有機エレクトロルミネッセンス素子
【課題】有機ＥＬ素子において、光取出し層を単層とし、光取出し効率を向上させる。
【解決手段】有機ＥＬ素子１は、第１の電極層２及び第２の電極層３の間に設けられた有機層４と、第１の電極層２及び第２の電極層３の少なくとも一方の表面に設けられ、光の指向性を変更する光取出し層５と、この光取出し層５に設けられた基板６と、を備える。光取出し層５は、母材５０と、母材５０に対して１乃至５重量％の光散乱粒子５１とを含む。この構成によれば、光取出し層５を単層とすることができ、母材５０と光散乱粒子５１との界面に空隙が発生し難くなり、光取出し効率を向上させることができる。
【解決手段】有機ＥＬ素子１は、第１の電極層２及び第２の電極層３の間に設けられた有機層４と、第１の電極層２及び第２の電極層３の少なくとも一方の表面に設けられ、光の指向性を変更する光取出し層５と、この光取出し層５に設けられた基板６と、を備える。光取出し層５は、母材５０と、母材５０に対して１乃至５重量％の光散乱粒子５１とを含む。この構成によれば、光取出し層５を単層とすることができ、母材５０と光散乱粒子５１との界面に空隙が発生し難くなり、光取出し効率を向上させることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光取出し層を有した有機エレクトロルミネッセンス素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）素子は、陽極及び陰極で挟持させた発光層が透明基板上に形成されたものであり、電極間に電圧印加されたとき、発光層にキャリアとして注入された電子及びホールの再結合により生成された励起子によって発光する。ＥＬ素子は、発光層の蛍光物質に有機物を用いた有機ＥＬ素子と、無機物を用いた無機ＥＬ素子に大別される。特に、有機ＥＬ素子は、低電圧で高輝度の発光が可能であり、蛍光物質の種類によって様々な発光色が得られ、また、平面状の発光パネルとしての製造が容易であることから、各種表示装置やバックライトとして用いられる。更に、近年では、高輝度に対応したものが実現され、これを照明器具に用いることが注目されている。
【０００３】
図３に一般的な有機ＥＬ素子の断面構成を示す。有機ＥＬ素子１０１は、透光性を有する基板１０６上に、透光性を有する陽極層１０２が設けられ、この陽極層１０２の上に、ホール輸送層１４２、発光層１４１及び電子輸送層１４３から成る有機層１０４が設けられる。また、有機層１０４上に、光反射性を有する陰極層１０３が設けられる。そして、陽極層１０２と陰極層１０３との間に電圧が印加されることによって、有機層１０４で発光した光は、陽極層１０２及び基板１０６を透過して取り出される。
【０００４】
ところで、屈折率の高い媒質から屈折率の低い媒質へ光が伝搬する場合、その界面では媒質間の屈折率により、スネルの法則から臨界角が決定され、その臨界角以上の光は界面で全反射し、屈折率の高い媒質に閉じ込められ、導波光として失われる。ここで、一般的な有機ＥＬ素子１０１に使用される基板１０６は、透明性、強度、低コスト、ガスバリア層、耐薬品性、耐熱性等の観点から、ガラスが広く用いられており、一般的なソーダライムガラス等の屈折率は１．５２程度である。一方、陽極層１０２には、酸化インジウムに酸化錫をドープした酸化インジウム錫（ＩＴＯ）や酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）がその優れた透明性と電気伝導性から広く用いられている。これらＩＴＯやＩＺＯの屈折率は、その組成、成膜方法、結晶構造等により変化するが、ＩＴＯの屈折率は１．７〜２．３程度、ＩＺＯの屈折率は１．９〜２．４程度であり、いずれも基板１０６に比べて高い屈折率を持つ。
【０００５】
また、有機層１０４に用いられる発光層１４１、ホール輸送層１４２、電子輸送層１４３等を構成する発光材料等の各材料の屈折率は、１．６〜２．０程度のものが多い。つまり、一般的な有機ＥＬ素子１０１においては、各層の屈折率の大小関係は、大気＜基板＜有機層＜陽極となる。そのため、有機ＥＬ素子１０１の発光層１４１の発光源から出射した光のうち、基板６と素子外（大気）の界面及び陽極１と基板６の界面に、大きな入射角で入射した光は、それらの界面で全反射するので、有効光として素子外に取り出されないことがある。
【０００６】
そこで、基板１０６と陽極層１０２との間に、それらの光を取り出すために、光散乱機能を有する層等から成る光取出し層を設けることによって、発光層１４１で発光した光の光利用効率を向上させた有機ＥＬ素子が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−２８６６１６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、上記特許文献１に記載の有機ＥＬ素子においては、光取出し層の一部として、光散乱粒子を含有する光散乱粒子層を用いている。しかしながら、光散乱粒子層の表面は、光散乱粒子の存在によって凹凸状になっている。この表面が凹凸状であると、陽極、有機層、陰極を均一な厚さで積層できないので、光散乱粒子層の上面側には、その表面を平滑にする平滑化層が形成される。ところが、この平滑化層を光取出し層上に積層すると、光散乱粒子と平滑層との界面に空隙が発生することがあり、この空隙によって光取出し層が十分に機能せず、光取出し効率が低下する虞があった。
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するものであり、光取出し層を単層とすることができ、また、母材と光散乱粒子との界面における空隙の発生を抑制して、光取出し効率を向上させることができる有機ＥＬ素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明に係る有機エレクトロルミネッセンス素子は、 第１の電極層及び第２の電極層の間に設けられた有機層と、前記第１の電極層及び前記第２の電極層の少なくとも一方の表面に設けられ、光の指向性を変更する光取出し層と、この光取出し層上に設けられた基板と、を備え、前記光取出し層は、該光取出し層を構成する母材と、前記母材に対して１乃至５重量％の光散乱粒子とを含むことを特徴とする。
【００１１】
上記有機エレクトロルミネッセンス素子において、前記光散乱粒子の粒径は、０．１〜１０μｍであることが好ましい。
【００１２】
上記有機エレクトロルミネッセンス素子において、前記光散乱粒子は、長軸方向及び短軸方向において形状が異なる粒子であることが好ましい。
【００１３】
上記有機エレクトロルミネッセンス素子において、前記光散乱粒子は、その表面に凹凸形状を有することが好ましい。
【００１４】
上記有機エレクトロルミネッセンス素子において、前記光取出し層を構成する母材の屈折率と、前記光散乱粒子の屈折率との差が、０．１５〜０．４５であることが好ましい。
【００１５】
上記有機エレクトロルミネッセンス素子において、前記光取出し層を構成する母材の屈折率と、前記光取出し層と接する前記第１の電極層又は前記第２の電極層の屈折率とが、同等であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、光取出し層は、母材に対して１乃至５重量％の光散乱粒子とを含むので、単層でも十分な光取出し効率を向上させることができる。また、光散乱粒子が１乃至５重量％であれば、光散乱粒子母材と光散乱粒子との界面における空隙を発生し難くすることができ、光取出し効率を更に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態に係る有機エレクトロルミネッセンス素子の側断面図。
【図２】（ａ）は同有機エレクトロルミネッセンス素子において、基板上に、母材に対して５重量％の光散乱粒子を添加して作製された光取出し層の表面の顕微鏡写真を示す図、（ｂ）は母材に対して７．５重量％の光散乱粒子を添加して作製された光取出し層のの表面の顕微鏡写真を示す図。
【図３】従来の有機エレクトロルミネッセンス素子の側断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の一実施形態に係る有機エレクトロルミネッセンス素子（以下、有機ＥＬ素子）について、図１を参照して説明する。本実施形態の有機ＥＬ素子１は、第１の電極層２及び第２の電極層３の間に設けられた有機層４と、第１の電極層２及び第２の電極層３の少なくとも一方の表面に設けられ、光の指向性を変更する光取出し層５と、光取出し層５上に設けられた基板６と、を備える。この構成において、第１の電極層２は、ホール輸送層４２に正孔を供給する陽極として機能し、第２の電極層３は、発光層４１に電子を注入する陰極として機能する。また、第１の電極層２及び基板６は透光性を有し、第２の電極層３は光反射性を有する。なお、本例では、第１の電極層２の一方の表面に光取出し層５が設けられた構成を示す。このように構成された有機ＥＬ素子１においては、第１の電極層２及び第２の電極層３の間に電圧が印加されることによって、有機層４の発光層４１で発光した光が、第１の電極層２及び基板６を透過して素子外に取り出される。
【００１９】
なお、有機層４は、発光材料を含む発光層４１に加えて、第２の電極層３と発光層４１との間に設けられた電子輸送層４３と、第１の電極層２と発光層４１との間に設けられたホール輸送層４２とを備えた構成を示しているが、この構成に限られない。また、発光層４１としては、複数の発光層が積層されたものであってもよい。
【００２０】
基板６には、例えば、ソーダライムガラスや無アルカリガラス等の透明ガラス板や、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリアミド、エポキシ等の樹脂、フッ素系樹脂等から任意の方法によって作製されたプラスチックフィルムやプラスチック板等が用いられる。また、基板６は、鉛等の重金属を混合したガラスであってもよく、任意のものを用いることができる。
【００２１】
光取出し層５は、この光取出し層５を構成する母材５０に対して１乃至５重量％の光散乱粒子５１を混合した組成物から形成される。母材５０としては、透光性に優れ、光取出し層５と接する第１の電極層２又は第２の電極層３と同等の屈折率を有する材料が好適に用いられ、例えば、イミド系樹脂、チオウレタン系樹脂等が用いられる。光散乱粒子５１としては、シリカやアルミナ等の透光性微粒子が用いられる。光散乱粒子５１の濃度が１重量％未満であると、十分な光取出し効果を得られなくなる。
【００２２】
一方、光散乱粒子５１の濃度が５重量％を越えると、光取出し層５に接する基板６に亀裂が発生する虞がある。ここで、母材５０となるイミド系樹脂に対して５重量％又は７．５重量％の光散乱粒子５１を分散させ、ガラス製の基板６に塗布、乾燥することで光取出し層５を作製し、その表面の顕微鏡写真を、夫々図２（ａ）（ｂ）に示す。なお、母材５０及び光散乱粒子５１には、ＯＰＴＭＡＴＥ製のイミド系樹脂及びＧＥ東芝シリコーン製のメチルシリコーン粒子（粒子径２μｍ）を用いた。
【００２３】
図２（ｂ）に示すように、母材５０に対して７．５重量％の光散乱粒子５１を添加した光取出し層は、図２（ｂ）に示すように、基板６の表面に亀裂が発生した。この亀裂は、短絡の要因となり、デバイスの信頼性を低下させる。これに対して、母材５０に対して５重量％の光散乱粒子５１を添加した光取出し層５は、図２（ａ）に示すように、基板６の表面に亀裂が発生することはなかった。
【００２４】
光散乱粒子５１の粒径は、０．０５〜１０μｍであることが好ましい。光散乱粒子５１の粒径が０．０５μｍ未満であると、光を散乱させる効果を十分に得ることができず、光取出し効率を十分に高めることができない。一方、光散乱粒子５１の粒径が１０μｍを越えると、光取出し層５の基板６とは反対側の表面における平坦性が悪くなる虞がある。
【００２５】
光散乱粒子５１の形状は、球形等のような等方形状であってもよいが、長軸方向及び短軸方向において形状が異なる粒子であることが好ましい。光散乱粒子５１は、異方形状であると、その長軸方向が光取出し層５の膜厚方向に対して種々な角度及び方向に配列し、光散乱粒子５１による光の散乱効果を向上させることができる。
【００２６】
基板６の表面に、異方形状の光散乱粒子５１を用いて光取出し層５を塗布により形成したとき、光散乱粒子５１は、特別な処理等を行わない限り、その長軸方向が、基板６の表面と平行等一方向に規則的に配列することはなく、不規則な方向に配列される。そのため、異方形状の光散乱粒子５１は、真球状の光散乱粒子５１よりも、あらゆる方向への光の散乱効果を高くすることができる。従って、光取出し層５に、長軸方向と短軸方向を有する異方形状の光散乱粒子５１を用いることによって、正面取出し光の低減を抑えつつ、斜め方向の光を散乱させることができ、光取出効率をより向上させることができる。
【００２７】
ここで、光散乱粒子５１の長軸方向と短軸方向とは必ずしも直交している必要はなく、長軸方向と短軸方向とが任意の角度である異方形状であってもよい。また、この異方形状の光散乱粒子５１の長軸方向の粒径や、短軸方向の粒径は、上述したように、０．０５〜１０μｍの範囲内であることが好ましい。また、長軸方向と短軸方向の粒径の差は、短軸方向の粒径を１として、長軸方向の粒径が１．２〜５の範囲であることが好ましい。長軸方向の粒径が５を超えると、光取出し層５の基板６とは反対側の表面における平坦性が悪くなる虞があるので好ましくない。
【００２８】
また、光散乱粒子５１の表面は、平坦であってもよいが、凹凸形状を有するものが好ましい。光散乱粒子５１の表面が、凹凸形状を有していると、表面が平坦な場合に比べて、光の散乱効果を高くすることができ、光取出効率をより向上させることができる。
【００２９】
光散乱粒子５１は、その屈折率が光取出し層５を構成する母材５０の屈折率よりも小さくなるものが用いられる。こうすれば、母材５０に入射した光を、光散乱粒子５１の表面で全反射させて、様々な方向に散乱させることができる。
【００３０】
また、光取出し層５を構成する母材５０の屈折率と、光散乱粒子５１の屈折率との差は、０．１５〜０．４５であることが好ましい。この差が０．１５未満であると、光散乱粒子５１の表面において全反射する光が少なくなり、十分な光散乱機能を得られない。また、母材５０として用いられる透光性樹脂の屈折率が通常１．４〜１．８程度であることを鑑みれば、母材５０との屈折率差を０．４５以上とするような超低屈折率材料を光散乱粒子５１に用いることは容易でない。
【００３１】
また、光取出し層５の光透過率は、少なくとも５０％以上であることが好ましく、８０％以上がより好ましい。また、光取出し層５は、第１の電極層２との界面における全反射が生じ難いように、設計がなされていることが好ましい。つまり、光取出し層５の母材５０の屈折率は、第１の電極層２と同等の屈折率であることが好ましい。ここでいう同等とは、屈折率差が±０．２以下であるものとする。
【００３２】
第１の電極層２は、有機層４に対して効率的に正孔を注入できるように、仕事関数の大きい金属、合金、電気伝導性化合物、又はこれらの混合物から成る電極材料を用いることが好ましく、仕事関数が４ｅＶ以上のものを用いることが特に好ましい。このような第１の電極層２の材料としては、例えば、金等の金属、ＣｕＩ、ＩＴＯ（インジウム−スズ酸化物）、ＳｎＯ２、ＺｎＯ、ＩＺＯ（インジウム−亜鉛酸化物）、ＧＺＯ（ガリウム−亜鉛酸化物）等、ＰＥＤＯＴ、ポリアニリン等の導電性高分子及び任意のアクセプタ等でドープした導電性高分子、カーボンナノチューブ等の導電性透光性材料を挙げることができる。第１の電極層２は、上述した電極材料を、例えば、基板６の表面に真空蒸着法やスパッタリング法、塗布等の方法により薄膜に形成することによって作製することができる。第２の電極層３の透過率は、７０％以上であることが好ましい。また、第２の電極層３のシート抵抗は、数百Ω／□以下であることが好ましく、１００Ω／□以下であることがより好ましい。第１の電極層２の膜厚は、材料の導電性等の特性により異なるが、第１の電極層２の光透過率、シート抵抗等の特性を上記のように制御するためには、５００ｎｍ以下であることが好ましくは、１０〜２００ｎｍの範囲に設定されることがより好ましい。また、第１の電極層２は、リーク電流やショートを防ぐために、光取出し層５とは反対側の表面が、高平坦性を有するように構成されていることが好ましい。
【００３３】
有機層４は、上述したホール輸送層４２、発光層４１及び電子輸送層４３が積層されたものであり、発光層４１上に、適宜に電子輸送層、ホールブロック層又は電子注入層等（不図示）の適宜の有機層が積層されてもよい。また、発光層４１は、複数層形成されていてもよい。このように、発光層４１を複数層設ける場合には、その積層数は、多くなるに従って光学的及び電気的な素子設計の難易度が増すので、５層以内が好ましく、３層以内がより好ましい。また、この場合、複数の有機層４間に、電荷供給層（不図示）を介在させることが好ましい。この電荷供給層としては、例えば、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ等の金属薄膜、酸化バナジウム、酸化モリブデン、酸化レニウム、酸化タングステン等の金属酸化物、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＡＺＯ、ＧＺＯ、ＡＴＯ、ＳｎＯ２等の透明導電膜、いわゆるｎ型半導体とｐ型半導体の積層体、金属薄膜又は透明導電膜とｎ型半導体及び／又はｐ型半導体との積層体、ｎ型半導体とｐ型半導体の混合物、ｎ型半導体又はｐ型半導体と金属との混合物等が挙げられる。ｎ型半導体やｐ型半導体としては、無機材料であっても、有機材料であってもよい。更に、有機材料と金属との混合物、有機材料と金属酸化物、有機材料と有機系アクセプタ／ドナー材料、無機系アクセプタ／ドナー材料等の組合わせによって得られるものであってもよく、これらが適宜に選定して使用される。
【００３４】
ホール輸送層４２は、ホール輸送性を有する化合物の群から適宜に選定される。この種の化合物としては、例えば、４，４’−ビス［Ｎ−（ナフチル）−Ｎ−フェニル−アミノ］ビフェニル（α−ＮＰＤ）、Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−（１，１’−ビフェニル）−４，４’−ジアミン（ＴＰＤ）、２−ＴＮＡＴＡ、４，４’，４”−トリス（Ｎ−（３−メチルフェニル）Ｎ−フェニルアミノ）トリフェニルアミン（ＭＴＤＡＴＡ）、４，４’−Ｎ，Ｎ’−ジカルバゾールビフェニル（ＣＢＰ）、スピロ−ＮＰＤ、スピロ−ＴＰＤ、スピロ−ＴＡＤ、ＴＮＢ等に代表されるトリアリールアミン系化合物、カルバゾール基を含むアミン化合物、フルオレン誘導体を含むアミン化合物等が挙げられる。なお、上述したものに限られず、一般に知られる任意のホール輸送材料を用いることができる。
【００３５】
発光層４１を構成する有機ＥＬ材料としては、例えば、アントラセン、ナフタレン、ピレン、テトラセン、コロネン、ペリレン、フタロペリレン、ナフタロペリレン、ジフェニルブタジエン、テトラフェニルブタジエン、クマリン、オキサジアゾール、ビスベンゾキサゾリン、ビススチリル、シクロペンタジエン、キノリン金属錯体、トリス（８−ヒドロキシキノリナート）アルミニウム錯体（Ａｌｑ３）、トリス（４−メチル−８−キノリナート）アルミニウム錯体、トリス（５−フェニル−８−キノリナート）アルミニウム錯体、アミノキノリン金属錯体、ベンゾキノリン金属錯体、トリ−（ｐ−ターフェニル−４−イル）アミン、１−アリール−２，５−ジ（２−チエニル）ピロール誘導体、ピラン、キナクリドン、ルブレン、ジスチリルベンゼン誘導体、ジスチリルアリーレン誘導体、ジスチリルアミン誘導体及び各種蛍光色素等、前述の材料系及びその誘導体を始めとするものが挙げられるが、これらに限定するものではない。また、これらの化合物のうちから選択される発光材料を適宜混合して用いることが好ましい。また、上記化合物に代表される蛍光色素由来の化合物のみならず、いわゆる燐光発光材料、例えば、Ｉｒ錯体、Ｏｓ錯体、Ｐｔ錯体、ユーロピウム錯体等々の発光材料、又はそれらを分子内に有する化合物若しくは高分子も好適に用いることができる。これらの材料は、必要に応じて、適宜選択して用いられる。上述した材料から成る発光層４１は、蒸着、転写等乾式プロセスによって成膜されてもよいし、スピンコート、スプレーコート、ダイコート、グラビア印刷等、湿式プロセスによって成膜されるものであってもよい。
【００３６】
電子輸送層４３は、電子輸送性有する化合物の群から適宜に選定された材料から形成される。この種の化合物としては、例えば、Ａｌｑ３等の電子輸送性材料として知られる金属錯体や、フェナントロリン誘導体、ピリジン誘導体、テトラジン誘導体、オキサジアゾール誘導体等のヘテロ環を有する化合物等が挙げられる。なお、上述したものに限られず、一般に知られる任意の電子輸送材料を用いることができる。
【００３７】
第２の電極層３は、発光層４１に対して効率的に電子を注入できるように、仕事関数の小さい金属、合金、電気伝導性化合物及びこれらの混合物から成る電極材料を用いることが好ましく、仕事関数が５ｅＶ以下のものであることが特に好ましい。第２の電極層５を構成する材料としては、アルカリ金属、アルカリ金属のハロゲン化物、アルカリ金属の酸化物、アルカリ土類金属等、及びこれらと他の金属との合金等が用いられる。具体的には、アルミニウム（Ａｌ）や銀（Ａｇ）、又はこれら金属を含む化合物を用いることができる。また、Ａｌと他の電極材料を組み合わせて積層構造等として構成するものであってもよい。このような電極材料の組み合わせとしては、アルカリ金属とＡｌとの積層体、アルカリ金属と銀との積層体、アルカリ金属のハロゲン化物とＡｌとの積層体、アルカリ金属の酸化物とＡｌとの積層体、アルカリ土類金属や希土類金属とＡｌとの積層体、これらの金属種と他の金属との合金等が挙げられる。具体的には、例えば、ナトリウム（Ｎａ）、Ｎａ−カリウム（Ｋ）合金、リチウム（Ｌｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）等とＡｌとの積層体、Ｍｇ−Ａｇ混合物、Ｍｇ−インジウム混合物、Ａｌ−Ｌｉ合金、ＬｉＦ／Ａｌ混合物／積層体、Ａｌ／Ａｌ２Ｏ３混合物等が挙げられる。更に、アルカリ金属の酸化物、アルカリ金属のハロゲン化物、又は金属酸化物を第２の電極層３の下地として用い、更に金属等の導電材料を１層以上積層して用いてもよい。これらの例として、例えば、アルカリ金属／Ａｌの積層、アルカリ金属のハロゲン化物／アルカリ土類金属／Ａｌの積層、アルカリ金属の酸化物／Ａｌの積層等が挙げられる。また、上記に列挙したもの以外についても、第２の電極層３（陰極）から発光層４１への電子注入を促進させる層、すなわち、電子注入層（不図示）を陰極と発光層の間に挿入させることが好ましい。電子注入層を構成する材料としては、上記第２の電極層３を構成する材料と共通のもの、酸化チタン、酸化亜鉛等の金属酸化物、上記材料を含めて、電子注入を促進させるドーパントを混合した有機半導体材料等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００３８】
また、第２の電極層３は、透明電極と光反射性の層との組み合わせによって構成されてもよい。第２の電極層３を透光性の電極として形成する場合には、ＩＴＯ、ＩＺＯ等に代表される透明電極にて形成してもよい。また、第２の電極層３の界面の有機物層にリチウム、ナトリウム、セシウム、カルシウム等のアルカリ金属、アルカリ土類金属をドープしても良い。
【００３９】
第２の電極層３の作製方法としては、例えば、上述した電極材料を真空蒸着法やスパッタリング法、塗布等の方法により、薄膜に形成すること等が挙げられる。第２の電極層５が、光反射性電極である場合には、その反射率は８０％以上であることが好ましく、９０％以上であることがより好ましい。
【００４０】
また、第２の電極層３が透光性電極である場合には、第２の電極層３の光透過率が７０％以上であることが好ましい。この場合の第３の電極層５の膜厚は、第３の電極層５の光透過率等の特性を制御するために、材料により異なるが、５００ｎｍ以下であることが好ましく、１００〜２００ｎｍの範囲であることが特に好ましい。
【実施例】
【００４１】
次に、上述した実施形態の実施例について、比較例と対比しながら具体的に説明する。
【００４２】
（実施例１）
まず、光取出し層５の母材５０としてイミド系樹脂（ＯＰＴＭＡＴＥ製、ＨＲＩ１７８３、ｎＤ＝１．７８、濃度１８％）に対して５重量％となるように光散乱粒子５１としてメチルシリコーン粒子（粒子径２μｍ、ＧＥ東芝シリコーン製、トスパール１２０、ｎＤ=１．４５）を添加してホモジナイザーで分散させてコーティング材組成物を得た。
【００４３】
次に、基板６として、厚み０．７ｍｍの無アルカリガラス板（Ｎｏ．１７３７；コーニング製）を用い、ガラス表面に得られたコーティング材組成物をスピンコータによって１０００ｒｐｍの条件で塗布、乾燥し、２００℃で３０分間焼成することによって熱処理し、厚み約６.５μｍの光取出し層５を設けた。
【００４４】
次に、ＩＴＯ（スズドープ酸化インジウム）ターゲット（東ソー製）を用いてスパッタを行い、１５０ｎｍのＩＴＯ膜を形成した。得られたＩＴＯ層付ガラス基板を、Ａｒ雰囲気下２００℃で１時間アニール処理を行い、シート抵抗１８Ω／□の第１の電極層２を形成した。第１の電極層２の屈折率を、ＦｉｌｍＴｅｋ社製ＳＣＩ３０００で測定したところ、ｎＤ=１．７８であった。
【００４５】
このＩＴＯ付きガラス基板を純水、アセトン、イソプロピルアルコールで各１０分間超音波洗浄した後、イソプロピルアルコール蒸気で２分間蒸気洗浄して、乾燥し、更に１０分間ＵＶオゾン洗浄した。続いて、このＩＴＯ層付ガラス基板を真空蒸着装置にセットし、５×１０−５Ｐａの減圧下、４，４′−ビス［Ｎ−（ナフチル）−Ｎ−フェニル−アミノ］ビフェニル（α−ＮＰＤ）を厚み４０ｎｍとなるように蒸着し、第１の電極層２（ＩＴＯ）上にホール輸送層４２を形成した。次いで、ホール輸送層４２の上に、Ａｌｑ３にルブレンを６％ドープした発光層４１を厚み３０ｎｍにして設けた。更に、電子輸送層４３としてＴpＰｙＰｈＢを厚み６５ｎｍに成膜した。また、電子注入層（不図示）としてＬｉＦを厚み１ｎｍ、第２の電極層３（陰極）としてＡｌを厚み８０ｎｍに成膜して、実施例１の有機ＥＬ素子１を作製した。
【００４６】
（実施例２）
光散乱粒子５１として凸レンズ形状のアクリル樹脂粒子（積水化成品（株）製Ｌ−ＸＸ−０３Ｎ、平均粒径５μｍ、ｎＤ＝１．５）を用いた以外は、実施例１と同様にして実施例２の有機ＥＬ素子１を作製した。
【００４７】
（実施例３）
光散乱粒子５１として表面凹凸微粒子（松本油脂製薬（株）製；マツモトマイクロスフェアーＭ、粒径５μｍ、ｎＤ＝１．５）を用いた以外は、実施例１と同様にして有機ＥＬ素子１を作製した。
【００４８】
（比較例１）
テトラエトキシシラン８６.８gにイソプロピルアルコール８０３．５ｇを加え、更にγ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン３４．７ｇ及び０．１Ｎ硝酸７５ｇを加え、ディスパーを用いてよく混合することによって組成液を調整した。調整した組成液を４０℃恒温槽中で２時間攪拌し、重量平均分子量が１０５０のバインダー形成材料としてのシリコーンレジン５質量％のシリコーンレジン溶液（ｎＤ＝１．４３）を得た。このシリコーンレジン溶液に、メチルシリコーン粒子（粒子径２μｍ、ＧＥ東芝シリコーン製、トスパール１２０、ｎＤ=１．４５）をメチルシリコーン粒子／シリコーンレジン（縮合化合物換算）の固形分質量基準で８０／２０となるように添加して、ホモジナイザーで分散させ、メチルシリコーン粒子分散シリコーンレジン溶液を得た。なお、「縮合化合物換算」とは、テトラアルコキシシランの場合は、存在するＳｉがＳｉＯ２であるとした質量、トリアルコキシシランの場合は、ＳｉＯ１．５であるとした質量である。
【００４９】
次に、基板６として厚み０.７mmの無アルカリガラス板（Ｎｏ．１７３７、コーニング製）を用い、ガラス表面に得られたコーティング材組成物をスピンコータによって１０００ｒｐｍの条件で塗布、乾燥した。塗布、乾燥を６回繰り返した後に２００℃で３０分間焼成することによって熱処理を行った。
【００５０】
次に、光取出し層に平坦性を付与するために、散乱粒子層付きガラス基板にイミド系樹脂（ＯＰＴＭＡＴＥ製、ＨＲＩ１７８３、ｎＤ=１．７８、濃度１８％）をスピンコータによって２０００ｒｐｍの条件で塗布、乾燥して被膜を形成し、２００℃で３０分間焼成することによって熱処理し、厚み約４μｍの平坦化層を積層した。上記手順により、光取出し層を作製した以外は、実施例１と同様にして比較例１の有機ＥＬ素子を得た。
【００５１】
（評価試験）
各実施例及び比較例として作製された有機ＥＬ素子において、電極間に、電流密度が１０ｍＡ／ｃｍ２となるように電流を流し、大気放射光を積分球によって計測した。この計測結果に基づいて外部量子効率を算出し、比較例１との比を下記の表１に示す。
【００５２】
【表１】
【００５３】
上記表１に見られるように、上述した実施形態に基づいた実施例１乃至３は、比較例１と対して、外部量子効率が向上していることが示された。実施例１乃至３は、いずれも光取出し層５は単層である。つまり、母材５０と、母材５０に対して５重量％の光散乱粒子５１とで構成することにより、母材５０と光散乱粒子５１との界面に空隙が発生し難くなり、この空隙による光のロスを抑制し、光取出し効率を向上させることができる。なお、上記表１には記載していないが、光散乱粒子５１は、母材５０に対して１重量％以上とすることにより、光取出し効率の向上が確認された。
【００５４】
実施例１乃至３は、いずれも光取出し層５において平坦化層は形成されていないが、平坦化層が形成されている比較例１を上回る外部量子効率が示されている。この結果は、光散乱粒子の粒径を小さく（実質的には０．１〜１０μｍ）にすれば、光取出し層５における第１の電極層５（又は第２の電極層３）と対向する面の凹凸を少なくすることができ、平坦化層が有る場合と同等以上の発光が可能であることを示す。また、光取出し層５の表面の凹凸が少ないと、この光取出し層５上に形成された第１の電極層５も、凹凸が少なく均一な厚さとすることができる。その結果、素子短絡の虞を少なくすることができ、この有機ＥＬ素子１を用いたデバイスの信頼性の向上させることができる。
【００５５】
また、実施例２において、実施例１を上回る外部量子効率が示されている。この結果は、実施例２のように、異方形状の光散乱粒子５１（凸レンズ形状のアクリル樹脂粒子）を用いることにより、光の散乱効果を向上させることができ、光取出し効率をより向上させられることを示す。また、実施例３において、実施例１を上回る外部量子効率が示されている。この結果は、実施例３のように、表面に凹凸形状を有する光散乱粒子５１を用いることにより、光の散乱効果を向上させることができ、光取出し効率をより向上させられることを示す。
【００５６】
また、実施例１乃至３は、いずれも光取出し層５を構成する母材５０の屈折率と、光散乱粒子５１の屈折率の差が、０.１５以上であり、これに対して、比較例１は、屈折率差が０．１５未満である。そして、実施例１乃至３は、比較例１を上回る外部量子効率が示されている。この結果は、この屈折率差の違いにより、光散乱粒子５１による好適な光散乱特性を得られることを示す。
【００５７】
更に、光取出し層５を構成する母材５０の屈折率と、第１の電極層２（陽極）の屈折率とを同等とすることで、第１の電極層２を透過した光は、光取出し層５との界面で全反射することなく、光取出し層５に入射し、光散乱粒子５１で散乱させることができる。
【００５８】
なお、本発明は、第１の電極層２又は第２の電極層３の少なくとも一方の表面に、母材５０に対して１乃至５重量％の光散乱粒子５１とを含む光取出し層５が設けられたものであれば、上記実施形態に限らず、種々の変形が可能である。例えば、光取出し層５を構成する母材５０に、光散乱粒子５１以外の材料が添加されてもよい。また、上述した光取出し層５と同様に構成された層が、基板６の外側に設けられてもよい。
【符号の説明】
【００５９】
１ 有機ＥＬ素子
２ 第１の電極層
３ 第２の電極層
４ 有機層
５ 光取出し層
５０ 母材
５１ 光散乱粒子
６ 基板
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光取出し層を有した有機エレクトロルミネッセンス素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）素子は、陽極及び陰極で挟持させた発光層が透明基板上に形成されたものであり、電極間に電圧印加されたとき、発光層にキャリアとして注入された電子及びホールの再結合により生成された励起子によって発光する。ＥＬ素子は、発光層の蛍光物質に有機物を用いた有機ＥＬ素子と、無機物を用いた無機ＥＬ素子に大別される。特に、有機ＥＬ素子は、低電圧で高輝度の発光が可能であり、蛍光物質の種類によって様々な発光色が得られ、また、平面状の発光パネルとしての製造が容易であることから、各種表示装置やバックライトとして用いられる。更に、近年では、高輝度に対応したものが実現され、これを照明器具に用いることが注目されている。
【０００３】
図３に一般的な有機ＥＬ素子の断面構成を示す。有機ＥＬ素子１０１は、透光性を有する基板１０６上に、透光性を有する陽極層１０２が設けられ、この陽極層１０２の上に、ホール輸送層１４２、発光層１４１及び電子輸送層１４３から成る有機層１０４が設けられる。また、有機層１０４上に、光反射性を有する陰極層１０３が設けられる。そして、陽極層１０２と陰極層１０３との間に電圧が印加されることによって、有機層１０４で発光した光は、陽極層１０２及び基板１０６を透過して取り出される。
【０００４】
ところで、屈折率の高い媒質から屈折率の低い媒質へ光が伝搬する場合、その界面では媒質間の屈折率により、スネルの法則から臨界角が決定され、その臨界角以上の光は界面で全反射し、屈折率の高い媒質に閉じ込められ、導波光として失われる。ここで、一般的な有機ＥＬ素子１０１に使用される基板１０６は、透明性、強度、低コスト、ガスバリア層、耐薬品性、耐熱性等の観点から、ガラスが広く用いられており、一般的なソーダライムガラス等の屈折率は１．５２程度である。一方、陽極層１０２には、酸化インジウムに酸化錫をドープした酸化インジウム錫（ＩＴＯ）や酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）がその優れた透明性と電気伝導性から広く用いられている。これらＩＴＯやＩＺＯの屈折率は、その組成、成膜方法、結晶構造等により変化するが、ＩＴＯの屈折率は１．７〜２．３程度、ＩＺＯの屈折率は１．９〜２．４程度であり、いずれも基板１０６に比べて高い屈折率を持つ。
【０００５】
また、有機層１０４に用いられる発光層１４１、ホール輸送層１４２、電子輸送層１４３等を構成する発光材料等の各材料の屈折率は、１．６〜２．０程度のものが多い。つまり、一般的な有機ＥＬ素子１０１においては、各層の屈折率の大小関係は、大気＜基板＜有機層＜陽極となる。そのため、有機ＥＬ素子１０１の発光層１４１の発光源から出射した光のうち、基板６と素子外（大気）の界面及び陽極１と基板６の界面に、大きな入射角で入射した光は、それらの界面で全反射するので、有効光として素子外に取り出されないことがある。
【０００６】
そこで、基板１０６と陽極層１０２との間に、それらの光を取り出すために、光散乱機能を有する層等から成る光取出し層を設けることによって、発光層１４１で発光した光の光利用効率を向上させた有機ＥＬ素子が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−２８６６１６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、上記特許文献１に記載の有機ＥＬ素子においては、光取出し層の一部として、光散乱粒子を含有する光散乱粒子層を用いている。しかしながら、光散乱粒子層の表面は、光散乱粒子の存在によって凹凸状になっている。この表面が凹凸状であると、陽極、有機層、陰極を均一な厚さで積層できないので、光散乱粒子層の上面側には、その表面を平滑にする平滑化層が形成される。ところが、この平滑化層を光取出し層上に積層すると、光散乱粒子と平滑層との界面に空隙が発生することがあり、この空隙によって光取出し層が十分に機能せず、光取出し効率が低下する虞があった。
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するものであり、光取出し層を単層とすることができ、また、母材と光散乱粒子との界面における空隙の発生を抑制して、光取出し効率を向上させることができる有機ＥＬ素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明に係る有機エレクトロルミネッセンス素子は、 第１の電極層及び第２の電極層の間に設けられた有機層と、前記第１の電極層及び前記第２の電極層の少なくとも一方の表面に設けられ、光の指向性を変更する光取出し層と、この光取出し層上に設けられた基板と、を備え、前記光取出し層は、該光取出し層を構成する母材と、前記母材に対して１乃至５重量％の光散乱粒子とを含むことを特徴とする。
【００１１】
上記有機エレクトロルミネッセンス素子において、前記光散乱粒子の粒径は、０．１〜１０μｍであることが好ましい。
【００１２】
上記有機エレクトロルミネッセンス素子において、前記光散乱粒子は、長軸方向及び短軸方向において形状が異なる粒子であることが好ましい。
【００１３】
上記有機エレクトロルミネッセンス素子において、前記光散乱粒子は、その表面に凹凸形状を有することが好ましい。
【００１４】
上記有機エレクトロルミネッセンス素子において、前記光取出し層を構成する母材の屈折率と、前記光散乱粒子の屈折率との差が、０．１５〜０．４５であることが好ましい。
【００１５】
上記有機エレクトロルミネッセンス素子において、前記光取出し層を構成する母材の屈折率と、前記光取出し層と接する前記第１の電極層又は前記第２の電極層の屈折率とが、同等であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、光取出し層は、母材に対して１乃至５重量％の光散乱粒子とを含むので、単層でも十分な光取出し効率を向上させることができる。また、光散乱粒子が１乃至５重量％であれば、光散乱粒子母材と光散乱粒子との界面における空隙を発生し難くすることができ、光取出し効率を更に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態に係る有機エレクトロルミネッセンス素子の側断面図。
【図２】（ａ）は同有機エレクトロルミネッセンス素子において、基板上に、母材に対して５重量％の光散乱粒子を添加して作製された光取出し層の表面の顕微鏡写真を示す図、（ｂ）は母材に対して７．５重量％の光散乱粒子を添加して作製された光取出し層のの表面の顕微鏡写真を示す図。
【図３】従来の有機エレクトロルミネッセンス素子の側断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の一実施形態に係る有機エレクトロルミネッセンス素子（以下、有機ＥＬ素子）について、図１を参照して説明する。本実施形態の有機ＥＬ素子１は、第１の電極層２及び第２の電極層３の間に設けられた有機層４と、第１の電極層２及び第２の電極層３の少なくとも一方の表面に設けられ、光の指向性を変更する光取出し層５と、光取出し層５上に設けられた基板６と、を備える。この構成において、第１の電極層２は、ホール輸送層４２に正孔を供給する陽極として機能し、第２の電極層３は、発光層４１に電子を注入する陰極として機能する。また、第１の電極層２及び基板６は透光性を有し、第２の電極層３は光反射性を有する。なお、本例では、第１の電極層２の一方の表面に光取出し層５が設けられた構成を示す。このように構成された有機ＥＬ素子１においては、第１の電極層２及び第２の電極層３の間に電圧が印加されることによって、有機層４の発光層４１で発光した光が、第１の電極層２及び基板６を透過して素子外に取り出される。
【００１９】
なお、有機層４は、発光材料を含む発光層４１に加えて、第２の電極層３と発光層４１との間に設けられた電子輸送層４３と、第１の電極層２と発光層４１との間に設けられたホール輸送層４２とを備えた構成を示しているが、この構成に限られない。また、発光層４１としては、複数の発光層が積層されたものであってもよい。
【００２０】
基板６には、例えば、ソーダライムガラスや無アルカリガラス等の透明ガラス板や、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリアミド、エポキシ等の樹脂、フッ素系樹脂等から任意の方法によって作製されたプラスチックフィルムやプラスチック板等が用いられる。また、基板６は、鉛等の重金属を混合したガラスであってもよく、任意のものを用いることができる。
【００２１】
光取出し層５は、この光取出し層５を構成する母材５０に対して１乃至５重量％の光散乱粒子５１を混合した組成物から形成される。母材５０としては、透光性に優れ、光取出し層５と接する第１の電極層２又は第２の電極層３と同等の屈折率を有する材料が好適に用いられ、例えば、イミド系樹脂、チオウレタン系樹脂等が用いられる。光散乱粒子５１としては、シリカやアルミナ等の透光性微粒子が用いられる。光散乱粒子５１の濃度が１重量％未満であると、十分な光取出し効果を得られなくなる。
【００２２】
一方、光散乱粒子５１の濃度が５重量％を越えると、光取出し層５に接する基板６に亀裂が発生する虞がある。ここで、母材５０となるイミド系樹脂に対して５重量％又は７．５重量％の光散乱粒子５１を分散させ、ガラス製の基板６に塗布、乾燥することで光取出し層５を作製し、その表面の顕微鏡写真を、夫々図２（ａ）（ｂ）に示す。なお、母材５０及び光散乱粒子５１には、ＯＰＴＭＡＴＥ製のイミド系樹脂及びＧＥ東芝シリコーン製のメチルシリコーン粒子（粒子径２μｍ）を用いた。
【００２３】
図２（ｂ）に示すように、母材５０に対して７．５重量％の光散乱粒子５１を添加した光取出し層は、図２（ｂ）に示すように、基板６の表面に亀裂が発生した。この亀裂は、短絡の要因となり、デバイスの信頼性を低下させる。これに対して、母材５０に対して５重量％の光散乱粒子５１を添加した光取出し層５は、図２（ａ）に示すように、基板６の表面に亀裂が発生することはなかった。
【００２４】
光散乱粒子５１の粒径は、０．０５〜１０μｍであることが好ましい。光散乱粒子５１の粒径が０．０５μｍ未満であると、光を散乱させる効果を十分に得ることができず、光取出し効率を十分に高めることができない。一方、光散乱粒子５１の粒径が１０μｍを越えると、光取出し層５の基板６とは反対側の表面における平坦性が悪くなる虞がある。
【００２５】
光散乱粒子５１の形状は、球形等のような等方形状であってもよいが、長軸方向及び短軸方向において形状が異なる粒子であることが好ましい。光散乱粒子５１は、異方形状であると、その長軸方向が光取出し層５の膜厚方向に対して種々な角度及び方向に配列し、光散乱粒子５１による光の散乱効果を向上させることができる。
【００２６】
基板６の表面に、異方形状の光散乱粒子５１を用いて光取出し層５を塗布により形成したとき、光散乱粒子５１は、特別な処理等を行わない限り、その長軸方向が、基板６の表面と平行等一方向に規則的に配列することはなく、不規則な方向に配列される。そのため、異方形状の光散乱粒子５１は、真球状の光散乱粒子５１よりも、あらゆる方向への光の散乱効果を高くすることができる。従って、光取出し層５に、長軸方向と短軸方向を有する異方形状の光散乱粒子５１を用いることによって、正面取出し光の低減を抑えつつ、斜め方向の光を散乱させることができ、光取出効率をより向上させることができる。
【００２７】
ここで、光散乱粒子５１の長軸方向と短軸方向とは必ずしも直交している必要はなく、長軸方向と短軸方向とが任意の角度である異方形状であってもよい。また、この異方形状の光散乱粒子５１の長軸方向の粒径や、短軸方向の粒径は、上述したように、０．０５〜１０μｍの範囲内であることが好ましい。また、長軸方向と短軸方向の粒径の差は、短軸方向の粒径を１として、長軸方向の粒径が１．２〜５の範囲であることが好ましい。長軸方向の粒径が５を超えると、光取出し層５の基板６とは反対側の表面における平坦性が悪くなる虞があるので好ましくない。
【００２８】
また、光散乱粒子５１の表面は、平坦であってもよいが、凹凸形状を有するものが好ましい。光散乱粒子５１の表面が、凹凸形状を有していると、表面が平坦な場合に比べて、光の散乱効果を高くすることができ、光取出効率をより向上させることができる。
【００２９】
光散乱粒子５１は、その屈折率が光取出し層５を構成する母材５０の屈折率よりも小さくなるものが用いられる。こうすれば、母材５０に入射した光を、光散乱粒子５１の表面で全反射させて、様々な方向に散乱させることができる。
【００３０】
また、光取出し層５を構成する母材５０の屈折率と、光散乱粒子５１の屈折率との差は、０．１５〜０．４５であることが好ましい。この差が０．１５未満であると、光散乱粒子５１の表面において全反射する光が少なくなり、十分な光散乱機能を得られない。また、母材５０として用いられる透光性樹脂の屈折率が通常１．４〜１．８程度であることを鑑みれば、母材５０との屈折率差を０．４５以上とするような超低屈折率材料を光散乱粒子５１に用いることは容易でない。
【００３１】
また、光取出し層５の光透過率は、少なくとも５０％以上であることが好ましく、８０％以上がより好ましい。また、光取出し層５は、第１の電極層２との界面における全反射が生じ難いように、設計がなされていることが好ましい。つまり、光取出し層５の母材５０の屈折率は、第１の電極層２と同等の屈折率であることが好ましい。ここでいう同等とは、屈折率差が±０．２以下であるものとする。
【００３２】
第１の電極層２は、有機層４に対して効率的に正孔を注入できるように、仕事関数の大きい金属、合金、電気伝導性化合物、又はこれらの混合物から成る電極材料を用いることが好ましく、仕事関数が４ｅＶ以上のものを用いることが特に好ましい。このような第１の電極層２の材料としては、例えば、金等の金属、ＣｕＩ、ＩＴＯ（インジウム−スズ酸化物）、ＳｎＯ２、ＺｎＯ、ＩＺＯ（インジウム−亜鉛酸化物）、ＧＺＯ（ガリウム−亜鉛酸化物）等、ＰＥＤＯＴ、ポリアニリン等の導電性高分子及び任意のアクセプタ等でドープした導電性高分子、カーボンナノチューブ等の導電性透光性材料を挙げることができる。第１の電極層２は、上述した電極材料を、例えば、基板６の表面に真空蒸着法やスパッタリング法、塗布等の方法により薄膜に形成することによって作製することができる。第２の電極層３の透過率は、７０％以上であることが好ましい。また、第２の電極層３のシート抵抗は、数百Ω／□以下であることが好ましく、１００Ω／□以下であることがより好ましい。第１の電極層２の膜厚は、材料の導電性等の特性により異なるが、第１の電極層２の光透過率、シート抵抗等の特性を上記のように制御するためには、５００ｎｍ以下であることが好ましくは、１０〜２００ｎｍの範囲に設定されることがより好ましい。また、第１の電極層２は、リーク電流やショートを防ぐために、光取出し層５とは反対側の表面が、高平坦性を有するように構成されていることが好ましい。
【００３３】
有機層４は、上述したホール輸送層４２、発光層４１及び電子輸送層４３が積層されたものであり、発光層４１上に、適宜に電子輸送層、ホールブロック層又は電子注入層等（不図示）の適宜の有機層が積層されてもよい。また、発光層４１は、複数層形成されていてもよい。このように、発光層４１を複数層設ける場合には、その積層数は、多くなるに従って光学的及び電気的な素子設計の難易度が増すので、５層以内が好ましく、３層以内がより好ましい。また、この場合、複数の有機層４間に、電荷供給層（不図示）を介在させることが好ましい。この電荷供給層としては、例えば、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ等の金属薄膜、酸化バナジウム、酸化モリブデン、酸化レニウム、酸化タングステン等の金属酸化物、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＡＺＯ、ＧＺＯ、ＡＴＯ、ＳｎＯ２等の透明導電膜、いわゆるｎ型半導体とｐ型半導体の積層体、金属薄膜又は透明導電膜とｎ型半導体及び／又はｐ型半導体との積層体、ｎ型半導体とｐ型半導体の混合物、ｎ型半導体又はｐ型半導体と金属との混合物等が挙げられる。ｎ型半導体やｐ型半導体としては、無機材料であっても、有機材料であってもよい。更に、有機材料と金属との混合物、有機材料と金属酸化物、有機材料と有機系アクセプタ／ドナー材料、無機系アクセプタ／ドナー材料等の組合わせによって得られるものであってもよく、これらが適宜に選定して使用される。
【００３４】
ホール輸送層４２は、ホール輸送性を有する化合物の群から適宜に選定される。この種の化合物としては、例えば、４，４’−ビス［Ｎ−（ナフチル）−Ｎ−フェニル−アミノ］ビフェニル（α−ＮＰＤ）、Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−（１，１’−ビフェニル）−４，４’−ジアミン（ＴＰＤ）、２−ＴＮＡＴＡ、４，４’，４”−トリス（Ｎ−（３−メチルフェニル）Ｎ−フェニルアミノ）トリフェニルアミン（ＭＴＤＡＴＡ）、４，４’−Ｎ，Ｎ’−ジカルバゾールビフェニル（ＣＢＰ）、スピロ−ＮＰＤ、スピロ−ＴＰＤ、スピロ−ＴＡＤ、ＴＮＢ等に代表されるトリアリールアミン系化合物、カルバゾール基を含むアミン化合物、フルオレン誘導体を含むアミン化合物等が挙げられる。なお、上述したものに限られず、一般に知られる任意のホール輸送材料を用いることができる。
【００３５】
発光層４１を構成する有機ＥＬ材料としては、例えば、アントラセン、ナフタレン、ピレン、テトラセン、コロネン、ペリレン、フタロペリレン、ナフタロペリレン、ジフェニルブタジエン、テトラフェニルブタジエン、クマリン、オキサジアゾール、ビスベンゾキサゾリン、ビススチリル、シクロペンタジエン、キノリン金属錯体、トリス（８−ヒドロキシキノリナート）アルミニウム錯体（Ａｌｑ３）、トリス（４−メチル−８−キノリナート）アルミニウム錯体、トリス（５−フェニル−８−キノリナート）アルミニウム錯体、アミノキノリン金属錯体、ベンゾキノリン金属錯体、トリ−（ｐ−ターフェニル−４−イル）アミン、１−アリール−２，５−ジ（２−チエニル）ピロール誘導体、ピラン、キナクリドン、ルブレン、ジスチリルベンゼン誘導体、ジスチリルアリーレン誘導体、ジスチリルアミン誘導体及び各種蛍光色素等、前述の材料系及びその誘導体を始めとするものが挙げられるが、これらに限定するものではない。また、これらの化合物のうちから選択される発光材料を適宜混合して用いることが好ましい。また、上記化合物に代表される蛍光色素由来の化合物のみならず、いわゆる燐光発光材料、例えば、Ｉｒ錯体、Ｏｓ錯体、Ｐｔ錯体、ユーロピウム錯体等々の発光材料、又はそれらを分子内に有する化合物若しくは高分子も好適に用いることができる。これらの材料は、必要に応じて、適宜選択して用いられる。上述した材料から成る発光層４１は、蒸着、転写等乾式プロセスによって成膜されてもよいし、スピンコート、スプレーコート、ダイコート、グラビア印刷等、湿式プロセスによって成膜されるものであってもよい。
【００３６】
電子輸送層４３は、電子輸送性有する化合物の群から適宜に選定された材料から形成される。この種の化合物としては、例えば、Ａｌｑ３等の電子輸送性材料として知られる金属錯体や、フェナントロリン誘導体、ピリジン誘導体、テトラジン誘導体、オキサジアゾール誘導体等のヘテロ環を有する化合物等が挙げられる。なお、上述したものに限られず、一般に知られる任意の電子輸送材料を用いることができる。
【００３７】
第２の電極層３は、発光層４１に対して効率的に電子を注入できるように、仕事関数の小さい金属、合金、電気伝導性化合物及びこれらの混合物から成る電極材料を用いることが好ましく、仕事関数が５ｅＶ以下のものであることが特に好ましい。第２の電極層５を構成する材料としては、アルカリ金属、アルカリ金属のハロゲン化物、アルカリ金属の酸化物、アルカリ土類金属等、及びこれらと他の金属との合金等が用いられる。具体的には、アルミニウム（Ａｌ）や銀（Ａｇ）、又はこれら金属を含む化合物を用いることができる。また、Ａｌと他の電極材料を組み合わせて積層構造等として構成するものであってもよい。このような電極材料の組み合わせとしては、アルカリ金属とＡｌとの積層体、アルカリ金属と銀との積層体、アルカリ金属のハロゲン化物とＡｌとの積層体、アルカリ金属の酸化物とＡｌとの積層体、アルカリ土類金属や希土類金属とＡｌとの積層体、これらの金属種と他の金属との合金等が挙げられる。具体的には、例えば、ナトリウム（Ｎａ）、Ｎａ−カリウム（Ｋ）合金、リチウム（Ｌｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）等とＡｌとの積層体、Ｍｇ−Ａｇ混合物、Ｍｇ−インジウム混合物、Ａｌ−Ｌｉ合金、ＬｉＦ／Ａｌ混合物／積層体、Ａｌ／Ａｌ２Ｏ３混合物等が挙げられる。更に、アルカリ金属の酸化物、アルカリ金属のハロゲン化物、又は金属酸化物を第２の電極層３の下地として用い、更に金属等の導電材料を１層以上積層して用いてもよい。これらの例として、例えば、アルカリ金属／Ａｌの積層、アルカリ金属のハロゲン化物／アルカリ土類金属／Ａｌの積層、アルカリ金属の酸化物／Ａｌの積層等が挙げられる。また、上記に列挙したもの以外についても、第２の電極層３（陰極）から発光層４１への電子注入を促進させる層、すなわち、電子注入層（不図示）を陰極と発光層の間に挿入させることが好ましい。電子注入層を構成する材料としては、上記第２の電極層３を構成する材料と共通のもの、酸化チタン、酸化亜鉛等の金属酸化物、上記材料を含めて、電子注入を促進させるドーパントを混合した有機半導体材料等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００３８】
また、第２の電極層３は、透明電極と光反射性の層との組み合わせによって構成されてもよい。第２の電極層３を透光性の電極として形成する場合には、ＩＴＯ、ＩＺＯ等に代表される透明電極にて形成してもよい。また、第２の電極層３の界面の有機物層にリチウム、ナトリウム、セシウム、カルシウム等のアルカリ金属、アルカリ土類金属をドープしても良い。
【００３９】
第２の電極層３の作製方法としては、例えば、上述した電極材料を真空蒸着法やスパッタリング法、塗布等の方法により、薄膜に形成すること等が挙げられる。第２の電極層５が、光反射性電極である場合には、その反射率は８０％以上であることが好ましく、９０％以上であることがより好ましい。
【００４０】
また、第２の電極層３が透光性電極である場合には、第２の電極層３の光透過率が７０％以上であることが好ましい。この場合の第３の電極層５の膜厚は、第３の電極層５の光透過率等の特性を制御するために、材料により異なるが、５００ｎｍ以下であることが好ましく、１００〜２００ｎｍの範囲であることが特に好ましい。
【実施例】
【００４１】
次に、上述した実施形態の実施例について、比較例と対比しながら具体的に説明する。
【００４２】
（実施例１）
まず、光取出し層５の母材５０としてイミド系樹脂（ＯＰＴＭＡＴＥ製、ＨＲＩ１７８３、ｎＤ＝１．７８、濃度１８％）に対して５重量％となるように光散乱粒子５１としてメチルシリコーン粒子（粒子径２μｍ、ＧＥ東芝シリコーン製、トスパール１２０、ｎＤ=１．４５）を添加してホモジナイザーで分散させてコーティング材組成物を得た。
【００４３】
次に、基板６として、厚み０．７ｍｍの無アルカリガラス板（Ｎｏ．１７３７；コーニング製）を用い、ガラス表面に得られたコーティング材組成物をスピンコータによって１０００ｒｐｍの条件で塗布、乾燥し、２００℃で３０分間焼成することによって熱処理し、厚み約６.５μｍの光取出し層５を設けた。
【００４４】
次に、ＩＴＯ（スズドープ酸化インジウム）ターゲット（東ソー製）を用いてスパッタを行い、１５０ｎｍのＩＴＯ膜を形成した。得られたＩＴＯ層付ガラス基板を、Ａｒ雰囲気下２００℃で１時間アニール処理を行い、シート抵抗１８Ω／□の第１の電極層２を形成した。第１の電極層２の屈折率を、ＦｉｌｍＴｅｋ社製ＳＣＩ３０００で測定したところ、ｎＤ=１．７８であった。
【００４５】
このＩＴＯ付きガラス基板を純水、アセトン、イソプロピルアルコールで各１０分間超音波洗浄した後、イソプロピルアルコール蒸気で２分間蒸気洗浄して、乾燥し、更に１０分間ＵＶオゾン洗浄した。続いて、このＩＴＯ層付ガラス基板を真空蒸着装置にセットし、５×１０−５Ｐａの減圧下、４，４′−ビス［Ｎ−（ナフチル）−Ｎ−フェニル−アミノ］ビフェニル（α−ＮＰＤ）を厚み４０ｎｍとなるように蒸着し、第１の電極層２（ＩＴＯ）上にホール輸送層４２を形成した。次いで、ホール輸送層４２の上に、Ａｌｑ３にルブレンを６％ドープした発光層４１を厚み３０ｎｍにして設けた。更に、電子輸送層４３としてＴpＰｙＰｈＢを厚み６５ｎｍに成膜した。また、電子注入層（不図示）としてＬｉＦを厚み１ｎｍ、第２の電極層３（陰極）としてＡｌを厚み８０ｎｍに成膜して、実施例１の有機ＥＬ素子１を作製した。
【００４６】
（実施例２）
光散乱粒子５１として凸レンズ形状のアクリル樹脂粒子（積水化成品（株）製Ｌ−ＸＸ−０３Ｎ、平均粒径５μｍ、ｎＤ＝１．５）を用いた以外は、実施例１と同様にして実施例２の有機ＥＬ素子１を作製した。
【００４７】
（実施例３）
光散乱粒子５１として表面凹凸微粒子（松本油脂製薬（株）製；マツモトマイクロスフェアーＭ、粒径５μｍ、ｎＤ＝１．５）を用いた以外は、実施例１と同様にして有機ＥＬ素子１を作製した。
【００４８】
（比較例１）
テトラエトキシシラン８６.８gにイソプロピルアルコール８０３．５ｇを加え、更にγ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン３４．７ｇ及び０．１Ｎ硝酸７５ｇを加え、ディスパーを用いてよく混合することによって組成液を調整した。調整した組成液を４０℃恒温槽中で２時間攪拌し、重量平均分子量が１０５０のバインダー形成材料としてのシリコーンレジン５質量％のシリコーンレジン溶液（ｎＤ＝１．４３）を得た。このシリコーンレジン溶液に、メチルシリコーン粒子（粒子径２μｍ、ＧＥ東芝シリコーン製、トスパール１２０、ｎＤ=１．４５）をメチルシリコーン粒子／シリコーンレジン（縮合化合物換算）の固形分質量基準で８０／２０となるように添加して、ホモジナイザーで分散させ、メチルシリコーン粒子分散シリコーンレジン溶液を得た。なお、「縮合化合物換算」とは、テトラアルコキシシランの場合は、存在するＳｉがＳｉＯ２であるとした質量、トリアルコキシシランの場合は、ＳｉＯ１．５であるとした質量である。
【００４９】
次に、基板６として厚み０.７mmの無アルカリガラス板（Ｎｏ．１７３７、コーニング製）を用い、ガラス表面に得られたコーティング材組成物をスピンコータによって１０００ｒｐｍの条件で塗布、乾燥した。塗布、乾燥を６回繰り返した後に２００℃で３０分間焼成することによって熱処理を行った。
【００５０】
次に、光取出し層に平坦性を付与するために、散乱粒子層付きガラス基板にイミド系樹脂（ＯＰＴＭＡＴＥ製、ＨＲＩ１７８３、ｎＤ=１．７８、濃度１８％）をスピンコータによって２０００ｒｐｍの条件で塗布、乾燥して被膜を形成し、２００℃で３０分間焼成することによって熱処理し、厚み約４μｍの平坦化層を積層した。上記手順により、光取出し層を作製した以外は、実施例１と同様にして比較例１の有機ＥＬ素子を得た。
【００５１】
（評価試験）
各実施例及び比較例として作製された有機ＥＬ素子において、電極間に、電流密度が１０ｍＡ／ｃｍ２となるように電流を流し、大気放射光を積分球によって計測した。この計測結果に基づいて外部量子効率を算出し、比較例１との比を下記の表１に示す。
【００５２】
【表１】
【００５３】
上記表１に見られるように、上述した実施形態に基づいた実施例１乃至３は、比較例１と対して、外部量子効率が向上していることが示された。実施例１乃至３は、いずれも光取出し層５は単層である。つまり、母材５０と、母材５０に対して５重量％の光散乱粒子５１とで構成することにより、母材５０と光散乱粒子５１との界面に空隙が発生し難くなり、この空隙による光のロスを抑制し、光取出し効率を向上させることができる。なお、上記表１には記載していないが、光散乱粒子５１は、母材５０に対して１重量％以上とすることにより、光取出し効率の向上が確認された。
【００５４】
実施例１乃至３は、いずれも光取出し層５において平坦化層は形成されていないが、平坦化層が形成されている比較例１を上回る外部量子効率が示されている。この結果は、光散乱粒子の粒径を小さく（実質的には０．１〜１０μｍ）にすれば、光取出し層５における第１の電極層５（又は第２の電極層３）と対向する面の凹凸を少なくすることができ、平坦化層が有る場合と同等以上の発光が可能であることを示す。また、光取出し層５の表面の凹凸が少ないと、この光取出し層５上に形成された第１の電極層５も、凹凸が少なく均一な厚さとすることができる。その結果、素子短絡の虞を少なくすることができ、この有機ＥＬ素子１を用いたデバイスの信頼性の向上させることができる。
【００５５】
また、実施例２において、実施例１を上回る外部量子効率が示されている。この結果は、実施例２のように、異方形状の光散乱粒子５１（凸レンズ形状のアクリル樹脂粒子）を用いることにより、光の散乱効果を向上させることができ、光取出し効率をより向上させられることを示す。また、実施例３において、実施例１を上回る外部量子効率が示されている。この結果は、実施例３のように、表面に凹凸形状を有する光散乱粒子５１を用いることにより、光の散乱効果を向上させることができ、光取出し効率をより向上させられることを示す。
【００５６】
また、実施例１乃至３は、いずれも光取出し層５を構成する母材５０の屈折率と、光散乱粒子５１の屈折率の差が、０.１５以上であり、これに対して、比較例１は、屈折率差が０．１５未満である。そして、実施例１乃至３は、比較例１を上回る外部量子効率が示されている。この結果は、この屈折率差の違いにより、光散乱粒子５１による好適な光散乱特性を得られることを示す。
【００５７】
更に、光取出し層５を構成する母材５０の屈折率と、第１の電極層２（陽極）の屈折率とを同等とすることで、第１の電極層２を透過した光は、光取出し層５との界面で全反射することなく、光取出し層５に入射し、光散乱粒子５１で散乱させることができる。
【００５８】
なお、本発明は、第１の電極層２又は第２の電極層３の少なくとも一方の表面に、母材５０に対して１乃至５重量％の光散乱粒子５１とを含む光取出し層５が設けられたものであれば、上記実施形態に限らず、種々の変形が可能である。例えば、光取出し層５を構成する母材５０に、光散乱粒子５１以外の材料が添加されてもよい。また、上述した光取出し層５と同様に構成された層が、基板６の外側に設けられてもよい。
【符号の説明】
【００５９】
１ 有機ＥＬ素子
２ 第１の電極層
３ 第２の電極層
４ 有機層
５ 光取出し層
５０ 母材
５１ 光散乱粒子
６ 基板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電極層及び第２の電極層の間に設けられた有機層と、前記第１の電極層及び前記第２の電極層の少なくとも一方の表面に設けられ、光の指向性を変更する光取出し層と、この光取出し層上に設けられた基板と、を備え、
前記光取出し層は、該光取出し層を構成する母材と、前記母材に対して１乃至５重量％の光散乱粒子とを含むことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項２】
前記光散乱粒子の粒径は、０．１〜１０μｍであることを特徴とする請求項１に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項３】
前記光散乱粒子は、長軸方向及び短軸方向において形状が異なる粒子であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項４】
前記光散乱粒子は、その表面に凹凸形状を有することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項５】
延期光取出し層を構成する母材の屈折率と、前記光散乱粒子の屈折率との差が、０．１５〜０．４５であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項６】
前記光取出し層を構成する母材の屈折率と、前記光取出し層と接する前記第１の電極層又は前記第２の電極層の屈折率とが、同等であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項１】
第１の電極層及び第２の電極層の間に設けられた有機層と、前記第１の電極層及び前記第２の電極層の少なくとも一方の表面に設けられ、光の指向性を変更する光取出し層と、この光取出し層上に設けられた基板と、を備え、
前記光取出し層は、該光取出し層を構成する母材と、前記母材に対して１乃至５重量％の光散乱粒子とを含むことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項２】
前記光散乱粒子の粒径は、０．１〜１０μｍであることを特徴とする請求項１に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項３】
前記光散乱粒子は、長軸方向及び短軸方向において形状が異なる粒子であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項４】
前記光散乱粒子は、その表面に凹凸形状を有することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項５】
延期光取出し層を構成する母材の屈折率と、前記光散乱粒子の屈折率との差が、０．１５〜０．４５であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項６】
前記光取出し層を構成する母材の屈折率と、前記光取出し層と接する前記第１の電極層又は前記第２の電極層の屈折率とが、同等であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【図１】
【図３】
【図２】
【図３】
【図２】
【公開番号】特開２０１２−２２１６０４（Ｐ２０１２−２２１６０４Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８３３１６（Ｐ２０１１−８３３１６）
【出願日】平成２３年４月５日（２０１１．４．５）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月５日（２０１１．４．５）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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