JP2011060552A - 有機el素子 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】有機EL素子は、基板上に形成された、一対の電極間に発光層を有する、複数の発光部と、前記発光部の光取り出し側に光取り出し用構造体と、を有し、少なくとも1つの前記光取り出し用構造体の形状が、他の前記光取り出し用構造体の形状と異なる。
【選択図】図1
Description
<1> 基板上に形成された、一対の電極間に発光層を有する、複数の発光部と、
前記発光部の光取り出し側に光取り出し用構造体と、
を有し、
少なくとも1つの前記光取り出し用構造体の形状が、他の前記光取り出し用構造体の形状と異なる有機EL素子である。
<2> 光取り出し用構造体の少なくとも1つが、凸レンズである前記<1>に記載の有機EL素子である。
<3> 光取り出し用構造体の少なくとも1つが、プリズムである前記<1>から<2>のいずれかに記載の有機EL素子である。
<4> 光取り出し用構造体が、凸レンズ及びプリズムである前記<1>に記載の有機EL素子である。
<5> 凸レンズの形状が、球の一部、又は楕円球の一部である前記<2>から<3>のいずれかに記載の有機EL素子である。
<6> 凸レンズの中心と発光部の発光面の中心とが発光面の垂線方向に対して同一線上に配置されている場合、凸レンズの最も短い径が、発光部の発光面の縦横それぞれの最大長さのうち、短い方の長さの2.0倍以上4倍以下である前記<2>から<5>のいずれかに記載の有機EL素子である。
<7> プリズムの中心と発光部の発光面の中心線とが発光面の垂線方向に対して同一線上に配置されている場合、プリズムの底面の一辺の長さX及び発光面縦横の最大の長さのうち短い方の長さYが、0.8Y≦X≦1.2Yの関係を満たす前記<3>から<6>のいずれかに記載の有機EL素子である。
<8> プリズムの底面から頂点までの高さHが、前記プリズムの底面積をSとしたとき、3×H≦√S≦6×Hの関係を満たすような高さである前記<3>から<7>のいずれかに記載の有機EL素子である。
<9> 光取り出し用構造体の屈折率が、1.3〜2.1である前記<1>から<8>のいずれかに記載の有機EL素子である。
<10> 光取り出し用構造体から発光部の発光面までの距離が、1〜20μmである前記<1>から<9>のいずれかに記載の有機EL素子である。
本発明による有機EL素子は、基板上に形成された、一対の電極間に発光層を有する、複数の発光部と、光取り出し用構造体とを有し、必要に応じてその他の部材を有する。本発明による有機EL素子の形状、構造、大きさ等については、上記の構成を有する限り、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択すればよい。有機EL素子の態様の一例について、図面を参照して説明する。
光取り出し用構造体としては、発光部からの発光を有機EL素子の光出射側に取り出し得るものであれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択すればよい。光取り出し用構造体の形状としては、1つの光取り出し用構造体の形状が、他の光取り出し用構造体の形状と異なるものであれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択すればよい。光取り出し用構造体としては、例えば、凸レンズ、プリズム、円柱、立方体、直方体、凹レンズが挙げられる。なかでも、光取り出し効率が高い点で、凸レンズ、プリズムが好ましい。これらは、1種単独、又は2種以上で用いてもよい。特に、光取り出し効率の点で、光取り出し用構造体の少なくとも1つが、凸レンズであることが好ましく、配置するスペース点で、光取り出し用構造体の少なくとも1つが、プリズムであることが好ましく、光取り出し効率及び配置するスペースの点で、光取り出し用構造体が、凸レンズ及びプリズムであることが好ましい。
凸レンズとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択すればよく、球面、非球面の凸レンズが挙げられる。凸レンズの形状としては、球の一部、楕円球の一部、非球面形状が挙げられる。凸レンズの大きさとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択すればよいが、光取り出しの効果を発揮し得る点で、1つの画素を構成する発光部の発光面を覆うような大きさであることが好ましい。なかでも、凸レンズの中心と発光部の発光面の中心とが発光面の垂線方向に対して同一線上に配置されている場合、凸レンズの最も短い径が、発光部の発光面の縦横それぞれの最大長さのうち、短い方の長さの2.0倍以上4倍以下であることが好ましい。凸レンズの最も短い径とは、凸レンズの形状が球の一部である場合には、球の直径に相当し、凸レンズの形状が楕円球の一部である場合には、楕円球の短径に相当する。発光部の発光面の縦横それぞれの最大長さとは、発光面が正方形である場合には、一辺の長さに相当し、発光面が長方形である場合には、長い方の辺の長さに相当し、正三角形であれば、一辺の長さに相当し、二等辺三角形であれば、互いに等しい辺以外の辺に相当する。発光面が、方形ではなく、多角形である場合であれば、多角形を囲み得る方形を近似し、その近似された方形の最も長い辺に相当する。また、凸レンズの中心とは、凸レンズが球であれば、球の中心をいい、凸レンズが楕円球であれば、長辺及び短辺の交点をいい、発光面の中心とは、発光面の形状の重心の位置をいう。
プリズムとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択すればよく、四角錐プリズムなどの多角錐プリズム、円錐プリズム、が挙げられる。プリズムの大きさとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択すればよいが、光取り出し効率の点で、プリズムの中心と発光部の発光面の中心線とが発光面の垂線方向に対して同一線上に配置されている場合、プリズムの底面の一辺の長さX及び発光面縦横の最大の長さのうち短い方の長さYが、0.8Y≦X≦1.2Yの関係を満たすことが好ましい。また、光取り出し効率の点で、プリズムの底面から頂点までの高さHが、前記プリズムの底面積をSとしたとき、3×H≦√S≦6×Hの関係を満たすような高さであることが好ましい。なお、プリズムの中心とは、頂点から底面への垂線が底面と交差する位置をいい、発光面の中心線とは、発光面縦横の長さのうち短い方の長さの中点を通る発光面縦横の長さの長いほうに平行な線である。
本発明による有機EL素子において光取り出し用構造体の形成に用いる光取り出し用構造体形成用モールドの形成方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、電子ビーム(EB)リソグラフィ、エッチング、レーザー描画、などが挙げられる。光取り出し用構造体形成用モールドを形成する方法の一例としては、例えば、石英基板に感光性レジストを用いたフォトリソ工程によって、所定位置の石英基板面を開口させ、ドライエッチングによって、所定深さまでエッチングする方法であってもよい。適当なマスクを用いて、電子ビームを照射する方法であってもよい。
本発明による有機EL素子において、発光部としては、後述の電極及び電極間に配置された発光層を有するものであれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択すればよく、必要に応じて、後述の正孔/電子を注入、輸送するなどの機能を有する層/部材を有してもよい。
−有機化合物層−
有機発光材料を用いた発光層を有する有機化合物層としては、有機化合物層の積層の形態として、陽極側から、正孔輸送層、有機発光層、電子輸送層の順に積層されている態様が好ましい。さらに、正孔輸送層と陽極との間に正孔注入層を、及び/又は有機発光層と電子輸送層との間に電子輸送性中間層を、有してもよい。また、有機発光層と正孔輸送層との間に正孔輸送性中間層を、同様に陰極と電子輸送層との間に電子注入層を設けてもよい。なお、各層は複数の二次層に分かれていてもよい。なお、陽極と陰極、及び有機発光層以外の各層は前記その他の層/部材に、それぞれ対応する。
正孔注入層、正孔輸送層は、陽極又は陽極側から正孔(ホール)を受け取り陰極側に輸送する機能を有する層である。これらの層に用いる正孔注入材料、正孔輸送材料は、低分子化合物であっても高分子化合物であってもよい。
電子注入層、電子輸送層は、陰極又は陰極側から電子を受け取り陽極側に輸送する機能を有する層である。これらの層に用いる電子注入材料、電子輸送材料は、低分子化合物であっても高分子化合物であってもよい。
正孔ブロック層は、陽極側から発光層に輸送された正孔が、陰極側に通りぬけることを防止する機能を有する層である。発光層と陰極側で隣接する有機化合物層として、正孔ブロック層を設けることができる。
電子ブロック層は、陰極側から発光層に輸送された電子が、陽極側に通り抜けることを防止する機能を有する層である。本発明において、発光層と陽極側で隣接する有機化合物層として、電子ブロック層を設けることができる。
本発明において、電極としては、発光層に電界を印加し得るものであれば、特に制限はない。電極は、有機EL素子への配置の形態に応じて、陽極若しくは陰極又は透明若しくは半透明等、適宜選択すればよく、例えば、有機EL素子の発光層からみて、光出射方向に位置する電極を透明としてもよい。
陽極は、通常、有機化合物層を構成する有機発光層に正孔を供給する電極としての機能を有していればよく、その形状、構造、大きさ等については特に制限はなく、有機EL素子の用途、目的に応じて、公知の電極材料のなかから適宜選択することができる。前述のごとく、陽極は、通常、透明陽極として設けられる。
陰極は、通常、上述の有機化合物層を構成する有機発光層に電子を注入する電極としての機能を有していればよく、その形状、構造、大きさ等については特に制限はなく、有機EL素子の用途、目的に応じて、公知の電極材料のなかから適宜選択することができる。
本発明による有機EL素子において、素子を保持することを目的として、基板を有してもよい。基板としては、この目的を満たす限り、特に制限はなく、その形状、構造、大きさ等を適宜選択すればよく、一般的には、基板の形状としては、板状であることが好ましい。基板の構造としては、単層構造であってもよいし、積層構造であってもよく、また、単一部材で形成されていてもよいし、2以上の部材で形成されていてもよい。基板は、無色透明であっても、有色透明であってもよいが、発光層から発せられる光を散乱又は減衰等させることがない点で、無色透明であることが好ましい。
<<低屈折率層>>
本発明による有機EL素子は、映り込み防止、コントラスト向上を目的として、発光部からみて光取り出し側に低屈折率層を設けてもよい。低屈折率層の材料としては、上記特に制限はなく、目的に応じて適宜選択すればよく、例えば、含フッ素共重合体などの低屈折率バインダー、オルガノシラン化合物などの低屈折率組成物が挙げられる。
本発明による有機EL素子において、有機EL素子を構成する層を機械的に保護することを目的として保護層を有してもよい。また、保護層は、後述のバリア層や封止層を接着する機能を有するものであってもよい。保護層としては、この目的であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択すればよく、各種樹脂からなる高分子フィルムが挙げられる。高分子フィルムとしては、ガスバリアフィルムに用いる基材フィルムと同様の樹脂フィルムや公知の保護フィルムが挙げられる。保護層には、添加剤として、無機の微粒子を有してもよい。
本発明による有機EL素子において、外部からの水分の透過を防止することを目的として、封止層を有してもよい。封止層としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択すればよく、各種無機化合物又は有機化合物からなる単層構造又は積層構造であってもよい。無機化合物としては、SiNx、SiON、SiO2、Al2O3、TiO2が挙げられ、有機化合物としては、シリコン系ポリマー、エポキシ系ポリマー、アクリル系ポリマー、ウレタン系ポリマーが挙げられる。封止層の厚さとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択すればよいが、1〜10μmとすることが好ましく、より好ましくは、1.5〜7μmであり、特に好ましくは、3〜5μmである。封止層の厚みが、1.0μm未満であると、大気中の酸素及び水分の透過を防ぐ封止機能が不充分であることがあり、10μmを超えると、光線透過率が低下し、透明性を損なうことがある。封止層の光学的性質は、光線透過率が80%以上であることが好ましく、85%以上がより好ましく、90%以上が特に好ましい。封止層の形成方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、CVD法、真空蒸着法、などが挙げられる。
TFT(アクティブマトリックス)基板上に形成された反射電極層(Al)上に、下記の条件で、正孔注入層、正孔輸送層、緑色発光層、赤色発光層、青色発光層、電子輸送層、電子注入層、及び上部電極層を、この順で形成した。
反射電極層(陽極)上に、ホール注入層として2−TNATA〔4,4’,4’’−トリス(2−ナフチルフェニルアミノ)トリフェニルアミン〕とMnO3を7:3の割合で、厚みが20nmとなるように、真空蒸着により形成した。
反射電極層(陽極)上に、ホール注入層として2−TNATA〔4,4’,4’’−トリス(2−ナフチルフェニルアミノ)トリフェニルアミン〕とMnO3を7:3の割合で、厚みが20nmとなるように、真空蒸着により形成した。
反射電極層(陽極)上に、ホール注入層として2−TNATA〔4,4’,4’’−トリス(2−ナフチルフェニルアミノ)トリフェニルアミン〕とMnO3を7:3の割合で、厚みが20nmとなるように、真空蒸着により形成した。
発光面の間隔 50μm
半球レンズ径 200μm
プリズム底面 100×100μm
プリズム高さ 23μm
実施例1において、下記のように発光面、並びに、半楕円体レンズ及びプリズムからなる光取り出し用構造体を形成したこと以外は、実施例1と同様に行って、有機EL素子2を得た。
発光面間隔 25μm
半楕円体レンズ短径 100μm
半楕円体レンズ長径 200μm
プリズム底面 50×50μm
プリズム高さ 11μm
実施例1において、光取り出し用構造体の形成までを実施例1と同様に行った。その後、形成された光取り出し用構造体上に、シリカエアロゲル(屈折率1.03)を有する低屈折率層(膜厚200μm)を形成した。
発光面間隔 50μm
半球レンズ径 200μm
プリズム底面 100×100μm
プリズム高さ 23μm
実施例1において、下記のように発光面、並びに半球レンズのみからなる光取り出し用構造体を形成したこと以外は、実施例1と同様に行って、比較有機EL素子1を得た。
半球レンズ径 200μm
実施例2において、下記のように発光面、並びに半楕円体レンズのみからなる光取り出し用構造体を形成したこと以外は、実施例1と同様に行って、比較有機EL素子1を得た。
半楕円体レンズ短径 75μm
半楕円体レンズ長径 175μm
実施例1において、成形型として、プリズムのみを有し、下記の寸法の成形型を用いた以外は、実施例1と同様に行い、有機EL素子を得た。
発光面の間隔 50μm
プリズム底面 100×100μm
プリズム高さ 23μm
(全ての画素上に配置する)
<<輝度>>
上記の通りに得た有機EL素子について、分光輝度計(トップコム社製:SR−3)を用いて、輝度をそれぞれ測定した。輝度計は、発光表示素子の中心と鉛直方向に同じ高さとなり発光表示素子から1メートル離れた位置に設置して測定した。
得た有機EL素子について、正面(0°)と角度45°での色度座標x、yの差、分光輝度計(トップコム社製:SR−3)を用いて、測定した。
正面から所定の角度における輝度を、上記の<<輝度>>と同様に測定した。
11 半球レンズ
12 プリズム
13 光取り出し用構造体
14 電極
15 電極
16 発光層
18 発光部
19 発光面
22 基板
24 封止層
36 封止材料
38 封止缶
Claims (10)
- 基板上に形成された、一対の電極間に発光層を有する、複数の発光部と、
前記発光部の光取り出し側に光取り出し用構造体と、
を有し、
少なくとも1つの前記光取り出し用構造体の形状が、他の前記光取り出し用構造体の形状と異なることを特徴とする有機EL素子。 - 光取り出し用構造体の少なくとも1つが、凸レンズである請求項1に記載の有機EL素子。
- 光取り出し用構造体の少なくとも1つが、プリズムである請求項1から2のいずれかに記載の有機EL素子。
- 光取り出し用構造体が、凸レンズ及びプリズムである請求項1に記載の有機EL素子。
- 凸レンズの形状が、球の一部、又は楕円球の一部である請求項2から3のいずれかに記載の有機EL素子。
- 凸レンズの中心と発光部の発光面の中心とが発光面の垂線方向に対して同一線上に配置されている場合、凸レンズの最も短い径が、発光部の発光面の縦横それぞれの最大長さのうち、短い方の長さの2.0倍以上4倍以下である請求項2から5のいずれかに記載の有機EL素子。
- プリズムの中心と発光部の発光面の中心線とが発光面の垂線方向に対して同一線上に配置されている場合、プリズムの底面の一辺の長さX及び発光面縦横の最大の長さのうち短い方の長さYが、0.8Y≦X≦1.2Yの関係を満たす請求項3から6のいずれかに記載の有機EL素子。
- プリズムの底面から頂点までの高さHが、前記プリズムの底面積をSとしたとき、3×H≦√S≦6×Hの関係を満たすような高さである請求項3から7のいずれかに記載の有機EL素子。
- 光取り出し用構造体の屈折率が、1.3〜2.1である請求項1から8のいずれかに記載の有機EL素子。
- 光取り出し用構造体から発光部の発光面までの距離が、1〜20μmである請求項1から9のいずれかに記載の有機EL素子。
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