JP4947095B2 - 光取り出し構造体 - Google Patents
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Description
該構造体に入射し、光取り出し側の表面から出射する光の強度を、光取り出し側の表面が平面状の仮想構造体の光の取り出し側の表面から出射する光の強度と比較したときに、正面強度および積分強度のいずれもが1.3倍以上となる凹凸構造を、光取り出し側の表面に有することを特徴とする光取り出し構造体に関する。
I(35°)/I(70°)>5 式(1)
を満たし、ヘイズ値が60%以上、且つ全光線透過率が60%以上であることを特徴とする構造体に関する。
I(0)/I(35)>1.5 式(2)
を満たすことを特徴とする光取り出し構造体に関する。
前記フィルムの屈折率nf、支持基板の屈折率nsおよび接着層の屈折率naのうちの最大値と、最小値との差の絶対値が0.2未満であることを特徴とする光取り出し構造体に関する。
図1は本発明の実施の一形態の光取り出し構造体1を模式的に示す図である。図1(1)は側面図であり、図1(2)は平面図である。光取り出し構造体1は、有機EL素子が放射する光の取り出し側に設けられる有機EL素子用の光取り出し構造体である。
ヘイズ値が60%未満であれば、十分な光散乱効果が得られないことがあり、全光線透過率が60%未満であれば、十分な光を取り出すことができないことがあるので、有機EL素子が搭載される発光装置にこのような光取り出し構造体1を用いた場合、十分な光取り出し効率を実現できないおそれがあるが、ヘイズ値が60%以上、かつ全光線透過率が60%以上の光取り出し構造体1を用いることによって、高い取り出し効率を示す発光装置を実現することができる。
I(0)/I(35)は、高いほどより正面方向に光が出射するため、1.5を超えて高い場合には、この光取り出し構造体1を例えば照明装置に好適に用いることができる。なおI(0)/I(35)は、高すぎると正面方向の光強度のみが高くなりすぎるので、広い範囲を照らすためには10以下が好ましい。
|nf−na|<0.2 式(3)
|ns−na|<0.2
このようにフィルム34、接着層33、および支持基板32の屈折率の最大値と、最小値との差の絶対値を0.2未満にすることで、光取り出し構造体31内部で生じる反射を抑制することができ、光取り出し効率を向上することができる。
発光装置は、有機エレクトロルミネッセンス素子が放射する光の取り出し側に設けられる前述の光取り出し構造体を用いた有機エレクトロルミネッセンス素子を備える有機EL素子を備える。有機EL素子は通常支持基板を備える。前述したようにボトムエミッション型の有機EL素子において、接着層を介してフィルムを支持基板に貼合した積層構造の光取り出し構造体を、有機EL素子に用いてもよく、また支持基板として光取り出し構造体を用いてもよい。
本発明の光取り出し構造体は面状の光源に好適に用いることができるため、光取り出し構造体が適用される有機EL素子の大きさは、面状光源としての特性が現出する程度以上が好ましく、例えば平面視で10mm角以上が好ましい。なお有機EL素子の構成の詳細については後述する。
以下有機EL素子の構成についてさらに詳細に説明する。
a)陽極/発光層/陰極
b)陽極/正孔注入層/発光層/陰極
c)陽極/正孔注入層/発光層/電子注入層/陰極
d)陽極/正孔注入層/発光層/電子輸送層/陰極
e)陽極/正孔注入層/発光層/電子輸送層/電子注入層/陰極
f)陽極/正孔輸送層/発光層/陰極
g)陽極/正孔輸送層/発光層/電子注入層/陰極
h)陽極/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/陰極
i)陽極/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/電子注入層/陰極
j)陽極/正孔注入層/正孔輸送層/発光層/陰極
k)陽極/正孔注入層/正孔輸送層/発光層/電子注入層/陰極
l)陽極/正孔注入層/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/陰極
m)陽極/正孔注入層/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/電子注入層/陰極
n)陽極/発光層/電子注入層/陰極
o)陽極/発光層/電子輸送層/陰極
p)陽極/発光層/電子輸送層/電子注入層/陰極
(ここで、記号「/」は、記号「/」を挟む各層が隣接して積層されていることを示す。以下同じ。)
本実施の形態の有機EL素子は2層以上の発光層を有していてもよい。上記a)〜p)の層構成のうちのいずれか1つにおいて、陽極と陰極とに挟持された積層体を「構造単位A」とすると、2層の発光層を有する有機EL素子の構成として、下記q)に示す層構成を挙げることができる。なお2つある(構造単位A)の層構成は互いに同じでも、異なっていてもよい。
q)陽極/(構造単位A)/電荷発生層/(構造単位A)/陰極
また「(構造単位A)/電荷発生層」を「構造単位B」とすると、3層以上の発光層を有する有機EL素子の構成として、下記r)に示す層構成を挙げることができる。
r)陽極/(構造単位B)x/(構造単位A)/陰極
なお記号「x」は、2以上の整数を表し、(構造単位B)xは、構造単位Bがx段積層された積層体を表す。また複数ある(構造単位B)の層構成は同じでも、異なっていてもよい。
基板は、有機EL素子を製造する工程において変化しないものが好適に用いられ、例えばガラス、プラスチック、高分子フィルム、およびシリコン板、並びにこれらを積層したものなどが用いられる。前記基板としては、市販のものが使用可能であり、また公知の方法により製造することができる。
発光層から放射される光が陽極を通って外に出射する構成の有機EL素子の場合、陽極には光透過性を示す電極が用いられる。光透過性を示す電極としては、金属酸化物、金属硫化物および金属などの薄膜を用いることができ、電気伝導度および光透過率の高いものが好適に用いられる。具体的には酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化スズ、ITO、インジウム亜鉛酸化物(Indium Zinc Oxide:略称IZO)、金、白金、銀、および銅などから成る薄膜が用いられ、これらの中でもITO、IZO、または酸化スズから成る薄膜が好適に用いられる。陽極の作製方法としては、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、メッキ法などを挙げることができる。また、該陽極として、ポリアニリンもしくはその誘導体、ポリチオフェンもしくはその誘導体などの有機の透明導電膜を用いてもよい。
正孔注入層を構成する正孔注入材料としては、酸化バナジウム、酸化モリブデン、酸化ルテニウム、および酸化アルミニウムなどの酸化物や、フェニルアミン系、スターバースト型アミン系、フタロシアニン系、アモルファスカーボン、ポリアニリン、およびポリチオフェン誘導体などを挙げることができる。
正孔輸送層を構成する正孔輸送材料としては、ポリビニルカルバゾール若しくはその誘導体、ポリシラン若しくはその誘導体、側鎖若しくは主鎖に芳香族アミンを有するポリシロキサン誘導体、ピラゾリン誘導体、アリールアミン誘導体、スチルベン誘導体、トリフェニルジアミン誘導体、ポリアニリン若しくはその誘導体、ポリチオフェン若しくはその誘導体、ポリアリールアミン若しくはその誘導体、ポリピロール若しくはその誘導体、ポリ(p−フェニレンビニレン)若しくはその誘導体、又はポリ(2,5−チエニレンビニレン)若しくはその誘導体などを挙げることができる。
発光層は、通常、主として蛍光及び/又はりん光を発光する有機物、または該有機物とこれを補助するドーパントとから形成される。ドーパントは、例えば発光効率の向上や、発光波長を変化させるために加えられる。なお発光層に含まれる有機物は、低分子化合物でも高分子化合物でもよい。一般的に低分子よりも溶媒への溶解性の高い高分子化合物は塗布法に好適に用いられるため、発光層は高分子化合物を含むことが好ましく、高分子化合物としてポリスチレン換算の数平均分子量が103〜108の化合物を含むことが好ましい。発光層を構成する発光材料としては、例えば以下の色素系材料、金属錯体系材料、高分子系材料、ドーパント材料を挙げることができる。
色素系材料としては、例えば、シクロペンダミン誘導体、テトラフェニルブタジエン誘導体化合物、トリフェニルアミン誘導体、オキサジアゾール誘導体、ピラゾロキノリン誘導体、ジスチリルベンゼン誘導体、ジスチリルアリーレン誘導体、ピロール誘導体、チオフェン環化合物、ピリジン環化合物、ペリノン誘導体、ペリレン誘導体、オリゴチオフェン誘導体、オキサジアゾールダイマー、ピラゾリンダイマー、キナクリドン誘導体、クマリン誘導体などを挙げることができる。
金属錯体系材料としては、例えばTb、Eu、Dyなどの希土類金属、またはAl、Zn、Be、Ir、Ptなどを中心金属に有し、オキサジアゾール、チアジアゾール、フェニルピリジン、フェニルベンゾイミダゾール、キノリン構造などを配位子に有する金属錯体を挙げることができ、例えばイリジウム錯体、白金錯体などの三重項励起状態からの発光を有する金属錯体、アルミニウムキノリノール錯体、ベンゾキノリノールベリリウム錯体、ベンゾオキサゾリル亜鉛錯体、ベンゾチアゾール亜鉛錯体、アゾメチル亜鉛錯体、ポルフィリン亜鉛錯体、フェナントロリンユーロピウム錯体などを挙げることができる。
高分子系材料としては、ポリパラフェニレンビニレン誘導体、ポリチオフェン誘導体、ポリパラフェニレン誘導体、ポリシラン誘導体、ポリアセチレン誘導体、ポリフルオレン誘導体、ポリビニルカルバゾール誘導体、上記色素系材料や金属錯体系発光材料を高分子化したものなどを挙げることができる。
(ドーパント材料)
ドーパント材料としては、例えばペリレン誘導体、クマリン誘導体、ルブレン誘導体、キナクリドン誘導体、スクアリウム誘導体、ポルフィリン誘導体、スチリル系色素、テトラセン誘導体、ピラゾロン誘導体、デカシクレン、フェノキサゾンなどを挙げることができる。なお、このような発光層の厚さは、通常約2nm〜200nmである。
発光層の成膜方法としては、発光材料を含む溶液を塗布する方法、真空蒸着法、転写法などを用いることができる。溶液からの成膜に用いる溶媒としては、前述の溶液から正孔注入層を成膜する際に用いられる溶媒と同様の溶媒を挙げることができる。
電子輸送層を構成する電子輸送材料としては、公知のものを使用でき、オキサジアゾール誘導体、アントラキノジメタン若しくはその誘導体、ベンゾキノン若しくはその誘導体、ナフトキノン若しくはその誘導体、アントラキノン若しくはその誘導体、テトラシアノアンスラキノジメタン若しくはその誘導体、フルオレノン誘導体、ジフェニルジシアノエチレン若しくはその誘導体、ジフェノキノン誘導体、又は8−ヒドロキシキノリン若しくはその誘導体の金属錯体、ポリキノリン若しくはその誘導体、ポリキノキサリン若しくはその誘導体、ポリフルオレン若しくはその誘導体などを挙げることができる。
電子注入層を構成する材料としては、発光層の種類に応じて最適な材料が適宜選択され、アルカリ金属、アルカリ土類金属、アルカリ金属およびアルカリ土類金属のうちの1種類以上を含む合金、アルカリ金属若しくはアルカリ土類金属の酸化物、ハロゲン化物、炭酸化物、またはこれらの物質の混合物などを挙げることができる。アルカリ金属、アルカリ金属の酸化物、ハロゲン化物、および炭酸化物の例としては、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、酸化リチウム、フッ化リチウム、酸化ナトリウム、フッ化ナトリウム、酸化カリウム、フッ化カリウム、酸化ルビジウム、フッ化ルビジウム、酸化セシウム、フッ化セシウム、炭酸リチウムなどを挙げることができる。また、アルカリ土類金属、アルカリ土類金属の酸化物、ハロゲン化物、炭酸化物の例としては、マグネシウム、カルシウム、バリウム、ストロンチウム、酸化マグネシウム、フッ化マグネシウム、酸化カルシウム、フッ化カルシウム、酸化バリウム、フッ化バリウム、酸化ストロンチウム、フッ化ストロンチウム、炭酸マグネシウムなどを挙げることができる。電子注入層は、2層以上を積層した積層体で構成されてもよく、例えばLiF/Caなどを挙げることができる。電子注入層は、蒸着法、スパッタリング法、印刷法などにより形成される。電子注入層の膜厚としては、1nm〜1μm程度が好ましい。
陰極の材料としては、仕事関数が小さく、発光層への電子注入が容易で、電気伝導度の高い材料が好ましい。また陽極側から光を取り出す構成の有機EL素子では、発光層から放射される光を陰極で陽極側に反射するために、陰極の材料としては可視光反射率の高い材料が好ましい。陰極には、例えばアルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属および周期表の13族金属などを用いることができる。陰極の材料としては、例えばリチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、アルミニウム、スカンジウム、バナジウム、亜鉛、イットリウム、インジウム、セリウム、サマリウム、ユーロピウム、テルビウム、イッテルビウムなどの金属、前記金属のうちの2種以上の合金、前記金属のうちの1種以上と、金、銀、白金、銅、マンガン、チタン、コバルト、ニッケル、タングステン、錫のうちの1種以上との合金、またはグラファイト若しくはグラファイト層間化合物などが用いられる。合金の例としては、マグネシウム−銀合金、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、インジウム−銀合金、リチウム−アルミニウム合金、リチウム−マグネシウム合金、リチウム−インジウム合金、カルシウム−アルミニウム合金などを挙げることができる。また、陰極としては導電性金属酸化物および導電性有機物などから成る透明導電性電極を用いることができる。具体的には、導電性金属酸化物として酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化スズ、ITO、およびIZOを挙げることができ、導電性有機物としてポリアニリンもしくはその誘導体、ポリチオフェンもしくはその誘導体などを挙げることができる。なお陰極は、2層以上を積層した積層体で構成されていてもよい。なお電子注入層が陰極として用いられる場合もある。
絶縁層の材料としては、金属フッ化物、金属酸化物、有機絶縁材料などを挙げることができる。膜厚2nm以下の絶縁層を設けた有機EL素子としては、陰極に隣接して膜厚2nm以下の絶縁層を設けたもの、陽極に隣接して膜厚2nm以下の絶縁層を設けたものを挙げることができる。
所定のパターン形状のITO薄膜から成る陽極が形成された基板を用意し、この基板にUV/O3洗浄を20分間行った。次にポリ(3,4)エチレンジオキシチオフェン/ポリスチレンスルホン酸(スタルクヴィテック社製、商品名:BaytronP CH8000)の懸濁液に、2段階のろ過を行った。第1段階目のろ過では0.45μm径のフィルターを用い、第2段階目のろ過では、0.2μm径のフィルターを用いた。ろ過した溶液を、スピンコート法によって陽極上に塗布し、さらに大気雰囲気下においてホットプレート上で200℃、15分間熱処理することによって、厚みが65nmの正孔注入層を形成した。
図7にUTE12の断面の顕微鏡写真を示し、図8に表面の顕微鏡写真を示す。図7、図8に示す通りUTE12は複数の粒状の凹凸構造を有する。
I(θ°)の定義は上述の通りであるが、実施例において実際に測定したI(θ°)の測定方法について図9を参照して説明する。図9に示すように、入射角をφ°とする光線を光取り出し構造体に入射し、光取り出し側の表面から出射する光のうち、法線とのなす角度がθ°の光強度を±80°の範囲で5°おきに測定した。光源には中央精機製のハロゲンランプSPH−100Nを用いた。なお光源として面状光源を用いた場合には、特定の入射角の光が光取り出し構造体に入射するのではなく、−90°<φ°<90°の光が同時に入射する。これを模擬的に再現するために、入射光の入射角φ°を−80°≦φ°≦80°の範囲で5°ずつ変え、各入射角において測定されるθ°方向の出射光の強度を積算することにより、I(θ°)を算出した。
実施例1と同様にしてガラス基板上に有機EL素子を形成し、複数の粒状構造物が表面上に分散して配置されて構成される凹凸構造を有するMNteck社製フィルムUTE21(屈折率1.5、厚み188μm)を、ノンキャリア粘着剤(屈折率1.5)を用いてガラス基板に貼合した。その際、フィルムの凹凸構造が最表面に配置されるようにフィルムを貼合した。
実施例1と同様にしてガラス基板上に有機EL素子を形成し、複数の粒状構造物が表面上に分散して配置されて構成される凹凸構造を有するWaveFront社製フィルムWF80(屈折率1.5、厚み80μm)を、ノンキャリア粘着剤(屈折率1.5)を用いて基板に貼合した。その際、フィルムの凹凸構造が最表面に配置されるようにフィルムを貼合した。
実施例1と同様にしてガラス基板上に有機EL素子を形成し、プリズムフィルムである3M社製フィルムBEF100(屈折率1.5、厚み150μm)を、ノンキャリア粘着剤(屈折率1.5)を用いてガラス基板に貼合した。その際、フィルムの凹凸構造が最表面に配置されるようにフィルムを貼合した。
実施例1と同様にしてガラス基板上に有機EL素子を形成し、複数の粒状構造物が表面上に分散して配置されて構成される凹凸構造を有する恵和商工社製フィルムオパルスPCM1(屈折率1.5、厚み120μm)を、ノンキャリア粘着剤(屈折率1.5)を用いてガラス基板に貼合した。その際、フィルムの凹凸構造が最表面に配置されるようにフィルムを貼合した。
2 光取り出し側の表面
11 仮想構造体
21 面状光源
31 積層構造の光取り出し構造体
32 支持基板
33 接着層
34 フィルム
35 光取り出し側の表面
41 発光装置
42 有機EL素子
43,44 一対の電極
45 発光層
51 有機EL素子
52 発光装置
53 支持基板
Claims (6)
- 有機エレクトロルミネッセンス素子の支持基板と、接着層と、光取り出し側の表面を有するフィルムとがこの順で積層されてなる、有機エレクトロルミネッセンス素子が放射する光の取り出し側に設けられる有機エレクトロルミネッセンス素子用の光取り出し構造体であって、
該構造体に入射し、光取り出し側の表面から出射する光の強度を、光取り出し側の表面
が平面状の仮想構造体の光の取り出し側の表面から出射する光の強度と比較したときに、
正面強度および積分強度のいずれもが1.3倍以上となる凹凸構造を、光取り出し側の表
面に有し、
平行に配置される面状光源から該構造体に光を照射したときに、前記光取り出し側の表
面の法線方向と角度θ°をなす方向に、前記光取り出し側の表面から出射する光の強度を
I(θ°)とすると、下記式(1)
I(35°)/I(70°)>5 式(1)
を満たし、ヘイズ値が60%以上、且つ全光線透過率が60%以上であることを特徴とす
る光取り出し構造体。 - さらに下記式(2)
I(0°)/I(35°)>1.5 式(2)
を満たすことを特徴とする請求項1記載の光取り出し構造体。 - 前記凹凸構造は、複数の粒状構造物が表面上に分散して配置されて構成されていること
を特徴とする請求項1または2記載の光取り出し構造体。 - 前記フィルムの屈折率nf、構造体本体の屈折率nsおよび接着層の屈折率naのうち
の最大値と、最小値との差の絶対値が0.2未満であることを特徴とする請求項1〜3の
いずれか1つに記載の光取り出し構造体。 - 前記有機エレクトロルミネッセンス素子が放射する光の取り出し側に設けられる請求項
1〜4記載のいずれか1つに記載の光取り出し構造体を用いた有機エレクトロルミネッセ
ンス素子を備えることを特徴とする発光装置。 - 請求項5記載の発光装置を備えることを特徴とする照明装置。
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