JP2000353590A - 有機el発光素子 - Google Patents

有機el発光素子

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JP2000353590A
JP2000353590A JP11165093A JP16509399A JP2000353590A JP 2000353590 A JP2000353590 A JP 2000353590A JP 11165093 A JP11165093 A JP 11165093A JP 16509399 A JP16509399 A JP 16509399A JP 2000353590 A JP2000353590 A JP 2000353590A
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light
light emitting
organic
layer
electrode
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JP11165093A
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Shoichi Nakayama
彰一 中山
Yoshihisa Tsuruoka
誠久 鶴岡
Tatsuo Fukuda
辰男 福田
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Original Assignee
Futaba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】小型軽量・長寿命・最適露光が可能な端面発光
型の有機EL発光素子を提供する。 【解決手段】有機EL発光素子1は、基板3と、信号電
極兼反射膜2と、正孔注入電極4と、発光層8を含む有
機層と、電子注入電極9と、保護膜10と、反射膜11
を有する。発光層8は、副走査方向に並んだRGBの3
色1組の発光ドットであり、各色ごとに主走査方向に並
ぶ。各発光層からの光は、信号電極兼反射膜2と反射膜
11によって反射され、赤の発光層の側にある素子の一
端面から副走査方向の前方に出射する。1回の露光でフ
ルカラーの高速再現が可能となり、1回の露光で蛍光体
への入力パワーの印加時間が短くなり、素子寿命が長く
なる。カラーフィルタの切替機構が不要となり、小型、
軽量化が達成された。各色の発光強度は印加電圧、パル
ス幅、発光面積等によって適宜に設定・補正でき、記録
媒体の感光感度特性に適合した最適条件での露光が可能
である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、基板上に積層させ
た有機層を有し、該有機層の発光を層の端面から取り出
すタイプの有機EL発光素子に関する。
【0002】
【従来の技術】有機EL素子は、電子注入電極をなす陰
極と正孔注入電極をなす陽極との間に蛍光性有機化合物
を含む薄膜の有機層を挟んだ構造を有し、有機層に電子
及び正孔を注入して再結合させることにより励起子(エ
キシトン)を生成させ、このエキシトンが失活する際の
光の放出(蛍光・燐光)を利用して表示を行う表示素子
である。
【0003】ところで、近年、上記有機EL素子を光源
に用いた光プリンタの提案がなされている。光プリント
ヘッドに有機EL素子を使用した例が、特開平9−22
6171号に開示されている。これらは、発光層から放
出される光の取り出し方向を、積層された有機層の端面
としたものである。発光部は、モノクロの発光ドットを
所定間隔で1ラインに配置したものである。
【0004】図5は、このような従来の有機EL素子の
断面図である。この有機EL発光素子は、基板100
と、その上に形成された信号電極101と、信号電極1
01に重ねて形成された正孔注入電極102と、その上
に窓(開口部)104が形成された絶縁層103と、窓
104を覆って絶縁層103の上に形成された正孔輸送
層105と、その上に形成された発光層106と、その
上に形成された電子注入電極107とを有している。
【0005】信号電極101と電子注入電極107に電
圧を印加する。発光層106の発光は、図中矢印で示す
出射光のように、発光層106の端面から透光性の絶縁
層103を透過して素子の外に出射する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した端
面発光型の有機EL発光素子をプリントヘッドとして使
用すると、次のような問題点がある。
【0007】前記有機EL発光素子を光源としたプリン
トヘッドにおいてフルカラー画像を形成するためには、
次のような2種類の構成が考えられる。
【0008】1つ目は、1ラインの発光ドットを有する
1つの有機EL発光素子の外側に、R(赤)、G
(緑)、B(青)の3色のカラーフィルタを切替え可能
に設けた有機EL発光素子である。
【0009】1つの有機EL発光素子の発光ドットから
出た光は、カラーフィルタを通過し、等倍率レンズ素子
を透過して記録媒体上に結像する。このヘッドでは、1
つの記録媒体に対して各色の光を3回重ねて露光するこ
とでフルカラーの画像が形成できる。
【0010】しかしながら、この場合には、ヘッドを少
なくとも3回往復させる必要があり、露光時間が長くな
るという問題があった。また、同一発光部分で3回の多
重露光を行うため、素子の寿命が短いという問題があっ
た。
【0011】また、このヘッドでは、フルカラー画像を
形成するために有機EL発光素子外のカラーフィルタを
R,G,Bと所定の順序で切り換えて3回の多重露光を
行うが、この時にホワイトバランスをとるためにR,
G,Bの各色で入力パワーを変えて補正する。そのため
に、R,G,Bごとに電源が必要になり、駆動回路が複
雑になる。また、電源が3つ必要であり、駆動回路を含
めたプリントヘッドの小型化、軽量化に不利である。
【0012】さらに、このヘッドでは、フルカラー画像
を形成するために有機EL発光素子外のカラーフィルタ
をR,G,Bと所定の順序で切り換えて3回の多重露光
を行うため、プリントヘッドと外部カラーフィルタの切
替え機構が必要になり、筐体を含めたプリントヘッドの
小型化、軽量化を阻害する。
【0013】次に、有機EL発光素子を光源としたプリ
ントヘッドにおいてフルカラー画像を形成するための2
番目の構成としては、次のような構成が考えられる。
【0014】即ち、有機EL発光素子を3個使用し、各
素子ごとにR,G,Bの固定式カラーフィルタをそれぞ
れ設け、また各素子ごとにそれぞれ等倍率レンズ素子を
設ける。
【0015】このヘッドでは、3つの有機EL発光素子
ごとに等倍率レンズ素子を設けており、各等倍率レンズ
素子は製造上のばらつきのために各々光学特性が完全に
は同一でなく、従って3つの有機EL発光素子からのド
ット状の光を記録媒体上の同一位置に完全に一致させて
露光することは困難であった。この困難の原因は他にも
あり、例えば、ヘッドの送りムラによっても、3つの有
機EL発光素子からのドット状の光を記録媒体上の同一
位置に完全に重ねることは困難となる。さらに、3つの
有機EL発光素子を有するこのヘッドによれば、装置全
体の大型化、大重量化が避けられないという問題もあっ
た。
【0016】本発明は以上説明した問題点に鑑みて成さ
れたものであり、端面発光型の有機EL発光素子におい
て、小型軽量で構造が簡単であり、端面から効果的に光
を取り出すことができるカラーの有機EL発光素子を提
供することを目的としている。
【0017】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載された有
機EL発光素子(1)は、基板(3)と、前記基板の上
に形成された第1電極(正孔注入電極4)と、発光層
(8)を含み前記第1電極の上に形成された有機層と、
前記有機層の上に形成された第2電極(電子注入電極)
とを有し、前記発光層の光が前記有機層に平行な方向に
出力される有機EL発光素子において、前記発光層
(8)は、光が重なって同一方向に出力されるように配
置された複数の発光層からなることを特徴としている。
【0018】請求項2に記載された有機EL発光素子
(1)は、基板(3)と、前記基板の上に形成された第
1電極(正孔注入電極4)と、発光層(8)を含み前記
第1電極の上に形成された有機層と、前記有機層の上に
形成された第2電極(電子注入電極)とを有し、前記発
光層の光が前記有機層に平行な方向に出力される有機E
L発光素子において、前記発光層(8)は、発光色が互
いに異なるとともに、光が重なって同一方向に出力され
るように配置された複数の発光層からなることを特徴と
している。
【0019】請求項3に記載された有機EL発光素子
は、請求項2記載の有機EL発光素子(1)において、
複数の前記発光層(8)の発光強度が互いに異なってお
り、発光強度が相対的に弱い発光層を素子の外側に配置
し、発光強度が相対的に強い発光層を素子の内側に配置
したことを特徴としている。
【0020】請求項4に記載された有機EL発光素子
は、請求項2記載の有機EL発光素子(1)において、
複数の発光層(8)の面積が発光色によって異なること
を特徴としている。
【0021】請求項5に記載された有機EL発光素子
は、請求項2記載の有機EL発光素子(1)において、
複数の発光層(8)に加えられる電流が発光色によって
異なることを特徴としている。
【0022】請求項6に記載された有機EL発光素子
は、請求項2記載の有機EL発光素子(1)において、
複数の発光層(8)が発光する時間が発光色によって異
なることを特徴としている。
【0023】請求項7に記載された有機EL発光素子
は、請求項1又は2記載の有機EL発光素子(1)にお
いて、前記第2電極(電子注入電極9)の上に、前記発
光層(8)からの光を反射する反射膜(11)を絶縁層
(保護膜10)を介して連続して設けたことを特徴とし
ている。
【0024】請求項8に記載された有機EL発光素子
は、請求項1又は2記載の有機EL発光素子(1)にお
いて、前記第1電極(正孔注入電極4)と前記基板
(3)の間に、前記発光層(8)からの光を反射する反
射膜(信号電極兼反射膜2)を設けたことを特徴として
いる。
【0025】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態の一例である
有機EL発光素子を図1〜図3を参照して説明する。図
1は本発明による有機EL発光素子の概略平面図、図2
は図1のA−A切断線における断面図、図3は図1のB
−B切断線における断面図である。
【0026】まず、本例の有機EL発光素子1の構造
を、その製造工程に沿って説明する。図1に示すよう
に、この有機EL発光素子1においては、R(赤)、B
(青)、G(緑)の各色に発光する発光ドットが、色毎
に主走査方向に沿って並んでいる。ここで、透明な基板
3の長手方向を主走査方向、短手方向を副走査方向と以
下呼ぶこととする。R(赤)、B(青)、G(緑)の各
色に発光する発光ドットは、副走査方向については3個
1組となって並んでいる。R(赤)、B(青)、G
(緑)の各色に発光する発光ドットは、互いに面積が異
なっている。
【0027】(1) 反射率が高く低抵抗なAl等の材料に
よって信号電極兼反射膜2を透明な基板3上に形成す
る。この信号電極兼反射膜2は、副走査方向を長手方向
とする矩形の短帯状の電極であり、互いに平行に主走査
方向に沿って配置される。各信号電極兼反射膜2の上方
には、各色の発光ドットの組がそれぞれ形成される。主
走査方向に並ぶ複数の信号電極兼反射膜2の上方には、
同色の発光ドットが主走査方向に沿って1列に並ぶよう
に形成される。表面の仕事関数が4.0eV以上の材料
を使えば、この信号電極兼反射膜2は正孔注入電極の機
能も兼ね備えることになり、さらに好ましい。
【0028】(2) 信号電極兼反射膜2の上に正孔注入電
極4を形成する。正孔注入電極4は副走査方向を長手方
向とする矩形の短帯状の電極であるが、副走査方向の長
さは信号電極兼反射膜2よりもやや短い。正孔注入電極
4は、互いに平行に主走査方向に沿って配置される。正
孔注入電極4は、ITO(酸化インジウムと錫の複合酸
化物)やIDIXO(酸化インジウムと酸化亜鉛の複合
酸化物、出光興産の商標)等のように、表面の仕事関数
が4.0eV以上の透明導電材料からなる。正孔注入電
極4は必ずしも透明でなくてもよい。正孔注入電極4を
可視領域の光を良く反射する材料で構成すれば、正孔注
入電極4は信号電極兼反射膜2の機能も兼ね備えること
となり、さらに好ましい。
【0029】(3) 正孔注入電極4上に発光ドットが所定
のパターンで区画形成されるように、正孔注入電極4の
上に絶縁層5を形成して窓抜きパターン(開口部6)を
形成する。
【0030】(4) 絶縁層5は、本有機EL発光素子1に
おける発光波長に対して透過性である材料を用い、正孔
注入電極4の上にスピンコート法、蒸着法、スパッタ法
等で形成する。
【0031】(5) 絶縁層5に適した材料としては、例え
ばSiOX やSiNX などが挙げられる。
【0032】(6) 前記絶縁層5の正孔注入電極4上の一
部をフォトリソグラフィ法により除去してパターニング
する。各正孔注入電極4上に開口面積が異なる副走査方
向に並んだ窓抜き部(開口部6)を3つ1組で形成す
る。この3つの開口部6は、RBGの各色の発光ドット
を区画構成する。
【0033】(7) 絶縁層5の開口部6を覆ってホール注
入層、輸送層(HTL) 7を抵抗加熱蒸着法により成膜す
る。この成膜作業は、発光エリアに対応した開口を有す
る金属マスクを基板3に密着させて行う。
【0034】(8) ホール注入層、輸送層7は、可視域に
対して透明な材料が好ましい。ホール注入層に適したこ
のような材料としては、4,4',4"-tris(3-methylphenyph
enylamino)triphenylamine、即ちm-MTDATAがある。ホー
ル輸送層に適したこのような材料としては、N,N'-diphe
nyl-N,N'-bis(3-methylphenyl)-1,1'-biphenyl-4,4'-di
amine 、即ちTPD や、又はN,N'-bis(N-(1-naphtyl)-N-p
henyl)benzidine 、即ちα-NPD等がある。
【0035】(9) HTL 上に発光層8を抵抗加熱蒸着法に
より成膜する。本例では、主走査方向に沿って同発光色
の発光ドットが所定間隔で並び、RGB の互いに異なる発
光色の発光ドットが副走査方向に所定の順序で並んでい
る。このような発光ドットの配列を形成するため、発光
層8の形成は、主走査方向に並ぶ異なる発光色の発光ド
ット列ごとに、対応した金属マスクを基板3に密着させ
て行う。
【0036】(10)発光層8の配置は、発光層8に使用す
る蛍光体の発光スペクトル、発光効率、記録媒体の光に
対する感度特性等によって決定される。好ましくは、ホ
ワイトバランスをとった時に最も強度の不足する発光色
の蛍光体を、端面の光出力側に配置するのが好ましい。
【0037】即ち、図1に示すように、本例では副走査
方向に沿って発光色の異なる3つのR,B,Gの発光層
8が同一平面内に配置されており、副走査方向に並ぶ3
つのRGBの各発光層8からの光は、重なって図中上側
の発光層8の端面側から同一方向に出力される。このよ
うな構成において、最も強度が不足する赤(R)の発光
層8を光放出側に配置した。次に強度が不足する青
(B)の発光層8を、赤の発光層8の隣(赤の発光層8
の次に光放出側に近い位置)に配置した。そして相対的
に強度の高い緑の発光層8は、光放出側の端面から最も
遠い位置に配置した。
【0038】このようにすれば、絶縁層5や有機層を介
して光を取り出す本例の素子においても、光吸収の影響
を可及的に低減させることができる。
【0039】(11) 各色の発光ドットの形状(絶縁層5
の開口部6)は、主走査方向の幅を同一とし、副走査方
向の長さを変えることにより面積を自由に設定すること
ができる。
【0040】(12)多層積層構造の有機EL発光素子1に
おいて、その端面側から取り出せる光の量は、発光層8
の発光面積に比例する。このため、各色の光強度を発光
面積によって任意に設定できる。この見地からは、前述
したように発光ドットの配置を色によって層構造の端面
に近い位置に配置するか、遠い位置に配置するかは、特
に規定しなくてもよい場合がありうる。
【0041】本例では、図1に示すように、最も強度が
不足する赤(R)の発光層8を最も広い面積で形成し
た。次に青(B)の発光層8、そして緑の発光層8の順
序で面積が小さくなっていくこととした。
【0042】(13)図4は、記録媒体の一例であるフィル
ムに用いられる感光材の感度特性の一例を示している。
R,G,B各色の光に対応した感度を有するR,G,B
用の各乳剤があり、各乳剤に対応した波長の光を発生す
る有機材料の例を表1〜3に示す。
【0043】
【表1】
【0044】
【表2】
【0045】
【表3】
【0046】(14)発光層8を構成する各有機材料は、そ
の材料ごとに決まる最適な成膜条件が存在する。それぞ
れ単層膜で使用したり、適当なホスト材料にドープして
使用する。
【0047】(15)発光層8を形成した後、必要に応じて
その上に電子輸送層を形成する。これも、使用する発光
層8の材料の特性に従って決定する。なお、本例では、
発光層8が電子輸送層を兼ねているので、単独の電子輸
送層は不要である。
【0048】(16)発光層8の上に電子注入電極9が形成
される。電子注入電極9は、主走査方向に沿って並ぶ同
色の発光ドットの列ごとに互いに電気的に独立して形成
される。従って、本例では、RGBの各色の発光層8ご
とに主走査方向に平行な3本の電子注入電極9が互いに
平行に形成される。各電子注入電極9は異なる発光色の
発光ドット列ごとに個別に制御される。
【0049】(17)電子注入電極9は、発光層8又は電子
輸送層との界面で電子注入が容易に行われるように、仕
事関数の小さい材料で構成する。良好な特性が得られる
ものとして、Li,Na,Mg,Ca等の単体、及びそ
の化合物、あるいはAl:Li,Mg:In,Mg:A
g等の各種合金が使用できる。
【0050】(18)電子注入電極9の形成後、電子注入電
極9と有機層の水分吸収を抑制するための保護膜10と
して、電子注入陰極と有機層の全部を覆うようにSiO
X 、SiNX 等の膜を形成する。
【0051】(19)最後に、保護膜10の上に反射膜11
を形成する。反射膜11は、発光層8からの光が取り出
される前方側の端面を除いて素子の積層構造の全体を覆
うように形成する。反射膜11はAl等の反射率の高い
材料からなり、発光層8からの光を無効な方向に逃がす
ことなく反射し、効率的に副走査方向の前方側に導き、
層構造の端面から出射させる。
【0052】本例によれば、Al製の反射膜11を設け
ても、この反射膜11と電子注入電極9との間には保護
膜10があるので導通のおそれはない。即ち、保護膜1
0が反射膜11と電子注入電極9の絶縁層として機能し
ている。
【0053】(20)以上の構成になる有機EL発光素子1
の駆動を説明する。電子注入電極9を所定の順序で走査
するとともに、これに同期して信号電極兼反射膜2に信
号を与え、所望の色彩の発光層8(発光ドット)を選択
して発光させる。各発光層8からの光は、副走査方向の
前方側の端面から外に出る。
【0054】有機EL発光素子1の駆動に同期して、有
機EL発光素子1を含むプリントヘッドか、又はこのプ
リントヘッドに向き合う記録媒体が副走査方向に移動す
る。これによって、記録媒体の同一箇所にR,G,Bの
各色の光が多重露光され、1回の移動で良質なフルカラ
ー画像を形成することができる。
【0055】以上説明した例では、RGBの各色に発光
する3種類の発光層を有する有機EL発光素子を説明し
たが、色の種類は2色以上でもよい。色の種類が2色の
場合又は3原色でない3色以上の場合はフルカラーはで
きないが、3色以上のマルチカラー表示又は光記録が可
能になる。
【0056】以上説明した一例の有機EL発光素子1に
おいて、発光色の異なる複数種類の発光層8を略同一発
光面積で形成し、記録媒体に照射される光量が記録媒体
の感度に適合して最適な色バランスとなるように、入力
されるパワーを可変して発光駆動するようにしてもよ
い。
【0057】以上説明した一例の有機EL発光素子1に
おいて、各発光色の発光ドットを、主走査方向の隙間を
補間して記録媒体の主走査方向の1ラインの領域をカバ
ーするように、それぞれ千鳥状に配置してもよい。ここ
で、発光ドットは、主走査方向の幅及び又は副走査方向
の幅を変化させて、記録媒体に照射される光量が記録媒
体の感度に適合して最適な色バランスとなるように、輝
度比に応じた発光面積で形成する。
【0058】さらに、これら主走査方向に千鳥に並んだ
発光ドットの副走査方向の中心間の距離を、発光色の異
なる発光ドット列間で同一とし、少なくとも副走査方向
の幅を変化させて同一の効果を得てもよい。
【0059】以上説明した各例の有機EL発光素子1に
よれば、各色の画像信号に応じて記録媒体の同一位置に
各色の画像が重なるように有機EL素子を制御し、多重
露光することによって記録媒体にカラー画像を形成する
ことができる。
【0060】以上説明した例では、プリントヘッドの光
源として使用する有機EL発光素子について説明した
が、この他にも、例えば、複数の発光ドットが回転軸と
平行な列方向に所定ピッチでそれぞれ配設された光源
と、発光側を表に向けた前記光源を回転軸を中心に回転
させる回転駆動手段と、前記回転駆動手段の駆動に同期
して前記光源の発光ドットを発光させる制御手段から構
成され、光源を回転させた際の残光を利用して表示を行
う回転式表示装置の光源等としても使用可能である。
【0061】
【発明の効果】本発明の有機EL発光素子によれば、発
光色が異なる発光層からの光を、有機層の積層方向と直
交する端面の側から同一方向に出力するように構成した
ので、次のような複数の効果乃至、これら効果の相乗し
た複合的な効果が得られる。
【0062】1回の露光でフルカラー又はマルチカラー
の色再現が高速で可能となり、そのために1回の露光で
蛍光体にかかる入力パワーの印加時間が短くなり、素子
寿命が長くなった。
【0063】カラーフィルタの切替え機構が不要とな
り、筐体を含めたプリントヘッドの小型、軽量化が達成
される。
【0064】また、各色の発光強度は印加電圧、パルス
幅、発光面積等によって適宜に設定・補正することがで
き、記録媒体の感光感度特性に適合した最適条件での露
光が可能である。
【0065】さらに、発光面積で各色ごとの強度を調整
する場合、単位面積あたりの入力パワーを一定にしなが
ら光量を補正することができるため、動作電圧又は電流
密度の共通化ができ、駆動回路を含めたプリントヘッド
の小型、軽量化が達成できる。
【0066】単位面積あたりの入力パワーが一定にでき
るため劣化モードが変化せず、そのためホワイトバラン
スが変化しないので、高画質なプリントが安定して再現
できる。
【0067】フルカラーの発光ドットが1列に並ぶの
で、SLAのMTFが最適なところで使用できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態の一例である有機EL発光
素子の平面図である。
【図2】図1のA−A切断線における断面図である。
【図3】図1のB−B切断線における断面図である。
【図4】記録媒体の一例であるフィルムに用いられる感
光材の感度特性の一例を示す図である。
【図5】従来の有機EL発光素子の断面図である。
【符号の説明】
1 有機EL発光素子 3 基板 4 第1電極としての正孔注入電極 7 有機層としてのホール注入層、輸送層 8 有機層としての発光層 9 第2電極としての電子注入電極 10 保護膜 11 反射膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 福田 辰男 千葉県茂原市大芝629 双葉電子工業株式 会社内 Fターム(参考) 3K007 AB00 AB04 BA04 CB01 DA00 DB03 EB00 FA01 GA04

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板と、前記基板の上に形成された第1
    電極と、発光層を含み前記第1電極の上に形成された有
    機層と、前記有機層の上に形成された第2電極とを有
    し、前記発光層の光が前記有機層に平行な方向に出力さ
    れる有機EL発光素子において、 前記発光層は、光が重なって同一方向に出力されるよう
    に配置された複数の発光層からなることを特徴とする有
    機EL発光素子。
  2. 【請求項2】 基板と、前記基板の上に形成された第1
    電極と、発光層を含み前記第1電極の上に形成された有
    機層と、前記有機層の上に形成された第2電極とを有
    し、前記発光層の光が前記有機層に平行な方向に出力さ
    れる有機EL発光素子において、 前記発光層は、発光色が互いに異なるとともに、光が重
    なって同一方向に出力されるように配置された複数の発
    光層からなることを特徴とする有機EL発光素子。
  3. 【請求項3】 複数の前記発光層の発光強度が互いに異
    なっており、発光強度が相対的に弱い発光層を素子の外
    側に配置し、発光強度が相対的に強い発光層を素子の内
    側に配置したことを特徴とする請求項2記載の有機EL
    発光素子。
  4. 【請求項4】 複数の発光層の面積が発光色によって異
    なる請求項2記載の有機EL発光素子。
  5. 【請求項5】 複数の発光層に加えられる電流が発光色
    によって異なる請求項2記載の有機EL発光素子。
  6. 【請求項6】 複数の発光層が発光する時間が発光色に
    よって異なる請求項2記載の有機EL発光素子。
  7. 【請求項7】 前記第2電極の上に、前記発光層からの
    光を反射する反射膜を絶縁層を介して連続して設けた請
    求項1又は2記載の有機EL発光素子。
  8. 【請求項8】 前記第1電極と前記基板の間に、前記発
    光層からの光を反射する反射膜を設けた請求項1又は2
    記載の有機EL発光素子。
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