JP2011054407A

JP2011054407A - 有機発光素子

Info

Publication number: JP2011054407A
Application number: JP2009201956A
Authority: JP
Inventors: Hiroya Tsuji; 博也辻; Nobuhiro Ito; 宜弘伊藤; Yuko Matsuhisa; 裕子松久; Nobuhiro Ide; 伸弘井出
Original assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2009-09-01
Filing date: 2009-09-01
Publication date: 2011-03-17
Anticipated expiration: 2029-09-01
Also published as: EP2475222A4; US8519610B2; KR20120090966A; EP2475222A1; CN102612857A; CN102612857B; US20120262053A1; JP5480567B2; WO2011027754A1; KR101335369B1

Abstract

【課題】有機エレクトロルミネッセンス素子から発光した光を効率よく素子外部に取り出すことができる、高効率な有機発光素子を提供する。
【解決手段】有機発光素子は、基板２と、基板２の一方の表面に形成され、基板２に向かって発光する発光部５を有する有機エレクトロルミネッセンス素子３と、基板２の他方の表面に付設されたレンズ１とを備える。レンズ１の屈折率は基板２の屈折率以上である。発光部５の基板表面と平行な面の面積は、基板２のレンズ１を付設している面積よりも小さい。発光部５から基板２に向かう方向の基板面２ａの垂線Ｌαと、発光部５の端部とレンズ１の端部とを結ぶ直線Ｌ１とのなす角度θは６０度以上である。
【選択図】図１

Description

本発明は、有機エレクトロルミネッセンス素子を用いた有機発光素子に関する。

近年、有機エレクトロルミネッセンス素子、特に白色発光する有機エレクトロルミネッセンス素子は、その高効率化が進み、光源用途、たとえば現行の主照明である蛍光灯に置き換わるような次世代光源として、あるいは、既存の光源では具現化できなかったあらたな次世代照明として、非常に大きな期待が持たれるようになってきた。

しかしながら、有機エレクトロルミネッセンス素子を照明用途として用いるためには、その効率は未だ十分でなく、さらなる高効率化が要求されており、課題となっている。

そのような課題に対し、有機エレクトロルミネッセンス素子の発光を効率よく取り出すための開発が行われている。例えば、特開平１０−２０８８７５（特許文献１）では、発光単位毎に透明な基板が凸状に形成されていることによって、より光取り出し効率の高い有機エレクトロルミネッセンス素子が提案されている。しかしながら、基板を凸状にするだけでは、完全に基板と空気界面での全反射を防ぐことが不可能であり、照明用途として十分な発光効率を得ることができなかった。

また、特開２００４−３９５００（特許文献２）では、有機エレクトロルミネッセンス素子の発光面側にマイクロレンズを設けることによって、有機エレクトロルミネッセンス素子から出射された光を効率よく利用する方法が提案されている。しかしながら、この方法ではマイクロレンズの中心部分で発光した光については効率よく取り出すことが可能であるが、それ以外の部分からの発光の一部はマイクロレンズ表面と空気の界面で全反射が起こって取り出すことができなくなるため、さらなる高効率化が課題となっていた。

特開平１０−２０８８７５号公報特開２００４−３９５００号公報

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、有機エレクトロルミネッセンス素子から発光した光を効率よく素子外部に取り出すことにより、高効率な有機発光素子を提供することを目的とするものである。

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、以下に掲げる発明の構成にすることで、高効率な有機発光素子が得られることを見出した。

請求項１に係る発明は、基板２と、基板２の一方の表面に形成され、基板２に向かって発光する発光部５を有する有機エレクトロルミネッセンス素子３と、基板２の他方の表面に付設され、基板２の屈折率以上の屈折率を有するレンズ１とを備え、発光部５の基板表面と平行な面の面積は、基板２のレンズ１を付設している面積よりも小さく、発光部５から基板２に向かう方向の基板面２ａの垂線Ｌαと、発光部５の端部とレンズ１の端部とを結ぶ直線Ｌ１とのなす角度θが６０度以上であることを特徴とする有機発光素子である。

請求項２に係る発明は、有機エレクトロルミネッセンス素子３が、基板２に向かう方向と基板２と反対側の方向との両方向に発光可能なものであると共に、有機エレクトロルミネッセンス素子３の基板２とは反対側にレンズ構造部６が設けられたことを特徴とする、請求項１に記載の有機発光素子である。

請求項３に係る発明は、レンズ１の屈折率が基板２の屈折率よりも大きいことを特徴とする、請求項１又は２に記載の有機発光素子である。

請求項４に係る発明は、基板２とレンズ１の屈折率がともに１．７以上であることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の有機発光素子である。

請求項１の発明によれば、有機エレクトロルミネッセンス素子から発光した光の大部分を素子外部に取り出すことができ、高効率な有機発光素子を得ることができるものである。

請求項２の発明によれば、両面発光素子となった有機エレクトロルミネッセンス素子を挟み込む形で発光面の両面にレンズ構造を設けることになり、発光した光を効率的に取り出すことが可能となり、高効率な有機発光素子を得ることができるものである。

請求項３の発明によれば、レンズの屈折率が基板の屈折率よりも大きいことにより、基板とレンズとの界面での全反射を抑制し、高効率な有機発光素子を得ることができるものである。

請求項４の発明によれば、基板とレンズの屈折率を１．７以上にすることにより、有機エレクトロルミネッセンス素子の電極と基板との界面での全反射や、基板とレンズとの界面での全反射を抑制することが可能であり、高効率な有機発光素子を得ることができるものである。

本発明の有機発光素子の一例を示す断面図である。同上の他の一例を示す断面図である。同上の他の一例を示す断面図である。同上の他の一例を示す断面図である。同上の他の一例を示す断面図である。

本発明の実施形態に係る有機発光素子を説明する。

図１は、本発明の有機発光素子の一例である。有機発光素子は、基板２と、基板２の表面に形成された有機エレクトロルミネッセンス素子３と、基板２の有機エレクトロルミネッセンス素子３が形成された側とは反対側の表面に付設されたレンズ１とを備えており、有機エレクトロルミネッセンス素子３は封止部４により封止されている。

有機エレクトロルミネッセンス素子３としては、通常の層構成のものを用いることができ、具体的には、発光層が、基板２の表面に設けられた電極とこの電極に対向する対電極とで挟みこまれ、電極と対電極との間に、必要に応じて、ホール輸送層、ホール注入層、電子輸送層、電子注入層、キャリアブロック層、中間層等などの層が積層されたものを用いることができる。これらの各層の図示および詳細な説明は省略してある。電極及び対電極としては光を取り出す側を透明電極とするのがよい。有機エレクトロルミネッセンス素子３の素子構造や発光色は特に限定されるものではなく、単層型素子や、マルチユニット素子、白色発光素子や単色発光素子など、一般的な素子構造や発光色を用いることができる。

有機エレクトロルミネッセンス素子３は有機電界反応により生じた光を外部に発する発光部５を有するものであり、図示の有機エレクトロルミネッセンス素子３では、発光部５は有機エレクトロルミネッセンス素子３が基板２と接触する表面となっている。すなわち、この有機エレクトロルミネッセンス素子３では、発光部５が基板２と平行な面になって形成されており、面状に発光した光は基板２に向かって垂直な方向に出射するようになっている。なお、基板２に接触して設けられた電極と発光層との面形状が異なる場合においては、基板２と有機エレクトロルミネッセンス素子３とが接触する部分のうち発光層の面形状の部分が発光部５となる。

有機エレクトロルミネッセンス素子３の膜構造（面形状）や、発光部５の面形状としては、特に限定されるものではなく、良好な発光効率を得ることができれば特に限定されるものではいが、より高効率な特性を得るために光がより多く外部へ放出するようにデバイス設計されることが好ましい。具体的には、発光部５を円形、正方形、矩形、楕円形等の形状にすることができる。また、基板２のレンズ１が付設された部分の形状と同形状で面積が小さくなった形状（相似形）にすることも好ましい。したがって、素子の作製容易性等の観点から、レンズ１の付設部分が円形状となるとともに発光部５が円形状になることが好ましく、その際、円中心が一致することが好ましい。発光部５が円形状である場合は、発光部５の半径は、０．１〜５０ｍｍであることが好ましい。発光部５の半径がこの範囲になることによりさらに高効率な有機発光素子を得ることができる。発光部５の半径がこの範囲より小さいと高い発光を得ることができなくなるおそれがある。発光部５の半径がこの範囲より大きいと有機エレクトロルミネッセンス素子３自体の発光特性が低下するおそれがある。

基板２としては、有機エレクトロルミネッセンス素子３で生じた光を効率よく取り出すために、ガラスやプラスチックなどの光透過性の材料で形成した透明な基板２を用いることができ、例えば、ガラス基板や透明樹脂基板等を用いることができる。

基板２の厚みとしては、０．１〜５０ｍｍであることが好ましい。基板２の厚みがこの範囲になることによりさらに高効率な有機発光素子を得ることができる。基板２の厚みがこの範囲より薄いと有機発光素子の強度が弱くなるおそれがある。一方、基板２の厚みがこの範囲より厚いと光が基板２に吸収されるなどして効率よく光を取り出せなくなるおそれがある。

レンズ１としては、発光素子用のレンズ１であれば特に限定されるものではないが、例えば、半球レンズや凸型レンズなど、基板２と平行な面の形状が円形のレンズ１を用いることができる。また、レンズ１の材質としては、有機エレクトロルミネッセンス素子３からの発光を効率良く取り出すことができれば、特に限定されるものではなく、ガラスやプラスチック等、種々の光透過性の材料を用いることができる。

レンズ１が半球レンズの場合、レンズ１の直径としては、０．１〜５０ｍｍであることが好ましい。レンズ１の直径がこの範囲になることによりさらに高効率な有機発光素子を得ることができる。レンズ１の直径がこの範囲より小さいと、後述の角度θの条件を満たすためには発光部５も小さくなるため高い発光を得ることができなくなるおそれがある。レンズ１の直径がこの範囲より大きいと相対的に発光部５が小さくなって高い発光を得ることができなくなるおそれがある。なお、レンズ１と基板２とを密着させて一体化したレンズ基板として取り扱って、有機発光素子を形成してもよい。

封止部４は、有機エレクトロルミネッセンス素子３を封止して外部から保護できるものであれば特に限定されるものではなく、封止ガラスなどを用いて封止してもよいし、樹脂製の封止材を用いて封止してもよい。図示の形態では、レンズ１の端部と封止部４の端部との位置が基板２の表裏で一致するように、下面が開口する断面コ字状の封止部４が基板２の表面に設けられている。

本発明の有機発光素子にあっては、発光部５の基板表面と平行な面の面積（発光部面積）は、基板２のレンズ１を付設している面積（レンズ付設面積）よりも小さい。そして、発光部５から基板２に向かう方向の基板面２ａの垂線Ｌαと、発光部５の端部とレンズの端部とを結ぶ直線Ｌ１とのなす角度θが６０度以上である。それにより、有機エレクトロルミネッセンス素子３から発光した光が外部に取り出されることなく消費されることを防止し、発光の大部分を素子外部に取り出すことができ、高効率の発光を得ることができる。

レンズ付設面積を１００％としたときの発光部面積の大きさは１００％未満であるが、５％以上であることが好ましく、１０〜８０％であることがより好ましい。レンズ付設面積に対する発光部面積の大きさが小さくなりすぎると発光を十分に外部に取り出せなくなるおそれがある。発光部面積の大きさがレンズ付設面積の大きさに近づきすぎると角度θを６０度以上に維持できずに効率よく光を取り出せなくなるおそれがある。

また、発光部５から基板２に向かう方向の基板面２ａの垂線Ｌαと、発光部５の端部とレンズの端部とを結ぶ直線Ｌ１とのなす角度θは６０度以上９０度以下であるが、より好ましくは７０〜９０度である。角度θがこの範囲になることにより光の取り出しをより効率よく行うことができる。

また、レンズ１の屈折率は、基板２の屈折率以上であり、さらにレンズ１の屈折率が基板２の屈折率よりも大きいことがより好ましい。それにより、基板２とレンズ１との界面で発光した光が全反射して外部に取り出せなくなることを抑制し、効率よく光を外部に取り出すことができる。レンズ１の屈折率が基板２の屈折率よりも低いと、光の取り出し効率が低下する。

また、基板２とレンズ１の屈折率がともに１．７以上であることが好ましい。それにより、有機エレクトロルミネッセンス素子３の電極と基板２との界面で、発光した光が全反射して外部に取り出せなくなることや、基板２とレンズ１との界面で光が全反射して外部に取り出せなくなることを抑制することができ、さらに効率よく光を外部に取り出すことができる。具体的な屈折率としては、例えば、基板２を１．７〜１．９にし、レンズ１を１．７〜１．９にすることができる。

図２は、本発明の有機発光素子の他の一例である。この有機発光素子は、複数のレンズ１が等間隔で基板２の表面に付設されてレンズアレイ基板１０を形成するとともに、基板２のレンズ１が付設された面とは反対側の表面に、各レンズ１に対応する配置で複数の有機エレクトロルミネッセンス素子３が等間隔で設けられている。すなわち、有機エレクトロルミネッセンス素子３とレンズ１とは同数であり、それぞれの中心（基板２と平行な面での中心）は一致して配置されている。また、ある一のレンズ１とこのレンズ１に隣接する他のレンズ１とは、それぞれの端部が当接して設けられている。封止部４は、図示のように一つの封止部４で複数の有機エレクトロルミネッセンス素子３を全部まとめて封止するものであってもよいし、各有機エレクトロルミネッセンス素子３を個々に封止するものであってもよい。

一つの有機エレクトロルミネッセンス素子３と、それに対向するレンズ１と、それらに挟まれた基板２の一部とからなる発光単位Ｕにおいては、それぞれの発光単位Ｕが、図１の形態と同様の構成になっている。すなわち、各発光単位Ｕにおいて、発光部面積はレンズ付設面積よりも小さくなっており、発光部５から基板２に向かう方向の基板面２ａの垂線Ｌαと、発光部５の端部とレンズの端部とを結ぶ直線Ｌ１とのなす角度θが６０度以上になっており、それにより、各発光単位の光を効率よく取り出すことができるものとなっている。ここで、発光単位Ｕは発光素子の画素となるものである。図示の形態にあっては、レンズアレイ基板１０を用いて複数の発光部５からの光を取り出すことにより、各発光単位Ｕでの発光を効率よく取り出して発光度の高い素子とすることが可能であり、特に各発光単位Ｕに同一の発光色を用いた場合には極めて高発光の有機発光素子を得ることができるものである。

図３は、本発明の有機発光素子の他の一例である。この有機発光素子は、複数の有機エレクトロルミネッセンス素子３が基板２の表面に等間隔で設けられているとともに、基板２の有機エレクトロルミネッセンス素子３が設けられた面とは反対側の表面に、複数のレンズ１が、複数の有機エレクトロルミネッセンス素子３の一部に対応する配置で設けられている。すなわち、レンズ１は、有機エレクトロルミネッセンス素子３よりも数が少なく、各レンズ１は、個々の有機エレクトロルミネッセンス素子３と中心（基板２と平行な面での中心）が一致するように配置されている。レンズ１は、等間隔に、すなわち有機エレクトロルミネッセンス素子３の所定個ずつ置きに対応させて付設してもよいし、等間隔でなく所望の配置となるように付設してもよい。封止部４は、図２の形態と同様の構成にすることができる。

有機エレクトロルミネッセンス素子３と、この有機エレクトロルミネッセンス素子３を設けた基板２の一部とからなる発光単位Ｕのうち、有機エレクトロルミネッセンス素子３とは反対側の基板２の表面にレンズ１が設けられた発光単位Ｕ１においては、それぞれの発光単位Ｕ１が、図１の形態と同様の構成になっている。すなわち、各発光単位Ｕ１において、発光部面積はレンズ付設面積よりも小さくなっており、発光部５から基板２に向かう方向の基板面２ａの垂線Ｌαと、発光部５の端部とレンズの端部とを結ぶ直線Ｌ１とのなす角度θが６０度以上になっており、それにより、各発光単位Ｕ１の光を効率よく取り出すことができるものとなっている。一方、発光単位Ｕのうち、レンズ１が設けられていない発光単位Ｕ２においては、基板２を通過した光が外部にそのまま出射するようになっている。図示の形態にあっては、高い光取り出し効率が要求される発光単位Ｕにのみレンズ１を配置して光を取り出すことができ、効率よく発光することができる有機発光素子を得ることができるものである。

図４は、本発明の有機発光素子の他の一例である。この有機発光素子は、大きさ（発光部面積）の異なる複数の有機エレクトロルミネッセンス素子３が基板２の表面に設けられているとともに、基板２の有機エレクトロルミネッセンス素子３が設けられた面とは反対側の表面に、大きさ（レンズ付設面積）の異なる複数のレンズ１が、有機エレクトロルミネッセンス素子３の個々に対応する配置で設けられている。図示の形態では、有機エレクトロルミネッセンス素子３とレンズ１とが等間隔で各中心（基板２と平行な面での中心）が一致するように配置されており、大きい有機エレクトロルミネッセンス素子３には大きいレンズ１が割り当てられ、小さい有機エレクトロルミネッセンス素子３には小さいレンズ１が割り当てられて配置している。

有機エレクトロルミネッセンス素子３と、レンズ１と、それらに挟まれた基板２の一部とからなる発光単位Ｕにおいては、発光部５の面積が大きいものも小さいものも含め、それぞれの発光単位Ｕが、図１の形態と同様の構成になっている。すなわち、各発光単位Ｕにおいて、発光部面積はレンズ付設面積よりも小さくなっており、発光部５から基板２に向かう方向の基板面２ａの垂線Ｌαと、発光部５の端部とレンズの端部とを結ぶ直線Ｌ１とのなす角度θが６０度以上になっており、それにより、各発光単位Ｕの光を効率よく取り出すことができるものとなっている。ここで、大きなレンズ１の発光単位Ｕにおける角度θ（θ１）と、小さなレンズ１の発光単位Ｕ’における角度θ（θ２）とは、同じであっても異なっていてもよい。図示の形態にあっては、発光部５の面積とレンズ１のサイズとを調整して、様々な大きさの発光単位Ｕを組み合わせて素子を構成することができ、効率よく発光することができる有機発光素子を得ることができるものである。

図５は、本発明の有機発光素子の他の一例である。この有機発光素子では、有機エレクトロルミネッセンス素子３が、基板２に向かう方向と基板２とは反対側の方向との両方向に発光可能な両面発光有機エレクトロルミネッセンス素子３になっている。つまり、発光部５は基板側に配置される面の発光部５ａと、基板とは反対側に配置される面の発光部５ｂとの両面に形成されている。基板２とレンズ１と有機エレクトロルミネッセンス素子３とからなる部分の構成は、図２の形態と同様の構成となっている。すなわち、有機発光素子は、複数のレンズ１が等間隔で基板２の表面に付設されてレンズアレイ基板１０を形成するとともに、基板２のレンズ１が付設された面とは反対側の表面に、各レンズ１に対応する配置で複数の有機エレクトロルミネッセンス素子３が等間隔で設けられており、有機エレクトロルミネッセンス素子３とレンズ１との中心は一致している。

そして、図５の形態では、上記の形態とは異なり、封止部４は、有機エレクトロルミネッセンス素子３の周囲を取り囲んで封入して封止する封止樹脂部１１と、封止樹脂部１１の基板２とは反対側の面に設けられたレンズ構造部６とからなる。封止樹脂部１１は、液状の封止樹脂が有機エレクトロルミネッセンス素子３を覆って硬化することにより形成されており、基板２とは反対側の面が略平坦になって形成されている。レンズ構造部６は、複数のレンズ体１２から構成され、各レンズ体１２は、中心位置を各有機エレクトロルミネッセンス素子３の中心に合わせた配置で、等間隔に封止樹脂部１１の表面に付設されている。つまり、レンズ体１２は中心がレンズ１の中心にも一致するように配置されている。レンズ体１２は、ガラスレンズ、樹脂レンズなどを用いることができ、レンズ１と同様の材質で構成することができる。各レンズ体１２の大きさはレンズ１と略同様に形成されていてもよいし、レンズ１と異なっていてもよい。

この形態では、発光単位Ｕが、有機エレクトロルミネッセンス素子３と、レンズ１と、レンズ体１２と、レンズ１とレンズ体１２とに挟まれた基板２及び封止樹脂部１１の一部とからなっている。各発光単位Ｕにおいて、基板２のレンズ１が設けられた側の構造は、図１の形態と同様の構成である。すなわち、各発光単位Ｕにおいて、発光部５ａの発光部面積はレンズ１のレンズ付設面積よりも小さくなっており、発光部５ａから基板２に向かう方向の基板面２ａの垂線Ｌαと、発光部５ａの端部とレンズの端部とを結ぶ直線Ｌ１とのなす角度θが６０度以上になっており、それにより、各発光単位Ｕの光を基板側に効率よく取り出すことができるものとなっている。

さらに、図示の形態では、有機エレクトロルミネッセンス素子３のレンズ体１２の側においても、上記と同様の構造となっている。すなわち、各発光単位Ｕにおいて、発光部５ｂの発光部面積（発光部５ｂの基板表面と平行な面の面積）がレンズ体１２のレンズ付設面積（封止樹脂部１１のレンズ体１２を付設している面積）よりも小さくなっており、発光部５ｂからレンズ体１２に向かう方向の基板面２ａに垂直な直線Ｌβと、発光部５ｂの端部とレンズ体１２の端部とを結ぶ直線Ｌ２とのなす角度λが６０度以上になっている。それにより、各発光単位Ｕの光を基板２とは反対側に効率よく取り出すことができる。

このように、図示の形態にあっては、両面発光素子となった有機エレクトロルミネッセンス素子３を挟み込む形で発光面の両面にレンズ構造を設けることにより、発光した光を効率的に取り出すことが可能となり、高効率な有機発光素子を得ることができるものである。

（実施例１）
まず、厚み０．５ｍｍのガラス基板（屈折率１．５１）の片面に１１００Å厚のＩＴＯ（シート抵抗１２Ω／□）が形成されたＩＴＯ付きガラス基板を用意した。このＩＴＯ付きガラス基板を純水、アセトン、イソプロピルアルコールで各１０分間超音波洗浄した後、イソプロピルアルコール蒸気で２分間蒸気洗浄して、乾燥し、さらに１０分間ＵＶオゾン洗浄した。

続いて、このＩＴＯ付きガラス基板を真空蒸着装置にセットし、５×１０^−５Ｐａの減圧下で、ホール注入層として酸化モリブデン（ＭｏＯ_３）とα−ＮＰＤの１：１共蒸着膜を１００Å厚に蒸着した。次にホール輸送層としてα−ＮＰＤを３００Å厚に蒸着し、続いて、発光層としてＣＢＰに１０％Ｉｒ（ｐｐｙ）_３をドープした緑色リン光発光層を３００Å厚に蒸着した。さらに電子輸送層としてＡｌｑ_３を５００Å厚に蒸着した。その上に、ＬｉＦを５Å厚に蒸着し、最後にＡｌを１０００Å厚に蒸着することで、有機エレクトロルミネッセンス素子を作製した。発光部の形状は半径１．５ｍｍの円形であり、面積は約７．０７ｍｍ^２であった。

このガラス基板の有機エレクトロルミネッセンス素子を作製した面とは反対側の表面に、直径５ｍｍの半球レンズ（屈折率１．５１）を、屈折率１．５１の液体接着剤を用いて密着させた。半球レンズが付設された面積は約１９．６ｍｍ^２であった。半球レンズをガラス基板に密着させる際、発光部の円中心が半球レンズの円中心と一致するよう、調整した。作製した有機発光素子を窒素雰囲気中で封止を行った。以上により、有機発光素子を作製した。

（実施例２）
発光部の形状を半径０．５ｍｍの円形にした（面積約０．７８５ｍｍ^２）。それ以外は、実施例１と同様に有機発光素子を作製した。すなわち、ガラス基板の表面に同様の層構成で有機エレクトロルミネッセンス素子を形成し、直径５ｍｍの半球レンズ（屈折率１．５１）を屈折率１．５１の液体接着剤を用いてガラス基板に密着させ、半球レンズと発光部の円中心とが一致するように調整し、有機発光素子を作製した。

（実施例３）
厚み０．５ｍｍのガラス基板（屈折率１．７５）の片面に１１００Å厚のＩＴＯ（シート抵抗１２Ω／□）が形成されたＩＴＯ付きガラス基板を用意した。次に、実施例１と同様の層構成の有機エレクトロルミネッセンス素子を作製した（発光部：半径１．５ｍｍの円形、面積約７．０７ｍｍ^２）。

このガラス基板の有機エレクトロルミネッセンス素子を作製した面とは反対側の表面に、直径５ｍｍの半球レンズ（屈折率１．７５）を、屈折率１．７５の液体接着剤を用いて密着させた。半球レンズが付設された面積は約１９．６ｍｍ^２であった。半球レンズをガラス基板に密着させる際、発光部の円中心が半球レンズの円中心と一致するよう、調整した。以上により、有機発光素子を作製した。

（実施例４）
厚み０．５ｍｍのガラス基板（屈折率１．９０）の片面に１１００Å厚のＩＴＯ（シート抵抗１２Ω／□）が形成されたＩＴＯ付きガラス基板を用意した。次に、実施例１と同様の層構成の有機エレクトロルミネッセンス素子を作製した（発光部：半径１．５ｍｍの円形、面積約７．０７ｍｍ^２）。

このガラス基板の有機エレクトロルミネッセンス素子を作製した面とは反対側の表面に、直径５ｍｍの半球レンズ（屈折率１．９０）を、屈折率１．９０の液体接着剤を用いて密着させた。半球レンズが付設された面積は約１９．６ｍｍ^２であった。半球レンズをガラス基板に密着させる際、発光部の円中心が半球レンズの円中心と一致するよう、調整した。以上により、有機発光素子を作製した。

（実施例５）
厚み０．５ｍｍのガラス基板（屈折率１．５１）の片面に１１００Å厚のＩＴＯ（シート抵抗１２Ω／□）が形成されたＩＴＯ付きガラス基板を用意した。次に、実施例１と同様の層構成の有機エレクトロルミネッセンス素子を作製した（発光部：半径１．５ｍｍの円形、面積約７．０７ｍｍ^２）。

（実施例６）
厚み０．５ｍｍのガラス基板（屈折率１．５１）の片面に１１００Å厚のＩＴＯ（シート抵抗１２Ω／□）が形成されたＩＴＯ付きガラス基板を用意した。次に、実施例１と同様の層構成の有機エレクトロルミネッセンス素子を作製した（発光部：半径１．５ｍｍの円形、面積約７．０７ｍｍ^２）。

（実施例７）
厚み０．５ｍｍのガラス基板（屈折率１．５１）の片面に１１００Å厚のＩＴＯ（シート抵抗１２Ω／□）が形成されたＩＴＯ付きガラス基板を用意した。そして、実施例１と同様の方法で発光層までを成膜した。次に、発光層の上に、電子輸送層としてＡｌｑ_３を３００Å厚に蒸着した。その上にＡｌｑ_３とＬｉの共蒸着層を２００Å成膜した。その上に陰極としてＩＺＯをスパッタ法を用いて成膜することにより、両面発光素子となった有機エレクトロルミネッセンス素子を作製した。

このガラス基板の有機エレクトロルミネッセンス素子を作製した面とは反対側の表面に、直径５ｍｍの半球レンズ（屈折率１．５１）を、屈折率１．５１の液体接着剤を用いて密着させた。半球レンズが付設された面積は約１９．６ｍｍ^２であった。半球レンズをガラス基板に密着させる際、発光部の円中心が半球レンズの円中心と一致するよう、調整した。

また、ガラス基板の有機エレクトロルミネッセンス素子を作製した面に、屈折率１．５１のＵＶ硬化樹脂を用いて表面がレンズ構造を有するガラス基板を接着し、レンズ構造部を有する封止部を形成した。レンズ形状は付設する部分が直径５ｍｍの円となった半球レンズであった。接着の際、レンズ構造の円の中心が発光部の円中心に一致するよう、調整した。以上により、両面発光の有機発光素子を作製した。

（比較参考例１）
実施例１と同様に、有機エレクトロルミネッセンス素子を作製し、半球レンズを貼り付けることなく特性の評価を行った。

（比較例１）
発光部の形状を半径２ｍｍの円形にした（面積約１２．５６ｍｍ^２）。それ以外は、実施例１と同様に有機発光素子を作製した。すなわち、ガラス基板の表面に同様の層構成で有機エレクトロルミネッセンス素子を形成し、直径５ｍｍの半球レンズ（屈折率１．５１）を屈折率１．５１の液体接着剤を用いてガラス基板に密着させ、半球レンズと発光部の円中心とが一致するように調整し、有機発光素子を作製した。

（比較例２）
発光部の形状を半径２．５ｍｍ（直径５ｍｍ）の円形にした（面積約１９．６ｍｍ^２）。それ以外は、実施例１と同様に有機発光素子を作製した。すなわち、ガラス基板の表面に同様の層構成で有機エレクトロルミネッセンス素子を形成し、直径５ｍｍの半球レンズ（屈折率１．５１）を屈折率１．５１の液体接着剤を用いてガラス基板に密着させ、半球レンズと発光部の円中心とが一致するように調整し、有機発光素子を作製した。

（比較例３）
厚み０．５ｍｍのガラス基板（屈折率１．９０）の片面に１１００Å厚のＩＴＯ（シート抵抗１２Ω／□）が形成されたＩＴＯ付きガラス基板を用意した。次に、実施例１と同様の層構成の有機エレクトロルミネッセンス素子を作製した（発光部：半径１．５ｍｍの円形、面積約７．０７ｍｍ^２）。

このガラス基板の有機エレクトロルミネッセンス素子を作製した面とは反対側の表面に、直径５ｍｍの半球レンズ（屈折率１．５１）を、屈折率１．５１の液体接着剤を用いて密着させた。半球レンズが付設された面積は約１９．６ｍｍ^２であった。半球レンズをガラス基板に密着させる際、発光部の円中心が半球レンズの円中心と一致するよう、調整した。以上により、有機発光素子を作製した。

（比較例４）
厚み０．５ｍｍのガラス基板（屈折率１．９０）の片面に１１００Å厚のＩＴＯ（シート抵抗１２Ω／□）が形成されたＩＴＯ付きガラス基板を用意した。次に、実施例１と同様の層構成の有機エレクトロルミネッセンス素子を作製した（発光部：半径１．５ｍｍの円形、面積約７．０７ｍｍ^２）。

（特性評価）
表１に、外部量子効率とともに、角度θ（発光部から基板に向かう方向の基板面２ａの垂線Ｌαと、発光部の端部とレンズの端部とを結ぶ直線Ｌ１とのなす角度）、基板の屈折率、レンズの屈折率を列挙した。外部量子効率は電流密度２ｍＡ／ｃｍ^２での角度分解測定の結果である。

実施例１は、角度θを６４度とすることで、比較例１、２と比較して高効率な有機発光素子を得ることができた。実施例２は、角度θを７６度とすることで、より高効率な有機発光素子を得ることができた。実施例３は、角度θを６４度とするとともに、レンズと基板の屈折率をともに１．７以上とすることで、高効率な有機発光素子を得ることができた。実施例４は、角度θを６４度とするとともに、レンズと基板の屈折率をともに１．９とすることで、高効率な有機発光素子を得ることができた。実施例５及び６は、角度θを６４度とするとともに、レンズの屈折率を基板の屈折率よりも大きくすることで、高効率な有機発光素子を得ることができた。実施例７は、角度θ及び角度λを６４度とし、また、両面発光素子の発光面の両側にレンズ形状を設けることで、高効率な有機発光素子を得ることができた。

１レンズ
２基板
３有機エレクトロルミネッセンス素子
４封止部
５発光部
６レンズ構造部
１１封止樹脂
１２レンズ体

Claims

基板と、基板の一方の表面に形成され、基板に向かって発光する発光部を有する有機エレクトロルミネッセンス素子と、基板の他方の表面に付設され、基板の屈折率以上の屈折率を有するレンズとを備え、発光部の基板表面と平行な面の面積は、基板のレンズを付設している面積よりも小さく、発光部から基板に向かう方向の基板面の垂線と、発光部の端部とレンズの端部とを結ぶ直線とのなす角度が６０度以上であることを特徴とする有機発光素子。
有機エレクトロルミネッセンス素子が、基板に向かう方向と基板と反対側の方向との両方向に発光可能なものであると共に、有機エレクトロルミネッセンス素子の基板とは反対側にレンズ構造部が設けられたことを特徴とする、請求項１に記載の有機発光素子。
レンズの屈折率が基板の屈折率よりも大きいことを特徴とする、請求項１又は２に記載の有機発光素子。
基板とレンズの屈折率がともに１．７以上であることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の有機発光素子。