JPWO2012086623A1 - 発光素子 - Google Patents
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Abstract
Description
また、特許文献2,3のような技術も知られている。
また、従来の凹凸構造を有する発光素子では、観察者が発光素子を見る方位角が変わると、発光素子の出光面の色及び明るさ等の見え方も変化するため、使用者の位置により発光素子の見え方が大きく変動することも課題であった。
本発明は上記の課題に鑑みて創案されたものであって、光取出効率が高く、虹ムラが小さく、観察者が発光素子を見る方位角による見え方の変動が小さい発光素子を提供することを目的とする。
すなわち、本発明は、以下の〔1〕〜〔6〕の通りである。
前記構造層は、前記構造層の前記有機エレクトロルミネッセンス素子とは反対側の表面に、前記表面に平行な第一の方向に延在する第一の条列と、前記表面に平行で前記第一の方向と交差する第二の方向に延在する第二の条列と、前記表面に平行で前記第一の方向及び前記第二の方向に交差する第三の方向に延在する第三の条列とを含む凹凸構造を有する、発光素子。
〔2〕 さらに、前記凹凸構造が、前記構造層の前記有機エレクトロルミネッセンス素子とは反対側の前記表面に平行で前記第一の方向、前記第二の方向及び前記第三の方向に交差する第四の方向に延在する第四の条列を含む、〔1〕に記載の発光素子。
〔3〕 前記条列を、当該条列が延在する方向に対して直交する平面で切った断面の形状が、三角形以上の多角形である、〔1〕又は〔2〕に記載の発光素子。
〔4〕 前記凹凸構造が、前記発光面に対して平行な平坦部を有する、〔1〕〜〔3〕のいずれか一項に記載の発光素子。
〔5〕 前記凹凸構造が前記発光面に対して傾斜した斜面を有し、
前記発光面に対する前記斜面の平均傾斜角度が55°以上85°以下である、〔1〕〜〔4〕のいずれか一項に記載の発光素子。
〔6〕 前記凹凸構造が、それぞれ0.1μm以上異なる3つ以上の高さを有する、〔1〕〜〔5〕のいずれか一項に記載の発光素子。
また、以下の説明において、方向が交差するとは、それらの方向が平行でないことを意味する。
図1及び図2はいずれも本発明の第一実施形態に係る発光素子を説明する図であって、図1は発光素子を模式的に示す斜視図であり、図2は図1に示す発光素子を線1a−1bを含み出光面に対して垂直な面で切断した断面を模式的に示す断面図である。
例えば有機EL素子140として例示するように、有機EL素子は、通常、2層以上の電極層と、これらの電極層間に設けられ、電極層から電圧を印加されることにより光を発する発光層と、を備える。
透明電極層の材料としては、例えば、ITO(酸化インジウムスズ)等を挙げることができる。
正孔注入層の材料としては、例えば、スターバースト系芳香族ジアミン化合物等を挙げることができる。
正孔輸送層の材料としては、例えば、トリフェニルジアミン誘導体等を挙げることができる。
黄色発光層のホスト材料としては、例えば、トリフェニルジアミン誘導体等を挙げることができ、黄色発光層のドーパント材料としては、例えば、テトラセン誘導体等を挙げることができる。
緑色発光層の材料としては、例えば、ピラゾリン誘導体等を挙げることができる。
青色発光層のホスト材料としては、例えば、アントラセン誘導体等を挙げることができ、青色発光層のドーパント材料としては、例えば、ペリレン誘導体等を挙げることができる。
赤色発光層の材料としては、例えば、ユーロピウム錯体等を挙げることができる。
電子輸送層の材料としては、例えば、アルミニウムキノリン錯体(Alq)等を挙げることができる。
反射電極層の材料としては、例えば、フッ化リチウムおよびアルミニウムをそれぞれ用い、これらを順次真空成膜により積層させたもの等を挙げることができる。
出光面構造層100は、有機EL素子140の発光面144に設けられた層であり、この出光面構造層100の有機EL素子140とは反対側の表面が、出光面10Uである。出光面10Uは発光素子10の最表面に露出した面であり、発光素子10としての出光面、即ち、発光素子10から装置外部に光が出光する際の出光面である。
さらに、構成要素が「平行」又は「垂直」であるとは、本発明の効果を損ねない範囲、例えば±5°の範囲内で誤差を含んでいてもよい。また、ある方向に「沿って」とは、別に断らない限り、ある方向に「平行に」という意味である。
凹凸構造層111は、発光素子10の上面(即ち発光素子10の出光面側の最外層)に位置する層である。この凹凸構造層111は、第一の条列113、第二の条列114、第三の条列115及び第四の条列116を含む凹凸構造を有する。ここで、「条列」とは、ある一定の方向にある長さだけ連続して延在する複数列の凹部又は凸部の群のことを意味する。したがって、条列が延在する方向とは、当該条列に含まれる凹部又は凸部が延在する方向のことを意味する。条列には、例えば溝状に形成された凹部のみが含まれていてもよく、例えば畝状に形成された凸部のみが含まれていてもよく、これらの組み合わせが含まれていてもよい。本実施形態では、第一〜第四の条列113〜116は、いずれも周囲よりも相対的に突出した凸部からなっている。このため、前記の第一〜第四の条列113〜116の間の位置には、相対的に窪んだ凹部117が存在する。本実施形態の凹凸構造層111においては、凸部からなる第一〜第四の条列113〜116と凹部117とが凹凸構造に含まれていて、当該凹凸構造によって出向面10Uが規定されている。
以下、出光面10Uの凹凸構造について、図面を参照して詳細に説明する。
図3〜図7は、本発明の第一実施形態に係る発光素子10の出光面10Uを、発光素子10の厚み方向から見た様子を拡大して模式的に示す平面図である。また、図8は、本発明の第一実施形態に係る凹凸構造層111の一部を、図3の線3aを含み出光面10Uに対して垂直な面で切断した断面を模式的に示す部分断面図である。なお、図3において線3aは、第三の条列115と第四の条列116とが交わる地点X及び凹部117を通り、第一の条列113が延在する方向に対して平行な線である。また、図4では第一の条列113に斜線を付して示し、図5では第二の条列114に斜線を付して示し、図6では第三の条列115に斜線を付して示し、図7では第四の条列116に斜線を付して示す。さらに、以下の説明において、特に断らない限り、「厚み方向」とは発光素子10の厚み方向を表す。
また、ここでは、4群の条列の場合について述べたが、N群の条列(Nは3以上の整数を表す。)として、第mの条列が延在する方向を一般式で表すと、
180°/N×(m−1)±180°/1.1Nの範囲が好ましく、
180°/N×(m−1)±180°/1.5Nの範囲がより好ましく、
180°/N×(m−1)±180°/2Nの範囲が特に好ましい。
なお、ここでmは1以上N以下の整数を表す。また、前記一般式は、ある基準方向を角度0°とした場合に、当該基準方向と第mの条列が延在する方向とがなす角度を表す。
図8に示すように、凹部117の底は、出光面10Uに対して平行で平坦な面である平坦部117Bとなっている。仮に塵及び破片が凹部117にたまると光取出効率の低下及び輝点の発生などを生じる可能性があるが、凹部117の底が平坦な平坦部117Bとなっていることにより、凹部117に塵及び破片等を溜まり難くすることができる。
また、同じ条列113〜116に含まれる凹部又は凸部の寸法は、同じでもよく、異なっていてもよい。本実施形態では、同じ条列113〜116に含まれる凸部の寸法は、いずれも一定であるものとする。
さらに、異なる条列113〜116に含まれる凹部又は凸部の寸法は、同じでもよく、異なっていてもよい。本実施形態では、いずれの条列113〜116においても、凸部の高さH及び幅Wは一定である。ピッチPは、第一の条列113と第二の条列114とが交差する地点を、いずれの第三の条列115及び第四の条列116も通るように、寸法が調整されている。このため、凹部117を厚み方向から見た形状は、いずれの凹部117においても同一の形状であり、どの凹部117においても底の平坦部117Bは三角形になっている。
なお、本実施形態では、全ての斜面部113S〜116Sが出光面10Uに対してなす角度は、同じ大きさに設定されているが、異なっていてもよい。
出光面構造層100は、複数の層からなるものとしうるが、単一の層からなってもよい。所望の特性を備えた出光面構造層100を容易に得る観点からは、複数の層からなることが好ましい。本実施形態では、図1に示すように、出光面構造層100は、凹凸構造層111と基材フィルム層112とを組み合わせた複層体110を含むようになっているものとする。これにより、性能の高い出光面構造層100を容易に得ることができる。
粒子の粒径は、好ましくは0.1μm以上であり、好ましくは10μm以下、より好ましくは5μm以下である。ここで粒径とは、体積基準の粒子量を、粒子径を横軸にして積算した積算分布における50%粒子径のことである。粒径が大きいほど、所望の効果を得るために必要な粒子の含有割合は多くなり、粒径が小さいほど、含有量は少なくてすむ。したがって、粒径が小さいほど、観察角度による色味の変化の低減、及び光取り出し効率の向上等の所望の効果を、少ない粒子で得ることができる。なお、粒径は、粒子の形状が球状以外である場合には、その同等体積の球の直径を粒径とする。
また、基材フィルム層112の厚さは、20μm〜300μmであることが好ましい。
本実施形態の発光素子10は、有機EL素子140と複層体110との間に、支持基板131を備える。支持基板131を備えることにより、発光素子10に、たわみを抑制する剛性を与えることができる。また、支持基板131として、有機EL素子140を封止する性能に優れて、且つ、製造工程において有機EL素子140を構成する層をその上に順次形成することを容易に行い得る基板を備えることにより、発光素子10の耐久性を向上させ、且つ製造を容易にすることができる。
支持基板131の屈折率は、特に制限されないが、1.4〜2.0とすることが好ましい。
支持基板131の厚さは、特に限定されないが、0.1mm〜5mmであることが好ましい。
本実施形態の発光素子10は、複層体110と支持基板131との間に接着層121を備える。接着層121は、複層体110の基材フィルム層112と支持基板131との間に介在して、これらの2層を接着する層である。
接着層121の材料である接着剤は、狭義の接着剤(23℃における剪断貯蔵弾性率が1〜500MPaであり、常温で粘着性を示さない、いわゆるホットメルト型の接着剤)のみならず、23℃における剪断貯蔵弾性率が1MPa未満である粘着剤をも包含する。具体的には、支持基板131あるいは基材フィルム層112に近い屈折率を有し、且つ透明であるものを適宜用いることができる。より具体的には、アクリル系接着剤あるいは粘着剤が挙げられる。接着層の厚さは、5μm〜100μmであることが好ましい。
発光素子10の製造方法は、特に限定されないが、例えば、支持基板131の一方の面に有機EL素子140を構成する各層を積層し、その後又はその前に、支持基板131の他方の面に凹凸構造層111及び基材フィルム層112を有する複層体110を、接着層121を介して貼付することにより製造することができる。
(方法1)基材フィルム層112を構成する樹脂組成物Aの層及び凹凸構造層111を構成する樹脂組成物Bの層(凹凸構造はまだ形成されていない)を有する未加工複層体を用意し、かかる未加工複層体の樹脂組成物B側の面上に、凹凸構造を形成する方法;及び
(方法2)基材フィルム層112の上に、液体状態の樹脂組成物Bを塗布し、塗布された樹脂組成物Bの層に型を当て、その状態で樹脂組成物Bを硬化させ、凹凸構造層111を形成する方法
などを挙げることができる。
より具体的には、長尺の未加工複層体を押出成形により連続的に形成し、所望の表面形状を有する転写ロールとニップロールとで未加工複層体を加圧し、それにより、連続的な製造を効率的に行うことができる。転写ロールとニップロールとによる挟み圧力は、好ましくは数MPa〜数十MPaである。また転写時の温度は、樹脂組成物Bのガラス転移温度をTgとすると、好ましくはTg以上(Tg+100℃)以下である。未加工複層体と転写ロールとの接触時間はフィルムの送り速度、すなわちロール回転速度によって調整でき、好ましくは5秒以上600秒以下である。
本実施形態の発光素子10は上述したように構成されているので、有機EL素子140の発光面144から発せられた光は、出光面構造層100を透過して、出光面10Uから取り出される。この際、出光面10Uに、第一〜第四の条列113〜116及び凹部117を含む凹凸構造を有するので、平坦部113U〜116U及び117Bから取り出せない光であっても斜面113S〜116Sから取り出せるため、凹凸構造を有さない場合と比較して、出光面10Uからの光の取出効率を高めることができる。
本発明の発光素子では、出光面の凹凸構造が、3つ以上の異なる高さを有するようにしてもよい。ただし、凹凸構造の高さは、いずれの高さ同士を比べても、それぞれ0.1μm以上異なるようにすることが好ましい。出光面の凹凸構造が0.1μm以上異なる3つ以上の高さを有すると、出光面の凹凸構造は、出光面を通って出光する出射光及び出光面で反射した反射光の一方又は両方の干渉をもたらす差異を超える寸法差を有することになる。これにより、前記の出射光及び反射光の一方又は両方の干渉による虹ムラを効果的に抑制できる。なお、前記の凹凸構造の高さの差は、0.1μm以上の他にも、例えば0.15μm以上もしくは0.2μm以上であってもよい。凹凸構造の高さの差の上限については特に限定しないが、大きすぎると発光素子が厚くなる傾向があることから、凹凸構造の高さの差の上限は、好ましくは50μm以下であり、例えば25μm以下もしくは10μm以下としてもよい。
以下、その例を、図面を用いて説明する。
上述した第一及び第二実施形態では、発光素子の片面だけが出光面となる片面出光型の発光素子を例に挙げて説明したが、本発明の発光素子は、発光素子の両面が出光面となる両面出光型の発光素子であってもよい。以下、その例を、図面を用いて説明する。
図10に示す通り、第三実施形態に係る発光素子30は、有機EL素子340が、反射電極である第二の電極層143の代わりに透明電極である第二の電極層343を備える点、並びに、封止基板151の代わりに出光面構造層100が設けられている点の他は、第一実施形態と同様の構成を有している。なお、図中下側の出光面構造層100と、第二の電極343との間には、充填材や接着剤等の任意の物質が存在していてもよいし、空隙が存在していてもよい。空隙には、発光層142の耐久性を大きく損なう等の不都合がない限りは空気やその他の気体が存在してもよいし、空隙内を真空としてもよい。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、更に変更して実施してもよい。
例えば、上述した実施形態では発光面144に直接に接するように出光面構造層100を設けたが、出光面構造層100は他の層を介して発光面144に設けられていてもよい。他の層としては、例えば、有機EL素子140を外気及び湿気から保護するガスバリア層、紫外線を遮断する紫外線カット層などが挙げられる。
また、例えば、第一〜第四の条列に含まれる凹部又は凸部は、角が丸みを帯びた形状に形成されてもよい。
本発明の発光素子は、例えば、照明器具及びバックライト装置等の用途に用いることができる。
照明器具は、本発明の発光素子を光源として有し、さらに、必要に応じて、光源を保持する部材、電力を供給する回路等の任意の構成要素を備える。
また、バックライト装置は、本発明の発光素子を光源として有し、さらに、必要に応じて、筐体、電力を供給する回路、出光する光をさらに均一にするための拡散板、拡散シート、プリズムシート等の任意の構成要素を含む。バックライト装置の用途は、液晶表示装置等、画素を制御して画像を表示させる表示装置、並びに看板等の固定された画像を表示させる表示装置のバックライト等が挙げられる。
(複層体の製造)
UV(紫外線)硬化型樹脂(ウレタンアクリレート樹脂、屈折率n=1.54)を、基材フィルム(日本ゼオン社製 ゼオノアフィルム、厚み100μm、屈折率n=1.53)上に塗布した。その後、基材フィルム側から紫外線を1000mJ/cm2の積算光量で照射してUV硬化型樹脂を硬化させて、基材フィルム上にウレタンアクリレート樹脂層(厚み15μm)を形成した。これにより、基材フィルム−ウレタンアクリレート樹脂層の層構成を有する長方形のフィルムである複層体を得た。
正面色度が(0.318,0.365)であり、極角0°〜80°の範囲での色変化の最大値が(Δx,Δy)=(0.035,0.051)である白色の有機EL素子を用意した。用意した有機EL素子の発光面に、前記の複層体を、接着剤(アクリル系樹脂、屈折率1.49、日東電工社製 CS9621)を介して貼付した。これにより、有機EL素子、接着層及び複層体をこの順に備え、有機EL素子とは反対側の表面(出光面)に凹凸構造を有さない発光素子を得た。
回転可能な支持具に前記の発光素子を装着した。また、発光素子の出光面の正面(法線方向)に分光放射輝度計(トプコン社製 BM−5)を設置した。発光素子に100mA/m2の定電流を印加して光を発した状態で、発光素子を回転させて、出光面に対する分光放射輝度計の観察方向を変化させながら色度(x,y)及び輝度を測定した。観察方向は、図12に示すように、出光面50Uの面内のある方向をx軸とし、出光面50Uの面内のx軸に直交する方向をy軸とし、出光面50Uの法線方向をz軸とした座標系において、極角θが−85°〜+85°の範囲とした。また、測定は、方位角ρが0°から180°と、45°から225°の2回を行った。色度(x,y)の測定結果を図13に示す。
(複層体の製造)
基材フィルム上にUV硬化型樹脂を塗布した後、樹脂を硬化させる際に、樹脂の塗膜上に所定の形状の金属型を圧接したこと以外は参考例1と同様にして、基材フィルム上に凹凸構造層(厚み15μm)を形成した。これにより、基材フィルム−凹凸構造層の層構成を有する長方形のフィルムである複層体を得た。
得られた複層体を、凹凸構造が形成された面を上にして置き、線光源である蛍光灯から凹凸構造が形成された面に光を照射した。この凹凸構造が形成された面を斜め上方から観察したところ、虹模様が観察された。
複層体として比較例1で得た複層体を用いたこと以外は参考例1と同様にして、有機EL素子、接着層及び複層体をこの順に備え、有機EL素子とは反対側の表面(出光面)に凹凸構造を有する発光素子を得た。
得られた発光素子を用いて、参考例1と同様にして色度(x,y)及び輝度を測定した。色度(x,y)の測定結果を図15に示す。
測定の結果、比較例1では参考例1と比べて光の取出効率が10%向上し、正面輝度は10%向上していた。また、正面色度は(0.311,0.359)であった。
さらに、図15に示したように、色度の変化の最大値は、方位角ρが0°から180°である場合においては(Δx,Δy)=(0.020,0.041)であり、方位角ρが45°から225°においては(Δx,Δy)=(0.020,0.045)であった。
金属型の形状を変更したこと以外は比較例1と同様にして、基材フィルム−凹凸構造層の層構成を有する長方形のフィルムである複層体を得た。
なお、前記の金属型は、金属型の原版を、60°の傾斜角を2つ有する切削バイトで、4つの方位角方向に切削することにより作製した。4つの方位角方向は0°、40°、90°、130°方向になっており、切削の幅は15μm、切削ピッチは、方位角0°方向及び90°方向では35μmとし、方位角40°方向及び130°方向では40μmとした。
得られた複層体を、比較例1と同様にして観察したところ、比較例1に比べて虹模様が格段に改善されていた。
複層体として実施例1で得た複層体を用いたこと以外は参考例1と同様にして、有機EL素子、接着層及び複層体をこの順に備え、有機EL素子とは反対側の表面(出光面)に凹凸構造を有する発光素子を得た。
得られた発光素子を用いて、参考例1と同様にして色度(x,y)及び輝度を測定した。色度(x,y)の測定結果を図17に示す。
測定の結果、実施例1では参考例1と比べて光の取出効率が10%向上し、正面輝度は10%向上していた。また、正面色度は(0.314,0.357)であった。
さらに、図17に示したように、色度の変化の最大値は、方位角ρが0°から180°である場合においては(Δx,Δy)=(0.019,0.040)であり、方位角ρが45°から225°においては(Δx,Δy)=(0.018,0.038)であった。
(複層体の製造)
凹凸構造層の表面の凹凸構造において、斜面の傾斜角度をいずれも45°に変更したこと以外は比較例1と同様にして、基材フィルム−凹凸構造層の層構成を有する長方形のフィルムである複層体を得た。
得られた複層体を、比較例1と同様にして観察したところ、虹模様が観察された。
複層体として比較例2で得た複層体を用いたこと以外は参考例1と同様にして、有機EL素子、接着層及び複層体をこの順に備え、有機EL素子とは反対側の表面(出光面)に凹凸構造を有する発光素子を得た。
得られた発光素子を用いて、参考例1と同様にして輝度を測定した。測定の結果、比較例2では参考例1と比べて光の取出効率が10%向上し、正面輝度は1.4倍となっていた。
凹凸構造層の表面の凹凸構造において、斜面の傾斜角度をいずれも45°に変更したこと以外は実施例1と同様にして、基材フィルム−凹凸構造層の層構成を有する長方形のフィルムである複層体を得た。
得られた複層体を、比較例1と同様にして観察したところ、比較例2に比べて虹模様が格段に改善されていた。
複層体として実施例2で得た複層体を用いたこと以外は参考例1と同様にして、有機EL素子、接着層及び複層体をこの順に備え、有機EL素子とは反対側の表面(出光面)に凹凸構造を有する発光素子を得た。
得られた発光素子を用いて、参考例1と同様にして輝度を測定した。測定の結果、実施例2では参考例1と比べて光の取出効率が10%向上し、正面輝度は1.35倍となっていた。このことから、条列の斜面の傾斜角度が45°の場合であっても、正面輝度を向上させる効果は、比較例1のように傾斜角度が60°の場合と同様に得られることが分かった。
20 発光素子
30 発光素子
40 発光素子
10U 出光面
100 出光面構造層
110 複層体
111 凹凸構造層
112 基材フィルム層
113 第一の条列
113U 平坦部
113S 斜面
114 第二の条列
114U 平坦部
114S 斜面
115 第三の条列
115U 平坦部
115S 斜面
116 第四の条列
116U 平坦部
116S 斜面
117 凹部
117B 平坦部
121 接着層
131 支持基板
140 有機EL素子
141 第一の電極層
142 発光層
143 第二の電極層
144 発光面
145 有機EL素子の表面
151 封止基材
340 有機EL素子
343 第二の電極層
345 発光層
Claims (6)
- 発光面を有し前記発光面から光を発する有機エレクトロルミネッセンス素子と、前記有機エレクトロルミネッセンス素子の前記発光面に直接又は間接的に設けられた構造層とを備え、
前記構造層は、前記構造層の前記有機エレクトロルミネッセンス素子とは反対側の表面に、前記表面に平行な第一の方向に延在する第一の条列と、前記表面に平行で前記第一の方向と交差する第二の方向に延在する第二の条列と、前記表面に平行で前記第一の方向及び前記第二の方向に交差する第三の方向に延在する第三の条列とを含む凹凸構造を有する、発光素子。 - さらに、前記凹凸構造が、前記構造層の前記有機エレクトロルミネッセンス素子とは反対側の前記表面に平行で前記第一の方向、前記第二の方向及び前記第三の方向に交差する第四の方向に延在する第四の条列を含む、請求項1に記載の発光素子。
- 前記条列を、当該条列が延在する方向に対して直交する平面で切った断面の形状が、三角形以上の多角形である、請求項1に記載の発光素子。
- 前記凹凸構造が、前記発光面に対して平行な平坦部を有する、請求項1に記載の発光素子。
- 前記凹凸構造が前記発光面に対して傾斜した斜面を有し、
前記発光面に対する前記斜面の平均傾斜角度が55°以上85°以下である、請求項1に記載の発光素子。 - 前記凹凸構造が、それぞれ0.1μm以上異なる3つ以上の高さを有する、請求項1に記載の発光素子。
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