JP2002289358A - Organic electroluminescence device - Google Patents
Organic electroluminescence deviceInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 発光効率(光の取り出し効率)が高く、高輝
度で低消費電力の有機エレクトロルミネッセンス(E
L)素子を提供すること。
【解決手段】 有機EL素子内で発光した光は、素子の
前方に直接向かう光と陰極15で反射してから素子の
前方に向かう光の2つの経路がある。これらの光は、
光路差があるので互いに干渉する。発光層から出て素子
の前方に直接向かう光と陰極で反射した光の位相差δ
は、基板法線方向についてδ=π+4πL/λで求めら
れ、λは波長、Lは発光位置から反射面までの光学的距
離である。光学的距離Lは、発光位置から反射面までに
存在する有機材料の光学膜厚ndで与えられる(nは屈
折率、dは膜厚)。発光位置から反射面までに存在する
有機材料が複数の層からなる場合には、光学的距離L
は、各有機層の光学的距離(光学膜厚)の和となる。
PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an organic electroluminescence (E) having high luminous efficiency (light extraction efficiency), high luminance and low power consumption.
L) Providing a device. SOLUTION: The light emitted in the organic EL element has two paths, that is, light that goes directly to the front of the element and light that is reflected by the cathode 15 and then goes to the front of the element. These lights are
Since there is an optical path difference, they interfere with each other. The phase difference δ between the light coming out of the light emitting layer and going directly ahead of the device and the light reflected by the cathode
Is determined by δ = π + 4πL / λ in the normal direction of the substrate, λ is the wavelength, and L is the optical distance from the light emitting position to the reflecting surface. The optical distance L is given by the optical film thickness nd of the organic material existing from the light emitting position to the reflection surface (n is a refractive index, and d is a film thickness). When the organic material existing from the light emitting position to the reflecting surface is composed of a plurality of layers, the optical distance L
Is the sum of the optical distance (optical thickness) of each organic layer.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、多色表示可能な平
面型の表示装置、光源としても利用可能な固体発光素子
である発光効率が高い有機エレクトロルミネッセンス素
子(以下、有機EL素子とする)に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a flat display device capable of multicolor display, and an organic electroluminescent device having a high luminous efficiency, which is a solid light emitting device usable also as a light source (hereinafter referred to as an organic EL device). About.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、インターネットに代表される情報
技術の進歩に伴って、ノート型パーソナルコンピュー
タ、携帯端末、あるいは携帯電話などの情報機器が急速
に普及してきている。これらの情報機器からの膨大な情
報を瞬時に処理し、表示することのできる高品質、高性
能な平面型の表示装置が求められている。平面型の表示
装置の代表的なものとしては液晶表示装置がある。液晶
表示装置は、低電圧駆動、低消費電圧であるという特徴
を生かして、ノート型パーソナルコンピュータや携帯電
話用の表示装置を初めとして、多くの電子製品に使用さ
れている。ところが、液晶素子そのものは低消費電力で
あるにも関わらず、自発光型ではないので明るく高品質
のカラー表示を行うためにはバックライトを必要とし、
このバックライトの駆動に大きな電力を必要とする。ま
た、応答速度が遅いために、満足できる品質の動画表示
が難しく、視野角が狭いものである。一方、有機EL素
子は低電圧の直流駆動が可能であり、広視野角、高視認
性、高速応答性という表示素子として優れた性能を有す
る自発光型の表示素子として期待されている。なた、積
層型の素子構成で低電圧直流駆動、高発光効率、高輝度
発光が報告されて以来、実用化に向けて活発な研究がな
されている(特公昭64−7635号、特公平6−32
307号、Appl.Phys.Lett.,51,9
13(1987)参照)。2. Description of the Related Art In recent years, with the progress of information technology represented by the Internet, information devices such as notebook personal computers, portable terminals, and cellular phones have been rapidly spread. There is a demand for a high-quality, high-performance flat display device capable of instantaneously processing and displaying enormous information from these information devices. A typical flat display device is a liquid crystal display device. 2. Description of the Related Art Liquid crystal display devices have been used in many electronic products such as display devices for notebook personal computers and mobile phones, taking advantage of their features of low voltage driving and low voltage consumption. However, despite the low power consumption of the liquid crystal element itself, it is not a self-luminous type, so a bright and high-quality color display requires a backlight,
Driving this backlight requires large power. In addition, since the response speed is slow, it is difficult to display a moving image with satisfactory quality, and the viewing angle is narrow. On the other hand, organic EL elements are expected to be self-luminous display elements that can be driven at low voltage by direct current and have excellent performance as display elements such as a wide viewing angle, high visibility, and high-speed response. In addition, since low-voltage DC drive, high luminous efficiency, and high-luminance luminescence have been reported in a stacked-type device configuration, active research has been conducted toward practical use (Japanese Patent Publication No. Sho 64-7635, Japanese Patent Publication No. Hei 6-76). −32
No. 307, Appl. Phys. Lett. , 51,9
13 (1987)).
【0003】有機EL素子の基本的な技術課題として、
低電圧駆動、高発光効率化、高輝度化、多色発光があ
る。有機EL素子の発光機構は以下のように理解されて
いる。素子に電界を印加すると陰極からは電子、陽極か
らは正孔がそれぞれキャリアとして注入され、この両キ
ャリアは発光層で再結合して励起子を発生し、エネルギ
ーを放出するときに電気エネルギーを光エネルギーに変
換して発光する。陽極には、正孔注入能力を高くするた
めに一般に仕事関数の大きな材料がよいとされ、さらに
発光を外部に取り出すための透明性が要求されるので、
陽極材料としてITO(インジウムすず酸化物)のよう
な透明電極が最も多く用いられる。陰極には、仕事関数
の小さな金属やその合金が用いられる。[0003] As a basic technical problem of an organic EL device,
There are low voltage driving, high luminous efficiency, high luminance, and multicolor light emission. The light emitting mechanism of the organic EL element is understood as follows. When an electric field is applied to the device, electrons are injected from the cathode and holes are injected from the anode as carriers. These carriers recombine in the light-emitting layer to generate excitons, and when energy is released, electrical energy is converted to light. Converts to energy and emits light. For the anode, a material having a large work function is generally considered to be good in order to increase the hole injection ability, and further, transparency for taking out light emission is required.
A transparent electrode such as ITO (indium tin oxide) is most often used as an anode material. A metal having a small work function or an alloy thereof is used for the cathode.
【0004】アルカリ金属、アルカリ土類金属および第
3族金属があるが、安価で比較的に化学的安定性のよい
材料であるAlやMgおよびその合金が最もよく用いら
れている。発光効率の向上のためには、陰極からの電子
と陽極からの正孔の両キャリアを効率よく発光層に注
入、輸送し、かつ注入された両キャリアのできるだけ多
くを再結合させることが重要であるとされている。その
ため、積層型の素子においては、キャリアの注入、輸送
および発光という異なった機能を違う材料で分担させる
ことによって、それぞれの材料を最適化して高い発光効
率を実現できる可能性があることがわかり、活発に研究
がなされるようになった。また、積層型の素子では、キ
ャリアの再結合位置を電極から離れた位置に集約させる
ので、生成された励起子が電極の界面部分に移動して消
失することを防いでいる。このような励起子の消失の影
響は、電極から発光位置までの距離が約30nm以下に
ならない方がよい。There are alkali metals, alkaline earth metals and Group 3 metals, but Al, Mg and their alloys, which are inexpensive and have relatively high chemical stability, are most often used. In order to improve luminous efficiency, it is important to efficiently inject and transport both electrons from the cathode and holes from the anode to the light-emitting layer, and to recombine as much of the injected carriers as possible. It is said that there is. Therefore, in a stacked type device, it is understood that there is a possibility that high efficiency can be realized by optimizing each material by sharing different functions of carrier injection, transport and light emission with different materials, Active research has begun. Further, in the stacked element, the recombination position of the carriers is concentrated at a position away from the electrode, so that the generated excitons are prevented from moving to the interface portion of the electrode and disappearing. It is preferable that the distance from the electrode to the light emission position does not become less than about 30 nm in order to prevent the exciton disappearance.
【0005】これまでに提案されている有機EL素子の
構造には、有機多層膜の数によって主に2層型と3層
型、およびこれらを基本とした改良型がある。2層型の
素子は、発光層が電子輸送性または正孔輸送性を併せ持
つものであって、正孔輸送層/電子輸送性発光層からな
るもの(図13を参照)と正孔輸送性発光層/電子輸送
層からなるもの(図14を参照)の2種類がある。正孔
輸送層3a/電子輸送性発光層4bからなる2層型の素
子は、ガラス基板1上の陽極2と電子輸送性をもった発
光層である電子輸送層4aとの間に電子輸送性のほとん
どない正孔輸送層3aを設けることで、効率よく正孔を
注入、輸送すると共に陰極5から注入された電子を正孔
輸送層3aと発光層の界面でブロックして、電子と正孔
との結合効率を向上させることを目的とする。この場
合、電子と正孔の再結合は正孔輸送層発光層3b/電子
輸送性発光層4bの界面付近の発光層(発光位置)6で
のみ発生し、その位置で最大の発光強度を示す。The structures of the organic EL elements proposed so far include a two-layer type, a three-layer type, and an improved type based on these, depending on the number of organic multilayer films. The two-layer type device has a light-emitting layer having both an electron-transport property and a hole-transport property, and is composed of a hole-transport layer / electron-transport light-emitting layer (see FIG. 13) and a hole-transport light-emitting element. Layer / electron transport layer (see FIG. 14). The two-layer element composed of the hole transport layer 3a / the electron transporting light emitting layer 4b has an electron transporting property between the anode 2 on the glass substrate 1 and the electron transporting layer 4a which is a light emitting layer having an electron transporting property. By providing the hole transport layer 3a having little or no holes, the holes can be efficiently injected and transported, and the electrons injected from the cathode 5 can be blocked at the interface between the hole transport layer 3a and the light emitting layer. The purpose is to improve the coupling efficiency. In this case, recombination of electrons and holes occurs only in the light emitting layer (light emitting position) 6 near the interface between the hole transporting layer light emitting layer 3b and the electron transporting light emitting layer 4b, and exhibits the maximum light emission intensity at that position. .
【0006】正孔輸送性発光層/電子輸送層からなる2
層型の素子は、陰極と正孔輸送性をもった発光層との間
に正孔をブロックするための電子輸送層を設けること
で、電子と正孔との結合効率を向上させることを狙った
ものである。この場合、電子と正孔の再結合は正孔輸送
性発光層/電子輸送層の界面付近の発光層でのみ発生
し、その位置で最大の発光強度を示す。3層型の素子
は、発光層とキャリアの輸送層を分離した正孔輸送層/
発光層/電子輸送層からなるものである。あるいは、陽
極からの正孔注入障壁を低くするために、正孔輸送層と
陽極との間に陽極とのイオン化ポテンシャルの差が小さ
い正孔注入層をもう1層設けることもある。また、Ap
pl.Phys.Lett.,57,531(199
0)には、3層型の素子において発光層の膜厚を5nm
まで薄くしても発光効率は低下しないことが示されてい
る。これは、発光が5nmの厚さの発光層中で起こって
いることを示している。このように多層型の有機EL素
子の発光は、2層型か3層型かによらず基本的に電子と
正孔が再結合する界面のごく近傍でのみ起こる。この発
光効率の改善は、現在でも有機EL素子の基本的な課題
であり、これまでに多くの材料、構成が提案されてい
る。[0006] 2 comprising a hole transporting light emitting layer / electron transporting layer
Layer-type devices aim to improve the efficiency of electron-hole coupling by providing an electron-transporting layer between the cathode and the light-emitting layer having a hole-transporting property to block holes. It is a thing. In this case, recombination of electrons and holes occurs only in the light-emitting layer near the interface between the hole-transporting light-emitting layer and the electron-transporting layer, and exhibits the maximum light emission intensity at that position. The three-layer type element has a hole transport layer / light-emitting layer / carrier transport layer separated from each other.
It consists of a light emitting layer / electron transport layer. Alternatively, in order to lower the barrier against hole injection from the anode, another hole injection layer having a small difference in ionization potential between the hole transport layer and the anode may be provided. Also, Ap
pl. Phys. Lett. , 57, 531 (199
0), the thickness of the light emitting layer in the three-layer type device was 5 nm.
It is shown that the luminous efficiency does not decrease even if the thickness is reduced as far as possible. This indicates that light emission is occurring in the 5 nm thick light emitting layer. As described above, light emission of the multilayer organic EL element basically occurs only in the vicinity of the interface where electrons and holes recombine irrespective of the two-layer type or the three-layer type. The improvement of the luminous efficiency is still a fundamental problem of the organic EL element, and many materials and configurations have been proposed so far.
【0007】ところで、特開平4−137485号公報
には、陽極/正孔輸送性発光層/電子輸送層/陰極の構
成において、電子輸送層の厚さを30〜60nmとして
高輝度を得る電界発光素子が開示されている。また、特
許第3065704号および特許第3065705号に
は、陰極での反射光の干渉効果を利用する方法が示され
ている。特許第2846571号公報には、選定された
波長における発光強度を増強するように、陽極(透明電
極)と有機多層膜との合計光学膜厚と屈折率を設定する
有機エレクトロルミネッセンス素子が開示されている。
これは、発光層の位置から陰極までの光学的距離を規定
するものではなく、また、陽極(透明電極)と基板との
界面での反射光と陰極での反射光との干渉を利用してい
るので、透明電極と基板との界面での反射率を大きくす
るために、透明電極には屈折率が1.8以上の高屈折性
透明電極を使用することが記載されている。特許第27
97883号には、発光層の両面に形成された反射鏡と
で微小共振器を形成して、反射鏡間の光学的距離の制御
で多色表示をする多色発光素子とその基板が開示されて
いる。Japanese Unexamined Patent Publication (Kokai) No. 4-137485 discloses an electroluminescent device having a structure of anode / hole transporting light emitting layer / electron transporting layer / cathode in which the thickness of the electron transporting layer is 30 to 60 nm to obtain high brightness. An element is disclosed. Further, Japanese Patent Nos. 3065704 and 3065705 show a method of utilizing an interference effect of light reflected on a cathode. Japanese Patent No. 2,846,571 discloses an organic electroluminescence device that sets a total optical thickness and a refractive index of an anode (transparent electrode) and an organic multilayer film so as to enhance emission intensity at a selected wavelength. I have.
This does not define the optical distance from the position of the light emitting layer to the cathode, and also utilizes the interference between the reflected light at the interface between the anode (transparent electrode) and the substrate and the reflected light at the cathode. Therefore, in order to increase the reflectance at the interface between the transparent electrode and the substrate, it is described that a transparent electrode having a high refractive index of 1.8 or more is used as the transparent electrode. Patent No. 27
No. 97883 discloses a multicolor light emitting element which forms a microcavity with reflectors formed on both surfaces of a light emitting layer and performs multicolor display by controlling an optical distance between the reflectors, and a substrate thereof. ing.
【0008】Jpn.J.Appl.Phys.Vo
l.38(1999)pp.2799−2803、「E
valuation of True Power L
uminous Efficiency from E
xperimental Luminance Val
ues」(T. Tsutsui and K. Ya
mamato)には、透明電極(ITO)/正孔注入輸
送層(TPD)/電子輸送性発光層(Alq)/陰極
(MgAg)の構成の有機EL素子において、電子輸送
性発光層(Alq)の膜厚を変化させて実験的に得られ
た発光スペクトルの変化、輝度の視角依存性から発光の
取り出し効率を正しく評価する試みが報告されている。[0008] Jpn. J. Appl. Phys. Vo
l. 38 (1999) pp. 2799-2803, "E
evaluation of True Power L
uminous Efficiency from E
xperimental Luminance Val
es "(T. Tsutsui and K. Ya
In an organic EL device having a configuration of a transparent electrode (ITO) / hole injection / transport layer (TPD) / electron transport light-emitting layer (Alq) / cathode (MgAg), the electron transport light-emitting layer (Alq) Attempts have been made to correctly evaluate the light extraction efficiency from the change in the emission spectrum experimentally obtained by changing the film thickness and the viewing angle dependence of the luminance.
【0009】[0009]
【発明が解決しようとする課題】上述のように自己発光
型の表示素子としては、例えばプラズマ表示素子、有機
EL素子が知られている。しかしながら、プラズマ表示
素子は、低圧ガス中でのプラズマ発光を利用するもの
で、大型の表示装置には適しているが、薄型化、小型化
には不向きであり、コスト面での課題が残っている。ま
た、プラズマ発光のためには数100Vの高電圧交流駆
動が必要とされ、低消費電力化には適していない。ま
た、有機EL素子の発光効率の改善のために内部量子効
率の高い発光材料を用いても発光層から放射される光を
有効に外部に取り出していないこと、すなわち光の取り
出し効率が低いことに起因して、発光効率を高くできな
いという問題がある。これは、主に光取り出し側の基板
面への入射角が臨界角を超えると全反射されるため、基
板から外部に光を取り出すことができないことに起因し
ている。例えば、通常のガラス基板では約25%の取り
出し効率になると考えられている。したがって、有機E
L素子の発光効率向上のためには、発光層からの光を有
効に素子外部に取り出すことのできる素子構成にするこ
とが望まれている。As described above, for example, a plasma display element and an organic EL element are known as self-luminous display elements. However, the plasma display element utilizes plasma emission in a low-pressure gas, and is suitable for a large-sized display device. However, the plasma display element is not suitable for thinning and miniaturization, and a cost problem remains. I have. Further, high voltage AC driving of several hundred volts is required for plasma emission, which is not suitable for low power consumption. In addition, even if a light emitting material having a high internal quantum efficiency is used to improve the light emitting efficiency of the organic EL element, light emitted from the light emitting layer is not effectively extracted to the outside, that is, light extraction efficiency is low. For this reason, there is a problem that the luminous efficiency cannot be increased. This is mainly due to the fact that when the angle of incidence on the substrate surface on the light extraction side exceeds the critical angle, the light is totally reflected, so that light cannot be extracted from the substrate to the outside. For example, it is considered that an ordinary glass substrate has an extraction efficiency of about 25%. Therefore, the organic E
In order to improve the luminous efficiency of the L element, it is desired to provide an element configuration capable of effectively extracting light from the light emitting layer to the outside of the element.
【0010】従来から発光効率(発光の取り出し効率)
を高める方法の一つとして、陰極からの反射光を有効に
利用することが考えられる。すなわち、可視光領域で高
い反射率を有する金属材料を陰極材料として用いれば、
発光層から放射された光を素子前方(陽極側)に反射し
て有効に取り出すことができるが、発光層から出て素子
の前方に直接向かう光と陰極で反射した光は互いに干渉
しあうことが考えられ、この干渉効果についての正確か
つ詳細な検討はなされていないのが現状である。また、
上述の特開平4−137485号公報には、発光層と陰
極との距離が発光強度を向上させるための重要な因子で
あることを示しているが、この時点では発光強度が電子
輸送層の厚さに依存する理由については十分に解明され
ていないとしている。また、発光波長と膜厚との関係に
ついての記述はみられず、光の干渉効果についての検討
はなされていない。Conventionally, luminous efficiency (light emission extraction efficiency)
One of the methods for improving the efficiency is to effectively use the light reflected from the cathode. In other words, if a metal material having a high reflectance in the visible light region is used as the cathode material,
The light emitted from the light-emitting layer can be effectively extracted by reflecting it in front of the device (on the anode side), but the light that goes out of the light-emitting layer and goes directly forward of the device and the light reflected by the cathode must interfere with each other. At present, accurate and detailed studies on this interference effect have not been made. Also,
In the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-137485, it is shown that the distance between the light emitting layer and the cathode is an important factor for improving the light emission intensity. The reason for the dependence is not fully understood. Further, there is no description about the relationship between the emission wavelength and the film thickness, and no study is made on the light interference effect.
【0011】また、特許第3065704号および特許
第3065705号の従来技術では、EL層あるいは電
子輸送層の膜厚を膜厚輝度減衰曲線特性の2番目に高い
輝度の2次極大値を含む膜厚を有し、かつその振幅がそ
の収束する収束輝度値を超える輝度を生ずる範囲内の膜
厚に設定することが述べられているが、特許第3065
704号に記載されている光の干渉効果としての光の強
度を表す「数式3」は、陰極で反射する光のπラジアン
の位相変化を考慮しないで導かれたものであり、フレネ
ルの反射の法則に反することになる。すなわち、フレネ
ルの反射の法則によれば、光学的に疎な物質(屈折率の
小さい物質)から密な物質(屈折率の大きな物質)に光
が入射するとき、反射光の位相はπラジアンだけ変化す
ることが知られている(例えば、「干渉および干渉性」
(飯沼芳郎著、共立出版)のロイドの鏡と干渉性に関す
る記述を参照のこと)。一般に、反射率の高い金属表面
は、いわゆる鏡面であって、反射光の位相は反射面でほ
ぼπラジアン変化する。このように、陰極での反射光の
πラジアンの位相変化を無視してしまうと、発光強度の
極大値を与えるEL層の膜厚を正確に求めることができ
ないばかりか、逆に発光強度の極小値となる膜厚に設定
してしまう可能性がある。In the prior arts of Japanese Patent No. 3065704 and Japanese Patent No. 3065705, the thickness of the EL layer or the electron transporting layer is determined by changing the film thickness including the secondary maximum value of the second highest luminance in the film thickness decay curve characteristic. It is described that the film thickness is set within a range that produces a luminance whose amplitude exceeds the convergent luminance value at which the amplitude converges.
“Equation 3” representing the light intensity as the light interference effect described in No. 704 is derived without considering the phase change of π radians of the light reflected by the cathode, and This would be against the law. In other words, according to Fresnel's law of reflection, when light is incident from an optically sparse substance (a substance with a small refractive index) to a dense substance (a substance with a large refractive index), the phase of the reflected light is only π radians. Known to change (eg, "interference and coherence"
(See the description of Lloyd's mirrors and coherence by Yoshiro Iinuma, Kyoritsu Shuppan). In general, a metal surface having a high reflectance is a so-called mirror surface, and the phase of reflected light changes by approximately π radians on the reflection surface. As described above, if the phase change of π radian of the reflected light at the cathode is ignored, not only the thickness of the EL layer that gives the maximum value of the emission intensity cannot be accurately obtained, but also the minimum value of the emission intensity. There is a possibility that the film thickness is set to a value.
【0012】反射率の高い金属表面は、いわゆる鏡面で
あって、反射光の位相は反射面でほぼπラジアン変化す
ると考えるのが一般的であるが、実際の金属は複素屈折
率を有するので、反射面での反射光の実質的な位相変化
はπラジアンからずれてしまう。また、金属薄膜によっ
て形成された半透過膜、あるいは吸収のある誘電体膜に
おいても同様に反射面での反射光の実質的な位相変化は
πラジアンからずれている。したがって、多用な陰極材
料を選択するにあたっては、反射面での反射光の実質的
な位相変化を考慮する必要があったが、これまでにこの
ような検討はなされていないのが現状である。また、特
許第2846571号公報では、EL発光は陽極側の面
から素子外部に取り出されるので陽極には可視光領域で
高い透過率が要求され、陰極のように大きな反射率の陽
極材料で構成することはできないので、強い干渉効果を
期待することはできない。したがって、この従来技術で
示された構成は色純度を向上させるためには有効である
が、大きな発光効率(光の取り出し効率)の大幅な改善
を期待することはできない。同様に特許第279788
3号も発光層の位置から陰極までの光学的距離を規定す
るものではない。さらに、光の干渉効果についての詳細
な説明もなされていない。It is generally considered that a metal surface having a high reflectance is a so-called mirror surface, and that the phase of reflected light changes by approximately π radian on the reflection surface. However, since an actual metal has a complex refractive index, The substantial phase change of the reflected light at the reflecting surface deviates from π radians. Similarly, in a semi-transmissive film formed of a metal thin film or a dielectric film having absorption, the substantial phase change of the reflected light on the reflecting surface similarly deviates from π radians. Therefore, when selecting a variety of cathode materials, it was necessary to consider the substantial phase change of the reflected light on the reflecting surface, but such a study has not been made so far. Further, in Japanese Patent No. 2846571, since EL emission is taken out of the element from the surface on the anode side, the anode is required to have a high transmittance in the visible light region, and is made of an anode material having a large reflectance like a cathode. Can not expect strong interference effects. Therefore, although the configuration shown in this prior art is effective for improving color purity, it is not possible to expect a great improvement in large luminous efficiency (light extraction efficiency). Similarly, Patent No. 279788
No. 3 does not specify the optical distance from the position of the light emitting layer to the cathode. Further, no detailed description is given of the light interference effect.
【0013】そこで、本発明の目的は、発光効率(光の
取り出し効率)が高く、高輝度で低消費電力の有機EL
素子を提供することである。An object of the present invention is to provide an organic EL device having high luminous efficiency (light extraction efficiency), high luminance and low power consumption.
It is to provide an element.
【0014】[0014]
【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明で
は、透明電極からなる陽極と、前記陽極上に少なくとも
正孔輸送層と電子輸送層の2層を有して成膜された有機
多層膜と、前記有機多膜層上に金属からなる鏡面反射膜
で作製された陰極と、を備え、前記有機多層膜の電子輸
送層の光学膜厚ndは、nd=(2N−1)λ/4、
(nは屈折率、dは膜厚、λは発光の中心波長、Nは正
の整数)なる関係を満たすことにより、前記目的を達成
する。請求項2記載の発明では、透明電極からなる陽極
と、前記陽極上に正孔輸送層、電子輸送性発光層の順で
2層を積層して成膜された有機多層膜と、前記有機多膜
層上に金属からなる鏡面反射膜で作製された陰極と、を
備え、前記有機多層膜の電子輸送性発光層の光学膜厚n
dは、nd=(2N−1)λ/4、(nは屈折率、dは
膜厚、λは発光の中心波長、Nは正の整数)なる関係を
満たすことにより、前記目的を達成する。請求項3記載
の発明では、透明電極からなる陽極と、前記陽極上に正
孔注入層、正孔輸送層、電子輸送性発光層の順で3層を
積層して成膜された有機多層膜と、前記有機多膜層上に
金属からなる鏡面反射膜で作製された陰極と、を備え、
前記有機多層膜の電子輸送性発光層の光学膜厚ndは、
nd=(2N−1)λ/4、(nは屈折率、dは膜厚、
λは発光の中心波長、Nは正の整数)なる関係を満たす
ことにより、前記目的を達成する。請求項4記載の発明
では、請求項2または請求項3記載の発明において、前
記電子輸送性発光層は、前記正孔輸送層との界面付近に
微量の蛍光性材料がドーピングされていることにより、
前記目的を達成する。According to the first aspect of the present invention, there is provided an organic multilayer formed by forming an anode comprising a transparent electrode and at least two layers of a hole transport layer and an electron transport layer on the anode. And a cathode made of a specular reflection film made of a metal on the organic multilayer film. The optical film thickness nd of the electron transport layer of the organic multilayer film is nd = (2N-1) λ / 4,
The object is achieved by satisfying the following relationship (n is a refractive index, d is a film thickness, λ is a central wavelength of light emission, and N is a positive integer). According to the second aspect of the present invention, an anode formed of a transparent electrode, an organic multilayer film formed by stacking two layers on the anode in the order of a hole transporting layer and an electron transporting light emitting layer; A cathode made of a mirror-reflective film made of metal on the film layer, and an optical film thickness n of the electron transporting light emitting layer of the organic multilayer film.
The above object is achieved by satisfying the following relationship: d is nd = (2N-1) λ / 4, (n is a refractive index, d is a film thickness, λ is a central wavelength of light emission, and N is a positive integer). . According to the third aspect of the present invention, an organic multilayer film formed by laminating an anode composed of a transparent electrode and three layers on the anode in the order of a hole injection layer, a hole transport layer, and an electron transport light emitting layer And a cathode made of a specular reflection film made of metal on the organic multilayer film,
The optical film thickness nd of the electron transporting light emitting layer of the organic multilayer film is:
nd = (2N-1) λ / 4, (n is a refractive index, d is a film thickness,
The above object is achieved by satisfying the relationship of λ is the central wavelength of light emission and N is a positive integer. According to a fourth aspect of the present invention, in the second or third aspect, the electron transporting light emitting layer is doped with a small amount of a fluorescent material near an interface with the hole transporting layer. ,
The above objective is achieved.
【0015】請求項5記載の発明では、透明電極からな
る陽極と、前記陽極上に正孔輸送層、膜厚が30nm以
下の発光層、電子輸送層の順で3層を積層して成膜され
た有機多層膜と、前記有機多膜層上に金属からなる鏡面
反射膜で作製された陰極と、を備え、前記有機多層膜の
電子輸送層の光学膜厚ndは、nd=(2N−1)λ/
4、(nは屈折率、dは膜厚、λは発光の中心波長、N
は正の整数)なる関係を満たすことにより、前記目的を
達成する。請求項6記載の発明では、請求項5記載の発
明において、前記発光層は、微量の蛍光性材料がドーピ
ングされていることにより、前記目的を達成する。According to a fifth aspect of the present invention, an anode composed of a transparent electrode, a hole transport layer, a light emitting layer having a thickness of 30 nm or less, and an electron transport layer are laminated on the anode in this order. And a cathode formed of a mirror-reflective film made of metal on the organic multilayer film. The optical thickness nd of the electron transport layer of the organic multilayer film is nd = (2N− 1) λ /
4, (n is the refractive index, d is the film thickness, λ is the central wavelength of light emission, N
Is a positive integer), thereby achieving the above object. According to a sixth aspect of the present invention, in the fifth aspect of the invention, the light-emitting layer achieves the object by being doped with a small amount of a fluorescent material.
【0016】請求項7記載の発明では、透明電極からな
る陽極と、前記陽極上に正孔輸送性発光層、電子輸送層
の順で2層を積層して成膜された有機多層膜と、前記有
機多膜層上に金属からなる鏡面反射膜で作製された陰極
と、を備え、前記有機多層膜の電子輸送層の光学膜厚n
dは、nd=(2N−1)λ/4、(nは屈折率、dは
膜厚、λは発光の中心波長、Nは正の整数)なる関係を
満たすことにより、前記目的を達成する。請求項8記載
の発明では、請求項1、請求項2、請求項3、請求項
4、請求項5、請求項6、請求項7のうちいずれか1に
記載の発明において、前記陰極は、反射率が50%以上
の金属膜であることにより、前記目的を達成する。請求
項9記載の発明では、請求項1、請求項2、請求項3、
請求項4、請求項5、請求項6、請求項7、請求項8の
うちいずれか1に記載の発明において、前記正の整数N
は、1であることにより、前記目的を達成する。請求項
10記載の発明では、請求項1、請求項2、請求項3、
請求項4、請求項5、請求項6、請求項7、請求項8、
請求項9のうちいずれか1に記載の発明において、前記
電子輸送層または前記電子輸送性発光層の光学膜厚nd
は、前記発光の中心波長±λ/8以内の誤差範囲内であ
ることにより、前記目的を達成する。In the invention according to claim 7, an anode comprising a transparent electrode, an organic multilayer film formed by laminating two layers on the anode in the order of a hole transporting light emitting layer and an electron transporting layer, A cathode made of a specular reflection film made of a metal on the organic multilayer film; and an optical film thickness n of an electron transport layer of the organic multilayer film.
The above object is achieved by satisfying the following relationship: d is nd = (2N-1) λ / 4, (n is a refractive index, d is a film thickness, λ is a central wavelength of light emission, and N is a positive integer). . In the invention according to claim 8, in the invention according to any one of claim 1, claim 2, claim 3, claim 4, claim 5, claim 6, and claim 7, the cathode comprises: The object is achieved by the metal film having a reflectance of 50% or more. According to the ninth aspect, the first, second, third,
In the invention according to any one of claims 4, 5, 6, 7, and 8, the positive integer N
Achieves the above object by being 1. In the invention according to claim 10, claim 1, claim 2, claim 3,
Claim 4, Claim 5, Claim 6, Claim 7, Claim 8,
The optical film thickness nd of the electron transporting layer or the electron transporting light emitting layer according to any one of claims 9 to 10.
Achieves the above object by being within the error range of the central wavelength of the light emission ± λ / 8.
【0017】請求項11記載の発明では、透明電極から
なる陽極と、前記陽極上に少なくとも正孔輸送層と電子
輸送層の2層を有して成膜された有機多層膜と、前記有
機多膜層上に複素屈折率n’=nr−ikrを有する金
属膜で作製された陰極と、を備え、前記有機多層膜の電
子輸送層の光学膜厚ndは、nd=(λ/4)(2N−
δr/π)、δr=arctan(2nkr/(n2−
(nr)2−(Kr)2))+π、(n2≦nr 2+Kr 2であ
り、nは屈折率、dは膜厚、λは発光の中心波長、Nは
正の整数)なる関係を満たすことにより、前記目的を達
成する。請求項12記載の発明では、透明電極からなる
陽極と、前記陽極上に正孔輸送層、電子輸送性発光層の
順で2層を積層して成膜された有機多層膜と、前記有機
多膜層上に複素屈折率n’=nr−ikrを有する金属
膜で作製された陰極と、を備え、前記有機多層膜の電子
輸送性発光層の光学膜厚ndは、nd=(λ/4)(2
N−δr/π)、δr=arctan(2nkr/(n2
−(nr)2−(K r)2))+π、(n2≦nr 2+Kr 2で
あり、nは屈折率、dは膜厚、λは発光の中心波長、N
は正の整数)なる関係を満たすことにより、前記目的を
達成する。請求項13記載の発明では、透明電極からな
る陽極と、前記陽極上に正孔注入層、正孔輸送層、電子
輸送性発光層の順で3層を積層して成膜された有機多層
膜と、前記有機多膜層上に複素屈折率n’=nr−ik
rを有する金属膜で作製された陰極と、を備え、前記有
機多層膜の電子輸送性発光層の光学膜厚ndは、nd=
(λ/4)(2N−δr/π)、δr=arctan
(2nkr/(n2−(nr)2−(Kr)2))+π、(n
2≦nr 2+Kr 2であり、nは屈折率、dは膜厚、λは発
光の中心波長、Nは正の整数)なる関係を満たすことに
より、前記目的を達成する。請求項14記載の発明で
は、請求項12または請求項13記載の発明において、
前記電子輸送性発光層は、前記正孔輸送層との界面付近
に微量の蛍光性材料がドーピングされていることによ
り、前記目的を達成する。In the eleventh aspect of the present invention, the transparent electrode
An anode, and at least a hole transport layer and an electron on the anode.
An organic multilayer film formed to have two transport layers,
Having a complex refractive index n '= nr-ikr on a multilayer film layer
And a cathode made of a metal film.
The optical thickness nd of the electron transport layer is nd = (λ / 4) (2N−
δr / π), δr = arctan (2nkr/ (NTwo−
(Nr)Two− (Kr)Two)) + Π, (nTwo≤nr Two+ Kr TwoIn
Where n is the refractive index, d is the film thickness, λ is the central wavelength of light emission, and N is
The above purpose is achieved by satisfying the relationship
To achieve. According to the twelfth aspect of the present invention, the transparent electrode is formed.
An anode, a hole transport layer on the anode, and an electron transporting light emitting layer.
An organic multilayer film formed by laminating two layers in this order,
Metal having complex refractive index n '= nr-ikr on multilayer film
A cathode made of a film, comprising:
The optical thickness nd of the transportable light emitting layer is nd = (λ / 4) (2
N−δr / π), δr = arctan (2nkr/ (NTwo
− (Nr)Two− (K r)Two)) + Π, (nTwo≤nr Two+ Kr Twoso
Where n is the refractive index, d is the film thickness, λ is the central wavelength of light emission, N
Satisfies the relationship
Achieve. According to the thirteenth aspect of the present invention, a transparent electrode is used.
An anode, a hole injection layer, a hole transport layer, and an electron
Organic multilayer formed by stacking three layers in the order of transportable light emitting layer
Complex refractive index n '= nr-ik on the film and the organic multi-layer
and a cathode made of a metal film having r.
Film thickness nd of the electron transporting light emitting layer of the organic multilayer film is nd =
(Λ / 4) (2N−δr / π), δr = arctan
(2nkr/ (NTwo− (Nr)Two− (Kr)Two)) + Π, (n
Two≤nr Two+ Kr TwoWhere n is the refractive index, d is the film thickness, and λ is the emission
Center wavelength of light, N is a positive integer)
Thus, the above object is achieved. According to the invention of claim 14,
Is the invention according to claim 12 or claim 13,
The electron transporting light emitting layer is near an interface with the hole transporting layer.
Is doped with a small amount of fluorescent material.
Achieve the above object.
【0018】請求項15記載の発明では、透明電極から
なる陽極と、前記陽極上に正孔輸送層、膜厚が30nm
以下の発光層、電子輸送層の順で3層を積層して成膜さ
れた有機多層膜と、前記有機多膜層上に複素屈折率n’
=nr−ikrを有する金属膜で作製された陰極と、を
備え、前記有機多層膜の電子輸送層の光学膜厚ndは、
nd=(λ/4)(2N−δr/π)、δr=arct
an(2nkr/(n2−(nr)2−(Kr)2))+π、
(n2≦nr 2+Kr 2であり、nは屈折率、dは膜厚、λ
は発光の中心波長、Nは正の整数)なる関係を満たすこ
とにより、前記目的を達成する。請求項16記載の発明
では、請求項15記載の発明において、前記発光層は、
微量の蛍光性材料がドーピングされていることにより、
前記目的を達成する。According to the present invention, an anode comprising a transparent electrode, a hole transport layer on the anode, and a film thickness of 30 nm
An organic multilayer film formed by laminating three layers in the following order of a light emitting layer and an electron transport layer; and a complex refractive index n ′ on the organic multilayer film.
And a cathode made of a metal film having the following formula: nr-ikr, and the optical thickness nd of the electron transport layer of the organic multilayer film is:
nd = (λ / 4) (2N−δr / π), δr = arct
an (2nk r / (n 2 − (n r ) 2 − (K r ) 2 )) + π,
(N 2 ≦ n r 2 + K r 2 , n is the refractive index, d is the film thickness, λ
Is the center wavelength of light emission, and N is a positive integer. In the invention according to claim 16, in the invention according to claim 15, the light-emitting layer comprises:
By doping a small amount of fluorescent material,
The above objective is achieved.
【0019】請求項17記載の発明では、透明電極から
なる陽極と、前記陽極上に正孔輸送性発光層、電子輸送
層の順で2層を積層して成膜された有機多層膜と、前記
有機多膜層上に複素屈折率n’=nr−ikrを有する
金属膜で作製された陰極と、を備え、前記有機多層膜の
電子輸送層の光学膜厚ndは、nd=(λ/4)(2N
−δr/π)、δr=arctan(2nkr/(n2−
(nr)2−(Kr)2))+π、(n2≦nr 2+Kr 2であ
り、nは屈折率、dは膜厚、λは発光の中心波長、Nは
正の整数)なる関係を満たすことにより、前記目的を達
成する。請求項18記載の発明では、請求項11、請求
項12、請求項13、請求項14、請求項15、請求項
16、請求項17のうちいずれか1に記載の発明におい
て、前記陰極は、反射率が50%以上の金属膜であるこ
とにより、前記目的を達成する。請求項19記載の発明
では、請求項11、請求項12、請求項13、請求項1
4、請求項15、請求項16、請求項17、請求項18
のうちいずれか1に記載の発明において、前記正の整数
Nは、1であることにより、前記目的を達成する。請求
項20記載の発明では、請求項11、請求項12、請求
項13、請求項14、請求項15、請求項16、請求項
17、請求項18、請求項19のうちいずれか1に記載
の発明において、前記電子輸送層または前記電子輸送性
発光層の光学膜厚ndは、前記発光の中心波長±λ/8
以内の誤差範囲内であることにより、前記目的を達成す
る。In the invention according to claim 17, an anode composed of a transparent electrode, an organic multilayer film formed by laminating two layers on the anode in the order of a hole-transporting light-emitting layer and an electron transport layer, A cathode made of a metal film having a complex refractive index n ′ = nr−ikr on the organic multilayer film, and the optical film thickness nd of the electron transport layer of the organic multilayer film is nd = (λ / 4) (2N
−δr / π), δr = arctan (2nk r / (n 2 −
(N r ) 2 − (K r ) 2 )) + π, (n 2 ≦ n r 2 + K r 2 , where n is the refractive index, d is the film thickness, λ is the center wavelength of light emission, and N is a positive integer. The above object is achieved by satisfying the following relationship: In the invention according to claim 18, in the invention according to any one of claims 11, 12, 13, 14, 15, 16, and 17, the cathode comprises: The object is achieved by the metal film having a reflectance of 50% or more. In the invention according to claim 19, claim 11, claim 12, claim 13, and claim 1
4, Claim 15, Claim 16, Claim 17, Claim 18
In the invention described in any one of the above, the above object is achieved by the positive integer N being 1. According to the twentieth aspect of the present invention, any one of the eleventh, the twelfth, the thirteenth, the thirteenth, the fifteenth, the sixteenth, the seventeenth, the eighteenth and the nineteenth aspect is provided. In the invention, the optical film thickness nd of the electron transporting layer or the electron transporting light emitting layer is a central wavelength of the light emission ± λ / 8.
The above object is achieved by being within the error range of within.
【0020】[0020]
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
について図1ないし図12を参照して詳細に説明する。
まず、第1の実施形態の有機EL素子について説明す
る。本実施の形態の有機EL素子は、陰極が金属からな
る鏡面反射膜であり、発光層から出て素子の前方に直接
向かう光と陰極で反射した光とが干渉効果によって強め
合うように、発光位置から陰極までの光学的距離を設定
されている。ここで、陰極が鏡面反射膜であるとは、有
機層との界面で反射光の位相が入射光に対して実質的に
πラジアンだけ変化することを意味するものであり、金
属材料に限られるわけではないが、反射率が高く、電子
注入効率の高い金属材料が最も適している。また、発光
材料特有の発光スペクトルの中心波長に対して最適な素
子構成となるようにして、最も強い光を有効に素子外部
に取り出すようにする。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to FIGS.
First, the organic EL device according to the first embodiment will be described. The organic EL device of the present embodiment is a mirror-reflective film in which the cathode is made of metal, and emits light so that light coming out of the light-emitting layer and directly traveling in front of the device and light reflected by the cathode are enhanced by an interference effect. The optical distance from the position to the cathode is set. Here, the fact that the cathode is a specular reflection film means that the phase of the reflected light at the interface with the organic layer changes substantially by π radian with respect to the incident light, and is limited to metal materials. However, a metal material having high reflectance and high electron injection efficiency is most suitable. In addition, an optimum device configuration is obtained for the center wavelength of the emission spectrum specific to the light emitting material, so that the strongest light is effectively extracted to the outside of the device.
【0021】図1は、有機EL素子における光の干渉を
示した図である。有機EL素子内で発光した光は、素子
の前方に直接向かう光と陰極15で反射してから素子
の前方に向かう光の2つの経路がある。これらの光
は、光路差があるので互いに干渉する。発光層から出て
素子の前方に直接向かう光と陰極で反射した光の位相差
δは、基板法線方向について以下の式(1)で求められ
る。 δ=π+4πL/λ (1)FIG. 1 is a diagram showing light interference in an organic EL element. The light emitted in the organic EL element has two paths, that is, light that goes directly to the front of the element and light that is reflected by the cathode 15 and then goes to the front of the element. These lights interfere with each other due to the optical path difference. The phase difference δ between light emitted from the light-emitting layer and directed directly in front of the device and light reflected by the cathode is obtained by the following equation (1) in the direction normal to the substrate. δ = π + 4πL / λ (1)
【0022】ここで、λは波長、Lは発光位置から反射
面までの光学的距離である。光学的距離Lは、発光位置
から反射面までに存在する有機材料(例えば、2層型の
素子においては電子輸送層)の光学膜厚ndで与えられ
る(nは屈折率、dは膜厚)。発光位置から反射面まで
に存在する有機材料が複数の層からなる場合には、光学
的距離Lは、各有機層の光学的距離(光学膜厚)の和と
なる。発光位置は、最大発光強度を示す正孔輸送層13
a/電子輸送性発光層14bの界面、もしくは発光層
(正孔輸送性)/電子輸送層の界面位置で代表すること
ができる。発光層内の発光強度分布が無視できない程度
であれば、電子輸送層の膜厚を若干調整(発光強度分布
の半分程度だけ厚めに)することで対応することも可能
である。Here, λ is the wavelength, and L is the optical distance from the light emitting position to the reflecting surface. The optical distance L is given by an optical film thickness nd of an organic material (for example, an electron transport layer in a two-layer element) existing from the light emitting position to the reflection surface (n is a refractive index, and d is a film thickness). . When the organic material existing from the light emitting position to the reflection surface is composed of a plurality of layers, the optical distance L is the sum of the optical distances (optical thicknesses) of the organic layers. The light emission position is the hole transport layer 13 showing the maximum light emission intensity.
a / the interface of the electron-transporting light-emitting layer 14b or the interface position of the light-emitting layer (hole-transporting) / electron-transporting layer. If the emission intensity distribution in the light emitting layer cannot be neglected, it can be dealt with by slightly adjusting the thickness of the electron transporting layer (to make it about half the emission intensity distribution thicker).
【0023】式(1)の右辺第一項のπは、反射面での
反射光の位相変化を意味する。直接光と反射光の干渉効
果として素子外部に出てくる光の強度は、以下の式
(2)で与えられるD(λ)に比例する。 D(λ)=1+cosδ (2) 発光材料自体の発光スペクトルをP(λ)とすると、素
子外部で観測される発光スペクトルI(λ)は、式
(3)で表される。 I(λ)=P(λ)D(λ) (3) したがって、干渉の効果としての光の強度はδ=2Nπ
のとき最大で、δ=(2N+1)πのとき最小となる
(ともにNは正の整数である)。この条件は式(1)を
使って書き直すと以下のようになる。 強度が最大になる条件:L=(2N−1)λ/4 (4) 強度が最小になる条件:L=Nλ/2 (5)Π in the first term on the right side of the equation (1) means a phase change of the light reflected on the reflecting surface. The intensity of light coming out of the device as an interference effect between direct light and reflected light is proportional to D (λ) given by the following equation (2). D (λ) = 1 + cos δ (2) Assuming that the emission spectrum of the light-emitting material itself is P (λ), the emission spectrum I (λ) observed outside the device is represented by Expression (3). I (λ) = P (λ) D (λ) (3) Therefore, the light intensity as the effect of interference is δ = 2Nπ
And the minimum when δ = (2N + 1) π (both N is a positive integer). This condition is as follows when rewritten using equation (1). Condition for maximum strength: L = (2N−1) λ / 4 (4) Condition for minimum strength: L = Nλ / 2 (5)
【0024】本実施の形態の有機EL素子は、式(4)
の条件を満たすように構成されている。また、式(4)
で与えられる最大強度の得られる光学的距離Lからのず
れ量が±λ/8の範囲内であれば、少なくとも収束強度
値(膜厚が干渉長よりも厚い場合のように干渉効果が生
じないときの光の強度値)よりも大きな強度が得られ
る。すなわち、本実施の形態において、式(4)を完全
に満足するように素子を構成するが、少なくとも±λ/
8の範囲内で式(4)をほぼ満たしていればよい。ま
た、発光強度が最大になる光学的距離およびその設定可
能範囲は波長によって異なるので、各種発光材料の発光
スペクトルに応じて設定される。The organic EL device according to the present embodiment has the formula (4)
Is configured to satisfy the following condition. Equation (4)
If the amount of deviation from the optical distance L at which the maximum intensity obtained by the above is obtained is within the range of ± λ / 8, at least the convergence intensity value (the interference effect does not occur as in the case where the film thickness is greater than the interference length) (Intensity value of light at the time). That is, in the present embodiment, the element is configured to completely satisfy the expression (4), but at least ± λ /
It suffices that Expression (4) is substantially satisfied within the range of 8. Further, the optical distance at which the luminous intensity is maximized and the settable range thereof differ depending on the wavelength, and thus are set according to the luminous spectra of various luminescent materials.
【0025】また、本実施の形態の有機EL素子の構成
は、図13や図14で示したような従来技術で開示され
ている2層型や3層型の素子、発光層の最大発光強度を
示す界面位置がわかっている場合のすべてにおいて適用
することができる。また、蛍光性材料を発光層にドーピ
ングする場合には、ドーピングした位置をもとに陰極ま
での光学的距離Lは式(4)を満たすように設定され
る。干渉の次数を表す正の整数Nが1の場合を採用する
と、有機膜(電子輸送層)の膜厚を薄くできるので低電
圧駆動に有効である。有機EL素子に用いられる有機材
料の屈折率nは、1.6〜1.8程度である。例えば、
2層型の素子において有機材料の屈折率n=1.7とす
ると、よく知られた発光材料であるAlmq 3の発光の
中心波長λ=510nmに対して電子輸送層の最適な膜
厚は75nmとなる。この膜厚は蒸着法によって十分に
安定して製膜でき、また励起子の陰極への移動による消
光の影響は生じない。発光材料特有の発光スペクトルの
例として、図2に分光蛍光光度計を用いて測定したAl
mq3のフォトルミネッセンス・スペクトルP(λ)を
示す。Further, the configuration of the organic EL device of the present embodiment
Is disclosed in the prior art as shown in FIG. 13 and FIG.
The maximum emission intensity of the two-layer or three-layer element and the light-emitting layer
Applies to all cases where the indicated interface position is known
can do. In addition, a fluorescent material is
When doping, the cathode is
Is set so as to satisfy Expression (4).
You. The case where a positive integer N representing the order of interference is 1 is adopted.
And the thickness of the organic film (electron transport layer) can be reduced,
It is effective for pressure drive. Organic materials used for organic EL devices
The refractive index n of the material is about 1.6 to 1.8. For example,
In a two-layer element, the refractive index of the organic material is set to n = 1.7.
Then, the well-known luminescent material Almq ThreeLuminous
Optimum film of electron transport layer for center wavelength λ = 510nm
The thickness is 75 nm. This film thickness can be sufficiently
A stable film can be formed, and the extinguishing
There is no light effect. Of emission spectrum specific to luminescent materials
As an example, FIG. 2 shows Al measured using a spectrofluorometer.
mqThreeThe photoluminescence spectrum P (λ) of
Show.
【0026】図2に示したフォトルミネッセンス・スペ
クトルP(λ)と式(1)、式(2)、式(3)とを用
いて、屈折率n=1.7の有機膜について、発光位置か
ら陰極までの距離(電子輸送層の膜厚)が、38n
m、75nm、112nm、150nmの場合に
ついて計算した発光スペクトルを図3に示す。膜厚が7
5nmで発光強度は最大、150nmで最小、38n
m、112nmではほぼ中間の値であることがわかる。
また、膜厚を少しずつ変化させて計算したスペクトルを
もとに、JIS−Z8701−1982にしたがってっ
てCIE表色系を計算して求めた輝度値を図4に示す。
膜厚が400nm以下においては、輝度の最大と最小が
明らかに逆転していることがわかる。Using the photoluminescence spectrum P (λ) shown in FIG. 2 and equations (1), (2) and (3), the light emission position of the organic film having a refractive index n = 1.7 is calculated. Distance from the cathode to the cathode (film thickness of the electron transport layer) is 38 n
FIG. 3 shows emission spectra calculated for m, 75 nm, 112 nm, and 150 nm. 7 film thickness
The emission intensity is maximum at 5 nm, minimum at 150 nm, 38 n
It can be seen that the values at m and 112 nm are almost intermediate values.
FIG. 4 shows luminance values obtained by calculating the CIE color system in accordance with JIS-Z8701-1982 based on the spectrum calculated by gradually changing the film thickness.
It can be seen that when the film thickness is 400 nm or less, the maximum and minimum of the luminance are clearly reversed.
【0027】次に、本実施の形態に係る有機EL素子の
作製方法について説明するが、基本的には公知の方法を
用いることができる。まず、ガラス基板上にITOなど
の透明電極を真空蒸着あるいはスパッタリングなどによ
り10〜300nm程度の膜厚で形成し、これを陽極と
する。ITO付のガラス基板として市販されているもの
が容易に入手可能である。ITO上には正孔輸送層、発
光層、電子輸送層等の有機材料を真空蒸着法、スピンコ
ーティング法等によって所定の膜厚になるように順次形
成する。2層型の素子においては、正孔輸送層あるいは
電子輸送層が発光層を兼ねることになる。Next, a method for fabricating the organic EL device according to the present embodiment will be described, but a known method can be basically used. First, a transparent electrode such as ITO is formed on a glass substrate to a thickness of about 10 to 300 nm by vacuum evaporation or sputtering, and this is used as an anode. Commercially available glass substrates with ITO are readily available. Organic materials such as a hole transport layer, a light emitting layer, and an electron transport layer are sequentially formed on the ITO to a predetermined thickness by a vacuum deposition method, a spin coating method, or the like. In a two-layer device, a hole transport layer or an electron transport layer also functions as a light emitting layer.
【0028】本実施の形態の有機EL素子において用い
られる発光層、正孔輸送層、および電子輸送層を形成す
る材料は、図5に示したように例えば、正孔輸送性の材
料としては、トリフェニルジアミン誘導体(TPD)、
トリフェニルアミン誘導体(NSD)、α―ナフチルフ
ェニジルアミン(α−NPD)、フタロシアニン類(C
uPc、H2Pc)、スターバーストポリアミン類(m
−MTDATA)などが用いられる。 電子輸送材料と
しては、アルミキノリノール錯体(Alq3)、メチル
アルミキノリノール錯体(4−Methyl−8−hy
droxyquinoline:Almq3)、ベリリ
ウムーキノリン錯体(Beq2)などを用いることがで
き、これらの材料は同時に発光性材料としても使用され
る。オキサジアゾール誘導体(PBD)は、優れた電子
輸送材料としてよく知られている。PBDのような電子
輸送性の良好な材料を電子輸送層として用いれば、発光
層とキャリア輸送層を分離した3層構造、あるいは正孔
輸送性発光層を有する2層構造の素子が実現可能であ
る。As shown in FIG. 5, the material for forming the light emitting layer, the hole transporting layer, and the electron transporting layer used in the organic EL device of the present embodiment includes, for example, Triphenyldiamine derivative (TPD),
Triphenylamine derivatives (NSD), α-naphthylphenidylamine (α-NPD), phthalocyanines (C
uPc, H 2 Pc), starburst polyamines (m
-MTDATA). Examples of the electron transport material include an aluminum quinolinol complex (Alq 3 ) and a methyl aluminum quinolinol complex (4-methyl-8-hy).
droxyquinoline (Almq 3 ), beryllium-quinoline complex (Beq 2 ) and the like can be used, and these materials are also used as a light emitting material at the same time. Oxadiazole derivatives (PBD) are well known as excellent electron transport materials. If a material having a good electron transporting property such as PBD is used as the electron transporting layer, an element having a three-layer structure in which a light emitting layer and a carrier transporting layer are separated or a two-layer structure having a hole transporting light emitting layer can be realized. is there.
【0029】さらに、ドーピング材料としては、クマリ
ン誘導体、キナクリドン、ルブレンなどを用いることが
できる。ドーピングの方法としては、例えば加熱ボート
を2つ用いた共蒸着によって、Alq3などの発光材料
をホスト材料とし、正孔輸送層との界面近く(約30n
m以内)に蛍光材料を数mol%〜数10mol%程度
ドーピングすることができる。次に、陰極は、金属材料
を抵抗加熱、電子ビーム等による蒸着法や、あるいは合
金ターゲットを用いたスパッタリング法などを用いて1
0〜300nm程度の膜厚で形成される。十分な反射率
と低抵抗の膜を得るには、好ましくは100nm以上の
膜厚にすることが望ましい。陰極に用いられる金属材料
としては、仕事関数が小さい金属、例えば、Li(リチ
ウム)、Na(ナトリウム)、Mg(マグネシウム)、
Ca(カルシウム)、Sr(ストロンチウム)、Al
(アルミニウム)、Ag(銀)、In(インジウム)、
Sn(スズ)、Zn(亜鉛)、Zr(ジルコニウム)な
どの金属元素単体あるいはこれらの合金が用いられる。
さらに陰極上に電極保護膜としてLiFなどを陰極の場
合と同様の方法で形成してもよい。なお、本実施の形態
では、実質的にπだけ位相変化する鏡面反射界面を有す
る金属膜からなる陰極を用いている限りにおいて、素子
の積層構成の違いによらず、発光層の位置から陰極まで
の光学的距離を本発明に基づいて設定することにより、
発光効率の改善をすることができる。さらに、有機EL
素子に限らず、鏡面反射を利用する類似の面発光素子に
おいて、本実施の形態の基本的な考え方を適用すること
も可能である。Further, as the doping material, coumarin derivatives, quinacridone, rubrene and the like can be used. As a doping method, a light emitting material such as Alq 3 is used as a host material by co-evaporation using two heating boats, for example, near the interface with the hole transport layer (about 30 n).
m) or less, a fluorescent material can be doped by about several mol% to several tens mol%. Next, the cathode is formed by using a metal material by resistance heating, an evaporation method using an electron beam or the like, or a sputtering method using an alloy target.
It is formed with a film thickness of about 0 to 300 nm. In order to obtain a film having a sufficient reflectance and low resistance, it is preferable that the film thickness is preferably 100 nm or more. As the metal material used for the cathode, a metal having a small work function, for example, Li (lithium), Na (sodium), Mg (magnesium),
Ca (calcium), Sr (strontium), Al
(Aluminum), Ag (silver), In (indium),
A single metal element such as Sn (tin), Zn (zinc), Zr (zirconium), or an alloy thereof is used.
Further, LiF or the like may be formed on the cathode as an electrode protective film in the same manner as in the case of the cathode. Note that in this embodiment, as long as a cathode made of a metal film having a specular reflection interface whose phase changes substantially by π is used, regardless of the difference in the element stacking structure, from the position of the light emitting layer to the cathode By setting the optical distance of according to the present invention,
Luminous efficiency can be improved. In addition, organic EL
The basic concept of the present embodiment can be applied not only to the element but also to a similar surface emitting element using specular reflection.
【0030】以下、第1の実施形態の変形例1と変形例
2について説明するが、本実施の形態に係る有機EL素
子はこれらの実施形態における材料、素子構成だけに限
定されるものではない。 (1)変形例1 板厚が1.1mmのITO付ガラス基板を用意し、一般
的なレジストを用いたフォトリソグラフィー法によって
2mm幅の電極パターンを形成する。次に、この基板を
界面活性剤を用いて洗浄し、十分に純水で洗剤を洗い流
した後にイソプロピルアルコールの蒸気中で乾燥させ、
さらに酸素プラズマ処理によって十分に表面洗浄の汚れ
を取り除く。このようにして準備した基板を真空蒸着装
置内にセットし、正孔輸送材料としてα―NPDを抵抗
加熱によって真空蒸着して、膜厚が70nmの正孔輸送
層を形成する。蒸着条件は、真空度が2.7×10−4
Pa、蒸着レートが1nm/秒とし、さらに連続して、
Almq3を同様に蒸着して75nmの電子輸送性発光
層とする。Hereinafter, Modifications 1 and 2 of the first embodiment will be described. However, the organic EL element according to the present embodiment is not limited to the materials and element configurations in these embodiments. . (1) Modification 1 A glass substrate with ITO having a thickness of 1.1 mm is prepared, and an electrode pattern having a width of 2 mm is formed by a photolithography method using a general resist. Next, the substrate is washed with a surfactant, and the detergent is sufficiently rinsed off with pure water and then dried in the vapor of isopropyl alcohol.
Further, dirt from surface cleaning is sufficiently removed by oxygen plasma treatment. The substrate thus prepared is set in a vacuum deposition apparatus, and α-NPD as a hole transport material is vacuum deposited by resistance heating to form a hole transport layer having a thickness of 70 nm. The deposition conditions are as follows: the degree of vacuum is 2.7 × 10 −4.
Pa, the deposition rate was 1 nm / sec, and further continuously,
Almq 3 is similarly vapor-deposited to form a 75 nm electron-transporting light-emitting layer.
【0031】次に、ITO電極パターンと2mm幅で直
交するような穴のあけられたメタルマスクを基板に密着
させて真空蒸着装置内にセットした状態で、アルミニウ
ム(Al)を真空蒸着して膜厚160nmの金属膜を形
成し陰極とし、2mm角の点灯領域を得る。Al電極上
に膜厚が300nmのLiFを蒸着して保護膜を形成
し、不活性ガス(Ar)雰囲気中で、この素子の上に1
mm厚のパイレックス(登録商標)ガラスを重ね、紫外
線硬化型の接着剤を用いてガラス周辺を封止して、有機
EL素子を得る。最大発光強度を示す位置は、α―NP
DとAlmq3の界面付近にあり、陰極までの光学的距
離は、nd=(2N−1)λ/4で与えられている関係
式を満足する。なお、nは屈折率、dは膜厚、λは発光
の中心波長、Nは正の整数である。Then, aluminum (Al) was vacuum-deposited on a film with a metal mask provided with a hole perpendicular to the ITO electrode pattern and having a width of 2 mm in close contact with the substrate and set in a vacuum deposition apparatus. A 160 nm thick metal film is formed and used as a cathode to obtain a 2 mm square lighting region. A protective film is formed by depositing LiF having a thickness of 300 nm on the Al electrode, and a protective film is formed on the device in an inert gas (Ar) atmosphere.
A layer of Pyrex (registered trademark) glass having a thickness of mm is laminated, and the periphery of the glass is sealed with an ultraviolet-curable adhesive to obtain an organic EL element. The position showing the maximum emission intensity is α-NP
The optical distance to the cathode near the interface between D and Almq 3 satisfies the relational expression given by nd = (2N−1) λ / 4. Here, n is a refractive index, d is a film thickness, λ is a central wavelength of light emission, and N is a positive integer.
【0032】(2)変形例2 正孔注入層として、m−MTDATAをITO電極上に
30nmの膜厚で形成し、つづいて正孔輸送層として、
α―NPDを50nmの膜厚で形成し、さらにAlmq
3からなる電子輸送性発光層を75nmの膜厚で形成す
る。その他の構成は、変形例1と同様にして有機EL素
子を作製する。(2) Modification 2 As a hole injection layer, m-MTDATA is formed on an ITO electrode to a thickness of 30 nm, and then a hole transport layer is formed.
α-NPD is formed to a thickness of 50 nm, and Almq
An electron transporting light emitting layer made of 3 is formed with a thickness of 75 nm. In other respects, the organic EL device is manufactured in the same manner as in the first modification.
【0033】次に、第2の実施形態の有機EL素子につ
いて説明する。本実施形態の有機EL素子では、第1の
実施形態と同様に陰極が金属反射膜であり、発光層から
出て素子の前方に直接向かう光と陰極で反射した光とが
干渉効果によって強め合うように、発光位置から陰極ま
での光学的距離を設定する。陰極が光反射能を有し、反
射面での反射光の実質的な位相変化を考慮してなされた
ものであり、金属材料に限られるわけではないが、反射
率が高く、電子注入効率の高い金属材料が最も適してい
る。また、発光材料特有の発光スペクトルの中心波長に
対して最適な素子構成となるようにして、最も強い光を
有効に素子外部に取り出す。Next, an organic EL device according to a second embodiment will be described. In the organic EL device of the present embodiment, the cathode is a metal reflective film, as in the first embodiment, and the light that goes out of the light-emitting layer and goes directly in front of the device and the light reflected by the cathode reinforce by the interference effect. Thus, the optical distance from the light emitting position to the cathode is set. The cathode has light reflectivity and is made in consideration of the substantial phase change of the reflected light on the reflecting surface.It is not limited to metallic materials, but has high reflectivity and high electron injection efficiency. High metal materials are most suitable. Further, the most intense light is effectively extracted out of the device so that the device configuration is optimal for the center wavelength of the emission spectrum specific to the light emitting material.
【0034】有機EL素子内で発光した光は、素子の前
方に直接向かう光と陰極で反射してから素子の前方に
向かう光の2つの経路がある(図1参照)。これらの
光は光路差があるので互いに干渉する。発光層から出て
素子の前方に直接向かう光と陰極で反射した光の位相差
δは、反射面での反射光の位相変化をδrと表して、基
板法線方向について以下の式(6)で与えられる。 δ=δr+4πL/λ (6) なお、λは波長、Lは発光位置から反射面までの光学的
距離である。光学的距離Lは、発光位置から反射面まで
に存在する有機材料(例えば2層型の素子においては電
子輸送層)の光学膜厚ndで与えられる(nは屈折率、
dは膜厚)。発光位置から反射面までに存在する有機材
料が複数の層からなる場合には、光学的距離Lは各有機
層の光学的距離(光学膜厚)の和となる。発光位置は、
最大発光強度を示す正孔輸送層/発光層(電子輸送性)
の界面、もしくは発光層(正孔輸送性)/電子輸送層の
界面位置で代表することができる。発光層内の発光強度
分布が無視できない程度であれば、電子輸送層の膜厚を
若干調整(発光強度分布の半分程度だけ厚めに)するこ
とで対応することも可能である。The light emitted in the organic EL element has two paths, that is, light that goes directly to the front of the element and light that is reflected by the cathode and then goes to the front of the element (see FIG. 1). These lights interfere with each other because of the optical path difference. The phase difference δ between light emitted from the light-emitting layer and directed directly in front of the element and light reflected by the cathode is represented by the following equation (6) with respect to the direction normal to the substrate, where δr represents the phase change of the reflected light on the reflection surface. Given by δ = δr + 4πL / λ (6) where λ is the wavelength and L is the optical distance from the light emitting position to the reflecting surface. The optical distance L is given by an optical thickness nd of an organic material (for example, an electron transport layer in a two-layer element) existing from the light emitting position to the reflection surface (n is a refractive index,
d is the film thickness). When the organic material existing from the light emitting position to the reflection surface is composed of a plurality of layers, the optical distance L is the sum of the optical distances (optical thicknesses) of the organic layers. The light emission position is
Hole transport layer / light-emitting layer exhibiting maximum emission intensity (electron transportability)
Or an interface position of a light emitting layer (hole transporting property) / electron transporting layer. If the emission intensity distribution in the light emitting layer cannot be neglected, it can be dealt with by slightly adjusting the thickness of the electron transporting layer (to make it about half the emission intensity distribution thicker).
【0035】ここで、陰極材料の複素屈折率をn’=n
r−ikr(nr、krは光学定数と呼ばれるものであ
る)、陰極と接する透明な有機材料の屈折率をnと表す
と、反射面での反射光の位相変化δrは、フレネルの反
射の式を用いて求めると図6(a)のような式で表すこ
とができる。また、反射面での光のエネルギー反射率R
は、図6(b)の式で表すことができる。金属の光学定
数は、反射率測定やエリプソメトリ法などによって測定
される(なお、金属元素の光学定数は、「薄膜」金原他
著、裳華房、209ページや、「光学概論I」辻内順平
著、朝倉書店、50ページ(American Ins
titute of Physics Handboo
k (McGraw−Hill,1972,p6−11
8参照)。直接光と反射光の干渉効果として素子外部に
出てくる光の強度は、図6(c)で与えられるD(λ)
に比例する。Here, the complex refractive index of the cathode material is n '= n
When r-ikr (nr and kr are called optical constants) and the refractive index of the transparent organic material in contact with the cathode are represented by n, the phase change δr of the reflected light on the reflecting surface is expressed by the Fresnel reflection equation Can be expressed by an equation as shown in FIG. Also, the energy reflectance R of light on the reflecting surface
Can be expressed by the equation in FIG. The optical constants of metals are measured by reflectance measurement, ellipsometry, or the like. (The optical constants of metal elements are described in "Thin Films" by Kanehara et al., Shokabo, p. 209, and "Optical Overview I" by Junpei Tsujiuchi.) Author, Asakura Shoten, 50 pages (American Ins
title of Physics Handbook
k (McGraw-Hill, 1972, p6-11
8). The intensity of light coming out of the device as an interference effect between direct light and reflected light is D (λ) given in FIG.
Is proportional to
【0036】発光材料自体の発光スペクトルをP(λ)
とすると、素子外部で観測される発光スペクトルI
(λ)は、図6(d)で表される。したがって、干渉の
効果としての光の強度は、δ=2Nπのとき最大で、δ
=(2N+1)πのとき最小となる(ともにNは正の整
数)。この条件は、式(1)を使って書き直すと図7の
ようになる。本実施の形態の有機EL素子は、図7
(a)の式の条件を満たすように素子を構成する。ま
た、図7(a)で与えられる最大強度の得られる光学的
距離Lからのずれ量が±λ/8の範囲内であれば、少な
くとも収束強度値(膜厚が干渉長よりも厚い場合のよう
に干渉効果が生じないときの光の強度値)よりも大きな
強度が得られる。すなわち、本実施の形態においては、
図7(a)を完全に満足するように素子を構成するが、
少なくとも±λ/8の範囲内で満たしていればよい。ま
た、発光強度が最大になる光学的距離およびその設定可
能範囲は波長によって異なるので、各種発光材料の発光
スペクトルに応じて設定される。The emission spectrum of the light emitting material itself is represented by P (λ)
Then, the emission spectrum I observed outside the device is
(Λ) is shown in FIG. Therefore, the intensity of light as an effect of interference is maximum when δ = 2Nπ,
= (2N + 1) π (N is a positive integer). This condition becomes as shown in FIG. 7 when rewritten using the equation (1). The organic EL device according to the present embodiment is shown in FIG.
The element is configured so as to satisfy the condition of the equation (a). If the deviation from the optical distance L at which the maximum intensity given in FIG. 7A is obtained is within the range of ± λ / 8, at least the convergence intensity value (when the film thickness is thicker than the interference length). (Intensity value of light when no interference effect occurs). That is, in the present embodiment,
The device is configured so as to completely satisfy FIG.
It suffices to satisfy at least the range of ± λ / 8. Further, the optical distance at which the luminous intensity is maximized and the settable range thereof differ depending on the wavelength, and thus are set according to the luminous spectra of various luminescent materials.
【0037】また、本実施の形態の有機EL素子の構成
は、従来技術の2層型や3層型の素子、発光層の最大発
光強度を示す界面位置がわかっている場合のすべてにお
いて適用することができる。また、蛍光性材料を発光層
にドーピングする場合には、ドーピングした位置をもと
に陰極までの光学的距離Lは、図7(a)の式を満たす
ように設定される。干渉の次数を表す正の整数Nが1の
場合を採用すれば、有機膜(電子輸送層)の膜厚を薄く
できるので低電圧駆動に有効である。有機EL素子に用
いられる有機材料の屈折率nは、1.6〜1.8程度で
ある。The configuration of the organic EL device according to the present embodiment is applied to all conventional devices of a two-layer or three-layer device, and in the case where the position of the interface showing the maximum emission intensity of the light emitting layer is known. be able to. When a fluorescent material is doped into the light emitting layer, the optical distance L to the cathode is set so as to satisfy the equation in FIG. If the case where the positive integer N representing the order of interference is 1 is adopted, the thickness of the organic film (electron transport layer) can be reduced, which is effective for low voltage driving. The refractive index n of the organic material used for the organic EL element is about 1.6 to 1.8.
【0038】例として、Agの蒸着膜の光学定数nr=
0.055、kr=3.32について、Agと接する有
機材料(電子輸送層)の屈折率をn=1.7として、界
面での位相変化および反射率を図6(a)、(b)から
求めると、δr=2.195[ラジアン]、R=0.9
73となる。この値をもとに、発光材料(電子輸送層を
兼ねる)であるAlmq3の発光の中心波長λ=510
nmに対して、図7(a)から求めた電子輸送層の最適
な膜厚は、98nmとなる。δr=πラジアンとして計
算すると75nmであるので、23nmだけ膜厚が厚い
ことがわかる。この膜厚は、蒸着法によって十分に安定
して製膜でき、また励起子の陰極への移動による消光の
影響は生じない。As an example, the optical constant nr =
For 0.055 and kr = 3.32, the refractive index of the organic material (electron transport layer) in contact with Ag is n = 1.7, and the phase change and reflectance at the interface are shown in FIGS. 6 (a) and 6 (b). Δr = 2.195 [radian], R = 0.9
73. Based on this value, the center wavelength λ of light emission of Almq 3 which is a light-emitting material (also serving as an electron transport layer) = 510
The optimum film thickness of the electron transport layer determined from FIG. 7A is 98 nm with respect to nm. Since it is 75 nm when calculated as δr = π radian, it is understood that the film thickness is as thick as 23 nm. This film thickness can be formed sufficiently stably by the vapor deposition method, and quenching does not occur due to the movement of the excitons to the cathode.
【0039】発光材料特有の発光スペクトルの例とし
て、分光蛍光光度計を用いて測定した、Almq3のフ
ォトルミネッセンス・スペクトルP(λ)を第1の実施
形態と同様に図2に示す。発光の中心波長は、λ=51
0nmにみられる。図2に示したフォトルミネッセンス
・スペクトルP(λ)と図6(c)、(d)を用いて、
屈折率n=1.7の有機膜について、発光位置から陰極
までの距離(電子輸送層の膜厚)が、61nm、9
8nm、135nm、173nmの場合について計
算した発光スペクトルを図8に示す。膜厚が98nm
(N=1に対応)で発光強度は最大となっており、材料
本来の発光スペクトルが再現されている。膜厚が173
nmで発光強度は最小、61nm、135nmではほぼ
中間の値であることがわかる。FIG. 2 shows a photoluminescence spectrum P (λ) of Almq 3 measured using a spectrofluorometer as an example of an emission spectrum peculiar to the light emitting material, as in the first embodiment. The central wavelength of light emission is λ = 51
It is found at 0 nm. Using the photoluminescence spectrum P (λ) shown in FIG. 2 and FIGS. 6C and 6D,
For the organic film having a refractive index of n = 1.7, the distance from the light emitting position to the cathode (the thickness of the electron transport layer) was 61 nm, 9
FIG. 8 shows emission spectra calculated for the cases of 8 nm, 135 nm, and 173 nm. 98nm thick
(Corresponding to N = 1), the emission intensity is maximum, and the original emission spectrum of the material is reproduced. 173 film thickness
It can be seen that the emission intensity is minimum at 61 nm and almost at an intermediate value at 61 nm and 135 nm.
【0040】以下、第2の実施形態の有機EL素子の作
製方法について説明する。なお、有機EL素子の作製方
法は、基本的には公知の方法を用いることができる。ま
ず、ガラス基板上にITO等の透明電極を真空蒸着ある
いはスパッタリング等により10〜300nm程度の膜
厚で形成し、これを陽極とする。あるいはITO付のガ
ラス基板として市販されているものが容易に入手可能で
ある。ITO上には正孔輸送層、発光層、電子輸送層等
の有機材料を真空蒸着法、スピンコーティング法などに
よって所定の膜厚になるように順次形成する。2層型の
素子においては、正孔輸送層あるいは電子輸送層が、発
光層を兼ねることになる。Hereinafter, a method for fabricating the organic EL device according to the second embodiment will be described. Note that a known method can be basically used as a method for manufacturing the organic EL element. First, a transparent electrode such as ITO is formed on a glass substrate to a thickness of about 10 to 300 nm by vacuum evaporation or sputtering, and this is used as an anode. Alternatively, a commercially available glass substrate with ITO can be easily obtained. Organic materials such as a hole transport layer, a light emitting layer, and an electron transport layer are sequentially formed on the ITO to a predetermined thickness by a vacuum deposition method, a spin coating method, or the like. In a two-layer element, the hole transport layer or the electron transport layer also functions as the light emitting layer.
【0041】本実施の形態の有機EL素子において用い
られる発光層、正孔輸送層、および電子輸送層を形成す
る材料は、従来のものを用いることができる。図5に示
したような例えば、正孔輸送性の材料としては、トリフ
ェニルジアミン誘導体(TPD)、トリフェニルアミン
誘導体(NSD)、α―ナフチルフェニジルアミン(α
−NPD)、フタロシアニン類(CuPc、H2P
c)、スターバーストポリアミン類(m−MTDAT
A)などが用いられる。電子輸送材料としては、アルミ
キノリノール錯体(Alq3)、メチルアルミキノリノ
ール錯体(4−Methyl−8−hydroxyqu
inoline:Almq3)、ベリリウムーキノリン
錯体(Beq2)などがあり、これらの材料は同時に発
光性材料としても使用される。オキサジアゾール誘導体
(PBD)は、優れた電子輸送材料としてよく知られて
いる。PBDのような電子輸送性の良好な材料を電子輸
送層として用いれば、発光層とキャリア輸送層を分離し
た3層構造、あるいは正孔輸送性発光層を有する2層構
造の素子が実現可能である。As a material for forming the light emitting layer, the hole transport layer, and the electron transport layer used in the organic EL device of the present embodiment, conventional materials can be used. For example, as shown in FIG. 5, as a hole transporting material, triphenyldiamine derivative (TPD), triphenylamine derivative (NSD), α-naphthylphenidylamine (α
-NPD), phthalocyanines (CuPc, H 2 P)
c), starburst polyamines (m-MTDAT)
A) is used. Examples of the electron transport material include an aluminum quinolinol complex (Alq 3 ) and a methyl aluminum quinolinol complex (4-Methyl-8-hydroxyqu).
inoline: Almq3), include beryllium over quinoline complex (Beq 2), these materials are also used as a light emitting material at the same time. Oxadiazole derivatives (PBD) are well known as excellent electron transport materials. If a material having a good electron transporting property such as PBD is used as the electron transporting layer, an element having a three-layer structure in which a light emitting layer and a carrier transporting layer are separated or a two-layer structure having a hole transporting light emitting layer can be realized. is there.
【0042】さらに、ドーピング材料としては、クマリ
ン誘導体、キナクリドン、ルブレンなどを用いることが
できる。ドーピングの方法としては、例えば加熱ボート
を2つ用いた共蒸着によって、Alq3などの発光材料
をホスト材料とし、正孔輸送層との界面近く(約30n
m以内)に蛍光材料を数mol%〜数10mol%程度
ドーピングすることができる。次に、陰極は、金属材料
を抵抗加熱、電子ビームなどによる蒸着法や、あるいは
合金ターゲットを用いたスパッタリング法等を用いて1
0〜300nm程度の膜厚で形成される。 十分な反射
率と低抵抗の膜を得るには、好ましくは100nm以上
の膜厚にすることが望ましい。陰極に用いられる金属材
料としては、仕事関数が小さい金属、例えば、Li、N
a、Mg、Ca、Sr、Ba、Ti、Mn、Al、A
g、In、Sn、Zn、Zrなどの金属元素単体あるい
はこれらの合金が用いられる。アルカリ金属類は、有機
膜との密着性をよくし、酸素や水分などによる劣化を避
けるために、Ag、Alなどとの合金として用いる。さ
らに陰極上に電極保護膜としてLiF、SiO2等を陰
極の場合と同様の方法で形成してもよい。Further, as a doping material, a coumarin derivative, quinacridone, rubrene or the like can be used. As a doping method, a light emitting material such as Alq 3 is used as a host material by co-evaporation using two heating boats, for example, near the interface with the hole transport layer (about 30 n).
m) or less, a fluorescent material can be doped by about several mol% to several tens mol%. Next, the cathode is formed by a method such as evaporation of a metal material by resistance heating or an electron beam, or sputtering using an alloy target.
It is formed with a film thickness of about 0 to 300 nm. In order to obtain a film having a sufficient reflectance and low resistance, it is preferable that the film thickness is preferably 100 nm or more. As the metal material used for the cathode, a metal having a small work function, for example, Li, N
a, Mg, Ca, Sr, Ba, Ti, Mn, Al, A
A single metal element such as g, In, Sn, Zn, Zr, or an alloy thereof is used. Alkali metals are used as an alloy with Ag, Al, or the like in order to improve adhesion to an organic film and avoid deterioration due to oxygen, moisture, or the like. Further, LiF, SiO2 or the like may be formed on the cathode as an electrode protection film in the same manner as in the case of the cathode.
【0043】各種金属元素の光学定数と反射面における
位相変化および反射率を図9に示す。金属面と接する有
機材料の屈折率は、n=1.7とする。こららの金属は
すべて、δrがπ/2〜πの範囲内にある。これらの金
属元素を陰極に用いて有機EL素子を形成した場合に、
電子輸送層の最適な膜厚を図6(a)の式から、干渉の
次数が、N=1、2、3の場合で計算した結果を図10
に示す。これら以外の金属やその他の合金などの光学定
数、あるいは光学定数の波長分散は、エリプソメトリ法
などによって測定可能である。FIG. 9 shows the optical constants of various metal elements, the phase change at the reflecting surface, and the reflectivity. The refractive index of the organic material in contact with the metal surface is set to n = 1.7. All of these metals have a δr in the range of π / 2 to π. When an organic EL element is formed by using these metal elements as a cathode,
FIG. 10 shows the result of calculating the optimum film thickness of the electron transport layer from the equation of FIG. 6A when the order of interference is N = 1, 2, and 3.
Shown in Optical constants of metals and other alloys other than these, or wavelength dispersion of the optical constants can be measured by an ellipsometry method or the like.
【0044】以下、第2の実施形態の変形例1〜3につ
いて説明するが、第2の実施形態の変形例はこれらの材
料、素子構成だけに限定されるものではない。 (1)変形例1 陰極を形成する金属材料としては、アルミニウム(A
l)を使用する。板厚が1.1mmのITO付ガラス基
板を用意し、一般的なレジストを用いたフォトリソグラ
フィー法によって2mm幅の電極パターンを形成する。
次に、この基板を界面活性剤を用いて洗浄し、十分に純
水で洗剤を洗い流した後にイソプロピルアルコールの蒸
気中で乾燥させ、さらに酸素プラズマ処理によって十分
に表面洗浄の汚れを取り除く。このようにして準備した
基板を真空蒸着装置内にセットし、正孔輸送材料として
α―NPDを抵抗加熱によって真空蒸着して、膜厚が7
0nmの正孔輸送層を形成する。Hereinafter, modified examples 1 to 3 of the second embodiment will be described, but the modified examples of the second embodiment are not limited to only these materials and element configurations. (1) Modification 1 Aluminum (A) is used as the metal material forming the cathode.
Use l). A glass substrate with ITO having a thickness of 1.1 mm is prepared, and an electrode pattern having a width of 2 mm is formed by a photolithography method using a general resist.
Next, the substrate is washed with a surfactant, the detergent is sufficiently washed away with pure water, dried in the vapor of isopropyl alcohol, and the surface cleaning stain is sufficiently removed by oxygen plasma treatment. The substrate thus prepared was set in a vacuum deposition apparatus, and α-NPD was vacuum-deposited as a hole transporting material by resistance heating to have a film thickness of 7 mm.
A 0 nm hole transport layer is formed.
【0045】蒸着条件は、真空度が2.7×10−4P
a、蒸着レートが1nm/秒とする。さらに連続して、
Almq3を同様に蒸着して電子輸送性発光層とした。
Almq3の膜厚は、式(1)でN=1として求められ
る最適な膜厚値87nmにほぼ一致するように設定され
ている。すなわち、最大発光強度を示す位置は、α―N
PDとAlmq3の界面付近にあり、陰極までの光学的
距離は、図11のような関係式を満足していることにな
る。次に、ITO電極パターンと2mm幅で直交するよ
うな穴のあけられたメタルマスクを基板に密着させて真
空蒸着装置内にセットした状態で、アルミニウム(A
l)を真空蒸着して膜厚160nmの金属膜を形成し陰
極とし、2mm角の点灯領域を得る。Al電極上に膜厚
が300nmのLiFを蒸着して保護膜を形成する。さ
らに、不活性ガス(Ar)雰囲気中で、この素子の上に
1mm厚のパイレックスガラスを重ね、紫外線硬化型の
接着剤を用いてガラス周辺を封止して、有機EL素子を
得る。The deposition conditions are as follows: the degree of vacuum is 2.7 × 10 −4 P
a, The deposition rate is 1 nm / sec. More continuously,
Almq 3 was similarly deposited to form an electron transporting light emitting layer.
The film thickness of Almq 3 is set so as to substantially coincide with the optimum film thickness value of 87 nm obtained as N = 1 in equation (1). That is, the position showing the maximum emission intensity is α-N
It is near the interface between PD and Almq 3 and the optical distance to the cathode satisfies the relational expression as shown in FIG. Next, a metal mask having a hole that is orthogonal to the ITO electrode pattern with a width of 2 mm is closely attached to the substrate and set in a vacuum evaporation apparatus.
1) is vacuum-deposited to form a 160-nm-thick metal film, which is used as a cathode to obtain a 2-mm square lighting region. LiF having a thickness of 300 nm is deposited on the Al electrode to form a protective film. Further, in an inert gas (Ar) atmosphere, Pyrex glass having a thickness of 1 mm is stacked on the element, and the periphery of the glass is sealed with an ultraviolet-curable adhesive to obtain an organic EL element.
【0046】(2)変形例2 正孔注入層として、m−MTDATAをITO電極上に
30nmの膜厚で形成し、つづいて正孔輸送層として、
α―NPDを50nmの膜厚で形成し、さらに変形例1
と同様にAlmq3からなる電子輸送性発光層を87n
mの膜厚で形成する。その他の構成は、変形例1と同様
にして有機EL素子を作製する。(2) Modification 2 As a hole injection layer, m-MTDATA is formed on an ITO electrode to a thickness of 30 nm, and then as a hole transport layer.
α-NPD is formed with a thickness of 50 nm, and further modified example 1
The electron transporting light emitting layer made of Almq3
m. In other respects, the organic EL device is manufactured in the same manner as in the first modification.
【0047】(3)変形例3 陰極を形成する金属材料として、膜厚が150nmのM
gAg合金を使用した以外は、変形例2と同じ有機材料
を用いて有機EL素子を構成する。陰極の製膜はMgと
Agを用いた共蒸着によって行う。MgAg合金の光学
定数は、素子を形成する場合と同じ条件でガラス基板上
に製膜したサンプルを用いて、エリプソメトリ法によっ
て測定した結果、nr=0.3、kr=5であった。こ
の光学定数を使って、図12の式から求めた反射面での
反射光の位相変化は、δr=2.5(ラジアン)とな
る。電子輸送層の膜厚は、図11のような式からN=1
として求められる膜厚値91nmになるように製膜す
る。(3) Modification 3 As a metal material for forming the cathode, M having a thickness of 150 nm
An organic EL element is formed using the same organic material as in Modification Example 2 except that a gAg alloy is used. The cathode is formed by co-evaporation using Mg and Ag. The optical constants of the MgAg alloy were measured by an ellipsometry method using a sample formed on a glass substrate under the same conditions as when forming the element. As a result, nr = 0.3 and kr = 5. Using this optical constant, the phase change of the reflected light on the reflecting surface obtained from the equation in FIG. 12 is δr = 2.5 (radian). From the equation shown in FIG.
The film is formed so as to have a film thickness of 91 nm.
【0048】[0048]
【発明の効果】請求項1記載の発明では、有機多層膜の
電子輸送層の光学膜厚ndは、nd=(2N−1)λ/
4、(nは屈折率、dは膜厚、λは発光の中心波長、N
は正の整数)なる関係を満たすので、光の外部取り出し
効率を高くすることができ、消費電力の低減を有効に図
ることができる。請求項2記載の発明では、有機多層膜
の電子輸送性発光層の光学膜厚ndは、nd=(2N−
1)λ/4、(nは屈折率、dは膜厚、λは発光の中心
波長、Nは正の整数)なる関係を満たすので、光の外部
取り出し効率を高くすることができ、消費電力の低減を
容易に実現することができる。請求項3記載の発明で
は、有機多層膜の電子輸送性発光層の光学膜厚ndは、
nd=(2N−1)λ/4、(nは屈折率、dは膜厚、
λは発光の中心波長、Nは正の整数)なる関係を満たす
ので、光の外部取り出し効率を高くすることができ、消
費電力の低減を容易に実現することができる。請求項4
記載の発明では、電子輸送性発光層は、正孔輸送層との
界面付近に微量の蛍光性材料がドーピングされているの
で、発光効率を高くでき、キャリアの再結合領域、すな
わち発光位置をドーピングによって制御でき、電子輸送
層の光学膜厚による干渉効果をさらに高めることができ
る。According to the first aspect of the present invention, the optical thickness nd of the electron transport layer of the organic multilayer film is nd = (2N-1) λ /
4, (n is the refractive index, d is the film thickness, λ is the central wavelength of light emission, N
Satisfies the following relationship: the external light extraction efficiency can be increased, and the power consumption can be effectively reduced. According to the second aspect of the invention, the optical film thickness nd of the electron transporting light emitting layer of the organic multilayer film is nd = (2N−
1) Since the relationship of λ / 4, where n is the refractive index, d is the film thickness, λ is the center wavelength of light emission, and N is a positive integer, the external light extraction efficiency can be increased and the power consumption can be increased. Can be easily reduced. In the invention according to claim 3, the optical thickness nd of the electron transporting light emitting layer of the organic multilayer film is:
nd = (2N-1) λ / 4, (n is a refractive index, d is a film thickness,
[lambda] satisfies the relationship of emission center wavelength and N is a positive integer), so that the external extraction efficiency of light can be increased and power consumption can be easily reduced. Claim 4
In the described invention, the electron-transporting light-emitting layer is doped with a small amount of fluorescent material near the interface with the hole-transporting layer, so that the luminous efficiency can be increased and the recombination region of carriers, that is, the light-emitting position is doped. And the interference effect due to the optical thickness of the electron transport layer can be further enhanced.
【0049】請求項5記載の発明では、有機多層膜の電
子輸送層の光学膜厚ndは、nd=(2N−1)λ/
4、(nは屈折率、dは膜厚、λは発光の中心波長、N
は正の整数)なる関係を満たすので、光の外部取り出し
効率を高くすることができ、消費電力の低減を容易に実
現することができる。請求項6記載の発明では、発光層
は、微量の蛍光性材料がドーピングされているので、発
光効率を高くでき、キャリアの再結合領域、すなわち発
光位置をドーピングによって制御でき、電子輸送層の光
学膜厚による干渉効果をさらに高めることができる。請
求項7記載の発明では、有機多層膜の電子輸送層の光学
膜厚ndは、nd=(2N−1)λ/4、(nは屈折
率、dは膜厚、λは発光の中心波長、Nは正の整数)な
る関係を満たすので、光の外部取り出し効率を高くする
ことができ、消費電力の低減を容易に実現することがで
きる。According to the fifth aspect of the invention, the optical film thickness nd of the electron transport layer of the organic multilayer film is nd = (2N-1) λ /
4, (n is the refractive index, d is the film thickness, λ is the central wavelength of light emission, N
Satisfies the relationship of (a positive integer), the light extraction efficiency can be increased, and power consumption can be easily reduced. According to the sixth aspect of the present invention, since the light emitting layer is doped with a trace amount of fluorescent material, the light emitting efficiency can be increased, the recombination region of carriers, that is, the light emitting position can be controlled by doping, and the optical transport layer The interference effect due to the film thickness can be further enhanced. In the invention according to claim 7, the optical film thickness nd of the electron transport layer of the organic multilayer film is nd = (2N-1) λ / 4, (n is the refractive index, d is the film thickness, and λ is the central wavelength of light emission. , N are positive integers), the external light extraction efficiency can be increased, and power consumption can be easily reduced.
【0050】請求項8記載の発明では、陰極は、反射率
が50%以上の金属膜であるので、干渉効果を有効に取
り出すことができる。請求項9記載の発明では、正の整
数Nは、1であるので、すなわち1次の干渉を利用する
ことになり、有機膜の膜厚を薄くでき、低電圧駆動に効
果があり、また、このときの電子輸送層の膜厚は、励起
子の陰極への移動による消光の影響があるほど薄くな
く、通常の蒸着法によって容易に制御することができ
る。請求項10記載の発明では、電子輸送層または電子
輸送性発光層の光学膜厚ndは、発光の中心波長±λ/
8以内の誤差範囲内であるので、干渉効果による発光強
度の増強効果を確保し、収束強度値よりも大きな強度が
得られ、実質的な膜厚の許容範囲を示すことによって、
製造工程および製品の品質管理を容易とすることができ
る。According to the eighth aspect of the present invention, since the cathode is a metal film having a reflectance of 50% or more, the interference effect can be effectively taken out. According to the ninth aspect of the present invention, since the positive integer N is 1, that is, the first-order interference is used, the thickness of the organic film can be reduced, which is effective for low-voltage driving. At this time, the thickness of the electron transport layer is not so thin as to be affected by quenching due to the movement of the excitons to the cathode, and can be easily controlled by a normal vapor deposition method. In the invention according to claim 10, the optical thickness nd of the electron transporting layer or the electron transporting light emitting layer is equal to the central wavelength of light emission ± λ /.
Since it is within the error range of 8 or less, the effect of enhancing the emission intensity due to the interference effect is ensured, an intensity larger than the convergence intensity value is obtained, and by indicating a substantial allowable range of the film thickness,
The quality control of the manufacturing process and the product can be facilitated.
【0051】請求項11記載の発明では、有機多層膜の
電子輸送層の光学膜厚ndは、nd=(λ/4)(2N
−δr/π)、δr=arctan(2nkr/(n2−
(n r)2−(Kr)2))+π、(n2≦nr 2+Kr 2であ
り、nは屈折率、dは膜厚、λは発光の中心波長、Nは
正の整数)なる関係を満たすので、光の外部取り出し効
率を高くすることができ、消費電力の低減を有効に図る
ことができる。請求項12記載の発明では、有機多層膜
の電子輸送性発光層の光学膜厚ndは、nd=(λ/
4)(2N−δr/π)、δr=arctan(2nk
r/(n2−(nr)2−(Kr)2))+π、(n2≦nr 2
+Kr 2であり、nは屈折率、dは膜厚、λは発光の中心
波長、Nは正の整数)なる関係を満たすので、光の外部
取り出し効率を高くすることができ、消費電力の低減を
容易に実現することができる。請求項13記載の発明で
は、有機多層膜の電子輸送性発光層の光学膜厚ndは、
nd=(λ/4)(2N−δr/π)、δr=arct
an(2nkr/(n2−(nr)2−(Kr)2))+π、
(n2≦nr 2+Kr 2であり、nは屈折率、dは膜厚、λ
は発光の中心波長、Nは正の整数)なる関係を満たすの
で、光の外部取り出し効率を高くすることができ、消費
電力の低減を容易に実現することができる。請求項14
記載の発明では、電子輸送性発光層は、正孔輸送層との
界面付近に微量の蛍光性材料がドーピングされているの
で、発光効率を高くでき、キャリアの再結合領域、すな
わち発光位置をドーピングによって制御でき、電子輸送
層の光学膜厚による干渉効果をさらに高めることができ
る。According to the eleventh aspect, the organic multilayer film
The optical thickness nd of the electron transport layer is nd = (λ / 4) (2N
−δr / π), δr = arctan (2nkr/ (NTwo−
(N r)Two− (Kr)Two)) + Π, (nTwo≤nr Two+ Kr TwoIn
Where n is the refractive index, d is the film thickness, λ is the central wavelength of light emission, and N is
Satisfies the relationship of
Rate can be increased, effectively reducing power consumption.
be able to. In the invention according to claim 12, an organic multilayer film
The optical film thickness nd of the electron transporting light emitting layer of nd is nd = (λ /
4) (2N−δr / π), δr = arctan (2nk
r/ (NTwo− (Nr)Two− (Kr)Two)) + Π, (nTwo≤nr Two
+ Kr TwoWhere n is the refractive index, d is the film thickness, and λ is the center of light emission.
Wavelength and N are positive integers).
Extraction efficiency can be increased, reducing power consumption.
It can be easily realized. According to the invention of claim 13,
Is the optical thickness nd of the electron transporting light emitting layer of the organic multilayer film,
nd = (λ / 4) (2N−δr / π), δr = arct
an (2nkr/ (NTwo− (Nr)Two− (Kr)Two)) + Π,
(NTwo≤nr Two+ Kr TwoWhere n is the refractive index, d is the film thickness, λ
Is the central wavelength of light emission, and N is a positive integer.
The light extraction efficiency can be increased,
Power reduction can be easily realized. Claim 14
In the described invention, the electron-transporting light-emitting layer is
A small amount of fluorescent material is doped near the interface
Luminous efficiency can be increased, and the carrier recombination region,
In other words, the emission position can be controlled by doping, and electron transport
The interference effect due to the optical thickness of the layer can be further enhanced
You.
【0052】請求項15記載の発明では、有機多層膜の
電子輸送層の光学膜厚ndは、nd=(λ/4)(2N
−δr/π)、δr=arctan(2nkr/(n2−
(n r)2−(Kr)2))+π、(n2≦nr 2+Kr 2であ
り、nは屈折率、dは膜厚、λは発光の中心波長、Nは
正の整数)なる関係を満たすので、光の外部取り出し効
率を高くすることができ、消費電力の低減を容易に実現
することができる。請求項16記載の発明では、発光層
は、微量の蛍光性材料がドーピングされているので、発
光効率を高くでき、キャリアの再結合領域、すなわち発
光位置をドーピングによって制御でき、電子輸送層の光
学膜厚による干渉効果をさらに高めることができる。請
求項17記載の発明では、有機多層膜の電子輸送層の光
学膜厚ndは、nd=(λ/4)(2N−δr/π)、
δr=arctan(2nkr/(n2−(n r)2−(K
r)2))+π、(n2≦nr 2+Kr 2であり、nは屈折
率、dは膜厚、λは発光の中心波長、Nは正の整数)な
る関係を満たすので、光の外部取り出し効率を高くする
ことができ、消費電力の低減を容易に実現することがで
きる。In the invention according to claim 15, the organic multilayer film
The optical thickness nd of the electron transport layer is nd = (λ / 4) (2N
−δr / π), δr = arctan (2nkr/ (NTwo−
(N r)Two− (Kr)Two)) + Π, (nTwo≤nr Two+ Kr TwoIn
Where n is the refractive index, d is the film thickness, λ is the central wavelength of light emission, and N is
Satisfies the relationship of
Rate can be increased, reducing power consumption easily.
can do. According to the sixteenth aspect, the light emitting layer
Has a small amount of fluorescent material doped,
The light efficiency can be increased, and the carrier recombination region,
The light position can be controlled by doping, and the light in the electron transport layer
The interference effect due to the film thickness can be further enhanced. Contract
In the invention according to claim 17, the light in the electron transport layer of the organic multilayer film is
The theoretical film thickness nd is nd = (λ / 4) (2N−δr / π),
δr = arctan (2nkr/ (NTwo− (N r)Two− (K
r)Two)) + Π, (nTwo≤nr Two+ Kr TwoWhere n is refraction
Rate, d is the film thickness, λ is the central wavelength of light emission, N is a positive integer)
To improve light extraction efficiency
Power consumption can be easily reduced.
Wear.
【0053】請求項18記載の発明では、陰極は、反射
率が50%以上の金属膜であるので、干渉効果を有効に
取り出すことができる。請求項19記載の発明では、正
の整数Nは、1であるので、すなわち1次の干渉を利用
することにより有機膜の膜厚を薄くでき、低電圧駆動に
効果があり、また、このときの電子輸送層の膜厚は、励
起子の陰極への移動による消光の影響があるほど薄くな
く、通常の蒸着法によって容易に制御することができ
る。請求項20記載の発明では、電子輸送層または電子
輸送性発光層の光学膜厚ndは、発光の中心波長±λ/
8以内の誤差範囲内であるので、干渉効果による発光強
度の増強効果を確保し、収束強度値よりも大きな強度が
得られ、実質的な膜厚の許容範囲を示すことによる製造
工程および製品の品質管理を容易とすることができる。According to the eighteenth aspect, the cathode is a metal film having a reflectance of 50% or more, so that the interference effect can be effectively taken out. According to the nineteenth aspect of the present invention, since the positive integer N is 1, that is, the thickness of the organic film can be reduced by using the first-order interference, which is effective for low-voltage driving. The thickness of the electron transport layer is not so thin as to be affected by quenching due to the movement of excitons to the cathode, and can be easily controlled by a normal vapor deposition method. In the twentieth aspect, the optical thickness nd of the electron transporting layer or the electron transporting light emitting layer is determined by the following equation: the central wavelength of light emission ± λ /
Since the error is within the error range of 8 or less, the effect of enhancing the emission intensity due to the interference effect is ensured, an intensity larger than the convergence intensity value is obtained, and the production process and the product Quality control can be facilitated.
【図1】有機EL素子における光の干渉を示した図であ
る。FIG. 1 is a diagram showing light interference in an organic EL element.
【図2】Almq3のフォトルミネッセンス・スペクト
ルを示した図である。FIG. 2 is a diagram showing a photoluminescence spectrum of Almq 3 .
【図3】第1の実施形態での電子輸送層の膜厚を変えた
場合の発光スペクトルの違いを示した図である。FIG. 3 is a diagram showing a difference in emission spectrum when the thickness of an electron transport layer is changed in the first embodiment.
【図4】電子輸送層の膜厚と輝度値の関係を示した図で
ある。FIG. 4 is a diagram showing a relationship between a film thickness of an electron transport layer and a luminance value.
【図5】電子輸送性材料と正孔輸送性材料の構造式を示
した図である。FIG. 5 is a diagram showing structural formulas of an electron transporting material and a hole transporting material.
【図6】位相変化δr、エネルギー反射率R、光の強
度、発光スペクトルI(λ)を求める式を示した図であ
る。FIG. 6 is a diagram showing equations for calculating a phase change δr, an energy reflectance R, light intensity, and an emission spectrum I (λ).
【図7】強度条件に応じた発光位置から反射面までの光
学的距離を求める式を示した図である。FIG. 7 is a diagram showing an equation for calculating an optical distance from a light emitting position to a reflecting surface according to an intensity condition.
【図8】第2の実施形態での電子輸送層の膜厚を変えた
場合の発光スペクトルの違いを示した図である。FIG. 8 is a diagram showing a difference in emission spectrum when the thickness of the electron transport layer is changed in the second embodiment.
【図9】各種金属元素の光学定数と反射面における位相
変化および反射率を示した図である。FIG. 9 is a diagram showing optical constants of various metal elements, phase change on a reflection surface, and reflectance.
【図10】光学定数の異なる各種金属を陰極とした場合
の電子輸送層の最適膜厚を示した図である。FIG. 10 is a diagram showing an optimum film thickness of an electron transport layer when various metals having different optical constants are used as a cathode.
【図11】有機EL素子の電子輸送層の光学膜厚の設定
条件(1)を示した図である。FIG. 11 is a view showing a setting condition (1) of an optical film thickness of an electron transport layer of an organic EL element.
【図12】有機EL素子の電子輸送層の光学膜厚の設定
条件(2)を示した図である。FIG. 12 is a view showing a setting condition (2) of an optical film thickness of an electron transport layer of an organic EL element.
【図13】電子輸送性発光層を有する2層型の有機EL
素子の層構成を示す概略断面図である。FIG. 13 shows a two-layer organic EL having an electron transporting light emitting layer.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view illustrating a layer configuration of an element.
【図14】正孔輸送性発光層を有する2層型の有機EL
素子の層構成を示す概略断面図である。FIG. 14 shows a two-layer organic EL having a hole-transporting light-emitting layer.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view illustrating a layer configuration of an element.
1 ガラス基板 2 陽極(透明電極) 3a、13a 正孔輸送層 3b 正孔輸送性発光層 4a 電子輸送層 4b、14b 電子輸送性発光層 5、15 陰極(金属電極) 6 発光位置 Reference Signs List 1 glass substrate 2 anode (transparent electrode) 3a, 13a hole transport layer 3b hole transport light emitting layer 4a electron transport layer 4b, 14b electron transport light emitting layer 5, 15 cathode (metal electrode) 6 light emitting position
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松木 ゆみ 東京都大田区中馬込1丁目3番6号 株式 会社リコー内 (72)発明者 木村 興利 東京都大田区中馬込1丁目3番6号 株式 会社リコー内 (72)発明者 岡田 崇 東京都大田区中馬込1丁目3番6号 株式 会社リコー内 (72)発明者 加藤 拓司 東京都大田区中馬込1丁目3番6号 株式 会社リコー内 Fターム(参考) 3K007 AB03 CA01 CB01 CC01 DA01 DB03 EB00 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Yumi Matsuki 1-3-6 Nakamagome, Ota-ku, Tokyo Inside Ricoh Co., Ltd. (72) Inventor Yoshitomo Kimura 1-3-6 Nakamagome, Ota-ku, Tokyo Inside Ricoh Co., Ltd. (72) Takashi Okada 1-3-6 Nakamagome, Ota-ku, Tokyo Inside Ricoh Co., Ltd. (72) Takuji Kato 1-3-6 Nakamagome, Ota-ku, Tokyo Ricoh Co., Ltd. F term (reference) 3K007 AB03 CA01 CB01 CC01 DA01 DB03 EB00
Claims (20)
を有して成膜された有機多層膜と、 前記有機多膜層上に金属からなる鏡面反射膜で作製され
た陰極と、を備え、 前記有機多層膜の電子輸送層の光学膜厚ndは、 nd=(2N−1)λ/4 (nは屈折率、dは膜厚、λは発光の中心波長、Nは正
の整数)なる関係を満たすことを特徴とする有機エレク
トロルミネッセンス素子。An anode comprising a transparent electrode; an organic multilayer film having at least two layers of a hole transport layer and an electron transport layer on the anode; and a metal on the organic multi-layer. A cathode made of a specular reflection film, wherein the optical film thickness nd of the electron transport layer of the organic multilayer film is nd = (2N-1) λ / 4 (n is a refractive index, d is a film thickness, An organic electroluminescence device characterized by satisfying a relationship of λ is a central wavelength of light emission and N is a positive integer.
を積層して成膜された有機多層膜と、 前記有機多膜層上に金属からなる鏡面反射膜で作製され
た陰極と、を備え、 前記有機多層膜の電子輸送性発光層の光学膜厚ndは、 nd=(2N−1)λ/4 (nは屈折率、dは膜厚、λは発光の中心波長、Nは正
の整数)なる関係を満たすことを特徴とする有機エレク
トロルミネッセンス素子。2. An anode comprising a transparent electrode; an organic multilayer film formed by stacking two layers on the anode in the order of a hole transporting layer and an electron transporting light emitting layer; And a cathode made of a specular reflection film made of metal. The optical film thickness nd of the electron transporting light emitting layer of the organic multilayer film is nd = (2N-1) λ / 4 (n is a refractive index, An organic electroluminescence device, wherein d is a film thickness, λ is a central wavelength of light emission, and N is a positive integer.
層の順で3層を積層して成膜された有機多層膜と、 前記有機多膜層上に金属からなる鏡面反射膜で作製され
た陰極と、を備え、 前記有機多層膜の電子輸送性発光層の光学膜厚ndは、 nd=(2N−1)λ/4 (nは屈折率、dは膜厚、λは発光の中心波長、Nは正
の整数)なる関係を満たすことを特徴とする有機エレク
トロルミネッセンス素子。3. An anode comprising a transparent electrode; an organic multilayer film formed by stacking three layers on the anode in the order of a hole injection layer, a hole transport layer, and an electron transporting light emitting layer; A cathode made of a mirror-reflective film made of metal on the organic multilayer film, and the optical film thickness nd of the electron transporting light emitting layer of the organic multilayer film is nd = (2N-1) λ / 4 ( An organic electroluminescence device, wherein n is a refractive index, d is a film thickness, λ is a center wavelength of light emission, and N is a positive integer.
層との界面付近に微量の蛍光性材料がドーピングされて
いることを特徴とする請求項2または請求項3記載の有
機エレクトロルミネッセンス素子。4. The organic electroluminescence according to claim 2, wherein the electron transporting light emitting layer is doped with a small amount of a fluorescent material near an interface with the hole transporting layer. element.
層、電子輸送層の順で3層を積層して成膜された有機多
層膜と、 前記有機多膜層上に金属からなる鏡面反射膜で作製され
た陰極と、を備え、 前記有機多層膜の電子輸送層の光学膜厚ndは、 nd=(2N−1)λ/4 (nは屈折率、dは膜厚、λは発光の中心波長、Nは正
の整数)なる関係を満たすことを特徴とする有機エレク
トロルミネッセンス素子。5. An anode comprising a transparent electrode; and an organic multilayer film formed by stacking three layers on the anode in the order of a hole transport layer, a light emitting layer having a thickness of 30 nm or less, and an electron transport layer. A cathode made of a specular reflection film made of a metal on the organic multilayer film; and an optical film thickness nd of an electron transport layer of the organic multilayer film, nd = (2N-1) λ / 4 ( An organic electroluminescence device, wherein n is a refractive index, d is a film thickness, λ is a center wavelength of light emission, and N is a positive integer.
ピングされていることを特徴とする請求項5記載の有機
エレクトロルミネッセンス素子。6. The organic electroluminescence device according to claim 5, wherein the light emitting layer is doped with a trace amount of a fluorescent material.
を積層して成膜された有機多層膜と、 前記有機多膜層上に金属からなる鏡面反射膜で作製され
た陰極と、を備え、 前記有機多層膜の電子輸送層の光学膜厚ndは、 nd=(2N−1)λ/4 (nは屈折率、dは膜厚、λは発光の中心波長、Nは正
の整数)なる関係を満たすことを特徴とする有機エレク
トロルミネッセンス素子。7. An anode comprising a transparent electrode; an organic multilayer film formed by laminating two layers on the anode in the order of a hole transporting light emitting layer and an electron transport layer; And a cathode made of a specular reflection film made of metal. The optical film thickness nd of the electron transport layer of the organic multilayer film is as follows: nd = (2N-1) λ / 4 (n is a refractive index, d is An organic electroluminescence device characterized by satisfying a relationship of film thickness, λ is a central wavelength of light emission, and N is a positive integer.
膜であることを特徴とする請求項1、請求項2、請求項
3、請求項4、請求項5、請求項6、請求項7のうちい
ずれか1に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。8. The method according to claim 1, wherein the cathode is a metal film having a reflectance of 50% or more. Item 8. The organic electroluminescent device according to any one of Items 7 to 7.
とする請求項1、請求項2、請求項3、請求項4、請求
項5、請求項6、請求項7、請求項8のうちいずれか1
に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。9. The method of claim 1, wherein the positive integer N is 1. Any one of 8
3. The organic electroluminescent device according to 1.).
発光層の光学膜厚ndは、前記発光の中心波長±λ/8
以内の誤差範囲内であることを特徴とする請求項1、請
求項2、請求項3、請求項4、請求項5、請求項6、請
求項7、請求項8、請求項9のうちいずれか1に記載の
有機エレクトロルミネッセンス素子。10. The optical film thickness nd of the electron transporting layer or the electron transporting light emitting layer may be set at a central wavelength ± λ / 8 of the light emission.
Any one of claim 1, claim 2, claim 3, claim 4, claim 5, claim 6, claim 7, claim 8, claim 9, and claim 9 within an error range of 2. The organic electroluminescent device according to item 1.
を有して成膜された有機多層膜と、 前記有機多膜層上に複素屈折率n’=nr−ikrを有
する金属膜で作製された陰極と、を備え、 前記有機多層膜の電子輸送層の光学膜厚ndは、 nd=(λ/4)(2N−δr/π) δr=arctan(2nkr/(n2−(nr)2−(K
r)2))+π (n2≦nr 2+Kr 2であり、nは屈折率、dは膜厚、λ
は発光の中心波長、Nは正の整数)なる関係を満たすこ
とを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。11. An anode made of a transparent electrode, an organic multilayer film formed on the anode having at least two layers of a hole transport layer and an electron transport layer, and a complex refraction on the organic multilayer film. A cathode made of a metal film having a ratio n ′ = nr−ikr, and the optical thickness nd of the electron transport layer of the organic multilayer film is as follows: nd = (λ / 4) (2N−δr / π) δr = arctan (2nk r / (n 2 − (n r ) 2 − (K
r ) 2 )) + π (n 2 ≦ n r 2 + K r 2 , where n is the refractive index, d is the film thickness, λ
Is a central wavelength of light emission, and N is a positive integer).
を積層して成膜された有機多層膜と、 前記有機多膜層上に複素屈折率n’=nr−ikrを有
する金属膜で作製された陰極と、を備え、 前記有機多層膜の電子輸送性発光層の光学膜厚ndは、 nd=(λ/4)(2N−δr/π) δr=arctan(2nkr/(n2−(nr)2−(K
r)2))+π (n2≦nr 2+Kr 2であり、nは屈折率、dは膜厚、λ
は発光の中心波長、Nは正の整数)なる関係を満たすこ
とを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。12. An anode comprising a transparent electrode; an organic multilayer film formed by laminating two layers on the anode in the order of a hole transport layer and an electron transporting light emitting layer; And a cathode made of a metal film having a complex refractive index n ′ = nr-ikr. The optical film thickness nd of the electron transporting light emitting layer of the organic multilayer film is nd = (λ / 4) (2N −δr / π) δr = arctan (2nk r / (n 2 − (n r ) 2 − (K
r ) 2 )) + π (n 2 ≦ n r 2 + K r 2 , where n is the refractive index, d is the film thickness, λ
Is a central wavelength of light emission, and N is a positive integer).
層の順で3層を積層して成膜された有機多層膜と、 前記有機多膜層上に複素屈折率n’=nr−ikrを有
する金属膜で作製された陰極と、を備え、 前記有機多層膜の電子輸送性発光層の光学膜厚ndは、 nd=(λ/4)(2N−δr/π) δr=arctan(2nkr/(n2−(nr)2−(K
r)2))+π (n2≦nr 2+Kr 2であり、nは屈折率、dは膜厚、λ
は発光の中心波長、Nは正の整数)なる関係を満たすこ
とを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。13. An anode comprising a transparent electrode, an organic multilayer film formed by stacking three layers on the anode in the order of a hole injecting layer, a hole transporting layer, and an electron transporting light emitting layer; A cathode made of a metal film having a complex refractive index n ′ = nr−ikr on an organic multilayer film, wherein the optical film thickness nd of the electron transporting light emitting layer of the organic multilayer film is nd = (λ / 4) (2N-δr / π) δr = arctan (2nk r / (n 2 - (n r) 2 - (K
r ) 2 )) + π (n 2 ≦ n r 2 + K r 2 , where n is the refractive index, d is the film thickness, λ
Is a central wavelength of light emission, and N is a positive integer).
送層との界面付近に微量の蛍光性材料がドーピングされ
ていることを特徴とする請求項12または請求項13記
載の有機エレクトロルミネッセンス素子。14. The organic electroluminescence according to claim 12, wherein the electron transporting light emitting layer is doped with a small amount of a fluorescent material near an interface with the hole transporting layer. element.
層、電子輸送層の順で3層を積層して成膜された有機多
層膜と、 前記有機多膜層上に複素屈折率n’=nr−ikrを有
する金属膜で作製された陰極と、を備え、 前記有機多層膜の電子輸送層の光学膜厚ndは、 nd=(λ/4)(2N−δr/π) δr=arctan(2nkr/(n2−(nr)2−(K
r)2))+π (n2≦nr 2+Kr 2であり、nは屈折率、dは膜厚、λ
は発光の中心波長、Nは正の整数)なる関係を満たすこ
とを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。15. An anode comprising a transparent electrode; and an organic multilayer film formed by stacking three layers on the anode in the order of a hole transport layer, a light emitting layer having a thickness of 30 nm or less, and an electron transport layer. A cathode made of a metal film having a complex refractive index n ′ = nr−ikr on the organic multilayer film; and the optical film thickness nd of the electron transport layer of the organic multilayer film is nd = (λ / 4) (2N-δr / π) δr = arctan (2nk r / (n 2 - (n r) 2 - (K
r ) 2 )) + π (n 2 ≦ n r 2 + K r 2 , where n is the refractive index, d is the film thickness, λ
Is a central wavelength of light emission, and N is a positive integer).
ーピングされていることを特徴とする請求項15記載の
有機エレクトロルミネッセンス素子。16. The organic electroluminescence device according to claim 15, wherein the light emitting layer is doped with a trace amount of a fluorescent material.
を積層して成膜された有機多層膜と、 前記有機多膜層上に複素屈折率n’=nr−ikrを有
する金属膜で作製された陰極と、を備え、 前記有機多層膜の電子輸送層の光学膜厚ndは、 nd=(λ/4)(2N−δr/π) δr=arctan(2nkr/(n2−(nr)2−(K
r)2))+π (n2≦nr 2+Kr 2であり、nは屈折率、dは膜厚、λ
は発光の中心波長、Nは正の整数)なる関係を満たすこ
とを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。17. An anode comprising a transparent electrode; an organic multilayer film formed by laminating two layers on the anode in the order of a hole-transporting light-emitting layer and an electron transport layer; And a cathode made of a metal film having a complex refractive index n ′ = nr−ikr. The optical thickness nd of the electron transport layer of the organic multilayer film is as follows: nd = (λ / 4) (2N−δr / π) δr = arctan (2nk r / (n 2 - (n r) 2 - (K
r ) 2 )) + π (n 2 ≦ n r 2 + K r 2 , where n is the refractive index, d is the film thickness, λ
Is a central wavelength of light emission, and N is a positive integer).
属膜であることを特徴とする請求項11、請求項12、
請求項13、請求項14、請求項15、請求項16、請
求項17のうちいずれか1に記載の有機エレクトロルミ
ネッセンス素子。18. The cathode according to claim 11, wherein the cathode is a metal film having a reflectance of 50% or more.
The organic electroluminescent device according to any one of claims 13, 14, 15, 15, 16, and 17.
徴とする請求項11、請求項12、請求項13、請求項
14、請求項15、請求項16、請求項17、請求項1
8のうちいずれか1に記載の有機エレクトロルミネッセ
ンス素子。19. The method of claim 11, wherein the positive integer N is 1. 1
8. The organic electroluminescent device according to any one of 8 above.
発光層の光学膜厚ndは、前記発光の中心波長±λ/8
以内の誤差範囲内であることを特徴とする請求項11、
請求項12、請求項13、請求項14、請求項15、請
求項16、請求項17、請求項18、請求項19のうち
いずれか1に記載の有機エレクトロルミネッセンス素
子。20. The optical film thickness nd of the electron transporting layer or the electron transporting light emitting layer is a central wavelength of the light emission ± λ / 8.
12. The method according to claim 11, wherein
The organic electroluminescence device according to any one of claims 12, 13, 13, 14, 15, 16, 16, 17, 18, and 19.
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