JP2013140679A - 有機ｅｌ光源 - Google Patents

Abstract

【課題】有機ＥＬ光源において単位面積あたりの発光面積を増大させる。
【解決手段】有機ＥＬ光源は、支持層１と、支持層１の上に配置された反射層３と、反射層３の上に配置された有機ＥＬ光源層５と、有機ＥＬ光源層５の上に配置された光透過層７と、を備えている。支持層１は反射層３と接する面に凹凸構造を備えている。反射層３は支持層１の凹凸構造に起因する凹凸構造を備えている。有機ＥＬ光源層５は反射層３の凹凸構造に起因する凹凸構造を備えている。光透過層７は有機ＥＬ光源層５と接する面に有機ＥＬ光源層５の凹凸構造に起因する凹凸構造を備えている。光透過層７の凹凸構造は、有機ＥＬ光源層５と接する面に複数のマイクロレンズ７ａを形成している。
【選択図】図１

Description

本発明は有機ＥＬ光源に関するものである。

従来、プロジェクターの光源には、その高輝度特性を利用して高圧水銀ランプが用いられてきた。近年の携帯性に優れたピコプロジェクターの製品は、その大きさの大半が光学部品に占められており、小型化を可能とするには光源を小型化していく必要がある。

プロジェクターの光源に限らず、光源サイズの小型化に伴い、その光源は有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）光源へと移行した。有機ＥＬ光源は、例えばプロジェクターやピコプロジェクターなどの表示素子用光源や、ディスプレー用光源、家電製品用光源として用いられる。

特開平２０１０−５１０６２８号公報

従来の有機ＥＬ光源は１８０°全方位に対して発光する。しかし、この特性は、例えば高輝度を必要とするプロジェクター機器において目標に対しての照射量が不十分であり、光の損失の観点から十分ではなかった。

有機ＥＬ光源において発光層からの光を効率よく取り出すために、発光層とは分離して光学ミクロ構造体を配置する技術が開示されている（例えば特許文献１を参照。）。
しかし、単位面積あたりの発光面積が縮小するという問題があった。

本発明の目的は、有機ＥＬ光源において単位面積あたりの発光面積を増大させることである。

本発明に係る有機ＥＬ光源は、支持層と、上記支持層の上に配置された金属材料からなる反射層と、上記反射層の上に配置され、少なくとも陰極、有機ＥＬ発光層、陽極が上記反射層側から順に積層された有機ＥＬ光源層と、上記有機ＥＬ光源層の上に配置された光透過層と、を備えている。上記支持層は上記反射層と接する面に凹凸構造をもっている。上記反射層は上記支持層の凹凸構造に起因する凹凸構造をもっている。上記有機ＥＬ光源層は上記反射層の凹凸構造に起因する凹凸構造をもっている。上記光透過層は上記有機ＥＬ光源層と接する面に上記有機ＥＬ光源層の凹凸構造に起因する凹凸構造をもっている。
ここで、有機ＥＬ光源層は、陰極と陽極に挟まれた有機ＥＬ発光層が発光する構成であればどのような構成であってもよい。

本発明の有機ＥＬ光源において、上記光透過層は、上記光透過層の凹凸構造によって形成されたレンズ機能を備えているようにしてもよい。ここでのレンズ機能は、有機ＥＬ光源層からの光を集光させるものであってもよいし、発散させるものであってもよい。また、光透過層はレンズ機能を必ずしも備えていなくてもよい。

また、上記光透過層は上記光透過層の凹凸構造によって形成された複数の上記集光レンズを備え、それらの集光レンズが配列されてマイクロレンズアレイが形成されているようにしてもよい。

また、上記支持層の上記反射層配置面とは反対側の面に金属層を備えているようにしてもよい。

また、上記陰極は、上記有機ＥＬ発光層側の面に、上記反射層の凹凸構造よりも小さいナノメートルオーダーの超微細凹凸構造を備えているようにしてもよい。

また、上記陰極が形成されておらず、上記反射層が上記有機ＥＬ光源層の上記陰極として機能するようにしてもよい。
この場合、上記反射層は、上記有機ＥＬ発光層側の面に、上記反射層の凹凸構造よりも小さいナノメートルオーダーの超微細凹凸構造を備えているようにしてもよい。

本発明の有機ＥＬ光源は、支持層の凹凸構造に起因する凹凸構造をもつ反射層と、反射層の凹凸構造に起因する凹凸構造をもつ有機ＥＬ光源層と、を備えているので、有機ＥＬ光源層が平坦な場合に比べて単位面積あたりの発光面積を増大させることができる。単位面積あたりの発光面積の増大は輝度の向上に貢献する。

さらに、有機ＥＬ光源層の上に配置された光透過層は、有機ＥＬ光源層と接する面の凹凸構造によって形成されたレンズ機能を備えているようにすれば、そのレンズ機能は輝度向上に貢献する。光透過層がレンズ機能を備えていることにより、別途レンズを用意する必要がなくなる。また、有機ＥＬ光源とレンズとの位置合せ調整も不要である。

また、支持層の反射層配置面とは反対側の面に金属層を備えているようにすれば、有機ＥＬ光源の放熱性を向上させることができる。

また、有機ＥＬ光源層の陰極は、有機ＥＬ発光層側の面に、反射層の凹凸構造よりも小さいナノメートルオーダーの超微細凹凸構造を備えているようにすれば、光取り出し効率の向上が図られ、光損失が低減される。
有機ＥＬ光源において、「光損失の理由」として、陰極に用いられている金属の表面で生じるプラズモンへのエネルギー移動がある。有機ＥＬ光源は発光位置と陰極の距離が例えば１００ｎｍ（ナノメートル）程度と短いために、光エネルギーが伝播光になる前にプラズモンに吸収されてしまう。有機ＥＬ発光層で発光する光は表面プラズモンと同程度の波数を含んでおり、発光エネルギーが表面プラズモンに移動していまい、主に熱として損出される。この損失を防ぐために、陰極表面にナノメートルオーダーの凹凸をつけることで表面プラズモンを共鳴させる。これにより、プラズモンに移動したエネルギーを再び伝播光として取り出すことができる。

また、有機ＥＬ光源層の陰極が形成されておらず、反射層が有機ＥＬ光源層の陰極として機能するようにすれば、反射層及び陰極が形成されている場合に比べて構造が単純になる。
さらに、この構造において、反射層は、有機ＥＬ発光層側の面に、反射層の凹凸構造よりも小さいナノメートルオーダーの超微細凹凸構造を備えているようにすれば、光取り出し効率の向上が図られ、光損失が低減される。

本発明の一実施例の断面を拡大して示した模式的な断面図である。 同実施例の模式的な断面図である。 同実施例の模式的な斜視図である。 図１から図３を参照して説明された実施例の製造工程の一例を説明するための断面図である。 図１から図３を参照して説明された実施例の製造工程の他の例を説明するための断面図である。 本発明の他の実施例の断面を拡大して示した模式的な断面図である。 本発明のさらに他の実施例の模式的な斜視図である。 本発明のさらに他の実施例の模式的な斜視図である。 本発明のさらに他の実施例の断面を拡大して示した模式的な断面図である。

図１は本発明の一実施例の断面を拡大して示した模式的な断面図である。図２はこの実施例の模式的な断面図である。図３はこの実施例の模式的な斜視図である。図１は図２の断面の一部分を拡大して図示したものである。図２は図３のＡ−Ａ位置の断面を示している。

有機ＥＬ光源は、支持層１、反射層３、有機ＥＬ光源層５、光透過層７を備えている。

支持層１は、（１）単独層として構成される場合と、（２）保持機能を有する基材層上に形成される場合とがある。（２）保持機能を有する基材層上に形成される場合、基材としての材料は、例えばガラス、金属、プラスチック、セラミックスなどを挙げることができる。
支持層１の材質は、例えば樹脂材料、ＳＯＧ（Spin On Glass）材料、薄膜材料、銅やアルミニウム、ステンレスなどの金属材料、それらの材料層の積層構造によって形成されている。薄膜材料は、例えば、蒸着法やスパッタリング法で形成される薄膜材料、ＰＭＭＣ（Poly Methyl Methacrylate）系、ＰＣ（Polycarbonate）系、ＰＯ（polyolefin）系などのプラスチック材料、プラスチック材料薄層上の薄膜材料などを挙げることができる。支持層１の厚みは例えば０.０１〜０.５ｍｍ（ミリメートル）である。

支持層１の上に反射層３が配置されている。支持層１は反射層３と接する面に凹凸構造を備えている。ここで、凹凸構造として、例えば、数十μｍ（マイクロメートル）〜数ｍｍの周期性を有する曲面構造（マイクロレンズやシリンダー形状）、数μｍ〜数十μｍの周期性を有する曲面構造（微小マイクロレンズや微小シリンダー形状）、数十μｍ〜数百μｍの周期性を有する多面体構造（ピラミッド形状：四角錘形状、正四面体形状）などを挙げることができる。

反射層３は、支持層１の凹凸構造に起因する凹凸構造を備えている。反射層３は、金属材料、ここではアルミニウムによって形成されている。反射層３の厚みは例えば０.０５〜０.５μｍである。反射層３の材料として、アルミニウムの他に、例えばアルミニウム合金や銀、銀合金、真空蒸着法で形成される誘電体多層膜などを挙げることができる。

反射層３の上に有機ＥＬ光源層５が配置されている。反射層３は、有機ＥＬ光源層５と接する面に、反射層３の凹凸構造よりも小さいナノメートルオーダーの超微細凹凸構造３ａを備えている。超微細凹凸構造３ａは、例えばウェットエッチング技術、金属材料を用いたガラスモールド技術、ＮＩＰ（ナノ・インプリント）技術、半導体製造工法（写真製版及びエッチング）によって形成される。

有機ＥＬ光源層５は、反射層３の凹凸構造に起因する凹凸構造を備えている。有機ＥＬ光源層５は、下層側から順に、電子輸送層５ａ、有機ＥＬ発光層５ｂ、正孔輸送層及び陽極５ｃを備えている。陽極は透明電極であり、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）などによって形成されている。有機ＥＬ光源層５の厚みは例えば１μｍである。この実施例で、反射層３は有機ＥＬ光源の陰極として機能する。

なお、有機ＥＬ光源層５は、上記構成に限定されるものではなく、陰極（反射層３）と陽極に挟まれた有機ＥＬ発光層が発光する構成であればどのような構成であってもよい。例えば、有機ＥＬ光源層５は電子注入層や正孔注入層をさらに備えていてもよい。

有機ＥＬ光源層５の上に光透過層７が配置されている。光透過層７は、有機ＥＬ光源層５と接する面に、有機ＥＬ光源層５の凹凸構造に起因する凹凸構造を備えている。光透過層７の凹凸構造は、有機ＥＬ光源層５と接する面に複数のマイクロレンズ７ａを形成している。それらのマイクロレンズ７ａの配列はマイクロレンズアレイを形成している。

光透過層７の上面（有機ＥＬ光源層５とは反対側の面）は平坦に形成されている。光透過層７は、例えば樹脂材料、ＳＯＧ材料、薄膜材料、それらの材料層の積層構造によって形成されている。光透過層７の厚みは最も厚い部分で例えば２〜３ｍｍである。

光透過層７には複数の機能をもたせることができる。例えば、光透過層７は有機ＥＬ発光層５の保護層として機能する。また、光透過層７は有機ＥＬ発光層５に対して絶縁層として機能する。

また、光透過層７の下面（有機ＥＬ発光層５と接する面）に反射防止構造が形成されているようにしてもよい。また、光透過層７の上面（有機ＥＬ光源層５とは反対側の面）に反射防止構造が形成されているようにしてもよい。また、光透過層７の上面と下面の両方に反射防止構造が形成されているようにしてもよい。これらの最上面（空気に接する面）の反射防止構造は、例えば、複数の積層膜や、有機ＥＬ光源層５が発光する光の波長よりも短い周期で形成された超微細凹凸構造によって実現される。

また、光透過層７にマイクロレンズ７ａとは別の光学機能が形成されていてもよい。例えば、光透過層７は偏光制御機能を備えていてもよい。また、光透過層７はマイクロレンズ７ａとは別のレンズ機能を備えていてもよい。

この実施例の有機ＥＬ光源は、支持層１の凹凸構造に起因する凹凸構造をもつ反射層３と、反射層３の凹凸構造に起因する凹凸構造をもつ有機ＥＬ光源層５と、を備えている。これにより、この実施例の有機ＥＬ光源は、有機ＥＬ光源層が平坦な場合に比べて単位面積あたりの発光面積を増大させることができる。単位面積あたりの発光面積が増大は輝度の向上に貢献する。

さらに、光透過層７は、有機ＥＬ光源層５と接する面の凹凸構造によってマイクロレンズ７ａを備えている。マイクロレンズ７ａは輝度向上に貢献する。さらに、光透過層７がマイクロレンズ７ａを備えていることにより、別途レンズを用意する必要がなくなる。また、有機ＥＬ光源５とマイクロレンズ７ａとの位置合せ調整も不要である。

また、反射層３は、有機ＥＬ光源層５と接する面に、反射層３の凹凸構造よりも小さいナノメートルオーダーの超微細凹凸構造３ａを備えている。これにより、反射層３の表面にナノメートルオーダーの凹凸をつけることで表面プラズモンを共鳴させ、プラズモンに移動したエネルギーを再び伝播光として取り出すことができる。その結果、光取り出し効率の向上が図られ、光損失が低減される。

図４は、図１から図３を参照して説明された実施例の製造工程の一例を説明するための断面図である。以下に説明する工程（ａ）から（ｃ）は図４中の（ａ）から（ｃ）に対応している。

（ａ）支持層１の一表面に凹凸構造が形成される。この凹凸構造は、例えばマイクロレンズアレイの製造に用いられるウェットエッチング技術、樹脂成形技術（インサート成形、インジェクションやコンプレッション成形技術）、プレス技術、ガラスモールド技術などによって形成される。

（ｂ）支持層１の凹凸構造が配置された領域を含んで、支持層１上に反射層３と有機ＥＬ光源層５がその順に形成される。反射層３は、例えば真空蒸着技術、スパッタリング技術によって形成される。有機ＥＬ光源層５は真空蒸着技術、スピンコート法やインクジェット法などの印刷技術によって形成される。反射層３は支持層１の上に均一な膜厚で形成される。これにより、反射層３は支持層１の凹凸構造に起因する凹凸構造をもつ。有機ＥＬ光源層５は反射層３の上に均一な膜厚で形成される。これにより、有機ＥＬ光源層５は反射層３の凹凸構造に起因する凹凸構造をもつ。また、有機ＥＬ光源層５の上に、反射防止膜や反射防止構造を形成してもよい。

（ｃ）反射層３及び有機ＥＬ光源層５を覆って、支持層１の上に光透過層７が形成される。光透過層７は、真空蒸着技術、スパッタリング技術、有機樹脂の塗布、ＡＲ（Anti Reflection）コート液の塗布、樹脂封止などの技術によって形成される。光透過層７において、有機ＥＬ光源層５と接する面に、有機ＥＬ光源層５の凹凸構造に起因する凹凸構造が形成される。その凹凸構造によって、有機ＥＬ光源層５と接する面に複数のマイクロレンズ７ａが形成される。これにより、有機ＥＬ光源の製造が完了する。

図５は、図１から図３を参照して説明した実施例の製造工程の他の例を説明するための断面図である。以下に説明する工程（ａ）から（ｃ）は図４中の（ａ）から（ｃ）に対応している。

（ａ）光透過層７の一表面に複数のマイクロレンズ７ａ（凹凸構造）が形成される。マイクロレンズ７ａは、例えばマイクロレンズアレイの製造技術によって形成される。

（ｂ）マイクロレンズ７ａが配置された領域を少なくとも一部含んで、光透過層７の上に有機ＥＬ光源層５と反射層３がその順に形成される。反射層３と有機ＥＬ光源層５の形成に用いられる技術は上記と同じである。有機ＥＬ光源層５は光透過層７の上に均一な膜厚で形成される。これにより、有機ＥＬ光源層５は光透過層７のマイクロレンズ７ａ（凹凸構造）に起因する凹凸構造をもつ。反射層３は有機ＥＬ光源層５の上に均一な膜厚で形成される。これにより、反射層３は有機ＥＬ光源層５の凹凸構造に起因する凹凸構造をもつ。

（ｃ）反射層３及び有機ＥＬ光源層５を覆って、光透過層７の上に支持層１が形成される。支持層１の形成に用いられる技術は上記と同じである。支持層１において、有機ＥＬ光源層５と接する面に、有機ＥＬ光源層５の凹凸構造に起因する凹凸構造が形成される。これにより、有機ＥＬ光源の製造が完了する。図５（ｃ）の断面図の上下を逆にすれば、図２と同様の構造になる。

図６は、本発明の他の実施例の断面を拡大して示した模式的な断面図である。図１から図３と同じ部分には同じ符号が付される。それらの部分の説明は省略される。

この実施例が図１から図３を参照して説明された実施例と異なる点は、支持層１の下面（反射層３の配置面とは反対側の面）に金属層９を備えている点である。金属層９は例えば銅やアルミニウムによって形成される。金属層９の厚みは例えば０.０５〜０.５μｍである。

金属層９が支持層１の下面に配置されていることにより、支持層１の放熱性が向上される。特に、支持層１が絶縁性材料によって形成されている場合に有効である。

図７は、本発明のさらに他の実施例の模式的な斜視図である。図７中のＢ−Ｂ位置における断面の構造は図２と同じである。図７において、図１から図３と同じ部分には同じ符号が付される。それらの部分の説明は省略される。

この実施例では、直線状の複数本のマイクロレンズ７ａが縞状に配列されている。これにより、光量が大きい複数の位置が縞状に配列された有機ＥＬ光源が実現されている。

図８は、本発明のさらに他の実施例の模式的な斜視図である。図８中のＣ−Ｃ位置における断面の構造は図２と同じである。図８において、図１から図３と同じ部分には同じ符号が付される。それらの部分の説明は省略される。

この実施例では、内径が互いに異なるドーナツ状の複数本のマイクロレンズ７ａが同心円上に配列されている。これにより、光量が大きい複数の位置が同心円上に配列された有機ＥＬ光源が実現されている。

このように、本発明の有機ＥＬ光源は、光透過層７の有機ＥＬ光源層５と接する面に形成される凹凸構造の配置、大きさ、形状を制御することにより、所望の光量分布をもつ有機ＥＬ光源を実現できる。光透過層７の凹凸構造の配置、大きさ、形状は任意である。例えば、有機ＥＬ光源の光出射面において、周辺部の光量を比較的大きくしたり、周辺部の光量を比較的小さくしたり、一方向に光量を変化させたりすることができる。

図９は本発明のさらに他の実施例の断面を拡大して示した模式的な断面図である。
この実施例は、図１が参照されて説明された実施例と比較して、反射層３と電子輸送層５ａの間に陰極５ｄをさらに備えている。有機ＥＬ光源層５は、下層側から順に、陰極５ｄ、電子輸送層５ａ、有機ＥＬ発光層５ｂ、正孔輸送層及び陽極５ｃを備えている。

陰極５ｄは、有機ＥＬ発光層５ｂ側の表面に、反射層３の凹凸構造よりも小さいナノメートルオーダーの超微細凹凸構造５ｅを備えている。
また、図１を参照して説明された実施例と比較して、反射層３の表面には超微細凹凸構造３ａが形成されていない。

この実施例は、図１が参照されて説明された実施例と同じ作用及び効果を得ることができる。

以上、本発明の実施例が説明されたが、材料、形状、配置、寸法等は一例であり、本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内で種々の変更が可能である。

１ 支持層
３ 反射層
３ａ 反射層の超微細凹凸構造
５ 有機ＥＬ光源層
５ｂ 有機ＥＬ発光層
５ｃ 正孔輸送層及び陽極
５ｄ 陰極
５ｅ 陰極の超微細凹凸構造
７ 光透過層
７ａ マイクロレンズ
９ 金属層

Claims (7)

1. 支持層と、
   前記支持層の上に配置された金属材料からなる反射層と、
   前記反射層の上に配置され、少なくとも陰極、有機ＥＬ発光層、陽極が前記反射層側から順に積層された有機ＥＬ光源層と、
   前記有機ＥＬ光源層の上に配置された光透過層と、を備え、
   前記支持層は前記反射層と接する面に凹凸構造をもち、
   前記反射層は前記支持層の凹凸構造に起因する凹凸構造をもち、
   前記有機ＥＬ光源層は前記反射層の凹凸構造に起因する凹凸構造をもち、
   前記光透過層は前記有機ＥＬ光源層と接する面に前記有機ＥＬ光源層の凹凸構造に起因する凹凸構造をもつことを特徴とする有機ＥＬ光源。
2. 前記光透過層は、前記光透過層の凹凸構造によって形成されたレンズ機能を備えている請求項１に記載の有機ＥＬ光源。
3. 前記光透過層は、前記光透過層の凹凸構造によって形成された複数の集光レンズを備え、それらの集光レンズが配列されてマイクロレンズアレイが形成されている請求項２に記載の有機ＥＬ光源。
4. 前記支持層の前記反射層配置面とは反対側の面に金属層を備えている請求項１から３のいずれか一項に記載の有機ＥＬ光源。
5. 前記陰極は、前記有機ＥＬ発光層側の面に、前記反射層の凹凸構造よりも小さいナノメートルオーダーの超微細凹凸構造を備えている請求項１から４のいずれか一項に記載の有機ＥＬ光源。
6. 前記陰極が形成されておらず、
   前記反射層が前記有機ＥＬ光源層の前記陰極として機能する請求項１から４のいずれか一項に記載の有機ＥＬ光源。
7. 前記反射層は、前記有機ＥＬ発光層側の面に、前記反射層の凹凸構造よりも小さいナノメートルオーダーの超微細凹凸構造を備えている請求項６に記載の有機ＥＬ光源。

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