JP2011159531A - 電界発光素子、表示装置および照明装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】陽極部12と、陰極部14と、陽極部12および陰極部14の間に配される誘電体部13と、誘電体部13に隣接して配され陽極部12と陰極部14の間に電圧を印加することで発光する発光部17と、陽極部12と陰極部14の少なくとも一方に隣接して配され発光部17から発した光を取り出すための貫通部16の部分16a,16cと、を備えることを特徴とする電界発光素子10。
【選択図】図1
Description
更に、電界発光素子は、白色での発光も可能であり、面発光であることから、この電界発光素子を照明装置に組み込んで利用する用途も提案されている。
また誘電体部と発光部とは、交互に繰り返して配列することが好ましく、誘電体部と誘電体部に隣接する誘電体部は、距離が10μm以下であることが好ましい。
また更に光取り出し部は、略円柱形状または互いに略平行である溝形状をなすことが好ましい。
そして第1の電極部を形成するための基板を更に有し、基板は、発光部に対応する位置に穿孔部を有することが好ましい。
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図1(a)〜(c)は、本実施の形態が適用される電界発光素子の構造の一例を説明した部分断面図である。
また主発光部17aから発した光は、貫通部16における誘電体部13を貫通する部分16bから、陽極部12を貫通する部分16c中を伝搬し、陽極部12側から出射する。そしてこれにより光を外部に取り出すことができる。即ち、本実施の形態の場合、陽極部12を貫通する部分16cを、光取り出し部として捉えることができる。
また主発光部17aから発した光は、貫通部16における誘電体部13を貫通する部分16bから、陰極部14を貫通する部分16a中を伝搬し、陰極部14側から出射する。そしてこれにより光を外部に取り出すことができる。即ち、本実施の形態の場合、陰極部14を貫通する部分16aを、光取り出し部として捉えることができる。
図2(a)で示したように発光部17aで発した光のうち、例えば、光L1のように図2(a)の向きで垂直方向に近い成分の光は、直接基板11に達し、外部に出射することが可能である。ただしこのような光は、全体としては多くなく、例えば、光L2、光L3の場合のように、図2(a)の向きで垂直方向から少し方向がずれると、基板11でなく、まず陽極部12や誘電体部13に達する。しかしこのような場合でも、陽極部12や誘電体部13において反射を生じ、そしてその反射光が基板11に達して外部に出射することが可能である。
図2(b)で示した従来の電界発光素子80は、基板81上に陽極層82と、陽極層82上に積層して形成され発光材料からなる発光層83と、発光層83を挟んで陽極層82と対向して形成される陰極層84とからなる。
図3(a)〜(e)は、貫通部16が、陽極部12、誘電体部13、陰極部14を貫通する形態する種々の形態について説明した図である。
そして図3(e)に示した電界発光素子10eは、図3(d)で示した電界発光素子10dに対して、発光部17を形成する発光材料が貫通部16を完全には埋めずに形成されている。つまり電界発光素子10eでは、貫通部16のうち誘電体部13を貫通する部分16b、陽極部12を貫通する部分16c、および穿孔部16dは発光材料により埋められているが、陰極部14を貫通する部分16aは途中までしか埋められていない。
これらの電界発光素子10d,10eの場合、貫通部16と共に穿孔部16dも光取り出し部として把握することができる。
ここで図4(a)は、貫通部16と共に穿孔部16dを設けて作製した電界発光素子10dにおける光の進路について説明した図である。一方、図4(b)は、貫通部16は設けるが穿孔部16dを設けずに作製した電界発光素子10における光の進路について説明した図である。
図4(b)で示したように穿孔部16dを設けない場合、発光部17から発し、基板11側に向かう光は、その方向が基板11の表面に対し一定の角度より上である場合は、屈折しつつ基板11内に侵入し、光を基板11側から取り出すことができる。ただし、光の方向が基板11の表面に対し一定の角度以下である光L8の場合は、全反射を生じ、基板11内に侵入することができない。
一方、図4(a)で示したように穿孔部16dを設けた場合は、穿孔部16dの底部において全反射を生じる角度の光であっても、光L6のように穿孔部16dの側面においては、基板11内に侵入できる角度となる場合があり、その場合は基板11内に侵入することができる。また光L7のように穿孔部16dの底部において全反射しても穿孔部16dの側面において基板11内に侵入できる場合もある。この場合、陽極部12において更に反射を生じ、外部に出射する。結果として、基板11内に侵入することができる光の割合が図4(b)の場合より増加しやすい。即ち、全反射を生じる光の割合がより減少し、基板11側から取り出すことができる光の量が増加する。その結果、光の取り出し効率の向上を図ることができ、発光効率を向上させることができる。
図5(a)〜(d)は、貫通部16が、陽極部12、誘電体部13を貫通し、陰極部14を貫通しない場合の種々の形態について説明した図である。
図6(a)〜(b)は、貫通部16が、誘電体部13、陰極部14を貫通し、陽極部12を貫通しない場合の種々の形態について説明した図である。
また図6(b)に示した電界発光素子30bは、図1(c)で示した電界発光素子30に対して、発光部17を形成する発光材料が貫通部16bを埋めると共に、誘電体部13の上部にも展開して連続形成されている。そして陰極部14は、発光材料の上に更に形成される。
図7(a)〜(b)は、誘電体部13と発光部17とが、交互に繰り返して配列する電界発光素子の一例を説明した図である。
ここで、図7(a)で示した電界発光素子10fは、図3(a)で説明した電界発光素子10aを基本構造として、誘電体部13と発光部17とが交互に繰り返して配列する場合を示している。そして、発光部17は、各誘電体部13の間において、凹部18を形成するようにして配列する。
また図7(b)で示した電界発光素子10gも同様にして、図3(a)で説明した電界発光素子10aを基本構造として、誘電体部13と発光部17とが交互に繰り返して配列する場合を示している。ただし、発光部17は、各誘電体部13の間において、凹部18を形成せず、各誘電体部13の間を埋めるようにして配列する。そのため発光部17の上面は、平面状となっている。
ここで、図8(a)で示した電界発光素子20eは、図5(b)で説明した電界発光素子20bを基本構造として、誘電体部13と発光部17とが交互に繰り返して配列する場合を示している。そして、発光部17は、陰極部14と共に各誘電体部13の間において、凹部18を形成するようにして配列する。
また図8(b)で示した電界発光素子20fも同様にして、図5(b)で説明した電界発光素子20bを基本構造として、誘電体部13と発光部17とが交互に繰り返して配列する場合を示している。ただし、発光部17は、各誘電体部13の間において、凹部18を形成せず、各誘電体部13の間を埋めるようにして配列する。そのため発光部17の上面は、平面状となり、それに応じて陰極部14も平面状となる。
ここで、図9(a)で示した電界発光素子20gは、図5(c)で説明した電界発光素子20cを基本構造として、誘電体部13と発光部17とが交互に繰り返して配列する場合を示している。そして、発光部17は、陰極部14と共に各誘電体部13の間において、凹部18を形成するようにして配列する。
また図9(b)で示した電界発光素子20hも同様にして、図5(c)で説明した電界発光素子20cを基本構造として、誘電体部13と発光部17とが交互に繰り返して配列する場合を示している。ただし、発光部17は、各誘電体部13の間において、凹部18を形成せず、各誘電体部13の間を埋めるようにして配列する。そのため発光部17の上面は、平面状となり、それに応じて陰極部14も平面状となる。
電界発光素子の基板11側から光を取り出す必要がない場合、または図1(a)〜(b)で示した電界発光素子10,20のように陽極部12が貫通部16により貫通する場合は、基板11の材料としては、電界発光素子の発光色に対して透明であるものに限られず、不透明なものも使用できる。具体的には、上記材料に加えて、銅(Cu)、銀(Ag)、金(Au)、白金(Pt)、タングステン(W)、チタン(Ti)、タンタル(Ta)、もしくはニオブ(Nb)の単体、またはこれらの合金、あるいはステンレス、SiO2やAl2O3などの酸化物、n−Siなどの半導体などからなる材料も使用することができる。
なお光を取り出す側が、基板11側の場合、陽極部12は不透明である方が好ましい。つまり、陽極部12が不透明であると発光部17と誘電体部13の界面で反射せずに誘電体部13に侵入した後で基板11側から出射する光を遮断しやすくなる。このような光は、光の取り出し面(本実施の形態の場合、基板11表面)から出射する際の角度が浅いため、取り出した光の指向性を悪化させる要因となる。またこの目的で、陽極部12に透明な材料を使用する場合でも、陽極部12と基板11、あるいは陽極部12と誘電体部13との間に、電界発光素子の発光色に対して不透明な層を追加することもできる。
基板11の厚さは、要求される機械的強度にもよるが、好ましくは、0.1mm〜10mm、より好ましくは0.25mm〜2mmである。
発光部17から出射した光が誘電体部13との界面で失われることなく、発光部17側に反射されるためには、誘電体部13は、屈折率が発光部17を形成する発光材料と異なることが好ましい。具体的な材料としては、上述の材料はこの要件を満たしている。
ここで、短絡・電流リークを生じにくい電界発光素子を再現よく製造するためには、誘電体部13の厚さは厚いほど好ましい。つまり、誘電体部13の厚さは厚い方が、短絡・電流リークを引き起こす誘電体部13の欠陥の影響を除外あるいは抑制しやすくなる。このような短絡・電流リークを生じる原因としては、誘電体部13を形成する直前の基板11上に付着した埃や、誘電体部13の製造工程で発生する誘電体部13のピンホールなどが挙げられる。
電子輸送部を形成する手法としては、一般的に用いられる真空蒸着装置を用いた抵抗加熱方式により、真空下の蒸着方法を用いることができる。
また、貫通部16を複数の直線状の溝形状で形成した場合、この直線に並行かつ基板11表面に垂直な面に対しては、出射する光の配光は放射角度に対して均等(ランバーシアント)である。対して、この直線に垂直かつ基板11表面に垂直な面に対しては、出射する光の配光は基板11に垂直な方向に強くすることができる。これにより、例えば、棒状の蛍光灯に類似した配光を再現することが可能となる。また、貫通部16を複数の直交する直線状の溝形状で形成した場合、これらの直線に垂直な2つの互いに直交する面(つまりXおよびY面)に対しては、配光は基板11に垂直な方向に強くし、それ以外の方向では、配光がランバーシアントに近くすることができる。
本実施の形態の電界発光素子では、主発光部17aで強く光る場合においては貫通部16の間隔を小さくすれば、それだけ単位面積当たりの貫通部16の数が増加するため、発光強度を大きくすることができる。また、発光部17は、貫通部16の中央部において非発光部分となりやすく、この非発光部分の面積が大きいと電界発光素子を高輝度で発光させにくい。よって、貫通部16の幅を小さくすれば、貫通部16の中央部の非発光部分が減少することになるため、発光強度を大きくしやすくなる。なお、ここで貫通部16の幅とは、貫通部16の端部から他の端部への短軸側の距離(最短距離)を指す。また同上の理由で隣接する貫通部16同士の短軸側の距離(最短距離)も短いほうがよい。具体的には、誘電体部13と隣接する隣の誘電体部13とは、距離が10μm以下であることが好ましく、2μm以下であることがさらに好ましく、1μm以下であることが最も好ましい。この距離は即ち貫通部16同士の短軸側の距離(最短距離)となる。
ここで有機材料を発光材料として用いる場合は、低分子化合物及び高分子化合物のいずれをも使用することができる。例えば、大森裕:応用物理、第70巻、第12号、1419−1425頁(2001年)に記載されている発光性低分子化合物及び発光性高分子化合物などを例示することができる。
また、貫通部16内に発光部17を均一に形成するためには、塗布法で行うことが好ましい。即ち、塗布法では、貫通部16に発光材料を含む発光材料溶液を埋め込むことが容易であるため、凹凸を有する面においてもカバレッジ性を高めて成膜することが可能である。塗布法においては塗布性を向上させる目的で、主に重量平均分子量で1,000〜2,000,000である材料が好適に用いられる。また、塗布性を向上させるためレベリング剤、脱泡剤などの塗布性向上添加剤を添加したり、電荷トラップ能力の少ないバインダー樹脂を添加することもできる。
ここで、塗布性に優れた材料の中でも、電界発光素子の製造のプロセスが簡素化されるという点で発光性高分子化合物が好ましく、発光効率が高い点で燐光発光性化合物が好ましい。従って、特に燐光発光性高分子化合物が好ましい。なお、複数の材料同士を混合、あるいは塗布性を損なわない範囲で低分子発光材料(例えば、分子量1000以下)を添加することも可能である。この際の低分子発光材料の添加量は30wt%以下が好ましい。
また、発光性高分子化合物は、共役発光性高分子化合物と非共役発光性高分子化合物とに分類することもできるが、中でも非共役発光性高分子化合物が好ましい。
上記の理由から、本実施の形態で用いられる発光材料としては、燐光発光性非共役高分子化合物(燐光発光性高分子であり、かつ非共役発光性高分子化合物でもある発光材料)が特に好ましい。
重合性置換基を有するキャリア輸送性化合物は、ホール輸送性および電子輸送性の内のいずれか一方または両方の機能を有する有機化合物における一つ以上の水素原子を重合性置換基で置換した化合物を挙げることができる。
この場合の正孔輸送性化合物の具体例としては、例えば、特開2006−76901号公報に記載されているTPD、α−NPD、m−MTDATA、フタロシアニン錯体、DTDPFL、spiro−TPD、TPAC、PDA等が挙げられる。
次に、本実施の形態が適用される電界発光素子の製造方法について、図8(b)で示した電界発光素子20fを例に取り説明を行う。
図10(a)〜(g)は、本実施の形態が適用される電界発光素子20fの製造方法について説明した図である。
まず基板11上に、第1の電極部である陽極部12を形成する(図10(a):第1電極部形成工程)。本実施の形態では、基板11として、ガラス基板を使用した。また陽極部12を形成する材料としてITOを使用した。
陽極部12を基板11上に形成するには、抵抗加熱蒸着法、電子ビーム蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、CVD法などを用いることができる。また、塗布成膜方法、即ち、目的とする材料を溶剤に溶解させた状態で基板11に塗布し乾燥する方法が可能な場合は、スピンコーティング法、ディップコーティング法、インクジェット法、印刷法、スプレー法、ディスペンサー法などの方法を用いて成膜することも可能である。
なお基板11に陽極部12としてITOが既に形成されているいわゆる電極付き基板を用いることで、この第1電極部形成工程を省略することができる。
次に、以上詳述した電界発光素子を備える表示装置について説明を行う。
図11は、本実施の形態における電界発光素子を用いた表示装置の一例を説明した図である。
図11に示した表示装置200は、いわゆるパッシブマトリクス型の表示装置であり、表示装置基板202、陽極配線204、陽極補助配線206、陰極配線208、絶縁膜210、陰極隔壁212、電界発光素子214、封止プレート216、シール材218とを備えている。
極配線208は、それぞれが平行となるよう、かつ、陽極配線204と直交するように配設されている。陰極配線208には、Al又はAl合金を使用することができる。陰極配線208の厚さは、例えば、100nm〜150nmである。また、陰極配線208の端部には、陽極配線204に対する陽極補助配線206と同様に、図示しない陰極補助配線が設けられ、陰極配線208と電気的に接続されている。よって、陰極配線208と陰極補助配線との間に電流を流すことができる。
次に、電界発光素子20fを用いた照明装置について説明を行う。
図12は、本実施の形態における電界発光素子を備える照明装置の一例を説明した図である。
図12に示した照明装置300は、上述した電界発光素子20fと、電界発光素子20fの基板11(図1参照)に隣接して設置され陽極部12(図1参照)に接続される端子302と、基板11(図1参照)に隣接して設置され電界発光素子20fの陰極部14(図1参照)に接続される端子303と、端子302と端子303とに接続し電界発光素子20fを駆動するための点灯回路301とから構成される。
Claims (9)
- 第1の電極部と、
第2の電極部と、
前記第1の電極部および第2の電極部の間に配される誘電体部と、
前記誘電体部に隣接して配され、第1の電極部と第2の電極部の間に電圧を印加することで発光する発光部と、
前記第1の電極部と前記第2の電極部の少なくとも一方に隣接して配され、前記発光部から発した光を取り出す光取り出し部と、
を備えることを特徴とする電界発光素子。 - 前記発光部を形成する発光材料を、前記誘電体部と前記第2の電極部の間に更に延伸して連続形成することを特徴とする請求項1に記載の電界発光素子。
- 前記発光部を形成する発光材料は、燐光発光する有機材料を含むことを特徴とする請求項1または2に記載の電界発光素子。
- 前記誘電体部と前記発光部とは、交互に繰り返して配列することを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項に記載の電界発光素子。
- 前記誘電体部と当該誘電体部に隣接する誘電体部は、距離が10μm以下であることを特徴とする請求項1乃至4の何れか1項に記載の電界発光素子。
- 前記光取り出し部は、略円柱形状または互いに略平行である溝形状をなすことを特徴とする請求項1乃至5の何れか1項に記載の電界発光素子。
- 前記第1の電極部を形成するための基板を更に有し、
前記基板は、前記発光部に対応する位置に穿孔部を有することを特徴とする請求項1乃至6の何れか1項に記載の電界発光素子。 - 請求項1乃至7の何れか1項に記載の電界発光素子を備えることを特徴とする表示装置。
- 請求項1乃至7の何れか1項に記載の電界発光素子を備えることを特徴とする照明装置。
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