JP2004146122A - 有機電界発光素子及び有機電界発光素子用光取出し体 - Google Patents

Abstract

【課題】発光を効率良く外部に取り出すことができる有機電界発光素子を提供する。
【解決手段】２つの電極１，２の間に有機発光層３を設けて形成され、両電極１，２間に電圧を印加することによって有機発光層３を発光させる発光部４を有する有機電界発光素子に関する。２つの電極１，２のうち透明に形成される電極１の有機発光層３と反対側に、発光部４で発光した光を外部に取出す光取出し部５を設ける。光取出し部５の外周を有機発光層３の側の内径が小さく、反対側の内径が大きくなるテーパ筒形状となった光反射面６で囲むと共に、光取出し部５を発光部４に対向させて配置する。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フラットパネルディスプレイ、液晶表示機用バックライト、照明用光源などに用いられる有機電界発光素子及び有機電界発光素子用光取出し体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
フラットパネルディスプレイ、液晶表示機用バックライト、照明用の光源などに用いられる発光体として、フラットパネルディスプレイの薄型化、液晶表示機を備える電子機器の小型化や薄型化、あるいは照明器具の形状の自由化などのために、薄く、軽量であり、かつ高効率であるものが近年ますます要求されるようになっている。そしてこのような要求に応じることができるものとして、有機電界発光素子（有機エレクトロルミネッセンス素子）が注目されている。
【０００３】
有機電界発光素子が低電圧で高輝度に発光することは、イーストマン・コダック社のＣ．Ｗ．Ｔａｎｇらにより、電極間に二層の薄膜を積層した構成の素子において初めて示された（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，５１，１２，９１３（１９８７））。そしてこれ以降、有機電界発光素子は、電池などの１０Ｖ程度の低電圧で１００〜１０００００ｃｄ／ｍ^２程度の高輝度の発光が可能なこと、蛍光物質を構成する材料の組み合せで多数の色を発光させることが可能なこと、非常に薄い面発光体として使用可能なこと、などから産業界で注目され、素子構成に改良を加えた種々の薄膜構成の有機電界発光素子が検討されている。
【０００４】
ここで、有機電界発光素子の基本的な素子構成は、陽極／有機発光層／陰極であるが、その他、陽極／ホール輸送層／有機発光層／電子輸送層／陰極の構成、陽極／ホール注入層／ホール輸送層／有機発光層／電子輸送層／陰極の構成、陽極／ホール注入層／有機発光層／電子輸送層／電子注入層／陰極の構成、陽極／ホール注入層／有機発光層／電子注入層／陰極の構成など、種々の構成のものが挙げられる。
【０００５】
図８は有機電界発光素子の層構成の一例を示すものであり、基板１１の表面上に透明導電膜などからなる電極１を陽極として設け、電極１の表面上にホール輸送層１２を介して有機発光層３を積層すると共に、さらにこの有機発光層３の上に電子輸送層１３を介して電極２を陰極として設けてある。これを基本構成として有機電界発光素子を形成することができるものであり、電極１に正電圧を、電極２に負電圧を印加すると、電子輸送層１３を介して有機発光層３に注入された電子と、ホール輸送層１２を介して有機発光層３に注入されたホールとが、有機発光層３内、又は有機発光層３とホール輸送層１２の界面等にて再結合して発光が起こるものである。このように発光した光は、図８の有機電界発光素子では透明導電膜で形成される電極１及び透明ガラスや透明プラスチック板などで形成される基板１１を通過して外部に取り出される。
【０００６】
そして、有機電界発光素子の発光効率を向上させることを目的として、発光した光を効率良く外部に取り出すことに関する検討が種々なされている。特に、有機電界発光素子においては、有機発光層３が平坦な透明ガラスや透明プラスチック板などで形成される基板１１の上に透明な電極１を介して設けられているために、有機発光層３で発光した光の多くは、平坦な基板１１や、あるいは基板１１と有機発光層３の間の電極１の中を、イ矢印のように導波して有機電界発光素子の側面から漏れたり消滅したりするため、光の取り出し率が低くなり、またロ矢印のように斜めに取り出された光は基板１の表面で屈折して拡散されてしまうため、正面輝度が低くなり、これらのために発光効率が低くなることが問題になっている。
【０００７】
ここで、光の取り出しについて詳しく説明すると、発光素子の内部で発生した光が発光素子の外部へ取り出される取り出し率ηは、古典光学の法則により、屈折率ｎの媒体中から屈折率１．０の空気中に出射される際の全反射の臨界角θｃで決まる。屈折の法則からこの臨界角θｃは次の式（１）で与えられる。
【０００８】
ｓｉｎθｃ＝１／ｎ　　　　　（１）
そして取り出し率ηは、屈折率ｎの媒体から空気中へ通過する光量と発生した全光量（媒体と空気の界面で全反射される光量と空気中へ通過する光量の和）の比から次の式（２）で求められる。
【０００９】
η＝１−（ｎ^２−１）^１／２／ｎ　（２）
尚、媒体の屈折率ｎが１．５より大きい場合には次の近似式（３）を用いることができるが、媒体の屈折率ｎが１．００に極めて近い場合は上記の式（２）を用いる必要がある。
【００１０】
η＝１／（２ｎ^２）　　　　　　（３）
ここで古典光学においては、発光素子の有機発光層３や透明電極で形成される電極１の厚みは光の波長より小さいので無視するものとして扱われ、透明ガラスで形成される基板１１の屈折率が主として取り出し率ηに寄与することになる。そしてガラスの屈折率ｎは一般に１．５〜１．６程度であるので、（３）式から、取り出し率ηは約０．２（約２０％）になる。残りの約８０％はガラス基板１１と空気の界面の全反射によって導波光として失われているものである。特に、ガラス基板１１が平面である場合、この現象は顕著にみられる。
【００１１】
上記の古典的な計算では透明導電膜の電極１の厚みが非常に薄いということで、近似的に論じられているが、実際のところは、ガラス基板１１と電極１の間の屈折率差による反射も存在し、そのため電極１と有機発光層３内を導波する光が多く存在する。例えばプリンストン大学のＬｕらは、電極１と有機発光層３内で導波する光が約４５％も存在すると報告している（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，７８，１３，１９２７（２００１））。
【００１２】
このように、有機電界発光素子内部で発生した発光を大気中に取り出す場合の取り出し率が低いという問題を解決するために、特許文献１や特許文献２に記載されているような技術が提案されている。しかしこれらのものでは、発光させたい面積が大きい場合、素子構造が複雑であるために製造が困難になったり、コストが大きく上昇したりするという問題や、下部の発光面積を大きくすることにより素子数を減少してコスト削減をする場合には、厚みが増加するという問題が発生するものであった。従って、これらの技術を実用的に適用して有機発光層３の発光を効率高く取り出すまでには至っていない。
【００１３】
また特許文献３には、基板１１の表面に光散乱部を設けるようにした有機電界発光素子が提案されている。しかしこのものでは、基板１１の表面に設けた光散乱部で、電極１が非発光時に鏡面として視認されないようにすることはできるが、有機発光層３の発光を基板１１から効率高く取り出すまでには至っていない。
【００１４】
【特許文献１】
米国特許第５８３４８９３号明細書
【特許文献２】
米国特許第６０９１１９５号明細書
【特許文献３】
特開平８−８３６８８号公報
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、発光を効率良く外部に取り出すことができる有機電界発光素子及び有機電界発光素子用光取出し体を提供することを目的とするものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る有機電界発光素子は、２つの電極１，２の間に有機発光層３を設けて形成され、両電極１，２間に電圧を印加することによって有機発光層３を発光させる発光部４を有する有機電界発光素子において、２つの電極１，２のうち透明に形成される電極１の有機発光層３と反対側に、発光部４で発光した光を外部に取出す光取出し部５を設け、光取出し部５の外周を有機発光層３の側の内径が小さく、反対側の内径が大きくなるテーパ筒形状となった光反射面６で囲むと共に、光取出し部５を発光部４に対向させて配置して成ることを特徴とするものである。
【００１７】
また請求項２の発明は、請求項１において、光取出し部５を複数設け、各光取出し部５を、隣合う各光取出し部５の光反射面６の有機発光層３と反対側の端縁同士が接するように配置して成ることを特徴とするものである。
【００１８】
また請求項３の発明は、請求項１又は２において、光取出し部５の有機発光層３と反対側の端縁の形状が三角形、四角形、六角形から選ばれるものであることを特徴とするものである。
【００１９】
また請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれかにおいて、透明に形成される電極１の有機発光層３と反対側に光取出し体７を配置し、光取出し体７に有機発光層３に近い側の内径が小さく反対側の内径が大きくなるテーパ形状の穴８を設け、この穴８の内周面を光反射面６として形成すると共に穴８内の空間を光取出し部５として形成して成ることを特徴とするものである。
【００２０】
また請求項５の発明は、請求項１乃至４のいずれかにおいて、光取出し部５の光反射面６の内側を光透過性を有する材料９で充填して成ることを特徴とするものである。
【００２１】
本発明の請求項６に係る有機電界発光素子用光取出し体は、２つの電極１，２の間に有機発光層３を設けて形成され、両電極１，２間に電圧を印加することによって有機発光層３を発光させる発光部４を有する有機電界発光素子の、２つの電極１，２のうち透明に形成される電極１の有機発光層３と反対側に配置される光取出し体７であって、光取出し体７の発光部４と対向する箇所に、有機発光層３に近い側の内径が小さく反対側の内径が大きくなるテーパ形状の穴８を設け、この穴８の内周面を光反射面６として形成すると共に穴８内の空間を光取出し部５として形成して成ることを特徴とするものである。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００２３】
図８は既述のように有機電界発光素子の層構成の一例を示すものであり、基板１１の表面に電極１を陽極として設け、電極１の表面にホール輸送層１２を介して有機発光層３を積層すると共に、さらにこの有機発光層３の表面に電子輸送層１３を介して電極２を陰極として設けてあり、これを基本構成として有機電界発光素子を形成することができる。有機電界発光素子を構成する各層の材料には、従来から使用されている公知のものを適宜使用することができる。
【００２４】
すなわち、上記の基板１１としては、有機発光層３で発光された光が基板１１を通して出射されるものである場合には、光透過性を有するものが使用されるが、無色透明のものの他に、多少着色されているものや、スリガラス状のものであってもよい。例えば、ソーダライムガラス、無アルカリガラスなどの透明ガラス板、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリアミド、エポキシ樹脂、フッ素系樹脂などの樹脂から任意の方法で作製されたプラスチックフィルムやプラスチック板などを用いることができる。
【００２５】
上記の陽極として形成される電極１は有機発光層４にホールを注入するための電極であり、この電極（陽極）１としては、仕事関数の大きい金属、合金、電気伝導性化合物、あるいはこれらの混合物からなる電極材料を用いるのが好ましく、特に仕事関数が４ｅＶ以上の電極材料を用いるのが好ましい。このような電極材料としては、具体的には、金などの金属、ＣｕＩ、ＩＴＯ（インジウムチンオキサイド）、ＳｎＯ_２、ＺｎＯ、ＩＺＯ（インジウムジンクオキサイド）等の導電性透明材料が挙げられる。例えばこれらの電極材料を基板１０の上に真空蒸着法やスパッタリング法等の方法で成膜することによって、電極（陽極）１を薄膜として作製することができる。有機発光層３における発光を電極（陽極）１を透過させて基板１１から外部に照射する場合には、電極（陽極）１の光透過率を７０％以上にすることが好ましい。また、電極（陽極）１のシート抵抗は数百Ω／□以下であることが好ましく、特に１００Ω／□以下であることが好ましい。さらに電極（陽極）１の膜厚は、電極（陽極）１の光透過率、シート抵抗等の特性を上記のように制御するために、材料により異なるが、通常５００ｎｍ以下に設定するのが好ましく、より好ましくは１０〜２００ｎｍの範囲である。
【００２６】
また上記の陰極として形成される電極２は、有機発光層３に電子を注入するための電極であり、この電極（陰極）２としては、仕事関数の小さい金属、合金、電気伝導性化合物及びこれらの混合物からなる電極材料を用いることが好ましく、仕事関数が５ｅＶ以下の電極材料を用いるのが好ましい。このような電極材料としては、アルカリ金属、アルカリ金属のハロゲン化物、アルカリ金属の酸化物、アルカリ土類金属、希土類等や、これらと他の金属との合金などを用いることができるものであり、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、アルミニウム、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、Ａｌ／Ａｌ_２Ｏ_３混合物、Ａｌ／ＬｉＦ混合物などを例として挙げることができる。
【００２７】
電極（陰極）２は、例えば上記の電極材料を、真空蒸着法やスパッタリング法等の方法により、薄膜に形成することによって作製することができる。有機発光層３における発光を電極（陽極）１を透過させて外部に取り出す場合には、電極（陰極）２の光透過率を１０％以下にすることが好ましい。また反対に、有機発光層３における発光を電極（陰極）２を透過させて外部に取り出す場合には、電極（陰極）２の光透過率を７０％以上にすることが好ましい。ここで、電極（陰極）２の膜厚は、電極（陰極）２の光透過率等の特性を上記のように制御するために、材料により異なるが、通常５００ｎｍ以下に設定するのが好ましく、好ましくは１００〜２００ｎｍの範囲とするのがよい。陰極金属の形成の際の蒸発源からの熱輻射が有機発光層３等に影響することを抑えるためには、さらに薄い５０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲にするのがよいが、蒸着速度を速くした場合にはこの厚みより厚くともよい。さらにより好ましくは、厚みを２５ｎｍ〜５０ｎｍの範囲とするのがよい。何故ならば、発光面積が大きくなると、短絡による発光停止という問題が生じ易くなるが、陰極金属の膜厚を薄くすることにより、短絡部分の陰極金属が短絡時の刺激により取り除かれ、その部分のみがオープンモードとなり、発光部分全体が発光停止するという不良発生を抑制することができるからである。電極（陰極）２の表面にはさらにＡｌ等の金属をスパッタで積層したり、フッ素系化合物、フッ素系高分子、その他の有機分子、高分子等を蒸着、スパッタ、ＣＶＤ、プラズマ重合、塗布したりした後に、紫外線硬化、熱硬化その他の方法で薄膜を形成することも可能である。
【００２８】
上記の有機発光層３に用いる発光性有機化合物としては、公知の任意のものを挙げることができる。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、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、１−アリール−２，５−ジ（２−チエニル）ピロール誘導体、ピラン、キナクリドン、ルブレン、ジスチルベンゼン誘導体、ジスチルアリーレン（ＤＳＡ）誘導体、及びこれらの発光性有機化合物を分子内に有するものであるが、これに限定されるものではない。またこれらの化合物に代表される蛍光色素由来の化合物のみならず、三重項状態からの燐光発光が可能な材料およびこれらからなる基を分子内の一部分に有する化合物も好適に用いることができる。
【００２９】
また、ホール輸送層１２を構成するホール輸送性の材料としては、ホールを輸送する能力を有し、電極（陽極）１からのホール注入効果を有するとともに、有機発光層３や発光性有機化合物に対して優れたホール注入効果を有し、さらに電子のホール輸送層１２への移動を防止し、かつ薄膜形成能力の優れた化合物を用いることができる。具体的にはフタロシアニン誘導体、ナフタロシアニン誘導体、ポルフィリン誘導体、Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−（１，１’−ビフェニル）−４，４’−ジアミン（ＴＰＤ）や４，４’−ビス［Ｎ−（ナフチル）−Ｎ−フェニル−アミノ］ビフェニル（α−ＮＰＤ）等の芳香族ジアミン化合物、オキサゾール、オキサジアゾール、トリアゾール、イミダゾール、イミダゾロン、スチルベン誘導体、ピラゾリン誘導体、テトラヒドロイミダゾール、ポリアリールアルカン、ブタジエン、４，４’，４”−トリス（Ｎ−（３−メチルフェニル）Ｎ−フェニルアミノ）トリフェニルアミン（ｍ−ＭＴＤＡＴＡ）、及びポリビニルカルバゾール、ポリシラン、ポリエチレンジオキサイドチオフェン（ＰＥＤＯＴ）等の導電性高分子など、高分子材料が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００３０】
また電子輸送層１３を構成する電子輸送性の材料としては、電子を輸送する能力を有し、電極（陰極）２からの電子注入効果を有するとともに、有機発光層３や発光性有機化合物に対して優れた電子注入効果を有し、さらにホールの電子輸送層１３への移動を防止し、かつ薄膜形成能力の優れた化合物を用いることができる。具体的には、フルオレン、バソフェナントロリン、バソクプロイン、アントラキノジメタン、ジフェノキノン、オキサゾール、オキサジアゾール誘導体、トリアゾール、イミダゾール、アントラキノジメタン等やそれらの化合物、金属錯体化合物もしくは含窒素五員環誘導体を挙げることができる。上記の金属錯体化合物としては、具体的には、トリス（８−ヒドロキシキノリナート）アルミニウム、トリス（２−メチル−８−ヒドロキシキノリナート）アルミニウム、トリス（８−ヒドロキシキノリナート）ガリウム、ビス（１０−ヒドロキシベンゾ［ｈ］キノリナート）ベリリウム、ビス（１０−ヒドロキシベンゾ［ｈ］キノリナート）亜鉛、ビス（２−メチル−８−キノリナート）（ｏ−クレゾラート）ガリウム、ビス（２−メチル−８−キノリナート）（１−ナフトラート）アルミニウム等があるが、これらに限定されるものではない。また上記の含窒素五員環誘導体としては、オキサゾール、チアゾール、オキサジアゾール、チアジアゾールもしくはトリアゾール誘導体が好ましい。具体的には、２，５−ビス（１−フェニル）−１，３，４−オキサゾール、２，５−ビス（１−フェニル）−１，３，４−チアゾール、２，５−ビス（１−フェニル）−１，３，４−オキサジアゾール、２−（４’−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−５−（４”−ビフェニル）１，３，４−オキサジアゾール、２，５−ビス（１−ナフチル）−１，３，４−オキサジアゾール、１，４−ビス［２−（５−フェニルチアジアゾリル）］ベンゼン、２，５−ビス（１−ナフチル）−１，３，４−トリアゾール、３−（４−ビフェニルイル）−４−フェニル−５−（４−ｔ−ブチルフェニル）−１，２，４−トリアゾール等があるが、これらに限定されるものではない。さらに、ポリマー有機電界発光素子に用いられるポリマー材料も使用することができる。例えば、ポリパラフェニレン及びその誘導体、フルオレン及びその誘導体等である。さらにアルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類をドープしてもよい。例えばセシウムをバソフェナントロリンにモル比１：１の割合でドープして形成したものを挙げることができる。
【００３１】
本発明は、上記のような層構成で形成される有機電界発光素子において、有機発光層３の両側の電極１，２のうち、透明導電膜で形成される電極１の有機発光層３と反対側に光取出し部５を設けるようにしたものである。
【００３２】
図１は実施の形態の一例を示すものであり、光透過性に形成される基板１１の電極１と反対側の面に板状の光取出し体７を密着させて設けてある。光取出し体７は有機発光層３から発光される光に対して透過性があるものを用いるものであり、例えばポリエチレン、ポリスチレン、ポリカーボネート、ＰＥＴなどのプラスチック類、ガラス類、無機酸化物類などを用いることができる。そしてこの光取出し体７の有機発光層３と反対側の外面には穴８が凹設してある。この穴８は有機発光層３に最も近い部分の内径が最も小さく、有機発光層３から離れるに従って内径が徐々に大きくなるテーパ穴形状に形成してある。穴８の形成は、ドリル加工、ブラスト加工、レーザー加工などの穴あけ加工によって行なうことができる。また穴８の開口形状は円形や角形など任意であり、穴８の内面の形状は円錐や角錐のような錐形、半円や放物線の回転体形状などに形成することができる。さらに穴８の内面のテーパ角度は任意に設定することができるものであり、テーパ角度は一定でもよいし、曲面あるいは複数階段状に折れ曲がりを有するものでもよい。
【００３３】
そして穴８の内周面には光反射膜１５が設けてあり（穴８の底面には設けない）、穴８の内周が光反射面６として形成されるようにしてある。光反射膜１５は有機発光層３から発光される光に対して反射性があるもので形成されるものであり、例えばＡｌやＡｇ等の金属類の膜や多層膜などを、例えば真空蒸着法、スパッタリング法、化学気相成長法、めっき法などの方法で製膜することによって、光反射膜１５を形成することができるものである。穴８の内周には光反射性を向上するために鏡面加工を行なってもよい。そしてこの穴８内の空間部が、光反射面６で周囲が囲まれた光取出し部５となるものである。
【００３４】
図１の実施の形態では、電極（陽極）１と電極（陰極）２の間に、ホール輸送層１２と有機発光層３と電子輸送層１３からなる発光部４を縦横に配置して多数箇所に設けてあり、電極（陽極）１と電極（陰極）２の間に電圧を印加することによって、各発光部４の有機発光層３が発光するようになっている。そしてこの各発光部４に対応する位置において、光取出し体７に穴８が縦横に配置して多数箇所に設けてある。各発光部４は穴８の底面、すなわち光取出し部５の底面よりも小さい面積で形成されるものである。
【００３５】
上記のように光取出し部５及び光反射面６を設けた光取出し体７を具備して形成される有機電界発光素子にあって、発光部４の有機発光層３で発光した光は、透明導電膜の電極１及び透明な基板１１を透過し、さらに光取出し体７の穴８の底部の箇所を透過した後、光取出し部５から外部に取り出される。このとき図２に示すように、発光部４の面方向（有機発光層３やホール輸送層１２や電子輸送層１３の積層方向と垂直な方向）と垂直に出射された光は、光取出し部５を直進して外部に取り出される。また発光部４の面方向に対して斜めに出射された光は、光取出し部５内に斜め方向に入るが、この光は光取出し部５の周囲の光反射面６で反射され、光取出し部５の開口から外部に取り出される。このとき、光反射面６は、有機発光層３に最も近い部分の内径が最も小さく、有機発光層３から離れるに従って内径が徐々に大きくなるテーパ面に形成してあるので、発光部４の面方向に対して斜めに出射された光は、光反射面６で反射されると、上記の直進する光と平行に近い進路となる。このために、光取出し部５の開口から均一な光量で光が取り出されるものであり、明るさを均質化した等輝度発光にすることができるものである。従って、光取出し部５の光反射面６の広いほうの開口の面積の全体が見た目の発光面積となるが、この面積よりも発光部４の面積である実発光面積を小さくすることができるので、発光の取出し率が高くなり、発光を効率良く外部に取り出すことができるものである。
【００３６】
一方、このような光取出し部５及び光反射面６を形成した光取出し体７を具備しない有機電界発光素子においては、既述の図８に示すように、有機発光層３の面方向と垂直に出射された光は基板１１を直進して外部に取り出されるが、有機発光層３の面方向に対して斜め方向に取り出された光はロ矢印のように拡散してしまい、正面輝度があまり高くならないが、本発明のものでは、斜め方向の光を光取出し部５の周囲の光反射面６で反射させて正面側に光の方向を変えることができるものであり、正面輝度が高くなって、発光を効率良く外部に取り出すことができるものである。
【００３７】
図３は本発明の他の実施の形態を示すものであり、このものでは、光取出し体７に穴８を設けるにあたって、光取出し体７の外面（有機発光層３と反対側の面）と内面（有機発光層３の側の面）の両面で開口するように穴８を設けるようにしてあり、穴８の内径が光取出し体７の内面で最も小さく、光取出し体７の外面に近付くに従って徐々に内径が大きくなるように形成してある。そして穴８の内周面に光反射膜１５を設けて光反射面６が形成してあり、穴８内の空間部を光反射面６で囲まれた光取出し部５として形成してある。その他の構成は図１のものと同じである。
【００３８】
光取出し体７にこのように貫通する穴８を設けて光取出し部５を形成する場合、発光部４で発光した光を光取出し体７に透過させる必要がないので、光取出し体７は透光性である必要は必ずしもない。従って光取出し体７をアルミニウムや銀などの金属板などで形成することも可能であり、金属板に穴加工をして穴８を形成する際に、穴８の内周面を鏡面仕上げすることによって、光反射膜１５を設ける必要なく、穴８の内周に光反射面６を形成することができるものである。
【００３９】
上記の光取出し体７を具備して形成される有機電界発光素子にあって、発光部４の有機発光層３で発光した光は、透明導電膜の電極１及び透明な基板１１を透過した後、光取出し部５から外部に取り出されるが、このとき図４に示すように、発光部４の面方向と垂直に出射された光は、光取出し部５を直進して外部に取り出される。また発光部４の面方向に対して斜めに出射された光は、光取出し部５内に斜め方向に入るが、この光は光取出し部５の周囲の光反射面６で反射され、光取出し部５の開口から外部に取り出される。このとき、光反射面６はテーパ面に形成してあるので、発光部４の面方向に対して斜めに出射された光は、光反射面６で反射されると、上記の直進する光と平行に近い進路となり、光取出し部５の開口から均一な光量で光を取り出すことができ、等輝度発光にすることができるものである。そして光取出し部５の光反射面６の広いほうの開口の面積の全体が見た目の発光面積となるのに対して、この面積よりも発光部４の面積である実発光面積を小さくすることができるので、発光の取出し率が高くなり、発光を効率良く外部に取り出すことができるものである。また、この発光部４の面方向に対して斜めに出射された光を光取出し部５の周囲の光反射面６で反射させて、正面方向に向きを変えて外部に取り出すことができるので、さらに発光を効率良く外部に取り出すことができるものである。
【００４０】
図５は本発明の他の実施の形態を示すものであり、上記の図３と同様にして、光取出し体７に穴８を設けると共に穴８の内周面に光反射面６を設けて光取出し部５を形成し、さらにこの光反射面６の内側において穴８内に光透過性の材料９が充填してある。光透過性材料９としては透明樹脂や透明ガラスなど、透光性を有するものであれば任意のものを用いることができる。
【００４１】
このように光取出し部５内に光透過性材料９を充填することによって、基板１１と光取出し部５の間で光が全反射する臨界角は、光取出し部５内が空気である場合よりも大きくなる。特に光透過性材料９を基板１１と同じ材料で形成すれば、基板１１と光透過性材料９の間に屈折率が変化する界面がなくなり、臨界角もなくなる。このため、基板１１と光取出し部５の界面で全反射されずに光取出し部５内に入る光は、光取出し部５内が空気である場合よりも多くなり、光取出し部５を通して発光を効率良く外部に取り出すことができるものである。また光取出し部５の内部の光は、光反射面６で反射されて正面側に光の方向が変わるため、光取出し部５の光透過性樹脂９と空気との界面に臨界角を超える角度で入る光は少なくなり、光取出し部５から発光を効率良く外部に取り出すことができるものである。
【００４２】
図６は本発明の他の実施の形態を示すものであり、図１の実施の形態では２つの電極１，２はそれぞれ「べた」に形成したが、図６の実施の形態では、各電極１，２をそれぞれ平行な直線のストライプ状に形成し、一方の電極（陽極）１と他方の電極（陰極）２の長手方向を直角に交差させるようにしてある。そしてホール輸送層１２、有機発光層３、電子輸送層１３は電極１，２の間にそれぞれ「べた」に積層して設けてある。このものでは、電極１，２に電圧を印加すると、電極１，２が交差して重なり合う部分においてホール輸送層１２と有機発光層３と電子輸送層１３の積層物に電圧がかかるので、電極１，２が交差して重なり合う部分のみが発光し、この部分が発光部４となる。そして基板１１の有機発光層３と反対側の表面には、図１や図３のように形成される光取出し体７が密着して配置してある。光取出し体７には各発光部４に対応する位置において、穴８が縦横に配置して多数箇所に設けてある。その他の構成は図１や図３のものと同じである。
【００４３】
ここで、上記の各実施の形態のように、発光部４に対応する位置において、光取出し体７に縦横に配置して光取出し部５を多数箇所に設けるにあたって、図７に示すように、隣合う光取出し部５を、各光取出し部５の光反射面６の有機発光層３と反対側の端縁同士が接するように、すなわち各光取出し部５の開口端縁同士が接するように配置し、光取出し部５の開口縁間に生じる隙間を小さくするのが好ましい。発光部４で発光した光は光取出し体７の各光取出し部５から取り出されるが、このように隣合う光取出し部５の開口端縁同士が接するように光取出し部５を配置することによって、光取出し体７の表面の全面から光を取り出すことができることになり、光取出し体７の表面の全面を発光させることができ、非発光部を少なくして等輝度発光をさせることができるものである。このように隣合う光取出し部５の開口端縁同士が接するようにするために、光取出し部５の有機発光層３と反対側の端縁の開口形状を、三角形（特に正三角形、直角三角形など）、四角形（特に正方形、長方形など）、六角形（特に正六角形など）に形成するのが好ましい。
【００４４】
また、上記の各実施の形態では、有機発光層３などからなる発光部４を設けた基板１１の表面に光取出し体７を付設するようにしたが、基板１１と光取り出し体７を一体化させるようにしてもよい。すなわち、発光部４を設ける基板１１に光反射面６で囲まれる光取出し部５を設けることによって、基板１１をそのまま用いて光取出し体７を形成することができるものである。
【００４５】
【実施例】
次に、本発明を実施例によって具体的に説明する。
【００４６】
（実施例１）
厚み０．５ｍｍのＰＥＴフィルムに、フィルムの表面側で直径１．８ｍｍφの円形に、フィルムの裏面側で直径０．８ｍｍφの円形にそれぞれ開口する円錐台形状の貫通穴８をドリル加工して設け、隣合う穴８の中心間の距離が２．０ｍｍになるように縦横に配列して多数の穴８を形成した。さらにこの穴８の内周にＡｌを１０００Åの厚みで蒸着して光反射膜１５を設けることによって光反射面６を形成し、各穴８の内部が光取出し部５となった光取出し体７を作製した。
【００４７】
一方、厚み０．２ｍｍの透明ガラス基板１１の表面に、ＩＴＯをスパッタしてシート抵抗７Ω／□の透明電極膜を製膜し、これにエッチングを行なって、Ｌ／Ｓ＝８ｍｍ／１２ｍｍのストライプ状にパターン化した電極（陽極）１を形成した。これをアセトン、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、乾燥させ、さらにＵＶオゾン洗浄した。
【００４８】
次に、電極１を設けたガラス基板１１を真空蒸着装置にセットし、１．３３×１０^−４Ｐａの減圧下、４，４’−ビス［Ｎ−（ナフチル）−Ｎ−フェニル−アミノ］ビフェニル（株式会社同仁化学研究所製：α−ＮＰＤ）を１〜２Å／ｓの蒸着速度で４００Å厚に蒸着し、電極１の上にホール輸送層１２を形成した。次にこのホール輸送層１２の上にトリス（８−ヒドロキシキノリナート）アルミニウム（株式会社同仁化学研究所製：Ａｌｑ３）を１〜２Å／ｓの蒸着速度で６００Å厚に蒸着して緑色発光の有機発光層３を形成した。この後、有機発光層３の上にＬｉＦ（高純度化学株式会社製）を０．５ｎｍの厚みに蒸着して電子輸送層１３を形成した。最後にその上にＡｌを１０Å／ｓの蒸着速度１０００Å厚に蒸着して電極（陰極）２を形成した。この電極２の蒸着時にはマスクを用い、上記の電極１と直交して交差するように、Ｌ／Ｓ＝８ｍｍ／１２ｍｍのストライプ状にパターン化した。
【００４９】
この後、これらの各層を蒸着して形成したガラス基板１１を露点−７６℃以下のドライ窒素雰囲気のグローブボックスに大気に曝露することなく搬送した。一方、通気性を有する袋に吸水剤として酸化バリウムの粉末を入れてこれをガラス製の封止板に粘着剤で貼り付けると共に封止板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においてガラス基板１１に封止板をシール剤で貼り合わせ、ＵＶ照射してシール剤を硬化させた。そして、光取出し体７をガラス基板１１の外面に、電極（陽極）１と電極（陰極）２が重なる部分と、光取出し部５の径が小さい側の端縁の位置とが一致するように、密着させて接着することによって、有機電界発光素子を得た（図６参照）。
【００５０】
（実施例２）
厚み０．７ｍｍのガラス基板１１の表面側に、ガラス基板１１の表面の開口寸法が１．５ｍｍ□、底部の寸法が０．５ｍｍ□、深さが０．５ｍｍの非貫通穴８をＹＡＧレーザー加工して設け、隣合う穴８の中心間の距離が１．５ｍｍになるように縦横に配列して多数の穴８を形成した（図７参照）。さらにこの穴８の内周にＡｌを１０００Åの厚みで蒸着して光反射膜１５を設けることによって光反射面６を形成し、各穴８の内部が光取出し部５となった光取出し体７を作製した。
【００５１】
次に、このガラス基板１１の裏面側にＩＴＯをスパッタしてシート抵抗７Ω／□の透明電極膜を製膜し、これにエッチングを行なって、Ｌ／Ｓ＝５ｍｍ／１０ｍｍのストライプ状にパターン化した電極（陽極）１を形成した。これをアセトン、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、乾燥させ、さらにＵＶオゾン洗浄した。
【００５２】
次に、電極１を設けたガラス基板１１を真空蒸着装置にセットし、１．３３×１０^−４Ｐａの減圧下、α−ＮＰＤを１〜２Å／ｓの蒸着速度で４００Å厚に蒸着し、電極１の上にホール輸送層１２を形成した。次にこのホール輸送層１２の上にＡｌｑ３を１〜２Å／ｓの蒸着速度で６００Å厚に蒸着して緑色発光の有機発光層３を形成した。この後、有機発光層３の上にＬｉＦを０．５ｎｍの厚みに蒸着して電子輸送層１３を形成した。最後にその上にＡｌを１０Å／ｓの蒸着速度１０００Å厚に蒸着して電極（陰極）２を形成した。この電極２の蒸着時にはマスクを用い、上記の電極１と直交して交差するように、Ｌ／Ｓ＝５ｍｍ／１０ｍｍのストライプ状にパターン化した。ここで、電極（陽極）１と電極（陰極）２が重なる部分が、ガラス基板１１の外面に設けた光取出し部５の位置と一致するように、電極（陽極）１と電極（陰極）２のストライプパターンを形成した。
【００５３】
この後、これらの各層を蒸着して形成したガラス基板１１を露点−７６℃以下のドライ窒素雰囲気のグローブボックスに大気に曝露することなく搬送した。一方、通気性を有する袋に吸水剤として酸化バリウムの粉末を入れてこれをガラス製の封止板に粘着剤で貼り付けると共に封止板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においてガラス基板１１に封止板をシール剤で貼り合わせ、ＵＶ照射してシール剤を硬化させることによって、有機電界発光素子を得た。
【００５４】
（実施例３）
厚み０．７ｍｍのガラス基板１１の表面に、ガラス基板１１の表面側の開口寸法が１．５ｍｍ□、ガラス基板１１の裏面側の開口寸法が０．５ｍｍ□、断面形状が正方形の貫通穴８をＹＡＧレーザー加工して設け、隣合う穴８の中心間の間隔が１．５ｍｍになるように縦横に配列して多数の穴８を形成した。さらにこの穴８の内周にＡｌを１０００Åの厚みで蒸着して光反射膜１５を設けることによって、光反射面６を形成した。そしてこの穴８内に光透過性材料９としてポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）を充填した。
【００５５】
次に、このガラス基板１１の裏面側にＩＴＯをスパッタしてシート抵抗７Ω／□の透明電極膜を製膜し、これにエッチングを行なって、Ｌ／Ｓ＝５ｍｍ／１０ｍｍのストライプ状にパターン化した電極（陽極）１を形成した。これをアセトン、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、乾燥させ、さらにＵＶオゾン洗浄した。
【００５６】
次に、電極１を設けたガラス基板１１を真空蒸着装置にセットし、１．３３×１０^−４Ｐａの減圧下、「α−ＮＰＤ」を１〜２Å／ｓの蒸着速度で４００Å厚に蒸着し、電極１の上にホール輸送層１２を形成した。次にこのホール輸送層１２の上に「Ａｌｑ３」を１〜２Å／ｓの蒸着速度で６００Å厚に蒸着して緑色発光の有機発光層３を形成した。この後、有機発光層３の上にＬｉＦ（高純度化学株式会社製）を０．５ｎｍの厚みに蒸着して電子輸送層１３を形成した。最後にその上にＡｌを１０Å／ｓの蒸着速度１０００Å厚に蒸着して電極（陰極）２を形成した。この電極２の蒸着時にはマスクを用い、上記の電極１と直交して交差するように、Ｌ／Ｓ＝５ｍｍ／１０ｍｍのストライプ状にパターン化した。
【００５７】
この後、これらの各層を蒸着して形成したガラス基板１１を露点−７６℃以下のドライ窒素雰囲気のグローブボックスに大気に曝露することなく搬送した。一方、通気性を有する袋に吸水剤として酸化バリウムの粉末を入れてこれをガラス製の封止板に粘着剤で貼り付けると共に封止板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においてガラス基板１１に封止板をシール剤で貼り合わせ、ＵＶ照射してシール剤を硬化させることによって、有機電界発光素子を得た。
【００５８】
（比較例１）
実施例１において、光取出し体７を用いないようにした以外は、実施例１と同様にして有機電界発光素子を得た。
【００５９】
（比較例２）
実施例２において、ガラス基板１１に光取出し部５や光反射面６を形成しないようにした以外は、実施例１と同様にして有機電界発光素子を得た。
【００６０】
上記のようにして実施例１〜３及び比較例１〜２で得た有機電界発光素子を電源（東陽テクニカ社製「ＫＥＩＴＨＬＥＹ２３６モデル」）に接続し、６Ｖ印加時の正面輝度を輝度計（トプコン社製「ＢＭ−５」）で測定した。そして比較例２で得られた輝度を１．０としたときの相対輝度を表１に示す。
【００６１】
【表１】

【００６２】
表１にみられるように、光反射面６で囲まれた光取出し部５を形成した光取出し体７を用いるようにした各実施例のものは、輝度が高く、発光を効率良く外部に取り出すことができることが確認される。
【００６３】
【発明の効果】
上記のように本発明の請求項１に係る有機電界発光素子は、２つの電極の間に有機発光層を設けて形成され、両電極間に電圧を印加することによって有機発光層を発光させる発光部を有する有機電界発光素子において、２つの電極のうち透明に形成される電極の有機発光層と反対側に、発光部で発光した光を外部に取出す光取出し部を設け、光取出し部の外周を有機発光層に近い側の内径が小さく、反対側の内径が大きくなるテーパ筒形状となった光反射面で囲むと共に、光取出し部を発光部に対向させて配置するようにしたので、発光部から斜めに出射された光は光取出し部の外周の光反射面で反射されて外部に取り出されるものであり、発光部の面積である実発光面積より広い面積の光取出し部の全体が見た目の発光面積とすることができ、発光の取出し率が高くなるものであって、発光を効率良く外部に取り出すことができるものである。
【００６４】
また請求項２の発明は、請求項１において、光取出し部を複数設け、隣合う光取出し部を、各光取出し部の光反射面の有機発光層と反対側の端縁同士が接するように配置したので、発光部で発光した光を各光取出し部から取り出すにあたって、光取出し部の間に非発光部を少なくして全面から光を取り出すことができることができ、等輝度発光をさせることができるものである。
【００６５】
また請求項３の発明は、請求項１又は２において、光取出し部の有機発光層と反対側の端縁の形状が三角形、四角形、六角形から選ばれるものであるので、光取出し部の間に隙間なく端縁同士を接するように配置して光取出し部を形成することが容易になるものである。
【００６６】
また請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれかにおいて、透明に形成される電極の有機発光層と反対側に光取出し体を配置し、光取り出し体に有機発光層に近い側の内径が小さく反対側の内径が大きくなるテーパ形状の穴を設け、この穴の内周面を光反射面として形成すると共に穴内の空間を光取出し部として形成するようにしたので、この光取出し体を付設することによって、発光を効率良く外部に取り出すことができる有機電界発光素子を容易に作製することができるものである。
【００６７】
また請求項５の発明は、請求項１乃至４のいずれかにおいて、光取出し部の光反射面の内側を光透過性を有する材料で充填するようにしたので、光取出し部の内部が空気で形成される場合よりも全反射が生じることを少なくすることができ、光取出し部を通した発光の取出し効率を高めることができるものである。
【００６８】
本発明の請求項６に係る有機電界発光素子用光取出し体は、２つの電極の間に有機発光層を設けて形成され、両電極間に電圧を印加することによって有機発光層を発光させる発光部を有する有機電界発光素子の、２つの電極のうち透明に形成される電極の有機発光層と反対側に配置される光取出し板であって、光取出し板の発光部と対向する箇所に、有機発光層に近い側の内径が小さく反対側の内径が大きくなるテーパ形状の穴を設け、この穴の内周を光反射面として形成すると共に穴内の空間を光取出し部として形成したので、この光取出し体を付設することによって、発光を効率良く外部に取り出すことができる有機電界発光素子を容易に作製することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例を示す断面図である。
【図２】同上の実施の形態の一部の拡大した断面図である。
【図３】本発明の実施の形態の他の一例を示す断面図である。
【図４】同上の実施の形態の一部の拡大した断面図である。
【図５】本発明の実施の形態の他の一例を示す一部の拡大した断面図である。
【図６】本発明の実施の形態の他の一例を示すものであり、（ａ）は正面断面図、（ｂ）は側面断面図である。
【図７】本発明の実施の形態の他の一例を示す平面図である。
【図８】従来例を示す断面図である。
【符号の説明】
１　電極（陽極）
２　電極（陰極）
３　有機発光層
４　発光部
５　光取出し部
６　光反射面
７　光取出し体
８　穴
９　光透過性材料

Claims (6)

1. ２つの電極の間に有機発光層を設けて形成され、両電極間に電圧を印加することによって有機発光層を発光させる発光部を有する有機電界発光素子において、２つの電極のうち透明に形成される電極の有機発光層と反対側に、発光部で発光した光を外部に取出す光取出し部を設け、光取出し部の外周を有機発光層に近い側の内径が小さく、反対側の内径が大きくなるテーパ筒形状となった光反射面で囲むと共に、光取出し部を発光部に対向させて配置して成ることを特徴とする有機電界発光素子。
2. 光取出し部を複数設け、隣合う光取出し部を、各光取出し部の光反射面の有機発光層と反対側の端縁同士が接するように配置して成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。
3. 光取出し部の有機発光層と反対側の端縁の形状が三角形、四角形、六角形から選ばれるものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の有機電界発光素子。
4. 透明に形成される電極の有機発光層と反対側に光取出し体を配置し、光取り出し体に有機発光層に近い側の内径が小さく反対側の内径が大きくなるテーパ形状の穴を設け、この穴の内周面を光反射面として形成すると共に穴内の空間を光取出し部として形成して成ることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の有機電界発光素子。
5. 光取出し部の光反射面の内側を光透過性を有する材料で充填して成ることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の有機電界発光素子。
6. ２つの電極の間に有機発光層を設けて形成され、両電極間に電圧を印加することによって有機発光層を発光させる発光部を有する有機電界発光素子の、２つの電極のうち透明に形成される電極の有機発光層と反対側に配置される光取出し体であって、光取出し体の発光部と対向する箇所に、有機発光層に近い側の内径が小さく反対側の内径が大きくなるテーパ形状の穴を設け、この穴の内周を光反射面として形成すると共に穴内の空間を光取出し部として形成して成ることを特徴とする有機電界発光素子用光取出し体。

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