JP2010272471A - 面発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】透明基板に光を散乱させる散乱部を形成しても、透明基板の耐衝撃性の低下が抑制されている面発光装置を提供する。
【解決手段】本発明の面発光装置は、透明基板１と、透明基板１の一方の面上に配置されている発光素子７であって、陽極となる透明電極２、透明電極２と対向する陰極になる陰電極６、および透明電極２と陰電極６とに挟まれている発光層４を含む積層体である発光素子７とを有する。透明基板２の他方の面には、光を散乱させる散乱部９が部分的に設けられ、散乱部９と透明基板２の外周との間には、散乱部９が形成されていない余白部１０が設けられている。
【選択図】図２

Description

本発明は、面発光装置、特に散乱部を有する面発光装置に関する。

新しい発光体として、近年、発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）に加えて、面発光素子であるＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）素子が普及している。

ＥＬ素子を用いた面発光装置はすでに携帯電話やオーディオプレーヤーなどのバックライトや小型ディスプレイとして商品化されている。また、液晶ディスプレイやプラズマディスプレイに代わる薄型かつ大型のディスプレイとしても、ＥＬ素子を利用したＥＬディスプレイは研究されており、商品化されつつある。

ＥＬ素子は、透明基板上に、光透過性のある透明電極（陽極）、発光層、金属電極（陰極）が順に積層された構成である。

透明基板に平板ガラス基板を使用し、ＥＬ素子からの光を平板ガラス基板から出射させるボトムエミッション型のＥＬ素子では、一般的に、ＥＬ素子において発光された光のうち、透明ガラス基板の外部に放出されるのは全体の約２０％のみである。残りの８０％は外部に放出されず、利用されない。利用されない光の内訳は、具体的には概ね次のとおりである。発光された光のうちの約２０％は透明基板内に閉じ込められ、４０〜５０％は発光層内に閉じ込められる。残りの１０〜２０％は金属陰極などに吸収される。

このように、ＥＬ素子においては発光効率が悪いという問題を抱えていた。そこで、特許文献１、および特許文献２にて、ＥＬ素子の光の出射面側に光を散乱させる散乱部を設ける手法が開示されている。光が透明基板内に閉じ込められてしまうのは、ＥＬ素子と透明基板の屈折率の違いが大きいからである。そこで、光の散乱部として、散乱体を透明基板上に配置したり、あるいは透明基板そのものに光の散乱構造を加工し、散乱部を設けたりすることで、光を散乱させ、透明基板の外部に出射される光を増やしている。

特開２０００−２３１９８５号公報 特許第００３１５２７０８号公報

しかし、特許文献１、２のように、散乱体を透明基板上に配置する手法だと、製造に要する部材が増えることになるため、コストや製造工程数が増加し、さらに廃棄物も増加するため、環境負荷の面においても好ましくない。透明基板そのものに散乱構造を加工し、散乱部を形成する手法だと、製造に要する部材の増加もなく散乱部を形成する際の廃棄物もごく少量であるため、コストや環境負荷の面では望ましい。ただし、このように透明基板に直接散乱部を形成することは、透明基板に対して傷をつけるのと同様に、透明基板そのものの耐衝撃性を低下させることになる。その結果、透明基板にクラックや割れの発生が増加すると同時に、歩留まりが低下するという問題点がある。透明基板の耐衝撃性を向上させる手段として、透明基板の材料としてガラスではなくプラスチックを用いる手法も提案されている。しかしながら、ＥＬ素子は酸素や水蒸気に対する耐久性が低いため、透明基板には十分なガスバリア性が求められ、現行のプラスチック基板ではガスバリア性が十分ではなく、ＥＬ素子の寿命特性に悪影響を与えることが知られている。

本発明の目的は、上述した課題である、光の透過率を上げるために透明基板に光を散乱させる散乱部を形成すると透明基板の耐衝撃性が低下する、という問題を解決する面発光装置を提供することである。

本発明の面発光装置には、透明基板と、透明基板の一方の面上に配置されている発光素子であって、陽極となる透明電極、透明電極と対向する陰極になる陰電極、および透明電極と陰電極とに挟まれている発光層を含む積層体である発光素子とが設けられている。透明基板の他方の面には、光を散乱させる散乱部が部分的に設けられ、散乱部と透明基板の外周との間には、散乱部が形成されていない余白部が設けられている。

本発明によると、発光効率を高めるために透明基板に光を散乱させる散乱部を形成しても、割れやクラックの生じやすい透明基板の端部の強度を低下させることがないため、透明基板の耐衝撃性が低下しない。

本発明に係る面発光装置の一実施形態の透明基板の出射面側の概略図である。 本発明に係る面発光装置の一実施形態の概略断面図である。 本発明に係る面発光装置の他の実施形態の概略断面図である。

本発明の実施の形態の説明にあたって、まず本発明に至った経緯について説明する。

特許文献１、２では、ガラス製の透明基板の光の透過率を上げるために、透明基板のＥＬ素子が設けられているのとは反対側の面全体に散乱部を形成していた。しかし、上述したように、この場合、透明基板の耐衝撃性が低下してしまう。

そこで、本発明者は、図１に示すように、ガラス製の透明基板１（以降、透明基板を「ガラス基板」とする）の端部に、散乱部９を形成しない帯状の余白部１０を設けることで、ガラス基板１のＥＬ素子が設けられているのとは反対側の面全体に散乱部９を形成した場合に比べて、面発光装置に衝撃が加わったときにガラス基板１に生じる割れやクラックを抑制させることが可能であると考えた。なお、図１のガラス基板において、図面の奥行き側の面にＥＬ素子が設けられる。

そこで本発明者らは、散乱部９の周りに余白部１０を設け、余白部１０の幅Ｗを変化させた数種類のガラス基板１を複数用意し、そのガラス基板１を用いて面発光装置を作成し、落下試験等の複数の試験方法で、かつ１つの試験方法に対して複数回の試験を行ったところ、ガラス基板１の端部に余白部１０を設けるとガラス基板１の耐衝撃性が向上すること、特に余白の幅Ｗがガラス基板１の厚さをｔとすると、０＜Ｗ＜１．５ｔとした場合にガラス基板１の耐衝撃性が向上することを見出した。ただし、Ｗ≧１．５ｔである構成も本発明に含まれるものである。

以下に、添付の図面に基づき、本発明の実施の形態の詳細について説明する。なお、同一の機能を有する構成には添付図面中、同一の番号を付与し、その説明を省略することがある。

図２は、本発明に係る面発光装置の概略断面図である。

本発明の面発光装置は、透明基板１と発光素子であるＥＬ素子７からなる。本発明の面発光装置に使用される発光素子であるＥＬ素子７は、ガラス基板１の一方の面上に、透明電極（陽極）２、正孔注入層３、発光層４、金属電極（陰極）６が順に積層された積層体の構成であり、透明基板１から、発光層４の光を出射させるボトムエミッション型の面発光装置である。

透明基板１はガラスで構成されており、ＥＬ素子７が設けられていない側の面（他方の面）の端部には帯状の余白部１０が設けられ、余白部１０で挟まれた部分に散乱部９が設けられている（以降、透明電極を「ガラス基板」とする）。透明電極２は、光透過性の高いＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ：酸化インジウムスズ）を、真空蒸着により透明基板１上に蒸着させたものである。金属電極６は、主にアルミニウムからなる。発光層４は有機材料からなるＥＬ（エレクトロルミネッセンス）層である。正孔注入層３は、例えば金属錯体などからなり、光透過性を有している。

また、ＥＬ素子７には、正孔注入層３と発光層４との間に正孔輸送層、発光層４と金属電極６との間に電子輸送層と電子注入層とが設けられていても良い。

このＥＬ素子７の発光原理について説明する。透明電極２で発生した正孔が正孔注入層３に注入されて輸送され、一方、金属電極６からの電子が輸送される。そして、発光層４において、正孔注入層３から送られてくる正孔と輸送層５から送られてくる電子が結合し、その際に発生するエネルギーにより発光が生じる。この発光した光が、ガラス基板１を通過し、ガラス基板１の外部へ出射される。

次に、図２に示した面発光装置の製造方法の一例を説明する。

始めに、厚さ０．７ｍｍ、縦横の長さが１００ｍｍの正方形のガラス基板１の一方の面に、スパッタリング法により酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）の薄膜を透明電極２として１１０ｎｍの厚みに形成した。次に、ガラス基板１の他方の面の各端部に、フォトリソグラフィー法により帯状の幅０．８ｍｍのレジストパターンを形成した。そして、このレジストパターンを形成した面の上方から平均径５００μの粒子を用いたサンドブラスターにてサンドブラストを行うことで、フォトレジストがない部分にのみ、細かい凹凸構造を形成した。この凹凸構造が形成された部分が光を散乱させる散乱部９である。次に、アセトンにてフォトレジストを取り除き、散乱部９と余白部１０とを有する透明電極２付きガラス基板１を得た。

この透明電極２上に、真空蒸着法にて蒸着速度が毎秒０．１５ｎｍの条件で、正孔注入層３としてＮ，Ｎ‘−ジフェニル−Ｎ−Ｎ−ビス（１−ナフチル）−１，１’−ビフェニル）−４，４‘−ジアミン（以下、「α−ＮＭＰ」とする）を５０ｎｍ、発光層４としてトリス（８−キノリノール）アルミニウム（以下、「ＡｌＱ」とする）を７０ｎｍ、そして、金属電極６としてマグネシウム銀合金を蒸着速度比１０：１で共蒸着により１５０ｎｍの厚さとなるように、順次堆積して、ＥＬ素子７を作製する。このようにして、本発明の面発光装置が出来上がる。

上記の方法で製造した面発光装置の耐衝撃性を調べた。まず、実施例１として、上記の方法で面発光装置を製造した。

次に、実施例２として、ガラス基板１の他方の面の端部に幅１．２ｍｍのレジストパターンを形成した。そして、サンドブラストにてレジストパターンが形成されていない部分に散乱部９を形成し、それからアセトンにてフォトレジストを除去した面発光装置を製造した。その製造方法において、前記した以外の工程は実施例１と同様である。

比較例１として、実施例１と同様に幅が０．８ｍｍの帯状のレジストパターンを形成するが、散乱部９を形成しないでアセトンにてフォトレジストを除去した面発光装置を製造した。その製造方法において、前記した以外の工程は実施例１と同様である。

比較例２として、レジストパターンを形成せず、サンドブラストにてガラス基板１の他方の面の全体に散乱部９を形成した面発光装置を製造した。その製造方法において、前記した以外の工程は実施例１と同様である。

以上の実施例１〜２と比較例１〜２の面発光装置に、５Ｖの直流電圧を印加して、ガラス基板１の面から垂直方向に出射される光の輝度を測定したところ、それぞれ１４３０、１４２０、１１５０、１４５０ｃｄ／ｍ²であった。散乱部９を形成していない比較例１だけが輝度が低いことから、ガラス基板１の他方の面に散乱部９を形成することで、発光層４にて生じた光を、より多くガラス基板１の外部に放出することができることがわかる。また、余白部を有している実施例１〜２が余白部を有していない比較例２に比べて、ガラス基板１から出射される光の輝度が大幅に減少するわけではないこともわかる。

次に、実施例１〜２と比較例１〜２の面発光装置を各３０個ずつ作成した。そして、ステンレス製の机の面上１０ｃｍから落下させる落下試験を、１つの面発光装置につき各２０回ずつ行い、クラックや割れの生じた面発光装置の数を数えた。

その結果、クラックの生じた面発光装置の数が、それぞれ３、１１、６、１３個であった。比較例２の結果から、散乱部９をガラス基板１の他方の面の全体に形成すると、ガラス基板１の耐衝撃性が低下することがわかる。そして、余白部を有している実施例１〜２が、余白部を有していない比較例２に比べてクラックが生じにくいことがわかる。さらに、実施例１〜２の結果から、ガラス基板１に余白部を設けても余白部の幅が１．５ｔ以上であると、余白部の幅が１．５ｔより小さいときに比べ、ガラス基板１の耐衝撃性の低下を抑制しづらいことがわかる。すなわち、発光効率を高めるためにガラス基板１に散乱部９を形成しても、余白部を設けることで、散乱部９を形成することによるガラス基板１の耐衝撃性の低下を抑制できることがわかる。特に余白部の幅が１．５ｔより小さいと、その効果が非常に大きいことがわかる。

上述した製造方法では、散乱部９の形成方法としてサンドブラスターを使用した。しかし、サンドブラスターを利用しなくても、光を散乱させることができる構造をガラス基板１に形成できればよい。例えば、乾式エッチング、湿式エッチング、機械研磨法、またはレーザーアブレーションなどが挙げられる。

そこで、乾式エッチングでガラス基板１の他方の面に散乱部９を形成する方法を実施例３として以下に説明する。

始めに、厚さ０．７ｍｍ、縦横の長さが１００ｍｍの正方形のガラス基板１の一方の面に、スパッタリング法によりＩＴＯの薄膜を透明電極２として１１０ｎｍの厚みに形成した。次に、ガラス基板１の他方の面の各端部に幅１ｍｍの帯状のレジストパターンと、その帯状のレジストパターンで囲まれた部分の内側に不規則に配置される直径２μｍの円柱のレジストパターンとをフォトリソグラフィー法により形成した。そして、このガラス基板１の他方の面に、反応性イオンエッチング装置による乾式エッチングを行い、レジストされていない部分に不規則な凹凸形状を有する散乱部９を形成した。なお、エッチング条件は、作動ガスが４フッ化炭素、雰囲気が２．０パスカル、高周波出力が１００Ｗである。次に、アセトンにてフォトレジストを取り除き、散乱部９と余白部１０とを有する透明電極２付きガラス基板１を得た。

この透明電極２上に、真空蒸着法にて蒸着速度が毎秒０．１５ｎｍの条件で、正孔注入層３としてα−ＮＭＰを５０ｎｍ、発光層４としてＡｌＱを７０ｎｍ、そして、金属電極６としてマグネシウム銀合金を蒸着速度比１０：１で共蒸着により１５０ｎｍの厚さとなるように、順次堆積して、ＥＬ素子７を作製する。このようにして、本発明の面発光装置が出来上がる。

以上の方法で得られた面発光装置に上述と同じ試験を行った。その結果、輝度が１３８０ｃｄ／ｍ²であった。また、クラックや割れ発生した面発光装置の数は３０個中８個であった。

この結果から、サンドブラスターを使用しなくても、光を散乱できる散乱部９をガラス基板１の透明電極２を形成した面と反対の面に形成すればよいことがわかる。

上述の実施形態の面発光装置ではガラス基板１の一方の面にＥＬ素子７を設け、他方の面に余白部１０と散乱部９とを形成することで、面発光装置の対衝撃性の低下を抑制することができた。

これに対し、ガラス基板１として散乱部９を設けない平板ガラス基板を用いて、一方の面にＥＬ素子７を設け、他方の面には、散乱部９と余白部１０とを設けた散乱板を配置することで、輝度が高く、耐衝撃性の低下を抑制した面発光装置を実現できる。図３に、平板ガラス基板１１上に散乱板１２を配置した面発光装置の概略断面図を示す。なお、上記実施形態と同様な構成については説明を省略する。

本実施形態の面発光装置は、以下のように構成されている。

平板ガラス基板１１の一方の面に、透明電極２と、正孔注入層３と、発光層４と、金属電極６が順に積層された積層体であるＥＬ素子（発光素子）７が設けられている。散乱板１２の一方の面には散乱部９と余白部１０とが設けられている。そして、平板ガラス基板１１の他方の面上に前記散乱板の他方の面が接するように配置されている。

このような構成の面発光装置にすることで、面発光装置の輝度を向上させることができ、また、面発光装置の耐衝撃性の低下が抑制することができる。

また、散乱板１２は薄くて構わず、平板ガラス基板１１は特殊なものである必要がないので、製造コストが大きく増加することはない。さらにこの構成では、合わせガラスと同様な効果が得られるので、仮に散乱板１２および平板ガラス基板１１が破損した場合に生じる散乱板１２や平板ガラス基板１１の破片の脱落や飛散を防止する効果が得られる。

さらに、散乱板１２を設置しない場合、衝撃によりＥＬ素子が設けられている平板ガラス基板１１が損傷するため、修理に時間と費用がかさんでしまう。しかし、散乱板１２を設置すると、衝撃により散乱板１２が損傷しても、透明ガラス基板１１まで損傷が達していなければ散乱板１２のみを交換すればよく、短時間かつ安価で修理を行うことができる。

また、平板ガラス基板１１上にＥＬ素子７を配置したユニットを予め製造しておき、そのユニットに別途形成した散乱板１２を貼り付けるようにすると、本実施形態の面発光装置の生産効率を高めることができ、大量生産に適する。

なお、散乱板１２は光を透過すればよく、ガラスに限らずさまざまな材料を使用することができる。

本発明の面発光装置は、情報ディスプレイや照明用光源、さらにこれを用いた照明機器などに利用できるが、これらに限定されるものではない。

１ 透明基板（ガラス基板）
２ 透明電極（陽極）
３ 正孔注入層
４ 発光層
６ 金属電極（陰極）
７ ＥＬ素子（発光素子）
９ 散乱部
１０余白部
１１平板ガラス基板
１２散乱板

Claims (13)

1. 透明基板と、前記透明基板の一方の面上に配置されている発光素子であって、陽極となる透明電極、前記透明電極と対向する陰極になる陰電極、および前記透明電極と前記陰電極とに挟まれている発光層を含む積層体である前記発光素子とを有する面発光装置において、
   前記透明基板の他方の面には、光を散乱させる散乱部が部分的に設けられ、前記散乱部と前記透明基板の外周との間には、前記散乱部が形成されていない余白部が設けられている、面発光装置。
2. 前記余白部の前記透明基板の外周からの幅をＷとし、前記透明基板の厚さをｔとすると、
   ０＜Ｗ＜１．５ｔである、請求項１に記載の面発光装置。
3. 前記透明電極と前記発光層の間に正孔注入層と正孔輸送層とが設けられ、前記発光層と前記陰電極との間に電子輸送層と電子注入層とが設けられていている、請求項１または２に記載の面発光装置。
4. 透明基板と、前記透明基板の一方の面に配置されている発光素子であって、陽極となる透明電極、前記透明電極と対向する陰極になる陰電極、および前記透明電極と前記陰電極とに挟まれている発光層を含む積層体である前記発光素子とを有する面発光装置において、
   前記透明基板の他方の面に配置される散乱板であって、前記透明基板と接触する面とは反対の面には光を散乱させる散乱部が部分的に設けられ、前記散乱部と前記散乱板の外周との間には、前記散乱部が形成されていない余白部が設けられている前記散乱板を有する、面発光装置。
5. 前記余白部の前記散乱板の外周からの幅をＷとし、前記散乱板の厚さをｔとすると、
   ０＜Ｗ＜１．５ｔである、請求項４に記載の面発光装置。
6. 陽極となる透明電極、前記透明電極と対向する陰極になる陰電極、および前記透明電極と前記陰電極とに挟まれている発光層を含む積層体が一方の面上に配置されている透明基板の他方の面に配置される散乱板であって、
   前記散乱板の、前記透明基板に接する面と反対側の面に、光を散乱させる散乱部が部分的に設けられ、前記散乱部と前記散乱板の外周との間には、前記散乱部が形成されていない余白部が設けられている、散乱板。
7. 前記余白部の前記散乱板の外周からの幅をＷとし、前記散乱板の厚さをｔとすると、
   ０＜Ｗ＜１．５ｔである、請求項６に記載の散乱板。
8. 透明基板の一方の面に、陽極となる透明電極と、発光層と、陰極になる陰電極とを順に積層し、前記透明基板の他方の面に光を散乱させる散乱部と前記散乱部と前記透明基板の外周との間に位置する余白部とを形成する、面発光装置の製造方法。
9. 前記余白部の前記透明基板の外周からの幅をＷとし、前記透明基板の厚さをｔとすると、
   ０＜Ｗ＜１．５ｔとなるようにする、請求項８に記載の面発光装置の製造方法。
10. 前記散乱部を形成するときに、透明基板の端部を帯状にフォトレジストを形成する、請求項８または９に記載の面発光装置の製造方法。
11. 前記散乱部は、サンドブラストまたは乾式エッチングにより形成する、請求項８から１０のいずれか１項に記載の面発光装置の製造方法。
12. 透明基板の一方の面に、陽極となる透明電極と、発光層と、陰極になる陰電極とを順に積層し、散乱板の一方の面に光を散乱させる散乱部と前記散乱部と前記散乱板の外周との間に位置する余白部とを形成し、前記透明基板の他方の面上に前記散乱板の他方の面が接するように配置する、面発光装置の製造方法。
13. 前記余白部の前記散乱板の外周からの幅をＷとし、前記散乱板の厚さをｔとすると、
    ０＜Ｗ＜１．５ｔとなるようにする、請求項１２に記載の面発光装置。

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