JP2010146951A - 有機ｅｌ発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】有機発光層の発光を利用した有機ＥＬ発光装置において、光取り出し効率を向上する。
【解決手段】有機ＥＬ発光装置１は、有機発光層２４を有する複数の発光部２と、透光性の基板３とを備え、発光部２が基板３の一方の面上に配設され、発光部２からの光が基板３を通して他方の面から取り出される。基板３の光取り出し面側に発光部２の各々に対応してレンズ４を備え、レンズ４の各々は、発光部２の周縁の互いに対称な点を第１焦点４０ａ及び第２焦点４０ｂとする略半楕円断面形状を有し、多角形の辺４１で互いに隣接する。これにより、発光部２からの光が、基板３を通してレンズ４に入射し、レンズ４の出射面４２で反射せずに取り出される。
【選択図】図１

Description

本発明は、有機エレクトロルミネッセンス素子（以下、ＥＬ素子）の発光を利用した有機ＥＬ発光装置に関する。

従来から、有機物を発光させて面光源を得る有機ＥＬ素子が知られている。図９は、有機ＥＬ素子１００の一般的な構成を示す。有機ＥＬ素子１００は、透明電極の陽極１０２、ホール輸送層１０３、有機発光層１０４、電子注入層１０５、及び金属電極の陰極１０６の各層が、透明な基板１０１の一方の面上に、この順で積層されて形成される。陽極１０２と陰極１０６の間に通電することによって、陽極１０２側からホールが注入され、陰極１０６側から電子が注入される。有機発光層１０４は、注入されたホールと電子の再結合によって発光し、その光が、陽極１０２と基板１０１を通して取り出される。

ここで、基板１０１は、ガラス等から成り、その屈折率が空気の屈折率よりも高い。このため、基板１０１内から空気との界面１０７に比較的小さい入射角で入射する光は、空気中に出射されるが、それ以外の光Ｌ１０１は、その界面１０７で反射され、基板１０１内において端部方向に導波されて消失し、有機ＥＬ素子１００から取り出すことができない。また、陽極１０２は、通常、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）から成り、その屈折率が約１．８と他層と比較して高い。このため、他層との界面で反射して陽極１０２内を端部方向に導波される光Ｌ１０２が生じる。これらの界面での反射のため、有機ＥＬ素子１００の光取り出し効率が低くなっている。

そこで、基板の透光性を低くすることによって、基板内で光を散乱させて界面での反射を軽減し、光取り出し効率の向上を図った有機ＥＬ素子が知られている（例えば、特許文献１参照）。また、基板と陽極との間に光を散乱する光散乱層を設けることによって、界面での反射を軽減して、光取り出し効率の向上を図った有機ＥＬ素子が知られている（例えば、特許文献２参照）。しかしながら、上述したような有機ＥＬ素子では、光の散乱による光損失が生じるため、光取り出し効率の向上効果が十分ではない。
特開２００５−３８６６１号公報 特開２００５−６３７０４号公報

本発明は、上記問題を解決するものであり、有機発光層の発光を利用した有機ＥＬ発光装置において、光取り出し効率を向上することを目的とする。

上記目的を達成するために請求項１の発明は、有機発光層を有する複数の発光部と、透光性の基板とを備え、前記発光部が前記基板の一方の面上に配設され、前記発光部からの光が前記基板を通して他方の面から取り出される有機ＥＬ発光装置であって、前記基板の光取り出し面側に前記発光部の各々に対応してレンズを備え、前記レンズの各々は、前記発光部の周縁の互いに対称な点を第１焦点及び第２焦点とする略半楕円断面形状を有し、多角形の辺で互いに隣接するものである。

請求項２の発明は、請求項１に記載の有機ＥＬ発光装置において、前記基板は、前記レンズの各辺に対向して、前記発光部から前記基板に入射した光を光取り出し面側に反射する反射面を備えたものである。

請求項３の発明は、請求項２に記載の有機ＥＬ発光装置において、前記発光部は、前記基板に形成された凹部に内接して設けられているものである。

請求項４の発明は、請求項２又は請求項３に記載の有機ＥＬ発光装置において、前記基板は、その光取り出し面とは反対側面であって前記発光部と前記反射面との間の領域に反射層をさらに備えたものである。

請求項１の発明によれば、発光部から基板に入射した光が、基板の光取り出し面からレンズに入射し、略半楕円断面形状のレンズの出射面で反射が生じないので、光取り出し効率が向上する。また、互いに隣接するレンズの出射面全体から光が出射されるので、有機ＥＬ発光装置は、光取り出し側の全面が発光する。

請求項２の発明によれば、発光部から基板の導波方向に進行する光が、反射面によって光取り出し面側に反射されて取り出されるので、光取り出し効率がさらに向上する。

請求項３の発明によれば、発光部の端部から出るエッジ光が、反射面によって光取り出し面側に反射されて取り出されるので、有機ＥＬ発光装置の光取り出し効率が向上する。

請求項４の発明によれば、発光部から光取り出し面とは反対側面に入射した光が、反射層によって反射され、さらに反射面によって光取り出し面側に反射されて取り出されるので、有機ＥＬ発光装置の光取り出し効率が向上する。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る有機ＥＬ発光装置を図１乃至図５を参照して説明する。図１は本実施形態の有機ＥＬ発光装置１（以下、発光装置という）の断面構成を示す。なお、図は端面を示し、基板３とレンズ５の断面ハッチングは図示を省いている。図２は発光装置１を光取り出し側から見た構成を示す。発光装置１は、有機発光層２４を有する複数の発光部２と、透光性の基板３とを備え、発光部２が基板３の一方の面３２上に配設され、発光部２からの光が基板３を通して他方の面３１から取り出される。基板３の光取り出し面３１側に発光部２の各々に対応してレンズ４を備える。レンズ４の各々は、発光部２の周縁の互いに対称な点を第１焦点４０ａ及び第２焦点４０ｂとする略半楕円断面形状を有し、多角形の辺４１で互いに隣接する。

基板３は、レンズ４の各辺４１に対向して、発光部２から基板３に入射した光を光取り出し面３１側に反射する反射面３３を備える。また、発光部２を発光装置１外の電源に接続するための配線５１、５２を基板３上に備える。

図３は、発光部２の構成を示す。発光部２は、透明電極から成る陽極２２、ホール輸送層２３、有機発光層２４、電子注入層２５、及び陰極２６の各層が、この順で積層された有機ＥＬ素子である。各層の材料は、例えば、陽極２２がＩＴＯ（Indium Tin Oxide）、ホール輸送層２３がアリールアミン類、有機発光層２４がアルミ錯体（Ａｌｑ_３）、電子注入層２５がアルカリ金属でドーピングした有機層又はリチウム錯体、陰極２６がアルミニウム等の金属である。有機発光層２４からの光は、透明な陽極２２を通して取り出される。金属から成る陰極２６は、有機発光層２４からの光を光取り出し側に反射する。発光部２は、少なくとも一層の有機発光層２４が発光するように構成されていれば、他の層の種類や層数は限定されるものではない。例えば、陽極２２とホール輸送層２３との間に、銅フタロシアニン等から成るホール注入層を設けてもよいし、有機発光層２４と電子注入層２５との間にオキサジアゾール類等から成る電子輸送層を設けてもよい。発光部２のこれら各層は、例えば、真空蒸着法によって基板３の一方の面上に成膜される。

再び、図１及び図２を参照して説明する。基板３は、例えば、ガラス又はポリスチレン等の樹脂から成る。基板３の一方の面３２に、発光部２が略等間隔に面状に配設される。発光部２の各層を成膜する際のマスクによって、発光部２の平面形状は、中心に対して点対称な円等の形状にされる。発光部２の陽極２２及び陰極２６は、それぞれ配線５１及び配線５２に接続される。

レンズ４は、例えば、ポリスチレン又はアクリル等の透光性樹脂を成型したものであり、基板３の光取り出し面３１側に設けられる。基板３とレンズ４間の界面での光の反射を防止するため、レンズ４の屈折率は、基板３の屈折率と略同じにすることが望ましく、樹脂に酸化モリブデン等を添加して屈折率を調整してもよい。また、レンズ４は、樹脂を基板３と一体成型したものであってもよい。基板３を樹脂とする場合、基板３と発光部２間にＳｉＯ_２の薄膜を成膜し、発光部２の保護性を高めてもよい。レンズ４は、発光装置１の光取り出し側が凸形状であり、発光部２の中心２１Ｃを含む任意の断面において、発光部２の周縁の互いに対称な点をそれぞれ第１焦点４０ａ、第２焦点４０ｂとする略半楕円断面形状を有する。レンズ４の光軸６は、発光部２の中心２１Ｃを通り、基板３の法線方向となる。平面視では、複数の多角形のレンズ４が、互いに隣接して配設される。多角形は、例えば、六角形であり、矩形でもよい。なお、レンズ４は、略半楕円断面形状を有するが、多角形の辺４１で互いに隣接することから、光軸６から辺４１までの距離が一定ではないので、形成される凸形状は楕円面ではない。

基板３の反射面３３は、基板３の切削又は型による成型によって、レンズ４の辺４１に対向して、断面Ｖ字形状に形成される。基板３内から反射面３３に入射した光は、基板３と空気の屈折率差によって、光取り出し面３１側に反射される。反射面３３は、アルミニウム又は銀等の反射膜を蒸着等により設けて反射率を高めてもよい。反射面３３に反射膜を設ける場合、反射面３３による断面Ｖ字形状の凹部に樹脂等を充填することにより、基板３を補強してもよい。

図４は、一つのレンズ４の断面形状を示す。レンズ４は、発光部２の周縁の互いに対称な点を第１焦点４０ａ及び第２焦点４０ｂとする略半楕円断面形状を有するので、レンズ４の出射面４２への入射角が最大になる光は、第１焦点４０ａ及び第２焦点４０ｂから出射面４２の中心４２１に入射する光である。このときの入射角を臨界角以下の所定の大きさの角度αに設定することによって、発光部２から出射される任意の光について、その入射角θは角度α以下となり、出射面４２で反射が生じない。上記の角度αの設定は、発光部２及びレンズ４の径等を定めることによって行われる。

上記のように構成された発光装置１の光路について図５を参照して説明する。図５は、発光装置１の断面を示す。発光部２から出射された光のうち、基板３の光取り出し面３１に入射した光Ｌ１は、レンズ４に入射し、出射面４２で反射されることなく、取り出される。また、発光部２から出射された光のうち、基板３の光取り出し面３１に直接入射しない光Ｌ２は、基板３の導波方向に進行し、反射面３３により反射されて、レンズ４に入射し、出射面４２で反射されることなく、取り出される。複数の発光部２は、離散的に配設されるが、レンズ４の出射面４２全体から光が出射され、レンズ４が多角形の辺４１で互いに隣接して隙間無く配設されるので、発光装置１は、光取り出し側の全面が発光する。

このように、発光部２から基板３に入射した光Ｌ１が、基板３の光取り出し面３１からレンズ４に入射し、略半楕円断面形状のレンズ４の出射面４２で反射が生じないので、光取り出し効率が向上する。また、発光部２から基板３の導波方向に進行する光Ｌ２が、反射面３３によって光取り出し面側に反射されて取り出されるので、光取り出し効率がさらに向上する。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係る発光装置を図６を参照して説明する。図６は本実施形態の発光装置１１の構成を示す。本実施形態の発光装置１１は、第１の実施形態における発光部２を基板３の一方の面上に配設することに替えて、基板３に形成された凹部３４に内接して設けた。凹部３４は、基板３の光取り出し面側とは反対側面３２に、基板３の切削又は型による成型によって形成される。なお、発光部２の陽極２２は、凹部３４の内面に沿った配線（図示せず）を介して基板３上の配線５１(図２参照）に接続される。

上述した第１の実施形態の発光装置１では、発光部２の端部から出る光（エッジ光）を基板３及びレンズ４を通して取り出すことができないのに対して、本実施形態の発光装置１１では、発光部２の端部から出るエッジ光Ｌ３が、凹部３４から基板３に入射し、反射面３３によって光取り出し面側に反射され、レンズ４を通して取り出されるので、発光装置１１の光取り出し効率が向上する。

（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態に係る発光装置を図７を参照して説明する。図７は本実施形態の発光装置１２の構成を示す。本実施形態の発光装置１２は、第２の実施形態と同様の構成を有し、基板３は、その光取り出し面３１とは反対側面であって発光部２と反射面３３との間の領域に反射層３５をさらに備えた。反射層３５は、例えば、基板３にアルミニウム又は銀等を蒸着して形成される。反射層３５は、マスクによって、配線５１、５２(図２参照）の近傍には形成しないようにし、配線５１、５２から電気的に絶縁される。

本実施形態の発光装置１２によれば、発光部２から光取り出し面３１とは反対側面に入射した光Ｌ４が、反射層３５によって反射され、さらに反射面３３によって光取り出し面側に反射され、レンズ４を通して取り出されるので、発光装置１２の光取り出し効率が向上する。

図８は、本実施形態の発光装置１２の一変形例の構成を示す。基板３は、その光取り出し面３１とは反対側面であって発光部２以外の反射面３３を含む領域に反射層３６を形成するようにした。これにより、反射面３３で光が反射より確実に反射され、発光装置１２の光取り出し効率が向上する。

なお、本発明は、上記の実施形態の構成に限られず、発明の要旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、発光部２の平面形状は、四角形又は六角形であってもよい。

本発明の第１の実施形態に係る有機ＥＬ発光装置の端面図。 同装置の平面図。 同装置における発光部の断面図。 同装置におけるレンズの断面形状の説明図。 同装置における光路例を示す端面図。 本発明の第２の実施形態に係る有機ＥＬ発光装置の端面図。 本発明の第３の実施形態に係る有機ＥＬ発光装置の端面図。 同装置の一変形例の端面図。 一般的な有機ＥＬ素子の断面図。

符号の説明

１、１１、１２ 有機ＥＬ発光装置
２ 発光部
２４ 有機発光層
３ 基板
３３ 反射面
３４ 凹部
３５、３６ 反射層
４ レンズ
４０ａ 第１焦点
４０ｂ 第２焦点
４１ 辺

Claims (4)

1. 有機発光層を有する複数の発光部と、透光性の基板とを備え、前記発光部が前記基板の一方の面上に配設され、前記発光部からの光が前記基板を通して他方の面から取り出される有機ＥＬ発光装置であって、
   前記基板の光取り出し面側に前記発光部の各々に対応してレンズを備え、
   前記レンズの各々は、前記発光部の周縁の互いに対称な点を第１焦点及び第２焦点とする略半楕円断面形状を有し、多角形の辺で互いに隣接することを特徴とする有機ＥＬ発光装置。
2. 前記基板は、前記レンズの各辺に対向して、前記発光部から前記基板に入射した光を光取り出し面側に反射する反射面を備えたことを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ発光装置。
3. 前記発光部は、前記基板に形成された凹部に内接して設けられていることを特徴とする請求項２に記載の有機ＥＬ発光装置。
4. 前記基板は、その光取り出し面とは反対側面であって前記発光部と前記反射面との間の領域に反射層をさらに備えたことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の有機ＥＬ発光装置。

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