CN100367498C - 发光器件 - Google Patents

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Abstract

一种发光器件，将多个具有一对电极和配置在前述电极间的发光层的发光元件配设在基材上，其特征为前述发光元件的发光面位于相对于前述基材的立起方向上，通过前述发光元件形成为带状、矩形状、圆筒状、柱状或多孔状，可以飞跃地增大发光元件的表面积，降低每单位面积的电流量，即使在高亮度用途，也能提供长寿命的光源。

Description

发光器件
技术领域
本发明涉及在液晶等的显示器件用的背照明，室内照明等的照明，或电视等的显示器件内用的发光器件。
背景技术
近年来，关于以有机材料作为发光材料的有机发光元件已发表了众多的研究报告。例如，有应用·物理·通讯，第51卷，913页，1987年，等。有机发光元件具有所谓面发光的特征，尤其在最近开始报告超过40lm/W的高效率的有机发光元件。例如在平成12年度应用物理学会春季年会(31a-H-3)等。以这些研究作为基础，越来越高地期待应用传统上没有的面发光体的照明装置或显示器。
传统的光源由于是用灯丝的电灯泡和利用放电现象的灯等的球状或棒状的形态，在作为照明器具用时可以分成两类，设置反射罩的直接照明，该反射罩主要对向上方射出的光进行反射，传送到下方，和设置抛物形反射器用于使光漫射，使晃眼光变得柔和的间接照明。一方面，场致发光(EL)屏具有所谓面发光的特征，通过用它可以期待作为新的照明的发展，作为显示用光源的应用。
EL屏可以区分为无机EL元件和有机EL元件，而作为有机EL元件的特征其优点是可以在比无机EL元件低的电压下驱动、实现高效率发光。此外，因为在与发光二极管(LED)比较时其效率也毫不逊色，制作容易，可以期待作为未来的光源。
然而，有机EL元件有所谓在高亮度用途时寿命短的缺点。这是由于如果在效率这一点而言，与80lm/W以上的高效率发光的荧光灯比较，较差，与其在高亮度用途下，不如不得已在加负荷的状态下使用。
这样，即使采用传统的平面构造那样用有机EL元件，作为可承受高亮度用途的光源，存在所谓寿命不够的问题。
一方面，为了增加从有机EL元件的发光面得到的光束，可以采取增加表面积的方法。此外，如果增加有机EL元件的表面积，则也改善了光的取出效率。为了增加表面积，例如，具有图7所示的发光元件70那样使基板71的表面形成凹凸的方法，或使阳极72制作成凹凸图形的方法，在其上连续形成发光层73、阴极74。此外，也有如图8所示使平面状或凹凸状的发光元件81，82，83叠层，形成叠层型发光元件80的方法。
发明内容
可是，在这些传统的方法，有机EL元件的表面积限于传统的表面积的2-3倍程度，存在所谓不能飞跃地增加表面积的问题。
本发明的目的是为了解决前述传统的问题而作的，通过飞跃地增大发光元件的表面积，来降低每单位面积的电流，即使在高亮度的用途也可以提供长寿命的光源。
为了达到前述目的，本发明的发光器件在基材上设置多个具有一对电极和在前述电极间配置的发光层的发光元件的发光器件，其特征在于前述发光元件的发光面位于相对于前述基材的立起方向。
本发明的发光器件可以使前述发光元件形成为带状。
本发明的发光器件可以使前述发光元件形成矩形状。
本发明的发光器件可以使前述发光元件形成筒状或圆柱状。
本发明的发光器件可以使前述发光元件形成多孔状。
本发明的发光器件可采用层叠多个发光元件而构成的叠层型发光元件。
本发明的发光器件的前述发光元件的发光层也可以由有机材料形成。
本发明的发光器件的前述发光元件的发光层也可以包含具有不同发光色的多个有机材料。
本发明的发光器件的前述有机材料也可以分散分布。
本发明的发光器件的前述有机材料也可以按每种发光色分别呈岛状配置。
本发明的发光器件的前述发光元件的发光层也可以是由多层形成，各层也可以是由具有不同发光色的有机材料构成的层。
本发明的发光器件也可以在前述发光元件的发光层上叠置空穴运输层。
本发明的发光器件也可以在前述发光元件的发光层上叠置电子运输层。
此外，本发明的发光器件的特征为，包含将具有一对电极和配置在前述电极间的发光层的发光元件层叠10-500个而构成的叠层型发光元件。
附图说明
图1是使用了带状发光元件的本发明发光器件的外观图。
图2是使用了矩形状发光元件的本发明发光器件的外观图。
图3是使用了筒状发光元件的本发明发光器件的外观图。
图4是卷绕带状发光元件作为多重结构的本发明发光器件的外观图。
图5是大卷绕带状发光元件作为多重结构的本发明发光器件的外观图。
图6是把带状发光元件重叠起来作为多重结构的本发明发光器件的外观图。
图7是用凹凸状发光膜的传统发光元件的剖面图。
图8是用叠层型的传统的发光元件的剖面图。
图9是示出发光元件的电流-亮度特性的图。
图10是示出发光元件的电流-亮度效率特性的图。
具体实施方式
以下，说明本发明的实施形态。
本发明的发光器件把具有一对电极和配置在前述电极间的发光层的发光元件多个配设在基材上，前述发光元件的发光面位于相对于前述基材立起的方向上。由此，可以飞跃地增大发光元件的表面积，可以提高照度。在这里，发光元件的发光面的立起方向可以相对于基材面呈约5-90°的角度。
具体讲，把发光元件作成例如带状、矩状、筒状、圆柱状、多孔状等，也可以使发光元件的发光面在相对于基材立起的方向上多个配设。也可以使带状发光元件形成卷绕、重叠等的多重结构加以配设。此外，通过使配设发光元件的基材部分作为反射材料，可以更加提高照度。
一方面，发光元件表面积的扩张引起用于点亮的电流的增大。因此，在高亮度用途，用平面构造的发光元件有必要多量的电流。一般，发光元件的电流-亮度特性，如图9所示，相对于在高亮度区域3倍的电流消耗，产生3L-L′的亮度损失。可是，根据本发明，因为可以飞跃地增加发光面积，所以可以增加光束，可以降低每单位面积的发光元件的电流量。如果把图9的图改画成亮度和亮度对电流的变化率，即亮度和电流效率，则如图10所示。
正如图10所示，高亮度发光时的电流效率的降低显著。而且通过在亮度对电流的变化率高的低亮度区，增加有效输出的发光元件的表面积，可以进一步提高发光元件的发光效率，并且，可以得到高的照度。如果用驱动电流来考虑，这是以比在发光元件内可以流过的最大电流值还小的电流值下驱动发光元件。具体讲，大体希望在最大电流值的50％以下。如果在40％或30％以下则更佳。这样，即使在低亮度且低耗电下本发明的发光器件也可以提供高照度。
所谓最大电流值也可以考虑为在发光元件的电流·电压特性上增加电压时电流不增加的电压区域的电流值。图10所示的发光特性的图是一例，而如果一般亮度无限趋近于零，则电流效率表示最大值。所谓本实施形态所述的亮度对电流的变化率的最大值指的是在1cd/m2时的电流效率，在对该值为大于1/3的低亮度区域进行有效输出。一般，发光元件的寿命与发光亮度成反比，通过利用低亮度区域，也发现发光元件的长寿命化。
作为在本发明中用的发光元件，可以用通常一般构成的发光元件。因此，除了阳极/空穴运输层/发光层/阴极(DH-A构成)之外，也可以用阳极/发光层/电子运输层/阴极(SH-B构成)，阳极/发光层/阴极(单层构成)等。此外也可以使各发光元件多个层叠形成一只叠层型发光元件。
在上述发光元件内用的基板也可以是可以支承上述基本构成的叠层薄膜的，这些基本构成均在基板上叠层。从与基板对置一侧取出光时在材质、形态等没有特别限制。从基板侧取出光时可以用透明或半透明的材料，以便取出在上述各层内产生的发光，用康宁1737等玻璃或聚酯，其它树脂膜等。
发光元件通过至少一方的电极作成透明或半透明，使取出面发光成为可能。通常在作为空穴注入电极的阳极上多用ITO(氧化铟锡)膜。此外，氧化锡，Ni，Au，Pt，Pd等也能作为阳极用。在ITO膜形成时为了提高其透明性或降低其电阻率，采用溅射，电子束蒸发、离子镀等成膜方法。膜厚由根据需要的片电阻值和可见光透过率决定，而由于在发光元件上驱动电流密度较高，所以为了降低片电阻值，多用大于100nm的厚度。作为电子注入电极的阴极多用Tang等提出的MgAg合金或AlLi合金等功函数低的、电子注入壁垒低的金属，和功函数大的稳定金属的合金，此外，使功函数低的金属在有机层侧成膜，为了保护该低功函数金属，也可以使功函数大的金属厚厚层叠，可以用Li/Al，LiF/Al一类叠层电极。在作为前述叠层型发光元件的情况下，有必要使两方的电极作成透明或半透明的。这时的阴极除了上述ITO膜之外，可以用氧化锡、Ni、Au、Pt、Pd、MgAg合金、AgPdCu合金等的薄膜。在发光材料是有机材料的情况下，由于担心有机层受损伤，最好设置2锂酞花青等的酞菁电介质或(匹拉噻博)电介质与碱金属的混合层等。在这些阴极的形成时最好用蒸发法或溅射法。
作为构成空穴运输层的材料最好具有三苯基胺作为基本骨架的电介质。例如，可列举四苯基联苯胺化合物，三苯胺3量体，三苯胺4量体，联苯胺2量体。此外，三苯基胺电介质或MTPD(N，N′-联苯-N，N′-2(3-甲苯)-1，1′-联苯-4，4′-二胺也可以。尤其是最好用三苯基胺4量体。
作为构成电子运输层的材料最好用3(8-羟基喹啉)铝(以下，称为Alq)。作为其它例子，可以列举3(4-甲基-8-喹啉)铝等金属络合物，3-(2′-苯并噻唑基)-7-二乙氨基邻吡喃酮等。电子运输层的厚度最好取10-1000nm。
作为构成本发明中用的发光层材料，除了上述的Alq或其电介质之外，可以用4，4′-2(2，2-二苯基乙烯)二苯基，四苯基卟吩等的低分子材料，聚(P-苯乙烯)，聚二苯并茂(聚芴)等的高分子材料。此外，为了改善发光效率或改变发光颜色，也可以用激光色素等发光材料作为添加剂，也可以用3(2-苯吡啶)铱，2，3，7，8，12，13，17，18-八乙基卟啉铂(II)等的磷光发光性重金属络合物。为了改善空穴运输能或电子运输能，也可以使上述空穴运输材料或电子运输材料混合存在。也可以用无机荧光体等，在高分子矩阵中分散等涂布形成。发光层也可以只是发出红、兰、绿、黄等各色的单一材料，也可以在同一层上包含多个材料，取出混合色。此外，如例如CRT等的显示件那样，也可以使同一层岛状地分离，配置每种发光色。也可以使每种各自的发光色分离、叠层，使从各自的层来的发光色重合的叠层构成。
希望对上述的空穴运输层、电子运输层、发光层的各层形成无定形状态均质的膜，最好通过真空蒸发法成膜。通过在真空中连续地形成各层，通过防止在各层间附着杂质，可以谋求所谓工作电压降低、高效率化、长寿命化的特性改善。在通过真空蒸发法形成这些各层时，在一层包含多个化合物时，最好对进入化合物的舟皿个别地控制温度实现共蒸发，也可以对预先混合的进行蒸发。作为其它的成膜方法也可以用溶液涂布法，朗缪尔-布洛杰特(LB)法等。也可以用溶液涂布法使各化合物在聚合物等的矩阵物质中分散构成。
作为在本发明配设上述发光元件的基材可以用丙烯，氯化乙烯，聚丙烯，聚碳酸脂等的热可塑性树脂，密胺，酚醛树脂等的热固化树脂，玻璃或不锈钢等的金属材料等。
通过制成包含将具有一对电极和在前述电极间配置发光体的发光元件层叠10-500个形成的叠层型发光元件的发光器件，可以飞跃地增大发光元件的表面积，降低每单位面积的电流量，即使在高亮度用途中也可以提供长寿命的光源。
本实施形态的发光器件通过用上述高效率的发光元件，作为面发光的新光源可以创造出新的照明空间。此外，即使在液晶显示等的显示器件内也可以用作白色光源或单色光源等的背照明光。即使在电视等的显示中也可以应用。
其次根据具体的实施例进一步详细地说明本发明。
(实施例1)
在纵1m，横1m，厚度0.3mm的聚碳醇脂的基板上，作为透明阳极形ITO成膜后，作为发光层涂布80nm厚度的聚(P-苯乙烯)，作为电子注入阴极蒸发10nm厚度的Ca，接着作为阴极蒸发100nm厚度的A1，制成发光膜。对该发光膜切成纵5cm，横30cm的带状，制成带状发光元件。其次，如图1所示，把该带状发光元件10的纵向插入到具有金属反射面的纵30cm，横25cm的丙烯树脂制的基材11的沟状夹具上固定，制成本发明的发光器件12。这时，配设带状发光元件的发光面，使其位于相对于前述基材的垂直方向。此外，各带状元件的配置间隔取5mm，配置枚数取50枚。
本发光器件的发光效率为15lm/W，作为面光源发光，可以实现比单一发光元件的发光效率高约1.5倍的高效率化。这是通过在本发明用的发光元件的端面发光的影响实现的。此外，与作为光源的区域面积(基材的面积)为750cm2相对，发光元件发光面的总面积为7500cm2，可以谋求10倍的面积增加。由此，即使令各发光元件的发光亮度为1/10，也可以获得所希望的照度。
由于作为有机发光元件的特性，越在低亮度侧，电流效率(cd/A)越高，所以本发光器件也有长寿命化的效果。即，在令离1m的法线照度为1001x时的本发明器件的寿命为12000小时，约为纵30cm，横25cm的面发光元件在获得同一照度时的约13倍寿命。
在所谓部分照明，间接照明的用途，正如本实施例所示，发光器件可以作成从10cm量级的大小到1m量级的大小。根据本发明可以采取复盖例如所谓壁面、天花板面那样大面积的形态。即使10m量级也可以制成。这时的带状发光元件的长轴方向的长度可以符合安装的基材大小，任意设定，通过波班状、卷绕状等的安装形态，可以确保足够的长度。在短轴方向的长度最好采取达到基材大小的20％的程度。
(实施例2)
在纵30cm，横40cm，厚度0.5mm的玻璃基板上，在作为阳极ITO成膜后，形成由N，N′-2(4′-二苯基氨-4-2苯基)-N，N′-2苯基联苯胺构成的50nm厚度的空穴运输层，接着，作为发光层以4，4′-2(咔唑-9-偶酰)-2苯和3(2-苯吡啶)铱按95∶5的质量比蒸发厚度30nm，作为阻塞层蒸发10nm厚的(2苯-4-金酸盐)2(2-甲基-8-羟基喹啉)铝。接着形成由厚度1nm的Li和厚度100nm的A1构成的叠层阴极，制成矩形状发光元件。对该发光板切成纵0.8cm，横1.2cm的矩形状，制成矩形状发光板。其次，如图2所示，把该矩形状发光元件20的短轴方向插入在具有金属及射面的纵3cm，横4cm的丙烯树脂制的基材21的沟状夹具上固定，制成本发明的发光器件22。这时，配设矩形状发光元件的发光面，使其便位于相对于前述基材的垂直方向。此外，各矩形发光元件取短轴方向的间隔为2mm，发光侧的间隔为10mm，配置成3列，配置枚数为63枚。
本发光器件的发光效率为30lm/W，作为面光源与发光的单一发光元件的发光效率相比，可以实现6倍高的高效率化。这是由于受本发明用的发光元件的端面发光的影响。此外，与作为光源的区域面积(基材的面积为12cm2相对，发光元件的发光面的总面积为60.5cm2，可以谋求约5倍的面积增加。由此，即使取各发光元件的发光亮度为1/5，也可以得到所希望的照度。
因为作为有机发光元件的特性，越在低亮度侧，电流效率(cd/A)越高，所以本发明器件也有长寿命化的效果。即在取离1m的法线照度为1001x时的本发光器件的寿命为15000小时，为纵3cm，横4cm的面发光元件得到相同照度时的约为6倍的寿命。
本实施例对小型发光光源适用，然而，也可以用作与实施例1同样大小的照明用途。在任何一种情况下，最好对矩形的长轴方向取到基材大小的20％程度。
(实施列3)
在内径2mm，长度50cm，厚度0.2mm的细管状的聚碳酸脂上作为透明阳极ITO成膜后，在低噻吩的涂液中浸渍，通过浸渍涂覆，形成发光层，干燥后作为透明阴极形成由厚度10nm的MgAg合金(Mg和Ag的质量比为10∶1)和厚度100nm的ITO构成的叠层电极，接着作为保护膜，对厚度1μm的SiN成膜，制成发光管。对该发光管切成1cm长度的筒状，制成筒状发光元件。其次，如图3所示，对该筒状发光元件插入到设置在具有金属反射面的纵3cm，横3cm的不锈钢制基材31上的圆柱状突起的夹具上，固定，制成本发明的发光器件32。各筒状发光元件以5mm间距配置成7列，配置数取49个。
本发光器件的发光效率为8lm/W，作为面光源可以实现比发光的单一发光元件的发光效率高1.5倍的高效率化。这是由于在本发明用的发光元件的端面发光的影响。此外，与作为光源的区域面积(基材的面积)为9cm2相对，发光元件的发光面的总面积为36.9cm2，可以谋求约4倍的面积增加。由此，即使各发光元件的发光亮度取作1/4，也可以得到所希望的照度。
作为有机发光元件的特性，由于越在低亮度侧，电流效率(cd/A)越高，所以本发明器件也有长寿命化的效果。即，在取离1m的法线照度为1001x时的本发光器件的寿命为8000小时，为在纵3cm，横3cm的面发光元件得到相同照度时的约为4倍寿命。
在本实施例使用管状的聚碳酸脂，然而也可以使用柱状的。其材质也可以是玻璃，也可以是金属。在金属的情况下其自身也可以作电极用。
(实施例4)
用聚碳酸脂成型加工成1mm间隔，形成半径2mm圆状、深度1.5cm的孔的多孔状基板。在具有该多孔状基板的孔的面上蒸发厚度200nm的AL，接着蒸发厚度1nm的Li作为阴极。接着作为电子运输层蒸发40nm厚度的3(8-喹啉)铝，作为阻塞层蒸发10nm厚度的(2苯-4-金酸盐)2(2-甲基-羟基喹啉)铝。作为发光层以4，4′-2(咔唑-9-偶酰)-2苯和3(2-苯吡啶)铱按95∶5的质量比蒸着30nm的厚度，形成由N，N′-2(4′-2苯基氨-4-2苯基)-N，N′-2苯基联苯胺构成的50nm厚度的空穴运输层。接着作为透明阳极ITO成膜后，作为保护膜，厚度1μm的SiN成膜，最后用环烯聚合物充填孔状基板的孔，制成具有多孔状发光元件的发光板。把该发光板切成纵6cm，横6cm的方形，制成本发明的发光器件。
本发光器件的发光效率为22lm/W，与作为光源的区域面积(多孔状基板面积)为36cm2相对，本发光器件的发光面的总面积为171.6cm，可以谋求约4.8倍的面积增加。由此与用平面基板时相比，即使取发光亮度为1/5，也可以得到所希望的照度。
作为有机发光元件的特性，由于越在低亮度侧，电流效率(cd/A)越高，所以本发光器件即使对长寿命化效果也大。即，在取离1m的法线照度为1001x时的本发光器件的寿命为8500小时，为在纵6cm，横6cm的平面发光元件得到相同照度时的约为4倍寿命。
(其它实施例)
图4是对实施例1制作的带状发光元件40卷绕，形成为多重构造，把该带状发光元件40配设在基材41上，作成本发明的发光器件42。
图5是对实施例1制作的带状发光元件50卷绕，形成为多重构造，把该带状发光元件50配设在基材51上，作成本发明的发光器件52。
图6是实施例1制作的带状发光元件60多个重叠，形成为多重构造，把该带状发光元件60配设在基材61上，作成本发明的发光器件62。
正如以上说明所示，本发明的发光器件把多个具有一对电极和配置在前述电极间的发光层的发光元件配设在基材上，通过把前述发光元件的发光面位于相对于前述基材的立起方向上，增大发光元件的表面积，降低单位面积的电流量，即使在高亮度用途也可以提供长寿命的光源。

Claims (13)

1.一种发光器件，将多个具有一对电极和配置在所述电极间的发光层的发光元件配设在基材上，其特征在于，所述发光元件的发光面位于相对于所述基材的立起方向上。
2.根据权利要求1所述的发光器件，其特征是，所述发光元件形成为带状。
3.根据权利要求1所述的发光器件，其特征是，所述发光元件形成为矩形状。
4.根据权利要求1所述的发光器件，其特征是，所述发光元件形成为圆筒状或柱状。
5.根据权利要求1所述的发光器件，其特征是，所述发光元件形成为多孔状。
6.根据权利要求1所述的发光器件，其特征是，所述发光元件是将各发光元件多个层叠而构成的叠层型发光元件。
7.根据权利要求1所述的发光器件，其特征是，所述发光元件的发光层由有机材料构成。
8.根据权利要求1所述的发光器件，其特征是，所述发光元件的发光层包含具有不同发光色的多个有机材料。
9.根据权利要求7所述的发光器件，其特征是，使所述有机材料分散。
10.根据权利要求8所述的发光器件，其特征是，所述有机材料按每个发光色分别呈岛状配置。
11.根据权利要求1所述的发光器件，其特征是，所述发光元件的发光层由多层构成，各个层是由具有不同发光色的有机材料构成的层。
12.根据权利要求1所述的发光器件，其特征是，在所述发光元件的发光层上叠置空穴运输层。
13.根据权利要求1所述的发光器件，其特征是，在所述发光元件的发光层上叠置电子运输层。
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