JP6760570B2 - 有機発光装置用光取り出し基板及びこれを含む有機発光装置 - Google Patents

Description

本発明は、有機発光装置用光取り出し基板及びこれを含む有機発光装置に係り、より詳しくは、有機発光装置の光取り出し効率を向上させることができ、且つ有機発光装置の素子安定性の確保に寄与することができる有機発光装置用光取り出し基板及びこれを含む有機発光装置に関する。

一般に、発光装置は、有機物を利用して発光層を形成する有機発光装置と無機物を利用して発光層を形成する無機発光装置とに大別することができる。中でも、有機発光装置をなす有機発光素子は、電子注入電極（ｃａｔｈｏｄｅ）から注入された電子と正孔注入電極（ａｎｏｄｅ）から注入された正孔が有機発光層で結合して励起子（ｅｘｃｉｔｏｎ）を形成し、この励起子がエネルギーを放出しながら発光する自己発光型素子であって、低電力駆動、自己発光、広視野角、高解像度と天然色の実現、速い応答速度などの長所を持っている。

近年、この種の有機発光素子を携帯用情報機器、カメラ、時計、事務用機器、自動車などの情報表示窓、テレビ、ディスプレイまたは照明用などに適用するための研究が活発に進められてきている。

上述したような有機発光素子の発光効率を向上させるための方法としては、発光層を構成する材料の発光効率を高める方法や発光層から発光した光の光取り出し効率を向上させる方法がある。

このとき、光取り出し効率は有機発光素子を構成する各層の屈折率によって左右される。一般的な有機発光素子の場合、発光層から放出される光が臨界角以上の角度で出射されるとき、アノードである透明電極層のように屈折率が高い層と基板ガラスのように屈折率が低い層との間の界面で全反射を起こすことで光取り出し効率が低下してしまい、その結果、有機発光素子の全体的な発光効率が低減するという問題点があった。

これについて具体的に説明すると、有機発光素子は発光量の２０％だけが外部に放出され、８０％程度の光は基板ガラスとアノード及び正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層などを含む発光層の屈折率の差による導波管（ｗａｖｅ ｇｕｉｄｉｎｇ）効果と基板ガラスと空気との屈折率の差による全反射効果により損失される。すなわち、内部有機発光層の屈折率は１．７〜１．８で、アノードとして一般に使用されるＩＴＯの屈折率は約１．９である。このとき、二つの層の厚みは略２００〜４００ｎｍと極めて薄く、且つ基板ガラスの屈折率は１．５であるので、有機発光素子内には平面導波路が自然に形成される。計算によると、前記した原因による内部導波モードで損失される光の比率が約４５％に上る。また、基板ガラスの屈折率は約１．５で、外部空気の屈折率は１．０であるので、基板ガラスから外部へ光が取り出されるとき、臨界角以上の角度で入射される光は全反射を起こして基板ガラスの内部に閉じ込められ、このように閉じ込められた光の比率は約３５％にも上るため、僅か発光量の２０％程度しか外部に放出されない。

このような問題を解決するために、光導波モードによって消失する８０％の光を外部へ取り出す光取り出し層に関する研究が活発に進められている。ここで、光取り出し層は、内部光取り出し層と外部光取り出し層とに大別される。このとき、外部光取り出し層の場合は、多様な形態のマイクロレンズを含むフィルムを基板の外部に配設することで光取り出し効果が得られ、マイクロレンズの形態にそれほどこだわらないという特性がある。また、内部光取り出し層は、光導波モードで消失する光を直接的に取り出すことで、外部光取り出し層に比べて、効率増大の可能性が遥かに高いという長所がある。

しかし、内部光取り出し層によって光取り出し効率が増大したとしても外部へ放出される発光量を基準にしてみると、その効果は依然として微々たるものであるので、光取り出し効率をより向上させることができる方法、あるいは技術に関する研究が切実に要求されている実情である。

本発明は、上述したような従来技術の問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、有機発光装置の光取り出し効率を向上させることができ、且つ有機発光装置の素子安定性の確保に寄与することができる有機発光装置用光取り出し基板及びこれを含む有機発光装置を提供することである。

このために、本発明は、ベース基板；前記ベース基板上に形成され、ＴｉＯ_２からなる散乱層；前記散乱層内部に形成されており、気孔状からなる多数の第１光散乱体；及び前記散乱層上に形成される平坦層；を含み、前記散乱層内部には、前記平坦層をなす物質の一部が浸透されていることを特徴とする有機発光装置用光取り出し基板を提供する。

ここで、前記ＴｉＯ_２をなす結晶体の大きさは３０〜５０ｎｍであってよい。

このとき、複数個の前記結晶体が凝集されてなる凝集体の大きさは０．３〜６３０μｍであってよく、または複数個の前記結晶体が凝集されてなる凝集体の大きさは０．０３５〜５３μｍであってよい。

前記ＴｉＯ_２の結晶体は不定形からなるものであってよい。

このとき、前記ＴｉＯ_２の結晶体はデンドライト状またはロッド状からなるものであってよい。

また、前記多数の第１光散乱体は不定形からなるものであってよい。

さらに、前記平坦層をなす物質の一部は前記第１光散乱体の一部分を満たす形態で位置されていてよい。

また、前記散乱層内部に形成されており、粒子状からなる多数の第２光散乱体をさらに含んでいてよい。

そして、前記散乱層及び前記平坦層の総面積に対する前記第１光散乱体が占める面積の比率は１．６〜１３．２％であってよい。

また、前記散乱層の面積に対する前記第１光散乱体が占める面積の比率は６〜２０％であってよい。

さらに、前記散乱層を二等分して上部層と下部層とに区分したとき、前記下部層に形成されている前記第１光散乱体の面積の比率は、前記上部層に形成されている前記第１光散乱体の面積の比率よりも高いものであってよい。

このとき、前記下部層に形成されている前記第１光散乱体の面積の比率は、前記上部層に形成されている前記第１光散乱体の面積の比率に対して２〜６倍大きいものであってよい。

また、前記下部層の面積に対する前記下部層に形成されている前記第１光散乱体の面積の比率は１４〜１８％であってよい。

そして、前記上部層の面積に対する前記上部層に形成されている前記第１光散乱体の面積の比率は３〜８％であってよい。

さらに、前記多数の第２光散乱体は、前記下部層内部に配列されていてよい。

また、前記第２光散乱体は、ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、ＺｎＯ及びＳｎＯ_２を含む金属酸化物候補群のいずれか一種または二種以上の組み合わせからなるものであってよい。

このとき、前記第２光散乱体は、単一屈折率または多重屈折率を有していてよい。

この場合、多重屈折率を有する前記第２光散乱体は、コアと、該コアと屈折率の差を有し且つ前記コアを覆うシェルと、からなるものであってよい。

このとき、前記コアは、中空からなるものであってよい。

また、前記平坦層は、有機・無機ハイブリッド高分子からなるものであってよい。

そして、前記ベース基板は、フレキシブル基板からなるものであってよい。

このとき、前記ベース基板は、厚さ１．５ｍｍ以下の薄板ガラスからなるものであってよい。

一方、本発明は、有機発光素子部；及び前記有機発光素子部から発光した光が外部へ放出される経路上に配設される前記有機発光素子用光取り出し基板；を含むことを特徴とする有機発光装置を提供する。

本発明によれば、多数の光散乱体に対する散乱層がＴｉＯ_２からなることで、光を散乱させることができる大きさの不定形気孔を散乱層内部に多数個形成させることができる。

また、本発明によれば、散乱層上に有機・無機ハイブリッド高分子からなる平坦層を備えることで、有機発光装置への光取り出し基板の適用の際に有機発光装置の電気的特性が低下する現象を防止することができることは勿論、有機・無機ハイブリッド高分子が散乱層内部に一定部分染み込んで、散乱層内部に形成され散乱層の多孔性構造によって開構造に形成された気孔の一部分を満たすことで、有機・無機ハイブリッド高分子が満たされていない気孔の残りの部分、すなわち、散乱層及び有機・無機ハイブリッド高分子によって区画されて閉構造をなすようになった気孔が屈折率１．０の光散乱体として挙動可能にすることができる。

さらに、本発明によれば、粒子形態の光散乱体が多重屈折率を有するコア・シェル構造からなり、特に、コアが中空からなることで、有機発光装置の光取り出し効率を一層向上させることができる。

その結果、本発明によれば、有機発光装置の光取り出し効率を向上させることができ、且つ有機発光装置の素子安定性の確保に寄与することができる。

本発明の実施例に係る有機発光装置用光取り出し基板及びこれを光が放出される経路上に備える有機発光装置を概略的に示した断面模式図である。 本発明の実施例に係る散乱層をなすＴｉＯ_２を電子顕微鏡で撮影した写真である。 本発明の実施例に係る散乱層をなすＴｉＯ_２を電子顕微鏡で撮影した写真である。 デンドライト状の結晶体に対する粒度分析結果を示したグラフである。 ロッド状の結晶体に対する粒度分析結果を示したグラフである。 本発明の実施例に係る有機発光装置用光取り出し基板の断面を電子顕微鏡で撮影した写真。 サンプル#１、サンプル#２、サンプル#５に対するＦＩＢ分析時の分析ポイントを示した模式図である。 サンプル#１のポイント９に対する分析写真である。 サンプル#２のポイント９に対する分析写真である。 サンプル#５のポイント９に対する分析写真である。 サンプル#１の十字方向に位置したポイントに対する分析写真である。 サンプル#２の十字方向に位置したポイントに対する分析写真である。 サンプル#５の十字方向に位置したポイントに対する分析写真である。 計算された気孔面積を同一面積の円に換算したときのヒストグラムである。

以下、添付の図面を参照して本発明の実施例に係る有機発光装置用光取り出し基板及びこれを含む有機発光装置について詳しく説明する。

なお、本発明を説明するにあたって、関連した公知機能或いは構成についての具体的な説明が本発明の要旨を不必要に曖昧にし得ると判断された場合、その詳細な説明は省略する。

図１に示したように、本発明の実施例に係る有機発光装置用光取り出し基板１００は、有機発光素子部１０から発光した光が外部へ放出される経路上に配設されて有機発光素子部１０の光取り出し効率を向上させる基板である。また、本発明の実施例に係る有機発光装置用光取り出し基板１００は、有機発光素子部１０を外部環境から保護する基板である。このとき、有機発光素子部１０は照明装置の光源として使用され得る。

ここで、具体的に示していないが、有機発光素子部１０は、本発明の実施例に係る光取り出し基板１００及び有機発光素子部１０に対するエンキャプシュレーションのために、これと対向して位置される基板の間に配置されるアノード電極、有機発光層及びカソード電極の積層構造からなる。このとき、アノード電極は、有機発光層への正孔の注入が起こり易いように仕事関数（ｗｏｒｋ ｆｕｎｃｔｉｏｎ）の大きい金属、例えば、Ａｕ、Ｉｎ、ＳｎまたはＩＴＯのような金属または金属酸化物からなるものであってよい。また、カソード電極は、有機発光層への電子注入が起こり易いように仕事関数の小さいＡｌ、Ａｌ：ＬｉまたはＭｇ：Ａｇの金属薄膜からなるものであってよい。そして、有機発光層は、アノード電極上に順に積層される正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層及び電子注入層を含んで形成されていてよい。このとき、有機発光素子部１０が照明用白色有機発光素子からなる場合、例えば、発光層は、青色領域の光を放出する高分子発光層とオレンジ−赤色領域の光を放出する低分子発光層の積層構造で形成されていてよく、その他、種々の構造で形成されて白色発光を実現することができる。また、有機発光素子１０は、タンデム（ｔａｎｄｅｍ）構造からなるものであってよい。これにより、有機発光層は、複数備えられ、且つ電荷生成層（ｃｈａｒｇｅ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｌａｙｅｒ）からなる連結層（ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇ ｌａｙｅｒ）を介して交互に配設されていてよい。

このような構造により、アノード電極とカソード電極との間に順方向電圧が印加されると、カソード電極から電子が電子注入層及び電子輸送層を介して発光層へ移動するようになり、アノード電極から正孔が正孔注入層及び正孔輸送層を介して発光層へ移動するようになる。そして、発光層内へ注入された電子と正孔は、発光層で再結合して励起子（ｅｘｃｉｔｏｎ）を生成し、該励起子が励起状態（ｅｘｃｉｔｅｄ ｓｔａｔｅ）から基底状態（ｇｒｏｕｎｄ ｓｔａｔｅ）へと転移しながら光を放出するようになり、このとき、放出される光の明るさはアノード電極とカソード電極との間を流れる電流量に比例するようになる。

このように、有機発光素子部１０の光取り出し効率の向上のために採用される光取り出し基板１００は、ベース基板１１０、散乱層１２０、多数の第１光散乱体１３０及び平坦層１５０を含んでなる。このとき、本発明の実施例に係る光取り出し基板１００は、多数の第２光散乱体１４０をさらに含んでなるものであってよい。

ベース基板１１０は、その片面に形成される散乱層１２０、多数の第１光散乱体１３０、多数の第２光散乱体１４０及び平坦層１５０を支持する基板である。また、ベース基板１１０は、有機発光素子部１０の前方、すなわち、有機発光素子部１０から発光された光が外部へ放出される経路上に配設され、発光された光を外部へ透過させるとともに、有機発光素子部１０を外部環境から保護する封止（ｅｎｃａｐｓｕｌａｔｉｏｎ）基板としての役割をする。

このようなベース基板１１０は、透明基板であって、光透過率に優れ且つ機械的な物性に優れるものであれば特にその種類は制限されない。例えば、ベース基板１１０としては、熱硬化またはＵＶ硬化の可能な有機フィルムである高分子系の物質からなるものが使用されていてよい。また、ベース基板１１０としては、化学強化ガラスであるソーダライムガラス（ＳｉＯ_２−ＣａＯ−Ｎａ_２Ｏ）またはアルミノシリケート系ガラス（ＳｉＯ_２−Ａｌ_２Ｏ_３−Ｎａ_２Ｏ）が使用されていてよい。ここで、本発明の実施例に係る光取り出し基板１００を採用した有機発光装置が照明用である場合、ベース基板１１０としてはソーダライムガラスが使用されていてよい。その他、ベース基板１１０としては、金属酸化物や金属窒化物からなる基板が使用されていてよい。そして、本発明の実施例ではベース基板１１０としてフレキシブル（ｆｌｅｘｉｂｌｅ）基板が使用されていてよく、特に、厚さ１．５ｍｍ以下の薄板ガラスが使用されていてよい。このとき、このような薄板ガラスはフュージョン（ｆｕｓｉｏｎ）工法またはフローティング（ｆｌｏａｔｉｎｇ）工法にて製造されていてよい。

散乱層１２０は、多数の第１光散乱体１３０の形成空間を提供し、且つ多数の第２光散乱体１４０をベース基板１１０に固定するマトリックス層である。本発明の実施例において、このような散乱層１２０はＴｉＯ_２からなる。このとき、下記では散乱層１２０がルチル（ｒｕｔｉｌｅ）結晶状のＴｉＯ_２からなることを例示したが、本発明の実施例に係る散乱層１２０は、アナターゼ（ａｎａｔａｓｅ）結晶状のＴｉＯ_２からなるものであってもよいところ、散乱層１２０をルチル結晶状のＴｉＯ_２に特に限定するものではない。

一方、ルチル（ｒｕｔｉｌｅ）結晶状のＴｉＯ_２は多孔性構造をなしており、散乱層１２０がこのように多孔性構造のルチル（ｒｕｔｉｌｅ）結晶状のＴｉＯ_２からなると、散乱層１２０を形成する過程で、散乱層１２０内部に光の散乱を発生させることができる程度の大きさを有する気孔、すなわち、屈折率が１の第１光散乱体１３０が形成される。すなわち、ルチル（ｒｕｔｉｌｅ）結晶状のＴｉＯ_２は気孔状からなる第１光散乱体１３０の形成を誘導する多孔性物質である。このとき、散乱層１２０をなすＴｉＯ_２は、屈折率が２．５〜２．７の高屈折（ｈｉｇｈ−ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ ｉｎｄｅｘ；ＨＲＩ）金属酸化物であるため、内部に屈折率が１の低屈折の第１光散乱体１３０が多数個形成され、また異なる屈折率を有する第２光散乱体１４０が多数個形成されると、互いに屈折率が異なる、或いは屈折率の差が極大化された高屈折／低屈折または高屈折／低屈折／高屈折のような複雑な屈折率構造をなすようになる。このような複雑な屈折率構造を有機発光素子部１０から発光された光が放出される経路上に配設すると、有機発光素子部１０の光取り出し効率の増加を極大化することができる。

一方、本発明の実施例において、散乱層１２０をなすＴｉＯ_２の結晶体は不定形からなるものであってよい。例えば、図２の電子顕微鏡写真から分かるように、散乱層１２０をなすＴｉＯ_２の結晶体は３０〜５０ｎｍ大きさの多面体が非等方性をもって連結された構造のデンドライト（ｄｅｎｄｒｉｔｅ）状からなるものであってよい。また、図３の電子顕微鏡写真から分かるように、散乱層１２０をなすＴｉＯ_２の結晶体は幅２０〜３０ｎｍ、長さ８０〜１２０ｎｍ程度のロッド（ｒｏｄ）状からなるものであってもよい。このとき、図４の粒度分析結果のように、デンドライト状の結晶体が凝集されてなる凝集体の大きさは０．３〜６３０μｍの大きさを有すると測定された。また、図５の粒度分析結果のように、ロッド状の結晶体が凝集されてなる凝集体の大きさは０．０３５〜５３μｍの大きさを有すると測定された。ここで、ＴｉＯ_２の結晶体の形状は、ルチル結晶状のＴｉＯ_２が分散される有機溶媒によって決められていてよい。

ＴｉＯ_２の結晶体が前記のようにデンドライト状やロッド状からなるものであると、ＴｉＯ_２によって誘導形成される第１光散乱体１３０もまた、光散乱を極大化させることができる多様な形態や大きさに形成されていてよい。

多数の第１光散乱体１３０は散乱層１２０内部に形成される。このような第１光散乱体１３０は、散乱層１２０をなすルチル結晶状のＴｉＯ_２が焼成する過程で形成された気孔からなる。これにより、第１光散乱体１３０は、ＴｉＯ_２の結晶体の形状に応じて多様な形態や大きさの気孔形態に形成される。本発明の実施例ではＴｉＯ_２の結晶体がデンドライト状またはロッド状のような不定形からなるため、第１光散乱体１３０もまた不定形からなる。

ここで、散乱層１２０内部にこのような第１光散乱体１３０が多数個形成されると、気孔形態の多数の第１光散乱体１３０が屈折率が１の光散乱体のように挙動するのではなく、散乱層１２０の平均的な屈折率を下げる役割をし、結局、有効屈折率が低くなる効果が生じる。すなわち、ルチル結晶状のＴｉＯ_２からなる散乱層１２０内部に形成される多数の第１光散乱体１３０は、散乱層１２０が多孔性構造をなすことによって、形成されても開（ｏｐｅｎ）構造となり、屈折率が１の独立的な光散乱体として作用せず、単に、散乱層１２０がなす多孔性構造の一部分として作用するようになる。この場合、開構造の第１光散乱体１３０とルチル結晶状のＴｉＯ_２の屈折率の複合的な効果により、散乱層１２０の平均的な有効屈折率が低くなる。このようになると、光取り出し効率の向上にあまり役に立つことができない。本発明の実施例では、平坦層１５０をなす物質の一部が散乱層１２０内部に浸透されており、このとき、浸透された物質が第１光散乱体１３０の一部分を満たす形態で位置される。これにより、開構造の第１光散乱体１３０は閉構造（ｃｌｏｓｅｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）に変わるようになる。その結果、浸透された物質が満たされていない第１光散乱体１３０の他の部分、すなわち、散乱層１２０と浸透された物質によって取り囲まれて閉構造に区画された第１光散乱体１３０は、屈折率が１の光散乱体として挙動可能な状態になり、散乱層１２０とは明らかに異なる屈折率の差をなすようになる。このような第１光散乱体１３０は、粒子形態の第２光散乱体１４０とともに散乱層１２０との屈折率の差を示し、且つ、複雑な散乱構造をなすことで、有機発光素子部１０の光取り出し効率の増加を極大化させる役割をする。

一方、本発明の実施例において、このような多数の第１光散乱体１３０が占める面積の比率は、散乱層１２０及び平坦層１５０の総面積に対して１．６〜１３．２％であってよい。このとき、多数の第１光散乱体１３０が占める面積の比率は、散乱層１２０の面積に対して６〜２０％であってよい。このような範囲内で、多数の第１光散乱体１３０が占める面積が広いほど、有機発光素子部１０の優れた光取り出し効率を実現することができ、その結果、高価の第２光散乱体１４０の使用個数を減らすことができ、製造コストを削減することができるようになる。ここで、散乱層１２０をなすルチル結晶状のＴｉＯ_２によって誘導形成された多数の第１光散乱体１３０は、散乱層１２０内部において位置別に形成面積に差を有する。すなわち、散乱層１２０を二等分してこれを上部層１２１と下部層１２２とに区分したとき、下部層１２２に形成されている第１光散乱体１３０は上部層１２１に形成されている第１光散乱体１３０よりも高い面積の比率で形成される。すなわち、下部層１２２に形成されている第１光散乱体１３０の面積の比率は、上部層１２１に形成されている第１光散乱体１３０の面積の比率に対して２〜６倍大きくてよい。例えば、下部層１２２の面積に対する下部層１２２に形成されている第１光散乱体１３０の面積の比率は１４〜１８％であり、また上部層１２１の面積に対する上部層１２１に形成されている第１光散乱体１３０の面積の比率は３〜８％であってよい。このように、下部層１２２は、上部層１２１に比べて少なくは２倍、多くは６倍ほど高い第１光散乱体１３０の面積の比率を有する。

多数の第２光散乱体１４０は、散乱層１２０内部、より詳しくは、散乱層１２０の下部層１２２に配列されている。また、多数の第２光散乱体１４０は、粒子形態からなり、気孔状からなる多数の第１光散乱体１３０と共に複雑な光散乱構造をなす。このような多数の第２光散乱体１４０は、例えば、ゾル−ゲル（ｓｏｌ−ｇｅｌ）法にて散乱層１２０をなす物質に混合し、それをベース基板１１０上に塗布することで、ベース基板１１０上に配列或いは形成していてよい。また、多数の第２光散乱体１４０は、散乱層１２０の形成とは別の工程により、散乱層１２０よりも先に、ベース基板１１０上に形成した後、散乱層１２０によってカバーしていてよい。

本発明の実施例において、このような第２光散乱体１４０は、ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、ＺｎＯ及びＳｎＯ_２を含む金属酸化物候補群のいずれか１つまたは２つ以上の組み合わせからなるものであってよい。また、粒子状からなる第２光散乱体１４０は、多重屈折率を有するものであってよい。例えば、粒子状からなる第２光散乱体１４０は、互いに屈折率が異なるコア・シェル構造からなるものであってよい。このとき、コア１４１は中空からなるものであってよい。このように、第２光散乱体１４０がコア・シェル構造からなると、コア１４１とシェル１４２との屈折率の差により、有機発光素子部１０から放出された光を外部へ取り出す効率を一層向上させることができるようになる。

ここで、散乱層１２０内部に形成されている多数の第２光散乱体１４０は、全体がコア・シェル構造をなす粒子からなるか、または全体が単一屈折率を有する粒子からなるものであってよい。また、多数の第２光散乱体１４０は、コア・シェル構造のような多重屈折率を有する粒子と単一屈折率を有する粒子とが混合してなる形態からなるものであってもよい。

このように、散乱層１２０内部に形成されている多数の第２光散乱体１４０は、散乱層１２０、多数の第１光散乱体１３０及び平坦層１５０と共に有機発光装置の内部光取り出し層（Ｉｎｔｅｒｎａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ Ｌａｙｅｒ；ＩＬＥＬ）をなすようになる。すなわち、多数の第２光散乱体１４０は、散乱層１２０とは屈折率の差を示すとともに、多数の第１光散乱体１３０とともに有機発光素子部１０から発光された光の放出経路を多変化させ、有機発光素子部１０の光取り出し効率を向上させる役割をする。

平坦層１５０は散乱層１２０上に形成される。ここで、上述したように、散乱層１２０内部に第１光散乱体１３０が多く形成されると、該第１光散乱体１３０が屈折率１の光散乱体のように挙動しない。そこで、本発明の実施例に係る平坦層１５０は、有機・無機ハイブリッド高分子（ｈｙｂｒｉｍｅｒ）からなり、第１光散乱体１３０を屈折率１の光散乱体として挙動させる。すなわち、散乱層１２０上に平坦層１５０を形成するために、有機・無機ハイブリッド高分子を塗布すると、図６の電子顕微鏡写真から見られるように、有機・無機ハイブリッド高分子１５１の一部が多孔性構造をなすルチル結晶状のＴｉＯ_２からなる散乱層１２０内部に一定部分染み込むようになり、この過程で、気孔状からなる第１光散乱体１３０の一部分を満たすようになる。その結果、一部分が有機・無機ハイブリッド高分子１５１で満たされた第１光散乱体１３０の他の部分は屈折率が１の光散乱体として挙動可能になる。

一方、平坦層１５０は、前記したように第１光散乱体１３０に本然の光散乱機能を付与するとともに、散乱層１２０の表面を平坦化させる役割をする。すなわち、平坦層１５０の表面は、有機発光素子部１０のアノード電極と接することで、有機発光素子部１０の電気的特性の低下を防止するために、高平坦面からなる。

上述したように、本発明の実施例に係る有機発光装置用光取り出し基板１００は、多孔性構造をなすルチル結晶状のＴｉＯ_２からなる散乱層１２０、散乱層１２０内部に形成されている気孔形態の多数の第１光散乱体１３０、粒子形態の多数の第２光散乱体１４０及び有機・無機ハイブリッド高分子からなる平坦層１５０を含んでなる。その結果、本発明の実施例に係る有機発光装置用光取り出し基板１００は、有機発光素子部１０の光取り出し効率を向上させることができ、且つ有機発光素子部１０の素子安定性の確保に寄与することができる。

一方、本発明の実施例に係る光取り出し基板１００において、第２光散乱体１４０の構造による光取り出し効率の変化を測定してみた結果、第２光散乱体１４０が単一屈折率を示すＳｉＯ_２だけからなる場合、外部へ取り出される光量は６９．０ｌｍ／Ｗと測定された。これは、光取り出し層を備えていない有機発光装置の外部へ取り出される光量が３５．１ｌｍ／Ｗであることに比べ、１．９７倍も光取り出し効率が増加したことと確認された。また、第２光散乱体１４０が、コアが中空からなるコア・シェル構造のＳｉＯ_２からなる場合、外部へ取り出される光量は７０．３ｌｍ／Ｗで、光取り出し層を備えていない有機発光装置よりも光取り出し効率が２倍増加したことと確認された。そして、粒子状の第２光散乱体１４０が使用されていない場合、すなわち、第１光散乱体１３０だけからなる場合、外部へ取り出される光量は６３．３ｌｍ／Ｗで、光取り出し層を備えていない有機発光装置よりも光取り出し効率が１．８倍増加したことと確認された。すなわち、最も優れた光取り出し効率は、第１光散乱体１３０とコア・シェル構造の第２光散乱体１４０とが組み合わされた場合に達成されることと確認された。

以下、ルチル結晶状のＴｉＯ_２によって誘導形成され、ハイブリッド高分子１５１によって一部分が満たされた気孔、すなわち、第１光散乱体の面積の比率が光取り出し効率に及ぼす影響について説明することにする。

第１光散乱体の面積の比率が光取り出し効率に及ぼす影響を調べるために、光取り出し層を備えていない有機発光装置の光取り出し効率を基準に、これに対する光取り出し効率の増加分が１．８２倍のサンプル#１、２．０７のサンプル#２、１．８４倍のサンプル#３、２．００倍のサンプル#４及び２．０８倍のサンプル#５の構造をＦＩＢ（ｆｏｃｕｓｅｄ Ｉｏｎ Ｂｅａｍ）にて分析した。このとき、分析方法は図７に示したように、各サンプル毎に、大きさが２×２ｍｍ^２の発光部で等間隔に２０ポイントの断面形状を確認した.

下記では、設計構造的に最も類似したヘーズ６０％グループに属するサンプル#１、サンプル#２、サンプル#５を比べることにする。

図８は、サンプル#１のポイント９に対する分析写真であって、ポイント９部分を ２個のセクションに区分し、各セクション毎に断面形状を確認し、その結果を下記の表１に表した。

図９は、サンプル#２のポイント９に対する分析写真であって、ポイント９部分を２個のセクションに区分し、各セクション毎に断面形状を確認し、その結果を下記の表２に表した。

図１０は、サンプル#５のポイント９に対する分析写真であって、ポイント９部分を２個のセクションに区分し、各セクション毎に断面形状を確認し、その結果を下記の表３に表した。

サンプル#１、サンプル#２、サンプル#５のそれぞれに対する全体的な気孔散乱体、すなわち、第１光散乱体の平均的な面積の比率を計算するために、サンプル毎に十字方向に位置したポイントもまた、ポイント９と同様な方式で断面形状を測定した。

図１１は、サンプル#１の十字方向に位置したポイントに対する分析写真であり、その結果を下記の表４に表した。

下記の表５は、前記表４の測定値に対する平均値を表すものである。

図１２は、サンプル#２の十字方向に位置したポイントに対する分析写真であり、その結果を下記の表６に表した。

下記の表７は、前記表６の測定値に対する平均値を表したものである。

図１３は、サンプル#５の十字方向に位置したポイントに対する分析写真であり、その結果を下記の表８に表した。

下記の表９は、前記表８の測定値に対する平均値を表したものである。

下記の表１０は、前記表８から平坦層を除外したＨＲＩの厚さ、及び平坦層を除外したとき、すなわち、ＨＲＩ面積に対する各ポイント毎の気孔の比率（気孔面積の比率）を表したものである。

図１１〜図１３及び前記表４〜表９に表されているサンプル#１、サンプル#２、サンプル#５の測定値、及びこれによる平均値を比較してみると、光取り出し効率が相対的に高いサンプル#２とサンプル#５の気孔面積の比率がサンプル#１の気孔面積の比率よりも相対的に高いことが確認された。これは、本発明の実施例に係る気孔形態の第１光散乱体が有機発光装置の光取り出し効率の向上に寄与するということを意味する。

一方、図１４は、前記のようにイメージ分析を通じて計算された気孔の面積を同一面積の円に換算したとき、気孔の半径を０から１０ｎｍ単位で並べた場合のヒストグラムを示している。ヒストグラムを見ると、気孔の半径の平均は６０ｎｍ、標準偏差は４４．４ｎｍである。

以上、本発明を限定された実施例や図面に基づいて説明してきたが、本発明は前記の実施例に限定されるものではなく、本発明の属する分野における通常の知識を有する者であればこのような記載から種々の修正及び変形が可能である。

よって、本発明の範囲は説明された実施例に限定されて決められてはならず、後述する特許請求の範囲及び特許請求の範囲と均等なもの等によって決められるべきである。

Claims (23)

1. ベース基板；
   前記ベース基板上に形成され、ＴｉＯ_２からなる散乱層；
   前記散乱層内部に形成されており、気孔状からなる多数の第１光散乱体；及び
   前記散乱層上に形成される平坦層；
   を含み、
   前記散乱層内部には、前記平坦層をなす物質の一部が浸透されており、
   前記散乱層はＴｉＯ_２の結晶体を含み、前記ＴｉＯ _２ の結晶体の大きさが３０〜５０ｎｍであるか、または前記ＴｉＯ _２ の結晶体が幅２０〜３０ｎｍ、長さ８０〜１２０ｎｍである、
   有機発光装置用光取り出し基板。
2. 前記散乱層は、複数個の前記ＴｉＯ _２ の結晶体が凝集されてなる凝集体を含み、前記ＴｉＯ _２ の結晶体の大きさは３０〜５０ｎｍであり、前記凝集体の大きさは０．３〜６３０μｍであることを特徴とする、請求項１に記載の有機発光装置用光取り出し基板。
3. 前記散乱層は、複数個の前記ＴｉＯ _２ の結晶体が凝集されてなる凝集体を含み、前記ＴｉＯ _２ の結晶体は幅２０〜３０ｎｍ、長さ８０〜１２０ｎｍであり、前記凝集体の大きさは０．０３５〜５３μｍであることを特徴とする、請求項１に記載の有機発光装置用光取り出し基板。
4. 前記多数の第１光散乱体は不定形からなることを特徴とする、請求項１に記載の有機発光装置用光取り出し基板。
5. 前記平坦層をなす物質の一部は前記第１光散乱体の一部分を満たす形態で位置されていることを特徴とする、請求項１に記載の有機発光装置用光取り出し基板。
6. 前記散乱層内部に形成されており、粒子状からなる多数の第２光散乱体をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の有機発光装置用光取り出し基板。
7. 前記散乱層及び前記平坦層の総面積に対する前記第１光散乱体が占める面積の比率は１．６〜１３．２％であることを特徴とする、請求項１または６に記載の有機発光装置用光取り出し基板。
8. 前記散乱層の面積に対する前記第１光散乱体が占める面積の比率は６〜２０％であることを特徴とする、請求項１または６に記載の有機発光装置用光取り出し基板。
9. 前記散乱層を二等分して上部層と下部層とに区分したとき、前記下部層に形成されている前記第１光散乱体の面積の比率は、前記上部層に形成されている前記第１光散乱体の面積の比率よりも高いことを特徴とする、請求項１または６に記載の有機発光装置用光取り出し基板。
10. 前記下部層に形成されている前記第１光散乱体の面積の比率は、前記上部層に形成されている前記第１光散乱体の面積の比率に対して２〜６倍大きいことを特徴とする、請求項９に記載の有機発光装置用光取り出し基板。
11. 前記下部層の面積に対する前記下部層に形成されている前記第１光散乱体の面積の比率は１４〜１８％であることを特徴とする、請求項１０に記載の有機発光装置用光取り出し基板。
12. 前記上部層の面積に対する前記上部層に形成されている前記第１光散乱体の面積の比率は３〜８％であることを特徴とする、請求項１１に記載の有機発光装置用光取り出し基板。
13. 前記散乱層を二等分して上部層と下部層とに区分したとき、前記多数の第２光散乱体は、前記下部層内部に配列されていることを特徴とする、請求項６に記載の有機発光装置用光取り出し基板。
14. 前記第２光散乱体は、ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、ＺｎＯ及びＳｎＯ_２を含む金属酸化物候補群のいずれか一種または二種以上の組み合わせからなることを特徴とする、請求項６に記載の有機発光装置用光取り出し基板。
15. 前記第２光散乱体は、単一屈折率または多重屈折率を有することを特徴とする、請求項１４に記載の有機発光装置用光取り出し基板。
16. 多重屈折率を有する前記第２光散乱体は、コアと、該コアと屈折率の差を有し且つ前記コアを覆うシェルと、からなることを特徴とする、請求項１５に記載の有機発光装置用光取り出し基板。
17. 前記コアは中空からなることを特徴とする、請求項１６に記載の有機発光装置用光取り出し基板。
18. 前記平坦層は、有機・無機ハイブリッド高分子からなることを特徴とする、請求項１に記載の有機発光装置用光取り出し基板。
19. 前記ベース基板はフレキシブル基板からなることを特徴とする、請求項１に記載の有機発光装置用光取り出し基板。
20. 前記ベース基板は厚さ１．５ｍｍ以下の薄板ガラスからなることを特徴とする、請求項１９に記載の有機発光装置用光取り出し基板。
21. 大きさが３０〜５０ｎｍである前記ＴｉＯ _２ の結晶体、および幅２０〜３０ｎｍ、長さ８０〜１２０ｎｍである前記ＴｉＯ _２ の結晶体は、不定形からなる、請求項１に記載の有機発光装置用光取り出し基板。
22. 大きさが３０〜５０ｎｍである前記ＴｉＯ _２ の結晶体はデンドライト状からなり、幅２０〜３０ｎｍ、長さ８０〜１２０ｎｍである前記ＴｉＯ _２ の結晶体はロッド状からなる、請求項２１に記載の有機発光装置用光取り出し基板。
23. 有機発光素子部；及び
    前記有機発光素子部から発光した光が外部へ放出される経路上に配設される請求項１〜２２のいずれか１項に記載の有機発光装置用光取り出し基板；
    を含むことを特徴とする有機発光装置。