(57)【要約】  本発明は、有機発光層で発光した光の光取り出し効率を高くし、光の角度依存性のない平面発光装置を提供することを目的とする。本発明の平面発光装置１０は、有機ＥＬ素子３０の透明基板１２の上にポリマーにより形成され、ポリマーの空気と接触する表面にランダムな凹凸が連続的に形成されており、凹凸が曲面で形成された光取り出し層２２を有する。凹凸２４が曲面であるため、光取り出し層２２と空気との屈折率が徐々に変化する。また、凹凸２４に平坦な部分がないため、界面で平面発光装置１０の内部に戻るように反射する光を少なくすることができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一面と他面とを有する透明基板と、
前記透明基板の一面の上に順番に積層された陽極、有機発光層、および陰極と、
前記陽極、有機発光層、および陰極を前記透明基板とで密封するキャップと、
を含む平面発光装置であって、
前記透明基板の他面の上または有機発光層の光が透過するキャップの面の上において、ポリマーにより形成され、該ポリマーの空気と接触する表面にランダムな凹凸が連続的に形成されており、該凹凸が曲面で形成された光取出し層を有する平面発光装置。
【請求項２】
前記ポリマーが、透明樹脂にレベリング剤、架橋剤、紫外線吸収剤、光安定剤の内の少なくとも１つを添加した請求項１の平面発光装置。
【請求項３】
前記光取出し層に、有機発光層で発光した光を吸収して発光する蛍光材料を添加した請求項１または２の平面発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光取出し効率（平面発光装置から出力される光量と有機発光層で発光された光量の比）の高い平面発光装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、有機ＥＬ素子が注目されている。有機ＥＬ素子は、ディスプレイとして使用する以外にも平面発光装置としても使用が想定されている（非特許文献１）。【０００３】
図４に示すように、有機ＥＬ素子３０は、ガラスなどの透明基板１２上に透明電極（陽極）１４、有機発光層１６、金属電極（陰極）１８を順番に形成し、有機発光層１６が酸素に触れないようにキャップ２０で封止した構造である。また、透明電極１４と有機発光層１６の間にホール輸送層、有機発光層１６と金属電極１８の間に電子注入層を設けて発光効率を上げるのが一般的である。有機発光層１６が発した光は透明基板１２を介して外部に出射される。また、金属でできた陰極１８とキャップ２０でも光を反射して透明基板１２の方向に光を向ける。このような構造はボトムエミッション構造と呼ばれている。なお、電極１８およびキャップ２０を透明にし、キャップ２０から光を取り出す構造は、トップエミッション構造と呼ばれている。【０００４】
透明基板１２を透過する光量の割合は、有機発光層１６で発光した光量の２０パーセント程度であることが知られている。この光量が減少する主な原因は、透明基板１２の表面における反射や散乱などが影響するからである。【０００５】
上述したように、有機ＥＬ素子３０は、ディスプレイに使用されるだけではなく、照明用の光源としての利用も想定されている。例えば、室内の照明における蛍光灯の替わりであったり、携帯用ライトの光源に利用されたりすることが想定されている。これは、一般的な蛍光灯や電球よりも、低い消費電力で同程度の輝度を得ることが期待できるからである。【０００６】
フラットパネルディスプレイの表示用素子に用いられる有機ＥＬ素子３０は、輝度が２００ｃｄ／ｍ2程度であれば、使用に堪えることができる。しかし、照明用の光源として使用する場合には、一般的には８０００ｃｄ／ｍ2以上の輝度が必要とされている。また、輝度を高く得るためには、一般的に高い電力を維持する必要がある。したがって、必然的に有機ＥＬ素子３０の消費電力が上昇すると共に、有機ＥＬ素子３０の寿命も短くなり、信頼性が低下する。【０００７】
従来、有機ＥＬ素子３０において光取出し効率を高めるために、幾つかの出願がなされている。例えば、特許文献１の発明においては、可視光の波長以下の微細な突起構造を、観察者側の透明部材の表面に設けている。この突起構造で反射防止機能が発現し空気界面での反射がなくなる。これにより表示素子から出射する光の利用効率が向上する効果があると記載されている。【０００８】
しかし、表示素子に求められる輝度よりも照明用の光源として求められる輝度の方が高い。したがって、光源として使用できる輝度の光を取り出すことが求められている。ガラス基板などに直接鋭利な頂点を持つ突起を設けているが、フォトリソ工程やエッチング工程が必要であり、製造が面倒で環境負荷も大きい。また、特許文献１のように同じ突起が連続して形成されると、突起の大きさや光の波長によっては、光の角度特性が問題になる場合もある。すなわち、光源からの角度によって、光量の強弱の差ができてしまうおそれがある。光量が弱いところでは、光源としての用をなさないこととなる。突起の頂点が尖っているために外的要因で破損しやすく、保護する必要がある。【０００９】
【特許文献１】特開２００２−１２２７０２号公報
【非特許文献１】「有機ＥＬのすべて」  城戸淳二著  日本実業出版社刊  ２００３年２月２０日発行
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、有機発光層で発光した光の光取出し効率を高くし、光の角度特性で問題とならない平面発光装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の平面発光置は、一面と他面とを有する透明基板と、前記透明基板の一面の上に順番に積層された陽極、有機発光層、および陰極と、前記陽極、有機発光層、および陰極を前記透明基板とで密封するキャップと、を含む平面発光装置であって、前記透明基板の他面の上またはキャップの少なくとも一方の面の上において、ポリマーにより形成され、該ポリマーの空気と接触する表面にランダムな凹凸が連続的に形成されており、該凹凸が曲面で形成された光取出し（out-coupling）層を有する。【００１２】
陽極および陰極によって有機発光層に電流を流し、有機発光層を発光させる。光は透明基板および光取出し層を通過して外部に出射される。光取出し層の表面が凹凸であるため、内部に光を反射しにくくしている。キャップを透明にしたトップエミッションタイプであっても同様である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によると、ランダムな凹凸が曲面であることより、光取出し層と空気との屈折率が徐々に変化する。凹凸に平坦な部分がないため、界面で平面発光装置の内部に戻るように反射する光を少なくすることができる。凹凸がランダムであるので、平面発光装置に対する角度によって干渉縞ができず、光量の差ができにくい。ランダムな凹凸によって光取出し層の表面が磨りガラス（frosted
glass）のようにぼやけ、平面発光装置の内部を視認できないようにすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明に係る平面発光装置の実施形態について図面を用いて説明する。【００１５】
図１（ａ）に示す本発明の平面発光装置１０は、有機ＥＬ素子３０の透明基板１２の上にポリマーにより形成され、ポリマーの空気と接触する表面にランダムな凹凸が連続的に形成されており、凹凸が曲面で形成された光取出し層２２を有する。なお、有機ＥＬ素子３０の有機発光層１６などは従来と同じであるので説明を省略する。【００１６】
本発明は、透明基板１２の上に凹凸を有する光取出し層２２を設けている。図１（ｂ）にその拡大図を示す。凹凸２４の大きさはランダムであり、不規則な波のようになっている。例えば、凹凸２４の高さまたは深さが約０．２〜１５μｍ、ピッチが約１．０〜４０μｍの範囲に入るようにする。比較的大きな凹凸であり、製造が容易になっている。【００１７】
光取出し層２２の凹凸２４はランダムであり、光取出し層２２の表面に干渉縞ができない。凹凸２４がランダムであるので、平面発光装置１０からの角度によって光量が変化するおそれが少ない。ランダムな凹凸２４によって光取出し層２２の表面を磨りガラスのようにぼやかすことができ、平面発光装置１０の内部が視認できないようにすることができる。ランダムであるので製造するときの制約が少なくなり、製造歩留まりを良くすることができる。【００１８】
凹凸２４の表面は全て曲面で形成される。すなわち、凹凸２４に平坦な部分がない。凹凸２４が曲面であるため、光取出し層２２と空気との界面が徐々に変化する。光取出し層２２と空気との屈折率が徐々に変化する。凹凸２４に平坦な部分がないため、界面で平面発光装置１０の内部に戻るように反射する光を少なくすることができる。さらに、引用文献１のように尖った部分もないため、尖った先が破損して光学特性が変化するおそれも小さくなる。【００１９】
また、光取出し層２２の材料は透明基板１２の屈折率と同じかほぼ同じ材料を使用するのが好ましい。透明基板１２と光取出し層２２との界面で光の反射を起こさせないためである。透明基板１２がガラスであれば屈折率は約１．５となる。【００２０】
さらに、光取出し層２２に使用されるポリマー例は、熱架橋型ＰＭＭＡ、ポリスチレン、ポリウレタン、スチレン・アクリロニトリル共重合体、ポリカーボネート、フッ素樹脂、ポリイミド、ポリベンジルメタクリレート、メラミン樹脂、フェノール樹脂、ポリフェニレンメタクリレート、ポリシクロヘキシルメタクリレートなどの透明樹脂で、また、それらのブレンド樹脂でも構わない。【００２１】
本発明では、透明樹脂にレベリング剤、紫外線吸収剤、光安定剤、架橋剤の内の少なくとも１つを添加する。レベリング剤の一例としては、フッ素系、アクリル系、シリコン系、ビニル系のレベリング剤が挙げられる。紫外線吸収剤、光安定剤の一例としては、ベンゾトリアゾール系、ヒドロキシフェニルトリアジン系、ヒンダードアミン系、またはそれらをブレンドしたものが挙げられる。架橋剤の一例としては、イミダゾール、シランカップリング剤、カルボジイミドなどが挙げられる。また、これらの混合量の一例としては、レベリング剤は、ポリマー材固形分に対し、０．０１〜５ｗｔ％、紫外線吸収剤、光安定剤は、ポリマー材固形分に対し、５．０ｗｔ％以下、架橋材は、ポリマー材固形分に対し、５．０ｗｔ％以下である。【００２２】
光取出し層２２は空気との接触面であって汚れが付着するおそれがあるが、上記樹脂を使用した光取出し層２２であれば、薬品などで洗浄しても表面を破壊してしまうおそれが小さい。また、表面の凹凸２４をさわっても壊れるおそれが小さい。平面発光装置１０は長期間の使用に耐えることができる。凹凸２４を強固にすることによって、凹凸２４の表面にカバー層を設ける必要もなく、光学設計が容易になる。【００２３】
光取出し層２２に、有機発光層１６で発光した光を吸収して発光する蛍光材料を添加しても良い。蛍光染料および蛍光顔料が、光取出し層２２に一様に分散されるようにする。例えば、蛍光顔料であれば、シアニン系色素などの有機色素レーザー材料から選択される。有機発光層１６の光は、そのまま外部に出射する分と蛍光材料などで新たな光となる分がある。平面発光装置１０は、有機発光層１６の光と蛍光材料などの光とがミックスされた光を発光することとなる。光の色のバリエーションを増やすことができ、設計の幅が広がる。また、蛍光顔料を使用すれば、蛍光染料に比べて環境による蛍光材料の変化を最小限に抑えることができる。【００２４】
次に平面発光装置１０の製造について説明する。（１）透明基板１２をアセトンやエタノールで洗浄して、ポリマーを塗布する前の準備をする（図２（ａ））。必要に応じて透明基板１２の大きさを所望の大きさにカットする。【００２５】
（２）透明基板１２の上にポリマーを塗布し、ポリマーの層２２ａを形成する（図２（ｂ））。塗布するときのポリマーは溶剤が入っている。スピンコート法、スリットコート法、スプレーコート法、またはドクターブレードで平坦な層形成をおこなう。後でできる凹凸２４がランダムであるため、層の厚みが各所で一定になっていなくても良い。ポリマーの層２２ａの厚みは特に限定されないが、光が減衰しすぎないように考慮する。ポリマーに蛍光材料、顔料等を混入させるのであれば、この段階でポリマーに蛍光材料、顔料等を混入させておく。【００２６】
（３）ポリマーを乾燥させて、溶剤を揮発させる。乾燥させるときの温度は約５０〜１５０℃で、約２〜２０分おこなう。【００２７】
（４）曲面で形成された凹凸を有する金型２６でポリマーを加圧・加熱し、金型２６の凹凸をポリマーの層２２ａの表面に転写する（図２（ｃ））。すなわち、インプリントをおこなう。圧着条件は約２．０〜８．０ＭＰａであり、加熱条件は約５０〜２３０℃であり、これを約５〜３０分おこなう。【００２８】
（５）インプリントの後、ポリマーの層２２ａを焼成することにより光取出し層２２の形成が完了する（図２（ｄ））。焼成温度は約１８０〜２６０℃で、約１０〜６０分おこなう。なお、図２（ｃ）、（ｄ）では凹凸２４が大きくなっているが、凹凸２４が作られるイメージであり、実際は上述の大きさの範囲である。【００２９】
上述した材料を使用して製造した光取出し層２２の一例は、屈折率が約１．３〜２．０、透過率が約５０〜９８％、ロックウェル硬さ試験による表面高度が約Ｍ６０〜１５０、約Ｒ６０〜１５０である。屈折率はガラスの透明基板１２の屈折率と同じか近似する範囲内であり、光透過率や表面高度も使用に耐えうるものである。【００３０】
（６）透明基板１２の光取出し層２２を形成した面とは反対の面に、蒸着などの積層方法によって陽極１４、有機発光層１６、陰極１８の順で積層をおこない、最後にこれらを透明基板１２とキャップ２０で密封する。密封するときに、キャップ２０に乾燥剤を取り付けたりする。【００３１】
光取出し層２２およびその表面の凹凸２４を形成するときに、凹凸２４がランダムであるため、少々凹凸２４の大きさやポリマーの厚みに誤差ができても良い。製造時の設計の制約が緩和され、平面発光装置１０の製造歩留まりが良くなる。フォトリソ工程やエッチング工程がなく、環境に対する負荷が低減され、低コスト化も図ることができる。【００３２】
以上、本発明について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではない。上記の実施形態はボトムエミッションタイプの平面発光装置１０であったが、トップエミッションタイプの平面発光装置１０ｂであっても良い（図３）。この場合、ガラス製のキャップ２０に光取出し層２２を形成する。キャップ２０は、陰極１８と対向する面および光が出射する面を平面にしておく。この平面の少なくとも一方に上述した光取出し層２２を形成する。図３では光が出射する面にランダムな凹凸２４を有する光取出し層２２が設けられている。【００３３】
その他、本発明は、その主旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づき種々の改良、修正、変更を加えた態様で実施できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の平面発光装置の構造を示す図であり、（ａ）は平面発光装置の断面図であり、（ｂ）は光取出し層の拡大断面図である。
【図２】光取出し層の製造方法を示す図であり、（ａ）は透明基板を準備した図であり、（ｂ）はポリマーの層を形成した図であり、（ｃ）はポリマーの層にインプリントをおこなっている図であり、（ｄ）は光取出し層が完成した図である。
【図３】キャップの外側に光取出し層を設けた場合の平面発光装置の図である。
【図４】従来の有機ＥＬ素子の構造を示す図である。
【符号の説明】
【００３５】
１０、１０ｂ：平面発光装置
１２：透明基板
１４：陽極
１６：有機発光層
１８：陰極
２０：キャップ
２２：光取出し層
２４：ランダムな凹凸
２６：金型
３０：有機ＥＬ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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【国際調査報告】
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