光吸収部は、前記絶縁層の側面に被膜される光反射材料膜又は光吸収材料膜であることを特徴とする請求項2に記載の有機エレクトロルミネセンス素子。
  4. 前記絶縁層の側面において前記光反射材料膜又は光吸収材料膜の外側にはさらに外部絶縁膜が被膜され、
    前記外部絶縁膜は、前記反射材料膜又は光吸収材料膜と前記第1及び第2電極層のうち少なくともいずれか一方の電極層との間を電気的に絶縁することを特徴とする請求項3に記載の有機エレクトロルミネセンス素子。
  5. 前記基板は、前記有機層からの光を基板の厚さ方向に透過させると共に、
    同一列に並べられ隣り合う発光部の間における、前記基板の内部に、前記基板の上面から下面にわたって延びる、前記有機層からの光の少なくとも一部を反射又は吸収する光反射壁又は光吸収壁が設けられることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の有機エレクトロルミネセンス素子。
  6. 前記基板は、基板の厚さ方向に光を透過させる複数の微小導光部を有し、前記各微小導光部の外周面は前記有機層からの光の少なくとも一部を反射又は吸収する光反射部又は光吸収部で覆われていることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の有機エレクトロルミネセンス素子。
  7. 前記各微小導光部は前記各発光部に対応して設けられることを特徴とする請求項6に記載の有機エレクトロルミネセンス素子。
  8. 前記各発光部に対応して設けられた各微小導光部は、その下面が下側に膨らみ、正のパワーを有するレンズとして形成されることを特徴とする請求項7に記載の有機エレクトロルミネセンス素子。
  9. 露光用ヘッドとして用いられることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか一項に記載の有機エレクトロルミネセンス素子。


JP2007120915A 2007-05-01 2007-05-01 有機エレクトロルミネセンス素子 Pending JP2008277186A (ja)

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