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JPH10189251A - ディスプレイ装置 - Google Patents

ディスプレイ装置

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JPH10189251A
JPH10189251A JP8358890A JP35889096A JPH10189251A JP H10189251 A JPH10189251 A JP H10189251A JP 8358890 A JP8358890 A JP 8358890A JP 35889096 A JP35889096 A JP 35889096A JP H10189251 A JPH10189251 A JP H10189251A
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JP
Japan
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angle
light
display device
wedge
emitting layer
Prior art date
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JP8358890A
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Yoshihisa Kubota
義久 窪田
Satoshi Sugiura
聡 杉浦
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Pioneer Corp
Original Assignee
Pioneer Electronic Corp
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Publication date
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Priority to US08/998,893 priority patent/US6091384A/en
Publication of JPH10189251A publication Critical patent/JPH10189251A/ja
Application granted granted Critical
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 放射効率の高いディスプレイ装置を提供する
ことを目的とする。 【解決手段】 発光層を含む薄膜層が透明基板に密着固
定されるとともに発光部から出射された光が透明基板を
通じて外部に放射されるディスプレイ装置において、透
明基板内に発光部から出射された光の出射角度を変換し
て外部に放射する角度変換手段を設けたことを特徴とす
る。また、角度変換手段は臨界角よりも大きい角度で出
射された光の角度を臨界角よりも小さい角度に変換する
ものであることを特徴とする。また、角度変換手段は発
光部から出射された光を反射する反射部材からなること
を特徴とし、反射部材は断面が楔状に形成されるととも
に間隙と対向する位置に設置されることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、有機エレクトロル
ミネッセンス素子等を用いるディスプレイ装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来、ガラス板、あるいは透明な有機フ
ィルム上に形成した蛍光体に電流を流して発光させる有
機エレクトロルミネッセンス素子(以下、有機EL素子
と称する)が知られている。有機EL素子としては、図
9に示すように、金属電極である陰極6と透明電極であ
る陽極2との間に、有機化合物からなる有機正孔輸送層
3、有機化合物からなる有機発光層4、有機化合物から
なる有機電子輸送層5、及び陰極6が順に積層された構
造に代表される。陽極2と陰極6は外部の電源7に接続
され通電される。
【0003】有機正孔輸送層3は陽極2から正孔を輸送
する機能と電子をブロックする機能とを有し、有機電子
輸送層5は陰極から電子を輸送する機能を有している。
これら有機EL素子において、陽極2の外側にはガラス
基板91が配されており、陰極6から注入された電子と
陽極2から有機発光層4へ注入された正孔との再結合に
よって励起子が生じ、この励起子が放射失活する過程で
光を放ち、この光が陽極2及びガラス基板91を介して
外部に放出される。
【0004】陽極2には、インジウム錫酸化物(以下、
ITOという)、錫酸化物等の仕事関数が大きく、発光
を外部に放出させる透明導電性材料が用いられる。ま
た、陰極6には、アルミニウム(Al)、マグネシウム
(Mg)、インジウム(In)、銀(Ag)の単体金属
又はこれらのAl−Mg,Ag−Mg等の合金であって
仕事関数が小さな材料が用いられる。
【0005】また、有機発光層4には、例えば8−ヒド
ロキシキノリンのアルミニウム錯体等が用いられ、有機
正孔輸送層3には、例えばN′−ジフェニル−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)が好ましく用いられてい
る。有機電子輸送層5には、例えば8−ヒドロキシキノ
リンのアルミニウム錯体等が用いられる。
【0006】図10は上述した有機EL素子を画素対応
にマトリクス状に構成した有機EL素子によるディスプ
レイ装置の部分斜視図である。図10では、図9におけ
る有機正孔輸送層3、有機発光層4、有機電子輸送層5
を総称して有機層21で示している。他のガラス基板9
1、陽極2、陰極6は図9と同じ部材で同じ働きをす
る。以上説明した各電極層、各有機層の厚さは数十〜数
百ナノメータオーダーと極めて薄いためそれに対し比較
的厚いミリオーダーの基板に固定して補強する必要があ
り、この補強のために一般には透明なガラス基板が用い
られる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上述した構造の有機E
L素子は有機発光層から発光面に対し0〜180度の広
範囲の方向にわたって出射された光が有機正孔輸送層、
ITOの透明導電膜、ガラス基板を経て大気中に放射さ
れる。ところが、光が各層の境界面を通過する際に入射
側の物質の屈折率が出射側の物質の屈折率よりも大きい
場合、臨界角、すなわち屈折波の出射角が90度となる
角度よりも大きい角度で入射する光は境界面で全反射さ
れてしまう。
【0008】異種媒体の境界面での光の屈折率の関係
は、スネルの法則により、屈折率n1の媒体から屈折率
2 の媒体へ光が進行する場合、n1 >n2 であればそ
のときの臨界角θは、 θ=sin-1(n2 /n1 ) で与えられることでよく知られている。図11に有機E
L素子の放射光の原理を示す図である。例えばガラス基
板1から大気中に放射される光の場合、図11に示すよ
うに通常のガラスの屈折率1.5に対し空気の屈折率は
1であるので、この場合の臨界角は、 θ=sin-1(1/1.5)=41.8゜ となり、θがこの臨界角を越える発光部31からの出射
光はガラス基板91と空気の境界面で全反射を生じ大気
中に放射されなくなってしまう。
【0009】従って、全反射される光はガラス基板91
の外部まで到達できないので視覚的に有効な光量が減少
し、発光された光の取り出し効率が低下するという問題
がある。
【0010】本発明は上記の問題点に鑑みなされたもの
であって、光の取り出し効率の高いディスプレイ装置を
提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の請求項1に記載の発明は、発光層を含む薄
膜層が透明基板に密着固定されるとともに発光部から出
射された光が透明基板を通じて外部に放射されるディス
プレイ装置において、透明基板内に発光部から出射され
た光の出射角度を変換して外部に放射する角度変換手段
を設けたことを特徴とする。
【0012】請求項2に記載の発明は、請求項1に記載
のディスプレイ装置において、角度変換手段は発光層か
ら出射された光のうち透明基板の外部との境界面に対し
て臨界角よりも大きい角度で出射された光の角度を臨界
角よりも小さい角度に変換するものであることを特徴と
する。
【0013】請求項3に記載の発明は、請求項1に記載
のディスプレイ装置において、角度変換手段は透明基板
の外部との境界面に対して臨界角よりも大きい角度をも
って発光部から出射された光の角度を臨界角よりも小さ
い角度に変換して、変換された光を境界面に入射させる
ことを特徴とする。
【0014】請求項4に記載の発明は、請求項1ないし
は請求項3に記載のディスプレイ装置において、角度変
換手段は発光部から出射された光を反射する反射部材か
らなることを特徴とする。
【0015】請求項5に記載の発明は、請求項4に記載
のディスプレイ装置において、矩形状に形成されるとと
もにそれぞれ所定の間隙をおいてマトリクス状に配置さ
れており、反射部材は断面が楔状に形成されるとともに
間隙と対向する位置に設置されることを特徴とする。
【0016】請求項6に記載の発明は、請求項1ないし
は請求項3に記載のディスプレイ装置において、角度変
換手段は透明基板とは屈折率の異なる透明部材で構成さ
れ透明基板を経て入射された光を屈折させることでその
角度を変換するものであることを特徴とする。
【0017】請求項7に記載の発明は、請求項6に記載
のディスプレイ装置において、発光層は矩形状に形成さ
れるとともに、それぞれ所定の間隙をおいてマトリクス
状に配置されており、透明部材は断面が楔状に形成され
るとともに間隙と対向する位置に設置されることを特徴
とする。
【0018】請求項8に記載の発明は、請求項1ないし
は7に記載のディスプレイ装置において、発光層は有機
化合物からなることを特徴としている。
【0019】
【作用】透明基板内に角度変換手段を設けたことによ
り、透明基板と外部との境界面で反射されて透明基板外
へ放射されなくなる光を少なくすることができるから、
従来装置に比べ発光された光の取り出し効率を向上させ
ることができる。 また、角度変換手段の変換特性を適
宜選択することにより、透明基板から放射される光の角
度変換特性、すなわち視覚特性を選択することができる
ので、一つの発光層から様々な視覚特性を得ることが可
能となる。
【0020】
【発明の実施の形態】以下に本発明を図1、図2を参照
しつつ説明する。図1及び図2は、本発明による有機E
L素子の構造を示す図である。図1は、有機EL素子を
構成する各層の形態を示し、図2は各画素に対する有機
EL素子のマトリクス構造を示す図である。図1におい
て、ガラス基板1上に図1に示すようなパターンを有す
るITOの透明導電膜の陽極2が成膜され、その上に陽
極端子13からの発光駆動電流を各透明導電膜の陽極2
へ供給するメタルバスライン8を形成し、次に陽極2を
他の層から絶縁する絶縁膜9、透明導電膜の赤、青、緑
のそれぞれに対応した各有機発光膜(R)、(G)、
(B)で構成される有機層21、陰極隔壁6aを有する
陰極6が順次形成されている。
【0021】次に、R,G,Bの各画素に対する各層
は、図2に示すように各陽極の接続線に対し左右対称に
同一色の画素を形成する電極が構成され、R,G,Bの
各電極は互いにずらして配置され同一平面上に構成され
ている。一方陰極6は、上記陽極2の接続線に対し直交
するように各2列を同一陰極でカバーされるように構成
されている。従って陰極6と陽極2の各一つを選択すれ
ば2つの同一色の隣合った電極を指定することが可能で
ある。なお図1、図2に示されるように各画素は所定の
間隙を挟んで配置されており、上記したメタルバスライ
ン8、陰極隔壁6aはこの間隙に設置されている。
【0022】次に、角度変換手段の具体例について図3
を参照して説明する。図3は本発明における有機EL素
子の角度変換手段としての楔状部材の部分斜視図であ
る。図3に示すように、上述の構成の有機EL素子の各
画素に対応する発光領域を囲むように角度変換手段とし
て金属製の楔状部材11をガラス基板1に埋め込む。楔
状部材11はその断面形状が二等辺三角形をなし、その
等辺によって有機発光層からなる発光部31からの放射
光の一部を反射することによって、その反射光がガラス
基板1を透過し大気中に放射される際に、ガラス基板1
と空気の境界面での入射角がガラスと空気の臨界角より
も小さくなるように設定する。図4は図3から楔状部材
を取り除いた状態を示す。図2からもわかるように各画
素は所定の間隙14を挟んでマトリクス状に配置されて
いるが楔状部材11は間隙14に設置される。よって、
楔状部材11はメタルバスライン8、陰極隔壁6aに対
向する位置に配置されることとなる。
【0023】次に図5を用いて上述のように構成された
楔状部材11の作用について説明する。図5は透過光の
臨界角の原理を示す図である。すなわち、楔状部材11
は頂角がφの角度を有する二等辺三角形の断面を有し、
有機発光層の一画素を囲むように画素間に配置され、有
機発光層の一画素に対応する発光部31の発光面の一発
光点を通り発光面に垂直な軸とθ0 の角度をなすように
放射された光は楔状部材11の壁面で反射され、発光部
31の発光面に垂直な軸、すなわちガラス基板1に垂直
な軸に対しθ1 の角度でガラス基板1と空気の境界面へ
進行する。これはガラス基板1と空気の境界面への入射
角がθ1 ということである。このθ1は、図5から明ら
かなようにθ1 +φ/2=θ0 −φ/2からθ1 =θ0
−φの関係を持つ。
【0024】従ってガラス基板1と空気の境界面への入
射角θ1 は発光部31からの放射角θ0 よりもφだけ小
さくすることができ、楔状部材11がない場合のガラス
基板1と空気の場合の臨界角よりも実質的にφだけ大き
な放射角で発光された光まで大気中に放射することが可
能となる。
【0025】なお、光量は楔状部材11で反射されるこ
とによっても若干損失するため、発光部から臨界角より
小さな角度で放射される光は、極力楔状部材11で反射
させずに直接境界面に到達させるようにした方が良い。
【0026】楔状部材11の高さ及び底辺の幅は、発光
部の面積、形状等様々な条件に応じて適宜変更すること
で、全体として最も光の取り出し効率の良い条件を選択
することができる。
【0027】次に、このような楔状部材を形成する方法
について説明する。その一方法は、ガラス基板1をバイ
トにより削り、所望の溝を形成する。次にエッチングに
より溝を整形した後、反射壁となる金属の楔状部材11
を蒸着により形成する。また、ガラス基板1の代わりに
樹脂による成形溝を有する成形樹脂基板を用い、金属を
蒸着して楔状部材11とすることもできる。
【0028】次に、本発明による有機EL素子を用いた
場合の大気中への放射光量を、従来の有機EL素子との
比としてシミュレーションした結果を図6に示し、その
場合の画素及び楔状部材の寸法条件を図7に示す。図6
では楔状部材の高さを変化させた場合の全体光量を、従
来構造の有機EL素子(楔状部材がない場合)の全体光
量に対する比として求めた。
【0029】図6において、記号aで示した曲線は楔状
部材11の底面幅を30μmとした場合の楔状部材11
の高さと光量比の関係である。また、記号bで示した曲
線は楔状部材11の底面幅を20μmとした場合の楔状
部材11の高さと光量比の関係である。図6からわかる
ように、いずれの底辺幅に対しても楔状部材の高さが2
0μmでは約30%の光量増となり、楔状部材11の高
さが30μm〜100μmでは幅の狭い20μmの方が
30μmの方よりも光量増加が大きく、概ね50%を越
える光量増加が見込めることが分かる。
【0030】なお図7に示すように、シミュレーション
モデルの寸法は、一画素が75×135(μm)の長方
形であり、画素の周囲には楔状部材11を設置するスペ
ースとして幅30(μm)の間隙が設けられている。
【0031】以上の説明では、楔状部材の形状を二等辺
三角形の断面を有するものとして説明したが、この形状
に限らず、断面形状が台形の反射部材や、反射面が曲
面、球面の反射部材等、本発明の主旨を逸脱しない範囲
で様々な形状が選択できることはいうまでもない。な
お、楔状部材の反射壁の形状を変更するとディスプレイ
の視覚特性も変化するので、楔状部材11の形状を適宜
選択することにより、所望の視覚特性を得ることが可能
である。
【0032】次に、角度変換手段である金属反射壁の楔
状部材に代わってガラス基板等の透明基板より屈折率が
小さな透明部材を楔状部材とすることによっても光量増
加を図ることができる。その場合の例を図8に示す。図
8において、楔状部材41をガラス基板よりも屈折率が
小さい部材で構成することにより、ガラス基板1から楔
状部材41へ光が入射するとその入射角が臨界角よりも
大きい図8のbで示す光路のように大気中へ放射され
る。図8のaで示す光路はガラス基板を介して直接大気
中に放射される場合を示す。
【0033】図8のcで示す光路は、その一部は図8の
bの場合と同様にガラス基板と楔状部材41の境界面で
反射され、残りの部分は図8のdで示すようにガラス基
板から楔状部材41へ進入する際に屈折され、さらに楔
状部材41からもう一度ガラス基板に進入する際に屈折
され、最後にガラス基板から大気中に進入する際に屈折
される。屈折の程度は、楔状部材41とガラス基板の屈
折率に依存するが、その進行方向はガラス基板1と楔状
部材41の境界面の傾斜角度により変化する。
【0034】なお、以上説明した角度変換手段である楔
状部材は、その底面の一部を導電性の部材とすることに
よって隣接する層である透明導電膜の陽極のバスライン
として用いることも可能である。すなわち、図1に示し
たように、メタルバスライン8は陽極2の透明導電膜の
画素間上に陰極6と直交して金属薄膜の蒸着等により形
成されているのが一般的であるが、メタルバスライン8
はガラス基板1と陽極2の間に設けても動作及び性能的
に問題を生じない。従って楔状部材の底面の一部を導電
性としたり、導電膜を形成させることで陽極バスライン
として用いることができる。
【0035】以上、有機EL素子の発光ディスプレイ装
置において角度変換手段を用いた場合について説明した
が、無機EL素子を用いたディスプレイ装置等、発光部
が透明基板に密着固定され発光部から出射された光を透
明基板を通じて外部に放射する形態のディスプレイ装置
であれば本発明が利用可能であることはもちろんであ
り、また、楔状部材も金属以外の材質でも構成でき、形
状も前述したように楔状以外でも利用可能である。
【0036】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
透明基板内に角度変換手段を設けたことにより、透明基
板と外部との境界面で反射されて透明基板外へ放射され
なくなる光を少なくすることができるから、従来装置に
比べ発光された光の取り出し効率を向上させることがで
きる。
【0037】また、角度変換手段の変換特性を適宜選択
することにより、透明基板から放射される光の角度変換
特性、すなわち視覚特性を選択することができるので、
一つの発光層から様々な視覚特性を得ることが可能とな
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明における有機EL素子の構造を示す図で
ある。
【図2】本発明における有機EL素子のマトリクス構造
を示す図である。
【図3】本発明における有機EL素子の楔状部材の部分
斜視図である。
【図4】図3の楔状部材に対向する側の斜視図である。
【図5】透過光の臨界角の原理を示す図である。
【図6】本発明における有機EL素子の楔状部材の高さ
による放射光量の関係を示すグラフである。
【図7】図6のグラフの寸法条件を示す図である。
【図8】本発明における他の実施の形態の有機EL素子
の構造を示す図である。
【図9】従来における有機EL素子の構造を示す図であ
る。
【図10】従来における有機EL素子の構造を示す斜視
図である。
【図11】従来における有機EL素子の放射光の原理を
示す図である。
【符号の説明】
1,91・・・・ガラス基板 2・・・・陽極(ITO透明導電膜) 3・・・・有機正孔輸送層 4・・・・有機発光層 5・・・・有機電子輸送層 6・・・・陰極 6a・・・陰極隔壁 7・・・・電源 8・・・・メタルバスライン 9・・・・絶縁膜 11,41・・・・楔状部材 12・・・・一画素透明導電膜 13・・・・陽極接続線 14・・・・間隙 21・・・・有機層 31・・・・発光部

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 発光層を含む薄膜層が透明基板に密着固
    定されるとともに該発光層から出射された光が該透明基
    板を通じて外部に放射されるディスプレイ装置におい
    て、 前記透明基板内に前記発光層から出射された光の出射角
    度を変換して外部に放射する角度変換手段を設けたこと
    を特徴とするディスプレイ装置。
  2. 【請求項2】 前記角度変換手段は前記発光層から出射
    された光のうち前記透明基板の外部との境界面に対して
    臨界角よりも大きい角度で出射された光の角度を該臨界
    角よりも小さい角度に変換するものであることを特徴と
    する請求項1に記載のディスプレイ装置。
  3. 【請求項3】 前記角度変換手段は前記透明基板の外部
    との境界面に対して臨界角よりも大きい角度をもって前
    記発光層から出射された光の角度を前記臨界角よりも小
    さい角度に変換して、変換された光を前記境界面に入射
    させることを特徴とする請求項1に記載のディスプレイ
    装置。
  4. 【請求項4】 前記角度変換手段は前記発光層から出射
    された光を反射する反射部材からなることを特徴とする
    請求項1ないしは請求項3に記載のディスプレイ装置。
  5. 【請求項5】 前記発光層は矩形状に形成されるととも
    にそれぞれ所定の間隙をおいてマトリクス状に配置され
    ており、前記反射部材は断面が楔状に形成されるととも
    に前記間隙と対向する位置に設置されることを特徴とす
    る請求項4に記載のディスプレイ装置。
  6. 【請求項6】 前記角度変換手段は前記透明基板とは屈
    折率の異なる透明部材で構成され前記透明基板を経て入
    射された光を屈折させることでその角度を変換するもの
    であることを特徴とする請求項1ないしは請求項3に記
    載のディスプレイ装置。
  7. 【請求項7】 前記発光層は矩形状に形成されるととも
    にそれぞれ所定の間隙をおいてマトリクス状に配置され
    ており、前記透明部材は断面が楔状に形成されるととも
    に前記間隙と対向する位置に設置されることを特徴とす
    る請求項6に記載のディスプレイ装置。
  8. 【請求項8】 前記発光層は有機化合物からなることを
    特徴とする請求項1ないしは7に記載のディスプレイ装
    置。
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