JP2001006876A - Light-light transducer - Google Patents

Light-light transducer

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JP2001006876A
JP2001006876A JP11180302A JP18030299A JP2001006876A JP 2001006876 A JP2001006876 A JP 2001006876A JP 11180302 A JP11180302 A JP 11180302A JP 18030299 A JP18030299 A JP 18030299A JP 2001006876 A JP2001006876 A JP 2001006876A
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JP
Japan
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layer
light
electrode
organic
taz
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JP11180302A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoshio Watanabe
好雄 渡辺
Masayoshi Shizuka
昌義 閑
Satoru Tanaka
哲 田中
Tatsuo Fukuda
辰男 福田
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Futaba Corp
Original Assignee
Futaba Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the efficiency of light-light transduction by increasing the degree of freedom of selection of materials such as a luminescent material and photoelectric material. SOLUTION: This light-light transducer 1 is provided with: an ITO electrode 3 on an element substrate 2; an organic EL layer 4 comprising three layers of an m- MTDATA layer 4a on the ITO electrode 3, an α-NPD layer 4b and an ALq3 layer 4c; a TAZ layer 5 having carrier selectivity on the Alq3 layer 4c; an NTCDA layer 6 on the TAZ layer 5; an Au electrode 7 on the NTCDA layer 6; and a driving power source 11 for applying a positive voltage to the ITO electrode 3 and for applying a negative voltage to the Au electrode 7. Holes injected during voltage application are blocked by the TAZ layer 5 and generate an electric field in the NTCDA layer 6, holes produced in the NTCDA layer 6 during light irradiation are blocked by the TAZ layer 5 and a high electric field is generated on the interface between the Au electrode 7 and the layer 6, so that electrons by photoelectron multiplication are tunnel-injected from the Au electrode 7 are transported to the organic EL layer 4, the holes and electrons are coupled again on the interface between the TAZ layer 5 and the Alq3 layer 4c, so that excitons are produced, and the Alq3 layer 4c excitedly emits light.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、光電流増倍効果に
よる光電変換を利用し、得た電子を有機エレクトロルミ
ネッセンス発光の原理を用いて再び光に変換する光−光
変換素子に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a light-to-light conversion device for converting obtained electrons into light again using the principle of organic electroluminescence by utilizing photoelectric conversion by a photocurrent multiplication effect.

【0002】[0002]

【従来の技術】図3は光電流増倍効果による光電変換を
利用し、得た電子をEL発光の原理を用いて再び光に変
換する従来の光−光変換素子の一例を示す断面図であ
る。
2. Description of the Related Art FIG. 3 is a cross-sectional view showing an example of a conventional light-to-light conversion element for converting obtained electrons into light again using the principle of EL emission utilizing photoelectric conversion by a photocurrent multiplication effect. is there.

【0003】この光−光変換素子21は、透明なガラス
基板からなる素子基板22の内面に、ITO膜によるI
TO電極23と、有機エレクトロルミネッセンス層(以
下、有機EL層と略称する)24と、有機光電材料層2
5、Au電極26とが順次積層形成されたものであり、
ITO電極23には駆動電源27の+極が接続され、A
u電極26には駆動電源27の−極が接続されている。
The light-to-light conversion element 21 is formed by forming an ITO film on an inner surface of an element substrate 22 made of a transparent glass substrate.
TO electrode 23, organic electroluminescent layer (hereinafter abbreviated as organic EL layer) 24, and organic photoelectric material layer 2
5. Au electrodes 26 are sequentially laminated.
The + electrode of the drive power supply 27 is connected to the ITO electrode 23,
The negative electrode of the drive power supply 27 is connected to the u electrode 26.

【0004】図3における有機EL層24は、ITO電
極23の上に厚さ30nmの蒸着膜として成膜された正
孔輸送層としてのTPD層24aと、TPD層24aの
上に厚さ70nmの蒸着膜として成膜された発光層とし
てのt−BuPh−PTC層24bとからなる。また、
図3における有機光電材料層25は、t−BuPh−P
TC層24bの上に厚さ300nmの蒸着膜として成膜
されたMe−PTC層25aと、Me−PTC層25a
の上に厚さ50nmの蒸着膜として成膜されたナフタレ
ンテトラカルボン酸(NTCDA)層25bとからな
る。上記Me−PTC層25aは、光キャリアー生成層
として波長600nmの単色光に吸収を持ち、低温(−
40℃)でなければ発光を示さない。また、図4の構造
式で示されるNTCDA層25bは、室温で光電流増倍
現象を発生する。
The organic EL layer 24 shown in FIG. 3 includes a TPD layer 24a as a hole transport layer formed on the ITO electrode 23 as a 30-nm-thick vapor deposition film, and a 70-nm thick TPD layer 24a on the TPD layer 24a. And a t-BuPh-PTC layer 24b as a light emitting layer formed as a deposited film. Also,
The organic photoelectric material layer 25 in FIG. 3 is made of t-BuPh-P
A Me-PTC layer 25a formed as a 300 nm-thick vapor deposition film on the TC layer 24b, and a Me-PTC layer 25a
And a naphthalenetetracarboxylic acid (NTCDA) layer 25b formed as a 50-nm-thick vapor deposition film thereon. The Me-PTC layer 25a, as a photocarrier generation layer, absorbs monochromatic light having a wavelength of 600 nm and has a low temperature (−
Unless the temperature is 40 ° C.), no luminescence is exhibited. The NTCDA layer 25b represented by the structural formula in FIG. 4 causes a photocurrent multiplication phenomenon at room temperature.

【0005】上記光−光変換素子21では、両電極(I
TO電極23、Au電極26)間に所定の電圧を印加
し、Au電極26の外側から光を照射すると、NTCD
A層25bとAu電極26の界面で起こる光電流増倍に
よって電子が大量に注入され、この注入された電子がI
TO電極23からTPD層24aを介して注入されたホ
ールとt−BuPh−PTC層24b中で再結合し発光
する。この素子特性としては、印加電圧40Vとし、室
温で波長600nm、照度10μW/cm2 の光をAu
電極26の外側から照射する事により、約3倍の照度を
持つ波長690nmの出射光を得ている。
In the light-light conversion element 21, both electrodes (I
When a predetermined voltage is applied between the TO electrode 23 and the Au electrode 26) and light is irradiated from outside the Au electrode 26, NTCD
A large amount of electrons are injected by photocurrent multiplication occurring at the interface between the A layer 25b and the Au electrode 26, and the injected electrons
The holes injected from the TO electrode 23 via the TPD layer 24a are recombined in the t-BuPh-PTC layer 24b to emit light. The device characteristics are as follows: an applied voltage of 40 V, a light having a wavelength of 600 nm and an illuminance of 10 μW / cm 2 at room temperature are Au
By irradiating from the outside of the electrode 26, emitted light with a wavelength of 690 nm having about three times the illuminance is obtained.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来の光−光変換素子21における有機光電材料層が単独
構成、すなわちITO電極23、Me−PTC層25
a、NTCDA層25b、Au電極26を素子基板22
上に積層した構成では、室温で600nm赤色光にて4
万倍の光電子増倍率が確認されている。そして、この構
成に有機EL層24としての正孔輸送層(TPD層24
a)・発光層(t−BuPh−PTC層24b)を組合
せ積層する事により3倍の光−光変換効率を得ている。
その結果、光電子からの光変換効率は単純に0.007
5%と非常に悪化している。
By the way, the organic photoelectric material layer in the above-mentioned conventional light-light conversion element 21 has a single structure, that is, the ITO electrode 23 and the Me-PTC layer 25.
a, the NTCDA layer 25b and the Au electrode 26
In the configuration laminated on top, at room temperature 4
A multiplication factor of 10,000 times has been confirmed. Then, a hole transport layer (TPD layer 24) as the organic EL layer 24 is added to this configuration.
a) The light-to-light conversion efficiency is tripled by combining and stacking the light-emitting layers (t-BuPh-PTC layer 24b).
As a result, the light conversion efficiency from photoelectrons is simply 0.007.
It is very bad at 5%.

【0007】しかし、実際の光−光変換素子での光電子
増倍率・発光効率は単独層としての効率より劣る事が一
般的であり、増倍率自体も単独層としての4万倍よりも
劣っている事が推定できる。
However, the photoelectron multiplication factor and luminous efficiency in an actual light-to-light conversion element are generally inferior to the efficiency of a single layer, and the multiplication factor itself is inferior to 40,000 times as a single layer. Can be estimated.

【0008】いずれにしても電子注入と正孔注入のバラ
ンスが必要であり、光電子増倍により電子注入が多くて
も正孔の注入が少なければ結果的には光−光変換効率が
劣る。これら注入のバランスを制御する主因子として素
子内電界分布が関係している。特に、光電子増倍を起こ
させるためには、光キャリアー(ホール)を生成し、陰
極界面にトラップ集中する必要があるため、光電子増倍
層自体に電界が必要である。
In any case, it is necessary to balance electron injection and hole injection. If the number of electron injections is large due to photoelectron multiplication and the number of hole injections is small, the light-to-light conversion efficiency is low. The electric field distribution in the device is related as a main factor for controlling the balance of these injections. In particular, in order to cause photoelectron multiplication, photocarriers (holes) need to be generated and traps must be concentrated at the cathode interface. Therefore, an electric field is required in the photoelectron multiplication layer itself.

【0009】上述した図3の従来の光−光変換素子21
では、ITO電極23とTPD層24aの界面にホール
注入障壁(バンドギャップ)を作り、正孔注入を犠牲に
しながら光電子増倍層をなす有機光電材料層25に電界
を掛け、光増倍電子を発生させて正孔とのバランスを取
り、発光層(t−BuPh−PTC層24b)にて再結
合・発光を可能としている。
The above-described conventional light-light conversion element 21 shown in FIG.
Then, a hole injection barrier (band gap) is formed at the interface between the ITO electrode 23 and the TPD layer 24a, and an electric field is applied to the organic photoelectric material layer 25 forming the photomultiplier layer while sacrificing the hole injection to generate photomultiplier electrons. The generated light is balanced with holes to enable recombination and light emission in the light emitting layer (t-BuPh-PTC layer 24b).

【0010】しかしながら、上記従来の光−光変換素子
21では、次のような問題を解決する事が困難であっ
た。 (1)正孔および光増倍電子のバランスを取るために、
どちらかの注入効率を犠牲にする必要があり、光−光変
換効率自体が改善できない。 (2)バランスを取るための注入障壁をバンド構造で決
める必要があるために、材料の選択が必要である。 (3)バンド構造によっては各種発光材料の選択が難し
く、発光色が限定される。 (4)バンド構造によっては各種光電材料の選択が難し
く、照射光(分光感度幅)が限定される。
However, it is difficult for the above-mentioned conventional light-light conversion element 21 to solve the following problems. (1) To balance holes and photomultiplied electrons,
Either injection efficiency must be sacrificed, and the light-light conversion efficiency itself cannot be improved. (2) Since it is necessary to determine the injection barrier for achieving the balance by the band structure, it is necessary to select a material. (3) Depending on the band structure, it is difficult to select various luminescent materials, and the luminescent color is limited. (4) Depending on the band structure, it is difficult to select various photoelectric materials, and the irradiation light (spectral sensitivity width) is limited.

【0011】そこで、本発明は、上記問題点に鑑みてな
されたものであり、発光材料や光電材料の材料選択の自
由度が増し、光−光変換効率の向上を図ることができる
光−光変換素子を提供することを目的としている。
In view of the above, the present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and the light-to-light conversion efficiency of light-to-light conversion can be improved by increasing the degree of freedom in selecting a light emitting material and a photoelectric material. It is intended to provide a conversion element.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項1の発明は、少なくとも光照射側が透光性を
示す電極からなる一対の電極間に、光電効果を示す有機
光電材料層と、発光層を含む有機エレクトロスミネッセ
ンス層とが挟まれた構造の光−光変換素子において、前
記有機光電材料層と前記有機エレクトロスミネッセンス
層との間にキャリアー選択性のあるバッファー層を設け
たことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the invention of claim 1 is to provide an organic photoelectric material layer having a photoelectric effect between a pair of electrodes at least on the light irradiation side. In a light-to-light conversion element having a structure in which an organic electroluminescence layer including a light emitting layer is interposed, a buffer layer having carrier selectivity is provided between the organic photoelectric material layer and the organic electroluminescence layer. It is characterized by the following.

【0013】請求項2の発明は、透光性を有する第1電
極と、前記第1電極に対向して設けられた光が照射され
る側の第2電極と、前記第1電極と前記第2電極との間
で前記第1電極側に設けられた発光層を含む有機エレク
トロスミネッセンス層と、前記第1電極と前記第2電極
との間で前記第2電極側に設けられた光電効果を示す有
機光電材料層と、前記有機エレクトロスミネッセンス層
と前記有機光電材料層との間に介在して設けられたキャ
リアー選択性のあるバッファー層と、前記第1電極に+
電圧を印加し、前記第2電極に−電圧を印加する駆動電
源とを備えたことを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a first electrode having a light-transmitting property, a second electrode provided on the side facing the first electrode to be irradiated with light, the first electrode and the first electrode. An organic electroluminescent layer including a light emitting layer provided on the first electrode side between the two electrodes; and a photoelectric effect provided on the second electrode side between the first electrode and the second electrode. An organic photoelectric material layer, a buffer layer having carrier selectivity interposed between the organic electroluminescent layer and the organic photoelectric material layer, and +
A driving power supply for applying a voltage and applying a negative voltage to the second electrode.

【0014】請求項3の発明は、ITO電極と、前記I
TO電極に対向して設けられた光が照射される側のAu
電極と、前記ITO電極と前記Au電極との間で前記I
TO電極側に設けられた発光層を含む有機エレクトロス
ミネッセンス層と、前記ITO電極と前記Au電極との
間で前記Au電極側に設けられたNTCDA層と、前記
有機エレクトロスミネッセンス層と前記NTCDA層と
の間に介在して設けられたTAZ層と、前記ITO電極
に+電圧を印加し、前記Au電極に−電圧を印加する駆
動電源とを備えたことを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, there is provided an image forming apparatus, comprising: an ITO electrode;
Au on the side irradiated with light provided opposite to the TO electrode
Electrode, and the I electrode between the ITO electrode and the Au electrode.
An organic electroluminescent layer including a light emitting layer provided on the TO electrode side; an NTCDA layer provided on the Au electrode side between the ITO electrode and the Au electrode; an organic electroluminescent layer and the NTCDA provided on the Au electrode side A TAZ layer provided between the TAZ layer and a driving power supply for applying a + voltage to the ITO electrode and applying a-voltage to the Au electrode.

【0015】請求項4の発明は、請求項1の光−光変換
素子において、前記有機光電材料層は、感度波長域が選
択可能な複層からなることを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, in the light-to-light conversion element of the first aspect, the organic photoelectric material layer comprises a plurality of layers in which a sensitivity wavelength range can be selected.

【0016】請求項5の発明は、請求項1〜4のいずれ
かの光−光変換素子において、前記有機エレクトロスミ
ネッセンス層は、前記ITO電極側からm−MTDAT
A層、α−NPD層、Alq3 層の順に積層された構成
からなることを特徴とする。
According to a fifth aspect of the present invention, in the light-to-light conversion device according to any one of the first to fourth aspects, the organic electroluminescent layer is formed by m-MTDAT from the ITO electrode side.
It is characterized by having a configuration in which an A layer, an α-NPD layer, and an Alq 3 layer are stacked in this order.

【0017】請求項6の発明は、請求項1〜5のいずれ
かの光−光変換素子において、前記バッファー層がTA
Z又はBCPからなることを特徴とする。
According to a sixth aspect of the present invention, in the light-to-light conversion device according to any one of the first to fifth aspects, the buffer layer is made of TA.
Z or BCP.

【0018】請求項7の発明は、請求項3の光−光変換
素子において、前記ITO電極を設けるための透光性の
基板を有し、前記ITO電極と前記m−MTDATA層
と前記α−NPD層と前記Alq3 層と前記バッファー
層と前記NTCDA層と前記Au電極を封止する外囲器
を備えたことを特徴とする。
According to a seventh aspect of the present invention, in the light-to-light conversion element of the third aspect, there is provided a light-transmitting substrate for providing the ITO electrode, wherein the ITO electrode, the m-MTDATA layer, and the α- An envelope for sealing the NPD layer, the Alq 3 layer, the buffer layer, the NTCDA layer, and the Au electrode is provided.

【0019】請求項8の発明は、請求項7の光−光変換
素子において、前記外囲器の内部がドライ雰囲気に置換
されていることを特徴とする。
According to an eighth aspect of the present invention, in the light-to-light conversion element of the seventh aspect, the inside of the envelope is replaced with a dry atmosphere.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】図1は本発明による光−光変換素
子の一例の断面図である。
FIG. 1 is a sectional view of an example of a light-to-light conversion device according to the present invention.

【0021】本発明による光−光変換素子1は、光電子
増倍率及び発光効率の良い物同士をバッファー層を介在
させて組み合わせることにより光−光変換を可能とし、
最終的に光−光変換効率を上げる事を可能とする物であ
る。
The light-to-light conversion device 1 according to the present invention enables light-to-light conversion by combining materials having good photomultiplier and light emission efficiency with a buffer layer interposed therebetween.
Finally, the light-to-light conversion efficiency can be increased.

【0022】以下、図1に基いて具体的に本例の光−光
変換素子の構造を説明する。
Hereinafter, the structure of the light-to-light conversion element of the present embodiment will be specifically described with reference to FIG.

【0023】図1に示す光−光変換素子1は、絶縁性及
び透明性を有するガラス基板からなる素子基板2を基部
としている。この素子基板2の内面には、第1電極とし
てのITO膜からなるITO電極3が所定パターン形状
に形成されている。このITO電極3の上には、有機化
合物材料からなる発光層を含む有機エレクトロルミネッ
センス層(以下、有機EL層と略称する)4が積層形成
されている。
The light-to-light conversion element 1 shown in FIG. 1 is based on an element substrate 2 made of a glass substrate having insulation and transparency. On the inner surface of the element substrate 2, an ITO electrode 3 made of an ITO film as a first electrode is formed in a predetermined pattern. On the ITO electrode 3, an organic electroluminescence layer (hereinafter abbreviated as an organic EL layer) 4 including a light emitting layer made of an organic compound material is formed in a laminated manner.

【0024】図1に示す有機EL層4は、ITO電極3
の上に形成された厚さ40nmの正孔注入層としてのm
−MTDATA層4aと、m−MTDATA層4aの上
に形成された厚さ10nmの正孔輸送層としてのα−N
PD層4bと、α−NPD層4bの上に形成された厚さ
50nmの発光層(兼電子輸送層)としてのAlq3
4cとの3層構造からなる。
The organic EL layer 4 shown in FIG.
As a hole injection layer having a thickness of 40 nm formed on
An MTDATA layer 4a and α-N as a 10-nm thick hole transport layer formed on the m-MTDATA layer 4a.
It has a three-layer structure of a PD layer 4b and an Alq 3 layer 4c as a light-emitting layer (also serving as an electron transport layer) having a thickness of 50 nm formed on the α-NPD layer 4b.

【0025】なお、図1に示した3層構造の有機EL層
4は、有機ELで一般的に使用されている材料である
が、この3層構造に限定されるものではない。有機EL
層4としては、発光層と電荷輸送層(正孔輸送層、正孔
注入・輸送層、電子注入層、電子注入・輸送層等)との
組合せ、例えば発光層1層のみ、発光層と正孔輸送層の
2層、発光層と電子注入層の2層、正孔輸送層と発光層
と電子注入層の3層等で構成することができる。
The organic EL layer 4 having a three-layer structure shown in FIG. 1 is a material generally used for an organic EL, but is not limited to this three-layer structure. Organic EL
As the layer 4, a combination of a light emitting layer and a charge transport layer (a hole transport layer, a hole injection / transport layer, an electron injection layer, an electron injection / transport layer, etc.), for example, only one light emitting layer, It can be composed of two layers of a hole transport layer, two layers of a light emitting layer and an electron injection layer, three layers of a hole transport layer, a light emitting layer and an electron injection layer, and the like.

【0026】有機EL層4におけるAlq3 層4cの上
には、バッファー層として、図2に示す構造式からなる
厚さ15nmの薄膜によるTAZ(トリアゾール)層5
が形成されている。このTAZ層5は、キャリアー選択
性(ホールブロッキング性、電子輸送性)があり、有機
EL層4の発光層(Alq3 層4c)よりも励起エネル
ギー準位が高いものである。TAZ層5の上には、光電
効果を示す有機光電材料層(光電子増倍層)として、図
4の構造式で示す厚さ500nmのNTCDA(ナフタ
レンテトラカルボン酸)層6が形成されている。
On the Alq 3 layer 4c in the organic EL layer 4, as a buffer layer, a TAZ (triazole) layer 5 of a thin film having a thickness of 15 nm and having a structural formula shown in FIG.
Are formed. The TAZ layer 5 has carrier selectivity (hole blocking property, electron transport property) and has a higher excitation energy level than the light emitting layer (Alq 3 layer 4c) of the organic EL layer 4. On the TAZ layer 5, an NTCDA (naphthalenetetracarboxylic acid) layer 6 having a thickness of 500 nm represented by the structural formula in FIG. 4 is formed as an organic photoelectric material layer (photomultiplier layer) exhibiting a photoelectric effect.

【0027】NTCDA層6の上には、第2電極として
の金属からなる透光性電極7が形成されている。本例に
おける透光性電極7は、NTCDA層6の上に厚さ20
nmのAu薄膜で形成されたAu電極からなる。なお、
有機EL層4(m−MTDATA層4a、α−NPD層
4b、Alq3 層4c)、バッファー層としてのTAZ
層5、光電効果を示すNTCDA層6、透光性電極とし
てのAu電極7は、蒸着装置内で抵抗加熱により大気中
に曝すことなくITO膜付きの素子基板2の上に順次成
膜される。
On the NTCDA layer 6, a light-transmitting electrode 7 made of metal is formed as a second electrode. The translucent electrode 7 in this example has a thickness of 20 nm on the NTCDA layer 6.
It consists of an Au electrode formed of an Au thin film of nm. In addition,
Organic EL layer 4 (m-MTDATA layer 4a, α-NPD layer 4b, Alq 3 layer 4c), TAZ as buffer layer
The layer 5, the NTCDA layer 6 exhibiting a photoelectric effect, and the Au electrode 7 as a light-transmitting electrode are sequentially formed on the element substrate 2 with the ITO film without being exposed to the atmosphere by resistance heating in a vapor deposition apparatus. .

【0028】図1に示すように、ITO電極3が形成さ
れた素子基板2と、Au電極7の近傍に配置された透光
性を有する封止部材(例えばガラス基板)8との間が封
着材9で封止され、パネル状の外囲器10を構成してい
る。具体的には、封止部材8の外周縁部分に紫外線硬化
樹脂を塗布し、ドライエアーで置換したグローボックス
内で大気に曝すことなく、封止部材8を素子基板2に張
り付け、紫外線で紫外線硬化樹脂を硬化固定する。な
お、外囲器10の内部は、ドライ雰囲気が保たれていれ
ばよく、ドライエアーに限らず、ドライ窒素の他、高真
空状態に置換してもよい。
As shown in FIG. 1, a gap is formed between the element substrate 2 on which the ITO electrode 3 is formed and a light-transmitting sealing member (for example, a glass substrate) 8 disposed near the Au electrode 7. The panel is sealed with the adhesive material 9 to form a panel-shaped envelope 10. Specifically, an ultraviolet curable resin is applied to the outer peripheral edge portion of the sealing member 8, and the sealing member 8 is attached to the element substrate 2 without being exposed to the atmosphere in a glow box replaced with dry air. The cured resin is cured and fixed. Note that the inside of the envelope 10 only needs to maintain a dry atmosphere, and is not limited to dry air, and may be replaced with a high vacuum state other than dry nitrogen.

【0029】Au電極7の一部は、同一材料により一体
形成された所定パターンの配線を介して素子基板2の端
部に引き出されており、駆動電源11の−極に接続され
ている。同様に、ITO電極3の一部も、同一材料によ
り一体形成された所定パターンの配線を介して素子基板
2の端部に引き出されており、駆動電源11の+極に接
続されている。そして、これら一対の電極(ITO電極
3、Au電極7)間には所定の電圧が印加されるように
なっている。
A part of the Au electrode 7 is led out to the end of the element substrate 2 through a wiring of a predetermined pattern integrally formed of the same material, and is connected to the negative pole of the driving power supply 11. Similarly, a part of the ITO electrode 3 is also drawn out to the end of the element substrate 2 via a wiring of a predetermined pattern integrally formed of the same material, and is connected to the positive pole of the driving power supply 11. A predetermined voltage is applied between the pair of electrodes (the ITO electrode 3 and the Au electrode 7).

【0030】ここで、上記光−光変換素子1において、
ITO電極3側をプラスに電圧印加し、波長400n
m、照度8μW/cm2 の単色光をAu電極7側に照射
した時の室温における光電流と、その時のAlq3 層で
の発光照度(波長520nm)をそれぞれの印加電圧に
対して測定し、素子が破壊せずに機能するまでの印加電
圧に対する光電子増倍率、光−光増倍率を算出した。
Here, in the light-light conversion element 1,
A positive voltage is applied to the ITO electrode 3 side, and a wavelength of 400 n
m, the photocurrent at room temperature when monochromatic light having an illuminance of 8 μW / cm 2 was irradiated on the Au electrode 7 side, and the emission illuminance (wavelength 520 nm) of the Alq 3 layer at that time was measured for each applied voltage. The photomultiplier and the photo-photomultiplier were calculated with respect to the applied voltage until the element functions without breaking.

【0031】その結果、本例の光−光変換素子1によれ
ば、印加電圧25Vにおいて、光電子増倍率1700
倍、光−光増倍率10倍を記録し、図3に示す従来の光
−光変換素子と比較して3倍程度高い光−光増倍率を得
ることができ、光−光変換効率が改善された。
As a result, according to the light-to-light conversion element 1 of the present embodiment, the photoelectron multiplication factor of 1700 at an applied voltage of 25 V
And a light-to-light multiplication factor of 10 times, and a light-to-light multiplication factor about three times higher than that of the conventional light-to-light conversion element shown in FIG. 3 can be obtained, and light-to-light conversion efficiency is improved. Was done.

【0032】なお、参考のため、図1の光−光変換素子
1において、バッファー層としてのTAZ層5を除いた
構成、すなわちITO電極3、有機EL層4、有機光電
材料層(NTCDA層)6、Au電極7を素子基板2上
に積層し、ITO電極3側をプラスに電圧印加し、波長
400nm、照度8μW/cm2 の単色光をAu電極7
側に照射した場合では、素子に電流は流れるものの、発
光を示さないという結果が得られた。
For reference, in the light-to-light conversion element 1 of FIG. 1, the structure except for the TAZ layer 5 as a buffer layer, ie, the ITO electrode 3, the organic EL layer 4, and the organic photoelectric material layer (NTCDA layer) 6. The Au electrode 7 is laminated on the element substrate 2, a voltage is applied to the ITO electrode 3 side positively, and monochromatic light having a wavelength of 400 nm and an illuminance of 8 μW / cm 2 is applied to the Au electrode 7.
When the light was irradiated to the side, the current flowed through the device, but no light emission was obtained.

【0033】このように、本実施の形態の光−光変換素
子1による光−光変換効率の改善は、有機EL層4にお
けるAlq3 層4cと、有機光電材料層6(NTCDA
層)との間にキャリアー選択性(ホールブロック性、電
子輸送性)のあるTAZ層5をバッファー層として積層
し、Au電極7側をマイナス印加することによって得ら
れる。
As described above, the improvement of the light-to-light conversion efficiency by the light-to-light conversion element 1 of the present embodiment is achieved by the Alq 3 layer 4c in the organic EL layer 4 and the organic photoelectric material layer 6 (NTCDA).
This layer can be obtained by laminating a TAZ layer 5 having carrier selectivity (hole blocking property, electron transporting property) as a buffer layer between the layer and the Au electrode 7 side.

【0034】ここで、光電子増倍層をなす有機光電材料
層(NTCDA層)6は単独で十万を超える増倍率を示
す基本構成であり、上記有機EL層4における各層(正
孔注入層、正孔輸送層及び発光層)は有機ELで一般的
に使われている高効率の構成である。
Here, the organic photoelectric material layer (NTCDA layer) 6 serving as the photomultiplier layer has a basic structure showing a multiplication factor exceeding 100,000 by itself, and each layer (the hole injection layer, The hole transport layer and the light emitting layer) have a high efficiency configuration generally used in organic EL.

【0035】そして、上記光−光変換素子1のメカニズ
ムは以下の説明の通りである。
The mechanism of the light-light conversion element 1 is as described below.

【0036】(正孔注入)…正孔はITO電極3より注
入されるが、その際、ホールに対してエネルギー障壁を
殆ど無くすためのバンド構造をとっている。これによ
り、正孔は有機EL層4の発光層4cまで効率よく輸送
され、TAZ層5にてブロッキングされる。
(Hole Injection): Holes are injected from the ITO electrode 3. At this time, the holes have a band structure for almost eliminating an energy barrier against holes. As a result, holes are efficiently transported to the light emitting layer 4c of the organic EL layer 4 and blocked by the TAZ layer 5.

【0037】(光電子増倍による電子注入)…TAZ層
5にてホールがブロッキングされる事により光電子増倍
層をなすNTCDA層6には電界がかかる。そして、光
照射(波長400nm)によりNTCDA層6内で光キ
ャリアー(ホール)を生成する。この光キャリアーは、
効率よくAu電極7の界面にトラップされ、Au電極7
の界面には電界集中が形成される。そして、Au電極7
より光電子増倍による電子がトンネル注入され、NTC
DA層6、TAZ層5を介して有機EL層4の発光層
(Alq3 層4c)へ輸送される。
(Electron injection by photomultiplier) An electric field is applied to the NTCDA layer 6 forming the photomultiplier by blocking holes in the TAZ layer 5. Then, light carriers (holes) are generated in the NTCDA layer 6 by light irradiation (wavelength 400 nm). This optical carrier is
Efficiently trapped at the interface of the Au electrode 7, the Au electrode 7
An electric field concentration is formed at the interface of. And the Au electrode 7
Tunnel injection of electrons by photoelectron multiplication and NTC
The light is transported to the light emitting layer (Alq 3 layer 4c) of the organic EL layer 4 via the DA layer 6 and the TAZ layer 5.

【0038】(再結合・発光)…TAZ層5と有機EL
層4の発光層(Alq3 層4c)の界面でホールと電子
の再結合によって励起子が発生し、TAZ層5より励起
エネルギー準位の低い発光層(Alq3 層4c)が発生
した励起子によって励起され発光する。
(Recombination / light emission): TAZ layer 5 and organic EL
Emitting layer of the layer 4 excitons generated by recombination of holes and electrons at the interface of (Alq 3 layer 4c), exciton low luminous layer of the excitation energy level than the TAZ layer 5 (Alq 3 layer 4c) occurs It is excited by and emits light.

【0039】以上の事から次のような改善効果が得られ
る。 (1)光電子増倍率・発光効率の良い層同士の組み合わ
せにより光−光変換が可能となり、最終的に光−光変換
効率が向上する。本実施の形態の素子では、従来素子に
対し3倍程度の効率改善が図られた。 (2)TAZ層5にて強制的にホールブロッキングする
ためバンド構造による材料選択自由度が増す。 (3)各種発光材料に対し光−光変換の可能性が広が
る。 (4)各種光電材料に対し光−光変換の可能性が広が
り、照射光域(分光感度幅)が広がる。
From the above, the following improvement effects can be obtained. (1) Light-to-light conversion can be performed by combining layers having good photomultiplier and light emission efficiency, and the light-to-light conversion efficiency is finally improved. In the device of the present embodiment, the efficiency was improved about three times as compared with the conventional device. (2) Since the hole blocking is forcibly performed in the TAZ layer 5, the degree of freedom of material selection by the band structure is increased. (3) The possibility of light-to-light conversion is expanded for various light emitting materials. (4) The possibility of light-to-light conversion is widened for various photoelectric materials, and the irradiation light range (spectral sensitivity width) is widened.

【0040】ところで、上記実施の形態では、バッファ
ー層としてTAZ層5を用いた構成について説明した
が、バッファー層はキャリアー選択性(ホールブロック
性、電子輸送性)のある層であればよい。例えばBCP
等の層をバッファー層としても同様の効果が得られる。
In the above embodiment, the configuration using the TAZ layer 5 as the buffer layer has been described, but the buffer layer may be any layer having carrier selectivity (hole blocking property, electron transport property). For example, BCP
The same effect can be obtained by using such a layer as a buffer layer.

【0041】また、図1に示す光−光変換素子1におけ
る有機光電材料層6はNTCDA層1層のみの構成とし
たが、感度波長域が選択可能な複層で構成することもで
きる。例えば従来の光−光変換素子と同様に、Me−P
TC層とNTCDA層の2層で構成することができる。
Although the organic photoelectric material layer 6 in the light-to-light conversion element 1 shown in FIG. 1 has only one NTCDA layer, it may be formed of a plurality of layers whose sensitivity wavelength range can be selected. For example, like the conventional light-light conversion element, Me-P
It can be composed of two layers, a TC layer and an NTCDA layer.

【0042】[0042]

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
光−光変換素子は、一対の電極間に発光性を有する有機
EL層と、光電効果を示す有機光電材料層とを挟んだ構
造において、有機EL層と有機光電材料層との間にキャ
リアー選択性(ホールブロック性、電子輸送性)のある
バッファー層を介在させた構成とし、電圧印加時に注入
されるホールをバッファー層でブロッキングさせて有機
光電材料層に電界を生じさせている。そして、光照射時
には、有機光電材料層で生成された光キャリアー(ホー
ル)が効率良くバッファー層にてブロック(トラップ)
され、陰極電極との界面に集中する事により界面に高電
界が発生し、陰極電極から光電子増倍による電子がトン
ネル注入されて有機EL層に輸送され、バッファー層と
有機EL層との界面でホールと電子が再結合して励起子
が発生し、有機EL層の発光層が励起発光する。その結
果、本発明の光変換素子によれば、従来の光−光変換素
子よりも高い光−光増倍率を得ることができ、光−光変
換効率の向上を図ることができる。しかも、発光材料や
光電材料の材料選択の自由度を増すことができる。
As is apparent from the above description, the light-to-light conversion element of the present invention has an organic EL layer having a light-emitting property and an organic photoelectric material layer having a photoelectric effect sandwiched between a pair of electrodes. In the structure, a buffer layer having carrier selectivity (hole blocking property, electron transporting property) is interposed between the organic EL layer and the organic photoelectric material layer, and holes injected when voltage is applied are blocked by the buffer layer. As a result, an electric field is generated in the organic photoelectric material layer. During light irradiation, photocarriers (holes) generated in the organic photoelectric material layer are efficiently blocked (trapped) by the buffer layer.
Then, a high electric field is generated at the interface by concentrating at the interface with the cathode electrode, and electrons due to photoelectron multiplication are tunnel-injected from the cathode electrode and transported to the organic EL layer, and at the interface between the buffer layer and the organic EL layer. The holes and electrons recombine to generate excitons, and the light emitting layer of the organic EL layer emits light by excitation. As a result, according to the light conversion device of the present invention, a higher light-light multiplication factor can be obtained than in the conventional light-light conversion device, and the light-light conversion efficiency can be improved. In addition, the degree of freedom in selecting the material of the light emitting material and the photoelectric material can be increased.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明による光−光変換素子の一例の断面図FIG. 1 is a cross-sectional view of an example of a light-light conversion device according to the present invention.

【図2】本発明においてバッファー層を構成するTAZ
の構造式を示す図
FIG. 2 shows a TAZ constituting a buffer layer in the present invention.
Diagram showing the structural formula of

【図3】従来の光−光変換素子の一例の断面図FIG. 3 is a cross-sectional view of an example of a conventional light-light conversion element.

【図4】従来の光−光変換素子において有機光電材料層
に使用されているNTCDAの構造式を示す図
FIG. 4 is a view showing a structural formula of NTCDA used for an organic photoelectric material layer in a conventional light-light conversion element.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…光−光変換素子、2…素子基板、3…ITO電極
(第1電極)、4…有機EL層、5…TAZ層(バッフ
ァー層)、6…NTCDA層(有機光電材料層)、7…
Au(第2電極)、8…封止部材、10…外囲器、11
…駆動電源。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Light-light conversion element, 2 ... Element substrate, 3 ... ITO electrode (1st electrode), 4 ... Organic EL layer, 5 ... TAZ layer (buffer layer), 6 ... NTCDA layer (organic photoelectric material layer), 7 …
Au (second electrode), 8: sealing member, 10: envelope, 11
... Drive power supply.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 哲 千葉県茂原市大芝629 双葉電子工業株式 会社内 (72)発明者 福田 辰男 千葉県茂原市大芝629 双葉電子工業株式 会社内 Fターム(参考) 3K007 AB00 AB03 CA01 CB01 DA00 DB03 EB00 FA01 5C094 AA60 BA27 DA07 DA11 DA13 EA05 EB02  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Tetsu Tanaka 629 Oshiba, Mobara-shi, Chiba Futaba Electronics Co., Ltd. (72) Inventor Tatsuo Fukuda 629 Oshiba, Mobara-shi, Chiba Futaba Electronics Co., Ltd. Reference) 3K007 AB00 AB03 CA01 CB01 DA00 DB03 EB00 FA01 5C094 AA60 BA27 DA07 DA11 DA13 EA05 EB02

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 少なくとも光照射側が透光性を示す電極
からなる一対の電極間に、光電効果を示す有機光電材料
層と、発光層を含む有機エレクトロスミネッセンス層と
が挟まれた構造の光−光変換素子において、 前記有機光電材料層と前記有機エレクトロスミネッセン
ス層との間にキャリアー選択性のあるバッファー層を設
けたことを特徴とする光−光変換素子。
1. A light having a structure in which an organic photoelectric material layer exhibiting a photoelectric effect and an organic electroluminescence layer including a light emitting layer are sandwiched between a pair of electrodes composed of electrodes exhibiting a light-transmitting property at least on a light irradiation side. -The light-light conversion element, wherein a buffer layer having carrier selectivity is provided between the organic photoelectric material layer and the organic electroluminescence layer.
【請求項2】 透光性を有する第1電極と、 前記第1電極に対向して設けられた光が照射される側の
第2電極と、 前記第1電極と前記第2電極との間で前記第1電極側に
設けられた発光層を含む有機エレクトロスミネッセンス
層と、 前記第1電極と前記第2電極との間で前記第2電極側に
設けられた光電効果を示す有機光電材料層と、 前記有機エレクトロスミネッセンス層と前記有機光電材
料層との間に介在して設けられたキャリアー選択性のあ
るバッファー層と、 前記第1電極に+電圧を印加し、前記第2電極に−電圧
を印加する駆動電源とを備えたことを特徴とする光−光
変換素子。
2. A first electrode having a light-transmitting property, a second electrode provided to face the first electrode and irradiated with light, and between the first electrode and the second electrode. An organic electroluminescent layer including a light emitting layer provided on the first electrode side; and an organic photoelectric material having a photoelectric effect provided on the second electrode side between the first electrode and the second electrode. A layer, a buffer layer having carrier selectivity provided between the organic electroluminescent layer and the organic photoelectric material layer, and applying a + voltage to the first electrode and applying a + voltage to the second electrode. A light-to-light conversion element comprising: a drive power supply for applying a voltage.
【請求項3】 ITO電極と、 前記ITO電極に対向して設けられた光が照射される側
のAu電極と、 前記ITO電極と前記Au電極との間で前記ITO電極
側に設けられた発光層を含む有機エレクトロスミネッセ
ンス層と、 前記ITO電極と前記Au電極との間で前記Au電極側
に設けられたNTCDA層と、 前記有機エレクトロスミネッセンス層と前記NTCDA
層との間に介在して設けられたTAZ層と、 前記ITO電極に+電圧を印加し、前記Au電極に−電
圧を印加する駆動電源とを備えたことを特徴とする光−
光変換素子。
3. An ITO electrode; an Au electrode provided to face the ITO electrode to which light is irradiated; and a light emission provided on the ITO electrode side between the ITO electrode and the Au electrode. An organic electroluminescent layer including a layer, an NTCDA layer provided between the ITO electrode and the Au electrode on the side of the Au electrode, an organic electroluminescent layer, and the NTCDA.
A TAZ layer interposed between the TAZ layer and a drive power supply for applying a + voltage to the ITO electrode and applying a-voltage to the Au electrode.
Light conversion element.
【請求項4】 前記有機光電材料層は、感度波長域が選
択可能な複層からなることを特徴とする請求項1記載の
光−光変換素子。
4. The light-light conversion device according to claim 1, wherein the organic photoelectric material layer is composed of a plurality of layers in which a sensitivity wavelength range can be selected.
【請求項5】 前記有機エレクトロスミネッセンス層
は、前記ITO電極側からm−MTDATA層、α−N
PD層、Alq3 層の順に積層された構成からなること
を特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の光−光変
換素子。
5. The organic electroluminescent layer comprises an m-MTDATA layer, an α-N
The light-light conversion device according to claim 1, wherein the light-light conversion device has a configuration in which a PD layer and an Alq 3 layer are stacked in this order.
【請求項6】 前記バッファー層がTAZ又はBCPか
らなることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載
の光−光変換素子。
6. The light-light conversion device according to claim 1, wherein the buffer layer is made of TAZ or BCP.
【請求項7】 前記ITO電極を設けるための透光性の
基板を有し、前記ITO電極と前記m−MTDATA層
と前記α−NPD層と前記Alq3 層と前記バッファー
層と前記NTCDA層と前記Au電極を封止する外囲器
を備えたことを特徴とする請求項3記載の光−光変換素
子。
7. A light-transmitting substrate for providing the ITO electrode, wherein the ITO electrode, the m-MTDATA layer, the α-NPD layer, the Alq 3 layer, the buffer layer, the NTCDA layer, The light-light conversion device according to claim 3, further comprising an envelope that seals the Au electrode.
【請求項8】 前記外囲器の内部がドライ雰囲気に置換
されていることを特徴とする請求項7記載の光−光変換
素子。
8. The light-light conversion device according to claim 7, wherein the inside of the envelope is replaced with a dry atmosphere.
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