JP2009076452A

JP2009076452A - 有機ｅｌ発光素子

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Publication number: JP2009076452A
Application number: JP2008215715A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Nakamura; 将啓中村; Masato Yamana; 正人山名; Takeyuki Yamaki; 健之山木; Yoshio Mitsutake; 義雄光武; Nobuhiro Ide; 伸弘井出; Nobuhiro Ito; 宜弘伊藤; Hiroya Tsuji; 博也辻
Original assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2007-08-27
Filing date: 2008-08-25
Publication date: 2009-04-09
Anticipated expiration: 2028-08-25
Also published as: EP2203030A4; JP5010556B2; KR20100063729A; US8530916B2; CN101790899A; KR20120098889A; WO2009028456A1; KR101239904B1; US20110024779A1; EP2203030A1

Abstract

【課題】正面取り出し光の低減を抑制しつつ、斜め方向への光の取り出しの効率を増大して、高効率で光を取り出すことができる有機ＥＬ発光素子を提供する。
【解決手段】透光性の基板１と有機発光層２の間に透光性の電極３を備えると共に基板１と透光性の電極３の間に光の指向性を変更する光取出し層４を備え、有機発光層２で発光した光を光取出し層４及び透光性の電極３から透光性の基板１を通して取り出すようにした有機ＥＬ発光素子に関する。光取出し層４は光散乱層５を備えて形成され、光散乱層５は、光散乱粒子６とバインダー樹脂７よりなる光散乱領域８と、光散乱領域８より光散乱粒子６の含有比率が低い光透過領域９とが、面方向で混在して形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶バックライト、照明器具、各種ディスプレイ、表示装置などに用いられる有機ＥＬ発光素子に関するものである。

面発光体の代表的なものとして、有機エレクトロルミネッセンス素子（有機ＥＬ発光素子）がある。この有機ＥＬ発光素子は、図１（ａ）に示すように、透光性の基板１の上に透光性の電極３を設け、この透光性電極３の上に有機ＥＬ材料からなる有機発光層２を設けると共に、有機発光層２の上に光反射性の対向電極１０を設けることによって形成されている。そして透光性電極３と対向電極１０との間に電圧を印加することによって有機発光層２で発光した光は、透光性電極３及び透光性基板１を透過して取り出される。

このように有機発光層２で発光した光を透光性電極３と透光性基板１を通して外部に取り出すにあたって、光が透光性電極３と透光性基板１との界面で全反射すると、光の取り出し効率が低下する。このために、図１（ａ）のように透光性電極３と透光性基板１との間に光散乱層５を形成し、光散乱層５で光を散乱させることによって、透光性電極３と透光性基板１との界面で全反射が生じることを低減して、光の取り出し効率を高めるようにしている。

この光散乱層５は、透光性基板１の透光性電極３の側の表面に微細な凹凸を設けたり、粒子を含有するコーティング樹脂層を透光性基板１の透光性電極３の側の表面に設けたりして形成されるが、いずれにしても光散乱層５の表面が凹凸になり、薄い膜厚の透光性電極３を均一な厚みで形成することができない。このため、図１（ａ）のように、光散乱層５の表面に平坦化層１１を形成して凹凸をならして平滑にし、平坦化層１１の平滑な表面に薄い膜厚の透光性電極３を均一な厚みで形成するようにしている（例えば、特許文献１等参照）。
特開２００６−２８６６１６号公報

上記のように透光性基板１と透光性電極３の間に光散乱層５と平坦化層１１からなる光取出し層４を形成し、有機発光層２で発光した光を光取出し層４の光散乱層５で散乱させて光の指向性を変更し、光が透光性電極３と透光性基板１との界面で全反射することを抑制して、光の取り出し効率を高めるようにしているものである。

しかし、このように光取出し層４の光散乱層５で光を散乱させると、斜め方向への光の取り出しは向上するが、正面への光の取り出しは低下することになり、光の取り出し効率を十分に高めることができないという問題があった。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、正面取り出し光の低減を抑制しつつ、斜め方向への光の取り出しの効率を増大して、高効率で光を取り出すことができる有機ＥＬ発光素子を提供することを目的とするものである。

本発明に係る有機ＥＬ発光素子は、透光性の基板１と有機発光層２の間に透光性の電極３を備えると共に基板１と透光性の電極３の間に光の指向性を変更する光取出し層４を備え、有機発光層２で発光した光を光取出し層４及び透光性の電極３から透光性の基板１を通して取り出すようにした有機ＥＬ発光素子において、光取出し層４は光散乱層５を備えて形成され、光散乱層５は、光散乱粒子６とバインダー樹脂７よりなる光散乱領域８と、光散乱領域８より光散乱粒子６の含有比率が低い光透過領域９とが、面方向で混在して形成されていることを特徴とするものである。

この発明によれば、有機発光層２で発光した光を光取出し層４の光散乱層５を通して基板１から取り出すにあたって、光散乱層５を透過する光のうち、光散乱領域８を透過する光を光散乱粒子６で散乱させて斜め方向への光の取り出しの効率を増大させることができると共に、光散乱粒子６の含有比率が低い光透過領域９を透過する光は正面方向へ取り出すことができるものであり、正面への取り出し光の低減を抑制しつつ、斜め方向への光の取り出しの効率を増大して、高効率で光を取り出すことができるものである。

また本発明は、光散乱層５の面内で、光散乱領域８が占める面積割合が１０〜９０％であることを特徴とするものである。

この発明によれば、正面への取り出し光の低減を抑制しつつ、斜め方向への光の取り出しの効率を増大する効果を高く得ることができるものである。

また本発明において、光散乱層５の面内は、光散乱領域８と光透過領域９のうち一方が海、他方が島を構成する海島構造に形成され、島を構成する側の領域の大きさが１〜１００μｍの範囲であることを特徴とするものである。

この発明によれば、正面への取り出し光の低減を抑制しつつ、斜め方向への光の取り出しの効率を増大する効果を、光散乱層５の全面で均一に得ることができるものである。

また本発明において、光散乱粒子６の粒径は、０．０５〜１００μｍであることを特徴とするものである。

この発明によれば、正面への取り出し光の低減を抑制しつつ、斜め方向への光の取り出しの効率を増大する効果を、素子短絡のおそれなく得ることができるものである。

また本発明において、光散乱粒子６は、長軸方向と短軸方向を有する異方形状の粒子であることを特徴とするものである。

この発明によれば、異方形状の光散乱粒子６によって光の散乱効果を高く得ることができ、正面への取り出し光の低減を抑制しつつ、斜め方向への光の取り出しの効率を増大する効果を高く得ることができるものである。

また本発明において、光散乱粒子６は、光反射性を有するものであることを特徴とするものである。

この発明によれば、光散乱粒子６による光の散乱効果が高く、正面への取り出し光の低減を抑制しつつ、斜め方向への光の取り出しの効率を増大する効果を高く得ることができるものである。

また本発明において、光取出し層４は、光散乱層５と、光散乱層５と透光性の電極３との間に設けられ、光散乱層５の表面を平坦にする平坦化層１１とを備えて形成されていることを特徴とするものである。

この発明によれば、光散乱粒子６を含有することによって粗面に形成される表面を平坦化層１１でならして平坦にすることができるものであり、透光性の電極３を均一な膜厚で形成することができ、電極３に電気特性やショートが発生したりすることを防ぐことができるものである。

本発明によれば、有機発光層２で発光した光を光取出し層４の光散乱層５を通して基板１から取り出すにあたって、光散乱層５を透過する光のうち、光散乱領域８を透過する光を光散乱粒子６で散乱させて斜め方向への光の取り出しの効率を増大させることができると共に、光透過領域９を透過する光は正面方向へ取り出すことができるものであり、正面への取り出し光の低減を抑制しつつ、斜め方向への光の取り出しの効率を増大して、高効率で光を取り出すことができるものである。

以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。

本発明に係る有機ＥＬ発光素子の層構成の一例を既述の図１（ａ）に示す。透光性の基板１の片側表面に光散乱層５と平坦化層１１がこの順に積層してあり、光散乱層５と平坦化層１１とで光の指向性を変更して取り出す光取出し層４が形成してある。平坦化層１１の光散乱層５と反対側の表面には透光性の電極３が形成してあり、この電極３の平坦化層１１と反対側の表面に有機発光層２が積層してある。この有機発光層２の電極３側には必要に応じて正孔注入層や正孔輸送層が積層され、また有機発光層２の電極３と反対側には必要に応じて電子輸送層や電子注入層が積層される。そして有機発光層２の透光性の電極３と反対側に対向電極となる電極１０を積層して設けることによって、有機ＥＬ発光素子を形成することができる。

上記の透光性の基板１としては、光を透過させるものであれば特に制限されることなく使用することができるものであり、例えばソーダガラスや無アルカリガラス等のリジッドな透明ガラス板、ポリカーボネートやポリエチレンテレフタレート等のフレキシブルな透明プラスチック板など、任意のものを用いることができる。

この基板１の表面に設ける光散乱層５は、光散乱粒子６とバインダー樹脂７よりなるコーティング材料を塗布して製膜することによって形成することができる。

この光散乱粒子６としては透明粒子が用いられるものであり、例えばＴｉＯ_２、ＳｉＯ_２、ＺｒＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｔａ_２Ｏ_３、ＺｎＯ_２、Ｓｂ_２Ｏ_３、ＺｒＳｉＯ_４、ゼオライト又はそれらの多孔性物質やそれらを主成分とした無機粒子、あるいはポリイミド樹脂、アクリル樹脂、スチレン樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、シリコーン樹脂、フッ化物樹脂などの有機粒子を挙げることができる。

またバインダー樹脂７としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン、ポリエーテルスルホン、ポリアリレート、ポリカーボネート樹脂、ポリウレタン、アクリル樹脂、ポリアクリルニトリル、ポリビニルアセタール、ポリアミド、ポリイミド、ジアクリルフタレート樹脂、セルロース系樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリ酢酸ビニル、その他の熱可塑性樹脂や、これらの樹脂を構成する単量体の２種以上の共重合体が挙げられる。また、シリケート系のアルコキシドを反応させたシリコーン樹脂や、ポリシロキサンからなるシリカ多孔質体を用いることもできる。このポリシロキサンは、テトラエトキシシランなどのアルコキシシラン又はその部分加水分解物を縮重合して得られるものである。

バインダー樹脂７と光散乱粒子６との屈折率差は、通常０．０１〜２の範囲が好ましい。この屈折率差が小さすぎると有効なＭｉｅ散乱を得ることが困難になり、屈折率差が大きすぎると後方散乱が増大し、光取り出し率が十分に得られなくなるおそれがある。

また、屈折率の異なる２種類の光散乱粒子６を用いて光散乱層５を形成することもできる。すなわち、バインダー樹脂７の屈折率をＮｂ、２種類の光散乱粒子６のうち一方の屈折率をＮｆ_１、他方の屈折率をＮｆ_２とすると、Ｎｆ_２＞Ｎｂ＞Ｎｆ_１の関係を満たすように、バインダー樹脂７及び２種類の光散乱粒子６を選択して使用するものである。屈折率がこのような関係を有するバインダー樹脂７及び２種類の光散乱粒子６からなる光散乱層５は、これらの屈折率の差によって光の散乱効果が増幅されるものであり、この光散乱層５を透光性の基板１の表面に形成することによって、光散乱層５と基板１との界面での臨界角に乱れが生じ、基板１への光の伝送がより多くなり、光の取り出し効率が高くなるものである。

バインダー樹脂７の屈折率Ｎｂは一般に１．４５〜１．６０の範囲であり、光散乱粒子６の屈折率Ｎｆ_１，Ｎｆ_２は一般に１．２〜２．５の範囲であるが、２種類の光散乱粒子６のうち、一方の光散乱粒子６は屈折率Ｎｆ_１が１．４以下であることが望ましい。この屈折率Ｎｆ_１の下限は特に限定されないが、一般的に１．２程度である。このように一方の微粒子の屈折率Ｎｆ_１が１．４以下であることによって、光散乱層５の屈折率が大幅に低下し、光散乱性が高く、かつ屈折率の低い光散乱層５を形成することができるものである。またこの場合、２種類の光散乱粒子６の屈折率Ｎｆ_１，Ｎｆ_２の差が０．５以上であることが望ましい。２種類の光散乱粒子６に０．５以上の屈折率差があることによって、光散乱層５の光散乱強度が増し、結果的に光の取り出し効率がより向上するものである。２種類の光散乱粒子６の屈折率差の上限は特に限定されないが、一般的に１．３程度以下であることが望ましい。この２種類の光散乱粒子６の比率は特に限定されるものではないが、小さい屈折率Ｎｆ_１のものと大きい屈折率Ｎｆ_２のものを１：９〜９：１の質量比率で配合するのが好ましい。

そして光散乱粒子６をバインダー樹脂７に配合して得られるコーティング材料を基板１の表面に、スピンコート、ディップコート、ダイコート、キャスト、スプレーコート、グラビアコートなどの方法で塗布してコーティングすることによって、光散乱層５を形成することができるものである。

光散乱層５の膜厚は特に制限されるものではないが、０．１〜２０μｍ程度の範囲が好ましい。また光散乱層５の屈折率は多くの場合、１．３０〜１．７０の範囲であるが、透光性の基板１の屈折率と同じかそれよりも小さくなるように設定するのが好ましい。このように光散乱層５の屈折率が基板１の屈折率と同等以下であると、光散乱層５から基板１に入射される光が全反射されることを低減することができ、光を外部に取り出す効率がより大きくなるものである。さらに光散乱層５は、ヘイズ値（（拡散透過率／全透過率）×１００）が２〜５０の範囲に設定されることが好ましい。光散乱層５のヘイズ値をこの範囲に設定することによって、光取出し効率の向上を図ることが可能になるものである。ヘイズ値が高い膜の場合、光取出し効率が向上しても、白色化してしまい外観を損ねる場合がある。

ここで、上記のように光散乱粒子６とバインダー樹脂７を含有するコーティング材料を基板１の表面に塗布するにあたって、光散乱粒子６やバインダー樹脂７の品種を選択したり、配合比率を調整したりすることにより、塗布後に溶媒が蒸発して乾燥する過程で表面エネルギーにより光散乱粒子６が凝集してバインダー樹脂７内を移動し、光散乱層５の面内で、光散乱粒子６がバインダー樹脂７中で凝集して多く存在する光散乱領域８と、光散乱粒子６の含有比率が光散乱領域８より低い光透過領域９とを形成することができる。この光散乱粒子６の含有比率が多い光散乱領域８と、光散乱粒子６の含有比率が低い光透過領域９は、図１（ｂ）に示すように、一方の領域が海、他方の領域が島となる海島構造で、海となる領域内に島となる領域が光散乱層５の面方向でほぼ均一な分布で散在して混在するものである。

光散乱領域８や光透過領域９の光散乱層５の面内での大きさや面積比率の制御は、コーティング材料中の光散乱粒子６とバインダー樹脂７との比率を調整したり、コーティング材料を溶媒で希釈するにあたっての光散乱粒子６の濃度を調整したり、さらにコーティング材料を複数回塗り重ねて光散乱層５を形成する際の塗り重ね回数を調整したりすることによって、行なうことができる。光散乱領域８と光透過領域９を明瞭な海島構造状に混在させて光散乱層５を形成するためには、光散乱粒子６の濃度が１０質量％以下になるように溶媒で希釈してコーティング材料を調製するのが望ましい。また、光散乱領域８と光透過領域９の、バインダー樹脂７に対する光散乱粒子６の含有比率の差は、光透過領域９側が光散乱領域８側の１／２以下の含有比率になるようにするのが好ましく、光透過領域９には光散乱粒子６が含有されないことが特に好ましい。差が１／２より大きい場合には、正面への取り出し光の低減を抑制しつつ、斜め方向への光の取り出しの効率を増大する効果を十分に得ることができなくなるおそれがある。

上記のように形成される光散乱層５の表面には、光散乱層５の表面に露出する光散乱粒子６で凹凸が生じる。このため、光散乱層５の表面に直接、透光性の電極３を形成すると、電極３は膜厚が薄いので膜厚が不均一になり、また凹凸に追随した形状で形成されることになり、電気特性に問題が生じたりショートが発生したりするおそれがある。特に、本発明のように光散乱領域８と光透過領域９が混在して形成される光散乱層５の場合、また後述のように長軸方向と短軸方向を有する異方形状の光散乱粒子６を用いる場合、光散乱粒子６が存在する部分の光散乱層５の表面は粗くなり、電極３にショートが発生する可能性が高くなる。そこで、光散乱層５の基材１と反対側の表面に平坦化層１１を形成し、光散乱層５の凹凸をこの平坦化層１１で埋めてならし、平坦化層１１の平滑な表面に電極３を形成するようにしてある。

この平坦化層１１は、樹脂コーティング層で形成することができる。コーティング樹脂の材料としては、光透過性を有しているものであればよく、特に限定されることなく任意のものを用いることができるが、例えばポリエステル、ポリエーテル、ポリエ−テルケトン、ポリイミド、ポリアミド、ポリイミドアミド、エポキシ、ポリウレタン、ポリウレタンアクリレート、ポリカーボネートなどを挙げることができる。なかでもポリイミド、ポリアミドイミド、エポキシ、ポリウレタン等の熱硬化性樹脂を用いるのが好ましい。そしてこのコーティング樹脂を光散乱層５の表面にコーティングした後、加熱して硬化させることによって、平坦化層１１を形成することができる。平坦化層１１の膜厚は、特に限定されないが、１〜２０μｍ程度の範囲が好ましい。また平坦化層１１の表面の平坦性は、接触式膜厚計(ＵＬＶＡＣ社製「ＤｅｋＴａｋ６」)を用いて、測定距離５０００μｍ、荷重０．５ｍｇ、測定時間２０ｓｅｃの条件で測定した算術平均粗さＲａ（ＪＩＳＢ０６０１）が２００ｎｍ以下であることが好ましく、５０ｎｍ以下であることがより好ましいが、勿論これに限定されるものでない。

この平坦化層１１を形成する樹脂の屈折率は、透光性の電極３と平坦化層１１との界面における全反射を低減してより多くの光を光散乱層５へ導くために、電極３の屈折率よりも高いか、電極３の屈折率より低い場合でもその差が小さいことが望ましい。さらに平坦化層１１を形成する樹脂の屈折率は、光散乱層５の屈折率よりも低いか、光散乱層５の屈折率より高い場合でもその差が小さいことが望ましい。理想的には、平坦化層１１の層内の屈折率が電極３の側から光散乱層５の側へと徐々に高くなるか、低くなるように傾斜し、電極３との界面では平坦化層１１の屈折率が電極３の屈折率とほぼ同じになり、光散乱層５との界面では平坦化層１１の屈折率が光散乱層５の屈折率とほぼ同じになるようにするのが好ましい。この場合には、平坦化層１１と電極３や光散乱層５との間に屈折率が異なる光学的な界面がなくなり、界面における全反射ロスをなくすことができるものである。

上記のように光散乱層５の表面に平坦化層１１を設けた後、平坦化層１１の光散乱層５と反対側の表面に透光性の電極３を形成する。この透光性の電極３の材料としては、本発明の効果の妨げにならない限り任意のものを用いることができ、例えば、インジウム−錫酸化物（ＩＴＯ）、インジウム−亜鉛酸化物（ＩＺＯ）、錫酸化物、Ａｕ等の金属の極薄膜、導電性高分子、導電性の有機材料、ドーパント（ドナーまたはアクセプタ）含有有機層、導電体と導電性有機材料（高分子含む）の混合物、又はこれらの積層体等を挙げることができる。これら材料をスパッタ法やイオンプレーティング法などの気相成長法を用いて製膜することによって、電極３を形成することができる。この電極３の膜厚は特に限定されるものではないが、５０〜３００ｎｍ程度が好ましい。

次に、上記のように透光性の電極３を平坦化層１１の表面に設けた後、電極３の平坦化層１１と反対側の表面に有機発光層２を形成する。有機発光層２を形成する有機ＥＬ材料としては、例えば、アントラセン、ナフタレン、ピレン、テトラセン、コロネン、ペリレン、フタロペリレン、ナフタロペリレン、ジフェニルブタジエン、テトラフェニルブタジエン、クマリン、オキサジアゾール、ビスベンゾキサゾリン、ビススチリル、シクロペンタジエン、クマリン、オキサジアゾール、ビスベンゾキサゾリン、ビススチリル、シクロペンタジエン、キノリン金属錯体、トリス（８−ヒドロキシキノリナート）アルミニウム錯体、トリス（４−メチル−８−キノリナート）アルミニウム錯体、トリス（５−フェニル−８−キノリナート）アルミニウム錯体、アミノキノリン金属錯体、ベンゾキノリン金属錯体、トリ−（ｐ−ターフェニル−４−イル）アミン、ピラン、キナクリドン、ルブレン、及びこれらの誘導体、あるいは、１−アリール−２，５−ジ（２−チエニル）ピロール誘導体、ジスチリルベンゼン誘導体、スチリルアリーレン誘導体、スチリルアミン誘導体、及びこれらの発光性化合物からなる基を分子の一部分に有する化合物あるいは高分子等が挙げられる。また上記化合物に代表される蛍光色素由来の化合物のみならず、いわゆる燐光発光材料、例えばＩｒ錯体、Ｏｓ錯体、Ｐｔ錯体、ユーロピウム錯体等々の発光材料、又はそれらを分子内に有する化合物若しくは高分子も好適に用いることができる。これらの材料は、必要に応じて、適宜選択して用いることができる。

そして有機発光層２の透光性の電極３と反対側に光反射性の対向電極１０を設けることによって、図１（ａ）の層構成の有機ＥＬ発光素子を形成することができるものである。この電極１０の材料としては、Ａｌなどを用いることができるが、Ａｌと他の電極材料を組み合わせて積層構造などとして構成するものであっても良い。このような電極材料の組み合わせとしては、アルカリ金属とＡｌとの積層体、アルカリ金属と銀との積層体、アルカリ金属のハロゲン化物とＡｌとの積層体、アルカリ金属の酸化物とＡｌとの積層体、アルカリ土類金属や希土類金属とＡｌとの積層体、これらの金属種と他の金属との合金などが挙げられ、具体的には、例えばナトリウム、ナトリウム−カリウム合金、リチウム、マグネシウムなどとＡｌとの積層体、マグネシウム−銀混合物、マグネシウム−インジウム混合物、アルミニウム−リチウム合金、ＬｉＦ／Ａｌ混合物／積層体、Ａｌ／Ａｌ_２Ｏ_３混合物などを例として挙げることができる。

上記のように形成される有機ＥＬ発光素子にあって、透光性の電極３と対向電極１０との間に電圧を印加することによって有機発光層２で発光した光は、透光性の電極３から、平坦化層１１と光散乱層５よりなる光取出し層４を透過し、さらに透光性の基板１を透過して取り出される。有機発光層２で発光した光がこのように光取出し層４の光散乱層５を通過する際に、光は散乱されて光の指向性が変更され、光取出し層４と基板１との界面で光が全反射されることを抑制することができるものである。

ここで、上記のように光散乱層５は、バインダー樹脂７に含有される光散乱粒子６の量が多い光散乱領域８と、バインダー樹脂７に含有される光散乱粒子６の量が少ない光透過領域９とが、面方向で海島構造状に混在して形成されている。このため光散乱層５を透過する光のうち、光散乱領域８を透過する光は多く含有される光散乱粒子６で散乱され、斜め方向への光の取り出しの効率を増大させることができるものであり、また光散乱層５を透過する光のうち光透過領域９を透過する光は、光散乱粒子６の量が少ないためにほとんど散乱されることなく直進して、ほとんど正面方向へ取り出すことができるものである。従って、正面への取り出し光の低減を抑制しつつ、斜め方向への光の取り出しの効率を増大して、高効率で光を取り出すことができるものである。

このように、光散乱領域８と光透過領域９とが海島構造状に混在する光散乱層５において、光散乱層５の面内での光散乱領域８と光透過領域９の面積の割合は、光散乱領域８の面積が光散乱層５の面内の１０〜９０％となるように設定するのが好ましい。光散乱領域８が占める割合が１０％未満であると、光散乱層５を通過する光の散乱が不十分になって、斜め方向への取り出しが不十分になり、逆に９０％を超えると、光透過領域９の面積割合が小さくなり過ぎて、斜め方向に取り出せる光以上に正面への光の取り出しが大きく低下してトータルの取出し量が減少し、いずれも光の取り出し効率を十分に高めることができない。

また光散乱領域８で海が、光透過領域９で島が構成されて、光透過領域９が光散乱領域８内に散在する海島構造で光散乱層５が形成される場合、光透過領域９の大きさは１〜１００μｍの範囲が好ましい。光透過領域９の大きさが１００μｍを超えると、光透過領域９を直進して正面方向へ取り出される光の量が多くなって斜め方向への取り出しが不十分になり、逆に光透過領域９の大きさが１μｍ未満であると、正面への光の取り出しが不十分になり、いずれも光の取り出し効率を十分に高めることができない。あるいは逆に、光散乱領域８で島が、光透過領域９で海が構成されて、光透過領域９内に光散乱領域８が散在する海島構造で光散乱層５が形成される場合、光散乱領域８の大きさは１〜１００μｍの範囲が好ましい。光散乱領域８の大きさが１００μｍを超えると、光散乱領域８で散乱される光の量が多くなって正面方向への光の取り出しが不十分になり、逆に光散乱領域８の大きさが１μｍ未満であると、直進する光の量が少なくなって正面への光の取り出しが不十分になり、いずれも光の取り出し効率を十分に高めることができない。そして光散乱領域８と光透過領域９のいずれで島を構成する場合でも、島を構成する領域の大きさが１００μｍを超える場合、光散乱層５の面内での光散乱領域８や光透過領域９の分布が不均一になり、正面への取り出し光の低減を抑制しつつ、斜め方向への光の取り出しの効率を増大する効果を、光散乱層５の全面で均一に得られなくなるおそれがある。尚、島を構成する光散乱領域８や光透過領域９の大きさとは、不定形に形成される領域の各部の直径の平均値である平均直径をいうものである。

さらに、光散乱層５の光散乱領域８や光透過領域９を形成する光散乱粒子６の粒径（平均粒子径）は、０．０５〜１００μｍの範囲であることが好ましい。光散乱粒子６の粒径が０．０５μｍ未満であると、光を散乱させる効果を十分に得ることができず、光の取り出し効率を十分に高めることができない。逆に光散乱粒子６の粒径が１００μｍを超えると、光散乱粒子６が有機ＥＬ発光素子を構成する層を突き抜けて素子短絡を引き起こす危険性が高まり、デバイスの信頼性が損なわれるおそれがある。尚、平均粒子径は、粒子分散溶液を濃厚系粒径アナラーザー（大塚電子社製）で測定し、３回測定した平均値を採用した。

また、光散乱粒子６は、球形などのように等方形状であってもよいが、長軸方向と短軸方向を有する異方形状であってもよい。光散乱粒子６がこのように異方形状であると、光散乱粒子６はその長軸方向が光散乱層５の膜厚方向に対して種々の角度・方向に向くように配列し、光散乱粒子６による光の散乱効果を高く得ることができるものである。例えば、長軸方向の粒径が５μｍ、短軸方向の粒径が３μｍの凸レンズ形状を有する異方形状の光散乱粒子６を用いる場合と、直径５μｍの真球状の光散乱粒子６を用いる場合を比較すると、基板１の表面に光散乱層５を塗布した際に、特別な処理などをしない限り、異方形状の光散乱粒子６は、その長軸方向が基板１の表面と平行など一方向に規則的に配列するようなことはなく、不規則な方向に長軸が向くように配列されるものであり、真球状の光散乱粒子６よりもあらゆる方向への光の散乱効果を高く得ることができる。このため、長軸方向と短軸方向を有する異方形状の光散乱粒子６を用いることによって、正面取出し光の低減を抑えつつ、斜め方向の光を散乱させて光取出しを向上させる効果を高く得ることができるものである。

ここで、光散乱粒子６の長軸方向と短軸方向は必ずしも直交している必要はなく、長軸方向と短軸方向が任意の角度である異方形状であってもよい。またこの異方形状の光散乱粒子６の長軸方向の粒径や短軸方向の粒径は、上記したような０．０５〜１００μｍの範囲内であることが好ましいが、特に長軸方向の粒径は０．５〜５０μｍ、短軸方向の粒径は０．１〜１０μｍの範囲が好ましい。また長軸方向と短軸方向の粒径の差は、短軸方向の粒径を１として長軸方向の粒径が１．２〜５の範囲であることが好ましいが、これに限定されるものでない。

さらに、光散乱粒子６は、その表面が光反射性を有するものであることが好ましい。このように光反射性を有する光散乱粒子６を用いることによって、光散乱粒子６による光の散乱効果を高く得ることができ、正面への取り出し光の低減を抑制しつつ、斜め方向への光の取り出しの効率を増大する効果を高く得ることができるものである。

このような光反射性を有する光散乱粒子６としては、特に限定されるものではないが、アルミニウムなどの金属で構成される粒子を用いることができる。

次に、本発明を実施例によって具体的に説明する。尚、重量平均分子量は、ＧＰＣ（ゲルパーミエーションクロマトグラフィー）により、測定機として東ソー(株)製「ＨＬＣ−８１２０」を用いて、標準ポリスチレンで検量線を作成し、その換算値として測定した。

（実施例１）
テトラエトキシシラン８６．８質量部にイソプロピルアルコール８０３．５質量部を加え、さらにγ-メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン３４．７質量部及び０．１Ｎ−硝酸７５質量部を加え、ディスパーを用いてよく混合することによって溶液を得た。得られた溶液を４０℃恒温槽中で２時間攪拌し、重量平均分子量が１０５０のシリコーンレジン５質量％溶液を得た。次にこのシリコーンレジン溶液に、光散乱粒子６としてメチルシリコーン粒子（ＧＥ東芝シリコーン社製「トスパール１２０」：平均粒子径２μｍ）を、メチルシリコーン粒子／シリコーンレジン（縮合化合物換算）の固形分質量基準で８０／２０となるように添加して、ホモジナイザーで分散させることによって、メチルシリコーン粒子分散シリコーンレジン溶液をコーティング材料として得た。尚、上記の「縮合化合物換算」とは、テトラアルコキシシランの場合は、存在するＳｉがＳｉＯ_２であるとしての質量、トリアルコキシシランの場合は、存在するＳｉがＳｉＯ_１．５であるとしての質量である。

次に、透光性の基板１として無アルカリガラス板（コーニング社製「Ｎｏ．１７３７」）を用い、上記のコーティング材料を基板１の表面にスピンコーターによって１０００ｒｐｍの条件で塗布・乾燥し、この塗布・乾燥を６回繰り返した後に、２００℃で３０分間焼成することによって、厚み約５μｍの光散乱層５を形成した。このようにして得た、光散乱層５付きの基板１の光学物性をヘイズメーター（日本電色工業社製「ＮＤＨ−２０００」）で測定したところ、ヘイズ値は９５．４、全光線透過率は７３．４％であった。

また上記のように作製した光散乱層５の表面を光学顕微鏡（キーエンス社製「ＶＨＸ−５００」）で観察した。５００倍で撮影した表示画像を図２に示す。図２にみられるように、光散乱粒子６が凝集した光散乱領域８が海となり、光散乱粒子６が存在しない光透過領域９が島となった、海島構造に光散乱層５が形成されており、島を構成する光透過領域９の大きさは１００μｍ以下である。また光散乱領域８が占める面積割合は約７０％である。

上記のように形成した光散乱層５の表面に、イミド系樹脂コーティング材（ＯＰＴＭＡＴＥ社製「ＨＲＩ１７８３：ｎＤ＝１．７８、濃度１８質量％）をスピンコーターによって２０００ｒｐｍの条件で塗布して乾燥し、２００℃で３０分間加熱して硬化させることによって、厚み約４μｍの平坦化層１１を形成した。

次に、ＩＴＯターゲット（東トー社製）を用いて、上記のように形成した平坦化層１１の表面にスパッタすることによって、平坦化層１１の上に１２０ｎｍの膜厚でＩＴＯ膜を形成した。次にこのようにＩＴＯ膜を形成した基板１を、Ａｒ雰囲気下、２００℃で１時間、加熱処理することによって、ＩＴＯ膜をアニールしてシート抵抗１８Ω／□の透明電極として電極３を形成した。

次にこの透明電極３を形成した基板１をアセトン、純水、イソプロピルアルコールで１５分間超音波洗浄した後、乾燥し、さらにＵＶ−Ｏ_３処理を１５分間行なった。この後に、この基板１を真空蒸着装置にセットし、ホール輸送層として、Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’−ビス(１−ナフチル)−１，１’−ビフェニル−４，４’−ジアミン（ＮＰＢ）（ｅＲａｙ社製）を電極３の上に４０ｎｍの膜厚で形成し、さらにこの上に電子輸送層兼有機発光層２として、アルミニウム−トリス（８−ヒドロキシキノリン）（Ａｌｑ）（ｅＲａｙ社製）を６０ｎｍの膜厚で形成し、さらにその上に電子注入層として、ＬｉＦ(高純度化学製)を１ｎｍの膜厚で形成した。そして最後に、電子注入層の上にＡｌ(高純度化学社製)を８０ｎｍの膜厚で真空蒸着し、陰極として対向電極１０を形成した。

この後、上記の各層を蒸着して形成した基板１を露点−８０℃以下のドライ窒素雰囲気のグローブボックスに大気に暴露することなく搬送した。一方、硝子製の封止キャップに吸水剤(ダイニック社製)を貼り付けると共に封止キャップの外周部に紫外線硬化樹脂製のシール剤を塗布したものを予め用意した。そしてグローブボックス内で各層を囲むように封止キャップを基板１にシール剤で張り合わせ、紫外線照射してシール剤を硬化させることによって、各層を封止キャップで封止し、図１（ａ）のような層構成の有機ＥＬ発光素子を得た。

（実施例２）
実施例１と同様にコーティング材料を基板１の表面にスピンコーターして光散乱層５を形成するにあたって、塗布・乾燥を１０回繰り返すことによって、光散乱層５を形成した。光散乱層５の膜厚は、接触式表面形状測定器（日本ビーコ社製「ＤｅｋＴａｋ３」）で測定した膜厚の平均値で約８μｍであった。この光散乱層５の表面を光学顕微鏡（キーエンス社製「ＶＨＸ−５００」）で観察した。５００倍で撮影した表示画像を図３に示す。図３に見られるように、光散乱粒子６が存在しない部分は僅かであり（光透過領域９の大きさは１μｍ未満）、光散乱粒子６が面内のほぼ全域を覆っているが、光散乱粒子６の含有比率が高い領域（光散乱領域８）と低い領域（光透過領域９）が形成されており、光散乱領域８が占める面積割合は約９０％であった。

その他は、実施例１と同様にして図１（ａ）のような層構成の有機ＥＬ発光素子を得た。

（実施例３）
実施例１と同様にコーティング材料を基板１の表面にスピンコーターして光散乱層５を形成するにあたって、塗布・乾燥を１回のみ行なった。光散乱層５の膜厚は、接触式表面形状測定器（日本ビーコ社製「ＤｅｋＴａｋ３」）で測定した膜厚の平均値で約１μｍであった。この光散乱層５の表面を光学顕微鏡（キーエンス社製「ＶＨＸ−５００」）で観察した。５００倍で撮影した表示画像を図４に示す。図４にみられるように、光散乱粒子６が凝集した光散乱領域８は僅かであり、光散乱粒子６が存在しない光透過領域９が殆どを占めるが、光散乱領域８が島となり、光透過領域９が海となった、海島構造に光散乱層５が形成されており、島を構成する光散乱領域８の大きさは１００μｍ以下である。また光散乱領域８が占める面積割合は約１０％である。

（実施例４）
光散乱粒子６として、平均粒径６０μｍのメチルシリコーン粒子を用いるようにした。その他は、実施例１と同様にして図１（ａ）のような層構成の有機ＥＬ発光素子を得た。

（実施例５）
光散乱粒子６として、平均粒径０．５μｍのメチルシリコーン粒子を用いるようにした。その他は、実施例１と同様にして図１（ａ）のような層構成の有機ＥＬ発光素子を得た。

（実施例６）
光散乱粒子６として、凸レンズ形状のアクリル樹脂粒子（積水化成品（株）製「Ｌ−ＸＸ−０３Ｎ」：平均粒径５μｍ）を用いるようにした。その他は、実施例１と同様にして図１（ａ）のような層構成の有機ＥＬ発光素子を得た。

（実施例７）
光散乱粒子６として、平均粒径６μｍのアルミニウム粒子を用いるようにした。その他は、実施例１と同様にして図１（ａ）のような層構成の有機ＥＬ発光素子を得た。

（比較例１）
透光性基板１の表面に直接、ＩＴＯ膜をスパッタし、２００℃で１時間加熱処理をしてアニールした電極３を形成した。そしてこの電極３の上に直接、実施例１と同様に有機発光層２、対向電極１０を形成すると共に封止キャップで封止することによって、有機ＥＬ発光素子を得た。

（比較例２）
実施例１と同様にコーティング材料を基板１の表面にスピンコーターして光散乱層５を形成するにあたって、塗布・乾燥を１４回繰り返すことによって、光散乱層５を形成した。その他は実施例１と同様にして有機ＥＬ素子を得た。

このものにおいて、光散乱層５の膜厚を、接触式表面形状測定器（日本ビーコ社製「ＤｅｋＴａｋ３」）で測定したところ平均値で約１２μｍであった。そして光散乱層５において光散乱粒子６が全面を覆っており、光散乱領域８が占める面積割合は約９８％であった。

（比較例３）
実施例１と同様にコーティング材料を基板１の表面にスピンコーターして光散乱層５を形成するにあたって、塗布回数を１回にし、スピンコーターの回転数を４０００ｒｐｍに設定して、光散乱層５を形成した。その他は実施例１と同様にして有機ＥＬ素子を得た。

このものにおいて、光散乱層５の膜厚を、接触式表面形状測定器（日本ビーコ社製「ＤｅｋＴａｋ３」）で測定したところ平均値で約０．５μｍであった。そして光散乱層５において光散乱領域８が殆ど存在せず、光透過領域９が占める面積割合は約９８％であった。

上記のようにして実施例１〜７及び比較例１〜３で得た有機ＥＬ発光素子の特性を、ＤＣ電源（ケースレイ社製）を用い、素子内部に流れる電流を１０ｍＡ／ｃｍ^２に固定し、輝度計（トプコン社製）を用いて評価した。このとき、正面輝度を、電流効率（ｃｄ／Ａ）とともに、１０°ごとの角度方位で−８０°〜＋８０°の範囲で測定し、全光束（電力効率ｌｍ／Ｗ）を算出した。電流効率と電力効率の測定結果を表１に示す。表１には、比較例１の電流効率及び電力効率をそれぞれ基準として、向上倍率を併せて示している。尚、電流−電圧特性は、実施例１〜７及び比較例１〜３において大きな差はみられなかった。また発光スペクトルにも大きな差はみられなかった。

表１にみられるように、実施例１〜７のものは、光散乱層５を形成していない比較例１は勿論、光散乱層５の殆どが光散乱領域で形成される比較例２や、光散乱層５の殆どが光透過領域で形成される比較例３のものに対しても、光の取り出し効率が向上していることが確認される。

本発明の実施の形態の一例を示すものであり、（ａ）は有機ＥＬ発光素子の層構成を示す概略図、（ｂ）は光散乱層の表面の一部を拡大して示した図である。実施例１の光散乱層の表面を光学顕微鏡で観察し、５００倍の撮影画像をプリントした図である。実施例２の光散乱層の表面を光学顕微鏡で観察し、５００倍の撮影画像をプリントした図である。実施例３の光散乱層の表面を光学顕微鏡で観察し、５００倍の撮影画像をプリントした図である。

符号の説明

１基板
２有機発光層
３電極
４光取出し層
５光散乱層
６光散乱粒子
７バインダー樹脂
８光散乱領域
９光透過領域
１０電極
１１平坦化層

Claims

透光性の基板と有機発光層の間に透光性の電極を備えると共に基板と透光性の電極の間に光の指向性を変更する光取出し層を備え、有機発光層で発光した光を光取出し層及び透光性の電極から透光性の基板を通して取り出すようにした有機ＥＬ発光素子において、光取出し層は光散乱層を備えて形成され、光散乱層は、光散乱粒子とバインダー樹脂よりなる光散乱領域と、光散乱領域より光散乱粒子の含有比率が低い光透過領域とが、面方向で混在して形成されていることを特徴とする有機ＥＬ発光素子。
光散乱層の面内で、光散乱領域が占める面積割合が１０〜９０％であることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ発光素子。
光散乱層の面内は、光散乱領域と光透過領域のうち一方が海、他方が島を構成する海島構造に形成され、島を構成する側の領域の大きさが１〜１００μｍの範囲であることを特徴とする請求項１又は２に記載の有機ＥＬ発光素子。
光散乱粒子の粒径は、０．０５〜１００μｍであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の有機ＥＬ発光素子。
光散乱粒子は、長軸方向と短軸方向を有する異方形状の粒子であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の有機ＥＬ発光素子。
光散乱粒子は、光反射性を有するものであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の有機ＥＬ発光素子。
光取出し層は、光散乱層と、光散乱層と透光性の電極との間に設けられ、光散乱層の表面を平坦にする平坦化層とを備えて形成されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の有機ＥＬ発光素子。