WO2013190623A1 - エレクトロルミネッセンス素子 - Google Patents

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黒田　和男
秀雄 工藤
浩 大畑
敏治 内田
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パイオニア株式会社
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    • H10K59/875—Arrangements for extracting light from the devices
    • H10K59/878—Arrangements for extracting light from the devices comprising reflective means

Definitions

  • the present invention relates to an electroluminescence element.
  • An organic electroluminescence element (hereinafter referred to as an organic EL element) in which an organic functional layer including a light emitting layer is sandwiched between an anode layer and a cathode layer on a glass substrate is known.
  • an organic EL element when a voltage is applied between the anode and the cathode, the light emitting layer emits light. The emitted light is extracted from the glass substrate by making the anode transparent. Since the light emitted from the light emitting layer is confined and extinguished by total reflection between the anode-glass interface and between the glass-air interface, only about 20% of the light generated in the light emitting layer is extracted outside. There is a problem that the light extraction efficiency is low.
  • an organic EL display device in which a plurality of organic EL elements each having a concavo-convex reflective electrode formed on a wiring substrate are arranged (see, for example, Patent Document 1).
  • the light directed to the wiring board is scattered and reflected by the reflective electrode having a concavo-convex surface, and is directed outward from the second electrode on the outermost surface to improve the light extraction efficiency. ing.
  • a wiring substrate having a concavo-convex surface is formed, a reflective electrode or the like is sequentially formed thereon, planarized with a conductive transparent organic film, a light emitting layer is formed, and a second electrode is formed.
  • a reflective electrode or the like is sequentially formed thereon, planarized with a conductive transparent organic film, a light emitting layer is formed, and a second electrode is formed. The process of making.
  • a plurality of organic electroluminescent elements formed by providing an organic light emitting layer between transparent electrodes are spaced apart and arranged on a plane, and light is extracted from both sides of each element.
  • a light emitting module provided with a concave mirror larger than the element is also known (see, for example, Patent Document 2).
  • the present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide an electroluminescence element capable of improving the light extraction efficiency as compared with the prior art.
  • the electroluminescent element of the present invention is an electroluminescent element including a light emitting laminate sandwiched between a light-transmitting electrode layer and a reflective metal electrode layer, and sandwiched between the light emitting laminate and the reflective metal electrode layer.
  • the reflective metal electrode layer has a reflective portion having a plurality of concave reflective surfaces each facing the translucent conductive thin film, and each of the concave reflective surfaces and the A plurality of spheres that are optically in close contact with the light-transmitting conductive thin film are provided.
  • FIG. 1 is a partial cross-sectional view of an organic EL element which is an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a partial perspective plan view of the reflective metal electrode layer of the organic EL element of the embodiment of FIG.
  • FIG. 3 is a partially transparent plan view seen from a light emitting laminate showing a reflective metal electrode layer of an organic EL device according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic sectional view showing an organic EL device according to another embodiment of the present invention.
  • an organic EL device includes a translucent electrode layer 2, an organic functional layer 3, a translucent conductive thin film TTCF, and a reflective metal electrode layer on a translucent substrate 1. 4 are laminated in order.
  • the organic functional layer 3 is a hole injection layer 3a, a light emitting layer 3c, an electron transport layer 3d, and an electron injection layer 3e, which are sequentially stacked. Moreover, in this laminated structure, it is also possible to laminate
  • the organic functional layer 3 may be configured by omitting the hole transport layer 3b, the hole injection layer 3a, or the hole injection layer 3a and the electron transport layer 3d from the stacked structure. May be.
  • the light emitting material of the light emitting layer 3c may be, for example, a fluorescent material or a phosphorescent material.
  • a fluorescent material may be used for the blue light emitting layer
  • a phosphorescent material may be used for the green and red light emitting layers.
  • a diffusion preventing layer can be provided between the light emitting layers.
  • Examples of fluorescent materials that emit blue light include naphthalene, perylene, and pyrene.
  • fluorescent materials that give green light emission include quinacridone derivatives, coumarin derivatives, and aluminum complexes such as Alq3 (tris (8-hydroxy-quinoline) aluminum).
  • Examples of fluorescent materials that give yellow light include rubrene derivatives.
  • Examples of fluorescent materials that give red light emission include DCM (4- (dicyanomethylene) -2-methyl-6- (p-dimethylaminostyryl) -4H-pyran) compounds, benzopyran derivatives, rhodamine derivatives, and the like.
  • Examples of the phosphorescent material include iridium, platinum, ruthenium, rhodium, and palladium complex compounds. Specific examples of the phosphorescent material include tris (2-phenylpyridine) iridium (so-called Ir (ppy) 3), tris (2-phenylpyridine) ruthenium, and the like.
  • the organic functional layer 3 includes dry coating methods such as sputtering and vacuum deposition, and wet coating methods such as screen printing, spraying, ink jetting, spin coating, gravure printing, and roll coater. It has been.
  • the hole injection layer, the hole transport layer, and the light emitting layer are uniformly formed as a solid film by a wet coating method
  • the electron transport layer and the electron injection layer are uniformly formed as a solid film by a dry coating method, respectively. You may form into a film sequentially.
  • all the functional layers may be uniformly and sequentially formed as a solid film by a wet coating method.
  • the translucent electrode layer 2 serving as an anode for supplying holes to the functional layers up to the light emitting layer 3c is composed of ZnO, ZnO—Al 2 O 3 (so-called AZO), In It may be composed of 2 O 3 —ZnO (so-called IZO), SnO 2 —Sb 2 O 3 (so-called ATO), RuO 2 or the like. Furthermore, it is preferable to select a material having a transmissivity of at least 10% at the emission wavelength obtained from the organic EL material for the translucent electrode layer.
  • the translucent electrode layer 2 usually has a single-layer structure, but it can also have a laminated structure made of a plurality of materials if desired.
  • the material of the cathode reflective metal electrode layer 4 that supplies electrons to the functional layers up to the light emitting layer 3c is preferably a metal having a low work function in order to efficiently inject electrons, for example, tin, magnesium, indium, calcium,
  • a suitable metal such as aluminum or silver or an alloy thereof is used.
  • Specific examples include low work function alloy electrodes such as magnesium-silver alloy, magnesium-indium alloy, and aluminum-lithium alloy.
  • a metal layer having a high work function and stable to the atmosphere on the cathode because the stability of the organic EL panel is increased.
  • metals such as aluminum, silver, copper, nickel, chromium, gold and platinum are used.
  • these materials may be used only by 1 type and may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio.
  • the translucent conductive thin film TTCF is formed so as to be sandwiched between the organic functional layer 3 and the reflective metal electrode layer 4.
  • the translucent conductive thin film TTCF is made of an electric conductor having an electric conductivity of 10 6 S / m or more, and has a shortest wavelength of visible light of about 360 nm or less, that is, a film thickness in the range of ultra soft X-ray to ultraviolet wavelength. It is a thin film which has.
  • the material of the translucent conductive thin film TTCF includes carbon such as metal, graphite, and graphene.
  • a silver thin film having a film thickness of 20 nm as a metal thin film of the translucent conductive thin film TTCF has a transmittance of 50%.
  • An Al film having a thickness of 10 nm as the metal thin film has a transmittance of 50%.
  • the 20 nm-thick MgAg alloy film as the metal thin film has a transmittance of 50%.
  • a thin film made of an electric conductor and having a thickness of a thin film having a thickness in the range of ultra-soft X-ray to ultraviolet wavelength and having a transmittance of at least 50% may be adopted. preferable.
  • the translucent conductive thin film TTCF is formed of a metal thin film, the conductivity can be obtained if the lower limit of the film thickness is about 3 nm.
  • the translucent conductive thin film TTCF is formed on the organic functional layer 3 by a vacuum deposition method.
  • the organic functional layer 3 Since the organic functional layer 3 is sandwiched between and in electrical contact with the translucent electrode layer 2 and the translucent conductive thin film TTCF, the electrically translucent electrode layer 2 and the reflective metal electrode layer 4 are in contact with each other.
  • the drive voltage is applied to the organic functional layer 3 through the light, the light generated in the light emitting layer 3c in the organic functional layer 3 passes through the translucent electrode layer 2 and further passes through the translucent conductive thin film TTCF. After being reflected by the reflective metal electrode layer 4, the light passes through the translucent electrode layer 2 and is taken out from the surface of the translucent substrate 1.
  • the reflective metal electrode layer 4 has a plurality of concave reflective surfaces 4a each facing the translucent conductive thin film TTCF. Each concave reflective surface 4a is curved toward the reflective metal electrode layer.
  • the reflective portion of the reflective metal electrode layer includes a flat reflective metal electrode layer 4 portion in contact with the interface with the translucent conductive thin film TTCF and a concave reflective surface 4a.
  • the plurality of spheres 5 have substantially the same size as shown in FIG.
  • the spheres 5 are arranged at a substantially uniform distribution density on the flat interface (XY plane) with the translucent conductive thin film TTCF, and may be arranged periodically.
  • the period is generated in the organic functional layer 3. It is preferable that it is sufficiently larger than the wavelength of the emitted light.
  • the plurality of spheres 5 may be arranged on all the lattices having the same shape and size and intersecting each other at an angle of 60 degrees.
  • the material constituting the sphere 5 is a transparent substance (such as beads) or a conductive substance (such as beads) of the same size.
  • the material is selected from an inorganic material or an organic material having a refractive index equal to or higher than that of the organic functional layer 3, and may be an insulator or a conductive material.
  • the size of the sphere 5 is sufficiently larger than the wavelength of light generated in the organic functional layer 3.
  • the diameter of the sphere 5 is, for example, about 10 ⁇ m to 30 ⁇ m.
  • a transparent electrode layer 2 and an organic functional layer 3 are sequentially formed on a flat transparent substrate 1 by a known method, and a transparent conductive thin film TTCF is formed on the surface of the organic functional layer 3.
  • the light-transmitting conductive thin film TTCF is prepared so that the surface thereof is flat.
  • a transparent bead TBP and ITO particles (with conductivity) of the same size are applied on the light-transmitting conductive thin film TTCF with a very thin transparent adhesive having the same refractive index as that of the transparent bead TBP such as SiO 2 (no conductivity).
  • a very thin transparent adhesive having the same refractive index as that of the transparent bead TBP such as SiO 2 (no conductivity).
  • Each bead is sprayed, pressure-bonded, dried, and then the reflective metal electrode layer 4 is deposited on both the beads and the light-transmitting conductive thin film TTCF.
  • An organic material such as an electron transport layer material may be used as the transparent adhesive.
  • a light-transmitting conductive thin film for example, a metal thin film is deposited instead of the above-mentioned adhesive, and then the reflective metal electrode layer 4 is attached with the beads attached to the light-transmitting conductive thin film TTCF by static electricity. May be deposited. In that case, an inert gas or the like is inserted between the beads with a hollow space.
  • each of the hemispherical, conical, pyramidal, frustoconical or truncated pyramidal concave reflecting surfaces becomes a concave mirror defined corresponding to the spheres of those shapes.
  • the sphere 5 does not necessarily require a conductive material, and there is an advantage that the degree of freedom of the material of the sphere 5 is increased.
  • the translucent conductive thin film TTCF and the plurality of spheres 5 and the reflective metal electrode layer 4 are formed.
  • the parallelism of the cathode, the light emitting layer and the anode can be kept high, and the light scattering effect of the concave reflection surface 4a of the reflective metal electrode layer 4 formed on the plurality of spheres 5 can be exhibited.
  • the applied voltage as the cathode can be applied in a balanced manner.
  • the electron dispersion from the reflective metal electrode layer 4 and the hole dispersion places from the translucent electrode layer 2 become uniform.
  • the organic EL device includes an anode translucent electrode layer 2, a hole injection layer 3 a, a hole transport layer 3 b, a light emitting layer 3 c, and a cathode, which are sequentially laminated on the glass substrate of the translucent substrate 1. It consists of a reflective metal electrode layer 4.
  • the organic functional layer 3 is a hole injection layer 3a, a hole transport layer 3b, and a light emitting layer 3c.
  • the light emitted from the light emitting point of the light emitting layer indicated by the broken line and solid line arrows passes through the hole transport layer 3b and the hole injection layer 3a, passes through the translucent electrode layer 2, and passes through the glass layer. Enter the optical substrate 1.
  • the light emitting layer 3c, the hole transport layer 3b, the hole injection layer 3b, and the translucent electrode layer 2 are approximately equal in refractive index of about 1.8.
  • refractive index of about 1.8.
  • the totally reflected light reaches the reflective metal electrode layer 4 from the translucent electrode layer 2 through the hole injection layer 3a, the hole transport layer 3b, and the light emitting layer 3c.
  • the concave reflective surface 4a of the reflective metal electrode layer 4 Since the passing distance from the light emitting layer 3c interface of the sphere 5 on the concave reflective surface 4a of the reflective metal electrode layer 4 varies depending on the location, the concave reflective surface 4a is reflected at an angle different from the incident angle after passing through the sphere 5.
  • the reflection angle varies depending on the case, but when reflected at an angle smaller than the incident angle, the light passes through the sphere and the glass interface or the glass and air layer interface without being totally reflected.
  • the translucent conductive thin film TTCF that also functions as an electrode and a plurality of concave reflection surfaces 4a are distributed on the surface of the reflective metal electrode layer 4, so that the reflective metal electrode layer 4 reflects at the same angle as the incident angle.
  • the confinement action is reduced for light that enters the glass layer beyond the critical angle.
  • the organic EL element of this example has a composite electrode layer composed of a translucent conductive thin film TTCF, a reflective metal electrode layer 4 including a concave reflective surface 4a, and a sphere 5, and thus is relatively short.
  • Light can be extracted outside with an optical path length and a relatively small number of reflections, and the light extraction efficiency can be dramatically improved. That is, by constructing a plurality of spheres 5 between the flat translucent conductive thin film TTCF and the reflective metal electrode layer 4, the concave reflective surface 4 a by the translucent conductive material portion becomes translucent electrode layer-glass.
  • the light extraction efficiency can be improved by changing the reflection angle of light that is repeatedly confined in total reflection between the glass-air layer interfaces.
  • a quartz or glass plate, a metal plate or metal foil, a bent resin substrate, a plastic film, a sheet, or the like is used as the translucent substrate 1.
  • a glass plate or a transparent plate made of a synthetic resin such as polyester, polymethacrylate, polycarbonate, or polysulfone is preferable.
  • a synthetic resin substrate it is necessary to pay attention to gas barrier properties. If the gas barrier property of the substrate is too small, the organic EL panel may be deteriorated by the outside air that has passed through the substrate, which is not preferable. Therefore, a method of securing a gas barrier property by providing a dense silicon oxide film or the like on at least one surface of the synthetic resin substrate is also a preferable method.
  • an inexpensive glass substrate which is not an expensive polishing glass substrate for displays can also be used for an organic EL panel substrate.
  • the organic functional layer is a light-emitting laminate, but a light-emitting laminate can be formed by laminating inorganic material films.

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Abstract

　エレクトロルミネッセンス素子は、透光性電極層及び反射金属電極層の間に挟持された発光積層体を含み、発光積層体と反射金属電極層の間に挟持された透光性導電薄膜を有する。反射金属電極層は、各々が透光性導電薄膜に対向する複数の凹反射面を有する反射部を有する。素子は、凹反射面の各々と透光性導電薄膜とに各々光学的に密接している複数の球体を有する。

Description

エレクトロルミネッセンス素子
　本発明は、エレクトロルミネッセンス素子に関する。
　ガラス基板上の陽極と陰極の電極層の間に発光層を含む有機機能層が挟持された有機エレクトロルミネッセンス素子（以下、有機ＥＬ素子と称する）が知られている。この有機ＥＬ素子においては、陽極と陰極の間に電圧を印加すると発光層が発光する。発光光は陽極を透明とすることによりガラス基板から取り出される。発光層から発せられた光は陽極－ガラス界面間及びガラス－空気界面間での全反射により閉じ込められ消衰する故に、発光層で生成された光のうち約２０％程度の光しか外部に取り出すことができず、光取り出し効率が低いという問題がある。
　この問題に対して、光取り出し効率を向上させる提案がなされてきた。
　例えば、配線基板上に凹凸構造の反射電極を形成した有機ＥＬ素子の複数を配列した有機ＥＬ表示装置が知られている（例えば特許文献１参照）。各有機ＥＬ素子の発光層から発光した光のうち配線基板へ向かう光は凹凸面を有する反射電極で散乱反射され、最表面の第二電極から外へ向かうようにして、光取り出し効率を向上させている。特許文献１の素子の製法は、凹凸面を有する配線基板を形成し、その上に反射電極などを順次形成し、導電性透明有機膜で平坦化した後、発光層を形成し、第二電極を作る工程を含んでいる。
　また、透明電極間に有機発光層を設けて形成される有機電界発光素子の複数を離間して平面上に配列して各素子両側から光を取り出し、複数素子のそれぞれに、平面の片側に各素子より大きな凹面鏡を設けた発光モジュールも知られている（例えば特許文献２参照）。
特開2008-235605号公報 特開2004-119147号公報
　しかしながら、特許文献１の開示技術では、反射電極が凹凸構造である故に、陰極及び陽極の間でショートする可能性が高く電流リークを招来する危険性がある。
　特許文献２の開示技術では、有機ＥＬ素子の外部に凹面鏡や凸プリズム反射膜を形成している故に、空間に不活性ガスを封止したり、凸プリズムを接着するなど工程数の多く、歩留まりの向上が期待できない。また素子に比べ大なる凹面鏡を用いている故、素子内の光の閉じ込めには十分対応できていない。
　本発明は、上記した点に鑑みてなされたものであり、光取り出し効率を従来よりも向上させることができるエレクトロルミネッセンス素子を提供することを目的とする。
　本発明のエレクトロルミネッセンス素子は、透光性電極層及び反射金属電極層の間に挟持された発光積層体を含むエレクトロルミネッセンス素子であって、前記発光積層体と前記反射金属電極層の間に挟持された透光性導電薄膜を有し、前記反射金属電極層は、各々が前記透光性導電薄膜に対向する複数の凹反射面を有する反射部を有し、前記凹反射面の各々と前記透光性導電薄膜とに各々光学的に密接している複数の球体を有することを特徴とすることを特徴とする。
図１は、本発明の一実施例である有機ＥＬ素子の一部の断面図である。 図２は、図１の実施例の有機ＥＬ素子の反射金属電極層を示す発光積層体から眺めた部分透視平面図である。 図３は、本発明の他の実施例の有機ＥＬ素子の反射金属電極層を示す発光積層体から眺めた部分透視平面図である。 図４は、本発明の他の実施例の有機ＥＬ素子を示す概略断面図である。
　以下、本発明の実施例について図面を参照しつつ説明する。
　図１に示すように、本発明の実施例である有機ＥＬ素子は、透光性基板１上に、透光性電極層２、有機機能層３、透光性導電薄膜ＴＴＣＦ及び反射金属電極層４が順に積層されて構成されている。
　有機機能層３は、順に積層された正孔注入層３ａ、発光層３ｃ、電子輸送層３ｄ及び電子注入層３ｅである。また、この積層構成において、基板以外の構成要素を逆の順に積層することも可能である。いずれにしても、有機機能層３は発光積層体であり、これら積層構成に限定されることなく、少なくとも発光層を含み、或いは兼用できる電荷輸送層を含む積層構成も本発明に含まれる。有機機能層３は、上記積層構造から正孔輸送層３ｂを省いて構成しても、正孔注入層３ａを省いて構成しても、正孔注入層３ａと電子輸送層３ｄを省いて構成してもよい。
　発光層３ｃの発光材料は、例えば、蛍光材料でも燐光材料であってもよい。例えば、青色発光層は蛍光材料を用い、緑色や赤色の発光層は燐光材料を用いるなど、様々な組み合わせで用いてもよい。また、発光層の間に拡散防止層を設けることもできる。
　青色発光を与える蛍光材料としては、例えば、ナフタレン、ペリレン、ピレンなどが挙げられる。緑色発光を与える蛍光材料としては、例えば、キナクリドン誘導体、クマリン誘導体、Ａｌｑ３(tris (8-hydroxy-quinoline) aluminum) などのアルミニウム錯体などが挙げられる。黄色発光を与える蛍光材料としては、例えば、ルブレン誘導体などが挙げられる。赤色発光を与える蛍光材料としては、例えば、ＤＣＭ（4-(dicyanomethylene)-2-methyl-6-(p-dimethylaminostyryl)-4H-pyran）系化合物、ベンゾピラン誘導体、ローダミン誘導体などが挙げられる。燐光材料としては、例えば、イリジウム、白金、ルテニウム、ロジウム、パラジウムの錯体化合物などが挙げられる。燐光材料として、具体的には、トリス（２－フェニルピリジン）イリジウム（所謂、Ｉｒ（ｐｐｙ）３）、トリス（２－フェニルピリジン）ルテニウムなどが挙げられる。
　有機機能層３を成膜する手法として、スパッタリング法や真空蒸着法などの乾式塗布法や、スクリーン印刷、スプレー法、インクジェット法、スピンコート法、グラビア印刷、ロールコータ法などの湿式塗布法が知られている。例えば、正孔注入層、正孔輸送層、発光層を湿式塗布法でベタ膜として一様に成膜して、電子輸送層及び電子注入層を、それぞれ乾式塗布法でベタ膜として一様に順次成膜してもよい。また、すべての機能層を湿式塗布法でベタ膜として一様に順次成膜してもよい。
　発光層３ｃまでの機能層に正孔を供給する陽極の透光性電極層２は、ＩＴＯの他に、透光性電極層２はＺｎＯ、ＺｎＯ－Ａｌ２Ｏ３（所謂、ＡＺＯ）、Ｉｎ２Ｏ３－ＺｎＯ（所謂、ＩＺＯ）、ＳｎＯ２－Ｓｂ２Ｏ３（所謂、ＡＴＯ）、ＲｕＯ２などにより構成され得る。さらに、透光性電極層は、有機ＥＬ材料から得られる発光波長において少なくとも１０％以上の透過率を持つ材料を選択することが好ましい。
　透光性電極層２は通常は単層構造であるが、所望により複数の材料からなる積層構造とすることも可能である。
　発光層３ｃまでの機能層に電子を供給する陰極の反射金属電極層４の材料としては、効率良く電子注入を行う為に仕事関数の低い金属が好ましく、例えば、スズ、マグネシウム、インジウム、カルシウム、アルミニウム、銀などの適当な金属又はそれらの合金が用いられる。具体例としては、マグネシウム－銀合金、マグネシウム－インジウム合金、アルミニウム－リチウム合金などの低仕事関数合金電極が挙げられる。
　なお、反射金属電極層４の材料は、１種のみを用いてもよく、２種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
　さらに、低仕事関数金属から成る陰極を保護する目的で、陰極の上に更に、仕事関数が高く大気に対して安定な金属層を積層すると、有機ＥＬパネルの安定性が増すので好ましい。この目的のために、例えば、アルミニウム、銀、銅、ニッケル、クロム、金、白金などの金属が使われる。なお、これらの材料は、１種のみで用いてもよく、２種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
　透光性導電薄膜ＴＴＣＦは有機機能層３及び反射金属電極層４の間に挟持されるように形成されている。透光性導電薄膜ＴＴＣＦは、１０６Ｓ／ｍ以上の電気伝導率を有する電気伝導体からなり、可視光の最短波長の略３６０ｎｍ以下すなわち、超軟Ｘ線から紫外線の波長の範囲の膜厚を有する薄膜である。透光性導電薄膜ＴＴＣＦの材料には、金属やグラファイト、グラフェン(graphene)などの炭素が含まれる。透光性導電薄膜ＴＴＣＦの金属薄膜としての膜厚２０ｎｍの銀薄膜は透過率５０％を有する。同金属薄膜としての膜厚１０ｎｍのＡｌ膜は透過率５０％を有する。同金属薄膜としての膜厚２０ｎｍのＭｇＡｇ合金膜は透過率５０％を有する。透光性導電薄膜は、電気伝導体からなり且つ超軟Ｘ線から紫外線の波長の範囲の膜厚を有する薄膜の膜厚を有し且つ少なくとも５０％の透過率を有する薄膜を採用することが好ましい。なお、金属薄膜で透光性導電薄膜ＴＴＣＦを構成する場合、その膜厚の下限値は３ｎｍ程度あれば導電性を得ることができる。
　透光性導電薄膜ＴＴＣＦは真空蒸着法により有機機能層３上に形成される。
　有機機能層３は透光性電極層２及び透光性導電薄膜ＴＴＣＦの間に電気的に接して挟持されている故に、電気的に接した透光性電極層２と反射金属電極層４とを介して有機機能層３に駆動電圧が印加されることにより、有機機能層３内の発光層３ｃにおいて生成された光は透光性電極層２を通過して、さらに透光性導電薄膜ＴＴＣＦを通して反射金属電極層４で反射した後に透光性電極層２を通過して透光性基板１の表面から取り出される。
　図1に示すように、反射金属電極層４は、各々が透光性導電薄膜ＴＴＣＦに対向した複数の凹反射面４ａを有している。各凹反射面４ａは反射金属電極層側に湾曲している。
　各凹反射面４ａと透光性導電薄膜ＴＴＣＦの間には、両者に光学的に密接した球体５が設けられている。反射金属電極層の反射部は透光性導電薄膜ＴＴＣＦとの界面に接する平坦な反射金属電極層４の部分と凹反射面４ａを含む。
　複数の球体５は、図２に示すように、互いに略同一の大きさを有している。球体５は、透光性導電薄膜ＴＴＣＦとの平坦な界面（ＸＹ平面）上にて略均一な分布密度で配置され、周期的に配置されてもよく、その周期は、有機機能層３において生成される光の波長よりも十分に大きいことが好ましい。
　また、図３に示すように、複数の球体５は、各々の形状、大きさが同一に形成され互いに６０度の角度で交差する等ピッチの全格子に配置してもよい。
　球体５を構成する材料は、透明物質（ビーズなど）や、同サイズの導電性物質（ビーズなど）である。当該材料は屈折率が有機機能層３の屈折率と同等以上の無機材料又は有機材料から選択され、絶縁物でも、導電性を有するものでもよい。
　球体５の大きさは、有機機能層３において生成される光の波長よりも十分に大きいことが好ましい。一例を挙げれば、球体５の直径は例えば１０μｍ～３０μｍ程度である。
　反射金属電極層４と球体５からなる複合電極の形成方法の例を説明する。
　まず、平坦な透光性基板１上に、透光性電極層２及び有機機能層３を公知の方法で順に成膜し、有機機能層３の表面に透光性導電薄膜ＴＴＣＦを成膜し、透光性導電薄膜ＴＴＣＦの表面が平坦となるように用意しておく。
　ＳｉＯ２（導電性なし）などの透明ビーズＴＢＰの屈折率とほぼ同じ透明接着剤をきわめて薄く透光性導電薄膜ＴＴＣＦ上に塗布した後、同サイズの透明ビーズＴＢＰとＩＴＯ粒子（導電性有り）などの透光性導電ビーズＴＣＢＰを各ビーズを散布し、圧着し、乾燥後、両ビーズと透光性導電薄膜ＴＴＣＦ上に反射金属電極層４を蒸着する。透明接着剤として電子輸送層材料などの有機材料を用いてもよい。
　図４に示すように、透光性導電ビーズＴＣＢＰが透光性導電薄膜（金属薄膜ＭＴＦ）と反射金属電極層４を各所で電気的に結び付けているので、ビーズをすべて透明ビーズＴＢＰに置き換えた場合より、透過型電極においての電位差のばらつきは少ない。
　他の複合電極の形成方法では、上記の接着剤の代わりに透光性導電薄膜例えば金属薄膜を蒸着した後、静電気でビーズを透光性導電薄膜ＴＴＣＦに付けた状態で、反射金属電極層４を蒸着してもよい。その場合、ビーズ間は中空で不活性ガスなどを入れる。
　以上の複合電極の形成方法により、上記の半球状、円錐状、角錐状、円錐台状又は角錐台状の凹反射面の各々は、それらの形状の球体に対応して画定された凹面鏡となる。
　上記の実施例によれば、球体５に必ずしも導電性材料を要せず、球体５の材料の自由度があがるというメリットがある。発光層や電子注入層の有機機能層３の上に複合電極層となる透光性導電薄膜ＴＴＣＦや複数の球体５と反射金属電極層４とを順次、形成したことにより、特に複数の球体５を密接に敷き詰めることにより、陰極、発光層及び陽極の平行度を高く保つことができるうえ、複数の球体５上に形成した反射金属電極層４の凹反射面４ａの光散乱効果を発揮する。さらに、球体５を透光性導電薄膜ＴＴＣＦと反射金属電極層４で挟む構成としたことで、陰極としての印加電圧をバランスよく加えることができる。特に複数の導電性球体を均等に配置することで、反射金属電極層４からの電子分散と透光性電極層２からの正孔の分散場所が均一になる。
　図４に示す本発明による有機ＥＬ素子の光学的光線追跡図を用いてその動作を説明する。
　本発明による有機ＥＬ素子は、透光性基板１のガラス基板上に順に積層された、陽極の透光性電極層２、正孔注入層３ａ、正孔輸送層３ｂ、発光層３ｃ及び陰極の反射金属電極層４からなる。有機機能層３は正孔注入層３ａ、正孔輸送層３ｂ及び発光層３ｃである。図４において、破線及び実線の矢印で示す発光層の発光点で発光した光は、正孔輸送層３ｂ、正孔注入層３ａを経て、透光性電極層２を通過し、ガラス層の透光性基板１に入る。発光層３ｃ、正孔輸送層３ｂ、正孔注入層３ｂ及び透光性電極層２は概ね屈折率が１．８程度で等しいが、ガラスの屈折率は１．５で大きく異なり、透光性電極層２からガラス層の透光性基板１へ入射する際に臨界角を超えると、破線の矢印で示すように全反射がおきる。
　この全反射した光は、透光性電極層２から正孔注入層３ａ、正孔輸送層３ｂ及び発光層３ｃを経て反射金属電極層４へ到達する。
　反射金属電極層４の凹反射面４ａにおける球体５の発光層３ｃ界面からの通過距離が所により異なるため、球体５を通過後に凹反射面４ａで、入射角度と異なる角度で反射する。反射角度は、場合により異なるが、入射角度より小さい角度で反射すると、球体及びガラス界面やガラス及び空気層界面で全反射せずに通過する。
　本実施例は反射金属電極層４の表面に電極としても機能する透光性導電薄膜ＴＴＣＦ及び複数の凹反射面４ａを分布させているので、反射金属電極層４において入射角と同じ角度で反射して臨界角を超えてガラス層に入る光については閉じ込め作用が低減される。
　以上の説明から明らかなように、本実施例の有機ＥＬ素子は、透光性導電薄膜ＴＴＣＦと凹反射面４ａを含む反射金属電極層４と球体５の複合電極層を有するので、比較的短い光路長及び比較的少ない反射回数で外部に光を取り出すことができ、光取り出し効率を飛躍的に向上させることができる。すなわち、平坦な透光性導電薄膜ＴＴＣＦ及び反射金属電極層４の間に複数の球体５を構築することで、該透光性導電材料部による凹反射面４ａが、透光性電極層－ガラス及びガラス－空気層の各界面との間で全反射を繰り返し閉じ込められた光の反射角度を変えて、光取り出し効率を改善することができる。
　なお、上記の何れの実施例では、透光性基板１として、石英やガラスの板、金属板や金属箔、曲げられる樹脂基板、プラスチックフィルムやシートなどが用いられる。特にガラス板や、ポリエステル、ポリメタクリレート、ポリカーボネート、ポリスルホンなどの合成樹脂の透明板が好ましい。合成樹脂基板を使用する場合にはガスバリア性に留意する必要がある。基板のガスバリア性が小さすぎると、基板を通過した外気により有機ＥＬパネルが劣化することがあるので好ましくない。よって、合成樹脂基板の少なくとも片面に緻密なシリコン酸化膜などを設けてガスバリア性を確保する方法も好ましい方法の一つである。
　なお、湿式塗布法にて透明陽極を厚膜で形成する場合、基板表面の凹凸を緩和できるので、高価なディスプレー用研磨ガラス基板でない廉価なガラス基板も有機ＥＬパネル基板に用いることができる。
　なお、上記の何れの実施例では有機機能層を発光積層体としているが、無機材料膜の積層によっても発光積層体を構成できる。
　また、上記実施例では有機層を１種類で示したが、複数の発光層からなるタンデム構造や積層構造などでもこの効果は変わらない。さらに、実施例ではボトムエミッションタイプの素子を示したが、エミッション方向が逆のトップエミッショタイプの素子にも適用できる。
１　　透光性基板
２　　透光性電極層
３　　有機機能層
３ａ　　正孔注入層
３ｂ　　正孔輸送層
３ｃ　　発光層
３ｄ　　電子輸送層
３ｅ　　電子注入層
４　　反射金属電極層
４ａ　　凹反射面
５　　球体
ＴＴＣＦ　　透光性導電薄膜
 

Claims (8)

  1. 　透光性電極層及び反射金属電極層の間に挟持された発光積層体を含むエレクトロルミネッセンス素子であって、
    　前記発光積層体と前記反射金属電極層の間に挟持された透光性導電薄膜を有し、
    　前記反射金属電極層は、各々が前記透光性導電薄膜に対向する複数の凹反射面を有する反射部を有し、
    　前記凹反射面の各々と前記透光性導電薄膜とに各々光学的に密接している複数の球体を有することを特徴とするエレクトロルミネッセンス素子。
  2. 　前記透光性導電薄膜は、電気伝導体からなり且つ超軟Ｘ線から紫外線の波長の範囲の膜厚を有する薄膜の膜厚を有し且つ少なくとも５０％の透過率を有する薄膜であることを特徴とする請求項１に記載のエレクトロルミネッセンス素子。
  3. 　前記凹反射面は周期的に配置され、当該周期は前記発光積層体からの発光波長より大きいことを特徴とする請求項２に記載のエレクトロルミネッセンス素子。
  4. 　前記凹反射面は、均一な形状及び大きさの凹面形状を有することを特徴とする請求項３に記載のエレクトロルミネッセンス素子。
  5. 　前記凹反射面の各々は半球状の凹面形状を有することを特徴とする請求項４に記載のエレクトロルミネッセンス素子。
  6. 　前記凹反射面の各々は円錐状の凹面形状を有することを特徴とする請求項４に記載のエレクトロルミネッセンス素子。
  7. 　前記凹反射面の各々は角錐状の凹面形状を有することを特徴とする請求項４に記載のエレクトロルミネッセンス素子。
  8. 前記反射金属電極層と前記透光性導電薄膜は少なくとも一部で電気的接続点有することを特徴とする請求項３に記載のエレクトロルミネッセンス素子。
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