专利名称：发光器件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种发光器件，特别涉及使用电致发光(EL)器件作为光源的发光器件。
背景技术：
使用电致发光(EL)面板作为背光显示的液晶显示器件通常是公知的。EL面板包括由按阳极、电致发光层(EL层)和反射阴极的顺序形成在基板上的叠层形成的电致发光器件。阳极由像具有半透明性的氧化锡铟(ITO)那样的材料形成。当将电施加到EL器件时，光从基板一侧射出。为了有效地使用从EL器件发出的光，必须使从EL器件进入基板的光线从与面向EL器件的表面相对的一侧(发光表面)有效地射出。然而，由于从EL器件发出的光线沿不同的方向传播，所以入射在基板上的光的角度也不同。因此，有大量的光线从基板的侧表面射出，或者直接没有从发光表面射出或者经过在发光表面上的全反射之后接着在基板内导射。因此，从EL层发射的大部分光线浪费在传统的EL面板中。
在进行全彩模式显示的情况下，存在通过红(R)、绿(G)和蓝(B)三色滤色器从EL层射出的白光中显示所希望的颜色的显示器件。
对于发光材料，在传统的发白光的器件中需要使用对应于三基色红(R)、绿(G)和蓝(B)或对应于补色例如蓝/黄或蓝绿/橙的不同材料。因此，传统的发光器件的缺点在于色彩平衡容易随时间而退化改变。为了解决该问题，日本特许公开专利申请2001-284049公开了一种用光转换膜形成的发光器件，该光转换膜包括邻位金属化合成物、透明电极、有机发光层和半透明基板上的相对电极。日本特许公开专利申请2001-284049公开了用于发光器件的发绿光器件、发红光器件和发白光器件。该出版物还公开了也能使用具有光学微共振腔(微腔)的有机发光器件。
当采用微腔时，能够增强具有特定波长的光，并改善具有该波长的光的方向。光的方向调节微腔的厚度。由于能够降低在与基板界面处反射的光或在基板内反射的光，所以具有该方向性的光有效地从发光表面射出。
然而，当通过使用微腔和色彩转换膜的结合来组成发白光器件时，在出版物中所公开的结构中很难提高光提取效率。
换句话说，在微腔中增强并提供了方向性的光在通过出版物中所公开的结构中的基板之前，进行了色彩转换。因为在色彩转换期间光的散射是不可避免的，所以方向性退化。结果，与不进行光转换的情况相比，光的提取效率降低。
发明内容
考虑到上述问题设计了本发明。本发明的目的是提供一种能够通过使用发射单色光的电致发光器件使器件发白光而提高电致发光器件的光提取效率的发光器件。
为了实现上述目的，本发明的实施例提供了具有设置在基板上的电致发光器件、光学共振结构和荧光层的发光器件。基板具有入射表面和与入射表面相对的发光表面。电致发光器件形成在基板的入射表面一侧上，用于发射具有不大于490nm波长的峰值的光。光学共振结构形成在基板侧的入射表面一侧上，用于增强从电致发光器件发出的光中具有共振波长的光。荧光层形成在基板的发光表面一侧上，用于将从基板发出的光转换为白光。
通过参照目前优选实施例的如下描述和附图可以极好地理解本发明及其目的和优点，其中图1(a)示意性地显示了根据本发明的第一实施例的结构；图1(b)说明图1(a)的结构的工作；图2(a)示意性地显示了根据本发明的第二实施例的结构；图2(b)说明图2(a)的结构的工作；图3(a)和3(b)显示其他实施例的局部视图；图4显示另一实施例的局部视图；以及图5显示又一个实施例的局部视图。
具体实施例方式
参照图1(a)和1(b)，下面描述应用于使用有机电致发光器件的底部发射型发光器件的本发明的第一实施例。图1(a)示意性地显示发光器件并且图1(b)是用于说明器件工作的局部放大视图。
电致发光器件发射具有不大于490nm的波长峰值的蓝光到紫外光。通过光学共振结构的作用，增强了处于共振波长的从电致发光器件发出的光强度，也改善了光的方向性。然后，光进入基板。在穿过设置在基板的发光表面一侧上的荧光层的传输过程中，将光转换为白光，并射出发光器件。因此，发光器件是能够通过发射单色光的电致发光器件发射白光的底部发射型，并提高电致发光器件中的光提取效率。
发光器件11在基板12的发光表面12a一侧上具有有机电致发光器件13和用于增强光的共振波长的光学共振结构的微腔结构14。器件11在发光表面12b一侧上包括将从基板12射出的光转换为白光的荧光层15。
基板12由相对于具有不大于490nm波长的光具有半透明性的材料(例如玻璃板)形成。在第一实施例中，微腔结构14形成在基板12的入射表面12a上，有机电致发光器件13形成在微腔结构14上。
微腔结构14包括以此顺序形成在基板12上的半反射镜16、缓冲层17和半反射镜18。半反射镜16和18由金属(例如铝)形成为范围介于5nm与30nm之间的厚度，因此相对于光具有半透明性。缓冲层17由半透明材料形成并具有对应于光程长度的厚度，为λ/(2n)的整数倍。在该公式中，λ表示共振波长。波长采用比从有机电致发光器件13发出的光的峰值波长更短的规定范围(例如30nm)。在公式中，n表示形成缓冲层的材料的折射率。
将有机EL器件13形成为按第一电极19、有机EL层20和第二电极21的顺序形成在微腔结构14之上的叠层。在第一实施例中，第一电极19形成阳极，第二电极21形成阴极。
第一电极19包括在已知的有机EL器件中用作透明电极的任何材料，例如氧化铟锡(ITO)或氧化铟锌(IZO)。第二电极21包括金属(例如，铝)并具有光反射特性。形成具有光反射特性的电极的材料不局限于铝，也可使用其它金属，例如铬。然而，注意在使用铬的情况下的反射率比使用铝的情况低。
有机EL层20由发射具有不大于490nm的峰值波长的蓝光至紫外光并用于已知的有机EL器件的材料形成。能够由任何已知方法将该层制造成已知结构。在第一实施例中，通过在第一电极19上按空穴注入层、空穴传输层和发射层的顺序堆叠三层形成有机EL层20。将由作为基质的4，4-二(2，2-二苯基-乙烯-1-基)-联二苯(DPVBi)和作为掺杂剂的4，4’-二(9-乙基-3-咔唑1，2亚乙烯基(carbazovinylene))-1，1’-联二苯(BCzVBi)组成的作为掺杂发射体的发射层形成为30nm厚的膜。BCzVBi相对于DPVBi按重量的5.0％包含在膜中。空穴注入层包括酞花青铜(CuPc)并在第一实施例中形成为具有10nm厚度的层。将空穴传输层形成为包括在端基苯基的甲基位置(metha-position)具有甲基的三苯胺四聚物(TPTE)的10nm厚的膜。
有机EL器件13用钝化膜(图中未示出)覆盖，所以有机EL层20不与环境大气接触。形成钝化膜以覆盖半反射镜16、缓冲层17、半反射镜18、第一电极19、有机EL层20和第二电极21的侧边以及与面对有机EL层20的第二电极21的表面相对的第二电极21的表面。钝化膜由阻止湿气渗透的任何材料，例如氮化硅和氧化硅形成。
荧光层15起将射出基板12的光转换为白光的作用。荧光层15的材料包括例如YAG(钇铝石榴石)的荧光材料。
其次提供如上所述的发光器件11的工作。例如，发光器件11可以在液晶显示器件中用作背光。
当对发光器件11通电时，将直流电压施加在第一电极19和第二电极21之间，从而使得有机EL层20发蓝光。如图1(b)中所示，从有机EL层20发出的光线包括直接从第一电极19透射出并向微腔结构14传送的光线以及在第二电极处被反射、射向第一电极19并随后移向微腔结构14的光线。
由于将半反射镜16和18之间的距离设定为λ/(2n)的整数倍，其中共振波长是λ，所以进入微腔结构14的蓝光在如图1(b)中所示的半反射镜16和18之间共振。增强了处于共振波长λ的蓝光强度。在增强与发光表面12b垂直的方向上的方向性之后，通过穿过荧光层15，光从发光表面12b射出。在穿过荧光层15的传输过程中，蓝光转换成白光，以便从发光器件11射出白光。
在液晶显示器件中，转换从发光器件11射出的白光，并通过提供在液晶显示板中的红(R)、绿(G)和蓝(B)三色滤色器按希望的颜色显示。
在第一实施例中，发光器件11具有发射具有不大于490nm波长的峰值的光的电致发光器件，并且增强共振波长的光的微腔结构14在透明基板12的入射表面12a一侧上。器件11具有荧光层15，其转换从基板12的发光表面12b一侧射出的光。因此，从EL射出的单色光能够穿过基板，而没有在荧光层15中被散射，所以可以改善EL器件的光提取效率。由于在荧光层15处将穿过基板的光转换为白光，所以能够从单色光获得白光。
因为EL器件是有机EL器件13，所以与使用无机EL器件的情况相比，在第一实施例中可以抑制用于发光的必需电压。而且，更容易地获得用于发射具有不大于490nm峰值波长的光(蓝光或紫外光)的电致发光材料。
在第一实施例中，微腔结构14被设置使其比有机EL器件13更接近于基板12，所以有机EL器件13能够以与基板相对的方向反射从有机EL层20发出的光。因此，与将有机EL器件13设置在微腔结构14与基板12之间的结构相比，从有机EL器件13射出的光能够更有效地从发光表面12b射出。
由于在第一实施例中，微腔结构14独立于有机EL器件13设置，因此更容易将微腔结构14的光程设置为任何希望的数值。
能够将第一实施例的微腔结构14形成为简单的结构，在该简单的结构中，微腔结构14由半反射镜16和18以及缓冲层17形成，其中将缓冲层17的厚度调整为预定光程。
下面描述图2中所示的第二实施侧。该结构不同于第一实施例，因为将发光器件形成为从有机EL器件13射出的光朝向与基板相对的方向射出的顶部发射型器件。而且，第二实施例区别于第一实施例之处在于有机EL器件13形成微腔结构14来代替独立地提供有机EL器件13和微腔结构14。而且在第二实施例中，电致发光器件发射具有不大于490nm的峰值波长的蓝光到紫外光。
增强了从电致发光器件发出的处于共振波长的光强度，也增强了光的方向性。然后光朝向基板的相对侧射出。在经过电致发光器件和经过设置在光学共振结构的外侧上的荧光层的传输过程中，将光转换为白光，并射出发光器件。因此，该发光器件是顶部发射型。该器件能够通过单色光电致发光器件发出白光。在电致发光器件中提高了光的提取效率。
下面将更详细地描述第二实施例。给发光器件11在基板12的一侧上提供发射具有不大于490nm的波长峰值的光的有机EL器件13。有机EL器件13由按第二电极21、有机EL层20和第一电极19的顺序形成在基板12上的叠层形成。有机EL层20和第二电极21由与相对于第一实施例描述的材料类似的材料形成。第一电极19由厚度范围为5nm至30nm的金属形成以提供光学半透明性从而形成半反射镜，来替代由用于透明电极的材料(例如ITO)形成半反射镜。将有机EL层20形成为具有对应于λ/(2n)的整数倍的光程的厚度。即，有机EL器件13本身形成增强共振波长的光的微腔结构14。
有机EL器件13由钝化膜(图中未示出)覆盖，以避免有机EL层20暴露于环境大气。通过插入钝化膜将荧光层15堆叠在第一电极19之上。
在第二实施例的发光器件11中，当对器件通电时，直流电压被施加在第一电极19与第二电极21之间，所以有机EL层20发蓝光。将有机EL层20插入在形成为半反射镜的第一电极19与具有λ/(2n)的整数倍厚度的光反射第二电极21之间。因此从有机EL层20发出的光在如图2(b)中所示的第一电极19与第二电极21之间共振。然后增强具有共振波长λ的蓝光强度。在增强与荧光层15垂直的方向上的光的方向性之后，光经过荧光层15射出。在经过荧光层15的传输过程中，蓝光转换成白光，所以发光器件11发白光。
在第二实施例中，将荧光层15设置在EL器件和微腔结构14的外侧上，所以在通过微腔结构14增强共振波长的强度之后，光可以被色彩转换成白色。因此，第二实施例的发光器件11能够通过使用从顶部发射结构发射单色光的EL器件发白光。在该结构中，光在基板的相对侧射出。也提高了光的提取效率。
由于EL器件(有机EL器件13)本身形成微腔结构14，所以能够共用至少一部分光学共振结构和一部分电致发光器件。因此，该结构比独立于有机EL器件设置微腔结构14的情况简单。与独立地形成有机EL器件和微腔结构相比，也可以将整个器件形成得更薄。
由于发光器件11是朝向基板的相对侧发射光的顶部发射型，所以从有机EL器件13发出的光不经过基板12传输。因此，不会由于经过基板12的传输过程中的吸收造成发出的光量降低。
基板12不需要具有半透明性。因此，可以从更广的材料范围中选择基板12的材料。
在不脱离本发明的精神或范围的前提下，本发明可以实现为多种其它的具体形式，这对本领域的技术人员是显而易见的。特别地，应当理解本发明可以以下面的形式实施。
能够将有机EL器件13形成作为微腔结构14的一部分，来代替形成本身也起微腔结构14作用的有机EL器件13。例如在如图3(a)所示的底部发射型发光器件11中，能够省去半反射镜18，并能够将第一电极19形成为半反射镜。在该结构中，从有机EL层20发出的光在半反射镜16与第一电极19之间共振，以增强处于共振波长λ的光的方向性和强度。然后光在穿过基板12和荧光层15之后射出器件。与第一实施例的情况相比，通过省去半反射镜18能够将发光器件11形成得更薄。
在底部发射型发光器件11中，能够将图3(a)中所示的第一电极19形成为透明电极来代替将其形成为半反射镜，并将总厚度，即缓冲层17、第一电极19和有机EL层20的光程设定为λ/(2n)的整数倍。在这种情况下，从有机EL层20发出的光在半反射镜16与光反射第二电极21之间共振，以增强处于共振波长λ的光强度和与发光表面12b垂直的方向中的光的方向性。然后光在穿过基板12和荧光层15之后射出器件。
如第二实施例中所述，底部发射型发光器件11可以被形成为通过有机EL器件13本身起到微腔结构14的作用。即，在入射表面12a上形成有机EL器件13，并由具有半透明性和介于5nm与30nm之间厚度的金属将第一电极19形成为半反射镜，来代替由用于透明电极的材料(例如ITO)形成电极。将有机EL层20形成适当的厚度，即，对应于λ/(2n)的整数倍的光程长度。第二电极21包括光反射金属。用钝化膜(图中未示出)覆盖有机EL器件13，以避免有机EL层20暴露于环境大气。在该结构中，从有机EL层20发出的光在形成为半反射镜的第一电极19与光反射第二电极21之间共振，以增强共振波长λ处的强度和朝向与发光表面12b垂直的方向的方向性。然后光经过基板12和荧光层15射出器件。在这种情况下，与第一实施例相比，发光器件11能够形成得更薄，不仅由于半反射镜18的厚度，而且由于第一实施例的半反射镜16和有机EL层20的总厚度。发光器件的结构也可以更简单。
微腔结构14由有机EL器件13和设置在第一电极19与基板12之间的绝缘体反射镜的组合形成。绝缘体反射镜由例如TiO2层和SiO2层的交替叠层形成。
与底部发射型相似，也能形成顶部发射型发光器件11，用以独立地提供有机EL器件13和微腔结构14，或将一部分微腔结构14与一部分有机EL器件13共用。例如，如图4中所示，从基板12依次设置发射具有不大于490nm峰值波长的光的有机EL器件13和增强共振波长的微腔。在邻接基板12的一侧上设置具有光反射特性的第二电极21。省去微腔结构14的半反射镜18，并将与微腔结构14的缓冲层17相对设置的第一电极19形成为半反射镜。在该结构中，从有机EL层20发出的光在半反射镜16与第二电极21之间共振。光的强度和方向性在共振波长λ处增强，然后，光经过荧光层15射出。
也能够省去微腔结构14的半反射镜18并形成由如图5中所示的由透明电极形成的第一电极19，以在半反射镜16与第二电极21之间提供共振。
在底部发射型发光器件11中独立地提供有机EL器件13和微腔结构14的情况下，能够在基板12与微腔结构14之间形成有机EL器件13。然而，如已在第一实施例中所述，当在基板12与有机EL器件13之间形成微腔结构14时，从有机EL器件13发出的光能够更有效地从发光表面12b射出。
将半反射镜16和18之间的光程设定在λ/(4n)的奇数倍而不是限制到λ/(2n)的整数倍。此外，在有机EL器件13本身形成微腔结构14或有机EL器件13形成一部分微腔结构14的情况下，也可以以λ/(4n)的奇数倍形成第一电极19和第二电极21之间的距离、半反射镜16和第一电极19之间的距离或半反射镜16和第二电极21之间的距离。
没有将发射蓝光的发射层局限于由作为基质的DPVBi和作为掺杂剂的BCzVBi组成的掺杂发射体。其它的实例是芳基乙炔基苯衍生物，这里芳基团是芴、具有基于1m3m5-二唑啉的氧化吡咯(oxydiazol)配合基或二萘嵌苯的铍合成物。也能够使用三(邻-三联苯-4-基)胺或三(间-三联苯-4-基)胺作为空穴传输发射层，并且在其上堆叠5，5’-三(3-甲基苯基苯氨基)三苯基胺的电子迁移发射层。
第一电极19可以是阴极，第二电极21可以是阳极。在这种情况下，也将有机EL层20的结构改变为对应于该结构。例如，能够将有机EL层20形成为包括从第一电极19以电子注入层、发射层和空穴注入层的顺序形成的三层结构，或形成为包括从第一电极19以电子注入层、电子传输层、发射层、空穴传输层和空穴注入层的顺序形成的五层结构。
有机EL层20可以由发射层形成的单层形成，或由发射层和选自空穴注入层、空穴传输层、空穴注入传输层、空穴阻挡层、电子注入层、电子传输层和电子阻挡层中的一层的叠层形成。
发光器件11的应用不限于背光。它也能用作其它照明器件或显示器件的光源。
无机EL器件也能用作EL器件，来代替使用有机EL器件13。然而，因为与无机EL器件相比，在有机EL器件13中发光期间施加的电压较低，所以优选有机EL器件13。
能够使用包括树脂或柔性透明树脂基板的透明基板作为基板12来代替玻璃基板。与使用玻璃基板的器件相比，当使用树脂时，减轻了重量。
因此，将这些实例和实施例视为说明性的而不是限制性的，并且本发明不局限于这里给出的细节，而是可以在所附的权利要求的范围和等效内修改。
权利要求
1.一种发光器件，包括具有入射表面和与入射表面相对的发光表面的基板，用于发射具有不大于490nm波长的峰值的光的电致发光器件，用于增强在从电致发光器件发出的光中具有共振波长的光的光学共振结构，和用于将从基板发出的光转换为白光的荧光层，其特征在于所述电致发光器件形成在基板的入射表面一侧上，所述光学共振结构形成在基板侧的入射表面一侧上，以及所述荧光层形成在基板的发光表面一侧上。
2.根据权利要求1的发光器件，其特征在于电致发光器件形成光学共振结构。
3.根据权利要求1的发光器件，其特征在于电致发光器件是有机电致发光器件。
4.根据权利要求1的发光器件，其特征在于光学共振结构包括一对半反射镜和缓冲层，以及具有共振波长的光在该对半反射镜之间共振。
5.根据权利要求4的发光器件，其特征在于以λ/(2n)的整数倍设定半反射镜之间的距离，其中λ表示共振波长，n表示形成缓冲层的材料的折射率。
6.根据权利要求4的发光器件，其特征在于以λ/(4n)的奇数倍设定半反射镜之间的距离，其中λ表示共振波长，n表示形成缓冲层的材料的折射率。
7.根据权利要求4的发光器件，其特征在于电致发光器件具有第一电极、第二电极和插入在第一和第二电极之间的电致发光层，第二电极具有光反射特性。
8.根据权利要求7的发光器件，其特征在于第一电极起光学共振结构的一对半反射镜之一的作用。
9.根据权利要求1和3至8的任一项的发光器件，其特征在于光学共振结构形成在基板和电致发光器件之间。
10.一种发光器件，包括基板，形成在基板的一侧上、用于发射具有不大于490nm波长的峰值的光的电致发光器件，形成在基板的所述一侧上、用于增强在从电致发光器件发射的光中具有共振波长的光的光学共振结构，以及形成在基板的所述一侧上、用于将从基板射出的光转换为白光的荧光层，其特征在于光学共振结构设置在基板和荧光层之间。
11.根据权利要求10的发光器件，其特征在于电致发光器件形成光学共振结构。
12.根据权利要求10的发光器件，其特征在于电致发光器件是有机电致发光器件。
13.根据权利要求10的发光器件，其特征在于光学共振结构具有一对半反射镜和缓冲层，其中具有共振波长的光在该对半反射镜之间共振。
14.根据权利要求13的发光器件，其特征在于以λ/(2n)的整数倍设定半反射镜之间的距离，其中λ表示共振波长，n表示形成缓冲层的材料的折射率。
15.根据权利要求13的发光器件，其特征在于以λ/(4n)的奇数倍设定半反射镜之间的距离，其中λ表示共振波长，n表示形成缓冲层的材料的折射率。
16.根据权利要求15的发光器件，其特征在于电致发光器件具有第一电极、第二电极和插入在第一和第二电极之间的电致发光层，第二电极具有光反射特性。
17.根据权利要求16的发光器件，其特征在于第一电极起光学共振结构的一对半反射镜之一的作用。
18.根据权利要求10和12至17的任一项的发光器件，其特征在于光学共振结构形成在基板和电致发光器件之间。
全文摘要
一种发光器件，具有电致发光器件、光学共振结构和设置在基板之上的荧光层。基板具有入射表面和与入射表面相对的发光表面。电致发光器件形成在基板的入射表面一侧上，用于发射具有不大于490nm波长的峰值的光。光学共振结构形成在基板侧的入射表面一侧上，用于增强在从电致发光器件发出的光中具有共振波长的光。荧光层形成在基板的发光表面一侧上，用于将从基板射出的光转换为白光。
文档编号H05B33/12GK1592521SQ20041007513
公开日2005年3月9日 申请日期2004年8月31日 优先权日2003年9月2日
发明者内海彻哉 申请人:株式会社丰田自动织机