(57)【要約】【課題】  発光層から発光した光を効率よく外部に取出し、光取出し効率を向上させた有機発光素子を提供する。【解決手段】  ガラス基板２１上に、第１反射電極２２、電子輸送層２３、発光層２４、正孔輸送層２５、正孔注入層２６、及び第２透明電極２７を形成し、第２透明電極２７上に、屈折率２．６、平均粒径１５０ｎｍのチタニア粒子とシリカゾルからなる平均屈折率が１．４の光取出し層２８を形成する。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、少なくとも、発光層を有し、前記発光層を挟んで設けられる一対の電極と、前記一対の電極のうちいずれかが透明電極である構成を特徴とする有機発光素子において，
前記透明電極の上に形成された光取出し層の平均屈折率が、前記透明電極と前記光取出し層の界面から、前記透明電極から前記光取出し層への光の染み出し距離までの領域において１．４以上であり，
前記光取出し層を構成する微粒子の屈折率が２以上であることを特徴とする有機発光素子。
【請求項２】
前記光取出し層は，
前記微粒子が保持体で結合されているものである請求項１に記載の有機発光素子。
【請求項３】
前記保持体の膜厚は，
０．１〜１０ｎｍの範囲である請求項２に記載の有機発光素子。
【請求項４】
前記光取出し層は，
少なくとも、２種類以上の平均粒径を有する前記微粒子から構成したものである請求項１に記載の有機発光素子。
【請求項５】
前記微粒子は、平均径が８０ｎｍ以下の微粒子から構成されたクラスター構造を有するものである請求項１に記載の有機発光素子。
【請求項６】
前記光取出し層は、対向基板と密着した構造を有し，
前記対向基板と前記光取出し層を密着させる樹脂層と前記対向基板の界面において、平均屈折率が１．５以上となる第２の光取出し層が形成され，
前記光取出し層を構成する微粒子の屈折率が１．８以上であ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７】
前記光取出し層は、対向基板と密着した構造を有し，
前記対向基板と前記光取出し層である空気層の界面において、平均屈折率が１．５以上となる第２の光取出し層が形成され、
前記光取出し層を構成する微粒子の屈折率が１．８以上であ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８】
基板上に、少なくとも、発光層を有し、前記発光層を挟んで設けられる一対の電極と、前記一対の電極のうちいずれかが透明電極である構成を特徴とする有機発光素子において，
前記透明電極の上に形成された光取出し層の平均屈折率が、前記透明電極と前記光取出し層の界面から、前記透明電極から前記光取出し層への光の染み出し距離までの領域において１．４以上であり，
前記光取出し層は対向基板と密着した構造を有し，
前記対向基板と前記光取出し層を密着させる樹脂層と前記対向基板の界面において、平均屈折率が１．５以上となる第２の光取出し層が形成され，
前記光取出し層を構成する微粒子の屈折率が１．８以上であることを特徴とする有機発光素子。
【請求項９】
基板上に、少なくとも、発光層を有し、前記発光層を挟んで設けられる一対の電極と、前記一対の電極のうちいずれかが透明電極である構成を特徴とする有機発光素子において，
前記透明電極の上に形成された光取出し層の平均屈折率が、前記透明電極と前記光取出し層の界面から、前記透明電極から前記光取出し層への光の染み出し距離までの領域において１．４以上であり，
前記光取出し層は対向基板と密着した構造を有し，
前記対向基板と光取出し層である空気層の界面において、平均屈折率が１．５以上となる第２の光取出し層が形成され，
前記光取出し層を構成する微粒子の屈折率が１．８以上であることを特徴とする有機発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、低消費電力でかつ長寿命を両立する有機発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機発光素子は、自発光であるため、表示装置に用いた場合、バックライトが不要であることから、薄型、軽量の特長を有する。さらに、有機発光素子は視野角が広く、応答速度が速い特徴を有しており、動画表示装置として適している。また、視野角が広く、面発光であることから、照明等の発光装置としても適している。
また、有機発光素子は、下部電極、キャリア輸送層、発光層、上部電極を積層した構造となっており、例えば、下部電極から電子輸送層を通して発光層に注入された電子と、上部電極から正孔輸送層を通して発光層に注入された正孔との再結合によって発光する。
【０００３】
有機発光素子の有機層、取出し電極として用いる透明電極は、光取出し層である空気と比べて屈折率が高い。
そのため、発光層で発光した光が空気層へ出射される強度は２０％程度といわれており、発光光の大部分は透明電極と空気層の界面で全反射されて、有機層或いは透明電極層を導波する。
そのため、低消費電力な有機発光素子を実現するには、有機発光素子の導波による損失を低減し、光取出し効率を向上することが重要である。
また、有機発光素子を高効率化する事により、一定輝度を得るのに必要な電流値を低下させる事が可能となる。有機発光素子の寿命は、駆動電流の逆数のべき乗に比例する事が知られており、高効率化による低電流駆動は有機発光素子の長寿命化につながる。
【０００４】
光取出し効率向上の課題に対して、特許文献１では、光染み出し拡散層を設ける構造が開示されている。光取出し電極として用いる第二電極の上に低屈折率のマトリックスの中に光を散乱させる透明微粒子を含有させた光染み出し拡散層を設ける。
第二電極と光染み出し拡散層の界面において、臨界角より深い角度で入射する光は全反射するが、界面に沿って伝播する染み出し光が存在する。そのため、光染み出し拡散層に染み出した光は、分散された微粒子により散乱し、光染み出し拡散層を伝播する。
我々の検討結果から、特許文献１に開示されている構造では、光取出し効率向上の条件に合致しないことがわかった。詳細は後ほど説明する。
【０００５】
また、特許文献２には、透明微粒子を第一粒子マトリックスと第二粒子マトリックスで包埋された光散乱層を設けて光取出し向上をする技術が記載されている。
この特許文献２は、透明微粒子を屈折率が異なる２種類のマトリックスで包理されており、製造技術が高度であり、コストがかかってしまう。
【特許文献１】特開２００４−２９６４３７
【特許文献２】特開２００５−３５３３６７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、空気層へ光を直接取り出す、高効率光取り出し層を有する有機発光素子を提供することを目的とする。
【０００７】
また、本発明は、対向基板或いは樹脂層で覆われた有機発光素子において、高効率光取出し効率を有する構造を提供することを目的とする。
【０００８】
さらに、本発明は、前記有機発光素子を用いた有機発光表示装置、あるいは有機発光装置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】
【０００９】
前記課題を解決するため、本発明に係る有機発光素子は、基板上に、少なくとも、発光層を有し、前記発光層を挟んで設けられる一対の電極と、前記一対の電極のうちいずれかが透明電極である構成を特徴とする有機発光素子において，前記透明電極の上に形成された光取出し層の平均屈折率が、前記透明電極と前記光取出し層の界面から、前記透明電極から前記光取出し層への光の染み出し距離までの領域において１．４以上であり，前記光取出し層を構成する微粒子の屈折率が２以上であることを特徴とする。
【００１０】
また、前記光取出し層は、前記微粒子が保持体で結合されていることが望ましい。
【００１１】
さらに、前記保持体の膜厚は、０．１〜１０ｎｍの範囲にあることが望ましい。
【００１２】
さらにまた、前記光取出し層は、少なくとも、２種類以上の平均粒径を有する前記微粒子から構成するのが望ましい。
【００１３】
そして、前記微粒子は、平均径が８０ｎｍ以下の微粒子から構成されたクラスター構造を有するものであることが望ましい。
【００１４】
また、前記光取出し層は、対向基板と密着した構造を有し、前記対向基板と前記光取出し層を密着させる樹脂層と前記対向基板の界面において、平均屈折率が１．５以上となる第２の光取出し層が形成され、前記光取出し層を構成する微粒子の屈折率が１．８以上であることが望ましい。
【００１５】
加えて、前記光取出し層は、対向基板と密着した構造を有し、前記対向基板と前記光取出し層である空気層の界面において、平均屈折率が１．５以上となる第２の光取出し層が形成され、前記光取出し層を構成する微粒子の屈折率が１．８以上であることが望ましい。
【００１６】
また、前記課題を解決するため、本発明に係る有機発光素子は、基板上に、少なくとも、発光層を有し、前記発光層を挟んで設けられる一対の電極と、前記一対の電極のうちいずれかが透明電極である構成を特徴とする有機発光素子において，前記透明電極の上に形成された光取出し層の平均屈折率が、前記透明電極と前記光取出し層の界面から、前記透明電極から前記光取出し層への光の染み出し距離までの領域において１．４以上であり，前記光取出し層は対向基板と密着した構造を有し，前記対向基板と前記光取出し層を密着させる樹脂層と前記対向基板の界面において、平均屈折率が１．５以上となる第２の光取出し層が形成され，前記光取出し層を構成する微粒子の屈折率が１．８以上であることを特徴とする。
【００１７】
さらに、前記課題を解決するため、本発明に係る有機発光素子は、基板上に、少なくとも、発光層を有し、前記発光層を挟んで設けられる一対の電極と、前記一対の電極のうちいずれかが透明電極である構成を特徴とする有機発光素子において，前記透明電極の上に形成された光取出し層の平均屈折率が、前記透明電極と前記光取出し層の界面から、前記透明電極から前記光取出し層への光の染み出し距離までの領域において１．４以上であり，前記光取出し層は対向基板と密着した構造を有し，前記対向基板と光取出し層である空気層の界面において、平均屈折率が１．５以上となる第２の光取出し層が形成され，前記光取出し層を構成する微粒子の屈折率が１．８以上であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、有機発光素子の光取出し効率を向上することが可能となり、有機発光素子を用いた有機発光表示装置、あるいは有機表示装置の低消費電力化を実現することができる。
また、本発明によれば、光取出し効率向上により、駆動電流の低電流化が可能となり、有機発光素子、有機発光素子を用いた有機発光表示装置及び有機発光装置の長寿命化を図ることができる。
さらに、本発明によれば、対向基板等で覆った実用的な有機発光素子においても、光取出し効率の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明において、有機発光素子とは、下記の構造をとるものをいう。
すなわち、順次、基板／下部電極／第１注入層／第１輸送層／発光層／第２輸送層／第２注入層／上部電極／保護層又は封止基板（対向基板）から構成される。
下部電極と上部電極は２通りの組合せがある。
まず、下部電極が陽極、上部電極が陰極の構成である。
この場合、第１注入層、第１輸送層は、それぞれ、正孔注入層、正孔輸送層となる。また、第２輸送層、第２注入層は、それぞれ、電子輸送層、電子注入層となる。
【００２０】
他の組合せは、下部電極が陰極、上部電極が陽極の構成である。
この場合、第１注入層、第１輸送層は、それぞれ、電子注入層、電子輸送層となる。また、第２輸送層、第２注入層は、それぞれ、正孔輸送層、正孔注入層となる。
前記構成において、第１注入層、或いは第２注入層を有さない構造も考えられる。また、第１輸送層、或いは第２輸送層が発光層に兼ねられる構造も考えられる。
上部電極と下部電極では、一方の電極が発光光の透過性を有し、他方の電極が発光光の反射性を有する組合せが望ましい。その場合、透過性を有する電極から光を取出すため、同電極を光取出し電極と称する。一方、反射性を有する電極を反射電極と称する。
【００２１】
本発明は、上部電極が光取出し電極となる場合、トップエミッション構造のみに適用される。
ここでいう基板とは、絶縁性の材料であれば広い範囲から選択することが可能である。
具体的には、ガラス、アルミナ焼結体等の無機材料、ポリイミド膜、ポリエステル膜、ポリエチレン膜、ポリフェニルレンスルフィド膜、ポリパラキシレン膜等の各種絶縁性プラスチック等が使用可能である。
また、上記絶縁性の材料を表面上に形成すれば、金属材料でも問題ない。具体的には、ステンレス、アルミ、銅、上記金属が含まれた合金が挙げられるが、これらの材料に限定されるわけではない。
【００２２】
ここでいう陽極とは、正孔の注入効率を高める仕事関数の大きな導電膜が望ましい。具体的には、金，白金、が挙げられるが、これらの材料に限定されるわけではない。
また、陽極として、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）、酸化インジウムゲルマニウム等の２元系、あるいは酸化インジウムスズ亜鉛等の３元系であってもよい。
また、酸化インジウム以外にも酸化スズ、酸化亜鉛等を主成分とした組成であってもよい。また、ＩＴＯであれば、酸化インジウムに対して５−１０ｗｔ％の酸化スズを含む組成が良く用いられる。酸化物半導体の製造法は、スパッタ法、ＥＢ蒸着法、イオンプレーティング法等が挙げられる。
【００２３】
ＩＴＯ膜、ＩＺＯ膜の仕事関数は、それぞれ、４．６ｅＶ、４．６ｅＶであるが、ＵＶオゾン照射、酸素プラズマ処理、等により、５．２ｅＶ程度まで増大させることが可能である。
ＩＴＯ膜では、スパッタ法において、基板温度を２００℃程度まで高めた条件で作製すると多結晶状態になる。多結晶状態では、結晶粒により、表面平坦性が悪いため、表面を研磨したものが望ましい。また、他の方法として、アモルファス状態で形成したものを加熱して多結晶状態にしたものが望ましい。
【００２４】
また、陽極は、後述する正孔注入層を設けることにより、仕事関数を大きい材料を用いる必要がなくなり、通常の導電膜でよくなる。
具体的には、アルミニウム、インジウム、モリブテン、ニッケル、等の金属や、これら金属を用いた合金や、ポリシリコン、アモルファスシリコン、錫酸化物、酸化インジウム、インジウム・錫酸化物（ＩＴＯ）等の無機材料が望ましい。
また、陽極を反射電極として用いる場合、金属膜の反射電極の上に透明導電膜を形成した積層膜も考えられる。各層は上記材料が望ましい。また、もちろんこれらの材料に限られるわけではなく、また、これらの材料を２種以上併用しても差し支えない。
【００２５】
また、形成プロセスが簡便な塗布法を用いたポリアニリン，ポリチオフェン等の有機材料、導電性インクが望ましい。また、もちろんこれらの材料に限られず、また、これらの材料を２種以上併用しても差し支えない。
ここでいう正孔注入層とは、陽極と正孔輸送層の注入障壁を下げるため、適当なイオン化ポテンシャルを有する材料が望ましい。また、下地層の表面凹凸を埋める役割を果たすことが望ましい。
具体的には、銅フタロシアニン、スターバーストアミン化合物、ポリアニリン、ポリチオフェン、酸化バナジウム、酸化モリブテン、酸化ルテニウム、酸化アルミニウム、等が挙げられるが、これらに限定されない。
【００２６】
ここでいう正孔輸送層とは、正孔を輸送し、発光層へ注入する役割を有する。そのため、正孔移動度が高い正孔輸送性材料からなることが望ましい。
また、化学的に安定であることが望ましい。
また、イオン化ポテンシャルが陽極の仕事関数と同等の大きさであることが望ましい。
また、電子親和力が小さいことが望ましい。
また、ガラス転移温度が高いことが望ましい。
【００２７】
具体的には、Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−［１，１’−ビフェニル］−４，４’ジアミン（ＴＰＤ）、４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（α−ＮＰＤ）、４，４’，４’’−トリ（Ｎ−カルバゾリル）トリフェニルアミン（ＴＣＴＡ）、１，３，５−トリス［Ｎ−（４−ジフェニルアミノフェニル）フェニルアミノ］ベンゼン（ｐ−ＤＰＡ−ＴＤＡＢ）、４，４’，４’’−トリス（Ｎ−カルバゾール）トリフェニルアミン（ＴＣＴＡ）、１，３，５−トリス［Ｎ，Ｎ−ビス（２−メチルフェニル）−アミノ］−ベンゼン（ｏ−ＭＴＤＡＢ）、１，３，５−トリス［Ｎ，Ｎ−ビス（３−メチルフェニル）−アミノ］−ベンゼン（ｍ−ＭＴＤＡＢ）、１，３，５−トリス［Ｎ，Ｎ−ビス（４−メチルフェニル）−アミノ］−ベンゼン（ｐ−ＭＴＤＡＢ）、４，４’，４’’−トリス［１−ナフチル（フェニル）アミノ］トリフェニルアミン（１−ＴＮＡＴＡ）、４，４’，４’’−トリス［２−ナフチル（フェニル）アミノ］トリフェニルアミン（２−ＴＮＡＴＡ）、４，４’，４’’−トリス［ビフェニル−４−イル−（３−メチルフェニル）アミノ］トリフェニルアミン（ｐ−ＰＭＴＤＡＴＡ）、４，４’，４’’−トリス［９，９−ジメチルフルオレン−２−イル（フェニル）アミノ］トリフェニルアミン（ＴＦＡＴＡ）、４，４’，４’’−トリス（Ｎ−カルバゾイル）トリフェニルアミン（ＴＣＴＡ）、１，３，５−トリス−［Ｎ−（４−ジフェニルアミノフェニル）フェニルアミノ］ベンゼン（ｐ−ＤＰＡ−ＴＤＡＢ）、１，３，５−トリス｛４−［メチルフェニル（フェニル）アミノ］フェニル｝ベンゼン（ＭＴＤＡＰＢ）、Ｎ，Ｎ’−ジ（ビフェニル−４−イル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル［１，１’−ビフェニル］−４，４’−ジアミン（ｐ−ＢＰＤ）、Ｎ，Ｎ’−ビス（９，９−ジメチルフルオレン−２−イル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルフルオレン−２，７−ジアミン（ＰＦＦＡ）、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラキス（９，９−ジメチルフルオレン−２−イル）−［１，１−ビフェニル］−４，４’−ジアミン（ＦＦＤ）、（ＮＤＡ）ＰＰ、４−４’−ビス［Ｎ，Ｎ’−（３−トリル）アミノ］−３−３’−ジメチルビフェニル（ＨＭＴＰＤ）が望ましい。もちろんこれらの材料に限られず、また、これらの材料を２種以上併用しても差し支えない。
【００２８】
また、正孔輸送層は、上記正孔輸送性材料に酸化剤を含有して、陽極との障壁を低下させる、あるいは電気伝導度を向上させることが望ましい。同構成の正孔輸送層では、正孔注入層を用いない層構成も可能となる。酸化剤の具体例としては、塩化第２鉄、塩化アンモニウム、塩化ガリウム、塩化インジウム、五塩化アンチモン等のルイス酸化合物であり、トリニトロフルオレン等の電子受容性化合物である。もちろんこれらの材料に限られず、また、これらの材料を２種以上併用しても差し支えない。
【００２９】
ここでいう発光層とは、注入された正孔、電子が再結合し、材料固有の波長で発光する層をさす。発光層を形成するホスト材料自体が発光する場合とホストに微量添加したドーパント材料が発光する場合がある。
具体的なホスト材料としては、ジスチリルアリーレン誘導体（ＤＰＶＢｉ）、骨格にベンゼン環を有するシロール誘導体（２ＰＳＰ）、トリフェニルアミン構造を両端に有するオキソジアゾール誘導体（ＥＭ２）、フェナンスレン基を有するペリノン誘導体（Ｐ１）、トリフェニルアミン構造を両端に有するオリゴチオフェン誘導体（ＢＭＡ−３Ｔ）、ペリレン誘導体（ｔＢｕ−ＰＴＣ）、トリス（８−キノリノール）アルミニウム、ポリパラフェニレンビニレン誘導体、ポリチオフェン誘導体、ポリパラフェニレン誘導体、ポリシラン誘導体、ポリアセチレン誘導体が望ましい。また、もちろんこれらの材料に限られず、また、これらの材料を２種以上併用しても差し支えない。
【００３０】
次に、具体的なドーパント材料としては、キナクリドン、クマリン６、ナイルレッド、ルブレン、４−（ジシアノメチレン）−２−メチル−６−（パラ−ジメチルアミノスチリル）−４Ｈ−ピラン（ＤＣＭ）、ジカルバゾール誘導体、ポルフィリン白金錯体（ＰｔＯＥＰ）、イリジウム錯体（Ｉｒ（ｐｐｙ）３）が望ましい。また、もちろんこれらの材料に限られず、また、これらの材料を２種以上併用しても差し支えない。
【００３１】
ここでいう電子輸送層とは、電子を輸送し、発光層へ注入する役割を有する。そのため、電子移動度が高い電子輸送性材料からなることが望ましい。具体的には、トリス（８−キノリノール）アルミニウム、オキサジアゾール誘導体、シロール誘導体、亜鉛ベンゾチアゾール錯体、バソキュプロイン（ＢＣＰ）が望ましい。また、もちろんこれらの材料に限られず、また、これらの材料を２種以上併用しても差し支えない。
また、電子輸送層は、上記電子輸送性材料に還元剤を含有して、陰極との障壁を低くすること、あるいは電気伝導度を向上させることが望ましい。
還元剤の具体例としては、アルカリ金属、アルカリ土類金属、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類酸化物、希土類酸化物、アルカリ金属ハロゲン化物、アルカリ土類ハロゲン化物、希土類ハロゲン化物、アルカリ金属と芳香族化合物で形成される錯体である。
特に、好ましいアルカリ金属はＣｓ、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋである。もちろんこれらの材料に限られず、また、これらの材料を２種以上併用しても差し支えない。また、以下の述べる電子注入層に用いる材料を用いてもよい。
【００３２】
ここでいう電子注入層とは、陰極から電子輸送層への電子注入効率を向上させるために用いる。具体的には、弗化リチウム、弗化マグネシウム、弗化カルシウム、弗化ストロンチウム、弗化バリウム、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、炭酸セシウムが望ましい。また、もちろんこれらの材料に限られず、また、これらの材料を２種以上併用しても差し支えない。
【００３３】
ここでいう陰極は、電子の注入効率を高める仕事関数の小さな導電膜が望ましい。具体的には、マグネシウム・銀合金、アルミニウム・リチウム合金、アルミニウム・カルシウム合金、アルミニウム・マグネシウム合金，金属カルシウムが挙げられるが、これらの材料に限定されるわけではない。
また、前述の電子注入層あるいは還元剤を含有した電子輸送層を設ければ、陰極の条件として、低仕事関数の材料を用いる必要がなくなり、一般的な金属材料や陽極であげた透明導電膜を用いることが可能となる。具体的には、銀、アルミニウム、インジウム、モリブテン、ニッケル、等の金属や、これら金属を用いた合金や、ＩＴＯ、ＩＺＯ、酸化インジウムゲルマニウム等の２元系、あるいは酸化インジウムスズ亜鉛等の３元系、酸化スズ、酸化亜鉛等を主成分とした組成、ポリシリコン、アモルファスシリコンが望ましい。
【００３４】
ここでいう保護層とは、上部電極上に形成され、大気内Ｈ２Ｏ、Ｏ２が上部電極、あるいはその下の有機層に入りこむことを防ぐことを目的とする。
具体的に、ＳｉＯ２、ＳｉＮｘ、Ａｌ２Ｏ３等の無機材料やポリクロロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリオキシメチレン、ポリビニルクロライド、ポリフッ化ビニリデン、シアノエチルプルラン、ポリメチルメタクリレート、ポリサルフォン、ポリカーボネート、ポリイミド等の有機材料が挙げられるが、これらの材料に限定されるわけではない。
【００３５】
本発明に係る有機発光表示装置は、上記有機発光素子を画素に用いることが望ましい。
ここでいう有機発光表示装置とは、有機発光素子を画素に用いた表示装置をさす。有機発光表示装置には、単純マトリクス有機発光表示装置とアクティブマトリクス有機発光表示装置がある。
【００３６】
単純マトリクス有機発光表示装置は、複数の陽極ラインと陰極ラインが交差した位置に正孔輸送層、発光層、電子輸送層等の有機層が形成されており、各画素は１フレーム期間中、選択時間のみ点灯する。選択時間は、１フレーム期間を陽極ライン数で除した時間幅となる。
【００３７】
アクティブマトリクス有機発光表示装置では、各画素を構成する有機ＥＬ（発光）素子に、２〜４個の薄膜トランジスタのスイッチング素子及び容量から構成される駆動素子が接続されており、１フレーム期間中の全点灯が可能となる。そのため、輝度を高くする必要がなく、有機発光素子の寿命を長くすることが可能となる。
【００３８】
ここでいう画素とは、表示装置の画面の縦横に多数配置されて、表示領域において文字やグラフィックを表示する最小単位のものをいう。
また、サブ画素とは、カラー表示を行う表示装置において、画素をさらに分割する最小単位のものをいう。
カラー画像では、緑、赤、青の３色のサブ画素で構成される構造が一般的である。また、表示領域とは、表示装置において、画像が表示される領域をいう。
【００３９】
《第１の実施形態》
以下、本発明を実施するための最良の形態の第１の実施形態について説明する。
第１の実施形態では、光取出し層の粒径を変化させた時の光取出し効率のシミュレーション結果を示す。シミュレーションは、時間領域差分法（ＦＤＴＤ法）を用いて空間の各点における電磁界の時間変化を計算して求めた。計算負荷を低減するため2次元空間にて実施した。
【００４０】
図１には、本発明の第１の実施形態に係る有機発光素子の断面図が示されている。
図１において、有機発光素子は、下部反射電極１及び透明電極２の上に、キャリア輸送層、発光層を模擬した有機層３、上部透明電極４となる構造を有している。
透明電極２、有機層３、上部透明電極の屈折率は、それぞれ、２，１．８，２とした。また、膜厚は、それぞれ、１０ｎｍ，２００ｎｍ，３０ｎｍとした。
【００４１】
有機層３から等方的に発光した光は、上部透明電極４と空気層５の界面で臨界角３４°以下の光が空気層へ射出され、３４°以上の光が全反射され、上部透明電極４、有機層３を伝播する。
有機層で発光した全光量に対して、空気層へ取り出される光量の割合Ｉｅｘｔは２０％と仮定する。その場合、上部透明電極４、有機層３を伝播する光量の割合Ｉｇｍは８０％となる。
【００４２】
図２には、図１に図示の有機発光素子の構成に光取出し層を設けた有機発光素子の断面図が示されている。
図２において、上部透明電極４と光を射出する空気層５の界面に、粒径ｄ、屈折率ｎの微粒子６を１層未満となる様に配列し、光取出し層７として用いた。
以下。粒子の配列を説明する。
図２に示したように、粒子をおいた領域は１０μｍである。端部からｄの間隔で区切っていく。ｉ番目の領域に粒子を置くかは０，１の乱数表で決め、置く場合は、中心位置から±１０％の範囲内にランダムに置いた。総粒子数は、後述する充填率及び平均屈折率から決定した。
【００４３】
シミュレーションでは、有機層３の中心から紙面水平方向に伝播する光量Ｉｇｍが光取出し層７で取り出される光量ηｎｐを算出する。光取出し効率ηｅｘｔは、（式１）で定義される。
【００４４】
〔式１〕
2010067464.tif 000003
【００４５】
図３にシミュレーション結果の一例を示す。発光波長は５００ｎｍとした。微粒子の粒径ｄを１００ｎｍと固定し、充填率を３９％とした。充填率は、光取出し層７において、ｄ（高さ）×１０μｍの領域での総粒子が占める割合である。
本シミュレーションでは面積比となる。実際の系は３次元であるので、体積比となる。屈折率１．５の微粒子においてηｅｘｔ〜１．５、屈折率が大きくなるにつれてηｅｘｔは、増加し、屈折率２．６の微粒子において光取出し効率が３．４倍まで向上している。
【００４６】
次に、図４に、発光波長５００ｎｍ、微粒子粒径１００ｎｍにおける、光取出し効率の粒子屈折率、充填率依存性を示す。図の見方であるが、粒子の屈折率２、充填率３９％をあらわす欄に表示されている値は平均屈折率であり、１．３９である。薄い網掛けした欄が、光取出し効率が２〜３倍、濃い網掛けした欄が３倍以上の結果となった。
【００４７】
図４によると、光取出し効率２倍以上を達成するためには、粒子の屈折率は２以上必要なことがわかる。これは、粒子と空気の屈折率差が１以上あると、有効的に光を空気層に散乱させることを意味する。
次に、平均屈折率が１．４以上必要であることがわかる。
一般的に、光導波路は、クラッド層の屈折率に応じて、導波光がクラッド層に染み出す（参考文献：「光集積回路」、著者 西原浩、春名正光、栖原敏明、オーム社１９８５年発行、２・２章）。
参考文献に基づき、発光波長を５００ｎｍ、クラッド層の屈折率を１．４、コア厚を３００ｎｍ、コア屈折率を１．８、非対称性尺度を０とすると、染み出し距離は８０ｎｍとなる。
【００４８】
シミュレーション結果によると、粒子屈折率２．６、粒径５０ｎｍの微粒子を用いた場合、充填率すなわち平均屈折率に関係なく、光取出し効率は２倍に到達しない。このことは、光取出し層を構成する微粒子の粒径が、平均屈折率１．４における染み出し距離以上の値をとる必要があることを意味する。
特許文献１は、１．１〜１．９未満の低屈折率なホスト材料に、微粒子を含有された構造をとる。一方、本発明では、屈折率２以上の微粒子を高濃度に配列した構造であり、異なる構造となる。
第２の実施形態で説明するが、微粒子の密着性を高めるため、保持体を添加する場合もあるが、体積率では数％以下である。また、特許文献１では、光を取り出す領域は低屈折ホスト材料、あるいは同ホスト材料以上の屈折率を有する媒体であるのに対して、第１の実施形態では、空気層への光を取り出す。
以上より、本発明は、特許文献１と異なる発明と結論付けられる。
【００４９】
《第２の実施形態》
以下、本発明を実施するための最良の形態の第２の実施形態について説明する。
第２の実施形態では、トップアノード型の有機発光素子にチタニア微粒子を用いた光取出し層を形成することを特長とする。
【００５０】
図５には、本発明の第２の実施形態に係る有機発光素子の断面図が示されている。
図５において、有機発光素子は、ガラス基板２１上に、反射膜として機能する第１電極２２、電子輸送層２３、発光層２４、正孔輸送層２５、正孔注入層２６、及び透明電極である第２電極２７を有し、第２電極２７上に光取出し層２８を形成した構造となっている。
【００５１】
ここで、図５に図示の第２の実施形態に係る有機発光素子の製造方法について説明する。
ガラス基板２１上にスパッタリング法を用いて、厚さ１５０ｎｍのＡｇ膜及び厚さ２０ｎｍのＩＺＯ膜を形成した。ホトリソグラフィ工程によりＡｇ膜及びＩＺＯ膜をパターン化し、第１電極２２（反射膜）とした。
次に、第１電極２２上に、真空蒸着法により膜厚２０ｎｍのトリス（８−キノリノール）アルミニウム膜（以下「Ａｌｑ３」という。）を電子輸送層２３として形成した。
その上に、二元同時真空蒸着法にて、膜厚４０ｎｍの４，４’−Ｎ，Ｎ’−ジカルバゾール−ビフェニル（以下「ＣＢＰ」という。）とイリジム錯体（以下「Ｉｒ(ｐｐｙ)３」という。）の共蒸着膜を発光層２４として形成した。蒸着速度は１００：７．５に制御した。
【００５２】
発光層２４上に、真空蒸着法により膜厚５０ｎｍの４，４’−ビス〔Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ〕ビフェニル膜（以下、α−ＮＰＤと称する。）を正孔輸送層２５として形成した。
その上に、真空蒸着法により膜厚５０ｎｍの銅フタロシアニン層を正孔注入層２６として形成した。
その上に、スパッタリング法により、膜厚１００ｎｍのＩｎ−Ｚｎ−Ｏ膜（以下、ＩＺＯ膜と略記）を形成した。Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）＝０．８３であるターゲットを用いた。
成膜条件は、Ａｒ：Ｏ２混合ガスを雰囲気として真空度０．８Ｐａ、スパッタリング出力を０．２Ｗ／ｃｍ２とした。このＩＺＯ膜は非結晶酸化物膜であり、第２電極２７（透明電極）として機能する。
【００５３】
第２電極７の上に、光取出し層８を形成する。チタニア粒子とシリカゾルを分散させたイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）溶液を用い、スピンコート法により形成した。チタニア粒子とシリカゾルの濃度は、それぞれ、２．２重量％、０．３重量％とした。スピンコート法の作製条件は、１２０ｒｐｍ×３０秒である。チタニアの平均粒径は、動的散乱法を用いて、１５０ｎｍと決定した。光取出し層の表面形態は、ＳＥＭで観察した結果、平均粒径１５０ｎｍのチタニア粒子が非周期的に配列している事を確認した。光取出し層２８の平均屈折率は１．４であった。これにより、ＯＬＥＤ基板２９が形成される。
【００５４】
次に、ＯＬＥＤ基板２９を、ガラスからなる対向基板と接着させる(図に示さず)。対向基板のエッジ部分に、光硬化樹脂を描画し、ＯＬＥＤ基板２９と高露点雰囲気下で貼り合せて圧着させ、対向基板側からＵＶ光を照射させて光硬化樹脂を硬化させた。
第２の実施形態では、光取出し層を形成する微粒子に球状のチタニ粒子を用いた。前述した様に、微粒子の屈折率は２以上である事が望ましい。具体的には、ジルコニア、チタン酸バリウム、ＺｎＳ等の硫化物が挙げられるが、特に限定されない。粒子の形状は球状以外にも、柱状、針状、棒状にしてもかまわない。光取出し層の平均屈折率は、１．４以上であることが好ましい。特に、有機発光素子を構成する有機層の屈折率と同等の１．７〜１．８以上である事が望ましい。
【００５５】
第２の実施形態では、光取出し層の製造方法としてスピンコート法を用いたが、他にも、ディップコート、バーコーター、スプレーコート等通常の塗布方法を用いることができる。塗布時の雰囲気は、酸素、水分のない雰囲気が好ましい。酸素、水分はＯＬＥＤのダークスポット成長の原因の一つであるためである。この雰囲気で、塗布、ベーク、封止の一貫作業をすることが好ましい。塗布後のベークは、保持体の加熱による重合の目的であり、温度はＯＬＥＤの耐熱性を考慮して１２０℃以下が好ましい。
【００５６】
第２の実施形態で用いたシリカゾルはアルコキシシランを希塩酸，希硝酸、或いは希リン酸で酸性となった水中、あるいは水−アルコール混合液中で加熱することにより自己重合し分子量数千になったもののことである。
アルコキシシランとしては、メチルトリメトキシシラン，エチルトリメトキシシラン，ブチルトリメトキシシラン，テトラメトキシシラン，テトラエトキシシラン等が挙げられる。
なお、液性や溶媒が合えばアルコキシシランの代わりにアルコキシチタンを用いても良い。
アルコキシチタンとしては、テトラ−ｉ−プロピルチタネート，テトラ−ｎ−ブチルチタネート，テトラステアリルチタネート，トリエタノールアミンチタネート，チタニウムアセチルアセトネート，チタニウムエチルアセトアセテート，チタニウムラクテート，テトラオクチレングリコールチタネート等が挙げられる。
また、これらの化合物が数分子重合したものも用いることが可能である。
【００５７】
ところで、シリカゾルの代わりにアミノ基を有するアルコキシシランを用いても上記シリカゾルと同様の保持性能を発揮することができる。しかも酸性のガスの雰囲気に晒すことでアミノ基がアンモニウム塩構造に変化し、結果として膜の親水性を更に向上させることも可能である。
このような材料としては、Ｎ−（２−アミノエチル）−３−アミノプロピルメチルジメトキシシラン，３−アミノプロピルトリエトキシシラン，３−アミノプロピルトリメトキシシラン等が挙げられる。
【００５８】
前記の方法で形成した有機発光素子と光取出し層２８を設けない有機発光素子の正面方向における輝度、電流密度―電圧特性、及び定電流におけるＥＬスペクトル放射パターンの極角角度依存性を測定し、量子効率を算出した。
その結果、光取出し層を積層しない素子に比べて２．１倍の光取出し効率が向上した。
第２の実施形態で示したように、光取出し層の平均屈折率が１．４なので、染み出し距離は、８０ｎｍとなる。第２の実施形態で光取出し層に用いたチタニア粒子の平均粒径は、１５０ｎｍであるため、染み出し領域において、光を散乱し、空気層に取り出すことが可能である。
【００５９】
第２の実施形態では、チタニア粒子間の密着性を向上させるためにシリカゾルを添加している。ＳＥＭ観察より、シリカゾルは数ｎｍ程度の厚さでチタニア粒子をコーティングしている。
シリカゾルの屈折率は、１．５程度である。シリカゾルの有無による光取り出し効率の変化は、シミュレーションからは認められず、第２の実施形態の結果でも光取出し効率に影響を与えていない。
【００６０】
《第３の実施形態》
以下、本発明を実施するための最良の形態の第３の実施形態について説明する。
第３の実施形態では、異なる平均粒径からなる微粒子を用いた光取出し層を用いる事を特長とする。
【００６１】
図６には、本発明の第３の実施形態に係る有機発光素子の断面図が示されている。
図６において、第３の実施形態の有機発光素子は、ガラス基板３１上に第１電極３２、電子輸送層３３、発光層３４、正孔輸送層３５、正孔注入層３６、第２電極３７が形成されている。この第３の実施形態の有機発光素子の作製条件は、第２の実施形態と同様である。
【００６２】
第２電極３７の上に、光取出し層４０を形成する。２種類の平均粒径を有するチタニア粒子とシリカゾルを分散させたＩＰＡ溶液を用い、スピンコート法により形成した。
チタニア粒子とシリカゾルの濃度は、それぞれ、２．２重量％、０．３重量％とした。チタニア粒子の平均粒径は、１００ｎｍと１５０ｎｍであった。スピンコート法の作製条件は、第２の実施形態と同様である。光取出し層の表面形態は、ＳＥＭで観察した結果、平均粒径が１００ｎｍの微粒子と１５０ｎｍの微粒子は非周期的に配列していた。
【００６３】
ＯＬＥＤ基板４００と対向基板の封止方法は第２の実施形態と同様である。
第３の実施形態における、第２電極と光取出し層４０の界面から距離１００ｎｍにおける平均屈折率は１．９であった。この値は、第２電極３７、有機層３３〜３６の屈折率に近いため、ＯＬＥＤ導波光は光取出し層内を伝播し、チタニア微粒子で散乱され、空気層に射出される。光取り出し効率は３．１倍まで向上した。
【００６４】
《第４の実施形態》
以下、本発明を実施するための最良の形態の第４の実施形態について説明する。
第４の実施形態では、５０ｎｍ以下の粒径からなるチタニア微粒子を用いた光取出し層を用いることを特長とする。
【００６５】
図７には、本発明の第４の実施形態に係る有機発光素子の断面図が示されている。
図７において、第４の実施形態の有機発光素子は、ガラス基板４１上に第１電極４２、電子輸送層４３、発光層４４、正孔輸送層４５、正孔注入層４６、第２電極４７を形成されている。この第４の実施形態の有機発光素子の作製条件は、第２の実施形態と同様である。
【００６６】
第２電極４７の上に、光取出し層５０を形成する。粒径２０〜５０ｎｍのチタニア粒子とポリビニルアルコールを分散させた純水を用い、スピンコート法により形成した。チタニア粒子とシリカゾルの濃度は、それぞれ、２．０重量％、０．３重量％とした。スピンコート法の作製条件は、第２の実施形態と同様である。
最後に、ＯＬＥＤ基板５００と対向基板を封止する。封止条件は、第２の実施形態と同様である。
【００６７】
光取出し層の表面形態は、ＳＥＭで観察した結果、平均高さ１５０ｎｍの島状構造をとっていた。光取出し層８の平均屈折率は１．５であった。光取出し効率は、光取出し層のない素子に比べて２．１倍向上した。
第２の実施形態同様、第２電極と光取出し層５０の界面において、光取出し層への染み出し距離は８０ｎｍである。この領域には、光取出し層の微粒子が配列されており、微粒子と空気の屈折率差１．６により、光が散乱されて空気層に取り出されて、光取出し効率の向上が起っていると考えられる。
【００６８】
《第５の実施形態》
以下、本発明に係る有機発光表示装置の最良の形態を第５の実施形態として説明する。
【００６９】
図８には、本発明の第５の実施形態に係る有機発光表示装置の画素の断面図が示されている。
図８には示されていないが、ガラス基板１０１と有機発光素子の下部電極１０３，１０４，１０５の間には、駆動層１０２が形成されている。
駆動層には、複数の走査線が一定の間隔で配置されているとともに、各走査線に対して交差する方向に、画像情報を伝送するための信号線が一定の間隔で配置されている。
すなわち、各走査線と各信号線は格子状に配置され、各走査線と各信号線で囲まれた領域が、１画素分あるいは１サブ画素分の表示領域になっている。
さらに、ガラス基板上には、電源に接続された複数の第１電流供給線が、信号線と平行になって配置されている。
走査線、信号線、第１電流供給線、配線層に属する配線として、層間絶縁膜を介してガラス基板上に形成されている。
【００７０】
駆動層の上部側には、カラー画像の最小単位となる画素を構成する複数の有機発光素子が配置されている。
下部電極１０３，１０４，１０５は、サブピクセル（サブ画素）のサイズに形成されている。
その上に、正孔輸送層１０７，１０８，１１１、発光層１０９，１１２，１１４、電子輸送層１１０，１１３，１１５、を含む有機層と、上部電極１１６を備えて構成されている。
各画素に属する有機発光素子の下部電極１０３〜１０５は、駆動素子として後述する第２トランジスタを介して、第１電流供給線に接続され、各画素に属する有機発光素子の上部電極１１６は、電源に接続されている。
【００７１】
また、ガラス基板１０１上には、各画素の有機層を駆動するための駆動層が形成されている。
この駆動層は、駆動素子としての第１トランジスタと第２トランジスタと容量とを備えて構成されている。
第１トランジスタのゲート電極は走査線に接続され、ソース電極は信号線に接続され、ドレイン電極は第２トランジスタのゲート電極と容量の下部電極に接続されている。
第２トランジスタのドレイン電極は容量の上部電極と第１電流供給線に接続され、ソース電極は下部電極１０３〜１０５に接続されている。
【００７２】
次に、画素となる有機発光素子の構造を、図８を用いて説明する。
駆動層１０２の上に、スパッタ法を用いて、Ａｇ、ＩＺＯからなる下部電極１０３〜１０５を形成する。
膜厚は、それぞれ、１５０ｎｍ，２０ｎｍである。
次に、下部電極のエッジを隠すために、層間絶縁膜１０６を形成する。本実施例では、層間絶縁膜１０６にポリイミド絶縁膜を用いたが、これに限定されず、ポリクロロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリオキシメチレン、ポリビニルクロライド、ポリフッ化ビニリデン、シアノエチルプルラン、ポリメチルメタクリレート、ポリサルフォン、ポリカーボネート、アクリル等の有機絶縁材料が挙げられる。
また、ＳｉＯ２、ＳｉＮｘ、Ａｌ２Ｏ３等の無機材料を用いる事も可能である。また、有機絶縁膜上に無機絶縁膜を積層した構成も可能である。
【００７３】
次に、下部電極１０３〜１０５上に、真空蒸着法により膜厚２０ｎｍのα−ＮＰＤを蒸着した膜を形成する。この蒸着膜は発光表示エリア全面に形成され、正孔輸送層１０７として機能する。
次に、赤色発光色のサブ画素（以下「Ｒサブ画素」という。）における有機層の形成に関して説明する。
α−ＮＰＤ膜１０７上に、真空蒸着法により膜厚２０ｎｍのα−ＮＰＤ膜１０８を形成する。これは、後述するように、Ｒサブ画素における光干渉条件の調整として行う。
【００７４】
ＣＢＰ及びビス〔２−（２’−ベンゾ[４，５−a]チエニル）ピリジネイト−Ｎ，Ｃ３’）イリジウム（アセチラセトネイト）（以下「Ｂｒｐ２Ｉｒ(ａｃａｃ)」という。）を共蒸着した膜を形成する。
このＣＢＰ、Ｂｒｐ２Ｉｒ(ａｃａｃ)の蒸着速度は、それぞれ０．２０ｎｍ／ｓｅｃ、０．０２ｎｍ／ｓｅｃとした。
前記共蒸着した膜は、Ｒ発光層１０９として機能する。
また、Ｒ発光層１０９の中で、Ｂｒｐ２Ｉｒ(ａｃａｃ)が発光色を決定するエミッターとして機能する。その上に、膜厚４５ｎｍのＡｌｑ３を蒸着した膜１１０を形成する。この蒸着膜は電子輸送層として機能する。
また、Ａｌｑ３膜１１０は光学干渉条件の調整用である。α−ＮＰＤ膜１０８、ＣＢＰとＢｒｐ２Ｉｒ(ａｃａｃ)の共蒸着膜１０９、Ａｌｑ３膜１１０は、サブ画素と同等のサイズの開口パターンを有する精密マスクを用いてパターン化する。
【００７５】
次に、下部電極１０４上に形成された、緑色発光色のサブ画素（以下「Ｇサブ画素」という。）における有機層の形成に関して説明する。
α−ＮＰＤ膜１０７上に、真空蒸着法により膜厚１０ｎｍのα−ＮＰＤ膜１１１を形成する。その上に、真空蒸着法により膜厚４０ｎｍのＣＢＰ及びＩｒ(ｐｐｙ)３を共蒸着した膜を形成する。
このＣＢＰ、Ｉｒ(ｐｐｙ)３の蒸着速度は、それぞれ０．２０ｎｍ／ｓｅｃ、０．０２ｎｍ／ｓｅｃとした。
前記共蒸着膜はＧ発光層１１２として機能する。
また、Ｇ発光層の中で、Ｉｒ(ｐｐｙ)３が発光色を決定するエミッターとして機能する。その上に、膜厚２０ｎｍのＡｌｑ３蒸着膜１１３を形成する。
α−ＮＰＤ膜１１１、Ａｌｑ３膜１１３は、Ｇサブ画素における光干渉条件調整用である。また、α−ＮＰＤ膜１１１、ＣＢＰとＩｒ(ｐｐｙ)３の共蒸着膜１１２、Ａｌｑ３膜１１３は、サブ画素と同等のサイズの開口パターンを有する精密マスクを用いてパターン化する。
【００７６】
次に、下部電極１０５上に形成された、青色発光色のサブ画素（以下「Ｂサブ画素」という。）における有機層の形成について説明する。
α−ＮＰＤ膜１０７上に、真空蒸着法により、膜厚４０ｎｍの９，１０−ジ−（２−ナフチル）アントラセン（以下「ＡＤＮ」という。）と２，５，８，１１−テトラ−ｔ−ブチルペリレン（以下「ＴＢＰ」という。）を共蒸着した膜１１４を形成する。
このＡＤＮとＴＢＰの蒸着速度は、それぞれ、０．２０ｎｍ／ｓｅｃ、０．０１ｎｍ／ｓｅｃとした。ＡＤＮとＴＢＰの共蒸着膜１１４は、サブ画素と同等のサイズの開口パターンを有する精密マスクを用いてパターン化する。
【００７７】
次に、Ｒサブ画素、Ｇサブ画素、Ｂサブ画素に対して、真空蒸着法により、膜厚６０ｎｍのＡｌｑ３蒸着膜１１５を形成する。このＡｌｑ３蒸着膜１１５は電子輸送層として機能する。
次に、Ａｌｑ３蒸着膜１１５の上に、真空蒸着法により、膜厚２ｎｍのＣｕＰｃ、及び、スパッタ法により、膜厚４０ｎｍのＩＺＯ膜を形成する。これらの膜は発光表示エリア全面に形成され、上部透明電極１１６として機能する。
上部透明電極１１６の上に、保護膜１１７を形成する。保護膜１１７は、イオンプレーティング法を用いて、膜厚５０ｎｍのＳｉＮｘ膜を形成する。
第５の実施形態では、イオンプレーティング法にて作製したが、リアクティブプラズマ法等の低温成膜法でもよい。また、第５の実施形態で用いたＳｉＮｘ膜だけでなく、シリコンの酸化窒化膜でもよい。
【００７８】
その上に、光取出し層１１８を形成する。形成方法は、第２の実施形態と同様である。これにより、ＯＬＥＤ基板１１９が完成する。
その後、ＯＬＥＤ基板１１９と対向基板１２０と接着し封止する。形成方法は第２の実施形態と同様である。以上より、有機発光表示装置が完成する。
赤発光、青発光での染み出し距離は、それぞれ、１００ｎｍ、７０ｎｍであり、平均粒径１５０ｎｍのチタニア粒子を用いた光取出し層１１８の光取出し効率は向上する。
【００７９】
第５の実施形態に係る有機発光表示装置は、光取出し層１１８を設けない有機発光表示装置と比べて、赤色画素、緑色画素、青色画素の光取出し効率が、それぞれ、２倍、２．２倍、２．５倍と向上した。
【００８０】
《第６の実施形態》
以下、本発明に係る別の有機発光表示装置の最良の形態を第６の実施形態として説明する。
本発明の第６の実施形態に係る別の有機発光表示装置は、ＯＬＥＤ基板と対向基板が密着した構造であり、ＯＬＥＤ基板と対向基板の間に第２の光取出し層を有する構造となっている。
【００８１】
図９には、本発明の第６の実施形態に係る別の有機発光表示装置の画素の断面図が示されている。
図９において、ガラス基板２０１上に、駆動層２０２、Ｒサブ画素、Ｇサブ画素、Ｂサブ画素を構成する有機発光素子の作製条件は、第５の実施形態と同様である。各サブ画素の共通電極となる上部透明電極２１６の上に、保護膜２１７を形成する。作製条件も第５の実施形態と同様である。
【００８２】
次に、保護膜２１７の上に、光取出し層２１８を形成する。光取出し層の作製条件は実施例５と同様である。
これにより、ＯＬＥＤ基板２１９が完成する。
次に、対向基板の作製法について説明する。
対向基板となるガラス基板２２０上に、第２の光取出し層２２２を形成する。屈折率がおよそ１．８の粒子表面にアルコール系の有機溶剤への分散性を向上させるため、末端にアルキル基、あるいはフエニル基を有するシランカップリング剤を結合する。粒子の種類としてはアルミナ等が考えられる。
【００８３】
次に、粒子をアルコール系の溶剤に分散し、粒子の体積の１〜２％程度のシリカゾルをバインダとして添加する。
こうして低屈折率光取出し層を形成するための塗料を調製する。
この塗料を透明電極表面にスピンコート等で塗布する。溶剤が揮発すると粒子が透明電極表面に残り、所望の低屈折率光取出し層が形成される。
低屈折率光取出し層は粒子の平均粒子径の半分程度となるよう、塗料濃度と塗布条件を調整することにより、低屈折率光取出し層の粒子の充填率は約５０％とすることができる。
第２の光取出し層２２２の全面に、熱硬化樹脂を塗布した。ＯＬＥＤ基板２１９と対向基板２２０を接着し、１００℃で熱硬化樹脂を硬化させ、ＯＬＥＤ基板２１９と対向基板２２０を密着させた。
【００８４】
第６の実施形態では、対向基板としてガラス基板を用いた。通常、有機発光素子を構成する有機層は大気中の水分などにより劣化しやすい。そのため、その他の対向基板２１９としては、ガスバリア処理を施した高分子フィルム、薄いガラス板と樹脂フィルムを積層したものなどを用いることができる。
高分子フィルムとしてはねキャスティング法により成膜したポリカーボネートフィルムや、トリアセチルセルロースフィルム等のポリマーフィルム、あるいは射出成形により形成した脂環式アクリル樹脂等の光学的に等方なプラスチックシートやプラスチックフィルムなどを用いることができる。
なお、高分子フィルムや樹脂板を用いる場合は、ガスバリア層を形成するなどのガスバリア処理を施すか、厚さ数十μｍ程度のガラスを貼り合わせてガスバリア性を持たせることが必要である。
【００８５】
第６の実施形態では、接着層として熱硬化樹脂を用いたが、他にもポリエステル樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート，ＰＭＭＡ、またポリエチレン，ポリプロピレン等のハイドロカーボン系樹脂等の公知材料を用いても差し支えない。
第６の実施形態では、第２の実施形態同様、光取出し層２１８により、上部透明電極２１６及び保護膜２１７からの光取出し効率が増大する。
しかし、光取出し層２１８は、熱硬化樹脂層２２３と密着している。熱硬化樹脂層２２３の屈折率は、１．５程度である。そのため、取り出された光は、屈折率１．５の媒質のみを伝播することが可能となる。
そのため、第２の光取出し層がない構造では、対向基板２２０と空気層界面で全反射が起こり、光取出し効率の向上が望めない。
【００８６】
第６の実施形態である第２の光取出し層２２２は、平均屈折率が１．５と熱硬化樹脂層の屈折率と同程度である。そのため、光は、第２の光取出し層２２２内に伝播する。第２の光取出し層の平均屈折率が１．５未満、例えば、１．４の場合、実施例１で述べたように、熱硬化樹脂層２２３と第２の光取出し層２２２の界面で、一部分が第２の光取出し層側に染み出して、後述する機構により空気層に取り出される。しかし、熱硬化樹脂層２２３と第２の光取出し層２２２の界面で反射した光は、熱硬化樹脂層２２３の膜厚は数〜数十μｍあるため、保護膜２１７で反射されて、再度同界面に到達する位置は数μｍ以上離れてしまい、隣接画素が発光したように見える画素のぼやけに繋がる。そのため、第２の光取出し層２２２の平均屈折率は熱硬化樹脂層の屈折率と同程度である必要がある。
【００８７】
第２の光取出し層２２２は、屈折率１．８の微粒子と空気の混合層であるため、微粒子で散乱された光は空気層に取り出される。そのため、対向基板２２０と空気層の界面での全反射は起こらなくなり、光取出し効率は、向上する。
正面方向における輝度、電流密度―電圧特性、及び定電流におけるＥＬスペクトル放射パターンの極角角度依存性を測定し、量子効率を算出した。その結果、光取出し層を積層しない素子に比べて２．１倍の光取出し効率が向上した。
【００８８】
第６の実施形態においては、光取出し層２１８と熱硬化樹脂層２２３密着し、熱硬化樹脂層の中にチタニア粒子が分散された構造ともみなす事ができ、特許文献１の構成に近い。
しかし、特許文献１では、平均屈折率が１．０１〜１．３の低屈折率層を用いて、空気層への光取出しを行っている。第６の実施形態では、平均屈折率が１．５の第２の光取出し層を用いるみことにより、熱硬化樹脂層２２３と第２の光取出し層２２２の界面での全反射が生じない構造をとっており、異なる発明である。
【００８９】
《第７の実施形態》
以下、本発明に係る別の有機発光表示装置の最良の形態を第７の実施形態として説明する。
本発明の第７の実施形態に係る別の有機発光表示装置は、ＯＬＥＤ基板と対向基板が密着した構造であり、対向基板の出射面に第２の光取出し層が設けられている。
【００９０】
図１０には、本発明の第７の実施形態に係る別の有機発光表示装置の画素の断面図が示されている。
図１０において、ガラス基板３０１上に、駆動層３０２、Ｒサブ画素、Ｇサブ画素、Ｂサブ画素を構成する有機発光素子、保護膜３１７、光取出し層３１８の作製条件は、第５の実施形態と同様である。
【００９１】
次に、第７の実施形態に係る別の有機発光表示装置の対向基板の作製法について説明する。
対向基板となるガラス基板３１９上に、第２の光取出し層３２１を形成する。第２の光取出し層３２１の作製条件は第６の実施形態と同様である。
また、別形態の第２の光取出し層３２１形成方法として、下記手法が挙げられる。屈折率がおよそ１．８の粒子表面にアルコール系の有機溶剤への分散性を向上させるため、末端にアルキル基、あるいはフエニル基を有するシランカップリング剤を結合する。粒子の種類としてはアルミナ等が考えられる。
【００９２】
次に、粒子をｔ−ブタノールに分散し、粒子の体積の１〜２％程度のシリカゾルをバインダとして添加する。こうして低屈折率光取出し層を形成するための塗料を調製する。
なお、ｔ−ブタノールは融点が２５℃程度のため、塗布の際は、概ね３０℃前後まで加温した後に塗布する。また、ＯＬＥＤ素子は１０℃以下に冷却しておく。塗布後溶剤であるｔ−ブタノールが固化し、粒子と溶剤の混合膜となる。
この状態で、ＯＬＥＤ素子を減圧下、加熱することによりｔ−ブタノールが蒸発し、バインダによって透明電極に保持された粒子のみが残る。こうして所望の低屈折率光取出し層が形成される。
【００９３】
低屈折率光取出し層は粒子の平均粒子径の半分程度となるよう、塗料濃度と塗布条件を調整することにより、低屈折率光取出し層の粒子の充填率は約５０％とすることができる。
第７の実施形態では、第６の実施形態同様、光取出し層３１８により、上部透明電極３１６及び保護膜３１７から、屈折率１．５の熱硬化樹脂層３２０及び対向基板３１９への光取出し効率を増大させる。
【００９４】
第２の光取出し層は平均屈折率が１．５であるため、第２の光取出し層内を伝播する。第２の光取出し層は、屈折率１．８の微粒子と空気の混合層であるため、微粒子で散乱された光は空気層に取り出され、光取出し効率が向上する。
正面方向における輝度、電流密度―電圧特性、及び定電流におけるＥＬスペクトル放射パターンの極角角度依存性を測定し、量子効率を算出した。その結果、光取出し層を積層しない素子に比べて２．１倍の光取出し効率が向上した。
【００９５】
《第８の実施形態》
以下、本発明に係る別の有機発光表示装置の最良の形態を第８の実施形態として説明する。
本発明の第８の実施形態に係る別の有機発光表示装置は、ＯＬＥＤ基板と対向基板が密着した構造であり、ＯＬＥＤ基板と対向基板の間に第２の光取出し層を有する構造となっている。
【００９６】
図１１には、本発明の第８の実施形態に係る別の有機発光表示装置の画素の断面図が示されている。
図１１において、ガラス基板２０１上に、駆動層２０２、Ｒサブ画素、Ｇサブ画素、Ｂサブ画素を構成する有機発光素子の作製条件は、第６の実施形態と同様である。各サブ画素の共通電極となる上部透明電極２１６の上に、保護膜２１７を形成する。作製条件も第６の実施形態と同様である。
【００９７】
次に、保護膜２１７の上に、第３の光取出し層４１８を形成する。第3の光取出し層の形成方法は、下記（１）〜（３）の工程による。
【００９８】
（１）高分子粒子の分散液の作製
予め、アクリル系のモノマを用いてアクリル系の高分子粒子の分散液を作製する。この例としてメチルメタクリレートとｎ−ヘキシルアクリレートからなる分散液を下記する。
メチルメタクリレートとｎ−ヘキシルアクリレートを同じモル数用いて、乳化重合を行い、メチルメタクリレートとｎ−ヘキシルアクリレートからなる高分子粒子の分散液を作製する。
メチルメタクリレートの代わりにエチルメタクリレート、ピロピルメタクリレート、ブチルメタクリレート、ヘキシルメタクリレート等でもかまわない。またｎ−ヘキシルアクリレートの代わりにｎ−オクチルアクリレート、ｎ−デシルアクリレート等でもかまわない。
【００９９】
（２）シランカップリング剤で処理した高屈折率粒子
次に屈折率が２．４以上の粒子表面に（１）の分散液への分散性を向上させるため、末端にアミノ基、あるいはグリシジル基を有するシランカップリング剤を結合する。粒子の種類としては酸化チタン、チタン酸バリウム、酸化ジルコニウム等が考えられる。
【０１００】
（３）光取出し層形成
（１）で作製した分散液中に(2)で作製した高屈折率粒子を添加し、分散させる。その際、添加する粒子の体積と分散液中の高分子の体積はほぼ同じになるよう調整する。
この液を透明電極に塗布後、加温し、溶剤が揮発すると、高屈折率粒子と屈折率が約１．５程度のアクリル樹脂からなる部分が混在する光取出し層が形成される。
【０１０１】
以上より、ＯＬＥＤ基板２１９が完成する。
次に、対向基板の作製法について説明する。対向基板となるガラス基板２２０上に、第２の光取出し層２２２、熱硬化樹脂層２２３の形成方法は、第６の実施形態と同様である。
ＯＬＥＤ基板２１９と対向基板２２０の封止条件も第６の実施形態と同様である。
正面方向における輝度、電流密度―電圧特性、及び定電流におけるＥＬスペクトル放射パターンの極角角度依存性を測定し、量子効率を算出した。その結果、光取出し層を積層しない素子に比べて２．１倍の光取出し効率が向上した。
【０１０２】
《第９の実施形態》
以下、本発明に係る別の有機発光表示装置の最良の形態を第９の実施形態として説明する。
本発明の第９の実施形態に係る別の有機発光表示装置は、ＯＬＥＤ基板と対向基板が密着した構造であり、ＯＬＥＤ基板と対向基板の間に第２の光取出し層を有する構造となっている。
【０１０３】
図１２には、本発明の第９の実施形態に係る別の有機発光表示装置の画素の断面図が示されている。
図１２において、ガラス基板３０１上に、駆動層３０２、Ｒサブ画素、Ｇサブ画素、Ｂサブ画素を構成する有機発光素子の作製条件は、第７の実施形態と同様である。各サブ画素の共通電極となる上部透明電極３１６の上に、保護膜３１７を形成する。作製条件も第７の実施形態と同様である。
【０１０４】
次に、保護膜３１７の上に、第３の光取出し層５１８を形成する。作製条件は、第８の実施形態と同様である。これにより、ＯＬＥＤ基板３１９が完成する。
次に、対向基板の作製法について説明する。対向基板となるガラス基板３２０上に、第２の光取出し層３２２、熱硬化樹脂層３２３の形成方法は、第７の実施形態と同様である。
ＯＬＥＤ基板３１９と対向基板３２０の封止条件も第７の実施形態と同様である。
正面方向における輝度、電流密度―電圧特性、及び定電流におけるＥＬスペクトル放射パターンの極角角度依存性を測定し、量子効率を算出した。その結果、光取出し層を積層しない素子に比べて２．１倍の光取出し効率が向上した。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】光取出しシミュレーションに用いた有機発光素子の断面図である。
【図２】光取出しシミュレーションに用いた有機発光素子の断面図である。
【図３】光取出し効率の微粒子屈折率依存性である。
【図４】光取出し効率の微粒子屈折率、微粒子充填率依存性である。
【図５】有機発光素子の断面図である。
【図６】他の有機発光素子の断面図である。
【図７】他の有機発光素子の断面図である。
【図８】有機発光表示装置の断面図である。
【図９】他の有機発光表示装置の断面図である。
【図１０】他の有機発光表示装置の断面図である。
【図１１】他の有機発光表示装置の断面図である。
【図１２】他の有機発光表示装置の断面図である。
【符号の説明】
【０１０６】
１，１０３，１０４，１０５，２０３，２０４，２０５，３０３，３０４，３０５……………下部反射電極
２……………………………………………………………………透明電極
３……………………………………………………………………有機層
４……………………………………………………………………上部透明電極
５……………………………………………………………………空気層
６，３８，３９，４８……………………………………………微粒子
７，２８，４０，５０……………………………………………光取出し層
２１，３１，４１，１０１，２０１，３０１…………………基板
２２，３２，４２…………………………………………………第１電極
２３，３３，４３，１１０，１１３，１１５，２１０，２１３，２１５，３１０，３１３，３１５…………………電子輸送層
２４，３４，４４…………………発光層
２５，３５，４５，１０７，１０８，１１１，２０７，２０８，２１１，３０７，３０８，３１１…………………正孔輸送層
２６，３６，４６…………………………………………………正孔注入層
２７，３７，４７…………………………………………………第２電極
２９，４００，５００，１１９，２１９，３１９……………ＯＬＥＤ基板
１０２，２０２，３０２…………………………………………駆動層
１０６，２０６，３０６…………………………………………絶縁膜
１０９，２０９，３０９…………………………………………Ｒ発光層
１１０，２１０，３１０…………………………………………Ｇ発光層
１１１，２１１，３１１…………………………………………Ｂ発光層
１１６，２１６，３１６…………………………………………上部透明電極
１１７，２１７，３１７…………………………………………保護膜
１１８，２１８，３１８…………………………………………光取出し層
１２０，２２０，３１９…………………………………………対向基板
２２２，３２１……………………………………………………第２の光取出し層
２２３，３２０……………………………………………………熱硬化樹脂層
４１８，５１８……………………………………………………第３の光取出し層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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