WO2014013567A1 - 発光素子 - Google Patents

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light emitting
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organic
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黒田　和男
吉田　綾子
秀雄 工藤
浩 大畑
敏治 内田
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パイオニア株式会社
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    • H10K50/858—Arrangements for extracting light from the devices comprising refractive means, e.g. lenses

Definitions

  • the present invention relates to a light emitting element including an organic electroluminescence element.
  • An organic electroluminescent element is configured by, for example, sequentially laminating an organic layer including an anode, a light emitting layer, and a cathode on a transparent glass substrate. By injecting current into the organic layer through the anode and the cathode, the electroluminescence ( Hereinafter, the light-emitting element expresses EL).
  • An organic EL element is a self-luminous surface-emitting device, and is used for a display device or a lighting device.
  • MIM light emitting element An organic EL element having a metal-dielectric-metal light emitting element (hereinafter referred to as MIM light emitting element) structure has been proposed (see Patent Document 1 and Non-Patent Document 1).
  • the conventional organic EL has used a transparent electrode such as ITO for the anode.
  • a transparent electrode such as ITO
  • the loss due to the plasmon generated in the electrode It is said that the extraction efficiency is only about 20%.
  • the MIM light emitting element structure has a problem that it is difficult to obtain light that is artificial because it has a narrow spectral distribution width of light emission, and it is difficult to obtain light that is easy on the eyes. .
  • the plasmon generated in the electrode is converted into light for utilization, and at the same time, the organic EL light emission and the MIM light emission are performed simultaneously, thereby having a broad spectrum distribution that is easy on the eyes.
  • An object is to provide a light-emitting element capable of obtaining light.
  • the light-emitting element of the present invention includes an organic EL element including a translucent electrode, an organic layer formed on the translucent electrode and including a light-emitting layer, and a reflective electrode formed on the organic layer.
  • the reflective electrode includes a metal-dielectric-metal light emitting device (MIM light emitting device) that converts plasmon generated by light from the organic layer into light and reflects the light.
  • MIM light emitting device metal-dielectric-metal light emitting device
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view schematically showing the configuration of a light-emitting element that is an example of the present invention.
  • FIG. 2 is a partial cross-sectional view schematically showing a stacked configuration of the light-emitting element shown in FIG.
  • FIG. 3 is a graph for explaining the spectral change of the light intensity ratio with respect to the wavelength by the light emitting device of the embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic view showing a configuration of a light emitting element for explaining a light extraction effect due to interference in the light emitting element of the embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a partial cross-sectional view schematically showing a laminated structure of a light emitting device which is a modification of the present invention.
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view schematically showing a configuration of a light-emitting element according to another embodiment of the present invention.
  • a light-emitting element including an organic EL element has an anode translucent electrode 2 and an organic EL element on the back surface of a translucent substrate 1 as an organic EL element.
  • the layer 3 and the reflective electrode 4 are laminated in order.
  • the first metal film CF1, the dielectric layer TF, and the second metal film CF2 that are in contact with the organic layer 3 constitute the reflective electrode 4 as the MIM light emitting element.
  • the first metal film CF1 functions as a cathode for light emission of the organic EL.
  • the MIM light emitting element including the first metal film CF1, the dielectric layer TF, and the second metal film CF2 functions as a plasmon conversion unit that converts the plasmon generated by the light from the organic layer 3 into light and emits it.
  • a sealing film 5 is formed so as to cover the reflective electrode 4 and the organic layer 3.
  • the organic layer 3 sandwiched between the translucent electrode 2 and the reflective electrode in the organic EL element includes a hole injection layer 3a, a hole transport layer 3b, a light emitting layer 3c, It consists of an electron transport layer 3d and an electron injection layer 3e.
  • the organic layer 3 is a light-emitting laminated body, and is not limited to these laminated structures, and may have a laminated structure including at least a light-emitting layer or a charge transport layer that can also be used.
  • the organic layer 3 may be configured by omitting the hole transport layer 3b, the hole injection layer 3a, or the hole injection layer 3a and the electron transport layer 3d from the stacked structure. May be.
  • a known hole transporting compound or electron transporting compound can be applied to the hole or electron charge transporting layer as a constituent material.
  • any known light emitting material such as a fluorescent material or a phosphorescent material can be applied.
  • Examples of fluorescent materials that emit blue light include naphthalene, perylene, and pyrene.
  • fluorescent materials that give green light emission include quinacridone derivatives, coumarin derivatives, and aluminum complexes such as Alq3 (tris (8-hydroxy-quinoline) aluminum).
  • Examples of fluorescent materials that give yellow light include rubrene derivatives.
  • Examples of fluorescent materials that give red light emission include DCM (4- (dicyanomethylene) -2-methyl-6- (p-dimethylaminostyryl) -4H-pyran) compounds, benzopyran derivatives, rhodamine derivatives, and the like.
  • Examples of the phosphorescent material include iridium, platinum, ruthenium, rhodium, and palladium complex compounds. Specific examples of the phosphorescent material include tris (2-phenylpyridine) iridium (so-called Ir (ppy) 3), tris (2-phenylpyridine) ruthenium, and the like.
  • red, green, and blue light emission colors are repeatedly arranged in parallel, red, green, and blue light are mixed at an arbitrary ratio from the front surface of the substrate 1 that is a light extraction surface. Light that is recognized as a single luminescent color may be emitted.
  • Known methods for forming the organic layer 3 include dry coating methods such as sputtering and vacuum deposition, and wet coating methods such as screen printing, spraying, ink jetting, spin coating, gravure printing, and roll coater. ing.
  • dry coating methods such as sputtering and vacuum deposition
  • wet coating methods such as screen printing, spraying, ink jetting, spin coating, gravure printing, and roll coater.
  • the hole injection layer, the hole transport layer, and the light emitting layer are uniformly formed as a solid film by a wet coating method
  • the electron transport layer and the electron injection layer are uniformly formed sequentially as a solid film by a dry coating method.
  • a film may be formed.
  • all the functional layers may be uniformly and sequentially formed as a solid film by a wet coating method.
  • the anode translucent electrode 2 for supplying holes to the light emitting layer 3c is made of ITO (Indium-tin-oxide), ZnO, ZnO—Al 2 O 3 (so-called AZO), In 2 O 3 —ZnO (so-called so-called IZO), SnO 2 —Sb 2 O 3 (so-called ATO), RuO 2 or the like. Furthermore, as the translucent electrode 2, it is preferable to select a material having a transmissivity of at least 10% at an emission wavelength obtained from an organic EL material.
  • the translucent electrode 2 usually has a single-layer structure, but may have a laminated structure made of a plurality of materials as desired.
  • the first metal film CF1 serving as a cathode for supplying electrons to the light emitting layer 3c is not limited, and for example, an appropriate metal such as tin, magnesium, indium, calcium, aluminum, silver, or an alloy thereof is used. Specific examples include low work function alloy electrodes such as magnesium-silver alloy, magnesium-indium alloy, and aluminum-lithium alloy.
  • the silver thin film with a thickness of 20 nm of the first metal film CF1 has a transmittance of 50%.
  • the 10 nm thick Al film as the first metal film has a transmittance of 50%.
  • the MgAg alloy film having a thickness of 20 nm as the first metal film has a transmittance of 50%.
  • the first metal film CF1 When the first metal film CF1 is formed of a metal thin film, conductivity can be ensured if the lower limit of the film thickness is 5 nm.
  • the first metal film CF1 can be formed on the organic layer 3 by a sputtering method, a vacuum deposition method, or the like.
  • the material of the second metal film CF2 can be selected from the same material as that of the first metal film CF1.
  • the thickness of the second metal film CF2 is not particularly limited as long as the thickness maintains the reflective action of the second metal film CF2.
  • the MIM light-emitting element of the reflective electrode 4 includes a first light-transmitting dielectric film TF1, a light conversion layer as a dielectric layer TF on the first metal film CF1 formed on the organic layer 3.
  • the layer 3c2 and the second translucent dielectric film TF2 are sequentially stacked. Further, a second metal film CF2 is formed on the second light transmissive dielectric film TF2.
  • the light conversion layer 3c2 is configured by being selected from the same materials as the light emitting layer 3c of the organic layer of the organic EL element.
  • the material selection of the light conversion layer 3c2 preferably takes into account photoluminescence due to light emission of the light emitting layer 3c of the organic EL element.
  • the materials of the first and second translucent dielectric films TF1 and TF2 sandwiching the light conversion layer 3c2 are materials having a refractive index lower than the refractive indexes of the organic layer 3 and the light conversion layer 3c2, for example, magnesium fluoride MgF 2. And selected from silicon oxide SiO 2 and the like.
  • the organic layer 3 is sandwiched between and in contact with the translucent electrode 2 and the first metal film CF1, so that the translucent electrode 2 and the first metal film CF1 are interposed therebetween.
  • the drive voltage is applied to the organic layer 3
  • the light having the first spectral distribution generated in the light emitting layer 3c of the organic layer 3 passes through the translucent electrode 2 and further passes through the first metal film CF1. After reflection, the light passes through the translucent electrode 2 and is taken out from the front surface of the translucent substrate 1.
  • a surface plasmon polariton is formed at the interface between the first light-transmissive dielectric film TF1 adjacent to the first metal film CF1.
  • Symmetric SPP is generated, and surface plasmon polariton (so-called Antisymmetric SPP) is also generated at the interface between the second light-transmitting dielectric film TF2 adjacent to the light conversion layer 3c2 and the adjacent second metal film CF2.
  • Antisymmetric SPP is also generated at the interface between the second light-transmitting dielectric film TF2 adjacent to the light conversion layer 3c2 and the adjacent second metal film CF2.
  • the light conversion layer 3c2 sandwiched between them is affected and emits light with the second spectral distribution.
  • the emitted light passes through the first metal film CF1 that is sufficiently thin, and the light reflected by the second metal film CF2 also passes through the first metal film CF1 and passes through the organic layer 3 and the translucent electrode 2. It is taken out from the front surface of the translucent substrate 1.
  • the wavelength bandwidths of the respective first and second spectral distributions overlap, the peak wavelengths are close,
  • the light emitting layer 3c and the light conversion layer 3c2 are formed so as to include different light emitting materials so that the widths of the spectral distributions are different from each other.
  • the full width at half maximum of the spectral distribution of the MIM light emitting element is narrower than the full width at half maximum of the spectral distribution of the organic EL element due to the light emission enhancement effect due to the coupling of the surface plasmon polariton.
  • a spectral distribution of a green light emitting element will be described with reference to FIG.
  • the MIM light emitting element When the organic EL element generates a broad spectrum distribution OEL, the MIM light emitting element generates a narrow spectrum distribution MIM by the combination of the surface plasmon polaritons and reflects it toward the organic EL element side. Therefore, light having a combined spectral distribution indicated by “OEL + MIM” in FIG. 3 is obtained from the substrate side of the light emitting element.
  • an organic EL element an ⁇ -NPD hole transport layer on a light-transmitting electrode of ITO on a glass substrate, a light emitting layer in which a CBP is a host material and a guest material is doped with a phosphorescent material of blue-green emission color, A BCP hole blocking layer, an Alq3 electron transport layer, and an Ag first metal film were laminated in this order. Subsequently, lamination as MIM light emitting element, on the first metal film of the Ag, the first light-transmissive dielectric film MgF 2, a second light-transmitting dielectric layer of the optical conversion layer and MgF 2 of Alq3 sequentially Finally, resin-sealing was performed to produce a light emitting element.
  • the operation of the light emitting element will be described with reference to FIG. 4 in the case of an element including the organic layer 3 using a light emitting material having an emission spectrum including an emission peak wavelength (hereinafter referred to as ⁇ ) as the light emitting layer 3c.
  • ⁇ emission peak wavelength
  • the distance L between the second metal film CF2 of the reflective electrode 4 and the light emission center point of the organic layer 3 is optically set to 3 times (odd times) of ⁇ / 4. That is, the organic layer 3 is designed so that the light emitting layer 3c has a light emitting surface whose optical distance from the metal thin film CF is an odd multiple such as three times 1/4 of the light emission peak wavelength of the light emitting layer 3c. Yes.
  • the first metal film CF1 transmits 50% or more of light, such as by setting the first metal film CF1 to be thin, light that enters perpendicularly to the first metal film CF1 is transmitted as it is, and the first reflection film of the MIM is reflected.
  • the two metal film CF2 It can be reflected and taken out by the two metal film CF2.
  • the light emitting layer 3c is laminated on the organic layer 3 so that the distance between the light emission center point of the light emitting layer 3c and the second metal film CF2 is an odd multiple of ⁇ / 4, the maximum is caused by thin film interference. The light extraction efficiency can be obtained.
  • plasmons especially plasmon resonance related to loss, are largely related to total reflection, and light with an incident angle greater than the critical angle is targeted. Therefore, when the thickness is set so as to be able to pass through the first metal film CF1, it is possible to use plasmons in light having a maximum efficiency due to thin film interference and light having a total reflection angle or more.
  • FIG. 5 shows a partial cross-sectional view of a light emitting element as a modification.
  • This modification is the same as the above embodiment except that a third metal film CF1-1 and a third translucent dielectric film TF1-1 are provided between the organic layer 3 and the first metal film CF1, and the MIM light emitting device is multilayered. Is the same.
  • a metal-dielectric (MI) multilayer thin film in which a metal and a dielectric thin film sufficiently thinner than the emission wavelength of the organic layer are stacked is used. Resonant transport of evanescent light (so-called resonance transport) is obtained.
  • the MI multilayer thin film can carry evanescent light in the stacking direction due to bonding of surface plasmon polariton (SPP) at the interface of the metal film, and can be expected to increase the emission intensity of the MIM light emitting element.
  • SPP surface plasmon polariton
  • the transparent electrode, the organic layer, and the reflective electrode on the glass substrate are used.
  • plasmon light can be extracted by providing the organic EL element with a MIM structure that is partially used as a reflective electrode.
  • a quartz or glass plate, a metal plate or metal foil, a bent resin substrate, a plastic film, a sheet, or the like is used as the translucent substrate 1.
  • a glass plate or a transparent plate made of a synthetic resin such as polyester, polymethacrylate, polycarbonate, or polysulfone is preferable.
  • a synthetic resin substrate it is necessary to pay attention to gas barrier properties. If the gas barrier property of the substrate is too small, the organic EL element may be deteriorated by the outside air that has passed through the substrate. Therefore, a method of securing a gas barrier property by providing a dense silicon oxide film or the like on at least one surface of the synthetic resin substrate is also a preferable method.
  • the organic layer is a light emitting laminate, but the light emitting laminate can also be configured by lamination of inorganic material films.
  • the light emitting layer of the organic layer is a single layer, but the same effect can be obtained with a laminated structure of light emitting layers such as a tandem structure composed of a plurality of light emitting layers.
  • a fluorescent material is used for the light emitting layer of the MIM light emitting device.
  • the light emission efficiency is theoretically 100%.
  • the above embodiment has been described with a bottom emission structure light emitting element, in other embodiments, the same configuration as the above embodiment except that the light extraction direction is not the substrate side but the MIM light emitting element and organic EL element side.
  • the top emission structure light emitting element shown in FIG. since the element shown with the same referential mark as said Example is the same, those description is abbreviate
  • the light emitting element can be formed on an opaque substrate in addition to the light transmitting substrate.

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Abstract

　発光素子は、透光性電極と、透光性電極上に形成されて発光層を含む有機層と、有機層上に形成された反射電極と、を含む。反射電極は、金属－誘電体－金属発光素子（ＭＩＭ発光素子）を含む。

Description

発光素子
　本発明は、有機エレクトロルミネッセンス素子を含む発光素子に関する。
　有機エレクトロルミネッセンス素子は、例えば、透明ガラス基板上に陽極、発光層を含む有機層及び陰極を順次積層して構成され、陽極及び陰極を介して有機層への電流注入することにより、エレクトロルミネッセンス（以下、ＥＬと称する）を発現する発光素子である。有機ＥＬ素子は、自己発光型の面発光デバイスであり、表示装置や照明装置に利用されている。
　有機ＥＬ素子の陽極及び陰極のうち一方の電極（光取り出し電極）から光を取り出す為に、光取り出し電極として、電気伝導率、可視光域の透過率が高い金属である銀薄膜を用いた、金属－誘電体－金属発光素子（以下、ＭＩＭ発光素子と称する）構造の有機ＥＬ素子が提案されている（特許文献１及び非特許文献１参照）。
特開2011-165653号公報
濱崎襄二、村上泰典、川畑正博、松井正安、榊裕之、特集１０：研究速報「金属－誘電体－金属発光素子」東京大学生産技術研究所、生産研究、３５巻２号89-92頁、（1983.02）
　しかし、従来の有機ＥＬは陽極にＩＴＯなどの透明電極を用いていたが、透明電極－ガラス基板間の全反射、ガラス基板－空気層の全反射による光閉じ込めのほか、電極に生じるプラズモンよる損失などで取出し効率が２０％程度しかないといわれている。
　また、特許文献１に記載の有機ＥＬ素子を照明装置に用いる場合、ＭＩＭ発光素子構造では発光のスペクトル分布幅が狭い故に人工的な光となり、目に優しい光を得ることが難しいという問題がある。
　そこで、上記した点に鑑みてなされたものであり、電極に生じるプラズモンを光に変換し利用を図ると同時に、有機ＥＬ発光とＭＩＭ発光を同時に行うことで、目に優しいブロードなスペクトル分布を有する光を得ることができる発光素子を提供することを目的とする。
　本発明の発光素子は、透光性電極と、前記透光性電極上に形成されて発光層を含む有機層と、前記有機層上に形成された反射電極と、を含む有機ＥＬ素子を有する発光素子であって、前記反射電極は、前記有機層からの光により生じるプラズモンを光に変換して反射する金属－誘電体－金属発光素子（ＭＩＭ発光素子）を含むことを特徴とする。
図１は本発明の実施例である発光素子の構成を模式的に示す概略断面図である。 図２は図１に示す発光素子の積層構成を模式的に示す部分断面図である。 図３は本発明の実施例の発光素子による波長に対する光強度比のスペクトル変化を説明するためのグラフである。 図４は本発明の実施例の発光素子における干渉による光取出し効果を説明するための発光素子の構成を示す模式図である。 図５は本発明の変形例である発光素子の積層構成を模式的に示す部分断面図である。 図６は本発明の他の実施例である発光素子の構成を模式的に示す概略断面図である。
　以下、本発明の実施例について図面を参照しつつ説明する。
　図１に示すように、本発明の第１の実施例である有機ＥＬ素子を含む発光素子は、有機ＥＬ素子として透光性基板１の背面上に、陽極の透光性電極２と、有機層３と、反射電極４とが順に積層されて、構成されている。ここで、有機層３に接する第１金属膜ＣＦ１と誘電体層ＴＦと第２金属膜ＣＦ２がＭＩＭ発光素子として反射電極４を構成している。第１金属膜ＣＦ１が有機ＥＬの発光のための陰極として機能する。そして、第１金属膜ＣＦ１と誘電体層ＴＦと第２金属膜ＣＦ２からなるＭＩＭ発光素子が有機層３からの光により発生するプラズモンを光に変換して放射するプラズモン変換部として機能する。封止膜５が反射電極４と有機層３を覆うように形成されている。
　図２に示すように、有機ＥＬ素子における透光性電極２と反射電極の間に挟持された有機層３は、順に積層された正孔注入層３ａ、正孔輸送層３ｂ、発光層３ｃ、電子輸送層３ｄ及び電子注入層３ｅからなる。有機層３は発光積層体であり、これら積層構成に限定されることなく、少なくとも発光層を含み、或いは兼用できる電荷輸送層を含む積層構成であってもよい。有機層３は、上記積層構造から正孔輸送層３ｂを省いて構成しても、正孔注入層３ａを省いて構成しても、正孔注入層３ａと電子輸送層３ｄを省いて構成してもよい。正孔や電子の電荷輸送層には、その構成材料として、公知の正孔輸送性化合物や、電子輸送性化合物が適用可能である。
　例えば、発光層３ｃの発光材料としては、例えば、蛍光材料や燐光材料など、任意の公知の発光材料が適用可能である。
　青色発光を与える蛍光材料としては、例えば、ナフタレン、ペリレン、ピレンなどが挙げられる。緑色発光を与える蛍光材料としては、例えば、キナクリドン誘導体、クマリン誘導体、Ａｌｑ３(tris (8-hydroxy-quinoline) aluminum) などのアルミニウム錯体などが挙げられる。黄色発光を与える蛍光材料としては、例えば、ルブレン誘導体などが挙げられる。赤色発光を与える蛍光材料としては、例えば、ＤＣＭ（4-(dicyanomethylene)-2-methyl-6-(p-dimethylaminostyryl)-4H-pyran）系化合物、ベンゾピラン誘導体、ローダミン誘導体などが挙げられる。燐光材料としては、例えば、イリジウム、白金、ルテニウム、ロジウム、パラジウムの錯体化合物などが挙げられる。燐光材料として、具体的には、トリス（２－フェニルピリジン）イリジウム（所謂、Ｉｒ（ｐｐｙ）３）、トリス（２－フェニルピリジン）ルテニウムなどが挙げられる。
　赤、緑、青の発光色をそれぞれ発する有機層３を平行に繰り返し配置された場合、光取り出し面となる基板１の前面からは、赤、緑、青の光が任意の割合で混色されて単一の発光色として認識される光が放出され得る。
　有機層３を成膜する手法として、スパッタリング法や真空蒸着法などの乾式塗布法や、スクリーン印刷、スプレー法、インクジェット法、スピンコート法、グラビア印刷、ロールコータ法などの湿式塗布法が知られている。例えば、正孔注入層、正孔輸送層、発光層を湿式塗布法でベタ膜として均一に成膜して、電子輸送層及び電子注入層を、それぞれ乾式塗布法でベタ膜として均一に順次成膜してもよい。また、すべての機能層を湿式塗布法でベタ膜として均一に順次成膜してもよい。
　発光層３ｃへ正孔を供給する陽極の透光性電極２は、ＩＴＯ(Indium-tin-oxide)やＺｎＯ、ＺｎＯ－Ａｌ２Ｏ３（所謂、ＡＺＯ）、Ｉｎ２Ｏ３－ＺｎＯ（所謂、ＩＺＯ）、ＳｎＯ２－Ｓｂ２Ｏ３（所謂、ＡＴＯ）、ＲｕＯ２などにより構成され得る。さらに、透光性電極２は、有機ＥＬ材料から得られる発光波長において少なくとも１０％以上の透過率を持つ材料を選択することが好ましい。透光性電極２は通常は単層構造であるが、所望により複数の材料からなる積層構造とすることも可能である。
　発光層３ｃへ電子を供給する陰極の第１金属膜ＣＦ１には、限定されないが、例えば、スズ、マグネシウム、インジウム、カルシウム、アルミニウム、銀などの適当な金属又はそれらの合金が用いられる。具体例としては、マグネシウム－銀合金、マグネシウム－インジウム合金、アルミニウム－リチウム合金などの低仕事関数合金電極が挙げられる。第１金属膜ＣＦ１の膜厚２０ｎｍの銀薄膜は透過率５０％を有する。同第１金属膜としての膜厚１０ｎｍのＡｌ膜は透過率５０％を有する。同第１金属膜としての膜厚２０ｎｍのＭｇＡｇ合金膜は透過率５０％を有する。なお、金属薄膜で第１金属膜ＣＦ１を構成する場合、その膜厚の下限値は５ｎｍあれば導電性を確保することができる。第１金属膜ＣＦ１はスパッタ法や真空蒸着法などにより有機層３上に形成され得る。なお、第２金属膜ＣＦ２はその材料は第１金属膜ＣＦ１と同様な材料から選択され得る。第２金属膜ＣＦ２の反射作用を維持する厚さであれば第２金属膜ＣＦ２の膜厚は特に限定されない。
　図２に示すように、反射電極４のＭＩＭ発光素子は、有機層３上に形成された第１金属膜ＣＦ１上に、誘電体層ＴＦとして、第１透光性誘電体膜ＴＦ１、光変換層３ｃ２及び第２透光性誘電体膜ＴＦ２が順に積層されて構成されている。さらに、第２透光性誘電体膜ＴＦ２上に第２金属膜ＣＦ２が形成されている。
　光変換層３ｃ２は、上記有機ＥＬ素子の有機層の発光層３ｃと同様の材料から選択されて構成される。光変換層３ｃ２の材料選択は、有機ＥＬ素子の発光層３ｃの発光によるフォトルミネッセンスを考慮することが好ましい。
　光変換層３ｃ２を挟む第１及び第２透光性誘電体膜ＴＦ１及びＴＦ２の材料は上記の有機層３および光変換層３ｃ２の屈折率より低い屈折率を有する材料、例えばフッ化マグネシウムＭｇＦ２、酸化ケイ素ＳｉＯ２などから選択されて構成される。
　発光素子の有機ＥＬ素子部においては、有機層３は透光性電極２及び第１金属膜ＣＦ１の間に接して挟持されている故に、透光性電極２と第１金属膜ＣＦ１とを介して有機層３に駆動電圧が印加されることにより、有機層３の発光層３ｃにおいて生成された第１スペクトル分布を有する光は透光性電極２を通過して、さらに第１金属膜ＣＦ１で反射した後に透光性電極２を通過して透光性基板１の前面から取り出される。
　さらに、反射電極４のＭＩＭ発光素子部においては、第１金属膜ＣＦ１を十分薄く形成すれば、第１金属膜ＣＦ１と隣接する第１透光性誘電体膜ＴＦ１の界面で表面プラズモンポラリトン（所謂、Symmetric SPP）が生じ、光変換層３ｃ２を挟み隣接する第２透光性誘電体膜ＴＦ２と隣接する第２金属膜ＣＦ２の界面でも表面プラズモンポラリトン（所謂、Antisymmetric SPP）が生じる。さらに２つの表面プラズモンが生じている間隔が非常に狭いため、２つの表面プラズモンポラリトンが結合する。その結果、これらの間に挟まれた光変換層３ｃ２が影響を受け第２スペクトル分布で発光する。かかる発光光が十分薄い第１金属膜ＣＦ１を透過して、さらに第２金属膜ＣＦ２で反射した光も第１金属膜ＣＦ１を透過して、有機層３と透光性電極２を通過して透光性基板１の前面から取り出される。なお、かかる２つの表面プラズモンポラリトンの結合により発光増強が生じることは知られている（「透明電極ＩＴＯを用いない有機ＥＬ素子の実現」林真至、科学研究費補助金研究成果報告書、平成２３年４月２８日、参照）。
　発光素子において発光色を略同色とする有機ＥＬ素子及びＭＩＭ発光素子を設定する場合、それぞれの第１及び第２スペクトル分布の波長帯域幅が重複していて、ピーク波長が近接して、更に、スペクトル分布の幅が互いに異なるものとなるように、発光層３ｃと光変換層３ｃ２は、異なる発光材料を含むように形成されている。表面プラズモンポラリトンの結合による発光増強効果により、ＭＩＭ発光素子のスペクトル分布の半値全幅は、有機ＥＬ素子のスペクトル分布の半値全幅よりも狭いものとなる。図３を用いて、一例として緑色発光素子のスペクトル分布を説明する。有機ＥＬ素子がブロードのスペクトル分布ＯＥＬを生成すると、ＭＩＭ発光素子は表面プラズモンポラリトンの結合により狭いスペクトル分布ＭＩＭを生成し、有機ＥＬ素子側へ反射する。よって、発光素子の基板側から、図３中「ＯＥＬ＋ＭＩＭ」で示す合成されたスペクトル分布の光が得られる。
　例えば、有機ＥＬ素子として、ガラス基板上のＩＴＯの透光性電極上に、α－ＮＰＤの正孔輸送層、ＣＢＰをホスト材料としてゲスト材料に青緑発光色の燐光材料をドープした発光層、ＢＣＰの正孔阻止層、Ａｌｑ３の電子輸送層及びＡｇの第１金属膜を順に積層した。続けて、ＭＩＭ発光素子として、該Ａｇの第１金属膜上に、ＭｇＦ２の第１透光性誘電体膜、Ａｌｑ３の光変換層及びＭｇＦ２の第２透光性誘電体膜を順に積層し、最後に樹脂封止して発光素子を作成した。その発光特性を調べた結果、ＭＩＭ構造による光が確認できた。このように、かかる発光素子によれば、従来の光によるプラズモンをＭＩＭ発光素子部で光に変換しているため、プラズモン損失として取出し光に寄与しないエネルギーを活用することができる。
　図４を参照しつつ発光素子の動作を、発光層３ｃとして発光ピーク波長（以下λという）を含む発光スペクトルの発光材料を用いた有機層３を含む素子の場合で説明する。
　本実施例において、反射電極４の第２金属膜ＣＦ２と有機層３発光中心点との間の距離Ｌは光学的にλ／４の３倍（奇数倍）に設定してある。すなわち、発光層３ｃは、金属薄膜ＣＦからの光学的距離が発光層３ｃの発光ピーク波長の１／４の３倍などの奇数倍である発光面を有するように、有機層３が設計されている。これにより、第１金属膜ＣＦ１を薄く設定するなど第１金属膜ＣＦ１が光を５０％以上透過する場合、第１金属膜ＣＦ１に垂直に入る光はそのまま透過し、ＭＩＭの終端反射膜の第２金属膜ＣＦ２で反射し取り出すことができる。この際、発光層３ｃの発光中心点と第２金属膜ＣＦ２との距離がλ／４の奇数倍となるように発光層３ｃが有機層３に積層配置されていることで、薄膜干渉により最大の光取出し効率を得ることができる。
　一方、プラズモン、特に損失に関わるプラズモン共鳴に関しては全反射が大きく関わり、臨界角以上の入射角の光が対象になる。従って、第１金属膜ＣＦ１を透過可能な厚みに設定した場合は、薄膜干渉による効率最大値と全反射角以上の光における、プラズモンの活用が可能になる。
　図５に変形例として発光素子の一部断面図を示す。なお、上記実施例と同一符号で示した構成部分は、上記実施例の要素と同様であるので、それらの説明は省略する。この変形例は有機層３と第１金属膜ＣＦ１との間に第３金属膜ＣＦ１－１及び第３透光性誘電体膜ＴＦ１－１を設けＭＩＭ発光素子を多層化した以外、上記実施例と同一である。透光性電極２と第３金属膜ＣＦ１－１の間に電界を印加した場合、有機層の発光波長よりも十分薄い金属と誘電体の薄膜を重ねた金属－誘電体（ＭＩ）多層薄膜により、エバネッセント光の共鳴輸送（所謂、共鳴トランスポート）が得られる。ＭＩ多層薄膜は、金属膜の界面での表面プラズモンポラリトン（ＳＰＰ）の結合により、エバネッセント光を積層方向へ運ぶことができ、ＭＩＭ発光素子の発光強度の増加が期待できる。
　以上のように、いままでは損失になるプラズモンの発生原因を排除しようとしたが、実施例によれば、プラズモンを光に変換するために、ガラス基板上の透明電極と有機層と反射電極からなる有機ＥＬ素子に、一部が反射電極と兼用されるＭＩＭ構造を設けたことで、有機層からの発光に加え、プラズモンになった光を取り出すことができる。
　なお、上記の何れの実施例では、透光性基板１として、石英やガラスの板、金属板や金属箔、曲げられる樹脂基板、プラスチックフィルムやシートなどが用いられる。特にガラス板や、ポリエステル、ポリメタクリレート、ポリカーボネート、ポリスルホンなどの合成樹脂の透明板が好ましい。合成樹脂基板を使用する場合にはガスバリア性に留意する必要がある。基板のガスバリア性が小さすぎると、基板を通過した外気により有機ＥＬ素子が劣化することがあるので好ましくない。よって、合成樹脂基板の少なくとも片面に緻密なシリコン酸化膜などを設けてガスバリア性を確保する方法も好ましい方法の一つである。
　なお、上記の何れの実施例では有機層を発光積層体としているが、無機材料膜の積層によっても発光積層体を構成できる。
　また、上記実施例では有機層の発光層を１層とした例で示したが、複数の発光層からなるタンデム構造など発光層の積層構造でも同様の効果が得られる。
　上記実施例ではＭＩＭ発光素子の発光層には蛍光材料を用いたが、燐光材料を用いると、発光効率が理論上１００％となる。
　上記実施例はボトムエミッション構造発光素子で説明したが、他の実施例では、光取り出し方向を基板側ではなくＭＩＭ発光素子及び有機ＥＬ素子側となるように構成した以外上記実施例と同様な構成を有する図６に示すトップエミッション構造発光素子でも効果はかわらない。なお、上記の実施例と同一の参照符号で示す要素は同様であるのでそれらの説明を省略する。トップエミッション構造発光素子の場合、透光性基板以外にも不透明基板上に発光素子を形成することができる。
１　　透光性基板
２　　透光性電極
３　　有機層
３ａ　　正孔注入層
３ｂ　　正孔輸送層
３ｃ　　発光層
３ｄ　　電子輸送層
３ｅ　　電子注入層
３ｃ２　　光変換層
４　　反射電極
５　　封止膜
ＣＦ２　　第２金属膜
ＣＦ１　　第１金属膜
ＴＦ　　誘電体層
ＴＦ１　　第１透光性誘電体膜
ＴＦ２　　第２透光性誘電体膜

Claims (6)

  1. 　透光性電極と、前記透光性電極上に形成されて発光層を含む有機層と、前記有機層上に形成された反射電極と、を含む有機ＥＬ素子を有する発光素子であって、
    　前記反射電極は、金属－誘電体－金属発光素子（ＭＩＭ発光素子）を含むことを特徴とする発光素子。
  2. 　前記ＭＩＭ発光素子は、前記有機層に接する第１金属膜と、前記第１金属膜に接する誘電体層と、前記第１金属膜と共に前記誘電体層を挟む第２金属膜と、を含み、
    　前記誘電体層は、光変換層と、前記光変換層を挟む第１及び第２透光性誘電体膜と、を有することを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
  3. 　前記有機ＥＬ素子は電界印加時に第１スペクトル分布で発光し、
    　前記ＭＩＭ発光素子は、前記第１スペクトル分布と重複し且つ異なる第２スペクトル分布で発光することを特徴とする請求項２に記載の発光素子。
  4. 　前記第２スペクトル分布は前記第１スペクトル分布より狭い波長帯域幅を有していることを特徴とする請求項３に記載の発光素子。
  5. 　前記第1及び第２透光性誘電体膜は前記有機層に比べ屈折率が低いことを特徴とする請求項２に記載の発光素子。
  6. 　前記第１金属膜が前記有機層からの垂直な光を５０％以上透過する場合、前記発光層の発光中心点と前記第２金属膜との距離が前記発光層の発光材料の発光ピーク波長の四分の一の奇数倍となるように、前記発光層が前記有機層に積層配置されていることを特徴とする請求項２に記載の発光素子。
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