JP2012243494A - Light emitting element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、凹凸構造の光取り出し面を有する発光素子に関する。 The present invention relates to a light emitting element having a light extraction surface with a concavo-convex structure.
現在、薄型の発光材料として有機発光素子やLED(Light Emitting Diode)などが注目されている。例えば、有機発光素子は、低電力で高い輝度を得ることができ、視認性、応答速度、寿命、消費電力の点で優れている。一方、有機発光素子の光の利用効率は20%程度であり、素子内での損失が大きい。 At present, organic light-emitting elements and LEDs (Light Emitting Diodes) are attracting attention as thin light-emitting materials. For example, an organic light emitting device can obtain high luminance with low power, and is excellent in terms of visibility, response speed, life, and power consumption. On the other hand, the light use efficiency of the organic light emitting device is about 20%, and the loss in the device is large.
図23は、従来の有機発光素子の概略断面図である。有機発光素子100は、図中の下層から順に、金属電極101、屈折率が約1.8の有機発光層102、屈折率が約1.8の透明電極103、屈折率が約1.5の透明基板104が積層されて構成される。図中の110a〜110eの矢印は有機発光層102から発生した光のうち特徴的なものを示している。
FIG. 23 is a schematic cross-sectional view of a conventional organic light emitting device. The organic
光110aは、発光面である有機発光層102に対して垂直方向の光であり、透明基板104を透過して光取り出し側(空気側)に取り出される。光110bは、透明基板104と空気との界面に臨界角以下の浅い角度で入射した光であり、透明基板104と空気との界面で屈折して光取り出し側に取り出される。光110cは、透明基板104と空気との界面に臨界角より深い角度で入射した光であり、透明基板104と空気との界面で全反射して光取り出し側に取り出せない光である。これによる損失を基板損失と呼び、通常20%程度の損失がある。
The
光110dは、透明電極103と透明基板104との界面に臨界角より深い角度で入射した光のうち共振条件を満たした光であり、透明電極103と透明基板104との界面で全反射して導波モードが発生し、有機発光層102及び透明電極103内に閉じ込められる光である。これによる損失を導波損失と呼び、通常20〜25%程度の損失がある。光110eは、金属電極101へ入射して金属電極101内の自由電子と作用し、導波モードの一種であるプラズモンモードが発生して金属電極101の表面近傍に閉じ込められる光である。これによる損失をプラズモン損失と呼び、通常30〜40%程度の損失がある。
The
このように、従来の有機発光素子100においては、基板損失、導波損失及びプラズモン損失があるので、それらの損失を少なくし、より多くの光を取り出すことが課題となっている。
As described above, the conventional organic
例えば、特許文献1には、基板損失を低減して光取り出し効率を向上させるために、基板表面にマイクロレンズシートを設けた構成が開示されている。また、特許文献2には、基板損失を低減して光取り出し効率を向上させるために、基板表面に光拡散層を設けた構成が開示されている。また、特許文献3には、基板損失を低減して光取り出し効率を向上させるとともに、観察角度による色味の変化を少なくするために、基板表面に透明樹脂及び微粒子を含んだ凹凸構造層を設けた構成が開示されている。
For example,
上記の特許文献1、2の技術は、いずれも透明基板の空気との界面の形状を工夫することによって基板損失を減らし、光取り出し効率を向上させようとするものであり、特許文献3は、それに加えて観察角度による色味の変化、いわゆる色ずれを少なくしようとするものである。
The techniques of the
このように、特許文献1、2の構成では1つの課題(光取り出し効率向上)しか解決できないので、色ずれの課題を解決するためには他の構成を追加しなければならない。一方、特許文献3の構成では2つの課題を解決することができる。しかしながら、特許文献3の構成では凹凸構造の中に微粒子を混ぜ込まなければならず、複雑な構成となっている。構成が複雑になると生産性が低下するとともに、コストが上昇するという問題が生じる。そして、これらの問題は有機発光素子だけでなくLEDなど他の発光素子でもいえることである。
As described above, since the configurations of
そこで本発明は、簡単な構成で光取り出し効率を向上させるとともに、色ずれも少なくした発光素子を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a light emitting element that improves light extraction efficiency with a simple structure and reduces color misregistration.
上記目的を達成するために本発明は、凹凸構造の光取り出し面を有する発光素子において、前記凹凸構造は、平面部と、該平面部より凹んだ凹部とで形成され、前記光取り出し面を前記平面部に垂直な方向に投影した面積に対する前記平面部の面積の割合が0〜25%であり、前記凹部の開口部の長さに対する前記凹部の深さのアスペクト比が0.75以上であることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention provides a light emitting device having a light extraction surface with a concavo-convex structure, wherein the concavo-convex structure is formed of a flat portion and a concave portion recessed from the flat portion, and the light extraction surface is The ratio of the area of the plane part to the area projected in the direction perpendicular to the plane part is 0 to 25%, and the aspect ratio of the depth of the recess to the length of the opening of the recess is 0.75 or more. It is characterized by that.
上記の発光素子において、前記凹部の形状が、楕円半球、円錐、円錐台、四角錐又は四角錐台であることが望ましい。 In the above light emitting device, it is preferable that the shape of the concave portion is an elliptical hemisphere, a cone, a truncated cone, a quadrangular pyramid, or a quadrangular pyramid.
また本発明は、凹凸構造の光取り出し面を有する発光素子において、前記凹凸構造は、平面部と、該平面部より突出した凸部とで形成され、前記光取り出し面を前記平面部に垂直な方向に投影した面積に対する前記平面部の面積の割合が0〜25%であり、前記凸部の基部の長さに対する前記凸部の高さのアスペクト比が1.0以上であることを特徴とする。 According to the present invention, in the light-emitting element having a light extraction surface with a concavo-convex structure, the concavo-convex structure is formed by a flat portion and a convex portion protruding from the flat portion, and the light extraction surface is perpendicular to the flat portion. The ratio of the area of the planar portion to the area projected in the direction is 0 to 25%, and the aspect ratio of the height of the convex portion to the length of the base portion of the convex portion is 1.0 or more. To do.
上記の発光素子において、前記凸部の形状が、楕円半球、円錐、円錐台、四角錐又は四角錐台であることが望ましい。 In the above light-emitting element, it is desirable that the shape of the convex portion is an elliptical hemisphere, a cone, a truncated cone, a quadrangular pyramid, or a quadrangular pyramid.
また上記の発光素子において、前記凹凸構造の光取り出し面が透明基板上に設けられ、前記透明基板の屈折率をnとした場合、前記透明基板の空気配光分布が1/n2よりも大きいことが望ましい。 In the light emitting device, the light extraction surface of the concavo-convex structure is provided on a transparent substrate, and when the refractive index of the transparent substrate is n, the air light distribution of the transparent substrate is larger than 1 / n 2. It is desirable.
また上記の発光素子において、前記凹凸構造の光取り出し面が透明基板上に設けられ、前記凹凸構造と前記透明基板とが同じ屈折率を有することが望ましい。 In the above light-emitting element, it is preferable that the light extraction surface of the concavo-convex structure is provided on a transparent substrate, and the concavo-convex structure and the transparent substrate have the same refractive index.
また上記の発光素子において、前記凹凸構造の光取り出し面が透明基板上に設けられ、前記凹凸構造と前記透明基板とが近い屈折率を有することが望ましい。 In the light-emitting element, it is preferable that the light extraction surface of the concavo-convex structure is provided on a transparent substrate, and the concavo-convex structure and the transparent substrate have a close refractive index.
本発明によると、光取り出し面の凹凸構造のアスペクト比と平面部の面積の割合を最適化することにより、簡単な構成で光取り出し効率を向上させるとともに、色ずれも少なくすることができる。 According to the present invention, by optimizing the aspect ratio of the concavo-convex structure on the light extraction surface and the ratio of the area of the planar portion, it is possible to improve the light extraction efficiency with a simple configuration and to reduce color misregistration.
本発明の発光素子の一例として以下の実施形態では有機発光素子を用いて説明するが、無機発光素子、LEDなど各種発光素子にも同様に適用できる。 As an example of the light-emitting element of the present invention, the following embodiment will be described using an organic light-emitting element, but it can be similarly applied to various light-emitting elements such as inorganic light-emitting elements and LEDs.
〈有機発光素子の構成〉
図1は、本発明の一実施形態の有機発光素子の概略断面図であり、図2は、その一部の平面図である。有機発光素子10は、図中の下層から順に、裏面電極11、有機発光層12、透明電極13、透明基板14、マイクロレンズシート15が積層されて構成される。この有機発光素子10は、いわゆるボトムエミッション方式である。
<Configuration of organic light-emitting element>
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an organic light-emitting device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a plan view of a part thereof. The organic
説明の便宜上、図1において、紙面の左右方向をX方向、紙面に垂直な方向をY方向、紙面の上下方向(各層の積層方向)をZ方向と定義する。 For convenience of explanation, in FIG. 1, the left-right direction of the paper surface is defined as the X direction, the direction perpendicular to the paper surface is defined as the Y direction, and the vertical direction of the paper surface (stacking direction of each layer) is defined as the Z direction.
裏面電極11は、陽極又は陰極としての役割と光を透明基板14側に反射させるミラーとしての役割があり、例えば、アルミニウム、銀、ニッケル、チタン、ナトリウム、カルシウム等の反射率が60%以上の金属材料又はそれらの何れかを含む合金などを用いることができる。
The
有機発光層12は、発光層を含む有機化合物または錯体の単層または複数層であり、例えば、陽極と接する正孔輸送層、発光材料で形成された発光層、陰極と接する電子輸送層等からなり、数nmから数百nmの厚みである。屈折率は1.8前後である。また、フッ化リチウム層や無機金属塩の層或いはそれらを含有する層等が、任意の位置に形成されていてもよい。発光層は少なくとも一種の発光材からなるもので、蛍光発光性化合物又は燐光発光性化合物等を用いることができる。
The organic
有機発光層12の構成としては、上述の構成も含めて例えば、以下の(i)〜(v)の構成などを採用できる。
(i)(陽極)/発光層/電子輸送層/(陰極)
(ii)(陽極)/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/(陰極)
(iii)(陽極)/正孔輸送層/発光層/正孔阻止層/電子輸送層/(陰極)
(iv)(陽極)/正孔輸送層/発光層/正孔阻止層/電子輸送層/電子注入層/(陰極)
(v)(陽極)/正孔注入層/正孔輸送層/発光層/正孔阻止層/電子輸送層/電子注入層/(陰極)
As the configuration of the organic
(I) (anode) / light emitting layer / electron transport layer / (cathode)
(Ii) (anode) / hole transport layer / light emitting layer / electron transport layer / (cathode)
(Iii) (anode) / hole transport layer / light emitting layer / hole blocking layer / electron transport layer / (cathode)
(Iv) (anode) / hole transport layer / light emitting layer / hole blocking layer / electron transport layer / electron injection layer / (cathode)
(V) (anode) / hole injection layer / hole transport layer / light emitting layer / hole blocking layer / electron transport layer / electron injection layer / (cathode)
正孔輸送層は正孔を輸送する機能を有する材料からなり、広い意味で正孔注入層、電子阻止層も正孔輸送層に含まれる。正孔輸送層は単層または複数層設けることができる。 The hole transport layer is made of a material having a function of transporting holes, and in a broad sense, a hole injection layer and an electron blocking layer are also included in the hole transport layer. The hole transport layer can be provided as a single layer or a plurality of layers.
電子輸送層は電子を輸送する機能を有する材料からなり、広い意味で電子注入層、正孔阻止層も電子輸送層に含まれる。電子輸送層は単層または複数層設けることができる。 The electron transport layer is made of a material having a function of transporting electrons, and in a broad sense, an electron injection layer and a hole blocking layer are also included in the electron transport layer. The electron transport layer can be provided as a single layer or a plurality of layers.
正孔阻止層とは広い意味では電子輸送層の機能を有し、電子を輸送する機能を有しつつ正孔を輸送する能力が著しく小さい正孔阻止材料からなり、電子を輸送しつつ正孔を阻止することで電子と正孔の再結合確率を向上させることができる。 The hole blocking layer has a function of an electron transport layer in a broad sense, and is made of a hole blocking material that has a function of transporting electrons and has a remarkably small ability to transport holes. The probability of recombination of electrons and holes can be improved by blocking.
正孔注入層及び電子注入層とは、駆動電圧低下や発光輝度向上のために電極と発光層間に設けられる層のことである。 The hole injection layer and the electron injection layer are layers provided between the electrode and the light emitting layer in order to lower the driving voltage and improve the light emission luminance.
透明電極13は、裏面電極11の反対電極であり、例えば、CuI、インジウムチンオキシド(ITO)、SnO2、ZnO等の透過率が40%以上の導電性透明材料を用いることができる。屈折率は有機発光層12と同じく1.8前後である。
The
透明基板14は透明材料であり、例えば、0.1〜1mmの厚みである。屈折率は1.5前後〜1.8前後である。
The
透明基板14としては、例えば、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリカーボネート(PC)、ポリスチレン(PS)、ポリビニルクロライド(PVC)等の樹脂や水晶などを用いることができる。好ましくは、有機発光素子にフレキシブル性を与えることが可能な樹脂フィルムである。透明基板14をフレキシブルなフィルム状の基材で形成することにより、面光源を湾曲させることができ、種々の方向に向かって発光させることができる。
As the
マイクロレンズシート15は、光の角度を変える素子であり、光取り出し側の表面(光取り出し面)が凹凸形状(凹凸構造)であればよく、例えば、楕円半球、円錐、円錐台、四角錐、四角錐台、その他の角錐、角錐台などの凹又は凸形状を採用できる。図1では凸形状の楕円半球を採用している。
The
図2に示すように、マイクロレンズシート15の凹凸構造は、楕円半球の凸部15aと、凸部15a同士の隙間の平面部15b(X−Y面)とで形成されている。換言すれば、マイクロレンズシート15の凹凸構造は、平面部15bと、平面部15bより突出した凸部15aとで形成されている。
As shown in FIG. 2, the concave-convex structure of the
これにより、図23に示した、透明基板と空気との界面で全反射して光取り出し側に取り出せなかった光110cが、マイクロレンズシート15に入射し、その凹凸構造で角度を変えられて光16a、16bとして取り出されたり、角度を変えた反射によって光16c〜16eとなり、再びマイクロレンズシート15に入射して取り出されたりする。
As a result, the light 110c shown in FIG. 23, which is totally reflected at the interface between the transparent substrate and the air and cannot be extracted to the light extraction side, is incident on the
そして、マイクロレンズシート15は、透明基板14との境界でのフレネル反射や全反射を抑える観点から、透明基板14と近い値の屈折率を有することが望ましく(例えば、透明基板の屈折率が1.5の場合、マイクロレンズシートの屈折率が1.4〜1.6)、
透明基板14と同じ値の屈折率を有することが最も望ましい(例えば、透明基板及びマイクロレンズシートの屈折率が1.5)。
The
It is most desirable to have the same refractive index as that of the transparent substrate 14 (for example, the refractive index of the transparent substrate and the microlens sheet is 1.5).
そして、マイクロレンズシート15を貼着した透明基板14上に、透明電極13と有機発光層12と裏面電極11とを積層し、一方の端部で透明電極13を露出させ、他方の端部で裏面電極11を露出させて電極部を形成し、この電極部を電源部(不図示)の各々の電源配線(不図示)に接続し、有機発光層12に所定の直流電圧を印加して発光させる。
And the
なお、有機発光素子の光取り出し面が凹凸構造であればよいので、マイクロレンズシート15の代わりに、透明基板14の表面に転写等で凹凸構造を形成してもよい。
Since the light extraction surface of the organic light emitting element only needs to have a concavo-convex structure, the concavo-convex structure may be formed on the surface of the
なお、有機発光素子10を構成する有機化合物は、水分や大気中の酸素により劣化するため、透湿防止層(ガスバリア層)で封止して外部雰囲気から遮断して使用される。この透湿防止層は、例えば、高周波スパッタリング法などにより形成することができる。
In addition, since the organic compound which comprises the organic
〈有機発光素子の作製方法〉
次に、有機発光素子10の作製方法の一例として、マイクロレンズシート/透明基板/陽極/正孔注入層/正孔輸送層/発光層/正孔阻止層/電子輸送層/電子注入層/陰極からなる素子の作製法を説明する。
<Method for manufacturing organic light-emitting element>
Next, as an example of a method for producing the organic
まず、マイクロレンズシート15を貼着した透明基板14上に陽極用物質からなる透明電極13の薄膜を1μm以下、好ましくは10nm〜200nmの膜厚になるように、蒸着やスパッタリング等の方法により形成させ陽極を作製する。
First, a thin film of a
そして、この上に有機発光層12である正孔注入層、正孔輸送層、発光層、正孔阻止層、電子輸送層、電子注入層等の有機化合物薄膜を形成させる。
Then, an organic compound thin film such as a hole injection layer, a hole transport layer, a light emitting layer, a hole blocking layer, an electron transport layer, and an electron injection layer, which is the organic
これら各層の形成方法としては、蒸着法、ウェットプロセス(スピンコート法、キャスト法、インクジェット法、印刷法)等があり、均質な膜が得られやすく、且つピンホールが生成しにくい等の点からは、スピンコート法、インクジェット法、印刷法等の塗布法による成膜が好ましい。 As a method for forming each of these layers, there are a vapor deposition method, a wet process (spin coating method, casting method, ink jet method, printing method), etc., and it is easy to obtain a uniform film and it is difficult to generate pinholes. Is preferably formed by a coating method such as a spin coating method, an ink jet method, or a printing method.
有機発光層12を溶解または分散する液媒体としては、例えば、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類、酢酸エチル等の脂肪酸エステル類、ジクロロベンゼン等のハロゲン化炭化水素類、トルエン、キシレン、メシチレン、シクロヘキシルベンゼン等の芳香族炭化水素類、シクロヘキサン、デカリン、ドデカン等の脂肪族炭化水素類、DMF、DMSO等の有機溶媒を用いることができる。また分散方法としては、超音波、高剪断力分散やメディア分散等の分散方法により分散することができる。
Examples of the liquid medium for dissolving or dispersing the organic
これらの層を形成後、その上に陰極用物質からなる裏面電極11の薄膜を1μm以下、好ましくは、50nm〜200nmの範囲の膜厚になるように、例えば、蒸着やスパッタリング等の方法により形成させ陰極を作製する。このようにして有機発光素子10が得られる。
After these layers are formed, a thin film of the
〈凹凸構造の特徴〉
図3は、図1のマイクロレンズシート15部分の拡大図である。凸部15aの基部、つまり凸部15aと平面部15bとの境界は、円形であり、その長さ(ここでは直径)をd1とする。また、凸部15aの高さをh1とする。このとき、基部の直径d1に対する凸部の高さh1のアスペクト比aは、h1/d1で表せる。例えば、a=0.5のとき凸部15aが半球になる。
<Features of uneven structure>
FIG. 3 is an enlarged view of the
図4はa<0.5の楕円半球の凹凸構造の断面図、図5はa=0.5の半球の凹凸構造の断面図、図6はa>0.5の楕円半球の凹凸構造の断面図である。 4 is a sectional view of an uneven structure of an elliptical hemisphere with a <0.5, FIG. 5 is a sectional view of an uneven structure of an elliptical hemisphere with a = 0.5, and FIG. 6 is an uneven structure of an elliptical hemisphere with a> 0.5. It is sectional drawing.
図4に示すように、a<0.5の場合、凸部で1回全反射した光(図4の矢印)は2回目以降も凸部で全反射し、透明基板側に戻ることになる。また、図5に示すように、a=0.5の場合も凸部で1回全反射した光(図5の矢印)は2回目以降も凸部で全反射し、透明基板側に戻ることになる。一方、図6に示すように、a>0.5の場合、凸部で1回全反射した光(図6の矢印)は2回目以降(図6では二回目)に凸部から空気側へ出射することがある。 As shown in FIG. 4, when a <0.5, the light that has been totally reflected once by the convex portion (arrow in FIG. 4) is totally reflected by the convex portion after the second time and returns to the transparent substrate side. . Further, as shown in FIG. 5, even when a = 0.5, the light totally reflected once by the convex portion (arrow in FIG. 5) is totally reflected by the convex portion after the second time and returns to the transparent substrate side. become. On the other hand, as shown in FIG. 6, when a> 0.5, the light that has been totally reflected once by the convex portion (the arrow in FIG. 6) goes from the convex portion to the air side after the second time (second time in FIG. 6). May be emitted.
図7は、アスペクト比aに対する1面透過率Aの関係を示すグラフである。ここでいう1面透過率とは、一度凸部に入射した光が透明基板側に戻らずに出射する割合のことである。図7では、凸部での反射回数が1回、2回、3回、4回、1000回の光について示している。 FIG. 7 is a graph showing the relationship of the single-surface transmittance A with respect to the aspect ratio a. Here, the single-surface transmittance is a ratio at which light once incident on the convex portion is emitted without returning to the transparent substrate side. In FIG. 7, the number of times of reflection at the convex portion is shown as 1, 2, 3, 4, and 1000 times.
図7から、a≦0.5の場合は凸部での反射回数によらず1面透過率がほぼ同程度であるといえる。そして、a>0.5の場合は凸部で2回以上反射して出射する光の割合が増加することで、全体の透過率がa≦0.5の場合よりも向上している。透過率の向上は光取り出し効率の向上に直結する。 From FIG. 7, when a ≦ 0.5, it can be said that the single-surface transmittance is substantially the same regardless of the number of reflections at the convex portion. And in the case of a> 0.5, the ratio of the light reflected and emitted by the convex part twice or more increases, so that the overall transmittance is improved as compared with the case of a ≦ 0.5. Improvement of the transmittance directly leads to improvement of light extraction efficiency.
また、凸部で複数回反射した光が空気側に取り出されることで、透明基板内での配光からずれた偏光方向となるので、出射方向がランダムになり、後述する色ずれが緩和する効果もある。 In addition, since the light reflected multiple times by the convex portion is extracted to the air side, the polarization direction deviates from the light distribution in the transparent substrate, so that the emission direction becomes random and the color shift described later is mitigated. There is also.
ここまでの結果から、光取り出し効率の向上と色ずれの緩和を実現するためには、図1の有機発光素子10において、凸部15aの形状をa>0.5の楕円半球とすることが好ましいと言える。
From the results so far, in order to improve the light extraction efficiency and reduce the color shift, in the organic
次に、色ずれについて検討する。光の波長、特に赤、緑、青の波長で配光分布が異なる場合、正面(0度方向)から見た色と斜め方向から見た色とがずれることに相当する。特に、照明光源等で白色光を取り出したい場合にこの色ずれが少ないことが重要となる。 Next, color misregistration will be examined. When the light distribution is different at light wavelengths, particularly red, green, and blue wavelengths, this corresponds to a shift between the color seen from the front (0 degree direction) and the color seen from the oblique direction. In particular, when it is desired to extract white light with an illumination light source or the like, it is important that this color shift is small.
ここでの色ずれは、正面(0度)方向、5度、10度、・・・80度というように、5度刻みで光を見た場合のそれぞれの角度での波長分布から決まる色度を定義し、色度を色座標で表現する。そして、正面方向での色座標を基準色座標とした場合、5度、10度、・・・というようにそれぞれの角度での色座標の0度色座標からの座標ずれ量を各角度での色ずれとする。さらに、5〜80度までの16個の色ずれの最大値を最終的な色ずれと定義する。色ずれの値が小さい程、色ずれが小さい。 The color misregistration here is chromaticity determined from the wavelength distribution at each angle when light is viewed in 5 degree increments, such as in the front (0 degree) direction, 5 degrees, 10 degrees,... 80 degrees. And chromaticity is expressed by color coordinates. When the color coordinates in the front direction are set as the reference color coordinates, the coordinate deviation amount from the 0 degree color coordinates of the color coordinates at each angle, such as 5 degrees, 10 degrees,. Color misregistration. Further, the maximum value of 16 color shifts from 5 to 80 degrees is defined as the final color shift. The smaller the color shift value, the smaller the color shift.
図8は有機発光素子10からマイクロレンズシート15を省略した場合の透明基板14内での配光分布を示す図であり、図9は有機発光素子10からマイクロレンズシート15を省略した場合の空気配光分布(空気側に出射した光の分布)を示す図である。実線が青色光、長破線が緑色光、短破線が赤色光の分布であり、正面方向にて規格化している。ここでは、空気配光分布が1/n2よりも大きな透明基板14を用いている。
FIG. 8 is a view showing a light distribution in the
図8に示すように、透明基板14内においては、斜めから見た場合、明らかに色ずれが生じていることがわかる。透明基板14内の配光が理想的な円形のランバート配光である場合、透明基板14の屈折率をnとすると、透明基板14の空気配光分布は1/n2となることが知られている。例えば、n=1.5とすると、全反射角度が約41度以内の光が空気側に出射することになる。図8では、全反射せずに空気側に出射する、約41度以内の部分のエネルギーがランバート配光の場合よりも大きくなっている。これは、空気配光分布が1/n2よりも大きな透明基板14を用いたことによる。
As shown in FIG. 8, in the
また、図9の配光分布は図8の配光分布の中央部付近の分布をそのまま全体の角度に伸ばしたような形になっている。図9でも色ずれは生じていることがわかる。透明基板14に入射した光を100%としたとき、図9での光取り出し効率は52%、色ずれは0.037となる。
Further, the light distribution shown in FIG. 9 has a shape in which the distribution near the center of the light distribution shown in FIG. 8 is extended to the entire angle as it is. FIG. 9 also shows that color misregistration has occurred. Assuming that the light incident on the
次に、有機発光素子10における凸部15aのアスペクト比aと光取り出し効率と色ずれとの関係について検討する。
Next, the relationship among the aspect ratio a of the
図10は凸部15aのアスペクト比aを変化させた場合の光取り出し効率を示すグラフであり、図11は凸部15aのアスペクト比aを変化させた場合の色ずれを示すグラフである。
FIG. 10 is a graph showing the light extraction efficiency when the aspect ratio a of the
図10に示すように、a≧0.25で光取り出し効率が良いといえる。一方、図11に示すように、a≧0.5でaが大きくなるにしたがって色ずれが小さくなっていることがわかる。そして、a≧1.0での色ずれは、マイクロレンズシート15を省略した場合の色ずれ(図9の色ずれ)である0.037を下回っている。
As shown in FIG. 10, it can be said that the light extraction efficiency is good when a ≧ 0.25. On the other hand, as shown in FIG. 11, it can be seen that the color shift decreases as a increases as a ≧ 0.5. The color misregistration when a ≧ 1.0 is less than 0.037 which is the color misregistration (color misregistration in FIG. 9) when the
したがって、光取り出し効率が十分高く、かつ、色ずれがマイクロレンズシート15を省略した場合の色ずれよりも向上するのは、a≧1.0の場合であるといえる。
Therefore, it can be said that the light extraction efficiency is sufficiently high and the color shift is improved over the color shift when the
次に、マイクロレンズシートの凹凸構造が楕円半球の凹部と平面部とで構成される有機発光素子について説明する。凹凸構造以外は上記の有機発光素子10と同様の構成である。図12は楕円半球の凹部を有する凹凸構造の断面図、図13はその平面図である。マイクロレンズシートの凹凸構造は、楕円半球の凹部20aと、凹部20a同士の隙間の平面部20bとで形成されている。換言すれば、マイクロレンズシートの凹凸構造は、平面部20bと、平面部20bより凹んだ凹部20aとで形成されている。
Next, an organic light emitting device in which the uneven structure of the microlens sheet is composed of an elliptical hemispherical concave portion and a flat portion will be described. Except for the concavo-convex structure, the organic light-emitting
凹部20aの開口部、つまり凹部20aと平面部20bとの境界は、円形であり、その長さ(ここでは直径)をd2とする。また、凹部20aの深さをh2とする。このとき、開口部の直径d2に対する凹部20aの深さh2のアスペクト比aは、h2/d2で表せる。例えば、a=0.5のとき凹部20aが半球になる。
The opening of the
この有機発光素子における凹部20aのアスペクト比aと光取り出し効率と色ずれとの関係について検討する。
The relationship between the aspect ratio a of the
図14は凹部20aのアスペクト比aを変化させた場合の光取り出し効率を示すグラフであり、図15は凹部20aのアスペクト比aを変化させた場合の色ずれを示すグラフである。
FIG. 14 is a graph showing the light extraction efficiency when the aspect ratio a of the
図14に示すように、a≧0.25で光取り出し効率が良いといえる。一方、図15に示すように、a≧0.5でaが大きくなるにしたがって色ずれが小さくなっていることがわかる。そして、a≧0.75での色ずれは、マイクロレンズシート15を省略した場合の色ずれ(図9の色ずれ)である0.037を下回っている。
As shown in FIG. 14, it can be said that the light extraction efficiency is good when a ≧ 0.25. On the other hand, as shown in FIG. 15, it can be seen that the color shift decreases as a increases as a ≧ 0.5. The color shift at a ≧ 0.75 is less than 0.037, which is the color shift when the
したがって、凹部20aを有する凹凸構造を採用したとき、光取り出し効率が十分高く、かつ、色ずれがマイクロレンズシート15を省略した場合の色ずれよりも向上するのは、a≧0.75の場合であるといえる。
Therefore, when the concavo-convex structure having the
上記では楕円半球の凸部15a又は凹部20aを有する凹凸構造について説明したが、円錐凸部、円錐凹部、四角錐凸部、四角錐凹部、円錐台凸部、円錐台凹部、四角錐台凸部、四角錐台凹部でも同様の傾向を示す。すなわち、各形状の凸部において、光取り出し効率が十分高く、かつ、色ずれがマイクロレンズシート15を省略した場合の色ずれよりも向上するのは、a≧1.0の場合である。一方、各形状の凹部において、光取り出し効率が十分高く、かつ、色ずれがマイクロレンズシート15を省略した場合の色ずれよりも向上するのは、a≧0.75の場合である。
In the above description, the concavo-convex structure having the elliptical hemispherical
図16は正四角錐の凸部を有する凹凸構造の断面図、図17はその平面図である。マイクロレンズシートの凹凸構造は、正四角錐の凸部21aと、凸部21a同士の隙間の平面部21bとで形成されている。換言すれば、マイクロレンズシートの凹凸構造は、平面部21bと、平面部21bより突出した凸部21aとで形成されている。
FIG. 16 is a cross-sectional view of a concavo-convex structure having convex portions of regular quadrangular pyramids, and FIG. 17 is a plan view thereof. The concavo-convex structure of the microlens sheet is formed by a
凸部21aの基部、つまり凸部21aと平面部21bとの境界は、正方形であり、その長さ(ここでは一辺の長さ)をd3とする。また、凸部21aの高さをh3とする。このとき、基部の一辺の長さd3に対する凸部21aの高さh3のアスペクト比aは、h3/d3で表せる。
The base of the
図18は正四角錐の凹部を有する凹凸構造の断面図、図19はその平面図である。マイクロレンズシートの凹凸構造は、正四角錐の凹部22aと、凹部22a同士の隙間の平面部22bとで形成されている。換言すれば、マイクロレンズシートの凹凸構造は、平面部22bと、平面部22bより凹んだ凹部22aとで形成されている。
18 is a cross-sectional view of a concavo-convex structure having a concave portion of a regular quadrangular pyramid, and FIG. 19 is a plan view thereof. The concavo-convex structure of the microlens sheet is formed by a
凹部22aの開口部、つまり凹部22aと平面部22bとの境界は、正四角錐であり、その長さ(ここでは一辺の長さ)をd4とする。また、凹部22aの深さをh4とする。このとき、開口部の一辺の長さd4に対する凹部22aの深さh4のアスペクト比aは、h4/d4で表せる。
The opening of the
次に、正四角錐の凹部22aの凹凸構造を例に平面部の面積について検討する。光取り出し効率を高く、色ずれを少なくするには平面部22bの面積がなるべく小さいことが好ましい。しかし、凹凸構造を転写等によって形成する場合、加工上、ある程度の平面部22bの面積が必要となる。
Next, the area of the planar portion will be examined by taking the concavo-convex structure of the
ここでは、マイクロレンズシートの各凹部22aを平面部22bに垂直な方向(Z方向)に投影した面積の和をS1とし、マイクロレンズシートの各平面部22bの面積の和をS2とする。このとき、凹凸構造の平面部22bの面積比は、マイクロレンズシートの光取り出し面を平面部22bに垂直な方向(Z方向)に投影した面積(S1+S2)に対する平面部22bの面積S2の割合として、S2/(S1+S2)で表せる。
Here, the sum of the areas of the respective
図20は正四角錐の凹部を有する凹凸構造におけるアスペクト比aに対する光取り出し効率を平面部の各種面積比について示したグラフである。図21は正四角錐の凹部を有する凹凸構造におけるアスペクト比aに対する色ずれを平面部の各種面積比について示したグラフである。図20、21では、平面部の面積比が0%、25%、50%、90%の場合について示している。 FIG. 20 is a graph showing the light extraction efficiency with respect to the aspect ratio a for various area ratios of the planar portion in a concavo-convex structure having a regular quadrangular pyramid recess. FIG. 21 is a graph showing the color shift with respect to the aspect ratio a in the concavo-convex structure having a concave portion of a regular quadrangular pyramid for various area ratios of the plane portion. 20 and 21 show the case where the area ratio of the plane portion is 0%, 25%, 50%, and 90%.
図20に示すように、平面部の面積比が0%の場合に最も光取り出し効率が良く、25%でやや効率が落ち、50、90%では無視できないほど効率が落ちている。一方、図21に示すように、a≧0.5でaが大きくなるにしたがって大まかに色ずれが小さくなっていることがわかる。特に、a≧0.5でマイクロレンズシート15を省略した場合の色ずれ(図9の色ずれ)である0.037を下回るのは、平面部の面積比が0%又は25%の場合である。
As shown in FIG. 20, the light extraction efficiency is the best when the area ratio of the flat portion is 0%, the efficiency is somewhat lowered at 25%, and the efficiency is so low that it cannot be ignored at 50 and 90%. On the other hand, as shown in FIG. 21, it can be seen that the color shift is roughly reduced as a becomes larger when a ≧ 0.5. In particular, the color misregistration (color misregistration in FIG. 9) when a ≧ 0.5 and the
したがって、正四角錐の凹部を有する凹凸構造を採用したとき、光取り出し効率が十分高く、かつ、色ずれがマイクロレンズシート15を省略した場合の色ずれよりも向上するのは、a≧0.5においては平面部の面積比が0〜25%の場合であるといえる。
Therefore, when the concavo-convex structure having the regular quadrangular pyramid recesses is adopted, the light extraction efficiency is sufficiently high and the color shift is improved more than the color shift when the
上記の各種凹凸構造の有機発光素子の一例を実施例1〜8、比較例1〜3として図22に評価結果を示す。比較例1の有機発光素子は、有機発光素子10からマイクロレンズシート15を省略したものである。実施例1の有機発光素子は、a=1の楕円半球の凸部を接するように形成した凹凸構造を有する有機発光素子10である。実施例2の有機発光素子は、a=0.75の楕円半球の凹部を接するように形成した凹凸構造を有するものである。実施例3の有機発光素子は、a=1の円錐の凸部を接するように形成した凹凸構造を有するものである。実施例4の有機発光素子は、a=0.75の円錐の凹部を接するように形成した凹凸構造を有するものである。実施例5の有機発光素子は、a=1の正四角錐の凸部を接するように形成した凹凸構造を有するものである。実施例6の有機発光素子は、a=0.75の正四角錐の凹部を接するように形成した凹凸構造を有するものである。
An evaluation result is shown in FIG. 22 as examples 1 to 8 and comparative examples 1 to 3 of examples of the organic light-emitting elements having the above-described various uneven structures. The organic light emitting device of Comparative Example 1 is obtained by omitting the
実施例7の有機発光素子は、a=0.8の正四角錐の凹部を接するように形成した凹凸構造を有するものである。実施例8の有機発光素子は、a=0.8の正四角錐の凹部と25%の平面部とからなる凹凸構造を有するものである。比較例2の有機発光素子は、a=0.8の正四角錐の凹部と50%の平面部とからなる凹凸構造を有するものである。比較例3の有機発光素子は、a=0.8の正四角錐の凹部と90%の平面部とからなる凹凸構造を有するものである。 The organic light emitting device of Example 7 has a concavo-convex structure formed so as to contact a concave portion of a regular quadrangular pyramid of a = 0.8. The organic light-emitting device of Example 8 has a concavo-convex structure composed of a regular quadrangular concave portion with a = 0.8 and a flat portion of 25%. The organic light emitting device of Comparative Example 2 has a concavo-convex structure composed of a regular quadrangular pyramid concave portion with a = 0.8 and a flat portion with 50%. The organic light emitting device of Comparative Example 3 has a concavo-convex structure composed of a regular quadrangular pyramid concave portion of a = 0.8 and a 90% flat portion.
図22において、光取り出し効率は、透明基板に入射した光を100%としたときの空気側へ取り出される光の割合である。また、倍率は、比較例1の光取り出し効率に対する各光取り出し効率の倍率である。また、光取り出し効率が良好であるものを○印、不良であるものを×印で表し、色ずれが良好であるものを○印、不良であるものを×印で表し、総合評価として光取り出し効率及び色ずれが良好であるものを○印、光取り出し効率及び/又は色ずれが不良であるものを×印で表している。 In FIG. 22, the light extraction efficiency is the ratio of light extracted to the air side when the light incident on the transparent substrate is 100%. Further, the magnification is a magnification of each light extraction efficiency with respect to the light extraction efficiency of Comparative Example 1. In addition, those with good light extraction efficiency are indicated with a mark ◯, those with a defect are indicated with a mark X, those with a good color shift are indicated with a mark ◯, those with a poor color are indicated with a mark X, and light extraction is performed as a comprehensive evaluation. Those with good efficiency and color misregistration are indicated by ○, and those with poor light extraction efficiency and / or color misregistration are indicated by x.
この結果、実施例1〜8は比較例1よりも光取り出し効率及び色ずれが良好であり、比較例2は色ずれが不良であり、比較例3は光取り出し効率が不良である。よって、実施例1〜8の有機発光素子であれば、光取り出し効率が十分高く、かつ、色ずれがマイクロレンズシート15を省略した場合の色ずれよりも向上する。
As a result, Examples 1-8 have better light extraction efficiency and color shift than Comparative Example 1, Comparative Example 2 has poor color shift, and Comparative Example 3 has poor light extraction efficiency. Therefore, with the organic light-emitting elements of Examples 1 to 8, the light extraction efficiency is sufficiently high, and the color shift is improved over the color shift when the
本発明の発光素子は、表示デバイス、ディスプレイ、各種発光光源として用いることができる。発光光源として、例えば、照明装置(家庭用照明、車内照明)、時計や液晶用バックライト、看板広告、信号機、光記憶媒体の光源、電子写真複写機の光源、光通信処理機の光源、光センサーの光源等が挙げられるが、これらに限定するものではない。特に液晶表示装置のバックライト、照明用光源としての用途に有効に用いることができる。 The light emitting element of the present invention can be used as a display device, a display, and various light sources. For example, lighting devices (home lighting, interior lighting), clock and liquid crystal backlights, billboard advertisements, traffic lights, light sources of optical storage media, light sources of electrophotographic copying machines, light sources of optical communication processors, light Although the light source of a sensor etc. are mentioned, it is not limited to these. In particular, it can be effectively used as a backlight of a liquid crystal display device and a light source for illumination.
10 有機発光素子(発光素子)
14 透明基板
15a 凸部
15b、20b 平面部
20a 凹部
d1 基部の長さ
d2 開口部の長さ
h1 凸部の高さ
h2 凹部の深さ
10 Organic light emitting devices (light emitting devices)
14
Claims (7)
前記凹凸構造は、平面部と、該平面部より凹んだ凹部とで形成され、
前記光取り出し面を前記平面部に垂直な方向に投影した面積に対する前記平面部の面積の割合が0〜25%であり、
前記凹部の開口部の長さに対する前記凹部の深さのアスペクト比が0.75以上であることを特徴とする発光素子。 In the light emitting element having the light extraction surface of the concavo-convex structure,
The concavo-convex structure is formed of a flat portion and a concave portion recessed from the flat portion,
The ratio of the area of the plane part to the area of the light extraction surface projected in the direction perpendicular to the plane part is 0 to 25%,
The aspect ratio of the depth of the recess to the length of the opening of the recess is 0.75 or more.
前記凹凸構造は、平面部と、該平面部より突出した凸部とで形成され、
前記光取り出し面を前記平面部に垂直な方向に投影した面積に対する前記平面部の面積の割合が0〜25%であり、
前記凸部の基部の長さに対する前記凸部の高さのアスペクト比が1.0以上であることを特徴とする発光素子。 In the light emitting element having the light extraction surface of the concavo-convex structure,
The concavo-convex structure is formed of a flat portion and a convex portion protruding from the flat portion,
The ratio of the area of the plane part to the area of the light extraction surface projected in the direction perpendicular to the plane part is 0 to 25%,
The aspect ratio of the height of the convex portion to the length of the base portion of the convex portion is 1.0 or more.
前記透明基板の屈折率をnとした場合、前記透明基板の空気配光分布が1/n2よりも大きいことを特徴とする請求項1〜4の何れかに記載の発光素子。 A light extraction surface of the concavo-convex structure is provided on a transparent substrate;
5. The light emitting device according to claim 1, wherein an air light distribution of the transparent substrate is larger than 1 / n 2 when a refractive index of the transparent substrate is n.
前記凹凸構造と前記透明基板とが同じ屈折率を有することを特徴とする請求項1〜5の何れかに記載の発光素子。 A light extraction surface of the concavo-convex structure is provided on a transparent substrate;
The light emitting device according to claim 1, wherein the concavo-convex structure and the transparent substrate have the same refractive index.
前記凹凸構造と前記透明基板とが近い屈折率を有することを特徴とする請求項1〜5の何れかに記載の発光素子。 A light extraction surface of the concavo-convex structure is provided on a transparent substrate;
The light emitting device according to claim 1, wherein the concavo-convex structure and the transparent substrate have a refractive index close to each other.
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