WO2011027754A1 - 有機発光素子 - Google Patents

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WO2011027754A1
WO2011027754A1 PCT/JP2010/064868 JP2010064868W WO2011027754A1 WO 2011027754 A1 WO2011027754 A1 WO 2011027754A1 JP 2010064868 W JP2010064868 W JP 2010064868W WO 2011027754 A1 WO2011027754 A1 WO 2011027754A1
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substrate
light emitting
lens
organic
light
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PCT/JP2010/064868
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博也 辻
宜弘 伊藤
裕子 松久
伸弘 井出
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パナソニック電工株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K50/00—Organic light-emitting devices
    • H10K50/80—Constructional details
    • H10K50/85—Arrangements for extracting light from the devices
    • H10K50/858—Arrangements for extracting light from the devices comprising refractive means, e.g. lenses
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10S428/917—Electroluminescent

Definitions

  • the present invention relates to an organic light-emitting device using an organic electroluminescence device.
  • organic electroluminescence elements especially organic electroluminescence elements that emit white light
  • are used as light sources for example, as next-generation light sources that replace the current main illumination fluorescent lamps, or existing light sources. Then, as a new next-generation lighting that could not be realized, great expectations have been reached.
  • Japanese Patent Application Publication No. 10-208875 proposes an organic electroluminescence device with higher light extraction efficiency by forming a transparent substrate in a convex shape for each light emitting unit.
  • Japanese Patent Application Publication No. 10-208875 proposes an organic electroluminescence device with higher light extraction efficiency by forming a transparent substrate in a convex shape for each light emitting unit.
  • Japanese Patent Publication No. 2004-39500 proposes a method of efficiently using light emitted from an organic electroluminescence element by providing a microlens on the light emitting surface side of the organic electroluminescence element.
  • this method it is possible to efficiently extract the light emitted from the central part of the microlens, but some of the light emitted from other parts is totally reflected at the interface between the microlens surface and the air. Since it can no longer be taken out, further improvement in efficiency has been an issue.
  • an object of the present invention is to provide a highly efficient organic light-emitting device by efficiently extracting light emitted from the organic electroluminescence device to the outside of the device.
  • the organic light-emitting device of the present invention is attached to the substrate 2, the organic electroluminescence device 3 formed on one surface of the substrate 2 and having the light-emitting portion 5 that emits light toward the substrate 2, and the other surface of the substrate 2. And a lens 1 having a refractive index equal to or higher than that of the substrate 2.
  • the surface area of the light emitting portion 5 parallel to the substrate surface is smaller than the area of the substrate 2 where the lens 1 is attached, and the substrate surface in the direction from the light emitting portion 5 toward the substrate 2.
  • the angle ⁇ formed by the perpendicular line L ⁇ of 2a and the straight line L1 connecting the end of the light emitting section 5 and the end of the lens 1 is 60 degrees or more. In this invention, most of the light emitted from the organic electroluminescence element can be taken out of the element, and a highly efficient organic light emitting element can be obtained.
  • the organic electroluminescent element 3 is capable of emitting light in both the direction toward the substrate 2 and the direction opposite to the substrate 2, and on the opposite side of the organic electroluminescent element 3 from the substrate 2.
  • a lens structure 6 is provided.
  • the lens structure is provided on both sides of the light emitting surface in such a manner as to sandwich the organic electroluminescent device that has become a double-sided light emitting device, so that the emitted light can be efficiently taken out, and the highly efficient organic light emitting device Can be obtained.
  • the refractive index of the lens 1 is larger than the refractive index of the substrate 2.
  • the refractive index of a lens is larger than the refractive index of a board
  • the refractive indices of the substrate 2 and the lens 1 are both 1.7 or more.
  • the refractive index of the substrate and the lens by setting the refractive index of the substrate and the lens to 1.7 or more, total reflection at the interface between the electrode of the organic electroluminescence element and the substrate and total reflection at the interface between the substrate and the lens are suppressed. Therefore, a highly efficient organic light emitting device can be obtained.
  • the light emitting unit 5 has a laminated structure and includes a first contact surface that is in parallel with the surface of the substrate 2, and the lens 1 has a second contact surface that is in parallel with the substrate 2. And the area of the first contact surface is set smaller than the area of the second contact surface.
  • the emitted light can be efficiently emitted to the substrate 2 and the lens 1, and a highly efficient organic light emitting device can be obtained.
  • the first and second contact surfaces are formed in a similar shape.
  • a more efficient organic light-emitting device can be obtained by forming each other in a circular shape, a rectangular shape, or an elliptical shape, and the device can be easily manufactured.
  • the angle formed by the straight lines L1 connecting the ends or the right end portions is 60 degrees or more.
  • the first and second contact surfaces are each formed in a circular shape, and the light emitting unit 5 is disposed so that the optical axis M1 coincides with the central axis of the lens 1, and along the optical axis M1.
  • an angle formed by a perpendicular line L ⁇ with respect to the first contact surface and a straight line L1 connecting the left end portions or the right end portions of the first and second contact surfaces is 60 degrees or more. It is.
  • most of the light emitted from the organic electroluminescence device can be taken out of the device, and a highly efficient organic light-emitting device can be obtained.
  • FIG. 1 is an example of the organic light-emitting device of the present invention.
  • the organic light emitting element includes a substrate 2, an organic electroluminescence element 3 formed on the surface of the substrate 2, and a lens 1 attached to the surface of the substrate 2 opposite to the side on which the organic electroluminescence element 3 is formed.
  • the organic electroluminescence element 3 is sealed by the sealing portion 4.
  • the organic electroluminescence element 3 As the organic electroluminescence element 3, a normal layer configuration can be used. Specifically, the light emitting layer is sandwiched between an electrode provided on the surface of the substrate 2 and a counter electrode facing the electrode. In rare cases, a layer in which a hole transport layer, a hole injection layer, an electron transport layer, an electron injection layer, a carrier block layer, an intermediate layer, or the like is laminated between the electrode and the counter electrode as necessary is used. Can do. The illustration and detailed description of these layers are omitted. As the electrode and the counter electrode, the side from which light is extracted is preferably a transparent electrode.
  • the element structure and emission color of the organic electroluminescence element 3 are not particularly limited, and a general element structure or emission color such as a single layer element, a multi-unit element, a white light emitting element, or a single color light emitting element is used. Can do.
  • the organic electroluminescent element 3 has a light emitting part 5 that emits light generated by an organic electric field reaction to the outside.
  • the light emitting part 5 is in contact with the substrate 2 of the organic electroluminescent element 3. It is the surface. That is, in the organic electroluminescence element 3, the light emitting portion 5 is formed in a plane parallel to the substrate 2, and the light emitted in a planar shape is emitted in a direction perpendicular to the substrate 2. Yes.
  • the surface shape of the electrode provided in contact with the substrate 2 and the light emitting layer are different, the surface shape portion of the light emitting layer is the light emitting portion among the portions where the substrate 2 and the organic electroluminescence element 3 are in contact with each other. 5
  • the film structure (surface shape) of the organic electroluminescence element 3 and the surface shape of the light emitting portion 5 are not particularly limited, and are not particularly limited as long as good light emission efficiency can be obtained. It is preferable that the device is designed so that more light is emitted to the outside in order to obtain highly efficient characteristics.
  • the light emitting unit 5 can be formed in a circular shape, a square shape, a rectangular shape, an elliptical shape, or the like. Moreover, it is also preferable to make it the shape (similar shape) with the same area as the shape of the part where the lens 1 of the board
  • the attached portion of the lens 1 is circular and the light emitting portion 5 is circular, and in this case, the centers of the circles are preferably coincident.
  • the radius of the light emitting unit 5 is preferably 0.1 to 50 mm.
  • the radius of the light emitting portion 5 is within this range, a more efficient organic light emitting element can be obtained. If the radius of the light-emitting portion 5 is smaller than this range, high light emission may not be obtained. If the radius of the light emitting portion 5 is larger than this range, the light emission characteristics of the organic electroluminescence element 3 itself may be deteriorated.
  • a transparent substrate 2 formed of a light-transmitting material such as glass or plastic can be used in order to efficiently extract light generated in the organic electroluminescence element 3.
  • a glass substrate or a transparent substrate can be used.
  • a resin substrate or the like can be used.
  • the thickness of the substrate 2 is preferably 0.1 to 50 mm. When the thickness of the substrate 2 is within this range, a more efficient organic light emitting device can be obtained. When the thickness of the substrate 2 is thinner than this range, the strength of the organic light emitting element may be weakened. On the other hand, if the thickness of the substrate 2 is larger than this range, light may be absorbed by the substrate 2 and the light may not be extracted efficiently.
  • the lens 1 is not particularly limited as long as it is a lens 1 for a light emitting element.
  • a lens 1 having a circular shape parallel to the substrate 2 such as a hemispherical lens or a convex lens is used. it can.
  • the material of the lens 1 is not particularly limited as long as light emitted from the organic electroluminescence element 3 can be taken out efficiently, and various light-transmitting materials such as glass and plastic can be used. .
  • the diameter of the lens 1 is preferably 0.1 to 50 mm. When the diameter of the lens 1 is within this range, a more efficient organic light emitting device can be obtained. If the diameter of the lens 1 is smaller than this range, the light emitting section 5 is also small in order to satisfy the condition of the angle ⁇ described later, so that high light emission may not be obtained. If the diameter of the lens 1 is larger than this range, the light emitting portion 5 may be relatively small and high light emission may not be obtained.
  • the organic light emitting element may be formed by handling the lens 1 and the substrate 2 as a lens substrate integrated with each other.
  • the sealing part 4 is not particularly limited as long as the organic electroluminescence element 3 can be sealed and protected from the outside, and may be sealed using sealing glass or the like, or may be made of resin. You may seal using a sealing material.
  • the sealing portion 4 having a U-shaped cross-section with the lower surface opened is provided on the surface of the substrate 2 so that the positions of the end portion of the lens 1 and the end portion of the sealing portion 4 coincide on the front and back of the substrate 2 Is provided.
  • the area of the light emitting portion 5 parallel to the substrate surface is smaller than the area of the substrate 2 where the lens 1 is attached (lens attached area). That is, the area of the surface (first contact surface) that contacts the surface of the substrate 2 of the light emitting unit 5 in parallel is smaller than the area of the surface (second contact surface) of the lens 1 that contacts the substrate 2 in parallel.
  • An angle ⁇ formed by a perpendicular line L ⁇ of the substrate surface 2a (or the first contact surface) in the direction from the light emitting unit 5 to the substrate 2 and a straight line L1 connecting the end of the light emitting unit 5 and the end of the lens is It is 60 degrees or more.
  • both the first and second contact surfaces are formed in a circular shape and arranged so that the optical axis M1 of the light emitting unit 5 coincides with the central axis of the lens 1 as shown in FIG. Luminescence can be obtained.
  • the perpendicular line L ⁇ to the first contact surface and the left end portions of the first and second contact surfaces in the cross section cut in the vertical direction along the optical axis M1 as shown in FIG. 1 of the organic light emitting device of the present invention, the perpendicular line L ⁇ to the first contact surface and the left end portions of the first and second contact surfaces.
  • the angle ⁇ formed by the straight line L1 connecting each other may be 60 degrees or more.
  • the size of the light emitting area when the lens attachment area is 100% is less than 100%, but is preferably 5% or more, more preferably 10 to 80%. If the size of the light emitting portion area relative to the lens attachment area becomes too small, there is a possibility that the emitted light cannot be taken out sufficiently. If the size of the light emitting area is too close to the size of the lens attachment area, the angle ⁇ may not be maintained at 60 degrees or more, and light may not be extracted efficiently.
  • the angle ⁇ formed by the perpendicular line L ⁇ of the substrate surface 2a in the direction from the light emitting unit 5 to the substrate 2 and the straight line L1 connecting the end of the light emitting unit 5 and the end of the lens is 60 degrees or more and 90 degrees or less. However, it is more preferably 70 to 90 degrees. When the angle ⁇ is within this range, light can be extracted more efficiently.
  • the refractive index of the lens 1 is more than the refractive index of the substrate 2, and the refractive index of the lens 1 is more preferably larger than the refractive index of the substrate 2. Accordingly, it is possible to prevent light emitted at the interface between the substrate 2 and the lens 1 from being totally reflected and cannot be extracted to the outside, and to efficiently extract light to the outside. If the refractive index of the lens 1 is lower than the refractive index of the substrate 2, the light extraction efficiency decreases.
  • the refractive index of both the substrate 2 and the lens 1 is 1.7 or more.
  • the emitted light is totally reflected at the interface between the electrode of the organic electroluminescence element 3 and the substrate 2 and cannot be extracted to the outside, or the light is totally reflected at the interface between the substrate 2 and the lens 1 to the outside. It is possible to prevent the light from being extracted and to extract light to the outside more efficiently.
  • the substrate 2 can be set to 1.7 to 1.9
  • the lens 1 can be set to 1.7 to 1.9.
  • FIG. 2 shows another example of the organic light-emitting device of the present invention.
  • a plurality of lenses 1 are attached to the surface of the substrate 2 at equal intervals to form a lens array substrate 10, and each surface of the substrate 2 opposite to the surface on which the lens 1 is attached is arranged on each surface.
  • a plurality of organic electroluminescence elements 3 are provided at equal intervals in an arrangement corresponding to the lens 1. That is, the number of the organic electroluminescence elements 3 and the lenses 1 is the same, and their centers (centers in a plane parallel to the substrate 2) are arranged to coincide.
  • one lens 1 and another lens 1 adjacent to the lens 1 are provided in contact with each other.
  • the sealing part 4 may seal all the plurality of organic electroluminescence elements 3 together with one sealing part 4 as shown in the figure, or each organic electroluminescence element 3 may be individually sealed. You may do.
  • each light emitting unit U has the same configuration as that of the embodiment of FIG. It has become. That is, in each light emitting unit U, the area of the light emitting part is smaller than the area provided with the lens, the perpendicular line L ⁇ of the substrate surface 2a in the direction from the light emitting part 5 toward the substrate 2, the end of the light emitting part 5 and the end of the lens.
  • the angle ⁇ formed by the straight line L1 connecting the portions is 60 degrees or more, whereby the light of each light emitting unit can be efficiently extracted.
  • the light emitting unit U is a pixel of the light emitting element.
  • FIG. 3 shows another example of the organic light emitting device of the present invention.
  • a plurality of organic electroluminescence elements 3 are provided on the surface of the substrate 2 at equal intervals, and a plurality of organic electroluminescence elements 3 are provided on the surface of the substrate 2 opposite to the surface on which the organic electroluminescence elements 3 are provided.
  • the lens 1 is provided in an arrangement corresponding to a part of the plurality of organic electroluminescence elements 3. That is, the number of lenses 1 is smaller than that of the organic electroluminescence elements 3, and each lens 1 is arranged so that the center (center in a plane parallel to the substrate 2) coincides with the individual organic electroluminescence elements 3. Yes.
  • the lenses 1 may be attached at regular intervals, that is, corresponding to every other predetermined number of the organic electroluminescence elements 3, or may be attached at a desired arrangement instead of at regular intervals.
  • the sealing part 4 can be configured similarly to the form of FIG.
  • the lens 1 is provided on the surface of the substrate 2 opposite to the organic electroluminescence element 3 among the light emitting units U composed of the organic electroluminescence element 3 and a part of the substrate 2 on which the organic electroluminescence element 3 is provided.
  • each light emitting unit U1 has the same configuration as that of the embodiment of FIG. That is, in each light emitting unit U1, the area of the light emitting portion is smaller than the area provided with the lens, the perpendicular line L ⁇ of the substrate surface 2a in the direction from the light emitting portion 5 to the substrate 2, the end of the light emitting portion 5 and the end of the lens.
  • the angle ⁇ formed by the straight line L1 connecting the portions is 60 degrees or more, whereby the light of each light emitting unit U1 can be efficiently extracted.
  • the light emitting unit U2 in which the lens 1 is not provided among the light emitting units U the light that has passed through the substrate 2 is emitted as it is to the outside.
  • the lens 1 can be arranged only in the light emitting unit U that requires high light extraction efficiency to extract light, and an organic light emitting element that can emit light efficiently can be obtained. It is.
  • FIG. 4 shows another example of the organic light-emitting device of the present invention.
  • a plurality of organic electroluminescent elements 3 having different sizes (light emitting portion areas) are provided on the surface of the substrate 2 and opposite to the surface of the substrate 2 on which the organic electroluminescent elements 3 are provided.
  • a plurality of lenses 1 having different sizes (lens-attached areas) are provided on the side surface in an arrangement corresponding to each of the organic electroluminescence elements 3.
  • the organic electroluminescence element 3 and the lens 1 are arranged at equal intervals so that their centers (centers in a plane parallel to the substrate 2) coincide with each other, and are large for the large organic electroluminescence element 3.
  • a lens 1 is assigned, and a small lens 1 is assigned to a small organic electroluminescence element 3.
  • each light emitting unit U includes a light emitting unit 5 having a large area or a small area.
  • the configuration is the same as that of the embodiment of FIG. That is, in each light emitting unit U, the area of the light emitting part is smaller than the area provided with the lens, the perpendicular line L ⁇ of the substrate surface 2a in the direction from the light emitting part 5 toward the substrate 2, the end of the light emitting part 5 and the end of the lens.
  • the angle ⁇ formed by the straight line L1 connecting the portions is 60 degrees or more, whereby the light of each light emitting unit U can be efficiently extracted.
  • the angle ⁇ ( ⁇ 1) in the light emission unit U of the large lens 1 and the angle ⁇ ( ⁇ 2) in the light emission unit U ′ of the small lens 1 may be the same or different.
  • the area of the light emitting portion 5 and the size of the lens 1 can be adjusted to combine the light emitting units U of various sizes, and the device can be configured to emit light efficiently. An organic light emitting device can be obtained.
  • FIG. 5 shows another example of the organic light-emitting device of the present invention.
  • the organic electroluminescent element 3 is a double-sided light emitting organic electroluminescent element 3 capable of emitting light in both the direction toward the substrate 2 and the direction opposite to the substrate 2. That is, the light emitting unit 5 is formed on both surfaces of the light emitting unit 5a on the surface disposed on the substrate side and the light emitting unit 5b on the surface opposite to the substrate.
  • substrate 2, the lens 1, and the organic electroluminescent element 3 becomes the structure similar to the form of FIG.
  • a plurality of lenses 1 are attached to the surface of the substrate 2 at equal intervals to form the lens array substrate 10, and the surface of the substrate 2 opposite to the surface on which the lens 1 is attached is
  • a plurality of organic electroluminescence elements 3 are provided at equal intervals in an arrangement corresponding to each lens 1, and the centers of the organic electroluminescence elements 3 and the lenses 1 coincide with each other.
  • the sealing part 4 encloses the circumference
  • the lens structure portion 6 is provided on the surface opposite to the substrate 2.
  • the sealing resin portion 11 is formed by a liquid sealing resin covering and curing the organic electroluminescence element 3, and the surface opposite to the substrate 2 is formed to be substantially flat.
  • the lens structure portion 6 is composed of a plurality of lens bodies 12, and each lens body 12 is attached to the surface of the sealing resin portion 11 at equal intervals with the center position aligned with the center of each organic electroluminescence element 3.
  • the lens body 12 is arranged so that the center thereof also coincides with the center of the lens 1.
  • the lens body 12 can be a glass lens, a resin lens, or the like, and can be made of the same material as the lens 1.
  • the size of each lens body 12 may be formed substantially the same as that of the lens 1 or may be different from that of the lens 1.
  • the light emitting unit U is composed of the organic electroluminescence element 3, the lens 1, the lens body 12, the substrate 2 sandwiched between the lens 1 and the lens body 12, and a part of the sealing resin portion 11. ing.
  • the structure on the side where the lens 1 of the substrate 2 is provided has the same configuration as that of the embodiment of FIG. That is, in each light emitting unit U, the light emitting portion area of the light emitting portion 5a is smaller than the lens mounting area of the lens 1, and the perpendicular line L ⁇ of the substrate surface 2a in the direction from the light emitting portion 5a toward the substrate 2 and the light emitting portion 5a.
  • the angle ⁇ formed by the straight line L1 connecting the end of the lens and the end of the lens is 60 degrees or more, so that the light of each light emitting unit U can be efficiently extracted to the substrate side. Yes.
  • the structure similar to the above is also formed on the lens body 12 side of the organic electroluminescence element 3. That is, in each light emitting unit U, the light emitting portion area of the light emitting portion 5b (the area of the surface parallel to the substrate surface of the light emitting portion 5b) is the lens attachment area of the lens body 12 (the lens body 12 of the sealing resin portion 11 is attached).
  • the straight line L2 perpendicular to the substrate surface 2a in the direction from the light emitting part 5b toward the lens body 12, and the straight line L2 connecting the end of the light emitting part 5b and the end of the lens body 12 And the angle ⁇ is 60 degrees or more.
  • Example 1 First, a glass substrate with ITO in which 1100 mm thick ITO (Indium Tin Oxide, sheet resistance 12 ⁇ / ⁇ ) was formed on one surface of a 0.5 mm thick glass substrate (refractive index 1.51) was prepared. This glass substrate with ITO was subjected to ultrasonic cleaning with pure water, acetone and isopropyl alcohol for 10 minutes each, then steam cleaned with isopropyl alcohol vapor for 2 minutes, dried, and further UV ozone cleaned for 10 minutes.
  • ITO Indium Tin Oxide, sheet resistance 12 ⁇ / ⁇
  • the ITO-attached glass substrate was set in a vacuum deposition apparatus, and a 1: 1 co-deposition film of molybdenum oxide (MoO 3 ) and ⁇ -NPD was used as a hole injection layer under a reduced pressure of 5 ⁇ 10 ⁇ 5 Pa. Vapor deposited thick.
  • ⁇ -NPD was vapor-deposited as a hole transport layer in a thickness of 300 mm, and then a green phosphorescent light-emitting layer doped with 10% Ir (ppy) 3 in CBP was vapor-deposited as a light-emitting layer in a thickness of 300 mm. It was further deposited Alq 3 to 500 ⁇ thick as an electron transport layer.
  • LiF was vapor-deposited to a thickness of 5 mm
  • Al was vapor-deposited to a thickness of 1000 mm to produce an organic electroluminescence element.
  • the shape of the light emitting part was a circle having a radius of 1.5 mm, and the area was about 7.07 mm 2 .
  • a hemispherical lens (refractive index of 1.51) having a diameter of 5 mm was adhered to the surface of the glass substrate opposite to the surface on which the organic electroluminescence element was produced using a liquid adhesive having a refractive index of 1.51.
  • the area where the hemispherical lens was attached was about 19.6 mm 2 .
  • Example 2 The shape of the light emitting part was a circle having a radius of 0.5 mm (area of about 0.785 mm 2 ). Other than that produced the organic light emitting element similarly to Example 1.
  • FIG. That is, an organic electroluminescence element having the same layer structure is formed on the surface of the glass substrate, and a hemispherical lens having a diameter of 5 mm (refractive index 1.51) is adhered to the glass substrate using a liquid adhesive having a refractive index of 1.51. Then, adjustment was made so that the hemispherical lens and the center of the circle of the light emitting portion coincided, and an organic light emitting device was fabricated.
  • Example 3 A glass substrate with ITO in which 1100 mm thick ITO (sheet resistance 12 ⁇ / ⁇ ) was formed on one side of a 0.5 mm thick glass substrate (refractive index 1.75) was prepared. Next, an organic electroluminescence element having the same layer structure as in Example 1 was produced (light emitting portion: a circle having a radius of 1.5 mm, an area of about 7.07 mm 2 ).
  • a hemispherical lens (refractive index: 1.75) having a diameter of 5 mm was brought into close contact with the surface of the glass substrate opposite to the surface on which the organic electroluminescence element was produced, using a liquid adhesive having a refractive index of 1.75.
  • the area where the hemispherical lens was attached was about 19.6 mm 2 .
  • Example 4 A glass substrate with ITO in which 1100 mm thick ITO (sheet resistance 12 ⁇ / ⁇ ) was formed on one surface of a 0.5 mm thick glass substrate (refractive index 1.90) was prepared. Next, an organic electroluminescence element having the same layer structure as in Example 1 was produced (light emitting portion: a circle having a radius of 1.5 mm, an area of about 7.07 mm 2 ).
  • a hemispherical lens (refractive index: 1.90) having a diameter of 5 mm was brought into close contact with the surface of the glass substrate opposite to the surface on which the organic electroluminescence element was produced, using a liquid adhesive having a refractive index of 1.90.
  • the area where the hemispherical lens was attached was about 19.6 mm 2 .
  • Example 5 A glass substrate with ITO in which 1100 mm thick ITO (sheet resistance 12 ⁇ / ⁇ ) was formed on one side of a 0.5 mm thick glass substrate (refractive index 1.51) was prepared. Next, an organic electroluminescence element having the same layer structure as in Example 1 was produced (light emitting portion: a circle having a radius of 1.5 mm, an area of about 7.07 mm 2 ).
  • a hemispherical lens (refractive index: 1.75) having a diameter of 5 mm was brought into close contact with the surface of the glass substrate opposite to the surface on which the organic electroluminescence element was produced, using a liquid adhesive having a refractive index of 1.75.
  • the area where the hemispherical lens was attached was about 19.6 mm 2 .
  • Example 6 A glass substrate with ITO in which 1100 mm thick ITO (sheet resistance 12 ⁇ / ⁇ ) was formed on one side of a 0.5 mm thick glass substrate (refractive index 1.51) was prepared. Next, an organic electroluminescence element having the same layer structure as in Example 1 was produced (light emitting portion: a circle having a radius of 1.5 mm, an area of about 7.07 mm 2 ).
  • a hemispherical lens (refractive index: 1.90) having a diameter of 5 mm was brought into close contact with the surface of the glass substrate opposite to the surface on which the organic electroluminescence element was produced, using a liquid adhesive having a refractive index of 1.90.
  • the area where the hemispherical lens was attached was about 19.6 mm 2 .
  • Example 7 A glass substrate with ITO in which 1100 mm thick ITO (sheet resistance 12 ⁇ / ⁇ ) was formed on one side of a 0.5 mm thick glass substrate (refractive index 1.51) was prepared. And the light emitting layer was formed into a film by the method similar to Example 1.
  • a hemispherical lens (refractive index of 1.51) having a diameter of 5 mm was adhered to the surface of the glass substrate opposite to the surface on which the organic electroluminescence element was produced using a liquid adhesive having a refractive index of 1.51.
  • the area where the hemispherical lens was attached was about 19.6 mm 2 .
  • a glass substrate having a lens structure on its surface was bonded to the surface of the glass substrate on which the organic electroluminescence element was produced using a UV curable resin having a refractive index of 1.51 to form a sealing portion having a lens structure portion.
  • the lens shape was a hemispherical lens in which the attached portion was a circle with a diameter of 5 mm. At the time of bonding, adjustment was made so that the center of the circle of the lens structure coincided with the center of the circle of the light emitting portion. Thus, a double-sided organic light emitting device was produced.
  • Example 1 The shape of the light emitting portion and the circular radius 2 mm (area of about 12.56mm 2). Other than that produced the organic light emitting element similarly to Example 1.
  • the shape of the light emitting part was a circle having a radius of 2.5 mm (diameter 5 mm) (area of about 19.6 mm 2 ). Other than that produced the organic light emitting element similarly to Example 1.
  • FIG. That is, an organic electroluminescence element having the same layer structure is formed on the surface of the glass substrate, and a hemispherical lens having a diameter of 5 mm (refractive index 1.51) is adhered to the glass substrate using a liquid adhesive having a refractive index of 1.51. Then, adjustment was made so that the hemispherical lens and the circle center of the light emitting portion coincided with each other, and an organic light emitting device was produced.
  • Example 3 A glass substrate with ITO in which 1100 mm thick ITO (sheet resistance 12 ⁇ / ⁇ ) was formed on one surface of a 0.5 mm thick glass substrate (refractive index 1.90) was prepared. Next, an organic electroluminescence element having the same layer structure as in Example 1 was produced (light emitting portion: a circle having a radius of 1.5 mm, an area of about 7.07 mm 2 ).
  • a hemispherical lens (refractive index of 1.51) having a diameter of 5 mm was adhered to the surface of the glass substrate opposite to the surface on which the organic electroluminescence element was produced using a liquid adhesive having a refractive index of 1.51.
  • the area where the hemispherical lens was attached was about 19.6 mm 2 .
  • Example 4 A glass substrate with ITO in which 1100 mm thick ITO (sheet resistance 12 ⁇ / ⁇ ) was formed on one surface of a 0.5 mm thick glass substrate (refractive index 1.90) was prepared. Next, an organic electroluminescence element having the same layer structure as in Example 1 was produced (light emitting portion: a circle having a radius of 1.5 mm, an area of about 7.07 mm 2 ).
  • a hemispherical lens (refractive index: 1.75) having a diameter of 5 mm was brought into close contact with the surface of the glass substrate opposite to the surface on which the organic electroluminescence element was produced, using a liquid adhesive having a refractive index of 1.75.
  • the area where the hemispherical lens was attached was about 19.6 mm 2 .
  • Table 1 shows, along with the external quantum efficiency, an angle ⁇ (an angle formed by a perpendicular line L ⁇ of the substrate surface 2a in the direction from the light emitting portion toward the substrate and a straight line L1 connecting the end portion of the light emitting portion and the end portion of the lens), the substrate The refractive index of the lens and the refractive index of the lens are listed.
  • External quantum efficiency is a result of the angle-resolved measurement at a current density of 2 mA / cm 2.
  • Example 1 was able to obtain a highly efficient organic light-emitting device as compared with Comparative Examples 1 and 2 by setting the angle ⁇ to 64 degrees.
  • Example 2 a more efficient organic light-emitting device could be obtained by setting the angle ⁇ to 76 degrees.
  • the angle ⁇ was set to 64 degrees, and both the refractive index of the lens and the substrate were set to 1.7 or more, whereby a highly efficient organic light-emitting device could be obtained.
  • Example 4 the angle ⁇ was set to 64 degrees, and the refractive index of both the lens and the substrate was set to 1.9, whereby a highly efficient organic light emitting device could be obtained.
  • Example 5 it was possible to obtain a highly efficient organic light emitting device by setting the angle ⁇ to 64 degrees and making the refractive index of the lens larger than the refractive index of the substrate.
  • Example 7 the angle ⁇ and the angle ⁇ were 64 degrees, and a lens shape was provided on both sides of the light emitting surface of the double-sided light emitting device, whereby a highly efficient organic light emitting device could be obtained.

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Abstract

　有機発光素子は、基板２と、基板２の一方の表面に形成され、基板２に向かって発光する発光部５を有する有機エレクトロルミネッセンス素子３と、基板２の他方の表面に付設されたレンズ１とを備える。レンズ１の屈折率は基板２の屈折率以上である。発光部５の基板表面と平行な面の面積は、基板２のレンズ１を付設している面積よりも小さい。発光部５から基板２に向かう方向の基板面２ａの垂線Ｌαと、発光部５の端部とレンズ１の端部とを結ぶ直線Ｌ１とのなす角度θは６０度以上である。

Description

有機発光素子
　本発明は、有機エレクトロルミネッセンス素子を用いた有機発光素子に関するものである。
　近年、有機エレクトロルミネッセンス素子、特に白色発光する有機エレクトロルミネッセンス素子は、その高効率化が進み、光源用途、たとえば現行の主照明である蛍光灯に置き換わるような次世代光源として、あるいは、既存の光源では具現化できなかったあらたな次世代照明として、非常に大きな期待が持たれるようになってきた。
　しかしながら、有機エレクトロルミネッセンス素子を照明用途として用いるためには、その効率は未だ十分でなく、さらなる高効率化が要求されており、課題となっている。
　そのような課題に対し、有機エレクトロルミネッセンス素子の発光を効率よく取り出すための開発が行われている。例えば、日本国特許公開１０－２０８８７５号公報では、発光単位毎に透明な基板が凸状に形成されていることによって、より光取り出し効率の高い有機エレクトロルミネッセンス素子が提案されている。しかしながら、基板を凸状にするだけでは、完全に基板と空気界面での全反射を防ぐことが不可能であり、照明用途として十分な発光効率を得ることができなかった。
　また、日本国特許公開２００４－３９５００号公報では、有機エレクトロルミネッセンス素子の発光面側にマイクロレンズを設けることによって、有機エレクトロルミネッセンス素子から出射された光を効率よく利用する方法が提案されている。しかしながら、この方法ではマイクロレンズの中心部分で発光した光については効率よく取り出すことが可能であるが、それ以外の部分からの発光の一部はマイクロレンズ表面と空気の界面で全反射が起こって取り出すことができなくなるため、さらなる高効率化が課題となっていた。
　そこで、本発明の目的は、有機エレクトロルミネッセンス素子から発光した光を効率よく素子外部に取り出すことにより、高効率な有機発光素子を提供することにある。
　本発明の有機発光素子は、基板２と、基板２の一方の表面に形成され、基板２に向かって発光する発光部５を有する有機エレクトロルミネッセンス素子３と、基板２の他方の表面に付設され、基板２の屈折率以上の屈折率を有するレンズ１とを備える。本発明の第１の特徴において、発光部５の基板表面と平行な面の面積は、基板２のレンズ１を付設している面積よりも小さく、発光部５から基板２に向かう方向の基板面２ａの垂線Ｌαと、発光部５の端部とレンズ１の端部とを結ぶ直線Ｌ１とのなす角度θが６０度以上である。この発明では、有機エレクトロルミネッセンス素子から発光した光の大部分を素子外部に取り出すことができ、高効率な有機発光素子を得ることができる。
　一実施形態において、有機エレクトロルミネッセンス素子３が、基板２に向かう方向と基板２と反対側の方向との両方向に発光可能なものであると共に、有機エレクトロルミネッセンス素子３の基板２とは反対側にレンズ構造部６が設けられる。この発明では、両面発光素子となった有機エレクトロルミネッセンス素子を挟み込む形で発光面の両面にレンズ構造を設けることになり、発光した光を効率的に取り出すことが可能となり、高効率な有機発光素子を得ることができる。
　一実施形態において、レンズ１の屈折率が基板２の屈折率よりも大きい。この発明では、レンズの屈折率が基板の屈折率よりも大きいことにより、基板とレンズとの界面での全反射を抑制し、高効率な有機発光素子を得ることができる。
　一実施形態において、基板２とレンズ１の屈折率がともに１．７以上である。この発明では、基板とレンズの屈折率を１．７以上にすることにより、有機エレクトロルミネッセンス素子の電極と基板との界面での全反射や、基板とレンズとの界面での全反射を抑制することが可能であり、高効率な有機発光素子を得ることができる。
　一実施形態において、発光部５は、積層構造を有して、基板２表面と平行に接触する第１の接触面を備え、レンズ１は、基板２と平行に接触する第２の接触面を備え、前記第１の接触面の面積は、前記第２の接触面の面積よりも小さく設定される。この発明では、発光した光を効率的に基板２及びレンズ１へ放射することができ、高効率な有機発光素子を得ることができる。
　一実施形態において、前記第１及び第２の接触面は、互いに相似形状に形成される。この発明では、例えば、互いに円形状、または矩形状、または楕円形状に形成されることで
より高効率な有機発光素子を得ることができ、更には素子の作製が容易となる。
　一実施形態において、少なくとも前記第１の接触面の一部を通るように垂直方向に切った断面において、前記第１の接触面に対する垂線Ｌαと、前記第１及び第２の接触面の左端部同士又は右端部同士を結ぶ直線Ｌ１と、が成す角度が６０度以上である。この発明では、有機エレクトロルミネッセンス素子から発光した光の大部分を素子外部に取り出すことができ、高効率な有機発光素子を得ることができる。
　一実施形態において、前記第１及び第２の接触面は、それぞれ円形状に形成され、発光部５は、光軸Ｍ１がレンズ１の中心軸と一致するように配置され、光軸Ｍ１に沿って垂直方向に切った断面において、前記第１の接触面に対する垂線Ｌαと、前記第１及び第２の接触面の左端部同士又は右端部同士を結ぶ直線Ｌ１と、が成す角度が６０度以上である。この発明では、更に有機エレクトロルミネッセンス素子から発光した光の大部分を素子外部に取り出すことができ、高効率な有機発光素子を得ることができる。
　本発明の好ましい実施形態をさらに詳細に記述する。本発明の他の特徴および利点は、以下の詳細な記述および添付図面に関連して一層良く理解されるものである。
本発明の有機発光素子の一例を示す断面図である。 本発明の有機発光素子の他の一例を示す断面図である。 本発明の有機発光素子の更に他の一例を示す断面図である。 本発明の有機発光素子の更に他の一例を示す断面図である。 本発明の有機発光素子の更に他の一例を示す断面図である。
　本発明の実施形態に係る有機発光素子を説明する。
　図１は、本発明の有機発光素子の一例である。有機発光素子は、基板２と、基板２の表面に形成された有機エレクトロルミネッセンス素子３と、基板２の有機エレクトロルミネッセンス素子３が形成された側とは反対側の表面に付設されたレンズ１とを備えており、有機エレクトロルミネッセンス素子３は封止部４により封止されている。
　有機エレクトロルミネッセンス素子３としては、通常の層構成のものを用いることができ、具体的には、発光層が、基板２の表面に設けられた電極とこの電極に対向する対電極とで挟みこまれ、電極と対電極との間に、必要に応じて、ホール輸送層、ホール注入層、電子輸送層、電子注入層、キャリアブロック層、中間層等などの層が積層されたものを用いることができる。これらの各層の図示および詳細な説明は省略してある。電極及び対電極としては光を取り出す側を透明電極とするのがよい。有機エレクトロルミネッセンス素子３の素子構造や発光色は特に限定されるものではなく、単層型素子や、マルチユニット素子、白色発光素子や単色発光素子など、一般的な素子構造や発光色を用いることができる。
　有機エレクトロルミネッセンス素子３は有機電界反応により生じた光を外部に発する発光部５を有するものであり、図示の有機エレクトロルミネッセンス素子３では、発光部５は有機エレクトロルミネッセンス素子３が基板２と接触する表面となっている。すなわち、この有機エレクトロルミネッセンス素子３では、発光部５が基板２と平行な面になって形成されており、面状に発光した光は基板２に向かって垂直な方向に出射するようになっている。なお、基板２に接触して設けられた電極と発光層との面形状が異なる場合においては、基板２と有機エレクトロルミネッセンス素子３とが接触する部分のうち発光層の面形状の部分が発光部５となる。
　有機エレクトロルミネッセンス素子３の膜構造（面形状）や、発光部５の面形状としては、特に限定されるものではなく、良好な発光効率を得ることができれば特に限定されるものではないが、より高効率な特性を得るために光がより多く外部へ放出するようにデバイス設計されることが好ましい。具体的には、発光部５を円形、正方形、矩形、楕円形等の形状にすることができる。また、基板２のレンズ１が付設された部分の形状と同形状で面積が小さくなった形状（相似形）にすることも好ましい。したがって、素子の作製容易性等の観点から、レンズ１の付設部分が円形状となるとともに発光部５が円形状になることが好ましく、その際、円中心が一致することが好ましい。発光部５が円形状である場合は、発光部５の半径は、０．１～５０ｍｍであることが好ましい。発光部５の半径がこの範囲になることによりさらに高効率な有機発光素子を得ることができる。発光部５の半径がこの範囲より小さいと高い発光を得ることができなくなるおそれがある。発光部５の半径がこの範囲より大きいと有機エレクトロルミネッセンス素子３自体の発光特性が低下するおそれがある。
　基板２としては、有機エレクトロルミネッセンス素子３で生じた光を効率よく取り出すために、ガラスやプラスチックなどの光透過性の材料で形成した透明な基板２を用いることができ、例えば、ガラス基板や透明樹脂基板等を用いることができる。
　基板２の厚みとしては、０．１～５０ｍｍであることが好ましい。基板２の厚みがこの範囲になることによりさらに高効率な有機発光素子を得ることができる。基板２の厚みがこの範囲より薄いと有機発光素子の強度が弱くなるおそれがある。一方、基板２の厚みがこの範囲より厚いと光が基板２に吸収されるなどして効率よく光を取り出せなくなるおそれがある。
　レンズ１としては、発光素子用のレンズ１であれば特に限定されるものではないが、例えば、半球レンズや凸型レンズなど、基板２と平行な面の形状が円形のレンズ１を用いることができる。また、レンズ１の材質としては、有機エレクトロルミネッセンス素子３からの発光を効率良く取り出すことができれば、特に限定されるものではなく、ガラスやプラスチック等、種々の光透過性の材料を用いることができる。
　レンズ１が半球レンズの場合、レンズ１の直径としては、０．１～５０ｍｍであることが好ましい。レンズ１の直径がこの範囲になることによりさらに高効率な有機発光素子を得ることができる。レンズ１の直径がこの範囲より小さいと、後述の角度θの条件を満たすためには発光部５も小さくなるため高い発光を得ることができなくなるおそれがある。レンズ１の直径がこの範囲より大きいと相対的に発光部５が小さくなって高い発光を得ることができなくなるおそれがある。なお、レンズ１と基板２とを密着させて一体化したレンズ基板として取り扱って、有機発光素子を形成してもよい。
　封止部４は、有機エレクトロルミネッセンス素子３を封止して外部から保護できるものであれば特に限定されるものではなく、封止ガラスなどを用いて封止してもよいし、樹脂製の封止材を用いて封止してもよい。図示の形態では、レンズ１の端部と封止部４の端部との位置が基板２の表裏で一致するように、下面が開口する断面コ字状の封止部４が基板２の表面に設けられている。
　本発明の有機発光素子にあっては、発光部５の基板表面と平行な面の面積（発光部面積）は、基板２のレンズ１を付設している面積（レンズ付設面積）よりも小さい。つまり、発光部５の基板２の表面と平行に接触する面（第１の接触面）の面積は、レンズ１の基板２と平行に接触する面（第２の接触面）の面積よりも小さく設定される。そして、発光部５から基板２に向かう方向の基板面２ａ（または第１の接触面）の垂線Ｌαと、発光部５の端部とレンズの端部とを結ぶ直線Ｌ１とのなす角度θが６０度以上である。それにより、有機エレクトロルミネッセンス素子３から発光した光が外部に取り出されることなく消費されることを防止し、発光の大部分を素子外部に取り出すことができ、高効率の発光を得ることができる。
　特に、第１及び第２の接触面がともに円形状に形成され、図１に示すように発光部５の光軸Ｍ１がレンズ１の中心軸と一致するように配置されれば、より高効率の発光を得ることができる。この場合、本発明の有機発光素子の図１のように光軸Ｍ１に沿って垂直方向に切った断面において、第１の接触面に対する垂線Ｌαと、第１及び第２の接触面の左端部同士を結ぶ直線Ｌ１とのなす角度θが６０度以上であればよい。
　レンズ付設面積を１００％としたときの発光部面積の大きさは１００％未満であるが、５％以上であることが好ましく、１０～８０％であることがより好ましい。レンズ付設面積に対する発光部面積の大きさが小さくなりすぎると発光を十分に外部に取り出せなくなるおそれがある。発光部面積の大きさがレンズ付設面積の大きさに近づきすぎると角度θを６０度以上に維持できずに効率よく光を取り出せなくなるおそれがある。
　また、発光部５から基板２に向かう方向の基板面２ａの垂線Ｌαと、発光部５の端部とレンズの端部とを結ぶ直線Ｌ１とのなす角度θは６０度以上９０度以下であるが、より好ましくは７０～９０度である。角度θがこの範囲になることにより光の取り出しをより効率よく行うことができる。
　また、レンズ１の屈折率は、基板２の屈折率以上であり、さらにレンズ１の屈折率が基板２の屈折率よりも大きいことがより好ましい。それにより、基板２とレンズ１との界面で発光した光が全反射して外部に取り出せなくなることを抑制し、効率よく光を外部に取り出すことができる。レンズ１の屈折率が基板２の屈折率よりも低いと、光の取り出し効率が低下する。
　また、基板２とレンズ１の屈折率がともに１．７以上であることが好ましい。それにより、有機エレクトロルミネッセンス素子３の電極と基板２との界面で、発光した光が全反射して外部に取り出せなくなることや、基板２とレンズ１との界面で光が全反射して外部に取り出せなくなることを抑制することができ、さらに効率よく光を外部に取り出すことができる。具体的な屈折率としては、例えば、基板２を１．７～１．９にし、レンズ１を１．７～１．９にすることができる。
　図２は、本発明の有機発光素子の他の一例である。この有機発光素子は、複数のレンズ１が等間隔で基板２の表面に付設されてレンズアレイ基板１０を形成するとともに、基板２のレンズ１が付設された面とは反対側の表面に、各レンズ１に対応する配置で複数の有機エレクトロルミネッセンス素子３が等間隔で設けられている。すなわち、有機エレクトロルミネッセンス素子３とレンズ１とは同数であり、それぞれの中心（基板２と平行な面での中心）は一致して配置されている。また、ある一のレンズ１とこのレンズ１に隣接する他のレンズ１とは、それぞれの端部が当接して設けられている。封止部４は、図示のように一つの封止部４で複数の有機エレクトロルミネッセンス素子３を全部まとめて封止するものであってもよいし、各有機エレクトロルミネッセンス素子３を個々に封止するものであってもよい。
　一つの有機エレクトロルミネッセンス素子３と、それに対向するレンズ１と、それらに挟まれた基板２の一部とからなる発光単位Ｕにおいては、それぞれの発光単位Ｕが、図１の形態と同様の構成になっている。すなわち、各発光単位Ｕにおいて、発光部面積はレンズ付設面積よりも小さくなっており、発光部５から基板２に向かう方向の基板面２ａの垂線Ｌαと、発光部５の端部とレンズの端部とを結ぶ直線Ｌ１とのなす角度θが６０度以上になっており、それにより、各発光単位の光を効率よく取り出すことができるものとなっている。ここで、発光単位Ｕは発光素子の画素となるものである。図示の形態にあっては、レンズアレイ基板１０を用いて複数の発光部５からの光を取り出すことにより、各発光単位Ｕでの発光を効率よく取り出して発光度の高い素子とすることが可能であり、特に各発光単位Ｕに同一の発光色を用いた場合には極めて高発光の有機発光素子を得ることができるものである。
　図３は、本発明の有機発光素子の他の一例である。この有機発光素子は、複数の有機エレクトロルミネッセンス素子３が基板２の表面に等間隔で設けられているとともに、基板２の有機エレクトロルミネッセンス素子３が設けられた面とは反対側の表面に、複数のレンズ１が、複数の有機エレクトロルミネッセンス素子３の一部に対応する配置で設けられている。すなわち、レンズ１は、有機エレクトロルミネッセンス素子３よりも数が少なく、各レンズ１は、個々の有機エレクトロルミネッセンス素子３と中心（基板２と平行な面での中心）が一致するように配置されている。レンズ１は、等間隔に、すなわち有機エレクトロルミネッセンス素子３の所定個ずつ置きに対応させて付設してもよいし、等間隔でなく所望の配置となるように付設してもよい。封止部４は、図２の形態と同様の構成にすることができる。
　有機エレクトロルミネッセンス素子３と、この有機エレクトロルミネッセンス素子３を設けた基板２の一部とからなる発光単位Ｕのうち、有機エレクトロルミネッセンス素子３とは反対側の基板２の表面にレンズ１が設けられた発光単位Ｕ１においては、それぞれの発光単位Ｕ１が、図１の形態と同様の構成になっている。すなわち、各発光単位Ｕ１において、発光部面積はレンズ付設面積よりも小さくなっており、発光部５から基板２に向かう方向の基板面２ａの垂線Ｌαと、発光部５の端部とレンズの端部とを結ぶ直線Ｌ１とのなす角度θが６０度以上になっており、それにより、各発光単位Ｕ１の光を効率よく取り出すことができるものとなっている。一方、発光単位Ｕのうち、レンズ１が設けられていない発光単位Ｕ２においては、基板２を通過した光が外部にそのまま出射するようになっている。図示の形態にあっては、高い光取り出し効率が要求される発光単位Ｕにのみレンズ１を配置して光を取り出すことができ、効率よく発光することができる有機発光素子を得ることができるものである。
　図４は、本発明の有機発光素子の他の一例である。この有機発光素子は、大きさ（発光部面積）の異なる複数の有機エレクトロルミネッセンス素子３が基板２の表面に設けられているとともに、基板２の有機エレクトロルミネッセンス素子３が設けられた面とは反対側の表面に、大きさ（レンズ付設面積）の異なる複数のレンズ１が、有機エレクトロルミネッセンス素子３の個々に対応する配置で設けられている。図示の形態では、有機エレクトロルミネッセンス素子３とレンズ１とが等間隔で各中心（基板２と平行な面での中心）が一致するように配置されており、大きい有機エレクトロルミネッセンス素子３には大きいレンズ１が割り当てられ、小さい有機エレクトロルミネッセンス素子３には小さいレンズ１が割り当てられて配置している。
　有機エレクトロルミネッセンス素子３と、レンズ１と、それらに挟まれた基板２の一部とからなる発光単位Ｕにおいては、発光部５の面積が大きいものも小さいものも含め、それぞれの発光単位Ｕが、図１の形態と同様の構成になっている。すなわち、各発光単位Ｕにおいて、発光部面積はレンズ付設面積よりも小さくなっており、発光部５から基板２に向かう方向の基板面２ａの垂線Ｌαと、発光部５の端部とレンズの端部とを結ぶ直線Ｌ１とのなす角度θが６０度以上になっており、それにより、各発光単位Ｕの光を効率よく取り出すことができるものとなっている。ここで、大きなレンズ１の発光単位Ｕにおける角度θ（θ１）と、小さなレンズ１の発光単位Ｕ’における角度θ（θ２）とは、同じであっても異なっていてもよい。図示の形態にあっては、発光部５の面積とレンズ１のサイズとを調整して、様々な大きさの発光単位Ｕを組み合わせて素子を構成することができ、効率よく発光することができる有機発光素子を得ることができるものである。
　図５は、本発明の有機発光素子の他の一例である。この有機発光素子では、有機エレクトロルミネッセンス素子３が、基板２に向かう方向と基板２とは反対側の方向との両方向に発光可能な両面発光有機エレクトロルミネッセンス素子３になっている。つまり、発光部５は基板側に配置される面の発光部５ａと、基板とは反対側に配置される面の発光部５ｂとの両面に形成されている。基板２とレンズ１と有機エレクトロルミネッセンス素子３とからなる部分の構成は、図２の形態と同様の構成となっている。すなわち、有機発光素子は、複数のレンズ１が等間隔で基板２の表面に付設されてレンズアレイ基板１０を形成するとともに、基板２のレンズ１が付設された面とは反対側の表面に、各レンズ１に対応する配置で複数の有機エレクトロルミネッセンス素子３が等間隔で設けられており、有機エレクトロルミネッセンス素子３とレンズ１との中心は一致している。
　そして、図５の形態では、上記の形態とは異なり、封止部４は、有機エレクトロルミネッセンス素子３の周囲を取り囲んで封入して封止する封止樹脂部１１と、封止樹脂部１１の基板２とは反対側の面に設けられたレンズ構造部６とからなる。封止樹脂部１１は、液状の封止樹脂が有機エレクトロルミネッセンス素子３を覆って硬化することにより形成されており、基板２とは反対側の面が略平坦になって形成されている。レンズ構造部６は、複数のレンズ体１２から構成され、各レンズ体１２は、中心位置を各有機エレクトロルミネッセンス素子３の中心に合わせた配置で、等間隔に封止樹脂部１１の表面に付設されている。つまり、レンズ体１２は中心がレンズ１の中心にも一致するように配置されている。レンズ体１２は、ガラスレンズ、樹脂レンズなどを用いることができ、レンズ１と同様の材質で構成することができる。各レンズ体１２の大きさはレンズ１と略同様に形成されていてもよいし、レンズ１と異なっていてもよい。
　この形態では、発光単位Ｕが、有機エレクトロルミネッセンス素子３と、レンズ１と、レンズ体１２と、レンズ１とレンズ体１２とに挟まれた基板２及び封止樹脂部１１の一部とからなっている。各発光単位Ｕにおいて、基板２のレンズ１が設けられた側の構造は、図１の形態と同様の構成である。すなわち、各発光単位Ｕにおいて、発光部５ａの発光部面積はレンズ１のレンズ付設面積よりも小さくなっており、発光部５ａから基板２に向かう方向の基板面２ａの垂線Ｌαと、発光部５ａの端部とレンズの端部とを結ぶ直線Ｌ１とのなす角度θが６０度以上になっており、それにより、各発光単位Ｕの光を基板側に効率よく取り出すことができるものとなっている。
　さらに、図示の形態では、有機エレクトロルミネッセンス素子３のレンズ体１２の側においても、上記と同様の構造となっている。すなわち、各発光単位Ｕにおいて、発光部５ｂの発光部面積（発光部５ｂの基板表面と平行な面の面積）がレンズ体１２のレンズ付設面積（封止樹脂部１１のレンズ体１２を付設している面積）よりも小さくなっており、発光部５ｂからレンズ体１２に向かう方向の基板面２ａに垂直な直線Ｌβと、発光部５ｂの端部とレンズ体１２の端部とを結ぶ直線Ｌ２とのなす角度λが６０度以上になっている。それにより、各発光単位Ｕの光を基板２とは反対側に効率よく取り出すことができる。
　このように、図示の形態にあっては、両面発光素子となった有機エレクトロルミネッセンス素子３を挟み込む形で発光面の両面にレンズ構造を設けることにより、発光した光を効率的に取り出すことが可能となり、高効率な有機発光素子を得ることができるものである。
　（実施例１）
　まず、厚み０．５ｍｍのガラス基板（屈折率１．５１）の片面に１１００Å厚のＩＴＯ（Indium Tin Oxide、シート抵抗１２Ω／□）が形成されたＩＴＯ付きガラス基板を用意した。このＩＴＯ付きガラス基板を純水、アセトン、イソプロピルアルコールで各１０分間超音波洗浄した後、イソプロピルアルコール蒸気で２分間蒸気洗浄して、乾燥し、さらに１０分間ＵＶオゾン洗浄した。
　続いて、このＩＴＯ付きガラス基板を真空蒸着装置にセットし、５×１０-5Ｐａの減圧下で、ホール注入層として酸化モリブデン（ＭｏＯ3）とα－ＮＰＤの１：１共蒸着膜を１００Å厚に蒸着した。次にホール輸送層としてα－ＮＰＤを３００Å厚に蒸着し、続いて、発光層としてＣＢＰに１０％Ｉｒ（ｐｐｙ）3をドープした緑色リン光発光層を３００Å厚に蒸着した。さらに電子輸送層としてＡｌｑ3を５００Å厚に蒸着した。その上に、ＬｉＦを５Å厚に蒸着し、最後にＡｌを１０００Å厚に蒸着することで、有機エレクトロルミネッセンス素子を作製した。発光部の形状は半径１．５ｍｍの円形であり、面積は約７．０７ｍｍ2であった。
　このガラス基板の有機エレクトロルミネッセンス素子を作製した面とは反対側の表面に、直径５ｍｍの半球レンズ（屈折率１．５１）を、屈折率１．５１の液体接着剤を用いて密着させた。半球レンズが付設された面積は約１９．６ｍｍ2であった。半球レンズをガラス基板に密着させる際、発光部の円中心が半球レンズの円中心と一致するよう、調整した。作製した有機発光素子を窒素雰囲気中で封止を行った。以上により、有機発光素子を作製した。
　（実施例２）
　発光部の形状を半径０．５ｍｍの円形にした（面積約０．７８５ｍｍ2）。それ以外は、実施例１と同様に有機発光素子を作製した。すなわち、ガラス基板の表面に同様の層構成で有機エレクトロルミネッセンス素子を形成し、直径５ｍｍの半球レンズ（屈折率１．５１）を屈折率１．５１の液体接着剤を用いてガラス基板に密着させ、半球レンズと発光部の円中心とが一致するように調整し、有機発光素子を作製した。
　（実施例３）
　厚み０．５ｍｍのガラス基板（屈折率１．７５）の片面に１１００Å厚のＩＴＯ（シート抵抗１２Ω／□）が形成されたＩＴＯ付きガラス基板を用意した。次に、実施例１と同様の層構成の有機エレクトロルミネッセンス素子を作製した（発光部：半径１．５ｍｍの円形、面積約７．０７ｍｍ2）。
　このガラス基板の有機エレクトロルミネッセンス素子を作製した面とは反対側の表面に、直径５ｍｍの半球レンズ（屈折率１．７５）を、屈折率１．７５の液体接着剤を用いて密着させた。半球レンズが付設された面積は約１９．６ｍｍ2であった。半球レンズをガラス基板に密着させる際、発光部の円中心が半球レンズの円中心と一致するよう、調整した。以上により、有機発光素子を作製した。
　（実施例４）
　厚み０．５ｍｍのガラス基板（屈折率１．９０）の片面に１１００Å厚のＩＴＯ（シート抵抗１２Ω／□）が形成されたＩＴＯ付きガラス基板を用意した。次に、実施例１と同様の層構成の有機エレクトロルミネッセンス素子を作製した（発光部：半径１．５ｍｍの円形、面積約７．０７ｍｍ2）。
　このガラス基板の有機エレクトロルミネッセンス素子を作製した面とは反対側の表面に、直径５ｍｍの半球レンズ（屈折率１．９０）を、屈折率１．９０の液体接着剤を用いて密着させた。半球レンズが付設された面積は約１９．６ｍｍ2であった。半球レンズをガラス基板に密着させる際、発光部の円中心が半球レンズの円中心と一致するよう、調整した。以上により、有機発光素子を作製した。
　（実施例５）
　厚み０．５ｍｍのガラス基板（屈折率１．５１）の片面に１１００Å厚のＩＴＯ（シート抵抗１２Ω／□）が形成されたＩＴＯ付きガラス基板を用意した。次に、実施例１と同様の層構成の有機エレクトロルミネッセンス素子を作製した（発光部：半径１．５ｍｍの円形、面積約７．０７ｍｍ2）。
　このガラス基板の有機エレクトロルミネッセンス素子を作製した面とは反対側の表面に、直径５ｍｍの半球レンズ（屈折率１．７５）を、屈折率１．７５の液体接着剤を用いて密着させた。半球レンズが付設された面積は約１９．６ｍｍ2であった。半球レンズをガラス基板に密着させる際、発光部の円中心が半球レンズの円中心と一致するよう、調整した。以上により、有機発光素子を作製した。
　（実施例６）
　厚み０．５ｍｍのガラス基板（屈折率１．５１）の片面に１１００Å厚のＩＴＯ（シート抵抗１２Ω／□）が形成されたＩＴＯ付きガラス基板を用意した。次に、実施例１と同様の層構成の有機エレクトロルミネッセンス素子を作製した（発光部：半径１．５ｍｍの円形、面積約７．０７ｍｍ2）。
　このガラス基板の有機エレクトロルミネッセンス素子を作製した面とは反対側の表面に、直径５ｍｍの半球レンズ（屈折率１．９０）を、屈折率１．９０の液体接着剤を用いて密着させた。半球レンズが付設された面積は約１９．６ｍｍ2であった。半球レンズをガラス基板に密着させる際、発光部の円中心が半球レンズの円中心と一致するよう、調整した。以上により、有機発光素子を作製した。
　（実施例７）
　厚み０．５ｍｍのガラス基板（屈折率１．５１）の片面に１１００Å厚のＩＴＯ（シート抵抗１２Ω／□）が形成されたＩＴＯ付きガラス基板を用意した。そして、実施例１と同様の方法で発光層までを成膜した。次に、発光層の上に、電子輸送層としてＡｌｑ3を３００Å厚に蒸着した。その上にＡｌｑ3とＬｉの共蒸着層を２００Å成膜した。その上に陰極としてＩＺＯをスパッタ法を用いて成膜することにより、両面発光素子となった有機エレクトロルミネッセンス素子を作製した。
　このガラス基板の有機エレクトロルミネッセンス素子を作製した面とは反対側の表面に、直径５ｍｍの半球レンズ（屈折率１．５１）を、屈折率１．５１の液体接着剤を用いて密着させた。半球レンズが付設された面積は約１９．６ｍｍ2であった。半球レンズをガラス基板に密着させる際、発光部の円中心が半球レンズの円中心と一致するよう、調整した。
　また、ガラス基板の有機エレクトロルミネッセンス素子を作製した面に、屈折率１．５１のＵＶ硬化樹脂を用いて表面がレンズ構造を有するガラス基板を接着し、レンズ構造部を有する封止部を形成した。レンズ形状は付設する部分が直径５ｍｍの円となった半球レンズであった。接着の際、レンズ構造の円の中心が発光部の円中心に一致するよう、調整した。以上により、両面発光の有機発光素子を作製した。
　（比較参考例１）
　実施例１と同様に、有機エレクトロルミネッセンス素子を作製し、半球レンズを貼り付けることなく特性の評価を行った。
　（比較例１）
　発光部の形状を半径２ｍｍの円形にした（面積約１２．５６ｍｍ2）。それ以外は、実施例１と同様に有機発光素子を作製した。すなわち、ガラス基板の表面に同様の層構成で有機エレクトロルミネッセンス素子を形成し、直径５ｍｍの半球レンズ（屈折率１．５１）を屈折率１．５１の液体接着剤を用いてガラス基板に密着させ、半球レンズと発光部の円中心とが一致するように調整し、有機発光素子を作製した。
　（比較例２）
　発光部の形状を半径２．５ｍｍ（直径５ｍｍ）の円形にした（面積約１９．６ｍｍ2）。それ以外は、実施例１と同様に有機発光素子を作製した。すなわち、ガラス基板の表面に同様の層構成で有機エレクトロルミネッセンス素子を形成し、直径５ｍｍの半球レンズ（屈折率１．５１）を屈折率１．５１の液体接着剤を用いてガラス基板に密着させ、半球レンズと発光部の円中心とが一致するように調整し、有機発光素子を作製した。
　（比較例３）
　厚み０．５ｍｍのガラス基板（屈折率１．９０）の片面に１１００Å厚のＩＴＯ（シート抵抗１２Ω／□）が形成されたＩＴＯ付きガラス基板を用意した。次に、実施例１と同様の層構成の有機エレクトロルミネッセンス素子を作製した（発光部：半径１．５ｍｍの円形、面積約７．０７ｍｍ2）。
　このガラス基板の有機エレクトロルミネッセンス素子を作製した面とは反対側の表面に、直径５ｍｍの半球レンズ（屈折率１．５１）を、屈折率１．５１の液体接着剤を用いて密着させた。半球レンズが付設された面積は約１９．６ｍｍ2であった。半球レンズをガラス基板に密着させる際、発光部の円中心が半球レンズの円中心と一致するよう、調整した。以上により、有機発光素子を作製した。
　（比較例４）
　厚み０．５ｍｍのガラス基板（屈折率１．９０）の片面に１１００Å厚のＩＴＯ（シート抵抗１２Ω／□）が形成されたＩＴＯ付きガラス基板を用意した。次に、実施例１と同様の層構成の有機エレクトロルミネッセンス素子を作製した（発光部：半径１．５ｍｍの円形、面積約７．０７ｍｍ2）。
　このガラス基板の有機エレクトロルミネッセンス素子を作製した面とは反対側の表面に、直径５ｍｍの半球レンズ（屈折率１．７５）を、屈折率１．７５の液体接着剤を用いて密着させた。半球レンズが付設された面積は約１９．６ｍｍ2であった。半球レンズをガラス基板に密着させる際、発光部の円中心が半球レンズの円中心と一致するよう、調整した。以上により、有機発光素子を作製した。
　（特性評価）
　表１に、外部量子効率とともに、角度θ（発光部から基板に向かう方向の基板面２ａの垂線Ｌαと、発光部の端部とレンズの端部とを結ぶ直線Ｌ１とのなす角度）、基板の屈折率、レンズの屈折率を列挙した。外部量子効率は電流密度２ｍＡ／ｃｍ2での角度分解測定の結果である。
　実施例１は、角度θを６４度とすることで、比較例１、２と比較して高効率な有機発光素子を得ることができた。実施例２は、角度θを７６度とすることで、より高効率な有機発光素子を得ることができた。実施例３は、角度θを６４度とするとともに、レンズと基板の屈折率をともに１．７以上とすることで、高効率な有機発光素子を得ることができた。実施例４は、角度θを６４度とするとともに、レンズと基板の屈折率をともに１．９とすることで、高効率な有機発光素子を得ることができた。実施例５及び６は、角度θを６４度とするとともに、レンズの屈折率を基板の屈折率よりも大きくすることで、高効率な有機発光素子を得ることができた。実施例７は、角度θ及び角度λを６４度とし、また、両面発光素子の発光面の両側にレンズ形状を設けることで、高効率な有機発光素子を得ることができた。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 　本発明を幾つかの好ましい実施形態について記述したが、この発明の本来の精神および範囲、即ち請求の範囲を逸脱することなく、当業者によって様々な修正および変形が可能である。

Claims (8)

  1. 　基板と、
    　前記基板の一方の表面に形成され、前記基板に向かって発光する発光部を有する有機エレクトロルミネッセンス素子と、
    　前記基板の他方の表面に付設され、前記基板の屈折率以上の屈折率を有するレンズと、を備え、
    　前記発光部の前記基板表面と平行な面の面積は、前記基板の前記レンズを付設している面積よりも小さく、
    　前記発光部から前記基板に向かう方向の基板面の垂線と、前記発光部の端部と前記レンズの端部とを結ぶ直線とのなす角度が６０度以上であることを特徴とする有機発光素子。
  2. 　前記有機エレクトロルミネッセンス素子が、前記基板に向かう方向と前記基板と反対側の方向との両方向に発光可能なものであると共に、前記有機エレクトロルミネッセンス素子の前記基板とは反対側にレンズ構造部が設けられたことを特徴とする請求項１に記載の有機発光素子。
  3. 　前記レンズの屈折率が前記基板の屈折率よりも大きいことを特徴とする請求項１又は２に記載の有機発光素子。
  4. 　前記基板と前記レンズの屈折率がともに１．７以上であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の有機発光素子。
  5. 　前記発光部は、積層構造を有して、前記基板表面と平行に接触する第１の接触面を備え、
    　前記レンズは、前記基板と平行に接触する第２の接触面を備え、
    　前記第１の接触面の面積は、前記第２の接触面の面積よりも小さく設定されることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の有機発光素子。
  6. 　前記第１及び第２の接触面は、互いに相似形状に形成されることを特徴とする請求項５に記載の有機発光素子。
  7. 　少なくとも前記第１の接触面の一部を通るように垂直方向に切った断面において、前記第１の接触面に対する垂線と、前記第１及び第２の接触面の左端部同士又は右端部同士を結ぶ直線と、が成す角度が６０度以上であることを特徴とする請求項５又は６に記載の有機発光素子。
  8. 　前記第１及び第２の接触面は、それぞれ円形状に形成され、
    　前記発光部は、光軸が前記レンズの中心軸と一致するように配置され、
    　前記光軸に沿って垂直方向に切った断面において、前記第１の接触面に対する垂線と、前記第１及び第２の接触面の左端部同士又は右端部同士を結ぶ直線と、が成す角度が６０度以上であることを特徴とする請求項５に記載の有機発光素子。
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