JP2013030585A

JP2013030585A - 有機エレクトロルミネッセンス素子

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Publication number: JP2013030585A
Application number: JP2011165076A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Koyanagi; 貴裕小柳; Masato Yamana; 正人山名
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2011-07-28
Filing date: 2011-07-28
Publication date: 2013-02-07

Abstract

【課題】光取り出し効率をさらに高めることができる有機エレクトロルミネッセンス素子を提供する。
【解決手段】有機エレクトロルミネッセンス素子に関する。第一電極又は第二電極が金属含有光反射性電極であり、有機層が一層以上の発光層を有し、金属含有光反射性電極に最も近い側に位置する発光層における発光領域が金属含有光反射性電極の側に存在する場合に式（１）を満たす。

λ_０は金属含有光反射性電極に最も近い側に位置する発光層の発光ピーク波長、ｎ_ｅは金属含有光反射性電極に最も近い側に位置する発光層の屈折率、ｎ_１は金属含有光反射性電極に最も近い側に位置する発光層に隣接する１番目の有機層の屈折率、ｄ_１は１番目の有機層の実膜厚、ｎ_ｉはｉ番目の有機層の屈折率、ｄ_ｉはｉ番目の有機層の実膜厚、ｎ_ｘはｘ番目の有機層の屈折率、ｄ_ｘはｘ番目の有機層の実膜厚を示す。
【選択図】なし

Description

本発明は、有機エレクトロルミネッセンス素子に関するものである。

図７は従来の有機エレクトロルミネッセンス素子の一例を示すものであり、これは、基板１、第一電極２、一層以上の有機層３、第二電極４の順に積層して形成されている。有機層３は、第一電極２の側から、ホール注入層９、ホール輸送層１０、発光層６、電子注入層１２の順に積層して形成されている。図７において、発光層６の発光源から放射された光は屈折率の高い媒質から屈折率の低い媒質へ伝搬する場合、その界面では媒質間の屈折率により、スネルの法則から臨界角が決定され、その臨界角以上の光は界面で全反射する。その際、有機層３の基板１とは逆の側に第二電極４として光反射性の金属を用いることで、発光層６から第二電極４（光反射性の金属）の側に放射された光や、有機層３と基板１との間で全反射された光を基板１の側に反射させることで、それらの一部を外部に取り出すことができる。しかし、発光層６の発光源から放射された光の多くは有機層３内や基板１内に閉じ込められ、導波光として失われる。

このとき、基板１の表面に対して垂直方向に振動方向を持つ双極子モーメントから放射されるＰ偏光成分の光は、第二電極４による光吸収、表面プラズモン励起、有機層３内横伝搬による光吸収により失活する。なお、Ｐ偏光は基板１の表面に対して垂直な面を入射面としたとき、その入射面に対して光の電界成分の振動方向が垂直な光成分と定義する。これに対して、入射面に対して電界の振動方向が水平な光成分をＳ偏光と定義する。また、基板１に対して垂直な双極子モーメントから放射される光をＴＭモード（Transverse Magnetic Wave）、水平な双極子モーメントから放射される光をＴＥモード（Transverse Electric Wave）と定義する。

上記の失活のうち、図７に示す一般的な有機エレクトロルミネッセンス素子の構造において、発光層６内の発光領域と第二電極４との距離は１／４波長程度で設計されるため、表面プラズモンの励起による光損失が生じることが知られている（例えば、非特許文献１参照）。

固体中のプラズモンとは自由電荷の疎密波であり、有機エレクトロルミネッセンス素子の第二電極４のように自由電荷を持つ物質表面では、表面電荷の集団振動である表面プラズモンが存在する。この集団振動が外部から与えた電磁波と結合した系は、表面プラズモンポラリトン又は表面プラズモンと呼ばれる。この表面波は磁場が横波であるＴＭモードであるため、ＴＭモードのＰ偏光成分が第二電極４に入射されることによって表面プラズモンが励起され、入射したＴＭモードのＰ偏光成分のエネルギーが表面プラズモンの励起によって奪われる。したがって、表面プラズモンの励起を抑制することによって有機エレクトロルミネッセンス素子の光取り出し効率の向上が期待できる。

非特許文献１では有機エレクトロルミネッセンス素子の光エネルギー分布と電子輸送層との関係について計算しているが、着眼点は表面プラズモンではなく基板の屈折率であって、表面プラズモンの抑制を考慮した有機エレクトロルミネッセンス素子は設計されていない。しかも発光波長が単一であり、複数の発光波長を持つ有機エレクトロルミネッセンス素子の設計には不十分である。

また、非特許文献２においても、表面プラズモン強度を計算しているが、発光波長が単一であり、干渉効果と表面プラズモン強度の両者を同時に考慮しておらず、光取り出し効率の高い有機エレクトロルミネッセンス素子の構造の設計指針を提示するには至っていない。

第三回次世代照明技術展ＯＳＲＡＭ社講演資料三上明義、有機ＥＬ討論会第１０回例会予稿集、ｐ．５５−５６

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、従来の光学干渉効果による光取り出し効率の向上効果だけでなく、表面プラズモンの抑制を考慮することで、ＴＭモードのＰ偏光成分を有機層の外部へ取り出して光取り出し効率をさらに高めることができる有機エレクトロルミネッセンス素子を提供することを目的とするものである。

本発明に係る有機エレクトロルミネッセンス素子は、基板、第一電極、一層以上の有機層、第二電極の順に積層して形成された有機エレクトロルミネッセンス素子であって、前記第一電極又は前記第二電極が金属材料を含みかつ光反射性を有する金属含有光反射性電極であり、前記有機層が一層以上の発光層を有し、前記金属含有光反射性電極に最も近い側に位置する発光層における発光領域が前記金属含有光反射性電極の側に存在する場合に下記式（１）を満たすことを特徴とするものである。

上記式（１）中、λ_０は前記金属含有光反射性電極に最も近い側に位置する発光層の発光ピーク波長（複数の発光ピーク波長を有する場合には最も長波長側の発光ピーク波長）、ｎ_ｅは前記金属含有光反射性電極に最も近い側に位置する発光層の発光ピーク波長での屈折率、ｎ_１は前記金属含有光反射性電極に最も近い側に位置する発光層の前記金属含有光反射性電極の側に隣接する１番目の有機層の発光ピーク波長での屈折率、ｄ_１は前記１番目の有機層の実膜厚、ｎ_ｉは前記１番目の有機層から数えてｉ番目の有機層の発光ピーク波長での屈折率、ｄ_ｉは前記ｉ番目の有機層の実膜厚、ｎ_ｘは前記１番目の有機層から数えてｘ番目の有機層（前記金属含有光反射性電極に隣接する有機層）の発光ピーク波長での屈折率、ｄ_ｘは前記ｘ番目の有機層の実膜厚を示す。

本発明に係る有機エレクトロルミネッセンス素子は、基板、第一電極、一層以上の有機層、第二電極の順に積層して形成された有機エレクトロルミネッセンス素子であって、前記第一電極又は前記第二電極が金属材料を含みかつ光反射性を有する金属含有光反射性電極であり、前記有機層が一層以上の発光層を有し、前記金属含有光反射性電極に最も近い側に位置する発光層における発光領域が前記金属含有光反射性電極と逆の側に存在する場合に下記式（２）を満たすことを特徴とするものである。

上記式（２）中、λ_０は前記金属含有光反射性電極に最も近い側に位置する発光層の発光ピーク波長（複数の発光ピーク波長を有する場合には最も長波長側の発光ピーク波長）、ｎ_ｅは前記金属含有光反射性電極に最も近い側に位置する発光層の発光ピーク波長での屈折率、ｄ_ｅは前記金属含有光反射性電極に最も近い側に位置する発光層の実膜厚、ｎ_１は前記金属含有光反射性電極に最も近い側に位置する発光層の前記金属含有光反射性電極の側に隣接する１番目の有機層の発光ピーク波長での屈折率、ｄ_１は前記１番目の有機層の実膜厚、ｎ_ｉは前記１番目の有機層から数えてｉ番目の有機層の発光ピーク波長での屈折率、ｄ_ｉは前記ｉ番目の有機層の実膜厚、ｎ_ｘは前記１番目の有機層から数えてｘ番目の有機層（前記金属含有光反射性電極に隣接する有機層）の発光ピーク波長での屈折率、ｄ_ｘは前記ｘ番目の有機層の実膜厚を示す。

前記有機エレクトロルミネッセンス素子において、下記式（３）を満たすことが好ましい。

本発明によれば、従来の光学干渉効果による光取り出し効率の向上効果だけでなく、表面プラズモンの抑制を考慮することで、ＴＭモードのＰ偏光成分を有機層の外部へ取り出して光取り出し効率をさらに高めることができるものである。

本発明に係る有機エレクトロルミネッセンス素子の一例を示す概略断面図である。本発明に係る有機エレクトロルミネッセンス素子の他の一例を示す概略断面図である。実施例１〜３の有機エレクトロルミネッセンス素子を示す概略断面図である。実施例４〜７の有機エレクトロルミネッセンス素子を示す概略断面図である。実施例１〜３及び比較例１〜３の有機エレクトロルミネッセンス素子について、発光位置／金属含有光反射性電極間光学距離と全放射束との関係を示すグラフである。実施例４〜７及び比較例４〜６の有機エレクトロルミネッセンス素子について、発光位置／金属含有光反射性電極間光学距離と全放射束との関係を示すグラフである。従来の有機エレクトロルミネッセンス素子の一例を示す概略断面図である。

以下、本発明の実施の形態を説明する。

（実施形態１）
図１は実施形態１の有機エレクトロルミネッセンス素子の一例を示すものであり、これは、基板１、第一電極２、一層以上の有機層３、第二電極４の順に積層して形成されている。図１では有機層３は、第一電極２の側から、ホール注入層９、ホール輸送層１０、発光層６、電子輸送層１１、電子注入層１２の順に積層して形成されているが、これに限定されるものではなく、さらにホールブロック層及び電子ブロック層（いずれも図示省略）を積層してもよい。

また、図１では有機層３は一層の発光層６のみを有しているが、二層以上の発光層６を有していてもよい。この場合、発光層６の層数は特に限定されるものではないが、層数が増大すると光学的及び電気的な素子設計の難易度が増大するので、五層以下であることが好ましく、三層以下であることがより好ましい。また、有機層３が二層以上の発光層６を有する場合には、発光層６同士の間に電荷供給層（図示省略）を介在させることができる。なお、発光層６と電荷供給層との間に他の有機層３が介在していてもよい。

ここで、電荷供給層としては、例えば、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ等の金属薄膜、酸化バナジウム、酸化モリブデン、酸化レニウム、酸化タングステン等の金属酸化物、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＡＺＯ、ＧＺＯ、ＡＴＯ、ＳｎＯ_２等の透明導電膜、いわゆるｎ型半導体とｐ型半導体の積層体、金属薄膜もしくは透明導電膜とｎ型半導体及び／又はｐ型半導体との積層体、ｎ型半導体とｐ型半導体の混合物、ｎ型半導体及び／又はｐ型半導体と金属との混合物等を挙げることができる。ｎ型半導体やｐ型半導体としては、無機材料であっても、有機材料であってもよく、あるいは有機材料と金属との混合物や、有機材料と金属酸化物や、有機材料と有機系アクセプタ／ドナー材料や、無機系アクセプタ／ドナー材料等の組み合わせによって得られるものであってもよく、特に制限されることなく必要に応じて選定して使用することができる。

以下では、図１に示すように、有機層３が一層の発光層６のみを有する有機エレクトロルミネッセンス素子について説明するが、本発明がこれに限定されないのはいうまでもない。

基板１としては、例えば、ソーダライムガラスや無アルカリガラス等の透明ガラス板や、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリアミド、エポキシ等の樹脂、フッ素系樹脂等から任意の方法によって作製されたプラスチックフィルムやプラスチック板等を用いることができる。また、鉛等の重金属を混合したガラスでもよい。第一電極２から光を取り出す場合（ボトムエミッションの場合）には基板１は透明であるが、第二電極４から光を取り出す場合（トップエミッションの場合）には基板１は透明でも不透明でもよい。

第一電極２及び第二電極４は、発光層６にホールを注入するための電極（陽極）又は発光層６に電子を注入するための電極（陰極）である。すなわち、第一電極２が陽極である場合、第二電極４は陰極であり、第一電極２が陰極である場合、第二電極４は陽極である。また第一電極２又は第二電極４のいずれか一方は、金属材料を含み、かつ、光反射性を有する金属含有光反射性電極５である。金属含有光反射性電極５は、自由電荷を持ち、可視光領域の発光において、Ｐ偏光成分が入射することによって表面プラズモンが励起され得る。また第一電極２又は第二電極４のいずれか他方は、光透過性を有する光透過性電極８である。すなわち、第一電極２が金属含有光反射性電極５である場合、第二電極４は光透過性電極８であり、第一電極２が光透過性電極８である場合、第二電極４は金属含有光反射性電極５である。第一電極２又は第二電極４が光透過性電極８である場合、その光透過率は７０％以上であることが好ましい。

第一電極２又は第二電極４がホールを注入する電極（陽極）である場合には、この電極材料は、仕事関数の大きい金属、合金、電気伝導性化合物及びこれらの混合物からなるものであることが好ましく、仕事関数が４ｅＶ以上のものであることがより好ましい。このような電極材料としては、例えば、金、銀等の金属、ＩＴＯ（インジウム−スズ酸化物）、ＳｎＯ_２、ＺｎＯ、ＩＺＯ（インジウム−亜鉛酸化物）、ＧＺＯ（ガリウム−亜鉛酸化物）等、ＰＥＤＯＴ、ポリアニリン等の導電性高分子及び任意のアクセプタ等でドープした導電性高分子、カーボンナノチューブ等の導電性光透過性材料を挙げることができる。第一電極２又は第二電極４は、例えば、上記のような電極材料を用いて基板１又は有機層３の表面に真空蒸着法、スパッタリング法、塗布等の方法により、薄膜状に形成することができる。このとき膜厚を調整することによって、第一電極２又は第二電極４を光透過性電極８又は金属含有光反射性電極５とすることができる。電極材料の材質によるが、例えば、金、銀等の金属であれば、５０ｎｍ以下の程度で成膜すると光透過性電極８となり、５０ｎｍを超える程度で成膜すると金属含有光反射性電極５となる。

第一電極２又は第二電極４が電子を注入する電極（陰極）である場合には、この電極材料は、仕事関数の小さい金属、合金、電気伝導性化合物及びこれらの混合物からなるものであることが好ましく、仕事関数が５ｅＶ以下のものであることがより好ましい。このような電極材料としては、例えば、アルカリ金属、アルカリ金属のハロゲン化物、アルカリ金属の酸化物、アルカリ土類金属等及びこれらと他の金属との合金、ナトリウム、ナトリウム−カリウム合金、リチウム、マグネシウム、マグネシウム−銀混合物、マグネシウム−インジウム混合物、アルミニウム−リチウム合金、Ａｌ／ＬｉＦ混合物を挙げることができる。またアルミニウム、Ａｌ／Ａｌ_２Ｏ_３混合物等も使用可能である。さらに、アルカリ金属の酸化物、アルカリ金属のハロゲン化物、あるいは金属酸化物を下地として用い、さらに金属等の導電材料を一層以上積層して用いてもよい。例えば、アルカリ金属／Ａｌの積層、アルカリ金属のハロゲン化物／アルカリ土類金属／Ａｌの積層、アルカリ金属の酸化物／Ａｌの積層等が例として挙げられる。また、陰極である第一電極２又は第二電極４と有機層３との界面にリチウム、ナトリウム、セシウム、カルシウム等のアルカリ金属、アルカリ土類金属をドープしてもよい。第一電極２又は第二電極４は、例えば、上記のような電極材料を用いて基板１又は有機層３の表面に真空蒸着法、スパッタリング法、塗布等の方法により、薄膜状に形成することができる。このとき膜厚を調整することによって、第一電極２又は第二電極４を光透過性電極８又は金属含有光反射性電極５とすることができる。電極材料の材質によるが、例えば、５０ｎｍ以下の程度で成膜すると光透過性電極８となり、５０ｎｍを超える程度で成膜すると金属含有光反射性電極５となる。

また、第一電極２及び第二電極４のシート抵抗は数百Ω／□以下であることが好ましく、１００Ω／□以下であることがより好ましい。ここで、第一電極２及び第二電極４の膜厚は、光透過率やシート抵抗等の特性を制御する場合、電極材料により異なるが、５００ｎｍ以下であることが好ましく、１０〜２００ｎｍの範囲であることがより好ましい。

以下では、図１に示すように、基板１が光透過性を有し、第一電極２が陽極かつ光透過性電極８であり、第二電極４が陰極かつ金属含有光反射性電極５であるボトムエミッション型の有機エレクトロルミネッセンス素子について説明するが、本発明がこれに限定されないのはいうまでもない。

ホール注入層９は、陽極（図１では第一電極２）からのホールを発光層６に向けて注入するための層である。ホール注入層９を形成するための材料（ホール注入材料）としては、例えば、銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）等の低分子量の有機化合物や、ポリエチレンジオキシチオフェン／ポリスチレンスルホン酸（ＰＥＤＯＴ−ＰＳＳ）等の高分子材料が挙げられるが、この限りではなく、一般に知られる任意のホール注入材料を用いることが可能である。

ホール輸送層１０は、ホールを発光層６に向けて輸送するための層である。ホール輸送層１０を形成するための材料（ホール輸送材料）としては、例えば、ホール輸送性を有する化合物の群から選定することができる。この種の化合物としては、例えば、４，４’−ビス［Ｎ−（ナフチル）−Ｎ−フェニル−アミノ］ビフェニル（α−ＮＰＤ）、Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−（１，１’−ビフェニル）−４，４’−ジアミン（ＴＰＤ）、２−ＴＮＡＴＡ、４，４’，４”−トリス（Ｎ−（３−メチルフェニル）Ｎ−フェニルアミノ）トリフェニルアミン（ＭＴＤＡＴＡ）、４，４’−Ｎ，Ｎ’−ジカルバゾールビフェニル（ＣＢＰ）、スピロ−ＮＰＤ、スピロ−ＴＰＤ、スピロ−ＴＡＤ、ＴＮＢ等を代表例とする、トリアリールアミン系化合物、カルバゾール基を含むアミン化合物、フルオレン誘導体を含むアミン化合物等を挙げることができるが、一般に知られる任意のホール輸送材料を用いることが可能である。

発光層６は、ホールと電子とが再結合して発光する発光領域７を有する層である。ここで、発光層６のホール輸送性が強く、電子輸送性が弱い場合には、図１に示すように、発光領域７は陰極（第二電極４）の側に存在しやすい。逆に、発光層６のホール輸送性が弱く、電子輸送性が強い場合には、後述の図２に示すように、発光領域７は陽極（第一電極２）の側に存在しやすい。発光層６を形成するための材料（発光材料）としては、有機エレクトロルミネッセンス素子用の材料として知られる任意の材料が使用可能である。例えば、アントラセン、ナフタレン、ピレン、テトラセン、コロネン、ペリレン、フタロペリレン、ナフタロペリレン、ジフェニルブタジエン、テトラフェニルブタジエン、クマリン、オキサジアゾール、ビスベンゾキサゾリン、ビススチリル、シクロペンタジエン、キノリン金属錯体、トリス（８−ヒドロキシキノリナート）アルミニウム錯体（Ａｌｑ３）、トリス（４−メチル−８−キノリナート）アルミニウム錯体、トリス（５−フェニル−８−キノリナート）アルミニウム錯体、アミノキノリン金属錯体、ベンゾキノリン金属錯体、トリ−（ｐ−ターフェニル−４−イル）アミン、１−アリール−２，５−ジ（２−チエニル）ピロール誘導体、ピラン、ポリフルオレン誘導体、キナクリドン、ルブレン、ジスチリルベンゼン誘導体、ジスチリルアリーレン誘導体、ジスチリルアミン誘導体、ポリ（２−メトキシ５−（２’−エチル）ヘキソキシ−フェニレンビニレン）及び各種蛍光色素等、上述の材料系及びその誘導体を始めとするものが挙げられるが、これらに限定するものではない。またこれらの化合物のうちから選択される発光材料を適宜混合して用いることも好ましい。また、上記の化合物に代表される蛍光発光を生じる蛍光発光材料のみならず、スピン多重項からの発光を示す材料系、例えば、燐光発光を生じる燐光発光材料、及びそれらからなる部位を分子内の一部に有する化合物も好適に用いることができる。また、これらの材料からなる発光層６は、蒸着、転写等乾式プロセスによって成膜して形成してもよいし、スピンコート、スプレーコート、ダイコート、グラビア印刷等、塗布によって成膜して形成してもよい。

電子輸送層１１は、電子を発光層６に向けて輸送するための層である。電子輸送層１１を形成するための材料（電子輸送材料）としては、電子輸送性を有する化合物の群から適宜選定することができる。この種の化合物としては、例えば、Ａｌｑ３等の電子輸送材料として知られる金属錯体や、フェナントロリン誘導体、ピリジン誘導体、テトラジン誘導体、オキサジアゾール誘導体等のヘテロ環を有する化合物等が挙げられるが、この限りではなく、一般に知られる任意の電子輸送材料を用いることが可能である。特に電荷輸送性の高いものを用いることが好ましい。

電子注入層１２は、陰極（図１では第二電極４）からの電子を発光層６に向けて注入するための層である。電子注入層１２を形成するための材料（電子注入材料）としては、例えば、仕事関数の小さい金属、合金、電気伝導性化合物、有機化合物及びこれらの混合物からなる材料を用いること可能である。具体的には、電子注入材料としては、アルカリ金属、アルカリ金属のハロゲン化物、アルカリ金属の酸化物、アルカリ土類金属等、及びこれらと他の金属との合金、例えば、ナトリウム、ナトリウム−カリウム合金、リチウム、マグネシウム、マグネシウム−銀混合物、マグネシウム−インジウム混合物、アルミニウム−リチウム合金、Ａｌ／ＬｉＦ混合物を挙げることができる。また、これらの電子注入材料にリチウム、ナトリウム、セシウム、カルシウム等のアルカリ金属、アルカリ土類金属をドープしてもよい。

有機層３を構成する各層は、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法、塗布等の方法により、薄膜状に形成することができる。

実施形態１の有機エレクトロルミネッセンス素子においては、有機層３が一層以上の発光層６を有する場合、金属含有光反射性電極５に最も近い側に位置する発光層６における発光領域７が金属含有光反射性電極５の側に存在している。これを図１で説明すると、この有機エレクトロルミネッセンス素子において金属含有光反射性電極５は第二電極４（陰極）である。また発光層６は一層のみであり、この発光層６は、ホール輸送性が強く、電子輸送性が弱い材料で形成されているので、発光領域７が、第一電極２（陽極）の側よりも、金属含有光反射性電極５である第二電極４（陰極）の側に存在している。そして、この場合、実施形態１の有機エレクトロルミネッセンス素子は、下記式（１）を満たすものである。

上記式（１）中、λ_０、ｎ_ｅ、ｎ_１、ｄ_１、ｎ_ｉ、ｄ_ｉ、ｎ_ｘ、ｄ_ｘは次のとおりである。

λ_０：金属含有光反射性電極５に最も近い側に位置する発光層６の発光ピーク波長（複数の発光ピーク波長を有する場合には最も長波長側の発光ピーク波長）、
ｎ_ｅ：金属含有光反射性電極５に最も近い側に位置する発光層６の発光ピーク波長（λ_０）での屈折率、
ｎ_１：金属含有光反射性電極５に最も近い側に位置する発光層６の金属含有光反射性電極５の側に隣接する１番目の有機層３の発光ピーク波長（λ_０）での屈折率、
ｄ_１：１番目の有機層３の実膜厚、
ｎ_ｉ：１番目の有機層３から数えてｉ番目の有機層３の発光ピーク波長（λ_０）での屈折率、
ｄ_ｉ：ｉ番目の有機層３の実膜厚、
ｎ_ｘ：１番目の有機層３から数えてｘ番目の有機層３（金属含有光反射性電極５に隣接する有機層３）の発光ピーク波長（λ_０）での屈折率、
ｄ_ｘ：ｘ番目の有機層３の実膜厚を示す。

これを図１で説明すると、発光層６は一層のみであるから、λ_０はこの発光層６の発光ピーク波長を示し、ｎ_ｅはこの発光層６の発光ピーク波長（λ_０）での屈折率を示す。

また、発光層６と金属含有光反射性電極５（第二電極４）との間に二層の有機層３（電子輸送層１１及び電子注入層１２）が積層されているから、ｉ＝１、２（＝ｘ）である。

また、発光層６の金属含有光反射性電極５（第二電極４）の側に隣接する１番目の有機層３は電子輸送層１１であるから、ｎ_１は電子輸送層１１の発光ピーク波長（λ_０）での屈折率を示し、ｄ_１は電子輸送層１１の実膜厚を示す。

また、２番目の有機層３（金属含有光反射性電極５に隣接する有機層３）は電子注入層１２であるから、ｎ_２は電子注入層１２の発光ピーク波長（λ_０）での屈折率を示し、ｄ_２は電子注入層１２の実膜厚を示す。

そして、図１に示すような有機エレクトロルミネッセンス素子が上記式（１）を満たすと、従来の光学干渉効果による光取り出し効率の向上効果に加えて次のような効果を得ることができる。すなわち、発光層６から放射された光のうち、表面プラズモンの励起によって損失するＴＭモードのＰ偏光成分の光を有機層３の外部へ取り出すことができ、光取り出し効率をさらに高めることができるものである。

また、実施形態１の有機エレクトロルミネッセンス素子は、下記式（３）を満たすことが好ましい。

これを図１で説明すると、上述のようにｎ_ｅは発光層６の発光ピーク波長（λ_０）での屈折率を示し、またｉ＝１、２であるから、ｎ_１は電子輸送層１１の発光ピーク波長（λ_０）での屈折率を示し、ｎ_２は電子注入層１２の発光ピーク波長（λ_０）での屈折率を示す。よって、上記式（３）は、ｎ_ｅ≧ｎ_１、かつ、ｎ_ｅ≧ｎ_２となる。

そして、図１に示すような有機エレクトロルミネッセンス素子が上記式（３）をも満たすと、光取り出し効率をさらに高めることができ、良好な発光特性を得ることができるものである。

（実施形態２）
図２は実施形態２の有機エレクトロルミネッセンス素子の他の一例を示すものであり、これは、基板１、第一電極２、一層以上の有機層３、第二電極４の順に積層して形成されている。

実施形態２は実施形態１と共通する点が多いので、以下では、共通する点については説明を省略し、相違する点について説明する。

実施形態２の有機エレクトロルミネッセンス素子においては、有機層３が一層以上の発光層６を有する場合、金属含有光反射性電極５に最も近い側に位置する発光層６における発光領域７が金属含有光反射性電極５と逆の側に存在している。これを図２で説明すると、この有機エレクトロルミネッセンス素子において金属含有光反射性電極５は第二電極４（陰極）である。また発光層６は一層のみであり、この発光層６は、ホール輸送性が弱く電子輸送性が強い材料で形成されているので、発光領域７が、金属含有光反射性電極５である第二電極４（陰極）の側よりも、第一電極２（陽極）の側に存在している。そして、この場合、実施形態２の有機エレクトロルミネッセンス素子は、下記式（２）を満たすものである。

上記式（２）中、λ_０、ｎ_ｅ、ｄ_ｅ、ｎ_１、ｄ_１、ｎ_ｉ、ｄ_ｉ、ｎ_ｘ、ｄ_ｘは次のとおりである。

λ_０：金属含有光反射性電極５に最も近い側に位置する発光層６の発光ピーク波長（複数の発光ピーク波長を有する場合には最も長波長側の発光ピーク波長）、
ｎ_ｅ：金属含有光反射性電極５に最も近い側に位置する発光層６の発光ピーク波長（λ_０）での屈折率、
ｄ_ｅ：金属含有光反射性電極５に最も近い側に位置する発光層６の実膜厚、
ｎ_１：金属含有光反射性電極５に最も近い側に位置する発光層６の金属含有光反射性電極５の側に隣接する１番目の有機層３の発光ピーク波長（λ_０）での屈折率、
ｄ_１：１番目の有機層の実膜厚、
ｎ_ｉ：１番目の有機層から数えてｉ番目の有機層３の発光ピーク波長（λ_０）での屈折率、
ｄ_ｉ：ｉ番目の有機層３の実膜厚、
ｎ_ｘ：１番目の有機層３から数えてｘ番目の有機層３（金属含有光反射性電極５に隣接する有機層３）の発光ピーク波長（λ_０）での屈折率、
ｄ_ｘ：ｘ番目の有機層３の実膜厚を示す。

これを図２で説明すると、発光層６は一層のみであるから、λ_０はこの発光層６の発光ピーク波長を示し、ｎ_ｅはこの発光層６の発光ピーク波長（λ_０）での屈折率を示し、ｄ_ｅはこの発光層６の実膜厚を示す。

そして、図２に示すような有機エレクトロルミネッセンス素子が上記式（２）を満たすと、従来の光学干渉効果による光取り出し効率の向上効果に加えて次のような効果を得ることができる。すなわち、発光層６から放射された光のうち、表面プラズモンの励起によって損失するＴＭモードのＰ偏光成分の光を有機層３の外部へ取り出すことができ、光取り出し効率をさらに高めることができるものである。

また、実施形態２の有機エレクトロルミネッセンス素子は、下記式（３）を満たすことが好ましい。

これを図２で説明すると、上述のようにｎ_ｅは発光層６の発光ピーク波長（λ_０）での屈折率を示し、またｉ＝１、２であるから、ｎ_１は電子輸送層１１の発光ピーク波長（λ_０）での屈折率を示し、ｎ_２は電子注入層１２の発光ピーク波長（λ_０）での屈折率を示す。よって、上記式（３）は、ｎ_ｅ≧ｎ_１、かつ、ｎ_ｅ≧ｎ_２となる。

そして、図２に示すような有機エレクトロルミネッセンス素子が上記式（３）をも満たすと、光取り出し効率をさらに高めることができ、良好な発光特性を得ることができるものである。

以下、本発明を実施例によって具体的に説明する。

（実施例１）
図３に示す有機エレクトロルミネッセンス素子を次のようにして製造した。

まず基板１として厚み０．７ｍｍの無アルカリガラス板（Ｎｏ．１７３７、コーニング製）を用い、ＩＴＯ（スズドープ酸化インジウム）ターゲット（東ソー株式会社製）を用いてスパッタを行い、基板１の上に厚み１５０ｎｍのＩＴＯ層を形成した。得られたＩＴＯ層付ガラス基板にＡｒ雰囲気下において２００℃で１時間アニール処理を行うことによって、シート抵抗が１８Ω／□の第一電極２（陽極かつ光透過性電極８）を形成した。

次に、第一電極２の上に、ホール注入材料としてポリエチレンジオキシチオフェン／ポリスチレンスルホン酸（ＰＥＤＯＴ−ＰＳＳ）（スタルクヴィテック社製「Baytron P AI4083」、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ＝１：６）を膜厚が４０ｎｍになるようにスピンコーターで塗布し、２００℃で１０分間焼成した後、窒素雰囲気中で１時間冷却することによって、ホール注入層９を形成した。

次に、ホール注入層９の上に、発光材料として緑色高分子（住友化学株式会社製「GreenK2」）を膜厚が４０ｎｍになるようにスピンコーターで塗布し、１００℃で１０分間焼成することによって、発光層６を形成した。なお、発光層６の発光ピーク波長（λ_０）は５２０ｎｍであり、この波長での発光層６の屈折率（ｎ_ｅ）を分光エリプソメータで測定したところ、ｎ_ｅ＝１．９３であった。

次に、発光層６の上に、電子輸送材料として（トリス（８−ヒドロキシキノリナート）アルミニウム錯体（Ａｌｑ３））を光学膜厚３３１ｎｍ（実膜厚ｄ_１＝１９０ｎｍ）になるように真空蒸着することによって、電子輸送層１１を形成した。なお、発光ピーク波長（λ_０＝５２０ｎｍ）での電子輸送層１１の屈折率（ｎ_１）を分光エリプソメータで測定したところ、ｎ_１＝１．７４であった。

次に、電子輸送層１１の上に、Ａｌ（株式会社高純度化学研究所製）を膜厚が８０ｎｍになるように真空蒸着することによって、第二電極４（陰極かつ金属含有光反射性電極５）を形成した。

その後、上記の各層を形成した基板１を露点−８０℃以下のドライ窒素雰囲気のグローブボックスに大気に暴露することなく搬送した。一方、硝子製の封止キャップに吸水剤（ダイニック株式会社製）を貼り付けると共に封止キャップの外周部に紫外線硬化樹脂製のシール剤を塗布したもの（図示省略）を用意した。そして、グローブボックス内で各層を囲むように封止キャップを基板１にシール剤で張り合わせると共に、紫外線を照射してシール剤を硬化させて各層を封止キャップで封止することによって、実施例１の有機エレクトロルミネッセンス素子を得た。

ここで、図３に示すように、実施例１の有機エレクトロルミネッセンス素子の発光層６は一層であり、この発光層６は、ホール輸送性が強く、電子輸送性が弱い材料で形成されているので、発光領域７は、金属含有光反射性電極５（陰極である第二電極４）の側に存在する。また、λ_０＝５２０ｎｍ、ｎ_ｅ＝１．９３、ｉ＝ｘ＝１、ｎ_１＝１．７４、ｄ_１＝１９０ｎｍであるから、実施例１の有機エレクトロルミネッセンス素子は、上記式（１）及び式（３）を満たしている。

（実施例２）
電子輸送層１１の光学膜厚を３８３ｎｍ（実膜厚ｄ_１＝２２０ｎｍ）とした以外は、実施例１と同様にして、有機エレクトロルミネッセンス素子を得た。ここで、λ_０＝５２０ｎｍ、ｎ_ｅ＝１．９３、ｉ＝ｘ＝１、ｎ_１＝１．７４、ｄ_１＝２２０ｎｍであるから、実施例２の有機エレクトロルミネッセンス素子は、上記式（１）及び式（３）を満たしている。

（実施例３）
電子輸送層１１の光学膜厚を４３５ｎｍ（実膜厚ｄ_１＝２５０ｎｍ）とした以外は、実施例１と同様にして、有機エレクトロルミネッセンス素子を得た。ここで、λ_０＝５２０ｎｍ、ｎ_ｅ＝１．９３、ｉ＝ｘ＝１、ｎ_１＝１．７４、ｄ_１＝２５０ｎｍであるから、実施例３の有機エレクトロルミネッセンス素子は、上記式（１）及び式（３）を満たしている。

（比較例１）
電子輸送層１１の光学膜厚を５２ｎｍ（実膜厚ｄ_１＝３０ｎｍ）とした以外は、実施例１と同様にして、有機エレクトロルミネッセンス素子を得た。ここで、λ_０＝５２０ｎｍ、ｎ_ｅ＝１．９３、ｉ＝ｘ＝１、ｎ_１＝１．７４、ｄ_１＝３０ｎｍであるから、比較例１の有機エレクトロルミネッセンス素子は、上記式（１）を満たしていない。

（比較例２）
電子輸送層１１の光学膜厚を１０４ｎｍ（実膜厚ｄ_１＝６０ｎｍ）とした以外は、実施例１と同様にして、有機エレクトロルミネッセンス素子を得た。ここで、λ_０＝５２０ｎｍ、ｎ_ｅ＝１．９３、ｉ＝ｘ＝１、ｎ_１＝１．７４、ｄ_１＝６０ｎｍであるから、比較例２の有機エレクトロルミネッセンス素子は、上記式（１）を満たしていない。

（比較例３）
電子輸送層１１の光学膜厚を１５７ｎｍ（実膜厚ｄ_１＝９０ｎｍ）とした以外は、実施例１と同様にして、有機エレクトロルミネッセンス素子を得た。ここで、λ_０＝５２０ｎｍ、ｎ_ｅ＝１．９３、ｉ＝ｘ＝１、ｎ_１＝１．７４、ｄ_１＝９０ｎｍであるから、比較例３の有機エレクトロルミネッセンス素子は、上記式（１）を満たしていない。

（評価試験１）
実施例１〜３及び比較例１〜３の有機エレクトロルミネッセンス素子において、有機層３から基板１を透過して大気まで到達した発光について全放射束を測定した。その結果を図５に示す。なお、図５において、グラフの横軸の「発光位置／金属含有光反射性電極間光学距離」は、上記式（１）の中央の辺、つまり、下記式（４）の値である。

図５から明らかなように、上記式（１）及び式（３）を満たす実施例１〜３は、比較例１〜３に比べて全放射束が１．０倍以上であり、特に実施例２は１．４３倍である。

よって、上記式（１）を満たすように設計すれば、プラズモン励起による光損失を抑制し、良好な発光特性を示す有機エレクトロルミネッセンス素子が得られることが確認された。

（実施例４）
図４に示す有機エレクトロルミネッセンス素子を次のようにして製造した。

次に、ホール注入層９の上に、ホール輸送材料としてＴＦＢ（Poly[(9,9-dioctylfluorenyl-2,7-diyl)-co-(4,4'-(N-(4-sec-butylphenyl))diphenylamine)]）（アメリカンダイソース社製「Hole Transport Polymer ADS259BE」）をＴＨＦ溶媒に溶解した溶液を膜厚が１２ｎｍになるようにスピンコーターで塗布してＴＦＢ被膜を形成し、これを２００℃で１０分間焼成することによって、ホール輸送層１０を形成した。

次に、ホール輸送層１０の上に、発光材料として赤色高分子（アメリカンダイソース社製「Light Emitting polymer ATS111RE」）を膜厚が４０ｎｍ（実膜厚ｄ_ｅ＝４０ｎｍ）になるようにスピンコーターで塗布し、１００℃で１０分間焼成することによって、発光層６を形成した。なお、発光層６の発光ピーク波長（λ_０）は６２０ｎｍであり、この波長での発光層６の屈折率（ｎ_ｅ）を分光エリプソメータで測定したところ、ｎ_ｅ＝１．６８であった。

次に、発光層６の上に、電子輸送材料として（トリス（８−ヒドロキシキノリナート）アルミニウム錯体（Ａｌｑ３））を光学膜厚が３９８ｎｍ（実膜厚ｄ_１＝２４０ｎｍ）になるように真空蒸着することによって、電子輸送層１１を形成した。なお、発光ピーク波長（λ_０＝６２０ｎｍ）での電子輸送層１１の屈折率（ｎ_１）を分光エリプソメータで測定したところ、ｎ_１＝１．６６であった。

その後、上記の各層を形成した基板１を露点−８０℃以下のドライ窒素雰囲気のグローブボックスに大気に暴露することなく搬送した。一方、硝子製の封止キャップに吸水剤（ダイニック株式会社製）を貼り付けると共に封止キャップの外周部に紫外線硬化樹脂製のシール剤を塗布したもの（図示省略）を用意した。そして、グローブボックス内で各層を囲むように封止キャップを基板１にシール剤で張り合わせると共に、紫外線を照射してシール剤を硬化させて各層を封止キャップで封止することによって、実施例４の有機エレクトロルミネッセンス素子を得た。

ここで、図４に示すように、実施例４の有機エレクトロルミネッセンス素子の発光層６は一層であり、この発光層６は、ホール輸送性が弱く、電子輸送性が強い材料で形成されているので、発光領域７は、金属含有光反射性電極５（陰極である第二電極４）と逆の側に存在する。また、λ_０＝６２０ｎｍ、ｎ_ｅ＝１．６８、ｄ_ｅ＝４０ｎｍ、ｉ＝ｘ＝１、ｎ_１＝１．６６、ｄ_１＝２４０ｎｍであるから、実施例４の有機エレクトロルミネッセンス素子は、上記式（２）及び式（３）を満たしている。

（実施例５）
電子輸送層１１の光学膜厚を４６５ｎｍ（実膜厚ｄ_１＝２８０ｎｍ）とした以外は、実施例４と同様にして、有機エレクトロルミネッセンス素子を得た。λ_０＝６２０ｎｍ、ｎ_ｅ＝１．６８、ｄ_ｅ＝４０ｎｍ、ｉ＝ｘ＝１、ｎ_１＝１．６６、ｄ_１＝２８０ｎｍであるから、実施例５の有機エレクトロルミネッセンス素子は、上記式（２）及び式（３）を満たしている。

（実施例６）
電子輸送層１１の光学膜厚を５３２ｎｍ（実膜厚ｄ_１＝３２０ｎｍ）とした以外は、実施例４と同様にして、有機エレクトロルミネッセンス素子を得た。λ_０＝６２０ｎｍ、ｎ_ｅ＝１．６８、ｄ_ｅ＝４０ｎｍ、ｉ＝ｘ＝１、ｎ_１＝１．６６、ｄ_１＝３２０ｎｍであるから、実施例６の有機エレクトロルミネッセンス素子は、上記式（２）及び式（３）を満たしている。

（実施例７）
発光層６の上に、電子輸送材料として2-(4'-tert-Butylphenyl)-5-(4”-bihenyl)-1,3,4-oxadiazole（Bu-PBD）を光学膜厚が４０８ｎｍ（実膜厚ｄ_１＝２４０ｎｍ）になるように真空蒸着することによって、電子輸送層１１を形成した以外は、実施例４と同様にして、有機エレクトロルミネッセンス素子を得た。なお、発光ピーク波長（λ_０＝６２０ｎｍ）での電子輸送層１１の屈折率（ｎ_１）を分光エリプソメータで測定したところ、ｎ_１＝１．７０であった。λ_０＝６２０ｎｍ、ｎ_ｅ＝１．６８、ｄ_ｅ＝４０ｎｍ、ｉ＝ｘ＝１、ｎ_１＝１．７０、ｄ_１＝２４０ｎｍであるから、実施例７の有機エレクトロルミネッセンス素子は、上記式（２）を満たしているが、上記式（３）は満たしていない。

（比較例４）
電子輸送層１１の光学膜厚を６６ｎｍ（実膜厚ｄ_１＝４０ｎｍ）とした以外は、実施例４と同様にして、有機エレクトロルミネッセンス素子を得た。λ_０＝６２０ｎｍ、ｎ_ｅ＝１．６８、ｄ_ｅ＝４０ｎｍ、ｉ＝ｘ＝１、ｎ_１＝１．６６、ｄ_１＝４０ｎｍであるから、比較例４の有機エレクトロルミネッセンス素子は、上記式（２）を満たしていない。

（比較例５）
電子輸送層１１の光学膜厚を１３３ｎｍ（実膜厚ｄ_１＝８０ｎｍ）とした以外は、実施例４と同様にして、有機エレクトロルミネッセンス素子を得た。λ_０＝６２０ｎｍ、ｎ_ｅ＝１．６８、ｄ_ｅ＝４０ｎｍ、ｉ＝ｘ＝１、ｎ_１＝１．６６、ｄ_１＝８０ｎｍであるから、比較例５の有機エレクトロルミネッセンス素子は、上記式（２）を満たしていない。

（比較例６）
電子輸送層１１の光学膜厚を１９９ｎｍ（実膜厚ｄ_１＝１２０ｎｍ）とした以外は、実施例４と同様にして、有機エレクトロルミネッセンス素子を得た。λ_０＝６２０ｎｍ、ｎ_ｅ＝１．６８、ｄ_ｅ＝４０ｎｍ、ｉ＝ｘ＝１、ｎ_１＝１．６６、ｄ_１＝１２０ｎｍであるから、比較例６の有機エレクトロルミネッセンス素子は、上記式（２）を満たしていない。

（評価試験２）
実施例４〜７及び比較例４〜６の有機エレクトロルミネッセンス素子において、有機層３から基板１を透過して大気まで到達した発光について全放射束を測定した。その結果を図６に示す。なお、図６において、グラフの横軸の「発光位置／金属含有光反射性電極間光学距離」は、上記式（２）の中央の辺、つまり、下記式（５）の値である。

図６から明らかなように、上記式（２）を満たす実施例４〜７は、比較例４〜６に比べて全放射束が１．０倍以上であり、特に実施例５は１．０８倍である。

また、上記式（３）をも満たす実施例４〜６と上記式（３）は満たさない実施例７とを対比すると、実施例４〜６の方が実施例７に比べて光取り出し効率が高いことが分かる。

よって、上記式（２）及び式（３）を満たすように設計すれば、プラズモン励起による光損失を抑制し、良好な発光特性を示す有機エレクトロルミネッセンス素子が得られることが確認された。

１基板
２第一電極
３有機層
４第二電極
５金属含有光反射性電極
６発光層
７発光領域

Claims

基板、第一電極、一層以上の有機層、第二電極の順に積層して形成された有機エレクトロルミネッセンス素子であって、前記第一電極又は前記第二電極が金属材料を含みかつ光反射性を有する金属含有光反射性電極であり、前記有機層が一層以上の発光層を有し、前記金属含有光反射性電極に最も近い側に位置する発光層における発光領域が前記金属含有光反射性電極の側に存在する場合に下記式（１）を満たすことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。

上記式（１）中、λ_０は前記金属含有光反射性電極に最も近い側に位置する発光層の発光ピーク波長（複数の発光ピーク波長を有する場合には最も長波長側の発光ピーク波長）、ｎ_ｅは前記金属含有光反射性電極に最も近い側に位置する発光層の発光ピーク波長での屈折率、ｎ_１は前記金属含有光反射性電極に最も近い側に位置する発光層の前記金属含有光反射性電極の側に隣接する１番目の有機層の発光ピーク波長での屈折率、ｄ_１は前記１番目の有機層の実膜厚、ｎ_ｉは前記１番目の有機層から数えてｉ番目の有機層の発光ピーク波長での屈折率、ｄ_ｉは前記ｉ番目の有機層の実膜厚、ｎ_ｘは前記１番目の有機層から数えてｘ番目の有機層（前記金属含有光反射性電極に隣接する有機層）の発光ピーク波長での屈折率、ｄ_ｘは前記ｘ番目の有機層の実膜厚を示す。
基板、第一電極、一層以上の有機層、第二電極の順に積層して形成された有機エレクトロルミネッセンス素子であって、前記第一電極又は前記第二電極が金属材料を含みかつ光反射性を有する金属含有光反射性電極であり、前記有機層が一層以上の発光層を有し、前記金属含有光反射性電極に最も近い側に位置する発光層における発光領域が前記金属含有光反射性電極と逆の側に存在する場合に下記式（２）を満たすことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。

上記式（２）中、λ_０は前記金属含有光反射性電極に最も近い側に位置する発光層の発光ピーク波長（複数の発光ピーク波長を有する場合には最も長波長側の発光ピーク波長）、ｎ_ｅは前記金属含有光反射性電極に最も近い側に位置する発光層の発光ピーク波長での屈折率、ｄ_ｅは前記金属含有光反射性電極に最も近い側に位置する発光層の実膜厚、ｎ_１は前記金属含有光反射性電極に最も近い側に位置する発光層の前記金属含有光反射性電極の側に隣接する１番目の有機層の発光ピーク波長での屈折率、ｄ_１は前記１番目の有機層の実膜厚、ｎ_ｉは前記１番目の有機層から数えてｉ番目の有機層の発光ピーク波長での屈折率、ｄ_ｉは前記ｉ番目の有機層の実膜厚、ｎ_ｘは前記１番目の有機層から数えてｘ番目の有機層（前記金属含有光反射性電極に隣接する有機層）の発光ピーク波長での屈折率、ｄ_ｘは前記ｘ番目の有機層の実膜厚を示す。
下記式（３）を満たすことを特徴とする請求項１又は２に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。