JP2011146325A

JP2011146325A - 有機ｅｌ装置、測色器

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Publication number: JP2011146325A
Application number: JP2010007872A
Authority: JP
Inventors: Yuki Hanamura; 雄基花村
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2010-01-18
Filing date: 2010-01-18
Publication date: 2011-07-28

Abstract

【課題】正面方向の放射強度が高い白色光を得ることが可能であり、かつ白色光の光源として低コストに製造することが可能な有機ＥＬ装置を提供する。
【解決手段】有機ＥＬ装置１は、基板１０と、基板１０の一面１０ａ上に形成された凸部１１と、この凸部１１の平坦な上面１１ａに順に重ねて形成された透明電極層（陽極層）１２、有機発光層（発光素子）１３、第一反射層（陰極層）１４からなる発光体１５とを備えている。凸部１１は、平坦な上面１１ａと、この上面１１ａから基板１０の一面１０ａに向けて湾曲した湾曲面を成す側面１１ｂとで区画された略円盤状の突起であり、全体が光透過性の部材によって形成されている。そして、この湾曲した側面１１ｂを覆うように第二反射層１６が形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、有機ＥＬ装置、およびこの有機ＥＬ装置を光源として用いた測色器に関する。

被測定対象に向けて複数の波長の光を照射し、それぞれの波長ごとにその反射強度を測定することによって、被測定対象の色調の数値化する分光測色器（spectrophotometer）は、主に印刷業界を中心に用いられている。測色器は、光源からの光（白色光）をプリズム等で分光し、可視光帯（３８０−７８０ｎｍ）におけるそれぞれの波長の光を得ている。このため、測色器に用いる光源は、可視光帯の全域に渡って発光強度のばらつきが少なく、均一な強度の白色光が得られるものが好ましい。

例えば、比較的安価な白色ＬＥＤでは、可視光帯のうち特定の波長域で急峻な発光スペクトルが存在するため、測色器の光源としては不向きである。また、ＴａランプやＸｅランプなどのランプ系の光源では、赤外光（熱線）の輻射が大きいため、測色器を構成するレンズなどの光学系をこうした赤外光による熱から保護する必要があり、赤外線フィルターなどを設ける必要がある。そして、Ｔａランプでは短波長側の発光強度が微弱であり、Ｘｅランプは極めて高価であるという課題もあった。

こうした課題に対応するために、測色器の光源として、有機エレクトロルミネッセンス（Electroluminescence：ＥＬ）装置（以下、有機ＥＬ装置と称する）を用いることが考えられている。有機ＥＬ装置は、有機発光層（電気光学層）等を構成した多層構造の発光体を備え、これまでにも、画像表示装置など様々な提案がなされている（例えば、特許文献１等参照）。

この有機ＥＬ装置には、その光の取り出し方向の違いからトップエミッション型と、ボトムエミッション型の２種類のものがあり、薄型、軽量、フレキシブル等の優れた特徴を有することから、ディスプレイパネル、電子ペーパー等、様々な分野への応用が進められている。このうち、有機発光層で発光した光をＴＦＴや光透過性の基板側から出射させるボトムエミッション型の有機ＥＬ装置は、広帯域の波長の光が得やすく、トップエミッション型と比較して製造が容易であるという特徴を持つ。

特開２００８−１９８３７６号公報

しかしながら、ボトムエミッション型の有機ＥＬ装置は、従来、光を出射させるための開口を大きくすることが困難であり、また、有機発光層で発光した光が幅広く拡散してしまうために、測色器の光源として充分な強度の白色光を得ることが困難であるという課題があった。

本発明にかかるいくつかの態様は、上記事情に鑑みてなされたものであり、正面方向の放射強度が高い白色光を得ることが可能であり、かつ白色光の光源として低コストに製造することが可能な有機ＥＬ装置を提供することを目的としている。
また、可視光帯における発光強度のばらつきが少なく、かつ低コストに構成可能な光源を備えた測色器を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のいくつかの態様は次のような有機ＥＬ装置、測色器を提供した。
すなわち、本発明の有機ＥＬ装置は、光透過性の基板と、該基板の一面側に順に重ねて形成された透明電極層、有機発光層、および第一反射層からなる発光体とを備え、前記有機発光層で発光した光を前記基板の他面側から出射させる有機ＥＬ装置であって、
前記基板の一面側には、側面が湾曲するように突出した光透過性の凸部が１つないし複数形成され、前記発光体は、前記凸部の上面に重ねて形成されるとともに、前記凸部の側面は、光を反射させる第二反射層で覆われることを特徴とする。

前記第一反射層は、前記発光体の陰極層を成すことを特徴とする。
また、前記第二反射層は、前記第一反射層と一体に形成されていることを特徴とする。
また、前記凸部は、前記基板と一体に形成されていることを特徴とする。

本発明の測色器は、前記各項記載の有機ＥＬ装置と、該有機ＥＬ装置から出射された光のうち、任意の波長域の光だけを被測定物に向けて透過させる光フィルターと、被測定物で反射した反射光を受光する受光素子と、を備えたことを特徴とする。

本発明の有機ＥＬ装置の概略構成を示す断面図である。本発明の有機ＥＬ装置の作用を示す要部断面図である。本発明の有機ＥＬ装置の他の実施形態を示す断面図である。本発明の有機ＥＬ装置の他の実施形態を示す断面図である。本発明の有機ＥＬ装置の他の実施形態を示す断面図である。本発明の測色器の実施形態を示す構成図である。測色器のフィルター部の一例であるエタロン素子を示す断面図である。

以下、図面を参照して、本発明に係る有機ＥＬ装置の一実施形態について説明する。なお、本実施形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。また、以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために、便宜上、要部となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。

図１は本発明の有機ＥＬ装置の構成を示す断面図である。
図１に示すように、有機ＥＬ装置１は、基板１０と、基板１０の一面１０ａ上に形成された凸部１１と、この凸部１１の平坦な上面１１ａに順に重ねて形成された透明電極層（陽極層）１２、有機発光層（発光素子）１３、第一反射層（陰極層）１４からなる発光体１５とを備えている。

凸部１１は、平坦な上面１１ａと、この上面１１ａから基板１０の一面１０ａに向けて湾曲した湾曲面を成す側面１１ｂとで区画された略円盤状の突起であり、全体が光透過性の部材によって形成されている。そして、この湾曲した側面１１ｂを覆うように第二反射層１６が形成されている。

有機ＥＬ装置１の構成を更に詳細に説明すると、図１の下部の要部拡大断面図に示すように、透明電極層（陽極層）１２と、この透明電極層１２からの正孔の注入を容易にする正孔注入層１８と、正孔注入層１８からの正孔の移動を促す正孔輸送層１９と、有機発光層１３と、第一反射層（陰極層）１４とが順に重ねて形成されている。
一方、基板１０の一面１０ａと凸部１１との間には、、透明ＴＦＴ層１７と、平坦化絶縁膜２１とが形成されていれば良い。

こうした構成の本実施形態の有機ＥＬ装置１は、有機発光層１３で生じた光Ｌが、透明電極層（陽極層）１２を介して基板１０の他面（出射面）１０ｂから外部へ射出されるボトムエミッション方式を採用している。以下、上述した各構成要素について更に詳細に説明する。

基板１０は、光透過性を備える透明基板を用いる。このような透明基板としては、例えばガラス、石英ガラス、窒化ケイ素等の無機物や、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂等の有機高分子（樹脂）を用いることができる。また、光透過性を備えるならば、前記材料を積層または混合して形成された複合材料を用いることもできる。本実施形態では、基板本体１０の材料としてガラスを用いる。

基板１０の一面１０ａに形成される凸部１１は、光透過性を備える材料から形成される。凸部１１を形成する材料としては、例えば、基板１０と同様に、ガラス、石英ガラス、窒化ケイ素等の無機物や、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂等の有機高分子（樹脂）を用いることができる。こうした凸部１１は、基板１０の一面１０ａに対して、上述した光透過性材料をフォトリソグラフィーによって形成したり、樹脂の滴下、部分的な塗布によって形成したり、あるいは光透過性材料を溶融によって形成するなど、容易に形成することができる。

こうした凸部１１の形状は、平坦な上面１１ａと、この上面１１ａから基板１０の一面１０ａに向けて湾曲した側面１１ｂとで区画された略円盤状の突起であればよく、こうした断面形状は、有機発光層１３で生じた光Ｌを集光させるリフレクターの役割を果たす。

透明電極層（陽極層）１２は、発光体１５の陽極を成し、光透過性を備え、かつ導電性を有する透明導電材料を用いることができる。このような材料としては、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide:インジウム錫酸化物）等の金属酸化物を挙げることができる。本実施形態ではＩＴＯを用いる。

なお、こうした透明電極層１２と基板１０側とを電気的に接続するためには、例えば、凸部１１に透明電極層１２と基板１０側とを電気的に接続するコンタクトホール（貫通電極）を形成すればよい。また、コンタクトホールを形成せずに、凸部１１の外側に導電層などを形成して、基板１０側と電気的に接続する構成も好ましい。

正孔注入層１８は、透明電極層１２からの正孔の注入を容易にする電荷移動材料から形成されている。正孔注入層１８の形成材料は、通常知られた材料を用いる事ができるが、本実施形態ではＰＥＤＯＴ／ＰＳＳを用いる。
また、正孔輸送層１９の形成材料としては、下記の化学式１で示されるＡＤＳ２５９ＢＥ（American Dye Source社製、商品名）を用いることが出来る。

有機発光層１３の形成材料としては、化学式２で示される緑色発光高分子材料ＡＤＳ１０９ＧＥ（American Dye Source社製、商品名）、化学式３で示される赤色発光高分子材料ＡＤＳ１１１ＲＥ（同社製、商品名）、化学式４で示される青色発光高分子材料ＡＤＳ１３６ＢＥ（同社製、商品名）を用いることができる。

第一反射層（陰極層）１４は、光反射性で、かつ導電性の材料、例えば、有機発光層１３側が鏡面を成す金属材料から形成されていれば良い。こうした第一反射層１４は、有機発光層１３で生じた光のうち、基板１０とは反対側の第一反射層１４に向けて拡散した光を、基板１０に向けて反射させる反射体の役割を果たす。同時に、この第一反射層１４は発光体１５の陰極としても作用する。

基板１０の一面１０ａに形成される透明ＴＦＴ層（素子層）１７は、有機ＥＬ装置１を駆動させるための各種配線や駆動素子、及び無機物または有機物の絶縁膜などを備えている。各種配線や駆動素子はフォトリソグラフィーによりパターニングした後エッチングすることにより、また、絶縁膜は蒸着法やスパッター法など通常知られた方法により適宜形成することができる。

透明ＴＦＴ層（素子層）１７に重ねて形成される平坦化絶縁膜２１は、透明な（有機発光層１３で生じた光Ｌが透過可能な）絶縁材、たとえば、金属酸化膜によって形成されていれば良い。こうした平坦化絶縁膜２１は、表面に凹凸がある透明ＴＦＴ層（素子層）１７の一面を覆って平坦化させる。そして、一面が平坦化された平坦化絶縁膜２１に重ねて、凸部１１が形成される。

なお、本実施家形態では、第一反射層１４は発光体１５の陰極を兼ねているが、第一反射層とは別に陰極層を形成しても良い。この場合、陰極層も透明電極層（陽極層）と同様に透明導電材料から形成し、この透明な陰極層に重ねて第一反射層を形成すればよい。

凸部１１の湾曲した側面１１ｂを覆う第二反射層１６は、光反射性の材料、例えば、凸部１１側が鏡面を成す金属材料から形成されていれば良い。こうした側面１１ｂを覆う第二反射層１６は、金属材料を蒸着したり、無電解メッキ、あるいは塗布によって容易に形成することができる。

以上のような構成の本発明の有機ＥＬ装置の作用について説明する。
図２は本発明の有機ＥＬ装置の作用を示す要部拡大断面図である。
発光体１５を構成する有機発光層１３を挟む透明電極層（陽極層）１２と第一反射層（陰極層）１４との間に所定の電圧が印加されると、有機発光層１３が発光する。有機発光層１３で生じた光は全体に拡散するように広がる。

これらの光のうち、基板１０に向けて進む光は、そのまま透明電極層１２から基板１０を透過して、基板１０の他面（出射面）１０ｂから出射される（例えば、図２の実線矢印Ｌ１）。また、有機発光層１３で生じた光のうち、基板１０とは反対側の第一反射層１４に向けて拡散した光は、第一反射層（陰極層）１４で反射され、再び有機発光層１３から透明電極層１２を経て基板１０の他面（出射面）１０ｂから出射される。

一方、有機発光層１３で生じた光のうち、凸部１１の湾曲した側面１１ｂ方向に拡散した光（例えば、図２の実線矢印Ｌ２）は、この側面１１ｂを覆うように形成された第二反射層１６によって基板１０に向けて反射される。これによって、凸部１１の側面１１ｂ方向に拡散した光も、基板１０の他面（出射面）１０ｂから出射される

以上のように、本発明の有機ＥＬ装置１によれば、有機発光層１３で生じた光のうち、直接、基板１０に向けて拡散せず、リフレクターとして作用する凸部１１の側面１１ｂ方向に拡散した光や、基板１０と反対方向に拡散した光も、陰極層を兼ねた第一反射層１４や、側面１１ｂを覆う第二反射層１６によって、確実に基板１０の他面（出射面）１０ｂ方向に反射させることができる。これによって、ボトムエミッション方式の有機ＥＬ装置１であっても、光の強度（光量）を高く保つことが可能になり、高輝度で、かつ可視光帯全域で強度にばらつきの少ない白色光源として有機ＥＬ装置１を利用することができる。

また、こうした有機ＥＬ装置１はボトムエミッション方式であるため、リフレクターを成す凸部１１を容易に形成することが可能になる。即ち、こうしたリフレクターを基板上に形成する場合、トップエミッション方式では基板に凹部（へこみ）を形成し、この凹部を樹脂等で平坦化して形成する必要があるが、基板の一面に側面が湾曲したような凹部を形成するには、エッチングやレーザー加工など多くの工程と加工コストがかかる。しかし、基板の一面に凸部を形成する場合には、樹脂の滴下〜硬化、あるいは粉体の溶融〜固化など、表面張力を利用して容易に側面が湾曲したリフレクター（凸部）を形成することができ、製造が容易なボトムエミッション方式の利点とあわせて、高輝度な光源として利用可能な有機ＥＬ装置を低コストで容易に製造することができる。

以下、本発明の有機ＥＬ装置の別な実施形態を列記する。なお、上述した実施形態と同一の構成部材には同一の番号を附し、その説明を略す。
図３に示す本発明の有機ＥＬ装置２では、有機発光層１３の上面に形成された第一反射層２４と、凸部１１の側面１１ｂを覆う第二反射層２６とが一体に形成され、一連の反射層２９を成している。こうした構成によれば、第一反射層２４と第二反射層２６とを、例えば金属蒸着などによって一回の工程で形成することができ、凸部１１および有機発光層１３を覆う一体の反射層２９を容易に形成できる。

図４に示す本発明の有機ＥＬ装置３では、基板４０と凸部４１とが一体に形成されている。そして、この基板４０と一体となった凸部４１の湾曲した側面４１ｂが、第二反射層１６によって覆われている。こうした構成によれば、基板４０を形成する際に、例えば、凸部を象った形状をもつ基板金型に基板材料を注入することによって、予め凸部４１が一体に形成された基板４０を使用することができる。これによって、基板形成後に別工程で凸部を形成する場合と比較して、更に製造工程を簡略化し、低コストで有機ＥＬ装置３を製造することが可能になる。

図５に示す本発明の有機ＥＬ装置４では、基板４５の一面４５ａ上に複数の凸部１１，１１…をアレイ状に配置し、個々の凸部１１に対して、透明電極層（陽極層）１２、有機発光層１３、第一反射層（陰極層）１４を備えた発光体１５や、凸部１１の側面１１ｂを覆う第二反射層１６を形成したものである。
また、隣接するそれぞれの発光体１５どうしを電気的に区画する絶縁体からなる隔壁４９が、凸部１１どうしの間に形成されている。こうした構成によれば、多数の発光体をアレイ状に配置することによって、より光量の大きな光源として有機ＥＬ装置４を利用することができる。

図６は、本発明の測色器の構成を示す構成図である。
本発明の測色器５０は、フィルター部５３と、受光素子５５とを備えたもので、測定対象Ｗに対して互いに異なる複数の帯域の光を照射し、この測定対象Ｗに照射されたそれぞれの帯域ごとの反射光の強度を測定することによって、測定対象Ｗの色調を数値化するものである。

測色器、光源５２とフィルター部５３とを有し、測定対象Ｗに対して任意の帯域の光を照射する光源光学系５４と、レンズ５１と受光素子５５とを有し、測定対象Ｗからの反射光を検出する検出部光学系５６と、光源５２の照度等を制御する光源制御回路５７と、フィルター部５３を制御するフィルター制御回路５８と、受光素子５５で検出された検出信号を受信し、さらに光源制御回路５７、フィルター制御回路５８に接続するプロセッサー５９と、を備えたものである。

このような測色器５０では、光源５２として、高輝度な白色光を照射できる本発明の有機ＥＬ装置１（図１参照）が利用できる。本発明の有機ＥＬ装置１を測色器５０の光源５２として適用することによって、測色器に最適な、可視光帯の領域内で強度にムラがない均一な白色光を得ることができる。

光源５２から照射された高輝度な白色光は、フィルター部５３によって特定の波長域の光だけが透過する。こうしたフィルター部５３は、例えば図７に示すエタロン素子６３であればよい。エタロン素子６３は、干渉作用により、入射した光のうち、所定波長の光（干渉光）だけを射出（透過）させる。エタロン素子６３を構成する一方のミラー７２Ａと他方のミラー７２Ｂとの間のギャップＧに、有機ＥＬ装置から出射された白色光が入射すると、干渉作用により、ギャップＧの大きさに応じた波長の光だけがエタロン素子６３より射出される。すなわち、エタロン素子６３を透過可能な光の波長は、ギャップＧの大きさに応じて変化する。

図７に示すように、エタロン素子６３は、一方のミラー７２Ａを支持する第１基板７４と、他方のミラー７２Ｂを支持する第２基板７５とを有する。第１基板７４は、第２基板７５と対向する表面７４Ａを有する。第２基板７５は、第１基板７４と対向する表面７５Ａを有する。一方のミラー７２Ａは、第１基板７４の表面７４Ａの一部に配置されている。他方のミラー７２Ｂは、第２基板７５の表面７５Ａの一部に配置されている。第１、第２基板７４、７５は、光透過性で、かつ絶縁性である。

また、エタロン素子６３の第１基板７４は、第１部分７４Ｃ及び第１部分７４Ｃより薄い第２部分７４Ｄを有する。厚みが薄い第２部分７４Ｄは、弾性（可撓性）を有し、変形可能（変位可能）である。第２部分７４Ｄが設けられることによって、第１基板７４は、僅かに変形可能である。そして、第１基板７４が変形することによって、Ｚ軸方向に関する第１基板７４の表面７４Ａと第２基板７５の表面７５Ａとの距離が変化する。第１基板７４が変形することによって、表面７４Ａに配置されている一方のミラー７２Ａと、表面７５Ａに配置されている他方のミラー７２ＢとのギャップＧの大きさが変化する。こうした動作によって、エタロン素子６３は、任意の波長の光だけを選択的に透過させることができる。

こうしたエタロン素子などのフィルター部５３によって、任意の波長域の光を測定対象Ｗに照射し、その反射光をレンズ５１を介して受光素子５５で受光し、それぞれの波長域ごとにその反射光の強度を測定することで、測定対象Ｗの色調を数値化することができる。

１…有機ＥＬ装置、１０…基板、１１…凸部（リフレクター）、１１ａ…側面、１１２…透明電極層（陽極層）、３…有機発光層、１４…第一反射層（陰極層）、１５…発光体、１６…第二反射層。

Claims

光透過性の基板と、該基板の一面側に順に重ねて形成された透明電極層、有機発光層、および第一反射層からなる発光体とを備え、前記有機発光層で発光した光を前記基板の他面側から出射させる有機ＥＬ装置であって、
前記基板の一面側には、側面が湾曲するように突出した光透過性の凸部が１つないし複数形成され、
前記発光体は、前記凸部の上面に重ねて形成されるとともに、
前記凸部の側面は、光を反射させる第二反射層で覆われることを特徴とする有機ＥＬ装置。
前記第一反射層は、前記発光体の陰極層を成すことを特徴とする請求項１記載の有機ＥＬ装置。
前記第二反射層は、前記第一反射層と一体に形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の有機ＥＬ装置。
前記凸部は、前記基板と一体に形成されていることを特徴とする請求項１ないし３いずれか１項記載の有機ＥＬ装置。
請求項１ないし４記載の有機ＥＬ装置と、該有機ＥＬ装置から出射された光のうち、任意の波長域の光だけを被測定物に向けて透過させる光フィルターと、被測定物で反射した反射光を受光する受光素子と、を備えたことを特徴とする測色器。