エレクトロルミネッセンス素子
【課題】透明電極での光吸収による光のロスを部分的に低減させることで、光取り出し効率を向上させたＥＬ素子を提供する。
【解決手段】有機ＥＬ素子１０は、透明電極１２と対向電極１３との間に発光層を含む有機層１４が設けられており、その光取り出し面には集光部としてのプリズムシート１５が設けられている。有機層１４が発する光は、透明電極１２、基板１１、プリズムシート１５を通して外部に取り出される。透明電極１２は電源供給部１６を有しており、透明電極１２の膜厚が均一である場合に測定される透明電極１２の各部分における電源供給部１６からの電気抵抗値に応じて、透明電極１２の膜厚が変化している。
【解決手段】有機ＥＬ素子１０は、透明電極１２と対向電極１３との間に発光層を含む有機層１４が設けられており、その光取り出し面には集光部としてのプリズムシート１５が設けられている。有機層１４が発する光は、透明電極１２、基板１１、プリズムシート１５を通して外部に取り出される。透明電極１２は電源供給部１６を有しており、透明電極１２の膜厚が均一である場合に測定される透明電極１２の各部分における電源供給部１６からの電気抵抗値に応じて、透明電極１２の膜厚が変化している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エレクトロルミネッセンス素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機エレクトロルミネッセンス素子や、無機エレクトロルミネッセンス素子等のエレクトロルミネッセンス素子（以下、適宜エレクトロルミネッセンス素子をＥＬ素子と表記する。）は、面発光型素子として、例えば、ディスプレイや面光源等の分野で用いられている。ＥＬ素子の基本的な構造は、基板上に陽極、発光層、陰極が順に積層された構造である。
【０００３】
前記のように構成されたＥＬ素子は、陽極と陰極との間に電圧を印加することにより発光層において発光が生じる。この発光層が発する光は、陽極又は陰極のどちらかの電極を通して外部に取り出されるのが一般的であり、その場合、少なくとも光を取り出す側の電極には光透過性の高い透明電極、例えば、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）等が用いられる。
【０００４】
また、前記の基本的な構造のＥＬ素子においては、素子の光取り出し面における全反射等の影響により、発光層が発する光の一部しか外部に取り出せておらず、光の利用効率が高くないことが知られている。ＥＬ素子の光の利用効率を高めるために、素子の光取り出し面に集光部を設け、光取り出し効率を向上させる方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１に記載の有機ＥＬ素子では、光取り出し面に設けられた集光部としてのプリズムシートが、有機発光層が発する光を特定方向に指向させ、不必要な方向に散乱される光を少なくすることで、光の取り出し効率を向上させている。
【特許文献１】特開平９−６３７６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、ＥＬ素子の発光面に集光部を設けた場合であっても、発光層が発する光を全て外部に取り出すことはできていない。というのも、ＥＬ素子を構成する部材の一つであって発光層よりも光取り出し側に設けられる透明電極は、一般的に光透過性の高い材料で形成されるが、ある程度の光吸収性も有しており、発光層が発する光が透明電極を透過する際にその一部を吸収してしまうためである。この透明電極で吸収される光が多くなるほど、光のロスが大きくなり、ＥＬ素子の光の利用効率は低下してしまう。
【０００６】
透明電極による光吸収は透明電極の膜厚が厚いほど顕著であり、膜厚を薄くすれば吸収される光の割合も少なくすることができる。ところが、透明電極の電気伝導度はＡｌやＡｇ等の金属電極ほど大きくないため、透明電極の膜厚を薄くし過ぎると、電極自体の電気抵抗値が上がってしまい、電極内を電流が流れにくくなるという問題が発生する。電流が透明電極に均一に流れなくなると、発光層においても均一な電流が供給されず、素子の発光が妨げられることになってしまう。
【０００７】
このため、従来のＥＬ素子において、均一な膜厚分布を持つ透明電極は、その膜厚が、十分な電流を流すことができる範囲内で、発光層が発する光の該透明電極で吸収される割合が少なくなるように調整されていた。
【０００８】
本発明は、前記従来の問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、透明電極での光吸収による光のロスを部分的に低減させることで、光取り出し効率を向上させたＥＬ素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、透明電極と対向電極との間に、少なくとも、発光層が設けられたＥＬ素子である。前記透明電極は前記発光層が発する光を取り出す側に設けられるとともに、該電極に電流を供給するための電源供給部を有し、前記透明電極の膜厚が均一である場合に測定される前記透明電極の各部分と前記電源供給部との間の電気抵抗値に応じて、前記透明電極の膜厚が決められており、前記透明電極の膜厚は、前記電気抵抗値が高い部分ほど薄くなっている。
【００１０】
この発明では、透明電極の膜厚が部分的に変化しており、この変化は、透明電極の膜厚が均一である場合に測定される電源供給部からの電気抵抗値が高い部分ほど薄くなっている。従って、透明電極の光吸収による光のロスを部分的に低減させることができ、ＥＬ素子の光取り出し効率を向上させることができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、透明電極と対向電極との間に、少なくとも、発光層が設けられたＥＬ素子である。前記透明電極は前記発光層が発する光を取り出す側に設けられるとともに、該電極に電流を供給するための電源供給部を有し、前記透明電極の膜厚は前記電源供給部からの距離が遠い部分ほど薄くなっている。
【００１２】
この発明では、透明電極の膜厚が部分的に変化しており、この変化は、透明電極に設けられた電源供給部からの距離が遠くなる部分ほど薄くなっている。一般的に、電気伝導度と断面積が一定である導電体は、その長さが長くなるに従って電気抵抗値は大きくなる。つまり、透明電極の膜厚が均一であると仮定した場合の、透明電極の各部分と電源供給部との間の電気抵抗値は、電源供給部からの距離が遠くなるほど高くなるのである。従って、本発明は請求項１に記載の発明と同様の効果を有する。また、本発明では透明電極の膜厚を変化させる際に、透明電極の各部分における電源供給部からの抵抗値を測定する必要がなく、ＥＬ素子の設計が容易になる。
【００１３】
請求項３に記載の発明では、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記電源供給部は、前記透明電極に接するように設けられた補助電極を有し、該補助電極は、前記透明電極を形成する材料よりも電気伝導度の大きい材料で形成されている。
【００１４】
請求項４に記載の発明では、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の発明において、前記対向電極は、前記発光層が発する光を反射する材料で形成されている。この発明では、対向電極が光反射性を有する材料で形成されるため、発光層が発した光を反射して、光を光取り出し側に向かわせることができ、ＥＬ素子の光取り出し効率を向上させることができる。
請求項５に記載の発明では、請求項４に記載の発明において、前記発光層の発した光を集光して光取り出し効率を向上させる集光部が前記発光層よりも光取り出し側に設けられている。この発明では、集光部に入射する光の大部分が、集光部の持つ屈折特性等により進行方向が制御され外部に取り出される。また、集光部に入射した光の一部は集光部表面で反射され透明電極を通り発光層付近まで戻される。そして、この反射戻りの光は対向電極で反射され、再び光取り出し側へと向かう。このように、反射戻りの光を素子の発光に利用する請求項５に記載の系においては、請求項１又は請求項２に記載の発明の効果がさらに顕著となる。
【００１５】
請求項６に記載の発明では、請求項１〜請求項５に記載の発明において、前記ＥＬ素子は、有機ＥＬ素子である。
【発明の効果】
【００１６】
透明電極での光吸収による光のロスを部分的に低減させることで、光取り出し効率を向上させたＥＬ素子を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明を、有機ＥＬ素子に具体化した一実施形態を、図１〜図４にしたがって説明する。図１は有機ＥＬ素子の模式平面図、図２は図１のＡ−Ａ線における模式断面図、図３は図１のＢ−Ｂ線における模式断面図、図４は有機ＥＬ素子内の反射戻りの光を示す模式断面図である。
【００１８】
図１〜図３に示すように、有機ＥＬ素子１０は、基板１１、透明電極１２、対向電極１３、発光層を含む有機層１４及び集光部としてのプリズムシート１５を備えている。略四角形状の基板１１に接する形で透明電極１２が設けられており、この透明電極１２の基板１１と接している面とは反対側の面に、有機層１４及び対向電極１３がこの順に積層されている。また、基板１１の透明電極１２が設けられている面と反対側の面には、プリズムシート１５が設けられている。
【００１９】
略四角形状に形成された透明電極１２には、電流を供給するための電源供給部１６が設けられており、電源供給部は、外部駆動電源（図示せず）が接続される端子部１７、及び透明電極１２よりも電気伝導度の大きい材料で形成された補助電極１８を備えている。補助電極１８は、透明電極１２上の周縁部に沿って設けられており、対向電極１３と接して短絡することがないように細く形成されている。本実施形態では、透明電極１２が陽極を、対向電極１３が陰極を構成しており、プリズムシート１５は有機層１４よりも光取り出し側に設けられている。即ち、有機ＥＬ素子１０は、透明電極１２と対向電極１３との間に発光層を含む有機層１４が設けられ、有機層１４からの発光は透明電極１２、基板１１及び集光部としてのプリズムシート１５を通して外部に取り出される（所謂、ボトムエミッション型。）。なお、図１〜図４は有機ＥＬ素子１０の構成を模式的に示したものであり、図示の都合上、一部の寸法を誇張して分かり易くしているために、各層の厚さや形状等の寸法の比は実際の比と異なっている。
【００２０】
基板１１は、有機ＥＬ素子１０を支えるための板状の部材であり、取り出す光に対して高い透過率を示す透明基板が用いられる。例えば、可視光領域で高い透過率を示すガラス基板や、透明なアクリル樹脂等を用いることができる。
【００２１】
透明電極１２には、公知の透明電極材料が用いられ、例えば、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）や、ＩＺＯ（酸化インジウム亜鉛）、ＺｎＯ（酸化亜鉛）等を用いることができる。
【００２２】
透明電極１２に接する形で設けられる補助電極１８には、透明電極１２よりも電気伝導度が大きい材料が用いられる。例えば、ＡｇやＡｌ等の金属材料を用いることができる。また、本実施形態では、補助電極１８は透明電極１２の周縁部全体にわたって設けられているが、これ以外にも、周縁部の一部分や、周縁部以外の部分に設けてもよい。
【００２３】
対向電極１３には、有機層１４が射出した光に対する反射性を有する電極材料が用いられる。電極材料としては、公知の金属電極や合金電極を用いることができ、例えば、ＡｇやＡｌ等が用いられる。なお、図２では、対向電極１３の膜厚は中心部と両端部とでは異なっているが、これに限定されるものではなく、有機層１４に電流を均一に流すことができればどのような膜厚分布であってもよい。
【００２４】
上記の透明電極１２と対向電極１３との間に設けられる有機層１４は、発光層を含む有機層より構成され、例えば、発光層１層から構成される場合や、正孔注入層、正孔輸送層、電子注入層、電子輸送層、正孔ブロック層、バッファー層等のうちの１層以上と発光層との組み合わせにより構成される場合等がある。また、発光層にはＡｌｑ３等の公知の発光材料が用いられ、赤色、緑色、青色、黄色等の単色光を示す構成のものや、それらの組み合わせによる発光色、例えば、白色発光を示す構成のもの等が用いられる。
【００２５】
有機ＥＬ素子１０の光取り出し面に設けられる集光部としてのプリズムシート１５には、例えば、住友スリーエム社の輝度上昇フィルム（ＢＥＦ：Ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ Ｆｉｌｍ）等を用いることができる。プリズムシート１５に入射した光は、該プリズムシート１５の屈折特性等により光の進行方向が制御され外部に取り出される。光の進行方向の制御については、プリズムシート１５表面の凹凸の形状や、その角度によって調整される。例えば、有機ＥＬ素子１０の発光面を正面から見たときの正面輝度を高くすること等ができる。プリズムシート１５は、基板１１の光取り出し面に接着剤等を介さずに取り付けられている。
【００２６】
また、有機ＥＬ素子１０には、有機層１４を酸素及び水分等から保護するための保護部（図示せず）が設けられている。保護部は、公知のパッシベーション膜や封止缶、又はそれらの組み合わせ等で構成される。
【００２７】
本実施形態の有機ＥＬ素子１０は、図２及び図３の断面模式図に示すように、透明電極１２の膜厚が両端部と中心部とで異なっており、中心部に近づくほどその膜厚は薄くなっている。ここで、透明電極の膜厚の変化は、図２、及び図３に示すように連続的に変化していてもよく、また、階段状に変化していてもよい。
【００２８】
この膜厚の分布は透明電極１２を流れる電流と密接に関係している。
【００２９】
ここで、透明電極１２に流れる電流の経路について説明する。図示しない外部駆動電源を、電源供給部１６の端子部１７に接続すると、端子部１７より透明電極１２に電流が供給される。また、透明電極１２には、図１に示すように、その周縁部に透明電極１２より電気伝導度の大きい材料で形成された補助電極１８が設けられており、端子部１７から供給される電流の多くは、まず、補助電極１８を流れる。そして、補助電極１８の各部分から透明電極１２の内部を、透明電極１２の中心部に向かって電流が流れる。この電流は、透明電極１２の各部分を流れると同時に、透明電極１２に接する形で設けられた有機層１４へと流れていく。
【００３０】
図４に、透明電極１２の膜厚を均一であるとした場合に、透明電極１２に流れる電流について矢印を用いて模式的に示す。まず、透明電極１２において、電源供給部１６との間の電気抵抗値が異なる部分を３点抜き出し、その電気抵抗値に応じて、小さい部分より、Ｋ地点、Ｌ地点、Ｍ地点とする。なお、透明電極１２の膜厚が均一であるため、透明電極１２の各部分の抵抗値（膜厚方向の抵抗値）は等しくなっている。そして、透明電極１２のＫ地点、Ｌ地点、Ｍ地点に流れる電流を、それぞれ、電流Ｋ、電流Ｌ、電流Ｍとし、Ｋ地点とＬ地点との間において有機層１４へと流れる電流を電流Ｘとし、Ｌ地点とＭ地点との間において有機層１４へと流れる電流を電流Ｙとし、透明電極１２の中心部において有機層１４へと流れる電流を電流Ｚとする。ここで、有機ＥＬ素子１０を効率良く均一に発光させるためには、有機層１４の各部分には均一な電流を供給する必要がある。つまり、電流Ｘ、電流Ｙ、電流Ｚは等しいことが望ましい。すると、この時、Ｋ地点を流れる電流は、電流Ｋ＝（電流Ｘ＋電流Ｙ＋電流Ｚ）となり、Ｌ地点を流れる電流は、電流Ｌ＝（電流Ｙ＋電流Ｚ）となり、Ｍ地点を流れる電流は、電流Ｍ＝（電流Ｚ）となる。即ち、電源供給部１６との間の電気抵抗値が最も小さいＫ地点には多くの電流を流す必要があるが、電源供給部１６との間の電気抵抗値がＫ地点よりも大きくなるＬ地点では有機層１４へ供給した電流Ｘの分だけ流すべき電流の量が少なくなり、電源供給部１６との間の電気抵抗値が最も高くなるＭ地点では、有機層に供給した電流Ｘ、及び電流Ｙの分だけ流すべき電流の量が少なくなる。
【００３１】
従って、透明電極１２の各部分における抵抗値、つまり、透明電極１２の各部分における膜厚は、一定である必要がなく、その部分に流れる電流の量によって調整することができる。言い換えれば、透明電極１２において、流れる電流の量が少ない部分は、抵抗値が大きくなってもよいため、部分的に透明電極１２の膜厚を薄くすることが可能となる。例えば、電源供給部１６との間の電気抵抗値が最も高くなる透明電極１２の中心部分においては、流れる電流の量は最も少なくなる。そのため、透明電極１２の中心部分における膜厚を、その周囲に比較して薄くすることができる。ただし、膜厚を薄くしすぎると、流すべき電流が十分に流れなくなるおそれがあるので、膜厚の調整は流すべき電流に影響の出ない範囲で行われる。この実施形態では、図２及び図３に示すように、電源供給部１６から透明電極１２の中心部に向かって連続的に膜厚を薄くすることで、所謂、おわん型になるように透明電極１２の膜厚が調整されている。
【００３２】
上記の構成を持つ有機ＥＬ素子１０は、以下のように作成される。
【００３３】
先ず、電源供給部１６を透明電極１２の周縁部に配置するように設計する。基板１１を用意し、基板１１上に透明電極１２を、例えば、スパッタリング法や蒸着法などの公知の薄膜形成方法により形成する。このとき、透明電極１２の膜厚を、電源供給部１６からの距離が遠くなるに従って、つまり、透明電極１２の中心部に近づくに従って薄くなるように調整する。膜厚の調整については、例えば、覆う部分を多段階に調整することが可能なマスクを用意し、マスクで覆う部分を少しずつ広げて調整しながら蒸着を行うことで、透明電極１２の膜厚を調整することができる。
【００３４】
また、均一な膜厚分布を持つ透明電極１２を形成した後に、エッチングや研磨等の公知の微細加工技術を用いて膜厚を調整することもできる。エッチングを用いる場合には、例えば、透明電極１２にレジスト塗布とエッチングを行う工程を順次繰り返すことで、膜厚の調整を行うことができる。他にも、イオンミリング装置等の微細加工装置を用いて、透明電極１２の膜厚を調整することもできる。
【００３５】
透明電極１２に設けられる端子部１７は、膜厚の調整を行う前か、同時、又は後にエッチング等の公知の微細加工方法を用いて形成される。
【００３６】
そして、透明電極１２が形成された基板１１に対して、洗浄やプラズマ処理等が行われ、基板１１及び透明電極１２の表面に付着している有機物や埃等が除去される。
【００３７】
その後、透明電極１２上には発光層を含む有機層１４が形成される。有機層１４を構成する各層は、例えば、蒸着等の公知の薄膜形成方法により形成される。有機層１４については膜厚の調整を行わずに、均一な膜厚となるように形成する。
【００３８】
そして、対向電極１３を有機層１４上に、例えば、蒸着法等の公知の薄膜形成方法により形成する。対向電極１３の膜厚は、透明電極１２のように任意の分布に調整されるか、もしくは、有機層１４のように均一な膜厚に調整される。
補助電極１８は、透明電極１２上に、例えば、蒸着法等の公知の薄膜形成方法を用いて形成される。また、補助電極１８を形成する材料として対向電極１３と同じ材料を使用する場合には、対向電極１３の形成時に、同時に補助電極１８を形成することもできる。
【００３９】
さらに、有機層１４を酸素及び水分から保護するための保護部を形成する。保護部として窒化ケイ素等のセラミック膜を形成する場合、セラミック膜は、例えば、プラズマＣＶＤ法で形成される。
【００４０】
最後に、有機ＥＬ素子１０の光取り出し面、本実施形態においては、基板１１の透明電極１２が形成されている側と対向する面に、プリズムシート１５が取り付けられる。
【００４１】
次に、上記の有機ＥＬ素子１０の作用について詳しく説明する。
【００４２】
透明電極１２及び対向電極１３の間に直流駆動電圧を印加することによって、透明電極１２より正孔が、対向電極１３より電子が、それぞれ有機層１４に注入され、それらが該有機層１４の発光層中において再結合することにより発光が生じる。
【００４３】
有機層１４が発する光は、拡散しながら透明電極１２及び基板１１を透過し、プリズムシート１５に入射する。プリズムシート１５に入射した光の大部分は、プリズムシート１５の表面に形成されている凹凸により、その進行方向を所定の角度範囲で制御され外部に取り出される。
【００４４】
一方、光が透明電極１２を透過する際、その一部は透明電極１２の光吸収特性により吸収される。この、光吸収は透明電極１２の膜厚が厚いほど顕著であり、膜厚を薄くすれば吸収される光の割合は少なくなる。本実施形態では、上記のように、透明電極１２の膜厚は部分的に薄くなるように調整されている。透明電極１２の膜厚を均一にした場合における電源供給部１６からの電気抵抗値が最も高くなる部分、つまり、電源供給部１６からの距離が最も遠い透明電極１２の中央部分が最も薄くなっている。このため、透明電極１２の中央部を透過する光は、その周囲の部分を透過する光に比較して、透明電極１２により吸収される割合が少なくなり、有機ＥＬ素子１０の光取り出し面において中央部の輝度が高くなる。即ち、透明電極１２での光吸収による光のロスを部分的に低減させたことで、有機ＥＬ素子１０の光取り出し効率を向上させているのである。
【００４５】
また、プリズムシート１５に入射した光の一部は、図４に示すように、プリズムシート１５と有機ＥＬ素子１０外部との界面で反射され、基板１１及び透明電極１２を透過して有機層１４まで戻される。有機層１４まで戻された反射戻りの光は、光反射性を有する対向電極１３により再び反射され、透明電極１２及び基板１１を透過して、再び光取り出し面へと向かう。そして、この反射戻りの光は、有機ＥＬ素子１０の発光として利用されるまで、プリズムシート１５と有機ＥＬ素子１０外部との界面、及び、対向電極１３での反射を繰り返すことになる。反射を繰り返す反射戻りの光は、透明電極１２を複数回透過することになり、透明電極１２で吸収される割合が増えてしまう。このように、反射戻りの光を素子の発光に利用するような系においては、透明電極１２で吸収される光、つまり光のロスが、素子の発光効率に大きく影響してくる。従って、前記のような系においては、透明電極１２の膜厚を部分的に薄くして、光のロスを低減させることの効果がさらに顕著となる。
【００４６】
また、本実施形態においては、有機ＥＬ素子１０の中央部分の光取り出し効率を向上させているため、中心輝度の高い有機ＥＬ素子１０を提供することができる。素子中心部の輝度を高くすることができる有機ＥＬ素子１０は、特に小型の表示素子等に使用する際に、最も必要となる中心部分の輝度が十分に保証されるため有効である。
【実施例】
【００４７】
以下、実施例により本実施形態をさらに詳細に説明する。ただし、それらは例示であって、本発明を限定するものではない。
【００４８】
図５に有機ＥＬ素子２０の模式平面図を示す。この実施例では、電源供給部１６である端子部１７及び補助電極１８が透明電極１２の周囲に配置されるように有機ＥＬ素子２０を設計した。端子部１７は、略四角形状の透明電極１２の対向する２辺に設けられる。また、不連続な補助電極１８が、透明電極１２の周縁部に設けられる。
【００４９】
まず、基板１１として透明なガラス製の基板（５．０×５．０ｃｍ）を用意する。基板１１をアルカリ洗浄及び純水洗浄などにより洗浄した後、基板１１の一方の面上に透明電極１２としてＩＴＯ膜をスパッタリング装置（成膜速度１．０ｎｍ／ｓ、真空度約５．０×１０−５Ｐａ）により形成する。透明電極１２の形成時において、マスク１９を用いてその膜厚分布を調整する。マスク１９は略四角形状であり、覆う範囲を２段階に切り替え可能である。蒸着中にマスク１９を切り替えて透明電極１２の膜厚を、階段状に３段階に変化させる。切り替えのタイミングについては、成膜速度より計算する。図６（ａ）,（ｂ）,（ｃ）に、３段階に調整された膜厚分布を持つ透明電極１２の模式断面図を示す。本実施例における透明電極１２の膜厚は、最も厚い部分を２８０ｎｍに、最も薄い部分を１５０ｎｍに調整した。電源供給部１６が透明電極１２の周縁部に配置されるように設計したため、透明電極１２の中心部分が１５０ｎｍとなるように膜厚は調整されている。
【００５０】
透明電極１２形成後の基板１１は、洗浄工程に移行し基板洗浄が行われる。洗浄工程では、アルカリ洗浄、純水洗浄を順次行い、乾燥させた後に、紫外線オゾン洗浄及びプラズマ処理を行った。
【００５１】
プラズマ処理を行った基板１１上の透明電極１２上に、発光層を含む有機層１４を形成した。本実施例では、有機層１４は、正孔注入輸送層、第１発光層、第２発光層、第３発光層とで構成した。
【００５２】
まず、真空蒸着装置（カーボンるつぼ、蒸着速度０．１ｎｍ／ｓ、真空度約５．０×１０−５Ｐａ）により、低分子のアミン系材料であるＴＰＴＥを蒸着して膜厚２０ｎｍの層を形成し、正孔注入輸送層とした。
【００５３】
この正孔注入輸送層上に、赤色発光層としての第１発光層を、真空蒸着装置（カーボンるつぼ、蒸着速度０．１ｎｍ／ｓ、真空度約５．０×１０−５Ｐａ）により、ＴＰＴＥをホストとし、ＤＣＪＴをドーパントとし膜厚５ｎｍに形成した。ＤＣＪＴはＴＰＴＥに対して０．５ｗｔ％になるように含有されている。
【００５４】
第１発光層上に、真空蒸着装置（カーボンるつぼ、蒸着速度０．１ｎｍ／ｓ、真空度約５．０×１０−５Ｐａ）により、ＤＰＶＢｉをホストとし、ＢＣｚＶＢｉをドーパントとした青色発光層としての第２発光層を膜厚３０ｎｍに形成した。ＢＣｚＶＢｉはＤＰＶＢｉに対して５．０ｗｔ％になるように含有されている。
【００５５】
第２発光層上に、真空蒸着装置（カーボンるつぼ、蒸着速度０．１ｎｍ／ｓ、真空度約５．０×１０−５Ｐａ）により、Ａｌｑ３をホストとし、Ｃ５４５Ｔ（イーストマン―コダック社の商品名）をドーパントとした緑色発光層としての第３発光層を膜厚２０ｎｍに形成した。Ｃ５４５ＴはＡｌｑ３に対して１．０ｗｔ％になるように含有されている。
【００５６】
第３発光層上に、タングステンボート（蒸着速度１ｎｍ／ｓ、真空度約５．０×１０−５Ｐａ）により、膜厚１５０ｎｍのアルミニウム（Ａｌ）層からなる対向電極１３を形成した。これと同時に、透明電極１２の周縁部に補助電極１８を形成した。対向電極１３と補助電極１８とはお互いに接することがないように設計されている。
【００５７】
対向電極１３より外側には、缶封止による保護部を形成した。
【００５８】
そして、基板１１の光取り出し面側には、集光部としてのプリズムシート１５（住友スリーエム社の輝度上昇フィルム）を設けた。
【００５９】
上記の有機ＥＬ素子２０は、透明電極１２が陽極を、対向電極１３が陰極を構成し、有機層１４が発する光は、透明電極１２、基板１１、及びプリズムシート１５を通して外部に取り出される（所謂、ボトムエミッション型）。
【００６０】
透明電極１２の中央部における膜厚が１５０ｎｍに調整されている有機ＥＬ素子２０と、透明電極１２を２８０ｎｍと一定の膜厚として作成した有機ＥＬ素子とに、同じ直流駆動電圧を印加して有機ＥＬ素子の中心部における輝度を比較した。その結果、透明電極１２を２８０ｎｍの一定の膜厚とした場合に比較して、透明電極１２の中央部における膜厚を１５０ｎｍと調整した場合には、有機ＥＬ素子中心部の輝度は約１．３倍になった。透明電極１２の膜厚を部分的に薄く調整したことにより、透明電極１２で吸収される光の割合を低減させ、光の取り出し効率を向上させることができたと考えられる。
【００６１】
また、これは、透明電極１２の中心部の膜厚を１５０ｎｍとした有機ＥＬ素子２０において、透明電極１２の膜厚を２８０ｎｍ一定とした有機ＥＬ素子と同じ中心輝度を得ようとすると、より少ない電流で素子を発光させることができるということを示している。透明電極１２の膜厚を部分的に薄く調整することは、有機ＥＬ素子２０の低消費電力化にもつながる。
【００６２】
この実施の形態では以下の効果を有する。
【００６３】
（１）有機ＥＬ素子１０は、透明電極１２と対向電極１３との間に発光層を含む有機層１４が設けられている。有機層１４が発した光を取り出す側に設けられた透明電極１２は電源供給部１６を有し、透明電極１２の膜厚が均一である場合に測定される透明電極１２の各部分における電源供給部１６からの電気抵抗値に応じて、透明電極１２の膜厚が変化している。その透明電極１２の膜厚の変化は、前記電気抵抗値が高い部分ほど薄くなるように変化している。これにより、有機層１４が発する光のうち、透明電極１２の膜厚が薄く調整された部分においては、透明電極１２で吸収される光の割合を少なくすることができる。つまり、透明電極１２の光吸収による光のロスを部分的に低減させることができ、有機ＥＬ素子１０の光取り出し効率を向上させることができる。
【００６４】
（２）有機ＥＬ素子１０を構成する透明電極１２は、その周縁部に電源供給部１６としての端子部１７及び補助電極１８を備えている。そして、透明電極１２の膜厚は、電源供給部１６からの距離が遠くなるほど薄くなるように調整されている。一般に、電気伝導度と断面積が一定である導電体は、その長さが長くなるに従って電気抵抗値は大きくなる。つまり、透明電極１２の膜厚が均一であると仮定した場合の、透明電極１２の各部分における電源供給部１６からの電気抵抗値は、電源供給部１６からの距離が遠くなるほど高くなるのである。従って、（１）と同様の効果を奏する。また、電源供給部１６からの距離によって透明電極１２の膜厚を調整する場合は、膜厚を均一にして透明電極１２の各部分における電源供給部１６からの電気抵抗値を測定する必要がなく、有機ＥＬ素子１０の設計が容易になる。
【００６５】
（３）有機ＥＬ素子１０は、その光取り出し面側に集光部としてのプリズムシート１５が設けられている。従って、プリズムシート１５により、外部に取り出される光の進行方向が制御され、有機ＥＬ素子１０の特定方向における輝度が高くなる。また、プリズムシート１５に入射した光の一部は、プリズムシート１５と素子外部との界面において反射され素子の内部に戻される。反射戻りの光は、素子外部に取り出されるまで、素子内部においてプリズムシート１５と光反射性を有する対向電極１３との間で反射を繰り返すため、透明電極１２を複数回透過することになる。このため、透明電極１２による光吸収の影響が大きくなり、透明電極１２の膜厚を部分的に薄くすることで有機ＥＬ素子１０の光取り出し効率を向上させるという効果がより顕著となる。
【００６６】
（４）有機ＥＬ素子１０は、透明電極１２の中心部の膜厚をその周囲より薄くすることで、有機ＥＬ素子１０の光取り出し効率を向上させている。従って、透明電極１２の膜厚が均一である場合に比較して、より少ない電流で同じ中心輝度を得ることができる。つまり、有機ＥＬ素子１０の低消費電力化に有効である。
【００６７】
（５）有機ＥＬ素子１０を略正方形状に形成し、電源供給部１６を素子の周囲に配置した際は、素子の中心部と対応する部分の透明電極１２の膜厚が最も薄くなる。このため、光取り出し面において、素子中心部の輝度が最も高くなる。従って、この有機ＥＬ素子１０を小型の表示素子等に使用する場合に、最も必要となる中心部分の輝度が高くなるため有効である。
【００６８】
（６）有機ＥＬ素子２０は、覆う部分を２段階に切り替え可能なマスク１９を用いて、透明電極１２の膜厚が調整されている。従って、透明電極１２の膜厚を調整する際に、一旦、透明電極１２を成膜した後にエッチングを行うという複雑な工程を必要とせず、透明電極１２の成膜時に簡単な構成で膜厚の調整を行うことができる。
【００６９】
（７）有機ＥＬ素子２０は、透明電極１２の膜厚が、所謂、階段状に３段階に調整されている。従って、透明電極１２の膜厚の調整が、ミクロ的に見て連続となるように調整する場合に比較して、容易となる。
【００７０】
なお、実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば次のように構成してもよい。
【００７１】
○ 有機ＥＬ素子１０は、ボトムエミッション型である場合に限らず、基板１１と反対側から光が射出されるトップエミッション型であってもよい。トップエミッション型の場合においても、光取り出し側の電極は透明電極１２で構成される。
【００７２】
○ 有機ＥＬ素子１０がトップエミッション型である場合は、基板１１は透明基板でなくともよい。例えば、金属基板等の不透明な基板であってもよい。
【００７３】
○ 電源供給部１６としての端子部１７は、透明電極１２のどの位置に設けられていてもよい。
【００７４】
○ 対向電極１３は、光反射性を有する材料である場合に限らず、光透過性を有する材料であってもよい。なお、光透過性を有する材料を対向電極１３に使用した場合は、その背面に光反射性を有する材料を組み合わせて使用する。
【００７５】
○ 有機ＥＬ素子１０は、プリズムシート１５と基板１１との間に、光拡散部材を設けた構造であってもよい。このとき、素子の光取り出し効率は、光拡散部材を設けない場合に比較して高くなる。
【００７６】
○ 透明電極１２は、電源供給部１６からの距離に応じて連続的に膜厚が薄くなるように調整されている場合に限らず、電源供給部１６からの距離が最も高い部分とその周辺部のみが薄く調整されていてもよい。この構成を採用することで、透明電極１２の膜厚を連続的に薄くなるように調整する場合に比較して、有機ＥＬ素子１０の作成が容易になる。
【００７７】
○ 反射戻りの光が透過する有機層１４の膜厚を部分的に調整して、有機ＥＬ素子１０の光取り出し効率を上げる構成としてもよい。このとき、有機層１４は発光を生じる層であるため、初期の発光に影響がない程度に膜厚の調整がなされる。なお、有機層１４の膜厚の調整と、透明電極１２の膜厚の調整を組み合わせてもよい。
【００７８】
○ ＥＬ素子は、有機ＥＬ素子である場合に限らず、無機ＥＬ素子であっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】有機ＥＬ素子の構成を示す模式平面図。
【図２】図１の有機ＥＬ素子のＡ−Ａ線における模式断面図。
【図３】図１の有機ＥＬ素子のＢ−Ｂ線における模式断面図。
【図４】透明電極を流れる電流及び、反射戻りの光を示す模式図。
【図５】有機ＥＬ素子の構成を示す模式平面図。
【図６】透明電極の膜厚の調整について示す模式図。
【符号の説明】
【００８０】
１０，２０・・・ＥＬ素子としての有機ＥＬ素子、１１・・・基板、１２・・・透明電極、１３・・・対向電極、１４・・・発光層を含む有機層、１５・・・集光部としてのプリズムシート、１６・・・電源供給部、１７・・・端子部、１８・・・補助電極。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エレクトロルミネッセンス素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機エレクトロルミネッセンス素子や、無機エレクトロルミネッセンス素子等のエレクトロルミネッセンス素子（以下、適宜エレクトロルミネッセンス素子をＥＬ素子と表記する。）は、面発光型素子として、例えば、ディスプレイや面光源等の分野で用いられている。ＥＬ素子の基本的な構造は、基板上に陽極、発光層、陰極が順に積層された構造である。
【０００３】
前記のように構成されたＥＬ素子は、陽極と陰極との間に電圧を印加することにより発光層において発光が生じる。この発光層が発する光は、陽極又は陰極のどちらかの電極を通して外部に取り出されるのが一般的であり、その場合、少なくとも光を取り出す側の電極には光透過性の高い透明電極、例えば、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）等が用いられる。
【０００４】
また、前記の基本的な構造のＥＬ素子においては、素子の光取り出し面における全反射等の影響により、発光層が発する光の一部しか外部に取り出せておらず、光の利用効率が高くないことが知られている。ＥＬ素子の光の利用効率を高めるために、素子の光取り出し面に集光部を設け、光取り出し効率を向上させる方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１に記載の有機ＥＬ素子では、光取り出し面に設けられた集光部としてのプリズムシートが、有機発光層が発する光を特定方向に指向させ、不必要な方向に散乱される光を少なくすることで、光の取り出し効率を向上させている。
【特許文献１】特開平９−６３７６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、ＥＬ素子の発光面に集光部を設けた場合であっても、発光層が発する光を全て外部に取り出すことはできていない。というのも、ＥＬ素子を構成する部材の一つであって発光層よりも光取り出し側に設けられる透明電極は、一般的に光透過性の高い材料で形成されるが、ある程度の光吸収性も有しており、発光層が発する光が透明電極を透過する際にその一部を吸収してしまうためである。この透明電極で吸収される光が多くなるほど、光のロスが大きくなり、ＥＬ素子の光の利用効率は低下してしまう。
【０００６】
透明電極による光吸収は透明電極の膜厚が厚いほど顕著であり、膜厚を薄くすれば吸収される光の割合も少なくすることができる。ところが、透明電極の電気伝導度はＡｌやＡｇ等の金属電極ほど大きくないため、透明電極の膜厚を薄くし過ぎると、電極自体の電気抵抗値が上がってしまい、電極内を電流が流れにくくなるという問題が発生する。電流が透明電極に均一に流れなくなると、発光層においても均一な電流が供給されず、素子の発光が妨げられることになってしまう。
【０００７】
このため、従来のＥＬ素子において、均一な膜厚分布を持つ透明電極は、その膜厚が、十分な電流を流すことができる範囲内で、発光層が発する光の該透明電極で吸収される割合が少なくなるように調整されていた。
【０００８】
本発明は、前記従来の問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、透明電極での光吸収による光のロスを部分的に低減させることで、光取り出し効率を向上させたＥＬ素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、透明電極と対向電極との間に、少なくとも、発光層が設けられたＥＬ素子である。前記透明電極は前記発光層が発する光を取り出す側に設けられるとともに、該電極に電流を供給するための電源供給部を有し、前記透明電極の膜厚が均一である場合に測定される前記透明電極の各部分と前記電源供給部との間の電気抵抗値に応じて、前記透明電極の膜厚が決められており、前記透明電極の膜厚は、前記電気抵抗値が高い部分ほど薄くなっている。
【００１０】
この発明では、透明電極の膜厚が部分的に変化しており、この変化は、透明電極の膜厚が均一である場合に測定される電源供給部からの電気抵抗値が高い部分ほど薄くなっている。従って、透明電極の光吸収による光のロスを部分的に低減させることができ、ＥＬ素子の光取り出し効率を向上させることができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、透明電極と対向電極との間に、少なくとも、発光層が設けられたＥＬ素子である。前記透明電極は前記発光層が発する光を取り出す側に設けられるとともに、該電極に電流を供給するための電源供給部を有し、前記透明電極の膜厚は前記電源供給部からの距離が遠い部分ほど薄くなっている。
【００１２】
この発明では、透明電極の膜厚が部分的に変化しており、この変化は、透明電極に設けられた電源供給部からの距離が遠くなる部分ほど薄くなっている。一般的に、電気伝導度と断面積が一定である導電体は、その長さが長くなるに従って電気抵抗値は大きくなる。つまり、透明電極の膜厚が均一であると仮定した場合の、透明電極の各部分と電源供給部との間の電気抵抗値は、電源供給部からの距離が遠くなるほど高くなるのである。従って、本発明は請求項１に記載の発明と同様の効果を有する。また、本発明では透明電極の膜厚を変化させる際に、透明電極の各部分における電源供給部からの抵抗値を測定する必要がなく、ＥＬ素子の設計が容易になる。
【００１３】
請求項３に記載の発明では、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記電源供給部は、前記透明電極に接するように設けられた補助電極を有し、該補助電極は、前記透明電極を形成する材料よりも電気伝導度の大きい材料で形成されている。
【００１４】
請求項４に記載の発明では、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の発明において、前記対向電極は、前記発光層が発する光を反射する材料で形成されている。この発明では、対向電極が光反射性を有する材料で形成されるため、発光層が発した光を反射して、光を光取り出し側に向かわせることができ、ＥＬ素子の光取り出し効率を向上させることができる。
請求項５に記載の発明では、請求項４に記載の発明において、前記発光層の発した光を集光して光取り出し効率を向上させる集光部が前記発光層よりも光取り出し側に設けられている。この発明では、集光部に入射する光の大部分が、集光部の持つ屈折特性等により進行方向が制御され外部に取り出される。また、集光部に入射した光の一部は集光部表面で反射され透明電極を通り発光層付近まで戻される。そして、この反射戻りの光は対向電極で反射され、再び光取り出し側へと向かう。このように、反射戻りの光を素子の発光に利用する請求項５に記載の系においては、請求項１又は請求項２に記載の発明の効果がさらに顕著となる。
【００１５】
請求項６に記載の発明では、請求項１〜請求項５に記載の発明において、前記ＥＬ素子は、有機ＥＬ素子である。
【発明の効果】
【００１６】
透明電極での光吸収による光のロスを部分的に低減させることで、光取り出し効率を向上させたＥＬ素子を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明を、有機ＥＬ素子に具体化した一実施形態を、図１〜図４にしたがって説明する。図１は有機ＥＬ素子の模式平面図、図２は図１のＡ−Ａ線における模式断面図、図３は図１のＢ−Ｂ線における模式断面図、図４は有機ＥＬ素子内の反射戻りの光を示す模式断面図である。
【００１８】
図１〜図３に示すように、有機ＥＬ素子１０は、基板１１、透明電極１２、対向電極１３、発光層を含む有機層１４及び集光部としてのプリズムシート１５を備えている。略四角形状の基板１１に接する形で透明電極１２が設けられており、この透明電極１２の基板１１と接している面とは反対側の面に、有機層１４及び対向電極１３がこの順に積層されている。また、基板１１の透明電極１２が設けられている面と反対側の面には、プリズムシート１５が設けられている。
【００１９】
略四角形状に形成された透明電極１２には、電流を供給するための電源供給部１６が設けられており、電源供給部は、外部駆動電源（図示せず）が接続される端子部１７、及び透明電極１２よりも電気伝導度の大きい材料で形成された補助電極１８を備えている。補助電極１８は、透明電極１２上の周縁部に沿って設けられており、対向電極１３と接して短絡することがないように細く形成されている。本実施形態では、透明電極１２が陽極を、対向電極１３が陰極を構成しており、プリズムシート１５は有機層１４よりも光取り出し側に設けられている。即ち、有機ＥＬ素子１０は、透明電極１２と対向電極１３との間に発光層を含む有機層１４が設けられ、有機層１４からの発光は透明電極１２、基板１１及び集光部としてのプリズムシート１５を通して外部に取り出される（所謂、ボトムエミッション型。）。なお、図１〜図４は有機ＥＬ素子１０の構成を模式的に示したものであり、図示の都合上、一部の寸法を誇張して分かり易くしているために、各層の厚さや形状等の寸法の比は実際の比と異なっている。
【００２０】
基板１１は、有機ＥＬ素子１０を支えるための板状の部材であり、取り出す光に対して高い透過率を示す透明基板が用いられる。例えば、可視光領域で高い透過率を示すガラス基板や、透明なアクリル樹脂等を用いることができる。
【００２１】
透明電極１２には、公知の透明電極材料が用いられ、例えば、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）や、ＩＺＯ（酸化インジウム亜鉛）、ＺｎＯ（酸化亜鉛）等を用いることができる。
【００２２】
透明電極１２に接する形で設けられる補助電極１８には、透明電極１２よりも電気伝導度が大きい材料が用いられる。例えば、ＡｇやＡｌ等の金属材料を用いることができる。また、本実施形態では、補助電極１８は透明電極１２の周縁部全体にわたって設けられているが、これ以外にも、周縁部の一部分や、周縁部以外の部分に設けてもよい。
【００２３】
対向電極１３には、有機層１４が射出した光に対する反射性を有する電極材料が用いられる。電極材料としては、公知の金属電極や合金電極を用いることができ、例えば、ＡｇやＡｌ等が用いられる。なお、図２では、対向電極１３の膜厚は中心部と両端部とでは異なっているが、これに限定されるものではなく、有機層１４に電流を均一に流すことができればどのような膜厚分布であってもよい。
【００２４】
上記の透明電極１２と対向電極１３との間に設けられる有機層１４は、発光層を含む有機層より構成され、例えば、発光層１層から構成される場合や、正孔注入層、正孔輸送層、電子注入層、電子輸送層、正孔ブロック層、バッファー層等のうちの１層以上と発光層との組み合わせにより構成される場合等がある。また、発光層にはＡｌｑ３等の公知の発光材料が用いられ、赤色、緑色、青色、黄色等の単色光を示す構成のものや、それらの組み合わせによる発光色、例えば、白色発光を示す構成のもの等が用いられる。
【００２５】
有機ＥＬ素子１０の光取り出し面に設けられる集光部としてのプリズムシート１５には、例えば、住友スリーエム社の輝度上昇フィルム（ＢＥＦ：Ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ Ｆｉｌｍ）等を用いることができる。プリズムシート１５に入射した光は、該プリズムシート１５の屈折特性等により光の進行方向が制御され外部に取り出される。光の進行方向の制御については、プリズムシート１５表面の凹凸の形状や、その角度によって調整される。例えば、有機ＥＬ素子１０の発光面を正面から見たときの正面輝度を高くすること等ができる。プリズムシート１５は、基板１１の光取り出し面に接着剤等を介さずに取り付けられている。
【００２６】
また、有機ＥＬ素子１０には、有機層１４を酸素及び水分等から保護するための保護部（図示せず）が設けられている。保護部は、公知のパッシベーション膜や封止缶、又はそれらの組み合わせ等で構成される。
【００２７】
本実施形態の有機ＥＬ素子１０は、図２及び図３の断面模式図に示すように、透明電極１２の膜厚が両端部と中心部とで異なっており、中心部に近づくほどその膜厚は薄くなっている。ここで、透明電極の膜厚の変化は、図２、及び図３に示すように連続的に変化していてもよく、また、階段状に変化していてもよい。
【００２８】
この膜厚の分布は透明電極１２を流れる電流と密接に関係している。
【００２９】
ここで、透明電極１２に流れる電流の経路について説明する。図示しない外部駆動電源を、電源供給部１６の端子部１７に接続すると、端子部１７より透明電極１２に電流が供給される。また、透明電極１２には、図１に示すように、その周縁部に透明電極１２より電気伝導度の大きい材料で形成された補助電極１８が設けられており、端子部１７から供給される電流の多くは、まず、補助電極１８を流れる。そして、補助電極１８の各部分から透明電極１２の内部を、透明電極１２の中心部に向かって電流が流れる。この電流は、透明電極１２の各部分を流れると同時に、透明電極１２に接する形で設けられた有機層１４へと流れていく。
【００３０】
図４に、透明電極１２の膜厚を均一であるとした場合に、透明電極１２に流れる電流について矢印を用いて模式的に示す。まず、透明電極１２において、電源供給部１６との間の電気抵抗値が異なる部分を３点抜き出し、その電気抵抗値に応じて、小さい部分より、Ｋ地点、Ｌ地点、Ｍ地点とする。なお、透明電極１２の膜厚が均一であるため、透明電極１２の各部分の抵抗値（膜厚方向の抵抗値）は等しくなっている。そして、透明電極１２のＫ地点、Ｌ地点、Ｍ地点に流れる電流を、それぞれ、電流Ｋ、電流Ｌ、電流Ｍとし、Ｋ地点とＬ地点との間において有機層１４へと流れる電流を電流Ｘとし、Ｌ地点とＭ地点との間において有機層１４へと流れる電流を電流Ｙとし、透明電極１２の中心部において有機層１４へと流れる電流を電流Ｚとする。ここで、有機ＥＬ素子１０を効率良く均一に発光させるためには、有機層１４の各部分には均一な電流を供給する必要がある。つまり、電流Ｘ、電流Ｙ、電流Ｚは等しいことが望ましい。すると、この時、Ｋ地点を流れる電流は、電流Ｋ＝（電流Ｘ＋電流Ｙ＋電流Ｚ）となり、Ｌ地点を流れる電流は、電流Ｌ＝（電流Ｙ＋電流Ｚ）となり、Ｍ地点を流れる電流は、電流Ｍ＝（電流Ｚ）となる。即ち、電源供給部１６との間の電気抵抗値が最も小さいＫ地点には多くの電流を流す必要があるが、電源供給部１６との間の電気抵抗値がＫ地点よりも大きくなるＬ地点では有機層１４へ供給した電流Ｘの分だけ流すべき電流の量が少なくなり、電源供給部１６との間の電気抵抗値が最も高くなるＭ地点では、有機層に供給した電流Ｘ、及び電流Ｙの分だけ流すべき電流の量が少なくなる。
【００３１】
従って、透明電極１２の各部分における抵抗値、つまり、透明電極１２の各部分における膜厚は、一定である必要がなく、その部分に流れる電流の量によって調整することができる。言い換えれば、透明電極１２において、流れる電流の量が少ない部分は、抵抗値が大きくなってもよいため、部分的に透明電極１２の膜厚を薄くすることが可能となる。例えば、電源供給部１６との間の電気抵抗値が最も高くなる透明電極１２の中心部分においては、流れる電流の量は最も少なくなる。そのため、透明電極１２の中心部分における膜厚を、その周囲に比較して薄くすることができる。ただし、膜厚を薄くしすぎると、流すべき電流が十分に流れなくなるおそれがあるので、膜厚の調整は流すべき電流に影響の出ない範囲で行われる。この実施形態では、図２及び図３に示すように、電源供給部１６から透明電極１２の中心部に向かって連続的に膜厚を薄くすることで、所謂、おわん型になるように透明電極１２の膜厚が調整されている。
【００３２】
上記の構成を持つ有機ＥＬ素子１０は、以下のように作成される。
【００３３】
先ず、電源供給部１６を透明電極１２の周縁部に配置するように設計する。基板１１を用意し、基板１１上に透明電極１２を、例えば、スパッタリング法や蒸着法などの公知の薄膜形成方法により形成する。このとき、透明電極１２の膜厚を、電源供給部１６からの距離が遠くなるに従って、つまり、透明電極１２の中心部に近づくに従って薄くなるように調整する。膜厚の調整については、例えば、覆う部分を多段階に調整することが可能なマスクを用意し、マスクで覆う部分を少しずつ広げて調整しながら蒸着を行うことで、透明電極１２の膜厚を調整することができる。
【００３４】
また、均一な膜厚分布を持つ透明電極１２を形成した後に、エッチングや研磨等の公知の微細加工技術を用いて膜厚を調整することもできる。エッチングを用いる場合には、例えば、透明電極１２にレジスト塗布とエッチングを行う工程を順次繰り返すことで、膜厚の調整を行うことができる。他にも、イオンミリング装置等の微細加工装置を用いて、透明電極１２の膜厚を調整することもできる。
【００３５】
透明電極１２に設けられる端子部１７は、膜厚の調整を行う前か、同時、又は後にエッチング等の公知の微細加工方法を用いて形成される。
【００３６】
そして、透明電極１２が形成された基板１１に対して、洗浄やプラズマ処理等が行われ、基板１１及び透明電極１２の表面に付着している有機物や埃等が除去される。
【００３７】
その後、透明電極１２上には発光層を含む有機層１４が形成される。有機層１４を構成する各層は、例えば、蒸着等の公知の薄膜形成方法により形成される。有機層１４については膜厚の調整を行わずに、均一な膜厚となるように形成する。
【００３８】
そして、対向電極１３を有機層１４上に、例えば、蒸着法等の公知の薄膜形成方法により形成する。対向電極１３の膜厚は、透明電極１２のように任意の分布に調整されるか、もしくは、有機層１４のように均一な膜厚に調整される。
補助電極１８は、透明電極１２上に、例えば、蒸着法等の公知の薄膜形成方法を用いて形成される。また、補助電極１８を形成する材料として対向電極１３と同じ材料を使用する場合には、対向電極１３の形成時に、同時に補助電極１８を形成することもできる。
【００３９】
さらに、有機層１４を酸素及び水分から保護するための保護部を形成する。保護部として窒化ケイ素等のセラミック膜を形成する場合、セラミック膜は、例えば、プラズマＣＶＤ法で形成される。
【００４０】
最後に、有機ＥＬ素子１０の光取り出し面、本実施形態においては、基板１１の透明電極１２が形成されている側と対向する面に、プリズムシート１５が取り付けられる。
【００４１】
次に、上記の有機ＥＬ素子１０の作用について詳しく説明する。
【００４２】
透明電極１２及び対向電極１３の間に直流駆動電圧を印加することによって、透明電極１２より正孔が、対向電極１３より電子が、それぞれ有機層１４に注入され、それらが該有機層１４の発光層中において再結合することにより発光が生じる。
【００４３】
有機層１４が発する光は、拡散しながら透明電極１２及び基板１１を透過し、プリズムシート１５に入射する。プリズムシート１５に入射した光の大部分は、プリズムシート１５の表面に形成されている凹凸により、その進行方向を所定の角度範囲で制御され外部に取り出される。
【００４４】
一方、光が透明電極１２を透過する際、その一部は透明電極１２の光吸収特性により吸収される。この、光吸収は透明電極１２の膜厚が厚いほど顕著であり、膜厚を薄くすれば吸収される光の割合は少なくなる。本実施形態では、上記のように、透明電極１２の膜厚は部分的に薄くなるように調整されている。透明電極１２の膜厚を均一にした場合における電源供給部１６からの電気抵抗値が最も高くなる部分、つまり、電源供給部１６からの距離が最も遠い透明電極１２の中央部分が最も薄くなっている。このため、透明電極１２の中央部を透過する光は、その周囲の部分を透過する光に比較して、透明電極１２により吸収される割合が少なくなり、有機ＥＬ素子１０の光取り出し面において中央部の輝度が高くなる。即ち、透明電極１２での光吸収による光のロスを部分的に低減させたことで、有機ＥＬ素子１０の光取り出し効率を向上させているのである。
【００４５】
また、プリズムシート１５に入射した光の一部は、図４に示すように、プリズムシート１５と有機ＥＬ素子１０外部との界面で反射され、基板１１及び透明電極１２を透過して有機層１４まで戻される。有機層１４まで戻された反射戻りの光は、光反射性を有する対向電極１３により再び反射され、透明電極１２及び基板１１を透過して、再び光取り出し面へと向かう。そして、この反射戻りの光は、有機ＥＬ素子１０の発光として利用されるまで、プリズムシート１５と有機ＥＬ素子１０外部との界面、及び、対向電極１３での反射を繰り返すことになる。反射を繰り返す反射戻りの光は、透明電極１２を複数回透過することになり、透明電極１２で吸収される割合が増えてしまう。このように、反射戻りの光を素子の発光に利用するような系においては、透明電極１２で吸収される光、つまり光のロスが、素子の発光効率に大きく影響してくる。従って、前記のような系においては、透明電極１２の膜厚を部分的に薄くして、光のロスを低減させることの効果がさらに顕著となる。
【００４６】
また、本実施形態においては、有機ＥＬ素子１０の中央部分の光取り出し効率を向上させているため、中心輝度の高い有機ＥＬ素子１０を提供することができる。素子中心部の輝度を高くすることができる有機ＥＬ素子１０は、特に小型の表示素子等に使用する際に、最も必要となる中心部分の輝度が十分に保証されるため有効である。
【実施例】
【００４７】
以下、実施例により本実施形態をさらに詳細に説明する。ただし、それらは例示であって、本発明を限定するものではない。
【００４８】
図５に有機ＥＬ素子２０の模式平面図を示す。この実施例では、電源供給部１６である端子部１７及び補助電極１８が透明電極１２の周囲に配置されるように有機ＥＬ素子２０を設計した。端子部１７は、略四角形状の透明電極１２の対向する２辺に設けられる。また、不連続な補助電極１８が、透明電極１２の周縁部に設けられる。
【００４９】
まず、基板１１として透明なガラス製の基板（５．０×５．０ｃｍ）を用意する。基板１１をアルカリ洗浄及び純水洗浄などにより洗浄した後、基板１１の一方の面上に透明電極１２としてＩＴＯ膜をスパッタリング装置（成膜速度１．０ｎｍ／ｓ、真空度約５．０×１０−５Ｐａ）により形成する。透明電極１２の形成時において、マスク１９を用いてその膜厚分布を調整する。マスク１９は略四角形状であり、覆う範囲を２段階に切り替え可能である。蒸着中にマスク１９を切り替えて透明電極１２の膜厚を、階段状に３段階に変化させる。切り替えのタイミングについては、成膜速度より計算する。図６（ａ）,（ｂ）,（ｃ）に、３段階に調整された膜厚分布を持つ透明電極１２の模式断面図を示す。本実施例における透明電極１２の膜厚は、最も厚い部分を２８０ｎｍに、最も薄い部分を１５０ｎｍに調整した。電源供給部１６が透明電極１２の周縁部に配置されるように設計したため、透明電極１２の中心部分が１５０ｎｍとなるように膜厚は調整されている。
【００５０】
透明電極１２形成後の基板１１は、洗浄工程に移行し基板洗浄が行われる。洗浄工程では、アルカリ洗浄、純水洗浄を順次行い、乾燥させた後に、紫外線オゾン洗浄及びプラズマ処理を行った。
【００５１】
プラズマ処理を行った基板１１上の透明電極１２上に、発光層を含む有機層１４を形成した。本実施例では、有機層１４は、正孔注入輸送層、第１発光層、第２発光層、第３発光層とで構成した。
【００５２】
まず、真空蒸着装置（カーボンるつぼ、蒸着速度０．１ｎｍ／ｓ、真空度約５．０×１０−５Ｐａ）により、低分子のアミン系材料であるＴＰＴＥを蒸着して膜厚２０ｎｍの層を形成し、正孔注入輸送層とした。
【００５３】
この正孔注入輸送層上に、赤色発光層としての第１発光層を、真空蒸着装置（カーボンるつぼ、蒸着速度０．１ｎｍ／ｓ、真空度約５．０×１０−５Ｐａ）により、ＴＰＴＥをホストとし、ＤＣＪＴをドーパントとし膜厚５ｎｍに形成した。ＤＣＪＴはＴＰＴＥに対して０．５ｗｔ％になるように含有されている。
【００５４】
第１発光層上に、真空蒸着装置（カーボンるつぼ、蒸着速度０．１ｎｍ／ｓ、真空度約５．０×１０−５Ｐａ）により、ＤＰＶＢｉをホストとし、ＢＣｚＶＢｉをドーパントとした青色発光層としての第２発光層を膜厚３０ｎｍに形成した。ＢＣｚＶＢｉはＤＰＶＢｉに対して５．０ｗｔ％になるように含有されている。
【００５５】
第２発光層上に、真空蒸着装置（カーボンるつぼ、蒸着速度０．１ｎｍ／ｓ、真空度約５．０×１０−５Ｐａ）により、Ａｌｑ３をホストとし、Ｃ５４５Ｔ（イーストマン―コダック社の商品名）をドーパントとした緑色発光層としての第３発光層を膜厚２０ｎｍに形成した。Ｃ５４５ＴはＡｌｑ３に対して１．０ｗｔ％になるように含有されている。
【００５６】
第３発光層上に、タングステンボート（蒸着速度１ｎｍ／ｓ、真空度約５．０×１０−５Ｐａ）により、膜厚１５０ｎｍのアルミニウム（Ａｌ）層からなる対向電極１３を形成した。これと同時に、透明電極１２の周縁部に補助電極１８を形成した。対向電極１３と補助電極１８とはお互いに接することがないように設計されている。
【００５７】
対向電極１３より外側には、缶封止による保護部を形成した。
【００５８】
そして、基板１１の光取り出し面側には、集光部としてのプリズムシート１５（住友スリーエム社の輝度上昇フィルム）を設けた。
【００５９】
上記の有機ＥＬ素子２０は、透明電極１２が陽極を、対向電極１３が陰極を構成し、有機層１４が発する光は、透明電極１２、基板１１、及びプリズムシート１５を通して外部に取り出される（所謂、ボトムエミッション型）。
【００６０】
透明電極１２の中央部における膜厚が１５０ｎｍに調整されている有機ＥＬ素子２０と、透明電極１２を２８０ｎｍと一定の膜厚として作成した有機ＥＬ素子とに、同じ直流駆動電圧を印加して有機ＥＬ素子の中心部における輝度を比較した。その結果、透明電極１２を２８０ｎｍの一定の膜厚とした場合に比較して、透明電極１２の中央部における膜厚を１５０ｎｍと調整した場合には、有機ＥＬ素子中心部の輝度は約１．３倍になった。透明電極１２の膜厚を部分的に薄く調整したことにより、透明電極１２で吸収される光の割合を低減させ、光の取り出し効率を向上させることができたと考えられる。
【００６１】
また、これは、透明電極１２の中心部の膜厚を１５０ｎｍとした有機ＥＬ素子２０において、透明電極１２の膜厚を２８０ｎｍ一定とした有機ＥＬ素子と同じ中心輝度を得ようとすると、より少ない電流で素子を発光させることができるということを示している。透明電極１２の膜厚を部分的に薄く調整することは、有機ＥＬ素子２０の低消費電力化にもつながる。
【００６２】
この実施の形態では以下の効果を有する。
【００６３】
（１）有機ＥＬ素子１０は、透明電極１２と対向電極１３との間に発光層を含む有機層１４が設けられている。有機層１４が発した光を取り出す側に設けられた透明電極１２は電源供給部１６を有し、透明電極１２の膜厚が均一である場合に測定される透明電極１２の各部分における電源供給部１６からの電気抵抗値に応じて、透明電極１２の膜厚が変化している。その透明電極１２の膜厚の変化は、前記電気抵抗値が高い部分ほど薄くなるように変化している。これにより、有機層１４が発する光のうち、透明電極１２の膜厚が薄く調整された部分においては、透明電極１２で吸収される光の割合を少なくすることができる。つまり、透明電極１２の光吸収による光のロスを部分的に低減させることができ、有機ＥＬ素子１０の光取り出し効率を向上させることができる。
【００６４】
（２）有機ＥＬ素子１０を構成する透明電極１２は、その周縁部に電源供給部１６としての端子部１７及び補助電極１８を備えている。そして、透明電極１２の膜厚は、電源供給部１６からの距離が遠くなるほど薄くなるように調整されている。一般に、電気伝導度と断面積が一定である導電体は、その長さが長くなるに従って電気抵抗値は大きくなる。つまり、透明電極１２の膜厚が均一であると仮定した場合の、透明電極１２の各部分における電源供給部１６からの電気抵抗値は、電源供給部１６からの距離が遠くなるほど高くなるのである。従って、（１）と同様の効果を奏する。また、電源供給部１６からの距離によって透明電極１２の膜厚を調整する場合は、膜厚を均一にして透明電極１２の各部分における電源供給部１６からの電気抵抗値を測定する必要がなく、有機ＥＬ素子１０の設計が容易になる。
【００６５】
（３）有機ＥＬ素子１０は、その光取り出し面側に集光部としてのプリズムシート１５が設けられている。従って、プリズムシート１５により、外部に取り出される光の進行方向が制御され、有機ＥＬ素子１０の特定方向における輝度が高くなる。また、プリズムシート１５に入射した光の一部は、プリズムシート１５と素子外部との界面において反射され素子の内部に戻される。反射戻りの光は、素子外部に取り出されるまで、素子内部においてプリズムシート１５と光反射性を有する対向電極１３との間で反射を繰り返すため、透明電極１２を複数回透過することになる。このため、透明電極１２による光吸収の影響が大きくなり、透明電極１２の膜厚を部分的に薄くすることで有機ＥＬ素子１０の光取り出し効率を向上させるという効果がより顕著となる。
【００６６】
（４）有機ＥＬ素子１０は、透明電極１２の中心部の膜厚をその周囲より薄くすることで、有機ＥＬ素子１０の光取り出し効率を向上させている。従って、透明電極１２の膜厚が均一である場合に比較して、より少ない電流で同じ中心輝度を得ることができる。つまり、有機ＥＬ素子１０の低消費電力化に有効である。
【００６７】
（５）有機ＥＬ素子１０を略正方形状に形成し、電源供給部１６を素子の周囲に配置した際は、素子の中心部と対応する部分の透明電極１２の膜厚が最も薄くなる。このため、光取り出し面において、素子中心部の輝度が最も高くなる。従って、この有機ＥＬ素子１０を小型の表示素子等に使用する場合に、最も必要となる中心部分の輝度が高くなるため有効である。
【００６８】
（６）有機ＥＬ素子２０は、覆う部分を２段階に切り替え可能なマスク１９を用いて、透明電極１２の膜厚が調整されている。従って、透明電極１２の膜厚を調整する際に、一旦、透明電極１２を成膜した後にエッチングを行うという複雑な工程を必要とせず、透明電極１２の成膜時に簡単な構成で膜厚の調整を行うことができる。
【００６９】
（７）有機ＥＬ素子２０は、透明電極１２の膜厚が、所謂、階段状に３段階に調整されている。従って、透明電極１２の膜厚の調整が、ミクロ的に見て連続となるように調整する場合に比較して、容易となる。
【００７０】
なお、実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば次のように構成してもよい。
【００７１】
○ 有機ＥＬ素子１０は、ボトムエミッション型である場合に限らず、基板１１と反対側から光が射出されるトップエミッション型であってもよい。トップエミッション型の場合においても、光取り出し側の電極は透明電極１２で構成される。
【００７２】
○ 有機ＥＬ素子１０がトップエミッション型である場合は、基板１１は透明基板でなくともよい。例えば、金属基板等の不透明な基板であってもよい。
【００７３】
○ 電源供給部１６としての端子部１７は、透明電極１２のどの位置に設けられていてもよい。
【００７４】
○ 対向電極１３は、光反射性を有する材料である場合に限らず、光透過性を有する材料であってもよい。なお、光透過性を有する材料を対向電極１３に使用した場合は、その背面に光反射性を有する材料を組み合わせて使用する。
【００７５】
○ 有機ＥＬ素子１０は、プリズムシート１５と基板１１との間に、光拡散部材を設けた構造であってもよい。このとき、素子の光取り出し効率は、光拡散部材を設けない場合に比較して高くなる。
【００７６】
○ 透明電極１２は、電源供給部１６からの距離に応じて連続的に膜厚が薄くなるように調整されている場合に限らず、電源供給部１６からの距離が最も高い部分とその周辺部のみが薄く調整されていてもよい。この構成を採用することで、透明電極１２の膜厚を連続的に薄くなるように調整する場合に比較して、有機ＥＬ素子１０の作成が容易になる。
【００７７】
○ 反射戻りの光が透過する有機層１４の膜厚を部分的に調整して、有機ＥＬ素子１０の光取り出し効率を上げる構成としてもよい。このとき、有機層１４は発光を生じる層であるため、初期の発光に影響がない程度に膜厚の調整がなされる。なお、有機層１４の膜厚の調整と、透明電極１２の膜厚の調整を組み合わせてもよい。
【００７８】
○ ＥＬ素子は、有機ＥＬ素子である場合に限らず、無機ＥＬ素子であっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】有機ＥＬ素子の構成を示す模式平面図。
【図２】図１の有機ＥＬ素子のＡ−Ａ線における模式断面図。
【図３】図１の有機ＥＬ素子のＢ−Ｂ線における模式断面図。
【図４】透明電極を流れる電流及び、反射戻りの光を示す模式図。
【図５】有機ＥＬ素子の構成を示す模式平面図。
【図６】透明電極の膜厚の調整について示す模式図。
【符号の説明】
【００８０】
１０，２０・・・ＥＬ素子としての有機ＥＬ素子、１１・・・基板、１２・・・透明電極、１３・・・対向電極、１４・・・発光層を含む有機層、１５・・・集光部としてのプリズムシート、１６・・・電源供給部、１７・・・端子部、１８・・・補助電極。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明電極と対向電極との間に、少なくとも、発光層が設けられたエレクトロルミネッセンス素子であって、
前記透明電極は前記発光層が発する光を取り出す側に設けられるとともに、該電極に電流を供給するための電源供給部を有し、
前記透明電極の膜厚が均一である場合に測定される前記透明電極の各部分と前記電源供給部との間の電気抵抗値に応じて、前記透明電極の膜厚が決められており、
前記透明電極の膜厚は、前記電気抵抗値が高い部分ほど薄くなっている
ことを特徴とするエレクトロルミネッセンス素子。
【請求項２】
透明電極と対向電極との間に、少なくとも、発光層が設けられたエレクトロルミネッセンス素子であって、
前記透明電極は前記発光層が発する光を取り出す側に設けられるとともに、該電極に電流を供給するための電源供給部を有し、
前記透明電極の膜厚は前記電源供給部からの距離が遠い部分ほど薄くなっている
ことを特徴とするエレクトロルミネッセンス素子。
【請求項３】
前記電源供給部は、前記透明電極に接するように設けられた補助電極を有し、該補助電極は、前記透明電極を形成する材料よりも電気伝導度の大きい材料で形成されている、請求項１又は請求項２に記載のエレクトロルミネッセンス素子。
【請求項４】
前記対向電極は、前記発光層が発する光を反射する材料で形成されている、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のエレクトロルミネッセンス素子。
【請求項５】
前記発光層の発した光を集光して光取り出し効率を向上させる集光部が前記発光層よりも光取り出し側に設けられている、請求項４に記載のエレクトロルミネッセンス素子。
【請求項６】
前記エレクトロルミネッセンス素子は、有機エレクトロルミネッセンス素子である、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載のエレクトロルミネッセンス素子。
【請求項１】
透明電極と対向電極との間に、少なくとも、発光層が設けられたエレクトロルミネッセンス素子であって、
前記透明電極は前記発光層が発する光を取り出す側に設けられるとともに、該電極に電流を供給するための電源供給部を有し、
前記透明電極の膜厚が均一である場合に測定される前記透明電極の各部分と前記電源供給部との間の電気抵抗値に応じて、前記透明電極の膜厚が決められており、
前記透明電極の膜厚は、前記電気抵抗値が高い部分ほど薄くなっている
ことを特徴とするエレクトロルミネッセンス素子。
【請求項２】
透明電極と対向電極との間に、少なくとも、発光層が設けられたエレクトロルミネッセンス素子であって、
前記透明電極は前記発光層が発する光を取り出す側に設けられるとともに、該電極に電流を供給するための電源供給部を有し、
前記透明電極の膜厚は前記電源供給部からの距離が遠い部分ほど薄くなっている
ことを特徴とするエレクトロルミネッセンス素子。
【請求項３】
前記電源供給部は、前記透明電極に接するように設けられた補助電極を有し、該補助電極は、前記透明電極を形成する材料よりも電気伝導度の大きい材料で形成されている、請求項１又は請求項２に記載のエレクトロルミネッセンス素子。
【請求項４】
前記対向電極は、前記発光層が発する光を反射する材料で形成されている、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のエレクトロルミネッセンス素子。
【請求項５】
前記発光層の発した光を集光して光取り出し効率を向上させる集光部が前記発光層よりも光取り出し側に設けられている、請求項４に記載のエレクトロルミネッセンス素子。
【請求項６】
前記エレクトロルミネッセンス素子は、有機エレクトロルミネッセンス素子である、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載のエレクトロルミネッセンス素子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００６−２５２８６６（Ｐ２００６−２５２８６６Ａ）
【公開日】平成１８年９月２１日（２００６．９．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−６５４６１（Ｐ２００５−６５４６１）
【出願日】平成１７年３月９日（２００５．３．９）
【出願人】（０００００３２１８）株式会社豊田自動織機 (4,162)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年９月２１日（２００６．９．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年３月９日（２００５．３．９）
【出願人】（０００００３２１８）株式会社豊田自動織機 (4,162)
【Ｆターム（参考）】
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