JP2009009861A - 有機ｅｌ素子及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】十分な外部取り出し効率を有する有機ＥＬ素子の製造方法を提供すること。
【解決手段】透明支持基板１、透明電極３、有機層４及び金属電極５を備える有機ＥＬ素子の製造方法であって、
前記透明支持基板１上に硬化性樹脂２を塗布し、母型を押し付けつつ前記硬化性樹脂２を硬化させた後、前記母型を取り外して、前記透明支持基板１上に周期的な配列で凹凸が形成された硬化性樹脂層２を積層する工程と、
前記硬化性樹脂層２上に、前記透明電極３、前記有機層４及び前記金属電極５を、前記硬化性樹脂層２の表面に形成されている凹凸の形状が維持されるようにして、それぞれ積層して有機ＥＬ素子を得る工程と、
を含むことを特徴とするコルゲート構造を有する有機ＥＬ素子の製造方法。
【選択図】図２
【解決手段】透明支持基板１、透明電極３、有機層４及び金属電極５を備える有機ＥＬ素子の製造方法であって、
前記透明支持基板１上に硬化性樹脂２を塗布し、母型を押し付けつつ前記硬化性樹脂２を硬化させた後、前記母型を取り外して、前記透明支持基板１上に周期的な配列で凹凸が形成された硬化性樹脂層２を積層する工程と、
前記硬化性樹脂層２上に、前記透明電極３、前記有機層４及び前記金属電極５を、前記硬化性樹脂層２の表面に形成されている凹凸の形状が維持されるようにして、それぞれ積層して有機ＥＬ素子を得る工程と、
を含むことを特徴とするコルゲート構造を有する有機ＥＬ素子の製造方法。
【選択図】図２
Description
本発明は、有機ＥＬ素子及びその製造方法に関する。
有機エレクトロルミネッセンス素子（有機ＥＬ素子）は自発光素子として、ディスプレイ等の映像表示装置や面光源として用いられている。そして、このような有機ＥＬ素子は、一般的には、ガラス基板、透明プラスチックフィルム等の透明支持基板上に陽極である透明電極と、有機層と、陰極である金属電極を順に積層して作製されるものである。このように、透明電極と金属電極との間で印加された電圧により、陰極から供給された電子と陽極から供給されたホールとが有機層で再結合し、これに伴って生成される励起子が励起状態から基底状態へ移行する際にＥＬ発光する。ＥＬ発光した光は透明電極を透過し、透明支持基板の側から外部に取り出される。
しかしながら、このような有機ＥＬ素子においては、有機層で生じた光を外部に十分に取り出すことができないという問題があった。すなわち、有機層で生じた光のうちその多くは、素子の内部において多重反射を繰り返すうちに熱になって消えてしまうか、或いは、素子内部を導波し素子端部から出射してしまうため、十分な外部取り出し効率を達成することができないという問題があった。そのため、例えば、特開２００２−２６０８４５号公報（特許文献１）には、このような問題を解決するための技術が開示されているが、このような技術によっても、十分な外部取り出し効率を達成することができなかった。
特開２００２−２６０８４５号公報
本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、十分な外部取り出し効率を有する有機ＥＬ素子、及びその製造方法を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、透明支持基板、前記透明支持基板上に積層され、表面に周期的な配列で凹凸が形成された硬化性樹脂層、並びに、前記硬化性樹脂層の表面に形成されている凹凸の形状が維持されるようにして、前記硬化性樹脂層上に順次積層された透明電極、有機層及び金属電極を備え、コルゲート構造を有する有機ＥＬ素子によれば、十分な外部取り出し効率を達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明のコルゲート構造を有する有機ＥＬ素子の製造方法は、透明支持基板、透明電極、有機層及び金属電極を備える有機ＥＬ素子の製造方法であって、
前記透明支持基板上に硬化性樹脂を塗布し、母型を押し付けつつ前記硬化性樹脂を硬化させた後、前記母型を取り外して、前記透明支持基板上に周期的な配列で凹凸が形成された硬化性樹脂層を積層する工程と、
前記硬化性樹脂層上に、前記透明電極、前記有機層及び前記金属電極を、前記硬化性樹脂層の表面に形成されている凹凸の形状が維持されるようにして、それぞれ積層して有機ＥＬ素子を得る工程と、
を含むことを特徴とする方法である。
前記透明支持基板上に硬化性樹脂を塗布し、母型を押し付けつつ前記硬化性樹脂を硬化させた後、前記母型を取り外して、前記透明支持基板上に周期的な配列で凹凸が形成された硬化性樹脂層を積層する工程と、
前記硬化性樹脂層上に、前記透明電極、前記有機層及び前記金属電極を、前記硬化性樹脂層の表面に形成されている凹凸の形状が維持されるようにして、それぞれ積層して有機ＥＬ素子を得る工程と、
を含むことを特徴とする方法である。
また、本発明の有機ＥＬ素子の製造方法においては、前記硬化性樹脂層の断面形状が正弦波形を有することが好ましい。
さらに、本発明の有機ＥＬ素子の製造方法においては、前記母型が、
基材上に形成された、光照射により体積変化するポリマーからなるポリマー膜の表面にレーザー光を照射し、前記ポリマー膜の表面に周期的な配列で凹凸を形成する工程と、
前記ポリマー膜上に母型材料を付着させ硬化させた後に、硬化後の母型材料を前記ポリマー膜から取り外して母型を得る工程と、
含む方法により得られたものであることが好ましい。
基材上に形成された、光照射により体積変化するポリマーからなるポリマー膜の表面にレーザー光を照射し、前記ポリマー膜の表面に周期的な配列で凹凸を形成する工程と、
前記ポリマー膜上に母型材料を付着させ硬化させた後に、硬化後の母型材料を前記ポリマー膜から取り外して母型を得る工程と、
含む方法により得られたものであることが好ましい。
また、本発明の有機ＥＬ素子の製造方法においては、前記光照射により体積変化するポリマーが、アゾベンゼンポリマーであることが好ましい。
さらに、本発明の有機ＥＬ素子の製造方法においては、前記母型材料が、シリコンゴム、ニッケル、ケイ素、炭化ケイ素、タンタル、グラッシーカーボン、石英、シリカからなる群から選択される少なくとも一つの材料であることが好ましい。
また、本発明の有機ＥＬ素子の製造方法においては、前記透明電極が金からなる電極であることが好ましい。
さらに、本発明の有機ＥＬ素子の製造方法においては、前記硬化性樹脂層の表面に形成されている凹凸のピッチが１０〜１０００ｎｍの範囲であり、且つ凹凸の高さが１０〜２００ｎｍの範囲であることが好ましい。
本発明のコルゲート構造を有する有機ＥＬ素子は、透明支持基板、前記透明支持基板上に積層され、表面に周期的な配列で凹凸が形成された硬化性樹脂層、並びに、前記硬化性樹脂層の表面に形成されている凹凸の形状が維持されるようにして、前記硬化性樹脂層上に順次積層された透明電極、有機層及び金属電極を備えることを特徴とするものである。
また、本発明の有機ＥＬ素子においては、前記硬化性樹脂層の断面形状が正弦波形を有することが好ましい。
さらに、本発明の有機ＥＬ素子においては、前記透明電極が金からなる電極であることが好ましい。
また、本発明の有機ＥＬ素子においては、前記硬化性樹脂層の表面に形成されている凹凸のピッチが１０〜１０００ｎｍの範囲であり、且つ凹凸の高さが１０〜２００ｎｍの範囲であることが好ましい。
本発明によれば、十分な外部取り出し効率を有する有機ＥＬ素子、及びその製造方法を提供することが可能となる。
以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明及び図面中、同一又は相当する要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
先ず、本発明のコルゲート構造を有する有機ＥＬ素子の製造方法について説明する。すなわち、本発明のコルゲート構造を有する有機ＥＬ素子の製造方法は、透明支持基板、透明電極、有機層及び金属電極を備える有機ＥＬ素子の製造方法であって、
前記透明支持基板上に硬化性樹脂を塗布し、前記母型を押し付けつつ前記硬化性樹脂を硬化させた後、前記母型を取り外して、前記透明支持基板上に周期的な配列で凹凸が形成された硬化性樹脂層を積層する工程（第１の工程）と、
前記硬化性樹脂層上に、前記透明電極、前記有機層及び前記金属電極を、前記硬化性樹脂層の表面に形成されている凹凸の形状が維持されるようにして、それぞれ積層して有機ＥＬ素子を得る工程（第２の工程）と、
を含むことを特徴とする方法である。
前記透明支持基板上に硬化性樹脂を塗布し、前記母型を押し付けつつ前記硬化性樹脂を硬化させた後、前記母型を取り外して、前記透明支持基板上に周期的な配列で凹凸が形成された硬化性樹脂層を積層する工程（第１の工程）と、
前記硬化性樹脂層上に、前記透明電極、前記有機層及び前記金属電極を、前記硬化性樹脂層の表面に形成されている凹凸の形状が維持されるようにして、それぞれ積層して有機ＥＬ素子を得る工程（第２の工程）と、
を含むことを特徴とする方法である。
以下、図１〜３を参照しながら本発明の有機ＥＬ素子の製造方法について説明する。図１〜３は、本発明の有機ＥＬ素子の製造方法の好適な一実施形態を説明するための模式側断面図である。そして、図１は第１の工程に対応し、図２は第２の工程に対応する。また、図３は本発明で用いる母型の作製方法の好適な一実施形態を示す図である。
第１の工程においては、先ず、図１（ａ）に示すように、透明支持基板１上に硬化性樹脂２’を塗布し、その後、図１（ｂ）に示すように、母型２１を押し付けつつ硬化性樹脂２’を硬化させる。このような硬化性樹脂２’としては、例えば、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、メラミン樹脂、ウレア樹脂、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、架橋型液晶樹脂が挙げられる。また、硬化性樹脂２’の塗布量としては、硬化性樹脂層２の平均厚みが１〜５００μｍの範囲となる量とすることが好ましい。さらに、硬化性樹脂２’を硬化させる条件としては、使用する樹脂の種類により異なるが、例えば、硬化温度が室温〜２５０℃の範囲であり、硬化時間が０．５分〜３時間の範囲であることが好ましい。また、紫外線や電子線のようなエネルギー線を照射することで硬化させる方法でもよく、照射量は２０ｍＪ／ｃｍ２〜５Ｊ／ｃｍ２の範囲であることが好ましい。また、ナノインプリント法を用いてもよい。
第１の工程においては、次いで、図１（ｃ）に示すように、硬化後の硬化性樹脂層２から母型２１を取り外す。このように硬化後の硬化性樹脂層２から母型２１を取り外す方法としては、特に限定されず、適宜公知の方法を採用することができる。そして、このようにして、透明支持基板１上に周期的な配列で凹凸が形成された硬化性樹脂層２を積層することができる（図１（ｃ）参照）。
また、このような硬化性樹脂層２においては、表面に形成されている凹凸のピッチは１０〜１０００ｎｍの範囲であることが好ましく、１００〜１０００ｎｍの範囲であることがより好ましい。凹凸のピッチが前記下限未満では、可視光の波長に対しピッチが小さくなりすぎるため必要な回折が生じなくなる傾向にあり、他方、前記上限を超えると、回折角が小さくなる傾向にある。さらに、このような硬化性樹脂層２においては、表面に形成されている凹凸の高さは１０〜１０００ｎｍの範囲であることが好ましく、１０〜２００ｎｍの範囲であることがより好ましい。凹凸の高さが前記下限未満では、可視光の波長に対し高さが低すぎるため必要な回折が生じなくなる傾向にあり、他方、前記上限を超えると、ＥＬ層内部の電界分布が不均一となり特定の箇所に電界が集中することによる素子の破壊や寿命が短くなる傾向にある。
第２の工程においては、先ず、図２（ｂ）に示すように、硬化性樹脂層２上に透明電極３を、硬化性樹脂層２の表面に形成されている凹凸の形状が維持されるようにして積層する。このような透明電極３の材料としては、例えば、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化スズ、及びそれらの複合体であるインジウム・スズ・オキサイド（ＩＴＯ）、金、白金、銀、銅が用いられる。これらの中でも、透明性と導電性の兼ね合いの観点から、ＩＴＯや金が好ましい。また、透明電極３の厚みとしては、２０〜５００ｎｍの範囲であることが好ましい。厚みが前記下限未満では、導電性が不十分となる傾向にあり、他方、前記上限を超えると、透明性が不十分となり発光したＥＬ光を十分に外部に取り出せなくなる傾向にある。さらに、このように透明電極３を積層する方法としては、蒸着法、スパッター法等の公知の方法を適宜採用することができる。これらの方法の中でも、硬化性樹脂層の表面に形成されている凹凸の形状を維持するという観点から、蒸着法を採用することが好ましい。
第２の工程においては、次に、図２（ｃ）に示すように、透明電極３上に有機層４を、硬化性樹脂層２の表面に形成されている凹凸の形状が維持されるようにして積層する。このような有機層４は、種々の有機薄膜の積層体であり、例えば、図２（ｃ）に示すような陽極バッファー層１１、正孔輸送層１２、及び電子輸送層１３からなる積層体が挙げられる。ここで、陽極バッファー層１１の材料としては、例えば、銅フタロシアニン、ＰＥＤＯＴ等が挙げられる。また、正孔輸送層１２の材料としては、例えば、トリフェニルアミン、トリフェニルジアミン誘導体（ＴＰＤ）、ベンジジン、ピラゾリン、スチリルアミン、ヒドラゾン、トリフェニルメタン、カルバゾール等の誘導体が挙げられる。さらに、電子輸送層１３の材料としては、例えば、アルミニウムキノリノール錯体（Ａｌｑ）、フェナンスロリン誘導体、オキサジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、フェニルキノキサリン誘導体、シロール誘導体が挙げられる。また、このような有機層４は、例えば、トリフェニルアミン誘導体等からなる正孔注入層と、アントラセン等の蛍光性の有機固体からなる発光層との積層体や、或いはこのような発光層とペリレン誘導体等からなる電子注入層との積層体や、また或いはこれらの正孔注入層、発光層、及び電子注入層との積層体であってもよい。さらに、このような有機層４への電荷注入又は正孔注入を容易にするという観点から、透明電極３上或いは有機層４上に、フッ化リチウム（ＬｉＦ）、Ｌｉ２Ｏ３等の金属フッ化物、Ｃａ、Ｂａ、Ｃｓ等の活性の高いアルカリ土類金属、有機絶縁材料等からなる層を設けてもよい。
また、このような有機層４が陽極バッファー層１１、正孔輸送層１２、及び電子輸送層１３からなる積層体である場合、硬化性樹脂層の表面に形成されている凹凸の形状を維持するという観点から、陽極バッファー層１１、正孔輸送層１２、及び電子輸送層１３の厚みは、それぞれ１〜５０ｎｍの範囲、５〜２００ｎｍの範囲、及び５〜２００ｎｍの範囲であることが好ましい。さらに、このように有機層４を積層する方法としては、蒸着法、スパッター法等の公知の方法を適宜採用することができる。これらの方法の中でも、硬化性樹脂層の表面に形成されている凹凸の形状を維持するという観点から、蒸着法を採用することが好ましい。
第２の工程においては、次いで、図２（ｄ）に示すように、有機層４上に金属電極５を、硬化性樹脂層２の表面に形成されている凹凸の形状が維持されるようにして積層する。このような金属電極５の材料としては、仕事関数の小さな物質を適宜用いることができ、特に限定されないが、例えば、アルミニウム、ＭｇＡｇ、ＭｇＩｎ、ＡｌＬｉが挙げられる。また、金属電極５の厚みとしては、５０〜５００ｎｍの範囲であることが好ましい。厚みが前記下限未満では、導電性が低下する傾向にあり、他方、前記上限を超えると、凹凸形状の維持が困難となる傾向にある。さらに、このように金属電極５を積層する方法としては、蒸着法、スパッター法等の公知の方法を適宜採用することができる。これらの方法の中でも、硬化性樹脂層の表面に形成されている凹凸の形状を維持するという観点から、蒸着法を採用することが好ましい。
以上説明したような本発明の有機ＥＬ素子の製造方法によれば、十分な外部取り出し効率を達成することができる有機ＥＬ素子を製造することが可能となる。すなわち、本発明の有機ＥＬ素子の製造方法においては、前述のように、透明電極、有機層及び金属電極が、硬化性樹脂層の表面に形成されている凹凸の形状が維持されるようにして、それぞれ積層される。そのため、このような方法によれば、透明電極、有機層及び金属電極がそれぞれコルゲート構造を有するように積層された有機ＥＬ素子を得ることができる。そして、このように、透明電極、有機層及び金属電極がそれぞれコルゲート構造を有することにより、有機層で生じた光が各界面において全反射してしまい、素子の内部において多重反射を繰り返すことを抑制することができる。また、透明支持基板と空気との界面において全反射してしまった光を、コルゲート構造による回折効果により再出射させることもできる。さらに、透明電極、有機層及び金属電極がそれぞれコルゲート構造を有することから、透明電極と金属電極との電極間距離が部分的に短くなっている。そのため、透明電極と金属電極との電極間距離が均一なものと比較して、電圧印加時において電界強度の増加を見込むことができ、有機ＥＬ素子の発光効率を向上させることもできる。このように、本発明の有機ＥＬ素子の製造方法によれば、十分な外部取り出し効率を達成することができる有機ＥＬ素子を製造することが可能となる。
また、本発明の有機ＥＬ素子の製造方法においては、前記硬化性樹脂層の断面形状が正弦波形を有することが好ましい。このように硬化性樹脂層の断面形状が正弦波形である場合には、断面形状が矩形状の場合と比較して、有機ＥＬ素子に電圧をかけた際の素子内部の電界分布が均一となる傾向にある。そのため、このように硬化性樹脂層の断面形状を正弦波形とすることにより、電界集中による有機ＥＬ素子の破壊を抑制することができ、有機ＥＬ素子の長寿命化を図ることができる。
さらに、本発明の有機ＥＬ素子の製造方法に用いる母型２１としては、表面に凹凸が形成されているものであればよく、その材質や作製方法は特に限定されないが、前記硬化性樹脂層の断面形状を正弦波形とするという観点から、例えば以下のような方法により得られるものを用いることが好ましい。すなわち、母型２１は、基材上に形成された、光照射により体積変化するポリマーからなるポリマー膜の表面にレーザー光を照射し、前記ポリマー膜の表面に周期的な配列で凹凸を形成する工程（ポリマー膜形成工程）と、前記ポリマー膜上に母型材料を付着させ硬化させた後に、硬化後の母型材料を前記ポリマー膜から取り外して母型を得る工程（母型形成工程）と、含む方法により得られたものであることが好ましい。
ポリマー膜形成工程においては、先ず、基材上に光照射により体積変化するポリマーからなるポリマー膜を形成する。基材２２としては特に限定されず、例えば、ガラス、プラスチック、金属からなるものを適宜用いることができる。また、光照射により体積変化するポリマーは、特定の波長の光を照射した際に体積が膨張又は収縮するポリマーのことをいう。このようなポリマーとしては、光異性化反応を起こすポリマーが例示されるが、体積変化率の大きさからアゾベンゼンが好ましい。また、このようにポリマー膜を形成する方法としては、例えば、スピンコート法、ディップコート法、滴下法、グラビア印刷法、スクリーン印刷法、凸版印刷法、ダイコート法，カーテンコート法、インクジェット法、スプレーコート法、スパッター法、真空蒸着法等を採用することができる。さらに、このようなポリマー膜の厚みとしては、１〜５００μｍの範囲であることが好ましく、５〜２００μｍの範囲であることがより好ましい。
ポリマー膜形成工程においては、次に、ポリマー膜２３の表面にレーザー光を照射し、図３（ａ）に示すように、ポリマー膜２３の表面に周期的な配列で凹凸を形成する。ここで、レーザーとしては特に限定されず、例えば、アルゴンレーザー、Ｈｅ−Ｎｅレーザー、炭酸ガスレーザー、ＹＡＧレーザー、色素レーザーを使用することができる。また、このようにポリマー膜２３の表面にレーザー光を照射する方法としては、例えば、（i）レーザー光を回折格子で回折させ、その光を照射する方法、（ii）レーザー光を直接照射する方法、（iii）レーザー光をマスクを介して照射する方法を採用することができる。これらの方法の中でも、作業性の観点から、レーザー光を回折格子で回折させ、その光を照射する方法が好ましい。
そして、このようにポリマー膜２３の表面にレーザー光を所定の方法で照射することで、ポリマーが体積変化することにより、ポリマー膜２３の表面に周期的な配列で凹凸を形成することができる。より具体的には、先ず、表面レリーフ型等の回折格子でレーザー光（アルゴンレーザー、波長：４８８ｎｍ）を回折させ、その回折光をポリマー膜２３に照射する。次に、回折格子を回転させた（例えば１２０°）後にレーザー光を回折させ、その回折光をポリマー膜２３に照射する。その後、回折格子を更に回転させた（例えば１２０°）後にレーザー光を回折させ、その回折光をポリマー膜２３に照射することを繰り返す。
このようにして、周期的な配列に従い、ポリマー膜２３にレーザー光が照射されることとなるため、ポリマー膜２３の表面に周期的な配列で凹凸を形成することができる。なお、例えば、回折格子を１２０度ずつ回転させた場合には、六角形状の凹部又は凸部が形成される。
母型形成工程においては、先ず、図３（ｂ）に示すように、ポリマー膜２３上に母型材料２１’を付着させ硬化させる。このような母型材料２１’としては、特に限定されず、例えば、ニッケル、ケイ素、炭化ケイ素、タンタル、グラッシーカーボン、石英、シリカ等の無機物；シリコンゴム、ウレタンゴム、ノルボルネン樹脂、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリスチレン、ポリメタクリル酸メチル、アクリル、液晶ポリマー等の樹脂組成物が挙げられる。これらの母型材料の中でも、成形性、微細形状の追従性、型離れという観点から、シリコンゴム、ニッケル、ケイ素、炭化ケイ素、タンタル、グラッシーカーボン、石英、シリカが好ましく、シリコンゴム、ニッケル、石英がより好ましい。また、このように母型材料２１’を付着させる方法としては、特に限定されず、例えば、真空蒸着法；スピンコート法、スプレーコート法、ディップコート法、滴下法、グラビア印刷法、スクリーン印刷法、凸版印刷法、ダイコート法，カーテンコート法、インクジェット法、スパッター法等の各種コート方法を採用することができる。また、母型材料２１’を硬化させる条件としては、使用する母型材料の種類により異なるが、例えば、硬化温度が室温〜２５０℃の範囲であり、硬化時間が０．５分〜３時間の範囲であることが好ましい。また、紫外線や電子線のようなエネルギー線を照射することで硬化させる方法でもよく、照射量は２０ｍＪ／ｃｍ２〜１０Ｊ／ｃｍ２の範囲であることが好ましい。また、ナノインプリント法を用いてもよい。
母型形成工程においては、その後、図３（ｃ）に示すように、硬化後の母型材料２１をポリマー膜２３から取り外して母型２１を得る。このように硬化後の母型材料２１をポリマー膜２３から取り外す方法としては、特に限定されず、適宜公知の方法を採用することができる。
次に、本発明のコルゲート構造を有する有機ＥＬ素子について説明する。すなわち、本発明のコルゲート構造を有する有機ＥＬ素子は、透明支持基板、前記透明支持基板上に積層され、表面に周期的な配列で凹凸が形成された硬化性樹脂層、並びに、前記硬化性樹脂層の表面に形成されている凹凸の形状が維持されるようにして、前記硬化性樹脂層上に順次積層された透明電極、有機層及び金属電極を備えることを特徴とするものである。そして、このような有機ＥＬ素子は、前述した本発明の有機ＥＬ素子の製造方法により得ることができる。
また、本発明の有機ＥＬ素子においては、前記硬化性樹脂層の断面形状が正弦波形を有することが好ましい。このように硬化性樹脂層の断面形状が正弦波形である場合には、断面形状が矩形状の場合と比較して、有機ＥＬ素子に電圧をかけた際の素子内部の電界分布が均一となる傾向にある。そのため、このように硬化性樹脂層の断面形状を正弦波形とすることにより、電界集中による有機ＥＬ素子の破壊を抑制することができ、有機ＥＬ素子の長寿命化を図ることができる。
さらに、本発明の有機ＥＬ素子においては、硬化性樹脂層の表面に形成されている凹凸のピッチは１０〜１０００ｎｍの範囲であることが好ましく、１００〜１０００ｎｍの範囲であることがより好ましい。凹凸のピッチが前記下限未満では、可視光の波長に対しピッチが小さくなりすぎるため必要な回折が生じなくなる傾向にあり、他方、前記上限を超えると、回折角が小さくなる傾向にある。さらに、本発明の有機ＥＬ素子においては、硬化性樹脂層の表面に形成されている凹凸の高さは１０〜１０００ｎｍの範囲であることが好ましく、１０〜２００ｎｍの範囲であることがより好ましい。凹凸の高さが前記下限未満では、可視光の波長に対し高さが低すぎるため必要な回折が生じなくなる傾向にあり、他方、前記上限を超えると、ＥＬ層内部の電界分布が不均一となり特定の箇所に電界が集中することによる素子の破壊や寿命が短くなる傾向にある。
また、本発明の有機ＥＬ素子にかかる透明支持基板、硬化性樹脂層、透明電極、有機層及び金属電極の材料としては、前述した本発明の有機ＥＬ素子の製造方法に用いたものと同様のものを用いることができる。
以下、実施例及び比較例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
（実施例１）
先ず、基材２２上にアゾベンゼンポリマーをスピンコート法により、膜厚が０．８μｍとなるように塗布し、アゾベンゼンポリマー膜２３を形成した。その後、表面レリーフ型回折格子でアルゴンレーザー光を回折させ、その回折光をアゾベンゼンポリマー膜２３の表面に照射した。次に、回折格子を１２０°回転させた後にレーザー光を回折させ、その回折光をアゾベンゼンポリマー膜２３に照射し、次いで、回折格子を更に１２０°回転させた後にレーザー光を回折させ、その回折光をアゾベンゼンポリマー膜２３に照射した（図４参照）。このようにして、アゾベンゼンポリマー膜２３の表面に周期的な配列で凹凸を形成した（図３（ａ）参照）。なお、得られたアゾベンゼンポリマー膜２３について、共焦点顕微鏡による表面形状測定を行った。得られた結果を図５に示す。
（実施例１）
先ず、基材２２上にアゾベンゼンポリマーをスピンコート法により、膜厚が０．８μｍとなるように塗布し、アゾベンゼンポリマー膜２３を形成した。その後、表面レリーフ型回折格子でアルゴンレーザー光を回折させ、その回折光をアゾベンゼンポリマー膜２３の表面に照射した。次に、回折格子を１２０°回転させた後にレーザー光を回折させ、その回折光をアゾベンゼンポリマー膜２３に照射し、次いで、回折格子を更に１２０°回転させた後にレーザー光を回折させ、その回折光をアゾベンゼンポリマー膜２３に照射した（図４参照）。このようにして、アゾベンゼンポリマー膜２３の表面に周期的な配列で凹凸を形成した（図３（ａ）参照）。なお、得られたアゾベンゼンポリマー膜２３について、共焦点顕微鏡による表面形状測定を行った。得られた結果を図５に示す。
次に、アゾベンゼンポリマー膜２３上に母型材料２１’としてシリコンゴム（ワッカーケミ社製、製品名「Ｅｌａｓｔｏｓｉｌ ＲＴ６０１」）を滴下法により塗布し、５０℃にて１時間加熱して硬化させ、その後、アゾベンゼンポリマー膜２３から取り外して母型２１を得た（図３（ｂ）及び（ｃ）参照）。
そして、ガラス基板１（Ｍａｔｓｕｎａｍｉ社製、製品名「Ｍｉｃｒｏ ｓｌｉｄｅ ｇｌａｓｓ」）及び硬化性樹脂２’（Ｎｏｒｌａｎｄ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｄｈｅｓｉｖｅ社製、製品名「ＮＯＡ ６１」）を準備し、ガラス基板１上に硬化性樹脂２’を塗布し、その後、母型２１を押し付けつつ硬化性樹脂２’に紫外線を１時間照射して硬化させた（図１（ａ）及び（ｂ）参照）。その後、硬化後の硬化性樹脂層２から母型２１を取り外し、ガラス基板１上に周期的な配列で凹凸を形成された硬化性樹脂層２を形成した（図１（ｃ）参照）。なお、硬化性樹脂層２の表面に形成されている凹凸のピッチは５００ｎｍであり、凹凸の高さは５０ｎｍであった。また、得られた硬化性樹脂層２について、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）による表面観察を行った。得られた結果を図６、７に示す。
次いで、硬化性樹脂層２上に透明電極３（金、厚み：３０ｎｍ）、陽極バッファー層１１（銅フタロシアニン、厚み：１０ｎｍ）、正孔輸送層１２［Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−１，１’−ジフェニル−４，４’−ジアミン、厚み：４０ｎｍ］、電子輸送層１３（８−ヒドロキシキノリンアルミニウム、厚み：６０ｎｍ）、フッ化リチウム層（厚み：１ｎｍ）、及び金属電極５（アルミニウム、厚み：１５０ｎｍ）を、硬化性樹脂層２の表面に形成されている凹凸の形状が維持されるようにして、それぞれ蒸着法により積層して有機ＥＬ素子を作製した（図２参照）。
（比較例１）
実施例１で作製した母型を用いずに、硬化性樹脂層に凹凸を形成しなかった以外は実施例１と同様にして有機ＥＬ素子を作製した。
実施例１で作製した母型を用いずに、硬化性樹脂層に凹凸を形成しなかった以外は実施例１と同様にして有機ＥＬ素子を作製した。
＜評価結果＞
実施例１及び比較例１で得られた有機ＥＬ素子の発光スペクトルを測定した。なお、発光スペクトルは、以下のようにして測定した。すなわち、実施例１及び比較例１で得られた有機ＥＬ素子に１０Ｖの電圧を印加した状態で、素子より７ｃｍの距離に分光器（Ｏｃｅａｎ Ｏｐｔｉｃｓ社製、製品名「ＵＳＢ−２０００」）を設置し、発光スペクトル解析を行った。得られた結果を図８に示す。図８に示した結果から明らかなように、本発明の有機ＥＬ素子を用いた場合（実施例１）は、十分な外部取り出し効率を達成できることが確認された。
実施例１及び比較例１で得られた有機ＥＬ素子の発光スペクトルを測定した。なお、発光スペクトルは、以下のようにして測定した。すなわち、実施例１及び比較例１で得られた有機ＥＬ素子に１０Ｖの電圧を印加した状態で、素子より７ｃｍの距離に分光器（Ｏｃｅａｎ Ｏｐｔｉｃｓ社製、製品名「ＵＳＢ−２０００」）を設置し、発光スペクトル解析を行った。得られた結果を図８に示す。図８に示した結果から明らかなように、本発明の有機ＥＬ素子を用いた場合（実施例１）は、十分な外部取り出し効率を達成できることが確認された。
（試験例１）
硬化性樹脂層２の断面形状が正弦波形を有する場合と、硬化性樹脂層２の断面形状が矩形を有する場合について、有機ＥＬ素子の内部電界分布をシミュレートした。具体的には、硬化性樹脂層に形成された凹凸のピッチを３００ｎｍとし、凹凸の高さを５０ｎｍとし、硬化性樹脂層２上に透明電極３、厚みが１１０ｎｍの有機層４及び金属電極５を、硬化性樹脂層２の表面に形成されている凹凸の形状が維持されるようにして積層した場合における有機ＥＬ素子の内部電界分布をそれぞれシミュレートした。得られた結果を図９に示す（図９（ａ）は硬化性樹脂層の断面形状が矩形を有する場合に対応し、図９（ｂ）は硬化性樹脂層の断面形状が正弦波形を有する場合に対応する。）。図９に示した結果からも明らかなように、硬化性樹脂層の断面形状が正弦波形を有する場合には、硬化性樹脂層の断面形状が矩形を有する場合と比較して、有機ＥＬ素子に電圧をかけた際の素子内部の電界分布が均一となる傾向にあることが確認された。したがって、硬化性樹脂層の断面形状が正弦波形を有することにより、電界集中による有機ＥＬ素子の破壊を抑制することができ、有機ＥＬ素子の長寿命化を図ることができることが確認された。
硬化性樹脂層２の断面形状が正弦波形を有する場合と、硬化性樹脂層２の断面形状が矩形を有する場合について、有機ＥＬ素子の内部電界分布をシミュレートした。具体的には、硬化性樹脂層に形成された凹凸のピッチを３００ｎｍとし、凹凸の高さを５０ｎｍとし、硬化性樹脂層２上に透明電極３、厚みが１１０ｎｍの有機層４及び金属電極５を、硬化性樹脂層２の表面に形成されている凹凸の形状が維持されるようにして積層した場合における有機ＥＬ素子の内部電界分布をそれぞれシミュレートした。得られた結果を図９に示す（図９（ａ）は硬化性樹脂層の断面形状が矩形を有する場合に対応し、図９（ｂ）は硬化性樹脂層の断面形状が正弦波形を有する場合に対応する。）。図９に示した結果からも明らかなように、硬化性樹脂層の断面形状が正弦波形を有する場合には、硬化性樹脂層の断面形状が矩形を有する場合と比較して、有機ＥＬ素子に電圧をかけた際の素子内部の電界分布が均一となる傾向にあることが確認された。したがって、硬化性樹脂層の断面形状が正弦波形を有することにより、電界集中による有機ＥＬ素子の破壊を抑制することができ、有機ＥＬ素子の長寿命化を図ることができることが確認された。
以上説明したように、本発明によれば、十分な外部取り出し効率を有する有機ＥＬ素子、及びその製造方法を提供することが可能となる。
１…透明支持基板、２’…硬化性樹脂、２…硬化性樹脂層、３…透明電極、４…有機層、５…金属電極、１１…陽極バッファー層、１２…正孔輸送層、１３…電子輸送層、２１’…母型材料、２１…母型（硬化後の母型材料）、２２…基材、２３…ポリマー膜。
Claims (11)
- 透明支持基板、透明電極、有機層及び金属電極を備える有機ＥＬ素子の製造方法であって、
前記透明支持基板上に硬化性樹脂を塗布し、母型を押し付けつつ前記硬化性樹脂を硬化させた後、前記母型を取り外して、前記透明支持基板上に周期的な配列で凹凸が形成された硬化性樹脂層を積層する工程と、
前記硬化性樹脂層上に、前記透明電極、前記有機層及び前記金属電極を、前記硬化性樹脂層の表面に形成されている凹凸の形状が維持されるようにして、それぞれ積層して有機ＥＬ素子を得る工程と、
を含むことを特徴とするコルゲート構造を有する有機ＥＬ素子の製造方法。 - 前記硬化性樹脂層の断面形状が正弦波形を有することを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ素子の製造方法。
- 前記母型が、
基材上に形成された、光照射により体積変化するポリマーからなるポリマー膜の表面にレーザー光を照射し、前記ポリマー膜の表面に周期的な配列で凹凸を形成する工程と、
前記ポリマー膜上に母型材料を付着させ硬化させた後に、硬化後の母型材料を前記ポリマー膜から取り外して母型を得る工程と、
含む方法により得られた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ＥＬ素子の製造方法。 - 前記光照射により体積変化するポリマーが、アゾベンゼンポリマーであることを特徴とする請求項３に記載の有機ＥＬ素子の製造方法。
- 前記母型材料が、シリコンゴム、ニッケル、ケイ素、炭化ケイ素、タンタル、グラッシーカーボン、石英、シリカからなる群から選択される少なくとも一つの材料であることを特徴とする請求項３又は４に記載の有機ＥＬ素子の製造方法。
- 前記透明電極が金からなる電極であることを特徴とする請求項１〜５のうちのいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子の製造方法。
- 前記硬化性樹脂層の表面に形成されている凹凸のピッチが１０〜１０００ｎｍの範囲であり、且つ凹凸の高さが１０〜２００ｎｍの範囲であることを特徴とする請求項１〜６のうちのいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子の製造方法。
- 透明支持基板、前記透明支持基板上に積層され、表面に周期的な配列で凹凸が形成された硬化性樹脂層、並びに、前記硬化性樹脂層の表面に形成されている凹凸の形状が維持されるようにして、前記硬化性樹脂層上に順次積層された透明電極、有機層及び金属電極を備えることを特徴とするコルゲート構造を有する有機ＥＬ素子。
- 前記硬化性樹脂層の断面形状が正弦波形を有することを特徴とする請求項８に記載の有機ＥＬ素子。
- 前記透明電極が金からなる電極であることを特徴とする請求項８又は９に記載の有機ＥＬ素子。
- 前記硬化性樹脂層の表面に形成されている凹凸のピッチが１０〜１０００ｎｍの範囲であり、且つ凹凸の高さが１０〜２００ｎｍの範囲であることを特徴とする請求項８〜１０のうちのいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子。
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