(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、透明基板の屈折率ｎ１が以下の条件（１）、陽極層の屈折率ｎ２が以下の条件（２）、（３）    1.60＜ｎ１＜2.05・・・（１）    1.60＜ｎ２＜2.15・・・（２）    ｜ｎ１−ｎ２｜＜0.4・・・（３）を、それぞれ満たす構成にした。【選択図】  図１
2005203142.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し、
前記透明基板の屈折率ｎ１が以下の条件（１）、前記陽極層の屈折率ｎ２が以下の条件（２）、（３）
1.60＜ｎ１＜2.05・・・（１）
1.60＜ｎ２＜2.15・・・（２）
｜ｎ１−ｎ２｜＜0.4・・・（３）
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（４）、（５）
1.60＜ｎ３＜1.80・・・（４）
｜ｎ２−ｎ３｜＜0.4・・・（５）
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、前記透明基板よりも高い屈折率を持つ高屈折率膜と、前記透明基板よりも低い屈折率を持つ低屈折率膜とが交互に積層されており、前記透明基板と外部との界面における射出角が４０°〜６０°の範囲で射出されたＰ偏光とＳ偏光の平均反射率が最も低くなるような膜厚を持つ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、
前記高屈折率膜の屈折率ｎ４が以下の条件（６）、前記低屈折率膜の屈折率ｎ５が以下の条件（７）、
1.65＜ｎ４＜2.25・・・（６）
1.35＜ｎ５＜1.50・・・（７）
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５】
透明基板の一面に、透明性ある陽極層、有機エレクトロルミネッセンス層、陰極層が順次積層され、
少なくとも前記透明基板と前記陽極層の屈折率が略同一であり、
前記透明基板の他方の面には、射出角が４０°〜６０°の範囲で射出されたＰ偏光とＳ偏光の反射率が最も低くなるような膜厚を持つ反射防止膜が設けられ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５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と前記陽極層の屈折率が略同一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。
【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、透明基板の屈折率ｎ１が以下の条件（１）、陽極層の屈折率ｎ２が以下の条件（２）、（３）
1.60＜ｎ１＜2.05・・・（１）
1.60＜ｎ２＜2.15・・・（２）
｜ｎ１−ｎ２｜＜0.4・・・（３）
を、それぞれ満たすことを特徴とする。
【００１２】
請求項１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。
【００１３】
また請求項２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（４）、（５）
1.60＜ｎ３＜1.80・・・（４）
｜ｎ２−ｎ３｜＜0.4・・・（５）
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。
【００１４】
また請求項３に記載の発明によれば、反射防止膜は、透明基板よりも高い屈折率を持つ高屈折率膜と、透明基板よりも低い屈折率を持つ低屈折率膜とが交互に積層されており、透明基板と外部との界面における射出角が４０°〜６０°の範囲で射出されたＰ偏光とＳ偏光の平均反射率が最も低くなるような膜厚を持つことが望ましい。
【００１５】
該有機ＥＬ層からの光線が有機ＥＬ層と陽極層の界面に入射する時、該界面に立てた法線と該光線がなす角度（以下、発光角という）が所定の臨界角（およそ３５°）に近づくにつれて陽極層に入射する光の光量は下がっていく。所定の臨界角近傍で有機ＥＬ層と陽極層の界面に入射した光線は、透明基板と外部との界面において、９０°近い射出角で外部に射出される。射出角度が大きいと射出面積が増加するので、透明基板から外部へ光を取り出す効率には射出角度が大きい範囲が大きく寄与する。但し、あまりに大きな射出角度を持つ光に対しては、反射防止膜を使用しても透過率の向上を図ることができない。そこで、約４０°〜６０°の範囲にある射出角において、光の透過率が最も向上するように反射防止膜を設定することが望ましい。
【００１６】
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において用いら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。そこで、請求項３に記載の発明のように構成された反射防止膜を設けることにより、射出角が大きな光の輝度を保証するとともに、色変化を有効に防いでいる。
【００１７】
また、射出角度が大きくなるにつれて、Ｐ偏光とＳ偏光の反射率差が大きくなる。この点に鑑み、請求項３に記載の発明によれば、特にＰ偏光とＳ偏光の平均反射率を最も低くするような膜厚構成にすることにより、より効果的に光の取り出し効率を向上させることができる。
【００１８】
なお、より効果的に干渉を発生させて反射防止の実効性を高めるためには、高屈折率膜の屈折率ｎ４が以下の条件（６）、低屈折率膜の屈折率ｎ５が以下の条件（７）、
1.65＜ｎ４＜2.25・・・（６）
1.35＜ｎ５＜1.50・・・（７）
を、それぞれ満たすことが望ましい（請求項４）。
【００１９】
また別の観点から、本発明に係る有機ＥＬ素子は、透明基板の一面に、透明性ある陽極層、有機ＥＬ層、陰極層が順次積層され、少なくとも透明基板と陽極層の屈折率、より好ましくは有機ＥＬ層と陽極層の屈折力も略同一であり、透明基板の他方の面には、射出角が４０°〜６０°の範囲で射出されたＰ偏光とＳ偏光の平均反射率が最も低くなるような膜厚を持つ反射防止膜が設けられることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
以上のように、本発明に係る有機ＥＬ素子は、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を低減している。さらには、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ことにより、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。
【００２１】
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】
【００２２】
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。
【００２３】
透明基板１は、以下の条件（１）を満たす屈折率ｎ１を持つガラスで構成される。
1.60＜ｎ１＜2.05・・・（１）
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（２）を満たす。
1.60＜ｎ２＜2.15・・・（２）
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（１）または条件（２）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（３）を満たす。
｜ｎ１−ｎ２｜＜0.4・・・（３）
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。
【００２４】
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（４）、（５）を満たす。
1.60＜ｎ３＜1.80・・・（４）
｜ｎ２−ｎ３｜＜0.4・・・（５）
【００２５】
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。
【００２６】
反射防止膜５は、蒸着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、ガラス、つまり本実施形態では透明基板１よりも高い屈折率を持つ高屈折率膜とガラス（透明基板１）よりも低い屈折率を持つ低屈折率膜とが交互に積層されている。高屈折率膜としてはＺｒＯ２等の膜が、低屈折率膜としてはＭｇＦ２等の膜が例示される。具体的には、高屈折率膜の屈折率をｎ４、低屈折率膜の屈折率をｎ５とすると、各膜はｎ４、ｎ５が以下の条件（６）、条件（７）を満たすように設計される。
1.65＜ｎ４＜2.25・・・（６）
1.35＜ｎ５＜1.50・・・（７）
【００２７】
さらに、反射防止膜５は、透明基板１と外部との界面での射出角が４０°〜６０°の光に対する反射率（Ｐ偏光とＳ偏光の平均反射率）が最も低くなるような膜厚に設計されている。これにより、射出角が大きい光の透過効率を高めている。なお反射防止膜５で積極的には反射率低減効果を付与しない射出角０°付近の光は、従来の構成に比べ、若干の光量低下がありうる。しかし、射出角０°付近の光は、略法線に平行に進む光であり強度が高いため、該光量低下は、実使用上何ら影響を与えない。
【実施例】
【００２８】
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。
【００２９】
【表１】
2005203142.tif 000003
【００３０】
表１に示すように、実施例の有機ＥＬ素子１０は、ｎ１＝１．８１、ｎ２＝２．００、ｎ３＝１．７５であり、それぞれ条件（１）〜（５）を満たす。また、反射防止膜５を構成する二種類の膜のうち、高屈折率膜の屈折率ｎ４が２．０５、低屈折率膜の屈折率ｎ５が１．３８であり、それぞれ条件（６）、（７）を満たす。なお、反射防止膜５の膜厚は、透明基板１と外部との界面での射出角が４０°〜６０°の光に対するＰ偏光とＳ偏光の平均反射率が最も低くなるような膜厚に設計されている。
【００３１】
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。
【００３２】
【表２】
2005203142.tif 000004
【表３】
2005203142.tif 000005
【００３３】
図２〜図５は、実施例の反射防止膜５と各比較例１、２の反射防止膜の反射防止特性を示すグラフである。各図中、横軸が入射光の波長（単位：ｎｍ）を、縦軸が反射率（単位：％）を、それぞれ表す。また、各図中、実施例の反射防止膜５の反射防止特性を実線で示し、各比較例１、２の反射防止膜の反射防止特性を破線で示す。
【００３４】
図２に示すように、ガラス基板と外部との界面での射出角が５°の射出光に対する反射防止特性は、比較例１や比較例２の反射防止膜の方が、略全波長域において、平均的な分布であってかつ１％以内に抑えられている。これに対し、図３〜図５に示すように、ガラス基板と外部との界面での射出角が大きくなるにつれ、射出光に対する反射防止特性は実施例の反射防止膜５の方が優れてくる。すなわち、比較例１や比較例２の反射防止膜に比べて、実施例の反射防止膜５は、射出角が４０°〜６０°の範囲の光束に対して、全波長域において平均的な反射防止特性分布をもち、かつ反射率も低く抑えられている。
【００３５】
つまり、実施例の反射防止膜５は、短波長域において若干反射率が高くなっており光量の低下のおそれがある。また、全波長域を通してみると特性の分布にばらつきがあるため、射出光に色の変化が起こるおそれもある。しかし、該光量低下や色変化は、射出光が持つ高い強度によって、使用者に感知されることはほとんど無い。つまり、該光量低下や色変化は、実使用上何ら影響を与えない。そして、実施例の反射防止膜５は、強度が比較的低く、比較的微量の光量低下や色づきであっても使用者に感知されやすい、射出角が４０°〜６０°の範囲の光束に対する反射防止特性を向上させていることがわかる。
【００３６】
以上説明した実施例の有機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６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６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６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素子をそれぞれ破線、一点鎖線で示す。次に示す図７においても同様である。図６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。
【００３７】
また、図７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７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７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。
【００３８】
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）によって射出角が大きい光に対する反射防止特性を高めているが、表１に示す以外の数値構成によって該反射防止特性の向上を図ることもできる。
【００３９】
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】
【００４０】
【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】実施例の反射防止膜と各比較例１、２の反射防止膜の、射出角５°の光に関する反射防止特性を示すグラフである。
【図３】実施例の反射防止膜と各比較例１、２の反射防止膜の、射出角４０°の光に関する反射防止特性を示すグラフである。
【図４】実施例の反射防止膜と各比較例１、２の反射防止膜の、射出角５０°の光に関する反射防止特性を示すグラフである。
【図５】実施例の反射防止膜と各比較例１、２の反射防止膜の、射出角６０°の光に関する反射防止特性を示すグラフである。
【図６】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７】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】
【００４１】
１    透明基板
２    陽極層
３    有機ＥＬ層
４    陰極層
１０    有機ＥＬ素子
【図１】
2005203142.tif 000006
【図２】
2005203142.tif 000007
【図３】
2005203142.tif 000008
【図４】
2005203142.tif 000009
【図５】
2005203142.tif 000010
【図６】
2005203142.tif 000011
【図７】
2005203142.tif 000012