JP2013127910A - Optical element, and light-emitting device and organic electroluminescent device using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、回折格子を利用した光学素子、発光素子および有機エレクトロルミネッセンス素子に関するものである。 The present invention relates to an optical element, a light emitting element and an organic electroluminescence element using a diffraction grating.
有機エレクトロルミネッセンス素子、発光ダイオード、プラズマディスプレイ等の発光素子は、発光効率の改善のために、光取出し効率の改善等が検討されている。
なお、以下、エレクトロルミネッセンスをELと略す場合がある。
For light-emitting elements such as organic electroluminescence elements, light-emitting diodes, and plasma displays, improvement of light extraction efficiency and the like has been studied in order to improve light-emitting efficiency.
Hereinafter, electroluminescence may be abbreviated as EL.
光取出し効率を向上させる手段としては、例えば特許文献1および特許文献2に、回折格子を設けることが提案されている。このような回折格子としては、例えばガラス基板や樹脂基板の表面に凹凸が直接形成されたもの等がある。
As means for improving the light extraction efficiency, for example,
しかしながら、透明基板から外に取り出される光は、発光素子から発生した光のうち一部の光にすぎず、例えば有機EL素子においては発光層から発生した光のうち20%程度しか利用できていないことが知られている。
そのため、光取出し効率のさらなる改善が求められている。
However, the light extracted from the transparent substrate is only a part of the light generated from the light emitting element. For example, in an organic EL element, only about 20% of the light generated from the light emitting layer can be used. It is known.
Therefore, further improvement in light extraction efficiency is required.
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、光取出し効率を向上させることが可能な光学素子、発光素子および有機EL素子を提供することを主目的とするものである。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and a main object of the present invention is to provide an optical element, a light emitting element, and an organic EL element capable of improving the light extraction efficiency.
上記目的を達成するために、本発明は、透明基板と、上記透明基板上にアイランド状に形成され、金属を含有するナノ構造体と、上記透明基板上に上記ナノ構造体を覆うように形成され、上記透明基板よりも屈折率が高い高屈折率層とを有することを特徴とする光学素子を提供する。 To achieve the above object, the present invention provides a transparent substrate, an island-like nanostructure formed on the transparent substrate, and a metal-containing nanostructure, and the nanostructure covered on the transparent substrate. And an optical element having a high refractive index layer having a higher refractive index than that of the transparent substrate.
本発明によれば、ナノ構造体が金属を含有しているので、ナノ構造体および高屈折率層の界面での反射率を高めて、大きな回折効果を得ることができ、光取出し効率を大幅に向上させることが可能である。 According to the present invention, since the nanostructure contains a metal, the reflectance at the interface between the nanostructure and the high refractive index layer can be increased, and a large diffraction effect can be obtained, greatly increasing the light extraction efficiency. It is possible to improve it.
上記発明においては、上記ナノ構造体を構成するアイランド部は、幅が100nm〜1000nmの範囲内であり、厚みが100nm〜1000nmの範囲内であることが好ましい。ナノ構造体を構成するアイランド部の幅および厚みが上記範囲内であることにより、可視光の光取出し効率を向上させることができるからである。 In the said invention, it is preferable that the island part which comprises the said nanostructure has a width in the range of 100 nm-1000 nm, and a thickness in the range of 100 nm-1000 nm. This is because the light extraction efficiency of visible light can be improved when the width and thickness of the island portion constituting the nanostructure are within the above range.
また本発明においては、上記高屈折率層が透明電極層であることが好ましい。透明基板および透明電極層の界面では屈折率の相違により光損失が生じてしまうことが知られているが、本発明の構成とすることにより、光取出し効率を向上させることが可能である。 In the present invention, the high refractive index layer is preferably a transparent electrode layer. Although it is known that light loss occurs due to the difference in refractive index at the interface between the transparent substrate and the transparent electrode layer, the light extraction efficiency can be improved by employing the configuration of the present invention.
また本発明は、上述の光学素子を有することを特徴とする発光素子を提供する。
本発明の発光素子においては、上述の光学素子を有するので、発光素子内で発生し透明基板側から出射する光に対して光取出し効率を向上させることが可能である。
The present invention also provides a light emitting element comprising the above-described optical element.
Since the light emitting element of the present invention includes the above-described optical element, it is possible to improve the light extraction efficiency with respect to light generated in the light emitting element and emitted from the transparent substrate side.
さらに本発明は、上述の光学素子と、上記光学素子の透明電極層上に形成され、発光層を含む有機EL層と、上記有機EL層上に形成された対向電極層とを有することを特徴とする有機EL素子を提供する。 Furthermore, the present invention includes the above-described optical element, an organic EL layer formed on the transparent electrode layer of the optical element and including a light emitting layer, and a counter electrode layer formed on the organic EL layer. An organic EL element is provided.
本発明の有機EL素子においては、上述の光学素子を有するので、発光層内で発生し透明基板側から出射する光に対して光取出し効率を向上させることが可能である。 Since the organic EL element of the present invention includes the above-described optical element, it is possible to improve the light extraction efficiency with respect to light generated in the light emitting layer and emitted from the transparent substrate side.
本発明においては、回折格子に金属を含有するナノ構造体を用いることで、光取出し効率を大幅に向上させることが可能であるという効果を奏する。 In the present invention, by using a nanostructure containing a metal in the diffraction grating, it is possible to significantly improve the light extraction efficiency.
以下、本発明の光学素子ならびにそれを用いた発光素子および有機EL素子について詳細に説明する。 Hereinafter, the optical element of the present invention, and the light emitting element and organic EL element using the optical element will be described in detail.
A.光学素子
本発明の光学素子は、透明基板と、上記透明基板上にアイランド状に形成され、金属を含有するナノ構造体と、上記透明基板上に上記ナノ構造体を覆うように形成され、上記透明基板よりも屈折率が高い高屈折率層とを有することを特徴とするものである。
A. Optical element The optical element of the present invention is formed in a transparent substrate, an island shape on the transparent substrate, a metal-containing nanostructure, and the transparent substrate so as to cover the nanostructure, And a high refractive index layer having a refractive index higher than that of the transparent substrate.
本発明の光学素子について図面を参照しながら説明する。
図1および図2は本発明の光学素子の一例を示す概略平面図および断面図であり、図2は図1のA−A線断面図である。なお、図1において高屈折率層は省略されている。
図1および図2に例示するように、光学素子1は、表面にアイランド状の凹部を有する透明基板2と、透明基板2の凹部に埋め込まれ、金属を含有するアイランド状のナノ構造体3と、ナノ構造体3が埋め込まれた透明基板2上に形成され、透明基板2よりも屈折率が高い高屈折率層4とを有している。
The optical element of the present invention will be described with reference to the drawings.
1 and 2 are a schematic plan view and a cross-sectional view showing an example of the optical element of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. In FIG. 1, the high refractive index layer is omitted.
As illustrated in FIG. 1 and FIG. 2, the
図1および図3は本発明の光学素子の他の例を示す概略平面図および断面図であり、図3は図1のA−A線断面図である。なお、図1において高屈折率層は省略されている。
図1および図3に例示するように、光学素子1は、透明基板2と、透明基板2上にアイランド状に形成され、金属を含有するナノ構造体3と、透明基板2上にナノ構造体3を覆うように形成され、透明基板2よりも屈折率が高い高屈折率層4とを有している。
1 and 3 are a schematic plan view and a sectional view showing another example of the optical element of the present invention, and FIG. 3 is a sectional view taken along line AA of FIG. In FIG. 1, the high refractive index layer is omitted.
As illustrated in FIGS. 1 and 3, the
図1〜図3に示す光学素子1において、ナノ構造体3は、ナノメートルオーダーの幅w1、w2および厚みtを有するアイランド部3aが規則的に配列されたものであり、回折格子として機能するものである。このナノ構造体3を構成するアイランド部3aの幅w1、w2および厚みtは、光学素子1を透過する光Lの波長に応じて調整されている。
In the
なお、本発明において、アイランド状とは、アイランド部が相互に空間をあけて規則的に配列されていることをいう。
ナノ構造体とは、アイランド状に形成されたものであり、ナノメートルオーダーの幅および厚みを有するアイランド部が相互に空間をあけて規則的に配列されたものをいう。
各アイランド部は、独立していてもよく、連結部によって連結されていてもよい。例えば、図1においてナノ構造体3を構成する各アイランド部3aは独立しており、図4においてナノ構造体3を構成する各アイランド部3aは隣接するアイランド部3aが連結部3cによって連結されている。
図1〜図3に例示するようなナノ構造体3を構成するアイランド部3aの幅w1、w2、厚みt、間隔d、周期p等の寸法は、光学素子の使用波長に応じて調整することができる。
In the present invention, the island shape means that the island portions are regularly arranged with a space between each other.
The nanostructure is formed in an island shape, and is an island portion having a width and thickness of nanometer order and regularly arranged with a space between each other.
Each island part may be independent and may be connected by a connecting part. For example, in FIG. 1, the
The dimensions such as the widths w1, w2, thickness t, distance d, period p, etc. of the
また、透明基板上にナノ構造体が形成されているとは、ナノ構造体が透明基板に接して形成されていることをいい、透明基板の凹部にナノ構造体が埋め込まれている場合、および、透明基板上にナノ構造体が積層されている場合が含まれる。
透明基板上にナノ構造体を覆うように高屈折率層が形成されているとは、高屈折率層が透明基板およびナノ構造体に接して形成されていることをいう。
Further, the nanostructure formed on the transparent substrate means that the nanostructure is formed in contact with the transparent substrate, and the nanostructure is embedded in the concave portion of the transparent substrate, and The case where the nanostructure is laminated on the transparent substrate is included.
The high refractive index layer formed on the transparent substrate so as to cover the nanostructure means that the high refractive index layer is formed in contact with the transparent substrate and the nanostructure.
本発明においては、ナノ構造体が金属を含有しているので、ナノ構造体および高屈折率層の界面での反射率を高めて、大きな回折効果を得ることができ、光取出し効率を大幅に向上させることが可能である。 In the present invention, since the nanostructure contains a metal, the reflectance at the interface between the nanostructure and the high refractive index layer can be increased, and a large diffraction effect can be obtained, greatly increasing the light extraction efficiency. It is possible to improve.
金属を含有するナノ構造体によって光取出し効率が向上する理由は次のように考えられる。
光学素子では、透明電極層等の高屈折率層と透明基板との界面における光損失の原因の一つに、この界面における反射があることが知られている。高屈折率層の屈折率をn1、透明基板の屈折率をn2、高屈折率層から透明基板への光の入射角をθ1とすると、全反射が起こるθ1は、フレネルの式を用いて
θ1=arcsin(θ2/θ1)=θ1′
となる。したがって、通常、θ1′以上の入射角で高屈折率層と透明基板の界面に入射した光は全反射され、取り出すことができない。しかしながら、本発明においてはこの範囲の光を回折により取り出すことができる。
回折条件は、ブラッグの式
nλ=2dsinθ
で表すことができる。nは整数、λは光の波長、dは格子間隔、θは光の入射角である。
これに基づき、θ1′の角度で入射した光を回折するような格子間隔dをもつ回折格子をこの界面に設けることで、反射により損失する光を透明基板内に導くことができる。
回折格子は、例えば、屈折率の異なる媒質を格子状に配列することで構成される。透明電極層等の高屈折率層および透明基板には光を透過することが求められるため、従来では、透明な媒質を用いた透過型の回折格子を設けることが検討されている。しかしながら、この場合、媒質の屈折率差を大きくとることが難しく、すなわち回折格子を構成する媒質の界面での反射率が十分に得られないため、回折による効果が得られにくいという課題がある。
これに対し本発明においては、回折格子を構成する媒質の一方に金属を用いることで、すなわちナノ構造体を金属を含有するものとすることで、回折格子を構成する媒質の界面での反射率を高め、回折による効果を高めることができる。なお、金属による遮光による透過率の減少が懸念されるが、本発明においては格子間隔をナノオーダーとすることで、透過率の減少を最小限に留めることができる。
以下、本発明の光学素子における各構成について説明する。
The reason why the light extraction efficiency is improved by the nanostructure containing metal is considered as follows.
In an optical element, it is known that reflection at this interface is one of the causes of light loss at the interface between a high refractive index layer such as a transparent electrode layer and a transparent substrate. The refractive index of the high refractive index layer n 1, the n 2 refractive index of the transparent substrate, when the incident angle of light into the transparent substrate from the high refractive index layer and theta 1, total reflection occurs theta 1 is Fresnel equations Θ 1 = arcsin (θ 2 / θ 1 ) = θ 1 ′
It becomes. Therefore, normally, light incident on the interface between the high refractive index layer and the transparent substrate at an incident angle of θ 1 ′ or more is totally reflected and cannot be extracted. However, in the present invention, light in this range can be extracted by diffraction.
The diffraction condition is Bragg's equation nλ = 2dsinθ
Can be expressed as n is an integer, λ is the wavelength of light, d is the lattice spacing, and θ is the incident angle of light.
Based on this, by providing a diffraction grating having a grating interval d that diffracts light incident at an angle of θ 1 ′ at this interface, light lost due to reflection can be guided into the transparent substrate.
The diffraction grating is configured, for example, by arranging media having different refractive indexes in a lattice shape. Since a high refractive index layer such as a transparent electrode layer and a transparent substrate are required to transmit light, conventionally, it has been studied to provide a transmission type diffraction grating using a transparent medium. However, in this case, there is a problem that it is difficult to obtain a large difference in the refractive index of the medium, that is, a sufficient reflectivity at the interface of the medium constituting the diffraction grating cannot be obtained, so that it is difficult to obtain the effect of diffraction.
On the other hand, in the present invention, the reflectance at the interface of the medium constituting the diffraction grating is obtained by using a metal for one of the media constituting the diffraction grating, that is, by making the nanostructure contain metal. And the effect of diffraction can be enhanced. Although there is a concern about a decrease in transmittance due to light shielding by metal, in the present invention, the decrease in transmittance can be minimized by setting the lattice spacing to the nano order.
Hereinafter, each structure in the optical element of this invention is demonstrated.
1.ナノ構造体
本発明におけるナノ構造体は、透明基板上にアイランド状に形成され、金属を含有するものであり、回折格子として機能するものである。
1. Nanostructure The nanostructure in the present invention is formed in an island shape on a transparent substrate, contains a metal, and functions as a diffraction grating.
ナノ構造体は金属によって構成される。ナノ構造体を構成する金属としては、ナノ構造体を構成するアイランド部を所定の幅および厚みで形成可能なものであれば特に限定されるものではなく、例えば、銀、銅、金、アルミニウム、インジウム、白金、パラジウム、ルテニウム、ロジウム、イリジウム、チタン、ジルコニウム、錫、鉄、コバルト、ニッケル、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブデン等が挙げられる。中でも、後述するように、金属ナノ粒子を含有するナノ粒子含有塗工液を用いる方法は容易にナノ構造体を形成することができ工程上有利であることから、金属ナノ粒子を作製可能な金属が好ましい。具体的には、銀、銅、金、インジウム、白金、パラジウム、錫、鉄、コバルト、ニッケル等を挙げることができる。 The nanostructure is made of metal. The metal constituting the nanostructure is not particularly limited as long as the island portion constituting the nanostructure can be formed with a predetermined width and thickness. For example, silver, copper, gold, aluminum, Indium, platinum, palladium, ruthenium, rhodium, iridium, titanium, zirconium, tin, iron, cobalt, nickel, vanadium, niobium, tantalum, chromium, molybdenum, and the like can be given. Among them, as will be described later, the method using a nanoparticle-containing coating solution containing metal nanoparticles can easily form a nanostructure and is advantageous in terms of the process. Is preferred. Specific examples include silver, copper, gold, indium, platinum, palladium, tin, iron, cobalt, nickel, and the like.
本発明において、ナノ構造体を構成するアイランド部の幅、厚み、間隔、周期等の寸法は、光学素子を透過する光の波長に応じて調整することができる。
ナノオーダーのパターンでは、幅、厚み、間隔、周期等のサイズによっては光を吸収する可能性があるため、光を吸収するような条件を避けてサイズ設定を行う。光の吸収が起きる条件は、金属の種類、光の波長により異なるため、用いる材料、本発明の光学素子が用いられる発光デバイスの発光波長に合わせて適宜選択する。具体的には、幅、厚み、間隔、周期等のサイズは、マクスウェルの方程式を直接、空間・時間領域での差分方程式に展開して逐次計算するFDTD法によるシミュレーションにより導き出すことができる。マクスウェルの方程式は
In the present invention, the dimensions such as the width, thickness, interval, and period of the island portions constituting the nanostructure can be adjusted according to the wavelength of the light transmitted through the optical element.
In a nano-order pattern, light may be absorbed depending on the size of the width, thickness, interval, period, and the like. Therefore, the size is set while avoiding conditions that absorb light. The conditions under which light absorption occurs vary depending on the type of metal and the wavelength of light, and thus are appropriately selected according to the material used and the emission wavelength of the light emitting device in which the optical element of the present invention is used. Specifically, the size such as width, thickness, interval, period, etc. can be derived by simulation using the FDTD method in which Maxwell's equations are directly expanded into differential equations in the space / time domain and sequentially calculated. Maxwell's equation is
で表すことができる。ここで、Eは電場、Hは磁場、μ0は真空の透磁率、ε0は真空の誘電率を示す。 Can be expressed as Here, E is an electric field, H is a magnetic field, μ 0 is a vacuum magnetic permeability, and ε 0 is a vacuum dielectric constant.
ナノ構造体を構成するアイランド部の幅、厚み、間隔、周期等の寸法を調整する際、光学素子を透過する光の波長は、特定の波長のみとしてもよく、一定の波長域としてもよい。
中でも、ナノ構造体を構成するアイランド部の幅、厚み、間隔、周期等の寸法を調整するに際しては、光学素子を透過する光の波長として、可視光領域の波長を用いることが好ましい。一般に、表示装置、照明装置、光源等には可視光領域の波長が使用されているからである。また、本発明の光学素子が用いられる発光デバイスの発光波長に応じて、ナノ構造体を構成するアイランド部の幅、厚み、間隔、周期等の寸法を調整することもできる。この場合には、効果的に光取出し効率を向上させることができる。
When adjusting the dimensions such as the width, thickness, interval, and period of the islands constituting the nanostructure, the wavelength of the light transmitted through the optical element may be a specific wavelength or a certain wavelength range.
In particular, when adjusting dimensions such as the width, thickness, interval, period, and the like of the island portions constituting the nanostructure, it is preferable to use the wavelength in the visible light region as the wavelength of the light transmitted through the optical element. This is because, generally, wavelengths in the visible light region are used for display devices, illumination devices, light sources, and the like. In addition, dimensions such as the width, thickness, interval, and period of the island portions constituting the nanostructure can be adjusted in accordance with the emission wavelength of the light emitting device in which the optical element of the present invention is used. In this case, the light extraction efficiency can be effectively improved.
ナノ構造体を構成するアイランド部の幅は、光学素子を透過する光の波長に応じて適宜調整される。中でも、アイランド部の幅は、可視光領域の波長に応じて適宜調整されていることが好ましく、具体的には、100nm〜1000nmの範囲内であることが好ましく、より好ましくは200nm〜800nmの範囲内、さらに好ましくは300nm〜700nmの範囲内である。幅が上記範囲内であれば、可視光の光取出し効率を効果的に向上させることができるからである。
なお、ナノ構造体を構成するアイランド部の幅とは、アイランド部の端部から端部までの距離であり、例えばアイランド部の断面形状が矩形の場合には辺の長さ、円形の場合には直径、楕円形の場合には長軸径および短軸径である。具体的には図1に示すようにアイランド部3aの断面形状が矩形の場合、アイランド部3aの幅w1、w2は矩形の辺の長さとなる。この場合、アイランド部の幅w1、w2が異なる、すなわち矩形の辺の長さが異なる場合には、アイランド部のすべての幅が光学素子を透過する光の波長に応じて調整される。
The width of the island portion constituting the nanostructure is appropriately adjusted according to the wavelength of light transmitted through the optical element. Among these, the width of the island portion is preferably adjusted as appropriate according to the wavelength in the visible light region, and specifically, preferably in the range of 100 nm to 1000 nm, more preferably in the range of 200 nm to 800 nm. Of these, more preferably in the range of 300 nm to 700 nm. This is because if the width is within the above range, the light extraction efficiency of visible light can be effectively improved.
The width of the island part constituting the nanostructure is the distance from the end part to the end part of the island part.For example, when the cross-sectional shape of the island part is rectangular, the length of the side is round. In the case of an ellipse, is the major axis diameter and minor axis diameter. Specifically, as shown in FIG. 1, when the cross-sectional shape of the
また、ナノ構造体を構成するアイランド部の厚みは、光学素子を透過する光の波長に応じて適宜調整される。中でも、アイランド部の厚みは、可視光領域の波長に応じて適宜調整されていることが好ましく、具体的には、100nm〜1000nmの範囲内であることが好ましく、より好ましくは200nm〜800nmの範囲内、さらに好ましくは300nm〜700nmの範囲内である。厚みが上記範囲内であれば、可視光の光取出し効率を効果的に向上させることができるからである。
なお、ナノ構造体を構成するアイランド部の厚みとは、アイランド部の底部から頂部までの距離であり、例えば図2および図3においてtで示される厚みである。
Moreover, the thickness of the island part which comprises a nanostructure is suitably adjusted according to the wavelength of the light which permeate | transmits an optical element. Among them, the thickness of the island part is preferably adjusted as appropriate according to the wavelength in the visible light region, specifically, preferably in the range of 100 nm to 1000 nm, more preferably in the range of 200 nm to 800 nm. Of these, more preferably in the range of 300 nm to 700 nm. This is because the light extraction efficiency of visible light can be effectively improved when the thickness is within the above range.
In addition, the thickness of the island part which comprises a nanostructure is the distance from the bottom part of an island part to a top part, for example, is the thickness shown by t in FIG.2 and FIG.3.
ナノ構造体を構成するアイランド部の間隔は、ナノ構造体が回折格子として機能できる間隔であれば特に限定されるものではなく、光学素子を透過する光の波長に応じて適宜調整される。中でも、アイランド部の間隔は、可視光領域の波長に応じて適宜調整されていることが好ましく、具体的には、50nm〜900nmの範囲内であることが好ましく、より好ましくは100nm〜700nmの範囲内、さらに好ましくは300nm〜700nmの範囲内である。間隔が上記範囲内であれば、可視光の光取出し効率を効果的に向上させることができるからである。また、間隔が狭すぎると、ナノ構造体の形成が困難となる場合があるからである。
なお、ナノ構造体を構成するアイランド部の間隔とは、隣接するアイランド部間の距離であり、例えば図1においてdで示される距離である。
The interval between the island portions constituting the nanostructure is not particularly limited as long as the nanostructure can function as a diffraction grating, and is appropriately adjusted according to the wavelength of light transmitted through the optical element. Especially, it is preferable that the space | interval of an island part is suitably adjusted according to the wavelength of visible region, Specifically, it is preferable to exist in the range of 50 nm-900 nm, More preferably, it is the range of 100 nm-700 nm. Of these, more preferably in the range of 300 nm to 700 nm. This is because if the interval is within the above range, the light extraction efficiency of visible light can be effectively improved. Moreover, it is because formation of a nanostructure may become difficult when a space | interval is too narrow.
Note that the interval between the island portions constituting the nanostructure is a distance between adjacent island portions, for example, a distance indicated by d in FIG.
また、ナノ構造体を構成するアイランド部の周期は、ナノ構造体が回折格子として機能できる周期であれば特に限定されるものではなく、光学素子を透過する光の波長に応じて適宜調整される。中でも、アイランド部の周期は、可視光領域の波長に応じて適宜調整されていることが好ましく、具体的には、100nm〜1800nmの範囲内であることが好ましく、より好ましくは200nm〜1400nmの範囲内、さらに好ましくは600nm〜1400nmの範囲内である。周期が上記範囲内であれば、可視光の光取出し効率を効果的に向上させることができるからである。また、周期が短すぎると、ナノ構造体の形成が困難となる場合があるからである。
なお、ナノ構造体を構成するアイランド部の周期とは、隣接するアイランド部の中心部から中心部までの距離であり、例えば図1においてpで示される距離である。
Moreover, the period of the island part which comprises a nanostructure will not be specifically limited if a nanostructure can function as a diffraction grating, It adjusts suitably according to the wavelength of the light which permeate | transmits an optical element. . Especially, it is preferable that the period of an island part is suitably adjusted according to the wavelength of visible light region, Specifically, it is preferable to exist in the range of 100 nm-1800 nm, More preferably, it is the range of 200 nm-1400 nm Of these, more preferably in the range of 600 nm to 1400 nm. This is because the light extraction efficiency of visible light can be effectively improved when the period is within the above range. Moreover, it is because formation of a nanostructure may become difficult when a period is too short.
In addition, the period of the island part which comprises a nanostructure is the distance from the center part of an adjacent island part to a center part, for example, is the distance shown by p in FIG.
ナノ構造体の回折機能は、ナノ構造体を構成する金属の反射率に関係すると思料される。そのため、光取出し効率のさらなる改善のために、ナノ構造体を構成する金属の反射率は、光学素子を透過する光の波長に応じて適宜調整されていることが好ましい。中でも、金属の反射率は、可視光領域の波長に応じて適宜調整されていることが好ましく、具体的には、20%〜100%の範囲内であることが好ましく、より好ましくは50%〜100%の範囲内、さらに好ましくは80%〜100%の範囲内である。金属の反射率が上記範囲内であれば、可視光の光取出し効率を効果的に向上させることができるからである。
なお、反射率は、例えば、JIS−R−3106に示される方法により測定することができる。
The diffraction function of the nanostructure is considered to be related to the reflectance of the metal constituting the nanostructure. Therefore, in order to further improve the light extraction efficiency, it is preferable that the reflectance of the metal constituting the nanostructure is appropriately adjusted according to the wavelength of the light transmitted through the optical element. Especially, it is preferable that the reflectance of a metal is suitably adjusted according to the wavelength of visible region, specifically, it is preferable to exist in the range of 20% -100%, More preferably, it is 50%- It is in the range of 100%, more preferably in the range of 80% to 100%. This is because, if the reflectance of the metal is within the above range, the light extraction efficiency of visible light can be effectively improved.
In addition, a reflectance can be measured by the method shown by JIS-R-3106, for example.
また、ナノ構造体の回折機能は、ナノ構造体を構成する金属の反射率の波長分散にも関係すると思料される。そのため、光取出し効率のさらなる改善のために、ナノ構造体を構成する金属の反射率の波長分散は、光学素子を透過する光の波長に応じて適宜調整されていることが好ましい。中でも、金属の反射率の波長分散は、可視光領域の波長に応じて適宜調整されていることが好ましく、具体的には、可視光領域においてほとんど波長分散がないことが望ましいが、本発明の光学素子が用いられる発光デバイスの発光波長をよく反射するように選択することが好ましい。
なお、反射率の波長分散は、例えば、島津製作所製紫外可視光分光光度計UV−3600を用いることにより測定することができる。
In addition, the diffraction function of the nanostructure is considered to be related to the wavelength dispersion of the reflectance of the metal constituting the nanostructure. Therefore, in order to further improve the light extraction efficiency, it is preferable that the wavelength dispersion of the reflectance of the metal constituting the nanostructure is appropriately adjusted according to the wavelength of light transmitted through the optical element. Among them, the chromatic dispersion of the reflectance of the metal is preferably adjusted as appropriate according to the wavelength in the visible light region. Specifically, it is desirable that there is almost no chromatic dispersion in the visible light region. It is preferable to select so that the emission wavelength of the light emitting device in which the optical element is used is well reflected.
The wavelength dispersion of the reflectance can be measured by using, for example, an ultraviolet-visible light spectrophotometer UV-3600 manufactured by Shimadzu Corporation.
さらに、ナノ構造体の回折機能は、ナノ構造体を構成する金属の種類にも関係すると思料される。そのため、光取出し効率のさらなる改善のために、ナノ構造体を構成する金属の種類は、光学素子を透過する光の波長に応じて適宜調整されていることが好ましい。中でも、金属の種類は、可視光領域の波長、例えば本発明の光学素子が用いられる発光波長に応じて適宜調整されていることが好ましい。 Furthermore, the diffraction function of the nanostructure is considered to be related to the type of metal constituting the nanostructure. Therefore, in order to further improve the light extraction efficiency, it is preferable that the type of metal constituting the nanostructure is appropriately adjusted according to the wavelength of the light transmitted through the optical element. Especially, it is preferable that the kind of metal is suitably adjusted according to the wavelength of visible light region, for example, the light emission wavelength for which the optical element of the present invention is used.
アイランド部の厚み方向に垂直な断面の形状としては、ナノ構造体が回折格子として機能できる形状であれば特に限定されるものではなく、例えば、矩形、円形、楕円形等とすることができる。 The shape of the cross section perpendicular to the thickness direction of the island part is not particularly limited as long as the nanostructure can function as a diffraction grating, and may be, for example, a rectangle, a circle, an ellipse, or the like.
アイランド部の厚み方向に平行な断面の形状としては、ナノ構造体が回折格子として機能できる形状であれば特に限定されるものではなく、例えば、矩形、台形、逆台形等とすることができる。 The shape of the cross section parallel to the thickness direction of the island portion is not particularly limited as long as the nanostructure can function as a diffraction grating, and may be, for example, a rectangle, a trapezoid, an inverted trapezoid, or the like.
また、ナノ構造体では、図4に例示するように、連結部3cによって隣接するアイランド部が連結されていてもよい。ナノ構造体は金属を含有するため電気抵抗が低いので、隣接するアイランド部が連結されている場合には、ナノ構造体が補助電極等として機能することができる。特に、後述するように高屈折率層が透明電極層である場合には、導電性を向上させることが可能である。
連結部の形成位置としては、連結部が隣接するアイランド部を連結していればよく、横方向、縦方向、斜め方向のいずれの方向に隣接するアイランド部を連結していてもよい。
Further, in the nanostructure, as illustrated in FIG. 4, adjacent island portions may be connected by a connecting
The connecting portion may be formed as long as the connecting portions connect the adjacent island portions, and the adjacent island portions may be connected in any of the horizontal direction, the vertical direction, and the oblique direction.
ナノ構造体は透明基板上に形成されていればよく、図2に例示するようにナノ構造体3が透明基板2の凹部に埋め込まれていてもよく、図3に例示するようにナノ構造体3が透明基板2上に積層されていてもよい。中でも、ナノ構造体が透明基板の凹部に埋め込まれていることが好ましい。ナノ構造体の形成が容易となるからである。また、ナノ構造体によって、表面に凹部を有する透明基板の表面を平坦化することができ、ナノ構造体の凹凸による電極間の短絡を抑制することができるからである。
The nanostructure is only required to be formed on the transparent substrate, and the
ナノ構造体の形成方法としては、金属を用いてナノ構造体を構成するアイランド部を所定の幅および厚みで形成可能な方法であれば特に限定されるものではなく、金属の種類やナノ構造体の形成位置等に応じて適宜選択される。例えば、金属ナノ粒子を含有するナノ粒子含有塗工液を塗布する方法、蒸着法等が挙げられる。蒸着法の場合であって、ナノ構造体が透明基板の凹部に埋め込まれている場合には、例えば、透明基板の全面に金属を蒸着した後、透明基板が露出するまで金属膜を研磨等によって除去することで、ナノ構造体を形成することができる。また、ナノ構造体が透明基板上に積層されている場合には、例えば、透明基板の表面に金属を蒸着した後、レジストを塗布し、フォトリソグラフィー法でエッチングマスクを形成した後、エッチングにより不要部分を除去することで、ナノ構造体を形成することができる。 The method of forming the nanostructure is not particularly limited as long as it is a method capable of forming the island part constituting the nanostructure with a predetermined width and thickness using a metal, and the type of the metal and the nanostructure The position is appropriately selected according to the formation position of the film. For example, the method of apply | coating the nanoparticle containing coating liquid containing a metal nanoparticle, a vapor deposition method, etc. are mentioned. In the case of the vapor deposition method, in the case where the nanostructure is embedded in the concave portion of the transparent substrate, for example, after depositing metal on the entire surface of the transparent substrate, polishing the metal film until the transparent substrate is exposed, etc. By removing, a nanostructure can be formed. In addition, when nanostructures are stacked on a transparent substrate, for example, after depositing metal on the surface of the transparent substrate, applying a resist, forming an etching mask by photolithography, and unnecessary by etching A nanostructure can be formed by removing the portion.
2.透明基板
本発明に用いられる透明基板は、ナノ構造体および高屈折率層を支持するものである。
透明基板は光透過性を有しており、本発明の光学素子では高屈折率層側から入射した光が透明基板側から取り出される。
2. Transparent substrate The transparent substrate used in the present invention supports the nanostructure and the high refractive index layer.
The transparent substrate has optical transparency, and in the optical element of the present invention, light incident from the high refractive index layer side is extracted from the transparent substrate side.
透明基板は、図2に例示するように表面にナノ構造体が埋め込まれる凹部を有していてもよく、図3に例示するように表面に上記凹部を有していなくてもよい。 The transparent substrate may have a recess in which the nanostructure is embedded on the surface as illustrated in FIG. 2, or may not have the recess on the surface as illustrated in FIG. 3.
透明基板が表面に上記凹部を有する場合には、図2に例示するように単一の部材であってもよく、図5に例示するように基底部2aと基底部2a上に形成された凹凸構造2bとを有するものであってもよい。透明基板が基底部と凹凸構造を有する場合には、凹凸構造の形成材料等を適宜選択することにより、簡便な方法で凹凸構造を形成することが可能となる。
In the case where the transparent substrate has the concave portion on the surface, it may be a single member as illustrated in FIG. 2, and the unevenness formed on the
透明基板が表面に凹部を有する場合、凹部の幅、深さ、間隔、周期はそれぞれ、上記ナノ構造体を構成するアイランド部の幅、厚み、間隔、周期に対応するものである。凹部の幅、深さ、間隔、周期についてはそれぞれ、ナノ構造体を構成するアイランド部の幅、厚み、間隔、周期と同様とすることができるので、ここでの説明は省略する。 When the transparent substrate has a concave portion on the surface, the width, depth, interval, and period of the concave portion correspond to the width, thickness, interval, and period of the island portion that constitutes the nanostructure. The width, depth, interval, and period of the recesses can be the same as the width, thickness, interval, and period of the island portion that constitutes the nanostructure, and thus description thereof is omitted here.
透明基板の屈折率は、後述の高屈折率層の屈折率よりも低ければよく、具体的には、1.4〜1.6程度とすることができる。 The refractive index of a transparent substrate should just be lower than the refractive index of the below-mentioned high refractive index layer, and can be specifically set to about 1.4-1.6.
また、透明基板が基底部と凹凸構造を有する場合、基底部および凹凸構造の屈折率は同程度であることが好ましく、具体的には、基底部および凹凸構造の屈折率差が0.1以下であることが好ましく、より好ましくは0.05以下、さらに好ましくは0.03以下である。基底部および凹凸構造の屈折率差が大きいと、基底部および凹凸構造の界面で光損失が生じる場合があるからである。 Further, when the transparent substrate has a basal part and a concavo-convex structure, the refractive index of the basal part and the concavo-convex structure is preferably approximately the same. Specifically, the difference in refractive index between the base part and the concavo-convex structure is 0.1 or less. Preferably, it is 0.05 or less, more preferably 0.03 or less. This is because if the difference in refractive index between the base and the concavo-convex structure is large, light loss may occur at the interface between the base and the concavo-convex structure.
透明基板は光透過性を有するものである。透明基板の光透過性としては、可視光領域の波長に対して透過性を有していればよく、具体的には、可視光領域の全波長範囲に対する光透過率が80%以上であることが好ましく、中でも85%以上、特に90%以上であることが好ましい。
なお、光透過率は、例えば島津製作所製紫外可視光分光光度計UV−3600により測定することができる。
The transparent substrate is light transmissive. The light transmittance of the transparent substrate only needs to be transparent to the wavelength in the visible light region. Specifically, the light transmittance for the entire wavelength range in the visible light region is 80% or more. Of these, 85% or more, particularly 90% or more is preferable.
The light transmittance can be measured by, for example, an ultraviolet-visible light spectrophotometer UV-3600 manufactured by Shimadzu Corporation.
透明基板の形成材料としては、例えば、ソーダ石灰ガラス、アルカリガラス、鉛アルカリガラス、ホウケイ酸ガラス、アルミノケイ酸ガラス、シリカガラス等のガラスや、フッ素系樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリフッ化ビニル、ポリスチレン、ABS樹脂、ポリアミド、ポリアセタール、ポリエステル、ポリカーボネート、変性ポリフェニレンエーテル、ポリスルホン、ポリアリレート、ポリエーテルイミド、ポリエーテルサルフォン、ポリアミドイミド、ポリイミド、ポリフェニレンスルフィド、液晶性ポリエステル、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリミクロイキシレンジメチレンテレフタレート、ポリオキシメチレン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアクリレート、アクリロニトリル−スチレン樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン、シリコーン樹脂、非晶質ポリオレフィン、およびこれらの共重合体等の樹脂が挙げられる。 Examples of the material for forming the transparent substrate include soda lime glass, alkali glass, lead alkali glass, borosilicate glass, aluminosilicate glass, silica glass and the like, fluorine resin, polyethylene, polypropylene, polyvinyl chloride, and polyfluoride. Vinyl, polystyrene, ABS resin, polyamide, polyacetal, polyester, polycarbonate, modified polyphenylene ether, polysulfone, polyarylate, polyetherimide, polyethersulfone, polyamideimide, polyimide, polyphenylene sulfide, liquid crystalline polyester, polyethylene terephthalate, polybutylene Terephthalate, polyethylene naphthalate, polymicroixylene dimethylene terephthalate, polyoxymethylene, polyethersulfone, Examples include resins such as ether ether ketone, polyacrylate, acrylonitrile-styrene resin, phenol resin, urea resin, melamine resin, unsaturated polyester resin, epoxy resin, polyurethane, silicone resin, amorphous polyolefin, and copolymers thereof. It is done.
中でも、透明基板が基底部と凹凸構造を有する場合、凹凸構造の形成材料は樹脂であることが好ましい。簡便な方法で凹凸構造を形成することができるからである。 In particular, when the transparent substrate has a base portion and a concavo-convex structure, the material for forming the concavo-convex structure is preferably a resin. This is because the concavo-convex structure can be formed by a simple method.
透明基板が表面に凹部を有する場合、凹部の形成方法としては、所定の幅、厚み、間隔、周期を有する凹部を形成可能な方法であれば特に限定されるものではなく、透明基板の形成材料等に応じて適宜選択される。例えば、エッチング、フォトリソグラフィー等が挙げられる。 When the transparent substrate has a recess on the surface, the method for forming the recess is not particularly limited as long as it is a method capable of forming a recess having a predetermined width, thickness, interval, and period. It is appropriately selected depending on the like. Examples thereof include etching and photolithography.
透明基板の厚みとしては、透明基板の材料および光学素子の用途により適宜選択される。具体的に、透明基板の厚みは0.005mm〜5mm程度である。 The thickness of the transparent substrate is appropriately selected depending on the material of the transparent substrate and the use of the optical element. Specifically, the thickness of the transparent substrate is about 0.005 mm to 5 mm.
3.高屈折率層
本発明における高屈折率層は、透明基板上にナノ構造体を覆うように形成され、透明基板よりも屈折率が高いものである。
3. High Refractive Index Layer The high refractive index layer in the present invention is formed on the transparent substrate so as to cover the nanostructure, and has a higher refractive index than the transparent substrate.
透明基板および高屈折率層の屈折率差としては、高屈折率層の屈折率が透明基板の屈折率よりも高ければよく、具体的には0.05以上であることが好ましく、より好ましくは0.1以上、さらに好ましくは0.2以上である。透明基板および高屈折率層の屈折率差が上記範囲である場合に、本発明の構成とすることにより、透明基板および高屈折率層の界面での光損失を抑制し、光取出し効率を向上させる効果が十分に発揮されるからである。
なお、透明基板が基底部および凹凸構造を有する場合には、透明基板の凹凸構造および高屈折率層の屈折率差が上記範囲であればよい。
As the difference in refractive index between the transparent substrate and the high refractive index layer, it is sufficient that the refractive index of the high refractive index layer is higher than the refractive index of the transparent substrate. Specifically, it is preferably 0.05 or more, more preferably 0.1 or more, more preferably 0.2 or more. When the refractive index difference between the transparent substrate and the high refractive index layer is within the above range, the configuration of the present invention suppresses light loss at the interface between the transparent substrate and the high refractive index layer and improves the light extraction efficiency. It is because the effect to make it show enough.
In addition, when a transparent substrate has a base part and an uneven structure, the uneven structure of a transparent substrate and the refractive index difference of a high refractive index layer should just be the said range.
高屈折率層の屈折率としては、透明基板の屈折率よりも高ければよく、具体的には、1.6〜2.4程度とすることができる。 The refractive index of the high refractive index layer may be higher than the refractive index of the transparent substrate, and specifically can be about 1.6 to 2.4.
また、高屈折率層は光透過性を有するものである。高屈折率層の光透過性としては、可視光領域の波長に対して透過性を有していればよく、具体的には、可視光領域の全波長範囲に対する光透過率が80%以上であることが好ましく、中でも85%以上、特に90%以上であることが好ましい。
なお、光透過率は、例えば島津製作所製紫外可視光分光光度計UV−3600により測定することができる。
The high refractive index layer is light transmissive. The light transmittance of the high refractive index layer only needs to be transparent to the wavelength in the visible light region. Specifically, the light transmittance for the entire wavelength range in the visible light region is 80% or more. It is preferable that it is 85% or more, especially 90% or more.
The light transmittance can be measured by, for example, an ultraviolet-visible light spectrophotometer UV-3600 manufactured by Shimadzu Corporation.
高屈折率層の種類としては、上記屈折率を満たし、光透過性を有するものであれば特に限定されるものではなく、本発明の光学素子の用途等に応じて適宜選択される。例えば、材料で例示すると、高屈折率層には、金属酸化物層、金属窒化物層、金属酸窒化物層、有機ポリマー層等を用いることができる。また、機能で例示すると、高屈折率層には、透明電極層等を用いることができる。中でも、高屈折率層は透明電極層であることが好ましい。透明基板および透明電極層の界面では屈折率の相違により光損失が生じてしまうことが知られているが、本発明の構成とすることにより、光取出し効率を向上させることが可能となるからである。 The type of the high refractive index layer is not particularly limited as long as it satisfies the above refractive index and has optical transparency, and is appropriately selected according to the use of the optical element of the present invention. For example, as a material, a metal oxide layer, a metal nitride layer, a metal oxynitride layer, an organic polymer layer, or the like can be used for the high refractive index layer. Further, when exemplified by function, a transparent electrode layer or the like can be used for the high refractive index layer. Among them, the high refractive index layer is preferably a transparent electrode layer. Although it is known that light loss occurs due to the difference in refractive index at the interface between the transparent substrate and the transparent electrode layer, the light extraction efficiency can be improved by adopting the configuration of the present invention. is there.
高屈折率層の形成材料としては、上記屈折率を満たし、光透過性を有するものであれば特に限定されるものではなく、本発明の光学素子の用途等に応じて適宜選択されるものであり、無機材料および有機材料のいずれも用いることができる。例えば、高屈折率層が透明電極層である場合には、導電性材料が用いられ、具体的には、酸化インジウム錫(ITO)、酸化インジウム亜鉛(IZO)、酸化亜鉛、酸化インジウム等の無機酸化物、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリアセチレン、ポリアルキルチオフェン誘導体、ポリシラン誘導体等の導電性高分子等を挙げることができる。 The material for forming the high refractive index layer is not particularly limited as long as it satisfies the above refractive index and has optical transparency, and may be appropriately selected according to the use of the optical element of the present invention. Yes, both inorganic and organic materials can be used. For example, when the high refractive index layer is a transparent electrode layer, a conductive material is used. Specifically, inorganic materials such as indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO), zinc oxide, and indium oxide are used. Examples thereof include conductive polymers such as oxide, polythiophene, polyaniline, polyacetylene, polyalkylthiophene derivatives, and polysilane derivatives.
高屈折率層の厚みとしては、高屈折率層の種類や材料および光学素子の用途により適宜選択される。例えば、高屈折率層が透明電極層である場合、高屈折率層の厚みは一般的な透明電極の厚みとすることができる。 The thickness of the high refractive index layer is appropriately selected depending on the type and material of the high refractive index layer and the use of the optical element. For example, when the high refractive index layer is a transparent electrode layer, the thickness of the high refractive index layer can be the thickness of a general transparent electrode.
高屈折率層の形成方法としては、高屈折率層の種類や材料等に応じて適宜選択されるものであり、蒸着法等のドライプロセスおよび塗布法や印刷法等のウェットプロセスのいずれも用いることができる。
中でも、高屈折率層が透明電極層である場合であって、図3に例示するようにナノ構造体3が透明基板2上に積層されている場合には、ナノ構造体の凹凸による電極間の短絡を抑制するために、高屈折率層の表面が平坦化されていることが好ましい。特に、本発明の光学素子を、高屈折率層上に薄膜の有機層が形成された発光素子に適用する場合には、ナノ構造体の凹凸による電極間での短絡が生じやすいことから、高屈折率層の表面が平坦化されていることが好ましい。例えば、ドライプロセスの場合には、高屈折率層形成後に研磨等の平坦化処理を行うことにより表面を平坦化することができる。また、ウェットプロセスの場合には、ナノ構造体の大きさにもよるが、レベリング効果により表面が平坦な高屈折率層を得ることができる。
The method for forming the high refractive index layer is appropriately selected according to the type and material of the high refractive index layer, and both dry processes such as vapor deposition and wet processes such as coating and printing are used. be able to.
In particular, when the high refractive index layer is a transparent electrode layer and the
4.用途
本発明の光学素子は、回折格子として機能するものであり、例えば、有機EL素子、発光ダイオード、プラズマディスプレイ、有機薄膜太陽電池や色素増感太陽電池等の太陽電池、液晶表示素子等に用いることができる。中でも、本発明の光学素子は、有機EL素子、発光ダイオード、プラズマディスプレイ等の発光素子に好ましく用いられる。特に、有機EL素子に好適である。
4). Applications The optical element of the present invention functions as a diffraction grating, and is used in, for example, organic EL elements, light-emitting diodes, plasma displays, solar cells such as organic thin-film solar cells and dye-sensitized solar cells, and liquid crystal display elements. be able to. Among these, the optical element of the present invention is preferably used for light-emitting elements such as organic EL elements, light-emitting diodes, and plasma displays. In particular, it is suitable for an organic EL element.
B.発光素子
本発明の発光素子は、上述の光学素子を有することを特徴とするものである。
本発明の発光素子においては、上述の光学素子を有するので、光取出し効率を向上させることが可能である。
以下、本発明の発光素子の各構成について説明する。
B. Light-Emitting Element The light-emitting element of the present invention has the above-described optical element.
Since the light-emitting element of the present invention has the above-described optical element, it is possible to improve the light extraction efficiency.
Hereinafter, each structure of the light emitting element of the present invention will be described.
1.光学素子
本発明の発光素子に用いられる光学素子の高屈折率層は透明電極層であることが好ましい。発光素子においては、透明基板および透明電極層の界面で屈折率の相違による光損失が生じることが知られているが、本発明の構成とすることにより、光取出し効率を向上させることが可能である。
1. Optical Element The high refractive index layer of the optical element used in the light emitting element of the present invention is preferably a transparent electrode layer. In light-emitting elements, it is known that light loss occurs due to the difference in refractive index at the interface between the transparent substrate and the transparent electrode layer. However, by adopting the configuration of the present invention, it is possible to improve the light extraction efficiency. is there.
また、光学素子において、ナノ構造体を構成するアイランド部の幅および厚みは、光学素子を透過する光の波長、すなわち発光素子の発光波長に応じて調整されている。さらには、ナノ構造体を構成するアイランド部の間隔、周期、ナノ構造体を構成する金属の反射率、反射率の波長分散、種類は、光学素子を透過する光の波長、すなわち発光素子の発光波長に応じて調整されていることが好ましい。発光素子が単色の発光層を有する場合には、その発光層の発光波長に応じてナノ構造体を構成するアイランド部の幅および厚み等が調整される。また、発光素子において複数色の発光層が配列されている場合には、各発光層の発光波長に応じてナノ構造体を構成するアイランド部の幅および厚み等が調整される。この場合、各発光層の発光波長を含む波長範囲に応じてナノ構造体を構成するアイランド部の幅および厚み等が調整され、ナノ構造体全体でアイランド部の幅および厚み等が同一であってもよく、各発光層の発光波長に応じてナノ構造体を構成するアイランド部の幅および厚み等が調整され、各発光層に応じてナノ構造体を構成するアイランド部の幅、厚み、間隔、周期等のいずれかが異なっていてもよい。 In the optical element, the width and thickness of the island portion constituting the nanostructure are adjusted in accordance with the wavelength of the light transmitted through the optical element, that is, the emission wavelength of the light emitting element. Furthermore, the distance between the island parts constituting the nanostructure, the period, the reflectance of the metal constituting the nanostructure, the wavelength dispersion of the reflectance, and the type are the wavelengths of light transmitted through the optical element, that is, the light emission of the light emitting element It is preferable to adjust according to the wavelength. In the case where the light emitting element has a monochromatic light emitting layer, the width, thickness, and the like of the island portion constituting the nanostructure are adjusted in accordance with the light emission wavelength of the light emitting layer. In addition, when a plurality of light emitting layers are arranged in the light emitting element, the width, thickness, and the like of the island portion constituting the nanostructure are adjusted according to the light emission wavelength of each light emitting layer. In this case, the width and thickness of the island portion constituting the nanostructure are adjusted according to the wavelength range including the emission wavelength of each light emitting layer, and the width and thickness of the island portion are the same throughout the nanostructure. The width, thickness, etc. of the island part constituting the nanostructure is adjusted according to the emission wavelength of each light emitting layer, and the width, thickness, interval, etc. of the island part constituting the nanostructure according to each light emitting layer, Any of the periods or the like may be different.
なお、光学素子については、上記「A.光学素子」の項に詳しく記載したので、ここでの説明は省略する。 The optical element has been described in detail in the above section “A. Optical element”, and a description thereof will be omitted here.
2.発光素子
本発明の発光素子としては、例えば、有機EL素子、発光ダイオード、プラズマディスプレイ等が挙げられる。
本発明の発光素子の構成としては、発光素子の種類に応じて適宜選択されるものであり、一般的な構成とすることができる。
2. Light emitting element As a light emitting element of this invention, an organic EL element, a light emitting diode, a plasma display etc. are mentioned, for example.
The configuration of the light-emitting element of the present invention is appropriately selected according to the type of the light-emitting element, and can be a general configuration.
C.有機EL素子
本発明の有機EL素子は、上述の光学素子と、上記光学素子の透明電極層上に形成され、発光層を含む有機EL層と、上記有機EL層上に形成された対向電極層とを有することを特徴とするものである。
C. Organic EL Element The organic EL element of the present invention is formed on the above-described optical element, the transparent electrode layer of the optical element, an organic EL layer including a light emitting layer, and a counter electrode layer formed on the organic EL layer. It is characterized by having.
図6は、本発明の有機EL素子の一例を示す概略断面図である。
図6に例示する有機EL素子10は、光学素子1と、光学素子1の透明電極層11上に形成され、少なくとも発光層を含む有機EL層12と、有機EL層12上に形成された対向電極層13とを有している。光学素子1は、表面にアイランド状の凹部を有する透明基板2と、透明基板2の凹部に埋め込まれ、金属を含有するアイランド状のナノ構造体3と、凹部にナノ構造体3が埋め込まれた透明基板2上に形成され、透明基板2よりも屈折率が高い高屈折率層4とを有している。この高屈折率層4は透明電極層11である。ナノ構造体3は、ナノメートルオーダーの幅および厚みを有するアイランド部3aが規則的に配列されたものであり、回折格子として機能するものである。このナノ構造体3を構成するアイランド部3aの幅および厚みは、有機EL層12を構成する発光層からの発光Lの波長に応じて調整されている。
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing an example of the organic EL element of the present invention.
An organic EL element 10 illustrated in FIG. 6 is formed on the
本発明の有機EL素子においては、上述の光学素子を有するので、光取出し効率を向上させることが可能である。
以下、本発明の有機EL素子の各構成について説明する。
Since the organic EL element of the present invention has the optical element described above, it is possible to improve the light extraction efficiency.
Hereinafter, each structure of the organic EL element of this invention is demonstrated.
1.光学素子
本発明の有機EL素子に用いられる光学素子において、高屈折率層は透明電極層である。すなわち、光学素子は有機EL素子用基板として用いられる。
なお、光学素子については、上記「A.光学素子」および「B.発光素子 1.光学素子」の項に詳しく記載したので、ここでの説明は省略する。
1. Optical Element In the optical element used for the organic EL element of the present invention, the high refractive index layer is a transparent electrode layer. That is, the optical element is used as a substrate for an organic EL element.
The optical elements are described in detail in the above-mentioned sections “A. Optical elements” and “B.
2.有機EL層
本発明における有機EL層は、光学素子の透明電極層上に形成され、少なくとも発光層を含むものである。
有機EL層を構成する層としては、発光層の他に、正孔注入層、正孔輸送層、電子注入層、電子輸送層等が挙げられる。
以下、有機EL層における各構成について説明する。
2. Organic EL Layer The organic EL layer in the present invention is formed on the transparent electrode layer of the optical element and includes at least a light emitting layer.
Examples of the layer constituting the organic EL layer include a hole injection layer, a hole transport layer, an electron injection layer, and an electron transport layer in addition to the light emitting layer.
Hereinafter, each structure in the organic EL layer will be described.
(1)発光層
本発明に用いられる発光層は、単色の発光層であってもよく、複数色の発光層であってもよく、本発明の有機EL素子の用途に応じて適宜選択される。単色の発光層である場合には、光学素子におけるナノ構造体を構成するアイランド部の幅および厚み等の調整が容易となる。
(1) Light-Emitting Layer The light-emitting layer used in the present invention may be a monochromatic light-emitting layer or a multi-colored light-emitting layer, and is appropriately selected according to the use of the organic EL device of the present invention. . In the case of a monochromatic light-emitting layer, it is easy to adjust the width, thickness, and the like of the island portion constituting the nanostructure in the optical element.
発光層に用いられる発光材料としては、蛍光もしくは燐光を発するものであればよく、例えば、色素系材料、金属錯体系材料、高分子系材料等を挙げることができる。 The light emitting material used for the light emitting layer may be any material that emits fluorescence or phosphorescence, and examples thereof include dye materials, metal complex materials, and polymer materials.
色素系材料としては、例えば、シクロペンタジエン誘導体、テトラフェニルブタジエン誘導体、トリフェニルアミン誘導体、オキサジアゾール誘導体、ピラゾロキノリン誘導体、ジスチリルベンゼン誘導体、ジスチリルアリーレン誘導体、シロール誘導体、チオフェン環化合物、ピリジン環化合物、ペリノン誘導体、ペリレン誘導体、オリゴチオフェン誘導体、クマリン誘導体、オキサジアゾールダイマー、ピラゾリンダイマー等を挙げることができる。 Examples of dye-based materials include cyclopentadiene derivatives, tetraphenylbutadiene derivatives, triphenylamine derivatives, oxadiazole derivatives, pyrazoloquinoline derivatives, distyrylbenzene derivatives, distyrylarylene derivatives, silole derivatives, thiophene ring compounds, pyridine Examples thereof include a ring compound, a perinone derivative, a perylene derivative, an oligothiophene derivative, a coumarin derivative, an oxadiazole dimer, and a pyrazoline dimer.
金属錯体系材料としては、例えば、アルミキノリノール錯体、ベンゾキノリノールベリリウム錯体、ベンゾオキサゾール亜鉛錯体、ベンゾチアゾール亜鉛錯体、アゾメチル亜鉛錯体、ポルフィリン亜鉛錯体、ユーロピウム錯体、あるいは、中心金属にAl、Zn、Be等またはTb、Eu、Dy等の希土類金属を有し、配位子にオキサジアゾール、チアジアゾール、フェニルピリジン、フェニルベンゾイミダゾール、キノリン構造等を有する金属錯体を挙げることができる。具体的には、トリス(8−キノリノラト)アルミニウム錯体(Alq3)を用いることができる。 Examples of the metal complex material include an aluminum quinolinol complex, a benzoquinolinol beryllium complex, a benzoxazole zinc complex, a benzothiazole zinc complex, an azomethyl zinc complex, a porphyrin zinc complex, a europium complex, or a central metal such as Al, Zn, Be, etc. Alternatively, a metal complex having a rare earth metal such as Tb, Eu, or Dy and having a oxadiazole, thiadiazole, phenylpyridine, phenylbenzimidazole, quinoline structure, or the like as a ligand can be given. Specifically, tris (8-quinolinolato) aluminum complex (Alq3) can be used.
高分子系材料としては、例えば、ポリパラフェニレンビニレン誘導体、ポリチオフェン誘導体、ポリパラフェニレン誘導体、ポリシラン誘導体、ポリアセチレン誘導体、ポリビニルカルバゾール、ポリフルオレノン誘導体、ポリフルオレン誘導体、ポリキノキサリン誘導体、ポリジアルキルフルオレン誘導体、およびそれらの共重合体等を挙げることができる。また、高分子系材料として、上記の色素系材料および金属錯体系材料を高分子化したものも用いることができる。 Examples of the polymer material include polyparaphenylene vinylene derivatives, polythiophene derivatives, polyparaphenylene derivatives, polysilane derivatives, polyacetylene derivatives, polyvinylcarbazole, polyfluorenone derivatives, polyfluorene derivatives, polyquinoxaline derivatives, polydialkylfluorene derivatives, and Examples thereof include copolymers thereof. Moreover, what polymerized said pigment-type material and metal complex-type material as a polymeric material can also be used.
また、燐光材料としては、例えば、イリジウム錯体、プラチナ錯体、あるいは、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt、Au等のスピン軌道相互作用が大きい重金属を中心金属とする金属錯体等を用いることができる。具体的には、フェニルピリジンやチエニルピリジンなどを配位子とするイリジウム錯体、プラチナポルフィリン誘導体等が挙げられる。 As the phosphorescent material, for example, an iridium complex, a platinum complex, or a metal complex having a heavy metal having a large spin-orbit interaction such as Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, or Au as a central metal is used. Can do. Specific examples include iridium complexes having platinum pyridine, thienyl pyridine and the like as ligands, platinum porphyrin derivatives, and the like.
これらの発光材料は、単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。 These luminescent materials may be used alone or in combination of two or more.
また、発光材料には、発光効率の向上、発光波長を変化させる等の目的で、蛍光もしくは燐光を発するドーパントを添加してもよい。このようなドーパントとしては、例えば、ペリレン誘導体、クマリン誘導体、ルブレン誘導体、キナクリドン誘導体、スクアリウム誘導体、ポルフィリン誘導体、スチリル系色素、テトラセン誘導体、ピラゾリン誘導体、デカシクレン、フェノキサゾン、キノキサリン誘導体、カルバゾール誘導体、フルオレン誘導体を挙げることができる。 Further, a dopant that emits fluorescence or phosphorescence may be added to the light emitting material for the purpose of improving the light emission efficiency and changing the light emission wavelength. Examples of such dopants include perylene derivatives, coumarin derivatives, rubrene derivatives, quinacridone derivatives, squalium derivatives, porphyrin derivatives, styryl dyes, tetracene derivatives, pyrazoline derivatives, decacyclene, phenoxazone, quinoxaline derivatives, carbazole derivatives, and fluorene derivatives. Can be mentioned.
発光層の厚みとしては、電子および正孔の再結合の場を提供して発光する機能を発現することができる厚みであれば特に限定されるものではなく、例えば10nm〜500nm程度とすることができる。 The thickness of the light emitting layer is not particularly limited as long as it can provide a function of emitting light by providing a recombination field of electrons and holes, and may be, for example, about 10 nm to 500 nm. it can.
発光層の形成方法としては、上述の発光材料等を溶媒に溶解もしくは分散させた発光層形成用塗工液を塗布するウェットプロセスであってもよく、真空蒸着法等のドライプロセスであってもよい。中でも、効率およびコストの面から、ウェットプロセスが好ましい。 The method for forming the light emitting layer may be a wet process in which a light emitting layer forming coating solution in which the above light emitting material or the like is dissolved or dispersed in a solvent may be applied, or may be a dry process such as a vacuum deposition method. Good. Among these, a wet process is preferable from the viewpoint of efficiency and cost.
発光層形成用塗工液の塗布方法としては、例えば、インクジェット法、スピンコート法、キャスティング法、ディッピング法、バーコート法、ブレードコート法、ロールコート法、スプレーコート法、グラビア印刷法、スクリーン印刷法、フレキソ印刷法、オフセット印刷法等を挙げることができる。 Examples of the application method of the light emitting layer forming coating liquid include an inkjet method, a spin coating method, a casting method, a dipping method, a bar coating method, a blade coating method, a roll coating method, a spray coating method, a gravure printing method, and screen printing. Method, flexographic printing method, offset printing method and the like.
(2)正孔注入輸送層
本発明においては、発光層と陽極との間に正孔注入輸送層が形成されていてもよい。
正孔注入輸送層は、正孔注入機能を有する正孔注入層であってもよく、正孔輸送機能を有する正孔輸送層であってもよく、正孔注入層および正孔輸送層が積層されたものであってもよく、正孔注入機能および正孔輸送機能の両機能を有するものであってもよい。
(2) Hole Injecting and Transporting Layer In the present invention, a hole injecting and transporting layer may be formed between the light emitting layer and the anode.
The hole injection transport layer may be a hole injection layer having a hole injection function, or a hole transport layer having a hole transport function, and the hole injection layer and the hole transport layer are laminated. And may have both a hole injection function and a hole transport function.
正孔注入輸送層に用いられる材料としては、発光層への正孔の注入、輸送を安定化させることができる材料であれば特に限定されるものではなく、上記発光層の発光材料に例示した化合物の他、フェニルアミン系、スターバースト型アミン系、フタロシアニン系、酸化バナジウム、酸化モリブデン、酸化ルテニウム、酸化アルミニウム、酸化チタン等の酸化物、アモルファスカーボン、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリフェニレンビニレンおよびそれらの誘導体等の導電性高分子等を用いることができる。具体的には、ビス(N−(1−ナフチル)−N−フェニル)ベンジジン(α−NPD)、4,4,4−トリス(3−メチルフェニルフェニルアミノ)トリフェニルアミン(MTDATA)、ポリ3,4エチレンジオキシチオフェン−ポリスチレンスルホン酸(PEDOT−PSS)、ポリビニルカルバゾール等が挙げられる。 The material used for the hole injecting and transporting layer is not particularly limited as long as it is a material that can stabilize injection and transportation of holes to the light emitting layer, and is exemplified in the light emitting material of the light emitting layer. In addition to compounds, phenylamine, starburst amine, phthalocyanine, vanadium oxide, molybdenum oxide, ruthenium oxide, aluminum oxide, titanium oxide and other oxides, amorphous carbon, polyaniline, polythiophene, polyphenylene vinylene and their derivatives The conductive polymer can be used. Specifically, bis (N- (1-naphthyl) -N-phenyl) benzidine (α-NPD), 4,4,4-tris (3-methylphenylphenylamino) triphenylamine (MTDATA), poly-3 , 4 ethylenedioxythiophene-polystyrene sulfonic acid (PEDOT-PSS), polyvinylcarbazole and the like.
正孔注入輸送層の厚みとしては、正孔注入機能や正孔輸送機能が十分に発揮される厚みであれば特に限定されないが、具体的には0.5nm〜1000nmの範囲内、中でも10nm〜500nmの範囲内であることが好ましい。 The thickness of the hole injecting and transporting layer is not particularly limited as long as the hole injecting function and the hole transporting function are sufficiently exhibited. Specifically, the thickness is in the range of 0.5 nm to 1000 nm, particularly 10 nm to It is preferable to be in the range of 500 nm.
正孔注入輸送層の形成方法としては、上述の材料等を溶媒に溶解もしくは分散させた正孔注入輸送層形成用塗工液を塗布するウェットプロセスであってもよく、真空蒸着法等のドライプロセスであってもよく、材料の種類等に応じて適宜選択される。 The formation method of the hole injection transport layer may be a wet process in which a coating liquid for forming a hole injection transport layer in which the above-described materials or the like are dissolved or dispersed in a solvent may be applied. It may be a process and is appropriately selected according to the type of material.
(3)電子注入輸送層
本発明においては、発光層と陰極との間に電子注入輸送層が形成されていてもよい。
電子注入輸送層は、電子注入機能を有する電子注入層であってもよく、電子輸送機能を有する電子輸送層であってもよく、電子注入層および電子輸送層が積層されたものであってもよく、電子注入機能および電子輸送機能の両機能を有するものであってもよい。
(3) Electron Injecting and Transporting Layer In the present invention, an electron injecting and transporting layer may be formed between the light emitting layer and the cathode.
The electron injection / transport layer may be an electron injection layer having an electron injection function, may be an electron transport layer having an electron transport function, or may be a laminate of an electron injection layer and an electron transport layer. It may have both an electron injection function and an electron transport function.
電子注入層に用いられる材料としては、発光層への電子の注入を安定化させることができる材料であれば特に限定されるものではなく、上記発光層の発光材料に例示した化合物の他、アルミリチウム合金、ストロンチウム、カルシウム、リチウム、セシウム、フッ化リチウム、フッ化マグネシウム、フッ化ストロンチウム、フッ化カルシウム、フッ化バリウム、フッ化セシウム、酸化マグネシウム、酸化ストロンチウム、ポリスチレンスルホン酸ナトリウム等のアルカリ金属およびアルカリ土類金属の金属、合金、化合物、有機錯体等を用いることができる。 The material used for the electron injection layer is not particularly limited as long as it can stabilize the injection of electrons into the light emitting layer. In addition to the compounds exemplified as the light emitting material for the light emitting layer, aluminum may be used. Alkali metals such as lithium alloys, strontium, calcium, lithium, cesium, lithium fluoride, magnesium fluoride, strontium fluoride, calcium fluoride, barium fluoride, cesium fluoride, magnesium oxide, strontium oxide, sodium polystyrene sulfonate, and Alkaline earth metal metals, alloys, compounds, organic complexes, and the like can be used.
また、電子輸送性の有機材料にアルカリ金属またはアルカリ土類金属をドープした金属ドープ層を形成し、これを電子注入層とすることもできる。電子輸送性の有機材料としては、例えば、バソキュプロイン、バソフェナントロリン、フェナントロリン誘導体等を挙げることができ、ドープする金属としては、Li、Cs、Ba、Sr等が挙げられる。 Alternatively, a metal doped layer in which an alkali metal or an alkaline earth metal is doped on an electron transporting organic material may be formed and used as an electron injection layer. Examples of the electron-transporting organic material include bathocuproine, bathophenanthroline, and phenanthroline derivatives. Examples of the metal to be doped include Li, Cs, Ba, and Sr.
電子輸送層に用いられる材料としては、陰極から注入された電子を発光層へ輸送することが可能な材料であれば特に限定されるものではなく、例えば、バソキュプロイン、バソフェナントロリン、フェナントロリン誘導体、トリアゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、トリス(8−キノリノラト)アルミニウム錯体(Alq3)の誘導体等を挙げることができる。 The material used for the electron transport layer is not particularly limited as long as it can transport electrons injected from the cathode to the light emitting layer. For example, bathocuproin, bathophenanthroline, phenanthroline derivative, triazole derivative Oxadiazole derivatives, tris (8-quinolinolato) aluminum complex (Alq3) derivatives, and the like.
電子注入輸送層の厚みとしては、電子注入機能や電子輸送機能が十分に発揮される厚みであれば特に限定されない。 The thickness of the electron injection / transport layer is not particularly limited as long as the electron injection function and the electron transport function are sufficiently exhibited.
電子注入輸送層の形成方法としては、上述の材料等を溶媒に溶解もしくは分散させた電子注入輸送層形成用塗工液を塗布するウェットプロセスであってもよく、真空蒸着法等のドライプロセスであってもよく、材料の種類等に応じて適宜選択される。 The method for forming the electron injecting and transporting layer may be a wet process in which a coating liquid for forming an electron injecting and transporting layer in which the above-described materials or the like are dissolved or dispersed in a solvent may be applied, or by a dry process such as a vacuum evaporation method. There may be, and it chooses suitably according to the kind etc. of material.
3.対向電極層
本発明における対向電極層は、有機EL層上に形成されるものである。
3. Counter electrode layer The counter electrode layer in the present invention is formed on the organic EL layer.
対向電極層は、光透過性を有していてもよく有さなくてもよいが、本発明においては透明電極層側から光を取り出すため、通常は光透過性を有さないものとされる。 The counter electrode layer may or may not have light transparency. However, in the present invention, light is extracted from the transparent electrode layer side, and therefore it is normally assumed not to have light transparency. .
対向電極層は陽極および陰極のいずれであってもよい。 The counter electrode layer may be either an anode or a cathode.
陽極は、抵抗が小さいことが好ましく、一般的には導電性材料である金属材料が用いられるが、有機化合物または無機化合物を用いてもよい。
陽極には、正孔が注入しやすいように仕事関数の大きい導電性材料を用いることが好ましい。例えば、Au、Ta、W、Pt、Ni、Pd、Cr、Cu、Mo、アルカリ金属、アルカリ土類金属等の金属;これらの金属の酸化物;AlLi、AlCa、AlMg等のAl合金、MgAg等のMg合金、Ni合金、Cr合金、アルカリ金属の合金、アルカリ土類金属の合金等の合金;酸化インジウム錫(ITO)、酸化インジウム亜鉛(IZO)、酸化亜鉛、酸化インジウム等の無機酸化物;金属ドープされたポリチオフェン、ポリアニリン、ポリアセチレン、ポリアルキルチオフェン誘導体、ポリシラン誘導体等の導電性高分子;α−Si、α−SiC;等が挙げられる。これらの導電性材料は、単独で用いても、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。2種類以上を用いる場合には、各材料からなる層を積層してもよい。
The anode preferably has a low resistance, and a metal material that is a conductive material is generally used, but an organic compound or an inorganic compound may be used.
For the anode, a conductive material having a large work function is preferably used so that holes can be easily injected. For example, metals such as Au, Ta, W, Pt, Ni, Pd, Cr, Cu, Mo, alkali metals, alkaline earth metals; oxides of these metals; Al alloys such as AlLi, AlCa, AlMg, MgAg, etc. Mg alloys, Ni alloys, Cr alloys, alkali metal alloys, alkaline earth metal alloys, etc .; inorganic oxides such as indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO), zinc oxide, indium oxide; Examples thereof include conductive polymers such as metal-doped polythiophene, polyaniline, polyacetylene, polyalkylthiophene derivatives, and polysilane derivatives; α-Si, α-SiC; and the like. These conductive materials may be used alone or in combination of two or more. When two or more types are used, layers made of each material may be stacked.
陰極は、抵抗が小さいことが好ましく、一般的には導電性材料である金属材料が用いられるが、有機化合物または無機化合物を用いてもよい。
陰極には、電子が注入しやすいように仕事関数の小さい導電性材料を用いることが好ましい。例えば、MgAg等のマグネシウム合金、AlLi、AlCa、AlMg等のアルミニウム合金、Li、Cs、Ba、Sr、Ca等のアルカリ金属類およびアルカリ土類金属類の合金等が挙げられる。
The cathode preferably has a low resistance, and a metal material that is a conductive material is generally used, but an organic compound or an inorganic compound may be used.
For the cathode, it is preferable to use a conductive material having a low work function so that electrons can be easily injected. Examples thereof include magnesium alloys such as MgAg, aluminum alloys such as AlLi, AlCa, and AlMg, and alloys of alkali metals and alkaline earth metals such as Li, Cs, Ba, Sr, and Ca.
対向電極層の形成方法としては、一般的な電極の形成方法を用いることができ、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法、EB蒸着法、イオンプレーティング法等のPVD法、またはCVD法等を挙げることができる。 As a method for forming the counter electrode layer, a general electrode forming method can be used. For example, a vacuum deposition method, a sputtering method, an EB deposition method, a PVD method such as an ion plating method, a CVD method, or the like can be given. be able to.
4.用途
本発明の有機EL素子は、表示装置、照明装置、光源等として用いることができる。中でも、照明装置が好適である。有機EL素子を用いた照明装置は、一定の面積で発光させるものであり、光の取出し効率を向上させることが可能な本発明の有機EL素子は好ましく用いられる。
4). Use The organic EL element of this invention can be used as a display apparatus, an illuminating device, a light source, etc. Among these, a lighting device is preferable. An illumination device using an organic EL element emits light in a certain area, and the organic EL element of the present invention capable of improving the light extraction efficiency is preferably used.
本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。 The present invention is not limited to the above embodiment. The above-described embodiment is an exemplification, and the present invention has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention, and any device that exhibits the same function and effect is the present invention. It is included in the technical scope of the invention.
以下、本発明について実施例および比較例を用いて具体的に説明する。 Hereinafter, the present invention will be specifically described using examples and comparative examples.
[実施例1]
1.光学素子の作製
まず、厚み6.35mmの合成石英基板上に、厚み0.11μmのCr層が形成されたものを準備した。次に、Cr層上にフォトレジスト層を形成し、所定のパターン露光および現像を経てレジストパターンを形成した。次いで、レジストパターンを利用してCr層のエッチング、続いて石英基板のドライエッチングを行い、レジストパターンを溶解除去して、幅500nm、深さ300nmの四角柱状の凹部がピッチ1000nmで配置された凹部に対応する凸部を形成した。その後、酸でエッチングして、Cr層を除去し、さらにフッ酸処理して成型用型を製造した。
[Example 1]
1. Production of Optical Element First, a structure in which a Cr layer having a thickness of 0.11 μm was formed on a synthetic quartz substrate having a thickness of 6.35 mm was prepared. Next, a photoresist layer was formed on the Cr layer, and a resist pattern was formed through predetermined pattern exposure and development. Next, a Cr layer is etched using the resist pattern, followed by dry etching of the quartz substrate, and the resist pattern is dissolved and removed. A concave portion in which square columnar concave portions having a width of 500 nm and a depth of 300 nm are arranged at a pitch of 1000 nm. The convex part corresponding to was formed. Thereafter, etching was performed with an acid to remove the Cr layer, and further a hydrofluoric acid treatment was performed to produce a mold for molding.
次に、ガラス基板(屈折率:約1.5)上に下記組成の成型用樹脂組成物(屈折率:約1.5)を滴下し、アンカー処理を施した厚み0.7mmの無アルカリガラス(屈折率:約1.5)を、その処理面側が成型用型側となるようにして重ね合せた。次いで、成型用型側より高圧水銀灯を用いて、波長365nm、照射量170mJ/cm2の条件で紫外線照射して、基板および成型用型の間の成型用樹脂組成物を硬化させた。その後、成型用型を剥離して、幅500nm、深さ300nmの四角柱状の凹部がピッチ1000nmで配置された回折格子パターンを形成して、図5に例示するような基底部および凹凸構造を有する透明基板を得た。 Next, a molding resin composition (refractive index: about 1.5) having the following composition is dropped on a glass substrate (refractive index: about 1.5), and an alkali-free glass having a thickness of 0.7 mm is subjected to anchor treatment. (Refractive index: about 1.5) was superposed such that the treated surface side was the mold side. Next, the molding resin composition between the substrate and the molding die was cured by irradiating with ultraviolet rays from the molding die side using a high pressure mercury lamp under the conditions of a wavelength of 365 nm and an irradiation amount of 170 mJ / cm 2 . Thereafter, the molding die is peeled to form a diffraction grating pattern in which square columnar concave portions having a width of 500 nm and a depth of 300 nm are arranged at a pitch of 1000 nm, and have a base portion and an uneven structure as illustrated in FIG. A transparent substrate was obtained.
<成型用樹脂組成物>
・ウレタンアクリレート(日本合成化学工業(株)製、ゴーセラックUV−7500B):35重量部
・1,6−ヘキサンジオールアクリレート(日本触媒(株)製):35重量部
・ペンタエリスリトールトリアクリレート(東亞合成(株)製):10重量部
・ビニルピロリドン(日本触媒(株)製):15重量部
・1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン(チバ・スペシャルティ・ケミカルズ(株)製、イルガキュア184):2重量部
・ベンゾフェノン(ナカライテスク(株)製):2重量部
・アルコール変性シリコーンオイル(GE東芝シリコーン(株)製、TSF4570):1重量部
<Resin composition for molding>
・ Urethane acrylate (manufactured by Nippon Synthetic Chemical Industry Co., Ltd., GOSELAC UV-7500B): 35 parts by weight ・ 1,6-hexanediol acrylate (manufactured by Nippon Shokubai Co., Ltd.): 35 parts by weight ・ Pentaerythritol triacrylate (Toagosei Co., Ltd.) (Manufactured by Co., Ltd.): 10 parts by weight • vinylpyrrolidone (manufactured by Nippon Shokubai Co., Ltd.): 15 parts by weight • 1-hydroxycyclohexyl phenyl ketone (manufactured by Ciba Specialty Chemicals Co., Ltd., Irgacure 184): 2 parts by weight Benzophenone (manufactured by Nacalai Tesque): 2 parts by weight Alcohol-modified silicone oil (GE Toshiba Silicone, TSF4570): 1 part by weight
次に、透明基板上に、Agナノ粒子含有塗工液をブレードコート法で塗布し、回折格子パターンの凹部に埋め込み、幅500nm、厚み300nm、周期1000nmのナノ構造体を形成した。なお、ナノ構造体の幅、厚み、周期は、後述の有機EL素子の発光波長に応じて、FDTD法を用いたシミュレーションにより決定した。 Next, an Ag nanoparticle-containing coating solution was applied onto the transparent substrate by a blade coating method and embedded in the concave portions of the diffraction grating pattern to form nanostructures having a width of 500 nm, a thickness of 300 nm, and a period of 1000 nm. In addition, the width | variety, thickness, and period of a nanostructure were determined by the simulation using the FDTD method according to the light emission wavelength of the below-mentioned organic EL element.
2.有機EL素子の作製
光学素子上に、ITOの薄膜(屈折率:約1.7)をスパッタリング法により形成して、厚み:200nmの陽極を形成した。その後、1×10−4Paの真空中にて、陽極上にビス(N−(1−ナフチル)−N−フェニル)ベンジジン(α−NPD)を抵抗加熱蒸着法にて成膜し、厚み:150nmの正孔注入輸送層を形成した。続けて、1×10−4Paの真空中にて、正孔注入輸送層上にトリス(8−キノリノラト)アルミニウム錯体(Alq3)を抵抗加熱蒸着法にて成膜し、厚み:60nmの発光層兼電子輸送層を形成した。続けて、1×10−4Paの真空中にて、発光層兼電子輸送層上にLiFを抵抗加熱蒸着法で成膜し、厚み:2nmの電子注入層を形成した。続けて、1×10−4Paの真空中にて、電子注入層上にAlを抵抗加熱蒸着法で成膜し、厚み:300nmの陰極を形成した。
2. Production of Organic EL Element An ITO thin film (refractive index: about 1.7) was formed on the optical element by a sputtering method to form an anode having a thickness of 200 nm. Thereafter, in a vacuum of 1 × 10 −4 Pa, bis (N- (1-naphthyl) -N-phenyl) benzidine (α-NPD) was formed on the anode by resistance heating vapor deposition, and the thickness: A 150 nm hole injection transport layer was formed. Subsequently, in a vacuum of 1 × 10 −4 Pa, a film of tris (8-quinolinolato) aluminum complex (Alq3) was formed on the hole injecting and transporting layer by a resistance heating vapor deposition method, and a light emitting layer having a thickness of 60 nm A cum / electron transport layer was formed. Subsequently, in a vacuum of 1 × 10 −4 Pa, LiF was deposited on the light emitting layer / electron transport layer by resistance heating vapor deposition to form an electron injection layer having a thickness of 2 nm. Subsequently, in a vacuum of 1 × 10 −4 Pa, Al was formed on the electron injection layer by resistance heating vapor deposition to form a cathode having a thickness of 300 nm.
陰極まで形成した基板を、酸素濃度:1.0ppm以下の低酸素および水蒸気濃度:0.1ppm以下の低湿度の状態のグローブボックス中にて、無アルカリガラスと貼り合わせて封止し、有機EL素子を得た。
この有機EL素子の極大発光波長は、520nmであった。
The substrate formed up to the cathode is sealed with an alkali-free glass in a glove box having a low oxygen concentration of 1.0 ppm or less and a low humidity of water vapor concentration of 0.1 ppm or less. An element was obtained.
The maximum light emission wavelength of this organic EL element was 520 nm.
[比較例1]
光学素子の替わりに、ガラス基板を用いたこと以外は、実施例1と同様にして有機EL素子を作製した。
[Comparative Example 1]
An organic EL element was produced in the same manner as in Example 1 except that a glass substrate was used instead of the optical element.
[比較例2]
Agナノ粒子含有塗工液に替えて、中空シリカ体(屈折率:1.35)含有塗工液を用いたこと以外は、実施例1と同様にして有機EL素子を作製した。
ナノ構造体は、透明基板上に中空シリカ体含有塗工液をスピンコート法で塗布し、回折格子パターンの凹部に埋め込むことで形成した。
[Comparative Example 2]
An organic EL device was produced in the same manner as in Example 1 except that a hollow silica body (refractive index: 1.35) -containing coating solution was used instead of the Ag nanoparticle-containing coating solution.
The nanostructure was formed by applying a hollow silica body-containing coating solution on a transparent substrate by a spin coating method and embedding it in the concave portion of the diffraction grating pattern.
[評価]
実施例1および比較例1、2の有機EL素子に、約4.5Vの電圧を印加し、発光させた状態で正面輝度の測定を行った。正面輝度の測定には、トプコン製輝度計BM−9を用いた。比較例1の回折格子を有さない有機EL素子の正面輝度を1としたときの、実施例1および比較例2の有機EL素子の正面輝度を表1に示す。実施例1の有機EL素子では、比較例2の有機EL素子と比較して、回折効果が大きくなり、光取出し効果が向上した。
[Evaluation]
Front luminance was measured in a state where a voltage of about 4.5 V was applied to the organic EL elements of Example 1 and Comparative Examples 1 and 2 to emit light. Topcon luminance meter BM-9 was used to measure the front luminance. Table 1 shows the front luminance of the organic EL elements of Example 1 and Comparative Example 2 when the front luminance of the organic EL element having no diffraction grating of Comparative Example 1 is 1. In the organic EL element of Example 1, the diffraction effect was increased and the light extraction effect was improved as compared with the organic EL element of Comparative Example 2.
1 … 光学素子
2 … 透明基板
3 … ナノ構造体
3a … アイランド部
4 … 高屈折率層
10 … 有機EL素子
11 … 透明電極層
12 … 有機EL層
13 … 対向電極層
L … 光
d … アイランド部の間隔
p … アイランド部の周期
t … アイランド部の厚み
w1、w2 … アイランド部の幅
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記透明基板上にアイランド状に形成され、金属を含有するナノ構造体と、
前記透明基板上に前記ナノ構造体を覆うように形成され、前記透明基板よりも屈折率が高い高屈折率層と
を有することを特徴とする光学素子。 A transparent substrate;
A nanostructure formed in an island shape on the transparent substrate and containing a metal;
An optical element comprising: a high refractive index layer formed on the transparent substrate so as to cover the nanostructure and having a refractive index higher than that of the transparent substrate.
前記光学素子の透明電極層上に形成され、発光層を含む有機エレクトロルミネッセンス層と、
前記有機エレクトロルミネッセンス層上に形成された対向電極層と
を有する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 optical element according to claim 3;
An organic electroluminescence layer formed on the transparent electrode layer of the optical element and including a light emitting layer;
An organic electroluminescence element comprising: a counter electrode layer formed on the organic electroluminescence layer.
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