(57)【要約】【課題】有機発光素子、これを備える照明装置、及びこれを備える有機発光ディスプレイ装置を提供する。【解決手段】基板１１０と、基板１１０上に形成された第１電極層１２０と、第１電極層１２０上にパターニングして配され、パターニングされた端部と第１電極層１２０の表面とが形成するテーパ角が２０°ないし６０°であり、第１電極層１２０または有機発光層１４０と屈折率の異なる材料で形成された屈折層１３０と、パターニングされた屈折層１３０を覆い、屈折層１３０のパターニングされた端部と接するように第１電極層１２０上に配された有機発光層１４０と、有機発光層１４０上に形成された第２電極層１５０と、を備える有機発光素子である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に形成された第１電極層と、
前記第１電極層上にパターニングして配され、パターニングされた端部と前記第１電極層の表面とが形成するテーパ角が２０°ないし６０°であり、前記第１電極層または有機発光層と屈折率の異なる材料から形成された屈折層と、
前記パターニングされた屈折層を覆い、前記屈折層のパターニングされた端部と接するように前記第１電極層上に配された有機発光層と、
前記有機発光層上に形成された第２電極層と、を備える有機発光素子。
【請求項２】
前記第１電極層及び第２電極層のうち少なくとも一つの電極は、透明電極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３】
前記屈折層は、前記有機発光層または第１電極層より屈折率が低いことを特徴とする請求項１または２に記載の有機発光素子。
【請求項４】
前記屈折層の屈折率の範囲は、１〜１.５５であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の有機発光素子。
【請求項５】
前記屈折層は、可視光線に透明な多孔性物質、フッ化化合物、酸化物、窒化物、シリコン化合物及び高分子有機物質のうちから選択された一つ以上の物質を含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の有機発光素子。
【請求項６】
前記屈折層のテーパ角は、３０°ないし６０°であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の有機発光素子。
【請求項７】
前記屈折層は、規則的にパターニングされ、前記パターニングされた屈折層は、前記第１電極層及び第２電極層と水平に形成されたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の有機発光素子。
【請求項８】
前記パターニングされた屈折層の周期性は、発光する光の波長より大きいことを特徴とする請求項７に記載の有機発光素子。
【請求項９】
前記パターニングされた屈折層の端部と前記第１電極層の表面とがなすテーパ角は、３０°ないし６０°であることを特徴とする請求項７または８に記載の有機発光素子。
【請求項１０】
前記屈折層は、前記有機発光層または第１電極層より屈折率が大きいことを特徴とする請求項１または２に記載の有機発光素子。
【請求項１１】
前記屈折層の屈折率の範囲は、１.９〜２.８であることを特徴とする請求項１０に記載の有機発光素子。
【請求項１２】
前記屈折層は、可視光線に透明な炭化物、酸化物、窒化物、硫化物、及びＳｅ化合物から選択された一つ以上の物質を含むことを特徴とする請求項１０または１１に記載の有機発光素子。
【請求項１３】
前記屈折層は、規則的にパターニングされ、前記パターニングされた屈折層は、前記第１電極層及び第２電極層と水平に形成されたことを特徴とする請求項１０〜１２のいずれか一項に記載の有機発光素子。
【請求項１４】
前記パターニングされた屈折層の周期性は、発光する光の波長より大きいことを特徴とする請求項１０〜１３のいずれか一項に記載の有機発光素子。
【請求項１５】
前記パターニングされた屈折層の端部と前記第１電極層の表面とがなすテーパ角は、３０°ないし６０°であることを特徴とする請求項１０〜１４のいずれか一項に記載の有機発光素子。
【請求項１６】
前記基板の外面に屈折率が１.４５〜１.８であるマイクロレンズアレイがさらに備えられたことを特徴とする請求項１〜１５のいずれか一項に記載の有機発光素子。
【請求項１７】
前記マイクロレンズアレイは、周期性のある形状パターンを有することを特徴とする請求項１６に記載の有機発光素子。
【請求項１８】
前記マイクロレンズアレイのサイズ及び周期性は、発光する光の波長より大きいことを特徴とする請求項１７に記載の有機発光素子。
【請求項１９】
前記マイクロレンズアレイは、可視光線に透明な酸化物、窒化物、シリコン化合物、及び高分子有機物から選択された一つ以上の物質を含むことを特徴とする請求項１６〜１８のいずれか一項に記載の有機発光素子。
【請求項２０】
請求項１〜１９のいずれか一項に記載の有機発光素子を備える照明装置。
【請求項２１】
請求項１〜１９のいずれか一項に記載の有機発光素子を備える有機発光ディスプレイ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機発光素子、これを備える照明装置、及びこれを含む有機発光ディスプレイ装置に係り、さらに詳細には、光抽出効率を高めた有機発光素子、これを備える照明装置、及びこれを備える有機発光ディスプレイ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機発光素子は、対向する電極の間に有機発光層を位置させ、一側の電極から注入された電子と他側の電極から注入された正孔とが有機発光層で結合し、この時の結合を通じて、発光層の発光分子が励起された後、基底状態に戻るとき放出されるエネルギーが光として発光される発光素子である。
【０００３】
有機発光素子の発光層から放出される光は、一般的に、特定の方向性なく放出され、統計的に、均一な角分布をなす任意の方向に放出される特性を有する。このため、有機発光素子の発光層内で生成された総光子数に対して、消耗されずに実際観測者に達する光子数の比率、すなわち、外部光抽出効率（Ｏｕｔｃｏｕｐｌｉｎｇ  Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ：ηｏｕｔ）は、有機層の屈折率がｎｏｒｇである時、約１／（２ｎｏｒｇ２）により求められ、通常ｎｏｒｇ値１.７５の場合、約１６％に止まるのが実情である。
【０００４】
有機発光素子の外部光抽出効率（ηｏｕｔ）は、全般的な外部量子効率及び電力効率を制限し、外部量子効率や電力効率は、有機発光素子の全体的な電力消耗量を決定して、有機発光素子の寿命に大きい影響を及ぼす要因であるので、これを増大させるために、多様な方面に努力がなされてきた。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、外部光抽出効率が向上した有機発光素子、これを備える照明装置、及びこれを備える有機発光ディスプレイ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を達成するために、本発明の一側面によれば、基板と、前記基板上に形成された第１電極層と、前記第１電極層上にパターニングして配され、パターニングされた端部と前記第１電極層の表面とが形成するテーパ角が２０°ないし６０°であり、前記第１電極層または有機発光層と屈折率の異なる材料から形成された屈折層と、前記パターニングされた屈折層を覆い、前記屈折層のパターニングされた端部と接するように、前記第１電極層上に配された有機発光層と、前記有機発光層上に形成された第２電極層と、を備える有機発光素子を提供する。
【０００７】
本発明の他の特徴によれば、前記第１電極層及び第２電極層のうち少なくとも一つの電極は、透明電極である。
【０００８】
本発明の他の特徴によれば、前記屈折層は、前記有機発光層または第１電極層より屈折率が低くなるように形成されてもよい。
【０００９】
本発明の他の特徴によれば、前記屈折層の屈折率の範囲は、１〜１.５５でありうる。
【００１０】
本発明の他の特徴によれば、前記屈折層は、可視光線に透明な多孔性物質、フッ化化合物、酸化物、窒化物、シリコン化合物及び高分子有機物質のうちから選択された一つ以上の物質を含みうる。
【００１１】
本発明の他の特徴によれば、前記屈折層のテーパ角は、３０°ないし６０°でありうる。
【００１２】
本発明の他の特徴によれば、前記屈折層は、規則的にパターニングされ、前記パターニングされた屈折層は、前記第１電極層及び第２電極層と水平に形成されうる。
【００１３】
本発明の他の特徴によれば、前記パターニングされた屈折層の周期性は、発光される光の波長より大きくてもよい。
【００１４】
本発明の他の特徴によれば、前記パターニングされた屈折層の端部と前記第１電極層の表面とがなすテーパ角は、３０°ないし６０°でありうる。
【００１５】
本発明の他の特徴によれば、前記屈折層は、前記有機発光層または第１電極層より屈折率が大きくなるように形成されてもよい。
【００１６】
本発明の他の特徴によれば、前記屈折層の屈折率の範囲は、１.９〜２.８でありうる。
【００１７】
本発明の他の特徴によれば、前記屈折層は、可視光線に透明な炭化物、酸化物、窒化物、硫化物、及びＳｅ化合物から選択された一つ以上の物質を含みうる。
【００１８】
本発明の他の特徴によれば、前記屈折層は、規則的にパターニングされ、前記パターニングされた屈折層は、前記第１電極層及び第２電極層と水平に形成されうる。
【００１９】
本発明の他の特徴によれば、前記パターニングされた屈折層の周期性は、発光される光の波長より大きくてもよい。
【００２０】
本発明の他の特徴によれば、前記パターニングされた屈折層の端部と前記第１電極層の表面とがなすテーパ角は、３０°ないし６０°でありうる。
【００２１】
本発明の他の特徴によれば、前記基板の外部表面に屈折率が１.４５〜１.８であるマイクロレンズアレイがさらに備えられうる。
【００２２】
本発明の他の特徴によれば、前記マイクロレンズアレイは、周期性を有しうる。
【００２３】
本発明の他の特徴によれば、前記マイクロレンズアレイのサイズや周期性は、発光される光の波長より大きくてもよい。
【００２４】
本発明の他の特徴によれば、前記マイクロレンズアレイは、可視光線に透明な酸化物、窒化物、シリコン化合物、及び高分子有機物から選択された一つ以上の物質を含みうる。
【００２５】
本発明の他の側面によれば、前記有機発光素子を備える照明装置を提供できる。
【００２６】
本発明の他の側面によれば、前記有機発光素子を備える有機発光ディスプレイ装置を提供できる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の実施形態による一定のテーパ角（θ）を有する屈折層を備える有機発光素子は、光抽出効率を向上させる。また、このような有機発光素子を備える照明装置及びディスプレイ装置も、光抽出効率の向上効果を期待できる。特に、前記屈折層を適用した有機発光素子及びこれを備えるディスプレイ装置において、マイクロレンズアレイの構造を使用せずに独立的に使われる場合でも、ピクセルブラーリング（ぼかし）現象を抑制しつつ光抽出効率を向上させうる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施形態による有機発光素子を概略的に示す断面図である。
【図２】低屈折層のテーパ角と光抽出効率との関係を概略的に示すグラフである。
【図３】本実施形態による有機発光装置の光抽出効率の改善メカニズムを説明するための光路追跡図を概略的に示す図面である。
【図４】テーパ角４５°の規則的なパターンに形成された低屈折層を備えた有機発光素子の断面図である。
【図５】比較例であって、テーパ角９０°の低屈折層を備えた有機発光素子の断面図である。
【図６】外部の受光部のサイズ別に、集光された光を電力に変換したときの電力値を正規化させたグラフである。
【図７】図６の１次微分値を示すグラフである。
【図８Ａ】本発明の他の実施形態による有機発光素子を概略的に示す断面図である。
【図８Ｂ】本発明の他の実施形態による有機発光素子を概略的に示す断面図である。
【図９】マイクロレンズアレイの屈折率と光抽出効率との関係を示すグラフである。
【図１０】マイクロレンズアレイの屈折率によって発生する光線追跡結果の例示を示す図面である。
【図１１】マイクロレンズアレイの屈折率、低屈折層のテーパ角、及び光抽出効率の関係を示すグラフである。
【図１２】本発明の他の実施形態による有機発光素子を概略的に示す断面図である。
【図１３】高屈折層のテーパ角と光抽出効率との関係を概略的に示すグラフである。
【図１４】本実施形態による有機発光装置の光抽出効率の改善メカニズムを説明するための光路追跡図を概略的に示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、添付した図面に示された本発明の望ましい実施形態を参照して、本発明の思想を詳細に説明する。
【００３０】
図１は、本発明の一実施形態による有機発光素子を概略的に示した断面図である。
【００３１】
図１を参照すれば、本実施形態による有機発光素子１００は、基板１１０、第１電極層１２０、低屈折層１３０、有機発光層１４０、及び第２電極層１５０を備える。
【００３２】
基板１１０は、ＳｉＯ２を主成分とするガラス材基板、プラスチック材基板などの多様な材質の基板を使用できる。本発明の有機発光素子１００は、第２電極層１５０側に光が放出される前面発光、基板１１０側に光が放出される背面発光、または両面発光のいずれの場合にも適用できるが、本実施形態では、基板１１０側に光が放出される背面発光素子について説明する。この場合、透明な基板１１０が使用される。
【００３３】
基板１１０上に第１電極層１２０が配される。本実施形態では、第１電極層１２０として透明電極の一種であって、屈折率が約１.８であるＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）を使用したが、本発明は、これに限定されず、ＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｚｉｎｃ  Ｏｘｉｄｅ）、ＺｎＯまたはＩｎ２Ｏ３を含む多様な透明電極で構成されうる。
【００３４】
第１電極層１２０上には、第１電極層１２０または後述する有機発光層１４０より屈折率が低い低屈折層１３０が、規則的なパターンにパターニングされて配される。たとえば、低屈折層１３０は、格子状、チェック状あるいはランダム分布などの多様なパターンに形成されうる。
【００３５】
低屈折層１３０の屈折率の範囲は、通常、第１電極層１２０として使われるＩＴＯの屈折率（ｎ＝１.８）または有機層１４０の屈折率（ｎ＝１.７〜１.８）より低いことが望ましく、本実施形態では、低屈折層１３０の屈折率として、１〜１.５５を使用した。このような低屈折層１３０の材料は、可視光線に透明な多孔性物質、フッ化化合物、酸化物、窒化物、シリコン化合物及び高分子有機物質のうちから選択された一つ以上の物質であり、本実施形態では、ＳｉＯ２を使用した。
【００３６】
低屈折層１３０のパターニングされた端部は、第１電極層１２０の表面とテーパ角（θ）が２０°ないし６０°に傾斜度を有して形成され、さらに望ましくは、３０°ないし６０°に形成される。
【００３７】
図２は、低屈折層のテーパ角と光抽出効率との関係を概略的に示したグラフである。
【００３８】
図２を参照すれば、テーパ角が２０°ないし７０°である時、外部光抽出効率は、２０％を上回り、テーパ角が３０°ないし６０°である時、外部光抽出効率は、２３％以上となり、通常の有機発光素子の光抽出効率である１６〜１８％に比べて、非常に優れていることが分かる。
【００３９】
低屈折層１３０上には、低屈折層１３０のパターニングされた端部と接するように、有機発光層１４０が形成される。有機発光層１４０としては、多様な物質により形成された多層構造に形成され、無機物質層をさらに備えることもある。このような有機発光層１４０は、低分子または高分子有機物から形成されうる。
【００４０】
低分子有機物を使用する場合、有機発光層１４０を介して、ホール注入層（ＨＩＬ：Ｈｏｌｅ  Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ  Ｌａｙｅｒ）（図示せず）、ホール輸送層（ＨＴＬ：Ｈｏｌｅ  Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ  Ｌａｙｅｒ）（図示せず）、電子輸送層（ＥＴＬ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ  Ｌａｙｅｒ）（図示せず）、電子注入層（ＥＩＬ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ  Ｌａｙｅｒ）（図示せず）が単一あるいは複合の構造に積層されて形成され、使用可能な有機材料として銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ：Ｃｏｐｐｅｒ  Ｐｈｔｈａｌｏｃｙａｎｉｎｅ）、Ｎ，Ｎ−ジ（ナフタレン−１−イル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−ベンジジン（ＮＰＢ）、トリス−８−ヒドロキシキノリンアルミニウム（Ａｌｑ３）を初めとして、その他の材料が適用可能である。高分子有機物の場合にも、有機発光層１４０からアノード電極側にＨＩＬ（図示せず）がさらに備えられた構造を有し、この時、ＨＩＬとしてＰＥＤＯＴ（Ｐｏｌｙ（３，４−ｅｔｈｙｌｅｎｅｄｉｏｘｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅ））を使用し、発光層としてＰＰＶ（Ｐｏｌｙ−ＰｈｅｎｙｌｅｎｅＶｉｎｙｌｅｎｅ）系及びポリフルオレン系などの高分子有機物質を使用できる。
【００４１】
有機発光層１４０上に第２電極層１５０が形成される。第２電極層１５０は、前面発光型素子の場合、透明電極として備えられ、背面発光型素子の場合、反射電極として備えられうる。本実施形態のように、背面発光素子で第２電極層１５０が反射型電極として備えられる時には、Ｌｉ、Ｃａ、ＬｉＦ／Ｃａ、ＬｉＦ／Ａｌ、Ａｌ、Ｍｇ及びこれらの化合物から形成されうる。
【００４２】
図３は、本実施形態による有機発光装置の光抽出効率の改善メカニズムを説明するための光路追跡図を概略的に示した図面である。
【００４３】
図３を参照すれば、有機発光層１４０から発生した光は、進行経路中に３０°ないし６０°のテーパ角を備えた低屈折層１３０の表面で反射されて進行方向が変わり、方向が変わった光は、上部金属電極、すなわち、第２電極層１５０で再び反射されながら基板１１０の外部に出光する。すなわち、本実施形態の低屈折層１３０は、一種の全反射用ミラーとして機能するので、低屈折層１３０で１回反射された光が空気中に抽出される比率が相対的に高い。この場合、一つのピクセルで生成された光が当該ピクセルから外部に抽出される確率が高まるので、光抽出効率の向上と同時に、ピクセルブラーリングを抑制できる。
【００４４】
一方、低屈折層１３０の端部が所定のテーパ角を有していなければ、すなわち、テーパ角が９０°である場合には、低屈折層１３０を１回通過した後、外部に光が抽出されるように屈折されるためには、低屈折層１３０の屈折率が１に近い、極めて小さい場合にのみ可能である。通常、容易に入手でき、かつ工程がよく知られたＳｉＯ２のような物質が低屈折物質として使われる場合には、低屈折層１３０を数回通過しながら屈折角が高くなってはじめて、外部に出光されうる。つまり、一つのピクセルで生成されて、閉じ込められた光が隣のピクセルから外部に出光する確率が高まることとなり、ピクセルブラーリングあるいはピクセル間クロストーキングを引き起こす。また、ＩＴＯ層に沿ってガイディングされる経路が長くなるにつれて、吸光される確率が高くなり、光抽出効率面でも非効率的である。
【００４５】
以下、図４ないし図７を参照して、これをさらに詳細に説明する。
【００４６】
図４は、テーパ角４５°の規則的なパターンで形成された低屈折層を備えた有機発光素子の断面図である。図５は、比較例であって、テーパ角９０°である低屈折層を備えた有機発光素子の断面図である。
【００４７】
発光部Ｐは、一つのピクセルサイズに対応して、２０１μｍ×２０１μｍ内にのみ分布させ、低屈折層１３０，３０は、隣のピクセルに及ぼす影響を確認するために、３μｍ×３μｍサイズの規則的なパターンで１００００μｍ×１００００μｍ（図４及び図５のＸμｍ）範囲に広く分布させ、基板１１０，１０の厚さは、７００μｍとした。
【００４８】
図６は、図４のＯＬＥＤ及び図５のＯＬＥＤから外部の受光部に集光された光を電力に変換したときの電力値を、当該受光部のサイズによって正規化させたグラフであり、図７は、図６の１次微分値を示したグラフである。
【００４９】
詳細には、図６は、低屈折層のテーパ角４５°及び９０°の各場合に対して、受光部のサイズを４６１μｍ×４６１μｍから５０００μｍ×５０００μｍまで変化させ、受光部に集光される光を電力に変換したときの電力値を比較したグラフである。
【００５０】
図６を参照すれば、４５°のテーパ角を備えた低屈折層１３０がある場合、単位２０１μｍ×２０１μｍピクセルから出た光による電力は、受光部のサイズが約１４００μｍ×１４００μｍとなるまでにほとんど受光されており、受光部のサイズがさらに増大してもほとんど変化しない。一方、９０°のテーパ角を備えた低屈折層３０がある場合、単位２０１μｍ×２０１μｍピクセルから出た光による電力は、１４００μｍ×１４００μｍ以上となっても続けて増加することが分かる。すなわち、９０°のテーパ角を備えた低屈折層３０を１回通過して基板１０の外部に出光する確率が低い光子は、基板１０に反射されて低屈折層３０を１回通過して出光するか、または一部は、低屈折層３０を３回通過して出光することを反復する。一方、４５°のテーパ角を備えた低屈折層１３０を通過した光子は、２回通過した後、ほとんどの光子が出光することを意味する。
【００５１】
詳細には、図７を参照すれば、９０°のテーパ角を備えた低屈折層３０の場合、自身のピクセルの外を経て抽出される光の量が多いことが確認できる。特に、受光部一辺のサイズが１４００μｍ、２８００μｍ、４２００μｍ近くの時、受光部に集光される光による電力値の増加分がピークとなることが確認できる。これは、空気−基板の界面における全反射臨界角を約４５°とすると、低屈折層３０を１回通過して基板１０内に光路が形成される基板ガイドモードに変換された光子は、水平方向に約［基板厚さ］×２（この場合、７００μｍ×２）ほど離れた所で再び低屈折層３０を通過するためである。
【００５２】
詳述した説明から、本実施形態のように、一定のテーパ角（θ）を維持した低屈折層を備えた有機発光素子では、テーパ角９０°を維持する低屈折層を備えた有機発光素子より光抽出効率が向上し、ピクセルブラーリングが抑制されるということが分かる。また、このような有機発光素子を含む照明装置及びディスプレイ装置も、光抽出効率の向上及びピクセルブラーリングの抑制効果を期待できる。
【００５３】
図８Ａ及び図８Ｂは、本発明の他の実施形態による有機発光素子を概略的に示した断面図である。
【００５４】
図８Ａ及び図８Ｂを参照すれば、本実施形態による有機発光素子１００Ａ，１００Ｂは、基板１１０、第１電極層１２０、所定テーパ角を備えるようにパターニングされた低屈折層１３０、有機発光層１４０、第２電極層１５０、及びマイクロレンズアレイ１６０Ａ，１６０Ｂを備える。
【００５５】
本実施形態による有機発光素子１００Ａ，１００Ｂは、前述した実施形態による有機発光素子１００にマイクロレンズアレイ１６０Ａ，１６０Ｂがさらに備えられたものであって、以下、本実施形態のみ特徴的な構成を中心に詳細に説明する。
【００５６】
本実施形態では、基板１１０の外面にマイクロレンズアレイ（ＭｉｃｒｏＬｅｎｓ  Ａｒｒａｙ：ＭＬＡ）１６０Ａ，１６０Ｂがさらに備えられる。図８Ａは、稠密六方形の半球形マイクロレンズアレイ１６０Ａが備えられた有機発光素子１００Ａを、図８Ｂは、逆台形のマイクロレンズアレイ１６０Ｂを備えた有機発光素子１００Ｂを例として示した図面である。前記図面は、マイクロレンズアレイについての例を表したものであって、それ以外にも、多様な形状に形成されうる。
【００５７】
このようなマイクロレンズアレイ１６０Ａ，１６０Ｂは、可視光線に透明な酸化物、窒化物、シリコン化合物、及び高分子有機物質のうちから選択された一つ以上の物質を含みうる。また、マイクロレンズアレイ１６０Ａ，１６０Ｂは、一定の形状のパターンの周期性を有するように形成され、マイクロレンズアレイ１６０Ａ，１６０Ｂのサイズや周期性は、発光する光の波長より大きく形成することによって、可視光領域における光の波長依存性を減らすことができる。
【００５８】
図９は、マイクロレンズアレイの屈折率と光抽出効率との関係を示したグラフであり、図１０は、マイクロレンズアレイの屈折率によって発生する光線追跡結果の例を示した図面である。
【００５９】
図９を参照すれば、マイクロレンズアレイの屈折率によって光抽出効率の改善程度が変わることが分かり、特に、マイクロレンズアレイの屈折率が１.６５近くで光抽出効率が最大になることが分かる。
【００６０】
また、図１０を参照すれば、マイクロレンズアレイ１６０の屈折率が基板１１０の屈折率より低ければ（Ｌ１を参照）、基板１１０−マイクロレンズ１６０の界面で全反射によって閉じ込められる光が多くなる。マイクロレンズアレイ１６０の屈折率が過度に高ければ（Ｌ２を参照）、マイクロレンズアレイ１６０と外気との境界面で全反射が発生する恐れがある。したがって、光抽出効率を最適化するためには、マイクロレンズアレイ１６０の屈折率を基板の屈折率と同一か、あるいは大きいとしてもあまり大きくない範囲（Ｌ３を参照）で最適化する必要がある。その範囲は、望ましくは、１.４５ないし１.８が適当であるということが図９から分かる。
【００６１】
このように、マイクロレンズアレイ１６０の使用自体だけでも、光抽出効率を向上させうるが、本実施形態のように、所定のテーパ角を備えるようにパターニングされた低屈折層１３０と共に使われる時、その長所がより最適化できる。それは、マイクロレンズアレイ１６０は、基板１１０に閉じ込められたモードによる光のみを外部に抽出するため、低屈折層１３０と共に使われる場合、有機発光層１４０と第１電極層１２０とに閉じ込められたモードによる光が、低屈折層１３０によって基板１１０に閉じ込められたモードによる光に転換され、マイクロレンズアレイ１６０によって最終的に外部に放出される２段階方式でさらに高い光抽出効率の向上を達成できる。
【００６２】
図１１は、マイクロレンズアレイの屈折率、低屈折層のテーパ角、及び光抽出効率の関係を示したグラフである。
【００６３】
図１１のグラフは、マイクロレンズアレイと低屈折層とを共に備えた有機発光素子の光抽出効率を示したものであって、マイクロレンズアレイの屈折率が１.６５である有機発光素子の光抽出効率が、マイクロレンズアレイの屈折率が１.４５である有機発光素子の光抽出効率より高いことが分かる。また、各場合において、低屈折層が適切なテーパ角を有する場合、光抽出効率が最適化されるということが分かる。
【００６４】
したがって、図１１を参照すれば、本実施形態では、マイクロレンズアレイの屈折率が１.４５〜１.８であり、低屈折層のテーパ角が３０〜６０°である場合、光抽出効率が最適化されることが分かる。
【００６５】
以下、図１２ないし図１４を参照して、本発明の他の実施形態による有機発光素子を説明する。
【００６６】
図１２は、本発明の他の実施形態による有機発光素子を概略的に示した断面図である。
【００６７】
図１２を参照すれば、本実施形態による有機発光素子２００は、基板２１０、第１電極層２２０、高屈折層２３０、有機発光層２４０、及び第２電極層２５０を備える。
【００６８】
本実施形態による有機発光素子２００は、前述した実施形態による有機発光素子１００の低屈折層１３０の代わりに、高屈折層２３０が備えられたものであって、以下、本実施形態のみの特徴を中心に詳細に説明する。
【００６９】
本実施形態による有機発光素子２００は、第２電極層２５０側に光が放出される前面発光、基板２１０側に光が放出される背面発光、または両面発光のいずれの場合にも適用可能であるが、本実施形態では、基板２１０側に光が放出される背面発光素子を基準に説明する。したがって、基板２１０は、透明なガラス材を使用し、第１電極層２２０は、ＩＴＯのような透明電極で備えられる。
【００７０】
第１電極層２２０上に第１電極層２２０または有機発光層２４０より屈折率の大きい高屈折層２３０が規則的なパターンでパターニングされて配される。この時、高屈折層２３０のパターンは、格子状、チェック状あるいはランダムな分布などの多様な形状に形成されうる。
【００７１】
高屈折層２３０の屈折率の範囲は、通常、第１電極層２２０として使われるＩＴＯの屈折率（ｎ＝１.８）または有機層２４０の屈折率（ｎ＝１.７〜１.８）より大きいことが望ましく、本実施形態において、屈折率１.９〜２.８の高屈折層２３０を使用した。このような高屈折層２３０の材料は、可視光線に透明な炭化物、酸化物、窒化物、硫化物、及びＳｅ化合物から選択された一つ以上の物質から選択されうる。
【００７２】
高屈折層２３０のパターニングされた端部は、第１電極層２２０の表面とテーパ角（θ）が２０°ないし６０°に傾斜して形成される。
【００７３】
図１３は、本発明の実施形態であって、屈折率が２.４である高屈折層のテーパ角と光抽出効率との関係を概略的に示したグラフであり、図１４は、本実施形態による有機発光装置の光抽出効率の改善メカニズムを説明するための光路追跡図を概略的に示した図面である。
【００７４】
前記図面を参照すれば、テーパ角が２０°ないし６０°である時、外部光抽出効率は、２１％を上回り、通常の有機発光素子の光抽出効率である１６〜１８％に比べて、非常に優れていることが分かる。
【００７５】
高屈折層２３０上には、高屈折層２３０のパターニングされた端部と接するように、有機発光層２４０が形成される。有機発光層２４０としては、色々な物質が使われた多層構造で形成され、無機物質層をさらに備えることもある。このような有機発光層２４０は、低分子または高分子有機物で備えられうるが、前述した実施形態と同一であるので、ここでの説明は省略する。
【００７６】
有機発光層２４０上に第２電極層２５０が形成される。本実施形態のように、背面発光素子で第２電極層２５０が反射型電極で備えられる時には、Ｌｉ、Ｃａ、ＬｉＦ／Ｃａ、ＬｉＦ／Ａｌ、Ａｌ、Ｍｇ及びこれらの化合物で形成されうる。
【００７７】
一方、図面に示していないが、本実施形態による有機発光素子２００の高屈折層２３０も、前述した実施形態と同様に、所定のテーパ角を備えた高屈折層を規則的なパターンで形成して光抽出効率の向上だけでなく、ピクセルブラーリングを抑制できる。また、基板２１０の外面にマイクロレンズアレイ（図示せず）をさらに備えて光抽出効率を向上させうる。
【００７８】
したがって、本実施形態のように、一定のテーパ角（θ）を維持した高屈折層を備える有機発光素子は、テーパ角９０°を有する高屈折層を備えた有機発光素子より光抽出効率を向上させ、ピクセルブラーリングを抑制させうる。また、このような有機発光素子を備える照明装置及びディスプレイ装置も、光抽出効率の向上及びピクセルブラーリングの抑制効果を期待できる。
【００７９】
一方、前記図面に示された構成要素は、説明の便宜上、拡大または縮小されて表示されうるので、図面に示された構成要素のサイズや形状に本発明が拘束されず、当業者ならば、これから多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であるということが分かるであろう。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲の技術的思想によって決定されねばならない。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明は、ディスプレイ関連の技術分野に好適に適用可能である。
【符号の説明】
【００８１】
１００，２００  有機発光素子、
１１０，２１０  基板、
１２０，２２０  第１電極層、
１３０  低屈折層、
１４０，２４０  有機発光層、
１５０，２５０  第２電極層、
１６０  マイクロレンズアレイ、
２３０  高屈折層。
【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８Ａ】
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【図８Ｂ】
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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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【図１３】
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【図１４】
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