(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
素子基板と、
アノード電極、有機発光層及びカソード電極を含み、前記素子基板の成長主面に形成された発光部と、
前記成長主面とは反対側の前記素子基板の光取出主面に直接形成された樹脂層からなり、外側の主面である光取出面が粗面化されている光取出層とを備え、
前記アノード電極及び前記カソード電極の中央部に印加される電圧が外周部に比べて小さいことによって、前記有機発光層の中央部の発光強度が外周部に比べて小さく、
前記素子基板の光取出主面の中央部にのみ前記光取出層が形成されていることによって、発光強度の小さい前記有機発光層の中央部の光取出効率が外周部の光取出効率に比べて高いことを特徴とする有機ＥＬ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光取出面が粗面化された有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子及び有機ＥＬ素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ガラス基板からなる素子基板と、素子基板に形成されたアノード電極、有機発光層、カソード電極とを備えた有機ＥＬ素子が知られている。このような有機ＥＬ素子では、有機発光層で発光された光が、アノード電極、素子基板を透過して、素子基板の外側の主面（以下、光取出面）から外部へ照射される。しかしながら、素子基板と外部の空気との間には屈折率の差があるため、発光された光が光取出面で反射される。このため、上述した有機ＥＬ素子では、有機発光層で発光された光に対して外部に取り出される光の割り合い（以下、光取出効率）が低いといった問題があった。
【０００３】
そこで、有機ＥＬ素子の光取出効率を向上させる技術が求められている。特許文献１には、素子基板の光取出面が粗面化された有機ＥＬ素子が開示されている。特許文献１の有機ＥＬ素子では、素子基板の光取出面に到達した光の一部は、透過して外部へ照射されるとともに、残りの光は、光取出面で反射及び散乱されて、素子基板内を導波する。この後、素子基板内を導波する光は、再度、光取出面に達する。この光取出面に達した光は、光取出面との入射角が変わっているので、光取出面を通過する光が増える。これによって、特許文献１の有機ＥＬ素子は、光取出効率を向上させている。しかしながら、特許文献１の有機ＥＬ素子では、硬いガラス基板からなる素子基板の一面を粗面化しているので、凹凸を形成することが難しく、また、素子基板が割れる等の破損が多いといった問題があった。
【０００４】
そこで、特許文献２には、素子基板の外側の面に光学オイルを介して貼り付けられた樹脂製の拡散板を備えた有機ＥＬ素子が開示されている。そして、特許文献２の有機ＥＬ素子では、樹脂製の拡散板の外面に凹凸を形成している。このように特許文献２の有機ＥＬ素子では、ガラス基板に比べて軟らかい樹脂製の拡散板に凹凸を形成しているので、素子基板の破損を抑制するとともに、凹凸を容易に形成することができる。
【特許文献１】特開２０００−２３１９８５号公報
【特許文献２】特開２０００−３２３２７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献２の有機ＥＬ素子では、素子基板に光学オイルを介して拡散板を貼り付けているので、光が外部へ取り出されるまでに、通過する異物質間の界面が多い。このため、当該界面で反射される光が増大するので、光取出効率が十分に向上しているとは言い難いといった課題がある。
【０００６】
本発明は、上述した課題を解決するために創案されたものであり、光取出効率を向上させることができる有機ＥＬ素子及び有機ＥＬ素子の製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、素子基板と、アノード電極、有機発光層及びカソード電極を含み、前記素子基板の成長主面に形成された発光部と、前記成長主面とは反対側の前記素子基板の光取出主面に直接形成された樹脂層からなり、外側の主面である光取出面が粗面化されている光取出層とを備え、前記アノード電極及び前記カソード電極の中央部に印加される電圧が外周部に比べて小さいことによって、前記有機発光層の中央部の発光強度が外周部に比べて小さく、前記素子基板の光取出主面の中央部にのみ前記光取出層が形成されていることによって、発光強度の小さい前記有機発光層の中央部の光取出効率が外周部の光取出効率に比べて高いことを特徴とする有機ＥＬ素子である。
【０００８】
また、請求項２に記載の発明は、前記光取出層は、樹脂材を前記光取出主面に塗布することによっ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ＥＬ素子である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、素子基板の光取出主面に直接光取出層を形成することによって、異物質間の界面を低減することができる。これによって、有機発光層で発光された光が、当該界面で反射されることを抑制できるので、光取出効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
（第１実施形態）
以下、図面を参照して本発明の第１実施形態による有機ＥＬ素子を説明する。本発明による有機ＥＬ素子は、照明装置や各種光源に適用することができる。図１は、第１実施形態による有機ＥＬ素子の断面図である。以下の説明において、図１の矢印に示す上下を上下方向とする。
【００１４】
図１に示すように、第１実施形態による有機ＥＬ素子１は、素子基板２と、アノード電極３と、有機発光層４と、カソード電極５と、固体封止樹脂層６と、封止板７と、光取出層８とを備えている。尚、アノード電極３、有機発光層４及びカソード電極５が、請求項の発光部に相当する。
【００１５】
素子基板２は、約０．５ｍｍの厚みを有し、光を透過可能なガラス基板からなる。素子基板２の上面は、各層３〜７が積層される成長主面２ａである。また、素子基板２の下面（成長主面２ａと反対側の面）は、光取出層８が形成される光取出主面２ｂである。
【００１６】
アノード電極３は、有機発光層４に正孔を注入するためのものである。アノード電極３は、素子基板２の成長主面２ａに形成されている。アノード電極３は、光を透過可能な約１００ｎｍの厚みを有するＩＴＯ（酸化インジウムスズ）からなる。アノード電極３の一端部は、外部端子（図示略）と接続されている。
【００１７】
有機発光層４は、白色の光を発光するためのものである。有機発光層４は、アノード電極３上に電気的に接続された状態で形成されている。有機発光層４には、正孔輸送層及び電子輸送層がアノード電極３側から順に積層されている。正孔輸送層には、約５０ｎｍの厚みを有するＮＰＤ（ジフェニルナフチルジアミン）膜からなる。電子輸送層には、約５０ｎｍの厚みを有し、色素を混入させたキノリノールアルミ錯体（Ａｌｑ３）膜からなる。また、アノード電極３からの正孔注入を促進するために銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）をアノード電極３と有機発光層４との間に積層してもよい。
【００１８】
カソード電極５は、有機発光層４に電子を注入するためのものである。カソード電極５は、有機発光層４上に電気的に接続された状態で形成されている。カソード電極５は、約１００ｎｍの厚みを有するＡｌ膜からなる。カソード電極５は、絶縁膜（図示略）によってアノード電極３と絶縁されている。カソード電極５の一端部は、外部端子（図示略）と接続されている。
【００１９】
固体封止樹脂層６は、封止板７をカソード電極５上に封着するためのものである。固体封止樹脂層６は、エポキシ系のＵＶ硬化樹脂からなる。尚、固体封止樹脂層６を、熱硬化樹脂等の硬化樹脂によって構成してもよい。
【００２０】
封止板７は、約０．５ｍｍの厚みを有するガラス基板からなる。封止板７は、固体封止樹脂層６によってカソード電極５上に封着されている。
【００２１】
光取出層８は、有機発光層４で発光された光の光取出効率を向上させるためのものである。光取出層８は、エポキシ樹脂層からなる。光取出層８は、エポキシ樹脂材を塗布することによって形成される。尚、光取出層８を形成する材料は、エポキシ樹脂に限定されるものではなく、他の樹脂に適宜変更可能である。光取出層８は、素子基板２の光取出主面２ｂに直接形成されている。光取出層８の下面（外側の主面）は、光を取り出すための光取出面８ａである。光取出面８ａは、光取出効率を向上させるために、粗面化されている。
【００２２】
次に、上述した第１実施形態による有機ＥＬ素子１の動作を説明する。
【００２３】
まず、有機ＥＬ素子１では、外部電源によってアノード電極３とカソード電極５との間に電圧が印加される。これにより、アノード電極３から有機発光層４には、正孔が注入される。また、カソード電極５から有機発光層４には、電子が注入される。注入された正孔と電子は、有機発光層内で再結合して光を発光する。発光した光は、アノード電極３、素子基板２及び光取出層８を透過した後、光取出面８ａに達する。ここで、一部の光は、光取出面８ａを透過して外部に照射される。残りの光は、粗面化された光取出面８ａによって反射及び散乱されて、光取出層８内を導波する。この後、光取出層８を導波する光は、入射角を変えて、再び、光取出面８ａに達し、一部の光が光取出面８ａを透過して外部へ照射される。
【００２４】
次に、上述した第１実施形態による有機ＥＬ素子１の製造方法について説明する。図２〜図５は、有機ＥＬ素子の各製造工程を説明する図である。
【００２５】
まず、図２に示すように、スパッタ法及びリフトオフ法によって、パターニングされたアノード電極３を素子基板２上に形成する。その後、開口部が形成されたメタルマスク（図示略）を通して、アノード電極３上に有機発光層４を蒸着する。更に、スパッタ法及びリフトオフ法によって、パターニングされたカソード電極５を有機発光層４上に形成する（発光部形成工程）。
【００２６】
次に、図３に示すように、ＵＶ硬化樹脂材６Ａをカソード電極５上に塗布する。その後、ＵＶ硬化樹脂材６Ａ上に封止板７を載置する。この状態で、封止板７を介してＵＶ硬化樹脂材６Ａに紫外線を照射する。これにより、ＵＶ硬化樹脂材６Ａが硬化して、固体封止樹脂層６となり、カソード電極５と封止板７とが封着される。
【００２７】
次に、図４に示すように、成長主面２ａとは反対側の素子基板２の光取出主面２ｂに直接、軟性のエポキシ樹脂材１８を塗布する（塗布工程）。
【００２８】
次に、図５に示すように、エポキシ樹脂材１８が完全に硬化する前に、サンダー（電動サンドペーパー機）によって、外側の主面である光取出面８ａを粗面化する（粗面化工程）。この後、所定の時間放置することによって、エポキシ樹脂材１８を硬化させて、光取出面８ａが粗面化された光取出層８を形成する。尚、エポキシ樹脂材１８は、硬化剤等により硬化させてもよく、紫外線照射または熱によって硬化させてもよい（光取出層形成工程）。
【００２９】
この後、素子単位に分割することによって、図１に示す有機ＥＬ素子１が完成する。
【００３０】
上述したように、第１実施形態による有機ＥＬ素子１では、素子基板２の光取出主面２ｂに直接、エポキシ樹脂からなる光取出層８を形成している。これにより、有機発光層４から外部へ照射されるまでに、光が通過する異物質間の界面を低減することができる。このため、光取出面８ａに達するまでに界面によって反射される光を低減することができるので、光取出効率を向上させることができる。
【００３１】
また、有機ＥＬ素子１では、ガラス基板からなる素子基板２を粗面化することがないので、素子基板２の破損を抑制できる。
【００３２】
また、有機ＥＬ素子１では、エポキシ樹脂材１８を塗布することによって、光取出層８を形成しているので、素子基板２の光取出主面２ｂに直接、光取出層８を形成することができる。更に、樹脂製のシート等を貼り付けることによって光取出層を形成する場合、有機ＥＬ素子の形状によって、シートの形状を変更しなければならないため、製造工程が複雑になる。しかしながら、有機ＥＬ素子１では、エポキシ樹脂材１８を塗布することによって、光取出層８を形成しているので、形状の変更に容易に対応できる。
【００３３】
また、有機ＥＬ素子１では、エポキシ樹脂材１８が硬化する前の軟らかい状態で、粗面化工程を行うことによって、凹凸の大きい粗面を短時間で容易に実現することができる。
【００３４】
（第２実施形態）
次に、上述した第１実施形態を部分的に変更した第２実施形態による有機ＥＬ素子１Ａについて説明する。図６は、第２実施形態による有機ＥＬ素子の断面図である。尚、第１実施形態と同様の構成には、同じ符号を付けて説明を省略する。
【００３５】
図６に示すように、第２実施形態による有機ＥＬ素子１Ａでは、光取出層８Ａが素子基板２の光取出主面２ｂの中央部にのみ形成されている。ここで、アノード電極３及びカソード電極５は、端部が外部電源と接続されている。従って、アノード電極３及びカソード電極５の中央部は、外周部に比べて印加される電圧が小さくなる。これにより、有機発光層４の中央部は、外周部に比べて発光強度が小さい。しかしながら、有機ＥＬ素子１Ａは、素子基板２の光取出主面２ｂの中央部にのみ光取出層８Ａを形成することによって、発光強度の小さい中央部の光取出効率を外周部の光取出効率に比べて高くしている。これにより、平面視にて、有機ＥＬ素子１Ａの中央部と外周部の光の明暗を小さくすることができる。
【００３６】
（光取出効率の実験）
次に、上述した本発明による有機ＥＬ素子の特性を調べるために行った実験について説明する。
【００３７】
本実験では、第１実施形態による有機ＥＬ素子（以下、第１実施例とする）と、第１実施例と比較するための第１比較例及び第２比較例の有機ＥＬ素子とを作製した。第１比較例は、樹脂製の光取出層を素子基板に形成することなく、ガラス基板からなる素子基板の光取出主面を粗面化している以外は、第１実施例の有機ＥＬ素子と同じ構成である。第２比較例は、素子基板の光取出主面を粗面化しなかった以外は、第１比較例の有機ＥＬ素子と同じ構成である。
【００３８】
まず、本実験では、粗面化の程度を調べた。第１実施例及び第１比較例ともに、同じサンダー及び同じ時間粗面化を行った。結果を図７及び図８に示す。図７は、第１実施例の実験結果である。図８は、第１比較例の実験結果である。図７及び図８において、縦軸は粗面化された表面の凹凸の高さを示す。図７及び図８において、横軸は粗面化を調べた表面の水平方向（面方向）の長さを示す。
【００３９】
図７及び図８に示すように、エポキシ樹脂からなる光取出層を粗面化した第１実施例は、素子基板を粗面化した第１比較例に比べて、凹凸の高さが大きいことがわかる。これにより、第１実施例は、容易に凹凸の大きい粗面化を光取出面に形成可能なことがわかる。
【００４０】
次に、第１実施例、第１比較例及び第２比較例の光取出効率を調べた。尚、光取出効率とは、有機発光層で発光された光に対する外部に取り出された光の割り合いのことである。
【００４１】
ここで、第２比較例の光取出効率について、図９を参照して説明する。尚、第１実施形態と同じ構成には同じ符号を付けて説明を省略する。有機発光層４で発光した光は、有機発光層４とアノード電極３との界面及びアノード電極３と素子基板２との界面によって反射されて、内部で約４５％が損失する。更に、素子基板２の光取出主面２ｂ、即ち、外部との界面において反射されて、素子基板２の内部で約３５％が損失する。従って、有機発光層４で発光された光は、外部に出射されるまでに約８０％が損失する。言い換えれば、第２比較例の光取出効率は、約２０％である。尚、素子基板２を構成するガラス基板の屈折率が約１．５２であり、外部の空気の屈折率が約１．０であることを考慮すると、全反射が生じる臨界角αは約３５°である。
【００４２】
また、第１実施例及び第１比較例の実験結果は、第１実施例の光取出効率が約３４％、第１比較例の光取出効率が約２６％であった。このことから、粗面化を行わなかった第２比較例に比べて第１実施例の光取出効率は約１．７倍となっていることがわかる。また、素子基板を粗面化した第１比較例に比べて、第１実施例の光取出効率は、１．３倍になっていることがわかる。このことから、本発明による第１実施例による有機ＥＬ素子は、光取出効率を向上させることができることがわかる。
【００４３】
以上、実施形態を用いて本発明を詳細に説明したが、本発明は本明細書中に説明した実施形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載及び特許請求の範囲の記載と均等の範囲により決定されるものである。以下、上記実施形態を一部変更した変更形態について説明する。
【００４４】
上述した各実施形態における材料、数値、形状等は、一例であり、適宜変更可能である。
【００４５】
また、上述した実施形態では、素子基板をガラス基板により構成したが、素子基板をフレキシブルなフィルム基板により構成してもよい。このように破損しやすいフィルム基板により素子基板を構成した場合でも、本発明では素子基板を粗面化することがないので、素子基板の破れや保護膜の欠損を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】第１実施形態による有機ＥＬ素子の断面図である。
【図２】有機ＥＬ素子の各製造工程を説明する図である。
【図３】有機ＥＬ素子の各製造工程を説明する図である。
【図４】有機ＥＬ素子の各製造工程を説明する図である。
【図５】有機ＥＬ素子の各製造工程を説明する図である。
【図６】第２実施形態による有機ＥＬ素子の断面図である。
【図７】第１実施例の粗面化に程度の実験結果である。
【図８】第１比較例の粗面化に程度の実験結果である。
【図９】第２比較例の光取出効率を説明する図である。
【符号の説明】
【００４７】
１、１Ａ      有機ＥＬ素子
２     素子基板
２ａ   成長主面
２ｂ   光取出主面
３     アノード電極
４     有機発光層
５     カソード電極
６     固体封止樹脂層
６Ａ   ＵＶ硬化樹脂材
７     封止板
８、８Ａ      光取出層
８ａ   光取出面
１８   エポキシ樹脂材
α     臨界角
【図１】
0005416914.tif 000002
【図２】
0005416914.tif 000003
【図３】
0005416914.tif 000004
【図４】
0005416914.tif 000005
【図５】
0005416914.tif 000006
【図６】
0005416914.tif 000007
【図７】
0005416914.tif 000008
【図８】
0005416914.tif 000009
【図９】
0005416914.tif 000010