JP2010146955A

JP2010146955A - 有機ｅｌ発光装置

Info

Publication number: JP2010146955A
Application number: JP2008325772A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Nakamura; 将啓中村; Kenichiro Tanaka; 健一郎田中
Original assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2008-12-22
Filing date: 2008-12-22
Publication date: 2010-07-01

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、基板３と、この基板３上に形成された有機ＥＬ層２とを備え、有機ＥＬ層２からの光が基板３を通して取り出される。基板３は、光取り出し面３２に互いに隣接すると共に、離間配置された複数の出射面３３と、これら出射面３３の間に形成されたＶ字状の溝４と、この溝形成面に設けられた反射面４１とを有する。基板３の光取り出し面３２上にレンズ５を備える。レンズ５は、出射面３３の各々の周縁の互いに対称な点を第１焦点５１ａ及び第２焦点５１ｂとする略半楕円断面形状を有し、互いに隣合うレンズ５が平面視多角形の辺５２で接する。これにより、有機ＥＬ層２から出射された光が、基板３の出射面３３からレンズ５に入射して取り出される。
【選択図】図１

Description

本発明は、有機エレクトロルミネッセンス（以下、有機ＥＬ）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発光光源を得る有機ＥＬ素子が知られている。図６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、この順に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。この界面１０７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、基板内部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）。しかしながら、上述したような有機ＥＬ素子では、基板の透光性を低くすること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

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、基板と、この基板上に形成された有機ＥＬ層と、を備え、前記有機ＥＬ層からの光が前記基板を通して取り出される有機ＥＬ発光装置であって、前記基板は、前記有機ＥＬ層が形成されている面とは反対側面を光取り出し面とし、この光取り出し面に互いに隣接すると共に離間配置された複数の出射面と、これら隣接する出射面の間に形成されたＶ字状の溝と、この溝形成面に設けられた反射面とを有するものである。

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、前記基板の光取り出し面上に前記出射面の各々に対応して形成されたレンズをさらに備え、前記レンズは、前記出射面の各々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、互いに隣合うレンズが平面視多角形の辺で接するものである。

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、前記有機ＥＬ層は、陽極と、陰極と、前記陽極及び前記陰極の間に少なくとも有機発光層とを有し、前記陽極が前記基板上に形成されており、前記基板と前記レンズの屈折率は、前記陽極の屈折率と略同じであるものである。

請求項４の発明は、請求項１又は請求項２に記載の有機ＥＬ発光装置において、前記基板の有機ＥＬ層が形成されている面に、光を拡散透過する光拡散層が設けられているものである。

請求項１の発明によれば、面発光光源である有機ＥＬ層から基板に入射した光の多くが、隣接する出射面の間に形成されたＶ字状の溝形成面に反射面があることによって、基板上に離間配置された出射面から出射されるので、出射面が擬似的な点光源となる。この点光源は、レンズ等によって配光制御が容易であり、有機ＥＬ発光装置の光取り出し効率の向上が容易となる。

請求項２の発明によれば、基板から出射された光は、出射面を通ってレンズに入射し、レンズの凸面で反射されずに取り出されるので、光取り出し効率が向上する。また、複数の出射面が離間配置されるが、レンズの凸面全体から光が出射され、互いに隣り合うレンズが多角形の辺で接するように隙間無く形成されるので、有機ＥＬ発光装置は、光取り出し側の全面が発光するように配光制御される。

請求項３の発明によれば、陽極と基板間の界面、及び基板とレンズ間の界面での屈折率差がほぼ無くなり、これら界面での光の反射が防止されるので、光取り出し効率が向上する。

請求項４の発明によれば、有機ＥＬ層から出射された光は、光拡散層で拡散透過し、拡散透過によって全反射が軽減されて基板に入射し、レンズを通して取り出されるので、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４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、レンズ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ＥＬ層２と、これが形成される透光性の基板３とを備える。この発光装置１は、有機ＥＬ層２から放出される光を基板３を通して取り出すものである。

基板３は、有機ＥＬ層２が形成されている面３１とは反対側面を光取り出し面３２としており、光取り出し面３２は、互いに隣接すると共に離間配置された複数の出射面３３を有する。これら隣接する出射面３３の間に空気プリズム構造としてＶ字状の溝４が形成され、溝４の形成面は反射面４１となる。

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の光取り出し面３２上の出射面３３は、中心に対して点対称な平面形状とされ、略等間隔に離間配置され、Ｖ字状の溝４に囲まれている。Ｖ字状の溝４は、基板３に切削又は型による成型によって形成され、内部が空気であり、空気と基板３との屈折率差により、基板３内から反射面４１に入射する光を反射する。反射面４１は、アルミニウム又は銀等の金属を蒸着して反射率を高めてもよい。

発光装置１は、基板３の光取り出し面３２上に出射面３３の各々に対応してレンズ５が形成されている。レンズ５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、出射面３３の中心３３Ｃを含み基板３に直交する任意の断面において、出射面３３の周縁の互いに対称な点をそれぞれ第１焦点５１ａ、第２焦点５１ｂとする略半楕円断面形状を有し、発光装置１の光取り出し側が凸形状である。レンズ５の光軸５３は、出射面３３の中心３３Ｃを通り、基板３の法線方向となる。互いに隣り合うレンズ５は、平面視多角形の辺５２で接する。その多角形は、例えば、六角形であり、各レンズ５はハニカム状に接する。また、多角形を矩形とし、各レンズ５が格子状に接するようにしてもよい。なお、レンズ５は、略半楕円断面形状を有するが、多角形の辺５２で互いに隣接することから、光軸５３から周辺５２までの距離が一定ではなく、形成される凸レンズ形状は楕円面ではない。

図３は、一つのレンズ５の断面形状を示す。レンズ５に入射する光は、基板３の出射面３３から入射する。レンズ５は、出射面３３の各々の周縁の互いに対称な点を第１焦点５１ａ及び第２焦点５１ｂとする略半楕円断面形状を有する。このため、レンズ５の凸面５４への入射角が最大になる光は、第１焦点５１ａ及び第２焦点５１ｂから凸面５４の中心５４１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、出射面３３を通って凸面５４に入射する任意の光について、その入射角θは角度α以下となり、凸面５４で反射されずに取り出される。上記の角度αの設定は、出射面３３及びレンズ５の径等を定めることによって行われる。

図４は、有機ＥＬ層２の構成を示す。有機ＥＬ層２は、陽極２２と陰極２６との間に少なくとも有機発光層２４を有する面発光光源であり、例えば、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、この順で積層されて成る。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。陽極２２と陰極２６間に通電することによって、有機発光層２４から光が放出される。有機発光層２４から放出された光は、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。有機ＥＬ層２は、さらに他の層を有してもよく、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。有機ＥＬ層２のこれら各層は、例えば、真空蒸着法によって基板３の面３１に陽極２２から順に成膜される。

ここで、基板３とレンズ５の屈折率は、陽極２２の屈折率と略同じことが望ましい。陽極２２のＩＴＯの屈折率は約２であり、基板３は、例えば、屈折率が約２の高屈折率のガラスから形成され、レンズ５は、例えば、酸化モリブデン等を添加して屈折率を高めた樹脂から成型される。また、基板３とレンズ５は、屈折率を高めた樹脂等が一体成型されたものであってもよい。これにより、陽極２２と基板３間の界面、及び基板３とレンズ５間の界面での屈折率差がほぼ無くなり、これら界面での光の反射が防止される。

再び図１を参照して、上記のように構成された発光装置１の光路について説明する。有機ＥＬ層２から放出されて基板３に入射した光のうち、Ｖ字状の溝４に囲まれた出射面３３に向かう光Ｌ１は、出射面３３から出射される。基板３に入射した光のうち、Ｖ字状の溝４に向かう光Ｌ２は、反射面４１によって、ほとんどが出射面３３に向けて反射され、出射面３３から出射される。出射面３３から出射された光Ｌ１、Ｌ２は、出射面３３からレンズ５に入射し、略半楕円断面形状の凸面５４で反射されずに取り出される。

このように、基板３の光取り出し面３２から取り出される光は、基板３上に離間して配置された出射面３３を通ってレンズ５に入射するため、レンズ５の凸面５４で反射されずに取り出される。これにより、上記のような出射面３３が設けられていない場合に比べて、光取り出し効率が向上する。また、隣接する出射面３３の間に形成されたＶ字状の溝形成面に反射面４１があることによって、基板３内に入射した光の多くが出射面３３に向けられレンズ５を通して取り出されるので、光取り出し効率が向上する。また、複数の出射面３３が離間配置されるが、レンズ５の凸面５４全体から光が出射され、互いに隣り合うレンズ５が多角形の辺５２で接するように隙間無く形成されるので、発光装置１は、光取り出し側の全面が発光するように配光制御される。なお、本実施形態の発光装置１は、レンズ５を備えるが、レンズ５を備えない場合であっても、面発光光源である有機ＥＬ層２から基板３に入射した光の多くが、基板３上に離間配置された出射面３３から出射されるので、出射面３３が擬似的な点光源となる。この点光源は、面発光光源と比べてレンズ等による配光制御が容易であり、発光装置の光取り出し効率の向上が容易となる。

（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５を参照して説明する。図５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の実施形態と同様の構成に加え、基板３の有機ＥＬ層２が形成されている面３１に、光を拡散透過する光拡散層６を備える。光拡散層６は、例えば、基板の面３１にショットブラスト又はエッチング等によって形成された微差な凹凸である。光拡散層６の上に、有機ＥＬ層２が蒸着等によって形成される。

本実施形態によれば、有機ＥＬ層２から出射された光は、光拡散層６で拡散透過し、拡散透過によって全反射が軽減されて基板３に入射し、レンズ５を通して取り出されるので、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、光拡散層６は、ＳｉＯ_２等の微粒子を分散した透明な樹脂を材料としてスピンコーティング等によって形成した層であってもよい。

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。同装置におけるレンズの断面形状の説明図。同装置における有機ＥＬ層の断面図。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。一般的な有機ＥＬ素子の断面図。

符号の説明

１、１１有機ＥＬ発光装置
２有機ＥＬ層
２２陽極
２４有機発光層
２６陰極
３基板
３１光取り出し面
３３出射面
４Ｖ字状の溝
４１反射面
５レンズ
５１ａ第１焦点
５１ｂ第２焦点
５２辺
６光拡散層

Claims

基板と、この基板上に形成された有機ＥＬ層と、を備え、前記有機ＥＬ層からの光が前記基板を通して取り出される有機ＥＬ発光装置であって、
前記基板は、前記有機ＥＬ層が形成されている面とは反対側面を光取り出し面とし、この光取り出し面に互いに隣接すると共に離間配置された複数の出射面と、これら隣接する出射面の間に形成されたＶ字状の溝と、この溝形成面に設けられた反射面とを有することを特徴とする有機ＥＬ発光装置。
前記基板の光取り出し面上に前記出射面の各々に対応して形成されたレンズをさらに備え、
前記レンズは、前記出射面の各々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、互いに隣合うレンズが平面視多角形の辺で接することを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ発光装置。
前記有機ＥＬ層は、陽極と、陰極と、前記陽極及び前記陰極の間に少なくとも有機発光層とを有し、前記陽極が前記基板上に形成されており、
前記基板と前記レンズの屈折率は、前記陽極の屈折率と略同じであることを特徴とする請求項２に記載の有機ＥＬ発光装置。
前記基板の有機ＥＬ層が形成されている面に、光を拡散透過する光拡散層が設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の有機ＥＬ発光装置。