(57)【要約】【課題】光散乱層および高屈折平坦層の形成と、水分や揮発性有機成分の低減を両立させた、安価で、高い光取出し効率を持つ有機エレクトロルミネッセンス素子を提供すること。【解決手段】ガラス基板１上に、光散乱層９、平滑層１０、陽極層２、有機発光層６、陰極層７を順次積層した有機エレクトロルミネッセンス素子であって、前記平滑層の主材料にスチレン樹脂を用い、平滑層の屈折率を１．７以上にしたことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス基板上に、光散乱層、平滑層、陽極層、有機発光層、陰極層を順次積層した有機エレクトロルミネッセンス素子であって、
前記平滑層の主材料にスチレン樹脂を用い、平滑層の屈折率を１．８以上にしたことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項２】
前記平滑層に、屈折率が２．０以上の無機酸化物を含有させたことを特徴とする請求項１記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項３】
前記無機酸化物がチタニアであることを特徴とする請求項２に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、長時間駆動させても駆動電圧の上昇がなく、素子の発光寿命を向上させた有機エレクトロルミネッセンス素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機エレクトロルミネッセンス素子（以下、有機ＥＬ素子と記す。）は、有機蛍光物質を２０００Å程度以下で離間対抗する電極間に挟んだ自己発光する素子である。有機の蛍光性材料には、低分子系材料と高分子系材料があるが発光原理は同じであり、陽極から蛍光性物質のＨＯＭＯに注入された正孔と陰極からＬＵＭＯに注入された電子とが再結合する際の蛍光あるいは燐光を利用するものである。液晶ディスプレイの次の世代のディスプレイ装置や平面光源として期待が高まっている。
【０００３】
有機ＥＬ素子の構成を、図２に示すが、基板１上に、陽極電極２、有機発光層６（正孔輸送層３、発光層４、電子輸送層５等）、陰極電極７、保護膜８等からなっている。陽極電極２は、光が取り出せる透明な電極であり、通常はＩＴＯ（インジウム錫複合酸化物）が使用されている。正孔輸送層３は、陽極電極２から正孔が蛍光発光層４に注入されやすくする有機層である。電子輸送層５は、発光層４に電子を注入する層でマグネシウムと銀の合金のような金属であり、仕事関数小さいアルカリ金属系材料が使用されている。
【０００４】
多層媒体中を通過する光１１は、相互の屈折率関係と厚みの大小により変調を受ける。干渉により透過波長が変動したり、全反射により層中を導波する光となって取り出せなくなる問題がある。特に、屈折率が高い層から低い層に光が入り込む場合、入射角度により全反射が生じ、全反射光は当該媒体中を導波してエッジから出射してしまい、正面方向に取り出せなくなる。取り出せる光の量は、蛍光体が発光した光の２０％程度しかないという問題がある。
【０００５】
光取出し効率を高めるための方法が提案されており、陽極電極と透明なガラス基板との間に、高屈折である光散乱層および平滑層を設けることが提案されている。このことにより、陽極電極の短絡発生を防ぎつつ、散乱により光取出し効率を上げることが出来ている。しかしながら、光散乱層及び平坦層として共にガラスを用いているため、５００℃以上での高温が必要であり、基材が限定されてしまうとともに、コスト増と環境への影響が懸念される（特許文献１）。
【０００６】
そこで、安価な樹脂を用いる手法が提案されており、フルオレン骨格を有する高屈折樹脂に、高屈折の金属酸化物を混合させることで、高屈折光散乱層および平滑層を設けることが提案されている。しかしながら、樹脂および金属酸化物から発生する水分や揮発性有機成分の除去のために追加工程として減圧加熱を用いているが、一般的に、ＯＨ基を有する金属酸化物は水分と非常に結びつきやすいため、たとえ減圧加熱後であっても大気中の水分が再吸着しやすく、平坦層からの脱水分発生による素子の劣化が懸念される（特許文献２）。
【０００７】
そこで、水分や揮発性有機成分による素子の劣化を防ぐために光散乱層と陽極電極の間にバリア層を形成する手法がていあんされている。しかしながらバリア層を設けることにより、透過率が低下してしまうという欠点を有する。また、工程が増えることから、コスト増につながる（特許文献３〜５）。
【０００８】
このように、光取出し効率改善のための高屈折光散乱層および平坦層の形成と、水分や
揮発性有機成分の低減の両立を、安価に実施するのは困難であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１０−１９８７９７号公報
【特許文献２】特開２０１３−３３２０８号公報
【特許文献３】特開２００７−６６８８６号公報
【特許文献４】特開２００７−２９４４３８号公報
【特許文献５】特開２００９−２５９７９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記問題点を解決するものであり、光散乱層および高屈折平坦層の形成と、水分や揮発性有機成分の低減を両立させた、安価で、高い光取出し効率を持つ有機エレクトロルミネッセンス素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題を解決するための手段として、請求項１に記載の発明は、ガラス基板上に、光散乱層、平滑層、陽極層、有機発光層、陰極層を順次積層した有機エレクトロルミネッセンス素子であって、
前記平滑層の主材料にスチレン樹脂を用い、平滑層の屈折率を１．８以上にしたことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子である。
【００１２】
また、請求項２に記載の発明は、前記平滑層に、屈折率が２．０以上の無機酸化物を含有させたことを特徴とする請求項１記載の有機エレクトロルミネッセンス素子である。
【００１３】
また、請求項３に記載の発明は、前記無機酸化物がチタニアであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の高屈折平滑層を用いることにより、散乱効果により光取出し効率を改善しつつ、かつ水分や揮発性有機成分の発生を抑制することで寿命に優れた有機エレクトロルミネッセンス素子を製造することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施の形態に係る有機ＥＬ素子構成を示す概略断面図である。
【図２】従来の有機ＥＬ素子構成の一例を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下本発明を実施するための形態を、図面を用いて詳細に説明する。本発明の有機ＥＬ素子は、基本的には図１に示すように、基板１、陽極電極２、有機発光層６（正孔輸送層３、発光層４、電子輸送層５等）、陰極７から構成されている。有機発光層６から出射された光は、種々の原因で消失するが、本発明の対象となる損失は、屈折率の高い陽極電極２（屈折率：ｎ１）から屈折率の低い基板１（屈折率：ｎ２）に入射する際に、臨界角（ａｒｃｓｉｎ（ｎ２／ｎ１））より大きい入射角で入射する光が界面で全反射されてＩＴＯ層内を導波する光となって正面成分から消失するものに限られる。
【００１７】
そこで、本発明は、前記界面に光散乱層９および平滑層１０を配置したものである（図１参照）。ここで有機発光層６は、正孔輸送層３、発光層４、電子輸送層５までを含んだ層構成を例示しているが、いずれかがなかったり、図示はしていないが追加の機能層も含
む場合もある。
【００１８】
本発明で使用する平滑層は、スチレンを有する樹脂を含有する層である。スチレン樹脂は、アクリル樹脂と比してＯＨ基を有しないため、吸水率が低いという特徴がある。また、芳香環を有する樹脂のため屈折率が高く、後述する無機物の添加量を少なくしつつ、より高い屈折率を得られるという特徴がある。とくに、同じく高屈折樹脂としてメガネレンズ等に使用されるフルオレンやチオール含有の高屈折樹脂と比して、スチレン樹脂は一般的に広く普及しているため安価に生産できるという特徴を有する。本発明で使用するスチレン樹脂は、溶剤との溶解性を向上する等のために他樹脂との共重合でも良いが、スチレンの特徴を生かすためには、可能な限りスチレンの共重合比は高い方が望ましい。
【００１９】
本発明で使用する平滑層は、陽極と平滑層との界面での取出し効率をあげるため、屈折率１．７以上が望ましい。とくに望ましくは１．８以上である。一般的に高屈折といわれる樹脂の屈折率は１．６〜１．７であるため、さらなる高屈折化の方法として無機物と混合する方法が望ましい。
【００２０】
本発明で使用する光散乱層は、散乱性を有する方法としては、０．４〜１．０μｍ程度の光散乱性粒子を基板上に敷設または粒子を溶剤に分散してから基板上に塗布し溶剤を乾燥させるか、前記の高屈折率樹脂に分散させたものを薄く塗布する方法が望ましい。基板への入射角を変動させる効果と、屈折率の変化を滑らかにして反射を低減する効果が期待できる。
【００２１】
本発明で使用する光散乱層は、前記平滑層と光散乱層との界面での取出し効率をあげるため、平滑層と同等の屈折率が望ましい。高屈折率化の方法は特に制限はないが、水分や揮発性有機成分を抑制する点で、前記平滑層と同様の方法が望ましい。
【００２２】
平滑層を、高屈折化のために添加する無機酸化物としては、屈折率ｎが２．０以上であることが望ましい。例えばチタニア（ｎ≒２．７）、ジルコニア（ｎ≒２．４）等の高屈折性の無機酸化物のいずれか、もしくはこれらの混合物を分散させたものが使用できる。一方、酸化亜鉛（ｎ≒１．９５）、アルミナ（ｎ≒１．７６）、酸化シリコンなどの無機酸化物は、屈折率が低く、相当量添加しなければならない。結果として、樹脂量が少なくなることで塗布性が悪化し、ムラや凝集がおきやすくなる。
【００２３】
また、無機物は化学的に水分と吸着しやすく、また表面の平坦性の低下につながるため、より高屈折の無機物を使用し樹脂への混合量を可能な限り少なくすることが望ましい。
【００２４】
本発明の光散乱層および平滑層の塗布方法は、特に制限はない。例えば、スプレーコート、スピンコート、スリットコート、ロールコート等の塗布方法が挙げられる。塗布膜の乾燥には、減圧乾燥機、コンベクションオーブン、ＩＲオーブン、ホットプレート等を使用してもよい。
【００２５】
本発明で使用する基板１は、透明であれば低屈折率の基板でも問題ないため、ガラス基板、石英基板、プラスチック基板等を使用できる。とくに、透明性、強度、耐熱性、耐薬品性、加工性の面で優れたガラス基板が最も好ましい。
【００２６】
以下に、本発明の具体的実施例について説明する。なお、本発明はその要旨を超えない範囲において、以下の実施例に限定されるものではない。
【００２７】
＜平滑層樹脂溶液の調整＞
実施例及び比較例で用いた各種平滑層樹脂溶液の調整方法を以下に説明する。
【実施例１】
【００２８】
平滑層樹脂溶液の調整として、
スチレン樹脂：ＴＯ８０（東洋スチレン社製）                            ３０重量部チタニア：ＳＴＲ−１００Ａ−ＬＰ（堺化学社製）                        ７０重量部溶剤：シクロヘキサノン                                              ４００重量部を均一になるように攪拌混合した後、１μｍのフィルタで濾過して平滑層樹脂溶液を調整し、乾燥状態で、スチレン樹脂３０重量％、チタニア７０重量％の塗膜を得た。
【００２９】
＜平滑層の作製＞
作製した平滑層樹脂溶液をスピンコート法によりガラス基板に塗工した後、クリーンオーブン中で、９０℃で１分間プリベークした。次いで、この基板を室温に冷却した後、クリーンオーブン中で、２３０℃で３０分間ポストベークを行い、平滑層を作製した。作製した塗膜の膜厚を測定し、膜厚が１．３０μｍとなるコート条件を求めた。各樹脂溶液について当該条件下で前述の操作を行い、それぞれ評価用の塗膜を作製した。
【００３０】
＜比較例１＞
平滑層樹脂溶液の調整として、
スチレン樹脂：ＴＯ８０（東洋スチレン社製）                            ３０重量部酸化亜鉛：ＦＩＮＥＸ−３０Ｗ−ＬＰ２（堺化学社製）                    ７０重量部溶剤：シクロヘキサノン                                              ４００重量部を均一になるように攪拌混合した後、１μｍのフィルタで濾過して平滑層樹脂溶液を調整し、調整した平滑層樹脂溶液を実施例と同様の操作を行い、評価用として、乾燥状態で、スチレン樹脂３０重量％、酸化亜鉛７０重量％の塗膜を得た。
【００３１】
＜比較例２＞
平滑層樹脂溶液の調整として、
スチレン樹脂：ＴＯ８０（東洋スチレン社製）                            ２０重量部酸化亜鉛：ＦＩＮＥＸ−３０Ｗ−ＬＰ２（堺化学社製）                    ８０重量部溶剤：シクロヘキサノン                                              ４００重量部を均一になるように攪拌混合した後、１μｍのフィルタで濾過して平滑層樹脂溶液を調整し、調整した平滑層樹脂溶液を実施例と同様の操作を行い、評価用として、乾燥状態で、スチレン樹脂２０重量％、酸化亜鉛８０重量％の塗膜を得た。
【００３２】
＜比較例３＞
平滑層樹脂溶液に用いたアクリル樹脂溶液は、まず、反応容器にシクロヘキサノン３７０部を入れ、容器に窒素ガスを注入しながら８０℃に加熱して、同温度で下記モノマー及び熱重合開始剤の混合物を１時間かけて滴下して重合反応を行った。
メタクリル酸                                                        ９．２重量部メチルメタクリレート                                              １０．０重量部２−ヒドロキシエチルメタクリレート                                １２．５重量部Ｎ−シクロヘキシルマレイミド                                      ４１．８重量部メチルメタクリレート、グリシジルメタクリレート共重合              ２６．５重量部滴下終了後、さらに８０℃で３時間反応させた後、アゾビスイソブチロニトリル１．０重量部をシクロヘキサノン５０重量部に溶解させたものを添加し、さらに８０℃で１時間反応を続けて、アクリル樹脂の溶液を得た。
【００３３】
室温まで冷却した後、樹脂溶液約２ｇをサンプリングして１８０℃、２０分加熱乾燥して不揮発分を測定し、先に合成した樹脂溶液に不揮発分が２０重量％になるようにシクロヘキサノンを添加して、アクリル樹脂溶液を調製した。
【００３４】
平滑層樹脂溶液の調整として、
上記アクリル樹脂溶液                                                  ３０重量部チタニア：ＳＴＲ−１００Ａ−ＬＰ（堺化学社製）                        ７０重量部溶剤：シクロヘキサノン                                              ４００重量部を均一になるように攪拌混合した後、１μｍのフィルタで濾過して平滑層樹脂溶液を調整し、調整した光散乱層樹脂溶液を実施例と同様の操作を行い、評価用のとして乾燥状態で、アクリル樹脂３０重量％、チタニア７０重量％の塗膜を得た。
【００３５】
＜比較例４＞
平滑層樹脂溶液の調整として、
上記アクリル樹脂溶液                                                  ６０重量部チタニア：ＳＴＲ−１００Ａ−ＬＰ（堺化学社製）                        ４０重量部溶剤：シクロヘキサノン                                              ４００重量部を均一になるように攪拌混合した後、１μｍのフィルタで濾過して平滑層樹脂溶液を調整し、調整した平滑層樹脂溶液を実施例と同様の操作を行い、評価用として、乾燥状態で、アクリル樹脂６０重量％、チタニア４０重量％の塗膜を得た。
【００３６】
【表１】
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＜平滑層のムラ外観評価＞
得られた塗布基板について、ムラの有無を目視で確認した。測定の結果を以下に従って判定した。
×：ムラ発生
○：ムラなし
である。
【００３７】
＜平滑層の屈折率評価＞
得られた塗布基板の屈折率を、分光光度計Ｕ−４１００（日立ハイテク社製）を用いて反射分光を測定し、屈折率を計算した。測定の結果を以下に従って判定した。
×：屈折率＜１．８
○：屈折率≧１．８
である。
【００３８】
＜脱水分量評価＞
得られた塗布基板の脱水分量を、カールフィッシャー水分計ＡＱ−２１００ＳＴ（平沼産業社製）を用いて測定した。測定の結果を以下に従って判定した。
×：≧１５ｐｐｍ
○：＜１５ｐｐｍ
である。
【００３９】
評価結果を表１に示す。実施例１では屈折率１．８以上でありながら、低脱水分量であるため、ＥＬ素子の長寿命化が期待される。
【００４０】
これに対し、比較例１〜４は外観、屈折率、脱水分量、劣化のいずれかひとつまたは複数の特性が劣るという結果であった。
【符号の説明】
【００４１】
１・・・ガラス基板
２・・・陽極
３・・・正孔輸送層
４・・・発光層
５・・・電子輸送層
６・・・有機発光層
７・・・陰極電極
８・・・保護膜
９・・・光散乱層
１０・・・平滑層
１１・・・光路
【図１】
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【図２】
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