KR102002179B1 - 유기 전계 발광 소자, 면 광원, 및 조명 장치 - Google Patents

Abstract

광취출 효율이 우수하고, 또한 광취출층을 별도 제조할 필요가 없고, 성막 프로세스가 간편하여 비용적으로 유리한 투명 전극을 갖는 유기 전계 발광 소자를 제공하는 것.
투명 기판, 제 1 투명 전극, 유기 발광층, 및 제 2 투명 전극을 이 순서로 갖는 적층체와, 적층체의 투명 기판에 대해 제 2 투명 전극을 갖는 측에, 적층체와 간격을 갖고 형성된, 유기 발광층에서 발생한 광을 반사시키는 반사체를 갖고, 제 1 투명 전극은 일차 입자경이 0.5 ㎛ 이상인 투명한 입자를 적어도 1 종 함유하는 투명 도전층이고, 반사체의 적층체측의 표면은, 반사체와 적층체의 거리가 가장 짧은 점 또는 선을 1 개 갖고, 그 점 또는 선으로부터 멀어짐에 따라 반사체와 적층체의 거리가 단조롭게 증가하는 형상을 갖고, 적층체의 적층 방향에 있어서의 평면시에 있어서, 반사체가 유기 발광층 전체를 덮고 있는, 유기 전계 발광 소자.

Description

유기 전계 발광 소자, 면 광원, 및 조명 장치{AN ORGANIC ELECTROLUMINESCENT ELEMENT, SURFACE LIGHT SOURCE AND LIGHTING DEVICE}

본 발명은, 유기 전계 발광 소자 (「유기 EL 소자」, 「유기 일렉트로 루미네선스 소자」 라고 칭하는 경우도 있다), 면 광원, 및 조명 장치에 관한 것이다.

유기 전계 발광 소자는, 자발광형 발광 장치이며, 디스플레이나 조명의 용도로 기대받고 있다. 예를 들어, 유기 전계 발광 디스플레이는, 종래의 CRT 나 LCD 와 비교하여 시인성이 높고, 시야각 의존성이 없는 등의 표시 성능상의 이점을 갖고 있다. 또, 디스플레이를 경량화, 박층화할 수 있는 이점도 있다. 한편, 유기 전계 발광 조명은, 경량화, 박층화가 가능하다는 이점에 더하여, 플렉시블 기판을 사용함으로써 지금까지 실현할 수 없었던 형상의 조명을 실현할 수 있는 가능성을 갖고 있다.

유기 전계 발광 소자는, 기판 상에 양극 및 음극으로 이루어지는 1 쌍의 전극과, 그 1 쌍의 전극간에, 적어도 1 층의 유기 발광층을 포함하는 유기층을 갖는다. 유기 발광층에서 발생한 광을 취출하기 위해서, 양극 및 음극 중 적어도 일방은 광투과성을 갖는 전극 (투명 전극) 일 필요가 있으며, 광투과성을 갖는 전극으로는 산화인듐주석 (ITO) 등이 일반적으로 이용되고 있다..

유기 전계 발광 소자에 있어서, 유기 발광층에서 발생한 광은, 투명 전극 및 투명 기판을 통과하여 유기 전계 발광 소자의 외부로 취출되지만, 출사 매질과 입사 매질과 굴절률에 의해 정해지는 임계각 이상의 발광광은 취출되지 못하고, 양쪽 매질의 계면에서 전반사되어, 유기 전계 발광 소자 내부에 갇혀 손실된다. 고전론적인 굴절의 스넬의 법칙에 의한 계산에서는, 만일 유기 발광층의 굴절률 n 이 1.8 (비특허문헌 1 에 의하면, 유기 발광층의 굴절률 n 은 1.7 ∼ 1.85) 이고, 유기 발광층으로부터 발광되는 광의 배광 분포가 램버트 (lambertian) 인 경우에는, 유기 발광층의 굴절률과 공기의 굴절률의 차이에 의해, 공기까지의 광취출 효율은 약 30 ％ 밖에 없기 때문에, 나머지 약 70 ％ 의 광은 이 굴절률 차이에 의해 유기 전계 발광 소자의 내부에 갇혀 공기까지 방사될 수 없다고 하는 문제가 있다.

도 22 에, 투명 기판, 투명 전극, 유기 발광층, 반사 전극이라고 하는 구성의 일반적인 유기 EL 소자의 광전파 원리도를 나타낸다. 단, 문헌 PIONEER R＆D Vol. 11 No. 1, pp 21-28 에 의하면, 유기 발광층의 굴절률 n 은 1.7 ∼ 1.85 이며, 자주 이용되는 투명 전극인 주석 도프 산화인듐 (ITO) (굴절률 n=2.0), ZnO (굴절률 n=1.95), SnO₂ (굴절률 n=2.0), In₂O₃ (굴절률 n=1.9 ∼ 2.0), TiO₂ (굴절률 n=1.90) 은, 굴절률이 유기 발광층을 포함하는 유기층의 굴절률보다 크고, 유기층과 공기 사이의 전반사에 영향을 주지 않으므로, 투명 전극과 유기 발광층을 통합하여 「유기 발광부」 라고 하고, 유기 발광부의 굴절률을 1.8 로서 나타냈다.

도 22 에 있어서, 유기 발광부로부터 출사된 광선 a 는 유기 발광부와 공기의 굴절률 차이에 의한 전반사 임계 각도보다 방사 각도가 작은 광선으로, 공기까지 방사될 수 있지만, 광선 b 와 광선 c 는 전반사 임계 각도보다 크기 때문에, 계면에서 전반사되어, 외부로 취출되지 못하고 손실된다. 광선 a 의 비율은 약 30 ％ 이다.

이 때문에, 유기 전계 발광 소자에 있어서, 광취출 효율을 향상시키는 제안이 다양하게 이루어지고 있다.

특허문헌 1 에는, 투명 기판, 광확산층, 투명 전극, 유기 발광층, 반사 전극을 이 순서로 포함하는 유기 전계 발광 소자가 기재되어 있다. 이 구성에 의하면, 유기 발광층으로부터 발광한 광이 광확산층에 의해 산란되어, 광이 진행되는 각도가 변환되기 때문에, 광을 공기까지 방사할 수 있다.

특허문헌 2 에는, 유기 전계 발광 소자와 고굴절률의 광투과 재료와 오목면 반사체를 갖는 발광 장치가 기재되어 있다. 이 구성에 의하면, 유기 발광층으로부터 발광한 광이 고굴절률의 광투과 재료를 통해 오목면 반사체에 닿고, 유기 전계 발광 소자는 오목면 반사체의 초점에 배치되므로, 광을 소 (小) 방사 각도 (대략 정면) 로 변환하여 공기로 방사할 수 있다.

특허문헌 3 에는, 투명 기판, 광산란층, 투명 전극, 유기 발광층, 투명 전극, 저굴절률 아이솔레이션층, 반사층을 이 순서로 포함하는 유기 전계 발광 소자가 기재되어 있다.

특허문헌 4 에는, 반사 전극, 유기 발광층, 투명 전극, 도광부, 반사부를 포함하고, 반사부가 광의 출사 방향으로 삼각형이 연속하는 톱날 형상의 단면을 갖고, 또한 상기 각 삼각형의 1 사변이 출사면에 면하는 경사면을 형성하도록 배열된 요철부로 이루어지는 유기 LED 소자가 기재되어 있다.

또, 특허문헌 5 에는, 고효율의 광취출과 전기 특성의 향상을 양립시키는 것을 목적으로 하여, 도전성 나노 입자와 바인더로 이루어지는 제 1 투명 도전층, 및, 도전성 고분자로 이루어지는 제 2 투명 도전층이 이 순서로 기판 표면에 형성된 전극을 갖는 유기 전계 발광 소자가 기재되어 있다. 특허문헌 5 에 있어서는, 유기층, 제 1 투명 도전층, 및 제 2 투명 도전층의 굴절률의 대소 관계를 조정하여 광취출 효율을 향상시키는 것이 검토되고 있다.

일본 공개특허공보 2004-296429호 일본 공개특허공보 2004-119147호 일본 특허 제4685340호 일본 공개특허공보 2003-168553호 일본 공개특허공보 2012-9359호

도 23 에 특허문헌 1 의 유기 EL 소자의 광전파 원리도를 나타낸다. 도 23 의 소자는, 도 22 의 소자에 있어서, 투명 기판과 유기 발광부 사이에 광취출층을 추가한 것이다. 광취출층을 구비함으로써, 도 22 의 광선 b 와 광선 c 를 광취출층까지 유도하고, 광취출층에 의해 산란시켜 광의 출사 각도를 변환시킴으로써 공기까지 방사되고 있다.

그러나, 이 구조의 소자에 있어서는, 산란된 광이 소자 내부로 되돌아가는 광선 d 와 광선 e 도 발생한다. 광선 d 와 광선 e 를 취출하기 위해서, 금속 반사 전극을 이용하여 광선 d 와 광선 e 를 반사시켜 광취출층 측으로 방사시키지만, 금속 전극은 광을 흡수하여, 특히, 고각도측의 광의 흡수가 보다 많이 발생하여, 손실된다. 또, 광선은 유기 EL 소자 내부를 왕복할 때마다, 유기층 흡수에 의한 손실이 발생한다.

또, 특허문헌 1 에 있어서는, 광취출층과 투명 전극이 각각 별도 형성되기 때문에 각 층을 작성하는 프로세스가 추가되어, 소자의 제조 비용의 증가가 염려된다. 또한, 광취출층 자체로부터 가스가 발생할 가능성이 있어, 그에 따른 소자에 대한 대미지가 염려된다.

도 24 에 특허문헌 2 의 유기 EL 소자의 광전파 원리도를 나타낸다. 도 24 의 유기 EL 소자는, 반사 전극/유기층/투명 전극이라는 구성을 갖고, 광투과성 재료를 개재시켜 투명 전극과 대향하는 오목면 반사체를 갖는다. 오목면 반사체의 중앙에는 원뿔상의 볼록부가 형성되어 있다. 이 구성에서는, 유기 발광층으로부터 발광한 광이 고굴절률의 광투과 재료를 통해 오목면 반사체에 닿고, 유기 EL 소자는 오목면 반사체의 초점에 배치되어 있으므로, 광을 소방사 각도 (대략 정면) 로 변환하여 공기로 방사한다.

그러나, 유기 EL 소자로부터 오목면 반사면으로 광을 유도하는 광투과 재료는, 유기 발광층과 동일한 정도의 굴절률을 갖는 고굴절률 재료이면, 비용이 든다. 한편, 광투과 재료가 유기 발광층의 굴절률보다 작은 경우에는, 광투과 재료와 유기 EL 소자의 투명 전극간에 전반사가 발생하고, 전반사에 의한 광이 오목면 반사면에 도달할 수 없기 때문에, 광취출 효율을 향상시킬 수 없다.

또, 오목면 반사면에서 반사된 광이 다시 유기층을 통과하기 때문에, 광의 일부는 유기층에 흡수되어 광취출 효율이 저하된다.

또한, 광의 방사 각도를 대략 정면으로 변환시키기 위해서 유기 EL 소자를 오목면 반사체의 초점 부근에 배치하지 않으면 안되기 때문에, 오목면 반사체가 유기 EL 소자보다 충분히 크지 (오목면체의 사이즈는 유기 EL 소자보다 적어도 3 배 이상인 것이 필요하다고 생각된다) 않으면 효과는 없으므로, 유기 EL 소자가 대형화된다는 문제도 있다.

도 25 에 특허문헌 3 의 유기 EL 소자의 광전파 원리도를 나타낸다. 도 25 의 소자는, 도 23 의 소자에 있어서, 반사층과 유기 발광부 사이에 저굴절률층을 추가한 것이다. 특허문헌 1 과 같이, 유기 EL 소자로부터 발광한 광이 광취출층에서 산란되어 일부 광이 취출되고, 남은 광선 f 와 광선 g 가 유기 EL 소자로 되돌아간다. 여기서는, 유기 발광층을 포함하는 유기층과 투명 전극으로 이루어지는 유기 발광부와 반사층 사이에 저굴절률층을 형성함으로써, 유기 발광부와 저굴절률층의 굴절률 차이에 의한 전반사를 이용하여, 고 (高) 방사 각도광 광선 f 가 특허문헌 1 과 같이 금속 전극에 흡수되는 일 없이, 유기 EL 소자의 광취출층으로 반사시켜 취출할 수 있다. 또, 저방사 각도광 광선 g 는 저굴절률층을 통과하여 반사층에 의해 반사되고, 다시 유기 EL 소자 내부로 입사되어, 광취출측 (공기측) 으로 방사된다.

그러나, 이 구성의 소자에 있어서는, 다시 유기 EL 소자로 되돌아간 광이 광취출층과 저굴절률층 사이를 왕복할 때마다 유기 발광부의 광 흡수에 의한 손실이 발생하여, 광취출 효율의 향상이 충분히 도모되지 않는다는 문제가 있다.

또, 반사층은 은 (Ag) 이나 알루미늄 (Al) 과 같은 금속의 경우, 금속에 의한 광의 반사율은 반사되는 영역의 굴절률에 따라 변화되어, 반사되는 영역의 굴절률이 클수록 금속에 있어서의 광의 반사율이 작고, 흡수율이 크다. 또, 저굴절률층의 굴절률이 클수록 저굴절률층과 유기 발광층의 굴절률의 차이가 작아져, 전반사되는 광이 보다 줄어들고, 저굴절률층에 의해 많이 입사되므로, 금속에 의해 흡수되는 광이 증가한다.

따라서, 특허문헌 3 에 구체적으로 기재되어 있는 감광성 폴리머나 무기층 등으로 구성되는 저굴절률층에서는 광취출 효율의 향상은 불충분하다.

도 26 에 특허문헌 5 의 유기 EL 소자의 광전파 원리도를 나타낸다. 도 26 의 소자는, 투명 기판/도전성 나노 입자를 포함하는 투명 도전층/도전성 고분자를 포함하는 도전층/유기층/반사 전극이라는 구성을 갖고 있다.

특허문헌 5 에 있어서는, 반사 전극을 이용하고 있으며, 도 26 에 나타내는 바와 같이, 광선 d 와 광선 e 는 유기층을 왕복할 때마다 흡수되는 성분이 발생하므로, 취출되는 광의 손실을 발생시킨다. 또, 도전성 나노 입자나 도전성 고분자를 함유시켜 굴절률이 상이한 투명 도전층을 형성하고, 굴절률 단차를 줄여 광취출 효율을 올리는 것이 시도되고 있지만, 광의 각도를 변환시키기 위해서 중요한 광산란 미립자가 투명 도전층에 포함되어 있지 않기 때문에, 특허문헌 5 의 수법만으로는 1.1 ∼ 1.3 배 정도로 광취출 효율을 올리는 것이 한계이다.

본 발명은, 종래에 있어서의 상기 여러 문제를 해결하여, 광취출 효율이 우수하고, 또한 광취출층을 별도 제조할 필요가 없고, 성막 프로세스가 간편하여 비용적으로 유리한 투명 전극을 갖는 유기 전계 발광 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자들은 상기 과제를 해결하기 위해서 예의 검토하여, 투명 기판, 제 1 투명 전극, 적어도 1 층의 유기 발광층을 포함하는 유기층, 및 제 2 투명 전극을 갖는, 양면 발광형의 유기 EL 소자에 있어서, 상기 제 2 투명 전극측에 공기층과 반사체를 이 순서로 형성하고, 반사체의 표면을 상기 제 2 투명 전극측을 향해 볼록을 1 개 갖는 특정 형상으로 함으로써, 높은 광취출 효율을 달성할 수 있는 유기 EL 발광 소자로 할 수 있는 것을 알아냈다.

또, 상기 제 1 투명 전극을, 일차 입자경이 0.5 ㎛ 이상인 투명한 입자를 적어도 1 종 함유하는 투명 도전층으로 하고, 투명 도전층에 광취출 기능을 부여함으로써, 투명 도전층과 광취출층을 별도 형성한 종래 구성에 비해, 투명 도전층과 광취출층을 함께 형성할 수 있어, 제조 프로세스가 간략화되고, 또한 프로세스가 감소되어 비용 다운으로 이어진다. 또한, 종래와 같은 광취출층을 형성하지 않기 때문에, 그것들로부터 발생 (투과) 하는 가스 등은 없어지기 때문에, 유기층에 대한 대미지가 경감한다.

즉, 상기 과제를 해결하는 수단은 이하와 같다.

[1]

투명 기판, 제 1 투명 전극, 유기 발광층, 및 제 2 투명 전극을 이 순서로 갖는 적층체와,

적층체의 투명 기판에 대해 제 2 투명 전극을 갖는 측에, 적층체와 간격을 갖고 형성된, 유기 발광층에서 발생한 광을 반사시키는 반사체를 갖고,

제 1 투명 전극은 일차 입자경이 0.5 ㎛ 이상인 투명한 입자를 적어도 1 종 함유하는 투명 도전층이고,

반사체의 적층체측의 표면은, 반사체와 적층체의 거리가 가장 짧은 점 또는 선을 1 개 갖고, 그 점 또는 선으로부터 멀어짐에 따라 반사체와 적층체의 거리가 단조롭게 증가하는 형상을 갖고,

적층체의 적층 방향에 있어서의 평면시 (平面視) 에 있어서, 반사체가 유기 발광층의 전체를 덮고 있는, 유기 전계 발광 소자.

[2]

적층체와 반사체 사이에 유기 발광층의 굴절률보다 낮은 굴절률을 갖는 저굴절률층이 존재하는, [1] 에 기재된 유기 전계 발광 소자.

[3]

저굴절률층이 공기층인 [2] 에 기재된 유기 전계 발광 소자.

[4]

반사체의 형상이 구면상, 원뿔상, 각뿔상, 또는 삼각 기둥상인, [1] ∼ [3] 중 어느 한 항에 기재된 유기 전계 발광 소자.

[5]

반사체의 적층체측의 표면이, 반사체와 적층체의 거리가 가장 짧은 점 또는 선을 1 개 갖고, 그 점 또는 선으로부터 멀어짐에 따라 반사체와 적층체의 거리가 연속적으로 증가하는 형상을 갖는, [1] ∼ [4] 중 어느 한 항에 기재된 유기 전계 발광 소자.

[6]

유기 발광층의 반사체측의 면적을 S 로 하고,

적층체의 표면과 반사체의 거리의 최대값을 D 로 한 경우,

√S 와 D 가 하기 식 (1) 을 만족하는, [1] ∼ [5] 중 어느 한 항에 기재된 유기 전계 발광 소자.

0.3≤D/√S 식 (1)

[7]

적층체의 적층 방향에 있어서의 평면시에 있어서, 유기 발광층의 형상이 정방형이며, 정방형의 한 변의 변길이를 W 로 하고,

적층체의 표면과 반사체의 거리의 최대값을 D 로 한 경우,

W 와 D 가 하기 식 (2) 를 만족하는, [1] ∼ [6] 중 어느 한 항에 기재된 유기 전계 발광 소자.

0.5≤D/W 식 (2)

[8]

반사체의 표면이 구면상인, [1] ∼ [7] 중 어느 한 항에 기재된 유기 전계 발광 소자.

[9]

적층체의 적층 방향에 있어서의 평면시에 있어서, 유기 발광층의 형상이 정방형이며, 정방형의 한 변의 변길이를 W 로 하고,

반사체의 표면의 곡률 반경을 R 로 한 경우,

W 와 R 이 하기 식 (3) 을 만족하는, [8] 에 기재된 유기 전계 발광 소자.

0.1≤R/W≤3 식 (3)

[10]

반사체가 금속 재료 또는 반사율이 90 ％ 이상인 확산 반사판으로 구성되어 있는, [1] ∼ [9] 중 어느 한 항에 기재된 유기 전계 발광 소자.

[11]

제 1 투명 전극이, 일차 입자경이 0.5 ㎛ 이상인 투명한 입자와 도전성 매트릭스를 함유하는, [1] ∼ [10] 중 어느 한 항에 기재된 유기 전계 발광 소자.

[12]

제 1 투명 전극이, 일차 입자경이 100 ㎚ 이하인 입자를 추가로 함유하는, [1] ∼ [11] 중 어느 한 항에 기재된 유기 전계 발광 소자.

[13]

제 1 투명 전극에 있어서의, 일차 입자경이 100 ㎚ 이하인 입자의 굴절률이 도전성 매트릭스의 굴절률에 비해 높은, [12] 에 기재된 유기 전계 발광 소자.

[14]

제 1 투명 전극이, 일차 입자경이 0.5 ㎛ 이상인 투명한 입자와 도전성 고분자를 포함하는 조성물을 투명 기판 상에 도포하고, 건조시켜 얻어진 것인, [11] ∼ [13] 중 어느 한 항에 기재된 유기 전계 발광 소자.

[15]

반사체에 의해 반사된 광을 투명 기판측으로 추가로 반사시키는 제 2 반사체를 갖는, [1] ∼ [14] 중 어느 한 항에 기재된 유기 전계 발광 소자.

[16]

제 2 반사체가 반사체와 투명 기판에 접하여 형성되어 있는, [15] 에 기재된 유기 전계 발광 소자.

[17]

제 2 반사체가 투명 기판과 예각을 이루어 형성되어 있는, [16] 에 기재된 유기 전계 발광 소자.

[18]

반사체가 적층체를 봉지하는 봉지캔 내에 형성되어 있는, [1] ∼ [17] 중 어느 한 항에 기재된 유기 전계 발광 소자.

[19]

반사체가 봉지캔 내에 반사체와 봉지캔 사이에 공동 (空洞) 을 갖고 형성되고, 공동에 건조제를 갖는, [18] 에 기재된 유기 전계 발광 소자.

[20]

제 2 투명 전극이, 일차 입자경이 0.5 ㎛ 이상인 투명한 입자를 적어도 1 종 함유하는 투명 도전층인, [1] ∼ [19] 중 어느 한 항에 기재된 유기 전계 발광 소자.

[21]

제 1 투명 전극이, 일차 입자경이 0.5 ㎛ 이상인 투명한 입자를 적어도 1 종 함유하는 제 1 층과, 일차 입자경이 0.5 ㎛ 이상인 투명한 입자를 포함하지 않고 일차 입자경이 100 ㎚ 이하인 입자를 포함하는 제 2 층의 2 층으로 이루어지는, [1] ∼ [20] 중 어느 한 항에 기재된 유기 전계 발광 소자.

[22]

제 1 투명 전극을 구성하는 제 2 층의 구성 성분의 굴절률과, 제 1 투명 전극을 구성하는 제 1 층의 구성 성분으로부터 일차 입자경이 0.5 ㎛ 이상인 투명한 입자를 제외한 성분의 굴절률의 차이의 절대값이 0.02 이하인, [21] 에 기재된 유기 전계 발광 소자.

[23]

[1] ∼ [22] 중 어느 한 항에 기재된 유기 전계 발광 소자를 포함하는 면 광원.

[24]

[1] ∼ [22] 중 어느 한 항에 기재된 유기 전계 발광 소자를 포함하는 조명 장치.

본 발명에 의하면, 광취출 효율이 우수하고, 또한 광취출층을 별도 제조할 필요가 없고, 성막 프로세스가 간편하여 비용적으로 유리한 투명 전극을 갖는 유기 전계 발광 소자를 제공할 수 있다.

도 1 은, 본 발명의 유기 전계 발광 소자의 일례의 사시도를 나타내는 개략도이다.
도 2 는, 본 발명의 유기 전계 발광 소자의 일례의 단면도를 나타내는 개략도이다.
도 3 은, 본 발명의 유기 전계 발광 소자의 일례를 평면에서 본 개략도이다.
도 4 는, 본 발명의 유기 전계 발광 소자의 일례의 사시도를 나타내는 개략도이다.
도 5 는, 본 발명의 유기 전계 발광 소자의 일례의 사시도를 나타내는 개략도이다.
도 6 은, 본 발명의 유기 전계 발광 소자의 반사체가 구면인 경우의 곡률 반경을 설명기 위한 개략도이다.
도 7 은, 실시예 1 의 유기 전계 발광 소자를 나타내는 개략도이다.
도 8 은, 실시예 2 의 유기 전계 발광 소자를 나타내는 개략도이다.
도 9 는, 실시예 3 의 유기 전계 발광 소자를 나타내는 개략도이다.
도 10 은, 실시예 4 의 유기 전계 발광 소자를 나타내는 개략도이다.
도 11 은, 실시예 5 의 유기 전계 발광 소자를 나타내는 개략도이다.
도 12 는, 실시예 6 의 유기 전계 발광 소자를 나타내는 개략도이다.
도 13 은, 계산 모델 1 의 유기 전계 발광 소자를 나타내는 개략도이다.
도 14 는, 계산 모델 2 의 유기 전계 발광 소자를 나타내는 개략도이다.
도 15 는, 계산 모델 3 의 유기 전계 발광 소자를 나타내는 개략도이다.
도 16 은, 계산 모델 4 의 유기 전계 발광 소자를 나타내는 개략도이다.
도 17 은, 계산 모델 1 ∼ 4 에 있어서, D/W 와 광취출 효율 배율의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 18 은, 계산 모델 3 에 있어서, R/W 와 광취출 효율 배율의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 19 는, 계산 모델 5 의 유기 전계 발광 소자를 나타내는 개략도이다.
도 20 은, 계산 모델 6 의 유기 전계 발광 소자를 나타내는 개략도이다.
도 21 은, 계산 모델 5 ∼ 6 에 있어서, 저굴절률층의 굴절률과 광취출 효율 배율의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 22 는, 종래의 유기 전계 발광 소자의 일례를 나타내는 개략도이다.
도 23 은, 특허문헌 1 의 유기 전계 발광 소자의 일례를 나타내는 개략도이다.
도 24 는, 특허문헌 2 의 유기 전계 발광 소자의 일례를 나타내는 개략도이다.
도 25 는, 특허문헌 3 의 유기 전계 발광 소자의 일례를 나타내는 개략도이다.
도 26 은, 특허문헌 5 의 유기 전계 발광 소자의 일례를 나타내는 개략도이다.

본 발명의 유기 전계 발광 소자는, 투명 기판, 제 1 투명 전극, 유기 발광층, 및 제 2 투명 전극을 이 순서로 갖는 적층체와,

상기 적층체의 투명 기판에 대해 제 2 투명 전극을 갖는 측에 상기 적층체와 간격을 갖고 형성된, 유기 발광층에서 발생한 광을 반사시키는 반사체를 갖고,

상기 제 1 투명 전극은, 일차 입자경이 0.5 ㎛ 이상인 투명한 입자를 적어도 1 종 함유하는 투명 도전층이고,

상기 반사체의 상기 적층체측의 표면은, 반사체와 적층체의 거리가 가장 짧은 점 또는 선을 1 개 갖고, 그 점 또는 선으로부터 멀어짐에 따라 반사체와 적층체의 거리가 단조롭게 증가하는 형상을 갖고,

상기 적층체의 적층 방향에 있어서의 평면시 (平面視) 에 있어서, 상기 반사체가 상기 유기 발광층 전체를 덮고 있는 유기 전계 발광 소자이다.

도 1 에 본 발명의 유기 전계 발광 소자의 일례의 개략도 (사시도) 를 나타낸다.

도 1 에 기재된 유기 전계 발광 소자 (100) 는, 투명 기판 (1), 일차 입자경이 0.5 ㎛ 이상인 투명한 입자를 적어도 1 종 함유하는 투명 도전층 (광취출 성능을 갖는 제 1 투명 전극) (2), 유기 발광층 (3), 및 제 2 투명 전극 (4) 을 이 순서로 갖는 적층체 (10) 와, 상기 적층체 (10) 의 투명 기판 (1) 에 대해 제 2 투명 전극 (4) 을 갖는 측에 상기 적층체 (10) 와 간격을 갖고 형성된, 반사체 (5) 를 갖고 있다. 적층체 (10) 와 반사체 (5) 사이에는 유기 발광층의 굴절률보다 낮은 굴절률을 갖는 저굴절률층 (바람직하게는 공기층) 을 갖고 있다.

상기 반사체 (5) 의 상기 적층체 (10) 측의 표면은, 반사체 (5) 와 적층체 (10) 의 거리가 가장 짧은 점을 1 개 갖고, 그 점에서 멀어짐에 따라 반사체 (5) 와 적층체 (10) 의 거리가 단조롭게 증가하는 형상을 갖고 있다.

도 2 에, 도 1 의 유기 전계 발광 소자를 옆에서 본 단면 모식도를 나타낸다.

도 2 에 있어서의 적층체 (10) 의 적층 방향 A 로부터 평면에서 보았을 때의 개략도를 도 3 에 나타낸다.

도 3 에 나타내는 바와 같이, 상기 적층체 (10) 의 적층 방향 A 에 있어서의 평면시에 있어서, 상기 반사체 (5) 가 상기 유기 발광층 (3) 의 전체를 덮고 있다. 점 P 는 반사체 (5) 와 적층체 (10) 의 거리가 가장 짧은 점을 나타낸다. W 는, 적층체 (10) 의 적층 방향 A 에 있어서의 평면시에 있어서 유기 발광층 (3) 의 형상이 정방형인 경우의, 그 정방형의 한 변의 변길이를 나타낸다.

또한, 도 3 에는, 적층체 (10) 중 유기 발광층 (3) 만을 도시하고, 투명 기판 (1), 일차 입자경이 0.5 ㎛ 이상인 투명한 입자를 적어도 1 종 함유하는 투명 도전층 (광취출 성능을 갖는 제 1 투명 전극) (2), 및 제 2 투명 전극 (4) 에 대해서는 도시하지 않았다.

도 2 에 본 발명의 유기 전계 발광 소자의 광전파 원리도를 나타낸다. 도 2 에 기재된 본 발명의 유기 전계 발광 소자 (100) 에서는, 유기 발광층 (3) 으로부터 발광한 광이 광취출 성능을 갖는 제 1 투명 전극 (2) 으로 방사되어 산란되고, 어느 비율로 광취출측 (투명 기판 (1) 측) 의 정면 공기 중에 방사되고 (광선 a), 다른 광이 유기 EL 소자 내로 되돌아간다. 소자 내로 되돌아가는 광선 f, 광선 g, 광선 h 중, 광선 f 가 유기 발광층의 굴절률과 저굴절률층의 굴절률의 차이에 의한 전반사 임계 각도보다 큰 각도의 광이고, 전반사를 이용하여 광취출층으로 되돌아간다. 한편, 저방사 각도광인 광선 g 및 광선 h 는 유기 발광층 (3) 과 반사체 (5) 사이에 형성된 저굴절률층으로 방사되고, 반사체 (5) 의 표면에서 반사되어 방사 방향이 변환되어, 유기 EL 소자를 피해 정면 (투명 기판 (1) 측) 으로 방사된다. 이로 인해, 광선 f 와 같은 고각도광이 반사체 (5) 에 의해 흡수되는 것을 방지하고, 또한 광선 g 및 광선 h 와 같은 저각도광이 유기 전계 발광 소자 내부로 되돌아감으로써 유기층에 흡수되는 것을 방지할 수 있기 때문에, 높은 광취출 효율의 유기 EL 발광 소자가 실현된다.

본 발명의 유기 전계 발광 소자는 상기 구성이지만, 추가로 필요에 따라 기타 부재를 갖고 있어도 된다.

이하, 본 발명의 유기 전계 발광 소자의 각 부재에 대하여 설명한다.

[투명 기판]

본 발명의 유기 전계 발광 소자에 포함되는 투명 기판에 대하여 설명한다.

투명 기판으로는, 그 형상, 구조, 크기, 재료 등에 대해서는 특별히 제한은 없고, 목적에 따라 적절히 선택할 수 있으며, 상기 형상으로는, 예를 들어 평판상등을 들 수 있고, 상기 구조로는, 단층 구조여도 되고, 적층 구조여도 되며, 상기 크기는 적절히 선택할 수 있다.

투명 기판의 재료로는, 특별히 제한은 없고, 목적에 따라 적절히 선택할 수 있으며, 예를 들어, 이트리아 안정화 지르코니아 (YSZ), 유리 (무알칼리 유리, 소다 라임 유리 등) 등의 무기 재료, 폴리에틸렌테레프탈레이트 (PET), 폴리에틸렌나프탈레이트 (PEN) 등의 폴리에스테르 수지, 폴리카보네이트, 폴리이미드 수지 (PI), 폴리에틸렌, 폴리염화비닐, 폴리염화비닐리덴, 폴리스티렌, 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체 등을 들 수 있다. 이들은 1 종 단독으로 사용해도 되고, 2 종 이상을 병용해도 된다.

상기 기판의 표면은 그 위에 형성하는 광취출 성능을 갖는 제 1 투명 전극과의 밀착성을 향상시키기 위해서 표면 활성화 처리를 실시하는 것이 바람직하다. 상기 표면 활성화 처리로는, 예를 들어 글로 방전 처리, 코로나 방전 처리, 유리 기판의 실란 커플링 처리 등을 들 수 있다.

투명 기판은 적절히 합성한 것이어도 되고, 시판품을 사용해도 된다.

투명 기판의 두께로는, 특별히 제한은 없고, 목적에 따라 적절히 선택할 수 있으며, 10 ㎛ 이상이 바람직하고, 50 ㎛ 이상이 보다 바람직하다.

투명 기판의 가시광 범위 내 (파장 400 ∼ 780 ㎚) 의 투과율은 90 ％ 이상인 것이 바람직하다.

투명 기판의 굴절률은 1.3 이상 1.8 이하가 바람직하고, 1.4 이상 1.7 이하가 보다 바람직하며, 1.4 이상 1.6 이하가 더욱 바람직하다. 투명 기판의 굴절률이 1.3 이상이면, 투명 기판과 광취출 성능을 갖는 제 1 투명 전극의 굴절률 차이가 지나치게 커지지 않고, 광취출 성능을 갖는 제 1 투명 전극으로부터의 광이 입사할 때, 프레넬 반사가 지나치게 강해지지 않아, 광취출 효율이 향상되기 쉽다. 투명 기판의 굴절률이 1.8 이하이면, 투명 기판과 공기 (광 출사측) 의 굴절률 차이가 지나치게 커지지 않고, 프레넬 반사가 지나치게 강해지지 않아, 광취출 효율이 향상되기 쉽다.

[제 1 투명 전극]

본 발명의 유기 전계 발광 소자에 있어서의 제 1 투명 전극에 대하여 설명한다.

제 1 투명 전극은 일차 입자경이 0.5 ㎛ 이상인 투명한 입자 (「광확산 미립자」 라고 칭하는 경우도 있다) 를 적어도 1 종 함유하는 투명 도전층이다. 제 1 투명 전극은 광취출 성능을 갖는 투명 전극이며, 투명 전극과 광취출층의 기능을 겸하고 있다.

제 1 투명 전극은, 광확산 미립자를 적어도 1 종 함유하고 있으면 구성 성분에 특별히 제한은 없지만, 예를 들어, 광확산 미립자와 도전성 매트릭스에 의해 구성할 수 있다.

여기서, 본 명세서에 있어서의 광확산 미립자의 일차 입자경이란, 광확산 미립자 1 g 을 메탄올 200 g 에 분산시키고, 베크만·쿨터 주식회사 제조의 「멀티사이저 II」 정밀 입도 분포 측정 장치를 사용하여, 광확산 미립자의 입자경의 측정을 실시하고, 체적 기준으로 평균 입자경이 되도록 산출된 일차 입자경이다.

또, 투명 전극에 있어서의 「투명」 이란, 막두께 100 ㎚ 에서의 파장 500 ㎚ 의 투과율 70 ％ 이상인 것을 의미한다. 투과율은, 히타치 하이테크사 제조 분광 광도계 U-3310 을 사용하여 측정되는 것이다.

제 1 투명 전극의 막두께는, 광투과성과 저항의 밸런스의 관점에서 100 ㎚ 이상 5 ㎛ 이하인 것이 바람직하고, 200 ㎚ 이상 3 ㎛ 이하인 것이 보다 바람직하며, 300 ㎚ 이상 2 ㎛ 이하인 것이 더욱 바람직하다.

제 1 투명 전극의 평균 두께는, 예를 들어 제 1 투명 전극의 일부를 잘라내어, 주사형 전자 현미경 (S-3400N, 히타치 하이테크 주식회사 제조) 으로 측정하여 구할 수 있다.

[광확산 미립자]

광확산 미립자로는, 일차 입자경이 0.5 ㎛ 이상인 투명한 입자로서, 광을 산란 또는 확산 가능한 것이면 특별히 제한은 없고, 목적에 따라 적절히 선택할 수 있으며, 유기 입자여도 되고 무기 입자여도 되고, 2 종 이상의 입자를 함유하고 있어도 상관없다.

여기서, 투명한 입자란, 가시광 영역, 특히 450 ∼ 750 ㎚ 의 파장 범위에 있어서, 투과 산란 성분도 포함한 투과광량 (I_T) 과 산란 반사 성분도 포함한 반사광량 (I_R) 의 합계값과, 입사광량 (I₀) 으로부터 하기의 관계식을 이용하여 구해지는 흡광도 (A (λ)) 가 1 이하인 것을 의미한다.

A (λ) = ―log₁₀{(I_T＋I_R)/I₀}

상기 유기 입자로는, 예를 들어 폴리메틸메타크릴레이트 입자, 가교 폴리메틸메타크릴레이트 입자, 아크릴-스티렌 공중합체 입자, 멜라민 입자, 폴리카보네이트 입자, 폴리스티렌 입자, 가교 폴리스티렌 입자, 폴리염화비닐 입자, 벤조구아나민-멜라민포름알데히드 입자 등의 수지 입자를 들 수 있다.

상기 무기 입자로는, 예를 들어 ZrO₂, TiO₂, Al₂O₃, In₂O₃, ZnO, SnO₂, Sb₂O₃, 등을 들 수 있다. 이들 중에서도, TiO₂, ZrO₂, ZnO, SnO₂ 가 특히 바람직하다.

이들 중에서도, 상기 광확산 미립자로는, 내용제성과 바인더 중의 분산성의 점에서 가교 상태의 수지 입자가 바람직하고, 가교 폴리메틸메타크릴레이트 입자가 특히 바람직하다.

상기 광확산 미립자가 가교 상태의 수지 입자인 것은, 용제, 예를 들어 톨루엔 중에 분산시키고, 수지 입자의 잘 녹지 않는 점을 봄으로써 확인할 수 있다.

광확산 미립자의 굴절률은, 특별히 제한은 없고, 목적에 따라 적절히 선택할 수 있지만, 1.0 이상 3.0 이하가 바람직하고, 1.2 이상 2.6 이하가 보다 바람직하며, 1.3 이상 1.7 이하가 더욱 바람직하다. 상기 굴절률이 1.0 이상 3.0 이하이면, 광확산 (산란) 이 지나치게 강해지지 않기 때문에, 광취출 효율이 향상하기 쉽다.

광확산 미립자의 굴절률은, 상기 광확산 미립자의 원료가 되는 재료를, 굴절률 측정에 사용하는 엘립소미터의 광원의 파장 정도의 두께로 실리콘 기판 상에 성막하고, 상기 막을 상기 엘립소미터에 의해 측정하는 굴절률이다. 후술하는 일차 입자경이 100 ㎚ 이하인 입자의 굴절률도 동일하게 측정되는 굴절률이다.

광확산 미립자의 일차 입자경은 0.5 ㎛ 이상 10 ㎛ 이하가 바람직하고, 0.5 ㎛ 이상 6 ㎛ 이하가 보다 바람직하며, 1 ㎛ 이상 3 ㎛ 이하가 더욱 바람직하다. 상기 광확산 미립자의 일차 입자경이 10 ㎛ 이하이면, 광이 전방 산란이 잘 되지 않고, 광확산 미립자에 의한 광의 각도를 변환하는 능력이 잘 저하되지 않는다.

한편으로, 상기 광확산 미립자의 일차 입자경이 0.5 ㎛ 미만이면, 가시광의 파장보다 작아져, 미 산란이 레일리 산란의 영역으로 변화한다. 이로 인해, 광확산 미립자의 산란 효율의 파장 의존성이 커져, 유기 전계 발광 소자의 색도가 변화하기 쉬워지기 때문에 바람직하지 않다.

제 1 투명 전극에 있어서의 광확산 미립자의 함유량은 30 체적％ 이상 66 체적％ 이하가 바람직하고, 40 체적％ 이상 60 체적％ 이하가 보다 바람직하며, 45 체적％ 이상 55 체적％ 이하가 특히 바람직하다. 상기 함유량이 30 체적％ 이상이면, 제 1 투명 전극으로 입사된 광이 광확산 미립자에 산란될 확률이 높고, 제 1 투명 전극의 광 각도를 변환시키는 능력이 크기 때문에, 제 1 투명 전극의 두께를 크게 하지 않아도 광취출 효율이 향상된다. 또, 상기 제 1 투명 전극의 두께를 크게 하지 않아도 되기 때문에 비용 저감으로 이어지고, 제 1 투명 전극의 두께의 편차가 작아져, 발광면 내의 산란 효과에 편차가 잘 생기지 않는다. 한편, 상기 함유량이 66 체적％ 이하이면, 상기 제 1 투명 전극의 표면이 크게 지나치게 거칠어지지 않고, 내부에도 공동 (空洞) 이 생기기 어렵기 때문에, 상기 제 1 투명 전극의 물리적 강도가 잘 저하되지 않는다.

제 1 투명 전극은, 광취출 효율의 관점에서, 상기 수지 입자와 광촉매 불활성 처리한 산화티탄 미립자를 포함하는 것이 바람직하다. 그 광촉매 불활성 처리한 산화티탄 미립자의 구체예 및 바람직한 범위는 상기 제 1 투명 전극에 있어서 설명한 것과 동일하다.

[일차 입자경이 100 ㎚ 이하인 입자]

제 1 투명 전극은 일차 입자경이 100 ㎚ 이하인 입자 (이하, 「나노 사이즈 입자」 라고 칭하는 경우도 있다) 를 추가로 함유할 수 있다.

(도전성 매트릭스보다 큰 굴절률을 갖는 나노 사이즈 입자)

상기 나노 사이즈 입자로는, 굴절률이 후술하는 도전성 매트릭스의 굴절률에 비해 높은 (큰) 것이 바람직하다. 나노 사이즈 입자의 굴절률이 도전성 매트릭스의 굴절률에 비해 크면, 제 1 투명 전극 전체의 굴절률을 크게 할 수 있기 때문에, 광취출 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.

광학 박막의 막두께는 광의 파장보다 두꺼운 (큰) 경우, 예를 들어 수 파장분이 있는 경우, 광과 광학 박막과 상호 작용할 때, 광학 박막의 물성은 광학 박막의 벌크 물성으로서 작용한다. 광학 박막의 벌크 물성 (굴절률) 은 광학 박막이 구성되는 재료의 굴절률의 체적 평균에 대응하고 있다. 어느 광학 박막에 고굴절률 재료가 도프되면, 광학 박막의 벌크 물성 (굴절률) 이 커진다. 따라서, 도전성 매트릭스의 굴절률에 비해 높은 (큰) 굴절률을 갖는 나노 사이즈 입자가 도전성 매트릭스에 분산되면, 이 도전성 투명막 (나노 입자를 포함하는 도전성 매트릭스) 의 굴절률이 원래의 도전성 매트릭스의 굴절률보다 높아진다.

유기 발광층으로부터 발광되는 광이 유기 유기층이나 투명 전극을 통해 투과, 반사 또는 전반사되어 전파된다. 광이 유기 발광층의 굴절률과 동일한 혹은 큰 굴절률을 갖는 층에 입사하는 경우, 프레넬 반사를 하면서, 전체 각도의 광의 대부분이 이 층에 입사할 수 있고, 한편, 광이 유기 발광층의 굴절률보다 작은 굴절률을 갖는 층에 입사하는 경우, 굴절률 차이로부터 전반사가 발생하여, 전반사 임계 각도보다 큰 방사 각도의 광이 이 층에 입사할 수 없다.

따라서, 제 1 투명 전극에 광이 보다 많이 입사할 수 있는 조건은 제 1 투명 전극의 굴절률이 유기 발광층의 굴절률과 동일한 혹은 큰 것이다.

또, 광취출 효율을 향상시키기 위해서는, 보다 많은 광을 광취출 기능이 있는 층으로 유도하는 것이므로, 제 1 투명 전극의 굴절률을 크게 할 수 있으면, 광취출 효율을 향상시킬 수 있다.

도전성 매트릭스보다 큰 굴절률을 갖는 나노 사이즈 입자로는, 무기 미립자가 바람직하고, 금속 산화물 미립자이며, 예를 들어, 알루미늄, 티타늄, 지르코늄, 안티몬의 산화물의 미립자가 바람직하고, 굴절률의 관점에서, 산화티탄의 미립자가 특히 바람직하다. 산화티탄 미립자는 광촉매 효과를 불활성 처리한 것인 것이 바람직하다.

-광촉매 불활성 처리한 산화티탄 미립자-

광촉매 불활성 처리한 산화티탄 미립자는, 광촉매 활성을 갖지 않으면 특별히 제한은 없고, 목적에 따라 적절히 선택할 수 있지만, (1) 산화티탄 미립자 표면을 알루미나, 실리카, 및 지르코니아 중 적어도 1 종으로 피복한 산화티탄 미립자, (2) 상기 (1) 의 피복한 산화티탄 미립자의 피복 표면에 수지를 피복하여 이루어지는 산화티탄 미립자 등을 들 수 있다. 상기 수지로는, 예를 들어 폴리메타크릴산메틸 (PMMA) 등을 들 수 있다.

상기 광촉매 불활성 처리한 산화티탄 미립자가 광촉매 활성을 갖지 않는 것의 확인은, 예를 들어 메틸렌 블루법에 의해 실시할 수 있다.

상기 광촉매 불활성 처리한 산화티탄 미립자에 있어서의 산화티탄 미립자로는, 특별히 제한은 없고, 목적에 따라 적절히 선택할 수 있으며, 상기 결정 구조는 루틸, 루틸/아나타아제의 혼정, 아나타아제가 주성분인 것이 바람직하고, 특히 루틸 구조가 주성분인 것이 바람직하다.

상기 산화티탄 미립자는 산화티탄 이외의 금속 산화물을 첨가하여 복합화시켜도 상관없다.

상기 산화티탄 미립자에 복합화시킬 수 있는 금속 산화물로는, Sn, Zr, Si, Zn, 및 Al 에서 선택되는 적어도 1 종의 금속 산화물이 바람직하다.

상기 금속 산화물의 티탄에 대한 첨가량은 1 몰％ ∼ 40 몰％ 가 바람직하고, 2 몰％ ∼ 35 몰％ 가 보다 바람직하며, 3 몰％ ∼ 30 몰％ 가 더욱 바람직하다.

도전성 매트릭스보다 큰 굴절률을 갖는 나노 사이즈 입자의 평균 입자 사이즈 (일차 입자경) 는 1 ㎚ 이상 100 ㎚ 이하인 것이 바람직하고, 1 ㎚ 이상 30 ㎚ 이하가 더욱 바람직하고, 1 ㎚ 이상 25 ㎚ 이하가 특히 바람직하며, 1 ㎚ 이상 20 ㎚ 이하가 가장 바람직하다. 일차 입자경이 100 ㎚ 이하이면, 분산액이 백탁하기 어렵고, 침강이 잘 일어나지 않기 때문에 바람직하고, 1 ㎚ 이상이면, 결정 구조가 확실하여 아모르퍼스가 되지 않고, 시간 경과적으로 겔화 등의 변화가 잘 일어나지 않기 때문에 바람직하다.

상기 일차 입자경은, 예를 들어, X 선 회절 장치로 측정된 회절 패턴의 반가폭으로부터의 계산이나 전자 현미경 (TEM) 촬영 이미지의 직경으로부터의 통계 계산 등에 의해 측정할 수 있다.

도전성 매트릭스보다 큰 굴절률을 갖는 나노 사이즈 입자의 형상은, 특별히 제한은 없고, 목적에 따라 적절히 선택할 수 있지만, 예를 들어, 미립상, 구형상, 입방체상, 방추 형상, 또는 부정 형상이 바람직하다. 상기 산화티탄 미립자는 1 종을 단독으로 사용해도 되지만, 2 종류 이상을 병용하여 사용할 수도 있다.

도전성 매트릭스보다 큰 굴절률을 갖는 나노 사이즈 입자는, 제 1 투명 전극의 굴절률을 높게 하기 위해서, 굴절률이 2.0 이상 3.0 이하인 것이 바람직하고, 2.2 이상 3.0 이하인 것이 보다 바람직하고, 2.2 이상 2.8 이하가 더욱 바람직하며, 2.2 이상 2.6 이하가 특히 바람직하다. 상기 굴절률이 2.0 이상이면, 제 1 투명 전극의 굴절률을 효과적으로 높일 수 있고, 상기 굴절률이 3.0 이하이면, 입자가 착색되는 등의 문제가 없으므로 바람직하다.

도전성 매트릭스보다 큰 굴절률을 갖는 나노 사이즈 입자의 굴절률은 이하와 같이 하여 측정할 수 있다. 굴절률 기지 (旣知) 의 수지 재료에 도전성 매트릭스보다 큰 굴절률을 갖는 입자를 도프하고, 그 입자가 분산된 수지 재료를 Si 기판, 또는 석영 기판 상에 도포막을 형성한다. 상기 도포막의 굴절률을 엘립소미터로 측정하여, 상기 도포막을 구성하는 수지 재료와 상기 입자의 체적 분율로부터 상기 입자의 굴절률을 알 수 있다.

도전성 매트릭스보다 큰 굴절률을 갖는 나노 사이즈 입자는, 상기 제 1 투명 전극의 굴절률을 유기층 (특히 발광층) 의 굴절률 이상으로 고굴절률화할 필요가 있다는 이유에서, 제 1 투명 전극 중에, 제 1 투명 전극의 전체 체적에 대해 10 체적％ 이상 50 체적％ 이하 함유되는 것이 바람직하고, 15 체적％ 이상 50 체적％ 이하 함유되는 것이 보다 바람직하며, 20 체적％ 이상 50 체적％ 이하 함유되는 것이 더욱 바람직하다. 상기 함유량이 10 체적％ 이상이면, 제 1 투명 전극의 굴절률을 효과적으로 올릴 수 있고, 광취출 효과가 향상되기 때문에 바람직하고, 50 체적％ 이하이면, 레일리 산란이 강해지지 않아, 광취출 효과가 향상되기 때문에 바람직하다.

본 발명에 있어서는, 제 1 투명 전극의 굴절률은, 광취출 효율 향상의 관점에서, 유기 전계 발광 소자의 유기 발광층의 굴절률 이상이며, 유기 전계 발광 장치의 발광층 등의 유기층의 굴절률 이상인 것이 바람직하고, 구체적으로는, 1.7 이상 2.2 이하인 것이 바람직하고, 1.7 이상 2.1 이하인 것이 보다 바람직하며, 1.7 이상 2.0 이하인 것이 더욱 바람직하다.

제 1 투명 전극은, 일차 입자경이 0.5 ㎛ 이상인 투명한 입자와 도전성 고분자를 포함하는 조성물을 투명 기판 상에 도포하고, 건조시켜 얻어진 층인 것이 바람직하다. 이 입자의 굴절률은 도전성 매트릭스의 굴절률과는 다르기 때문에, 미립자 산란에 의한 입사된 광의 방사 각도를 변환하는 기능도 갖는다. 이와 같이 제 1 투명 전극을 도포법으로 형성함으로써, 도전층과 확산층을 분리하여 형성한 종래 구성에 비해, 도전층과 확산층을 함께 함으로써 프로세스가 간략화되고, 증착 등의 진공 프로세스보다 프로세스가 감소되어 에너지 절약되며, 비용 다운으로 이어진다. 또한, 확산층을 형성하지 않기 때문에, 그것들로부터 발생 (투과) 하는 가스 등은 없어지기 때문에, 유기층에 대한 대미지가 경감하므로 생산성도 우수하다.

제 1 투명 전극의 저항은 1 Ω／□ (Ω／sq.) 이상 1000 Ω／□ 이하인 것이 바람직하고, 1 Ω／□ 이상 500 Ω／□ 이하인 것이 보다 바람직하며, 1Ω／□ 이상 300 Ω／□ 이하인 것이 더욱 바람직하다.

제 1 투명 전극의 광투과율은 70 ％ 이상 99 ％ 이하인 것이 바람직하고, 75 ％ 이상 99 ％ 이하인 것이 보다 바람직하며, 80 ％ 이상 99 ％ 이하인 것이 더욱 바람직하다.

[도전성 매트릭스]

제 1 투명 전극은 도전성 매트릭스를 함유하는 것이 바람직하다. 도전성 매트릭스는 도전성 고분자인 것이 바람직하다.

도전성 고분자로는, π 공액계 도전성 고분자, σ 공액계 도전성 고분자가 바람직하고, π 공액계 도전성 고분자가 보다 바람직하다.

σ 공액계 도전성 고분자로는, 폴리(메틸페닐실란), 폴리(메틸프로필실란), 폴리(페닐-p-비페닐실란), 폴리(디헥실실란) 등을 들 수 있다.

(π 공액계 도전성 고분자)

π 공액계 도전성 고분자로는, 주사슬이 π 공액계로 구성되어 있는 유기 고분자이면 특별히 제한되지 않는다. π 공액계 도전성 고분자는, 화합물 안정성, 고도전성이라는 이유에서, π 공액계 복소 고리형 화합물 또는 π 공액계 복소 고리형 화합물의 유도체인 것이 바람직하다.

π 공액계 도전성 고분자로는, 지방족 공액계의 폴리아세틸렌, 폴리아센, 폴리아줄렌, 방향족 공액계의 폴리페닐렌, 복소 고리형 공액계의 폴리피롤, 폴리티오펜, 폴리이소티아나프텐, 함헤테로 원자 공액계의 폴리아닐린, 폴리티에닐렌비닐렌, 혼합형 공액계의 폴리(페닐렌비닐렌), 분자 중에 복수의 공액 사슬을 갖는 공액계인 복사슬형 공액계, 이들의 도전성 폴리머의 유도체, 및, 이들의 공액 고분자 사슬을 포화 고분자에 그래프트 또는 블록 공중합한 고분자인 도전성 복합체로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 일종을 들 수 있다.

공기 중에서의 안정성의 점에서는, 폴리피롤, 폴리티오펜 및 폴리아닐린 또는 이들의 유도체가 바람직하고, 폴리티오펜, 폴리아닐린, 또는 이들의 유도체 (즉, 폴리티오펜, 폴리아닐린, 폴리티오펜 유도체, 및 폴리아닐린 유도체) 가 보다 바람직하다.

π 공액계 도전성 고분자는 무치환 상태로도 충분한 도전성이나 바인더 수지에 대한 상용성을 얻을 수 있지만, 도전성 및 상용성을 보다 높이기 위해서는, 알킬기, 카르복실기, 술포기, 알콕시기, 하이드록시기 등의 관능기를 π 공액계 도전성 고분자에 도입하는 것이 바람직하다.

π 공액계 도전성 고분자의 구체예로는,

폴리피롤류：폴리피롤, 폴리(N-메틸피롤), 폴리(3-메틸피롤), 폴리(3-에틸피롤), 폴리(3-n-프로필피롤), 폴리(3-부틸피롤), 폴리(3-옥틸피롤), 폴리(3-데실피롤), 폴리(3-도데실피롤), 폴리(3,4-디메틸피롤), 폴리(3,4-디부틸피롤), 폴리(3-카르복시피롤), 폴리(3-메틸-4-카르복시피롤), 폴리(3-메틸-4-카르복시에틸피롤), 폴리(3-메틸-4-카르복시부틸피롤), 폴리(3-하이드록시피롤), 폴리(3-메톡시피롤), 폴리(3-에톡시피롤), 폴리(3-부톡시피롤), 폴리(3-메틸-4-헥실옥시피롤),

폴리티오펜류：폴리(티오펜), 폴리(3-메틸티오펜), 폴리(3-에틸티오펜), 폴리(3-프로필티오펜), 폴리(3-부틸티오펜), 폴리(3-헥실티오펜), 폴리(3-헵틸티오펜), 폴리(3-옥틸티오펜), 폴리(3-데실티오펜), 폴리(3-도데실티오펜), 폴리(3-옥타데실티오펜), 폴리(3-브로모티오펜), 폴리(3-클로로티오펜), 폴리(3-요오드티오펜), 폴리(3-시아노티오펜), 폴리(3-페닐티오펜), 폴리(3,4-디메틸티오펜), 폴리(3,4-디부틸티오펜), 폴리(3-하이드록시티오펜), 폴리(3-메톡시티오펜), 폴리(3-에톡시티오펜), 폴리(3-부톡시티오펜), 폴리(3-헥실옥시티오펜), 폴리(3-헵틸옥시티오펜), 폴리(3-옥틸옥시티오펜), 폴리(3-데실옥시티오펜), 폴리(3-도데실옥시티오펜), 폴리(3-옥타데실옥시티오펜), 폴리(3-메틸-4-메톡시티오펜), 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜), 폴리(3-메틸-4-에톡시티오펜), 폴리(3-카르복시티오펜), 폴리(3-메틸-4-카르복시티오펜), 폴리(3-메틸-4-카르복시에틸티오펜), 폴리(3-메틸-4-카르복시부틸티오펜),

폴리아닐린류：폴리아닐린, 폴리(2-메틸아닐린), 폴리(3-이소부틸아닐린), 폴리(2-아닐린술폰산), 폴리(3-아닐린술폰산) 등을 들 수 있다.

(아니온기를 갖는 고분자 도펀트)

π 공액계 도전성 고분자는 아니온기를 갖는 고분자 도펀트 (「폴리 아니온 도펀트」 라고도 한다) 와 함께 사용하는 것이 바람직하다. 즉, 이 경우에는, 유기 도전성 고분자 화합물 (π 공액계 도전성 고분자) 과 아니온기를 갖는 고분자 도펀트를 포함하는 유기 도전성 고분자 조성물이 된다. π 공액계 도전성 고분자에 아니온기를 갖는 고분자 도펀트를 조합하여 사용함으로써, 높은 도전성, 도전성의 시간 경과적 안정성 개량, 적층체 상태에서의 내수성이 향상한다.

폴리 아니온 도펀트로는, 예를 들어, 치환 또는 미치환의 폴리알킬렌, 치환 또는 미치환의 폴리알케닐렌, 치환 또는 미치환의 폴리이미드, 치환 또는 미치환의 폴리아미드, 및 치환 또는 미치환의 폴리에스테르 중 적어도 어느 것의 구조를 갖고, 또한 아니온기를 갖는 구조 단위를 포함하는 폴리머를 들 수 있다.

폴리 아니온 도펀트의 아니온기로는, -O-SO₃ ^-X^＋, -SO₃ ^-X^＋, -COO^-X^＋ (각 식에 있어서 X^＋ 는 수소 이온, 알칼리 금속 이온을 나타낸다) 를 들 수 있다.

이들 중에서도, 유기 도전성 고분자 화합물에 대한 도핑 능력의 점에서, -SO₃ ^-X^＋, -COO^-X^＋ 가 바람직하다.

상기 폴리 아니온 도펀트 중에서도, 용매 용해성 및 도전성의 점에서, 폴리이소프렌술폰산, 폴리이소프렌술폰산을 포함하는 공중합체, 폴리술포에틸메타크릴레이트, 폴리술포에틸메타크릴레이트를 포함하는 공중합체, 폴리(4-술포부틸메타크릴레이트), 폴리(4-술포부틸메타크릴레이트) 를 포함하는 공중합체, 폴리메탈릴옥시벤젠술폰산, 폴리메탈릴옥시벤젠술폰산을 포함하는 공중합체, 폴리스티렌술폰산, 폴리스티렌술폰산을 포함하는 공중합체 등이 바람직하다.

폴리 아니온 도펀트의 중합도는, 모노머 단위가 10 ∼ 100,000 개의 범위인 것이 바람직하고, 용매 용해성 및 도전성의 점에서는 50 ∼ 10,000 개의 범위가 보다 바람직하다.

폴리 아니온 도펀트의 함유량은, 유기 도전성 고분자 화합물 1 몰에 대해 0.1 ∼ 10 몰의 범위인 것이 바람직하고, 1 ∼ 7 몰의 범위인 것이 보다 바람직하다. 여기서 몰수는, 폴리 아니온 도펀트를 형성하는 아니온기를 포함하는 모노머 유래의 구조 단위수, 및 유기 도전성 고분자 화합물을 형성하는 피롤, 티오펜, 아닐린 등의 모노머 유래의 구조 단위수로 정의된다. 폴리 아니온 도펀트의 함유량이 유기 도전성 고분자 화합물 1 몰에 대해 0.1 몰 이상이면, 유기 도전성 고분자 화합물에 대한 도핑 효과가 커져, 도전성이 충분히 발현한다. 게다가, 용매에 대한 분산성 및 용해성이 높아져, 균일한 분산액을 얻는 것이 용이하다. 또, 폴리 아니온 도펀트의 함유량이 유기 도전성 고분자 화합물 1 몰에 대해 10 몰 이하이면, 유기 도전성 고분자 화합물을 많이 함유시킬 수 있어, 충분한 도전성이 얻어지기 쉽다.

(물 또는 유기 용제에 대한 가용성)

도전성 고분자는, 도포성의 관점에서 물 또는 유기 용제에 가용인 것이 바람직하다. 보다 구체적으로는, 도전성 고분자는 물 또는 함수율이 5 질량％ 이하이고 유전율이 2 ∼ 30 인 유기 용제 중에 적어도 1.0 질량％ 로 가용인 것이 바람직하다. 여기서, 「가용」 이란 용제 중에 단일 분자 상태 또는 복수의 단일 분자가 회합한 상태로 용해되어 있거나, 입자경이 300 ㎚ 이하인 입자상으로 분산되어 있는 상태를 가리킨다.

일반적으로, 유기 도전성 고분자는 친수성이 높고, 물, 또는 물을 주성분으로 하는 용매에 용해되지만, 이와 같은 유기 도전성 고분자를 유기 용제에 가용화하려면, 유기 도전성 고분자를 포함하는 조성물 중에, 유기 용제와의 친화성을 올리는 화합물이나, 유기 용제 중에서의 분산제 등을 첨가하는 방법을 들 수 있다. 또, 유기 도전성 고분자와 폴리 아니온 도펀트를 사용하는 경우에는, 폴리 아니온 도펀트의 소수화 처리를 실시하는 것이 바람직하다.

유기 용제로는, 예를 들어, 알코올류, 방향족 탄화수소류, 에테르류, 케톤류, 에스테르류 등이 바람직하다.

도전층은, 상기 각종 재료를, 투명 기판의 상방에, 예를 들어 딥 코트법, 에어 나이프 코트법, 커튼 코트법, 롤러 코트법, 와이어 바 코트법, 그라비아 코트법, 마이크로 그라비아 코트법, 익스트루전 코트법 등의 공지된 박막 형성 방법으로 도포하고, 건조, 광 및/또는 열 조사함으로써 제조할 수 있다. 바람직하게는, 광 조사에 의한 경화가 신속 경화의 점에서 유리하다. 나아가서는, 광경화 처리 후, 광중합 개시제에 의한 확산층의 경화 (중합 반응) 를 멈춘 후에 가열 처리하는 것도 바람직하다. 이 경우, 가열 온도로는 60 ℃ ∼ 105 ℃ 가 바람직하고, 70 ℃ ∼ 100 ℃ 가 보다 바람직하며, 70 ℃ ∼ 90 ℃ 가 더욱 바람직하다.

광 조사의 광원은, 광중합 개시제가 반응하는 파장 (흡수 파장) 부근이면 어느 것이어도 되고, 흡수 파장이 자외 영역인 경우, 광원으로서 초고압, 고압, 중압, 저압의 각 수은등, 케미컬 램프, 카본 아크등, 메탈 할라이드등, 크세논등, 태양광 등을 들 수 있다. 파장 350 ㎚ ∼ 420 ㎚ 의 입수 가능한 각종 레이저 광원을 멀티 빔화하여 조사해도 된다. 또, 흡수 파장이 적외 영역인 경우, 광원으로는 할로겐 램프, 크세논 램프, 고압 나트륨 램프를 들 수 있고, 파장 750 ㎚ ∼ 1,400 ㎚ 의 입수 가능한 각종 레이저 광원을 멀티 빔화하여 조사해도 된다.

광 조사에 의한 광 라디칼 중합의 경우에는, 공기 또는 불활성 기체 중에서 실시할 수 있지만, 라디칼 중합성 모노머의 중합의 유도기를 짧게 하거나, 또는 중합률을 충분히 높이는 등을 위해서, 가능한 한 산소 농도를 줄인 분위기로 하는 것이 바람직하다. 상기 산소 농도 범위는 0 ∼ 1,000 ppm 이 바람직하고, 0 ∼ 800 ppm 이 보다 바람직하며, 0 ∼ 600 ppm 이 더욱 바람직하다. 조사하는 자외선의 조사 강도는 0.1 mW/㎠ ∼ 100 mW/㎠ 가 바람직하고, 도포막 표면 상에서의 광 조사량은 100 mJ/㎠ ∼ 10,000 mJ/㎠ 가 바람직하고, 100 mJ/㎠ ∼ 5,000 mJ/㎠ 가 보다 바람직하며, 100 mJ/㎠ ∼ 1,000 mJ/㎠ 가 특히 바람직하다. 상기 광 조사량이 100 mJ/㎠ 미만이면, 도전층이 충분히 경화되지 않아, 도전층 상에 다른 층을 도포할 때에 용해, 또, 기판 세정시에 붕괴하는 경우가 있다. 한편, 상기 광 조사량이 10,000 mJ/㎠ 를 초과하면, 도전층의 중합이 지나치게 진행되어 표면이 황변하고, 투과율이 저하되어, 광취출 효율이 저하되는 경우가 있다. 또, 광 조사 공정에서의 온도는 15 ℃ ∼ 70 ℃ 가 바람직하고, 20 ℃ ∼ 60 ℃ 가 보다 바람직하며, 25 ℃ ∼ 50 ℃ 가 특히 바람직하다. 상기 온도가 15 ℃ 미만이면, 광중합에 의한 도전층의 경화에 시간이 걸리는 경우가 있고, 70 ℃ 를 초과하면, 광중합 개시제 자체에 영향을 미쳐, 광중합 (경화) 할 수 없게 되는 경우가 있다.

[유기층]

본 발명의 유기 전계 발광 소자는 적어도 1 층의 유기 발광층을 포함하는 유기층을 갖는다.

유기층은, 적어도 1 층의 유기 발광층을 갖고, 필요에 따라 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 주입층, 전자 수송층 등을 가져도 되고, 또 이들 각 층은 각각 다른 기능을 구비한 것이어도 된다. 각 층의 형성에는 각각 다양한 재료를 사용할 수 있다.

--발광 재료--

상기 발광 재료는, 인광 발광 재료, 형광 발광 재료 등 모두 바람직하게 사용할 수 있다.

상기 발광 재료는, 호스트 화합물과의 사이에서, 이온화 포텐셜의 차이 (ΔIp) 와 전자 친화력의 차이 (ΔEa) 가, 1.2 eV＞ΔIp＞0.2 eV, 및/또는 1.2 eV＞ΔEa＞0.2 eV 의 관계를 만족하는 도펀트인 것이 구동 내구성의 관점에서 바람직하다.

상기 발광층 중의 발광 재료는, 상기 발광층 중에 일반적으로 발광층을 형성하는 전체 화합물 질량에 대해 0.1 질량％ ∼ 50 질량％ 함유되지만, 내구성, 외부 양자 효율의 관점에서 1 질량％ ∼ 50 질량％ 함유되는 것이 바람직하고, 2 질량％ ∼ 50 질량％ 함유되는 것이 보다 바람직하다.

---인광 발광 재료---

상기 인광 발광 재료로는, 일반적으로, 천이 금속 원자 또는 란타노이드 원자를 포함하는 착물을 들 수 있다.

상기 천이 금속 원자로는, 특별히 제한은 없고, 목적에 따라 적절히 선택할 수 있으며, 예를 들어 루테늄, 로듐, 팔라듐, 텅스텐, 레늄, 오스뮴, 이리듐, 금, 은, 구리, 및 백금을 들 수 있고, 보다 바람직하게는, 레늄, 이리듐 및 백금이며, 더욱 바람직하게는 이리듐, 백금이다.

상기 착물의 배위자로는, 예를 들어, G. Wilkinson 등 저, Comprehensive Coordination Chemistry, Pergamon Press 사 1987년 발행, H. Yersin 저, 「Photochemistry and Photophysics of Coordination Compounds」 Springer-Verlag 사 1987년 발행, 야마모토 아키오 저 「유기 금속 화학 -기초와 응용-」 쇼카보사 1982년 발행 등에 기재된 배위자 등을 들 수 있다.

상기 착물은, 화합물 중에 천이 금속 원자를 하나 가져도 되고, 또, 2 개 이상 갖는 이른바 복핵 착물이어도 된다. 이종의 금속 원자를 동시에 함유하고 있어도 된다.

이들 중에서도, 인광 발광 재료로는, 예를 들어, US6303238B1, US6097147, WO00/57676, WO00/70655, WO01/08230, WO01/39234 A2, WO01/41512 A1, WO02/02714 A2, WO02/15645 A1, WO02/44189 A1, WO05/19373 A2, WO2004/108857 A1, WO2005/042444 A2, WO2005/042550 A1, 일본 공개특허공보 2001-247859, 일본 공개특허공보 2002-302671, 일본 공개특허공보 2002-117978, 일본 공개특허공보 2003-133074, 일본 공개특허공보 2002-235076, 일본 공개특허공보 2003-123982, 일본 공개특허공보 2002-170684, EP1211257, 일본 공개특허공보 2002-226495, 일본 공개특허공보 2002-234894, 일본 공개특허공보 2001-247859, 일본 공개특허공보 2001-298470, 일본 공개특허공보 2002-173674, 일본 공개특허공보 2002-203678, 일본 공개특허공보 2002-203679, 일본 공개특허공보 2004-357791, 일본 공개특허공보 2006-93542, 일본 공개특허공보 2006-261623, 일본 공개특허공보 2006-256999, 일본 공개특허공보 2007-19462, 일본 공개특허공보 2007-84635, 일본 공개특허공보 2007-96259 등의 각 공보에 기재된 인광 발광 화합물 등을 들 수 있다. 이들 중에서도, Ir 착물, Pt 착물, Cu 착물, Re 착물, W 착물, Rh 착물, Ru 착물, Pd 착물, Os 착물, Eu 착물, Tb 착물, Gd 착물, Dy 착물, Ce 착물이 바람직하고, Ir 착물, Pt 착물, 또는 Re 착물이 보다 바람직하고, 금속-탄소 결합, 금속-질소 결합, 금속-산소 결합, 금속-황 결합 중 적어도 하나의 배위 양식을 포함하는 Ir 착물, Pt 착물, 또는 Re 착물이 더욱 바람직하며, 발광 효율, 구동 내구성, 색도 등의 관점에서, 3 좌 이상의 다좌 배위자를 포함하는 Ir 착물, Pt 착물, 또는 Re 착물이 특히 바람직하다.

상기 인광 발광 재료의 구체예로서 이하의 화합물을 들 수 있지만, 이들에 한정되는 것은 아니다.

[화학식 1]

[화학식 2]

[화학식 3]

---형광 발광 재료---

상기 형광 발광 재료로는, 특별히 제한은 없고, 목적에 따라 적절히 선택할 수 있으며, 예를 들어 벤조옥사졸, 벤조이미다졸, 벤조티아졸, 스티릴벤젠, 폴리페닐, 디페닐부타디엔, 테트라페닐부타디엔, 나프탈이미드, 쿠마린, 피란, 페리논, 옥사디아졸, 알다진, 피리딘, 시클로펜타디엔, 비스스티릴안트라센, 퀴나크리돈, 피롤로피리딘, 티아디아졸로피리딘, 시클로펜타디엔, 스티릴아민, 방향족 디메틸리딘 화합물, 축합 다고리 방향족 화합물 (안트라센, 페난트롤린, 피렌, 페릴렌, 루브렌, 또는 펜타센 등), 8-퀴놀리놀의 금속 착물, 피로메텐 착물이나 희토류 착물로 대표되는 각종 금속 착물, 폴리티오펜, 폴리페닐렌, 폴리페닐렌비닐렌 등의 폴리머 화합물, 유기 실란, 또는 이들의 유도체 등을 들 수 있다.

--호스트 재료--

상기 호스트 재료로는, 정공 수송성이 우수한 정공 수송성 호스트 재료 (정공 수송성 호스트라고 기재하는 경우가 있다) 및 전자 수송성이 우수한 전자 수송성 호스트 화합물 (전자 수송성 호스트라고 기재하는 경우가 있다) 을 사용할 수 있다.

---정공 수송성 호스트 재료---

상기 정공 수송성 호스트 재료로는, 예를 들어, 이하의 재료를 들 수 있다. 즉, 피롤, 인돌, 카르바졸, 아자인돌, 아자카르바졸, 트리아졸, 옥사졸, 옥사디아졸, 피라졸, 이미다졸, 티오펜, 폴리아릴알칸, 피라졸린, 피라졸론, 페닐렌디아민, 아릴아민, 아미노 치환 칼콘, 스티릴안트라센, 플루오레논, 하이드라존, 스틸벤, 실라잔, 방향족 제 3 급 아민 화합물, 스티릴아민 화합물, 방향족 디메틸리딘계 화합물, 포르피린계 화합물, 폴리실란계 화합물, 폴리(N-비닐카르바졸), 아닐린계 공중합체, 티오펜 올리고머, 폴리티오펜 등의 도전성 고분자 올리고머, 유기 실란, 카본막, 또는 그들의 유도체 등을 들 수 있다.

이들 중에서도, 인돌 유도체, 카르바졸 유도체, 방향족 제 3 급 아민 화합물, 티오펜 유도체, 분자 내에 카르바졸기를 갖는 것이 바람직하고, t-부틸 치환 카르바졸기를 갖는 화합물이 보다 바람직하다.

---전자 수송성 호스트 재료---

상기 전자 수송성 호스트 재료로는, 예를 들어, 피리딘, 피리미딘, 트리아진, 이미다졸, 피라졸, 트리아졸, 옥사졸, 옥사디아졸, 플루오레논, 안트라퀴노디메탄, 안트론, 디페닐퀴논, 티오피란디옥사이드, 카르보디이미드, 플루오레닐리덴메탄, 디스티릴피라진, 불소 치환 방향족 화합물, 나프탈렌페릴렌 등의 복소 고리 테트라카르복실산 무수물, 프탈로시아닌, 또는 그들의 유도체 (다른 고리와 축합 고리를 형성해도 된다), 8-퀴놀리놀 유도체의 금속 착물이나 메탈프탈로시아닌, 벤조옥사졸이나 벤조티아졸을 배위자로 하는 금속 착물로 대표되는 각종 금속 착물 등을 들 수 있다. 이들 중에서도, 내구성의 점에서 금속 착물 화합물이 바람직하고, 금속에 배위하는 적어도 1 개의 질소 원자 또는 산소 원자 또는 황 원자를 갖는 배위자를 갖는 금속 착물이 보다 바람직하다. 상기 금속 착물 전자 수송성 호스트로는, 예를 들어 일본 공개특허공보 2002-235076호, 일본 공개특허공보 2004-214179호, 일본 공개특허공보 2004-221062호, 일본 공개특허공보 2004-221065호, 일본 공개특허공보 2004-221068호, 일본 공개특허공보 2004-327313호 등에 기재된 화합물을 들 수 있다.

상기 정공 수송성 호스트 재료, 전자 수송성 호스트 재료의 구체예로서 이하의 화합물을 들 수 있지만, 이들에 한정되는 것은 아니다.

[화학식 4]

[화학식 5]

[화학식 6]

-정공 주입층, 정공 수송층-

상기 정공 주입층 또는 상기 정공 수송층은, 양극 또는 양극측의 층으로부터 정공을 받아 음극측으로 수송하는 기능을 갖는 층이다. 이들 층에 사용되는 정공 주입 재료, 정공 수송 재료는, 저분자 화합물이어도 되고 고분자 화합물이어도 된다. 구체적으로는, 피롤 유도체, 카르바졸 유도체, 트리아졸 유도체, 옥사졸 유도체, 옥사디아졸 유도체, 이미다졸 유도체, 폴리아릴알칸 유도체, 피라졸린 유도체, 피라졸론 유도체, 페닐렌디아민 유도체, 아릴아민 유도체, 아미노 치환 칼콘 유도체, 스티릴안트라센 유도체, 플루오레논 유도체, 하이드라존 유도체, 스틸벤 유도체, 실라잔 유도체, 방향족 제 3 급 아민 화합물, 스티릴아민 화합물, 방향족 디메틸리딘계 화합물, 프탈로시아닌계 화합물, 포르피린계 화합물, 티오펜 유도체, 유기 실란 유도체, 카본 등을 함유하는 층이 바람직하다.

상기 정공 주입층 또는 상기 정공 수송층에는 전자 수용성 도펀트를 함유시킬 수 있다. 상기 정공 주입층 또는 정공 수송층에 도입하는 전자 수용성 도펀트로는, 전자 수용성으로 유기 화합물을 산화하는 성질을 가지면, 무기 화합물이어도 유기 화합물이어도 사용할 수 있다.

구체적으로는, 무기 화합물은 염화제2철이나 염화알루미늄, 염화갈륨, 염화인듐, 오염화안티몬 등의 할로겐화 금속, 오산화바나듐, 및 삼산화몰리브덴 등의 금속 산화물 등을 들 수 있다. 유기 화합물의 경우에는, 치환기로서 니트로기, 할로겐, 시아노기, 트리플루오로메틸기 등을 갖는 화합물, 퀴논계 화합물, 산무수물계 화합물, 플러렌 등을 바람직하게 사용할 수 있다.

이들 전자 수용성 도펀트는 단독으로 사용해도 되고, 2 종 이상을 사용해도 된다. 전자 수용성 도펀트의 사용량은 재료의 종류에 따라 상이하지만, 정공 수송층 재료에 대해 0.01 질량％ ∼ 50 질량％ 가 바람직하고, 0.05 질량％ ∼ 40 질량％ 가 더욱 바람직하며, 0.1 질량％ ∼ 30 질량％ 가 특히 바람직하다.

상기 정공 주입층 또는 정공 수송층은 상기 서술한 재료의 1 종 또는 2 종 이상으로 이루어지는 단층 구조여도 되고, 동일 조성 또는 이종 조성의 복수층으로 이루어지는 다층 구조여도 된다.

상기 발광층의 두께는 특별히 제한은 없고, 목적에 따라 적절히 선택할 수 있으며, 1 ㎚ ∼ 5 ㎛ 가 바람직하고, 5 ㎚ ∼ 1 ㎛ 가 보다 바람직하며, 10 ㎚ ∼ 500 ㎚ 가 더욱 바람직하다.

상기 발광층의 형성 방법은 특별히 제한은 없고, 목적에 따라 적절히 선택할 수 있으며, 예를 들어 저항 가열 증착, 전자 빔, 스퍼터링, 분자 적층법, 코팅법 (스핀 코트법, 캐스트법, 딥 코트법 등), LB 법 등의 방법을 들 수 있다. 이들 중에서도 저항 가열 증착, 코팅법이 특히 바람직하다.

-전자 주입층, 전자 수송층-

상기 전자 주입층 또는 상기 전자 수송층은 음극 또는 음극측의 층으로부터 전자를 받아 양극측으로 수송하는 기능을 갖는 층이다. 이들 층에 사용하는 전자 주입 재료, 전자 수송 재료는 저분자 화합물이어도 되고 고분자 화합물이어도 된다.

구체적으로는, 피리딘 유도체, 퀴놀린 유도체, 피리미딘 유도체, 피라진 유도체, 프탈라진 유도체, 페난트롤린 유도체, 트리아진 유도체, 트리아졸 유도체, 옥사졸 유도체, 옥사디아졸 유도체, 이미다졸 유도체, 플루오레논 유도체, 안트라퀴노디메탄 유도체, 안트론 유도체, 디페닐퀴논 유도체, 티오피란디옥사이드 유도체, 카르보디이미드 유도체, 플루오레닐리덴메탄 유도체, 디스티릴피라진 유도체, 나프탈렌, 페릴렌 등의 방향 고리 테트라카르복실산 무수물, 프탈로시아닌 유도체, 8-퀴놀리놀 유도체의 금속 착물이나 메탈프탈로시아닌, 벤조옥사졸이나 벤조티아졸을 배위자로 하는 금속 착물로 대표되는 각종 금속 착물, 실롤로 대표되는 유기 실란 유도체 등을 함유하는 층이 바람직하다.

상기 전자 주입층 또는 전자 수송층에는 전자 공여성 도펀트를 함유시킬 수 있다. 상기 전자 주입층 또는 전자 수송층에 도입되는 전자 공여성 도펀트로는, 전자 공여성으로 유기 화합물을 환원하는 성질을 갖고 있으면 되며, Li 등의 알칼리 금속, Mg 등의 알칼리 토금속, 희토류 금속을 포함하는 천이 금속이나 환원성 유기 화합물 등이 바람직하게 사용된다. 금속으로는, 특히 일함수가 4.2 eV 이하인 금속을 바람직하게 사용할 수 있으며, 구체적으로는, Li, Na, K, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Y, Cs, La, Sm, Gd, 및 Yb 등을 들 수 있다. 또, 환원성 유기 화합물로는, 예를 들어, 함질소 화합물, 함황 화합물, 함인 화합물 등을 들 수 있다.

이들 전자 공여성 도펀트는 단독으로 사용해도 되고, 2 종 이상을 사용해도 된다. 전자 공여성 도펀트의 사용량은 재료의 종류에 따라 상이하지만, 전자 수송층 재료에 대해 0.1 질량％ ∼ 99 질량％ 가 바람직하고, 1.0 질량％ ∼ 80 질량％ 가 더욱 바람직하며, 2.0 질량％ ∼ 70 질량％ 가 특히 바람직하다.

상기 전자 주입층 또는 상기 전자 수송층은 상기 서술한 재료의 1 종 또는 2 종 이상으로 이루어지는 단층 구조여도 되고, 동일 조성 또는 이종 조성의 복수층으로 이루어지는 다층 구조여도 된다.

-정공 블록층, 전자 블록층-

상기 정공 블록층은 양극측으로부터 유기 발광층으로 수송된 정공이 음극측으로 빠져나가는 것을 방지하는 기능을 갖는 층이며, 통상적으로 발광층과 음극측에서 인접하는 유기 화합물층으로서 형성된다.

한편, 상기 전자 블록층은, 음극측으로부터 유기 발광층으로 수송된 전자가 양극측으로 빠져 나가는 것을 방지하는 기능을 갖는 층이며, 통상적으로 유기 발광층과 양극측에서 인접하는 유기 화합물층으로서 형성된다.

상기 정공 블록층을 구성하는 화합물의 예로는, BAlq 등의 알루미늄 착물, 트리아졸 유도체, BCP 등의 페난트롤린 유도체 등을 들 수 있다. 전자 블록층을 구성하는 화합물의 예로는, 예를 들어 전술한 정공 수송 재료로서 든 것을 이용할 수 있다.

상기 정공 블록층 및 전자 블록층의 두께는 1 ㎚ ∼ 500 ㎚ 인 것이 바람직하고, 5 ㎚ ∼ 200 ㎚ 인 것이 보다 바람직하며, 10 ㎚ ∼ 100 ㎚ 인 것이 더욱 바람직하다. 또, 상기 정공 블록층 및 전자 블록층은, 상기 서술한 재료의 1 종 또는 2 종 이상으로 이루어지는 단층 구조여도 되고, 동일 조성 또는 이종 조성의 복수층으로 이루어지는 다층 구조여도 된다.

[제 2 투명 전극]

본 발명의 유기 전계 발광 소자에 포함되는 제 2 투명 전극에 대하여 설명한다.

제 2 투명 전극을 구성하는 성분은, 투명 전극을 형성할 수 있는 것이면 특별히 제한은 없고, 목적에 따라 적절히 선택할 수 있다. 제 2 투명 전극을 구성하는 성분으로는, 예를 들어, 유기 화합물을 함유하고 있어도 되고, 무기 화합물을 함유하고 있어도 되고, 이들의 혼합물을 함유하고 있어도 된다.

제 2 투명 전극을 구성하는 성분으로는, 제 1 투명 전극을 구성할 수 있는 성분과 동일한 성분을 사용할 수 있다. 또, 제 2 투명 전극을 구성하는 바람직한 성분 및 제 2 투명 전극의 바람직한 양태의 범위도 또한, 제 1 투명 전극과 동일하다.

또한, 제 2 투명 전극을 구성하는 성분으로서 유기 전계 발광 소자의 투명 전극으로서 일반적으로 사용되는 금속 산화물을 바람직하게 사용할 수 있다. 이와 같은 금속 산화물로는, 예를 들어, 주석 도프 산화인듐 (ITO) (굴절률 (n)=2.0), 아연 도프 산화인듐 (IZO), ZnO (굴절률 (n)=1.95), SnO₂ (굴절률 (n)=2.0), In₂O₃ (굴절률 (n)=1.9 ∼ 2.0), TiO₂ (굴절률 (n)=1.90) 등을 들 수 있다. 이들 중에서도, ITO, IZO 가 특히 바람직하다.

제 2 투명 전극은, 일차 입자경이 0.5 ㎛ 이상인 투명한 입자 (광확산 미립자) 를 적어도 1 종 이상 함유하는 것이 바람직하다. 상기 광확산 미립자로서 사용할 수 있는 입자의 범위는, 제 1 투명 전극이 함유하는 광확산 미립자와 동일하고, 바람직한 범위도 또한 동일하다.

제 2 투명 전극에 있어서의 광확산 미립자의 함유량은 제 1 투명 전극과 동일한 범위에서 적절히 선택할 수 있고, 바람직한 범위도 또한 동일하다.

제 2 투명 전극이 광확산 미립자를 함유하는 경우, 제 2 투명 전극은 도전성 매트릭스를 함유하는 것이 바람직하다. 상기 도전성 매트릭스로서 사용할 수 있는 매트릭스의 범위는, 제 1 투명 전극이 함유할 수 있는 도전성 매트릭스와 동일하고, 바람직한 범위도 또한 동일하다.

유기 발광층으로부터 발광된 광이 소자 내부를 전파할 때, 층간 반사를 보다 줄이기 위해, 제 2 투명 전극의 굴절률은 유기 발광층의 굴절률에 가까운 편이 좋고, 1.65 ∼ 2.2 인 것이 바람직하다.

또, 광확산 기능을 갖는 제 2 투명 전극은 보다 많이 광을 제 2 투명 전극으로 유도하기 위해서, 제 2 투명 전극의 굴절률은 1.7 ∼ 2.0 인 것이 더욱 바람직하다.

제 2 투명 전극의 평균 두께는 20 ㎚ ∼ 200 ㎚ 인 것이 바람직하고, 40 ㎚ ∼ 100 ㎚ 인 것이 보다 바람직하다.

또, 제 2 투명 전극은 이하와 같은 양태여도 된다.

즉, 제 2 투명 전극은 음극으로서 기능하는 것이 바람직하고, 통상적으로 상기 서술한 발광층을 구성하는 유기 화합물층에 전자를 주입하는 전극으로서의 기능을 갖고 있으면 되고, 그 형상, 구조, 크기 등에 대해서는 특별히 제한은 없고, 유기 EL 장치의 용도, 목적에 따라, 공지된 전극 재료 중에서 적절히 선택할 수 있다.

음극을 구성하는 재료로는, 예를 들어, 금속, 합금, 금속 산화물, 전기 전도성 화합물, 이들의 혼합물 등을 들 수 있다. 구체예로는 알칼리 금속 (예를 들어, Li, Na, K, Cs 등), 알칼리 토금속 (예를 들어 Mg, Ca 등), 금, 은, 납, 알루미늄, 나트륨-칼륨 합금, 리튬-알루미늄 합금, 마그네슘-은 합금, 인듐, 및 이테르븀 등의 희토류 금속 등을 들 수 있다. 이들은 1 종 단독으로 사용해도 되지만, 안정성과 전자 주입성을 양립시키는 관점에서는 2 종 이상을 바람직하게 병용할 수 있다.

이들 중에서도, 음극을 구성하는 재료로는, 전자 주입성의 점에서, 알칼리 금속이나 알칼리 토금속이 바람직하고, 보존 안정성이 우수한 점에서, 알루미늄을 주체로 하는 재료가 바람직하다. 알루미늄을 주체로 하는 재료란, 알루미늄 단독, 알루미늄과 0.01 질량％ ∼ 10 질량％ 의 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속의 합금 혹은 이들의 혼합물 (예를 들어, 리튬-알루미늄 합금, 마그네슘-알루미늄 합금 등) 을 말한다.

또한, 음극 재료에 대해서는, 일본 공개특허공보 평2-15595호, 일본 공개특허공보 평5-121172호에 상세히 서술되어 있고, 이들 공보에 기재된 재료는 본 발명에 있어서도 적용할 수 있다.

음극 형성 방법에 대해서는 특별히 제한은 없고, 공지된 방법에 따라 실시할 수 있다. 예를 들어, 인쇄 방식, 코팅 방식 등의 습식 방식, 진공 증착법, 스퍼터링법, 이온 플레이팅법 등의 물리적 방식, CVD, 플라즈마 CVD 법 등의 화학적 방식 등 중에서, 상기한 음극을 구성하는 재료와의 적성을 고려하여 적절히 선택한 방법에 따라 형성할 수 있다. 예를 들어, 음극 재료로서 금속 등을 선택하는 경우에는, 그 1 종 단독 또는 2 종 이상을 동시 또는 순차적으로 스퍼터법 등에 따라 실시할 수 있다.

음극을 형성할 때의 패터닝은 포토리소그래피 등에 의한 화학적 에칭에 의해 실시해도 되고, 레이저 등에 의한 물리적 에칭에 의해 실시해도 되고, 마스크를 중첩하여 진공 증착이나 스퍼터 등을 하여 실시해도 되며, 리프트 오프법이나 인쇄법에 의해 실시해도 된다.

본 발명에 있어서, 음극의 배치 위치는 발광층에 전계를 인가할 수 있도록 형성되면 특별히 제한은 없고, 발광층 상 전부에 형성되어 있어도 되고, 그 일부에 형성되어 있어도 된다.

또, 음극과 상기 유기 화합물층 사이에 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속의 불화물, 산화물 등에 의한 유전체층을 0.1 ㎚ ∼ 5 ㎚ 의 두께로 삽입해도 된다. 이 유전체층은 일종의 전자 주입층으로 볼 수도 있다. 유전체층은, 예를 들어, 진공 증착법, 스퍼터링법, 이온 플레이팅법 등에 의해 형성할 수 있다.

제 2 투명 전극의 굴절률은 1.65 ∼ 2.2 인 것이 바람직하다.

제 2 투명 전극의 평균 두께는 20 ㎚ ∼ 200 ㎚ 인 것이 바람직하고, 40 ㎚ ∼ 100 ㎚ 인 것이 보다 바람직하다.

제 2 투명 전극을 음극으로 하는 경우, 음극 재료를 1 ㎚ ∼ 10 ㎚ 의 두께로 얇게 성막하고, 추가로 ITO 나 IZO 등의 투명한 도전성 재료를 적층함으로써 형성할 수 있다.

제 2 투명 전극의 가시광 범위 내 (파장 400 ∼ 780 ㎚) 의 투과율은 90 ％ 이상인 것이 바람직하다.

[반사체]

본 발명의 유기 전계 발광 소자는, 적어도, 투명 기판, 광취출 성능을 갖는 제 1 투명 전극, 유기 발광층, 및 제 2 투명 전극을 이 순서로 갖는 적층체와, 상기 적층체의 투명 기판에 대해 제 2 투명 전극을 갖는 측에 상기 적층체와 간격을 갖고 형성된 반사체를 갖는다.

상기 반사체의 상기 적층체측의 표면은, 반사체와 적층체의 거리가 가장 짧은 점 또는 선을 1 개 갖고, 그 점 또는 선으로부터 멀어짐에 따라 반사체와 적층체의 거리가 단조롭게 증가하는 형상을 갖는다.

여기서, 거리란, 「최단 거리」 를 나타낸다.

「거리가 단조롭게 증가한다」 란, 거리가 연속적으로 증가하는 경우뿐만 아니라, 거리가 변화하지 않는 경우도 포함한다.

반사체는, 유기 발광층에서 발생하여 반사체측으로 진행된 광을 보다 많이 상기 적층체를 피해 투명 기판의 방향으로 진행되도록 반사하여, 유기 발광층 등에 흡수되는 것을 방지하기 때문에, 효율적으로 광취출면으로부터 광을 취출하는 것을 가능하게 한다.

반사체의 광 반사율은 바람직하게는 50 ％ 이상, 보다 바람직하게는 70 ％ 이상, 더욱 바람직하게는 90 ％ 이상이다. 여기서, 상기 반사율은 가시광 범위 내 (파장 400 ∼ 780 ㎚, 전형적으로 d 선：파장 587 ㎚) 에 대한 값이다.

반사체를 구성하는 재료는 특별히 한정되지 않는다. 재료로는, 예를 들어, 금속 혹은 금속 산화물을 들 수 있고, 바람직하게는, 알루미늄, 은, 금, 및 크롬 등의 금속이다.

반사체의 형성 방법은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 증착, Metal Injection Molding (MIM) 법 (금속 분말 사출 성형법), 도금, 절삭 성형, 증착법 등을 들 수 있으며, 부품 제조 효율화, 형상 형성의 정밀성의 관점에서는 MIM 법이 바람직하다.

MIM 법에 대해서는, 특별히 한정되지 않고, 종래 공지된 방법을 참조하여 실시할 수 있다. MIM 법의 일례로는, 일본 공개특허공보 평6-2004호 등에 기재되어 있다.

증착법으로 반사체를 제조하는 경우에는, 봉지캔에 Ag 등 반사층 재료를 증착하여 평면 반사체를 제조하고, 유리 렌즈 등 곡면을 갖는 형 (型) 에 Ag 등 반사층 재료를 증착하여 곡면 반사체를 작성하고, 접착제로 합체시켜도 된다.

반사체는 상기 금속 외, 반사율이 90 ％ 이상인 확산 반사판에 의해 구성되는 것도 바람직하다. 반사율이 90 ％ 이상인 확산 반사판으로는, 예를 들어, 후루카와 전공 제조의 성형 용이한 광 반사판 MCPOLYCA 등을 들 수 있다. 여기서, 상기 반사율은 가시광 범위 내 (파장 400 ∼ 780 ㎚, 전형적으로 d 선：파장 587 ㎚) 에 대한 값이다.

저굴절률층에 입사한 광이 유기층으로 되돌아가지 않도록, 광의 각도를 변환시키기 위해서 상기 반사체의 상기 적층체측의 표면이, 반사체와 적층체의 거리가 가장 짧은 점 또는 선을 1 개 갖고, 그 점 또는 선으로부터 멀어짐에 따라 반사체와 적층체의 거리가 연속적으로 증가하는 형상을 갖는 것이 바람직하다.

예를 들어, 본 발명의 유기 전계 발광 소자에 있어서의, 투명 기판이 평판이고, 광취출층, 제 1 투명 전극, 유기 발광층, 및 제 2 투명 전극도 각각 그 투명 기판의 반사체측의 표면에 평행한 표면을 갖도록 적층된 경우, 반사체의 형상으로는, 상기 유기 발광층 측을 향해 1 개의 볼록을 갖는 형상이 바람직하다. 이와 같은 형상으로는, 곡면을 갖는 형상 (바람직하게는 구면상), 원뿔상, 각뿔상, 또는 삼각 기둥상인 것이 바람직하고, 곡면을 갖는 형상 (바람직하게는 구면상) 이 보다 바람직하다. 동일한 높이의 볼록면 반사체에서는, 구면의 곡률이 가장 크고, 광의 각도 변환 능력이 크기 때문에, 구면상이 바람직하다. 구면상의 반사체로는, 구체적으로는 볼록 거울을 들 수 있다. 또한, 구면으로는 완전한 구면이 아니라, 거의 구면도 포함하는 것으로 한다.

도 4 에 본 발명의 유기 전계 발광 소자의 일례의 개략도 (사시도) 를 나타낸다. 도 4 에 기재된 유기 전계 발광 소자 (100) 는, 도 1 에 대해 반사체 (5) 의 표면이 사각뿔상인 점만이 상이하다.

도 5 에 본 발명의 유기 전계 발광 소자의 일례의 개략도 (사시도) 를 나타낸다. 도 5 에 기재된 유기 전계 발광 소자 (100) 는, 도 1 에 대해 반사체 (5) 의 표면이 삼각 기둥상인 점만이 상이하다.

본 발명의 유기 전계 발광 소자에 있어서는, 상기 적층체의 적층 방향에 있어서의 평면시에 있어서, 상기 반사체가 상기 유기 발광층 전체를 덮고 있다. 이것은, 다른 방식으로 말하면, 상기 유기 발광층을 상기 반사체측의 유기 발광층의 표면에 수직인 방향으로 투영한 투영면이, 상기 반사체를 상기 유기 발광층의 표면에 수직인 방향으로 투영한 투영면에, 모두 포함된다고도 말할 수 있다. 즉, 상기 반사체가 상기 유기 발광층의 표면 전체에 걸쳐 대향하도록 형성되어 있다. 이와 같이 함으로써, 유기 발광층으로부터 출사하여 반사체로 반사된 광이 상기 적층체를 피해 투명 기판의 방향으로 진행되기 때문에, 유기 발광층 등에 흡수되는 것을 방지하여, 광취출 효율을 향상시킬 수 있다.

유기 발광층의 반사체측의 표면의 면적을 S 로 한다.

상기 적층체의 표면과 상기 반사체의 거리의 최대값을 D (도 2 참조) 로 한 경우,

√S 와 D 가 하기 식 (1) 을 만족하는 것이 광취출 효율의 관점에서 바람직하다. 단, D 와 √S 의 단위는 동일 (예를 들어 D 의 단위 및 √S 의 단위는 모두 「㎜」) 하다.

0.3≤D/√S 식 (1)

D/√S 는 0.5 이상인 것이 보다 바람직하고, 0.8 이상인 것이 더욱 바람직하다.

또, 유기 전계 발광 소자의 두께를 보다 얇게 할 수 있다는 관점에서는, D/√S 는 1.5 이하인 것이 바람직하다

상기 적층체의 적층 방향에 있어서의 평면시에 있어서 상기 유기 발광층의 형상이 정방형이며, 그 정방형의 한 변의 변길이를 W (도 2 및 도 3 참조) 로 하면, W 와 S 의 관계는 W=√S 가 된다.

상기 적층체의 표면과 상기 반사체의 거리의 최대값을 D (도 2 참조) 로 한 경우,

W 와 D 가 하기 식 (2) 를 만족하는 것이 광취출 효율의 관점에서 바람직하다. 단, D 와 W 의 단위는 동일 (예를 들어 D 의 단위 및 W 의 단위는 모두 「㎜」) 하다.

0.5≤D/W 식 (2)

D/W 는 0.8 이상인 것이 보다 바람직하고, 1.0 이상인 것이 더욱 바람직하다.

또, 유기 발광 소자의 체적을 보다 작게 할 수 있는 관점에서는, D/W 는 2.0 이하인 것이 바람직하다.

D 와 W 의 각각의 값은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어, D 는 10 ㎜ ∼ 300 ㎜ 정도이고, 20 ㎜ ∼ 200 ㎜ 가 바람직하다. W 는 30 ㎜ ∼ 500 ㎜ 가 바람직하다.

반사체가 곡면을 갖는 형상 (바람직하게는 구면상) 인 경우에는, 상기 적층체의 적층 방향에 있어서의 평면시에 있어서 상기 유기 발광층의 형상이 정방형이며, 그 정방형의 변길이를 W 로 하고,

상기 반사체의 곡면의 곡률 반경을 R 로 한 경우,

W 와 R 이 하기 식 (3) 을 만족하는 것이 광취출 효율의 관점에서 바람직하다. 단, R 과 W 의 단위는 동일 (예를 들어 R 의 단위 및 W 의 단위는 모두 「㎜」) 하다.

0.1≤R/W≤3 식 (3)

R/W 는 0.2 이상 1.5 이하인 것이 보다 바람직하고, 0.3 이상 1.3 이하인 것이 더욱 바람직하다.

R 의 값은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어, R 은 5 ㎜ ∼ 1000 ㎜ 정도이며, 10 ㎜ ∼ 800 ㎜ 가 바람직하다.

도 6 에, 반사체의 표면이 구면상인 경우의 곡률 반경 (R) 을 설명하기 위한 모식도를 나타낸다. 표면이 구면상인 반사체는, 일례로서 도 6 에 나타내는 바와 같이 반경 R 의 구를 직선 B 로 자른 형상 (사선부로 나타내는 형상) 을 갖는다.

반사체의 상기 적층체측의 표면은, 반사체와 적층체의 거리가 가장 짧은 점 또는 선을 1 개 갖고, 그 점 또는 선으로부터 멀어짐에 따라 반사체와 적층체의 거리가 단조롭게 증가하는 형상을 갖는다. 상기 점 또는 선의 위치는 특별히 한정되지 않지만, 광이 유기층으로 되돌아가는 것을 방지하기 쉽다는 관점에서는, 상기 점 또는 선은 반사체의 중심에 있는 것이 바람직하다.

또, 상기 적층체의 적층 방향에 있어서의 평면시에 있어서, 상기 반사체의 중심이 상기 유기 발광층의 중심과 중첩되어 있는 것이 바람직하다.

유기 발광층과 반사체의 중심이 중첩되어 있으면, 반사되는 광이 양호한 대칭성으로 투명 기판측으로 방사되므로, 균일한 면 발광이 얻어져 바람직하다.

반사체는 유기 전계 발광 소자에 있어서의 상기 적층체를 봉지하는 봉지캔 내에 형성되어 있는 것이 바람직하다.

[저굴절률층]

본 발명의 유기 전계 발광 소자는, 적어도, 투명 기판, 광취출 성능을 갖는 제 1 투명 전극, 유기 발광층, 및 제 2 투명 전극을 갖는 적층체와, 상기 볼록 구조를 갖는 반사체 사이에 저굴절률층을 갖는 것이 바람직하다.

여기서, 저굴절률층이란, 유기 발광층보다 낮은 굴절률을 갖는 층이며, 굴절률이 1.6 이하인 것이 바람직하고, 1.5 이하가 보다 바람직하고, 1.4 이하가 더욱 바람직하고, 1.1 이하가 특히 바람직하며, 1.05 이하가 가장 바람직하다.

저굴절률층을 가짐으로써, 상기 적층체로부터 고각도로 저굴절률층으로 진행하고자 하는 광은 저굴절률층과의 계면에서 전반사되고, 투명 기판측으로 되돌아가, 광취출 효율의 향상에 기여한다.

저굴절률층은 상기 굴절률의 조건을 만족하고 있으면, 그 형태는 특별히 한정되지 않는다. 저굴절률층은 저굴절률의 재료 (예를 들어, LaF₃, BK7, SiO₂, MgF₂, NaF, KF, Bi₂S₃, Na₅Al₃F₁₄ 등) 로 이루어지는 층이어도 되고, 기체층이어도 된다. 상기 기체층을 구성하는 기체로는, 산소, 질소, 이산화탄소, 공기 등을 들 수 있다. 또 진공이어도 된다. 굴절률이 낮고, 제조가 용이하고, 비용이 들지 않는다는 이유에서, 저굴절률층은 기체층인 것이 바람직하고, 공기에 의해 구성되는 층 (공기층) 혹은 질소에 의해 기체층인 것이 보다 바람직하다.

공기층의 형성 방법에는 특별히 제한은 없고, 목적에 따라 적절히 선택할 수 있다. 예를 들어, 후술하는 봉지캔 이면 (내측) 에 대해, 반사체를 부여하여 기판의 유기층 측을 봉지할 때에, 원하는 두께의 공기층이 되도록 기판을 봉지하는 위치를 조절함으로써 형성할 수 있다.

[제 2 반사체]

본 발명의 유기 전계 발광 소자는 상기 반사체 (이하, 편의적으로 「제 1 반사체」 라고 부른다) 와는 다른 제 2 반사체를 갖는 것이 바람직하다.

제 2 반사체는, 제 1 반사체에 의해 반사된 광을 추가로 반사하여, 유기 전계 발광 소자의 투명 기판측으로 취출하기 쉬워지도록 배치되는 것이 바람직하다.

또, 제 2 반사체가 제 1 반사체와 투명 기판에 접하도록 형성되어 있는 것이 바람직하다 (제 1 반사체와 제 2 반사체가 일체화되어 있는 것이 바람직하다). 이로 인해, 제 2 반사체가 후술하는 봉지 재료를 겸할 수 있다. 이 경우, 제 2 반사체가 상기 투명 기판과 예각을 이루어 형성되어 있는 양태도 바람직하다.

제 2 반사체의 반사면의 형상은 특별히 한정되지 않으며, 평판상의 반사체여도 되고, 볼록면이나 오목면을 갖고 있어도 된다.

[제 1 투명 전극을 구성하는 제 2 층 (제 1 투명 전극의 평탄화층)]

본 발명의 유기 전계 발광 소자는, 상기 제 1 투명 전극을, 일차 입자경이 0.5 ㎛ 이상인 투명한 입자를 적어도 1 종 함유하는 제 1 층과, 일차 입자경이 0.5 ㎛ 이상인 투명한 입자를 포함하지 않고, 일차 입자경이 100 ㎚ 이하인 입자를 포함하는 제 2 층 (이하, 「제 1 투명 전극의 평탄화층」 이라고 칭하는 경우도 있다) 의 2 층으로 이루어지는 투명 전극으로 할 수 있다.

상기 제 1 투명 전극을 구성하는 제 2 층의 구성 성분은, 일차 입자경이 0.5 ㎛ 이상인 투명한 입자 (광확산 미립자) 를 포함하지 않는 것을 제외하고, 제 1 투명 전극을 구성하는 제 1 층의 구성 성분과 동일한 성분을 사용할 수 있다. 또, 제 1 투명 전극을 구성하는 제 2 층의 바람직한 구성 성분 및 바람직한 양태의 범위는, 광확산 미립자를 포함하지 않는 것을 제외하고, 제 1 투명 전극의 범위에 대해 서술한 것과 동일하다.

상기 제 1 투명 전극을 구성하는 제 2 층의 구성 성분의 굴절률과, 상기 제 1 투명 전극을 구성하는 제 1 층의 구성 성분으로부터 일차 입자경이 0.5 ㎛ 이상인 투명한 입자를 제외한 성분의 굴절률의 차이의 절대값이 0.02 이하인 것이 바람직하다. 제 1 투명 전극을 구성하는 제 2 층의 굴절률을 이와 같이 조절함으로써, 제 1 투명 전극을 구성하는 제 1 층과 제 2 층의 계면에서 발생하는 전반사 등의 영향에 의한 광취출 손실을 방지할 수 있다.

상기 제 1 투명 전극을 구성하는 제 2 층의 막두께는, 제 1 층과 제 2 층을 포함하는 제 1 투명 전극 전체의 평탄성과, 상기 제 2 층의 투명성의 양립의 관점에서, 50 ㎚ 이상 4 ㎛ 이하인 것이 바람직하고, 100 ㎚ 이상 1 ㎛ 이하인 것이 보다 바람직하며, 200 ㎚ 이상 500 ㎚ 이하인 것이 더욱 바람직하다.

[제 1 투명 전극보다 저항이 낮은 배선]

본 발명의 유기 전계 발광 소자에 있어서, 제 1 투명 전극과 투명 기판 사이에, 상기 제 1 투명 전극보다 저항이 낮은 배선 (「보조 배선」 이라고도 한다) 을 갖는 것이 바람직하다. 제 1 투명 전극보다 저항이 낮은 배선을 가짐으로써, 제 1 투명 전극과 배선을 합친 투명 전극으로서의 전체 저항을 내릴 수 있고, 유기 전계 발광 소자의 발광면이 대면적으로 된 경우에 있어서도 전압 강하를 억제하여, 발광 불균일을 방지할 수 있다. 확산을 이용한 광취출에서는, 발광면이 넓고 또한 발광 불균일이 없도록 균일하게 발광함으로써, 유기층이나 기판 내부에 갇힌 광을 효율적으로 취출할 수 있다. 본 발명의 유기 전계 발광 소자로는, 제 1 투명 전극과 기판 사이에 보조 배선을 갖고, 제 1 투명 전극이 보조 배선을 덮고 있는 구성이 보다 바람직하다. 특히, 도포법에 의해 제 1 투명 전극을 형성함으로써 배선을 덮도록 제 1 투명 전극을 형성할 수 있기 때문에, 유기 전계 발광 소자에 있어서 배선이 유기층에 접촉하지 않는 구성으로 할 수 있어, 유기 발광층의 모든 면에서 발광이 가능해진다.

보조 배선으로는, 금속을 함유하여 이루어지는 것이 바람직하고, 은, 알루미늄, 금, 구리를 함유하여 이루어지는 것이 보다 바람직하며, 은, 또는 알루미늄을 함유하여 이루어지는 것이 더욱 바람직하다.

보조 배선은, 상기 금속을 진공 증착하여 포토리소그래피나 마스크를 사용한 에칭 등에 의해 형성할 수 있다. 또, 상기 금속을 포함하는 도전성 잉크의 인쇄, 도포 등에 의해 형성할 수도 있다.

보조 배선의 두께는, 제 1 투명 전극과 배선을 합친 투명 전극의 저저항화, 보조 배선에 의해 표면에 요철 형상이 형성되는 것을 억제하는 관점에서, 10 ㎚ 이상 3 ㎛ 이하인 것이 바람직하고, 30 ㎚ 이상 1 ㎛ 이하인 것이 보다 바람직하며, 50 ㎚ 이상 500 ㎚ 이하인 것이 더욱 바람직하다.

보조 배선의 폭은, 제 1 투명 전극과 배선을 합친 투명 전극의 저저항화, 차광성의 관점에서, 1 ㎛ 이상 1 ㎜ 이하인 것이 바람직하고, 5 ㎛ 이상 500 ㎛ 이하인 것이 보다 바람직하며, 10 ㎛ 이상 200 ㎛ 이하인 것이 더욱 바람직하다.

[봉지 재료]

본 발명의 유기 전계 발광 소자는, 수분, 질소 산화물, 황 산화물, 오존 등에 의한 열화를 방지하기 위해서, 봉지 재료에 의해 봉지되어 있는 것이 바람직하다.

봉지 방법으로는, 본 발명의 유기 전계 발광 소자를 봉지 재료로 형성한 봉지캔에 봉입하는 방법이나, 본 발명의 유기 전계 발광 소자의 투명 기판을, 광취출 성능을 갖는 제 1 투명 전극, 적어도 1 층의 유기 발광층을 포함하는 유기층, 및 제 2 투명 전극보다 크게 하여 (상기 적층체의 적층 방향에 있어서의 평면시에 있어서, 투명 기판이 광취출 성능을 갖는 제 1 투명 전극, 유기층, 및 제 2 투명 전극의 전체를 덮고 있고, 또한 이들보다 크게 하여), 투명 기판을 덮개로 하여 투명 기판과 반사체 사이를 봉지 재료에 의해 봉지하여, 광취출 성능을 갖는 제 1 투명 전극, 적어도 1 층의 유기 발광층을 포함하는 유기층, 및 제 2 투명 전극을 봉입하는 방법 등이 있다.

봉지캔을 형성하는 재료, 크기, 형상, 구조는 특별히 제한은 없고, 목적에 따라 적절히 선택할 수 있다.

봉지캔의 재료 (봉지 재료) 로는, 특별히 제한은 없고, 목적에 따라 적절히 선택하면 되고, 각종 무기 화합물 또는 유기 화합물로 이루어지는 단층 구조 또는 적층 구조여도 된다. 무기 화합물로는, SiNx, SiON, SiO₂, Al₂O₃, TiO₂ 를 들 수 있고, 유기 화합물로는, 실리콘계 폴리머, 에폭시계 폴리머, 아크릴계 폴리머, 우레탄계 폴리머를 들 수 있다. 배리어층의 두께로는, 특별히 제한은 없고, 목적에 따라 적절히 선택하면 되지만, 0.1 ∼ 10 ㎛ 로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.1 ∼ 5 ㎛ 이며, 보다 바람직하게는 0.2 ∼ 3 ㎛ 이다. 봉지층의 두께가 0.1 ㎛ 미만이면, 대기 중의 산소 및 수분의 투과를 방지하는 봉지 기능이 불충분한 경우가 있고, 10 ㎛ 를 초과하면, 광선 투과율이 저하되어 투명성을 저해하는 것, 또, 무기 재료를 단층으로 사용하는 경우, 응력 차이에 의해 균열, 인접층과의 박리 등, 배리어성이 손상될 가능성이 있다. 봉지층의 광학적 성질은, 광선 투과율이 80 ％ 이상인 것이 바람직하고, 85 ％ 이상이 보다 바람직하며, 90 ％ 이상이 더욱 바람직하다.

봉지층의 형성 방법으로는, 특별히 제한은 없고, 목적에 따라 적절히 선택할 수 있으며, 예를 들어, CVD 법, 진공 증착법, 스퍼터법 등을 들 수 있다.

또, 본 발명에 있어서는, 봉지 재료로서 반사재를 사용하는 것이 바람직하다.

이로 인해, 반사체로 반사된 광이 봉지 재료에 흡수되지 않기 때문에, 광취출 효율이 향상된다.

상기 봉지캔과 제 1 투명 전극, 제 2 투명 전극 및 유기층을 포함하는 유기 전계 발광 소자와의 사이의 공간에는 건조제 (수분 흡수제 또는 불활성 액체) 를 봉입해도 된다.

상기 수분 흡수제로는, 특별히 제한은 없고, 목적에 따라 적절히 선택할 수 있으며, 예를 들어, 산화발륨, 산화나트륨, 산화칼륨, 산화칼슘, 황산나트륨, 황산칼슘, 황산마그네슘, 오산화인, 염화칼슘, 염화마그네슘, 염화구리, 불화세슘, 불화니오브, 브롬화칼슘, 브롬화바나듐, 몰레큘러시브, 제올라이트, 산화마그네슘 등을 들 수 있다.

상기 불활성 액체로는, 특별히 제한은 없고, 목적에 따라 적절히 선택할 수 있으며, 예를 들어, 파라핀류, 유동 파라핀류；퍼플루오로알칸, 퍼플루오로아민, 퍼플루오로에테르 등의 불소계 용제；염소계 용제, 실리콘 오일류 등을 들 수 있다.

특히, 반사체와 봉지캔 사이에 건조제를 설치하는 것이 바람직하다.

반사체가 봉지캔 내에 반사체와 봉지캔 사이에 공동을 갖고 형성되고, 상기 공동에 건조제를 갖는 것이 바람직하다.

상기 유기 전계 발광 소자는 풀 컬러로 표시할 수 있는 장치로서 구성할 수 있다.

상기 유기 전계 발광 소자를 풀 컬러 타입의 것으로 하는 방법으로는, 예를 들어 「월간 디스플레이」, 2000년 9월호, 33 ∼ 37 페이지에 기재되어 있는 바와 같이, 색의 3 원색 (청색 (B), 녹색 (G), 적색 (R)) 에 대응하는 광을 각각 발광하는 층 구조를 기판 상에 배치하는 3 색 발광법, 백색 발광용의 층 구조에 의한 백색 발광을 컬러 필터층을 통해 3 원색으로 나누는 백색법, 청색 발광용의 층 구조에 의한 청색 발광을 형광 색소층을 통해 적색 (R) 및 녹색 (G) 으로 변환하는 색변환법 등이 알려져 있다.

이 경우에는, 청색 (B), 녹색 (G), 적색 (R) 의 화소마다 레이저 파워, 두께를 적절히 조정하는 것이 바람직하다.

또, 상기 방법에 의해 얻어지는, 상이한 발광색의 층 구조를 복수 조합하여 이용함으로써, 원하는 발광색의 평면형 광원을 얻을 수 있다. 예를 들어, 청색 및 황색의 발광 장치를 조합한 백색 발광 광원, 청색 (B), 녹색 (G), 및 적색 (R) 의 유기 전계 발광 소자를 조합한 백색 발광 광원 등이다.

상기 유기 전계 발광 소자는, 예를 들어, 면 광원, 조명 장치, 컴퓨터, 차재용 표시기, 야외 표시기, 가정용 기기, 업무용 기기, 가전용 기기, 교통 관계 표시기, 시계 표시기, 달력 표시기, 루미네선트 스크린, 음향 기기 등을 비롯한 각종 분야에 있어서 바람직하게 사용할 수 있다.

실시예

이하, 본 발명의 실시예를 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 전혀 한정되는 것은 아니다.

＜시뮬레이션에 의한 광취출 효율의 견적＞

하기 모델을 사용하여 시판되는 광선 추적 소프트 (ZEMAX Development Corporation 의 제품 ZEMAX-EE) 로 이하 내용의 시뮬레이션을 실시했다.

광취출 효율 및 각 유기 전계 발광 소자의 광취출 효율의 향상 배율은 하기 식에 의해 정의된다.

광취출 효율=투명 기판측의 정면 공기 (광취출측) 로 출사되는 광 에너지/유기 발광층으로부터 발광된 광 에너지

배율=실시 소자의 광취출 효율/참고 소자 1 의 광취출 효율

1. 참고 소자 1 (계산 모델 1)

시뮬레이션에 이용한 계산 모델 1 은 도 13 에 나타내는 바와 같이, “공기/투명 기판 (BK7, 오하라사 제조, 굴절률 (n)=1.5, 감쇠 계수 k=0, 두께 1 ㎜)/투명 기판측에 있는 투명 전극과 유기 발광층을 포함하는 유기 발광부 (굴절률 (n)=1.8, 투과율 0.9, 두께 2 ㎛, 발광 영역은 2 ㎜×2 ㎜ 의 정방형)/Ag 반사 전극 (굴절률 (n)=0.18, 감쇠 계수 k=3.4, 두께 100 ㎚) ” 라고 하는 적층체에 의해 구성되는 유기 EL 소자이다.

소자 사이즈는 50 ㎜×50 ㎜ 의 정방형이다. 즉, 적층체의 적층 방향에 있어서의 평면시에 있어서 유기 발광층의 형상이 정방형이며, 그 정방형의 변의 길이 (W) 가 50 ㎜ 이다.

투명 기판측에 있는 투명 전극을 포함하는 유기 발광부의 구성은, “투명 전극/정공 주입층과 수송층/유기 발광층/전자 주입층과 수송층” 인 것으로 하고 있다.

문헌 PIONEER R＆D Vol. 11 No. 1, pp 21-28 에 의하면, 발광층의 굴절률 n 은 1.7 ∼ 1.85 이다. 또, 자주 이용되는 투명 전극, 주석 도프 산화인듐 (ITO) (굴절률 (n)=2.0), ZnO (굴절률 (n)=1.95), SnO₂ (굴절률 (n)=2.0), In₂O₃ (굴절률 (n)=1.9 ∼ 2.0), TiO₂ (굴절률 (n)=1.90) 는, 굴절률이 유기층의 굴절률보다 크고, 발광층과 공기 사이의 전반사에 영향을 주지 않기 때문에, 투명 전극을 포함하는 유기 발광부의 굴절률을 1.8 로 하였다. 또, 유기 발광층으로부터 발광한 광이 유기 발광 소자의 적층체를 통해 공기로 방사된다. 유기 발광 소자를 구성하는 유기 재료가 광에 대한 흡수 특성을 갖고 있으므로, 광이 유기층을 지나면, 유기 재료의 감쇠 계수에 의존하여 흡수되고, 또, 유기 발광 소자의 적층체에 있어서의 층간이나, 유기 발광 소자와 공기간에 있는 굴절률 차이에 의해, 유기 발광 소자 내부 (반사체측) 로 반사되는 광이 존재한다. 유기 발광 소자 내부로 반사된 광이 반사 전극이나 반사체에 의해 다시 광취출측으로 반사되어, 유기층을 통해 공기로 방사된다. 광이 유기층을 지날 때마다, 유기 재료의 감쇠 계수에 의존하여 흡수된다. 여기서는, 광이 유기층을 지날 때마다의 흡수율을 10 ％ 로 했다.

유기 발광부로부터 투명 기판까지 (굴절률 (n)=1.8 이내에 있다) 방사되는 광의 배광 분포는 램버트 분포로 했다.

유기 전계 발광 소자로는, Vol 459/14 May 2009/doi：10. 1038/nature 08003 에 개시되어 있는 하기 구조의 것을 사용하였다.

Glass (오하라 S-LAH53, 굴절률 n=1.8)/ITO (두께 90 ㎚)/MeO-TPD：NDP-2 (두께 45 ㎚)/NPB (두께 10 ㎚)/TCTA：Ir (MDQ)₂ (acac) (두께 6 ㎚)/TCTA (두께 2 ㎚)/TPBi：FIrpic (4 ㎚)/TPBi (두께 2 ㎚)/TPBi：Ir (ppy)₃/TPBi (10 ㎚)/Bphen：Cs (두께 25 ㎚)/Ag (두께 100 ㎚)

[화학식 7]

또한, 일본 공개특허공보 2008-70198호의 단락〔0002] 에 기재되어 있는 바와 같이 발광층으로부터 발광하고, 투명 기판 내로 방사된 광의 배광 분포는 램버트 분포라고 했다.

계산 모델 1 을 시뮬레이션한 광취출 효율은 약 32 ％ 였다. 이제부터, 각 계산 모델에 대해 시뮬레이션한 광취출 효율의 배율은 이 광취출 효율에 대한 배율이다.

2. 공기 갭 (D) 과 광취출 효율의 관계 시뮬레이션 (계산 모델 2)

투명 기판, 광취출 성능을 갖는 제 1 투명 전극, 유기 발광층, 및 제 2 투명 전극을 이 순서로 갖는 적층체와, 상기 적층체의 투명 기판에 대해 제 2 투명 전극측에 형성된 은으로 형성된 평면상의 반사체를 갖는 유기 전계 발광 소자 (소자의 개략도를 도 14 에 나타낸다) 를 상정하여, 상기 적층체와 상기 반사체의 거리의 최대값 (공기 갭) (D) 과 광취출 효율의 관계를 추측했다.

계산 모델 2 의 구성은 이하와 같다.

공기/투명 기판 (굴절률 n=1.5, 감쇠 계수 k=0, 두께 1 ㎜)/광취출 성능을 갖는 제 1 투명 전극 (미립자 확산 산란막. 바인더 폴리머의 굴절률 nb=1.8, 감쇠 계수 k=0. 가교 아크릴계 입자의 일차 입자경 (φ)=1.5 ㎛, 굴절률 np=1.49, 감쇠 계수 k=0, 미립자의 체적 충전율 50 ％. 산란막 막두께 5 ㎛)/투명 전극과 유기 발광층을 포함하는 유기 발광부 (굴절률 n=1.8, 흡수율：10 ％, 막두께 2 ㎛, 발광 영역은 2 ㎜×2 ㎜ 의 정방형 (도 14 의 사선 부분))/공기층 (굴절률 n=1.0, 감쇠 계수 k=0, 갭 거리 D)/Ag 반사체 (굴절률 n=0.18, 감쇠 계수 k=3.4, 두께 1 ㎜)

여기에서는, 투명 전극을 포함하는 유기 발광부의 구성은, “정공 주입층과 수송층/유기 발광층/전자 주입층과 수송층/투명 전극” 인 것으로 상정하고 있다.

광취출층은 고굴절률 폴리머에 확산되는 미립자에 의한 구성되는 미립자 확산 산란막이다. 고굴절률 폴리머로는 우레탄 (굴절률 n=1.5) 에 고굴절률 나노 입자 (TiO₂, 굴절률 n=2.6, 평균 입경 100 ㎚ 이하) 를 적절히 분산시켜, 굴절률 nb=1.8 이 된 것을 사용하였다.

또, 미립자로는 가교 아크릴계 입자로, 일차 입자경 1.5 ㎛ (굴절률 n=1.49, 감쇠 계수 k=0) 를 사용하였다.

광취출 성능을 갖는 제 1 투명 전극은 도전성 고굴절률 폴리머에 확산되는 미립자에 의한 구성되는 미립자 확산 산란막이다. 도전성 고굴절률 폴리머로는 PEDOT-PSS (Clevios^TM) 에 고굴절률 나노 입자 (TiO₂, 굴절률 n=2.6, 평균 입경 100 ㎚ 이하) 를 적절히 분산시켜, 굴절률 nb 1.8 이 된 것을 사용하였다. 또, 미립자로는 가교 아크릴계 입자로, 일차 입자경 1.5 ㎛ (굴절률 n=1.49, 감쇠 계수 k=0) 를 사용하였다.

유기 발광층은, 적층체의 적층 방향에 있어서의 평면시에 있어서 형상이 정방형이 되도록 형성하고, 그 정방형의 변길이를 W 로 했다.

계산 모델 2 에 대해, “공기 갭 (D)/유기 발광층의 변길이 (W)” 를 파라미터로 하여 시뮬레이션을 실시하고, 계산 모델 1 의 광취출 효율에 대한 광취출 효율의 배율을 구했다.

3. 볼록면 구조 반사체에 의한 광취출 효율이 향상되는 효과, 단면 광취출층 (계산 모델 3)

투명 기판, 광취출 성능을 갖는 제 1 투명 전극, 유기 발광층, 및 제 2 투명 전극을 이 순서로 갖는 적층체와, 그 적층체의 투명 기판에 대해 제 2 투명 전극측에 상기 적층체와 간격을 갖고 형성된, 표면이 곡률 반경 (R) 의 구면상인 반사체를 갖는 유기 전계 발광 소자 (소자의 개략도를 도 15 에 나타낸다) 를 상정하고, 시뮬레이션을 실시했다.

도 15 의 소자는, 투명 기판 (1), 광취출 성능을 갖는 제 1 투명 전극 (2), 유기 발광층, 및 제 2 투명 전극을 포함하는 유기 발광부 (20) 를 이 순서로 갖는 적층체와, 상기 유기 발광부 (20) 에 대향하여 간격을 갖고 형성된, 표면이 곡률 반경 (R) 의 구면상인 반사체 (5) 를 갖는다.

계산 모델 3 의 구성은 이하와 같다.

공기/투명 기판 (굴절률 n=1.5, 감쇠 계수 k=0, 두께 1 ㎜)/광취출 성능을 갖는 제 1 투명 전극 (미립자 확산 산란막. 바인더 폴리머의 굴절률 nb=1.8, 감쇠 계수 k=0. 가교 아크릴계 입자의 일차 입자경 (φ)=1.5 ㎛, 굴절률 np=1.49, 감쇠 계수 k=0, 미립자의 체적 충전율 50 ％. 산란막 막두께 5 ㎛)/투명 전극과 유기 발광층을 포함하는 유기 발광부 (굴절률 n=1.8, 흡수율：10 ％, 막두께 2 ㎛, 발광 영역은 2 ㎜×2 ㎜ 의 정방형 (도 15 의 사선 부분))/공기층 (굴절률 n=1.0, 감쇠 계수 k=0, 갭 거리 D/표면이 곡률 반경 (R) 의 구면상인 Ag 반사체 (굴절률 n=0.18, 감쇠 계수 k=3.4)

유기 발광층은, 적층체의 적층 방향에 있어서의 평면시에 있어서 형상이 정방형이 되도록 형성하고, 그 정방형의 변길이를 W 로 했다.

또, 적층체의 적층 방향에 있어서의 평면시에 있어서, 반사체의 중심이 유기 발광층의 중심과 중첩하는 것으로 했다.

계산 모델 3 에 대해, “공기 갭 (D)/유기 발광층의 변길이 (W)” 와 “구면상 반사체의 곡률 반경 (R)/유기 발광층의 변길이 (W)” 를 파라미터로 하여 광취출 효율의 배율과의 관계를 구했다.

4. 반사체의 볼록면 구조에 의한 광취출 효율의 향상, 양면 광취출층 (계산 모델 4)

투명 기판, 광취출 성능을 갖는 제 1 투명 전극, 유기 발광층, 광취출 성능을 갖는 제 2 투명 전극을 이 순서로 갖는 적층체와, 그 적층체의 제 2 광취출층에 대향하여 간격을 갖고 형성된, 표면이 곡률 반경 (R) 의 구면상인 반사체를 갖는 유기 전계 발광 소자 (소자의 개략도를 도 16 에 나타낸다) 를 상정하고, 시뮬레이션을 실시했다.

도 16 의 소자는, 투명 기판 (1), 광취출 성능을 갖는 제 1 투명 전극 (2), 유기 발광층을 포함하는 유기층 (21), 및 광취출 성능을 갖는 제 2 투명 전극 (4) 을 이 순서로 갖는 적층체와, 상기 유기 발광부 (20) 에 대향하여 간격을 갖고 형성된, 표면이 곡률 반경 (R) 의 구면상인 반사체 (5) 를 갖는다.

계산 모델 4 의 구성은 이하와 같다.

공기/투명 기판 (굴절률 n=1.5, 감쇠 계수 k=0, 두께 1 ㎜)/광취출 성능을 갖는 제 1 투명 전극 (미립자 확산 산란막. 바인더 폴리머의 굴절률 nb=1.8, 감쇠 계수 k=0. 가교 아크릴계 입자의 일차 입자경 (φ)=1.5 ㎛, 굴절률 np=1.49, 감쇠 계수 k=0, 미립자의 체적 충전율 50 ％. 산란막 막두께 5 ㎛)/유기 발광층을 포함하는 유기층 (굴절률 n=1.8, 흡수율 10 ％, 막두께 2 ㎛, 발광 영역은 2 ㎜×2 ㎜ 의 정방형 (도 16 의 사선 부분))/광취출 성능을 갖는 제 2 투명 전극 (미립자 확산 산란막. 바인더 폴리머의 굴절률 nb=1.8, 감쇠 계수 k=0. 가교 아크릴계 입자의 일차 입자경 1.5 ㎛, 굴절률 np=1.49, 감쇠 계수 k=0, 미립자의 체적 충전율 50 ％. 산란막 막두께 5 ㎛)/공기층 (굴절률 n=1.0, k=0, 갭 거리 D/표면이 곡률 반경 (R) 의 구면상인 Ag 반사체 (굴절률 n=0.18, 감쇠 계수 k=3.4)

유기 발광층은, 적층체의 적층 방향에 있어서의 평면시에 있어서 형상이 정방형이 되도록 형성하고, 그 정방형의 변길이를 W 로 했다.

또, 적층체의 적층 방향에 있어서의 평면시에 있어서, 반사체의 중심이 유기 발광층의 중심과 중첩하는 것으로 했다.

계산 모델 4 에 대해, “공기 갭 (D)/유기 발광층의 변길이 (W)” 와 “반사체 볼록면 구조의 곡률 반경 (R)” 을 파라미터로 하여 계산 모델 3 과 동일하게 시뮬레이션을 실시하고, 계산 모델 1 의 광취출 효율에 대한 광취출 효율의 배율을 구했다.

5. 저굴절률층의 굴절률에 의한 광취출 효율의 향상, 볼록면 구조 반사체 (계산 모델 5)

투명 기판, 광취출 성능을 갖는 제 1 투명 전극, 유기 발광층, 및 제 2 투명 전극을 이 순서로 갖는 적층체와, 그 적층체의 투명 기판에 대해 제 2 투명 전극측에 상기 적층체와 간격을 갖고 형성된, 표면이 곡률 반경 (R) 의 구면상인 반사체를 갖고, 상기 적층체와 반사체 사이에 저굴절률층을 갖는 유기 전계 발광 소자 (소자의 개략도를 도 19 에 나타낸다) 를 상정하고, 시뮬레이션을 실시했다.

도 19 의 소자는, 투명 기판 (1), 광취출 성능을 갖는 제 1 투명 전극 (2), 유기 발광층, 및 제 2 투명 전극을 포함하는 유기 발광부 (20) 를 이 순서로 갖는 적층체와, 상기 유기 발광부 (20) 에 대향하여 간격을 갖고 형성된, 표면이 곡률 반경 (R) 의 구면상인 반사체 (5) 를 갖고, 상기 적층체와 반사체 (5) 사이에 저굴절률층 (22) 을 갖는다.

계산 모델 5 의 구성은 이하와 같다.

공기/투명 기판 (굴절률 n=1.5, 감쇠 계수 k=0, 두께 1 ㎜)/광취출 성능을 갖는 제 1 투명 전극 (미립자 확산 산란막. 바인더 폴리머의 굴절률 nb=1.8, 감쇠 계수 k=0. 가교 아크릴계 입자의 일차 입자경 (φ)=1.5 ㎛, 굴절률 np=1.49, 감쇠 계수 k=0, 미립자의 체적 충전율 50 ％. 산란막 막두께 5 ㎛)/투명 전극을 포함하는 유기 발광부 (굴절률 n=1.8, 흡수율 10 ％, 막두께 2 ㎛, 발광 영역은 2 ㎜×2 ㎜ 의 정방형 (도 19 의 사선 부분))/저굴절률층 (굴절률 n=1.0 ∼ 1.8, 감쇠 계수 k=0, 갭 거리 D=W=50 ㎜)/표면이 곡률 반경 (R) 의 구면상인 Ag 반사체 (굴절률 n=0.18, 감쇠 계수 k=3.4, 볼록면 곡률 R=0.75W)

유기 발광층은, 적층체의 적층 방향에 있어서의 평면시에 있어서 형상이 정방형이 되도록 형성하고, 그 정방형의 변길이를 W (=50 ㎜) 로 했다.

또, 적층체의 적층 방향에 있어서의 평면시에 있어서, 반사체의 중심이 유기 발광층의 중심과 중첩하는 것으로 했다.

계산 모델 5 에 대해, 저굴절률층의 굴절률을 파라미터로 하여 광취출 효율을 계산했다. 시뮬레이션을 실시하고, 계산 모델 1 의 광취출 효율에 대한 광취출 효율의 배율을 구했다.

6. 저굴절률층의 굴절률에 의한 광취출 효율의 향상, 평면상의 반사체 (계산 모델 6)

투명 기판, 광취출 성능을 갖는 제 1 투명 전극, 유기 발광층, 및 제 2 투명 전극을 이 순서로 갖는 적층체와, 그 적층체의 투명 기판에 대해 제 2 투명 전극측에 상기 적층체와 간격을 갖고 형성된, 평면상의 반사체를 갖고, 상기 적층체와 반사체 사이에 저굴절률층을 갖는 유기 전계 발광 소자 (소자의 개략도를 도 20 에 나타낸다) 를 상정하고, 시뮬레이션을 실시했다.

도 20 의 소자는, 투명 기판 (1), 광취출 성능을 갖는 제 1 투명 전극, 유기 발광층 및 제 2 투명 전극을 포함하는 유기 발광부 (20) 를 이 순서로 갖는 적층체와, 상기 유기 발광부 (20) 에 대향하여 간격을 갖고 형성된, 평면상의 반사체 (5r) 를 갖고, 상기 적층체와 반사체 (5r) 사이에 저굴절률층을 갖는다.

계산 모델 6 의 구성은 이하와 같다.

공기/투명 기판 (굴절률 n=1.5, 감쇠 계수 k=0, 두께 1 ㎜)/광취출 성능을 갖는 제 1 투명 전극 (미립자 확산 산란막. 바인더 폴리머의 굴절률 nb=1.8, 감쇠 계수 k=0. 가교 아크릴계 입자의 일차 입자경 (φ)=1.5 ㎛, 굴절률 np=1.49, 감쇠 계수 k=0, 미립자의 체적 충전율 50 ％. 산란막 막두께 5 ㎛)/투명 전극을 포함하는 유기 발광부 (굴절률 n=1.8, 흡수율 10 ％, 막두께 2 ㎛, 발광 영역은 2 ㎜×2 ㎜ 의 정방형 (도 20 의 사선 부분))/저굴절률층 (굴절률 n=1.0 ∼ 1.8, 감쇠 계수 k=0, 갭 거리 D=W=50 ㎜)/평면상의 Ag 반사체 (굴절률 n=0.18, 감쇠 계수 k=3.4)

유기 발광층은, 적층체의 적층 방향에 있어서의 평면시에 있어서 형상이 정방형이 되도록 형성하고, 그 정방형의 변길이를 W (=50 ㎜) 로 했다.

계산 모델 6 에 대해, 저굴절률층의 굴절률을 파라미터로 하여 광취출 효율을 계산했다. 시뮬레이션을 실시하고, 계산 모델 1 의 광취출 효율에 대한 광취출 효율의 배율을 구했다.

＜시뮬레이션 결과＞

도 17 에는, 계산 모델 2 ∼ 계산 모델 4 에 대해, 공기 갭 (D)/소자의 변길이 (W) 를 파라미터로 하여, 평면 Ag 반사체와 표면이 곡률 반경 (R) 의 구면상인 Ag 반사체 소자의 광취출 효율 향상의 결과를 정리했다. 평면 Ag 반사체의 경우에는, 각 공기 갭 (D) 으로 소자 모델의 광취출 효율을 구했다. 볼록 표면이 곡률 반경 (R) 의 구면상인 Ag 반사체 (층) 인 경우에는, 곡률 반경 (R) 을 변화시켜, 각 공기 갭 (D) 의 최적인 곡률 반경 (R) 으로 광취출 효율을 구했다. 보다 상세하게는, 계산 모델 3 과 계산 모델 4 에 대해, 각각 공기 갭 (D) 일 때, 볼록면의 곡률 반경 (R) 을 변화시켜 소자의 광취출 효율을 계산하고, 광취출 효율이 최대가 되는 곡률 반경 (R) 을 구하고, 그 곡률 반경 (R) 에 있어서의 공기 갭 (D) 의 최적화한 광취출 효율을 구했다.

공기층이 있는 것만으로, 공기 갭의 거리 (D) 가 W 에 대해 작으면 광취출 효율의 향상은 불충분한 것을 알 수 있었다. 평면 Ag 반사체와 표면이 곡률 반경 (R) 의 구면상인 Ag 반사체 소자의 각각의 모델에서도, 공기 갭의 거리 (D) 는 유기 EL 소자 변길이 (W) 의 0.5 배 미만일 때에는 광취출 효율의 향상은 불충분하고, 공기 갭의 거리 (D) 는 유기 EL 소자 변길이 (W) 의 0.5 배 이상이 되면, 광취출 효율의 향상 배율은 안정되게 된다.

또, 공기 갭의 거리 (D) 는 유기 EL 소자 변길이 (W) 의 0.25 배보다 작은 경우, 볼록면 구조 반사체 (층) 구성의 유기 EL 소자의 광취출 효율의 향상은 평면 반사체와 그다지 변하지 않거나, 혹은, 평면 반사체 구성보다 낮다. 그러나, 공기 갭의 거리 (D) 는 유기 EL 소자 변길이 (W) 의 0.25 배 이상이 되면, 표면이 곡률 반경 (R) 의 구면상인 반사체의 광취출 효율의 향상 배율이 평면 반사체보다 커진다. 공기 갭의 거리 (D) 는 유기 EL 소자 변길이 (W) 의 0.5 배보다 커지면, 볼록면 구조가 있는 반사체의 광취출 효율의 향상 배율과 평면 반사체 사이의 차이가 안정화된다.

도 18 에는, 예로서 계산 모델 3 에 대해, 표면이 곡률 반경 (R) 의 구면상인 반사체의 구면의 곡률 반경 (R)/소자의 변길이 (W) 를 파라미터로 하고 있을 때, 공기 갭의 거리 (D) 를 변화시켜 최적화한 곡률 반경 (R)/소자의 변길이 (W) 의 범위를 나타냈다. 보다 상세하게는, 계산 모델 3 에 대해, 볼록면의 곡률 반경 (R) 을 파라미터로 했을 때, 공기 갭 (D) 을 변화시켜 최적화하고, 그 최적인 D 에 있어서의 소자의 최적화한 광취출 효율을 계산한다. 표면이 곡률 반경 (R) 의 구면상인 반사체의 곡률 반경 (R)/소자의 변길이 (W) 는 0.1 ∼ 3 이 바람직하고, 0.2 ∼ 1.5 가 보다 바람직하다.

도 21 에 계산 모델 5 및 6 의 결과를 나타냈다. 보다 상세하게는, 계산 모델 5 및 6 에 대해, 저굴절률층의 굴절률을 파라미터로 했을 때, 광취출 효율의 배율 관계를 나타냈다.

도 21 로부터, 저굴절률층의 굴절률이 1.6 이하이면, 광취출 효율의 배율이 향상하고, 굴절률이 1.3 이하이면 보다 바람직하고, 저굴절률층이 공기층인 경우에 가장 바람직한 것을 알 수 있다.

또, 도 21 로부터, 반사체가 구면상의 볼록 구조를 갖는 반사체인 경우에는, 평면상의 반사체의 경우보다 효과적인 것을 알 수 있었다.

＜유기 전계 발광 소자의 제조예＞

이하, 본 발명의 유기 전계 발광 소자의 제조예를 구체적으로 나타내지만, 이들은 일례로서, 본 발명은 이들의 구체예에 한정되지 않는다.

[실시예 1]

도 7 에 실시예 1 의 유기 전계 발광 소자의 개략도를 나타낸다. 도 7 의 유기 전계 발광 소자 (100) 는, 투명 기판 (1), 광취출 성능을 갖는 제 1 투명 전극 (2), 유기 발광층, 및 제 2 투명 전극을 포함하는 유기 발광부 (20) 를 이 순서로 갖는 적층체와, 유기 발광부 (20) 에 대향하도록, 간격을 갖고 형성된 반사체 (5) 를 갖는다. 반사체 (5) 의 유기 발광부 (20) 측의 표면은, 반사체 (5) 와 유기 발광부 (20) 의 거리가 가장 짧은 점을 1 개 갖고, 그 점에서 멀어짐에 따라 반사체 (5) 와 유기 발광부 (20) 의 거리가 단조롭게 증가하는 형상을 갖고 있다.

도 7 에 있어서의 적층체의 적층 방향으로부터 평면시에 있어서, 반사체 (5) 가 유기 발광층 전체를 덮고 있다.

도 7 의 유기 전계 발광 소자는, 상기 반사체 (5) 와는 다른 제 2 반사체 (6) 를 갖고 있다. 제 2 반사체 (6) 는 반사체 (5) 에 의해 반사된 광을 추가로 반사시킬 수 있어, 유기 전계 발광 소자의 사이즈를 작게 해도 광취출 효율을 향상시킬 수 있기 때문에, 공간 절약화에 기여한다. 제 2 반사체 (6) 는 평판 반사체이다. 제 2 반사체 (6) 는 투명 기판 (1) 과 반사체 (5) 에 접하여 형성되어 있다. 투명 기판 (1) 과 반사체 (5) 와 제 2 반사체 (6) 로 상기 적층체는 봉지되어 있기 때문에, 외부로부터의 수분 등의 침입을 방지할 수 있다.

[실시예 2]

도 8 에 실시예 2 의 유기 전계 발광 소자의 개략도를 나타낸다. 도 8 의 유기 전계 발광 소자 (100) 는, 실시예 1 의 유기 전계 발광 소자에 있어서, 제 2 투명 전극 (4) 을 광취출 성능을 갖는 제 2 투명 전극 (8) 으로 한 것이다.

[실시예 3]

도 9 에 실시예 3 의 유기 전계 발광 소자의 개략도를 나타낸다. 도 9 의 유기 전계 발광 소자 (100) 는, 실시예 1 의 유기 전계 발광 소자에 있어서, 봉지캔 (7) 의 내측에 반사체 (5) 를 형성하고, 투명 기판 (1) 과 봉지캔 (7) 을 접하여 배치함으로써, 상기 적층체는 봉지되어, 외부로부터의 수분 등의 침입을 방지할 수 있다.

또, 반사체 (5) 는 봉지캔 (7) 의 저부와의 사이에 공동을 갖도록 형성되어 있고, 상기 공동에는 건조제를 봉입하고 있다. 건조제를 반사체 (5) 와 봉지캔 (7) 사이에 봉입함으로써 건조제에 의한 광의 흡수나 광로 방해를 피할 수 있다.

[실시예 4]

도 10 에 실시예 4 의 유기 전계 발광 소자의 개략도를 나타낸다. 도 10 의 유기 전계 발광 소자 (100) 는, 실시예 3 의 유기 전계 발광 소자에 있어서, 제 2 투명 전극 (4) 을 광취출 성능을 갖는 제 2 투명 전극 (8) 으로 한 것이다.

[실시예 5]

도 11 에 실시예 5 의 유기 전계 발광 소자의 개략도를 나타낸다. 도 11 의 유기 전계 발광 소자 (100) 는, 실시예 1 의 유기 전계 발광 소자에 있어서, 제 2 반사체 (6) 를 투명 기판 (1) 과 예각을 이루도록 배치한 (반사체 (5) 와는 둔각을 이루도록 배치한) 것이다. 이와 같이 제 2 반사체 (6) 를 배치함으로써 투명 기판 (1) 측으로 반사되는 광의 양을 많게 할 수 있어, 광취출 효율의 향상에 기여한다.

[실시예 6]

도 12 에 실시예 6 의 유기 전계 발광 소자의 개략도를 나타낸다. 도 12 의 유기 전계 발광 소자 (100) 는, 실시예 5 의 유기 전계 발광 소자에 있어서, 제 2 투명 전극을 광취출 성능을 갖는 제 2 투명 전극으로 한 것이다.

이하, 각 부재의 구체적인 제조 방법에 대하여 설명한다.

(광취출 성능을 갖는 투명 전극용 도전층 도포액 1 의 조제)

PEDOT-PSS (폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)-폴리(스티렌술폰산), 굴절률：1.5) (CLEVIOS^TM) 에 산화티탄 입자 (평균 입경 150 ㎚ 이하) 가 분산된 슬러리재를 도프하고, 옴니 믹서로 충분히 교반하여 도전성 바인더 재료를 얻는다.

PEDOT-PSS 와 산화티탄 입자의 체적 비율은 필요한 굴절률이 얻어지는 비율로 하면 되고, 순수한 산화티탄에서는 PEDOT：산화티탄=7：3 ∼ 6：4 정도가 되지만, 혼합물, 쉘 코어 구조를 가진 입자에서는 필요한 굴절률이 얻어지도록 적절히 비율을 조정하면 된다.

산화티탄 대신에 굴절률이 높은 투명한 입자 (예를 들어 산화지르코늄 입자등, 입상의 투명 재료) 나 슬러리나 졸 상태의 것을 첨가해도 된다.

계속해서, 광확산 미립자 (일차 입자경 1.5 ㎛ 의 가교 아크릴계 입자) 「재료명：MX-150」을 스터러로 교반하면서 상기 「도전성 바인더 재료」 에 도프한다. 또한 옴니 믹서로 확산 입자를 충분히 분산시킨다.

가교 아크릴계 등의 수지 입자 대신에 직경이 1 ∼ 10 ㎛ 정도인 무기 재료 (산화지르코늄, 산화티탄 등) 를 첨가해도 된다.

도전성 바인더의 굴절률은 1.8 (PEDOT-PSS＋산화티탄 슬러리), 확산 입자의 굴절률은 1.49 (가교 아크릴계 입자의 경우) 로 굴절률 차이가 충분히 커, 박막에서도 광취출에 충분한 확산을 얻는다.

도전성 바인더 재료와 확산 입자의 체적비는 도전성 바인더：확산 입자 MX-150 에서는 50：50 정도이지만 평탄성을 고려하여 70：30 ∼ 80：20 정도까지 떨어뜨려도 된다.

(제 1 투명 전극을 형성하는 제 2 층 (평탄화층) 용 도전층 도포액 2 의 조제)

PEDOT-PSS (CLEVIOS^TM) 에 산화티탄 입자 (평균 입경 150 ㎚ 이하) 가 분산된 슬러리재를 도프하고, 옴니 믹서로 충분히 교반하여 도전성 바인더 재료를 얻는다.

PEDOT-PSS 와 산화티탄 입자의 체적 비율은 필요한 굴절률이 얻어지는 비율로 하면 되고, 산화티탄에서는 7：3 ∼ 6：4 정도가 된다.

산화티탄 대신에 굴절률이 높은 투명한 입자 (예를 들어 산화지르코늄 입자등, 입상의 투명 재료) 를 첨가해도 된다.

(유리 기판 표면 처리)

유리 기판은 실란 커플링 처리를 실시하여, 광취출 성능을 갖는 제 1 투명 전극-유리 사이의 밀착성을 높인다.

(포토리소그래피 보조 배선의 성막)

광취출 성능을 갖는 제 1 투명 전극 (제 1 투명 전극을 형성하는 제 1 층) 또는 제 1 투명 전극을 형성하는 제 2 층 (평탄화층) 성막 후, 진공 증착기로 보조 배선으로서 알루미늄을 200 ㎚ 내지 100 ㎚ 성막하였다.

포토리소그래피 공정에 의해 보조 배선 형상으로 형성하였다.

보조 배선의 형성은 하기 마스크에 의한 방법이어도 된다.

(마스크 보조 배선의 성막)

광취출 성능을 갖는 제 1 투명 전극 (제 1 투명 전극을 형성하는 제 1 층) 또는 제 1 투명 전극을 형성하는 제 2 층 (평탄화층) 성막 후, 진공 증착기로 보조 배선으로서 알루미늄을 200 ㎚, 금속 마스크에 의해 성막한다. 마스크에 의해, 에칭으로 얻어지는 배선 형상보다 둥그스름한 형상이 된다.

(광취출 성능을 갖는 제 1 투명 전극의 성막)

상기 광취출 성능을 갖는 투명 전극용 도전층 도포액 1 을 에지 코터로 1 ∼ 40 ㎛, 상기 투명 기판 상에 도포한다.

도포 후, 환경 120 ℃ 내에서 건조, 경화시켜, 광취출 성능을 갖는 제 1 투명 전극을 얻었다.

(제 1 투명 전극을 형성하는 제 2 층 (평탄화층) 의 성막)

광취출 성능을 갖는 제 1 투명 전극의 표면의 요철 정도에 따라서는 제 1 투명 전극을 형성하는 제 2 층 (평탄화층) 용 도전층 도포액 2 를 광취출 성능을 갖는 제 1 투명 전극 상에 도포해도 된다.

제 1 투명 전극을 형성하는 제 2 층 (평탄화층) 에 의해, 평탄성 확보 외에, 확산 효과의 조정에도 사용할 수 있다. 제 1 투명 전극 (제 1 투명 전극을 형성하는 제 1 층) 과 제 1 투명 전극을 형성하는 제 2 층 (평탄화층) 의 굴절률을 바꾸어도 된다.

(유기층 작성)

상기 수법으로 작성한 제 1 투명 전극 (제 1 투명 전극을 형성하는 제 1 층) 또는 제 1 투명 전극을 형성하는 제 2 층 (평탄화층) 상에, 진공 증착 장치에 의해, HAT-CN 을 10 ㎚, 하기 구조식으로 나타내는 4,4',4''-트리스(N,N-(2-나프틸)-페닐아미노)트리페닐아민 (2-TNATA) (99.8 ％) 과 하기 구조식으로 나타내는 F4-TCNQ (0.2 ％) 를 두께가 150 ㎚ 가 되도록 공증착시켜, 정공 주입층을 형성하였다.

다음으로, 상기 정공 주입층 상에, 정공 수송층으로서 α-NPD (Bis[N-(1-naphthyl)-N-phenyl]benzidine) 를 두께가 7 ㎚ 가 되도록 진공 증착법으로 형성하였다.

다음으로, 상기 정공 수송층 상에, 하기 구조식으로 나타내는 유기 재료 A 를 진공 증착하여, 두께 3 ㎚ 의 제 2 정공 수송층을 형성하였다.

다음으로, 제 2 정공 수송층 상에, 호스트 재료로서 하기 구조식으로 나타내는 유기 재료 B 와, 그 유기 재료 B 에 대해 40 질량％ 의 인광 발광 재료인 하기 구조식으로 나타내는 발광 재료 A 를 도프한 유기 발광층을 30 ㎚ 의 두께로 진공 증착하였다.

다음으로, 유기 발광층 상에 전자 수송층으로서 하기 구조식으로 나타내는 BAlq (Bis-(2-methyl-8-quinolinolato)-4-(phenyl-phenolate)-aluminium (III)) 를 두께가 39 ㎚ 가 되도록 진공 증착하였다.

다음으로, 전자 수송층 상에, 하기 구조식으로 나타내는 BCP (2,9-디메틸-4,7-디페닐-1,10-페난트롤린) 를 전자 주입층으로서 두께가 1 ㎚ 가 되도록 증착하였다.

다음으로, 전자 주입층 상에 버퍼층으로서 LiF 를 두께가 1 ㎚, 그 위에 광취출 성능을 갖는 투명 전극용 도전층 도포액 1 을 사용하여 광취출 성능을 갖는 제 2 투명 전극을 형성하였다. 또, 음극으로서의 기능을 실현하기 위해서, 상기 버퍼층 상 또는 제 2 투명 전극 상에, 1 ㎚ ∼ 10 ㎚ 의 Al 나 Ag 의 박막을 증착할 수도 있다.

제조한 적층체를 진공으로부터 질소 분위기하의 방으로 옮기고, 봉지캔으로 봉지한다. 또한, 봉지캔의 내측에는 미리 흡습재를 붙여 두었다.

[화학식 8]

[화학식 9]

[화학식 10]

[화학식 11]

[화학식 12]

[화학식 13]

[화학식 14]

[화학식 15]

(제 2 투명 전극의 성막)

PEDOT-PSS (CLEVIOS^TM) 또는 PEDOT-PSS (CLEVIOS^TM) 에 산화티탄 입자 (평균 입경 150 ㎚ 이하) 가 분산된 슬러리재를 도프하고, 옴니 믹서로 충분히 교반한 것을 도포액으로 한다. 이것을, 에지 코터로 유기층 상에 도포했다.

또한, 제 2 투명 전극을 광취출 성능을 갖는 것으로 하는 경우에는, 광취출 성능을 갖는 제 1 투명 전극과 마찬가지로 광확산성 미립자를 첨가하면 된다.

(반사체의 제조 및 봉지)

1. 볼록면이 있는 봉지 패키지 (실시예 1, 2, 5, 6)

봉지 패키지에 원하는 볼록 구조를 형성하는 방법으로서 MIM 법：금속 분말 사출 성형법)/Metal Injection Molding 이 잘 알려져 있다.

MIM 법을 이용하여 저부에 볼록면의 형상을 패키지 성형시에 형성한 후에 높은 반사율의 금속 (Al 등) 을 코트함으로써 저부에 볼록 형상 반사 미러를 갖는 봉지 패키지가 얻어진다. 이 패키지에 유기 전계 발광 소자를 실장함으로써 원하는 구조의 반사체를 얻을 수 있다.

2. 건조제를 볼록부에 봉입하는 경우 (실시예 3, 4)

상기 1 의 방법으로는 건조제를 볼록부에 봉입할 수 없다. 이 구성의 경우, 수지를 사출 성형하여 패임을 가진 볼록부를 형성한 후에 볼록측에 높은 반사율의 금속 (Al 등) 을 코트함으로써 반사 미러 부재를 형성한다. 이 반사 미러를 패키지에 접착 고정시킬 때에 패인 부분에 건조제를 삽입함으로써 건조제를 삽입한 볼록부 미러를 가진 패키지가 얻어진다. 이 패키지에 유기 전계 발광 소자를 실장함으로써 원하는 구조를 얻을 수 있다.

1 : 투명 기판
2 : 광취출 성능을 갖는 제 1 투명 전극
3 : 유기 발광층
4 : 제 2 투명 전극
5, 5r : 반사체
6 : 제 2 반사체
7 : 봉지캔
8 : 광취출 성능을 갖는 제 2 투명 전극
10 : 적층체
20 : 유기 발광부 (투명 전극과 유기 발광층을 포함한다)
21 : 유기층 (유기 발광층을 포함한다)
22 : 저굴절률층
100 : 유기 전계 발광 소자
a ∼ h : 광선
P : 중심점

Claims (24)

1. 투명 기판, 제 1 투명 전극, 유기 발광층, 및 제 2 투명 전극을 이 순서로 갖는 적층체와,
   상기 적층체의 투명 기판에 대해 제 2 투명 전극을 갖는 측에, 상기 적층체와 간격을 갖고 형성된, 유기 발광층에서 발생한 광을 반사시키는 반사체를 갖고,
   상기 제 1 투명 전극은 일차 입자경이 0.5 ㎛ 이상인 투명한 입자를 적어도 1 종 함유하는 투명 도전층이고,
   상기 반사체의 상기 적층체측의 표면은, 반사체와 적층체의 거리가 가장 짧은 점 또는 선을 1 개 갖고, 그 점 또는 선으로부터 멀어짐에 따라 반사체와 적층체의 거리가 단조롭게 증가하는 형상을 갖고,
   상기 적층체의 적층 방향에 있어서의 평면시 (平面視) 에 있어서, 상기 반사체가 상기 유기 발광층 전체를 덮고 있는, 유기 전계 발광 소자.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 적층체와 상기 반사체 사이에 유기 발광층의 굴절률보다 낮은 굴절률을 갖는 저굴절률층이 존재하는, 유기 전계 발광 소자.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 저굴절률층이 공기층인, 유기 전계 발광 소자.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 반사체의 형상이 구면상, 원뿔상, 각뿔상, 또는 삼각 기둥상인, 유기 전계 발광 소자.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 반사체의 상기 적층체측의 표면이, 반사체와 적층체의 거리가 가장 짧은 점 또는 선을 1 개 갖고, 그 점 또는 선으로부터 멀어짐에 따라 반사체와 적층체의 거리가 연속적으로 증가하는 형상을 갖는, 유기 전계 발광 소자.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 유기 발광층의 상기 반사체측의 면적을 S 로 하고,
   상기 적층체의 표면과 상기 반사체의 거리의 최대값을 D 로 한 경우,
   √S 와 D 가 하기 식 (1) 을 만족하는, 유기 전계 발광 소자.
   0.3≤D/√S 식 (1)
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 적층체의 적층 방향에 있어서의 평면시에 있어서, 상기 유기 발광층의 형상이 정방형이며, 그 정방형의 한 변의 변길이를 W 로 하고,
   상기 적층체의 표면과 상기 반사체의 거리의 최대값을 D 로 한 경우,
   W 와 D 가 하기 식 (2) 를 만족하는, 유기 전계 발광 소자.
   0.5≤D/W 식 (2)
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 반사체의 표면이 구면상인, 유기 전계 발광 소자.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 적층체의 적층 방향에 있어서의 평면시에 있어서, 상기 유기 발광층의 형상이 정방형이며, 그 정방형의 한 변의 변길이를 W 로 하고,
   상기 반사체의 표면의 곡률 반경을 R 로 한 경우,
   W 와 R 이 하기 식 (3) 을 만족하는, 유기 전계 발광 소자.
   0.1≤R/W≤3 식 (3)
10. 제 1 항에 있어서,
    상기 반사체가 금속 재료 또는 반사율이 90 ％ 이상인 확산 반사판으로 구성되어 있는, 유기 전계 발광 소자.
11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 투명 전극이, 상기 일차 입자경이 0.5 ㎛ 이상인 투명한 입자와 도전성 매트릭스를 함유하는, 유기 전계 발광 소자.
12. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 투명 전극이, 일차 입자경이 100 ㎚ 이하인 입자를 추가로 함유하는, 유기 전계 발광 소자.
13. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 투명 전극에 있어서의, 상기 일차 입자경이 100 ㎚ 이하인 입자의 굴절률이 상기 도전성 매트릭스의 굴절률에 비해 높은, 유기 전계 발광 소자.
14. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 투명 전극이, 상기 일차 입자경이 0.5 ㎛ 이상인 투명한 입자와 도전성 고분자를 포함하는 조성물을 상기 투명 기판 상에 도포하고, 건조시켜 얻어진 것인, 유기 전계 발광 소자.
15. 제 1 항에 있어서,
    상기 반사체에 의해 반사된 광을 상기 투명 기판측으로 추가로 반사시키는 제 2 반사체를 갖는, 유기 전계 발광 소자.
16. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 2 반사체가 상기 반사체와 상기 투명 기판에 접하여 형성되어 있는, 유기 전계 발광 소자.
17. 제 16 항에 있어서,
    상기 제 2 반사체가 상기 투명 기판과 예각을 이루어 형성되어 있는, 유기 전계 발광 소자.
18. 제 1 항에 있어서,
    상기 반사체가 상기 적층체를 봉지하는 봉지캔 내에 형성되어 있는, 유기 전계 발광 소자.
19. 제 18 항에 있어서,
    상기 반사체가 상기 봉지캔 내에 반사체와 봉지캔 사이에 공동 (空洞) 을 갖고 형성되고, 상기 공동에 건조제를 갖는, 유기 전계 발광 소자.
20. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 투명 전극이, 일차 입자경이 0.5 ㎛ 이상인 투명한 입자를 적어도 1 종 함유하는 투명 도전층인, 유기 전계 발광 소자.
21. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 투명 전극이, 일차 입자경이 0.5 ㎛ 이상인 투명한 입자를 적어도 1 종 함유하는 제 1 층과, 일차 입자경이 0.5 ㎛ 이상인 투명한 입자를 포함하지 않고 일차 입자경이 100 ㎚ 이하인 입자를 포함하는 제 2 층의 2 층으로 이루어지는, 유기 전계 발광 소자.
22. 제 21 항에 있어서,
    상기 제 1 투명 전극을 구성하는 제 2 층의 모든 구성 성분의 굴절률과, 상기 제 1 투명 전극을 구성하는 제 1 층의 구성 성분으로부터 일차 입자경이 0.5 ㎛ 이상인 투명한 입자를 제외한 성분의 굴절률의 차이의 절대값이 0.02 이하인, 유기 전계 발광 소자.
23. 제 1 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 기재된 유기 전계 발광 소자를 포함하는, 면 광원.
24. 제 1 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 기재된 유기 전계 발광 소자를 포함하는, 조명 장치.

Images