JP2009266386A - ボトムエミッション型有機ｅｌ素子 - Google Patents

Abstract

【課題】製造が簡便なボトムエミッションタイプの有機ＥＬ素子で、周囲が明るい場所においても、良好な視認性を確保できる有機ＥＬ素子を提供すること。
【解決手段】本発明の有機ＥＬ素子は、透明基板が拡散集光機能を有しており、その拡散角が次の式を満たすことを特徴とする（α：基板の最大拡散角、β：最大拡散角αを与える測定方向に略直交する測定方向での拡散角、０°＜α≦β＜１８０°）。
０＜πｔａｎ（α／２）ｔａｎ（β／２）＜０．０１５（集光された光像が円、楕円の場合）
０＜４ｔａｎ（α／２）ｔａｎ（β／２）＜０．０１５（集光された光像が略矩形の場合）
【選択図】図２

Description

本発明は、ボトムエミッション型の有機ＥＬ素子に関するものであり、特に、周囲が明るい場所においても、良好な視認性を確保できる有機ＥＬ素子に関する。

有機ＥＬ素子は、少なくとも一方が透明である一対の電極間に、有機化合物を主体とする発光層を挟み、電流を流してこの層を発光させ、透明な電極側から光を取り出す自発光素子である。応答速度に優れ、低電圧駆動・面発光が可能であるため、薄型・軽量化が希求されているディスプレイ、バックライト等への適用が非常に期待されている。しかしながら、有機ＥＬ素子は発光層で発光した光の取り出し効率が低いことが問題である。これは出光面となる透明基板に入射した光が全反射や散乱などで、出光面から側面へ逃げてしまうことが原因の一つとなっている。

この問題を解決する手段として、出光面側に入射光の波長に対応する規則的な凹凸パターンを設けたガラス層を設置する手段（特許文献１）が開示されている。しかし、この場合、出光面側の基板に規則的な凹凸を設けられているため、視野面にモアレが発生しやすくなり、斑の無い発光面を提供する事が難しくなる。これに対して、透明ガラス基板に微細な凹凸による光散乱部を設ける手段（特許文献２）、出射面に、散乱物質を分散させた拡散シートを設置する手段（特許文献３）等が提案されている。
特開２００７−１１４２６６号公報 特開２０００−２３１９８５号公報 特開２００３−１０９７４７号公報

しかしながら、特許文献２、３に記載の方法では、屋外のように周囲が明るい場所では、画面が暗く見えて視認性が十分ではない。

一方、アクティブマトリックス型有機ＥＬ素子は、表示画素単位で発光部位に信号を供給するための画素回路が形成された有機ＥＬ素子であり、この画素回路側から光を取り出すタイプはボトムエミッション型、回路とは反対側から光を取り出すタイプはトップエミッション型と呼ばれる。ボトムエミッション型の有機ＥＬ素子は、透明電極を形成した上に有機層を積層するが、トップエミッション型の場合、製造の順序が逆で、有機層の上に透明電極を形成しなくてはならないため、有機層がダメージを受けやすく、製造がボトムエミッション型よりも難しい。ボトムエミッション型は製造が簡便な点が有利であるが、構造上出光面側に画素回路が配置されるため、発光面積率が小さくなってしまう。面積率は、レイアウトなどの工夫によって多少は広げることが可能であるが、現在では大体３０％程度である。発光面積率が小さいと輝度が低下するため、さらに視認性が悪くなる傾向がある。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、周囲が明るい場所においても、良好な視認性を確保できるボトムエミッション型の有機ＥＬ素子を提供することを目的とする。

本発明の有機ＥＬ素子は、薄膜トランジスタが形成された透明基板上に、発光体が設けられたアクティブマトリックス型有機ＥＬ素子であって、前記発光体が、有機化合物を含む発光層と、該発光層を挟み込むように形成された２つの電極と、から構成されており、前記発光層の前記透明基板側に設けられた電極が透明電極であり、前記透明基板が、前記発光体からの光を入光する入光面と、前記発光体からの光を、前記透明基板を介して出光する出光面と、を有し、前記入光面の法線方向から、前記入光面に平行光線を入射した場合に、前記出光面から出射される光を、前記出光面の法線方向から観察したときの拡散光の形状が、円形または楕円形となり、かつ、その拡散角度が下記式（１）を満たすために十分な形状を有することを特徴とする。
０＜πｔａｎ（α／２）ｔａｎ（β／２）＜０．０１５・・・・（１）
α：基板の最小拡散角、０°＜α＜１８０°
β：最小拡散角αを与える測定方向に略直交する測定方向での拡散角、０°＜β＜１８０°

本発明の有機ＥＬ素子は、薄膜トランジスタが形成された透明基板上に、発光体が設けられたアクティブマトリックス型有機ＥＬ素子であって、前記発光体が、有機化合物を含む発光層と、該発光層を挟みこむように形成された２つの電極と、から構成されており、前記発光層の前記透明基板側に設けられた電極が透明電極であり、前記透明基板が、前記発光体からの光を入光する入光面と、前記発光体からの光を、前記透明基板を介して出光する出光面と、を有し、前記入光面の法線方向から、前記入光面に平行光線を入射した場合に、前記出光面から出射される光を、前記出光面の法線方向から観察したときの拡散光の形状が略矩形となり、かつ、その拡散角度が下記式（２）を満たすために十分な形状を有することを特徴とする。
０＜４ｔａｎ（α／２）ｔａｎ（β／２）＜０．０１５・・・・（２）
α：基板の最小拡散角、０°＜α＜１８０°
β：最小拡散角αを与える測定方向に略直交する測定方向での拡散角、０°＜β＜１８０°

本発明の有機ＥＬ素子においては、前記透明基板の前記入光面及び／又は出光面に、ピッチが５０μｍ〜５００μｍであり、高さが０．７μｍ〜２０μｍの凹凸構造が形成されていることが好ましい。この場合においては、前記透明基板が平板ガラス又は樹脂平板であることが好ましい。また、この場合においては、前記透明基板が、平板ガラス又は樹脂平板と、該平板ガラス又は樹脂平板上に積層された透明樹脂層と、から構成されることが好ましく、あるいは、前記透明基板が、平板ガラス又は樹脂平板と、該平板ガラス又は樹脂平板上に積層された透明樹脂フィルムと、から構成されることが好ましい。

本発明の有機ＥＬ素子は、薄膜トランジスタが形成された基板を有するアクティブマトリックス型有機ＥＬ素子であって、有機化合物を含む発光層が２つの電極に挟まれた構造をとり、前記発光層からの光を取り出す側の電極が透明電極であり、薄膜トランジスタが形成された基板が透明であり、前記薄膜トランジスタが形成された面は、前記発光層の光が入射する入光面で、その反対側は出光面であり、前記入光面の法線方向から、前記入光面に平行光線を入射した場合に、前記出光面から出射される光を、前記出光面の法線方向から観察したときの拡散光の形状が、円形または楕円形となり、かつ、その拡散角度が下記式（１）を満たすために十分な形状を有する、あるいは、前記入光面の法線方向から、前記入光面に平行光線を入射した場合に、前記出光面から出射される光を、前記出光面の法線に平行な視線で、出光面側から観察したときの拡散光の形状が略矩形となり、かつ、その拡散角度が下記式（２）を満たすために十分な形状を有するので、有機ＥＬ素子の光取り出し効率が向上し、素子の長寿命化も達成することができる。特に、発光面積が小さいボトムエミッション型の有機ＥＬ素子においての効果が高い。
０＜πｔａｎ（α／２）ｔａｎ（β／２）＜０．０１５・・・・（１）
０＜４ｔａｎ（α／２）ｔａｎ（β／２）＜０．０１５・・・・（２）
α：基板の最小拡散角、０°＜α＜１８０°
β：最小拡散角αを与える測定方向に略直交する測定方向での拡散角、０°＜β＜１８０°

以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る有機ＥＬ素子の断面図である。図１に示す有機ＥＬ素子は、薄膜トランジスタが形成された透明基板１１と、透明基板１１上に形成された透明電極１３と、透明電極１３上に形成され、有機化合物を含む発光層１２と、発光層１２上に形成された電極１４とから主に構成されている。発光層１２、透明電極１３、及び電極１４で構成される積層体を発光体１５とする。本発明に係る有機ＥＬ素子は、薄膜トランジスタが形成された透明基板１１に形成された発光体１５を有するアクティブマトリックス型有機ＥＬ素子であり、発光体１５は、有機化合物を含む発光層１２が２つの電極に挟まれた構造を採る。発光層１２の透明基板１１側に設けられているのが透明電極１２である。また、発光体１５からの光は、入光面１６から入光し、透明基板１１を介して、出光面１７から出光する。すなわち、有機分子の光を薄膜トランジスタ基板側１１の下から取り出す方式（ボトムエミッション型）である。

まず、薄膜トランジスタが形成される透明基板について述べる。
透明基板は、基板の光線全透過率が８０％以上であることが好ましく、８５％以上であることがより好ましく、９０％以上あることが更に好ましい。

この透明基板は、発光層から入射した光を円形、楕円形型、あるいは略矩形に拡散または集光する機能を有する。ここでいう略矩形とは、角が丸くなった矩形を指す。拡散・集光の概念を図２に示す。透明基板の下面から入射した光１が、制光機能を有する透明基板２によって、ある一定の範囲内に拡散・集光される。この拡散・集光の度合いを定義するために本発明では拡散角というパラメータを用いる。拡散角とは、透明基板に垂直な方向から入射し、透明基板２内を通過して点Ｐから出光された光の、入射角に対する角度を出射角と定義し、その出射角における輝度を測定し、この輝度が、ピーク輝度の半分に減衰する角（半値角）の２倍の角度（ＦＷＨＭ：Full Width Half Maximum）をいう。この測定方法では、透明基板２の平面上の点Ｏを中心とし、該平面と直交する円周上で等角度毎に輝度を測定するので、平面上では、平面と測定円周の交線の直線が測定方向となる（例えば図２中直線）。そして、測定円周の中心Ｏを通る直線で、方向を一定角度毎で変えて輝度を測定する。本発明の場合では、この角度は最大１０°毎と、測定方向は最低で１８０°方向とする。すなわち、図２の半球面Ｓ上にある各点の輝度を測定したことと同義である。そして、各測定方向で、輝度がピーク輝度の１／２になる角度（即ち拡散角）を決定する。拡散角は、例えば日本電色工業（株）製の変角色差計ＧＣ−５０００Ｌ等を用いて、法線角度が０°より入射した光の出光分布を測定してＦＷＨＭを求めることができる。

次に、これらの測定値のうちで、最小値となる拡散角をαとし、このαを与える測定方向と略直交する方向の拡散角をβと定義する。拡散角βは、測定数値の中では必ずしも最大値とはならない場合も有り得るが、少なくともα以上である。図２では、３ａと３ａ’の角度がα、３ｂと３ｂ’の角度がβである。

レーザーのような平行光線を本発明の透明基板に照射した場合、出射される光を、該透明基板の出光面の法線に平行な視線で出光面側から観察したときの拡散光の形状は、円または楕円となる場合と、矩形となる場合とがある。この各々の場合について、拡散角α、βとの関係式を説明する。

光像が円または楕円となる場合を先ず説明する。図２の点４ａ，４ａ’，４ｂ，４ｂ’は、半球面Ｓと拡散角αを与える光の方向３ａ，３ａ’と、拡散角βを与える光の方向３ｂ，３ｂ’との交点である。これらを通り、半球面Ｓと法線Ｈとの交点を中心とする楕円の中は、ピーク輝度の１／２以上の輝度を有する光束が集光される範囲である。

この楕円内の光束が、半球面Ｓに接し、透明基板２に平行な平面Ｐに投影されると、その光像は、拡散角αを与える光の方向３ａ，３ａ’と、拡散角βを与える光の方向３ｂ、３ｂ’との交点５ａ，５ａ’，５ｂ，５ｂ’を通り、平面Ｐと法線Ｈとの交点を中心とする楕円となる。透明基板からの距離を１とすると、この楕円の面積はπｔａｎ（α／２）ｔａｎ（β／２）で与えられる。この面積が狭いほど集光性が高く、広いほど拡散性が高い。

本発明の場合においては、上記楕円面積が下記式（５）の範囲内にあるものが使用できる（但し０＜α≦β＜１８０）。
０＜πｔａｎ（α／２）ｔａｎ（β／２）≦０．０１５・・・・（５）
なお、拡散の状態は、等方拡散と異方拡散がある。等方拡散はα＝βの場合であり、平面Ｐに投影された光像は円形となり、その面積はπｔａｎ^２（α／２）となる。特に光像が円の場合、測定全方向において拡散角がほぼ同じとなる。一方、異方拡散は、α＜βの場合であり、平面Ｐに投影された光像は楕円形となり、その面積はπｔａｎ（α／２）ｔａｎ（β／２）で与えられる。

次に、光像が略矩形となる場合を説明する。略矩形とは、角が若干丸くなった矩形を意味する。矩形には長方形、正方形も含まれる。平行四辺形、台形は本発明の範疇には属さない。平面Ｐに投影された光像が長方形の場合、２ｔａｎ（α／２）が長方形の短辺の長さであり、これに直交する長辺は２ｔａｎ（β／２）となり、この長方形の面積は４ｔａｎ（α／２）ｔａｎ（β／２）で与えられる。正方形の場合、面積は４ｔａｎ^２（α／２）となる。

本発明の場合は、上記略矩形面積が下記式（６）の範囲内にあるものが使用できる（但し０＜α≦β＜１８０）。
０＜４ｔａｎ（α／２）ｔａｎ（β／２）≦０．０１５・・・・（６）
なお、αとβの差が大きく、光像が殆ど線状になる場合も、本発明の範疇に属する。
光像が円、楕円、略矩形のいずれの場合でも、拡散と集光機能との関係や輝度を考慮して、望ましい範囲を規定している。好ましい範囲は好ましい範囲は０．００６より小、さらに好ましい範囲は０．００２より小である。

上記のような拡散・集光機能を透明基板に付与する手段としては、透明基板の表面構造を光学的に制御することが挙げられる。表面構造の光学的制御方法としては、表面に非平面スペックル構造を設ける事が好ましい。前述のとおり、無秩序な表面凹凸や、散乱剤を分散した基板では、集光・拡散を精密に制御することは不可能であり、内部損失も大きくなる。プリズムのように周期的な凹凸を形成すれば、モアレが生じやすくなる。

非平面スペックル構造とは、微細な３次元構造をもつ凹凸形状である。この微細な３次元構造は、複数の凹凸構造で構成されており、前記凹凸形状の高さ及びピッチが不規則である。そのパターンは、コヒーレント照射光がランダムに散乱され、散乱波がさらに重ね合わさって生じるランダムな干渉光のパターンであるが、このパターンの寸法、形状及び方向を調節することにより、そのパターンを表面に有する透明基板の拡散角の範囲を制御することができる。

本発明で用いられる透明基板は、拡散角の範囲が非平面スペックル構造によって制御された透明基板が好適である。一般に、拡散角度の範囲は、スペックルの平均サイズ及び形状に依存する。スペックルが小さければ角度範囲が広い。また、スペックルが横方向の長円形であれば、角度分布の形は縦方向の長円形となる。このように所望する指向角度や拡散角度に応じてスペックルパターンを決定することができる。拡散角は凹凸構造のピッチ、高さ、アスペクト比を変えて制御しても良く、非平面スペックル構造を形成する材質の屈折率を変えて制御しても良い。なお、所定の拡散角を与える非表面スペックル構造の詳細な制御方法については、特許第３３９０９５４号公報及び特表平１１−５１３８１４号公報に開示されている。

スペックルパターンの形成方法は、干渉露光で発生するスペックルパターンを光反応性樹脂で記録する手段が一般的である。この記録された最初のパターンを最終製品としてそのまま用いてもよいが、通常はこのパターンのマスタ型を作成して、そのコピーを使用する。具体的には、このパターンを記録したサブマスタ型を作製し、このサブマスタ型に電鋳などの方法で金属を被着してこの金属にスペックルパターンを転写してマスタ型を作製する。そして、上記マスタ型を用いて紫外線による腑形を行ってスペックルパターンを転写する。このサブマスタ型の詳細な製造方法については、特許第３４１３５１９号公報に開示されている。この内容はすべてここに含めておく。

本発明の非平面スペックル構造を透明基板の表面に付与するためには、次の方法が挙げられる。
（１）ガラス基板または樹脂平板の表面を加熱で軟化させ、そこにスペックルパターンのマスタ型を押圧して、表面にスペックルパターンを形成する。この方法については、特表２００２−５２３７９２号公報に詳細な製造方法が記載されている。
（２）ガラス基板または樹脂平板の表面に硬化前のポリマーを積層し、そこにスペックルパターンのマスタ型を押圧して、表面にスペックルパターンを形成する。ポリマーに関しては、透明であり、熱硬化性、光硬化性のものから選択される。ガラス基板の場合は、シロキサン系の有機無機ハイブリッドポリマーを使用してもよい。この方法については、特表２００１−５１２２４５号公報に詳細な製造方法が記載されている。
（３）ガラス基板または樹脂平板の表面に、光反応性樹脂層を積層し、これを干渉露光することによって、スペックルパターンを記録する。
（４）スペックルパターンが予め形成された樹脂フィルムを平板表面に積層する。

本発明で用いられる透明基板のスペックルパターンの大きさは、山と山の間隔が５０μｍ〜５００μｍでランダムな値をとり、山の高さが０．７μｍ〜２０μｍでランダムな値をとるものであり、干渉による素子の呈色や、目視での表面粗さ（素子の精細度）を考慮して範囲を定めている。山と山の間隔の好ましい範囲は１００μｍ〜４００μｍである。山の高さの好ましい範囲は１μｍ〜１０μｍである。

次に、透明基板の材質について述べる。
透明基板のベースとなる平板ガラスの材質としては、石英ガラス、無アルカリガラス、ホウケイ酸ガラス、アルミノケイ酸ガラス等、光学製品に適用可能なガラスが好適に用いられる。

樹脂平板である場合は、光学製品に適用可能な樹脂が好ましい。具体的には、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）等のポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、セロファン、セルロースジアセテート、セルローストリアセテート、セルロースアセテートブチレート、セルロースアセテートプロピオネート、セルロースアセテートフタレート（ＴＡＣ）、セルロースナイトレート等のセルロースエステル類またはそれらの誘導体、ポリ塩化ビニリデン、ポリビニルアルコール、ポリエチレンビニルアルコール、シンジオタクティックポリスチレン、ポリカーボネート、ポリエーテルケトン、ポリイミド、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリスルホン類、ポリエーテルケトンイミド、ポリアミド、フッ素樹脂、ナイロン、ポリメチルメタクリレート、アクリル或いはポリアリレート類、ポリメチルペンテン、またはアートン（商品名、ＪＳＲ社製）、アペル（商品名、三井化学社製）といったシクロオレフィン系樹脂等のフィルムが挙げられる。スペックルパターンが形成された樹脂フィルムそのものを透明基板として用いる場合は、フィルムが上記材質であることが好ましい。

透明基板にガラス平板が介在しない場合は、樹脂平板または樹脂フィルムの少なくともいずれか一方に、ガスバリア層が１層以上存在することが必要である。有機ＥＬの発光層は酸素や水分で極めて容易に劣化するため、これらのガスの侵入を防止するのがガスバリア層の機能である。要求されるバリア性の程度は、水蒸気透過度が０．０１ｇ／ｍ^２・ｄａｙ・ａｔｍ以下であることが好ましい。更に好ましくは、酸素透過度１０^−３ｇ／ｍ^２／ｄａｙ以下、水蒸気透過度１０^−５ｇ／ｍ^２／ｄａｙ以下である。バリア層の材質としては、ＳｉＯｘ、ＳｉＮｘ、ＳｉＯｘＮｙ等の無機酸化物、あるいは金属アルコキシドの加水分解・縮合反応によって形成される有機無機ハイブリッド化合物、ポリシラザン、層状珪素化合物（分散液）等が挙げられる。

バリア層の形成方法としては、反応性スパッタリング法、分子線エピタキシー法、クラスタ−イオンビーム法、イオンプレーティング法、プラズマ重合法、大気圧プラズマ重合法、プラズマＣＶＤ法、レーザーＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法、コーティング法等が用いられる。また、分散液の塗工で膜を形成できるものはその手法をとる。バリア層は、複数層あってもよい。またバリア層の間にバインダー樹脂などのバッファ層を設けることで屈曲耐久性が向上する。樹脂フィルムまたは樹脂平板の両面に設けられていてもよく、樹脂フィルムと樹脂平板の双方を用いる場合、その双方にバリア層が設けられていてもよい。バリア層の厚みは通常０．０１μｍ〜０．２μｍの範囲である。薄すぎるとバリア性が不足し、厚すぎると曲げたときにバリア層が破壊しやすくなり、フレキシビリティが期待できなくなる。

スペックルパターンを形成する光反応性樹脂としては、ポリケイ皮酸ビニルやポリビニルアジドベンザルなどの光架橋反応により露光部が難溶性となり、あるいは、アクリルアミドなどの光重合反応により露光部が難溶性となるネガ型のもの、ｏ−キノンジアジドノボラック樹脂のようなキノンジアジド基が光分解によりカルボン酸を生じて易溶性となるポジ型のものなどを用いることができる。

透明基板が全て樹脂製であると、有機ＥＬ素子はフレキシブルで軽量になり、かつ破損しにくくなるのでモバイル用途に好適である。

透明基板上に積層される薄膜トランジスタ回路は、絶縁層の間にトランジスタ膜が挟まれた構造をとり、これはこの回路の上部に位置している、発光層の両面にある電極に電気的信号を供給して、画素毎に光をＯＮ／ＯＦＦさせる機能を有するものである。トランジスタ膜の材質としてはアモルファスシリコン、ポリシリコン等の他、基板が樹脂の場合は、低温で形成が可能なペンタセン等の高分子系トランジスタ材料が好適である。

回路自身は発光には寄与しないため、通常ではできるだけ狭くし、発光面積比を大きくするようなレイアウトが採られるが、本発明の有機ＥＬ素子では、発光面積比が狭くても高い輝度の素子を得ることが可能である。

次に透明電極について述べる。
透明電極としては、ＩＴＯ（インジウム・スズ酸化物）膜、あるいはＩＺＯ（インジウム・亜鉛酸化物）膜等が用いられる。電極層の形成方法としては、スパッタリング法、真空蒸着法、ＣＶＤ法等の一般的な成膜方法が用いられる。透明電極層の厚みは、０．０１μｍ〜１μｍの範囲で適宜選択されるが、好ましくは０．０３μｍ〜０．５μｍである。

次に発光層について述べる。
発光物質は、次のようなものが挙げられる。低分子系発光物質としては、９，１０−ジアリールアントラセン誘導体、ピレン、コロネン、ペリレン、ルブレン、１，１，４，４−テトラフェニルブタジエン、トリス（８−キノラート）アルミニウム錯体、トリス（４−メチル−８−キノラート）アルミニウム錯体、ビス（８−キノラート）亜鉛錯体、トリス（４−メチル−５−トリフルオロメチル−８−キノラート）アルミニウム錯体、トリス（４−メチル−５−シアノ−８−キノラート）アルミニウム錯体、ビス（２−メチル−５−トリフルオロメチル−８−キノリノラート）［４−（４−シアノフェニル）フェノラート］アルミニウム錯体、ビス（２−メチル−５−シアノ−８−キノリノラート）［４−（４−シアノフェニル）フェノラート］アルミニウム錯体、トリス（８−キノリノラート）スカンジウム錯体、ビス［８−（パラ−トシル）アミノキノリン］亜鉛錯体及びカドミウム錯体、１，２，３，４−テトラフェニルシクロペンタジエン、ポリ−２，５−ジヘプチルオキシ−パラ−フェニレンビニレンなどである。

また、クマリン系蛍光体、ペリレン系蛍光体、ピラン系蛍光体、アンスロン系蛍光体、ポリフィリン系蛍光体、キナクリドン系蛍光体、Ｎ，Ｎ’−ジアルキル置換キナクリドン系蛍光体、ナフタルイミド系蛍光体、Ｎ，Ｎ’−ジアリール置換ピロロピロール系蛍光体等、Ｉｒ錯体等の燐光性発光体などの低分子系発光物質を、高分子中に分散させたものも使用可能である。

高分子発光物質としては、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリビニルカルバゾール、ポリ（２−デシルオキシ−１，４−フェニレン）、ポリ［２，５−ビス−［２−（Ｎ，Ｎ，Ｎ−トリエチルアンモニウム）エトキシ］−１，４−フェニル−アルト−１，４−フェニルレン］ジブロマイド、ポリ［２−（２’−エチルヘキシルオキシ）−５−メトキシ−１，４−フェニレンビニレン］、ポリ［５−メトキシ−（２−プロパノキシサルフォニド）−１，４−フェニレンビニレン］、ポリ［２，５−ビス−（ヘキシルオキシ）−１，４−フェニレン−（１−シアノビニレン）］、ポリ（９，９−ジオクチルフルオレン）、４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル、４，４’−ビス（２，２’−ジフェニルビニル）ビフェニル、ポリスピロフルオレンなどが挙げられる。

発光層の形成方法としては、スパッタリング法、真空蒸着法、ＣＶＤ法の他に、溶剤に溶解してディッピング、スピンコーティング、キャスティング、バーコート、ロールコート等によって塗布する方法も用いられる。発光層の厚みは、０．０１μｍ〜１μｍの範囲で適宜選択されるが、好ましくは０．０５μｍ〜０．２μｍである。

発光効率を向上させるために、発光層と電極との間に更に別の化合物層を挿入することも可能である。発光層が高分子系化合物である場合、発光層と電極との間に正孔注入層や電子注入層を設けることが好ましい。正孔注入層は、陽極と発光層の間に、電子注入層は陰極と発光層の間に設けられる。これは、キャリア移動度が高く、かつ電極とのマッチングが好適である物質が選択される。正孔注入層材料の具体例としてはポリアニリン、ポリチオフェン等であり、電子注入層材料の具体例としてはＢａ、Ｃａ等が挙げられる。

発光層が低分子系化合物である場合、発光層と注入層の間に、更に輸送層を設けることが好ましい。輸送層としては、キャリアの移動度が高い物質が選択される。正孔輸送層材料の具体例としては、Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−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と略記）、Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’−ビス（α−ナフチル）−１，１’−ビフェニル−４，４’−ジアミン（α−ＮＰＤと略記）等のジアミン誘導体、４，４’，４”−トリス（３−メチルフェニルフェニルアミノ）−トリフェニルアミン、スターバースト型アミン等が挙げられる。電子輸送層の具体例としては、トリス（８−キノリノール）アルミニウム錯体（Ａｌｑ３）、２−（４−ビフェニリル）−５−（４−ｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール、ビス｛２−（４−ｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール｝−ｍ−フェニレン等のオキサジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、キノリノール系の金属錯体等が挙げられる。注入層、輸送層の厚みは大体０．０１μｍ〜０．１μｍ程度で適宜決められる。

次に金属電極について述べる。
金属電極は発光層の上に積層される。金属電極の材料は、Ａｕ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｗ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ａｌ、およびこれらの中から選ばれる元素から成る合金が挙げられる。電極膜を形成するには、スパッタや蒸着法等を用いられる。厚みは０．０１μｍ〜１μｍの範囲で適宜選択されるが、好ましくは０．０５μｍ〜０．２μｍである。

この上に封止基板が積層される。封止基板は水分やガスの浸入による発光層化合物の劣化を防止する目的のものであり、ガラスやステンレス鋼（ＳＵＳ）等が用いられる。こちら側の材料は不透明であってもかまわない。接合面はエポキシ樹脂等の封止用接着剤で封止する。

次に、本発明の有機ＥＬの効果について述べる。
有機ＥＬ素子を用いたディスプレイは、モバイル用途で屋外使用する場合、周囲が明るいため画面のコントラストが低下して視認性が悪くなるという問題点を有していた。これに対し、本発明の有機ＥＬ素子は、屋外での視認性が向上するという意外な効果を有する。この理由は明確ではないが、本発明の有機ＥＬ素子の光出射面の特性が、集光機能を強く有するため、外光の影響にも関わらず高いコントラストを与えるためと考えられる。集光機能としてはプリズムシートなどの輝度向上フィルムを有機ＥＬの光出射面に配置することでも同様の効果を与えると考えられるが、前述のとおり、プリズムシートは表面に規則的凹凸を有するため、モアレの発生が避け難い。本発明の有機ＥＬ素子の光出射面は、規則的構造を有さないため、画面の見易さと高コントラストを両立させることが可能である。従来はコントラストを調整するために、円偏光板やカラーフィルタを併せて用いていたが、本発明の有機ＥＬ素子では、単にコントラスト調整のためだけにこれらの部品を用いる必要は無くなる。特に、製造方法が簡便であるボトムエミッション型有機ＥＬ素子においては、上述したように薄膜トランジスタ基板の下から光を取り出す構造を採る。このため、薄膜トランジスタ基板に画素回路が存在して光取り出し領域が限られてしまい、コントラストの悪さがさらに強調される向きがあったが、本発明のボトムエミッション型有機ＥＬ素子は、低拡散機能により、この点が良好に改善されている。

以下、本発明の効果を明確にするために行った実施例について説明する。
[実施例]
輝度の測定はコニカミノルタ製の２次元色彩輝度計（ＣＡ２０００）を使用した。白色発光する有機ＥＬ素子を下記のように作成した。

開口部が３０％の薄膜トランジスタ回路が形成された透明無アルカリガラス基板（厚み１．０ｍｍ）上に、この上に電極と発光層を次のように積層した。
陽極の透明電極としてＩＴＯをスパッタにて０．０１μｍの厚みで成膜した。このときのシート抵抗値は２０Ω／ｃｍ^２であった。次に、正孔注入材料として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を用い、正孔注入材料を膜厚６０ｎｍまで蒸着して、正孔注入層を形成した。同様にして、ホストとして４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル、ドーパントとしてルブレンを用い、これらを共蒸着して、膜厚２０ｎｍの第１の発光層を形成した。

次いで、ホストとして４，４’−ビス（２，２’−ジフェニルビニル）ビフェニル、ドーパントとして１，４−ビス［４−（Ｎ，Ｎ−ジフェニルアミノスチリルベンゼン）］を用い、これらを共蒸着して、膜厚４０ｎｍの第２の発光層を形成した。これにより白色発光層を形成した。その後、トリス（８−キノリノール）アルミニウムを２０ｎｍ厚まで蒸着して成膜することにより電子注入層とした。次いで、真空蒸着法によりマグネシウムと銀とを同時に蒸着して成膜し、陰極とした。この積層体の背面にガラス封止基板を配置し、側面は封止用接着剤で封止して、有機ＥＬ素子を作成した。

本発明の素子として、出光面に、、米国Luminit社製の拡散シートLight Shaping Diffusersの５°等方拡散のものを貼付した（πｔａｎ（α／２）ｔａｎ（β／２）＝０．００６）。

［比較例１］
実施例と同様にして有機ＥＬ素子を作成し、ガラス基板の最表面に何も貼付しない素子を用意した。

［比較例２］
ガラス基板の最表面に、ピッチ５０μｍ、頂角９０°のプリズムシートを貼付した以外は、実施例と同様にして有機ＥＬ素子を用意した。

次に、各素子の輝度をいずれも１００ｃｄ／ｍ^２になるように調整し、晴れた日中の屋外での視認性を目視で評価したところ、実施例の有機ＥＬ素子は出光面に斑がなく、かつ良好な視認性を得たが、比較例１の素子は出光面が暗く、視認性が非常に劣った。また比較例２の素子では、見る角度によってモアレが発生し、均一な出光面を得ることはできなかった。

本発明は、バックライトユニット、照明器具等の面発光光源に好適に使用することができる。

本発明の実施の形態に係る有機ＥＬ素子の断面図である。 本発明で用いる拡散角の定義を示す図である。

符号の説明

１ 入射光
２ 基板
３ａ，３a’ 最小拡散角αを与える出射光
３ｂ，３ｂ’ 最小拡散角αを与える方向に略直交する拡散角βを与える出射光
４ａ，４ａ’ 半球面Ｓと、拡散角αを与える光の方向３ａ，３ａ’との交点
４ｂ，４ｂ’ 半球面Ｓと、拡散角βを与える光の方向３ｂ，３ｂ’との交点
５ａ，５ａ’ 平面Ｐと、拡散角αを与える光の方向３ａ，３ａ’の延長線との交点
５ｂ，５ｂ’ 平面Ｐと、拡散角βを与える光の方向３ｂ，３ｂ’の延長線との交点
１１ 透明基板
１２ 発光層
１３ 透明電極
１４ 電極
１５ 発光体
１６ 入光面
１７ 出光面

Claims (6)

1. 薄膜トランジスタが形成された透明基板上に、発光体が設けられたアクティブマトリックス型有機ＥＬ素子であって、前記発光体が、有機化合物を含む発光層と、該発光層を挟み込むように形成された２つの電極と、から構成されており、前記発光層の前記透明基板側に設けられた電極が透明電極であり、前記透明基板が、前記発光体からの光を入光する入光面と、前記発光体からの光を、前記透明基板を介して出光する出光面と、を有し、前記入光面の法線方向から、前記入光面に平行光線を入射した場合に、前記出光面から出射される光を、前記出光面の法線方向から観察したときの拡散光の形状が、円形または楕円形となり、かつ、その拡散角度が下記式（１）を満たすために十分な形状を有することを特徴とする有機ＥＬ素子。
   ０＜πｔａｎ（α／２）ｔａｎ（β／２）＜０．０１５・・・・（１）
   α：基板の最小拡散角、０°＜α＜１８０°
   β：最小拡散角αを与える測定方向に略直交する測定方向での拡散角、０°＜β＜１８０°
2. 薄膜トランジスタが形成された透明基板上に、発光体が設けられたアクティブマトリックス型有機ＥＬ素子であって、前記発光体が、有機化合物を含む発光層と、該発光層を挟みこむように形成された２つの電極と、から構成されており、前記発光層の前記透明基板側に設けられた電極が透明電極であり、前記透明基板が、前記発光体からの光を入光する入光面と、前記発光体からの光を、前記透明基板を介して出光する出光面と、を有し、前記入光面の法線方向から、前記入光面に平行光線を入射した場合に、前記出光面から出射される光を、前記出光面の法線方向から観察したときの拡散光の形状が略矩形となり、かつ、その拡散角度が下記式（２）を満たすために十分な形状を有することを特徴とする有機ＥＬ素子。
   ０＜４ｔａｎ（α／２）ｔａｎ（β／２）＜０．０１５・・・・・（２）
   α：基板の最小拡散角、０°＜α＜１８０°
   β：最小拡散角αを与える測定方向に略直交する測定方向での拡散角、０°＜β＜１８０°
3. 前記透明基板の前記入光面及び／又は出光面に、ピッチが５０μｍ〜５００μｍであり、高さが０．７μｍ〜２０μｍの凹凸構造が形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の有機ＥＬ素子。
4. 前記透明基板が平板ガラス又は樹脂平板であることを特徴とする請求項３記載の有機ＥＬ素子。
5. 前記透明基板が、平板ガラス又は樹脂平板と、該平板ガラス又は樹脂平板上に積層された透明樹脂層と、から構成されることを特徴とする請求項４記載の有機ＥＬ素子。
6. 前記透明基板が、平板ガラス又は樹脂平板と、該平板ガラス又は樹脂平板上に積層された透明樹脂フィルムと、から構成されることを特徴とする請求項４記載の有機ＥＬ素子。

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