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技術 電界発光素子

出願人 大日本印刷株式会社
発明者 森陽一
出願日 2000年10月30日 (20年1ヶ月経過) 出願番号 2000-330424
公開日 2002年5月10日 (18年7ヶ月経過) 公開番号 2002-134267
状態 特許登録済
技術分野 ホログラフィ 電場発光光源(EL) エレクトロルミネッセンス光源
主要キーワード 二層積層体 二重記録 体積型ホログラム層 ビーム拡大 二光束干渉法 二光束 多層積層 角度選択性
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この項目の情報は公開日時点(2002年5月10日)のものです。
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図面 (7)

課題

電界発光素子において発光層から発光する光が界面で全反射して外部に取り出せない部分をホログラムを利用して取り出し可能にすること。

解決手段

一方が透明である2つの電極2、5間に電圧印加したときにその2つの電極間の発光層4中の発光点7から発光する電界発光素子において、透明電極2の外側に界面に臨界角以上で入射する発光成分9を臨界角より小さい角度で入射する光に変換する体積型ホログラム層10’を配置した電界発光素子。

概要

背景

有機電界発光素子有機EL素子)は、図6に代表的な構成を示すように、透明基板1上にITO等の透明電極2が形成され、その上にホール注入層3、発光層4の順に積層され、発光層4の上にカソード電極5が形成されてなる。この透明電極2とカソード電極5の間に電源6から電圧印加し、ホール注入層3とカソード電極5からホール電子注入し、それらが発光層4中で再結合して活性子を作り、このエネルギーが発光層4中の蛍光体励起することで発光点7から発光を行うものである。通常、有機EL素子では、発光点7からの発光光が透明基板1を通して外部に放射され、これが観察者の眼に入って初めて表示として認識される。

概要

電界発光素子において発光層から発光する光が界面で全反射して外部に取り出せない部分をホログラムを利用して取り出し可能にすること。

一方が透明である2つの電極2、5間に電圧を印加したときにその2つの電極間の発光層4中の発光点7から発光する電界発光素子において、透明電極2の外側に界面に臨界角以上で入射する発光成分9を臨界角より小さい角度で入射する光に変換する体積型ホログラム層10’を配置した電界発光素子。

目的

本発明は従来技術のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、電界発光素子において発光層から発光する光が界面で全反射して外部に取り出せない部分をホログラムを利用して取り出し可能にすることにより外部発光効率を高め明るい表示を可能にすることである。

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
5件

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請求項1

少なくとも一方が透明である2つの電極間電圧印加したときにその2つの電極間の発光層中発光点から発光する電界発光素子において、透明電極の外側に界面に臨界角以上で入射する発光成分を臨界角より小さい角度で入射する光に変換する体積型ホログラム層を配置したことを特徴とする電界発光素子。

請求項2

前記体積型ホログラム層が透過型ホログラムからなることを特徴とする請求項1記載の電界発光素子。

請求項3

前記体積型ホログラム層は多層積層ホログラムあるいは多重記録ホログラムからなることを特徴とする請求項2記載の電界発光素子。

請求項4

前記体積型ホログラム層は2層積層ホログラムからなり、各層に2つの体積型ホログラム二重記録され、2層のホログラム層干渉縞が相互に交差するように配置されていることを特徴とする請求項2記載の電界発光素子。

請求項5

少なくとも一方が透明である2つの電極間に、電荷注入層発光層を有する有機電界発光素子であり、基板と透明電極の間に前記体積型ホログラム層が配置されていることを特徴とする請求項1から4の何れか1項記載の電界発光素子。

請求項6

両方が透明である2つの電極間に、電荷注入層と発光層を有する有機電界発光素子であり、前記発光層の裏面に設けられた透明電極の裏面側に体積型ホログラム層が配置され、前記体積型ホログラム層の透明電極と反対側に反射層が設けられていることを特徴とする請求項1記載の電界発光素子。

請求項7

前記体積型ホログラム層が反射型ホログラムからなることを特徴とする請求項1記載の電界発光素子。

請求項8

前記体積型ホログラム層は多層積層ホログラムあるいは多重記録ホログラムからなることを特徴とする請求項7記載の電界発光素子。

請求項9

前記体積型ホログラム層は2層積層ホログラムからなり、各層に2つの体積型ホログラムが二重記録され、2層のホログラム層の干渉縞が相互に交差するように配置されていることを特徴とする請求項2記載の電界発光素子。

技術分野

0001

本発明は、電界発光素子に関し、特に、外部発光効率が高く明るいディスプレイ装置用の薄膜型有機電界発光素子等に関するものである。

背景技術

0002

有機電界発光素子(有機EL素子)は、図6に代表的な構成を示すように、透明基板1上にITO等の透明電極2が形成され、その上にホール注入層3、発光層4の順に積層され、発光層4の上にカソード電極5が形成されてなる。この透明電極2とカソード電極5の間に電源6から電圧印加し、ホール注入層3とカソード電極5からホール電子注入し、それらが発光層4中で再結合して活性子を作り、このエネルギーが発光層4中の蛍光体励起することで発光点7から発光を行うものである。通常、有機EL素子では、発光点7からの発光光が透明基板1を通して外部に放射され、これが観察者の眼に入って初めて表示として認識される。

発明が解決しようとする課題

0003

しかしながら、発光層4の中で発生する光は方向性を持たず、発光点7から等方的に均一に光が放出されるため、発光で得られた光の中、実際に透明基板1を通り抜けられる光は、図6に示すように、透明基板1表面に対して臨界角以下の角度で発光した光8のみであり、臨界角を超える光9は透明基板1の表面で全反射してしまい、透明基板1の端面からしか外に出ることが出来ず、有効に使われない。発光層4から透明基板1と反対の裏面側に放射された光も、背面のカソード電極5で反射され、同じように透明基板1の臨界角以内の角度の光のみが外に向かって放射される。

0004

有機EL素子の光の取り出し効率凡そ20%でしかなく、有機EL素子における外部発光効率を制限している最大の要因となっている。

0005

本発明は従来技術のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、電界発光素子において発光層から発光する光が界面で全反射して外部に取り出せない部分をホログラムを利用して取り出し可能にすることにより外部発光効率を高め明るい表示を可能にすることである。

課題を解決するための手段

0006

上記目的を達成する本発明の電界発光素子は、少なくとも一方が透明である2つの電極間に電圧を印加したときにその2つの電極間の発光層中の発光点から発光する電界発光素子において、透明電極の外側に界面に臨界角以上で入射する発光成分を臨界角より小さい角度で入射する光に変換する体積型ホログラム層を配置したことを特徴とするものである。

0007

この場合、体積型ホログラム層が透過型ホログラムからなることができる。

0008

その場合に、体積型ホログラム層は多層積層ホログラムあるいは多重記録ホログラムからなることが望ましい。

0009

また、体積型ホログラム層は2層積層ホログラムからなり、各層に2つの体積型ホログラム二重記録され、2層のホログラム層干渉縞が相互に交差するように配置されていることが望ましい。

0010

また、少なくとも一方が透明である2つの電極間に、電荷注入層と発光層を有する有機電界発光素子であり、基板と透明電極の間にその体積型ホログラム層が配置されているものとすることができる。

0011

また、両方が透明である2つの電極間に、電荷注入層と発光層を有する有機電界発光素子であり、発光層の裏面に設けられた透明電極の裏面側に体積型ホログラム層が配置され、その前記体積型ホログラム層の透明電極と反対側に反射層が設けられている構成とすることもできる。

0012

この場合に、体積型ホログラム層は反射型ホログラムからなることが望ましい。

0013

そして、その体積型ホログラム層は多層積層ホログラムあるいは多重記録ホログラムからなるか、2層積層ホログラムからなり、各層に2つの体積型ホログラムが二重記録され、2層のホログラム層の干渉縞が相互に交差するように配置されていることが望ましい。

0014

本発明においては、透明電極の外側に界面に臨界角以上で入射する発光成分を臨界角より小さい角度で入射する光に変換する体積型ホログラム層を配置したので、本来は界面に臨界角以上の角度で入射して全反射されるために外部に取り出すことができない発光成分を取り出せるようになり、電界発光素子の外部発光効率を大幅に高めることができ、明るい表示等が可能になる。

発明を実施するための最良の形態

0015

本発明の基本原理は、電界発光素子の表示側の透明層の界面に対して臨界角以上の角度で放射される光を有効に利用するために、透明電極の射出側に、その光を臨界角より小さい角度の光に変換する体積型ホログラム層を設けて、外部取り出し割合を高めて外部発光効率を高めることである。

0016

体積ホログラムは、よく知られているように、フォトポリマー等の体積ホログラム感光材料中に屈折率差を持った干渉縞が記録されてなるホログラムで、入射光を選択的に回折する機能を有しており、回折効率波長選択性角度選択性が比較的高いものである。

0017

そこで、図1に示すように、発光点7から図の右側に透明基板1表面に対して臨界角を超える角度で放射される光9をその臨界角より小さい角度方向に回折する体積型ホログラム層10を透明電極2と透明基板1の間に設けて、その光9を体積型ホログラム層10で回折させて外部に取り出せるようにする。体積型ホログラム層10は上記のように回折効率の角度選択性が高いので、臨界角以下の角度で発光した光8は体積型ホログラム層10では回折されずに、従来の場合と同様(図6)に外部に取り出せる。したがって、図1の右側に臨界角を超える角度で放射され体積型ホログラム層10で回折された光9の分、外部発光効率が高くなる。

0018

なお、図1は、図6と同様、有機EL素子の場合で、透明基板1上の体積型ホログラム層10の上にITO等の透明電極2が形成され、その上にホール注入層3、発光層4の順に積層され、発光層4の上にカソード電極5が形成されてなり、透明電極2とカソード電極5の間に電源6が接続され、電源6から電圧を印加可能にして、ホール注入層3とカソード電極5からホールと電子を注入し、それらが発光層4中で再結合して活性子を作り、このエネルギーが発光層4中の蛍光体を励起することで発光点7から発光を行うものである。

0019

ところで、図1の場合、発光点7から図の左側に透明基板1表面に対して臨界角を超える角度で放射される光9’については、体積型ホログラム層10の回折効率の角度選択性により回折されない。そこで、図2に示すように、このような光9’も光9と同様に回折する二重記録体積型ホログラム層10’を透明電極2と透明基板1の間に設けることが望ましい。この二重記録体積型ホログラム層10’は、図1の体積型ホログラム層10の干渉縞と同じ干渉縞と、その干渉縞をホログラム層の法線周りで180°回転した干渉縞とを二重に記録してなるもので、一方の干渉縞で光9、他方の干渉縞で光9’を回折する作用を持ち、臨界角以下の角度の光8は何れの干渉縞でも回折せずに透過するものである。あるいは、体積型ホログラム層10’として、図1の体積型ホログラム層10を2層重ね合わせたものであってもよい。ただし、その場合は、他方の体積型ホログラム層10を一方の体積型ホログラム層10のホログラム層の法線の周りで180°回転して重ね合わせて構成する。このように、二重記録あるいは二層積層体積型ホログラム層10’を用いることにより、図2の左右に臨界角を超える角度で放射され体積型ホログラム層10で回折された光9の分、外部発光効率がより高くなる。

0020

以上は、図2の面の左右に透明基板1表面に対して臨界角を超える角度で放射される光9、9’を外部に取り出せるようにする例であったが、図2の面の表裏側にもその臨界角を超える角度で放射される光成分が存在する。その光成分も同様に回折させて外部に取り出せるようにするには、図3に示すように、図2の体積型ホログラム層10’と同様の体積型ホログラム層10”をホログラム層の法線の周りで相対的に90°回転して重ね合わせて、お互いの干渉縞が相互に直交する方向にしておけば、軸(法線)の周りの全ての方向に臨界角を超える角度で放射される光を外部に取り出せるようになる。

0021

なお、以上の図1図3の実施例においては、体積型ホログラム層10、10’、10”は何れも透明基板1と透明電極2の間に配置したが、透明基板1の表面側(透明電極2と反対側)に配置しても同様の効果が得られる。ただし、発光層4とホログラム層の間の間隔が大きくなると、ホログラム層で回折されない光8と回折された光9、9’の間の視差が大きくなり、表示が見難くなったり、解像力が低下するので、体積型ホログラム層10、10’、10”は可能な限り透明電極2に近接して配置するのが望ましい。

0022

ところで、以上のような体積型ホログラム層10、10’の作製方法撮影方法)の1例を図4の配置図を用いて説明する。レーザ20から出た光はハーフミラー21で2つの光束に分割され、ハーフミラー21で反射された光は、ビーム拡大系23でビーム径が拡大されて、プリズム24を介して、体積型ホログラム層10、10’による回折光の方向に進む物体光25として、透明基板1の裏面に設けられたフォトポリマーのような体積型ホログラム感光材料11に入射させられ、ハーフミラー22を透過した光は、ミラー22、22’を経てビーム拡大系23’でビーム径が拡大されて、プリズム24を介して、光9の方向に進む参照光26として体積型ホログラム感光材料11に入射させられ、この二光束25、26が体積型ホログラム感光材料11で干渉することにより体積型ホログラム層10が撮影される。その後、感光材料11の法線nの周りで90°回転して同様に別の干渉縞を二重記録することにより、体積型ホログラム層10’が作製される。

0023

発光層4中の発光点7からの発光は、前記したように、等方的に放出される。そのため、図5に示すように、発光点7から発光された光の中には、裏面のカソード電極5’側に放射される光18、19、19’も存在する。その中の裏面正面方向に進む成分18は、裏面で正反射された場合に、成分8と同様に、透明基板1表面に対して臨界角以下の角度となる。これに対して、裏面の斜め方向に進む成分19、19’は、裏面で正反射された場合に、成分9、9’と同様に、透明基板1表面に対して臨界角以上の角度となる。

0024

そこで、裏面のカソード電極5’も透明電極とし、カソード電極5’の裏面側に反射型の体積型ホログラム層12、12’を配置し、そのさらに裏面側に反射層13を設ける。

0025

ここで、体積型ホログラム層12は、発光点7から図の左右に裏面で正反射されたときに透明基板1表面に対して臨界角を超える角度で放射される光19、19’を、反射側にその臨界角より小さい角度方向に回折する反射型の体積型ホログラム層であり、体積型ホログラム層10’と同様に、二重記録体積型ホログラム層あるいは二層積層体積型ホログラム層からなるもので、裏面で正反射されたときに臨界角以下の角度の光18は回折せずに透過するものである。また、体積型ホログラム層12’は、体積型ホログラム層12と同様の反射型の体積型ホログラム層をホログラム層の法線の周りで相対的に90°回転してなるもので、図5の面の表裏に裏面で正反射されたときに透明基板1表面に対して臨界角を超える角度で放射される光を、反射側にその臨界角より小さい角度方向に回折する反射型の体積型ホログラム層である。

0026

したがって、発光点7から裏面側に全ての方向に上記の臨界角を超える角度で放射される光19、19’は、体積型ホログラム層12と12’により表面側に臨界角より小さい角度方向に回折されて外部に取り出されると共に、裏面正面方向に臨界角より小さい角度で放射される光18は、体積型ホログラム層12と12’を透過し、その裏面の反射層13で正反射され、透明基板1表面に臨界角以下の角度で入射し、外部に取り出され、高い外部発光効率で表示等に利用される。

0027

なお、このような反射型の体積型ホログラム層12、12’を作製するには、例えば図4のような二光束干渉法によって撮影できるが、反射型の場合は、物体光25と参照光26を体積型ホログラム感光材料11の相互に反対側から入射させる必要がある。

0028

以上において、図3の場合は、発光層4の表面側前方へ臨界角を超える角度で放射される光を外部に取り出せるようにする構成であり、図5の場合は、発光層4の裏面側へ臨界角を超える角度で放射される光を外部に取り出せるようにする構成であるが、同時に両方の構成を備えるように構成することにより、より外部発光効率の高いものとすることができる。

0029

ところで、以上の実施例は有機EL素子を前提にして説明してきたが、本発明の体積型ホログラム層を適用できる電界発光素子としては、これに限定されず、無機EL素子にも適用できることはその原理から明らかであろう。

0030

以上、本発明の電界発光素子を原理と実施例に基づいて説明してきたが、本発明はこれら実施例等に限定されず種々の変形が可能である。

発明の効果

0031

以上の説明から明らかなように、本発明の電界発光素子によれば、透明電極の外側に界面に臨界角以上で入射する発光成分を臨界角より小さい角度で入射する光に変換する体積型ホログラム層を配置したので、本来は界面に臨界角以上の角度で入射して全反射されるために外部に取り出すことができない発光成分を取り出せるようになり、電界発光素子の外部発光効率を大幅に高めることができ、明るい表示等が可能になる。

図面の簡単な説明

0032

図1本発明の1実施例の有機電界発光素子の断面図である。
図2本発明の別の実施例の有機電界発光素子の断面図である。
図3本発明のさらに別の実施例の有機電界発光素子の断面図である。
図4図1図3の構成で用いる体積型ホログラム層の作製方法を説明するための配置図である。
図5本発明のもう1つの実施例の有機電界発光素子の断面図である。
図6有機電界発光素子の代表的な構成を示す断面図である。

--

0033

1…透明基板
2…透明電極
3…ホール注入層
4…発光層
5…カソード電極
5’…透明カソード電極
6…電源
7…発光点
8…臨界角以下の角度で発光した光
9,9’…臨界角を超える角度で発光した光
10、10’、10”…透過型の体積型ホログラム層
11…体積型ホログラム感光材料
12、12’…反射型の体積型ホログラム層
13…反射層
18…臨界角以下の角度で発光した光
19、19’…臨界角を超える角度で発光した光
20…レーザ
21…ハーフミラー
22、22’…ミラー
23、23’…ビーム拡大系
24…プリズム
25…物体光
26…参照光
n…法線

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