JP5520418B2 - 有機エレクトロルミネッセンス素子 - Google Patents

Description

本発明は、有機エレクトロルミネッセンス素子に関するものである。

従来から、図７に示す構成の有機エレクトロルミネッセンス素子が提案されている（たとえば、日本国特許公開２００６−３３１６９４号公報（特許文献１）参照）。この有機エレクトロルミネッセンス素子は、一方の電極（陰極）１０１が基板１０４の表面に積層され、電極１０１の表面上に電子注入・輸送層１０５を介して発光層１０３が積層され、発光層１０３上に、ホール注入・輸送層１０６を介して他方の電極（陽極）１０２が積層されている。また、この有機エレクトロルミネッセンス素子は、基板１０４の上記表面側に封止部材１０７を備えている。したがって、この有機エレクトロルミネッセンス素子では、発光層１０３で発光した光が、光透過性電極として形成される電極１０２、透明体で形成される封止部材１０７を通して放射されるようになっている。

反射性の電極１０１の材料としては、例えば、Ａｌ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｙ、Ｓｃ、Ａｇ、Ｉｎなどが挙げられている。また、光透過性電極である電極１０２の材料としては、例えば、インジウム−錫酸化物（ＩＴＯ）、インジウム−亜鉛酸化物（ＩＺＯ）などが挙げられている。

ところで、有機エレクトロルミネッセンス素子を高輝度で点灯させるためには、より大きな電流を流す必要がある。しかしながら、有機エレクトロルミネッセンス素子は、一般的に、ＩＴＯ膜からなる陽極のシート抵抗が、金属膜、合金膜、金属化合物膜などからなる陰極のシート抵抗に比べて高いため、陽極での電位勾配が大きくなって、輝度の面内ばらつきが大きくなってしまう。

また、従来から、スパッタ法により形成されるＩＴＯ膜からなる電極を備えた構成の問題点を解決するエレクトロルミネセンス・ランプとして、ＩＴＯ膜からなる電極を用いずに構成されたエレクトロルミネセンス・ランプが提案されている（たとえば、日本国特許公表２００２−５０２５４０号公報参照；以下、特許文献２と呼ぶ）。特許文献２には、例えば、図８に示すように、第１の導電層２２０、エレクトロルミネセンス物質２３０、第２の導電層２４０および基板２４５を備え、第１の導電層２２０が、矩形の開口２５０を有する矩形格子電極により構成されてなるエレクトロルミネセンス・ランプ２１０が提案されている。

ここで、特許文献２には、第１の導電層２２０および第２の導電層２４０を、銀インク、炭素インクなどの導電性インクで形成することが好ましい旨が記載されている。また、特許文献２には、第１の導電層２２０、エレクトロルミネセンス物質２３０、第２の導電層２４０を、スクリーン印刷法やオフセット印刷法などにより形成することが記載されている。

なお、特許文献２には、均一な明るさのエレクトロルミネセンス・ランプ２１０が必要な場合は、ランプ表面にわたって開口２５０の密度を略一定とすることが記載されている。

ところで、図８に示した構成のエレクトロルミネセンス・ランプ２１０では、第１の導電層２２０が開口２５０を有しているので、第１の導電層２２０からエレクトロルミネセンス物質２３０における第１の導電層２２０直下の部位のみへキャリアが注入される。このため、エレクトロルミネセンス・ランプ２１０では、エレクトロルミネセンス物質２３０において開口２５０に対応する部位での発光効率が低下し、外部量子効率が低下してしまう懸念がある。

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、輝度むらの低減を図ることが可能で且つ外部量子効率の向上を図ることが可能な有機エレクトロルミネッセンス素子を提供することにある。

本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子は、基板と、前記基板の一表面側に設けられた第１電極と、前記基板の前記一表面側で前記第１電極に対向した第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間にあり発光層を含む機能層とを備えた有機エレクトロルミネッセンス素子であって、前記第１電極および前記第２電極それぞれの抵抗率が、透明導電性酸化物の抵抗率よりも低く、前記機能層が、前記発光層よりも前記第２電極側にある最表層としてキャリア注入層を含み、前記第２電極には、前記機能層からの光取出し用の開口部が形成され、前記開口部には、前記第２電極と前記機能層とに接し且つ光透過性とを有する導電性層が設けられ、前記導電性層が、前記第２電極を覆い、前記キャリア注入層は、前記開口部の投影領域に凹部が設けられてなることを特徴とする。

この有機エレクトロルミネッセンス素子において、前記凹部は、前記キャリア注入層の厚み方向において前記第２電極から離れるにつれて、前記第２電極の投影領域から前記投影領域に近い内側面までの距離が長くなる形状に形成されてなることが好ましい。

この有機エレクトロルミネッセンス素子において、前記第２電極は、金属の粉末と有機バインダとを含む電極からなることが好ましい。

この有機エレクトロルミネッセンス素子において、前記導電性層は、導電性ナノ構造体と透明媒体とを含む透明導電膜、あるいは、前記機能層からの光を透過可能な厚みの金属薄膜からなることが好ましい。

この有機エレクトロルミネッセンス素子において、前記キャリア注入層は、前記開口部の投影領域の厚みが、前記第２電極の投影領域の厚みよりも、薄いことが好ましい。

本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子においては、輝度むらの低減を図ることが可能で且つ外部量子効率の向上を図ることが可能となる。

本発明の好ましい実施形態をさらに詳細に記述する。本発明の他の特徴および利点は、以下の詳細な記述および添付図面に関連して一層良く理解されるものである。
実施形態１の有機エレクトロルミネッセンス素子の概略断面図である。 実施形態１の有機エレクトロルミネッセンス素子における第２電極の概略平面図である。 実施形態１の有機エレクトロルミネッセンス素子の要部概略断面図である。 実施形態１の有機エレクトロルミネッセンス素子における第２電極の他の構成例の概略平面図である。 実施形態１の有機エレクトロルミネッセンス素子における第２電極の別の構成例の概略平面図である。 実施形態２の有機エレクトロルミネッセンス素子の要部概略断面図である。 従来例の有機エレクトロルミネッセンス素子の概略断面図である。 従来例のエレクトロルミネセンス・ランプの透視上面および断面図である。

（実施形態１）
以下、本実施形態の有機エレクトロルミネッセンス素子について図１〜図５に基づいて説明する。

有機エレクトロルミネッセンス素子は、基板１０と、基板１０の一表面側（図１の上側）に設けられた第１電極２０と、基板１０の上記一表面側で第１電極２０に対向した第２電極４０と、第１電極２０と第２電極４０との間にあり発光層３２を含む機能層３０とを備えている。

つまり本実施形態のエレクトロルミネッセンス素子は、対向して配置された第１電極２０および第２電極４０と、第１電極２０と第２電極４０との間に配置された機能層３０と、を備えている。

また、有機エレクトロルミネッセンス素子は、第１電極２０に第１引出し配線（図示せず）を介して電気的に接続された第１端子部（図示せず）と、第２電極４０に第２引出し配線４６を介して電気的に接続された第２端子部４７とを備えている。第１引出し配線、第１端子部、第２引出し配線４６および第２端子部４７は、基板１０の上記一表面側に設けられている。また、有機エレクトロルミネッセンス素子は、第２引出し配線４６と機能層３０、第１電極２０、第１引出し配線とを電気的に絶縁する絶縁膜６０が基板１０の上記一表面側に設けられている。この絶縁膜６０は、基板１０の上記一表面と第１電極２０の側面と機能層３０の側面と、機能層３０における第２電極４０側の表面の外周部とに跨って形成されている。

また、有機エレクトロルミネッセンス素子は、第１電極２０および第２電極４０それぞれの抵抗率（電気抵抗率）を、透明導電性酸化物（Transparent Conducting Oxide：ＴＣＯ）の抵抗率（電気抵抗率）よりも低くしてある。透明導電性酸化物としては、例えば、ＩＴＯ、ＡＺＯ、ＧＺＯ、ＩＺＯなどがある。このような透明導電酸化物の抵抗率は、特に限定されないが、１×１０^-4〜１×１０^-3Ω・ｃｍとして例示される。

また、有機エレクトロルミネッセンス素子は、機能層３０が、発光層３２よりも第２電極４０側にある最表層として、第２電極４０からのキャリアの注入性を安定化させるキャリア注入層３４を含んでいる。

また、第２電極４０には、機能層３０からの光取り出し用の開口部４１が形成されている。すなわち、有機エレクトロルミネッセンス素子は、第２電極４０が、機能層３０からの光取出し用の開口部４１（図２および図３参照）を有している。

また、有機エレクトロルミネッセンス素子は、第２電極４０と機能層３０（キャリア注入層３４）とに接し且つ光透過性を有する導電性層５０が設けられている。これにより、有機エレクトロルミネッセンス素子は、第２電極４０側から光を取り出すことが可能となる。要するに、本実施形態の有機エレクトロルミネッセンス素子は、トップエミッション型の有機エレクトロルミネッセンス素子として用いることが可能となる。

導電性層５０は、第２電極４０を覆っている。本実施形態の導電性層５０は、第２電極４０およびキャリア注入層３４を覆っている。また、キャリア注入層３４は、開口部４１の投影領域に凹部３８が設けられている。

有機エレクトロルミネッセンス素子は、基板１０の上記一表面側に対向配置され透光性を有するカバー基板７０と、基板１０の周部とカバー基板７０の周部との間に介在する枠状（本実施形態では、矩形枠状）のフレーム部８０とを備えていることが好ましい。また、有機エレクトロルミネッセンス素子は、基板１０とカバー基板７０とフレーム部８０とで囲まれる空間に、第１電極２０、機能層３０、第２電極４０、導電性層５０などからなる素子部１を封止する透光性材料（例えば、透光性樹脂など）からなる封止部９０を備えていることが好ましい。

以下、有機エレクトロルミネッセンス素子の各構成要素について詳細に説明する。

基板１０は、平面視形状を矩形状としてある。ここで、基板１０の平面視形状は、矩形状に限らず、例えば、矩形状以外の多角形状、円形状などでもよい。

基板１０としては、ガラス基板を用いているが、これに限らず、例えば、プラスチック板や、金属板などを用いてもよい。ガラス基板の材料としては、例えば、ソーダライムガラス、無アルカリガラスなどを採用することができる。また、プラスチック板の材料としては、例えば、ポリエチレンテレフタラート、ポリエチレンナフタレート、ポリエーテルサルフォン、ポリカーボネートなどを採用することができる。また、金属板の材料としては、例えば、アルミニウム、銅、ステンレス鋼などを採用することができる。プラスチック板を用いる場合は、プラスチック基板の表面にＳｉＯＮ膜、ＳｉＮ膜などが成膜されたものを用いることで、水分の透過を抑えることが好ましい。なお、基板１０は、リジッドなものでもよいし、フレキシブルなものでもよい。

基板１０としてガラス基板を用いる場合には、基板１０の上記一表面の凹凸が有機エレクトロルミネッセンス素子のリーク電流などの発生原因となることがある（有機エレクトロルミネッセンス素子の劣化原因となることがある）。このため、基板１０としてガラス基板を用いる場合には、上記一表面の表面粗さが小さくなるように高精度に研磨された素子形成用のガラス基板を用意することが好ましい。基板１０の上記一表面の表面粗さについては、ＪＩＳ Ｂ ０６０１−２００１（ＩＳＯ ４２８７−１９９７）で規定されている算術平均粗さＲａが１０ｎｍ以下であることが好ましく、数ｎｍ以下であることが、より好ましい。これに対して、基板１０としてプラスチック板を用いる場合には、特に高精度な研磨を行わなくても、上記一表面の算術平均粗さＲａが数ｎｍ以下のものを低コストで得ることが可能である。

カバー基板７０としては、ガラス基板を用いているが、これに限らず、例えば、プラスチック板などを用いてもよい。ガラス基板の材料としては、例えば、ソーダライムガラス、無アルカリガラスなどを採用することができる。また、プラスチック板の材料としては、例えば、ポリエチレンテレフタラート、ポリエチレンナフタレート、ポリエーテルサルフォン、ポリカーボネートなどを採用することができる。

本実施形態では、カバー基板７０として、平板状のものを用いているが、これに限らず、基板１０との対向面に、上述の素子部１を収納する収納凹所を形成したものを用い、上記対向面における収納凹所の周部を全周に亘って基板１０側と接合するようにしてもよい。言い換えれば、一面が開口した箱状のカバー基板７０を用い、カバー基板７０の内部に素子部１を収容し、カバー基板７０の開口の周縁部を基板１０側と接合するようにしてもよい。この場合は、別部材のフレーム部８０を用いる必要がなくなるという利点がある。一方、平板状のカバー基板７０と枠状のフレーム部８０とを別部材により構成している場合には、カバー基板７０に要求される光学的な物性（光透過率、屈折率など）と、フレーム部８０に要求される物性（ガスバリア性など）との両方の要求を各別に満たす材料を採用することが可能になるという利点がある。

カバー基板７０における外面側（基板１０側とは反対の面側；図１の上側）には、発光層３２から放射された光の上記外面での反射を抑制する光取出し構造部（図示せず）を備えていることが好ましい。このような光取出し構造部としては、例えば、２次元周期構造を有した凹凸構造部が挙げられる。このような２次元周期構造の周期は、発光層３２で発光する光の波長が例えば３００〜８００ｎｍの範囲内にある場合、媒質内の波長をλ（真空中の波長を媒質の屈折率で除した値）とすれば、波長λの１／４〜１０倍の範囲で適宜設定することが望ましい。このような凹凸構造部は、例えば、カバー基板７０の上記外面側に、例えば、熱インプリント法（熱ナノインプリント法）、光インプリント法（光ナノインプリント法）などのインプリント法により、予め形成することが可能である。また、カバー基板７０の材料によっては、カバー基板７０を射出成形により形成するようにし、射出成形時に適宜の金型を用いて、カバー基板７０に凹凸構造部を直接形成することも可能である。また、凹凸構造部は、カバー基板７０とは別部材により構成することも可能であり、例えば、プリズムシート（例えば、株式会社きもと製のライトアップ（登録商標）ＧＭ３のような光拡散フィルムなど）により構成することができる。

本実施形態の有機エレクトロルミネッセンス素子では、上述の光取出し構造部を備えることにより、発光層３２から放射されカバー基板７０の上記外面側まで到達した光の反射ロスを低減でき、光取り出し効率の向上を図ることが可能となる。

フレーム部８０と基板１０の上記一表面側とを接合する第１接合材料としては、エポキシ樹脂を用いているが、これに限らず、例えば、アクリル樹脂などを採用してもよい。第１接合材料として用いるエポキシ樹脂やアクリル樹脂は、例えば、紫外線硬化型のものでもよいし、熱硬化型のものでもよい。また、第１接合材料として、エポキシ樹脂にフィラー（例えば、シリカ、アルミナなど）を含有させたものを用いてもよい。ここで、フレーム部８０は、基板１０の上記一表面側に対して、フレーム部８０における基板１０側との対向面を全周に亘って気密的に接合してある。また、フレーム部８０とカバー基板７０とを接合する第２接合材料としては、エポキシ樹脂を用いているが、これに限らず、例えば、アクリル樹脂、フリットガラスなどを採用してもよい。第２接合材料として用いるエポキシ樹脂やアクリル樹脂は、例えば、紫外線硬化型のものでもよいし、熱硬化型のものでもよい。また、第２接合材料として、エポキシ樹脂にフィラー（例えば、シリカ、アルミナなど）を含有させたものを用いてもよい。ここで、フレーム部８０は、カバー基板７０に対して、フレーム部８０におけるカバー基板７０との対向面を全周に亘って気密的に接合してある。

絶縁膜６０の材料としては、例えば、ポリイミド、ノボラック樹脂、エポキシ樹脂などを用いることができる。

封止部９０の材料である透光性材料としては、例えば、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂などの透光性樹脂を用いることができるが、機能層３０との屈折率差の小さな材料が、より好ましい。また、透光性材料は、透光性樹脂にガラスなどからなる光拡散材を混合したものを用いてもよい。また、透光性材料は、有機成分と無機成分とがｎｍレベルもしくは分子レベルで混合、結合した有機・無機ハイブリッド材料を用いてもよい。

本実施形態の有機エレクトロルミネッセンス素子では、第１電極２０が陰極を構成し、第２電極４０が陽極を構成している。したがって、第１電極２０から機能層３０へ注入する第１キャリアは電子であり、第２電極４０から機能層３０へ注入する第２キャリアは正孔である。そして、機能層３０は、第１電極２０側から順に、第１キャリアの注入性を安定化させるキャリア注入層３１（以下、第１キャリア注入層３１と称する）、発光層３２、インターレイヤー３３、上述のキャリア注入層３４（以下、第２キャリア注入層３４と称する）を備えている。図１に示すように、本実施形態の機能層３０は、第１電極２０に接して第１キャリア注入層３１が形成されている。また、第１キャリア注入層３１に接して発光層３２が形成されている。また、発光層３２に接してインターレイヤー３３が形成されている。また、インターレイヤー３３に接して第２キャリア注入層３４が形成されている。そして、第２キャリア注入層３４に接して第２電極４０が形成されている。本実施形態の有機エレクトロルミネッセンス素子では、発光層３２における第１電極２０側にある第１キャリア注入層３１は、電子注入層である。また、インターレイヤー３３は、第１キャリアが第２電極４０側へ漏れるのを抑制する第１キャリアブロッキング層であり、ここでは、電子ブロッキング層である。なお、第１電極２０が陽極を構成し、第２電極４０が陰極を構成する場合には、例えば、第１キャリア注入層３１としてホール注入層を採用し、インターレイヤー３３である第１キャリアブロッキング層を正孔ブロッキング層により構成すればよい。

上述の機能層３０の構造は、上述の例に限らず、例えば、第１キャリア注入層３１と発光層３２との間に第１キャリア輸送層（ここでは電子輸送層）を設けたり、発光層３２とインターレイヤー３３との間に第２キャリア輸送層（ここではホール輸送層）を設けたりした構造でもよい。また、機能層３０は、発光層３２と第２キャリア注入層３４とを含んでいればよく（つまり、機能層３０は、発光層３２と第２キャリア注入層３４とだけでもよく）、発光層３２および第２キャリア注入層３４以外の、第１キャリア注入層３１、第１キャリア輸送層、インターレイヤー３３、第２キャリア輸送層などは適宜設ければよい。発光層３２は、単層構造でも多層構造でもよい。例えば、所望の発光色が白色の場合には、発光層中に赤色、緑色、青色の３種類のドーパント色素をドーピングするようにしてもよいし、青色正孔輸送性発光層と緑色電子輸送性発光層と赤色電子輸送性発光層との積層構造を採用してもよいし、青色電子輸送性発光層と緑色電子輸送性発光層と赤色電子輸送性発光層との積層構造を採用してもよい。

発光層３２の材料としては、例えば、ポリパラフェニレンビニレン誘導体、ポリチオフェン誘導体、ポリパラフェニレン誘導体、ポリシラン誘導体、ポリアセチレン誘導体など、ポリフルオレン誘導体、ポリビニルカルバゾール誘導体、色素体、金属錯体系発光材料を高分子化したものなどや、アントラセン、ナフタレン、ピレン、テトラセン、コロネン、ペリレン、フタロペリレン、ナフタロペリレン、ジフェニルブタジエン、テトラフェニルブタジエン、クマリン、オキサジアゾール、ビスベンゾキサゾリン、ビススチリル、シクロペンタジエン、キノリン金属錯体、トリス（８−ヒドロキシキノリナート）アルミニウム錯体、トリス（４−メチル−８−キノリナート）アルミニウム錯体、トリス（５−フェニル−８−キノリナート）アルミニウム錯体、アミノキノリン金属錯体、ベンゾキノリン金属錯体、トリ−（ｐ−ターフェニル−４−イル）アミン、ピラン、キナクリドン、ルブレン、およびこれらの誘導体、あるいは、１−アリール−２，５−ジ（２−チエニル）ピロール誘導体、ジスチリルベンゼン誘導体、スチリルアリーレン誘導体、スチリルアミン誘導体、およびこれらの発光性化合物からなる基を分子の一部分に有する化合物などが挙げられる。また、上記化合物に代表される蛍光色素由来の化合物のみならず、いわゆる燐光発光材料、例えばイリジウム錯体、オスミウム錯体、白金錯体、ユーロピウム錯体などの発光材料、又はそれらを分子内に有する化合物若しくは高分子も好適に用いることができる。これらの材料は、必要に応じて、適宜選択して用いることができる。発光層３２は、塗布法（例えば、スピンコート法、スプレーコート法、ダイコート法、グラビア印刷法、スクリーン印刷法など）のような湿式プロセスによって成膜することが好ましい。ただし、発光層３２の成膜方法は、塗布法に限らず、例えば、真空蒸着法、転写法などの乾式プロセスによって発光層３２を成膜してもよい。

電子注入層の材料は、例えば、フッ化リチウムやフッ化マグネシウムなどの金属フッ化物、塩化ナトリウム、塩化マグネシウムなどに代表される金属塩化物などの金属ハロゲン化物や、チタン、亜鉛、マグネシウム、カルシウム、バリウム、ストロンチウムなどの酸化物、などを用いることができる。これらの材料の場合、電子注入層は、真空蒸着法により形成することができる。また、電子注入層の材料は、例えば、電子注入を促進させるドーパント（アルカリ金属など）を混合した有機半導体材料を用いることができる。このような材料の場合、電子注入層は、塗布法により形成することができる。

また、電子輸送層の材料は、電子輸送性を有する化合物の群から選定することができる。この種の化合物としては、Ａｌｑ₃等の電子輸送性材料として知られる金属錯体や、フェナントロリン誘導体、ピリジン誘導体、テトラジン誘導体、オキサジアゾール誘導体などのヘテロ環を有する化合物などが挙げられるが、この限りではなく、一般に知られる任意の電子輸送材料を用いることが可能である。このような材料の場合、電子輸送層は、塗布法により形成することができる。

ホール輸送層の材料としては、ＬＵＭＯ(Lowest Unoccupied Molecular Orbital)準位が小さい低分子材料や高分子材料を用いることができる。例えば、ポリビニルカルバゾール（ＰＶＣｚ）や、ポリピリジン、ポリアニリンなどの側鎖や主鎖に芳香族アミンを有するポリアリーレン誘導体などの芳香族アミンを含むポリマーなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。なお、ホール輸送層の材料としては、例えば、４，４’−ビス［Ｎ−（ナフチル）−Ｎ−フェニル−アミノ］ビフェニル（α−ＮＰＤ）、Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−（１，１’−ビフェニル）−４，４’−ジアミン（ＴＰＤ）、２−ＴＮＡＴＡ、４，４’，４”−トリス（Ｎ−（３−メチルフェニル）Ｎ−フェニルアミノ）トリフェニルアミン（ＭＴＤＡＴＡ）、４，４’−Ｎ，Ｎ’−ジカルバゾールビフェニル（ＣＢＰ）、スピロ−ＮＰＤ、スピロ−ＴＰＤ、スピロ−ＴＡＤ、ＴＮＢなどを用いることが可能である。ホール輸送層は、塗布法により形成することができる。

インターレイヤー３３は、発光層３２側からの第２電極４０側への第１キャリア（ここでは、電子）の漏れを抑制する第１キャリア障壁（ここでは、電子障壁）としてのキャリアブロッキング機能（ここでは、電子ブロッキング機能）を有する。また、インターレイヤー３３は、第２キャリア（ここでは、正孔）を発光層３２へ輸送する機能、発光層３２の励起状態の消光を抑制する機能などを有していることが好ましい。

有機エレクトロルミネッセンス素子では、インターレイヤー３３を設けることにより、発光効率の向上および長寿命化を図ることが可能となる。インターレイヤー３３の材料としては、例えば、ポリアリールアミン若しくはその誘導体、ポリフルオレン若しくはその誘導体、ポリビニルカルバゾール若しくはその誘導体、トリフェニルジアミン誘導体などを用いることができる。このようなインターレイヤー３３は、塗布法（スピンコート法、スプレーコート法、ダイコート法、グラビア印刷法など）のような湿式プロセスによって成膜することができる。

ホール注入層の材料としては、例えば、チオフェン、トリフェニルメタン、ヒドラゾリン、アミールアミン、ヒドラゾン、スチルベン、トリフェニルアミンなどを含む有機材料が挙げられる。具体的には、たとえば、ポリビニルカルバゾール、ポリエチレンジオキシチオフェン：ポリスチレンスルホネート（ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ）、ＴＰＤなどの芳香族アミン誘導体などで、これらの材料を単独で用いてもよいし、２種類以上の材料を組み合わせて用いてもよい。ホール注入層は、塗布法により形成することができる。

第２キャリア注入層３４は、上述のように、開口部４１の投影領域に凹部３８が設けられている。これにより、第２キャリア注入層３４は、開口部４１の投影領域の厚みが、第２電極４０の投影領域の厚みよりも薄くなっている。なお、凹部３８の深さ寸法は、第２キャリア注入層３４における第２電極４０の投影領域の厚み寸法よりも小さいこと（すなわち、凹部３８によって第２キャリア注入層３４に貫通孔が形成されないこと）が好ましいが、数値については特に限定するものではない。このような凹部３８は、たとえば、エッチングや印刷法（スクリーン印刷法やグラビア印刷法）などを用いて形成することができる。

また、陰極は、機能層３０中に第１電荷である電子を注入するための電極である。第１電極２０が陰極の場合、第１電極２０は、第１キャリアとして第１電荷である電子を機能層３０中に注入する。陰極の材料としては、仕事関数の小さい金属、合金、電気伝導性化合物およびこれらの混合物からなる電極材料を用いることが好ましく、ＬＵＭＯ(Lowest Unoccupied Molecular Orbital)準位との差が大きくなりすぎないように仕事関数が１．９ｅＶ以上５ｅＶ以下のものを用いるのが好ましい。陰極の電極材料としては、例えば、アルミニウム、銀、マグネシウム、金、銅、クロム、モリブデン、パラジウム、錫など、およびこれらと他の金属との合金、例えばマグネシウム−銀混合物、マグネシウム−インジウム混合物、アルミニウム−リチウム合金を例として挙げることができる。また、金属、金属酸化物など、およびこれらと他の金属との混合物、例えば、酸化アルミニウムからなる極薄膜（ここでは、トンネル注入により電子を流すことが可能な１ｎｍ以下の薄膜）とアルミニウムからなる薄膜との積層膜なども使用可能である。第１電極２０としての陰極を反射電極とする場合、陰極の材料としては、発光層３２から放射される光に対する反射率が高く、且つ、抵抗率の低い金属が好ましく、アルミニウムや銀が好ましい。

なお、第１電極２０が、機能層３０中に、第１キャリアとして第２電荷であるホールを注入するための電極である陽極を構成する場合、第１電極２０である陽極の材料としては、仕事関数の大きい金属を用いることが好ましく、ＨＯＭＯ（Highest Occupied Molecular Orbital）準位との差が大きくなりすぎないように仕事関数が４ｅＶ以上６ｅＶ以下のものを用いるのが好ましい。

第２電極４０は、金属の粉末と有機バインダとを含む電極からなる。この種の金属としては、例えば、銀、金、銅などを採用することができる。これにより、有機エレクトロルミネッセンス素子は、第２電極４０が、透明導電性酸化物により形成された薄膜の場合に比べて、第２電極４０の抵抗率およびシート抵抗を小さくすることが可能となり、第２電極４０の低抵抗化により輝度むらを低減することが可能となる。なお、第２電極４０の導電性材料としては、金属の代わりに、合金や、カーボンブラックなどを用いることも可能である。

第２電極４０は、例えば、金属の粉末に有機バインダおよび有機溶剤を混合させたペースト（印刷インク）を、例えばスクリーン印刷法、グラビア印刷法などにより印刷して形成することができる。有機バインダとしては、例えば、アクリル樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン、ポリエーテルスルホン、ポリアリレート、ポリカーボネート樹脂、ポリウレタン、ポリアクリルニトリル、ポリビニルアセタール、ポリアミド、ポリイミド、ジアクリルフタレート樹脂、セルロース系樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリ酢酸ビニル、その他の熱可塑性樹脂や、これらの樹脂を構成する単量体の２種以上の共重合体が挙げられるが、これらに限定されるものではない。

なお、本実施形態の有機エレクトロルミネッセンス素子では、第１電極２０の膜厚を８０〜２００ｎｍ、第１キャリア注入層３１の膜厚を５〜５０ｎｍ、発光層３２の膜厚を６０〜１００ｎｍ、インターレイヤー３３の膜厚を１５ｎｍ、第２キャリア注入層３４において第２電極４０に重なる部位の膜厚を１０〜１００ｎｍにそれぞれ設定してあるが、これらの数値は一例であって、特に限定するものではない。

第２電極４０は、図１および図２に示すように、格子状（網状）に形成されており、複数（図２に示した例では、３６）の開口部４１を有している。すなわち、本実施形態の第２電極４０は、第１の方向（図２の上下方向）に延びる複数の細線部４４と、第１の方向と交差する第２の方向（図２の左右方向）に延びる複数の細線部４４とを含む。複数の細線部４４で囲まれた空間が、光取り出し用の開口部４１である。ここで、図２に示した第２電極４０は、各開口部４１の各々の形状が正方形状である。要するに、図２に示した第２電極４０は、正方格子状に形成されている。

第２電極４０は、第２電極４０を構成している正方格子状の電極パターン４０ａの寸法に関して、例えば、線幅Ｌ１（図３参照）を１μｍ〜１００μｍ、高さＨ１（図３参照）を５０ｎｍ〜１００μｍ、ピッチＰ１（図３参照）を１００μｍ〜２０００μｍとすればよい。ただし、第２電極４０の電極パターン４０ａの線幅Ｌ１、高さＨ１およびピッチＰ１それぞれの数値範囲は、特に限定するものではなく、素子部１の平面サイズに基づいて適宜設定すればよい。ここにおいて、第２電極４０の電極パターン４０ａの線幅Ｌ１については、発光層３２で発光する光の利用効率の観点からは狭い方が好ましく、第２電極４０の低抵抗化によって輝度むらを低減するという観点からは広い方が好ましいので、有機エレクトロルミネッセンス素子の平面サイズなどに基づいて適宜設定することが好ましい。また、第２電極４０の高さＨ１については、第２電極４０の低抵抗化の観点、第２電極４０をスクリーン印刷法などの塗布法により形成する際の第２電極４０の材料の使用効率（材料使用効率）の観点、機能層３０から放射される光の放射角の観点などから、１００ｎｍ以上１０μｍ以下が、より好ましい。

また、本実施形態の有機エレクトロルミネッセンス素子では、第２電極４０における各開口部４１を、図１および図３に示したように、機能層３０から離れるにつれて開口面積が徐々に大きくなる開口形状としてある。つまり、第２電極４０の細線部４４が断面視略台形状に形成されており、これによって、開口部４１の開口面積が機能層３０から離れるにつれて徐々に大きくなる開口形状となっている。これにより、有機エレクトロルミネッセンス素子は、機能層３０から放射される光の広がり角を大きくすることが可能になり、輝度むらを、より低減することが可能となる。また、有機エレクトロルミネッセンス素子は、第２電極４０での反射損失や吸収損失を低減することが可能となり、外部量子効率のより一層の向上を図ることが可能となる。

第２電極４０を格子状の形状とする場合、各開口部４１の各々の形状は正方形状に限らず、例えば、長方形状や正三角形状や正六角形状の形状としてもよい。

第２電極４０は、各開口部４１の各々の形状が正三角形状の場合、三角格子状の形状となり、各開口部４１の各々の形状が正六角形状の場合、六角格子状の形状となる。なお、第２電極４０は、格子状の形状に限らず、例えば、櫛形状の形状でもよいし、２つの櫛形状の電極パターンにより構成してもよい。また、第２電極４０は、開口部４１の数も特に限定するものではなく、複数に限らず、１つでもよい。例えば、第２電極４０を櫛形状の形状としたり、２つの櫛形状の電極パターンにより構成とした場合などは、開口部４１の数を１つとすることが可能である。

また、第２電極４０は、例えば、図４に示すような平面形状としてもよい。すなわちこの例では、第２電極４０は、平面視において、電極パターン４０ａにおける直線状の細線部４４の線幅が一定とされている。そして、第２電極４０の中央に近づくにつれて、縦方向に隣り合う細線部４４，４４間の間隔および横方向に隣り合う細線部４４，４４間の間隔が、それぞれ徐々に狭くなっている。すなわち、第２電極４０は、周部から中心部に近づくにつれて開口部４１の開口面積が小さくなる形状となっている。有機エレクトロルミネッセンス素子は、第２電極４０の平面形状を図４のような平面形状とすることにより、図２のような平面形状とした場合に比べて、第２電極４０において第２端子部４７（図１参照）からの距離が周部よりも遠い中央部での発光効率を向上させることが可能となり、外部量子効率の向上を図ることが可能となる。また、有機エレクトロルミネッセンス素子は、第２電極４０の平面形状を図４のような形状とすることにより、図２のような平面形状とした場合に比べて、機能層３０のうち第１端子部および第２端子部４７からの距離が近い周部での電流集中を抑制することが可能となるから、長寿命化を図ることが可能となる。

また、第２電極４０は、例えば、図５に示すような平面形状としてもよい。すなわち、この図示例では、第２電極４０は、第２電極４０の最外周にあって外枠を形成する４つの第１細線部４２と、上記外枠の内側において第１の方向（図５の上下方向）に延びる１つの第２細線部４３と、上記外枠の内側において第１の方向と交差する第２の方向（図５の左右方向）に延びる複数の細線部（第３細線部）４４とを備える。そして第２電極４０は、平面視において、第１細線部４２の線幅と、図５において左右方向の中央にある１つの第２細線部４３の線幅とを、第１細線部４２と第２細線部４３との間にある第３細線部４４の線幅よりも幅広としてある。有機エレクトロルミネッセンス素子は、第２電極４０を図５のような平面形状とすることにより、図２のような平面形状の場合に比べて、第２電極４０において第２端子部４７（図１参照）からの距離が周部よりも遠い中央部での発光効率を向上させることが可能となり、外部量子効率の向上を図ることが可能となる。なお、第２電極４０は、図５のような平面形状とする場合、相対的に線幅の広い第１細線部４２および第２細線部４３の高さを第３細線部４４の高さよりも高くすることにより、第１細線部４２および第２細線部４３それぞれの、より一層の低抵抗化を図ることが可能となる。

また、導電性層５０は、導電性ナノ構造体と透明媒体とを含む透明導電膜、あるいは、機能層３０からの光を透過可能な厚みの金属薄膜、のいずれかにより構成することが好ましい。この導電性層５０の導電性は、第２電極４０のそれよりも低くしてある。また、この導電性層５０の導電性は、第２キャリア注入層３４のそれよりも高くしてある。この導電性層５０は、第２電極４０から機能層３０への第２キャリアの注入経路としての機能を有している。第２キャリアは、第２電極４０が陽極の場合、正孔であり、第２電極４０が陰極の場合、電子である。ここにおいて、導電性層５０がなくて第２電極４０直下が機能層３０の一部であり、導電性層５０の代わりに開口部４１が電気絶縁性の封止部９０の一部により埋め込まれている場合には、第２電極４０から機能層３０への第２キャリアの注入は、第２電極４０と機能層３０との接している界面のみを通して行われるものと推測される。これに対して、導電性層５０を設けた場合には、第２電極４０から機能層３０への第２キャリアの注入は、第２電極４０と機能層３０との界面を通る第１経路と、第２電極４０と導電性層５０との界面および導電性層５０と機能層３０との界面を通る第２経路との両方で行われることとなる。

ここで、本実施形態の有機エレクトロルミネッセンス素子では、機能層３０における第２電極４０側の最表層である第２キャリア注入層３４に関して、開口部４１の投影領域の厚みが、第２電極４０の投影領域の厚みよりも薄くなっている。そのうえ、有機エレクトロルミネッセンス素子は、導電性層５０に関して、第２キャリア注入層３４に比べて導電性を高く且つ第２キャリアの注入性を高くしてある。しかして、本実施形態の有機エレクトロルミネッセンス素子では、第２電極４０から機能層３０への第２キャリアの注入に関して、第２経路を通るキャリア注入が、第１経路を通るキャリア注入よりも優先的に行われるものと推測される。すなわち、第２キャリア注入層３４に凹部３８を設けたことで、凹部３８がない場合に比べて第２経路の抵抗率が低くなる。これにより第２キャリアは、第２経路を通って、発光層３２へ注入されやすくなる。従って第２キャリアは、第２電極４０の投影領域ではなく開口部４１の投影領域で、発光層３２側へ向かって流れやすくなる。このため、発光層３２においても、第２電極４０の投影領域ではなく開口部４１の投影領域で発光しやすくなる。よって、本実施形態の有機エレクトロルミネッセンス素子では、発光層３２から放射された光のうちで第２電極４０によって遮られる光の割合が減少するので、外部量子効率を向上させることができる。また、第２キャリア注入層３４に凹部３８を設けたことで、第２キャリアは、発光層３２へ向かって移動する際に、第２電極４０から導電性層５０の面内方向（図１の左右および前後方向）へ移動しやすくなる。従って、発光層３２に流れる電流の面内ばらつきを低減することができる。ここで、導電性層５０の抵抗率が低いほど、第２電極４０から横方向（図１の左右および前後方向）への通電性が向上し、発光層３２に流れる電流の面内ばらつきを低減することが可能となり、輝度むらを低減することが可能となる。

導電性ナノ構造体としては、導電性ナノ粒子や、導電性ナノワイヤなどを用いることができる。なお、導電性ナノ粒子の粒子径は１〜１００ｎｍであることが好ましい。また、導電性ナノワイヤの直径は１〜１００ｎｍであることが好ましい。

導電性ナノ構造体の材料としては、例えば、銀、金、ＩＴＯ、ＩＺＯなどを採用することができる。透明媒体であるバインダとしては、例えば、アクリル樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン、ポリエーテルスルホン、ポリアリレート、ポリカーボネート樹脂、ポリウレタン、ポリアクリルニトリル、ポリビニルアセタール、ポリアミド、ポリイミド、ジアクリルフタレート樹脂、セルロース系樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリ酢酸ビニル、その他の熱可塑性樹脂や、これらの樹脂を構成する単量体の２種以上の共重合体が挙げられるが、これらに限定されるものではない。ただし、バインダとしては、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリピロール、ポリフェニレン、ポリフェニレンビニレン、ポリアセチレン、ポリカルバゾールなどの導電性高分子を用いることが好ましい。これらは単独で用いてもよいし、組み合わせて用いてもよい。導電性層５０は、バインダとして導電性高分子を採用することによって、導電性を、より向上させることが可能となる。また、バインダとしては、導電性を高めるために、例えば、スルホン酸、ルイス酸、プロトン酸、アルカリ金属、アルカリ土類金属などのドーパントをドーピングしたものを採用してもよい。

上述の導電性層５０は、塗布法（スプレーコート法、ダイコート法、グラビア印刷法、スクリーン印刷法など）のような湿式プロセスによって成膜することができる。

また、導電性層５０を上述のように金属薄膜により構成する場合、金属薄膜の材料としては、例えば、銀、金などを採用することができる。この種の金属薄膜の厚みは、３０ｎｍ以下であればよいが、光透過性の観点からは２０ｎｍ以下が好ましく、１０ｎｍ以下が、より好ましい。ただし、厚みが薄くなりすぎると、第２電極４０から導電性層５０を通る第２経路での機能層３０への第２キャリアの注入性を向上させる効果が低くなる。

以上説明したように、本実施形態の有機エレクトロルミネッセンス素子では、第１電極２０および第２電極４０それぞれの抵抗率が、透明導電性酸化物の抵抗率よりも低く、第２電極４０には、機能層３０からの光取出し用の開口部４１が形成されている。さらに、本実施形態の有機エレクトロルミネッセンス素子は、機能層３０が、発光層３２よりも第２電極４０側にある最表層として、第２キャリア注入層３４を含んでいる。また、本実施形態の有機エレクトロルミネッセンス素子は、第２電極４０と機能層３０（第２キャリア注入層３４）とに接し且つ光透過性を有する導電性層５０が設けられている。また、本実施形態の有機エレクトロルミネッセンス素子では、導電性層５０が、第２電極４０を覆い、第２キャリア注入層３４には、開口部４１の投影領域に凹部３８が設けられている。しかして、本実施形態の有機エレクトロルミネッセンス素子では、輝度むらの低減を図ることが可能で且つ外部量子効率の向上を図ることが可能となる。ここで、本実施形態の有機エレクトロルミネッセンス素子では、導電性層５０が、第２電極４０を覆っていることにより、第２電極４０から導電性層５０への第２キャリアの注入性を、より向上させることが可能となる。

この有機エレクトロルミネッセンス素子においては、凹部３８における発光層３２から導電性層５０の表面までの高さ（第１高さ）が、発光層３２から第２電極４０の先端までの高さ（第２高さ）よりも低いことが好ましい。ここで、図３の例について説明すれば、第１高さは、インターレイヤー３３の膜厚と、第２キャリア注入層３４における凹部３８の内底面・インターレイヤー３３の上面間の膜厚と、凹部３８の内底面上の導電性層５０の膜厚との合計値である。また、第２高さは、インターレイヤー３３の膜厚と、第２キャリア注入層３４における第２電極４０の投影領域の膜厚と、第２電極４０の高さＨ１との合計値である。有機エレクトロルミネッセンス素子は、上述のように第１高さが第２高さよりも低いことにより、導電性層５０内での光損失を低減することが可能となり、外部量子効率の向上を図ることが可能となる。なお、導電性層５０の膜厚と凹部３８の深さ寸法との大小関係は特に限定するものではない。

（実施形態２）
本実施形態の有機エレクトロルミネッセンス素子は、実施形態１と略同じであり、図６に示すように、凹部３８の形状が相違するだけである。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を適宜省略する。

凹部３８は、第２キャリア注入層３４の厚み方向において第２電極４０から離れるにつれて、第２電極４０の投影領域から当該投影領域に近い内側面３８ａまでの距離が長くなる形状に形成されてなる。図３に示した例では、凹部３８が、断面矩形状に形成されているのに対し、図６に示した例では、凹部３８が、断面逆台形状に形成されている。

本実施形態の有機エレクトロルミネッセンス素子では、上述のように、凹部３８が、第２キャリア注入層３４の厚み方向において第２電極４０から離れるにつれて、第２電極４０の投影領域から当該投影領域に近い内側面３８ａまでの距離が長くなる形状に形成されている。言い換えれば、本実施形態の有機エレクトロルミネッセンス素子では、開口部４１の投影領域における第２キャリア注入層３４の厚みが、第２電極４０から離れるにつれて薄くなっている。これにより、本実施形態の有機エレクトロルミネッセンス素子では、第２キャリア注入層３４における開口部４１の投影領域に関して、第２電極４０の投影領域からの距離が変化している領域を、膜厚が徐々に薄くなる膜厚変化部として設けていることになる。ここにおいて、第２キャリア注入層３４は、第２電極４０に近いほど第２キャリアを通しやすいが、膜厚が大きいほど第２キャリアを通しにくくなるので、第２キャリア注入層３４における開口部４１の投影領域へのキャリア注入量の均一性を向上させることが可能となり、輝度むらを、より低減することが可能となる。

なお図６では、第２キャリア注入層３４は、第２電極４０の幅方向（図６の左右方向）において第２電極４０から所定距離以上離れた場所では、厚みが一定となるよう図示されている。しかし、第２キャリア注入層３４は、第２電極４０からの距離とともにその厚みが徐々に薄くなる形状であってもよい。また、凹部３８の内側面３８ａの形状は、図６に示すような平面状に限られず、曲面状であってもよい。たとえば、凹部３８の断面形状が、かまぼこ形などであってもよい。

実施形態１，２で説明した有機エレクトロルミネッセンス素子は、例えば、照明用の有機エレクトロルミネッセンス素子として好適に用いることができるが、照明用に限らず、他の用途に用いることも可能である。

なお、実施形態１，２において説明した各図は、模式的なものであり、各構成要素の大きさや厚さそれぞれの比が、必ずしも実際のものの寸法比を反映しているとは限らない。

本発明を幾つかの好ましい実施形態について記述したが、この発明の本来の精神および範囲、即ち請求の範囲を逸脱することなく、当業者によって様々な修正および変形が可能である。

Claims (5)

1. 基板と、前記基板の一表面側に設けられた第１電極と、前記基板の前記一表面側で前記第１電極に対向した第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間にあり発光層を含む機能層とを備えた有機エレクトロルミネッセンス素子であって、
   前記第１電極および前記第２電極それぞれの抵抗率が、透明導電性酸化物の抵抗率よりも低く、
   前記機能層が、前記発光層よりも前記第２電極側にある最表層としてキャリア注入層を含み、
   前記第２電極には、前記機能層からの光取出し用の開口部が形成され、前記開口部には、前記第２電極と前記機能層とに接し且つ光透過性を有する導電性層が設けられ、
   前記導電性層が、前記第２電極を覆い、
   前記キャリア注入層は、前記開口部の投影領域に凹部が設けられてなることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
2. 前記凹部は、前記キャリア注入層の厚み方向において前記第２電極から離れるにつれて、前記第２電極の投影領域から前記投影領域に近い内側面までの距離が長くなる形状に形成されてなることを特徴とする請求項１記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
3. 前記第２電極は、金属の粉末と有機バインダとを含む電極からなることを特徴とする請求項１または請求項２記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
4. 前記導電性層は、導電性ナノ構造体と透明媒体とを含む透明導電膜、あるいは、前記機能層からの光を透過可能な厚みの金属薄膜からなることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
5. 前記キャリア注入層は、前記開口部の投影領域の厚みが、前記第２電極の投影領域の厚みよりも、薄いことを特徴とする請求項１記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。

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