(57)【要約】【課題】  発光層から発光した光を効率よく外部に取出し、光取出し効率を向上させた有機発光素子を提供する。【解決手段】  基板と、有機物よりなる発光層と、発光層を挟んで設けられる一対の電極とを有する有機発光素子であって，一対の電極のうち、いずれかを透明電極で形成し、透明電極の発光層形成側と反対側に、複数の結晶粒子を束ねた形状に形成する複数の透明突起物を設けて構成する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機物よりなる発光層と、前記発光層を挟んで設けられる一対の電極とを有する有機発光素子であって，
前記一対の電極のうち、いずれかを透明電極で形成し、前記透明電極の前記発光層形成側と反対側に、複数の結晶粒子を束ねた形状に形成する複数の透明突起物を設けてなる有機発光素子。
【請求項２】
有機物よりなる発光層と、前記発光層を挟んで設けられる一対の電極とを有し、前記一対の電極のうち、いずれかが透明電極で構成され、前記透明電極の前記発光層形成側と反対側に、複数の結晶粒子を束ねた形状に形成する複数の透明突起物を設けてなる有機発光素子の製造方法であって，
前記透明突起物を、成膜法により結晶成長させて形成することを特徴とする有機発光素子の製造方法。
【請求項３】
有機物よりなる発光層と、前記発光層を挟んで設けられる一対の電極とを有し、前記一対の電極のうち、いずれかが透明電極で構成され、前記透明電極の前記発光層形成側と反対側に、複数の結晶粒子を束ねた形状に形成する複数の透明突起物を設けてなる有機発光素子の製造方法であって，
前記透明突起物は、成膜法により柱状組織の膜を形成し、前記柱状組織の上部にイオン、レーザ照射を行って形成することを特徴とする有機発光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、低消費電力で明るい有機発光素子、及び有機発光素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機発光素子を用いた有機発光表示装置は、自発光型であるためバックライトが不要であることから、薄型、軽量である。この有機発光表示装置は、基板に金属電極、電子輸送層、発光層、正孔輸送層、透明電極を順次に積層した構造を有している。この有機発光表示装置は、金属電極から電子輸送層を通して発光層に注入された電子と、透明電極から正孔輸送層を通して発光層に注入された正孔との再結合によって外部に発光する有機発光素子の集合体を構成している。
【０００３】
しかしながら、有機発光素子の集合体において、発光する発光層から透明電極の外部への光取出し効率は、２０％程度といわれており、発光層から発光する光のほとんどは積層面に平行な方向に導波し損失してしまう。このために、低消費電力で明るい有機発光素子を実現するためには、導波損失を低減し、光取出し効率を向上することが重要である。
【０００４】
この課題に対して、近年、第一電極、発光層、第二電極、保護層を順次積層し、保護層の上に回折格子部を設けて、光取出し効率を向上する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００６−１９０５７３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この特許文献１の回折格子部は、エッチングマスクを用いて、ドライエッチング、水洗等によって形成されている。したがって、特許文献１においては、有機層へのダメージが起きる可能性がある。また、特許文献１の色度は、回折格子部を設けるため見る角度によって変わるという問題がある。
【０００６】
本発明の目的は、有機層へのダメージを抑制しながら発光層から発光した光を効率よく外部に取出すための光取出し効率を向上することのできる有機発光素子及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するためになされた請求項１に記載の本発明の有機発光素子は、有機物よりなる発光層と、前記発光層を挟んで設けられる一対の電極とを有する有機発光素子であって，前記一対の電極のうち、いずれかを透明電極で形成し、前記透明電極の前記発光層形成側と反対側に、複数の結晶粒子を束ねた形状に形成する複数の透明突起物を設けて形成することを特徴とするものである。
すなわち、請求項１に記載の本発明の有機発光素子は、透明電極に結晶粒子の集合体よりなる透明突起物を有することにある。この透明突起物は、複数の結晶粒子を成長させ、その結晶粒子が束となって形成されている。
【０００８】
上記課題を解決するためになされた請求項２に記載の本発明の有機発光素子の製造方法は、有機物よりなる発光層と、前記発光層を挟んで設けられる一対の電極とを有し、前記一対の電極のうち、いずれかが透明電極で構成され、前記透明電極の前記発光層形成側と反対側に、複数の結晶粒子を束ねた形状に形成する複数の透明突起物を設けてなる有機発光素子の製造方法であって，前記透明突起物を、成膜法により結晶成長させて形成することを特徴とするものである。
すなわち、請求項２に記載の本発明の有機発光素子の製造方法は、基板と、有機層よりなる発光層と、発光層を挟む一対の電極とを有し、前記電極の少なくともいずれかが透明電極であって、透明電極側に複数の結晶粒子よりなる基板表面に対して垂直な透明突起物を形成して製造するものである。
【０００９】
上記課題を解決するためになされた請求項３に記載の本発明の有機発光素子の製造方法は、有機物よりなる発光層と、前記発光層を挟んで設けられる一対の電極とを有し、前記一対の電極のうち、いずれかが透明電極で構成され、前記透明電極の前記発光層形成側と反対側に、複数の結晶粒子を束ねた形状に形成する複数の透明突起物を設けてなる有機発光素子の製造方法であって，前記透明突起物を、成膜法により柱状組織の膜を形成し、この柱状組織の上部にイオン、レーザ照射を行って形成して製造することを特徴とするものである。
【００１０】
このよように構成される有機発光素子は、基板と、有機層と、有機層を挟んで形成される一対の電極とを有し、有機層を挟んで基板と反対側に形成される上部電極が透明電極であり、窒素、アルゴン等のガスを介して封止されている。
透明電極は、封止ガラス板等で密閉された空間に充填された気体と接する。連続膜となる透明電極の屈折率と、気体の屈折率との差が大きいため、気体と透明電極との界面では、発光層からの発光のうち、臨界角より大きな角度で入る発光は透明電極と気体との界面を透過できず、全反射してしまう。
【００１１】
本発明では、透明電極の上に透明突起物を形成することにより、透明電極と気体との界面での全反射成分を低減する。また、凸形状による集光効果により、光取り出し効率が向上するという相乗効果が期待できる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、有機発光素子の発光層から発光した光を効率よく外部に取出す光取出し効率を向上することが可能となり、その際の有機層へのダメージを抑制することができる。
【００１３】
また、本発明によれば、有機発光素子の有機層へのダメージ抑制・光取り出し効率向上を、コストや製造工程の増加を抑制して簡易な作製方法により達成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、具体例を用いて更に詳細を説明する。なお、下記の具体例により本発明を限定するものではない。
【００１５】
有機発光素子は、電子注入層、電子輸送層、有機発光層、有機正孔輸送層、正孔注入層、陰極及び陽極等の種々の層を積層して構成される。
正孔注入層は、陽極と正孔輸送層の注入障壁を下げるため、適当なイオン化ポテンシャルを有する材料が望ましい。具体的には、鋼フタロシアニン、スターパーストアミン化合物、ポリアニリン、ポリチオフェン等が挙げられる。また、正孔注入層は、下地層の表面凹凸を埋める役割を果たすものとすることが望ましい。
【００１６】
正孔輸送層は、正孔を輸送し、発光層へ注入する役割を有する。そのため、正孔移動度が高く、化学的に安定で、イオン化ポテンシャルが小さく、電子親和力が小さく、ガラス転移温度が高いことが望ましい。
具体的には、Ｎ，Ｎ’−ビス（３一メチルフェニル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−［１，１’−ビフェニル］−４，４’ジアミン（以下、ＴＰＤと略記）、４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（以下、α−ＮＰＤと略記）、４，４’，４”−トリ（Ｎ−カルバゾリル）トリフェニルアミン（以下、ＴＣＴＡと略記）、１，３，５−トリス［Ｎ−（４−ジフェニルアミノフェニル）フェニルアミノ］ベンゼン（以下、ｐ−ＤＰＡ−ＴＤＡＢと略記）が例示される。これらの材料を２種以上併用しても差し支えない。
【００１７】
発光層は、注入された正孔、電子が再結合し、材料固有の波長で発光する層である。発光層を形成するホスト材料自体が発光する場合と、ホストに微量添加したドーバント材料が発光する場合がある。
具体的なホスト材料としては、ジスチリルアリーレン誘導体（以下、ＤＰＶＢｉと略記）、骨格にベンゼン環を有するシロール誘導体（以下、２ＰＳＰと略記）、トリフェニルアミン構造を両端に有するオキソジアゾール誘導体（以下、ＥＭ２と略記）、フェナンスレン基を有するべリノン誘導体（以下、Ｐ１と略記）、トリフェニルアミン構造を両端に有するオリゴチオフェン誘導体（以下、ＢＭＡ−３Ｔと略記）、べリレン誘導体（以下、ｔＢｕ−ＰＴＣと略記）、トリス（８−キノリノール）アルミニウム（以下、Ａｌｑと略記）、ポリバラフェニレンビニレン誘導体、ポリチオフェン誘導体、ポリバラフェニレン誘導体、ポリシラン誘導体、ポリアセチレン誘導体が例示される。
具体的なドーバント材料としては、キナクリドン、クマリン６、ナイルレッド、ルプレン、４−（ジシアノメチレン）−２−メチル−６−（パラ−ジメチルアミノスチリル）−４Ｈ−ピラン（以下、ＤＣＭと略記）、ジカルバゾール誘導体が例示される。これらの材料に限られるわけではなく、これらの材料を２種以上併用しても差し支えない。
【００１８】
電子輸送層は、電子を輸送し、発光層へ注入する役割を有する。そのため、電子移動度が高いことが望ましい。
具体的には、Ａｌｑ、オキサジアゾール誘導体、シロール誘導体、亜鉛ベンゾチアゾール錯体が例示される。これらの材料を２種以上併用しても差し支えない。
【００１９】
電子注入層は、陰極から電子輸送層への電子注入効率を向上させるために用いる。
具体的には、弗化リチウム、弗化マグネシウム、弗化カルシウム、弗化ストロンチウム、弗化バリウム、酸化マグネシウム、酸化アルミニウムが例示される。これらの材料を２種以上併用しても差し支えない。
【００２０】
陽極には、透明導電膜を用いることが好ましい。透明導電膜に用いられる材料は、酸化インジウムを主原料とする酸化物が上げられる。特にＩｎ２Ｏ３−ＳｎＯ２系透明導電膜、Ｉｎ２Ｏ３−ＺｎＯ系透明導電膜が望ましい。ＺｎＯ透明導電膜を用いても差し支えない。透明導電膜の製造法は、スパッタ法、ＥＢ蒸着法、イオンプレーティング法等が挙げられる。
【００２１】
透明突起物は、基板表面に複数設けられる。透明突起物は複数の結晶粒子を束ねた形状を有する。透明突起物は、透明な無機物がよい。また、透明電極と同じ材料を用いて形成してもよい。透明電極と突起部と同じ材料を用い形成することにより、突起部と透明電極との屈折率の差がないため、発光層からの発光はほとんど屈折せずに発光される。また、突起部による集光効果も重なり、光取出し効率が向上する。無機物としては、酸化物、窒化物、硫化物等がある。
【００２２】
透明突起物は、成膜法により基板表面に対して、垂直に結晶成長させることにより形成することが容易である。例えば、スパッタリング法、ＥＢ蒸着法、イオンプレーティング法、ガス中蒸着法が使用できる。突起物を形成する際は、結晶粒子が束となった突起物となる条件で成膜する。
【００２３】
また、突起物が得られなかった場合、例えば、柱状組織の連続膜を形成した場合には、後工程としてたとえばＡｒガスイオン、レーザを瞬時に照射し、柱状組織連続膜の上部のみ瞬時に溶融させ、急冷の熱膨張差により、柱状組織連続膜の上部のみ半球状等の隣合う透明突起物ができる。上からみると亀甲状表面になる。なお、イオン、レーザ照射時間を長くすると、発光層の耐熱性が問題となる場合があるので留意する必要がある。
【００２４】
透明突起物間の距離は成膜条件により決まる。透明突起物上部間の距離で１ｎｍ〜１０μｍが好ましい。柱状組織の上部は溶融することにより半球状等の透明突起物ができる。透明突起物間を広げることにより、透明電極上の透明突起物の周辺からも、連続膜である透明電極及び有機層内部に閉じ込められた発光層からの直接光と反射電極からの反射光が取出しやすくなり、効率が向上する。１０μｍ以上広げすぎると、透明突起物の効果がなくなってしまい、光取り出し効率が向上しない。
透明突起物は結晶が好ましい。結晶は成長方向に成膜するのに対し、非結晶は成膜方向性がないため、連続膜になってしまう。
【００２５】
以下に本発明における最良の形態を示す。
【実施例１】
【００２６】
図１は、有機発光素子の積層構造例を示す模式図である。図１に示すような有機発光素子は、通常は、薄膜トランジスタの上に積層して形成される。
図１の発光素子は、ガラスよりなる基板１と、反射膜として機能する第一の電極２と、電子輸送層３と、発光層４と、正孔輸送層５と、正孔注入層６と、透明電極である第二電極７とを有し、透明電極上に成長させた結晶粒子８を有し、複数本の結晶粒子８が束となった突起物９を有している。
また、図示しないが、突起物９の上には、透明な充填媒質を有している。
【００２７】
本実施例では、第一電極２としてＡｌ−Ｓｉ膜、電子輸送層３としてＡｌｑ膜、発光層４としてＡｌｑとキナクリドンの共蒸着膜、正孔輸送層５としてα−ＮＰＤ膜、正孔注入層６として銅フタロシアニン膜、第二電極７としてＩｎ−Ｚｎ−Ｏ膜（以下、ＩＺＯ膜と略記）を使用した。
本実施例の突起物は、透明電極上に透明防湿層として機能する緻密なＳｉＯｘＮｙ膜を形成し、その上にＳｉＯｘ膜を結晶成長させて形成した。ＳｉＯｘ膜は、基板表面に対して垂直に結晶成長した複数の結晶粒子を有し、これらが束となっている。
【００２８】
本実施例の有機発光表示装置の製造方法について説明する。
（１）ガラスの基板１上にスパッタリング法を用いて、厚さ１５０ｎｍのＡｌ−Ｓｉ膜を形成した。Ａｌ−Ｓｉ膜をホトリソグラフィ工程によりパターン化し、第一電極２（反射膜）とした。
（２）第一電極２上に、真空蒸着法により膜厚２０ｎｍのＡｌｑ膜を形成した。シャドウマスクを用いＡｌｑ膜をパターン形成して、電子輸送層３とした。
【００２９】
（３）電子輸送層３上に二元同時真空蒸着法にて、膜厚２０ｎｍのＡｌｑとキナクリドンの共蒸着膜を形成した。蒸着速度は４０：１に制御した。このＡｌｑ＋キナクリドン共蒸着膜をシャドウマスクを用いパターン形成して、発光層４とした。
（４）発光層４上に、真空蒸着法により膜厚５０ｎｍのα−ＮＰＤ膜を形成した。蒸着領域は下部電極の各辺の１．２倍とした。このα−ＮＰＤ膜にシャドウマスクを用いパターン形成して、正孔輸送層５とした。
【００３０】
（５）正孔輸送層５上に、真空蒸着法により膜厚５０ｎｍの銅フタロシアニン層を形成した。蒸着領域は下部電極の各辺の１．２倍とした。シャドウマスクを用いパターン形成し、正孔注入層６とした。
（６）正孔注入層６上に、スパッタリング法により、膜厚１００ｎｍのＩｎ−Ｚｎ−Ｏ膜（以下、ＩＺＯ膜と略記）を形成した。ターゲットには、Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）＝０．８３であるターゲットを用いた。成膜条件は、Ａｒ：Ｏ２混合ガスを雰囲気として真空度０．８Ｐａ、スパッタリング出力を０．２Ｗ／ｃｍ２とした。このＩＺＯ膜は非晶酸化物膜であり、第二電極７（透明電極）とした。
【００３１】
（７）第二電極７上に、スパッタリング法により、膜厚５０ｎｍのＳｉＯｘＮｙ膜を形成した。成膜条件は、Ａｒ：Ｏ２：Ｎ２混合ガスを雰囲気として、真空度１Ｐａ、スパッタリング出力を０．５Ｗ／ｃｍ２とした。このＳｉＯｘＮｙ膜を透明防湿層とした。
（８）透明防湿層上に、スパッタリング法により、膜厚１００ｎｍのＳｉＯｘ膜を形成した。電子顕微鏡で断面観察をすると、ＩＺＯ膜及びＳｉＯｘＮｙ膜は緻密な膜であるのに対し、ＳｉＯｘ膜は基板表面に対して垂直に結晶成長した複数の結晶粒子を有し、結晶粒子は束となって突起物９を形成していた。隣合う突起物９の間の距離は２〜２０ｎｍであった。
【００３２】
上記のような方法で形成した有機発光素子に直流電圧を印加し、素子の発光特性を調べた。その結果、突起物を積層しない素子に比べて２．４倍光取出し効率が向上した。また、見る角度による色ムラがなく、良好であった。上記のような構成により、有機発光素子の有機層へのダメージ抑制・光取り出し効率向上を、コストや製造工程の増加を抑制して簡易な作製方法により達成することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明を用いれば、高効率の薄型自発光表示装置が実現可能であり、テレビや各種情報端末等の表示装置に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】有機発光素子の断面の模式図である。
【符号の説明】
【００３５】
１………………………基板
２………………………第一電極
３………………………電子輸送層
４………………………発光層
５………………………正孔輸送層
６………………………正孔注入層
７………………………第二電極
８………………………結晶粒子
９………………………突起物
【図１】
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