JP2002352956A

JP2002352956A - 薄膜型発光体及びその製造方法

Info

Publication number: JP2002352956A
Application number: JP2002078493A
Authority: JP
Inventors: Mitsuru Tanamura; 満棚村; Eiichiro Nishihara; 英一郎西原
Original assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Priority date: 2001-03-23
Filing date: 2002-03-20
Publication date: 2002-12-06

Abstract

(57)【要約】【課題】光取り出し効率を波長の広い範囲に亘って向
上させることができ、且つ、低コストで実現可能な、薄
膜型発光体とその製造方法を提供する。【解決手段】屈折率の異なる薄膜２ａ，３ａ間の境界
面、あるいは発光体と外部との境界面の３次元形状を、
発光体の発光ピーク波長をλ、ＪＩＳＢ０６０１¹⁹⁹⁴
で定義される上記境界面の凹凸の算術平均粗さをＲａ、
上記境界面の凹凸の平均間隔をＳｍとしたとき、λ／１
００＜Ｓｍ＜２λ、且つ、０．０１＜Ｒａ／Ｓｍ＜１０
の関係を満たすよう形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は薄膜型発光体に関
し、詳しくは、屈折率の異なる複数の薄膜層を有する発
光体からの光取り出し効率（外部量子効率）を向上させ
る薄膜発光体の構造とその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、薄膜型の発光体としては無機Ｅ
Ｌ、無機ＬＥＤ、バックライトを有した透過型液晶、ま
た近年商品化が始まった有機ＥＬ（有機電界発光素子）
等が存在している。いずれの方式も発光体内部の光を空
気中に取り出して視認するものであり、様々の方法で発
光効率の向上の検討がなされている。発光効率には発光
体内部での発光自体の効率と、発生した光を外部に取り
出す効率とが関わっており、前者は発光材料自体の開発
や正孔と電子の注入バランス等の改善を目的とした層構
成の改良が進められている。

【０００３】一方、後者は光取り出し面に微小なレンズ
構造を形成して正面への光量を向上させた技術（特開平
１１−０４５７８０号公報）や、発光面付近に屈折率の
周期変調構造（微小共振器）を形成して特定の波長の光
が前面から出てくるようにした技術（特開平１１−３２
９７４０号公報、特開平１１−２８８７８６号公報）が
報告されている。また、ガラス基板と透明電極であるＩ
ＴＯとの間に屈折率が空気に近いシリカエアロゲル層を
形成し、ガラス基板からの取り出し効率を向上させた報
告(MRS Fallmeeting 2000,JJ.5.19)もある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の薄膜型発光体か
らの光取り出し効率を向上させる方法の中で、取り出し
面に微小なレンズ構造を形成する方法では、レンズの形
状により限られた視野にのみ発光強度が強くなる特徴が
あり、高視野角の光取り出し効率の向上には向いていな
い。

【０００５】微小共振器構造を用いる方法は、波長の揃
った光が取り出せる特徴があるが、反面、複数の発光色
（波長）を取り出す場合には色毎に共振器の構造を最適
化する必要があるなど製造工程が複雑になりコストアッ
プが避けられない。また、シリカエアロゲル等の空気に
近い屈折率を持つ層を中間層として挿入する方法は、エ
アロゲルの構造上の特徴から機械的強度が弱くその後の
発光体形成工程の自由度が低下するという課題がある。

【０００６】本発明はこのような課題に鑑み創案された
もので、光取り出し効率を波長の広い範囲に亘って向上
させることができ、且つ、低コストで実現可能な、薄膜
型発光体とその製造方法を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の薄膜型発光体は、基板上に少なくとも２以
上の薄膜が積層され、光が発光部から外部に取り出され
る光路において少なくとも１回以上屈折率の異なる薄膜
間を通過する構造の発光体であって、上記屈折率の異な
る薄膜間の境界面、及び／または上記発光体と外部との
境界面の、３次元形状が、上記発光体の発光ピーク波長
をλ、ＪＩＳＢ０６０１¹⁹⁹⁴で定義される上記境界面
の凹凸の算術平均粗さをＲａ、上記境界面の凹凸の平均
間隔をＳｍとしたとき、λ／１００＜Ｓｍ＜２λ、且
つ、０．０１＜Ｒａ／Ｓｍ＜１０の関係を満たしている
ことを特徴としている。このように、屈折率の異なる薄
膜間の境界面や発光体と外部との境界面が上記のような
３次元形状に形成されることにより、可視光の広い範囲
に亘って屈折率ロスを抑制して光取り出し効率の向上を
図ることが可能になる。

【０００８】なお、境界面を構成する凹凸の形状は必ず
しも周期的なものである必要はない。例えば、上記の薄
膜型発光体は、陽極層と陰極層と１以上の有機層とを上
記薄膜として備えた有機電界発光素子として構成するこ
ともできるが、この場合には、陽極層または陰極層であ
るＩＴＯ層の形成時にできる多結晶構造の凹凸形状をそ
のまま、あるいは結晶を成長させて用いることも可能で
ある。また、必要があればエッチング処理等の表面処理
により凹凸形状を強調してもよい。これにより、機械的
強度を維持しつつ製造コストを抑えながら光取り出し効
率を向上させることができる。

【０００９】また、ＩＴＯ層上に表面の凹凸形状を小さ
くするように有機層を積層するのも好ましい。この場
合、有機層は少なくとも陽極界面層、正孔輸送層及び発
光層から構成し、陽極界面層は塗布法等の湿式法により
形成するのが好ましい。これにより、その後に形成する
発光層や対向電極などへの凹凸の影響を抑えることも可
能になる。

【００１０】上記の薄膜型発光体、特にＩＴＯ層を備え
た有機電界発光素子は、以下の製造方法により低コスト
で製造することができる。すなわち、まず、基板上に或
いは上記基板上に積層された薄膜上にスパッタリング法
や電子ビーム蒸着法等によりＩＴＯ層を成膜し、その成
膜中或いは成膜後の加熱による多結晶成長により、上記
発光体の発光ピーク波長をλ、ＪＩＳＢ０６０１¹⁹⁹⁴
で定義される凹凸の算術平均粗さをＲａ、凹凸の平均間
隔をＳｍとしたとき、λ／１００＜Ｓｍ＜２λ、且つ、
０．０１＜Ｒａ／Ｓｍ＜１０の関係を満たしている凹凸
を上記ＩＴＯ層の表面に形成させる。そして、表面の凹
凸形状を小さくするように上記ＩＴＯ層上に有機層を積
層する。

【００１１】或いは、基板上に或いは上記基板上に積層
された薄膜上にＩＴＯ層を成膜し、その成膜中或いは成
膜後の加熱による多結晶成長により上記ＩＴＯ層の表面
に凹凸を形成させ、さらに、上記発光体の発光ピーク波
長をλ、ＪＩＳＢ０６０１ ¹⁹⁹⁴で定義される凹凸の算
術平均粗さをＲａ、凹凸の平均間隔をＳｍとしたとき、
λ／１００＜Ｓｍ＜２λ、且つ、０．０１＜Ｒａ／Ｓｍ
＜１０の関係を満たすように、表面処理によって上記Ｉ
ＴＯ層の表面に形成された凹凸の形状の強調を行う。そ
して、表面の凹凸形状を小さくするように上記ＩＴＯ層
上に有機層を積層する。

【００１２】以上の製造方法において、好ましくは上記
有機層を少なくとも陽極界面層、正孔輸送層及び発光層
から構成し、陽極界面層は湿式法により形成する。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。（イ）原理まず、本発明に関わる光の反射防止すなわち光取り出し
効率の向上の原理を図１〜図３を用いて説明する。

【００１４】図１（ａ）は屈折率の異なる２種類の媒質
（媒質１，媒質２）が滑らかな境界面を介して積層され
た積層体の断面模式図であり、図１（ｂ）はそれら媒質
中の屈折率の変化を膜厚方向に対して示した図である。
ここでｎ₁（＞１）は媒質１の屈折率、ｎ₂（＞ｎ₁＞
１）は媒質２の屈折率を表す。この図１に示すように、
滑らかな境界面を介して異なる屈折率の媒質が積層され
ていると、その境界面で屈折率が急激に変化するために
境界面において光の反射が生じる。一般に媒質間の境界
面における反射率Ｒ₁₂は下記の数式（数１）で表され、
２つの媒質の屈折率差に比例して増大する。

【００１５】

【数１】Ｒ₁₂＝｛（ｎ₁−ｎ₂）／（ｎ₁＋ｎ₂）｝² 次に図２（ａ）は屈折率の異なる２種類の媒質（媒質
１，媒質２）が凹凸形状の境界面を介して積層された積
層体の断面模式図である。ここで凹凸の高さはｈ ^*、ピ
ーク間距離はｆ^*であり、周期的な凹凸形状を持った境
界面となっている。また、図２（ｂ）はそれら媒質中の
屈折率の変化を膜厚方向に対して示した図である。ここ
でｎ₁（＞１）は媒質１の屈折率、ｎ₂（＞ｎ₁＞１）は
媒質２の屈折率を表す。

【００１６】この図２に示すように、周期的凹凸形状の
境界面を介して異なる屈折率の媒質が積層されている
と、その遷移領域で屈折率が連続的に緩やかに変化す
る。ただし、これは凹凸の周期ｆ^*が光の波長λに比べ
て小さいときに起こる現象であり、この特性を用いて反
射防止効果を得る試みが従来からなされている（Y.Ono,
et al, Appl.Opt., vol.26, no.6, pp.1142-1146, 198
7、E.B.Grann,et al, J.Opt.Soc.Am.A, vol.12, no2, p
p.333-39, 1995）。

【００１７】またこの遷移領域での厳密な解析はRigoro
us Coupled Wave Theory等（M.G.Moharam,et al, J.Op
t.Soc.Am.A, vol.72, no.10, pp.1385-1392, 1982、K.Y
okomori, Appl.Opt., vol.23, no.14, pp.2303-2310, 1
947）のベクトル回折計算により行われるが、誘電率の
平均値の平方根でその等価屈折率を求める有効屈折率法
で議論しても大きな相違はないことが報告されている
（前出 Y.Ono,et al, Appl.Opt.,vol.26,no.6,pp.1142-
1146,1987）。このように微小な凹凸の結果、屈折率が
連続的に緩やかに変化する遷移領域は、近似的に多層膜
から構成されていると考えると、この多層膜内において
隣り合う膜の屈折率差は略ゼロと考えられるため、境界
面における光の反射は抑制されることになる。

【００１８】次に図３（ａ）は屈折率の異なる２種類の
媒質（媒質１，媒質２）が、凹凸形状の境界面を介して
積層された積層体の断面模式図である。ここで凹凸は図
２の場合と違って周期性はなく、凹凸の平均の高さを
ｈ、平均のピーク間距離をｆとしている。図３（ｂ）は
それら媒質中の屈折率の変化を膜厚方向に対して示した
図である。ここでｎ₁（＞１）は媒質１の屈折率、ｎ
₂（＞ｎ₁＞１）は媒質２の屈折率を表す。

【００１９】この図３に示すように光の波長に比べて小
さい非周期的な凹凸界面を持った境界領域においても、
有効屈折率法により屈折率は単調ではないが連続的に変
化するものと考えられる。したがって、この場合も凹凸
界面の遷移領域は近似的に多層膜から構成されていると
考えると、この多層膜内において隣り合う膜の屈折率差
は略ゼロと考えられるため、図２の場合と同様に反射防
止効果が発現すると考えられる。このような考察から、
発明者らは厳密なRigorous Coupled Wave理論に制限さ
れることなく、非周期的なすなわち無作為に形成された
凹凸界面であっても、周期的な凹凸界面と同等の反射防
止効果が高範囲の波長領域で得られることを見いだし
た。

【００２０】（ロ）製造方法次に本発明の一実施形態にかかる薄膜型発光体の製造方
法について説明する。ここでは、本発明を薄膜型発光体
の１種である有機電界発光素子に適用している。図４
（ａ）は、本実施形態にかかる有機電界発光素子の構造
を示す模式断面図である。図４（ａ）に示すように、有
機電界発光素子は基板１上に、陽極としての導電層２
ａ、陽極界面層３ａ、正孔輸送層３ｂ、発光層３ｃ、陰
極としての導電層４が順に積層されている。なお、発光
層３ｃ内に符号５で示す領域は発光領域を摸式的に示し
たものである。また、陽極界面層３ａ、正孔輸送層３ｂ
及び発光層３ｃは一括して有機層と呼ぶことがある。

【００２１】基板１は、本発明に係る有機電界発光素子
の支持体となるものであり、石英やガラスの板、プラス
チックフィルムやシート等の透明質のものが用いられ
る。導電層２ａは、通常、インジウム及び／又はスズの
酸化物（ＩＴＯ）等の金属酸化物により構成される。陽
極としての導電層２ａの形成は、通常、スパッタリング
法や電子ビーム蒸着法等によって基板１上に成膜するこ
とにより行われることが多い。ここでは、導電層２ａの
上面には、図３を用いて説明したように非周期的な凹凸
形状が無作為に形成されている。この導電層２ａの表面
の凹凸は、成膜中あるいは成膜後の、金属或いは金属酸
化物の粒子の多結晶成長や、導電層２の形成後にエッチ
ング等の表面処理を行うことにより形成することができ
る。なお、電界発光素子としては、導電層２ａは透明性
に優れていることが必要である。導電層２ａの膜厚は１
０〜５００ｎｍ程度が望ましい。

【００２２】導電層４として用いられる材料は、前記導
電層２ａと同様の材料を用いることが可能であるが、効
率的に電子注入を行うには、仕事関数の低い金属が好ま
しく、一般にはスズ、マグネシウム、インジウム、アル
ミニウム、銀等の適当な金属又はそれらの合金が用いら
れる。なお、導電層４は、本実施形態では前記導電層２
ａとは異なり透明性についての要求は無く、透明でもよ
く不透明でもよい。

【００２３】陽極界面層３ａは、塗布法あるいは真空蒸
着法により前記導電層２ａ上に形成することができる
が、導電層２ａの凹凸形状を平坦化するには塗布法がよ
り優れた方法であり、ここではスピンコート法で形成し
ている。このように導電層２ａの凹凸形状を小さく平坦
化するように陽極界面層３ａを積層することにより、発
光層３ｃや対向電極である導電層４等への凹凸の影響を
抑えることができる。陽極界面層３ａとして用いられる
材料は高分子材料及び低分子材料のいずれも可能である
が、正孔輸送性を持っていることが好ましく、また、塗
布のための溶媒への溶解性（分散性）も必要となる。例
えば、この溶液を基板１上に形成された導電層２ａ上に
適量滴下して１５００〜４０００ｒｐｍの回転数でスピ
ンコートして所望の陽極界面層３ａを形成すればよい。
陽極界面層３ａの膜厚は、導電層２ａの凹凸の大きさや
材料の正孔輸送性に応じて塗布溶液の粘度や塗布時の回
転数によって制御できるが、通常１０〜２００ｎｍ程度
が選ばれる。

【００２４】正孔輸送層３ｂ及び発光層３ｃも塗布法あ
るいは真空蒸着法により前記陽極界面層３ａ上に形成す
ることができるが、ここでは真空蒸着法によって形成し
た例を示す。真空蒸着法の場合には、正孔輸送材料及び
発光材料を真空容器内に設置されたルツボに入れ、真空
容器内を適当な真空ポンプで１０^-5Ｐａにまで排気した
後、順次ルツボを加熱して、正孔輸送材料及び発光材料
を蒸発させ、ルツボと向き合って置かれた基板１上の導
電層２ａ上の陽極界面層３ａ上に正孔輸送層３ｂ及び発
光層３ｃを形成する。このようにして形成される正孔輸
送層３ｂ及び発光層３ｃの膜厚は、各々通常、１０〜３
００ｎｍ、好ましくは３０〜１００ｎｍである。

【００２５】正孔輸送層３ｂと共に有機層３を構成する
発光層３ｃに用いられる化合物としては、陰極としての
導電層５からの電子注入効率が高く、かつ、注入された
電子を効率よく輸送することができる化合物であること
が必要である。そのためには、電子親和力が大きく、し
かも電子移動度が大きく、更に安定性に優れ、トラップ
となる不純物が製造時や使用時に発生しにくい化合物で
あることが要求される。また、正孔と電子の再結合の際
に発光をもたらす役割も求められる。

【００２６】図４（ｂ）は図４（ａ）で示した有機電界
発光素子を構成する各層の屈折率の変化を膜厚方向に対
して示した図である。ここで各層のおよその屈折率は、
ｎ（空気）＝１．０、ｎ（ガラス基板１）＝１．５、ｎ
（陽極２ａ）＝２．０、ｎ（有機層３）＝１．５であ
り、導電層２ａと有機層３との境界面の屈折率変化はそ
の界面の凹凸形状によって連続的なものになっている。
このように屈折率が連続的に変化することから、上述し
たように導電層２ａと有機層３との境界は近似的に多層
膜から構成されているものとみなすことができる。した
がって、本実施形態にかかる有機電界発光素子によれ
ば、導電層２ａと有機層３との境界面における表面反射
を抑制することができる。

【００２７】一方、図５（ａ）は本発明の比較例となる
一般的な有機電界発光素子の構造を示す模式断面図であ
る。図４（ａ）で示した構造との違いは導電層２ｂの表
面形状であり、図５（ａ）においては導電層２ｂの表面
は平滑、すなわち、凹凸のない形状になっている。図５
（ｂ）は図５（ａ）で示した有機電界発光素子を構成す
る各層の屈折率の変化を膜厚方向に対して示した図であ
る。この場合は屈折率の異なる全ての層の間の屈折率変
化は急峻なものとなっており、導電層２ｂと有機層３と
の境界面においても屈折率はステップ状に変化してい
る。したがって、この場合には導電層２ｂと有機層３と
の境界面において、屈折率の差に伴なう表面反射が生じ
てしまう。

【００２８】（ハ）その他以上、本発明の一実施形態にかかる薄膜型発光体（ここ
では、有機電界発光素子）の製造方法について説明した
が、本発明は上述の実施形態に限定されるものではな
く、本発明の趣旨を逸脱しない限り種々変形して実施し
てもよい。例えば、図４に示す有機電界発光素子では、
導電層２ａと有機層３との境界面に凹凸形状を形成して
いるが、凹凸形状の形成位置は境界面に限定されない。
発光体の基板１にガラスを用いる場合、ガラスの表面
（すなわち発光体と外部との境界面）に上記条件を満た
す凹凸を形成することによっても本発明の効果が得られ
る。すなわち、ガラスの陽極層側に凹凸構造を形成した
場合、発光体からの光は陽極層とガラスの凹凸境界およ
びガラス本体を通過して大気中に取り出される。この場
合、本発明による凹凸構造により、光は陽極層とガラス
との間の屈折率の変化を緩やかに通過し、急峻な屈折率
変化による光の損失が抑えられる。また、ガラスの凹凸
構造を陽極層とは反対の側に形成した場合も、光はガラ
スから大気への屈折率の変化を緩やかに通過することに
なり、急峻な屈折率変化による光の損失が抑えられる。

【００２９】また、ガラス表面に直接凹凸構造を形成す
る代わりに、凹凸構造を持ったフィルムをガラスに貼っ
ても同様の効果が得られる。この場合、基板はガラスで
あってもよいし、樹脂など他の材質であっても構わない
が、基板と凹凸構造を持つフィルムとの屈折率が近いほ
ど好ましい。このような凹凸を持つガラス基板、樹脂基
板あるいはフィルムは、例えば以下のようにして製造す
ることができる。すなわち、まず平滑な面を持ったガラ
ス板などの上にフォトレジストをスピンコートして、あ
らかじめ作製しておいた所望の凹凸周期パターンを持っ
たのフォトマスク越しに露光する。その後レジストを現
像することによりフォトマスクと同様あるいは縮小率に
応じた周期の凹凸構造を持ったフォトレジストが得られ
る。このとき、露光用の光の波長、露光量、現像時間な
どを最適化することにより、凹凸の深さを任意に設定可
能である。次に凹凸構造を持ったフォトレジストを真空
槽に移し、ニッケルなどの金属をスパッタ蒸着して５０
〜５００ｎｍの厚みのニッケル膜を形成する。次にこの
ニッケル膜をニッケルの電界メッキ液の中に浸し、５〜
５０μｍの厚みのニッケル膜を作製する。このニッケル
膜をフォトレジストから剥がし、金属板などで裏打ちし
てフォトレジストの凹凸構造を転写したニッケル金型が
完成する。

【００３０】次にこの金型を用いて、任意の基板やフィ
ルムに金型の凹凸構造を転写して凹凸構造を持つ基板や
フィルムを得ることができる。例えば凹凸構造をもつガ
ラス基板を作製する場合、ガラスの平板基板を金型の上
に置き、ガラスを軟化点前後の温度まで加熱した後、ガ
ラスを金型に押しつけて金型の凹凸を転写し、ガラスの
形状が保てる温度まで冷やした後に金型から取り外すこ
とにより所望の凹凸構造を持ったガラス基板が得られ
る。

【００３１】また、光硬化性の樹脂を用いることによっ
ても、凹凸樹脂基板が作製できる。すなわち、光硬化性
樹脂を所望の厚みになるように金型に塗布し、その樹脂
に光を照射して固めた後金型から取り外せばよい。ま
た、ＰＥＴなどの樹脂フィルムを用いても凹凸フィルム
が作製できる。すなわち、上記金型を円柱状に形成し、
凹凸を持った金型ローラーの上をＰＥＴフィルムを任意
の圧力と温度を掛けながら通過させることにより、大面
積の凹凸フィルムが得られる。

【００３２】このように、フォトリソグラフ法を用いる
ことにより、上記のように周期的な凹凸構造を形成する
ことが可能であるが、境界面を構成する凹凸の形状は必
ずしも周期的なものである必要はないさらに、基板１と
導電層２ａとの間等、他の境界面にも上記のような反射
防止特性を有する凹凸形状を形成してもよい。ガラス基
板１と導電層２ａとの境界面に凹凸を形成する場合に
も、上記と同様の方法が考えられるが、ガラス自体に凹
凸を設ける方が好ましい。

【００３３】また、凹凸形状を形成する境界面は１つの
みに限定されず、複数の境界面に凹凸形状も形成しても
よい。

【００３４】

【実施例】次に、本発明を実施例によって更に具体的に
説明する。なお、本発明はその要旨を越えない限り、以
下の実施例の記載に限定されるものではない。＜実施例１＞本実施例では、ガラス基板１として厚さ
１．１ｍｍのコーニング社製１７３７ガラスを用い、そ
の上に電子ビーム蒸着法を用い導電層２ａとしてインジ
ウム・スズ酸化物（ＩＴＯ）透明導電膜を１８０ｎｍ成
膜した。蒸着の際、ガラス基板の温度を２００〜２４０
℃に保ち、ＩＴＯの多結晶化を促進した。その後基板を
取り出し、２規定の塩酸水溶液中で１分間浸漬の後水洗
し、ＩＴＯ表面の凹凸が大きくなるように処理した。そ
の後ＩＴＯの平均膜厚を測定したら１６０ｎｍであっ
た。

【００３５】この導電層２ａのシート抵抗値を測定した
ところ１７Ω／ｓｑであった。また、導電層２ａの表面
ＳＥＭ写真を図６（ａ）、断面ＳＥＭ写真を図７
（ａ）、ＡＦＭ観察像を図８（ａ）に示す。ＳＥＭ写真
からは導電層２ａを形成するＩＴＯの多結晶構造により
表面が凹凸になっている様子が分かる。また、ＡＦＭ測
定からこの導電層２ａ表面の算術平均粗さはＲａ＝４．
８ｎｍ、ピーク数は２８０個／３μｍ²であることが分
かった。ピーク数から平均ピーク間隔つまり凹凸の平均
間隔Ｓｍは１８０ｎｍと求められた。したがって導電層
２ａの表面凹凸の算術平均粗さＲａと平均間隔Ｓｍとの
比は、Ｒａ／Ｓｍ＝０．０２７であった。ここで、ＡＦ
Ｍはデジタルインスツルメント社製のNanoscope IIIを
用いた。また、Peakcountは、測定面全体の凹凸高低差
の平均面から凹凸のばらつきの標準偏差（σ）分だけ上
にずらした面をThresholdとして、それより上のピーク
数をカウントして求めた。この値から凹凸の平均間隔Ｓ
ｍを下記の数式（数２）にて求めた。

【００３６】

【数２】Ｓｍ＝（測定領域の１辺の長さ）／（Peakcount^1/2）次に導電層２ａ付きガラス基板の反射率を評価するため
に，凹凸の付いた面側から光線を入射し、光線透過率を
下記の数式（数３）にて計算した。測定には島津製作所
製の自記分光光度計UV-3100Sを使用した。

【００３７】

【数３】光線透過率＝Ｉ₁／Ｉ₀ Ｉ₀：サンプルに入射する光線強度Ｉ₁：サンプルから出射した光線強度その結果、各波長における光線透過率は図９中に線ａで
示す結果となった。この結果から後に述べる比較例に比
べ表面の反射が低く抑えられているため光線透過率が向
上していることが確認できる。

【００３８】次にこの導電層２ａ上に陽極界面層３ａを
スピンコート法にて形成した。このときの回転数は２０
００ｒｐｍ、時間は３０秒とした。その結果、陽極界面
層３ａの膜厚は８０ｎｍであった。次に基板を真空蒸着
装置内に移し、蒸着槽内に配置されたセラミックるつぼ
に入れた４,４'−ビス［Ｎ−(１−ナフチル)−Ｎ−フェ
ニルアミノ］ビフェニルをるつぼの周囲のタンタル線ヒ
ーターで加熱して陽極界面層３ａの上に積層し、正孔輸
送層３ｂとした。この時のるつぼの温度は２３０〜２４
０℃の範囲で制御した。蒸着時の真空度は１．１×１０
^-4Ｐａ、蒸着時間は１分５０秒で、膜厚は６０ｎｍであ
った。

【００３９】次に発光機能を有する電子輸送層の材料と
して、アルミニウムの８−ヒドロキシキノリン錯体、Ａ
ｌ（Ｃ₉Ｈ₆ＮＯ）₃を同様にして上記正孔輸送層３ｂの
上に蒸着した。この時のるつぼの温度は３１０〜３２０
℃の範囲で制御した。蒸着時の真空度は１．２×１０^-4
Ｐａ、蒸着時間は２分４０秒で、蒸着された発光層３ｃ
の膜厚は７５ｎｍであった。

【００４０】上記の正孔輸送層及び発光層を真空蒸着す
る時の基板温度は室温に保持した。次に真空槽内で、陰
極として対向電極４をマグネシウムと銀の合金電極を２
元同時蒸着法によって膜厚１００ｎｍとなるように蒸着
した。蒸着はモリブデンボートを用いて、真空度約１．
３×１０^-3Ｐａ、蒸着時間３分１０秒で行った。また、
マグネシウムと銀の原子比は１０：１．１とした。陰極
の蒸着時の基板温度は室温に保持した。

【００４１】以上の処理により有機電界発光素子が完成
した。次に素子を真空槽から取り出して、発光輝度の電
圧依存性を測定した。測定は、まず各電極に直流電源を
接続し、ガラス基板１を通過してくる光を正面から輝度
計で計測した。結果を図１０中に線ａで示す。この結果
から後に述べる比較例に比べ印加電圧あたりの発光輝度
が向上していることが確認できる。

【００４２】＜比較例１＞次に、実施例１と同様にガラ
ス基板１として厚さ１．１ｍｍのコーニング社製１７３
７ガラスを用い、その上にスパッタ蒸着法を用い導電層
２ｂとしてインジウム・スズ酸化物（ＩＴＯ）透明導電
膜を２２０ｎｍ成膜した。その透明導電膜の表面をテー
プ研磨して膜厚１７０ｎｍの導電層２ｂを得た。

【００４３】この導電層２ｂのシート抵抗値を測定した
ところ１６Ω／ｓｑであった。また、導電層２ｂの表面
ＳＥＭ写真を図６（ｂ）、断面ＳＥＭ写真を図７
（ｂ）、ＡＦＭ観察像を図８（ｂ）に示す。ＳＥＭ写真
からは導電層２ｂを形成するＩＴＯの表面が平滑になっ
ている様子が分かる。また、ＡＦＭ測定からこの導電層
２ｂ表面の算術平均粗さはＲａ＝０．６２ｎｍ、ピーク
数は８４個／３μｍ²であることが分かった。ピーク数
から平均ピーク間隔つまり凹凸の平均間隔は３３０ｎｍ
と求められた。したがって導電層２ｂの表面凹凸の算術
平均粗さＲａと平均間隔Ｓｍとの比は、Ｒａ／Ｓｍ＝
０．００１９であった。

【００４４】次に実施例１と同様にして各波長における
光線透過率を測定した。その結果を図９中に線ｂで示
す。以下、実施例１と同様にして、導電層２ｂ上に陽極
界面層、正孔輸送層、発光層及び陰極層を形成して有機
電界発光素子を完成した。各層の膜厚は実施例１と同様
であった。次に素子を真空槽から取り出して、実施例１
と同様に発光輝度の電圧依存性を測定した。その結果を
図１０中に線ｂで示す。

【００４５】＜実施例２＞次に、図１１（ａ）に模式的
に示した構成の、有機電界発光素子を作製した。まず、
実施例１で用いたガラス基板と同様の材質の基板を上述
の実施形態中に記載の金型転写法で加工して、片側の表
面に凹凸形状を有する基板1ｂを得た。このとき基板１
ｂの凹凸面は、Ｒａ／Ｓｍ＝０．２０９であった。この
基板１ｂの凹凸面に、スパッタ蒸着法を用い導電層とし
てインジウム・スズ酸化物（ＩＴＯ）透明導電膜を２２
０ｎｍ成膜した。その透明導電膜の表面をテープ研磨し
て、ガラス側が凹凸、反対側が平坦な平均膜厚１７０ｎ
ｍの導電層２ｃを得た。

【００４６】この導電層２ｃのシート抵抗値を測定した
ところ１７Ω／ｓｑであった。以下、実施例１と同様に
して、導電層２ｃ上に陽極界面層３ａ、正孔輸送層３
ｂ、発光層３ｃ及び陰極層４を形成して有機電界発光素
子を完成した。各層の膜厚は実施例１と同様であった。
次に素子を真空槽から取り出して、電流に対する発光効
率の電圧依存性を測定した。その結果を図１４中に黒四
角印で示す。同様に測定した比較例１の発光効率（図１
４中に白抜き丸印（○）で示す）に比べて、発光効率が
約８％向上している。

【００４７】＜実施例３＞次に、図１２（ａ）に模式的
に示した構成の、有機電界発光素子を作製した。実施例
２で用いたのと同様の片面を凹凸加工したガラス基板１
ｃを用い、実施例２とは逆の平坦な面に、スパッタ蒸着
法を用い導電層としてインジウム・スズ酸化物（ＩＴ
Ｏ）透明導電膜を２２０ｎｍ成膜した。その透明導電膜
の表面をテープ研磨して、平均膜厚１７０ｎｍの導電層
２ｂを得た。このときＩＴＯ面とは反対の基板１ｃの凹
凸面は、Ｒａ／Ｓｍ＝０．２１１であった。

【００４８】この導電層２ｂのシート抵抗値を測定した
ところ１８Ω／ｓｑであった。以下、実施例１と同様に
して、導電層２ｂ上に陽極界面層３ａ、正孔輸送層３
ｂ、発光層３ｃ及び陰極層４を形成して有機電界発光素
子を完成した。各層の膜厚は実施例と同様であった。次
に素子を真空槽から取り出して、電流に対する発光効率
の電圧依存性を測定した。その結果を図１４中に黒三角
印で示す。同様に測定した比較例１の発光効率（図１４
中に白抜き丸印（○）で示す）に比べて、発光効率が約
５％向上している。

【００４９】＜実施例４＞次に、図１３（ａ）に模式的
に示した構成の、有機電界発光素子を作製した。まず、
比較例１と同様にして有機電界発光素子を完成した。ガ
ラス基板と同等の屈折率を有し、上述の実施形態中に記
載の金型転写法にて表面が凹凸加工されたフィルム６の
裏面を、得られた素子のガラス基板１に密着して貼り付
けた。このフィルム６の凹凸は、Ｒａ／Ｓｍ＝０．２０
７であった。

【００５０】この素子の電流に対する発光効率の電圧依
存性を測定した。その結果を図１４中に黒丸印で示す。
同様に測定した比較例１の発光効率（（図１４中に白抜
き丸印（○）で示す）に比べて、発光効率が約４％向上
している。以上の各実施例１〜４及び比較例１において
測定された素子の発光ピーク波長λに対する凹凸の平均
間隔Ｓｍ、及びＲａ／Ｓｍの値などの測定結果を表１に
まとめて示す。表１中において、○×は測定されたＳｍ
及びＲａ／Ｓｍの評価であり、○は測定値が好ましい範
囲に入っていることを意味し、×は測定値が好ましい範
囲外であることを意味している。

【００５１】

【表１】

【００５２】

【発明の効果】以上詳述した通り、本発明の薄膜型発光
体によれば、反射防止のためのコーティングや基板に複
雑な集光構造を作製することなく、低コストで反射を防
止することができ、発光体からの光をより多く外部に取
り出すことができる。したがって、本発明の薄膜型発光
体を用いれば高効率なフラットパネル・ディスプレイ
（例えばＯＡコンピュータ用や壁掛けテレビ）や表示
板、標識灯等が安価に提供することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理を説明するための図であり、
（ａ）は滑らかかな境界面を持った２種類の媒質からな
る積層体の断面模式図、（ｂ）は（ａ）の媒質中の屈折
率変化を膜厚方向に対して示した図である。

【図２】本発明の原理を説明するための図であり、
（ａ）は周期的な凹凸境界面を持った２種類の媒質から
なる積層体の断面模式図、（ｂ）は（ａ）の媒質中の屈
折率変化を膜厚方向に対して示した図である。

【図３】本発明の原理を説明するための図であり、
（ａ）は非周期的な凹凸境界面を持った２種類の媒質か
らなる積層体の断面模式図、（ｂ）は（ａ）の媒質中の
屈折率変化を膜厚方向に対して示した図である。

【図４】本発明の一実施形態を示す図であり、（ａ）は
本実施形態にかかる有機電界発光素子の構造を示す模式
断面図、（ｂ）は（ａ）の媒質中の屈折率変化を膜厚方
向に対して示した図である。

【図５】本発明に対する比較例を示す図であり、（ａ）
は一般的な有機電界発光素子の構造を示す模式断面図、
（ｂ）は（ａ）の媒質中の屈折率変化を膜厚方向に対し
て示した図である。

【図６】（ａ）は本発明の実施例としての導電層の表面
ＳＥＭ写真、（ｂ）は比較例としての導電層の表面ＳＥ
Ｍ写真である。

【図７】（ａ）は本発明の実施例としての導電層の断面
ＳＥＭ写真、（ｂ）は比較例としての導電層の断面ＳＥ
Ｍ写真である。

【図８】（ａ）は本発明の実施例としての導電層のＡＦ
Ｍ観察像、（ｂ）は比較例としての導電層のＡＦＭ観察
像である。

【図９】本発明の実施例としての導電層付きガラス基板
の光透過率と比較例としての導電層付きガラス基板の光
透過率とを比較して示す図である。

【図１０】本発明の実施例としての有機電界発光素子の
発光特性と比較例としての有機電界発光素子の発光特性
とを比較して示す図である。

【図１１】本発明の一実施形態を示す図であり、（ａ）
は本実施形態にかかる有機電界発光素子の構造を示す模
式断面図、（ｂ）は（ａ）の媒質中の屈折率変化を膜厚
方向に対して示した図である。導電層２側が凹凸加工さ
れた基板１ｂを有する。

【図１２】本発明の一実施形態を示す図であり、（ａ）
は本実施形態にかかる有機電界発光素子の構造を示す模
式断面図、（ｂ）は（ａ）の媒質中の屈折率変化を膜厚
方向に対して示した図である。導電層２と反対側が凹凸
加工された基板１ｃを有する。

【図１３】本発明の一実施形態を示す図であり、（ａ）
は本実施形態にかかる有機電界発光素子の構造を示す模
式断面図、（ｂ）は（ａ）の媒質中の屈折率変化を膜厚
方向に対して示した図である。基板１に基板と同じ屈折
率を持つ凹凸加工されたフィルム６が貼られている。

【図１４】本発明の実施例２ないし４および比較例１に
おける、有機電界発光素子の発光特性を比較して示す図
である。

【符号の説明】

１基板１ｂ導電層側が凹凸加工された基板１ｃ導電層と反対側が凹凸加工された基板２ａ凹凸表面を持った導電層（陽極層）２ｂ平滑な表面を持った導電層（陽極層）２ｃ基板側は凹凸、陽極界面側は平滑な表面を持った
導電層（陽極層）３ａ陽極界面層３ｂ正孔輸送層３ｃ発光層４導電層（陰極）５模式的に示した発光領域６基板と同じ屈折率を持つ凹凸加工されたフィルムｈ^* 導電層２ａの周期的な凹凸の高さｆ^* 導電層２ａの周期的な凹凸のピーク間距離ｈ導電層２ｂの非周期的な凹凸の平均の高さｆ導電層２ｂの非周期的な凹凸の平均ピーク間距離

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に少なくとも２以上の薄膜が積層
され、光が発光部から外部に取り出される光路において
少なくとも１回以上屈折率の異なる薄膜間を通過する構
造の発光体であって、上記屈折率の異なる薄膜間の境界面、及び／または上記
発光体と外部との境界面の、３次元形状が、上記発光体
の発光ピーク波長をλ、ＪＩＳＢ０６０１¹⁹ ⁹⁴で定義
される上記境界面の凹凸の算術平均粗さをＲａ、上記境
界面の凹凸の平均間隔をＳｍとしたとき、 λ／１００＜Ｓｍ＜２λ、且つ、０．０１＜Ｒａ／Ｓｍ＜１０の関係を満たしていること
を特徴とする、薄膜型発光体。
【請求項２】上記薄膜として陽極層と陰極層と１以上
の有機層とを備えた有機電界発光素子として構成された
ことを特徴とする、請求項１記載の薄膜型発光体。
【請求項３】上記屈折率の異なる一対の薄膜は、陽極
層または陰極層であるＩＴＯ層と有機層であり、上記Ｉ
ＴＯ層上に表面の凹凸を小さくするように上記有機層が
積層されたことを特徴とする、請求項１又は２記載の薄
膜型発光体。
【請求項４】上記ＩＴＯ層の表面の凹凸はＩＴＯ層形
成時における多結晶成長により形成されたものであるこ
とを特徴とする、請求項３記載の薄膜型発光体。
【請求項５】上記ＩＴＯ層の表面の凹凸は表面処理に
よって形状の強調が行われている、ことを特徴とする、
請求項４記載の薄膜型発光体。
【請求項６】上記有機層は少なくとも陽極界面層、正
孔輸送層及び発光層からなり、上記陽極界面層は湿式法
により形成されたものであることを特徴とする、請求項
３〜５の何れかの項に記載の薄膜型発光体。
【請求項７】基板上に少なくとも２以上の薄膜が積層
された構造の薄膜型発光体の製造方法であって、上記基板上に或いは上記基板上に積層された薄膜上にＩ
ＴＯ層を成膜する工程と、成膜中或いは成膜後の多結晶成長により、上記発光体の
発光ピーク波長をλ、ＪＩＳＢ０６０１¹⁹⁹⁴で定義さ
れる凹凸の算術平均粗さをＲａ、凹凸の平均間隔をＳｍ
としたとき、λ／１００＜Ｓｍ＜２λ、且つ、０．０１
＜Ｒａ／Ｓｍ＜１０の関係を満たしている凹凸を上記Ｉ
ＴＯ層の表面に形成させる工程と、表面の凹凸を小さくするように上記ＩＴＯ層上に有機層
を積層する工程とを備えたことを特徴とする、薄膜型発
光体の製造方法。
【請求項８】基板上に少なくとも２以上の薄膜が積層
された構造の薄膜型発光体の製造方法であって、上記基板上に或いは上記基板上に積層された薄膜上にＩ
ＴＯ層を成膜する工程と、成膜中或いは成膜後の多結晶成長により上記ＩＴＯ層の
表面に凹凸を形成させる工程と、上記発光体の発光ピーク波長をλ、ＪＩＳＢ０６０１
¹⁹⁹⁴で定義される凹凸の算術平均粗さをＲａ、凹凸の平
均間隔をＳｍとしたとき、λ／１００＜Ｓｍ＜２λ、且
つ、０．０１＜Ｒａ／Ｓｍ＜１０の関係を満たすよう
に、表面処理によって上記ＩＴＯ層の表面に形成された
凹凸の形状の強調を行う工程と、表面の凹凸を小さくするように上記ＩＴＯ層上に有機層
を積層する工程とを備えたことを特徴とする、薄膜型発
光体の製造方法。
【請求項９】上記有機層は少なくとも陽極界面層、正
孔輸送層及び発光層からなり、上記陽極界面層を湿式法
により形成することを特徴とする、請求項７又は８記載
の薄膜型発光体の製造方法。