JP5569124B2 - Organic light emitting device - Google Patents

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Description

本発明は、一対の電極に挟まれた有機発光層を有する有機発光素子に関する。   The present invention relates to an organic light emitting device having an organic light emitting layer sandwiched between a pair of electrodes.

現在、薄型の発光材料として有機発光素子が注目されている。有機発光素子は、低電力で高い輝度を得ることができ、視認性、応答速度、寿命、消費電力の点で優れている。一方、有機発光素子の光の利用効率は２０％程度であり、素子内での損失が大きい。   Currently, organic light-emitting elements are attracting attention as thin luminescent materials. The organic light-emitting element can obtain high luminance with low power, and is excellent in terms of visibility, response speed, life, and power consumption. On the other hand, the light use efficiency of the organic light emitting device is about 20%, and the loss in the device is large.

図１０は、従来の有機発光素子の概略断面図である。有機発光素子１００は、図中の下層から順に、金属電極１０１、屈折率が約１．８の有機発光層１０２、屈折率が約１．８の透明電極１０３、屈折率が約１．５の透明基板１０４が積層されて構成される。図中の１１０ａ〜１１０ｅの矢印は有機発光層１０２から発生した光のうち特徴的なものを示している。   FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of a conventional organic light emitting device. The organic light emitting device 100 includes a metal electrode 101, an organic light emitting layer 102 having a refractive index of about 1.8, a transparent electrode 103 having a refractive index of about 1.8, and a refractive index of about 1.5 in order from the lower layer in the figure. The transparent substrate 104 is laminated. The arrows 110a to 110e in the figure indicate characteristic light among the light generated from the organic light emitting layer 102.

光１１０ａは、発光面である有機発光層１０２に対して垂直方向の光であり、透明基板１０４を透過して光取り出し側（空気側）に取り出される。光１１０ｂは、透明基板１０４と空気との界面に臨界角以下の浅い角度で入射した光であり、透明基板１０４と空気との界面で屈折して光取り出し側に取り出される。光１１０ｃは、透明基板１０４と空気との界面に臨界角より深い角度で入射した光であり、透明基板１０４と空気との界面で全反射して光取り出し側に取り出せない光である。これによる損失を基板損失と呼び、通常２０％程度の損失がある。   The light 110a is light in a direction perpendicular to the organic light emitting layer 102 which is a light emitting surface, and is transmitted through the transparent substrate 104 and extracted to the light extraction side (air side). The light 110b is light that is incident on the interface between the transparent substrate 104 and air at a shallow angle less than the critical angle, and is refracted at the interface between the transparent substrate 104 and air and extracted to the light extraction side. The light 110c is light that is incident on the interface between the transparent substrate 104 and air at an angle deeper than the critical angle, and is light that is totally reflected at the interface between the transparent substrate 104 and air and cannot be extracted to the light extraction side. The loss due to this is called substrate loss, and there is usually a loss of about 20%.

光１１０ｄは、透明電極１０３と透明基板１０４との界面に臨界角より深い角度で入射した光のうち共振条件を満たした光であり、透明電極１０３と透明基板１０４との界面で全反射して導波モードが発生し、有機発光層１０２及び透明電極１０３内に閉じ込められる光である。これによる損失を導波損失と呼び、通常２０〜２５％程度の損失がある。光１１０ｅは、金属電極１０１へ入射して金属電極１０１内の自由電子と作用し、導波モードの一種であるプラズモンモードが発生して金属電極１０１の表面近傍に閉じ込められる光である。これによる損失をプラズモン損失と呼び、通常３０〜４０％程度の損失がある。   The light 110 d is light that satisfies the resonance condition among light incident on the interface between the transparent electrode 103 and the transparent substrate 104 at an angle deeper than the critical angle, and is totally reflected at the interface between the transparent electrode 103 and the transparent substrate 104. The light is generated in a waveguide mode and confined in the organic light emitting layer 102 and the transparent electrode 103. The loss due to this is called waveguide loss, and there is usually a loss of about 20 to 25%. The light 110 e is light that is incident on the metal electrode 101, interacts with free electrons in the metal electrode 101, generates a plasmon mode that is a kind of waveguide mode, and is confined in the vicinity of the surface of the metal electrode 101. The loss due to this is called plasmon loss, and there is usually a loss of about 30 to 40%.

このように、従来の有機発光素子１００においては、基板損失、導波損失及びプラズモン損失があるので、それらの損失を少なくし、より多くの光を取り出すことが課題となっている。   As described above, the conventional organic light emitting device 100 has substrate loss, waveguide loss, and plasmon loss. Therefore, it is a problem to reduce these losses and extract more light.

例えば、特許文献１には、光取り出し面側にレンズシートからなる光散乱部を設けた有機ＥＬ（Electro Luminescence）装置が開示されている。また、特許文献２には、少なくとも一方の基板表面に、屈折率が１．６以上で、表面の平均粗さが１０ｎｍ以上である高屈折率凸凹層と、一層以上の、屈折率が１．５５以上の基材層からなる、発光装置の発光面側に使用される発光装置用基板及び発光装置が開示されている。   For example, Patent Document 1 discloses an organic EL (Electro Luminescence) device in which a light scattering portion made of a lens sheet is provided on the light extraction surface side. Patent Document 2 discloses a high refractive index uneven layer having a refractive index of 1.6 or more and an average surface roughness of 10 nm or more, and one or more layers having a refractive index of 1. A light-emitting device substrate and a light-emitting device that are used on the light-emitting surface side of a light-emitting device, each including 55 or more base material layers, are disclosed.

特許第２９３１２１１号公報Japanese Patent No. 2931111 特開２００４−２０７４６号公報JP 2004-20746 A

特許文献１、２の技術は、いずれも透明基板の空気との界面の形状を工夫することによって基板損失を減らし、光の利用効率を向上させようとするものである。しかしながら、導波損失やプラズモン損失に対する対策については開示されていない。よって、導波損失やプラズモン損失を減らすことができれば、光の利用効率をさらに向上させることができる。   The techniques of Patent Documents 1 and 2 attempt to reduce the substrate loss and improve the light utilization efficiency by devising the shape of the interface of the transparent substrate with the air. However, no countermeasures against waveguide loss and plasmon loss are disclosed. Therefore, if the waveguide loss and plasmon loss can be reduced, the light utilization efficiency can be further improved.

そこで本発明は、導波損失及びプラズモン損失を減らすことで、光の利用効率を向上させた有機発光素子を提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide an organic light-emitting device that improves light utilization efficiency by reducing waveguide loss and plasmon loss.

上記目的を達成するために本発明は、第１の透明電極と、第１の透明電極の反対電極である第２の透明電極と、第１及び第２の透明電極に挟まれた有機発光層と、第１又は第２の透明電極の前記有機発光層側とは反対側に隣接して設けられ、第１及び第２の透明電極と前記有機発光層との何れよりも屈折率の高い高屈折率層と、前記高屈折率層の前記有機発光層側とは反対側に隣接して設けられたミラー層と、を備えたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention provides a first transparent electrode, a second transparent electrode opposite to the first transparent electrode, and an organic light emitting layer sandwiched between the first and second transparent electrodes. And a first or second transparent electrode adjacent to the side opposite to the organic light emitting layer side, and having a higher refractive index than any of the first and second transparent electrodes and the organic light emitting layer. And a mirror layer provided adjacent to the side of the high refractive index layer opposite to the organic light emitting layer side.

上記の有機発光素子において、前記ミラー層が、金属材料であることが望ましい。   In the above organic light emitting device, it is desirable that the mirror layer is a metal material.

また上記の有機発光素子において、前記ミラー層が、誘電体多層膜であることが望ましい。   In the above organic light emitting device, the mirror layer is preferably a dielectric multilayer film.

また上記の有機発光素子において、前記高屈折率層が、ＴｉＯ2、ＨｆＯ2、Ｔａ2Ｏ5、ＺｒＯ、ＫＴａＯ3の何れかであることが望ましい。 In the organic light emitting device, the high refractive index layer is preferably any one of TiO 2 , HfO 2 , Ta 2 O 5 , ZrO, and KTaO 3 .

また上記の有機発光素子において、第１及び／又は第２の透明電極が、無機導電膜、有機導電膜、高分子材料に導電性ワイヤーを分散させた複合導電膜の何れかであることが望ましい。   In the above organic light emitting device, the first and / or second transparent electrode is preferably any one of an inorganic conductive film, an organic conductive film, and a composite conductive film in which a conductive wire is dispersed in a polymer material. .

また上記の有機発光素子において、第１及び／又は第２の透明電極が、ＩＺＯ、ＩＴＯ、ＺｎＯの何れかであることが望ましい。   In the above organic light emitting device, it is desirable that the first and / or second transparent electrode is any one of IZO, ITO, and ZnO.

また上記の有機発光素子において、第１及び／又は第２の透明電極が、ポリエチレンジオキシチオフェンとポリスチレンスルフォン酸の混合体であることが望ましい。   In the organic light emitting device, the first and / or second transparent electrode is preferably a mixture of polyethylene dioxythiophene and polystyrene sulfonic acid.

また上記の有機発光素子において、第１及び／又は第２の透明電極が、高分子材料に銀ナノワイヤー又はカーボンナノチューブを分散させた複合導電膜であることが望ましい。   In the organic light emitting device, the first and / or second transparent electrode is preferably a composite conductive film in which silver nanowires or carbon nanotubes are dispersed in a polymer material.

また上記の有機発光素子において、前記高屈折率層に光散乱効果のある微粒子を分散させることが望ましい。   In the organic light emitting device, it is desirable that fine particles having a light scattering effect are dispersed in the high refractive index layer.

本発明によれば、第１又は第２の透明電極の有機発光層側とは反対側に、第１及び第２の透明電極と有機発光層との何れよりも屈折率の高い高屈折率層を設けることにより、導波モードの光強度分布の光強度の強いところを高屈折率層にもってくることで、発生した光が導波モードに結合しにくくなり、導波損失を減らすことができる。さらに、高屈折率層の有機発光層側とは反対側にミラー層を設けることにより、透明電極及び高屈折率層の厚み分だけ発光点からミラー層までの距離が遠くなり、ミラーとして金属材料を用いた場合でも、発光点までの距離が遠くなった分だけ、発生した光がプラズモンモードに結合しにくくなり、プラズモン損失を減らすことができ、ミラーとして誘電体多層膜を用いた場合は、プラズモンモードは発生せず、プラズモン損失は完全に抑制できる。よって、本発明によると、ボトムエミッション方式、トップエミッション方式に関わらず、導波損失及びプラズモン損失ともに減らすことができ、その結果、光の利用効率が向上する。   According to the present invention, on the opposite side of the first or second transparent electrode from the organic light emitting layer side, a high refractive index layer having a higher refractive index than any of the first and second transparent electrodes and the organic light emitting layer. By providing the high refractive index layer with the light intensity distribution of the light intensity distribution of the waveguide mode, it becomes difficult for the generated light to be coupled to the waveguide mode, and waveguide loss can be reduced. . Furthermore, by providing a mirror layer on the side opposite to the organic light emitting layer side of the high refractive index layer, the distance from the light emitting point to the mirror layer is increased by the thickness of the transparent electrode and the high refractive index layer. Even if the distance to the light emitting point is increased, the generated light is less likely to be coupled to the plasmon mode, plasmon loss can be reduced, and when a dielectric multilayer film is used as a mirror, There is no plasmon mode, and plasmon loss can be completely suppressed. Therefore, according to the present invention, it is possible to reduce both the waveguide loss and the plasmon loss regardless of the bottom emission method and the top emission method, and as a result, the light utilization efficiency is improved.

また本発明によると、高屈折率層に光散乱効果のある微粒子を分散させることにより、高屈折率層で導波モードやプラズモンモードの光が散乱し、より多くの光を取り出せるので、光の利用効率をより向上させることができる。   Further, according to the present invention, by dispersing fine particles having a light scattering effect in the high refractive index layer, light in the waveguide mode or plasmon mode is scattered in the high refractive index layer, and more light can be extracted. Utilization efficiency can be further improved.

図１０に示した一般的な有機発光素子における導波モードの積層方向の光強度分布を示す図である。It is a figure which shows the light intensity distribution of the lamination direction of the waveguide mode in the general organic light emitting element shown in FIG. 図１０に示した一般的な有機発光素子におけるプラズモンモードの積層方向の光強度分布を示す図である。It is a figure which shows the light intensity distribution of the lamination direction of the plasmon mode in the general organic light emitting element shown in FIG. （ａ）は、有機発光層の積層方向の中央に発光点を有する有機発光素子の概略断面図、（ｂ）は、その有機発光素子におけるプラズモンモードの積層方向の光強度分布を示す図、（ｃ）は、その有機発光素子における導波モードの積層方向の光強度分布を示す図である。(A) is a schematic cross-sectional view of an organic light emitting device having a light emitting point at the center in the stacking direction of the organic light emitting layer, (b) is a diagram showing a light intensity distribution in the stacking direction of the plasmon mode in the organic light emitting device, c) is a diagram showing a light intensity distribution in the laminating direction of the waveguide mode in the organic light emitting device. （ａ）は、有機発光層の積層方向の金属電極寄りに発光点を有する有機発光素子の概略断面図、（ｂ）は、その有機発光素子におけるプラズモンモードの積層方向の光強度分布を示す図、（ｃ）は、その有機発光素子における導波モードの積層方向の光強度分布を示す図である。(A) is a schematic sectional view of an organic light emitting device having a light emitting point near the metal electrode in the stacking direction of the organic light emitting layer, and (b) is a diagram showing a light intensity distribution in the stacking direction of the plasmon mode in the organic light emitting device. (C) is a figure which shows the light intensity distribution of the lamination direction of the waveguide mode in the organic light emitting element. （ａ）は、有機発光層の積層方向の透明電極寄りに発光点を有する有機発光素子の概略断面図、（ｂ）は、その有機発光素子におけるプラズモンモードの積層方向の光強度分布を示す図、（ｃ）は、その有機発光素子における導波モードの積層方向の光強度分布を示す図である。(A) is a schematic sectional view of an organic light emitting device having a light emitting point near the transparent electrode in the stacking direction of the organic light emitting layer, and (b) is a diagram showing a light intensity distribution in the stacking direction of the plasmon mode in the organic light emitting device. (C) is a figure which shows the light intensity distribution of the lamination direction of the waveguide mode in the organic light emitting element. （ａ）は、第１実施形態の有機発光素子の概略断面図であり、（ｂ）は、第１実施形態の有機発光素子における導波モードの積層方向の光強度分布を示す図であり、（ｃ）は、第１実施形態の有機発光素子におけるプラズモンモードの積層方向の光強度分布を示す図である。(A) is a schematic sectional drawing of the organic light emitting element of 1st Embodiment, (b) is a figure which shows the light intensity distribution of the lamination direction of the waveguide mode in the organic light emitting element of 1st Embodiment, (C) is a figure which shows the light intensity distribution of the lamination direction of the plasmon mode in the organic light emitting element of 1st Embodiment. （ａ）は、第２実施形態の有機発光素子の概略断面図であり、（ｂ）は、第２実施形態の有機発光素子における導波モードの積層方向の光強度分布を示す図である。(A) is a schematic sectional drawing of the organic light emitting element of 2nd Embodiment, (b) is a figure which shows the light intensity distribution of the lamination direction of the waveguide mode in the organic light emitting element of 2nd Embodiment. （ａ）は、第３実施形態の有機発光素子の概略断面図であり、（ｂ）は、第３実施形態の有機発光素子における導波モードの積層方向の光強度分布を示す図であり、（ｃ）は、第３実施形態の有機発光素子におけるプラズモンモードの積層方向の光強度分布を示す図である。(A) is a schematic sectional drawing of the organic light emitting element of 3rd Embodiment, (b) is a figure which shows the light intensity distribution of the lamination direction of the waveguide mode in the organic light emitting element of 3rd Embodiment, (C) is a figure which shows the light intensity distribution of the lamination direction of the plasmon mode in the organic light emitting element of 3rd Embodiment. （ａ）は、第４実施形態の有機発光素子の概略断面図であり、（ｂ）は、第４実施形態の有機発光素子における導波モードの積層方向の光強度分布を示す図である。(A) is a schematic sectional drawing of the organic light emitting element of 4th Embodiment, (b) is a figure which shows the light intensity distribution of the lamination direction of the waveguide mode in the organic light emitting element of 4th Embodiment. 従来の有機発光素子の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the conventional organic light emitting element.

有機発光素子において導波損失及びプラズモン損失を減らすことを考えるには、まずそれらの光の性質と、それらの損失の大小を決める要因とを把握する必要がある。   In order to reduce waveguide loss and plasmon loss in an organic light emitting device, it is necessary to first understand the nature of the light and the factors that determine the magnitude of the loss.

〈導波モードの光の性質〉
図１は、図１０に示した一般的な有機発光素子における導波モードの積層方向の光強度分布を示す図である。導波モードの光は透明電極と基板の間で全反射した光と、有機発光層と金属電極との間で反射した光が互いに干渉して積層方向に図１のような光強度で分布する。この光強度分布は、有機発光層中の発光点が積層方向のどの位置にあるかに関わらず、有機発光層及び透明電極の厚みと屈折率とによって決まる。 <Light properties of guided mode>
FIG. 1 is a diagram showing a light intensity distribution in the stacking direction of a waveguide mode in the general organic light emitting device shown in FIG. In the waveguide mode light, the light totally reflected between the transparent electrode and the substrate and the light reflected between the organic light emitting layer and the metal electrode interfere with each other and are distributed with the light intensity as shown in FIG. . This light intensity distribution is determined by the thickness and refractive index of the organic light emitting layer and the transparent electrode regardless of the position in the stacking direction of the light emitting point in the organic light emitting layer.

〈プラズモンモードの光の性質〉
図２は、図１０に示した一般的な有機発光素子におけるプラズモンモードの積層方向の光強度分布を示す図である。プラズモンモードは金属表面で発生するので、その光強度分布は、金属電極の表面で最も高くなる。この光強度分布は、有機発光層中の発光点が積層方向のどの位置にあるかに関わらず、金属の導電性と有機発光層及び透明電極の屈折率とによって概ね決まる。 <Light properties of plasmon mode>
FIG. 2 is a diagram showing the light intensity distribution in the stacking direction of the plasmon mode in the general organic light emitting device shown in FIG. Since the plasmon mode is generated on the metal surface, the light intensity distribution is highest on the surface of the metal electrode. This light intensity distribution is generally determined by the conductivity of the metal and the refractive indices of the organic light emitting layer and the transparent electrode, regardless of where the light emitting point in the organic light emitting layer is located.

〈導波損失及びプラズモン損失の大小を決める要因〉
有機発光素子の場合、有機発光層内のあらゆるところで発光するわけではなく、有機発光層の層構成で決まる正孔と電子が再結合する点でのみ発光する。上記の光強度分布の光強度の高い部分に発光点があると、発生した光は導波モードとかプラズモンモードといった光の固有状態と強く結合し、導波モード又はプラズモンモードとして閉じ込められる。これは有機発光素子において光の利用効率を下げる要因となる。 <Factors determining the magnitude of waveguide loss and plasmon loss>
In the case of an organic light emitting device, light is not emitted everywhere in the organic light emitting layer, and light is emitted only at the point where holes and electrons determined by the layer structure of the organic light emitting layer recombine. When a light emitting point is present in the high light intensity portion of the above light intensity distribution, the generated light is strongly coupled with a light eigenstate such as a waveguide mode or a plasmon mode, and is confined as a waveguide mode or a plasmon mode. This becomes a factor of reducing the light use efficiency in the organic light emitting device.

例えば、図３〜図５に示す位置に発光点を有する有機発光素子を考える。図３（ａ）は、有機発光層の積層方向の中央に発光点を有する有機発光素子の概略断面図、図３（ｂ）は、その有機発光素子におけるプラズモンモードの積層方向の光強度分布を示す図、図３（ｃ）は、その有機発光素子における導波モードの積層方向の光強度分布を示す図である。   For example, consider an organic light emitting device having a light emitting point at the position shown in FIGS. FIG. 3A is a schematic cross-sectional view of an organic light emitting device having a light emitting point at the center in the stacking direction of the organic light emitting layer, and FIG. 3B shows the light intensity distribution in the stacking direction of the plasmon mode in the organic light emitting device. FIG. 3C is a diagram showing the light intensity distribution in the stacking direction of the waveguide mode in the organic light emitting device.

図４（ａ）は、有機発光層の積層方向の金属電極寄りに発光点を有する有機発光素子の概略断面図、図４（ｂ）は、その有機発光素子におけるプラズモンモードの積層方向の光強度分布を示す図、図４（ｃ）は、その有機発光素子における導波モードの積層方向の光強度分布を示す図である。   4A is a schematic cross-sectional view of an organic light emitting device having a light emitting point near the metal electrode in the stacking direction of the organic light emitting layer, and FIG. 4B is a light intensity in the stacking direction of the plasmon mode in the organic light emitting device. FIG. 4C is a diagram showing the light intensity distribution in the lamination direction of the waveguide mode in the organic light emitting device.

図５（ａ）は、有機発光層の積層方向の透明電極寄りに発光点を有する有機発光素子の概略断面図、図５（ｂ）は、その有機発光素子におけるプラズモンモードの積層方向の光強度分布を示す図、図５（ｃ）は、その有機発光素子における導波モードの積層方向の光強度分布を示す図である。図３〜図５において、発光点の光強度を×印で記す。   5A is a schematic cross-sectional view of an organic light emitting device having a light emitting point near the transparent electrode in the stacking direction of the organic light emitting layer, and FIG. 5B is a light intensity in the stacking direction of the plasmon mode in the organic light emitting device. FIG. 5C is a diagram showing the light intensity distribution in the laminating direction of the waveguide mode in the organic light emitting device. In FIG. 3 to FIG. 5, the light intensity at the light emitting point is indicated by a cross.

図３と図４を比較すると、図４では、プラズモンモードにとっては図３の場合よりも光強度の高い部分に発光点があり、導波モードにとっては図３の場合よりも光強度の低い部分に発光点がある。したがって、図４の有機発光素子では図３の有機発光素子よりも、プラズモン損失が増え、導波モード損失が減ることがわかる。   Comparing FIG. 3 and FIG. 4, in FIG. 4, the plasmon mode has a light emitting point at a portion where the light intensity is higher than that in FIG. 3, and the guided mode has a portion where the light intensity is lower than in FIG. Has a light emitting point. Therefore, it can be seen that the plasmon loss increases and the waveguide mode loss decreases in the organic light emitting device of FIG. 4 compared to the organic light emitting device of FIG.

一方、図３と図５を比較すると、図５では、プラズモンモードにとっては図３の場合よりも光強度の低い部分に発光点があり、導波モードにとっては図３の場合よりも光強度の高い部分に発光点がある。したがって、図５の有機発光素子では図３の有機発光素子よりも、プラズモン損失が減り、導波モード損失が増えることがわかる。   On the other hand, comparing FIG. 3 with FIG. 5, in FIG. 5, the plasmon mode has a light emission point at a portion where the light intensity is lower than in FIG. 3, and the waveguide mode has a light intensity higher than that in FIG. 3. There is a light emitting point in the high part. Therefore, it can be seen that the plasmon loss is reduced and the waveguide mode loss is increased in the organic light emitting device of FIG. 5 compared to the organic light emitting device of FIG.

次に、上記の性質及び要因を踏まえて、それぞれの損失を減らすための手段について考える。   Next, based on the above properties and factors, we will consider means for reducing each loss.

〈導波損失を減らすための手段〉
導波損失を減らすには図４に示したような構成とすることが考えられるが、プラズモン損失は逆に増えてしまう。ところで、導波モードは光が高屈折率材料から低屈折率材料に入ろうとするときに、全反射が生じるために起こる現象なので、光はより屈折率の高い層に閉じ込められ、結果として光強度分布のピークは屈折率の高い層に現れる傾向がある。そこで本発明では、有機発光層の近傍に有機発光層及び透明電極よりも屈折率の高い高屈折率層を挿入する。これにより、光強度分布のピークを新たに挿入した高屈折率層にもってくることで、発生した光が導波モードに結合しにくくなり、導波損失を減らすことができる。 <Means for reducing waveguide loss>
In order to reduce the waveguide loss, a configuration as shown in FIG. 4 may be considered, but the plasmon loss increases conversely. By the way, waveguide mode is a phenomenon that occurs because light is totally reflected when light enters a low refractive index material from a high refractive index material, so that the light is confined in a higher refractive index layer, resulting in the light intensity. The distribution peak tends to appear in a layer having a high refractive index. Therefore, in the present invention, a high refractive index layer having a higher refractive index than the organic light emitting layer and the transparent electrode is inserted in the vicinity of the organic light emitting layer. Thereby, by bringing the peak of the light intensity distribution to the newly inserted high refractive index layer, it becomes difficult for the generated light to be coupled to the waveguide mode, and waveguide loss can be reduced.

〈プラズモン損失を減らすための手段〉
プラズモン損失を減らすには図５に示したような構成とすることが考えられるが、導波損失は逆に増えてしまう。ところで、プラズモンモードの光強度分布は金属電極表面で最大となり、金属電極から遠ざかるにつれて単調減少する。よって、プラズモン損失を減らすためには、金属電極の代わりに非金属の透明電極を用いるか、発光点を金属電極から遠ざけて光強度の低い部分にもってくることが考えられる。しかしながら、前者では、基板とは反対側（ユーザの視点とは反対側）に光が漏れてしまうので、光利用効率が下がる。また、後者では、有機発光層中の従来からある何れかの層（例えば電子輸送層）を厚くすることが考えられるが、駆動電圧を上げなければならないため好ましくない。 <Means for reducing plasmon loss>
In order to reduce the plasmon loss, a configuration as shown in FIG. 5 can be considered, but the waveguide loss increases conversely. By the way, the light intensity distribution in the plasmon mode is maximized on the surface of the metal electrode and monotonously decreases as the distance from the metal electrode increases. Therefore, in order to reduce the plasmon loss, it is conceivable that a non-metallic transparent electrode is used instead of the metal electrode, or the light emitting point is moved away from the metal electrode and brought to a portion with low light intensity. However, in the former, since light leaks to the side opposite to the substrate (the side opposite to the user's viewpoint), the light use efficiency decreases. In the latter case, it is conceivable to increase the thickness of any conventional layer (for example, an electron transport layer) in the organic light emitting layer, but this is not preferable because the driving voltage must be increased.

そこで本発明では、金属電極を透明電極に代え、かつ、その外側（有機発光層とは反対側）に金属ミラー又は誘電体多層膜ミラーを配設する。これにより、金属電極が担っていた電極としての役割を透明電極が担い、透明電極の厚み分だけ発光点からミラーまでの距離が遠くなる。また、上記の高屈折率層を挿入することによっても発光点からミラーまでの距離が遠くなる。したがって、ミラーとして金属材料を用いた場合でも、発光点までの距離が遠くなった分だけ、発生した光がプラズモンモードに結合しにくくなり、プラズモン損失を減らすことができる。また、ミラーとして誘電体多層膜を用いた場合は、金属ではないのでプラズモンモードは発生せず、プラズモン損失は完全に抑制できる。   Therefore, in the present invention, the metal electrode is replaced with a transparent electrode, and a metal mirror or a dielectric multilayer mirror is disposed on the outer side (the side opposite to the organic light emitting layer). Thereby, the transparent electrode plays a role as the electrode that the metal electrode has played, and the distance from the light emitting point to the mirror is increased by the thickness of the transparent electrode. Also, the distance from the light emitting point to the mirror is increased by inserting the high refractive index layer. Therefore, even when a metal material is used as the mirror, the generated light is less likely to be coupled to the plasmon mode as the distance to the light emitting point is increased, and plasmon loss can be reduced. Further, when a dielectric multilayer film is used as a mirror, since it is not a metal, plasmon mode does not occur, and plasmon loss can be completely suppressed.

以下に、上記の構成を採用した本発明の有機発光素子について詳しく説明する。   Hereinafter, the organic light-emitting device of the present invention that employs the above configuration will be described in detail.

〈有機発光素子の構成〉
（第１実施形態）
図６（ａ）は、本発明の第１実施形態の有機発光素子の概略断面図である。有機発光素子２０は、図中の下層から順に、金属材料からなるミラー層２１、高屈折率層２２、第１の透明電極２３、有機発光層２４、第２の透明電極２５、透明基板２６が積層されて構成される。この有機発光素子２０は、透明基板２６の第２の透明電極２５とは反対面を光取り出し面とする、いわゆるボトムエミッション方式である。 <Configuration of organic light-emitting element>
(First embodiment)
FIG. 6A is a schematic cross-sectional view of the organic light-emitting device according to the first embodiment of the present invention. The organic light emitting element 20 includes a mirror layer 21 made of a metal material, a high refractive index layer 22, a first transparent electrode 23, an organic light emitting layer 24, a second transparent electrode 25, and a transparent substrate 26 in order from the lower layer in the figure. It is constructed by stacking. The organic light emitting element 20 is a so-called bottom emission system in which the surface opposite to the second transparent electrode 25 of the transparent substrate 26 is a light extraction surface.

ミラー層２１は、光を透明基板２６側に反射させるミラーであり、反射率が６０％以上であることが好ましく、例えば、アルミニウム、銀、ニッケル、チタン、ナトリウム、カルシウム等の金属材料又はそれらの何れかを含む合金などを用いることができる。   The mirror layer 21 is a mirror that reflects light toward the transparent substrate 26, and preferably has a reflectance of 60% or more. For example, a metal material such as aluminum, silver, nickel, titanium, sodium, calcium, or the like thereof An alloy containing any of them can be used.

高屈折率層２２は、第１の透明電極２３、第２の透明電極２５、有機発光層２４の何れよりも屈折率が高い透明な層であり、例えば、ＴｉＯ2、ＨｆＯ2、Ｔａ2Ｏ5、ＺｒＯ、ＫＴａＯ3等の材料を用いることができる。屈折率は２．５前後である。高屈折率層２２の層厚は、例えば数十〜数百ｎｍとすることができる。 The high refractive index layer 22 is a transparent layer having a higher refractive index than any of the first transparent electrode 23, the second transparent electrode 25, and the organic light emitting layer 24. For example, TiO 2 , HfO 2 , Ta 2 O 5 , materials such as ZrO and KTaO 3 can be used. The refractive index is around 2.5. The layer thickness of the high refractive index layer 22 can be set to several tens to several hundreds nm, for example.

また、高屈折率層２２には、光散乱効果のある微粒子を分散させてもよい。この微粒子としては、高屈折率層２２とは屈折率の異なる透明な微粒子、好ましくは高屈折率層２２より屈折率の高い透明な微粒子を用い、例えば、直径数十ｎｍの酸化アルミニウムなどを用いることができる。これにより、高屈折率層２２で導波モードやプラズモンモードの光が散乱し、より多くの光を取り出すことができる。   Further, fine particles having a light scattering effect may be dispersed in the high refractive index layer 22. As the fine particles, transparent fine particles having a refractive index different from that of the high refractive index layer 22, preferably transparent fine particles having a refractive index higher than that of the high refractive index layer 22, for example, aluminum oxide having a diameter of several tens of nm are used. be able to. As a result, waveguide mode or plasmon mode light is scattered by the high refractive index layer 22 and more light can be extracted.

第１及び第２の透明電極２３、２５は、１対の電極であり、透過率が４０％以上であることが好ましく、例えば、ＣｕＩ、インジウムチンオキシド（ＩＴＯ）、ＳｎＯ2、ＺｎＯ、インジウムジンクオキシド（ＩＺＯ）等の無機導電膜や、ポリエチレンジオキシチオフェンとポリスチレンスルフォン酸の混合体（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）等の有機導電膜や、高分子材料に銀ナノワイヤー又はカーボンナノチューブを分散させた複合導電膜などを用いることができる。屈折率は１．８前後である。 The first and second transparent electrodes 23 and 25 are a pair of electrodes and preferably have a transmittance of 40% or more. For example, CuI, indium tin oxide (ITO), SnO 2 , ZnO, indium zinc Inorganic conductive film such as oxide (IZO), organic conductive film such as a mixture of polyethylenedioxythiophene and polystyrene sulfonic acid (PEDOT / PSS), and composite conductive material in which silver nanowires or carbon nanotubes are dispersed in a polymer material A film or the like can be used. The refractive index is around 1.8.

有機発光層２４は、発光層を含む有機化合物または錯体の単層または複数層であり、例えば、陽極と接する正孔輸送層、発光材料で形成された発光層、陰極と接する電子輸送層等からなり、数ｎｍから数百ｎｍの厚みである。屈折率は１．８前後である。また、フッ化リチウム層や無機金属塩の層或いはそれらを含有する層等が、任意の位置に形成されていてもよい。発光層は少なくとも一種の発光材からなるもので、蛍光発光性化合物又は燐光発光性化合物等を用いることができる。一例として、図６（ａ）の有機発光層２４は、下層から順に、電子注入層２７、電子輸送層２８、発光層２９、正孔輸送層３０、正孔注入層３１が積層されて構成される。   The organic light emitting layer 24 is a single layer or a plurality of layers of an organic compound or a complex including a light emitting layer. For example, a hole transport layer in contact with the anode, a light emitting layer formed of a light emitting material, an electron transport layer in contact with the cathode, or the like. Thus, the thickness is several nm to several hundred nm. The refractive index is around 1.8. Further, a lithium fluoride layer, an inorganic metal salt layer, or a layer containing them may be formed at an arbitrary position. The light emitting layer is made of at least one kind of light emitting material, and a fluorescent light emitting compound or a phosphorescent light emitting compound can be used. As an example, the organic light emitting layer 24 in FIG. 6A is configured by laminating an electron injection layer 27, an electron transport layer 28, a light emitting layer 29, a hole transport layer 30, and a hole injection layer 31 in order from the lower layer. The

有機発光層２４の構成としては、例えば他にも、以下の（ｉ）〜（ｖ）の構成などを採用できる。
（ｉ）（陽極）／発光層／電子輸送層／（陰極）
（ii）（陽極）／正孔輸送層／発光層／電子輸送層／（陰極）
（iii）（陽極）／正孔輸送層／発光層／正孔阻止層／電子輸送層／（陰極）
（iv）（陽極）／正孔輸送層／発光層／正孔阻止層／電子輸送層／電子注入層／（陰極）
（ｖ）（陽極）／正孔注入層／正孔輸送層／発光層／正孔阻止層／電子輸送層／電子注入層／（陰極） As the configuration of the organic light emitting layer 24, for example, the following configurations (i) to (v) may be employed.
(I) (anode) / light emitting layer / electron transport layer / (cathode)
(Ii) (anode) / hole transport layer / light emitting layer / electron transport layer / (cathode)
(Iii) (anode) / hole transport layer / light emitting layer / hole blocking layer / electron transport layer / (cathode)
(Iv) (anode) / hole transport layer / light emitting layer / hole blocking layer / electron transport layer / electron injection layer / (cathode)
(V) (anode) / hole injection layer / hole transport layer / light emitting layer / hole blocking layer / electron transport layer / electron injection layer / (cathode)

正孔輸送層は正孔を輸送する機能を有する材料からなり、広い意味で正孔注入層、電子阻止層も正孔輸送層に含まれる。正孔輸送層は単層または複数層設けることができる。   The hole transport layer is made of a material having a function of transporting holes, and in a broad sense, a hole injection layer and an electron blocking layer are also included in the hole transport layer. The hole transport layer can be provided as a single layer or a plurality of layers.

電子輸送層は電子を輸送する機能を有する材料からなり、広い意味で電子注入層、正孔阻止層も電子輸送層に含まれる。電子輸送層は単層または複数層設けることができる。   The electron transport layer is made of a material having a function of transporting electrons, and in a broad sense, an electron injection layer and a hole blocking layer are also included in the electron transport layer. The electron transport layer can be provided as a single layer or a plurality of layers.

正孔阻止層とは広い意味では電子輸送層の機能を有し、電子を輸送する機能を有しつつ正孔を輸送する能力が著しく小さい正孔阻止材料からなり、電子を輸送しつつ正孔を阻止することで電子と正孔の再結合確率を向上させることができる。   The hole blocking layer has a function of an electron transport layer in a broad sense, and is made of a hole blocking material that has a function of transporting electrons and has a remarkably small ability to transport holes. The probability of recombination of electrons and holes can be improved by blocking.

正孔注入層及び電子注入層とは、駆動電圧低下や発光輝度向上のために電極と発光層間に設けられる層のことである。   The hole injection layer and the electron injection layer are layers provided between the electrode and the light emitting layer in order to lower the driving voltage and improve the light emission luminance.

透明基板２６は、有機発光素子２０全体を保持するとともに、光を透過するものであり、例えば、０．１〜１ｍｍの厚みのガラスや樹脂等の透明材料を用いることができる。屈折率は１．５〜１．８前後の範囲であることが好ましい。透明基板２６を樹脂フィルムなどフレキシブルなフィルム状の基材で形成すれば、面光源を湾曲させることができ、種々の方向に向かって発光させることができる。   The transparent substrate 26 holds the entire organic light emitting element 20 and transmits light. For example, a transparent material such as glass or resin having a thickness of 0.1 to 1 mm can be used. The refractive index is preferably in the range of about 1.5 to 1.8. If the transparent substrate 26 is formed of a flexible film-like substrate such as a resin film, the surface light source can be curved and light can be emitted in various directions.

そして、有機発光素子２０は、一方の端部で第２の透明電極２５を露出させ、他方の端部で第１の透明電極２３を露出させて電極部を形成し、この電極部を電源部（不図示）の各々の電源配線（不図示）に接続し、有機発光層２４に所定の直流電圧を印加して発光させる。   The organic light-emitting element 20 forms the electrode portion by exposing the second transparent electrode 25 at one end and exposing the first transparent electrode 23 at the other end. Each power wiring (not shown) is connected to each power wiring (not shown), and a predetermined DC voltage is applied to the organic light emitting layer 24 to emit light.

なお、有機発光素子２０を構成する有機化合物は、水分や大気中の酸素により劣化するため、透湿防止層（ガスバリア層）で封止して外部雰囲気から遮断して使用される。この透湿防止層は、例えば、高周波スパッタリング法などにより形成することができる。また、透明基板２６には、必要に応じてハードコート層、アンダーコート層などを設けてもよい。   In addition, since the organic compound which comprises the organic light emitting element 20 deteriorates with a water | moisture content or oxygen in air | atmosphere, it seals with a moisture permeation prevention layer (gas barrier layer), and is used by interrupting | blocking from external atmosphere. This moisture permeation preventive layer can be formed by, for example, a high frequency sputtering method. Moreover, you may provide a hard-coat layer, an undercoat layer, etc. in the transparent substrate 26 as needed.

（第２実施形態）
図７（ａ）は、本発明の第２実施形態の有機発光素子の概略断面図である。第１実施形態と同様の構成については同符号を付し、その詳細な説明を省略する。有機発光素子４０は、図中の下層から順に、誘電体多層膜からなるミラー層４１、高屈折率層２２、裏面電極となる第１の透明電極２３、有機発光層２４、第２の透明電極２５、透明基板２６が積層されて構成される。この有機発光素子４０は、透明基板２６の第２の透明電極２５とは反対面を光取り出し面とする、いわゆるボトムエミッション方式である。 (Second Embodiment)
FIG. 7A is a schematic cross-sectional view of an organic light-emitting device according to the second embodiment of the present invention. The same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. The organic light emitting device 40 includes, in order from the lower layer in the figure, a mirror layer 41 made of a dielectric multilayer film, a high refractive index layer 22, a first transparent electrode 23 that serves as a back electrode, an organic light emitting layer 24, and a second transparent electrode. 25, a transparent substrate 26 is laminated. This organic light emitting device 40 is a so-called bottom emission system in which the surface opposite to the second transparent electrode 25 of the transparent substrate 26 is a light extraction surface.

第２実施形態が第１実施形態と異なる点は、ミラー層４１が誘電体多層膜からなる点である。誘電体多層膜は、光を透明基板２６側に反射させるミラーであり、反射率が６０％以上であることが好ましく、例えば、２種以上の屈折率の異なる透明な樹脂（例えば、ＳｉＯ2とＴａ2Ｏ5）を交互に積層した膜などを用いることができる。誘電体多層膜は金属ではないので、この有機発光素子４０ではプラズモンモードの光は発生しない。 The second embodiment is different from the first embodiment in that the mirror layer 41 is made of a dielectric multilayer film. The dielectric multilayer film is a mirror that reflects light toward the transparent substrate 26, and preferably has a reflectance of 60% or more. For example, two or more kinds of transparent resins having different refractive indexes (for example, SiO 2 and A film in which Ta 2 O 5 ) are alternately stacked can be used. Since the dielectric multilayer film is not a metal, the organic light emitting device 40 does not generate plasmon mode light.

（第３実施形態）
図８（ａ）は、本発明の第３実施形態の有機発光素子の概略断面図である。第１実施形態と同様の構成については同符号を付し、その詳細な説明を省略する。有機発光素子５０は、図中の下層から順に、第２の透明電極２５、有機発光層２４、第１の透明電極２３、高屈折率層２２、金属材料からなるミラー層２１、基板５１が積層されて構成される。この有機発光素子５０は、第２の透明電極２５の有機発光層２４とは反対面を光取り出し面とする、いわゆるトップエミッション方式である。 (Third embodiment)
FIG. 8A is a schematic cross-sectional view of an organic light-emitting device according to a third embodiment of the present invention. The same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. The organic light emitting element 50 is formed by laminating a second transparent electrode 25, an organic light emitting layer 24, a first transparent electrode 23, a high refractive index layer 22, a mirror layer 21 made of a metal material, and a substrate 51 in order from the lower layer in the figure. Configured. This organic light emitting element 50 is a so-called top emission system in which the surface opposite to the organic light emitting layer 24 of the second transparent electrode 25 is a light extraction surface.

第３実施形態が第１実施形態と異なる点は、第２の透明電極２５、有機発光層２４、第１の透明電極２３、高屈折率層２２、ミラー層２１の積層順が逆である点と、基板５１が透明である必要がない点である。   The third embodiment is different from the first embodiment in that the stacking order of the second transparent electrode 25, the organic light emitting layer 24, the first transparent electrode 23, the high refractive index layer 22, and the mirror layer 21 is reversed. The substrate 51 does not need to be transparent.

基板５１は、有機発光素子５０全体を保持するものであり、例えば、０．１〜１ｍｍの厚みのガラスや樹脂等を用いることができる。基板５１を樹脂フィルムなどフレキシブルなフィルム状の基材で形成すれば、面光源を湾曲させることができ、種々の方向に向かって発光させることができる。   The substrate 51 holds the entire organic light emitting device 50, and for example, glass or resin having a thickness of 0.1 to 1 mm can be used. If the substrate 51 is formed of a flexible film-like substrate such as a resin film, the surface light source can be curved and light can be emitted in various directions.

（第４実施形態）
図９（ａ）は、本発明の第４実施形態の有機発光素子の概略断面図である。第３実施形態と同様の構成については同符号を付し、その詳細な説明を省略する。有機発光素子６０は、図中の下層から順に、第２の透明電極２５、有機発光層２４、第１の透明電極２３、高屈折率層２２、誘電体多層膜からなるミラー層４１、基板５１が積層されて構成される。この有機発光素子６０は、第２の透明電極２５の有機発光層２４とは反対面を光取り出し面とする、いわゆるトップエミッション方式である。 (Fourth embodiment)
FIG. 9A is a schematic cross-sectional view of an organic light-emitting device according to the fourth embodiment of the present invention. The same components as those in the third embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. The organic light emitting device 60 includes, in order from the lower layer in the drawing, the second transparent electrode 25, the organic light emitting layer 24, the first transparent electrode 23, the high refractive index layer 22, the mirror layer 41 made of a dielectric multilayer film, and the substrate 51. Are stacked. The organic light emitting device 60 is a so-called top emission system in which the surface opposite to the organic light emitting layer 24 of the second transparent electrode 25 is a light extraction surface.

第４実施形態が第３実施形態と異なる点は、ミラー層４１が第２実施形態と同じ誘電体多層膜からなる点である。よって、この有機発光素子６０ではプラズモンモードの光は発生しない。   The fourth embodiment differs from the third embodiment in that the mirror layer 41 is made of the same dielectric multilayer film as that of the second embodiment. Therefore, the organic light emitting device 60 does not generate plasmon mode light.

〈有機発光素子の作製方法〉
ここでは第１実施形態の有機発光素子２０を例に素子の作製方法を説明する。第２〜第４実施形態の有機発光素子の作製方法は第１実施形態の有機発光素子２０の作製方法に準ずるので説明を省略する。 <Method for manufacturing organic light-emitting element>
Here, an element manufacturing method will be described using the organic light emitting element 20 of the first embodiment as an example. Since the manufacturing method of the organic light emitting element of 2nd-4th embodiment applies to the manufacturing method of the organic light emitting element 20 of 1st Embodiment, description is abbreviate | omitted.

まず、透明基板２６上に第２の透明電極２５の薄膜を１μｍ以下、好ましくは１０ｎｍ〜２００ｎｍの膜厚になるように、蒸着やスパッタリング等の方法により形成させる。   First, the thin film of the 2nd transparent electrode 25 is formed on the transparent substrate 26 by methods, such as vapor deposition and sputtering, so that it may become a film thickness of 1 micrometer or less, Preferably it is 10 nm-200 nm.

そして、この上に有機発光層２４である正孔注入層３１、正孔輸送層３０、発光層２９、電子輸送層２８、電子注入層２７を形成させる。   Then, a hole injection layer 31, a hole transport layer 30, a light emission layer 29, an electron transport layer 28, and an electron injection layer 27 that are the organic light emitting layer 24 are formed thereon.

これら各層の形成方法としては、蒸着法、ウェットプロセス（スピンコート法、キャスト法、インクジェット法、印刷法）等があり、均質な膜が得られやすく、且つピンホールが生成しにくい等の点からは、スピンコート法、インクジェット法、印刷法等の塗布法による成膜が好ましい。   As a method for forming each of these layers, there are a vapor deposition method, a wet process (spin coating method, casting method, ink jet method, printing method), etc., and it is easy to obtain a uniform film and it is difficult to generate pinholes. Is preferably formed by a coating method such as a spin coating method, an ink jet method, or a printing method.

有機発光層２４を溶解または分散する液媒体としては、例えば、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類、酢酸エチル等の脂肪酸エステル類、ジクロロベンゼン等のハロゲン化炭化水素類、トルエン、キシレン、メシチレン、シクロヘキシルベンゼン等の芳香族炭化水素類、シクロヘキサン、デカリン、ドデカン等の脂肪族炭化水素類、ＤＭＦ、ＤＭＳＯ等の有機溶媒を用いることができる。また分散方法としては、超音波、高剪断力分散やメディア分散等の分散方法により分散することができる。   Examples of the liquid medium for dissolving or dispersing the organic light emitting layer 24 include ketones such as methyl ethyl ketone and cyclohexanone, fatty acid esters such as ethyl acetate, halogenated hydrocarbons such as dichlorobenzene, toluene, xylene, mesitylene, and cyclohexylbenzene. Aromatic hydrocarbons such as cyclohexane, decalin and dodecane, and organic solvents such as DMF and DMSO can be used. Moreover, as a dispersion method, it can disperse | distribute by dispersion methods, such as an ultrasonic wave, high shear force dispersion | distribution, and media dispersion | distribution.

これらの層を形成後、その上に第１の透明電極２３の薄膜を１μｍ以下、好ましくは、１０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲の膜厚になるように、次に、高屈折率層２２の薄膜を数十〜数百ｎｍの膜厚になるように、ミラー層２１の薄膜を数十〜数百ｎｍの膜厚になるように、例えば、蒸着やスパッタリング等の方法により形成させる。このようにして有機発光素子２０が得られる。   After these layers are formed, the thin film of the high refractive index layer 22 is then formed so that the thin film of the first transparent electrode 23 has a thickness of 1 μm or less, preferably in the range of 10 nm to 200 nm. The thin film of the mirror layer 21 is formed by, for example, a method such as vapor deposition or sputtering so as to have a film thickness of tens to several hundreds of nanometers. In this way, the organic light emitting device 20 is obtained.

〈損失の低減〉
図６（ｂ）は、第１実施形態の有機発光素子２０における導波モードの積層方向の光強度分布を示す図である。図６（ｃ）は、第１実施形態の有機発光素子２０におけるプラズモンモードの積層方向の光強度分布を示す図である。図７（ｂ）は、第２実施形態の有機発光素子４０における導波モードの積層方向の光強度分布を示す図である。図８（ｂ）は、第３実施形態の有機発光素子５０における導波モードの積層方向の光強度分布を示す図である。図８（ｃ）は、第３実施形態の有機発光素子５０におけるプラズモンモードの積層方向の光強度分布を示す図である。図９（ｂ）は、第４実施形態の有機発光素子６０における導波モードの積層方向の光強度分布を示す図である。 <Reduction of loss>
FIG. 6B is a diagram showing a light intensity distribution in the stacking direction of the waveguide mode in the organic light emitting device 20 of the first embodiment. FIG. 6C is a diagram illustrating a light intensity distribution in the plasmon mode stacking direction in the organic light emitting device 20 of the first embodiment. FIG. 7B is a diagram illustrating a light intensity distribution in the stacking direction of the waveguide mode in the organic light emitting device 40 of the second embodiment. FIG. 8B is a diagram showing a light intensity distribution in the stacking direction of the waveguide mode in the organic light emitting device 50 of the third embodiment. FIG. 8C is a view showing the light intensity distribution in the plasmon mode stacking direction in the organic light emitting device 50 of the third embodiment. FIG. 9B is a diagram showing a light intensity distribution in the stacking direction of the waveguide mode in the organic light emitting device 60 of the fourth embodiment.

図６（ｂ）では光強度分布のピークが屈折率の高い高屈折率層２２に現れており、発光点の光強度（図中の×印の強度）は低くなっているので、発生した光は導波モードに結合しにくいといえる。また、図６（ｃ）では透明電極２３及び高屈折率層２２の厚み分だけ発光点からミラー層２１までの距離が遠くなっているので、発光点の光強度（図中の×印の強度）は低くなっており、発生した光はプラズモンモードに結合しにくいといえる。したがって、図３と比較すると、第１実施形態の有機発光素子２０では、導波損失及びプラズモン損失ともに減っていることがわかる。   In FIG. 6B, the peak of the light intensity distribution appears in the high refractive index layer 22 having a high refractive index, and the light intensity at the light emitting point (the intensity of the x mark in the figure) is low. Can hardly be coupled to the waveguide mode. Further, in FIG. 6C, since the distance from the light emitting point to the mirror layer 21 is increased by the thickness of the transparent electrode 23 and the high refractive index layer 22, the light intensity at the light emitting point (the intensity of the X mark in the figure). ) Is low, and it can be said that the generated light is difficult to couple to the plasmon mode. Therefore, as compared with FIG. 3, it can be seen that in the organic light emitting device 20 of the first embodiment, both the waveguide loss and the plasmon loss are reduced.

図７（ｂ）では、図６（ｂ）と同様、光強度分布のピークが屈折率の高い高屈折率層２２に現れており、発光点の光強度（図中の×印の強度）は低くなっているので、発生した光は導波モードに結合しにくいといえる。また、ミラー層４１を構成する誘電体多層膜は金属ではないので、この有機発光素子４０ではプラズモンモードの光は発生しない。図３と比較すると、第２実施形態の有機発光素子４０では、導波損失及びプラズモン損失ともに減っていることがわかる。   In FIG. 7B, similarly to FIG. 6B, the peak of the light intensity distribution appears in the high refractive index layer 22 having a high refractive index, and the light intensity at the light emitting point (the intensity of the X mark in the figure) is Since it is low, it can be said that the generated light is hardly coupled to the waveguide mode. In addition, since the dielectric multilayer film constituting the mirror layer 41 is not a metal, the organic light emitting element 40 does not generate plasmon mode light. Compared with FIG. 3, it can be seen that both the waveguide loss and the plasmon loss are reduced in the organic light emitting device 40 of the second embodiment.

図８（ｂ）では光強度分布のピークが屈折率の高い高屈折率層２２に現れており、発光点の光強度（図中の×印の強度）は低くなっているので、発生した光は導波モードに結合しにくいといえる。また、図８（ｃ）では透明電極２３及び高屈折率層２２の厚み分だけ発光点からミラー層２１までの距離が遠くなっているので、発光点の光強度（図中の×印の強度）は低くなっており、発生した光はプラズモンモードに結合しにくいといえる。したがって、図３と比較すると発光方式に違いはあるが、第３実施形態の有機発光素子５０では、導波損失及びプラズモン損失ともに減っていることがわかる。   In FIG. 8B, the peak of the light intensity distribution appears in the high refractive index layer 22 having a high refractive index, and the light intensity at the light emitting point (the intensity of the x mark in the figure) is low. Can hardly be coupled to the waveguide mode. Further, in FIG. 8C, since the distance from the light emitting point to the mirror layer 21 is increased by the thickness of the transparent electrode 23 and the high refractive index layer 22, the light intensity at the light emitting point (the intensity of the X mark in the figure). ) Is low, and it can be said that the generated light is difficult to couple to the plasmon mode. Therefore, although there is a difference in the light emission method as compared with FIG. 3, it can be seen that in the organic light emitting device 50 of the third embodiment, both the waveguide loss and the plasmon loss are reduced.

図９（ｂ）では、図８（ｂ）と同様、光強度分布のピークが屈折率の高い高屈折率層２２に現れており、発光点の光強度（図中の×印の強度）は低くなっているので、発生した光は導波モードに結合しにくいといえる。また、ミラー層４１を構成する誘電体多層膜は金属ではないので、この有機発光素子６０ではプラズモンモードの光は発生しない。図３と比較すると発光方式に違いはあるが、第４実施形態の有機発光素子６０では、導波損失及びプラズモン損失ともに減っていることがわかる。   In FIG. 9B, as in FIG. 8B, the peak of the light intensity distribution appears in the high refractive index layer 22 having a high refractive index, and the light intensity at the light emitting point (the intensity of the x mark in the figure) is Since it is low, it can be said that the generated light is hardly coupled to the waveguide mode. In addition, since the dielectric multilayer film constituting the mirror layer 41 is not a metal, the organic light emitting element 60 does not generate plasmon mode light. Compared with FIG. 3, although the light emission method is different, it can be seen that in the organic light emitting device 60 of the fourth embodiment, both the waveguide loss and the plasmon loss are reduced.

このように、本発明によれば、第１又は第２の透明電極の有機発光層側とは反対側に、第１及び第２の透明電極と有機発光層との何れよりも屈折率の高い高屈折率層を設けることにより、導波モードの光強度分布の光強度の強いところを高屈折率層にもってくることで、発生した光が導波モードに結合しにくくなり、導波損失を減らすことができる。さらに、高屈折率層の有機発光層側とは反対側にミラー層を設けることにより、透明電極及び高屈折率層の厚み分だけ発光点からミラー層までの距離が遠くなり、ミラーとして金属材料を用いた場合でも、発光点までの距離が遠くなった分だけ、発生した光がプラズモンモードに結合しにくくなり、プラズモン損失を減らすことができ、ミラーとして誘電体多層膜を用いた場合は、プラズモンモードは発生せず、プラズモン損失は完全に抑制できる。よって、本発明によると、ボトムエミッション方式、トップエミッション方式に関わらず、導波損失及びプラズモン損失ともに減らすことができ、その結果、光の利用効率が向上する。   Thus, according to the present invention, the refractive index of the first or second transparent electrode opposite to the organic light emitting layer side is higher than that of any of the first and second transparent electrodes and the organic light emitting layer. By providing a high refractive index layer, a portion with a strong light intensity in the light intensity distribution of the waveguide mode is brought to the high refractive index layer, so that the generated light is less likely to be coupled to the waveguide mode, and the waveguide loss is reduced. Can be reduced. Furthermore, by providing a mirror layer on the side opposite to the organic light emitting layer side of the high refractive index layer, the distance from the light emitting point to the mirror layer is increased by the thickness of the transparent electrode and the high refractive index layer. Even if the distance to the light emitting point is increased, the generated light is less likely to be coupled to the plasmon mode, plasmon loss can be reduced, and when a dielectric multilayer film is used as a mirror, There is no plasmon mode, and plasmon loss can be completely suppressed. Therefore, according to the present invention, it is possible to reduce both the waveguide loss and the plasmon loss regardless of the bottom emission method and the top emission method, and as a result, the light utilization efficiency is improved.

次に、上記の第１〜第４実施形態を具体化した実施例を、比較対象としての比較例とともに説明する。   Next, examples embodying the first to fourth embodiments will be described together with a comparative example as a comparison target.

比較例１は第１実施形態の有機発光素子２０において第１の透明電極２３に代えて金属電極を用い、高屈折率層２２及びミラー層２１を省略したものである。比較例１の有機発光素子は、金属電極としてのアルミニウムを厚さ１５０ｎｍ、有機発光層（屈折率約１．７５）を厚さ１４０ｎｍ、透明電極としてのＩＴＯ（屈折率約１．８５）を厚さ８０ｎｍ、透明基板としての無アルカリガラスが順に積層されて構成され、白色に発光する。   In Comparative Example 1, a metal electrode is used instead of the first transparent electrode 23 in the organic light emitting device 20 of the first embodiment, and the high refractive index layer 22 and the mirror layer 21 are omitted. The organic light emitting device of Comparative Example 1 has a thickness of 150 nm for aluminum as a metal electrode, a thickness of 140 nm for an organic light emitting layer (refractive index of about 1.75), and a thickness of ITO (refractive index of about 1.85) as a transparent electrode. A non-alkali glass as a transparent substrate having a thickness of 80 nm is laminated in order, and emits white light.

ここで光の利用効率を比較するための指標として外部量子効率（EQE: external quantum efficiency）を用いる。比較例１の有機発光素子の外部量子効率は２０．８％であった。   Here, external quantum efficiency (EQE) is used as an index for comparing the light utilization efficiency. The external quantum efficiency of the organic light emitting device of Comparative Example 1 was 20.8%.

実施例１は第１実施形態に対応し、この有機発光素子は、ミラー層としてのアルミニウムを厚さ１５０ｎｍ、高屈折率層としてのＴｉＯ2（屈折率約２．５）を厚さ１００ｎｍ、第１の透明電極としてのＩＴＯ（屈折率約１．８５）を厚さ８０ｎｍ、有機発光層（屈折率約１．７５）を厚さ１４０ｎｍ、第２の透明電極としてのＩＴＯ（屈折率約１．８５）を厚さ８０ｎｍ、透明基板としての無アルカリガラスが順に積層されて構成され、白色に発光する。 Example 1 corresponds to the first embodiment, and this organic light-emitting device has aluminum as a mirror layer with a thickness of 150 nm, TiO 2 as a high refractive index layer (with a refractive index of about 2.5) with a thickness of 100 nm, ITO as a transparent electrode of 1 (refractive index of about 1.85) is 80 nm thick, organic light emitting layer (refractive index of about 1.75) is 140 nm thick, ITO as a second transparent electrode (refractive index of about 1. 85) having a thickness of 80 nm and non-alkali glass as a transparent substrate laminated in order, and emits white light.

この実施例１の有機発光素子の外部量子効率は２８．９％であった。これは比較例１の外部量子効率を大きく上回っており、導波損失及びプラズモン損失が低減した結果であるといえる。   The external quantum efficiency of the organic light-emitting device of this Example 1 was 28.9%. This greatly exceeds the external quantum efficiency of Comparative Example 1, and can be said to be a result of reduced waveguide loss and plasmon loss.

実施例２は第２実施形態に対応し、実施例１の有機発光素子において、ミラー層としてＳｉＯ2とＴａ2Ｏ5を交互に積層した誘電体多層膜を用いたものである。 Example 2 corresponds to the second embodiment, and in the organic light emitting device of Example 1, a dielectric multilayer film in which SiO 2 and Ta 2 O 5 are alternately laminated is used as a mirror layer.

この実施例２の有機発光素子の外部量子効率は２９．７％であった。これは実施例１の外部量子効率を上回っており、誘電体多層膜を用いることでプラズモン損失が発生していない結果であるといえる。   The external quantum efficiency of the organic light-emitting device of this Example 2 was 29.7%. This exceeds the external quantum efficiency of Example 1, and it can be said that plasmon loss does not occur by using the dielectric multilayer film.

実施例３は第１実施形態に対応し、実施例１の有機発光素子において、高屈折率層に直径約６０ｎｍの酸化アルミニウム粒子を分散させたものである。   Example 3 corresponds to the first embodiment, and in the organic light emitting device of Example 1, aluminum oxide particles having a diameter of about 60 nm are dispersed in the high refractive index layer.

この実施例３の有機発光素子の外部量子効率は３４．２％であった。これは実施例１の外部量子効率を大きく上回っており、酸化アルミニウム粒子を用いることで高屈折率層において光散乱効果が得られた結果であるといえる。   The external quantum efficiency of the organic light-emitting element of this Example 3 was 34.2%. This greatly exceeds the external quantum efficiency of Example 1, and it can be said that the light scattering effect was obtained in the high refractive index layer by using aluminum oxide particles.

比較例２は第３実施形態の有機発光素子５０において第１の透明電極２３に代えて金属電極を用い、高屈折率層２２及びミラー層２１を省略したものである。比較例２の有機発光素子は、透明電極としてのＩＴＯ（屈折率約１．８５）を厚さ８０ｎｍ、有機発光層（屈折率約１．７５）を厚さ１４０ｎｍ、金属電極としてのアルミニウムを厚さ１５０ｎｍ、基板としての無アルカリガラスが順に積層されて構成され、白色に発光する。   In Comparative Example 2, a metal electrode is used instead of the first transparent electrode 23 in the organic light emitting device 50 of the third embodiment, and the high refractive index layer 22 and the mirror layer 21 are omitted. The organic light emitting device of Comparative Example 2 has a thickness of 80 nm of ITO (refractive index of about 1.85) as a transparent electrode, a thickness of 140 nm of an organic light emitting layer (refractive index of about 1.75), and a thickness of aluminum as a metal electrode. 150 nm thick, non-alkali glass as a substrate is laminated in order, and emits white light.

この比較例２の有機発光素子の外部量子効率は１５．３％であった。   The external quantum efficiency of the organic light emitting device of Comparative Example 2 was 15.3%.

実施例４は第３実施形態に対応し、この有機発光素子は、第２の透明電極としてのＩＴＯ（屈折率約１．８５）を厚さ８０ｎｍ、有機発光層（屈折率約１．７５）を厚さ１４０ｎｍ、第１の透明電極としてのＩＴＯ（屈折率約１．８５）を厚さ８０ｎｍ、高屈折率層としてのＴｉＯ2（屈折率約２．５）を厚さ１００ｎｍ、ミラー層としてのアルミニウムを厚さ１５０ｎｍ、基板としての無アルカリガラスが順に積層されて構成され、白色に発光する。 Example 4 corresponds to the third embodiment, and this organic light-emitting device has a thickness of 80 nm of ITO (refractive index of about 1.85) as a second transparent electrode, and an organic light-emitting layer (refractive index of about 1.75). 140 nm in thickness, ITO (refractive index of about 1.85) as the first transparent electrode is 80 nm in thickness, TiO 2 (high refractive index of about 2.5) as the high refractive index layer is 100 nm in thickness, as the mirror layer Aluminum is 150 nm thick and non-alkali glass as a substrate is laminated in order, and emits white light.

この実施例４の有機発光素子の外部量子効率は２６．７％であった。これは比較例２の外部量子効率を大きく上回っており、導波損失及びプラズモン損失が低減した結果であるといえる。   The external quantum efficiency of the organic light-emitting device of Example 4 was 26.7%. This greatly exceeds the external quantum efficiency of Comparative Example 2 and can be said to be a result of reduced waveguide loss and plasmon loss.

実施例５は第４実施形態に対応し、実施例４の有機発光素子において、ミラー層としてＳｉＯ2とＴａ2Ｏ5を交互に積層した誘電体多層膜を用いたものである。 Example 5 corresponds to the fourth embodiment. In the organic light emitting device of Example 4, a dielectric multilayer film in which SiO 2 and Ta 2 O 5 are alternately laminated is used as a mirror layer.

この実施例５の有機発光素子の外部量子効率は２７．３％であった。これは実施例４の外部量子効率を上回っており、誘電体多層膜を用いることでプラズモン損失が発生していない結果であるといえる。   The external quantum efficiency of the organic light-emitting device of Example 5 was 27.3%. This exceeds the external quantum efficiency of Example 4, and it can be said that plasmon loss does not occur by using the dielectric multilayer film.

実施例６は第３実施形態に対応し、実施例４の有機発光素子において、高屈折率層に直径約６０ｎｍの酸化アルミニウム粒子を分散させたものである。   Example 6 corresponds to the third embodiment, and in the organic light-emitting device of Example 4, aluminum oxide particles having a diameter of about 60 nm are dispersed in the high refractive index layer.

この実施例６の有機発光素子の外部量子効率は３０．０％であった。これは実施例４の外部量子効率を大きく上回っており、酸化アルミニウム粒子を用いることで高屈折率層において光散乱効果が得られた結果であるといえる。   The external quantum efficiency of the organic light-emitting element of this Example 6 was 30.0%. This greatly exceeds the external quantum efficiency of Example 4, and it can be said that the light scattering effect was obtained in the high refractive index layer by using aluminum oxide particles.

本発明の有機発光素子は、表示デバイス、ディスプレイ、各種発光光源として用いることができる。発光光源として、例えば、照明装置（家庭用照明、車内照明）、時計や液晶用バックライト、看板広告、信号機、光記憶媒体の光源、電子写真複写機の光源、光通信処理機の光源、光センサーの光源等が挙げられるが、これらに限定するものではない。特に液晶表示装置のバックライト、照明用光源としての用途に有効に用いることができる。   The organic light-emitting device of the present invention can be used as a display device, a display, or various light sources. For example, lighting devices (home lighting, interior lighting), clock and liquid crystal backlights, billboard advertisements, traffic lights, light sources of optical storage media, light sources of electrophotographic copying machines, light sources of optical communication processors, light Although the light source of a sensor etc. are mentioned, it is not limited to these. In particular, it can be effectively used as a backlight of a liquid crystal display device and a light source for illumination.

２０、４０、５０、６０ 有機発光素子
２１、４１ ミラー層
２２ 高屈折率層
２３ 第１の透明電極
２４ 有機発光層
２５ 第２の透明電極 20, 40, 50, 60 Organic light emitting device 21, 41 Mirror layer 22 High refractive index layer 23 First transparent electrode 24 Organic light emitting layer 25 Second transparent electrode

Claims (9)

第１の透明電極と、
第１の透明電極の反対電極である第２の透明電極と、
第１及び第２の透明電極に挟まれた有機発光層と、
第１又は第２の透明電極の前記有機発光層側とは反対側に隣接して設けられ、第１及び第２の透明電極と前記有機発光層との何れよりも屈折率の高い高屈折率層と、
前記高屈折率層の前記有機発光層側とは反対側に隣接して設けられたミラー層と、を備えた有機発光素子。 A first transparent electrode;
A second transparent electrode that is the opposite electrode of the first transparent electrode;
An organic light emitting layer sandwiched between first and second transparent electrodes;
A high refractive index which is provided adjacent to the side opposite to the organic light emitting layer side of the first or second transparent electrode and has a higher refractive index than any of the first and second transparent electrodes and the organic light emitting layer. Layers,
An organic light emitting device comprising: a mirror layer provided adjacent to the side opposite to the organic light emitting layer side of the high refractive index layer. 前記ミラー層が、金属材料であることを特徴とする請求項１記載の有機発光素子。   The organic light-emitting element according to claim 1, wherein the mirror layer is a metal material. 前記ミラー層が、誘電体多層膜であることを特徴とする請求項１記載の有機発光素子。   The organic light-emitting element according to claim 1, wherein the mirror layer is a dielectric multilayer film. 前記高屈折率層が、ＴｉＯ2、ＨｆＯ2、Ｔａ2Ｏ5、ＺｒＯ、ＫＴａＯ3の何れかであることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の有機発光素子。 The organic light-emitting device according to claim 1, wherein the high refractive index layer is any one of TiO 2 , HfO 2 , Ta 2 O 5 , ZrO, and KTaO 3 . 第１及び／又は第２の透明電極が、無機導電膜、有機導電膜、高分子材料に導電性ワイヤーを分散させた複合導電膜の何れかであることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の有機発光素子。   The first and / or second transparent electrode is any one of an inorganic conductive film, an organic conductive film, and a composite conductive film in which a conductive wire is dispersed in a polymer material. The organic light emitting element in any one. 第１及び／又は第２の透明電極が、ＩＺＯ、ＩＴＯ、ＺｎＯの何れかであることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の有機発光素子。   The organic light-emitting device according to claim 1, wherein the first and / or second transparent electrode is any one of IZO, ITO, and ZnO. 第１及び／又は第２の透明電極が、ポリエチレンジオキシチオフェンとポリスチレンスルフォン酸の混合体であることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の有機発光素子。   The organic light-emitting device according to claim 1, wherein the first and / or second transparent electrode is a mixture of polyethylene dioxythiophene and polystyrene sulfonic acid. 第１及び／又は第２の透明電極が、高分子材料に銀ナノワイヤー又はカーボンナノチューブを分散させた複合導電膜であることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の有機発光素子。   5. The organic light-emitting device according to claim 1, wherein the first and / or second transparent electrode is a composite conductive film in which silver nanowires or carbon nanotubes are dispersed in a polymer material. . 前記高屈折率層に光散乱効果のある微粒子を分散させたことを特徴とする請求項１〜８の何れかに記載の有機発光素子。   9. The organic light emitting device according to claim 1, wherein fine particles having a light scattering effect are dispersed in the high refractive index layer.
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