JP2773720B2 - 有機薄膜ｅｌ素子 - Google Patents
有機薄膜ｅｌ素子Info
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K50/00—Organic light-emitting devices
- H10K50/80—Constructional details
- H10K50/85—Arrangements for extracting light from the devices
- H10K50/858—Arrangements for extracting light from the devices comprising refractive means, e.g. lenses
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Electroluminescent Light Sources (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はセグメントやドット
表示等の光源に用いる有機薄膜ＥＬ素子に関するもので
ある。
表示等の光源に用いる有機薄膜ＥＬ素子に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】タンク（Ｔａｎｇ）らによって報告され
た新しいタイプの有機薄膜ＥＬ素子（アプライド・フィ
ジックス・レターズ（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ
Ｌｅｔｔｅｒｓ）、５１巻、９１３ページ、１９８７
年）は、フラット基板、陽極、正孔輸送層、発光層、陰
極によって構成されている。陽極としてはフラットなガ
ラス基板に形成された酸化インジウム錫合金（ＩＴ
Ｏ）、正孔輸送層は１，１′−ビス（４−Ｎ，Ｎ′−ジ
トリルアミノフェニル）シクロヘキサン、発光層はトリ
ス（８−ヒドロキシキノリノールアルミニウム）及び陰
極はマグネシウム−銀合金から形成されている。
た新しいタイプの有機薄膜ＥＬ素子（アプライド・フィ
ジックス・レターズ（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ
Ｌｅｔｔｅｒｓ）、５１巻、９１３ページ、１９８７
年）は、フラット基板、陽極、正孔輸送層、発光層、陰
極によって構成されている。陽極としてはフラットなガ
ラス基板に形成された酸化インジウム錫合金（ＩＴ
Ｏ）、正孔輸送層は１，１′−ビス（４−Ｎ，Ｎ′−ジ
トリルアミノフェニル）シクロヘキサン、発光層はトリ
ス（８−ヒドロキシキノリノールアルミニウム）及び陰
極はマグネシウム−銀合金から形成されている。
【０００３】タングらの有機薄膜ＥＬ素子の発光動作原
理を簡単に説明すると、まず陽極から正孔輸送層に注入
された正孔が、発光層界面に向かって移動し、陰極から
は電子が発光層に注入され発光層内を移動する。そして
発光層内に注入された正孔と電子が発光層内で再結合
し、励起状態を経て発光する。この時、有機薄膜ＥＬ素
子の外部量子効率はＥＬ量子効率と光取り出し効率の積
で示される。そしてＥＬ量子効率は発光材料や素子構造
に大きく依存し、また一方の光取り出し効率は基板や有
機薄膜の光の屈折率に大きく依存することになる。
理を簡単に説明すると、まず陽極から正孔輸送層に注入
された正孔が、発光層界面に向かって移動し、陰極から
は電子が発光層に注入され発光層内を移動する。そして
発光層内に注入された正孔と電子が発光層内で再結合
し、励起状態を経て発光する。この時、有機薄膜ＥＬ素
子の外部量子効率はＥＬ量子効率と光取り出し効率の積
で示される。そしてＥＬ量子効率は発光材料や素子構造
に大きく依存し、また一方の光取り出し効率は基板や有
機薄膜の光の屈折率に大きく依存することになる。
【０００４】現在開発されている有機薄膜ＥＬ素子は基
本的には、タングらの報告した素子構成及び材料の概念
を基に素子構成の改良をはじめ有機材料や電極等の改良
が加えられ進展したものであるが、発光の強度を上げる
ことを目的としたものとして、発光層にキナクリドン誘
導体を微量添加することにより４．１％（ｐｈｏｔｏｎ
／ｅｌｅｃｔｒｏｎ）の外部量子効率のＥＬ素子を開発
したもの（“有機半導体の実用化技術”サイエンスフォ
ーラム，Ｎｅｗ Ｔｒｉｇｇｅｒ Ｓｅｒｉｅｓ、９５
−１１６頁（１９９３））が脇本らにより報告されてい
る。
本的には、タングらの報告した素子構成及び材料の概念
を基に素子構成の改良をはじめ有機材料や電極等の改良
が加えられ進展したものであるが、発光の強度を上げる
ことを目的としたものとして、発光層にキナクリドン誘
導体を微量添加することにより４．１％（ｐｈｏｔｏｎ
／ｅｌｅｃｔｒｏｎ）の外部量子効率のＥＬ素子を開発
したもの（“有機半導体の実用化技術”サイエンスフォ
ーラム，Ｎｅｗ Ｔｒｉｇｇｅｒ Ｓｅｒｉｅｓ、９５
−１１６頁（１９９３））が脇本らにより報告されてい
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】一重項励起子の生成確
率が最大でも４０％であること以外に、有機薄膜内で発
生→放射される光を有効に外部に取り出していないこ
と、すなわち光の取り出し効率が低いことに起因して、
理論的に面状発光の有機薄膜ＥＬの外部量子効率は最大
でも約８％しか得られないことが報告されている（有機
エレクトロニクス材料研究会（Ｔｈｅ Ｊａｐａｎｅｓ
ｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ ｆｏ
ｒ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｍａｔ
ｅｒｉａｌｓ）ＷＯＲＫＳＨＯＰ９５、１〜６頁、１９
９５年）。
率が最大でも４０％であること以外に、有機薄膜内で発
生→放射される光を有効に外部に取り出していないこ
と、すなわち光の取り出し効率が低いことに起因して、
理論的に面状発光の有機薄膜ＥＬの外部量子効率は最大
でも約８％しか得られないことが報告されている（有機
エレクトロニクス材料研究会（Ｔｈｅ Ｊａｐａｎｅｓ
ｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ ｆｏ
ｒ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｍａｔ
ｅｒｉａｌｓ）ＷＯＲＫＳＨＯＰ９５、１〜６頁、１９
９５年）。
【０００６】また光の取り出し効率が低い原因として
は、次のようなことが考えられる。通常の有機薄膜ＥＬ
素子では図６に示すように、フラット基板４の裏面に有
機薄膜ＥＬ素子の発光部２が直接接続されている。この
発光部２からの出力光は、フラット基板４の裏面から基
板の中を透過して表面から取り出される。しかしながら
このような構造の有機薄膜ＥＬ素子においては、等方発
光源である有機薄膜層からの光は、図６に示したように
光取り出し側の基板面や透明電極表面への入射角が臨界
角を越えてしまうと全反射されるため、基板から外部に
取り出すことができない。例えば、有機ＥＬ発光部２の
径をＡ1 、基板の厚さをｄ1 として、Ａ1が１mmでフラ
ット基板４の厚さｄ1 が１．１mmのときには、光の取り
出し効率はおおよそ２５％になってしまう。
は、次のようなことが考えられる。通常の有機薄膜ＥＬ
素子では図６に示すように、フラット基板４の裏面に有
機薄膜ＥＬ素子の発光部２が直接接続されている。この
発光部２からの出力光は、フラット基板４の裏面から基
板の中を透過して表面から取り出される。しかしながら
このような構造の有機薄膜ＥＬ素子においては、等方発
光源である有機薄膜層からの光は、図６に示したように
光取り出し側の基板面や透明電極表面への入射角が臨界
角を越えてしまうと全反射されるため、基板から外部に
取り出すことができない。例えば、有機ＥＬ発光部２の
径をＡ1 、基板の厚さをｄ1 として、Ａ1が１mmでフラ
ット基板４の厚さｄ1 が１．１mmのときには、光の取り
出し効率はおおよそ２５％になってしまう。
【０００７】このため、従来のような構成では有機薄膜
ＥＬ素子からの光を有効に取り出せていない分、高輝度
が要求される場合、更に高い電圧をかけなければならず
消費電力の増加を招く結果となっていた。
ＥＬ素子からの光を有効に取り出せていない分、高輝度
が要求される場合、更に高い電圧をかけなければならず
消費電力の増加を招く結果となっていた。
【０００８】本発明は有機薄膜ＥＬ素子の光の取り出し
効率を上げることにより素子の外部量子効率を上げ、低
消費電力で駆動させることができる有機薄膜ＥＬ素子を
提供することを目的とする。
効率を上げることにより素子の外部量子効率を上げ、低
消費電力で駆動させることができる有機薄膜ＥＬ素子を
提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の有機薄膜ＥＬ素
子は、基板の光取り出し側がレンズ構造であり、基板の
厚さｄ 1 、基板表面からレンズ構造の頂点との距離ｄ 2
、レンズの曲率半径Ｒ 2 との間にｄ 1 ＋ｄ 2 ≦Ｒ 2
が成り立つことを特徴とする。
子は、基板の光取り出し側がレンズ構造であり、基板の
厚さｄ 1 、基板表面からレンズ構造の頂点との距離ｄ 2
、レンズの曲率半径Ｒ 2 との間にｄ 1 ＋ｄ 2 ≦Ｒ 2
が成り立つことを特徴とする。
【００１０】またレンズ構造が発光部の中央を中心とす
る曲率を有するあるいは屈折率分布を有することを特徴
とする。
る曲率を有するあるいは屈折率分布を有することを特徴
とする。
【００１１】本発明では、基板表面に有機ＥＬ発光部を
形成してなる有機薄膜ＥＬ素子において、出力光を取り
出す透明基板又は透明電極の表面に極率半径を有するレ
ンズ構造を設けている。このレンズ構造により、光軸以
外の方向に放射された光が光軸方向に集光されるため、
光軸方向から見た照度が向上することになる。また光源
から等方に放射した光が見る基板表面での入射角が臨界
角以下となる割合が増える、すなわち大きい立体角に放
射された光を取り出すことができるので、光軸以外の方
向から見た場合の照度も向上することになる。
形成してなる有機薄膜ＥＬ素子において、出力光を取り
出す透明基板又は透明電極の表面に極率半径を有するレ
ンズ構造を設けている。このレンズ構造により、光軸以
外の方向に放射された光が光軸方向に集光されるため、
光軸方向から見た照度が向上することになる。また光源
から等方に放射した光が見る基板表面での入射角が臨界
角以下となる割合が増える、すなわち大きい立体角に放
射された光を取り出すことができるので、光軸以外の方
向から見た場合の照度も向上することになる。
【００１２】さらにこのレンズ構造が有機薄膜ＥＬ素子
の発光部の中央を中心とする曲率とすることでさらに光
取り出し効率をあげることができる。
の発光部の中央を中心とする曲率とすることでさらに光
取り出し効率をあげることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を用いて詳細に説明する。
て図面を用いて詳細に説明する。
【００１４】図１は本発明の第１の実施の形態における
有機薄膜ＥＬ素子を示す断面図である。第１の実施の形
態では有機薄膜ＥＬ素子の発光部２に接している基板３
の光出射側がレンズ状構造を有している。ここで図では
有機薄膜ＥＬ素子の有機ＥＬ発光部２のみを記しその他
の構造は省略している。
有機薄膜ＥＬ素子を示す断面図である。第１の実施の形
態では有機薄膜ＥＬ素子の発光部２に接している基板３
の光出射側がレンズ状構造を有している。ここで図では
有機薄膜ＥＬ素子の有機ＥＬ発光部２のみを記しその他
の構造は省略している。
【００１５】第１の実施の形態では発光部に接する基板
の光出射側をレンズ状構造とすることにより有機ＥＬ発
光部２からの光を効率よく集光することができ、かつ、
基板表面での入射角が臨界角以下となる割合が増えるの
で光軸以外の角度から見ても照度が向上する。
の光出射側をレンズ状構造とすることにより有機ＥＬ発
光部２からの光を効率よく集光することができ、かつ、
基板表面での入射角が臨界角以下となる割合が増えるの
で光軸以外の角度から見ても照度が向上する。
【００１６】図２は有機ＥＬ発光部の出力を１ｍＷとし
た場合に有機薄膜ＥＬ素子の発光部の中心から外部のθ
方向から見たときの光強度分布を示す図である。
た場合に有機薄膜ＥＬ素子の発光部の中心から外部のθ
方向から見たときの光強度分布を示す図である。
【００１７】図１に示した第１の実施の形態の実施例１
の例を説明する。有機ＥＬ発光部２の径をＡ1 、基板の
フラット部分の厚さをｄ1 、基板のレンズ部分の厚さを
ｄ2、基板表面のレンズ構造の曲率半径をＲ2 として、
Ａ1 ＝１mm、ｄ1 ＝１．１mm、ｄ2 ＝０．４mm、Ｒ2 ＝
４mm、有機ＥＬ発光部の出力を１ｍＷとした。このとき
の実施例１の光強度分布は、図２の２のような分布にな
り、照度の向上ならびに均一性が向上することが分か
る。
の例を説明する。有機ＥＬ発光部２の径をＡ1 、基板の
フラット部分の厚さをｄ1 、基板のレンズ部分の厚さを
ｄ2、基板表面のレンズ構造の曲率半径をＲ2 として、
Ａ1 ＝１mm、ｄ1 ＝１．１mm、ｄ2 ＝０．４mm、Ｒ2 ＝
４mm、有機ＥＬ発光部の出力を１ｍＷとした。このとき
の実施例１の光強度分布は、図２の２のような分布にな
り、照度の向上ならびに均一性が向上することが分か
る。
【００１８】ここで基板のフラット部分の厚さをｄ1 及
び基板のレンズ部分の厚さをｄ2 と基板表面のレンズ構
造の曲率半径をＲ2 を変えたときの光強度分布と視野角
の関係を図５に示す。図中に実線で示された光強度分布
は実施例１の有機薄膜ＥＬ素子、破線で示された光強度
分布はｄ1 ＋ｄ2 （＝６．０mm）＞Ｒ2 （＝２．３mm）
としたものである。破線の例では若干の輝度の向上が見
られるが、実施例１と比較して視野角が大きく減少して
しまっている。したがって、視野角を大きくするために
はｄ1 ＋ｄ2 ≦Ｒ2 とする必要がある。
び基板のレンズ部分の厚さをｄ2 と基板表面のレンズ構
造の曲率半径をＲ2 を変えたときの光強度分布と視野角
の関係を図５に示す。図中に実線で示された光強度分布
は実施例１の有機薄膜ＥＬ素子、破線で示された光強度
分布はｄ1 ＋ｄ2 （＝６．０mm）＞Ｒ2 （＝２．３mm）
としたものである。破線の例では若干の輝度の向上が見
られるが、実施例１と比較して視野角が大きく減少して
しまっている。したがって、視野角を大きくするために
はｄ1 ＋ｄ2 ≦Ｒ2 とする必要がある。
【００１９】次に図１に示した第１の実施の形態の実施
例２の例を説明する。実施例２ではレンズ構造の曲率中
心を有機ＥＬ発光部の中央を中心としている。この場合
光の取り出し効率を５０％まで引き上げることが可能と
なる。このときの有機薄膜ＥＬ素子は、Ａ1 ＝１mm、ｄ
1 ＝１．１mm、ｄ2 ＝１．２mm、Ｒ2 ＝２．３mmとし
た。実施例２のときの有機ＥＬ発光部の出力を１ｍＷと
した場合の光強度分布を、図２の１に示す。この場合、
同じ条件でフラット基板を用いた場合よりも約２倍の光
取り出し効率を達成できる。
例２の例を説明する。実施例２ではレンズ構造の曲率中
心を有機ＥＬ発光部の中央を中心としている。この場合
光の取り出し効率を５０％まで引き上げることが可能と
なる。このときの有機薄膜ＥＬ素子は、Ａ1 ＝１mm、ｄ
1 ＝１．１mm、ｄ2 ＝１．２mm、Ｒ2 ＝２．３mmとし
た。実施例２のときの有機ＥＬ発光部の出力を１ｍＷと
した場合の光強度分布を、図２の１に示す。この場合、
同じ条件でフラット基板を用いた場合よりも約２倍の光
取り出し効率を達成できる。
【００２０】本発明の第１の実施の形態に用いた有機薄
膜ＥＬ素子の断面構造を図３に示す。第１の実施の形態
では図３に示すようにレンズ状構造物１の付いたガラス
基板３に陽極２１と陽極界面層２２が形成され、さらに
正孔輸送層２３、発光層２４、電子輸送層２５、陰極２
６、陰極保護層２７が形成された構造となっている。
膜ＥＬ素子の断面構造を図３に示す。第１の実施の形態
では図３に示すようにレンズ状構造物１の付いたガラス
基板３に陽極２１と陽極界面層２２が形成され、さらに
正孔輸送層２３、発光層２４、電子輸送層２５、陰極２
６、陰極保護層２７が形成された構造となっている。
【００２１】以下に実施例３として第１の実施の形態に
おける有機薄膜ＥＬ素子の作成手順について説明する。
はじめにレンズ状構造物１の付いたガラス基板３はＮＣ
加工により切断した金型を作製し、これをレプリカとし
た成形によりレンズ構造を形成する。ガラス基板３の厚
さｄ1 は０．３mmである。光の屈折率は１．５である。
また曲率半径Ｒ2 ＝２．５mm、レンズの厚さｄ2 ＝２．
５mmである。
おける有機薄膜ＥＬ素子の作成手順について説明する。
はじめにレンズ状構造物１の付いたガラス基板３はＮＣ
加工により切断した金型を作製し、これをレプリカとし
た成形によりレンズ構造を形成する。ガラス基板３の厚
さｄ1 は０．３mmである。光の屈折率は１．５である。
また曲率半径Ｒ2 ＝２．５mm、レンズの厚さｄ2 ＝２．
５mmである。
【００２２】次にガラス基板３上のレンズ構造物１とは
反対側にＩＴＯをスパッタリングによってシート抵抗が
１５Ω／□になるように製膜し、エッチングによって２
mm幅の陽極２１を形成した。その上に陽極界面層２２と
して銅フタロシアニンをＭＢＥ法を用いて、７．０×１
０-9Ｔｏｒｒ真空下、５nm形成した。
反対側にＩＴＯをスパッタリングによってシート抵抗が
１５Ω／□になるように製膜し、エッチングによって２
mm幅の陽極２１を形成した。その上に陽極界面層２２と
して銅フタロシアニンをＭＢＥ法を用いて、７．０×１
０-9Ｔｏｒｒ真空下、５nm形成した。
【００２３】次に正孔輸送層として、α−ＮＰＤをＭＢ
Ｅ法を用いて５．８×１０-9Ｔｏｒｒ真空下、６０nm形
成した。次に発光層２４として、トリス（８−ヒドロキ
シキノリノールアルミニウム）とキナクリドンをＭＢＥ
法にてキナクリドンが発光層２４の０．５モル％含有す
るようにＭＢＥ法にて別々の蒸発源（Ｋ−セル）からの
同時蒸着によって５．６×１０-9Ｔｏｒｒ真空下、２０
nm形成した。
Ｅ法を用いて５．８×１０-9Ｔｏｒｒ真空下、６０nm形
成した。次に発光層２４として、トリス（８−ヒドロキ
シキノリノールアルミニウム）とキナクリドンをＭＢＥ
法にてキナクリドンが発光層２４の０．５モル％含有す
るようにＭＢＥ法にて別々の蒸発源（Ｋ−セル）からの
同時蒸着によって５．６×１０-9Ｔｏｒｒ真空下、２０
nm形成した。
【００２４】更に、電子輸送層２５として、トリス（８
−ヒドロキシキノリノールアルミニウム）をＭＢＥ法に
よって４．３×１０-9Ｔｏｒｒ真空下、４０nm形成し
た。尚、陽極界面層２１〜電子輸送層２５までの有機薄
膜は陽極２１の端子取り出し部分以外の基板全面に形成
した。
−ヒドロキシキノリノールアルミニウム）をＭＢＥ法に
よって４．３×１０-9Ｔｏｒｒ真空下、４０nm形成し
た。尚、陽極界面層２１〜電子輸送層２５までの有機薄
膜は陽極２１の端子取り出し部分以外の基板全面に形成
した。
【００２５】次に真空を破ることなく、ロードロック機
構を用いてステンレス製のシャドーマスク上に有機膜の
形成された基板３を設置し、陰極としてスカンジウムが
１モル％含まれるアルミニウム合金をアルゴンガス中で
ＲＦスパッタ法で蒸発し、リチウムを別の蒸発源より蒸
発させる方法でリチウムが陰極の０．３モル％を占める
ように２０nm形成した。
構を用いてステンレス製のシャドーマスク上に有機膜の
形成された基板３を設置し、陰極としてスカンジウムが
１モル％含まれるアルミニウム合金をアルゴンガス中で
ＲＦスパッタ法で蒸発し、リチウムを別の蒸発源より蒸
発させる方法でリチウムが陰極の０．３モル％を占める
ように２０nm形成した。
【００２６】更に、陰極の保護層２７としてスカンジウ
ムが１モル％含まれるアルミニウム合金をアルゴンガス
中のＲＦスパッタ法により３００nm形成した。このよう
にして、発光面積が２mm×２mmでレンズ構造の曲率中心
を有機ＥＬ発光部の中央を中心とした有機薄膜ＥＬ素子
が完成する。
ムが１モル％含まれるアルミニウム合金をアルゴンガス
中のＲＦスパッタ法により３００nm形成した。このよう
にして、発光面積が２mm×２mmでレンズ構造の曲率中心
を有機ＥＬ発光部の中央を中心とした有機薄膜ＥＬ素子
が完成する。
【００２７】このように作製した実施例３の有機薄膜Ｅ
Ｌ素子について定電流駆動させたときの光出力をパワメ
ーターを用いて測定した結果を図４に示す。縦軸が光出
力（μＷ）、横軸が電流（μＡ）となっている。図中に
実施例３の有機薄膜ＥＬ素子とフラット基板を用いた従
来の有機薄膜ＥＬ素子との比較値を示す。ここで従来の
有機薄膜ＥＬ素子はレンズ構造を持たないガラス基板
（曲率半径Ｒ2 ＝∞、ｄ1 ＝０．３mm）とした。
Ｌ素子について定電流駆動させたときの光出力をパワメ
ーターを用いて測定した結果を図４に示す。縦軸が光出
力（μＷ）、横軸が電流（μＡ）となっている。図中に
実施例３の有機薄膜ＥＬ素子とフラット基板を用いた従
来の有機薄膜ＥＬ素子との比較値を示す。ここで従来の
有機薄膜ＥＬ素子はレンズ構造を持たないガラス基板
（曲率半径Ｒ2 ＝∞、ｄ1 ＝０．３mm）とした。
【００２８】図から分かるように実施例３における電流
−光出力特性は、従来の有機薄膜ＥＬ素子と比べて同じ
電流において光出力が約２．６倍大きくなる。これは本
発明の有機薄膜ＥＬ素子を用いることで、光の取り出し
効率が約２．６倍向上することを示している。
−光出力特性は、従来の有機薄膜ＥＬ素子と比べて同じ
電流において光出力が約２．６倍大きくなる。これは本
発明の有機薄膜ＥＬ素子を用いることで、光の取り出し
効率が約２．６倍向上することを示している。
【００２９】またフラット部分の基板の厚さを変えた以
外は実施例３と同様にレンズ構造を有する有機薄膜ＥＬ
素子を作成し、電流−光出力特性同様の評価を行った。
このとき実施例４としてｄ1 が０．８mmとしたときは従
来の有機薄膜ＥＬ素子と比較して光出力が約２倍向上し
た。さらに実施例５としてｄ1 が１．３mmのときは光出
力が約１．６倍向上するという結果となった。
外は実施例３と同様にレンズ構造を有する有機薄膜ＥＬ
素子を作成し、電流−光出力特性同様の評価を行った。
このとき実施例４としてｄ1 が０．８mmとしたときは従
来の有機薄膜ＥＬ素子と比較して光出力が約２倍向上し
た。さらに実施例５としてｄ1 が１．３mmのときは光出
力が約１．６倍向上するという結果となった。
【００３０】以上、一つの有機薄膜ＥＬ素子の例につい
て述べてきたが、有機薄膜ＥＬ素子を表示装置に適用す
るために有機薄膜ＥＬ素子をアレイ状とする場合には、
有機薄膜ＥＬ素子の発光部の径Ａ1 と素子のピッチｐに
対して、下に記すような数１の関係が必要となる。
て述べてきたが、有機薄膜ＥＬ素子を表示装置に適用す
るために有機薄膜ＥＬ素子をアレイ状とする場合には、
有機薄膜ＥＬ素子の発光部の径Ａ1 と素子のピッチｐに
対して、下に記すような数１の関係が必要となる。
【００３１】
【数１】
【００３２】本発明の有機薄膜ＥＬ素子を構成するレン
ズ構造を兼ね備えた光透過部位は基板、あるいはこれら
に接するレンズ状構造物などがあげられる。また基板に
設けるレンズ構造としては、低屈折率イオンを含む平板
基板ガラスにパターニングを施し高屈折率イオン溶融塩
中に浸漬させることにより選択的にイオン交換を行い形
成する埋め込み型３次元分布屈折率レンズ、ＮＣ加工に
より切削した金型をレプリカとした成形により形成する
ガラスあるいはプラスティックスレンズ、さらにはプラ
スティックスレンズレットアレイ等がある。
ズ構造を兼ね備えた光透過部位は基板、あるいはこれら
に接するレンズ状構造物などがあげられる。また基板に
設けるレンズ構造としては、低屈折率イオンを含む平板
基板ガラスにパターニングを施し高屈折率イオン溶融塩
中に浸漬させることにより選択的にイオン交換を行い形
成する埋め込み型３次元分布屈折率レンズ、ＮＣ加工に
より切削した金型をレプリカとした成形により形成する
ガラスあるいはプラスティックスレンズ、さらにはプラ
スティックスレンズレットアレイ等がある。
【００３３】本発明に適用されうる有機薄膜ＥＬ素子の
有機薄膜層は特に限定されないが、発光層だけの単層構
造のものや正孔輸送帯層、電子輸送帯層、陽極界面層、
陰極界面層などを有するもの等あらゆる薄膜構造が適用
可能である。また、発光層以外を形成する薄膜層として
は、有機物質に限らず無機物質を用いた薄膜や有機物質
と金属の混合体などの薄膜であっても有効である。
有機薄膜層は特に限定されないが、発光層だけの単層構
造のものや正孔輸送帯層、電子輸送帯層、陽極界面層、
陰極界面層などを有するもの等あらゆる薄膜構造が適用
可能である。また、発光層以外を形成する薄膜層として
は、有機物質に限らず無機物質を用いた薄膜や有機物質
と金属の混合体などの薄膜であっても有効である。
【００３４】本発明の有機薄膜ＥＬ素子の有機薄膜層
は、真空蒸着法、分子線蒸着法（ＭＢＥ法）あるいは溶
媒に溶かした溶液のディッピング法、スピンコーティン
グ法、キャスティング法、バーコート法、ロールコート
法等の塗布法による公知の方法で形成することができ
る。
は、真空蒸着法、分子線蒸着法（ＭＢＥ法）あるいは溶
媒に溶かした溶液のディッピング法、スピンコーティン
グ法、キャスティング法、バーコート法、ロールコート
法等の塗布法による公知の方法で形成することができ
る。
【００３５】また、本発明においては、正孔輸送帯層の
材料としては特に限定されないが、例えばトリフェニル
ジアミン誘導体、オキサジアゾール誘導体、ポルフィリ
ン誘導体、スチルベン誘導体、アリールアミン誘導体な
どを用いることができる。
材料としては特に限定されないが、例えばトリフェニル
ジアミン誘導体、オキサジアゾール誘導体、ポルフィリ
ン誘導体、スチルベン誘導体、アリールアミン誘導体な
どを用いることができる。
【００３６】更に、正孔輸送化合物を既知の高分子を媒
体として、これに分散した層として用いることもでき
る。
体として、これに分散した層として用いることもでき
る。
【００３７】前記高分子としては、正孔輸送性を極度に
阻害しないものが望ましく、例えば、ポリ−（Ｎ−ビニ
ルカルバゾール）、ポリカーボネート、ポリメチルアク
リレート、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン系
重合体、ポリシリレン系重合体、ポリチオフェン、ポリ
アニリン、ポリフェニレンピニレンなどが適用できる。
阻害しないものが望ましく、例えば、ポリ−（Ｎ−ビニ
ルカルバゾール）、ポリカーボネート、ポリメチルアク
リレート、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン系
重合体、ポリシリレン系重合体、ポリチオフェン、ポリ
アニリン、ポリフェニレンピニレンなどが適用できる。
【００３８】陽極界面層は安定な正孔注入を達成すべく
導入するものであるが、有機薄膜層と陽極の密着性を保
持する役目を担う必要がある。不必要に膜厚を大きくす
ることは、発光の駆動電圧を大きくしたり、薄膜表面に
不均一発光を招く凹凸をもたらす可能性があり、前記陽
極界面層は３０nm以下の膜厚が望ましい。
導入するものであるが、有機薄膜層と陽極の密着性を保
持する役目を担う必要がある。不必要に膜厚を大きくす
ることは、発光の駆動電圧を大きくしたり、薄膜表面に
不均一発光を招く凹凸をもたらす可能性があり、前記陽
極界面層は３０nm以下の膜厚が望ましい。
【００３９】本発明において適用できる陽極界面層は例
えば“色素ハンドブック：講談社’８６年”に記載され
ているスピロ化合物、アゾ化合物、キノン化合物、イン
ジゴ化合物、ジフェニルメタン化合物、キナクリドン化
合物、ポリメチン化合物、アクリジン化合物、ポルフィ
リン化合物等の結合多環系の色素が適用できる。
えば“色素ハンドブック：講談社’８６年”に記載され
ているスピロ化合物、アゾ化合物、キノン化合物、イン
ジゴ化合物、ジフェニルメタン化合物、キナクリドン化
合物、ポリメチン化合物、アクリジン化合物、ポルフィ
リン化合物等の結合多環系の色素が適用できる。
【００４０】また、芳香族アミン等の“オーガニック
セミコンダクターズ：フェルラックケミエ社’７４年
（ＯＲＧＡＮＩＣ ＳＥＭＩＣＯＮＤＵＣＴＯＲＳ ：
ＶＥＲＬＡＧ ＣＨＥＭＩＥ’７４）”に記載されてい
る低分子有機Ｐ型半導体も適用できる。
セミコンダクターズ：フェルラックケミエ社’７４年
（ＯＲＧＡＮＩＣ ＳＥＭＩＣＯＮＤＵＣＴＯＲＳ ：
ＶＥＲＬＡＧ ＣＨＥＭＩＥ’７４）”に記載されてい
る低分子有機Ｐ型半導体も適用できる。
【００４１】本発明において、有機薄膜ＥＬ素子の発光
層材料は特に限定されず、公知の発光材料を適用でき
る。例えば、８−ヒドロキシキノリノール及びその誘導
体の金属錯体、テトラフェニルブタジエン誘導体、ジス
チリルアリール誘導体、クマリン系誘導体、キナクリド
ン誘導体、ペリレン系誘導体、ポリメチン系誘導体、ア
ントラセン誘導体、ポリビニルカルバゾールなどが挙げ
られる。発光層は単一成分でも他の発光材料をドーピン
グする系でも良い。
層材料は特に限定されず、公知の発光材料を適用でき
る。例えば、８−ヒドロキシキノリノール及びその誘導
体の金属錯体、テトラフェニルブタジエン誘導体、ジス
チリルアリール誘導体、クマリン系誘導体、キナクリド
ン誘導体、ペリレン系誘導体、ポリメチン系誘導体、ア
ントラセン誘導体、ポリビニルカルバゾールなどが挙げ
られる。発光層は単一成分でも他の発光材料をドーピン
グする系でも良い。
【００４２】本発明においては必要に応じて電子輸送層
を発光層と陰極の間に設けても良い。電子輸送材料は特
に限定されるものではないが、８−ヒドロキシキノリノ
ール及びその誘導体、オキサジアゾール誘導体、ジフェ
ニルキノン誘導体などの適用が可能である。
を発光層と陰極の間に設けても良い。電子輸送材料は特
に限定されるものではないが、８−ヒドロキシキノリノ
ール及びその誘導体、オキサジアゾール誘導体、ジフェ
ニルキノン誘導体などの適用が可能である。
【００４３】有機薄膜ＥＬ素子の陽極は、正孔を正孔輸
送帯層に注入する役割を担うものであり、４．５ｅＶ以
上の仕事関数を有することが効果的である。有機薄膜Ｅ
Ｌ素子に用いる陽極材料の具体例としては、酸化インジ
ウム錫合金（ＩＴＯ）、酸化錫（ＮＥＳＡ）、金、銀、
白金、銅等が適用できる。また陰極材料としては、電子
輸送帯又は発光層に電子を注入する目的で、仕事関数の
小さい材料が好ましく、具体的にはインジウム、アルミ
ニウム、マグネシウム、マグネシウム−インジウム合
金、マグネシウム−アルミニウム合金、アルミニウム−
リチウム合金、アルミニウム−スカンジウム合金等を主
成分とする金属が使用できる。尚、素子を酸素や湿気か
ら守る目的で、金属酸化物、金属硫化物、金属沸化物、
有機化合物から成る公知の封止材料等から形成される封
止層を設けることも有効である。
送帯層に注入する役割を担うものであり、４．５ｅＶ以
上の仕事関数を有することが効果的である。有機薄膜Ｅ
Ｌ素子に用いる陽極材料の具体例としては、酸化インジ
ウム錫合金（ＩＴＯ）、酸化錫（ＮＥＳＡ）、金、銀、
白金、銅等が適用できる。また陰極材料としては、電子
輸送帯又は発光層に電子を注入する目的で、仕事関数の
小さい材料が好ましく、具体的にはインジウム、アルミ
ニウム、マグネシウム、マグネシウム−インジウム合
金、マグネシウム−アルミニウム合金、アルミニウム−
リチウム合金、アルミニウム−スカンジウム合金等を主
成分とする金属が使用できる。尚、素子を酸素や湿気か
ら守る目的で、金属酸化物、金属硫化物、金属沸化物、
有機化合物から成る公知の封止材料等から形成される封
止層を設けることも有効である。
【００４４】
【発明の効果】以上のように、本発明における有機薄膜
ＥＬ素子の構造は光の取り出し効率が改善されるため、
必要とする光出力を得るための電流が少なくて済み、低
消費電力の有機薄膜ＥＬデバイスが得られる。また本発
明の有機薄膜ＥＬ素子を、セグメント表示やマトリクス
型の有機薄膜ＥＬディスプレイ等へ適用することで消費
電力の少ない光表示あるいは光出力装置が得られる。
ＥＬ素子の構造は光の取り出し効率が改善されるため、
必要とする光出力を得るための電流が少なくて済み、低
消費電力の有機薄膜ＥＬデバイスが得られる。また本発
明の有機薄膜ＥＬ素子を、セグメント表示やマトリクス
型の有機薄膜ＥＬディスプレイ等へ適用することで消費
電力の少ない光表示あるいは光出力装置が得られる。
【図１】本発明の第１の実施の形態１の有機薄膜ＥＬ素
子を表す概念図である。
子を表す概念図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態における実施例２の
有機薄膜ＥＬ素子の光強度分布を示す図である。
有機薄膜ＥＬ素子の光強度分布を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態の有機薄膜ＥＬ素子
の断面図である。
の断面図である。
【図４】本発明の実施例３〜実施例５及び従来の有機薄
膜ＥＬ素子の電流−光出力特性を示すグラフ図である。
膜ＥＬ素子の電流−光出力特性を示すグラフ図である。
【図５】基板のフラット部分の厚さをｄ1 及び基板のレ
ンズ部分の厚さをｄ2 と基板表面のレンズ構造の曲率半
径をＲ2 を変えたときの光強度分布と視野角の関係を示
す図である。
ンズ部分の厚さをｄ2 と基板表面のレンズ構造の曲率半
径をＲ2 を変えたときの光強度分布と視野角の関係を示
す図である。
【図６】従来の有機薄膜ＥＬ素子を示す構造図である。
１ レンズ状構造物 ２ 有機ＥＬ発光部 ３ 基板 ４ フラット基板 Ａ1 有機ＥＬ発光部の径 Ｒ2 レンズ状構造物の曲率半径 ｄ1 基板の厚さ ｄ2 レンズの厚さ θ 観測方向と光軸のなす角 ｎ１ 基板の屈折率 ２１ ＩＴＯ透明電極 ２２ 陽極界面層 ２３ 正孔輸送層 ２４ 発光層 ２５ 電子輸送層 ２６ 陰極 ２７ 陰極保護層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 笠原 健一 東京都港区芝五丁目７番１号 日本電気 株式会社内 (72)発明者 杉本 喜正 東京都港区芝五丁目７番１号 日本電気 株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−314795（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−107246（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H05B 33/12
Claims (3)
- 【請求項１】 光透過部位を有する有機薄膜ＥＬ素子に
おいて、基板の光取り出し側がレンズ構造であり、基板
の厚さｄ 1 、基板表面からレンズ構造の頂点との距離
ｄ 2 、レンズの曲率半径Ｒ 2 との間に、ｄ 1 ＋ｄ 2
≦Ｒ 2 が成り立つことを特徴とする有機薄膜ＥＬ素
子。 - 【請求項２】 前記レンズ構造が発光部の中央を中心と
する曲率を有することを特徴とする請求項１に記載の有
機薄膜ＥＬ素子。 - 【請求項３】 前記レンズ構造が分布屈折率を有するこ
とを特徴とする請求項１に記載の有機薄膜ＥＬ素子。
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