JP3382332B2 - Ｌｅｄ素子 - Google Patents
Ｌｅｄ素子Info
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- light
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- Electroluminescent Light Sources (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ディスプレイ、アレイ
発光素子等に応用可能なＬＥＤ素子及びその製造方法に
関する。 【０００２】 【従来の技術】近年、無機ＬＥＤ素子に比べ、可撓性を
有し、発光波長の選択範囲が広く、製造コストが安い等
の利点を有する有機ＬＥＤ素子に関する研究が数多く行
われている。 【０００３】ＬＥＤ素子においては発光効率が低い場
合、発光に寄与しなかった電流により活性層に発熱が生
じ、特に有機ＬＥＤ素子においては素子劣化の原因とな
っていた。 【０００４】そこで発光効率を向上させるために素子に
光導波機能を付与し、活性層中の随所で発光された光を
伝播して一箇所に集めることにより、高密度、高輝度な
光を利用する技術が種々検討されている。 【０００５】例えば、「Directed beam emission fr
om edge in organic electroluminescent diode」
（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．６２（７）、１５Ｆ
ｅｂ．１９９３）には、活性層に光導波機能をもたせる
ことにより、発光された光を活性層端面に集光する技術
が記載されている。 【０００６】また、米国特許第４５３５３４１号には、
電極層、絶縁層、蛍光体層、絶縁層及び電極層を順次積
層してなる無機ＥＬ素子において、蛍光体層に光導波機
能をもたせることにより輝度向上をはかる技術が開示さ
れている。 【０００７】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、発光効
率を向上させるための上記従来技術においては、光を発
光する活性層自体に光導波機能をもたせているため、活
性層の発熱により素子が劣化したり、蛍光体により光が
散乱される、という問題が生じていた。また、体積層の
屈折率の差により光導波路を形成する場合には、活性層
に特定の屈折率が要求されるため、材料選択に制限が生
じる、という不都合があった。 【０００８】本発明は、上記従来技術に鑑み、活性層の
機能と光導波機能とが詰抗せずに、低電圧で、高輝度且
つ任意波長の発光を得ることのできるＬＥＤ発光素子を
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】上記目的を達成する本発
明は、少なくとも陽極層、活性層及び陰極層を順次積層
し、前記陽極層又は陰極層が前記活性層において発光さ
れた光を閉じ込めて光伝播をおこなう光導波路であるＬ
ＥＤ素子である。 【００１０】また、本発明は、陽極層又は陰極層が光導
波路であることを含むものである。また、本発明は、基
板上に、光導波路が形成された導波層、透明電極からな
る陽極層、活性層及び陰極層が順次積層されてなること
を含むものである。 【００１１】 【作用】以下、本発明を詳細に説明する。 【００１２】陽極層は、高仕事関数の電極であることが
好ましく、金属電極の場合はＡｕ、透明電極の場合はＣ
ｕＩ、ＩＴＯ、ＳｎＯ2 、ＺｎＯ等の材料が好ましく使
用される。 【００１３】陰極層は、低仕事関数の電極であることが
好ましく、マグネシウム、ナトリウム、リチウム、イン
ジウム等の電極材料が好ましく使用される。 【００１４】活性層は、陽極層から正孔が注入される正
孔注入層、並びに陰極層から電子が注入される電子注入
層からなる。また、蛍光体を含有する蛍光体層を正孔注
入層と電子注入層との間に設けてもよい。 【００１５】光導波路は、屈折率の大きい層（コア層）
の上下に屈折率の小さい層（クラッド層）を配すること
により形成される。屈折率の異なる境界面で光が全反射
されることにより屈折率の大きい層内に光が閉じ込めら
れて伝播される。 【００１６】また、層表面を反射材料により被覆するこ
とによっても光導波路が得られる。更に、上記２方法を
併用することにより、活性層が広い平面を形成する場合
に発光面からほぼ垂直に出射された光を反射材料により
反射し、光導波路から放出されることを防ぐことができ
る。 【００１７】光導波路を構成する材料としては、屈折率
１．５前後のＰＭＭＡ、２−メチルシクロヘキシルメタ
クリレート、アリルジクリコールカーボネート、ポリア
リルメタクリレート、ポリクロロヘキシルメタクリレー
ト、Ｇｌａｓｓ Ｒｅｓｉｎ１００（オーエンス・イリ
ノイ社製）、屈折率約１．５５〜１．５７のアクリルニ
トリルスチレン共重合体、ポリジアリルフタレート、屈
折率１．５８〜１．６のポリカーボネート、ポリスチレ
ン、屈折率約１．６８のポリビニルナフタレン、ポリビ
ニルカルバゾール、屈折率１．９〜２．３のＴａ2Ｏ5、
ＺｎＯ等の材料を適宜コア層又はクラッド層として用い
ることができる。屈折率１．５以下の材料としてテフロ
ン系ポリマーを利用することができる。テフロン系ポリ
マーとしては、テトラフルオロエチレンと少なくとも１
種のコモノマーとからなる共重合体が好ましい。 【００１８】その他の低屈折率材料としては、屈折率
１．３〜１．５のＭｇＦ2、ＳｒＦ2、ＣａＦ2、等が好
ましい。 【００１９】各層の厚さは、最低１つのモードが存在す
るように決定される。 【００２０】また、本発明においては発光効率を向上さ
せるために活性層を薄くした場合でも、導波路が適度な
厚さを有していれば光の伝播が可能になる、という効果
を期待できる。 【００２１】 【実施例】以下、実施例により、本発明を具体的に説明
する。 【００２２】実施例１ 図１は、本発明ＬＥＤ素子の１態様を示す断面図であ
る。 【００２３】ＰＥＴからなる基板１上に導電性ポリアニ
リンをスピンコートし、陰極層２とした。次いで、活性
層の電子注入層としてＰＡＮＩ−ＳＣＡ（polyaniline-
camphor-sulfonic acid）のメタクレゾール溶液をスピ
ンコートし６０℃で１２時間乾燥させた。次いで、活性
層の正孔注入層としてＭＥＨ−ＰＰＶ（poly(2-methoxy
-5-(2'-ethylhexoxy)-1,4-phenylene-vinylene）のキシ
レン溶液をスピンコートし活性層３を得た。次いでＳｎ
Ｏ2透明電極（屈折率約２．０）を塗布加熱により製膜
し陽極層４とし、バッファ層としてＳｉＯ2膜（ｎ＝
１．４５）を設けて更にアルミ反射層５を蒸着すること
により陽極層４を光導波路とした。 【００２４】陰極層２及び陽極層４間に電圧を印加する
と、陽極層の端面４−１から高輝度な発光が確認され
た。 【００２５】陽極層をＴｉＯ2に変更しても良好な結果
が得られた。 【００２６】実施例２ 実施例１においてアルミ反射層を屈折率１．３のテフロ
ン系ポリマーに変えた以外は実施例１と同様にＬＥＤ素
子を形成した。 【００２７】陽極側に屈折率の差をつくることによって
導波路を構成したので、Ａｌ反射層による光吸収を減少
させることができた。 【００２８】その結果、端面から実施例１よりも高輝度
な発光が確認された。 【００２９】実施例３ 図２は、本発明ＬＥＤ素子の他の態様を示す断面図であ
る。 【００３０】まず、ガラス基板１１上にＡｕ反射層１２
を蒸着した。次いで、バッファ層としてＳｉＯ2膜を設
け導波層１３として反応性スパッタにより屈折率２．１
のＴａ2Ｏ5を堆積させた。次いで、ＩＴＯ透明電極を陽
極層１４として蒸着により形成した。次いで、活性層１
５を形成した。活性層は、正孔注入層としてトリフェニ
ルアミン誘導体を使用し、蛍光体層としてトリス（８−
ヒドロキシキノリノール）アルミニウム（略称Ａｌｑ
３）を使用し、電子注入層としてベリレン誘導体を使用
し、それぞれ抵抗加熱蒸着法により、通常真空中で１〜
３オングストローム／秒の蒸着速度で連続に成膜した。 【００３１】得られた素子に電圧を印加した結果、導波
層１３の端面より発光中心波長が５２０ｎｍの発光が得
られた。 【００３２】実施例４ 図３は本発明の更に別の態様を示す平面図及び断面図で
ある。 【００３３】厚さ２０μｍの可撓性ＰＥＴ基板上に、反
射層１８、導波層１９、陽極層２０、活性層２１及び陰
極層２２を実施例３と同様の材料により積層し、端部に
アレイ状の露光部を形成するようにパターンニングし
た。尚、反射層１８の１部には光取出口２３を設けた。 【００３４】図４は、上記のごとく作製したＬＥＤ素子
を光アレイ素子２４として使用する１例を示す模式図で
ある。光アレイ素子２４は電子写真感光体２５に軽く接
触させて用いることにより、感光体上に集光させるため
のレンズが不要になる、という効果を奏する。ギャップ
制御の必要が無いため構成を簡便にすることができた。 【００３５】実施例５ 層構成は実施例４とほぼ同じであるが、基板はガラスと
してガラス基板にマイクロレンズを構成して電子写真感
光体用の非接触露光アレイ素子とした。非接触なので耐
久性もよく高精度な記録を行うことができた。 【００３６】導波路層表面にリソグラフィーでパターン
化を行い堆積又はエッチングにより凹凸を、あるいは導
波路層内又は近傍の媒質の屈折率を周期的に変化させた
グレーティング構造を形成して活性層から光導波路層へ
の光の導入効率を向上させることもよい方法である。 【００３７】以上実施例においては、有機ＬＥＤ素子を
例示して説明したが、本発明は無機ＥＬ素子も含むもの
である。 【００３８】 【発明の効果】本発明によれば、ＬＥＤ素子において光
導波路を活性層と独立に設けたことにより、活性層の材
料選択性を広げ、活性層の発熱を防ぎ効率よく光伝播を
行うことが可能となり、その結果、低電圧で、高輝度且
つ任意波長の発光を得ることができる、という効果を奏
する。
発光素子等に応用可能なＬＥＤ素子及びその製造方法に
関する。 【０００２】 【従来の技術】近年、無機ＬＥＤ素子に比べ、可撓性を
有し、発光波長の選択範囲が広く、製造コストが安い等
の利点を有する有機ＬＥＤ素子に関する研究が数多く行
われている。 【０００３】ＬＥＤ素子においては発光効率が低い場
合、発光に寄与しなかった電流により活性層に発熱が生
じ、特に有機ＬＥＤ素子においては素子劣化の原因とな
っていた。 【０００４】そこで発光効率を向上させるために素子に
光導波機能を付与し、活性層中の随所で発光された光を
伝播して一箇所に集めることにより、高密度、高輝度な
光を利用する技術が種々検討されている。 【０００５】例えば、「Directed beam emission fr
om edge in organic electroluminescent diode」
（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．６２（７）、１５Ｆ
ｅｂ．１９９３）には、活性層に光導波機能をもたせる
ことにより、発光された光を活性層端面に集光する技術
が記載されている。 【０００６】また、米国特許第４５３５３４１号には、
電極層、絶縁層、蛍光体層、絶縁層及び電極層を順次積
層してなる無機ＥＬ素子において、蛍光体層に光導波機
能をもたせることにより輝度向上をはかる技術が開示さ
れている。 【０００７】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、発光効
率を向上させるための上記従来技術においては、光を発
光する活性層自体に光導波機能をもたせているため、活
性層の発熱により素子が劣化したり、蛍光体により光が
散乱される、という問題が生じていた。また、体積層の
屈折率の差により光導波路を形成する場合には、活性層
に特定の屈折率が要求されるため、材料選択に制限が生
じる、という不都合があった。 【０００８】本発明は、上記従来技術に鑑み、活性層の
機能と光導波機能とが詰抗せずに、低電圧で、高輝度且
つ任意波長の発光を得ることのできるＬＥＤ発光素子を
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】上記目的を達成する本発
明は、少なくとも陽極層、活性層及び陰極層を順次積層
し、前記陽極層又は陰極層が前記活性層において発光さ
れた光を閉じ込めて光伝播をおこなう光導波路であるＬ
ＥＤ素子である。 【００１０】また、本発明は、陽極層又は陰極層が光導
波路であることを含むものである。また、本発明は、基
板上に、光導波路が形成された導波層、透明電極からな
る陽極層、活性層及び陰極層が順次積層されてなること
を含むものである。 【００１１】 【作用】以下、本発明を詳細に説明する。 【００１２】陽極層は、高仕事関数の電極であることが
好ましく、金属電極の場合はＡｕ、透明電極の場合はＣ
ｕＩ、ＩＴＯ、ＳｎＯ2 、ＺｎＯ等の材料が好ましく使
用される。 【００１３】陰極層は、低仕事関数の電極であることが
好ましく、マグネシウム、ナトリウム、リチウム、イン
ジウム等の電極材料が好ましく使用される。 【００１４】活性層は、陽極層から正孔が注入される正
孔注入層、並びに陰極層から電子が注入される電子注入
層からなる。また、蛍光体を含有する蛍光体層を正孔注
入層と電子注入層との間に設けてもよい。 【００１５】光導波路は、屈折率の大きい層（コア層）
の上下に屈折率の小さい層（クラッド層）を配すること
により形成される。屈折率の異なる境界面で光が全反射
されることにより屈折率の大きい層内に光が閉じ込めら
れて伝播される。 【００１６】また、層表面を反射材料により被覆するこ
とによっても光導波路が得られる。更に、上記２方法を
併用することにより、活性層が広い平面を形成する場合
に発光面からほぼ垂直に出射された光を反射材料により
反射し、光導波路から放出されることを防ぐことができ
る。 【００１７】光導波路を構成する材料としては、屈折率
１．５前後のＰＭＭＡ、２−メチルシクロヘキシルメタ
クリレート、アリルジクリコールカーボネート、ポリア
リルメタクリレート、ポリクロロヘキシルメタクリレー
ト、Ｇｌａｓｓ Ｒｅｓｉｎ１００（オーエンス・イリ
ノイ社製）、屈折率約１．５５〜１．５７のアクリルニ
トリルスチレン共重合体、ポリジアリルフタレート、屈
折率１．５８〜１．６のポリカーボネート、ポリスチレ
ン、屈折率約１．６８のポリビニルナフタレン、ポリビ
ニルカルバゾール、屈折率１．９〜２．３のＴａ2Ｏ5、
ＺｎＯ等の材料を適宜コア層又はクラッド層として用い
ることができる。屈折率１．５以下の材料としてテフロ
ン系ポリマーを利用することができる。テフロン系ポリ
マーとしては、テトラフルオロエチレンと少なくとも１
種のコモノマーとからなる共重合体が好ましい。 【００１８】その他の低屈折率材料としては、屈折率
１．３〜１．５のＭｇＦ2、ＳｒＦ2、ＣａＦ2、等が好
ましい。 【００１９】各層の厚さは、最低１つのモードが存在す
るように決定される。 【００２０】また、本発明においては発光効率を向上さ
せるために活性層を薄くした場合でも、導波路が適度な
厚さを有していれば光の伝播が可能になる、という効果
を期待できる。 【００２１】 【実施例】以下、実施例により、本発明を具体的に説明
する。 【００２２】実施例１ 図１は、本発明ＬＥＤ素子の１態様を示す断面図であ
る。 【００２３】ＰＥＴからなる基板１上に導電性ポリアニ
リンをスピンコートし、陰極層２とした。次いで、活性
層の電子注入層としてＰＡＮＩ−ＳＣＡ（polyaniline-
camphor-sulfonic acid）のメタクレゾール溶液をスピ
ンコートし６０℃で１２時間乾燥させた。次いで、活性
層の正孔注入層としてＭＥＨ−ＰＰＶ（poly(2-methoxy
-5-(2'-ethylhexoxy)-1,4-phenylene-vinylene）のキシ
レン溶液をスピンコートし活性層３を得た。次いでＳｎ
Ｏ2透明電極（屈折率約２．０）を塗布加熱により製膜
し陽極層４とし、バッファ層としてＳｉＯ2膜（ｎ＝
１．４５）を設けて更にアルミ反射層５を蒸着すること
により陽極層４を光導波路とした。 【００２４】陰極層２及び陽極層４間に電圧を印加する
と、陽極層の端面４−１から高輝度な発光が確認され
た。 【００２５】陽極層をＴｉＯ2に変更しても良好な結果
が得られた。 【００２６】実施例２ 実施例１においてアルミ反射層を屈折率１．３のテフロ
ン系ポリマーに変えた以外は実施例１と同様にＬＥＤ素
子を形成した。 【００２７】陽極側に屈折率の差をつくることによって
導波路を構成したので、Ａｌ反射層による光吸収を減少
させることができた。 【００２８】その結果、端面から実施例１よりも高輝度
な発光が確認された。 【００２９】実施例３ 図２は、本発明ＬＥＤ素子の他の態様を示す断面図であ
る。 【００３０】まず、ガラス基板１１上にＡｕ反射層１２
を蒸着した。次いで、バッファ層としてＳｉＯ2膜を設
け導波層１３として反応性スパッタにより屈折率２．１
のＴａ2Ｏ5を堆積させた。次いで、ＩＴＯ透明電極を陽
極層１４として蒸着により形成した。次いで、活性層１
５を形成した。活性層は、正孔注入層としてトリフェニ
ルアミン誘導体を使用し、蛍光体層としてトリス（８−
ヒドロキシキノリノール）アルミニウム（略称Ａｌｑ
３）を使用し、電子注入層としてベリレン誘導体を使用
し、それぞれ抵抗加熱蒸着法により、通常真空中で１〜
３オングストローム／秒の蒸着速度で連続に成膜した。 【００３１】得られた素子に電圧を印加した結果、導波
層１３の端面より発光中心波長が５２０ｎｍの発光が得
られた。 【００３２】実施例４ 図３は本発明の更に別の態様を示す平面図及び断面図で
ある。 【００３３】厚さ２０μｍの可撓性ＰＥＴ基板上に、反
射層１８、導波層１９、陽極層２０、活性層２１及び陰
極層２２を実施例３と同様の材料により積層し、端部に
アレイ状の露光部を形成するようにパターンニングし
た。尚、反射層１８の１部には光取出口２３を設けた。 【００３４】図４は、上記のごとく作製したＬＥＤ素子
を光アレイ素子２４として使用する１例を示す模式図で
ある。光アレイ素子２４は電子写真感光体２５に軽く接
触させて用いることにより、感光体上に集光させるため
のレンズが不要になる、という効果を奏する。ギャップ
制御の必要が無いため構成を簡便にすることができた。 【００３５】実施例５ 層構成は実施例４とほぼ同じであるが、基板はガラスと
してガラス基板にマイクロレンズを構成して電子写真感
光体用の非接触露光アレイ素子とした。非接触なので耐
久性もよく高精度な記録を行うことができた。 【００３６】導波路層表面にリソグラフィーでパターン
化を行い堆積又はエッチングにより凹凸を、あるいは導
波路層内又は近傍の媒質の屈折率を周期的に変化させた
グレーティング構造を形成して活性層から光導波路層へ
の光の導入効率を向上させることもよい方法である。 【００３７】以上実施例においては、有機ＬＥＤ素子を
例示して説明したが、本発明は無機ＥＬ素子も含むもの
である。 【００３８】 【発明の効果】本発明によれば、ＬＥＤ素子において光
導波路を活性層と独立に設けたことにより、活性層の材
料選択性を広げ、活性層の発熱を防ぎ効率よく光伝播を
行うことが可能となり、その結果、低電圧で、高輝度且
つ任意波長の発光を得ることができる、という効果を奏
する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明ＬＥＤ素子の１態様を示す断面図であ
る。 【図２】本発明ＬＥＤ素子の別の態様を示す断面図であ
る。 【図３】本発明ＬＥＤ素子の更に別の態様を示す模式図
であり、（ａ）平面図、（ｂ）断面図である。 【図４】本発明ＬＥＤ素子を光アレイ素子として使用す
る１例を示す模式図である。 【符号の説明】 １、１１、１７ 基板 ２、１６、２２ 陰極層 ３、１５、２１ 活性層 ４、１４、２０ 陽極層 ５、１２、１８ 反射層 １３、１９ 導波層 ２３ 光取出口 ２４ 光アレイ素子 ２５ 電子写真感光体
る。 【図２】本発明ＬＥＤ素子の別の態様を示す断面図であ
る。 【図３】本発明ＬＥＤ素子の更に別の態様を示す模式図
であり、（ａ）平面図、（ｂ）断面図である。 【図４】本発明ＬＥＤ素子を光アレイ素子として使用す
る１例を示す模式図である。 【符号の説明】 １、１１、１７ 基板 ２、１６、２２ 陰極層 ３、１５、２１ 活性層 ４、１４、２０ 陽極層 ５、１２、１８ 反射層 １３、１９ 導波層 ２３ 光取出口 ２４ 光アレイ素子 ２５ 電子写真感光体
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 少なくとも陽極層、活性層及び陰極層を
順次積層し、前記陽極層又は陰極層が前記活性層におい
て発光された光を閉じ込めて光伝播をおこなう光導波路
であるＬＥＤ素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33042693A JP3382332B2 (ja) | 1993-12-27 | 1993-12-27 | Ｌｅｄ素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33042693A JP3382332B2 (ja) | 1993-12-27 | 1993-12-27 | Ｌｅｄ素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07193280A JPH07193280A (ja) | 1995-07-28 |
| JP3382332B2 true JP3382332B2 (ja) | 2003-03-04 |
Family
ID=18232484
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33042693A Expired - Fee Related JP3382332B2 (ja) | 1993-12-27 | 1993-12-27 | Ｌｅｄ素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3382332B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2350479A (en) * | 1999-05-18 | 2000-11-29 | Seiko Epson Corp | Organic light emitting device incorporating a waveguide |
| AT500259B1 (de) * | 2003-09-09 | 2007-08-15 | Austria Tech & System Tech | Dünnschichtanordnung und verfahren zum herstellen einer solchen dünnschichtanordnung |
| JP4841110B2 (ja) * | 2004-02-26 | 2011-12-21 | 京セラ株式会社 | 光電子混在基板 |
| JP2006278494A (ja) * | 2005-03-28 | 2006-10-12 | Fuji Photo Film Co Ltd | 光出射装置及び光出射方法 |
-
1993
- 1993-12-27 JP JP33042693A patent/JP3382332B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07193280A (ja) | 1995-07-28 |
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