JP5210267B2 - 有機電界発光装置及びその製造方法 - Google Patents
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Description
例えば、一般的に知られる有機電界発光装置における有機電界発光部は、基板上に、一対の電極層の間に配される有機化合物層を備えて構成されている。該有機化合物層は、発光層を含み、有機電界発光装置は、該発光層から発光される光を光取出し面側から出射させている。この場合、光取出し面や電極層と有機化合物層の界面において、臨界角以上の光である全反射成分を取出すことができないため、光の取出し効率が低いという問題がある。
この提案は、有機ELヘッドを画像形成装置の書き込み手段として用いるものである。
しかしながら、従来技術においては、このことが全く考慮されておらず、そのため、光取り出し効率の最適化が図れていなかった。即ち、有機電界発光部の構造に応じて、該有機電界発光部と組み合わせる最適なレンズの直径は異なり、有機電界発光部の構造とレンズとの組み合わせを適正化する設計が行われておらず、その結果、十分な光取り出し効率が得られなかった。
また、ディスプレイとして視野角を変えた時の輝度変化や色度変化を適切にするには配光分布に適したレンズの構造が必要となるが、ディスプレイでの光取り出し効率向上を達成するためには、正面輝度の向上が重要であり、正面輝度を向上させるにはレンズの屈折率が高い方がよいが、本来外に出したくない有機電界発光部内や封止層内の高角度側の光が出射して、輝度分布が複数のピークを持ってしまうという問題があった。
また、有機電界発光部の陰極表面を被覆する封止層に設けるレンズの屈折率を下げると正面輝度が下がるが、低屈折率層を設けてレンズの屈折率を大きくすると正面輝度を維持したまま不要な高角度側の2次以上のピーク光を除去できることを知見した。
<1> 陽極と、発光層と、陰極と少なくとも含む有機電界発光部と、
前記有機電界発光部の陰極表面を被覆する封止層と、
前記封止層上に設けられ、前記発光層から発光される光の光路を制御するレンズと、
を有する有機電界発光装置であって、
前記封止層と前記レンズの間に、前記封止層の屈折率より低屈折率である低屈折率層を有することを特徴とする有機電界発光装置である。
<2> 低屈折率層が、低屈折率の固体層である前記<1>に記載の有機電界発光装置である。
<3> レンズの屈折率が、低屈折率層の屈折率よりも高い前記<1>から<2>のいずれかに記載の有機電界発光装置である。
<4> 封止層内の配光分布が複数のピークを持ち、かつ低角度側より高角度側の封止層のピーク角度θpと、封止層の全反射角θm=sin−1(nf/np)(ただし、npは封止層の屈折率、nfは低屈折率層の屈折率である)とが、次式、θm<θp、を満たす前記<1>から<3>のいずれかに記載の有機電界発光装置である。
<5> 有機電界発光部の陰極からレンズまでの距離dと、レンズの有効直径φとの比(φ/d)が2以上である前記<1>から<4>のいずれかに記載の有機電界発光装置である。
<6> 有機電界発光部が、光学長L(λ)が2λ(ただし、λは発光波長を表す)である2次のマイクロキャビティ構造を有する前記<1>から<5>のいずれかに記載の有機電界発光装置である。
<7> 有機電界発光部が、光学長L(λ)が3λ(ただし、λは発光波長を表す)である3次のマイクロキャビティ構造を有する前記<1>から<5>のいずれかに記載の有機電界発光装置である。
<8> 低屈折率層がフッ素系材料を含有する前記<1>から<7>のいずれかに記載の有機電界発光装置である。
<9> 前記<1>から<8>のいずれかに記載の有機電界発光装置を製造する方法であって、
有機電界発光部の陰極表面を被覆する封止層上に低屈折率層を形成する低屈折率層形成工程と、
前記低屈折率層表面にレンズを形成するレンズ形成工程と、を含むことを特徴とする有機電界発光装置の製造方法である。
<10> レンズの形成が、インプリント法で行われる前記<9>に記載の有機電界発光装置の製造方法である。
<11> レンズの形成が、インクジェット法で行われる前記<9>に記載の有機電界発光装置の製造方法である。
本発明の有機電界発光装置は、有機電界発光部と、封止層と、レンズとを有し、前記封止層と前記レンズの間に、低屈折率層を有し、更に必要に応じてその他の層を有してなる。
前記低屈折率層は、前記封止層の屈折率より低屈折率である層である。
前記低屈折率層は、低屈折率の固体層であることが好ましい。これにより、低屈折率層が空気層である場合は除かれる。
前記レンズの屈折率は、前記低屈折率層の屈折率よりも高いことが好ましい。前記レンズの屈折率が、前記低屈折率層の屈折率以下であると、低屈折率層で反射される高角度成分より、レンズで反射される高角度成分の方がより低角度になるため低屈折率層は意味をもたなくなる。この場合、レンズの屈折率が低いことから屈折力が弱く正面輝度の向上は小さい値にとどまるという問題がある。
したがって前記封止層の屈折率npと、前記レンズの屈折率nLと、前記低屈折率層の屈折率nfとは、次式、np>nf、nL>nf、を満たす。
前記低屈折率層の屈折率nfは、1.01〜1.5であることが好ましく、1.3〜1.5であることがより好ましい。前記屈折率が1.01未満を、固体層で実現する現実的な方法が存在しない。一方、前記屈折率が1.5を超えると、高角度側の不要な光成分を十分に除去できなくなることがある。
前記低屈折率層の厚みは、0.5μm〜5μmが好ましく、1μm〜3μmがより好ましい。
ここで、前記マクロキャビティ構造とは、光出射側の半透過層と光出射と逆側の反射電極層とが干渉する構造を意味する。
前記2次のマイクロキャビティ構造とは、金属反射層間をラウンドトリップする光が強めあう条件となる最小の光学長から2番目に短い光学長であることを意味する。
前記3次のマイクロキャビティ構造とは、金属反射層間をラウンドトリップする光が強めあう条件となる最小の光学長から3番目に短い光学長であることを意味する。
前記光学長Lは、発光波長λに対し、光学長L(λ)=mλ(m=1:1次、m=2:2次、m=3:3次)に示す関係があり、光学長L(λ)は、下記数式で表される。
ここで、図3に示すように、レンズと封止層の間に低屈折率層を挿入すると、封止層から低屈折率層に光が入射する角度が、臨界角θm以上であると、光が反射して、低屈折率層に入射されない。即ち、封止層の屈折率npと、レンズの屈折率nLと、低屈折率層の屈折率nfとが、次式、np>nf、nL>nf、を満たす関係となる低屈折率層を設けると、封止層から低屈折率層に光が入射する角度が臨界角以上となり、封止層から低屈折率層に入射する際に高角度側の2次ピークの光は全反射される。したがって高角度側の2次ピークの光が低屈折率層に入射しないので輝度の角度特性が単ピーク化する。
前記有機電界発光部は、陽極と、発光層と、陰極とを少なくとも有し、必要に応じて正孔注入層、正孔輸送層、電子注入層、電子輸送層などを有してもよく、またこれらの各層はそれぞれ他の機能を備えたものであってもよい。各層の形成にはそれぞれ種々の材料を用いることができる。
前記陽極は、正孔注入層、正孔輸送層、発光層などに正孔を供給するものであり、金属、合金、金属酸化物、電気伝導性化合物、又はこれらの混合物などを用いることができ、好ましくは仕事関数が4eV以上の材料である。具体例としては、酸化スズ、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化インジウムスズ(ITO)等の導電性金属酸化物、あるいは金、銀、クロム、ニッケル等の金属、更にこれらの金属と導電性金属酸化物との混合物又は積層物、ヨウ化銅、硫化銅等の無機導電性物質、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピロール等の有機導電性材料、又はこれらとITOとの積層物などが挙げられる。これらの中でも、導電性金属酸化物が好ましく、生産性、高導電性、透明性等の点からITOが特に好ましい。
前記陽極の厚みは、特に制限はなく、材料により適宜選択可能であるが、10nm〜5μmが好ましく、50nm〜1μmがより好ましく、100nm〜500nmが更に好ましい。
前記基板の厚みは、機械的強度を保つのに十分であれば特に制限はないが、ガラスを用いる場合には、0.2mm以上が好ましく、0.7mm以上がより好ましい。
前記陰極は、電子注入層、電子輸送層、発光層などに電子を供給するものであり、電子注入層、電子輸送層、発光層などの陰極と隣接する層との密着性やイオン化ポテンシャル、安定性等を考慮して選ばれる。
前記陰極の材料としては、金属、合金、金属酸化物、電気伝導性化合物、又はこれらの混合物を用いることができ、具体例としてはアルカリ金属(例えばLi、Na、K等)又はそのフッ化物、アルカリ土類金属(例えばMg、Ca等)又はそのフッ化物、金、銀、鉛、アルミニウム、ナトリウム−カリウム合金又はそれらの混合金属、リチウム−アルミニウム合金又はそれらの混合金属、マグネシウム−銀合金又はそれらの混合金属、インジウム、イッテリビウム等の希土類金属などが挙げられる。これらの中でも、仕事関数が4eV以下の材料が好ましく、アルミニウム、リチウム−アルミニウム合金又はそれらの混合金属、マグネシウム−銀合金又はそれらの混合金属が特に好ましい。
前記陰極の作製には、例えば電子ビーム法、スパッタリング法、抵抗加熱蒸着法、コーティング法などの方法が用いられ、金属を単体で蒸着することも、二成分以上を同時に蒸着することもできる。更に、複数の金属を同時に蒸着して合金電極を形成することも可能であり、またあらかじめ調整した合金を蒸着させてもよい。
前記陽極及び陰極のシート抵抗は、低い方が好ましく、数百Ω/□以下が好ましい。
前記発光層の材料としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、電界印加時に陽極又は正孔注入層、正孔輸送層から正孔を注入することができると共に、陰極又は電子注入層、電子輸送層から電子を注入することができる機能や、注入された電荷を移動させる機能、正孔と電子の再結合の場を提供して発光させる機能を有する層を形成することができるものなどを用いることができる。
前記発光層の厚みは、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、1nm〜5μmが好ましく、5nm〜1μmがより好ましく、10nm〜500nmが更に好ましい。
前記発光層の形成方法は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば抵抗加熱蒸着、電子ビーム、スパッタリング、分子積層法、コーティング法(スピンコート法、キャスト法、ディップコート法など)、LB法などの方法が挙げられる。これらの中でも、抵抗加熱蒸着、コーティング法が特に好ましい。
前記正孔注入層及び正孔輸送層の材料としては、陽極から正孔を注入する機能、正孔を輸送する機能、陰極から注入された電子を障壁する機能のいずれかを有しているものであれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
前記正孔注入層及び正孔輸送層の材料としては、例えばカルバゾール誘導体、トリアゾール誘導体、オキサゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、ポリアリールアルカン誘導体、ピラゾリン誘導体、ピラゾロン誘導体、フェニレンジアミン誘導体、アリールアミン誘導体、アミノ置換カルコン誘導体、スチリルアントラセン誘導体、フルオレノン誘導体、ヒドラゾン誘導体、スチルベン誘導体、シラザン誘導体、芳香族第三級アミン化合物、スチリルアミン化合物、芳香族ジメチリディン系化合物、ポルフィリン系化合物、ポリシラン系化合物、ポリ(N−ビニルカルバゾール)誘導体、アニリン系共重合体、チオフェンオリゴマー、ポリチオフェン等の導電性高分子オリゴマー、などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
前記正孔注入層及び正孔輸送層の形成方法としては、例えば真空蒸着法、LB法、前記正孔注入輸送剤を溶媒に溶解又は分散させてコーティングする方法(スピンコート法、キャスト法、ディップコート法など)が用いられる。コーティング法の場合、樹脂成分と共に溶解乃至分散することができる。
前記樹脂成分としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリメチルメタクリレート樹脂、ポリブチルメタクリレート樹脂、ポリエステル樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリフェニレンオキシド樹脂、ポリブタジエン、ポリ(N−ビニルカルバゾール)樹脂、炭化水素樹脂、ケトン樹脂、フェノキシ樹脂、ポリアミド樹脂、エチルセルロース、酢酸ビニル樹脂、ABS樹脂、ポリウレタン樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
前記正孔注入層及び正孔輸送層の厚みは、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば1nm〜5μmが好ましく、5nm〜1μmがより好ましく、10nm〜500nmが更に好ましい。
前記電子注入層及び電子輸送層の材料としては、陰極から電子を注入する機能、電子を輸送する機能、陽極から注入された正孔を障壁する機能のいずれか有しているものであれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
前記電子注入層及び電子輸送層の材料としては、例えばトリアゾール誘導体、オキサゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、フルオレノン誘導体、アントラキノジメタン誘導体、アントロン誘導体、ジフェニルキノン誘導体、チオピランジオキシド誘導体、カルボジイミド誘導体、フルオレニリデンメタン誘導体、ジスチリルピラジン誘導体、ナフタレンペリレン等の複素環テトラカルボン酸無水物、フタロシアニン誘導体、8−キノリノール誘導体の金属錯体やメタルフタロシアニン、ベンゾオキサゾールやベンゾチアゾールを配位子とする金属錯体に代表される各種金属錯体、などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
前記電子注入層及び電子輸送層の形成方法としては、例えば真空蒸着法やLB法、前記電子注入輸送剤を溶媒に溶解乃至分散させてコーティングする方法(スピンコート法、キャスト法、ディップコート法など)などが用いられる。コーティング法の場合、樹脂成分と共に溶解乃至分散することができ、前記樹脂成分としては、例えば、正孔注入層又は正孔輸送層の場合に例示したものが適用できる。
前記電子注入層又は電子輸送層の厚みは、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、1nm〜5μmが好ましく、5nm〜1μmがより好ましく、10nm〜500nmが更に好ましい。
前記レンズは、前記発光層から発光される光の光路を制御する機能を有する。
前記レンズは、前記有機電界発光部の陰極表面を被覆する封止層上に形成される低屈折率層上に形成される。
前記レンズの配列としては、例えば正方格子状、ハニカム状などが挙げられる。
前記レンズの材質としては、透明樹脂、ガラス、透明結晶、透明セラミックなどが挙げられる。
前記レンズの大きさとしては、半球状レンズの場合には、その有効直径が10μm〜1,000μmが好ましく、20μm〜200μmがより好ましい。
前記レンズの屈折率nLは、1.3〜1.8であることが好ましく、1.4〜1.7であることがより好ましい。
前記封止層は、前記有機電界発光部の陰極表面を被覆する層である。
前記封止層としては、大気中の酸素、水分、窒素酸化物、硫黄酸化物、オゾン等の透過を防ぐ機能を有している限り特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
前記封止層は、前記有機電界発光部の陰極表面を被覆する。前記陰極表面には、陰極表面以外にも、有機電界発光部の表面(露出面)を広く含む概念である。
前記封止層の材料としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、SiN、SiON、などが挙げられる。
前記封止層の厚みとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、5nm〜5,000nmが好ましく、7nm〜3,000nmがより好ましい。前記封止層の厚みが、5nm未満であると、大気中の酸素及び水分の透過を防ぐバリア機能が不充分であることがあり、5,000nmを超えると、光線透過率が低下し、透明性を損なうことがある。
前記封止層の光学的性質は、光線透過率が80%以上であることが好ましく、85%以上がより好ましく、90%以上が更に好ましい。
前記封止層の屈折率npは、1.5〜1.9であることが好ましく、1.7〜1.8であることがより好ましい。
前記基板としては、その形状、構造、大きさ等を適宜選択すればよく、一般的には、基板の形状としては、板状であることが好ましい。基板の構造としては、単層構造であってもよいし、積層構造であってもよく、また、単一部材で形成されていてもよいし、2以上の部材で形成されていてもよい。前記基板は、無色透明であっても、有色透明であってもよいが、発光層から発せられる光を散乱又は減衰等させることがない点で、無色透明であることが好ましい。
本発明の有機電界発光装置の製造方法は、本発明の前記有機電界発光装置を製造する方法であって、
低屈折率層形成工程と、レンズ形成工程とを含み、更に必要に応じてその他の工程を含んでなる。
前記低屈折率層形成工程は、有機電界発光部の陰極表面を被覆する封止層上に低屈折率層を形成する工程である。
前記レンズ形成工程は、前記低屈折率層形成工程で形成された低屈折率層表面にレンズを形成する工程である。
本発明の有機電界発光装置は、その他の工程として有機電界発光部を構成する各層を形成する工程などが挙げられる。
この図1のトップエミッション型の有機電界発光装置は、陽極1、ホール注入層2、第1ホール輸送層3、第2ホール輸送層4、第3ホール輸送層5、発光層6、第1電子輸送層7、第2電子輸送層8、第1電子注入層9、第2電子注入層10、及び陰極11からなる有機電界発光部15上に、封止層12、低屈折率層13、レンズ14を有している。
なお、「光出射方向」は、発光層からの光が、光取り出し面から有機電界発光装置の外部に出射される方向を示す。図1に示すトップエミッション型の有機電界発光装置の場合、発光層6からみて図面に平行に上方に向かう方向を示す。
本発明の有機電界発光装置をフルカラータイプのものとする方法としては、例えば「月刊ディスプレイ」、2000年9月号、33〜37ページに記載されているように、色の3原色(青色(B)、緑色(G)、赤色(R))に対応する光をそれぞれ発光する層構造を基板上に配置する3色発光法、白色発光用の層構造による白色発光をカラーフィルタを通して3原色に分ける白色法、青色発光用の層構造による青色発光を蛍光色素層を通して赤色(R)及び緑色(G)に変換する色変換法、などが知られている。
<有機電界発光素子(1)(sm=2)の作製;トップエミッション型、光学長が2次のマイクロキャビティ構造である場合>
ガラス基板として、厚みが0.7mm、屈折率が1.5のイーグル2000(コーニング社製)を用いた。
次に、ガラス基板上に、陽極としてアルミニウム(Al)を、厚みが100nmとなるように、真空蒸着により形成した。
次に、Al膜上に、ホール注入層として2−TNATA〔4,4’,4”−トリス(2−ナフチルフェニルアミノ)トリフェニルアミン〕とMnO3を7:3の割合で、厚みが20nmとなるように、真空蒸着により形成した。
次に、ホール注入層上に、第1のホール輸送層として2−TNATAにF4−TCNQ(2,3,5,6−tetrafluoro−7,7,8,8tetracyanoquinodimethane)を1.0%ドープして141nmの厚さとなるように、真空蒸着により形成した。
次に、第1のホール輸送層上に、第2のホール輸送層としてα−NPD〔N,N’−(ジナフチルフェニルアミノ)ピレン〕を、厚みが10nmとなるように、真空蒸着により形成した。
次に、第2のホール輸送層上に、第3のホール輸送層材料として下記構造式で表されるホール輸送材料Aを、厚みが3nmとなるように、真空蒸着により形成した。
次に、第1の電子輸送層上に、第2の電子輸送層としてBCP(2,9-dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthrolin)を、厚みが1nmとなるように、真空蒸着により形成した。
次に、第2の電子輸送層上に、第1の電子注入層としてLiFを、厚みが1nmとなるように、真空蒸着により形成した。
次に、第1の電子注入層上に、第2の電子注入層としてAlを、厚みが1nmとなるように、真空蒸着により形成した。
次に、電子注入層上に、陰極としてAgを、厚みが20nmとなるように、真空蒸着により形成した。
次に、陰極上に、封止層としてSiONを、厚みが3,000nmとなるように、真空蒸着により形成した。以上により、有機電界発光素子(1)を作製した。
作製した有機電界発光素子(1)は、光学長L(λ)が2λ(ただし、λは発光波長を表す)である2次のマイクロキャビティ構造を有していた。
<有機電界発光素子(2)(sm=3)の作製;トップエミッション型、光学長が3次のマイクロキャビティ構造である場合>
製造例1において、第1のホール輸送層の厚みを141nmから271nmに変えた以外は、製造例1と同様にして、有機電界発光素子(2)を作製した。
作製した有機電界発光素子(2)は、光学長L(λ)が3λ(ただし、λは発光波長を表す)である3次のマイクロキャビティ構造を有していた。
有機電界発光素子(1)(sm=2)の配光分布の結果を図4、有機電界発光素子(2)(sm=3)の配光分布の結果を図5にそれぞれ示す。
シリコンディテクター(浜松フォトニクス株式会社製、S4349)をゴニオメータ(自作)に装着し、各有機電界発光素子を発光させて、ゴニオメータの角度と、シリコンディテクターからの光強度に対応する電圧信号との関係を測定し、配光分布を求めた。
図4及び図5の結果から、正面輝度は高くなるが、高角度側の2次ピークが生じるため、斜め方向から見ると、明るくなる部分が生じて不自然である。更に、配光分布の波長依存性について、図6A及び図6B(図6Aの510nmを1.0として表示)の結果から、50°以上で長波長成分が多くなり、斜めから見ると色が変化してしまい不自然であることが分かった。
<有機電界発光装置の作製>
−No.1−
製造例1の有機電界発光素子(1)の陰極表面を被覆する封止層上に、低屈折率層及びレンズを設けないもの(即ち、有機電界発光素子(1)自体)である。
製造例1の有機電界発光素子(1)の陰極表面を被覆する封止層上に、低屈折率層として、ガラス材料1(S−LAH53、オハラ社製、屈折率1.81)を、RFスパッタにより、厚みが3,000nmとなるように形成した。
次に、低屈折率層上に、ガラス材料1(S−LAH53、オハラ社製、屈折率1.81)を、RFスパッタにより、厚みが3,000nmとなるように形成した。得られたガラス層を切削加工することにより、半球状レンズを形成した。
製造例1の有機電界発光素子(1)の陰極表面を被覆する封止層上に、低屈折率層として、ガラス材料2(BK7、ショット社製、屈折率1.52)を、RFスパッタにより、厚みが3,000nmとなるように形成した。
次に、低屈折率層上に、ガラス材料2(BK7、ショット社製、屈折率1.52)を、RFスパッタにより、厚みが3,000nmとなるように形成した。得られたガラス層を切削加工することにより、半球状レンズを形成した。
製造例1の有機電界発光素子(1)の陰極表面を被覆する封止層上に、低屈折率層として、ガラス材料3(S−FPL53、オハラ社製、屈折率1.44)を、RFスパッタにより、厚みが3,000nmとなるように形成した。
次に、低屈折率層上に、ガラス材料3(S−FPL53、オハラ社製、屈折率1.44)を、RFスパッタにより、厚みが3,000nmとなるように形成した。得られたガラス層を切削加工することにより、半球状レンズを形成した。
図12に示すように、製造例1の有機電界発光素子(1)の陰極表面を被覆する封止層上に、無機フッ化物(MgF2、屈折率1.38)を、真空蒸着法により、厚みが3,000nmになるように形成した。
次に、低屈折率層上に、レンズに対応した凹部を有する透明なガラスモールドに離型樹脂を塗布した後、アクリル樹脂1(屈折率1.38)を塗布し、ガラスモールドを有機電界発光素子の画素にアライメントして圧接させた。その後、ガラスモールドを取り外すことにより、半球状レンズ(屈折率1.38)を作製した。
図12に示すように、製造例1の有機電界発光素子(1)の陰極表面を被覆する封止層上に、低屈折率層として、無機フッ化物(MgF2、屈折率1.38)を、真空蒸着法により、厚みが3,000nmになるように形成した。
次に、低屈折率層上に、レンズに対応した凹部を有する透明なガラスモールドに離型樹脂を塗布した後、アクリル樹脂2(屈折率1.81)を塗布し、ガラスモールドを有機電界発光素子の画素にアライメントして圧接させた。その後、ガラスモールドを取り外すことにより、半球状レンズ(屈折率1.81)を作製した。
図12に示すように、製造例1の有機電界発光素子(1)の陰極表面を被覆する封止層上に、低屈折率層として、無機フッ化物(MgF2、屈折率1.38)を、真空蒸着法により、厚みが3,000nmになるように形成した。
次に、低屈折率層上に、レンズに対応した凹部を有する透明なガラスモールドに離型樹脂を塗布した後、アクリル樹脂3(屈折率1.52)を塗布し、ガラスモールドを有機電界発光素子の画素にアライメントして圧接させた。その後、ガラスモールドを取り外すことにより、半球状レンズ(屈折率1.52)を作製した。
図12に示すように、製造例1の有機電界発光素子(1)の陰極表面を被覆する封止層上に、低屈折率層として、無機フッ化物(MgF2、屈折率1.38)を、真空蒸着法により、厚みが3,000nmになるように形成した。
次に、低屈折率層上に、レンズに対応した凹部を有する透明なガラスモールドに離型樹脂を塗布した後、アクリル樹脂4(屈折率1.44)を塗布し、ガラスモールドを有機電界発光素子の画素にアライメントして圧接させた。その後、ガラスモールドを取り外すことにより、半球状レンズ(屈折率1.44)を作製した。
次に、No.6〜8に示すように、レンズの屈折率nfを1.38に固定し、低屈折率層の屈折率nLを1.81、1.52、及び1.44に変化させた結果を図8、図9、及び図10に示す。図8は、No.2とNo.6を対比した結果を示す。図9は、No.3とNo.7を対比した結果を示す。図10は、No.4とNo.8を対比した結果を示す。これらの結果から、正面輝度はnf=nLの場合と変わらずに、高角度側の2次ピークを無くせることが分かった。
したがって、封止層の屈折率np>低屈折率層の屈折率nf、レンズの屈折率nL>低屈折率層の屈折率nfを満たすことが重要であることが分かった。
また、製造例2で作製した有機電界発光素子(2)を用い、実施例1と同様にして、No.1、No.2、及びNo.6の有機電界発光装置を作製し、実施例1と同様にして、光強度の角度分布を調べた。結果を図11に示す。
図11の結果から、製造例2で作製した有機電界発光素子(2)(3次のマイクロキャビティ構造)においては、製造例1の有機電界発光素子(1)と同様な結果が得られることが分かった。
<有機電界発光装置の作製>
−No.9−
図13に示すように、製造例1の有機電界発光素子(1)の封止層上に、低屈折率層として、フッ素樹脂(旭ガラス株式会社製、サイトップ、屈折率1.38)を、スピンコート法により、厚みが3,000nmになるように形成し、150℃以下でポストベーキングした。
次に、低屈折率層上に、マスクを有機電界発光素子の画素にアライメントしてSiO2膜を厚み100nmとなるようにRFスパッタで形成した。UVクリーニングを行った後、パターンニングされたSiO2膜上に、アクリル系樹脂1(屈折率1.38)をインクジェット法で塗布した。その後UV光を照射し、硬化させて、半球状レンズ(1.38)を作製した。
図13に示すように、製造例1の有機電界発光素子(1)の封止層上に、低屈折率層として、フッ素樹脂(旭ガラス株式会社製、サイトップ、屈折率1.38)を、スピンコート法により、厚みが3,000nmになるように形成し、150℃以下でポストベーキングした。
次に、低屈折率層上に、マスクを有機電界発光素子の画素にアライメントしてSiO2膜を厚み100nmとなるようにRFスパッタで形成した。UVクリーニングを行った後、パターンニングされたSiO2膜上に、アクリル系樹脂(屈折率1.81)をインクジェット法で塗布した。その後UV光を照射し、硬化させて、半球状レンズ(1.81)を作製した。
図13に示すように、製造例1の有機電界発光素子(1)の封止層上に、低屈折率層として、フッ素樹脂(旭ガラス株式会社製、サイトップ、屈折率1.38)を、スピンコート法により、厚みが3,000nmになるように形成し、150℃以下でポストベーキングした。
次に、低屈折率層上に、マスクを有機電界発光素子の画素にアライメントしてSiO2膜を厚み100nmとなるようにRFスパッタで形成した。UVクリーニングを行った後、パターンニングされたSiO2膜上に、アクリル系樹脂3(屈折率1.52)をインクジェット法で塗布した。その後UV光を照射し、硬化させて、半球状レンズ(1.52)を作製した。
図13に示すように、製造例1の有機電界発光素子(1)の封止層上に、低屈折率層として、フッ素樹脂(旭ガラス株式会社製、サイトップ、屈折率1.38)を、スピンコート法により、厚みが3,000nmになるように形成し、150℃以下でポストベーキングした。
次に、低屈折率層上に、マスクを有機電界発光素子の画素にアライメントしてSiO2膜を厚み100nmとなるようにRFスパッタで形成した。UVクリーニングを行った後、パターンニングされたSiO2膜上に、アクリル系樹脂4(屈折率1.44)をインクジェット法で塗布した。その後UV光を照射し、硬化させて、半球状レンズ(1.44)を作製した。
また、製造例2で作製した有機電界発光素子(2)を用い、実施例2と同様にして、No.1、No.2、及びNo.10の有機電界発光装置を作製し、実施例1と同様にして、光強度の角度分布を調べたところ、図11と同様の結果が得られた。
即ち、赤色(R)、緑色(G)、及び青色(B)のRGBの3画素を有するデバイスを作製した場合、RGB3画素についてレンズを配置する場合は、図15に示すように、RGB3画素の一つ一つの各画素をレンズで取り囲んでもよく、図16に示すように、RGB3画素を一単位としてレンズで取り囲んでもよい。また、図17に示すように、画素が正方形でなく、辺の長さが異なる長方形の場合には長い方の辺を発光部分(発光層)の1辺の最大長さaとして採用する。
また、画素の形状については、特に制限はなく、目的に応じて適宜変更することができ、図18に示すように、正方形状の画素21にレンズ22を配置する態様、図19に示すように、長方形状の画素21にレンズ22を配置する態様、図20に示すように、円形状の画素21にレンズ22を配置する態様、図21に示すように、三角形状の画素21にレンズ22を配置する態様、などが挙げられる。
また、実施例1及び2では、発光部分(発光層)の1辺の最大長さaが2mmの有機電界発光素子を作製して評価を行ったが、前記比(φ/a)が維持されていれば光学的性質は等価である。
実際、発光部分(発光層)の1辺の最大長さaが2μmの有機EL素子を作製し、同様に評価した。なお、この際、厚み(d)が20μmのガラス基板を用いて実験を行った。その結果、発光部分(発光層)の1辺の最大長さaが2mmの場合と同様な光学的性質が得られた。
2 ホール注入層
3 第1ホール輸送層
4 第2ホール輸送層
5 第3ホール輸送層
6 発光層
7 第1電子輸送層
8 第2電子輸送層
9 第1電子注入層
10 第2電子注入層
11 陰極
12 封止層
13 低屈折率層
14 レンズ
15 有機電界発光部
21 画素
22 レンズ
Claims (10)
- 陽極と、発光層と、陰極とを少なくとも含む有機電界発光部と、
前記有機電界発光部の陰極表面を被覆する封止層と、
前記封止層上に設けられ、前記発光層から発光される光の光路を制御するレンズと、
を有する有機電界発光装置であって、
前記封止層と前記レンズの間に、前記封止層の屈折率より低屈折率である低屈折率層を有し、
前記封止層内の配光分布が複数のピークを持ち、かつ低角度側より高角度側の前記封止層のピーク角度θpと、前記封止層の全反射角θm=sin −1 (nf/np)(ただし、npは封止層の屈折率、nfは低屈折率層の屈折率である)とが、次式、θm<θp、を満たすことを特徴とする有機電界発光装置。 - 低屈折率層が、低屈折率の固体層である請求項1に記載の有機電界発光装置。
- レンズの屈折率が、低屈折率層の屈折率よりも高い請求項1から2のいずれかに記載の有機電界発光装置。
- 有機電界発光部の陰極からレンズまでの距離dと、レンズの有効直径φとの比(φ/d)が2以上である請求項1から3のいずれかに記載の有機電界発光装置。
- 有機電界発光部が、光学長L(λ)が2λ(ただし、λは発光波長を表す)である2次のマイクロキャビティ構造を有する請求項1から4のいずれかに記載の有機電界発光装置。
- 有機電界発光部が、光学長L(λ)が3λ(ただし、λは発光波長を表す)である3次のマイクロキャビティ構造を有する請求項1から4のいずれかに記載の有機電界発光装置。
- 低屈折率層がフッ素系材料を含有する請求項1から6のいずれかに記載の有機電界発光装置。
- 請求項1から7のいずれかに記載の有機電界発光装置を製造する方法であって、
有機電界発光部の陰極表面を被覆する封止層上に低屈折率層を形成する低屈折率層形成工程と、
前記低屈折率層表面にレンズを形成するレンズ形成工程と、を含むことを特徴とする有機電界発光装置の製造方法。 - レンズの形成が、インプリント法で行われる請求項8に記載の有機電界発光装置の製造方法。
- レンズの形成が、インクジェット法で行われる請求項8に記載の有機電界発光装置の製造方法。
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