JP5138569B2

JP5138569B2 - 有機ｅｌ発光装置

Info

Publication number: JP5138569B2
Application number: JP2008325753A
Authority: JP
Inventors: 将啓中村; 健之山木; 弘横川; 健一郎田中
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2008-12-22
Filing date: 2008-12-22
Publication date: 2013-02-06
Anticipated expiration: 2028-12-22
Also published as: JP2010146953A

Description

本発明は、有機エレクトロルミネッセンス（以下、有機ＥＬ）の発光を利用した有機ＥＬ発光装置に関する。

従来から、有機物を発光させて面光源を得る有機ＥＬ素子が知られている。図１０は、有機ＥＬ素子１００の一般的な構成を示す。有機ＥＬ素子１００は、透明電極の陽極１０２、ホール輸送層１０３、有機発光層１０４、電子注入層１０５、及び金属電極の陰極１０６の各層が、透明な基板１０１の一方の面上に、この順に積層されて形成される。陽極１０２と陰極１０６の間に通電することによって、陽極１０２側からホールが注入され、陰極１０６側から電子が注入される。有機発光層１０４は、注入されたホールと電子の再結合によって発光し、その光が、陽極１０２と基板１０１を通して取り出される。

ここで、基板１０１は、ガラス等から成り、その屈折率が空気の屈折率よりも高い。このため、基板１０１内から空気との界面１０７に比較的小さい入射角で入射する光は、空気中に出射されるが、それ以外の光Ｌ１０１は、その界面１０７で反射され、基板１０１内において端部方向に導波されて消失し、有機ＥＬ素子１００から取り出すことができない。また、陽極１０２は、通常、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）から成り、その屈折率が約１．８と他層と比較して高い。このため、他層との界面で反射して陽極１０２内を端部方向に導波される導波光Ｌ１０２が生じる。これらの界面での反射のため、有機ＥＬ素子１００の光取り出し効率が低くなっている。

そこで、基板の透光性を低くすることによって、基板内で光を散乱させて界面での反射を軽減し、光取り出し効率の向上を図った有機ＥＬ素子が知られている（例えば、特許文献１参照）。また、基板と陽極との間に光を散乱する光散乱層を設けることによって、界面での反射を軽減して、光取り出し効率の向上を図った有機ＥＬ素子が知られている（例えば、特許文献２参照）。しかしながら、上述したような有機ＥＬ素子では、光の散乱透過による光損失が生じるため、光取り出し効率の向上効果が十分ではない。
特開２００５−３８６６１号公報特開２００５−６３７０４号公報

本発明は、上記問題を解決するものであり、有機発光層の発光を利用した有機ＥＬ発光装置において、光取り出し効率を向上することを目的とする。

上記目的を達成するために請求項１の発明は、透光性の基板と、この基板上に形成された有機ＥＬ層と、を備え、前記有機ＥＬ層からの光が前記基板を通して取り出される有機ＥＬ発光装置であって、前記基板の光取り出し面側に設けられた、複数の開口部を有する第１の反射層と、前記基板の光取り出し面側に前記開口部の各々に対応して設けられたレンズと、前記有機ＥＬ層の前記基板が設けられている面とは反対側面に設けられた第２の反射層と、を備え、前記第２の反射層は、前記互いに隣接するレンズの周辺に対向した箇所が、光を散乱反射する散乱反射層であり、前記互いに隣接するレンズの中央部に対向した箇所が、光を散乱しない鏡面反射層であり、前記レンズは、前記開口部の各々の周縁の互いに対称な点を第１焦点及び第２焦点とする略半楕円断面形状を有し、互いに隣り合うレンズが平面視多角形の辺で接するものである。

請求項２の発明は、請求項１に記載の有機ＥＬ発光装置において、前記第１の反射層が、前記基板の光取り出し面側に替えて、前記有機ＥＬ層が設けられている面側に設けられているものである。

請求項３の発明は、透光性の基板と、この基板上に形成された有機ＥＬ層と、を備え、前記有機ＥＬ層からの光が前記基板を通して取り出される有機ＥＬ発光装置であって、前記基板の光取り出し面側に設けられた、複数の開口部を有する第１の反射層と、前記基板の光取り出し面側に前記開口部の各々に対応して設けられたレンズと、前記有機ＥＬ層の前記基板が設けられている面とは反対側面に設けられた第２の反射層と、を備え、前記レンズは、前記開口部の各々の周縁の互いに対称な点を第１焦点及び第２焦点とする略半楕円断面形状を有し、互いに隣り合うレンズが平面視多角形の辺で接し、前記基板の前記有機ＥＬ層が設けられている面に、前記互いに隣接するレンズの周辺に対向して、断面略半円状に突出した凸部が環状に設けられているものである。

請求項１の発明によれば、有機ＥＬ層から第１の反射層の開口部を通る光が、基板の光取り出し面からレンズに入射し、略半楕円断面形状のレンズの出射面で反射されずに取り出されるので、光取り出し効率が向上する。また、第１の反射層で反射される光が、第２の反射層によって光取り出し面側に反射されて取り出されるので、光取り出し効率がさらに向上する。また、有機ＥＬ層内を進む光が、光取り出し側に散乱反射され、レンズを通して取り出されるので、有機ＥＬ発光装置の光取り出し効率が向上する。

請求項２の発明によれば、請求項１の発明と同様の効果が得られる。

請求項３の発明によれば、凸部上の曲面領域内の有機ＥＬ層からの光は、曲面領域の縁から略光取り出し方向に出射されるので、基板への入射角が小さいために基板内の導波光にはならず、レンズを通して取り出され、有機ＥＬ発光装置の光取り出し効率が向上する。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る有機ＥＬ発光装置を図１乃至図５を参照して説明する。図１は本実施形態の有機ＥＬ発光装置１（以下、発光装置という）の断面構成を示す。なお、図は端面を示し、断面ハッチングは図示を省いている。図２は発光装置１を光取り出し側から見た構成を示す。発光装置１は、有機発光層２４等が積層されて成る有機ＥＬ層２が、透光性の基板３上に形成されており、有機ＥＬ層２からの光が基板３を通して取り出される。基板３の光取り出し面３１側に、複数の開口部４１を有する第１の反射層４が設けられ、開口部４１の各々に対応して基板３の光取り出し面３１側に、レンズ５が設けられる。有機ＥＬ層２の基板３が設けられている面とは反対側面に、第２の反射層６が設けられる。レンズ５は、開口部４１の各々の周縁の互いに対称な点を第１焦点５１ａ及び第２焦点５１ｂとする略半楕円断面形状を有し、互いに隣り合うレンズ５が平面視多角形の辺５２で接する。

図３は、有機ＥＬ層２の構成を示す。有機ＥＬ層２は、透明電極から成る陽極２２、ホール輸送層２３、有機発光層２４、電子注入層２５、及び陰極２６の各層が、この順で積層されている。各層の材料は、例えば、陽極２２がＩＴＯ（Indium Tin Oxide）、ホール輸送層２３がアリールアミン類、有機発光層２４がアルミ錯体（Ａｌｑ_３）、電子注入層２５がアルカリ金属でドーピングした有機層又はリチウム錯体、陰極２６がアルミニウム等の金属である。有機発光層２４からの光は、透明な陽極２２を通して取り出される。金属から成る陰極２６は、有機発光層２４からの光を光取り出し側に反射する。有機ＥＬ層２は、少なくとも一層の有機発光層２４が発光するように構成されていれば、他の層の種類や層数は限定されるものではない。例えば、陽極２２とホール輸送層２３との間に、銅フタロシアニン等から成るホール注入層を設けてもよいし、有機発光層２４と電子注入層２５との間にオキサジアゾール類等から成る電子輸送層を設けてもよい。有機ＥＬ層２のこれら各層は、例えば、真空蒸着法によって基板３の一方の面３３側に陽極２２から順に成膜される。

再び、図１及び図２を参照して説明する。基板３は、例えば、ガラス又はポリスチレン等の樹脂から成る。第１の反射層４は、例えば、アルミニウム等の金属から成り、基板３の光取り出し面３１側に蒸着等によって設けられる。第１の反射層４は、開口部４１を略
等間隔に有する。第１の反射層４を形成する際のマスクによって、開口部４１の平面形状は、中心に対して点対称な円等の形状にされる。

レンズ５は、例えば、ポリスチレン又はアクリル等の透光性樹脂を成型したものであり、基板３の光取り出し面３１側に設けられる。基板３とレンズ５間の界面での光の反射を防止するため、レンズ５の屈折率は、基板３の屈折率と略同じにすることが望ましく、樹脂に酸化モリブデン等を添加して屈折率を調整してもよい。また、レンズ５は、樹脂を基板３と一体成型したものであってもよい。基板３を樹脂とする場合、基板３と有機ＥＬ層２間にＳｉＯ_２の薄膜を成膜し、有機ＥＬ層２の保護性を高めてもよい。レンズ５は、発光装置１の光取り出し側が凸形状であり、開口部４１の中心３２Ｃを含み基板３に直交する任意の断面において、開口部４１の周縁の互いに対称な点をそれぞれ第１焦点５１ａ、第２焦点５１ｂとする略半楕円断面形状を有する。レンズ５の光軸５３は、開口部４１の中心３２Ｃを通り、基板３の法線方向となる。平面視では、互いに隣り合うレンズ５が多角形の辺５２で接する。その多角形は、例えば、六角形であり、各レンズ５がハニカム状に接する。また、多角形を矩形とし、各レンズ５が格子状に接するようにしてもよい。なお、レンズ５は、略半楕円断面形状を有するが、多角形の辺５２で互いに隣接することから、光軸５３から周辺５２までの距離が一定ではないので、形成される凸形状は楕円面ではない。

第２の反射層６は、有機ＥＬ層２の陰極２６が反射層６として用いられる。有機ＥＬ層２の基板３とは反対側面に銀等の金属を蒸着等して反射層６を設けてもよい。

図４は、一つのレンズ５の断面形状を示す。有機ＥＬ層２からの光は、開口部４１を通ってレンズ５に入射するので、基板３の光取り出し面３１における開口部４１の領域が、擬似光源とみなされる。レンズ５は、開口部４１の各々の周縁の互いに対称な点を第１焦点５１ａ及び第２焦点５１ｂとする略半楕円断面形状を有する。このため、レンズ５の出射面５４への入射角が最大になる光は、第１焦点５１ａ及び第２焦点５１ｂから出射面５４の中心５４１に入射する光である。このときの入射角を臨界角以下の所定の大きさの角度αに設定することによって、開口部４１を通って出射面５４に入射する任意の光について、その入射角θは角度α以下となり、出射面５４で反射されずに取り出される。上記の角度αの設定は、開口部４１及びレンズ５の径等を定めることによって行われる。

上記のように構成された発光装置１の光路について図５を参照して説明する。図５は、発光装置１の断面を示す。有機ＥＬ層２から出射された光のうち、開口部４１を通った光Ｌ１は、レンズ５に入射し、出射面５４で反射されずに取り出される。また、有機ＥＬ層２から出射された光のうち、第１の反射層４に入射した光Ｌ２は、第１の反射層４により反射され、さらに第２の反射層６により反射されて、いずれかのレンズ５に入射し、出射面５４で反射されずに取り出される。複数の開口部４１は、離散的に配設されるが、レンズ５の出射面５４全体から光が出射され、互いに隣り合うレンズ５が多角形の辺５２で接して隙間無く配設されるので、発光装置１は、光取り出し側の全面が発光する。

このように、有機ＥＬ層２から第１の反射層４の開口部４１を通る光Ｌ１が、基板３の光取り出し面３１からレンズ５に入射し、略半楕円断面形状のレンズ５の出射面５４で反射されずに取り出されるので、光取り出し効率が向上する。また、第１の反射層４で反射される光Ｌ２が、第２の反射層６によって光取り出し面側に反射されて取り出されるので、光取り出し効率がさらに向上する。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係る発光装置を図６を参照して説明する。図６は本実施形態の発光装置１１の構成を示す。本実施形態の発光装置１１は、第１の反射層４２が、第１の実施形態における基板３の光取り出し面３１側に替えて、有機ＥＬ層２が設けられている面３３側に設けられている。第１の反射層４２は、例えば、アルミニウム等の金属から成り、光取り出し面３１上に蒸着等によって設けられる。有機ＥＬ層は、第１の反射層４２が設けられた後に設けられる。第１の反射層４２は、開口部４２１を略等間隔に有する。レンズ５は、開口部４２１の周縁の互いに対称な点をそれぞれ第１焦点５１ａ、第２焦点５１ｂとする略半楕円断面形状を有する。

有機ＥＬ層２から出射された光のうち、開口部４２１を通った光Ｌ３は、レンズ５に入射し、出射面５４で反射されずに取り出される。また、有機ＥＬ層２から出射された光のうち、第１の反射層４２に入射した光Ｌ４は、第１の反射層４２により反射され、さらに第２の反射層６により反射されて、いずれかのレンズ５に入射し、出射面５４で反射されずに取り出される。このため、本実施形態の発光装置１１は、第１の実施形態の発光装置１と同様の効果が得られる。

（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態に係る発光装置を図７及び図８を参照して説明する。図７及び図８は本実施形態の発光装置１２の構成を示す。本実施形態の発光装置１２は、第１の実施形態と同様の構成に加え、基板３の有機ＥＬ層２が設けられている面３３に、レンズ５の周辺５２に対向して、レンズ５とは反対方向に断面略半円状に突出した凸部７が環状に設けられている。なお、図８には、凸部７の断面形状を併記している（ハッチング部７２）。凸部７は、開口部４１の周囲に設けられており、例えば、ポリスチレン又はアクリル等の樹脂を成型したものであり、基板３の有機ＥＬ層２側の面３３上に設けられる。凸部７の表面７１に光を反射するアルミニウム等の金属を蒸着してもよい。凸部７の形状は、正確に断面が半円形状である必要はなく、例えば、断面が半楕円又は放物線を有してもよい。有機ＥＬ層２は、凸部７が設けられた後に蒸着等により成膜される。有機ＥＬ層２は、その凸部７上に曲面領域２７が形成される。

本実施形態の発光装置１２によれば、凸部７上の曲面領域２７内の有機ＥＬ層２からの光Ｌ５は、曲面領域２７の縁から略光取り出し方向に出射されるので、基板３への入射角が小さいために基板３内の導波光にはならず、レンズ５を通して取り出され、発光装置１２の光取り出し効率が向上する。また、光が第１の反射層４に入射した場合は、さらに第２の反射層６に反射されて、レンズ５を通して取り出される。

（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態に係る発光装置を図９を参照して説明する。図９は本実施形態の発光装置１３の構成を示す。本実施形態の発光装置１３は、第２の実施形態と同様の構成を有し、第２の反射層６は、互い隣接するレンズ５の周辺５２に対向した箇所が、光を散乱反射する散乱反射層６１とされている。第２の反射層６の散乱反射層６１以外の箇所は、光を散乱しない鏡面反射層６２となっている。発光装置１３の有機ＥＬ層２は、その陰極２６がＩＴＯ等から成る透明電極である。散乱反射層６１は、例えば、チタン酸バリウムを含む白色塗料をスクリーン印刷することによって形成され、鏡面反射層６２は、アルミニウム又は銀の蒸着によって形成される。また、第１の反射層が基板３の光取り出し面側に設けられた第１の実施形態と同様の構成において、第２の反射層６として散乱反射層６１と鏡面反射層６２を形成してもよい。

本実施形態の発光装置１３によれば、有機ＥＬ層２内を進む光Ｌ６が、光取り出し側に散乱反射され、レンズ５を通して取り出されるので、発光装置１２の光取り出し効率が向上する。

なお、本発明は、上記の実施形態の構成に限られず、発明の要旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、開口部４１の平面形状は、四角形又は六角形であってもよい。

本発明の第１の実施形態に係る有機ＥＬ発光装置の端面図。同装置の平面図。同装置における有機ＥＬ層の断面図。同装置におけるレンズの断面形状の説明図。同装置における光路例を示す端面図。本発明の第２の実施形態に係る有機ＥＬ発光装置の端面図。本発明の第３の実施形態に係る有機ＥＬ発光装置の端面図。同装置の一部平面図。本発明の第４の実施形態に係る有機ＥＬ発光装置の端面図。一般的な有機ＥＬ素子の断面図。

符号の説明

１、１１、１２、１３有機ＥＬ発光装置
２有機ＥＬ層
２４有機発光層
３基板
４、４２第１の反射層
４１、４２１開口部
５レンズ
５１ａ第１焦点
５１ｂ第２焦点
５２辺
６第２の反射層
６１散乱反射層
７凸部

Claims

透光性の基板と、この基板上に形成された有機ＥＬ層と、を備え、前記有機ＥＬ層からの光が前記基板を通して取り出される有機ＥＬ発光装置であって、
前記基板の光取り出し面側に設けられた、複数の開口部を有する第１の反射層と、
前記基板の光取り出し面側に前記開口部の各々に対応して設けられたレンズと、
前記有機ＥＬ層の前記基板が設けられている面とは反対側面に設けられた第２の反射層と、を備え、
前記第２の反射層は、前記互いに隣接するレンズの周辺に対向した箇所が、光を散乱反射する散乱反射層であり、前記互いに隣接するレンズの中央部に対向した箇所が、光を散乱しない鏡面反射層であり、
前記レンズは、前記開口部の各々の周縁の互いに対称な点を第１焦点及び第２焦点とする略半楕円断面形状を有し、互いに隣り合うレンズが平面視多角形の辺で接することを特徴とする有機ＥＬ発光装置。
前記第１の反射層が、前記基板の光取り出し面側に替えて、前記有機ＥＬ層が設けられている面側に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ発光装置。
透光性の基板と、この基板上に形成された有機ＥＬ層と、を備え、前記有機ＥＬ層からの光が前記基板を通して取り出される有機ＥＬ発光装置であって、
前記基板の光取り出し面側に設けられた、複数の開口部を有する第１の反射層と、
前記基板の光取り出し面側に前記開口部の各々に対応して設けられたレンズと、
前記有機ＥＬ層の前記基板が設けられている面とは反対側面に設けられた第２の反射層と、を備え、
前記レンズは、前記開口部の各々の周縁の互いに対称な点を第１焦点及び第２焦点とする略半楕円断面形状を有し、互いに隣り合うレンズが平面視多角形の辺で接し、
前記基板の前記有機ＥＬ層が設けられている面に、前記互いに隣接するレンズの周辺に対向して、断面略半円状に突出した凸部が環状に設けられていることを特徴とする有機ＥＬ発光装置。