JP5703251B2 - 有機電界発光素子、照明装置及び有機電界発光素子の製造方法 - Google Patents

有機電界発光素子、照明装置及び有機電界発光素子の製造方法 Download PDF

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Description

本発明の実施形態は、有機電界発光素子、照明装置及び有機電界発光素子の製造方法に関する。
近年、平面光源などの用途に有機電界発光素子が注目されている。有機電界発光素子においては、有機薄膜が、2つの電極の間に設けられる。有機薄膜に電圧を印加して電子と正孔とを注入し再結合させることにより、励起子を生成する。この励起子が放射失活する際の発光が利用される。
有機電界発光素子において、薄型、軽量、面発光などの特徴から、これまでの照明器具や光源では実現できなかった応用が期待されている。
特開2004−363040号公報
本発明の実施形態は、光透過性の有機電界発光素子、照明装置及び有機電界発光素子の製造方法を提供する。
本発明の実施形態によれば、第1電極と、第2電極と、有機発光層と、光学層と、を備えた有機電界発光素子が提供される。前記第1電極は、第1主面と、前記第1主面と反対側の第2主面と、を有する。前記第1電極は、光透過性を有する。前記第2電極は、前記第1主面の一部と対向する。前記有機発光層は、前記第1電極と前記第2電極との間に設けられる。前記光学層は、前記第2主面に対向して設けられる。前記光学層は、前記有機発光層から放出される光を散乱させる第1状態と、前記光の散乱の度合いが前記第1状態よりも小さい第2状態と、の間で遷移可能である。前記光学層は、前記第1主面と平行な平面に投影した時に前記第2電極と重なる第1部分が少なくとも前記第1状態になり、前記有機発光層から放出された前記光を前記第1部分で散乱させて出射させることが可能であり、前記平面に投影した時に前記第2電極と重ならない第2部分が少なくとも前記第2状態になり、外部から入射した光を前記第2部分において透過させることが可能である。
第1の実施形態に係る有機電界発光素子の構成を例示する模式的断面図である。 第1の実施形態に係る有機電界発光素子の構成を例示する模式的平面図である。 図3(a)〜図3(c)は、第1の実施形態に係る有機電界発光素子の一部の構成を例示する模式図である。 図4(a)〜図4(c)は、第1の実施形態に係る有機電界発光素子の一部の光学特性を例示する模式的断面図である。 第1の実施形態に係る有機電界発光素子の一部の構成を例示する模式的断面図である。 図6(a)〜図6(d)は、第1の実施形態に係る別の有機電界発光素子の一部の構成を例示する模式図である。 図7(a)及び図7(b)は、第1の実施形態に係る別の有機電界発光素子の一部の構成を例示する模式的平面図である。 第1の実施形態に係る別の有機電界発光素子の構成を例示する模式的断面図である。 第1の実施形態に係る別の有機電界発光素子の構成を例示する模式的断面図である。 第1の実施形態に係る別の有機電界発光素子の構成を例示する模式的断面図である。 第1の実施形態に係る別の有機電界発光素子の構成を例示する模式的断面図である。 第2の実施形態に係る照明装置の構成を例示する模式図である。 図13(a)〜図13(c)は、第3の実施形態に係る有機電界発光素子の製造方法を例示する工程順模式的断面図である。 第3の実施形態に係る有機電界発光素子の製造方法を例示するフローチャート図である。
以下に、各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
(第1の実施の形態)
図1は、第1の実施形態に係る有機電界発光素子の構成を例示する模式的断面図である。
図2は、第1の実施形態に係る有機電界発光素子の構成を例示する模式的平面図である。図1は、図2のA1−A2線断面図である。
これらの図は、本実施形態に係る有機電界発光素子の一部を拡大して例示している。
図1及び図2に表したように、有機電界発光素子110は、第1電極10と、第2電極20と、有機発光層40と、光学層50と、を含む。
第1電極10は、第1主面10aと、第2主面10bと、を有する。第2主面10bは、第1主面10aと反対側の面である。第1電極10は、光透過性を有する。第1電極10は、例えば、透明電極である。
ここで、第1主面10aに対して垂直な第1方向をZ軸方向とする。第1主面10aに対して平行な1つの方向をX軸方向とする。第1主面10aに対して平行でX軸方向に対して垂直な方向をY軸方向とする。X軸方向及びY軸方向は、Z軸方向に対して垂直な方向である。Z軸方向は、第1電極10の厚さ方向に相当する。
第2電極20は、第1電極10の第1主面10aの一部と対向する。第2電極20は、光反射性を有する。第2電極20の光反射率は、第1電極10の光反射率よりも高い。第2電極20は、導電部21と、開口部22と、を有する。導電部21は、光反射性を有する。導電部21は、開口部22を除いて設けられる。第2電極20において、例えば、複数の開口部22が設けられる。開口部22以外の領域に、導電部21が設けられる。第2電極20は、導電部21において第1主面10aと対向する。
図2に表したように、導電部21は、Y軸方向に沿って延びる帯状である。導電部21は、例えば、X軸方向に並べて複数設けられる。これにより、第2電極20は、縞状のパターン形状に形成される。複数の導電部21のそれぞれの間隔は、例えば、一定である。第2電極20のパターン形状は、任意である。
有機発光層40は、第1電極10の第1主面10aと、第2電極20と、の間に設けられる。有機発光層40は、例えば、第1電極10と第2電極20とを介して電圧が印加された場合に、電子と正孔とを再結合させ、励起子を生成する。有機発光層40は、例えば、励起子が放射失活する際の光の放出を利用して発光する。
有機電界発光素子110は、配線層30と、第1基板81と、第2基板82と、高屈折率層84と、をさらに備える。配線層30と第1基板81と第2基板82と高屈折率層84とは、それぞれ有機電界発光素子110に適宜設けられ、省略可能である。
第1基板81と第2基板82とは、光透過性を有する。第1基板81の屈折率は、例えば、1.4以上1.9以下である。第2基板82の屈折率は、例えば、1.4以上1.9以下である。
光学層50は、第1基板81と第2基板82との間に設けられる。高屈折率層84は、第1電極10と第2基板82との間に設けられる。この例では、第1基板81の上に光学層50が設けられる。光学層50の上に第2基板82が設けられる。第2基板82の上に高屈折率層84が設けられる。高屈折率層84の上に第1電極10が設けられる。第1電極10の上に有機発光層40が設けられる。そして、有機発光層40の上に第2電極20が設けられる。
高屈折率層84の屈折率は、第1電極10の屈折率と実質的に同じである。第1電極10の屈折率は、有機発光層40の屈折率と実質的に同じである。すなわち、高屈折率層84の屈折率は、有機発光層40の屈折率と実質的に同じである。このように、高屈折率層84の屈折率を、第1電極10の屈折率及び有機発光層40の屈折率と合わせることにより、有機発光層40から放出された光の取り出し効率を向上させることができる。すなわち、有機電界発光素子110の発光効率が向上する。有機発光層40の屈折率は、例えば、1.6以上2.0以下である。
第2基板82と高屈折率層84との接合界面である第2基板82の主面82aの上には、凹凸部85が設けられる。凹凸部85は、例えば、主面82a上に複数設けられる。複数の凹凸部85は、例えば、Z軸方向に見たときに、第2電極20と重なる位置に設けられる。複数の凹凸部85は、例えば、ピラミッド状でもよい。ピラミッド状の凹凸部85は、例えば、主面82aにフロスト処理を施すことによって形成することができる。複数の凹凸部85は、例えば、有機発光層40から発せられた光の進行方向を変える。複数の凹凸部85は、例えば、光を散乱させる。これにより、複数の凹凸部85は、有機発光層40から発せられた光の主面82aでの全反射を抑制する。
配線層30は、第1主面10aに対して平行な平面に沿って延在する。すなわち、配線層30は、X−Y平面内に延在する。この例において、配線層30は、第1電極10の第1主面10aの上に設けられる。配線層30は、第1主面10aのうちの、Z軸方向に見たときに、第2電極20と重ならない部分の一部に設けられる。第2電極20と重ならない部分とは、Z軸方向に見たときの、隣り合う2つの導電部21の間の部分である。配線層30は、第1電極10の第2主面10bの上に設けてもよい。この場合、配線層30は、第2主面10bのうちの、Z軸方向に見たときに、第2電極20と重ならない部分の一部に設けられる。第1電極10は、X−Y平面に射影したときに、配線層30と重ならない部分を有する。
配線層30は、例えば、導電性の配線部31と、開口部32と、を有する。配線部31は、開口部32を除いて設けられる。X−Y平面に射影したときに、開口部32は、第1電極10の少なくとも一部と重なる。例えば、配線部31は、X−Y平面に射影したときに第1電極10の一部と重なる。配線層30は、第1電極10に電気的に接続される。配線層30は、例えば、X−Y平面内に延在する。配線層30のパターン形状は、例えば、縞状、または、格子状である。
図2に表したように、この例において、配線部31は、Y軸方向に沿って延びる帯状である。配線部31は、例えば、X軸方向に並べて複数設けられる。これにより、配線層30は、縞状のパターン形状に形成される。複数の配線部31のそれぞれの間隔は、例えば、一定である。また、複数の配線部31のそれぞれの間隔は、例えば、複数の導電部21のそれぞれの間隔よりも広い。この例においては、例えば、3つの導電部21毎に、1つの配線部31が設けられる。配線層30のパターン形状は、任意である。
配線層30の導電率は、第1電極10の導電率よりも高い。配線層30は、光反射性を有する。配線層30は、例えば、金属配線である。配線層30は、例えば、第1電極10に流れる電流を伝達する補助電極として機能する。配線層30は、第1電極10の少なくとも一部を露出させる。
配線層30の光反射率は、第1電極10の光反射率よりも高い。本願明細書においては、第1電極10の光反射率よりも高い光反射率を有している状態を光反射性という。配線層30の上面及び側面に絶縁層(図示しない)を設けても良い。
第1電極10の光透過率は、配線層30の光透過率及び第2電極20の光透過率よりも高い。本願明細書においては、配線層30の光透過率及び第2電極20の光透過率よりも高い光透過率を有している状態を光透過性という。例えば、第1基板81の光透過率は、第2電極20の光透過率、及び、配線層30の光透過率よりも高い。第2基板82の光透過率は、第2電極20の光透過率、及び、配線層30の光透過率よりも高い。
光学層50は、第1電極10の第2主面10bと平行な第3主面53aを有する第3電極53と、第3主面53aと平行な第4主面54aを有する第4電極54と、第3電極53と第4電極54との間に設けられた液晶層52と、を含む。第3電極53及び第4電極54は、光透過性を有する。第3電極53及び第4電極54は、例えば、透明電極である。
第3電極53は、Z軸方向に見たときに、第2電極20と重なる部分に設けられた対向部55と、Z軸方向に見たときに、第2電極20と重ならない部分に、対向部55とは別に設けられた非対向部56と、を含む。対向部55のパターン形状は、第2電極20のパターン形状と実質的に同じである。すなわち、対向部55のパターン形状は、縞状である。
図3(a)〜図3(c)は、第1の実施形態に係る有機電界発光素子の一部の構成を例示する模式図である。
図3(a)〜図3(c)は、液晶層52の一部を拡大して表示している。
図3(a)に表したように、液晶層52は、例えば、樹脂部52aと、液晶部52bと、を含む。液晶層52においては、例えば、高分子分散型液晶(PDLC)と呼ばれる液晶方式が採用される。
樹脂部52aは、光透過性を有する。樹脂部52aとしては、例えば、フィルム状多孔質体などが用いられる。樹脂部52aの屈折率は、第1基板81の屈折率、及び、第2基板82の屈折率と、実質的に同じである。樹脂部52aの屈折率は、例えば、1.4以上1.8以下である。樹脂部52aには、例えば、熱や紫外線により硬化する透明材料が用いられる。
液晶部52bには、例えば、ネマチック液晶が用いられる。この例では、液晶部52bは、液滴状である。
図3(b)に表したように、液晶部52bは、例えば、網目状につながる不規則な形状でもよい。液晶層52は、ポリマーネットワーク液晶と呼ばれる液晶方式でもよい。
図3(c)に表したように、液晶層52において、液晶部52bの中に、樹脂部52aが分散されている。
図4(a)〜図4(c)は、第1の実施形態に係る有機電界発光素子の一部の光学特性を例示する模式的断面図である。
図4(a)〜図4(c)は、光学層50の光学特性を例示する。
図4(a)に表したように、光学層50は、透過する光(有機発光層30から放出された光)の進行方向を変化させる第1状態を有する。第1状態の光学層50は、例えば、液晶層52において、入射した光を散乱させる。光の進行方向の変化は、屈折効果に基づいても良い。また、回折効果に基づいても良い。図3(a)〜図3(c)のいずれかの構成の液晶層52が用いられた光学層50では、第3電極53と第4電極54との間の電圧の絶対値(実効値でも良い)が小さい第1電圧のときに第1状態となる。第1電圧は、0ボルトのときを含む。
図4(b)に表したように、光学層50は、透過する光の進行方向の変化の度合いが第1状態よりも小さい第2状態を有する。第2状態の光学層50は、例えば、透過する光の進行方向を実質的に変化させない。第2状態の光学層50は、例えば、透明である。換言すれば、第2状態の光学層50の拡散率は、第1状態の光学層50の拡散率よりも低い。光学層50は、第3電極53と第4電極54との間に電圧が印加され、第3電極53と第4電極54との間の電圧の絶対値(実効値でも良い)が大きい第2電圧のときに第2状態となる。第2電圧の絶対値(実効値)は、第1電圧の絶対値(実効値)よりも大きい。このように、光学層50は、第1状態と第2状態との間を遷移可能である。第1状態と第2状態との間で、液晶層52の光学的な特性が変化する。
図4(c)に表したように、光学層50は、第3電極53のうちの非対向部56のみに電圧を印加することにより、液晶層52のうちの、Z軸方向に見たときに第2電極20と重ならない部分の光学特性を、第1状態から第2状態に選択的に変化させることができる。反対に、光学層50は、第3電極53のうちの対向部55のみに電圧を印加することにより、液晶層52のうちの、Z軸方向に見たときに第2電極20と重なる部分の光学特性を、第1状態から第2状態に選択的に変化させることができる。
これ以降では、液晶層52のうちの、Z軸方向に見たときに第2電極20と重ならない部分の光学特性が、第2状態にあり、液晶層52のうちの、Z軸方向に見たときに第2電極20と重なる部分の光学特性が、第1状態にある状態(図4(c)の状態)を、第3状態と称す。
有機電界発光素子110において、第1電極10と第2電極20(導電部21)とが対向する部分の有機発光層40が、発光領域44となる。発光領域44から発せられた発光光45は、第1電極10、高屈折率層84、凹凸部85、第2基板82、光学層50、及び、第1基板81を介して、有機電界発光素子110の外部に出射する。発光光45の一部は、第2電極20で反射し、第1電極10、高屈折率層84、凹凸部85、第2基板82、光学層50、及び、第1基板81を介して外部に出射する。
例えば、有機発光層40を発光させる場合に、光学層50を第1状態にする。これにより、光学層50を発光光45が透過する際、液晶層52によって発光光45の進路が変更される。これにより、例えば、全反射によって有機電界発光素子110の内部に戻る光が低減され、光取り出し効率が向上する。すなわち、有機電界発光素子110の発光効率が向上する。
有機電界発光素子110において、外部から入射する外光46は、第2電極20の開口部22、有機発光層40、配線層30の開口部32、第1電極10、高屈折率層84、第2基板82、光学層50、及び、第1基板81を透過する。このように、有機電界発光素子110は、発光光45を出射させつつ、外部から有機電界発光素子110に入射する外光46を透過させる。このように、有機電界発光素子110は、光透過性を有する。
例えば、有機発光層40を発光させない場合に、光学層50を第2状態にする。光学層50が第2状態にある場合、有機電界発光素子110は、例えば、透明である。従って、有機電界発光素子110を透過する外光46は、実質的に散乱されない。光学層50が第2状態にある場合、有機電界発光素子110においては、有機電界発光素子110を介して、背景の像を視認できる。すなわち、有機電界発光素子110は、シースルー可能な薄膜状または板状の光源である。
導電部21及び配線部31において外部の像が鏡面反射すると、例えば、観察者の自分の像が、導電部21及び配線部31で反射し、その反射像が観察者に視認されてしまう。すなわち、外部の像の反射像が発生する。このため、背景の像の視認性を著しく劣化させる原因となる。
そこで、例えば、反射像の影響が大きい場合に、光学層50を第3状態にする。光学層50を第3状態にした場合、有機電界発光素子110では、X−Y平面に射影したとき(Z軸方向に見たとき)に、光反射性の導電部21及び配線部31と重なる位置において、液晶層52が第1状態になっている。このため、導電部21及び配線部31による鏡面反射光が、液晶層52によって散乱する。これにより、外部の像の反射像の視認が抑制される。
また、光学層50を第3状態にした場合、有機電界発光素子110では、X−Y平面に射影したとき(Z軸方向に見たとき)に、光反射性の導電部21及び配線部31と重ならない位置において、液晶層52が第2状態になっている。このため、外光46の散乱が抑えられ、有機電界発光素子110の透明性も確保される。
このように、実施形態の有機電界発光素子110によれば、光透過性の有機電界発光素子を提供できる。この有機電界発光素子110は、高い発光効率と、高い透明性と、を有する。この有機電界発光素子110を照明装置に応用した場合、照明機能の他に、背景像を透過させる機能により、種々の新たな応用が可能になる。
なお、本実施形態においては、第2電圧の絶対値を第1電圧の絶対値よりも大きいこととしたが、第2電圧の絶対値を第1電圧の絶対値よりも小さいこととしてもよい。
図5は、第1の実施形態に係る有機電界発光素子の一部の構成を例示する模式的断面図である。
図5に表したように、有機発光層40は、発光部43を含む。有機発光層40は、必要に応じて、第1層41及び第2層42の少なくともいずれかをさらに含むことができる。発光部43は、可視光の波長を含む光を放出する。第1層41は、発光部43と第1電極10との間に設けられる。第2層42は、発光部43と第2電極20との間に設けられる。
発光部43には、例えば、Alq、F8BT及びPPVなどの材料を用いることができる。発光部43には、ホスト材料と、ホスト材料に添加されるドーパントと、の混合材料を用いることができる。ホスト材料としては、例えばCBP、BCP、TPD、PVK及びPPTなどを用いることができる。ドーパント材料としては、例えば、Flrpic、Ir(ppy)及びFlr6などを用いることができる。
第1層41は、例えば、正孔注入層として機能する。第1層41は、例えば正孔輸送層として機能する。第1層41は、例えば、正孔注入層として機能する層と、正孔輸送層として機能する層と、の積層構造を有しても良い。第1層41は、正孔注入層として機能する層及び正孔輸送層として機能する層とは別の層を含んでも良い。
第2層42は、例えば電子注入層として機能する層を含むことができる。第2層42は、例えば、電子輸送層として機能する層を含むことができる。第2層42は、例えば、電子注入層として機能する層と、電子輸送層として機能する層と、の積層構造を有しても良い。第2層42は、電子注入層として機能する層及び電子輸送層として機能する層とは別の層を含んでも良い。
例えば、有機発光層40は、可視光の波長の成分を含む光を放出する。例えば、有機発光層40から放出される光は、実質的に白色光である。すなわち、有機電界発光素子110から出射する光は白色光である。ここで、「白色光」は、実質的に白色であり、例えば、赤色系、黄色系、緑色系、青色系及び紫色系などの白色の光も含む。
第1電極10は、例えば、In、Sn、Zn及びTiよりなる群から選択された少なくともいずれかの元素を含む酸化物を含む。第1電極10には、例えば、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化錫、インジウム錫酸化物(ITO:Indium Tin Oxide)膜、フッ素ドープ酸化錫(FTO)、インジウム亜鉛酸化物を含む導電性ガラスを用いて作製された膜(例えばNESAなど)、金、白金、銀、及び、銅などを用いることができる。第1電極10は、例えば、陽極として機能する。
第2電極20は、例えば、アルミニウム及び銀の少なくともいずれかを含む。例えば、第2電極20には、アルミニウム膜が用いられる。さらに、第2電極20として、銀とマグネシウムとの合金を用いても良い。この合金にカルシウムを添加しても良い。第2電極20は、例えば、陰極として機能する。
配線層30は、例えば、Mo、Ta、Nb、Al、Ni及びTiよりなる群から選択された、少なくともいずれかの元素を含む。配線層30は、例えば、この群から選択された元素を含む混合膜とすることができる。配線層30は、それらの元素を含む積層膜とすることができる。配線層30には、例えばNb/Mo/Al/Mo/Nbの積層膜を用いることができる。配線層30は、例えば、第1電極10の電位降下を抑制する補助電極として機能する。配線層30は、電流供給のためのリード電極として機能することができる。
第1基板81及び第2基板82には、例えば、ガラス基板、または、樹脂基板などを用いることができる。高屈折率層84には、例えば、酸化チタンを混ぜたポリシロキサンが用いられる。高屈折率層84の屈折率は、例えば、酸化チタンの混合比によって調整される。
図6(a)〜図6(d)は、第1の実施形態に係る別の有機電界発光素子の一部の構成を例示する模式図である。
図6(a)〜図6(d)は、光学層50の一部を拡大して表示している。
図6(a)に表したように、光学層50には、導電性のドーパント52cを添加した液晶層52を用いてもよい。すなわち、液晶層52は、ダイナミックスキャタリング効果(以下、DS効果と称す)を利用した液晶方式でもよい。DS効果を利用した液晶層52では、ドーパント52c(イオンなど)を添加し、液晶層52の比抵抗を、例えば、5×1010Ωcm以下とする。液晶には例えば負の誘電異方性を有する材料を用いる。
この液晶層52を含む光学層50は、第3電極53と第4電極54との間の電圧が第1電圧のときに透明になる。例えば、電圧を印加していないときに、光学層50が第2状態になる。この光学層50では、第3電極53と第4電極54との間の電圧の絶対値(実効値)が第1電圧の絶対値(実効値)よりも大きい第2電圧のときに、ドーパント52cが移動する。電圧印加時に、このドーパント52cの移動により、例えば光の散乱性が発現する。すなわち、電圧が大きい第2電圧のときに、光学層50が第1状態になる。
図6(b)に表したように、光学層50は、複数の導電部53pと、複数の開口部53qと、を有する第3電極53を含む構成でもよい。開口部53qは、例えば、Y軸方向に沿ってスリット状に形成される。開口部53qは、例えば、X軸方向に一定の間隔で並べられる。開口部53qのX軸方向の幅、及び、隣り合う2つの開口部53qの間隔は、例えば、発光光45の波長に対応して設定される。この光学層50では、第3電極53と第4電極54との間に電圧を印加したときに、導電部53pと第4電極54とが対向する部分の屈折率と、開口部53qと第4電極54とが対向する部分の屈折率と、の差により、主に回折効果によって入射光が散乱する。すなわち、この光学層50では、印加電圧が大きいときに第1状態になり、印加電圧が相対的に小さいときに第2状態になる。
図6(c)に表したように、光学層50は、複数の導電部53pと、複数の開口部53qと、を有する第3電極53と、液晶層52と、を含む構成でもよい。この光学層50では、隣り合う2つの導電部53pのそれぞれの電位を異なる電位に設定する。隣り合う2つの導電部53pの一方から他方に向かう横方向の電場を形成する。これにより、例えば、開口部53qの近傍の液晶分子のダイレクタの向きを変える。こうすれば、導電部53pと液晶層52とが対向する部分の屈折率と、開口部53qと液晶層52とが対向する部分の屈折率と、の差により、入射光が散乱する。この光学層50では、印加電圧が大きいときに第1状態になり、印加電圧が相対的に小さいときに第2状態になる。
図6(d)に表したように、光学層50は、第3電極53と、第4電極54と、第3電極53と第4電極54との間の電気泳動層58と、を含む構成でもよい。電気泳動層58は、例えば、電気泳動分散液58aと、この電気泳動分散液58aに添加された帯電微粒子58bと、を有する。多孔質構造体を設け、多孔質構造体の間隙に電気泳動分散液58aを充填させてもよい。この光学層50では、第3電極53と第4電極54との間に電圧を印加したときに、第3電極53の近傍または第4電極54の近傍に帯電微粒子58bが集まって電気泳動分散液58aが白濁し、入射光が散乱する。すなわち、この光学層50では、印加電圧が大きいときに第1状態になり、印加電圧が相対的に小さいときに第2状態になる。このように、光学層50は液晶以外の構成でもよい。
図7(a)及び図7(b)は、第1の実施形態に係る別の有機電界発光素子の一部の構成を例示する模式的平面図である。
図7(a)は、本実施形態に係る有機電界発光素子111の第2電極20のパターン形状の例を示している。図7(b)は、有機電界発光素子111の配線層30のパターン形状の例を示している。
図7(a)に表したように、有機電界発光素子111においては、第2電極20(導電部21)は格子状である。この例では、第2電極20に設けられる開口部22の形状は四角形(長方形)である。開口部22の形状は、四角形に限定されず、任意である。例えば、第2電極20の格子状のパターン形状は、ハニカム状でもよい。
また、図7(b)に表したように、配線層30(配線部31)は格子状である。この例では、配線層30に設けられる開口部32の形状は四角形(長方形)である。開口部32の形状は、四角形に限定されず、任意である。開口部32の形状は、例えば、開口部22の形状に合わせて形成すればよい。
第2電極20のパターン形状を格子状にする場合には、光学層50の第3電極53の対向部55のパターン形状も格子状にする。対向部55のパターン形状は、第2電極20のパターン形状と実質的に同じにする。非対向部56の形状は、開口部22の形状と実施的に同じにする。これにより、有機電界発光素子111においても、光透過性の有機電界発光素子が提供される。有機電界発光素子111においても、高い発光効率と、高い透明性と、が得られる。
第2電極20のX軸方向に沿った長さを幅wx2とする。複数の第2電極20(導電部21)のうちで互いに隣り合う2つの第2電極20(導電部21)のX軸方向に沿った中心どうしの距離をピッチpx2とする。
第2電極20のうちでX軸方向に沿って延在する部分のY軸方向に沿った長さを幅wy2とする。複数の第2電極20(導電部21)のうちで互いにY軸方向において隣り合う2つのY軸に沿った中心どうしの距離をピッチpy2とする。
例えば、幅wx2及び幅wy2の少なくともいずれかは、1μm以上2000μm以下である。具体的には、幅wx2及び幅wy2の少なくともいずれかは、10μm以上である。幅wx2及び幅wx2を10μm以上にすることで、加工性が良好になる。一方、幅wx2及び幅wy2は500μm以下である。幅wx2及び幅wy2を500μm以下にすることで、第2電極20が目立ち難くなる。幅wx2及び幅wy2の少なくともいずれかは、例えば、30μm以上200μm以下である。
ピッチpx2及びピッチpy2の少なくともいずれかは、50μm以上5000μm以下である。例えば、ピッチpx2及びピッチpy2を400μm以上500μm以下とし、幅wx2及び幅wy2を40μm以下60μm以下とする。この場合は、第2電極20は、例えば、フォトリソグラフィとエッチングにより形成できる。
例えば、ピッチpx2及びピッチpy2を800μm以上1000μm以下とし、幅wx2及び幅wy2を80μm以上120μm以下とする。この場合は、第2電極20は、例えば、メタルマスクを用いた成膜(例えば蒸着など)によって形成できる。
配線層30のX軸方向に沿った長さを幅wx3とする。複数の配線層30(配線部31)のうちで互いに隣り合う2つの配線層30(配線部31)のX軸に沿った中心どうしの距離をピッチpx3とする。
配線層30のうちでX軸方向に沿って延在する部分のY軸方向に沿った長さを幅wy3とする。複数の配線層30(配線部31)の上記の部分のうちで互いにY軸方向において隣り合う2つの配線層30(配線部31)のY軸に沿った中心どうしの距離をピッチpy3とする。
例えば、幅wx3及び幅wy3の少なくともいずれかは、1μm以上2000μmである。具体的には、幅wx3及び幅wy3の少なくともいずれかは、10μm以上である。幅wx3及び幅wy3を10μm以上にすることで、加工性が良好になる。また、抵抗が下がり発光強度の面内均一性が高まる。一方、幅wx3及び幅wy3は500μm以下である。幅wx2及び幅wy2を500μm以下にすることで、配線層30が目立ち難くなる。幅wx3及び幅wy3の少なくともいずれかは、例えば、10μm以上200μm以下である。
ピッチpx3及びピッチpy3の少なくともいずれかは、50μm以上5000μm以下である。
例えば、ピッチpx3及びピッチpy3を400μm以上500μm以下とし、幅wx3及び幅wy3を40μm以下60μm以下とする。この場合は、配線層30は、例えば、フォトリソグラフィとエッチングにより形成できる。
例えば、ピッチpx3及びピッチpy3を800μm以上1000μm以下とし、幅wx3及び幅wy3を80μm以下120μm以下とする。この場合は、配線層30は、例えば、メタルマスクを用いた成膜(例えば蒸着など)によって形成できる。
本実施形態において、第2電極20及び配線層30のパターンの線幅が広いと(導電部21の幅が広く、配線部31の幅が広い)と、第2電極20及び配線層30が観察され易く、目立つ。第2電極20及び配線層30が目立つと、背景の像の認識を困難にする。
本願発明者は、第2電極20及び配線層30を目立ち難くする条件について検討した。この検討に用いた試料においては、ガラス基板の上に、複数の帯状のAg膜が設けられている。このAg膜が、第2電極20及び配線層30に相当する。Ag膜の帯状パターンのピッチ(ピッチpy2及びピッチpy3に相当する)は200μmで一定である。Ag膜の帯状パターンの幅(幅wy2及び幅wy3に相当する)を20μm〜100μmで変えた試料が用いられる。なお、Ag膜の帯状パターンの幅が100μmとき、開口率は50%となる。この試料の後ろに白い紙を配置し、試料と観察者との間の距離Dを0.3mとして、Ag膜の帯状パターンが視認できる幅を求めた。観察者の視力は1.2であり、評価環境は、蛍光灯下の室内である。
その結果、Ag膜の帯状パターンが50μm以上のときには、Ag膜の複数の帯状パターンのそれぞれが分離して観察され、40μm以下のときには帯状パターンが観察されない。すなわち、40μm以下においては、試料の全体が、透過率が低下した灰色の領域として観察される。帯状パターンが40μmである場合の開口率は、例えば、71%である。また、幅が20μm(開口率が83%)のときは、帯状のパターンが設けられている領域の明るさと、それ以外の領域の明るさと、の差異が小さくなり、違和感が小さい。
このように、実施形態において、第2電極20の開口率(例えば、複数の開口部22のX−Y平面に射影した面積の合計の、その面積の合計と、導電部21のX−Y平面に射影した面積と、の和に対する比)は、例えば、71%以上である。また、第2電極20の開口率は、例えば、83%以上である。第2電極20の開口率が高くなることで、有機電界発光素子の透過率が向上する。ただし、開口率が大きくなると、発光領域44の面積が小さくなる。
同様に、実施形態において、配線層30の開口率は、例えば、71%以上である。配線層30の開口率は、例えば、83%以上である。
表示装置において、観察者からみた1つの画素の幅の視角が約0.028度以下のときに、画素が見えなくなる(区別できなくなる)と言われている。このことは、試料と観察者との間の距離Dが30cmのときに40μm以下において帯状パターンが見えなくなるという上記の結果と、実質的に整合する。
有機電界発光素子と観察者との間の距離を距離Dとし、パターンが観察されない幅をパターン幅waとする。パターン幅waは、パターンが観察されないときの、幅wx2、幅wy2、幅wx3及び幅wy3などに相当する。
パターンが観察されないパターン幅waは、距離Dに対して比例する。距離Dが0.3mのときに、パターン幅waは40μmである。距離Dが6mのときに、パターン幅waは600μmとなる。本実施形態に係る有機電界発光素子が照明などに用いられる際に、その照明装置と使用者(観察者)との距離Dは、種々に変えることができる。実施形態において、用途に応じた距離Dに基づいて、幅wx2、幅wy2、幅wx3及び幅wy3は定められる。
図8は、第1の実施形態に係る別の有機電界発光素子の構成を例示する模式的断面図である。
図8は、例えば、図2のA1−A2線断面に相当する断面図である。
図8に表したように、本実施形態に係る別の有機電界発光素子112において、第3電極53は、Z軸方向に見たときに、第2電極20と重ならない部分に設けられている。すなわち、有機電界発光素子112の第3電極53には、有機電界発光素子110の第2電極53の非対向部56のみが設けられている。
有機電界発光素子112においては、液晶層52のうちの、Z軸方向に見たときに第2電極20と重ならない部分の光学特性を、第1状態と第2状態との間で変化させる。有機電界発光素子112の光学層50は、図3(a)〜図3(c)、及び、図6(a)〜図6(d)の、いずれの構成でもよい。有機電界発光素子112では、高分子分散型液晶を用いた液晶層52のように、電圧を印加していないときに第1状態になり、電圧を印加しているときに第2状態になる光学層50を用いることが好適である。これにより、有機電界発光素子112では、第1状態と第3状態との間で液晶層52の光学的な特性が変化する。
有機電界発光素子112においても、光透過性の有機電界発光素子が提供される。有機電界発光素子112においても、高い発光効率と、高い透明性と、が得られる。このように、第3電極53は、液晶層52の全体に設ける必要はなく、第1状態と第2状態との間の切り替えが必要な部分に少なくとも設けられていればよい。
図9は、第1の実施形態に係る別の有機電界発光素子の構成を例示する模式的断面図である。
図9は、例えば、図2のA1−A2線断面に相当する断面図である。
図9に表したように、本実施形態に係る別の有機電界発光素子113において、第3電極53は、Z軸方向に見たときに、第2電極20と重なる部分に設けられている。すなわち、有機電界発光素子113の第3電極53には、有機電界発光素子110の第2電極53の対向部55のみが設けられている。
有機電界発光素子113においては、液晶層52のうちの、Z軸方向に見たときに第2電極20と重なる部分の光学特性を、第1状態と第2状態との間で変化させる。有機電界発光素子113の光学層50は、図3(a)〜図3(c)、及び、図6(a)〜図6(d)の、いずれの構成でもよい。有機電界発光素子113では、DS効果を用いた液晶層52のように、電圧を印加しているときに第1状態になり、電圧を印加していないときに第2状態になる光学層50を用いることが好適である。これにより、有機電界発光素子113では、第2状態と第3状態との間で液晶層52の光学的な特性が変化する。
このように、有機電界発光素子113においても、光透過性の有機電界発光素子が提供される。有機電界発光素子113においても、高い発光効率と、高い透明性と、が得られる。
図10は、第1の実施形態に係る別の有機電界発光素子の構成を例示する模式的断面図である。
図10は、例えば、図2のA1−A2線断面に相当する断面図である。
図10に表したように、本実施形態に係る別の有機電界発光素子114の光学層50は、第2主面10bと平行な第3主面53aを有する第3電極53と、第1電極10と第3電極53との間に設けられた液晶層52と、を含む。すなわち、有機電界発光素子114においては、有機発光層40の発光と、液晶層52の光学特性の切り替えとに、第1電極10を共通に用いる。有機電界発光素子114の光学層50は、図3(a)〜図3(c)、及び、図6(a)〜図6(d)の、いずれの構成でもよい。
有機電界発光素子114においても、光透過性の有機電界発光素子が提供される。有機電界発光素子114においても、高い発光効率と、高い透明性と、が得られる。また、有機電界発光素子114では、有機電界発光素子110に比べて部品点数を削減できる。これにより、有機電界発光素子114では、例えば、製造が容易になる。
図11は、第1の実施形態に係る別の有機電界発光素子の構成を例示する模式的断面図である。
図11は、例えば、図2のA1−A2線断面に相当する断面図である。
図11に表したように、本実施形態に係る別の有機電界発光素子115の光学層50は、1つの第3電極53を含む。第3電極53の第3主面53aは、第1電極10の第2主面10bの全面と対向する。すなわち、第3電極53の第3主面53aの形状は、第1電極10の第2主面10bの形状と実質的に同じである。
この光学層50では、液晶層52の全体が、第1状態と第2状態との間で切り替えられる。このように、第3電極53は、第2主面10bの全面と対向する1つの電極でもよい。有機電界発光素子115の光学層50は、図3(a)〜図3(c)、及び、図6(a)〜図6(d)の、いずれの構成でもよい。有機電界発光素子115においても、光透過性の有機電界発光素子が提供される。有機電界発光素子115においても、高い発光効率と、高い透明性と、が得られる。
(第2の実施形態)
図12は、第2の実施形態に係る照明装置の構成を例示する模式図である。
図12に表したように、本実施形態に係る照明装置210は、第1の実施形態に係る有機電界発光素子(例えば有機電界発光素子110)と、電源部201と、制御部202と、を備える。
電源部201は、第1電極10と第2電極20とに電気的に接続される。電源部201は、第1電極10及び第2電極20を介して有機発光層40に電流を供給する。
制御部202は、例えば、第3電極53と、第4電極54と、に電気的に接続される。制御部202は、例えば、第3電極53の対向部55と非対向部56とに個別に電気的に接続される。制御部202は、例えば、対向部55と第4電極54との間に電圧を印加し、対向部55と第4電極54との間に電界をかける。制御部202は、例えば、非対向部56と第4電極54との間に電圧を印加し、非対向部56と第4電極54との間に電界をかける。これにより、制御部202は、光学層50の第1状態と第2状態と第3状態との切り替えを制御する。
本実施形態に係る照明装置210によれば、高い発光効率と、高い透明性と、を有する照明装置を提供できる。なお、制御部202の構成は、第3電極53の構成などに合わせて適宜変更すればよい。制御部202は、少なくとも第3電極53と第4電極54とに電気的に接続され、第3電極53と第4電極54とが対向する部分における液晶層52を第1状態と第2状態との間で切り替え可能であればよい。
(第3の実施形態)
本実施形態は、有機電界発光素子の製造方法に係る。本実施形態は、照明装置の製造方法の一部に対応する。
図13(a)〜図13(c)は、第3の実施形態に係る有機電界発光素子の製造方法を例示する工程順模式的断面図である。
図13(a)に表したように、例えば、第2基板82の上に、凹凸部85を形成する。凹凸部85は、例えば、第2基板82の主面82aの上に、マイクロレンズシートを貼り付けることによって形成される。第2基板82の主面82a及び凹凸部85の上に、高屈折率層84を形成する。高屈折率層84の形成には、例えば、塗布法や印刷法を用いることができる。高屈折率層84の上に、第1電極10を形成する。第1電極10の上に、配線層30を形成する。配線層30のパターンの形成には、例えば、フォトリソグラフィとエッチングが用いられる。また、マスクを用いた成膜(蒸着など)を用いても良い。
図13(b)に表したように、第1電極10及び配線層30の上に、有機発光層40を形成する。有機発光層40の上に、第2電極20を形成する。第2電極20のパターンの形成には、例えば、フォトリソグラフィとエッチングが用いられる。また、マスクを用いた成膜(蒸着など)を用いても良い。これにより、加工体110wが形成される。
図13(c)に表したように、第1基板81の上に、第3電極53と第4電極54と液晶層52とを含む光学層50を形成する。光学層50の上に加工体110wを載せ、位置合わせを行った後、光学層50と第2基板82とを接着する。以上により、有機電界発光素子110が完成する。
図14は、第3の実施形態に係る有機電界発光素子の製造方法を例示するフローチャート図である。
図14に表したように、実施形態に係る有機電界発光素子110の製造方法は、加工体110wを準備するステップS110と、光学層50を形成するステップS120と、を含む。
ステップS110では、例えば、図13(a)及び図13(b)に関して説明した処理を実施する。ステップS120では、例えば、図13(c)に関して説明した処理を実施する。
これにより、光透過性の有機電界発光素子110が製造される。この有機電界発光素子110は、高い発光効率と、高い透明性と、を有する。
実施形態によれば、光透過性の有機電界発光素子、照明装置及び有機電界発光素子の製造方法が提供される。
なお、本願明細書において、「垂直」及び「平行」は、厳密な垂直及び厳密な平行だけではなく、例えば製造工程におけるばらつきなどを含むものであり、実質的に垂直及び実質的に平行であれは良い。
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明の実施形態は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、有機電界発光素子に含まれる、第1電極、第2電極、有機発光層、光学層、第3電極、第4電極、液晶層、対向部及び非対向部、並びに、照明装置に含まれる電源部などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。
また、各具体例のいずれか2つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
その他、本発明の実施の形態として上述した有機電界発光素子、照明装置及び有機電界発光素子の製造方法を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての有機電界発光素子、照明装置及び有機電界発光素子の製造方法の成長方法も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
10…第1電極、 10a…第1主面、 10b…第2主面、 20…第2電極、 21…導電部、 22…開口部、 30…配線層、 31…配線部、 32…開口部、 40…有機発光層、 41…第1層、 42…第2層、 43…発光部、 44…発光領域、 45…発光光、 46…外光、 50…光学層、 52…液晶層、 52a…樹脂部、 52b…液晶部、 52c…ドーパント、 53…第3電極、 53a…第3主面、 53p…導電部、 53q…開口部、 54…第4主面、 54a…第4主面、 55…対向部、 56…非対向部、 58…電気泳動層、 58a…電気泳動分散液、 58b…帯電微粒子、 81…第1基板、 82…第2基板、 85…凹凸部、 110、111、112、113、114、115…有機電界発光素子、 110w…加工体、 201…電源部、 202…制御部、 210…照明装置

Claims (14)

  1. 第1主面と、前記第1主面と反対側の第2主面と、を有し、光透過性の第1電極と、
    前記第1主面の一部と対向する第2電極と、
    前記第1電極と前記第2電極との間に設けられた有機発光層と、
    前記第2主面に対向し、前記有機発光層から放出された光を散乱させる第1状態と、前記光の散乱の度合いが前記第1状態よりも小さい第2状態と、を遷移可能な光学層と、
    を備え、
    前記光学層は、前記第1主面と平行な平面に投影した時に前記第2電極と重なる第1部分が少なくとも前記第1状態になり、前記有機発光層から放出された前記光を前記第1部分で散乱させて出射させることが可能であり、前記平面に投影した時に前記第2電極と重ならない第2部分が少なくとも前記第2状態になり、外部から入射した光を前記第2部分において透過させることが可能である有機電界発光素子。
  2. 前記光学層は、
    前記第2主面と平行な第3主面を有する第3電極と、
    前記第3主面と平行な第4主面を有する第4電極と、
    前記第3電極と前記第4電極との間に設けられた液晶層と、
    を含む請求項1記載の有機電界発光素子。
  3. 前記光学層は、
    前記第2主面と平行な第3主面を有する第3電極と、
    前記第1電極と前記第3電極との間に設けられた液晶層と、
    を含む請求項1記載の有機電界発光素子。
  4. 前記第3電極は、
    前記第3主面に対して垂直な第1方向に見たときに、前記第2電極と重なる部分に設けられた対向部と、
    前記第1方向に見たときに、前記第2電極と重ならない部分に、前記対向部とは別に設けられた非対向部と、
    を含む請求項2または3に記載の有機電界発光素子。
  5. 前記第3電極は、前記第3主面に対いて垂直な第1方向に見たときに、前記第2電極と重なる部分のみに設けられる請求項2または3に記載の有機電界発光素子。
  6. 前記第3電極は、前記第3主面に対して垂直な第1方向に見たときに、前記第2電極と重ならない部分のみに設けられる請求項2または3に記載の有機電界発光素子。
  7. 前記液晶層は、前記第3電極と前記第4電極との間の電圧が第1電圧のときに前記第1状態となり、前記第3電極と前記第4電極との間の電圧の絶対値が前記第1電圧の絶対値よりも高い第2電圧のときに前記第2状態となる、高分子分散型液晶である請求項2記載の有機電界発光素子。
  8. 前記液晶層は、導電性のドーパントを含み、前記第3電極と前記第4電極との間の電圧が第1電圧のときに前記第2状態となり、前記第3電極と前記第4電極との間の電圧の絶対値が前記第1電圧の絶対値よりも高い第2電圧のときに前記第1状態となる請求項2記載の有機電界発光素子。
  9. 前記第3電極は、所定の間隔で並べられた複数の開口部を有し、
    前記液晶層は、前記第3電極と前記第4電極との間の電圧が第1電圧のときに前記第2状態となり、前記第3電極と前記第4電極との間の電圧の絶対値が前記第1電圧の絶対値よりも高い第2電圧のときに前記第1状態となる請求項2記載の有機電界発光素子。
  10. 前記第3電極は、
    前記第3主面に対して垂直な第1方向に見たときに、前記第2電極と重なる部分に設けられた対向部と、
    前記第1方向に見たときに、前記第2電極と重ならない部分に、前記対向部とは別に設けられた非対向部と、
    を含む請求項7〜9のいずれか1つに記載の有機電界発光素子。
  11. 前記光学層は、
    液晶層と、
    前記第1主面と平行な方向に並ぶ複数の導電部を有する第3電極と、
    を含み、
    前記光学層は、隣り合う2つの前記導電部の間の電圧が第1電圧のときに前記第2状態となり、隣り合う2つの前記導電部の間の電圧の絶対値が前記第1電圧の絶対値よりも高い第2電圧のときに前記第1状態となる請求項1記載の有機電界発光素子。
  12. 前記光学層は、
    前記第2主面と平行な第3主面を有する第3電極と、
    前記第3主面と平行な第4主面を有する第4電極と、
    前記第3電極と前記第4電極との間に設けられた電気泳動層と、
    を含み、
    前記光学層は、前記第3電極と前記第4電極との間の電圧が第1電圧のときに前記第2状態となり、前記第3電極と前記第4電極との間の電圧の絶対値が前記第1電圧の絶対値よりも高い第2電圧のときに前記第1状態となる請求項1記載の有機電界発光素子。
  13. 請求項1〜12のいずれか1つに記載の有機電界発光素子と、
    前記第1電極と前記第2電極とに電気的に接続され、前記第1電極及び前記第2電極を介して前記有機発光層に電流を供給する電源部と、
    を備えた照明装置。
  14. 第1主面と前記第1主面と反対側の第2主面とを有し光透過性の第1電極と、前記第1主面の一部と対向する第2電極と、前記第1電極と前記第2電極との間に設けられた有機発光層と、を含む加工体を準備する工程と、
    前記加工体の前記第2主面の側の面上に、前記有機発光層から放出される光を散乱させる第1状態と、前記光の散乱の度合いが前記第1状態よりも小さい第2状態と、の間を遷移可能な光学層であって、前記第1主面と平行な平面に投影した時に前記第2電極と重なる第1部分が少なくとも前記第1状態になり、前記有機発光層から放出された前記光を前記第1部分で散乱させて出射させることが可能であり、前記平面に投影した時に前記第2電極と重ならない第2部分が少なくとも前記第2状態になり、外部から入射した光を前記第2部分において透過させることが可能である光学層を形成する工程と、
    を備えた有機電界発光素子の製造方法。
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