(57)【要約】【課題】  有機発光層からの光が屈折率の高い透明性を有する陽極層から、屈折率の低いガラス基板に入射する際に、全反射によってガラス基板の透過光量が低下することを抑制して、高い取り出し効率が得られる有機ＥＬ素子を提供することである。【解決手段】  ガラス基板１上に、少なくとも、透明性を有する陽極層３、有機発光層５、陰極層６を順次積層して成る有機エレクトロルミネッセンス素子であって、前記ガラス基板１の上面または前記陽極層３の上面のいずれかに、光反射性を有する補助配線２が形成され、且つ、前記補助配線２の断面はオーバーハング形状である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。【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、少なくとも、透明性を有する陽極層、有機発光層、陰極層を順次積層して成る有機エレクトロルミネッセンス素子であって、
前記ガラス基板の上面または前記陽極層の上面のいずれかに、光反射性を有する補助配線が形成され、
且つ、前記補助配線の断面はオーバーハング形状である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】
前記ガラス基板の上面に形成される前記補助配線は、その厚さが前記陽極層の厚さの５０％以上であり、且つ、オーバーハング形状が前記ガラス基板の水平面に対して４８度以下であることを特徴とする請求項１に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項３】
前記陽極層の上面に形成される前記補助配線は、その厚さが前記有機発光層の厚さの５０％以上であり、且つ、オーバーハング形状が前記ガラス基板の水平面に対して５３度以下であることを特徴とする請求項１に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項４】
前記補助配線の上に透明絶縁層が形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか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、有機エレクトロルミネッセンス素子に関し、特に有機ＥＬ素子の光取り出し効率を向上させる構造に関する。
【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、自発光による広視野角、高速応答、薄型軽量などの利点から、携帯電話やデジタルカメラのディスプレイ、さらには照明機器に応用されている。
【０００３】
有機ＥＬ素子は一般的には、正孔輸送層、発光層、電子輸送層を電極に挟んだ構造であり、電極間に電界をかけ、電子、正孔を注入して発光層で励起子を生成し、再結合することで発光する。励起子には一重項状態と三重項状態があり、一重項状態と三重項状態の発生確率は量子的に１：３であり、三重項状態の発光を利用する燐光発光材料を用いた場合でも、発光効率は最大７５％である。
【０００４】
更に、正孔輸送層、発光層、電子輸送層はそれぞれの有機層からなり、その屈折率は概ね１．７程度、ＩＴＯ透明電極は２．１〜２．２程度、ガラス基板は１．４〜１．５程度、空気が１．０であるので、有機ＥＬ素子界面での全反射が起こり、実際に素子外部に取り出せる光は発光する光の２０％程度であり、合わせるとエネルギー変換効率としては１５％程度である。
【０００５】
具体的には、従来の有機ＥＬ素子は一般的には図４（ａ）に示すように、ガラス基板１上に、陽極層３（ＩＴＯ透明電極）、有機発光層５、陰極層６を順次積層して成る。この構成は、上述したように、有機発光層５を構成する正孔輸送層、発光層、電子輸送層が、それぞれ屈折率は概ね１．７程度の有機層からなり、ＩＴＯ透明電極３は２．１〜２．２程度、ガラス基板１は１．４〜１．５程度、空気が１．０であるので、有機ＥＬ素子界面での全反射が起こる。すなわち、図４（ｂ）に示すように、発光層から出た光がガラス基板１で全反射することで、前記光がガラス基板１に対して横方向に移動し（光の横漏れ）、その結果、ガラス基板１の正面方向に進行する光の透過光量が低下するという問題がある。
【０００６】
この取り出し効率を改善する方法としては、例えば、ガラス基板上に高屈折率層，ＩＴＯ透明電極層、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が開示されている（特許文献１）。
【０００７】
具体的には、図５（ａ）に示すような断面概要からなるが、図５（ｂ）に示すように有機発光層で発光した光は、依然として一部ＩＴＯ透明電極層において全反射するため、光の取り出し効率を大幅に向上させるには至っていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１３−１４０７２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、有機発光層からの光が屈折率の高い透明性を有する陽極層から、屈折率の低いガラス基板に入射する際に、全反射によってガラス基板の透過光量が低下することを抑
制して、高い取り出し効率が得られる有機ＥＬ素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
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、少なくとも、透明性を有する陽極層、有機発光層、陰極層を順次積層して成る有機エレクトロルミネッセンス素子であって、
前記ガラス基板の上面または前記陽極層の上面のいずれかに、光反射性を有する補助配線が形成され、
且つ、前記補助配線の断面はオーバーハング形状である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。
【００１１】
また、請求項２に記載の発明は、前記ガラス基板の上面に形成される前記補助配線は、その厚さが前記陽極層の厚さの５０％以上であり、かつ、オーバーハング形状が前記ガラス基板の水平面に対して４８度以下であ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。
【００１２】
また、請求項３に記載の発明は、前記陽極層の上面に形成される前記補助配線は、その厚さが前記有機発光層の厚さの５０％以上であり、かつ、オーバーハング形状が前記ガラス基板の水平面に対して５３度以下であ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。
【００１３】
また、請求項４に記載の発明は、前記補助配線の上に透明絶縁層が形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の有機ＥＬ素子である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の請求項１に記載の発明によれば、前記ガラス基板の上面または前記陽極層の上面のいずれかに、光反射性を有するオーバーハング形状の補助配線が形成されていることにより、有機発光層から発する光の内、従来は陽極層で全反射されていた光を、前記補助配線を介して正面方向へ反射することができ、その結果、光の取出し効率を増大することができる。
【００１５】
また、請求項２に記載の発明によれば、前記ガラス基板の上面に形成される前記補助配線は、その厚さが前記陽極層の厚さの５０％以上で、かつ、オーバーハング形状が前記ガラス基板の水平面に対して４８度以下とすることにより、従来は、有機発光層から発する光が陽極層（ＩＴＯ層）とガラス基板との界面で全反射して取出せなかった光を、ガラス基板方向に反射することができ、光の取出し効率を増大することができる。
【００１６】
また、請求項３に記載の発明によれば、前記陽極層の上面に形成される前記補助配線は、その厚さが前記有機発光層の厚さの５０％以上であり、かつ、オーバーハング形状が前記ガラス基板の水平面に対して５３度以下とすることにより、有機発光層から発する光が陽極層（ＩＴＯ層）とガラス基板との界面で全反射して、再度、有機発光層に入射する光をガラス基板方向に反射することができる。
【００１７】
また、請求項４に記載の発明によれば、前記補助配線の上に透明絶縁層を形成することにより、前記補助配線と陰極層との導通を防ぐことができる。また、補助配線の上に陽極層を形成する場合には、特に陽極層の膜厚が薄い場合には前記補助配線上での陽極層が断線し易くなるが、それを保護することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の有機ＥＬ素子の一実施形態を示す断面概略図である。
【図２】本発明の有機ＥＬ素子の一実施形態を示す断面概略図である。
【図３】本発明の有機ＥＬ素子の一実施形態を示す断面概略図である。
【図４】従来の有機ＥＬ素子の一実施形態を示す断面概略図である。
【図５】従来の有機ＥＬ素子の一実施形態を示す断面概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明は上記の課題を解決するためのものであり、以下、図に基づき本発明を具体的に説明する。
【００２０】
本発明の有機ＥＬ素子は、ガラス基板上に、少なくとも、透明性を有する陽極層、有機発光層、陰極層を順次積層して成る有機ＥＬ素子であって、前記ガラス基板の上面または前記陽極層の上面のいずれかに、光反射性を有する補助配線が形成され、且つ、前記補助配線の断面はオーバーハング形状であることを特徴とする有機ＥＬ素子である。
【００２１】
図１は本発明の有機ＥＬ素子の第一の一実施形態を示す断面概略図であり、具体的には、図１（ａ）に示すように、ガラス基板上１に光反射性を有する補助配線２が形成され、その上に、透明絶縁層４、さらに、透明性を有する陽極層３、有機発光層５、陰極層６を順次積層して成る有機ＥＬ素子である。なお、この実施形態では、前記陽極層３の膜厚が前記補助配線２の厚さより薄い場合を示している。
【００２２】
図１（ａ）に示すような前記ガラス基板１の上面に前記補助配線２が形成され、その上前記補助配線２の厚さより薄い前記陽極層３が形成される場合、前記補助配線２の上の陽極層３が破断する恐れがあるため、それを防止する目的として、前記補助配線２と前記陽極層３との間に透明絶縁層４を形成することを特徴としている。
【００２３】
前記補助配線２の厚さは発明者等の鋭意研究の結果、前記陽極層５の厚さの５０％以上が好ましい。この範囲であれば、界面での全反射による横方向に進む光をガラス基板方向に反射する効果が得られる。
【００２４】
また、上記の構造の場合、θ１は４８度以下が好ましい。一般的に、発光層を含めた有機層の屈折率はおよそ１．８、ＩＴＯを透明な陽極層とすると、その屈折率はおよそ２．０、さらにガラス基板の屈折率はおよそ１．５である。これらの値を用いて、θ１を算出すると、４９．７度となる。そこで、オーバーハングの角度をこの角度より限りなく小さくすること、好ましくは４８度以下にすることで、ＩＴＯ／ガラス基板界面で全反射してくる光を、ガラス基板側に有効に反射することができる。図１（ｂ）は、この場合の光路を表している。
【００２５】
図２は本発明の第二の一実施形態を示す断面概略図であり、ガラス基板上１に、少なくとも、透明性を有する陽極層３、有機発光層５、陰極層６を順次積層して成る有機ＥＬ素子であって、前記陽極層３の上面に、光反射性を有する補助配線２がオーバーハング形状で形成された有機ＥＬ素子である。
【００２６】
図２（ａ）で示す、θ２はガラス基板１の水平面と前記補助配線２とのオーバーハング形状の角度を表している。また、前記補助配線２は透明絶縁層４で覆われ、前記陰極との導通を防いでいる。
【００２７】
図２（ａ）に示すような前記陽極層３の上面に前記補助配線２が形成される構造の場合、前記補助配線２の厚さは発明者等の鋭意研究の結果、前記有機発光層５の厚さの５０％以上が好ましい。この範囲であれば、発光層で発光した光のうち水平方向に導波した光と共に、ＩＴＯ／ガラス基板界面での全反射による光をガラス基板方向に反射する効果が得られる。
【００２８】
また、上記の構造の場合のθ２は５３度以下が好ましい。上記で説明したように、有機層の屈折率１．８、陽極層の屈折率２．０、ガラス基板の屈折率１．５として、これらの値を用いて、θ２を算出すると５３．６度となる。そこで、オーバーハングの角度をこの角度より限りなく小さくすることで、好ましくは５３度以下にすることで、ＩＴＯ／ガラス基板界面で全反射して、再度、有機層に入射してくる光をガラス基板側に、有効に反射することができる。
【００２９】
図２（ａ）の構造を有する有機ＥＬ素子における有機発光層５からの光は、図２（ｂ）に示すような光路をとることができ、従来陽極層３で一部全反射されていた光を、オーバーハング形状の光反射性を有する補助配線を介して正面方向に誘導することができ、光の取り出し効率を向上させることができる。
【００３０】
図３は本発明の第三の一実施形態を示す断面概略図であり、図３（ａ）に示すように、ガラス基板上１に光反射性を有する補助配線２が形成され、その上に、透明性を有する陽極層３、有機発光層５、陰極層６を順次積層して成る有機ＥＬ素子である。なおこの実施形態では、前記補助配線２の膜厚よりその上に形成される前記陽極層３の膜厚が厚いため、前記補助配線２の上の陽極層３が破断する恐れがないので、図１に示すような前記補助配線２と前記陽極層３との間に透明絶縁層４を形成する必要はない。
【００３１】
本発明に用いるガラス基板１は、透明性、強度、耐熱性、耐薬品性、加工性等の面で優れたものであれば特に限定するものではない。
【００３２】
本発明に係る補助配線２は、オーバーハング形状で光反射性を有することを特徴とするものである。前記補助配線２に用いられる材料としては、光反射性と低抵抗性を有する金属材料が好ましく、例えば、Ｍｏ／Ａｌ／Ｍｏ（ＭＡＭ）、アルミニウム、銀、白金、金などが挙げられる。補助配線２を入れることにより、陽極層３単独よりもシート抵抗値を下げることができ、２００ｍｍ角以上の大面積においても均一に発光させることが可能となる。
【００３３】
また、前記補助配線２は、上記金属材料をスパッタリング法などで薄膜形成し、その上に感光性レジストを積層し、さらにフォトマスクを介して紫外線露光、現像してなる、いわゆるフォトリソ法と、その後のエッチングにより形成することができる。
【００３４】
前記補助配線２の形成に際し、ガラス基板１の水平面に対するオーバーハング形状の角度は、エッチング条件（温度、濃度等）により調整することができる。
【００３５】
前記補助配線２の膜厚は、図１、図２、図３に示すように構造により異なる。発明者らは鋭意研究の結果、以下のような効果を見出した。
【００３６】
例えば、図１に示すように、前記補助配線２がガラス基板の上面に形成される場合には、前記補助配線２の膜厚は陽極層３の膜厚の５０％以上にすることが好ましい。また、同時にガラス基板１の水平面と前記補助配線２とのオーバーハング形状の角度θ１は４８度以下にすることで、陽極層／ガラス基板界面で起こる光の全反射を効率よく抑制し、正面方向への光の取り出し率を向上することができる。
【００３７】
また、図２で示すように、前記補助配線２が陽極層３の上面に形成される場合には、有機発光層５の膜厚の５０％以上にすることが好ましい。また、同時にガラス基板１の水平
面と前記補助配線２とのオーバーハング形状の角度θ２は５３度以下にすることが好ましい。すなわち、前記補助配線２の膜厚とオーバーハング形状の角度θ２を上記の範囲にすることで、陽極層／ガラス基板界面で起こる全反射を金属面で効率よく反射し、正面方向への光の取り出し率を向上することができる。
【００３８】
本発明に係る陽極層３は、透明性や導電性から、例えば、ＩＴＯ、ＩＺＯ（インジウム・亜鉛複合酸化物）、酸化錫、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化アルミニウム複合酸化物等の透明電極材料を使用することができるが、低抵抗であること、耐溶剤性があること、高い透明性があることなどから、ＩＴＯが好ましい。これらの金属酸化物からなる透明電極材料はスパッタリング法などで形成することができる。また、前記陽極層３の膜厚は、透明性、導電性、物理的な膜強度を考慮して、０．１〜０．２μｍが好ましい。
【００３９】
本発明に係る透明絶縁層４は、前記補助配線２を覆うものであり、その上層に形成される陰極層６との導通を防ぐために設けられる。前記透明絶縁層４としては、ＳｉＯ２やＳｉＯｘ等の無機系材料や紫外線硬化型樹脂組成物を用いることができる。中でも、紫外線硬化型樹脂組成物を用いて、フォトリソ法による形成が、生産性やコスト面で好ましい。
【００４０】
前記透明絶縁層４は必要に応じて形成するものである。例えば、図１に示すように、補助配線２と陰極との間に陽極層３と有機発光層５があっても、有機発光層５の膜厚によっては導通する可能性があるため、前記透明絶縁層４を設けることが好ましい。また、図２に示すように、補助配線２が陽極層３の上層に形成されているため、陰極層６との間にある有機発光層５の膜厚によっては導通する可能性があり、その危険を防ぐために補助配線２の上に前記透明絶縁層４を設けることが好ましい。しかしながら、図３に示すように、補助配線２の膜厚に対して陽極層３が厚い場合には、導通する可能性がないため前記透明絶縁層４を設ける必要はない。
【００４１】
本発明に係る有機発光層５は、照明用に用いられている正孔輸送層、発光層、電子輸送層が順次積層された、公知のものを使用することができる。またその形成方法としては、特に限定するものではなく、公知の印刷法等を用いることができる。
【００４２】
正孔輸送層はＩＴＯ透明電極２から発光層へ正孔が注入され易くなるように、注入障壁を下げるためのものである。低分子系の正孔輸送材料としては、トリフェニルアミン２量体（ＴＰＤ）や、これらをスターバースト状に結合したスターバーストアミンが挙げられる。いずれもアモルファス状態を呈し、結晶化しないように高いガラス転移温度を示すのが好ましい。また、高分子系の正孔輸送材料としては、ポリアニリン誘導体、ポリチオフェン誘導体、ポリビニルカルバゾール誘導体などを用いることができる。
【００４３】
また、発光層は低分子系として、アルミキノリン、ベンゾオキサゾールＺｎ錯体、ベンゾキノリノールＢｅ錯体のような電子輸送性の金属錯体と、これらにドーピングして発光色の調整に用いる色素系材料がある。色素系にはジスチリルアリーレン誘導体、ピラゾキノリン誘導体、オキサジアゾール誘導体などが挙げられる。
【００４４】
また、有機発光材料を高分子材料に分散させたものが使用できる。例えば、クマリン系、ペリレン系、ピラン系、アンスロン系、ポルフィレン系、キナクリドン系、Ｎ，Ｎ´−ジアルキル置換キナクリドン系、ナフタルイミド系、Ｎ，Ｎ´−ジアリール置換ピロロピロール系、イリジウム錯体などの有機発光材料を、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリビニルカルバゾールなどの高分子材料に分散させたものが挙げられる。
【００４５】
上記のような有機発光材料と高分子材料に適正な溶剤を加え、安定して分散させた有機発光インキを調整して、各種印刷方法や塗布方法により発光層を形成する。また、有機発
光インキの調整には、必要に応じて、界面活性剤、酸化防止剤、粘度調整剤、紫外線吸収剤などを添加してもよい。
【００４６】
電子輸送層は、陰極から注入される電子を発光層に輸送するためのものである。前記電子輸送層を形成するための材料としては、例えば、キノリン、ペリレン、トリアゾール、オキサゾール、オキサジアゾール、またはこれらの誘導体や金属錯体が挙げられる。
【００４７】
本発明に係る有機発光層４は、上記で説明した正孔輸送層、発光層、電子輸送層が順次積層して構成されるものであるが、これらを構成する各種材料やそれぞれの層の形成方法については特に限定されるものではない。
【００４８】
本発明に係る陰極層６に使用できる材料としては、例えば、リチウム、マグネシウム、カルシウム、イッテルビウム、アルミニウムなどの金属単体や、これらと金、銀などの安定した金属との合金などが挙げられる。また、インジウム、亜鉛、錫などの導電性酸化物を用いることもできる。これらの電極用材料は前記有機発光層４の発光特性に応じて選ぶことができる。また、陰極層５の形状は、ストライプ形状でもベタ形状でもよい。
【００４９】
上記で説明したように、本発明の有機ＥＬ素子は、光反射性を有する補助配線をガラス基板の上面、または陽極層の上面のいずれかに形成することより、陽極層での全反射による光の損失が低減でき、発光層から出た光の正面方向への取り出し効率を向上することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明の有機ＥＬ素子は、液晶用バックライト、証明用光源、電飾、サイン用光源などに利用することが可能である。
【符号の説明】
【００５１】
１    ガラス基板
２    補助配線
３    陽極層
４    透明絶縁層
５    有機発光層
６    陰極
７    高屈折率層（散乱層）
【図１】
2015170491.tif 000003
【図２】
2015170491.tif 000004
【図３】
2015170491.tif 000005
【図４】
2015170491.tif 000006
【図５】
2015170491.tif 000007