KR20150052216A - 유기 일렉트로 루미네선스 소자 및 전자 기기 - Google Patents

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Abstract

제 1 전극 (10) 과, 제 2 전극 (30) 과, 전극 (10, 30) 사이에 형성되고 발광층 (21) 을 갖는 유기 화합물층 (20) 과, 투광성 기판 (40) 을 구비하고, 제 1 전극 (10) 은, 유기 화합물층 (20) 과의 계면에 있어서, 복수의 볼록부 (11) 및 복수의 오목부 (12) 로 구성되는 요철 구조 (13) 를 갖고, 요철 구조 (13) 는, 투광성 기판 (40) 의 두께 방향의 적어도 하나의 단면에 있어서, 정현파로 표현되는 곡선 형상, 또는 진폭 혹은 각도가 서로 상이한 복수의 정현파의 합으로 표현되는 곡선 형상을 갖고, 요철 구조 (13) 를 구성하는 볼록부 (11A) 와, 당해 볼록부 (11A) 의 이웃하는 볼록부 (11B) 의 볼록부 간격이, 발광층 (21) 으로부터 방사되는 광의 피크 파장 이상으로서, 요철 구조 (13) 를 갖는 제 1 전극 (10) 과 유기 화합물층 (20) 의 계면에 있어서의 표면 플라즈몬의 전파 거리 (Lsp) 이하인 유기 EL 소자.

Description

유기 일렉트로 루미네선스 소자 및 전자 기기{ORGANIC ELECTROLUMINESCENT ELEMENT AND ELECTRONIC INSTRUMENT}
본 발명은 유기 일렉트로 루미네선스 소자 및 유기 일렉트로 루미네선스 소자를 구비한 전자 기기에 관한 것이다.
양극과 음극 사이에 발광층을 포함하는 유기 박막층을 구비하고, 양극으로부터 발광층에 주입된 정공과 음극으로부터 발광층에 주입된 전자가 유기 박막층에서 재결합되고, 그 재결합에 의해 발생하는 여기자 (엑시톤) 에너지에 의해 발광을 얻는 유기 일렉트로 루미네선스 소자 (이하, 유기 EL 소자라고 하는 경우가 있다.) 가 알려져 있다.
유기 EL 소자에 있어서는, 자발광형 소자로서의 이점을 살려 발광 효율, 화질, 소비 전력, 나아가서는 박형의 디자인성이 우수한 발광 소자로서 기대되고 있다.
유기 EL 소자의 광학 설계에 있어서, 발광 효율을 향상시키기 위해 광학 간섭 거리 등이 조정되고 있다. 정공 수송층 등의 유기 화합물층의 막두께를 조정함으로써, 실효적인 발광 효율의 향상이나 발광 스펙트럼의 변조가 가능하여, 소자 설계에 있어서 불가피한 수법으로 되고 있다.
그러나, 광학 간섭 거리의 조정만으로는 소자 내부에 갇힌 광을 취출할 수는 없다. 그래서, 소자 내부에 갇힌 광을 효율적으로 취출하여, 발광 효율을 향상시키기 위한 구조가 검토되고 있다.
유기 박막층을 지지하는 투광성 지지 기체 (투광체) 가 위치하는 방향으로 광을 취출하는 소자 구성에 있어서의 광의 손실은, 주로 다음과 같은 모드로 분류된다.
(ⅰ) 기판 모드
투광체와 공기의 계면에서의 전 (全) 반사에 의해 투광체 내에 갇히는 광의 모드이다.
(ⅱ) 박막 모드
투명 전극과 투광체의 계면에서의 전반사에 의해 투명 전극 및 유기 화합물층 내에 갇히는 광의 모드이다.
(ⅲ) 표면 플라즈몬 모드
금속 전극에 표면 플라즈몬으로서 발광 에너지가 흡수되는 광의 모드이다. 표면 플라즈몬 (Surface Plasmon) 이란, 금속과 유전체의 경계면에 국재되고, 표면 방향으로 전파되는 전하 조밀파 (粗密波) 와 그것에 부수되는 전자파가 합쳐진 것을 가리킨다. 플라즈몬이란 플라즈몬 폴라리톤 (Plasmon Polaritons) 의 약어로, 금속 내에 일정하게 존재하는 자유 전자 기체에, 어떠한 작용이 기능하여 분극파가 발생하여 전파되는 현상을 나타내고 있다. 그 중에서도 특히 금속과 유전체의 계면을 따라 전파되는 경우에 대해, 표면 플라즈몬 혹은 표면 플라즈몬 폴라리톤으로 표현된다.
이들 손실 모드는, 유기 발광층 중에 있어서의 전 (全) 발광 에너지량에 대해, 발광 분자가 존재하는 상태에 따라 수 10 ％ 내지 100 ％ 가까이 이른다. 그러므로, 이들 손실 모드를 어떻게 해서 외부로 취출할지가, 고효율로 발광하는 유기 일렉트로 루미네선스 소자의 개발에 필요해진다.
상기 기판 모드, 박막 모드 및 표면 플라즈몬 모드에서 기인되는 광의 갇힘은, 모두 발광층에 있어서 방사된 광이 에바네센트광으로서 소자 내부에 갇히는 것에 의한 것이다. 표면 플라즈몬 모드로부터 광을 취출하는 것은, 다른 광학 모드로부터 취출하는 것과 비교하여 가장 곤란한 것으로 알려져 있고, 이와 같은 광을 취출하는 구체적인 수법이 보고되어 있다.
예를 들어, 특허문헌 1 에는, 표면 플라즈몬 모드의 광을 Bragg 회절을 이용하여 Bragg 산란시킴으로써, 유용한 복사로 할 수 있게 되는 취지가 기재되어 있다.
일본 공표특허공보 2005-535121호
그러나, Bragg 회절을 발생시키게 하는 요철 형상을 형성한 유기 EL 소자에서는, 강한 파장 의존성 및 각도 의존성이 나타나고, 지향성이 강한 광이 방사된다는 문제가 있었다. 또한, 전술한 바와 같이, 광의 손실이 유기 일렉트로 루미네선스 소자의 고효율화 (외부 양자 효율의 향상) 의 방해가 되는 경우가 있었다.
본 발명의 목적은, 방사광의 지향성을 저하시키고, 외부 양자 효율을 향상시킬 수 있는 유기 일렉트로 루미네선스 소자를 제공하는 것이다. 또, 본 발명의 다른 목적은, 상기 본 발명의 유기 일렉트로 루미네선스 소자를 구비한 전자 기기를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시 형태에 관련된 유기 일렉트로 루미네선스 소자는,
제 1 전극과,
상기 제 1 전극과 대향하여 형성되는 제 2 전극과,
상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 형성되고 적어도 발광층을 갖는 유기 화합물층과,
상기 제 2 전극의 상기 제 1 전극과 대향하는 면과는 반대측에 형성되는 투광성 기판을 구비하고,
상기 제 1 전극 또는 상기 제 2 전극은, 상기 유기 화합물층과의 계면에 있어서, 복수의 볼록부 및 복수의 오목부로 구성되는 요철 구조를 갖고,
상기 요철 구조는, 상기 투광성 기판의 두께 방향의 적어도 하나의 단면에 있어서, 정현파로 표현되는 곡선 형상, 또는 진폭 혹은 각도가 서로 상이한 복수의 정현파의 합으로 표현되는 곡선 형상을 갖고, 상기 요철 구조를 구성하는 복수의 볼록부 중의 하나의 볼록부와 당해 볼록부의 이웃하는 볼록부의 볼록부 간격이, 상기 발광층으로부터 방사되는 광의 피크 파장 이상으로서, 상기 요철 구조를 갖는 상기 제 1 전극 또는 상기 제 2 전극과 상기 유기 화합물층의 계면에 있어서의 하기 수학식 (1) 로 나타내는 표면 플라즈몬의 전파 거리 (Lsp) 이하인 것을 특징으로 한다.
Figure pct00001
상기 수학식 (1) 에 있어서, Im 은 복소수의 허수부를 나타내고, ksp 는 표면 플라즈몬의 파수 (波數) 이고 하기 수학식 (2) 로 나타내며, 하기 수학식 (2) 에 있어서, ω 는 광의 진동수를 나타내고, c 는 광의 속도를 나타내고, ε1 은 상기 유기 화합물층의 복소 유전율을 나타내고, ε2 는 상기 요철 구조를 갖는 상기 제 1 전극 또는 상기 제 2 전극의 복소 유전율을 나타낸다.
Figure pct00002
또, 본 발명의 다른 일 실시 형태에 관련된 유기 일렉트로 루미네선스 소자는,
제 1 전극과,
상기 제 1 전극과 대향하여 형성되는 제 2 전극과,
상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 형성되고 적어도 발광층을 갖는 유기 화합물층과,
상기 제 2 전극의 상기 제 1 전극과 대향하는 면과는 반대측에 형성되는 투광성 기판과,
상기 투광성 기판의 상기 제 2 전극과 대향하는 면에 인접해서 형성되는 내부 광 취출층을 구비하고,
상기 내부 광 취출층의 상기 투광성 기판과 대향하는 면과 반대측인 면에는, 복수의 제 1 볼록부 및 제 1 오목부로 구성되는 제 1 요철 구조를 갖고,
상기 제 1 전극도, 상기 제 1 요철 구조에 추종한 형상으로 형성되고, 복수의 제 2 볼록부 및 제 2 오목부로 구성되는 제 2 요철 구조를 갖고,
상기 제 2 요철 구조는, 상기 투광성 기판의 두께 방향의 적어도 하나의 단면에 있어서, 정현파로 표현되는 곡선 형상, 또는 진폭 혹은 각도가 서로 상이한 복수의 정현파의 합으로 표현되는 곡선 형상을 갖고,
상기 제 2 요철 구조를 구성하는 복수의 제 2 볼록부 중의 하나의 볼록부와, 당해 볼록부의 이웃하는 볼록부의 제 2 볼록부 간격이, 상기 발광층으로부터 방사되는 광의 피크 파장 이상으로서, 상기 제 1 전극과 상기 유기 화합물층의 계면에 있어서의 하기 수학식 (3) 으로 나타내는 표면 플라즈몬의 전파 거리 (Lsp) 이하인 것을 특징으로 한다.
Figure pct00003
상기 수학식 (3) 에 있어서, Im 은 복소수의 허수부를 나타내고, ksp 는 표면 플라즈몬의 파수이고 하기 수학식 (4) 로 나타내며, 하기 수학식 (4) 에 있어서,
ω 는 광의 진동수를 나타내고,
c 는 광의 속도를 나타내고,
ε1 은 상기 유기 화합물층의 복소 유전율을 나타내고,
ε2 는 상기 제 1 전극의 복소 유전율을 나타낸다.
Figure pct00004
도 1 은 제 1 실시 형태에 관련된 유기 EL 소자의 기판 두께 방향의 단면 개략도이다.
도 2 는 상기 유기 EL 소자의 개략 단면도에, 제 1 전극과 유기 화합물층의 계면에 있어서의 표면 플라즈몬의 산란 상태를 모식적으로 나타낸 파형을 겹쳐서 나타낸 도면이다.
도 3 은 상기 유기 EL 소자와는 상이하고, 제 1 전극과 유기 화합물층의 계면에 형성되는 요철 구조의 볼록부 간격이, 발광층으로부터 방사되는 광의 주파장 미만인 경우의 표면 플라즈몬의 전파 상태를 모식적으로 나타낸 파형을, 유기 EL 소자의 개략 단면도에 겹쳐서 나타낸 도면이다.
도 4 는 상기 유기 EL 소자와는 상이하고, 제 1 전극과 유기 화합물층의 계면에 형성되는 요철 구조의 볼록부 간격이, 표면 플라즈몬의 전파 거리보다 큰 경우의 표면 플라즈몬의 전파 상태를 모식적으로 나타낸 파형을, 유기 EL 소자의 개략 단면도에 겹쳐서 나타낸 도면이다.
도 5a 는 유기 EL 소자의 단면 SEM 이미지이다.
도 5b 는 유기 EL 소자의 단면 SEM 이미지이다.
도 6 은 실시예에 관련된 유기 EL 소자의 외광 콘트라스트 시험 결과를 나타내는 그래프이다.
도 7 은 비교예에 관련된 유기 EL 소자의 외광 콘트라스트 시험 결과를 나타내는 그래프이다.
도 8 은 유기 EL 소자로부터 방사되는 광의 배광 분포의 평가 방법을 설명하는 개략도이다.
도 9a 는 실시예에 관련된 유기 EL 소자로부터 방사되는 광의 배광 분포도이다.
도 9b 는 비교예에 관련된 유기 EL 소자로부터 방사되는 광의 배광 분포도이다.
＜제 1 실시 형태＞
이하, 본 발명의 제 1 실시 형태를 도면에 의거하여 설명한다.
[유기 일렉트로 루미네선스 소자]
도 1 은 제 1 실시 형태에 관련된 유기 EL 소자 (1) 의 기판 두께 방향의 단면 개략도이다.
유기 EL 소자 (1) 는, 제 1 전극 (10) 과, 유기 화합물층 (20) 과, 제 2 전극 (30) 과, 투광성 기판 (40) 과, 내부 광 취출층 (50) 과, 외부 광 취출층 (60) 이 제 1 전극 (10) 측에서부터 이 순서로 적층되어 구성된다. 또, 본 실시 형태에서는, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 투광성 기판 (40) 의 내부 광 취출층 (50) 이 형성된 면과는 반대측에 광학 부재 (70) 가 형성되어 있고, 당해 광학 부재 (70) 와 투광성 기판 (40) 사이에 외부 광 취출층 (60) 이 배치되어 있다.
(투광성 기판)
투광성 기판 (40) 은, 제 1 전극 (10) 과, 유기 화합물층 (20) 과, 제 2 전극 (30) 과, 내부 광 취출층 (50) 과, 외부 광 취출층 (60) 을 지지하기 위한 평활한 판상의 부재이다. 유기 EL 소자 (1) 는 유기 화합물층 (20) 으로부터 출사된 방사광의 광 취출 방향이, 투광성 기판 (40) 측이 되는, 이른바 보텀 이미션형의 소자이다. 그 때문에, 투광성 기판 (40) 은, 투광성 부재가 사용되며, 400 ㎚ 에서 700 ㎚ 까지의 가시 영역의 광 투과율이 50 ％ 이상인 것이 바람직하다. 구체적으로는 유리판, 폴리머판 등을 들 수 있다. 유리판으로는, 특히 소다 석회 유리, 바륨·스트론튬 함유 유리, 납 유리, 알루미노규산 유리, 붕규산 유리, 바륨붕규산 유리, 석영 등을 들 수 있다. 또 폴리머판으로는, 폴리카보네이트계 수지, 아크릴계 수지, 폴리에틸렌테레프탈레이트계 수지, 폴리에테르술파이드계 수지, 폴리술폰계 수지 등을 원료로서 사용하여 이루어지는 것을 들 수 있다. 투광성 기판 (40) 의 굴절률 (n2) 은 1.4 이상 2.2 이하로 하는 것이 바람직하다. 투광성 기판 (40) 의 굴절률 (n2) 의 상한을 2.2 로 한 것은 투명 전극 재료의 굴절률이 대략 2.2 정도 이하인 것에서 유래된다. 투광성 기판의 굴절률 (n2) 이 2.2 를 초과하면, 기판 표면에서 발생하는 전반사에 의한 광의 갇힘량이 현저히 커지기 때문에 바람직하지 않다. 투광성 기판의 굴절률 (n2) 이 2.2 를 초과한 경우에는, 적절한 구조를 구비한 외부 광 취출층 (60) 을 사용하는 것이 필요하다.
(제 1 전극)
제 1 전극 (10) 은, 유기 화합물층 (20) 에 인접해서 형성되고, 유기 EL 소자에 사용되는 전극 재료가 사용된다.
제 1 전극 (10) 은, 바람직하게는 광을 반사시키는 재료로 구성되고, 금속으로 구성하는 것이 바람직하고, 예를 들어, Al, Cu, Ag, Au 등의 각종 금속이나 합금 등으로 구성된다. 또, 제 1 전극 (10) 은 금속으로 구성되어 있지 않아도 된다.
제 1 전극 (10) 은 1 층으로 구성해도 되고, 복수 층으로 구성해도 된다. 광을 반사시키는 재료로 구성되는 층끼리를 적층시켜도 되고, 투명한 도전성 부재로 구성되는 층과 광을 반사시키는 재료로 구성되는 층을 적층시켜도 된다.
(제 2 전극)
제 2 전극 (30) 은, 유기 화합물층 (20) 과 내부 광 취출층 (50) 사이에 인접해서 형성되고, 또한 유기 화합물층 (20) 을 사이에 두고 제 1 전극 (10) 과 대향하여 형성되어 있다. 상기 서술한 바와 같이 본 실시 형태에서는, 유기 화합물층 (20) 으로부터 출사된 방사광을 투광성 기판 (40) 측으로부터 소자 외부로 취출하기 위해, 제 2 전극 (30) 을 투명 전극으로 한다. 이 경우, 제 2 전극 (30) 의 가시 영역의 광 투과율을 10 ％ 보다 크게 하는 것이 바람직하다. 또, 제 2 전극 (30) 의 시트 저항은 100 Ω/□ (옴/스퀘어) 이하가 바람직하다. 제 2 전극 (30) 의 두께 치수는 재료에 따라 다르기도 하지만, 통상적으로 10 ㎚ 이상 1 ㎛ 이하, 바람직하게는 10 ㎚ 이상 200 ㎚ 이하의 범위에서 선택된다.
본 실시 형태에서는 제 2 전극 (30) 이 양극이 되고, 제 1 전극 (10) 이 음극이 된다. 또한, 제 2 전극 (30) 을 음극으로 하고, 제 1 전극 (10) 을 양극으로 해도 된다.
제 2 전극 (30) 에는, 공지된 전극 재료가 사용되고, 예를 들어 ITO (인듐주석 산화물) 나 IZO (등록 상표) (산화인듐아연), ZnO (산화아연) 등의 투명 전극 재료가 사용된다. 제 2 전극 (30) 의 굴절률 (n1) 은, 1.8 이상 2.2 이하로 하는 것이 바람직하다. 또, 제 1 전극 (10) 측으로부터 방사광을 소자 외부로 취출하는 경우에는, 제 1 전극 (10) 을 투명 전극으로 하고, 제 2 전극 (30) 을, 광을 반사시키는 재료로 구성하며, 금속으로 구성하는 것이 바람직하고, 예를 들어, Al, Cu, Ag, Au 등의 각종 금속이나 합금 등으로 구성된다. 또, 이 경우에도 제 2 전극 (30) 은 금속으로 구성되어 있지 않아도 된다.
(유기 화합물층)
유기 화합물층 (20) 은 제 1 전극 (10) 과 제 2 전극 (30) 사이에 형성된다. 유기 화합물층 (20) 은 1 층 또는 복수 층으로 구성된다. 유기 화합물층 (20) 중 적어도 1 층은 발광층이다. 그래서, 유기 화합물층 (20) 은 예를 들어 1 층의 발광층으로 구성되어 있어도 되고, 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 주입층, 전자 수송층, 정공 장벽층, 전자 장벽층 등의 공지된 유기 EL 소자에서 채용되는 층을 갖고 있어도 된다. 유기 화합물층 (20) 은 무기 화합물을 함유하고 있어도 된다.
본 실시 형태에서는, 유기 화합물층 (20) 은 제 2 전극 (30) 측에서부터 차례로 제 1 유기층 (22), 발광층 (21) 및 제 2 유기층 (23) 이 이 순서로 배치되어 구성된다.
유기 화합물층 (20) 중의 발광층 (21) 에는, Alq3 (tris(8-hydroxyquinolinato) aluminum) 등의 공지된 발광 재료가 사용되며, 적색, 녹색, 청색, 황색 등의 단색 광을 나타내는 구성의 것이나, 그것들의 조합에 의한 발광색, 예를 들어, 백색 발광을 나타내는 구성의 것 등이 사용된다. 또, 발광층을 형성함에 있어서는, 호스트 재료에 도펀트 재료로서 발광 재료를 도핑하는 도핑법이 알려져 있다. 도핑법으로 형성한 발광층에서는, 호스트 재료에 주입된 전하로부터 효율적으로 여기자를 생성할 수 있다. 그리고, 생성된 여기자의 여기자 에너지를 도펀트 재료로 이동시켜, 도펀트 재료로부터 고효율의 발광을 얻을 수 있다. 또, 본 발명의 일 실시 형태에서는, 발광층을, 일중항 여기자에 의한 발광을 이용하는 형광형 발광층, 또는 삼중항 여기자에 의한 발광을 이용하는 인광형 발광층으로 할 수 있다.
발광층 (21) 은 단일 층으로 구성되어 있어도 되고, 복수의 발광층이 적층되어 구성되어 있어도 된다. 후자의 경우에는, 각 발광층 사이에 중간층을 형성해서 적층 구성된, 이른바 랜덤형의 구성으로 해도 된다. 또, 복수의 발광층을 적층시키는 경우에는, 각 발광층의 발광형은 형광형이어도 되고, 인광형이어도 되고, 발광색도 적절히 선택할 수 있다. 예를 들어, 유기 EL 소자로부터 백색 광을 방사광으로서 취출하는 경우에는, 적색, 녹색 및 청색의 각 색으로 발광하는 발광층을 적층 구성함으로써 달성할 수 있다.
본 실시 형태에 있어서, 제 1 유기층 (22) 은 양극이 되는 제 2 전극 (30) 으로부터 주입된 정공을 발광층 (21) 으로 효율적으로 수송 및 주입하기 위한 층 (예를 들어, 정공 주입층 및 정공 수송층의 적어도 어느 것의 층) 으로 하고, 재료가 적절히 선택된다. 한편, 제 2 유기층 (23) 은, 음극이 되는 제 1 전극 (10) 으로부터 주입된 전자를 발광층 (21) 으로 효율적으로 수송 및 주입하기 위한 층 (예를 들어, 전자 주입층 및 전자 수송층의 적어도 어느 것의 층) 으로 하고, 재료가 적절히 선택된다.
유기 EL 소자 (1) 의 유기 화합물층 (20) 에 있어서, 상기 서술한 예시한 화합물 이외에 유기 EL 소자에 있어서 사용되는 임의의 화합물을 선택하여 사용할 수 있다.
(내부 광 취출층)
내부 광 취출층 (50) 은, 유기 화합물층 (20) 중의 발광층 (21) 으로부터 출사된 방사광의 배광 분포를 변환시켜 투광성 기판 (40) 에 입사시킨다.
내부 광 취출층 (50) 은, 투광성 기판 (40) 의 제 2 전극 (30) 과 대향하는 면에 인접해서 형성되어 있다. 내부 광 취출층 (50) 은, 투광성 기판 (40) 과 대향하는 면과 반대측인 면에 있어서, 복수의 제 1 볼록부 (51) 및 제 2 오목부 (52) 로 구성되는 제 1 요철 구조 (53) 를 갖는다.
제 1 요철 구조 (53) 는, 상기 투광성 기판 (40) 의 두께 방향의 적어도 하나의 단면에 있어서, 정현파로 표현되는 곡선 형상, 또는 진폭 혹은 각도가 서로 상이한 복수의 정현파의 합으로 표현되는 곡선 형상을 갖는다. 제 1 요철 구조 (53) 는 정현파로 표현되는 곡선 형상인 것이 바람직하다. 여기서, 내부 광 취출층 (50) 의 형상으로서 구형파나 삼각파를 사용한 경우, 단선이나 리크 현상이 발생되기 쉬워지기 때문에 바람직하지 않다.
제 1 요철 구조 (53) 의 당해 곡선 형상은, 일 단면으로 형성되어 있는 경우에 한정되지 않고, 복수 단면으로 형성되어 있어도 된다. 또, 제 1 요철 구조 (53) 는, 평면에서 본 경우에, 1 방향으로 연장되는 라인 패턴상이어도 되고, 2 방향 이상으로 연장되는 패턴이어도 된다. 또, 투광성 기판 (40) 의 두께 방향의 적어도 하나의 단면에 있어서, 정현파로 표현되는 곡선 형상, 또는 진폭 혹은 각도가 서로 상이한 복수의 정현파의 합으로 표현되는 곡선 형상을 갖는 형상이어도 된다.
도 1 에 나타내는 바와 같이, 제 1 전극 (10) 측을 위로 하고, 투광성 기판 (40) 측을 아래로 해서 본 경우에, 내부 광 취출층 (50) 상에 적층된, 유기 화합물층 (20) 및 제 1 전극 (10) 도, 제 1 요철 구조 (53) 의 곡선 형상에 추종한 형상으로 형성되어 있다. 여기서, 추종한 형상이란, 완전히 동일한 형상이어도 되고, 제조 공정에 있어서 발생하는 정도의 상이한 형상이어도 된다. 예를 들어, 요철 형상을 갖는 제 2 전극 (30) 을 형성한 후에, 유기 화합물층 (20) 및 제 1 전극 (10) 을 적층시키는 경우라면, 유기 화합물층 (20) 및 제 1 전극 (10) 은, 제 2 전극 (30) 이 가질 정도의 요철 형상을 갖고 있으면 되고, 완전히 동일한 요철 형상일 필요는 없다.
그리고, 제 1 전극 (10) 도, 제 1 요철 구조 (53) 의 상기 곡선 형상에 추종한 형상으로 형성되고, 복수의 제 2 볼록부 (11) 및 제 2 오목부 (12) 로 구성되는 제 2 요철 구조 (13) 를 갖는다.
제 2 요철 구조 (13) 는, 투광성 기판 (40) 의 두께 방향의 적어도 하나의 단면에 있어서, 정현파로 표현되는 곡선 형상, 또는 진폭 혹은 각도가 서로 상이한 복수의 정현파의 합으로 표현되는 곡선 형상을 갖는다. 제 2 요철 구조 (13) 는 정현파로 표현되는 곡선 형상인 것이 바람직하다. 제 2 요철 구조 (13) 의 당해 곡선 형상도, 제 1 요철 구조 (53) 와 동일하게 일 단면으로 형성되어 있는 경우에 한정되지 않고, 복수 단면으로 형성되어 있어도 된다. 또, 제 2 요철 구조 (13) 도, 평면에서 본 경우에, 1 방향으로 연장되는 라인 패턴상이어도 되고, 2 방향 이상으로 연장되는 패턴이어도 된다. 또, 투광성 기판 (40) 의 두께 방향의 적어도 하나의 단면에 있어서, 정현파로 표현되는 곡선 형상, 또는 진폭 혹은 각도가 서로 상이한 복수의 정현파의 합으로 표현되는 곡선 형상을 갖는 형상이어도 된다.
본 실시 형태에 있어서, 제 2 요철 구조 (13) 를 구성하는 복수의 제 2 볼록부 (11) 중의 하나의 제 2 볼록부 (11, 11A) 와 당해 볼록부 (11, 11A) 의 이웃하는 제 2 볼록부 (11, 11B) 의 제 2 볼록부 간격 (d10) 이, 발광층 (21) 으로부터 방사되는 광의 피크 파장 이상으로서, 제 1 전극 (10) 과 유기 화합물층 (20) 의 계면에 있어서의 하기 수학식 (1) 로 나타내는 표면 플라즈몬의 전파 거리 (Lsp) 이하이다. 여기서, 피크 파장이란, 방사되는 광의 스펙트럼에 피크가 1 개만 있는 경우 (예를 들어 단색인 경우) 에는 당해 광 중 가장 많이 포함되는 파장을 말하고, 방사되는 광의 스펙트럼에 피크가 복수 개 있는 경우 (예를 들어 청색, 녹색 및 적색의 혼합색인 백색) 에는 복수의 피크 중 긴 파장을 말한다.
Figure pct00005
상기 수학식 (1) 에 있어서, Im 은 복소수의 허수부를 나타낸다.
상기 수학식 (1) 에 있어서, ksp 는 표면 플라즈몬의 파수이다.
표면 플라즈몬의 파수 (ksp) 는 하기 수학식 (2) 로 나타낸다.
Figure pct00006
상기 수학식 (2) 에 있어서, ω 는 광의 진동수를 나타내고, c 는 광의 속도를 나타내고, ε1 은 상기 유기 화합물층 (20) 의 복소 유전율을 나타내고, ε2 는 제 1 전극 (10) 의 복소 유전율을 나타낸다. 또한, 본 실시 형태에서는, 유기 화합물층 (20) 의 복소 유전율 (ε1) 은, 구체적으로는 제 1 전극 (10) 과 인접해 있는 제 2 유기층 (23) 의 복소 유전율에 상당한다.
상기 수학식 (2) 에 대해서는, 예를 들어 참고 문헌 「오카모토 타카유키, 카지카와 호타로 저 : 플라즈모닉스-기초와 응용, 일본, 코단샤, 2010년 10월 1일 발행 (ISBN978-4-06-153270-0), 39페이지」에 기재되어 있다.
표면 플라즈몬의 면내 방향으로의 전파 거리 (Lsp) 는, 표면 플라즈몬의 파수 (ksp) 의 허수부에 의존하고, 상기 수학식 (2) 로 나타낸다. 그리고, 상기 수학식 (2) 는, 표면 플라즈몬이 전파되어 감에 따라 전장 강도가 지수 감쇠하는 것에서 기인된다. 제 2 볼록부 간격 (d10) 이 표면 플라즈몬의 전파 거리 (Lsp) 보다 큰 경우, 당해 면내 방향으로 전파되고 있는 동안에 열로 변환되어 버린다.
표면 플라즈몬의 전파 거리 (Lsp) 는, 예를 들어 제 1 전극 (10) 이 은 (Ag) 으로 구성되는 경우에는, 수백 ㎛ 정도가 되고, 금 (Au) 으로 구성되는 경우에는, 수십 ㎛ 정도가 된다. 유기 EL 소자의 전극으로서 자주 사용되는 알루미늄 (Al) 의 경우, 식 (1) 에서 구할 수 있는 Lsp 의 값은, 파장 460 ㎚ 에서는 Lsp 는 8 ㎛ 정도, 파장 530 ㎚ 에서는 Lsp 는 10 ㎛ 정도, 파장 630 ㎚ 에서는 Lsp 는 15 ㎛ 정도가 된다. 유기 일렉트로 루미네선스 소자에 있어서는, 금속층과 유전체층의 다층막 구조로 되어 있기 때문에, 소자 구성에 의해 Lsp 에 약간의 변화가 생기지만, 발광 스펙트럼의 폭이 충분히 넓기 때문에, 파장 분산에 의한 변화를 고려하면 식 (1) 이 성립되는 것으로 간주할 수 있다.
내부 광 취출층 (50) 을 구성하는 재료로서는, 유리 재료, 폴리머 재료 등을 들 수 있다. 유리 재료로서는, 특히 소다 석회 유리, 바륨·스트론튬 함유 유리, 납 유리, 알루미노규산 유리, 붕규산 유리, 바륨붕규산 유리, 석영 등을 들 수 있다. 또 폴리머 재료로서는, 폴리에틸렌나프탈레이트계 수지, 폴리이미드계 수지, 폴리카보네이트계 수지, 아크릴계 수지, 폴리에틸렌테레프탈레이트계 수지, 폴리에테르술파이드계 수지, 폴리술폰계 수지, 시클로올레핀계 수지, 트리아진계 수지 등을 원료로서 사용하여 이루어지는 것을 들 수 있다.
내부 광 취출층 (50) 의 굴절률 (nc2) 은 투광성 기판 (40) 의 굴절률과 동등한 것이 바람직하다. 내부 광 취출층 (50) 의 굴절률 (nc2) 과 투광성 기판 (40) 의 굴절률 (n2) 이 동등하면, 투광성 기판 (40) 과 내부 광 취출층 (50) 의 계면에서 발생하는 광의 반사 손실을 저감시킬 수 있다. 통상적으로 투광성 기판으로서 사용되는 유리 기판의 굴절률은 1.5 이다. 그 밖에, 유기 EL 소자용 투광성 기판으로서 사용되는 재료 중에서, 비교적 굴절률이 낮은 재료로서는 1.4 정도이고, 비교적 굴절률이 큰 재료로서는 1.65 정도, 굴절률이 더 큰 재료로서는 2.0 정도이다. 내부 광 취출층 (50) 의 굴절률은, 투광성 기판 (40) 과 동등한 것이 바람직하기 때문에, 380 ㎚ 에서 780 ㎚ 까지의 전 (全) 파장 영역 굴절률의 차이를 ±0.3 이내로 하는 것이 바람직하다.
(외부 광 취출층)
외부 광 취출층 (60) (제 2 광 취출층) 은, 투광성 기판 (40) 에 입사된 발광층 (21) 으로부터 방사된 광을 소자 외부로 방사시킨다.
외부 광 취출층 (60) 은, 투광성 기판 (40) 의 내부 광 취출층 (50) 과 대향하는 면과는 반대측에 형성되어 있다.
외부 광 취출층 (60) 의 구조로서는, 미립자에 의한 확산 시트, 마이크로 렌즈 어레이, 반구 렌즈, 실린드리컬 렌즈, 마이크로 프리즘, 요철 구조 등의 전반사를 억제하는 구조를 적절히 이용할 수 있다. 투광성 기판 (40) 과 당해 기판 외부의 계면에 외부 광 취출층 (60) 을 개재시키므로, 당해 계면에서의 전반사를 방지하여 광의 취출 효율을 더 향상시킬 수 있다. 외부 광 취출 구조로는, 디스플레이 용도, 조명 용도 등 목적에 따라 적절히 바람직한 특성의 것을 선택한다.
외부 광 취출층 (60) 을 구성하는 재료로서는, 유리 재료, 폴리머 재료 등을 들 수 있다. 유리 재료로서는, 특히 소다 석회 유리, 바륨·스트론튬 함유 유리, 납 유리, 알루미노규산 유리, 붕규산 유리, 바륨붕규산 유리, 석영 등을 들 수 있다. 또 폴리머 재료로서는, 폴리에틸렌나프탈레이트계 수지, 폴리이미드계 수지, 폴리카보네이트계 수지, 아크릴계 수지, 폴리에틸렌테레프탈레이트계 수지, 폴리에테르술파이드계 수지, 폴리술폰계 수지, 시클로올레핀계 수지, 트리아진계 수지 등을 원료로서 사용하여 이루어지는 것을 들 수 있다. 외부 광 취출층 (60) 의 굴절률 (nExt) 는 투광성 기판 (40) 과 동등한 값으로 하는 것이 바람직하다.
(광학 부재)
광학 부재 (70) 는 입사광을 원편광으로 변환시키는 원편광층을 갖는다. 본 실시 형태에서는, 광학 부재 (70) 는 위상차판 (71) 및 편광판 (72) 을 갖고, 원편광판을 구성한다. 원편광판은 소자 외부로부터 소자 내부에 광이 입사되었을 때의 외광 반사를 방지한다. 본 실시 형태에서는, 위상차판 (71) 이 투광성 기판 (40) 이나 외부 광 취출층 (60) 에 대향하여 배치되고, 편광판 (72) 이 위상차판 (71) 에 인접하고, 그 반대측에서 소자 외부측으로 향하여 배치되어 있다. 광학 부재 (70) 는 외부 광 취출층 (60) 과의 사이에서 소정 간격으로 이간시켜 배치해도 되고, 인접시켜 배치해도 된다. 또, 외부 광 취출 구조 (60) 를 구비하지 않아도 되고, 외부 광 취출 구조 (60) 를 구비하지 않은 경우, 광학 부재 (70) 와 투광성 기판 (40) 이 인접해서 배치되어 있어도 된다.
본 실시 형태에서는, 편광판 (72) 으로는 이른바 직선 편광판을 사용하고, 위상차판 (71) 으로는 1/4 파장판을 사용하고 있다. 소자 외부로부터 입사되는 외광은, 먼저 편광판 (72) 에서 소정 방향의 편광축의 직선 편광을 투과시키고, 그 후, 당해 투과광은 위상차판 (71) 을 투과하여 소정 회전 방향의 원편광이 되고, 소자 내부의 제 1 전극 (10) 등의 표면에서 반사되어 반대 회전 방향의 원편광이 되고, 위상차판 (71) 에서 흡수되어 소자 외부로의 반사가 방지된다.
한편, 광 확산성 미립자나 랜덤한 요철 구조를 광 취출 구조로서 사용한 경우, 소자 외부로부터 입사된 광과 소자에 의해 반사되는 광의 편광 방향이 흐트러지기 때문에, 위상차판 (71) 을 투과하기 쉬워져, 반사광이 소자 외부로 나와 버린다는 문제가 발생한다.
또, 광학 부재 (70) 는 원편광판을 구성하는 것에 한정되지 않는다.
(제 2 요철 구조와 표면 플라즈몬의 관계)
이상과 같이 제 2 요철 구조 (13) 는, 소정의 제 2 볼록부 간격 (d10) 으로 규정되는 주기적 요철 구조이다.
도 2 에는, 본 실시 형태의 유기 EL 소자 (1) 에 있어서의 제 1 전극 (10) 과 제 2 유기층 (23) 의 계면에 있어서의 표면 플라즈몬의 산란 상태를 모식적으로 나타낸 파형을, 당해 유기 EL 소자 (1) 의 개략 단면도에 겹쳐서 나타낸 도면이다. 따라서, 당해 표면 플라즈몬의 산란 상태를 모식적으로 나타낸 파형은 개략 단면도의 일부는 아니다.
또, 도 2 에 있어서는 단면을 표현하는 해칭이 생략되어 있다.
도 2 에 나타내는 바와 같이, 본 실시 형태의 유기 EL 소자 (1) 에서는, 제 2 볼록부 간격 (d10) 이 발광층 (21) 으로부터 방사되는 광의 주파장 이상으로서, 표면 플라즈몬 (SP) 의 전파 거리 이하이다. 그리고, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 면내 방향으로 전파되는 표면 플라즈몬 (SP) 은 제 2 요철 구조 (13) 에 의해 충돌하여 경계면 (경계 조건) 이 바뀐다. 이와 같이, 경계 조건이 바뀜으로써, 표면 플라즈몬 모드의 광의 일부가, 산란되어 산란광 (SL) 으로서 소자 외부로 향하여 방사시킬 수 있다.
한편, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 제 1 전극 (10) 과 제 2 유기층 (23) 의 계면에 형성되는 요철 구조의 볼록부 간격이, 발광층 (21) 으로부터 방사되는 광의 주파장 미만인 경우, 예를 들어, Bragg 회절이 발생하는 경우에는, 표면 플라즈몬 (SP) 과 표면 플라즈몬의 반사는 SPR 이, 파의 중첩에 의해 정재파화되고, Bragg 회절광 (BL) 이 소자 외부로 향하여 방사된다. 이와 같은 Bragg 회절의 경우, 0 차 회절광이 소자의 정면측으로 방사된다. 또한, ±1 차 회절광 등의 회절광이 발광면 법선으로부터 경사 방향으로 방사되는 경우도 있다.
또, 도 4 에 나타내는 바와 같이, 제 1 전극 (10) 과 제 2 유기층 (23) 의 계면에 형성되는 요철 구조의 볼록부 간격이, 표면 플라즈몬 (SP) 의 전파 거리보다 큰 경우, 예를 들어, 충분히 커서 당해 요철 구조를 거의 평탄하게 근사하게 할 수 있는 경우에는, 면내 방향으로 전파되는 표면 플라즈몬 (SP) 은 당해 요철 구조에 충돌되지 않고, 경계 조건이 바뀌지 않기 때문에, 당해 면내 방향으로 전파되고 있는 동안에 열로 변환되어 버린다.
발광층 (21) 은 상기 서술한 바와 같이 각각 발광할 수 있는 발광층이 적층되어 구성되는 경우도 있다. 이 경우에는, 복수의 발광층으로부터 방사되는 광 (방사광) 의 주파장 (피크 파장) 중, 가장 큰 것을 기준으로 하여 제 2 볼록부 간격 (d10) 의 하한값이 규정된다. 예를 들어, 적색, 녹색 및 청색으로 발광되는 발광층을 적층시키고, 이들 발광색을 합성하여 유기 EL 소자로부터 백색 광을 출사시키는 경우에는, 적색 광의 피크 파장이 가장 크기 때문에, 적색 광의 피크 파장에 의거하여 제 2 볼록부 간격 (d10) 의 하한값이 규정되는 것이 바람직하다.
따라서, 본 실시 형태에서는, 제 2 볼록부 간격 (d10) 이 600 ㎚ 이상, 표면 플라즈몬의 전파 거리 (Lsp) 이하인 것이 바람직하다. 이와 같이 적색 광의 피크 파장에 의거하여 규정함으로써, 백색 소자에 있어서도 효율적으로 방사광을 소자 외부로 취출할 수 있다.
또, 본 실시 형태에 있어서, 제 2 볼록부 간격 (d10) 이, 발광층 (21) 으로부터 방사되는 광의 코히런스 길이 이상, 표면 플라즈몬의 전파 거리 (Lsp) 이하인 것이 바람직하다.
제 2 볼록부 간격 (d10) 이, 코히런스 길이 이상이면, Bragg 회절의 공명적 회절 효과가 약해져, 전체 파장 영역 및 전체 각도에 대해 방사광을 소자 외부로 취출하는 효과가 향상된다. 또한, 적색 광의 피크 파장이 600 ㎚ 인 경우, 방사광의 코히런스 길이 이상으로 하기 위해서는, 당해 적색 광의 피크 파장의 3 배 정도의 간격을 취하면 충분하므로, 제 2 볼록부 간격 (d10) 의 하한은 1.8 ㎛ 이다.
또한, 본 발명에 있어서, 코히런스 길이 (광학 가 (可) 간섭 거리) 는
(코히런스 길이) = λ2/Δλ 로 규정된다. 여기서, λ 는 유기 발광층에서 발생된 방사광의 발광 스펙트럼의 피크 파장이고, Δλ 는 발광 스펙트럼의 피크의 반값폭이다. 광은 전자파이고, 「연속된 파장」으로 생각할 수 있다. 이 연속된 파장의 길이가 코히런스 길이로 불리는 것으로, 스펙트럼 폭이 넓은 자연광은 코히런스 길이가 수마이크론 정도 (수 파장 분량) 이고, 레이저광과 같은 스펙트럼 폭이 좁은 광은 코히런스 길이가 수킬로미터에 미치는 경우도 있다. 코히런스 길이 이내의 공간적 어긋남을 갖는 2 개의 광파는 서로 간섭되지만, 그 이상에서는 간섭되지 않는다. 그러므로, 제 2 볼록부 간격 (d10) 의 하한을, 1.8 ㎛ 이상으로 함으로써, Bragg 회절의 공명적 회절 효과가 약해져, 전체 파장 영역 및 전체 각도에 대해 방사광을 소자 외부로 취출하는 효과가 향상된다.
또한, 본 실시 형태에 있어서, 제 2 볼록부 간격 (d10) 이, 발광층 (21) 으로부터 방사되는 광의 피크 파장의 4 배 이상, 표면 플라즈몬의 전파 거리 (Lsp) 이하인 것이 바람직하다. 이와 같은 제 2 볼록부 간격 (d10) 이면, Bragg 회절의 공명적 회절 효과가 보다 약해져, 전체 파장 영역 및 전체 각도에 대해 방사광을 소자 외부로 취출하는 효과가 향상된다. 또한, 적색 광의 피크 파장이 600 ㎚ 인 경우, 당해 적색 광의 피크 파장의 4 배이므로, 제 2 볼록부 간격 (d10) 의 하한은 2.4 ㎛ 이상이다.
(유기 EL 소자의 제조 방법)
·광 취출층의 형성
먼저, 투광성 기판 (40) 상에, 내부 광 취출층 (50) 을 구성하는 저굴절률 재료를 균일하게 도포한다. 여기서는, 저굴절 재료로서 레지스트 재료 (예를 들어, 신닛테츠 화학 주식회사 제조의 레지스트재 등.) 를 사용한다. 다음으로, 가열된 몰드를 저굴절 재료에 꽉 눌러 연화시켜, 당해 요철 형상을 전사한다 (열 임프린트). 내부 광 취출층 (50) 의 형성에 사용하는 몰드는 제 1 요철 구조 (53) 의 형상 및 배치 패턴을 반전시킨 오목 형상이 형성된 몰드를 사용할 수 있다.
당해 전사 공정 후, 자외선에 의한 노광 경화를 실시하고, 소정 온도, 소정 시간 (예를 들어, 30 분간 180℃) 에서 가열한 후, 몰드 및 저굴절 재료를 실온 정도까지 냉각시키고, 몰드를 탈형 (脫型) 하면, 내부 광 취출층 (50) 이 투광성 기판 (40) 상에 형성된다.
한편, 외부 광 취출층 (60) 은 그 구성에 따라 여러 방법을 택할 수 있지만, 여기서는 요철 형상을 갖는 경우를 예로 들어 설명한다.
외부 광 취출층 (60) 의 요철 형상 및 배치 패턴을 반전시킨 오목 형상이 형성된 몰드를 가열하고, 당해 가열된 몰드를, 외부 광 취출층 (60) 을 구성하는 재료로 형성된 열가소성 수지 필름에 꽉 눌러 연화시켜, 당해 몰드의 형상을 전사한다 (열 임프린트). 그 후, 몰드 및 열가소성 수지 필름을 실온 정도까지 냉각시킨다. 광 경화성의 수지를 사용하는 경우에는 추가로 자외선 노광에 의한 경화를 실시하고, 그 후 몰드를 탈형하면 외부 광 취출층 (60) 이 형성된다.
·유기 발광층 및 전극의 형성
제 1 요철 구조 (53) 가 형성된 내부 광 취출층 (50) 상에, 제 2 전극 (30), 유기 화합물층 (20) 및 제 1 전극 (10) 을 순차적으로 적층 형성한다. 이 때, 제 1 요철 구조 (53) 에 대해, 제 2 전극 (30), 유기 화합물층 (20) 및 제 1 전극 (10) 이 추종한 형상이 되도록 형성한다.
제 1 전극 (10) 이나 제 2 전극 (30) 의 형성은, 진공 증착법이나 스퍼터링법 등의 형성 방법을 채용할 수 있다. 또 유기 화합물층 (20) 의 형성은, 진공 증착법, 스퍼터링법, 플라즈마법, 이온 플레이팅법 등의 건식 성막법이나 스핀 코팅법, 딥핑법, 플로우 코팅법, 잉크젯법 등의 습식 성막법 등의 형성 방법을 채용할 수 있다.
다음으로, 외부 광 취출층 (60) 을 형성한 상기 서술한 열가소성 수지 필름을, 투광성 기판 (40) 의 일방 면 (내부 광 취출층 (50) 이 형성된 면과는 반대측인 면) 에 첩부한다. 예를 들어, 외부 광 취출층 (60) 과 동등한 굴절률을 갖는 접착제로 첩부한다. 외부 광 취출층 (60) 과 투광성 기판 (40) 의 접착에는, 아크릴계나 에폭시계 등의 광학 접착제를 사용할 수 있다.
이와 같이 하여 유기 EL 소자 (1) 를 얻을 수 있다. 또, 먼저 투광성 기판 (40) 에 외부 광 취출층 (60) 을 첩부한 후에, 내부 광 취출층 (50) 이나 제 2 전극 (30), 유기 화합물층 (20), 제 1 전극 (10) 등의 유기 EL 층을 형성해도 된다.
(제 1 실시 형태의 효과)
이상과 같은 제 1 실시 형태에 의하면, 다음과 같은 효과를 발휘한다.
유기 EL 소자 (1) 는, 제 1 전극 (10) 은 제 2 유기층 (23) 과의 계면에 있어서, 제 2 요철 구조 (13) 를 갖고, 제 2 요철 구조 (13) 는 정현파로 표현되는 곡선 형상, 또는 진폭 혹은 각도가 서로 상이한 복수의 정현파의 합으로 표현되는 곡선 형상을 갖는다. 그리고, 제 2 요철 구조 (13) 의 제 2 볼록부 간격 (d10) 은 발광층 (21) 으로부터 방사되는 광의 피크 파장 이상으로서, 제 1 전극 (10) 과 제 2 유기층 (23) 의 계면에 있어서의 표면 플라즈몬의 전파 거리 (Lsp) 이하이다.
이와 같은 구성을 구비하는 유기 EL 소자 (1) 에 의하면, 제 2 요철 구조 (13) 에 의해 유기 EL 소자 (1) 의 면내 방향으로 전파되는 표면 플라즈몬 모드의 광이 산란되고, 산란 광으로서 소자 외부로 취출된다.
또한, Bragg 회절을 발생시키는 요철 형상을 제 1 전극 계면에 형성된 유기 EL 소자에서는, 강한 파장 의존성 및 각도 의존성이 나타나고, 지향성이 강한 광이 방사되는 것에 비해, 유기 EL 소자 (1) 에 의하면, 제 2 요철 구조 (13) 의 제 2 볼록부 간격 (d10) 이 상기 조건을 만족시키고 있어, 지향성이 억제된 광을 방사시킬 수 있다.
따라서, 유기 EL 소자 (1) 에 의하면, 표면 플라즈몬 모드의 광을 전파광으로 변환시켜, 소자 외부로 취출할 수 있는 광을 증가시킬 수 있고, 그 결과, 방사광의 지향성을 저하시켜 외부 양자 효율을 향상시킬 수 있다.
또, 유기 EL 소자 (1) 에 의하면, 내부 광 취출층 (50) 및 외부 광 취출층 (60) 을 구비하고 있으므로, 박막 모드의 광이나 기판 모드의 광을 효율적으로 소자 외부로 방사시킬 수 있으므로, 그 결과, 외부 양자 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 광학 부재 (70) 를 형성함으로써, 유기 EL 소자 (1) 의 외부로부터 입사되는 외광의 반사를 효율적으로 방지하여 콘트라스트를 향상시킬 수 있다. 그 결과, 유기 EL 소자 (1) 를 표시 장치에 사용하면, 높은 콘트라스트 표시가 가능한 표시 장치를 제공할 수 있다.
＜제 2 실시 형태＞
다음으로, 본 발명의 제 2 실시 형태를 설명한다.
제 2 실시 형태의 설명에 있어서 제 1 실시 형태와 동일한 구성 요소는, 동일 부호나 명칭을 붙이거나 하여 설명을 생략 혹은 간략하게 한다. 또, 제 2 실시 형태에서는, 제 1 실시 형태에서 설명한 것과 동일한 재료나 화합물을 사용할 수 있다.
제 1 실시 형태에서는, 제 1 전극 (10) 및 제 2 전극 (30) 의 쌍방이 상기 서술한 요철 구조를 갖는 유기 EL 소자 (1) 를 나타냈지만, 제 2 실시 형태의 유기 EL 소자에서는 어느 한쪽이 요철 구조를 갖고 있어도 된다.
이 경우, 발광층 (21) 으로부터 방사된 광의 취출 방향 (발광층 (21) 으로부터 투광성 기판 (40) 으로 향하는 방향) 과는 반대측인 전극 (본 실시 형태에서는 제 1 전극 (10)) 이, 제 1 실시 형태에서 설명한 제 2 요철 구조 (13) 와 동일한 요철 구조를 갖는 것이 바람직하다.
한편, 발광층 (21) 으로부터 방사된 광의 취출 방향이, 발광층 (21) 으로부터 제 1 전극 (10) 으로 향하는 방향인 유기 EL 소자인 경우에는, 당해 광의 취출 방향과는 반대측인 제 2 전극 (30) 이, 유기 화합물층 (20) 과의 계면에 있어서 당해 제 2 요철 구조 (13) 와 동일한 요철 구조를 갖는 구성으로 해도 된다.
제 2 실시 형태의 유기 EL 소자에 의하면, 제 1 실시 형태의 유기 EL 소자 (1) 와 마찬가지로, 표면 플라즈몬 모드의 광을 전파광으로 변환시켜, 소자 외부로 취출할 수 있는 광을 증가시킬 수 있고, 그 결과, 방사광의 지향성을 저하시켜 외부 양자 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 제 2 실시 형태의 유기 EL 소자에 있어서, 광학 부재 (70) 를 광의 취출 방향에 맞춰 형성할 수 있다. 광의 취출 방향이 발광층 (21) 으로부터 투광성 기판 (40) 으로 향하는 방향인 경우에는, 제 1 실시 형태와 동일한 위치에 형성하면 된다. 한편으로, 광의 취출 방향이 발광층 (21) 으로부터 제 1 전극 (10) 으로 향하는 방향인 경우에는, 제 1 전극 (10) 에 대향된 위치에 형성하면 된다.
이와 같이 제 2 실시 형태의 유기 EL 소자에 있어서도 광학 부재 (70) 를 형성함으로써, 제 1 실시 형태와 마찬가지로, 유기 EL 소자의 외부로부터 입사되는 외광의 반사를 효율적으로 방지하여 콘트라스트를 향상시킬 수 있다. 그 결과, 제 2 실시 형태의 유기 EL 소자를 사용함으로써, 높은 콘트라스트 표시가 가능한 표시 장치를 제공할 수 있다.
[실시 형태의 변형]
또, 본 발명은, 상기 서술한 실시 형태에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 범위에서의 변경, 개량 등은 본 발명에 포함되는 것이다.
상기 실시 형태에서는, 외부 광 취출층 (60) 을 구비한 유기 EL 소자를 예로 들어 설명했는데, 이 양태에 한정되지 않는다. 예를 들어, 투광성 기판 (40) 의 내부 광 취출층 (50) 을 형성한 면과 반대측에, 외부 광 취출층 (60) 을 개재하지 않고 광학 부재 (70) 를 형성한 구성으로 해도 된다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 광학 부재 (70) 를 구비한 유기 EL 소자를 예로 들어 설명했는데, 이 양태에 한정되지 않는다. 예를 들어, 투광성 기판 (40) 의 내부 광 취출층 (50) 을 형성한 면과 반대측에, 외부 광 취출층 (60) 만을 형성한 구성으로 해도 된다.
본 발명의 유기 EL 소자는, 텔레비젼, 휴대 전화, 혹은 퍼스널 컴퓨터 등의 표시 장치, 또는 조명 혹은 차량용 등구 (燈具)의 발광 장치 등의 전자 기기로서 바람직하게 사용할 수 있다. 표시 장치에 사용하는 경우에는, 광학 부재 (70) 를 구비한 유기 EL 소자로 함으로써, 높은 콘트라스트 표시를 할 수 있다.
실시예
다음으로, 실시예 및 비교예를 들어 본 발명을 더 상세하게 설명하겠지만, 본 발명은 이들 실시예의 기재 내용에 전혀 제한되지 않는다.
[실시예 1]
먼저, 투광성 기판 (유리 기판) 상에, 내부 광 취출층을 구성하는 저굴절률 재료를 스핀 코트에 의해 균일하게 도포하여 성막하였다. 실시예 1 에서는, 저굴절 재료로서 레지스트 재료 (신닛테츠 화학 주식회사 제조의 레지스트재 (상품명 : NEX-907I)) 를 사용하였다. 다음으로, 가열된 몰드를 저굴절 재료에 꽉 눌러 연화시켜, 당해 몰드의 요철 형상을 전사하였다 (열 임프린트). 실시예 1 에 있어서의 제 1 요철 구조로서 정현파 형상의 주기 구조를 갖고, 1 방향으로 연장되는 파형 라인 패턴으로 하였다. 그리고, 이 제 1 요철 구조는, 그 위에 순차적으로 적층되는 제 2 요철 구조가, 제 2 볼록부 간격이 2 ㎛ 이고, 정현파 형상의 주기 구조를 갖고, 1 방향으로 연장되는 파형 라인 패턴이 되는 형상으로 하였다. 따라서, 내부 광 취출층 형성에 사용하는 몰드는, 당해 제 1 요철 구조의 형상 및 배치 패턴을 반전시킨 오목 형상이 형성된 몰드를 사용하였다.
당해 전사 공정 후, 자외선에 의한 노광 경화를 실시하고, 소정 온도 (180 ℃), 소정 시간 (30 분간) 에서 가열한 후, 몰드 및 저굴절 재료를 실온 정도까지 냉각시키고, 몰드를 탈형하여 투광성 기판 상에 내부 광 취출층을 형성하였다.
다음으로, 내부 광 취출층의 제 1 요철 구조를 형성한 면 상에, IZO 를 증착시키고 막두께 110 ㎚ 의 IZO 막을 성막하여, 투명 전극 (제 2 전극) 을 형성하였다. 유리 기판 (투광성 기판) 은 25 ㎜ × 25 ㎜ × 0.7 ㎜ 두께 (닛폰 시트 글래스 제조, NA35), 굴절률 : 1.50 (파장 = 550 ㎚) 의 유리 기판을 사용하였다.
이 IZO 막 상에, 정공 주입성의 화합물을 증착시키고, 막두께 10 ㎚ 의 정공 주입층을 형성하였다.
이 정공 주입층 상에, 정공 수송성의 화합물을 증착시키고, 막두께 85 ㎚ 의 제 1 정공 수송층을 형성하였다.
이 제 1 정공 수송층 상에, 정공 수송성의 화합물을 증착시키고, 막두께 30 ㎚ 의 제 2 정공 수송층을 형성하였다.
또한, 이 제 2 정공 수송층 상에, 호스트 재료로서 화합물과 청색 형광 도펀트 재료로서 화합물을 공증착시키고, 막두께 30 ㎚ 의 발광층을 형성하였다. 이 발광층 내에서의 화합물의 농도는 5 질량％ 였다. 화합물의 극대 발광 피크 파장은 465 ㎚ 였다.
그리고, 이 발광층 상에 화합물을 증착시키고, 막두께 10 ㎚ 의 정공 장벽층을 형성하였다.
그리고, 이 정공 장벽층 상에 전자 수송성의 화합물을 증착시키고, 막두께 20 ㎚ 의 전자 수송층을 형성하였다.
그리고, 이 전자 수송층 상에 LiF 를 성막 속도 0.1 옹스트롬/min 로 증착시키고, 전자 주입성 전극 (음극) 으로서의 막두께 1 ㎚ 의 LiF 막을 형성하였다.
이 LiF 막 상에 금속 Al 을 증착시키고, 막두께 80 ㎚ 의 금속 음극을 형성하였다.
다음으로, 투광성 기판 (유리 기판) 의 내부 광 취출층이 형성된 면과는 반대측인 면에, 외부 광 취출층으로서의 반구 렌즈 (직경 4 ㎜) 를 첩부하였다. 반구 렌즈의 첩부에는, 이머젼 오일 (에드몬드옵틱스 (주) 제조의 이머젼 오일 (굴절률 1.5)) 을 사용하였다.
이와 같이 하여 실시예 1 의 유기 EL 소자를 제조하였다.
도 5 에는, 실시예 1 의 유기 EL 소자의 단면 SEM 이미지가 도시되어 있다. 도 5a 에 나타내는 일부분을 확대하여 도 5b 에 나타낸다. SEM 이미지는 히타치 제작소 (주) 제조의 주사형 전자현미경으로 관찰하였다.
도 5 에 있어서, 유리는 투광성 기판에 상당하고, 레지스트는 내부 광 취출층에 상당하고, IZO 는 제 2 전극에 상당하고, 시료 표면 (AL) 은 제 1 전극에 상당한다. 또한, SEM 관찰에 있어서, 유기 EL 소자를 보호하기 위해, 제 1 전극 상에 보호막 (C) 및 보호막 (W) 을 순차적으로 적층시켰다.
도 5b 에 나타내는 바와 같이, 내부 광 취출층의 제 1 요철 구조에 추종한 제 1 전극의 제 2 요철 구조가 형성되어 있고, 제 2 요철 구조의 제 2 볼록부 간격은 2 ㎛ 였다.
[비교예 1]
비교예 1 의 유기 EL 소자는, 실시예 1 의 유기 EL 소자에 있어서 내부 광 취출층 및 외부 광 취출층을 형성하지 않은 것 이외에는, 실시예 1 과 동일하게 하여 제조하였다.
＜구동 시험＞
유기 EL 소자의 구동 시험 조건으로는, 전류 밀도가 10 mA/㎠ 가 되도록 유기 EL 소자에 전압을 인가하고, 그 때의 EL 발광 스펙트럼을 분광 방사 휘도계 (CS-1000 : 코미카미놀타사 제조) 와 배광 분포 측정 장치 (IMS-5000 : 아사히 분광사 제조) 로 계측하였다.
전력 효율 η (단위 : lm/W) 는, 전류 밀도가 10 mA/㎠ 가 되도록 소자에 전압을 인가했을 때의 분광 방사 휘도 스펙트럼 (파장 380 ㎚ 내지 780 ㎚) 을 상기 분광 방사 휘도계로 계측하여 얻어진 분광 방사 휘도 스펙트럼과 배광 분포 측정 장치에 의한 각도 분해 스펙트럼을 계측한 결과로부터 전 (全) 광속의 효율을 산출하였다.
또, 외부 양자 효율 (단위 : ％) 도 동일하게 측정을 실시하여 전광속의 값을 산출하였다.
표 1 에는, 비교예 1 의 유기 EL 소자의 전력 효율 값에 대한 실시예 1 및 비교예 1 의 전력 효율 값의 비를 산출하여 얻은 값과, 비교예 1 의 유기 EL 소자의 외부 양자 효율 값에 대한 실시예 1 및 비교예 1 의 외부 양자 효율 값의 비를 산출하여 얻은 값이 나타나 있다.
Figure pct00007
표 1 에 나타나 있는 바와 같이, 실시예 1 의 유기 EL 소자는 비교예 1 의 유기 EL 소자에 비해 전력 효율 및 외부 양자 효율이 우수하였다.
＜외광 콘트라스트 시험＞
유기 EL 소자의 광 취출측 (본 실시예에서는, 제 1 전극측이 아니라 투광성 기판측) 에 광학 부재를 부착하고, 외광이 유기 EL 소자에 입사된 경우의 반사율을 측정하였다. 반사율은 9 지점에서 측정하였다.
원편광판으로는, 에드몬드옵틱스사 제조의 27352-L 를 사용하였다. 반사 스펙트럼의 측정은, 오오츠카 전자 (주) 제조 MCPD-1000UV-VIS 분광기에 의해 실시하였다. 할로겐 램프를 광원으로서 사용하여 Y 분기형의 광 파이버에 의해 소자면에 수직으로 백색 광을 입사시키고, 수직 방향 반사광의 검출을 실시하였다.
도 6 에는, 실시예 1 의 유기 EL 소자에 대해 측정한 결과를 나타낸다. 도 6 에 나타나 있는 바와 같이, 실시예 1 의 유기 EL 소자에 대해서는 제 1 전극에 제 2 요철 구조가 형성되어 있지만, 가시광 파장 범위의 420 ㎚ ∼ 680 ㎚ 의 범위에서, 측정된 9 지점 (position 1 ∼ position 9) 에 대해 모두 반사율이 20 ％ 정도로 반사율이 낮은 것을 알 수 있고, 높은 콘트라스트 표시가 가능하다는 것을 알 수 있었다.
도 7 에는, 비교예 1 의 유기 EL 소자의 구성에 있어서, 투광성 기판과 제 2 전극 사이에 산란 미립자를 분산시킨 내부 광 취출층을 형성한 구성의 비교예 1A 의 유기 EL 소자에 대해 동일하게 하여 측정한 결과이다. 도 7 에 나타나 있는 바와 같이, 비교예 1A 의 유기 EL 소자에서는, 가시광 파장 범위의 420 ㎚ ∼ 680 ㎚ 의 범위에서 반사율이 30 ％ 정도로 반사율이 높은 것을 알 수 있고, 실시예 1 의 유기 EL 소자와 비교하여 콘트라스트가 낮은 표시가 되었다.
[실시예 2]
실시예 1 과 동일한 내부 광 취출층을 투광성 기판 상에 형성하고, 이어서, 내부 광 취출층의 제 1 요철 구조를 형성한 면 상에, IZO 를 증착시키고 막두께 110 ㎚ 의 IZO 막을 성막하여 투명 전극 (제 2 전극) 을 형성하였다. 유리 기판 (투광성 기판) 은 25 ㎜ × 25 ㎜ × 0.7 ㎜ 두께 (닛폰 시트 글래스 제조, NA35), 굴절률 : 1.50 (파장 = 550 ㎚) 의 유리 기판을 사용하였다.
이 IZO 막 상에, 정공 주입성의 화합물을 증착시키고, 막두께 5 ㎚ 의 정공 주입층을 형성하였다.
이 정공 주입층 상에, 정공 수송성의 화합물을 증착시키고, 막두께 120 ㎚ 의 제 1 정공 수송층을 형성하였다.
이 제 1 정공 수송층 상에, 정공 수송성의 화합물을 증착시키고, 막두께 85 ㎚ 의 제 2 정공 수송층을 형성하였다.
또한, 이 제 2 정공 수송층 상에, 호스트 재료로서 화합물 PH-100 과, 녹색 인광 도펀트 재료로서 화합물 Ir(ppy)3 을 공증착시키고, 막두께 45 ㎚ 의 발광층을 형성하였다. 이 발광층 내에 있어서의 도펀트 재료의 농도는 5 질량％ 였다. Ir(ppy)3 의 극대 발광 피크 파장은 519 ㎚ 였다.
그리고, 이 발광층 상에 막두께 5 ㎚ 의 정공 장벽층을 증착에 의해 형성하였다.
그리고, 이 정공 장벽층 상에, 전자 수송성의 화합물을 증착시키고, 막두께 10 ㎚ 의 전자 수송층을 형성하였다.
그리고, 이 전자 수송층 상에, LiF 를 성막 속도 0.1 옹스트롬/min 로 증착시키고, 전자 주입성 전극 (음극) 으로서의 막두께 1 ㎚ 의 LiF 막을 형성하였다.
이 LiF 막 상에 금속 Al 을 증착시키고, 막두께 80 ㎚ 의 금속 음극을 형성하였다.
[비교예 2]
비교예 2 의 유기 EL 소자는, 실시예 2 의 유기 EL 소자에 있어서 내부 광 취출층 및 외부 광 취출층을 형성하지 않은 것 이외에는, 실시예 2 와 동일하게 하여 제조하였다.
＜구동 시험＞
상기 서술과 동일하게 하여 실시예 2 및 비교예 2 의 유기 EL 소자에 대해 시험을 실시하였다. 그 결과를 표 2 에 나타낸다. 표 2 에 대해서도, 표 1 과 동일하게 비교예 2 의 측정값에 대한 실시예 2 및 비교예 2 의 값의 비를 산출하여 얻은 값을 나타냈다.
Figure pct00008
표 2 에 나타나 있는 바와 같이, 실시예 2 의 유기 EL 소자는 비교예 2 의 유기 EL 소자에 비해 전력 효율 및 외부 양자 효율이 우수하였다.
도 8 은, 제조된 유기 EL 소자로부터 방사되는 광의 배광 분포의 평가 방법을 설명하는 개략도이다.
제조된 유기 EL 소자의 광 취출면측으로부터 출사되는 방사광에 대해서, 아사히 분광 주식회사 제조 배광 분포 측정 장치 IMS-5000 을 사용하여 수광부 (9) 의 각도를 변화시키면서 측정하였다. 도 8 에 나타내는 바와 같이, 투광성 기판 (40) 면의 법선 방향을 θ = 0 도로 하고, －90 도 ≤ θ ≤ 90 도, 면내 회전각을 φ 로 하고, －180 도 ≤ φ ≤ 180 도의 범위에서 θ 와 φ 를 각각 5 도 간격으로 수광부 (9) 의 측정 위치를 변화시켜, 각각의 각도에 있어서의 EL 발광 스펙트럼을 계측하였다. EL 소자는 10 mA/㎠ 의 전류 밀도로 구동시켜 전광속 측정을 실시하였다.
또, 도 8 에 대해서는 비교예 2 의 유기 EL 소자인 경우의 측정 방법의 개략을 나타내고 있다. 즉, 내부 광 취출층이 형성되어 있지 않고, 제 1 전극 (10) 에 요철 구조가 형성되어 있지 않다.
또한, 투광성 기판 (40) 의 광 취출면측에는, 외부 광 취출층 (60) 의 반구상 볼록부 (60C) 의 직경 (4 ㎜) 에 맞춰 원형으로 개구되는 차광 마스크 (81) 를 형성하였다. 각 유기 EL 소자의 발광 면적은 10 ㎜ × 10 ㎜ 이고, 차광 마스크 (81) 에는, 중심에 직경이 4 ㎜ 인 구멍 (애퍼처) 을 형성하였다. 애퍼처에는 굴절률 1.5 의 이머젼 오일이 충전되어 있고, 투광성 기판 (40) 과 외부 광 취출층 (60) 이 첩합 (貼合) 되어 있다. 배광 분포 측정 장치의 수광부 (9) 의 검출 에어리어의 직경은 10 ㎜ 이다. 직경 4 ㎜ 의 애퍼처로부터의 발광만을, 직경 10 ㎜ 의 검출 에어리어에서 측정하였다.
실시예 2 에 대해서도 동일한 차광 마스크 (81) 를 형성하여 측정하였다. 요컨대, 실시예 2 및 비교예 2 에 있어서 동일한 발광 면적에 대해 배광 분포를 측정하였다. 도 9a 에 실시예 2 의 배광 분포도를 나타내고, 도 9b 에 비교예 2 의 배광 분포도를 나타낸다.
도 9a 에 나타내는 바와 같이, 실시예 2 의 유기 EL 소자로부터는 정면으로 0 차 회절광이 나오지 않고, 고각도측으로 방사가 퍼져 있다. 고각도측의 방사의 퍼짐은 형상이 날카롭지 않기 때문에 Bragg 회절의 1 차 회절광은 아니다. 그래서, 실시예 2 의 유기 EL 소자에 있어서는, 제 1 전극의 제 2 요철 구조에 의해 표면 플라즈몬 모드의 광은 Bragg 회절이 아니라, 산란 현상에 의해 전파광으로 변환된 것으로 생각된다.
1…유기 EL 소자
10…제 1 전극
11…제 2 볼록부
12…제 2 오목부
13…제 2 요철 구조
20…유기 화합물층
21…발광층
22…제 1 유기층
23…제 2 유기층
30…제 2 전극
40…투광성 기판
50…내부 광 취출층
51…제 1 볼록부
52…제 2 오목부
53…제 1 요철 구조
60…외부 광 취출층
70…광학 부재
71…위상차판
72…편광판
d10…제 2 볼록부 간격

Claims (13)

  1. 제 1 전극과,
    상기 제 1 전극과 대향하여 형성되는 제 2 전극과,
    상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 형성되고, 적어도 발광층을 갖는 유기 화합물층과,
    상기 제 2 전극의 상기 제 1 전극과 대향하는 면과는 반대측에 형성되는 투광성 기판을 구비하고,
    상기 제 1 전극 또는 상기 제 2 전극은, 상기 유기 화합물층과의 계면에 있어서, 복수의 볼록부 및 복수의 오목부로 구성되는 요철 구조를 갖고,
    상기 요철 구조는, 상기 투광성 기판의 두께 방향의 적어도 하나의 단면에 있어서, 정현파로 표현되는 곡선 형상, 또는 진폭 혹은 각도가 서로 상이한 복수의 정현파의 합으로 표현되는 곡선 형상을 갖고, 상기 요철 구조를 구성하는 복수의 볼록부 중의 하나의 볼록부와 당해 볼록부의 이웃하는 볼록부의 볼록부 간격이, 상기 발광층으로부터 방사되는 광의 피크 파장 이상으로서, 상기 요철 구조를 갖는 상기 제 1 전극 또는 상기 제 2 전극과 상기 유기 화합물층의 계면에 있어서의 하기 수학식 (1) 로 나타내는 표면 플라즈몬의 전파 거리 (Lsp) 이하인 것을 특징으로 하는 유기 일렉트로 루미네선스 소자.
    [수학식 1]
    Figure pct00009

    상기 수학식 (1) 에 있어서, Im 은 복소수의 허수부를 나타내고, ksp 는 표면 플라즈몬의 파수이고 하기 수학식 (2) 로 나타내며, 하기 수학식 (2) 에 있어서, ω 는 광의 진동수를 나타내고, c 는 광의 속도를 나타내고, ε1 은 상기 유기 화합물층의 복소 유전율을 나타내고, ε2 는 상기 요철 구조를 갖는 상기 제 1 전극 또는 상기 제 2 전극의 복소 유전율을 나타낸다.
    [수학식 2]
    Figure pct00010
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 볼록부 간격이, 600 ㎚ 이상, 상기 표면 플라즈몬의 전파 거리 (Lsp) 이하인 것을 특징으로 하는 유기 일렉트로 루미네선스 소자.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 볼록부 간격이, 상기 발광층으로부터 방사되는 광의 코히런스 길이 이상, 상기 표면 플라즈몬의 전파 거리 (Lsp) 이하인 것을 특징으로 하는 유기 일렉트로 루미네선스 소자.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 볼록부 간격이, 상기 발광층으로부터 방사되는 광의 피크 파장의 4 배 이상, 상기 표면 플라즈몬의 전파 거리 (Lsp) 이하인 것을 특징으로 하는 유기 일렉트로 루미네선스 소자.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 요철 구조를 갖는 제 1 전극 혹은 제 2 전극이, 금속으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유기 일렉트로 루미네선스 소자.
  6. 제 1 전극과,
    상기 제 1 전극과 대향하여 형성되는 제 2 전극과,
    상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 형성되고, 적어도 발광층을 갖는 유기 화합물층과,
    상기 제 2 전극의 상기 제 1 전극과 대향하는 면과는 반대측에 형성되는 투광성 기판과,
    상기 투광성 기판의 상기 제 2 전극과 대향하는 면에 인접해서 형성되는 내부 광 취출층을 구비하고,
    상기 내부 광 취출층의 상기 투광성 기판과 대향하는 면과 반대측인 면에는, 복수의 제 1 볼록부 및 제 1 오목부로 구성되는 제 1 요철 구조를 갖고,
    상기 제 1 전극도, 상기 제 1 요철 구조에 추종한 형상으로 형성되고, 복수의 제 2 볼록부 및 제 2 오목부로 구성되는 제 2 요철 구조를 갖고,
    상기 제 2 요철 구조는, 상기 투광성 기판의 두께 방향의 적어도 하나의 단면에 있어서, 정현파로 표현되는 곡선 형상, 또는 진폭 혹은 각도가 서로 상이한 복수의 정현파의 합으로 표현되는 곡선 형상을 갖고,
    상기 제 2 요철 구조를 구성하는 복수의 제 2 볼록부 중의 하나의 볼록부와, 당해 볼록부의 이웃하는 볼록부의 제 2 볼록부 간격이, 상기 발광층으로부터 방사되는 광의 피크 파장 이상으로서, 상기 제 1 전극과 상기 유기 화합물층의 계면에 있어서의 하기 수학식 (3) 으로 나타내는 표면 플라즈몬의 전파 거리 (Lsp) 이하인 것을 특징으로 한다.
    [수학식 3]
    Figure pct00011

    상기 수학식 (3) 에 있어서, Im 은 복소수의 허수부를 나타내고, ksp 는 표면 플라즈몬의 파수이고 하기 수학식 (4) 로 나타내며, 하기 수학식 (4) 에 있어서,
    ω 는 광의 진동수를 나타내고,
    c 는 광의 속도를 나타내고,
    ε1 은 상기 유기 화합물층의 복소 유전율을 나타내고,
    ε2 는 상기 제 1 전극의 복소 유전율을 나타낸다.
    [수학식 4]
    Figure pct00012
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 2 볼록부 간격이, 600 ㎚ 이상, 상기 표면 플라즈몬의 전파 거리 (Lsp) 이하인 것을 특징으로 하는 유기 일렉트로 루미네선스 소자.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 2 볼록부 간격이, 상기 발광층으로부터 방사되는 광의 코히런스 길이 이상, 상기 표면 플라즈몬의 전파 거리 (Lsp) 이하인 것을 특징으로 하는 유기 일렉트로 루미네선스 소자.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 2 볼록부 간격이, 상기 발광층으로부터 방사되는 광의 피크 파장의 4 배 이상, 상기 표면 플라즈몬의 전파 거리 (Lsp) 이하인 것을 특징으로 하는 유기 일렉트로 루미네선스 소자.
  10. 제 6 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 투광성 기판의 상기 내부 광 취출층과 대향하는 면과는 반대측에, 상기 투광성 기판에 입사된 상기 발광층으로부터 방사된 광을 상기 유기 일렉트로 루미네선스 소자 외부로 출사시키기 위한 제 2 광 취출층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유기 일렉트로 루미네선스 소자.
  11. 제 6 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 전극이 금속으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유기 일렉트로 루미네선스 소자.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    입사광을 원편광으로 변환시키는 원편광층을 갖는 광학 부재가, 상기 투광성 기판의 상기 제 2 전극이 배치된 측의 면과는 반대측에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유기 일렉트로 루미네선스 소자.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 기재된 유기 일렉트로 루미네선스 소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 전자 기기.
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