JP2002110363A - 有機電界発光素子及びそれを用いた光電子素子 - Google Patents
有機電界発光素子及びそれを用いた光電子素子Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】従来の手法では配向化により素子面に垂直方向
については取り出し効率が向上していたが、発光層の屈
折率異方性が高まるために反射損失が大きくなり、期待
される程の取り出し効率向上を得ることができなかっ
た。また、指向性が強すぎて、視野角特性が劣化してい
た。 【解決手段】設計指針に従って、用いる発光材料の遷移
双極子モーメントが最適方向となるように分子配向を調
整する。と同時に、中間層を設けることで、屈折率の調
整や指向性の緩和を行う。
については取り出し効率が向上していたが、発光層の屈
折率異方性が高まるために反射損失が大きくなり、期待
される程の取り出し効率向上を得ることができなかっ
た。また、指向性が強すぎて、視野角特性が劣化してい
た。 【解決手段】設計指針に従って、用いる発光材料の遷移
双極子モーメントが最適方向となるように分子配向を調
整する。と同時に、中間層を設けることで、屈折率の調
整や指向性の緩和を行う。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は新規な有機電界発光
素子に係り、薄膜，軽量，高精細にして、高効率な有機
電界発光素子、及びそれを用いた薄膜平面ディスプレ
イ，小型携帯投射型ディスプレイ，携帯電話表示素子，
携帯型パーソナルコンピュータ用ディスプレイ，リアル
タイム電子掲示板，光発光ダイオード，レーザ，２次元
光パターン発生素子，光コンピュータ，光クロスコネク
タ，光ルータ等の各種新規光電子素子及びそれを用いた
システム，サービスに関する。
素子に係り、薄膜，軽量，高精細にして、高効率な有機
電界発光素子、及びそれを用いた薄膜平面ディスプレ
イ，小型携帯投射型ディスプレイ，携帯電話表示素子，
携帯型パーソナルコンピュータ用ディスプレイ，リアル
タイム電子掲示板，光発光ダイオード，レーザ，２次元
光パターン発生素子，光コンピュータ，光クロスコネク
タ，光ルータ等の各種新規光電子素子及びそれを用いた
システム，サービスに関する。
【０００２】
【従来の技術】昨今、各種携帯電話や移動体端末，モバ
イルコンピュータ，カーナビゲーション等の普及によ
り、軽量で、高精彩，高輝度でかつ安価な小型平面ディ
スプレイへの要求は高まっている。また、家庭内やオフ
ィスにおいても、省スペース型のデスクトップディプレ
イや壁掛けテレビ等の平面ディスプレイが、従来のＣＲ
Ｔ管ディスプレイから置き換わりつつある。特に、高速
インターネットの普及やデジタル放送の進展により、数
百〜数ギガビット／秒級のデジタル信号伝送が有線，無
線の双方で実用化され、一般利用者が極めて大容量の情
報をリアルタイムにやり取りする時代に移りつつある。
このことから、これら平面ディプレイに対する要求は従
来以上の軽量性，高精彩，高輝度，低価格に加えて、デ
ジタル信号処理可能な高速表示性が求められている。
イルコンピュータ，カーナビゲーション等の普及によ
り、軽量で、高精彩，高輝度でかつ安価な小型平面ディ
スプレイへの要求は高まっている。また、家庭内やオフ
ィスにおいても、省スペース型のデスクトップディプレ
イや壁掛けテレビ等の平面ディスプレイが、従来のＣＲ
Ｔ管ディスプレイから置き換わりつつある。特に、高速
インターネットの普及やデジタル放送の進展により、数
百〜数ギガビット／秒級のデジタル信号伝送が有線，無
線の双方で実用化され、一般利用者が極めて大容量の情
報をリアルタイムにやり取りする時代に移りつつある。
このことから、これら平面ディプレイに対する要求は従
来以上の軽量性，高精彩，高輝度，低価格に加えて、デ
ジタル信号処理可能な高速表示性が求められている。
【０００３】このような平面ディスプレイとしては、液
晶ディスプレイ(Liquid CrystalDisplay, ＬＣＤ）やプ
ラズマディスプレイ(Plasma Display, ＰＤ），フィー
ルドエミッションディスプレイ(Field Emission Displa
y, ＦＥＤ)等が検討されているが、これら各種平面ディ
スプレイに加えて、近年有機電界発光素子(OrganicElec
troluminescense Device, ＯＥＬＤ）または有機発光ダ
イオード(OrganicLight Emitted Diode, ＯＬＥＤ)と呼
ばれる新しい型の平面ディスプレイが着目されつつあ
る。有機電界発光素子とは、陰極と陽極の間に挟んだ有
機化合物に電流を流すことにより、その中に含まれる蛍
光性または燐光性の有機分子を発光させることで表示す
る素子である。文献（有機エレクトロニクス材料研究会
編，『有機ＬＥＤ素子の残された重要な課題と実用化戦
略』、ぶんしん出版，1999年中，第１〜１１頁，佐藤佳
晴著，『序章 材料・デバイスの現状と課題』）による
と、有機電界発光素子の研究は古くはアントラセンやペ
リレン等の有機半導体単結晶を中心に検討が進められて
いたが、１９８７年にTangらが発光性の有機化合物薄膜
と正孔輸送性の有機化合物薄膜とを積層した２層型の有
機電界発光素子を提案し (C. W. Tang and S. A. VanSl
yke, Appl. Phys. Lett. 51, 913, 1987年），発光特性
の大幅な向上が可能（発光効率１.５ ｌｍ／Ｗ，駆動電
圧１０Ｖ，輝度１０００ｃｄ／ｍ2 ）になったことがそ
の研究の出発点である。その後、色素ドープ技術や、高
分子ＯＬＥＤ，低仕事関数電極，マスク蒸着法等々の要
素技術が研究開発され、１９９７年に単純マトリックス
方式と呼ばれる電荷注入方式での有機電界発光素子が一
部実用化されている。更に、アクティブマトリックス方
式と呼ばれる新しい電荷注入方式での有機電界発光素子
の開発も検討されつつある。
晶ディスプレイ(Liquid CrystalDisplay, ＬＣＤ）やプ
ラズマディスプレイ(Plasma Display, ＰＤ），フィー
ルドエミッションディスプレイ(Field Emission Displa
y, ＦＥＤ)等が検討されているが、これら各種平面ディ
スプレイに加えて、近年有機電界発光素子(OrganicElec
troluminescense Device, ＯＥＬＤ）または有機発光ダ
イオード(OrganicLight Emitted Diode, ＯＬＥＤ)と呼
ばれる新しい型の平面ディスプレイが着目されつつあ
る。有機電界発光素子とは、陰極と陽極の間に挟んだ有
機化合物に電流を流すことにより、その中に含まれる蛍
光性または燐光性の有機分子を発光させることで表示す
る素子である。文献（有機エレクトロニクス材料研究会
編，『有機ＬＥＤ素子の残された重要な課題と実用化戦
略』、ぶんしん出版，1999年中，第１〜１１頁，佐藤佳
晴著，『序章 材料・デバイスの現状と課題』）による
と、有機電界発光素子の研究は古くはアントラセンやペ
リレン等の有機半導体単結晶を中心に検討が進められて
いたが、１９８７年にTangらが発光性の有機化合物薄膜
と正孔輸送性の有機化合物薄膜とを積層した２層型の有
機電界発光素子を提案し (C. W. Tang and S. A. VanSl
yke, Appl. Phys. Lett. 51, 913, 1987年），発光特性
の大幅な向上が可能（発光効率１.５ ｌｍ／Ｗ，駆動電
圧１０Ｖ，輝度１０００ｃｄ／ｍ2 ）になったことがそ
の研究の出発点である。その後、色素ドープ技術や、高
分子ＯＬＥＤ，低仕事関数電極，マスク蒸着法等々の要
素技術が研究開発され、１９９７年に単純マトリックス
方式と呼ばれる電荷注入方式での有機電界発光素子が一
部実用化されている。更に、アクティブマトリックス方
式と呼ばれる新しい電荷注入方式での有機電界発光素子
の開発も検討されつつある。
【０００４】このような有機電界発光素子は、以下のよ
うな原理で駆動されている。すなわち、蛍光性または燐
光性の有機発光材料を一対の電極間に薄膜化させて、正
負の電極から電子と正孔を注入させる。有機発光材料中
において、注入電子は発光性分子の最低非占有分子軌道
(Lowest unoccupied molecular orbital, ＬＵＭＯ）に
入った１電子化有機分子（単に電子という）となり、ま
た注入正孔は発光性分子の最高占有分子軌道(Highest o
ccupied molecular orbital, ＨＯＭＯ）に入った１正
孔化有機分子（単にホールという）となって、有機材料
中をそれぞれ対向電極に向けて移動する。その途中で電
子とホールが出会うと発光性分子の一重項または三重項
励起状態が形成され、それが光を輻射しながら失活する
ことで、光を放出する。一般に有機発光材料には各種レ
ーザ色素のように光励起に対する量子効率の高い材料が
数多く知られているが、それらを電荷注入により発光さ
せようとすると、多くの有機化合物が絶縁体であるため
に電子とホールの電荷輸送性が低く、数百Ｖ級の高電圧
が初期の有機電界発光素子には必要であったが、複写機
の感光体として用いられている有機電子写真感光体の電
荷輸送性能の高さを利用し、電荷（ホール）を輸送する
薄膜と発光する薄膜とに機能分離することで発光特性を
向上させたものが、先に述べたTangの２層型の有機電界
発光素子であり、今日ではもう一つの電荷の電子の輸送
性を別の有機薄膜に担わせた３層型の有機電界発光素子
が報告されている。これ以外に、ホールと電子の有機材
料への注入特性を向上させるための電荷注入層や両者の
再結合確率を上げるためのホール停止層等、各種機能を
担わせた薄膜を追加することで、機能分離型，多層膜型
の有機電界発光素子が提案されている。しかしながら、
その発光のもととなる部分は、有機発光層に含まれる有
機発光分子からの励起状態の失活過程における光輻射で
あることには変わりがない。
うな原理で駆動されている。すなわち、蛍光性または燐
光性の有機発光材料を一対の電極間に薄膜化させて、正
負の電極から電子と正孔を注入させる。有機発光材料中
において、注入電子は発光性分子の最低非占有分子軌道
(Lowest unoccupied molecular orbital, ＬＵＭＯ）に
入った１電子化有機分子（単に電子という）となり、ま
た注入正孔は発光性分子の最高占有分子軌道(Highest o
ccupied molecular orbital, ＨＯＭＯ）に入った１正
孔化有機分子（単にホールという）となって、有機材料
中をそれぞれ対向電極に向けて移動する。その途中で電
子とホールが出会うと発光性分子の一重項または三重項
励起状態が形成され、それが光を輻射しながら失活する
ことで、光を放出する。一般に有機発光材料には各種レ
ーザ色素のように光励起に対する量子効率の高い材料が
数多く知られているが、それらを電荷注入により発光さ
せようとすると、多くの有機化合物が絶縁体であるため
に電子とホールの電荷輸送性が低く、数百Ｖ級の高電圧
が初期の有機電界発光素子には必要であったが、複写機
の感光体として用いられている有機電子写真感光体の電
荷輸送性能の高さを利用し、電荷（ホール）を輸送する
薄膜と発光する薄膜とに機能分離することで発光特性を
向上させたものが、先に述べたTangの２層型の有機電界
発光素子であり、今日ではもう一つの電荷の電子の輸送
性を別の有機薄膜に担わせた３層型の有機電界発光素子
が報告されている。これ以外に、ホールと電子の有機材
料への注入特性を向上させるための電荷注入層や両者の
再結合確率を上げるためのホール停止層等、各種機能を
担わせた薄膜を追加することで、機能分離型，多層膜型
の有機電界発光素子が提案されている。しかしながら、
その発光のもととなる部分は、有機発光層に含まれる有
機発光分子からの励起状態の失活過程における光輻射で
あることには変わりがない。
【０００５】文献（有機エレクトロニクス材料研究会
編，『有機ＬＥＤ素子の残された重要な課題と実用化戦
略』，ぶんしん出版，１９９９年中，第２５〜３８頁、
浜田裕次著、『第２節 発光材料の現状と課題』）によ
ると、蛍光または燐光を発する有機発光材料は、イン
キ，染料，シンチレータ等様々な用途で開発されたもの
が数多く知られており、有機電界発光素子にはこれらの
有機発光材料が利用されている。その種類は分子量で分
けると大きく、低分子系と高分子系に分類され、低分子
系は真空蒸着法等のドライプロセスで、高分子系はキャ
スト法で薄膜形成されている。Ｔａｎｇ以前の初期の有
機電界発光素子で高効率な素子を得られなかった理由の
一つが良質な有機薄膜を形成することができなかったこ
とによると言われ、特に低分子系で必要な条件として、
（１）真空蒸着法にて、薄膜（１００ｎｍレベル）の作
製可能、（２）製膜後均一薄膜構造維持可能(結晶の析
出なし)、（３）固体状態での高蛍光量子収率、（４）
適度なキャリア輸送性、（５）耐熱性、（６）精製容
易、（７）電気化学的に安定、等が挙げられている。ま
た、発光過程の分類から、直接電子とホールの再結合に
よって発光する発光材料と発光材料から発生した光励起
によって発光する蛍光材料（またはドーパント材料）等
に分けられる場合もある。また、化学構造上の違いから
は、金属錯体型発光材料（配位子として８−キノリノー
ル，ベンゾオキサゾール，アゾメチン，フラボン等。中
心金属としてはＡｌ，Ｂｅ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｅｕ，Ｐｔ
等）と蛍光色素系発光材料（オキサジアゾール，ピラゾ
リン，ジスチリルアリレーン，シクロペンタジエン，テ
トラフェニルブタジエン，ビススチリルアントラセン，
ペリレン，フェナントレン，オリゴチオフェン，ピラゾ
ロキノリン，チアジアゾロピリジン，層状ペロプスカイ
ト，ｐ−セキシフェニル，スピロ化合物等）等が知られ
ている。
編，『有機ＬＥＤ素子の残された重要な課題と実用化戦
略』，ぶんしん出版，１９９９年中，第２５〜３８頁、
浜田裕次著、『第２節 発光材料の現状と課題』）によ
ると、蛍光または燐光を発する有機発光材料は、イン
キ，染料，シンチレータ等様々な用途で開発されたもの
が数多く知られており、有機電界発光素子にはこれらの
有機発光材料が利用されている。その種類は分子量で分
けると大きく、低分子系と高分子系に分類され、低分子
系は真空蒸着法等のドライプロセスで、高分子系はキャ
スト法で薄膜形成されている。Ｔａｎｇ以前の初期の有
機電界発光素子で高効率な素子を得られなかった理由の
一つが良質な有機薄膜を形成することができなかったこ
とによると言われ、特に低分子系で必要な条件として、
（１）真空蒸着法にて、薄膜（１００ｎｍレベル）の作
製可能、（２）製膜後均一薄膜構造維持可能(結晶の析
出なし)、（３）固体状態での高蛍光量子収率、（４）
適度なキャリア輸送性、（５）耐熱性、（６）精製容
易、（７）電気化学的に安定、等が挙げられている。ま
た、発光過程の分類から、直接電子とホールの再結合に
よって発光する発光材料と発光材料から発生した光励起
によって発光する蛍光材料（またはドーパント材料）等
に分けられる場合もある。また、化学構造上の違いから
は、金属錯体型発光材料（配位子として８−キノリノー
ル，ベンゾオキサゾール，アゾメチン，フラボン等。中
心金属としてはＡｌ，Ｂｅ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｅｕ，Ｐｔ
等）と蛍光色素系発光材料（オキサジアゾール，ピラゾ
リン，ジスチリルアリレーン，シクロペンタジエン，テ
トラフェニルブタジエン，ビススチリルアントラセン，
ペリレン，フェナントレン，オリゴチオフェン，ピラゾ
ロキノリン，チアジアゾロピリジン，層状ペロプスカイ
ト，ｐ−セキシフェニル，スピロ化合物等）等が知られ
ている。
【０００６】このように有機電界発光素子の発光材料及
び素子化プロセスについては、多種多様な材料及び手法
が検討されてきた。このような有機電界発光素子から最
大でどの程度の効率で発光量を得ることができるかにつ
いては、未だ明確でないところが多い。文献（有機エレ
クトロニクス材料研究会編，『有機ＬＥＤ素子の残され
た重要な課題と実用化戦略』，ぶんしん出版,１９９９
年中,第１０５〜１１８頁、筒井哲夫著，『第１節 発
光効率の解釈と限界』）によると、有機電界発光素子の
外部に取り出される光エネルギは素子を流れる電子また
はホール１個当たりの放出光子数で与えられ、これを電
界発光の外部量子効率ηφ(ext）で表わすと、以下の関
係があることが知られている。
び素子化プロセスについては、多種多様な材料及び手法
が検討されてきた。このような有機電界発光素子から最
大でどの程度の効率で発光量を得ることができるかにつ
いては、未だ明確でないところが多い。文献（有機エレ
クトロニクス材料研究会編，『有機ＬＥＤ素子の残され
た重要な課題と実用化戦略』，ぶんしん出版,１９９９
年中,第１０５〜１１８頁、筒井哲夫著，『第１節 発
光効率の解釈と限界』）によると、有機電界発光素子の
外部に取り出される光エネルギは素子を流れる電子また
はホール１個当たりの放出光子数で与えられ、これを電
界発光の外部量子効率ηφ(ext）で表わすと、以下の関
係があることが知られている。
【０００７】 ηφ(ext）＝ηext×ηφ(int）＝ηext×［γ×ηr×ηf］ …（１） ここで、ηφ(int）は素子内部での素子を流れる電子ま
たはホール１個当たりの放出光子数を表わす内部量子効
率、ηext は素子内部で発生した光が素子界面での反射
や吸収より減少させられた後の素子外部への光の取り出
し効率を示す。また、γは素子内部に注入される電子と
ホールの数の比率に相当するチャージバランス、ηr は
注入された電荷から発光に寄与するｉ重項励起子を発生
する割合を示す一重項励起子生成効率、ηf は一重項励
起子の中で光を発生して失活する割合を示す発光量子効
率を表わす。これら素子外部への発光量に相当する外部
量子効率ηφ(ext）は発光材料自身の性質によって決ま
るηr及びηfと、素子への電子とホールの注入比によっ
て決まるγ、及び素子の構造によって決まるηextとに
大きく分けることができる。ηr 及びηf とは発光材料
自身の物性に関係する効率であり、用いる発光材料によ
って一義的に決定される。また、γは電極とそれに接す
る有機層との電気的ポテンシャル差や界面ポテンシャ
ル，有機層中の電子とホールの易動度等によって決まる
量であり、電極材料と素子内部の有機材料の物性によっ
て一義的に決まる効率である。これら因子のうち、チャ
ージバランスγ≦１である。一重項励起子生成効率ηr
は電荷のスピンの関係からηr ≦０.２５ であると言わ
れる。発光量子効率ηf は超放射的過程以外はηf ＜１
である。従って、素子内部の有機材料及び電極材料によ
って決定される因子の部分（式(１)の［γ×ηr×ηf］
の部分）は０.２５ 以下であると言われる。一方、取り
出し効率は文献(N. C. Greenham, R. H. Friend, D. D.
C. Bradley, Adv.Mater. 6, 491, 199４年）によると
古典光学の反射と屈折の法則によって決定され、発光層
の屈折率をｎとすると、 ηext ＝１／（２ｎ2） …（２） で与えられる。多くの有機電界発光素子の発光層または
それらを保持するガラス基板の屈折率は１.６ 程度であ
り、これからηext＝０.２とされている。これらのこと
から、全体としての電界発光の外部量子効率ηφ(ext）
≦０.２×０.２５＝０.０５ となり、その外部量子効率
は高々５％であると言われている。
たはホール１個当たりの放出光子数を表わす内部量子効
率、ηext は素子内部で発生した光が素子界面での反射
や吸収より減少させられた後の素子外部への光の取り出
し効率を示す。また、γは素子内部に注入される電子と
ホールの数の比率に相当するチャージバランス、ηr は
注入された電荷から発光に寄与するｉ重項励起子を発生
する割合を示す一重項励起子生成効率、ηf は一重項励
起子の中で光を発生して失活する割合を示す発光量子効
率を表わす。これら素子外部への発光量に相当する外部
量子効率ηφ(ext）は発光材料自身の性質によって決ま
るηr及びηfと、素子への電子とホールの注入比によっ
て決まるγ、及び素子の構造によって決まるηextとに
大きく分けることができる。ηr 及びηf とは発光材料
自身の物性に関係する効率であり、用いる発光材料によ
って一義的に決定される。また、γは電極とそれに接す
る有機層との電気的ポテンシャル差や界面ポテンシャ
ル，有機層中の電子とホールの易動度等によって決まる
量であり、電極材料と素子内部の有機材料の物性によっ
て一義的に決まる効率である。これら因子のうち、チャ
ージバランスγ≦１である。一重項励起子生成効率ηr
は電荷のスピンの関係からηr ≦０.２５ であると言わ
れる。発光量子効率ηf は超放射的過程以外はηf ＜１
である。従って、素子内部の有機材料及び電極材料によ
って決定される因子の部分（式(１)の［γ×ηr×ηf］
の部分）は０.２５ 以下であると言われる。一方、取り
出し効率は文献(N. C. Greenham, R. H. Friend, D. D.
C. Bradley, Adv.Mater. 6, 491, 199４年）によると
古典光学の反射と屈折の法則によって決定され、発光層
の屈折率をｎとすると、 ηext ＝１／（２ｎ2） …（２） で与えられる。多くの有機電界発光素子の発光層または
それらを保持するガラス基板の屈折率は１.６ 程度であ
り、これからηext＝０.２とされている。これらのこと
から、全体としての電界発光の外部量子効率ηφ(ext）
≦０.２×０.２５＝０.０５ となり、その外部量子効率
は高々５％であると言われている。
【０００８】有機電界発光素子を実用化する上で、この
外部量子効率を向上させることが必須ではあるが、上記
従来の有機電界発光素子の外部量子効率には上限がある
ため、これとは異なる機能を有する有機電界発光素子の
開発が進められつつある。その一つの方法は発光材料自
身の発光量子効率一重項励起子生成効率ηr を向上させ
ようとするものである。従来の電荷注入及び再結合の過
程では一重項励起子が０.２５ 、三重項励起子が０.７
５ の割合で発生する。これに対して、重金属を含有す
る有機発光材料のスピン−軌道角運動量相互作用による
項間交差によって三重項励起子を一重項励起子にスピン
反転させたり、ナノスケール領域に閉じ込められた三重
項励起子同士の衝突による一重項励起子への転換等によ
って、発生した三重項励起子を一重項励起子に転化する
ことで、発光に寄与する励起子の割合を増大させようと
するものである。このような新しい励起子発生機構を有
する材料としてfac tris(2-phenylpyridine)iridium
［Ｉｒ(ｐｐｙ)3］を用いた項効率発光可能な有機電界
発光素子が文献（M. A. Baldo, S. Lamansky, P. E.Bur
rows, M. E. Thompson, S. R. Forrest, Appl. Phys. L
ett. 75, 4-6, 1999年）に紹介されている。
外部量子効率を向上させることが必須ではあるが、上記
従来の有機電界発光素子の外部量子効率には上限がある
ため、これとは異なる機能を有する有機電界発光素子の
開発が進められつつある。その一つの方法は発光材料自
身の発光量子効率一重項励起子生成効率ηr を向上させ
ようとするものである。従来の電荷注入及び再結合の過
程では一重項励起子が０.２５ 、三重項励起子が０.７
５ の割合で発生する。これに対して、重金属を含有す
る有機発光材料のスピン−軌道角運動量相互作用による
項間交差によって三重項励起子を一重項励起子にスピン
反転させたり、ナノスケール領域に閉じ込められた三重
項励起子同士の衝突による一重項励起子への転換等によ
って、発生した三重項励起子を一重項励起子に転化する
ことで、発光に寄与する励起子の割合を増大させようと
するものである。このような新しい励起子発生機構を有
する材料としてfac tris(2-phenylpyridine)iridium
［Ｉｒ(ｐｐｙ)3］を用いた項効率発光可能な有機電界
発光素子が文献（M. A. Baldo, S. Lamansky, P. E.Bur
rows, M. E. Thompson, S. R. Forrest, Appl. Phys. L
ett. 75, 4-6, 1999年）に紹介されている。
【０００９】もう一つの方法は取り出し効率ηext を改
善することにより素子外部での外部量子効率を向上させ
ようとするものである。すなわち、これまで結晶析出し
ない均一薄膜構造であることが有機電界発光素子作製上
の必要条件とされていたが、この場合発光層を構成する
有機発光材料は空間的にランダムな配向状態となってい
るために、発光は素子内部において全方位に対して等方
的に出射されていた。これに対して素子の発光面に対し
て平行な方向への発光を制御し、かつ垂直方向への発光
を増大させる手段として、例えばラビング法によって１
軸的に配向させた分子からなる発光層を有する有機電界
発光素子について文献（特開平４−４０４１３号）に記
載されている。真空中で発光層をドライプロセスによっ
て形成し、発光層を構成する有機分子を光異性化反応に
よって発光面に平行に配向させて形成した有機電界発光
素子においても同様に発光層内部での異方的な発光特性
が得られることが文献（特開平１１−１０２７８３号）
に記載されている。しかしながら、これらの文献におい
ては配向化による取り出し効率の向上については具体的
には記載されておらず、唯一文献(特開平１１−１０２
７８３号)において素子外部での発光効率が０.５ｌｍ／
Ｗ から０.８ｌｍ／Ｗ へと１.６ 倍程度向上したこと
が記載されているに過ぎない。それより以前の文献(M.
Hamaguchiand K. Yoshino, Jpn. J. Appl. Phys. 第34
巻，第L712頁, 1995年）には、配向させた有機電界発光
素子の発光異方性と取り出し効率についてより詳細な測
定がなされている。その第１図によると、配向方向に平
行な方向と垂直な方向で取り出し光量の著しい差が認め
られるのに対して、配向させた試料と無配向な試料との
間には取り出し光量の顕著な差が見出されていない。
善することにより素子外部での外部量子効率を向上させ
ようとするものである。すなわち、これまで結晶析出し
ない均一薄膜構造であることが有機電界発光素子作製上
の必要条件とされていたが、この場合発光層を構成する
有機発光材料は空間的にランダムな配向状態となってい
るために、発光は素子内部において全方位に対して等方
的に出射されていた。これに対して素子の発光面に対し
て平行な方向への発光を制御し、かつ垂直方向への発光
を増大させる手段として、例えばラビング法によって１
軸的に配向させた分子からなる発光層を有する有機電界
発光素子について文献（特開平４−４０４１３号）に記
載されている。真空中で発光層をドライプロセスによっ
て形成し、発光層を構成する有機分子を光異性化反応に
よって発光面に平行に配向させて形成した有機電界発光
素子においても同様に発光層内部での異方的な発光特性
が得られることが文献（特開平１１−１０２７８３号）
に記載されている。しかしながら、これらの文献におい
ては配向化による取り出し効率の向上については具体的
には記載されておらず、唯一文献(特開平１１−１０２
７８３号)において素子外部での発光効率が０.５ｌｍ／
Ｗ から０.８ｌｍ／Ｗ へと１.６ 倍程度向上したこと
が記載されているに過ぎない。それより以前の文献(M.
Hamaguchiand K. Yoshino, Jpn. J. Appl. Phys. 第34
巻，第L712頁, 1995年）には、配向させた有機電界発光
素子の発光異方性と取り出し効率についてより詳細な測
定がなされている。その第１図によると、配向方向に平
行な方向と垂直な方向で取り出し光量の著しい差が認め
られるのに対して、配向させた試料と無配向な試料との
間には取り出し光量の顕著な差が見出されていない。
【００１０】以上のように、有機電界発光素子において
その発光効率を従来以上に向上させるための手法が検討
されているが、これら多数の因子が含まれるために、明
確な指針が出されていないのが実情である。
その発光効率を従来以上に向上させるための手法が検討
されているが、これら多数の因子が含まれるために、明
確な指針が出されていないのが実情である。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】このように有機電界発
光素子を実用化する上で、この外部量子効率を向上させ
ることが必須ではあるが、上記従来の有機電界発光素子
の外部量子効率には上限があり、その一つの方法は発光
材料自身の発光量子効率一重項励起子生成効率ηr を向
上させようとするもの、及び取り出し効率ηext を改善
することにより素子外部での外部量子効率を向上させよ
うとするものである。その中で、特に後者の取り出し効
率ηext を改善に関わるより広範な効率向上手段を提供
するものである。
光素子を実用化する上で、この外部量子効率を向上させ
ることが必須ではあるが、上記従来の有機電界発光素子
の外部量子効率には上限があり、その一つの方法は発光
材料自身の発光量子効率一重項励起子生成効率ηr を向
上させようとするもの、及び取り出し効率ηext を改善
することにより素子外部での外部量子効率を向上させよ
うとするものである。その中で、特に後者の取り出し効
率ηext を改善に関わるより広範な効率向上手段を提供
するものである。
【００１２】すなわち、従来の有機電界発光素子の取り
出し効率の解析においては、発光層内部における発光が
等方的であることがその理論的解析の基本であった。ま
た、分子を光の取り出し面に対して１軸的または平行に
配向させた場合について取り出し効率が向上することが
示唆されていたが、具体的にどの程度の配向度やその方
位、あるいはそれに関わるべき発光の放射方位と分子の
構造的配向方向との相関関係については不明であった。
このため、必ずしも分子の配向方向と最適な取り出し効
率を与える配向方向との関係が明確でなく、更には得ら
れる発光の空間方位に関しても絶対的な定量的設計を行
うことができなかった。
出し効率の解析においては、発光層内部における発光が
等方的であることがその理論的解析の基本であった。ま
た、分子を光の取り出し面に対して１軸的または平行に
配向させた場合について取り出し効率が向上することが
示唆されていたが、具体的にどの程度の配向度やその方
位、あるいはそれに関わるべき発光の放射方位と分子の
構造的配向方向との相関関係については不明であった。
このため、必ずしも分子の配向方向と最適な取り出し効
率を与える配向方向との関係が明確でなく、更には得ら
れる発光の空間方位に関しても絶対的な定量的設計を行
うことができなかった。
【００１３】更には、異方的な発光状態を形成すること
により生じる発光成分自身の偏光性や複屈折性、関係す
る電子やホールの易動性の変化、それらの発光特性を最
終的に素子外部に取り出すための素子と素子外部との界
面状態との関係については系統的かつ具体的に検討され
ていなかった。更には、発光層と素子界面との間に介在
する各種中間層との関係についても具体的に考慮されて
いなかった。また、これらの因子が発光のスペクトル分
布に与える影響についても考慮されて来なかった。この
ため、これまでの素子の取り出し効率改善手法による外
部量子効率の向上性については十分な効果をあげること
ができなかった。
により生じる発光成分自身の偏光性や複屈折性、関係す
る電子やホールの易動性の変化、それらの発光特性を最
終的に素子外部に取り出すための素子と素子外部との界
面状態との関係については系統的かつ具体的に検討され
ていなかった。更には、発光層と素子界面との間に介在
する各種中間層との関係についても具体的に考慮されて
いなかった。また、これらの因子が発光のスペクトル分
布に与える影響についても考慮されて来なかった。この
ため、これまでの素子の取り出し効率改善手法による外
部量子効率の向上性については十分な効果をあげること
ができなかった。
【００１４】発光パターンの方位制御の手段として、波
長オーダの共振長を有する微小共振器構造による制御の
方法が知られている。例えば、文献(S. Tokito, Y. Tag
a,and T.Tsutsui, Synthetic Metals, 第91巻、第49
頁、1997年）によると、tris(8-quinolinolato) alumin
um (Alq3)を発光材料とし、背面側電極兼反射鏡にＭｇ
Ａｇ、光取り出し面側電極をＩＴＯ、光取り出し面側半
透過性鏡に(ＳｉＯ2／ＴｉＯ2)誘電体多層膜を用いた微
小共振器構造型有機電界発光素子について報告されてお
り、その図３及び図４には微小共振器構造導入により、
発光パターンの指向性が高まる効果が報告されている。
発光素子正面での光強度を１とした時にその光強度が半
分になる放射角度が、微小共振器構造がない場合には６
０°程度であるのに対して、微小共振器導入によって２
０°程度に狭まることが示されている。しかしながら、
この方法ではその放射の指向性は光の波長によってこと
なり、見る角度によってはスペクトルが大きく変化する
と共に、指向性が極度に高まるために有機電界発光素子
のディスプレイとしての応用を考えた場合には視野角が
狭まるという問題が生じていた。また、別の手法とし
て、文献（特開平１１−１０２７８３号）によると、発
光層を真空中でのドライプロセスによって形成し、かつ
前記発光層を構成する有機化合物分子を発光面に対して
平行に配向することにより、発光効率を向上させる手法
について報告されている。それによると、従来の発光層
は発光有機分子が３次元的にランダムに配向しているた
めに発光効率は約０.２ が限界であったが、この手法に
よると発光面垂直な方向への発光効率に優れており、そ
の場合発光分子は発光面に平行な面内では２次元的にラ
ンダムに配向していてもよい、とされている。しかしな
がら、この手法では、その図３に示されているように、
発光素子正面での光強度を１とした時にその光強度が半
分になる放射角度が、やはり２０°程度であり、指向性
が高くなり過ぎる問題点があった。
長オーダの共振長を有する微小共振器構造による制御の
方法が知られている。例えば、文献(S. Tokito, Y. Tag
a,and T.Tsutsui, Synthetic Metals, 第91巻、第49
頁、1997年）によると、tris(8-quinolinolato) alumin
um (Alq3)を発光材料とし、背面側電極兼反射鏡にＭｇ
Ａｇ、光取り出し面側電極をＩＴＯ、光取り出し面側半
透過性鏡に(ＳｉＯ2／ＴｉＯ2)誘電体多層膜を用いた微
小共振器構造型有機電界発光素子について報告されてお
り、その図３及び図４には微小共振器構造導入により、
発光パターンの指向性が高まる効果が報告されている。
発光素子正面での光強度を１とした時にその光強度が半
分になる放射角度が、微小共振器構造がない場合には６
０°程度であるのに対して、微小共振器導入によって２
０°程度に狭まることが示されている。しかしながら、
この方法ではその放射の指向性は光の波長によってこと
なり、見る角度によってはスペクトルが大きく変化する
と共に、指向性が極度に高まるために有機電界発光素子
のディスプレイとしての応用を考えた場合には視野角が
狭まるという問題が生じていた。また、別の手法とし
て、文献（特開平１１−１０２７８３号）によると、発
光層を真空中でのドライプロセスによって形成し、かつ
前記発光層を構成する有機化合物分子を発光面に対して
平行に配向することにより、発光効率を向上させる手法
について報告されている。それによると、従来の発光層
は発光有機分子が３次元的にランダムに配向しているた
めに発光効率は約０.２ が限界であったが、この手法に
よると発光面垂直な方向への発光効率に優れており、そ
の場合発光分子は発光面に平行な面内では２次元的にラ
ンダムに配向していてもよい、とされている。しかしな
がら、この手法では、その図３に示されているように、
発光素子正面での光強度を１とした時にその光強度が半
分になる放射角度が、やはり２０°程度であり、指向性
が高くなり過ぎる問題点があった。
【００１５】すなわち、有機電界発光素子としての特性
である発光効率や取り出し効率，指向性，異方性等につ
いて、全体としての特性向上にとって総合的な最良の素
子条件について提案がなかった。
である発光効率や取り出し効率，指向性，異方性等につ
いて、全体としての特性向上にとって総合的な最良の素
子条件について提案がなかった。
【００１６】また、他の平面ディスプレイには見られな
い係る有機電界発光素子に特有の効果を利用した画像の
表示システムやその構成方法、或いは該システムを利用
した映像の配信サービス等の、従来の映像や放送には見
られない利用方法についても、具体的に提案されたもの
はなかった。
い係る有機電界発光素子に特有の効果を利用した画像の
表示システムやその構成方法、或いは該システムを利用
した映像の配信サービス等の、従来の映像や放送には見
られない利用方法についても、具体的に提案されたもの
はなかった。
【００１７】
【課題を解決するための手段】本発明の一実施態様によ
れば、正負の両電荷の注入，輸送することが可能で、該
正負の両電荷により生成された正孔と電子の再結合によ
り光を発生可能な有機電界発光素子であり、かつ有機電
界発光素子に含まれる再結合による発光物質または該発
光物質からの光を受けて二次的に光を発生させることが
可能な蛍光物質を含むことが可能な有機電界発光素子及
びそれを用いた光電子素子において、光を発生する物質
層内部において異方的に光を発生することが可能な少な
くとも１つの発光物質または蛍光物質を含み、かつ該発
光物質または蛍光物質を構成する分子の中の光の発生に
関与する分子骨格の遷移双極子モーメントの大部分がそ
の物質が属する層の中で光の取り出し面の法線方向に対
して０度から７０度の間の角度で分布することを特徴と
する有機電界発光素子及びそれを用いた光電子素子にあ
る。
れば、正負の両電荷の注入，輸送することが可能で、該
正負の両電荷により生成された正孔と電子の再結合によ
り光を発生可能な有機電界発光素子であり、かつ有機電
界発光素子に含まれる再結合による発光物質または該発
光物質からの光を受けて二次的に光を発生させることが
可能な蛍光物質を含むことが可能な有機電界発光素子及
びそれを用いた光電子素子において、光を発生する物質
層内部において異方的に光を発生することが可能な少な
くとも１つの発光物質または蛍光物質を含み、かつ該発
光物質または蛍光物質を構成する分子の中の光の発生に
関与する分子骨格の遷移双極子モーメントの大部分がそ
の物質が属する層の中で光の取り出し面の法線方向に対
して０度から７０度の間の角度で分布することを特徴と
する有機電界発光素子及びそれを用いた光電子素子にあ
る。
【００１８】また、この有機電界発光素子及びそれを用
いた光電子素子において、光を異方的に発生する物質層
の外部に取り出される光が偏光特性を有していることを
特徴とするというものである。
いた光電子素子において、光を異方的に発生する物質層
の外部に取り出される光が偏光特性を有していることを
特徴とするというものである。
【００１９】また、この有機電界発光素子及びそれを用
いた光電子素子において、光を異方的に発生する物質層
外部にあって、かつ該有機電界発光素子外部への光の取
り出し界面との間に第１種の中間層を含み、かつ該第１
種の中間層の屈折率が該光を異方的に発生する物質層の
屈折率よりも低いか、または該第１種の中間層の屈折率
が１.４２ 以下であることを特徴とするというものであ
る。
いた光電子素子において、光を異方的に発生する物質層
外部にあって、かつ該有機電界発光素子外部への光の取
り出し界面との間に第１種の中間層を含み、かつ該第１
種の中間層の屈折率が該光を異方的に発生する物質層の
屈折率よりも低いか、または該第１種の中間層の屈折率
が１.４２ 以下であることを特徴とするというものであ
る。
【００２０】また、この有機電界発光素子及びそれを用
いた光電子素子において、第１種の中間層の厚みが取り
出される光の波長以上の長さを持つことを特徴とすると
いうものである。
いた光電子素子において、第１種の中間層の厚みが取り
出される光の波長以上の長さを持つことを特徴とすると
いうものである。
【００２１】また、この有機電界発光素子及びそれを用
いた光電子素子において、異方的に光を発生する該物質
層から取り出される光の強度分布の最大強度を示す方位
が、光を素子外部に取り出す取り出し界面の法線軸に対
して０度から６０度の範囲に存在していることを特徴と
するというものである。
いた光電子素子において、異方的に光を発生する該物質
層から取り出される光の強度分布の最大強度を示す方位
が、光を素子外部に取り出す取り出し界面の法線軸に対
して０度から６０度の範囲に存在していることを特徴と
するというものである。
【００２２】また、この有機電界発光素子及びそれを用
いた光電子素子において、発光物質からの光を受けて二
次的に光を発生させることが可能な蛍光物質が異方的に
光を発生していることを特徴とするというものである。
いた光電子素子において、発光物質からの光を受けて二
次的に光を発生させることが可能な蛍光物質が異方的に
光を発生していることを特徴とするというものである。
【００２３】本発明の別の一実施態様によれば、正負の
両電荷の注入，輸送することが可能で、該正負の両電荷
により生成された正孔と電子の再結合により光を発生可
能な有機電界発光素子であり、かつこの有機電界発光素
子に含まれる再結合による発光物質または該発光物質か
らの光を受けて二次的に光を発生させることが可能な蛍
光物質を含むことが可能な有機電界発光素子及びそれを
用いた光電子素子において、光を発生する物質層外部に
あって、かつ有機電界発光素子外部への光の取り出し界
面との間に第２種の中間層を含み、かつ物質層から取り
出される光の強度分布が該第２種の中間層を通過した後
に拡大していることを特徴とする有機電界発光素子及び
それを用いた光電子素子にある。
両電荷の注入，輸送することが可能で、該正負の両電荷
により生成された正孔と電子の再結合により光を発生可
能な有機電界発光素子であり、かつこの有機電界発光素
子に含まれる再結合による発光物質または該発光物質か
らの光を受けて二次的に光を発生させることが可能な蛍
光物質を含むことが可能な有機電界発光素子及びそれを
用いた光電子素子において、光を発生する物質層外部に
あって、かつ有機電界発光素子外部への光の取り出し界
面との間に第２種の中間層を含み、かつ物質層から取り
出される光の強度分布が該第２種の中間層を通過した後
に拡大していることを特徴とする有機電界発光素子及び
それを用いた光電子素子にある。
【００２４】また、この有機電界発光素子及びそれを用
いた光電子素子において、第２種の中間層が光散乱する
ことが可能であるか、または光路を拡散させることが可
能であることを特徴とするというものである。
いた光電子素子において、第２種の中間層が光散乱する
ことが可能であるか、または光路を拡散させることが可
能であることを特徴とするというものである。
【００２５】本発明の別の一実施態様によれば、正負の
両電荷の注入，輸送することが可能で、この正負の両電
荷により生成された正孔と電子の再結合により光を発生
可能な有機電界発光素子であり、かつこの有機電界発光
素子に含まれる再結合による発光物質または発光物質か
らの光を受けて二次的に光を発生させることが可能な蛍
光物質を含むことが可能な有機電界発光素子及びそれを
用いた光電子素子において、この光を発生する物質層外
部にあって、かつ該有機電界発光素子外部への光の取り
出し界面とは反対の方向に第３種の中間層を有し、かつ
該第３種の中間層によって該物質層から第３種中間層側
に取り出された光が反射されることを特徴とする有機電
界発光素子及びそれを用いた光電子素子にある。
両電荷の注入，輸送することが可能で、この正負の両電
荷により生成された正孔と電子の再結合により光を発生
可能な有機電界発光素子であり、かつこの有機電界発光
素子に含まれる再結合による発光物質または発光物質か
らの光を受けて二次的に光を発生させることが可能な蛍
光物質を含むことが可能な有機電界発光素子及びそれを
用いた光電子素子において、この光を発生する物質層外
部にあって、かつ該有機電界発光素子外部への光の取り
出し界面とは反対の方向に第３種の中間層を有し、かつ
該第３種の中間層によって該物質層から第３種中間層側
に取り出された光が反射されることを特徴とする有機電
界発光素子及びそれを用いた光電子素子にある。
【００２６】また、この有機電界発光素子及びそれを用
いた光電子素子において、第３種の中間層によって物質
層から第３種中間層側に取り出された光が正反射以外の
方向に反射されることを特徴とするというものである。
いた光電子素子において、第３種の中間層によって物質
層から第３種中間層側に取り出された光が正反射以外の
方向に反射されることを特徴とするというものである。
【００２７】本発明の別の実施態様によれば正負の両電
荷の注入，輸送することが可能で、正負の両電荷により
生成された正孔と電子の再結合により光を発生可能な有
機電界発光素子であり、かつ有機電界発光素子に含まれ
る再結合による発光物質または発光物質からの光を受け
て二次的に光を発生させることが可能な蛍光物質を含む
ことが可能な有機電界発光素子及びそれを用いた光電子
素子において、光を発生する物質層が有機電界発光素子
外部への光の取り出し界面に対して平行でない接触面を
有する隔壁によって区切られており、かつ隔壁が発光層
を横断する高さにわたって形成されているか、または発
光層以外の層または基板に形成されていることを特徴と
する有機電界発光素子及びそれを用いた光電子素子にあ
る。
荷の注入，輸送することが可能で、正負の両電荷により
生成された正孔と電子の再結合により光を発生可能な有
機電界発光素子であり、かつ有機電界発光素子に含まれ
る再結合による発光物質または発光物質からの光を受け
て二次的に光を発生させることが可能な蛍光物質を含む
ことが可能な有機電界発光素子及びそれを用いた光電子
素子において、光を発生する物質層が有機電界発光素子
外部への光の取り出し界面に対して平行でない接触面を
有する隔壁によって区切られており、かつ隔壁が発光層
を横断する高さにわたって形成されているか、または発
光層以外の層または基板に形成されていることを特徴と
する有機電界発光素子及びそれを用いた光電子素子にあ
る。
【００２８】また、この有機電界発光素子及びそれを用
いた光電子素子において、取り出し界面から臨む該隔壁
の形状が多角形であり、かつ該多角形を形成する隔壁面
のうち少なくとも２つが平行であることを特徴とすると
いうものである。
いた光電子素子において、取り出し界面から臨む該隔壁
の形状が多角形であり、かつ該多角形を形成する隔壁面
のうち少なくとも２つが平行であることを特徴とすると
いうものである。
【００２９】また、この有機電界発光素子及びそれを用
いた光電子素子において、多角形を形成する平行な隔壁
対のうち少なくとも一つが、発生する光の波長の４分の
１から２波長分の長さであることを特徴とするというも
のである。
いた光電子素子において、多角形を形成する平行な隔壁
対のうち少なくとも一つが、発生する光の波長の４分の
１から２波長分の長さであることを特徴とするというも
のである。
【００３０】また、この有機電界発光素子及びそれを用
いた光電子素子において、取り出し界面から臨む該隔壁
の形状が円形であることを特徴とするというものであ
る。
いた光電子素子において、取り出し界面から臨む該隔壁
の形状が円形であることを特徴とするというものであ
る。
【００３１】また、この有機電界発光素子及びそれを用
いた光電子素子において、円形の該隔壁の直径が、発生
する光の波長の４分の１から２波長分の長さであること
を特徴とするというものである。
いた光電子素子において、円形の該隔壁の直径が、発生
する光の波長の４分の１から２波長分の長さであること
を特徴とするというものである。
【００３２】また、この有機電界発光素子及びそれを用
いた光電子素子において、隔壁の光の取り出し界面に対
して平行でない接触面が該光を発生する物質層から取り
出される光を反射または屈折させることが可能であるこ
とを特徴とするというものである。
いた光電子素子において、隔壁の光の取り出し界面に対
して平行でない接触面が該光を発生する物質層から取り
出される光を反射または屈折させることが可能であるこ
とを特徴とするというものである。
【００３３】また、この有機電界発光素子及びそれを用
いた光電子素子において、隔壁での反射が正反射でない
ことを特徴とするというものである。
いた光電子素子において、隔壁での反射が正反射でない
ことを特徴とするというものである。
【００３４】また、この有機電界発光素子及びそれを用
いた光電子素子において、光を発生する物質層外部にあ
って、物質層を挟む１対以上の共振器鏡となる第４種の
中間層対を含み、かつ第４種中間層対の間の距離が発生
する光の波長の４分の１から２波長分の長さの整数倍で
あることを特徴とするというものである。
いた光電子素子において、光を発生する物質層外部にあ
って、物質層を挟む１対以上の共振器鏡となる第４種の
中間層対を含み、かつ第４種中間層対の間の距離が発生
する光の波長の４分の１から２波長分の長さの整数倍で
あることを特徴とするというものである。
【００３５】本発明の別の実施態様によれば、正負の両
電荷の注入，輸送することが可能で、該正負の両電荷に
より生成された正孔と電子の再結合により光を発生可能
な有機電界発光素子であり、かつ有機電界発光素子に含
まれる再結合による発光物質または発光物質からの光を
受けて二次的に光を発生させることが可能な蛍光物質を
含むことが可能な有機電界発光素子及びそれを用いた光
電子素子において、光を発生する物質層内部において異
方的に光を発生することが可能な少なくとも１つの発光
物質または蛍光物質を含み、かつ発光物質または蛍光物
質を構成する分子の中の光の発生に関与する分子骨格の
遷移双極子モーメントの大部分がその物質が属する層の
中で光の取り出し面の法線方向に対して０度から７０度
の間の角度で分布することを特徴とし、かつ、光を発生
する物質層外部にあって、かつ有機電界発光素子外部へ
の光の取り出し界面との間に第２種の中間層を含み、か
つ物質層から取り出される光の強度分布が該第２種の中
間層を通過した後に拡大していることを特徴とするか、
または、光を発生する物質層外部にあって、かつ有機電
界発光素子外部への光の取り出し界面とは反対の方向に
第３種の中間層を有し、かつ第３種の中間層によって物
質層から第３種中間層側に取り出された光が反射される
ことを特徴とするか、または光を発生する物質層が該有
機電界発光素子外部への光の取り出し界面に対して平行
でない接触面を有する隔壁によって区切られており、か
つ隔壁が発光層を横断する高さにわたって形成されてい
るか、または発光層以外の層または基板に形成されてい
ることを特徴とする有機電界発光素子及びそれを用いた
光電子素子にある。
電荷の注入，輸送することが可能で、該正負の両電荷に
より生成された正孔と電子の再結合により光を発生可能
な有機電界発光素子であり、かつ有機電界発光素子に含
まれる再結合による発光物質または発光物質からの光を
受けて二次的に光を発生させることが可能な蛍光物質を
含むことが可能な有機電界発光素子及びそれを用いた光
電子素子において、光を発生する物質層内部において異
方的に光を発生することが可能な少なくとも１つの発光
物質または蛍光物質を含み、かつ発光物質または蛍光物
質を構成する分子の中の光の発生に関与する分子骨格の
遷移双極子モーメントの大部分がその物質が属する層の
中で光の取り出し面の法線方向に対して０度から７０度
の間の角度で分布することを特徴とし、かつ、光を発生
する物質層外部にあって、かつ有機電界発光素子外部へ
の光の取り出し界面との間に第２種の中間層を含み、か
つ物質層から取り出される光の強度分布が該第２種の中
間層を通過した後に拡大していることを特徴とするか、
または、光を発生する物質層外部にあって、かつ有機電
界発光素子外部への光の取り出し界面とは反対の方向に
第３種の中間層を有し、かつ第３種の中間層によって物
質層から第３種中間層側に取り出された光が反射される
ことを特徴とするか、または光を発生する物質層が該有
機電界発光素子外部への光の取り出し界面に対して平行
でない接触面を有する隔壁によって区切られており、か
つ隔壁が発光層を横断する高さにわたって形成されてい
るか、または発光層以外の層または基板に形成されてい
ることを特徴とする有機電界発光素子及びそれを用いた
光電子素子にある。
【００３６】また、この有機電界発光素子及びそれを用
いた光電子素子において、隔壁が素子膜面内において発
生した偏光方向に平行な方向には形成されているが、偏
光方向に垂直な方向には形成されていないことを特徴と
するというものである。
いた光電子素子において、隔壁が素子膜面内において発
生した偏光方向に平行な方向には形成されているが、偏
光方向に垂直な方向には形成されていないことを特徴と
するというものである。
【００３７】また、この有機電界発光素子及びそれを用
いた光電子素子において、光取り出し面の法線方向に対
して０°方向での輝度の半値を示す方向が４０°以上で
あることを特徴とするというものである。
いた光電子素子において、光取り出し面の法線方向に対
して０°方向での輝度の半値を示す方向が４０°以上で
あることを特徴とするというものである。
【００３８】また、この有機電界発光素子及びそれを用
いた光電子素子において、光を発生する物質層にイオン
性の有機化合物を含むことを特徴とするというものであ
る。
いた光電子素子において、光を発生する物質層にイオン
性の有機化合物を含むことを特徴とするというものであ
る。
【００３９】また、この有機電界発光素子及びそれを用
いた光電子素子において、［化学式１］の有機化合物を
含むことを特徴とするというものである。
いた光電子素子において、［化学式１］の有機化合物を
含むことを特徴とするというものである。
【００４０】
【化１】
【００４１】また、この有機電界発光素子及びそれを用
いた光電子素子において、光を発生する物質層に対して
基板側とは反対側の界面より取り出されることを特徴と
するというものである。
いた光電子素子において、光を発生する物質層に対して
基板側とは反対側の界面より取り出されることを特徴と
するというものである。
【００４２】また、この有機電界発光素子及びそれを用
いた光電子素子において、有機電界発光素子がアモルフ
ァスシリコン薄膜トランジスタまたは多結晶シリコン薄
膜トランジスタを形成した基板上に形成されているか、
または有機薄膜トランジスタを形成した基板上に形成さ
れたことを特徴とするというものである。
いた光電子素子において、有機電界発光素子がアモルフ
ァスシリコン薄膜トランジスタまたは多結晶シリコン薄
膜トランジスタを形成した基板上に形成されているか、
または有機薄膜トランジスタを形成した基板上に形成さ
れたことを特徴とするというものである。
【００４３】また、この有機電界発光素子及びそれを用
いた光電子素子において、有機電界発光素子がアモルフ
ァスシリコン薄膜トランジスタまたは多結晶シリコン薄
膜トランジスタを形成した基板、または有機薄膜トラン
ジスタを形成した基板と別個に形成された後、一体化さ
れたことを特徴とするというものである。
いた光電子素子において、有機電界発光素子がアモルフ
ァスシリコン薄膜トランジスタまたは多結晶シリコン薄
膜トランジスタを形成した基板、または有機薄膜トラン
ジスタを形成した基板と別個に形成された後、一体化さ
れたことを特徴とするというものである。
【００４４】さらに、本発明の一実施態様によれば、上
述した有機電界発光素子及びそれを用いた光電子素子に
おいて、有機電界発光素子が発生する光を左右別々の眼
に偏光の違いによって振り分けて到達させることが可能
な眼鏡を装着した利用者によって鑑賞することが可能な
立体ディスプレイ、該立体ディスプレイを表示させるた
めの映像情報を立体的に撮影し、必要に応じて画像処理
を施した後、記録媒体化、または放送媒体化によって利
用者に到達せしめることを特徴とする立体ディスプレイ
鑑賞システムにある。
述した有機電界発光素子及びそれを用いた光電子素子に
おいて、有機電界発光素子が発生する光を左右別々の眼
に偏光の違いによって振り分けて到達させることが可能
な眼鏡を装着した利用者によって鑑賞することが可能な
立体ディスプレイ、該立体ディスプレイを表示させるた
めの映像情報を立体的に撮影し、必要に応じて画像処理
を施した後、記録媒体化、または放送媒体化によって利
用者に到達せしめることを特徴とする立体ディスプレイ
鑑賞システムにある。
【００４５】さらに、本発明の一実施態様によれば、上
述した有機電界発光素子及びそれを用いた光電子素子に
おいて、有機電界発光素子が発生する光を左右別々の眼
に偏光の違いによって振り分けて到達させることが可能
な眼鏡を装着した利用者によって鑑賞することが可能な
ディスプレイであって、利用者が該眼鏡を装着していな
い状況においては通常の画像を鑑賞できるが、該眼鏡を
装着している時には偏光の違いによって異なる情報を表
示することが可能なように信号が分割されていることを
特徴とする暗号化ディスプレイ鑑賞システムにある。
述した有機電界発光素子及びそれを用いた光電子素子に
おいて、有機電界発光素子が発生する光を左右別々の眼
に偏光の違いによって振り分けて到達させることが可能
な眼鏡を装着した利用者によって鑑賞することが可能な
ディスプレイであって、利用者が該眼鏡を装着していな
い状況においては通常の画像を鑑賞できるが、該眼鏡を
装着している時には偏光の違いによって異なる情報を表
示することが可能なように信号が分割されていることを
特徴とする暗号化ディスプレイ鑑賞システムにある。
【００４６】さらに、本発明の一実施態様によれば、上
述した有機電界発光素子及びそれを用いた光電子素子に
おいて、一つのディスプレイ画面上に部分的に通常のデ
ィスプレイ鑑賞、または立体ディスプレイ鑑賞、または
暗号化ディスプレイ鑑賞が必要に応じて区分させること
が可能であることを特徴とするディスプレイ鑑賞システ
ムにある。
述した有機電界発光素子及びそれを用いた光電子素子に
おいて、一つのディスプレイ画面上に部分的に通常のデ
ィスプレイ鑑賞、または立体ディスプレイ鑑賞、または
暗号化ディスプレイ鑑賞が必要に応じて区分させること
が可能であることを特徴とするディスプレイ鑑賞システ
ムにある。
【００４７】さらに、本発明の一実施態様によれば、上
述した有機電界発光素子及びそれを用いた光電子素子に
おいて、画像の供給者と利用者との間の契約内容に応じ
て、通常のディスプレイ鑑賞、または立体ディスプレイ
鑑賞、または暗号化ディスプレイ鑑賞が選択的に利用可
能であり、画像の供給者側から提供される記録媒体また
は放送媒体は同一であっても、利用者側で解読できるデ
コーダの機能が該選択に応じて切り換え可能であり、ま
たは契約内容に応じてデコーダの選択内容や期間が適宜
変更することが可能であり、該契約内容の契約または変
更、または解約がインターネットを介して適宜該利用者
の該ディスプレイ鑑賞システムの設定状況を制御するこ
とが可能なディスプレイ鑑賞システムサービスにある。
述した有機電界発光素子及びそれを用いた光電子素子に
おいて、画像の供給者と利用者との間の契約内容に応じ
て、通常のディスプレイ鑑賞、または立体ディスプレイ
鑑賞、または暗号化ディスプレイ鑑賞が選択的に利用可
能であり、画像の供給者側から提供される記録媒体また
は放送媒体は同一であっても、利用者側で解読できるデ
コーダの機能が該選択に応じて切り換え可能であり、ま
たは契約内容に応じてデコーダの選択内容や期間が適宜
変更することが可能であり、該契約内容の契約または変
更、または解約がインターネットを介して適宜該利用者
の該ディスプレイ鑑賞システムの設定状況を制御するこ
とが可能なディスプレイ鑑賞システムサービスにある。
【００４８】ここでいう有機電界発光素子とは、有機発
光分子を含む発光層に対して、陽極電極から正孔を、陰
極電極から電子を注入可能であって、該発光層内部で正
孔と電子の再結合によって光を放出することが可能な有
機電界発光素子であり、該発光層は単一層であっても、
または多層であってもよい。また、該発光層は該正孔と
電子の再結合により光を放射する有機発光分子以外に、
該有機発光分子から発生した光を吸収して別の光を発生
することが可能な蛍光物質（または燐光物質）を含んで
いてもよい。また、該発光層は正孔または電子の該発光
層内部での易動度を高めることが可能な正孔輸送物質ま
たは電子輸送物質を含んでいてもよい。また、該発光層
は特定の空間的位置に正孔または電子を補足するまたは
輸送性を低下させるための正孔捕捉物質または電子捕捉
物質を含んでいてもよい。更に、これら有機発光分子，
蛍光物質（または燐光物質），正孔輸送物質，電子輸送
物質，正孔捕捉物質，電子捕捉物質は同一の層に含まれ
ていてもよく、または別個の層に分離されていてもよ
い。複数の層に分離されてこれらの構成物質を含む層が
形成されている場合も、本発明においては一括して発光
層と呼ぶことにする。
光分子を含む発光層に対して、陽極電極から正孔を、陰
極電極から電子を注入可能であって、該発光層内部で正
孔と電子の再結合によって光を放出することが可能な有
機電界発光素子であり、該発光層は単一層であっても、
または多層であってもよい。また、該発光層は該正孔と
電子の再結合により光を放射する有機発光分子以外に、
該有機発光分子から発生した光を吸収して別の光を発生
することが可能な蛍光物質（または燐光物質）を含んで
いてもよい。また、該発光層は正孔または電子の該発光
層内部での易動度を高めることが可能な正孔輸送物質ま
たは電子輸送物質を含んでいてもよい。また、該発光層
は特定の空間的位置に正孔または電子を補足するまたは
輸送性を低下させるための正孔捕捉物質または電子捕捉
物質を含んでいてもよい。更に、これら有機発光分子，
蛍光物質（または燐光物質），正孔輸送物質，電子輸送
物質，正孔捕捉物質，電子捕捉物質は同一の層に含まれ
ていてもよく、または別個の層に分離されていてもよ
い。複数の層に分離されてこれらの構成物質を含む層が
形成されている場合も、本発明においては一括して発光
層と呼ぶことにする。
【００４９】また、本発明の該発光層と、該発光層に正
孔または電子を注入する該陽極または該陰極との間に
は、正孔または電子の注入効率を向上させるための正孔
注入層または電子注入層を設けていてもよい。
孔または電子を注入する該陽極または該陰極との間に
は、正孔または電子の注入効率を向上させるための正孔
注入層または電子注入層を設けていてもよい。
【００５０】また、該発光層や、陽極，陰極，正孔注入
層，電子注入層を保持するための基板を設けていてもよ
く、それら以外の中間層を適宜設けていてもよい。その
ような中間層としては光の反射特性を変調するための反
射鏡や部分透過鏡，特定光を透過するフィルタ，光の出
射タイミングを調整する光スイッチ，光の位相特性を調
整するために波長板，光の出射方向を拡散するための拡
散板，素子を構成する物質の外部光や熱，酸素，水分等
による劣化を防ぐための保護膜、等が挙げられる。これ
ら中間層は該発光層，陽極，陰極，正孔注入層，電子注
入層，基板との間、またはその外部に素子特性を著しく
劣化させないような仕様で適宜設けることができる。特
に、該有機電界発光素子から外部に光が取り出される最
表面にあたる層を取り出し最表層と呼ぶことにする。
層，電子注入層を保持するための基板を設けていてもよ
く、それら以外の中間層を適宜設けていてもよい。その
ような中間層としては光の反射特性を変調するための反
射鏡や部分透過鏡，特定光を透過するフィルタ，光の出
射タイミングを調整する光スイッチ，光の位相特性を調
整するために波長板，光の出射方向を拡散するための拡
散板，素子を構成する物質の外部光や熱，酸素，水分等
による劣化を防ぐための保護膜、等が挙げられる。これ
ら中間層は該発光層，陽極，陰極，正孔注入層，電子注
入層，基板との間、またはその外部に素子特性を著しく
劣化させないような仕様で適宜設けることができる。特
に、該有機電界発光素子から外部に光が取り出される最
表面にあたる層を取り出し最表層と呼ぶことにする。
【００５１】また、本発明で言うところの遷移双極子モ
ーメントとは、分子の光による電気双極子遷移を構成す
る遷移双極子行列要素のうち、非対角要素である遷移モ
ーメントのことを示し、その絶対値は振動子強度に比例
し、その方向は光の放射方向や偏光方向を規定してい
る。より具体的に言うと（応用物理学会編『応用物理用
語大事典』、オーム社，１９９８年）、電気双極子とは
ある距離だけ隔たった位置にある異符号の電荷の対を示
し、遷移双極子行列要素とは、双極子放射を伴う量子状
態間の遷移確率を計算する時に現れる量で、演算子とし
ての双極子モーメントｐの始状態ψiと終状態ψfの行列
要素Ｐfi＝＜ψf｜ｐ｜ψi＞のことを示すが、このうち
始状態と終状態が異なる電子状態間の遷移（つまり、ψ
i≠ψf）を遷移モーメントという。この時、電子の質量
をｍ0 、電子状態間の遷移エネルギの振動数をωfi、プ
ランク定数を２πで割ったものをηとすると、振動子強
度は
ーメントとは、分子の光による電気双極子遷移を構成す
る遷移双極子行列要素のうち、非対角要素である遷移モ
ーメントのことを示し、その絶対値は振動子強度に比例
し、その方向は光の放射方向や偏光方向を規定してい
る。より具体的に言うと（応用物理学会編『応用物理用
語大事典』、オーム社，１９９８年）、電気双極子とは
ある距離だけ隔たった位置にある異符号の電荷の対を示
し、遷移双極子行列要素とは、双極子放射を伴う量子状
態間の遷移確率を計算する時に現れる量で、演算子とし
ての双極子モーメントｐの始状態ψiと終状態ψfの行列
要素Ｐfi＝＜ψf｜ｐ｜ψi＞のことを示すが、このうち
始状態と終状態が異なる電子状態間の遷移（つまり、ψ
i≠ψf）を遷移モーメントという。この時、電子の質量
をｍ0 、電子状態間の遷移エネルギの振動数をωfi、プ
ランク定数を２πで割ったものをηとすると、振動子強
度は
【００５２】で表される。
【００５３】また、本発明に用いることが可能な電界発
光材料としては、各種金属錯体型発光材料（配位子とし
て８−キノリノール，ベンゾオキサゾール，アゾメチ
ン，フラボン等。中心金属としてはＡｌ，Ｂｅ，Ｚｎ，
Ｇａ，Ｅｕ，Ｒｕ，Ｐｔ等）や蛍光色素系発光材料（オ
キサジアゾール，ピラゾリン，ジスチリルアリレーン，
シクロペンタジエン，テトラフェニルブタジエン，ビス
スチリルアントラセン，ペリレン，フェナントレン，オ
リゴチオフェン，ピラゾロキノリン，チアジアゾロピリ
ジン，層状ペロプスカイト，ｐ−セキシフェニル，スピ
ロ化合物等）を用いることができる。あるいは各種高分
子材料（ポリフェニレンビニレン，ポリビニルカルバゾ
ール，ポリフルオレン、等）を発光材料としたり、また
は非発光性の高分子材料（ポリエチレン，ポリスチレ
ン，ポリオキシエチレン，ポリビニルアルコール，ポリ
メタクリル酸メチル，ポリアクリル酸メチル，ポリイソ
プレン，ポリイミド，ポリカーボネート等）をマトリッ
クスとして、各種発光材料または蛍光材料を混合したり
共重合したりすることも可能である。また、各種有機正
孔または電子輸送材料（トリフェニルアミン、等）を介
在させることもできる。更には、各種正孔または電子注
入層（例えばＬｉ，Ｃａ，Ｍｇ，Ｃｓ，ＣｕＰｃ等）を
介在させることも可能であり、素子構成に合わせて適宜
材料を選ぶことができる。これら各種の有機電界発光材
料の中でも、特にその分子構造の中に、異方的に発光可
能な発光の大きな遷移双極子モーメントを持つ有機化合
物であることが望ましく、またそのような発光に関わる
遷移双極子モーメントを持つ分子骨格部分自身、または
該分子骨格部分以外の分子の一部に分子または分子骨格
の一部の配向状態を制御することを容易ならしめるよう
な分子構造を有することが望ましい。
光材料としては、各種金属錯体型発光材料（配位子とし
て８−キノリノール，ベンゾオキサゾール，アゾメチ
ン，フラボン等。中心金属としてはＡｌ，Ｂｅ，Ｚｎ，
Ｇａ，Ｅｕ，Ｒｕ，Ｐｔ等）や蛍光色素系発光材料（オ
キサジアゾール，ピラゾリン，ジスチリルアリレーン，
シクロペンタジエン，テトラフェニルブタジエン，ビス
スチリルアントラセン，ペリレン，フェナントレン，オ
リゴチオフェン，ピラゾロキノリン，チアジアゾロピリ
ジン，層状ペロプスカイト，ｐ−セキシフェニル，スピ
ロ化合物等）を用いることができる。あるいは各種高分
子材料（ポリフェニレンビニレン，ポリビニルカルバゾ
ール，ポリフルオレン、等）を発光材料としたり、また
は非発光性の高分子材料（ポリエチレン，ポリスチレ
ン，ポリオキシエチレン，ポリビニルアルコール，ポリ
メタクリル酸メチル，ポリアクリル酸メチル，ポリイソ
プレン，ポリイミド，ポリカーボネート等）をマトリッ
クスとして、各種発光材料または蛍光材料を混合したり
共重合したりすることも可能である。また、各種有機正
孔または電子輸送材料（トリフェニルアミン、等）を介
在させることもできる。更には、各種正孔または電子注
入層（例えばＬｉ，Ｃａ，Ｍｇ，Ｃｓ，ＣｕＰｃ等）を
介在させることも可能であり、素子構成に合わせて適宜
材料を選ぶことができる。これら各種の有機電界発光材
料の中でも、特にその分子構造の中に、異方的に発光可
能な発光の大きな遷移双極子モーメントを持つ有機化合
物であることが望ましく、またそのような発光に関わる
遷移双極子モーメントを持つ分子骨格部分自身、または
該分子骨格部分以外の分子の一部に分子または分子骨格
の一部の配向状態を制御することを容易ならしめるよう
な分子構造を有することが望ましい。
【００５４】本発明の有機電界発光素子を作成する手段
としては、各種薄膜形成技術、例えばスピンコート法，
塗布法，キャスト法，スパッタ法，真空蒸着法，分子線
蒸着法，液相エピタキシャル法，原子層エピタキシャル
法，ロール法，スクリーン印刷法，インクジェット法，
電界重合法，ラビング法，吹き付け法，水面展開法，ラ
ングミュア・ブロジェット膜法、等を用いることができ
る。また、該発光に関わる遷移双極子モーメントを所望
の方位に配向を制御させる手段としては、製膜時の遠心
力を利用したスピンコート法やその回転軸周りに基板を
回す軸性スピンコート法，特定方向への吹き付けまたは
基板の高速移動または回転法，引き上げ法，射出法，ロ
ール延伸法、等、製膜過程の中で特定方向に所定の遷移
双極子モーメントを含む分子骨格部分もしくはそれ以外
の配向規制力が大きな分子骨格部分が配向することが可
能な製膜過程の中で同時に配向化させる方法や、薄膜形
成後のスピンコート法やラビング法、或いは電場印加法
や磁場印加法，光配向法，熱アニ−ル法等製膜後に配向
化させる方法を用いることができる。また、これら製膜
中または製膜後の配向化を促進させるために、基板自身
に配向規制力を有するような結晶性基板や、配向膜塗布
基板，物理的または化学的な表面処理を施した基板等を
用いることができる。また、このような配向処理に適し
た化合物中の分子骨格としては、配向処理過程で液晶性
を示すものが望ましく、配向処理を施した後に、試料温
度のガラス転移温度以下への冷却や、光や熱等による反
応により分子間に新たな化学結合を形成することによ
り、その配向状態を固定することも有効である。
としては、各種薄膜形成技術、例えばスピンコート法，
塗布法，キャスト法，スパッタ法，真空蒸着法，分子線
蒸着法，液相エピタキシャル法，原子層エピタキシャル
法，ロール法，スクリーン印刷法，インクジェット法，
電界重合法，ラビング法，吹き付け法，水面展開法，ラ
ングミュア・ブロジェット膜法、等を用いることができ
る。また、該発光に関わる遷移双極子モーメントを所望
の方位に配向を制御させる手段としては、製膜時の遠心
力を利用したスピンコート法やその回転軸周りに基板を
回す軸性スピンコート法，特定方向への吹き付けまたは
基板の高速移動または回転法，引き上げ法，射出法，ロ
ール延伸法、等、製膜過程の中で特定方向に所定の遷移
双極子モーメントを含む分子骨格部分もしくはそれ以外
の配向規制力が大きな分子骨格部分が配向することが可
能な製膜過程の中で同時に配向化させる方法や、薄膜形
成後のスピンコート法やラビング法、或いは電場印加法
や磁場印加法，光配向法，熱アニ−ル法等製膜後に配向
化させる方法を用いることができる。また、これら製膜
中または製膜後の配向化を促進させるために、基板自身
に配向規制力を有するような結晶性基板や、配向膜塗布
基板，物理的または化学的な表面処理を施した基板等を
用いることができる。また、このような配向処理に適し
た化合物中の分子骨格としては、配向処理過程で液晶性
を示すものが望ましく、配向処理を施した後に、試料温
度のガラス転移温度以下への冷却や、光や熱等による反
応により分子間に新たな化学結合を形成することによ
り、その配向状態を固定することも有効である。
【００５５】また、基板にはガラス，シリコン，ガリウ
ム砒素、等の無機物質からなる基板や、ポリカーボネー
ト，ポリエチレン，ポリスチレン，ポリプロピレン，ポ
リメタクリル酸メチル、等の有機物質からなる基板、或
いは両者を複合化させた基板を用いることができる。こ
れら基板はその母材からの切り出し研磨，射出成形等の
手法によって形成することができ、その過程で、基板内
部または表面に本発明の隔壁や第２種，第３種、或いは
第４種の中間層を形成することができ、しかる後に目的
とする有機電界発光層を形成することも可能である。ま
た、発光状態を制御するために薄膜トランジスタを形成
した基板を用いることも可能であり、係る薄膜トランジ
スタを形成した基板上に有機電界発光層を形成したり、
或いは薄膜トランジスタを形成した基板と有機電界発光
層を形成した基板とをそれぞれ別々に形成した後に、両
者を接合させることによって一体化させることも可能で
ある。
ム砒素、等の無機物質からなる基板や、ポリカーボネー
ト，ポリエチレン，ポリスチレン，ポリプロピレン，ポ
リメタクリル酸メチル、等の有機物質からなる基板、或
いは両者を複合化させた基板を用いることができる。こ
れら基板はその母材からの切り出し研磨，射出成形等の
手法によって形成することができ、その過程で、基板内
部または表面に本発明の隔壁や第２種，第３種、或いは
第４種の中間層を形成することができ、しかる後に目的
とする有機電界発光層を形成することも可能である。ま
た、発光状態を制御するために薄膜トランジスタを形成
した基板を用いることも可能であり、係る薄膜トランジ
スタを形成した基板上に有機電界発光層を形成したり、
或いは薄膜トランジスタを形成した基板と有機電界発光
層を形成した基板とをそれぞれ別々に形成した後に、両
者を接合させることによって一体化させることも可能で
ある。
【００５６】また、本発明の有機電界発光素子は、その
素子形成の過程で、必要とする光学的素子構造を作製す
るために、各種精密加工技術を用いることができる。例
えば、精密ダイアモンド切断加工，レーザ加工，エッチ
ング加工，フォトリソグラフィ，反応性イオンエッチン
グ，集束イオンビームエッチング、等が挙げられる。ま
た、あらかじめ加工された有機電界発光素子を複数個配
列させたり、多層化したり、またはその間を光導波路で
結合したり、またはその状態で封止したりすることもで
きる。
素子形成の過程で、必要とする光学的素子構造を作製す
るために、各種精密加工技術を用いることができる。例
えば、精密ダイアモンド切断加工，レーザ加工，エッチ
ング加工，フォトリソグラフィ，反応性イオンエッチン
グ，集束イオンビームエッチング、等が挙げられる。ま
た、あらかじめ加工された有機電界発光素子を複数個配
列させたり、多層化したり、またはその間を光導波路で
結合したり、またはその状態で封止したりすることもで
きる。
【００５７】また、素子を不活性ガスまたは不活性液体
を充填させた容器に保存することをも可能である。更に
その動作環境を調整するための冷却または加熱機構を共
存させることもできる。容器に用いることができる素材
としては銅，銀，ステンレス，アルミニウム，真鍮，
鉄，クロム等の各種金属やその合金、或いはポリエチレ
ンやポリスチレン等の高分子材料等にこれら金属を分散
させた複合材料，セラミック材料等を用いることができ
る。また、断熱層には発泡スチロール，多孔質セラミッ
クス，ガラス繊維シート，紙等を用いることができる。
特に、結露を防止するためのコーティングを行うことも
可能である。また、内部に充填する不活性液体として
は、水，重水，アルコール，低融点ワックス，水銀、等
の液体やその混合物を用いることができる。また、内部
に充填する不活性ガスとしては、ヘリウム，アルゴン，
窒素、等を挙げることができる。また、容器内部の湿度
低減のために、乾燥剤を入れることも可能である。
を充填させた容器に保存することをも可能である。更に
その動作環境を調整するための冷却または加熱機構を共
存させることもできる。容器に用いることができる素材
としては銅，銀，ステンレス，アルミニウム，真鍮，
鉄，クロム等の各種金属やその合金、或いはポリエチレ
ンやポリスチレン等の高分子材料等にこれら金属を分散
させた複合材料，セラミック材料等を用いることができ
る。また、断熱層には発泡スチロール，多孔質セラミッ
クス，ガラス繊維シート，紙等を用いることができる。
特に、結露を防止するためのコーティングを行うことも
可能である。また、内部に充填する不活性液体として
は、水，重水，アルコール，低融点ワックス，水銀、等
の液体やその混合物を用いることができる。また、内部
に充填する不活性ガスとしては、ヘリウム，アルゴン，
窒素、等を挙げることができる。また、容器内部の湿度
低減のために、乾燥剤を入れることも可能である。
【００５８】また、本発明の有機電界発光素子は、製品
の形成後に、外観，特性の向上や長寿命化のための処理
を行ってもよい。こうした後処理としては、熱アニ−リ
ング，放射線照射，電子線照射，光照射，電波照射，磁
力線照射，超音波照射等が挙げられる。更に、該有機電
界発光素子を各種の複合化、例えば接着，融着，電着，
蒸着，圧着，染着，溶融成形，混練，プレス成形，塗工
等、その用途または目的に応じた手段を用いて複合化さ
せることができる。
の形成後に、外観，特性の向上や長寿命化のための処理
を行ってもよい。こうした後処理としては、熱アニ−リ
ング，放射線照射，電子線照射，光照射，電波照射，磁
力線照射，超音波照射等が挙げられる。更に、該有機電
界発光素子を各種の複合化、例えば接着，融着，電着，
蒸着，圧着，染着，溶融成形，混練，プレス成形，塗工
等、その用途または目的に応じた手段を用いて複合化さ
せることができる。
【００５９】また、本発明の有機電界発光素子は駆動さ
せるための電子回路と近接させて高密度実装させること
も可能であり、外部との信号の授受のインターフェース
やアンテナ等と一体化することもできる。
せるための電子回路と近接させて高密度実装させること
も可能であり、外部との信号の授受のインターフェース
やアンテナ等と一体化することもできる。
【００６０】
【発明の実施の形態】次に、本発明に係る有機電界発光
素子の実施例について、図面もしくは表を用いて説明す
る。 （実施例１）まず最初に、本発明の基本となる有機電界
発光素子に含まれる発光分子または発光分子からの光を
受けて２次的に光を放出する蛍光分子発光特性を求める
べき素子の設計指針について説明する。
素子の実施例について、図面もしくは表を用いて説明す
る。 （実施例１）まず最初に、本発明の基本となる有機電界
発光素子に含まれる発光分子または発光分子からの光を
受けて２次的に光を放出する蛍光分子発光特性を求める
べき素子の設計指針について説明する。
【００６１】本発明の有機電界発光素子においては、そ
の素子設計の基準として、次のような点を最も重要なも
のとして明確化している。すなわち、正負の両電荷の注
入，輸送することが可能で、該正負の両電荷により生成
された正孔と電子の再結合により光を発生可能な有機電
界発光素子であり、かつ該有機電界発光素子に含まれる
再結合による発光物質または該発光物質からの光を受け
て二次的に光を発生させることが可能な蛍光物質を含む
ことが可能であり、かつ該光を発生する物質層内部にお
いて異方的に光を発生する有機電界発光素子及びそれを
用いた光電子素子において、少なくとも１つの発光物質
または蛍光物質の該光の発生に関与する遷移双極子モー
メントがその物質が属する層の中で光の取り出し面の法
線方向に対して０度から４５度の間の角度で分布するこ
とを特徴とする有機電界発光素子及びそれを用いた光電
子素子であることがその基本となる。このことを、以下
図表を用いて詳細に説明する。
の素子設計の基準として、次のような点を最も重要なも
のとして明確化している。すなわち、正負の両電荷の注
入，輸送することが可能で、該正負の両電荷により生成
された正孔と電子の再結合により光を発生可能な有機電
界発光素子であり、かつ該有機電界発光素子に含まれる
再結合による発光物質または該発光物質からの光を受け
て二次的に光を発生させることが可能な蛍光物質を含む
ことが可能であり、かつ該光を発生する物質層内部にお
いて異方的に光を発生する有機電界発光素子及びそれを
用いた光電子素子において、少なくとも１つの発光物質
または蛍光物質の該光の発生に関与する遷移双極子モー
メントがその物質が属する層の中で光の取り出し面の法
線方向に対して０度から４５度の間の角度で分布するこ
とを特徴とする有機電界発光素子及びそれを用いた光電
子素子であることがその基本となる。このことを、以下
図表を用いて詳細に説明する。
【００６２】図１には本発明の有機電界発光素子の基本
的素子構造を示した。
的素子構造を示した。
【００６３】図１の（ａ）においては、透明基板（７）
上に形成された配向発光層（４）からの光を基板側へ取
り出す場合の素子構造を示しており、具体的には透明基
板（７）上に透明陽極（６），正孔注入層（５），配向
発光層（４）が順次積層されており、その上に更に電子
注入層（３），陰極（２），保護層（１）が形成されて
おり、また透明基板（７）の下には取り出し最表層
（８）が形成されている。この中で陽極からの正孔，陰
極からの電子の注入，再結合により光を発生する発光層
（４）は厚さが１０ｎｍ以上であることが望ましく、有
機発光分子が含まれる薄膜層となっている。
上に形成された配向発光層（４）からの光を基板側へ取
り出す場合の素子構造を示しており、具体的には透明基
板（７）上に透明陽極（６），正孔注入層（５），配向
発光層（４）が順次積層されており、その上に更に電子
注入層（３），陰極（２），保護層（１）が形成されて
おり、また透明基板（７）の下には取り出し最表層
（８）が形成されている。この中で陽極からの正孔，陰
極からの電子の注入，再結合により光を発生する発光層
（４）は厚さが１０ｎｍ以上であることが望ましく、有
機発光分子が含まれる薄膜層となっている。
【００６４】また、図１の（ｂ）においては、特に光の
透過性を持たない基板（１５）上に形成された配向発光
層（１２）からの光を基板側とは反対側に取り出す場合
の素子構造を示しており、具体的には基板（１５）上
に、陰極（１４），電子注入層（１３），配向発光層
（１２），正孔注入層（１１），透明陽極（１０），取
り出し最表層（９）が順次積層されている。この中で陽
極からの正孔，陰極からの電子の注入，再結合により光
を発生する発光層（４）は厚さが１０ｎｍ以上であるこ
とが望ましく、有機発光分子が含まれる薄膜層となって
いる。この場合は保護層（１）の機能を取り出し最表層
（９）が兼備しているために、保護層は省略されてい
る。また、陰極（２）は反射鏡の役割も兼備している。
透過性を持たない基板（１５）上に形成された配向発光
層（１２）からの光を基板側とは反対側に取り出す場合
の素子構造を示しており、具体的には基板（１５）上
に、陰極（１４），電子注入層（１３），配向発光層
（１２），正孔注入層（１１），透明陽極（１０），取
り出し最表層（９）が順次積層されている。この中で陽
極からの正孔，陰極からの電子の注入，再結合により光
を発生する発光層（４）は厚さが１０ｎｍ以上であるこ
とが望ましく、有機発光分子が含まれる薄膜層となって
いる。この場合は保護層（１）の機能を取り出し最表層
（９）が兼備しているために、保護層は省略されてい
る。また、陰極（２）は反射鏡の役割も兼備している。
【００６５】また、図１の（ａ）及び（ｂ）の場合にお
いて、陰極／電子注入層／発光層／正孔注入層／陽極の
積層順序を逆にしてもよい。但し、その場合には取り出
し最表層側の陰極または陽極が透明なものになるように
材質を変更させる必要があり、またその反対側の陽極ま
たは陰極が反射鏡の役割を兼備するものに材質を変更さ
せる必要がある。
いて、陰極／電子注入層／発光層／正孔注入層／陽極の
積層順序を逆にしてもよい。但し、その場合には取り出
し最表層側の陰極または陽極が透明なものになるように
材質を変更させる必要があり、またその反対側の陽極ま
たは陰極が反射鏡の役割を兼備するものに材質を変更さ
せる必要がある。
【００６６】これらの基本構成に対して、本発明では該
有機発光分子の該発光に関わる遷移双極子モーメントの
方位と該有機電界発光素子の光取り出し面の法線方向と
の角度関係と、関連する層の厚みとの間に、以下に示す
ような関係が成り立つように寸法設計されていることが
重要である。図２にはその説明のための該有機発光分子
と光取り出し面との方位関係を示した。その内、図２の
（ａ）には該有機発光分子（１６）の遷移双極子モーメ
ント（１７）と分子軸との方位関係を示しており、図２
の（ｂ）には該有機発光分子（１６′）やその遷移双極
子モーメント（１７′）と該有機電界発光素子（１８）
の光取り出し面の法線方向との角度関係の定義を示して
いる。
有機発光分子の該発光に関わる遷移双極子モーメントの
方位と該有機電界発光素子の光取り出し面の法線方向と
の角度関係と、関連する層の厚みとの間に、以下に示す
ような関係が成り立つように寸法設計されていることが
重要である。図２にはその説明のための該有機発光分子
と光取り出し面との方位関係を示した。その内、図２の
（ａ）には該有機発光分子（１６）の遷移双極子モーメ
ント（１７）と分子軸との方位関係を示しており、図２
の（ｂ）には該有機発光分子（１６′）やその遷移双極
子モーメント（１７′）と該有機電界発光素子（１８）
の光取り出し面の法線方向との角度関係の定義を示して
いる。
【００６７】図２の（ａ）に示すように一般に有機発光
分子の構造上の方位軸をＭｘ，Ｍｙ，Ｍｚとすると、そ
の方位軸は発光層中の分子構造によって一義的に定める
ことができる。（この場合、固体有機薄膜中における置
換基の内部回転等は無視するものとする。）これに対し
て、発光に関わる遷移双極子モーメントはどの発光準位
を用いるかによってその方向が変化する。従って、一般
にどの発光準位を利用するかによって、該有機電界発光
素子の最適な分子配向状態は変化するため、該発光素子
の設計にはこの遷移双極子モーメントの方向に関して規
定することが必要である。ここでは、着目する発光の遷
移双極子モーメントの方向をＤｘ軸とし、Ｄｘ軸に垂直
で光が最も強く放射される方向をＤｚ軸とし、Ｄｘ軸と
Ｄｚ軸に垂直な方向の左手系の残りの軸をＤｙ軸として
定める。また、該発光分子の分子長軸方向をＭｘ，分子
短軸方向をＭｙとし、Ｍｘ軸とＭｙ軸に垂直な方向の左
手系の残りの軸をＭｙ軸とする（対象な分子の場合は長
軸，短軸が定まらない場合もあるが、その場合は特徴的
な対称軸を主軸に選ぶとよい。）このように定めると、
着目する励起状態の選択によって該発光分子から放出さ
れる光の発光スペクトルや放射方向を変調させることが
できるが、各選択された励起状態に対応した最適な分子
配向方向を定めることが可能となる。
分子の構造上の方位軸をＭｘ，Ｍｙ，Ｍｚとすると、そ
の方位軸は発光層中の分子構造によって一義的に定める
ことができる。（この場合、固体有機薄膜中における置
換基の内部回転等は無視するものとする。）これに対し
て、発光に関わる遷移双極子モーメントはどの発光準位
を用いるかによってその方向が変化する。従って、一般
にどの発光準位を利用するかによって、該有機電界発光
素子の最適な分子配向状態は変化するため、該発光素子
の設計にはこの遷移双極子モーメントの方向に関して規
定することが必要である。ここでは、着目する発光の遷
移双極子モーメントの方向をＤｘ軸とし、Ｄｘ軸に垂直
で光が最も強く放射される方向をＤｚ軸とし、Ｄｘ軸と
Ｄｚ軸に垂直な方向の左手系の残りの軸をＤｙ軸として
定める。また、該発光分子の分子長軸方向をＭｘ，分子
短軸方向をＭｙとし、Ｍｘ軸とＭｙ軸に垂直な方向の左
手系の残りの軸をＭｙ軸とする（対象な分子の場合は長
軸，短軸が定まらない場合もあるが、その場合は特徴的
な対称軸を主軸に選ぶとよい。）このように定めると、
着目する励起状態の選択によって該発光分子から放出さ
れる光の発光スペクトルや放射方向を変調させることが
できるが、各選択された励起状態に対応した最適な分子
配向方向を定めることが可能となる。
【００６８】図２の（ｂ）に示すように、有機電界発光
素子（１８）中に一つの有機発光分子(１６′)が含まれ
る場合を最初に検討する。ここで、有機電界発光素子
(１８)の光の取り出し面を上面とし、その法線方向をＳ
ｚ軸、該光取り出し面内にあって該遷移双極子モーメン
トの方向（すなわちＤｘ軸）を正射影した方向をＳｘ軸
とし、Ｓｚ軸及びＳｘ軸に垂直な方向の左手系の残りの
軸をＳｙ軸とする。このように分子構造，遷移双極子モ
ーメント，有機電界発光素子の各座標軸を定めることに
する。ここで、最も効率的な素子構成の設計にとって
は、最初に電界発光により光を放出する該遷移双極子モ
ーメントである。この法線方向Ｄｚ軸と素子の取り出し
面の法線方向Ｓｚ軸との為す角をθ1 とし、実際に素子
外部に放出される光線と取り出し面の法線Ｓｚとが為す
角をθとする。このような分子配向時にどのようにして
素子外部に光が取り出されるかについて以下に定量的に
説明し、その最適な配向方向について説明する。
素子（１８）中に一つの有機発光分子(１６′)が含まれ
る場合を最初に検討する。ここで、有機電界発光素子
(１８)の光の取り出し面を上面とし、その法線方向をＳ
ｚ軸、該光取り出し面内にあって該遷移双極子モーメン
トの方向（すなわちＤｘ軸）を正射影した方向をＳｘ軸
とし、Ｓｚ軸及びＳｘ軸に垂直な方向の左手系の残りの
軸をＳｙ軸とする。このように分子構造，遷移双極子モ
ーメント，有機電界発光素子の各座標軸を定めることに
する。ここで、最も効率的な素子構成の設計にとって
は、最初に電界発光により光を放出する該遷移双極子モ
ーメントである。この法線方向Ｄｚ軸と素子の取り出し
面の法線方向Ｓｚ軸との為す角をθ1 とし、実際に素子
外部に放出される光線と取り出し面の法線Ｓｚとが為す
角をθとする。このような分子配向時にどのようにして
素子外部に光が取り出されるかについて以下に定量的に
説明し、その最適な配向方向について説明する。
【００６９】分子単体の１つの遷移双極子モーメントか
ら放出される光（電磁場）は近似的に励起状態において
形成される電子分極の調和振動子が与える遷移双極子モ
ーメント方向に偏光した電磁場として表される。文献
(P. Meystre and M. SargentIII, “Elements of quant
um optics”， 2nd ed., Springer-Verlag, Berlin,199
1, ISBN 3-540-54190-X; Sec.1-3 Linear Dipole Oscil
lator）によれば、そのように放出される光（電磁場）
のpoynting vector Ｓは次式ので与えられる。
ら放出される光（電磁場）は近似的に励起状態において
形成される電子分極の調和振動子が与える遷移双極子モ
ーメント方向に偏光した電磁場として表される。文献
(P. Meystre and M. SargentIII, “Elements of quant
um optics”， 2nd ed., Springer-Verlag, Berlin,199
1, ISBN 3-540-54190-X; Sec.1-3 Linear Dipole Oscil
lator）によれば、そのように放出される光（電磁場）
のpoynting vector Ｓは次式ので与えられる。
【００７０】ここで、ε0 は真空の誘電率、ｃは真空中
の光速、Ｒは中心からの距離、ｅは素電荷、νは光の振
動数、θは調和振動子の法線軸からの角度、ｎは放射方
向の単位ベクトルを示す。このことは、調和振動子の発
光パターンがcos2θに比例することを示している。物質
固有の比例係数をｋとするとq方向の光強度Ｋ(θ)は Ｋ(θ)＝ｋcos2θ で与えられる。あらかじめ発光層内での１分子が与える
全光量Ｆtotalとの関係を求めておくと、
の光速、Ｒは中心からの距離、ｅは素電荷、νは光の振
動数、θは調和振動子の法線軸からの角度、ｎは放射方
向の単位ベクトルを示す。このことは、調和振動子の発
光パターンがcos2θに比例することを示している。物質
固有の比例係数をｋとするとq方向の光強度Ｋ(θ)は Ｋ(θ)＝ｋcos2θ で与えられる。あらかじめ発光層内での１分子が与える
全光量Ｆtotalとの関係を求めておくと、
【００７１】これから、光強度Ｋ(θ)の定義式より定数
ｋを消去して、
ｋを消去して、
【００７２】図３には全光量を規格化した時の１分子が
発光層内部で与える発光光量の光の出射方向依存性を示
した。但し、ここでは１つの遷移双極子モーメントに対
して上下対象に同じ発光を与えることから、その片側か
らの発光パターンのみを記載した。ここでは、分子の遷
移双極子モーメントの傾き角θ1 を０°（遷移双極子モ
ーメントが素子取り出し面に平行）から９０°（遷移双
極子モーメントが素子取り出し面に垂直）まで、徐々に
変化させた時の角度θ方向への相対光量を示しており、
全光量（すなわち各グラフの全角度にわたる積分値）は
すべて同じである。（実際には反対側へも同じ発光パタ
ーンの光が放出されるが、本実施例においては該有機電
界発光素子においては反射鏡の役割も果たす電極を対向
面に有しているため、この光も反射されて同様に放出さ
れるが、ここでは簡便のため片側への発光パターンのみ
について記載する。）まずθ1＝０° の時、遷移双極子
モーメントは光取り出し面と平行となり、θ＝０°の方
向が最大となり、θ＝９０°の方向が０となるようなco
s2θ依存性を与える。次に、該発光分子の配向が変化し
て０°＜θ1＜９０° の時、Ｄｘの方向としては＋θ1
と−θ1 があるので、［cos2(＋θ1＋θ)＋cos2(−θ1
＋θ)］／２依存性を持ち、θ＝０°の強度が低下し、
θ＝９０°の方向の強度が増加する。θ1＝４５° の時
は全θについて同じ相対光量となる。更にθ1 が増加す
ると、θ＝０°の強度とθ＝９０°の強度が反転し、θ
1＝９０° でθ＝０°の方向が０となり、θ＝９０°の
方向が最大となる。このように発光層内部での分子の遷
移双極子モーメント与える発光パターンがその配向方向
θ1 によって一義的に求めることができた。
発光層内部で与える発光光量の光の出射方向依存性を示
した。但し、ここでは１つの遷移双極子モーメントに対
して上下対象に同じ発光を与えることから、その片側か
らの発光パターンのみを記載した。ここでは、分子の遷
移双極子モーメントの傾き角θ1 を０°（遷移双極子モ
ーメントが素子取り出し面に平行）から９０°（遷移双
極子モーメントが素子取り出し面に垂直）まで、徐々に
変化させた時の角度θ方向への相対光量を示しており、
全光量（すなわち各グラフの全角度にわたる積分値）は
すべて同じである。（実際には反対側へも同じ発光パタ
ーンの光が放出されるが、本実施例においては該有機電
界発光素子においては反射鏡の役割も果たす電極を対向
面に有しているため、この光も反射されて同様に放出さ
れるが、ここでは簡便のため片側への発光パターンのみ
について記載する。）まずθ1＝０° の時、遷移双極子
モーメントは光取り出し面と平行となり、θ＝０°の方
向が最大となり、θ＝９０°の方向が０となるようなco
s2θ依存性を与える。次に、該発光分子の配向が変化し
て０°＜θ1＜９０° の時、Ｄｘの方向としては＋θ1
と−θ1 があるので、［cos2(＋θ1＋θ)＋cos2(−θ1
＋θ)］／２依存性を持ち、θ＝０°の強度が低下し、
θ＝９０°の方向の強度が増加する。θ1＝４５° の時
は全θについて同じ相対光量となる。更にθ1 が増加す
ると、θ＝０°の強度とθ＝９０°の強度が反転し、θ
1＝９０° でθ＝０°の方向が０となり、θ＝９０°の
方向が最大となる。このように発光層内部での分子の遷
移双極子モーメント与える発光パターンがその配向方向
θ1 によって一義的に求めることができた。
【００７３】次に、このような発光層から発光層外部に
光が取り出された時の発光パターンを求めてみることに
する。図４の（ａ）には発光層（１９）内部から取り出
し面に対して角度θinで入射した光が角度θout で放出
された場合の光路を示した。発光層内部の屈折率を
ｎin、外部の屈折率をｎout とする。遷移双極子モーメ
ントの方向Ｄｘに偏光した光が放出されることから、ｐ
偏光に対する界面での透過率の依存性を求めると、文献
（辻内順平著，「光学概論Ｉ」，理工学基礎講座１１，
朝倉書店，１９７９年、第２５〜３２頁）から、
光が取り出された時の発光パターンを求めてみることに
する。図４の（ａ）には発光層（１９）内部から取り出
し面に対して角度θinで入射した光が角度θout で放出
された場合の光路を示した。発光層内部の屈折率を
ｎin、外部の屈折率をｎout とする。遷移双極子モーメ
ントの方向Ｄｘに偏光した光が放出されることから、ｐ
偏光に対する界面での透過率の依存性を求めると、文献
（辻内順平著，「光学概論Ｉ」，理工学基礎講座１１，
朝倉書店，１９７９年、第２５〜３２頁）から、
【００７４】ここで、ｔp はｐ偏光に対する振幅透過係
数、Ｔp はｐ偏光に対する透過率、μinは発光層内の透
磁率、μout は発光層外部の透磁率を示す。ここでは通
常の誘電体を考えると、μin＝μout＝１とおける。
数、Ｔp はｐ偏光に対する透過率、μinは発光層内の透
磁率、μout は発光層外部の透磁率を示す。ここでは通
常の誘電体を考えると、μin＝μout＝１とおける。
【００７５】図４の（ｂ）にはこの式を用いて発光層外
部の屈折率ｎout ＝１ (空気の屈折率）に対して、発光
層内部の屈折率を変化させた時の透過率を示した。θ
out ＞７０°では発光層内部での全反射の影響で透過率
が徐々に減少する。このような透過率特性の場合に図３
に示したような１分子の特定遷移双極子モーメントから
の発光パターンを重ねたものが、図５及び図６である。
傾き角θ1 を０°から徐々に増加させると、同様にθ＝
０°付近の強度が減少するが、θ＝９０°付近の強度は
透過率が少ないために増加できない。このため、０°か
ら４５°の範囲では常にθ＝０°が最大の取り出し光量
を与えるが、４５°から９０°ではθ＝７０°付近が最
大光量となる。発光層内部の屈折率ｎin＝１.４ の時が
図５、発光層内部の屈折率ｎin＝２.０ の時が図６であ
るが、取り出し角依存性はいずれも同様の傾向を示す
が、発光層内部の屈折率が高い程界面での反射率が高ま
り、透過率はその分低下する。例えば一番強く光を取り
出すことが可能なθ1 ＝０°の時を比較すると、ｎin＝
１.４ の時は透過率０.９７ であるが、ｎin＝２.０の
時は透過率０.９０ である。多くの発光層では屈折率は
有機発光分子や電極等の介在から１.６ から２.０ の範
囲であり、直接発光層と外部の空気とが接することはな
い。このため、その発光層と光取り出し界面との間に介
在する何らかの中間層の影響を無視することができな
い。
部の屈折率ｎout ＝１ (空気の屈折率）に対して、発光
層内部の屈折率を変化させた時の透過率を示した。θ
out ＞７０°では発光層内部での全反射の影響で透過率
が徐々に減少する。このような透過率特性の場合に図３
に示したような１分子の特定遷移双極子モーメントから
の発光パターンを重ねたものが、図５及び図６である。
傾き角θ1 を０°から徐々に増加させると、同様にθ＝
０°付近の強度が減少するが、θ＝９０°付近の強度は
透過率が少ないために増加できない。このため、０°か
ら４５°の範囲では常にθ＝０°が最大の取り出し光量
を与えるが、４５°から９０°ではθ＝７０°付近が最
大光量となる。発光層内部の屈折率ｎin＝１.４ の時が
図５、発光層内部の屈折率ｎin＝２.０ の時が図６であ
るが、取り出し角依存性はいずれも同様の傾向を示す
が、発光層内部の屈折率が高い程界面での反射率が高ま
り、透過率はその分低下する。例えば一番強く光を取り
出すことが可能なθ1 ＝０°の時を比較すると、ｎin＝
１.４ の時は透過率０.９７ であるが、ｎin＝２.０の
時は透過率０.９０ である。多くの発光層では屈折率は
有機発光分子や電極等の介在から１.６ から２.０ の範
囲であり、直接発光層と外部の空気とが接することはな
い。このため、その発光層と光取り出し界面との間に介
在する何らかの中間層の影響を無視することができな
い。
【００７６】そこで、次に図７に示すように、発光層
（２１）と光取り出し面との間に中間層（２０）を介在
させ、中間層の屈折率ｎをｎinとｎout の中間の値にし
た時の取り出し効率を求める。文献（辻内順平著，「光
学概論II」，理工学基礎講座１１，朝倉書店，１９７９
年、第５０〜５６頁）から、そのような場合のｐ偏光の
透過率は次式で与えられる。
（２１）と光取り出し面との間に中間層（２０）を介在
させ、中間層の屈折率ｎをｎinとｎout の中間の値にし
た時の取り出し効率を求める。文献（辻内順平著，「光
学概論II」，理工学基礎講座１１，朝倉書店，１９７９
年、第５０〜５６頁）から、そのような場合のｐ偏光の
透過率は次式で与えられる。
【００７７】ここで、ε0 は真空中の誘電率、μ0 は真
空中の透磁率、λは光の波長、ｄは中間層の膜厚、ｉは
虚数単位である。また、ｙは可干渉距離の程度を示す変
数で、ここでは中間層の膜厚が波長の１０倍程度の距離
までならば中間層内部で干渉効果が発生することを示し
ている。
空中の透磁率、λは光の波長、ｄは中間層の膜厚、ｉは
虚数単位である。また、ｙは可干渉距離の程度を示す変
数で、ここでは中間層の膜厚が波長の１０倍程度の距離
までならば中間層内部で干渉効果が発生することを示し
ている。
【００７８】この式をもとに取り出し光量を求めたもの
が図８である。ここで、波長０.３〜０.８μｍ の範囲
で干渉を防止するために中間層の厚みは１mmとし、中間
層の屈折率はｎ＝１.５ とした。この場合、傾き角θ1
が０°から５０°付近にかけてはθ＝０°付近の強度が
常に最大であるが、その値は広角になるにつれ徐々に低
下していく。取り出し光量自体も傾き角が大きくなるに
つれて減少していく。ところが、傾き角θ1 が７０°以
上ではθ＝５０°付近の強度が最大となるような形に変
化することがわかる。このように遷移双極子モーメント
の形が変化するにつれて光取り出しのパターンは複雑に
変化することがわかる。
が図８である。ここで、波長０.３〜０.８μｍ の範囲
で干渉を防止するために中間層の厚みは１mmとし、中間
層の屈折率はｎ＝１.５ とした。この場合、傾き角θ1
が０°から５０°付近にかけてはθ＝０°付近の強度が
常に最大であるが、その値は広角になるにつれ徐々に低
下していく。取り出し光量自体も傾き角が大きくなるに
つれて減少していく。ところが、傾き角θ1 が７０°以
上ではθ＝５０°付近の強度が最大となるような形に変
化することがわかる。このように遷移双極子モーメント
の形が変化するにつれて光取り出しのパターンは複雑に
変化することがわかる。
【００７９】実際の発光層は多数の分子を含むため、発
光層内部での発光パターンは１分子の場合と比較してそ
の分子集団の平均的な分布となる。その様子を模式的に
示したものが図９である。図９の（ａ）においてはすべ
ての分子の遷移双極子モーメントが光取り出し面に対し
て平行に配向しており、その発光パターンは１分子の場
合と同じパターンとなる。次に分子の遷移双極子モーメ
ントが光取り出し面に対して平行に配向した状態を中心
に、その配向に分布がある場合を示したものが図９の
（ｂ）である。この場合はθ＝０°が最大となり広角に
なるにつれて強度が減少するが、図９の（ａ）に比べて
緩やかなものとなる。配向の分布が更に大きくなり、完
全にランダムな配向状態になった時の発光パターンを示
したものが図９の（ｃ）であり、この時はいずれの方向
へも同じ強度で光が放出されることがわかる。この発光
パターンは図３のθ1 ＝４５°の場合と同じである。こ
のように遷移双極子モーメントの配向に分布が存在する
時は、図３で検討した場合のθ1 ＝０°から４５°の場
合のいずれかに相当する発光パターンとなることがわか
る。従って、他の方向を中心とした配向の分布を持つ場
合も、図３で示した配向パターンで発光層内部の発光パ
ターンを示すことができる。このため、今回示した配向
パターンを求める過程にすべての多分子の場合の配向パ
ターンも含まれている。
光層内部での発光パターンは１分子の場合と比較してそ
の分子集団の平均的な分布となる。その様子を模式的に
示したものが図９である。図９の（ａ）においてはすべ
ての分子の遷移双極子モーメントが光取り出し面に対し
て平行に配向しており、その発光パターンは１分子の場
合と同じパターンとなる。次に分子の遷移双極子モーメ
ントが光取り出し面に対して平行に配向した状態を中心
に、その配向に分布がある場合を示したものが図９の
（ｂ）である。この場合はθ＝０°が最大となり広角に
なるにつれて強度が減少するが、図９の（ａ）に比べて
緩やかなものとなる。配向の分布が更に大きくなり、完
全にランダムな配向状態になった時の発光パターンを示
したものが図９の（ｃ）であり、この時はいずれの方向
へも同じ強度で光が放出されることがわかる。この発光
パターンは図３のθ1 ＝４５°の場合と同じである。こ
のように遷移双極子モーメントの配向に分布が存在する
時は、図３で検討した場合のθ1 ＝０°から４５°の場
合のいずれかに相当する発光パターンとなることがわか
る。従って、他の方向を中心とした配向の分布を持つ場
合も、図３で示した配向パターンで発光層内部の発光パ
ターンを示すことができる。このため、今回示した配向
パターンを求める過程にすべての多分子の場合の配向パ
ターンも含まれている。
【００８０】以上の検討から、最も効率的な光取り出し
が可能な有機電界発光素子の設計指針としては、 １）分子構造上の方位軸ではなく、利用する電界発光に
関わる遷移双極子モーメントの方向を該有機電界発光素
子の光取り出し面に対して特定方向に向けること、 ２）発光層から直接外部に光を取り出すことができず、
素子界面と発光層との間に中間層が介在する実際の有機
電界発光素子においては、少なくとも該遷移双極子モー
メントが０°以上から７０°より小さい範囲にあること
が望ましいこと、の２条件であることが示された。この
ような条件を満たすように、発光層内部の有機発光分子
の方位を制御することで、取り出し効率を最適化するこ
とができる。 （実施例２）次に、具体的に実施例１に示した有機電界
発光素子の設計指針に従って素子形成を行った例につい
て図表を用いて説明する。
が可能な有機電界発光素子の設計指針としては、 １）分子構造上の方位軸ではなく、利用する電界発光に
関わる遷移双極子モーメントの方向を該有機電界発光素
子の光取り出し面に対して特定方向に向けること、 ２）発光層から直接外部に光を取り出すことができず、
素子界面と発光層との間に中間層が介在する実際の有機
電界発光素子においては、少なくとも該遷移双極子モー
メントが０°以上から７０°より小さい範囲にあること
が望ましいこと、の２条件であることが示された。この
ような条件を満たすように、発光層内部の有機発光分子
の方位を制御することで、取り出し効率を最適化するこ
とができる。 （実施例２）次に、具体的に実施例１に示した有機電界
発光素子の設計指針に従って素子形成を行った例につい
て図表を用いて説明する。
【００８１】先ず図１の（ａ）の構成にて有機電界発光
素子を作成した結果について説明する。
素子を作成した結果について説明する。
【００８２】基板には硼珪ガラス基板（厚さ１mm，屈折
率１.５１，略号Glass）を用い、このＩＴＯ透明電極
（ＩＴＯ＝indium tin oxide）をスパッタ装置（日立
製，ＤＣマグネトロンインライン型ＩＳ−１５１５）を
用いてスパッタ法にて薄膜形成し（厚さ１５０ｎｍ）、
フォトレジスト法にて図１０の（ａ）のように、中央部
に直径１cmの円形電極パターンを形成した（ＩＴＯの線
抵抗は３００μΩ・cm）。この上に、正孔注入層として
Poly（３−octylthiophene）（Aldrich製，重量平均分
子量１４２,０００，図１１の（ａ）参照，略号ＰＴ）
をスピンコートし（厚さ５ｎｍ）、自然乾燥後、更に真
空乾燥した。スピンコートにはエイブル製マニュアルス
ピンナーＡＳＳ−３０１を用いた。次に発光層の構成と
しては正孔輸送層としてPolyvinylcarbazole(Aldrich
製、重量平均分子量１,１００,０００，図１１の（ｂ）
参照，略号ＰＶＣ）をスピンコートし(厚さ５０ｎｍ)、
自然乾燥後、更に真空乾燥した。次にその上に、発光分
子として４，４′−Bis［{６−［Ｎ，Ｎ−bis（２−hyd
roxyethyl）amino］−４−phenylamino−１，３，５−t
riazin−２−ｙｌ｝amino］−２，２′−stilbenedisul
fonic acid, disodiumsalt（同人化学製フルオステイン
Ｉ、図１１の（ｃ）参照，略号ＦＢ）を用い、媒体とし
てpoly(vinyl alcohol）水溶液（和光純薬製，平均重合
度２,０００，対水重量比１：１，図１１の（ｄ）参
照，略号ＰＶＡ）に５％分散させた溶液をスピンコート
し（厚さ２０ｎｍ）、自然乾燥後、更に加熱真空乾燥し
た。このPolyvinylcarbazole層と発光分子分散poly(vin
yl alcohol）層を合わせて本発明の実施例の発光層とし
た。但し、配向状態を変化させた発光層を形成するため
に、スピンコーター上の基板の配置に工夫をし、図１２
のように回転半径の異なる基板ホルダを容易し、中心部
ではランダム配向状態、中心から離れるに従って遠心方
向により大きな遠心力が作用できるような装置改良を行
って配向度を変化させた。すなわち、配向度はスピンコ
ーター上の基板の位置と回転数によって調整し、配向制
御されていない薄膜形成時には図１２の（ａ）のホルダ
を用い、配向制御する場合には図１２の（ｂ）のホルダ
を用いて、基板を真空吸引によってホルダに固定した。
遠心試料作製用ホルダは回転中心から一定距離離れたア
ームを介して、基板がＯリング上に吸引固定される構造
となっており、装置仕様によっては図１２の（ｃ）のよ
うに複数の基板を一度に遠心スピンコート可能な装置構
成となっている。われわれの装置では最大２枚までの基
板装着可能である。但し、このような遠心スピンコータ
ーの仕様は特に本実施例に限定されるものではない。こ
のような手順で、発光層まで形成した後、次にスピンコ
ートされた薄膜試料を真空蒸着装置（アネルバ製、ＭＢ
Ｅ−６２０−ＯＲ）内に装着し、ベース圧力１×１０-9
Torr下にて、電子注入層としてフッ化リチウム（Ｌｉ
Ｆ，レアメタリクス製，純度５Ｎ）を真空蒸着し（膜厚
２ｎｍ）、次に陰極として金属アルミニウム（Ａｌ，レ
アメタリクス製，純度６Ｎ）を真空蒸着した(膜厚２０
０ｎｍ)。このフッ化リチウム及び金属アルミニウムを
蒸着する際には図１０の（ｂ）のように、下地のＩＴＯ
電極の円形パターン部分を覆うような窓が空いたステン
レス製の金属マスク(厚さ０.５mm）を取り付けた状態で
蒸着を行った。次に、蒸着後、試料を装置外部に取り出
し、陰極が蒸着されていないＩＴＯの端部に陽極用電線
を超音波はんだごてで接続し、陰極部分でＩＴＯパター
ン部分と重ならない端部に銀ペースト（アールデック
製，５０６３−ＡＢ）を介して陰極用電線を接触させ
て、ＵＶ樹脂にて紫外線硬化させた後、素子の上下の電
極が対になった領域を十分覆う面積にわたってエポキシ
樹脂にて硬化させて素子封止を行い、図１の（ａ）にお
ける保護層とした。次に、ガラス基板の薄膜が形成され
ていない光取り出し面を、アセトンを染み込ませた布に
てクリーニングした後、フッ素系高分子Teflon(du Pont
製，Teflon Amorphous Fluoropolymer, AF1600s，屈折
率１.３２）をキャストして、膜厚約０.１mm の薄膜を
形成し、これを図１の(ａ）における取り出し最表層と
した。このようにして作成された試料を試料Teflon／Gl
ass／ＩＴＯ／ＰＶＣ／ＰＴ／ＦＢ＋ＰＶＡ／ＬｉＦ／
Ａｌと表示することにする。
率１.５１，略号Glass）を用い、このＩＴＯ透明電極
（ＩＴＯ＝indium tin oxide）をスパッタ装置（日立
製，ＤＣマグネトロンインライン型ＩＳ−１５１５）を
用いてスパッタ法にて薄膜形成し（厚さ１５０ｎｍ）、
フォトレジスト法にて図１０の（ａ）のように、中央部
に直径１cmの円形電極パターンを形成した（ＩＴＯの線
抵抗は３００μΩ・cm）。この上に、正孔注入層として
Poly（３−octylthiophene）（Aldrich製，重量平均分
子量１４２,０００，図１１の（ａ）参照，略号ＰＴ）
をスピンコートし（厚さ５ｎｍ）、自然乾燥後、更に真
空乾燥した。スピンコートにはエイブル製マニュアルス
ピンナーＡＳＳ−３０１を用いた。次に発光層の構成と
しては正孔輸送層としてPolyvinylcarbazole(Aldrich
製、重量平均分子量１,１００,０００，図１１の（ｂ）
参照，略号ＰＶＣ）をスピンコートし(厚さ５０ｎｍ)、
自然乾燥後、更に真空乾燥した。次にその上に、発光分
子として４，４′−Bis［{６−［Ｎ，Ｎ−bis（２−hyd
roxyethyl）amino］−４−phenylamino−１，３，５−t
riazin−２−ｙｌ｝amino］−２，２′−stilbenedisul
fonic acid, disodiumsalt（同人化学製フルオステイン
Ｉ、図１１の（ｃ）参照，略号ＦＢ）を用い、媒体とし
てpoly(vinyl alcohol）水溶液（和光純薬製，平均重合
度２,０００，対水重量比１：１，図１１の（ｄ）参
照，略号ＰＶＡ）に５％分散させた溶液をスピンコート
し（厚さ２０ｎｍ）、自然乾燥後、更に加熱真空乾燥し
た。このPolyvinylcarbazole層と発光分子分散poly(vin
yl alcohol）層を合わせて本発明の実施例の発光層とし
た。但し、配向状態を変化させた発光層を形成するため
に、スピンコーター上の基板の配置に工夫をし、図１２
のように回転半径の異なる基板ホルダを容易し、中心部
ではランダム配向状態、中心から離れるに従って遠心方
向により大きな遠心力が作用できるような装置改良を行
って配向度を変化させた。すなわち、配向度はスピンコ
ーター上の基板の位置と回転数によって調整し、配向制
御されていない薄膜形成時には図１２の（ａ）のホルダ
を用い、配向制御する場合には図１２の（ｂ）のホルダ
を用いて、基板を真空吸引によってホルダに固定した。
遠心試料作製用ホルダは回転中心から一定距離離れたア
ームを介して、基板がＯリング上に吸引固定される構造
となっており、装置仕様によっては図１２の（ｃ）のよ
うに複数の基板を一度に遠心スピンコート可能な装置構
成となっている。われわれの装置では最大２枚までの基
板装着可能である。但し、このような遠心スピンコータ
ーの仕様は特に本実施例に限定されるものではない。こ
のような手順で、発光層まで形成した後、次にスピンコ
ートされた薄膜試料を真空蒸着装置（アネルバ製、ＭＢ
Ｅ−６２０−ＯＲ）内に装着し、ベース圧力１×１０-9
Torr下にて、電子注入層としてフッ化リチウム（Ｌｉ
Ｆ，レアメタリクス製，純度５Ｎ）を真空蒸着し（膜厚
２ｎｍ）、次に陰極として金属アルミニウム（Ａｌ，レ
アメタリクス製，純度６Ｎ）を真空蒸着した(膜厚２０
０ｎｍ)。このフッ化リチウム及び金属アルミニウムを
蒸着する際には図１０の（ｂ）のように、下地のＩＴＯ
電極の円形パターン部分を覆うような窓が空いたステン
レス製の金属マスク(厚さ０.５mm）を取り付けた状態で
蒸着を行った。次に、蒸着後、試料を装置外部に取り出
し、陰極が蒸着されていないＩＴＯの端部に陽極用電線
を超音波はんだごてで接続し、陰極部分でＩＴＯパター
ン部分と重ならない端部に銀ペースト（アールデック
製，５０６３−ＡＢ）を介して陰極用電線を接触させ
て、ＵＶ樹脂にて紫外線硬化させた後、素子の上下の電
極が対になった領域を十分覆う面積にわたってエポキシ
樹脂にて硬化させて素子封止を行い、図１の（ａ）にお
ける保護層とした。次に、ガラス基板の薄膜が形成され
ていない光取り出し面を、アセトンを染み込ませた布に
てクリーニングした後、フッ素系高分子Teflon(du Pont
製，Teflon Amorphous Fluoropolymer, AF1600s，屈折
率１.３２）をキャストして、膜厚約０.１mm の薄膜を
形成し、これを図１の(ａ）における取り出し最表層と
した。このようにして作成された試料を試料Teflon／Gl
ass／ＩＴＯ／ＰＶＣ／ＰＴ／ＦＢ＋ＰＶＡ／ＬｉＦ／
Ａｌと表示することにする。
【００８３】更に、配向度の参照試料として、上記試料
Teflon／Glass／ＩＴＯ／ＰＶＣ／ＰＴ／ＦＢ＋ＰＶＡ
／ＬｉＦ／Ａｌの作製手順で、電子注入層ＬｉＦと陰極
Ａｌ、及び取り出し最表層Teflonを形成しなかった参照
試料Glass／ＩＴＯ／ＰＶＣ／ＰＴ／ＦＢ＋ＰＶＡ を同
じ手順で作製した。また、更に配向発光層のＦＢ＋ＰＶ
Ａ層も形成しなかった参照試料Glass／ＩＴＯ／ＰＶＣ
／ＰＴ も同じ手順で作製した。
Teflon／Glass／ＩＴＯ／ＰＶＣ／ＰＴ／ＦＢ＋ＰＶＡ
／ＬｉＦ／Ａｌの作製手順で、電子注入層ＬｉＦと陰極
Ａｌ、及び取り出し最表層Teflonを形成しなかった参照
試料Glass／ＩＴＯ／ＰＶＣ／ＰＴ／ＦＢ＋ＰＶＡ を同
じ手順で作製した。また、更に配向発光層のＦＢ＋ＰＶ
Ａ層も形成しなかった参照試料Glass／ＩＴＯ／ＰＶＣ
／ＰＴ も同じ手順で作製した。
【００８４】また、取り出し効率向上の効果を調べるた
め、最後の取り出し再表層のみを形成しなかった参照試
料Glass／ＩＴＯ／ＰＶＣ／ＰＴ／ＦＢ＋ＰＶＡ／Ｌｉ
Ｆ／Ａｌ も同様に作製した。
め、最後の取り出し再表層のみを形成しなかった参照試
料Glass／ＩＴＯ／ＰＶＣ／ＰＴ／ＦＢ＋ＰＶＡ／Ｌｉ
Ｆ／Ａｌ も同様に作製した。
【００８５】次に、このようにして作製された本発明の
有機電界発光素子の発光素子の特性評価手法について説
明する。
有機電界発光素子の発光素子の特性評価手法について説
明する。
【００８６】発光に関わる遷移双極子モーメントの配向
方向については、以下のような手法で決定した。 （１）面内の配向度 配向度参照試料Glass／ＩＴＯ／ＰＶＣ／ＰＴ／ＦＢ＋
ＰＶＡ 及びGlass／ＩＴＯ／ＰＶＣ／ＰＴを用い、それ
ぞれの参照試料について、垂直入射直線偏光に対する透
過吸光度Ａｂｓを測定し、光取り出し面内での直線偏光
の角度φを変化させて、最大の吸光度Ａｂｓとなる方向
をＳｘ方向、面内でＳｘに垂直な方向をＳｙ方向とし
た。測定には吸光光度計（日立製，Spectrometer350 ）
を用い、測定波長域３００〜８００ｎｍの範囲で、測定
温度室温で、測定した。配向発光層ＦＢ＋ＰＶＡの部分
の配向度ＯＰ(θ＝０°)は、２つの参照試料のＳｘ方向
の吸光度Ａｂｓ(Ｓｘ)とＳｙ方向の吸光度Ａｂｓ(Ｓｙ)
から、以下の式によって求めた。
方向については、以下のような手法で決定した。 （１）面内の配向度 配向度参照試料Glass／ＩＴＯ／ＰＶＣ／ＰＴ／ＦＢ＋
ＰＶＡ 及びGlass／ＩＴＯ／ＰＶＣ／ＰＴを用い、それ
ぞれの参照試料について、垂直入射直線偏光に対する透
過吸光度Ａｂｓを測定し、光取り出し面内での直線偏光
の角度φを変化させて、最大の吸光度Ａｂｓとなる方向
をＳｘ方向、面内でＳｘに垂直な方向をＳｙ方向とし
た。測定には吸光光度計（日立製，Spectrometer350 ）
を用い、測定波長域３００〜８００ｎｍの範囲で、測定
温度室温で、測定した。配向発光層ＦＢ＋ＰＶＡの部分
の配向度ＯＰ(θ＝０°)は、２つの参照試料のＳｘ方向
の吸光度Ａｂｓ(Ｓｘ)とＳｙ方向の吸光度Ａｂｓ(Ｓｙ)
から、以下の式によって求めた。
【００８７】ここで、例えばＡｂｓ(θ＝０°；Ｓｘ；G
lass／ＩＴＯ／ＰＶＣ／ＰＴ／ＦＢ＋ＰＶＡ)は入射角
度θ＝０°の時のＳｘ方向の偏光に対する試料Glass／
ＩＴＯ／ＰＶＣ／ＰＴ／ＦＢ＋ＰＶＡ の吸光度を示し
ている。この配向度ＯＰ (θ＝０°）は面内のオーダパ
ラメタに相当し、完全にＳｘ方向に配向している場合は
１、無配向状態では０となり、中間の配向状態では０か
ら１の間の値を取る。図１３の（ａ）には代表的な配向
試料の吸収スペクトルＡｂｓ（θ＝０°；Ｓｘ；ＦＢ＋
ＰＶＡ）とＡｂｓ（θ＝０°；Ｓｙ；ＦＢ＋ＰＶＡ）を
示した。この配向発光層の吸収スペクトルは３５０ｎｍ
付近に１つの吸収ピークがあり、これが発光分子ＦＢの
最低励起状態に対応している。Ａｂｓ（θ＝０°；Ｓ
ｘ；ＦＢ＋ＰＶＡ）とＡｂｓ（θ＝０°；Ｓｙ；ＦＢ＋
ＰＶＡ）のスペクトルパターンはほぼ同じであり、その
強度比が異なるだけであった。また、決定されたＳｘの
方向はスピンコートの遠心力が作用方向に一致してお
り、その方向に分子骨格が配向していることがわかっ
た。また、図１３の（ｂ）には、上式からもとめた配向
度ＯＰ（θ＝０°）を示した。この吸収帯については配
向度はほぼ０.６６６６４であることがわかる。このこ
とは面内の発光分子の配向がＳｘ方向を中心に分布して
いることを示している。 （２）面内の屈折率 発光層の面内の屈折率は、Ａｂｂｅの屈折計（アタゴ
製）を用いて、Ｈｅ−Ｎｅレーザを光源として波長６３
３ｎｍで測定した値と、先の（１）で求めた吸収スペク
トルをKramers−Kronig 変換して計算した屈折率分散と
を合わせて決定した。主軸は先に求めたＳｘ方向とし
た。 （３）面外の配向 発光分子の発光層面外への配向度は以下の方法で見積も
った。その評価用の光学系には図１４の（ａ）ような配
置で光励起の発光分布を測定した。配向試料（２９）に
対して、Ｓｘ−Ｓｚ面内にレーザ光をｐ偏光で入射させ
る。この時の入射角θに対して、Ｓｙ−Ｓｚ面内で放射
角ψに放射される光励起発光の強度を測定する。但し、
入射角の変化によって配向試料内への透過率の違いによ
る励起光強度の補正を（２）で求めた試料の屈折率を用
いて施しておく。まず、発光分子の面外の配向方向は、
固定した放射角（例えばψ＝３０°）に固定した状態
で、入射角θを徐々に変化させた時の補正後の発光強度
を測定する。この時、最も発光強度が強くなる方向がそ
の発光に関わる遷移双極子モーメントの面外方向Ｄｘと
なる。また、θ依存性が見られない時は無配向となる。
lass／ＩＴＯ／ＰＶＣ／ＰＴ／ＦＢ＋ＰＶＡ)は入射角
度θ＝０°の時のＳｘ方向の偏光に対する試料Glass／
ＩＴＯ／ＰＶＣ／ＰＴ／ＦＢ＋ＰＶＡ の吸光度を示し
ている。この配向度ＯＰ (θ＝０°）は面内のオーダパ
ラメタに相当し、完全にＳｘ方向に配向している場合は
１、無配向状態では０となり、中間の配向状態では０か
ら１の間の値を取る。図１３の（ａ）には代表的な配向
試料の吸収スペクトルＡｂｓ（θ＝０°；Ｓｘ；ＦＢ＋
ＰＶＡ）とＡｂｓ（θ＝０°；Ｓｙ；ＦＢ＋ＰＶＡ）を
示した。この配向発光層の吸収スペクトルは３５０ｎｍ
付近に１つの吸収ピークがあり、これが発光分子ＦＢの
最低励起状態に対応している。Ａｂｓ（θ＝０°；Ｓ
ｘ；ＦＢ＋ＰＶＡ）とＡｂｓ（θ＝０°；Ｓｙ；ＦＢ＋
ＰＶＡ）のスペクトルパターンはほぼ同じであり、その
強度比が異なるだけであった。また、決定されたＳｘの
方向はスピンコートの遠心力が作用方向に一致してお
り、その方向に分子骨格が配向していることがわかっ
た。また、図１３の（ｂ）には、上式からもとめた配向
度ＯＰ（θ＝０°）を示した。この吸収帯については配
向度はほぼ０.６６６６４であることがわかる。このこ
とは面内の発光分子の配向がＳｘ方向を中心に分布して
いることを示している。 （２）面内の屈折率 発光層の面内の屈折率は、Ａｂｂｅの屈折計（アタゴ
製）を用いて、Ｈｅ−Ｎｅレーザを光源として波長６３
３ｎｍで測定した値と、先の（１）で求めた吸収スペク
トルをKramers−Kronig 変換して計算した屈折率分散と
を合わせて決定した。主軸は先に求めたＳｘ方向とし
た。 （３）面外の配向 発光分子の発光層面外への配向度は以下の方法で見積も
った。その評価用の光学系には図１４の（ａ）ような配
置で光励起の発光分布を測定した。配向試料（２９）に
対して、Ｓｘ−Ｓｚ面内にレーザ光をｐ偏光で入射させ
る。この時の入射角θに対して、Ｓｙ−Ｓｚ面内で放射
角ψに放射される光励起発光の強度を測定する。但し、
入射角の変化によって配向試料内への透過率の違いによ
る励起光強度の補正を（２）で求めた試料の屈折率を用
いて施しておく。まず、発光分子の面外の配向方向は、
固定した放射角（例えばψ＝３０°）に固定した状態
で、入射角θを徐々に変化させた時の補正後の発光強度
を測定する。この時、最も発光強度が強くなる方向がそ
の発光に関わる遷移双極子モーメントの面外方向Ｄｘと
なる。また、θ依存性が見られない時は無配向となる。
【００８８】ここでは、（１）で求めた吸収スペクトル
からその最低励起準位に対応する３５０ｎｍ付近を効果
的に光励起するために、ＱスイッチＹＡＧレーザ（Quan
taray製，ＤＣＲ−３）からの三倍波発生光(波長３５５
ｎｍ）で光励起して発生させた。励起光の入射角を変化
させるために、ゴニオステージ上の試料基板を固定され
たレーザ入射経路に対して回転させると共に、光量計の
センサ部分を別の回転軸のゴニオステージに固定して発
光スペクトルの空間分布を測定した。光量計には分光放
射照度計（ウシオ電機製，スペクトロラディオメータＵ
ＳＲ−４０Ｖ）を用いて、波長分光と各波長での光強度
を一括測定した。また、励起光の混在を防ぐための選択
波長フィルタや偏光状態を整えるための偏光子等を適宜
用いた。
からその最低励起準位に対応する３５０ｎｍ付近を効果
的に光励起するために、ＱスイッチＹＡＧレーザ（Quan
taray製，ＤＣＲ−３）からの三倍波発生光(波長３５５
ｎｍ）で光励起して発生させた。励起光の入射角を変化
させるために、ゴニオステージ上の試料基板を固定され
たレーザ入射経路に対して回転させると共に、光量計の
センサ部分を別の回転軸のゴニオステージに固定して発
光スペクトルの空間分布を測定した。光量計には分光放
射照度計（ウシオ電機製，スペクトロラディオメータＵ
ＳＲ−４０Ｖ）を用いて、波長分光と各波長での光強度
を一括測定した。また、励起光の混在を防ぐための選択
波長フィルタや偏光状態を整えるための偏光子等を適宜
用いた。
【００８９】図１４の（ｂ）には発生した蛍光のスペク
トルの一例を示した。（特には説明しないが、下地から
の蛍光発生分は配向層のない参照試料で同様の光学系で
測定して、その効果を補正した。）放射角ψを変化させ
て測定した所、そのスペクトルパターンに変化はなく、
ψ＝０°付近が最大強度を与えた。このことから、３５
５ｎｍで光励起した時の遷移双極子モーメントは面外方
向に対しても遠心方向を中心に分布していることがわか
った。 （４）電界発光スペクトル 次に、作製された本発明の有機電界発光素子に電流注入
して発光させた時の発光スペクトル評価手法について説
明する。
トルの一例を示した。（特には説明しないが、下地から
の蛍光発生分は配向層のない参照試料で同様の光学系で
測定して、その効果を補正した。）放射角ψを変化させ
て測定した所、そのスペクトルパターンに変化はなく、
ψ＝０°付近が最大強度を与えた。このことから、３５
５ｎｍで光励起した時の遷移双極子モーメントは面外方
向に対しても遠心方向を中心に分布していることがわか
った。 （４）電界発光スペクトル 次に、作製された本発明の有機電界発光素子に電流注入
して発光させた時の発光スペクトル評価手法について説
明する。
【００９０】基本的には（３）で用いた光励起発光の空
間分布の測定系を用いて、今回はレーザ光による励起で
はなく、電流注入によって行った。試料にはTeflon／Gl
ass／ＩＴＯ／ＰＶＣ／ＰＴ／ＦＢ＋ＰＶＡ／ＬｉＦ／
Ａｌ 及びGlass／ＩＴＯ／ＰＶＣ／ＰＴ／ＦＢ＋ＰＶＡ
／ＬｉＦ／Ａｌ を用い、取り出し最表層のTeflonの有
無による外部発光強度の差も評価した。注入電圧は１０
Ｖに固定し、発光スペクトルの最大値を与える波長４２
０ｎｍにおける発光強度を評価した。光量計センサはＳ
ｘ−Ｓｚ面内で角度θを変化させて測定し、θ＝０°の
強度と、θを変化させてθ＝０°の時の強度の半分の強
度になった時の角度を半値角とした。
間分布の測定系を用いて、今回はレーザ光による励起で
はなく、電流注入によって行った。試料にはTeflon／Gl
ass／ＩＴＯ／ＰＶＣ／ＰＴ／ＦＢ＋ＰＶＡ／ＬｉＦ／
Ａｌ 及びGlass／ＩＴＯ／ＰＶＣ／ＰＴ／ＦＢ＋ＰＶＡ
／ＬｉＦ／Ａｌ を用い、取り出し最表層のTeflonの有
無による外部発光強度の差も評価した。注入電圧は１０
Ｖに固定し、発光スペクトルの最大値を与える波長４２
０ｎｍにおける発光強度を評価した。光量計センサはＳ
ｘ−Ｓｚ面内で角度θを変化させて測定し、θ＝０°の
強度と、θを変化させてθ＝０°の時の強度の半分の強
度になった時の角度を半値角とした。
【００９１】［表１］には、このようにして評価した結
果を示す。２つの試料のいずれに対しても、配向度が向
上するにつれて発光強度が増加していた。また、半値角
は配向度の向上と共に狭くなるが、配向度０.６ の場合
でも半値角は３５°であった。また、取り出し最表層に
Teflonを形成した試料では、形成しなかった試料に比べ
てすべての配向度で発光強度が増大した。
果を示す。２つの試料のいずれに対しても、配向度が向
上するにつれて発光強度が増加していた。また、半値角
は配向度の向上と共に狭くなるが、配向度０.６ の場合
でも半値角は３５°であった。また、取り出し最表層に
Teflonを形成した試料では、形成しなかった試料に比べ
てすべての配向度で発光強度が増大した。
【００９２】
【表１】
【００９３】（実施例３）次に、別の材料構成で、実施
例２と同様の手法で有機電界発光素子の特性を評価した
結果について報告する。
例２と同様の手法で有機電界発光素子の特性を評価した
結果について報告する。
【００９４】実施例２で用いた配向発光層材料ＦＢ＋Ｐ
ＶＡ調整時に、レーザ色素のDisperse Orange 13(Alrdi
ch製，正式名称４−［４−（phenylazo）−１−naphthy
lazo］phenol，ＤＯ１３と略す）を３％分散させたもの
（ＦＢ＋ＰＶＡ＋ＤＯ１３と略す）を調整し、実施例２
と同様の手順で有機電界発光素子を形成した。その結
果、発光波長が５００〜７００ｎｍにかけて広く分布し
た電界発光が見られた。また、得られた電界発光は同様
に遠心方向に偏光しており、異方的な配向状態が形成さ
れていた。また、発光材料のＦＢを抜いた試料（ＰＶＡ
＋ＤＯ１３と略す）も同様に調整し、同様の手順で有機
電界発光素子を形成したが、今回の印加電圧の範囲では
発光は認められなかった。このことから、発光材料ＦＢ
から発生した電界発光光が色素のＤＯ１３で再吸収され
て、ＤＯ１３がより長波長の蛍光を発生していることが
判明した。
ＶＡ調整時に、レーザ色素のDisperse Orange 13(Alrdi
ch製，正式名称４−［４−（phenylazo）−１−naphthy
lazo］phenol，ＤＯ１３と略す）を３％分散させたもの
（ＦＢ＋ＰＶＡ＋ＤＯ１３と略す）を調整し、実施例２
と同様の手順で有機電界発光素子を形成した。その結
果、発光波長が５００〜７００ｎｍにかけて広く分布し
た電界発光が見られた。また、得られた電界発光は同様
に遠心方向に偏光しており、異方的な配向状態が形成さ
れていた。また、発光材料のＦＢを抜いた試料（ＰＶＡ
＋ＤＯ１３と略す）も同様に調整し、同様の手順で有機
電界発光素子を形成したが、今回の印加電圧の範囲では
発光は認められなかった。このことから、発光材料ＦＢ
から発生した電界発光光が色素のＤＯ１３で再吸収され
て、ＤＯ１３がより長波長の蛍光を発生していることが
判明した。
【００９５】また、同様にして発光層に実施例２の膜厚
の半分の厚みで配向(ＦＢ＋ＰＶＡ)層を形成した後、同
じく半分の厚みの配向(ＰＶＡ＋ＤＯ１３)層を形成した
ところ、強度が半分の同様の電界発光が認められた。但
し、配向(ＰＶＡ＋ＤＯ１３)層がスピンコーターの中心
部で形成した無配向条件で作製した場合にも、得られた
ブロードな蛍光は（ＦＢ＋ＰＶＡ）層の遠心方向に偏光
していることがわかった。 （実施例４）次に、本発明の有機電界発光素子の発光分
布を広げるための手段及びそれを用いた視野角の改善効
果を検討した結果について説明する。
の半分の厚みで配向(ＦＢ＋ＰＶＡ)層を形成した後、同
じく半分の厚みの配向(ＰＶＡ＋ＤＯ１３)層を形成した
ところ、強度が半分の同様の電界発光が認められた。但
し、配向(ＰＶＡ＋ＤＯ１３)層がスピンコーターの中心
部で形成した無配向条件で作製した場合にも、得られた
ブロードな蛍光は（ＦＢ＋ＰＶＡ）層の遠心方向に偏光
していることがわかった。 （実施例４）次に、本発明の有機電界発光素子の発光分
布を広げるための手段及びそれを用いた視野角の改善効
果を検討した結果について説明する。
【００９６】本発明の有機電界発光素子においては、用
いる波長にとって最適な方向に発光分子を配列させた状
態で光を取り出すことが、取り出し光量が大きくなるこ
とは実施例１において説明した通りである。しかしなが
ら、そのことは特定方位に対しては取り出し効率が向上
するが、それ以外の方位に対する取り出し効率が低減
し、特にディスプレイとしての利用を考えた場合の視野
角特性の低下が懸念される。そこで、光の取り出し最表
層と発光層の間に適当な中間層を挿入することで、取り
出し効率と放射角の視野特性改善を共に解決するための
手段について、説明する。
いる波長にとって最適な方向に発光分子を配列させた状
態で光を取り出すことが、取り出し光量が大きくなるこ
とは実施例１において説明した通りである。しかしなが
ら、そのことは特定方位に対しては取り出し効率が向上
するが、それ以外の方位に対する取り出し効率が低減
し、特にディスプレイとしての利用を考えた場合の視野
角特性の低下が懸念される。そこで、光の取り出し最表
層と発光層の間に適当な中間層を挿入することで、取り
出し効率と放射角の視野特性改善を共に解決するための
手段について、説明する。
【００９７】実施例１で検討したように、種々の配向角
度について最大の発光強度を与える方向は遷移双極子モ
ーメントの法線方向であり、その方向と有機電界発光素
子の光取り出し面の法線とを平行にすることが、取り出
し効率としては最も高い方向となる。しかしながら、こ
のことはその方向以外への取り出し効率を低減させるこ
とになるため、途中になんらかの広視野角化手段が備わ
ることが望ましい。図１５にはそのための手段の一例を
示した。取り出し効率が強くなる方向は光取り出し面法
線方向であるから、その方向に放射された光をなんらか
の手段によって出射方向を曲げる手段の一例を図１５に
示した。図１５の（ａ）は発光層(３１)から上部に放射
された光の出射方向を曲げるために発光層とは反対側の
表面に拡散面が施された第２中間層（３０）を設けた場
合である。この場合、法線方向に放射された光の方向が
曲げられると共に、法線方向以外の方向に放射された光
に対しても垂直な入射面を有する拡散面の一部が存在す
るために素子内部での全反射による光閉じ込めが低減
し、より多くの光を取り出すことができる。この時、発
光層（３１）に隣接する部分に同様の拡散面を設けるこ
とも考えられるが、その場合は発光層の面に凹凸を設け
る必要があるため、均一な電荷注入が困難となると共
に、多重反射等の影響を受けやすくなる。このため、該
拡散面と発光層との間は光の波長の１０倍以上の距離を
設けることが望ましい。かつ、発光層に対して接触して
いる第２中間層との間での反射損失を防止するためにそ
の接触面での屈折率差がないことが望ましい。図１５の
（ｂ）は発光層（３１′）から上部に放射された光の出
射方向を曲げるために発光層とは反対側の表面にマイク
ロレンズ群がとりつけられた面が施された第２中間層
（３２）を設けた場合である。この場合も、マイクロレ
ンズ面と発光層は光の波長の１０倍以上の距離を設ける
ことが望ましく、発光層に対して接触している第２中間
層との間での反射損失を防止するためにその接触面での
屈折率差がないことが望ましい。図１５の（ｃ）は発光
層（３１″）から上部に放射された光の出射方向を曲げ
るために発光層とは反対側の表面に金属微粒子等の内部
散乱体がついた第２中間層（３３）を設けた場合であ
る。この場合は散乱による放射角の広がりを意図したも
のであり、特に厚さに関する制約はないが、発光層に対
して接触している第２中間層との間での反射損失を防止
するためにその接触面での屈折率差がないことが望まし
い。図１５の（ｄ），（ｅ），（ｆ）はそれぞれ図１５
の（ａ），（ｂ），（ｃ）に対応して、各発光層（３
１′′′，３１′′′′，３１′′′′′）と表面拡散
面付第２中間層(３０′），マイクロレンズ群面付第２
中間層(３２′），内部散乱体付第２中間層（３３′）
との間に、単純な第２中間層(３４，３４′，３４″)を
それぞれ設けた場合の構成を示した。発光層と第２中間
層との間に屈折率差がないことが界面での反射防止のた
めには望ましいが、同時に素子の光取り出し最表面と外
部空気との間の屈折率差がないことが素子全体としての
取り出し効率向上にとっては必要である。このため、最
表層部に設けられた機能的な第２中間層（３０′，３
２′，３３′）の屈折率をなるべく低減し、発光層との
屈折率差を緩和するための単純型第２中間層を導入する
ことで反射損失が低減でき、そのために両者の中間的屈
折率を有する層とするか、それとも徐々に屈折率が減少
するような屈折率分布を有する層とすることが望まし
い。
度について最大の発光強度を与える方向は遷移双極子モ
ーメントの法線方向であり、その方向と有機電界発光素
子の光取り出し面の法線とを平行にすることが、取り出
し効率としては最も高い方向となる。しかしながら、こ
のことはその方向以外への取り出し効率を低減させるこ
とになるため、途中になんらかの広視野角化手段が備わ
ることが望ましい。図１５にはそのための手段の一例を
示した。取り出し効率が強くなる方向は光取り出し面法
線方向であるから、その方向に放射された光をなんらか
の手段によって出射方向を曲げる手段の一例を図１５に
示した。図１５の（ａ）は発光層(３１)から上部に放射
された光の出射方向を曲げるために発光層とは反対側の
表面に拡散面が施された第２中間層（３０）を設けた場
合である。この場合、法線方向に放射された光の方向が
曲げられると共に、法線方向以外の方向に放射された光
に対しても垂直な入射面を有する拡散面の一部が存在す
るために素子内部での全反射による光閉じ込めが低減
し、より多くの光を取り出すことができる。この時、発
光層（３１）に隣接する部分に同様の拡散面を設けるこ
とも考えられるが、その場合は発光層の面に凹凸を設け
る必要があるため、均一な電荷注入が困難となると共
に、多重反射等の影響を受けやすくなる。このため、該
拡散面と発光層との間は光の波長の１０倍以上の距離を
設けることが望ましい。かつ、発光層に対して接触して
いる第２中間層との間での反射損失を防止するためにそ
の接触面での屈折率差がないことが望ましい。図１５の
（ｂ）は発光層（３１′）から上部に放射された光の出
射方向を曲げるために発光層とは反対側の表面にマイク
ロレンズ群がとりつけられた面が施された第２中間層
（３２）を設けた場合である。この場合も、マイクロレ
ンズ面と発光層は光の波長の１０倍以上の距離を設ける
ことが望ましく、発光層に対して接触している第２中間
層との間での反射損失を防止するためにその接触面での
屈折率差がないことが望ましい。図１５の（ｃ）は発光
層（３１″）から上部に放射された光の出射方向を曲げ
るために発光層とは反対側の表面に金属微粒子等の内部
散乱体がついた第２中間層（３３）を設けた場合であ
る。この場合は散乱による放射角の広がりを意図したも
のであり、特に厚さに関する制約はないが、発光層に対
して接触している第２中間層との間での反射損失を防止
するためにその接触面での屈折率差がないことが望まし
い。図１５の（ｄ），（ｅ），（ｆ）はそれぞれ図１５
の（ａ），（ｂ），（ｃ）に対応して、各発光層（３
１′′′，３１′′′′，３１′′′′′）と表面拡散
面付第２中間層(３０′），マイクロレンズ群面付第２
中間層(３２′），内部散乱体付第２中間層（３３′）
との間に、単純な第２中間層(３４，３４′，３４″)を
それぞれ設けた場合の構成を示した。発光層と第２中間
層との間に屈折率差がないことが界面での反射防止のた
めには望ましいが、同時に素子の光取り出し最表面と外
部空気との間の屈折率差がないことが素子全体としての
取り出し効率向上にとっては必要である。このため、最
表層部に設けられた機能的な第２中間層（３０′，３
２′，３３′）の屈折率をなるべく低減し、発光層との
屈折率差を緩和するための単純型第２中間層を導入する
ことで反射損失が低減でき、そのために両者の中間的屈
折率を有する層とするか、それとも徐々に屈折率が減少
するような屈折率分布を有する層とすることが望まし
い。
【００９８】また、このような発光層が画像表示用素子
のように複数の微細なピクセル配列化されている場合に
は、隣接する発光層ピクセルの間を仕切っている隔壁層
に、発光層内部で光取り出し面に水平な方向に発生した
光を垂直な方向に曲げるための斜めの平面または曲面を
有する反射面を含む隔壁とすることで更に取り出し効率
を向上させることができる。
のように複数の微細なピクセル配列化されている場合に
は、隣接する発光層ピクセルの間を仕切っている隔壁層
に、発光層内部で光取り出し面に水平な方向に発生した
光を垂直な方向に曲げるための斜めの平面または曲面を
有する反射面を含む隔壁とすることで更に取り出し効率
を向上させることができる。
【００９９】本発明の有機電界発光素子を用いると、従
来の有機電界発光素子に比べて高い光取り出し効率が得
られると共に、最適な視野角特性が得られる。また、素
子全体としての最適な発光分子の配向条件が求められる
ために、利用したい発光波長にあわせた配向手段や方
向，中間層等が設計することが可能となり、素子内の発
光層以外の層との界面における損失の改善や色度変化の
調整が可能となる。更に、得られる発光が１つの発光材
料に加えて発光材料からの光を受けて２次的に光を放出
する他の発光材料に対しても偏光光を発生することがで
きるため、フルカラーに対応した偏光を発生することが
できるため、偏光板不要の高コントラストな表示や、偏
光状態を利用したカラー立体ディスプレイ等、画像表示
素子としての高機能化が図れると共に、新規な光交換機
や光演算器等の平面型光情報処理装置が実現できる。
来の有機電界発光素子に比べて高い光取り出し効率が得
られると共に、最適な視野角特性が得られる。また、素
子全体としての最適な発光分子の配向条件が求められる
ために、利用したい発光波長にあわせた配向手段や方
向，中間層等が設計することが可能となり、素子内の発
光層以外の層との界面における損失の改善や色度変化の
調整が可能となる。更に、得られる発光が１つの発光材
料に加えて発光材料からの光を受けて２次的に光を放出
する他の発光材料に対しても偏光光を発生することがで
きるため、フルカラーに対応した偏光を発生することが
できるため、偏光板不要の高コントラストな表示や、偏
光状態を利用したカラー立体ディスプレイ等、画像表示
素子としての高機能化が図れると共に、新規な光交換機
や光演算器等の平面型光情報処理装置が実現できる。
【０１００】
【発明の効果】本発明によれば、取り出し効率の良い有
機電界発光素子及びそれを用いた光電子素子を提供でき
る。
機電界発光素子及びそれを用いた光電子素子を提供でき
る。
【図１】本発明の有機電界発光素子の基本構造の一例で
ある。
ある。
【図２】本発明の有機電界発光素子に用いられる発光材
料の分子骨格軸，遷移双極子モーメント，素子取り出し
面との間の空間的関係を定める座標の説明図である。
料の分子骨格軸，遷移双極子モーメント，素子取り出し
面との間の空間的関係を定める座標の説明図である。
【図３】本発明の有機電界発光素子に用いられる発光材
料の遷移双極子モーメントの任意の傾き角に対する素子
取り出し面への相対出射光量である。
料の遷移双極子モーメントの任意の傾き角に対する素子
取り出し面への相対出射光量である。
【図４】本発明の有機電界発光素子の発光層１層から直
接光が外部に放出される場合の光学関係と取り出し角の
ｐ偏光透過率の関係を示したものである。
接光が外部に放出される場合の光学関係と取り出し角の
ｐ偏光透過率の関係を示したものである。
【図５】本発明の有機電界発光素子に用いられる発光材
料の遷移双極子モーメントの任意の傾き角に対する発光
層１層から直接光が外部に放出される場合の素子取り出
し面への相対出射光量である。
料の遷移双極子モーメントの任意の傾き角に対する発光
層１層から直接光が外部に放出される場合の素子取り出
し面への相対出射光量である。
【図６】図５と同様で内部屈折率がより大きな値の場合
の相対出射光量である。
の相対出射光量である。
【図７】発光層と素子外部との間に中間層が含まれる時
の光学的関係を示した図である。
の光学的関係を示した図である。
【図８】発光層と素子外部との間に中間層が含まれる時
の素子取り出し面への相対出射光量である。
の素子取り出し面への相対出射光量である。
【図９】本発明の有機電界発光素子に用いられる発光材
料の遷移双極子モーメントが複数存在する時の平均的な
分布に対する素子取り出し面への相対出射光量である。
料の遷移双極子モーメントが複数存在する時の平均的な
分布に対する素子取り出し面への相対出射光量である。
【図１０】本発明の有機電界発光素子の性能確認のため
に用いた素子の電極パターンである。
に用いた素子の電極パターンである。
【図１１】本発明の有機電界発光素子の性能確認のため
に用いた化合物の構造式である。
に用いた化合物の構造式である。
【図１２】本発明の有機電界発光素子の性能確認のため
に用いたスピンコーターの構造である。
に用いたスピンコーターの構造である。
【図１３】本発明の有機電界発光素子の性能確認のため
に作製した素子の吸収スペクトルと配向度パターンであ
る。
に作製した素子の吸収スペクトルと配向度パターンであ
る。
【図１４】本発明の有機電界発光素子の性能確認のため
に作製した素子の発光パターンの測定光学系配置と発光
スペクトルの一例である。
に作製した素子の発光パターンの測定光学系配置と発光
スペクトルの一例である。
【図１５】本発明の有機電界発光素子の放射角改善のた
めの第２中間層の一例である。
めの第２中間層の一例である。
１…保護層、２，１４，２４…陰極、３，１３…電子注
入層、４…配向発光層、５，１１…正孔注入層、６，１
０，２３…透明陽極、７…透明基板、８，９…取り出し
最表層、１２…配向発光層、１５，２２，２５，２５′
…基板、１６，１６′…発光分子、１７，１７′…遷移
双極子モーメント、１８…有機電界発光素子、１９，２
１，３１，３１′，３１′′，３１′′′，３
１′′′′，３１′′′′′…発光層、２０…中間層、
２６…ホルダ、２７…Ｏリング、２８…回転軸、２９…
配向試料、３０，３０′…第２中間層（表面拡散面
付）、３２，３２′…第２中間層（マイクロレンズ群面
付）、３３，３３′…第２中間層（内部散乱体付）、３
４，３４′，３４″…第２中間層（単純型）。
入層、４…配向発光層、５，１１…正孔注入層、６，１
０，２３…透明陽極、７…透明基板、８，９…取り出し
最表層、１２…配向発光層、１５，２２，２５，２５′
…基板、１６，１６′…発光分子、１７，１７′…遷移
双極子モーメント、１８…有機電界発光素子、１９，２
１，３１，３１′，３１′′，３１′′′，３
１′′′′，３１′′′′′…発光層、２０…中間層、
２６…ホルダ、２７…Ｏリング、２８…回転軸、２９…
配向試料、３０，３０′…第２中間層（表面拡散面
付）、３２，３２′…第２中間層（マイクロレンズ群面
付）、３３，３３′…第２中間層（内部散乱体付）、３
４，３４′，３４″…第２中間層（単純型）。
Claims (30)
- 【請求項１】正負の両電荷の注入，輸送することが可能
で、該正負の両電荷により生成された正孔と電子の再結
合により光を発生可能な有機電界発光素子であり、かつ
該有機電界発光素子に含まれる再結合による発光物質ま
たは該発光物質からの光を受けて二次的に光を発生させ
ることが可能な蛍光物質を含むことが可能な有機電界発
光素子において、 該光を発生する物質層内部において異方的に光を発生す
ることが可能な少なくとも１つの発光物質または蛍光物
質を含み、かつ該発光物質または蛍光物質を構成する分
子の中の光の発生に関与する分子骨格の遷移双極子モー
メントの大部分がその物質が属する層の中で光の取り出
し面の法線方向に対して０度から７０度の間の角度で分
布することを特徴とする有機電界発光素子。 - 【請求項２】請求項１の有機電界発光素子において、 該光を異方的に発生する物質層の外部に取り出される光
は、偏光特性を有していることを特徴とする有機電界発
光素子。 - 【請求項３】請求項１又は２の有機電界発光素子におい
て、 該光を異方的に発生する物質層外部にあって、かつ該有
機電界発光素子外部への光の取り出し界面との間に第１
種の中間層を含み、かつ該第１種の中間層の屈折率が該
光を異方的に発生する物質層の屈折率よりも低いか、ま
たは該第１種の中間層の屈折率が１.４２以下であるこ
とを特徴とする有機電界発光素子。 - 【請求項４】請求項１〜３のいずれかに記載の有機電界
発光素子において、 該第１種の中間層の厚みが取り出される光の波長以上の
長さを持つことを特徴とする有機電界発光素子。 - 【請求項５】請求項１〜４のいずれかに記載の有機電界
発光素子において、 異方的に光を発生する該物質層から取り出される光の強
度分布の最大強度を示す方位が、光を素子外部に取り出
す取り出し界面の法線軸に対して０度から６０度の範囲
に存在していることを特徴とする有機電界発光素子。 - 【請求項６】請求項１〜５のいずれかに記載の有機電界
発光素子において、 該発光物質からの光を受けて二次的に光を発生させるこ
とが可能な蛍光物質が異方的に光を発生していることを
特徴とする有機電界発光素子。 - 【請求項７】正負の両電荷の注入，輸送することが可能
で、該正負の両電荷により生成された正孔と電子の再結
合により光を発生可能な有機電界発光素子であり、かつ
該有機電界発光素子に含まれる再結合による発光物質ま
たは該発光物質からの光を受けて二次的に光を発生させ
ることが可能な蛍光物質を含むことが可能な有機電界発
光素子において、 該光を発生する物質層外部にあって、かつ該有機電界発
光素子外部への光の取り出し界面との間に第２種の中間
層を含み、かつ該物質層から取り出される光の強度分布
が該第２種の中間層を通過した後に拡大していることを
特徴とする有機電界発光素子。 - 【請求項８】請求項７の有機電界発光素子において、 該第２種の中間層が光散乱することが可能であるか、ま
たは光路を拡散させることが可能であることを特徴とす
る有機電界発光素子。 - 【請求項９】正負の両電荷の注入，輸送することが可能
で、該正負の両電荷により生成された正孔と電子の再結
合により光を発生可能な有機電界発光素子であり、かつ
該有機電界発光素子に含まれる再結合による発光物質ま
たは該発光物質からの光を受けて二次的に光を発生させ
ることが可能な蛍光物質を含むことが可能な有機電界発
光素子において、 該光を発生する物質層外部にあって、かつ該有機電界発
光素子外部への光の取り出し界面とは反対の方向に第３
種の中間層を有し、かつ該第３種の中間層によって該物
質層から第３種中間層側に取り出された光が反射される
ことを特徴とする有機電界発光素子。 - 【請求項１０】請求項９の有機電界発光素子において、 該第３種の中間層によって該物質層から第３種中間層側
に取り出された光が正反射以外の方向に反射されること
を特徴とする有機電界発光素子。 - 【請求項１１】正負の両電荷の注入，輸送することが可
能で、該正負の両電荷により生成された正孔と電子の再
結合により光を発生可能な有機電界発光素子であり、か
つ該有機電界発光素子に含まれる再結合による発光物質
または該発光物質からの光を受けて二次的に光を発生さ
せることが可能な蛍光物質を含むことが可能な有機電界
発光素子において、 該光を発生する物質層が該有機電界発光素子外部への光
の取り出し界面に対して平行でない接触面を有する隔壁
によって区切られており、かつ該隔壁が発光層を横断す
る高さにわたって形成されているか、または発光層以外
の層または基板に形成されていることを特徴とする有機
電界発光素子。 - 【請求項１２】請求項１１の有機電界発光素子におい
て、 取り出し界面から臨む該隔壁の形状が多角形であり、か
つ該多角形を形成する隔壁面のうち少なくとも２つが平
行であることを特徴とする有機電界発光素子。 - 【請求項１３】請求項１１又は１２の有機電界発光素子
において、 該多角形を形成する平行な隔壁対のうち少なくとも一つ
が、発生する光の波長の４分の１から２波長分の長さで
あることを特徴とす有機電界発光素子。 - 【請求項１４】請求項１１の有機電界発光素子におい
て、 取り出し界面から臨む該隔壁の形状が円形であることを
特徴とする有機電界発光素子。 - 【請求項１５】請求項１４の有機電界発光素子におい
て、 円形の該隔壁の直径が、発生する光の波長の４分の１か
ら２波長分の長さであることを特徴とする有機電界発光
素子。 - 【請求項１６】請求項１１〜１６のいずれかに記載の有
機電界発光素子において、 該隔壁の光の取り出し界面に対して平行でない接触面が
該光を発生する物質層から取り出される光を反射または
屈折させることが可能であることを特徴とする有機電界
発光素子及びそれを用いた光電子素子。 - 【請求項１７】請求項１１〜１６のいずれかに記載の有
機電界発光素子において、 該隔壁での反射が正反射でないことを特徴とする有機電
界発光素子。 - 【請求項１８】請求項７〜１７のいずれかに記載の有機
電界発光素子において、 該光を発生する物質層外部にあって、該物質層を挟む１
対以上の共振器鏡となる第４種の中間層対を含み、かつ
該第４種中間層対の間の距離が発生する光の波長の４分
の１から２波長分の長さの整数倍であることを特徴とす
る有機電界発光素子。 - 【請求項１９】請求項７〜１８のいずれかに記載の有機
発光素子において、 正負の両電荷の注入，輸送することが可能で、該正負の
両電荷により生成された正孔と電子の再結合により光を
発生可能な有機電界発光素子であり、かつ該有機電界発
光素子に含まれる再結合による発光物質または該発光物
質からの光を受けて二次的に光を発生させることが可能
な蛍光物質を含むことが可能な有機電界発光素子及びそ
れを用いた光電子素子において、 該光を発生する物質層内部において異方的に光を発生す
ることが可能な少なくとも１つの発光物質または蛍光物
質を含み、かつ該発光物質または蛍光物質を構成する分
子の中の光の発生に関与する分子骨格の遷移双極子モー
メントの大部分がその物質が属する層の中で光の取り出
し面の法線方向に対して０度から７０度の間の角度で分
布することを特徴とし、 該光を発生する物質層外部にあって、かつ該有機電界発
光素子外部への光の取り出し界面との間に第２種の中間
層を含み、かつ該物質層から取り出される光の強度分布
が該第２種の中間層を通過した後に拡大していることを
特徴とするか、または、該光を発生する物質層外部にあ
って、かつ該有機電界発光素子外部への光の取り出し界
面とは反対の方向に第３種の中間層を有し、かつ該第３
種の中間層によって該物質層から第３種中間層側に取り
出された光が反射されることを特徴とするか、または該
光を発生する物質層が該有機電界発光素子外部への光の
取り出し界面に対して平行でない接触面を有する隔壁に
よって区切られており、かつ該隔壁が発光層を横断する
高さにわたって形成されているか、または発光層以外の
層または基板に形成されていることを特徴とする有機電
界発光素子。 - 【請求項２０】請求項１〜１９のいずれかに記載の有機
電界発光素子において、 該隔壁が素子膜面内において発生した偏光方向に平行な
方向には形成されているが、偏光方向に垂直な方向には
形成されていないことを特徴とする有機電界発光素子。 - 【請求項２１】請求項１〜２０のいずれかに記載の有機
電界発光素子において、 光取り出し面の法線方向に対して０°方向での輝度の半
値を示す方向が４０°以上であることを特徴とする有機
電界発光素子。 - 【請求項２２】該有機電界発光素子及びそれを用いた光
電子素子において、該光を発生する物質層にイオン性の
有機化合物を含むことを特徴とする請求項１から２１に
記載の有機電界発光素子及びそれを用いた光電子素子。 - 【請求項２３】請求項１〜２２のいずれかに記載の有機
電界発光素子において、 ［化学式１］の構造の有機化合物を含むことを特徴とす
る有機電界発光素子及びそれを用いた光電子素子。 【化１】 - 【請求項２４】請求項１〜２３のいずれかに記載の有機
電界発光素子において、 該光を発生する物質層に対して基板側とは反対側の界面
より取り出されることを特徴とする有機電界発光素子。 - 【請求項２５】請求項１〜２４のいずれかに記載の有機
電界発光素子において、 該有機電界発光素子がアモルファスシリコン薄膜トラン
ジスタまたは多結晶シリコン薄膜トランジスタを形成し
た基板上に形成されているか、または有機薄膜トランジ
スタを形成した基板上に形成されたことを特徴とする有
機電界発光素子。 - 【請求項２６】請求項１〜２４のいずれかに記載の有機
発光素子において、 該有機電界発光素子がアモルファスシリコン薄膜トラン
ジスタまたは多結晶シリコン薄膜トランジスタを形成し
た基板、または有機薄膜トランジスタを形成した基板と
別個に形成された後、一体化されたことを特徴とする有
機電界発光素子。 - 【請求項２７】正負の両電荷の注入，輸送することが可
能で、該正負の両電荷により生成された正孔と電子の再
結合により光を発生可能な有機電界発光素子であり、か
つ該有機電界発光素子に含まれる再結合による発光物質
または該発光物質からの光を受けて二次的に光を発生さ
せることが可能な蛍光物質を含むことが可能な有機電界
発光素子を用いた光電子素子において、 該光を発生する物質層内部において異方的に光を発生す
ることが可能な少なくとも１つの発光物質または蛍光物
質を含み、かつ該発光物質または蛍光物質を構成する分
子の中の光の発生に関与する分子骨格の遷移双極子モー
メントの大部分がその物質が属する層の中で光の取り出
し面の法線方向に対して０度から７０度の間の角度で分
布することを特徴とする有機電界発光素子を用いた光電
子素子。 - 【請求項２８】正負の両電荷の注入，輸送することが可
能で、該正負の両電荷により生成された正孔と電子の再
結合により光を発生可能な有機電界発光素子であり、か
つ該有機電界発光素子に含まれる再結合による発光物質
または該発光物質からの光を受けて二次的に光を発生さ
せることが可能な蛍光物質を含むことが可能な有機電界
発光素子を用いた光電子素子において、 該光を発生する物質層外部にあって、かつ該有機電界発
光素子外部への光の取り出し界面との間に第２種の中間
層を含み、かつ該物質層から取り出される光の強度分布
が該第２種の中間層を通過した後に拡大していることを
特徴とする有機電界発光素子を用いた光電子素子。 - 【請求項２９】正負の両電荷の注入，輸送することが可
能で、該正負の両電荷により生成された正孔と電子の再
結合により光を発生可能な有機電界発光素子であり、か
つ該有機電界発光素子に含まれる再結合による発光物質
または該発光物質からの光を受けて二次的に光を発生さ
せることが可能な蛍光物質を含むことが可能な有機電界
発光素子を用いた光電子素子において、 該光を発生する物質層外部にあって、かつ該有機電界発
光素子外部への光の取り出し界面とは反対の方向に第３
種の中間層を有し、かつ該第３種の中間層によって該物
質層から第３種中間層側に取り出された光が反射される
ことを特徴とする有機電界発光素子を用いた光電子素
子。 - 【請求項３０】正負の両電荷の注入，輸送することが可
能で、該正負の両電荷により生成された正孔と電子の再
結合により光を発生可能な有機電界発光素子であり、か
つ該有機電界発光素子に含まれる再結合による発光物質
または該発光物質からの光を受けて二次的に光を発生さ
せることが可能な蛍光物質を含むことが可能な有機電界
発光素子を用いた光電子素子において、 該光を発生する物質層が該有機電界発光素子外部への光
の取り出し界面に対して平行でない接触面を有する隔壁
によって区切られており、かつ該隔壁が発光層を横断す
る高さにわたって形成されているか、または発光層以外
の層または基板に形成されていることを特徴とする有機
電界発光素子を用いた光電子素子。
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|---|---|---|---|
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|---|---|
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