JP2006313667A - Organic el element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、有機ＥＬ素子に関し、さらに詳細には、電子とホールとの注入および再結合により発光する有機化合物のエレクトロルミネッセンス（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ：ＥＬ）を利用した有機ＥＬ素子に関する。 The present invention relates to an organic EL element, and more particularly, to an organic EL element using electroluminescence (EL) of an organic compound that emits light by injection and recombination of electrons and holes.
なお、こうした有機ＥＬ素子は、ディスプレイ、照明あるいは光信号発生器などの各種の分野において利用可能である。 Such an organic EL element can be used in various fields such as a display, illumination, or an optical signal generator.
従来より、電子とホールとの注入および再結合により発光する有機化合物のエレクトロルミネッセンスを利用した有機ＥＬ素子が知られている。 Conventionally, an organic EL element using electroluminescence of an organic compound that emits light by injection and recombination of electrons and holes is known.
一般に、従来の有機ＥＬ素子においては、有機ＥＬ素子の内部で発生した光を外部に取り出す必要性から、基板に透明な材料を使用し、その上に透明電極を配置することにより、透明基板側から光を取り出すようになされている。 In general, in the conventional organic EL element, from the necessity of taking out the light generated inside the organic EL element to the outside, by using a transparent material for the substrate and disposing a transparent electrode thereon, the transparent substrate side The light is taken out from.
こうした従来の有機ＥＬ素子からの発光の角度分布は、ほぼランバート則に従い無指向性であって、全方向に発光する。 The angular distribution of light emission from such a conventional organic EL element is omnidirectional according to the Lambert law and emits light in all directions.
従って、従来の有機ＥＬ素子をディスプレイなどに使用する場合には、例えば、透明基板に対して垂直方向、即ち、ディスプレイの正面方向での光の利用効率が低いということが指摘されていた。 Therefore, when the conventional organic EL element is used for a display or the like, it has been pointed out that, for example, the light use efficiency is low in the direction perpendicular to the transparent substrate, that is, in the front direction of the display.
このため、有機ＥＬ素子からの発光に指向性をもたせるため、例えば、非特許文献１に開示されているような、微小共振器を用いた構造が提案されている。 For this reason, in order to give directivity to light emission from the organic EL element, for example, a structure using a microresonator as disclosed in Non-Patent Document 1 has been proposed.
しかしながら、上記した微小共振器を用いた構造により得られる有機ＥＬ素子からの発光の指向性は、半値全幅で３０°程度とそれほど鋭いわけではなく、より鋭い指向性をもって発光させることのできる有機ＥＬ素子の開発が強く要望されていた。
本発明は、従来の技術の有する上記したような要望に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、有機ＥＬ素子からの発光の指向性を高度に高め、鋭い指向性をもって外部に光を出射することのできる有機ＥＬ素子を提供しようとするものである。 The present invention has been made in view of the above-mentioned demands of the prior art, and the object of the present invention is to enhance the directivity of light emission from the organic EL element to the outside with a sharp directivity. An organic EL element capable of emitting light is to be provided.
上記目的を達成するために、本発明による有機ＥＬ素子は、有機ＥＬ素子の発光層の材料として発光スペクトル幅の狭い発光物質を用いるとともに、有機ＥＬ素子の陰極側の表面に周期的な凹凸構造を形成するようにしたものである。 In order to achieve the above object, the organic EL device according to the present invention uses a light emitting substance having a narrow emission spectrum width as a material of the light emitting layer of the organic EL device, and has a periodic uneven structure on the surface of the cathode side of the organic EL device. Is formed.
こうした構成を備えることにより、本発明による有機ＥＬ素子においては、有機ＥＬ素子の陰極側からの発光の指向性が高度に高められ、有機ＥＬ素子の陰極側から鋭い指向性をもって外部に光が出射されることになる。 With such a configuration, in the organic EL element according to the present invention, the directivity of light emission from the cathode side of the organic EL element is highly enhanced, and light is emitted to the outside with a sharp directivity from the cathode side of the organic EL element. Will be.
この本発明による有機ＥＬ素子においては、有機ＥＬ素子の陰極側からの発光の角度の広がりは、数度以内の狭い範囲に限定されるものである。 In the organic EL device according to the present invention, the spread of the angle of light emission from the cathode side of the organic EL device is limited to a narrow range within several degrees.
なお、本発明による有機ＥＬ素子の発光層の材料として用いることのできる発光スペクトル幅の狭い発光物質としては、例えば、サマリウム（Ｓｍ）イオン、ユウロピウム（Ｅｕ）イオン、テルビウム（Ｔｂ）イオンあるいはジスプロシウム（Ｄｙ）イオンなどの希土類イオンが作る希土類蛍光錯体がある。 In addition, as a light-emitting substance having a narrow emission spectrum width that can be used as a material of the light-emitting layer of the organic EL device according to the present invention, for example, samarium (Sm) ion, europium (Eu) ion, terbium (Tb) ion, or dysprosium ( There are rare earth fluorescent complexes formed by rare earth ions such as Dy) ions.
即ち、本発明のうち請求項１に記載の発明は、陽極と陰極との間に、上記陽極側にホール輸送層を形成するとともに上記陰極側に電子輸送層を形成し、かつ、上記ホール輸送層と上記電子輸送層との間に発光層を形成した有機ＥＬ素子であって、上記発光層を発光スペクトル幅の狭い発光物質により形成し、上記陰極側の表面に周期的な凹凸構造を形成したものである。なお、ホール注入層や電子注入層を設けるようにしてもよいことは勿論である。
That is, the invention according to claim 1 of the present invention is such that a hole transport layer is formed on the anode side and an electron transport layer is formed on the cathode side between the anode and the cathode, and the hole transport is performed. An organic EL device in which a light emitting layer is formed between a layer and the electron transport layer, wherein the light emitting layer is formed of a light emitting material having a narrow emission spectrum width, and a periodic uneven structure is formed on the surface on the cathode side It is a thing. Needless to say, a hole injection layer or an electron injection layer may be provided.
また、本発明のうち請求項２に記載の発明は、本発明のうち請求項１に記載の発明において、上記発光スペクトル幅の狭い発光物質を希土類蛍光錯体としたものである。 The invention according to claim 2 of the present invention is the invention according to claim 1 of the present invention, wherein the light emitting substance having a narrow emission spectrum width is a rare earth fluorescent complex.
また、本発明のうち請求項３に記載の発明は、本発明のうち請求項１または２のいずれか記載の発明において、上記周期的な凹凸構造を上記陰極の外部との界面に形成したものである。 The invention according to claim 3 of the present invention is the invention according to any one of claims 1 or 2, wherein the periodic uneven structure is formed at the interface with the outside of the cathode. It is.
また、本発明のうち請求項４に記載の発明は、本発明のうち請求項１または２のいずれか記載の発明において、上記周期的な凹凸構造を上記陰極に積層された誘電体層の外部との界面に形成したものである。 According to a fourth aspect of the present invention, in the invention according to the first or second aspect of the present invention, the periodic concavo-convex structure is external to the dielectric layer laminated on the cathode. Formed at the interface.
本発明によれば、有機ＥＬ素子からの発光の指向性が高度に高められ、鋭い指向性をもって外部に光が出射されることになるという優れた効果が奏される。 According to the present invention, the directivity of light emission from the organic EL element is highly enhanced, and an excellent effect is achieved in that light is emitted to the outside with a sharp directivity.
以下、添付の図面を参照しながら、本発明による有機ＥＬ素子の実施の形態の一例を詳細に説明するものとする。 Hereinafter, an example of an embodiment of an organic EL element according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
なお、以下の説明においては、それぞれ同一または相当する構成については、それぞれ同一の符号を付して示すことにより、重複する構成ならびに作用の説明は適宜に省略する。 In the following description, the same or corresponding configurations are denoted by the same reference numerals, and the description of the overlapping configuration and operation will be omitted as appropriate.
まず、図１には、本発明の実施の形態の一例による有機ＥＬ素子の素子構造の構成説明図が示されている。
First, FIG. 1 shows a configuration explanatory diagram of an element structure of an organic EL element according to an example of an embodiment of the present invention.
この有機ＥＬ素子１０は、基板１２上に、陽極（ａｎｏｄｅ）１４と、ホール輸送層（ｈｏｌｅ ｔｒａｎｓ． ｌａｙｅｒ）１６と、発光層（ｅｍｉｔ． ｌａｙｅｒ）１８と、電子輸送層（ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｔｒａｎｓ． ｌａｙｅｒ）２０と、陰極（ｃａｔｈｏｄｅ）２２とが順に積層されており、陽極１４と陰極２２とに駆動電圧が印加されるように構成されている。 The organic EL element 10 includes an anode 14, a hole transport layer 16, a light emitting layer 18, and an electron transport layer on a substrate 12. 20 and a cathode 22 are sequentially stacked, and a driving voltage is applied to the anode 14 and the cathode 22.
なお、こうした有機ＥＬ素子１０の積層構造については従来より公知のものであるので、その詳細な説明は省略する。 In addition, since the laminated structure of such organic EL element 10 is conventionally well-known, the detailed description is abbreviate | omitted.
そして、この有機ＥＬ素子１０は、発光層１８と陰極２２との構成において、従来の有機ＥＬ素子と異なっている。 The organic EL element 10 is different from the conventional organic EL element in the configuration of the light emitting layer 18 and the cathode 22.
即ち、発光層１８は、発光スペクトル幅の狭い発光物質、例えば、サマリウム（Ｓｍ）イオン、ユウロピウム（Ｅｕ）イオン、テルビウム（Ｔｂ）イオンあるいはジスプロシウム（Ｄｙ）イオンなどの希土類イオンが作る希土類蛍光錯体により形成されている。 That is, the light emitting layer 18 is made of a light emitting material having a narrow emission spectrum width, for example, a rare earth fluorescent complex formed by rare earth ions such as samarium (Sm) ions, europium (Eu) ions, terbium (Tb) ions, or dysprosium (Dy) ions. Is formed.
また、陰極２２の外部との界面には、微小な周期的凹凸構造格子２２ａが形成されている。なお、周期的凹凸構造格子２２ａは、例えば、六方格子状の連続する凹凸により構成することができる。 In addition, a minute periodic concavo-convex structure grid 22 a is formed at the interface with the outside of the cathode 22. The periodic concavo-convex structure grid 22a can be constituted by, for example, a hexagonal lattice-like continuous concavo-convex structure.
なお、基板１２、陽極１４、ホール輸送層１６、電子輸送層２０ならびに陰極２２の材料としては、従来の有機ＥＬ素子と同様な材料を用いればよいが、基板１２および陽極１４については透明材料を用いる必要はなく、一方、陰極２２は、表面プラズモンが励起される金属材料より構成されており、例えば、銀や金などにより形成されている。 As materials for the substrate 12, the anode 14, the hole transport layer 16, the electron transport layer 20, and the cathode 22, the same materials as those for conventional organic EL elements may be used. However, for the substrate 12 and the anode 14, a transparent material is used. On the other hand, the cathode 22 is made of a metal material that excites surface plasmons, and is made of, for example, silver or gold.
以上の構成において、有機ＥＬ素子１０の陽極１４と陰極２２とに駆動電圧が印加されると、有機ＥＬ素子１０の陰極２２から指向性をもった発光が観察され、その発光の角度の広がりは数度以内の狭い範囲に限定される。即ち、有機ＥＬ素子１０の陰極２２からは、鋭い指向性をもって外部に光が出射される。
In the above configuration, when a driving voltage is applied to the anode 14 and the cathode 22 of the organic EL element 10, light emission having directivity is observed from the cathode 22 of the organic EL element 10, and the spread of the angle of the light emission is widened. Limited to a narrow range within a few degrees. That is, light is emitted from the cathode 22 of the organic EL element 10 to the outside with a sharp directivity.
この有機ＥＬ素子１０においては、陰極２２の外部との界面に微小な周期的凹凸構造格子２２ａが形成されているため、発光層１８で生成された光は直接あるいは間接的に、陰極２２と外部（空気）との界面を伝搬する表面プラズモンを励起する。 In this organic EL element 10, since the minute periodic concavo-convex structure grid 22a is formed at the interface with the outside of the cathode 22, the light generated in the light emitting layer 18 is directly or indirectly from the outside of the cathode 22. Excites surface plasmons propagating on the interface with (air).
この表面プラズモンの分散関係と伝搬光の分散関係とが一致したときに、表面プラズモンは伝搬光となって外部に放射される。 When the dispersion relation of the surface plasmon coincides with the dispersion relation of the propagation light, the surface plasmon is emitted to the outside as propagation light.
ここで、発光層１８の材料としては、発光スペクトル幅の狭い発光物質を用いており、表面プラズモンは、この発光スペクトル幅の狭い発光物質の発光によって励起される。 Here, a light emitting material having a narrow emission spectrum width is used as the material of the light emitting layer 18, and the surface plasmon is excited by the light emission of the light emitting material having a narrow emission spectrum width.
従って、励起された表面プラズモンのエネルギー幅は、発光層１８の材料として用いた発光物質の発光スペクトル幅と同じになり、表面プラズモンの分散関係と発光層１８の材料として用いた発光物質の発光ピークエネルギーとは非常に狭い領域で一致することになるため、伝搬光は鋭い指向性をもって外部に放射されることになる。外部に放射される伝搬光の射出角の広がりは、発光スペクトルの幅が狭くなれば狭くなるほど小さくなる。 Accordingly, the energy width of the excited surface plasmon becomes the same as the emission spectrum width of the light emitting material used as the material of the light emitting layer 18, and the dispersion relation of the surface plasmon and the light emission peak of the light emitting material used as the material of the light emitting layer 18. Since the energy coincides with a very narrow area, the propagating light is emitted to the outside with a sharp directivity. The spread of the emission angle of propagating light radiated to the outside becomes smaller as the emission spectrum becomes narrower.
次に、図２には、本発明の実施の形態の他の例による有機ＥＬ素子の素子構造の構成説明図が示されている。
Next, FIG. 2 shows a configuration explanatory diagram of an element structure of an organic EL element according to another example of the embodiment of the present invention.
この有機ＥＬ素子１００は、基板１２と陽極１４との間にバッファー層１０２が形成されている点と、基板１２の表面に微小な周期的凹凸構造格子を形成した後に基板１２、バッファー層１０２、陽極１４、ホール輸送層１６、発光層１８、電子輸送層２０ならびに陰極２２を順次積層することにより、これら各層のそれぞれの界面において微小な周期的凹凸構造格子１０４がそれぞれ形成されるとともに陰極２２の外部との界面に微小な周期的凹凸構造格子２２ａが形成されるようになされている点とにおいて、上記した有機ＥＬ素子１０と異なっている。 The organic EL element 100 includes a substrate 12, a buffer layer 102, a buffer layer 102 formed between the substrate 12 and the anode 14, and a fine periodic concavo-convex structure grid formed on the surface of the substrate 12. By laminating the anode 14, the hole transport layer 16, the light emitting layer 18, the electron transport layer 20, and the cathode 22 in order, a minute periodic concavo-convex structure grid 104 is formed at each interface between these layers, and the cathode 22 The organic EL element 10 is different from the organic EL element 10 described above in that a minute periodic concavo-convex structure grid 22a is formed at the interface with the outside.
なお、基板１２の表面に形成する微小な周期的凹凸構造格子は、例えば、六方格子状の連続する凹凸により構成することができる。 In addition, the fine periodic uneven | corrugated structure grating | lattice formed in the surface of the board | substrate 12 can be comprised by the continuous unevenness | corrugation of hexagonal lattice shape, for example.
以上の構成において、この有機ＥＬ素子１００においても、有機ＥＬ素子１００の陽極１４と陰極２２とに駆動電圧が印加されると、上記した有機ＥＬ素子１０と同様な作用により、陰極２２の外部との界面に微小な周期的凹凸構造格子２２ａが形成されているため、発光層１８で生成された光は直接あるいは間接的に、陰極２２と外部（空気）との界面を伝搬する表面プラズモンを励起することになり、有機ＥＬ素子１００の陰極２２から指向性をもった発光が観察され、その発光の角度の広がりは数度以内の狭い範囲に限定される。即ち、有機ＥＬ素子１００の誘電体層１０２から鋭い指向性をもって外部に光が出射される。
In the above configuration, also in this organic EL element 100, when a driving voltage is applied to the anode 14 and the cathode 22 of the organic EL element 100, the same effect as that of the organic EL element 10 described above causes Since the fine periodic concavo-convex structure grid 22a is formed at the interface of the light, the light generated in the light emitting layer 18 directly or indirectly excites surface plasmons propagating through the interface between the cathode 22 and the outside (air). Therefore, light emission having directivity is observed from the cathode 22 of the organic EL element 100, and the spread of the light emission angle is limited to a narrow range within several degrees. That is, light is emitted from the dielectric layer 102 of the organic EL element 100 to the outside with a sharp directivity.
次に、図３には、本発明の実施の形態の他の例による有機ＥＬ素子の素子構造の構成説明図が示されている。
Next, FIG. 3 shows a configuration explanatory diagram of an element structure of an organic EL element according to another example of the embodiment of the present invention.
この有機ＥＬ素子２００は、陰極２２に周期的凹凸構造格子２２ａが形成されていない点と、陰極２２に誘電体層２０２が積層されるとともに誘電体層２０２の外部との界面に微小な周期的凹凸構造格子２０２ａが形成されている点とにおいて、上記した有機ＥＬ素子１０と異なっている。 In the organic EL element 200, a periodic uneven structure grid 22a is not formed on the cathode 22, and a dielectric layer 202 is laminated on the cathode 22, and a minute periodic is formed at the interface with the outside of the dielectric layer 202. It differs from the organic EL element 10 described above in that the concavo-convex structure grid 202a is formed.
なお、周期的凹凸構造格子２０２ａは、例えば、六方格子状の連続する凹凸により構成することができる。 The periodic concavo-convex structure grating 202a can be constituted by, for example, a hexagonal lattice-like continuous concavo-convex structure.
以上の構成において、この有機ＥＬ素子２００においても、有機ＥＬ素子２００の陽極１４と陰極２２とに駆動電圧が印加すると、上記した有機ＥＬ素子１０と同様な作用により、誘電体層２０２の外部との界面に微小な周期的凹凸構造格子２０２ａが形成されているため、発光層１８で生成された光は直接あるいは間接的に、陰極２２と誘電体層２０２との界面を伝搬する表面プラズモンを励起することになり、有機ＥＬ素子２００の陰極２２から指向性をもった発光が観察され、その発光の角度の広がりは数度以内の狭い範囲に限定される。即ち、有機ＥＬ素子２００の誘電体層２０２から鋭い指向性をもって外部に光が出射される。
In the organic EL element 200 having the above configuration, when a driving voltage is applied to the anode 14 and the cathode 22 of the organic EL element 200, the organic EL element 200 has a function similar to that of the organic EL element 10 described above, Since the minute periodic concavo-convex structure grating 202a is formed at the interface of the light, the light generated in the light emitting layer 18 directly or indirectly excites surface plasmons propagating through the interface between the cathode 22 and the dielectric layer 202. Therefore, light emission having directivity is observed from the cathode 22 of the organic EL element 200, and the spread of the light emission angle is limited to a narrow range within several degrees. That is, light is emitted to the outside from the dielectric layer 202 of the organic EL element 200 with a sharp directivity.
次に、本願発明者により行われた実験結果について、実施例として説明する。なお、この実験においては、上記した有機ＥＬ素子１００と同一の層構造を備えた有機ＥＬ素子３００を作製して実験を行った。
Next, experimental results conducted by the inventors will be described as examples. In this experiment, an organic EL element 300 having the same layer structure as that of the organic EL element 100 described above was produced and experimented.
図４には、本願発明者により行われた実験に用いた有機ＥＬ素子３００の素子構造の構成説明図が示されており、有機ＥＬ素子３００は、基板１２がシリコン基板（Ｓｉ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）よりなり、バッファー層１０２が膜厚１００ｎｍのＳｉＯ２よりなり、陽極１４が膜厚１５０ｎｍのＩＴＯよりなり、ホール輸送層１６が膜厚６０ｎｍのＮ，Ｎ’−ｄｉｐｈｅｎｙｌ−Ｎ，Ｎ’−ｂｉｓ（１−ｎａｐｈｔｈｙｌ）−（１，１’−ｂｉｐｈｅｎｙｌ）−４，４’−ｄｉａｍｉｎｅ（ＮＰＢ）（図５参照）よりなり、発光層１８が膜厚４０ｎｍのＥｕ（ＤＢＭ）３ｂａｔｈ（図６参照）よりなり、電子輸送層２０が膜厚４０ｎｍのＴｒｉｓ−（８−ｈｙｄｒｏｘｙｑｕｉｎｏｌｉｎｅ）ａｌｕｍｉｎｕｍ（Ａｌｑ３）（図７参照）よりなり、陰極２２が膜厚４０ｎｍの銀（ｓｉｌｖｅｒ）よりなる。 FIG. 4 shows a configuration explanatory diagram of the element structure of the organic EL element 300 used in the experiment conducted by the inventors of the present application. The organic EL element 300 includes a substrate 12 made of a silicon substrate (Si substrate). The buffer layer 102 is made of 100 nm thick SiO 2 , the anode 14 is made of 150 nm thick ITO, and the hole transport layer 16 is 60 nm thick N, N′-diphenyl-N, N′-bis (1− Naphthyl)-(1,1′-biphenyl) -4,4′-diamine (NPB) (see FIG. 5), and the light emitting layer 18 is made of Eu (DBM) 3 bath (see FIG. 6) having a film thickness of 40 nm. The electron transport layer 20 is made of Tris- (8-hydroxyquinoline) aluminum (Alq 3 ) (see FIG. 7) having a film thickness of 40 nm. The cathode 22 is made of silver having a thickness of 40 nm.
また、周期的凹凸構造格子２２ａならびに周期的凹凸構造格子１０４は、六方格子状の連続する凹凸により構成した。 In addition, the periodic concavo-convex structure grid 22a and the periodic concavo-convex structure grid 104 are configured by continuous concavo-convex in a hexagonal lattice shape.
なお、実験に際しては、周期的凹凸構造格子２２ａの連続する六方格子状の凹凸のピッチたる格子ピッチ、即ち、隣り合う凸と凸ならびに隣り合う凹と凹との距離Ｌを３９０ｎｍとした有機ＥＬ素子３００と、４９５ｎｍとした有機ＥＬ素子３００と、５８４ｎｍとした有機ＥＬ素子３００とを作製し、それぞれについて実験した。
In the experiment, the organic EL element in which the lattice pitch, which is the pitch of the continuous hexagonal lattice-like unevenness of the periodic uneven structure lattice 22a, that is, the distance L between adjacent protrusions and protrusions and between adjacent protrusions and recesses is 390 nm. 300, an organic EL element 300 of 495 nm, and an organic EL element 300 of 584 nm were fabricated and tested for each.
また、周期的凹凸構造格子２２ａの深さｄについては、実験に使用した有機ＥＬ素子３００のいずれにおいても５０ｎｍとした。 Further, the depth d of the periodic concavo-convex structure grating 22a was set to 50 nm in any of the organic EL elements 300 used in the experiment.
なお、図８には、格子ピッチ、即ち、距離Ｌを５８４ｎｍとするととともに、深さｄを５０ｎｍとした周期的凹凸構造格子２２ａを備えた銀よりなる陰極２２の表面の原子間力顕微鏡写真が示されている。 FIG. 8 is an atomic force micrograph of the surface of the cathode 22 made of silver provided with a periodic concavo-convex structure lattice 22a with a lattice pitch, that is, a distance L of 584 nm and a depth d of 50 nm. It is shown.
ここで、図９には、上記のようにして作製した周期的凹凸構造格子２２ａの格子ピッチが３９０ｎｍ、４９５ｎｍならびに５８４ｎｍの有機ＥＬ素子３００に電流を流したときに、陰極２２たる銀の表面からの発光の角度分布（放射パターン）を測定した結果が図示されている。
Here, FIG. 9 shows the surface of the silver serving as the cathode 22 when a current is passed through the organic EL element 300 having the lattice pitches of the periodic concavo-convex structure lattice 22a produced as described above of 390 nm, 495 nm, and 584 nm. The results of measuring the angular distribution (radiation pattern) of the light emission are shown.
この図９に示されているように、放射パターンは周期的凹凸構造格子２２ａの格子ピッチによって大きく異なり、周期的凹凸構造格子２２ａの格子ピッチが５８４ｎｍのときには、陰極２２の面に対して垂直方向（０°）に非常に指向性の高い発光パターンを示す（図９の図表における実線を参照する。）。 As shown in FIG. 9, the radiation pattern varies greatly depending on the lattice pitch of the periodic concavo-convex structure lattice 22a. When the lattice pitch of the periodic concavo-convex structure lattice 22a is 584 nm, the radiation pattern is perpendicular to the surface of the cathode 22 A light emission pattern with very high directivity is shown at (0 °) (refer to the solid line in the chart of FIG. 9).
また、周期的凹凸構造格子２２ａの格子ピッチが４９５ｎｍのときには、陰極２２の面に対して約１０°の方向に非常に指向性の高い発光パターンを示す（図９の図表における破線を参照する。）。 In addition, when the lattice pitch of the periodic concavo-convex structure lattice 22a is 495 nm, a light emission pattern having a very high directivity is shown in a direction of about 10 ° with respect to the surface of the cathode 22 (refer to the broken line in the diagram of FIG. 9). ).
さらに、周期的凹凸構造格子２２ａの格子ピッチが３９０ｎｍのときには、陰極２２の面に対して約３０°の方向に非常に指向性の高い発光パターンを示す（図９の図表における一点鎖線を参照する。）。 Furthermore, when the lattice pitch of the periodic concavo-convex structure lattice 22a is 390 nm, a light emission pattern having a very high directivity is shown in a direction of about 30 ° with respect to the surface of the cathode 22 (refer to the one-dot chain line in the diagram of FIG. 9). .)
こうした有機ＥＬ素子３００においては、陰極２２たる銀の膜厚が４０ｎｍであるため、発光層１８で生成された光はほとんどこの陰極２２を透過しない。
In such an organic EL element 300, since the film thickness of silver serving as the cathode 22 is 40 nm, light generated in the light emitting layer 18 hardly transmits through the cathode 22.
しかしながら、発光層１８で生成された光は直接あるいは間接的に、陰極２２たる銀と空気との界面を伝搬する表面プラズモンを励起する。 However, the light generated in the light-emitting layer 18 directly or indirectly excites surface plasmons propagating through the interface between the silver 22 serving as the cathode 22 and air.
ここで、図１０に示す左のグラフは、六方格子状の周期的凹凸構造格子２２ａの格子ピッチが５８４ｎｍである有機ＥＬ素子３００の陰極２２たる銀と空気との界面に存在する表面プラズモンの分散関係を計算により求めた計算結果を示すグラフである。ここで、Ｋは格子ベクトルであり、格子ピッチをΛとしたとき、Ｋ＝２π／Λで与えられる。 Here, the graph on the left shown in FIG. 10 shows the dispersion of surface plasmons present at the interface between silver and air as the cathode 22 of the organic EL element 300 in which the lattice pitch of the hexagonal lattice-shaped periodic uneven structure lattice 22a is 584 nm. It is a graph which shows the calculation result which calculated | required the relationship by calculation. Here, K is a lattice vector, and is given by K = 2π / Λ when the lattice pitch is Λ.
この表面プラズモンの分散関係と伝搬光の分散関係とが一致したときに、表面プラズモンは伝搬光となって放射される。 When the dispersion relation of the surface plasmon coincides with the dispersion relation of the propagation light, the surface plasmon is emitted as propagation light.
図１０に示す右のグラフは、発光層１８たるＥｕ（ＤＢＭ）３ｂａｔｈの発光スペクトルを示すスペクトル図である。この図１０のスペクトル図からわかるように、Ｅｕ（ＤＢＭ）３ｂａｔｈの発光スペクトルの幅は非常に狭い。 The right graph shown in FIG. 10 is a spectrum diagram showing an emission spectrum of Eu (DBM) 3 bath which is the light emitting layer 18. As can be seen from the spectrum diagram of FIG. 10, the width of the emission spectrum of Eu (DBM) 3 bath is very narrow.
表面プラズモンは、Ｅｕ（ＤＢＭ）３ｂａｔｈの発光によって励起され、従って、励起された表面プラズモンのエネルギー幅はＥｕ（ＤＢＭ）３ｂａｔｈの発光エネルギー幅と同じである。 The surface plasmon is excited by light emission of Eu (DBM) 3 bath, and therefore the energy width of the excited surface plasmon is the same as the light emission energy width of Eu (DBM) 3 bath.
このため、表面プラズモンの分散曲線のＡ点がＥｕ（ＤＢＭ）３ｂａｔｈの発光ピークエネルギーと一致するように格子ピッチを調整すると、「ｋｘ＝０」の伝搬光、即ち、射出角度が０°（陰極２２の面に対して垂直方向）の伝搬光とのみ結合する。この際の格子ピッチが、５８４ｎｍということになる。 For this reason, when the lattice pitch is adjusted so that the point A of the dispersion curve of the surface plasmon coincides with the emission peak energy of Eu (DBM) 3 bath, the propagation light of “k x = 0”, that is, the emission angle is 0 °. It couples only with propagating light (perpendicular to the surface of the cathode 22). The lattice pitch at this time is 584 nm.
また、射出角の広がりは、発光層１８として用いる材料の発光スペクトルの幅が狭くなれば狭くなるほど小さくなる。 Further, the spread of the emission angle becomes smaller as the emission spectrum width of the material used as the light emitting layer 18 becomes narrower.
なお、本発明を実施する際においては、陰極２２の面に対する発光パターンの角度は、発光層１８を形成する材料や格子ピッチの大きさに応じて、適宜に設定することができる。
In carrying out the present invention, the angle of the light emission pattern with respect to the surface of the cathode 22 can be appropriately set according to the material forming the light emitting layer 18 and the size of the lattice pitch.
また、本発明を実施する際においては、陽極１４、ホール輸送層１６、発光層１８、電子輸送層２０、陰極２２、バッファー層１０２ならびに誘電体層２０２の膜厚は、上記した実施例に示す値に限定されるものではなく、有機ＥＬ素子を使用する際の条件などに応じて、適宜の膜厚を選択すればよい。 In carrying out the present invention, the film thicknesses of the anode 14, the hole transport layer 16, the light emitting layer 18, the electron transport layer 20, the cathode 22, the buffer layer 102, and the dielectric layer 202 are shown in the above-described embodiments. It is not limited to the value, and an appropriate film thickness may be selected according to the conditions when using the organic EL element.
例えば、陰極２２たる銀の膜厚については、２０〜６０ｎｍの範囲において適宜に選択すると良好な結果が得られ、また、電子輸送層２０たるＡｌｑ３の膜厚については、１０〜５０ｎｍの範囲において適宜に選択すると良好な結果が得られる。 For example, when the film thickness of silver as the cathode 22 is appropriately selected within the range of 20 to 60 nm, good results are obtained, and the film thickness of Alq 3 as the electron transport layer 20 is within the range of 10 to 50 nm. Good results can be obtained if selected appropriately.
また、本発明を実施する際においては、周期的凹凸構造格子２２ａならびに周期的凹凸構造格子１０４の深さｄは、上記した実施例に示す値に限定されるものではなく、有機ＥＬ素子を使用する際の条件などに応じて、適宜の深さを選択すればよく、例えば、１０〜１００ｎｍの範囲において適宜に選択すると良好な結果が得られる。 In carrying out the present invention, the depth d of the periodic concavo-convex structure grid 22a and the periodic concavo-convex structure grid 104 is not limited to the values shown in the above-described embodiments, and organic EL elements are used. An appropriate depth may be selected in accordance with the conditions at the time of, for example, and good results can be obtained by appropriately selecting in the range of 10 to 100 nm.
また、本発明を実施する際においては、周期的凹凸構造格子２２ａならびに周期的凹凸構造格子１０４の形状は、六方格子状に限られるものではなく、有機ＥＬ素子を使用する際の条件などに応じて適宜の形状を選択すればよい。 In carrying out the present invention, the shape of the periodic concavo-convex structure lattice 22a and the periodic concavo-convex structure lattice 104 is not limited to the hexagonal lattice shape, but depends on the conditions for using the organic EL element. An appropriate shape may be selected.
なお、上記した実施の形態においては、ホール注入層や電子注入層を設けない構成例を示したが、これに限られるものではないことは勿論であり、ホール注入層や電子注入層を設けるようにしてもよい。
In the above-described embodiment, the configuration example in which the hole injection layer and the electron injection layer are not provided is shown. However, the present invention is not limited to this, and the hole injection layer and the electron injection layer are provided. It may be.
本発明は、ディスプレイ、照明あるいは光信号発生器などの各種の分野において利用することができるものである。 The present invention can be used in various fields such as a display, illumination, or an optical signal generator.
１０ 有機ＥＬ素子
１２ 基板
１４ 陽極（ａｎｏｄｅ）
１６ ホール輸送層（ｈｏｌｅ ｔｒａｎｓ． ｌａｙｅｒ）
１８ 発光層（ｅｍｉｔ． ｌａｙｅｒ）
２０ 電子輸送層（ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｔｒａｎｓ． ｌａｙｅｒ）
２２ 陰極（ｃａｔｈｏｄｅ）
２２ａ 周期的凹凸構造格子
１００ 有機ＥＬ素子
１０２ バッファー層
１０４ 周期的凹凸構造格子
２００ 有機ＥＬ素子
２０２ 誘電体層
２０２ａ 周期的凹凸構造格子
３００ 有機ＥＬ素子
10 Organic EL device 12 Substrate 14 Anode
16 hole transport layer (hole trans. Layer)
18 Light emitting layer (emit. Layer)
20 Electron transport layer (electron trans. Layer)
22 Cathode
22a Periodic uneven structure lattice 100 Organic EL element 102 Buffer layer 104 Periodic uneven structure grating 200 Organic EL element 202 Dielectric layer 202a Periodic uneven structure grating 300 Organic EL element
Claims (4)
前記発光層を発光スペクトル幅の狭い発光物質により形成し、
前記陰極側の表面に周期的な凹凸構造を形成した
ことを特徴とする有機ＥＬ素子。 A hole transport layer was formed on the anode side between the anode and the cathode, an electron transport layer was formed on the cathode side, and a light emitting layer was formed between the hole transport layer and the electron transport layer An organic EL element,
The light emitting layer is formed of a light emitting material having a narrow emission spectrum width,
An organic EL device, wherein a periodic uneven structure is formed on the surface on the cathode side.
前記発光スペクトル幅の狭い発光物質は、希土類蛍光錯体である
ことを特徴とする有機ＥＬ素子。 The organic EL device according to claim 1,
The organic EL element, wherein the light emitting substance having a narrow emission spectrum width is a rare earth fluorescent complex.
前記周期的な凹凸構造は、前記陰極の外部との界面に形成された
ことを特徴とする有機ＥＬ素子。 The organic EL element according to claim 1, wherein:
The periodic concavo-convex structure is formed at an interface with the outside of the cathode.
前記周期的な凹凸構造は、前記陰極に積層された誘電体層の外部との界面に形成された
ことを特徴とする有機ＥＬ素子。 The organic EL element according to claim 1, wherein:
The periodic concavo-convex structure is formed at an interface with the outside of the dielectric layer laminated on the cathode.
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