(57)【要約】【課題】輝度ムラや輝度低下が生じ難い照明用有機ＥＬ素子を提案する。【解決手段】陽極２と陰極３の間にベタ状に発光層（４）を設けた照明用有機ＥＬ素子１において、陽極２及び陰極３の少なくとも何れか一方が、多数の電極パターンが整列したマス目状に形成されている、照明用有機ＥＬ素子１とした。また、別の例として、陽極と陰極の間にベタ状に発光層を設けた照明用有機ＥＬ素子において、陽極及び陰極の両方がストライプ状に形成されており、ストライプ状の陽極とストライプ状の陰極が直行するように構成されている、照明用有機ＥＬ素子とすることもできる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極と陰極の間にベタ状に発光層を設けた照明用有機ＥＬ素子において、
陽極及び陰極の少なくとも何れか一方が、多数の電極パターンが整列したマス目状に形成されている、
照明用有機ＥＬ素子。
【請求項２】
陽極及び陰極の何れか一方のみが、
多数の電極パターンが整列したマス目状に形成されている、
請求項１記載の照明用有機ＥＬ素子。
【請求項３】
陽極及び陰極の両方が、
多数の電極パターンが整列したマス目状に形成されている、
請求項１記載の照明用有機ＥＬ素子。
【請求項４】
陽極と陰極の間にベタ状に発光層を設けた照明用有機ＥＬ素子において、
陽極及び陰極の両方がストライプ状に形成されており、
ストライプ状の陽極とストライプ状の陰極が直行するように構成されている、
照明用有機ＥＬ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明用として用いられる有機ＥＬ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
物質に電界を印加した時に電子帯構造に応じた波長の光を放出する現象をエレクトロルミネッセンス(Electroluminescence)と呼ぶ。この現象を利用した発光素子がエレクトロルミネッセンス発光素子（以降、ＥＬ素子と呼ぶ）である。
【０００３】
このＥＬ素子として、発光材料に無機物を用いたいわゆる無機ＥＬ素子の他、発光材料に有機物を用いたいわゆる有機ＥＬ素子もある。この有機ＥＬ素子は、対向する一対の電極間にＡｌｑ３やＰＰＶ等の有機発光材料を含んだ発光層を設け、この発光層に一対の電極それぞれからホールと電子を注入し、発光層内部で再結合させて励起子を生成し、有機発光材料のＨＯＭＯ−ＬＵＭＯギャップに応じた波長の光を放出して発光する素子である。
【０００４】
有機ＥＬ素子は、薄型面光源として今後の屋内照明の一翼を担う可能性が大きく、各社その高効率化、高出力化に取り組んでいる。また照明用という目的のため、その大面積化も求められている。
【０００５】
有機ＥＬ素子の基本構造は、例えば、ガラス基板の上に陽極（透明電極）、ホール注入層、ホール輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層、陰極（金属電極）が積層されているものがある。陽極と陰極の間に直流電圧を印加すると、イオン・電子が発光層で再結合し、その時の再結合エネルギーが光として放射される。簡単に述べると、陽極と陰極の間に有機薄膜（発光層を含む）を挟みこんだ構造であり、直流電圧を印加させて発光させるものである。
【０００６】
有機ＥＬ素子の課題の一つとして信頼性がある。すなわち、有機ＥＬ素子は、長時間点灯すると、不点になったり極端な輝度ムラ・輝度低下が発生したりする現象が生じるのである（図５参照）。
【０００７】
この課題を解決する目的で種々の技術が提唱されており、それらは有機薄膜材料自体や成膜プロセスに関するものが多い。例えば、下記特許文献１では成膜条件に着目し、「成膜に先立って、有機薄膜層を成膜する雰囲気を低露点でかつ有機蒸気を含んだ雰囲気に調節し、該雰囲気中で有機薄膜層を成膜することを特徴とする有機ＥＬ素子の有機薄膜層成膜方法。」が記載され、これによって、「ダークスポットが経時的に発生しにくく、信頼性の高い、高分子有機ＥＬ素子の有機薄膜層成膜方法等を提供することができる。」とある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７‐２７３２２９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
前述したように、有機ＥＬ素子は長時間点灯すると、輝度ムラや輝度低下が発生する。本願発明は、このような従来課題に対して通常とは異なる観点からのアプローチによって生み出されたものであり、輝度ムラや輝度低下が生じ難い照明用有機ＥＬ素子を提案することを目的とする。以下、本願発明における上記アプローチについて以下に詳説する。
【００１０】
有機ＥＬ素子に用いられている有機薄膜は電気伝導性が小さく、誘電体としての性質を有しているとみなせる。そして高効率化のためには有機薄膜の厚みを非常に薄くする必要がある（例えば、数十ｎｍ程度）。したがって印加電圧は数ボルトであっても、電界強度は１０８Ｖ/ｍのオーダーとなり非常に強い。そして、有機ＥＬ素子の電極の間には吸引力が働き、その単位面積あたりの力の大きさは式（１）で示される。
【数１】
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ここで、Ｆは力の大きさ[N]、εは誘電体の誘電率、Ｅは電極間の電界強度である。
【００１１】
また、有機ＥＬ素子は発光部の面積が大きいこともあり（通常は、数ｃｍ角〜１０ｃｍ角以上）、有機薄膜（誘電体）の厚みが不均一になりやすいといった課題や、透明導電膜が抵抗値を持ち、その値の制御が困難なため、陽極面での電圧降下が発生し、有機薄膜（誘電体）中の電界強度が場所によって異なるといった課題がある。
そのため、電極間の引力（吸引力）は場所によって異なってくる。
【００１２】
それによって以下の現象が生じる。
（現象Ａ）図６に示すように、電極には一定電圧が印加されているため、厚みが薄いところ（図６中の領域[2]とする）の電界強度、電束密度ともに、周り（図６中の領域[1]とする）より高くなる。そのため領域[2]に働く力（図６中Ｆ2）は領域[1]に働く力（図６中Ｆ1）より大きくなる。したがって、領域[2]は電極間をさらに短くしようとする力が働く。
【００１３】
（現象Ｂ）図７に示すように、給電点付近（領域[2]）とそこから離れた場所（領域[1]）との境界面（仮想）においては、領域[2]の有機薄膜（誘電体）が領域[1]に広がろうとする力が働く。そのため、領域[1]の部分の密度が濃くなり、領域[1]の電極はさらに距離が遠のく。その結果、もともと電界の弱い部分（領域[1]、実際の有機ＥＬ素子では給電部から離れた中央部分）の電極間距離が長くなり、その部分の電界強度がさらに弱くなり、輝度が暗くなる。
【００１４】
上記（現象Ａ）についての確認実験を行った。実際に点灯中は電極に印加された電界により、電極間に引力が働く。図８に示す回路で、有機ＥＬを点灯後、スイッチを開き消灯させ、そのあとの電圧の時間的な変化を観察した。図９(1)がその波形であり、図９(2)がそのデータを片対数化したものである。図９(2)の接線の傾きの逆数が時定数を示すことより、有機ＥＬの静電容量を求めることができる。この測定結果から、図中のC1,C2を求めるとそれぞれ、1.9μF、1.4μFであった。このことよりスイッチを切った直後（電荷が電極にたくさんある状態）は静電容量が大きく、時間がたって電荷が放電された状態になると静電容量が小さいことがわかる。これは電荷が多く存在する状態では電極間の引力によって電極間距離が短くなっているためである。電極間距離が短いところは電界が強く、輝度も明るくなる。
【００１５】
次に上記（現象Ｂ）について考えてみる。給電点付近（領域[2]）の電界強度、電束密度は、離れた場所（領域[1]）に比べて大きくなる。領域[2]、および領域[1]の電極間に働く力Ｆ1、Ｆ2は次式（２）で示される。
【数２】
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【００１６】
ここで、Ｅ2＞Ｅ1よりＦ2＞Ｆ1が成り立つ。また、この場合には有機薄膜（誘電体）に横方向の力が働く（図７中のF3,F4）。つまり領域の境界面では領域[2]の有機薄膜（誘電体）には領域[1]に広がろうとする力が働くため、その部分の密度が薄くなる傾向があり、領域[1]の有機薄膜（誘電体）が増加し、その部分の厚みが増加することになる。その結果、領域[1]の部分（実際の素子では中央部）が厚くなり電極間距離が長くなる。そのため、その部分で電界強度が低くなり輝度が暗くなる、という現象につながる。実際に図５のマル４(○の中に数字の４),マル５,マル６の部分の表面の変位を分光干渉レーザ変位計により測定した結果を図10に示す。この結果から、発光面は数十秒にわたって変化しているものの、安定したところの電極間の厚みは、最も暗い中央部分（マル５）が最も厚く、最も明るい給電部分（マル４）が最も薄いという結果が得られた。安定に数十秒を擁しているのは、有機材料の粘性によるものだと考察している。
【００１７】
以上のように、実際に有機ＥＬを点灯させたとき、電極にたまった電荷による引力、および有機薄膜（誘電体）にかかる横方向の力が原因で、電極間距離が場所によって変位し、輝度ムラが発生している。
【００１８】
本発明はそのような現象を起こりにくくする有機ＥＬの構造を提案するものであり、この現象を防ぐことにより、輝度ムラを防ぐことはもちろんのこと、輝度の低下を抑えることができる構造を提案するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記課題を解決するために、陽極と陰極の間にベタ状に発光層を設けた照明用有機ＥＬ素子において、陽極及び陰極の少なくとも何れか一方が、多数の電極パターンが整列したマス目状に形成されている、照明用有機ＥＬ素子とした。
ここで、発光層は「ベタ状」であり、また、「照明用有機ＥＬ素子」であるから、例えば、発光層がＲＧＢの三色に塗り分けられている有機ＥＬ素子は、本願発明の技術的範囲に含まれない。
また、電極パターンの数は、照明用有機ＥＬ素子のサイズなどによって適切な範囲が変わってくるが、「多数」とは１６個（４個×４個）以上をいう。
【００２０】
この照明用有機ＥＬ素子は、電極をマス目状に形成することにより、電極パターン（マス）と電極パターン（マス）の間に電界が存在しない（又は電界が非常に弱い）部分を設けることにより、電界の強い部分と弱い部分とを周期的に作ることで、一方向のみへ有機薄膜（誘電体）を動かそうとする力を分散させることができる。その結果、輝度ムラや輝度低下が生じ難い照明用有機ＥＬ素子となる。
【００２１】
このとき、陽極及び陰極の何れか一方のみが、多数の電極パターンが整列したマス目状に形成されている、照明用有機ＥＬ素子とすることも好ましい。
【００２２】
またこのとき、陽極及び陰極の両方が、多数の電極パターンが整列したマス目状に形成されている、照明用有機ＥＬ素子とすることも好ましい。
【００２３】
一方、上記課題は、陽極と陰極の間にベタ状に発光層を設けた照明用有機ＥＬ素子において、陽極及び陰極の両方がストライプ状に形成されており、ストライプ状の陽極とストライプ状の陰極が直行するように構成されている、照明用有機ＥＬ素子によっても解決される。
【００２４】
この照明用有機ＥＬ素子は、電極をストライプ状にし、かつ陽極と陰極で直行するように配置することで、電界の弱い部分と強い部分を交互に設けることにより、一方向のみへ有機薄膜（誘電体）を動かそうとする力を分散させることができる。その結果、輝度ムラや輝度低下が生じ難い照明用有機ＥＬ点灯装置となる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明により、輝度ムラや輝度低下が生じ難い照明用有機ＥＬ素子を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】第一実施形態の照明用有機ＥＬ素子を例示する図である。
【図２】有機薄膜（誘電体）に働く力が分散する様子を説明するための図である。
【図３】第二実施形態の照明用有機ＥＬ素子を例示する図である。
【図４】第三実施形態の照明用有機ＥＬ素子を例示する図である。
【図５】有機ＥＬ素子の輝度ムラを示す写真及び図である。
【図６】電極間距離が均一でない場合に電極間に働く力を示す原理説明図である。
【図７】電極が抵抗値を有する場合に電極間に働く力を示す原理説明図である。
【図８】有機ＥＬ素子の静電容量を測定するための回路図である。
【図９】有機ＥＬ素子の静電容量の測定結果である。
【図１０】電極間距離の時間的変異を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、照明用有機ＥＬ素子を例示説明する。照明用有機ＥＬ素子は、陽極と陰極の間にベタ状（平面視においてベタ状）に発光層を設けた構成を前提とする。
まず、陽極及び陰極の少なくとも何れか一方が、多数の電極パターンが整列したマス目状に形成されている照明用有機ＥＬ素子について説明した後、陽極及び陰極の両方がストライプ状に形成されている照明用有機ＥＬ素子について説明する。
なお、図１〜図４については、説明の都合上、電極（陽極２、陰極３）と有機薄膜４（発光層を含む）のみを示してあり、基板などを省略表示してある。また、図１、２、４において（１）は平面図、（２）は側面図であり、図３において（２）は側面図、（３）は底面図である。
【００２８】
１．第一実施形態
本実施形態の照明用有機ＥＬ素子１は、図１に示す様に、陽極２及び陰極３の両方が、多数の電極パターンが整列したマス目状に形成されている、照明用有機ＥＬ素子である。
【００２９】
詳しくは、陽極２と陰極３の両方が、多数の矩形形状の電極パターンが整列したマス目状に形成されている。陽極２と陰極３の各電極パターンは、有機薄膜４を挟んで、それぞれ対向するような位置（対応する位置）に形成されている。有機薄膜４はベタ状の発光層（図示せず）を含んでいる。
【００３０】
陽極２や陰極３には、種々の材料を用いることができる。陽極２の材料としては、正孔注入能が高い、仕事関数の大きな金属や合金の電気伝導性化合物を用いることができる。例えば、金、よう化銅、酸化錫、ＩＴＯなどである。通常は陽極側から発光が取り出されるため、可視光領域で透過率の高い物質が好ましい。陽極２の材料として、通常は、透過率の高いＩＴＯが最も多く用いられる。
陰極３の材料としては、仕事関数の小さな金属や合金を用いることができる。例えば、アルカリ金属、アルカリ土類金属およびガリウム、インジウムなどの第３族金属などである。
【００３１】
有機薄膜４としては、発光層の他、例えば、ホール注入層、ホール輸送層、電子輸送層、電子注入層などが積層される。これら各層も、種々の材料を用いることができる。
【００３２】
矩形形状の電極パターンの大きさは、照明用有機ＥＬ素子の大きさにもよるが、大きすぎると電極パターン内での輝度ムラや輝度低下が生じやすくなる。このような観点からは、一辺の長さが３ｃｍ以下であることが好ましく、１ｃｍ以下であることがより好ましく、５ｍｍ以下であることが最も好ましい。
また、矩形形状の電極パターンの大きさは、小さすぎると照明用有機ＥＬ素子全体としての輝度が低下しがちになる。このような観点からは、一辺の長さが１ｍｍ以上であることが好ましく、３ｍｍ以上であることがより好ましく、５ｍｍ以上であることが最も好ましい。
【００３３】
また、隣り合う電極パターンの距離は、小さすぎると隣の電極パターンと一体化するなどして製造歩留まりが低下する可能性がある。このような観点からは、隣り合う電極パターンの距離は、０．１ｍｍ以上であることが好ましく、０．２ｍｍ以上であることがより好ましく、０．３ｍｍ以上であることが最も好ましい。
また、隣り合う電極パターンの距離は、大きすぎると照明用有機ＥＬ素子全体としての輝度が低下しがちになる。このような観点からは、隣り合う電極パターンの距離は、３ｍｍ以下であることが好ましく、１ｍｍ以下であることがより好ましく、０．５ｍｍ以下であることが最も好ましい。
【００３４】
陽極２又は陰極３の各電極パターン同士を導通させるには、種々の構成が考えられる。
例えば、陽極２では、基板（図示せず）の電極形成面と反対側の面に導電パターン（又はベタ状の導電膜）を形成し、基板を貫通するスルーホールに導電材料を充填して各電極パターンと導通させる構成（スルーホール導通）が可能である。
また、陰極３では、有機薄膜４側とは反対側の電極の面に対して、各電極パターン上にスルーホールを設けたレジスト層を形成し、このレジスト層の上から導電パターン（又はベタ状の導電膜）を形成してスルーホールに導電材料を充填することで導通させることも可能である。
さらに、電極形成面（陰極では基板表面、陽極では有機薄膜の表面）に、隣り合う電極パターン同士を導通させる導電パターンを形成してもよい。このとき、導電パターンは隣り合う電極パターンの対向する辺同士の中央部を連結するように設けることが可能である。導電パターンの太さは、連結される電極パターンの辺の大きさよりも十分に細いことが好ましい。例えば、導電パターンの太さは、連結される電極パターンの辺の長さの、１／１０〜１／２とすることが好ましい。電極パターンよりも抵抗値の低い材料で導電パターンを形成することが好ましい。
【００３５】
本実施形態の照明用有機ＥＬ素子は、図２に示すように、電極パターン（マス）と電極パターン（マス）の間に電界が存在しない（又は電界が非常に弱い）部分を設けることにより、電界の強い部分と弱い部分とを周期的に作ることで、一方向のみへ有機薄膜４（誘電体）を動かそうとする力を分散させることができる。その結果、経時的に輝度ムラや輝度低下が生じ難い照明用有機ＥＬ素子となるのである。
【００３６】
２．第二実施形態
図３に第二実施形態の照明用有機ＥＬ素子を示す。本実施形態の照明用有機ＥＬ素子は、陰極３のみが、多数の電極パターンが整列したマス目状に形成されている。陽極２（通常は透明電極）は、ベタ状（平面視）となっている。
【００３７】
本実施形態においても、陰極３の各電極パターン同士を導通させるには、種々の構成が考えられる。
例えば、有機薄膜４側とは反対側の陰極３の面に対して、各電極パターン上にスルーホールを設けたレジスト層を形成し、このレジスト層の上から導電パターン（又はベタ状の導電膜）を形成してスルーホールに導電材料を充填することで導通させることも可能である。
また、電極形成面（有機薄膜の表面）に、隣り合う電極パターン同士を導通させる導電パターンを形成してもよい。このとき、導電パターンは隣り合う電極パターンの対向する辺同士の中央部を連結するように設けることが可能である。導電パターンの太さは、連結される電極パターンの辺の大きさよりも十分に細いことが好ましい。
【００３８】
３．第三実施形態
図４に第三実施形態の照明用有機ＥＬ素子を示す。本実施形態の照明用有機ＥＬ素子は、陽極２及び陰極３の両方がストライプ状に形成されており、ストライプ状の陽極２とストライプ状の陰極３が直行するように構成されている。
【００３９】
ストライプ状の電極パターンの幅は、照明用有機ＥＬ素子の大きさにもよるが、大きすぎるとパターン内での輝度ムラや輝度低下が生じやすくなる。このような観点からは、電極パターンの幅は３ｃｍ以下であることが好ましく、１ｃｍ以下であることがより好ましく、５ｍｍ以下であることが最も好ましい。
また、ストライプ状の電極パターンの幅は、小さすぎると照明用有機ＥＬ素子全体としての輝度が低下しがちになる。このような観点からは、電極パターンの幅は１ｍｍ以上であることが好ましく、３ｍｍ以上であることがより好ましく、５ｍｍ以上であることが最も好ましい。
【００４０】
また、隣り合うストライプ状の電極パターンの距離は、小さすぎると隣の電極パターンと一体化するなどして製造歩留まりが低下する可能性がある。このような観点からは、隣り合う電極パターンの距離は０．１ｍｍ以上であることが好ましく、０．２ｍｍ以上であることがより好ましく、０．３ｍｍ以上であることが最も好ましい。
また、隣り合うストライプ状の電極パターンの距離は、大きすぎると照明用有機ＥＬ素子全体としての輝度が低下しがちになる。このような観点からは、隣り合う電極パターンの距離は３ｍｍ以下であることが好ましく、１ｍｍ以下であることがより好ましく、０．５ｍｍ以下であることが最も好ましい。
【００４１】
陽極２又は陰極３の各電極パターン同士を導通させるには、種々の構成が考えられる。
例えば、隣り合う電極パターン同士の端部（有機薄膜層４の外側部分に位置）を導通させる導電パターンを形成することができる。
【００４２】
以上、特定の実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、当該技術分野における熟練者等により、本出願の願書に添付された特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変更及び修正が可能である。
【００４３】
例えば、第二実施形態の照明用有機ＥＬ素子は、陰極のみを、多数の電極パターンが整列したマス目状に形成されていたが、これに限定されない。陽極のみを、多数の電極パターンが整列したマス目状に形成してもよい。
【符号の説明】
【００４４】
１  照明用有機ＥＬ素子
２  陽極
３  陰極
４  有機薄膜（発光層を含む）
【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】
2015118752.tif 000011
【図８】
2015118752.tif 000012
【図９】
2015118752.tif 000013
【図１０】
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