JP2009245735A - Organic el element and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光取出面が粗面化された有機EL(エレクトロルミネッセンス)素子及び有機EL素子の製造方法に関する。 The present invention relates to an organic EL (electroluminescence) element having a roughened light extraction surface and a method for manufacturing the organic EL element.
従来、ガラス基板からなる素子基板と、素子基板に形成されたアノード電極、有機発光層、カソード電極とを備えた有機EL素子が知られている。このような有機EL素子では、有機発光層で発光された光が、アノード電極、素子基板を透過して、素子基板の外側の主面(以下、光取出面)から外部へ照射される。しかしながら、素子基板と外部の空気との間には屈折率の差があるため、発光された光が光取出面で反射される。このため、上述した有機EL素子では、有機発光層で発光された光に対して外部に取り出される光の割り合い(以下、光取出効率)が低いといった問題があった。 2. Description of the Related Art Conventionally, an organic EL element including an element substrate made of a glass substrate and an anode electrode, an organic light emitting layer, and a cathode electrode formed on the element substrate is known. In such an organic EL element, light emitted from the organic light emitting layer passes through the anode electrode and the element substrate, and is irradiated to the outside from the main surface outside the element substrate (hereinafter referred to as a light extraction surface). However, since there is a difference in refractive index between the element substrate and external air, the emitted light is reflected by the light extraction surface. For this reason, the above-described organic EL device has a problem that the ratio of light extracted outside (hereinafter referred to as light extraction efficiency) to the light emitted from the organic light emitting layer is low.
そこで、有機EL素子の光取出効率を向上させる技術が求められている。特許文献1には、素子基板の光取出面が粗面化された有機EL素子が開示されている。特許文献1の有機EL素子では、素子基板の光取出面に到達した光の一部は、透過して外部へ照射されるとともに、残りの光は、光取出面で反射及び散乱されて、素子基板内を導波する。この後、素子基板内を導波する光は、再度、光取出面に達する。この光取出面に達した光は、光取出面との入射角が変わっているので、光取出面を通過する光が増える。これによって、特許文献1の有機EL素子は、光取出効率を向上させている。しかしながら、特許文献1の有機EL素子では、硬いガラス基板からなる素子基板の一面を粗面化しているので、凹凸を形成することが難しく、また、素子基板が割れる等の破損が多いといった問題があった。 Therefore, a technique for improving the light extraction efficiency of the organic EL element is required. Patent Document 1 discloses an organic EL element in which a light extraction surface of an element substrate is roughened. In the organic EL element of Patent Document 1, a part of the light reaching the light extraction surface of the element substrate is transmitted and irradiated to the outside, and the remaining light is reflected and scattered by the light extraction surface. Waveguide through the substrate. Thereafter, the light guided in the element substrate reaches the light extraction surface again. Since the incident angle of the light reaching the light extraction surface changes with the light extraction surface, the amount of light passing through the light extraction surface increases. Thus, the organic EL element of Patent Document 1 improves the light extraction efficiency. However, in the organic EL element of Patent Document 1, since one surface of an element substrate made of a hard glass substrate is roughened, it is difficult to form irregularities, and there are many problems such as breakage of the element substrate. there were.
そこで、特許文献2には、素子基板の外側の面に光学オイルを介して貼り付けられた樹脂製の拡散板を備えた有機EL素子が開示されている。そして、特許文献2の有機EL素子では、樹脂製の拡散板の外面に凹凸を形成している。このように特許文献2の有機EL素子では、ガラス基板に比べて軟らかい樹脂製の拡散板に凹凸を形成しているので、素子基板の破損を抑制するとともに、凹凸を容易に形成することができる。
しかしながら、特許文献2の有機EL素子では、素子基板に光学オイルを介して拡散板を貼り付けているので、光が外部へ取り出されるまでに、通過する異物質間の界面が多い。このため、当該界面で反射される光が増大するので、光取出効率が十分に向上しているとは言い難いといった課題がある。
However, in the organic EL element of
本発明は、上述した課題を解決するために創案されたものであり、光取出効率を向上させることができる有機EL素子及び有機EL素子の製造方法を提供することを目的としている。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and an object thereof is to provide an organic EL element and a method for manufacturing the organic EL element that can improve the light extraction efficiency.
上記目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、素子基板と、有機発光層を含み、前記素子基板の成長主面に形成された発光部と、前記成長主面とは反対側の前記素子基板の光取出主面に直接形成された樹脂層からなり、外側の主面である光取出面が粗面化されている光取出層とを備えたことを特徴とする有機EL素子である。 In order to achieve the above object, an invention according to claim 1 includes an element substrate, an organic light emitting layer, a light emitting portion formed on a growth main surface of the element substrate, and a side opposite to the growth main surface. An organic EL device comprising: a light extraction layer formed of a resin layer directly formed on the light extraction main surface of the element substrate, wherein the light extraction surface which is an outer main surface is roughened It is.
また、請求項2に記載の発明は、前記光取出層は、樹脂材を前記光取出主面に塗布することによって形成されていることを特徴とする請求項1に記載の有機EL素子である。
The invention according to
また、請求項3に記載の発明は、前記光取出層は、前記素子基板の光取出主面の中央部にのみ形成されていることを特徴とする請求項1または請求項2のいずれか1項に記載の有機EL素子である。
The invention according to
また、請求項4に記載の発明は、素子基板の成長主面に、有機発光層を含む発光部を形成する発光部形成工程と、前記成長主面とは反対側の前記素子基板の光取出主面に、直接、樹脂材を塗布する塗布工程と、前記樹脂材を硬化させて光取出層を形成する光取出層形成工程と、前記光取出層の外側の主面である光取出面を粗面化する粗面化工程とを備えたことを特徴とする有機EL素子の製造方法である。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a light emitting portion forming step of forming a light emitting portion including an organic light emitting layer on a growth main surface of an element substrate, and light extraction of the element substrate on the side opposite to the growth main surface. An application step of directly applying a resin material to the main surface, a light extraction layer forming step of curing the resin material to form a light extraction layer, and a light extraction surface which is a main surface outside the light extraction layer An organic EL element manufacturing method comprising a roughening step for roughening.
また、請求項5に記載の発明は、前記粗面化工程は、樹脂材が硬化する前に行われることを特徴とする請求項4に記載の有機EL素子の製造方法である。
The invention according to
本発明によれば、素子基板の光取出主面に直接光取出層を形成することによって、異物質間の界面を低減することができる。これによって、有機発光層で発光された光が、当該界面で反射されることを抑制できるので、光取出効率を向上させることができる。 According to the present invention, the interface between different substances can be reduced by forming the light extraction layer directly on the light extraction main surface of the element substrate. As a result, it is possible to suppress the light emitted from the organic light emitting layer from being reflected from the interface, thereby improving the light extraction efficiency.
(第1実施形態)
以下、図面を参照して本発明の第1実施形態による有機EL素子を説明する。本発明による有機EL素子は、照明装置や各種光源に適用することができる。図1は、第1実施形態による有機EL素子の断面図である。以下の説明において、図1の矢印に示す上下を上下方向とする。
(First embodiment)
Hereinafter, an organic EL device according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The organic EL element according to the present invention can be applied to lighting devices and various light sources. FIG. 1 is a cross-sectional view of an organic EL element according to the first embodiment. In the following description, the top and bottom indicated by the arrows in FIG.
図1に示すように、第1実施形態による有機EL素子1は、素子基板2と、アノード電極3と、有機発光層4と、カソード電極5と、固体封止樹脂層6と、封止板7と、光取出層8とを備えている。尚、アノード電極3、有機発光層4及びカソード電極5が、請求項の発光部に相当する。
As shown in FIG. 1, the organic EL element 1 according to the first embodiment includes an
素子基板2は、約0.5mmの厚みを有し、光を透過可能なガラス基板からなる。素子基板2の上面は、各層3〜7が積層される成長主面2aである。また、素子基板2の下面(成長主面2aと反対側の面)は、光取出層8が形成される光取出主面2bである。
The
アノード電極3は、有機発光層4に正孔を注入するためのものである。アノード電極3は、素子基板2の成長主面2aに形成されている。アノード電極3は、光を透過可能な約100nmの厚みを有するITO(酸化インジウムスズ)からなる。アノード電極3の一端部は、外部端子(図示略)と接続されている。
The
有機発光層4は、白色の光を発光するためのものである。有機発光層4は、アノード電極3上に電気的に接続された状態で形成されている。有機発光層4には、正孔輸送層及び電子輸送層がアノード電極3側から順に積層されている。正孔輸送層には、約50nmの厚みを有するNPD(ジフェニルナフチルジアミン)膜からなる。電子輸送層には、約50nmの厚みを有し、色素を混入させたキノリノールアルミ錯体(Alq3)膜からなる。また、アノード電極3からの正孔注入を促進するために銅フタロシアニン(CuPc)をアノード電極3と有機発光層4との間に積層してもよい。
The organic
カソード電極5は、有機発光層4に電子を注入するためのものである。カソード電極5は、有機発光層4上に電気的に接続された状態で形成されている。カソード電極5は、約100nmの厚みを有するAl膜からなる。カソード電極5は、絶縁膜(図示略)によってアノード電極3と絶縁されている。カソード電極5の一端部は、外部端子(図示略)と接続されている。
The
固体封止樹脂層6は、封止板7をカソード電極5上に封着するためのものである。固体封止樹脂層6は、エポキシ系のUV硬化樹脂からなる。尚、固体封止樹脂層6を、熱硬化樹脂等の硬化樹脂によって構成してもよい。
The solid
封止板7は、約0.5mmの厚みを有するガラス基板からなる。封止板7は、固体封止樹脂層6によってカソード電極5上に封着されている。
The
光取出層8は、有機発光層4で発光された光の光取出効率を向上させるためのものである。光取出層8は、エポキシ樹脂層からなる。光取出層8は、エポキシ樹脂材を塗布することによって形成される。尚、光取出層8を形成する材料は、エポキシ樹脂に限定されるものではなく、他の樹脂に適宜変更可能である。光取出層8は、素子基板2の光取出主面2bに直接形成されている。光取出層8の下面(外側の主面)は、光を取り出すための光取出面8aである。光取出面8aは、光取出効率を向上させるために、粗面化されている。
The
次に、上述した第1実施形態による有機EL素子1の動作を説明する。 Next, the operation of the organic EL element 1 according to the first embodiment described above will be described.
まず、有機EL素子1では、外部電源によってアノード電極3とカソード電極5との間に電圧が印加される。これにより、アノード電極3から有機発光層4には、正孔が注入される。また、カソード電極5から有機発光層4には、電子が注入される。注入された正孔と電子は、有機発光層内で再結合して光を発光する。発光した光は、アノード電極3、素子基板2及び光取出層8を透過した後、光取出面8aに達する。ここで、一部の光は、光取出面8aを透過して外部に照射される。残りの光は、粗面化された光取出面8aによって反射及び散乱されて、光取出層8内を導波する。この後、光取出層8を導波する光は、入射角を変えて、再び、光取出面8aに達し、一部の光が光取出面8aを透過して外部へ照射される。
First, in the organic EL element 1, a voltage is applied between the
次に、上述した第1実施形態による有機EL素子1の製造方法について説明する。図2〜図5は、有機EL素子の各製造工程を説明する図である。 Next, a method for manufacturing the organic EL element 1 according to the first embodiment will be described. 2-5 is a figure explaining each manufacturing process of an organic EL element.
まず、図2に示すように、スパッタ法及びリフトオフ法によって、パターニングされたアノード電極3を素子基板2上に形成する。その後、開口部が形成されたメタルマスク(図示略)を通して、アノード電極3上に有機発光層4を蒸着する。更に、スパッタ法及びリフトオフ法によって、パターニングされたカソード電極5を有機発光層4上に形成する(発光部形成工程)。
First, as shown in FIG. 2, the patterned
次に、図3に示すように、UV硬化樹脂材6Aをカソード電極5上に塗布する。その後、UV硬化樹脂材6A上に封止板7を載置する。この状態で、封止板7を介してUV硬化樹脂材6Aに紫外線を照射する。これにより、UV硬化樹脂材6Aが硬化して、固体封止樹脂層6となり、カソード電極5と封止板7とが封着される。
Next, as shown in FIG. 3, a UV
次に、図4に示すように、成長主面2aとは反対側の素子基板2の光取出主面2bに直接、軟性のエポキシ樹脂材18を塗布する(塗布工程)。
Next, as shown in FIG. 4, a soft
次に、図5に示すように、エポキシ樹脂材18が完全に硬化する前に、サンダー(電動サンドペーパー機)によって、外側の主面である光取出面8aを粗面化する(粗面化工程)。この後、所定の時間放置することによって、エポキシ樹脂材18を硬化させて、光取出面8aが粗面化された光取出層8を形成する。尚、エポキシ樹脂材18は、硬化剤等により硬化させてもよく、紫外線照射または熱によって硬化させてもよい(光取出層形成工程)。
Next, as shown in FIG. 5, before the
この後、素子単位に分割することによって、図1に示す有機EL素子1が完成する。 Then, the organic EL element 1 shown in FIG. 1 is completed by dividing into element units.
上述したように、第1実施形態による有機EL素子1では、素子基板2の光取出主面2bに直接、エポキシ樹脂からなる光取出層8を形成している。これにより、有機発光層4から外部へ照射されるまでに、光が通過する異物質間の界面を低減することができる。このため、光取出面8aに達するまでに界面によって反射される光を低減することができるので、光取出効率を向上させることができる。
As described above, in the organic EL element 1 according to the first embodiment, the
また、有機EL素子1では、ガラス基板からなる素子基板2を粗面化することがないので、素子基板2の破損を抑制できる。
Moreover, in the organic EL element 1, since the
また、有機EL素子1では、エポキシ樹脂材18を塗布することによって、光取出層8を形成しているので、素子基板2の光取出主面2bに直接、光取出層8を形成することができる。更に、樹脂製のシート等を貼り付けることによって光取出層を形成する場合、有機EL素子の形状によって、シートの形状を変更しなければならないため、製造工程が複雑になる。しかしながら、有機EL素子1では、エポキシ樹脂材18を塗布することによって、光取出層8を形成しているので、形状の変更に容易に対応できる。
Moreover, in the organic EL element 1, since the
また、有機EL素子1では、エポキシ樹脂材18が硬化する前の軟らかい状態で、粗面化工程を行うことによって、凹凸の大きい粗面を短時間で容易に実現することができる。
Moreover, in the organic EL element 1, a rough surface with large irregularities can be easily realized in a short time by performing the roughening step in a soft state before the
(第2実施形態)
次に、上述した第1実施形態を部分的に変更した第2実施形態による有機EL素子1Aについて説明する。図6は、第2実施形態による有機EL素子の断面図である。尚、第1実施形態と同様の構成には、同じ符号を付けて説明を省略する。
(Second Embodiment)
Next, an
図6に示すように、第2実施形態による有機EL素子1Aでは、光取出層8Aが素子基板2の光取出主面2bの中央部にのみ形成されている。ここで、アノード電極3及びカソード電極5は、端部が外部電源と接続されている。従って、アノード電極3及びカソード電極5の中央部は、外周部に比べて印加される電圧が小さくなる。これにより、有機発光層4の中央部は、外周部に比べて発光強度が小さい。しかしながら、有機EL素子1Aは、素子基板2の光取出主面2bの中央部にのみ光取出層8Aを形成することによって、発光強度の小さい中央部の光取出効率を外周部の光取出効率に比べて高くしている。これにより、平面視にて、有機EL素子1Aの中央部と外周部の光の明暗を小さくすることができる。
As shown in FIG. 6, in the organic EL element 1 </ b> A according to the second embodiment, the
(光取出効率の実験)
次に、上述した本発明による有機EL素子の特性を調べるために行った実験について説明する。
(Experiment on light extraction efficiency)
Next, an experiment conducted for examining the characteristics of the organic EL element according to the present invention described above will be described.
本実験では、第1実施形態による有機EL素子(以下、第1実施例とする)と、第1実施例と比較するための第1比較例及び第2比較例の有機EL素子とを作製した。第1比較例は、樹脂製の光取出層を素子基板に形成することなく、ガラス基板からなる素子基板の光取出主面を粗面化している以外は、第1実施例の有機EL素子と同じ構成である。第2比較例は、素子基板の光取出主面を粗面化しなかった以外は、第1比較例の有機EL素子と同じ構成である。 In this experiment, the organic EL element according to the first embodiment (hereinafter referred to as the first example) and the organic EL elements of the first comparative example and the second comparative example for comparison with the first example were manufactured. . The first comparative example is the same as the organic EL element of the first example except that the light extraction main surface of the element substrate made of a glass substrate is roughened without forming a resin light extraction layer on the element substrate. It is the same configuration. The second comparative example has the same configuration as the organic EL element of the first comparative example, except that the light extraction main surface of the element substrate is not roughened.
まず、本実験では、粗面化の程度を調べた。第1実施例及び第1比較例ともに、同じサンダー及び同じ時間粗面化を行った。結果を図7及び図8に示す。図7は、第1実施例の実験結果である。図8は、第1比較例の実験結果である。図7及び図8において、縦軸は粗面化された表面の凹凸の高さを示す。図7及び図8において、横軸は粗面化を調べた表面の水平方向(面方向)の長さを示す。 First, in this experiment, the degree of roughening was examined. In the first example and the first comparative example, the same sander and the same time roughening were performed. The results are shown in FIGS. FIG. 7 shows the experimental results of the first example. FIG. 8 shows the experimental results of the first comparative example. 7 and 8, the vertical axis indicates the height of the unevenness on the roughened surface. 7 and 8, the horizontal axis indicates the length in the horizontal direction (surface direction) of the surface examined for roughening.
図7及び図8に示すように、エポキシ樹脂からなる光取出層を粗面化した第1実施例は、素子基板を粗面化した第1比較例に比べて、凹凸の高さが大きいことがわかる。これにより、第1実施例は、容易に凹凸の大きい粗面化を光取出面に形成可能なことがわかる。 As shown in FIGS. 7 and 8, the first example in which the light extraction layer made of an epoxy resin is roughened has a larger unevenness than the first comparative example in which the element substrate is roughened. I understand. Thus, it can be seen that the first embodiment can easily form a rough surface with large irregularities on the light extraction surface.
次に、第1実施例、第1比較例及び第2比較例の光取出効率を調べた。尚、光取出効率とは、有機発光層で発光された光に対する外部に取り出された光の割り合いのことである。 Next, the light extraction efficiency of the first example, the first comparative example, and the second comparative example was examined. The light extraction efficiency is a ratio of light extracted outside to light emitted from the organic light emitting layer.
ここで、第2比較例の光取出効率について、図9を参照して説明する。尚、第1実施形態と同じ構成には同じ符号を付けて説明を省略する。有機発光層4で発光した光は、有機発光層4とアノード電極3との界面及びアノード電極3と素子基板2との界面によって反射されて、内部で約45%が損失する。更に、素子基板2の光取出主面2b、即ち、外部との界面において反射されて、素子基板2の内部で約35%が損失する。従って、有機発光層4で発光された光は、外部に出射されるまでに約80%が損失する。言い換えれば、第2比較例の光取出効率は、約20%である。尚、素子基板2を構成するガラス基板の屈折率が約1.52であり、外部の空気の屈折率が約1.0であることを考慮すると、全反射が生じる臨界角αは約35°である。
Here, the light extraction efficiency of the second comparative example will be described with reference to FIG. In addition, the same code | symbol is attached to the same structure as 1st Embodiment, and description is abbreviate | omitted. The light emitted from the organic
また、第1実施例及び第1比較例の実験結果は、第1実施例の光取出効率が約34%、第1比較例の光取出効率が約26%であった。このことから、粗面化を行わなかった第2比較例に比べて第1実施例の光取出効率は約1.7倍となっていることがわかる。また、素子基板を粗面化した第1比較例に比べて、第1実施例の光取出効率は、1.3倍になっていることがわかる。このことから、本発明による第1実施例による有機EL素子は、光取出効率を向上させることができることがわかる。 The experimental results of the first example and the first comparative example showed that the light extraction efficiency of the first example was about 34% and the light extraction efficiency of the first comparative example was about 26%. From this, it can be seen that the light extraction efficiency of the first example is about 1.7 times that of the second comparative example in which the surface is not roughened. It can also be seen that the light extraction efficiency of the first example is 1.3 times that of the first comparative example in which the element substrate is roughened. From this, it can be seen that the organic EL device according to the first embodiment of the present invention can improve the light extraction efficiency.
以上、実施形態を用いて本発明を詳細に説明したが、本発明は本明細書中に説明した実施形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載及び特許請求の範囲の記載と均等の範囲により決定されるものである。以下、上記実施形態を一部変更した変更形態について説明する。 As mentioned above, although this invention was demonstrated in detail using embodiment, this invention is not limited to embodiment described in this specification. The scope of the present invention is determined by the description of the claims and the scope equivalent to the description of the claims. Hereinafter, modified embodiments in which the above-described embodiment is partially modified will be described.
上述した各実施形態における材料、数値、形状等は、一例であり、適宜変更可能である。 The materials, numerical values, shapes, and the like in the above-described embodiments are examples and can be changed as appropriate.
また、上述した実施形態では、素子基板をガラス基板により構成したが、素子基板をフレキシブルなフィルム基板により構成してもよい。このように破損しやすいフィルム基板により素子基板を構成した場合でも、本発明では素子基板を粗面化することがないので、素子基板の破れや保護膜の欠損を抑制できる。 In the above-described embodiment, the element substrate is configured by a glass substrate, but the element substrate may be configured by a flexible film substrate. Even in the case where the element substrate is constituted by the film substrate that is easily damaged as described above, the element substrate is not roughened in the present invention, so that the element substrate can be prevented from being broken and the protective film is not damaged.
1、1A 有機EL素子
2 素子基板
2a 成長主面
2b 光取出主面
3 アノード電極
4 有機発光層
5 カソード電極
6 固体封止樹脂層
6A UV硬化樹脂材
7 封止板
8、8A 光取出層
8a 光取出面
18 エポキシ樹脂材
α 臨界角
DESCRIPTION OF
Claims (5)
有機発光層を含み、前記素子基板の成長主面に形成された発光部と、
前記成長主面とは反対側の前記素子基板の光取出主面に直接形成された樹脂層からなり、外側の主面である光取出面が粗面化されている光取出層とを備えたことを特徴とする有機EL素子。 An element substrate;
A light emitting portion including an organic light emitting layer and formed on a main growth surface of the element substrate;
A light extraction layer formed of a resin layer directly formed on the light extraction main surface of the element substrate opposite to the growth main surface, the light extraction surface being the outer main surface being roughened. An organic EL device characterized by that.
前記成長主面とは反対側の前記素子基板の光取出主面に、直接、樹脂材を塗布する塗布工程と、
前記樹脂材を硬化させて光取出層を形成する光取出層形成工程と、
前記光取出層の外側の主面である光取出面を粗面化する粗面化工程とを備えたことを特徴とする有機EL素子の製造方法。 A light emitting part forming step of forming a light emitting part including an organic light emitting layer on the growth main surface of the element substrate;
An application step of directly applying a resin material to the light extraction main surface of the element substrate opposite to the growth main surface;
A light extraction layer forming step of curing the resin material to form a light extraction layer;
A method for producing an organic EL element, comprising: a roughening step of roughening a light extraction surface which is a main surface outside the light extraction layer.
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