有機発光素子及び有機発光素子用基板
【課題】 通電発光時に発生する熱の悪影響を抑えることができ、発光ムラのない均一発光を実現することができると共に、かつ寿命の短縮や素子破壊の可能性を低減することができる有機発光素子を提供する。
【解決手段】 一対の電極１，２間に設けられる発光層３を基板４に積層して形成される有機発光素子に関する。基板４は、少なくとも一部が１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を有し、且つ発光層側の表面の平均表面荒さが５０ｎｍ以下である。さらに、基板４の表面に電極１が形成されているときには電極１が、あるいは基板４の表面に電極１が形成されていないときには基板４の発光層３側の表面が、７０％以上の全光線反射率を有する。
【解決手段】 一対の電極１，２間に設けられる発光層３を基板４に積層して形成される有機発光素子に関する。基板４は、少なくとも一部が１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を有し、且つ発光層側の表面の平均表面荒さが５０ｎｍ以下である。さらに、基板４の表面に電極１が形成されているときには電極１が、あるいは基板４の表面に電極１が形成されていないときには基板４の発光層３側の表面が、７０％以上の全光線反射率を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機発光素子及びこの有機発光素子に使用される基板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
有機発光素子（有機エレクトロルミネッセンス素子）は、フラットパネルディスプレイ、液晶表示機用バックライトや照明用光源等に用いられている。この有機発光素子は、一対の電極間に有機発光層、および必要に応じてその他の機能を有する層を積層した構造を有し、これを基板の上に設けて形成されているものであり、一対の電極のうち少なくとも一方の電極を光透過性とすることで、当該電極を通して有機発光層で発生した光を素子外に取り出すことが可能である。そして、基板が光透過性である場合には、基板上の電極を光透過性のものとすることで基板を通して光を取り出し、基板が不透明である場合には、基板上の電極と対向する電極を光透過性のものとして基板と反対側に光を取り出す構造が一般に用いられている。また基板上に形成された有機発光素子は、形成後に雰囲気中の水分および酸素等の影響を受けて特性が低下するため、通常、ガラスや金属による封止缶を不活性ガス充填状態で貼付することで雰囲気バリアを形成し、これらの悪影響から素子を保護するようにしている。
【０００３】
しかし、この雰囲気バリアを、封止缶を用いて形成した場合には、封止缶と基板の間に気体層が形成されることになり、通電時に有機発光素子に生じた熱を十分に放散させることができなくなる。有機発光素子の高輝度発光時、特に大面積発光の有機発光素子の高輝度発光時には、熱の発生も相当量のものとなり、その結果、発光ムラ、熱による寿命の短縮、また、最悪の場合には有機発光素子自体の破壊にまでつながるおそれがある。最近の材料進化により、有機発光素子の発光効率は向上しているが、たとえ蛍光灯並みの１００ｌｍ／Ｗに到達した場合にも依然として投入電力の半分以上は熱に変換されてしまうために、発熱の影響を完全に回避することは実質的に不可能である。また複数の有機発光素子を導電層や絶縁層からなる中間層を介して積層した新規デバイス構造により、一定輝度を得るための通電電流を数分の一に低減し、寿命を延ばした例も報告されているが、この場合にも発熱による寿命の短縮や、素子破壊の可能性は原理的に完全には回避できないのが事実である。
【０００４】
これらの問題を解決するために、たとえば金属封止缶を用いかつ内部に不活性の液体を封じることにより封止部材の熱伝導性を向上させ、放熱性を良くした構造の有機発光素子が提案されている(特許文献１参照)。しかし、このものでは液体を封止に用いるため、封止プロセスの複雑化が問題であり、実用性に欠けるものである。
【０００５】
また、特許文献２あるいは特許文献３には、基板の有機発光素子を形成する側に伝熱層を設ける方法が記されているが、伝熱層を形成する際の歩留まり等の観点から好ましくない。また特許文献４では金属箔を用いた有機発光素子が提案されているが、このものは可撓性、耐衝撃性、ガスバリア性、軽量化を確保することが目的であり、発熱に関する考慮はなされていない。
【特許文献１】特開平１１−１９５４８４号公報
【特許文献２】特開２００２−０６３９８５号公報
【特許文献３】特許第３５５３６７２号公報
【特許文献４】特開２００２−０１５８５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、発光時に発生する熱の悪影響を抑えることができ、発光ムラのない均一発光を実現することができる共に、かつ寿命の短縮や素子破壊の可能性を低減することができる有機発光素子及び有機発光素子用基板を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の請求項１に係る有機発光素子は、一対の電極間に設けられる発光層を基板に積層して形成される有機発光素子において、基板は、少なくとも一部が１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を有し、且つ発光層側の表面の平均表面荒さが５０ｎｍ以下であり、さらに、基板の表面に電極が形成されているときには電極が、あるいは基板の表面に電極が形成されていないときには基板の発光層側の表面が、７０％以上の全光線反射率を有することを特徴とするものである。
【０００８】
また請求項２の発明は、請求項１において、基板は導電性の素材で形成され、一対の電極のうち一方の電極が基板の表面に絶縁層を介して形成されていることを特徴とするものである。
【０００９】
また請求項３の発明は、請求項１において、基板は導電性の素材で形成され、基板が一対の電極のうち一方の電極を兼ねることを特徴とするものである。
【００１０】
また請求項４の発明は、請求項１において、基板は絶縁性の素材で形成され、一対の電極のうち一方の電極が基板の表面に形成されていることを特徴とするものである。
【００１１】
また請求項５の発明は、請求項１乃至４のいずれかにおいて、基板の発光層側の表面が、平均ピッチが１００ｎｍ〜３００μｍ、平均深さが平均ピッチの２分の１以下である凹部を有する凹凸形状に形成されていることを特徴とするものである。
【００１２】
また請求項６の発明は、請求項１乃至５のいずれかにおいて、基板の発光層と反対側の表面に凹凸を設けて、基板のこの表面を平坦面に対して１．５倍以上の表面積を有するように形成したことを特徴とするものである。
【００１３】
また本発明の請求項７に係る有機発光素子用基板は、少なくとも一部が１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を有し、且つ発光層側の表面の平均表面荒さが５０ｎｍ以下であり、さらに、基板の表面に電極が形成されているときには電極が、あるいは基板の表面に電極が形成されていないときには基板の発光層側の表面が、７０％以上の全光線反射率を有することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、基板は１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を有するので、通電・発光時に発生する熱は基板を通して放熱することができ、熱の悪影響を抑えて、発光ムラのない均一発光を実現することができると共に、かつ寿命の短縮や素子破壊の可能性を低減することができるものである。また基板は発光層側の表面の平均表面荒さが５０ｎｍ以下であり、さらに、基板の表面に電極が形成されているときには電極の発光層側の表面が、あるいは基板の表面に電極が形成されていないときには基板の発光層側の表面が、７０％以上の全光線反射率を有するので、発光層で発光した光を高効率で反射させて素子外に出射させることできるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【００１６】
図１は一対の電極１，２の間に有機発光層３を積層して形成される有機発光素子（有機エレクトロルミネッセンス素子）の構造の一例を示すものであり、一対の電極１，２のうち一方の電極（陰極）１を基板４の表面に積層し、電極１の表面上に電子注入・輸送層５を介して発光層３を積層すると共に、さらにこの発光層３の上にホール注入・輸送層６を介して他方の電極（陽極）２が積層してある。また基板４の表面に積層されるこれらの積層物を封止部材７で覆うことによって、封止するようにしてある。そしてこのものでは、発光層３で発光した光は、透明電極として形成される電極２を通し、さらに透明体で形成される封止部材７を通して放射されるようになっている。勿論、この構造はあくまでも一例であり、本発明の趣旨に反しない限り図１の構造に限定されるものではない。
【００１７】
そして本発明は、基板４として１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を有するものを用いるものである。基板４の全体が１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を有する素材で形成されることが好ましいが、基材４の少なくとも一部（半分以上であることが望ましい）が１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を有する素材で形成されていればよい。このように基板４として１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を有するものを用いることによって、有機発光素子に通電して発光させる際に発生する熱を基板４を通して放熱することができるものであり、大面積の有機発光素子に対して高い電流密度で通電した場合にも、熱の悪影響を抑えることができ、発光ムラのない均一発光を実現することができると共に、寿命の短縮や素子破壊の可能性を低減することができるものである。熱伝導率が１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）未満である場合には、このような効果を十分に得ることができない。また基板４の熱伝導率は高い程好ましく、従って、基板４の熱伝導率の上限は特に設定されない。
【００１８】
１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を有し、かつ導電性の基板４としては、特に限定されるものではないが、銅、アルミニウム、ステンレス、銀、鉄、ニッケル、ニッケル鉄合金などの金属や、シリコン等を挙げることができるものであり、板、箔、その他の形状の構造体で使用することができる。
【００１９】
また、１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を有し、かつ電気絶縁性の基板４としては、窒化アルミニウム、炭化シリコン、アルミナ等のセラミックなどを挙げることができるものであり、板、その他の形状の構造体で使用することができる。また、高熱伝導率の粒子や繊維などを母材に混合することで１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を得ることができるものであれば、例えば金属粒子練り込みフィルム、カーボン練り込み樹脂シート等も基板４として使用可能である。
【００２０】
本発明において基板４の発光層３を積層する側の表面が平均荒さ５０ｎｍ以下の平滑面であることも必要である。基板４の表面をこのように平均荒さ５０ｎｍ以下の平滑面に形成することによって、発光層３で発光した光を高効率で反射させて、透明電極として形成される電極２から外部に出射させることできるものであり、光の取出し効率を高めることができるものである。基板４の表面が平均荒さ５０ｎｍを超える面であると、このような効果を十分に得ることができない。また基板４の表面の平均荒さは小さいほど好ましく、理想的には０である。基板４の表面を平滑化する手段は特に限定されないが、例えば電解研磨、機械的研磨、電気化学的研磨、化学的機械的研磨、化学研磨その他任意の研磨方法を用いることができる。あるいは、圧延その他の成型時に表面平滑性を確保する方法、平面転写による平滑化、平滑化膜の挿入など任意の手段を使用することも可能である。ここで、本発明において平均面荒さとは、３００ｎｍ□（一辺が３００ｎｍの正方形）の小領域において、その領域の荒さ中心線Ｌ（図４に示すように凹凸の高さの中心線Ｌ）に対する値で評価した値である。
【００２１】
基板４が電気絶縁性である場合には、図１の実施の形態のように、一対の電極１，２のうち一方の電極１が基板４の表面に形成されるが、基板４が導電性である場合には、一対の電極１，２のうち一方の電極１をこの基板４で兼用することができる。従ってこの場合には、図２（ａ）に示すように、基板４の表面に電極１を形成する必要がなくなる。
【００２２】
基板４がこのように導電性である場合にも、電極パターンの設定、平滑化、剛性向上等の種々の理由で、基板４の表面に電極１を形成することもできる。この場合には図２（ｂ）に示すように、基板４の表面に電気絶縁性の膜からなる絶縁層８を形成し、この絶縁層８の表面に電極１を形成するものである。この絶縁層８としては、特に限定されないが、例えばバリレン、ポリイミド、ポリ尿素等の有機膜を気相系で成膜したもの、アクリル等の樹脂モノマーを塗布、蒸着、凝集、印刷、噴霧等の手段によって基板４上に膜として形成し、次いで熱、光等任意の手段によって硬化させたもの、樹脂膜をラミネート等の手段によって設けたもの、樹脂そのものを蒸着したもの、ＳｉＮ、ＳｉＯ２、ＳｉＯＮ、Ａｌ２Ｏ３等の無機材料をスパッタ、ＣＶＤ法、焼結法、ゾルゲル法その他の方法により成膜したものなどを用いることができる。絶縁層８は、この膜を平滑化膜としても用いる場合には、表面平滑化能の高いものから選定することが好ましい。絶縁層８の厚みは特に限定されないが、熱伝導率を考慮して、使用に問題のない範囲で薄くすることが好ましい。
【００２３】
本発明において、基板４が電極１を兼用して基板４の表面に電極１が形成されない場合には、基板４の発光層３を積層する側の表面が、全光線反射率７０％以上に形成されていることが必要である。このように基板４の表面そのものが全光線反射率７０％以上であってもよいが、基板４の発光層３を積層する側の表面に金属などの導電材料で反射膜９を図３（ａ）のように形成することによって、基板４の表面が全光線反射率７０％以上になるようにしてもよい。
【００２４】
また基板４の表面に電極１が形成される場合には、電極１が全光線反射率７０％以上に形成されていることが必要である。この場合、図３（ｂ）に示すように、基板４の表面に金属などの導電材料で反射膜９を積層すると共に反射膜９の表面に透明電極１ａを積層して、反射膜９と透明電極１ａとで電極１を形成するようにし、反射膜９によって電極１の全光線反射率が７０％以上になるようにしてもよい。
【００２５】
上記の反射膜９は鏡面反射面であってもよく、拡散反射面であってもよいものであり、反射膜９は金属膜の他に、異種屈折率多層膜、高反射率粒子層などで形成することができるものである。
【００２６】
そしてこのように基板４あるいは電極１を７０％以上の全光線反射率に形成することによって、発光層３で発光した光を高効率で反射させて、透明電極として形成される対向電極２から出射させることできるものであり、光の取出し効率を高めることができるものである。全光線反射率が７０％未満であると、このような効果を十分に得ることができない。また全光線反射率は大きいほど好ましく、理想的には１００％である。
【００２７】
また、本発明の有機発光素子に用いる基板４は、発光層３を積層する側の表面に凹凸形状を有していてもよい。凹凸形状の大きさは、図５（ａ）のように、隣合う凹部１０の平均ピッチＰが１００ｎｍ〜３００μｍで、凹部１０の平均深さＤがこの平均ピッチＰの２分の１以下になるように形成するのが好ましい。このように基板４の表面に凹凸を付与することによって、基板４の表面積が増大し、また基板４の表面での乱反射によって、光の取出し効率の向上が実現できるものである。凹部１０の平均ピッチＰが１００ｎｍ未満であると、光の取出し効率を向上させる効果が小さく、平均ピッチＰが３００μｍを超えると、光の散乱効果が小さくなって、結果として光の取り出し効率を向上させる効果が小さくなる。また凹部１０の平均深さＤが平均ピッチＰの２分の１を超えると、基板４に積層する発光層３など有機発光素子を構成する有機膜が十分に追随することができなくなって欠陥の原因となるため好ましくない。光の取出し効率を向上させる効果を十分に得るためには、凹部１０の平均深さＤは５０ｎｍ以上、もしくは平均ピッチＰの１０分の１以上であることが望ましい。
【００２８】
上記の凹凸を基板４に形成するにあたっては、例えば、基板４の表面もしくは基板４の表面に加工層として形成した層に対して、サンドブラスト加工、フロスト加工、スタンプ加工、エッチング加工、エンボス加工等によって形成する方法や、有機系樹脂、ガラス等の母材に、樹脂ビーズ、ガラス、中空ガラスビーズ、シリカ、酸化バリウム、酸化チタン、樹脂ビーズ等の各種粒子を散在させたものを、塗布、ゾルゲル法等によって成膜し、表面凹凸を有する膜を設ける方法、フォトレジスト等を用いて凹凸パターンを設ける方法、マスクを用いて所定の厚みの構造体を形成する方法、等を用いて行なうことができる。また基板４の表面に直接凹凸を形成せず、他の基材上に凹凸を形成したものを転写、貼付等各種の方法によって行なうことも可能である。凹凸のパターンは、ランダムなものでも良いし、必要に応じてそのサイズが規定された回折格子、ゾーンプレートなどでも構わない。また、所望の発光波長に応じて、サイズ、パターン、向きを任意に選択し、基板４上の所定の位置にそれぞれ形成してもかまわない。
【００２９】
ここで、基板４の表面に付与する凹凸と、基板４の表面の平均表面荒さの関係について説明する。すなわち請求項１において、基板４の平均表面荒さを５０ｎｍ以下に規定したが、これは３００ｎｍ□というミクロの領域において、局所的な凹凸がない状態を意味している。一方、請求項５の凹凸はいわゆる表面のうねりであり、そのうねりを有する表面は表面平均荒さ５０ｎｍ以下の平滑な面に形成されているということを意味するものである。つまり基板４の表面は、図５（ｂ）のようにミクロの領域では表面平均荒さ５０ｎｍ以下の微細な凹凸はあるが、図５（ａ）のようにマクロ的には平滑な表面に形成されているものである。この状態の表面形状は、有機発光素子の短絡、欠陥の原因となる膜厚方向の突起もしくは凹みではなく、基板４の表面に曲面を有するととらえることが可能である。
【００３０】
さらに、基板４の発光層３を積層する側と反対側の表面に凹凸を設けて、基板４のこの表面の表面積が、平坦面の場合に比して１．５倍以上になるように形成することが好ましい。このように基板４の表面に凹凸を設けて表面積が１．５倍以上になるように形成することによって、基板４の表面からの放熱性を高めることができるものである。表面積が１．５倍未満であると、基板４の表面からの放熱性を高める効果を十分に得ることができないものであり、表面積は大きいほど好ましいので、上限は特に設定されない。
【００３１】
この凹凸は、基板４の表面を凹凸形状に形成したり、基板４の表面に空隙を形成したりして、形成することができるものであり、基板４の表面に直接エンボス加工、エッチング加工等任意の加工を施して形成するようにする他、塗布や、貼付等の方法によって、所定の凹凸形状や空隙形状を有する層を基板４の表面に設けることによって形成することもできる。このように基板４に別途の層を設けて凹凸を形成する場合、この層の材料としては特に限定されないが、放熱性の観点から、上記の基板４の材料として挙げた熱伝導率の高い材料等から選定することが好ましい。
【００３２】
ここで、本発明の有機発光素子に用いる電極１，２のうち、少なくとも発光層３など有機層の基板４と反対側に形成される電極２は光透過性電極である。この電極２の材料の種類は特に限定されるものではないが、例えば、インジウム−錫酸化物（ＩＴＯ）、インジウム−亜鉛酸化物（ＩＺＯ）、ガリウム−亜鉛酸化物、アルミニウム−亜鉛酸化物、錫酸化物、Ａｕ等の金属の極薄膜、導電性高分子、導電性の有機材料、ドーパント（ドナーもしくはアクセプタ）含有有機層、およびこれらの積層体等が挙げられる。これらの電極１，２と有機層の間には、場合によっては、電極１，２の成膜時のダメージを低減するための層が必要であり、例えば、アルカリ金属ドープ有機層、銅フタロシアニン層、アクセプタドープ有機層等が挿入されるが、これについても特に限定はされない。一方、反射性の電極１はその材質、形成方法は特に限定されず、本発明の効果の妨げにならない限り任意のものを用いることができるが、陰極として形成する場合には、例えばＡｌ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｙ、Ｓｃ、Ａｇ、Ｉｎ、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類金属等の金属単体、もしくはこれらの金属の合金または酸化物、あるいは、これらと金属ドーピング有機層（特開平１０−２７０１７１号公報等に記載）の併用、などが挙げられる。また陽極として形成する場合には、例えは、Ａｕ、Ｐｄ、Ｐｔ等の金属などを用いることができる。さらに、インジウム−錫酸化物（ＩＴＯ）、インジウム−亜鉛酸化物（ＩＺＯ）、錫酸化物、Ａｕ等の金属の極薄膜、導電性高分子、導電性の有機材料等による光透過性電極と何らかの反射面を組み合わせて反射性の電極１として形成することも可能である。
【００３３】
また、電極１，２からのキャリア注入の改善が必要な場合、基板４の表面のプラズマ処理、オゾン処理等の前処理によって、あるいはキャリア注入層を形成することによって、キャリア注入性を改善することが可能である。キャリア注入層の例としては、特に限定はされないが、有機材料にアクセプタとなる有機材料もしくは無機材料を混合したもの、有機材料にドナーとなる仕事関数の小さな金属を混合したもの、有機材料に有機系ドナーを混合したもの、ｐ型半導体、ｎ型半導体、その他任意のキャリア注入材料を用いたキャリア注入層が挙げられる。
【００３４】
本発明の有機発光素子に用いる有機発光材料、および有機発光素子の構造は、公知の任意のものが適用可能である。有機材料（ホール注入材料、ホール輸送材料、発光層ホスト、発光層ドーパント、電子輸送材料、電子注入材料）、各種材料（電極、電荷発生層用材料、等電位面用材料、金属錯体、各種無機材料）等は、本発明の趣旨に反しないものから選択することができる。例として、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、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、ピラン、キナクリドン、ルブレン、およびこれらの誘導体、あるいは、１−アリール−２，５−ジ（２−チエニル）ピロール誘導体、ジスチリルベンゼン誘導体、スチリルアリーレン誘導体、スチリルアミン誘導体、および、これらの発光性化合物からなる基を分子内の一部分に有する化合物あるいは高分子などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。また、前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、いわゆるリン光発光材料、一部の例を列記するならばＩｒ錯体、Ｏｓ錯体、Ｐｔ錯体、ユーロピウム錯体、等々の発光材料およびそれらを分子内に有する化合物あるい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ることができ、その種類は本発明の内容とは特に相関しない。また有機層の積層順など素子の内部構成についても特に限定されるものではなく、単一の発光層３内に複数の発光色を有する構造の発光素子、等電位面もしくは絶縁層を介して発光層３を複数有する積層型発光素子など、いずれも問題なく使用することができる。
【００３５】
また、本発明の有機発光素子において、図１のように、その封止に光透過性の封止部材７を用いることが必要である。光透過性の封止部材７とは、例えばガラス缶、ガラス板、ＳｉＯＮ、ＳｉＮ、ＳｉＯ２、アルミナ等の無機膜、無機膜の積層体、および無機膜と有機膜の複合体、石英板、バリア性フィルム、バリア性樹脂板、低吸湿・低ガス透過性樹脂（接着剤、シール剤なども含む）等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。また、非発光点の発生および成長を防ぐために通常何らかの乾燥剤を封止部材７の内部に設けることがあるが、この乾燥剤についても光透過性のものが好ましいが、その大きさあるいは配置場所によっては光非透過性のものであってもよい。
【００３６】
さらに本発明の有機発光素子は、光取り出し側のいずれかの部位に光取り出し処理をなしてもよい。光取り出し処理とは、光取り出し側の透明電極の表面への凹凸形状付与、封止部材の表面の反射防止処理、散乱処理、光散乱性を有する封止部材の使用、拡散フィルム等光散乱性を有する部材の電極の表面上あるいは封止部材上への光学的接合などが例として挙げられる。
【実施例】
【００３７】
次に、本発明を実施例によって具体的に説明する。
【００３８】
（基板Ａの作製）
１００ｍｍ□、厚み０．３ｍｍの銅板の表面を研磨し、基板Ａとした。セイコーインスツル株式会社製プローブ顕微鏡「ＳＰＩ３８００Ｎ」を用いて、この基板Ａの表面の３００ｎｍ□エリアでの平均面荒さ（Ｒａ）を測定したところ、３８ｎｍであった。また、この基板Ａの熱伝導率は４００Ｗ／（ｍ・Ｋ）であった。
【００３９】
（基板Ｂの作製）
基板Ａの表面に、平均粒子径１００ｎｍの銀粒子を含むペーストを塗布、焼成して、基板Ｂを作製した。上記と同様に基板Ｂの平均表面荒さを測定したところ、２９ｎｍであった。また、この基板Ｂの熱伝導率は４００Ｗ／（ｍ・Ｋ）であった。
【００４０】
（基板Ｃの作製）
１００ｍｍ□、厚み１ｍｍの窒化アルミニウム製基板を用意し、表面研磨して基板Ｃとした。上記と同様に基板Ｃの平均表面荒さを測定したところ、４２ｎｍであった。また、この基板Ｃの熱伝導率は２２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）であった。
【００４１】
（基板Ｄの作製）
基板Ａの表面にアルミニウム膜をスパッタにより１２００Å厚に成膜した。このアルミニウム膜の全光線反射率は約９０％であった。次で、対抗ターゲット式スパッタ装置を用いてＳｉＮ膜を５００Å厚に形成し、基板Ｄとした。上記と同様に基板Ｄの平均表面荒さを測定したところ、４０ｎｍであった。また、この基板Ｄの熱伝導率は４００Ｗ／（ｍ・Ｋ）であった。
【００４２】
（基板Ｅの作製）
基板Ａの表面（発光層を積層する側の表面）をエンボス加工して、図６のように平均ピッチＰ＝１０μｍ、平均深さＤ＝２μｍの凹部を有する凹凸形状に形成し、この表面に対抗ターゲット式スパッタ装置を用いてＳｉＮ膜を５００Å厚に形成することによって、基板Ｅとした。上記と同様に基板Ｅの表面の３００ｎｍ□エリアでの平均表面荒さを測定したところ、エンボス加工の有無にかかわらず４０ｎｍ程度であった。また、この基板Ｅの熱伝導率は４００Ｗ／（ｍ・Ｋ）であった。この基板Ｅは目視で表面が白濁していること確認することができ、光散乱性を有するものであった。また全光線反射率は約８５％であった。
【００４３】
（基板Ｆの作製）
１００ｍｍ□、厚み０．７ｍｍのガラス基板を用い、基板Ｆとした。上記と同様に基板Ｆの平均表面荒さを測定したところ、４ｎｍであった。また、この基板Ｆの熱伝導率は０．７Ｗ／（ｍ・Ｋ）であった。
【００４４】
（実施例１）
基板Ａを真空蒸着装置にセットし、基板Ａの全面にアルミニウムを１０００Å厚に蒸着した。形成したアルミニウム膜の全光線反射率は約９０％であった。次いで、基板Ａの表面に９ｃｍ□の開口部を有するマスクを重ね、バソクプロインとセシウムを１：１のモル比で２００Å、トリス（８−ヒドロキシキノリナ−ト）アルミニウム（Ａｌｑ３）を１００Åの厚みで成膜し、電子注入・輸送層を形成した。次いで緑色発光層として、Ａｌｑ３にクマリンを１質量％ドープした層を５００Å厚で積層することによって、有機発光層を設けた。さらに、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４００Å厚で、α−ＮＰＤと酸化バナジウムを２：１のモル比で共蒸着した層を２００Åで設け、ホール輸送・注入層を形成した。続いて、８ｃｍの開口部を有するマスクを用いて、ＩＴＯを１０００Å厚にスパッタリングによって成膜し、陽極の透明電極を形成し、有機発光素子を得た。
【００４５】
（実施例２）
基板Ｂを用いるようにした他は、実施例１と同様にして有機発光素子を得た。尚、形成したアルミニウム膜の全光線反射率は約９０％であった。
【００４６】
（実施例３）
基板Ｃを用い、アルミニウムを基板Ｃの表面に幅８ｃｍ×長さ１０ｃｍに形成し、またＩＴＯを幅１０ｃｍ×長さ８ｃｍに形成するようにした他は、実施例１と同様にして有機発光素子を得た。形成したアルミニウム膜の全光線反射率は約９０％であった。
【００４７】
（実施例４）
基板Ｄを用い、基板側の電極としてアルミニウムの代りにＩＴＯを形成するようにした他は、実施例３と同様にして有機発光素子を得た。
【００４８】
（実施例５）
基板Ｅを用いるようにした他は、実施例３と同様にして有機発光素子を得た。
【００４９】
（比較例１）
基板Ｆを用いるようにした他は、実施例３と同様にして有機発光素子を得た。
【００５０】
（実施例６）
実施例３で得られた有機発光素子に対し、図７に示す寸法の封止ガラスを封止部材として用いて封止を行なった。封止ガラスの平坦面は光学研磨し、光散乱が認められない平坦面とした。さらに、封止した面と反対側の表面に、表面を＃４００のサンドブラストにより粗面化した厚み３００μｍのアルミニウム板を銀ペーストで貼付した。
【００５１】
（実施例７）
実施例３で得られた有機発光素子に対し、図７に示す寸法の封止ガラスを封止部材として用いて封止を行った。さらに、基板４の封止した面と反対側の表面に、市販の放熱セラミック塗料を塗布して塗料層を形成した。この塗料層を２０００倍の光学顕微鏡で観測したところ、凹凸および空隙が存在していることが確認できた。そして画像解析から、塗料層の表面積は基板４の表面積の少なくとも４倍以上であると見積もられた。
【００５２】
上記のように実施例１〜７及び比較例１で作製した有機発光素子を、電源（ＫＥＩＴＨＬＥＹ モデル２４００）に接続して２０ｍＡ／ｃｍ２の定電流駆動を行ない、その際の各部位（測定部位を図８に示す）の輝度を輝度計（トプコン社製「ＭＢ−９」；視野角０．２°、距離４５ｃｍ）で測定した。また同一部位において点灯から３０秒後の温度を測定した。これらの測定結果を表１に示す。尚、実施例１〜５及び比較例１の有機発光素子については、通電及び測定を高純度窒素雰囲気下で行った。また通電時、陽極は金属インジウム箔を接続電極としてＩＴＯと接続した。
【００５３】
【表１】
【００５４】
実施例１〜７の各有機発光素子は、点灯開始後、次第に温度が上昇し、表１中の温度に達したが、その後も数分間温度測定を行なっても、３０秒後の温度とさほどの変化は認められなかった。また、常に比較的均一に発光していた。一方、比較例１の有機発光素子は、点灯直後は比較的均一な発光を示したが、１０秒を過ぎた頃から発光ムラが著しくなった。また、本測定以後も点灯していると、約５０秒経過した時点で部位（１）の狭い範囲が非常に強く光り、素子が壊れた。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の実施の形態の一例を示す概略図である。
【図２】本発明の他の実施の形態の一例を示すものであり、（ａ），（ｂ）はそれぞれ概略図である。
【図３】本発明の他の実施の形態の一例を示すものであり、（ａ），（ｂ）はそれぞれ概略図である。
【図４】平均表面荒さの荒さ中心線を示す図である。
【図５】（ａ）は基板の凹凸を示す図、（ｂ）はそのイ部を拡大して示す図である。
【図６】基板の凹凸を示すものであり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図７】封止部材を示すものであり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図８】有機発光素子の測定部位を示す平面図である。
【符号の説明】
【００５６】
１ 電極
２ 電極
３ 発光層
４ 基板
７ 封止部材
８ 絶縁層
１０ 凹部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機発光素子及びこの有機発光素子に使用される基板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
有機発光素子（有機エレクトロルミネッセンス素子）は、フラットパネルディスプレイ、液晶表示機用バックライトや照明用光源等に用いられている。この有機発光素子は、一対の電極間に有機発光層、および必要に応じてその他の機能を有する層を積層した構造を有し、これを基板の上に設けて形成されているものであり、一対の電極のうち少なくとも一方の電極を光透過性とすることで、当該電極を通して有機発光層で発生した光を素子外に取り出すことが可能である。そして、基板が光透過性である場合には、基板上の電極を光透過性のものとすることで基板を通して光を取り出し、基板が不透明である場合には、基板上の電極と対向する電極を光透過性のものとして基板と反対側に光を取り出す構造が一般に用いられている。また基板上に形成された有機発光素子は、形成後に雰囲気中の水分および酸素等の影響を受けて特性が低下するため、通常、ガラスや金属による封止缶を不活性ガス充填状態で貼付することで雰囲気バリアを形成し、これらの悪影響から素子を保護するようにしている。
【０００３】
しかし、この雰囲気バリアを、封止缶を用いて形成した場合には、封止缶と基板の間に気体層が形成されることになり、通電時に有機発光素子に生じた熱を十分に放散させることができなくなる。有機発光素子の高輝度発光時、特に大面積発光の有機発光素子の高輝度発光時には、熱の発生も相当量のものとなり、その結果、発光ムラ、熱による寿命の短縮、また、最悪の場合には有機発光素子自体の破壊にまでつながるおそれがある。最近の材料進化により、有機発光素子の発光効率は向上しているが、たとえ蛍光灯並みの１００ｌｍ／Ｗに到達した場合にも依然として投入電力の半分以上は熱に変換されてしまうために、発熱の影響を完全に回避することは実質的に不可能である。また複数の有機発光素子を導電層や絶縁層からなる中間層を介して積層した新規デバイス構造により、一定輝度を得るための通電電流を数分の一に低減し、寿命を延ばした例も報告されているが、この場合にも発熱による寿命の短縮や、素子破壊の可能性は原理的に完全には回避できないのが事実である。
【０００４】
これらの問題を解決するために、たとえば金属封止缶を用いかつ内部に不活性の液体を封じることにより封止部材の熱伝導性を向上させ、放熱性を良くした構造の有機発光素子が提案されている(特許文献１参照)。しかし、このものでは液体を封止に用いるため、封止プロセスの複雑化が問題であり、実用性に欠けるものである。
【０００５】
また、特許文献２あるいは特許文献３には、基板の有機発光素子を形成する側に伝熱層を設ける方法が記されているが、伝熱層を形成する際の歩留まり等の観点から好ましくない。また特許文献４では金属箔を用いた有機発光素子が提案されているが、このものは可撓性、耐衝撃性、ガスバリア性、軽量化を確保することが目的であり、発熱に関する考慮はなされていない。
【特許文献１】特開平１１−１９５４８４号公報
【特許文献２】特開２００２−０６３９８５号公報
【特許文献３】特許第３５５３６７２号公報
【特許文献４】特開２００２−０１５８５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、発光時に発生する熱の悪影響を抑えることができ、発光ムラのない均一発光を実現することができる共に、かつ寿命の短縮や素子破壊の可能性を低減することができる有機発光素子及び有機発光素子用基板を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の請求項１に係る有機発光素子は、一対の電極間に設けられる発光層を基板に積層して形成される有機発光素子において、基板は、少なくとも一部が１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を有し、且つ発光層側の表面の平均表面荒さが５０ｎｍ以下であり、さらに、基板の表面に電極が形成されているときには電極が、あるいは基板の表面に電極が形成されていないときには基板の発光層側の表面が、７０％以上の全光線反射率を有することを特徴とするものである。
【０００８】
また請求項２の発明は、請求項１において、基板は導電性の素材で形成され、一対の電極のうち一方の電極が基板の表面に絶縁層を介して形成されていることを特徴とするものである。
【０００９】
また請求項３の発明は、請求項１において、基板は導電性の素材で形成され、基板が一対の電極のうち一方の電極を兼ねることを特徴とするものである。
【００１０】
また請求項４の発明は、請求項１において、基板は絶縁性の素材で形成され、一対の電極のうち一方の電極が基板の表面に形成されていることを特徴とするものである。
【００１１】
また請求項５の発明は、請求項１乃至４のいずれかにおいて、基板の発光層側の表面が、平均ピッチが１００ｎｍ〜３００μｍ、平均深さが平均ピッチの２分の１以下である凹部を有する凹凸形状に形成されていることを特徴とするものである。
【００１２】
また請求項６の発明は、請求項１乃至５のいずれかにおいて、基板の発光層と反対側の表面に凹凸を設けて、基板のこの表面を平坦面に対して１．５倍以上の表面積を有するように形成したことを特徴とするものである。
【００１３】
また本発明の請求項７に係る有機発光素子用基板は、少なくとも一部が１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を有し、且つ発光層側の表面の平均表面荒さが５０ｎｍ以下であり、さらに、基板の表面に電極が形成されているときには電極が、あるいは基板の表面に電極が形成されていないときには基板の発光層側の表面が、７０％以上の全光線反射率を有することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、基板は１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を有するので、通電・発光時に発生する熱は基板を通して放熱することができ、熱の悪影響を抑えて、発光ムラのない均一発光を実現することができると共に、かつ寿命の短縮や素子破壊の可能性を低減することができるものである。また基板は発光層側の表面の平均表面荒さが５０ｎｍ以下であり、さらに、基板の表面に電極が形成されているときには電極の発光層側の表面が、あるいは基板の表面に電極が形成されていないときには基板の発光層側の表面が、７０％以上の全光線反射率を有するので、発光層で発光した光を高効率で反射させて素子外に出射させることできるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【００１６】
図１は一対の電極１，２の間に有機発光層３を積層して形成される有機発光素子（有機エレクトロルミネッセンス素子）の構造の一例を示すものであり、一対の電極１，２のうち一方の電極（陰極）１を基板４の表面に積層し、電極１の表面上に電子注入・輸送層５を介して発光層３を積層すると共に、さらにこの発光層３の上にホール注入・輸送層６を介して他方の電極（陽極）２が積層してある。また基板４の表面に積層されるこれらの積層物を封止部材７で覆うことによって、封止するようにしてある。そしてこのものでは、発光層３で発光した光は、透明電極として形成される電極２を通し、さらに透明体で形成される封止部材７を通して放射されるようになっている。勿論、この構造はあくまでも一例であり、本発明の趣旨に反しない限り図１の構造に限定されるものではない。
【００１７】
そして本発明は、基板４として１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を有するものを用いるものである。基板４の全体が１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を有する素材で形成されることが好ましいが、基材４の少なくとも一部（半分以上であることが望ましい）が１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を有する素材で形成されていればよい。このように基板４として１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を有するものを用いることによって、有機発光素子に通電して発光させる際に発生する熱を基板４を通して放熱することができるものであり、大面積の有機発光素子に対して高い電流密度で通電した場合にも、熱の悪影響を抑えることができ、発光ムラのない均一発光を実現することができると共に、寿命の短縮や素子破壊の可能性を低減することができるものである。熱伝導率が１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）未満である場合には、このような効果を十分に得ることができない。また基板４の熱伝導率は高い程好ましく、従って、基板４の熱伝導率の上限は特に設定されない。
【００１８】
１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を有し、かつ導電性の基板４としては、特に限定されるものではないが、銅、アルミニウム、ステンレス、銀、鉄、ニッケル、ニッケル鉄合金などの金属や、シリコン等を挙げることができるものであり、板、箔、その他の形状の構造体で使用することができる。
【００１９】
また、１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を有し、かつ電気絶縁性の基板４としては、窒化アルミニウム、炭化シリコン、アルミナ等のセラミックなどを挙げることができるものであり、板、その他の形状の構造体で使用することができる。また、高熱伝導率の粒子や繊維などを母材に混合することで１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を得ることができるものであれば、例えば金属粒子練り込みフィルム、カーボン練り込み樹脂シート等も基板４として使用可能である。
【００２０】
本発明において基板４の発光層３を積層する側の表面が平均荒さ５０ｎｍ以下の平滑面であることも必要である。基板４の表面をこのように平均荒さ５０ｎｍ以下の平滑面に形成することによって、発光層３で発光した光を高効率で反射させて、透明電極として形成される電極２から外部に出射させることできるものであり、光の取出し効率を高めることができるものである。基板４の表面が平均荒さ５０ｎｍを超える面であると、このような効果を十分に得ることができない。また基板４の表面の平均荒さは小さいほど好ましく、理想的には０である。基板４の表面を平滑化する手段は特に限定されないが、例えば電解研磨、機械的研磨、電気化学的研磨、化学的機械的研磨、化学研磨その他任意の研磨方法を用いることができる。あるいは、圧延その他の成型時に表面平滑性を確保する方法、平面転写による平滑化、平滑化膜の挿入など任意の手段を使用することも可能である。ここで、本発明において平均面荒さとは、３００ｎｍ□（一辺が３００ｎｍの正方形）の小領域において、その領域の荒さ中心線Ｌ（図４に示すように凹凸の高さの中心線Ｌ）に対する値で評価した値である。
【００２１】
基板４が電気絶縁性である場合には、図１の実施の形態のように、一対の電極１，２のうち一方の電極１が基板４の表面に形成されるが、基板４が導電性である場合には、一対の電極１，２のうち一方の電極１をこの基板４で兼用することができる。従ってこの場合には、図２（ａ）に示すように、基板４の表面に電極１を形成する必要がなくなる。
【００２２】
基板４がこのように導電性である場合にも、電極パターンの設定、平滑化、剛性向上等の種々の理由で、基板４の表面に電極１を形成することもできる。この場合には図２（ｂ）に示すように、基板４の表面に電気絶縁性の膜からなる絶縁層８を形成し、この絶縁層８の表面に電極１を形成するものである。この絶縁層８としては、特に限定されないが、例えばバリレン、ポリイミド、ポリ尿素等の有機膜を気相系で成膜したもの、アクリル等の樹脂モノマーを塗布、蒸着、凝集、印刷、噴霧等の手段によって基板４上に膜として形成し、次いで熱、光等任意の手段によって硬化させたもの、樹脂膜をラミネート等の手段によって設けたもの、樹脂そのものを蒸着したもの、ＳｉＮ、ＳｉＯ２、ＳｉＯＮ、Ａｌ２Ｏ３等の無機材料をスパッタ、ＣＶＤ法、焼結法、ゾルゲル法その他の方法により成膜したものなどを用いることができる。絶縁層８は、この膜を平滑化膜としても用いる場合には、表面平滑化能の高いものから選定することが好ましい。絶縁層８の厚みは特に限定されないが、熱伝導率を考慮して、使用に問題のない範囲で薄くすることが好ましい。
【００２３】
本発明において、基板４が電極１を兼用して基板４の表面に電極１が形成されない場合には、基板４の発光層３を積層する側の表面が、全光線反射率７０％以上に形成されていることが必要である。このように基板４の表面そのものが全光線反射率７０％以上であってもよいが、基板４の発光層３を積層する側の表面に金属などの導電材料で反射膜９を図３（ａ）のように形成することによって、基板４の表面が全光線反射率７０％以上になるようにしてもよい。
【００２４】
また基板４の表面に電極１が形成される場合には、電極１が全光線反射率７０％以上に形成されていることが必要である。この場合、図３（ｂ）に示すように、基板４の表面に金属などの導電材料で反射膜９を積層すると共に反射膜９の表面に透明電極１ａを積層して、反射膜９と透明電極１ａとで電極１を形成するようにし、反射膜９によって電極１の全光線反射率が７０％以上になるようにしてもよい。
【００２５】
上記の反射膜９は鏡面反射面であってもよく、拡散反射面であってもよいものであり、反射膜９は金属膜の他に、異種屈折率多層膜、高反射率粒子層などで形成することができるものである。
【００２６】
そしてこのように基板４あるいは電極１を７０％以上の全光線反射率に形成することによって、発光層３で発光した光を高効率で反射させて、透明電極として形成される対向電極２から出射させることできるものであり、光の取出し効率を高めることができるものである。全光線反射率が７０％未満であると、このような効果を十分に得ることができない。また全光線反射率は大きいほど好ましく、理想的には１００％である。
【００２７】
また、本発明の有機発光素子に用いる基板４は、発光層３を積層する側の表面に凹凸形状を有していてもよい。凹凸形状の大きさは、図５（ａ）のように、隣合う凹部１０の平均ピッチＰが１００ｎｍ〜３００μｍで、凹部１０の平均深さＤがこの平均ピッチＰの２分の１以下になるように形成するのが好ましい。このように基板４の表面に凹凸を付与することによって、基板４の表面積が増大し、また基板４の表面での乱反射によって、光の取出し効率の向上が実現できるものである。凹部１０の平均ピッチＰが１００ｎｍ未満であると、光の取出し効率を向上させる効果が小さく、平均ピッチＰが３００μｍを超えると、光の散乱効果が小さくなって、結果として光の取り出し効率を向上させる効果が小さくなる。また凹部１０の平均深さＤが平均ピッチＰの２分の１を超えると、基板４に積層する発光層３など有機発光素子を構成する有機膜が十分に追随することができなくなって欠陥の原因となるため好ましくない。光の取出し効率を向上させる効果を十分に得るためには、凹部１０の平均深さＤは５０ｎｍ以上、もしくは平均ピッチＰの１０分の１以上であることが望ましい。
【００２８】
上記の凹凸を基板４に形成するにあたっては、例えば、基板４の表面もしくは基板４の表面に加工層として形成した層に対して、サンドブラスト加工、フロスト加工、スタンプ加工、エッチング加工、エンボス加工等によって形成する方法や、有機系樹脂、ガラス等の母材に、樹脂ビーズ、ガラス、中空ガラスビーズ、シリカ、酸化バリウム、酸化チタン、樹脂ビーズ等の各種粒子を散在させたものを、塗布、ゾルゲル法等によって成膜し、表面凹凸を有する膜を設ける方法、フォトレジスト等を用いて凹凸パターンを設ける方法、マスクを用いて所定の厚みの構造体を形成する方法、等を用いて行なうことができる。また基板４の表面に直接凹凸を形成せず、他の基材上に凹凸を形成したものを転写、貼付等各種の方法によって行なうことも可能である。凹凸のパターンは、ランダムなものでも良いし、必要に応じてそのサイズが規定された回折格子、ゾーンプレートなどでも構わない。また、所望の発光波長に応じて、サイズ、パターン、向きを任意に選択し、基板４上の所定の位置にそれぞれ形成してもかまわない。
【００２９】
ここで、基板４の表面に付与する凹凸と、基板４の表面の平均表面荒さの関係について説明する。すなわち請求項１において、基板４の平均表面荒さを５０ｎｍ以下に規定したが、これは３００ｎｍ□というミクロの領域において、局所的な凹凸がない状態を意味している。一方、請求項５の凹凸はいわゆる表面のうねりであり、そのうねりを有する表面は表面平均荒さ５０ｎｍ以下の平滑な面に形成されているということを意味するものである。つまり基板４の表面は、図５（ｂ）のようにミクロの領域では表面平均荒さ５０ｎｍ以下の微細な凹凸はあるが、図５（ａ）のようにマクロ的には平滑な表面に形成されているものである。この状態の表面形状は、有機発光素子の短絡、欠陥の原因となる膜厚方向の突起もしくは凹みではなく、基板４の表面に曲面を有するととらえることが可能である。
【００３０】
さらに、基板４の発光層３を積層する側と反対側の表面に凹凸を設けて、基板４のこの表面の表面積が、平坦面の場合に比して１．５倍以上になるように形成することが好ましい。このように基板４の表面に凹凸を設けて表面積が１．５倍以上になるように形成することによって、基板４の表面からの放熱性を高めることができるものである。表面積が１．５倍未満であると、基板４の表面からの放熱性を高める効果を十分に得ることができないものであり、表面積は大きいほど好ましいので、上限は特に設定されない。
【００３１】
この凹凸は、基板４の表面を凹凸形状に形成したり、基板４の表面に空隙を形成したりして、形成することができるものであり、基板４の表面に直接エンボス加工、エッチング加工等任意の加工を施して形成するようにする他、塗布や、貼付等の方法によって、所定の凹凸形状や空隙形状を有する層を基板４の表面に設けることによって形成することもできる。このように基板４に別途の層を設けて凹凸を形成する場合、この層の材料としては特に限定されないが、放熱性の観点から、上記の基板４の材料として挙げた熱伝導率の高い材料等から選定することが好ましい。
【００３２】
ここで、本発明の有機発光素子に用いる電極１，２のうち、少なくとも発光層３など有機層の基板４と反対側に形成される電極２は光透過性電極である。この電極２の材料の種類は特に限定されるものではないが、例えば、インジウム−錫酸化物（ＩＴＯ）、インジウム−亜鉛酸化物（ＩＺＯ）、ガリウム−亜鉛酸化物、アルミニウム−亜鉛酸化物、錫酸化物、Ａｕ等の金属の極薄膜、導電性高分子、導電性の有機材料、ドーパント（ドナーもしくはアクセプタ）含有有機層、およびこれらの積層体等が挙げられる。これらの電極１，２と有機層の間には、場合によっては、電極１，２の成膜時のダメージを低減するための層が必要であり、例えば、アルカリ金属ドープ有機層、銅フタロシアニン層、アクセプタドープ有機層等が挿入されるが、これについても特に限定はされない。一方、反射性の電極１はその材質、形成方法は特に限定されず、本発明の効果の妨げにならない限り任意のものを用いることができるが、陰極として形成する場合には、例えばＡｌ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｙ、Ｓｃ、Ａｇ、Ｉｎ、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類金属等の金属単体、もしくはこれらの金属の合金または酸化物、あるいは、これらと金属ドーピング有機層（特開平１０−２７０１７１号公報等に記載）の併用、などが挙げられる。また陽極として形成する場合には、例えは、Ａｕ、Ｐｄ、Ｐｔ等の金属などを用いることができる。さらに、インジウム−錫酸化物（ＩＴＯ）、インジウム−亜鉛酸化物（ＩＺＯ）、錫酸化物、Ａｕ等の金属の極薄膜、導電性高分子、導電性の有機材料等による光透過性電極と何らかの反射面を組み合わせて反射性の電極１として形成することも可能である。
【００３３】
また、電極１，２からのキャリア注入の改善が必要な場合、基板４の表面のプラズマ処理、オゾン処理等の前処理によって、あるいはキャリア注入層を形成することによって、キャリア注入性を改善することが可能である。キャリア注入層の例としては、特に限定はされないが、有機材料にアクセプタとなる有機材料もしくは無機材料を混合したもの、有機材料にドナーとなる仕事関数の小さな金属を混合したもの、有機材料に有機系ドナーを混合したもの、ｐ型半導体、ｎ型半導体、その他任意のキャリア注入材料を用いたキャリア注入層が挙げられる。
【００３４】
本発明の有機発光素子に用いる有機発光材料、および有機発光素子の構造は、公知の任意のものが適用可能である。有機材料（ホール注入材料、ホール輸送材料、発光層ホスト、発光層ドーパント、電子輸送材料、電子注入材料）、各種材料（電極、電荷発生層用材料、等電位面用材料、金属錯体、各種無機材料）等は、本発明の趣旨に反しないものから選択することができる。例として、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、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、ピラン、キナクリドン、ルブレン、およびこれらの誘導体、あるいは、１−アリール−２，５−ジ（２−チエニル）ピロール誘導体、ジスチリルベンゼン誘導体、スチリルアリーレン誘導体、スチリルアミン誘導体、および、これらの発光性化合物からなる基を分子内の一部分に有する化合物あるいは高分子などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。また、前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、いわゆるリン光発光材料、一部の例を列記するならばＩｒ錯体、Ｏｓ錯体、Ｐｔ錯体、ユーロピウム錯体、等々の発光材料およびそれらを分子内に有する化合物あるい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ることができ、その種類は本発明の内容とは特に相関しない。また有機層の積層順など素子の内部構成についても特に限定されるものではなく、単一の発光層３内に複数の発光色を有する構造の発光素子、等電位面もしくは絶縁層を介して発光層３を複数有する積層型発光素子など、いずれも問題なく使用することができる。
【００３５】
また、本発明の有機発光素子において、図１のように、その封止に光透過性の封止部材７を用いることが必要である。光透過性の封止部材７とは、例えばガラス缶、ガラス板、ＳｉＯＮ、ＳｉＮ、ＳｉＯ２、アルミナ等の無機膜、無機膜の積層体、および無機膜と有機膜の複合体、石英板、バリア性フィルム、バリア性樹脂板、低吸湿・低ガス透過性樹脂（接着剤、シール剤なども含む）等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。また、非発光点の発生および成長を防ぐために通常何らかの乾燥剤を封止部材７の内部に設けることがあるが、この乾燥剤についても光透過性のものが好ましいが、その大きさあるいは配置場所によっては光非透過性のものであってもよい。
【００３６】
さらに本発明の有機発光素子は、光取り出し側のいずれかの部位に光取り出し処理をなしてもよい。光取り出し処理とは、光取り出し側の透明電極の表面への凹凸形状付与、封止部材の表面の反射防止処理、散乱処理、光散乱性を有する封止部材の使用、拡散フィルム等光散乱性を有する部材の電極の表面上あるいは封止部材上への光学的接合などが例として挙げられる。
【実施例】
【００３７】
次に、本発明を実施例によって具体的に説明する。
【００３８】
（基板Ａの作製）
１００ｍｍ□、厚み０．３ｍｍの銅板の表面を研磨し、基板Ａとした。セイコーインスツル株式会社製プローブ顕微鏡「ＳＰＩ３８００Ｎ」を用いて、この基板Ａの表面の３００ｎｍ□エリアでの平均面荒さ（Ｒａ）を測定したところ、３８ｎｍであった。また、この基板Ａの熱伝導率は４００Ｗ／（ｍ・Ｋ）であった。
【００３９】
（基板Ｂの作製）
基板Ａの表面に、平均粒子径１００ｎｍの銀粒子を含むペーストを塗布、焼成して、基板Ｂを作製した。上記と同様に基板Ｂの平均表面荒さを測定したところ、２９ｎｍであった。また、この基板Ｂの熱伝導率は４００Ｗ／（ｍ・Ｋ）であった。
【００４０】
（基板Ｃの作製）
１００ｍｍ□、厚み１ｍｍの窒化アルミニウム製基板を用意し、表面研磨して基板Ｃとした。上記と同様に基板Ｃの平均表面荒さを測定したところ、４２ｎｍであった。また、この基板Ｃの熱伝導率は２２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）であった。
【００４１】
（基板Ｄの作製）
基板Ａの表面にアルミニウム膜をスパッタにより１２００Å厚に成膜した。このアルミニウム膜の全光線反射率は約９０％であった。次で、対抗ターゲット式スパッタ装置を用いてＳｉＮ膜を５００Å厚に形成し、基板Ｄとした。上記と同様に基板Ｄの平均表面荒さを測定したところ、４０ｎｍであった。また、この基板Ｄの熱伝導率は４００Ｗ／（ｍ・Ｋ）であった。
【００４２】
（基板Ｅの作製）
基板Ａの表面（発光層を積層する側の表面）をエンボス加工して、図６のように平均ピッチＰ＝１０μｍ、平均深さＤ＝２μｍの凹部を有する凹凸形状に形成し、この表面に対抗ターゲット式スパッタ装置を用いてＳｉＮ膜を５００Å厚に形成することによって、基板Ｅとした。上記と同様に基板Ｅの表面の３００ｎｍ□エリアでの平均表面荒さを測定したところ、エンボス加工の有無にかかわらず４０ｎｍ程度であった。また、この基板Ｅの熱伝導率は４００Ｗ／（ｍ・Ｋ）であった。この基板Ｅは目視で表面が白濁していること確認することができ、光散乱性を有するものであった。また全光線反射率は約８５％であった。
【００４３】
（基板Ｆの作製）
１００ｍｍ□、厚み０．７ｍｍのガラス基板を用い、基板Ｆとした。上記と同様に基板Ｆの平均表面荒さを測定したところ、４ｎｍであった。また、この基板Ｆの熱伝導率は０．７Ｗ／（ｍ・Ｋ）であった。
【００４４】
（実施例１）
基板Ａを真空蒸着装置にセットし、基板Ａの全面にアルミニウムを１０００Å厚に蒸着した。形成したアルミニウム膜の全光線反射率は約９０％であった。次いで、基板Ａの表面に９ｃｍ□の開口部を有するマスクを重ね、バソクプロインとセシウムを１：１のモル比で２００Å、トリス（８−ヒドロキシキノリナ−ト）アルミニウム（Ａｌｑ３）を１００Åの厚みで成膜し、電子注入・輸送層を形成した。次いで緑色発光層として、Ａｌｑ３にクマリンを１質量％ドープした層を５００Å厚で積層することによって、有機発光層を設けた。さらに、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４００Å厚で、α−ＮＰＤと酸化バナジウムを２：１のモル比で共蒸着した層を２００Åで設け、ホール輸送・注入層を形成した。続いて、８ｃｍの開口部を有するマスクを用いて、ＩＴＯを１０００Å厚にスパッタリングによって成膜し、陽極の透明電極を形成し、有機発光素子を得た。
【００４５】
（実施例２）
基板Ｂを用いるようにした他は、実施例１と同様にして有機発光素子を得た。尚、形成したアルミニウム膜の全光線反射率は約９０％であった。
【００４６】
（実施例３）
基板Ｃを用い、アルミニウムを基板Ｃの表面に幅８ｃｍ×長さ１０ｃｍに形成し、またＩＴＯを幅１０ｃｍ×長さ８ｃｍに形成するようにした他は、実施例１と同様にして有機発光素子を得た。形成したアルミニウム膜の全光線反射率は約９０％であった。
【００４７】
（実施例４）
基板Ｄを用い、基板側の電極としてアルミニウムの代りにＩＴＯを形成するようにした他は、実施例３と同様にして有機発光素子を得た。
【００４８】
（実施例５）
基板Ｅを用いるようにした他は、実施例３と同様にして有機発光素子を得た。
【００４９】
（比較例１）
基板Ｆを用いるようにした他は、実施例３と同様にして有機発光素子を得た。
【００５０】
（実施例６）
実施例３で得られた有機発光素子に対し、図７に示す寸法の封止ガラスを封止部材として用いて封止を行なった。封止ガラスの平坦面は光学研磨し、光散乱が認められない平坦面とした。さらに、封止した面と反対側の表面に、表面を＃４００のサンドブラストにより粗面化した厚み３００μｍのアルミニウム板を銀ペーストで貼付した。
【００５１】
（実施例７）
実施例３で得られた有機発光素子に対し、図７に示す寸法の封止ガラスを封止部材として用いて封止を行った。さらに、基板４の封止した面と反対側の表面に、市販の放熱セラミック塗料を塗布して塗料層を形成した。この塗料層を２０００倍の光学顕微鏡で観測したところ、凹凸および空隙が存在していることが確認できた。そして画像解析から、塗料層の表面積は基板４の表面積の少なくとも４倍以上であると見積もられた。
【００５２】
上記のように実施例１〜７及び比較例１で作製した有機発光素子を、電源（ＫＥＩＴＨＬＥＹ モデル２４００）に接続して２０ｍＡ／ｃｍ２の定電流駆動を行ない、その際の各部位（測定部位を図８に示す）の輝度を輝度計（トプコン社製「ＭＢ−９」；視野角０．２°、距離４５ｃｍ）で測定した。また同一部位において点灯から３０秒後の温度を測定した。これらの測定結果を表１に示す。尚、実施例１〜５及び比較例１の有機発光素子については、通電及び測定を高純度窒素雰囲気下で行った。また通電時、陽極は金属インジウム箔を接続電極としてＩＴＯと接続した。
【００５３】
【表１】
【００５４】
実施例１〜７の各有機発光素子は、点灯開始後、次第に温度が上昇し、表１中の温度に達したが、その後も数分間温度測定を行なっても、３０秒後の温度とさほどの変化は認められなかった。また、常に比較的均一に発光していた。一方、比較例１の有機発光素子は、点灯直後は比較的均一な発光を示したが、１０秒を過ぎた頃から発光ムラが著しくなった。また、本測定以後も点灯していると、約５０秒経過した時点で部位（１）の狭い範囲が非常に強く光り、素子が壊れた。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の実施の形態の一例を示す概略図である。
【図２】本発明の他の実施の形態の一例を示すものであり、（ａ），（ｂ）はそれぞれ概略図である。
【図３】本発明の他の実施の形態の一例を示すものであり、（ａ），（ｂ）はそれぞれ概略図である。
【図４】平均表面荒さの荒さ中心線を示す図である。
【図５】（ａ）は基板の凹凸を示す図、（ｂ）はそのイ部を拡大して示す図である。
【図６】基板の凹凸を示すものであり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図７】封止部材を示すものであり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図８】有機発光素子の測定部位を示す平面図である。
【符号の説明】
【００５６】
１ 電極
２ 電極
３ 発光層
４ 基板
７ 封止部材
８ 絶縁層
１０ 凹部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の電極間に設けられる発光層を基板に積層して形成される有機発光素子において、基板は、少なくとも一部が１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を有し、且つ発光層側の表面の平均表面荒さが５０ｎｍ以下であり、さらに、基板の表面に電極が形成されているときには電極が、あるいは基板の表面に電極が形成されていないときには基板の発光層側の表面が、７０％以上の全光線反射率を有することを特徴とする有機発光素子。
【請求項２】
基板は導電性の素材で形成され、一対の電極のうち一方の電極が基板の表面に絶縁層を介して形成されていることを特徴とする請求項１に記載の有機発光素子。
【請求項３】
基板は導電性の素材で形成され、基板が一対の電極のうち一方の電極を兼ねることを特徴とする請求項１に記載の有機発光素子。
【請求項４】
基板は絶縁性の素材で形成され、一対の電極のうち一方の電極が基板の表面に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の有機発光素子。
【請求項５】
基板の発光層側の表面が、平均ピッチが１００ｎｍ〜３００μｍ、平均深さが平均ピッチの２分の１以下である凹部を有する凹凸形状に形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の有機発光素子。
【請求項６】
基板の発光層と反対側の表面に凹凸を設けて、基板のこの表面を平坦面に対して１．５倍以上の表面積を有するように形成したことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の有機発光素子。
【請求項７】
少なくとも一部が１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を有し、且つ発光層側の表面の平均表面荒さが５０ｎｍ以下であり、さらに、基板の表面に電極が形成されているときには電極が、あるいは基板の表面に電極が形成されていないときには基板の発光層側の表面が、７０％以上の全光線反射率を有することを特徴とする有機発光素子用基板。
【請求項１】
一対の電極間に設けられる発光層を基板に積層して形成される有機発光素子において、基板は、少なくとも一部が１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を有し、且つ発光層側の表面の平均表面荒さが５０ｎｍ以下であり、さらに、基板の表面に電極が形成されているときには電極が、あるいは基板の表面に電極が形成されていないときには基板の発光層側の表面が、７０％以上の全光線反射率を有することを特徴とする有機発光素子。
【請求項２】
基板は導電性の素材で形成され、一対の電極のうち一方の電極が基板の表面に絶縁層を介して形成されていることを特徴とする請求項１に記載の有機発光素子。
【請求項３】
基板は導電性の素材で形成され、基板が一対の電極のうち一方の電極を兼ねることを特徴とする請求項１に記載の有機発光素子。
【請求項４】
基板は絶縁性の素材で形成され、一対の電極のうち一方の電極が基板の表面に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の有機発光素子。
【請求項５】
基板の発光層側の表面が、平均ピッチが１００ｎｍ〜３００μｍ、平均深さが平均ピッチの２分の１以下である凹部を有する凹凸形状に形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の有機発光素子。
【請求項６】
基板の発光層と反対側の表面に凹凸を設けて、基板のこの表面を平坦面に対して１．５倍以上の表面積を有するように形成したことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の有機発光素子。
【請求項７】
少なくとも一部が１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を有し、且つ発光層側の表面の平均表面荒さが５０ｎｍ以下であり、さらに、基板の表面に電極が形成されているときには電極が、あるいは基板の表面に電極が形成されていないときには基板の発光層側の表面が、７０％以上の全光線反射率を有することを特徴とする有機発光素子用基板。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００６−３３１６９４（Ｐ２００６−３３１６９４Ａ）
【公開日】平成１８年１２月７日（２００６．１２．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１４９９８３（Ｐ２００５−１４９９８３）
【出願日】平成１７年５月２３日（２００５．５．２３）
【出願人】（０００００５８３２）松下電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１２月７日（２００６．１２．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年５月２３日（２００５．５．２３）
【出願人】（０００００５８３２）松下電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
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