JP2012049113A - 発光装置及び照明装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】発光装置及び照明装置において、光の取り出し効率を向上させることを課題の一とする。
【解決手段】複数の発光部と、複数の発光部の各々に重なって設けられた複数の半球状の部材とを有し、複数の半球状の部材は、隣り合う部分において隙間が生じないように設けられている発光装置である。また、半球状の部材の屈折率をnとし、半球状の部材の底面の半径をbとすると、発光部は、半球状の部材の底面の中心から半径r=b/nの円の内側に設けられている。
【選択図】図6

Description

技術分野は、発光装置及びその作製方法に関する。また、照明装置及びその作製方法に関する。
近年、自発光型の発光素子としてエレクトロルミネッセンス(Electro Luminescence、以下ELとも記す。)素子を有する発光装置の研究が活発化している。そして、当該発光装置は、有機ELディスプレイ、有機EL照明などへの応用が求められている。
照明に利用する場合、EL素子は面状の発光を行うことができるため、例えばシート状の照明を作製することが可能である(特許文献1)。
特開2009−130132号公報
特許文献1の場合、ガラス基板と大気との界面において全反射が起き、EL素子から発せられた光の数十%程度しか外部に取り出すことができないという問題が生じていた。
上記問題に鑑み、発光装置及び照明装置において、光の取り出し効率を向上させることを課題の一とする。
また、発光装置及び照明装置の新規な構造を提供することを課題の一とする。また、発光装置及び照明装置の新規な作製方法を提供することを課題の一とする。
発光部から発せられた光が、半球状の部材を通じて外部に取り出されることを特徴とする。すなわち、半球状の部材を通じることで、光の全反射を極力抑制するものである。
本発明の一態様は、複数の発光部と、複数の発光部の各々に重なって設けられた複数の半球状の部材とを有し、複数の半球状の部材は、隣り合う部分において隙間が生じないように設けられている発光装置である。すなわち、複数の半球状の部材は、最密充填で配置される。
また、本発明の他の一態様は、板状の部材と、板状の部材の一方の面に設けられた複数の発光部と、板状の部材の他方の面に、複数の発光部の各々に重なって設けられた複数の半球状の部材とを有し、複数の半球状の部材は、隣り合う部分において隙間が生じないように設けられている発光装置である。
また、本発明の他の一態様は、複数の発光部と、複数の発光部の各々に重なって設けられた複数の半球状の部材とを有し、半球状の部材の屈折率をnとし、半球状の部材の底面の半径をbとすると、発光部は、半球状の部材の底面の中心から半径r=b/nの円の内側に設けられている発光装置である。
また、本発明の他の一態様は、板状の部材と、板状の部材の一方の面に設けられた複数の発光部と、板状の部材の他方の面に、複数の発光部の各々に重なって設けられた複数の半球状の部材とを有し、半球状の部材の屈折率をnとし、半球状の部材の底面の半径をbとすると、発光部は、半球状の部材の底面の中心から半径r=b/nの円の内側に設けられている発光装置である。
また、本発明の他の一態様は、上記の発光装置を用いて作製された照明装置である。
本明細書では、発光装置とは、発光を行う物全般を指す。そのため、発光部を有する照明装置を単に発光装置と呼ぶこともある。
発光装置及び照明装置において、光の取り出し効率を向上させることができる。
また、高品位の白色発光等をはじめとして、発光装置及び照明装置の諸性能を向上させることができる。
発光装置の一例を示す図。 発光装置の一例を示す図。 発光装置の一例を示す図。 発光装置の一例を示す図。 発光装置の一例を示す図。 発光装置の一例を示す図。 発光装置の一例を示す図。 電子機器の一例を示す図。 発光装置の一例を示す図。
以下に、実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。但し、以下の実施の形態は多くの異なる態様で実施することが可能であり、趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。従って、以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
(実施の形態1)
本実施の形態では、発光装置の構造の一例について説明する。
図1(A)は発光装置の断面図の一例であり、図1(B)は発光装置の平面図の一例である。
図1(A)において、発光装置は、発光部101(発光領域ともいう)と、発光部101に重なって設けられた半球状の部材103と、を有している。そして、発光部101から発せされた光は、半球状の部材103を通じて外部105(例えば大気中)に取り出される。
半球状の部材103を通じることで、光の全反射を極力低減することができ、光の取り出し効率を向上させることが可能である。
また、半球状の部材103の端部107の近傍では、光の全反射を抑制することが困難である。具体的には、半球状の部材103の底面108の半径をb、半球状の部材103の屈折率をnとし、発光部101が半径r=b/nの円109の外側の領域に設けられた場合、該外側の領域に位置する発光部101から発せられた光は、半球状の部材103と大気との間で全反射し、外部に取り出すことが難しい。なお、円109は、底面108の中心から半径r=b/nの円である。
そこで、発光部101は、半球状の部材103の底面108の中心から半径r=b/nの円109の内側に設けることが好ましい。
図1のように、発光部101の平面形状を円形状とし、発光部101と半球状の部材103との中心を同一とする場合、発光部101の半径a≦b/n(=r)とすることが好ましい。
また、発光部101の平面形状を、楕円状、頂点を有する形状、又は凹凸を有する形状などとしてもよい。その場合、発光部101の長軸の1/2の長さa≦b/n(=r)とすることが好ましい。例えば、図2(A)のように発光部101が正方形の場合、対角線の1/2の長さa≦b/n(=r)とすればよい。
また、図2(B)のように発光部101と半球状の部材103との中心が異なっていてもよい。その場合、発光部101を半径r=b/nの円109の内側に設ければよい。
なお、図3のように、半球状の部材の代わりに、半球面より広い球面を有する球状の部材111を用いてもよい。半球面より広い球面を有することで、光を取り出す部分の面積が増加するため、取り出し効率を向上させることができる。
なお、球状の部材111において、発光部101が形成される部分は平面であることが好ましい。そのため、球状の部材111は、一部が平面であるものも含む。
また、球状の部材111を用いる場合、発光部101は、球状の部材111の最大の半径bを有する面113の中心から半径r=b/nの円109の内側に設けることが好ましい。なお、nは球状の部材111の屈折率である。
このように、発光部101を設ける位置を調整することで、光の取り出し効率を約3倍程度に向上させることができる。
また、図9のように、半球状の部材や球状の部材の代わりに、底面を多角形とした多角球状の部材121を用いてもよい。多角球状の部材としては、図9のような六角球状の部材(底面が六角形状)や、八角球状の部材(底面が八角形状)等が挙げられる。なお、多角球状の部材121は、頂部に頂点を有していてもよく、頂部が曲面に加工されていてもよい。頂部に頂点を有する場合、底面の頂点と頂部の頂点とを結ぶ曲線を有し、側面に複数の曲面を有する。
また、多角球状の部材121を用いる場合、発光部101は、多角球状の部材121の底面123の中心から半径r=b’/nの円125の内側に設けることが好ましい。なお、nは多角球状の部材121の屈折率である。ここで、b’は、底面123の中心と外周とを結ぶ直線の最短距離である。
次に、発光部101の詳細について説明する。
図4は、発光部101の構造の一例である。
発光部101は、第1の電極401、EL層403、及び第2の電極405が順次積層された発光素子(EL素子ともいう)を有する。
第1の電極401は、光の取り出し方向である半球状の部材103側に設けられ、透光性を有する材料を用いて形成される。透光性を有する材料としては、酸化インジウム、酸化インジウム酸化スズ合金(ITOともいう)、酸化インジウム酸化亜鉛合金(IZOともいう)、酸化亜鉛、ガリウムを添加した酸化亜鉛などを用いることができる。
また、第1の電極401として、金、白金、ニッケル、タングステン、クロム、モリブデン、鉄、コバルト、銅、パラジウム、又はチタン等の金属材料を用いることができる。または、それら金属材料の窒化物(例えば、窒化チタン)等を用いてもよい。なお、金属材料(又はその窒化物)を用いる場合、透光性を有する程度に薄くすればよい。
EL層403は、特に限定されず、電子輸送性の高い物質を含む層(電子輸送層ともいう)、正孔輸送性の高い物質を含む層(正孔輸送層ともいう)、電子注入性の高い物質を含む層(電子注入層ともいう)、正孔注入性の高い物質を含む層(正孔注入層ともいう)、バイポーラ性の物質(電子及び正孔の輸送性の高い物質)を含む層(バイポーラ層ともいう)等を適宜積層させて用いればよい。
本実施の形態では、EL層403は、図4(A)のように、正孔注入層701、正孔輸送層702、発光層703、電子輸送層704、及び電子注入層705を順次積層させた構造を有する。各層を構成する材料について以下に具体的に示す。
正孔注入層701は、第1の電極401に接して設けられ、正孔注入性の高い物質を含む層である。モリブデン酸化物やバナジウム酸化物、ルテニウム酸化物、タングステン酸化物、マンガン酸化物等を用いることができる。この他、フタロシアニン(略称:HPc)や銅フタロシアニン(CuPC)等のフタロシアニン系の化合物、4,4’−ビス[N−(4−ジフェニルアミノフェニル)−N−フェニルアミノ]ビフェニル(略称:DPAB)、N,N’−ビス[4−[ビス(3−メチルフェニル)アミノ]フェニル]−N,N’−ジフェニル−[1,1’−ビフェニル]−4,4’−ジアミン(略称:DNTPD)等の芳香族アミン化合物、或いはポリ(エチレンジオキシチオフェン)/ポリ(スチレンスルホン酸)(PEDOT/PSS)等の高分子等によっても正孔注入層701を形成することができる。
また、正孔注入層701として、正孔輸送性の高い物質にアクセプター性物質を含有させた複合材料を用いることができる。なお、正孔輸送性の高い物質にアクセプター性物質を含有させたものを用いることにより、電極の仕事関数に依らず電極を形成する材料を選ぶことができる。つまり、第1の電極401として仕事関数の大きい材料だけでなく、仕事関数の小さい材料を用いることができる。アクセプター性物質としては、7,7,8,8−テトラシアノ−2,3,5,6−テトラフルオロキノジメタン(略称:F−TCNQ)、クロラニル等を挙げることができる。また、遷移金属酸化物を挙げることができる。また元素周期表における第4族乃至第8族に属する金属の酸化物を挙げることができる。具体的には、酸化バナジウム、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化クロム、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化マンガン、酸化レニウムは電子受容性が高いため好ましい。中でも特に、酸化モリブデンは大気中でも安定であり、吸湿性が低く、扱いやすいため好ましい。
複合材料に用いる正孔輸送性の高い物質としては、芳香族アミン化合物、カルバゾール誘導体、芳香族炭化水素、高分子化合物(オリゴマー、デンドリマー、ポリマー等)など、種々の化合物を用いることができる。なお、複合材料に用いる有機化合物としては、正孔輸送性の高い有機化合物であることが好ましい。具体的には、10−6cm/Vs以上の正孔移動度を有する物質であることが好ましい。但し、電子よりも正孔の輸送性の高い物質であれば、これら以外のものを用いてもよい。以下では、複合材料に用いることのできる有機化合物を具体的に列挙する。
例えば、芳香族アミン化合物としては、N,N’−ジ(p−トリル)−N,N’−ジフェニル−p−フェニレンジアミン(略称:DTDPPA)、4,4’−ビス[N−(4−ジフェニルアミノフェニル)−N−フェニルアミノ]ビフェニル(略称:DPAB)、N,N’−ビス[4−[ビス(3−メチルフェニル)アミノ]フェニル]−N,N’−ジフェニル−[1,1’−ビフェニル]−4,4’−ジアミン(略称:DNTPD)、1,3,5−トリス[N−(4−ジフェニルアミノフェニル)−N−フェニルアミノ]ベンゼン(略称:DPA3B)等を挙げることができる。
複合材料に用いることのできるカルバゾール誘導体としては、具体的には、3−[N−(9−フェニルカルバゾール−3−イル)−N−フェニルアミノ]−9−フェニルカルバゾール(略称:PCzPCA1)、3,6−ビス[N−(9−フェニルカルバゾール−3−イル)−N−フェニルアミノ]−9−フェニルカルバゾール(略称:PCzPCA2)、3−[N−(1−ナフチル)−N−(9−フェニルカルバゾール−3−イル)アミノ]−9−フェニルカルバゾール(略称:PCzPCN1)等を挙げることができる。
また、複合材料に用いることのできるカルバゾール誘導体としては、他に、4,4’−ジ(N−カルバゾリル)ビフェニル(略称:CBP)、1,3,5−トリス[4−(N−カルバゾリル)フェニル]ベンゼン(略称:TCPB)、9−[4−(10−フェニル−9−アントリル)フェニル]−9H−カルバゾール(略称:CzPA)、1,4−ビス[4−(N−カルバゾリル)フェニル]−2,3,5,6−テトラフェニルベンゼン等を用いることができる。
また、複合材料に用いることのできる芳香族炭化水素としては、例えば、2−tert−ブチル−9,10−ジ(2−ナフチル)アントラセン(略称:t−BuDNA)、2−tert−ブチル−9,10−ジ(1−ナフチル)アントラセン、9,10−ビス(3,5−ジフェニルフェニル)アントラセン(略称:DPPA)、2−tert−ブチル−9,10−ビス(4−フェニルフェニル)アントラセン(略称:t−BuDBA)、9,10−ジ(2−ナフチル)アントラセン(略称:DNA)、9,10−ジフェニルアントラセン(略称:DPAnth)、2−tert−ブチルアントラセン(略称:t−BuAnth)、9,10−ビス(4−メチル−1−ナフチル)アントラセン(略称:DMNA)、2−tert−ブチル−9,10−ビス[2−(1−ナフチル)フェニル]アントラセン、9,10−ビス[2−(1−ナフチル)フェニル]アントラセン、2,3,6,7−テトラメチル−9,10−ジ(1−ナフチル)アントラセン、2,3,6,7−テトラメチル−9,10−ジ(2−ナフチル)アントラセン、9,9’−ビアントリル、10,10’−ジフェニル−9,9’−ビアントリル、10,10’−ビス(2−フェニルフェニル)−9,9’−ビアントリル、10,10’−ビス[(2,3,4,5,6−ペンタフェニル)フェニル]−9,9’−ビアントリル、アントラセン、テトラセン、ルブレン、ペリレン、2,5,8,11−テトラ(tert−ブチル)ペリレン等が挙げられる。また、この他、ペンタセン、コロネン等も用いることができる。このように、1×10−6cm/Vs以上の正孔移動度を有し、炭素数14〜42である芳香族炭化水素を用いることがより好ましい。
なお、複合材料に用いることのできる芳香族炭化水素は、ビニル骨格を有していてもよい。ビニル基を有している芳香族炭化水素としては、例えば、4,4’−ビス(2,2−ジフェニルビニル)ビフェニル(略称:DPVBi)、9,10−ビス[4−(2,2−ジフェニルビニル)フェニル]アントラセン(略称:DPVPA)等が挙げられる。
また、ポリ(N−ビニルカルバゾール)(略称:PVK)やポリ(4−ビニルトリフェニルアミン)(略称:PVTPA)、ポリ[N−(4−{N’−[4−(4−ジフェニルアミノ)フェニル]フェニル−N’−フェニルアミノ}フェニル)メタクリルアミド](略称:PTPDMA)、ポリ[N,N’−ビス(4−ブチルフェニル)−N,N’−ビス(フェニル)ベンジジン](略称:Poly−TPD)等の高分子化合物を用いることもできる。
正孔輸送層702は、正孔輸送性の高い物質を含む層である。正孔輸送性の高い物質としては、例えば、4,4’−ビス[N−(1−ナフチル)−N−フェニルアミノ]ビフェニル(略称:NPB)やN,N’−ビス(3−メチルフェニル)−N,N’−ジフェニル−[1,1’−ビフェニル]−4,4’−ジアミン(略称:TPD)、4,4’,4’’−トリス(N,N−ジフェニルアミノ)トリフェニルアミン(略称:TDATA)、4,4’,4’’−トリス[N−(3−メチルフェニル)−N−フェニルアミノ]トリフェニルアミン(略称:MTDATA)、4,4’−ビス[N−(スピロ−9,9’−ビフルオレン−2−イル)−N―フェニルアミノ]ビフェニル(略称:BSPB)などの芳香族アミン化合物等を用いることができる。ここに述べた物質は、主に10−6cm/Vs以上の正孔移動度を有する物質である。但し、電子よりも正孔の輸送性の高い物質であれば、これら以外のものを用いてもよい。なお、正孔輸送性の高い物質を含む層は、単層のものだけでなく、上記物質からなる層が二層以上積層したものとしてもよい。
また、正孔輸送層702として、ポリ(N−ビニルカルバゾール)(略称:PVK)やポリ(4−ビニルトリフェニルアミン)(略称:PVTPA)等の高分子化合物を用いることもできる。
発光層703は、発光性の物質を含む層である。発光層703の種類としては、発光中心材料を主成分とするいわゆる単膜の発光層であっても、ホスト材料中に発光中心材料を分散するいわゆるホスト−ゲスト型の発光層であってもどちらでも構わない。
用いられる発光中心材料に制限は無く、公知の蛍光又は燐光を発する材料を用いることができる。蛍光発光性材料としては、例えばN,N’−ビス[4−(9H−カルバゾール−9−イル)フェニル]−N,N’−ジフェニルスチルベン−4,4’−ジアミン(略称:YGA2S)、4−(9H−カルバゾール−9−イル)−4’−(10−フェニル−9−アントリル)トリフェニルアミン(略称:YGAPA)、等の他、発光波長が450nm以上の4−(9H−カルバゾール−9−イル)−4’−(9,10−ジフェニル−2−アントリル)トリフェニルアミン(略称:2YGAPPA)、N,9−ジフェニル−N−[4−(10−フェニル−9−アントリル)フェニル]−9H−カルバゾール−3−アミン(略称:PCAPA)、ペリレン、2,5,8,11−テトラ−tert−ブチルペリレン(略称:TBP)、4−(10−フェニル−9−アントリル)−4’−(9−フェニル−9H−カルバゾール−3−イル)トリフェニルアミン(略称:PCBAPA)、N,N’’−(2−tert−ブチルアントラセン−9,10−ジイルジ−4,1−フェニレン)ビス[N,N’,N’−トリフェニル−1,4−フェニレンジアミン](略称:DPABPA)、N,9−ジフェニル−N−[4−(9,10−ジフェニル−2−アントリル)フェニル]−9H−カルバゾール−3−アミン(略称:2PCAPPA)、N−[4−(9,10−ジフェニル−2−アントリル)フェニル]−N,N’,N’−トリフェニル−1,4−フェニレンジアミン(略称:2DPAPPA)、N,N,N’,N’,N’’,N’’,N’’’,N’’’−オクタフェニルジベンゾ[g,p]クリセン−2,7,10,15−テトラアミン(略称:DBC1)、クマリン30、N−(9,10−ジフェニル−2−アントリル)−N,9−ジフェニル−9H−カルバゾール−3−アミン(略称:2PCAPA)、N−[9,10−ビス(1,1’−ビフェニル−2−イル)−2−アントリル]−N,9−ジフェニル−9H−カルバゾール−3−アミン(略称:2PCABPhA)、N−(9,10−ジフェニル−2−アントリル)−N,N’,N’−トリフェニル−1,4−フェニレンジアミン(略称:2DPAPA)、N−[9,10−ビス(1,1’−ビフェニル−2−イル)−2−アントリル]−N,N’,N’−トリフェニル−1,4−フェニレンジアミン(略称:2DPABPhA)、9,10−ビス(1,1’−ビフェニル−2−イル)−N−[4−(9H−カルバゾール−9−イル)フェニル]−N−フェニルアントラセン−2−アミン(略称:2YGABPhA)、N,N,9−トリフェニルアントラセン−9−アミン(略称:DPhAPhA)、クマリン545T、N,N’−ジフェニルキナクリドン(略称:DPQd)、ルブレン、5,12−ビス(1,1’−ビフェニル−4−イル)−6,11−ジフェニルテトラセン(略称:BPT)、2−(2−{2−[4−(ジメチルアミノ)フェニル]エテニル}−6−メチル−4H−ピラン−4−イリデン)プロパンジニトリル(略称:DCM1)、2−{2−メチル−6−[2−(2,3,6,7−テトラヒドロ−1H,5H−ベンゾ[ij]キノリジン−9−イル)エテニル]−4H−ピラン−4−イリデン}プロパンジニトリル(略称:DCM2)、N,N,N’,N’−テトラキス(4−メチルフェニル)テトラセン−5,11−ジアミン(略称:p−mPhTD)、7,14−ジフェニル−N,N,N’,N’−テトラキス(4−メチルフェニル)アセナフト[1,2−a]フルオランテン−3,10−ジアミン(略称:p−mPhAFD)、2−{2−イソプロピル−6−[2−(1,1,7,7−テトラメチル−2,3,6,7−テトラヒドロ−1H,5H−ベンゾ[ij]キノリジン−9−イル)エテニル]−4H−ピラン−4−イリデン}プロパンジニトリル(略称:DCJTI)、2−{2−tert−ブチル−6−[2−(1,1,7,7−テトラメチル−2,3,6,7−テトラヒドロ−1H,5H−ベンゾ[ij]キノリジン−9−イル)エテニル]−4H−ピラン−4−イリデン}プロパンジニトリル(略称:DCJTB)、2−(2,6−ビス{2−[4−(ジメチルアミノ)フェニル]エテニル}−4H−ピラン−4−イリデン)プロパンジニトリル(略称:BisDCM)、2−{2,6−ビス[2−(8−メトキシ−1,1,7,7−テトラメチル−2,3,6,7−テトラヒドロ−1H,5H−ベンゾ[ij]キノリジン−9−イル)エテニル]−4H−ピラン−4−イリデン}プロパンジニトリル(略称:BisDCJTM)などが挙げられる。燐光発光性材料としては、例えば、ビス[2−(4’,6’−ジフルオロフェニル)ピリジナト−N,C2’]イリジウム(III)テトラキス(1−ピラゾリル)ボラート(略称:FIr6)、の他、発光波長が470nm〜500nmの範囲にある、ビス[2−(4’,6’−ジフルオロフェニル)ピリジナト−N,C2’]イリジウム(III)ピコリナート(略称:FIrpic)、ビス[2−(3’,5’−ビストリフルオロメチルフェニル)ピリジナト−N,C2’]イリジウム(III)ピコリナート(略称:Ir(CFppy)(pic))、ビス[2−(4’,6’−ジフルオロフェニル)ピリジナト−N,C2’]イリジウム(III)アセチルアセトナート(略称:FIracac)、発光波長が500nm(緑色発光)以上のトリス(2−フェニルピリジナト)イリジウム(III)(略称:Ir(ppy))、ビス(2−フェニルピリジナト)イリジウム(III)アセチルアセトナート(略称:Ir(ppy)(acac))、トリス(アセチルアセトナト)(モノフェナントロリン)テルビウム(III)(略称:Tb(acac)(Phen))、ビス(ベンゾ[h]キノリナト)イリジウム(III)アセチルアセトナート(略称:Ir(bzq)(acac))、ビス(2,4−ジフェニル−1,3−オキサゾラト−N,C2’)イリジウム(III)アセチルアセトナート(略称:Ir(dpo)(acac))、ビス[2−(4’−パーフルオロフェニルフェニル)ピリジナト]イリジウム(III)アセチルアセトナート(略称:Ir(p−PF−ph)(acac))、ビス(2−フェニルベンゾチアゾラト−N,C2’)イリジウム(III)アセチルアセトナート(略称:Ir(bt)(acac))、ビス[2−(2’−ベンゾ[4,5−α]チエニル)ピリジナト−N,C3’]イリジウム(III)アセチルアセトナート(略称:Ir(btp)(acac))、ビス(1−フェニルイソキノリナト−N,C2’)イリジウム(III)アセチルアセトナート(略称:Ir(piq)(acac))、(アセチルアセトナト)ビス[2,3−ビス(4−フルオロフェニル)キノキサリナト]イリジウム(III)(略称:Ir(Fdpq)(acac))、(アセチルアセトナト)ビス(2,3,5−トリフェニルピラジナト)イリジウム(III)(略称:Ir(tppr)(acac))、2,3,7,8,12,13,17,18−オクタエチル−21H,23H−ポルフィリン白金(II)(略称:PtOEP)、トリス(1,3−ジフェニル−1,3−プロパンジオナト)(モノフェナントロリン)ユーロピウム(III)(略称:Eu(DBM)(Phen))、トリス[1−(2−テノイル)−3,3,3−トリフルオロアセトナト](モノフェナントロリン)ユーロピウム(III)(略称:Eu(TTA)(Phen))等が挙げられる。以上のような材料又は他の公知の材料の中から、各々の発光素子における発光色を考慮し選択すれば良い。
ホスト材料を用いる場合は、例えばトリス(8−キノリノラト)アルミニウム(III)(略称:Alq)、トリス(4−メチル−8−キノリノラト)アルミニウム(III)(略称:Almq)、ビス(10−ヒドロキシベンゾ[h]キノリナト)ベリリウム(II)(略称:BeBq)、ビス(2−メチル−8−キノリノラト)(4−フェニルフェノラト)アルミニウム(III)(略称:BAlq)、ビス(8−キノリノラト)亜鉛(II)(略称:Znq)、ビス[2−(2−ベンゾオキサゾリル)フェノラト]亜鉛(II)(略称:ZnPBO)、ビス[2−(2−ベンゾチアゾリル)フェノラト]亜鉛(II)(略称:ZnBTZ)などの金属錯体、2−(4−ビフェニリル)−5−(4−tert−ブチルフェニル)−1,3,4−オキサジアゾール(略称:PBD)、1,3−ビス[5−(p−tert−ブチルフェニル)−1,3,4−オキサジアゾール−2−イル]ベンゼン(略称:OXD−7)、3−(4−ビフェニリル)−4−フェニル−5−(4−tert−ブチルフェニル)−1,2,4−トリアゾール(略称:TAZ)、2,2’,2’’−(1,3,5−ベンゼントリイル)トリス(1−フェニル−1H−ベンゾイミダゾール)(略称:TPBI)、バソフェナントロリン(略称:BPhen)、バソキュプロイン(略称:BCP)、9−[4−(5−フェニル−1,3,4−オキサジアゾール−2−イル)フェニル]−9H−カルバゾール(略称:CO11)などの複素環化合物、NPB(またはα−NPD)、TPD、BSPBなどの芳香族アミン化合物が挙げられる。また、アントラセン誘導体、フェナントレン誘導体、ピレン誘導体、クリセン誘導体、ジベンゾ[g,p]クリセン誘導体等の縮合多環芳香族化合物が挙げられ、具体的には、9,10−ジフェニルアントラセン(略称:DPAnth)、N,N−ジフェニル−9−[4−(10−フェニル−9−アントリル)フェニル]−9H−カルバゾール−3−アミン(略称:CzA1PA)、4−(10−フェニル−9−アントリル)トリフェニルアミン(略称:DPhPA)、4−(9H−カルバゾール−9−イル)−4’−(10−フェニル−9−アントリル)トリフェニルアミン(略称:YGAPA)、N,9−ジフェニル−N−[4−(10−フェニル−9−アントリル)フェニル]−9H−カルバゾール−3−アミン(略称:PCAPA)、N,9−ジフェニル−N−{4−[4−(10−フェニル−9−アントリル)フェニル]フェニル}−9H−カルバゾール−3−アミン(略称:PCAPBA)、N,9−ジフェニル−N−(9,10−ジフェニル−2−アントリル)−9H−カルバゾール−3−アミン(略称:2PCAPA)、6,12−ジメトキシ−5,11−ジフェニルクリセン、N,N,N’,N’,N’’,N’’,N’’’,N’’’−オクタフェニルジベンゾ[g,p]クリセン−2,7,10,15−テトラアミン(略称:DBC1)、9−[4−(10−フェニル−9−アントリル)フェニル]−9H−カルバゾール(略称:CzPA)、3,6−ジフェニル−9−[4−(10−フェニル−9−アントリル)フェニル]−9H−カルバゾール(略称:DPCzPA)、9,10−ビス(3,5−ジフェニルフェニル)アントラセン(略称:DPPA)、9,10−ジ(2−ナフチル)アントラセン(略称:DNA)、2−tert−ブチル−9,10−ジ(2−ナフチル)アントラセン(略称:t−BuDNA)、9,9’−ビアントリル(略称:BANT)、9,9’−(スチルベン−3,3’−ジイル)ジフェナントレン(略称:DPNS)、9,9’−(スチルベン−4,4’−ジイル)ジフェナントレン(略称:DPNS2)、3,3’,3’’−(ベンゼン−1,3,5−トリイル)トリピレン(略称:TPB3)などを挙げることができる。これら及び公知の物質の中から、各々が分散する発光中心物質のエネルギーギャップ(燐光発光の場合は三重項エネルギー)より大きなエネルギーギャップ(三重項エネルギー)を有する物質を有し、且つ各々の層が有すべき輸送性に合致した輸送性を示す物質を選択すればよい。
電子輸送層704は、電子輸送性の高い物質を含む層である。例えば、トリス(8−キノリノラト)アルミニウム(略称:Alq)、トリス(4−メチル−8−キノリノラト)アルミニウム(略称:Almq)、ビス(10−ヒドロキシベンゾ[h]キノリナト)ベリリウム(略称:BeBq)、ビス(2−メチル−8−キノリノラト)(4−フェニルフェノラト)アルミニウム(略称:BAlq)など、キノリン骨格またはベンゾキノリン骨格を有する金属錯体等からなる層である。また、この他ビス[2−(2−ヒドロキシフェニル)ベンズオキサゾラト]亜鉛(略称:Zn(BOX))、ビス[2−(2−ヒドロキシフェニル)ベンゾチアゾラト]亜鉛(略称:Zn(BTZ))などのオキサゾール系、チアゾール系配位子を有する金属錯体なども用いることができる。さらに、金属錯体以外にも、2−(4−ビフェニリル)−5−(4−tert−ブチルフェニル)−1,3,4−オキサジアゾール(略称:PBD)や、1,3−ビス[5−(p−tert−ブチルフェニル)−1,3,4−オキサジアゾール−2−イル]ベンゼン(略称:OXD−7)、3−(4−ビフェニリル)−4−フェニル−5−(4−tert−ブチルフェニル)−1,2,4−トリアゾール(略称:TAZ)、バソフェナントロリン(略称:BPhen)、バソキュプロイン(略称:BCP)なども用いることができる。ここに述べた物質は、主に10−6cm/Vs以上の電子移動度を有する物質である。なお、正孔よりも電子の輸送性の高い物質であれば、上記以外の物質を電子輸送層704として用いても構わない。
また、電子輸送層704は、単層のものだけでなく、上記物質からなる層が二層以上積層したものとしてもよい。
また、電子輸送層704と発光層703との間に電子キャリアの移動を制御する層を設けても良い。これは上述したような電子輸送性の高い材料に、電子トラップ性の高い物質を少量添加した層であって、電子キャリアの移動を抑制することによって、キャリアバランスを調節することが可能となる。このような構成は、発光層703を電子が突き抜けてしまうことにより発生する問題(例えば素子寿命の低下)の抑制に大きな効果を発揮する。
電子注入層705としては、フッ化リチウム(LiF)、フッ化セシウム(CsF)、フッ化カルシウム(CaF)等のようなアルカリ金属又はアルカリ土類金属又はそれらの化合物を用いることができる。例えば、電子輸送性を有する物質からなる層中にアルカリ金属又はアルカリ土類金属又はそれらの化合物を含有させたもの、例えばAlq中にマグネシウム(Mg)を含有させたもの等を用いることができる。なお、電子注入層705として、電子輸送性を有する物質からなる層中にアルカリ金属又はアルカリ土類金属を含有させたものを用いた構成は、第2の電極405からの電子注入が効率良く行われるため、より好ましい構成である。
第2の電極405は、光の取り出し方向と反対側に設けられ、反射性を有する材料を用いて形成される。反射性を有する材料としては、アルミニウム、金、白金、ニッケル、タングステン、クロム、モリブデン、鉄、コバルト、銅、又はパラジウム等の金属材料を用いることができる。なお、第2の電極405は、反射電極ともいう。
なお、上述のEL層403は、図4(B)のように、第1の電極401と第2の電極405との間に複数積層されていても良い。この場合、積層された第1のEL層800と第2のEL層801との間には、電荷発生層803を設けることが好ましい。電荷発生層803は上述の複合材料で形成することができる。また、電荷発生層803は複合材料からなる層と他の材料からなる層との積層構造でもよい。この場合、他の材料からなる層としては、電子供与性物質と電子輸送性の高い物質とを含む層や、透明導電膜からなる層などを用いることができる。このような構成を有する発光素子は、エネルギーの移動や消光などの問題が起こり難く、材料の選択の幅が広がることで高い発光効率と長い寿命とを併せ持つ発光素子とすることが容易である。また、一方のEL層で燐光発光、他方で蛍光発光を得ることも容易である。この構造は上述のEL層の構造と組み合わせて用いることができる。
特に図4(B)の構成は白色の発光を得る場合に好ましく、図4(A)の構成と組み合わせることによって高品位の発光装置及び照明装置を作製することができる。
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。
(実施の形態2)
本実施の形態では、発光装置の構造及び作製方法の一例について説明する。
図5(A)は、発光装置の断面図の一例である。
図5(A)では、半球状の部材103の底面に、発光部101を形成する。
半球状の部材103は、光を取り出す方向に設けられるため、透光性を有する材料を用いて形成される。透光性を有する材料としては、ガラス又は樹脂等が挙げられる。そして、これらの材料は、エッチング、電子ビーム、レーザービーム、又は金型等により半球状に成形することができる。
なお、樹脂としては、ポリエステル樹脂、ポリアクリルニトリル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリメチルメタクリレート樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリアミド樹脂、シクロオレフィン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリアミドイミド樹脂、またはポリ塩化ビニル樹脂などを用いることができる。
発光部101は、図4(A)又は図4(B)の構造を適用することができる。
まず、半球状の部材103の底面に、発光部101を構成する第1の電極401を形成する。第1の電極401は、上述した材料を用いてスパッタリング法や真空蒸着法などにより単層又は積層で形成することができる。
ここで、第1の電極401をマスク等を用いて島状に成膜することで、発光部101を図1又は図2で示した位置に形成することができる。なお、第1の電極401は、フォトリソグラフィ法を用いて島状に形成することもできる。
次に、第1の電極401上に、発光部101を構成するEL層403を形成する。EL層403は、上述した材料を用いて真空蒸着法などにより単層又は積層で形成することができる。
次いで、EL層403上に、発光部101を構成する第2の電極405を形成する。第2の電極405は、上述した材料を用いてスパッタリング法や真空蒸着法などにより単層又は積層で形成することができる。
ここで、第2の電極405は、第1の電極401を覆うように形成することで、反射電極としての機能を向上させることができる。また、第2の電極405は、発光領域(発光部101)においてEL層403を覆うように形成することで、反射電極として機能を向上させることができる。
なお、第1の電極401を島状とせずに、第2の電極405を島状としてもよい。また、第1の電極401及び第2の電極405を島状としてもよい。また、第1の電極401、EL層403、及び第2の電極405を島状としてもよい。
また、図5(A)では、半球状に成形された部材103に発光部101を形成しているが、発光部101を形成した後で部材103を半球状に成形してもよい。
なお、各々の電極に接続する配線及び端子等を適宜設け、発光装置を作製することができる。
図5(B)及び図5(C)は、発光装置の断面図の他の一例である。
図5(B)及び図5(C)では、半球状の部材103は、板状の部材501及び半球状の部材503を有している。
ここで、板状の部材501の材料はガラスを用いることが好ましく、半球状の部材503の材料は樹脂を用いることが好ましい。ガラス上に発光部101を形成し易く、また、樹脂は半球状に成形し易いためである。ただし、これに限定されず、各部材の材料は適宜選択することができる。
図5(B)では、板状の部材501の一方の面に、発光部101を形成する。そして、板状の部材501の他方の面に、半球状の部材503を形成する。
図5(C)では、板状の部材501の一方の面に、発光部101を形成する。そして、板状の部材501の一方の面に、発光部101を覆うように半球状の部材503を形成する。
なお、発光部101の構造及び作製方法については、図5(A)と同様である。
なお、図3で示したように、球状の部材111を用いてもよい。また、図9で示したように、多角球状の部材121を用いてもよい。
また、半球状の部材(又は球状の部材、多角球状の部材)は、作製上の微差により、扁平等が生じているものも含む。半球状の部材(又は球状の部材、多角球状の部材)と大気との間において、全反射を極力小さくすることが可能な形状を採用することができる。
なお、半球状の部材(又は球状の部材、多角球状の部材)の屈折率を、発光部が有する発光層の屈折率以上としてもよい。そうすることで、光が半球状の部材(又は球状の部材、多角球状の部材)に入射する際に、全反射を抑制することができる。また、図5(B)の場合、光は板状の部材及び半球状の部材(又は球状の部材、多角球状の部材)に順に入射されるため、半球状の部材(又は球状の部材、多角球状の部材)の屈折率を板状の部材の屈折率以上とし、板状の部材の屈折率を発光層の屈折率以上としてもよい。そうすることで、光が板状の部材に入射する際、及び、光が半球状の部材(又は球状の部材、多角球状の部材)に入射する際に、全反射を抑制することができる。
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。
(実施の形態3)
本実施の形態では、発光装置の構造及び作製方法の一例について説明する。
図6(A)は発光装置の断面図の一例であり、図6(B)は発光装置の平面図の一例である。
図6の発光装置は、複数の発光部601と、発光部601の各々に重なって設けられた複数の半球状の部材603とを有している。すなわち、発光部601と半球状の部材603とが対になった素子を複数有している。
そして、図6(B)のように、当該複数の素子は、最密充填で配置されている。図6では、素子が7個の場合を示したが、これに限定されず、素子を複数有してればよい。なお、複数の半球状の部材603が一体となり一つの部材(一体型の部材ともいう)を構成していてもよい。一体型の部材では、半球状の部分を複数有していることになる。
図6では、隣り合う発光部601の間に半球状の部材603があるため、半球状の部材603を用いない場合に比べて、発光領域は1/3程度である。発光領域が1/3になると、電流が1/3になり、消費電力(=電圧×電流)は1/3になる。
また、半球状の部材603を用いることで、上述のように光の取り出し効率が3倍程度向上するため、発光領域が1/3になっても全光束は同程度である。
そして、エネルギー効率(lm/W)=全光束(lm)/消費電力(W)の関係式を考慮すると、図6の発光装置では、エネルギー効率を3倍程度向上させることができる。
また、図6における半球状の部材603の半径は、図1における半球状の部材103の半径bの1/3である。そして、半径bの円605の内側に、素子が最密充填で配置されている。図6のように素子を配置することで、図1と比較して光の取り出し効率を同等とし、且つ、発光装置の断面の厚さを1/3とすることができる。すなわち、薄く、取り出し効率の高い発光装置を提供することができる。
ここで、最密充填とは、複数の半球状の部材が隣り合う部分607において、極力隙間が生じないように設けることであり、作製上の微差により多少の隙間が生じた場合も含むものとする。また、複数の半球状の部材が最密充填されていればよく、必ずしも図6(B)のように所定の円605を規定する必要はない。また、図9のように、多角球状の部材121を用いることで、底面が多角形であるため、複数の多角球状の部材の隙間をより小さくすることができる。
なお、発光部601を設ける位置及び発光部601の構造は、図1〜図3と同様である。
次に、素子を複数有する場合において、発光装置の作製方法の一例を説明する。
図7(A)は、発光装置の断面図の一例である。
図7(A)では、最密充填で配置された複数の半球状の部材603の底面に、発光部601を形成する。なお、上述のように、複数の半球状の部材603が一体となって一つの部材を構成していてもよい。一体となっていることで、発光装置の作製が容易である。
発光部601は、図4(A)又は図4(B)の構造を適用することができる。
まず、各々の半球状の部材603上に、発光部601を構成する第1の電極401を形成する。第1の電極401は、上述した材料を用いてスパッタリング法や真空蒸着法などにより単層又は積層で形成することができる。
ここで、各々の第1の電極401をマスク等を用いて島状に成膜することで、発光部601を図1又は図2で示した位置に形成することができる。なお、第1の電極401は、フォトリソグラフィ法を用いて島状に形成することもできる。
次に、各々の第1の電極401上に、発光部601を構成するEL層403を形成する。EL層403は、上述した材料を用いて真空蒸着法などにより単層又は積層で形成することができる。
次いで、各々のEL層403上に、発光部601を構成する第2の電極405を形成する。第2の電極405は、上述した材料を用いてスパッタリング法や真空蒸着法などにより単層又は積層で形成することができる。
ここで、第2の電極405は、第1の電極401を覆うように形成することで、反射電極としての機能を向上させることができる。また、第2の電極405は、発光領域(発光部601)においてEL層403を覆うように形成することで、反射電極として機能を向上させることができる。
なお、第1の電極401を島状とせずに、第2の電極405を島状としてもよい。また、第1の電極401及び第2の電極405を島状としてもよい。また、第1の電極401、EL層403、及び第2の電極405を島状としてもよい。
また、図7(A)では、半球状に成形された部材603に発光部601を形成しているが、発光部601を形成した後で部材603を半球状に成形してもよい。
なお、各々の電極に接続する配線及び端子等を適宜設け、発光装置を作製することができる。
図7(B)及び図7(C)は、発光装置の断面図の他の一例である。
図7(B)及び図7(C)では、発光装置は、板状の部材700及び複数の半球状の部材603を有している。
ここで、板状の部材700の材料はガラスを用いることが好ましく、半球状の部材603の材料は樹脂を用いることが好ましい。ガラス上に発光部601を形成し易く、また、樹脂は半球状に成形し易いためである。ただし、これに限定されず、各部材の材料は適宜選択することができる。
図7(B)では、板状の部材700の一方の面に、複数の発光部601を形成する。そして、板状の部材700の他方の面に、各々の発光部601と重なるように半球状の部材603を形成する。
図7(C)では、板状の部材700の一方の面に、複数の発光部601を形成する。そして、板状の部材700の一方の面に、各々の発光部601を覆うように半球状の部材603を形成する。
なお、発光部601の構造及び作製方法については、図7(A)と同様である。
なお、図3で示したように、球状の部材111を用いてもよい。
また、半球状の部材(又は球状の部材、多角球状の部材)は、作製上の微差により、扁平等が生じているものも含む。例えば頂部又は側部に平面を有していてもよい。半球状の部材(又は球状の部材、多角球状の部材)と大気との間において、全反射を極力小さくすることが可能な形状を採用することができる。
なお、半球状の部材(又は球状の部材、多角球状の部材)の屈折率を、発光部が有する発光層の屈折率以上としてもよい。そうすることで、光が半球状の部材(又は球状の部材、多角球状の部材)に入射する際に、全反射を抑制することができる。また、図7(B)の場合、光は板状の部材及び半球状の部材(又は球状の部材、多角球状の部材)に順に入射されるため、半球状の部材(又は球状の部材、多角球状の部材)の屈折率を板状の部材の屈折率以上とし、板状の部材の屈折率を発光層の屈折率以上としてもよい。そうすることで、光が板状の部材に入射する際、及び、光が半球状の部材(又は球状の部材、多角球状の部材)に入射する際に、全反射を抑制することができる。
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。
(実施の形態4)
本実施の形態では、電子機器の一例について説明する。
図8(A)は、本発明の発光装置を、照明装置である電気スタンドとして用いた例である。電気スタンドは、筐体1001と、光源1003とを有している。そして、光源1003として、本発明の発光装置が用いられている。
図8(B)は、本発明の発光装置を、室内の照明装置として用いた例である。照明装置は、筐体1101と、光源1103とを有している。そして、光源1103として、本発明の発光装置が用いられている。
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。
101 発光部
103 半球状の部材
105 外部
107 端部
108 底面
109 円
111 球状の部材
113 面
121 多角球状の部材
123 底面
125 円
401 第1の電極
403 EL層
405 第2の電極
501 板状の部材
503 半球状の部材
601 発光部
603 半球状の部材
605 円
607 部分
700 板状の部材
701 正孔注入層
702 正孔輸送層
703 発光層
704 電子輸送層
705 電子注入層
800 EL層
801 EL層
803 電荷発生層
1001 筐体
1003 光源
1101 筐体
1103 光源

Claims (6)

  1. 複数の発光部と、
    前記複数の発光部の各々に重なって設けられた複数の半球状の部材とを有し、
    前記複数の半球状の部材は、隣り合う部分において隙間が生じないように設けられていることを特徴とする発光装置。
  2. 板状の部材と、
    前記板状の部材の一方の面に設けられた複数の発光部と、
    前記板状の部材の他方の面に、前記複数の発光部の各々に重なって設けられた複数の半球状の部材とを有し、
    前記複数の半球状の部材は、隣り合う部分において隙間が生じないように設けられていることを特徴とする発光装置。
  3. 複数の発光部と、
    前記複数の発光部の各々に重なって設けられた複数の半球状の部材とを有し、
    前記半球状の部材の屈折率をnとし、前記半球状の部材の底面の半径をbとすると、前記発光部は、前記半球状の部材の底面の中心から半径r=b/nの円の内側に設けられていることを特徴とする発光装置。
  4. 板状の部材と、
    前記板状の部材の一方の面に設けられた複数の発光部と、
    前記板状の部材の他方の面に、前記複数の発光部の各々に重なって設けられた複数の半球状の部材とを有し、
    前記半球状の部材の屈折率をnとし、前記半球状の部材の底面の半径をbとすると、前記発光部は、前記半球状の部材の底面の中心から半径r=b/nの円の内側に設けられていることを特徴とする発光装置。
  5. 請求項2又は請求項4において、
    前記板状の部材はガラスであり、
    前記半球状の部材は樹脂であることを特徴とする発光装置。
  6. 請求項1乃至請求項5に記載の発光装置を用いて作製されたことを特徴とする照明装置。
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