WO2014087482A1 - 発光装置 - Google Patents
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- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
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Definitions
- the present invention relates to a light emitting device having an organic light emitting layer.
- a light emitting device having an organic light emitting layer as one of the light emitting devices.
- this light emitting device it is desired to improve the ratio of light emitted to the outside (light extraction efficiency) of the light generated in the organic light emitting layer.
- An organic light-emitting diode device described in Patent Document 1 includes a light-transmitting substrate, a light-transmitting anode (an anode layer in the same document), an organic functional layer (an organic EL element in the same document), and a light-transmitting property.
- the cathode the cathode layer of the same document
- a light scattering layer a low refractive index layer
- a reflector layer are laminated in this order.
- Patent Document 1 The inventor considered that the technique described in Patent Document 1 has the following problems. Plasmon resonance occurs when an organic functional layer having a high refractive index, an electrode layer, and a low refractive index layer are arranged in this order. For this reason, reflection of light at a specific angle is not effective at the interface between layers (in the structure of the same document, the interface between the electrode layer and the low refractive index layer), and there is a possibility that the light extraction efficiency is lost. In addition, metal reflection has an angle dependency, and the maximum reflectance is obtained at an incident angle of 0 ° perpendicularly incident, and the reflectance decreases as the angle is increased.
- An example of a problem to be solved by the present invention is to improve the light extraction efficiency of the light emitting device.
- the invention according to claim 1 is a translucent substrate; A translucent first electrode disposed on the side opposite to the exit surface of the translucent substrate; An organic functional layer including at least a light-emitting layer and disposed on the opposite side of the translucent substrate with respect to the first electrode; A light reflecting layer disposed on the opposite side of the first electrode with respect to the organic functional layer, and reflecting light coming from the organic functional layer side; A light-transmitting intervening layer disposed between the organic functional layer and the light reflecting layer; With The intervening layer is A first layer having a refractive index greater than or equal to the organic functional layer; A second layer laminated on the surface of the first layer opposite to the organic functional layer side and having a refractive index smaller than that of the first layer; A light emitting device having
- FIG. 8A is a plan view showing an example of a more specific configuration of the light emitting device according to the first embodiment
- FIG. 8B is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. 8A.
- FIG. 8 It is sectional drawing which shows the structure of the light-emitting device which concerns on 2nd Embodiment.
- FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a light emitting device according to Example 1.
- FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a light emitting device according to Example 2.
- FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a light emitting device according to Example 3.
- FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a light emitting device according to Example 4.
- FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a light emitting device 100 according to an embodiment.
- the light emitting device 100 includes an organic EL (Electro Luminescence) element.
- the light emitting device 100 can be used as a light source of, for example, a display, a lighting device, or an optical communication device.
- the light emitting device 100 includes a light transmissive substrate 110 having an emission surface (light extraction surface 110a), a light transmissive first electrode 130, an organic functional layer 140 including at least a light emitting layer, and light reflection.
- the first electrode 130 is disposed on the side opposite to the emission surface of the translucent substrate 110.
- the organic functional layer 140 is disposed on the opposite side of the translucent substrate 110 with respect to the first electrode 130.
- the light reflecting layer 160 is disposed on the side opposite to the first electrode 130 with respect to the organic functional layer 140.
- the light reflecting layer 160 reflects light that arrives at the light reflecting layer 160 from the organic functional layer 140 side.
- the intervening layer 120 is disposed between the organic functional layer 140 and the light reflecting layer 160.
- the intervening layer 120 includes a first layer 121 and a second layer 122 laminated on the surface of the first layer 121 opposite to the organic functional layer 140 side.
- the first layer 121 has a refractive index higher than that of the organic functional layer 140.
- the second layer 122 has a refractive index smaller than that of the first layer 121.
- the translucent substrate 110 is a plate-like member made of a translucent material such as glass or resin.
- the upper surface of the translucent substrate 110 that is, the surface of the translucent substrate 110 opposite to the organic functional layer 140 is a flat light extraction surface 110a.
- the light extraction surface 110a is in contact with air (refractive index 1) filling the light emission space.
- the light extraction film is affixed on the upper surface of the translucent board
- the first electrode 130 may be a transparent electrode made of a metal oxide conductor such as ITO (Indium Tin Oxide) or IZO (Indium Zinc Oxide). However, the first electrode 130 may be a metal thin film that is thin enough to transmit light.
- a metal oxide conductor such as ITO (Indium Tin Oxide) or IZO (Indium Zinc Oxide).
- the first electrode 130 may be a metal thin film that is thin enough to transmit light.
- the light emitting device 100 includes a translucent second electrode 150 disposed between the organic functional layer 140 and the intervening layer 120.
- the second electrode 150 can be a metal thin film that is thin enough to transmit light.
- the film thickness of the second electrode 150 can be about 10 nm, for example.
- the material of the second electrode 150 include silver and aluminum.
- the second electrode 150 may be a transparent electrode made of a metal oxide conductor such as ITO or IZO having a work function difference from the first electrode 130.
- the first electrode 130 constitutes an anode and the second electrode 150 constitutes a cathode.
- the organic functional layer 140 is made of an organic material such as NPB (N, N-di (naphthalene-1-yl) -N, N-diphenyl-benzidine) or Alq3.
- the organic functional layer 140 may include, for example, a layer having an electron transport function, a layer having a hole transport function, and the like in addition to the light emitting layer.
- the refractive index of the organic functional layer 140 is, for example, about 1.6 or more and 2.0 or less.
- the intervening layer 120 is made of, for example, a dielectric material. As described above, the intervening layer 120 has a stacked structure of the first layer 121 and the second layer 122. The lower surface of the first layer 121 and the upper surface of the second layer 122 are in contact with each other.
- the refractive index of the first layer 121 is equal to or higher than the refractive index of the organic functional layer 140.
- the refractive index of the first layer 121 can be about 1.8.
- the refractive index of the second layer 122 is smaller than the refractive index of the first layer 121.
- the refractive index of the second layer 122 can be about 1.3.
- the material of the first layer 121 can be the same as the material of the organic functional layer 140, for example.
- the material of the second layer 122 can be, for example, MgF 2 (refractive index 1.37) or SiO 2 (refractive index 1.45).
- the light reflecting layer 160 is made of, for example, a metal film such as silver or aluminum. That is, the light reflection layer 160 is conductive.
- the light reflecting layer 160 reflects light traveling from the organic functional layer 140 toward the light reflecting layer 160 (light coming from the organic functional layer 140 side) toward the translucent substrate 110 side.
- the light emitting device 100 includes a conductor 190 that electrically connects the light reflecting layer 160 and the second electrode 150 to each other.
- the light reflecting layer 160 is conductive
- the light emitting device 100 includes one or more second electrodes 150, and at least one or more second electrodes 150 are electrically connected to the light reflecting layer 160.
- the conductor 190 penetrates the intervening layer 120 up and down.
- the conductor 190 may be a columnar shape (that is, a through hole) or a wall shape.
- the light reflecting layer 160 forms an electrode together with the second electrode 150.
- an N-type impurity may be introduced into the intervening layer 120 so that the intervening layer 120 becomes a conductive layer. That is, the intervening layer 120 may be an N-doped layer. Even in this case, the light reflecting layer 160 can form an electrode together with the second electrode 150. Note that the second electrode 150 may be an anode and the first electrode 130 may be a cathode. In this case, a P-type impurity can be introduced into the intervening layer 120 to make the intervening layer 120 a P-doped layer.
- the light emitting layer of the organic functional layer 140 When a voltage is applied between the first electrode 130 and the second electrode 150, the light emitting layer of the organic functional layer 140 emits light.
- the translucent substrate 110, the first electrode 130, the organic functional layer 140, the second electrode 150, and the first layer 121 and the second layer 122 of the intervening layer 120 are all light emitted from the light emitting layer of the organic functional layer 140. Of at least part of it. Part of the light emitted from the light emitting layer is emitted (extracted) from the light extraction surface 110a of the translucent substrate 110 to the outside of the light emitting device 100 (that is, the light emission space).
- one surface (the lower surface in FIG. 1) of the translucent substrate 110 and one surface (the upper surface in FIG. 1) of the first electrode 130 are in contact with each other.
- the other surface (lower surface in FIG. 1) of the first electrode 130 and one surface (upper surface in FIG. 1) of the organic functional layer 140 are in contact with each other.
- the other surface (lower surface in FIG. 1) of the organic functional layer 140 and one surface (upper surface in FIG. 1) of the second electrode 150 are in contact with each other.
- the other surface (the lower surface in FIG. 1) of the second electrode 150 and one surface (the upper surface in FIG. 1) of the intervening layer 120 are in contact with each other. More specifically, the other surface of the second electrode 150 and one surface of the first layer 121 (the upper surface in FIG.
- the other surface (lower surface in FIG. 1) of the intervening layer 120 and one surface (upper surface in FIG. 1) of the light reflecting layer 160 are in contact with each other. More specifically, one surface (the lower surface in FIG. 1) of the second layer 122 and one surface of the light reflecting layer 160 are in contact with each other.
- another layer may exist between the translucent substrate 110 and the first electrode 130. Similarly, another layer may exist between the first electrode 130 and the organic functional layer 140. Similarly, another layer may exist between the organic functional layer 140 and the second electrode 150. Similarly, another layer may exist between the second electrode 150 and the intervening layer 120. Similarly, another layer may exist between the intervening layer 120 and the light reflecting layer 160.
- FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of the operation of the light emitting device 100 according to the first embodiment.
- the light traveling toward the translucent substrate 110 (the light of the optical paths L1, L5, etc.) travels toward the translucent substrate 110 through the organic functional layer 140 and the first electrode 130.
- the refractive index of the first electrode 130 is 1.8, for example, and the refractive index of the translucent substrate 110 is 1.5, for example.
- the light is totally reflected at the interface with the substrate 110 and the remaining light is transmitted (incident) to the light transmitting substrate 110. Part of the light transmitted (incident) to the translucent substrate 110 is totally reflected at the interface with the light emission space, and the rest is emitted to the light emission space.
- part of the light traveling toward the second electrode 150 is reflected by the second electrode 150, and the rest (such as light in the optical paths L 2 and L 6) passes through the second electrode 150 and enters the intervening layer 120.
- the first layer 121 having a high refractive index reffractive index greater than or equal to the organic functional layer 140
- Evanescent light and plasmon resonance do not occur at the interface with the first layer 121, and no light loss occurs.
- optical path L2 Of the light transmitted through the first layer 121 and reaching the second layer 122, light (optical path L2) having a critical angle or more at the interface between the first layer 121 and the second layer 122 is totally reflected and translucent. It goes to the substrate 110 side (see the optical path L3). Further, the remaining light, that is, light having an angle less than the critical angle at the interface between the first layer 121 and the second layer 122 (optical path L ⁇ b> 6) enters the second layer 122 from the first layer 121. At this time, refraction occurs according to Snell's law (see optical path L7). The light incident on the second layer 122 is then reflected by the light reflecting layer 160 (see the optical path L8).
- this light is refracted at the interface between the second layer 122 and the first layer 121 and then travels toward the translucent substrate 110 (see the optical path L9).
- the light of the optical path L1 and the light of the optical path L3 are light emitted from the same light emitting point and are parallel to each other.
- the light of the optical path L5 and the light of the optical path L9 are light emitted from the same light emitting point and are parallel to each other.
- FIG. 3 is a diagram illustrating interference between direct light from the light emitting layer and reflected light reflected by the second electrode 150 in the light emitting device according to Comparative Example 1.
- the light emitting device according to the comparative example is different from the light emitting device 100 shown in FIG. 1 in that the intervening layer 120 and the light reflecting layer 160 are not provided and the second electrode 150 is a reflecting electrode. Then, it shall be comprised similarly to the light-emitting device 100 shown in FIG. That is, in the light emitting device according to Comparative Example 1, the intervening layer 120 does not exist between the light reflecting layer (second electrode 150) and the organic functional layer 140.
- a part of the light emitted from the light emitting layer is directed toward the translucent substrate 110 as indicated by an optical path L21 in FIG.
- Another part of the light emitted from the light emitting layer is directed to the second electrode 150 side as indicated by the optical path L22, reflected at the interface between the organic functional layer 140 and the second electrode 150, and indicated by the optical path 23. In this way, it goes to the translucent substrate 110 side.
- the light indicated by the optical path L21 (direct light) and the light indicated by the optical path L23 (reflected light) interfere with each other to increase or decrease (increase or decrease) the intensity of the light.
- FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the light angle and the increase / decrease in light intensity due to interference in the light emitting device according to Comparative Example 1.
- the horizontal axis represents the light angle
- the vertical axis represents the light intensity.
- the angle of light on the horizontal axis is an angle formed between the normal to the organic functional layer 140 and the optical axis.
- the light intensity on the vertical axis is a simulation result of the light intensity after the interference, and the light intensity before the interference (the light intensity on the optical path L21) is 1.
- the light intensity shown in FIG. 4 is a simulation result when the distance from the light emitting layer to the second electrode 150 is set so that the light intensity after interference is the strongest when the light angle is 0 degree. is there.
- FIG. 4 is a diagram when the distance between the light emitting point and the light reflecting layer is ⁇ / 4.
- the intervening layer 120 and the second electrode 150 exist between the light emitting layer and the light reflecting layer (light reflecting layer 160). Therefore, the optical path length of the light (light of the optical paths L6, L7, L8, L9, etc.) from the light emitting layer toward the light reflecting layer 160 side, reflected from the light reflecting layer 160, and then toward the light transmitting substrate 110 side, It can be earned by passing through the intervening layer 120. Further, the optical path of light (such as the light paths L2 and L3) reflected from the light emitting layer toward the light reflecting layer 160 and reflected at the interface between the first layer 121 and the second layer 122 and then toward the translucent substrate 110 side. The length can also be earned by passing through the first layer 121. Since there is a distance between the two optical paths, light interference can be suppressed as compared with Comparative Example 1, and therefore it is possible to suppress cancellation of these lights due to interference.
- Comparative Example 2 a light emitting device according to Comparative Example 2 will be described.
- this light emitting device consideration is given to increasing the distance between the organic functional layer and the light reflecting layer so that plasmon loss in the cathode located near the light emitting point can be suppressed during light emission.
- This light emitting device is different from the light emitting device shown in FIG. 3 in that the distance from the organic functional layer 140 to the light reflecting layer 160 is set to 3 ⁇ / 4. In other points, the light emitting device shown in FIG. It shall be comprised similarly to.
- Comparative Example 2 is different from Comparative Example 1 in that the distance from the organic functional layer 140 to the light reflecting layer (light reflecting layer 160) is longer than that of Comparative Example 1.
- FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the light angle and the increase / decrease in light intensity due to interference in the light emitting device according to Comparative Example 2 in which the distance from the light emitting point to the light reflecting layer is 3 ⁇ / 4.
- the horizontal axis represents the light angle
- the vertical axis represents the light intensity.
- the angle of light on the horizontal axis is an angle formed between the normal to the organic functional layer 140 and the optical axis.
- the light intensity on the vertical axis is a simulation result of the light intensity after interference, and the light intensity before interference is 1.
- the light intensity in FIG. 5 is a simulation result when the distance from the light emitting layer to the light reflecting layer 160 is set so that the light intensity after interference is strongest when the light angle is 0 degree.
- the optical path length difference according to the thicknesses of the second electrode 150 and the intervening layer 120 is generated as compared with the comparative example 1, so that the angle range in which the light intensity is reduced is deviated from the result of FIG. Since the distance from the light emitting point to the light reflection layer is long, the optical path length between them becomes long, so that the phase shift between the light beams that interfere with each other occurs from a smaller angle, so that interference from a smaller angle occurs. It is shown in FIG.
- the translucent substrate 110 side is used for a part of the light by utilizing the refractive index difference between the first layer 121 and the second layer 122. Therefore, the light utilization efficiency can be improved as compared with Comparative Example 2. This is because a certain amount of loss occurs when light is reflected by the metal surface (light reflection layer 160), but no loss is substantially caused by total reflection using the refractive index between layers. Note that the angle above which light is totally reflected at the interface between the first layer 121 and the second layer 122 can be arbitrarily changed by setting the refractive index difference between the first layer 121 and the second layer 122. can do.
- the optical distance from the light emitting layer to the light reflecting layer 160 is set as follows: It is good to set as follows. First, when the light reflection layer 160 is a metal layer, if the peak wavelength (maximum peak wavelength) of the emission wavelength from the light emitting layer is ⁇ , the optical distance from the light emitting layer to the light reflecting layer 160 is N ⁇ ⁇ / 4. (N is a positive odd number greater than or equal to 3).
- the optical distance from the light emitting layer to the light reflecting layer 160 may be set to N ⁇ ⁇ / 2 (N is a positive integer of 1 or more). Note that the length of the peak wavelength ⁇ in each layer varies depending on the refractive index of each layer.
- the wavelength of the maximum peak wavelength in the first layer 121 is ⁇ 1
- the wavelength in the second layer 122 is ⁇ 2
- the refractive index of the first layer 121 is n 1
- the optical distance from the light emitting layer to the light reflecting layer 160 is a value considering the refractive index and the film thickness of each layer.
- a light-transmitting conductive film made of a metal oxide conductor such as ITO or IZO is formed on the lower surface of the light-transmitting substrate 110 by sputtering or the like, and patterned by etching to form the first electrode 130. Form.
- the organic functional layer 140 is formed by applying an organic material to the lower surface of the first electrode 130.
- a second electrode 150 is formed by depositing a metal material such as Al in a desired pattern on the lower surface of the organic functional layer 140 by vapor deposition using a mask or the like.
- an organic material such as NPB is applied to the lower surface of the second electrode 150 to form the first layer 121 in the intervening layer 120.
- the second layer 122 in the intervening layer 120 is formed on the lower surface of the first layer 121 with MgF 2 or SiO 2 or the like.
- the intervening layer 120 Next, a hole reaching the second electrode 150 is formed in the intervening layer 120, and a metal film is formed so as to fill the hole. Thereby, the conductor 190 is formed. Note that after the conductor 190 is formed, the intervening layer 120 may be formed so as to fill the space between the conductors 190.
- a light reflecting layer 160 is formed by depositing a metal material such as Al on the lower surface of the intervening layer 120 by vapor deposition or the like.
- the light reflecting layer 160 is brought into conduction with the second electrode 150 through the conductor 190.
- FIG. 6 is a diagram illustrating a first example of the layer structure of the organic functional layer 140.
- the organic functional layer 140 according to the first example has a structure in which a hole injection layer 141, a hole transport layer 142, a light emitting layer 143, an electron transport layer 144, and an electron injection layer 145 are stacked in this order. That is, the organic functional layer 140 is an organic electroluminescence light emitting layer. Note that instead of the hole injection layer 141 and the hole transport layer 142, one layer having the functions of these two layers may be provided. Similarly, instead of the electron transport layer 144 and the electron injection layer 145, one layer having the function of these two layers may be provided (see FIG. 8B).
- the light emitting layer 143 is, for example, a layer that emits red light, a layer that emits blue light, a layer that emits yellow light, or a layer that emits green light.
- a region having a light emitting layer 143 that emits red light, a region having a light emitting layer 143 that emits green light, and a region having a light emitting layer 143 that emits blue light are repeatedly provided. (See FIG. 8B).
- the light emitting device 100 emits light in a single light emission color such as white.
- the light emitting layer 143 may be configured to emit light in a single light emission color such as white by mixing materials for emitting a plurality of colors.
- FIG. 7 is a diagram illustrating a second example of the layer structure of the organic functional layer 140.
- FIG. 8 (described later) describes an example in which regions separated from each other by the partition wall portion 180 in the organic functional layer 140 emit red light, green light, and blue light, respectively.
- the light emitting layer 143 of the organic functional layer 140 has a configuration in which the light emitting layers 143a, 143b, and 143c are stacked in this order.
- the light emitting layers 143a, 143b, and 143c emit light of different colors (for example, red, green, and blue).
- the light emitting layers 143a, 143b, and 143c emit light at the same time, so that the light emitting device 100 emits light in a single light emission color such as white.
- FIG. 8A is a plan view showing an example of a more specific configuration of the light emitting device 100 according to the embodiment
- FIG. 8B is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. 8A. is there. 8B and 8A are upside down with respect to FIG.
- the first electrode 130 constitutes an anode.
- the plurality of first electrodes 130 each extend in the Y direction in a strip shape. Adjacent first electrodes 130 are spaced apart from each other at a constant interval in the X direction orthogonal to the Y direction.
- Each of the first electrodes 130 is made of a metal oxide conductor such as ITO or IZO, for example.
- the refractive index of the first electrode 130 is approximately the same as that of the first layer 121 (for example, approximately 1.8).
- a bus line (bus electrode) 170 for supplying a power supply voltage to the first electrode 130 is formed on each surface of the first electrode 130.
- An insulating film is formed on the translucent substrate 110 and the first electrode 130.
- a plurality of stripe-shaped openings each extending in the Y direction are formed.
- a plurality of partition walls 180 made of an insulating film are formed.
- Each of the openings formed in the insulating film reaches the first electrode 130, and the surface of each first electrode 130 is exposed at the bottom of the opening.
- An organic functional layer 140 is formed on the first electrode 130 in each opening of the insulating film.
- the organic functional layer 140 is configured by stacking a hole injection layer 141, a hole transport layer 142, a light emitting layer 143 (light emitting layers 143R, 143G, 143B), and an electron transport layer 144 in this order.
- Materials for the hole injection layer 141 and the hole transport layer 142 include aromatic amine derivatives, phthalocyanine derivatives, porphyrin derivatives, oligothiophene derivatives, polythiophene derivatives, benzylphenyl derivatives, compounds in which tertiary amines are linked by fluorene groups, hydrazones. Derivatives, silazane derivatives, silanamine derivatives, phosphamine derivatives, quinacridone derivatives, polyaniline derivatives, polypyrrole derivatives, polyphenylene vinylene derivatives, polythienylene vinylene derivatives, polyquinoline derivatives, polyquinoxaline derivatives, carbon and the like.
- the light emitting layers 143R, 143G, and 143B are made of a fluorescent organometallic compound that emits red light, green light, and blue light, respectively.
- the light emitting layers 143R, 143G, and 143B are arranged side by side in a state of being separated from each other by the partition wall portion 180. That is, the organic functional layer 140 is partitioned into a plurality of regions by the partition wall portion 180.
- An electron transport layer 144 is formed so as to cover the surfaces of the light emitting layers 143R, 143G, and 143B and the partition wall portion 180.
- a second electrode 150 is formed so as to cover the surface of the electron transport layer 144.
- the second electrode 150 constitutes a cathode.
- the second electrode 150 is formed in a band shape.
- the second electrode 150 is made of a metal such as Al or an alloy having a low work function and high reflectivity.
- the refractive index of the organic functional layer 140 is approximately the same as that of the first electrode 130 and the first layer 121 (for example, a refractive index of approximately 1.8).
- a first layer 121 of an intervening layer 120 is formed on the second electrode 150.
- a second layer 122 is formed on the first layer 121.
- a conductor 190 is formed in the intervening layer 120. Note that the conductor 190 is preferably located on the partition wall portion 180.
- a light reflection layer 160 is formed on the intervening layer 120, and the light reflection layer 160 and the second electrode 150 are electrically connected to each other through a conductor 190.
- the light emitting layers 143R, 143G, and 143B that emit red, green, and blue light are repeatedly arranged in a stripe shape, and red, Green and blue light are mixed at an arbitrary ratio to emit light that is recognized as a single emission color (for example, white).
- the light emitting device 100 includes the translucent intervening layer 120 disposed between the organic functional layer 140 and the light reflecting layer 160.
- the intervening layer 120 is laminated on the first layer 121 having a refractive index equal to or higher than that of the organic functional layer 140 and a surface of the first layer 121 opposite to the organic functional layer 140 side, and has a refractive index higher than that of the first layer 121.
- the second layer 122 is small. Therefore, the optical path length of the light (reflected light) from the organic functional layer 140 toward the light reflecting layer 160 toward the light reflecting layer 160 and then toward the light transmitting substrate 110 is passed through the intervening layer 120. Can earn by.
- the first layer 121 having a high refractive index is disposed on the light reflection layer 160 side of the organic functional layer 140. Therefore, even if the second electrode 150 made of a metal thin film exists between the organic functional layer 140 and the first layer 121, evanescent light and plasmon are generated at the interface between the second electrode 150 and the first layer 121. Resonance does not occur. Thereby, the fall of light extraction efficiency can be suppressed.
- the refractive index of the intervening layer 120 when the refractive index of the intervening layer 120 is uniform, the light traveling from the organic functional layer 140 toward the light reflecting layer 160 side is reflected by the light reflecting layer 160 which is a metal layer, and is on the light transmitting substrate 110 side. Head to. However, a certain amount of loss occurs in the reflection at the metal layer.
- the refractive index of the second layer 122 is smaller than the refractive index of the first layer 121, a part of the light traveling from the organic functional layer 140 toward the light reflecting layer 160 is Total reflection can be performed at the interface between the first layer 121 and the second layer 122. Thereby, since the loss can be reduced as compared with the case where the refractive index of the intervening layer 120 is uniform, the light extraction efficiency is improved.
- each of the first layer 121 and the second layer 122 is set to an odd multiple of 1/4 of the peak wavelength (maximum peak wavelength) ⁇ of the emission wavelength from the light emitting layer, that is, an odd multiple of ⁇ / 4. This is an example. By doing so, the light increasing effect due to the interference between the reflected light of the light directed to the light reflecting layer 160 perpendicular to the light reflecting layer 160 and the direct light corresponding to the reflected light is maximized, Light extraction efficiency can be improved.
- the light emitting device 100 since the light emitting device 100 includes the translucent second electrode 150 disposed between the organic functional layer 140 and the intervening layer 120, it is possible to easily apply a voltage to the organic functional layer 140.
- the light reflecting layer 160 is conductive, and the light emitting device 100 includes one or more second electrodes 150, and at least one or more second electrodes 150 are electrically connected to the light reflecting layer 160. It is connected. As a result, the light reflecting layer 160 can form an electrode together with the second electrode 150, so that a voltage can be more easily applied to the organic functional layer 140.
- FIG. 9 is a cross-sectional view showing the configuration of the light emitting device 100 according to the second embodiment.
- the light emitting device 100 according to the second embodiment is different from the light emitting device 100 according to the first embodiment (FIG. 1) in the points described below, and in other points, the light emitting device according to the first embodiment.
- the configuration is the same as that of the apparatus 100.
- the light emitting device 100 does not include the second electrode 150 and the conductor 190.
- the lower surface of the organic functional layer 140 and the upper surface of the intervening layer 120 are in contact with each other.
- another layer may exist between the organic functional layer 140 and the intervening layer 120.
- the light reflecting layer 160 is conductive.
- the light reflecting layer 160 also functions as a cathode.
- the organic functional layer 140 includes a hole transport layer disposed on the first electrode 130 side of the light emitting layer.
- the organic functional layer 140 includes a hole injection layer 141 and a hole transport layer 142 similarly to the configuration illustrated in FIG.
- Each of the first layer 121 and the second layer 122 has an electron transport function. That is, the first layer 121 and the second layer 122 function as an electron transport layer.
- the first layer 121 and the second layer 122 may function as an electron transport layer and an electron injection layer.
- the intervening layer 120 also functions as a part of the organic functional layer 140. Therefore, in the case of this embodiment, the organic functional layer 140 does not need to have an electron carrying layer and an electron injection layer separately.
- the light emitting layer of the organic functional layer 140 when a voltage is applied between the first electrode 130 and the light reflecting layer 160, the light emitting layer of the organic functional layer 140 emits light.
- the organic functional layer 140 contains the electron carrying layer arrange
- the organic functional layer 140 includes an electron injection layer and an electron transport layer.
- Each of the first layer 121 and the second layer 122 has a hole transport function.
- the first layer 121 and the second layer 122 may function as a hole transport layer and a hole injection layer.
- the organic functional layer 140 does not need to have a positive hole transport layer and a positive hole injection layer separately.
- the second electrode 150 since the second electrode 150 does not exist, evanescent light and plasmon resonance generated at the interface between the metal film and the low refractive index layer do not occur. Therefore, similarly to the first embodiment, a decrease in light extraction efficiency can be suppressed.
- the light emitting device 100 does not include the second electrode 150.
- the light emitting layer can emit light by applying a voltage to the organic functional layer 140.
- FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating a configuration of the light emitting device 100 according to the first embodiment.
- the light emitting device 100 according to Example 1 is different from the light emitting device 100 according to the first embodiment (FIG. 1) in the points described below, and otherwise the light emitting device 100 according to the first embodiment. It is configured in the same way.
- the light emitting device 100 includes the second conductor disposed between the adjacent partition walls 180 in addition to the conductor 190 disposed on the partition wall 180 (not illustrated in FIG. 10).
- the conductor 191 may be included.
- the second conductor 191 electrically connects the second electrode 150 and the light reflecting layer 160 to each other. Thereby, compared with 1st Embodiment, the resistance between the 2nd electrode 150 and the light reflection layer 160 can be reduced.
- the second conductor 191 may electrically connect the second electrode 150 and the light reflecting layer 160 through the inside of the intervening layer 120 as shown in FIG.
- the two electrodes 150 and the light reflecting layer 160 may be electrically connected.
- the former is suitable for a light emitting device having a light emitting layer having a relatively large area, and the latter is suitable for a light emitting device having a light emitting layer having a relatively small area.
- FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating a configuration of the light emitting device 100 according to the second embodiment.
- the light emitting device 100 according to the second embodiment is different from the light emitting device 100 according to the first embodiment (FIG. 10) in the points described below, and is otherwise configured in the same manner as the light emitting device 100 according to the first embodiment. Has been.
- the lower part of the second layer 122 constitutes a light scattering layer 122a containing a plurality of (many) scattering materials.
- the lower part (light scattering layer 122a) of the second layer 122 includes a base material and a scattering material having a refractive index different from that of the base material and disposed in the base material.
- the average refractive index of the second layer 122 is smaller than the average refractive index of the first layer 121.
- the scattering material is made of inorganic particles such as porous silica and SiO 2 .
- the size of the localized portion of the scattering material or the minute scattering material is preferably not less than the peak wavelength (maximum peak wavelength) ⁇ of the emission wavelength from the light emitting layer.
- the size of the localized portion of the scattering material or the minute scattering material means a sphere equivalent diameter of each scattering material in a plan view.
- the scattering material may be spherical, in which case the size of the scattering material is the diameter of the scattering material.
- the shape of the scattering material may be any other shape.
- Example 2 among the light traveling from the organic functional layer 140 toward the light reflecting layer 160, light having a critical angle or more at the interface between the first layer 121 and the second layer 122 is totally reflected at the interface.
- the second layer 122 contains a scattering material, light having a angle less than the critical angle is scattered by the second layer 122.
- Light having a critical angle or more at the interface between the first layer 121 and the second layer 122 is less likely to be emitted from the light emitting device 100, but by scattering such light in a random direction in the second layer 122, Part of the light can be extracted from the light emitting device 100.
- FIG. 12 is a cross-sectional view illustrating a configuration of the light emitting device 100 according to the third embodiment.
- the light emitting device 100 according to the third embodiment is different from the light emitting device 100 according to the first embodiment (FIG. 10) in the points described below, and is otherwise configured in the same manner as the light emitting device 100 according to the first embodiment. Has been.
- the upper surface of the light reflecting layer 160 is an uneven surface 161 including a plurality of inclined surfaces inclined with respect to the organic functional layer 140. That is, the surface on the intervening layer 120 side of the light reflecting layer 160 is an uneven surface 161.
- the dimension of each inclined surface (the maximum dimension of each inclined surface in a plane parallel to each inclined surface) is preferably not less than the peak wavelength (maximum peak wavelength) ⁇ of the emission wavelength from the light emitting layer.
- the entire surface on the intervening layer 120 side of the light reflecting layer 160 may be the uneven surface 161, or a part of the surface on the interposing layer 120 side of the light reflecting layer 160 may be a flat surface.
- Example 3 among the light traveling from the organic functional layer 140 toward the light reflecting layer 160, light having a critical angle or more at the interface between the first layer 121 and the second layer 122 is totally reflected at the interface. In addition, light having a angle less than the critical angle is transmitted through the second layer 122 and reflected by the light reflecting layer 160.
- the upper surface of the light reflection layer 160 is an uneven surface 161 including a plurality of inclined surfaces inclined with respect to the organic functional layer 140, the direction of light above the critical angle is changed to less than the critical angle. Can be expected. Therefore, part of the light that passes through the second layer 122 and is reflected by the light reflecting layer 160 can be extracted from the light emitting device 100.
- FIG. 12 illustrates an example in which the surface on the intervening layer 120 side of the light reflecting layer 160 is an uneven surface 161 when the light emitting device 100 includes the second electrode 150.
- the second electrode 150 is not provided (FIG. 9)
- the same effect can be obtained even if the surface on the intervening layer 120 side of the light reflecting layer 160 is an uneven surface 161.
- FIG. 13 is a cross-sectional view illustrating a configuration of the light emitting device 100 according to the fourth embodiment.
- the light emitting device 100 according to Example 4 is different from the light emitting device 100 according to the second embodiment (FIG. 9) in the points described below, and otherwise the light emitting device 100 according to the second embodiment. It is configured in the same way.
- the second layer 122 constitutes a light scattering layer containing a plurality of (many) scattering materials.
- the second layer 122 includes a base material and a scattering material having a refractive index different from that of the base material and disposed in the base material.
- Scattering material is made of, for example, inorganic particles such as nano-porous silica and MgF 2 pieces. According to the fourth embodiment, the same effect as that of the second embodiment can be obtained.
- Example 4 as in Example 2, only the lower part of the second layer 122 may be a scattering layer. However, the average refractive index of the second layer 122 is smaller than the average refractive index of the first layer 121.
- the conductor 190 electrically connects the second electrode 150 and the light reflection layer 160 through the inside of the intervening layer 120
- the second electrode 150 and the light reflecting layer 160 may be electrically connected to each other through the outside of the intervening layer 120.
- the example in which the light reflecting layer 160 is conductive has been described.
- the light reflecting layer 160 may be insulative.
- the conductor 190 is not necessary.
- the second electrode 150 may be pulled out to the peripheral portion of the light emitting device 100 in plan view, and a voltage may be applied to the extracted portion.
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Abstract
発光装置(100)は、透光性基板(110)と、透光性基板(110)の出射面(光取り出し面110a)とは反対面側に配置された透光性の第1電極(130)と、少なくとも発光層を含む有機機能層(140)と、光反射層(160)と、透光性の介在層(120)と、を備える。介在層(120)は、有機機能層(140)と光反射層(160)との間に配置されている。介在層(120)は、有機機能層(140)以上の屈折率を有する第1層(121)と、第1層(121)における有機機能層(140)側とは反対側の面に積層され、第1層(121)よりも屈折率が小さい第2層(122)と、を有する。
Description
本発明は、有機発光層を有する発光装置に関する。
発光装置の1つに有機発光層を有する発光装置がある。この発光装置においては、有機発光層で発生した光のうち外部に放射される光の割合(光取り出し効率)を向上することが望まれている。
光取り出し効率の向上を目的とした技術としては、特許文献1に記載のものがある。特許文献1に記載された有機発光ダイオードデバイスは、透光性の基板と、光透過性の陽極(同文献のアノード層)と、有機機能層(同文献の有機EL要素)と、光透過性の陰極(同文献のカソード層)と、光散乱層と、低屈折率層と、反射体層と、をこの順に積層した構造である。
本発明者は、特許文献1に記載の技術では、以下に説明する問題があると考えた。
高屈折率の有機機能層と、電極層と、低屈折率層と、がこの順に配置されていると、プラズモン共鳴が発生する。このため、層間の界面(同文献の構造では電極層と低屈折率層との界面)において特定の角度での光の反射が有効になされず、光取り出し効率のロスが生じる可能性がある。
また金属反射においては角度依存性があり、垂直に入射する入射角0度の場合に最大反射率となり、角度がつくにつれて反射率が低下する。
高屈折率の有機機能層と、電極層と、低屈折率層と、がこの順に配置されていると、プラズモン共鳴が発生する。このため、層間の界面(同文献の構造では電極層と低屈折率層との界面)において特定の角度での光の反射が有効になされず、光取り出し効率のロスが生じる可能性がある。
また金属反射においては角度依存性があり、垂直に入射する入射角0度の場合に最大反射率となり、角度がつくにつれて反射率が低下する。
本発明が解決しようとする課題としては、発光装置の光取り出し効率を向上することが一例として挙げられる。
請求項1に記載の発明は、透光性基板と、
前記透光性基板の出射面とは反対面側に配置された透光性の第1電極と、
少なくとも発光層を含み、前記第1電極を基準として前記透光性基板とは反対側に配置された有機機能層と、
前記有機機能層を基準として前記第1電極とは反対側に配置され、前記有機機能層側から到来する光を反射する光反射層と、
前記有機機能層と前記光反射層との間に配置された透光性の介在層と、
を備え、
前記介在層は、
前記有機機能層以上の屈折率を有する第1層と、
前記第1層における前記有機機能層側とは反対側の面に積層され、前記第1層よりも屈折率が小さい第2層と、
を有する発光装置である。
前記透光性基板の出射面とは反対面側に配置された透光性の第1電極と、
少なくとも発光層を含み、前記第1電極を基準として前記透光性基板とは反対側に配置された有機機能層と、
前記有機機能層を基準として前記第1電極とは反対側に配置され、前記有機機能層側から到来する光を反射する光反射層と、
前記有機機能層と前記光反射層との間に配置された透光性の介在層と、
を備え、
前記介在層は、
前記有機機能層以上の屈折率を有する第1層と、
前記第1層における前記有機機能層側とは反対側の面に積層され、前記第1層よりも屈折率が小さい第2層と、
を有する発光装置である。
上述した目的、およびその他の目的、特徴および利点は、以下に述べる好適な実施の形態、およびそれに付随する以下の図面によってさらに明らかになる。
以下、実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様の構成要素には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
(第1の実施形態)
図1は実施形態に係る発光装置100の構成を示す断面図である。発光装置100は、有機EL(Electro Luminescence)素子を含んで構成される。この発光装置100は、例えばディスプレイ、照明装置、又は光通信装置の光源として用いることができる。
本実施形態に係る発光装置100は、出射面(光取り出し面110a)を有する透光性基板110と、透光性の第1電極130と、少なくとも発光層を含む有機機能層140と、光反射層160と、透光性の介在層120と、を備える。第1電極130は、透光性基板110の出射面とは反対面側に配置されている。有機機能層140は、第1電極130を基準として透光性基板110とは反対側に配置されている。光反射層160は、有機機能層140を基準として第1電極130とは反対側に配置されている。光反射層160は、有機機能層140側から光反射層160へ到来する光を反射する。介在層120は、有機機能層140と光反射層160との間に配置されている。介在層120は、第1層121と、第1層121における有機機能層140側とは反対側の面に積層された第2層122と、を有する。第1層121は、有機機能層140以上の屈折率を有する。第2層122は、第1層121よりも屈折率が小さい。
以下においては、説明を簡単にするため、発光装置100の各構成要素の位置関係(上下関係等)が各図に示す関係であるものとして説明を行う。ただし、この説明における位置関係は、発光装置100の使用時の位置関係とは無関係である。
図1に示すように、透光性基板110は、ガラスや樹脂などの透光性を有する材料からなる板状部材である。例えば、透光性基板110の上面、すなわち透光性基板110における有機機能層140とは反対側の面は、平坦な光取り出し面110aとなっている。この光取り出し面110aは、光放出空間を充たす空気(屈折率1)と接している。なお、透光性基板110の上面には、光取り出しフィルムが貼り付けられており、この光取り出しフィルムの上面が、光取り出し面を構成していても良い。
第1電極130は、例えばITO(Indium Tin Oxide)やIZO(Indium Zinc Oxide)などの金属酸化物導電体からなる透明電極とすることができる。ただし、第1電極130は、光が透過する程度に薄い金属薄膜であっても良い。
本実施形態の場合、発光装置100は、有機機能層140と介在層120との間に配置された透光性の第2電極150を備える。第2電極150は、例えば、光が透過する程度に薄い金属薄膜とすることができる。この場合、第2電極150の膜厚は、例えば、10nm程度とすることができる。第2電極150の材質としては、例えば、銀、アルミニウム等が挙げられる。ただし、第2電極150は、第1電極130と仕事関数の差を有するITOやIZOなどの金属酸化物導電体からなる透明電極であっても良い。
例えば、第1電極130が陽極を構成し、第2電極150が陰極を構成する。
有機機能層140は、NPB(N,N-di(naphthalene-1-yl)-N,N-diphenyl-benzidene)やAlq3などの有機材料からなる。有機機能層140は、例えば、発光層の他に、電子輸送機能を有する層、正孔輸送機能を有する層などを有していても良い。有機機能層140の屈折率は、例えば、1.6以上2.0以下程度である。
介在層120は、例えば誘電体などにより構成されている。上述のように、介在層120は、第1層121と第2層122との積層構造となっている。第1層121の下面と第2層122の上面とが相互に接している。そして、第1層121の屈折率は、有機機能層140の屈折率以上である。例えば、第1層121の屈折率は、1.8程度とすることができる。また、第2層122の屈折率は、第1層121の屈折率よりも小さい。例えば、第2層122の屈折率は、1.3程度とすることができる。第1層121の材料は、例えば、有機機能層140の材料と同じとすることができる。第2層122の材料は、例えば、MgF2(屈折率1.37)又はSiO2(屈折率1.45)などとすることができる。
光反射層160は、例えば、銀、アルミニウムなどの金属膜からなる。すなわち、光反射層160は、導電性である。光反射層160は、有機機能層140から光反射層160側に向かう光(有機機能層140側から到来する光)を、透光性基板110側に向けて反射する。
例えば、発光装置100は、光反射層160と第2電極150とを相互に電気的に接続する導電体190を有している。このように、光反射層160は導電性であり、発光装置100は、1つ又は複数の第2電極150を有し、少なくとも1つ以上の第2電極150が光反射層160に対して電気的に接続されている。導電体190は、介在層120を上下に貫通している。なお、導電体190は、柱状のもの(つまりスルーホール)でも良いし、壁状のものでも良い。光反射層160は、第2電極150とともに電極を構成する。
なお、介在層120に導電体190を設ける代わりに、介在層120にN型不純物が導入されて、介在層120が導電層となっていても良い。すなわち、介在層120はNドープ層であっても良い。この場合でも、光反射層160は、第2電極150とともに電極を構成することができる。なお、第2電極150が陽極で、第1電極130が陰極となっていても良い。この場合、介在層120にP型不純物を導入して、介在層120をPドープ層とすることができる。
第1電極130と第2電極150との間に電圧が印加されることにより、有機機能層140の発光層が発光する。透光性基板110、第1電極130、有機機能層140、第2電極150、介在層120の第1層121及び第2層122は、いずれも、有機機能層140の発光層が発光した光の少なくとも一部を透過する。発光層が発光した光の一部は、透光性基板110の光取り出し面110aから、発光装置100の外部(つまり上記光放出空間)に放射される(取り出される)。
例えば、透光性基板110の一方の面(図1における下面)と第1電極130の一方の面(図1における上面)とが相互に接している。また、第1電極130の他方の面(図1における下面)と有機機能層140の一方の面(図1における上面)とが相互に接している。また、有機機能層140の他方の面(図1における下面)と第2電極150の一方の面(図1における上面)とが相互に接している。また、第2電極150の他方の面(図1における下面)と介在層120の一方の面(図1における上面)とが相互に接している。より具体的には、第2電極150の他方の面と第1層121の一方の面(図1における上面)とが相互に接している。また、介在層120の他方の面(図1における下面)と光反射層160の一方の面(図1における上面)とが相互に接している。より具体的には、第2層122の一方の面(図1における下面)と光反射層160の一方の面とが相互に接している。ただし、透光性基板110と第1電極130との間には他の層が存在していても良い。同様に、第1電極130と有機機能層140との間には他の層が存在していても良い。同様に、有機機能層140と第2電極150との間には他の層が存在していても良い。同様に、第2電極150と介在層120との間には他の層が存在していても良い。同様に、介在層120と光反射層160との間には他の層が存在していても良い。
次に、動作を説明する。
図2は第1の実施形態に係る発光装置100の動作の例を示す断面図である。発光層から発せられた光のうち、透光性基板110側へ向かう光(光路L1、L5の光等)は、有機機能層140及び第1電極130を経て、透光性基板110へ向かう。第1電極130の屈折率は例えば1.8、透光性基板110の屈折率は例えば1.5であり、両者には差があるので、光の一部は第1電極130と透光性基板110との界面で全反射し、残りは透光性基板110へ透過(入射)する。透光性基板110へ透過(入射)した光のうち、一部は光放出空間との界面で全反射し、残りは光放出空間へ出る。
一方、第2電極150側へ向かう光のうち、一部は第2電極150にて反射し、残り(光路L2、L6の光等)は第2電極150を透過して介在層120へ入る。ここで、高屈折率(有機機能層140以上の屈折率)の第1層121が第2電極150に接しているので、第2電極150が金属薄膜からなる場合でも、第2電極150と第1層121との界面にてエバネッセント光およびプラズモン共鳴は生じず、光の損失が生じない。第1層121を透過して第2層122に達した光のうち、第1層121と第2層122との界面における臨界角以上の光(光路L2)は、全反射して透光性基板110側へ向かう(光路L3参照)。また、残りの光すなわち第1層121と第2層122との界面における臨界角未満の光(光路L6)は、第1層121から第2層122に入射する。この際、スネルの法則に従って屈折が生じる(光路L7参照)。第2層122に入射した光は、その後、光反射層160にて反射する(光路L8参照)。更に、この光は、第2層122と第1層121との界面にて屈折した後、透光性基板110側へ向かう(光路L9参照)。なお、光路L1の光と、光路L3の光は、同じ発光点から発した光であり、互いに平行である。同様に、光路L5の光と、光路L9の光は、同じ発光点から発した光であり、互いに平行である。
図3は、比較例1に係る発光装置における、発光層からの直接光と、第2電極150で反射した反射光との干渉について説明する図である。比較例に係る発光装置は、介在層120及び光反射層160を有していない点と、第2電極150が反射電極である点で、図1に示す発光装置100と相違し、その他の点では、図1に示す発光装置100と同様に構成されているものとする。すなわち、比較例1に係る発光装置においては、光反射層(第2電極150)と有機機能層140との間に介在層120が存在しない。
発光層にて発光した光の一部は、図3に光路L21で示されるように透光性基板110側に向かう。発光層にて発光した光の他の一部は、光路L22で示されるように第2電極150側に向かい、有機機能層140と第2電極150との界面にて反射し、光路23で示されるように透光性基板110側に向かう。光路L21で示される光(直接光)と光路L23で示される光(反射光)とが干渉することにより、光の強度が強くなったり弱くなったりする(増減する)。
図4は、比較例1に係る発光装置における、光の角度と、干渉による光強度の増減と、の関係を示す図である。図4の横軸は光の角度、縦軸は光強度である。横軸の光の角度は、有機機能層140に対する法線と光軸とのなす角度である。縦軸の光強度は、干渉後の光強度のシミュレーション結果であり、干渉前の光強度(光路L21の光の強度)を1としている。ここで、図4に示す光強度は、光の角度が0度のときに最も干渉後の光強度が強くなるように、発光層から第2電極150までの距離を設定した場合のシミュレーション結果である。この場合、図4に示すように、光の角度が大きくなるほど、干渉の影響により光強度が弱まる。光反射層が金属かつ、発光点と光反射層との距離がλ/4の奇数倍の場合に、光を強めあうことができる。なお図4は発光点と光反射層との距離がλ/4の場合の図である。
一方、本実施形態では、発光層と光反射層(光反射層160)との間に介在層120及び第2電極150が存在している。よって、発光層から光反射層160側に向かい当該光反射層160にて反射してから透光性基板110側に向かう光(光路L6、L7、L8、L9の光等)の光路長を、介在層120を通過させることによって稼ぐことができる。また、発光層から光反射層160側に向かい第1層121と第2層122との界面にて反射してから透光性基板110側に向かう光(光路L2、L3の光等)の光路長についても、第1層121を通過させることによって稼ぐことができる。両者の光路間に距離があるため、比較例1と比べて、光の干渉を抑制できるので、干渉によってこれら光が打ち消し合ってしまうことを抑制できる。
次に、比較例2に係る発光装置について説明する。この発光装置は、発光点の近くに位置する陰極におけるプラズモン損失を発光時に抑制できるように有機機能層と光反射層との距離を離すように配慮されている。この発光装置は、有機機能層140から光反射層160までの距離が3λ/4に設定されている点で、図3に示す発光装置と相違し、その他の点では、図3に示す発光装置と同様に構成されているものとする。比較例2では、有機機能層140から光反射層(光反射層160)までの距離が比較例1よりも長い点で比較例1と相違する。
図5は、発光点から光反射層までの距離が3λ/4である比較例2に係る発光装置における、光の角度と、干渉による光強度の増減と、の関係を示す図である。図5の横軸は光の角度、縦軸は光強度である。横軸の光の角度は、有機機能層140に対する法線と光軸とのなす角度である。縦軸の光強度は、干渉後の光強度のシミュレーション結果であり、干渉前の光強度を1としている。また、図5の光強度は、光の角度が0度のときに最も干渉後の光強度が強くなるように、発光層から光反射層160までの距離を設定した場合のシミュレーション結果である。この場合、比較例1と比べて、第2電極150及び介在層120の厚みに応じた光路長の差が生じるため、図4の結果と比べて、光強度が低下する角度範囲がずれる。発光点から光反射層までの距離が長いためにそれらの間の光路長が長くなるので、より小さい角度から、相互に干渉する光の相互間の位相のずれが生じるため、より小さい角度から干渉による劣化が生じることが図5に示されている。
更に、第1の実施形態の場合、光路L2及び光路L3で示すように、一部の光について、第1層121と第2層122との屈折率差を利用して透光性基板110側に全反射させるので、比較例2と比べて光の利用効率を向上することができる。なぜなら、金属面(光反射層160)で光が反射する場合、ある程度のロスが生じるのに対し、層間の屈折率を利用した全反射ではロスが実質的に発生しないためである。なお、どの角度以上の光を第1層121と第2層122との界面で全反射させるかについては、第1層121と第2層122との屈折率差を設定することによって任意に変更することができる。
また、介在層120を透過して光反射層160に対して垂直に、光反射層160に向かう光については、光反射層160に対して垂直に反射する。このような角度の反射光と、この反射光と対応する直接光と、の干渉による光の増大効果を最大にするためには、発光層から光反射層160までの光学的距離を、以下のように設定すると良い。先ず、光反射層160が金属層の場合、発光層からの発光波長のピーク波長(最大ピーク波長)をλとすると、発光層から光反射層160までの光学的距離を、N×λ/4(Nは3以上の正の奇数)に設定すると良い。光が金属層である光反射層160にて反射する場合、光の位相は半波長分ずれるためである。一方、光反射層160が金属層でない場合、発光層から光反射層160までの光学的距離を、N×λ/2(Nは1以上の正の整数)に設定すると良い。なお、各層におけるピーク波長λの長さは、それぞれの層の屈折率により個々に異なる。発光層から発せられる光のうち最大ピーク波長の光の、第1層121における波長をλ1、第2層122における波長をλ2とし、第1層121の屈折率をn1、第2層122の屈折率をn2とし、屈折率が1の媒体中を通過するときの最大ピーク波長をλとすると、λ1=λ/n1となり、λ2=λ/n2となる。発光層から光反射層160までの光学的距離は、各層の屈折率と膜厚とを考慮した値である。
次に、本実施形態に係る発光装置100を製造する工程の一例を説明する。
先ず、透光性基板110の下面に、スパッタ法などによりITOやIZOなどの金属酸化物導電体からなる透光性の導電膜を成膜し、エッチングによりこれをパターニングして第1電極130を形成する。
次に、第1電極130の下面に有機材料を塗布することにより有機機能層140を形成する。
次に、有機機能層140の下面に、マスクを用いた蒸着法などによりAl等の金属材料を所望のパターンに堆積させて、第2電極150を形成する。
次に、第2電極150の下面に、NPBなどの有機材料を塗布し、介在層120における第1層121を形成する。
次に、第1層121の下面に、MgF2又はSiO2などにより、介在層120における第2層122を形成する。
次に、介在層120に、第2電極150に達する孔を形成し、この孔を埋めるように金属膜を形成する。これにより、導電体190を形成する。なお、導電体190を形成した後で、導電体190の間を埋めるようにして介在層120を形成しても良い。
次に、介在層120の下面に、蒸着法などによりAl等の金属材料を堆積させて、光反射層160を形成する。光反射層160は、導電体190を介して第2電極150と導通した状態とする。
なお、必要に応じてバスラインや隔壁部(図8(b)参照)をそれぞれ適切なタイミングで形成しても良い。また、光反射層160の下面には必要に応じて封止層を形成しても良い。
(有機機能層の第1例)
図6は、有機機能層140の層構造の第1例を示す図である。第1例に係る有機機能層140は、正孔注入層141、正孔輸送層142、発光層143、電子輸送層144、及び電子注入層145をこの順に積層した構造を有している。すなわち有機機能層140は、有機エレクトロルミネッセンス発光層である。なお、正孔注入層141及び正孔輸送層142の代わりに、これら2つの層の機能を有する一つの層を設けてもよい。同様に、電子輸送層144及び電子注入層145の代わりに、これら2つの層の機能を有する一つの層を設けてもよい(図8(b)参照)。
図6は、有機機能層140の層構造の第1例を示す図である。第1例に係る有機機能層140は、正孔注入層141、正孔輸送層142、発光層143、電子輸送層144、及び電子注入層145をこの順に積層した構造を有している。すなわち有機機能層140は、有機エレクトロルミネッセンス発光層である。なお、正孔注入層141及び正孔輸送層142の代わりに、これら2つの層の機能を有する一つの層を設けてもよい。同様に、電子輸送層144及び電子注入層145の代わりに、これら2つの層の機能を有する一つの層を設けてもよい(図8(b)参照)。
有機機能層の第1例において、発光層143は、例えば赤色の光を発光する層、青色の光を発光する層、黄色の光を発光する層、又は緑色の光を発光する層である。この場合、平面視において、赤色の光を発光する発光層143を有する領域、緑色の光を発光する発光層143を有する領域、及び青色の光を発光する発光層143を有する領域が繰り返し設けられていても良い(図8(b)参照)。この場合、各領域を同時に発光させると、発光装置100は白色等の単一の発光色で発光する。
なお、発光層143は、複数の色を発光するための材料を混ぜることにより、白色等の単一の発光色で発光するように構成されていても良い。
(有機機能層の第2例)
図7は、有機機能層140の層構造の第2例を示す図である。図8(後述)では、有機機能層140において隔壁部180により相互に隔てられた領域が、それぞれ赤色発光、緑色発光、青色発光を行う例を説明する。これに対し、第2例では、有機機能層140の発光層143は、発光層143a,143b,143cをこの順に積層した構成を有している。発光層143a,143b,143cは、互いに異なる色の光(例えば赤、緑、及び青)を発光する。そして発光層143a,143b,143cが同時に発光することにより、発光装置100は白色等の単一の発光色で発光する。
図7は、有機機能層140の層構造の第2例を示す図である。図8(後述)では、有機機能層140において隔壁部180により相互に隔てられた領域が、それぞれ赤色発光、緑色発光、青色発光を行う例を説明する。これに対し、第2例では、有機機能層140の発光層143は、発光層143a,143b,143cをこの順に積層した構成を有している。発光層143a,143b,143cは、互いに異なる色の光(例えば赤、緑、及び青)を発光する。そして発光層143a,143b,143cが同時に発光することにより、発光装置100は白色等の単一の発光色で発光する。
図8(a)は実施形態に係る発光装置100のより具体的な構成の例を示す平面図であり、図8(b)は図8(a)におけるB-B線に沿った断面図である。なお、図8(b)及び図8(a)においては、図1とは上下が反転している。
第1電極130は、陽極を構成する。複数の第1電極130が、それぞれ帯状にY方向に延在している。隣り合う第1電極130同士は、Y方向に対して直交するX方向において一定間隔ずつ離間している。第1電極130の各々は、例えばITOやIZO等の金属酸化物導電体等からなる。第1電極130の屈折率は第1層121と同程度(例えば屈折率1.8程度)とされる。第1電極130の各々の表面には、第1電極130に電源電圧を供給するためのバスライン(バス電極)170が形成されている。透光性基板110及び第1電極130上には絶縁膜が形成されている。この絶縁膜には、それぞれY方向に延在するストライプ状の開口部が複数形成されている。これにより、絶縁膜からなる複数の隔壁部180が形成されている。また、この絶縁膜に形成された開口部の各々は、第1電極130に達しており、開口部の底部において各第1電極130の表面が露出している。絶縁膜の各開口部内において、第1電極130上には、有機機能層140が形成されている。有機機能層140は、正孔注入層141、正孔輸送層142、発光層143(発光層143R、143G、143B)、電子輸送層144がこの順序で積層されることにより構成されている。正孔注入層141及び正孔輸送層142の材料としては、芳香族アミン誘導体、フタロシアニン誘導体、ポルフィリン誘導体、オリゴチオフェン誘導体、ポリチオフェン誘導体、ベンジルフェニル誘導体、フルオレン基で3級アミンを連結した化合物、ヒドラゾン誘導体、シラザン誘導体、シラナミン誘導体、ホスファミン誘導体、キナクリドン誘導体、ポリアニリン誘導体、ポリピロール誘導体、ポリフェニレンビニレン誘導体、ポリチエニレンビニレン誘導体、ポリキノリン誘導体、ポリキノキサリン誘導体、カーボン等が挙げられる。発光層143R、143G、143Bは、それぞれ、赤色発光、緑色発光、青色発光を行う蛍光性有機金属化合物等からなる。発光層143R、143G、143Bは、隔壁部180によって互いに隔てられた状態で並んで配置されている。すなわち、有機機能層140は、隔壁部180によって複数の領域に仕切られている。発光層143R、143G、143Bおよび隔壁部180の表面を覆うように電子輸送層144が形成されている。電子輸送層144の表面を覆うように第2電極150が形成されている。第2電極150は、陰極を構成する。第2電極150は、帯状に形成されている。第2電極150は、仕事関数が低く且つ高反射率を有するAlなどの金属または合金等からなる。尚、有機機能層140の屈折率は、第1電極130および第1層121と同程度(例えば屈折率1.8程度)とされる。第2電極150上には介在層120の第1層121が形成されている。第1層121上には第2層122が形成されている。介在層120内に導電体190が形成されている。なお、導電体190は、隔壁部180上に位置していることが好ましい一例である。介在層120上には光反射層160が形成され、該光反射層160と第2電極150とが導電体190を介して相互に電気的に接続されている。
このように、赤、緑、青の光をそれぞれ発する発光層143R、143G、143Bは、ストライプ状に繰り返し配置されており、光取り出し面110aとなる透光性基板110の表面からは、赤、緑、青の光が任意の割合で混色されて単一の発光色(例えば白色)として認識される光が放出される。
以上、実施形態によれば、発光装置100は、有機機能層140と光反射層160との間に配置された透光性の介在層120を備える。この介在層120は、有機機能層140以上の屈折率を有する第1層121と、第1層121における有機機能層140側とは反対側の面に積層され、第1層121よりも屈折率が小さい第2層122と、を有している。よって、有機機能層140から光反射層160側に向かい当該光反射層160にて反射してから透光性基板110側に向かう光(反射光)の光路長を、介在層120を通過させることによって稼ぐことができる。このため、直接光の光軸と反射光の光軸との距離を遠ざけることができるので、これら光の干渉を抑制できる。よって、干渉によりこれら光が打ち消し合ってしまうことを抑制できるので、光取り出し効率を向上させることができる。また、有機機能層140の光反射層160側には、高屈折率の第1層121が配置されている。よって、有機機能層140と第1層121との間に、金属薄膜からなる第2電極150が存在していたとしても、第2電極150と第1層121との界面にてエバネッセント光およびプラズモン共鳴は生じない。これにより、光取り出し効率の低下を抑制できる。
ここで、介在層120の屈折率が均一な場合には、有機機能層140から光反射層160側に向かう光は、金属層である光反射層160にて反射して透光性基板110側へ向かう。ただし、金属層での反射には、ある程度のロスが生じる。これに対し、本実施形態では、第2層122の屈折率が、第1層121の屈折率よりも小さいので、有機機能層140から光反射層160側に向かう光の一部については、第1層121と第2層122との界面にて全反射させることができる。これにより、介在層120の屈折率が均一な場合と比べてロスを低減できるので、光取り出し効率が向上する。
また、第1層121及び第2層122の各々の膜厚を、発光層からの発光波長のピーク波長(最大ピーク波長)λの1/4の奇数倍、すなわちλ/4の奇数倍に設定することが一例としてあげられる。このようにすることにより、光反射層160に対して垂直に、光反射層160へ向かう光の反射光と、この反射光と対応する直接光と、の干渉による光の増大効果を最大にし、光取り出し効率を向上することができる。
また、発光装置100は、有機機能層140と介在層120との間に配置された透光性の第2電極150を備えるので、有機機能層140に対する電圧の印加を容易に行うことができる。
また、光反射層160は導電性であり、発光装置100は、1つ又は複数の第2電極150を有し、少なくとも1つ以上の第2電極150が光反射層160に対して電気的に接続されている。これにより、光反射層160が第2電極150とともに電極を構成するようにできるので、有機機能層140に対してより容易に電圧を印加することができる。
(第2の実施形態)
図9は第2の実施形態に係る発光装置100の構成を示す断面図である。第2の実施形態に係る発光装置100は、以下に説明する点で、第1の実施形態に係る発光装置100(図1)と相違し、その他の点では、第1の実施形態に係る発光装置100と同様に構成されている。
図9は第2の実施形態に係る発光装置100の構成を示す断面図である。第2の実施形態に係る発光装置100は、以下に説明する点で、第1の実施形態に係る発光装置100(図1)と相違し、その他の点では、第1の実施形態に係る発光装置100と同様に構成されている。
第2の実施形態に係る発光装置100は、第2電極150及び導電体190を有していない。例えば、有機機能層140の下面と介在層120の上面(第1層121の上面)とが相互に接している。ただし、有機機能層140と介在層120との間には、他の層が存在していても良い。
本実施形態の場合も、光反射層160は導電性である。光反射層160が陰極としての機能を兼ねる。また、有機機能層140は発光層の第1電極130側に配置された正孔輸送層を含んでいる。具体的には、例えば、有機機能層140は、図6に示す構成と同様に、正孔注入層141と正孔輸送層142とを有する。そして、第1層121及び第2層122の各々は、電子輸送機能を有している。すなわち、第1層121及び第2層122は電子輸送層として機能する。なお、第1層121及び第2層122は、電子輸送層及び電子注入層として機能しても良い。このように、本実施形態の場合、介在層120は、有機機能層140の一部分としての機能を兼ねる。従って、本実施形態の場合、有機機能層140は、電子輸送層及び電子注入層を別個に有していなくても良い。
本実施形態の場合、第1電極130と光反射層160との間に電圧が印加されることにより、有機機能層140の発光層が発光する。
なお、第1電極130が陰極で光反射層160が陽極の場合、有機機能層140は、発光層の第1電極130側に配置された電子輸送層を含んでいる。具体的には、例えば、有機機能層140は、電子注入層と電子輸送層とを有する。そして、第1層121及び第2層122の各々は、正孔輸送機能を有している。或いは、第1層121及び第2層122は、正孔輸送層及び正孔注入層として機能しても良い。そして、有機機能層140は、正孔輸送層及び正孔注入層を別個に有していなくても良い。
第2の実施形態の場合、第2電極150が存在しないので、金属膜と低屈折率層との界面で生じるエバネッセント光およびプラズモン共鳴が生じない。よって、第1の実施形態と同様に、光取り出し効率の低下を抑制できる。
ここで、光反射層160が導電性であり、第1層121及び第2層122の各々が電子輸送機能又は正孔輸送機能を有するので、発光装置100が第2電極150を有していなくても、有機機能層140に電圧を印加して発光層を発光させることができる。
第2の実施形態によれば、その他、第1の実施形態と同様の効果が得られる。
(実施例1)
図10は実施例1に係る発光装置100の構成を示す断面図である。実施例1に係る発光装置100は、以下に説明する点で、第1の実施形態に係る発光装置100(図1)と相違し、その他の点では、第1の実施形態に係る発光装置100と同様に構成されている。
図10は実施例1に係る発光装置100の構成を示す断面図である。実施例1に係る発光装置100は、以下に説明する点で、第1の実施形態に係る発光装置100(図1)と相違し、その他の点では、第1の実施形態に係る発光装置100と同様に構成されている。
上記の第1の実施形態では、隔壁部180上に導電体190を配置する例を説明した。ただし、図10に示すように、発光装置100は、隔壁部180(図10では図示略)上に配置された導電体190の他に、隣り合う隔壁部180どうしの間に配置された第2導電体191を有していても良い。第2導電体191は、第2電極150と光反射層160とを相互に電気的に接続している。これにより、第1の実施形態と比べて、第2電極150と光反射層160との間の抵抗を低減できる。
なお、第2導電体191は、図10に示すように介在層120の内部を通して第2電極150と光反射層160とを電気的に接続していても良いし、介在層120の外部を通して第2電極150と光反射層160とを電気的に接続していても良い。前者は比較的大面積の発光層を有する発光装置に向いており、後者は比較的小面積の発光層を有する発光装置に向いている。
(実施例2)
図11は実施例2に係る発光装置100の構成を示す断面図である。実施例2に係る発光装置100は、以下に説明する点で、実施例1に係る発光装置100(図10)と相違し、その他の点では、実施例1に係る発光装置100と同様に構成されている。
図11は実施例2に係る発光装置100の構成を示す断面図である。実施例2に係る発光装置100は、以下に説明する点で、実施例1に係る発光装置100(図10)と相違し、その他の点では、実施例1に係る発光装置100と同様に構成されている。
実施例2の場合、第2層122の下部は、複数の(多数の)散乱材を含有する光散乱層122aを構成している。第2層122の下部(光散乱層122a)は、基材と、基材とは屈折率が異なり且つ基材中に配置されている散乱材と、を含む。ただし、第2層122の平均屈折率は第1層121の平均屈折率よりも小さい。散乱材は、例えば、ポーラスシリカやSiO2などの無機粒子からなる。散乱材または微小な散乱材の局在部位の寸法は、発光層からの発光波長のピーク波長(最大ピーク波長)λ以上であることが好ましい。ここで、散乱材または微小な散乱材の局在部位の寸法とは、平面視において、個々の散乱材の球相当径を意味する。一例として、散乱材は球形であることが挙げられ、その場合、散乱材の寸法は散乱材の直径である。ただし、散乱材の形状はその他の任意の形状であっても良い。
実施例2の場合、有機機能層140から光反射層160側に向かう光のうち、第1層121と第2層122との界面における臨界角以上の光は、当該界面にて全反射する。また、第2層122が散乱材を含有しているので、臨界角未満の光は第2層122にて散乱する。第1層121と第2層122との界面における臨界角以上の光は、発光装置100から放射されにくいが、このような光を第2層122にてランダムな方向に散乱させることにより、当該光の一部を発光装置100から取り出すことができる。
(実施例3)
図12は実施例3に係る発光装置100の構成を示す断面図である。実施例3に係る発光装置100は、以下に説明する点で、実施例1に係る発光装置100(図10)と相違し、その他の点では、実施例1に係る発光装置100と同様に構成されている。
図12は実施例3に係る発光装置100の構成を示す断面図である。実施例3に係る発光装置100は、以下に説明する点で、実施例1に係る発光装置100(図10)と相違し、その他の点では、実施例1に係る発光装置100と同様に構成されている。
実施例3の場合、光反射層160の上面は、有機機能層140に対して傾斜した複数の傾斜面を含む凹凸面161となっている。すなわち、光反射層160における介在層120側の面が凹凸面161となっている。ここで、各傾斜面の寸法(各傾斜面と平行な面内における、各傾斜面の最大寸法)は、発光層からの発光波長のピーク波長(最大ピーク波長)λ以上であることが好ましい。なお、例えば、光反射層160における介在層120側の面の50%以上を凹凸面161とすることが好ましい。光反射層160における介在層120側の面の全面を凹凸面161としても良いし、光反射層160における介在層120側の面の一部は平坦面となっていても良い。
実施例3の場合、有機機能層140から光反射層160側に向かう光のうち、第1層121と第2層122との界面における臨界角以上の光は、当該界面にて全反射する。また、臨界角未満の光は第2層122を透過して光反射層160にて反射する。ここで、光反射層160の上面は、有機機能層140に対して傾斜した複数の傾斜面を含む凹凸面161となっているので、臨界角以上の光の向きが、臨界角未満に変更されることを期待できる。よって、第2層122を透過して光反射層160にて反射する光の一部を発光装置100から取り出すことができる。
なお、図12では、発光装置100が第2電極150を有する構成の場合に、光反射層160における介在層120側の面が凹凸面161となっている例を示しているが、発光装置100が第2電極150を有していない場合(図9)に、光反射層160における介在層120側の面が凹凸面161となっていても、同様の効果が得られる。
(実施例4)
図13は実施例4に係る発光装置100の構成を示す断面図である。実施例4に係る発光装置100は、以下に説明する点で、第2の実施形態に係る発光装置100(図9)と相違し、その他の点では、第2の実施形態に係る発光装置100と同様に構成されている。
図13は実施例4に係る発光装置100の構成を示す断面図である。実施例4に係る発光装置100は、以下に説明する点で、第2の実施形態に係る発光装置100(図9)と相違し、その他の点では、第2の実施形態に係る発光装置100と同様に構成されている。
実施例4の場合、第2層122は、複数の(多数の)散乱材を含有する光散乱層を構成している。第2層122は、基材と、基材とは屈折率が異なり且つ基材中に配置されている散乱材と、を含む。散乱材は、例えば、ナノポーラスシリカやMgF2片などの無機粒子からなる。実施例4によっても、実施例2と同様の効果が得られる。なお、実施例4の場合も、実施例2と同様に、第2層122の下部のみが散乱層となっていても良い。ただし、第2層122の平均屈折率は第1層121の平均屈折率よりも小さい。
以上、図面を参照して実施形態及び実施例について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
例えば、上記の第1の実施形態では、導電体190が介在層120の内部を通して第2電極150と光反射層160とを相互に電気的に接続している例を説明したが、導電体190は、介在層120の外部を通して第2電極150と光反射層160とを相互に電気的に接続していても良い。
また、上記の第1の実施形態では、光反射層160が導電性である例を説明したが、光反射層160は絶縁性であっても良い。なお、この場合、導電体190は必要ではない。この場合、例えば、第2電極150を平面視における発光装置100の周縁部に引き出して、その引き出された部分に電圧を印加しても良い。
Claims (6)
- 透光性基板と、
前記透光性基板の出射面とは反対面側に配置された透光性の第1電極と、
少なくとも発光層を含み、前記第1電極を基準として前記透光性基板とは反対側に配置された有機機能層と、
前記有機機能層を基準として前記第1電極とは反対側に配置され、前記有機機能層側から到来する光を反射する光反射層と、
前記有機機能層と前記光反射層との間に配置された透光性の介在層と、
を備え、
前記介在層は、
前記有機機能層以上の屈折率を有する第1層と、
前記第1層における前記有機機能層側とは反対側の面に積層され、前記第1層よりも屈折率が小さい第2層と、
を有する発光装置。 - 前記有機機能層と前記介在層との間に配置された透光性の第2電極を備える請求項1に記載の発光装置。
- 前記光反射層は導電性であり、
当該発光装置は、1つ又は複数の前記第2電極を有し、
少なくとも1つ以上の前記第2電極が前記光反射層に対して電気的に接続されている請求項2に記載の発光装置。 - 前記光反射層は導電性であり、
前記有機機能層は前記発光層の前記第1電極側に配置された正孔輸送層を更に含んでいるとともに、前記第1層及び前記第2層の各々は電子輸送機能を有しているか、
又は、
前記有機機能層は前記発光層の前記第1電極側に配置された電子輸送層を更に含んでいるとともに、前記第1層及び前記第2層の各々は正孔輸送機能を有している請求項1に記載の発光装置。 - 前記第2層は、基材と、前記基材とは屈折率が異なり且つ前記基材中に配置されている散乱材と、を含む請求項1~4の何れか一項に記載の発光装置。
- 前記光反射層における前記介在層側の面が、前記有機機能層に対して傾斜した複数の傾斜面を含む凹凸面となっている請求項1~5の何れか一項に記載の発光装置。
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2012
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