JP2018504747A - 有機発光素子 - Google Patents
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Abstract
本発明は、有機発光素子に関し、より詳しくは、内部光取り出し層から転写されて形成されるコルゲート構造の最適化によって、光取り出し効率を画期的に増加させることができ、その結果、優れた発光効率の実現が可能な有機発光素子に関する。このために、本発明は、第１基板；前記第１基板上に形成される内部光取り出し層；前記内部光取り出し層上に形成される第１電極；前記第１電極上に形成される有機発光層；及び前記有機発光層上に形成される第２電極を含み、前記内部光取り出し層の表面にはコルゲーションが形成され、前記コルゲーションが前記第１電極、前記有機発光層及び前記第２電極に順に転写されて、前記第２電極の表面はコルゲート構造をなし、前記コルゲート構造は、多数の凸部及び互いに隣接する前記凸部の間に形成される多数の凹部からなり、互いに隣接する前記凸部の間のピッチ（ｐｉｔｃｈ）と前記凹部の深さ（ｄｅｐｔｈ）との横縦比（ｄｅｐｔｈ／ｐｉｔｃｈ）は０．１〜７であることを特徴とする有機発光素子を提供する。
Description
本発明は、有機発光素子に関し、より詳しくは、内部光取り出し層から転写されて形成されるコルゲート構造の最適化によって、光取り出し効率を画期的に増加させることができ、その結果、優れた発光効率の実現が可能な有機発光素子に関する。
一般に、発光装置は、有機物を利用して発光層を形成する有機発光装置と無機物を利用して発光層を形成する無機発光装置とに大別することができる。中でも、有機発光装置をなす有機発光素子は、電子注入電極（ｃａｔｈｏｄｅ）から注入された電子と正孔注入電極（ａｎｏｄｅ）から注入された正孔が有機発光層で結合して励起子（ｅｘｃｉｔｏｎ）を形成し、この励起子がエネルギーを放出しながら発光する自己発光型素子であって、低電力駆動、自己発光、広視野角、高解像度と天然色の実現、速い応答速度などの長所を持っている。
近年、この種の有機発光素子を携帯用情報機器、カメラ、時計、事務用機器、自動車などの情報表示窓、テレビ、ディスプレイまたは照明用などに適用するための研究が活発に進められてきている。
上述したような有機発光素子の発光効率を向上させるための方法としては、発光層を構成する材料の発光効率を高める方法や発光層から発光した光の光取り出し効率を向上させる方法がある。
このとき、光取り出し効率は有機発光素子を構成する各層の屈折率によって左右される。一般的な有機発光素子の場合、発光層から放出される光が臨界角以上の角度で出射されるとき、アノードである透明電極層のように屈折率が高い層と基板ガラスのように屈折率が低い層との間の界面で全反射を起こすことで光取り出し効率が低下してしまい、その結果、有機発光素子の全体的な発光効率が低減するという問題点があった。
これについて具体的に説明すると、有機発光素子は発光量の２０％だけが外部に放出され、８０％程度の光は基板ガラスとアノード及び正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層などを含む有機発光層の屈折率の差による導波管（ｗａｖｅ ｇｕｉｄｉｎｇ）効果と基板ガラスと空気との屈折率の差による全反射効果により損失される。すなわち、内部有機発光層の屈折率は１．７〜１．８で、アノードで一般に使用されるＩＴＯの屈折率は約１．９である。このとき、二つの層の厚みは約２００〜４００ｎｍと極めて薄く、且つ基板ガラスの屈折率は１．５であるので、有機発光素子内には平面導波路が自然に形成される。計算によると、前記した原因による内部導波モードで損失される光の割合が約４５％に上る。また、基板ガラスの屈折率は約１．５で、外部空気の屈折率は１．０であるので、基板ガラスから外部へ光が取り出されるとき、臨界角以上の角度で入射される光は全反射を起こして基板ガラスの内部に閉じ込められ、このように閉じ込められた光の割合は約３５％にも上るため、僅か発光量の２０％程度しか外部に放出されない。
このような問題を解決するために、光導波モードによって消失する８０％の光を外部へ取り出す光取り出し層に関する研究が活発に進められている。ここで、光取り出し層は、内部光取り出し層と外部光取り出し層とに大別される。このとき、外部光取り出し層の場合は、多様な形態のマイクロレンズを含むフィルムを基板の外部に配設することで光取り出し効果が得られ、マイクロレンズの形態にそれほどこだわらないという特性がある。また、内部光取り出し層は、光導波モードで消失する光を直接的に取り出すことで、外部光取り出し層に比べて、効率増大の可能性が遥かに高いという長所がある。
しかし、内部光取り出し層によって光取り出し効率が増大したとしても、外部へ放出される発光量を基準にしてみると、その効果は依然として微々たるものであるので、光取り出し効率をより向上させることができる方法、あるいは技術に関する研究が切実に要求されている実情である。
本発明は、上述したような従来技術の問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、内部光取り出し層から転写されて形成されるコルゲート構造の最適化によって、光取り出し効率を画期的に増加させることができ、その結果、優れた発光効率の実現が可能な有機発光素子を提供することである。
このために、本発明は、第１基板；前記第１基板上に形成される内部光取り出し層；前記内部光取り出し層上に形成される第１電極；前記第１電極上に形成される有機発光層；及び前記有機発光層上に形成される第２電極；を含み、前記内部光取り出し層の表面にはコルゲーションが形成され、前記コルゲーションが前記第１電極、前記有機発光層及び前記第２電極に順に転写されて、前記第２電極の表面はコルゲート構造をなし、前記コルゲート構造は、多数の凸部及び互いに隣接する前記凸部の間に形成される多数の凹部からなり、互いに隣接する前記凸部の間のピッチ（ｐｉｔｃｈ）と前記凹部の深さ（ｄｅｐｔｈ）に対する横縦比（ｄｅｐｔｈ／ｐｉｔｃｈ）は０．１〜７であることを特徴とする有機発光素子を提供する。
ここで、前記内部光取り出し層は、前記第１基板上に形成され、第１金属酸化物からなるマトリックス層、前記マトリックス層内部に分散されており、前記第１金属酸化物と屈折率が異なる第２金属酸化物からなる多数の散乱粒子、及び前記マトリックス層の表面に充填される充填層を含み、前記充填層の表面には、前記散乱粒子及び前記散乱粒子の凝集体の形状が転写された形態の前記コルゲーションが形成されていてよい。
このとき、前記マトリックス層には割れが形成されていてよい。
また、前記割れは、前記多数の散乱粒子の間及び前記凝集体の間に沿って形成されていてよい。
そして、前記充填層の表面粗さは、前記マトリックス層の表面粗さよりも相対的に低いものであってよい。
さらに、前記マトリックス層は、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、ＺｎＯ２及びＳｎＯ２を含む金属酸化物候補群のいずれか一種または二種以上の組み合わせからなるものであってよい。
また、前記散乱粒子は、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＺｎＯ２及びＳｎＯ２を含む金属酸化物候補群のいずれか一種または二種以上の組み合わせからなるものであってよい。
そして、前記多数の散乱粒子の一部または全部は、中空からなるコア、及び前記コアを覆うシェル構造からなるものであってよい。
さらに、前記内部光取り出し層は、前記マトリックス層の内部に形成されている不定形の多数の気孔を更に含んでいてよい。
この場合、前記気孔の大きさは５０〜９００ｎｍであってよい。
このとき、前記マトリックス層において前記多数の気孔が占める面積は、前記マトリックス層の面積に対して２．５〜１０．８％であってよい。
さらに、前記有機発光素子は、前記第１基板とのエンキャプシュレーションのために前記第２電極の上部に前記第１基板と対向するように配置される第２基板を更に含んでいてよい。
本発明によれば、内部光取り出し層（Ｉｎｔｅｒｎａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ Ｌａｙｅｒ；ＩＬＥＬ）から転写されて形成される表面コルゲート構造（ｃｏｒｒｕｇａｔｉｏｎ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）及び該コルゲート構造をなす多数の凸部の間のピッチ（ｐｉｔｃｈ）及び凸部と凸部との間をなす凹部の深さ（ｄｅｐｔｈ）の割合である横縦比（アスペクト比（ａｓｐｅｃｔ ｒａｔｉｏ）；ｄｅｐｔｈ／ｐｉｔｃｈ）を所定の範囲に制御するコルゲート構造の最適化によって、有機発光素子の発光効率に最大の損失をもたらす導波管モード（ｗａｖｅｇｕｉｄｅ ｍｏｄｅ）及び表面プラズモンモード（ｓｕｒｆａｃｅ ｐｌａｓｍｏｎ ｍｏｄｅ）の減少を極大化させることができ、これにより、光取り出し効率を画期的に増加させることができ、結局、優れた発光効率を実現することができる。
以下、添付の図面を参照して本発明の実施例に係る有機発光素子について詳しく説明する。
なお、本発明を説明するにあたって、関連した公知機能或いは構成についての具体的な説明が本発明の要旨を不必要に曖昧にし得ると判断された場合、その詳細な説明は省略する。
図１に示したように、本発明の実施例に係る有機発光素子１００は、ボトムエミッション（ｂｏｔｔｏｍ ｅｍｉｓｓｉｏｎ）構造をなす。また、本発明の実施例に係る有機発光素子１００は照明の光源として適用され得る。このような有機発光素子１００は、第１基板１１０、内部光取り出し層１２０、第１電極１３０、有機発光層１４０及び第２電極１５０を含んで形成される。
第１基板１１０は、有機発光層１４０の前方、すなわち、有機発光層１４０から発光された光が外気と接する部分に配置され、発光された光を外部へ透過させると共に、内部光取り出し層１２０、第１電極１３０、有機発光層１４０及び第２電極１５０を外部環境から保護する役割をする。このために、すなわち、内部光取り出し層１２０、第１電極１３０、有機発光層１４０及び第２電極１５０をエンキャプシュレーション（ｉｎｃａｐｓｕｌａｔｉｏｎ）させるために、第１基板１１０は、縁部に沿って形成される、例えば、エポキシのようなシーリング材を介して、第２電極１５０の上部にこれと対向して配置される裏面基板である第２基板（図示せず）と接合される。このとき、互いに対向する第１基板１１０と第２基板（図示せず）、そしてこれらの縁部に形成されるシーリング材によって区画される内部空間のうち内部光取り出し層１２０、第１電極１３０、有機発光層１４０及び第２電極１５０が占めている空間以外の内部空間は、不活性気体で満たされるか又は真空雰囲気によって組成されていてよい。
このような第１基板１１０は、透明基板であって、光透過率に優れ且つ機械的な物性に優れるものであれば特にその種類は制限される。例えば、第１基板１１０としては、熱硬化またはＵＶ硬化が可能な有機フィルムである高分子系の物質からなるものが使用されていてよい。また、第１基板１１０としては、化学強化ガラスであるソーダライムガラス（ＳｉＯ２−ＣａＯ−Ｎａ２Ｏ）またはアルミノシリケート系ガラス（ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−Ｎａ２Ｏ）が使用されていてよい。ここで、本発明の実施例に係る有機発光素子１００が照明用である場合、第１基板１１０としてはソーダライムガラスが使用されていてよい。その他、第１基板１１０としては、金属酸化物や金属窒化物からなる基板が使用されていてよい。そして、本発明の実施例では第１基板１１０として厚み１．５ｍｍ以下の薄板ガラスが使用されていてよく、このような薄板ガラスはフュージョン（ｆｕｓｉｏｎ）工法またはフローティング（ｆｌｏａｔｉｎｇ）工法にて製造されていてよい。
一方、第１基板１１０とエンキャプシュレーションをなす裏面基板である第２基板（図示せず）は、第１基板１１０と同一または異なる物質からなるものであってよい。
内部光取り出し層１２０は、有機発光層１４０から発光された光が外部へ放出される前方に配置され、有機発光素子１００の光取り出し効率を向上させる役割をする光機能性層である。本発明の実施例において、内部光取り出し層１２０は、第１基板１１０上に形成される。図面を基準にして、内部光取り出し層１２０の下には第１基板１１０が配置され、内部光取り出し層１２０の上には第１電極１３０が配置される。
本発明の実施例において、このような内部光取り出し層１２０は、マトリックス層１２１、多数の散乱粒子１２３及び充填層１２６を含んで形成されていてよい。このとき、マトリックス層１２１及び多数の散乱粒子１２３は、光取り出し効率の向上のために、互いに屈折率が異なる物質からなるものであってよい。このとき、これらの屈折率の差が大きいほど光取り出し効率の向上に一層寄与するようになる。一方、マトリックス層１２１は、充填層１２６よりも屈折率が大きい物質からなる、または充填層１２６よりも屈折率が小さい物質からなるものであってよく、充填層１２６と同じ屈折率を有する物質からなるものであってもよい。
マトリックス層１２１は、散乱粒子１２３よりも屈折率の大きい高屈折（ｈｉｇｈ ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ ｉｎｄｅｘ；ＨＲＩ）の物質からなるものであってよい。例えば、マトリックス層１２１は、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、ＺｎＯ２及びＳｎＯ２を含む金属酸化物候補群のいずれか一種または二種以上の組み合わせからなる金属酸化物からなるものであってよい。
本発明の実施例において、マトリックス層１２１には割れ（ｃｒａｃｋ）１２２が形成されていてよい。割れ１２２は、内部に多数の散乱粒子１２３が分散しているマトリックス層１２１の形成のための焼成過程で発生するもので、多数の散乱粒子１２３及びこれらの散乱粒子１２３からなる凝集体の間に沿って形成されていてよい。このとき、割れ１２２は、マトリックス層１２１の表面から第１基板１１０の方向に形成されていてよく、割れ１２２の一部または全部は、マトリックス層１２１の表面に第１基板１１０が露出できる程度の大きさに形成されていてよい。このような割れ１２２は、散乱粒子１２３と同様、有機発光層１４０から放出される光の経路をさらに複雑化あるいは多変化させて、前方への光の取り出し効率を向上させる役割をするようになる。このように、割れ１２２が散乱粒子１２３と同じ散乱特性を持つので、割れ１２２が多く発生すればするほど、散乱粒子１２３の個数を減らすことができるようになる。
一方、マトリックス層１２１の内部には不定形の多数の気孔（図示せず）が、例えば、５０〜９００ｎｍの大きさで形成されていてよい。この気孔（図示せず）もまた、マトリックス層１２１の形成のための焼成過程で発生するもので、その役割は割れ１２２及び散乱粒子１２３と同様、有機発光層１４０から放出された光を多様な経路に散乱させる役割をするようになる。このとき、マトリックス層１２１内部に形成される多数の気孔（図示せず）が占める面積は、マトリックス層１２１の面積に対して２．５〜１０．８％であってよく、多数の気孔（図示せず）が占める面積が広いほど光取り出し効率は一層増加され得る。
マトリックス層１２１内部に分散している多数の散乱粒子１２３は、マトリックス層１２１よりも屈折率が小さい物質からなるものであってよい。例えば、散乱粒子１２３は、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＺｎＯ２及びＳｎＯ２を含む金属酸化物候補群のいずれか一種または二種以上の組み合わせからなる金属酸化物からなるものであってよい。このとき、前記金属酸化物候補群のいずれか一種または二種以上の組み合わせからなる金属酸化物がマトリックス層１２１をなす金属酸化物として選択される場合、散乱粒子１２３は、残りの金属酸化物候補群のうちのマトリックス層１２１をなす金属酸化物よりも屈折率が小さい一種または二種以上の組み合わせからなる金属酸化物からなるものであってよい。このような散乱粒子１２３は、マトリックス層１２１と屈折率の差を示すとともに、有機発光層１４０から発光された光の経路を複雑化あるいは多変化させ、前方への光の取り出し効率を向上させる役割をする。本発明の実施例において、散乱粒子１２３は、ナノスケールの球体（ｓｐｈｅｒｅ）状からなるものである。なお、散乱粒子１２３はロッド（ｒｏｄ）状からなるものであってもよく、多数の散乱粒子１２３は同一または様々な模様や大きさで形成されたものであってもよい。すなわち、多数の散乱粒子１２３は、ランダムな大きさと間隔、形態や模様をなしていてよく、このように、多数の散乱粒子１２３がランダムに形成されると、特定の波長帯ではない広い波長帯で均一に光取り出しを誘導することができ、本発明の実施例に係る有機発光素子１００が照明用である場合、より有効に用いることができる。
本発明の実施例において、このような散乱粒子１２３は、中空からなるコア１２４及びこれを覆うシェル１２５からなるものであってよい。このとき、マトリックス層１２１内部に分散している多数の散乱粒子１２３にはコア・シェル構造の散乱粒子が一部含まれていてよく、または多数の散乱粒子１２３全部がコア・シェル構造の散乱粒子からなるものであってよい。このようなコア・シェル構造の散乱粒子１２３はコア１２４とシェル１２５との間の屈折率の急激な変化と複雑な光散乱経路を生成し、有機発光素子１００の光取り出し効率を一層向上させるようになる。
ここで、マトリックス層１２１は、内部に分散している多数の散乱粒子１２３と発生された割れ１２２及び気孔（図示せず）によって、極めて高い表面粗さを示すが、この状態で第１電極１３０と接すると、第１電極１３０にマトリックス層１２１の粗い表面形状がそのまま転写され、その結果、第１電極１３０の尖り状に突出した部分に電流が集中し、結局、有機発光素子１００の電気的特性が劣化するようになる。これを防止するために、本発明の実施例では、マトリックス層１２１の表面にその表面粗さを緩和させる充填層１２６が充填される。このような充填層１２６は、マトリックス層１２１と同一または異なる屈折率を有する物質からなるものであってよい。例えば、充填層１２６は、高屈折の無機物または高屈折のハイブリッド高分子（ｈｙｂｒｉｍｅｒ）からなるものであってよい。
このような充填層１２６は、マトリックス層１２１に形成されている割れ１２２を埋め込み、多数の割れ１２２が形成されているマトリックス層１２１の急激な表面粗さの変化による有機発光素子１００の不良を効果的に防止するようになる。このとき、充填層１２６の表面には多数の散乱粒子１２３及び割れ１２２の形状が転写されてコルゲーションが形成され、マトリックス層１２１の表面に形成されたコルゲート構造よりも緩いコルゲーション、例えば、ラウンド形状のコルゲーションが形成される。すなわち、充填層１２６は、マトリックス層１２１の表面粗さを緩和させる役割をする層であり、これにより、充填層１２６は、マトリックス層１２１よりも相対的に低い表面粗さを有するようになる。このような充填層１２６の表面コルゲーションは、屈折率の急激な変化を誘導し、有機発光層１４０から放出された光が優れた散乱特性を持たせる。
一方、充填層１２６の表面コルゲーションは、第２電極１５０の表面にまで転写される。このように、充填層１２６の表面コルゲーションによって、その上部に順に積層される第１電極１３０、有機発光層１４０及び第２電極１５０にコルゲーションが形成されると、表面プラズモン（ｓｕｒｆａｃｅ ｐｌａｓｍｏｎ）モードが減少できるようになる。すなわち、充填層１２６の表面コルゲーションによる屈折率の変化と光散乱による導波管モードの減少とともに、素子層をなす第１電極１３０、有機発光層１４０及び第２電極１５０のコルゲート構造によって表面プラズモンモードが減少されると、有機発光素子１００の光取り出し効率は画期的に増加するようになる。
第１電極１３０は、有機発光素子１００のアノード（ａｎｏｄｅ）として作用する透明電極であり、内部光取り出し層１２０上に形成、より詳しくは、内部光取り出し層１２０の充填層１２６上に形成される。このとき、第１電極１３０の上下面（図面基準）は、充填層１２６のコルゲーションが転写されて、充填層１２６の表面コルゲーションに対応する形態のコルゲート構造で形成される。このような第１電極１３０は、有機発光層１４０への正孔注入が起こり易いように、例えば、仕事関数（ｗｏｒｋ ｆｕｎｃｔｉｏｎ）の大きいＩＴＯからなるものであってよい。
有機発光層１４０は、第１電極１３０上に形成される。このとき、第１電極１３０が充填層１２６によってコルゲート構造をなすことにより、有機発光層１４０は、第１電極１３０のコルゲート構造が転写されて、これらのコルゲート構造に対応する形態のコルゲート構造で形成される。具体的に図示してはいないが、このような有機発光層１４０は、第１電極１３０と第２電極１５０の間に順に積層される正孔層、発光層及び電子層を含んで形成されていてよい。ここで、正孔層は、第１電極１３０上に順に積層形成される正孔注入層（ｈｏｌｅ ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ｌａｙｅｒ；ＨＩＬ）及び正孔輸送層（ｈｏｌｅ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｌａｙｅｒ；ＨＴＬ）からなるものであってよく、また、電子層は、発光層上に順に積層形成される電子輸送層（ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｌａｙｅｒ；ＥＴＬ）及び電子注入層（ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ｌａｙｅｒ；ＥＩＬ）からなるものであってよい。そして、発光層は、本発明の実施例に係る有機発光素子１００が照明用の白色有機発光素子である場合、青色領域の光を放出する高分子発光層と橙色・赤色領域の光を放出する低分子発光層の積層構造で形成されていてよく、その他、多様な構造で形成されて白色発光を実現することができる。
このような構造により、アノードである第１電極１３０とカソードである第２電極１５０の間に順方向電圧が印加されると、第２電極１５０から電子が電子層の電子注入層及び電子輸送層を介して発光層へ移動し、第１電極１３０から正孔が正孔層の正孔注入層及び正孔輸送層を介して発光層へ移動するようになる。そして、発光層内へ注入された電子と正孔は、発光層で再結合して励起子（ｅｘｃｉｔｏｎ）を生成し、該励起子が励起状態（ｅｘｃｉｔｅｄ ｓｔａｔｅ）から基底状態（ｇｒｏｕｎｄ ｓｔａｔｅ）へと転移しながら光を放出するようになり、このとき、放出される光の明るさはアノードとして作用する第１電極１３０とカソードとして作用する第２電極１５０との間を流れる電流量に比例するようになる。
一方、本発明の実施例において、有機発光層１４０は、ダンデム（ｔａｎｄｅｍ）構造をなすものであってよい。すなわち、有機発光層１４０は複数備えられていてよく、それぞれの有機発光層１４０は相互接続層（ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇ ｌａｙｅｒ）（図示せず）を介して交互に配置されていてよい。
第２電極１５０は、有機発光素子１００のカソード（ｃａｔｈｏｄｅ）として作用する金属電極であって、有機発光層１４０上に形成される。このような第２電極１５０は、有機発光層１４０への電子注入が起こり易いように仕事関数が小さいＡｌ、Ａｌ：ＬｉまたはＭｇ；Ａｇの金属薄膜からなるものであってよい。
本発明の実施例では、充填層１２６のコルゲーションから転写されたコルゲート構造を有する第１電極１３０によって有機発光層１４０がコルゲート構造をなすことにより、第２電極１５０の表面にはこれらのコルゲート構造に対応する形状のコルゲート構造が形成される。このように、第２電極１５０の表面に形成されるコルゲート構造は、多数の凸部１５１及び互いに隣接する凸部１５１の間に形成される多数の凹部１５２で定義される。このとき、本発明の実施例において、互いに隣接する凸部１５１の間のピッチ（ｐｉｔｃｈ）と凹部１５２の深さ（ｄｅｐｔｈ）に対する横縦比（ｄｅｐｔｈ／ｐｉｔｃｈ）は０．１〜７に制御される。図２中の多様な横縦比を示すコルゲート構造を撮影した走査電子顕微鏡写真から分かるように、互いに隣接する凸部１５１の間のピッチと凹部１５２の深さに対する横縦比が０．１よりも小さい場合はコルゲーションがほとんど現われなくなり、表面プラズモンモードの減少効果が低下する。また、互いに隣接する凸部１５１の間のピッチと凹部１５２の深さに対する横縦比が７よりも大きい場合は、コルゲート構造の凸部１５１が過度に突出する構造になり、これは、有機発光素子１００の寿命に悪影響を及ぼすようになる。このとき、凸部１５１の間のピッチは、多数の凸部１５１の間のピッチの平均値で定義すればよく、凹部１５２の平均的な深さはＡＦＭ（ａｔｏｍｉｃ ｆｏｒｃｅ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）や共焦点顕微鏡（ｃｏｎｆｏｃａｌ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）で測定可能である。
このように、本発明の実施例では、光取り出し効率を一層向上させるために、第２電極１５０に形成されるコルゲート構造の凸部１５１及び凹部１５２の横縦比を前記したような範囲に制御することで、光取り出し効率の向上に最適化されたコルゲート構造が実現できるようになる。このように、第２電極１５０に形成されるコルゲート構造が最適化されると、有機発光素子１００の効率に最も大きな損失をもたらす導波管モード（ｗａｖｅｇｕｉｄｅ ｍｏｄｅ）及び表面プラズモンモード（ｓｕｒｆａｃｅ ｐｌａｓｍｏｎ ｍｏｄｅ）の減少を極大化させることができ、その結果、光取り出し効率を画期的に増加させることができ、結局、有機発光素子１００の優れた発光効率を実現することができるようになる。また、本発明の実施例では、必要に応じて、散乱粒子１２３の実装密度（ｐａｃｋｉｎｇ ｄｅｎｓｉｔｙ）や充填層１２６の厚み制御によって、ヘーズ（ｈａｚｅ）を５〜８５％に変化させることができる。
一方、図３及び図４は、本発明の実施例に係る有機発光素子の発光効率をシミュレーションするための参考図である。ここでは、粒径６００ｎｍのＳｉＯ２粒子を基板上にコートし、その上に高屈折のハイブリッド高分子を充填して充填層を形成した後、充填層上に、ＩＴＯ電極、有機発光層、及びＡｌ電極をこの順に形成してなる有機発光素子構造を想定したものであり、有機発光層の各領域で発光するダイポール（ｄｉｐｏｌｅ；Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３）を仮定し、これを図４及び下記の数式のように面積による発光量を考慮して発光効率をシミュレートすると、図５に示したように、内部光取り出し層及びコルゲート構造を備えていない有機発光素子（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ）に比べ、一層高い光取り出し効率を示すことが確認された。
以上、本発明を前記のように限定された実施例と図面によって説明してきたが、本発明は前記の実施例に限定されるものではなく、本発明の属する分野における通常の知識を有するものであればこのような記載から種々の修正及び変形が可能である。
したがって、本発明の範囲は説明された実施例に限定して決められてはならず、特許請求の範囲や特許請求の範囲と均等なものなどによって決められるべきである。
Claims (10)
- 第１基板；
前記第１基板上に形成される内部光取り出し層；
前記内部光取り出し層上に形成される第１電極；
前記第１電極上に形成される有機発光層；及び
前記有機発光層上に形成される第２電極；
を含み、
前記内部光取り出し層の表面にはコルゲーションが形成され、
前記コルゲーションが前記第１電極、前記有機発光層及び前記第２電極に順に転写されて、前記第２電極の表面はコルゲート構造をなし、前記コルゲート構造は、多数の凸部及び互いに隣接する前記凸部の間に形成される多数の凹部からなり、
互いに隣接する前記凸部の間のピッチ（ｐｉｔｃｈ）と前記凹部の深さ（ｄｅｐｔｈ）との横縦比（ｄｅｐｔｈ／ｐｉｔｃｈ）は０．１〜７であり、
前記内部光取り出し層は、
前記第１基板上に形成され、金属酸化物からなり、割れが形成されているマトリックス層、
前記マトリックス層内部に分散されており、前記金属酸化物と屈折率が異なる金属酸化物からなる多数の散乱粒子、及び
前記マトリックス層の表面に前記割れを埋め込む形態で充填されて前記マトリックス層の表面粗さを緩和させる充填層を含み、
前記充填層の表面には、前記散乱粒子及び前記散乱粒子の凝集体の形状が転写された形態の前記コルゲーションが形成されていることを特徴とする、有機発光素子。 - 前記割れは、前記多数の散乱粒子の間及び前記凝集体の間に沿って形成されることを特徴とする、請求項１に記載の有機発光素子。
- 前記充填層の表面粗さは、前記マトリックス層の表面粗さよりも相対的に低いことを特徴とする、請求項２に記載の有機発光素子。
- 前記マトリックス層は、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、ＺｎＯ２及びＳｎＯ２を含む金属酸化物候補群のいずれか一種または二種以上の組み合わせからなることを特徴とする、請求項１に記載の有機発光素子。
- 前記散乱粒子は、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＺｎＯ２及びＳｎＯ２を含む金属酸化物候補群のいずれか一種または二種以上の組み合わせからなり、且つ前記金属酸化物候補群のいずれか一種または二種以上の組み合わせからなる金属酸化物が前記マトリックス層をなす金属酸化物として選択される場合、前記散乱粒子は、残りの金属酸化物候補群のうちの前記マトリックス層をなす金属酸化物よりも屈折率が小さい一種または二種以上の金属酸化物の組み合わせからなることを特徴とする、請求項４に記載の有機発光素子。
- 前記多数の散乱粒子の一部または全部は、
中空からなるコア、及び
前記コアを覆うシェル構造からなることを特徴とする、請求項１に記載の有機発光素子。 - 前記内部光取り出し層は、
前記マトリックス層の内部に形成されている不定形の多数の気孔を更に含むことを特徴とする、請求項１に記載の有機発光素子。 - 前記気孔の大きさは５０〜９００ｎｍであることを特徴とする、請求項７に記載の有機発光素子。
- 前記マトリックス層において前記多数の気孔が占める面積は、前記マトリックス層の面積に対して２．５〜１０．８％であることを特徴とする、請求項８に記載の有機発光素子。
- 前記第１基板とのエンキャプシュレーションのために前記第２電極の上部に前記第１基板と対向するように配置される第２基板を更に含むことを特徴とする、請求項１に記載の有機発光素子。
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