(57)【要約】【課題】  簡素な構成であってかつ光取り出し効率の向上が図られる有機ＥＬ素子であって、さらには基板から外部に照射される光が射出角の大小を問わず色が付かず略同一の明るさとなるような有機ＥＬ素子を提供すること。【解決手段】  有機ＥＬ素子は、一方の面に反射防止膜が形成され、他方の面に透明性ある陽極層、有機ＥＬ層、陰極層が順に積層された透明基板を有しており、該反射防止膜が、透明基板側から素子外部側に向けて屈折率が低下していくように構成にした。【選択図】  図１
2005339927.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の面に反射防止膜が形成され、他方の面に透明性ある陽極層、有機エレクトロルミネッセンス層、陰極層が順に積層された透明基板を有する有機エレクトロルミネッセンス素子であって、
前記反射防止膜は、前記透明基板側から素子外部側に向けて屈折率が低下していくように構成されてい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】
請求項１に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子において、
前記反射防止膜の前記透明基板に最も近い部位での屈折率が前記透明基板の屈折率よりも小さく構成されてい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３】
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において、
前記反射防止膜は、屈折率が異なる複数の薄膜を積層して構成され、
前記薄膜の膜厚t（単位：ｎｍ）が以下の条件（１）を満たし、かつ互いに隣接する前記薄膜間の屈折率差｜Δｎ｜が以下の条件（２）、
30≦ｔ≦200・・・（１）
0.02≦｜Δｎ｜≦0.3・・・（２）
を、それぞれ満たす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４】
請求項３に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子において、
前記反射防止膜における最も前記素子外部側の層の屈折率ｎｅが以下の条件（３）、
1.02≦ｎｅ≦1.38・・・（３）
を満たす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５】
請求項３または請求項４に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子において、
前記反射防止膜において、少なくとも最も前記素子外部側の層は、多孔質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６】
請求項３から請求項５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において、
前記反射防止膜の最も前記素子外部側の層は、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＭｇＦ２、ＣａＦ２のいずれかの物質によって構成されてい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７】
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において、
前記反射防止膜は、屈折率が連続して変化する単層膜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８】
請求項１から請求項７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において、
前記透明基板の屈折率ｎ１および前記陽極層の屈折率ｎ２が以下の条件（４）〜（６）
1.60＜ｎ１＜2.15・・・（４）
1.60＜ｎ２＜2.15・・・（５）
｜ｎ１−ｎ２｜＜0.4・・・（６）
を、それぞれ満たす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９】
請求項８に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子において、
前記有機エレクトロルミネッセンス層の屈折率ｎ３が以下の条件（７）、（８）
1.60＜ｎ３＜1.80・・・（７）
｜ｎ２−ｎ３｜＜0.4・・・（８）
を満たすことを特徴とする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、多色表示可能な表示装置または光源として利用可能な平面型の固体発光素子である有機エレクトロルミネッセンス素子（以下、有機ＥＬ素子という）に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、有機ＥＬ素子は、他の固体発光素子に比べて、低電圧による直流駆動が可能であること、視野角が広いこと、視認性が高いこと、高速な応答性を備えること、等の優れた性能を有している。有機ＥＬ素子は、上記のような優れた性能から、様々な技術分野において実用化されている。
【０００３】
該有機ＥＬ素子は、基板に、導電膜（陽極層）、有機ＥＬ層、金属導電膜（陰極層）が順次積層されて構成される。そして、両極間に電圧を印加することにより、有機ＥＬ層に電流が流れ、光が生じる。近年多く用いられている有機ＥＬ素子は、有機ＥＬ層で発生した光が、透明に構成された陽極層と基板を介して外部に照射される。
【０００４】
ここで、有機ＥＬ層で発生した光は、外部に照射されるまでに、該有機ＥＬ層と陽極層の界面、陽極層と基板の界面、基板と外部（空気）との界面のそれぞれによって一部反射される。さらに、屈折率の高い層から低い層へ光が透過する場合、臨界角以上の角度をもって入射した光は全反射を起こしてしまう。従って従来の有機ＥＬ素子における光取り出し効率は、約１５％程度に満たなかった。なお本文において、有機ＥＬ層で発生した光の量に対する、実際に基板から外部に照射される光の量の割合を、光取り出し効率（単位：％）という。そこで、光取り出し効率の向上を図るため、以下の各特許文献１〜３に例示される有機ＥＬ素子が提案されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−８６３５３号公報
【特許文献２】特開２００３−１０９７４９号公報
【特許文献３】特開２００３−３１３７４号公報
【０００６】
特許文献１に記載の有機ＥＬ素子は、陽極層と基板の間に集光層を配設することにより、光取り出し効率の向上を図っている。該集光層は、集光性を有する構造物と該構造物よりも高い屈折率を持つ透明性樹脂から構成される。また、特許文献２に記載の有機ＥＬ素子は、陽極層と基板の界面を凹凸面として形成することにより、光取り出し効率の向上を図っている。
【０００７】
しかし、上記各特許文献１、２に記載の有機ＥＬ素子を製造する場合、特許文献１であれば集光層、特許文献２であれば凹凸状の界面といった複雑な構成を形成するための工程が新たに追加されることになる。そのためには新たな加工装置等の導入や非常に高精度での作業が要求される。従って、コスト面や労力の面等から実用性に乏しい。
【０００８】
また、特許文献３に記載の有機ＥＬ素子は、基板の両面、すなわち陽極層と基板の界面および基板と外部（空気）との界面に反射防止膜を設けることにより、光取り出し効率の向上を図っている。
【０００９】
しかし、特許文献３で用いる反射防止膜は、射出角０°の時に最も反射率を低減できるような膜を使用している。そのため、射出角が大きくなるにつれて、波長による反射率の変化が大きく出てしまう。つまり、基板から外部に照射される光が見る角度によって色が変わったり、暗くなったりするため好ましくない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
そこで上記事情に鑑み、本発明は、簡素な構成であってかつ光取り出し効率の向上が図られる有機ＥＬ素子であって、さらには基板から外部に照射される光が射出角の大小を問わず色が付かず略同一の明るさとなるような有機ＥＬ素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の有機ＥＬ素子は、一方の面に反射防止膜が形成され、他方の面に透明性ある陽極層、有機ＥＬ層、陰極層が順に積層された透明基板を有しており、該反射防止膜が、透明基板側から素子外部側に向けて屈折率が低下していくように構成されていることを特徴とする。
【００１２】
請求項１に記載の有機ＥＬ素子によれば、上記のような反射防止膜を使用することにより、該素子から射出される光の射出角が大きくなるにつれて透過率が低下する現象を有効に防ぐことができる。
【００１３】
ここで、射出角０°の光は、最も輝度が高く、色変化も殆ど起こらない。これに対し、射出角が大きくなるにつれて、光の輝度の低下や色変化が発生してくる。そのため、上記特許文献３に例示される従来の反射防止膜では、大きな射出角の光の輝度の低下や色変化を有効に防ぐことができない。これに対して、上記のような反射防止膜は、射出角によって透過率が大きく変化することがない。従って、請求項１に記載の有機ＥＬ素子であれば、該反射防止膜を設けたという簡易な構成でありながらも、大きな射出角をもって射出される光の輝度を保証し、結果として光取り出し効率の向上を実現している。
【００１４】
好ましくは、透明基板に最も近い部位での屈折率が透明基板の屈折率よりも小さく構成された反射防止膜を使用する（請求項２）。これにより、反射防止膜と透明基板の界面での反射率を効果的に低減することができる。
【００１５】
具体的には、上記の反射防止膜は、屈折率が異なる複数の薄膜を積層して構成することができる。この場合、射出角が大きくなっても透過率を維持できるという上記効果を奏するために、反射防止膜は、各薄膜の膜厚t（単位：ｎｍ）が以下の条件（１）を満たし、かつ互いに隣接する薄膜間の屈折率差｜Δｎ｜が以下の条件（２）を、それぞれ満たすことが望ましい（請求項３）。
30≦ｔ≦200・・・（１）
0.02≦｜Δｎ｜≦0.3・・・（２）
【００１６】
条件（１）は、光の透過性を確保しつつも色変化を防ぐための条件である。条件（１）において、膜厚ｔが下限を下回ると、あまりに光の波長に対して膜厚が薄くなってしまうため、光を入射しても屈折率の異なる二つの膜を積層したことによる効果があまり得られなくなり好ましくない。また、条件（１）において、膜厚ｔが上限を上回ると、透明基板から空気まで徐々に屈折率が変化する効果が減少して、その厚膜に対する干渉効果が顕著になる。このため反射率が大きく変化してしまう、つまり色変化が発生してしまうため好ましくない。
【００１７】
条件（２）は、反射防止効果の実効性を高めるための条件である。条件（２）において、屈折率差｜Δｎ｜が下限を下回ると、屈折率差を利用した反射防止効果が得られにくくなるため好ましくない。また、条件（２）において、屈折率差｜Δｎ｜が上限を上回ると、互いに隣接する薄膜間の界面での干渉効果が顕著になり、透過率を十分に確保することができず、好ましくない。
【００１８】
また、反射防止膜における最も素子外部側の層（以下、最外層という）の屈折率ｎｅが以下の条件（３）、
1.02≦ｎｅ≦1.38・・・（３）
を満たすことが望ましい（請求項４）。このように、最外層の屈折率をより外部（空気）の屈折率に近づけることにより、どのような射出角をもって射出される光に対しても、外部との界面における反射率を小さく抑えることができる。
【００１９】
なお、上記最外層を多孔質にすることにより、より外部に近い屈折率の層を得ることができる。また、それぞれ異なる材料によって製造された膜により、屈折率が徐々に変化する多層膜構造を構成することもできるが、同一材料であっても、空孔の形成度合いが異なる多孔質の膜を使用しても該多層膜構造を形成することができる。
【００２０】
また、低屈折率が要求される最外層は、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＭｇＦ２、ＣａＦ２のいずれかの物質によって構成することが好ましい（請求項６）。
【００２１】
また、反射防止膜は、屈折率が連続して変化する単層膜として構成することもできる（請求項７）。
【００２２】
さらに、請求項８に記載の有機ＥＬ素子は、透明基板の屈折率ｎ１および前記陽極層の屈折率ｎ２が以下の条件（４）〜（６）を、それぞれ満たすことを特徴とする。
1.60＜ｎ１＜2.15・・・（４）
1.60＜ｎ２＜2.15・・・（５）
｜ｎ１−ｎ２｜＜0.4・・・（６）
【００２３】
請求項８に記載の発明によれば、透明基板と陽極層が採りうる屈折率の範囲を略同一にすることにより、透明基板と陽極層の界面での反射率を有効に低減する。同時に、透明基板と外部との界面に反射防止膜を設けることにより、該界面での反射率も有効に低減する。従って、上述した各特許文献１や２に記載の有機ＥＬ素子のように構成を複雑にすることなく、各界面での反射率を抑えて光取り出し効率の向上を達成することができる。
【００２４】
また請求項９に記載の発明によれば、さらに有機ＥＬ層の屈折率ｎ３が以下の条件（７）、（８）
1.60＜ｎ３＜1.80・・・（７）
｜ｎ２−ｎ３｜＜0.4・・・（８）
を満たすことが望ましい。これにより、有機ＥＬ層と陽極層の界面での反射率も抑えることができ、光取り出し効率のより一層の向上が図られる。
【発明の効果】
【００２５】
以上のように、本発明に係る有機ＥＬ素子は、所定の設計がなされた反射防止膜を透明基板と外部との界面に設けることにより、該界面での反射率を有効に低減している。さらには、少なくとも透明基板と陽極層の屈折率を略同一にすることにより、透明基板と陽極層の界面における反射率も低減している。このように本発明に係る有機ＥＬ素子は、適切な屈折率で各層を構成するという簡易な構成でありながらも光取り出し効率の向上を図ることができる。
【００２６】
さらに本発明に係る有機ＥＬ素子は、上記反射防止膜により、透明基板と外部との界面における射出角が大きな光であっても、輝度を維持するとともに色変化を抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
図１は、本発明の実施形態の有機ＥＬ素子１０の概略構成を示す図である。図１に示すように、有機ＥＬ素子１０は、透明基板１を有する。透明基板１の一方の面には、該一方の面側から順に、陽極層２、有機ＥＬ層３、陰極層４が積層されている。また透明基板１の他方の面には、反射防止膜５が設けられている。なお、図１に示す各部材１〜５の寸法は、説明の便宜上誇張して描かれたものであり、実際の有機ＥＬ素子１０における寸法とは異なる。
【００２８】
透明基板１は、以下の条件（４）を満たす屈折率ｎ１を持つガラスで構成される。
1.60＜ｎ１＜2.15・・・（４）
また、陽極層２は、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）膜、ＡＴＯ（antimony doped tindioxide）膜、ＺｎＯ（zinc  oxide）膜といった透明電極層が用いられる。また陽極層２の屈折率ｎ２は、以下の条件（５）を満たす。
1.60＜ｎ２＜2.15・・・（５）
本実施形態では、透明基板１の屈折率と陽極層２の屈折率が、各々、条件（４）または条件（５）を満たすと共に、互いの屈折率差が小さくなるように設定される。すなわち、以下の条件（６）を満たす。
｜ｎ１−ｎ２｜＜0.4・・・（６）
このように、透明基板１と陽極層２の屈折率の差を小さく抑えることにより、透明基板１と陽極層２の界面での反射率を小さく抑えて光取り出し効率を向上させている。
【００２９】
また、有機ＥＬ層３は、Ａｌｑ３（アルミキノリノール錯体）、Ａｌｍｑ（メチルアルミキノリール錯体）、Ｂｅｑ２（ベリリウム−キノリン錯体）等で構成される。より詳しくは、有機ＥＬ層３は、陽極層２側から順に、発光層、電子輸送層が積層されて構成されている。なお、陽極層２と有機ＥＬ層３の間には、正孔注入層、正孔輸送層といった発光を長持ちさせるための層が配設されているがここでは説明および図示を省略する。有機ＥＬ層３の屈折率ｎ３は、以下の条件（７）、（８）を満たす。
1.60＜ｎ３＜1.80・・・（７）
｜ｎ２−ｎ３｜＜0.4・・・（８）
【００３０】
陰極層４は、Ａｌ、Ａｇ、Ｉｎ、ＭｇやＡｕ等により構成される金属導電膜である。陽極層２と陰極層４に電圧を印加することにより、有機ＥＬ層３に電流が流れ、発光する。有機ＥＬ層３で発生した光は、陽極層２と透明基板１を介して外部（ここでは空気）に照射される。
【００３１】
反射防止膜５は、蒸着、スパッタ、ＣＶＤ、スピン、ディップ、スプレー、または貼付等の手法によって透明基板１に設けられている。反射防止膜５は、透明基板１側から外部側に向けて徐々に屈折率が低くなるように構成されている。具体的には、本実施形態の反射防止膜５は、屈折率が異なる複数の薄膜を積層して構成されている。各薄膜は、膜厚ｔが以下の条件（１）を満たす。条件（１）は、光の透過性を確保しつつも色変化を防ぐための条件である。
30≦ｔ≦200・・・（１）
【００３２】
図２は、反射防止膜を構成する各薄膜の膜厚ｔを変えた場合において、入射角５°で入射する光に対する該反射防止膜の反射防止効果を表すグラフである。該グラフにおいて、横軸が入射する光の波長を、縦軸が反射率を示す。
【００３３】
図２に示すように、２１０ｎｍや２０ｎｍといった条件（１）を満たさない膜厚を持つ薄膜で構成された反射防止膜は、いずれも可視域において、高い反射率を有しており、かつ該反射率も波長毎に異なる。そのため、条件（１）を満たさない膜厚を持つ薄膜で構成された反射防止膜を使用すると、光取り出し効率が低下してしまうだけでなく、色変化の発生による視認性の劣化も起こるおそれがある。
【００３４】
これに対し、条件（１）を満たす１３５ｎｍの膜厚を持つ薄膜で構成された本実施形態の反射防止膜５は、条件（１）を満たさない構成に比べて、可視域での反射率が比較的低くかつ均一に抑えられている。つまり、条件（１）を満たす反射防止膜５を備える有機ＥＬ素子１０は、色変化を有効に抑えつつ高い光取り出し効率を備える。
【００３５】
また、徐々に反射率が変化していく効果を得るために、反射防止膜５は、互いに隣接しあう二つの膜の屈折率差｜Δｎ｜が以下の条件（２）を満たすように構成される。屈折率差｜Δｎ｜が条件（２）を満たすように構成することにより、反射防止膜５の反射防止効果が有効に得られる。
0.02≦｜Δｎ｜≦0.3・・・（２）
【００３６】
条件（１）および条件（２）を満たすように構成された反射防止膜５は、上記特許文献１に開示される反射防止膜のように、反射率低減効果が射出角に依存することがない。従って、本実施形態の有機ＥＬ素子１０は、広い射出範囲において高い光取り出し効率を得ることができる。
【００３７】
なお、透明基板１と反射防止膜５の界面での反射率を低く抑えるため、反射防止膜５における透明基板と当接する膜は、透明基板１の屈折率よりも小さい屈折率となるように構成される。
【００３８】
また、外部と反射防止膜５の界面での反射率も低く抑えるため、反射防止膜５における最外層の屈折率ｎｅは、以下の条件（３）、
1.02≦ｎｅ≦1.38・・・（３）
を満たすように設定される。条件（３）を満たすような薄膜としては所定の材料を用いた多孔質膜が好適である。所定の材料としては、屈折率が小さくかつ比較的耐久性のある材料、例えばＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＭｇＦ２、ＣａＦ２等が例示される。
【実施例】
【００３９】
以上のように構成された有機ＥＬ素子１０の具体的実施例を以下説明する。表１は、上記実施形態の実施例の有機ＥＬ素子１０の具体的数値構成を示す。表１において反射防止膜５の最外層はＳｉＯ２の多孔質膜が用いられている。
【００４０】
【表１】
2005339927.tif 000003
【００４１】
表１に示すように、実施例の有機ＥＬ素子１０は、反射防止膜５を構成する各薄膜の膜厚ｔが全て１３５ｎｍである。また、各薄膜間の屈折率差｜Δｎ｜が、０．０８または０．１６である。さらに最外層の屈折率ｎｅは１．２０である。つまり実施例の有機ＥＬ素子１０は、反射防止膜５に関する条件（１）〜（３）を全て満たす。また、ｎ１＝１．８１、ｎ２＝２．００、ｎ３＝１．７５であり、それぞれ条件（４）〜（８）を満たす。
【００４２】
次いで、比較例１として、従来の有機ＥＬ素子の具体的数値構成を表２に示す。また、比較例２として、上記特許文献３に記載の有機ＥＬ素子と略同一の素子に関する具体的数値構成を表３に示す。表２、表３に示す比較例１、２の反射防止膜は、ガラス基板と外部との界面での射出角が０°の光に対する反射率が最も低くなるような膜厚に設計されている。
【００４３】
【表２】
2005339927.tif 000004
【表３】
2005339927.tif 000005
【００４４】
実施例の有機ＥＬ素子１０と、各比較例１、２の有機ＥＬ素子の性能について説明する。図３は、各有機ＥＬ素子における、波長毎の光取り出し効率を示すグラフである。図３において、横軸が、外部に射出される光の波長を、縦軸が光取り出し効率をそれぞれ示す。なお、図３に示す光取り出し効率の分布に関し、実施例の有機ＥＬ素子１０を実線で示し、比較例１、２の有機ＥＬ素子をそれぞれ点線、一点鎖線で示す。次に示す図４においても同様である。図３に示すように、各比較例１、２の有機ＥＬ素子に比べ、実施例の有機ＥＬ素子１０は、略全波長域にわたって、平坦な分布と高い光取り出し効率を備える。つまり、実施例の有機ＥＬ素子１０は、各比較例１、２の有機ＥＬ素子に比べて外部に照射される光の色変化が小さく抑えられている。
【００４５】
また、図４は、各有機ＥＬ素子における、有機ＥＬ層３から射出される光（波長５５０ｎｍ）の発光角と、該光の透明基板１から外部への透過率とを表すグラフである。図４において、横軸が、発光角を、縦軸が透過率をそれぞれ示す。図４に示すように、各比較例１、２の有機ＥＬ素子に比べ、実施例の有機ＥＬ素子１０は、幅広い発光角範囲にわたって平坦かつ高い透過率分布を有する。つまり、実施例の有機ＥＬ素子１０は、発光角（換言すれば、基板１での射出角）が大きくなっても、高い輝度と安定した光量を保証している。
【００４６】
以上が本発明の実施形態である。本発明に係る有機ＥＬ素子は、上記構成に限定されるものではない。例えば、実施例の反射防止膜５は、表１に示すような数値構成（膜厚等）によって徐々に屈折率が変化する構成にして、反射防止効果を高めているが、表１に示す以外の構成によって該反射防止効果の向上を図ることもできる。
【００４７】
例えば、上記実施形態では屈折率の異なる複数の薄膜を積層させることにより反射防止膜５を構成しているが、本発明の有機ＥＬ素子における反射防止膜は、屈折率が連続して変化する単層膜で構成しても良い。また、上記実施例では、他の層は異なる材料を使用することにより屈折率を変化させておき、最も屈折率を低く抑える必要のある最外層にのみ多孔質膜を使用している。ここで多孔質膜は、空孔の密度を変化させることによって同一材料の膜であっても屈折率を変化させることができるという特徴を持つ。従って、該特徴を利用すれば、反射防止膜を極力少ない種類の材料で構成することが可能になる。これにより、より簡素かつ安価な構成の有機ＥＬ素子が提供される。
【００４８】
また、上記実施形態では、透明基板１と陽極層２の屈折率（ｎ１、ｎ２）が略同一となるような構成を示した。本発明に係る有機ＥＬ素子は、透明基板１と陽極層２の屈折率に加え、有機ＥＬ層３の屈折率ｎ３も略同一となるように構成することができる。これにより、有機ＥＬ層３から陽極層２へ射出される光の反射率を抑えることができるため、外部へ照射される光の光量のより一層の増加が実現される。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施形態の有機ＥＬ素子の概略構成を示す図である。
【図２】反射防止膜を構成する各薄膜の膜厚を変えた場合において、入射角５°で入射する光に対する該反射防止膜の反射防止効果を表すグラフである。
【図３】実施例の有機ＥＬ素子と各比較例１、２の有機ＥＬ素子における、波長毎の光取り出し効率を示すグラフである。
【図４】実施例の有機ＥＬ素子と各比較例１、２の有機ＥＬ素子における、有機ＥＬ層から射出される光（波長５５０ｎｍ）の発光角と、該光の透過率とを表すグラフである。
【符号の説明】
【００５０】
１    透明基板
２    陽極層
３    有機ＥＬ層
４    陰極層
５    反射防止膜
１０    有機ＥＬ素子
【図１】
2005339927.tif 000006
【図２】
2005339927.tif 000007
【図３】
2005339927.tif 000008
【図４】
2005339927.tif 000009