JP4822243B2 - LIGHT EMITTING ELEMENT AND ORGANIC ELECTROLUMINESCENT LIGHT EMITTING ELEMENT - Google Patents

LIGHT EMITTING ELEMENT AND ORGANIC ELECTROLUMINESCENT LIGHT EMITTING ELEMENT Download PDF

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Description

本発明は、光取り出し効率の高い発光素子に関する。特に、有機エレクトロルミネセンス(以後、「エレクトロルミネセンス」を「EL」と略記する。)発光素子において、有機EL層で発光した光の光取り出し効率の高い発光素子に関する。   The present invention relates to a light emitting element with high light extraction efficiency. In particular, the present invention relates to a light-emitting element with high light extraction efficiency of light emitted from an organic EL layer in an organic electroluminescence (hereinafter, “electroluminescence” is abbreviated as “EL”) light-emitting element.

有機EL発光素子は自発光素子として、ディスプレイ等の映像表示装置や面光源としての期待が高い。有機EL発光素子を映像表示装置として使用する場合は、単一色で発光するパートカラー方式や、赤色(R)、緑色(G)、青色(B)の3原色で発光する領域を持つフルカラー方式がある。面光源として使用する場合は、薄膜状として構成する。   Organic EL light-emitting elements are highly expected as self-light-emitting elements as video display devices such as displays and surface light sources. When an organic EL light emitting element is used as an image display device, there are a part color method that emits light in a single color and a full color method that has a region that emits light in three primary colors of red (R), green (G), and blue (B). is there. When used as a surface light source, it is configured as a thin film.

このような有機EL発光素子は、一般的には、ガラス基板等の透明基板上に陽極である透明電極と、有機EL層と、陰極である金属電極を順に積層して作製される。透明電極と金属電極との間で印加された電圧により、陰極から供給された電子と陽極から供給されたホールとが有機EL層で再結合し、これに伴って生成される励起子が励起状態から基底状態へ移行する際にEL発光する。EL発光した光は透明電極を透過し、透明基板の側から外部に取り出される。   Such an organic EL light emitting element is generally produced by sequentially laminating a transparent electrode as an anode, an organic EL layer, and a metal electrode as a cathode on a transparent substrate such as a glass substrate. Due to the voltage applied between the transparent electrode and the metal electrode, the electrons supplied from the cathode and the holes supplied from the anode are recombined in the organic EL layer, and the excitons generated thereby are excited. EL light is emitted when shifting from the ground state to the ground state. The light emitted from the EL is transmitted through the transparent electrode and taken out from the transparent substrate side.

このような有機EL発光素子では、光取り出し効率が低いことが予想される。即ち、透明電極として使用されるITO(Indium Tin Oxide)の屈折率が透明基板として使用されるガラス基板の屈折率1.5よりも高い2.0程度であることから、透明電極からガラス基板へ向かう光の大部分が透明電極近傍を伝搬する透明電極導波モードとなって、透明電極からガラス基板に放射されない。図1は透明電極に閉じ込められた透明電極導波モードの電界分布のシミュレーション結果を示す。図1において、金属電極からの距離に応じて、有機EL層であるAlq3、PVKに続いて、ITO、ガラス基板の屈折率分布を破線で示し、発光波長524nmの光の透明電極導波モードの電界強度を実線で示す。図1から分かるように、実効波長程度の染み出しは認められるものの、透明電極導波モードは屈折率の高いITOに閉じ込められて外部に取り出せないことが分かる。   Such an organic EL light emitting device is expected to have low light extraction efficiency. That is, since the refractive index of ITO (Indium Tin Oxide) used as the transparent electrode is about 2.0 which is higher than the refractive index 1.5 of the glass substrate used as the transparent substrate, from the transparent electrode to the glass substrate. Most of the light that goes is a transparent electrode waveguide mode that propagates in the vicinity of the transparent electrode, and is not emitted from the transparent electrode to the glass substrate. FIG. 1 shows a simulation result of an electric field distribution in a transparent electrode waveguide mode confined in a transparent electrode. In FIG. 1, according to the distance from the metal electrode, following the organic EL layers Alq3 and PVK, the refractive index distribution of ITO and the glass substrate is shown by a broken line, and the transparent electrode waveguide mode of light having an emission wavelength of 524 nm is shown. The electric field strength is indicated by a solid line. As can be seen from FIG. 1, the transparent electrode waveguide mode is confined in ITO having a high refractive index and cannot be taken out to the outside although the seepage of the effective wavelength is recognized.

さらに、空気の屈折率1.0に比較してガラス基板の屈折率が1.5程度と高いことから、透明電極からガラス基板へ向かう光の大部分がガラス基板内を伝搬する透明基板導波モードとなって、ガラス基板から空気中に放射されない。結果として、有機EL層で発光した光の大部分は、透明電極導波モードや透明基板導波モードとなり、光取り出し効率が低くなる。   Furthermore, since the refractive index of the glass substrate is as high as about 1.5 compared with the refractive index of air, a transparent substrate waveguide in which most of the light traveling from the transparent electrode to the glass substrate propagates in the glass substrate. It becomes a mode and is not emitted into the air from the glass substrate. As a result, most of the light emitted from the organic EL layer becomes the transparent electrode waveguide mode or the transparent substrate waveguide mode, and the light extraction efficiency is lowered.

なお、本願において、光取り出し効率とは、有機EL層で発光したフォトンに対して有機EL発光素子の外部に取り出せるフォトンの割合をいう。   In addition, in this application, light extraction efficiency means the ratio of the photon which can be taken out of the organic EL light emitting element with respect to the photon emitted from the organic EL layer.

また、本願において、導波モードとは、導波路内を伝搬する電磁波の状態をいう。放射モードとは、導波路内に局在しない電磁波の状態をいう。   In the present application, the waveguide mode refers to the state of electromagnetic waves propagating in the waveguide. The radiation mode refers to a state of electromagnetic waves that are not localized in the waveguide.

実際の光取り出し効率は測定が困難であるため、その算出はシミュレーションに頼らざるを得ない。しかし、透明電極や有機EL層の厚さが有機EL層で発光する光の実効波長と同程度かそれよりも薄いため、単純な幾何光学的な手法では誤差の大きいことが知られている。そのため、幾何光学以外にも各種の計算方法が試みられている。発明者らは、有限時間領域差分法を用いてシミュレーションした結果、透明電極の層厚を50nmから200nmまで、有機EL層の層厚を20nmから80nmまで変化させても、透明電極導波モードは有機EL層で発光した光の40〜50%、透明基板導波モードは25〜35%程度であり、ガラス基板から放射される光の光取り出し効率は15〜30%程度であることを明らかにした。   Since the actual light extraction efficiency is difficult to measure, the calculation has to rely on simulation. However, since the thickness of the transparent electrode and the organic EL layer is about the same as or thinner than the effective wavelength of the light emitted from the organic EL layer, it is known that a simple geometric optical technique has a large error. Therefore, various calculation methods other than geometric optics have been tried. As a result of simulation using the finite time domain difference method, the inventors have found that the transparent electrode waveguide mode is not changed even when the layer thickness of the transparent electrode is changed from 50 nm to 200 nm and the layer thickness of the organic EL layer is changed from 20 nm to 80 nm. Clearly, 40-50% of the light emitted from the organic EL layer, the transparent substrate waveguide mode is about 25-35%, and the light extraction efficiency of the light emitted from the glass substrate is about 15-30%. did.

なお、本願において、実効波長とは、伝搬媒質内の光の波長をいい、
実効波長=真空中での波長/伝搬媒質の屈折率
で表される。
In this application, the effective wavelength means the wavelength of light in the propagation medium,
Effective wavelength = wavelength in vacuum / refraction index of propagation medium.

従来、有機EL発光素子で光取り出し効率を改善する方法として、透明電極と透明基板の境界に集光用レンズを設けた技術が開示されている(例えば、特許文献1参照。)。透明電極と透明基板の境界に集光用レンズを設けた従来技術を図2に示す。81はガラス基板、82は透明電極、83は有機EL層、84は集光用レンズである。これは、光角度変換手段としての複数個の集光用レンズ84によって、有機EL層83で発光した光のうち全反射となる光の入射角を小さい角度に変換して、光を取り出す構造のものである。   Conventionally, as a method for improving light extraction efficiency with an organic EL light emitting element, a technique in which a condensing lens is provided at the boundary between a transparent electrode and a transparent substrate has been disclosed (for example, see Patent Document 1). FIG. 2 shows a conventional technique in which a condensing lens is provided at the boundary between the transparent electrode and the transparent substrate. 81 is a glass substrate, 82 is a transparent electrode, 83 is an organic EL layer, and 84 is a condensing lens. This is a structure in which a plurality of condensing lenses 84 as light angle conversion means convert the incident angle of light that is totally reflected from the light emitted from the organic EL layer 83 to a small angle and extract the light. Is.

しかし、図2に示すように、ガラス基板81の上面に形成した集光用レンズ84を用いると集光用レンズ84の中心の直下部にある有機EL層83(図2におけるA点)からの光に対しては、全反射となる光の割合を減少させることができるが、レンズの中心の直下部からはずれた場所にある有機EL層83(図2におけるB点)からの光に対しては、かえって全反射となる光の割合を増加させるという結果を招く。
特開2002−260845号公報
However, as shown in FIG. 2, when the condensing lens 84 formed on the upper surface of the glass substrate 81 is used, the organic EL layer 83 (point A in FIG. 2) located immediately below the center of the condensing lens 84 is used. For light, the proportion of light that is totally reflected can be reduced, but for light from the organic EL layer 83 (point B in FIG. 2) that is off the center of the lens. Rather results in increasing the proportion of light that is totally reflected.
JP 2002-260845 A

発明者らは、光取り出し効率のシミュレーション結果から、有機EL層で発光した光のうち、大部分が透明電極導波モード又は透明基板導波モードとなることに着目した。つまり、透明電極導波モードを透明電極から透明基板へ放射する放射モードに変換し、又は透明基板導波モードを透明基板から外部へ放射する放射モードに変換すれば、光取り出し効率が向上する。   The inventors paid attention to the fact that most of the light emitted from the organic EL layer is in the transparent electrode waveguide mode or the transparent substrate waveguide mode from the simulation result of the light extraction efficiency. That is, if the transparent electrode waveguide mode is converted into a radiation mode that radiates from the transparent electrode to the transparent substrate, or the transparent substrate waveguide mode is converted into a radiation mode that radiates from the transparent substrate to the outside, the light extraction efficiency is improved.

そこで、発明者らは、光の波動的振る舞いを利用して導波モードである透明電極導波モードや透明基板導波モードを放射モードに変換するモード変換手段を発明した。本発明は、従来の有機EL発光素子等の発光素子の光取り出し効率が低いことを解決するために、モード変換手段を用いて有機EL発光素子等の発光素子からの光取り出し効率の向上を図ることを目的とする。   Accordingly, the inventors have invented a mode conversion means for converting a transparent electrode waveguide mode or a transparent substrate waveguide mode, which is a waveguide mode, into a radiation mode by utilizing the wave behavior of light. In order to solve the low light extraction efficiency of a conventional light emitting element such as an organic EL light emitting element, the present invention aims to improve the light extraction efficiency from the light emitting element such as an organic EL light emitting element using a mode conversion means. For the purpose.

前述した目的を達成するための発明について、図3を用いてその基本原理を説明する。図3において、11は基板、12は発光層、21は放射モード、22は導波モード、23は放射モード、24は導波モードであって、基板11の上には発光層12が形成され、発光層12で発光した光は基板11を透過して外部に出射する。基板11は一般的に外部の空気よりも屈折率が高いために、基板11から外部の空気への入射角が臨界角以下であれば、発光層12で発光した光は放射モード21となって外部に放射される。しかし、基板11から外部の空気への入射角が臨界角以上の場合、基板11と外部の空気との境界で全反射され、導波モード22となる。   The basic principle of the invention for achieving the above-described object will be described with reference to FIG. In FIG. 3, 11 is a substrate, 12 is a light emitting layer, 21 is a radiation mode, 22 is a waveguide mode, 23 is a radiation mode, 24 is a waveguide mode, and the light emitting layer 12 is formed on the substrate 11. The light emitted from the light emitting layer 12 is transmitted through the substrate 11 and emitted to the outside. Since the substrate 11 generally has a higher refractive index than the outside air, the light emitted from the light emitting layer 12 becomes the radiation mode 21 if the incident angle from the substrate 11 to the outside air is less than the critical angle. Radiated to the outside. However, when the incident angle from the substrate 11 to the external air is greater than or equal to the critical angle, the light is totally reflected at the boundary between the substrate 11 and the external air to become the waveguide mode 22.

そこで、導波モードとなる光が伝搬する領域に、導波モードを放射モードへ変換するモード変換手段を設ける。図3では、基板11と発光層12との界面に規則性のある屈折率分布を形成する。例えば、基板11の屈折率が1.5で、発光層12の屈折率が1.7と差があれば、基板11と発光層12の境界に凹凸を形成するだけで、規則性のある屈折率分布が形成できる。形成した凹凸を導波モードとなる光の伝搬が禁止されるような周期とすると、理想的には導波モード22は総て放射モード23に変換される。実際には、完全に伝搬が禁止されるような屈折率分布とすることは困難なため、導波モード22の一部が伝搬を抑制されて放射モード23に変換され、導波モード22の一部は変換されずに導波モード24となって残ることになる。   Therefore, a mode conversion means for converting the waveguide mode to the radiation mode is provided in a region where light that becomes the waveguide mode propagates. In FIG. 3, a regular refractive index distribution is formed at the interface between the substrate 11 and the light emitting layer 12. For example, if the refractive index of the substrate 11 is 1.5 and the refractive index of the light emitting layer 12 is different from 1.7, it is possible to form regular refraction only by forming irregularities at the boundary between the substrate 11 and the light emitting layer 12. A rate distribution can be formed. If the formed irregularities have a period in which the propagation of light in the waveguide mode is prohibited, ideally, all the waveguide modes 22 are converted to radiation modes 23. Actually, since it is difficult to obtain a refractive index distribution in which the propagation is completely prohibited, a part of the waveguide mode 22 is converted into the radiation mode 23 by suppressing the propagation, and one of the waveguide modes 22 is converted. The part remains in the waveguide mode 24 without being converted.

具体的には、本願第一発明は、基板上に、少なくとも、発光層を有する発光素子であって、該基板の内部、該発光層の内部、該基板と外部との界面、該基板と該発光層の界面、該発光層と外部との界面のうち少なくとも1に導波モードから放射モードへ変換するモード変換手段を備える発光素子である。   Specifically, the first invention of the present application is a light emitting element having at least a light emitting layer on a substrate, the inside of the substrate, the inside of the light emitting layer, the interface between the substrate and the outside, the substrate and the substrate. It is a light emitting device comprising a mode conversion means for converting from a waveguide mode to a radiation mode in at least one of the interface of the light emitting layer and the interface between the light emitting layer and the outside.

又は、基板上に、少なくとも、発光層と1以上の導波層とを有する発光素子の場合は、該基板の内部、該発光層の内部、該導波層の内部、該基板と該基板の外部との界面、該基板と該発光層との界面、該発光層と該発光層の外部との界面、該基板と該導波層との界面、該発光層と該導波層との界面、該導波層と該導波層の外部との界面、又は該導波層と該導波層との界面のうち少なくとも1に導波モードから放射モードへ変換するモード変換手段を備える発光素子である。   Alternatively, in the case of a light emitting device having at least a light emitting layer and one or more waveguide layers on a substrate, the inside of the substrate, the inside of the light emitting layer, the inside of the waveguide layer, the substrate and the substrate Interface with the outside, interface between the substrate and the light emitting layer, interface between the light emitting layer and the outside of the light emitting layer, interface between the substrate and the waveguide layer, interface between the light emitting layer and the waveguide layer A light emitting device comprising mode conversion means for converting from a waveguide mode to a radiation mode in at least one of an interface between the waveguide layer and the outside of the waveguide layer, or an interface between the waveguide layer and the waveguide layer It is.

発光素子において発光層で発光した光のうち一部は放射モードとなり発光素子の外部に放射され、残りは導波モードとなるが、本願第一発明により、導波モードとなった光もモード変換手段により放射モードに変換され、発光素子の外部へ放射される。従って、発光素子の光取り出し効率を向上させることができる。   In the light emitting element, a part of the light emitted from the light emitting layer becomes a radiation mode and is radiated to the outside of the light emitting element, and the rest becomes a waveguide mode. It is converted into a radiation mode by the means and emitted to the outside of the light emitting element. Therefore, the light extraction efficiency of the light emitting element can be improved.

本願第二発明は、基板上に、少なくとも、第一の電極と、有機エレクトロルミネセンス層と、該第一の電極に対向する第二の電極と、を順に有する有機エレクトロルミネセンス発光素子であって、該基板の内部、該第一の電極の内部、該有機エレクトロルミネセンス層の内部、該第二の電極の内部、該基板と該基板の外部との界面、該基板と該第一の電極との界面、該第一の電極と該有機エレクトロルミネセンス層との界面、該有機エレクトロルミネセンス層と該第二の電極との界面、又は該第二の電極と該第二の電極の外部との界面のうち少なくとも1に導波モードから放射モードへ変換するモード変換手段を備える有機エレクトロルミネセンス発光素子である。   The second invention of the present application is an organic electroluminescence light-emitting element having, on a substrate, at least a first electrode, an organic electroluminescence layer, and a second electrode facing the first electrode in order. The interior of the substrate, the interior of the first electrode, the interior of the organic electroluminescent layer, the interior of the second electrode, the interface between the substrate and the exterior of the substrate, the substrate and the first An interface with an electrode, an interface between the first electrode and the organic electroluminescent layer, an interface between the organic electroluminescent layer and the second electrode, or an interface between the second electrode and the second electrode It is an organic electroluminescence light emitting element provided with a mode conversion means for converting from a waveguide mode to a radiation mode in at least one of the interfaces with the outside.

又は、基板上に、少なくとも、第一の電極と、有機エレクトロルミネセンス層と、該第一の電極に対向する第二の電極と、を順に有し、かつ、該基板上のいずれかに1以上の導波層を有する有機エレクトロルミネセンス発光素子の場合は、該基板の内部、該第一の電極の内部、該有機エレクトロルミネセンス層の内部、該第二の電極の内部、該導波層の内部、該基板と該基板の外部との界面、該基板と該第一の電極との界面、該第一の電極と該有機エレクトロルミネセンス層との界面、該有機エレクトロルミネセンス層と該第二の電極との界面、該第二の電極と該第二の電極の外部との界面、該基板と該導波層との界面、該第一の電極と該導波層との界面、該有機エレクトロルミネセンス層と該導波層との界面、該第二の電極と該導波層との界面、該導波層と該導波層の外部との界面、又は該導波層と該導波層との界面のうち少なくとも1に導波モードから放射モードへ変換するモード変換手段を備える有機エレクトロルミネセンス発光素子である。   Alternatively, at least a first electrode, an organic electroluminescent layer, and a second electrode facing the first electrode are sequentially provided on the substrate, and one of the electrodes on the substrate is 1 In the case of an organic electroluminescence light-emitting device having the above waveguide layer, the inside of the substrate, the inside of the first electrode, the inside of the organic electroluminescence layer, the inside of the second electrode, the waveguide The inside of the layer, the interface between the substrate and the outside of the substrate, the interface between the substrate and the first electrode, the interface between the first electrode and the organic electroluminescent layer, and the organic electroluminescent layer The interface between the second electrode, the interface between the second electrode and the outside of the second electrode, the interface between the substrate and the waveguide layer, and the interface between the first electrode and the waveguide layer , An interface between the organic electroluminescent layer and the waveguide layer, and between the second electrode and the waveguide layer An organic layer comprising a mode conversion means for converting from a waveguide mode to a radiation mode at least one of a plane, an interface between the waveguide layer and the outside of the waveguide layer, or an interface between the waveguide layer and the waveguide layer An electroluminescent light emitting device.

有機EL発光素子において有機EL層で発光した光のうち一部は放射モードとなり有機EL発光素子の外部に放射され、残りは導波モードとなるが、本願第二発明により、導波モードとなった光もモード変換手段により放射モードとなり、有機EL発光素子の外部へ放射される。従って、有機EL発光素子の光取り出し効率が向上する。   In the organic EL light emitting device, part of the light emitted from the organic EL layer becomes a radiation mode and is radiated to the outside of the organic EL light emitting device, and the rest becomes a waveguide mode. The emitted light is also changed into a radiation mode by the mode conversion means and emitted outside the organic EL light emitting element. Therefore, the light extraction efficiency of the organic EL light emitting element is improved.

有機EL層には、正孔注入層、正孔輸送層、有機EL発光層、電子注入層、電子輸送層を含むことがある。正孔注入層は、正孔注入電極から正孔の注入を容易にする機能、正孔輸送層は、正孔を安定に輸送する機能を有する。電子注入層は、電子注入電極からの電子の注入を容易にする機能、電子輸送層は、電子を安定に輸送する機能を有する。これらの層は、有機EL発光層に注入される正孔や電子を増大し、閉じ込め効果を発揮して発光効率を改善する。有機EL発光層には、発光機能を有する化合物である蛍光性物質を含有させ、EL現象によって発光させる。以下の説明でも同様である。   The organic EL layer may include a hole injection layer, a hole transport layer, an organic EL light emitting layer, an electron injection layer, and an electron transport layer. The hole injection layer has a function of facilitating injection of holes from the hole injection electrode, and the hole transport layer has a function of stably transporting holes. The electron injection layer has a function of facilitating injection of electrons from the electron injection electrode, and the electron transport layer has a function of stably transporting electrons. These layers increase holes and electrons injected into the organic EL light-emitting layer, exhibit a confinement effect, and improve the light emission efficiency. The organic EL light emitting layer contains a fluorescent material which is a compound having a light emitting function, and emits light by an EL phenomenon. The same applies to the following description.

導波層とは、材料や構造をいうものではなく、有機EL層で発光した光が導波モードとなる層をいう。特に、両側の層の屈折率が相対的に低い場合は、両側の層に接する面では、臨界角を超えて反射されるため、導波層となりやすい。以下の説明でも同様である。   The waveguide layer does not mean a material or a structure, but means a layer in which light emitted from the organic EL layer becomes a waveguide mode. In particular, when the refractive indexes of the layers on both sides are relatively low, the surface in contact with the layers on both sides is reflected beyond the critical angle, so that it tends to be a waveguide layer. The same applies to the following description.

本願第二発明には、前記第二電極が透明電極、薄膜金属電極、又は透明電極と該透明電極の有機エレクトロルミネセンス層の側に薄膜金属を配置した電極であることを特徴とする有機エレクトロルミネセンス発光素子も含まれる。   In the second invention of the present application, the second electrode is a transparent electrode, a thin film metal electrode, or an electrode in which a thin film metal is disposed on the transparent electrode and the organic electroluminescence layer side of the transparent electrode. Luminescent light emitting elements are also included.

第二電極を透明電極とすることにより、有機EL層で発光した光を基板と反対側から取り出すことができる。いわゆる、トップエミッション型の有機EL発光素子とすることができる。第二電極を薄膜金属電極として、透光性を高めてもよい。第二電極を陽極側にすると、第二電極を透明電極としても正孔の注入は容易であるが、第二電極を陰極側にすると、第二電極を透明電極としても電子の注入が困難になる。この場合に、透明電極と有機EL層との間に電子注入の容易な薄膜金属膜とすることによって解決することができる。   By using the second electrode as a transparent electrode, light emitted from the organic EL layer can be extracted from the side opposite to the substrate. A so-called top emission type organic EL light emitting device can be obtained. The second electrode may be a thin film metal electrode to improve translucency. If the second electrode is on the anode side, injection of holes is easy even if the second electrode is a transparent electrode, but if the second electrode is on the cathode side, injection of electrons is difficult even if the second electrode is a transparent electrode. Become. In this case, the problem can be solved by forming a thin metal film with easy electron injection between the transparent electrode and the organic EL layer.

本願第二発明には、前記基板の外表面又は前記第二の電極の外表面に、導波モードから放射モードへ変換するモード変換手段を備える光学機能層をさらに有することを特徴とする有機エレクトロルミネセンス発光素子も含まれる。   The second invention of the present application further includes an organic functional layer provided with a mode conversion means for converting from a waveguide mode to a radiation mode on the outer surface of the substrate or the outer surface of the second electrode. Luminescent light emitting elements are also included.

基板の外表面に、導波モードから放射モードへ変換するモード変換手段を備える光学機能層を有することによって、有機EL層で発光した光のうち基板の側に向かった光が導波モードとなっても放射モードに変換され、有機EL発光素子の外部へ放射される。有機EL層で発光した光を基板側から取り出す、いわゆる、ボトムエミッション型の有機EL発光素子に有効である。また、第二電極の外表面に、導波モードから放射モードへ変換するモード変換手段を備える光学機能層を有することによって、有機EL層で発光した光のうち第二電極の側に向かった光が導波モードとなっても放射モードに変換され、有機EL発光素子の外部へ放射される。有機EL層で発光した光を基板と反対側から取り出す、いわゆる、トップエミッション型の有機EL発光素子に有効である。従って、有機EL発光素子の光取り出し効率が向上する。モード変換手段は、この光学機能層の内部や光学機能層の界面に設ける。   By having an optical functional layer having mode conversion means for converting the waveguide mode to the radiation mode on the outer surface of the substrate, the light emitted from the organic EL layer toward the substrate becomes the waveguide mode. However, it is converted into a radiation mode and emitted to the outside of the organic EL light emitting element. This is effective for a so-called bottom emission type organic EL light emitting element in which light emitted from the organic EL layer is extracted from the substrate side. In addition, by having an optical functional layer having mode conversion means for converting from the waveguide mode to the radiation mode on the outer surface of the second electrode, light directed toward the second electrode among the light emitted from the organic EL layer Is converted to a radiation mode even if it becomes a waveguide mode, and is emitted to the outside of the organic EL light emitting element. This is effective for a so-called top emission type organic EL light emitting element in which light emitted from the organic EL layer is extracted from the side opposite to the substrate. Therefore, the light extraction efficiency of the organic EL light emitting element is improved. The mode conversion means is provided inside the optical functional layer or at the interface of the optical functional layer.

光学機能層とは、有機EL層で発光した光を透過させる材料で構成され、内部又は界面に導波モードから放射モードへ変換するモード変換手段を備えるものをいう。導波層の一部に導波モードから放射モードへ変換するモード変換手段を備えれば光学機能層として機能する。   The optical functional layer is made of a material that transmits light emitted from the organic EL layer, and has a mode conversion means for converting the waveguide mode to the radiation mode inside or at the interface. If a mode conversion means for converting the waveguide mode to the radiation mode is provided in a part of the waveguide layer, it functions as an optical functional layer.

本願第三発明は、基板上に、少なくとも、第一の電極と、有機エレクトロルミネセンス層と、該第一の電極に対向し透光性のある第二の電極と、保護膜と、を順に有する有機エレクトロルミネセンス発光素子であって、該基板の内部、該第一の電極の内部、該有機エレクトロルミネセンス層の内部、該第二の電極の内部、該保護膜の内部、該基板と該基板の外部との界面、該基板と該第一の電極との界面、該第一の電極と該有機エレクトロルミネセンス層との界面、該有機エレクトロルミネセンス層と該第二の電極との界面、該第二の電極と該保護膜との界面、又は該保護膜と該保護膜の外部との界面のうち少なくとも1に導波モードから放射モードへ変換するモード変換手段を備える有機エレクトロルミネセンス発光素子である。   The third invention of the present application includes, on the substrate, at least a first electrode, an organic electroluminescence layer, a second electrode that is transparent to the first electrode, and a protective film in order. An organic electroluminescent light emitting device comprising: the inside of the substrate; the inside of the first electrode; the inside of the organic electroluminescent layer; the inside of the second electrode; the inside of the protective film; The interface between the outside of the substrate, the interface between the substrate and the first electrode, the interface between the first electrode and the organic electroluminescent layer, and between the organic electroluminescent layer and the second electrode At least one of an interface, an interface between the second electrode and the protective film, or an interface between the protective film and the outside of the protective film, comprising a mode conversion means for converting from a waveguide mode to a radiation mode. It is a sense light emitting element.

又は、基板上に、少なくとも、第一の電極と、有機エレクトロルミネセンス層と、該第一の電極に対向し透光性のある第二の電極と、保護膜と、を順に有し、かつ、該基板上のいずれかに1以上の導波層を有する有機エレクトロルミネセンス発光素子の場合は、該基板の内部、該第一の電極の内部、該有機エレクトロルミネセンス層の内部、該第二の電極の内部、該保護膜の内部、該導波層の内部、該基板と該基板の外部との界面、該基板と該第一の電極との界面、該第一の電極と該有機エレクトロルミネセンス層との界面、該有機エレクトロルミネセンス層と該第二の電極との界面、該第二の電極と該保護膜との界面、該保護膜と該保護膜の外部との界面、該基板と該導波層との界面、該第一の電極と該導波層との界面、該有機エレクトロルミネセンス層と該導波層との界面、該第二の電極と該導波層との界面、該保護膜と該導波層との界面、該導波層と該導波層の外部との界面、又は該導波層と該導波層との界面のうち少なくとも1に導波モードから放射モードへ変換するモード変換手段を備える有機エレクトロルミネセンス発光素子である。   Or, on the substrate, at least a first electrode, an organic electroluminescence layer, a second electrode that is transparent to the first electrode, and a protective film, and a protective film in this order, and In the case of an organic electroluminescent light emitting device having one or more waveguide layers on any of the substrates, the inside of the substrate, the inside of the first electrode, the inside of the organic electroluminescent layer, the first The inside of the second electrode, the inside of the protective film, the inside of the waveguide layer, the interface between the substrate and the outside of the substrate, the interface between the substrate and the first electrode, the first electrode and the organic An interface with the electroluminescent layer, an interface between the organic electroluminescent layer and the second electrode, an interface between the second electrode and the protective film, an interface between the protective film and the outside of the protective film, An interface between the substrate and the waveguiding layer, an interface between the first electrode and the waveguiding layer, the organic electro The interface between the minence layer and the waveguide layer, the interface between the second electrode and the waveguide layer, the interface between the protective film and the waveguide layer, and between the waveguide layer and the outside of the waveguide layer An organic electroluminescence light-emitting device comprising mode conversion means for converting from a waveguide mode to a radiation mode in at least one of an interface or an interface between the waveguide layer and the waveguide layer.

第二電極を透光性のある電極とし、有機EL層で発光した光を基板と反対側から取り出す、いわゆる、トップエミッション型の有機EL発光素子とした場合には、第二電極の側に保護膜を設けることが好ましい。保護膜によって、第二電極への接触防止や有機EL層の酸化防止が期待できる。この保護膜の内部や保護膜の界面にもモード変換手段を設けることにより、導波モードとなった光も放射モードに変換され、有機EL発光素子の外部へ放射される。従って、有機EL発光素子の光取り出し効率が向上する。   When the second electrode is a translucent electrode and the light emitted from the organic EL layer is taken out from the opposite side of the substrate, the so-called top emission type organic EL light emitting device is protected on the second electrode side. It is preferable to provide a film. The protective film can be expected to prevent contact with the second electrode and prevent oxidation of the organic EL layer. By providing mode conversion means inside the protective film or at the interface of the protective film, the light in the waveguide mode is also converted into the radiation mode and emitted to the outside of the organic EL light emitting element. Therefore, the light extraction efficiency of the organic EL light emitting element is improved.

本願第三発明には、前記基板の外表面又は前記保護層の外表面に、導波モードから放射モードへ変換するモード変換手段を備える光学機能層をさらに有することを特徴とする有機エレクトロルミネセンス発光素子も含まれる。   The third invention of the present application further comprises an optical functional layer having a mode conversion means for converting from a waveguide mode to a radiation mode on the outer surface of the substrate or the outer surface of the protective layer. A light emitting element is also included.

基板の外表面に、導波モードから放射モードへ変換するモード変換手段を備える光学機能層を有することによって、有機EL層で発光した光のうち基板の側に向かった光が導波モードとなっても放射モードに変換され、有機EL発光素子の外部へ放射される。有機EL層で発光した光を基板側から取り出す、いわゆる、ボトムエミッション型の有機EL発光素子に有効である。また、保護層の外表面に、導波モードから放射モードへ変換するモード変換手段を備える光学機能層を有することによって、有機EL層で発光した光のうち保護層の側に向かった光が導波モードとなっても放射モードに変換され、有機EL発光素子の外部へ放射される。有機EL層で発光した光を基板と反対側から取り出す、いわゆる、トップエミッション型の有機EL発光素子に有効である。従って、有機EL発光素子の光取り出し効率が向上する。モード変換手段は、この光学機能層の内部や光学機能層の界面に設ける。   By having an optical functional layer having mode conversion means for converting the waveguide mode to the radiation mode on the outer surface of the substrate, the light emitted from the organic EL layer toward the substrate becomes the waveguide mode. However, it is converted into a radiation mode and emitted to the outside of the organic EL light emitting element. This is effective for a so-called bottom emission type organic EL light emitting element in which light emitted from the organic EL layer is extracted from the substrate side. In addition, by having an optical functional layer having a mode conversion means for converting the waveguide mode to the radiation mode on the outer surface of the protective layer, light directed toward the protective layer out of the light emitted from the organic EL layer is guided. Even if it becomes a wave mode, it is converted into a radiation mode and emitted outside the organic EL light emitting element. This is effective for a so-called top emission type organic EL light emitting element in which light emitted from the organic EL layer is extracted from the side opposite to the substrate. Therefore, the light extraction efficiency of the organic EL light emitting element is improved. The mode conversion means is provided inside the optical functional layer or at the interface of the optical functional layer.

本願第四発明は、透明基板上に、少なくとも、透明電極と、有機エレクトロルミネセンス層と、該透明電極に対向する金属電極と、を順に有する有機エレクトロルミネセンス発光素子であって、該透明基板の内部、該透明電極の内部、該有機エレクトロルミネセンス層の内部、該金属電極の内部、該透明基板と該透明基板の外部との界面、該透明基板と該透明電極との界面、該透明電極と該有機エレクトロルミネセンス層との界面、該有機エレクトロルミネセンス層と該金属電極との界面、又は該金属電極と該金属電極の外部との界面のうち少なくとも1に導波モードから放射モードへ変換するモード変換手段を備える有機エレクトロルミネセンス発光素子である。   The fourth invention of the present application is an organic electroluminescence light-emitting device comprising, on a transparent substrate, at least a transparent electrode, an organic electroluminescence layer, and a metal electrode opposed to the transparent electrode in order. The inside of the transparent electrode, the inside of the organic electroluminescent layer, the inside of the metal electrode, the interface between the transparent substrate and the outside of the transparent substrate, the interface between the transparent substrate and the transparent electrode, the transparent A radiation mode from a waveguide mode to at least one of an interface between the electrode and the organic electroluminescent layer, an interface between the organic electroluminescent layer and the metal electrode, or an interface between the metal electrode and the outside of the metal electrode It is an organic electroluminescent light emitting element provided with the mode conversion means to convert into.

又は、透明基板上に、少なくとも、透明電極と、有機エレクトロルミネセンス層と、該透明電極に対向する金属電極と、を順に有し、かつ、該透明基板上のいずれかに1以上の導波層を有する有機エレクトロルミネセンス発光素子の場合は、該透明基板の内部、該透明電極の内部、該有機エレクトロルミネセンス層の内部、該金属電極の内部、該導波層の内部、該透明基板と該透明基板の外部との界面、該透明基板と該透明電極との界面、該透明電極と該有機エレクトロルミネセンス層との界面、該有機エレクトロルミネセンス層と該金属電極との界面、該金属電極と該金属電極の外部との界面、該透明基板と該導波層との界面、該透明電極と該導波層との界面、該有機エレクトロルミネセンス層と該導波層との界面、該金属電極と該導波層との界面、該導波層と該導波層の外部との界面、又は該導波層と該導波層との界面のうち少なくとも1に導波モードから放射モードへ変換するモード変換手段を備える有機エレクトロルミネセンス発光素子である。   Alternatively, at least a transparent electrode, an organic electroluminescence layer, and a metal electrode facing the transparent electrode are sequentially provided on the transparent substrate, and one or more waveguides are provided on the transparent substrate. In the case of an organic electroluminescent light emitting device having a layer, the inside of the transparent substrate, the inside of the transparent electrode, the inside of the organic electroluminescent layer, the inside of the metal electrode, the inside of the waveguide layer, the transparent substrate And the outside of the transparent substrate, the interface between the transparent substrate and the transparent electrode, the interface between the transparent electrode and the organic electroluminescent layer, the interface between the organic electroluminescent layer and the metal electrode, The interface between the metal electrode and the outside of the metal electrode, the interface between the transparent substrate and the waveguide layer, the interface between the transparent electrode and the waveguide layer, the interface between the organic electroluminescent layer and the waveguide layer The metal electrode and the waveguiding layer At least one of the interface of the waveguide, the interface between the waveguide layer and the outside of the waveguide layer, or the interface between the waveguide layer and the waveguide layer is provided with a mode conversion means for converting from the waveguide mode to the radiation mode. It is an organic electroluminescence light emitting element.

有機EL発光素子において有機EL層で発光した光のうち一部は放射モードとなり有機EL発光素子の外部に放射され、残りは導波モードとなるが、本願第四発明により、導波モードとなった光もモード変換手段により放射モードとなり、有機EL発光素子の外部へ放射される。従って、有機EL発光素子の光取り出し効率が向上する。   In the organic EL light emitting element, part of the light emitted from the organic EL layer becomes a radiation mode and is radiated to the outside of the organic EL light emitting element, and the rest becomes a waveguide mode. The emitted light is also changed into a radiation mode by the mode conversion means and emitted outside the organic EL light emitting element. Therefore, the light extraction efficiency of the organic EL light emitting element is improved.

本願第四発明には、前記透明基板の外表面又は前記金属電極の外表面に、導波モードから放射モードへ変換するモード変換手段を備える光学機能層をさらに有することを特徴とする有機エレクトロルミネセンス発光素子も含まれる。   According to a fourth aspect of the present invention, the organic electroluminescent device further comprises an optical functional layer having a mode conversion means for converting from a waveguide mode to a radiation mode on the outer surface of the transparent substrate or the outer surface of the metal electrode. A sense light emitting element is also included.

透明基板の外表面に、導波モードから放射モードへ変換するモード変換手段を備える光学機能層を有することによって、有機EL層で発光した光のうち透明基板の側に向かった光が導波モードとなっても放射モードに変換され、有機EL発光素子の外部へ放射される。有機EL層で発光した光を透明基板側から取り出す、いわゆる、ボトムエミッション型の有機EL発光素子に有効である。また、金属電極の外表面に、導波モードから放射モードへ変換するモード変換手段を備える光学機能層を有することによって、有機EL層で発光した光のうち金属電極の側に向かった光が導波モードとなっても放射モードに変換され、有機EL発光素子の外部へ放射される。有機EL層で発光した光を透明基板と反対側から取り出す、いわゆる、トップエミッション型の有機EL発光素子に有効である。従って、有機EL発光素子の光取り出し効率が向上する。モード変換手段は、この光学機能層の内部や光学機能層の界面に設ける。   By having an optical functional layer provided with a mode conversion means for converting the waveguide mode to the radiation mode on the outer surface of the transparent substrate, light directed toward the transparent substrate among the light emitted from the organic EL layer is guided mode. Even if it becomes, it will be converted into a radiation mode and radiated | emitted to the exterior of an organic electroluminescent light emitting element. This is effective for a so-called bottom emission type organic EL light emitting element in which light emitted from the organic EL layer is extracted from the transparent substrate side. In addition, by having an optical functional layer provided with a mode conversion means for converting the waveguide mode to the radiation mode on the outer surface of the metal electrode, light directed toward the metal electrode among the light emitted from the organic EL layer is guided. Even if it becomes a wave mode, it is converted into a radiation mode and emitted outside the organic EL light emitting element. This is effective for a so-called top emission type organic EL light emitting element in which light emitted from the organic EL layer is extracted from the side opposite to the transparent substrate. Therefore, the light extraction efficiency of the organic EL light emitting element is improved. The mode conversion means is provided inside the optical functional layer or at the interface of the optical functional layer.

上記発明における導波モードには、透明電極内を伝搬する透明電極導波モードと透明基板導波モードがある。透明電極導波モードには、透明電極だけでなく、有機EL層内と一体になった導波モードも含まれる。透明電極の厚さや有機EL層の厚さが実効波長より薄く、透明電極から有機EL層や透明基板への染み出しがあるため、必ずしも厳密には透明電極内での伝搬とは言えないからである。透明基板導波モードは、主に透明基板内で電界強度が最も強い導波モードである。以下の発明でも同様である。   The waveguide modes in the invention include a transparent electrode waveguide mode that propagates through the transparent electrode and a transparent substrate waveguide mode. The transparent electrode waveguide mode includes not only the transparent electrode but also a waveguide mode integrated with the inside of the organic EL layer. Because the thickness of the transparent electrode and the thickness of the organic EL layer is thinner than the effective wavelength, and there is a seepage from the transparent electrode to the organic EL layer and the transparent substrate, it is not necessarily strictly propagation in the transparent electrode. is there. The transparent substrate waveguide mode is a waveguide mode having the strongest electric field strength mainly in the transparent substrate. The same applies to the following inventions.

上記発明における導波モードから放射モードへの変換には、内側の層の屈折率が外側の層の屈折率よりも高い場合は、内側の層の導波モードから外側の層の導波モードへの変換も含まれる。これは、内側の層の導波モードがモード変換され放射されても、一部は外側の層を経て外部に放射されるが、一部は外側の層の導波モードとなるからである。例えば、透明電極の屈折率が2.0、透明基板の屈折率が1.5、透明基板の外部の屈折率が1.0の場合は、透明電極導波モードから放射モードへの変換には、透明電極導波モードから放射モードとなって透明基板を経て外部に放射される放射モードへの変換と、透明電極導波モードから放射モードとなって透明電極から透明基板内に放射されるが、透明基板内を伝搬する透明基板導波モードとなる放射モードへの変換も含まれる。以下の発明でも同様である。   In the conversion from the guided mode to the radiation mode in the above invention, when the refractive index of the inner layer is higher than the refractive index of the outer layer, the guided mode of the inner layer is changed to the guided mode of the outer layer. Conversion is also included. This is because even if the guided mode of the inner layer is mode-converted and radiated, a part is radiated to the outside through the outer layer, but a part becomes the guided mode of the outer layer. For example, when the refractive index of the transparent electrode is 2.0, the refractive index of the transparent substrate is 1.5, and the refractive index outside the transparent substrate is 1.0, the conversion from the transparent electrode waveguide mode to the radiation mode is necessary. Conversion from the transparent electrode waveguide mode to the radiation mode that is radiated to the outside through the transparent substrate and conversion from the transparent electrode waveguide mode to the radiation mode is radiated from the transparent electrode into the transparent substrate. Also included is a conversion to a radiation mode that becomes a transparent substrate waveguide mode propagating in the transparent substrate. The same applies to the following inventions.

本願第五発明は、本願第一発明から本願第四発明において、前記モード変換手段が、1次元、2次元、又は3次元の方向に規則性のある屈折率分布を持つ光学的構造であることを特徴とする有機EL発光素子である。   A fifth invention of the present application is the optical structure according to the first invention of the present application to the fourth invention of the present application, wherein the mode conversion means has a regular refractive index distribution in a one-dimensional, two-dimensional, or three-dimensional direction. This is an organic EL light emitting device characterized by the following.

本願第五発明の1次元、2次元、又は3次元の方向に規則性のある屈折率分布を持つ光学的構造により有機EL発光素子の光取り出し効率が向上する。   The light extraction efficiency of the organic EL light-emitting element is improved by the optical structure having a regular refractive index distribution in the one-dimensional, two-dimensional, or three-dimensional direction of the fifth invention of the present application.

本願他の発明は、本願第五発明において、前記規則性は前記有機エレクトロルミネセンス層で発光する光の実効波長程度の周期であることを特徴とする有機エレクトロルミネセンス発光素子である。
実効波長程度の周期により、有機EL層で発光する光に対して効果的に干渉することができ、有機EL発光素子の光取り出し効率が向上する。
Another invention of the present application is the organic electroluminescent light emitting device according to the fifth invention, wherein the regularity is a period of about an effective wavelength of light emitted from the organic electroluminescent layer.
With a period of about the effective wavelength, it is possible to effectively interfere with the light emitted from the organic EL layer, and the light extraction efficiency of the organic EL light emitting element is improved.

なお、本願において、実効波長程度とは、実効波長の4分の1から5倍の長さをいう。   In the present application, the term “effective wavelength” refers to a length that is ¼ to 5 times the effective wavelength.

本願他の発明は、上記発明において、前記有機エレクトロルミネセンス発光素子が、2以上のモード変換手段を備え、該2以上のモード変換手段の規則性が同じ周期であることを特徴とする有機エレクトロルミネセンス発光素子である。
有機EL発光素子が2以上のモード変換手段を持つことによって、1つの層にとどまることなく逐次的に導波モードから放射モードに変換され、有機EL発光素子の光取出し効率が向上する。
According to another invention of the present application, in the above invention, the organic electroluminescent light-emitting element comprises two or more mode conversion means, and the regularity of the two or more mode conversion means is the same period. It is a luminescence light emitting element.
When the organic EL light emitting element has two or more mode conversion means, the light emitting efficiency of the organic EL light emitting element is improved by sequentially converting from the waveguide mode to the radiation mode without staying in one layer.

本願他の発明は、本願第五発明において、前記規則性は前記有機エレクトロルミネセンス層で発光する光の実効波長程度の周期に対して周期の4分の1以下のゆらぎを持つことを特徴とする有機エレクトロルミネセンス発光素子である。
規則性に周期とゆらぎを持たせることにより、有機EL層で発光する波長広がりがある光に対して効果的に干渉することができ、有機EL発光素子の光取り出し効率が向上する。また、有機EL発光素子からの光を特定の方向だけでなく広角的に出射させることができ、指向性を緩和することができる。
According to another invention of the present application, in the fifth invention of the present application, the regularity has a fluctuation of one quarter or less of a period with respect to a period of an effective wavelength of light emitted from the organic electroluminescent layer. It is an organic electroluminescence light emitting element.
By giving periodicity and fluctuation to the regularity, it is possible to effectively interfere with light having a wavelength broadening emitted from the organic EL layer, and the light extraction efficiency of the organic EL light emitting element is improved. Further, light from the organic EL light emitting element can be emitted not only in a specific direction but also in a wide angle, and directivity can be relaxed.

本願他の発明は、上記発明において、前記モード変換手段が、2次元の方向に規則性のある屈折率分布を持つ光学的構造を少なくとも2以上有し、該光学的構造の規則性が該光学的構造ごとに前記ゆらぎの範囲内で異なる周期を持つことを特徴とする有機エレクトロルミネセンス発光素子である。
各層での導波モードから放射モードへのモード変換に最適な構造を選択したり、異なる周期の光学的構造で協調して効率的に導波モードから放射モードへモード変換したりすることができる。
According to another invention of the present application, in the above invention, the mode conversion means has at least two or more optical structures having a regular refractive index distribution in a two-dimensional direction, and the regularity of the optical structure is the optical structure. It is an organic electroluminescent light emitting element characterized by having a different period within the range of the fluctuation for each specific structure.
It is possible to select the optimum structure for the mode conversion from the guided mode to the radiation mode in each layer, or to efficiently convert the mode from the guided mode to the radiation mode in cooperation with optical structures with different periods. .

本願他の発明は、上記発明において、前記2以上の光学的構造が、2次元の同一面内に形成されていることを特徴とする有機エレクトロルミネセンス発光素子である。
2次元の同一面内に2以上の光学的構造を形成することにより、異なる周期を同時に実現することができ、より効率的に導波モードから放射モードへモード変換したりすることができる。
Another invention of the present application is the organic electroluminescent light emitting device according to the above invention, wherein the two or more optical structures are formed in the same two-dimensional plane.
By forming two or more optical structures in the same two-dimensional plane, different periods can be realized simultaneously, and mode conversion from the waveguide mode to the radiation mode can be performed more efficiently.

本願他の発明は、本願第五発明において、前記規則性は前記有機エレクトロルミネセンス層で発光する光の実効波長程度の周期と、実効波長程度の周期に対して周期の4分の1以下のゆらぎと、が混在していることを特徴とする有機エレクトロルミネセンス発光素子である。
周期な規則性にゆらぎを混在させることにより、有機EL層で発光する波長広がりがある光に対して効果的に干渉することができ、有機EL発光素子の光取り出し効率が向上する。
According to another invention of the present application, in the fifth invention of the present application, the regularity is a period of about an effective wavelength of light emitted from the organic electroluminescent layer, and is not more than a quarter of a period with respect to a period of an effective wavelength An organic electroluminescence light-emitting element characterized in that fluctuation is mixed.
By mixing fluctuations in the periodic regularity, it is possible to effectively interfere with light having a wavelength broadening emitted from the organic EL layer, and the light extraction efficiency of the organic EL light emitting element is improved.

本願他の発明は、本願第五発明において、前記規則性は周期が徐々に変化することを特徴とする有機エレクトロルミネセンス発光素子である。
周期が徐々に変化することにより、有機EL層で発光する波長広がりがある光に対して、波長広がりがある光に対してより効果的に干渉することができ、有機EL発光素子の光取り出し効率が向上する。
Another invention of the present application is the organic electroluminescence light-emitting element according to the fifth invention of the present application, wherein the periodicity gradually changes in period.
By gradually changing the period, it is possible to more effectively interfere with light having a wavelength broadening that is emitted from the organic EL layer, and light extraction efficiency of the organic EL light emitting element. Will improve.

本願他の発明は、本願第五発明において、前記2次元の方向に規則性のある屈折率分布が正方格子配置、三角格子配置、ハニカム格子配置、若しくは有限個数の単位要素で平面を埋め尽くすことのできる配置、又はこれらの組み合わせであることを特徴とする有機エレクトロルミネセンス発光素子である。
2次元の方向に対して、規則的な屈折率分布が実現できるため、有機EL発光素子の光取り出し効率が向上する。
According to another invention of the present application, in the fifth invention of the present application, the regular refractive index distribution in the two-dimensional direction fills the plane with a square lattice arrangement, a triangular lattice arrangement, a honeycomb lattice arrangement, or a finite number of unit elements. An organic electroluminescence light-emitting element characterized by having an arrangement capable of being formed, or a combination thereof.
Since a regular refractive index distribution can be realized in a two-dimensional direction, the light extraction efficiency of the organic EL light emitting element is improved.

本願他の発明は、本願第五発明において、前記規則性のある屈折率分布がこれを設けない場合の材料の有する屈折率よりも高い屈折率を有する材料で形成されていることを特徴とする有機エレクトロルミネセンス発光素子である。
周囲の材料より高い屈折率を有する材料で規則性のある屈折率分布を形成することができるため、有機EL発光素子の光取り出し効率が向上する。
Another invention of the present application is characterized in that, in the fifth invention of the present application, the regular refractive index distribution is formed of a material having a higher refractive index than a material having no regular refractive index distribution. It is an organic electroluminescence light emitting element.
Since a regular refractive index distribution can be formed with a material having a higher refractive index than the surrounding material, the light extraction efficiency of the organic EL light-emitting element is improved.

本願他の発明は、上記発明において、前記高い屈折率を有する材料が、前記有機EL層で発光する光に対して透過性を有することを特徴とする有機エレクトロルミネセンス発光素子である。
有機EL層で発光する光に対して透過性があれば、導波モードに対して光損失を低減することができ、有機EL発光素子の光取り出し効率が向上する。
Another invention of the present application is the organic electroluminescence light-emitting element according to the above invention, wherein the material having a high refractive index is transmissive to light emitted from the organic EL layer.
If the light emitted from the organic EL layer is transmissive, light loss can be reduced with respect to the waveguide mode, and the light extraction efficiency of the organic EL light-emitting element is improved.

本願他の発明は、本願第五発明において、前記規則性のある屈折率分布がこれを設けない場合の材料の有する屈折率よりも低い屈折率を有する材料で形成されていることを特徴とする有機エレクトロルミネセンス発光素子である。
周囲の材料より低い屈折率を有する材料で規則性のある屈折率分布を形成することができるため、有機EL発光素子の光取り出し効率が向上する。
Another invention of the present application is characterized in that, in the fifth invention of the present application, the regular refractive index distribution is formed of a material having a refractive index lower than that of the material in the case where the regular refractive index distribution is not provided. It is an organic electroluminescence light emitting element.
Since a regular refractive index distribution can be formed with a material having a lower refractive index than the surrounding material, the light extraction efficiency of the organic EL light-emitting element is improved.

本願他の発明は、上記発明において、前記低い屈折率を有する材料が、前記有機EL層で発光する光に対して透過性を有することを特徴とする有機エレクトロルミネセンス発光素子である。
有機EL層で発光する光に対して透過性があれば、導波モードに対して光損失を低減することができ、有機EL発光素子の光取り出し効率が向上する。
Another invention of the present application is the organic electroluminescence light-emitting element according to the above invention, wherein the material having a low refractive index is transmissive to light emitted from the organic EL layer.
If the light emitted from the organic EL layer is transmissive, light loss can be reduced with respect to the waveguide mode, and the light extraction efficiency of the organic EL light-emitting element is improved.

本願他の発明は、前記発明において、前記低い屈折率を有する材料が気体であることを特徴とする有機エレクトロルミネセンス発光素子である。
気体は一般には屈折率が1程度であるため、透明電極や透明基板に対して低い屈折率を有する材料として使用することができ、低い屈折率を有する材料で規則性のある屈折率分布を形成することができるため、有機EL発光素子の光取り出し効率が向上する。
Another invention of the present application is the organic electroluminescent light emitting device according to the invention, wherein the material having the low refractive index is a gas.
Since gas generally has a refractive index of about 1, it can be used as a material having a low refractive index with respect to a transparent electrode or a transparent substrate, and forms a regular refractive index distribution with a material having a low refractive index. Therefore, the light extraction efficiency of the organic EL light emitting element is improved.

本願他の発明は、上記発明において、前記気体が空気又は不活性ガスであることを特徴とする有機エレクトロルミネセンス発光素子である。
透明電極や透明基板等を空気中又は不活性ガス中で作製するときに、これらの気体を閉じ込めれば、光取り出し効率の高い有機EL発光素子を容易に製造することができる。
Another invention of the present application is the organic electroluminescence light-emitting element according to the above invention, wherein the gas is air or an inert gas.
If these gases are confined when producing a transparent electrode, a transparent substrate, etc. in the air or in an inert gas, an organic EL light emitting device with high light extraction efficiency can be easily produced.

本願他の発明は、本願第五発明において、前記基板と前記基板の外部との界面、前記基板と前記第一の電極との界面、前記第一の電極と前記有機エレクトロルミネセンス層との界面、前記有機エレクトロルミネセンス層と前記第二の電極との界面、前記第二の電極と前記第二の電極の外部との界面、前記基板と前記導波層との界面、前記第一の電極と前記導波層との界面、前記有機エレクトロルミネセンス層と前記導波層との界面、前記第二の電極と前記導波層との界面、前記導波層と前記導波層の外部との界面、又は前記導波層と前記導波層との界面に備える前記モード変換手段が、1次元又は2次元の方向に規則性のある界面の凹凸で構成されていることを特徴とする有機エレクトロルミネセンス発光素子である。   Another invention of the present application is the fifth invention of the present application, wherein the interface between the substrate and the outside of the substrate, the interface between the substrate and the first electrode, the interface between the first electrode and the organic electroluminescent layer. , An interface between the organic electroluminescence layer and the second electrode, an interface between the second electrode and the outside of the second electrode, an interface between the substrate and the waveguide layer, the first electrode And the waveguide layer, the interface between the organic electroluminescence layer and the waveguide layer, the interface between the second electrode and the waveguide layer, the outside of the waveguide layer and the waveguide layer, The mode conversion means provided at the interface of the waveguide or the interface between the waveguide layer and the waveguide layer is composed of irregularities of the interface having regularity in a one-dimensional or two-dimensional direction. An electroluminescent light emitting device.

又は、本願第五発明において、前記透明基板と前記透明基板の外部との界面、前記透明基板と前記透明電極との界面、前記透明電極と前記有機エレクトロルミネセンス層との界面、前記有機エレクトロルミネセンス層と前記金属電極との界面、前記金属電極と前記金属電極の外部との界面、前記透明基板と前記導波層との界面、前記透明電極と前記導波層との界面、前記有機エレクトロルミネセンス層と前記導波層との界面、前記金属電極と前記導波層との界面、前記導波層と前記導波層の外部との界面、又は前記導波層と前記導波層との界面に備える前記モード変換手段が、1次元又は2次元の方向に規則性のある界面の凹凸で構成されていることを特徴とする有機エレクトロルミネセンス発光素子である。   Alternatively, in the fifth invention of the present application, the interface between the transparent substrate and the outside of the transparent substrate, the interface between the transparent substrate and the transparent electrode, the interface between the transparent electrode and the organic electroluminescence layer, the organic electroluminescence An interface between the sense layer and the metal electrode; an interface between the metal electrode and the outside of the metal electrode; an interface between the transparent substrate and the waveguide layer; an interface between the transparent electrode and the waveguide layer; The interface between the luminescence layer and the waveguide layer, the interface between the metal electrode and the waveguide layer, the interface between the waveguide layer and the outside of the waveguide layer, or the waveguide layer and the waveguide layer The organic electroluminescence light-emitting element is characterized in that the mode conversion means provided at the interface is configured by irregularities of the interface having regularity in a one-dimensional or two-dimensional direction.

界面に1次元又は2次元の方向に規則性のある凹凸を設けることによって、屈折率の異なる材料を設けることなくモード変換手段を構成することができ、光取り出し効率の高い有機EL発光素子を容易に製造することができる。   By providing irregularities with regularity in the one-dimensional or two-dimensional direction at the interface, a mode conversion means can be configured without providing materials with different refractive indexes, and an organic EL light emitting device with high light extraction efficiency can be easily obtained. Can be manufactured.

本願他の発明は、本願第五発明において、前記有機EL層が領域によって異なる発光波長を有することを特徴とする有機エレクトロルミネセンス発光素子である。
領域によって異なる発光波長を有する有機EL発光素子に対しても、モード変換手段を備えることによって光取り出し効率の高い有機EL発光素子とすることができる。
Another invention of the present application is the organic electroluminescence light-emitting element according to the fifth invention, wherein the organic EL layer has a light emission wavelength different depending on a region.
Even for organic EL light-emitting elements having different emission wavelengths depending on regions, an organic EL light-emitting element with high light extraction efficiency can be obtained by providing a mode conversion means.

本願他の発明は、上記発明において、前記変換手段が、前記異なる発光波長に対応した1次元、2次元、又は3次元の方向に規則性のある屈折率分布を持つ光学的構造であることを特徴とする有機エレクトロルミネセンス発光素子である。
有機EL層で発光する光の発光波長に合わせてモード変換手段を備えることができる。例えば、R、G、Bのフルカラーで発光する有機EL発光素子に対して、発光色ごとに最適なモード変換手段を備えることができ、光取り出し効率の高い有機EL発光素子とすることができる。
According to another invention of the present application, in the above invention, the conversion means is an optical structure having a regular refractive index distribution in a one-dimensional, two-dimensional, or three-dimensional direction corresponding to the different emission wavelengths. It is an organic electroluminescence light emitting device characterized.
Mode conversion means can be provided in accordance with the emission wavelength of light emitted from the organic EL layer. For example, for an organic EL light emitting element that emits light in full colors of R, G, and B, an optimum mode conversion means can be provided for each emission color, and an organic EL light emitting element with high light extraction efficiency can be obtained.

以上説明したように、本発明によればモード変換手段を用いて導波モードから放射モードに変換することが可能となり、有機EL発光素子等の発光素子からの光取り出し効率の向上を図ることができる。   As described above, according to the present invention, it is possible to convert from the waveguide mode to the radiation mode using the mode conversion means, and the light extraction efficiency from the light emitting element such as the organic EL light emitting element can be improved. it can.

以下、本願発明の実施の形態について、添付の図面を参照して説明する。
導波モードから放射モードへ変換するモード変換手段として、1次元の方向に規則性のある屈折率分布を持つ光学的構造の例を図4に示す。図4において、22は導波モード、23は放射モード、25は光学的構造体、41はモード変換手段である。図4では、モード変換手段41として、1次元の方向(図4では、左右の方向)に光学的構造体25を配置している。ここで、光学的構造体25の屈折率を、光学的構造体25を設けない場合の材料の有する屈折率と異なるように設定する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 4 shows an example of an optical structure having a regular refractive index distribution in a one-dimensional direction as a mode conversion means for converting the waveguide mode to the radiation mode. In FIG. 4, 22 is a waveguide mode, 23 is a radiation mode, 25 is an optical structure, and 41 is a mode conversion means. In FIG. 4, as the mode conversion means 41, the optical structure 25 is arranged in a one-dimensional direction (left and right directions in FIG. 4). Here, the refractive index of the optical structure 25 is set to be different from the refractive index of the material when the optical structure 25 is not provided.

導波モード22の状態にある伝搬光の伝搬が抑制されるような周期に光学的構造体25を設けると、導波モード22は放射モード23に変換されて、外部に放射されることになる。このようなモード変換手段を設けると1次元の方向で導波モードを放射モードに変換することができる。   When the optical structure 25 is provided in such a period that the propagation of propagating light in the waveguide mode 22 is suppressed, the waveguide mode 22 is converted to the radiation mode 23 and emitted to the outside. . When such a mode conversion means is provided, the waveguide mode can be converted into the radiation mode in a one-dimensional direction.

導波モードから放射モードへ変換するモード変換手段として、2次元方向に規則性のある屈折率分布を持つ光学的構造の例を図5に示す。図5において、22は導波モード、23は放射モード、25は光学的構造体、41はモード変換手段である。図5では、モード変換手段41として、2次元の方向(図5では、左右の方向と上下の方向)に光学的構造体25を配置している。ここで、光学的構造体25の屈折率を、光学的構造体25を設けない場合の材料の有する屈折率と異なるように設定する。   FIG. 5 shows an example of an optical structure having a regular refractive index distribution in a two-dimensional direction as a mode conversion means for converting the waveguide mode to the radiation mode. In FIG. 5, 22 is a waveguide mode, 23 is a radiation mode, 25 is an optical structure, and 41 is a mode conversion means. In FIG. 5, as the mode conversion means 41, the optical structure 25 is arranged in a two-dimensional direction (left and right directions and up and down directions in FIG. 5). Here, the refractive index of the optical structure 25 is set to be different from the refractive index of the material when the optical structure 25 is not provided.

導波モード22の状態にある伝搬光の伝搬が抑制されるような周期に光学的構造体25を設けると、導波モード22は放射モード23に変換されて、外部に放射されることになる。このようなモード変換手段を設けると2次元の方向で導波モードを放射モードに変換することができる。   When the optical structure 25 is provided in such a period that the propagation of propagating light in the waveguide mode 22 is suppressed, the waveguide mode 22 is converted to the radiation mode 23 and emitted to the outside. . When such a mode conversion means is provided, the waveguide mode can be converted into the radiation mode in a two-dimensional direction.

図5では、2次元のマトリクス上での交点に光学的構造体25を配置したが、図6に示すように、図4で説明した光学的構造体を2次元のマトリクス状に配置しても同様の効果が得られる。さらに、3次元の方向に規則性のある屈折率分布を持つ光学的構造を配置してもよい。この場合は3次元のマトリクス上の交点に光学的構造体を配置してもよいし、3次元のマトリクス状に光学的構造体を配置してもよい。3次元の方向に光学的構造体を配置すると、より複雑な設計を可能にする。例えば、より広い波長範囲でモード変換機能を発揮させることができるようになる。   In FIG. 5, the optical structures 25 are arranged at the intersections on the two-dimensional matrix. However, as shown in FIG. 6, the optical structures described in FIG. 4 may be arranged in a two-dimensional matrix. Similar effects can be obtained. Furthermore, an optical structure having a regular refractive index distribution in a three-dimensional direction may be arranged. In this case, the optical structures may be arranged at the intersections on the three-dimensional matrix, or the optical structures may be arranged in a three-dimensional matrix. Placing optical structures in a three-dimensional direction allows for more complex designs. For example, the mode conversion function can be exhibited in a wider wavelength range.

次に、2次元の方向に規則性のある屈折率分布の例を説明する。図7はモード変換手段として、光学的構造体を正方格子配置した例である。図7の点線の交点に光学的構造体を配置してもよいし、点線の位置に光学的構造体を配置してもよい。各方向の周期を一致させると、各方向で同じ波長特性が得られる。各方向で周期を異ならせると、各方向で異なる波長特性が得られる。   Next, an example of a refractive index distribution having regularity in a two-dimensional direction will be described. FIG. 7 shows an example in which an optical structure is arranged in a square lattice as mode conversion means. The optical structure may be arranged at the intersection of the dotted lines in FIG. 7, or the optical structure may be arranged at the position of the dotted line. When the periods in each direction are matched, the same wavelength characteristic is obtained in each direction. If the period is different in each direction, different wavelength characteristics are obtained in each direction.

図8はモード変換手段として、光学的構造体を三角格子配置した例である。図8の点線の交点に光学的構造体を配置してもよいし、点線の位置に光学的構造体を配置してもよい。各方向の周期を一致させると、各方向で同じ波長特性が得られる。各方向で周期を異ならせると、それぞれ異なる波長特性が得られる。   FIG. 8 shows an example in which an optical structure is arranged in a triangular lattice as mode conversion means. The optical structure may be arranged at the intersection of the dotted lines in FIG. 8, or the optical structure may be arranged at the position of the dotted line. When the periods in each direction are matched, the same wavelength characteristic is obtained in each direction. When the period is different in each direction, different wavelength characteristics can be obtained.

図9はモード変換手段として、光学的構造体をハニカム配置した例である。図9の点線の交点に光学的構造体を配置してもよいし、点線の位置に光学的構造体を配置してもよい。各方向の周期を一致させると、各方向で同じ波長特性が得られる。各方向で周期を異ならせると、それぞれ異なる波長特性が得られる。   FIG. 9 shows an example in which an optical structure is arranged in a honeycomb as mode conversion means. The optical structure may be arranged at the intersection of the dotted lines in FIG. 9, or the optical structure may be arranged at the position of the dotted line. When the periods in each direction are matched, the same wavelength characteristic is obtained in each direction. When the period is different in each direction, different wavelength characteristics can be obtained.

図10はモード変換手段として、有限個数の単位要素で平面を埋め尽くすことのできる配置とした例である。図10は2種類の相似形の三角形を組み合わせて作成したペンローズタイルの1種類を表し、このような図形で平面を埋め尽くすことができる。このような配置であれば、より多くの方向に波長特性を設計することが可能になる。   FIG. 10 shows an example in which the plane is filled with a finite number of unit elements as mode conversion means. FIG. 10 shows one type of Penrose tile created by combining two types of similar triangles, and a plane can be filled with such a figure. With such an arrangement, it is possible to design wavelength characteristics in more directions.

図4から図10で説明したような構造のモード変換手段は例であって、本発明はこのような構造に限定されるものではない。   The mode conversion means having the structure described in FIGS. 4 to 10 is an example, and the present invention is not limited to such a structure.

光学的構造体が1次元、2次元、又は3次元の方向に規則性のある屈折率分布を持つ場合に、有機EL層で発光する光の実効波長程度の周期に対してその規則性にゆらぎを持たせることにより、有機EL発光素子からの光の取り出し効率が向上する。有機EL層で発光する光に波長広がりがある場合であっても、波長広がりのある光に対して効果的に干渉することができる。また、有機EL発光素子からの光を特定の方向だけでなく広角的に出射させることができ、指向性を緩和することができる。ゆらぎは、有機EL層で発光する光の波長の周期の4分の1以下が望ましい。ゆらぎが大き過ぎると、干渉効果が減少することになる。   When the optical structure has a regular refractive index profile in one, two, or three dimensions, the regularity fluctuates with respect to the period of the effective wavelength of the light emitted from the organic EL layer. By providing the above, the light extraction efficiency from the organic EL light emitting element is improved. Even when the light emitted from the organic EL layer has a wavelength broadening, it is possible to effectively interfere with the light having a widened wavelength. Further, light from the organic EL light emitting element can be emitted not only in a specific direction but also in a wide angle, and directivity can be relaxed. The fluctuation is preferably equal to or less than ¼ of the period of the wavelength of light emitted from the organic EL layer. If the fluctuation is too great, the interference effect will decrease.

前述のゆらぎは、有機EL層で発光する光の実効波長程度の周期と混在していてもよい。周期的な規則性にゆらぎを混在させることにより、有機EL層で発光する波長広がりがある光に対して効果的に干渉することができ、有機EL発光素子の光の取り出し効率が向上する。また、有機EL発光素子から出射する光の指向性を緩和することができる。   The fluctuation described above may be mixed with a period of the effective wavelength of light emitted from the organic EL layer. By mixing fluctuations in the periodic regularity, it is possible to effectively interfere with light having a wavelength broadening emitted from the organic EL layer, and the light extraction efficiency of the organic EL light emitting element is improved. In addition, the directivity of light emitted from the organic EL light emitting element can be relaxed.

また、規則性の周期が徐々に変化するようにしてもよい。いわゆるチャーピング的な周期である。周期が徐々に変化することにより、有機EL層で発光する波長広がりがある光に対して、より効果的に干渉することができ、有機EL発光素子の光取り出し効率が向上する。   Further, the regularity period may be gradually changed. This is a so-called chirping cycle. By gradually changing the period, it is possible to more effectively interfere with light having a wavelength broadening emitted from the organic EL layer, and the light extraction efficiency of the organic EL light emitting element is improved.

次に、モード変換手段としての規則性のある屈折率分布を持つ光学的構造を備える有機EL発光素子の例を説明する。図11以降の説明では、透明基板の上面に、基板側から順に、透明電極、有機EL層、金属電極、場合により透明絶縁膜を形成している。有機EL層で発光した光を基板と反対側から取り出す、いわゆる、トップエミッション型の有機EL発光素子とした場合には、透明基板に替えてSi基板等の不透明な基板を用いてもよい。Si基板を用いる場合は、電極を構成する側の面を酸化させてSiOとすることが好ましい。基板上の電極と絶縁するためである。酸化方法としては、高温状態にしたSi基板に酸素雰囲気や水蒸気を接して、Si基板の表面を熱酸化させる方法がある。トップエミッション型の有機EL発光素子では透明基板から出射させないので、有機EL層で発光した光の取り出し効率が高い。また、基板としてSiやSiOを使用すると、放熱効果も高い。さらに、基板に電子回路を搭載しても有機EL層で発光した光の取り出しに影響することがない。 Next, an example of an organic EL light emitting element having an optical structure having a regular refractive index distribution as a mode conversion means will be described. In the description after FIG. 11, a transparent electrode, an organic EL layer, a metal electrode, and a transparent insulating film as the case may be are formed on the upper surface of the transparent substrate in order from the substrate side. In the case of a so-called top emission type organic EL light-emitting element in which light emitted from the organic EL layer is extracted from the side opposite to the substrate, an opaque substrate such as a Si substrate may be used instead of the transparent substrate. In the case of using a Si substrate, it is preferable that the SiO 2 was oxidized surface on the side constituting the electrode. This is for insulation from the electrodes on the substrate. As an oxidation method, there is a method in which an oxygen atmosphere or water vapor is brought into contact with a Si substrate brought into a high temperature state to thermally oxidize the surface of the Si substrate. Since the top emission type organic EL light emitting element does not emit light from the transparent substrate, the extraction efficiency of light emitted from the organic EL layer is high. Further, when Si or SiO 2 is used as the substrate, the heat dissipation effect is also high. Furthermore, even if an electronic circuit is mounted on the substrate, the extraction of light emitted from the organic EL layer is not affected.

トップエミッション型の有機EL発光素子の場合は、有機EL層で発光した光を基板と反対側から出射させるため、基板の上面に形成する透明電極に替えて第一の電極としての金属の電極としてもよい。金属の電極材料としては、有機EL層にキャリアを注入、輸送するのに適した金属が好ましい。   In the case of a top emission type organic EL light emitting element, in order to emit light emitted from the organic EL layer from the side opposite to the substrate, the metal electrode as the first electrode is used instead of the transparent electrode formed on the upper surface of the substrate. Also good. The metal electrode material is preferably a metal suitable for injecting and transporting carriers into the organic EL layer.

また、トップエミッション型の有機EL発光素子の場合は、有機EL層の上面に形成する金属電極に替えて第一の電極に対向する第二の電極としてもよい。トップエミッション型の有機EL発光素子では、有機EL層で発光した光を第二の電極の側から出射させるため、第二の電極は、有機EL層で発光した光に対して透過性のある電極とすることが好ましい。透光性のある電極としては、ITO(Indium Tin Oxide)、IZO(インジウム亜鉛酸化物)、SnO(酸化スズ)、In(酸化インジウム)、ZnO(酸化亜鉛)等の酸化物が適用できる。第二電極として、AuやNi等の金属を薄膜にした薄膜金属電極でもよい。また、第二電極として、透光性のある電極にその電極の有機EL層の側に薄膜金属電極を配置した電極とすることでもよい。 In the case of a top emission type organic EL light emitting device, the metal electrode formed on the upper surface of the organic EL layer may be replaced with a second electrode facing the first electrode. In the top emission type organic EL light emitting element, the light emitted from the organic EL layer is emitted from the second electrode side. Therefore, the second electrode is an electrode that is transparent to the light emitted from the organic EL layer. It is preferable that As the light-transmitting electrode, oxides such as ITO (Indium Tin Oxide), IZO (Indium Zinc Oxide), SnO 2 (Tin Oxide), In 2 O 3 (Indium Oxide), and ZnO (Zinc Oxide) are used. Applicable. The second electrode may be a thin film metal electrode made of a metal such as Au or Ni. Alternatively, the second electrode may be an electrode in which a thin film metal electrode is disposed on the side of the organic EL layer of a light-transmitting electrode.

図11は、モード変換手段を透明基板の内部に備える有機EL発光素子の例、図12から図14は、モード変換手段を透明基板と透明基板の外部との界面に備える有機EL発光素子の例である。図11から図14において、31は金属電極、32は有機EL層、33は透明電極、34は透明基板、41はモード変換手段である。透明基板としては、ガラス基板、フレキシブル基板、カラーフィルタや色変換膜あるいは誘電体反射膜が形成された基板を含む。透明基板は、ガラスや、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、非晶質ポリオレフィン等を材料とすることができる。   FIG. 11 shows an example of an organic EL light-emitting element provided with mode conversion means inside a transparent substrate. FIGS. 12 to 14 show examples of an organic EL light-emitting element provided with mode conversion means at the interface between the transparent substrate and the outside of the transparent substrate. It is. 11 to 14, 31 is a metal electrode, 32 is an organic EL layer, 33 is a transparent electrode, 34 is a transparent substrate, and 41 is a mode conversion means. The transparent substrate includes a glass substrate, a flexible substrate, a substrate on which a color filter, a color conversion film, or a dielectric reflection film is formed. The transparent substrate can be made of glass, polyethylene terephthalate, polycarbonate, amorphous polyolefin, or the like.

図11のモード変換手段41は、1次元の方向に規則性のある屈折率分布を持つものでも、2次元、3次元の方向に規則性のある屈折率分布を持つものでもよい。図12から図14のモード変換手段41は1次元の方向に規則性のある屈折率分布を持つものでも、2次元の方向に規則性のある屈折率分布を持つものでもよい。透明基板の内部や透明基板と透明基板の外部との界面にモード変換手段を備えることによって、透明基板導波モードを放射モードに変換して、有機EL層で発光した光を透明基板の外部に効率的に取り出すことができる。   The mode conversion means 41 in FIG. 11 may have a regular refractive index distribution in a one-dimensional direction or may have a regular refractive index distribution in a two-dimensional or three-dimensional direction. The mode conversion means 41 in FIGS. 12 to 14 may have a regular refractive index distribution in a one-dimensional direction or may have a regular refractive index distribution in a two-dimensional direction. By providing mode conversion means inside the transparent substrate or at the interface between the transparent substrate and the outside of the transparent substrate, the transparent substrate waveguide mode is converted to the radiation mode, and the light emitted from the organic EL layer is transferred to the outside of the transparent substrate. It can be taken out efficiently.

図11に示すモード変換手段41は、透明基板34を作製する際に、2度に分けて成長させ途中でモード変換手段を形成するか、2枚の透明基板を接合する等によって作製することができる。図12から図14に示すモード変換手段41は、透明基板34の片面にエッチング等によってモード変換手段41を形成することができる。これらの透明基板の上面に透明電極33、有機EL層32、金属電極31を成膜することによって、有機EL発光素子を製造することができる。本発明の有機EL発光素子は、ここで説明した製造方法に限定されるものではない。   The mode conversion means 41 shown in FIG. 11 can be manufactured by forming the transparent substrate 34 by growing it twice and forming the mode conversion means in the middle, or by joining two transparent substrates. it can. The mode conversion means 41 shown in FIGS. 12 to 14 can form the mode conversion means 41 on one side of the transparent substrate 34 by etching or the like. By forming the transparent electrode 33, the organic EL layer 32, and the metal electrode 31 on the upper surface of these transparent substrates, an organic EL light emitting device can be manufactured. The organic EL light emitting device of the present invention is not limited to the manufacturing method described here.

図15は、モード変換手段を透明電極の内部に備える有機EL発光素子の例、図16から図18は、モード変換手段を透明電極と透明基板との界面に備える有機EL発光素子の例である。図15から図18において、31は金属電極、32は有機EL層、33は透明電極、34は透明基板、41はモード変換手段である。透明電極をアノード(陽極)として使用するには、高仕事関数で正孔注入の容易な金属が適する。透明化の容易な材料には、ITO(Indium Tin Oxide)、IZO(インジウム亜鉛酸化物)、SnO(酸化スズ)、In(酸化インジウム)、ZnO(酸化亜鉛)等の酸化物、AuやNi等の金属がある。 FIG. 15 is an example of an organic EL light emitting device having a mode conversion means inside a transparent electrode, and FIGS. 16 to 18 are examples of an organic EL light emitting device having a mode conversion means at the interface between a transparent electrode and a transparent substrate. . 15 to 18, 31 is a metal electrode, 32 is an organic EL layer, 33 is a transparent electrode, 34 is a transparent substrate, and 41 is a mode conversion means. In order to use the transparent electrode as an anode (anode), a metal having a high work function and easy hole injection is suitable. Examples of materials that can be easily made transparent include oxides such as ITO (Indium Tin Oxide), IZO (indium zinc oxide), SnO 2 (tin oxide), In 2 O 3 (indium oxide), and ZnO (zinc oxide). There are metals such as Au and Ni.

図15のモード変換手段41は、1次元の方向に規則性のある屈折率分布を持つものでも、2次元、3次元の方向に規則性のある屈折率分布を持つものでもよい。図16から図18のモード変換手段41は1次元の方向に規則性のある屈折率分布を持つものでも、2次元の方向に規則性のある屈折率分布を持つものでもよい。透明電極の内部や透明電極と透明基板との界面にモード変換手段を備えることによって、透明基板導波モードや透明電極導波モードを放射モードに変換して、有機EL層で発光した光を透明基板の外部に効率的に取り出すことができる。   The mode conversion means 41 in FIG. 15 may have a regular refractive index distribution in a one-dimensional direction or may have a regular refractive index distribution in a two-dimensional or three-dimensional direction. The mode conversion means 41 in FIGS. 16 to 18 may have a regular refractive index distribution in a one-dimensional direction or may have a regular refractive index distribution in a two-dimensional direction. By providing a mode conversion means inside the transparent electrode or at the interface between the transparent electrode and the transparent substrate, the transparent substrate waveguide mode or transparent electrode waveguide mode is converted into a radiation mode, and light emitted from the organic EL layer is transparent. It can be efficiently taken out of the substrate.

図15に示すモード変換手段41は、透明電極33を蒸着法やスパッタ法等で成膜する際に、2度に分けて成長させ途中でモード変換手段を形成すること等によって作製することができる。図16から図18に示すモード変換手段41は、透明基板34の片面にエッチング等によってモード変換手段41を形成した後、透明基板の上面に透明電極33、有機EL層32、金属電極31を成膜すること等によって有機EL発光素子を製造することができる。本発明の有機EL発光素子は、ここで説明した製造方法に限定されるものではない。   The mode conversion means 41 shown in FIG. 15 can be manufactured by forming the transparent electrode 33 in a vapor deposition method, a sputtering method, or the like by growing it twice and forming the mode conversion means in the middle. . The mode conversion means 41 shown in FIGS. 16 to 18 forms the mode conversion means 41 on one side of the transparent substrate 34 by etching or the like, and then forms the transparent electrode 33, the organic EL layer 32, and the metal electrode 31 on the upper surface of the transparent substrate. An organic EL light emitting device can be manufactured by forming a film. The organic EL light emitting device of the present invention is not limited to the manufacturing method described here.

図19は、モード変換手段を有機EL層の内部に備える有機EL発光素子の例、図20から図22は、モード変換手段を有機EL層と透明電極との界面に備える有機EL発光素子の例である。図19から図22において、31は金属電極、32は有機EL層、33は透明電極、34は透明基板、41はモード変換手段である。   FIG. 19 shows an example of an organic EL light emitting element having a mode conversion means inside the organic EL layer, and FIGS. 20 to 22 show examples of an organic EL light emitting element having a mode conversion means at the interface between the organic EL layer and the transparent electrode. It is. 19 to 22, 31 is a metal electrode, 32 is an organic EL layer, 33 is a transparent electrode, 34 is a transparent substrate, and 41 is a mode conversion means.

図19のモード変換手段41は、1次元の方向に規則性のある屈折率分布を持つものでも、2次元、3次元の方向に規則性のある屈折率分布を持つものでもよい。図20から図22のモード変換手段41は1次元の方向に規則性のある屈折率分布を持つものでも、2次元の方向に規則性のある屈折率分布を持つものでもよい。有機EL層の内部や有機EL層と透明電極との界面にモード変換手段を備えることによって、透明電極導波モードや透明基板導波モードを放射モードに変換して、有機EL層で発光した光を透明基板の外部に効率的に取り出すことができる。   The mode conversion means 41 in FIG. 19 may have a regular refractive index distribution in a one-dimensional direction or may have a regular refractive index distribution in a two-dimensional or three-dimensional direction. 20 to 22 may have a regular refractive index distribution in a one-dimensional direction or a regular refractive index distribution in a two-dimensional direction. Light emitted from the organic EL layer by converting the transparent electrode waveguide mode or the transparent substrate waveguide mode into a radiation mode by providing a mode conversion means inside the organic EL layer or at the interface between the organic EL layer and the transparent electrode. Can be efficiently taken out of the transparent substrate.

図19に示すモード変換手段41は、有機EL層32をスピンコート法、真空蒸着法、塗布、インクジェット法等によって成膜する際に、2度に分けて成膜し、途中でモード変換手段を形成すること等によって作製することができる。図20から図22に示すモード変換手段41は、透明電極33の面にエッチング等によってモード変換手段41を形成した後、透明電極の上面に有機EL層32、金属電極31を成膜すること等によって有機EL発光素子を製造することができる。本発明の有機EL発光素子は、ここで説明した製造方法に限定されるものではない。   The mode conversion means 41 shown in FIG. 19 forms the organic EL layer 32 in two portions when the organic EL layer 32 is formed by a spin coating method, a vacuum deposition method, coating, an ink jet method or the like. It can be manufactured by forming or the like. 20 to 22, after the mode conversion means 41 is formed on the surface of the transparent electrode 33 by etching or the like, the organic EL layer 32 and the metal electrode 31 are formed on the upper surface of the transparent electrode. Thus, an organic EL light emitting device can be manufactured. The organic EL light emitting device of the present invention is not limited to the manufacturing method described here.

図23は、モード変換手段を金属電極の内部に備える有機EL発光素子の例、図24から図26は、モード変換手段を金属電極と有機EL層との界面に備える有機EL発光素子の例、図27から図29は、モード変換手段を金属電極と金属電極の外部との界面に備える有機EL発光素子の例である。図23から図29において、31は金属電極、32は有機EL層、33は透明電極、34は透明基板、41はモード変換手段である。金属電極を陰極として使用するには、低仕事関数で電子注入の容易な金属が適する。陰極電極材料には、Al、Li、Mg、Au、Ag等又はこれらの合金を用いることができる。   FIG. 23 shows an example of an organic EL light emitting element having a mode conversion means inside a metal electrode, and FIGS. 24 to 26 show examples of an organic EL light emitting element having a mode conversion means at the interface between the metal electrode and the organic EL layer. FIG. 27 to FIG. 29 are examples of organic EL light emitting elements provided with mode conversion means at the interface between the metal electrode and the outside of the metal electrode. 23 to 29, 31 is a metal electrode, 32 is an organic EL layer, 33 is a transparent electrode, 34 is a transparent substrate, and 41 is a mode conversion means. In order to use a metal electrode as a cathode, a metal having a low work function and easy electron injection is suitable. As the cathode electrode material, Al, Li, Mg, Au, Ag or the like or an alloy thereof can be used.

図23のモード変換手段41は、1次元の方向に規則性のある屈折率分布を持つものでも、2次元、3次元の方向に規則性のある屈折率分布を持つものでもよい。図24から図29のモード変換手段41は1次元の方向に規則性のある屈折率分布を持つものでも、2次元の方向に規則性のある屈折率分布を持つものでもよい。図24や図25に示すように、有機EL層と金属電極との界面にモード変換手段を備えることによって、透明電極導波モードや透明基板導波モードを放射モードに変換して、有機EL層で発光した光を透明基板の外部に効率的に取り出すことができる。   The mode conversion means 41 in FIG. 23 may have a regular refractive index distribution in a one-dimensional direction or may have a regular refractive index distribution in a two-dimensional or three-dimensional direction. The mode conversion means 41 shown in FIGS. 24 to 29 may have a regular refractive index distribution in a one-dimensional direction or a regular refractive index distribution in a two-dimensional direction. As shown in FIGS. 24 and 25, by providing a mode conversion means at the interface between the organic EL layer and the metal electrode, the transparent electrode waveguide mode or the transparent substrate waveguide mode is converted into a radiation mode, and the organic EL layer The light emitted by can be efficiently extracted outside the transparent substrate.

ここで、金属電極31をエバネッセント波が存在する領域と同程度か、それより薄く積層すれば、図23から図29に示す金属電極の内部、金属電極と有機EL層との界面、金属電極と金属電極の外部との界面にモード変換手段を備えることによって、透明電極導波モードや透明基板導波モードを放射モードに変換して、有機EL層で発光した光を透明電極の外部に効率的に取り出すことができる。   Here, if the metal electrode 31 is laminated to the same extent as the region where the evanescent wave exists or thinner than that, the inside of the metal electrode shown in FIGS. 23 to 29, the interface between the metal electrode and the organic EL layer, the metal electrode, By providing a mode conversion means at the interface with the outside of the metal electrode, the transparent electrode waveguide mode or the transparent substrate waveguide mode is converted into a radiation mode, and light emitted from the organic EL layer is efficiently transmitted to the outside of the transparent electrode. Can be taken out.

また、金属電極31を薄い層状にすることによって、有機EL層で発光した光を金属電極31の側からも取り出すことができる。さらに、金属電極31を、ITO等の透光性のある金属酸化物とその金属酸化物の有機EL層の側にAlやLi等の低仕事関数で電子注入の容易な金属薄膜を設けた積層構造とすることによっても、金属電極31の側からも光を取り出すことができる。また、金属電極31を陽極とする場合は、ITO等の透光性のある金属酸化物を適用することによっても可能である。従って、金属電極の内部、金属電極と有機EL層との界面、金属電極と金属電極の外部との界面にモード変換手段を備えることによって、透明電極導波モードや透明基板導波モードを放射モードに変換して、有機EL層で発光した光を金属電極の外部に効率的に取り出すことができる。なお、金属電極の側からのみ有機EL層で発光した光を取り出すときは、上記説明した透明基板に替えて、有機EL層で発光した光に対する透過性のない基板を使用することができる。   Further, by making the metal electrode 31 into a thin layer, light emitted from the organic EL layer can be taken out from the metal electrode 31 side. Further, the metal electrode 31 is formed by providing a light-transmitting metal oxide such as ITO and a metal thin film such as Al or Li that is easy to inject electrons on the organic EL layer side of the metal oxide. Even with the structure, light can be extracted from the metal electrode 31 side. Further, when the metal electrode 31 is used as an anode, it is also possible to apply a light-transmitting metal oxide such as ITO. Therefore, the transparent electrode waveguide mode and the transparent substrate waveguide mode can be changed to the radiation mode by providing mode conversion means inside the metal electrode, at the interface between the metal electrode and the organic EL layer, and at the interface between the metal electrode and the outside of the metal electrode. The light emitted from the organic EL layer can be efficiently extracted outside the metal electrode. When taking out light emitted from the organic EL layer only from the metal electrode side, a substrate that does not transmit light emitted from the organic EL layer can be used instead of the transparent substrate described above.

図23に示すモード変換手段41は、金属電極31を蒸着法やスパッタ法等で成膜する際に、2度に分けて成膜し、途中でモード変換手段を形成すること等によって作製することができる。図24から図26に示すモード変換手段41は、有機EL層32の面にエッチングによってモード変換手段41を形成した後、有機EL層32の上面に金属電極31を成膜すること等によって有機EL発光素子を製造することができる。図27から図29に示すモード変換手段41は、金属電極31の上面にエッチングによってモード変換手段41を形成すること等によって有機EL発光素子を製造することができる。本発明の有機EL発光素子は、ここで説明した製造方法に限定されるものではない。   The mode conversion means 41 shown in FIG. 23 is manufactured by forming the metal electrode 31 in two steps when forming the film by vapor deposition or sputtering, and forming the mode conversion means in the middle. Can do. The mode conversion means 41 shown in FIG. 24 to FIG. 26 is formed by forming the mode conversion means 41 on the surface of the organic EL layer 32 by etching, and then forming a metal electrode 31 on the upper surface of the organic EL layer 32. A light emitting element can be manufactured. The mode conversion means 41 shown in FIGS. 27 to 29 can manufacture an organic EL light emitting element by forming the mode conversion means 41 on the upper surface of the metal electrode 31 by etching. The organic EL light emitting device of the present invention is not limited to the manufacturing method described here.

透明基板をガラスで構成する場合は、ガラス内でのモード変換手段をガラスよりも屈折率の高いルチル型のTiO、ZrO、塩素系ポリマ、臭素系ポリマで構成することができる。塩素系ポリマや臭素系ポリマは有機EL層で発光する光に対して透過性を有するため、光の透過損失を小さくすることができる。また、モード変換手段をガラスよりも屈折率の低いナノポーラスガラスやフッ素系有機材で構成することができる。これらの材料は有機EL層で発光する光に対して透過性を有するため、光の透過損失を小さくすることができる。さらに、モード変換手段を気体で構成すると、屈折率の低い材料とすることができる。気体としては、空気や不活性ガスが好ましい。空気や不活性ガスの雰囲気中でガラス基板を作製する際に雰囲気ガスで気泡を作れば、容易にモード変換手段を形成することができる。 When the transparent substrate is made of glass, the mode conversion means in the glass can be made of rutile TiO 2 , ZrO 2 , chlorine-based polymer, or bromine-based polymer having a higher refractive index than glass. Chlorine polymers and bromine polymers are transmissive to light emitted from the organic EL layer, so that light transmission loss can be reduced. Further, the mode conversion means can be composed of nanoporous glass or a fluorine-based organic material having a refractive index lower than that of glass. Since these materials are transmissive to light emitted from the organic EL layer, light transmission loss can be reduced. Furthermore, when the mode conversion means is composed of gas, a material having a low refractive index can be obtained. As the gas, air or inert gas is preferable. The mode conversion means can be easily formed by forming bubbles with the atmospheric gas when producing the glass substrate in the atmosphere of air or inert gas.

透明電極をITO、IZO、SnO、In、ZnO等で構成する場合は、透明電極内でのモード変換手段を透明電極よりも屈折率の高いルチル型のTiO、ZrOで構成することができる。また、モード変換手段を透明電極よりも屈折率の低いナノポーラスガラスやフッ素系有機材で構成することができる。これらの材料は有機EL層で発光する光に対して透過性を有するため、光の透過損失を小さくすることができる。さらに、モード変換手段を気体で構成すると、屈折率の低い材料とすることができる。気体としては、空気や不活性ガスが好ましい。空気や不活性ガスの雰囲気中で透明電極を作製する際に雰囲気ガスで気泡を作れば、容易にモード変換手段を形成することができる。 When the transparent electrode is made of ITO, IZO, SnO 2 , In 2 O 3 , ZnO or the like, the mode conversion means in the transparent electrode is made of rutile TiO 2 or ZrO 2 having a higher refractive index than the transparent electrode. can do. Further, the mode conversion means can be composed of nanoporous glass or a fluorine-based organic material having a refractive index lower than that of the transparent electrode. Since these materials are transmissive to light emitted from the organic EL layer, light transmission loss can be reduced. Furthermore, when the mode conversion means is composed of gas, a material having a low refractive index can be obtained. As the gas, air or inert gas is preferable. The mode conversion means can be easily formed by forming bubbles with the atmospheric gas when producing the transparent electrode in the atmosphere of air or inert gas.

有機EL層をPVKやAlqで構成する場合は、有機EL層内でのモード変換手段を有機EL層よりも屈折率の高いルチル型のTiO、ZrO、塩素系ポリマ、臭素系ポリマで構成することができる。塩素系ポリマや臭素系ポリマは有機EL層で発光する光に対して透過性を有するため、光の透過損失を小さくすることができる。また、モード変換手段を有機EL層よりも屈折率の低いナノポーラスガラスやフッ素系有機材で構成することができる。これらの材料は有機EL層で発光する光に対して透過性を有するため、光の透過損失を小さくすることができる。さらに、モード変換手段を気体で構成すると、屈折率の低い材料とすることができる。気体としては、空気や不活性ガスが好ましい。空気や不活性ガスの雰囲気中で有機EL層を作製する際に雰囲気ガスで気泡を作れば、容易にモード変換手段を形成することができる。 When the organic EL layer is composed of PVK or Alq 3 , the mode conversion means in the organic EL layer is made of rutile TiO 2 , ZrO 2 , chlorine-based polymer, bromine-based polymer having a higher refractive index than the organic EL layer. Can be configured. Chlorine polymers and bromine polymers are transmissive to light emitted from the organic EL layer, so that light transmission loss can be reduced. Further, the mode conversion means can be composed of nanoporous glass or a fluorine-based organic material having a refractive index lower than that of the organic EL layer. Since these materials are transmissive to light emitted from the organic EL layer, light transmission loss can be reduced. Furthermore, when the mode conversion means is composed of gas, a material having a low refractive index can be obtained. As the gas, air or inert gas is preferable. The mode conversion means can be easily formed by forming bubbles with the atmospheric gas when the organic EL layer is produced in the atmosphere of air or inert gas.

有機EL発光素子の金属電極層や有機EL層の機械的保護や酸化及び吸湿防止のために、金属電極層の外部側に保護膜としての透明絶縁膜を形成することが有効である。透明絶縁膜を有する有機EL発光素子の例を図30から図36に示す。図30から図36において、31は金属電極、32は有機EL層、33は透明電極、34は透明基板、35は保護膜としての透明絶縁膜、41はモード変換手段である。図30、図31、図32の有機EL発光素子は、それぞれ図27、図28、図29に示した有機EL発光素子に透明絶縁膜35を成膜したもので、これらの透明絶縁膜35によって、金属電極31又は有機EL層32が保護される。透明絶縁膜を形成するのは、これらの例に限らず、前述した有機EL発光素子の金属電極の外部側に透明絶縁膜を形成することによって、いずれも金属電極が保護されることになる。これらの透明絶縁膜はSiO、SiN、SiON、SiC、Al、AlN、ZnO、MgO、TiO、ZrO、AlO、Ta、TaO、YO、WO等を材料としてスパッタリング、蒸着、蒸着重合、電子ビーム蒸着、プラズマ蒸着、イオンプレーティング、CVD、プラズマCVD、熱CVD等により形成することができる。また、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリパラキシレン、フッ素系高分子、ポリイミド前駆体を塗布したり、スピンコートしたりした上で紫外線硬化することによっても、形成することができる。 It is effective to form a transparent insulating film as a protective film on the outer side of the metal electrode layer in order to mechanically protect the metal electrode layer and the organic EL layer of the organic EL light emitting element and to prevent oxidation and moisture absorption. Examples of organic EL light emitting devices having a transparent insulating film are shown in FIGS. 30 to 36, 31 is a metal electrode, 32 is an organic EL layer, 33 is a transparent electrode, 34 is a transparent substrate, 35 is a transparent insulating film as a protective film, and 41 is a mode conversion means. The organic EL light emitting elements of FIGS. 30, 31, and 32 are obtained by forming a transparent insulating film 35 on the organic EL light emitting elements shown in FIGS. 27, 28, and 29, respectively. The metal electrode 31 or the organic EL layer 32 is protected. The formation of the transparent insulating film is not limited to these examples, and the metal electrode is protected by forming the transparent insulating film on the outside of the metal electrode of the organic EL light emitting element described above. These transparent insulating film SiO x, SiN x, SiON, SiC, Al 2 O 3, AlN, ZnO, MgO x, TiO x, ZrO x, AlO x, Ta 2 O 5, TaO x, YO x, WO x Or the like as a material can be formed by sputtering, vapor deposition, vapor deposition polymerization, electron beam vapor deposition, plasma vapor deposition, ion plating, CVD, plasma CVD, thermal CVD, or the like. Moreover, it can also form by apply | coating an epoxy resin, an acrylic resin, a polyparaxylene, a fluorine-type polymer, a polyimide precursor, or spin-coating and ultraviolet-curing.

透明絶縁膜が導波層として機能する場合は、透明絶縁膜の内部又は透明絶縁膜と隣接する層等との界面にモード変換手段を備えることができる。図30、図31、図32の有機EL発光素子は、いずれも、金属電極31と透明絶縁膜35との界面にモード変換手段41を備えている。モード変換手段41は、1次元の方向に規則性のある屈折率分布を持つものでも、2次元の方向に規則性のある屈折率分布を持つものでもよい。図33の有機EL発光素子は、透明絶縁膜の内部にモード変換手段41を備えている。このモード変換手段41は、1次元の方向に規則性のある屈折率分布を持つものでも、2次元、3次元の方向に規則性のある屈折率分布を持つものでもよい。   When the transparent insulating film functions as a waveguide layer, mode conversion means can be provided inside the transparent insulating film or at the interface between the transparent insulating film and a layer adjacent to the transparent insulating film. 30, 31, and 32 each include a mode conversion means 41 at the interface between the metal electrode 31 and the transparent insulating film 35. The mode conversion means 41 may have a regular refractive index distribution in a one-dimensional direction or a regular refractive index distribution in a two-dimensional direction. The organic EL light emitting device of FIG. 33 includes mode conversion means 41 inside a transparent insulating film. This mode conversion means 41 may have a regular refractive index distribution in a one-dimensional direction or a regular refractive index distribution in a two-dimensional and three-dimensional direction.

これらのモード変換手段は、図30から図33に示した位置ばかりでなく、透明絶縁膜と外部との界面にも形成してもよい。図34、図35、図36の有機EL発光素子は、いずれも、透明絶縁膜35と外部との界面にモード変換手段41を備えている。モード変換手段41は、1次元の方向に規則性のある屈折率分布を持つものでも、2次元の方向に規則性のある屈折率分布を持つものでもよい。   These mode conversion means may be formed not only at the positions shown in FIGS. 30 to 33 but also at the interface between the transparent insulating film and the outside. Each of the organic EL light emitting devices of FIGS. 34, 35, and 36 includes a mode conversion means 41 at the interface between the transparent insulating film 35 and the outside. The mode conversion means 41 may have a regular refractive index distribution in a one-dimensional direction or a regular refractive index distribution in a two-dimensional direction.

透明絶縁膜を有する有機EL発光素子において、図30から図36に示したように、金属電極と透明絶縁膜との界面、透明絶縁膜内部、透明絶縁膜と外部との界面にモード変換手段を設けることによって、透明絶縁膜内又は、透明絶縁膜を含む導波層での導波モードを放射モードに変換して、有機EL層で発光した光を透明絶縁膜又は透明基板の外部に効率的に取り出すことができる。特に、いわゆるトップエミッション型の有機EL発光素子では、金属電極に替えて透光性のある電極とすると、透明絶縁膜又は/及び透光性のある電極にモード変換手段を備えることにより出射効率が向上する。   In the organic EL light emitting device having a transparent insulating film, as shown in FIGS. 30 to 36, mode conversion means is provided at the interface between the metal electrode and the transparent insulating film, inside the transparent insulating film, and at the interface between the transparent insulating film and the outside. By providing, the waveguide mode in the transparent insulating film or in the waveguide layer including the transparent insulating film is converted into the radiation mode, and the light emitted from the organic EL layer is efficiently transmitted to the outside of the transparent insulating film or the transparent substrate. Can be taken out. In particular, in a so-called top emission type organic EL light emitting device, when a transparent electrode is used instead of a metal electrode, the emission efficiency is improved by providing a mode conversion means in the transparent insulating film and / or the transparent electrode. improves.

導波モードから放射モードへの変換には、金属電極又は第二電極の外側や保護層としての透明絶縁膜の外側にモード変換手段を備える光学機能層をさらに有する有機EL素子としてもよい。特に、トップエミッション型の有機EL発光素子では、有機EL層で発光した光を金属電極、第二電極、又は透明絶縁膜の側から出射させることになるため、光学機能層の内部やこの光学機能層の内部や光学機能層の界面にもモード変換手段を設けることにより、導波モードとなった光も放射モードに変換され、有機EL発光素子の外部へ放射される。光学機能層として光学フィルムを適用することができる。光学フィルムは電極への接触防止や有機EL発光素子の物理的損傷防止のためにも有効である。なお、光学機能層としては光学フィルムに限らず、光学膜等の透明な材料で導波層を形成するものであればよい。   The conversion from the waveguide mode to the radiation mode may be an organic EL element that further includes an optical function layer having a mode conversion means outside the metal electrode or the second electrode or outside the transparent insulating film as the protective layer. In particular, in the top emission type organic EL light emitting element, light emitted from the organic EL layer is emitted from the metal electrode, the second electrode, or the transparent insulating film side. By providing a mode conversion means inside the layer or at the interface of the optical functional layer, the light that has become the waveguide mode is also converted into a radiation mode and emitted to the outside of the organic EL light emitting element. An optical film can be applied as the optical functional layer. The optical film is also effective for preventing contact with the electrode and preventing physical damage to the organic EL light emitting device. The optical functional layer is not limited to an optical film, and any optical layer may be used as long as the waveguide layer is formed of a transparent material such as an optical film.

光学フィルムを有するトップエミッション型の有機EL発光素子の例を図37から図39に示す。図37から図39において、41はモード変換手段、44は基板、45は第一電極、46は有機EL層、47は第二電極、48は保護膜としての透明絶縁膜、49は光学フィルムである。図37の有機EL発光素子は、光学フィルムの内部にモード変換手段41を備えるもので、モード変換手段は、1次元の方向に規則性のある屈折率分布を持つものでも、2次元、3次元の方向に規則性のある屈折率分布を持つものでもよい。図38、図39は光学フィルムの界面にモード変換手段41を備えるもので、モード変換手段は1次元の方向に規則性のある屈折率分布を持つものでも、2次元の方向に規則性のある屈折率分布を持つものでもよい。図38の有機EL発光素子は、図34から図36に示した有機EL発光素子に光学フィルム49を設けたものでもよい。図39の光学フィルム49と外部との界面に形成しているモード変換手段41は、界面の光学フィルム内部側、中間、外部側のいずれにあってもよい。   Examples of a top emission type organic EL light emitting device having an optical film are shown in FIGS. 37 to 39, 41 is a mode conversion means, 44 is a substrate, 45 is a first electrode, 46 is an organic EL layer, 47 is a second electrode, 48 is a transparent insulating film as a protective film, and 49 is an optical film. is there. The organic EL light emitting device of FIG. 37 includes a mode conversion means 41 inside the optical film. Even if the mode conversion means has a regular refractive index distribution in a one-dimensional direction, it is two-dimensional or three-dimensional. It may have a regular refractive index distribution in the direction of. 38 and 39 are provided with mode conversion means 41 at the interface of the optical film. The mode conversion means has regularity in the two-dimensional direction even if it has a regular refractive index distribution in the one-dimensional direction. It may have a refractive index distribution. The organic EL light emitting device of FIG. 38 may be the organic EL light emitting device shown in FIGS. 34 to 36 provided with an optical film 49. The mode conversion means 41 formed at the interface between the optical film 49 and the outside in FIG. 39 may be on the optical film inner side, intermediate, or outer side of the interface.

導波モードから放射モードへの変換には、基板又は透明基板の外側にモード変換手段を備える光学機能層をさらに有する有機EL素子としてもよい。特に、ボトムエミッション型の有機EL発光素子では、有機EL層で発光した光を基板又は透明基板の側から出射させることになるため、光学機能層の内部やこの光学機能層の内部や光学機能層の界面にもモード変換手段を設けることにより、導波モードとなった光も放射モードに変換され、有機EL発光素子の外部へ放射される。光学機能層として光学フィルムを適用することができる。光学フィルムは基板又は透明基板への接触防止や有機EL発光素子の物理的損傷防止のためにも有効である。なお、光学機能層としては光学フィルムに限らず、光学膜等の透明な材料で導波層を形成するものであればよい。   For the conversion from the waveguide mode to the radiation mode, an organic EL element that further includes an optical functional layer having a mode conversion means outside the substrate or the transparent substrate may be used. In particular, in a bottom emission type organic EL light emitting element, light emitted from the organic EL layer is emitted from the substrate or the transparent substrate side. Therefore, the inside of the optical functional layer, the inside of the optical functional layer, the optical functional layer, or the like. By providing a mode conversion means at the interface, light in the waveguide mode is also converted into a radiation mode and emitted to the outside of the organic EL light emitting element. An optical film can be applied as the optical functional layer. The optical film is also effective for preventing contact with the substrate or the transparent substrate and preventing physical damage to the organic EL light emitting device. The optical functional layer is not limited to an optical film, and any optical layer may be used as long as the waveguide layer is formed of a transparent material such as an optical film.

光学フィルムを有するボトムエミッション型の有機EL発光素子の例を図40から図42に示す。図40から図42において、31は金属電極、32は有機EL層、33は透明電極、34は透明基板、41はモード変換手段、48は保護膜としての透明絶縁膜、49は光学フィルムである。透明絶縁膜48を設けるか否かは任意である。図40の有機EL発光素子は、光学フィルムの内部にモード変換手段41を備えるもので、モード変換手段は、1次元の方向に規則性のある屈折率分布を持つものでも、2次元、3次元の方向に規則性のある屈折率分布を持つものでもよい。図41、図42は光学フィルムの界面にモード変換手段41を備えるもので、モード変換手段は1次元の方向に規則性のある屈折率分布を持つものでも、2次元の方向に規則性のある屈折率分布を持つものでもよい。図41の光学フィルム49と外部との界面に形成しているモード変換手段41は、界面の光学フィルム内部側、中間、外部側のいずれにあってもよい。図42の有機EL発光素子は、図12から図14に示した有機EL発光素子に光学フィルム49を設けたものでもよい。   Examples of bottom emission type organic EL light emitting devices having an optical film are shown in FIGS. 40 to 42, 31 is a metal electrode, 32 is an organic EL layer, 33 is a transparent electrode, 34 is a transparent substrate, 41 is a mode conversion means, 48 is a transparent insulating film as a protective film, and 49 is an optical film. . Whether or not to provide the transparent insulating film 48 is arbitrary. The organic EL light emitting device of FIG. 40 includes a mode conversion means 41 inside the optical film. Even if the mode conversion means has a regular refractive index distribution in a one-dimensional direction, it is two-dimensional or three-dimensional. It may have a regular refractive index distribution in the direction of. 41 and 42 are provided with mode conversion means 41 at the interface of the optical film. The mode conversion means has regularity in the two-dimensional direction even if it has a regular refractive index distribution in the one-dimensional direction. It may have a refractive index distribution. The mode conversion means 41 formed at the interface between the optical film 49 and the outside in FIG. 41 may be on the optical film inner side, intermediate, or outer side of the interface. The organic EL light emitting device of FIG. 42 may be the organic EL light emitting device shown in FIGS. 12 to 14 provided with an optical film 49.

このような光学フィルムは、PMMA(Poly Methylmethacrylate)、TAC(Triacetate)、PVA(Polyvinyl Alcohol)、PC(Polycarbonate)、アクリル、ポリエチレンテレフタラート、ポリビニレン、トラアセチルセルロース、シクロオレフィン、紫外線硬化樹脂、液晶性ポリマ等を塗布やスピンコート法によって、あるいは、これらの材料を2軸延伸、キャスト法、押し出し法によりシート状にし、加熱貼り付けしたり、粘着剤貼り付けしたりして 有機EL発光素子に形成することができる。光学フィルムの内部や界面のモード変換手段は、フォトリソグラフィ、ソフトリソグラフィ、UVインプリンティング、転写法等によって形成することができる。   Such an optical film includes PMMA (Poly Methylmethacrylate), TAC (Triacetate), PVA (Polyvinyl Alcohol), PC (Polycarbonate), acrylic, polyethylene terephthalate, polyvinylene, traacetylcellulose, cycloolefin, UV curable resin, liquid crystalline Formed into an organic EL light emitting device by applying polymer or the like by spin coating, or by forming these materials into a sheet by biaxial stretching, casting, or extruding, and applying heat or adhesive. can do. The mode conversion means inside the optical film or at the interface can be formed by photolithography, soft lithography, UV imprinting, transfer method or the like.

ソフトリソグラフィとは、樹脂を塗布した型を対象物に押し当ててエッチングのパターンを形成する方法をいう。UVインプリンティングとは、紫外線硬化樹脂を塗布した型を対象物に押し当てた後、紫外線を照射して紫外線硬化樹脂を硬化させて、エッチングのパターンを形成する方法をいう。   Soft lithography refers to a method of forming an etching pattern by pressing a resin-coated mold against an object. UV imprinting is a method of forming an etching pattern by pressing a mold coated with an ultraviolet curable resin against an object and then irradiating the ultraviolet ray to cure the ultraviolet curable resin.

光学フィルムを有する有機EL発光素子において、図37から図42に示したように、光学フィルムの界面や光学フィルム内部にモード変換手段を設けることによって、光学フィルム内又は、光学フィルムを含む導波層での導波モードを放射モードに変換して、有機EL層で発光した光を光学フィルムの外部に効率的に取り出すことができる。   In the organic EL light emitting device having an optical film, as shown in FIG. 37 to FIG. 42, by providing a mode conversion means at the interface of the optical film or inside the optical film, the waveguide layer containing the optical film or in the optical film. By converting the waveguide mode in the above to the radiation mode, the light emitted from the organic EL layer can be efficiently extracted outside the optical film.

次に、モード変換手段としての規則性のある屈折率分布を持つ光学的構造を、1次元又は2次元の方向に規則性のある界面の凹凸で構成する例を図43から図52で説明する。図43から図47において、31は金属電極、32は有機EL層、33は透明電極、34は透明基板、41はモード変換手段である。図43は、モード変換手段41を透明基板34と透明基板34の外部との界面に設けた例である。このような光学的構造は、透明基板34をエッチングやナノインプリンティング、転写法等によって得られる。透明基板の外部が空気であれば、モード変換手段である規則性のある屈折率分布を持つ光学的構造を空気で形成したと同じ効果が得られる。透明基板と透明基板の外部との界面にモード変換手段を備えることによって、透明基板導波モードを放射モードに変換して、有機EL層で発光した光を透明基板の外部に効率的に取り出すことができる。   Next, an example in which an optical structure having a regular refractive index distribution as a mode conversion means is constituted by irregularities of an interface having regularity in a one-dimensional or two-dimensional direction will be described with reference to FIGS. . 43 to 47, 31 is a metal electrode, 32 is an organic EL layer, 33 is a transparent electrode, 34 is a transparent substrate, and 41 is a mode conversion means. FIG. 43 shows an example in which the mode conversion means 41 is provided at the interface between the transparent substrate 34 and the outside of the transparent substrate 34. Such an optical structure is obtained by etching the transparent substrate 34, nanoimprinting, a transfer method, or the like. If the outside of the transparent substrate is air, the same effect can be obtained as when an optical structure having a regular refractive index distribution as a mode conversion means is formed of air. By providing a mode conversion means at the interface between the transparent substrate and the outside of the transparent substrate, the transparent substrate waveguide mode is converted into a radiation mode, and the light emitted from the organic EL layer is efficiently extracted to the outside of the transparent substrate. Can do.

ナノインプリンティングとは、基板や薄膜等の平面上に凹凸のある型を押圧し、必要によっては加熱して押圧し、基板や薄膜等に型の凹凸を写しこむ技術である。基板や薄膜に紫外線硬化樹脂を用いる場合には紫外光を照射する方法や、ポリマを写しこむ場合は事前に型に塗布しておく、いわゆるソフトリソグラフィの手法も可能である。型は機械的強度の強いSi、SiC、Ni等で作製することが好ましい。   Nanoimprinting is a technique for impressing a mold having irregularities on a flat surface such as a substrate or a thin film, and if necessary, heating and pressing to imprint the irregularities of the mold on the substrate or thin film. In the case of using an ultraviolet curable resin for a substrate or a thin film, a method of irradiating with ultraviolet light, or a so-called soft lithography method in which a polymer is applied to a mold in advance is possible. The mold is preferably made of Si, SiC, Ni or the like having high mechanical strength.

図44は、モード変換手段を透明電極33と透明基板34との界面に設けた例である。このような光学的構造は、透明基板34にエッチングやナノインプリンティング、ソフトリソグラフィ、転写等を施して凹凸面を形成した後、凹凸面の上に透明電極33を積層すること等によって得られる。一般に透明電極の屈折率は透明基板の屈折率よりも高く、両者の屈折率に差があるため、規則性のある屈折率分布を持つ光学的構造を形成することができる。透明電極と透明基板との界面にモード変換手段を備えることによって、透明基板導波モードや透明電極導波モードを放射モードに変換して、有機EL層で発光した光を透明基板の外部に効率的に取り出すことができる。   FIG. 44 shows an example in which mode conversion means is provided at the interface between the transparent electrode 33 and the transparent substrate 34. Such an optical structure can be obtained by forming a concavo-convex surface by performing etching, nanoimprinting, soft lithography, transfer, or the like on the transparent substrate 34, and then laminating the transparent electrode 33 on the concavo-convex surface. In general, the refractive index of the transparent electrode is higher than the refractive index of the transparent substrate, and there is a difference between the refractive indexes of the two, so that an optical structure having a regular refractive index distribution can be formed. By providing a mode conversion means at the interface between the transparent electrode and the transparent substrate, the transparent substrate waveguide mode or the transparent electrode waveguide mode is converted into a radiation mode, and light emitted from the organic EL layer is efficiently transmitted to the outside of the transparent substrate. Can be taken out.

図45は、モード変換手段を透明電極33と有機EL層32との界面に設けた例である。このような光学的構造は、透明電極33にエッチングやナノインプリンティング、転写を施して凹凸面を形成した後、凹凸面の上に有機EL層32を積層すること等によって得られる。一般に透明電極の屈折率は有機ELの屈折率よりも高く、両者の屈折率に差があるため、規則性のある屈折率分布を持つ光学的構造を形成することができる。有機EL層と透明電極との界面にモード変換手段を備えることによって、透明電極導波モードや透明基板導波モードを放射モードに変換して、有機EL層で発光した光を透明基板の外部に効率的に取り出すことができる。ボトムエミッション型の有機EL発光素子の場合は、透明電極と有機EL層との界面にモード変換手段を設けることになる。この場合でも、光学的構造は、透明電極にエッチングやナノインプリンティングを施して凹凸面を形成した後、凹凸面の上に有機EL層を積層すること等によって得られる。   FIG. 45 shows an example in which mode conversion means is provided at the interface between the transparent electrode 33 and the organic EL layer 32. Such an optical structure is obtained by forming an uneven surface by etching, nanoimprinting, or transferring the transparent electrode 33, and then laminating the organic EL layer 32 on the uneven surface. In general, the refractive index of the transparent electrode is higher than the refractive index of the organic EL, and there is a difference between the refractive indexes of the two, so that an optical structure having a regular refractive index distribution can be formed. By providing a mode conversion means at the interface between the organic EL layer and the transparent electrode, the transparent electrode waveguide mode or the transparent substrate waveguide mode is converted into a radiation mode, and the light emitted from the organic EL layer is transferred to the outside of the transparent substrate. It can be taken out efficiently. In the case of a bottom emission type organic EL light emitting device, a mode conversion means is provided at the interface between the transparent electrode and the organic EL layer. Even in this case, the optical structure can be obtained by forming an uneven surface by performing etching or nanoimprinting on the transparent electrode, and then laminating an organic EL layer on the uneven surface.

図46は、モード変換手段を有機EL層32と金属電極31との界面に設けた例である。金属電極をエバネッセント波が存在する領域よりも厚く積層すると、金属は反射体として機能する。このような反射体の表面に凹凸を設けると、屈折率分布を持つ光学的構造を形成することができる。有機EL層と金属電極との界面にモード変換手段を備えることによって、透明電極導波モードや透明基板導波モードを放射モードに変換して、有機EL層で発光した光を透明基板の外部に効率的に取り出すことができる。   FIG. 46 shows an example in which mode conversion means is provided at the interface between the organic EL layer 32 and the metal electrode 31. When the metal electrode is laminated thicker than the region where the evanescent wave exists, the metal functions as a reflector. When unevenness is provided on the surface of such a reflector, an optical structure having a refractive index distribution can be formed. By providing a mode conversion means at the interface between the organic EL layer and the metal electrode, the transparent electrode waveguide mode or the transparent substrate waveguide mode is converted into a radiation mode, and the light emitted from the organic EL layer is transferred to the outside of the transparent substrate. It can be taken out efficiently.

また、金属電極31を薄い層状にすることによって、有機EL層32で発光した光を有機EL層と金属電極との界面に設けたモード変換手段で金属電極31の側から効率的に取り出すことができる。さらに、ITO等の透光性のある酸化物とAlやLi等の低仕事関数で電子注入の容易な金属薄膜との積層構造とすることによっても、効率的に金属電極31の側から光を取り出すことができる。さらに、金属電極に替えて、第二電極としての透明電極とした場合も、界面に設けたモード変換手段で効率的に光を取り出すことができる。このような、凹凸は有機EL層にエッチングやナノインプリンティング、ソフトリソグラフィ、転写を施して凹凸面を形成した後、凹凸面の上に金属電極又は第二電極を積層すること等によって得られる。   Further, by making the metal electrode 31 into a thin layer, light emitted from the organic EL layer 32 can be efficiently extracted from the side of the metal electrode 31 by mode conversion means provided at the interface between the organic EL layer and the metal electrode. it can. Furthermore, light can be efficiently emitted from the metal electrode 31 side by forming a laminated structure of a light-transmitting oxide such as ITO and a metal thin film such as Al or Li that has a low work function and facilitates electron injection. It can be taken out. Further, when a transparent electrode as the second electrode is used instead of the metal electrode, light can be efficiently extracted by the mode conversion means provided at the interface. Such unevenness can be obtained by forming an uneven surface by etching, nanoimprinting, soft lithography, or transferring the organic EL layer, and then laminating a metal electrode or a second electrode on the uneven surface.

従って、金属電極又は第二電極と有機EL層との界面にモード変換手段を備えることによって、透明電極導波モードや透明基板導波モードを放射モードに変換して、有機EL層で発光した光を金属電極の外部に効率的に取り出すことができる。なお、金属電極の側からのみ有機EL層で発光した光を取り出すときは、上記説明した透明基板に替えて、有機EL層で発光した光に対する透過性のない基板を使用することができる。   Therefore, by providing a mode conversion means at the interface between the metal electrode or the second electrode and the organic EL layer, the transparent electrode waveguide mode or the transparent substrate waveguide mode is converted into a radiation mode, and light emitted from the organic EL layer is emitted. Can be efficiently taken out of the metal electrode. When taking out light emitted from the organic EL layer only from the metal electrode side, a substrate that does not transmit light emitted from the organic EL layer can be used instead of the transparent substrate described above.

図47は、モード変換手段を金属電極31と金属電極31の外部との界面に設けた例である。金属電極をエバネッセント波が存在する領域と同程度かそれより薄く積層し、金属電極31の表面にエッチングやナノインプリンティング、転写を施すと、屈折率分布を持つ光学的構造を形成することができる。このような光学的構造に対して、導波モードの光が有機EL層32から染み出して、モード変換手段として機能する。従って、金属電極と金属電極の外部との界面にモード変換手段を備えることによって、透明電極導波モードや透明基板導波モードを放射モードに変換して、有機EL層で発光した光を透明基板の外部に効率的に取り出すことができる。   FIG. 47 shows an example in which the mode conversion means is provided at the interface between the metal electrode 31 and the outside of the metal electrode 31. An optical structure having a refractive index distribution can be formed by laminating a metal electrode as thin as an area where an evanescent wave exists or thinner and performing etching, nanoimprinting, or transfer on the surface of the metal electrode 31. . With respect to such an optical structure, guided mode light oozes out from the organic EL layer 32 and functions as a mode conversion means. Therefore, by providing a mode conversion means at the interface between the metal electrode and the outside of the metal electrode, the transparent electrode waveguide mode or the transparent substrate waveguide mode is converted into a radiation mode, and the light emitted from the organic EL layer is converted into a transparent substrate. Can be taken out efficiently.

また、金属電極31を薄い層状にすることによって、有機EL層32で発光した光を金属電極31の側から取り出すことができる。さらに、ITO等の透光性のある酸化物とAlやLi等の低仕事関数で電子注入の容易な金属薄膜との積層構造とすることによっても、金属電極31の側からも光を取り出すことができる。さらに、金属電極に替えて、第二電極としての透明電極とした場合も、界面に設けたモード変換手段で効率的に光を取り出すことができる。   Further, by making the metal electrode 31 into a thin layer, light emitted from the organic EL layer 32 can be extracted from the metal electrode 31 side. Furthermore, light can be extracted also from the side of the metal electrode 31 by forming a laminated structure of a light-transmitting oxide such as ITO and a metal thin film such as Al or Li with a low work function and easy electron injection. Can do. Further, when a transparent electrode as the second electrode is used instead of the metal electrode, light can be efficiently extracted by the mode conversion means provided at the interface.

従って、金属電極と金属電極の外部との界面、又は第二電極と第二電極の外部との界面にモード変換手段を備えることによって、透明電極導波モードや透明基板導波モードを放射モードに変換して、有機EL層で発光した光を金属電極又は第二電極の外部に効率的に取り出すことができる。   Therefore, by providing a mode conversion means at the interface between the metal electrode and the outside of the metal electrode, or at the interface between the second electrode and the outside of the second electrode, the transparent electrode waveguide mode or the transparent substrate waveguide mode is changed to the radiation mode. The light emitted from the organic EL layer after conversion can be efficiently extracted outside the metal electrode or the second electrode.

図45から図47に示した有機EL発光素子においても、金属電極又は第二電極の外側に保護膜としての透明絶縁膜を成膜することによって、金属電極又は第二電極や有機EL層を保護することができる。また、金属電極又は第二電極の外側に透明絶縁膜を有する有機EL発光素子において、透明絶縁膜が導波層として機能する場合は、図48に示すように、透明絶縁膜と外部との界面にモード変換手段を設けてもよい。図48において、31は金属電極、32は有機EL層、33は透明電極、34は透明基板、35は透明絶縁膜、41はモード変換手段である。金属電極又は第二電極の外側に透明絶縁膜を備える有機EL発光素子では、透明絶縁膜と外部との界面にモード変換手段を設けてもよい。モード変換手段としての規則性のある屈折率分布を持つ光学的構造は、1次元又は2次元の方向に規則性のある界面の凹凸で構成する。規則性のある界面の凹凸は、透明絶縁膜35の表面にエッチングやナノインプリンティング、ソフトリソグラフィ、転写を施すことによって形成することができる。   45 to 47 also protects the metal electrode or the second electrode and the organic EL layer by forming a transparent insulating film as a protective film outside the metal electrode or the second electrode. can do. Further, in the organic EL light emitting device having a transparent insulating film outside the metal electrode or the second electrode, when the transparent insulating film functions as a waveguide layer, as shown in FIG. 48, the interface between the transparent insulating film and the outside A mode conversion means may be provided. In FIG. 48, 31 is a metal electrode, 32 is an organic EL layer, 33 is a transparent electrode, 34 is a transparent substrate, 35 is a transparent insulating film, and 41 is a mode conversion means. In an organic EL light-emitting device including a transparent insulating film outside the metal electrode or the second electrode, mode conversion means may be provided at the interface between the transparent insulating film and the outside. The optical structure having a regular refractive index distribution as the mode conversion means is composed of irregularities on the interface having regularity in a one-dimensional or two-dimensional direction. The irregularities on the regular interface can be formed by performing etching, nanoimprinting, soft lithography, or transfer on the surface of the transparent insulating film 35.

透明絶縁膜と外部との界面にモード変換手段を設けることによって、透明絶縁膜内又は、透明絶縁膜を含む導波層での導波モードを放射モードに変換して、有機EL層で発光した光を透明絶縁膜又は透明基板の外部に効率的に取り出すことができる。   By providing mode conversion means at the interface between the transparent insulating film and the outside, the waveguide mode in the transparent insulating film or in the waveguide layer including the transparent insulating film is converted into a radiation mode, and light is emitted from the organic EL layer. Light can be efficiently extracted outside the transparent insulating film or the transparent substrate.

いわゆるトップエミッション型の有機EL発光素子では、基板と反対側から光を取り出すため、第二電極又は透明絶縁膜の外側に光学機能層としての光学フィルムを設けることがある。光学フィルムも導波層となりうるため、光学フィルムと光学フィルムの外部との界面に、1次元又は2次元の方向に規則性のある界面の凹凸でモード変換手段を構成することが好ましい。図49に光学フィルムと光学フィルムの外部との界面に規則性のある凹凸を設けた有機EL発光素子の例を示す。図49において、41はモード変換手段、44は基板、45は第一電極、46は有機EL層、47は第二電極、48は保護膜としての透明絶縁層、49は光学フィルムである。図49において、透明絶縁膜48を設けるか否かは任意である。   In a so-called top emission type organic EL light emitting device, an optical film as an optical functional layer may be provided outside the second electrode or the transparent insulating film in order to extract light from the side opposite to the substrate. Since the optical film can also be a waveguiding layer, it is preferable that the mode conversion means is constituted by irregularities of the interface having regularity in the one-dimensional or two-dimensional direction at the interface between the optical film and the outside of the optical film. FIG. 49 shows an example of an organic EL light emitting device in which regular irregularities are provided at the interface between the optical film and the outside of the optical film. In FIG. 49, 41 is a mode conversion means, 44 is a substrate, 45 is a first electrode, 46 is an organic EL layer, 47 is a second electrode, 48 is a transparent insulating layer as a protective film, and 49 is an optical film. In FIG. 49, whether or not to provide the transparent insulating film 48 is arbitrary.

いわゆるトップエミッション型の有機EL発光素子では、基板と反対側から光を取り出すため、第二電極又は透明絶縁膜の外側に光学機能層としての光学フィルムを設け、光学フィルムと光学フィルムの外部との界面に、1次元又は2次元の方向に規則性のある界面の凹凸でモード変換手段を構成することによって、導波モードを放射モードに変換して、有機EL層で発光した光を光学フィルムの外部に効率的に取り出すことができる。   In the so-called top emission type organic EL light emitting device, in order to extract light from the side opposite to the substrate, an optical film as an optical functional layer is provided outside the second electrode or the transparent insulating film, and the optical film and the outside of the optical film are provided. By forming a mode conversion means with irregularities of the interface having regularity in the one-dimensional or two-dimensional direction at the interface, the waveguide mode is converted into a radiation mode, and the light emitted from the organic EL layer is converted into the optical film. It can be taken out efficiently.

いわゆるボトムエミッション型の有機EL発光素子では、基板側から光を取り出すため、基板の外側に光学機能層としての光学フィルムを設けることがある。光学フィルムも導波層となりうるため、光学フィルムと光学フィルムの外部との界面に、1次元又は2次元の方向に規則性のある界面の凹凸でモード変換手段を構成することが好ましい。図50に光学フィルムと光学フィルムの外部との界面に規則性のある凹凸を設けた有機EL発光素子の例を示す。図50において、41はモード変換手段、34は透明基板、33は透明電極、32は有機EL層、31は金属電極、49は光学フィルムである。図50において、金属電極31の外側に透明絶縁膜を設けるか否かは任意である。   In so-called bottom emission type organic EL light emitting elements, an optical film as an optical functional layer may be provided outside the substrate in order to extract light from the substrate side. Since the optical film can also be a waveguiding layer, it is preferable that the mode conversion means is constituted by irregularities of the interface having regularity in the one-dimensional or two-dimensional direction at the interface between the optical film and the outside of the optical film. FIG. 50 shows an example of an organic EL light emitting device in which regular irregularities are provided at the interface between the optical film and the outside of the optical film. In FIG. 50, 41 is a mode conversion means, 34 is a transparent substrate, 33 is a transparent electrode, 32 is an organic EL layer, 31 is a metal electrode, and 49 is an optical film. In FIG. 50, whether or not to provide a transparent insulating film on the outside of the metal electrode 31 is arbitrary.

いわゆるボトムエミッション型の有機EL発光素子では、基板側から光を取り出すため、基板の外側に光学機能層としての光学フィルムを設け、光学フィルムと光学フィルムの外部との界面に、1次元又は2次元の方向に規則性のある界面の凹凸でモード変換手段を構成することによって、導波モードを放射モードに変換して、有機EL層で発光した光を光学フィルムの外部に効率的に取り出すことができる。   In so-called bottom emission type organic EL light emitting devices, an optical film as an optical functional layer is provided outside the substrate in order to extract light from the substrate side, and one-dimensional or two-dimensional is provided at the interface between the optical film and the outside of the optical film. By forming the mode conversion means with the irregularities of the interface having regularity in the direction, it is possible to convert the waveguide mode to the radiation mode and efficiently extract the light emitted from the organic EL layer to the outside of the optical film it can.

前述した図11から図50までのモード変換手段は組み合わせることによって、2以上のモード変換手段を有機EL発光素子に備えてもよい。また、2以上のモード変換手段は異なる規則性をもつ光学的構造であってもよい。各層での導波モードから放射モードへのモード変換に最適な構造を選択したり、異なる周期の光学的構造で協調して効率的に導波モードから放射モードへモード変換したりすることによって、より効率的に有機EL発光素子の光の取出し効率が向上する。   The organic EL light emitting element may be provided with two or more mode conversion means by combining the mode conversion means shown in FIGS. The two or more mode conversion means may be optical structures having different regularities. By selecting the optimal structure for the mode conversion from the guided mode to the radiation mode in each layer, or by efficiently converting the mode from the guided mode to the radiation mode in cooperation with optical structures with different periods, The light extraction efficiency of the organic EL light emitting device is more efficiently improved.

基板と第一電極との界面に凹凸を設けたり、異なる材料で屈折率分布を形成した結果、凹凸ができたりすると、その上面に形成する層にも、凹凸が転写されることがある。凹凸が転写される例を図51に示す。図51において、42は基板と第一電極との界面に設けたモード変換手段、44は基板、45は第一電極、46は有機EL層、47は第二電極、48は透明絶縁膜、49は光学フィルムである。基板44の上面に、エッチングやナノインプリンティグ、転写によって凹凸を形成する。凹凸を形成した上面に第一電極45を積層するときに、基板44と第一電極45との界面の凹凸が、第一電極45と有機EL層46との界面にも転写されることがある。第一電極45の厚さが薄いときに、下面の凹凸に沿って第一電極が積層される場合に転写される。   If irregularities are formed as a result of providing irregularities at the interface between the substrate and the first electrode or forming a refractive index distribution with different materials, the irregularities may be transferred to the layer formed on the upper surface. An example in which unevenness is transferred is shown in FIG. In FIG. 51, 42 is the mode conversion means provided at the interface between the substrate and the first electrode, 44 is the substrate, 45 is the first electrode, 46 is the organic EL layer, 47 is the second electrode, 48 is the transparent insulating film, 49 Is an optical film. Unevenness is formed on the upper surface of the substrate 44 by etching, nanoimprinting, or transfer. When the first electrode 45 is laminated on the upper surface on which the unevenness is formed, the unevenness at the interface between the substrate 44 and the first electrode 45 may be transferred to the interface between the first electrode 45 and the organic EL layer 46 in some cases. . When the first electrode 45 is thin, it is transferred when the first electrode is laminated along the unevenness of the lower surface.

この転写は、第一電極45と有機EL層46との界面にとどまらず、その上部に形成される層にまで及ぶことがある。また、基板と第一電極との界面に設けた凹凸ばかりでなく、他の層の内部や界面に設けた凹凸であっても、その上面に形成される層にまで及ぶことがある。このような凹凸は、1次元又は2次元の方向に規則性のある屈折率分布を持つ光学的構造体となる。但し、各層の周期が同じとなる。各層によって屈折率が異なると、各層によって実効波長が異なるため、各層によってゆらぎのある周期をもつことと等価になる。このため、有機EL層で発光する光の波長に広がりがあっても、有機EL発光素子の光取出し効率が向上する。また、有機EL発光素子から取り出す光の指向性を緩和することができる。   This transfer may extend not only to the interface between the first electrode 45 and the organic EL layer 46 but also to a layer formed on the upper portion thereof. Further, not only the unevenness provided at the interface between the substrate and the first electrode, but also the unevenness provided in the other layers or at the interface may reach the layer formed on the upper surface thereof. Such unevenness becomes an optical structure having a regular refractive index distribution in a one-dimensional or two-dimensional direction. However, the period of each layer is the same. If the refractive index is different for each layer, the effective wavelength is different for each layer, which is equivalent to having a period with fluctuations for each layer. For this reason, even if the wavelength of the light emitted from the organic EL layer is broadened, the light extraction efficiency of the organic EL light emitting element is improved. In addition, the directivity of light extracted from the organic EL light emitting element can be relaxed.

基板と光学機能層としての光学フィルムとの界面に凹凸を設けたり、異なる材料で屈折率分布を形成した結果、凹凸ができたりすると、光学フィルムの外側界面にも、凹凸が転写されることがある。凹凸が転写される例を図52に示す。図52において、31は金属電極、32は有機EL層、33は透明電極、34は透明基板、42は透明基板と光学フィルムとの界面に設けたモード変換手段、49は光学フィルムである。透明基板34の外面に、エッチングやナノインプリンティグ、転写によって凹凸を形成する。凹凸を形成した上面に光学フィルムを形成するときに、透明基板34と光学フィルム49との界面の凹凸が光学フィルム49と光学フィルム49の外部との界面にも転写されることがある。光学フィルム49の厚さが薄いときに、透明基板の凹凸に沿って光学フィルムが形成される場合に転写される。   If the surface of the substrate and the optical film as the optical functional layer is uneven, or if the surface is uneven as a result of forming a refractive index distribution with different materials, the unevenness may be transferred to the outer interface of the optical film. is there. An example in which the unevenness is transferred is shown in FIG. 52, 31 is a metal electrode, 32 is an organic EL layer, 33 is a transparent electrode, 34 is a transparent substrate, 42 is a mode conversion means provided at the interface between the transparent substrate and the optical film, and 49 is an optical film. Unevenness is formed on the outer surface of the transparent substrate 34 by etching, nanoimprinting, or transfer. When the optical film is formed on the upper surface on which the unevenness is formed, the unevenness at the interface between the transparent substrate 34 and the optical film 49 may be transferred to the interface between the optical film 49 and the outside of the optical film 49 in some cases. When the optical film 49 is thin, it is transferred when the optical film is formed along the unevenness of the transparent substrate.

透明基板と光学フィルムとの界面に設けた凹凸ばかりでなく、他の層の内部や界面に設けた凹凸であっても、光学フィルムにまで及ぶことがある。このような凹凸は、1次元又は2次元の方向に規則性のある屈折率分布を持つ光学的構造体となる。但し、各層の周期が同じとなる。各層によって屈折率が異なると、各層によって実効波長が異なるため、各層によってゆらぎのある周期をもつことと等価になる。このため、有機EL層で発光する光の波長に広がりがあっても、有機EL発光素子の光取出し効率が向上する。また、有機EL発光素子から取り出す光の指向性を緩和することができる。   Not only the unevenness provided at the interface between the transparent substrate and the optical film, but also the unevenness provided in the inside of other layers or at the interface may reach the optical film. Such unevenness becomes an optical structure having a regular refractive index distribution in a one-dimensional or two-dimensional direction. However, the period of each layer is the same. If the refractive index is different for each layer, the effective wavelength is different for each layer, which is equivalent to having a period with fluctuations for each layer. For this reason, even if the wavelength of the light emitted from the organic EL layer is broadened, the light extraction efficiency of the organic EL light emitting element is improved. In addition, the directivity of light extracted from the organic EL light emitting element can be relaxed.

2以上のモード変換手段を同じ層に備えてもよい。図53は2以上のモード交換手段を持つ有機EL発光素子を発光面に垂直な方向から見た透視図である。図54は、図53におけるA−A’線での断面図である。図53、図54において、51、52はモード変換手段である。図53、図54とも有機EL発光素子の他の要素は省略している。図53、図54において、1段目と2段目で間隔の異なる四方格子としている。例えば、1段目の縦横方向が実効波長で、2段目が斜め方向で実効波長となるようにしてもよい。構造は四方格子ばかりでなく、前述したような三方格子や六方格子等であってもよい。また、1段目と2段目で異なる形状としてもよい。   Two or more mode conversion means may be provided in the same layer. FIG. 53 is a perspective view of an organic EL light emitting device having two or more mode exchange means as seen from a direction perpendicular to the light emitting surface. 54 is a cross-sectional view taken along line A-A ′ in FIG. 53. 53 and 54, reference numerals 51 and 52 denote mode conversion means. In FIG. 53 and FIG. 54, other elements of the organic EL light emitting element are omitted. In FIG. 53 and FIG. 54, a tetragonal lattice with different intervals is used in the first stage and the second stage. For example, the vertical and horizontal directions of the first stage may be effective wavelengths, and the second stage may be effective wavelengths in an oblique direction. The structure may be not only a tetragonal lattice but also a trigonal lattice or a hexagonal lattice as described above. Moreover, it is good also as a different shape in the 1st step and the 2nd step.

図53、図54では積層構造としたが、同一平面上に重なるように周期の異なるモード変換手段を設けてもよい。2以上のモード変換手段を同じ層に備えることによって、異なる周期の光学的構造で協調して効率的に導波モードから放射モードへモード変換したりすることによって、より効率的に有機EL発光素子の光の取出し効率が向上し、また、取出し方向の指向性を緩和する。   In FIGS. 53 and 54, a laminated structure is used, but mode conversion means having different periods may be provided so as to overlap on the same plane. By providing two or more mode conversion means in the same layer, the organic EL light-emitting device can be more efficiently converted by efficiently performing mode conversion from the waveguide mode to the radiation mode in cooperation with optical structures having different periods. The light extraction efficiency is improved, and the directivity in the extraction direction is reduced.

モード変換手段として、規則性のある屈折率分布を持つ光学的構造を形成したときの導波モードの伝搬特性を図55に示す。図55において、横軸は波長、縦軸は波長に対する導波モードの伝搬損失である。屈折率分布の周期を光の実効波長程度にすると、特定の波長をもった光の伝搬を抑制するという性質を有する。伝搬が抑制される波長では、導波モードから放射モードに変換されるため、図55に示すような特定の波長で伝搬損失が大きくなる。しかし、実際の発光素子では、発光波長に波長広がりがあるため、伝搬が抑制される波長範囲を広げる必要がある。   FIG. 55 shows the propagation characteristics of the waveguide mode when an optical structure having a regular refractive index distribution is formed as the mode conversion means. In FIG. 55, the horizontal axis represents the wavelength, and the vertical axis represents the propagation loss of the waveguide mode with respect to the wavelength. When the period of the refractive index distribution is about the effective wavelength of light, it has the property of suppressing the propagation of light having a specific wavelength. At a wavelength at which propagation is suppressed, since the waveguide mode is converted to the radiation mode, propagation loss increases at a specific wavelength as shown in FIG. However, in an actual light emitting element, since the emission wavelength has a wavelength broadening, it is necessary to widen the wavelength range in which propagation is suppressed.

例えば、規則的な周期に加えてその周期の4分の1以下のゆらぎを持たせることによって、伝搬が抑制される波長範囲が広がる。発光素子の発光波長に合わせて、伝搬が抑制される波長を図56に示すような波長特性とすると、波長広がりのある発光素子であっても、発光する光に対して導波モードを放射モードに変換することができる。また、有機EL発光素子からの光の取出し方向の指向性を緩和することができる。   For example, in addition to the regular period, the wavelength range in which the propagation is suppressed is widened by providing fluctuations of ¼ or less of the period. If the wavelength whose propagation is suppressed is set to the wavelength characteristic as shown in FIG. 56 in accordance with the emission wavelength of the light emitting element, the waveguide mode is set to the radiation mode for the emitted light even if the light emitting element has a broad wavelength. Can be converted to In addition, the directivity of the light extraction direction from the organic EL light emitting element can be reduced.

また、規則的な周期とその周期の4分の1以下のゆらぎが混在しても、同様の効果が得られる。さらに、周期が徐々に変化するような規則であっても、同様の効果が得られる。   The same effect can be obtained even if a regular cycle and fluctuations of ¼ or less of the cycle are mixed. Further, the same effect can be obtained even if the rule is such that the period gradually changes.

有機EL発光素子をカラーディスプレイに適用する場合には、発光させる波長に応じた材料で有機EL層を形成する。一般的なフルカラーディスプレイの絵素の構成を図57に示す。図57において、R、G、Bで発光する領域が交互に配置された絵素が発光することによって、フルカラーで表示することができる。このような、フルカラーの有機EL発光素子において、モード変換手段をR、G、Bで区別することなく共通の規則性のある屈折率分布を持つ光学的構造としてもよい。この場合は、R、G、Bごとにモード変換手段の構造を変える必要はない。   When the organic EL light emitting element is applied to a color display, the organic EL layer is formed with a material corresponding to the wavelength to emit light. FIG. 57 shows a configuration of a picture element of a general full color display. In FIG. 57, a picture element in which regions emitting light of R, G, and B are alternately arranged emits light, whereby a full color display is possible. In such a full-color organic EL light emitting device, the mode conversion means may have an optical structure having a common regular refractive index distribution without distinguishing between R, G, and B. In this case, it is not necessary to change the structure of the mode conversion means for each of R, G, and B.

一方、R、G、Bの発光領域ごとに発光波長に対応した規則性のある屈折率分布を持つ構造としてもよい。この場合は、発光領域ごとに発光する光の波長対応した周期を持たせることになる。発光領域ごとに周期が異なるため、屈折率分布の構造は複雑になるが、発光する波長に最適な構造とすることができる。   On the other hand, a structure having a regular refractive index distribution corresponding to the emission wavelength for each of the R, G, and B emission regions may be used. In this case, each light emitting region has a period corresponding to the wavelength of the emitted light. Since the period is different for each light emitting region, the structure of the refractive index distribution is complicated, but the structure optimal for the wavelength of light emission can be obtained.

次に、本願発明の有機EL発光素子の製造方法について説明する。ここでは、基板又は/及び有機EL層の表面にナノインプリンティングでモード変換手段を形成する。まず、基板の表面にナノインプリンティングでモード変換手段を形成する。基板がガラス基板の場合は、Si又はSiCで形成した型をガラス基板に加熱して押圧する。加熱温度は例えば、材料がポリマの場合は150℃、ガラスの場合は350℃である。押圧力は例えば、材料がポリマの場合は1.5N/mm、ガラスの場合は2.5N/mmである。 Next, the manufacturing method of the organic EL light emitting device of the present invention will be described. Here, the mode conversion means is formed by nanoimprinting on the surface of the substrate or / and the organic EL layer. First, mode conversion means is formed on the surface of the substrate by nanoimprinting. When the substrate is a glass substrate, a mold formed of Si or SiC is heated and pressed against the glass substrate. The heating temperature is, for example, 150 ° C. when the material is a polymer and 350 ° C. when the material is glass. Pressing force, for example, if the material is a polymer 1.5 N / mm 2, in the case of glass which is 2.5 N / mm 2.

基板表面にモード変換手段としての凹凸を形成した後、基板を洗浄し、不要な汚染を除去する。基板としてSiを使用する場合は少なくとも、有機EL発光素子を形成する面を熱蒸気で酸化させる。基板上にITO又は電極となる金属をスパッタで積層する。ITO又は電極となる金属の層厚は100から150nmである。ITO又は金属をパターニングするためにレジスト膜をスピンコート法で成膜する。レジスト膜の材料としては、後述の電子ビーム描画の場合はPMMAが適用できる。膜厚は0.3〜1μmである。エッチングパターンの形成にはフォトリソグラフィ法や電子ビーム描画法が適用できる。エッチングパターン形成後、エッチングにより、ITO又は金属を電極パターンに仕上げる。エッチングには誘電結合型のプラズマエッチングが好ましい。エッチング後には、レジストを除去する。レジスト除去には酸素プラズマ除去法や溶液除去法が適用できる。   After forming irregularities as mode conversion means on the substrate surface, the substrate is washed to remove unnecessary contamination. When Si is used as the substrate, at least the surface on which the organic EL light emitting element is formed is oxidized with thermal steam. ITO or a metal to be an electrode is laminated on the substrate by sputtering. The layer thickness of the ITO or electrode metal is 100 to 150 nm. A resist film is formed by spin coating in order to pattern ITO or metal. As a material for the resist film, PMMA can be applied in the case of electron beam lithography described later. The film thickness is 0.3-1 μm. Photolithography or electron beam lithography can be applied to form the etching pattern. After forming the etching pattern, ITO or metal is finished into an electrode pattern by etching. For the etching, dielectric coupling type plasma etching is preferable. After the etching, the resist is removed. An oxygen plasma removal method or a solution removal method can be applied to the resist removal.

ITO電極又は金属電極の上面に有機EL層を形成する。有機EL層は必要により正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層、電子注入層を積層する。   An organic EL layer is formed on the top surface of the ITO electrode or metal electrode. The organic EL layer is laminated with a hole injection layer, a hole transport layer, an electron transport layer, and an electron injection layer as necessary.

正孔注入層、正孔輸送層の材料としては、Pentacene、Tetracene、Anthracene、Phthalocyanine、α−Sexithiophene、α,ω−Dihexyl−sexithiophene、Oligophenylene、Oligopheylenevinilene、Dihexyl−Anthradithiophene、Bis(dithienothiophene)、Poly(3−hexylthiophene)、Poly(3−butylthiophene)、Poly(phenylenevinilene、Poly(thienylenevinilene)、Polyacetylene、α,ω−Dihexyl−quinquethiophene、TPD、α−NPD、m−MTDATA、TPAC、TCTA、Polyvinylcarbozole、PDA、CuPc、STB、MTDATA、PEDOT−PSS、TPDPES−TBPAHなどを例示することができる。   As materials for the hole injection layer and the hole transport layer, Pentacene, Tetracene, Anthracene, Phthalocyanine, α-Sexithiophene, α, ω-Diethylenthiophene, Oligopheneylene, Oligophenylene, Oligophenylene -Hexylthiophene), Poly (3-butylthiophene), Poly (phenylenevinylene, Poly (thienylenevinylene), Polyacetylene, α, ω-Dihexyl-quinquethione, PD, α PD, m-MTDATA, it TPAC, TCTA, Polyvinylcarbozole, PDA, CuPc, STB, MTDATA, PEDOT-PSS, be exemplified a TPDPES-TBPAH.

電子注入層、電子輸送層の材料としては、C−PTC、C−PTC、C12−PTC、C13−PTC、Bu−PTC、FBu−PTC*、Ph−PTC、FPh−PTC*、PTCBI、PTCDI、TCNQ、C60フラーレン、BCP、Alq3、PBD、OXD、TAZ、TPOB、ZnPBO、BCP、OXD−7、Bphen、ZnPBO等のフェナントロリン誘導体などを例示することができる。 Electron injection layer, the material of the electron transport layer, C 6 -PTC, C 8 -PTC , C 12 -PTC, C 13 -PTC, Bu-PTC, F 7 Bu-PTC *, Ph-PTC, F 5 Ph -PTC *, can PTCBI, PTCDI, TCNQ, C 60 fullerene, BCP, Alq3, PBD, OXD , TAZ, TPOB, ZnPBO, BCP, OXD-7, Bphen, be exemplified a phenanthroline derivative such as ZnPBO.

有機EL層の積層方法としては、スピンコート法、真空蒸着法、塗布法、インクジェット法がある。積層厚は5nmから3000nmである。有機EL層の表面にモード変換手段を形成する場合には、ナノインプリンティングが適している。有機EL層に加熱して押圧する。加熱温度は室温でもよい。押圧力は例えば、200N/mmである。 As a method for laminating the organic EL layer, there are a spin coating method, a vacuum deposition method, a coating method, and an ink jet method. The stack thickness is 5 nm to 3000 nm. Nanoimprinting is suitable when mode conversion means is formed on the surface of the organic EL layer. The organic EL layer is heated and pressed. The heating temperature may be room temperature. The pressing force is, for example, 200 N / mm 2 .

有機EL層の上面に、金属電極やITO電極を形成する。形成方法は、基板上に形成するITO電極や金属電極の形成方法とほぼ同様である。   A metal electrode or ITO electrode is formed on the upper surface of the organic EL layer. The formation method is almost the same as the formation method of the ITO electrode or metal electrode formed on the substrate.

必要により保護膜としての透明絶縁膜を積層する。これらの透明絶縁膜はSiO、SiN、SiON、SiC、Al、AlN、ZnO、MgO、TiO、ZrO、AlO、Ta、TaO、YO、WO等を材料としてスパッタリング、蒸着、蒸着重合、電子ビーム蒸着、プラズマ蒸着、イオンプレーティング、CVD、プラズマCVD、熱CVD等により形成することができる。また、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリパラキシレン、フッ素系高分子、ポリイミド前駆体を塗布したり、スピンコートしたりした上で紫外線硬化することによっても、形成することができる。 If necessary, a transparent insulating film as a protective film is laminated. These transparent insulating film SiO x, SiN x, SiON, SiC, Al 2 O 3, AlN, ZnO, MgO x, TiO x, ZrO x, AlO x, Ta 2 O 5, TaO x, YO x, WO x Or the like as a material can be formed by sputtering, vapor deposition, vapor deposition polymerization, electron beam vapor deposition, plasma vapor deposition, ion plating, CVD, plasma CVD, thermal CVD, or the like. Moreover, it can also form by apply | coating an epoxy resin, an acrylic resin, a polyparaxylene, a fluorine-type polymer, a polyimide precursor, or spin-coating and ultraviolet-curing.

有機EL発光素子の表面に光学機能素子としての光学フィルムを形成する場合は、PMMA(Poly Methylmethacrylate)、TAC(Triacetate)、PVA(Polyvinyl Alcohol)、PC(Polycarbonate)、アクリル、ポリエチレンテレフタラート、ポリビニレン、トラアセチルセルロース、シクロオレフィン、紫外線硬化樹脂、液晶性ポリマ等を塗布やスピンコート法によって、あるいは、これらの材料を2軸延伸、キャスト法、押し出し法によりシート状にし、加熱貼り付けしたり、粘着剤貼り付けしたりして 有機EL発光素子に形成することができる。光学フィルムの内部や界面のモード変換手段は、フォトリソグラフィ、ソフトリソグラフィ、転写法等によって形成することができる。   When forming an optical film as an optical functional element on the surface of the organic EL light emitting element, PMMA (Poly Methylmethacrylate), TAC (Triacetate), PVA (Polyvinyl Alcohol), PC (Polycarbonate), acrylic, polyethylene terephthalate, polyvinylene, Applying or spin-coating traacetylcellulose, cycloolefin, UV curable resin, liquid crystalline polymer, etc., or bi-axially stretching, casting, or extruding these materials and sticking them together by heating or sticking It can be formed into an organic EL light emitting element by attaching an agent. The mode conversion means inside the optical film or at the interface can be formed by photolithography, soft lithography, transfer method or the like.

本願発明の有機EL発光装置は有機EL発光装置に適用することができる。また、本願発明の発光素子は、有機EL発光装置のみならず広く平面ディスプレイ装置に適用することができる。   The organic EL light emitting device of the present invention can be applied to an organic EL light emitting device. Moreover, the light emitting element of the present invention can be widely applied to not only an organic EL light emitting device but also a flat display device.

透明電極に閉じ込められた透明電極導波モードの電界分布を表す図である。It is a figure showing the electric field distribution of the transparent electrode waveguide mode confined by the transparent electrode. 従来技術である透明電極と透明基板の境界に集光用レンズを設けた技術を説明する図である。It is a figure explaining the technique which provided the condensing lens in the boundary of the transparent electrode and transparent substrate which is a prior art. 本願発明の基本原理を説明する図である。It is a figure explaining the basic principle of this invention. 1次元の方向に規則性のある屈折率分布を持つ光学的構造の例を説明する図である。It is a figure explaining the example of the optical structure which has a refractive index distribution with regularity in a one-dimensional direction. 2次元の方向に規則性のある屈折率分布を持つ光学的構造の例を説明する図である。It is a figure explaining the example of the optical structure which has a refractive index distribution with regularity in a two-dimensional direction. マトリクス状に配置した2次元の方向に規則性のある屈折率分布を持つ光学的構造の例を説明する図である。It is a figure explaining the example of the optical structure which has a regular refractive index distribution in the two-dimensional direction arrange | positioned at matrix form. モード変換手段として、光学的構造体を正方格子配置した例を説明する図である。It is a figure explaining the example which arranged the square lattice of the optical structure as a mode conversion means. モード変換手段として、光学的構造体を三角格子配置した例を説明する図である。It is a figure explaining the example which arranged the triangular structure of the optical structure as a mode conversion means. モード変換手段として、光学的構造体をハニカム配置した例を説明する図である。It is a figure explaining the example which arrange | positioned the optical structure as a mode conversion means as a honeycomb. モード変換手段として、有限個数の単位要素で平面を埋め尽くすことのできる配置とした例を説明する図である。It is a figure explaining the example made into the arrangement | positioning which can fill a plane with a finite number of unit elements as a mode conversion means. モード変換手段を透明基板の内部に備えた有機EL発光素子の例を説明する図である。It is a figure explaining the example of the organic electroluminescent light emitting element provided with the mode conversion means inside the transparent substrate. モード変換手段を透明基板と透明基板の外部との界面に備える有機EL発光素子の例を説明する図である。It is a figure explaining the example of an organic electroluminescent light emitting element provided with the mode conversion means in the interface of a transparent substrate and the exterior of a transparent substrate. モード変換手段を透明基板と透明基板の外部との界面に備える有機EL発光素子の例を説明する図である。It is a figure explaining the example of an organic electroluminescent light emitting element provided with the mode conversion means in the interface of a transparent substrate and the exterior of a transparent substrate. モード変換手段を透明基板と透明基板の外部との界面に備える有機EL発光素子の例を説明する図である。It is a figure explaining the example of an organic electroluminescent light emitting element provided with the mode conversion means in the interface of a transparent substrate and the exterior of a transparent substrate. モード変換手段を透明電極の内部に備えた有機EL発光素子の例を説明する図である。It is a figure explaining the example of the organic electroluminescent light emitting element which provided the mode conversion means inside the transparent electrode. モード変換手段を透明電極と透明基板との界面に備える有機EL発光素子の例を説明する図である。It is a figure explaining the example of an organic electroluminescent light emitting element provided with the mode conversion means in the interface of a transparent electrode and a transparent substrate. モード変換手段を透明電極と透明基板との界面に備える有機EL発光素子の例を説明する図である。It is a figure explaining the example of an organic electroluminescent light emitting element provided with the mode conversion means in the interface of a transparent electrode and a transparent substrate. モード変換手段を透明電極と透明基板との界面に備える有機EL発光素子の例を説明する図である。It is a figure explaining the example of an organic electroluminescent light emitting element provided with the mode conversion means in the interface of a transparent electrode and a transparent substrate. モード変換手段を有機EL層の内部に備える有機EL発光素子の例を説明する図である。It is a figure explaining the example of an organic EL light emitting element provided with a mode conversion means inside an organic EL layer. モード変換手段を有機EL層と透明電極との界面に備える有機EL発光素子の例を説明する図である。It is a figure explaining the example of an organic electroluminescent light emitting element provided with the mode conversion means in the interface of an organic electroluminescent layer and a transparent electrode. モード変換手段を有機EL層と透明電極との界面に備える有機EL発光素子の例を説明する図である。It is a figure explaining the example of an organic electroluminescent light emitting element provided with the mode conversion means in the interface of an organic electroluminescent layer and a transparent electrode. モード変換手段を有機EL層と透明電極との界面に備える有機EL発光素子の例を説明する図である。It is a figure explaining the example of an organic electroluminescent light emitting element provided with the mode conversion means in the interface of an organic electroluminescent layer and a transparent electrode. モード変換手段を金属電極の内部に備える有機EL発光素子の例を説明する図である。It is a figure explaining the example of an organic electroluminescent light emitting element provided with a mode conversion means inside a metal electrode. モード変換手段を金属電極と有機EL層との界面に備える有機EL発光素子の例を説明する図である。It is a figure explaining the example of an organic EL light emitting element provided with the mode conversion means in the interface of a metal electrode and an organic EL layer. モード変換手段を金属電極と有機EL層との界面に備える有機EL発光素子の例を説明する図である。It is a figure explaining the example of an organic EL light emitting element provided with the mode conversion means in the interface of a metal electrode and an organic EL layer. モード変換手段を金属電極と有機EL層との界面に備える有機EL発光素子の例を説明する図である。It is a figure explaining the example of an organic EL light emitting element provided with the mode conversion means in the interface of a metal electrode and an organic EL layer. モード変換手段を金属電極と金属電極の外部との界面に備える有機EL発光素子の例を説明する図である。It is a figure explaining the example of an organic electroluminescent light emitting element provided with the mode conversion means in the interface of a metal electrode and the exterior of a metal electrode. モード変換手段を金属電極と金属電極の外部との界面に備える有機EL発光素子の例を説明する図である。It is a figure explaining the example of an organic electroluminescent light emitting element provided with the mode conversion means in the interface of a metal electrode and the exterior of a metal electrode. モード変換手段を金属電極と金属電極の外部との界面に備える有機EL発光素子の例を説明する図である。It is a figure explaining the example of an organic electroluminescent light emitting element provided with the mode conversion means in the interface of a metal electrode and the exterior of a metal electrode. モード変換手段を金属電極と透明絶縁膜との界面に備える有機EL発光素子の例を説明する図である。It is a figure explaining the example of an organic EL light emitting element provided with the mode conversion means in the interface of a metal electrode and a transparent insulating film. モード変換手段を金属電極と透明絶縁膜との界面に備える有機EL発光素子の例を説明する図である。It is a figure explaining the example of an organic EL light emitting element provided with the mode conversion means in the interface of a metal electrode and a transparent insulating film. モード変換手段を金属電極と透明絶縁膜との界面に備える有機EL発光素子の例を説明する図である。It is a figure explaining the example of an organic EL light emitting element provided with the mode conversion means in the interface of a metal electrode and a transparent insulating film. モード変換手段を透明絶縁膜の内部に備える有機EL発光素子の例を説明する図である。It is a figure explaining the example of an organic electroluminescent light emitting element provided with a mode conversion means inside a transparent insulating film. モード変換手段を透明絶縁膜と透明絶縁膜の外部との界面に備える有機EL発光素子の例を説明する図である。It is a figure explaining the example of an organic electroluminescent light emitting element provided with the mode conversion means in the interface of a transparent insulating film and the exterior of a transparent insulating film. モード変換手段を透明絶縁膜と透明絶縁膜の外部との界面に備える有機EL発光素子の例を説明する図である。It is a figure explaining the example of an organic electroluminescent light emitting element provided with the mode conversion means in the interface of a transparent insulating film and the exterior of a transparent insulating film. モード変換手段を透明絶縁膜と透明絶縁膜の外部との界面に備える有機EL発光素子の例を説明する図である。It is a figure explaining the example of an organic electroluminescent light emitting element provided with the mode conversion means in the interface of a transparent insulating film and the exterior of a transparent insulating film. モード変換手段を光学フィルムの内部に備える有機EL発光素子の例を説明する図である。It is a figure explaining the example of an organic electroluminescent light emitting element which equips the inside of an optical film with a mode conversion means. モード変換手段を光学フィルムと透明絶縁膜との界面に備える有機EL発光素子の例を説明する図である。It is a figure explaining the example of an organic electroluminescent light emitting element provided with the mode conversion means in the interface of an optical film and a transparent insulating film. モード変換手段を光学フィルムと光学フィルムの外部との界面に備える有機EL発光素子の例を説明する図である。It is a figure explaining the example of an organic electroluminescent light emitting element provided with the mode conversion means in the interface of an optical film and the exterior of an optical film. モード変換手段を光学フィルムの内部に備える有機EL発光素子の例を説明する図である。It is a figure explaining the example of an organic electroluminescent light emitting element which equips the inside of an optical film with a mode conversion means. モード変換手段を光学フィルムと光学フィルムの外部との界面に備える有機EL発光素子の例を説明する図である。It is a figure explaining the example of an organic electroluminescent light emitting element provided with the mode conversion means in the interface of an optical film and the exterior of an optical film. モード変換手段を光学フィルムと透明基板との界面に備える有機EL発光素子の例を説明する図である。It is a figure explaining the example of an organic electroluminescent light emitting element provided with the mode conversion means in the interface of an optical film and a transparent substrate. モード変換手段を透明基板と透明基板の外部との界面に備える有機EL発光素子の例を説明する図である。It is a figure explaining the example of an organic electroluminescent light emitting element provided with the mode conversion means in the interface of a transparent substrate and the exterior of a transparent substrate. モード変換手段を透明電極と透明基板との界面に備える有機EL発光素子の例を説明する図である。It is a figure explaining the example of an organic electroluminescent light emitting element provided with the mode conversion means in the interface of a transparent electrode and a transparent substrate. モード変換手段を透明電極と有機EL層との界面に備える有機EL発光素子の例を説明する図である。It is a figure explaining the example of an organic electroluminescent light emitting element provided with the mode conversion means in the interface of a transparent electrode and an organic electroluminescent layer. モード変換手段を有機EL層と金属電極との界面に備える有機EL発光素子の例を説明する図である。It is a figure explaining the example of an organic EL light emitting element provided with the mode conversion means in the interface of an organic EL layer and a metal electrode. モード変換手段を金属電極と金属電極の外部との界面に備える有機EL発光素子の例を説明する図である。It is a figure explaining the example of an organic electroluminescent light emitting element provided with the mode conversion means in the interface of a metal electrode and the exterior of a metal electrode. モード変換手段を透明絶縁膜と透明絶縁膜の外部との界面に備える有機EL発光素子の例を説明する図である。It is a figure explaining the example of an organic electroluminescent light emitting element provided with the mode conversion means in the interface of a transparent insulating film and the exterior of a transparent insulating film. モード変換手段を光学フィルムと光学フィルムの外部との界面に備える有機EL発光素子の例を説明する図である。It is a figure explaining the example of an organic electroluminescent light emitting element provided with the mode conversion means in the interface of an optical film and the exterior of an optical film. モード変換手段を光学フィルムと光学フィルムの外部との界面に備える有機EL発光素子の例を説明する図である。It is a figure explaining the example of an organic electroluminescent light emitting element provided with the mode conversion means in the interface of an optical film and the exterior of an optical film. モード変換手段を基板と第一電極との界面に備える有機EL発光素子の例を説明する図である。It is a figure explaining the example of an organic electroluminescent element provided with the mode conversion means in the interface of a board | substrate and a 1st electrode. モード変換手段を透明基板と光学フィルムとの界面に備える有機EL発光素子の例を説明する図である。It is a figure explaining the example of an organic electroluminescent light emitting element provided with the mode conversion means in the interface of a transparent substrate and an optical film. 二段のモード変換手段を備える有機EL発光素子の例を説明する平面図である。It is a top view explaining the example of an organic electroluminescent light emitting element provided with a two-stage mode conversion means. 二段のモード変換手段を備える有機EL発光素子の例を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the example of an organic electroluminescent light emitting element provided with a two-stage mode conversion means. モード変換手段として、規則性のある屈折率分布を持つ光学的構造を形成したときの導波モードの伝搬特性を説明する図である。It is a figure explaining the propagation characteristic of a waveguide mode when an optical structure with a regular refractive index distribution is formed as mode conversion means. 伝搬が抑制される波長を広げた導波モードの伝搬特性を説明する図である。It is a figure explaining the propagation characteristic of the waveguide mode which extended the wavelength from which propagation is suppressed. フルカラーディスプレイの絵素を説明する図である。It is a figure explaining the picture element of a full color display.

符号の説明Explanation of symbols

22 導波モード
23 放射モード
25 光学的構造体
31 金属電極
32 有機EL層
33 透明電極
34 透明基板
35 透明絶縁膜
41 モード変換手段
44 基板、
45 第一電極、
46 有機EL層、
47 第二電極、
48 透明絶縁層、
49 光学フィルム
81 ガラス基板
82 透明電極
83 有機EL層
84 集光用レンズ
22 waveguide mode 23 radiation mode 25 optical structure 31 metal electrode 32 organic EL layer 33 transparent electrode 34 transparent substrate 35 transparent insulating film 41 mode conversion means 44 substrate,
45 first electrode,
46 organic EL layer,
47 Second electrode,
48 transparent insulation layer,
49 Optical film 81 Glass substrate 82 Transparent electrode 83 Organic EL layer 84 Condensing lens

Claims (28)

基板上に、少なくとも、第一の電極と、有機エレクトロルミネセンス層と、該第一の電極に対向する第二の電極と、を順に有する有機エレクトロルミネセンス発光素子であって、該基板の内部、該第一の電極の内部、該有機エレクトロルミネセンス層の内部、該第二の電極の内部、該基板と該基板の外部との界面、該基板と該第一の電極との界面、該第一の電極と該有機エレクトロルミネセンス層との界面、該有機エレクトロルミネセンス層と該第二の電極との界面、又は該第二の電極と該第二の電極の外部との界面のうち少なくとも1に導波モードから放射モードへ変換するモード変換手段を備え、
前記モード変換手段が、1次元、2次元、又は3次元の方向に、前記有機エレクトロルミネセンス層で発光する光の実効波長程度の周期の規則性のある屈折率分布を持つ光学的構造であり、
前記規則性は前記有機エレクトロルミネセンス層で発光する光の実効波長程度の周期に対して周期の4分の1以下のゆらぎを持ち、
前記モード変換手段が、2次元の方向に規則性のある屈折率分布を持つ光学的構造を少なくとも2以上有し、該光学的構造の規則性が該光学的構造ごとに前記ゆらぎの範囲内で異なる周期を持つ
ことを特徴とする有機エレクトロルミネセンス発光素子。
An organic electroluminescence light-emitting device comprising, in order, at least a first electrode, an organic electroluminescence layer, and a second electrode facing the first electrode on a substrate, the interior of the substrate The inside of the first electrode, the inside of the organic electroluminescent layer, the inside of the second electrode, the interface between the substrate and the outside of the substrate, the interface between the substrate and the first electrode, Of the interface between the first electrode and the organic electroluminescent layer, the interface between the organic electroluminescent layer and the second electrode, or the interface between the second electrode and the outside of the second electrode Comprising at least one mode conversion means for converting the waveguide mode to the radiation mode;
The mode conversion means is an optical structure having a refractive index distribution having a regularity of a period of about the effective wavelength of light emitted from the organic electroluminescence layer in a one-dimensional, two-dimensional, or three-dimensional direction. The
The regularity has a fluctuation of ¼ or less of a period with respect to a period of an effective wavelength of light emitted from the organic electroluminescence layer,
The mode converting means has at least two or more optical structures having a regular refractive index distribution in a two-dimensional direction, and the regularity of the optical structures is within the range of the fluctuation for each optical structure. An organic electroluminescence light-emitting element characterized by having different periods .
前記第二電極が透明電極、薄膜金属電極、又は透明電極と該透明電極の有機エレクトロルミネセンス層の側に薄膜金属を配置した電極であることを特徴とする請求項に記載の有機エレクトロルミネセンス発光素子。 2. The organic electroluminescence according to claim 1 , wherein the second electrode is a transparent electrode, a thin film metal electrode, or an electrode in which a thin film metal is disposed on the transparent electrode and the organic electroluminescence layer side of the transparent electrode. Sense light emitting element. 前記基板の外表面又は前記第二の電極の外表面に、導波モードから放射モードへ変換するモード変換手段を備える光学機能層をさらに有することを特徴とする請求項に記載の有機エレクトロルミネセンス発光素子。 2. The organic electroluminescent layer according to claim 1 , further comprising an optical functional layer provided with a mode conversion unit that converts a waveguide mode into a radiation mode on the outer surface of the substrate or the outer surface of the second electrode. Sense light emitting element. 基板上に、少なくとも、第一の電極と、有機エレクトロルミネセンス層と、該第一の電極に対向する第二の電極と、を順に有し、かつ、該基板上のいずれかに1以上の導波層を有する有機エレクトロルミネセンス発光素子であって、該基板の内部、該第一の電極の内部、該有機エレクトロルミネセンス層の内部、該第二の電極の内部、該導波層の内部、該基板と該基板の外部との界面、該基板と該第一の電極との界面、該第一の電極と該有機エレクトロルミネセンス層との界面、該有機エレクトロルミネセンス層と該第二の電極との界面、該第二の電極と該第二の電極の外部との界面、該基板と該導波層との界面、該第一の電極と該導波層との界面、該有機エレクトロルミネセンス層と該導波層との界面、該第二の電極と該導波層との界面、該導波層と該導波層の外部との界面、又は該導波層と該導波層との界面のうち少なくとも1に導波モードから放射モードへ変換するモード変換手段を備え、
前記モード変換手段が、1次元、2次元、又は3次元の方向に、前記有機エレクトロルミネセンス層で発光する光の実効波長程度の周期の規則性のある屈折率分布を持つ光学的構造であり、
前記規則性は前記有機エレクトロルミネセンス層で発光する光の実効波長程度の周期に対して周期の4分の1以下のゆらぎを持ち、
前記モード変換手段が、2次元の方向に規則性のある屈折率分布を持つ光学的構造を少なくとも2以上有し、該光学的構造の規則性が該光学的構造ごとに前記ゆらぎの範囲内で異なる周期を持つ
ことを特徴とする有機エレクトロルミネセンス発光素子。
On the substrate, at least a first electrode, an organic electroluminescence layer, and a second electrode facing the first electrode are sequentially provided, and one or more of any one on the substrate An organic electroluminescence light-emitting device having a waveguide layer, wherein the interior of the substrate, the interior of the first electrode, the interior of the organic electroluminescence layer, the interior of the second electrode, the interior of the waveguide layer Inside, interface between the substrate and the outside of the substrate, interface between the substrate and the first electrode, interface between the first electrode and the organic electroluminescent layer, the organic electroluminescent layer and the first An interface between two electrodes, an interface between the second electrode and the outside of the second electrode, an interface between the substrate and the waveguide layer, an interface between the first electrode and the waveguide layer, An interface between the organic electroluminescent layer and the waveguide layer, an interface between the second electrode and the waveguide layer, Interface with an external waveguide layer and the conductor-wave layer, or in at least one of the interface between the conductor-wave layer and the conductor waveguide layer provided with a mode conversion means for converting the waveguide mode to the radiation mode,
The mode conversion means is an optical structure having a refractive index distribution having a regularity of a period of about the effective wavelength of light emitted from the organic electroluminescence layer in a one-dimensional, two-dimensional, or three-dimensional direction. The
The regularity has a fluctuation of ¼ or less of a period with respect to a period of an effective wavelength of light emitted from the organic electroluminescence layer,
The mode converting means has at least two or more optical structures having a regular refractive index distribution in a two-dimensional direction, and the regularity of the optical structures is within the range of the fluctuation for each optical structure. An organic electroluminescence light-emitting element characterized by having different periods .
前記第二電極が透明電極、薄膜金属電極、又は透明電極と該透明電極の有機エレクトロルミネセンス層の側に薄膜金属を配置した電極であることを特徴とする請求項に記載の有機エレクトロルミネセンス発光素子。 5. The organic electroluminescence according to claim 4 , wherein the second electrode is a transparent electrode, a thin film metal electrode, or an electrode in which a thin film metal is disposed on the transparent electrode and the organic electroluminescence layer side of the transparent electrode. Sense light emitting element. 基板上に、少なくとも、第一の電極と、有機エレクトロルミネセンス層と、該第一の電極に対向し透光性のある第二の電極と、保護膜と、を順に有する有機エレクトロルミネセンス発光素子であって、該基板の内部、該第一の電極の内部、該有機エレクトロルミネセンス層の内部、該第二の電極の内部、該保護膜の内部、該基板と該基板の外部との界面、該基板と該第一の電極との界面、該第一の電極と該有機エレクトロルミネセンス層との界面、該有機エレクトロルミネセンス層と該第二の電極との界面、該第二の電極と該保護膜との界面、又は該保護膜と該保護膜の外部との界面のうち少なくとも1に導波モードから放射モードへ変換するモード変換手段を備え、
前記モード変換手段が、1次元、2次元、又は3次元の方向に、前記有機エレクトロルミネセンス層で発光する光の実効波長程度の周期の規則性のある屈折率分布を持つ光学的構造であり、
前記規則性は前記有機エレクトロルミネセンス層で発光する光の実効波長程度の周期に対して周期の4分の1以下のゆらぎを持ち、
前記モード変換手段が、2次元の方向に規則性のある屈折率分布を持つ光学的構造を少なくとも2以上有し、該光学的構造の規則性が該光学的構造ごとに前記ゆらぎの範囲内で異なる周期を持つ
ことを特徴とする有機エレクトロルミネセンス発光素子。
Organic electroluminescence light-emitting device having at least a first electrode, an organic electroluminescence layer, a light-transmissive second electrode facing the first electrode, and a protective film in this order on the substrate An element comprising: the interior of the substrate; the interior of the first electrode; the interior of the organic electroluminescent layer; the interior of the second electrode; the interior of the protective film; and the exterior of the substrate and the substrate. An interface; an interface between the substrate and the first electrode; an interface between the first electrode and the organic electroluminescent layer; an interface between the organic electroluminescent layer and the second electrode; A mode conversion means for converting from a waveguide mode to a radiation mode at least one of an interface between the electrode and the protective film or an interface between the protective film and the outside of the protective film;
The mode conversion means is an optical structure having a refractive index distribution having a regularity of a period of about the effective wavelength of light emitted from the organic electroluminescence layer in a one-dimensional, two-dimensional, or three-dimensional direction. The
The regularity has a fluctuation of ¼ or less of a period with respect to a period of an effective wavelength of light emitted from the organic electroluminescence layer,
The mode converting means has at least two or more optical structures having a regular refractive index distribution in a two-dimensional direction, and the regularity of the optical structures is within the range of the fluctuation for each optical structure. An organic electroluminescence light-emitting element characterized by having different periods .
前記基板の外表面又は前記保護膜の外表面に、導波モードから放射モードへ変換するモード変換手段を備える光学機能層をさらに有することを特徴とする請求項に記載の有機エレクトロルミネセンス発光素子。 The organic electroluminescence light emitting device according to claim 6 , further comprising an optical functional layer provided with a mode conversion means for converting from a waveguide mode to a radiation mode on the outer surface of the substrate or the outer surface of the protective film. element. 基板上に、少なくとも、第一の電極と、有機エレクトロルミネセンス層と、該第一の電極に対向し透光性のある第二の電極と、保護膜と、を順に有し、かつ、該基板上のいずれかに1以上の導波層を有する有機エレクトロルミネセンス発光素子であって、該基板の内部、該第一の電極の内部、該有機エレクトロルミネセンス層の内部、該第二の電極の内部、該保護膜の内部、該導波層の内部、該基板と該基板の外部との界面、該基板と該第一の電極との界面、該第一の電極と該有機エレクトロルミネセンス層との界面、該有機エレクトロルミネセンス層と該第二の電極との界面、該第二の電極と該保護膜との界面、該保護膜と該保護膜の外部との界面、該基板と該導波層との界面、該第一の電極と該導波層との界面、該有機エレクトロルミネセンス層と該導波層との界面、該第二の電極と該導波層との界面、該保護膜と該導波層との界面、該導波層と該導波層の外部との界面、又は該導波層と該導波層との界面のうち少なくとも1に導波モードから放射モードへ変換するモード変換手段を備え、
前記モード変換手段が、1次元、2次元、又は3次元の方向に、前記有機エレクトロルミネセンス層で発光する光の実効波長程度の周期の規則性のある屈折率分布を持つ光学的構造であり、
前記規則性は前記有機エレクトロルミネセンス層で発光する光の実効波長程度の周期に対して周期の4分の1以下のゆらぎを持ち、
前記モード変換手段が、2次元の方向に規則性のある屈折率分布を持つ光学的構造を少なくとも2以上有し、該光学的構造の規則性が該光学的構造ごとに前記ゆらぎの範囲内で異なる周期を持つ
ことを特徴とする有機エレクトロルミネセンス発光素子。
On the substrate, at least a first electrode, an organic electroluminescence layer, a second electrode that is transparent to the first electrode, and a protective film, and a protective film in this order, and An organic electroluminescence light-emitting device having one or more waveguide layers on any of the substrates, the interior of the substrate, the interior of the first electrode, the interior of the organic electroluminescence layer, the second The inside of the electrode, the inside of the protective film, the inside of the waveguide layer, the interface between the substrate and the outside of the substrate, the interface between the substrate and the first electrode, the first electrode and the organic electroluminescence An interface with the sense layer, an interface between the organic electroluminescent layer and the second electrode, an interface between the second electrode and the protective film, an interface between the protective film and the outside of the protective film, the substrate And the waveguide layer, the interface between the first electrode and the waveguide layer, the organic electroluminescence An interface between the second layer and the waveguide layer, an interface between the second electrode and the waveguide layer, an interface between the protective film and the waveguide layer, and an outside of the waveguide layer and the waveguide layer. Mode conversion means for converting the waveguide mode to the radiation mode at least one of the interface or the interface between the waveguide layer and the waveguide layer;
The mode conversion means is an optical structure having a refractive index distribution having a regularity of a period of about the effective wavelength of light emitted from the organic electroluminescence layer in a one-dimensional, two-dimensional, or three-dimensional direction. The
The regularity has a fluctuation of ¼ or less of a period with respect to a period of an effective wavelength of light emitted from the organic electroluminescence layer,
The mode converting means has at least two or more optical structures having a regular refractive index distribution in a two-dimensional direction, and the regularity of the optical structures is within the range of the fluctuation for each optical structure. An organic electroluminescence light-emitting element characterized by having different periods .
透明基板上に、少なくとも、透明電極と、有機エレクトロルミネセンス層と、該透明電極に対向する金属電極と、を順に有する有機エレクトロルミネセンス発光素子であって、該透明基板の内部、該透明電極の内部、該有機エレクトロルミネセンス層の内部、該金属電極の内部、該透明基板と該透明基板の外部との界面、該透明基板と該透明電極との界面、該透明電極と該有機エレクトロルミネセンス層との界面、該有機エレクトロルミネセンス層と該金属電極との界面、又は該金属電極と該金属電極の外部との界面のうち少なくとも1に導波モードから放射モードへ変換するモード変換手段を備え、
前記モード変換手段が、1次元、2次元、又は3次元の方向に、前記有機エレクトロルミネセンス層で発光する光の実効波長程度の周期の規則性のある屈折率分布を持つ光学的構造であり、
前記規則性は前記有機エレクトロルミネセンス層で発光する光の実効波長程度の周期に対して周期の4分の1以下のゆらぎを持ち、
前記モード変換手段が、2次元の方向に規則性のある屈折率分布を持つ光学的構造を少なくとも2以上有し、該光学的構造の規則性が該光学的構造ごとに前記ゆらぎの範囲内で異なる周期を持つ
ことを特徴とする有機エレクトロルミネセンス発光素子。
An organic electroluminescence light-emitting device comprising, in order, at least a transparent electrode, an organic electroluminescence layer, and a metal electrode facing the transparent electrode on a transparent substrate, the inside of the transparent substrate, the transparent electrode The inside of the organic electroluminescent layer, the inside of the metal electrode, the interface between the transparent substrate and the outside of the transparent substrate, the interface between the transparent substrate and the transparent electrode, the transparent electrode and the organic electroluminescence Mode conversion means for converting from a waveguide mode to a radiation mode at least one of an interface with a sense layer, an interface between the organic electroluminescence layer and the metal electrode, or an interface between the metal electrode and the outside of the metal electrode With
The mode conversion means is an optical structure having a refractive index distribution having a regularity of a period of about the effective wavelength of light emitted from the organic electroluminescence layer in a one-dimensional, two-dimensional, or three-dimensional direction. The
The regularity has a fluctuation of ¼ or less of a period with respect to a period of an effective wavelength of light emitted from the organic electroluminescence layer,
The mode converting means has at least two or more optical structures having a regular refractive index distribution in a two-dimensional direction, and the regularity of the optical structures is within the range of the fluctuation for each optical structure. An organic electroluminescence light-emitting element characterized by having different periods .
前記透明基板の外表面又は前記金属電極の外表面に、導波モードから放射モードへ変換するモード変換手段を備える光学機能層をさらに有することを特徴とする請求項に記載の有機エレクトロルミネセンス発光素子。 10. The organic electroluminescence according to claim 9 , further comprising an optical functional layer provided with mode conversion means for converting from a waveguide mode to a radiation mode on an outer surface of the transparent substrate or an outer surface of the metal electrode. Light emitting element. 透明基板上に、少なくとも、透明電極と、有機エレクトロルミネセンス層と、該透明電極に対向する金属電極と、を順に有し、かつ、該透明基板上のいずれかに1以上の導波層を有する有機エレクトロルミネセンス発光素子であって、該透明基板の内部、該透明電極の内部、該有機エレクトロルミネセンス層の内部、該金属電極の内部、該導波層の内部、該透明基板と該透明基板の外部との界面、該透明基板と該透明電極との界面、該透明電極と該有機エレクトロルミネセンス層との界面、該有機エレクトロルミネセンス層と該金属電極との界面、該金属電極と該金属電極の外部との界面、該透明基板と該導波層との界面、該透明電極と該導波層との界面、該有機エレクトロルミネセンス層と該導波層との界面、該金属電極と該導波層との界面、該導波層と該導波層の外部との界面、又は該導波層と該導波層との界面のうち少なくとも1に導波モードから放射モードへ変換するモード変換手段を備え、
前記モード変換手段が、1次元、2次元、又は3次元の方向に、前記有機エレクトロルミネセンス層で発光する光の実効波長程度の周期の規則性のある屈折率分布を持つ光学的構造であり、
前記規則性は前記有機エレクトロルミネセンス層で発光する光の実効波長程度の周期に対して周期の4分の1以下のゆらぎを持ち、
前記モード変換手段が、2次元の方向に規則性のある屈折率分布を持つ光学的構造を少なくとも2以上有し、該光学的構造の規則性が該光学的構造ごとに前記ゆらぎの範囲内で異なる周期を持つ
ことを特徴とする有機エレクトロルミネセンス発光素子。
On the transparent substrate, at least a transparent electrode, an organic electroluminescent layer, and a metal electrode facing the transparent electrode are sequentially provided, and one or more waveguide layers are provided on any of the transparent substrates. An organic electroluminescent light emitting device comprising: the inside of the transparent substrate, the inside of the transparent electrode, the inside of the organic electroluminescent layer, the inside of the metal electrode, the inside of the waveguide layer, the transparent substrate and the The interface with the outside of the transparent substrate, the interface between the transparent substrate and the transparent electrode, the interface between the transparent electrode and the organic electroluminescent layer, the interface between the organic electroluminescent layer and the metal electrode, the metal electrode And an interface between the transparent electrode and the waveguide layer, an interface between the transparent electrode and the waveguide layer, an interface between the organic electroluminescent layer and the waveguide layer, The boundary between the metal electrode and the waveguide layer , A mode conversion means for converting the waveguide mode to the radiation mode on at least one of the interface with the interface, or the electrically-wave layer and the conductor-wave layer between the external conductor-wave layer and the conductor-wave layer,
The mode conversion means is an optical structure having a refractive index distribution having a regularity of a period of about the effective wavelength of light emitted from the organic electroluminescence layer in a one-dimensional, two-dimensional, or three-dimensional direction. The
The regularity has a fluctuation of ¼ or less of a period with respect to a period of an effective wavelength of light emitted from the organic electroluminescence layer,
The mode converting means has at least two or more optical structures having a regular refractive index distribution in a two-dimensional direction, and the regularity of the optical structures is within the range of the fluctuation for each optical structure. An organic electroluminescence light-emitting element characterized by having different periods .
前記基板と前記基板の外部との界面、前記基板と前記第一の電極との界面、前記第一の電極と前記有機エレクトロルミネセンス層との界面、前記有機エレクトロルミネセンス層と前記第二の電極との界面、又は前記第二の電極と前記第二の電極の外部との界面に備える前記光学的構造が、1次元又は2次元の方向に規則性のある界面の凹凸で構成されていることを特徴とする請求項1、2、3、6又は7に記載の有機エレクトロルミネセンス発光素子。 The interface between the substrate and the outside of the substrate, the interface between the substrate and the first electrode, the interface between the first electrode and the organic electroluminescence layer, the organic electroluminescence layer and the second The optical structure provided at the interface with the electrode or the interface between the second electrode and the outside of the second electrode is configured by irregularities of the interface having regularity in a one-dimensional or two-dimensional direction. The organic electroluminescent light-emitting device according to claim 1, 2, 3, 6 or 7 . 前記基板と前記基板の外部との界面、前記基板と前記第一の電極との界面、前記第一の電極と前記有機エレクトロルミネセンス層との界面、前記有機エレクトロルミネセンス層と前記第二の電極との界面、前記第二の電極と前記第二の電極の外部との界面、前記基板と前記導波層との界面、前記第一の電極と前記導波層との界面、前記有機エレクトロルミネセンス層と前記導波層との界面、前記第二の電極と前記導波層との界面、前記導波層と前記導波層の外部との界面、又は前記導波層と前記導波層との界面に備える前記光学的構造が、1次元又は2次元の方向に規則性のある界面の凹凸で構成されていることを特徴とする請求項4、5又は8に記載の有機エレクトロルミネセンス発光素子。 The interface between the substrate and the outside of the substrate, the interface between the substrate and the first electrode, the interface between the first electrode and the organic electroluminescence layer, the organic electroluminescence layer and the second An interface between the electrode, an interface between the second electrode and the outside of the second electrode, an interface between the substrate and the waveguide layer, an interface between the first electrode and the waveguide layer, the organic electro The interface between the luminescence layer and the waveguide layer, the interface between the second electrode and the waveguide layer, the interface between the waveguide layer and the outside of the waveguide layer, or the waveguide layer and the waveguide 9. The organic electroluminescence according to claim 4, 5 or 8 , wherein the optical structure provided at the interface with the layer is composed of irregularities of the interface having regularity in a one-dimensional or two-dimensional direction. Sense light emitting element. 前記透明基板と前記透明基板の外部との界面、前記透明基板と前記透明電極との界面、前記透明電極と前記有機エレクトロルミネセンス層との界面、前記有機エレクトロルミネセンス層と前記金属電極との界面、又は前記金属電極と前記金属電極の外部との界面に備える前記光学的構造が、1次元又は2次元の方向に規則性のある界面の凹凸で構成されていることを特徴とする請求項9又は10に記載の有機エレクトロルミネセンス発光素子。 The interface between the transparent substrate and the outside of the transparent substrate, the interface between the transparent substrate and the transparent electrode, the interface between the transparent electrode and the organic electroluminescent layer, the organic electroluminescent layer and the metal electrode The optical structure provided at an interface or an interface between the metal electrode and the outside of the metal electrode is configured by irregularities of an interface having regularity in a one-dimensional or two-dimensional direction. The organic electroluminescent light-emitting device according to 9 or 10 . 前記透明基板と前記透明基板の外部との界面、前記透明基板と前記透明電極との界面、前記透明電極と前記有機エレクトロルミネセンス層との界面、前記有機エレクトロルミネセンス層と前記金属電極との界面、前記金属電極と前記金属電極の外部との界面、前記透明基板と前記導波層との界面、前記透明電極と前記導波層との界面、前記有機エレクトロルミネセンス層と前記導波層との界面、前記金属電極と前記導波層との界面、前記導波層と前記導波層の外部との界面、又は前記導波層と前記導波層との界面に備える前記光学的構造が、1次元又は2次元の方向に規則性のある界面の凹凸で構成されていることを特徴とする請求項11に記載の有機エレクトロルミネセンス発光素子。 The interface between the transparent substrate and the outside of the transparent substrate, the interface between the transparent substrate and the transparent electrode, the interface between the transparent electrode and the organic electroluminescent layer, the organic electroluminescent layer and the metal electrode An interface, an interface between the metal electrode and the outside of the metal electrode, an interface between the transparent substrate and the waveguide layer, an interface between the transparent electrode and the waveguide layer, the organic electroluminescence layer and the waveguide layer The optical structure provided at the interface between the metal electrode and the waveguide layer, the interface between the waveguide layer and the outside of the waveguide layer, or the interface between the waveguide layer and the waveguide layer The organic electroluminescent light-emitting device according to claim 11 , wherein the organic electroluminescence light-emitting device is configured by irregularities of an interface having regularity in a one-dimensional or two-dimensional direction. 前記有機エレクトロルミネセンス発光素子は、2以上のモード変換手段を備え、該2以上のモード変換手段の規則性が同じ周期であることを特徴とする請求項から15のいずれかに記載の有機エレクトロルミネセンス発光素子。 The organic electroluminescent light emitting element is provided with two or more mode conversion means, organic according to any one of claims 1 to 15, regularity of the two or more mode conversion means, characterized in that the same period Electroluminescence light emitting device. 前記2以上の光学的構造が、2次元の同一面内に形成されていることを特徴とする請求項1から16のいずれかに記載の有機エレクトロルミネセンス発光素子。 The organic electroluminescent light-emitting device according to claim 1, wherein the two or more optical structures are formed in the same two-dimensional plane. 前記規則性は前記有機エレクトロルミネセンス層で発光する光の実効波長程度の周期と、実効波長程度の周期に対して周期の4分の1以下のゆらぎと、が混在していることを特徴とする請求項から17のいずれかに記載の有機エレクトロルミネセンス発光素子。 The regularity is characterized in that a period of about an effective wavelength of light emitted from the organic electroluminescence layer and a fluctuation of a quarter or less of the period with respect to a period of the effective wavelength are mixed. The organic electroluminescent light emitting element according to any one of claims 1 to 17 . 前記規則性は周期が徐々に変化することを特徴とする請求項から18のいずれかに記載の有機エレクトロルミネセンス発光素子。 The organic electroluminescent device as claimed in any of claims 1 to 18, wherein the regularity of the period gradually changes. 前記2次元の方向に規則性のある屈折率分布が正方格子配置、三角格子配置、ハニカム格子配置、若しくは有限個数の単位要素で平面を埋め尽くすことのできる配置、又はこれらの組み合わせであることを特徴とする請求項から19のいずれか記載の有機エレクトロルミネセンス発光素子。 The refractive index distribution having regularity in the two-dimensional direction is a square lattice arrangement, a triangular lattice arrangement, a honeycomb lattice arrangement, an arrangement that can fill a plane with a finite number of unit elements, or a combination thereof. The organic electroluminescent light-emitting device according to any one of claims 1 to 19 , 前記規則性のある屈折率分布がこれを設けない場合の材料の有する屈折率よりも高い屈折率を有する材料で形成されていることを特徴とする請求項から20のいずれかに記載の有機エレクトロルミネセンス発光素子。 The organic material according to any one of claims 1 to 20 , wherein the regular refractive index distribution is formed of a material having a refractive index higher than that of a material in a case where the regular refractive index distribution is not provided. Electroluminescence light emitting device. 前記高い屈折率を有する材料が、前記有機エレクトロルミネセンス層で発光する光に対して透過性を有することを特徴とする請求項21に記載の有機エレクトロルミネセンス発光素子。 The organic electroluminescence light-emitting element according to claim 21 , wherein the material having a high refractive index has transparency to light emitted from the organic electroluminescence layer. 前記規則性のある屈折率分布がこれを設けない場合の材料の有する屈折率よりも低い屈折率を有する材料で形成されていることを特徴とする請求項から20のいずれかに記載の有機エレクトロルミネセンス発光素子。 The organic material according to any one of claims 1 to 20 , wherein the regular refractive index distribution is formed of a material having a refractive index lower than that of a material in a case where the regular refractive index distribution is not provided. Electroluminescence light emitting device. 前記低い屈折率を有する材料が、前記有機エレクトロルミネセンス層で発光する光に対して透過性を有することを特徴とする請求項23に記載の有機エレクトロルミネセンス発光素子。 The organic electroluminescent light-emitting element according to claim 23 , wherein the material having a low refractive index is transparent to light emitted from the organic electroluminescent layer. 前記低い屈折率を有する材料が気体であることを特徴とする請求項23に記載の有機エレクトロルミネセンス発光素子。 The organic electroluminescent light-emitting element according to claim 23 , wherein the material having a low refractive index is a gas. 前記気体が空気又は不活性ガスであることを特徴とする請求項25に記載の有機エレクトロルミネセンス発光素子。 The organic electroluminescent light-emitting element according to claim 25 , wherein the gas is air or an inert gas. 前記有機エレクトロルミネセンス層が領域によって異なる発光波長を有することを特徴とする請求項から26のいずれかに記載の有機エレクトロルミネセンス発光素子。 The organic electroluminescent device as claimed in any of claims 1 26, wherein the organic electroluminescent layer and having an emission wavelength different from the region. 前記モード変換手段が、前記異なる発光波長の前記領域ごとに、前記異なる発光波長に対応した1次元、2次元、又は3次元の方向に規則性のある屈折率分布を持つ光学的構造を有することを特徴とする請求項27に記載の有機エレクトロルミネセンス発光素子。 The mode converting means has an optical structure having a regular refractive index distribution in a one-dimensional, two-dimensional, or three-dimensional direction corresponding to the different emission wavelength for each of the regions having the different emission wavelengths. The organic electroluminescent light-emitting device according to claim 27 .
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