JP2015028927A - Organic light-emitting diode, method of manufacturing substrate for organic light-emitting diode, image display device and lighting device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、有機発光ダイオード、有機発光ダイオード用基板の製造方法、画像表示装置および照明装置に関し、さらに詳細には、異なる波長の光を混合して白色光を発光し、凹凸構造を有する有機発光ダイオード用基板を用いて作製される有機発光ダイオード、有機発光ダイオード用基板の製造方法、ならびに、当該有機発光ダイオードを用いた画像表示装置および照明装置に関する。 The present invention relates to an organic light emitting diode, a method for manufacturing a substrate for an organic light emitting diode, an image display device, and an illuminating device, and more specifically, emits white light by mixing light of different wavelengths and has an uneven structure. The present invention relates to an organic light emitting diode manufactured using a diode substrate, a method for manufacturing the organic light emitting diode substrate, and an image display device and an illumination device using the organic light emitting diode.
有機発光ダイオードは、有機エレクトロルミネッセンス(以下、有機EL(Organic Electro−Luminescence)と称することとする。)を利用した発光素子であり、一般に、有機発光材料を含有する発光層を含む有機EL層を導電層(陽極導電層、陰極導電層)により挟んだ構成を有している。 An organic light-emitting diode is a light-emitting element using organic electroluminescence (hereinafter referred to as organic EL-Organic Electro-Luminescence), and generally includes an organic EL layer including a light-emitting layer containing an organic light-emitting material. The structure is sandwiched between conductive layers (anode conductive layer and cathode conductive layer).
なお、こうした有機EL層は、発光層のほかに、必要に応じて電子注入層、電子輸送層、ホール注入層、ホール輸送層などにより構成されることとなる。
Such an organic EL layer is constituted of an electron injection layer, an electron transport layer, a hole injection layer, a hole transport layer, and the like as required in addition to the light emitting layer.
また、有機発光ダイオードは、ガラス基板などからなる有機発光ダイオード用基板上に、酸化インジウム錫(ITO:indium Tin Oxide)などの透明導電材料からなる陽極導電層、発光層を含む有機EL層、金属材料からなる陰極導電層を順次積層し、有機発光ダイオード用基板側である有機発光ダイオードの下面から光が取り出されるボトムエミッション型のもの、上記有機発光ダイオード用基板上に、陰極導電層、発光層を含む有機EL層、陽極導電層の順に順次積層し、有機発光ダイオード用基板とは反対側の有機発光ダイオードの上面から光が取り出される陽極トップエミッション型のもの、上記有機発光ダイオード用基板上に陽極層、発光層を含む有機EL層、陰極導電層(半透過電極)の順に順次積層し、有機発光ダイオード用基板とは反対側の有機発光ダイオードの上面から光が取り出される陰極トップエミッション型のものなどが知られている。
In addition, the organic light emitting diode includes an anode conductive layer made of a transparent conductive material such as indium tin oxide (ITO) on an organic light emitting diode substrate made of a glass substrate, an organic EL layer including a light emitting layer, a metal A cathode emission layer made of a material is sequentially stacked, and a bottom emission type in which light is extracted from the lower surface of the organic light emitting diode on the organic light emitting diode substrate side. The cathode conductive layer and the light emitting layer are formed on the organic light emitting diode substrate. An organic EL layer containing an anode and an anode conductive layer are sequentially laminated, and an anode top emission type in which light is extracted from the upper surface of the organic light emitting diode opposite to the organic light emitting diode substrate, on the organic light emitting diode substrate The organic EL layer including the anode layer, the light-emitting layer, and the cathode conductive layer (semi-transmissive electrode) are sequentially stacked in this order. Light from the upper surface of the opposite side of the organic light emitting diode such as those of the cathode top emission type is known to be taken out from the diode board.
こうした有機発光ダイオードは、視野角依存性が少ない、消費電力が少ない、非常に薄く作製することができる、面光源であるといった利点を有している。 Such an organic light-emitting diode has advantages such as low viewing angle dependency, low power consumption, very thin manufacturing, and a surface light source.
このような有機発光ダイオードは、画像表示装置や照明装置に好適に使用できるものであるが、発光したエネルギーのうち素子外部に取り出すことができる光は20%程度であり、その他のエネルギーは素子内部で全反射を繰り返す導波路モードや陰極導電層の表面で表面プラズモンに変換されて、最終的には熱として失われてしまい、従来の蛍光管や発光ダイオード(LED:Light Emitting Diode)に比べて光取り出し効率が低いという問題点を有していた。
Such an organic light emitting diode can be suitably used for an image display device or a lighting device. However, about 20% of the emitted energy can be extracted outside the device, and other energy is generated inside the device. Is converted into surface plasmons at the surface of the waveguide mode or cathode conductive layer that repeats total reflection at the end, and is eventually lost as heat, compared to conventional fluorescent tubes and light emitting diodes (LEDs). There was a problem that the light extraction efficiency was low.
ところで、有機発光ダイオードにおいて白色光を発光するには、異なる2つの波長の光を混合する2波長型の発光方法と、異なる3つの波長の光を混合する3波長型の発光方法とが挙げられる。 By the way, in order to emit white light in an organic light emitting diode, there are a two-wavelength light emitting method of mixing light of two different wavelengths and a three-wavelength light emitting method of mixing light of three different wavelengths. .
このような発光方法は、発光層にそれぞれの異なる波長の光を発光する有機発光材料を含有しており、こうした有機発光材料においては、発光する光の波長により内部量子効率や有機発光材料の寿命が異なっている。 Such a light-emitting method includes an organic light-emitting material that emits light of different wavelengths in the light-emitting layer. In such an organic light-emitting material, the internal quantum efficiency and the lifetime of the organic light-emitting material depend on the wavelength of the emitted light. Is different.
したがって、内部量子効率が最も低い有機発光材料に合わせて印加電圧を調整すると、内部量子効率が高い有機発光材料では適正な印加電圧より高い印加電圧となっていた。 Therefore, when the applied voltage is adjusted in accordance with the organic light emitting material having the lowest internal quantum efficiency, the applied voltage is higher than the appropriate applied voltage in the organic light emitting material having the high internal quantum efficiency.
その結果、流入電流が増して電流密度が上がり、適正な電流密度を超えて有機発光材料の寿命は低下してしまっていた。 As a result, the inflow current increased, the current density increased, and the lifetime of the organic light-emitting material was reduced beyond the appropriate current density.
つまり、上記した2つの発光方法においては、それぞれの有機発光材料における内部量子効率の差が大きければ、高い内部量子効率を示す有機発光材料の寿命が低下し、有機発光ダイオードとしての寿命が短くなってしまうことが問題点として指摘されていた。
In other words, in the two light emitting methods described above, if the difference in internal quantum efficiency between the respective organic light emitting materials is large, the life of the organic light emitting material exhibiting high internal quantum efficiency is lowered, and the life as an organic light emitting diode is shortened. It was pointed out as a problem.
一方、有機発光材料の寿命に着目すると、寿命は有機発光材料の化学構造に由来する固有の要素であり、有機発光材料の種類によって決まるものであるが、更には発光する条件によっても左右される。即ち、一般的には、発光層に対する印加電圧が高いと、有機発光材料の劣化が速く進行するため、寿命が短くなってしまっていた。
On the other hand, paying attention to the lifetime of the organic light emitting material, the lifetime is an inherent element derived from the chemical structure of the organic light emitting material and is determined by the type of the organic light emitting material, but further depends on the light emitting conditions. . That is, generally, when the applied voltage to the light emitting layer is high, the organic light emitting material is rapidly deteriorated, so that the lifetime is shortened.
このような背景から、白色を構成する複数の有機発光材料を適正な印加電圧で発光させて内部量子効率の低い有機発光材料の光取り出し効率を選択的に向上させた白色有機発光ダイオードの提案が望まれていた。
Against this background, there has been a proposal for a white organic light-emitting diode that selectively improves the light extraction efficiency of an organic light-emitting material with low internal quantum efficiency by emitting light from a plurality of organic light-emitting materials constituting white at an appropriate applied voltage. It was desired.
ここで、本明細書における内部量子効率とは、注入された電力によって有機EL層に含有される有機発光材料で励起されたエネルギーが光エネルギーに変換された割合(有機発光材料で生成した光エネルギー)を示すものである。 Here, the internal quantum efficiency in this specification is the ratio of the energy excited by the organic light emitting material contained in the organic EL layer to the light energy by the injected power (the light energy generated by the organic light emitting material). ).
また、本明細書での光取り出し効率とは、有機EL層に含有される有機発光材料で生成した光エネルギーに対する、有機発光ダイオード光取り出し面(ボトムエミッション型では基板面であり、陽極トップエミッション型では陽極面であり、陰極トップエミッション型では陰極面である。)から有機発光ダイオードの外部、つまり、自由空間中に出射される光エネルギーの割合を示すものである。
In addition, the light extraction efficiency in this specification refers to an organic light emitting diode light extraction surface (a substrate surface in the bottom emission type and an anode top emission type) with respect to the light energy generated from the organic light emitting material contained in the organic EL layer. Is the anode surface, and in the cathode top emission type, it is the cathode surface), and indicates the ratio of light energy emitted outside the organic light emitting diode, that is, in the free space.
ところで、有機発光ダイオードの光取り出し効率を向上させる手法としては、従来より素子内に微細構造を導入する方法が知られている。このような微細構造はランダム構造のものと周期性構造のものとに大別される。 By the way, as a method for improving the light extraction efficiency of the organic light emitting diode, a method of introducing a fine structure in the element has been known. Such a fine structure is roughly classified into a random structure and a periodic structure.
特許文献1、2には、可視光領域の光取り出し効率を向上させるため、素子内に高さやピッチが不揃いのランダムな微細構造を導入し、光取り出し効率を向上させる手法が開示されている。 Patent Documents 1 and 2 disclose a method for improving the light extraction efficiency by introducing a random fine structure with irregular height and pitch in the element in order to improve the light extraction efficiency in the visible light region.
しかしながら、この手法は、可視光領域全体、つまり、2波長型なら2つの有機発光材料、3波長型なら3つの有機発光材料の全てについて機能を有するため、特に、内部量子効率や寿命の差が大きい有機発光材料のバランスを取るという用途での使用には効果が認められないということが問題点として指摘されていた。
However, this method has a function for the entire visible light region, that is, two organic light-emitting materials for the two-wavelength type, and all three organic light-emitting materials for the three-wavelength type. It has been pointed out as a problem that no effect is recognized for use in the purpose of balancing large organic light emitting materials.
一方、特定の波長域の光取り出し効率を向上させる手段としては、素子内に周期性を持つ微細構造を導入し、導波モード(TE導波路モード、TM導波路モードおよび表面プラズモンモード)となったエネルギーを素子外部に取り出すことが有効である。 On the other hand, as a means for improving the light extraction efficiency in a specific wavelength range, a fine structure having periodicity is introduced into the element, and a waveguide mode (TE waveguide mode, TM waveguide mode and surface plasmon mode) is obtained. It is effective to take out the energy outside the device.
こうした導波モードの光取り出し方法として、例えば、素子に回折格子を導入する方法が提案されている。 As a waveguide mode light extraction method, for example, a method of introducing a diffraction grating into an element has been proposed.
この方法は、素子内に設けられた回折格子により、通常では全反射で素子内に閉じ込められてしまう光を回折して光の向きを変えることで素子外に光を取り出し、光取り出し効率を向上させるようにしたものである。 This method diffracts light that would normally be trapped in the element by total reflection by a diffraction grating provided in the element, and changes the direction of the light, thereby extracting the light from the element and improving the light extraction efficiency. It is made to let you.
回折格子は、格子定数により定まる特定波長を回折するため、白色光を発光する有機発光ダイオードに回折格子を導入すると、特定の波長において光取り出し効率が向上するものとされている。 Since the diffraction grating diffracts a specific wavelength determined by the lattice constant, if the diffraction grating is introduced into an organic light emitting diode that emits white light, light extraction efficiency at a specific wavelength is improved.
なお、こうした技術、つまり、導波モードのエネルギーを取り出して光取り出し効率を向上する方法については、例えば、特許文献3に開示されており、この特許文献3では、発光効率や発光寿命が劣る発光材料の波長にあわせて回折格子を導入する試みがなされている。 Such a technique, that is, a method for improving the light extraction efficiency by extracting the energy of the waveguide mode is disclosed in, for example, Patent Document 3. In Patent Document 3, the light emission efficiency and the light emission life are inferior. Attempts have been made to introduce diffraction gratings according to the wavelength of the material.
このように、素子内に周期的な回折格子を備えることで、素子内で損失していたエネルギーを取り出す試みは種々なされているが、目的とする内部量子効率や発光寿命が短い有機発光材料の発光スペクトルのピーク波長に合わせて光を取り出すためには、素子構成、取り出す光のモード(TE導波路モード、TM導波路モードおよび表面プラズモンモード)、回折格子を備える場所などにより格子定数や光取り出し効率が大きく異なる。このため、目的とする内部量子効率や発光寿命が短い有機発光材料の発光スペクトルのピーク波長に合わせて光を取り出す設計が詳細になされていない場合には、光取り出し効率を向上させる効果が低いものであった。
As described above, various attempts have been made to extract energy lost in the element by providing a periodic diffraction grating in the element. However, the organic light-emitting material having a short internal quantum efficiency and a short emission lifetime is desired. In order to extract light in accordance with the peak wavelength of the emission spectrum, the lattice constant and light extraction are determined by the element configuration, the mode of light to be extracted (TE waveguide mode, TM waveguide mode and surface plasmon mode), and the location where the diffraction grating is provided. Efficiency varies greatly. For this reason, if the design for extracting light in accordance with the peak wavelength of the emission spectrum of the organic light emitting material having a short internal quantum efficiency or emission lifetime is not made in detail, the effect of improving the light extraction efficiency is low. Met.
また、表面プラズモンを経由したエネルギー損失を改善して光取り出し効率を向上するための方法も各種検討されており、こうした技術については、例えば、特許文献4〜7に開示されている。 Various methods for improving the light extraction efficiency by improving the energy loss via the surface plasmon have been studied, and such techniques are disclosed in Patent Documents 4 to 7, for example.
即ち、特許文献4〜7には、通常では熱として失われてしまう表面プラズモンを伝搬光に変換して光を取り出す方法として、金属層である陰極導電層の表面に対して、1次元または2次元の周期的微細構造を設ける方法が開示されている。 That is, in Patent Documents 4 to 7, as a method for converting surface plasmons that are normally lost as heat into propagating light and extracting light, the surface of the cathode conductive layer, which is a metal layer, is one-dimensional or two-dimensional. A method of providing a dimensional periodic microstructure is disclosed.
こうした陰極導電層の表面に形成された周期的微細構造たる凹凸構造は、表面プラズモンを回折する回折格子として機能し、陰極導電層で生じる表面プラズモンを再び伝搬光に変換することが可能であり、光取り出し効率が向上するものである。
The concavo-convex structure, which is a periodic fine structure formed on the surface of the cathode conductive layer, functions as a diffraction grating that diffracts the surface plasmon, and can convert the surface plasmon generated in the cathode conductive layer into propagating light again. The light extraction efficiency is improved.
ここで、有機発光ダイオードは、素子自体が非常に薄く、発光層と金属層である陰極導電層との間の距離が非常に近いことから、発光エネルギーが陰極導電層の表面で表面プラズモンに変換される割合は、素子内に閉じ込められる導波路モードのエネルギー光と比較するとより大きいものである。 Here, the organic light emitting diode is very thin, and the distance between the light emitting layer and the cathode conductive layer, which is a metal layer, is very close, so that the light emission energy is converted to surface plasmons on the surface of the cathode conductive layer. The ratio is larger than the energy light in the waveguide mode confined in the device.
このため、表面プラズモンを回折する回折格子がない場合には、陰極導電層の表面で変換された表面プラズモンは熱として失われるため、有機発光ダイオードの光取り出し効率が著しく低くなってしまっていた。
For this reason, when there is no diffraction grating for diffracting the surface plasmon, the surface plasmon converted on the surface of the cathode conductive layer is lost as heat, so that the light extraction efficiency of the organic light emitting diode is remarkably lowered.
こうしたことから、表面プラズモンモードのエネルギーの取り出しについても、素子内に表面プラズモンを回折する格子を備えることで、素子内で損失していたエネルギーを取り出す試みがなされている。 For this reason, as for the extraction of energy in the surface plasmon mode, an attempt has been made to extract energy lost in the element by providing a grating that diffracts the surface plasmon in the element.
しかしながら、周期的な微細構造を設け、表面プラズモンの回折を利用して、目的とする内部量子効率や発光寿命が短い有機発光材料の発光スペクトルのピーク波長に合わせた特定の波長域の光取り出し効率を向上させる手法においては、周期的微細構造の寸法や製造方法が確立されていなかったために、光取り出し効率を向上させることが困難であることが問題点として指摘されていた。 However, light extraction efficiency in a specific wavelength range that matches the peak wavelength of the emission spectrum of the organic light-emitting material with the desired internal quantum efficiency and short emission lifetime by providing periodic fine structure and utilizing surface plasmon diffraction However, it has been pointed out that it is difficult to improve the light extraction efficiency because the size of the periodic fine structure and the manufacturing method have not been established.
本発明は、上記したような従来の技術の有する問題点や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、白色光を発光する有機EL層に形成される複数の有機発光材料において、各有機発光材料の寿命時間を低下させることなく、内部量子効率の低い有機発光材料の光取り出し効率を選択的に向上することができる有機発光ダイオード、有機発光ダイオード用基板の製造方法、画像表示装置および照明装置を提供しようとするものである。 The present invention has been made in view of the problems and demands of the conventional techniques as described above, and an object of the present invention is to provide a plurality of organic light emitting materials formed on an organic EL layer that emits white light. In the organic light emitting diode, the organic light emitting diode capable of selectively improving the light extraction efficiency of the organic light emitting material having a low internal quantum efficiency without reducing the lifetime of each organic light emitting material, a method for manufacturing a substrate for an organic light emitting diode, and an image A display device and a lighting device are to be provided.
上記目的を達成するために、本発明は、異なる波長の光を混合して白色光を発光する有機発光ダイオードにおいて、有機発光材料の寿命を狭めることなく光取り出し効率を向上させるようにしたものであり、具体的には、有機発光ダイオードの素子内部に微細構造を導入するようにしたものである。 In order to achieve the above object, the present invention is an organic light emitting diode that emits white light by mixing light of different wavelengths, and improves light extraction efficiency without shortening the lifetime of the organic light emitting material. Specifically, a fine structure is introduced inside the element of the organic light emitting diode.
特に、素子内のエネルギー損失となっている導波モードのうち、最も大きなエネルギーを有する表面プラズモンモードの取り出しに最適化された回折格子として作用する二次元格子構造を導入することで、有機ELの導波モード取り出し効率を最大化するようにしたものである。
In particular, by introducing a two-dimensional grating structure that acts as a diffraction grating optimized for extracting the surface plasmon mode having the largest energy among waveguide modes that cause energy loss in the element, The waveguide mode extraction efficiency is maximized.
即ち、本発明による有機発光ダイオードは、少なくとも、金属材料よりなるとともに光が透過可能な金属層および透明導電材料よりなる透明導電層からなる、あるいは、金属材料よりなる金属層のみからなる第1の導電層、透明導電材料からなる第2の導電層およびそれぞれ異なる波長の光を発光する有機発光材料を含有する複数の発光層を含む有機EL層を備え、上記第1の導電層、上記第2の導電層および上記有機EL層が、上記有機EL層を上記第1の導電層と上記第2の導電層との間に位置するように有機発光ダイオード用基板上に所定の順で積層される有機発光ダイオードにおいて、上記第1の導電層の上記金属層において隣接する層が形成される所定の面に、複数の凸部または凹部が周期的に二次元に配列した二次元格子構造を形成し、上記複数の有機発光材料のうち、内部量子効率および有機発光材料の寿命時間の少なくとも一方が他の有機発光材料より劣る所定の有機発光材料の発光スペクトルのピーク波長λ1に対応する上記金属層の上記所定の面に生じる表面プラズモンの伝搬定数の実部をk1とすると、上記所定の面に形成された凸部または凹部における隣り合う凸部または凹部の中心間距離Pは、(1)式の範囲の値とし、上記(1)式におけるP0は、上記二次元格子構造として三角格子構造を形成するときは、(2)式を満たし、上記二次元格子構造として正方格子構造を形成するときは、(3)式を満たすようにしたものである。
また、本発明による有機発光ダイオードは、上記した有機発光ダイオードにおいて、上記第1の導電層における上記金属層を形成する金属材料は、AgまたはAlまたはAgの含有率が10質量%以上の合金またはAlの含有率が10質量%以上の合金であるようにしたものである。 The organic light-emitting diode according to the present invention is the above-described organic light-emitting diode, wherein the metal material forming the metal layer in the first conductive layer is an alloy of Ag or Al or Ag content of 10% by mass or more. This is an alloy having an Al content of 10% by mass or more.
また、本発明による有機発光ダイオードは、上記した有機発光ダイオードにおいて、上記凹部の深さならびに上記凸部の高さは、15〜180nmであるようにしたものである。 The organic light emitting diode according to the present invention is the above organic light emitting diode, wherein the depth of the concave portion and the height of the convex portion are 15 to 180 nm.
また、本発明による有機発光ダイオード用基板の製造方法は、上記した有機発光ダイオードに用いられる有機発光ダイオード用基板を製造する有機発光ダイオード用基板の製造方法であって、所定の粒子が二次元に最密充填した粒子単層膜をエッチングマスクとしたドライエッチング法によって、上記第1の導電層、上記第2の導電層および上記有機EL層を積層する面に複数の凸部または凹部が周期的に二次元に配列した二次元格子構造を形成するようにしたものである。 The method for manufacturing an organic light emitting diode substrate according to the present invention is a method for manufacturing an organic light emitting diode substrate for manufacturing an organic light emitting diode substrate used in the organic light emitting diode described above, wherein predetermined particles are two-dimensionally formed. A plurality of convex portions or concave portions are periodically formed on the surface on which the first conductive layer, the second conductive layer, and the organic EL layer are laminated by a dry etching method using a close-packed particle single layer film as an etching mask. A two-dimensional lattice structure arranged two-dimensionally is formed.
また、本発明による有機発光ダイオード用基板の製造方法は、上記した有機発光ダイオードに用いられる有機発光ダイオード用基板を製造する有機発光ダイオード用基板の製造方法であって、所定の粒子が二次元に最密充填した粒子単層膜をエッチングマスクとしたドライエッチング法によって、複数の凸部または凹部が周期的に二次元に配列した二次元格子構造が形成された鋳型を作製し、上記鋳型に形成された複数の凸部または凹部が周期的に二次元に配列した二次元格子構造を転写して、上記第1の導電層、上記第2の導電層および上記有機EL層を積層する面に複数の凸部または凹部が周期的に二次元に配列した二次元格子構造を形成するようにしたものである。 The method for manufacturing an organic light emitting diode substrate according to the present invention is a method for manufacturing an organic light emitting diode substrate for manufacturing an organic light emitting diode substrate used in the organic light emitting diode described above, wherein predetermined particles are two-dimensionally formed. A mold with a two-dimensional lattice structure in which a plurality of convex or concave portions are periodically arranged in two dimensions is produced by dry etching using the closest packed particle monolayer film as an etching mask, and formed on the mold. A two-dimensional lattice structure in which a plurality of convex portions or concave portions are periodically arranged in a two-dimensional manner is transferred, and a plurality of the convex portions or concave portions are arranged on the surface on which the first conductive layer, the second conductive layer, and the organic EL layer are stacked. A two-dimensional lattice structure in which convex portions or concave portions are periodically arranged in two dimensions is formed.
また、上記した有機発光ダイオード用基板の製造方法は、上記した有機発光ダイオード用基板の製造方法において、上記所定の粒子の粒径Dは、(4)式を満たすようにしたものである。
また、本発明による画像表示装置は、上記した有機発光ダイオードを備えるようにしたものである。 In addition, an image display device according to the present invention includes the above-described organic light emitting diode.
また、本発明による照明装置は、上記した有機発光ダイオードを備えるようにしたものである。 Moreover, the illuminating device by this invention is provided with the above-mentioned organic light emitting diode.
また、本発明による有機発光ダイオード用基板は、少なくとも、金属材料よりなる金属層を含む陰極導電層、透明導電材料からなる陽極導電層および異なる波長の光を発光する複数の有機発光材料を含有する発光層を含む有機EL層を備え、上面より白色光を発光するトップエミッション型の有機発光ダイオードにおける有機発光ダイオード用基板において、上記陰極導電層、上記陽極導電層および上記有機EL層を積層する面において、複数の凸部が周期的に二次元に配列した二次元格子構造を形成し、上記複数の有機発光材料のうち、内部量子効率および有機発光材料の寿命時間のうちの少なくとも一方が、他の有機発光材料より劣る所定の有機発光材料の発光スペクトルのピーク波長λ1に対応する上記金属層の上面あるいは下面に生じる表面プラズモンの伝搬定数の実部をk1とすると、上記面に形成された凸部における隣り合う凸部の中心間距離Pは、上記二次元格子構造として三角格子構造を形成するときには、(5)式を満たし、上記二次元格子構造として正方格子構造を形成するときには、(6)式を満たすようにしたものである。
また、本発明による有機発光ダイオード用基板は、少なくとも、金属材料よりなる金属層を含む陰極導電層、透明導電材料からなる陽極導電層および異なる波長の光を発光する複数の有機発光材料を含有する発光層を含む有機EL層を備え、上面より白色光を発光するトップエミッション型の有機発光ダイオードにおける有機発光ダイオード用基板において、上記陰極導電層、上記陽極導電層および上記有機EL層を積層する面において、複数の凹部が周期的に二次元に配列した二次元格子構造を形成し、上記複数の有機発光材料のうち、内部量子効率および有機発光材料の寿命時間のうちの少なくとも一方が、他の有機発光材料より劣る所定の有機発光材料の発光スペクトルのピーク波長λ1に対応する上記金属層の上面あるいは下面に生じる表面プラズモンの伝搬定数の実部をk1とすると、上記面に形成された凹部における隣り合う凹部の中心間距離Pは、上記二次元格子構造として三角格子構造を形成するときには、(5)式を満たし、上記二次元格子構造として正方格子構造を形成するときには、(6)式を満たすようにしたものである。
また、本発明による有機発光ダイオード用基板は、少なくとも、金属材料よりなる金属層を含む陰極導電層、透明導電材料からなる陽極導電層および異なる波長の光を発光する複数の有機発光材料を含有する発光層を含む有機EL層を備え、下面より白色光を発光するボトムエミッション型の有機発光ダイオードにおける有機発光ダイオード用基板において、上記陰極導電層、上記陽極導電層および上記有機EL層を積層する面において、複数の凸部が周期的に二次元に配列した二次元格子構造を形成し、上記複数の有機発光材料のうち、内部量子効率および有機発光材料の寿命時間のうちの少なくとも一方が、他の有機発光材料より劣る所定の有機発光材料の発光スペクトルのピーク波長λ1に対応する上記金属層の下面に生じる表面プラズモンの伝搬定数の実部をk1とすると、上記面に形成された凸部における隣り合う凸部の中心間距離Pは、上記二次元格子構造として三角格子構造を形成するときには、(5)式を満たし、上記二次元格子構造として正方格子構造を形成するときには、(6)式を満たすようにしたものである。
また、本発明による有機発光ダイオード用基板は、少なくとも、金属材料よりなる金属層を含む陰極導電層、透明導電材料からなる陽極導電層および異なる波長の光を発光する複数の有機発光材料を含有する発光層を含む有機EL層を備え、下面より白色光を発光するボトムエミッション型の有機発光ダイオードにおける有機発光ダイオード用基板において、上記陰極導電層、上記陽極導電層および上記有機EL層を積層する面において、複数の凹部が周期的に二次元に配列した二次元格子構造を形成し、上記複数の有機発光材料のうち、内部量子効率および有機発光材料の寿命時間のうちの少なくとも一方が、他の有機発光材料より劣る所定の有機発光材料の発光スペクトルのピーク波長λ1に対応する上記金属層の下面に生じる表面プラズモンの伝搬定数の実部をk1とすると、上記面に形成された凹部における隣り合う凹部の中心間距離Pは、上記二次元格子構造として三角格子構造を形成するときには、(5)式を満たし、上記二次元格子構造として正方格子構造を形成するときには、(6)式を満たすようにしたものである。
また、本発明による有機発光ダイオードは、基板上に、少なくとも、金属材料からなる反射層と、透明導電材料からなる陽極導電層と、異なる波長の光を発光する複数の有機発光材料を含有する発光層を含む有機EL層と、金属材料からなる半透過金属層および透明導電材料からなる透明導電層が積層された陰極導電層とが順次積層され、上記半透過金属層の上記透明導電層と接している面に、複数の凸部が周期的に二次元に配列した二次元格子構造が形成された、白色光を発光するトップエミッション型の有機発光ダイオードであって、上記複数の有機発光材料のうち、内部量子効率および有機発光材料の寿命時間のうちの少なくとも一方が、他の有機発光材料より劣る所定の有機発光材料の発光スペクトルのピーク波長λ1に対応する上記半透過金属層の上記透明導電層と接している面に生じる表面プラズモンの伝搬定数の実部をk1とすると、上記面に形成された凸部における隣り合う凸部の中心間距離Pは、上記二次元格子構造として三角格子構造を形成するときには、(5)式を満たし、上記二次元格子構造として正方格子構造を形成するときには、(6)式を満たすようにしたものである。
また、本発明による有機発光ダイオードは、基板上に、少なくとも、金属材料からなる反射層と、透明導電材料からなる陽極導電層と、異なる波長の光を発光する複数の有機発光材料を含有する発光層を含む有機EL層と、金属材料からなる半透過金属層および透明導電材料からなる透明導電層が積層された陰極導電層とが順次積層され、上記半透過金属層の上記透明導電層と接している面に、複数の凹部が周期的に二次元に配列した二次元格子構造が形成された、白色光を発光するトップエミッション型の有機発光ダイオードであって、上記複数の有機発光材料のうち、内部量子効率および有機発光材料の寿命時間のうちの少なくとも一方が、他の有機発光材料より劣る所定の有機発光材料の発光スペクトルのピーク波長λ1に対応する上記半透過金属層の上記透明導電層と接している面に生じる表面プラズモンの伝搬定数の実部をk1とすると、上記面に形成された凹部における隣り合う凹部の中心間距離Pは、上記二次元格子構造として三角格子構造を形成するときには、(5)式を満たし、上記二次元格子構造として正方格子構造を形成するときには、(6)式を満たすようにしたものである。
また、本発明による有機発光ダイオードは、基板上に、少なくとも、金属材料からなる反射層と、透明導電材料からなる陽極導電層と、異なる波長の光を発光する複数の有機発光材料を含有する発光層を含む有機EL層と、金属材料からなる半透過金属層および透明導電材料からなる透明導電層が積層された陰極導電層とが順次積層され、上記半透過金属層の上記有機EL層と接している面に、複数の凸部が周期的に二次元に配列した二次元格子構造が形成された、白色光を発光するトップエミッション型の有機発光ダイオードであって、上記複数の有機発光材料のうち、内部量子効率および有機発光材料の寿命時間のうちの少なくとも一方が、他の有機発光材料より劣る所定の有機発光材料の発光スペクトルのピーク波長λ1に対応する上記半透過金属層の上記有機EL層と接している面に生じる表面プラズモンの伝搬定数の実部をk1とすると、上記面に形成された凸部における隣り合う凸部の中心間距離Pは、上記二次元格子構造として三角格子構造を形成するときには、(5)式を満たし、上記二次元格子構造として正方格子構造を形成するときには、(6)式を満たすようにしたものである。
また、本発明による有機発光ダイオードは、基板上に、少なくとも、金属材料からなる反射層と、透明導電材料からなる陽極導電層と、異なる波長の光を発光する複数の有機発光材料を含有する発光層を含む有機EL層と、金属材料からなる半透過金属層および透明導電材料からなる透明導電層が積層された陰極導電層とが順次積層され、上記半透過金属層の上記有機EL層と接している面に、複数の凹部が周期的に二次元に配列した二次元格子構造が形成された、白色光を発光するトップエミッション型の有機発光ダイオードであって、上記複数の有機発光材料のうち、内部量子効率および有機発光材料の寿命時間のうちの少なくとも一方が、他の有機発光材料より劣る所定の有機発光材料の発光スペクトルのピーク波長λ1に対応する上記半透過金属層の上記有機EL層と接している面に生じる表面プラズモンの伝搬定数の実部をk1とすると、上記面に形成された凹部における隣り合う凹部の中心間距離Pは、上記二次元格子構造として三角格子構造を形成するときには、(5)式を満たし、上記二次元格子構造として正方格子構造を形成するときには、(6)式を満たすようにしたものである。
また、本発明による有機発光ダイオードは、基板上に、少なくとも、金属材料からなる陰極導電層と、異なる波長の光を発光する複数の有機発光材料を含有する発光層を含む有機EL層と、透明導電材料からなる陽極導電層とが順次積層され、上記陰極導電層の上記有機EL層と接している面に、複数の凸部が周期的に二次元に配列した二次元格子構造が形成された、白色光を発光するトップエミッション型の有機発光ダイオードであって、上記複数の有機発光材料のうち、内部量子効率および有機発光材料の寿命時間のうちの少なくとも一方が、他の有機発光材料より劣る所定の有機発光材料の発光スペクトルのピーク波長λ1に対応する上記陰極導電層の上記有機EL層と接している面に生じる表面プラズモンの伝搬定数の実部をk1とすると、上記面に形成された凸部における隣り合う凸部の中心間距離Pは、上記二次元格子構造として三角格子構造を形成するときには、(5)式を満たし、上記二次元格子構造として正方格子構造を形成するときには、(6)式を満たすようにしたものである。
また、本発明による有機発光ダイオードは、基板上に、少なくとも、金属材料からなる陰極導電層と、異なる波長の光を発光する複数の有機発光材料を含有する発光層を含む有機EL層と、透明導電材料からなる陽極導電層とが順次積層され、上記陰極導電層の上記有機EL層と接している面に、複数の凹部が周期的に二次元に配列した二次元格子構造が形成された、白色光を発光するトップエミッション型の有機発光ダイオードであって、上記複数の有機発光材料のうち、内部量子効率および有機発光材料の寿命時間のうちの少なくとも一方が、他の有機発光材料より劣る所定の有機発光材料の発光スペクトルのピーク波長λ1に対応する上記陰極導電層の上記有機EL層と接している面に生じる表面プラズモンの伝搬定数の実部をk1とすると、上記面に形成された凹部における隣り合う凸部の中心間距離Pは、上記二次元格子構造として三角格子構造を形成するときには、(5)式を満たし、上記二次元格子構造として正方格子構造を形成するときには、(6)式を満たすようにしたものである。
また、本発明による有機発光ダイオードは、基板上に、少なくとも、透明導電材料からなる陽極導電層と、異なる波長の光を発光する複数の有機発光材料を含有する発光層を含む有機EL層と、金属材料からなる陰極導電層とが順次積層され、上記陰極導電層の上記有機EL層と接している面に、複数の凸部が周期的に二次元に配列した二次元格子構造が形成された、白色光を発光するボトムエミッション型の有機発光ダイオードであって、上記複数の有機発光材料のうち、内部量子効率および有機発光材料の寿命時間のうちの少なくとも一方が、他の有機発光材料より劣る所定の有機発光材料の発光スペクトルのピーク波長λ1に対応する上記陰極導電層の上記有機EL層と接している面に生じる表面プラズモンの伝搬定数の実部をk1とすると、上記面に形成された凸部における隣り合う凸部の中心間距離Pは、上記二次元格子構造として三角格子構造を形成するときには、(5)式を満たし、上記二次元格子構造として正方格子構造を形成するときには、(6)式を満たすようにしたものである。
また、本発明による有機発光ダイオードは、基板上に、少なくとも、透明導電材料からなる陽極導電層と、異なる波長の光を発光する複数の有機発光材料を含有する発光層を含む有機EL層と、金属材料からなる陰極導電層とが順次積層され、上記陰極導電層の上記有機EL層と接している面に、複数の凹部が周期的に二次元に配列した二次元格子構造が形成された、白色光を発光するボトムエミッション型の有機発光ダイオードであって、上記複数の有機発光材料のうち、内部量子効率および有機発光材料の寿命時間のうちの少なくとも一方が、他の有機発光材料より劣る所定の有機発光材料の発光スペクトルのピーク波長λ1に対応する上記陰極導電層の上記有機EL層と接している面に生じる表面プラズモンの伝搬定数の実部をk1とすると、上記面に形成された凹部における隣り合う凹部の中心間距離Pは、上記二次元格子構造として三角格子構造を形成するときには、(5)式を満たし、上記二次元格子構造として正方格子構造を形成するときには、(6)式を満たすようにしたものである。
また、本発明による有機発光ダイオードは、上記した有機発光ダイオードにおいて、上記陰極導電層を形成する金属材料は、AgまたはAlまたはAgの含有率が10質量%以上の合金またはAlの含有率が10質量%以上の合金であるようにしたものである。 In the organic light emitting diode according to the present invention, in the organic light emitting diode described above, the metal material forming the cathode conductive layer has an Ag or Al or Ag content of 10 mass% or more, or an Al content of 10 The alloy is made to be at least mass%.
また、本発明による有機発光ダイオード用基板の製造方法は、上記した有機発光ダイオード用基板を製造する有機発光ダイオード用基板の製造方法であって、所定の粒子が二次元に最密充填した粒子単層膜をエッチングマスクとしたドライエッチング法によって、上記面に複数の凸部または凹部が周期的に二次元に配列した二次元格子構造を形成するようにしたものである。 The method for producing an organic light emitting diode substrate according to the present invention is a method for producing an organic light emitting diode substrate for producing an organic light emitting diode substrate as described above, wherein a single particle in which predetermined particles are two-dimensionally closely packed. A two-dimensional lattice structure in which a plurality of convex portions or concave portions are periodically arranged two-dimensionally is formed on the surface by a dry etching method using a layer film as an etching mask.
また、本発明による有機発光ダイオード用基板の製造方法は、上記した有機発光ダイオード用基板を製造する有機発光ダイオード用基板の製造方法であって、所定の粒子が二次元に最密充填した粒子単層膜をエッチングマスクとしたドライエッチング法によって、複数の凸部または凹部が周期的に二次元に配列した構造が形成された鋳型を作製し、上記鋳型に形成された複数の凸部または凹部が周期的に二次元に配列した二次元格子構造を転写して、上記面に複数の複数の凸部または凹部が周期的に二次元に配列した二次元格子構造を形成するようにしたものである。 The method for producing an organic light emitting diode substrate according to the present invention is a method for producing an organic light emitting diode substrate for producing an organic light emitting diode substrate as described above, wherein a single particle in which predetermined particles are two-dimensionally closely packed. A mold having a structure in which a plurality of convex portions or concave portions are periodically arranged two-dimensionally is produced by a dry etching method using a layer film as an etching mask, and the plurality of convex portions or concave portions formed on the mold are formed. A two-dimensional lattice structure periodically arranged in two dimensions is transferred to form a two-dimensional lattice structure in which a plurality of convex portions or concave portions are periodically arranged in two dimensions on the surface. .
また、本発明による有機発光ダイオードの製造方法は、上記した有機発光ダイオードを製造する有機発光ダイオードの製造方法であって、上記基板の表面に複数の凸部または凹部が周期的に二次元に配列した二次元格子構造を作製し、複数の凸部または凹部が周期的に二次元に配列した二次元格子構造が形成された上記基板の表面に、上記反射層と、上記陽極導電層と、上記有機EL層と、上記陰極導電層とを順次積層するようにしたものである。 The organic light emitting diode manufacturing method according to the present invention is an organic light emitting diode manufacturing method for manufacturing the above organic light emitting diode, wherein a plurality of convex portions or concave portions are periodically arranged in a two-dimensional manner on the surface of the substrate. The reflection layer, the anode conductive layer, and the surface of the substrate on which the two-dimensional lattice structure in which a plurality of convex portions or concave portions are periodically arranged in two dimensions is formed. An organic EL layer and the cathode conductive layer are sequentially laminated.
また、本発明による有機発光ダイオードの製造方法は、上記した有機発光ダイオードを製造する有機発光ダイオードの製造方法であって、上記基板の表面に複数の凸部または凹部が周期的に二次元に配列した二次元格子構造を作製し、複数の凸部または凹部が周期的に二次元に配列した二次元格子構造が形成された上記基板の表面に、上記陰極導電層と、上記有機EL層と、上記陽極導電層とを順次積層するようにしたものである。 The organic light emitting diode manufacturing method according to the present invention is an organic light emitting diode manufacturing method for manufacturing the above organic light emitting diode, wherein a plurality of convex portions or concave portions are periodically arranged in a two-dimensional manner on the surface of the substrate. The cathode conductive layer, the organic EL layer, and the surface of the substrate on which a two-dimensional lattice structure in which a plurality of convex portions or concave portions are periodically arranged in two dimensions is formed, The anode conductive layer is sequentially laminated.
また、本発明による有機発光ダイオードの製造方法は、上記した有機発光ダイオードを製造する有機発光ダイオードの製造方法であって、上記基板の表面に複数の凸部または凹部が周期的に二次元に配列した二次元格子構造を作製し、複数の凸部または凹部が周期的に二次元に配列した二次元格子構造が形成された上記基板の表面に、上記陽極導電層と、上記有機EL層と、上記陰極導電層とを順次積層するようにしたものである。 The organic light emitting diode manufacturing method according to the present invention is an organic light emitting diode manufacturing method for manufacturing the above organic light emitting diode, wherein a plurality of convex portions or concave portions are periodically arranged in a two-dimensional manner on the surface of the substrate. The anode conductive layer, the organic EL layer, and the surface of the substrate on which a two-dimensional lattice structure in which a plurality of convex portions or concave portions are periodically arranged in two dimensions is formed, The cathode conductive layer is sequentially laminated.
また、本発明による有機発光ダイオードの製造方法は、上記した有機発光ダイオードの製造方法において、上記陰極導電層を形成する金属材料として、AgまたはAlまたはAgの含有率が10質量%以上の合金またはAlの含有率が10質量%以上の合金を用いるようにしたものである。 The organic light emitting diode manufacturing method according to the present invention is the above-described organic light emitting diode manufacturing method, wherein the metal material forming the cathode conductive layer is Ag or Al or an alloy having an Ag content of 10% by mass or more. An alloy having an Al content of 10% by mass or more is used.
また、本発明による有機発光ダイオードの製造方法は、上記した有機発光ダイオードの製造方法において、上記凹部の深さならびに上記凸部の高さを15〜180nmとするようにしたものである。 Moreover, the manufacturing method of the organic light emitting diode according to the present invention is such that in the above-described manufacturing method of the organic light emitting diode, the depth of the concave portion and the height of the convex portion are set to 15 to 180 nm.
また、本発明による有機発光ダイオードの製造方法は、上記した有機発光ダイオードの製造方法において、所定の粒子が二次元に最密充填した粒子単層膜をエッチングマスクとしたドライエッチング法によって、上記基板の表面に複数の凸部または凹部が周期的に二次元に配列した二次元格子構造を形成するようにしたものである。 Further, the organic light emitting diode manufacturing method according to the present invention is the above-described organic light emitting diode manufacturing method, wherein the substrate is formed by a dry etching method using a particle single layer film in which predetermined particles are two-dimensionally closely packed as an etching mask. A two-dimensional lattice structure in which a plurality of convex portions or concave portions are periodically and two-dimensionally arranged is formed on the surface.
また、本発明による有機発光ダイオードの製造方法は、上記した有機発光ダイオードの製造方法において、所定の粒子が二次元に最密充填した粒子単層膜をエッチングマスクとしたドライエッチング法によって、複数の凸部または凹部が周期的に二次元に配列した構造が形成された鋳型を作製し、上記鋳型に形成された複数の凸部または凹部が周期的に二次元に配列した二次元格子構造を転写して、上記基板の表面に複数の凸部または凹部が周期的に二次元に配列した二次元格子構造を形成するようにしたものである。 In addition, the organic light emitting diode manufacturing method according to the present invention includes a plurality of dry etching methods using a single particle layer film in which predetermined particles are two-dimensionally closely packed in the organic light emitting diode manufacturing method. Produces a template with a structure in which convex parts or concave parts are periodically arranged in two dimensions, and transfers a two-dimensional lattice structure in which a plurality of convex parts or concave parts formed in the mold are periodically arranged in two dimensions Thus, a two-dimensional lattice structure in which a plurality of convex portions or concave portions are periodically arranged two-dimensionally is formed on the surface of the substrate.
また、本発明による有機発光ダイオードの製造方法は、上記した有機発光ダイオードの製造方法において、上記所定の粒子において、粒径Dは、(4)式を満たすようにしたものである。
本発明は、以上説明したように構成されているので、白色光を発光する有機EL層に形成される複数の有機発光材料において、各有機発光材料の寿命時間を低下させることなく、内部量子効率の低い有機発光材料の光取り出し効率を選択的に向上することができるという優れた効果を奏する。 Since the present invention is configured as described above, in the plurality of organic light emitting materials formed in the organic EL layer that emits white light, the internal quantum efficiency is reduced without reducing the lifetime of each organic light emitting material. The light extraction efficiency of an organic light emitting material having a low level can be selectively improved.
以下、添付の図面を参照しながら、本発明による有機発光ダイオード、有機発光ダイオード用基板の製造方法、画像表示装置および照明装置の実施の形態を詳細に説明する。
Hereinafter, embodiments of an organic light emitting diode, a method for manufacturing an organic light emitting diode substrate, an image display device, and an illumination device according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
まず、図1および図2を参照しながら、本発明による有機発光ダイオードの第1の実施の形態について説明する。
First, a first embodiment of an organic light emitting diode according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
なお、図1には、本発明の第1の実施の形態による有機発光ダイオードの一例を示す概略構成説明図が示されている。 FIG. 1 is a schematic configuration explanatory view showing an example of the organic light emitting diode according to the first embodiment of the present invention.
この図1に示す有機発光ダイオード10に関する説明においては、説明の便宜上、有機発光ダイオード10を構成する各層の高さ方向における上方側の表面を上面と適宜に称し、各層の高さ方向における下方側の表面を下面と適宜に称する。 In the description of the organic light emitting diode 10 shown in FIG. 1, for convenience of explanation, the upper surface in the height direction of each layer constituting the organic light emitting diode 10 is appropriately referred to as the upper surface, and the lower side in the height direction of each layer. The surface of is appropriately referred to as the lower surface.
また、以下の説明においては、本発明を用いるものである限り、必ずしも対象とする有機発光ダイオードの構造および方式を限定するものではない。
Further, in the following description, as long as the present invention is used, the structure and method of the target organic light emitting diode are not necessarily limited.
この図1に示す有機発光ダイオード10は、一般に3波長型の陰極トップエミッション型と称されるタイプの有機発光ダイオードであり、基板12上に反射層22と陽極導電層14と有機EL層16と陰極導電層18とが順次積層されている。 The organic light emitting diode 10 shown in FIG. 1 is an organic light emitting diode of a type generally referred to as a three-wavelength cathode top emission type, and includes a reflective layer 22, an anode conductive layer 14, an organic EL layer 16 on a substrate 12. A cathode conductive layer 18 is sequentially laminated.
そして、陽極導電層14と陰極導電層18とには、電源20により電圧を印加することができるようになされている。 A voltage can be applied to the anode conductive layer 14 and the cathode conductive layer 18 by a power source 20.
この有機発光ダイオード10においては、陽極導電層14と陰極導電層18とに電圧を印加すると、陽極導電層14から有機EL層16中の発光層16−3(後述する。)にホールが注入されるとともに、陰極導電層18から有機EL層16中の発光層16−3(後述する。)に電子が注入され、陰極導電層18側から有機EL層16で発生した光が取り出されるようになる。 In this organic light emitting diode 10, when voltage is applied to the anode conductive layer 14 and the cathode conductive layer 18, holes are injected from the anode conductive layer 14 into a light emitting layer 16-3 (described later) in the organic EL layer 16. In addition, electrons are injected from the cathode conductive layer 18 into the light emitting layer 16-3 (described later) in the organic EL layer 16, and light generated in the organic EL layer 16 is extracted from the cathode conductive layer 18 side. .
なお、本発明による第1の実施の形態の有機発光ダイオード10は、3波長型の陰極トップエミッション型と称される有機発光ダイオードであり、発光層16−3は3つの有機発光材料が層(発光層16−3a、発光層16−3b、発光層16−3cであり、その詳細は後述する。)を形成して構成される。以降、まとめて発光層16−3と説明して差し障りのない場合は、上記3層を発光層16−3として記載する。
The organic light emitting diode 10 according to the first embodiment of the present invention is an organic light emitting diode called a three-wavelength cathode top emission type, and the light emitting layer 16-3 includes three organic light emitting materials ( A light emitting layer 16-3a, a light emitting layer 16-3b, and a light emitting layer 16-3c, the details of which will be described later). Hereinafter, when the light emitting layer 16-3 is collectively described and there is no problem, the three layers are described as the light emitting layer 16-3.
反射層22は、有機EL層16からの光を反射して基板12から当該光が取り出されないように設けられた層である。 The reflective layer 22 is a layer provided so as to reflect light from the organic EL layer 16 so that the light is not extracted from the substrate 12.
従って、反射層22は、可視光を反射する金属材料により構成されており、例えば、AgあるいはAlを用いて構成される。 Therefore, the reflective layer 22 is made of a metal material that reflects visible light, and is made of, for example, Ag or Al.
また、こうした反射層22の厚さは、例えば、100〜200nmが好ましい。 In addition, the thickness of the reflective layer 22 is preferably, for example, 100 to 200 nm.
なお、反射層22を含む有機発光ダイオード10を構成する各層の厚さは、分光エリプソメーター、接触式段差計あるいは原子力間顕微鏡(Atomic Force Microscope(AFM))などにより測定することができる。
In addition, the thickness of each layer which comprises the organic light emitting diode 10 containing the reflection layer 22 can be measured with a spectroscopic ellipsometer, a contact-type level difference meter, or an atomic force microscope (AFM).
陽極導電層14は、電源20の陽極と接続され、可視光を透過する透明導電材料により構成されている。こうした透明導電材料は、特に限定されず、透明導電材料として公知のものを用いることができる。 The anode conductive layer 14 is connected to the anode of the power source 20 and is made of a transparent conductive material that transmits visible light. Such a transparent conductive material is not particularly limited, and a known transparent conductive material can be used.
具体的には、陽極導電層14に用いる透明導電材料としては、インジウム−スズ酸化物(Indium Tin Oxide(ITO))、インジウム−亜鉛酸化物(Indium Zinc Oxide(IZO))、酸化亜鉛(Zinc Oxide(ZnO))あるいは亜鉛−スズ酸化物(Zinc Tin Oxide(ZTO))などが挙げられる。 Specifically, as the transparent conductive material used for the anode conductive layer 14, indium tin oxide (Indium Tin Oxide (ITO)), indium zinc oxide (Indium Zinc Oxide (IZO)), zinc oxide (Zinc Oxide) is used. (ZnO)) or zinc tin oxide (Zinc Tin Oxide (ZTO)).
また、こうした陽極導電層14の厚さは、例えば、50〜200nmが好ましい。
Further, the thickness of the anode conductive layer 14 is preferably, for example, 50 to 200 nm.
有機EL層16は、電源20からホールが注入されるホール注入層16−1と、ホール注入層16−1において注入されたホールを後述する発光層16−3に輸送するとともに、当該発光層16−3からの電子を遮断するホール輸送層16−2と、互いに異なる波長の光を発光する複数の有機発光材料を含有するとともに、ホール輸送層16−2から輸送されたホールと後述する電子輸送層16−4から輸送された電子とが結合して発光する発光層16−3と、後述する電子注入層16−5において注入された電子を発光層16−3に輸送するとともに、当該発光層16−3からのホールを遮断する電子輸送層16−4と、電源20から電子が注入される電子注入層16−5とにより構成されている。 The organic EL layer 16 transports holes injected from the power source 20 to the hole injection layer 16-1 and the holes injected in the hole injection layer 16-1 to the light emitting layer 16-3 described later. Hole transport layer 16-2 that blocks electrons from -3, and a plurality of organic light emitting materials that emit light of different wavelengths, and holes transported from the hole transport layer 16-2 and electron transport described later A light emitting layer 16-3 that emits light by combining with electrons transported from the layer 16-4, and an electron injected in an electron injection layer 16-5, which will be described later, are transported to the light emitting layer 16-3, and the light emitting layer The electron transport layer 16-4 blocks holes from 16-3 and the electron injection layer 16-5 into which electrons are injected from the power supply 20.
なお、発光層16−3は、所定の波長の光を発光する有機発光材料よりなる発光層16−3aと、発光層16−3aを形成する有機発光材料と異なる波長の光を発光する有機発光材料よりなる発光層16−3bと、発光層16−3a、16−3bを形成する有機発光材料と異なる波長の光を発光する有機発光材料よりなる発光層16−3cとを有して構成されている。そして、この発光層16−3a、16−3b、16−3cはそれぞれ発光することにより、発光層16−3から白色光が発光するよう、用いられる有機発光材料が選択されている。
The light emitting layer 16-3 includes a light emitting layer 16-3a made of an organic light emitting material that emits light of a predetermined wavelength, and an organic light emitting device that emits light having a wavelength different from that of the organic light emitting material forming the light emitting layer 16-3a. A light emitting layer 16-3b made of a material and a light emitting layer 16-3c made of an organic light emitting material that emits light of a wavelength different from that of the organic light emitting material forming the light emitting layers 16-3a and 16-3b. ing. The light emitting layers 16-3a, 16-3b, and 16-3c each emit light, and the organic light emitting material to be used is selected so that white light is emitted from the light emitting layer 16-3.
そして、有機EL層16は、陽極導電層14上に、ホール注入層16−1、ホール輸送層16−3、発光層16−3(発光層16−3a、発光層16−3b、発光層16−3c)、電子輸送層16−4、電子注入層16−5の順で7層で積層されている。 The organic EL layer 16 is formed on the anode conductive layer 14 with a hole injection layer 16-1, a hole transport layer 16-3, a light emitting layer 16-3 (light emitting layer 16-3a, light emitting layer 16-3b, light emitting layer 16). -3c), an electron transport layer 16-4, and an electron injection layer 16-5 are laminated in this order.
なお、これらの層は、一層の役割が1つの場合もあるし、2つ以上の役割を兼ねる場合もあり、例えば、電子輸送層16−4と発光層16−3cとを一つの層で兼ねることができるものである。 Note that these layers may have a single role or may have two or more roles. For example, the electron transport layer 16-4 and the light emitting layer 16-3c may be combined into one layer. It is something that can be done.
つまり、有機EL層16は、少なくとも、有機発光材料を含有する発光層16−3を含む層であればよく、発光層16−3のみから構成されてもよいが、一般的には、発光層16−3以外の他の層が含まれるものである。こうした発光層16−3以外の層は、発光層16−3の機能を損なわない限り、有機材料から構成されるものであっても無機材料から構成されるものであってもよい。
That is, the organic EL layer 16 may be at least a layer including the light emitting layer 16-3 containing an organic light emitting material, and may be composed of only the light emitting layer 16-3. Layers other than 16-3 are included. Such a layer other than the light emitting layer 16-3 may be composed of an organic material or an inorganic material as long as the function of the light emitting layer 16-3 is not impaired.
ここで、有機EL層16の各層を構成する材料は、特に限定されず、これまで有機ELの発光層を構成する有機発光材料として公知のものを用いることができ、例えば、蛍光または燐光を発生する有機化合物、蛍光および燐光を発生する有機化合物、該有機化合物を他の物質(ホスト材料)にドープした化合物、該有機化合物にドーピング材料をドープした化合物などが挙げられる。 Here, the material constituting each layer of the organic EL layer 16 is not particularly limited, and any known organic light emitting material constituting the light emitting layer of the organic EL can be used so far, for example, it generates fluorescence or phosphorescence. An organic compound that generates fluorescence and phosphorescence, a compound obtained by doping the organic compound with another substance (host material), a compound obtained by doping the organic compound with a doping material, and the like.
また、蛍光または燐光を発生する有機化合物、蛍光および燐光を発生する有機化合物としては、色素系、金属錯体型、高分子系、などが知られており、いずれを用いてもよい。 Further, as an organic compound that generates fluorescence or phosphorescence, and an organic compound that generates fluorescence and phosphorescence, a pigment system, a metal complex type, a polymer system, and the like are known, and any of them may be used.
即ち、発光層16−3(つまり、発光層16−3a、16−3b、16−3cである。)を構成する材料としては、有機発光材料が用いられ、こうした有機発光材料としては、例えば、色素系の具体例として、1,4−bis[4−(N,N−diphenylaminostyrylbenzene)](DPAVB)、2,3,6,7−tetrahydro−1,1,7,7−tetramethyl−1H,5H,11H−10−(2−benzothiazolyl)quinolizine[9,9a,1−gh](C545T)、ジスチルアリーレン誘導体である4−4’−bis(2,2−diphenyl−ethen−1−yl)biphenyl(DPVBi)などが挙げられる。また、金属錯体系の具体例として、Tris[1−phenylisoquinoline−C2,N]iridium(III)(Ir(piq)3)、Bis[2−(2−benzoxazolyl)phenolate]Zinc(II)(ZnPBO)などが挙げられる。
That is, as a material constituting the light emitting layer 16-3 (that is, the light emitting layers 16-3a, 16-3b, and 16-3c), an organic light emitting material is used. As such an organic light emitting material, for example, Specific examples of the dye system include 1,4-bis [4- (N, N-diphenylaminostyrylbenzene)] (DPAVB), 2,3,6,7-tetrahydro-1,1,7,7-tetramethyl-1H, 5H. , 11H-10- (2-benzothiazolyl) quinolizine [9,9a, 1-gh] (C545T), 4-4′-bis (2,2-diphenyl-ethen-1-yl) biphenyl, which is a distilarylene derivative. (DPVBi). As specific examples of the metal complex system, Tris [1-phenylisoquinoline-C2, N] iridium (III) (Ir (piq) 3 ), Bis [2- (2-benzoxazolyl) phenolate] Zinc (II) (ZnPBO) Etc.
また、ホール注入層16−1、ホール輸送層16−2ならびに電子輸送層16−4を構成する材料としては、それぞれ有機材料が一般的に用いられる。 In addition, organic materials are generally used as materials constituting the hole injection layer 16-1, the hole transport layer 16-2, and the electron transport layer 16-4.
ホール注入層16−1を構成する材料としては、例えば、4,4’,4”−tris(N,N−2naphthylphenylamino)triphenylamine(2−TNATA)、1,4,5,8,9,12−ヘキサアザトリフェニレンヘキサカルボニトリル(HAT−CN)、酸化モリブデン(MoOx、x=1〜3)などの化合物が挙げられる。 As a material constituting the hole injection layer 16-1, for example, 4,4 ′, 4 ″ -tris (N, N-2naphthylphenylamino) triphenylamine (2-TNATA), 1,4,5,8,9,12− Examples thereof include compounds such as hexaazatriphenylenehexacarbonitrile (HAT-CN) and molybdenum oxide (MoO x , x = 1 to 3).
また、ホール輸送層16−2を構成する材料としては、例えば、N,N’−ジフェニル−N,N’−ビス(1−ナフチル)−(1−1’−ビフェニル)−4,4’−ジアミン(NPD)、銅フタロシアニン(CuPc)、N,N’−Diphenyl−N−N’−di(m−tolyl)benzidine(TPD)などの芳香族アミン化合物などが挙げられる。 Examples of the material constituting the hole transport layer 16-2 include N, N′-diphenyl-N, N′-bis (1-naphthyl)-(1-1′-biphenyl) -4,4′-. Examples thereof include aromatic amine compounds such as diamine (NPD), copper phthalocyanine (CuPc), and N, N′-Diphenyl-NN—di (m-tolyl) benzidine (TPD).
さらに、電子輸送層16−4を構成する材料としては、例えば、2,5−Bis(1−naphthyl)−1,3,4−oxadiazole(BND)、2−(4−tert−Butylphenyl)−5−(4−biphenylyl)−1,3,4−oxadiazole(PBD)などのオキサジオール系化合物、Tris(8−quinolinolate)aluminium(Alq3)などの金属錯体系化合物などが挙げられる。 Furthermore, examples of the material constituting the electron transport layer 16-4 include 2,5-Bis (1-naphthyl) -1,3,4-oxadiazole (BND), 2- (4-tert-Butylphenyl) -5. - (4-biphenylyl) -1,3,4- oxadiazole (PBD) oxa diol compound such as, Tris (8-quinolinolate) aluminium (Alq 3) and metal complex compounds such as.
さらにまた、電子注入層16−5を構成する材料としては、例えば、フッ化リチウム(LiF)などが挙げられる。 Furthermore, as a material which comprises the electron injection layer 16-5, lithium fluoride (LiF) etc. are mentioned, for example.
こうした電子注入層16−5を電子輸送層16−4と陰極導電層18との間に設けると、仕事関数の差を少なくすることができ、陰極導電層18から電子輸送層16−4に電子が移行しやすくなる。 When such an electron injection layer 16-5 is provided between the electron transport layer 16-4 and the cathode conductive layer 18, a difference in work function can be reduced, and electrons are transferred from the cathode conductive layer 18 to the electron transport layer 16-4. Will be easier to migrate.
なお、陰極導電層18としてMg/Ag=10/90などのマグネシウム合金を使用すると、電子注入層16−5を設けなくても、電子注入効果を得ることが可能となる。 If a magnesium alloy such as Mg / Ag = 10/90 is used as the cathode conductive layer 18, the electron injection effect can be obtained without providing the electron injection layer 16-5.
こうした有機EL層16の全体の厚さとしては、例えば、30〜500nmが好ましい。
The total thickness of the organic EL layer 16 is preferably 30 to 500 nm, for example.
また、陰極導電層18は、電源20の陰極と接続された金属層18−1と透明導電層18−2とにより構成されており、有機EL層16上に金属層18−1と透明導電層18−2とが順次積層されている。 The cathode conductive layer 18 includes a metal layer 18-1 connected to the cathode of the power supply 20 and a transparent conductive layer 18-2. The metal layer 18-1 and the transparent conductive layer are formed on the organic EL layer 16. 18-2 are sequentially laminated.
金属層18−1は、Ag、Agの含有率が10%以上の合金、AlまたはAlの含有率が10%以上の合金からなり、当該合金としては、例えば、上記したMg/Ag=10/90などのマグネシウム合金が挙げられる。 The metal layer 18-1 is made of Ag, an alloy with an Ag content of 10% or more, Al or an alloy with an Al content of 10% or more. Examples of the alloy include the above-described Mg / Ag = 10 / Examples include magnesium alloys such as 90.
この金属層18−1の厚さとしては、例えば、10〜30nmが好ましく、有機EL層16からの光を透過可能としている。 The thickness of the metal layer 18-1 is preferably 10 to 30 nm, for example, and can transmit light from the organic EL layer 16.
透明導電層18−2は、陽極導電層14と同様に、可視光を透過する透明導電材料により構成されており、こうした透明導電材料としては、特に限定されず、透明導電材料として公知のものを用いることができる。 The transparent conductive layer 18-2 is made of a transparent conductive material that transmits visible light, similarly to the anode conductive layer 14, and the transparent conductive material is not particularly limited and may be a known transparent conductive material. Can be used.
具体的には、透明導電層18−2に用いる透明導電材料としては、インジウム−スズ酸化物(Indium Tin Oxide(ITO))、インジウム−亜鉛酸化物(Indium Zinc Oxide(IZO))、酸化亜鉛(Zinc Oxide(ZnO))あるいは亜鉛−スズ酸化物(Zinc Tin Oxide(ZTO))などが挙げられる。 Specifically, as the transparent conductive material used for the transparent conductive layer 18-2, indium tin oxide (Indium Tin Oxide (ITO)), indium zinc oxide (Indium Zinc Oxide (IZO)), zinc oxide ( Zinc Oxide (ZnO)) or zinc-tin oxide (Zinc Tin Oxide (ZTO)).
ここで、有機発光ダイオード10は、陰極導電層18側から光を取り出すトップエミッション型である。 Here, the organic light emitting diode 10 is a top emission type in which light is extracted from the cathode conductive layer 18 side.
このため、有機EL層16からの光を透過することを可能とするために、金属層18−1を薄層で形成している。 For this reason, in order to allow the light from the organic EL layer 16 to be transmitted, the metal layer 18-1 is formed as a thin layer.
このとき、陰極導電層18を金属層18−1のみとすると、金属層18−1が薄層であるため体積抵抗が大きくなる。 At this time, if the cathode conductive layer 18 is only the metal layer 18-1, the volume resistance is increased because the metal layer 18-1 is a thin layer.
このため有機発光ダイオード10においては、陰極導電層18として金属層18−1とともに透明導電層18−2を補助電極層として設けることにより導電性の向上を図っている。 For this reason, in the organic light emitting diode 10, the conductivity is improved by providing the transparent conductive layer 18-2 as the auxiliary electrode layer together with the metal layer 18-1 as the cathode conductive layer 18.
こうした透明導電層18−2の厚さは、例えば、50〜200nmが好ましい。
The thickness of the transparent conductive layer 18-2 is preferably 50 to 200 nm, for example.
また、基板12は、可視光を透過する透明体または可視光を透過しない不透明体が用いられ、基板12を構成する材料としては、無機材料でも有機材料でもよく、それらの組み合わせであってもよい。 The substrate 12 may be a transparent body that transmits visible light or an opaque body that does not transmit visible light. The material constituting the substrate 12 may be an inorganic material or an organic material, or a combination thereof. .
具体的には、基板12を構成する材料として、透明体の無機材料としては、石英ガラス、無アルカリガラス、ソーダライムガラスなどのアルカリガラス、白板ガラスなどの各種ガラス、マイカなどの透明無機鉱物などが上げられ、不透明体の無機材料としては、アルミニウム、ニッケル、ステンレスなどの金属、各種セラミックスなどが挙げられる。 Specifically, as the material constituting the substrate 12, the transparent inorganic material includes quartz glass, non-alkali glass, alkali glass such as soda lime glass, various glasses such as white plate glass, transparent inorganic minerals such as mica, etc. As an opaque inorganic material, metals such as aluminum, nickel, and stainless steel, various ceramics, and the like can be given.
また、有機材料としては、シクロオレフィン系フィルム、ポリエステル系フィルムなどの樹脂フィルム、当該樹脂フィルム中にセルロースナノファイバーなどの微細繊維を混入した繊維強化プラスチック材料などが挙げられる。なお、有機材料についても透明体、不透明体の両方が使用可能である。 Examples of the organic material include resin films such as cycloolefin films and polyester films, and fiber reinforced plastic materials in which fine fibers such as cellulose nanofibers are mixed in the resin film. As for the organic material, both a transparent body and an opaque body can be used.
さらに、基板12の陽極導電層14が積層される側の表面12a(つまり、基板12の上面である。)には、複数の凸部12bを周期的に二次元に配列した構造(以下、「周期的に二次元に配列した構造」を、「二次元格子構造」と適宜に称することとする。)が設けられている。 Furthermore, on the surface 12a (that is, the upper surface of the substrate 12) on the side where the anode conductive layer 14 of the substrate 12 is laminated, a structure in which a plurality of convex portions 12b are periodically arranged in two dimensions (hereinafter, “ A structure that is periodically arranged two-dimensionally is referred to as a “two-dimensional lattice structure” as appropriate).
そして、この二次元格子構造が形成された基板12上に反射層22、陽極導電層14、有機EL層16、陰極導電層18が順次積層されることで、各層の表面(つまり、各層の上面であり、基板12が位置する側と反対側の面である。)には、基板12の表面12aと同様の複数の凸部による二次元格子構造が形成されることとなる。 Then, the reflective layer 22, the anode conductive layer 14, the organic EL layer 16, and the cathode conductive layer 18 are sequentially laminated on the substrate 12 on which the two-dimensional lattice structure is formed, so that the surface of each layer (that is, the upper surface of each layer). And the surface opposite to the side on which the substrate 12 is located.), A two-dimensional lattice structure with a plurality of convex portions similar to the surface 12a of the substrate 12 is formed.
また、各層の裏面(つまり、各層の下面であり、基板12が位置する側の面である。)には、基板12の表面12aに形成された構造が反転した構造、即ち、複数の凹部が周期的に配列した構造、つまり、複数の凹部による二次元格子構造が形成されることとなる。 In addition, the back surface of each layer (that is, the lower surface of each layer and the surface on which the substrate 12 is located) has a structure in which the structure formed on the surface 12a of the substrate 12 is inverted, that is, a plurality of recesses. A periodically arranged structure, that is, a two-dimensional lattice structure with a plurality of recesses is formed.
具体的には、金属層18−1について着目すると、金属層18−1の表面18−1a(つまり、金属層18−1の上面であり、透明導電層18−2が位置する側の面である。)には、基板12の表面12aに形成された複数の凸部12bと同等の二次元格子構造を形成して複数の凸部が形成される。 Specifically, focusing on the metal layer 18-1, the surface 18-1a of the metal layer 18-1 (that is, the upper surface of the metal layer 18-1 and the surface on the side where the transparent conductive layer 18-2 is located). In other words, a two-dimensional lattice structure equivalent to the plurality of projections 12b formed on the surface 12a of the substrate 12 is formed to form a plurality of projections.
一方、金属層18−1の裏面18−1c(つまり、金属層18−1の下面であり、有機EL層16が位置する側の面であり、陰極導電層18の裏面18aである。)には、基板12の表面12aに形成された構造が反転した構造、即ち、複数の凹部18bが周期的に二次元に配列した構造、つまり、複数の凹部18bによる二次元格子構造が形成されることとなる。 On the other hand, on the back surface 18-1c of the metal layer 18-1 (that is, the bottom surface of the metal layer 18-1, the surface on the side where the organic EL layer 16 is located, and the back surface 18a of the cathode conductive layer 18). Is a structure in which the structure formed on the surface 12a of the substrate 12 is inverted, that is, a structure in which a plurality of recesses 18b are periodically arranged in two dimensions, that is, a two-dimensional lattice structure is formed by the plurality of recesses 18b. It becomes.
こうした二次元格子構造は、内部量子効率が低い、あるいは寿命の短い有機発光材料の波長を増強するように設計される(例えば、白色中の波長470nm(青))ことで、陰極導電層18における金属層18−1において励起される表面プラズモンが伝搬光として取り出される。 Such a two-dimensional lattice structure is designed to enhance the wavelength of an organic light emitting material having a low internal quantum efficiency or a short lifetime (for example, a wavelength of 470 nm (blue) in white). Surface plasmons excited in the metal layer 18-1 are extracted as propagating light.
ここで、発光層16−3で発光分子から発光する際には、ごく近傍に近接場光が発生するものであるが、この近接場光は、発光層16−3と金属層18−1との距離が非常に近いため、金属層18−1の表面18−1aおよび裏面18−1cで伝搬型の表面プラズモンに変換される。 Here, when light is emitted from the light emitting molecules in the light emitting layer 16-3, near-field light is generated very close to the light-emitting layer 16-3, and the near-field light is emitted from the light-emitting layer 16-3 and the metal layer 18-1. Therefore, the surface 18-1a and the back 18-1c of the metal layer 18-1 are converted into propagation type surface plasmons.
金属表面の伝搬型表面プラズモンは、入射した電磁波(近接場光など)により生じる自由電子の粗密波が表面電磁場を伴うものである。 Propagation-type surface plasmon on the surface of metal has a surface electromagnetic field accompanied by free-electron density waves generated by incident electromagnetic waves (such as near-field light).
平坦な金属表面に存在する表面プラズモンの場合、当該表面プラズモンの分散曲線と光(空間伝搬光)の分散曲線とは交差しないため、表面プラズモンのエネルギーを光として取り出すことができない。これに対し、金属表面に格子構造が形成されていると、当該格子構造によって回折された表面プラズモンの分散曲線が空間伝搬光の分散曲線と交差するようになり、表面プラズモンを輻射光として取り出すことができる。 In the case of a surface plasmon existing on a flat metal surface, the dispersion curve of the surface plasmon and the dispersion curve of light (spatial propagation light) do not intersect with each other, so that the energy of the surface plasmon cannot be extracted as light. On the other hand, when a lattice structure is formed on the metal surface, the dispersion curve of the surface plasmon diffracted by the lattice structure intersects with the dispersion curve of the spatial propagation light, and the surface plasmon is extracted as radiation light. Can do.
このように、二次元格子構造が設けられていることにより、表面プラズモンとして失われていた光のエネルギーが取り出されるようになる。こうして取り出されたエネルギーは、輻射光として陰極導電層18における金属層18−1から放射される。 Thus, by providing the two-dimensional lattice structure, the energy of light lost as surface plasmons can be extracted. The energy thus extracted is emitted from the metal layer 18-1 in the cathode conductive layer 18 as radiation light.
このとき、金属層18−1から輻射される光は指向性が高く、適切な設計をすればその大部分が光取り出し面たる陰極導電層18の表面18c(つまり、陰極導電層18の上面であり、透明導電層18−2における金属層18−1が位置する側と反対側の面である。)に向かう。 At this time, the light radiated from the metal layer 18-1 has high directivity, and if it is appropriately designed, most of the light is a surface 18c of the cathode conductive layer 18 that is a light extraction surface (that is, the upper surface of the cathode conductive layer 18). Yes, the surface of the transparent conductive layer 18-2 opposite to the side where the metal layer 18-1 is located.
そのため、有機発光ダイオード10においては、光取り出し面から内部量子効率が低い、あるいは寿命の短い有機発光材料の強度が強められた光が出射するため、最終的に内部量子効率が低い有機発光材料であっても、あるいは、寿命が比較的短い有機発光材料であっても、過度な印加電圧を加えることがなく、寿命を狭めることなく光取り出し効率を向上させることができる。 Therefore, in the organic light emitting diode 10, light whose internal quantum efficiency is low or the strength of the organic light emitting material having a short lifetime is emitted from the light extraction surface. Even if it is an organic light emitting material having a relatively short lifetime, it is possible to improve light extraction efficiency without applying an excessive applied voltage and shortening the lifetime.
こうした二次元格子構造では、例えば、陰極導電層18に着目すると、裏面18a(つまり、陰極導電層18の下面であり、金属層18−1の裏面18−1cである。)に形成された凹部18bが二次元に配列されることにより、一次元の場合(つまり、配列方向が一方向であることであり、例えば、複数の溝が一方向に並んで配置されたような構造である。)よりも取り出し効率が高くなる。 In such a two-dimensional lattice structure, for example, when focusing on the cathode conductive layer 18, a recess formed on the back surface 18 a (that is, the bottom surface of the cathode conductive layer 18 and the back surface 18-1 c of the metal layer 18-1). 18b is arranged two-dimensionally, so that it is one-dimensional (that is, the arrangement direction is one direction, for example, a structure in which a plurality of grooves are arranged in one direction). The extraction efficiency is higher than that.
こうした二次元格子構造の好ましい具体例としては、配列方向が2方向で、その交差角度が90°であるもの(正方格子)、配列方向が3方向で、その交差角度が60°であるもの(三角格子(六方格子ともいう。))などが挙げられ、三角格子構造が特に望ましい。これは、配列方向が多い方が、回折光を得られる条件が多くなり、高効率で表面プラズモンを回折できるためである。
As a preferable specific example of such a two-dimensional lattice structure, the arrangement direction is two directions and the intersection angle is 90 ° (square lattice), the arrangement direction is three directions and the intersection angle is 60 ° ( A triangular lattice (also referred to as a hexagonal lattice)), and a triangular lattice structure is particularly desirable. This is because the more the arrangement direction, the more the conditions for obtaining the diffracted light, and the surface plasmon can be diffracted with high efficiency.
こうした二次元格子構造において三角格子構造を形成するには、粒子が二次元的な六方最密充填配置をとる粒子単層膜を形成し、当該粒子単層膜をエッチングマスクとしてドライエッチングを行うことにより、簡単に取得することができる。なお、こうした粒子単層膜による三角格子構造を形成する方法については、後述する。 In order to form a triangular lattice structure in such a two-dimensional lattice structure, a particle monolayer film in which particles are arranged in a two-dimensional hexagonal close-packed configuration is formed, and dry etching is performed using the particle monolayer film as an etching mask. Thus, it can be easily obtained. A method of forming a triangular lattice structure using such a particle single layer film will be described later.
凹部18bの深さD1としては、15nm≦D1≦180nmとし、30nm≦D1≦100nmが好ましく、D1<15nmあるいはD1>180nmであるときには、光取り出し効率の向上効果が不十分となってしまう。 The depth D1 of the recess 18b is 15 nm ≦ D1 ≦ 180 nm, preferably 30 nm ≦ D1 ≦ 100 nm. When D1 <15 nm or D1> 180 nm, the effect of improving the light extraction efficiency becomes insufficient.
上記した凹部18bの深さD1の範囲は、以下の理由に基づく。 The range of the depth D1 of the recess 18b described above is based on the following reason.
即ち、凹部18bの深さD1が15nm未満であると(つまり、D1<15nmのときである。)、二次元格子構造として十分な表面プラズモンの回折波を生成できなくなり、表面プラズモンを輻射光として取り出す効果が低下する。 That is, when the depth D1 of the recess 18b is less than 15 nm (that is, when D1 <15 nm), it is impossible to generate a sufficient surface plasmon diffracted wave as a two-dimensional lattice structure, and the surface plasmon is used as radiation light. The effect of taking out decreases.
また、凹部18bの深さD1が180nmを超えると(つまり、D1>180nmのときである。)、表面プラズモンが局在型の性質を持ち始め、伝搬型ではなくなってくるため、輻射光の取り出し効率が低下する。さらに、この場合には、有機発光ダイオード10の反射層22、陽極導電層14、有機EL層16、陰極導電層18を順次積層する際に、凹凸が急峻であるため陽極導電層14と陰極導電層18とが短絡する可能が高くなってくるため好ましくない。 Further, when the depth D1 of the recess 18b exceeds 180 nm (that is, when D1> 180 nm), the surface plasmon begins to have a localized type property and is no longer a propagation type, so that radiation light can be extracted. Efficiency is reduced. Furthermore, in this case, when the reflective layer 22, the anode conductive layer 14, the organic EL layer 16, and the cathode conductive layer 18 of the organic light emitting diode 10 are sequentially laminated, the anode conductive layer 14 and the cathode conductive layer are sharply uneven. The possibility of short-circuiting with the layer 18 is increased, which is not preferable.
さらに、凹部18bの深さD1は、基板12の表面12aに形成された凸部12bの高さH1と同じとなっているため、凸部12bの高さをAFMにより測定することで間接的に定量することができる。 Furthermore, since the depth D1 of the concave portion 18b is the same as the height H1 of the convex portion 12b formed on the surface 12a of the substrate 12, the height of the convex portion 12b is measured indirectly by AFM. It can be quantified.
例えば、まず、二次元格子構造内の無作為に選択された5μm×5μmの領域1カ所についてAFM像を取得し、次に、取得したAFM像の対角線方向に線を引き、この線と交わった凸部12bの最大高さをそれぞれ単独に算出する。その後、算出した凸部12bの高さの平均値を算出する。こうした処理を無作為に選択された合計25カ所の5μm×5μmの領域について同様に実行し、各領域における凸部12bの平均値を算出し、得られた25カ所の領域における平均値をさらに平均した値を凸部12bの高さとする。 For example, first, an AFM image was acquired for one randomly selected 5 μm × 5 μm region in a two-dimensional lattice structure, and then a line was drawn in the diagonal direction of the acquired AFM image, and intersected with this line The maximum height of the convex part 12b is calculated independently. Then, the average value of the height of the calculated convex part 12b is calculated. This process is similarly executed for a total of 25 randomly selected 5 μm × 5 μm regions, and the average value of the convex portions 12b in each region is calculated, and the average value in the obtained 25 regions is further averaged. The obtained value is defined as the height of the convex portion 12b.
この凸部12bの形状は、特に限定されず、例えば、円柱形状、円錐形状、円錐台形状、正弦波形状、ドーム形状あるいは、それらを基本とした派生形状などが挙げられる。
The shape of the convex portion 12b is not particularly limited, and examples thereof include a cylindrical shape, a cone shape, a truncated cone shape, a sine wave shape, a dome shape, and a derivative shape based on them.
次に、有機発光ダイオード10の製造方法について説明する。この有機発光ダイオード10の製造方法は、特に限定されるものではないが、好ましくは、表面12aに複数の凸部12bが二次元格子構造で形成された基板12の当該表面12a上に反射層22と、陽極導電層14と、有機EL層16(ホール注入層16−1、ホール輸送層16−2、発光層16−3(発光層16−3a、16−3b、16−3c)、電子輸送層16−4、電子注入層16−5)と、陰極導電層18(金属層18−1、透明導電層18−2)とを順次積層する。 Next, a method for manufacturing the organic light emitting diode 10 will be described. The method for manufacturing the organic light emitting diode 10 is not particularly limited, but preferably, the reflective layer 22 is formed on the surface 12a of the substrate 12 in which a plurality of convex portions 12b are formed on the surface 12a in a two-dimensional lattice structure. And anode conductive layer 14, organic EL layer 16 (hole injection layer 16-1, hole transport layer 16-2, light emitting layer 16-3 (light emitting layers 16-3a, 16-3b, 16-3c), electron transport) Layer 16-4, electron injection layer 16-5) and cathode conductive layer 18 (metal layer 18-1, transparent conductive layer 18-2) are sequentially laminated.
この場合、陰極導電層18の裏面18a(つまり、陰極導電層18の下面であり、金属層18−1の裏面18−1cである。)に形成された複数の凹部18bによる二次元格子構造は、基板12の表面12aに形成された複数の凸部12bによる二次元格子構造に対応したものとなる(図2(a)(b)を参照する。)。 In this case, the two-dimensional lattice structure by the plurality of recesses 18b formed on the back surface 18a of the cathode conductive layer 18 (that is, the bottom surface of the cathode conductive layer 18 and the back surface 18-1c of the metal layer 18-1) is as follows. This corresponds to a two-dimensional lattice structure formed by a plurality of convex portions 12b formed on the surface 12a of the substrate 12 (see FIGS. 2A and 2B).
即ち、陰極導電層18の裏面18aに形成された複数の凹部18bにおける隣り合う凹部18b間の中心間距離P1(以下、「隣り合う凹部18b間の中心間距離P1」を、「凹部18bの中心間距離P1」と称することとする。)は、基板12の表面12aに形成された複数の凸部12bにおける隣り合う凸部12b間の中心間距離P2(以下、「隣り合う凸部12b間の中心間距離P2」を、「凸部12bの中心間距離P2」と称することとする。)と一致し、凹部18bの深さD1は凸部12bの高さH1と一致するものとなる。 That is, the center-to-center distance P1 between adjacent recesses 18b in the plurality of recesses 18b formed on the back surface 18a of the cathode conductive layer 18 (hereinafter referred to as “center-to-center distance P1 between adjacent recesses 18b” is referred to as “center of the recesses 18b”). Is referred to as an inter-distance P1 ”). The center-to-center distance P2 between the adjacent convex portions 12b of the plurality of convex portions 12b formed on the surface 12a of the substrate 12 (hereinafter referred to as“ between adjacent convex portions 12b ”). The center-to-center distance P2 "is referred to as" the center-to-center distance P2 of the convex part 12b "), and the depth D1 of the concave part 18b matches the height H1 of the convex part 12b.
このため、基板12の表面12aに形成された凸部12bの中心間距離P2および凸部12bの高さH1をそれぞれ測定することで、陰極導電層18の裏面18aに形成された凹部18bの中心間距離P1および凹部18bの深さD1を測定することができる。 For this reason, the center of the concave portion 18b formed on the back surface 18a of the cathode conductive layer 18 is measured by measuring the distance P2 between the centers of the convex portions 12b formed on the front surface 12a of the substrate 12 and the height H1 of the convex portions 12b. The distance P1 and the depth D1 of the recess 18b can be measured.
なお、こうした凹部18bの中心間距離P1は、凸部12bの中心間距離P2をレーザー回折法で測定することにより間接的に測定することができ、また、凹部18bの深さD1は、凸部12bの高さH1をAFMにより測定することにより間接的に測定することができる。 The center-to-center distance P1 of the recesses 18b can be indirectly measured by measuring the center-to-center distance P2 of the projections 12b by a laser diffraction method, and the depth D1 of the recesses 18b is determined by the projections The height H1 of 12b can be indirectly measured by measuring with an AFM.
以下、有機発光ダイオード10の製造方法について詳細に説明することとする。
Hereinafter, the manufacturing method of the organic light emitting diode 10 will be described in detail.
まず、基板12の表面12aに形成された複数の凸部12bによる二次元格子構造の作製方法には、例えば、電子ビームリソグラフィー、機械式切削加工、レーザー加工、二光束干渉露光、縮小露光などを用いることができる。また、原版を先に作製しておけば、ナノインプリント法による微細構造の転写・複製も可能である。 First, a method for producing a two-dimensional lattice structure using a plurality of convex portions 12b formed on the surface 12a of the substrate 12 includes, for example, electron beam lithography, mechanical cutting, laser processing, two-beam interference exposure, reduced exposure, and the like. Can be used. In addition, if the original plate is prepared in advance, the fine structure can be transferred and duplicated by the nanoimprint method.
こうした手法のうち、二光束干渉露光およびナノインプリント法以外の手法は、大面積の周期格子構造を作製するのに適さないため、工業的な利用面において面積の制約を受ける。 Among these methods, methods other than the two-beam interference exposure and the nanoimprint method are not suitable for manufacturing a large-area periodic grating structure, and thus are limited in terms of industrial use.
また、二光束干渉露光は、ある程度の小面積は作製可能であるが、一辺が数cm以上の大面積の場合には、光学セットアップ全体に対する振動、風、熱収縮、膨張、空気の揺らぎ、波長変動などの様々な外乱要因が影響して、均一で正確な周期格子構造を作製することは極めて困難である。 In addition, two-beam interference exposure can produce a small area to some extent, but in the case of a large area with a side of several centimeters or more, vibration, wind, thermal contraction, expansion, air fluctuation, wavelength for the entire optical setup It is extremely difficult to produce a uniform and accurate periodic grating structure due to various disturbance factors such as fluctuations.
そこで、有機発光ダイオード10における基板12の表面12aに形成された複数の凸部12bによる二次元格子構造の作製方法としては、粒子単層膜をエッチングマスクとしたドライエッチング方法(以下、「粒子単層膜をエッチングマスクとしてドライエッチングを行う方法」を、「粒子単層膜を用いたエッチング方法」と称することとする。)が好ましい。 Therefore, as a method for producing a two-dimensional lattice structure using a plurality of convex portions 12b formed on the surface 12a of the substrate 12 in the organic light emitting diode 10, a dry etching method using a particle single layer film as an etching mask (hereinafter referred to as “particle single particle”). The “method of performing dry etching using the layer film as an etching mask” is preferably referred to as “etching method using particle single layer film”.
この方法は、基板12の表面12aに発光波長以下の一次粒子径を有する粒子の単層膜を、ラングミュア・ブロジェット法(以下、「LB法」と適宜に称する。)の原理を用いて作製することで、粒子間隔の制御が高精度で行われた二次元的最密充填格子が得られることを利用した方法であり、こうした方法は、例えば、上記した特許文献7に開示されている。 In this method, a single-layer film of particles having a primary particle size equal to or smaller than the emission wavelength on the surface 12a of the substrate 12 is produced using the principle of the Langmuir-Blodgett method (hereinafter referred to as “LB method” as appropriate). This is a method utilizing the fact that a two-dimensional close-packed lattice in which the control of the particle spacing is performed with high accuracy is obtained. Such a method is disclosed in, for example, Patent Document 7 described above.
この粒子単層膜においては、粒子が二次元に最密充填しているため、これをエッチングマスクとして基板原板(つまり、二次元格子構造を形成する前の基板12のことである。)表面をドライエッチングすることにより、高精度な三角格子(六方格子)状の二次元格子構造を形成することができる。 In this particle single layer film, since the particles are two-dimensionally closely packed, the substrate original plate (that is, the substrate 12 before forming the two-dimensional lattice structure) is used as an etching mask. By dry etching, a highly accurate triangular lattice (hexagonal lattice) two-dimensional lattice structure can be formed.
このような二次元格子構造を有する基板を用いて形成された陰極導電層18の裏面18aの二次元格子構造も同様に高精度となることから、こうした方法を用いることによって、大面積の場合であっても高効率で表面プラズモンの回折波を得ることができ、光取り出し効率が向上した高輝度の有機発光ダイオード10を得ることができる。 Since the two-dimensional lattice structure on the back surface 18a of the cathode conductive layer 18 formed using a substrate having such a two-dimensional lattice structure is also highly accurate, this method can be used in a large area. Even if it exists, the diffracted wave of surface plasmon can be obtained with high efficiency, and the high-intensity organic light emitting diode 10 with improved light extraction efficiency can be obtained.
この粒子単層膜を用いたエッチング方法では、基板原板の表面を粒子単層膜で被覆する被覆工程と、当該粒子単層膜をエッチングマスクとして用いて基板原板をドライエッチングする工程(ドライエッチング工程)とを行うことにより基板12に複数の凸部12bによる二次元格子構造を形成するようにしている。 In this etching method using the particle single layer film, a coating step of coating the surface of the substrate original plate with the particle single layer film, and a step of dry etching the substrate original plate using the particle single layer film as an etching mask (dry etching step). ), A two-dimensional lattice structure with a plurality of convex portions 12b is formed on the substrate 12.
以下、上記した被覆工程およびドライエッチング工程について詳細に説明することとする。 Hereinafter, the covering step and the dry etching step will be described in detail.
(1)被覆工程
基板原板の表面を粒子単層膜により被覆する被覆工程は、水槽に、その液面上で粒子を展開させるための液体(以下、「液面上に粒子を展開させるための液体」を、「下層液」と適宜に称する。)を入れ、この下層液の液面に有機溶剤中に粒子が分散した分散液を滴下し、滴下した分散液から有機溶剤を揮発させることにより、粒子からなる粒子単層膜を下層液の液面上に形成する粒子単層膜形成工程と、粒子単層膜を基板12上に移し取る移行工程とを行うことにより実施される。
(1) Coating step The coating step of coating the surface of the substrate original plate with a particle monolayer film is a liquid for expanding particles on the liquid surface in the water tank (hereinafter referred to as “for expanding particles on the liquid surface”). "Liquid" is appropriately referred to as "lower layer liquid"), and a dispersion liquid in which particles are dispersed in an organic solvent is dropped onto the liquid surface of the lower layer liquid, and the organic solvent is volatilized from the dropped dispersion liquid. This is carried out by performing a particle single layer film forming step of forming a particle single layer film composed of particles on the liquid surface of the lower layer liquid and a transition step of transferring the particle single layer film onto the substrate 12.
なお、以下の説明では、下層液として親水性の液体を使用し、分散液においては有機溶剤および粒子としてそれぞれ疎水性のものを使用する場合について説明する。なお、下層液として疎水性の液体を使用してもよく、その場合には、粒子として親水性のものを使用する。 In the following description, a case where a hydrophilic liquid is used as the lower layer liquid and a hydrophobic liquid is used as the organic solvent and particles in the dispersion liquid will be described. In addition, you may use a hydrophobic liquid as a lower layer liquid, In that case, a hydrophilic thing is used as a particle.
(1−1)粒子単層膜形成工程
この工程では、まず、揮発性が高い有機溶剤(例えば、クロロホルム、メタノール、エタノール、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、ヘキサンなどである。)中に、表面が疎水性の粒子を加えて分散液を調製する。また、水槽を用意し、当該水槽に下層液として水(以下、下層液としての水を「下層水」と適宜に称する。)を入れる。
(1-1) Particle Single Layer Film Formation Step In this step, first, the surface is hydrophobic in an organic solvent having high volatility (for example, chloroform, methanol, ethanol, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, hexane, etc.). The dispersion liquid is prepared by adding the particles. In addition, a water tank is prepared, and water as a lower layer liquid (hereinafter, water as the lower layer liquid is appropriately referred to as “lower layer water”) is put into the water tank.
そして、調製した分散液を水槽に貯留された下層水の液面に滴下すると、分散液中の粒子が分散媒によって下層水の液面に展開する。その後、この分散媒である有機溶剤が揮発することにより、粒子が二次元的に最密充填した粒子単層膜が形成される。 And if the prepared dispersion liquid is dripped at the liquid level of the lower layer water stored by the water tank, the particle | grains in a dispersion liquid will expand | deploy on the liquid level of lower layer water with a dispersion medium. Thereafter, the organic solvent as the dispersion medium is volatilized to form a particle monolayer film in which the particles are two-dimensionally closely packed.
なお、粒子単層膜の形成に用いる粒子の粒径は、形成しようとする凸部12bの中心間距離P2を考慮して設定される。即ち、使用する粒子の粒径により、基板12の表面12aに形成される凸部12bの中心間距離P2が決定され、凸部12bの中心間距離P2が決定されることにより、凹部18bの中心間距離P1が決定されることとなる。 The particle size of the particles used for forming the particle single layer film is set in consideration of the center-to-center distance P2 of the projections 12b to be formed. That is, the center-to-center distance P2 of the protrusions 12b formed on the surface 12a of the substrate 12 is determined by the particle size of the particles to be used, and the center-to-center distance P2 of the protrusions 12b is determined. The inter-distance P1 is determined.
この粒子単層膜を形成する粒子の粒径については、内部量子効率および有機発光材料の寿命時間のうちの少なくとも一方が、他の有機発光材料より劣る所定の有機発光材料の発光スペクトルのピーク波長、即ち、取り出したい有機発光材料の発光スペクトルのピーク波長に対応する陰極導電層に生じる表面プラズモンの波数(伝搬定数)を算出し、次に、表面プラズモンの波数から格子ピッチ(つまり、凹部18bの中心間距離P1であり、凸部12aの中心間距離P2に相当する。)を求め、最終的に粒径を算出する。
Regarding the particle size of the particles forming this particle monolayer film, at least one of the internal quantum efficiency and the lifetime of the organic light emitting material is a peak wavelength of the emission spectrum of a predetermined organic light emitting material inferior to other organic light emitting materials. That is, the wave number (propagation constant) of the surface plasmon generated in the cathode conductive layer corresponding to the peak wavelength of the emission spectrum of the organic light emitting material to be extracted is calculated, and then the lattice pitch (that is, the recess 18b) is calculated from the wave number of the surface plasmon. The distance between the centers P1 and corresponding to the distance P2 between the centers of the protrusions 12a), and finally the particle size is calculated.
ここで、粒子単層膜を形成する粒子の粒径の具体的な決定方法について、図3を参照しながら説明することとする。 Here, a specific method for determining the particle diameter of the particles forming the particle monolayer film will be described with reference to FIG.
まず、波長λの光に対応する表面プラズモンの波数(伝搬定数)の求め方について説明する。 First, how to obtain the wave number (propagation constant) of the surface plasmon corresponding to the light of wavelength λ will be described.
この表面プラズモンの波数の求め方は、凹凸のない場合の有機発光ダイオードの層構成に対するものと同じであり、また、有機発光ダイオードはボトムエミッション型、トップエミッション型双方とも考え方は同じである。 The method for determining the wave number of the surface plasmon is the same as that for the layer structure of the organic light emitting diode in the case where there is no unevenness, and the concept of the organic light emitting diode is the same for both the bottom emission type and the top emission type.
図3に示すように、有機発光ダイオードが、基板から空気までが第1層から第J層までの複数の層を積層して成り立っている場合に、第1層は基板により構成され、また、第J層は空気より構成されることとなる。 As shown in FIG. 3, when the organic light emitting diode is formed by laminating a plurality of layers from the first layer to the Jth layer from the substrate to the air, the first layer is constituted by the substrate, and The Jth layer is composed of air.
ここで、有機発光ダイオードの層を構成する一つの層である第j層について、その厚さをdjであるものとし、また、その比誘電率はεjで与えられているものとする。 Here, the j-th layer is one of layers constituting the layers of organic light emitting diodes, and its thickness is assumed that d j, also, its dielectric constant is assumed to be given by epsilon j.
すると、第J層の厚さdjは無限大となる。また、第1層の厚さd1も無限大として差し支えない。 Then, the thickness dj of the Jth layer becomes infinite. Further, the thickness d 1 of the first layer may be infinite.
次に、j=Mである第M層が表面プラズモンを担持する金属層であるとすると、まず、この第M層の両側の界面を伝搬する表面プラズモンの伝搬定数を求める。 Next, assuming that the M-th layer where j = M is a metal layer supporting surface plasmons, first, the propagation constant of the surface plasmons propagating through the interfaces on both sides of the M-th layer is obtained.
ここで、この金属層の界面を伝搬する表面プラズモンモードは2つ存在する。 Here, there are two surface plasmon modes that propagate through the interface of the metal layer.
1つは、エネルギーが主として第M層の直下の層である第(M−1)層と第M層との界面に集中するモードであり、もう一つは、主として第M層と第M層の直上の層である第(M+1)層との界面に集中するモードである。 One is a mode in which energy is mainly concentrated at the interface between the (M−1) th layer and the Mth layer, which is a layer immediately below the Mth layer, and the other is a mode in which mainly the Mth and Mth layers. This mode concentrates on the interface with the (M + 1) th layer, which is the layer immediately above.
以下、前者をM−モード、後者をM+モードと称することとする。これらの各モードにおける表面プラズモンの伝搬定数は、系の固有方程式を解くことによって得られる。
Hereinafter, the former M - mode, will be referred latter as M + mode. The propagation constant of surface plasmon in each of these modes can be obtained by solving the eigen equation of the system.
一般に、この固有方程式は解析的に解くことはできず、非線形最適化の手法を用いて数値的に解くしかない。パラメーター総数が多くなるに従い、この計算は困難になってくる。 In general, this eigen equation cannot be solved analytically, but can only be solved numerically using a nonlinear optimization technique. This calculation becomes more difficult as the total number of parameters increases.
表面プラズモンの伝搬定数は、複素数であり、上記の固有方程式は、この複素伝搬定数を正確に与える。しかし、ここで必要となるものは、表面プラズモンの伝搬定数の実部だけであるため、この場合には、簡易的な計算により求める方法が適用できる。 The propagation constant of surface plasmons is a complex number, and the above eigen equation accurately gives this complex propagation constant. However, since all that is needed here is the real part of the propagation constant of the surface plasmon, in this case, a method obtained by simple calculation can be applied.
層構造が有する伝搬モード(表面プラズモンモードと導波路モード)は、伝搬定数で特徴づけられる。この伝搬定数は、伝搬モードの波数のうち界面に平行な成分(以下、面内波数と称する。)に関する。 Propagation modes (surface plasmon mode and waveguide mode) possessed by the layer structure are characterized by propagation constants. This propagation constant relates to a component parallel to the interface (hereinafter referred to as an in-plane wave number) in the wave number of the propagation mode.
この層構造中に振動双極子を配置すると、そのエネルギーは、この層構造が有する各モードに散逸する。それぞれのモードは異なる伝搬定数、即ち、面内波数を有するため、双極子からの散逸エネルギーの面内波数依存性を調べれば、この層構造がどの伝搬モードを有するのかが分かる。
When a vibrating dipole is placed in this layer structure, the energy is dissipated in each mode of the layer structure. Since each mode has a different propagation constant, that is, an in-plane wave number, by examining the in-plane wave number dependence of the energy dissipated from the dipole, it is possible to know which propagation mode this layer structure has.
ここで、双極子の散逸エネルギーの面内波数依存性の具体的な計算手順は、以下の通りである。 Here, the specific calculation procedure of the in-plane wave number dependence of the dissipative energy of the dipole is as follows.
まず、任意の層に双極子を1個置くものとする。この双極子が置かれた層を第N層とする。 First, it is assumed that one dipole is placed in an arbitrary layer. The layer in which this dipole is placed is defined as the Nth layer.
ここで、図3には、有機発光ダイオードの層構造が示されており、j=Nである第N層には、当該層構造中におかれた双極子を示す説明図が示されている。 Here, FIG. 3 shows a layer structure of an organic light emitting diode, and an explanatory diagram showing a dipole placed in the layer structure is shown in the Nth layer where j = N. .
この図3においては、第N層内に双極子が置かれており、矢印d−および矢印d+はそれぞれ、双極子から第N層の下方側界面および第N層の上方側界面までの距離をそれぞれ示している。 In FIG. 3, a dipole is placed in the Nth layer, and arrows d − and d + indicate the distance from the dipole to the lower interface of the Nth layer and the upper interface of the Nth layer, respectively. Respectively.
また、双極子のモーメントをμとし、取り出し角周波数ωで振動しているものとする。 Further, it is assumed that the moment of the dipole is μ, and the dipole is oscillating at the extraction angular frequency ω.
上記の各種値を用いた場合、この双極子のエネルギー散逸の面内波数(k||)依存性は、双極子の向きが界面に垂直な場合には、下記の(7)式で与えられる。
また、双極子の向きが界面に平行な場合には、下記の(8)式で与えられる。
ここで、ε0は真空の誘電率である。rp −およびrs ーはそれぞれN層側から見た(N−1)/N界面での面内波数k||を持つp偏光およびs偏光の反射係数(振幅反射率)で、rp +およびrs +はそれぞれN層側から見たN/(N+1)界面での面内波数k||を持つp偏光およびS偏光の反射係数である(図3を参照する。)。もちろん、これらの反射係数には、基板あるいは空気までの全ての層の影響が含まれる。また、kNは第N層における光波の波長ベクトルで、kN=εN 1/2ω/cにより与えられる。さらに、kNは第N層における光波の波数ベクトルの法線成分で、k|| 2+kz 2=kN 2により与えられる。また、cは真空中の光速である。 Here, ε 0 is the dielectric constant of vacuum. r p - and at r s over looked from N layer side, respectively (N-1) / plane wavenumber k || reflection coefficient of the p-polarized light and s-polarized light having at the N-interface (amplitude reflectance), r p + And r s + are reflection coefficients of p-polarized light and S-polarized light having an in-plane wavenumber k || at the N / (N + 1) interface, respectively, viewed from the N layer side (see FIG. 3). Of course, these reflection coefficients include the effects of all layers up to the substrate or air. Also, k N is wavevector of light waves in the N layer, it is given by k N = ε N 1/2 ω / c. Further, k N is a normal component of the wave vector of the light wave in the Nth layer, and is given by k || 2 + k z 2 = k N 2 . C is the speed of light in vacuum.
上記エネルギー散逸の面内波数依存性W⊥(k||)およびW||(k||)の極大が各伝搬モードに対応し、その極大を与える面内波数がそのモードの伝搬定数の実部となっている。
The maximum of W 散 (k || ) and W || (k || ) corresponding to the in-plane wave number dependency of energy dissipation corresponds to each propagation mode, and the in-plane wave number giving the maximum corresponds to the propagation constant of the mode. Has become a department.
次に、上記の計算によって得られた複数の導波モードの中から表面プラズモンモードを同定する方法について述べる。 Next, a method for identifying a surface plasmon mode from among a plurality of guided modes obtained by the above calculation will be described.
得られた導波モードには、TE導波路モード、TM導波路モードおよび表面プラズモンモードが含まれる。この中でTE導波路モードは双極子の向きが界面に平行な場合にしか得られない。 The obtained waveguide modes include a TE waveguide mode, a TM waveguide mode, and a surface plasmon mode. Among them, the TE waveguide mode can be obtained only when the direction of the dipole is parallel to the interface.
したがって、双極子の向きを界面に垂直として計算した結果と比較することで、TM導波路モードが同定できる。 Therefore, the TM waveguide mode can be identified by comparing with the result calculated with the dipole direction perpendicular to the interface.
また、表面プラズモンモードは、金属が存在するときのみ存在し、その数は金属界面の数と一致する。なお、それぞれの金属界面は、主としてその界面に局在するそれぞれの表面プラズモンモードと一対一の関係にある。 Further, the surface plasmon mode exists only when a metal is present, and the number thereof matches the number of metal interfaces. Each metal interface has a one-to-one relationship mainly with each surface plasmon mode localized at the interface.
したがって、金属層を適当な誘電体層に置き換えることで、表面プラズモンモードは除去される。そして、このときに除去された導波モードが表面プラズモンモードと同定できる。 Therefore, the surface plasmon mode is removed by replacing the metal layer with a suitable dielectric layer. The waveguide mode removed at this time can be identified as the surface plasmon mode.
得られた表面プラズモンモードが、主としてどの金属界面に存在するのかは次のようにして求めることができる。 Which metal interface the obtained surface plasmon mode exists mainly can be determined as follows.
即ち、双極子の位置をそれぞれの金属界面の近傍に置き、エネルギー散逸をそれぞれ計算し、表面プラズモンモードに対応するピークの高さを比較する。 That is, the dipole position is placed in the vicinity of each metal interface, the energy dissipation is calculated, and the peak heights corresponding to the surface plasmon modes are compared.
このとき、最も高いピーク値を与える双極子の最も近傍に位置する金属界面がその表面プラズモンが主として局在する界面とである。
At this time, the metal interface located closest to the dipole giving the highest peak value is the interface where the surface plasmons are mainly localized.
次に、有機EL素子の層構成が与えられたとき、全発光エネルギーに対する各モードへのエネルギー散逸の割合を計算する方法について説明する。 Next, a method for calculating the ratio of energy dissipation to each mode with respect to the total emission energy when the layer configuration of the organic EL element is given will be described.
界面に対して垂直および水平な向きを持つ双極子の散逸エネルギーの面内波数依存性は、上記(7)式および(8)式によって求められる。 The in-plane wave number dependence of the dissipative energy of a dipole having a vertical and horizontal orientation with respect to the interface is obtained by the above equations (7) and (8).
なお、低分子系の有機EL素子では発光層内に生成される励起子の双極子の向きはランダムである。この場合の平均の散逸エネルギーの面内波数依存性は下記の(9)式によって与えられる。
まず、発光層内に双極子を置き、上記(9)式により、差に津エネルギーの面内波数依存性を算出する。全発光エネルギーは、W(k||)を面内波数k||=0から無限大まで積分したものに等しく、各モードへの散逸エネルギーW(k||)をそのモードのピーク領域に対応した面内波数範囲で積分したものに等しい。両者の比が全発光エネルギーに対するそのモードへの散逸エネルギーの割合を与える。
First, a dipole is placed in the light-emitting layer, and the in-plane wave number dependence of the tsu energy is calculated from the above equation (9). All emission energy, W (k ||) equally to the integral from the in-plane wavenumber k || = 0 to infinity, the corresponding dissipated energy W for each mode (k ||) in the peak region of that mode It is equal to the integral over the in-plane wavenumber range. The ratio of both gives the ratio of the dissipated energy to that mode to the total emitted energy.
格子ピッチP(つまり、凹部18bの中心間距離P1であり、凸部12aの中心間距離P2に相当する。)は、取り出したい表面プラズモンモードによって異なる式で与えられる。 The lattice pitch P (that is, the distance P1 between the centers of the recesses 18b and corresponds to the distance P2 between the centers of the protrusions 12a) is given by a different formula depending on the surface plasmon mode to be extracted.
具体的には、格子ピッチP0は、二次元格子構造として三角格子構造を形成する場合には、下記の(10)式で与えられる。
また、格子ピッチP0は、二次元格子構造として正方格子構造を形成する場合には、下記の(11)式で与えられる。
なお、上記した(10)式および(11)式で与えられる格子ピッチPと粒子の粒径(つまり、粒子の直径)Dは等しいものとなる。 Note that the lattice pitch P given by the equations (10) and (11) is equal to the particle diameter (that is, the particle diameter) D of the particles.
即ち、取り出される表面プラズモンモードは、二次元格子構造として三角格子構造を形成する場合と、正方格子構造をとる場合とでは異なるものであり、上記した(10)式を満足する格子ピッチP0で三角格子構造を作製した場合および上記した(11)式を満足する格子ピッチP0で正方格子構造を作製した場合には、表面プラズモンのエネルギーを光として取り出すことができるようになる。
That is, the surface plasmon mode to be extracted is different between the case where the triangular lattice structure is formed as the two-dimensional lattice structure and the case where the tetragonal lattice structure is taken, and the lattice pitch P 0 satisfying the above-described expression (10). When a triangular lattice structure is produced and when a square lattice structure is produced with a lattice pitch P 0 satisfying the above-mentioned expression (11), the energy of the surface plasmon can be extracted as light.
ただし、どのような発光材料もその発光スペクトルにおいては発光波長に幅を有するものであるため、そうした幅に対応するように格子ピッチPは、下記の(1)式に与えられる範囲の変動許容値をもつものとする。
このようにして与えられた(10)式、(11)式および(1)式から粒子単層膜を用いたエッチング方法において粒子単層膜を形成するための粒子の粒径を算出する。なお、こうした粒子単層膜を用いたエッチング方法で作成できるのは、二次元格子構造として三角格子構造を形成する場合のみである。
From the equations (10), (11), and (1) thus given, the particle size of the particles for forming the particle single layer film is calculated in the etching method using the particle single layer film. Note that the etching method using such a particle single layer film can be created only when a triangular lattice structure is formed as a two-dimensional lattice structure.
具体的には、有機発光ダイオード10を、基板12上に形成されたAl(反射層22に相当する。)側からIZO(陽極導電層14に相当する。)/HAT−CN[膜厚80nm](ホール注入層16−1)に相当する。)/T400[膜厚70nm](ホール輸送層16−2に相当する。)/ADNにMDP3FL(2,7−Bis{2−[phenyl(m−tolyl)amino]−9,9−dimethyl−fluorene−7−yl}−9,9−dimethyl−fluorene)を7%濃度でドープしたもの[膜厚40nm](発光層16−3aに相当する。)/Alq3(tris(8−hydroxyquinolinato)aluminium)にC545Tを1%濃度でドープしたもの[膜厚10nm](発光層16−3bに相当する。)/CBPにIr(piq)3を8.5%濃度でドープしたもの[膜厚20nm](発光層16−3cに相当する。)/E913[膜厚50nm](電子輸送層16−4に相当する。)/Al[膜厚10nm](金属層18−1に相当する。)/IZO[膜厚110nm](透明導電層18−2に相当する。)とし、内部量子効率および有機発光材料の寿命が他の有機発光材料に劣るため、増強したい発光スペクトルのピーク波長値λ1を630nmとするとき、図4に示すようなエネルギー散逸を示す。 Specifically, the organic light emitting diode 10 is formed from the side of Al (corresponding to the reflective layer 22) formed on the substrate 12 by IZO (corresponding to the anode conductive layer 14) / HAT-CN [film thickness 80 nm]. This corresponds to (hole injection layer 16-1). ) / T400 [film thickness 70 nm] (corresponding to hole transport layer 16-2) / MDP3FL (2,7-Bis {2- [phenyl (m-tolyl) amino] -9,9-dimethyl-fluorene) in ADN -7-yl} -9,9-dimethyl-fluorene) doped at 7% concentration [film thickness 40 nm] (corresponding to light-emitting layer 16-3a) / Alq 3 (tris (8-hydroxyquinolinato) aluminum) Doped with C545T at a concentration of 1% [film thickness 10 nm] (corresponding to the light-emitting layer 16-3b) / CBP doped with Ir (piq) 3 at a concentration of 8.5% [film thickness 20 nm] Corresponding to the light emitting layer 16-3c) / E913 [film thickness 50 nm] (corresponding to the electron transporting layer 16-4) / l [film thickness 10 nm] (corresponding to the metal layer 18-1) / IZO [film thickness 110 nm] (corresponding to the transparent conductive layer 18-2). Since it is inferior to an organic light emitting material, when the peak wavelength value λ 1 of the emission spectrum to be enhanced is 630 nm, energy dissipation as shown in FIG.
また、計算においては反射層の厚さは無限大とした。 In the calculation, the thickness of the reflective layer was infinite.
なお、ADNは、9,10−di(2−naphthyl)anthraceneであり、C545Tは、2,3,6,7−tetrahydro−1,1,7,7−tetramethyl−1H,5H,11H−10−(2−benzothiazolyl)quinolizine[9,9a,1−gh]である。 ADN is 9,10-di (2-naphthyl) anthracene, and C545T is 2,3,6,7-tetrahydro-1,1,7,7-tetramethyl-1H, 5H, 11H-10-. (2-benzothiazolyl) quinolizine [9,9a, 1-gh].
また、CBPは、4,4−N,N’−dicarbazole−biphenylであり、T400は、バンドー化学社製のホール輸送材料であり、E913は、サンファインケミカル社製の電子輸送材料である。
CBP is 4,4-N, N′-dicarbazole-biphenyl, T400 is a hole transport material manufactured by Bando Chemicals, and E913 is an electron transport material manufactured by Sun Fine Chemicals.
陰極トップエミッション型の構成の場合、表面プラズモンモードは、反射層/陽極導電層間、有機層/金属層間、金属層/陽極導電層間の3種類が得られるが、エネルギー散逸図から判断し、相対的にエネルギー量が大きい有機層/金属層間に着目して表面プラズモンのエネルギーを光として取り出すための格子ピッチPおよび粒径を算出した。
In the case of the cathode top emission type configuration, three types of surface plasmon modes are obtained: a reflective layer / anode conductive layer, an organic layer / metal layer, and a metal layer / anode conductive layer. Focusing on the organic layer / metal layer having a large energy amount, the lattice pitch P and the particle size for extracting the surface plasmon energy as light were calculated.
図4は、金属層18−1の裏面18−1c(つまり、金属層18−1の下面であり、陰極導電層18の裏面18aである。)より基板側60nmの距離、即ち、発光層16−3cの中央(該発光層内で上方側界面と下方側界面までの距離が等距離な位置である。)に双極子を置いたときのエネルギー散逸を上記した(9)式を用いて計算した結果を示すものである。なお、計算においては反射層の厚さは無限大とした。 FIG. 4 shows a distance of 60 nm from the back surface 18-1c of the metal layer 18-1 (that is, the bottom surface of the metal layer 18-1 and the back surface 18a of the cathode conductive layer 18), that is, the light emitting layer 16. Energy dissipation when a dipole is placed at the center of -3c (the distance between the upper interface and the lower interface is the same distance in the light emitting layer) is calculated using the above equation (9). The results are shown. In the calculation, the thickness of the reflective layer was infinite.
図4では、面内波数k||=21.6μm−1、k||=18.1μm−1およびk||=12.8μm−1の位置にそれぞれピークQ1、Q2、Q3が認められる。これらピークQ1、Q2、Q3が表面プラズモンモードに対応する。 In Figure 4, the in-plane wavenumber k || = 21.6μm -1, k || = 18.1μm -1 and k || = each peak Q 1 at the position of 12.8μm -1, Q 2, Q 3 is Is recognized. These peaks Q 1 , Q 2 and Q 3 correspond to the surface plasmon mode.
ここで、面内波数の大きい方から1つ目のモード(ピークQ1)、即ち、k||=21.6μm−1は、金属層18−1の表面18−1a(つまり、金属層18−1の上面であり、透明導電層18−2が位置する側である。)にエネルギーが集中する表面プラズモンモードであり、面内波数の大きい方から2つ目のモード(ピークQ2)、即ち、k||=18.1μm−1は、反射層22の表面(つまり、反射層22の上面であり、透明導電層14が位置する側である。)にエネルギーが集中する表面プラズモンモードであり、面内波数の大きい方から3つ目のモード(ピークQ3)、即ち、k||=12.8μm−1は、金属層18−1の裏面18−1c(つまり、陰極導電層18の裏面18aである。)にエネルギーが集中する表面プラズモンモードである。 Here, the first mode (peak Q 1 ) from the larger in-plane wave number, that is, k || = 21.6 μm −1 is the surface 18-1a of the metal layer 18-1 (that is, the metal layer 18). -1 is the surface on which the transparent conductive layer 18-2 is located.) Is a surface plasmon mode in which energy is concentrated, and is the second mode (peak Q 2 ) from the side with the larger in-plane wavenumber, That is, k || = 18.1 μm −1 is a surface plasmon mode in which energy is concentrated on the surface of the reflective layer 22 (that is, the upper surface of the reflective layer 22 and the side where the transparent conductive layer 14 is located). The third mode (peak Q 3 ) from the side with the larger in-plane wave number, that is, k || = 12.8 μm −1 is the back surface 18-1c of the metal layer 18-1 (that is, the cathode conductive layer 18). The energy is concentrated on the back surface 18a. It is a surface plasmon mode.
図4に示すエネルギー散逸図に表れる複数の導波モードから表面プラズモンモードを同定する方法は、上記した方法を用いた。 The method described above was used as the method for identifying the surface plasmon mode from the plurality of guided modes appearing in the energy dissipation diagram shown in FIG.
ここで、図4において、面内波数の大きい方から4つ目のモード(ピークQ4)はTE導波路モードに関わるピークである。TE導波路モードは表面プラズモンモードに比べて散逸エネルギーが小さい。 Here, in FIG. 4, the fourth mode (peak Q 4 ) from the larger in-plane wave number is a peak related to the TE waveguide mode. The TE waveguide mode has a smaller dissipated energy than the surface plasmon mode.
ここでは、面内波数の大きい方から3つめのモード(ピークQ3)、即ち、金属層18−1の裏面18−1cに集中する表面プラズモンモード(k||=12.8μm−1)のエネルギーが大きいため、この表面プラズモンの波数(伝搬定数)を利用して上記した(10)式、(11)式および(1)式から粒子の粒径を算出することができる。
Here, the third mode (peak Q 3 ) from the side with the larger in-plane wave number, that is, the surface plasmon mode (k || = 12.8 μm −1 ) concentrated on the back surface 18-1c of the metal layer 18-1. Since the energy is large, the particle size of the particles can be calculated from the above equations (10), (11), and (1) using the wave number (propagation constant) of the surface plasmon.
こうした粒子は、粒径の変動係数(つまり、標準偏差を平均値で除算した値である。)が15%以下であることが好ましく、10%以下がより好ましく、5%以下がさらに好ましい。 Such particles preferably have a coefficient of variation in particle size (that is, a value obtained by dividing the standard deviation by the average value) of 15% or less, more preferably 10% or less, and even more preferably 5% or less.
このように粒径の変動係数が小さく、粒径のばらつきが小さい粒子を使用すると、形成される粒子単層膜に粒子が存在しない欠陥箇所が生じにくくなり、配列のずれが小さい粒子単層膜を形成することができる。 When particles having a small particle size variation coefficient and a small particle size variation are used in this way, it is difficult to generate defective portions where particles are not present in the formed particle single layer film, and the particle single layer film has a small misalignment. Can be formed.
この粒子単層膜の配列のずれが小さいと、最終的に陰極導電層18の裏面18a(金属層18−1の裏面18−1c)に形成される二次元格子構造における配列のずれも小さくなる。そして、二次元格子構造のずれが小さいほど、陰極導電層18における金属層18−1において表面プラズモンが効率的に光に変換されるため好ましい。 If the deviation of the arrangement of the particle single layer film is small, the deviation of the arrangement in the two-dimensional lattice structure finally formed on the back surface 18a of the cathode conductive layer 18 (the back surface 18-1c of the metal layer 18-1) is also reduced. . And it is preferable that the displacement of the two-dimensional lattice structure is small because surface plasmons are efficiently converted into light in the metal layer 18-1 in the cathode conductive layer 18.
粒子単層膜を構成する粒子材料としては、例えば、Al、Au、Ti、Pt、Ag、Cu、Cr、Fe、Ni、Siなどの金属、SiO2、Al2O3、TiO2、MgO2、CaO2などの金属酸化物、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレートなどの有機高分子、その他の半導体材料、無機高分子などが挙げられる。これらは、いずれか1種類を単独で用いてもよいし、2種類以上を併用するようにしてもよい。 Examples of the particle material constituting the particle single layer film include metals such as Al, Au, Ti, Pt, Ag, Cu, Cr, Fe, Ni, and Si, SiO 2 , Al 2 O 3 , TiO 2 , and MgO 2. And metal oxides such as CaO 2 , organic polymers such as polystyrene and polymethyl methacrylate, other semiconductor materials, and inorganic polymers. Any of these may be used alone or in combination of two or more.
取得したい格子ピッチに基づいて、上記した(10)式などから、この粒子の粒径を算出することができる。
Based on the lattice pitch to be acquired, the particle diameter of the particles can be calculated from the above-described equation (10).
また、粒子は、下層液として水(または、親水性の液体)を使用する場合には、表面が疎水性であるものが好ましい。粒子の表面が疎水性であれば、水槽の下層液の液面上に粒子の分散液を展開させて粒子単層膜を形成する際に、下層液として水を用いて容易に粒子単層膜を形成できるとともに、粒子単層膜を基板12上に容易に移行させることができる。 Moreover, when water (or hydrophilic liquid) is used as the lower layer liquid, the particles preferably have a hydrophobic surface. If the surface of the particles is hydrophobic, when the particle dispersion is developed on the liquid surface of the lower layer liquid in the water tank to form the particle single layer film, the particle single layer film can be easily used using water as the lower layer liquid. And the particle monolayer film can be easily transferred onto the substrate 12.
上記において示した粒子材料のうち、ポリスチレンなどの有機高分子の粒子材料では、表面が疎水性であるため、そのまま使用することができるが、金属や金属酸化物の粒子材料では、表面を疎水化剤により疎水性にすることにより使用することができる。こうした疎水化剤としては、例えば、界面活性剤、アルコキシシランなどが挙げられる。 Of the particle materials shown above, organic polymer particle materials such as polystyrene can be used as they are because the surface is hydrophobic, but metal and metal oxide particle materials can be made hydrophobic. It can be used by making it hydrophobic with an agent. Examples of such hydrophobizing agents include surfactants and alkoxysilanes.
界面活性剤を疎水化剤として使用する方法は、幅広い材料の疎水化に有効であり、金属や金属酸化物などの粒子材料に対して適している。 The method of using a surfactant as a hydrophobizing agent is effective for hydrophobizing a wide range of materials and is suitable for particulate materials such as metals and metal oxides.
こうした界面活性剤としては、臭化ヘキサデシルトリメチルアンモニウム、臭化デシルトリメチルアンモニウムなどのカチオン性界面活性剤、ドデシル硫酸ナトリウム、4−オクチルベンゼンスルホン酸ナトリウムなどのアニオン性界面活性剤を用いることができる。さらに、アルカンチオール、ジスルフィド化合物、テトラデカン酸、オクタデカン酸なども用いることができる。 As such surfactants, cationic surfactants such as hexadecyltrimethylammonium bromide and decyltrimethylammonium bromide, and anionic surfactants such as sodium dodecyl sulfate and sodium 4-octylbenzenesulfonate can be used. . Furthermore, alkanethiol, disulfide compound, tetradecanoic acid, octadecanoic acid, and the like can also be used.
このような界面活性剤を用いた疎水化処理は、有機溶剤や水などの液体に粒子を分散させて液中で行ってもよいし、乾燥状態にある粒子に対して行ってもよい。 Such a hydrophobizing treatment using a surfactant may be performed in a liquid by dispersing particles in a liquid such as an organic solvent or water, or may be performed on particles in a dry state.
液中で疎水化処理を行う場合には、例えば、クロロホルム、メタノール、エタノール、イソプロパノール、メチルエチルケトン、エチルエチルケトン、トルエン、n−ヘキサン、シクロヘキサン、酢酸エチル、酢酸ブチルなどの少なくとも1種類からなる揮発性有機溶剤中に、疎水化対象の粒子を加えて分散させ、その後、界面活性剤を混合してさらに分散を行えばよい。このように粒子を分散させた後に界面活性剤を加えると、当該粒子の表面をより均一に疎水化することができる。 When the hydrophobization treatment is performed in the liquid, for example, volatile substances composed of at least one of chloroform, methanol, ethanol, isopropanol, methyl ethyl ketone, ethyl ethyl ketone, toluene, n-hexane, cyclohexane, ethyl acetate, butyl acetate and the like. What is necessary is just to add and disperse | distribute the particle | grains of hydrophobization object in an organic solvent, and mix surfactant after that, and to perform further dispersion | distribution. When the surfactant is added after the particles are dispersed in this manner, the surface of the particles can be more uniformly hydrophobized.
このような疎水化処理後の分散液は、そのまま下層水の液面に滴下するための分散液として使用することができる。 The dispersion liquid after such a hydrophobization treatment can be used as a dispersion liquid for dropping on the liquid surface of the lower layer water as it is.
疎水化対象の粒子が水分散体の状態である場合には、この水分散体に界面活性剤を加えて水相で粒子表面の疎水化処理を行った後、有機溶剤を加えて疎水化処理済みの粒子を油相抽出する方法も有効である。こうして得られた分散液(つまり、有機溶剤中に粒子が分散した分散液である。)は、そのまま下層水の液面に滴下するための分散液として使用することができる。 If the particles to be hydrophobized are in the form of an aqueous dispersion, a surfactant is added to the aqueous dispersion, the surface of the particles is hydrophobized with an aqueous phase, and then an organic solvent is added to make the hydrophobized treatment. An oil phase extraction method is also effective. The dispersion thus obtained (that is, a dispersion in which particles are dispersed in an organic solvent) can be used as a dispersion for dripping the liquid on the surface of the lower layer water as it is.
なお、この分散液の粒子分散性を高めるためには、有機溶剤の種類と界面活性剤の種類とを適切に選択し、組み合わせるようにする。粒子分散性の高い分散液を使用することによって、粒子が凝集することを抑制することができ、各粒子が高精度で二次元に最密充填した粒子単層膜が得られやすくなる。 In order to improve the particle dispersibility of this dispersion, the type of organic solvent and the type of surfactant are appropriately selected and combined. By using a dispersion having a high particle dispersibility, it is possible to suppress the aggregation of particles, and it is easy to obtain a particle monolayer film in which each particle is two-dimensionally closely packed with high accuracy.
例えば、有機溶剤としてクロロホルムを選択した場合には、界面活性剤として臭化デシルトリメチルアンモニウムを使用することが好ましい。こうした分散液の粒子分散性を高めるための有機溶剤と界面活性剤との組み合わせとしては、エタノールとドデシル硫酸ナトリウム、メタノールと4−オクチルベンセンスルホン酸ナトリウム、メチルエチルケトンとオクタデカン酸など挙げられる。 For example, when chloroform is selected as the organic solvent, it is preferable to use decyltrimethylammonium bromide as the surfactant. Examples of the combination of the organic solvent and the surfactant for enhancing the particle dispersibility of the dispersion include ethanol and sodium dodecyl sulfate, methanol and sodium 4-octyl benzene sulfonate, methyl ethyl ketone and octadecanoic acid, and the like.
疎水化対象の粒子と界面活性剤の比率は、疎水化対象の粒子の質量に対して、界面活性剤の質量が1〜20%の範囲が好ましい。 The ratio of the particles to be hydrophobized and the surfactant is preferably such that the mass of the surfactant is 1 to 20% with respect to the mass of the particles to be hydrophobized.
また、こうした疎水化処理の際には、処理中の分散液を撹拌したり、分散液に超音波照射したりすることも粒子分散性向上の点で効果的である。 In addition, in such a hydrophobizing treatment, it is effective in terms of improving particle dispersibility to stir the dispersion during the treatment or to irradiate the dispersion with ultrasonic waves.
アルコキシシランを疎水化剤として使用する方法は、Si、Fe、Alなどの粒子材料やSiO2、Al2O3、TiO2などの粒子材料を疎水化する際に有効である。なお、これらの粒子材料に限らず、基本的には、水酸基などを表面に有する粒子であればどのような粒子材料に対しても適用することができる。 The method of using alkoxysilane as a hydrophobizing agent is effective when hydrophobizing particulate materials such as Si, Fe, and Al and particulate materials such as SiO 2 , Al 2 O 3 , and TiO 2 . It should be noted that the present invention is not limited to these particle materials, and can be basically applied to any particle material as long as it has a hydroxyl group or the like on its surface.
アルコキシシランとしては、モノメチルトリメトキシシラン、モノメチルトリエトキシシラン、ジメチルジエトキシシランフェニルトリエトキシシラン、ヘキシルトリメトキシシラン、デシルトリメトキシシラン、ビニルトリクロルシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、2−(3,4エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、p−スチリルトリメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、3−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、N−2(アミノエチル)3−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、N−2(アミノエチル)3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−2(アミノエチル)3−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−フェニル−3アミノプロピルトリメトキシシラン、3−ウレイドプロピルトリエトキシシラン、3−クロロプロピルトリメトキシシラン、3−メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、3−イソシアネートプロピルトリエトキシシランなどが挙げられる。 Alkoxysilanes include monomethyltrimethoxysilane, monomethyltriethoxysilane, dimethyldiethoxysilane phenyltriethoxysilane, hexyltrimethoxysilane, decyltrimethoxysilane, vinyltrichlorosilane, vinyltrimethoxysilane, vinyltriethoxysilane, 2- (3,4 epoxy cyclohexyl) ethyltrimethoxysilane, 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane, 3-glycidoxypropylmethyldiethoxysilane, 3-glycidoxypropyltriethoxysilane, p-styryltrimethoxysilane, 3-methacryloxypropylmethyldimethoxysilane, 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane, 3-methacryloxypropylmethyldiethoxysilane, 3-methacryloxypro Rutriethoxysilane, 3-acryloxypropyltrimethoxysilane, N-2 (aminoethyl) 3-aminopropylmethyldimethoxysilane, N-2 (aminoethyl) 3-aminopropyltrimethoxysilane, N-2 (aminoethyl) 3-aminopropyltriethoxysilane, N-phenyl-3aminopropyltrimethoxysilane, 3-ureidopropyltriethoxysilane, 3-chloropropyltrimethoxysilane, 3-mercaptopropylmethyldimethoxysilane, 3-mercaptopropyltrimethoxysilane , 3-isocyanatopropyltriethoxysilane and the like.
疎水化剤としてアルコキシシランを用いる場合には、アルコキシシラン中のアルコキシシリル基シラノール基に加水分解し、このシラノール基が粒子表面の水酸基に脱水縮合することで疎水化が行われる。従って、アルコキシシランを用いた疎水化は、水中で行うことが望ましい。 When alkoxysilane is used as a hydrophobizing agent, it is hydrolyzed by hydrolysis to an alkoxysilyl group silanol group in the alkoxysilane, and this silanol group is dehydrated and condensed to a hydroxyl group on the particle surface. Therefore, it is desirable to perform hydrophobization using alkoxysilane in water.
このように、水中で疎水化を行う場合には、例えば、界面活性剤などの分散剤を併用して、疎水化前の粒子の分散状態を安定化するのが好ましい。なお、分散剤の種類によってはアルコキシシランの疎水化効果を低減することもあるため、分散剤とアルコキシシランとの組み合わせは適切に選択する。 Thus, when hydrophobizing in water, for example, it is preferable to use a dispersing agent such as a surfactant to stabilize the dispersion state of the particles before hydrophobizing. In addition, since the hydrophobizing effect of alkoxysilane may be reduced depending on the type of the dispersant, the combination of the dispersant and the alkoxysilane is appropriately selected.
アルコキシシランにより疎水化する具体的方法としては、まず、水中に粒子を分散させておき、これとアルコキシシラン含有水溶液(つまり、アルコキシシランの加水分解物を含む水溶液である。)とを混合し、室温から40℃の範囲で適宜撹拌しながら所定時間、好ましくは0.5〜12時間反応させる。 As a specific method for hydrophobizing with alkoxysilane, first, particles are dispersed in water, and this is mixed with an alkoxysilane-containing aqueous solution (that is, an aqueous solution containing an alkoxysilane hydrolyzate). The reaction is performed for a predetermined time, preferably 0.5 to 12 hours, with appropriate stirring in the range of room temperature to 40 ° C.
このような条件で反応させることによって、反応が適度に進行し、十分に疎水化された粒子の分散液を取得することができる。このとき、反応が過度に進行すると、シラノール基同士が反応して粒子同士が結合してしまい、分散液の粒子分散性が低下し、得られる粒子単層膜は、粒子が部分的にクラスター状に凝集した2層以上のものになりやすい。一方、反応が不十分であると、粒子表面の疎水化も不十分となり、得られる粒子単層膜は粒子間のピッチが広がったものになりやすい。 By carrying out the reaction under such conditions, it is possible to obtain a dispersion of particles that are appropriately hydrophobized and sufficiently hydrophobized. At this time, if the reaction proceeds excessively, the silanol groups react with each other and the particles are bonded to each other, the particle dispersibility of the dispersion is lowered, and the resulting particle monolayer film is partially clustered. It is easy to become two or more layers aggregated together. On the other hand, when the reaction is insufficient, the surface of the particles is not sufficiently hydrophobized, and the obtained particle monolayer film tends to have a wide pitch between the particles.
また、アミン系以外のアルコキシシランは、酸性またはアルカリ性の条件下で加水分解するため、反応時には分散液のpHを酸性またはアルカリ性に調製する必要がある。pHの調整法には制限はないが、0.1から2.0質量%濃度の酢酸水溶液を添加する方法によれば、加水分解促進のほかにシラノール基安定化の効果の得られるために好ましい。 In addition, since alkoxysilanes other than amines are hydrolyzed under acidic or alkaline conditions, it is necessary to adjust the pH of the dispersion to acidic or alkaline during the reaction. The method for adjusting the pH is not limited, but a method of adding an aqueous acetic acid solution having a concentration of 0.1 to 2.0% by mass is preferable because an effect of stabilizing a silanol group can be obtained in addition to promoting hydrolysis. .
疎水化対象の粒子とアルコキシシランの比率としては、疎水化対象の粒子の質量に対してアルコキシシランの質量が1〜20倍の範囲が好ましい。 The ratio of the particles to be hydrophobized and the alkoxysilane is preferably in the range where the mass of the alkoxysilane is 1 to 20 times the mass of the particles to be hydrophobized.
所定時間反応後、この分散液に対して上記した揮発性有機溶剤のうちの1種類以上を加え、水中で疎水化された粒子を油相抽出する。この際、添加する有機溶剤の体積は、有機溶剤添加前の分散液に対して0.3〜3倍の範囲が好ましい。 After the reaction for a predetermined time, one or more kinds of the volatile organic solvents described above are added to this dispersion, and the oil-hydrophobized particles in water are extracted. At this time, the volume of the organic solvent to be added is preferably in the range of 0.3 to 3 times the dispersion before addition of the organic solvent.
油相抽出して得られた分散液(つまり、有機溶剤中に粒子が分散した分散液である。)は、そのまま下層水の液面に滴下するための分散液として使用することができる。 The dispersion obtained by oil phase extraction (that is, a dispersion in which particles are dispersed in an organic solvent) can be used as a dispersion for dropping it on the surface of the lower layer water as it is.
なお、こうした疎水化処理においては、処理中の分散液の粒子分散性を高めるために、撹拌、超音波照射などを実施することが好ましく、分散液の粒子分散性を高めることによって、粒子がクラスター状に凝集することを抑制することができ、各粒子が高精度で二次元に最密充填した粒子単層膜が取得しやすくなる。
In such a hydrophobization treatment, it is preferable to carry out stirring, ultrasonic irradiation, etc. in order to increase the particle dispersibility of the dispersion during the treatment. By increasing the particle dispersibility of the dispersion, the particles are clustered. The particle monolayer film in which each particle is two-dimensionally closely packed with high accuracy can be easily obtained.
分散液の粒子の濃度は1〜10質量%とすることが好ましく、また、分散液の下層水への滴下速度を0.001〜0.01ml/秒とすることが好ましい。 The concentration of the particles of the dispersion is preferably 1 to 10% by mass, and the dropping rate of the dispersion into the lower layer water is preferably 0.001 to 0.01 ml / second.
分散液中の粒子の濃度や滴下量が上記したような範囲であると、粒子が部分的に凝集して2層以上となる、粒子が存在しない欠陥箇所が生じる、粒子間のピッチが広がるなどの傾向が抑制され、各粒子が高精度で二次元に最密充填した粒子単層膜を取得しやすくなる。 When the concentration and the amount of the drops in the dispersion are in the above ranges, the particles partially aggregate to form two or more layers, a defect portion where no particles are present, a pitch between particles is widened, etc. Thus, it is easy to obtain a particle monolayer film in which each particle is two-dimensionally closely packed with high accuracy.
粒子単層膜形成工程は、超音波照射条件下で実施することが好ましく、下層水中から液面に向けて超音波を照射しながら粒子単層膜形成工程を行うと、粒子の凝集状態が低減する効果や粒子の最密充填が促進される効果が得られ、各粒子が高精度で二次元に最密充填した粒子単層膜を取得することができる。 The particle monolayer film forming step is preferably performed under ultrasonic irradiation conditions. When the particle monolayer film forming step is performed while irradiating ultrasonic waves from the lower layer water toward the liquid surface, the aggregation state of the particles is reduced. And the effect of promoting close packing of particles are obtained, and a particle monolayer film in which each particle is close packed in two dimensions with high accuracy can be obtained.
この際、超音波の出力は、1〜1200Wが好ましく、50〜600Wがより好ましい。また、超音波の周波数は特に制限はないが、例えば、28kHz〜5MHzが好ましく、700kHz〜2MHzがより好ましい。 At this time, the output of ultrasonic waves is preferably 1 to 1200 W, and more preferably 50 to 600 W. Moreover, although there is no restriction | limiting in particular in the frequency of an ultrasonic wave, For example, 28kHz-5MHz is preferable and 700kHz-2MHz is more preferable.
一般に、振動数(ここでは超音波の周波数を指す。)が高すぎると水分子のエネルギー吸収が始まり、水面から水蒸気または水滴が立ち上る現象が生じるため好ましくない。また、一般に振動数が低すぎると、下層水中のキャビテーション半径が大きくなり、水中に泡が発生して水面に向かって浮上してくる。このような泡が下層水の液面に形成された粒子単層膜の下に集積すると、水面の平坦性が失われることになり、適当な粒子単層膜の形成ができなくなってしまう。 In general, if the frequency (referred to here as the frequency of ultrasonic waves) is too high, the energy absorption of water molecules begins and a phenomenon in which water vapor or water droplets rise from the water surface is not preferable. In general, when the frequency is too low, the cavitation radius in the lower layer water is increased, bubbles are generated in the water, and rise toward the water surface. When such bubbles are accumulated under the particle monolayer film formed on the liquid surface of the lower layer water, the flatness of the water surface is lost, and an appropriate particle monolayer film cannot be formed.
また、超音波照射によって水面に定常波が発生する。いずれの周波数でも出力が大きすぎたり、超音波振動子と発振器のチューニング条件によって当該水面の波高が高くなりすぎると、粒子単層膜が水面波で破壊される可能性がある。 In addition, standing waves are generated on the water surface by ultrasonic irradiation. If the output is too high at any frequency, or if the wave height of the water surface becomes too high due to the tuning conditions of the ultrasonic vibrator and oscillator, the particle monolayer film may be destroyed by the water surface wave.
こうしたことから超音波の周波数を適切に設定すると、形成されつつある粒子単層膜を破壊することなく、効果的に粒子の単層化を促進することができる。しかし、粒径が、例えば、100nm以下などの小さな粒子になると、粒子の固有振動数は非常に高くなってしまうため、計算結果の通りの超音波振動を与えることは困難となる。 For this reason, when the frequency of the ultrasonic wave is appropriately set, the particle monolayer can be effectively promoted without destroying the particle monolayer film being formed. However, when the particle diameter is small, for example, 100 nm or less, the natural frequency of the particle becomes very high, and it is difficult to apply ultrasonic vibration as calculated.
この場合には、粒子2量体、3量体、・・・20量体程度までの質量に対する固有振動を与えると仮定して計算を行うと、必要な振動数を現実的な範囲まで低減させることができる。粒子の会合体の固有振動数に対応する超音波振動を与えた場合でも、粒子の単層化は促進される。 In this case, the calculation is performed assuming that the natural vibration is given to the mass of the particle dimer, trimer,..., About 20 mer, and the necessary frequency is reduced to a realistic range. be able to. Even when ultrasonic vibration corresponding to the natural frequency of the aggregate of particles is given, the monolayering of the particles is promoted.
超音波の照射時間は、粒子の単層化の促進に十分であればよく、粒径、超音波の周波数、下層水の温度などによって所要時間が変化する。 The ultrasonic irradiation time may be sufficient for promoting the monolayer formation of the particles, and the required time varies depending on the particle size, the frequency of the ultrasonic waves, the temperature of the lower layer water, and the like.
しかし、通常の作製条件では、10秒間〜60分間で行うことが好ましく、3分間〜30分間で行うことがより好ましい。 However, under normal production conditions, it is preferably performed for 10 seconds to 60 minutes, more preferably 3 minutes to 30 minutes.
超音波照射によって得られる利点は粒子の最密充填化(つまり、ランダム配列を六方最密化することである。)のほかに、粒子分散液調整時に発生しやすい粒子の軟凝集体を破壊する効果、一度発生した点欠陥、線欠陥、または、結晶転移などもある程度の修復効果を有する。 In addition to close packing of particles (that is, hexagonal close packing of random arrays), the advantage obtained by ultrasonic irradiation is to break down the soft agglomerates of particles that tend to occur during particle dispersion adjustment. An effect, a point defect once generated, a line defect, or a crystal transition has a certain repair effect.
上記した水面における粒子単層膜の形成は、粒子の自己組織化によるものであり、その原理は、粒子が水面上に浮いており、かつ、互いにランダムに動ける状態から、粒子同士が集結する状態になる際、粒子間に存在する分散媒に起因して表面張力が作用し、その結果、粒子同士はバラバラの状態で存在するのではなく、水面上で二次元に最密充填した構造を自動的に形成するというものである。このような表面張力による最密充填構造の形成は、別の表現をすると、横方向の毛細管力による粒子同士の相互吸着とも言える。 The formation of the particle monolayer film on the water surface described above is due to the self-organization of the particles, and the principle is that the particles are floating on the water surface and are in a state in which the particles gather from each other at random movement As a result, the surface tension acts due to the dispersion medium existing between the particles, and as a result, the particles do not exist in a disjointed state, but automatically a two-dimensional close packed structure on the water surface. It is to form. In other words, the formation of the close-packed structure by such surface tension can be said to be mutual adsorption of particles by the capillary force in the lateral direction.
特に、例えば、コロイダルシリカのように球形であって、粒径の均一性の高い粒子が水面に浮いた状態で3つ集まり接触すると、粒子群の喫水線の合計長を最小にするように表面張力が作用し、3つの粒子は正三角形を基本とする配置で安定化する。 In particular, for example, when three particles having a spherical shape, such as colloidal silica, with a highly uniform particle size float on the water surface and come into contact with each other, the surface tension is minimized so as to minimize the total length of the water line of the particle group. The three particles are stabilized in an arrangement based on equilateral triangles.
仮に、喫水線が粒子群の頂点にくる場合、つまり、粒子が当該液面下に潜ってしまう場合には、このような自己組織化は起こらず、粒子単層膜は形成されない。従って、粒子と下層水は一方が疎水性である場合には、他方を親水性にして粒子群が水面下に潜らないようにすることが重要である。 If the water line is at the apex of the particle group, that is, if the particles are submerged below the liquid surface, such self-organization does not occur and a particle monolayer film is not formed. Therefore, when one of the particles and the lower layer water is hydrophobic, it is important to make the other hydrophilic so that the particles do not dive under the water surface.
下層液としては、以上の説明のように水を使用することが好ましく、水を使用すると、比較的大きな表面自由エネルギーが作用して、いったん生成した粒子の最密充填配置が液面上安定的に持続しやすくなる。
As the lower layer liquid, it is preferable to use water as described above. When water is used, relatively large surface free energy acts, and the close-packed arrangement of particles once generated is stable on the liquid surface. It will be easier to sustain.
(1−2)移行工程
移行工程では、粒子単層膜形成工程により下層水の液面上に形成された粒子単層膜を、単層状態のままエッチング対象物である基板原板上に移し取る。
(1-2) Transfer Step In the transfer step, the particle single layer film formed on the liquid surface of the lower layer water by the particle single layer film formation step is transferred onto the substrate original plate, which is the object to be etched, in the single layer state. .
粒子単層膜を基板原板上に移し取る具体的な方法は、特に制限されるものではなく、例えば、疎水性の基板原板を粒子単層膜に対して略平行な状態に保ちつつ、上方から降下させて粒子単層膜に接触させ、ともに疎水性である粒子単層膜と基板原板との親和力により、粒子単層膜を基板原板に移行させて、基板原板に粒子単層膜を移し取る方法を用いることができる。 The specific method for transferring the particle monolayer film onto the substrate original plate is not particularly limited. For example, while maintaining the hydrophobic substrate original plate substantially parallel to the particle monolayer film from above, The particle monolayer film is brought into contact with the particle monolayer film, and the particle monolayer film is transferred to the substrate original plate by the affinity between the particle monolayer film and the substrate original plate, both of which are hydrophobic, and transferred to the substrate original plate. The method can be used.
より具体的には、粒子単層膜を形成する前に、予め水槽の下層水内に基板原板を略水平方向に配置しておき、粒子単層膜を下層水の液面上に形成した後に当該液面を徐々に降下させることにより、基板原板上に粒子単層膜を移し取るようにする。 More specifically, before forming the particle monolayer film, the substrate original plate is arranged in a substantially horizontal direction in the lower layer water of the water tank in advance, and after the particle monolayer film is formed on the liquid surface of the lower layer water By gradually lowering the liquid level, the particle monolayer film is transferred onto the substrate original plate.
こうした方法によれば、特別な装置を使用せずに粒子単層膜を基板原板上に移し取ることができるが、より大面積の粒子単層膜であっても、その二次元的な最密充填状態を維持したまま基板原板上に移し取りやすいという点では、所謂、LBトラフ法を採用することが好ましい。 According to such a method, the particle monolayer film can be transferred onto the substrate original plate without using a special apparatus. However, even if the particle monolayer film has a larger area, its two-dimensional closest packing The so-called LB trough method is preferably employed in that it can be easily transferred onto the substrate original plate while maintaining the filled state.
LBトラフ法では、水槽内の下層水中に基板原板を当該下層水の液面に対して略垂直方向に浸漬しておき、その状態で上記した粒子単層膜形成工程を行い、当該液面上に粒子単層膜を形成する。 In the LB trough method, the substrate original plate is immersed in a substantially vertical direction with respect to the liquid surface of the lower layer water in the lower layer water in the water tank, and the above-described particle single layer film forming step is performed in that state. A particle monolayer film is formed on the surface.
そして、粒子単層膜形成工程後に、基板原板を上方に引き上げることによって、下層水の液面上に形成された粒子単層膜を基板原板上に移し取ることができる。 And after a particle | grain single layer film formation process, the particle | grain single layer film | membrane formed on the liquid level of lower layer water can be moved on a board | substrate original plate by pulling up a substrate original plate upwards.
このとき、粒子単層膜は、粒子単層膜形成工程により下層水の液面上で既に単層の状態に形成されているため、移行工程の温度条件(つまり、下層水の温度である。)や基板原板の引き上げ速度などを多少変動しても、粒子単層膜が崩壊して多層化するなどの恐れはない。 At this time, since the particle single layer film is already formed in a single layer state on the liquid surface of the lower layer water by the particle single layer film forming step, the temperature condition of the transition step (that is, the temperature of the lower layer water). ) And the pulling speed of the substrate original plate to some extent, there is no fear that the particle monolayer film will collapse and become multi-layered.
移行工程の温度条件たる下層水の温度は、通常、季節や天候により変動する環境温度に依存し、およそ10〜30℃程度である。 The temperature of the lower layer water, which is the temperature condition of the transition process, is usually about 10 to 30 ° C., depending on the environmental temperature that varies depending on the season and weather.
また、この際の水槽として、粒子単層膜の表面圧を計測するウィルヘルミープレートなどを原理とする表面圧力センサーと、粒子単層膜を下層水の液面に沿う方向に圧縮する可動バリアとを具備するLBトラフ装置を使用すると、より大面積の粒子単層膜をより安定的に基板原板上に移し取ることができる。 In addition, as a water tank at this time, a surface pressure sensor based on the principle of a Wilhelmy plate that measures the surface pressure of the particle monolayer film, and a movable barrier that compresses the particle monolayer film in the direction along the liquid surface of the lower layer water. When the LB trough apparatus comprising the above is used, a larger-area particle monolayer film can be more stably transferred onto the substrate original plate.
こうした装置によれば、粒子単層膜の表面圧を計測しながら、粒子単層膜を好ましい拡散圧(密度)に圧縮することができ、また、基板原板の方に向けて一定の速度で移動させることができる。このため、粒子単層膜の下層水の液面から基板原板上への移行が円滑に進行し、小面積に粒子単層膜しか基板原板上に移行できないなどの不具合が生じにくくなる。 According to such an apparatus, the particle monolayer film can be compressed to a preferable diffusion pressure (density) while measuring the surface pressure of the particle monolayer film, and moved toward the substrate original plate at a constant speed. Can be made. For this reason, the transition from the liquid surface of the lower layer water of the particle single layer film to the substrate original plate smoothly proceeds, and problems such as the fact that only the particle single layer film can move on the substrate original plate in a small area are less likely to occur.
好ましい拡散圧としては、5〜80mNm−1であり、より好ましくは10〜40mNm−1である。このような拡散圧であると、各粒子がより高密度で二次元に最密充填した粒子単層膜を取得しやすい。また、基板原板を引き上げる速度としては、0.5〜20mm/分が好ましい。 A preferable diffusion pressure is 5 to 80 mNm −1 , more preferably 10 to 40 mNm −1 . With such a diffusion pressure, it is easy to obtain a particle monolayer film in which each particle is denser and densely packed two-dimensionally. Moreover, as a speed | rate which pulls up a board | substrate original plate, 0.5-20 mm / min is preferable.
こうした移行工程により、基板原板表面を粒子単層膜で被覆した後に、さらに、必要に応じて、粒子単層膜を基板原板上に固定するための固定処理を行うようにしてもよい。 After such a transition process, after the substrate original plate surface is coated with the particle single layer film, a fixing process for fixing the particle single layer film on the substrate original plate may be performed as necessary.
固定処理により粒子単層膜を基板原板上に固定することによって、この後のドライエッチング時に粒子が基板原板上を移動してしまう可能性が抑えられ、より安定的に高精度に基板原板表面をエッチングすることができるようになる。なお、ドライエッチングが進むにつれて、各粒子の粒径が徐々に小さくなるため、基板原板上を移動する可能性は大きくなる。 By fixing the particle monolayer film on the substrate original plate by the fixing process, the possibility of particles moving on the substrate original plate during the subsequent dry etching is suppressed, and the surface of the substrate original plate can be more stably and highly accurately detected. It becomes possible to etch. As the dry etching progresses, the particle size of each particle gradually decreases, so that the possibility of moving on the substrate original plate increases.
こうした固定処理方法としては、バインダーを使用する方法や焼結法がある。バインダーを使用する方法では、粒子単層膜が形成された基板原板の当該粒子単層膜側にバインダー溶液を供給して粒子単層膜と基板原板との間にこれを浸透させる。 As such a fixing treatment method, there are a method using a binder and a sintering method. In the method using a binder, a binder solution is supplied to the particle single layer film side of the substrate original plate on which the particle single layer film is formed, and this is infiltrated between the particle single layer film and the substrate original plate.
バインダーの使用量としては、粒子単層膜の質量の0.001〜0.002倍が好ましい。このような範囲であれば、バインダーが多すぎて粒子間にバインダーが詰まってしまい、粒子単層膜の精度に悪影響を与えるという問題を生じることがなく、十分に粒子を固定することができるものである。 The amount of the binder used is preferably 0.001 to 0.002 times the mass of the particle monolayer film. In such a range, there is too much binder and the binder is clogged between the particles, and there is no problem of adversely affecting the accuracy of the particle monolayer film, and the particles can be sufficiently fixed. It is.
バインダー溶液を多く供給してしまった場合には、バインダー溶液が浸透した後に、スピンコーターを使用したり、基板を傾けたりしてバインダー溶液の余剰分を除去すればよい。 When a large amount of the binder solution has been supplied, after the binder solution has permeated, the excess of the binder solution may be removed by using a spin coater or tilting the substrate.
バインダーの種類としては、先に疎水化剤として示したアルコキシシランや一般の有機バインダー、無機バインダーなどを用いることが可能であり、バインダー溶液が浸透した後には、バインダーの種類に応じて適宜加熱処理を行うようにする。例えば、アルコキシシランをバインダーとして使用した場合には、40〜80℃で3〜60分間加熱処理することが好ましい。 As the type of the binder, it is possible to use alkoxysilane, a general organic binder, an inorganic binder or the like previously shown as a hydrophobizing agent. After the binder solution has penetrated, heat treatment is appropriately performed according to the type of binder. To do. For example, when using alkoxysilane as a binder, it is preferable to heat-process at 40-80 degreeC for 3 to 60 minutes.
また、固定処理方法として焼結法を用いる場合には、粒子単層膜が形成された基板原板を加熱して、粒子単層膜を構成している各粒子を基板に融着させればよい。加熱温度は、粒子の材料と基板の材料とに応じて決定すればよいが、粒径が1μm以下の粒子はその物質本来の融点よりも低い温度で界面反応を開始するため、比較的低温側で焼結は完了する。 Further, when a sintering method is used as the fixing treatment method, the substrate original plate on which the particle monolayer film is formed is heated to fuse each particle constituting the particle monolayer film to the substrate. . The heating temperature may be determined according to the material of the particle and the material of the substrate, but particles having a particle size of 1 μm or less start an interfacial reaction at a temperature lower than the original melting point of the substance, so that the relatively low temperature side The sintering is complete.
焼結時に加熱温度が高すぎると粒子の融着面積が大きくなり、その結果、粒子単層膜としての形状が変化するなど、精度に悪影響を与える可能性がある。 If the heating temperature is too high at the time of sintering, the fused area of the particles increases, and as a result, the shape of the particle monolayer film may change, which may adversely affect accuracy.
また、加熱を空気中で行うと、基板や各粒子が酸化する可能性があるため、不活性ガス雰囲気下で行うことが好ましい。酸素を含む雰囲気下で焼結を行う場合には、後述するドライエッチング工程で酸化層を考慮した条件を設定することが必要となる。
Moreover, since it may oxidize a board | substrate and each particle | grain when heating is performed in air, it is preferable to carry out in inert gas atmosphere. When sintering is performed in an atmosphere containing oxygen, it is necessary to set conditions in consideration of an oxide layer in a dry etching process described later.
このようにして基板原板上に形成された粒子単層膜においては、下記の(12)式で定義される粒子の配列のずれS(%)が10%以下であることが好ましい。
B:粒子単層膜における粒子間の平均ピッチ
In the particle single layer film thus formed on the substrate original plate, the deviation S (%) of the particle arrangement defined by the following formula (12) is preferably 10% or less.
この(12)式において、「A」の「粒子の平均粒径」とは、粒子単層膜を構成する粒子の平均一次粒径のことであり、粒子動的光散乱法により算出した粒度分布をガウス曲線にフィッティングさせて得られるピークから常法により求めることができる。 In this equation (12), the “average particle diameter” of “A” is the average primary particle diameter of the particles constituting the particle monolayer film, and the particle size distribution calculated by the particle dynamic light scattering method. Can be obtained by a conventional method from a peak obtained by fitting to a Gaussian curve.
また、「B」の「粒子単層膜における粒子間の平均ピッチ」とは、粒子単層膜における隣り合う2つの粒子の頂点と頂点との距離の平均値である。なお、粒子が球形であれば、隣り合う粒子の頂点と頂点との距離は、隣り合う粒子の中心と中心の距離と等しいものとなる。 The “average pitch between particles in the particle monolayer film” of “B” is the average value of the distances between the vertices of two adjacent particles in the particle monolayer film. If the particles are spherical, the distance between the vertices of adjacent particles is equal to the distance between the centers of the adjacent particles.
粒子単層膜における粒子間の平均ピッチは、AFMにより凸部12aの中心間距離P2と同様にして求められる。 The average pitch between particles in the particle single layer film is obtained in the same manner as the center-to-center distance P2 of the convex portions 12a by AFM.
この粒子の配列のずれSが10%以下である粒子単層膜は、各粒子が二次元に最密充填し、粒子の間隔が制御されていて、その配列の精度は高いものとなる。
In the particle monolayer film in which the deviation S of the particle arrangement is 10% or less, each particle is two-dimensionally closely packed, the interval between the particles is controlled, and the arrangement accuracy is high.
(2)ドライエッチング工程
上記したようにして粒子単層膜で被覆された基板表面を、ドライエッチングすることにより、複数の凸部12bが周期的に二次元に配列した構造を有する基板12を取得することができる。
(2) Dry etching process The substrate surface covered with the particle single layer film as described above is dry-etched to obtain a substrate 12 having a structure in which a plurality of convex portions 12b are periodically arranged in two dimensions. can do.
具体的には、ドライエッチングを開始すると、まず、粒子単層膜を構成している各粒子の隙間をエッチングガスが通り抜けて基板原板の表面に到達し、エッチングガスが到達した部分において当該エッチングガスにより基板表面がエッチングされて凹部が形成され、各粒子が位置する部分において凸部が現れる。 Specifically, when dry etching is started, first, the etching gas passes through the gaps between the particles constituting the particle monolayer film and reaches the surface of the substrate original plate, and the etching gas reaches the surface where the etching gas reaches. As a result, the substrate surface is etched to form concave portions, and convex portions appear at portions where the respective particles are located.
その後、さらにドライエッチングを継続すると、各凸部上の粒子もエッチングガスにより徐々にエッチングされて小さくなるとともに、基板原板表面の凹部も深くなる。 Thereafter, when dry etching is further continued, the particles on each convex portion are gradually etched by the etching gas and become smaller, and the concave portion on the surface of the substrate original plate becomes deeper.
最終的に各粒子はマスクとして機能した後に除去され、基板原板の表面に複数の凸部が周期的に二次元に配列した構造が形成される。このようにして基板12の表面12aに複数の凸部12bを形成し、当該複数の凸部12により基板12上に二次元格子構造を形成することとなる。 Finally, each particle is removed after functioning as a mask, and a structure in which a plurality of convex portions are periodically arranged two-dimensionally is formed on the surface of the original substrate. In this way, a plurality of convex portions 12 b are formed on the surface 12 a of the substrate 12, and a two-dimensional lattice structure is formed on the substrate 12 by the plurality of convex portions 12.
また、ドライエッチングの条件(バイアス、ガス流量、堆積ガスの種類と量など)を調節することによって、形成される凸部の高さや形状を調節できる。 Further, by adjusting the dry etching conditions (bias, gas flow rate, deposition gas type and amount, etc.), the height and shape of the convex portions to be formed can be adjusted.
ドライエッチングに使用するエッチングガスとしては、例えば、Ar、SF6、F2、CF4、C4F8、C5F8、C2F6、C3F6、C4F6、CHF3、CH2F2、CH3F、C3F8、Cl2、CCl4、SiCl4、BCl2、BCl3、BC2、Br2、Br3、HBr、CBrF3、HCl、CH4、NH3、O2、H2、N2、CO、CO2などが挙げられるが、本発明の効果を阻害しない範囲でこれらに限定されることはない。粒子単層膜を構成する粒子や基板の材質などに応じて、これらのうち1種類以上を使用することができる。 Examples of the etching gas used for dry etching include Ar, SF 6 , F 2 , CF 4 , C 4 F 8 , C 5 F 8 , C 2 F 6 , C 3 F 6 , C 4 F 6 , and CHF 3. , CH 2 F 2 , CH 3 F, C 3 F 8 , Cl 2 , CCl 4 , SiCl 4 , BCl 2 , BCl 3 , BC 2 , Br 2 , Br 3 , HBr, CBrF 3 , HCl, CH 4 , NH 3 , O 2 , H 2 , N 2 , CO, CO 2 and the like, but are not limited thereto as long as the effects of the present invention are not impaired. One or more of these can be used depending on the particles constituting the particle monolayer film, the material of the substrate, and the like.
使用可能なエッチング装置としては、反応性イオンエッチング装置、イオンビームエッチング装置などの異方性エッチングが可能なものであって、最小で10W程度のバイアス電場を発生できるものであれば、プラズマ発生の方式、電極の構造、チャンバーの構造、高周波電源の周波数などの仕様に特に制限はない。 As an etching apparatus that can be used, a reactive ion etching apparatus, an ion beam etching apparatus, or the like that can perform anisotropic etching and can generate a bias electric field of about 10 W at the minimum can generate plasma. There are no particular restrictions on the specifications such as system, electrode structure, chamber structure, and frequency of the high frequency power supply.
このドライエッチング工程でのエッチング選択比(つまり、基板のエッチング速度/粒子単層膜のエッチング速度である。)が、上記微細構造の構造設計1.0以下となるように各種条件(粒子単層膜を構成する粒子材料、基板の材質、エッチングガスの種類、バイアスパワー、アンテナパワー、ガスの流量と圧力、エッチング時間など)を設定することが好ましい。 Various conditions (particle single layer) are set so that the etching selectivity in this dry etching step (that is, the etching rate of the substrate / the etching rate of the particle single layer film) is 1.0 or less of the structural design of the fine structure. It is preferable to set the particle material constituting the film, the substrate material, the type of etching gas, the bias power, the antenna power, the gas flow rate and pressure, the etching time, and the like.
例えば、エッチングマスクたる粒子単層膜を構成する粒子としてコロイダルシリカ粒子を選択するとともに、基板として石英基板を選択して、当該石英基板上にコロイダルシリカ粒子による粒子単層膜を形成した場合、エッチングガスにArやCF4などのガスを用いることで、比較的低いピッチと振幅の比のエッチングをすることができる。 For example, when colloidal silica particles are selected as the particles constituting the particle monolayer film as an etching mask, a quartz substrate is selected as the substrate, and a particle monolayer film made of colloidal silica particles is formed on the quartz substrate. By using a gas such as Ar or CF 4 as the gas, etching with a relatively low pitch to amplitude ratio can be performed.
また、電場のバイアスを数十から数千Wに設定すると(ドライエッチング装置の電極面積による)、プラズマ状態にあるエッチングガス中の正電荷粒子が加速されて高速でほぼ垂直に基板に入射する。従って、基板に対して反応性を有する気体を用いた場合は、垂直方向の物理化学エッチングの反応速度を高めることができる。 Further, when the electric field bias is set to several tens to several thousand W (depending on the electrode area of the dry etching apparatus), positive charge particles in the etching gas in a plasma state are accelerated and incident on the substrate at a high speed almost vertically. Therefore, when a gas having reactivity with the substrate is used, the reaction rate of the physicochemical etching in the vertical direction can be increased.
基板の材質とエッチングガスの種類との組み合わせにもよるが、ドライエッチングでは、プラズマによって生成したラジカルによる等方性エッチングも並行して生じる。ラジカルによるエッチングは化学エッチングであり、エッチング対象物のどの方向にも等方的にエッチングを行う。 Depending on the combination of the material of the substrate and the type of etching gas, in dry etching, isotropic etching due to radicals generated by plasma also occurs in parallel. Etching with radicals is chemical etching, and isotropically etches in any direction of the object to be etched.
また、ラジカルは電荷を持たないため、バイアスパワーの設定でエッチング速度をコントロールすることはできず、エッチングガスのチャンバー内濃度でエッチング速度をコントロールする。荷電粒子による異方性エッチングを行うためには、ある程度のガス圧を維持しなければならないので、反応性ガスを用いる限り等方的エッチングの影響はゼロにできない。しかし、基板を冷却することでラジカルの反応速度を遅くする手法は広く用いられており、その機構を備えた装置も多いので、それを利用することが好ましい。 Further, since radicals have no charge, the etching rate cannot be controlled by setting the bias power, and the etching rate is controlled by the concentration of the etching gas in the chamber. In order to perform anisotropic etching with charged particles, a certain level of gas pressure must be maintained. Therefore, as long as a reactive gas is used, the effect of isotropic etching cannot be reduced to zero. However, the method of slowing the reaction rate of radicals by cooling the substrate is widely used, and since there are many devices equipped with such a mechanism, it is preferable to use it.
さらに、ドライエッチング工程において、主としてバイアスパワーと圧力を調整し、かつ、状況に応じて、所謂、堆積ガスを併用することで、基板表面の凸部の中心間距離と当該凸部の高さとの比(中心間距離/高さ)が比較的低い二次元格子構造を形成することができる。 Furthermore, in the dry etching process, the bias power and pressure are mainly adjusted, and depending on the situation, so-called deposition gas is used in combination, so that the distance between the centers of the protrusions on the substrate surface and the height of the protrusions can be reduced. A two-dimensional lattice structure having a relatively low ratio (distance between centers / height) can be formed.
このようにして基板表面に形成された構造について、粒子単層膜における粒子間の平均ピッチBを求める方法と同様にして、その凸部の中心間距離Cを求めると、中心間距離Cは、使用した粒子単層膜の平均ピッチBとほぼ同じ値となる。また、この構造について、下記の(13)式で定義される配列のずれS’(%)を求めると、その値も使用した粒子単層膜における配列のずれSとほぼ同じ値となる。
C:基板表面に形成された凸部の中心間距離
For the structure formed on the surface of the substrate in this manner, when the distance C between the centers of the convex portions is obtained in the same manner as the method for obtaining the average pitch B between the particles in the particle monolayer film, It becomes almost the same value as the average pitch B of the used particle monolayer film. Further, regarding this structure, when an alignment shift S ′ (%) defined by the following equation (13) is obtained, the value is also almost the same as the alignment shift S in the used particle monolayer film.
なお、上記したようにして形成された、表面に複数の凸部が周期的に二次元に配列した構造を有する基板を鋳型として用い、この鋳型表面の構造を基板原板に転写することにより基板12を作製してもよい。 Note that the substrate 12 formed as described above and having a structure in which a plurality of convex portions are periodically two-dimensionally arranged on the surface is used as a mold, and the structure of the surface of the mold is transferred to the substrate original substrate 12. May be produced.
鋳型表面の構造の転写は、公知の方法、例えば、上記した特許文献7に開示されている、ナノインプリント法、熱プレス法、射出成型法、UVエンボス法などの方法により実施することができる。 The structure of the mold surface can be transferred by a known method such as the nanoimprint method, the hot press method, the injection molding method, or the UV embossing method disclosed in Patent Document 7 described above.
転写回数が増えると、微細凹凸の形状は鈍化するので、元の原版からの実用的な派生的な転写回数としては5回以内が好ましい。
As the number of times of transfer increases, the shape of the fine irregularities becomes dull, so the practical number of times of transfer from the original master is preferably within 5 times.
上記したようにして複数の凸部12bによる二次元格子構造が形成された基板12の表面12a上に、反射層22および陽極導電層14を順次積層し、陽極導電層14の表面14a上にホール注入層16−1、ホール輸送層16−2、発光層16−3(発光層16−3a、16−3b、16−3c)、電子輸送層16−4および電子注入層16−5を順次積層して有機EL層16を形成し、電子注入層16−5の表面16−5a上に金属層18−1および透明導電層18−2を順次積層して陰極導電層18を形成することで、有機発光ダイオード10を取得することができる。 As described above, the reflective layer 22 and the anode conductive layer 14 are sequentially laminated on the surface 12a of the substrate 12 on which the two-dimensional lattice structure is formed by the plurality of convex portions 12b, and holes are formed on the surface 14a of the anode conductive layer 14. An injection layer 16-1, a hole transport layer 16-2, a light emitting layer 16-3 (light emitting layers 16-3a, 16-3b, 16-3c), an electron transport layer 16-4, and an electron injection layer 16-5 are sequentially stacked. The organic EL layer 16 is formed, and the cathode conductive layer 18 is formed by sequentially laminating the metal layer 18-1 and the transparent conductive layer 18-2 on the surface 16-5a of the electron injection layer 16-5. The organic light emitting diode 10 can be obtained.
これら各層の積層方法は、特に限定されず、一般的な有機発光ダイオードの製造に用いられている公知の技術を利用することができる。 The method for laminating these layers is not particularly limited, and a known technique used for manufacturing a general organic light emitting diode can be used.
例えば、陽極導電層14および透明導電層18−2はそれぞれ、スパッタリング法、真空蒸着法などによって形成することができる。また、反射層22、ホール注入層16−1、ホール輸送層16−2、発光層16−3(発光層16−3a、16−3b、16−3c)、電子輸送層16−4、電子注入層16−5および金属層18−1はそれぞれ、真空蒸着法によって形成することができる。 For example, the anode conductive layer 14 and the transparent conductive layer 18-2 can be formed by a sputtering method, a vacuum deposition method, or the like, respectively. Further, the reflective layer 22, the hole injection layer 16-1, the hole transport layer 16-2, the light emitting layer 16-3 (light emitting layers 16-3a, 16-3b, 16-3c), the electron transport layer 16-4, the electron injection Each of the layer 16-5 and the metal layer 18-1 can be formed by a vacuum deposition method.
これら各層の厚さは非常に薄いため、上記のようにして各層を順次積層することで、基板12の表面12aにおける複数の凸部12bによる二次元格子構造が透明導電層18−2まで反映され、反射層22および金属層18−1において、基板12の表面12aに形成された複数の凸部12bによる二次元格子構造に対応した複数の凸部または凹部による二次元格子構造が形成されることとなる。
Since the thickness of each of these layers is very thin, the two-dimensional lattice structure by the plurality of convex portions 12b on the surface 12a of the substrate 12 is reflected to the transparent conductive layer 18-2 by sequentially laminating each layer as described above. In the reflective layer 22 and the metal layer 18-1, a two-dimensional lattice structure including a plurality of convex portions or concave portions corresponding to the two-dimensional lattice structure including the plurality of convex portions 12b formed on the surface 12a of the substrate 12 is formed. It becomes.
次に、上記した製造方法に基づいて、有機発光ダイオード10を作製する場合について、具体例を挙げて説明する。 Next, a case where the organic light emitting diode 10 is manufactured based on the above-described manufacturing method will be described with a specific example.
作製する有機発光ダイオード10としては、基板/Al[膜厚100nm]/IZO[膜厚20nm]/HAT−CN[膜厚80nm]/T400[膜厚70nm]、/MDP3FL@ADN(7%)[膜厚40nm]/C545T@Alq3(1%)[膜厚10nm]/Ir(piq)3@CBP(8.5%)[膜厚20nm]/E913[膜厚50nm]/Al[膜厚10nm]/IZO[膜厚110nm]とする。 As the organic light emitting diode 10 to be manufactured, substrate / Al [film thickness 100 nm] / IZO [film thickness 20 nm] / HAT-CN [film thickness 80 nm] / T400 [film thickness 70 nm], / MDP3FL @ ADN (7%) [ Film thickness 40 nm] / C545T @ Alq 3 (1%) [film thickness 10 nm] / Ir (piq) 3 @CBP (8.5%) [film thickness 20 nm] / E913 [film thickness 50 nm] / Al [film thickness 10 nm ] / IZO [film thickness 110 nm].
そして、内部量子効率および有機発光材料の寿命が他の有機発光材料に劣るため、増強したい発光スペクトルのピーク波長値λ1は630nmとする。
Since the internal quantum efficiency and the lifetime of the organic light emitting material are inferior to those of other organic light emitting materials, the peak wavelength value λ 1 of the emission spectrum to be enhanced is set to 630 nm.
即ち、この有機発光ダイオード10は、石英ガラスにより形成された基板12と、Alにより形成された厚さ100nmの反射層22と、IZOにより形成された厚さ20nm陽極導電層14と、HAT−CNにより形成された厚さ80nmのホール注入層16−1と、T400により形成された厚さ70nmのホール輸送層16−2と、MDP3FLを7%ドープしたADNにより形成された厚さ40nmの発光層16−3aと、C545Tを1%ドープしたAlq3により形成された厚さ10nmの発光層16−3bと、CBPを8.5%ドープしたIr(piq)3により形成された厚さ20nmの発光層16−3cと、E913により形成された厚さ50nmの電子輸送層16−4と、Alにより形成された厚さ10nmの金属層18−1と、IZOにより形成された厚さ110nmの透明導電層18−2とにより構成されている。
That is, the organic light emitting diode 10 includes a substrate 12 made of quartz glass, a reflective layer 22 made of Al having a thickness of 100 nm, a 20 nm thick anode conductive layer 14 made of IZO, and a HAT-CN. 80 nm thick hole injection layer 16-1 formed by T400, 70 nm thick hole transport layer 16-2 formed by T400, and 40 nm thick light emitting layer formed by ADN doped with 7% MDP3FL Light emitting layer 16-3b formed of 16-3a, Alq 3 doped with 1% C545T and 10 nm thick, and light emitting 20 nm thick formed of Ir (piq) 3 doped with 8.5% CBP Layer 16-3c, electron transport layer 16-4 having a thickness of 50 nm formed by E913, and metal layer having a thickness of 10 nm formed by Al. And 8-1, is formed by a transparent conductive layer 18-2 having a thickness of 110nm formed by IZO.
この有機発光ダイオード10を作製するために、まず、基板12の表面12aに複数の凸部12bにより二次元格子構造を作製する際に必要となる粒子単層膜を形成する粒子の粒径を算出する。 In order to fabricate the organic light emitting diode 10, first, the particle size of the particles that form the particle monolayer film necessary for fabricating the two-dimensional lattice structure on the surface 12a of the substrate 12 by the plurality of convex portions 12b is calculated. To do.
即ち、有機発光ダイオード10において、陰極導電層18のうち金属層18−1の厚さを10nmとしたときのエネルギー散逸の強度を上記した(7)式、(8)式、(9)式によって求める。 That is, in the organic light emitting diode 10, the intensity of energy dissipation when the thickness of the metal layer 18-1 in the cathode conductive layer 18 is 10 nm is expressed by the above equations (7), (8), and (9). Ask.
また、計算においては反射層の厚さは無限大とした。 In the calculation, the thickness of the reflective layer was infinite.
ここでは、散逸エネルギーが最も集中する金属層18−1の裏面18−1c(つまり、陰極導電層18の裏面18aである。)に生じる表面プラズモンのエネルギーを伝搬光として取り出すときの粒子単層膜を形成する粒子の粒径を算出することとする。 Here, the particle monolayer film when the energy of surface plasmons generated on the back surface 18-1c of the metal layer 18-1 where the dissipated energy is most concentrated (that is, the back surface 18a of the cathode conductive layer 18) is extracted as propagating light. The particle diameter of the particles forming the sapphire is calculated.
上記した(7)式、(8)式、(9)式において、波数の大きい方から3つ目のモード(ピーク)が、金属層18−1の裏面18−1cに生じる表面プラズモンのエネルギー散逸であるため、このピークを与える面内波数k||を求める。上記したようにこのモードの面内波数はk||=12.8μm−1である。 In the above equations (7), (8), and (9), the third mode (peak) from the larger wave number is the energy dissipation of the surface plasmon generated on the back surface 18-1c of the metal layer 18-1. Therefore, the in-plane wave number k || As described above, the in-plane wave number of this mode is k || = 12.8 μm −1 .
なお、上記した(7)式および(8)式に含まれる通常の多層薄膜の反射係数を求める式としては、非特許文献(「プラズモニクス−基礎と応用」岡本隆之・梶川浩太郎著、講談社サイエンティフィク(2010年10月1日出版)、P16−22)を参照する。 In addition, as a formula for obtaining the reflection coefficient of the ordinary multilayer thin film included in the above formulas (7) and (8), non-patent literature ("Plasmonics-Fundamentals and Applications" by Takayuki Okamoto and Kotaro Kajikawa, Kodansha Scientific Fig. (Published October 1, 2010), P16-22).
図4において、面内波数の大きい方から3つ目のモード(つまり、ピークQ3である。)、のk||は12.8μm−1となっている。即ち、表面プラズモンへのエネルギー散逸ピークを与える面内波数k||は12.8μm−1となっている。 In FIG. 4, k || of the third mode (that is, peak Q 3 ) from the side with the larger in-plane wavenumber is 12.8 μm −1 . That is, the in-plane wave number k || that gives the energy dissipation peak to the surface plasmon is 12.8 μm −1 .
そして、この値を上記した(10)式に代入すると、この波数に対応する微細構造(つまり、二次元格子構造のことである。)を作製するための粒子の粒径Dは、567nmと算出された。 When this value is substituted into the above equation (10), the particle diameter D of a particle for producing a fine structure corresponding to this wave number (that is, a two-dimensional lattice structure) is calculated as 567 nm. It was done.
なお、この具体例においては、粒子単層膜を用いたエッチング方法について説明するため上記(10)式を用いて粒子単層膜を形成する粒子の粒径を算出するようにしているが、粒子単層膜を用いたエッチング方法以外の方法により有機発光ダイオード10を作製する場合には、上記した(10)式および(11)式を用いて格子ピッチPを算出し(なお、格子ピッチPは、(1)式に示す範囲の値である。)、算出した格子ピッチPとなるようにして各種条件を調整して作製すればよい。
In this specific example, the particle size of the particles forming the particle monolayer film is calculated using the above equation (10) in order to explain the etching method using the particle monolayer film. When the organic light emitting diode 10 is produced by a method other than the etching method using a single layer film, the lattice pitch P is calculated using the above-described equations (10) and (11) (note that the lattice pitch P is The value is within the range shown in the formula (1).), And it may be produced by adjusting various conditions so that the calculated lattice pitch P is obtained.
上記した(10)式で算出した粒子の粒径Dの値に基づいて、平均粒径が562.3nmで、粒径の変動係数が4.0%であるコロイダルシリカの5.0質量%水分散体(分散液)を作製した。なお、平均粒径および粒子の変動係数は、Malvern Instruments Ltd製のZetasizer Nano−ZSによる粒子動的光散乱法で求めた粒度分布をガウス曲線にフィッティングさせて得られるピークから算出した。 Based on the value of the particle diameter D of the particle calculated by the above equation (10), 5.0 mass% water of colloidal silica having an average particle diameter of 562.3 nm and a coefficient of variation of the particle diameter of 4.0%. A dispersion (dispersion) was prepared. The average particle diameter and the coefficient of variation of the particle were calculated from a peak obtained by fitting a particle size distribution obtained by a particle dynamic light scattering method using Zetasizer Nano-ZS manufactured by Malvern Instruments Ltd. to a Gaussian curve.
次に、作製した分散液中のコロイダルシリカの表面を疎水化処理するために、当該分散液に濃度1.0質量%のフェニルトリエトキシシランの加水分解物を含む水溶液を加え、約40°で3時間反応させた。この際、フェニルトリエトキシシランの質量がコロイダルシリカ粒子の質量の0.015倍となるように分散液と当該水溶液とを混合した。 Next, in order to hydrophobize the surface of the colloidal silica in the prepared dispersion, an aqueous solution containing a hydrolyzate of phenyltriethoxysilane having a concentration of 1.0% by mass is added to the dispersion, and about 40 °. The reaction was performed for 3 hours. At this time, the dispersion and the aqueous solution were mixed so that the mass of phenyltriethoxysilane was 0.015 times the mass of the colloidal silica particles.
そして、反応終了後の分散液に、当該分散液の5倍の体積のメチルイソブチルケトンを加えて撹拌して、疎水化されたコロイダルシリカを油相抽出した。
Then, methyl isobutyl ketone having a volume five times that of the dispersion was added to the dispersion after the reaction and stirred to extract the hydrophobized colloidal silica in the oil phase.
こうして得られた濃度1.05質量%の疎水化コロイダルシリカ分散液を粒子単層膜の表面圧を計測する表面圧センサーと、粒子単層膜を液面に沿う方向に圧縮する可動バリアとを備えた水槽(LBトラフ装置)中に貯留された液面(下層液として水を使用し、水温は26.5℃とした。)に滴下速度0.01ml/秒で滴下した。なお、水槽に貯留された下層水には、予め有機発光ダイオード10の基板12として用いるための透明の石英基板(30mm×30mm×1.0mm、両面鏡面研磨処理済)を略鉛直方向に浸漬している。 A hydrophobized colloidal silica dispersion liquid having a concentration of 1.05% by mass obtained in this manner includes a surface pressure sensor for measuring the surface pressure of the particle monolayer film, and a movable barrier for compressing the particle monolayer film in a direction along the liquid surface. It dropped at a drop rate of 0.01 ml / second onto the liquid surface (water was used as the lower layer liquid and the water temperature was 26.5 ° C.) stored in the water tank (LB trough device) provided. In the lower layer water stored in the water tank, a transparent quartz substrate (30 mm × 30 mm × 1.0 mm, double-sided mirror polished) to be used as the substrate 12 of the organic light emitting diode 10 in advance is immersed in a substantially vertical direction. ing.
疎水化コロイダルシリカ分散液を下層水の液面に滴下し始めた時点から、下層水中から液面に向けて、出力100W、周波数1500kHzの条件で超音波を10分間照射することにより、疎水化したコロイダルシリカ粒子が二次元的に最密充填するのを促すとともに、当該分散中の有機溶剤であるメチルイソブチルケトンを揮発させて、当該下層水の液面に粒子単層膜を形成した。 From the time when the hydrophobized colloidal silica dispersion liquid started dripping onto the surface of the lower layer water, it was made hydrophobic by irradiating with ultrasonic waves for 10 minutes from the lower layer water toward the liquid surface under the conditions of an output of 100 W and a frequency of 1500 kHz. The colloidal silica particles were promoted to be two-dimensionally closely packed, and methyl isobutyl ketone, which is the organic solvent in the dispersion, was volatilized to form a particle monolayer film on the liquid surface of the lower layer water.
その後、形成した粒子単層膜を可動バリアにより拡散圧が22〜30mNm−1になるまで圧縮し、基板12を3mm/分の速度で引き上げて、基板12の一方の面に当該粒子単層膜を移し取った。なお、基板12の一方の面とは、二次元格子構造を形成しようとする面のことである。
Thereafter, the formed particle monolayer film is compressed by a movable barrier until the diffusion pressure becomes 22 to 30 mNm −1 , the substrate 12 is pulled up at a speed of 3 mm / min, and the particle monolayer film is formed on one surface of the substrate 12. Removed. One surface of the substrate 12 is a surface on which a two-dimensional lattice structure is to be formed.
次に、基板12の一方の面上に移し取った粒子単層膜の当該一方の面への固定処理として、粒子単層膜を移し取った基板12の一方の面上にバインダーとして0.15質量%のモノメチルトリメトキシシランの加水分解液を浸透させ、その後、当該加水分解液の余剰分をスピンコーター(3000rpm)で1分間処理して除去した。そして、加水分解液の余剰分を除去した基板12を100℃で10分間加熱してバインダーを反応させ、コロイダルシリカ粒子からなる粒子単層膜が形成された基板12を取得した。 Next, as a process of fixing the particle monolayer film transferred onto one surface of the substrate 12 to the one surface, 0.15 as a binder on one surface of the substrate 12 from which the particle monolayer film has been transferred. A hydrolyzate of mass% monomethyltrimethoxysilane was infiltrated, and then the excess of the hydrolyzate was removed by treatment with a spin coater (3000 rpm) for 1 minute. And the board | substrate 12 which removed the excess part of the hydrolyzed liquid was heated at 100 degreeC for 10 minute (s), the binder was made to react, and the board | substrate 12 with which the particle | grain single layer film which consists of colloidal silica particles was formed was acquired.
こうして粒子単層膜が形成された基板12を取得すると、次に、当該基板12に対してCHF3ガスによりドライエッチング処理を行った。 When the substrate 12 on which the particle monolayer film was formed was obtained in this way, next, the substrate 12 was dry-etched with CHF 3 gas.
このドライエッチング処理の条件は、アンテナパワー1500W、バイアスパワー50〜300W(13.56MHz)、ガス流量50〜200sccmとした。
The conditions for this dry etching process were an antenna power of 1500 W, a bias power of 50 to 300 W (13.56 MHz), and a gas flow rate of 50 to 200 sccm.
ドライエッチング処理を行った後の基板12の一方の面をAFMで観察したところ、断面形状が円錐台形形状であり(図6(b)を参照する。)、平面配置は凸部が三角格子状に配列した微細構造が形成されていた(図6(a)を参照する。)。 When one surface of the substrate 12 after the dry etching process was observed with an AFM, the cross-sectional shape was a truncated cone shape (see FIG. 6B), and the projections were triangular lattices in the planar arrangement. A fine structure arranged in a row was formed (see FIG. 6A).
このようにして、基板12の一方の面に形成された微細構造における凸部の中心間距離p’(格子定数)をAFMにより測定したところ、3回の試験の平均値で、573.7nmであった。 Thus, when the center-to-center distance p ′ (lattice constant) of the convex portion in the fine structure formed on one surface of the substrate 12 was measured by AFM, the average value of three tests was 573.7 nm. there were.
また、AFM像から無作為に選択された25カ所の5μm×5μmの領域における当該微細構造の凸部の平均値を算出し、当該25カ所のそれぞれの平均値をさらに平均することにより求めた当該微細構造における凸部の平均高さhは、62.4nmであった。 Further, the average value of the convex portions of the fine structure in the 25 μm × 5 μm regions randomly selected from the AFM image was calculated, and the average value of each of the 25 locations was further averaged. The average height h of the convex portions in the fine structure was 62.4 nm.
さらに、上記した(13)式を用いて算出した結果、配列のずれSは2.0%であった。 Furthermore, as a result of calculation using the above equation (13), the displacement S of the sequence was 2.0%.
さらにまた、平均高さhと中心間距離p’の平均値との比(平均高さh/中心間距離p’)は0.109であった。
Furthermore, the ratio of the average height h to the average value of the center distance p ′ (average height h / center distance p ′) was 0.109.
その後、微細構造が形成された基板12の一方の面に、反射層22としてAlを100nmの厚さで蒸着法により成膜し、反射層22上に陽極導電層14としてIZOを20nmの厚さでスパッタリング方により成膜し、さらに、ホール注入層16−1としてHAT−CNを80nmの厚さで蒸着法によって成膜した。 Thereafter, Al is deposited as a reflective layer 22 with a thickness of 100 nm on one surface of the substrate 12 on which the microstructure is formed, and IZO is deposited as a positive electrode conductive layer 14 on the reflective layer 22 with a thickness of 20 nm. Then, a HAT-CN film having a thickness of 80 nm was formed as a hole injection layer 16-1 by a vapor deposition method.
次に、ホール注入層16−1上にホール輸送層16−2としてT400を70nmの厚さで蒸着法によって成膜し、その後、ホール輸送層16−2上にMDP3FLを7%ドープしたADNにより形成された厚さ40nmの発光層16−3aと、C545Tを1%ドープしたAlq3により形成された厚さ10nmの発光層16−3bと、CBPを8.5%ドープしたIr(piq)3により形成された厚さ20nmの発光層16−3cとを蒸着法によって成膜した。 Next, T400 is formed as a hole transport layer 16-2 on the hole injection layer 16-1 by a vapor deposition method with a thickness of 70 nm, and then ADN doped with 7% MDP3FL on the hole transport layer 16-2. The formed light emitting layer 16-3a having a thickness of 40 nm, the light emitting layer 16-3b having a thickness of 10 nm formed by Alq 3 doped with 1% C545T, and Ir (piq) 3 doped with 8.5% CBP. The light emitting layer 16-3c having a thickness of 20 nm formed by the above method was formed by vapor deposition.
さらに、発光層16−3c上に、電子輸送層16−4としてE913を50nmの厚さで蒸着法によって成膜し、さらにまた、電子輸送層16−4上に、金属層18−1としてAlを10nmの厚さで蒸着法によって成膜し、また、金属層18−1上に、透明導電層18−2としてIZOを110nmの厚さでスパッタリング法により成膜して、有機発光ダイオード10を作製した。 Further, E913 was deposited as an electron transport layer 16-4 on the light emitting layer 16-3c by a vapor deposition method with a thickness of 50 nm, and further, Al was formed on the electron transport layer 16-4 as a metal layer 18-1. The organic light emitting diode 10 is formed by depositing IZO with a thickness of 110 nm on the metal layer 18-1 as a transparent conductive layer 18-2 on the metal layer 18-1. Produced.
なお、蒸着およびスパッタリングの際にマスクを使用することにより、発光エリアは2×2mmに作製した。
In addition, the light emission area was produced in 2 * 2 mm by using a mask in the case of vapor deposition and sputtering.
次に、本発明による有機発光ダイオードの第2の実施の形態について説明する。この第2の実施の形態は、図1に示された第1の実施の形態と同様な陰極トップエミッション型と称される有機発光ダイオードである。 Next, a second embodiment of the organic light emitting diode according to the present invention will be described. The second embodiment is an organic light-emitting diode called a cathode top emission type similar to the first embodiment shown in FIG.
なお、有機発光ダイオード70は、上記した第1の実施の形態による有機発光ダイオード10と同様な構成のため、その詳細な説明は省略することとする。
Since the organic light emitting diode 70 has the same configuration as that of the organic light emitting diode 10 according to the first embodiment, detailed description thereof will be omitted.
以下に、有機発光ダイオード70を作製する場合について、具体例を挙げて説明する。 Below, the case where the organic light emitting diode 70 is produced will be described with specific examples.
作製する有機発光ダイオード70としては、基板/Al[膜厚100nm]/IZO[膜厚20nm]/HAT−CN[膜厚40nm]/T400[膜厚50nm]/MDP3FL@ADN(7%)[膜厚20nm]/C545T@Alq3(1%)[膜厚2nm]/Ir(piq)3@CBP(8.5%)[膜厚10nm]/E913[膜厚30nm]/Al[膜厚10nm]/IZO[膜厚110nm]とする。 As the organic light emitting diode 70 to be manufactured, substrate / Al [film thickness 100 nm] / IZO [film thickness 20 nm] / HAT-CN [film thickness 40 nm] / T400 [film thickness 50 nm] / MDP3FL @ ADN (7%) [film] Thickness 20 nm] / C545T @ Alq 3 (1%) [film thickness 2 nm] / Ir (piq) 3 @CBP (8.5%) [film thickness 10 nm] / E913 [film thickness 30 nm] / Al [film thickness 10 nm] / IZO [film thickness 110 nm].
そして、内部量子効率および有機発光材料の寿命が他の有機発光材料に劣るため、増強したい発光スペクトルのピーク波長値λ1は470nmとする。
Since the internal quantum efficiency and the lifetime of the organic light emitting material are inferior to those of other organic light emitting materials, the peak wavelength value λ 1 of the emission spectrum to be enhanced is set to 470 nm.
即ち、この有機発光ダイオード70は、石英ガラスにより形成された基板12と、Alにより形成された厚さ100nmの反射層22と、IZOにより形成された厚さ20nmの陽極導電層14と、HAT−CNにより形成された厚さ40nmのホール注入層16−1と、T400により形成された厚さ50nmのホール輸送層16−2と、MDP3FLを7%ドープしたADNにより形成された厚さ20nmの発光層16−3aと、C545Tを1%ドープしたAlq3により形成された厚さ2nmの発光層16−3bと、CBPを8.5%ドープしたIr(piq)3により形成された厚さ10nmの発光層16−3cと、E913により形成された厚さ30nmの電子輸送層16−4と、Alにより形成された厚さ10nmの金属層18−1と、IZOにより形成された厚さ110nmの透明導電層18−2とにより構成されている。
That is, the organic light emitting diode 70 includes a substrate 12 made of quartz glass, a reflective layer 22 made of Al with a thickness of 100 nm, an anode conductive layer 14 made of IZO with a thickness of 20 nm, a HAT- 40 nm thick hole injection layer 16-1 formed by CN, 50 nm thick hole transport layer 16-2 formed by T400, and 20 nm thick light emission formed by ADN doped with 7% MDP3FL A 10 nm thick layer 16-3a, a 2 nm thick light emitting layer 16-3b made of Alq 3 doped with 1% C545T, and Ir (piq) 3 made 8.5% doped with CBP Light emitting layer 16-3c, 30 nm thick electron transport layer 16-4 formed of E913, and 10 nm thick metal layer formed of Al And 8-1, is formed by a transparent conductive layer 18-2 having a thickness of 110nm formed by IZO.
この有機発光ダイオード70を作製するために、まず、基板12の表面12aに複数の凸部12bにより二次元格子構造を作成する際に必要となる粒子単層膜を形成する粒子の粒径の算出を行った。 In order to manufacture the organic light emitting diode 70, first, calculation of the particle size of the particles forming a particle single layer film necessary for forming a two-dimensional lattice structure on the surface 12a of the substrate 12 by a plurality of convex portions 12b. Went.
なお、この計算では、双極子の位置は金属層18−1の裏面18−1cから52nmの距離、即ち、発光層16−3aの中央(該発光層内で上方側界面と下方側界面までの距離が等距離な位置である。)とした。 In this calculation, the position of the dipole is 52 nm from the back surface 18-1c of the metal layer 18-1, that is, the center of the light emitting layer 16-3a (from the upper interface to the lower interface in the light emitting layer). The distance is equidistant.).
また、計算においては反射層の厚さは無限大とした。 In the calculation, the thickness of the reflective layer was infinite.
ここで、図5は、金属層18−1の裏面18−1c(つまり、金属層18−1の下面であり、陰極導電層18の裏面18aである。)より基板側52nmの距離、即ち、発光層16−3aの中央(該発光層内で上方側界面と下方側界面までの距離が等距離な位置である。)に双極子を置いたときのエネルギー散逸を示すものである。 Here, FIG. 5 shows a distance of 52 nm from the back surface 18-1c of the metal layer 18-1 (that is, the bottom surface of the metal layer 18-1 and the back surface 18a of the cathode conductive layer 18). It shows energy dissipation when a dipole is placed at the center of the light emitting layer 16-3a (the distance between the upper interface and the lower interface is the same in the light emitting layer).
この図5では、基板側に双極子を置いた場合、面内波数k||=35.3μm−1、k||=27.1μm−1およびk||=23.7μm−1の位置に表面プラズモンモードに対応するピークQ1、Q2、Q3が認められる。
In FIG. 5, when a dipole is placed on the substrate side, in-plane wavenumbers k || = 35.3 μm −1 , k || = 27.1 μm −1 and k || = 23.7 μm −1 . Peaks Q 1 , Q 2 , and Q 3 corresponding to the surface plasmon mode are recognized.
面内波数の大きい方から1つ目のモード(ピークQ1)、即ち、k||=35.3μm−1は、金属層18−1の表面18−1a(つまり、金属層18−1の上面であり、透明導電層18−2が位置する側である。)にエネルギーが集中する表面プラズモンモードであり、面内波数の大きい方から2つ目のモード(ピークQ2)、即ち、k||=27.1μm−1は、反射層22の表面(つまり、反射層22の上面であり、透明導電層14が位置する側である。)にエネルギーが集中する表面プラズモンモードであり、面内波数の大きい方から3つ目のモード(ピークQ3)、即ち、k||=23.7μm−1は、金属層18−1の裏面18−1c(つまり、陰極導電層18の裏面18aである。)にエネルギーが集中する表面プラズモンモードである。 The first mode (peak Q 1 ) from the larger in-plane wave number, that is, k || = 35.3 μm −1 is the surface 18-1a of the metal layer 18-1 (that is, the metal layer 18-1). This is a surface plasmon mode in which energy is concentrated on the upper surface and the side where the transparent conductive layer 18-2 is located.) The second mode (peak Q 2 ) from the one with the larger in-plane wavenumber, that is, k || = 27.1 μm −1 is a surface plasmon mode in which energy is concentrated on the surface of the reflective layer 22 (that is, the upper surface of the reflective layer 22 and the side where the transparent conductive layer 14 is located). The third mode (peak Q 3 ) from the higher inner wave number, that is, k || = 23.7 μm −1 is the back surface 18-1c of the metal layer 18-1 (that is, the back surface 18a of the cathode conductive layer 18). A surface plastic where energy is concentrated on It is the common mode.
図5に示すエネルギー散逸図に表れる複数の導波モードから表面プラズモンモードを同定する方法は、上記した方法を用いた。 The method described above was used as the method for identifying the surface plasmon mode from the plurality of guided modes appearing in the energy dissipation diagram shown in FIG.
ここで、図5において、面内波数の大きい方から4つ目のモード(ピークQ4)および5つ目のモード(ピークQ5)はTE導波路モードであり、6つ目のモード(ピークQ6)はTM導波路モードに関わるピークである。これらTE導波路モードおよびTM導波路モードは表面プラズモンモードに比べて散逸エネルギーが小さい。 Here, in FIG. 5, the fourth mode (peak Q 4 ) and the fifth mode (peak Q 5 ) from the larger in-plane wave number are TE waveguide modes, and the sixth mode (peak Q 6 ) is a peak related to the TM waveguide mode. These TE waveguide mode and TM waveguide mode have lower dissipative energy than the surface plasmon mode.
ここでは、面内波数の大きい方から3つめのモード(ピークQ3)、即ち、金属層18−1の裏面18−1cに集中する表面プラズモンモード(k||=23.7μm−1)のエネルギーが大きいため、この表面プラズモンの波数(伝搬定数)を利用して上記した(10)式および(1)式より、金属層18−1の裏面18−1cに集中する補湯面プラズモンモードに対応する微細構造(つまり、二次元格子構造である。)を算出したところ、粒子の粒径Dは、306nmと算出された。 Here, the third mode (peak Q 3 ) from the larger in-plane wave number, that is, the surface plasmon mode (k || = 23.7 μm −1 ) concentrated on the back surface 18-1c of the metal layer 18-1. Since the energy is large, using the wave number (propagation constant) of this surface plasmon, the hot water surface plasmon mode that concentrates on the back surface 18-1c of the metal layer 18-1 is obtained from the above equations (10) and (1). When the corresponding fine structure (that is, a two-dimensional lattice structure) was calculated, the particle diameter D of the particle was calculated to be 306 nm.
こうして算出された粒子の粒径Dに基づいて平均理由系298.7nmで粒子の偏光係数が4.0%であるコロイダルシリカを用いて、第1の実施の形態により有機発光ダイオード10と同様な方法で微細構造を作製した。
Based on the particle diameter D of the particle thus calculated, colloidal silica having an average reasoning system of 298.7 nm and a particle polarization coefficient of 4.0% is used in the same manner as the organic light emitting diode 10 according to the first embodiment. The microstructure was made by the method.
微細構造を作製した後の基板12の一方の面をAFMで観察したところ、断面形状が円錐台形形状であり、平面配置は凸部が三角格子状に配列した微細構造が形成されていた。 When one surface of the substrate 12 after the fine structure was produced was observed with an AFM, the cross-sectional shape was a truncated cone shape, and the fine structure in which the convex portions were arranged in a triangular lattice shape was formed.
このようにして、基板12の一方の面に形成された微細構造における凸部の中心間距離p’(格子定数)をAFMにより測定したところ、3回の試験の平均値で、307.6nmであった。 Thus, when the center distance p ′ (lattice constant) of the convex portion in the fine structure formed on one surface of the substrate 12 was measured by AFM, the average value of three tests was 307.6 nm. there were.
また、AFM像から無作為に選択された25カ所の5μm×5μmの領域における当該微細構造の凸部の平均値を算出し、当該25カ所のそれぞれの平均値をさらに平均することにより求めた当該微細構造における凸部の平均高さhは、51.8nmであった。 Further, the average value of the convex portions of the fine structure in the 25 μm × 5 μm regions randomly selected from the AFM image was calculated, and the average value of each of the 25 locations was further averaged. The average height h of the convex portions in the fine structure was 51.8 nm.
さらに、上記した(13)式を用いて算出した結果、配列のずれSは3.0%であった。 Furthermore, as a result of calculation using the above equation (13), the displacement S of the arrangement was 3.0%.
さらにまた、平均高さhと中心間距離p’の平均値との比(平均高さh/中心間距離p’)は0.168であった。
Furthermore, the ratio of the average height h to the average value of the center distance p ′ (average height h / center distance p ′) was 0.168.
その後、微細構造が形成された基板12の一方の面に、反射層22としてAlを100nmの厚さで蒸着法により成膜し、反射層22上に陽極導電層14としてIZOを20nmの厚さでスパッタリング法により成膜し、さらに、ホール注入層16−1としてHAT−CNを40nmの厚さで蒸着法によって成膜した。 Thereafter, Al is deposited as a reflective layer 22 with a thickness of 100 nm on one surface of the substrate 12 on which the microstructure is formed, and IZO is deposited as a positive electrode conductive layer 14 on the reflective layer 22 with a thickness of 20 nm. Then, a HAT-CN film having a thickness of 40 nm was formed as a hole injection layer 16-1 by a vapor deposition method.
次に、ホール注入層16−1上にホール輸送層16−2としてT400を50nmの厚さで蒸着法によって成膜し、その後、ホール輸送層16−2上にMDP3FLを7%ドープしたADNにより形成された厚さ20nmの発光層16−3aと、C545Tを1%ドープしたAlq3により形成された厚さ2nmの発光層16−3bと、CBPを8.5%ドープしたIr(piq)3により形成された厚さ10nmの発光層16−3cとを蒸着法によって成膜した。 Next, T400 is deposited as a hole transport layer 16-2 on the hole injection layer 16-1 by a vapor deposition method with a thickness of 50 nm, and then ADN doped with 7% MDP3FL on the hole transport layer 16-2. The formed light emitting layer 16-3a having a thickness of 20 nm, the light emitting layer 16-3b having a thickness of 2 nm formed by Alq 3 doped with 1% C545T, and Ir (piq) 3 doped with 8.5% CBP. The light emitting layer 16-3c having a thickness of 10 nm formed by the above method was formed by vapor deposition.
さらに、発光層16−3上に、電子輸送層16−4としてE913を30nmの厚さで蒸着法によって成膜し、さらにまた、電子輸送層16−4上に、金属層18−1としてAlを10nmの厚さで蒸着法によって成膜し、また、金属層18−1上に、透明導電層18−2としてIZOを110nmの厚さでスパッタリング法により成膜して、有機発光ダイオード70を作製した。 Further, E913 was deposited on the light-emitting layer 16-3 as an electron transport layer 16-4 by a vapor deposition method with a thickness of 30 nm. Furthermore, on the electron transport layer 16-4, Al was formed as a metal layer 18-1. The organic light emitting diode 70 is formed by depositing IZO with a thickness of 110 nm on the metal layer 18-1 as a transparent conductive layer 18-2 on the metal layer 18-1. Produced.
なお、蒸着およびスパッタリングの際にマスクを使用することにより、発光エリアは2×2mmに作製した。
In addition, the light emission area was produced in 2 * 2 mm by using a mask in the case of vapor deposition and sputtering.
次に、図7を参照しながら、本発明による有機発光ダイオードの第3の実施の形態について説明する。 Next, a third embodiment of the organic light emitting diode according to the present invention will be described with reference to FIG.
図7には、本発明の第3の実施の形態による有機発光ダイオードの概略構成説明図が示されている。 FIG. 7 is a schematic structural explanatory diagram of an organic light emitting diode according to a third embodiment of the present invention.
この図7に示す有機発光ダイオード50に関する説明においては、説明の便宜上、有機発光ダイオード50を構成する各層の高さ方向における上方側の表面を上面と適宜に称し、各層の高さ方向における下方側の表面を下面と適宜に称する。 In the description of the organic light emitting diode 50 shown in FIG. 7, for convenience of explanation, the upper surface in the height direction of each layer constituting the organic light emitting diode 50 is appropriately referred to as the upper surface, and the lower side in the height direction of each layer. The surface of is appropriately referred to as the lower surface.
また、以下の説明においては、本発明を用いるものである限り、必ずしも対象とする有機発光ダイオードの構造および方式を限定するものではない。
Further, in the following description, as long as the present invention is used, the structure and method of the target organic light emitting diode are not necessarily limited.
この図7に示す有機発光ダイオード50は、ボトムエミッション型と称されるタイプの有機発光ダイオードであり、基板52上に陽極導電層54と有機EL層56と陰極導電層58とが順次積層されている。 The organic light emitting diode 50 shown in FIG. 7 is a type of organic light emitting diode called a bottom emission type, and an anode conductive layer 54, an organic EL layer 56, and a cathode conductive layer 58 are sequentially stacked on a substrate 52. Yes.
そして、陽極導電層54と陰極導電層58とには、電源20により電圧を印加することができるようになされている。 A voltage can be applied to the anode conductive layer 54 and the cathode conductive layer 58 by the power supply 20.
この有機発光ダイオード50においては、陽極導電層54と陰極導電層58とに電圧を印加すると、陽極導電層54から有機EL層56中の発光層56−3(後述する。)にホールが注入されるとともに、陰極導電層58から有機EL層56中の発光層56−3(後述する。)に電子が注入され、陽極導電層54側から有機EL層56で発生した光が取り出されるようになる。 In this organic light emitting diode 50, when a voltage is applied to the anode conductive layer 54 and the cathode conductive layer 58, holes are injected from the anode conductive layer 54 into a light emitting layer 56-3 (described later) in the organic EL layer 56. In addition, electrons are injected from the cathode conductive layer 58 to the light emitting layer 56-3 (described later) in the organic EL layer 56, and light generated in the organic EL layer 56 is extracted from the anode conductive layer 54 side. .
なお、本発明の第3の実施の形態による有機発光ダイオード50は、3波長型のボトムエミッション型と称される有機発光ダイオードであり、発光層56−3は3つの有機発光材料が層(発光層56−3a、発光層56−3b、発光層56−3cであり、その詳細は後述する。)を形成して構成される。以降、差し障りのない場合は、この3層をまとめて発光層56−3として記載する。
The organic light emitting diode 50 according to the third embodiment of the present invention is an organic light emitting diode called a three-wavelength bottom emission type, and the light emitting layer 56-3 includes three organic light emitting materials (light emitting elements). A layer 56-3a, a light emitting layer 56-3b, and a light emitting layer 56-3c, the details of which will be described later). Hereinafter, when there is no problem, the three layers are collectively described as the light emitting layer 56-3.
陽極導電層54は、電源20の陽極と接続され、上記した有機発光ダイオード10における陽極導電層14と同様に、可視光を透過する透明導電材料により構成されている。 The anode conductive layer 54 is connected to the anode of the power supply 20 and is made of a transparent conductive material that transmits visible light, like the anode conductive layer 14 in the organic light emitting diode 10 described above.
こうした透明導電材料は、特に限定されず、透明導電材料として公知のものを用いることができる。 Such a transparent conductive material is not particularly limited, and a known transparent conductive material can be used.
具体的には、陽極導電層54に用いる透明導電材料としては、ITO、ZnOあるいはZTOなどが上げられる。 Specifically, examples of the transparent conductive material used for the anode conductive layer 54 include ITO, ZnO, and ZTO.
また、こうした陽極導電層54の厚さは、例えば、50〜200nmが好ましい。
Further, the thickness of the anode conductive layer 54 is preferably, for example, 50 to 200 nm.
また、有機EL層56は、上記した有機発光ダイオード10における有機EL層16と同様に、電源20からホールが注入されるホール注入層56−1と、ホール注入層56−1において注入されたホールを後述する発光層56−3に輸送するとともに、当該発光層56−3からの電子を遮断するホール輸送層56−2と、互いに異なる波長の光を発光する複数の有機発光材料を含有するとともに、ホール輸送層56−2から輸送されたホールと後述する電子輸送層56−4から輸送された電子とが結合して発光する発光層56−3と、後述する電子注入層56−5において注入された電子を発光層56−3に輸送するとともに、当該発光層56−3からのホールを遮断する電子輸送層56−4と、電源20から電子が注入される電子注入層56−5とにより構成されている。 In addition, the organic EL layer 56 is similar to the organic EL layer 16 in the organic light emitting diode 10 described above, and a hole injection layer 56-1 into which holes are injected from the power supply 20 and a hole injected into the hole injection layer 56-1. And a hole transport layer 56-2 that blocks electrons from the light emitting layer 56-3, and a plurality of organic light emitting materials that emit light having different wavelengths. A light emitting layer 56-3 that emits light by combining holes transported from the hole transport layer 56-2 and electrons transported from an electron transport layer 56-4 described later, and injection in an electron injection layer 56-5 described later An electron transport layer 56-4 for transporting the emitted electrons to the light emitting layer 56-3 and blocking holes from the light emitting layer 56-3, and an electron injection layer for injecting electrons from the power source 20 6-5 is composed of a.
なお、発光層56−3は、所定の波長の光を発光する有機発光材料よりなる発光層56−3aと、発光層56−3aを形成する有機発光材料と異なる波長の光を発光する有機発光材料よりなる発光層56−3bと、発光層56−3a、56−3bを形成する有機発光材料と異なる波長の光を発光する有機発光材料よりなる発光層56−3cとを有して構成されている。そして、この発光層56−3a、56−3b、56−3cはそれぞれが発光することにより、発光層56−3から白色光が発光するように、有機発光材料が選択されている。 The light emitting layer 56-3 includes a light emitting layer 56-3a made of an organic light emitting material that emits light of a predetermined wavelength, and an organic light emitting device that emits light having a wavelength different from that of the organic light emitting material forming the light emitting layer 56-3a. A light emitting layer 56-3b made of a material, and a light emitting layer 56-3c made of an organic light emitting material that emits light having a wavelength different from that of the organic light emitting material forming the light emitting layers 56-3a and 56-3b. ing. The organic light emitting material is selected so that the light emitting layers 56-3a, 56-3b, and 56-3c emit light to emit white light from the light emitting layer 56-3.
そして、有機EL層56は、陽極導電層54上に、ホール注入層56−1、ホール輸送層56−2、発光層56−3(発光層56−3a、発光層56−3b、発光層56−3c)、電子輸送層56−4、電子注入層56−5の順で7層で積層されている。 The organic EL layer 56 is formed on the anode conductive layer 54 with a hole injection layer 56-1, a hole transport layer 56-2, a light emitting layer 56-3 (light emitting layer 56-3a, light emitting layer 56-3b, light emitting layer 56). -3c), the electron transport layer 56-4, and the electron injection layer 56-5 are laminated in this order.
なお、これらの層は、一層の役割が1つの場合もあるし、2つ以上の役割を兼ねる場合もあり、例えば、電子輸送層56−4と発光層56−3cとを一つの層で兼ねることもできるものである。 Note that these layers may have a single role or may have two or more roles. For example, the electron transport layer 56-4 and the light emitting layer 56-3c may serve as one layer. It is also possible.
つまり、有機EL層56は、少なくとも、有機発光材料を含有する発光層56−3(発光層56−3a、56−3b、56−3c)を含む層であればよく、発光層56−3(発光層56−3a、56−3b、56−3c)のみから構成してもよいが、一般的には、発光層56−3以外の層が含まれるものである。こうした発光層56−3以外の層は、発光層56−3(発光層56−3a、56−3b、56−3c)の機能を損なわない限り、有機材料から構成されるものであっても無機材料から構成されるものであってもよい。
That is, the organic EL layer 56 may be a layer including at least a light emitting layer 56-3 (light emitting layers 56-3a, 56-3b, 56-3c) containing an organic light emitting material. The light emitting layers 56-3a, 56-3b, and 56-3c) may be configured only, but generally, layers other than the light emitting layer 56-3 are included. Such a layer other than the light emitting layer 56-3 is inorganic even if it is composed of an organic material as long as the function of the light emitting layer 56-3 (light emitting layers 56-3a, 56-3b, 56-3c) is not impaired. It may be composed of a material.
本実施の形態においては、有機EL層56をホール注入層56−1、ホール輸送層56−2、発光層56−3(発光層56−3a、56−3b、56−3c)、電子輸送層56−4、電子注入層56−5の5層から構成されるものとした。これらの層の中で最も重要な層は発光層56−3(発光層56−3a、56−3b、56−3c)であり、例えば、ホール注入層56−1や電子注入層56−5は省略することも可能である。また、電子輸送層56−4は発光層56−3を兼ねることもできる。 In the present embodiment, the organic EL layer 56 includes a hole injection layer 56-1, a hole transport layer 56-2, a light emitting layer 56-3 (light emitting layers 56-3a, 56-3b, 56-3c), and an electron transport layer. It was assumed to be composed of five layers 56-4 and an electron injection layer 56-5. Among these layers, the most important layer is the light emitting layer 56-3 (light emitting layers 56-3a, 56-3b, 56-3c). For example, the hole injection layer 56-1 and the electron injection layer 56-5 are It can be omitted. The electron transport layer 56-4 can also serve as the light emitting layer 56-3.
ここで、有機EL層56の各層を構成する材料は、特に限定されず、公知のものを用いることができる。 Here, the material which comprises each layer of the organic EL layer 56 is not specifically limited, A well-known thing can be used.
即ち、発光層56−3(つまり、発光層56−3a、56−3b、56−3cである。)を構成する材料としては、有機発光材料が用いられ、こうした有機発光材料としては、例えば、Ir(piq)3、DPAVB、ZnPBO、C545Tなどが挙げられる。 That is, as a material constituting the light emitting layer 56-3 (that is, the light emitting layers 56-3a, 56-3b, and 56-3c), an organic light emitting material is used. As such an organic light emitting material, for example, Ir (piq) 3 , DPAVB, ZnPBO, C545T, and the like can be given.
また、蛍光性色素化合物や燐光発光性材料を他の物質(ホスト材料)にドープしたものを用いてもよい。この場合には、ホスト材料としてはホール輸送層56−2を構成する材料や電子輸送層56−4を構成する材料あるいは専用のホスト材料を用いるようにする。
Moreover, you may use what doped the fluorescent pigment | dye compound and the phosphorescence-emitting material to another substance (host material). In this case, as the host material, a material constituting the hole transport layer 56-2, a material constituting the electron transport layer 56-4, or a dedicated host material is used.
ホール注入層56−1、ホール輸送層56−2ならびに電子輸送層56−4を構成する材料としては、それぞれ有機材料が一般的に用いられる。 As materials constituting the hole injection layer 56-1, the hole transport layer 56-2, and the electron transport layer 56-4, organic materials are generally used.
ホール注入層56−1を構成する材料としては、例えば、2−TNATAやHAT−CNなどの化合物が挙げられる。 Examples of the material constituting the hole injection layer 56-1 include compounds such as 2-TNATA and HAT-CN.
また、ホール輸送層56−2を構成する材料としては、例えば、NPD、CuPc、TPDなどの芳香族アミン化合物などが挙げられる。 Moreover, as a material which comprises the hole transport layer 56-2, aromatic amine compounds, such as NPD, CuPc, and TPD, etc. are mentioned, for example.
さらに、電子輸送層56−4を構成する材料としては、例えば、BND、PBDなどのオキサジオール系化合物、Alqなどの金属錯体系化合物などが挙げられる。 Furthermore, as a material which comprises the electron carrying layer 56-4, oxadiol type compounds, such as BND and PBD, metal complex type compounds, such as Alq, etc. are mentioned, for example.
さらにまた、電子注入層56−5を構成する材料としては、例えば、LiFなどが挙げられる。 Furthermore, examples of the material constituting the electron injection layer 56-5 include LiF.
こうした電子注入層56−5を電子輸送層56−4と陰極導電層58との間に設けると、仕事関数の差を少なくすることができ、陰極導電層58から電子輸送層56−4に電子が移行しやすくなる。 When such an electron injection layer 56-5 is provided between the electron transport layer 56-4 and the cathode conductive layer 58, a difference in work function can be reduced, and electrons are transferred from the cathode conductive layer 58 to the electron transport layer 56-4. Will be easier to migrate.
こうした有機EL層56の全体の厚さとしては、例えば、150〜500nmが好ましい。
The overall thickness of the organic EL layer 56 is preferably, for example, 150 to 500 nm.
また、陰極導電層58は、電源20の陰極と接続され、金属材料により構成されている。 The cathode conductive layer 58 is connected to the cathode of the power source 20 and is made of a metal material.
この金属材料としては、Ag、Agの含有率が10%以上の合金、AlまたはAlの含有率が10%以上の合金などが挙げられ、当該合金としては、例えば、Mg/Ag=10/90などのマグネシウム合金が挙げられ、こうしたマグネシウム合金を使用した場合、電子注入層56−5を設けなくても、電子注入効果を得ることが可能となる。 Examples of the metal material include Ag, an alloy having an Ag content of 10% or more, Al or an alloy having an Al content of 10% or more, and the alloy includes, for example, Mg / Ag = 10/90. When such a magnesium alloy is used, the electron injection effect can be obtained without providing the electron injection layer 56-5.
陰極導電層58の厚さとしては、空気側(つまり、陰極導電層58の上面であり、陰極導電層58の表面58a側である。)に光が透過しないように十分厚くすることが好ましく、例えば、100〜200nmが好ましい。
The thickness of the cathode conductive layer 58 is preferably sufficiently thick so that light does not transmit to the air side (that is, the upper surface of the cathode conductive layer 58 and the surface 58a side of the cathode conductive layer 58). For example, 100 to 200 nm is preferable.
また、基板52は、可視光を透過する透明体が用いられ、基板52を構成する材料としては、無機材料でも有機材料でもよく、それらの組み合わせてあってもよい。 The substrate 52 is made of a transparent material that transmits visible light. The material constituting the substrate 52 may be an inorganic material or an organic material, or a combination thereof.
具体的には、基板52を構成する無機材料として、石英ガラス、無アルカリガラス、ソーダライムガラスなどのアルカリガラス、白板ガラスなどの各種ガラス、マイカなどの透明無機鉱物などが挙げられる。また、基板52を構成する有機材料としては、シクロオレフィン系フィルム、ポリエステル系フィルムなどの樹脂フィルム、当該樹脂フィルム中にセルロースナノファイバーなどの微細繊維を混入した繊維強化プラスチック材料などが挙げられる。 Specifically, examples of the inorganic material constituting the substrate 52 include alkali glass such as quartz glass, alkali-free glass and soda lime glass, various glasses such as white plate glass, and transparent inorganic minerals such as mica. Examples of the organic material constituting the substrate 52 include resin films such as cycloolefin films and polyester films, and fiber reinforced plastic materials in which fine fibers such as cellulose nanofibers are mixed in the resin film.
この基板52の陽極導電層54が積層される側の表面52a(つまり、基板52の上面である。)には、複数の凸部52bを周期的に二次元に配列した二次元格子構造が設けられている。 A surface 52a on the side of the substrate 52 on which the anode conductive layer 54 is laminated (that is, the upper surface of the substrate 52) is provided with a two-dimensional lattice structure in which a plurality of convex portions 52b are periodically arranged in two dimensions. It has been.
このような二次元格子構造は、内部量子効率が低い、あるいは寿命の短い材料の発光スペクトルのピーク波長に対応した表面プラズモンの波長に合わせて形成される。 Such a two-dimensional lattice structure is formed in accordance with the surface plasmon wavelength corresponding to the peak wavelength of the emission spectrum of a material having a low internal quantum efficiency or a short lifetime.
そして、この二次元格子構造が形成された基板52上に陽極導電層54、有機EL層56、陰極導電層58が順次積層されることで、各層の表面(つまり、各層の上面であり、基板52が位置する側と反対の面である。)には、基板52の表面52aと同様の複数の凸部による二次元格子構造が形成されることとなる。 Then, the anode conductive layer 54, the organic EL layer 56, and the cathode conductive layer 58 are sequentially laminated on the substrate 52 on which the two-dimensional lattice structure is formed, so that the surface of each layer (that is, the upper surface of each layer is the substrate) On the surface opposite to the side where 52 is located), a two-dimensional lattice structure with a plurality of convex portions similar to the surface 52a of the substrate 52 is formed.
また、各層の裏面(つまり、各層の下面であり、基板52が位置する側の面である。)には、基板52の表面52aに形成された構造が反転した構造、即ち、複数の凹部が周期的に配列した構造、つまり、複数の凹部による二次元格子構造が形成されることとなる。 In addition, the back surface of each layer (that is, the lower surface of each layer and the surface on which the substrate 52 is located) has a structure in which the structure formed on the surface 52a of the substrate 52 is inverted, that is, a plurality of recesses. A periodically arranged structure, that is, a two-dimensional lattice structure with a plurality of recesses is formed.
具体的には、陰極導電層58について着目すると、陰極導電層58の裏面58c(つまり、陰極導電層58の下面であり、有機EL層56が位置する側の面である。)には、基板52の表面52aに形成された構造が反転した構造、即ち、複数の凹部58bが周期的に二次元に配列した構造、つまり、複数の凹部58bによる二次元格子構造が形成されることとなる。 Specifically, focusing on the cathode conductive layer 58, the back surface 58c of the cathode conductive layer 58 (that is, the lower surface of the cathode conductive layer 58 and the surface on which the organic EL layer 56 is located) is a substrate. Thus, a structure in which the structure formed on the surface 52a of 52 is inverted, that is, a structure in which the plurality of recesses 58b are periodically arranged in two dimensions, that is, a two-dimensional lattice structure with the plurality of recesses 58b is formed.
こうして二次元格子構造が設けられることで、陰極導電層58において励起される表面プラズモンが伝搬光として取り出される。 By providing the two-dimensional lattice structure in this manner, surface plasmons excited in the cathode conductive layer 58 are extracted as propagating light.
即ち、発光層56−3(発光層56−3a、56−3b、56−3c)で発光分子から発光する際には、ごく近傍に近接場光が発生するものであるが、この近接場光は、発光層56−3と陰極導電層58との距離が非常に近いため、陰極導電層58の表面58aおよび裏面58cで伝搬型の表面プラズモンに変換される。 That is, when the light emitting layer 56-3 (light emitting layers 56-3a, 56-3b, 56-3c) emits light from the light emitting molecule, near-field light is generated in the very vicinity. Since the distance between the light emitting layer 56-3 and the cathode conductive layer 58 is very short, the surface 58a and the back surface 58c of the cathode conductive layer 58 are converted into propagation type surface plasmons.
金属表面の伝搬型表面プラズモンは、入射した電磁波(近接場光など)により生じる自由電子の粗密波が表面電磁場を伴うものである。 Propagation-type surface plasmon on the surface of metal has a surface electromagnetic field accompanied by free-electron density waves generated by incident electromagnetic waves (such as near-field light).
平坦な金属表面に存在する表面プラズモンの場合、当該表面プラズモンの分散曲線と光(空間伝搬光)の分散曲線とは交差しないため、表面プラズモンのエネルギーを光として取り出すことができない。これに対し、金属表面に格子構造が形成されていると、当該格子構造によって回折された表面プラズモンの分散曲線が空間伝搬光の分散曲線と交差するようになり、表面プラズモンを輻射光として取り出すことができる。
In the case of a surface plasmon existing on a flat metal surface, the dispersion curve of the surface plasmon and the dispersion curve of light (spatial propagation light) do not intersect with each other, so that the energy of the surface plasmon cannot be extracted as light. On the other hand, when a lattice structure is formed on the metal surface, the dispersion curve of the surface plasmon diffracted by the lattice structure intersects with the dispersion curve of the spatial propagation light, and the surface plasmon is extracted as radiation light. Can do.
このように、内部量子効率が低い、あるいは寿命の短い材料の発光スペクトルの強度が強められた光を二次元格子構造を形成することで出射させることが可能であるため、内部量子効率が低い、あるいは、寿命の短い有機発光材料であっても過度な印加電圧を加える必要がなく、寿命を狭めることなく光取り出し効率を向上させることができる。 In this way, since the internal quantum efficiency is low or it is possible to emit light with enhanced emission spectrum intensity of a material having a short lifetime by forming a two-dimensional lattice structure, the internal quantum efficiency is low. Or even if it is an organic luminescent material with a short lifetime, it is not necessary to apply an excessive applied voltage, and can improve light extraction efficiency, without shortening a lifetime.
こうした二次元格子構造では、例えば、陰極導電層58に着目すると、裏面58c(つまり、陰極導電層58の下面である。)に形成された凹部58bが二次元に配列されることにより、一次元の場合(つまり、配列方向が一方向であることであり、例えば、複数の溝が一方向に並んで配置されたような構造である。)よりも光取り出し効率が高くなる。 In such a two-dimensional lattice structure, for example, when focusing on the cathode conductive layer 58, the recesses 58b formed on the back surface 58c (that is, the lower surface of the cathode conductive layer 58) are two-dimensionally arranged, so that one-dimensional. The light extraction efficiency is higher than in the case (that is, the arrangement direction is one direction, for example, a structure in which a plurality of grooves are arranged in one direction).
こうした二次元格子構造の好ましい具体例としては、正方格子構造や三角格子構造などが挙げられ、三角格子構造が特に好ましい。これは、配列方向が多い方が、回折光を得られる条件が多くなり、高効率で表面プラズモンを回折できるためである。
Preferable specific examples of such a two-dimensional lattice structure include a square lattice structure and a triangular lattice structure, and a triangular lattice structure is particularly preferable. This is because the more the arrangement direction, the more the conditions for obtaining the diffracted light, and the surface plasmon can be diffracted with high efficiency.
こうした二次元格子構造において三角格子構造を形成するには、粒子が二次元的な六方最密充填配置をとる粒子単層膜を形成し、当該粒子単層膜をエッチングマスクとしてドライエッチングを行うことにより、簡単に取得することができる。なお、こうした粒子単層膜による三角格子構造を形成する方法については、後述する。 In order to form a triangular lattice structure in such a two-dimensional lattice structure, a particle monolayer film in which particles are arranged in a two-dimensional hexagonal close-packed configuration is formed, and dry etching is performed using the particle monolayer film as an etching mask. Thus, it can be easily obtained. A method of forming a triangular lattice structure using such a particle single layer film will be described later.
凹部58bの深さD2としては、15nm≦D2≦180nmとし、30nm≦D2≦100nmが好ましく、D2<15nmあるいはD2>180nmであるときには、光取り出し効率の向上効果が不十分となってしまう。 The depth D2 of the recess 58b is 15 nm ≦ D2 ≦ 180 nm, preferably 30 nm ≦ D2 ≦ 100 nm. When D2 <15 nm or D2> 180 nm, the effect of improving the light extraction efficiency becomes insufficient.
上記した凹部58bの深さD2の範囲は、以下の理由に基づく。 The range of the depth D2 of the recess 58b described above is based on the following reason.
即ち、凹部58bの深さD2が15nm未満であると(つまり、D2<15nmのときである。)、二次元格子構造として十分な表面プラズモンの回折波を生成できなくなり、表面プラズモンを輻射光として取り出す効果が低下する。 That is, when the depth D2 of the recess 58b is less than 15 nm (that is, when D2 <15 nm), it is impossible to generate a sufficient surface plasmon diffracted wave as a two-dimensional lattice structure, and the surface plasmon is used as radiation light. The effect of taking out decreases.
また、凹部58bの深さD2が180nmを超えると(つまり、D2>180nmのときである。)、表面プラズモンが局在型の性質を持ち始め、伝搬型ではなくなってくるため、輻射光の取り出し効率が低下する。さらに、この場合には、有機発光ダイオード50の陽極導電層54、有機EL層56、陰極導電層58を順次積層する際に、凹凸が急峻であるため陽極導電層54と陰極導電層58とが短絡する可能が高くなってくるため好ましくない。 Further, when the depth D2 of the recess 58b exceeds 180 nm (that is, when D2> 180 nm), the surface plasmon starts to have a localized type property and is not a propagation type, so that radiation light can be extracted. Efficiency is reduced. Further, in this case, when the anode conductive layer 54, the organic EL layer 56, and the cathode conductive layer 58 of the organic light emitting diode 50 are sequentially laminated, the anode conductive layer 54 and the cathode conductive layer 58 are formed because the irregularities are steep. This is not preferable because the possibility of a short circuit is increased.
凹部58bの深さD2は、基板52の表面52aに形成された凸部52bの高さH2と同じとなっているため、凸部52bの高さをAFMにより測定することで間接的に定量することができる。 Since the depth D2 of the concave portion 58b is the same as the height H2 of the convex portion 52b formed on the surface 52a of the substrate 52, it is indirectly quantified by measuring the height of the convex portion 52b by AFM. be able to.
例えば、まず、二次元格子構造内の無作為に選択された5μm×5μmの領域1カ所についてAFM像を取得し、次に、取得したAFM像の対角線方向に線を引き、この線と交わった凸部52bの最大高さをそれぞれ単独に算出する。その後、算出した凸部52bの高さの平均値を算出する。こうした処理を無作為に選択された合計25カ所の5μm×5μmの領域について同様に実行し、各領域における凸部52bの平均値を算出し、得られた25カ所の領域における平均値をさらに平均した値を凸部52bの高さとする。 For example, first, an AFM image was acquired for one randomly selected 5 μm × 5 μm region in a two-dimensional lattice structure, and then a line was drawn in the diagonal direction of the acquired AFM image, and intersected with this line The maximum height of the convex part 52b is calculated independently. Thereafter, an average value of the calculated heights of the convex portions 52b is calculated. These processes are similarly executed for a total of 25 randomly selected 5 μm × 5 μm regions, and the average value of the convex portions 52b in each region is calculated, and the average values in the obtained 25 regions are further averaged. The obtained value is defined as the height of the convex portion 52b.
この凸部52bの形状は、特に限定されず、例えば、円柱形状、円錐形状、円錐台形状、正弦波形状、ドーム形状あるいは、それらを基本とした派生形状などが挙げられる。
The shape of the convex portion 52b is not particularly limited, and examples thereof include a columnar shape, a cone shape, a truncated cone shape, a sine wave shape, a dome shape, and a derivative shape based on them.
次に、有機発光ダイオード50の製造方法について説明する。この有機発光ダイオード50の製造方法は、特に限定されるものではないが、好ましくは、表面52aに複数の凸部52bが二次元格子構造で形成された基板52の当該表面52a上に、陽極導電層54と、有機EL層56(ホール注入層56−1、ホール輸送層56−2、発光層56−3(発光層56−3a、56−3b、56−3c)、電子輸送層56−4、電子注入層56−5)と、陰極導電層58とを順次積層する。 Next, a method for manufacturing the organic light emitting diode 50 will be described. The method for manufacturing the organic light emitting diode 50 is not particularly limited. Preferably, the organic light emitting diode 50 is anode-conductive on the surface 52a of the substrate 52 having a plurality of convex portions 52b formed on the surface 52a in a two-dimensional lattice structure. Layer 54, organic EL layer 56 (hole injection layer 56-1, hole transport layer 56-2, light emitting layer 56-3 (light emitting layers 56-3a, 56-3b, 56-3c), electron transport layer 56-4. The electron injection layer 56-5) and the cathode conductive layer 58 are sequentially stacked.
この場合、陰極導電層58の裏面58cに形成された複数の凹部58bによる二次元格子構造は、基板52の表面52aに形成された複数の凸部52bによる二次元格子構造に対応したものとなる(図2(a)(b)を参照する。)。 In this case, the two-dimensional lattice structure formed by the plurality of concave portions 58b formed on the back surface 58c of the cathode conductive layer 58 corresponds to the two-dimensional lattice structure formed by the plurality of convex portions 52b formed on the front surface 52a of the substrate 52. (See FIGS. 2A and 2B).
即ち、陰極導電層58の裏面58cに形成された複数の凹部58bにおける隣り合う凹部58b間の中心間距離P3(以下、「隣り合う凹部58b間の中心間距離P3」を、「凹部58bの中心間距離P3」と称することとする。)は、基板52の表面52aに形成された複数の凸部52bにおける隣り合う凸部52b間の中心間距離P4(以下、「隣り合う凸部52b間の中心間距離P4」を、「凸部52bの中心間距離P4」と称することとする。)と一致し、凹部58bの深さD2は凸部52bの高さH2と一致するものとなる。 That is, the center-to-center distance P3 between adjacent recesses 58b in the plurality of recesses 58b formed on the back surface 58c of the cathode conductive layer 58 (hereinafter referred to as “center-to-center distance P3 between adjacent recesses 58b” is referred to as “center of the recess 58b”). The inter-center distance P4 between the adjacent convex portions 52b of the plurality of convex portions 52b formed on the surface 52a of the substrate 52 (hereinafter referred to as “between adjacent convex portions 52b”). The center-to-center distance P4 "is referred to as" the center-to-center distance P4 of the convex portion 52b "), and the depth D2 of the concave portion 58b is equal to the height H2 of the convex portion 52b.
このため、基板52の表面52aに形成された凸部52bの中心間距離P4および凸部52bの高さH2をそれぞれ測定することで、陰極導電層58の裏面58cに形成された凹部58bの中心間距離P3および凹部58bの深さD2を測定することができる。 Therefore, the center P4 of the concave portion 58b formed on the back surface 58c of the cathode conductive layer 58 is measured by measuring the distance P4 between the centers of the convex portions 52b formed on the front surface 52a of the substrate 52 and the height H2 of the convex portions 52b. The distance P3 and the depth D2 of the recess 58b can be measured.
なお、こうした凹部58bの中心間距離P3は、凸部52bの中心間距離P4をレーザー回折法で測定することにより間接的に測定することができ、また、凹部58bの深さD2は、凸部52bの高さH2をAFMにより測定することにより間接的に測定することができる。 The center-to-center distance P3 of the concave portion 58b can be indirectly measured by measuring the center-to-center distance P4 of the convex portion 52b by a laser diffraction method, and the depth D2 of the concave portion 58b is The height H2 of 52b can be indirectly measured by measuring with the AFM.
以下、有機発光ダイオード50の製造方法について詳細に説明することとする。
Hereinafter, the manufacturing method of the organic light emitting diode 50 will be described in detail.
まず、基板52の表面52aに形成された複数の凸部52bによる二次元格子構造の作製方法には、例えば、電子ビームリソグラフィー、機械式切削加工、レーザー加工、二光束干渉露光、縮小露光などを用いることができる。また、原版を先に作製しておけば、ナノインプリント法による微細構造の転写・複製も可能である。 First, a method for producing a two-dimensional lattice structure using a plurality of convex portions 52b formed on the surface 52a of the substrate 52 includes, for example, electron beam lithography, mechanical cutting, laser processing, two-beam interference exposure, reduced exposure, and the like. Can be used. In addition, if the original plate is prepared in advance, the fine structure can be transferred and duplicated by the nanoimprint method.
こうした手法のうち、二光束干渉露光およびナノインプリント法以外の手法は、大面積の周期格子構造を作製するのに適さないため、工業的な利用面において面積の制約を受ける。 Among these methods, methods other than the two-beam interference exposure and the nanoimprint method are not suitable for manufacturing a large-area periodic grating structure, and thus are limited in terms of industrial use.
また、二光束干渉露光は、ある程度の小面積は作製可能であるが、一辺が数cm以上の大面積の場合には、光学セットアップ全体に対する振動、風、熱収縮、膨張、空気の揺らぎ、波長変動などの様々な外乱要因が影響して、均一で正確な周期格子構造を作製することは極めて困難である。 In addition, two-beam interference exposure can produce a small area to some extent, but in the case of a large area with a side of several centimeters or more, vibration, wind, thermal contraction, expansion, air fluctuation, wavelength for the entire optical setup It is extremely difficult to produce a uniform and accurate periodic grating structure due to various disturbance factors such as fluctuations.
そこで、有機発光ダイオード50における基板52の表面52aに形成された複数の凸部52bによる二次元格子構造の作製方法としては、上記した有機発光ダイオード10に複数の凸部12bを二次元格子構造で形成する際に用いた、粒子単層膜を用いたエッチング方法が好ましい。 Therefore, as a method for producing a two-dimensional lattice structure with a plurality of convex portions 52b formed on the surface 52a of the substrate 52 in the organic light emitting diode 50, the plurality of convex portions 12b are formed on the organic light emitting diode 10 with a two-dimensional lattice structure. An etching method using a particle monolayer film used for forming is preferable.
なお、この粒子単層膜を用いたエッチング方法については、上記において説明しているため、その詳細な処理内容については省略することとする。 In addition, since the etching method using this particle single layer film has been described above, the detailed processing content thereof will be omitted.
そして、粒子単層膜を用いたエッチング方法により、基板52の表面52aに複数の凸部52bにより二次元格子構造を作製した後には、基板52の表面52a上に、陽極導電層54を積層し、陽極導電層54の表面54a上にホール注入層56−1、ホール輸送層56−2、発光層56−3(発光層56−3a、56−3b、56−3c)、電子輸送層56−4、電子注入層56−5を順次積層して有機EL層56を形成し、電子注入層56−5の表面56−5a上に陰極導電層58を積層することで、有機発光ダイオード50を取得することができる。 Then, after a two-dimensional lattice structure is formed on the surface 52a of the substrate 52 by a plurality of convex portions 52b by an etching method using a particle single layer film, an anode conductive layer 54 is laminated on the surface 52a of the substrate 52. On the surface 54a of the anode conductive layer 54, a hole injection layer 56-1, a hole transport layer 56-2, a light emitting layer 56-3 (light emitting layers 56-3a, 56-3b, 56-3c), an electron transport layer 56- 4. The organic EL layer 56 is formed by sequentially stacking the electron injection layer 56-5, and the cathode conductive layer 58 is stacked on the surface 56-5a of the electron injection layer 56-5, thereby obtaining the organic light emitting diode 50. can do.
これらの各層の積層方法は、特に限定されず、一般的な有機発光ダイオードの製造に用いられている公知の技術を利用することができる。 The lamination method of each of these layers is not particularly limited, and a known technique used for manufacturing a general organic light emitting diode can be used.
例えば、陽極導電層54はスパッタリング法、真空蒸着法などによって形成することができる。また、ホール注入層56−1、ホール輸送層56−2、発光層56−3(発光層56−3a、56−3b、56−3c)、電子輸送層56−4、電子注入層56−5および陰極導電層58はそれぞれ、真空蒸着法によって形成することができる。 For example, the anode conductive layer 54 can be formed by a sputtering method, a vacuum evaporation method, or the like. In addition, a hole injection layer 56-1, a hole transport layer 56-2, a light emitting layer 56-3 (light emitting layers 56-3a, 56-3b, and 56-3c), an electron transport layer 56-4, and an electron injection layer 56-5. Each of the cathode conductive layer 58 and the cathode conductive layer 58 can be formed by a vacuum deposition method.
これら各層の厚さは非常に薄いため、上記のようにして各層を順次積層することで、基板52の表面52aにおける複数の凸部52bによる二次元格子構造が陰極導電層58まで反映され、陽極導電層54、有機EL層56および陰極導電層58において、基板52の表面52aに形成された複数の凸部52bによる二次元格子構造に対応した複数の凸部または凹部による二次元格子構造が形成されることとなる。
Since the thickness of each of these layers is very thin, by sequentially laminating each layer as described above, the two-dimensional lattice structure by the plurality of convex portions 52b on the surface 52a of the substrate 52 is reflected to the cathode conductive layer 58, and the anode In the conductive layer 54, the organic EL layer 56, and the cathode conductive layer 58, a two-dimensional lattice structure is formed by a plurality of convex portions or concave portions corresponding to the two-dimensional lattice structure by the plurality of convex portions 52b formed on the surface 52a of the substrate 52. Will be.
次に、上記した製造方法に基づいて、有機発光ダイオード50を作製する場合について、具体例を挙げて説明する。 Next, the case where the organic light emitting diode 50 is manufactured based on the above-described manufacturing method will be described with a specific example.
作製する有機発光ダイオード50としては、基板/IZO[膜厚100nm]/HAT−CN[膜厚30nm]/T400[膜厚50nm]/MDP3FL@ADN(7%)[膜厚10nm]/C545T@Alq3(1%)[膜厚2nm]/Ir(piq)3@CBP(8.5%)[膜厚10nm]/E913[膜厚30nm]/LiF[膜厚0.8nm]/Al[膜厚150nm]とする。 As the organic light emitting diode 50 to be manufactured, substrate / IZO [film thickness 100 nm] / HAT-CN [film thickness 30 nm] / T400 [film thickness 50 nm] / MDP3FL @ ADN (7%) [film thickness 10 nm] / C545T @ Alq 3 (1%) [film thickness 2 nm] / Ir (piq) 3 @CBP (8.5%) [film thickness 10 nm] / E913 [film thickness 30 nm] / LiF [film thickness 0.8 nm] / Al [film thickness] 150 nm].
即ち、この有機発光ダイオード50は、石英ガラスにより形成された基板52と、IZOにより形成された厚さ100nmの陽極導電層54と、HAT−CNにより形成された厚さ30nmのホール注入層56−1と、T400により形成された厚さ50nmのホール輸送層56−2と、MDP3FLを7%ドープしたADNにより形成された厚さ10nmの発光層56−3aと、C545Tを1%ドープしたAlq3により形成された厚さ2nmの発光層56−3bと、CBPを8.5%ドープしたIr(piq)3により形成された厚さ10nmの発光層56−3cと、E913により形成された厚さ30nmの電子輸送層56−4と、LiFにより形成された厚さ0.8nmの電子注入層56−5と、Alにより形成された厚さ150nmの陰極導電層58とにより構成されている。 That is, the organic light emitting diode 50 includes a substrate 52 made of quartz glass, a 100 nm thick anode conductive layer 54 made of IZO, and a 30 nm thick hole injection layer 56-made of HAT-CN. 1, a 50 nm thick hole transport layer 56-2 formed by T400, a 10 nm thick light emitting layer 56-3a formed by ADN doped with 7% MDP3FL, and C545T 1% doped Alq 3 The light emitting layer 56-3b having a thickness of 2 nm formed by the above, the light emitting layer 56-3c having a thickness of 10 nm formed by Ir (piq) 3 doped with 8.5% CBP, and the thickness formed by E913 A 30 nm electron transport layer 56-4, a 0.8 nm thick electron injection layer 56-5 formed of LiF, and a thickness 15 of Al. It is constituted by the cathode conductive layer 58 nm.
そして、内部量子効率および有機発光材料の寿命が他の有機発光材料に劣るため、増強したい発光スペクトルのピーク波長値λ1は630nmとする。
Since the internal quantum efficiency and the lifetime of the organic light emitting material are inferior to those of other organic light emitting materials, the peak wavelength value λ 1 of the emission spectrum to be enhanced is set to 630 nm.
この有機発光ダイオード50を作製するために、まず、基板52の表面52aに複数の凸部52bによる二次元格子構造を作製する際に必要となる粒子単層膜を形成する粒子の粒径を算出する。 In order to fabricate the organic light emitting diode 50, first, the particle size of the particles that form the particle monolayer film required when creating a two-dimensional lattice structure with a plurality of convex portions 52b on the surface 52a of the substrate 52 is calculated. To do.
即ち、有機発光ダイオード50において、陰極導電層58の厚さを無限大と仮定したときのエネルギー散逸の強度を上記した(7)式、(8)式、(9)式によって求める。 That is, in the organic light emitting diode 50, the intensity of energy dissipation when the thickness of the cathode conductive layer 58 is assumed to be infinite is obtained by the above-described equations (7), (8), and (9).
ここでは、陰極導電層58の裏面58cに生じる表面プラズモンのエネルギーを伝搬光として取り出すときの粒子単層膜を形成する粒子の粒径を算出することとする。 Here, the particle diameter of the particles forming the particle single layer film when the surface plasmon energy generated on the back surface 58c of the cathode conductive layer 58 is extracted as propagating light is calculated.
上記した(7)式、(8)式、(9)式において、波数の大きい方から1つ目のモード(ピーク)が陰極導電層58の裏面58cに生じる表面プラズモンのエネルギー散逸強度であるため、このピークを与える面内波数k||を求める。 In the above equations (7), (8), and (9), the first mode (peak) from the larger wave number is the energy dissipation intensity of the surface plasmon generated on the back surface 58c of the cathode conductive layer 58. Then, the in-plane wave number k ||
また、双極子の位置は陰極導電層58の裏面58cから35nm(即ち、発光層56−3cで上方側界面と下方側界面までの距離が等距離な位置である。)とする。 The position of the dipole is 35 nm from the back surface 58c of the cathode conductive layer 58 (that is, the distance from the upper interface to the lower interface in the light emitting layer 56-3c is equal).
ただし、LiF層は非常に薄いので計算においてはその厚さを「0」とした。また、Al層の膜厚は無限大とした。 However, since the LiF layer is very thin, the thickness was set to “0” in the calculation. The thickness of the Al layer was infinite.
なお、上記した通常の多層薄膜の反射係数を求める式としては、上記した非特許文献を参照する。 Note that the above-mentioned non-patent literature is referred to as a formula for obtaining the reflection coefficient of the above-described ordinary multilayer thin film.
そして、上記した(9)式をk||を変数とする関数として計算すると、図8に示すような結果が得られる。 When the above equation (9) is calculated as a function having k || as a variable, a result as shown in FIG. 8 is obtained.
図8において、面内波数の大きい方から1つ目のモード(つまり、ピークRである。)、つまり、表面プラズモンへのエネルギー散逸ピークを与える面内波数k||は17.8μm−1となっている。この値を上記した(10)式に代入すると、この波数に対応する微細構造(つまり、二次元格子構造のことである。)を作製するための粒子の粒径Dは、407nmと算出された。 In FIG. 8, the first mode (that is, the peak R) from the one with the larger in-plane wave number, that is, the in-plane wave number k || that gives the energy dissipation peak to the surface plasmon is 17.8 μm −1 . It has become. By substituting this value into the above equation (10), the particle diameter D of the particle for producing a fine structure (that is, a two-dimensional lattice structure) corresponding to this wave number was calculated to be 407 nm. .
なお、この具体例においては、粒子単層膜を用いたエッチング方法について説明するため、上記(10)式を用いて粒子単層膜を形成する粒子の粒径を算出するようにしているが、粒子単層膜を用いたエッチング方法以外の方法により有機発光ダイオード50を作製する場合には、上記した(10)式あるいは(11)式を用いて格子ピッチPを算出し(なお、格子ピッチPは、(1)式に示す範囲の値である。)、算出した格子ピッチPとなるようにして各種条件を調整して作製すればよい。
In this specific example, in order to explain the etching method using the particle monolayer film, the particle diameter of the particles forming the particle monolayer film is calculated using the above equation (10). When the organic light emitting diode 50 is manufactured by a method other than the etching method using the particle monolayer film, the lattice pitch P is calculated using the above-described equation (10) or (11) (note that the lattice pitch P Is a value in the range shown in the equation (1)), and may be prepared by adjusting various conditions so that the calculated lattice pitch P is obtained.
上記した(10)式で算出した粒子の粒径Dの値に基づいて、平均粒径が398.7nmで、粒径の変動係数が4.0%であるコロイダルシリカの5.0質量%水分散体(分散液)を作製した。なお、平均粒径および粒子の変動係数は、Malvern Instruments Ltd製のZetasizer Nano−ZSによる粒子動的光散乱法で求めた粒度分布をガウス曲線にフィッティングさせて得られるピークから算出した。 Based on the value of the particle diameter D of the particle calculated by the above formula (10), 5.0 mass% water of colloidal silica having an average particle diameter of 398.7 nm and a particle diameter variation coefficient of 4.0%. A dispersion (dispersion) was prepared. The average particle diameter and the coefficient of variation of the particle were calculated from a peak obtained by fitting a particle size distribution obtained by a particle dynamic light scattering method using Zetasizer Nano-ZS manufactured by Malvern Instruments Ltd. to a Gaussian curve.
次に、作製した分散液中のコロイダルシリカの表面を疎水化処理するために、当該分散液に濃度1.0質量%のフェニルトリエトキシシランの加水分解物を含む水溶液を加え、約40°で3時間反応させた。この際、フェニルトリエトキシシランの質量がコロイダルシリカ粒子の質量の0.015倍となるように分散液と当該水溶液とを混合した。 Next, in order to hydrophobize the surface of the colloidal silica in the prepared dispersion, an aqueous solution containing a hydrolyzate of phenyltriethoxysilane having a concentration of 1.0% by mass is added to the dispersion, and about 40 °. The reaction was performed for 3 hours. At this time, the dispersion and the aqueous solution were mixed so that the mass of phenyltriethoxysilane was 0.015 times the mass of the colloidal silica particles.
そして、反応終了後の分散液に、当該分散液の5倍の体積のメチルイソブチルケトンを加えて撹拌して、疎水化されたコロイダルシリカを油相抽出した。
Then, methyl isobutyl ketone having a volume five times that of the dispersion was added to the dispersion after the reaction and stirred to extract the hydrophobized colloidal silica in the oil phase.
こうして得られた濃度1.05質量%の疎水化コロイダルシリカ分散液を粒子単層膜の表面圧を計測する表面圧センサーと、粒子単層膜を液面に沿う方向に圧縮する可動バリアとを備えた水槽(LBトラフ装置)中に貯留された液面(下層液として水を使用し、水温は26.5℃とした。)に滴下速度0.01ml/秒で滴下した。なお、水槽に貯留された下層水には、予め有機発光ダイオード50の基板52として用いるための透明の石英基板(30mm×30mm×1.0mm、両面鏡面研磨処理済)を略鉛直方向に浸漬している。 A hydrophobized colloidal silica dispersion liquid having a concentration of 1.05% by mass obtained in this manner includes a surface pressure sensor for measuring the surface pressure of the particle monolayer film, and a movable barrier for compressing the particle monolayer film in a direction along the liquid surface. It dropped at a drop rate of 0.01 ml / second onto the liquid surface (water was used as the lower layer liquid and the water temperature was 26.5 ° C.) stored in the water tank (LB trough device) provided. In the lower layer water stored in the water tank, a transparent quartz substrate (30 mm × 30 mm × 1.0 mm, double-sided mirror polished) to be used as the substrate 52 of the organic light emitting diode 50 in advance is immersed in a substantially vertical direction. ing.
疎水化コロイダルシリカ分散液を下層水の液面に滴下し始めた時点から、下層水中から液面に向けて、出力100W、周波数1500kHzの条件で超音波を10分間照射することにより、疎水化したコロイダルシリカ粒子が二次元的に最密充填するのを促すとともに、当該分散中の有機溶剤であるメチルイソブチルケトンを揮発させて、当該下層水の液面に粒子単層膜を形成した。 From the time when the hydrophobized colloidal silica dispersion liquid started dripping onto the surface of the lower layer water, it was made hydrophobic by irradiating with ultrasonic waves for 10 minutes from the lower layer water toward the liquid surface under the conditions of an output of 100 W and a frequency of 1500 kHz. The colloidal silica particles were promoted to be two-dimensionally closely packed, and methyl isobutyl ketone, which is the organic solvent in the dispersion, was volatilized to form a particle monolayer film on the liquid surface of the lower layer water.
その後、形成した粒子単層膜を可動バリアにより拡散圧が22〜30mNm−1になるまで圧縮し、基板52を3mm/分の速度で引き上げて、基板52の一方の面に当該粒子単層膜を移し取った。なお、基板52の一方の面とは、二次元格子構造を形成しようとする面のことである。
Thereafter, the formed particle monolayer film is compressed by a movable barrier until the diffusion pressure becomes 22 to 30 mNm −1 , the substrate 52 is pulled up at a speed of 3 mm / min, and the particle monolayer film is formed on one surface of the substrate 52. Removed. Note that one surface of the substrate 52 is a surface on which a two-dimensional lattice structure is to be formed.
次に、基板52の一方の面上に移し取った粒子単層膜の当該一方の面への固定処理として、粒子単層膜を移し取った基板52の一方の面上にバインダーとして0.15質量%のモノメチルトリメトキシシランの加水分解液を浸透させ、その後、当該加水分解液の余剰分をスピンコーター(3000rpm)で1分間処理して除去した。そして、加水分解液の余剰分を除去した基板52を100℃で10分間加熱してバインダーを反応させ、コロイダルシリカ粒子からなる粒子単層膜が形成された基板52を取得した。 Next, as a fixing process of the particle monolayer film transferred onto one surface of the substrate 52 to the one surface, 0.15 as a binder on one surface of the substrate 52 from which the particle monolayer film has been transferred. A hydrolyzate of mass% monomethyltrimethoxysilane was infiltrated, and then the excess of the hydrolyzate was removed by treatment with a spin coater (3000 rpm) for 1 minute. And the board | substrate 52 from which the excess part of the hydrolysis liquid was removed was heated at 100 degreeC for 10 minute (s), the binder was made to react, and the board | substrate 52 with which the particle | grain single layer film which consists of colloidal silica particles was formed was acquired.
こうして粒子単層膜が形成された基板52を取得すると、次に、当該基板52に対してCHF3ガスによりドライエッチング処理を行った。 When the substrate 52 on which the particle monolayer film was formed was obtained in this way, next, the substrate 52 was dry-etched with CHF 3 gas.
このドライエッチング処理の条件は、アンテナパワー1500W、バイアスパワー50〜300W(13.56MHz)、ガス流量50〜200sccmとした。
The conditions for this dry etching process were an antenna power of 1500 W, a bias power of 50 to 300 W (13.56 MHz), and a gas flow rate of 50 to 200 sccm.
ドライエッチング処理を行った後の基板52の一方の面をAFMで観察したところ、断面形状が円錐台形形状であり(図6(b)を参照する。)、平面配置は凸部が三角格子状に配列した微細構造が形成されていた(図6(a)を参照する。)。 When one surface of the substrate 52 after the dry etching process is observed with an AFM, the cross-sectional shape is a truncated cone shape (see FIG. 6B), and the planar arrangement is a triangular lattice shape. A fine structure arranged in a row was formed (see FIG. 6A).
このようにして、基板52の一方の面に形成された微細構造における凸部の中心間距離p’(格子定数)をAFMにより測定したところ、3回の試験の平均値で、413.5nmであった。 Thus, when the center distance p ′ (lattice constant) of the convex portion in the fine structure formed on one surface of the substrate 52 was measured by AFM, the average value of three tests was 413.5 nm. there were.
また、AFM像から無作為に選択された25カ所の5μm×5μmの領域における当該微細構造の凸部の平均値を算出し、当該25カ所のそれぞれの平均値をさらに平均することにより求めた当該微細構造における凸部の平均高さhは、45.1nmであった。 Further, the average value of the convex portions of the fine structure in the 25 μm × 5 μm regions randomly selected from the AFM image was calculated, and the average value of each of the 25 locations was further averaged. The average height h of the convex portions in the fine structure was 45.1 nm.
さらに、上記した(13)式を用いて算出した結果、配列のずれSは3.7%であった。 Furthermore, as a result of calculation using the above-described equation (13), the displacement S of the sequence was 3.7%.
さらにまた、平均高さhと中心間距離p’の平均値との比(平均高さh/中心間距離p’)は0.109であった。
Furthermore, the ratio of the average height h to the average value of the center distance p ′ (average height h / center distance p ′) was 0.109.
その後、微細構造が形成された基板52の一方の面に、陽極導電層54としてIZOを100nmの厚さでスパッタリング法により成膜し、ホール注入層56−1としてHAT−CNを30nmの厚さで蒸着法によって成膜した。 Thereafter, on one surface of the substrate 52 on which the fine structure is formed, IZO is deposited as the anode conductive layer 54 with a thickness of 100 nm by a sputtering method, and HAT-CN is deposited as the hole injection layer 56-1 with a thickness of 30 nm. The film was formed by vapor deposition.
次にホール注入層56−1上に、ホール輸送層56−2としてT400を50nmの厚さで蒸着法によって成膜し、その後、ホール輸送層56−2上にMDP3FLを7%ドープしたADNにより形成された厚さ10nmの発光層56−3aと、C545Tを1%ドープしたAlq3により形成された厚さ2nmの発光層56−3bと、CBPを8.5%ドープしたIr(piq)3により形成された厚さ10nmの発光層56−3cとを蒸着法によって成膜した。 Next, a T400 film having a thickness of 50 nm is deposited on the hole injection layer 56-1 by a vapor deposition method as a hole transport layer 56-2, and then ADN doped with 7% MDP3FL on the hole transport layer 56-2. The formed light emitting layer 56-3a having a thickness of 10 nm, the light emitting layer 56-3b having a thickness of 2 nm formed of Alq 3 doped with 1% of C545T, and Ir (piq) 3 doped with 8.5% of CBP. The light emitting layer 56-3c having a thickness of 10 nm formed by the above method was formed by vapor deposition.
さらに、発光層56−3c上に、E913により形成された厚さ30nmの電子輸送層56−4と、LiFにより形成された厚さ0.8nmの電子注入層56−5と、Alにより形成された150nmの陰極導電層58を蒸着法によって順次成膜して、有機発光ダイオード50を作製した。 Further, on the light emitting layer 56-3c, an electron transport layer 56-4 having a thickness of 30 nm formed by E913, an electron injection layer 56-5 having a thickness of 0.8 nm formed by LiF, and Al are formed. In addition, a 150 nm cathode conductive layer 58 was sequentially formed by vapor deposition to produce an organic light emitting diode 50.
なお、蒸着およびスパッタリングの際にマスクを使用することにより、発光エリアは2×2mmに作製した。
In addition, the light emission area was produced in 2 * 2 mm by using a mask in the case of vapor deposition and sputtering.
次に、図9を参照しながら、本発明による有機発光ダイオードの第4の実施の形態について説明する。 Next, a fourth embodiment of the organic light emitting diode according to the present invention will be described with reference to FIG.
図9には、本発明の第4の実施の形態による有機発光ダイオードの概略構成説明図が示されている。 FIG. 9 is a schematic structural explanatory diagram of an organic light emitting diode according to a fourth embodiment of the present invention.
この図9に示す有機発光ダイオード60に関する説明においては、説明の便宜上、有機発光ダイオード60を構成する各層の高さ方向における上方側の表面を上面と適宜に称し、各層の高さ方向における下方側の表面を下面と適宜に称する。 In the description of the organic light emitting diode 60 shown in FIG. 9, for convenience of explanation, the upper surface in the height direction of each layer constituting the organic light emitting diode 60 is appropriately referred to as the upper surface, and the lower side in the height direction of each layer. The surface of is appropriately referred to as the lower surface.
また、以下の説明においては、本発明を用いるものである限り、必ずしも対象とする有機発光ダイオードの構造および方式を限定するものではない。
Further, in the following description, as long as the present invention is used, the structure and method of the target organic light emitting diode are not necessarily limited.
図9に示す有機発光ダイオード60は、一般に3波長型の陽極トップエミッション型と称されるタイプの有機発光ダイオードであり、基板62上に陰極導電層64と有機EL層66と陽極導電層68とが順次積層されている。 An organic light emitting diode 60 shown in FIG. 9 is an organic light emitting diode of a type generally referred to as a three-wavelength type anode top emission type. A cathode conductive layer 64, an organic EL layer 66, an anode conductive layer 68, and the like are formed on a substrate 62. Are sequentially stacked.
そして、陰極導電層64と陽極導電層68とには、電源20により電圧を印加することができるようになされている。 A voltage can be applied to the cathode conductive layer 64 and the anode conductive layer 68 by the power supply 20.
この有機発光ダイオード60においては、陰極導電層64と陽極導電層68とに電圧を印加すると、陽極導電層68から有機EL層66中の発光層66−3(後述する。)にホールが注入されるとともに、陰極導電層64から有機EL層66中の発光層66−3(後述する。)に電子が注入され、陽極導電層68側から有機EL層66で発生した光が取り出されるようになる。 In this organic light emitting diode 60, when a voltage is applied to the cathode conductive layer 64 and the anode conductive layer 68, holes are injected from the anode conductive layer 68 into a light emitting layer 66-3 (described later) in the organic EL layer 66. In addition, electrons are injected from the cathode conductive layer 64 into the light emitting layer 66-3 (described later) in the organic EL layer 66, and light generated in the organic EL layer 66 is extracted from the anode conductive layer 68 side. .
なお、本発明による第4の実施の形態の有機発光ダイオード60は、3波長型の陽極トップエミッション型と称される有機発光ダイオードであり、発光層66−3は3つの有機発光材料が層(発光層66−3a、発光層66−3b、発光層66−3cであり、その詳細は後述する。)を形成して構成される。以降、まとめて発光層66−3と説明して差し障りのない場合は、上記3層を発光層66−3として記載する。
The organic light emitting diode 60 according to the fourth embodiment of the present invention is an organic light emitting diode called a three-wavelength anode top emission type, and the light emitting layer 66-3 includes three organic light emitting materials ( A light emitting layer 66-3a, a light emitting layer 66-3b, and a light emitting layer 66-3c, the details of which will be described later). Hereinafter, when the light emitting layer 66-3 is collectively described and there is no problem, the above three layers are described as the light emitting layer 66-3.
陰極導電層64は、電源20の陰極と接続され、金属材料により構成されている。 The cathode conductive layer 64 is connected to the cathode of the power source 20 and is made of a metal material.
この金属材料としては、Ag、Agの含有量が10%以上の合金、AlまたはAlの含有量が10%以上の合金からなり、当該合金としては、例えば、上記したMg/Ag=10/90などのマグネシウム合金が挙げられる。 The metal material is composed of Ag, an alloy having an Ag content of 10% or more, Al or an alloy having an Al content of 10% or more. Examples of the alloy include the above-described Mg / Ag = 10/90. And magnesium alloys.
陰極導電層64の厚さとしては、有機EL層からの光を反射して基板62から当該光が取り出されないように十分厚くすることが好ましく、例えば、100〜200nmが好ましい。
The thickness of the cathode conductive layer 64 is preferably sufficiently thick so that the light from the organic EL layer is reflected and the light is not extracted from the substrate 62, and is preferably 100 to 200 nm, for example.
また、有機EL層66は、上記した有機発光ダイオード10における有機EL層16と同様に、電源20からホールが注入されるホール注入層66−1と、ホール注入層66−1において注入されたホールを後述する発光層66−3に輸送するとともに、当該発光層66−3からの電子を遮断するホール輸送層66−2と、互いに異なる波長の光を発光する複数の有機発光材料を含有するとともに、ホール輸送層66−2から輸送されたホールと後述する電子輸送層66−4から輸送された電子とが結合して発光する発光層66−3と、後述する電子注入層66−5において注入された電子を発光層66−3に輸送するとともに、当該発光層66−3からのホールを遮断する電子輸送層66−4と、電源20から電子が注入される電子注入層66−5とにより構成されている。 Similarly to the organic EL layer 16 in the organic light emitting diode 10 described above, the organic EL layer 66 includes a hole injection layer 66-1 into which holes are injected from the power supply 20, and a hole injected into the hole injection layer 66-1. A hole transport layer 66-2 that blocks electrons from the light emitting layer 66-3, and a plurality of organic light emitting materials that emit light having different wavelengths. A light emitting layer 66-3 that emits light by combining holes transported from the hole transport layer 66-2 and electrons transported from the electron transport layer 66-4 described later, and injection in an electron injection layer 66-5 described later An electron transport layer 66-4 for transporting the emitted electrons to the light emitting layer 66-3 and blocking holes from the light emitting layer 66-3, and an electron injection layer for injecting electrons from the power source 20 6-5 is composed of a.
なお、発光層66−3は、所定の波長の光を発光する有機発光材料よりなる発光層66−3aと、発光層66−3aを形成する有機発光材料と異なる波長の光を発光する有機発光材料よりなる発光層66−3bと、発光層66−3a、66−3bを形成する有機発光材料と異なる波長の光を発光する有機発光材料よりなる発光層66−3cとを有して構成されている。そして、この発光層66−3a、66−3b、66−3cはそれぞれが発光することにより、発光層66−3から白色光が発光するように、有機発光材料が選択されている。 The light emitting layer 66-3 includes a light emitting layer 66-3a made of an organic light emitting material that emits light of a predetermined wavelength, and an organic light emitting that emits light of a wavelength different from that of the organic light emitting material forming the light emitting layer 66-3a. A light emitting layer 66-3b made of a material, and a light emitting layer 66-3c made of an organic light emitting material that emits light having a wavelength different from that of the organic light emitting material forming the light emitting layers 66-3a and 66-3b. ing. The light emitting layers 66-3a, 66-3b, and 66-3c are selected so that white light is emitted from the light emitting layer 66-3 by emitting light.
そして、有機EL層66は、陰極導電層64上に、電子注入層66−5、電子輸送層66−4、発光層66−3(発光層66−3c、発光層66−3b、発光層66−3a)、ホール輸送層66−2、ホール注入層66−1の順で7層で積層されている。 The organic EL layer 66 is formed on the cathode conductive layer 64 with an electron injection layer 66-5, an electron transport layer 66-4, a light emitting layer 66-3 (light emitting layer 66-3c, light emitting layer 66-3b, light emitting layer 66). -3a), a hole transport layer 66-2, and a hole injection layer 66-1 are laminated in this order.
なお、これらの層は、一層の役割が1つの場合もあるし、2つ以上の役割を兼ねる場合もあり、例えば、電子輸送層66−4と発光層66−3cとを一つの層で兼ねることもできるものである。 Note that these layers may have a single role or may have two or more roles. For example, the electron transport layer 66-4 and the light-emitting layer 66-3c may serve as one layer. It is also possible.
つまり、有機EL層66は、少なくとも、有機発光材料を含有する発光層66−3(発光層66−3a、66−3b、66−3c)を含む層であればよく、発光層66−3(発光層66−3a、66−3b、66−3c)のみから構成してもよいが、一般的には、発光層66−3以外の層が含まれるものである。こうした発光層66−3以外の層は、発光層66−3(発光層66−3a、66−3b、66−3c)の機能を損なわない限り、有機材料から構成されるものであっても無機材料から構成されるものであってもよい。
That is, the organic EL layer 66 may be a layer including at least a light emitting layer 66-3 (light emitting layers 66-3a, 66-3b, 66-3c) containing an organic light emitting material, and the light emitting layer 66-3 ( The light emitting layers 66-3a, 66-3b, and 66-3c) may be configured only, but generally, layers other than the light emitting layer 66-3 are included. Such a layer other than the light emitting layer 66-3 is inorganic even if it is composed of an organic material as long as the function of the light emitting layer 66-3 (light emitting layers 66-3a, 66-3b, 66-3c) is not impaired. It may be composed of a material.
本実施の形態においては、有機EL層66をホール注入層66−1、ホール輸送層66−2、発光層66−3(発光層66−3a、66−3b、66−3c)、電子輸送層66−4、電子注入層66−5の5層から構成されるものとした。これらの層の中で最も重要な層は発光層66−3(発光層66−3a、66−3b、66−3c)であり、例えば、ホール注入層66−1や電子注入層66−5は省略することも可能である。また、電子輸送層66−4は発光層66−3を兼ねることもできる。 In the present embodiment, the organic EL layer 66 includes a hole injection layer 66-1, a hole transport layer 66-2, a light emitting layer 66-3 (light emitting layers 66-3a, 66-3b, 66-3c), and an electron transport layer. 66-5 and the electron injection layer 66-5 were comprised. Among these layers, the most important layer is the light emitting layer 66-3 (light emitting layers 66-3a, 66-3b, 66-3c). For example, the hole injection layer 66-1 and the electron injection layer 66-5 are It can be omitted. The electron transport layer 66-4 can also serve as the light emitting layer 66-3.
ここで、有機EL層66の各層を構成する材料は、特に限定されず、公知のものを用いることができる。 Here, the material which comprises each layer of the organic EL layer 66 is not specifically limited, A well-known thing can be used.
即ち、発光層66−3(つまり、発光層66−3a、66−3b、66−3cである。)を構成する材料としては、有機発光材料が用いられ、こうした有機発光材料としては、例えば、Ir(piq)3、DPAVB、ZnPBO、C545Tなどが挙げられる。 That is, an organic light-emitting material is used as a material constituting the light-emitting layer 66-3 (that is, the light-emitting layers 66-3a, 66-3b, and 66-3c). Ir (piq) 3 , DPAVB, ZnPBO, C545T, and the like can be given.
また、蛍光性色素化合物や燐光発光性材料を他の物質(ホスト材料)にドープしたものを用いてもよい。この場合には、ホスト材料としてはホール輸送層66−2を構成する材料や電子輸送層66−4を構成する材料あるいは専用のホスト材料を用いるようにする。
Moreover, you may use what doped the fluorescent pigment | dye compound and the phosphorescence-emitting material to another substance (host material). In this case, as the host material, a material constituting the hole transport layer 66-2, a material constituting the electron transport layer 66-4, or a dedicated host material is used.
ホール注入層66−1、ホール輸送層66−2ならびに電子輸送層66−4を構成する材料としては、それぞれ有機材料が一般的に用いられる。 As materials constituting the hole injection layer 66-1, the hole transport layer 66-2, and the electron transport layer 66-4, organic materials are generally used.
ホール注入層66−1を構成する材料としては、例えば、2−TNATAやHAT−CNなどの化合物が挙げられる。 Examples of the material constituting the hole injection layer 66-1 include compounds such as 2-TNATA and HAT-CN.
また、ホール輸送層66−2を構成する材料としては、例えば、NPD、CuPc、TPDなどの芳香族アミン化合物などが挙げられる。 Moreover, as a material which comprises the hole transport layer 66-2, aromatic amine compounds, such as NPD, CuPc, and TPD, etc. are mentioned, for example.
さらに、電子輸送層66−4を構成する材料としては、例えば、BND、PBDなどのオキサジオール系化合物、Alqなどの金属錯体系化合物などが挙げられる。 Furthermore, as a material which comprises the electron carrying layer 66-4, oxadiol type compounds, such as BND and PBD, metal complex type compounds, such as Alq, etc. are mentioned, for example.
さらにまた、電子注入層66−5を構成する材料としては、例えば、LiFなどが挙げられる。 Furthermore, examples of the material constituting the electron injection layer 66-5 include LiF.
こうした電子注入層66−5を電子輸送層66−4と陰極導電層64との間に設けると、仕事関数の差を少なくすることができ、陰極導電層64から電子輸送層66−4に電子が移行しやすくなる。 When such an electron injection layer 66-5 is provided between the electron transport layer 66-4 and the cathode conductive layer 64, the work function difference can be reduced, and electrons are transferred from the cathode conductive layer 64 to the electron transport layer 66-4. Will be easier to migrate.
なお、陰極導電層64としてMg/Ag=10/90などのマグネシウム合金を使用すると、電子注入層66−5を設けなくても、電子注入効果を得ることが可能となる。 If a magnesium alloy such as Mg / Ag = 10/90 is used as the cathode conductive layer 64, the electron injection effect can be obtained without providing the electron injection layer 66-5.
こうした有機EL層全体の厚さとしては、例えば、150〜500nmが好ましい。
For example, the thickness of the entire organic EL layer is preferably 150 to 500 nm.
また、陽極導電層68は、電源20の陽極と接続され、上記した有機発光ダイオード10における陽極導電層14や上記した有機発光ダイオード50における陽極導電層54と同様に、可視光を透過する透明導電材料により構成されている。 In addition, the anode conductive layer 68 is connected to the anode of the power source 20 and is a transparent conductive material that transmits visible light, like the anode conductive layer 14 in the organic light emitting diode 10 and the anode conductive layer 54 in the organic light emitting diode 50 described above. It is composed of materials.
こうした透明導電材料は、特に限定されず、透明導電材料として公知のものを用いることができる。 Such a transparent conductive material is not particularly limited, and a known transparent conductive material can be used.
具体的には、陽極導電層68に用いる透明導電材料としては、ITO、ZnOあるいは、ZTOなどが挙げられる。 Specifically, examples of the transparent conductive material used for the anode conductive layer 68 include ITO, ZnO, and ZTO.
また、こうした陽極導電層68の厚さは、例えば、50〜200nmが好ましい。
Further, the thickness of the anode conductive layer 68 is preferably, for example, 50 to 200 nm.
また、基板62は、可視光を透過する透明体または可視光を透過しない不透明体が用いられ、基板62を構成する材料としては、無機材料でも有機材料でもよく、それらの組み合わせてあってもよい。 The substrate 62 is made of a transparent material that transmits visible light or an opaque material that does not transmit visible light. The material constituting the substrate 62 may be an inorganic material or an organic material, or a combination thereof. .
具体的には、基板62を構成する材料として、透明体の無機材料としては、石英ガラス、無アルカリガラス、ソーダライムガラスなどのアルカリガラス、白板ガラスなどの各種ガラス、マイカなどの透明無機鉱物などが挙げられ、不透明体の無機材料としては、アルミニウム、ニッケル、ステンレスなどの金属、各種セラミックスなどが挙げられる。 Specifically, as the material constituting the substrate 62, the transparent inorganic material includes quartz glass, alkali-free glass such as alkali-free glass and soda lime glass, various glasses such as white plate glass, and transparent inorganic minerals such as mica. Examples of the opaque inorganic material include metals such as aluminum, nickel, and stainless steel, and various ceramics.
また、有機材料としては、シクロオレフィン系フィルム、ポリエステル系フィルムなどの樹脂フィルム、当該樹脂フィルム中にセルロースナノファイバーなどの微細繊維を混入した繊維強化プラスチック材料などが挙げられる。なお、有機材料についても透明体、不透明体の両方が使用可能である。 Examples of the organic material include resin films such as cycloolefin films and polyester films, and fiber reinforced plastic materials in which fine fibers such as cellulose nanofibers are mixed in the resin film. As for the organic material, both a transparent body and an opaque body can be used.
この基板62の陰極導電層64が積層される側の表面62a(つまり、基板62の上面である。)には、複数の凸部62bを周期的に二次元に配列した二次元格子構造が設けられている。 On the surface 62a of the substrate 62 on the side where the cathode conductive layer 64 is laminated (that is, the upper surface of the substrate 62), a two-dimensional lattice structure in which a plurality of convex portions 62b are periodically arranged in two dimensions is provided. It has been.
このような二次元格子構造は、内部量子効率が低い、あるいは、寿命の短い材料の発光スペクトルのピーク波長に対応した表面プラズモンの波長に合わせて形成される。
Such a two-dimensional lattice structure is formed in accordance with the wavelength of the surface plasmon corresponding to the peak wavelength of the emission spectrum of a material having a low internal quantum efficiency or a short lifetime.
そして、この二次元格子構造が形成された基板62上に陰極導電層64、有機EL層66、陽極導電層68が順次積層されることで、各層の表面(つまり、各層の上面であり、基板62が位置する側と反対の面である。)には、基板62の表面62aと同様の複数の凸部による二次元格子構造が形成されることとなる。 Then, the cathode conductive layer 64, the organic EL layer 66, and the anode conductive layer 68 are sequentially laminated on the substrate 62 on which the two-dimensional lattice structure is formed, so that the surface of each layer (that is, the upper surface of each layer, On the surface opposite to the side where 62 is located), a two-dimensional lattice structure with a plurality of convex portions similar to the surface 62a of the substrate 62 is formed.
また、各層の裏面(つまり、各層の下面であり、基板62が位置する側の面である。)には、基板62の表面62aに形成された構造が反転した構造、即ち、複数の凹部が周期的に配列した構造、つまり、複数の凹部による二次元格子構造が形成されることとなる。 In addition, the back surface of each layer (that is, the lower surface of each layer and the surface on which the substrate 62 is located) has a structure in which the structure formed on the surface 62a of the substrate 62 is inverted, that is, a plurality of recesses. A periodically arranged structure, that is, a two-dimensional lattice structure with a plurality of recesses is formed.
具体的には、陰極導電層64について着目すると、陰極導電層64の表面64a(つまり、陰極導電層64の上面であり、有機EL層66が位置する側の面である。)には、基板62の表面62aに形成された構造と同様な構造、即ち、複数の凸部64bが周期的に二次元に配列した構造、つまり、複数の凸部64bによる二次元格子構造が形成されることとなる。 Specifically, when attention is paid to the cathode conductive layer 64, the surface 64 a of the cathode conductive layer 64 (that is, the upper surface of the cathode conductive layer 64 and the surface on which the organic EL layer 66 is located) is disposed on the substrate. A structure similar to the structure formed on the surface 62a of 62, that is, a structure in which a plurality of convex portions 64b are periodically arranged in two dimensions, that is, a two-dimensional lattice structure formed by the plurality of convex portions 64b; Become.
こうして二次元格子構造が設けられることで、陰極導電層64において励起される表面プラズモンが伝搬光として取り出される。 By providing the two-dimensional lattice structure in this way, surface plasmons excited in the cathode conductive layer 64 are extracted as propagating light.
即ち、発光層66−3(発光層66−3a、66−3b、66−3c)で発光分子から発光する際には、ごく近傍に近接場光が発生するものであるが、この近接場光は、発光層66−3と陰極導電層64との距離が非常に近いため、陰極導電層64の表面64aで伝搬型の表面プラズモンに変換される。 That is, when the light emitting layer 66-3 (the light emitting layers 66-3a, 66-3b, 66-3c) emits light from the light emitting molecule, near-field light is generated in the very vicinity. Since the distance between the light emitting layer 66-3 and the cathode conductive layer 64 is very short, the surface 64a of the cathode conductive layer 64 is converted into a propagation type surface plasmon.
金属表面の伝搬型表面プラズモンは、入射した電磁波(近接場光など)により生じる自由電子の粗密波が表面電磁場を伴うものである。 Propagation-type surface plasmon on the surface of metal has a surface electromagnetic field accompanied by free-electron density waves generated by incident electromagnetic waves (such as near-field light).
平坦な金属表面に存在する表面プラズモンの場合、当該表面プラズモンの分散曲線と光(空間伝搬光)の分散曲線とは交差しないため、表面プラズモンのエネルギーを光として取り出すことができない。これに対し、金属表面に格子構造が形成されていると、当該格子構造によって回折された表面プラズモンの分散曲線が空間伝搬光の分散曲線と交差するようになり、表面プラズモンを輻射光として取り出すことができる。
In the case of a surface plasmon existing on a flat metal surface, the dispersion curve of the surface plasmon and the dispersion curve of light (spatial propagation light) do not intersect with each other, so that the energy of the surface plasmon cannot be extracted as light. On the other hand, when a lattice structure is formed on the metal surface, the dispersion curve of the surface plasmon diffracted by the lattice structure intersects with the dispersion curve of the spatial propagation light, and the surface plasmon is extracted as radiation light. Can do.
このように、内部量子効率が低い、あるいは寿命の短い材料の発光スペクトルの強度が強められた光を二次元格子構造を形成することで出射させることが可能であるため、内部量子効率が低い、あるいは寿命の短い有機発光材料であっても過度な印加電圧を加える必要がなく、寿命を狭めることなく光取り出し効率を向上させることができる。 In this way, since the internal quantum efficiency is low or it is possible to emit light with enhanced emission spectrum intensity of a material having a short lifetime by forming a two-dimensional lattice structure, the internal quantum efficiency is low. Or even if it is an organic luminescent material with a short lifetime, it is not necessary to apply an excessive applied voltage, and can improve light extraction efficiency, without shortening a lifetime.
こうした二次元格子構造では、例えば、陰極導電層64に着目すると、表面64a(つまり、陰極導電層64の上面である。)に形成された凸部64bが二次元に配列されることにより、一次元の場合(つまり、配列方向が一方向であることであり、例えば、複数の溝が一方向に並んで配置されたような構造である。)よりも光取り出し効率が高くなる。 In such a two-dimensional lattice structure, for example, when focusing on the cathode conductive layer 64, the convex portions 64b formed on the surface 64a (that is, the upper surface of the cathode conductive layer 64) are arranged in a two-dimensional manner. The light extraction efficiency is higher than in the original case (that is, the arrangement direction is one direction, for example, a structure in which a plurality of grooves are arranged in one direction).
こうした二次元格子構造の好ましい具体例としては、正方格子構造や三角格子構造などが挙げられ、三角格子構造が特に好ましい。これは、配列方向が多い方が、回折光を得られる条件が多くなり、高効率で表面プラズモンを回折できるためである。
Preferable specific examples of such a two-dimensional lattice structure include a square lattice structure and a triangular lattice structure, and a triangular lattice structure is particularly preferable. This is because the more the arrangement direction, the more the conditions for obtaining the diffracted light, and the surface plasmon can be diffracted with high efficiency.
こうした二次元格子構造において三角格子構造を形成するには、粒子が二次元的な六方最密充填配置をとる粒子単層膜を形成し、当該粒子単層膜をエッチングマスクとしてドライエッチングを行うことにより、簡単に取得することができる。なお、こうした粒子単層膜による三角格子構造を形成する方法については、後述する。 In order to form a triangular lattice structure in such a two-dimensional lattice structure, a particle monolayer film in which particles are arranged in a two-dimensional hexagonal close-packed configuration is formed, and dry etching is performed using the particle monolayer film as an etching mask. Thus, it can be easily obtained. A method of forming a triangular lattice structure using such a particle single layer film will be described later.
凸部64bの高さH4としては、15nm≦H4≦180nmとし、30nm≦H4≦100nmが好ましく、H4<15nmあるいはH4>180nmであるときには、光取り出し効率の向上効果が不十分となってしまう。 The height H4 of the convex portion 64b is set to 15 nm ≦ H4 ≦ 180 nm, preferably 30 nm ≦ H4 ≦ 100 nm. When H4 <15 nm or H4> 180 nm, the effect of improving the light extraction efficiency becomes insufficient.
上記した凸部64bの高さH4の範囲は、以下の理由に基づく。 The range of the height H4 of the convex part 64b described above is based on the following reason.
即ち、凸部64bの高さH4が15nm未満であると(つまり、H4<15nmのときである。)、二次元格子構造として十分な表面プラズモンの回折波を生成できなくなり、表面プラズモンを輻射光として取り出す効果が低下する。 That is, when the height H4 of the convex portion 64b is less than 15 nm (that is, when H4 <15 nm), it becomes impossible to generate a sufficient surface plasmon diffracted wave as a two-dimensional lattice structure, and the surface plasmon is irradiated with radiation. As a result, the effect of taking out decreases.
また、凸部64bの高さH4が180nmを超えると(つまり、H4>180nmのときである。)、表面プラズモンが局在型の性質を持ち始め、伝搬型ではなくなってくるため、輻射光の取り出し効率が低下する。さらに、この場合には、有機発光ダイオード60の陰極導電層64、有機EL層66、陽極導電層68を順次積層する際に、凹凸が急峻であるため陰極導電層64と陽極導電層68とが短絡する可能が高くなってくるため好ましくない。 Further, when the height H4 of the convex portion 64b exceeds 180 nm (that is, when H4> 180 nm), the surface plasmon begins to have a localized type property and is no longer a propagation type. The extraction efficiency decreases. Further, in this case, when the cathode conductive layer 64, the organic EL layer 66, and the anode conductive layer 68 of the organic light emitting diode 60 are sequentially laminated, the cathode conductive layer 64 and the anode conductive layer 68 are formed because the irregularities are steep. This is not preferable because the possibility of a short circuit is increased.
凸部64bの高さH4は、基板62の表面62aに形成された凸部62bの高さH3と同じとなっているため、凸部62bの高さをAFMにより測定することで間接的に定量することができる。 Since the height H4 of the convex portion 64b is the same as the height H3 of the convex portion 62b formed on the surface 62a of the substrate 62, the height H4 of the convex portion 62b is measured indirectly by AFM. can do.
例えば、まず、二次元格子構造内の無作為に選択された5μm×5μmの領域1カ所についてAFM像を取得し、次に、取得したAFM像の対角線方向に線を引き、この線と交わった凸部62bの最大高さをそれぞれ単独に算出する。その後、算出した凸部62bの高さの平均値を算出する。こうした処理を無作為に選択された合計25カ所の5μm×5μmの領域について同様に実行し、各領域における凸部62bの平均値を算出し、得られた25カ所の領域における平均値をさらに平均した値を凸部62bの高さとする。 For example, first, an AFM image was acquired for one randomly selected 5 μm × 5 μm region in a two-dimensional lattice structure, and then a line was drawn in the diagonal direction of the acquired AFM image, and intersected with this line The maximum height of the convex part 62b is calculated independently. Then, the average value of the height of the calculated convex part 62b is calculated. These processes are similarly performed on a total of 25 randomly selected 5 μm × 5 μm regions, the average value of the convex portions 62b in each region is calculated, and the average value in the obtained 25 regions is further averaged The obtained value is defined as the height of the convex portion 62b.
この凸部62bの形状は、特に限定されず、例えば、円柱形状、円錐形状、円錐台形状、正弦波形状、ドーム形状あるいは、それらを基本とした派生形状などが挙げられる。
The shape of the convex portion 62b is not particularly limited, and examples thereof include a columnar shape, a cone shape, a truncated cone shape, a sine wave shape, a dome shape, and a derivative shape based on them.
次に、有機発光ダイオード60の製造方法について説明する。この有機発光ダイオード60の製造方法は、特に限定されるものではないが、好ましくは、表面62aに複数の凸部62bが二次元格子構造で形成された基板62の当該表面62a上に、陰極導電層64と、有機EL層66(電子注入層66−5、電子輸送層66−4、発光層66−3(発光層66−3c、66−3b、66−3a)、ホール輸送層66−2、ホール注入層66−1)と、陽極導電層68とを順次積層する。 Next, a method for manufacturing the organic light emitting diode 60 will be described. The method for manufacturing the organic light emitting diode 60 is not particularly limited. Preferably, the organic light emitting diode 60 is cathodically conductive on the surface 62a of the substrate 62 having a plurality of convex portions 62b formed on the surface 62a in a two-dimensional lattice structure. Layer 64, organic EL layer 66 (electron injection layer 66-5, electron transport layer 66-4, light emitting layer 66-3 (light emitting layers 66-3c, 66-3b, 66-3a), hole transport layer 66-2 The hole injection layer 66-1) and the anode conductive layer 68 are sequentially stacked.
この場合、陰極導電層64の表面64aに形成された複数の凸部64bによる二次元格子構造は、基板62の表面62aに形成された複数の凸部62bによる二次元格子構造に対応したものとなる。 In this case, the two-dimensional lattice structure formed by the plurality of protrusions 64b formed on the surface 64a of the cathode conductive layer 64 corresponds to the two-dimensional lattice structure formed by the plurality of protrusions 62b formed on the surface 62a of the substrate 62. Become.
即ち、陰極導電層64の表面64aに形成された複数の凸部64bにおける隣り合う凸部64b間の中心間距離P5(以下、「隣り合う凸部64b間の中心間距離P5」を、「凸部64bの中心間距離P5」と称することとする。)は、基板62の表面62aに形成された複数の凸部62bにおける隣り合う凸部62b間の中心間距離P6(以下、「隣り合う凸部62b間の中心間距離P6」を、「凸部62bの中心間距離P6」と称することとする。)と一致し、凸部64bの高さH4は凸部62bの高さH3と一致するものとなる。 That is, the center-to-center distance P5 between the adjacent protrusions 64b in the plurality of protrusions 64b formed on the surface 64a of the cathode conductive layer 64 (hereinafter referred to as “the center-to-center distance P5 between the adjacent protrusions 64b” is referred to as “protrusion”. Is referred to as a center-to-center distance P5 of the portion 64b.) Is a center-to-center distance P6 between the adjacent protrusions 62b of the plurality of protrusions 62b formed on the surface 62a of the substrate 62 (hereinafter referred to as “adjacent protrusions”). The center-to-center distance P6 between the parts 62b is referred to as “the center-to-center distance P6 of the convex part 62b”), and the height H4 of the convex part 64b is equal to the height H3 of the convex part 62b. It will be a thing.
このため、基板62の表面62aに形成された凸部62bの中心間距離P6および凸部62bの高さH3をそれぞれ測定することで、陰極導電層64の表面64aに形成された凸部64bの中心間距離P5および凸部64bの高さH4を測定することができる。 Therefore, by measuring the distance P6 between the centers of the protrusions 62b formed on the surface 62a of the substrate 62 and the height H3 of the protrusions 62b, the protrusions 64b formed on the surface 64a of the cathode conductive layer 64 are measured. The center distance P5 and the height H4 of the convex portion 64b can be measured.
なお、こうした凸部64bの中心間距離P5は、凸部62bの中心間距離P6をレーザー回折法で測定することにより間接的に測定することができ、また、凸部64bの高さH4は、凸部62bの高さH3をAFMにより測定することにより間接的に測定することができる。 Note that the center-to-center distance P5 of the protrusions 64b can be indirectly measured by measuring the center-to-center distance P6 of the protrusions 62b by a laser diffraction method, and the height H4 of the protrusions 64b is The height H3 of the convex portion 62b can be indirectly measured by measuring with the AFM.
以下、有機発光ダイオード60の製造方法について詳細に説明することとする。
Hereinafter, the manufacturing method of the organic light emitting diode 60 will be described in detail.
まず、基板62の表面62aに形成された複数の凸部62bによる二次元格子構造の作製方法には、例えば、電子ビームリソグラフィー、機械式切削加工、レーザー加工、二光束干渉露光、縮小露光などを用いることができる。また、原版を先に作製しておけば、ナノインプリント法による微細構造の転写・複製も可能である。 First, a method for producing a two-dimensional lattice structure using a plurality of convex portions 62b formed on the surface 62a of the substrate 62 includes, for example, electron beam lithography, mechanical cutting, laser processing, two-beam interference exposure, reduced exposure, and the like. Can be used. In addition, if the original plate is prepared in advance, the fine structure can be transferred and duplicated by the nanoimprint method.
こうした手法のうち、二光束干渉露光およびナノインプリント法以外の手法は、大面積の周期格子構造を作製するのに適さないため、工業的な利用面において面積の制約を受ける。 Among these methods, methods other than the two-beam interference exposure and the nanoimprint method are not suitable for manufacturing a large-area periodic grating structure, and thus are limited in terms of industrial use.
また、二光束干渉露光は、ある程度の小面積は作製可能であるが、一辺が数cm以上の大面積の場合には、光学セットアップ全体に対する振動、風、熱収縮、膨張、空気の揺らぎ、波長変動などの様々な外乱要因が影響して、均一で正確な周期格子構造を作製することは極めて困難である。 In addition, two-beam interference exposure can produce a small area to some extent, but in the case of a large area with a side of several centimeters or more, vibration, wind, thermal contraction, expansion, air fluctuation, wavelength for the entire optical setup It is extremely difficult to produce a uniform and accurate periodic grating structure due to various disturbance factors such as fluctuations.
そこで、有機発光ダイオード60における基板62の表面62aに形成された複数の凸部62bによる二次元格子構造の作製方法としては、上記した有機発光ダイオード10に複数の凸部12bを二次元格子構造で形成する際に用いた、粒子単層膜を用いたエッチング方法が好ましい。 Therefore, as a method for producing a two-dimensional lattice structure with a plurality of convex portions 62b formed on the surface 62a of the substrate 62 in the organic light emitting diode 60, the organic light emitting diode 10 has a plurality of convex portions 12b with a two-dimensional lattice structure. An etching method using a particle monolayer film used for forming is preferable.
なお、この粒子単層膜を用いたエッチング方法については、上記において説明しているため、その詳細な処理内容については省略することとする。 In addition, since the etching method using this particle single layer film has been described above, the detailed processing content thereof will be omitted.
そして、粒子単層膜を用いたエッチング方法により、基板62の表面62aに複数の凸部62bにより二次元格子構造を作製した後には、基板62の表面62a上に、陰極導電層64を積層し、陰極導電層64の表面64a上に電子注入層66−5、電子輸送層66−4、発光層66−3(発光層66−3c、66−3b、66−3a)、ホール輸送層66−2、ホール注入層66−1を順次積層して有機EL層66を形成し、ホール注入層66−1の表面66−1a上に陽極導電層68を積層することで、有機発光ダイオード60を取得することができる。 Then, after a two-dimensional lattice structure is formed on the surface 62a of the substrate 62 by a plurality of convex portions 62b by an etching method using a particle single layer film, a cathode conductive layer 64 is laminated on the surface 62a of the substrate 62. On the surface 64a of the cathode conductive layer 64, an electron injection layer 66-5, an electron transport layer 66-4, a light emitting layer 66-3 (light emitting layers 66-3c, 66-3b, 66-3a), a hole transport layer 66- 2. The organic EL layer 66 is formed by sequentially laminating the hole injection layer 66-1, and the organic light emitting diode 60 is obtained by laminating the anode conductive layer 68 on the surface 66-1a of the hole injection layer 66-1. can do.
これらの各層の積層方法は、特に限定されず、一般的な有機発光ダイオードの製造に用いられている公知の技術を利用することができる。 The lamination method of each of these layers is not particularly limited, and a known technique used for manufacturing a general organic light emitting diode can be used.
例えば、ホール注入層66−1、ホール輸送層66−2、発光層66−3(発光層66−3a、66−3b、66−3c)、電子輸送層66−4、電子注入層66−5および陰極導電層64はそれぞれ、真空蒸着法によって形成することができる。また、陽極導電層68はスパッタリング法、真空蒸着法などによって形成することができる。 For example, a hole injection layer 66-1, a hole transport layer 66-2, a light emitting layer 66-3 (light emitting layers 66-3a, 66-3b, 66-3c), an electron transport layer 66-4, an electron injection layer 66-5. Each of the cathode conductive layer 64 and the cathode conductive layer 64 can be formed by a vacuum deposition method. The anode conductive layer 68 can be formed by a sputtering method, a vacuum evaporation method, or the like.
これら各層の厚さは非常に薄いため、上記のようにして各層を順次積層することで、基板62の表面62aにおける複数の凸部62bによる二次元格子構造が陽極導電層68まで反映され、陰極導電層64、有機EL層66および陽極導電層68において、基板62の表面62aに形成された複数の凸部62bによる二次元格子構造に対応した複数の凸部または凹部による二次元格子構造が形成されることとなる。
Since the thickness of each of these layers is very thin, by sequentially laminating each layer as described above, the two-dimensional lattice structure by the plurality of convex portions 62b on the surface 62a of the substrate 62 is reflected to the anode conductive layer 68, and the cathode In the conductive layer 64, the organic EL layer 66, and the anode conductive layer 68, a two-dimensional lattice structure is formed by a plurality of convex portions or concave portions corresponding to the two-dimensional lattice structure by the plurality of convex portions 62b formed on the surface 62a of the substrate 62. Will be.
次に、上記した製造方法に基づいて、有機発光ダイオード60を作製する場合について、具体例を挙げて説明する。 Next, a case where the organic light emitting diode 60 is manufactured based on the above-described manufacturing method will be described with a specific example.
作製する有機発光ダイオード60としては、基板/Ag[膜厚100nm]/LiF[膜厚0.8nm]/E913[膜厚40nm]/CBPにIr(piq)3を8.5%濃度でドープしたもの[膜厚15nm]/Alq3にC545Tを1%濃度でドープしたもの[膜厚3nm]/ADNにMDP3FLを7%濃度でドープしたもの[膜厚30nm]/T400[膜厚40nm]/MoOx(x=1〜3)[膜厚60nm]/IZO[膜厚100nm]とする。 As the organic light emitting diode 60 to be manufactured, Ir (piq) 3 was doped at 8.5% concentration in substrate / Ag [film thickness 100 nm] / LiF [film thickness 0.8 nm] / E913 [film thickness 40 nm] / CBP. [Thickness 15 nm] / Alq 3 doped with C545T at a concentration of 1% [Thickness 3 nm] / ADN doped with MDP3FL at a concentration of 7% [Thickness 30 nm] / T400 [Thickness 40 nm] / MoO x (x = 1 to 3) [film thickness 60 nm] / IZO [film thickness 100 nm].
即ち、この有機発光ダイオード60は、石英ガラスにより形成された基板62と、Agにより形成された厚さ100nmの陰極導電層64と、LiFにより形成された厚さ0.8nmの電子注入層66−5と、E913により形成された厚さ40nmの電子輸送層66−4と、CBPを8.5%ドープしたIr(piq)3により形成された厚さ15nmの発光層66−3cと、C545Tを1%ドープしたAlq3により形成された厚さ3nmの発光層66−3bと、MDP3FLを7%ドープしたADNにより形成された厚さ30nmの発光層66−3aと、T400により形成された厚さ40nmのホール輸送層66−2と、MoOx(x=1〜3)により形成された厚さ60nmのホール注入層66−1と、IZOにより形成された厚さ100nmの陽極導電層68とにより構成されている。 That is, the organic light emitting diode 60 includes a substrate 62 made of quartz glass, a cathode conductive layer 64 made of Ag with a thickness of 100 nm, and an electron injection layer 66-with a thickness of 0.8 nm made of LiF. 5; an electron transport layer 66-4 having a thickness of 40 nm formed by E913; a light emitting layer 66-3c having a thickness of 15 nm formed by Ir (piq) 3 doped with 8.5% CBP; and C545T. Light emitting layer 66-3b with a thickness of 3 nm formed by Alq 3 doped with 1%, light emitting layer 66-3a with a thickness of 30 nm formed by ADN doped with 7% of MDP3FL, and a thickness formed by T400 A 40 nm hole transport layer 66-2, a 60 nm thick hole injection layer 66-1 formed by MoO x (x = 1 to 3), and IZO. And an anode conductive layer 68 having a thickness of 100 nm.
そして、内部量子効率および有機発光材料の寿命が他の有機発光材料に劣るため、増強したい発光スペクトルのピーク波長値λ1は470nmとする。
Since the internal quantum efficiency and the lifetime of the organic light emitting material are inferior to those of other organic light emitting materials, the peak wavelength value λ 1 of the emission spectrum to be enhanced is set to 470 nm.
この有機発光ダイオード60を作製するために、まず、基板62の表面62aに複数の凸部62bによる二次元格子構造を作成する際に必要となる粒子単層膜を形成する粒子の粒径を算出する。 In order to fabricate the organic light emitting diode 60, first, the particle size of the particles that form the particle monolayer film required when creating the two-dimensional lattice structure with the plurality of convex portions 62b on the surface 62a of the substrate 62 is calculated. To do.
即ち、有機発光ダイオード60において、陰極導電層64の厚さを無限大と仮定したときのエネルギー散逸の強度を上記した(7)式、(8)式、(9)式によって求める。 That is, in the organic light emitting diode 60, the intensity of energy dissipation when the thickness of the cathode conductive layer 64 is assumed to be infinite is obtained by the above-described equations (7), (8), and (9).
ここでは、陰極導電層64の表面64aに生じる表面プラズモンのエネルギーを伝搬光として取り出すときの粒子単層膜を形成する粒子の粒径を算出することとする。
Here, the particle diameter of the particles forming the particle single layer film when the surface plasmon energy generated on the surface 64a of the cathode conductive layer 64 is extracted as propagating light is calculated.
双極子の位置は陰極導電層64の表面64aから73nmとする。 The position of the dipole is 73 nm from the surface 64 a of the cathode conductive layer 64.
上記した(7)式および(8)式に代入する数値としては、d+=15nm、d−=15nmとなる。ただし、LiF層は非常に薄いので計算においてはその厚さを「0」とした。 As numerical values to be substituted into the above equations (7) and (8), d + = 15 nm and d − = 15 nm. However, since the LiF layer is very thin, the thickness was set to “0” in the calculation.
なお、上記した通常の多層薄膜の反射係数を求める式としては、上記した非特許文献を参照する。 Note that the above-mentioned non-patent literature is referred to as a formula for obtaining the reflection coefficient of the above-described ordinary multilayer thin film.
そして、上記した(9)式をk||を変数とする関数として計算すると、図11に示すような結果が得られる。 When the above equation (9) is calculated as a function having k || as a variable, a result as shown in FIG. 11 is obtained.
図11において、面内波数の大きい方から1つ目のモード(つまり、ピークOである。)が陰極導電層64の表面64aに生じる表面プラズモンのエネルギー散逸強度である。この表面プラズモンモードへのエネルギー散逸ピークを与える面内波数k||は31.6μm−1となっている。この値を上記した(10)式に代入すると、この波数に対応する微細構造(つまり、二次元格子構造のことである。)を作製するための粒子の粒径Dは、229nmと算出された。 In FIG. 11, the first mode (that is, peak O) from the larger in-plane wave number is the energy dissipation intensity of the surface plasmon generated on the surface 64 a of the cathode conductive layer 64. The in-plane wave number k || which gives the energy dissipation peak to the surface plasmon mode is 31.6 μm −1 . When this value is substituted into the above equation (10), the particle diameter D of the particle for producing a fine structure corresponding to this wave number (that is, a two-dimensional lattice structure) was calculated to be 229 nm. .
なお、この具体例においては、粒子単層膜を用いたエッチング方法について説明するため、上記(10)式を用いて粒子単層膜を形成する粒子の粒径を算出するようにしているが、粒子単層膜を用いたエッチング方法以外の方法により有機発光ダイオード60を作製する場合には、上記した(10)式あるいは(11)式を用いて格子ピッチPを算出し(なお、格子ピッチPは、(1)式に示す範囲の値である。)、算出した格子ピッチPとなるようにして各種条件を調整して作製すればよい。
In this specific example, in order to explain the etching method using the particle monolayer film, the particle diameter of the particles forming the particle monolayer film is calculated using the above equation (10). When the organic light emitting diode 60 is produced by a method other than the etching method using the particle monolayer film, the lattice pitch P is calculated using the above-described equation (10) or (11) (note that the lattice pitch P Is a value in the range shown in the equation (1)), and may be prepared by adjusting various conditions so that the calculated lattice pitch P is obtained.
上記した(10)式で算出した粒子の粒径Dの値に基づいて、平均粒径が232.0nmで、粒径の変動係数が4.0%であるコロイダルシリカの5.0質量%水分散体(分散液)を作製した。なお、平均粒径および粒子の変動係数は、Malvern Instruments Ltd製のZetasizer Nano−ZSによる粒子動的光散乱法で求めた粒度分布をガウス曲線にフィッティングさせて得られるピークから算出した。
Based on the value of the particle diameter D of the particle calculated by the above formula (10), 5.0 mass% water of colloidal silica having an average particle diameter of 232.0 nm and a coefficient of variation of the particle diameter of 4.0%. A dispersion (dispersion) was prepared. The average particle diameter and the coefficient of variation of the particle were calculated from a peak obtained by fitting a particle size distribution obtained by a particle dynamic light scattering method using Zetasizer Nano-ZS manufactured by Malvern Instruments Ltd. to a Gaussian curve.
次に、作製した分散液中のコロイダルシリカの表面を疎水化処理するために、当該分散液に濃度1.0質量%のフェニルトリエトキシシランの加水分解物を含む水溶液を加え、約40°で3時間反応させた。この際、フェニルトリエトキシシランの質量がコロイダルシリカ粒子の質量の0.015倍となるように分散液と当該水溶液とを混合した。 Next, in order to hydrophobize the surface of the colloidal silica in the prepared dispersion, an aqueous solution containing a hydrolyzate of phenyltriethoxysilane having a concentration of 1.0% by mass is added to the dispersion, and about 40 °. The reaction was performed for 3 hours. At this time, the dispersion and the aqueous solution were mixed so that the mass of phenyltriethoxysilane was 0.015 times the mass of the colloidal silica particles.
そして、反応終了後の分散液に、当該分散液の5倍の体積のメチルイソブチルケトンを加えて撹拌して、疎水化されたコロイダルシリカを油相抽出した。
Then, methyl isobutyl ketone having a volume five times that of the dispersion was added to the dispersion after the reaction and stirred to extract the hydrophobized colloidal silica in the oil phase.
こうして得られた濃度1.05質量%の疎水化コロイダルシリカ分散液を粒子単層膜の表面圧を計測する表面圧センサーと、粒子単層膜を液面に沿う方向に圧縮する可動バリアとを備えた水槽(LBトラフ装置)中に貯留された液面(下層液として水を使用し、水温は26.5℃とした。)に滴下速度0.01ml/秒で滴下した。なお、水槽に貯留された下層水には、予め有機発光ダイオード60の基板62として用いるための透明の石英基板(30mm×30mm×1.0mm、両面鏡面研磨処理済)を略鉛直方向に浸漬している。 A hydrophobized colloidal silica dispersion liquid having a concentration of 1.05% by mass obtained in this manner includes a surface pressure sensor for measuring the surface pressure of the particle monolayer film, and a movable barrier for compressing the particle monolayer film in a direction along the liquid surface. It dropped at a drop rate of 0.01 ml / second onto the liquid surface (water was used as the lower layer liquid and the water temperature was 26.5 ° C.) stored in the water tank (LB trough device) provided. In addition, a transparent quartz substrate (30 mm × 30 mm × 1.0 mm, double-sided mirror-polished) for use as the substrate 62 of the organic light emitting diode 60 is previously immersed in the lower layer water stored in the water tank in a substantially vertical direction. ing.
疎水化コロイダルシリカ分散液を下層水の液面に滴下し始めた時点から、下層水中から液面に向けて、出力100W、周波数1500kHzの条件で超音波を10分間照射することにより、疎水化したコロイダルシリカ粒子が二次元的に最密充填するのを促すとともに、当該分散中の有機溶剤であるメチルイソブチルケトンを揮発させて、当該下層水の液面に粒子単層膜を形成した。 From the time when the hydrophobized colloidal silica dispersion liquid started dripping onto the surface of the lower layer water, it was made hydrophobic by irradiating with ultrasonic waves for 10 minutes from the lower layer water toward the liquid surface under the conditions of an output of 100 W and a frequency of 1500 kHz. The colloidal silica particles were promoted to be two-dimensionally closely packed, and methyl isobutyl ketone, which is the organic solvent in the dispersion, was volatilized to form a particle monolayer film on the liquid surface of the lower layer water.
その後、形成した粒子単層膜を可動バリアにより拡散圧が22〜30mNm−1になるまで圧縮し、基板62を3mm/分の速度で引き上げて、基板62の一方の面に当該粒子単層膜を移し取った。なお、基板62の一方の面とは、二次元格子構造を形成しようとする面のことである。 Thereafter, the formed particle monolayer film is compressed by a movable barrier until the diffusion pressure becomes 22 to 30 mNm −1 , the substrate 62 is pulled up at a speed of 3 mm / min, and the particle monolayer film is formed on one surface of the substrate 62. Removed. Note that one surface of the substrate 62 is a surface on which a two-dimensional lattice structure is to be formed.
次に、基板62の一方の面上に移し取った粒子単層膜の当該一方の面への固定処理として、粒子単層膜を移し取った基板62の一方の面上にバインダーとして0.15質量%のモノメチルトリメトキシシランの加水分解液を浸透させ、その後、当該加水分解液の余剰分をスピンコーター(3000rpm)で1分間処理して除去した。そして、加水分解液の余剰分を除去した基板62を100℃で10分間加熱してバインダーを反応させ、コロイダルシリカ粒子からなる粒子単層膜が形成された基板62を取得した。 Next, as a fixing process of the particle single layer film transferred onto one surface of the substrate 62 to the one surface, 0.15 as a binder on one surface of the substrate 62 transferred with the particle single layer film. A hydrolyzate of mass% monomethyltrimethoxysilane was infiltrated, and then the excess of the hydrolyzate was removed by treatment with a spin coater (3000 rpm) for 1 minute. And the board | substrate 62 from which the excess part of the hydrolysis liquid was removed was heated at 100 degreeC for 10 minute (s), the binder was made to react, and the board | substrate 62 with which the particle | grain single layer film which consists of colloidal silica particles was formed was acquired.
こうして粒子単層膜が形成された基板62を取得すると、次に、当該基板62に対してCHF3ガスによりドライエッチング処理を行った。 When the substrate 62 on which the particle monolayer film was formed was obtained in this way, next, the substrate 62 was dry-etched with CHF 3 gas.
このドライエッチング処理の条件は、アンテナパワー1500W、バイアスパワー50〜300W(13.56MHz)、ガス流量50〜200sccmとした。
The conditions for this dry etching process were an antenna power of 1500 W, a bias power of 50 to 300 W (13.56 MHz), and a gas flow rate of 50 to 200 sccm.
ドライエッチング処理を行った後の基板62の一方の面をAFMで観察したところ、断面形状が円錐台形形状であり(図6(b)を参照する。)、平面配置は凸部が三角格子状に配列した微細構造が形成されていた(図6(a)を参照する。)。 When one surface of the substrate 62 after the dry etching process was observed with an AFM, the cross-sectional shape was a truncated cone shape (see FIG. 6B), and the projections were triangular lattices in the planar arrangement. A fine structure arranged in a row was formed (see FIG. 6A).
このようにして、基板62の一方の面に形成された微細構造における凸部の中心間距離p’(格子定数)をAFMにより測定したところ、3回の試験の平均値で、226.0nmであった。 Thus, when the center distance p ′ (lattice constant) of the protrusions in the fine structure formed on one surface of the substrate 62 was measured by AFM, the average value of three tests was 226.0 nm. there were.
また、AFM像から無作為に選択された25カ所の5μm×5μmの領域における当該微細構造の凸部の平均値を算出し、当該25カ所のそれぞれの平均値をさらに平均することにより求めた当該微細構造における凸部の平均高さhは、32.1nmであった。 Further, the average value of the convex portions of the fine structure in the 25 μm × 5 μm regions randomly selected from the AFM image was calculated, and the average value of each of the 25 locations was further averaged. The average height h of the convex portions in the fine structure was 32.1 nm.
さらに、上記した(13)式を用いて算出した結果、配列のずれSは2.6%であった。 Furthermore, as a result of calculation using the above-described equation (13), the displacement S of the sequence was 2.6%.
さらにまた、平均高さhと中心間距離p’の平均値との比(平均高さh/中心間距離p’)は0.142であった。
Furthermore, the ratio of the average height h to the average value of the center distance p ′ (average height h / center distance p ′) was 0.142.
その後、微細構造が形成された基板62の一方の面に、陰極導電層64としてAgを100nmの厚さで蒸着法により成膜し、電子注入層66−5としてLiFを0.8nmの厚さで蒸着法により成膜した。 Thereafter, Ag is deposited as a cathode conductive layer 64 to a thickness of 100 nm on one surface of the substrate 62 on which the microstructure is formed, and LiF is deposited as a thickness of 0.8 nm as the electron injection layer 66-5. The film was formed by vapor deposition.
次に、電子注入層66−5上に、電子輸送層66−4としてE913を40nmの厚さで蒸着法によって成膜し、その後、電子輸送層66−4上にCBPを8.5%ドープしたIr(piq)3により形成された厚さ15nmの発光層66−3cと、C545Tを1%ドープしたAlq3により形成された厚さ3nmの発光層66−3bと、MDP3FLを7%ドープしたADNにより形成された厚さ30nmの発光層66−3aとを蒸着法によって成膜した。 Next, E913 is deposited to a thickness of 40 nm as an electron transport layer 66-4 on the electron injection layer 66-5 by an evaporation method, and then CBP is doped to 8.5% on the electron transport layer 66-4. The light emitting layer 66-3c having a thickness of 15 nm formed by Ir (piq) 3, the light emitting layer 66-3b having a thickness of 3 nm formed by Alq 3 doped with 1% C545T, and 7% doped with MDP3FL A light emitting layer 66-3a having a thickness of 30 nm formed by ADN was formed by a vapor deposition method.
さらに、発光層66−3a上に、T400により形成された厚さ40nmのホール輸送層66−2と、MoOx(x=1〜3)により形成された厚さ60nmのホール注入層66−1とを蒸着法によって順次成膜し、さらにまた、ホール注入層66−1上に、IZOにより形成された厚さ100nmの陽極導電層68をスパッタリング法により成膜して、有機発光ダイオード60を作製した。 Furthermore, on the light emitting layer 66-3a, a hole transport layer 66-2 having a thickness of 40 nm formed by T400 and a hole injection layer 66-1 having a thickness of 60 nm formed by MoO x (x = 1 to 3) are formed. Are sequentially formed by vapor deposition, and an anode conductive layer 68 having a thickness of 100 nm formed by IZO is formed on the hole injection layer 66-1 by sputtering to produce the organic light emitting diode 60. did.
なお、蒸着およびスパッタリングの際にマスクを使用することにより、発光エリアは2×2mmに作製した。
In addition, the light emission area was produced in 2 * 2 mm by using a mask in the case of vapor deposition and sputtering.
以上において説明したように、本発明による有機発光ダイオード10、70は、基板12の表面12aに複数の凸部12bによる二次元格子構造を形成し、この基板12上に、反射層22、陽極導電層14、有機EL層16、可視光を透過可能に薄層に形成された金属層18−1と導電性を向上させるための透明導電層18−2とにより構成された陰極導電層18を順次積層して構成されており、有機EL層16において発生した光を陰極導電層18側から取り出すようにした陰極トップエミッション型とした。 As described above, the organic light emitting diodes 10 and 70 according to the present invention form a two-dimensional lattice structure with a plurality of convex portions 12b on the surface 12a of the substrate 12, and the reflective layer 22 and the anode conductive material are formed on the substrate 12. The cathode conductive layer 18 composed of the layer 14, the organic EL layer 16, the metal layer 18-1 formed in a thin layer so as to transmit visible light, and the transparent conductive layer 18-2 for improving conductivity is sequentially formed. The cathode top emission type is configured such that the light generated in the organic EL layer 16 is extracted from the cathode conductive layer 18 side.
また、本発明による有機発光ダイオード50は、基板52の表面52aに複数の凸部52bによる二次元格子構造を形成し、この基板52上に、陽極導電層54、有機EL層56、陰極導電層58を順次積層して構成されており、有機EL層56において発光した光を基板52側から取り出すようにしたボトムエミッション型とした。 Further, the organic light emitting diode 50 according to the present invention forms a two-dimensional lattice structure with a plurality of convex portions 52b on the surface 52a of the substrate 52, and on this substrate 52, an anode conductive layer 54, an organic EL layer 56, a cathode conductive layer. 58 is formed by sequentially laminating the light emitted from the organic EL layer 56 from the substrate 52 side.
さらに、本発明による有機発光ダイオード60は、基板62の表面62aに複数の凸部62bによる二次元格子構造を形成し、この基板62上に、陰極導電層64、有機EL層66、陽極導電層68を順次積層して構成されており、有機EL層66において発光した光を陽極導電層68側から取り出すようにした陽極トップエミッション型とした。
Furthermore, the organic light emitting diode 60 according to the present invention forms a two-dimensional lattice structure with a plurality of convex portions 62b on the surface 62a of the substrate 62, and on the substrate 62, a cathode conductive layer 64, an organic EL layer 66, an anode conductive layer. The anode top emission type is configured such that light emitted from the organic EL layer 66 is extracted from the anode conductive layer 68 side.
そして、有機発光ダイオード10、70における基板12、有機発光ダイオード50における基板52および有機発光ダイオード60における基板62においては、粒子単層膜を用いたエッチング方法により、それぞれの表面に複数の凸部による二次元格子構造を作製し、このとき、粒子単層膜を形成する粒子の粒径は、粒子の粒径と格子ピッチとが等しいことから、上記した(10)式により算出するようにした。 And in the board | substrate 12 in the organic light emitting diodes 10 and 70, the board | substrate 52 in the organic light emitting diode 50, and the board | substrate 62 in the organic light emitting diode 60, by the etching method using a particle | grain single layer film, each surface is made by several convex part. A two-dimensional lattice structure was prepared. At this time, the particle diameter of the particles forming the particle monolayer film was calculated by the above-described equation (10) because the particle diameter of the particles and the lattice pitch were equal.
これにより、本発明による有機発光ダイオード10、70においては、表面プラズモンモードに応じて、基板12の表面12aに複数の凸部12bによる二次元格子構造を形成することができ、当該複数の凸部12bにより、反射層22や金属層18−1に複数の凸部や凹部よりなる二次元格子構造を形成することができる。 Thereby, in the organic light emitting diodes 10 and 70 according to the present invention, a two-dimensional lattice structure including a plurality of convex portions 12b can be formed on the surface 12a of the substrate 12 in accordance with the surface plasmon mode. 12b can form a two-dimensional lattice structure including a plurality of convex portions and concave portions on the reflective layer 22 and the metal layer 18-1.
また、本発明による有機発光ダイオード50においては、表面プラズモンモードに応じて、基板52の表面52aに複数の凸部52bによる二次元格子構造を形成することができ、当該複数の凸部52bにより、陰極導電層58に複数の凸部や凹部よりなる二次元格子構造を形成することができる。 Further, in the organic light emitting diode 50 according to the present invention, a two-dimensional lattice structure with a plurality of convex portions 52b can be formed on the surface 52a of the substrate 52 in accordance with the surface plasmon mode, and by the plurality of convex portions 52b, A two-dimensional lattice structure including a plurality of convex portions and concave portions can be formed on the cathode conductive layer 58.
さらに、本発明による有機発光ダイオード60においては、表面プラズモンモードに応じて、基板62の表面62aに複数の凸部62bによる二次元格子構造を形成することができ、当該複数の凸部62bにより、陰極導電層64に複数の凸部や凹部よりなる二次元格子構造を形成することができる。 Furthermore, in the organic light emitting diode 60 according to the present invention, a two-dimensional lattice structure with a plurality of convex portions 62b can be formed on the surface 62a of the substrate 62 in accordance with the surface plasmon mode, and with the plurality of convex portions 62b, A two-dimensional lattice structure including a plurality of convex portions and concave portions can be formed on the cathode conductive layer 64.
従って、本発明による有機発光ダイオード10、50、60、70においては、従来の技術による有機発光ダイオードと同様に作製することができる。 Therefore, the organic light emitting diodes 10, 50, 60, and 70 according to the present invention can be manufactured in the same manner as the organic light emitting diode according to the conventional technique.
さらに、本発明による有機発光ダイオード10、50、60、70においては、光取り出し面から内部量子効率が低い、あるいは、寿命の短い有機発光材料の強度が強められた光が出射するため、最終的に内部量子効率が低い有機発光材料であっても、また、寿命が比較的短い有機発光材料であっても、過度な印加電圧を加えずに、寿命を狭めることなく光取り出し効率を向上させることができる。 Furthermore, in the organic light emitting diodes 10, 50, 60, and 70 according to the present invention, light having a low internal quantum efficiency or a short-life organic light emitting material is emitted from the light extraction surface. Even if it is an organic light-emitting material with low internal quantum efficiency or an organic light-emitting material with a relatively short lifetime, it can improve the light extraction efficiency without reducing the lifetime without applying an excessive applied voltage. Can do.
そして、こうした有機発光ダイオード10、50、60、70を利用して画像表示装置を作製することにより、高輝度、長寿命、省電力の画像表示装置を作製することができる。 By manufacturing an image display device using such organic light emitting diodes 10, 50, 60, and 70, an image display device with high brightness, long life, and power saving can be manufactured.
さらに、こうした有機発光ダイオード10、50、60、70を利用して照明装置を作製することにより、高輝度、長寿命、省電力の照明装置を作製することができる。
Furthermore, by producing an illumination device using such organic light emitting diodes 10, 50, 60, and 70, it is possible to produce an illumination device with high brightness, long life, and power saving.
なお、上記した実施の形態は、以下の(1)乃至(7)に示すように変形するようにしてもよい。 The embodiment described above may be modified as shown in the following (1) to (7).
(1)上記した実施の形態においては、陰極導電層18を構成する金属層18−1、陰極導電層58および陰極導電層64を、それぞれAg、Agの含有率が10%以上の合金、AlまたはAlの含有率が10%以上の合金により構成するものとしたが、これに限られるものではないことは勿論であり、金属層18−1、陰極導電層58および陰極導電層64を、一般的に有機発光ダイオードの陰極導電層として用いられる公知の金属を用いるようにしてもよい。 (1) In the above-described embodiment, the metal layer 18-1, the cathode conductive layer 58, and the cathode conductive layer 64 constituting the cathode conductive layer 18 are each made of an alloy containing Al and Ag of 10% or more, Al Alternatively, the alloy is composed of an alloy having an Al content of 10% or more. However, the present invention is not limited to this, and the metal layer 18-1, the cathode conductive layer 58, and the cathode conductive layer 64 are generally used. In particular, a known metal used as a cathode conductive layer of an organic light emitting diode may be used.
(2)上記した実施の形態においては、有機EL層16、56、66をそれぞれ、ホール注入層、ホール輸送層、発光層、電子輸送層および電子注入層により構成するようにしたが、これに限られるものではないことは勿論である。 (2) In the above-described embodiment, the organic EL layers 16, 56, and 66 are each composed of a hole injection layer, a hole transport layer, a light emitting layer, an electron transport layer, and an electron injection layer. Of course, it is not limited.
例えば、ホール注入層、ホール輸送層、発光層、電子輸送層および電子注入層のうち2つ以上の層の機能を1つの層が兼ね備えるようにしてもよい。 For example, one layer may have the functions of two or more layers among a hole injection layer, a hole transport layer, a light emitting layer, an electron transport layer, and an electron injection layer.
また、発光層は必須であるが、その他の層を省略するようにしてもよい。この場合、最も簡単な構成として、有機EL層を発光層のみから構成するようにしてもよい。 The light emitting layer is essential, but other layers may be omitted. In this case, as the simplest configuration, the organic EL layer may be composed of only the light emitting layer.
なお、電子注入層を省略して、当該電子注入層の機能を陰極導電層が兼ね備える場合には、陰極導電層に用いられる金属を、例えば、Mg/Ag=10/90などのマグネシウム合金とすればよい。 In the case where the electron injection layer is omitted and the cathode conductive layer has the function of the electron injection layer, the metal used for the cathode conductive layer is replaced with a magnesium alloy such as Mg / Ag = 10/90, for example. That's fine.
(3)上記した実施の形態においては、有機発光ダイオード10、70において、金属層18−1の裏面18−1cにおける表面プラズモンについて着目して粒子単層膜を形成する粒子の粒径を決定したが、これに限られるものではないことは勿論であり、金属層18−1の表面18−1a、反射層22における表面プラズモンについて着目して粒子単層膜を形成する粒子の粒径を決定するようにしてもよい。 (3) In the above-described embodiment, in the organic light emitting diodes 10 and 70, the particle size of the particles forming the particle monolayer film is determined by focusing on the surface plasmon on the back surface 18-1c of the metal layer 18-1. However, the present invention is not limited to this, and the particle diameter of the particles forming the particle monolayer film is determined by paying attention to the surface 18-1a of the metal layer 18-1 and the surface plasmon in the reflective layer 22. You may do it.
(4)上記した実施の形態においては、有機発光ダイオード10、70の基板12には、その表面12aに周期的に二次元に配列した複数の凸部12bを形成するようにしたが、これに限られるものではないことは勿論であり、基板12の表面12aに周期的に二次元に配列した複数の凹部を形成するようにしてもよい。 (4) In the above embodiment, the substrate 12 of the organic light emitting diodes 10 and 70 is formed with the plurality of convex portions 12b periodically and two-dimensionally arranged on the surface 12a. Of course, the present invention is not limited to this, and a plurality of recesses periodically and two-dimensionally arranged on the surface 12a of the substrate 12 may be formed.
こうして基板12の表面12aに複数の凹部により二次元格子構造を作製することにより、基板12上に反射層22、陽極導電層14、有機EL層16および陰極導電層18を積層して作製した有機発光ダイオード10では、陰極導電層18を形成する金属層18−1の透明導電層18−2と接している面(表面18−1a)に複数の凹部が周期的に二次元に配列した二次元格子構造が形成されることとなる。さらに、金属層18−1の有機EL層16と接している面(裏面18−1c)に複数の凸部が周期的に配列した二次元格子構造が形成されることとなる。
In this way, a two-dimensional lattice structure is formed on the surface 12a of the substrate 12 by a plurality of recesses, whereby the reflective layer 22, the anode conductive layer 14, the organic EL layer 16 and the cathode conductive layer 18 are stacked on the substrate 12 In the light emitting diode 10, a two-dimensional structure in which a plurality of concave portions are periodically arranged in a two-dimensional manner on the surface (surface 18-1a) in contact with the transparent conductive layer 18-2 of the metal layer 18-1 forming the cathode conductive layer 18. A lattice structure will be formed. Furthermore, a two-dimensional lattice structure in which a plurality of convex portions are periodically arranged on the surface (back surface 18-1c) in contact with the organic EL layer 16 of the metal layer 18-1 is formed.
また、有機発光ダイオード50の基板52には、その表面52aに周期的に二次元に配列した複数の凸部52bを形成するようにしたが、これに限られるものではないことは勿論であり、基板52の表面52aに周期的に二次元に配列した複数の凹部を形成するようにしてもよい。 Also, the substrate 52 of the organic light emitting diode 50 is formed with a plurality of convex portions 52b periodically and two-dimensionally arranged on the surface 52a, but it is of course not limited thereto. A plurality of recesses periodically and two-dimensionally arranged may be formed on the surface 52a of the substrate 52.
こうして基板52の表面52aに複数の凹部により二次元格子構造を作製することにより、基板52上に陽極導電層54、有機EL層56および陰極導電層58を積層して作製した有機発光ダイオード50では、陰極導電層58の有機EL層56と接している面(裏面58c)に複数の凸部が形成されることとなる。
In the organic light emitting diode 50 manufactured by stacking the anode conductive layer 54, the organic EL layer 56, and the cathode conductive layer 58 on the substrate 52 by forming a two-dimensional lattice structure on the surface 52 a of the substrate 52 in this manner. A plurality of convex portions are formed on the surface (back surface 58c) of the cathode conductive layer 58 in contact with the organic EL layer 56.
さらに、有機発光ダイオード60の基板62には、その表面62aに周期的に二次元に配列した複数の凸部62bを形成するようにしたが、これに限られたものではないことは勿論であり、基板62の表面62aに周期的に二次元に配列した複数の凹部を形成するようにしてもよい。 Further, the substrate 62 of the organic light emitting diode 60 is formed with a plurality of convex portions 62b periodically and two-dimensionally arranged on the surface 62a. However, the present invention is not limited to this. A plurality of recesses periodically and two-dimensionally arranged on the surface 62a of the substrate 62 may be formed.
こうして基板62の表面62aに複数の凹部により二次元格子構造を作製することにより、基板62上に陰極導電層64、有機EL層66および陽極導電層68を積層して作製した有機発光ダイオード60では、陰極導電層64の有機EL層66と接している面(表面64a)に複数の凹部が形成されることとなる。
In the organic light emitting diode 60 manufactured by stacking the cathode conductive layer 64, the organic EL layer 66, and the anode conductive layer 68 on the substrate 62 by forming a two-dimensional lattice structure on the surface 62 a of the substrate 62 in this manner. A plurality of recesses are formed on the surface (surface 64 a) of the cathode conductive layer 64 in contact with the organic EL layer 66.
具体的には、基板に凹型の微細構造を作製する手法としては、ナノインプリント法を用いて基板上に塗布された樹脂層に反転型を作製する方法などが利用できる。 Specifically, as a method for producing a concave microstructure on a substrate, a method of producing an inversion type on a resin layer applied on the substrate using a nanoimprint method can be used.
また、基板上に作製した粒子マスク(上記した計算式により算出された粒径の粒子により作製された粒子単層膜のことである。)上にCr、Niなどの金属を蒸着した後に粒子を除去し、基板上に残る金属蒸着層(粒子があった場所に穴が空いたメッシュ構造をしている。)をマスクとして基板をドライエッチングし、金属がなかった場所に凹構造を作製する方法などが利用できる。 In addition, after depositing a metal such as Cr or Ni on a particle mask (a particle monolayer film made of particles having a particle diameter calculated by the above formula) formed on a substrate, the particles are deposited. A method for producing a concave structure in a place where there is no metal by dry etching the substrate using a metal vapor deposition layer (having a mesh structure with holes in the place where particles were present) removed and remaining on the substrate as a mask Etc. are available.
なお、こうして形成された表面に複数の凹部が周期的に二次元に配列した構造を有する基板を鋳型として用い、この鋳型表面の構造を基板原板に転写することにより、各基板の表面に複数の凹部による二次元格子構造を作製するようにしてもよい。 In addition, by using a substrate having a structure in which a plurality of recesses are periodically and two-dimensionally arranged on the surface thus formed as a mold, and transferring the structure of the mold surface to a substrate original plate, a plurality of surfaces are formed on the surface of each substrate. You may make it produce the two-dimensional lattice structure by a recessed part.
(5)上記した実施の形態においては、基板上に順次積層された各層において、基板12の表面12aに形成された複数の凸部12bによる二次元格子構造と同等の構造が形成されるものとしたが、これに限られるものではないことは勿論であり、金属材料により形成される層にのみ二次元格子構造を形成するようにしてもよいし、当該金属材料により形成される層の表面あるいは裏面の一方の面にのみ二次元格子構造を形成するようにしてもよい。 (5) In the above-described embodiment, in each of the layers sequentially stacked on the substrate, a structure equivalent to the two-dimensional lattice structure formed by the plurality of convex portions 12b formed on the surface 12a of the substrate 12 is formed. However, it is needless to say that the present invention is not limited to this, and a two-dimensional lattice structure may be formed only on the layer formed of the metal material, or the surface of the layer formed of the metal material or A two-dimensional lattice structure may be formed only on one surface of the back surface.
即ち、有機発光ダイオード10、70においては、反射層22(つまり、反射層22の上面および下面である。)および金属層18−1(つまり、金属層18−1の上面および下面である。)にのみ二次元格子構造を形成するようにしてもよいし、反射層22あるいは金属層18−1のいずれか一方にのみ二次元格子構造を形成するようにしてもよい。さらに、反射層22の表面(つまり、反射層22の上面であり、有機EL層16が位置する面である。)あるいは裏面(つまり、反射層の下面であり、基板12が位置する面である。)のいずれか一方の面、もしくは、金属層18−1の表面18−1a(つまり、金属層18−1の上面である。)あるいは裏面18−1c(つまり、金属層18−1の下面である。)のいずれか一方の面にのみ二次元格子構造を形成するようにしてもよい。 That is, in the organic light emitting diodes 10 and 70, the reflective layer 22 (that is, the upper surface and the lower surface of the reflective layer 22) and the metal layer 18-1 (that is, the upper surface and the lower surface of the metal layer 18-1). A two-dimensional lattice structure may be formed only on the two-dimensional lattice structure, or a two-dimensional lattice structure may be formed only on either the reflective layer 22 or the metal layer 18-1. Furthermore, the surface of the reflective layer 22 (that is, the upper surface of the reflective layer 22 and the surface on which the organic EL layer 16 is located) or the back surface (that is, the lower surface of the reflective layer and the surface on which the substrate 12 is located). )), Or the surface 18-1a of the metal layer 18-1 (that is, the upper surface of the metal layer 18-1) or the back surface 18-1c (that is, the lower surface of the metal layer 18-1). The two-dimensional lattice structure may be formed only on one of the surfaces.
また、有機発光ダイオード50においては、陰極導電層58(つまり、陰極導電層58の上面および下面である。)にのみ二次元格子構造を形成するようにしてもよいし、陰極導電層58の表面58a(つまり、陰極導電層58の上面である。)あるいは裏面58c(つまり、陰極導電層58の下面である。)のいずれか一方の面にのみ二次元格子構造を形成するようにしてもよい。 In the organic light emitting diode 50, a two-dimensional lattice structure may be formed only on the cathode conductive layer 58 (that is, the upper surface and the lower surface of the cathode conductive layer 58). A two-dimensional lattice structure may be formed only on one surface of 58a (that is, the upper surface of the cathode conductive layer 58) or the back surface 58c (that is, the lower surface of the cathode conductive layer 58). .
さらに、有機発光ダイオード60においては、陰極導電層64(つまり、陰極導電層64の上面および下面である。)にのみ二次元格子構造を形成するようにしてもよいし、陰極導電層64の表面64a(つまり、陰極導電層64の上面である。)あるいは裏面64c(つまり、陰極導電層64の下面である。)のいずれか一方の面にのみ二次元格子構造を形成するようにしてもよい。 Further, in the organic light emitting diode 60, a two-dimensional lattice structure may be formed only on the cathode conductive layer 64 (that is, the upper surface and the lower surface of the cathode conductive layer 64), or the surface of the cathode conductive layer 64 may be formed. A two-dimensional lattice structure may be formed only on one surface of 64a (that is, the upper surface of the cathode conductive layer 64) or the back surface 64c (that is, the lower surface of the cathode conductive layer 64). .
(6)上記した実施の形態においては、異なる波長の光を発光する3つの有機発光材料を積層して発光層を形成し、当該発光層から白色光を発光するようにしたが、これに限られるものではないことは勿論であり、異なる波長の光を発光する2つの有機発光材料を積層して発光層を形成し、当該発光層から白色光を発光するようにしてもよい。 (6) In the above-described embodiment, three organic light emitting materials that emit light of different wavelengths are stacked to form a light emitting layer, and white light is emitted from the light emitting layer. Of course, the light emitting layer may be formed by laminating two organic light emitting materials that emit light of different wavelengths, and white light may be emitted from the light emitting layer.
(7)上記した実施の形態ならびに上記した(1)〜(6)に示す変形例は、適宜に組み合わせるようにしてもよい。 (7) You may make it combine suitably the embodiment shown above and the modification shown in said (1)-(6).
「実施例1」は、図4のエネルギー散逸図の特性を有する第1の実施の形態の有機発光ダイオードを上述した方法により作製したものであり、「比較例1」は、各層の隣り合う層と接している面が平らであること(即ち、当該面に複数の凸部あるいは複数の凹部により二次元格子構造を形成していないことである。)以外は、「実施例1」と同様の層構成により作製した有機発光ダイオードである。 “Example 1” is the organic light-emitting diode according to the first embodiment having the characteristics of the energy dissipation diagram of FIG. 4 manufactured by the method described above, and “Comparative Example 1” is a layer adjacent to each layer. Except that the surface in contact with the surface is flat (that is, a two-dimensional lattice structure is not formed by a plurality of convex portions or a plurality of concave portions on the surface). It is an organic light emitting diode produced by a layer structure.
具体的には、「実施例1」および「比較例1」としては、石英ガラスにより形成された基板12と、Alにより形成された厚さ100nmの反射層22と、IZOにより形成された厚さ20nmの陽極導電層14と、HAT−CNにより形成された厚さ80nmのホール注入層16−1と、T400により形成された厚さ70nmのホール輸送層16−2と、MDP3FLを7%ドープしたADNにより形成された厚さ40nmの発光層16−3aと、C545Tを1%ドープしたAlq3により形成された厚さ10nmの発光層16−3bと、CBTを8.5%ドープしたIr(piq)3により形成された厚さ20nmの発光層16−3cと、E913により形成された厚さ50nmの電子輸送層16−4と、Alにより形成された厚さ10nmの金属層18−1と、IZOにより形成された厚さ110nmの透明導電層18−2とにより構成されるようにした。 Specifically, “Example 1” and “Comparative Example 1” include a substrate 12 made of quartz glass, a reflective layer 22 made of Al having a thickness of 100 nm, and a thickness made of IZO. 20% anode conductive layer 14, 80 nm thick hole injection layer 16-1 formed by HAT-CN, 70 nm thick hole transport layer 16-2 formed by T400, and 7% MDP3FL doped A light emitting layer 16-3a having a thickness of 40 nm formed by ADN, a light emitting layer 16-3b having a thickness of 10 nm formed by Alq 3 doped with 1% C545T, and Ir (piq) doped with 8.5% CBT. ) emitting layer 16-3c thick 20nm formed by 3, the electron transport layer 16-4 having a thickness of 50nm formed by E913, thickness formed by Al A metal layer 18-1 10 nm, and to be composed of a transparent conductive layer 18-2 having a thickness of 110nm formed by IZO.
そして、「実施例1」においては、取り出し波長λ(つまり、内部量子効率および有機発光材料の寿命が他の有機発光材料に劣るため、増強したい発光スペクトルのピーク波長値λ1)を630nmとし、基板12の表面12aに形成された複数の凸部の中心間距離Pの平均値を573.7nmとした。
In “Example 1”, the extraction wavelength λ (that is, the peak wavelength value λ 1 of the emission spectrum to be enhanced because the internal quantum efficiency and the lifetime of the organic light emitting material are inferior to those of other organic light emitting materials) is set to 630 nm. The average value of the center-to-center distances P of the plurality of convex portions formed on the surface 12a of the substrate 12 was 573.7 nm.
また、「実施例2」は、図5のエネルギー散逸図の特性を有する第2の実施の形態の有機発光ダイオードを上述した方法により作製したものであり、「比較例2」は、各層の隣り合う層と接している面が平らであること(即ち、当該面に複数の凸部あるいは複数の凹部により二次元格子構造を形成していないことである。)以外は、「実施例2」と同様の層構成により作製した有機発光ダイオードである。 In addition, “Example 2” is the organic light-emitting diode according to the second embodiment having the characteristics of the energy dissipation diagram of FIG. 5 manufactured by the method described above, and “Comparative Example 2” is adjacent to each layer. “Example 2” except that the surface in contact with the mating layer is flat (that is, a two-dimensional lattice structure is not formed by a plurality of convex portions or a plurality of concave portions on the surface). It is an organic light emitting diode produced by the same layer structure.
具体的には、「実施例2」および「比較例2」としては、石英ガラスにより形成された基板12と、Alにより形成された厚さ100nmの反射層22と、IZOにより形成された厚さ20nmの陽極導電層14と、HAT−CNにより形成された厚さ40nmのホール注入層16−1と、T400により形成された厚さ50nmのホール輸送層16−2と、MDP3FLを7%ドープしたADNにより形成された厚さ20nmの発光層16−3aと、C545Tを1%ドープしたAlq3により形成された厚さ2nmの発光層16−3bと、CBTを8.5%ドープしたIr(piq)3により形成された厚さ10nmの発光層16−3cと、E913により形成された厚さ30nmの電子輸送層16−4と、Alにより形成された厚さ10nmの金属層18−1と、IZOにより形成された厚さ110nmの透明導電層18−2とにより構成されるようにした。 Specifically, as “Example 2” and “Comparative Example 2”, a substrate 12 made of quartz glass, a reflective layer 22 made of Al having a thickness of 100 nm, and a thickness made of IZO are used. 20% anode conductive layer 14, 40 nm thick hole injection layer 16-1 formed by HAT-CN, 50 nm thick hole transport layer 16-2 formed by T400, and 7% MDP3FL doped Light emitting layer 16-3a with a thickness of 20 nm formed by ADN, light emitting layer 16-3b with a thickness of 2 nm formed by Alq 3 doped with 1% C545T, and Ir (piq) doped with 8.5% CBT ) emitting layer 16-3c thick 10nm formed by 3, the electron transport layer 16-4 having a thickness of 30nm formed by E913, thickness formed by Al of A metal layer 18-1 0 nm, and to be composed of a transparent conductive layer 18-2 having a thickness of 110nm formed by IZO.
そして、「実施例2」においては、取り出し波長λ(つまり、内部量子効率および有機発光材料の寿命が他の有機発光材料に劣るため、増強したい発光スペクトルのピーク波長値λ1)を470nmとし、基板12の表面12aに形成された複数の凸部の中心間距離Pの平均値を307.6nmとした。
In “Example 2”, the extraction wavelength λ (that is, the peak wavelength value λ 1 of the emission spectrum to be enhanced because the internal quantum efficiency and the lifetime of the organic light emitting material are inferior to those of other organic light emitting materials) is 470 nm, The average value of the center-to-center distances P of the plurality of convex portions formed on the surface 12a of the substrate 12 was set to 307.6 nm.
さらに、「実施例3」は、図8のエネルギー散逸図の特性を有する第3の実施の形態の有機発光ダイオードを上述した方法により作製したものであり、「比較例3」は、各層の隣り合う層と接している面が平らであること(即ち、当該面に複数の凸部あるいは複数の凹部により二次元格子構造を形成していないことである。)以外は、「実施例3」と同様の層構成により作製した有機発光ダイオードである。 Furthermore, “Example 3” is the organic light-emitting diode of the third embodiment having the characteristics of the energy dissipation diagram of FIG. 8 manufactured by the method described above, and “Comparative Example 3” is adjacent to each layer. “Example 3” except that the surface in contact with the mating layer is flat (that is, a two-dimensional lattice structure is not formed by a plurality of convex portions or a plurality of concave portions on the surface). It is an organic light emitting diode produced by the same layer structure.
具体的には、「実施例3」および「比較例3」としては、石英ガラスにより形成された基板52と、IZOにより形成された厚さ100nmの陽極導電層54と、HAT−CNにより形成された厚さ30nmのホール注入層56−1と、T400により形成された厚さ50nmのホール輸送層56−2と、MDP3FLを7%ドープしたADNにより形成された厚さ10nmの発光層56−3aと、C545Tを1%ドープしたAlq3により形成された厚さ2nmの発光層56−3bと、CBPを8.5%ドープしたIr(piq)3により形成された厚さ10nmの発光層56−3cと、E913により形成された厚さ30nmの電子輸送層56−4と、LiFにより形成された厚さ0.8nmの電子注入層56−5と、Alにより形成された厚さ150nmの陰極導電層58とにより構成されるようにした。 Specifically, “Example 3” and “Comparative Example 3” are formed of a substrate 52 made of quartz glass, an anode conductive layer 54 having a thickness of 100 nm made of IZO, and HAT-CN. A 30 nm thick hole injection layer 56-1; a 50 nm thick hole transport layer 56-2 formed by T400; and a 10 nm thick light emitting layer 56-3a formed by ADN doped with 7% of MDP3FL. A 2 nm thick light emitting layer 56-3b formed of Alq 3 doped with 1% C545T and a 10 nm thick light emitting layer 56- formed of Ir (piq) 3 doped with 8.5% CBP. 3c, an electron transport layer 56-4 with a thickness of 30 nm formed by E913, an electron injection layer 56-5 with a thickness of 0.8 nm formed by LiF, and Al. It was to be constructed by the cathode conductive layer 58 having a thickness of 150nm which is.
そして、「実施例3」においては、取り出し波長λ(つまり、内部量子効率および有機発光材料の寿命が他の有機発光材料に劣るため、増強したい発光スペクトルのピーク波長値λ1)を630nmとし、基板52の表面52aに形成された複数の凸部の中心間距離Pの平均値を413.4nmとした。
In “Example 3”, the extraction wavelength λ (that is, the peak wavelength value λ 1 of the emission spectrum to be enhanced because the internal quantum efficiency and the lifetime of the organic light emitting material are inferior to those of other organic light emitting materials) is set to 630 nm. The average value of the center-to-center distances P of the plurality of convex portions formed on the surface 52a of the substrate 52 was 413.4 nm.
さらにまた、「実施例4」は、図11のエネルギー散逸図の特徴を有する第4の実施の形態の有機発光ダイオードを上述した方法により作製したものであり、「比較例4」は、各層の隣り合う層と接している面が平らであること(即ち、当該面に複数の凸部あるいは複数の凹部により二次元格子構造を形成していないことである。)以外は、「実施例4」と同様の層構成により作製した有機発光ダイオードである。 Furthermore, “Example 4” is the organic light-emitting diode of the fourth embodiment having the characteristics of the energy dissipation diagram of FIG. 11 manufactured by the method described above, and “Comparative Example 4” “Example 4” except that a surface in contact with an adjacent layer is flat (that is, a two-dimensional lattice structure is not formed by a plurality of convex portions or a plurality of concave portions on the surface). It is the organic light emitting diode produced by the same layer structure.
具体的には、[実施例4」および「比較例4」としては、石英ガラスにより形成された基板62と、Agにより形成された厚さ100nmの陰極導電層64と、LiFにより形成された厚さ0.8nmの電子注入層66−5と、E913により形成された厚さ40nmの電子輸送層66−4と、CBPを8.5%ドープしたIr(piq)3により形成された厚さ15nmの発光層66−3cと、C545Tを1%ドープしたAlq3により形成された厚さ3nmの発光層66−3bと、MDP3FLを7%ドープしたADNにより形成された厚さ30nmの発光層66−3aと、T400により形成された厚さ40nmのホール輸送層66−2と、MoOx(x=1〜3)により形成された厚さ60nmのホール注入層66−1と、IZOにより形成された厚さ100nmの陽極導電層68とにより構成されるようにした。 Specifically, as [Example 4] and [Comparative Example 4], a substrate 62 formed of quartz glass, a cathode conductive layer 64 of 100 nm thickness formed of Ag, and a thickness formed of LiF. 0.8 nm thick electron injection layer 66-5, 40 nm thick electron transport layer 66-4 formed by E913, and 15 nm thick formed by Ir (piq) 3 doped with 8.5% CBP. Light emitting layer 66-3c, 3 nm thick light emitting layer 66-3b formed of Alq 3 doped with 1% C545T, and 30 nm thick light emitting layer 66- formed of ADN 7% doped with MDP3FL 3a, a hole transport layer 66-2 having a thickness of 40 nm formed by T400, a hole injection layer 66-1 having a thickness of 60 nm formed by MoO x (x = 1 to 3), and IZ The anode conductive layer 68 is formed of O and has a thickness of 100 nm.
そして、「実施例4」においては、取り出し波長λ(つまり、内部量子効率および有機発光材料の寿命が他の有機発光材料に劣るため、増強したい発光スペクトルのピーク波長値λ1)を470nmとし、基板62の表面62aに形成された複数の凸部の中心間距離Pの平均値を226.0nmとした。
In “Example 4”, the extraction wavelength λ (that is, the peak wavelength value λ 1 of the emission spectrum to be enhanced because the internal quantum efficiency and the lifetime of the organic light emitting material are inferior to those of other organic light emitting materials) is 470 nm, The average value of the center-to-center distances P of the plurality of convex portions formed on the surface 62a of the substrate 62 was 226.0 nm.
そして、「実施例1」、「実施例2」、「実施例3」、「実施例4」、「比較例1」、「比較例2」、「比較例3」および「比較例4」として作製した有機発光ダイオードについて、14.8mA/cm2の単位電流における電流効率(cd/A)および電力効率(lm/W)を測定した。 As “Example 1”, “Example 2”, “Example 3”, “Example 4”, “Comparative Example 1”, “Comparative Example 2”, “Comparative Example 3”, and “Comparative Example 4” The produced organic light emitting diode was measured for current efficiency (cd / A) and power efficiency (lm / W) at a unit current of 14.8 mA / cm 2 .
その結果、図10に示すように、「実施例1」として作製した有機発光ダイオードは、「比較例1」として作製された有機発光ダイオードに対して、電流効率で1.65倍の向上率を示すとともに電力効率で1.72倍の向上率を示し、発光効率が飛躍的に向上すること示された。 As a result, as shown in FIG. 10, the organic light emitting diode manufactured as “Example 1” has a current efficiency improvement rate of 1.65 times that of the organic light emitting diode manufactured as “Comparative Example 1”. In addition, it showed a 1.72 times improvement rate in power efficiency, indicating that the luminous efficiency was dramatically improved.
また、「実施例2」として作製した有機発光ダイオードは、「比較例2」として作製された有機発光ダイオードに対して、電流効率で1.47倍の向上率を示すとともに、電力効率で1.68倍の向上率を示し、発光効率が飛躍的に向上することが示された。 In addition, the organic light emitting diode manufactured as “Example 2” shows 1.47 times improvement in current efficiency and 1.1 in power efficiency as compared with the organic light emitting diode manufactured as “Comparative Example 2”. The rate of improvement was 68 times, indicating that the luminous efficiency was dramatically improved.
また、「実施例3」として作製した有機発光ダイオードは、「比較例3」として作製された有機発光ダイオードに対して、電流効率で2.11倍の向上率を示すとともに電力効率で2.37倍の向上率を示し、発光効率が飛躍的に向上することが示された。 In addition, the organic light emitting diode manufactured as “Example 3” has a current efficiency of 2.11 times higher than the organic light emitting diode manufactured as “Comparative Example 3” and also has a power efficiency of 2.37. The rate of improvement was doubled, indicating that the luminous efficiency was dramatically improved.
さらに、「実施例4」として作製した有機発光ダイオードは、「比較例4」として作製された有機発光ダイオードに対して、電流効率で1.88倍の向上率を示すとともに電力効率で2.12倍の向上率を示し、発光効率が飛躍的に向上することが示された。 Further, the organic light emitting diode manufactured as “Example 4” shows a 1.88 times improvement in current efficiency and 2.12 in power efficiency as compared with the organic light emitting diode manufactured as “Comparative Example 4”. The rate of improvement was doubled, indicating that the luminous efficiency was dramatically improved.
本発明は、画像表示装置や照明装置などに用いる有機発光ダイオードとして用いて好適である。 The present invention is suitable for use as an organic light emitting diode used in an image display device, a lighting device, or the like.
10、50、60 有機発光ダイオード
12、52、62 基板
14、54、68 陽極導電層
16、56、66 有機EL層
16−1、56−1、66−1 ホール注入層
16−2、56−2、66−2 ホール輸送層
16−3、56−3、66−3 発光層
16−3a、16−3b、16−3c、56−3a、56−3b、56−3c、66−3a、66−3b、66−3c 有機発光材料
16−4、56−4、66−4 電子輸送層
16−5、56−5、66−5 電子注入層
18、58、64 陰極導電層
18−1 金属層
18−2 透明導電層
20 電源
22 反射層
10, 50, 60 Organic light emitting diode 12, 52, 62 Substrate 14, 54, 68 Anode conductive layer 16, 56, 66 Organic EL layer 16-1, 56-1, 66-1 Hole injection layer 16-2, 56- 2, 66-2 Hole transport layer 16-3, 56-3, 66-3 Light emitting layer 16-3a, 16-3b, 16-3c, 56-3a, 56-3b, 56-3c, 66-3a, 66 -3b, 66-3c Organic light emitting material 16-4, 56-4, 66-4 Electron transport layer 16-5, 56-5, 66-5 Electron injection layer 18, 58, 64 Cathode conductive layer 18-1 Metal layer 18-2 Transparent conductive layer 20 Power source 22 Reflective layer
また、双極子の向きが界面に平行な場合には、下記の(8)式で与えられる。
Claims (8)
前記第1の導電層の前記金属層において隣接する層が形成される所定の面に、複数の凸部または凹部が周期的に二次元に配列した二次元格子構造を形成し、
前記複数の有機発光材料のうち、内部量子効率および有機発光材料の寿命時間の少なくとも一方が他の有機発光材料より劣る所定の有機発光材料の発光スペクトルのピーク波長λ1に対応する前記金属層の前記所定の面に生じる表面プラズモンの伝搬定数の実部をk1とすると、前記所定の面に形成された凸部または凹部における隣り合う凸部または凹部の中心間距離Pは、(1)式の範囲の値とし、前記(1)式におけるP0は、前記二次元格子構造として三角格子構造を形成するときは、(2)式を満たし、前記二次元格子構造として正方格子構造を形成するときは、(3)式を満たす
ことを特徴とする有機発光ダイオード。
Forming a two-dimensional lattice structure in which a plurality of convex portions or concave portions are periodically arranged two-dimensionally on a predetermined surface of the metal layer of the first conductive layer on which adjacent layers are formed;
Among the plurality of organic light emitting material, the internal quantum efficiency and an organic light emitting material wherein the metal layer at least one of the life time is corresponding to the peak wavelength lambda 1 of the emission spectrum of a given organic luminescent material inferior other organic luminescent materials When the real part of the propagation constant of surface plasmon generated on the predetermined surface is k 1 , the distance P between adjacent convex portions or concave portions formed on the predetermined surface is expressed by the following equation (1). a value in the range of the (1) P 0 in the expression, when forming a triangular lattice structure as the two-dimensional lattice structure (2) was filled, to form a square lattice structure as the two-dimensional lattice structure When the organic light emitting diode satisfies the expression (3).
前記第1の導電層における前記金属層を形成する金属材料は、AgまたはAlまたはAgの含有率が10質量%以上の合金またはAlの含有率が10質量%以上の合金である
ことを特徴とする有機発光ダイオード。 The organic light emitting diode according to claim 1,
The metal material forming the metal layer in the first conductive layer is Ag, Al, an alloy having an Ag content of 10% by mass or more, or an alloy having an Al content of 10% by mass or more. Organic light emitting diode.
前記凹部の深さならびに前記凸部の高さは、15〜180nmである
ことを特徴とする有機発光ダイオード。 The organic light emitting diode according to any one of claims 1 and 2,
The depth of the said recessed part and the height of the said convex part are 15-180 nm. The organic light emitting diode characterized by the above-mentioned.
所定の粒子が二次元に最密充填した粒子単層膜をエッチングマスクとしたドライエッチング法によって、前記第1の導電層、前記第2の導電層および前記有機EL層を積層する面に複数の凸部または凹部が周期的に二次元に配列した二次元格子構造を形成する
ことを特徴とする有機発光ダイオード用基板の製造方法。 An organic light emitting diode substrate manufacturing method for manufacturing an organic light emitting diode substrate used in the organic light emitting diode according to any one of claims 1, 2, or 3,
A plurality of layers on the surface on which the first conductive layer, the second conductive layer, and the organic EL layer are stacked by a dry etching method using a single-layer particle film in which predetermined particles are closely packed in two dimensions as an etching mask. A method of manufacturing a substrate for an organic light emitting diode, comprising forming a two-dimensional lattice structure in which convex portions or concave portions are periodically arranged in two dimensions.
所定の粒子が二次元に最密充填した粒子単層膜をエッチングマスクとしたドライエッチング法によって、複数の凸部または凹部が周期的に二次元に配列した二次元格子構造が形成された鋳型を作製し、
前記鋳型に形成された複数の凸部または凹部が周期的に二次元に配列した二次元格子構造を転写して、前記第1の導電層、前記第2の導電層および前記有機EL層を積層する面に複数の凸部または凹部が周期的に二次元に配列した二次元格子構造を形成する
ことを特徴とする有機発光ダイオード用基板の製造方法。 An organic light emitting diode substrate manufacturing method for manufacturing an organic light emitting diode substrate used in the organic light emitting diode according to any one of claims 1, 2, or 3,
A mold in which a two-dimensional lattice structure in which a plurality of convex portions or concave portions are periodically arranged in two dimensions is formed by a dry etching method using a particle monolayer film in which predetermined particles are closely packed in two dimensions as an etching mask. Made,
A two-dimensional lattice structure in which a plurality of convex portions or concave portions formed in the mold are periodically arranged in two dimensions is transferred, and the first conductive layer, the second conductive layer, and the organic EL layer are stacked. A method for producing a substrate for an organic light emitting diode, comprising: forming a two-dimensional lattice structure in which a plurality of convex portions or concave portions are periodically arranged in a two-dimensional manner on a surface to be formed.
前記所定の粒子の粒径Dは、式(4)を満たす
ことを特徴とする有機発光ダイオード用基板の製造方法。
The method of manufacturing a substrate for an organic light emitting diode, wherein the predetermined particle diameter D satisfies the formula (4).
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