(57)【要約】【課題】  光取出し効果の大きい、高効率で長寿命な有機発光素子を低コストで提供する。【解決手段】  基板上に、前記基板側から第１の電極、発光層、第２の電極が積層され、前記第２の電極が透明電極であり、前記透明電極から光を取り出す有機発光素子において、前記透明電極の光を取り出す側に、前記透明電極と同じ材料の透明層と、屈折率が前記透明電極の屈折率以上の複数の粒子とで構成され、前記透明電極とは反対側の表面が凹凸に形成された高屈折率凹凸層を有する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、前記基板側から第１の電極、発光層、第２の電極が積層され、前記第２の電極が透明電極であり、前記透明電極から光を取り出す有機発光素子において、
前記透明電極の光を取り出す側に、前記透明電極と同じ材料の透明層と、屈折率が前記透明電極の屈折率以上の複数の粒子とで構成され、前記透明電極とは反対側の表面が凹凸に形成された高屈折率凹凸層を有することを特徴とする有機発光素子。
【請求項２】
請求項１に記載の有機発光素子において、
前記粒子は、前記透明電極と同じ材料であることを特徴とする有機発光素子。
【請求項３】
請求項１に記載の有機発光素子において、
前記粒子の屈折率は、前記透明電極の屈折率以上２．５以下であることを特徴とする有機発光素子。
【請求項４】
請求項１に記載の有機発光素子において、
前記粒子の粒子径は、１００ｎｍ〜２μｍの範囲であることを特徴とする有機発光素子。
【請求項５】
請求項１に記載の有機発光素子において、
前記透明層の膜厚は、前記粒子径以上で、前記粒子径の２倍以下であることを特徴とする有機発光素子。
【請求項６】
請求項１に記載の有機発光素子において、
前記高屈折率凹凸層の凹凸の高さは、５０ｎｍ〜８００ｎｍの範囲であることを特徴とする有機発光素子。
【請求項７】
請求項１に記載の有機発光素子において、
前記高屈折率凹凸層の凹凸のアスペクト比（直径/高さ）は、２〜１０の範囲であることを特徴とする有機発光素子。
【請求項８】
基板上に、前記基板側から第１の電極、発光層、第２の電極が積層され、前記第２の電極が透明電極であり、前記透明電極から光を取り出す有機発光素子の作製方法において、
前記透明電極の光を取り出す側に、前記透明電極とは反対側の表面が凹凸となる高屈折率凹凸層を形成する工程を有し、
前記高屈折率凹凸層を形成する工程は、
（ａ）前記透明電極の光を取り出す側に、屈折率が前記透明電極以上の複数の粒子を塗布する工程と、
（ｂ）前記粒子の光を取り出す側に、前記粒子を覆うようにして前記透明電極と同じ材料の透明層を形成する工程と、
を含むことを特徴とする有機発光素子の作製方法。
【請求項９】
基板上に、前記基板側から第１の電極、発光層、第２の電極が積層され、前記第２の電極が透明電極であり、前記透明電極から光を取り出す有機発光素子において、
前記透明電極は、第１の透明層と、前記第１の透明層上に形成され、屈折率が前記第１の透明層の屈折率以上の複数の粒子と、前記第１の透明層上に前記複数の粒子を覆うようにして形成され、前記第１の透明層と同じ材料からなる第２の透明層とで構成され、前記基板側とは反対側の表面が凹凸になっていることを特徴とする有機発光素子。
【請求項１０】
請求項１又は請求項９に記載の有機発光素子を具備することを特徴とする表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低消費電力でかつ長寿命を両立する有機発光素子及びその作製方法、並びにそれを用いた表示装置に関する。
【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】
発光した光を透明な上部電極から取り出すトップエミッション構造の有機発光素子が知られており、このトップエミッション構造の場合、光取出し電極として用いる透明電極（上部電極）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、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。
【０００４】
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。
【０００５】
光取出し効率向上の課題に対して、特許文献１には、透明電極の光取出し側に透明層と光拡散層を設ける構造が開示されている。特許文献１では、透明層及び光拡散層のマトリクスとして、有機層より高屈折率な樹脂を用いている。また樹脂を用い光拡散層としてレンズ構造や物理的な凹凸面を形成して有機発光素子の光を拡散して空気層へと取り出す構造を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−２９６４２９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記の特許文献１のような、透明層および光拡散層を有する構造の有機発光素子は、光拡散層を有していない有機発光素子より発光光を多く取り出すことができる。しかし、透明層および光拡散層には樹脂が用いられており、樹脂の屈折率は最大で１．７５である。樹脂としては高屈折率ではあるが、透明電極として用いられる屈折率約２．０の酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）や酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）より小さい。そのため、透明電極と樹脂界面において全反射角が存在するので光取出し効果が小さい。という課題がある。
【０００８】
また、樹脂を用いてレンズ構造や凹凸構造の光拡散層を形成するため、周期的な凹凸構造を転写させる工程や、新たな作製装置設備が必要であるため高コストとなってしまう課題もある。
【０００９】
本発明の目的は、透明電極から光を取り出すトップエミッション構造の有機発光素子において、透明電極と光拡散層界面の全反射角をなくし、光取出し効果の大きい、高効率で長寿命な有機発光素子を低コストで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】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
【００１１】
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、前記基板側から第１の電極、発光層、第２の電極が積層され、前記第２の電極が透明電極であり、前記透明電極から光を取り出す有機発光素子において、
前記透明電極の光を取り出す側に、前記透明電極と同じ材料の透明層と、屈折率が前記透明電極の屈折率以上で２．５以下の複数の粒子とで構成され、前記透明電極とは反対側の表面が凹凸に形成された高屈折率凹凸層を有することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る有機発光素子の作製方法は、
基板上に、前記基板側から第１の電極、発光層、第２の電極が積層され、前記第２の電極が透明電極であり、前記透明電極から光を取り出す有機発光素子の作製方法において、
前記透明電極の光を取り出す側に、前記透明電極とは反対側の表面が凹凸となる高屈折率凹凸層を形成する工程を有し、
前記高屈折率凹凸層を形成する工程は、
（ａ）前記透明電極の光を取り出す側に、屈折率が前記透明電極以上の複数の粒子を塗布する工程と、
（ｂ）前記粒子の光を取り出す側に、前記粒子を覆うようにして前記透明電極と同じ材料の透明層を形成する工程と、
を含むことを特徴とする。
【００１３】
上記構成、及び作製方法で得られたトップエミッション構造の有機発光素子は、透明電極と透明層は同じ材料を用いること、粒子の屈折率は透明電極の屈折率以上であることから、透明電極と高屈折率凹凸層との間に全反射角は存在しない。また、粒子と透明層により形成された凹凸形状を有することから、空気層への光取り出し効果が大きい有機発光素子を得ることができる。また前記透明層の形成は透明電極を形成した材料及び装置を用いるので、凹凸構造を転写する工程や、そのための製造装置が不要である。したがって光取出し効果の大きく、高効率で長寿命な有機発光素子を低コストで得ることができる。
【００１４】
可視光の波長は４００〜８００ｎｍであり、通常の画像表示装置に用いられる青色発光波長はおよそ４００ｎｍ以上であり、赤色発光の波長はおよそ７００ｎｍ以下である。凹凸の高さが光の波長の１／１０以下であると、屈折率が非常に短い距離で変化し、屈折率勾配としての効果がなくなるのと同じ原理により、凹凸の効果がなくなる。凹凸の効果は凹凸の大きさの２乗で効く。従って凹凸の効果を得るための凹凸の高さは、光の波長の１／５以上が必要である。一方、平均高さが高すぎる場合には、屈折率勾配の効果がなくなる。そのため、平均高さは、光が凹凸の形を全く認識しない高さである光の波長の１以下程度であることが要求される。よって、凹凸の高さは、およそ５０ｎｍ以上８００ｎｍ以下の範囲内に規定される。
【００１５】
本発明の高屈折率凹凸層は、複数の粒子と透明層からなり、複数の粒子の上に透明層を形成することから、凹凸形状は、粒子径、粒子間距離、透明層の膜厚によって決定される。本発明の高屈折率凹凸層に平坦な部分があるとその平坦な部分で光取出し効果が小さくなってしまうことも考慮する必要がある。空気層への光取出し効果を得るため、高屈折率凹凸層の凹凸形状は、平坦な部分が極力少ないこと、およそ５０ｎｍ以上８００ｎｍ以下の凹凸形状であること、が要求される。
【００１６】
粒子を透明電極上に塗布すると、粒子は様々な配置を形成する。大別すると、粒子同士接触している状態と、粒子同士が接触していない状態がある。
粒子同士が接触している状態の上に、透明層を薄い（例えば、粒子径以下）膜厚で形成すると、粒子径の半分の高さの凹凸層が形成される。また、粒子同士が接触した上に、透明層を厚く（例えば粒子径の２倍以上）形成すると、粒子の凹凸形状が平坦化され、粒子径の半分以下の高さの凹凸層になってしまう。
粒子同士が接触していない状態で、粒子同士が離れすぎていて、粒子が存在していない平坦な透明電極の上に透明層を形成すると、平坦になってしまう。
【００１７】
以上のことを考慮し、粒子径は１００ｎｍ以上、２μｍ以下、粒子間距離は粒子径の１倍以上３倍以下、透明層の膜厚は粒子径の１倍以上２倍以下が適当である。
【００１８】
高屈折率凹凸層に形成される凹凸形状は、光の散乱、またはレンズ的集光効果によって光取出し効果があればよく、形状の限定はない。光の散乱、またはレンズ的集光効果を得るための好ましいアスペクト比（直径／高さ）は２（半球の形状）以上で、平坦すぎないアスペクト比１０以下が望ましい。
本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかになるであろう。
【発明の効果】
【００１９】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
本発明によれば、光取出し効果の高い、トップエミッション構造の有機発光素子を低コストで得ることができる。そのため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。
【００２０】
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、有機発光素子を用いた有機発光表示装置及び有機発光照明装置の長寿命化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の有機発光素子の断面概略構成図である。
【図２】本発明で作製される有機発光素子の透明層を形成する直前の断面概略構成図である。
【図３】本発明の粒子間の距離が粒子径と同じである部分の断面概略構成図である。
【図４】本発明の粒子間の距離が粒子径の２倍である部分の断面概略構成図である。
【図５】本発明の粒子間の距離が粒子径の３倍である部分の断面概略構成図である。
【図６】本発明の高屈折率凹凸層を有した画像表示装置の画素の断面概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
〔実施例１〕
以下、本発明の実施例について、図１、図２、図３、図４、図５を用いて説明する。
本実施例の有機発光素子の構成について図１を用いて述べる。図１は本発明の有機発光素子を示した断面概略構成図である。
【００２３】
本実施例の有機発光素子ＯＬＥＤは、基板１００の上に、この基板１００側から、下部電極１０１、発光層１０２、上部電極である透明電極１０３、高屈折率凹凸層１０４がこの順番で順次積層され、高屈折率凹凸層１０４は、透明層１０５、及び複数の粒子１０６で構成され、透明電極１０３側とは反対側の表面が凹凸形状になっている。図１に示す有機発光素子ＯＬＥＤは、上部電極である透明電極１０３から光を取り出すトップエミッション構造の有機発光素子である。
【００２４】
基板１００は、例えば透明材料である石英、ガラス板、ポリエステル、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、ポリサルホン等のプラスチックフルムやシート等が用いられる。本実施例の有機発光素子ＯＬＥＤはトップエミッション構造であり、基板１００から光を取り出さないので、透明な材質に限定しない。例えば金属薄板にＳｉＯ２（酸化シリコン膜）を皮膜した基板を用いてもよい。
【００２５】
次に、本実施例の有機発光素子ＯＬＥＤの作製方法について図１を用いて説明する。
まず、基板１００の上に下部電極１０１を形成する。下部電極１０１としては、例えばＬｉＦとＡｌの積層体を用いた。また、これらの材料に限られるわけではない。ＬｉＦの代わりには、Ｃｓ化合物、Ｂａ化合物、Ｃａ化合物などや電子輸送材料とＬｉ、Ｃｓなどのアルカリ金属、アルカリ土類金属や電子供与性の有機材料を共蒸着した材料を用いることができる。下部電極１０１は本実施例において陰極電極であり、その形成は、Ｍｏ製昇華ボートにＡｌ、ＬｉＦの原料をそれぞれ約１０ｍｇ，約５ｍｇ入れ、先ず膜厚１００ｎｍのＡｌを１０．０±０．０５ｎｍ／ｓｅｃに制御して蒸着した。その後、膜厚０．５ｎｍのＬｉＦを０．０１±０．００５ｎｍ／ｓｅｃに制御して蒸着した。このときのパターンはシャドウマスクを用いて形成した。
【００２６】
次に、下部電極１０１の上に発光層１０２を形成する。発光層１０２は、下部電極１０１側から順に、少なくとも電子輸送層、ＥＭＬ層、正孔輸送層を有する層を指す。
発光層１０２の作製としては、まず、下部電極１０１の上に、電子輸送層を形成する。電子輸送層は真空蒸着法により膜厚２０ｎｍのＡｌｑ膜を形成する。このとき、Ｍｏ製昇華ボードに原料を約４０ｍｇ入れ、蒸着速度を０．１５±０．０５ｎｍ／ｓｅｃに制御して蒸着した。このときのパターンはシャドウマスクを用いて形成した。
【００２７】
次に、ＥＭＬ層を形成する。本実施例においてＥＭＬ層は、青色発光、緑色発光、赤色発光を用いた例について述べるが、特に発光色を限定しない。
青色発光のＥＭＬ層の場合は、真空蒸着法にて膜厚４０ｎｍのジスチリルアリーレン誘導体膜（以下、ＤＰＶＢｉと略記）を形成する。Ｍｏ製昇華ボートにＤＰＶＢｉの原料を、それぞれ約４０ｍｇ入れ、蒸着速度をそれぞれ０．４０±０．０５ｎｍ／ｓｅｃに制御して蒸着する。
【００２８】
緑色発光のＥＭＬ層の場合は、２元同時真空蒸着法にて、膜厚２０ｎｍのトリス（８−キノリノール）アルミニウムとキナクリドンの共蒸着膜（以下、それぞれＡｌｑ、Ｑｃと称する。）を形成する。２個のＭｏ製昇華ボードにＡｌｑ、Ｑｃの原料を、それぞれ約４０ｍｇ、約１０ｍｇずつ入れ、蒸着速度を、それぞれ０．４０±０．０５ｎｍ／ｓｅｃ、０．０１±０．００５ｎｍ／ｓｅｃに制御して蒸着する。Ａｌｑ＋Ｑｃ共蒸着膜は緑色発光層として機能する。
【００２９】
赤色発光のＥＭＬ層の場合は、二元同時真空蒸着法にて、膜厚４０ｎｍのＡｌｑとナイルレッドの共蒸着膜（以下、Ｎｒと略記）を形成する。２個のＭｏ製昇華ボートにＡｌｑ、Ｎｒの原料を、それぞれ約１０ｍｇ，約５ｍｇ入れ、蒸着速度をそれぞれ０．４０±０．０５ｎｍ／ｓｅｃ，０．０１±０．００５ｎｍ／ｓｅｃに制御して蒸着する。このときのパターンはシャドウマスクを用いて形成する。
【００３０】
次に、ＥＭＬ層の上に正孔輸送層を形成する。正孔輸送層は真空蒸着法により膜厚５０ｎｍのα−ＮＰＤによって形成した。Ｍｏ製昇華ボードにα−ＮＰＤを約６０ｍｇ入れ、α−ＮＰＤ膜の形成は蒸着速度を０．１５±０．０５ｎｍ／ｓｅｃに制御して蒸着する。このときのパターンはシャドウマスクを用いて形成した。
本実施例では蒸着法で形成した例を述べたが、発光層１０２の形成方法は蒸着法に限定するものではなく、塗布法で形成された発光層１０２でもよい。
【００３１】
次に、下部電極１０１上に発光層１０２を形成した後、発光層１０２の上に上部電極として透明電極１０３を形成する。透明電極１０３には屈折率が約２．０の透明な導電性材料であるＩＴＯ（Indium Tin Oxide）を用いた。ＩＴＯはスパッタ法で形成した。ＩＴＯからなる透明電極１０３は、陽極電極として機能する。
【００３２】
次に、透明電極１０３の上に高屈折率凹凸層１０４を形成する。高屈折率凹凸層１０４は透明層１０５と複数の粒子１０６とで構成される。
本発明の特徴は、高屈折率凹凸層１０４に、透明電極１０３以上の屈折率を有する粒子１０６を用いることと、透明電極１０３と同じ材料の透明層１０５を用いることである。
【００３３】
高屈折率凹凸層１０４の作製方法としては、まず、透明電極１０３上に複数の粒子１０６を塗布する。粒子１０６の塗布法としては、インクジェット法、印刷法、スプレー法などの方法が適用可能である。溶媒としては、芳香族系、アルコール系などの極性溶媒の混合溶媒を用いることができる。もちろん、芳香族系溶媒、アルコール系などの極性溶媒単独でも使用可能である。インクジェット法で形成する場合には、溶液（インク）の粘度は１−２０ｍＰａ・ｓが望ましい。溶液の固形分濃度の制約は特になく、複数の粒子１０６を透明電極１０３上に分散できるような固形分濃度であればよい。
【００３４】
本実施例では、スピンコート法で複数の粒子１０６を塗布した方法について述べる。粒子１０６には屈折率が約２．４のチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）を用いた。ＢａＴｉＯ３の平均粒子径は約１００ｎｍである。
【００３５】
ＢａＴｉＯ３とイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）とを混合し固形分約４％の塗布液を作製する。作製した塗布液にスターラーや超音波振動機、またはホモジナイザーなどを用いて塗布液を振動させ、粒子を十分に分散させた。塗布液と、透明電極１０３まで形成した基板１００を露点−９０℃雰囲気のグローブボックスに搬送する。グローブボックス内で透明電極１０３の上に塗布液をスピンコート法（回転数１６００ｒｐｍ）で塗布した。透明電極１０３上に塗布液を滴下する際に、粒子の凝集物は異物を除去するために１．２μｍのフィルターを用いた。
【００３６】
次に、透明電極１０３に複数の粒子１０６を塗布した後、ホットプレートで７０℃、１０分のベーキングを施し、ＩＰＡ溶媒を完全に除去した。粒子１０６が塗布された基板１００を外気に触れないように、透明電極１０３を形成したＩＴＯスパッタ装置へ搬送する。好ましい搬送する環境は１×１０−４以下である。
【００３７】
次に、透明層１０５を形成する。透明層１０５には透明電極１０３と同じＩＴＯを用いた。透明層１０５は、透明電極１０３を形成するときに使用したＩＴＯスパッタ装置で形成した。スパッタ法としては通常のスパッタ粒子の多重散乱がある等方性スパッタ法を用いた。
【００３８】
図２は、透明層１０５を形成する直前の基板１００の概略構成図である。透明電極１０３上に複数の粒子１０６が分散された状態の上に、粒子１０６を覆うことのできる膜厚、約１５０ｎｍで透明層１０５形成した。通常のＩＴＯのスパッタは等方性であるため、スパッタ粒子の多重散乱があるために粒子１０６を覆い、かつ粒子１０６の形状、粒子１０６の配置間隔に沿った形状のゆるやかな曲面を有する凹凸形状を形成することができる。
以上の作製方法によって図１に示す有機発光素子ＯＬＥＤを作製した。
図１で透明電極１０３と透明層１０５との境を点線で記したが、透明電極１０３と透明層１０５は同じ物質で形成するため、光学的及び物理的な境界は存在しない。
【００３９】
ここで、発光層１０２で発生した光は、粒子１０６に到達する光と、透明層１０５の表面の凹凸形状へ到達する光の２通りがある。
粒子１０６に到達する光は、透明電極１０３から粒子１０６へ、または、透明電極１０３から透明層１０５を通過して、粒子１０６へ到達する。粒子１０６に到達した光は、透明電極１０３より高屈折率である粒子の中に入射する。
粒子１０６の屈折率が透明層１０５より低屈折率であった場合、透明層１０５と粒子１０６との界面に全反射角が存在してしまうので、発光層１０２の発光光を空気層方向へ取り出す効果が低下する。また、粒子１０６の屈折率が例えば２．５より高い屈折率であった場合、粒子１０６と透明層１０５との屈折率差が大きいために、粒子１０６内に入射された光は閉じ込められてしまい、空気層方向への取出し効果が低下する。そのため、粒子１０６の屈折率は、透明電極１０３と透明層１０５と同等である２．０以上２．５以下の屈折率が適当である。屈折率が２．０より大きくて２．５以下の粒子は、ＢａＴｉＯ３の他に、例えばＴｉＯ２（屈折率２．５）、ＺｎＳ（屈折率２．４）などがあり、それらを本実施例に用いても同様の効果がある。
【００４０】
本実施例の高屈折率凹凸層１０４には、粒子１０６にＢａＴｉＯ３（屈折率２．４）、透明層１０５にＩＴＯ（屈折率２．０）を用いるので、粒子１０６と透明層１０５の体積比から算出される平均屈折率は、透明電極１０３より大きい。図３に示した空隙１０７が存在し、その空隙１０７の屈折率は１．０であるが、高屈折率凹凸層１０４に対する空隙１０７の体積比率は小さいので、高屈折率凹凸層１０４の平均屈折率は透明電極１０３より大きく、空隙１０７が光取出し効果に与える影響は小さい。
【００４１】
粒子１０６から出射された光、または粒子１０６に接触せずに空気層方向へ進んだ光は、高屈折率凹凸層１０４（透明層１０５）の表面の凹凸形状に到達する。凹凸形状に到達した光は、凹凸形状により散乱または曲線を有する凹凸によるマイクロレンズ的集光効果により空気層へ取り出すことができる。その結果光取出し効果が大きく発光効率の高い有機発光素子ＯＬＥＤを得ることができる。
【００４２】
高屈折率凹凸層１０４の凹凸形状について、図３、図４、図５に示した粒子径Ｂ、粒子間距離（配置ピッチ）Ａ、粒子１０６を覆う透明層１０５の膜厚Ｃ、を用いて述べる。図３、図４、図５は高屈折率凹凸層の断面概略構成図であり、透明電極１０３の光取出し側の粒子１０６と、透明層１０５とで形成された凹凸状態を示す。
【００４３】
凹凸形状は、粒子１０６の形状と、粒子１０６同士の間隔Ａと、粒子１０６を覆う透明層１０５の膜厚Ｃによって形成される。粒子１０６を透明電極１０３上に均一に、かつ同じ間隔で分散及び配置することは非常に困難である。本実施例の塗布液及びスピンコート法で得られた透明電極１０３上の粒子１０６の配置としては、図３、図４、図５に示す粒子配置が存在する。
図３は、粒子１０６が密着している状態を示し、粒子間距離Ａは粒子径Ｂと等しい状態（Ａ＝Ｂ）を示す。
図４は、粒子１０６間に粒子１０６が約１個分空いた状態を示し、粒子間距離Ａは粒子径Ｂの約２倍の距離である状態（Ａ＝２Ｂ）を示す。
図５は、粒子１０６間に粒子１０６が約２個分空いた状態を示し、粒子間距離Ａは粒子径Ｂの約３倍の距離である状態（Ａ＝３Ｂ）を示す。
【００４４】
図３、図４、図５に示す粒子１０６の上に透明層１０５を形成すると、透明層１０５は粒子１０６の形状に沿った形状を形成するため、透明電極１０３側とは反対側の表面が曲線を有する凹凸形状となる。
透明層１０５と空気層との界面に透明層１０５の凹凸が形成されるため、凹凸による光の散乱、またはマイクロレンズ的な集光効果により有機発光素子ＯＬＥＤの光を空気層へ取り出す効果が大きくすることができる。
【００４５】
光取出し効果を向上するため、透明層１０５の空気層を接触する面には凹凸形状が必要である。粒子１０６の配置が図３に示すような場合で、透明層１０５として用いるＩＴＯを例えば粒子径の３倍以上厚く形成した場合、通常のＩＴＯスパッタは等方性であるため粒子１０６の凹凸を平坦化してしまい、光の散乱またはマイクロレンズ的な集光効果が小さくなる。
また、粒子１０６の粒子間隔Ａが粒子径の３倍以上と大きく、例えば透明層１０５の膜厚を粒子径より薄くする（粒子径の半分以下とする）場合、透明電極１０３の平坦な形状に沿った、平坦な透明層１０５が形成されてしまい、光の散乱またはマイクロレンズ的な集光効果が小さくなる。
【００４６】
図３、図４、図５に示す粒子配置状態が存在していても平坦な部分を極力減少させ、光の散乱、またはマイクロレンズ的な集光効果を得るために、粒子間の距離Ａが粒子径の１倍以上、３倍以下、透明層１０５の膜厚は粒子径の１倍以上、２倍以下とすることで、図３、図４、図５に示す粒子配置状態が存在していても平坦な部分を極力減少した、凹凸形状を形成することができる。本実施例で形成された凹凸形状の平均高さは約８０ｎｍであった。
【００４７】
本実施例の高屈折率凹凸層１０４は、透明層１０５に透明電極１０３と同じ物質（ＩＴＯ）を用いているため、透明電極１０３からの光は粒子１０６を介して、または直接、凹凸層まで到達することができる。凹凸層まで到達した光は、その凹凸形状により光の散乱、または曲面であることからマイクロレンズ的な集光効果により空気層へと取り出すことが可能となる。
【００４８】
本実施例で得た有機発光素子ＯＬＥＤの発光効率は、平坦な透明電極１０３のみの有機発光素子と比較して約１．６倍の効率を得ることができた。
【００４９】
本発明は、上部の透明電極１０３から光を取り出すトップエミッション構造の有機発光素子ＯＬＥＤにおいて、透明電極１０３の上に、透明電極１０３と同じ物質の透明層１０５と、屈折率が透明電極１０３以上で２．５以下の高屈折率な複数の粒子１０６とからなる高屈折率凹凸層１０４を有することを特徴とする。
本実施例のトップエミッション構造の有機発光素子ＯＬＥＤ及び作製方法により、損失していた透明電極１０３での導波光を空気層へ取り出すことができる。その結果、高効率で長寿命なトップエミッション構造の有機発光素子ＯＬＥＤを低コストで得ることができる。また、本発明で作製した有機発光素子ＯＬＥＤを用いて、アクティブ及びパッシブ駆動の有機発光表示装置や、液晶パネルのバックライトや、照明装置に応用することができる。
【００５０】
〔実施例２〕
本実施例は、前述の実施例１で示した透明電極１０３と透明層１０５の材料が異なる。本実施例の透明電極１０３と、透明電極１０５は、酸化インジウム亜鉛（Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ、以下、ＩＺＯ）を用いた。透明電極１０３及び透明層１０５はスパッタ法で形成する。これ以降は、前述の実施例１と同様の手順にて有機発光素子ＯＬＥＤを作製した。本実施例は前述の実施例１と同様の効果があり、損失していた透明電極１０３での導波光を空気層へ取り出すことができる。その結果、高効率で長寿命なトップエミッション構造の有機発光素子ＯＬＥＤを低コストで得ることができる。また、本発明で作製した有機発光素子ＯＬＥＤを用いて、アクティブ及びパッシブ駆動の有機発光表示装置や、液晶パネルのバックライトや、照明装置に応用することができる。
【００５１】
〔実施例３〕
本実施例は、前述の実施例１で示した透明電極１０３と透明層１０５の材料が異なる。本実施例の透明電極１０３と、透明電極１０５は、酸化インジウムゲルマニウム等の２元系を用いた。透明電極１０３及び透明層１０５はスパッタ法で形成する。これ以降は前述の実施例１と同様の手順にて有機発光素子ＯＬＥＤを作製した。本実施例は前述の実施例１と同様の効果があり、損失していた透明電極１０３での導波光を空気層へ取り出すことができる。その結果、高効率で長寿命なトップエミッション構造の有機発光素子ＯＬＥＤを低コストで得ることができる。また、本発明で作製した有機発光素子ＯＬＥＤを用いて、アクティブ及びパッシブ駆動の有機発光表示装置や、液晶パネルのバックライトや、照明装置に応用することができる。
【００５２】
〔実施例４〕
本実施例は、前述の実施例１で示した透明電極１０３と透明層１０５の材料が異なる。本実施例の透明電極１０３と、透明層１０５は、酸化インジウムスズ亜鉛等の３元系を用いた。透明電極１０３及び透明層１０５はスパッタ法で形成する。これ以降は、前述の実施例１と同様の手順にて有機発光素子ＯＬＥＤを作製した。本実施例は前述の実施例１と同様の効果があり、損失していた透明電極１０３での導波光を空気層へ取り出すことができる。その結果、高効率で長寿命なトップエミッション構造の有機発光素子ＯＬＥＤを低コストで得ることができる。また、本発明で作製した有機発光素子ＯＬＥＤを用いて、アクティブ及びパッシブ駆動の有機発光表示装置や、液晶パネルのバックライトや、照明装置に応用することができる。
【００５３】
〔実施例５〕
本実施例は、前述の実施例１、２、で示した粒子１０６の材料が異なる。本実施例の粒子１０６はＩＴＯ粒子を用いた。これ以降は、前述の実施例１と同様の手順にて有機発光素子ＯＬＥＤを作製した。
粒子１０６としてＩＴＯ粒子を用いると、ＩＴＯ粒子と透明層１０５及び、ＩＴＯ粒子と透明電極１０３との屈折率差が無いために、透明電極１０３からの光は粒子で全反射されることはなく、かつ粒子内に光が閉じ込まれることなく空気層方向へ光は進むことができるので、光取出し効果が向上する。
本実施例は、実施例１、２と比較して更に高効率な有機発光素子ＯＬＥＤを得ることができる。その結果、高効率で長寿命なトップエミッション構造の有機発光素子ＯＬＥＤを低コストで得ることができる。また、本発明で作製した有機発光素子ＯＬＥＤを用いて、アクティブ及びパッシブ駆動の有機発光表示装置や、液晶パネルのバックライトや、照明装置に応用することができる。
【００５４】
〔実施例６〕
本実施例では、本発明を画像表示装置に応用した一例を述べる。図６に画像表示装置の画素部分の断面概略構成図を示す。
まず、基板１００上に薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor：以下、単にＴＦＴと呼ぶ）を含む層２００を作製する。ＴＦＴを含む層２００は、基板１００の表面を覆う絶縁膜、ＴＦＴ、ＴＦＴのドレイン電極及びソース電極を保護する絶縁膜、とで構成される。
【００５５】
次に、ＴＦＴを含む層２００を形成した後、下部電極１０１を形成する。下部電極１０１はＴＦＴを含む層２００のドレイン電極またはソース電極と電気的に接続される。その後、下部電極１０１の端部を覆うバンク層２０１を形成する。バンク層２０１は、下部電極１０１のエッジ部分を覆うようにパターニングした。バンク層２０１は、特に材料の指定は無いが、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂などの各種樹脂を用いることができる。本実施例では、感光性のポリイミド樹脂を用いる。バンク層２０１は、塗布形成後、所定のフォトマスクを用い露光現像して形成することができる。
【００５６】
次に、発光層１０２、透明電極１０３、高屈折率凹凸層１０４を形成する。発光層１０２は実施例１に示した方法と同様な方法で形成した。発光層１０２上の透明電極１０３は実施例１、２、３、４、に示した方法と同様の方法で形成した。透明電極１０３上の高屈折率凹凸層１０４は実施例１、２、３、４、５に示した方法と同様の方法で形成した。
【００５７】
本実施例の画像表示装置は、高屈折率凹凸層１０４を有しているので、高効率、低消費電力、長寿命な画像表示装置を低コストで得ることができる。本発明で作製した有機発光素子ＯＬＥＤを用いて、アクティブ及びパッシブ駆動の有機発光表示装置や、液晶パネルのバックライトや、照明装置に応用することができる。
【００５８】
〔実施例７〕
本実施例は、前述の実施例１、２、３、４、５、における透明層１０５を形成するスパッタ方法が異なる。本実施例の透明層１０５は異方性スパッタ法で形成する。異方性スパッタ法は等方性スパッタと異なり、スパッタ粒子の多重散乱を少なくし直進性を高めたスパッタ法である。異方性スパッタ法で形成すると、スパッタ粒子の多重散乱がないので、粒子１０６と透明電極１０３との隙間にスパッタ粒子が入りにくい。そのため粒子１０６と透明電極１０３との隙間に空隙が形成される。この空隙の体積は実施例１、２、３、４、５で形成される空隙より大きい。この空隙の屈折率は１であり、空隙と透明電極１０３及び粒子１０６とに大きな屈折率差が設けられ、光を散乱させることができる。散乱した光は高屈折率凹凸層１０４の凹凸形状へ到達し、空気層へと取り出すことができる。
【００５９】
本実施例の異方性スパッタ法で高屈折率凹凸層１０４を形成する場合、粒子１０６の距離Ａは粒子径Ｂの２倍以下が望ましい。粒子間距離が大きいと異方性スパッタ法によって粒子間にある透明電極１０３の平坦な部分がそのまま平坦になってしまいゆるやかな曲面を形成しにくくなるからである。本実施例では、粒子１０６を塗布する際に作製する塗布液の固形分濃度を６％、スピンコート法で塗布する際の回転数を１０００ｒｏｍで塗布した。その結果、粒子間距離Ａが２倍以下となる配置を多く存在させた。
【００６０】
本実施例の異方性スパッタを用いる場合、透明層１０５の膜厚が厚くても凹凸形状が緩やかにならないため、透明層１０５の膜厚に限定はない。透明層１０５の膜厚が厚いとそれだけ形成するための時間を要するので、本実施例の透明層１０５の膜厚は粒子径と同じ膜厚で形成した。
本実施例のトップエミッション構造の有機発光素子ＯＬＥＤ及び作製方法により、損失していた透明電極１０３での導波光を空気層へ取り出すことができる。その結果、高効率で長寿命なトップエミッション構造の有機発光素子ＯＬＥＤを低コストで得ることができる。また、本発明で作製した有機発光素子ＯＬＥＤを用いて、アクティブ及びパッシブ駆動の有機発光表示装置や、液晶パネルのバックライトや、照明装置に応用することができる。
【００６１】
なお、前述の実施例１〜７では、上部電極である透明電極１０３上に、透明電極１０３と同じ材料の透明層１０５と、屈折率が透明電極１０３以上で２．５以下の複数の粒子１０６とで構成され、透明電極１０３とは反対側の表面が凹凸に形成された高屈折率凹凸層１０４を有する構造について説明したが、この構造を別な見方で表現すれば、透明電極１０３を第１の透明層とし、透明層１０５を第２の透明層とし、これら第１の透明層（透明電極１０３）及び第２の透明層（透明層１０５）並びに複数の粒子１０６を含めて１つの透明電極としてもよい。この場合の透明電極は、第１の透明層（透明電極１０３）と、前記第１の透明層上に形成され、かつ屈折率が前記第１の透明層の屈折率以上で２．５以下の複数の粒子１０６と、前記複数の粒子１０６を覆うようにして前記第１の透明層上形成され、かつ前記第１の透明層と同じ材料からなる第２の透明層（透明層１０５）とを有し、基板１００側とは反対側の表面が凹凸になっている構造となる。
以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明の構成、及び作製方法により、高効率で長寿命な上部透明電極から光を取り出すトップエミッション構造のＯＬＥＤ素子を得ることが可能となる。本発明によって得られた長寿命な有機発光素子はテレビや各種情報端末等の表示装置に利用可能である。また液晶表示装置のバックライトや、照明装置にも利用可能である。
【符号の説明】
【００６３】
１００…基板、１０１…下部電極、１０２…発光層、１０３…透明電極、１０４…高屈折率凹凸層、１０５…透明層、１０６…粒子、１０７…空隙、
２００…ＴＦＴを含む層、２０１…バンク層、ＯＬＥＤ…有機発光素子。
【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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