説明

有機EL発光装置

【課題】有機EL発光装置において、陽極から基板への光の取り出し量、及び基板から大気への光の取り出し量を増加させる。
【解決手段】有機EL発光装置1は、基板2と、基板2上に陽極3、有機層4、及び陰極5の順に積層して成る有機EL素子6と、基板2と陽極3の間に設けられる光取り出し層7と、を備える。基板2及び陽極3は透光性を有し、有機層4は陽極3と略同等の屈折率を有する。光取り出し層7は、光取り出し方向に凸状である複数のレンズ部材8と、レンズ部材8を保持する母材9と、を有する。レンズ部材8は、陽極3と略同等の屈折率を有し、母材9は、基板2と略同等の屈折率を有する。陽極3から入射する光が、光取り出し層7を通過することによって全反射し難くなり、かつレンズ部材8によって集光されるので、陽極3から基板2への光の取り出し量、及び基板2から大気への光の取り出し量が増える。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、有機エレクトロルミネッセンス素子(以下、有機EL素子という)を発光源として備える有機EL発光装置に関する。
【背景技術】
【0002】
有機EL素子は、数V程度の低電圧で高輝度の面発光が可能であり、さらに発光物質の選択により任意の色調での発光が可能であるので近年注目されている。有機EL素子は、陽極、発光層を含む有機層、及び陰極を備える。また、有機EL素子は、電圧印加によって陽極が有機層にホールを注入すると共に、陰極が有機層に電子を注入し、有機層に注入されたホールと電子が有機層において結合することで発光する。
【0003】
図6は、このような有機EL素子を備える有機EL発光装置20の一部の構成を示す。ここでは有機EL発光装置20のうち、基板21と、基板21上に積層された有機EL素子の陽極22のみを図示している。有機EL素子は、この陽極22上に、図示していない有機層、陰極が順に積層される。ここに、有機層で生じた光がそれぞれ異なる入射角で陽極22へ入射した光23、24を示している。大気の屈折率をn、基板21の屈折率をn、陽極22の屈折率をnとしたとき、大気と陽極22の間の臨界角θは、sinθ=(n/n)の式から、基板21と陽極22の間の臨界角θは、sinθ=(n/n)の式から、大気と基板21の間の臨界角θ(図示なし)は、sinθ=(n/n)の式からそれぞれ求められる。屈折率nが1.0、屈折率nが1.5、屈折率nが1.8のとき、臨界角θは34°、臨界角θは57°、臨界角θは42°となる。
【0004】
ここで、臨界角θを光23が陽極22から入射する入射角θと同じとすると、陽極22中の光23は、入射角θ(34°)が臨界角θ(57°)よりも小さいので、全反射せずに屈折して基板21へ出射する。その際の出射角θは、n・sinθ=n・sinθの式から求められ、42°となる。この出射角θは、光23が基板21から入射する入射角θと同じとなる。基板21中の光23は、入射角θ(42°)が臨界角θ(42°)と同じために全反射するので大気へ取り出されない。
【0005】
次に、臨界角θを光24が陽極22から入射する入射角θと同じとすると、陽極22中の光24は、入射角θ(57°)が臨界角θ(57°)と同じために全反射するので基板21へ取り出されない。全反射した光23、24は、基板21、陽極22の内部にそれぞれ閉じ込められ、導波光として失われる。つまり、有機EL発光装置20からの光の取り出し効率は、基板21と大気との界面での全反射、及び陽極22と基板21との界面での全反射のために非常に低くなる。
【0006】
そこで、基板上に複合薄膜と有機EL素子が順に積層された有機EL発光装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。複合薄膜は、屈折率の異なる2種類の粒子とバインダを含んで形成される。この有機EL発光装置によれば、主に粒子による光の散乱によって複合薄膜から基板への臨界角に乱れが生じるので、陽極から基板への光の取り出し量、及び基板から大気への光の取り出し量が増加する。しかしながら、この有機EL発光装置であっても、光の取り出し効率がまだ十分であるとはいえず、さらなる光の取り出し効率の向上が望まれている。
【特許文献1】特許第3899011号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、陽極から基板への光の取り出し量、及び基板から大気への光の取り出し量が増加する有機EL発光装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記目的を達成するために請求項1の発明は、基板と、該基板上に陽極、有機層、及び陰極の順に積層して成る有機EL素子と、を備え、該基板及び陽極が透光性を有する有機EL発光装置において、前記有機層は、前記陽極と略同等の屈折率を有し、前記基板と陽極の間に、光取り出し方向に凸状である複数のレンズ部材と、該レンズ部材を保持する母材と、を有する光取り出し層を備え、前記レンズ部材は、前記陽極と略同等の屈折率を有し、前記母材は、前記基板と略同等の屈折率を有するものである。
【0009】
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、前記光取り出し層は、複数層設けられるものである。
【0010】
請求項3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、前記有機EL素子は、前記各レンズ部材との平面視における位置関係が対応するように複数設けられるものである。
【0011】
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、前記レンズ部材は、第1のレンズ部材と該第1のレンズ部材に比べて平面視における面積が小さい第2のレンズ部材から成り、前記第2のレンズ部材は、前記第1のレンズ部材が並べられてできた隙間に配置されるものである。
【0012】
請求項5の発明は、請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載の有機EL発光装置において、前記光取り出し層と陽極の間に、該陽極よりも高い屈折率を有する高屈折率層をさらに備えるものである。
【発明の効果】
【0013】
請求項1の発明によれば、陽極から入射する光が、光取り出し層を通過することによって全反射し難くなり、かつレンズ部材によって集光されるので、陽極から基板への光の取り出し量、及び基板から大気への光の取り出し量が増える。
【0014】
請求項2の発明によれば、陽極から入射する光の一部が、最初に入射する1層目の光取り出し層で集光されなかった場合でも、2層目以降の光取り出し層で集光されるので、陽極から基板への光の取り出し量、及び基板から大気への光の取り出し量を増やすことができる。
【0015】
請求項3の発明によれば、有機EL素子から照射される光のほとんどがレンズ部材によって集光されるので、陽極から基板への光の取り出し量、及び基板から大気への光の取り出し量を増やすことができる。
【0016】
請求項4の発明によれば、大きさの異なるレンズ部材を密に配置して光取り出し層の面積を有効に利用することで、有機EL素子から照射される光のほとんどがレンズ部材によって集光されるので、陽極から基板への光の取り出し量、及び基板から大気への光の取り出し量を増やすことができる。
【0017】
請求項5の発明によれば、高屈折率層へ出射する光の出射角が小さくなるので、陽極から基板への光の取り出し量、及び基板から大気への光の取り出し量を増やすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0018】
(第1の実施形態)
本発明の第1の実施形態に係る有機EL発光装置について図1及び図2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の構成を示す。有機EL発光装置1は、基板2と、基板2上に陽極3、有機層4、及び陰極5の順に積層して成る有機EL素子6と、基板2と陽極3の間に設けられる光取り出し層7と、を備える。光取り出し層7は、光取り出し方向に凸状である複数のレンズ部材8と、レンズ部材8を保持する母材9と、を有する。有機層4は、ホール輸送層41、発光層42、電子輸送層43、及び電子注入層44の順に積層して成る。また、有機層4の発光層42より光取り出し方向に上の層、すなわち、ホール輸送層41は、陽極3と略同等の屈折率を有する。
【0019】
基板2は、透光性を有しており、例えば、ソーダライムガラスや無アルカリガラスの透明ガラス板、又はポリエステル、ポリオレフィン、ポリアミド、エポキシの樹脂、若しくはフッ素系樹脂から作製されたプラスチックフィルムやプラスチック板などが材料として用いられる。
【0020】
陽極3は、透光性を有しており、有機層4にホールを注入するための電極である。陽極3の材料は、仕事関数の大きい金属、合金、電気伝導性化合物、又はこれらの混合物から成る電極材料を用いることが好ましく、仕事関数が4eV以上であることが特に好ましい。陽極3の具体的な材料は、例えば、金などの金属、CuI、ITO(インジウム−スズ酸化物)、SnO、ZnO、IZO(インジウム−亜鉛酸化物)や、PEDOT、ポリアニリンの導電性高分子やこれら高分子に高屈折率粒子(例えばジルコニア)を混合したもの、任意のアクセプタでドープした導電性高分子、カーボンナノチューブの導電性光透過性材料などが挙げられる。陽極3、有機層4、及び陰極5は、例えば、真空蒸着法によって積層される。
【0021】
ホール輸送層41は、発光層42へのホール注入性を向上させるか、又は電子がホール輸送層41へ移動するのを防止する。ホール輸送層41の材料は、ホール輸送性を有する化合物であればよく、例えば、4,4’−ビス[N−(ナフチル)−N−フェニル−アミノ]ビフェニル(α−NPD)、N,N’−ビス(3−メチルフェニル)−(1,1’−ビフェニル)−4,4’−ジアミン(TPD)、2−TNATA、4,4’,4”−トリス(N−(3−メチルフェニル)N−フェニルアミノ)トリフェニルアミン(MTDATA)、4,4’−N,N’−ジカルバゾールビフェニル(CBP)、スピロ−NPD、スピロ−TPD、スピロ−TAD、TNBといった、トリアリールアミン系化合物、カルバゾール基を含むアミン化合物、フルオレン誘導体を含むアミン化合物などが挙げられる。
【0022】
発光層42を構成する有機材料は、例えば、アントラセン、ナフタレン、ピレン、テトラセン、コロネン、ペリレン、フタロペリレン、ナフタロペリレン、ジフェニルブタジエン、テトラフェニルブタジエン、クマリン、オキサジアゾール、ビスベンゾキサゾリン、ビススチリル、シクロペンタジエン、クマリン、オキサジアゾール、ビスベンゾキサゾリン、ビススチリル、シクロペンタジエン、キノリン金属錯体、トリス(8−ヒドロキシキノリナート)アルミニウム錯体(Alq)、トリス(4−メチル−8−キノリナート)アルミニウム錯体、トリス(5−フェニル−8−キノリナート)アルミニウム錯体、アミノキノリン金属錯体、ベンゾキノリン金属錯体、トリ−(p−ターフェニル−4−イル)アミン、1−アリール−2,5−ジ(2−チエニル)ピロール誘導体、ピラン、キナクリドン、ルブレン、ジスチリルベンゼン誘導体、ジスチリルアリーレン誘導体、ジスチリルアミン誘導体及び各種蛍光色素などが挙げられる。また、これらの材料は、必要に応じて、適宜選択して用いることができる。また、発光層の材料は、スピン多重項からの発光を示す化合物、例えば、燐光発光を生じる燐光発光材料、及びそれらを分子内に有する化合物も好適に用いることができる。
【0023】
電子輸送層43は、発光層42への電子注入性を向上させるか、又はホールが電子輸送層43へ移動するのを防止する。電子輸送層43の材料は、電子輸送性を有する化合物であればよく、例えば、Alq等の電子輸送性材料として知られる金属錯体や、フェナントロリン誘導体、ピリジン誘導体、テトラジン誘導体、オキサジアゾール誘導体等のヘテロ環を有する化合物などが挙げられる。電子注入層44は、陰極5からの電子を注入しやすくするための層であり、例えば、LiFが材料として用いられる。
【0024】
陰極5は、有機層4中に電子を注入するための電極であり、仕事関数の低い金属、合金、電気伝導性化合物、又はこれらの混合物からなる電極材料を用いることが好ましく、例えば、アルカリ金属、アルカリ金属のハロゲン化物、アルカリ金属の酸化物、アルカリ土類金属、及びこれらと他の金属との合金、具体的にはナトリウム、ナトリウム−カリウム合金、リチウム、マグネシウム、マグネシウム−銀混合物、マグネシウム−インジウム混合物、アルミニウム−リチウム合金、Al/LiF混合物などが材料として用いられる。また、陰極5の材料は、アルミニウム、Al/Al混合物なども用いられる。さらに、陰極5の材料は、アルカリ金属の酸化物、アルカリ金属のハロゲン化物、又は金属酸化物の下地の上に、金属等の導電材料を1層以上積層したものを用いてもよく、具体的にはアルカリ金属/Alの積層物、アルカリ金属のハロゲン化物/アルカリ土類金属/Alの積層物、アルカリ金属の酸化物/Alの積層物などが用いられる。
【0025】
レンズ部材8の材料は、陽極3と略同等の屈折率を有すればよく、例えば、イミド系樹脂が挙げられる。母材9の材料は、基板2と略同等の屈折率を有すればよく、例えば、アクリル樹脂が挙げられる。また、母材9の材料は、基板2上に均一に塗布された後に、パターンの刻み込まれた金型が押し付けられることによって、金型のパターンが転写されて複数の凹レンズ形状が形成される(ナノインプリント)。レンズ部材8の材料は、母材9の表面に形成された複数の凹レンズ形状の箇所に充填されることで、凸レンズ形状に形成される。
【0026】
上記のように構成された有機EL発光装置1において、発光層42から照射される光の経路を説明する。図2は、有機EL発光装置1内の光の光路を示す。光10、11は、それぞれ異なる入射角で陽極3へ入射した光である。大気の屈折率をn、基板2及び母材9の屈折率をn、陽極3及びレンズ部材8の屈折率をnとしたとき、大気と陽極3の間の臨界角θは、sinθ=(n/n)の式から、基板2と陽極3の間の臨界角θは、sinθ=(n/n)の式から、大気と基板2の間の臨界角θ(図示なし)は、sinθ=(n/n)の式からそれぞれ求められる。屈折率nが1.0、屈折率nが1.5、屈折率nが1.8のとき、臨界角θは34°、臨界角θは57°、臨界角θは42°となる。
【0027】
ここで、臨界角θを光10が陽極3から入射する入射角θと同じとすると、陽極3中の光10は、陽極3の屈折率と光取り出し層7のレンズ部材8の屈折率がnで同じであるので、屈折せずに光取り出し層7のレンズ部材8へ出射する。次に、レンズ部材8中の光10は、レンズ部材8の球面に対して垂直に入射するので、屈折せずに母材9へ出射する。母材9中の光10は、母材9の屈折率と基板2の屈折率がnで同じであるので、屈折せずに基板2へ出射する。基板2中の光10は、入射角θ(34°)が臨界角θ(42°)よりも小さいので、全反射せずに屈折して大気へ出射する。その際の出射角θは、n・sinθ=n・sinθの式から求められ、57°となる。なお、本実施形態の有機EL発光装置1における光10と、図6に示される従来の有機EL発光装置20における光23とは、陽極から入射する際の入射角θ(34°)が同じであるが、光23は基板21と大気との界面での全反射によって大気へ取り出されないのに対して、光10は全反射せずに大気へ取り出される。
【0028】
また、臨界角θを光11が陽極3から入射する入射角θと同じとすると、陽極3中の光11は、陽極3の屈折率と光取り出し層7のレンズ部材8の屈折率がnで同じであるので、屈折せずに光取り出し層7のレンズ部材8へ出射する。次に、レンズ部材8中の光11は、レンズ部材8の球面に対して垂直に入射するので、屈折せずに母材9へ出射する。母材9中の光11は、母材9の屈折率と基板2の屈折率がnで同じであるので、屈折せずに基板2へ出射する。基板2中の光11は、基板2から入射する入射角θ(57°)が臨界角θ(42°)の値より大きいために全反射する。なお、本実施形態の有機EL発光装置1における光11と、図6に示される従来の有機EL発光装置20における光24とは、陽極から入射する際の入射角θ(57°)が同じであるが、光24は陽極22と基板21との界面での全反射によって基板21へ取り出されないのに対して、光11は基板2へ取り出される。
【0029】
従って、本実施形態の有機EL発光装置1は、陽極3から入射する光が、光取り出し層7を通過することによって全反射し難くなるので、陽極3から基板2への光の取り出し量、及び基板2から大気への光の取り出し量が増える。また、本実施形態の有機EL発光装置1は、レンズ部材8が粒子に比べて光をより大気又は基板側に屈折させるので、粒子を含有する層を備える従来の有機EL発光装置よりも陽極3から基板2への光の取り出し量、及び基板2から大気への光の取り出し量が増える。
【0030】
(第2の実施形態)
本発明の第2の実施形態に係る有機EL発光装置1について図3を参照して説明する。光取り出し層7が複数層設けられる構造としたことが第1の実施形態と異なっている。
【0031】
図3は、本実施形態の有機EL発光装置1の構成を示す。有機EL発光装置1は、第1の光取り出し層7aと、第2の光取り出し層7bが設けられる。第1の光取り出し層7aにおけるレンズ部材8の配置は、第2の光取り出し層7bにおけるレンズ部材8の配置と同じでも異なっていてもよい。本実施形態の有機EL発光装置1は、陽極3から入射する光の一部が、第1の光取り出し層7aのレンズ部材8で集光されない場合でも、第2の光取り出し層7bのレンズ部材8で集光されるので、陽極3から基板2への光の取り出し量、及び基板2から大気への光の取り出し量が増える。
【0032】
(第3の実施形態)
本発明の第3の実施形態に係る有機EL装置1について図4(a)(b)を参照して説明する。複数の有機EL素子6が、各レンズ部材8に対応するようにして設けられる構造としたことが第1の実施形態と異なっている。
【0033】
図4(a)(b)は、本実施形態の有機EL発光装置1の構成を示す。本実施形態の有機EL発光装置1は、有機EL素子6が各レンズ部材8との平面視における位置関係が対応するようにして複数設けられる。有機EL素子6は、平面視においてレンズ部材8の中心に配置されることが好ましい。また、平面視において有機EL素子6の面積は、レンズ部材8の面積に比べて小さいことが好ましい。有機EL素子6から照射される光のほとんどがレンズ部材8によって集光されるので、陽極3から基板2への光の取り出し量、及び基板2から大気への光の取り出し量が増える。
【0034】
(第4の実施形態)
本発明の第4の実施形態に係る有機EL装置1について図5を参照して説明する。大きさの異なるレンズ部材8が隙間を詰めて配置される構造としたことが第1の実施形態と異なっている。
【0035】
レンズ部材8は、第1のレンズ部材81と第1のレンズ部材81に比べて平面視における面積が小さい第2のレンズ部材82から成る。第2のレンズ部材82は、第1のレンズ部材81が並べられてできた隙間に配置される。大きさの異なるレンズ部材8を密に配置して光取り出し層7の面積を有効に利用することで、有機EL素子6から照射される光のほとんどがレンズ部材8によって集光されるので、陽極3から基板2への光の取り出し量、及び基板2から大気への光の取り出し量を増やすことができる。
【0036】
(第5の実施形態)
本発明の第5の実施形態に係る有機EL装置1について図6を参照して説明する。光取り出し層7と陽極3の間に高屈折率層12を備える構造としたことが第1の実施形態と異なっている。
【0037】
本実施形態の有機EL発光装置1は、光取り出し層7と陽極3の間に、陽極3よりも高い屈折率を有する高屈折率層12をさらに備える。高屈折率層12が陽極3に比べて屈折率が高いので、高屈折率層12へ出射する光の出射角が小さくなるために、陽極3から基板2への光の取り出し量、及び基板2から大気への光の取り出し量が増える。
【0038】
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、光取り出し層7におけるレンズ部材8の配置は、周期的、又は非周期的のいずれであっても構わない。
【図面の簡単な説明】
【0039】
【図1】本発明の第1の実施形態に係る有機EL発光装置の側断面図。
【図2】本発明の第1の実施形態に係る有機EL発光装置の拡大側断面図。
【図3】本発明の第2の実施形態に係る有機EL発光装置の側断面図。
【図4】(a)は本発明の第3の実施形態に係る有機EL発光装置の側断面図、(b)は同有機EL発光装置の有機EL素子と光取り出し層の平面図。
【図5】本発明の第4の実施形態に係る有機EL発光装置の光取り出し層の平面図。
【図6】本発明の第5の実施形態に係る有機EL発光装置の側断面図。
【図7】従来の有機EL発光装置の側断面図。
【符号の説明】
【0040】
1 有機EL発光装置
2 基板
3 陽極
4 有機層
5 陰極
6 有機EL素子
7 光取り出し層
7a 第1の光取り出し層(光取り出し層)
7b 第2の光取り出し層(光取り出し層)
8 レンズ部材
81 第1のレンズ部材
82 第2のレンズ部材
9 母材
12 高屈折率層

【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板と、該基板上に陽極、有機層、及び陰極の順に積層して成る有機EL素子と、を備え、該基板及び陽極が透光性を有する有機EL発光装置において、
前記有機層は、前記陽極と略同等の屈折率を有し、
前記基板と陽極の間に、光取り出し方向に凸状である複数のレンズ部材と、該レンズ部材を保持する母材と、を有する光取り出し層を備え、
前記レンズ部材は、前記陽極と略同等の屈折率を有し、
前記母材は、前記基板と略同等の屈折率を有することを特徴とする有機EL発光装置。
【請求項2】
前記光取り出し層は、複数層設けられることを特徴とする請求項1に記載の有機EL発光装置。
【請求項3】
前記有機EL素子は、前記各レンズ部材との平面視における位置関係が対応するように複数設けられ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。
【請求項4】
前記レンズ部材は、第1のレンズ部材と該第1のレンズ部材に比べて平面視における面積が小さい第2のレンズ部材から成り、
前記第2のレンズ部材は、前記第1のレンズ部材が並べられてできた隙間に配置され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。
【請求項5】
前記光取り出し層と陽極の間に、該陽極よりも高い屈折率を有する高屈折率層をさらに備えることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載の有機EL発光装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【公開番号】特開2010−157421(P2010−157421A)
【公開日】平成22年7月15日(2010.7.15)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−334884(P2008−334884)
【出願日】平成20年12月26日(2008.12.26)
【出願人】(000005832)パナソニック電工株式会社 (17,916)
【Fターム(参考)】