(57)【要約】【課題】補助電極を有する透明電極に閉じ込められる光を少なくすることで、光の利用効率を向上させたＥＬ素子を提供することである。【解決手段】透明電極１３と、透明電極１３の反対電極である裏面電極１１と、透明電極１３及び裏面電極１１に挟まれた有機発光層１２と、透明電極１３の有機発光層１２側とは反対側に設けられた補助電極１４とを備えたＥＬ素子１０において、補助電極１４の少なくとも透明電極１３側に光散乱部を備えた構成とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明電極と、該透明電極の反対電極と、前記透明電極及び前記反対電極に挟まれた発光層と、前記透明電極の前記発光層側とは反対側に設けられた補助電極とを備えたＥＬ素子において、
前記補助電極の前記透明電極側に第１光散乱部を備えたことを特徴とするＥＬ素子。
【請求項２】
前記補助電極の前記透明電極側とは反対側に第２光散乱部を備えたことを特徴とする請求項１記載のＥＬ素子。
【請求項３】
前記補助電極の前記透明電極側及び前記補助電極の前記透明電極とは反対側を除く側面に第３光散乱部を備えたことを特徴とする請求項１又は２記載のＥＬ素子。
【請求項４】
前記光散乱部の少なくとも１つは前記補助電極表面に形成された凹凸であることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のＥＬ素子。
【請求項５】
前記凹凸は前記補助電極の材料の粒子によって形成されることを特徴とする請求項４記載のＥＬ素子。
【請求項６】
使用波長をλ、前記透明電極の屈折率をｎ１とした場合、前記第１及び／又は第３光散乱部の凹凸の深さがλ／４ｎ１以上であることを特徴とする請求項４又は５記載のＥＬ素子。
【請求項７】
前記補助電極の前記透明電極とは反対側に透明基板を備え、
使用波長をλ、前記透明基板の屈折率をｎ２とした場合、前記第２光散乱部の凹凸の深さがλ／４ｎ２以上であることを特徴とする請求項４又は５記載のＥＬ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、補助電極を有するＥＬ素子（エレクトロルミネッセンス素子）に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、薄型の発光材料として有機ＥＬ又は無機ＥＬといったＥＬ素子が注目されている。このＥＬ素子は、低電力で高い輝度を得ることができ、視認性、応答速度、寿命、消費電力の点で優れている。
【０００３】
一般にＥＬ素子は不透明な金属電極と透明電極との間に、電圧をかけると発光する発光層を挟んだ構成となっている。ここで、発光面積を大面積化すると、透明電極は材質上、抵抗値を十分低くできないので、給電点から遠くなるにつれ透明電極の抵抗により電圧降下が生じ、十分な発光が得られず均一な発光を得ることが難しいという問題がある。
【０００４】
この問題の解決策としては、透明電極表面にストライプ状又はグリッド状の金属製の補助電極を設け、電圧降下を抑制するという技術がある（特許文献１、２参照）。
【０００５】
しかしながら、補助電極を用いる場合、光の利用効率を上げるために発光面の面積に対して補助電極が占有していない割合（開口率）を大きくする必要があるが、補助電極を用いる以上、開口率を１００％にすることはできない。
【０００６】
また、ＥＬ素子においては基板内で全反射する光があるため、光の取り出し効率（光の利用効率）が低いという問題もある。この問題の解決策としては、出射面にマイクロレンズや拡散板等の光取り出しシートを設けて全反射を抑制する技術がある。
【０００７】
しかしながら、光取り出しシートでは全反射を完全には抑制できないため、全ての光を一度で取り出すことは困難である。したがって、光の一部は全反射により再び基板内部に戻され、補助電極又は金属電極で反射されて再び光取り出しシートに入射することで、外部へ出るチャンスが与えられる。しかし、基板表面で反射されて戻ってきた光は補助電極で反射されたとしても、同じ角度で反射されるので再び基板表面で反射され基板から取り出せない可能性が高い。つまり、基板内に閉じ込められる光となる可能性が高い。
【０００８】
従来提案されている補助電極の形状としては、側面をテーパー形状にしたもの（特許文献３参照）、透明電極側の面に凹凸部又は散乱手段を形成したもの（特許文献４参照）、直角二等辺三角形の断面形状を有するもの（特許文献５参照）などがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平１０−２２３３７４号公報
【特許文献２】特開２０１０−５５７５２号公報
【特許文献３】特開２００４−１１９２１６号公報
【特許文献４】特開２００４−３６３０４０号公報
【特許文献５】特開２０１０−５５７５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、ＥＬ素子においては上述したような基板内に閉じ込められる光がある他に、透明電極内に閉じ込められる光もある。これも光の利用効率が低下する原因となっている。透明電極内に閉じ込められる光には透明電極側から補助電極へ入射して同じ角度で反射される光も含まれる。しかしながら、上記特許文献１〜５の技術ではこの問題を解決することはできない。
【００１１】
本発明は、補助電極を有する透明電極に閉じ込められる光を少なくすることで、光の利用効率を向上させた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】
【００１２】
上記目的を達成するために本発明は、透明電極と、該透明電極の反対電極と、前記透明電極及び前記反対電極に挟まれた発光層と、前記透明電極の前記発光層側とは反対側に設けられた補助電極とを備えたＥＬ素子において、前記補助電極の前記透明電極側に第１光散乱部を備えたことを特徴とする。
【００１３】
上記のＥＬ素子において、前記補助電極の前記透明電極側とは反対側に第２光散乱部を備えてもよい。
【００１４】
また上記のＥＬ素子において、前記補助電極の前記透明電極側及び前記補助電極の前記透明電極とは反対側を除く側面に第３光散乱部を備えてもよい。
【００１５】
また上記のＥＬ素子において、前記光散乱部の少なくとも１つは前記補助電極表面に形成された凹凸であることとすることができる。
【００１６】
また上記のＥＬ素子において、前記凹凸は前記補助電極の材料の粒子によって形成される構成としてもよい。
【００１７】
また上記のＥＬ素子において、使用波長をλ、前記透明電極の屈折率をｎ１とした場合、前記第１及び／又は第３光散乱部の凹凸の深さがλ／４ｎ１以上であることが望ましい。
【００１８】
また上記のＥＬ素子において、前記補助電極の前記透明電極とは反対側に透明基板を備え、使用波長をλ、前記透明基板の屈折率をｎ２とした場合、前記第２光散乱部の凹凸の深さがλ／４ｎ２以上であることが望ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によると、補助電極の透明電極側に光散乱部を備えることで、透明電極に閉じ込められる光を少なくすることができ、光の利用効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明のＥＬ素子の概略断面図である。
【図２】本発明の補助電極の透明電極側に光散乱部を設けた場合の透明電極から透明基板への光取り出し効率を計算した結果を示すグラフである。
【図３】本発明の補助電極の透明基板側に光散乱部を設けた場合の透明基板からの光取り出し効率を計算した結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明において透明とは使用波長に対して透過性があるという意味で用いる。図１は、本発明のＥＬ素子の概略断面図である。ＥＬ素子１０は面状の有機ＥＬ素子であり、図中の下層から順に、裏面電極１１、有機発光層１２、透明電極１３、補助電極１４、透明基板１５、光の角度を変える素子１６が積層されて構成される。このＥＬ素子１０は、透明基板１５の透明電極１３とは反対面を光取り出し面とする、いわゆるボトムエミッション方式である。
【００２２】
裏面電極１１は、陽極又は陰極としての役割と光を透明基板１５側に反射させるミラーとしての役割があり、例えば、アルミニウム、銀、ニッケル、チタン、ナトリウム、カルシウム等の高反射率（例えば６０％以上）の金属材料又はそれらの何れかを含む合金などを用いることができる。
【００２３】
有機発光層１２は、発光層を含む有機化合物または錯体の単層または複数層であり、例えば、陽極と接する正孔輸送層、発光材料で形成された発光層、陰極と接する電子輸送層等からなり、数ｎｍから数百ｎｍの厚みである。屈折率は１．８前後である。また、フッ化リチウム層や無機金属塩の層或いはそれらを含有する層等が、任意の位置に形成されていてもよい。発光層は少なくとも一種の発光材からなるもので、蛍光発光性化合物又は燐光発光性化合物等を用いることができる。
【００２４】
有機発光層１２の構成としては、上述の構成も含めて例えば、以下の（ｉ）〜（ｖ）の構成などを採用できる。
（ｉ）（陽極）／発光層／電子輸送層／（陰極）
（ii）（陽極）／正孔輸送層／発光層／電子輸送層／（陰極）
（iii）（陽極）／正孔輸送層／発光層／正孔阻止層／電子輸送層／（陰極）
（iv）（陽極）／正孔輸送層／発光層／正孔阻止層／電子輸送層／電子注入層／（陰極）
（ｖ）（陽極）／正孔注入層／正孔輸送層／発光層／正孔阻止層／電子輸送層／電子注入層／（陰極）
【００２５】
正孔輸送層は正孔を輸送する機能を有する材料からなり、広い意味で正孔注入層、電子阻止層も正孔輸送層に含まれる。正孔輸送層は単層または複数層設けることができる。
【００２６】
電子輸送層は電子を輸送する機能を有する材料からなり、広い意味で電子注入層、正孔阻止層も電子輸送層に含まれる。電子輸送層は単層または複数層設けることができる。
【００２７】
正孔阻止層とは広い意味では電子輸送層の機能を有し、電子を輸送する機能を有しつつ正孔を輸送する能力が著しく小さい正孔阻止材料からなり、電子を輸送しつつ正孔を阻止することで電子と正孔の再結合確率を向上させることができる。
【００２８】
正孔注入層及び電子注入層とは、駆動電圧低下や発光輝度向上のために電極と発光層間に設けられる層のことである。
【００２９】
透明電極１３は、裏面電極１１の反対電極であり、例えば、ＣｕＩ、インジウムチンオキシド（ＩＴＯ）、ＳｎＯ２、ＺｎＯ、インジウムジンクオキシド（ＩＺＯ）等の透過率が４０％以上の導電性透明材料を用いることができる。導電性透明材料は有機発光層１２と同じく１．８前後の屈折率のものを用いることが多い。
【００３０】
補助電極１４は導電性の高い、例えば、Ａｌ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｗ等の金属又はそれらの合金、もしくはそれらの金属微粒子を含む複合材料からなり、グリッド状又はストライプ状などの形状とする。補助電極１４の作製方法としては、蒸着法、スパッタ法、メッキ法、塗布法、インクジェット法、スクリーン印刷法などを用いることができる。
【００３１】
補助電極１４の表面には光散乱部が設けられている。この光散乱部は、図１では補助電極１４の全表面（補助電極１４の透明電極１３側、補助電極１４の透明電極１３側とは反対側、補助電極１４の透明電極１３側及び補助電極１４の透明電極１３とは反対側を除く側面）に設けられているが、少なくとも補助電極１４の透明電極１３側に設けられていれば本発明の効果は得られる。
【００３２】
光散乱部は使用波長に対して散乱効果が得られればよく、例えば、補助電極１４を蒸着法やメッキ法などによって作製した場合は補助電極１４表面をサンドブラスト等で荒らして得られる凹凸形状とすることができる。また、補助電極１４をスクリーン印刷等の印刷によって作製した場合は補助電極１４の材料である粒子が並ぶことで形成される凹凸形状とすることができる。なお、補助電極１４を形成する工程で形成する面に光散乱部を設けたい場合は、予め補助電極１４を形成する面をサンドブラスト等で荒らしてから形成すればよい。
【００３３】
そして、使用波長をλ（例えば４００〜８００ｎｍ）、透明電極１４の屈折率をｎ１、透明基板１５の屈折率をｎ２とした場合、補助電極１４の透明電極１３側の光散乱部（第１光散乱部）及び／又は補助電極１４の側面の光散乱部（第３光散乱部）で十分な散乱効果を得るためには、それぞれの凹凸の深さがλ／４ｎ１以上であることが好ましく、補助電極１４の透明基板１５側の光散乱部（第２光散乱部）で十分な散乱効果を得るためには、凹凸の深さがλ／４ｎ２以上であることが好ましい。
【００３４】
透明基板１５は、ガラスや樹脂であり、例えば、０．１〜１ｍｍの厚みである。好ましくは、有機発光素子にフレキシブル性を与えることが可能な樹脂フィルムである。透明基板１５をフレキシブルなフィルム状の基材で形成することにより、面光源を湾曲させることができ、種々の方向に向かって発光させることができる。
【００３５】
光の角度を変える素子１６は、光取り出し側の表面が凹凸形状であればよく、例えば、マイクロレンズ、プリズム台、円錐、角錐、円錐台、角錐台、ランダムな凹凸などの形状を採用できる。なお、本発明によれば、光散乱部を設けることで光の角度を変える素子１６がない場合でも光取り出し効率を向上させることができる。
【００３６】
そして、透明基板１５上に、透明電極１３と有機発光層１２と裏面電極１１とを積層し、一方の端部で透明電極１３を露出させ、他方の端部で裏面電極１１を露出させて電極部を形成し、この電極部を電源部（不図示）の各々の電源配線（不図示）に接続し、有機発光層１２に所定の直流電圧を印加して発光させる。
【００３７】
なお、ＥＬ素子１０を構成する有機化合物は、水分や大気中の酸素により劣化するため、透湿防止層（ガスバリア層）で封止して外部雰囲気から遮断して使用される。この透湿防止層は、例えば、高周波スパッタリング法などにより形成することができる。
【００３８】
次に、有機ＥＬ素子１０の作製方法の一例として、透明基板／補助電極／陽極／正孔注入層／正孔輸送層／発光層／正孔阻止層／電子輸送層／電子注入層／陰極からなる素子の作製法を説明する。
【００３９】
まず、透明基板１５上にスクリーン印刷法でＡｇの補助電極１４を形成する。このとき補助電極１４の材料である粒子が表面に並ぶことで自動的に表面に凹凸形状が形成される。次に、透明電極１３としてＩＴＯの薄膜を１μｍ以下、好ましくは１０ｎｍ〜２００ｎｍの膜厚になるように、スパッタリングすることで陽極を作製する。
【００４０】
そして、この上に有機発光層１２である正孔注入層、正孔輸送層、発光層、正孔阻止層、電子輸送層、電子注入層等の有機化合物薄膜を形成させる。
【００４１】
これら各層の形成方法としては、蒸着法、ウェットプロセス（スピンコート法、キャスト法、インクジェット法、印刷法）等があり、均質な膜が得られやすく、且つピンホールが生成しにくい等の点からは、スピンコート法、インクジェット法、印刷法等の塗布法による成膜が好ましい。
【００４２】
有機発光層１２を溶解または分散する液媒体としては、例えば、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類、酢酸エチル等の脂肪酸エステル類、ジクロロベンゼン等のハロゲン化炭化水素類、トルエン、キシレン、メシチレン、シクロヘキシルベンゼン等の芳香族炭化水素類、シクロヘキサン、デカリン、ドデカン等の脂肪族炭化水素類、ＤＭＦ、ＤＭＳＯ等の有機溶媒を用いることができる。また分散方法としては、超音波、高剪断力分散やメディア分散等の分散方法により分散することができる。
【００４３】
これらの層を形成後、その上に陰極用物質からなる裏面電極１１の薄膜を１μｍ以下、好ましくは、５０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲の膜厚になるように、例えば、蒸着やスパッタリング等の方法により形成させ陰極を作製する。このようにしてＥＬ素子１０が得られる。
【００４４】
次に、このようなＥＬ素子１０で発生した光が取り出されるまでの経路を説明する。図１に示すように、有機発光層１２で発生したある光２０は、透明電極１３、透明基板１５、光の角度を変える素子１６を透過して素子外に取り出される。またある光２１は、透明電極１３、透明基板１５を透過し、光の角度を変える素子２１に入射し、その凹凸形状の表面で反射し、透明基板１５を透過し、補助電極１４表面の光散乱部で散乱し、光の角度を変える素子１６を透過して素子外に取り出される。またある光２２は、透明電極１３に入射し、透明基板１５との境界面で全反射し、有機発光層１２へ入射し、裏面電極１１の表面で反射し、補助電極１４表面の光散乱部で反射し、透明電極１３に入射し、補助電極１４表面の光散乱部で散乱し、再び有機発光層１２へ入射し、裏面電極１１の表面で反射し、透明電極１３、透明基板１５、光の角度を変える素子１６を透過して素子外に取り出される。
【００４５】
このように、光２２は補助電極１４表面の光散乱部で散乱される際に角度が変わるため、裏面電極１１で反射され再度透明電極１３に入射したときに透明基板１５への入射角度が変わっており全反射することなく、透明基板１５を透過する。したがって、従来透明電極１３に閉じ込められていた光２２を取り出すことができ、最終的により多くの光を取り出すことができる。
【００４６】
また、光２１も補助電極１４で散乱されるので、最終的により多くの光を取り出すことができる。同様に、従来透明電極１３に閉じ込められていた光が補助電極１４の側面で散乱された場合も取り出すことができ、最終的により多くの光を取り出すことができる。つまり、ＥＬ素子１０は補助電極１４表面に光散乱部を設けて散乱させることで、光の利用効率を向上させている。
【００４７】
ここでは有機発光素子を例に説明したが、本発明は無機発光素子にも同様に適用できる。また、上記の実施形態ではボトムエミッション方式を例に説明したが、トップエミッション方式にも同様に適用できる。
【００４８】
以下に、補助電極１４に光散乱部を設けたことによる効果を実証するための計算結果を示す。
【００４９】
（補助電極１４の透明電極１３側に光散乱部を設けた場合）
図２は、補助電極１４の透明電極１３側に光散乱部を設けた場合の透明電極１３から透明基板１５への光取り出し効率を計算した結果を示すグラフである。プロットを有する実線が補助電極１４の透明電極１３側に光散乱部を設けた場合であり、破線が光散乱部を設けない場合である。透明電極１３の屈折率を１．８、透明基板１５の屈折率を１．５、補助電極１４の開口率を８０％とした。光散乱部を形成した補助電極１４表面は均等拡散反射面とした。均等拡散反射面とは、どのような入射光に対してもその反射光が全ての方向で輝度が等しくなるように反射する理想的な面のことである。
【００５０】
図２から、補助電極１４の透明電極１３側に光散乱部を設けた場合、光散乱部を設けない場合と比較して、透明電極１３から透明基板１５への光取り出し効率が向上していることがわかる。さらに、補助電極の反射率（グラフの横軸）である光散乱部の反射率が高くなるにつれて光取り出し効率も向上している。
【００５１】
このように、補助電極１４の透明電極１３側に光散乱部を設けることにより、従来透明電極１３に閉じ込められていた光の一部が透明基板１５へ導かれ、最終的に外部へより多くの光を取り出すことができる。
【００５２】
（補助電極１４の透明基板１５側に光散乱部を設けた場合）
図３は、補助電極１４の透明基板１５側に光散乱部を設けた場合の透明基板１５からの光取り出し効率を計算した結果を示すグラフである。プロットを有する実線が補助電極１４の透明基板１５側に光散乱部を設けた場合であり、破線が光散乱部を設けない場合である。透明基板１５の屈折率を１．５、補助電極１４の開口率を８０％、裏面電極１１の反射率を１００％とした。光散乱部を形成した補助電極１４表面は均等拡散反射面とした。
【００５３】
図３から、補助電極１４の透明基板１５側に光散乱部を設けた場合、光散乱部を設けない場合と比較して、透明電極１３から透明基板１５への光取り出し効率が向上していることがわかる。さらに、補助電極の反射率（グラフの横軸）である光散乱部の反射率が高くなるにつれて光取り出し効率も向上している。
【００５４】
このように、補助電極１４の透明基板１５側に光散乱部を設けることにより、従来透明基板１５に閉じ込められていた光の一部を取り出すことができ、最終的に外部へより多くの光を取り出すことができる。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明のＥＬ素子は、表示デバイス、ディスプレイ、各種発光光源として用いることができる。発光光源として、例えば、照明装置（家庭用照明、車内照明）、時計や液晶用バックライト、看板広告、信号機、光記憶媒体の光源、電子写真複写機の光源、光通信処理機の光源、光センサーの光源等が挙げられるが、これらに限定するものではない。特に液晶表示装置のバックライト、照明用光源としての用途に有効に用いることができる。
【符号の説明】
【００５６】
１０  ＥＬ素子
１２  有機発光層
１３  透明電極
１４  補助電極
１５  透明基板
【図１】
2012069249.tif 000003
【図２】
2012069249.tif 000004
【図３】
2012069249.tif 000005