JP5684206B2 - 有機電界発光素子 - Google Patents
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Description
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと長さとの関係、部分間の大きさの比係数などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比係数が異なって表される場合もある。
また、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
図1(a)、図1(b)及び図1(c)は、第1の実施形態に係る有機電界発光素子を示す模式的図である。
図1(a)は、斜視図である。図1(b)は、図1(a)のA1−A2線断面図である。図1(c)は、有機電界発光素子の一部の構成を例示する模式的断面図であり、図1(a)のA1−A2線断面図に相当する。図1(b)及び図1(c)に表した矢印は、主たる光の取り出し方向を示す。
第2電極20は、金属を含む。
第2有機層40の厚さ方向の光に対する屈折率(n2e)は、第1有機層30の光に対する屈折率(n1)よりも低い。
これにより、光取り出し効率の高い有機電界発光素子110が提供される。
第1電極10は、In、Sn、Zn及びTiよりなる群から選択された少なくともいずれかの元素を含む酸化物を含む。透明電極10は、例えばITO(Indium Tin Oxide)膜である。第1電極10は、例えば、陽極として機能する。
第2電極20は、例えば、アルミニウム(Al)及び銀(Ag)の少なくともいずれかを含む。第2電極20には、Mg:Ag(マグネシウムと銀の合金)を用いても良い。例えば、第2電極20には、アルミニウム膜が用いられる。第2電極20にアルミニウム膜を用いると、特に生産性及びコストの点で有利になる。第2電極20は、例えば、陰極として機能する。第2電極20の厚さは、例えば50nm以上である。
図2は、有機電界発光素子と、発光光の進路を示すグラフ図である。
図2に表したように、有機電界発光素子において、第1有機層30内の光源33から発生した光の行方は、大きく分けて4つの成分に分類される。有機電界発光素子において、光は、外部モード成分L1と、基板モード成分L2と、薄膜層モード成分L3と、金属を含む第2電極20による損失成分L4と、を含む。以下では、「金属を含む第2電極20による損失成分L4」を、単に「損失成分L4」と言う。
ここで、第1有機層30から第2有機層40に侵入する光は、第1有機層30から放出される伝搬光と、非伝搬光と、を有する。
伝搬光は、吸収のない媒質中であれば無限遠まで伝搬できる光である。
非伝搬光は、伝搬距離とともに指数関数的に強度が減衰する光である。
伝搬光の損失(以下、伝搬光損失)は、第2電極20に吸収されることによる損失である。伝搬光損失は、光源となる第1有機層30と第2電極20との距離に依存しない。
図3は、光エネルギーの分配率RLのシミュレーション結果の例を表している。図3の横軸は、光源となる第1有機層30から第2電極20までの距離dlmである。図3の縦軸は、分配率RLである。
基板50はガラス基板であり、屈折率は1.5である。第1電極10はITOであり、膜厚は110nm、屈折率は1.9である。第1有機層30の膜厚は80nm、屈折率は1.9である。第2有機層40の屈折率は1.9である。第2電極2はアルミニウムであり、膜厚は150nmである。また、発光位置は、第1有機層30中の第2有機層40との界面である。
図4の横軸は、第2有機層40の厚さtm(単位はnm)である。図4の縦軸は、第1有機層30から放出される光の波長525nmにおける、有機電界発光素子の外部モード成分L1と基板モード成分L2との和(L1+L2)(%)である。
図5(a)及び図5(b)は、第2有機層40の厚さ方向に垂直な方向の屈折率n2oが第1有機層30の屈折率n1と等しく、第2有機層40の厚さ方向の屈折率n2eが第1有機層30の屈折率n1とは異なる場合を示している。
図5(a)の縦軸は、第1有機層30から放出される光の波長525nmにおける、有機電界発光素子110の外部モードL1と基板モード成分L2との和(L1+L2)(%)である。
図5(b)の縦軸は、第1有機層30から放出される光の波長525nmにおける、有機電界発光素子110の外部モードL1、基板モードL2及び薄膜層モード成分L3の和(L1+L2+L3)(%)である。
図6(a)及び図6(b)は、図5(a)及び図5(b)とは反対に、第2有機層40の厚さ方向の屈折率n2eが第1有機層30の屈折率n1と等しく、第2有機層40の厚さ方向に垂直な方向の屈折率n2oが第1有機層30の屈折率n1とは異なる場合を示している。
図6(a)の縦軸は、第1有機層30から放出される光の波長525nmにおいて、有機電界発光素子110の外部モードL1と基板モード成分L2との和(L1+L2)(%)である。
図6(b)の縦軸は、第1有機層30から放出される光の波長525nmにおいて、有機電界発光素子110の外部モードL1、基板モードL2及び薄膜層モード成分L3の和(L1+L2+L3)(%)である。
図7は、波長に対する第2有機層40の屈折率を示している。
図7の横軸は、光の波長λ(単位はnm)である。図7の縦軸は、屈折率である。
図8に表したように、例えば、第2有機層40は、第2有機層材料40aを有する。第2有機層材料40aの第1方向の長さは、第2有機層材料40aの第1方向に直交する第2方向の長さよりも短い。第2有機層材料40aの第2方向の軸(長軸)は、基板10の第1面50aと平行である。第1方向における複数の第2有機層材料40aの分子間距離は、長軸が第1面50aと平行でない場合に比べて短くなる。これにより、第2有機層40における厚さ方向のキャリア移動度が向上する可能性があるとともに、第2有機層40は厚さ方向の屈折率n2eと厚さ方向に垂直な方向の屈折率n2oが異なる屈折率異方性を持つ。第2有機層材料40aは、例えば、板状又は棒状の分子構造を有する。このような第2有機層40は、例えば、スピンコート法により形成される。このように、第2有機層40の屈折率が異方性であってもよく、第2有機層材料40aとして、上記のような材料を用いることができる。
図9は、第1の実施形態の第1変形例に係る有機電界発光素子を示す模式的断面図である。図9に表した矢印は、主たる光の取り出し方向を示す。
図9に表したように、有機電界発光素子113は、第3機能層60をさらに備えた点で、有機電界発光素子110とは異なる。以下、有機電界発光素子113について、有機電界発光素子110とは異なる点について説明する。
図10(a)及び図10(b)は、第3機能層60が設けられている場合を示している。
図10(a)の縦軸は、第1有機層30から放出される光の波長525nmにおける、有機電界発光素子110の外部モードL1と基板モード成分L2との和(L1+L2)(%)である。
図10(b)の縦軸は、第1有機層30から放出される光の波長525nmにおける、有機電界発光素子110の外部モードL1、基板モードL2及び薄膜層モード成分L3の和(L1+L2+L3)(%)である。
第1の実施形態の第2変形例に係る有機電界発光素子114は、第4機能層70をさらに備えた点で、上記した有機電界発光素子113とは異なる。以下、有機電界発光素子114について、有機電界発光素子113とは異なる点について説明する。
図12は、第2の実施形態に係る有機電界発光素子を示す模式的断面図である。
図12に表した矢印は、主たる光の取り出し方向を示す。
第2の実施形態に係る有機電界発光素子120は、いわゆるトップエミッション型である点で、上記した有機電界発光素子110とは異なる。以下、有機電界発光素子120について、有機電界発光素子110とは異なる点について説明する。
図13は、第3の実施形態に係る有機電界発光素子を示す模式的断面図である。
図13に表した矢印は、主たる光の取り出し方向を示す。
第3の実施形態に係る有機電界発光素子130の第2電極20の厚さは、第1の実施形態に係る有機電界発光素子110の第2電極20の厚さとは異なる。以下、有機電界発光素子130について、有機電界発光素子110とは異なる点について説明する。
図14は、第4の実施形態に係る有機電界発光素子を示す模式的断面図である。
図14に表した矢印は、主たる光の取り出し方向を示す。
第4の実施形態に係る有機電界発光素子140は、第5機能層80をさらに含む点で、第2の実施形態に係る有機電界発光素子120とは異なる。以下、有機電界発光素子140について、有機電界発光素子120とは異なる点について説明する。
図15は、第5の実施形態に係る有機電界発光素子を示す模式的断面図である。
図15に表した矢印は、主たる光の取り出し方向を示す。
第5の実施形態に係る有機電界発光素子150は、第1電極10と第2電極20との間に第1中間層91等が設けられる点で、第4の実施形態に係る有機電界発光素子140とは異なる。以下、有機電界発光素子150について、有機電界発光素子140とは異なる点について説明する。
図16(a)及び図16(b)は、第6の実施形態に係る有機電界発光素子を示す模式図である。
図16(a)に表した矢印は、主たる光の取り出し方向を示す。
第6の実施形態に係る有機電界発光素子161は、光路変換部54が設けられる点で、第1の実施形態に係る有機電界発光素子110とは異なる。以下、有機電界発光素子161について、有機電界発光素子110とは異なる点について説明する。
図17(a)〜図20は、第6の実施形態の変形例に係る有機電界発光素子を示す模式図である。
図17(a)に表したように、第6の実施形態の第1変形例に係る有機電界発光素子162において、光路変換部54は例えば四角錐状を有する。
図17(b)に表したように、第6の実施形態の第2変形例に係る有機電界発光素子163において、光路変換部54は例えば角錐台形状を有する。
この例では、光路変換部54によって基板モード成分L2が外部に取り出され、有機電界発光素子162及び163の光取り出し効率が向上する。
図18(a)及び図18(b)に表したように、光路変換部54は、基板50と構造体Vと、を含む。光路変換部54は、散乱または屈折によって光路を変換する複数の構造体Vを含む。複数の構造体Vは、Z軸方向から見て、互いに重なっていても良い。光路変換部54は、基板50として設けられていても良い。構造体Vは空隙であってもよい。
この例では、光路変換部54によって基板モード成分L2が外部に取り出され、有機電界発光素子164の光取り出し効率が向上する。
図19(a)〜図19(c)に表したように、有機電界発光素子165は、光学層58をさらに含んでいても良い。光学層58は、基板50と第1電極10との間に設けられる。光学層58の屈折率は、第1電極10、第1有機層30及び第2有機層40の屈折率と同程度であり、例えば1.8以上2.0以下である。光学層58は、低屈折率層58aを含む。低屈折率層58aは、基板50及び第1電極10に接する。低屈折率層58aの屈折率は、光学層50の屈折率よりも低い。低屈折率層58aの屈折率は、例えば1.0以上1.5以下から選ばれる。低屈折率層58aは、光学層58に設けられた例えば空隙である。
図20に表した矢印は、主たる光の取り出し方向を示す。
図20に表したように、第1電極10は、第1有機層30と光路変換部54との間に設けられている。光路変換部54と基板50との界面は凹凸形状を有する。
しかし、本発明の実施形態は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、第3機能層60、第4機能層70、第5機能層80、第1中間層91、第2中間層92及び第3中間層93には無機層が含まれていてもよい。例えば、電子注入層として機能する場合、LiF、CsF、アルカリ金属単体、アルカリ土類金属単体などを含んでいてもよい。また、正孔注入層として機能する場合、MoO3、CuPcなどを含んでいてもよい。また、表示装置に含まれる各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。
また、各具体例のいずれか2つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
Claims (17)
- 第1電極と、
金属を含む第2電極と、
前記第1電極と前記第2電極との間に設けられ、光を放出する第1有機層と、
前記第1有機層と前記第2電極との間に設けられた第2有機層と、
を備え、
前記第2有機層の厚さ方向の前記光に対する屈折率は、前記第1有機層の前記光に対する屈折率よりも低く、
前記第2有機層の前記厚さ方向の前記光に対する屈折率は、前記第2有機層の前記厚さ方向に垂直な方向の前記光に対する屈折率よりも低く、
前記第2有機層の厚さは、46ナノメートル以上200ナノメートル以下である有機電界発光素子。 - 前記第2有機層の厚さは、100ナノメートル以下である請求項1記載の有機電界発光素子。
- 前記第2有機層と前記第2電極との間に設けられ前記第2有機層の材料とは異なる材料を含む第3機能層をさらに備えた請求項1または2に記載の有機電界発光素子。
- 前記第3機能層は、無機材料を含む請求項3記載の有機電界発光素子。
- 前記第1有機層と前記第2有機層との間に設けられ前記第2有機層の材料とは異なる材料を含む第4機能層をさらに備えた請求項1〜4のいずれか1つに記載の有機電界発光素子。
- 前記第4機能層は、無機材料を含む請求項5記載の有機電界発光素子。
- 前記第1電極の前記第2電極とは反対側に設けられた基板をさらに備え、
前記第1有機層から前記基板を通過する前記光の強度は、前記第1有機層から前記第2電極を通過する前記光の強度よりも高い請求項1〜6のいずれか1つに記載の有機電界発光素子。 - 前記第2有機層は電子輸送材料を含む請求項7記載の有機電界発光素子。
- 前記第1電極の前記第2電極とは反対側に設けられた基板を備え、
前記第1有機層から前記第2電極を通過する前記光の強度は、前記第1有機層から前記基板を通過する前記光の強度よりも高い請求項1〜6のいずれか1つに記載の有機電界発光素子。 - 前記第2電極は、50ナノメートル以下の膜厚を有する請求項1〜9のいずれかの1つに記載の有機電界発光素子。
- 前記第1有機層と前記第1電極との間に設けられた第5機能層をさらに備え、
前記第5機能層の厚さ方向における前記光に対する屈折率は、前記第1有機層における前記光に対する屈折率よりも低い請求項9または10に記載の有機電界発光素子。 - 前記第5機能層は、無機材料を含む請求項11記載の有機電界発光素子。
- 前記光は、400ナノメートル以上800ナノメートル以下である第1波長帯を有し、
少なくとも前記第2有機層の厚さ方向における前記第1波長帯に対する屈折率は、前記第1有機層における前記第1波長帯に対する屈折率よりも低い請求項1〜12のいずれか1つに記載の有機電界発光素子。 - 前記光のピーク波長において、少なくとも前記第2有機層の厚さ方向における屈折率は、前記第1有機層における屈折率よりも低い請求項1〜13のいずれか1つに記載の有機電界発光素子。
- 前記基板は光路変換部を含み、
前記光路変換部は、前記基板の前記第2電極とは反対側に設けられ、前記第1有機層から前記第1電極に向かう前記光の成分の方向を変化させる請求項7記載の有機電界発光素子。 - 前記基板は光路変換部を含み、
前記光路変換部は、前記第1有機層から前記第1電極に向かう前記光の成分の方向を変化させ、
前記第1電極は、前記第1有機層と前記光路変換部との間に設けられた請求項7記載の有機電界発光素子。 - 前記基板と前記第1電極との間に設けられた光学層と、
をさらに備え、
前記光学層は、前記基板及び前記第1電極に接し前記基板の屈折率よりも高い屈折率を有する高屈折率層を含む請求項15または16に記載の有機電界発光素子。
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