JP2019079725A - Organic el element, lighting device including organic el element, surface light source, and display device - Google Patents
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本発明は、光の取り出し効率を改善した、有機エレクトロミネッセンス(EL)素子、ならびに当該有機EL素子を含む照明装置、面状光源、および表示装置に関する。 The present invention relates to an organic electroluminescent (EL) element, an illumination device including the organic EL element, a planar light source, and a display device, in which the light extraction efficiency is improved.
近年、照明装置、表示装置などに用いられる次世代発光デバイスとして、有機EL現象を利用した発光素子(有機EL素子)が大きな注目を集めている。有機EL素子は、面発光が可能であること、低温動作が可能であること、低コスト化が可能であること、軽量化が可能であること、フレキシブルな素子の作製が可能であること、視野角依存性が少ないこと、消費電力が少ないこと、極めて薄い素子の作製が可能であることなどの利点を有する。 In recent years, a light emitting element (organic EL element) using an organic EL phenomenon has attracted much attention as a next-generation light emitting device used for a lighting device, a display device, and the like. The organic EL element is capable of surface light emission, capable of low temperature operation, capable of cost reduction, capable of weight reduction, capable of producing a flexible element, It has advantages such as low corner dependence, low power consumption, and the ability to produce extremely thin devices.
有機EL素子は、一般的に、陽極、陰極、ならびに陽極および陰極に挟持される有機EL層(機能層)を備える。ここで、有機EL層は、有機発光材料を含有する発光層を含む。必要に応じて、有機EL層は、電子輸送層、電子注入層、正孔輸送層、正孔注入層などをさらに含んでいてもよい。 An organic EL element generally comprises an anode, a cathode, and an organic EL layer (functional layer) sandwiched between the anode and the cathode. Here, the organic EL layer includes a light emitting layer containing an organic light emitting material. As necessary, the organic EL layer may further include an electron transport layer, an electron injection layer, a hole transport layer, a hole injection layer, and the like.
有機EL素子は、ガラス基板等の透明な基板上に、ITO(インジウム・スズ酸化物)などの透明導電材料からなる陽極、有機EL層、金属からなる陰極をこの順に備え、基板側から光を取り出すボトムエミッション構造を有してもよい。あるいはまた、有機EL素子は、基板上に陰極、有機EL層、透明導電材料からなる陽極をこの順で備え、基板側とは反対の側から光を取り出すトップエミッション構造を有してもよい。 The organic EL element comprises an anode made of a transparent conductive material such as ITO (indium tin oxide), an organic EL layer, and a cathode made of metal in this order on a transparent substrate such as a glass substrate, and light is emitted from the substrate side. You may have a bottom emission structure to take out. Alternatively, the organic EL element may include a cathode, an organic EL layer, and an anode made of a transparent conductive material in this order on a substrate, and may have a top emission structure for extracting light from the side opposite to the substrate side.
有機EL素子は、上述の利点を有するものの、光の取出し効率が低いという問題点を有する。光の取出し効率は、発光層で発生した光の総エネルギー量に対する、光の取出し面(例えばボトムエミッション型の場合は基板面)から大気中に放出される光の総エネルギー量の比である。例えば、発光層で発生する光は全方向に放射されるため、光の多くが、異なる屈折率を有する2つの層の界面で全反射を繰り返す導波モードとなる。このため、導波モード中の熱への変化、および素子の側面からの光の出射により、目的の方向への光の取出し効率が低下する。 Although the organic EL element has the above-mentioned advantages, it has a problem that the light extraction efficiency is low. The light extraction efficiency is the ratio of the total energy amount of light emitted from the light extraction surface (for example, the substrate surface in the case of bottom emission type) to the atmosphere to the total energy amount of light generated in the light emitting layer. For example, since light generated in the light emitting layer is emitted in all directions, much of the light becomes a guided mode which repeats total reflection at the interface of two layers having different refractive indices. For this reason, the change to heat in the guided mode and the emission of light from the side of the element lower the light extraction efficiency in the intended direction.
また、有機EL素子では、発光層と金属である陰極との間の距離が近いので、発光層からの光の一部は陰極の表面で表面プラズモンに変換されて失われる。これによっても、光の取出し効率が低下する。光の取出し効率は、有機EL素子を備えた表示装置、照明装置などの明るさに影響するので、光の取出し効率の改善のために種々の方法が検討されている。 Further, in the organic EL element, since the distance between the light emitting layer and the metal cathode is short, part of the light from the light emitting layer is converted to surface plasmon on the surface of the cathode and lost. This also reduces the light extraction efficiency. Since the light extraction efficiency affects the brightness of a display device, an illumination device or the like provided with an organic EL element, various methods have been studied to improve the light extraction efficiency.
光の取出し効率を改善する方法の1つとして、集光性を有する集光層を備えたガラス基板を用いた有機EL素子が提案されている。例えば、特開2003−86353号公報には、マイクロレンズなどの集光性構造物と、この集光性構造物を覆う透明樹脂とから成る集光層が開示されている(特許文献1参照)。この提案では、透明樹脂は、集光性構造物よりも高い屈折率を有する。集光層をガラス基板上に設けることで、ガラス基板の表面で生じる全反射を抑制し、光の取出し効率を改善している。 As one of methods for improving the light extraction efficiency, an organic EL element using a glass substrate provided with a light collecting layer having a light collecting property has been proposed. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-86353 discloses a light collecting layer comprising a light collecting structure such as a microlens and a transparent resin covering the light collecting structure (see Patent Document 1). . In this proposal, the transparent resin has a higher refractive index than the light-condensing structure. By providing the light collecting layer on the glass substrate, total reflection occurring on the surface of the glass substrate is suppressed, and the light extraction efficiency is improved.
また、光の取出し効率を改善する方法の1つとして、表面プラズモン共鳴を利用する方法が提案されている。例えば、特許第4762542号明細書には、金属層(陰極)の表面に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(特許文献2参照)。この提案において、周期的微細構造は、回折格子として機能する。これにより、陰極表面で表面プラズモンに変換されたエネルギーが光へと再変換され、光の取出し効率が向上する。 Further, as one of methods for improving the light extraction efficiency, a method using surface plasmon resonance has been proposed. For example, Japanese Patent No. 4762542 discloses a method of providing a one-dimensional or two-dimensional periodic fine structure on the surface of a metal layer (cathode) (see Patent Document 2). In this proposal, the periodic microstructures function as diffraction gratings. As a result, the energy converted to surface plasmons on the cathode surface is reconverted to light, and the light extraction efficiency is improved.
さらに、特許文献3には、有機EL素子の背面電極が、金属領域と誘電体領域を含み、且つ金属領域同士の一部が連結していることを特徴とする有機EL素子が開示されている。この有機EL素子では、背面電極に凹凸構造を設けることなく表面プラズモン吸収の減少を実現している。 Furthermore, Patent Document 3 discloses an organic EL element in which the back electrode of the organic EL element includes a metal region and a dielectric region, and a part of the metal regions are connected to each other. . In this organic EL element, the reduction of surface plasmon absorption is realized without providing the uneven structure on the back electrode.
しかしながら、上述の集光層をガラス基板に設けたとしても、集光層とガラス基板との界面で全反射が生じるので、有機EL素子からの光の取出し効率は十分に高いとはいえない。また、上述の周期的微細構造を金属層に設ける場合、金属層の凹凸構造に起因してリーク電流が発生すること、金属層上に積層した各層の不均一性により発光むらが発生すること、および有機EL素子の経時的安定性が低下することなどの問題点もあった。このため、理論上効率の高い周期的微細構造を金属層に設けたとしても、有機EL素子を安定的に製造できるとは限らなかった。加えて、有機EL照明装置の省電力化および/またはフレキシブル有機EL照明装置の製造に向けて、さらに改善された光の取出し効率を有する有機EL素子が求められている。 However, even if the above-described light collecting layer is provided on a glass substrate, total reflection occurs at the interface between the light collecting layer and the glass substrate, so that the light extraction efficiency from the organic EL element can not be said to be sufficiently high. In the case where the above-described periodic fine structure is provided in the metal layer, leakage current is generated due to the uneven structure of the metal layer, and uneven light emission is generated due to nonuniformity of each layer stacked on the metal layer. And there is also a problem that the stability over time of the organic EL element is lowered. For this reason, even if the periodic fine structure having high theoretical efficiency is provided in the metal layer, the organic EL element can not always be manufactured stably. In addition, towards the power saving of the organic EL lighting device and / or the manufacture of the flexible organic EL lighting device, there is a demand for an organic EL element having further improved light extraction efficiency.
本発明は、高い光の取出し効率を実現できる有機EL素子を提供することを目的とする。さらに、本発明は、この有機EL素子を含む照明装置、面状光源および表示装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide an organic EL element which can realize high light extraction efficiency. Another object of the present invention is to provide a lighting device, a planar light source and a display including the organic EL element.
本発明の第1の側面は有機EL素子である。この有機EL素子は、光透過性基板と、前記基板上に設けられた、光透過性の構造層、光透過性の第1電極、発光層を含む機能層、および第2電極をこの順に含み、前記構造層は、前記第2電極側の表面に、複数の凸部、および平坦部を有し、一つの凸部は平坦部に囲まれ、隣り合う2つの凸部の頂部間の距離が0.5μm以上、5μm以下であり、且つ、凸部面積比Apが、以下の(式1)の関係を満たすことを特徴とする。
0.12 ≦ 凸部面積比Ap ≦ 0.64 (式1)
A first aspect of the present invention is an organic EL element. The organic EL element includes a light transmitting substrate, a light transmitting structural layer provided on the substrate, a light transmitting first electrode, a functional layer including a light emitting layer, and a second electrode in this order. The structural layer has a plurality of projections and a flat portion on the surface on the second electrode side, and one projection is surrounded by the flat portion, and the distance between the tops of two adjacent projections is It is characterized in that it is 0.5 μm or more and 5 μm or less, and the convex portion area ratio Ap satisfies the relationship of the following (Expression 1).
0.12 ≦ protrusion area ratio Ap ≦ 0.64 (Expression 1)
但し、凸部面積比Apは、有機EL素子の表示領域内における所定面積に対する、この所定面積内の凸部の投影面積の総和の比である。 However, the convex portion area ratio Ap is a ratio of the sum of the projected areas of the convex portions in the predetermined area to the predetermined area in the display region of the organic EL element.
具体的には、有機EL素子の表示領域内における所定面積の領域(本明細書において、これを領域Xと称する)を設定する。この領域X内の各凸部の投影面積の総和を求める。凸部面積比Apは、上記所定面積に対する凸部の投影面積の総和の比[下記(式1a)]である。 Specifically, an area of a predetermined area in the display area of the organic EL element (in this specification, this is referred to as an area X) is set. The sum of the projection areas of the respective convex portions in the region X is obtained. The convex portion area ratio Ap is a ratio [the following (Expression 1a)] of the sum of the projected areas of the convex portions to the predetermined area.
但し、領域Xは、有機EL素子の表示領域内における所定面積を有する領域である。 However, the area X is an area having a predetermined area in the display area of the organic EL element.
本発明の有機EL素子では、前記複数の凸部から選択された1つの凸部(A)の幅をw1aとした場合、前記w1aが400nmから1000nmの範囲であることを特徴とする。 In the organic EL element of the present invention, where the width of one convex portion (A) selected from the plurality of convex portions is w1a, the w1a is in the range of 400 nm to 1000 nm.
さらに、本発明の有機EL素子では、前記凸部(A)の幅をw1aとし、その凸部に隣り合う2つの凸部と前記凸部(A)との間の2つの平坦部における幅をそれぞれw1bおよびw1cとした場合、以下の式2の関係を満たすことを特徴とする。
0.5 ≦ w1a/[(w1b+w1c)/2] ≦ 4.0 (式2)
Furthermore, in the organic EL element of the present invention, the width of the convex portion (A) is w1a, and the width of the two flat portions between the two convex portions adjacent to the convex portion and the convex portion (A) is In the case of w1b and w1c respectively, it is characterized in that the relationship of the following equation 2 is satisfied.
0.5 ≦ w1a / [(w1b + w1c) / 2] ≦ 4.0 (equation 2)
本発明の有機EL素子では、前記複数の凸部から選択された1つの凸部(A)の見かけ上の高さが、50nmから300nmであることを特徴とする。 The organic EL element of the present invention is characterized in that the apparent height of one convex portion (A) selected from the plurality of convex portions is 50 nm to 300 nm.
本発明の有機EL素子は、前記光透過性基板と前記構造層との間に、バリア層および/または光散乱層をさらに含んでいてもよい。また、本発明の有機EL素子は、光透過性基板の構造層が設けられた面とは反対側の面に、光取出しレンズ層をさらに含んでいてもよい。 The organic EL device of the present invention may further include a barrier layer and / or a light scattering layer between the light transmitting substrate and the structural layer. The organic EL device of the present invention may further include a light extraction lens layer on the surface of the light transmitting substrate opposite to the surface provided with the structural layer.
本発明の第2の側面は、本発明の有機EL素子を含む照明装置に関する。本発明の第3の側面は、本発明の有機EL素子を含む面状光源に関する。本発明の第4の側面は、第1の側面の有機EL素子を含む表示装置に関する。 The second aspect of the present invention relates to a lighting device including the organic EL element of the present invention. The third aspect of the present invention relates to a planar light source including the organic EL element of the present invention. A fourth aspect of the present invention relates to a display including the organic EL element of the first aspect.
本発明の有機EL素子は、光の取出し効率を高めることができる。さらに、本発明の有機EL素子を用いることで、優れた特性を有する照明装置、面状光源および表示装置を提供できる。 The organic EL element of the present invention can enhance the light extraction efficiency. Furthermore, by using the organic EL element of the present invention, a lighting device, a planar light source and a display device having excellent characteristics can be provided.
本発明を、図面を参照して説明する。本発明は、有機EL素子、ならびにこの有機EL素子を含む照明装置、面状光源および表示装置を包含する。なお、本発明は、以下に記載する側面に限定されるものではない。本発明に対して、当業者の知識に基づいて種々の変更または修正を加えることが可能である。そして、そのような変更または修正が加えられた側面も本発明の範囲に含まれる。 The invention will be described with reference to the drawings. The present invention includes an organic EL element, and a lighting device, a planar light source, and a display including the organic EL element. The present invention is not limited to the aspects described below. Various changes or modifications can be made to the present invention based on the knowledge of those skilled in the art. And the aspect by which such a change or correction was added is also included in the scope of the present invention.
(I)有機EL素子
本発明の第1の側面の有機EL素子は、基板、構造層、第1電極、発光層を含む機能層、および第2電極をこの順に含む。この有機EL素子100の一実施形態を図1に示す。有機EL素子100は、光透過性基板102、光透過性の構造層104、光透過性の第1電極106、発光層を含む機能層108、および第2電極110を、この順に積層した構造を有する。本発明の有機EL素子は、光透過性基板102の側から光を取り出す、ボトムエミッション構造を有する。
(I) Organic EL Element The organic EL element according to the first aspect of the present invention includes a substrate, a structural layer, a first electrode, a functional layer including a light emitting layer, and a second electrode in this order. One embodiment of this
本発明の有機EL素子は構造層104を有する。構造層104は、図2(a)に示すように、第2電極側の表面に、正方形の底面形状を有する複数の凸部202、および、この複数の凸部202の周囲に平坦部204を有する。図2に示す例では、複数の凸部202は、正方格子状に配列されている。すなわち、複数の凸部202のそれぞれは、最も接近した4つの凸部202によって形成される正方形の頂点部分に配置される。本発明の有機EL素子の構造層は、複数の凸部202が平坦部204により取り囲まれる構造を有することが特徴である。
The organic EL element of the present invention has a
本発明の有機EL素子のより具体的な構造を、図2(b)を用いて説明する。図2(b)は、図2(a)の切断線IIb−IIbに沿った断面図である。本発明において、構造層104は、第1電極106側の面に、第1電極の方向に向いた複数の凸部202を有する。また、複数の凸部202とその周りの平坦部204の形状は、構造層104の上の第1電極106、機能層108および第2電極110へ、それぞれ維持される。第2電極110に構造層104の凸部および平坦部から転写された形状は、第2電極110の基板側の面およびこれと対向する面の両面に維持されうる。また、構造層104の形状が第2電極で維持される限り、第2電極110の形状は、第2電極110の機能層108側の面にのみ形成されてもよい。ここで、構造層の凸部の形状は、第2電極の機能層108側の面上では、凹部206に転写され、構造層の平坦部204は、第2電極上では平坦な部分(第2電極の平坦部)208に転写される。このような凹部206および第2電極の平坦部208の形状を有する第2電極110は、図2(a)に示すように、機能層108で発光された光210を効率よく光透過性基板102側への光212として取り出すことを可能にする。
The more specific structure of the organic EL element of this invention is demonstrated using FIG.2 (b). FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the cutting line IIb-IIb of FIG. In the present invention, the
本発明における構造層104の凸部202、および平坦部204の具体的形状、ならびに、第2電極110の凹部206、および第2電極の平坦部208の具体的形状は、以下の「構造層」および「第2電極」の欄で詳述する。
The specific shapes of the
本実施形態において、第1電極106は、光透過性を有し、陽極となる電極である。機能層108は発光層を含む。第2電極110は、第1電極106の対極となる電極であり、陰極となるものである。
In the present embodiment, the
本明細書において、「光透過性」とは、光に対して透明である性質(透光性)を意味する。本発明で用いる光透過性の材料は、好ましくは紫外領域から赤外領域の光を透過する。波長領域にすると350nmから800nmにおいて平均透過率が50%以上であることが好ましく、平均透過率が80%以上であることがさらに好ましい。 As used herein, "light transmitting" means the property of being transparent to light (light transmitting). The light transmissive material used in the present invention preferably transmits light in the ultraviolet region to the infrared region. In the wavelength region, the average transmittance is preferably 50% or more at 350 nm to 800 nm, and more preferably 80% or more.
図3に示すように、本発明の第1の側面の有機EL素子の別の例は、光透過性基板102の構造層104とは反対側の表面に、集光レンズ層302と光透過性層304とを含む光取出しレンズ層310をさらに含む。
As shown in FIG. 3, another example of the organic EL device according to the first aspect of the present invention is a condensing
本発明の有機EL素子は、図4(a)に示すように、バリア層402をさらに含んでもよい。バリア層402は、第1電極104、機能層106および第2電極110にとって有害な水分などの侵入を防止するための層である。この機能をより効果的に発現するために、図4(a)に示すように、光透過性基板102と第1電極106との間にバリア層402を設けることが望ましい。図4(b)に示すように、本発明の有機EL素子のさらに別の例は、光散乱層404をさらに含む。光散乱層404は、好ましくは、図4(b)に示すように、光透過性基板102と構造層104との間に設けられる。また、この例においても、図4(a)および図4(b)に示すように、光取出しレンズ層310をさらに含んでもよい。
The organic EL device of the present invention may further include a
本明細書において、光透過性基板102、構造層104および第1電極106を含む部分を「光取り出し基板120」とも称する。また、本明細書において、任意要素である光取出しレンズ層310、バリア層402および光散乱層404を光取り出し基板120に含めることができる。
In the present specification, a portion including the
次に、有機EL素子100の各部について詳細に説明する。
Next, each part of the
[光透過性基板]
光透過性基板102は、所定の光(好ましくは可視領域の光)を透過する板状部材である。その材料は、ガラス、プラスチックなどの従来から有機EL素子に利用されているものであれば特に限定されない。光透過性基板102は、ガラス板、またはポリマーから構成される板もしくはフィルムなどであることが好ましい。
[Light transmitting substrate]
The
ガラスの例は、例えば、ソーダ石灰ガラス、バリウム・ストロンチウム含有ガラス、鉛ガラス、アルミノケイ酸ガラス、ホウケイ酸ガラス、バリウムホウケイ酸ガラス、石英ガラスなどを含む。 Examples of the glass include, for example, soda lime glass, glass containing barium and strontium, lead glass, aluminosilicate glass, borosilicate glass, barium borosilicate glass, quartz glass and the like.
ポリマーの例は、例えば、以下の材料:ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)などのポリエステル;ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテンなどのポリオレフィン;セロファン、セルロースジアセテート、セルローストリアセテート(TAC)、セルロースアセテートブチレート、セルロースアセテートプロピオネート(CAP)、セルロースアセテートフタレート、セルロースニトレートなどのセルロースエステル類またはそれらの誘導体;ポリ塩化ビニリデン;ポリビニルアルコール;ポリエチレンビニルアルコール;シンジオタクティックポリスチレン;ポリカーボネート;ポリエーテルケトン;ポリイミド;ポリエーテルスルホン(PES);ポリフェニレンスルフィド;ポリスルホン類;ポリエーテルイミド;ポリエーテルケトンイミド;ポリアリレート;ポリメチルメタクリレート(PMMA)などのアクリル樹脂;ノルボルネン樹脂などのシクロオレフィン系樹脂などを含む。 Examples of polymers are, for example, the following materials: polyesters such as polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN); polyolefins such as polyethylene, polypropylene, polymethylpentene; cellophane, cellulose diacetate, cellulose triacetate (TAC), Cellulose acetate butyrate, cellulose acetate propionate (CAP), cellulose acetate phthalate, cellulose esters such as cellulose nitrate or derivatives thereof; polyvinylidene chloride; polyvinyl alcohol; polyethylene vinyl alcohol; syndiotactic polystyrene; polycarbonate; Ether ketone; polyimide; polyether sulfone (PES); polyphenylene sulfide; Sulfonic acids; and the like cycloolefin resins such as norbornene resins, acrylic resins such as polymethyl methacrylate (PMMA); polyetherimides; polyether ketone imide; polyarylate.
[バリア層]
バリア層402は、本発明の有機EL素子の任意選択的な要素である。バリア層402は、有機EL素子100(特に、機能層108)の劣化をもたらす水分、酸素などの侵入を抑制する機能を有する。バリア層402は、無機物の被膜、または無機物の被膜および有機物の被膜の両者を含むハイブリッド被膜であってよい。バリア層402の膜厚は、5nm〜100nmであることが好ましい。
[Barrier layer]
The
バリア層402を形成するための無機物は、酸化ケイ素、二酸化ケイ素、窒化ケイ素などを含む。ハイブリッド被膜は、無機物の被膜の機械的脆弱性を解消する点で有用である。ハイブリッド被膜は、好ましくは、無機物の被膜と有機物の被膜とが積層された構造を有する。ハイブリッド被膜において用いられる有機物は、ポリビニルアルコール系樹脂、アクリル系樹脂などを含む。ハイブリッド被膜中の無機物の被膜および有機物の被膜の数ならびに積層順序は特に制限されない。より好ましくは、バイブリッド被膜は、無機物の被膜と有機物の被膜とが交互に積層された構造を有する。
The inorganic substance for forming the
バリア層402は、1.0×10-2g/(m2・24h)以下の、JIS K 7129−1992に準拠した方法で測定される水蒸気透過度(25±0.5℃、90±2%RH)を有することが好ましい。より好ましくは、バリア層402は、1.0×10-5g/(m2・24h)以下の水蒸気透過度を有する。さらに、バリア層402は、JIS K 7126−1987に準拠した方法で測定される、1.0×10-3cm3/(m2・24h・atm)以下の酸素透過度を有することが好ましい。最も好ましくは、バリア層402は、1.0×10-3cm3/(m2・24h・atm)以下の酸素透過度、および1.0×10-3g/(m2・24h)以下の水蒸気透過度の両方を有する。
The
バリア層402は、当技術分野において慣用的に利用されている任意の手段を用いて形成することができる。これらの手段は、例えば、真空蒸着法、スパッタ法、反応性スパッタ法、分子線エピタキシー法、クラスターイオンビーム法、イオンプレーティング法、プラズマ重合法、大気圧プラズマ重合法、プラズマCVD法、レーザーCVD法、熱CVD法などを含む。
本発明の有機EL素子において、光透過性基板102としてポリマー板またはポリマーフィルムを用いる場合、このポリマー板またはポリマーフィルムの表面は、バリアコーティングを有していてもよい。このバリアコーティングは、バリア層402として機能しうる。
When a polymer plate or a polymer film is used as the
[光散乱層]
光散乱層404は、本発明の有機EL素子の任意選択的な要素である。光散乱層404は、有機EL素子の発光のうち、発光層を含む機能層108と光透過性基板102との間に存在する各層の屈折率の差に起因する、各層の界面における全反射による光のロスを低減し、光の取出効率を向上させる機能を有する。光散乱層404の膜厚は、0.5μm〜5μmであることが好ましい。
[Light scattering layer]
The
光散乱層404は、光透過性であることが要求される。光散乱層404は、光透過性樹脂に微粒子を添加することによって調製することができる。光透過性樹脂は:低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、エチレン−プロピレン共重合体、エチレン−ブテン共重合体、エチレン−ヘキセン共重合体、エチレン−オクテン共重合体、エチレン−ノルボルネン共重合体、エチレン−ジメタノオクタヒドロナフタレン共重合体[エチレン−ドモン(DMON)共重合体]、ポリプロピレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−メチルメタクリレート共重合体などのポリオレフィン系樹脂;ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレートなどのポリエステル系樹脂;ナイロン−6、ナイロン−6,6、メタキシレンジアミン−アジピン酸縮重合体などのアミド系樹脂;ポリメチルメタクリルイミドなどのイミド系アクリル樹脂;ポリメチルメタクリレートなどのアクリル系樹脂;スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−アクリロニトリル−ブタジエン共重合体などのスチレン−アクリロニトリル系樹脂;ポリスチレン;ポリアクリロニトリル;トリ酢酸セルロース、ジ酢酸セルロースなどのセルロース系樹脂;ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレンなどのハロゲン含有樹脂;ポリビニルアルコール、エチレン−ビニルアルコール共重合体などの水素結合性樹脂;アイオノマー樹脂;ポリカーボネート樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリフェニレンオキシド樹脂、ポリメチレンオキシド樹脂、ポリアリレート樹脂、液晶樹脂などのエンジニアリングプラスチック系樹脂などを含む。また、微粒子は、無機微粒子、有機微粒子またはこれらの組み合わせであってよい。有機微粒子は、アクリル系ポリマー、スチレンポリマー、スチレン−アクリルポリマーおよびその架橋体、メラミン−ホルムアルデヒド縮合物、ポリウレタン、ポリエステル、シリコーン、フッ素系ポリマー、これらの共重合体からなる微粒子を含む。無機微粒子は:スメクタイト、カオリナイト、タルクなどの粘土化合物粒子;シリカ、酸化チタン、アルミナ、シリカアルミナ、ジルコニア、酸化亜鉛、酸化バリウム、酸化ストロンチウムなどの無機酸化物からなる微粒子;炭酸カルシウム、炭酸バリウム、塩化バリウム、硫酸バリウム、硝酸バリウム、水酸化バリウム、水酸化アルミニウム、炭酸ストロンチウム、塩化ストロンチウム、硫酸ストロンチウム、硝酸ストロンチウム、水酸化ストロンチウムなどの無機化合物からなる微粒子;および2種以上の無機酸化物を焼結して得られるガラス材料からなる微粒子を含む。2種以上の有機微粒子および/または無機微粒子の組み合わせを用いてもよい。
The
光散乱層404と構造層104の間に、光散乱層404の表面の凹凸を埋包し、平滑性を向上させる緩衝層(図示せず)を設けてもよい。また、緩衝層に屈折率を調整する微粒子を含んでもよい。緩衝層は光透過性であることが要求され、光散乱層と同様の光透過性樹脂を用いることができる。屈折率を調整する微粒子は、酸化チタン、ジルコニアなどの無機酸化物からなる微粒子を含む。
A buffer layer (not shown) may be provided between the
また、光散乱層404は光透過性で表面に凹凸形状を有する層と、その上に凹凸形状を緩衝し、さらに屈折率を調整する層を積層してもよい。これらは、上述した光透過性樹脂および微粒子で説明した材料を用いることができる。
In addition, the
[構造層]
本発明の有機EL素子は構造層104を有する。本発明では、構造層104は、第1電極106側の面に、第1電極の方向に向けて突出した複数の凸部202と、この複数の凸部202のうちの隣り合った凸部の間に、平坦部204を有する(例えば、図2(a)および図2(b)参照)。凸部202および平坦部204は、構造層104の上に積層される第1電極106、機能層108および第2電極110へ、それぞれの形状が転写され、維持される。本発明では、構造層104は、0.1μm〜5μmの膜厚(凸部を含む)を有することが好ましい。
[Structure layer]
The organic EL element of the present invention has a
以下に、図2(a)および図2(b)に示した有機EL素子を例にとり、本発明の有機EL素子について詳細に説明する。この実施形態(第1の実施形態)では、構造層104は、正方形の底面形状を有する凸部202および、その周りを囲む平坦部204を含む。
Below, the organic EL element of this invention is demonstrated in detail taking the organic EL element shown to Fig.2 (a) and FIG.2 (b) as an example. In this embodiment (the first embodiment), the
図2(a)〜図2(b)に示すように、構造層104は、第2電極110側の面(すなわち、第1電極106との界面)に、複数の凸部202、および平坦部204を有する。複数の凸部202は、第1の実施形態の例では正方形の底面を有する。また、凸部202は、底面から頂部に向けてなだらかな曲面を持つ(すなわち、稜線を持たない)形状を有する(図5〜図8参照)。第1の実施形態の例では、複数の凸部202は、正方格子状に配列されている。すなわち、複数の凸部202のそれぞれは、最も接近した4つの凸部202が形成する正方形の頂点部分に配置されている。また、複数の凸部202のそれぞれは、周囲が平坦部204と接触している。すなわち、凸部の一つ一つが、その周りを平坦部204により囲まれている。このように、本発明の有機EL素子では、複数の凸部202は、隣り合った凸部と接することはなく、有機EL素子の表示領域内で、それぞれが孤立して存在することが特徴である。
As shown in FIGS. 2A to 2B, the
本発明において、凸部202は、構造層104の表示領域に相当する部分の60%以上、好ましくは80%以上の領域を占めることが好ましい。
In the present invention, the
図5(a)および図5(b)を参照して、第1の実施形態の構造層104について、さらに詳細に説明する。図5(a)は、有機EL素子の表示領域を上面から見た図であり、図2(a)と同様の形態である。図5(a)では、凸部202が正方格子状に構造層上に配置されている。また、図5(a)では、凸部202が構造層上に投影された形状(底面の形状である正方形)で示されている。
The
本発明の有機EL素子では、凸部202および平坦部204は、以下の第1の条件(式1)を満たすことが必要である。すなわち、凸部202の面積比(凸部面積比)Apが0.12以上、0.64以下であることが必要である。
0.12 ≦ 凸部面積比Ap ≦ 0.64 (式1)
In the organic EL element of the present invention, the
0.12 ≦ protrusion area ratio Ap ≦ 0.64 (Expression 1)
但し、凸部面積比Apは、有機EL素子の表示領域内における所定面積に対する、この所定面積内の凸部の投影面積の総和の比である。 However, the convex portion area ratio Ap is a ratio of the sum of the projected areas of the convex portions in the predetermined area to the predetermined area in the display region of the organic EL element.
凸部面積比Apについて以下に説明する。まず、有機EL素子の表示領域内における所定面積の領域(領域X)を設定する。この領域X内の凸部の投影面積の総和を求める。凸部面積比Apは、上記所定面積に対する凸部の投影面積の総和の比[下記(式1a)]である。 The convex portion area ratio Ap will be described below. First, a region (region X) of a predetermined area in the display region of the organic EL element is set. The sum of the projected areas of the convex portions in the region X is obtained. The convex portion area ratio Ap is a ratio [the following (Expression 1a)] of the sum of the projected areas of the convex portions to the predetermined area.
但し、領域Xは、有機EL素子の表示領域内における所定面積を有する領域である。 However, the area X is an area having a predetermined area in the display area of the organic EL element.
このように、凸部面積比Apは、有機EL素子の表示領域内の領域Xの面積に対する、この領域X内の凸部の投影面積の総和の比である。言い換えると、有機EL素子を表示領域の上面から見た場合、上記領域Xの面積に対する凸部の総投影面積の比である。 Thus, the convex portion area ratio Ap is a ratio of the sum of the projection areas of the convex portions in the region X to the area of the region X in the display region of the organic EL element. In other words, when the organic EL element is viewed from the top of the display area, it is the ratio of the total projected area of the projections to the area of the area X.
具体的には、図5(a)に示されるように、構造層104上の領域X510を決定し、その面積を求める。次いで、この領域X510の中にある複数の凸部202の投影面積をそれぞれ求め、その総和を求める。上記領域X510の面積に対する、上記投影面積の総和の比を、凸部面積比Apと定義する。本明細書において、凸部202の「投影された形状」は、構造層104上の凸部202を真上から見たとき、構造層上に投影された凸部の形状をいう。具体的には、図2(a)および図2(b)のような底面が正方形の形状の凸部の場合、図5(a)に示されるような正方形に投影された形状をいう。本明細書において、凸部202の「投影面積」は、上記の凸部202の「投影された形状」内の面積(図5(a)等の凸部202を斜線で示した領域)をいう。
Specifically, as shown in FIG. 5A, the region X510 on the
本発明では、上記領域Xを複数設定することが望ましい。好ましくは、領域Xは10箇所以上設定する。領域Xは、構造層104上の表示領域の全領域において、偏りがないように設定することが望ましい。本発明では、複数の領域Xは、図5(a)の領域510、512のように、同じ面積を有していてよい。あるいは、これらの複数の領域Xは異なる面積を有していてもよい。また、上記領域Xは3個以上の凸部202を含むことが望ましい。領域Xの各々は、3個以上の凸部202を含むことを条件に、50μm□(□はスクエア)、好ましくは、2μm□以上、10μm□以下の面積を有することが好ましい。
In the present invention, it is desirable to set a plurality of the areas X. Preferably, ten or more regions X are set. It is desirable to set the area X so that there is no bias in the entire area of the display area on the
本発明では、図5(a)に示したように、凸部202が正方格子状に規則正しく整列した構造層104が特に好ましい。但し、図5(a)のような規則正しく配列した凸部202を有する構造層104以外に、凸部202がランダムに配列された構造層104であってもよい。例えば、図5(b)に示されるように、構造層104は、ランダムに配列された凸部202とその周囲の平坦部204を有していてもよい。また、例えば、領域X510’、512’を設定することができる。このように凸部202がランダムに配置される場合であっても、規則的に配置された凸部202で説明したとおりの領域X、および凸部202の条件が満たされることが必要である。更に、本発明では、構造層104は、規則正しく配列した凸部を含む領域と、ランダムに配列した凸部を有する領域の両方を含んでいてもよい。
In the present invention, as shown in FIG. 5A, the
凸部面積比Apは、走査型プローブ顕微鏡(例えば、株式会社日立ハイテクサイエンス製AFM5400)などにより機能層104の所望の領域を観察することによって得ることができる。本発明では、平坦部204は、光透過性基板102の光が出射される面と平行な部分をいう。凸部202は平坦部204以外の、構造層104の機能層側表面上に突出した領域をいう。また、平坦部204は、構造層104の凸部202を除いた領域において、高さ方向の分布が、最も低い位置と最も高い位置の平均値に対し、プラスマイナス10nmの高さの分布を有していてもよい。また、全ての平坦部204は、構造層104の凸部202が設けられていない面から同じ高さを有していることが特に好ましい。
The convex portion area ratio Ap can be obtained by observing a desired region of the
本発明では、10箇所以上の領域Xを観察し、それぞれの領域Xで得られる凸部面積比を求める。次いで、得られた領域X毎の凸部面積比の算術平均値を求め、(式1)を満たすか否かを判断する。 In the present invention, ten or more regions X are observed, and a convex portion area ratio obtained in each region X is determined. Next, the arithmetic mean value of the convex part area ratio for each of the obtained regions X is obtained, and it is determined whether or not (Expression 1) is satisfied.
凸部202が(式1)の条件を満たすことは、(i)第2電極110の機能層側表面において、第2電極の平坦部208を伝播する表面プラズモンが凹部206部分で再変換され、光として再放射される効果と、(ii)第2電極の平坦部208における高い反射率による直接反射の効果を得る上で重要である。
That the
凸部202、および平坦部204を含む構造層104の形状は、その上に形成される層(すなわち、第1電極106、機能層108、および第2電極110)に転写され、その形状が維持される。例えば、第2電極110は、第2電極110と機能層108との界面に、構造層104の凸部202、および平坦部204にそれぞれ対応する、凹部206、および第2電極の平坦部208を有する。
The shape of the
構造層104に設けられる凸部202、および平坦部204は、上記(式1)の条件に加え、図6〜図8を参照して以下に説明する諸条件を満たすことが好ましい。
It is preferable that the
第1の追加の条件は、構造層104において、隣り合う凸部202の頂点間の距離が所定の範囲内にあることである。具体的には、隣り合う凸部202の頂点間の距離は好ましくは0.5μm以上、5μm以下、好ましくは0.5μm以上、3μm以下の範囲である。この頂点間の距離を設定することにより、第2電極110の凹部206が、機能層108が発した光を高い効率で光透過性基板102側に反射することができる形状となる。
The first additional condition is that, in the
上記頂点間を、図6を参照して説明する。凸部202aの1つの頂点に「隣り合う」頂点は、平坦部204を介した、凸部202b、202c、202dおよび202hの頂点、ならびに、凸部202e、202f、202iおよび202jの頂点を意味する。本発明においては、凸部202aの頂点と、凸部202b〜jの頂点のそれぞれとの間の距離が0.5μm以上、5μm以下、好ましくは0.5μm以上、3μm以下の範囲にある。
Between the vertices will be described with reference to FIG. The vertex “adjacent to” one vertex of the
本発明では、上記(式1)の条件と、上記頂点間の距離の両方の条件を満たすことが好ましい。 In the present invention, it is preferable to satisfy both the condition of the above (formula 1) and the distance between the apexes.
次に、図7および図8を参照して、構造層104の凸部202と平坦部204との関係を説明する。図7は、図6と同様の凸部202および平坦部204を含む構造層104を示す斜視断面図である。図7には、この構造層104の一部を切り出すための切断線VIII−VIII(702)が示されている。図8は、図7の切断線VIII−VIII(702)に沿った面で切断した断面図である。切断線VIII−VIII(702)は、凸部202a、凸部202bおよび202cの頂点を通る直線である。切断線VIII−VIII(702)に沿った面で切断した断面は、光透過性基板102の主面に対して垂直である。
Next, with reference to FIG. 7 and FIG. 8, the relationship between the
本発明において、構造層104の凸部202と平坦部204との関係を考察する場合、図7に示すように、(i)凸部202aと、凸部202aを中心とした隣り合う凸部202bおよび202c、ならびに、(ii)凸部202aと凸部202bの間の平坦部204aおよび)凸部202aと凸部202cの間の平坦部204bを考える。
In the present invention, when considering the relationship between the
次に、図8を参照すると、凸部202aは頂点802aを有する。この頂点802aは、構造層104の底面804からの高さが最大である凸部202aの位置である。本発明では、この構造層104の底面804から頂点802aまでの高さをH10と定義する。また、図8に示すように、凸部202aと凸部202bとの間の平坦部204aの底面804からの高さをH11と定義する。また、第1の実施形態では、凸部202aと凸部202cとの間の平坦部204aの底面804からの高さもH11とする。そして、H10の値からH11の値を引いた高さを、凸部202aの「見かけ上の高さ」H1aと定義する。また、凸部202aの幅(平坦部204aと平坦部204bの間の水平方向距離)を、凸部202aの幅w1aと定義する。なお、本発明では、上述したとおり、平坦部204aと204bの高さH11は、平坦部のばらつきなどにより同じ値とならないことがある。その場合は、両方の高さの算術平均を平坦部の高さH11とすればよい。本発明では、凸部202の頂点(例えば図8の頂点802a)は、底面の中心(または重心)にあることが好ましい。しかし、本発明において、凸部202の頂点は、凸部の底面の中心(または重心)にある必要はない。凸部202の頂点は、底面の範囲内にあればよい。
Next, referring to FIG. 8, the
本発明では、凸部202aの幅w1aは400nm以上、1000nm以下であることが好ましい。凸部202aの幅w1aが上記の範囲内の数値であれば、当該幅w1aを、機能層からの発光波長と同程度の寸法に維持することができる。これは、第2電極110における表面プラズモンの再変換による光の再放射の効果を得る上で重要である。
In the present invention, the width w1a of the
図8に示されるように、平坦部204aおよび平坦部204bの水平方向の距離をそれぞれ平坦部204aの幅w1bおよび平坦部204bの幅w1cと定義する。ここで、本発明における幅w1a、幅w1bおよび幅w1cは、注目の切断線(図8の例では、図7の切断線VIII−VIII)に沿った距離である。本発明では、切断線は、一つの凸部の頂点と、これに隣り合う2つの凸部の頂点を結ぶ直線であることが好ましい。
As shown in FIG. 8, the horizontal distance between the
本発明では、平坦部204aおよび平坦部204bの水平方向の距離の算術平均値w1f[w1f=(w1b+w1c)/2]に対する凸部202aの幅w1aの比が、0.5以上、4.0以下であることが好ましい。すなわち、w1aとw1fが、以下の(式2)を満たすことが好ましい。
0.5 ≦ w1a/w1f≦ 4.0 (式2)
In the present invention, the ratio of the width w1a of the
0.5 ≦ w1a / w1f ≦ 4.0 (Equation 2)
w1fに対するw1aの比が、上記の範囲内であることは、有機EL素子の第2電極内を水平方向に伝播する電磁波が、平坦部と凹部の境界点で表面プラズモンの再変換により光として再放射される効果を得る上で重要である。すなわち、構造層104の形状が転写される第2電極110の表面において、第2電極の平坦部208を有機EL素子の水平方向に伝播する電磁波が、当該平坦部208と凹部206の境界部分で表面プラズモンの再変換により光として再放射される効果を得ることができる。
The ratio of w1a to w1f being within the above range means that the electromagnetic wave propagating in the horizontal direction in the second electrode of the organic EL element is re-converted as light by reconversion of surface plasmon at the boundary point between the flat portion and the concave portion. It is important in obtaining the effect to be emitted. That is, on the surface of the
構造層104の凸部202の見かけ上の高さH1aは、50nm以上、300nm以下の範囲内であることが好ましい。H1aが上記の範囲内の数値を有することによって、表面プラズモンの再変換に有効な範囲に第2電極110の凹部206の深さを維持することができる。これは、表面プラズモンの再変換による光の再放射の効果を得る上で重要である。また、H1aが上記の範囲内の数値を有することによって、機能層108に含まれる層(例えば発光層など)の表面の均一性を維持し、リーク電流による発光不良を防止することが可能となる。
The apparent height H1a of the
上記凸部202の見かけ上の高さH1aおよび(式2)の計算に必要な寸法(w1a、w1b、およびw1c)の値は、走査型プローブ顕微鏡(例えば、株式会社日立ハイテクサイエンス製AFM5400)などを使用して求めることができる。例えば、構造層104上の図7および図8に相当する測定点を10箇所以上設け、それぞれの測定点で、H1a、w1a、w1b、およびw1cを測定すればよい。10箇所以上の測定点は、構造層104上の10箇所以上の領域X(上で説明した領域X510、512など)内に、それぞれ設定することが好ましい。なお、同一の領域X内に複数の測定点を設けてもよい。また、測定点は構造層104の表示領域の全領域において、偏りがないように設定することが望ましい。本明細書では、上記領域Xを、測定点を含む概念で呼ぶ場合、「エリア」と称する。
The values of the apparent height H1a of the
上記(式2)の条件を満たすか否かを検討するには、まず、上記の10箇所以上の測定点で、w1a、w1b、およびw1cを測定する。次に、それぞれの測定で得られたw1a、w1b、およびw1cの寸法を、以下の(式3)に代入して、各測定点におけるw1a/w1fの値を求める。
w1a/w1f=w1a/[(w1b+w1c)/2] (式3)
In order to examine whether the condition of the above (formula 2) is satisfied or not, first, w1a, w1b, and w1c are measured at the ten or more measurement points. Next, the dimensions of w1a, w1b, and w1c obtained in each measurement are substituted into the following (Equation 3) to determine the value of w1a / w1f at each measurement point.
w1a / w1f = w1a / [(w1b + w1c) / 2] (Equation 3)
得られた10箇所以上の(式3)の比の算術平均値を求める。得られた平均値が(式2)を満足するかどうかを判定する。 The arithmetic mean value of the ratio of the obtained 10 or more (formula 3) is determined. It is determined whether the obtained average value satisfies (Expression 2).
本発明では、上述したとおり、10箇所以上の各「エリア」で測定した数値に基づいて、凸部面積比およびw1a/w1fの算術平均を求める。本発明では、当該算術平均が上記(式1)および(式2)を満たしていればよい。すなわち、上述した10箇所以上の「エリア」のそれぞれが、(式1)の凸部面積比Apおよび(式2)のw1a/w1fの条件を満たす必要はない。10箇所以上の「エリア」のうち、(式1)および(式2)の何れかまたは両方を満たさないものが存在してもよい。このような場合、(式1)および(式2)の両方を満たす「エリア」は、構造層104上で周期的に配列されていてもよいし、ランダムに配列されていてもよい。本発明において、(式1)および(式2)の両方を満たす「エリア」は、好ましくは、構造層104の表示領域の全領域に対し、50〜100%、より好ましくは、80%〜100%である。最も好ましくは、(式1)および(式2)の両方を満たす「エリア」は、構造層104上の100%を占める。
In the present invention, as described above, the convex area ratio and the arithmetic average of w1a / w1f are determined based on the numerical values measured in each of ten or more “areas”. In the present invention, it is only necessary that the arithmetic mean satisfies the above (formula 1) and (formula 2). That is, the ten or more “areas” described above do not have to satisfy the conditions of the convex portion area ratio Ap of (Expression 1) and w1a / w1f of (Expression 2). Among the ten or more “areas”, there may exist one that does not satisfy either or both of (Expression 1) and (Expression 2). In such a case, the “areas” satisfying both (Formula 1) and (Formula 2) may be periodically arranged on the
本発明では、(式1)および(式2)の条件については、(式1)を満たせば十分であるが、(式1)および(式2)の両方の条件を満たすことが特に好ましい。 In the present invention, for the conditions of (formula 1) and (formula 2), it is sufficient to satisfy (formula 1), but it is particularly preferable to satisfy the conditions of both (formula 1) and (formula 2).
上述した第1の実施形態は、図2、図5〜8に具体的に示された構造層に基づいて説明した。しかし、本発明は、図2、図5〜8に具体的に形状を示した凸部202および平坦部204を有する構造層に限定されない。特に、本発明の凸部202および平坦部204の形状は、第2電極110へ転写された形状が、機能層108から発せられた光を効率よく光透過性基板102側へ反射する限り、特に限定されない。
The first embodiment described above has been described based on the structural layers specifically shown in FIGS. 2 and 5-8. However, the present invention is not limited to the structural layer having the
例えば、凸部は、底面が円形で半球形状の凸部を有する形状であってもよい。別の凸部の例として、底面が四角形状ではなく、三角形状、五角形状、六角形状等の多角形の形状を挙げることができる。本発明では、凸部の突出部分および凸部の配置は、上述した各条件(H1a、w1a、w1a/w1fなど)を満たす限り、どのような形状であってもよい。 For example, the convex portion may have a circular bottom surface and a hemispherical convex portion. As an example of another convex part, the shape of a polygon whose base is not quadrangular, but triangular, pentagonal, hexagonal or the like can be mentioned. In the present invention, the arrangement of the protruding portion and the protruding portion of the protruding portion may be any shape as long as the above-described conditions (H1a, w1a, w1a / w1f, etc.) are satisfied.
例えば、凸部の形状および配置は,図9に示すような第2の実施形態、または図10に示すような第3の実施形態のものであってよい。具体的には、図9に示す構造層104の凸部202は、図2(a)に示す凸部202と同じ形状を有する。また、図9に示す構造層104の凸部は、1つの凸部202が平坦部204に囲まれ、1つの凸部202を中心にして、その周りに6つの凸部が正六角形の各頂点に位置する。
For example, the shape and arrangement of the protrusions may be those of the second embodiment as shown in FIG. 9 or the third embodiment as shown in FIG. Specifically, the
図10に示す構造層104の凸部202は、その底面が真円形であり、突出部が半球状である。また、図10に示す構造層104の凸部は、1つの凸部202が平坦部204に囲まれ、1つの凸部202を中心にして、その周りに6つの凸部が六角形の各頂点に位置する。ここで、第3の実施形態で、図10に示すように、縦方向の凸部の頂部を通る1つの列(図10中でp1で表した点線の列)と、この列と隣り合ったと粒の頂点を通る列(図10中でp2で表した点線の列)との間の距離をxと定義し、この縦方向の2つの列に直行する横方向の2つの隣り合った列(図10中でq1およびq2で表した点線の列)の間の距離をyと定義する。第3の実施形態では、xとyの比は1:1ではない。このxとyの比は、x:y=32:23〜32:29、好ましくは31:25〜31:26である。
The
なお、図10の凸部は、図2(a)または図9に示すような形状の凸部であってもよい。特に、本発明では、凸部202の突出部分は凸状の曲面(図5〜8に示すような稜線のない曲面)または半球状であることが好ましい。
In addition, the convex part of FIG. 10 may be a convex part of a shape as shown to Fig.2 (a) or FIG. In the present invention, in particular, it is preferable that the protruding portion of the
本発明において、幅w1a、幅w1bおよび幅w1cを求めるための切断線は、図7に示すように、有機EL素子の表示領域の外周の一辺に対して平行な方向に採ることが好ましい。幅w1bおよび幅w1cを測定する断面の方向によって、これらの測定値が同じ値とならない場合(例えば、図9および図10に示す凸部の配置、ランダムな配置など)、幅w1a、幅w1bおよび幅w1cを求めるための切断線は、1つの凸部を中心として2つの隣り合った凸部ができるだけ接近するように採ることが好ましい。 In the present invention, as shown in FIG. 7, the cutting lines for determining the widths w1a, w1b and w1c are preferably taken in a direction parallel to one side of the periphery of the display area of the organic EL element. If the measured values do not have the same value depending on the direction of the cross section in which the width w1b and the width w1c are measured (for example, the arrangement of protrusions shown in FIGS. 9 and 10, random arrangement, etc.), the width w1a, the width w1b and The cutting line for obtaining the width w1c is preferably taken such that two adjacent convex portions are as close as possible with one convex portion as the center.
構造層104は光透過性である。構造層104は、好ましくは光透過性樹脂を含む。光透過性樹脂は、低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、エチレン−プロピレン共重合体、エチレン−ブテン共重合体、エチレン−ヘキセン共重合体、エチレン−オクテン共重合体、エチレン−ノルボルネン共重合体、エチレン−ジメタノオクタヒドロナフタレン共重合体[エチレン−ドモン(DMON)共重合体]、ポリプロピレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−メチルメタクリレート共重合体などのポリオレフィン系樹脂;ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレートなどのポリエステル系樹脂;ナイロン−6、ナイロン−6,6、メタキシレンジアミン−アジピン酸縮重合体などのアミド系樹脂;ポリメチルメタクリルイミドなどのイミド系アクリル樹脂;ポリメチルメタクリレートなどのアクリル系樹脂;スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−アクリロニトリル−ブタジエン共重合体などのスチレン−アクリロニトリル系樹脂;ポリスチレン;ポリアクリロニトリル;トリ酢酸セルロース、ジ酢酸セルロースなどのセルロース系樹脂;ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレンなどのハロゲン含有樹脂;ポリビニルアルコール、エチレン−ビニルアルコール共重合体などの水素結合性樹脂;アイオノマー樹脂;ポリカーボネート樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリフェニレンオキシド樹脂、ポリメチレンオキシド樹脂、ポリアリレート樹脂、液晶樹脂などのエンジニアリングプラスチック系樹脂などを含む。
The
屈折率の調整および/または光散乱性の付与を目的として、構造層104に微粒子を添加してもよい。屈折率の調整を目的として添加される微粒子は、酸化チタン、ジルコニアなどの無機酸化物からなる微粒子を含む。
Fine particles may be added to the
光散乱性の付与を目的として添加される微粒子は、無機微粒子、有機微粒子またはこれらの組み合わせからであってよい。有機微粒子は、アクリル系ポリマー、スチレンポリマー、スチレン−アクリルポリマーおよびその架橋体、メラミン−ホルムアルデヒド縮合物、ポリウレタン、ポリエステル、シリコーン、フッ素系ポリマー、これらの共重合体からなる微粒子を含む。無機微粒子は、スメクタイト、カオリナイト、タルクなどの粘土化合物粒子;シリカ、酸化チタン、アルミナ、シリカアルミナ、ジルコニア、酸化亜鉛、酸化バリウム、酸化ストロンチウムなどの無機酸化物からなる微粒子;炭酸カルシウム、炭酸バリウム、塩化バリウム、硫酸バリウム、硝酸バリウム、水酸化バリウム、水酸化アルミニウム、炭酸ストロンチウム、塩化ストロンチウム、硫酸ストロンチウム、硝酸ストロンチウム、水酸化ストロンチウムなどの無機化合物からなる微粒子;および2種以上の無機酸化物を焼結して得られるガラス材料からなる微粒子を含む。2種以上の有機微粒子および/または無機微粒子の組み合わせを用いてもよい。 The particulates added for the purpose of imparting light scattering properties may be from inorganic particulates, organic particulates or a combination thereof. The organic fine particles include fine particles consisting of acrylic polymers, styrene polymers, styrene-acrylic polymers and crosslinked products thereof, melamine-formaldehyde condensates, polyurethanes, polyesters, silicones, fluorine-based polymers, and copolymers of these. Inorganic fine particles include clay compound particles such as smectite, kaolinite and talc; fine particles comprising inorganic oxide such as silica, titanium oxide, alumina, silica alumina, zirconia, zinc oxide, barium oxide and strontium oxide; calcium carbonate, barium carbonate Particles comprising an inorganic compound such as barium chloride, barium sulfate, barium nitrate, barium hydroxide, aluminum hydroxide, strontium carbonate, strontium chloride, strontium nitrate, strontium hydroxide and the like; and two or more inorganic oxides It contains fine particles of a glass material obtained by sintering. A combination of two or more organic and / or inorganic particles may be used.
[電極]
以下、第1電極106および第2電極110について説明する。ここでは、第1電極106を陽極として用い、第2電極110を陰極として用いる場合を説明する。ただし、本発明は、この場合に限定されない。本発明において、第1電極106を陰極として用い、第2電極110を陽極として用いてもよい。この場合には、第1電極106を光透過性陰極として用い、第2電極110を反射性陽極として用いることが好ましい。
[electrode]
Hereinafter, the
(第1電極106:陽極)
第1電極106を陽極として用いる場合、第1電極106は、大きな仕事関数を有する材料から形成される。用いることができる材料は、金属、合金、金属酸化物、導電性化合物、およびこれらの混合物を含む。陽極として用いる第1電極106を形成するための材料は:アンチモンをドープ(添加)した酸化スズ(ATO)、フッ素をドープした酸化スズ(FTO)、酸化スズ、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化インジウムスズ(ITO)、酸化亜鉛インジウム(IZO)などの導電性金属酸化物;金、銀、クロム、ニッケルなどの金属;これらの金属と導電性金属酸化物との混合物;ヨウ化銅、硫化銅などの無機導電性物質;ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピロールなどの有機導電性材料などを含む。第1電極106は積層体であってもよい。例えば、第1電極106は、上記材料からなる層の積層体であってもよい。本発明では、導電性金属酸化物を用いて第1電極106を形成すること好ましい。生産性、高導電性、透明性などの点から、ITOを用いて第1電極106を形成することが特に好ましい。
(First electrode 106: anode)
When the
陽極として用いる第1電極106側から発光した光を取り出す場合には、第1電極106は、50%より大きい光透過率を有することが望ましい。また、第1電極106は、数百Ω/□以下のシート抵抗を有することが好ましい。さらに、使用する材料にもよるが、第1電極106は、通常10nm以上、1000nm以下の範囲内、好ましくは10nm以上、200nm以下の範囲内の膜厚を有する。
In the case of extracting light emitted from the side of the
(第2電極:陰極)
前述の通り、第2電極110には、構造層104の形状が転写される。具体的には、図2(a)および図2(b)に示されるように、構造層104の凸部202、および平坦部204の形状が、第2電極1101凹部206、および第2電極の平坦部208にそれぞれ転写される。構造層104の形状は、少なくとも、第2電極110の光透過性基板102側の面(第2電極110と機能層108との界面)に転写される。第2電極110の光透過性基板102とは反対側の面(いわゆる上面)には、構造層104の形状が転写されてもよいし、転写されなくてもよい。凹部206、および第2電極の平坦部208を有する第2電極110と機能層108との界面は、高い効率で光を反射して、光透過性基板102から効率的に光を取り出すことを可能にする。本明細書において、第2電極110と機能層108との界面における「反射」は、(1)機能層108の発光層から発した光の一部が第2電極110で光透過性基板102側へ反射されること(通常の反射)、および(2)発生した表面プラズモンが再変換され、光透過性基板102側に光が出射されること(表面プラズモン吸収の抑制)の両方を意味する。
(Second electrode: cathode)
As described above, the shape of the
第2電極110を陰極として用いる場合、第2電極110は、小さい仕事関数を有する材料から形成される。陰極として用いることができる材料は、望ましくは4.5eV以下の仕事関数を有する金属(以下、「電子注入性金属」と称する)を含む。電子注入性金属の例は、リチウム、ナトリウム、カリウム、マグネシウム、アルミニウム、インジウム、希土類金属などを含む。陰極として用いることができる材料は、2つ以上の電子注入性金属の合金または混合物であってもよい。そのような材料の例は、ナトリウム−カリウム合金、マグネシウム/アルミニウム混合物、マグネシウム/インジウム混合物、リチウム/アルミニウム混合物などを含む。あるいはまた、電子注入性と酸化などに対する耐久性とを両立させるために、電子注入性金属と、より大きな仕事関数を有する金属または金属酸化物との混合物を用いて、陰極である第2電極110を形成してもよい。そのような材料の例は、マグネシウム/銅(4.65eV)混合物、マグネシウム/銀(4.64eV)混合物、アルミニウム/酸化アルミニウム混合物などを含む。
When the
第2電極110は、数百Ω/□以下のシート抵抗を有することが好ましい。第2電極110は、通常10nm以上、5μm以下の範囲内、好ましくは40nm以上、200nm以下の範囲内の膜厚を有する。
The
[機能層]
第1電極106と第2電極110との間に設けられる機能層108は、発光層を少なくとも含む。機能層は、正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層、および/または電子注入層をさらに含んでもよい。
[Function layer]
The
第1電極106、機能層108および第2電極110は、様々な積層構造をとることができる。採用できる積層構造の具体例は、例えば、以下の層構造(a)〜(p)を含むが、それらに限定されるものではない。以下の層構造において、「陽極」は第1電極106であり、「陰極」は第2電極110であってもよい。また、記号「/」は、2つの層が隣接して積層されていることを示す。
(a)陽極/発光層/陰極
(b)陽極/正孔注入層/発光層/陰極
(c)陽極/正孔注入層/発光層/電子注入層/陰極
(d)陽極/正孔注入層/発光層/電子輸送層/陰極
(e)陽極/正孔注入層/発光層/電子輸送層/電子注入層/陰極
(f)陽極/正孔輸送層/発光層/陰極
(g)陽極/正孔輸送層/発光層/電子注入層/陰極
(h)陽極/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/陰極
(i)陽極/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/電子注入層/陰極
(j)陽極/正孔注入層/正孔輸送層/発光層/陰極
(k)陽極/正孔注入層/正孔輸送層/発光層/電子注入層/陰極
(l)陽極/正孔注入層/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/陰極
(m)陽極/正孔注入層/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/電子注入層/陰極
(n)陽極/発光層/電子注入層/陰極
(o)陽極/発光層/電子輸送層/陰極
(p)陽極/発光層/電子輸送層/電子注入層/陰極
The
(A) anode / light emitting layer / cathode (b) anode / hole injection layer / light emitting layer / cathode (c) anode / hole injection layer / light emitting layer / electron injection layer / cathode (d) anode / hole injection layer / Emitting layer / electron transport layer / cathode (e) anode / hole injection layer / emission layer / electron transport layer / electron injection layer / cathode (f) anode / hole transport layer / emission layer / cathode (g) anode / Hole transport layer / luminescent layer / electron injection layer / cathode (h) anode / hole transport layer / luminescent layer / electron transport layer / cathode (i) anode / hole transport layer / luminescent layer / electron transport layer / electron injection Layer / cathode (j) anode / hole injection layer / hole transport layer / light emitting layer / cathode (k) anode / hole injection layer / hole transport layer / light emitting layer / electron injection layer / cathode (l) anode / Hole injection layer / hole transport layer / emission layer / electron transport layer / cathode (m) anode / hole injection layer / hole transport layer / emission layer / electron transport layer / electron injection layer / cathode (n) anode / Light emitting layer / electron injection layer / cathode (o) anode / light emitting layer / electron transport layer / cathode (p) anode / light emitting layer / electron transport layer / electron injection layer / cathode
以下、機能層108の各層について説明する。
Hereinafter, each layer of the
(発光層)
発光層は、電極から注入される電子と正孔(ホール)とが再結合して発光する層である。発光する部分は、発光層の層内であってもよく、発光層と発光層に隣接する層との界面であってもよい。
(Emitting layer)
The light emitting layer is a layer in which electrons and holes injected from the electrode recombine to emit light. The part that emits light may be in the layer of the light emitting layer, or may be an interface between the light emitting layer and a layer adjacent to the light emitting layer.
発光層は、発光ホスト化合物と、リン光ドーパント、蛍光ドーパントなどの発光性ドーパント化合物とを含有してもよい。発光ホスト化合物は、例えば、カルバゾール誘導体、トリアリールアミン誘導体、芳香族誘導体、含窒素複素環化合物、チオフェン誘導体、フラン誘導体、オリゴアリーレン化合物などの基本骨格を有するもの、または、カルボリン誘導体、ジアザカルバゾール誘導体などを含む。発光性ドーパント化合物は、例えば、クマリン系色素、ピラン系色素、シアニン系色素、クロコニウム系色素、スクアリウム系色素、オキソベンツアントラセン系色素、フルオレセイン系色素、ローダミン系色素、ピリリウム系色素、ペリレン系色素、スチルベン系色素、ポリチオフェン系色素、希土類錯体などを含む。 The light emitting layer may contain a light emitting host compound and a light emitting dopant compound such as a phosphorescent dopant or a fluorescent dopant. The light-emitting host compound is, for example, one having a basic skeleton such as a carbazole derivative, a triarylamine derivative, an aromatic derivative, a nitrogen-containing heterocyclic compound, a thiophene derivative, a furan derivative or an oligoarylene compound, or a carboline derivative or a diazacarbazole Including derivatives and the like. The light emitting dopant compound includes, for example, coumarin dyes, pyran dyes, cyanine dyes, croconium dyes, squalium dyes, oxobenzanthracene dyes, fluorescein dyes, rhodamine dyes, pyrylium dyes, perylene dyes, It includes stilbene dyes, polythiophene dyes, rare earth complexes and the like.
発光層は、単一層であってもよいし、複数層の積層体であってもよい。単一層である発光層は、青色発光層、緑色発光層および赤色発光層の少なくとも1層であってもよい。本明細書において、「青色発光層」は430nm以上、480nm以下の発光極大波長を有する単色発光層を意味し、「緑色発光層」は510nm以上、550nm以下の発光極大波長を有する単色発光層を意味し、「赤色発光層」は600nm以上、640nm以下の発光極大波長を有する単色発光層を意味する。上記以外の発光極大波長を有する発光層を用いてもよい。 The light emitting layer may be a single layer or a laminate of multiple layers. The light emitting layer which is a single layer may be at least one of a blue light emitting layer, a green light emitting layer and a red light emitting layer. In the present specification, "blue light emitting layer" means a monochromatic light emitting layer having a light emitting maximum wavelength of 430 nm or more and 480 nm or less, and "green light emitting layer" means a single light emitting layer having a light emitting maximum wavelength of 510 nm or more and 550 nm or less By "red light emitting layer" is meant a monochromatic light emitting layer having a light emission maximum wavelength of 600 nm or more and 640 nm or less. A light emitting layer having a light emission maximum wavelength other than the above may be used.
複数層を含む積層体である発光層の1つの例は、3色(青色発光性副層、緑色発光性副層、および赤色発光性副層)を含む白色発光層である。発光性副層に係る「青色」、「緑色」および「赤色」は、上記の発光極大波長を有することを意味する。複数層を含む積層体である発光層では、2つの発光性副層の間に非発光性の中間層を設けてもよい。 One example of a light emitting layer which is a laminate including a plurality of layers is a white light emitting layer including three colors (blue light emitting sublayer, green light emitting sublayer, and red light emitting sublayer). The terms "blue", "green" and "red" pertaining to the light emitting sublayer mean having the emission maximum wavelength described above. In a light emitting layer which is a laminate including a plurality of layers, a non-light emitting intermediate layer may be provided between two light emitting sublayers.
本発明の有機EL素子100の発光層は、白色発光層であることが好ましい。すなわち、本発明の有機EL素子100は、有機EL素子の発光層が白色発光層である場合が特に有効である。また、本発明の照明装置、面状光源および表示装置は、白色発光層を含むことが好ましい。したがって、本発明の照明装置、面状光源および表示装置は、白色発光層を含む有機EL素子を少なくとも一部に有することが好ましい。
The light emitting layer of the
発光層の総膜厚は特に制限されない。発光層は、好ましくは2nm以上、5μm以下の範囲内、より好ましくは2nm以上、200nm以下の範囲内、特に好ましくは10nm以上、20nm以下の範囲内の膜厚を有する。上記の範囲内の膜厚は、膜の均質性の向上、発光層への高電圧の印加を不要にすること、および駆動電流に対する発光色の安定性の向上に寄与する。 The total film thickness of the light emitting layer is not particularly limited. The light emitting layer preferably has a thickness in the range of 2 nm to 5 μm, more preferably in the range of 2 nm to 200 nm, and particularly preferably in the range of 10 nm to 20 nm. The film thickness within the above range contributes to the improvement of the film uniformity, the elimination of the need to apply a high voltage to the light emitting layer, and the improvement of the stability of the luminescent color to the drive current.
(注入層:正孔注入層、電子注入層)
注入層は、駆動電圧の低下、発光輝度の向上などのために、必要に応じて電極と発光層との間に設けられる層である。
(Injection layer: hole injection layer, electron injection layer)
The injection layer is a layer provided between the electrode and the light emitting layer as needed for the reduction of the driving voltage, the improvement of the light emission luminance and the like.
(正孔注入層)
正孔注入層は、陽極と発光層との間(例えば、上記の層構造(b)〜(e))に設けられてもよいし、陽極と正孔輸送層との間(例えば、上記の層構造(j)〜(m))に設けられてもよい。正孔注入層を形成するための材料は:銅フタロシアニンに代表されるフタロシアニン類;酸化バナジウムに代表される酸化物;アモルファスカーボン;ポリアニリン(エメラルディン)、ポリチオフェンなどの導電性高分子などを含む。
(Hole injection layer)
The hole injection layer may be provided between the anode and the light emitting layer (for example, the above layer structure (b) to (e)), or between the anode and the hole transport layer (for example, the above It may be provided in layer structure (j)-(m)). Materials for forming the hole injection layer include: phthalocyanines represented by copper phthalocyanine; oxides represented by vanadium oxide; amorphous carbon; conductive polymers such as polyaniline (emeraldine) and polythiophene.
(電子注入層)
電子注入層は、陰極と発光層との間(例えば、上記の層構造(c)、(g)、(k)、および(n))に設けられてもよいし、陰極と電子輸送層との間(例えば、上記の層構造(e)、(i)、(m)、および(p))に設けられてもよい。電子注入層を形成するための材料は:ストロンチウムおよびアルミニウムに代表される金属;フッ化リチウムに代表されるアルカリ金属化合物;フッ化マグネシウムに代表されるアルカリ土類金属化合物;酸化アルミニウムに代表される酸化物などを含む。
(Electron injection layer)
The electron injection layer may be provided between the cathode and the light emitting layer (for example, in the above layer structures (c), (g), (k) and (n)), or the cathode and the electron transport layer (E.g., the layer structures (e), (i), (m) and (p) above). Materials for forming the electron injection layer are: metals represented by strontium and aluminum; alkali metal compounds represented by lithium fluoride; alkaline earth metal compounds represented by magnesium fluoride; represented by aluminum oxide Including oxides and the like.
用いる材料に依存するが、正孔注入層および電子注入層は、0.1nm以上、5μm以下の範囲内の膜厚を有することが好ましい。 Although depending on the material to be used, it is preferable that the hole injection layer and the electron injection layer have a thickness in the range of 0.1 nm or more and 5 μm or less.
(輸送層:正孔輸送層、電子輸送層)
輸送層は、正孔または電子の輸送のために、必要に応じて電極と発光層との間に設けられる層である。
(Transport layer: hole transport layer, electron transport layer)
The transport layer is a layer provided between the electrode and the light emitting layer as needed for transporting holes or electrons.
(正孔輸送層)
正孔輸送層は、陽極と発光層との間(例えば、上記の層構造(f)〜(i))に設けられてもよいし、正孔注入層と発光層との間(例えば、上記の層構造(j)〜(m))に設けられてもよい。正孔輸送層を形成するための正孔輸送材料は、高い正孔の移動速度を有することが望ましい。加えて、正孔輸送材料は、正孔注入の促進または電子移動の障壁となる特性を有してもよい。
(Hole transport layer)
The hole transport layer may be provided between the anode and the light emitting layer (for example, the above layer structure (f) to (i)), or between the hole injection layer and the light emitting layer (for example, the above Layer structures (j) to (m)). It is desirable that the hole transport material for forming the hole transport layer have a high hole transfer rate. In addition, the hole transport material may have the property of promoting hole injection or blocking electron transfer.
正孔輸送材料は、有機物であっても、無機物であってもよい。正孔輸送材料の非限定的な例は、トリアゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、ポリアリールアルカン誘導体、ピラゾリン誘導体およびピラゾロン誘導体、フェニレンジアミン誘導体、アリールアミン誘導体、アミノ置換カルコン誘導体、オキサゾール誘導体、スチリルアントラセン誘導体、フルオレノン誘導体、ヒドラゾン誘導体、スチルベン誘導体、シラザン誘導体、ならびに、アニリン系共重合体およびチオフェンオリゴマーなどの導電性高分子オリゴマーを含む。正孔輸送層は、1種または複数種の正孔輸送材料を含んでもよい。 The hole transport material may be organic or inorganic. Non-limiting examples of hole transport materials are triazole derivatives, oxadiazole derivatives, imidazole derivatives, polyarylalkane derivatives, pyrazoline derivatives and pyrazolone derivatives, phenylenediamine derivatives, arylamine derivatives, amino-substituted chalcone derivatives, oxazole derivatives Styryl anthracene derivatives, fluorenone derivatives, hydrazone derivatives, stilbene derivatives, silazane derivatives, and conductive polymer oligomers such as aniline copolymers and thiophene oligomers. The hole transport layer may contain one or more hole transport materials.
正孔輸送層は、1種または複数種の正孔輸送材料を含んでもよい。あるいはまた、正孔輸送層は、単一層であってもよいし、複数の副層からなる積層構造を有してもよい。正孔輸送層は、真空蒸着法などの当該技術においてよく知られている技術を用いて形成することができる。正孔輸送層は、通常5nm以上、5μm以下の範囲内、好ましくは5nm以上、200nm以下の範囲内の膜厚を有する。 The hole transport layer may contain one or more hole transport materials. Alternatively, the hole transport layer may be a single layer or may have a laminated structure composed of a plurality of sublayers. The hole transport layer can be formed using techniques well known in the art, such as vacuum evaporation. The hole transport layer generally has a thickness of 5 nm or more and 5 μm or less, preferably 5 nm or more and 200 nm or less.
(電子輸送層)
電子輸送層は、陰極と発光層との間(例えば、上記の層構造(d)、(h)、(l)、および(o))に設けられてもよいし、電子注入層と発光層との間(例えば、上記の層構造(e)、(i)、(m)、および(p))に設けられてもよい。電子輸送層を形成するための電子輸送材料は、高い電子の移動速度を有することが好ましい。加えて、電子輸送材料は、電子注入の促進または正孔移動の障壁となる特性を有してもよい。
(Electron transport layer)
The electron transport layer may be provided between the cathode and the light emitting layer (for example, the above layer structures (d), (h), (l) and (o)), and the electron injection layer and the light emitting layer And (for example, the above-mentioned layer structures (e), (i), (m) and (p)). The electron transport material for forming the electron transport layer preferably has a high electron transfer rate. In addition, the electron transport material may have the property of promoting electron injection or blocking the hole transfer.
電子輸送材料の非制限的の例は、ニトロ置換フルオレン誘導体、ジフェニルキノン誘導体、チオピランジオキシド誘導体、カルボジイミド誘導体、フレオレニリデンメタン誘導体、アントラキノジメタン誘導体、アントロン誘導体、オキサジアゾール誘導体、チアジアゾール誘導体を含む。ここで、オキサジアゾール誘導体は、電子吸引基として知られているキノキサリン環を有してもよい。あるいはまた、ニトロ置換フルオレン、ジフェニルキノン、チオピランジオキシド、カルボジイミド、フレオレニリデンメタン、アントラキノジメタン、アントロン、オキサジアゾール、およびチアジアゾールからなる群から選択される部分構造を有する高分子材料を、電子輸送材料として用いてもよい。 Non-limiting examples of electron transport materials are nitro-substituted fluorene derivatives, diphenylquinone derivatives, thiopyrandioxide derivatives, carbodiimide derivatives, freorenylidenemethane derivatives, anthraquinodimethane derivatives, anthrone derivatives, oxadiazole derivatives, thiadiazoles Including derivatives. Here, the oxadiazole derivative may have a quinoxaline ring known as an electron withdrawing group. Alternatively, a polymer material having a partial structure selected from the group consisting of nitro-substituted fluorene, diphenylquinone, thiopyrandioxide, carbodiimide, freorenylidenemethane, anthraquinodimethane, anthrone, oxadiazole, and thiadiazole And may be used as an electron transport material.
電子輸送材料の非制限的な例は、8−キノリノール誘導体の金属錯体を含む。用いることができる8−キノリノール誘導体の非制限的な例は、8−キノリノール、5,7−ジクロロ−8−キノリノール、5,7−ジブロモ−8−キノリノール、2−メチル−8−キノリノール、5−メチル−8−キノリノール)アルミニウムを含む。用いることができる中心金属は、Al、Zn、In、Mg、Cu、Ca、Sn、Ga、およびPbを含む。8−キノリノール誘導体の金属錯体は、トリス(8−キノリノール)アルミニウム(Alq)、トリス(5,7−ジクロロ−8−キノリノール)アルミニウム、トリス(5,7−ジブロモ−8−キノリノール)アルミニウム、トリス(2−メチル−8−キノリノール)アルミニウム、トリス(5−メチル−8−キノリノール)アルミニウム、およびビス(8−キノリノール)亜鉛(Znq)を含むが、これらに限定されるものではない。 Non-limiting examples of electron transport materials include metal complexes of 8-quinolinol derivatives. Non-limiting examples of 8-quinolinol derivatives that can be used are 8-quinolinol, 5,7-dichloro-8-quinolinol, 5,7-dibromo-8-quinolinol, 2-methyl-8-quinolinol, 5- Methyl-8-quinolinol) aluminum. Center metals that can be used include Al, Zn, In, Mg, Cu, Ca, Sn, Ga, and Pb. Metal complexes of 8-quinolinol derivatives such as tris (8-quinolinol) aluminum (Alq), tris (5,7-dichloro-8-quinolinol) aluminum, tris (5,7-dibromo-8-quinolinol) aluminum, tris 2-methyl-8-quinolinol) aluminum, tris (5-methyl-8-quinolinol) aluminum, and bis (8-quinolinol) zinc (Znq), but is not limited thereto.
電子輸送材料の非制限的な例は、フタロシアニン誘導体およびその金属錯体を含む。フタロシアニン誘導体は、アルキル基、スルホン酸基などの置換基を有してもよい。層構造に依存するが、発光層の材料として例示したジスチリルピラジン誘導体を、電子輸送材料として用いることができる。 Non-limiting examples of electron transport materials include phthalocyanine derivatives and metal complexes thereof. The phthalocyanine derivative may have a substituent such as an alkyl group or a sulfonic acid group. Although depending on the layer structure, a distyrylpyrazine derivative exemplified as the material of the light emitting layer can be used as the electron transporting material.
電子輸送層は、1種または複数種の電子輸送材料を含んでもよい。あるいは、電子輸送層は、単一層であってもよいし、複数の副層からなる積層構造を有してもよい。電子輸送層は、真空蒸着法などの当該技術においてよく知られている技術を用いて形成することができる。電子輸送層は、通常5nm以上、5μm以下の範囲内、好ましくは5nm以上、200nm以下の範囲内の膜厚を有する。 The electron transport layer may include one or more electron transport materials. Alternatively, the electron transport layer may be a single layer or may have a laminated structure composed of a plurality of sublayers. The electron transport layer can be formed using techniques well known in the art, such as vacuum evaporation. The electron transport layer generally has a thickness of 5 nm or more and 5 μm or less, preferably 5 nm or more and 200 nm or less.
[光取出しレンズ層]
任意選択的に、光透過性基板102の構造層104を設ける面とは反対側の面に、光散乱あるいは集光機能を有する光取出しレンズ層310を設けてもよい。図3および図4に示すように、光取出しレンズ層310は、光透過性を有する光透過性層304と、光透過性層304の表面に設けられた集光レンズ層302とを備えてもよい。ここで、いわゆる集光シートを集光レンズ層302として用いてもよい。あるいはまた、光取出しレンズ層310は、表面にマイクロレンズアレイを形成した光透過性層であってもよい(不図示)。光取出しレンズ層310を設けることによって、特定方向、例えば、有機EL素子の光取出し方向(図1の112の方向)に集光して、特定方向の輝度を高めることができる。
[Light extraction lens layer]
Optionally, a light
光取出しレンズ層310(具体的には光透過性層304および集光レンズ層302)は、前述の光透過性樹脂を用いて形成することができる。
The light extraction lens layer 310 (specifically, the
あるいはまた、光透過性樹脂に微粒子を添加して、光取り出しレンズ層340の光散乱効果を向上させることができる。添加できる微粒子は、1種または複数種の無機微粒子、1種または複数種の有機微粒子、およびこれらの組み合わせからなる群から選択することができる。用いることができる有機微粒子は、アクリル系ポリマー、スチレンポリマー、スチレン−アクリルポリマーおよびその架橋体、メラミン−ホルマリン縮合物、ポリウレタン系ポリマー、ポリエステル系ポリマー、シリコーン系ポリマー、フッ素系ポリマー、これらの共重合体のような高分子材料を含む。無機微粒子を形成するための材料の非制限的な例は:スメクタイト、カオリナイト、タルクなどの粘土化合物;シリカ、酸化チタン、アルミナ、シリカアルミナ、ジルコニア、酸化亜鉛、酸化バリウム、酸化ストロンチウムなどの無機酸化物;炭酸カルシウム、炭酸バリウム、塩化バリウム、硫酸バリウム、硝酸バリウム、水酸化バリウム、水酸化アルミニウム、炭酸ストロンチウム、塩化ストロンチウム、硫酸ストロンチウム、硝酸ストロンチウム、水酸化ストロンチウムなどの無機化合物;および2種以上の無機酸化物を焼結して得られるガラス材料を含む。 Alternatively, fine particles may be added to the light transmitting resin to improve the light scattering effect of the light extraction lens layer 340. The particulates that can be added can be selected from the group consisting of one or more types of inorganic particulates, one or more types of organic particulates, and a combination thereof. Organic fine particles that can be used include acrylic polymers, styrene polymers, styrene-acrylic polymers and their cross-linked products, melamine-formalin condensates, polyurethane polymers, polyester polymers, silicone polymers, fluorine polymers, and their copolymer weights Including polymeric materials such as coalescing. Nonlimiting examples of materials for forming the inorganic fine particles are: clay compounds such as smectite, kaolinite and talc; inorganic substances such as silica, titanium oxide, alumina, silica alumina, zirconia, zinc oxide, barium oxide and strontium oxide Oxides; Inorganic compounds such as calcium carbonate, barium carbonate, barium chloride, barium sulfate, barium nitrate, barium hydroxide, aluminum hydroxide, strontium carbonate, strontium chloride, strontium nitrate, strontium hydroxide and the like; And a glass material obtained by sintering an inorganic oxide of
[封止部材]
有機EL素子100は、封止部材によって覆われることが好ましい。封止部材は、有機EL素子100の機能層を含む側を覆うことができる限りにおいて、凹板状でも平板状でもよい。例えば、封止部材と電極および/または支持基板とを接着剤で接着して、有機EL素子の機能層を含む側の封止を実施してもよい。封止部材は、有機EL素子の各層(特に機能層)に有害な水分、酸素などの、有機EL素子への侵入を防止する機能を有する。
[Sealing member]
The
封止部材に対する光透過性および電気絶縁性の要件は存在しない。しかしながら、封止部材は、バリア層402と同様に、低い水蒸気透過度および低い酸素透過度を有することが好ましい。封止部材は、1.0×10-2g/(m2・24h)以下の、JIS K 7129−1992に準拠した方法で測定される水蒸気透過度(25±0.5℃、90±2%RH)、および/または、JIS K 7126−1987に準拠した方法で測定される、1.0×10-3cm3/(m2・24h・atm)以下の酸素透過度を有することが望ましい。
There are no light transmission and electrical insulation requirements for the sealing member. However, the sealing member, like the
封止部材の非制限的な例は、ガラス板、ポリマーの板およびフィルム、ならびに、金属板およびフィルムなどを含む。用いることができるガラスは、特に、ソーダ石灰ガラス、バリウム−ストロンチウム含有ガラス、鉛ガラス、アルミノケイ酸ガラス、ホウケイ酸ガラス、バリウムホウケイ酸ガラス、石英ガラスなどを含む。また、用いることができるポリマーは、ポリカーボネート、アクリル、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルスルフィド、ポリスルホンなどを含む。用いることができる金属は、ステンレス、鉄、銅、アルミニウム、マグネシウム、ニッケル、亜鉛、クロム、チタン、モリブテン、シリコン、ゲルマニウム、タンタル、およびそれらを含む合金を含む。 Non-limiting examples of sealing members include glass plates, plates and films of polymers, metal plates and films, and the like. Glass which can be used includes, in particular, soda lime glass, barium-strontium containing glass, lead glass, aluminosilicate glass, borosilicate glass, barium borosilicate glass, quartz glass and the like. Also, polymers which can be used include polycarbonate, acrylic, polyethylene terephthalate, polyether sulfide, polysulfone and the like. Metals that can be used include stainless steel, iron, copper, aluminum, magnesium, nickel, zinc, chromium, titanium, molybdenum, silicon, germanium, tantalum, and alloys containing them.
封止に用いられる接着剤の非制限的な例は:アクリル酸系オリゴマー、メタクリル酸系オリゴマーなどの反応性ビニル基を有する光硬化型または熱硬化型接着剤;2−シアノアクリル酸エステルなどの湿気硬化型接着剤;二液型エポキシ接着剤のような化学硬化型接着剤;ポリアミド、ポリエステル、ポリオレフィンなどのホットメルト型接着剤;カチオン硬化性エポキシ樹脂などを含む紫外線硬化型接着剤を含む。 Non-limiting examples of adhesives used for sealing are: Photocurable or thermosetting adhesives having reactive vinyl groups such as acrylic acid oligomers, methacrylic acid oligomers, etc .; such as 2-cyanoacrylate Moisture curable adhesives; Chemical curable adhesives such as two-component epoxy adhesives; Hot melt adhesives such as polyamide, polyester, polyolefin etc .; UV curable adhesives including cationic curable epoxy resins etc.
ここで、加熱による有機EL素子100の劣化を防止するために、室温から80℃までの温度範囲で接着硬化できる接着剤を用いて封止を行うことが望ましい。封止工程において、市販のディスペンサー、あるいはスクリーン印刷のような印刷技術を用いて、接着剤を塗布してもよい。
Here, in order to prevent the deterioration of the
封止部材と有機EL素子100の機能層を含む側との間隙には、気相または液相の不活性物質を注入することが好ましい。不活性物質の非制限的な例は、窒素、アルゴンなどの不活性気体、および、フッ化炭化水素、シリコーンオイルなどの不活性液体を含む。また、封止部材と有機EL素子100の機能層を含む側との間隙を真空とすることも可能である。
It is preferable to inject a gas phase or liquid phase inert substance into the gap between the sealing member and the side including the functional layer of the
任意選択的に、封止部材と有機EL素子100の機能層を含む側との間隙に、吸湿性化合物を含む吸湿部材を配置することもできる。また、あるいはまた、吸湿性化合物を含む接着剤を用いて封止を行ってもよい。吸湿性化合物の非制限的な例は:酸化ナトリウム、酸化カリウム、酸化カルシウム、酸化バリウム、酸化マグネシウム、酸化アルミニウムなどの金属酸化物;硫酸ナトリウム、硫酸カルシウム、硫酸マグネシウム、硫酸コバルトなどの硫酸塩;塩化カルシウム、塩化マグネシウム、フッ化セシウム、フッ化タンタル、臭化セリウム、臭化マグネシウム、ヨウ化バリウム、ヨウ化マグネシウムなどの金属ハロゲン化物;過塩素酸バリウム、過塩素酸マグネシウムなどの過塩素酸類を含む。これらのうち、硫酸塩、金属ハロゲン化物、および過塩素酸類においては、無水塩が好適に用いられる。
Optionally, a hygroscopic member containing a hygroscopic compound may be disposed in the gap between the sealing member and the side including the functional layer of the
<有機EL素子の製造方法>
本発明は、上記有機EL素子の製造方法を包含する。この製造方法は、
(A)光透過性基板を準備する工程と、
(B)前記光透過性基板上に構造層を形成する工程と、
(C)前記構造層上に第1電極を形成する工程と、
(D)前記第1電極上に機能層を形成する工程と、
(E)前記機能層上に第2電極を形成する工程と
を含むことができる。
<Method of manufacturing organic EL element>
The present invention includes a method of manufacturing the organic EL element. This manufacturing method is
(A) preparing a light transmitting substrate;
(B) forming a structural layer on the light transmitting substrate;
(C) forming a first electrode on the structural layer;
(D) forming a functional layer on the first electrode;
(E) forming a second electrode on the functional layer.
工程(A)は、適切な材料で形成された光透過性基板102を選択し、必要に応じて、光透過性基板102に対して洗浄および/または必要な前処理を施す工程である。洗浄および/または必要な前処理は、有機EL素子の基板で通常行われるものであり、特に制限はない。
Step (A) is a step of selecting the
工程(B)は、複数の凸部202、および平坦部204を有する構造層104を形成する工程である。本工程は、転写法、フォトリソグラフィー法などの技術を用いて実施することができる。転写法を用いる場合、工程(A)で準備した光透過性基板102上に、上述した構造層104を形成するための光透過性樹脂を均一に塗布し、この樹脂に、所望の形状を形成するための形状(反転形状)を有する形状転写基板を押下し、所望の形状を光透過性樹脂に転写する。所望の形状が転写された光透過性樹脂の層を光または熱により硬化させて、所望の形状の凸部202、および平坦部204を有する構造層104を形成する。
The step (B) is a step of forming the
工程(C)は、陽極として用いる第1電極106を形成する工程である。工程(C)は、構造層104の上面形状を第1電極106の上面に反映させることを条件として、当該技術において知られている任意の方法を用いて実施することができる。例えば、第1電極106の材料との適性を考慮して、工程(C)を、(1)真空蒸着法、スパッタ法、イオンプレーティング法などの物理的方式、(2)CVD、プラズマCVD法などの化学的方式などの公知の方法の中から適宜選択される方法によって実施することができる。例えば、ITOを用いて第1電極106を形成する場合には、工程(C)は、直流スパッタ法、高周波スパッタ法、真空蒸着法、イオンプレーティング法などによって実施することができる。
Step (C) is a step of forming a
なお、工程(C)において、フォトリソグラフィー法などによる化学的エッチング、あるいはレーザーなどによる物理的エッチングを使用して、第1電極106をパターニングしてもよい。あるいは、マスクを通した真空蒸着法、マスクを通したスパッタ法、または、リフトオフ法などによって、パターン状の第1電極106を形成してもよい。
In the step (C), the
工程(D)は、発光層を含む機能層108を形成する工程である。工程(C)は、第1電極106の上面形状(すなわち、構造層104の上面形状)を機能層108の上面に反映させることを条件として、当該技術において知られている任意の方法を用いて実施することができる。例えば、工程(D)は、真空蒸着法などを用いて実施してもよい。
Step (D) is a step of forming a
工程(E)は、陰極として用いる第2電極110を形成する工程である。第2電極110は、真空蒸着法、スパッタ法などの当該技術において知られている任意の技術を用いて形成することができる。本工程で形成された第2電極110の下面(すなわち、機能層108と第2電極110との界面)には、構造層104の複数の凸部202、および平坦部204にそれぞれ対応した、複数の凹部206、および第2電極の平坦部208が形成される。このような形状を有することによって、機能層108が発した光を高効率で「反射」し、光透過性基板102側から放出することができる。
Process (E) is a process of forming the
<照明装置および面状光源>
本発明は、前述の有機EL素子を含む照明装置および面状光源を包含する。例えば、光の出射側から、光透過性基板、陽極、機能層、陰極、吸湿部材および封止部材を含む照明装置であれば、光透過性基板から陰極までの部分に、本発明の有機EL素子を使用できる。図11に、具体的な照明装置の例を示す。この例では、光の出射側から、光透過性基板102、構造層104、第1電極(陽極)106、機能層108、第2電極(陰極)110、外部接続端子112、吸湿部材(デシカント)1202、および封止部材1204を含む。この例において、光透過性基板102から第2電極(陰極)110までの構造が、前述の有機EL素子100に対応する。ここで、外部接続端子112は、第2電極110と電源とを接続するための部材である。外部接続端子112は、透明導電性酸化物のような、低い水蒸気透過度および低い酸素透過度を有する導電性材料を用いて形成することができる。また、本発明の面状光源も、照明装置と同様の構成とすることができる。本発明の照明装置および面状光源の製造は、前述の有機EL素子の製造方法に、公知の適切な工程を付加して実施することができる。
<Lighting device and planar light source>
The present invention includes a lighting device and a planar light source including the organic EL element described above. For example, in the case of a lighting device including a light transmitting substrate, an anode, a functional layer, a cathode, a moisture absorbing member, and a sealing member from the light emission side, the organic EL of the present invention The element can be used. FIG. 11 shows an example of a specific lighting device. In this example, from the light emission side, the
<表示装置>
本発明は、前述の有機EL素子を含む表示装置を包含する。本発明の表示装置は、装置の表示側から、カラーフィルターガラス基板(ガラス基板およびカラーフィルター層を含む)、保護層、陽極、白色有機EL発光層を含む有機層および陰極を含むことができる。本発明の表示装置では、陽極部は、シリコン駆動基板などの駆動部分を含んでいてもよい。図12に、具体的な表示装置の例を示す。この表示装置は、装置の表示側から、光透過性基板102、カラーフィルター層(例えば、RGBカラーフィルター層など)1302、バリア層402、構造層104、第1電極(陽極)106、機能層108、第2電極(陰極)110を含む。図12の例において、カラーフィルター層1302以外の部分が、前述の有機EL素子に対応する。本発明の表示装置の製造は、前述の有機EL素子の製造方法に適切な工程を付加して実施することができる。例えば、光透過性基板102を準備し[工程(A)]、次いで、カラーフィルター層1302とバリア層402を形成し、さらに上記工程(B)から工程(E)を実施すればよい。カラーフィルター層1302は、スピンコート法、蒸着法などの当該技術おいて知られている任意の方法を用いて形成することができる。
<Display device>
The present invention includes a display including the above-described organic EL element. The display device of the present invention can include a color filter glass substrate (including a glass substrate and a color filter layer), a protective layer, an anode, an organic layer including a white organic EL light emitting layer, and a cathode from the display side of the device. In the display device of the present invention, the anode portion may include a drive portion such as a silicon drive substrate. FIG. 12 shows an example of a specific display device. This display device includes, from the display side of the device, a
上述した第1の側面を具体化した実施例を以下に説明する。また、比較例についても記載する。以下の実施例および比較例では、走査型プローブ顕微鏡を用いて、構造層104の凸部202の幅および見かけ上の高さH1a、および凸部面積比Apを測定および算出した。具体的には、ランダムに選択した10箇所において、1つの凸部202aと、それに隣り合う2つの凸部202b、202cの画像を得た後に、凸部202aの幅w1aおよび見かけ上の高さH1a、ならびに2つの平坦部204a、204bの幅(w1b、w1c)の平均値を求めた。加えて、領域Xの面積と、領域X内の凸部202の投影面積の総和を求め、凸部面積比Apを求めた。10箇所の測定値の算術平均値を、構造層104の微細構造の特性値とした。また、以下の実施例では構造層104の微細構造の特性値を基に説明するが、構造層104の微細構造が反転して、第2電極110の機能層108側に転写されていることを確認した。
An embodiment embodying the first aspect described above will be described below. Moreover, it describes also about a comparative example. In the following examples and comparative examples, the width and apparent height H1a of the
<実施例1>
30mm×40mmの寸法および0.7mmの厚さを有する無アルカリガラス板を洗浄して、光透過性基板102を準備した。スピンコーターを用いて、光透過性基板102上に、UV(紫外線)硬化型アクリル系樹脂(東洋インキ株式会社製 リオデュラスTYT)を塗布し、次いで熱風オーブンの中において100℃で1分間加熱して、膜厚1μmの樹脂層を形成した。続いて、この樹脂層の表面に、微細パターンを有するフィルム板を押し付け、その状態でUV光(150mJ/cm2)を照射した。次に、フィルム板を剥離して、凸部202および平坦部204を上面に有する構造層104を得た。凸部202の底面は正方形の形状を有した。また、構造層104は、1つの凸部202が平坦部204に囲まれ、図2に示すパターンを有することを確認した。また、凸部は図5から図8に示す構造の突起を有していた。凸部の幅w1aは448nmであり、高さH1aは60nmであり、凸部面積比は0.41であった。平坦部204の幅w1bおよびw1cは、それぞれ249nmおよび255nmであり、これらの算術平均値w1f[(w1b+w1c)/2)]は252nmであった。凸部の幅w1aと平坦部の幅の算術平均値w1fの比[w1a/(w1b+w1c)/2)]は、1.8であった。
Example 1
The non-alkali glass plate having dimensions of 30 mm × 40 mm and a thickness of 0.7 mm was washed to prepare a
次に、スパッタ法を用いて構造層104の表面に膜厚100nmのITO膜を堆積させ、続いてITO膜をパターニングすることにより、光透過性を有する第1電極106(陽極)を形成した。これにより、光取り出し基板120を得た。
Next, an ITO film having a thickness of 100 nm was deposited on the surface of the
第1電極106の表面に、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、および電子注入層をそれぞれ蒸着法で堆積させて、機能層108を形成した。
The
本実施例で使用した機能層108内の各層の材料は以下のとおりである。
(1) 正孔輸送層:
4,4’,4’’−トリス(9−カルバゾール)トリフェニルアミン(膜厚35nm);
(2) 発光層:
トリス(2−フェニルピリジナト)イリジウム(III)錯体をドープした4,4’,4’’−トリス(9−カルバゾール)トリフェニルアミン(膜厚15nm)、および
トリス[1−フェニルイソキノリン−C2,N]イリジウム(III)錯体をドープした1,3,5−トリス(N−フェニルベンズイミダゾール−2−イル)ベンゼン(膜厚15nm)の積層構造;
(3) 電子輸送層:
1,3,5−トリス(N−フェニルベンズイミダゾール−2−イル)ベンゼン(膜厚65nm);ならびに
(4) 電子注入層:
フッ化リチウム(膜厚1.5nm)。
The materials of each layer in the
(1) Hole transport layer:
4,4 ′, 4 ′ ′-tris (9-carbazole) triphenylamine (film thickness 35 nm);
(2) Light emitting layer:
4,4 ′, 4 ′ ′-Tris (9-carbazole) triphenylamine (film thickness 15 nm) doped with tris (2-phenylpyridinato) iridium (III) complex, and tris [1-phenylisoquinoline-C2 Layered structure of 1,3,5-tris (N-phenylbenzimidazol-2-yl) benzene (film thickness 15 nm) doped with [, N] iridium (III) complex;
(3) Electron transport layer:
1,3,5-tris (N-phenylbenzimidazol-2-yl) benzene (film thickness 65 nm); and (4) electron injection layer:
Lithium fluoride (film thickness 1.5 nm).
続いて、機能層108の表面に蒸着法によりアルミニウムを堆積して、膜厚50nmの第2電極110を形成した。
Subsequently, aluminum was deposited on the surface of the
別途、光透過性シートからなる光透過性層304として、PETフィルムを準備した。光透過性層304の一方の表面に、直径5μmの半球形状のマイクロレンズと5μmピッチの頂角89度のクロスプリズム構造とからなる集光レンズ層302を形成し、光取出しレンズ層310を得た。続いて、光透過性層304の他方の表面を、粘着剤を介して光透過性基板102に貼り合わせて、図3に示す光取出しレンズ層310を有する有機EL素子100を得た。このとき、集光レンズ層302が光取り出し側の最表面である。
Separately, a PET film was prepared as a
<実施例2>
構造層104を形成する際に用いた、凸部および平坦部を形成するためのフィルム板を変更したことを除いて実施例1の手順を繰り返して、有機EL素子100を得た。凸部の幅w1aは400nmであり、高さH1aは50nmであり、凸部面積比Apは0.64であった。平坦部204の幅w1bおよびw1cは、それぞれ101nmおよび99nmであり、それらの算術平均値w1f[(w1b+w1c)/2)]は100nmであった。凸部の幅と平坦部の幅の算術平均値の比[w1a/(w1b+w1c)/2)]は、4.0であった。
Example 2
The procedure of Example 1 was repeated except that the film plate for forming the convex portion and the flat portion used when forming the
<実施例3>
構造層104を形成する際に用いた、凸部および平坦部を形成するためのフィルム板を変更したことを除いて実施例1の手順を繰り返して、有機EL素子100を得た。凸部の幅w1aは415nmであり、高さH1aは50nmであり、面積比は12.0%であった。平坦部204の幅w1bおよびw1cは、それぞれ789nmおよび781nmであり、それらの算術平均値w1f[(w1b+w1c)/2)]は785nmであった。凸部の幅と平坦部の幅の算術平均値の比[w1a/(w1b+w1c)/2)]は、0.5であった。
Example 3
The procedure of Example 1 was repeated except that the film plate for forming the convex portion and the flat portion used when forming the
<実施例4>
構造層104を形成する際に用いた、凸部および平坦部を形成するためのフィルム板を変更したことを除いて実施例1の手順を繰り返して、有機EL素子100を得た。凸部の幅w1aは584nmであり、高さH1aは90nmであり、凸部面積比Apは0.533であった。平坦部204の幅w1bおよびw1cは、それぞれ215nmおよび217nmであり、それらの算術平均値w1f[(w1b+w1c)/2)]は216nmであった。凸部の幅と平坦部の幅の算術平均値の比[w1a/(w1b+w1c)/2)]は、2.7であった。
Example 4
The procedure of Example 1 was repeated except that the film plate for forming the convex portion and the flat portion used when forming the
<実施例5>
構造層104を形成する際に用いた、凸部および平坦部を形成するためのフィルム板を変更したことを除いて実施例1の手順を繰り返して、有機EL素子100を得た。凸部の幅w1aは1000nmであり、高さH1aは100nmであり、凸部面積比Apは0.444であった。平坦部204の幅w1bおよびw1cは、それぞれ503nmおよび497nmであり、それらの算術平均値w1f[(w1b+w1c)/2)]は500nmであった。凸部の幅と平坦部の幅の算術平均値の比[w1a/(w1b+w1c)/2)]は、2.0であった。
Example 5
The procedure of Example 1 was repeated except that the film plate for forming the convex portion and the flat portion used when forming the
<実施例6>
構造層104を形成する際に用いた、凸部および平坦部を形成するためのフィルム板を変更したことを除いて実施例1の手順を繰り返して、有機EL素子100を得た。凸部の幅w1aは1000nmであり、高さH1aは300nmであり、凸部面積比Apは0.25であった。平坦部204の幅w1bおよびw1cは、それぞれ985nmおよび1015nmであり、それらの算術平均値w1f[(w1b+w1c)/2)]は1000nmであった。凸部の幅と平坦部の幅の算術平均値の比[w1a/(w1b+w1c)/2)]は、1.0であった。
Example 6
The procedure of Example 1 was repeated except that the film plate for forming the convex portion and the flat portion used when forming the
<実施例7>
構造層104を形成する際に用いた、凸部および平坦部を形成するためのフィルム板を変更したことを除いて実施例1の手順を繰り返して、有機EL素子100を得た。凸部の底面は正方形の形状を有した。また、構造層104は1つの凸部202が平坦部204に囲まれ、図9に示す、1つの凸部に対して6つの凸部が正六角形の各頂点に位置するパターンを有することを確認した。凸部の幅w1aは400nmであり、高さH1aは70nmであり、凸部面積比Apは0.16であった。平坦部204の幅w1bおよびw1cは、それぞれ610nmおよび590nmであり、それらの算術平均値w1f[(w1b+w1c)/2)]は600nmであった。凸部の幅と平坦部の幅の算術平均値の比[w1a/(w1b+w1c)/2)]は、0.7であった。
Example 7
The procedure of Example 1 was repeated except that the film plate for forming the convex portion and the flat portion used when forming the
<実施例8>
構造層104を形成する際に用いた、凸部および平坦部を形成するためのフィルム板を変更したことを除いて実施例1の手順を繰り返して、有機EL素子100を得た。凸部の底面は真円形で半球状の形状を有した。また、構造層104は1つの凸部202が平坦部204に囲まれた図10に示す構造を有した。ここで、図10に示す一方向の2つの列(p1、P2)の間の距離xとそれに直行する方向の2つの列(q1、q2)の間の距離yの比がx:y=6:5となるパターンを有することを確認した。凸部の幅w1aは400nmであり、高さH1aは70nmであり、凸部面積比Apは0.44であった。平坦部204の幅w1bおよびw1cは、それぞれ189nmおよび189nmであり、それらの算術平均値w1f[(w1b+w1c)/2)]は189nmであった。凸部の幅と平坦部の幅の算術平均値の比[w1a/(w1b+w1c)/2)]は、2.1であった。なお、本実施例において、上記H1a、w1a、w1bおよびw1cは、図10のIIb−IIbに沿った切断線による断面で測定した。
Example 8
The procedure of Example 1 was repeated except that the film plate for forming the convex portion and the flat portion used when forming the
<実施例9>
本実施例は、(式1)を満たすが、(式2)を満たさない場合の例である。
Example 9
The present embodiment is an example in the case where (Expression 1) is satisfied but (Expression 2) is not satisfied.
構造層104を形成する際に用いた、凸部および平坦部を形成するためのフィルム板を変更したことを除いて実施例1の手順を繰り返して、有機EL素子100を得た。凸部の底面は真円形の形状を有した。また、構造層104は1つの凸部202が平坦部204に囲まれた図10に示す構造を有した。ここで、図10に示す一方向の2つの列(p1、P2)の間の距離xとそれに直行する方向の2つの列(q1、q2)の間の距離yの比がx:y=6:5となるパターンを有することを確認した。凸部の幅w1aは800nmであり、高さH1aは80nmであり、凸部面積比Apは0.63であった。平坦部204の幅w1bおよびw1cは、それぞれ182nmおよび178nmであり、それらの算術平均値w1f[(w1b+w1c)/2)]は180nmであった。凸部の幅と平坦部の幅の算術平均値の比[w1a/(w1b+w1c)/2)]は、4.4であった。なお、本実施例において、上記H1a、w1a、w1bおよびw1cは、図10のIIb−IIbに沿った切断線による断面で測定した。
The procedure of Example 1 was repeated except that the film plate for forming the convex portion and the flat portion used when forming the
<比較例1>
構造層104を形成する際に、凸部および平坦部を形成するためのフィルム板を押し付けなかったことを除いて実施例1の手順を繰り返して、有機EL素子100を得た。構造層104の上面は平坦であった。また、第2電極110と機能層108との界面も平坦であった。
Comparative Example 1
When forming the
<比較例2>
構造層104を形成する際に用いた、凸部および平坦部を形成するためのフィルム板を変更したことを除いて実施例1の手順を繰り返して、有機EL素子100を得た。凸部の幅w1aは290nmであり、高さH1aは320nmであり、凸部面積比Apは0.687であった。平坦部204の幅w1bおよびw1cは、それぞれ65nmおよび55nmであり、それらの算術平均値w1f[(w1b+w1c)/2)]は60nmであった。凸部の幅と平坦部の幅の算術平均値の比[w1a/(w1b+w1c)/2)]は、4.8であった。
Comparative Example 2
The procedure of Example 1 was repeated except that the film plate for forming the convex portion and the flat portion used when forming the
<比較例3>
構造層104を形成する際に用いた、凸部および平坦部を形成するためのフィルム板を変更したことを除いて実施例1の手順を繰り返して、有機EL素子100を得た。凸部の幅w1aは1060nmであり、高さH1aは45nmであり、凸部面積比Ap0.094であった。平坦部204の幅w1bおよびw1cは、それぞれ2387nmおよび2393nmであり、それらの算術平均値w1f[(w1b+w1c)/2)]は2390nmであった。凸部の幅と平坦部の幅の算術平均値の比[w1a/(w1b+w1c)/2)]は、0.4であった。
Comparative Example 3
The procedure of Example 1 was repeated except that the film plate for forming the convex portion and the flat portion used when forming the
<比較例4>
構造層104を形成する際に用いた、凸部および平坦部を形成するためのフィルム板を変更したことを除いて実施例1の手順を繰り返して、有機EL素子100を得た。凸部の幅w1aは240nmであり、高さH1aは40nmであり、凸部面積比Apは0.095であった。平坦部204の幅w1bおよびw1cは、それぞれ543nmおよび537nmであり、それらの算術平均値w1f[(w1b+w1c)/2)]は540nmであった。凸部の幅と平坦部の幅の算術平均値の比[w1a/(w1b+w1c)/2)]は、0.4であった。
Comparative Example 4
The procedure of Example 1 was repeated except that the film plate for forming the convex portion and the flat portion used when forming the
<比較例5>
構造層104形成の際に用いたフィルム板を変更したことを除いて実施例1の手順を繰り返して、有機EL素子100を得た。凸部の幅w1aは1200nmであり、高さH1aは500nmであり、凸部面積比Apは0.685であった。平坦部204の幅w1bおよびw1cは、それぞれ248nmおよび252nmであり、それらの算術平均値w1f[(w1b+w1c)/2)]は250nmであった。凸部の幅と平坦部の幅の算術平均値の比[w1a/(w1b+w1c)/2)]は、4.8であった。
Comparative Example 5
The procedure of Example 1 was repeated except that the film plate used in forming the
<比較例6>
本比較例は、(式1)を満たさず、(式2)を満たす場合の例である。
Comparative Example 6
The present comparative example is an example in the case where (Expression 1) is not satisfied but (Expression 2) is satisfied.
構造層104を形成する際に用いた、凸部および平坦部を形成するためのフィルム板を変更したことを除いて実施例1の手順を繰り返して、有機EL素子100を得た。凸部の幅w1aは400nmであり、高さH1aは250nmであり、凸部面積比Apは0.11であった。平坦部204の幅w1bおよびw1cは、それぞれ820nmおよび780nmであり、それらの算術平均値w1f[(w1b+w1c)/2)]は800nmであった。凸部の幅と平坦部の幅の算術平均値の比[w1a/(w1b+w1c)/2)]は、0.5であった。
The procedure of Example 1 was repeated except that the film plate for forming the convex portion and the flat portion used when forming the
<評価>
実施例1〜6および比較例1〜5の有機EL素子に、直流(DC)電源から電流密度20mA/cm2の定電流を流し、出射される全放射光を積分球により計測した。平坦な上面を有する構造層104(平坦な第2電極110と機能層108との界面)を有する比較例1の全放射光の量に対する実施例1〜6および比較例2〜5の全放射光の量の比を計算して、光取出し効率比を求めた。
<Evaluation>
A constant current with a current density of 20 mA / cm 2 was applied to the organic EL elements of Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 5 from a direct current (DC) power source, and total emitted light emitted was measured by an integrating sphere. Total emission light of Examples 1 to 6 and Comparative Examples 2 to 5 with respect to the amount of total emission light of Comparative Example 1 having the structural layer 104 (the interface between the flat
また、有機EL素子に対して、順方向電圧を段階的に印加した際に流れる電流密度を測定し、引き続いて、逆方向電圧を段階的に印加した際に流れる電流密度を測定した。順方向に1.0Vの電圧を印加したときに1.0×10-5mA/cm2より小さい電流密度を示し、かつ、逆方向に1.0Vの電圧を印加したときに1.0×10-5mA/cm2より小さい電流密度を示した場合を、リーク電流無し(「○」)と判定した。順方向または逆方向に1.0Vの電圧を印加したときに1.0×10-5mA/cm2より大きい電流密度を示した場合を、リーク電流有り(「×」)と判定した。前述の2つの評価項目に基づき、以下の表1の基準にしたがって総合判定を決定した。 Further, the current density flowing when the forward voltage was applied stepwise to the organic EL element was measured, and subsequently, the current density flowing when applying the reverse voltage stepwise was measured. When a voltage of 1.0 V is applied in the forward direction, a current density smaller than 1.0 × 10 −5 mA / cm 2 is exhibited, and when a voltage of 1.0 V is applied in the reverse direction, 1.0 × The case where the current density was less than 10 −5 mA / cm 2 was determined as no leak current (“o”). When a voltage of 1.0 V was applied in the forward or reverse direction and the current density was greater than 1.0 × 10 −5 mA / cm 2 , it was determined that there was a leak current (“x”). Based on the above two evaluation items, the comprehensive judgment was determined according to the criteria in Table 1 below.
実施例1〜9および比較例1〜6の構造層104の微細構造の特性値および評価結果を第2表にまとめた。
The characteristic values and the evaluation results of the microstructures of the
第2表に示すように、(式1)および(式2)を満たす構造層104を有する実施例1〜9の有機EL素子は、1.51から1.76の高い光の取出し効率比を有する。これは、構造層104から転写された、第2電極110と機能層108との界面の構造が、表面プラズモン吸収を抑制し、かつ、第2電極110の光の反射率を向上させたためと推定される。
As shown in Table 2, the organic EL devices of Examples 1 to 9 having the
表面プラズモンは、一定の距離以上にわたって同一の高さを有する部分を伝播する際に、減衰することが知られている。しかしながら、本発明において、構造層104は凸部202を有するため、この形状が転写された第2電極の凹部206において、表面プラズモンが再変換されて、光透過性基板102に向かう光となって再放射される。また、構造層104は、凸部202を有するため、構造層104の第1電極106側は平坦ではない。第2電極110と機能層108の界面において、この構造層104の形状が転写されるので、第2電極110の機能層側は、凹部206と、第2電極の平坦部208を有する。したがって、第2電極の平坦部208の機能層側表面を水平方向に伝播した電磁波は、凹部206との境界点で再変換されて、光透過性基板102に向かう光となって再放射される。加えて、第2電極の平坦部208は平滑な面であり、高い反射率を有する。したがって、機能層106から第2電極110に到達した光の一部は、この第2電極の平坦部208で光透過性基板102の方向に反射される。
Surface plasmons are known to attenuate as they propagate through portions having the same height over a certain distance. However, in the present invention, since the
以上のように、本発明では、第2電極110において、表面プラズモンが再変換され、加えて、機能層からの光が効率よく反射される。このため、第1の側面の有機EL素子は高い光取り出し効率を実現することができる。
As described above, in the present invention, surface plasmons are reconverted at the
一方、比較例2の有機EL素子は、0.42という低い光取り出し効率比を示し、リーク電流も発生した。この結果は、(1)構造層104の凸部202の見かけ上の高さH1aが幅w1aに対して大きいため、凸部202が極めて急峻な形状を有したこと、(2)構造層104の見かけ上の高さH1aが、機能層108の膜厚よりも大きいこと、(3)構造層104の凸部面積比Apが大きいこと、および(4)平坦部204の幅(w1b、w1c)が凸部202の幅(w1a)に対して小さいことに起因すると推定される。具体的には、凸部202の上方で、第1電極106上に急峻な側面を有する凸部が形成され、当該斜面上の機能層108の膜厚が他の部分よりも小さくなったと考えられる。そして、機能層108の膜厚の減少は、第1電極106と第2電極110との間のキャリア移動を局所的に優勢にさせ、発光に寄与することなく対向電極に達するキャリアが増加したと考えられる。加えて、比較例2が上記(1)、(2)および(4)の特徴を有することにより、第2電極110における光の直接反射の割合が低下したと推定される。
On the other hand, the organic EL element of Comparative Example 2 exhibited a light extraction efficiency ratio as low as 0.42, and a leak current was also generated. The result is that (1) the
比較例3の有機EL素子もまた、1.13という不充分な光取出し効率比を示した。この結果は、(1)構造層104の凸部202の見かけ上の高さH1aが低すぎること、および(2)構造層104の凸部面積比Apが小さいこと、および(3)構造層104の平坦部204の幅(w1b、w1c)が凸部202の幅(w1a)に対して大きいことに起因すると考えられる。具体的には、上記比較例3の特徴(1)〜(3)により、第2電極上に転写される構造において、凹部206の深さが不十分となり、凹部206の領域が少なくなり、第2電極の平坦部208の幅が凹部206の幅に対して大きくなる。このため、第2電極の平坦部208が事実上連続した形状を有したと考えられる。よって、比較例3の有機EL素子は、表面プラズモン吸収を抑制することができなかったと推定される。
The organic EL device of Comparative Example 3 also exhibited an insufficient light extraction efficiency ratio of 1.13. As a result, (1) the apparent height H1a of the
比較例4の有機EL素子は、1.05という不充分な光取り出し効率比を示した。この結果は、(1)構造層104の凸部202の幅(w1a)が小さすぎること、および見かけ上の高さH1aが低すぎること、(2)構造層104の凸部面積比Apが小さいこと、ならびに(3)構造層104の平坦部204の幅(w1b、w1c)が凸部202の幅(w1a)に対して大きいことに起因すると考えられる。具体的には、上記比較例4の特徴(1)〜(3)により、第2電極110上に転写される凹部206の深さが不十分となり、凹部206の幅が波長よりも著しく小さくなり、凹部206が形成される領域が少なくなり、第2電極の平坦部208の幅が凹部の幅に対して大きくなる。このため、第2電極の平坦部208が事実上連続した形状を有したと考えられる。よって、比較例4の有機EL素子において、表面プラズモン吸収を抑制することができなかったと推定される。
The organic EL element of Comparative Example 4 exhibited an insufficient light extraction efficiency ratio of 1.05. As a result, (1) the width (w1a) of the
比較例5の有機EL素子は、0.78という低い光取り出し効率比を示し、リーク電流も発生した。この結果は、(1)構造層104の凸部の幅が機能層から発せられる光の波長よりも大きいこと、(2)構造層104の見かけ上の高さH1aが、機能層108の膜厚よりも大きいこと、(3)構造層104の凸部面積比Apが大きいこと、および(4)構造層104の平坦部204の幅(w1b、w1c)が凸部202の幅(w1a)に対して小さいことに起因すると推定される。具体的には、上記比較例5の(1)〜(4)の特徴により、第1電極106が急峻な側面を有する凸部を有することになり、この凸部が形成された部分の機能層108の膜厚が他の部分よりも小さくなったと考えられる。そして、機能層108の膜厚の減少は、第1電極106と第2電極110との間のキャリア移動を局所的に優勢にさせ、発光に寄与することなく対向電極に達するキャリアが増加したと考えられる。また、上記(1)の特徴により、表面プラズモン吸収を抑制する効果が低下したと考えられる。加えて、構造層104の凸部202の幅w1aに比較して、凸部202の見かけ上の高さH1aが高いため、この形状が転写された第2電極110の凹部206における直接反射の反射率が低下したと推定される。
The organic EL element of Comparative Example 5 exhibited a low light extraction efficiency ratio of 0.78, and also generated a leak current. As a result, (1) the width of the convex portion of the
比較例6の有機EL素子は、1.20という不十分な光取り出し効率比を示し、リーク電流も発生した。この結果は、(1)構造層104の凸部202の見かけ上の高さH1aが幅w1aに対して大きいため、凸部202が極めて急峻な形状を有したこと、(2)構造層104の凸部面積比Apが小さいこと、ならびに(3)構造層104の平坦部204の幅(w1b、w1c)が凸部202の幅(w1a)に対して大きいことに起因すると考えられる。具体的には、凸部202の上方で、第1電極106上に急峻な側面を有する凸部が形成され、当該斜面上の機能層108の膜厚が他の部分よりも小さくなったと考えられる。そして、機能層108の膜厚の減少は、第1電極106と第2電極110との間のキャリア移動を局所的に優勢にさせ、発光に寄与することなく対向電極に達するキャリアが増加したと考えられる。加えて、凹部206が形成される領域が少なくなり、第2電極の平坦部208の幅が凹部の幅に対して大きくなる。このため、比較例6の有機EL素子は、表面プラズモン吸収を抑制することができなかったと推定される。
The organic EL element of Comparative Example 6 exhibited an insufficient light extraction efficiency ratio of 1.20, and also generated a leak current. The result is that (1) the
100 有機EL素子
102 光透過性基板
104 構造層
106 第1電極
108 機能層
110 第2電極
112 外部接続端子
120 光取り出し基板
202a、202b、202c、202d、202e、202f 構造層の凸部
202h、202i、202j 構造層の凸部
204 構造層の平坦部
206 第2電極の凹部
208 第2電極の平坦部
302 集光レンズ層
304 光透過性層
310 光取出しレンズ層
402 バリア層
404 光散乱層
510、512、510’、512’ 凸部と平坦部を含む所定領域(領域X)
702 切断線
802a、802b、802c 凸部の頂点
1202 吸湿部材
1204 封止部材
1302 カラーフィルター層
100
702
Claims (9)
前記構造層は、前記第2電極側の表面に、複数の凸部、および平坦部を有し、一つの凸部は平坦部に囲まれ、隣り合う2つの凸部の頂部間の距離が0.5μm以上、5μm以下であり、且つ、凸部面積比Apが、(式1)の関係を満たす有機EL素子。
0.12 ≦ 凸部面積比Ap ≦ 0.64 (式1)
(但し、凸部面積比Apは、有機EL素子の表示領域内における所定面積に対する、この所定面積内の凸部の投影面積の総和の比である。) A light transmitting substrate, a light transmitting structural layer provided on the substrate, a light transmitting first electrode, a functional layer including a light emitting layer, and a second electrode in this order,
The structural layer has a plurality of protrusions and flat portions on the surface on the second electrode side, one protrusion is surrounded by the flat portions, and the distance between the tops of two adjacent protrusions is 0. .5 .mu.m or more and 5 .mu.m or less, and an organic EL element having a convex portion area ratio Ap satisfying the formula (1).
0.12 ≦ protrusion area ratio Ap ≦ 0.64 (Expression 1)
(However, the projection area ratio Ap is the ratio of the sum of the projection areas of the projections in the predetermined area to the predetermined area in the display area of the organic EL element.)
0.5 ≦ w1a/[(w1b+w1c)/2] ≦ 4.0 (式2) When the width of the convex portion (A) is w1a, and the widths of two flat portions between the two convex portions adjacent to the convex portion (A) and the convex portion (A) are w1b and w1c, respectively. The organic EL device according to claim 1, wherein the following relationship (formula 2) is satisfied:
0.5 ≦ w1a / [(w1b + w1c) / 2] ≦ 4.0 (equation 2)
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