JP2012204103A - 有機電界発光素子、表示装置および照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光取出し効率の向上した有機電界発光素子、ならびにそれを用いた表示装置および照明装置を提供する。
【解決手段】実施形態によれば、透光性基板１０と、前記基板１０の一方の面に網目状に配置され、前記基板１０に対して鋭角である傾斜面を有する凸状構造体１１と、前記凸状構造体１１上に配置された平坦化層１２とを具備する光取出し層１３と、前記光取出し層１３上に配置された第１の電極１４と、前記第１の電極１４上に配置され、ホスト材料および発光ドーパントを含む発光層１５と、前記発光層１５上に配置された第２の電極１６とを具備する有機電界発光素子１が提供される。
【選択図】 図１

Description

本発明の実施形態は、有機電界発光素子ならびにそれを用いた表示装置および照明装置に関する。

近年、平面光源などの用途に有機電界発光素子（以下、有機ＥＬ素子とも称する）が注目されている。有機電界発光素子は、有機材料からなる発光層を陰極と陽極の一対の電極で挟んだ構成を有する。素子に電圧を印加すると、陰極より電子が、陽極より正孔が発光層へ注入され、発光層において電子と正孔が再結合して励起子を生成し、この励起子が放射失活する際に発光が得られる。

しかしながら、陽極と基板、基板と空気層のように隣接する層の屈折率が異なるために、その界面で光が反射し、発光層内で発生した光を効率よく外部へ取り出せないという問題がある。通常の有機電界発光素子では、発光層内で発生した光のうち、素子外部に取り出すことができる光は約２０％、基板には到達するが基板から取り出すことができない光は約３０％、基板に到達できず発光層や電極に閉じ込められる光は約５０％である。

有機ＥＬ素子の発光効率を向上させるために、発光層や電極に閉じ込められている光を効率よく外部に取り出すための種々の工夫がなされている。

特許第４０７３５１０号公報 特開２０１０−１５７４２４号公報

Physical Review B 58, 3730 (1998)

本発明が解決しようとする課題は、光取出し効率の向上した有機電界発光素子、ならびにそれを用いた表示装置および照明装置を提供することである。

上記課題を達成するために、実施形態によれば、透光性基板と、前記基板の一方の面に網目状に配置され、前記基板に対して鋭角である傾斜面を有する凸状構造体と、前記凸状構造体上に配置された平坦化層とを具備する光取出し層と、前記光取出し層上に配置された第１の電極と、前記第１の電極上に配置され、ホスト材料および発光ドーパントを含む発光層と、前記発光層上に配置された第２の電極とを具備する有機電界発光素子が提供される。

図１は、第１の実施形態に係る有機電界発光素子を示す断面図である。 図２は、第１の実施形態に係る有機電界発光素子における凸状構造体を示す平面図である。 図３は、第１の実施形態に係る有機電界発光素子における凸状構造体を示す平面図である。 図４は、図１における凸状構造体の一部を示す拡大断面図である。 図５は、第１の実施形態に係る有機電界発光素子の一態様を示す断面図である。 図６は、第２の実施形態に係る有機電界発光素子における凸状構造体を示す平面図である。 図７は、第３の実施形態に係る有機電界発光素子を示す断面図である。 図８は、第３の実施形態に係る有機電界発光素子の変形例を示す断面図である。 図９は、実施形態に係る表示装置を示す回路図である。 図１０は、実施形態に係る照明装置を示す断面図である。 図１１は、実施例１−１に係る有機ＥＬ素子における凸状構造体のＳＥＭ像を示す写真図である。 図１２は、図１１に示す凸状構造体の直線Ｘ−Ｘに沿った拡大断面図である。 図１３は、実施例２−１に係る有機ＥＬ素子における凸状構造体のＳＥＭ像を示す写真図である。 図１４は、実施例３−１に係る有機ＥＬ素子における凸状構造体のＳＥＭ像を示す写真図である。 図１５は、実施例４−１に係る有機ＥＬ素子における凸状構造体のＳＥＭ像を示す写真図である。 図１６は、実施例１−２、比較例１および比較例２に係る有機ＥＬ素子の外部量子効率を示す図である。 図１７は、実施例１−２、比較例１および比較例２に係る有機ＥＬ素子の外部量子効率を示す図である。 図１８は、実施例３−２、比較例１および比較例２に係る有機ＥＬ素子の外部量子効率を示す図である。 図１９は、実施例４−２、比較例１および比較例２に係る有機ＥＬ素子の外部量子効率を示す図である。 図２０は、試験例３におけるシミュレーション結果を示す図である。

以下、実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る有機電界発光素子を示す断面図である。
有機電界発光素子１は、基板１０上に、光取出し層１３、第１の電極１４、発光層１５および第２の電極１６を順次形成した構造を有する。光取出し層１３は、基板１０の一方の面に配置された凸状構造体１１と、凸状構造体１１上に配置された平坦化層１２とを具備する。

図１に示すように、第１の電極１４と基板１０の間に、第１の電極１４と同等またはそれ以上の屈折率を有する平坦化層１２を設けることにより、発光層１５で発生した光が第１の電極１４と平坦化層１２の界面で全反射する確率が低くなる。従って、第１の電極１４と平坦化層１２の界面で反射することなく平坦化層１２側へ進む光の割合が増大する。第１の電極１４から平坦化層１２内へと伝播した光は、平坦化層１２と基板１０の界面に向かって進む。ここで、基板１０上に凸状構造体１１を設けることにより、平坦化層１２と基板１０の界面における光の全反射の確率を低下させることができる。また、凸状構造体１１の屈折率を平坦化層１２の屈折率より小さくすることにより、凸状構造体１１表面に到達した光が基板１０側へ屈折する確率を高めることができる。

光取出し層１３は、第１の電極１４から基板１０側へ光を効率的に取り出すための層であり、基板１０上に配置された凸状構造体１１と、凸状構造体１１上に配置された平坦化層１２とを含む。

平坦化層１２は、第１の電極１４と第２の電極１６および発光層１４をその上に積層するために、凸状構造体１１により形成される凹凸を埋めて平坦な面を得るための部材である。凸状構造体１１の上に、上面が平坦である平坦化層１２を設けることにより、その上に形成される第１の電極１４と第２の電極１６および発光層１４の平面方向の厚みを均一にすることができる。発光層１４の厚さが均一でなく凹凸があると、素子に輝度ムラが生じ易くなるため、第１の電極１４と第２の電極１６および発光層１４は、平坦な面の上に形成することが好ましい。さらに、平坦化層１２は、第１の電極１４と基板１０との間の距離を、光を効率的に取り出すために好ましい距離に調節する役割も有している。

平坦化層１２の屈折率は、第１の電極１４の屈折率とほぼ同じであるかそれ以上であればよい。第１の電極１４から平坦化層１２へ光をより効率的に取り出すために、平坦化層１２は、第１の電極１４とほぼ同じ屈折率を有することが好ましい。すなわち、第１の電極１４と平坦化層１２の屈折率は±０．３程度の範囲内にあることが好ましく、同一であることが特に好ましい。平坦化層１２の屈折率が第１の電極１４の屈折率よりもある程度以上小さいと、第１の電極１４からの光が第１の電極１４と平坦化層１２の界面で全反射したり、基板から離れる方向に屈折する確率が高くなり、基板側への光取出し効率が低くなる。それに対して、第１の電極１４と平坦化層１２の屈折率を同程度にすることにより、第１の電極１４からの光は、第１の電極１４と平坦化層１２の界面を直進する可能性が高まる。また、平坦化層１２の屈折率を第１の電極１４の屈折率よりも大きくすることにより、基板１０側へ光を屈折させることができる。これらの結果として、基板側への光の取出し効率を向上させることができる。

凸状構造体１１は、第１の電極１４から平坦化層１２へ入った光が平坦化層１２と基板１０の界面で全反射するのを防ぎ、凸状構造体１１表面に到達した光を基板側へ屈折させるための部材である。第１の実施形態において、凸状構造体１１は、基板１０上に網目状に配置される。

図２および図３は、第１の実施形態における凸状構造体１１の平面図である。図２および図３では、基板１０上に凸状構造体１１が格子状に配置されており、特に、図２では三角格子状、図３では正方格子状に配置されている。凸状構造体１１の形状は、格子状でなくてもよく、凹部３０がランダムな位置に形成されるような網目構造であってもよい。凹部３０は、その窪みにより凸状構造体１１が網目構造となるような形状であればよく、その形状は半球状に限られない。凹部３０の底面は、基板１０まで達していても、そうでなくてもよく、底面の形状も特に限定されない。

凸状構造体１１は、基板１０に対して鋭角になるような傾斜面を有するように基板１０上に形成する。傾斜面が基板１０に対して鋭角であるとは、例えば、図４に示すように、凸状構造体１１のへり部分の傾斜面が基板１０に対して形成する角度θが鋭角であることを意味する。凸状構造体１１の形状は、基板１０に対して鋭角である傾斜面が、凸状構造体１１における平坦化層１２と接する面の一部にあればよく、図４に示すような形状に限定されるものではない。凸状構造体１１が基板１０に対して鋭角である傾斜面を有することにより、凸状構造体１１の表面に達した光がその表面で全反射する確率が低くなり、光が基板１０側へ屈折する確率を高めることができる。

網目状に配置された凸状構造体１１の長手方向に垂直な断面の形状は特に限定されないが、例えば、半円、三角形等が挙げられる。図４に示すように、底面１１ａが基板１０に接し、平坦化層に接する面１１ｂがアーチ形状であることが特に好ましい。

凸状構造体１１の上面が基板１０に対して平行な面であると、凸状構造体１１の表面に到達した光を基板１０側へ屈折させることができない。それに対して、凸状構造体１１の上面１１ｂをアーチ形状にすることにより、凸状構造体１１の表面に到達した光が基板１０側へ屈折する確率を高めることができる。

凸状構造体１１に到達した光を基板１０側へ効率的に屈折させるために、凸状構造体１１の屈折率が、平坦化層１２の屈折率よりも小さくなるようにする。屈折率をこのような関係にした場合であっても、光の入射方向によっては凸状構造体１１の表面で反射する光も存在する。しかし、反射した光の一部は反射を繰り返して再び凸状構造体１１の表面に戻ってくるため、戻ってきた光を最終的に基板１０側へ屈折させることにより、そのような光も基板１０側へ取り出すことができる。

凸状構造体１１は、基板１０と同程度か、それ以下の屈折率を有していることが好ましい。凸状構造体１１から基板１０へ光を効率的に取り出すために、凸状構造体１１の屈折率は、基板１０の屈折率とほぼ同じであることがより好ましい。すなわち、凸状構造体１１の屈折率と基板１０の屈折率は、±０．２程度の範囲内にあることが好ましく、同一であることが特に好ましい。凸状構造体１１の屈折率が基板１０の屈折率よりもある程度以上高いと、凸状構造体１１からの光が凸状構造体１１と基板１０の界面で全反射したり、基板から離れる方向に屈折する確率が高くなり、基板側への光取出し効率が低くなる。それに対して、凸状構造体１１と基板１０の屈折率を同程度にすることにより、凸状構造体１１からの光は、凸状構造体１１と基板１０の界面で屈折せずに直進する。また、凸状構造体１１の屈折率を基板１０の屈折率よりも低くすることにより、基板１０側へ光を効率的に屈折させることができる。これらの結果として、基板１０側への光の取出し効率を向上させることができる。

凸状構造体１１の材料は、透光性材料であれば特に限定されるものではないが、例えば、ポリエステル、ポリイミド、エポキシ等の透明性樹脂材料が挙げられる。凸状構造体１１は、上述したような樹脂材料を基板１０上に成膜した後、フォトリソグラフィー等のパターン形成技術を用いて所望の凹凸パターンを形成することにより、基板１０上に設けることができる。樹脂材料の成膜方法としては、例えば塗布法が挙げられ、基板１０表面に材料をコーティングした後で加熱し、固化することにより成膜することができる。

平坦化層１２の材料は、透光性であり、且つ実質的に平坦な面が得られる材料であれば、特に限定されるものではない。具体的には、例えば、ポリエステル、ポリイミド、エポキシ等の透明性樹脂材料を使用することができるが、凸状構造体１１とは異なる材料を使用する。平坦化層１２の成膜方法としては、例えば塗布法が挙げられ、凸状構造体１１が形成された基板１０表面に材料をコーティングした後で加熱し、固化することにより成膜することができる。

従来の構造においては、第１の電極と基板の界面において光が全反射する確率が高く、光を基板側へ効率的に取り出すことができないという問題があった。しかし、上記実施形態のように、第１の電極１４と基板１０の間に光取出し層１３を設けることにより、そのような光の全反射の問題を解決することができ、より多くの光を基板１０側へ取り出すことができる。その結果として、素子外部への光取出し効率が向上した有機ＥＬ素子を得ることができる。

また、本実施形態における凸状構造体１１は、リソグラフィー法を用いたパターン形成等により比較的容易に形成することができる。平坦化層１２も塗布法等により形成することが可能であるため、本実施形態の有機ＥＬ素子は、素子全体として作製プロセスが容易であるという利点も有する。

上記先行技術文献において挙げた特許文献１には、レンズの凸部が光取出し側を向くように、集光レンズを透光性基板中に配置した有機ＥＬ素子が開示されている。特許文献１に記載の有機ＥＬ素子は、集光レンズを透光性基板中に形成することにより、集光レンズの光軸に平行な光をより多く基板に取り出そうとするものである。その結果として、光取出し効率が向上し、正面から見たときの輝度が高い有機ＥＬ素子を得られる旨記載している。しかし、このような構成によると、集光レンズの光軸に平行な光を取り出すことはできるが、集光レンズの光軸に平行でない光は、陽極と基板の間で全反射する確率が高いため、十分に基板側に取り出すことはできない。

それに対して本実施形態の有機ＥＬ素子によると、上記のような凸状構造体１１を基板１０上に設けることにより、基板１０に対して垂直でない光であっても、凸状構造体１１表面で屈折させて基板１０側へ取り出すことが可能である。

基板１０は、透光性基板であり、発光層１５からの発光に対しておよそ８０％以上の高い透過性を有する物質から形成される。基板１０は、その他の部材を支持するためのものであるため、その上に形成される層を保持できる程度の強度を有することが好ましい。基板１０の材料の具体的な例としては、透明または半透明の石英ガラス、アルカリガラスおよび無アルカリガラス等の透明ガラス、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリエート、ポリプロピレン、ポリエチレン、非晶質ポリオレフィンおよびフッ素系樹脂等の透明樹脂からなる高分子フィルム、ならびに透明セラミックスが挙げられる。基板１０の形状、構造、大きさ等について特に制限はなく、用途、目的等に応じて適宜選択することができる。基板１０の厚さは、その他の部材を支持するために十分な強度があれば、特に限定されない。

第１の電極１４および第２の電極１６は、一対の電極であり、一方が陽極であって他方が陰極である。ここでは、第１の電極１４が陽極であり、第２の電極１６が陰極であるものとして説明するが、これらは逆であってもよい。

陽極は、正孔を効率よく発光層に注入するための部材であり、導電性および透光性を有する。陽極の材料の具体的な例としては、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）および酸化亜鉛（ＺｎＯ）等の金属酸化物、ＰＥＤＯＴおよびポリピロール等の導電性高分子、カーボンナノチューブのような、導電性と透光性を併せ持つ材料が挙げられる。陽極は、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、メッキ法、塗布法等で成膜することができる。

陽極の膜厚は、１００ｎｍ程度であることが好ましい。薄すぎると、導電性が低下して抵抗が高くなり、発光効率低下の原因となる。厚すぎると、陽極に可撓性がなくなり、応力が作用するとひび割れが生じる。陽極は、単層であってもよく、異なる仕事関数の材料からなる層を積層したものであってもよい。

陰極は、電子を効率よく発光層に注入するための部材であり、可視光に対して８０％以上の反射性を有していればよい。陰極の材料の具体的な例としては、アルミニウム、銀などの金属が挙げられる。陰極は、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、メッキ法、塗布法等で成膜することができる。陽極を仕事関数の高い材料を用いて形成した場合、陰極には仕事関数の低い材料を用いることが好ましい。陰極は、単層であってもよく、異なる仕事関数の材料で構成される層を積層したものであってもよい。また、２種以上の金属の合金を使用してもよい。

陰極の膜厚は、１５０ｎｍ程度であることが好ましい。膜厚が薄すぎる場合は、素子の抵抗が大きくなりすぎる。膜厚が厚すぎる場合には、陰極の成膜に長時間を要し、隣接する層にダメージを与えて性能が劣化する虞がある。

正孔注入層および正孔輸送層が、任意に、陽極と発光層との間に配置されてもよい。これらは、陽極から正孔を受け取って発光層側へ輸送する機能を有する。また、電子注入層および電子輸送層が、任意に、陰極と発光層との間に配置されてもよい。これらは、陰極から電子を受け取って発光層側へ輸送する機能を有する。

発光層１５は、陽極側から正孔を、陰極側から電子をそれぞれ受け取り、正孔と電子との再結合の場を提供して発光させる機能を有する層である。この結合によるエネルギーで、発光層中のホスト材料が励起される。励起状態のホスト材料から発光ドーパントへエネルギーが移動することにより、発光ドーパントが励起状態となり、発光ドーパントが再び基底状態に戻る際に発光する。

発光層１５は、有機材料からなるホスト材料中に、発光性金属錯体（以下、発光ドーパントと称する）をドープした構成をとる。ホスト材料および発光ドーパントとしては、当該分野で既知の材料を適宜選択して使用することができる。

発光層１５の成膜方法は、薄膜を形成できる方法であれば特に限定されないが、例えばスピンコート法を使用することが可能である。発光ドーパントおよびホスト材料を含む溶液を所望の膜厚に塗布した後、ホットプレート等で加熱乾燥する。塗布する溶液は、予めフィルターでろ過したものを使用してもよい。

発光層１５の厚さは、１００ｎｍ程度であることが好ましい。発光層１５におけるホスト材料と発光ドーパントの割合は、本発明の効果を損なわない限り任意である。

より効率的に光を素子外部へ取り出すために、基板１０の凸状構造体１１が配置された面と反対側の面に、光を外部に取り出すための部材をさらに配置してもよい。光を外部に取り出すための部材としては、当該分野で既知の部材を使用することができるが、例えば、マイクロレンズを使用することができる。図５は、第１の実施形態に係る有機ＥＬ素子において、光を外部に取り出すための部材としてマイクロレンズを使用した場合の断面図である。図５に示すように、マイクロレンズ１７は、基板１０から外側に向かって凸形状であることが好ましい。

（第２の実施形態）
第２の実施形態における凸状構造体の平面図を図６に示す。

基板１０上に配置される凸状構造体１１は、図６に示すような複数のレンズ部材であってもよい。レンズ部材は、基板１０上に互いに離間して配置され、基板１０とは反対側に向かって凸形状である。第２の実施形態に係る有機ＥＬ素子の断面図は、第１の実施形態と同様である。

レンズ部材の材料としては、第１の実施形態に記載した凸状構造体と同様の材料を使用することができる。また、その他の部材に関する説明および得られる効果については、第１の実施形態と同様である。

（第３の実施形態）
光取出し層１３を複数積層した場合にも、第１および第２の実施形態と同様の効果が得られる。図７は、第３の実施形態に係る有機電界発光素子を示す断面図である。図８は、第３の実施形態に係る有機電界発光素子の変形例を示す断面図である。図７（ａ）および図８（ａ）は、光取出し層を２段積層した場合の断面図である。図７（ｂ）および図８（ｂ）は、光取出し層を３段積層した場合の断面図である。図７（ｃ）および図８（ｃ）は、光取出し層を４段積層した場合の断面図である。２段目以降の凸状構造体のパターンは、図７のように一段目の凸状構造体１１のパターンと同じであってもよいし、図８のように一段目の凸状構造体１１のパターンと異なってもよい。例えば、図７のように、一段目の凸状構造体１１の位置と二段目の凸状構造体１１の位置とが同じ位置であってもよい。また、図８のように、一段目の凸状構造体１１の位置と二段目の凸状構造体１１の位置とがずれていてもよい。

このように光取出し層１３を複数積層することにより、さらなる光取出し効率の向上が期待できる。

上記で説明した有機電界発光素子の用途の一例として、表示装置および照明装置が挙げられる。図９は、実施形態に係る表示装置を示す回路図である。
図９に示す表示装置８０は、横方向の制御線（ＣＬ）と縦方向の信号線（ＤＬ）がマトリックス状に配置された回路の中に、それぞれ画素８１を配置した構成をとる。画素８１には、発光素子８５および発光素子８５に接続された薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）８６が含まれる。ＴＦＴ８６の一方の端子は制御線に接続され、他方の端子は信号線に接続される。信号線は、信号線駆動回路８２に接続されている。また、制御線は、制御線駆動回路８３に接続されている。信号線駆動回路８２および制御線駆動回路８３は、コントローラ８４により制御される。

図１０は、実施形態に係る照明装置を示す断面図である。
照明装置１００は、ガラス基板１０１上に、陽極１０７、有機ＥＬ層１０６、および陰極１０５を順次積層した構成をとる。封止ガラス１０２は、陰極１０５を覆うように配置され、ＵＶ接着剤１０４を用いて固定される。封止ガラス１０２の陰極１０５側の面には、乾燥剤１０３が設置される。

＜実施例１−１＞
まず、透光性基板として、波長５５０ｎｍにおける屈折率が１．５２程度、透過率９０％程度の無アルカリガラス基板（(株)旭硝子製）を用意した。次に、このガラス基板の一方の面に、塗布法によりポリシロキサン系材料（高透明性ポジ型感光性ポリシロキサン）を膜厚０．６μｍでコーティングし、フォトリソグラフィー法を用いて正方格子状のパターンを成した。その後、上記のように凸状構造体を形成した基板を、ホットプレート上で１１０℃の温度で２分間、続けて２３０℃で５分間焼成し、加熱固化させた。このとき、高透明性ポジ型感光性ポリシロキサンが熱融解するため、表面張力により、凸状構造体の表面は丸みを帯びた形状となる。この凸状構造体は、波長５５０ｎｍにおける屈折率が１．５３程度、透過率９０％程度であり、透光性基板と同程度の屈折率を有する。

図１１は、実施例１−１に係る有機ＥＬ素子における凸状構造体１１のＳＥＭ像を示す図であり、凸状構造体１１を基板と反対側から見た平面図である。図１１において、線幅ａは２μｍ、格子間隔ｂは５μｍである。また、図１２は、図１１に示す凸状構造体の線Ｘ−Ｘに沿った拡大断面図であり、基板１０上に凸状構造体１１が形成されている様子を示している。

次に、上記凸状構造体の上に、ナノフィラー含有ポリシロキサンを塗布法により膜厚２μｍになるようにコーティングし、凸状構造体を完全に被覆した。この基板をホットプレート上に置き、１８０℃で３分間、続けて３００℃で５分間加熱固化させ、平坦化層を形成した。この平坦化層は波長５５０ｎｍで屈折率が１．７８程度、透過率９０％程度であり、陽極と同程度の屈折率を有する。以下、凸状構造体および平坦化層を含む層を光取り出し層と称する。

続いて、スパッタ法により、上記平坦化層上に膜厚１００ｎｍのＩＴＯ膜を室温で成膜し、陽極を形成した。その後、１０分間のＵＶオゾン洗浄を行い、窒素雰囲気中において２３０℃で１時間焼成し、さらにＡｒプラズマ処理を行った。陽極の上に、真空蒸着法により、発光層と厚さ１００ｎｍのＡｌ陰極を順次形成し、有機電界発光素子を作製した。

＜実施例１−２＞
基板の凸状構造体を形成した面とは反対側の面に、光を外部に取り出すためのマイクロレンズを設けたことを除き、実施例１−１と同様に有機ＥＬ素子を作製した。マイクロレンズとしては、波長５５０ｎｍで屈折率１．５程度のマイクロレンズ（（株）オプトメイト製）を使用し、その凸面が基板と反対側を向くように設置した。マイクロレンズは、屈折率１．５の透光性基板に、透光性基板と同程度の屈折率を有する屈折率マッチング液（カーギル研究所製；屈折率１．５程度）を介して、屈折率１．５程度のマイクロレンズ（（株）オプトメイト製）を設置した。

＜実施例２−１＞
凸状構造体１１を、図１３に示すような三角格子形状にしたことを除き、実施例１−１と同様に有機ＥＬ素子を作製した。図１３は、実施例２−１に係る有機ＥＬ素子における凸状構造体１１のＳＥＭ像を示す図であり、凸状構造体１１を基板と反対側から見た平面図である。図１３において、凹部の直径ｃは３μｍ、格子間隔ｄは５μｍである。

＜実施例２−２＞
凸状構造体１１を、図１３に示すような三角格子形状にしたことを除き、実施例１−２と同様に有機ＥＬ素子を作製した。

＜実施例３−１＞
凸状構造体１１を、図１４に示すような三角格子形状にしたことを除き、実施例１−１と同様に有機ＥＬ素子を作製した。図１４は、実施例３−１に係る有機ＥＬ素子における凸状構造体１１のＳＥＭ像を示す図であり、凸状構造体１１を基板と反対側から見た平面図である。図１４において、凹部の直径ｅは５μｍ、格子間隔ｆは６μｍである。

＜実施例３−２＞
凸状構造体１１を図１４に示すような三角格子形状にしたことを除き、実施例１−２と同様に有機ＥＬ素子を作製した。

＜実施例４−１＞
図１５に示すように、凸状構造体１１としてレンズ部材を三角格子形状に配置したことを除き、実施例１−１と同様に有機ＥＬ素子を作製した。図１５は、実施例４−１に係る有機ＥＬ素子における凸状構造体１１のＳＥＭ像を示す図であり、凸状構造体１１を基板と反対側から見た平面図である。図１５において、レンズ部材の直径ｇは３μｍ、レンズ間の間隔は２μｍである。

＜実施例４−２＞
図１５に示すように、凸状構造体１１としてレンズ部材を三角格子形状に配置したことを除き、実施例１−２と同様に有機ＥＬ素子を作製した。

＜比較例１＞
凸状構造体および平坦化層を設けないで、実施例１−１と同様に有機ＥＬ素子を作製した。

＜比較例２＞
凸状構造体および平坦化層を設けないで、実施例１−２と同様に有機ＥＬ素子を作製した。

＜試験例１：光取出し効率の比較＞
実施例１−１、実施例１−２および比較例１において作製した有機ＥＬ素子について、光取出し効率を光学計算により見積もった。その結果を、以下の表１に示す。表１において、光取出し効率は、発光層で生じた発光のうち、素子外部へ取り出すことのできる光の割合を示している。また、エンハンスメントファクタは、比較例１の光取出し効率を１とした場合の比を意味する。

表１から、光取り出し層を設けることによって、光取出し効率が向上することが分かる。

＜試験例２：外部量子効率の測定＞
上記実施例および比較例において作製した有機ＥＬ素子について、外部量子効率を測定した。測定は、外部量子効率測定装置（浜松ホトニクス（株）製）を用いて行った。

実施例１−２、比較例１および比較例２の有機ＥＬ素子について外部量子効率を測定した結果を図１６に示す。電流密度が１ｍＡ／ｃｍ^２における外部量子効率を比較すると、比較例１の有機ＥＬ素子で約２５％、比較例２の有機ＥＬ素子で約３５％、実施例１−２の有機ＥＬ素子で約４０％であった。この結果から、光取出し層を設けることにより、素子の外部量子効率が著しく向上したことが分かる。

実施例１−２、比較例１および比較例２の有機ＥＬ素子について外部量子効率を測定した結果を図１７に示す。

実施例３−２、比較例１および比較例２の有機ＥＬ素子について外部量子効率を測定した結果を図１８に示す。

実施例４−２、比較例１および比較例２の有機ＥＬ素子について外部量子効率を測定した結果を図１９に示す。

図１７、図１８および図１９の結果からも、光取出し層を設けることにより、素子の外部量子効率が著しく向上したことが分かる。上記のような外部量子効率の向上は、光取り出し層を設けることによって素子の光取出し効率が向上したことに起因すると考えられる。

＜試験例３：光取り出し層を複数積層した場合の光取出し効率のシミュレーション＞
光取出し層を複数積層したことを除き、実施例１−２と同様に有機ＥＬ素子を作製した。具体的には、既に図７において示したように、光取り出し層を２層、３層および４層積層した有機ＥＬ素子を作製し、実施例１−２と同様に基板の外側にマイクロレンズを設置した。２層目以降の光取出し層は、その下にある平坦化層の上に、凸状構造体および平坦化層をさらに形成することにより積層した。凸状構造体および平坦化層の形成方法は、実施例１−１に示した通りである。

上記のように作製した有機ＥＬ素子について、光取出し効率をシュミレーションした。その結果を図２０に示す。ここで、図２０における光取出し効率とは、発光層で発生した光のうち、素子外部へ取り出すことができる光の割合を意味する。図２０から、光取出し層が一層のみである場合と比べて、二層以上積層した場合の方が高い光取出し効率を得られることが分かった。

上記実施形態または実施例によれば、光取出し効率が向上し、その結果として発光効率の向上した有機電界発光素子、ならびにそれを用いた表示装置および照明装置を提供することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…有機電界発光素子、１０…基板、１１…凸状構造体、１２…平坦化層、１３…光取出し層、１４…第１の電極、１５…発光層、１６…第２の電極、３０…凹部、１７…マイクロレンズ、８０…表示装置、８１…画素、８２…信号線駆動回路、８３…制御線駆動回路、８４…コントローラ、８５…発光素子、８６…ＴＦＴ、１００…照明装置、１０１…ガラス基板、１０２…封止ガラス、１０３…乾燥剤、１０４…ＵＶ接着剤、１０５…陰極、１０６…有機ＥＬ層、１０７…陽極。

Claims (10)

1. 透光性基板と、
   前記基板の一方の面に網目状に配置され、前記基板に対して鋭角である傾斜面を有する凸状構造体と、前記凸状構造体上に配置された平坦化層とを具備する光取出し層と、
   前記光取出し層上に配置された第１の電極と、
   前記第１の電極上に配置され、ホスト材料および発光ドーパントを含む発光層と、
   前記発光層上に配置された第２の電極と
   を具備する有機電界発光素子であって、
   前記平坦化層の屈折率は、前記第１の電極の屈折率とほぼ同じであるか、または前記第１の電極の屈折率より大きく、
   前記凸状構造体の屈折率は、前記平坦化層の屈折率より小さい
   ことを特徴とする有機電界発光素子。
2. 前記凸状構造体の屈折率は、前記基板の屈折率とほぼ同じであるか、または前記基板の屈折率より小さいことを特徴とする請求項１に記載の有機電界発光素子。
3. 前記凸状構造体は、前記基板上に格子状に配置されることを特徴とする請求項１に記載の有機電界発光素子。
4. 前記凸状構造体は、底面が前記基板と接し、前記平坦化層と接する面がアーチ形状であることを特徴とする請求項１に記載の有機電界発光素子。
5. 前記光取出し層を複数積層したことを特徴とする請求項１に記載の有機電界発光素子。
6. 透光性基板と、
   前記基板の一方の面に互いに離間して配置され、前記基板と反対側に向かって凸形状である複数のレンズ部材と、前記レンズ部材上に配置された平坦化層とを具備する光取出し層と、
   前記光取出し層上に配置された第１の電極と、
   前記第１の電極上に配置され、ホスト材料および発光ドーパントを含む発光層と、
   前記発光層上に配置された第２の電極と
   を具備する有機電界発光素子であって、
   前記平坦化層の屈折率は、前記第１の電極の屈折率とほぼ同じであるか、または前記第１の電極の屈折率より大きく、
   前記凸状構造体の屈折率は、前記平坦化層の屈折率より小さい
   ことを特徴とする有機電界発光素子。
7. 前記レンズ部材の屈折率は、前記基板の屈折率とほぼ同じであるか、または前記基板の屈折率より大きいことを特徴とする請求項６に記載の有機電界発光素子。
8. 前記光取出し層を複数積層したことを特徴とする請求項６に記載の有機電界発光素子。
9. 請求項１または６に記載の有機電界発光素子を具備することを特徴とする表示装置。
10. 請求項１または６に記載の有機電界発光素子を具備することを特徴とする照明装置。

Images