(57)【要約】【課題】有機発光層を備えた発光素子を含む発光デバイスにおいて、放熱特性を向上させる。【解決手段】有機ＥＬ素子２０の各発光部３４で発生した熱は、透明基板１０を介してヒートパイプ３０に伝達される。これにより、ヒートパイプ３０内の熱媒体は熱を吸収して気化する。気化した熱媒体は凝縮部へと移動し、放熱部材３２との間で熱交換を行う。熱を吸収した放熱部材３２は、その放熱作用により吸収した熱を外部に放出して冷却される。従って、この発光デバイスでは、有機ＥＬ素子の各発光部で発生した熱は、透明基板、ヒートパイプ及び放熱部材を介して外部に効率良く放出される。即ち、優れた放熱特性を実現できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に形成され、一対の電極と該電極間に挾持された有機発光層とを備えた発光素子と、
作動液として熱媒体が封入され、該熱媒体と前記発光素子との間で熱交換が行われるように、前記発光素子の周辺に配設された熱交換部材と、
前記熱交換部材の一部と接触して前記熱媒体との間で熱交換を行うと共に、吸収した熱を外部に放出する放熱部材と、
を含む発光デバイス。
【請求項２】
前記熱交換部材が前記基板内に埋設された請求項１に記載の発光デバイス。
【請求項３】
前記発光素子が基板側から発光光を取り出す構成の場合に、前記熱交換部材が前記発光光を遮らないように前記基板に埋設された請求項２に記載の発光デバイス。
【請求項４】
前記発光素子が熱伝導性材料で被覆されると共に、前記熱交換部材が前記熱伝導性材料中に埋設された請求項１に記載の発光デバイス。
【請求項５】
前記熱交換部材がヒートパイプである請求項１乃至４の何れか１項に記載の発光デバイス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光デバイスに関し、特に、有機発光層を備えた発光素子を含んで構成され、放熱特性に優れた発光デバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
蛍光性の有機物質を発光層に用いた有機発光素子は、有機ＥＬ（エレクトロ・ルミネッセンス）素子と称され、他の発光素子に比べて製造が容易であり、薄型かつ軽量の発光素子が構成できる等の利点により、従来、薄型ディスプレイ用素子として研究開発が進められてきた。近年では、発光輝度、発光効率、耐久性等の点でも発光ダイオード（ＬＥＤ）に匹敵する高性能の有機ＥＬ素子が得られていることから、感光材料を露光する露光ヘッドへの応用も検討されている。
【０００３】
しかしながら、有機ＥＬ素子は熱により劣化し、高輝度で発光させるほど有機ＥＬ素子自体の発熱による劣化が促進されて素子寿命を低下させる、という問題がある。
【０００４】
この問題を解決するために、例えば、有機ＥＬ素子を格納するシールド材にヒートパイプのような伝熱部材を取り付けることで、有機ＥＬ素子の放熱特性を向上させる技術が提案されている（特許文献１参照）。また、熱伝導率が高くて透明なサファイヤ基板を使用して、有機ＥＬ素子の放熱特性を向上させる技術が提案されている（特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−２１５９８２号公報
【特許文献２】
特開２００１−３５７９７１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、シールド材は有機ＥＬ素子に直接接触していないため、熱がシールド材に効率良く伝達せず、シールド材に伝熱部材を取り付けても、有機ＥＬ素子の放熱特性を顕著に向上させることはできない。
【０００７】
また、サファイヤ基板は高価で量産には適さない。その一方、基板側から光を取り出す一般的な有機ＥＬ素子では、熱伝導率が高くても金属のように不透明な材料を基板に使用することはできない。
【０００８】
本発明は、上記問題を解決すべく成されたものであり、本発明の目的は、有機発光層を備えた発光素子を含む発光デバイスにおいて、放熱特性を向上させることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、基板と、前記基板上に一対の電極と該電極間に挾持された有機発光層とが形成された発光素子と、作動液として熱媒体が封入され、該熱媒体と前記発光素子との間で熱交換が行われるように、前記発光素子の周辺に配設された熱交換部材と、前記熱交換部材の一部と接触して前記熱媒体との間で熱交換を行うと共に、吸収した熱を外部に放出する放熱部材と、を含んで構成されたことを特徴とする。
【００１０】
本発明の発光デバイスでは、前記発光素子の周辺に配設された熱交換部材が、その熱媒体と発光素子との間で熱交換を行う。放熱部材は、この熱交換部材の一部と接触し、熱媒体との間で熱交換を行うと共に、吸収した熱を外部に放出する。このように、熱交換部材が発光素子の周辺に配設されることで、熱媒体と発光素子との間での熱交換が容易になり、発光素子の発光により発生した熱を、放熱部材を介して外部に効率良く放出することができる。即ち、優れた放熱特性を実現できる。これにより、発光素子の熱劣化が抑制され、素子寿命が長くなる。また、発光素子の熱劣化が抑制されるので、限界発光輝度をより高くすることができる。
【００１１】
また、本発明の発光デバイスでは、作動液として熱媒体が封入された熱交換部材を用いている。この熱交換部材では、封入された熱媒体の移動により熱交換が行われるので、高い熱交換効率を得ることができる。このような熱交換部材としては、細長い封入管に水やアルコール等の熱媒体が封入されたヒートパイプを用いることができる。
【００１２】
上記の熱交換部材は、例えば、発光素子が設けられる基板内に埋設することができる。発光素子が基板側から発光光を取り出す構成の場合には、熱交換部材が発光光を遮らないように埋設することが好ましい。また、発光素子を熱伝導性材料で被覆すると共に、熱交換部材をこの熱伝導性材料中に埋設してもよい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
（第１の実施の形態）
第１の実施の形態に係る発光デバイスは、図１に示すように、ヒートパイプ３０が埋設された透明基板１０と、透明基板１０から外部に露出したヒートパイプ３０の一端が内部に挿入された放熱部材３２と、を備えている。なお、これら透明基板１０と放熱部材３２とは、図示しない保持部材により一体に保持されている。
【００１４】
透明基板１０上には、透明陽極２１、発光層を含む有機化合物層２２、金属陰極２３が順次蒸着により積層されて、複数の発光部を備えた有機ＥＬ素子２０が形成されている。この有機ＥＬ素子２０の透明陽極２１と金属陰極２３との間に所定電圧が印加されると、有機化合物層２２に含まれる発光層が発光し、発光光が透明陽極２１及び透明基板１０を介して取り出される。
【００１５】
例えば、図１では、ライン状にパターニングされた複数の透明陽極２１が基板長さ方向に沿って所定間隔で形成されると共に、透明陽極２１の各々と直交するように、ライン状にパターニングされた複数（図１では３本）の金属陰極２３が所定間隔で形成されている。透明陽極２１と金属陰極２３とが交差する部分の各々には発光部３４（斜線を付した部分）が設けられ、各発光部３４からそれぞれ独立に発光光を取り出すことができる。
【００１６】
有機ＥＬ素子２０は、図２に示すように、例えばステンレス製缶等の封止部材６０により覆われている。そして、封止部材６０の縁部と透明基板１０とが接着されて、乾燥窒素ガスで置換された空間内に有機ＥＬ素子２０が封止されている。なお、図１では、封止部材６０が省略されている。
【００１７】
ヒートパイプ３０は、図３に示すように、相互に隣り合う透明陽極２１の間の各々に埋設されている。基板長さ方向に沿って隣り合う発光部３４の間隔は１００μｍ程度であるが、発光光を遮らないように、ヒートパイプ３０は隣り合う発光部３４の略中間の位置に埋設されることが好ましい。また、同様の理由から、ヒートパイプ３０は、図２に示すように、各発光部の発光角の外側に配置するのが好ましい。発光光を遮らないようにヒートパイプ３０を配置することで、光の利用効率を低下させることなく、放熱することができる。
【００１８】
透明基板１０としては、通常のガラス基板の他にプラスチック基板を使用することができる。プラスチック基板としては、耐熱性、寸法安定性、耐溶剤性、電気絶縁性、加工性、低通気性、低吸湿性に優れていることが必要である。このような材料としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリエーテルスルホン、ポリアリレート、アリルジグリコールカーボネート、ポリイミド等が挙げられる。
【００１９】
ヒートパイプ３０は、細長い封入管に、作動液として、例えば水やアルコール等の熱媒体が封入されたものである。封入管には、銅、アルミニウム、ステンレス等の熱伝導性の高い金属材料が用いられる。このヒートパイプ３０では、以下のようにして受熱部と凝縮部との間で熱の伝達が行われる。まず、長さ方向に沿った一端側（受熱部）で熱を吸収することにより作動液が蒸発（気化）して、蒸気がより低温の他端側（凝縮部）へ移動する。次に、移動した蒸気は、冷却されることにより凝縮（液化）し、熱を放出する。そして、液化した熱媒体が、再度、受熱部へ移動する。なお、作動液には、水やアルコールに限定することなく、従来公知の種々の熱媒体を用いることができる。
【００２０】
放熱部材３２は、いわゆるヒートシンクであり、例えば、多数の放熱フィンを備えた金属板、ペルチェ素子等が用いられる。更にヒートシンクの上にファンを設けて、放熱効果を高めることもできる。また、冷却水を循環させて放熱する水冷装置も、放熱部材３２として用いることができる。
【００２１】
透明陽極２１は、４００ｎｍ〜７００ｎｍの可視光の波長領域において、少なくとも５０パーセント以上、好ましくは７０パーセント以上の光透過率を有するものが好ましい。透明陽極２１を構成するための材料としては、酸化錫、酸化錫インジウム（ＩＴＯ）、酸化亜鉛インジウムなどの透明電極材料として公知の化合物のほか、金や白金など仕事関数が大きい金属からなる薄膜を用いてもよい。また、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピロールまたはこれらの誘導体などの有機化合物でもよい。透明導電膜については、沢田豊監修「透明導電膜の新展開」シーエムシー刊（１９９９年）に詳細に記載されており、本発明に適用することができる。また、透明陽極２１は、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法などにより、透明基板１０上に形成することができる。
【００２２】
有機化合物層２２は、発光層のみからなる単層構造であってもよいし、発光層の外に、ホール注入層、ホール輸送層、電子注入層、電子輸送層等のその他の層を適宜有する積層構造であってもよい。有機化合物層２２の具体的な構成（電極を含む）としては、陽極／ホール注入層／ホール輸送層／発光層／電子輸送層／陰極、陽極／発光層／電子輸送層／陰極、陽極／ホール輸送層／発光層／電子輸送層／陰極などが挙げられる。また、発光層、ホール輸送層、ホール注入層、電子注入層を複数設けてもよい。
【００２３】
有機化合物層２２の各層は、透明電極２１側の層から低分子系の各有機材料を蒸着によって順次薄膜形成して積層させることで形成することができる。この際、蒸着マスクを用いることで、簡単にパターンニングすることができる。
【００２４】
金属陰極２３は、仕事関数の低いＬｉ、Ｋなどのアルカリ金属、Ｍｇ、Ｃａなどのアルカリ土類金属、及びこれらの金属とＡｇやＡｌなどとの合金や混合物等の金属材料から形成されるのが好ましい。陰極における保存安定性と電子注入性とを両立させるために、上記材料で形成した電極を仕事関数が大きく導電性の高いＡｇ、Ａｌ、Ａｕなどで更に被覆してもよい。なお、金属陰極２３も透明陽極２１と同様に、真空蒸着法、スパッタ法、イオンプレーティング法などの公知の方法で形成することができる。
【００２５】
次に、上記発光デバイスの放熱作用について説明する。この発光デバイスでは、有機ＥＬ素子２０を発光させると、各発光部３４で熱が発生し、発生した熱が透明基板１０に伝達される。ヒートパイプ３０の透明基板１０に埋設された部分は受熱部となっており、透明基板１０を介して各発光部３４で発生した熱を吸収する。これにより、ヒートパイプ３０内の熱媒体は熱を吸収して気化する。ヒートパイプ３０の放熱部材３２に挿入された部分は凝縮部となっており、気化した熱媒体は凝縮部へと移動する。この凝縮部では、熱媒体は放熱部材３２との間で熱交換を行う。即ち、熱媒体は放熱部材３２に熱を放出して液化する。熱を吸収した放熱部材３２は、その放熱作用により吸収した熱を外部に放出して冷却される。
【００２６】
以上説明した通り、本実施の形態に係る発光デバイスでは、有機ＥＬ素子の各発光部で発生した熱は、透明基板、ヒートパイプ及び放熱部材を介して外部に放出される。ヒートパイプでは、封入された熱媒体の移動により熱交換が行われるので、高い熱交換効率を得ることができる。また、ヒートパイプが有機ＥＬ素子が形成される透明基板の内部、即ち、有機ＥＬ素子の周辺に埋設されているので、ヒートパイプに封入された熱媒体と発光部との間での熱交換が容易になり、有機ＥＬ素子の発光により発生した熱を、放熱部材を介して外部に効率良く放出することができる。即ち、優れた放熱特性を実現できる。
【００２７】
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態に係る発光デバイスは、図４に示すように、ヒートパイプ３０の埋設位置を変更した以外は、第１の実施の形態と同様の構成であるため、同じ構成部分に付いては同一符号を付して説明を省略する。なお、図４には図示されていないが、この発光デバイスも、第１の実施の形態と同様に、ヒートパイプ３０の一端が内部に挿入された放熱部材３２を備えており、透明基板１０と放熱部材３２とが図示しない保持部材により一体に保持されている。
【００２８】
この発光デバイスでは、有機ＥＬ素子２０と封止部材６０との間の空間に、高い熱伝導性を備えた樹脂材料３６が充填されており、樹脂材料３６により有機ＥＬ素子２０が被覆されて封止されている。本実施の形態では、ヒートパイプ３０は、この樹脂材料３６内に埋設されている。高い熱伝導性を備えた樹脂材料３６としては、高密度ポリエチレンやエポキシ樹脂等を用いることができる。エポキシ樹脂としては、例えば、（１）樹脂内の非晶部分に秩序的構造が等方的に配置されることにより、熱伝導率が方向によらず一定、（２）非晶部分と結晶性構造とが共有結合で結ばれており、格子振動による熱伝導が容易、（３）耐熱性能が良く、低熱膨張性、低吸水性、高い高温弾性率特性を兼ね備えている等の特長を有するナノレベル制御型の高熱伝導エポキシ樹脂を挙げることができる。
【００２９】
次に、上記発光デバイスの放熱作用について説明する。このデバイスでは、有機ＥＬ素子２０の各発光部３４で発生した熱は、樹脂材料３６を介してヒートパイプ３０に伝達される。これにより、ヒートパイプ３０内の熱媒体は熱を吸収して気化する。気化した熱媒体は凝縮部へと移動し、放熱部材３２との間で熱交換を行う。熱を吸収した放熱部材３２は、その放熱作用により吸収した熱を外部に放出して冷却される。
【００３０】
以上説明した通り、本実施の形態に係る発光デバイスでは、有機ＥＬ素子の各発光部で発生した熱は、樹脂材料、ヒートパイプ及び放熱部材を介して外部に放出される。ヒートパイプでは、封入された熱媒体の移動により熱交換が行われるので、高い熱交換効率を得ることができる。また、ヒートパイプが有機ＥＬ素子を被覆している樹脂材料中に埋設されているので、ヒートパイプに封入された熱媒体と発光部との間での熱交換が容易になり、有機ＥＬ素子の発光により発生した熱を、放熱部材を介して外部に効率良く放出することができる。即ち、優れた放熱特性を実現できる。
【００３１】
また、ヒートパイプが、光取り出し側に設けられる透明基板とは反対の側に配置されるので、どのようなレイアウトで配置しても発光光を遮ることがなく、光の利用効率を低下させずに熱を放出することができる。例えば、ヒートパイプを、発光部の配列方向に対して斜めに配置してもよく、網目状又はジグザグに配置してもよい。
【００３２】
更に、ヒートパイプが、透明基板とは反対の側に配置されるので、径の大きなヒートパイプを用いることができ、より高い熱交換効率を得ることができる。
【００３３】
なお、第２の実施の形態では、有機ＥＬ素子と封止部材との間の空間を導電性の高い樹脂材料で充填したが、有機ＥＬ素子を他の絶縁性材料で被覆することで、一般に熱伝導性が高い金属等の導電性材料も充填材料として使用することができる。
【００３４】
（第３の実施の形態）
第３の実施の形態に係る発光デバイスは、基板とは反対側から発光光を取り出す構成である。この発光デバイスは、図５に示すように、ヒートパイプ３０が埋設された基板１０Ａを備えている。基板と反対側から発光光を取り出すため、基板１０Ａは透明である必要は無く、基板１０Ａには金属等の熱伝導性の高い材料を用いることができる。熱伝導性の高い金属材料としては、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、スチール等が挙げられる。
【００３５】
なお、図５には図示されていないが、この発光デバイスも、第１の実施の形態と同様に、ヒートパイプ３０の一端が内部に挿入された放熱部材３２を備えており、基板１０Ａと放熱部材３２とが図示しない保持部材により一体に保持されている。
【００３６】
基板１０Ａ上には、金属陰極２３、発光層を含む有機化合物層２２、透明陽極２１が順次蒸着により積層されて、複数の発光部を備えた有機ＥＬ素子２０Ａが形成されている。有機ＥＬ素子２０Ａは、透明な又は透明な窓を備えた封止部材６０Ａにより覆われている。そして、封止部材６０Ａの縁部と基板１０Ａとが接着されて、乾燥窒素ガスで置換された空間内に有機ＥＬ素子２０Ａが封止されている。
【００３７】
次に、上記発光デバイスの放熱作用について説明する。このデバイスでは、有機ＥＬ素子２０Ａの各発光部３４で発生した熱は、基板１０Ａを介してヒートパイプ３０に伝達される。これにより、ヒートパイプ３０内の熱媒体は熱を吸収して気化する。気化した熱媒体は凝縮部へと移動し、放熱部材３２との間で熱交換を行う。熱を吸収した放熱部材３２は、その放熱作用により吸収した熱を外部に放出して冷却される。
【００３８】
以上説明した通り、本実施の形態に係る発光デバイスでは、有機ＥＬ素子の各発光部で発生した熱は、基板、ヒートパイプ及び放熱部材を介して外部に放出される。ヒートパイプでは、封入された熱媒体の移動により熱交換が行われるので、高い熱交換効率を得ることができる。また、ヒートパイプが有機ＥＬ素子が形成される基板内部に埋設されているので、ヒートパイプに封入された熱媒体と発光部との間での熱交換が容易になる。特に、基板と反対側から発光光を取り出すため、金属等の熱伝導性の高い材料で構成された基板を用いることができ、高い熱交換効率を得ることができる。これにより、有機ＥＬ素子の発光により発生した熱を、放熱部材を介して外部に効率良く放出することができる。即ち、優れた放熱特性を実現できる。
【００３９】
また、ヒートパイプが、光取り出し側とは反対の側に配置されるので、どのようなレイアウトで配置しても発光光を遮ることがなく、光の利用効率を低下させずに放熱することができる。更に、径の大きなヒートパイプを用いることができ、より高い熱交換効率を得ることができる。
【００４０】
上述した通り、上記の第１〜第３の実施の形態に係る発光デバイスでは、熱交換効率の高いヒートパイプを熱交換部材として用いると共に、このヒートパイプを有機ＥＬ素子の周辺に配置しているので、優れた放熱特性を実現できる。これらの特徴により、本実施の形態に係る発光デバイスでは、有機ＥＬ素子の熱劣化が抑制され、素子寿命が長くなる。また、有機ＥＬ素子の熱劣化が抑制されるので、限界発光輝度をより高くすることができる。
【００４１】
また、上記の第１及び第３の実施の形態では、基板内部にヒートパイプを埋め込む例について説明したが、ヒートパイプが埋め込まれた基板は、例えば、型内にヒートパイプを所定のレイアウトで配置した後に、樹脂等の基板材料を流し込んで成形することで作製することができる。
【００４２】
【発明の効果】
本発明によれば、有機発光層を備えた発光素子を含む発光デバイスにおいて、放熱特性を向上させることができる、という効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係る発光デバイスの部分構造を示す斜視図である。
【図２】図１に示す発光デバイスの基板長手方向に沿った断面図である。
【図３】図１に示す発光デバイスの部分構造を示す平面図である。
【図４】第２の実施の形態に係る発光デバイスの基板長手方向に沿った断面図である。
【図５】第３の実施の形態に係る発光デバイスの基板長手方向に沿った断面図である。
【符号の説明】
１０  透明基板
１０Ａ  基板
２０，２０Ａ  有機ＥＬ素子
２１  透明陽極
２２  有機化合物層
２３  金属陰極
３０  ヒートパイプ
３２  放熱部材
３４  発光部
３６  樹脂材料
６０，６０Ａ  封止部材
【図１】
2004296133.tif 000003
【図２】
2004296133.tif 000004
【図３】
2004296133.tif 000005
【図４】
2004296133.tif 000006
【図５】
2004296133.tif 000007