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JP2015095284A - Organic el element, and image display device and lighting system including the organic el element - Google Patents

Organic el element, and image display device and lighting system including the organic el element Download PDF

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JP2015095284A JP2013232203A JP2013232203A JP2015095284A JP 2015095284 A JP2015095284 A JP 2015095284A JP 2013232203 A JP2013232203 A JP 2013232203A JP 2013232203 A JP2013232203 A JP 2013232203A JP 2015095284 A JP2015095284 A JP 2015095284A
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organic
scattering
light
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祐介 山▲崎▼
Yusuke Yamazaki
祐介 山▲崎▼
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Showa Denko KK
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide: an organic EL element improved in light extraction efficiency by effectively extracting waveguide mode light and SPP mode light and achieving light emission with high diffusion properties; and an image display device and a lighting system including the organic EL element.SOLUTION: An organic EL element includes a scattering layer, a first electrode, an organic layer including a light emitting layer, a second electrode, a low refractive index layer and a metal layer, in the order. The second electrode comprises a translucent conductive material. The low refractive index layer has a lower refractive index than the organic layer. The scattering layer comprises a medium and a scattering part existing in the medium and having a refractive index different from that of the medium, while the refractive index nof the medium and the refractive index nof the scattering part satisfy n-n>0.5 or n-n>0.25.

Description

本発明は、有機EL素子並びにそれを備えた画像表示装置及び照明装置に関するものである。  The present invention relates to an organic EL element, and an image display device and an illumination device including the organic EL element.

有機EL素子は、広視野角、高速応答、鮮明な自発光表示等の特徴を有し、また、薄型軽量で低消費電力であること等の理由から、次世代の照明装置や画像表示装置等の柱として期待されている。
有機EL素子は、有機発光層で発生した光が取り出される向きに応じて、支持基板側から光が取り出されるボトムエミッション型と、支持基板の反対側から光が取り出されるトップエミッション型とに分けられる。
Organic EL elements have features such as a wide viewing angle, high-speed response, clear self-luminous display, etc., and they are thin, lightweight, and have low power consumption. It is expected as a pillar of
Organic EL elements are classified into a bottom emission type in which light is extracted from the support substrate side and a top emission type in which light is extracted from the opposite side of the support substrate, depending on the direction in which the light generated in the organic light emitting layer is extracted. .

例えば、透明基板上に、透明電極、発光層を含む有機層、金属電極を順に備えるボトムエミッション型有機EL素子おいては、発光層で発光した光のうち、透明基板に垂直に入射した光は透明基板を透過して素子の外部に取り出される。また、発光層で発光した光のうち、透明基板(例えば、ガラス(代表的な屈折率:1.52))と空気(屈折率:1.0)との界面に臨界角以下の小さい入射角(入射光線と入射する界面の法線がなす角度)で入射した光は、その界面で屈折して素子の外部に取り出される。本明細書では、これらの光を外部モード(External Mode)光という。
これに対して、発光層で発光した光のうち、透明基板と空気との界面に臨界角より大きい入射角で入射した光はその界面で全反射されて素子の外部に取り出されず、最終的に材料に吸収されうる。本明細書では、この光を基板モード(Substrate Mode)光といい、これによる損失を基板損失という。
また、発光層で発光した光のうち、透明導電性酸化物からなる透明電極(例えば、酸化インジウム錫(ITO(代表的な屈折率:1.8))と透明基板との界面に臨界角より大きい入射角で入射した光もその界面で全反射されて素子の外部に取り出されず、最終的に材料に吸収されうる。本明細書では、この光を導波モード(Waveguide Mode)光といい、これによる損失を導波損失という。
また、発光層で発光した光のうち、金属電極に入射して金属電極の自由電子と結合し、表面プラズモンポラリトン(SPP;Surface Plasmon Polariton)として金属電極の表面に捕捉された光も素子の外部に取り出されず、最終的に材料に吸収されうる。本明細書では、この光をSPPモード(SPP Mode)光といい、これによる損失をプラズモン損失という。
For example, in a bottom emission type organic EL device including a transparent electrode, an organic layer including a light emitting layer, and a metal electrode in this order on a transparent substrate, light incident on the transparent substrate out of the light emitted from the light emitting layer is The light passes through the transparent substrate and is taken out of the device. Of the light emitted from the light emitting layer, a small incident angle that is less than the critical angle at the interface between a transparent substrate (for example, glass (typical refractive index: 1.52)) and air (refractive index: 1.0). Light incident at (the angle formed by the incident light and the normal of the incident interface) is refracted at the interface and extracted outside the device. In this specification, these lights are called external mode lights.
On the other hand, of the light emitted from the light emitting layer, the light incident on the interface between the transparent substrate and air at an incident angle larger than the critical angle is totally reflected at the interface and is not taken out of the device, and finally Can be absorbed by the material. In this specification, this light is referred to as substrate mode light, and the loss due to this is referred to as substrate loss.
Further, of the light emitted from the light emitting layer, a critical angle is formed at the interface between the transparent electrode made of a transparent conductive oxide (for example, indium tin oxide (ITO (typical refractive index: 1.8)) and the transparent substrate. Light incident at a large incident angle is also totally reflected at the interface and is not taken out of the device, but can be finally absorbed by the material.In this specification, this light is referred to as waveguide mode light, This loss is called waveguide loss.
In addition, the light emitted from the light emitting layer is incident on the metal electrode and combined with the free electrons of the metal electrode, and the light captured on the surface of the metal electrode as surface plasmon polariton (SPP) is also outside the device. And can be finally absorbed into the material. In this specification, this light is referred to as SPP mode light, and the loss due to this is referred to as plasmon loss.

有機EL素子の光取り出し効率(発光層で発光した光に対して素子の外部に取り出される光の割合)は一般に20%程度に留まっている(例えば、特許文献1)。すなわち、発光層で発光した光のうち、約80%が損失となっており、これらの損失を低減して光の取り出し効率を向上させることが大きな課題となっている。
ここで、基板モード光の取り出しについては透明基板上に光拡散シートなどを設けることで対処できる(例えば、特許文献2)が、導波モード光及びSPPモード光の低減や取り出し、特にSPPモード光の低減や取り出しについては研究が緒に就いたばかりといえる。
The light extraction efficiency of the organic EL element (ratio of the light extracted outside the element with respect to the light emitted from the light emitting layer) is generally limited to about 20% (for example, Patent Document 1). That is, about 80% of the light emitted from the light emitting layer is lost, and it is a big problem to reduce these losses and improve the light extraction efficiency.
Here, the extraction of the substrate mode light can be dealt with by providing a light diffusion sheet or the like on the transparent substrate (for example, Patent Document 2), but the reduction and extraction of the waveguide mode light and the SPP mode light, particularly the SPP mode light. It can be said that research has just begun on the reduction and removal of odors.

導波モード光は、光が高屈折率材料から低屈折率材料に入射する際に全反射が起きることにより生じるので、導波モード光を低減するには全反射を起きにくくする、あるいは、全反射を生じる光の割合を低減することによって導波モード光を低減する方策が知られている。
特許文献3には、有機発光層の近傍に有機発光層や透明電極よりも屈折率の高い高屈折率層を挿入する構成が開示されている。また、特許文献2には、有機発光層及び透明電極に有機発光層及び透明電極よりも低屈折率の微粒子を分散させることで、等価的に有機発光層及び透明電極の屈折率を下げる構成が開示されている。
Since guided mode light is generated when total reflection occurs when light enters a low refractive index material from a high refractive index material, total reflection is less likely to occur in order to reduce guided mode light. There are known measures for reducing guided mode light by reducing the proportion of light that causes reflection.
Patent Document 3 discloses a configuration in which a high refractive index layer having a higher refractive index than that of an organic light emitting layer or a transparent electrode is inserted in the vicinity of the organic light emitting layer. Patent Document 2 discloses a configuration in which the refractive index of the organic light emitting layer and the transparent electrode is equivalently lowered by dispersing fine particles having a lower refractive index than the organic light emitting layer and the transparent electrode in the organic light emitting layer and the transparent electrode. It is disclosed.

また、特許文献4及び特許文献5には、基板上に順に形成された透明電極層及び誘電体層にキャビティを有する構成が開示されている。
このキャビティの側面(基板に対して垂直に延びる界面)に入射する光は、この界面において基板側に屈折する。基板側に屈折した光は、透明電極と基板の界面、及び基板と空気の界面で全反射を生じる光の割合を低減することができる。
Patent Documents 4 and 5 disclose a configuration in which a cavity is provided in a transparent electrode layer and a dielectric layer that are sequentially formed on a substrate.
Light incident on the side surface of the cavity (interface extending perpendicular to the substrate) is refracted toward the substrate at this interface. The light refracted to the substrate side can reduce the proportion of light that causes total reflection at the interface between the transparent electrode and the substrate and between the substrate and the air.

一方、金属電極の表面に捕捉されたSPPモード光を取り出す方法として、金属電極の表面に周期的な凹凸構造を形成する構成が知られている(特許文献6〜9)。   On the other hand, as a method for extracting SPP mode light captured on the surface of the metal electrode, a configuration in which a periodic uneven structure is formed on the surface of the metal electrode is known (Patent Documents 6 to 9).

特開2008−210717号公報JP 2008-210717A 特開2011−243625号公報JP 2011-243625 A 特開2011−233288号公報JP 2011-233288 A 特表2003−522371号公報Japanese translation of PCT publication No. 2003-522371 特開2011−82192号公報JP 2011-82192 A 特開2006−313667号公報JP 2006-313667 A 特開2009−158478号公報JP 2009-158478 A 特表2005−535121号公報Special Table 2005-535121 特開2004−31350号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2004-31350

A. Otto, Z. Physik 216, 398 (1968)A. Otto, Z. Physik 216, 398 (1968)

しかしながら、SPPモード光が金属表面から取り出されても、その光が導波モード光として捉えられると素子の外部に取り出されず、光取り出し効率は向上しない。   However, even if the SPP mode light is extracted from the metal surface, if the light is captured as guided mode light, it is not extracted outside the device, and the light extraction efficiency is not improved.

さらにSPPモード光は所定の角度に取り出されるため、SPPモード光を取り出してもある方向のみの輝度が高くなり、拡散性の高い発光を実現することが難しい。   Furthermore, since the SPP mode light is extracted at a predetermined angle, even if the SPP mode light is extracted, the luminance only in a certain direction becomes high, and it is difficult to realize light emission with high diffusibility.

本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、SPPモード光及び導波モード光を効果的に取り出して光取り出し効率が向上し、かつ拡散性の高い発光を実現する有機EL素子並びにそれを備えた画像表示装置及び照明装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an organic EL element that effectively extracts SPP mode light and waveguide mode light, improves light extraction efficiency, and realizes light emission with high diffusibility, and the organic EL element. It is an object of the present invention to provide an image display device and an illumination device provided.

本発明者らは、まず、SPPモード光を有機層中に伝播光として取り出し、その次に、その伝播光を導波モード光とせずに素子の外部に取り出すという2ステップの光取り出し機構を想定して多数の構造の中から、光取り出し効率を向上させる有効な構造を鋭意検討した。
光取り出し効率を直接計測することは困難であるため、主にシミュレーションに基づいて検討を行った。
The present inventors first assume a two-step light extraction mechanism in which SPP mode light is extracted as propagating light into an organic layer, and then the propagating light is extracted out of the device without being guided mode light. Thus, an effective structure for improving the light extraction efficiency has been intensively studied from a number of structures.
Since it is difficult to directly measure the light extraction efficiency, the investigation was mainly based on simulation.

本発明の有機EL素子は、発光層を含む有機層を第1電極と第2電極が挟持してなる構造のものである。ここで、上記の2ステップの光取り出し機構は、SPPモード光を生成し、生成されたSPPモード光を伝播光として取り出すOtto型配置(非特許文献1)の第2電極側構造と、その伝播光を導波モード光とせずに外部に取り出し、かつ拡散性の高い発光を実現する第1電極側構造とからなる。   The organic EL device of the present invention has a structure in which an organic layer including a light emitting layer is sandwiched between a first electrode and a second electrode. Here, the above-described two-step light extraction mechanism generates the SPP mode light and the second electrode side structure of the Otto type arrangement (Non-Patent Document 1) that extracts the generated SPP mode light as the propagation light, and its propagation. It consists of the first electrode side structure that takes out light without using guided mode light and realizes light emission with high diffusibility.

本発明者らは、シミュレーションにより、Otto型配置の第2電極側構造と、導波モード光を基板側(トップエミッション型では基板の反対側)に散乱させる、散乱層を備えた第1電極側構造とを組み合わせることにより、かかる第2電極側構造及び第1電極側構造それぞれ単独の光取り出し効率の向上効果からは予測できないほどの顕著な効果を奏することを見い出し、本発明を完成させた。   By simulation, the present inventors have made a second electrode side structure with an Otto-type arrangement and a first electrode side having a scattering layer that scatters guided mode light to the substrate side (opposite side of the substrate in the top emission type). It was found that by combining the structure with the second electrode-side structure and the first electrode-side structure, a remarkable effect that could not be predicted from the effect of improving the light extraction efficiency of each of the second electrode-side structure and the first electrode-side structure was found.

上記課題を解決するため、概要を説明した本発明は以下の構成を採用する。
(1)散乱層、第1電極、発光層を含む有機層、第2電極、低屈折率層と金属層をこの順に具備する有機EL素子であって、前記第2電極は、透光性導電材料からなり、前記低屈折率層の屈折率は前記有機層の屈折率よりも低く、前記散乱層は、媒質と、その媒質中に存在し異なる屈折率を有する散乱部からなり、前記媒質の屈折率nと前記散乱部の屈折率nが、n−n>0.5またはn−n>0.25を満たすことを特徴とする有機EL素子。
(2)前記散乱層の平均屈折率と前記有機層の屈折率差の絶対値が0.2以下であることを特徴とする(1)に記載の有機EL素子。
(3)前記散乱層と前記第1電極の間に中間層を有することを特徴とする(1)または(2)のいずれかに記載の有機EL素子。
(4)前記中間層は前記第1電極に接する部分に層状部を有し、前記層状部の屈折率nm1と前記有機層の屈折率nが、nm1≧nを満たす、または、前記屈折率nm1、前記屈折率nおよび前記層状部の膜厚tが以下の式を満たすことを特徴とする(1)〜(3)のいずれか一項に記載の有機EL素子。

Figure 2015095284
ここで、kは前記発光層で発光する光の最大ピーク波長における真空中の光の波数である。
(5)前記散乱部のサイズが発光光の前記媒質中における実効波長の半分以上であることを特徴とする(1)〜(4)のいずれか一項に記載の有機EL素子。
(6)上記散乱部1個当たりの散乱断面積の平均値と、単位発光面積あたりの上記散乱部の個数の積が0.05〜2であることを特徴とする(1)〜(5)のいずれか一項に記載の有機EL素子。
(7)前記低屈折率層の厚さが20nm〜300nmであることを特徴とする(1)〜(6)のいずれか一項に記載の有機EL素子。
(8)前記低屈折率層の屈折率はさらに、前記第2電極の屈折率よりも低いことを特徴とする(1)〜(7)のいずれか一項に記載の有機EL素子。
(9)前記第2電極の屈折率はさらに、前記有機層の屈折率よりも低いことを特徴とする(8)に記載の有機EL素子。
(10)前記低屈折率層は、前記第2電極及び前記有機層のうちの少なくとも一方よりも屈折率が0.2以上小さい材料からなることを特徴とする(1)〜(9)のいずれか一項に記載の有機EL素子。
(11)(1)〜(10)のいずれか一項に記載の有機EL素子を備えたことを特徴とする画像表示装置。
(12)(1)〜(10)のいずれか一項に記載の有機EL素子を備えたことを特徴とする照明装置。 In order to solve the above-mentioned problems, the present invention having the outline adopts the following configuration.
(1) An organic EL element comprising a scattering layer, a first electrode, an organic layer including a light emitting layer, a second electrode, a low refractive index layer and a metal layer in this order, wherein the second electrode is a light-transmitting conductive material. The low refractive index layer is made of a material, and the refractive index of the low refractive index layer is lower than the refractive index of the organic layer.The scattering layer is composed of a medium and a scattering portion that exists in the medium and has a different refractive index. the organic EL element in which the refractive index n p of the scattering portion and the refractive index n m, characterized in that satisfy n p -n m> 0.5 or n m -n p> 0.25.
(2) The organic EL element according to (1), wherein an absolute value of an average refractive index of the scattering layer and a refractive index difference of the organic layer is 0.2 or less.
(3) The organic EL device according to (1) or (2), wherein an intermediate layer is provided between the scattering layer and the first electrode.
(4) the intermediate layer has a layer portion in the portion in contact with the first electrode, the refractive index n o of the organic layer and the refractive index n m1 of the layer portion satisfies the n m1 ≧ n o, or, the refractive index n m1, the refractive index n o and an organic EL element according to any one of the thickness t of the layered portion is characterized by satisfying the following equation (1) to (3).
Figure 2015095284
Here, k 0 is the wave number of light in vacuum at the maximum peak wavelength of light emitted from the light emitting layer.
(5) The organic EL element according to any one of (1) to (4), wherein the size of the scattering portion is at least half the effective wavelength of the emitted light in the medium.
(6) The product of the average value of the scattering cross section per scattering portion and the number of scattering portions per unit light emitting area is 0.05 to 2, (1) to (5) Organic electroluminescent element as described in any one of these.
(7) The organic EL element according to any one of (1) to (6), wherein the low refractive index layer has a thickness of 20 nm to 300 nm.
(8) The organic EL element according to any one of (1) to (7), wherein a refractive index of the low refractive index layer is further lower than a refractive index of the second electrode.
(9) The organic EL element according to (8), wherein the refractive index of the second electrode is further lower than the refractive index of the organic layer.
(10) The low refractive index layer is made of a material having a refractive index smaller by 0.2 or more than at least one of the second electrode and the organic layer. Any one of (1) to (9) An organic EL device according to claim 1.
(11) An image display device comprising the organic EL element according to any one of (1) to (10).
(12) An illumination device comprising the organic EL element according to any one of (1) to (10).

本発明によれば、SPPモード光及び導波モード光を効果的に取り出して光取り出し効率が向上し、かつ拡散性の高い発光をする有機EL素子並びにそれを備えた画像表示装置及び照明装置を提供できる。   According to the present invention, an organic EL element that effectively extracts SPP mode light and waveguide mode light to improve light extraction efficiency and emits light with high diffusibility, and an image display device and an illumination device including the organic EL element are provided. Can be provided.

本発明の実施形態に係る有機EL素子の一例を説明するための断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram for demonstrating an example of the organic EL element which concerns on embodiment of this invention. 散乱層の形状を模式的に示した図であり、(a)は、媒質中に粒子状の散乱部が分散したものであり、(b)は、媒質中に、ランダムな形状の散乱部が形成されたものであり、(c)は、媒質と散乱部の界面がランダムな凹凸を形成しているものである。It is the figure which showed the shape of the scattering layer typically, (a) is what the particle-like scattering part disperse | distributed in the medium, (b) shows the random-shaped scattering part in the medium. (C) shows the case where random irregularities are formed at the interface between the medium and the scattering portion. 本発明の第1の実施形態に係る有機EL素子10において、散乱層7と陽極2の間に中間層8を有する場合の断面模式図である。In the organic EL element 10 which concerns on the 1st Embodiment of this invention, it is a cross-sectional schematic diagram in the case of having the intermediate | middle layer 8 between the scattering layer 7 and the anode 2. FIG. 本発明の第1の実施形態に係る有機EL素子10において、光の伝播を矢印で示し、有機EL素子の屈折作用効果の原理を分かり易く説明するために模式的に示した模式図である。In the organic EL element 10 which concerns on the 1st Embodiment of this invention, propagation of light is shown by the arrow, and it is the schematic diagram shown typically in order to demonstrate the principle of the refractive effect of an organic EL element intelligibly. 本発明の有機EL素子を備えた画像表示装置の一例を説明するための断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram for demonstrating an example of the image display apparatus provided with the organic EL element of this invention. 本発明の有機EL素子を備えた照明装置の一例を説明するための断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram for demonstrating an example of the illuminating device provided with the organic EL element of this invention. 基板上に、陽極と有機層と陰極(金属)とを有する標準構造の有機EL素子において、有機層で発光した光の強度を、有機EL素子面方向における波数で展開するエネルギー散逸計算を行った結果を示す。In an organic EL element having a standard structure having an anode, an organic layer, and a cathode (metal) on a substrate, an energy dissipation calculation was performed to develop the intensity of light emitted from the organic layer with a wave number in the surface direction of the organic EL element. Results are shown. Otto型配置におけるエネルギー散逸計算の、低屈折率層の膜厚による依存性を示した図であり、低屈折率層の屈折率を1.38とし、(a)は反射層をAlとし、(b)は反射層をAgとした場合の結果を示した図である。It is the figure which showed the dependence by the film thickness of a low-refractive-index layer of energy dissipation calculation in Otto type | mold arrangement | positioning, the refractive index of a low-refractive-index layer shall be 1.38, (a) makes a reflective layer Al, ( b) is a diagram showing the results when Ag is used as the reflective layer. 図8におけるピークの変化を説明するための、Otto型配置の有機EL素子の断面模式図である。(a)は、低屈折率層の膜厚が0nmの場合。(b)は、低屈折率層の膜厚が厚くなるにつれて、SPPモード光と導波モード光が混在する場合。(c)は、低屈折率層の膜厚が十分厚く、エバネッセント波が金属層に届かなくなり、SPPモード光として捕捉されない場合。It is a cross-sectional schematic diagram of the organic EL element of Otto type | mold arrangement | positioning for demonstrating the change of the peak in FIG. (A) is a case where the film thickness of a low refractive index layer is 0 nm. (B) is a case where SPP mode light and waveguide mode light coexist as the film thickness of the low refractive index layer increases. (C) is a case where the film thickness of the low refractive index layer is sufficiently thick so that the evanescent wave does not reach the metal layer and is not captured as SPP mode light. 図8におけるエネルギー散逸計算の結果において、低屈折率層の膜厚に対するピーク幅(半値幅)の変化を示した図である。In the result of energy dissipation calculation in FIG. 8, it is the figure which showed the change of the peak width (half value width) with respect to the film thickness of a low refractive index layer. Otto型配置の有機EL素子において、(a)は反射層をAl、(b)は反射層をAgとした場合の式(8)をグラフ化した図である。In the Otto-type organic EL element, (a) is a graph of Expression (8) when the reflective layer is Al and (b) is Ag as the reflective layer. シミュレーションで用いた本発明の実施形態の有機EL素子のモデル構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the model structure of the organic EL element of embodiment of this invention used by simulation. 散乱層7の膜厚と、その散乱層7の散乱部7pと媒質7mの屈折率を変えた場合の、有機EL素子10の光取り出し効率を、FDTD法を用いてコンピューターシュミレーションで求めた結果を示す図である。The results of calculating the light extraction efficiency of the organic EL element 10 by computer simulation using the FDTD method when the thickness of the scattering layer 7 and the refractive index of the scattering portion 7p and the medium 7m of the scattering layer 7 are changed are shown. FIG. 実施例2において、検討した散乱部7pと媒質7mの関係を一覧にしたグラフを示す。In Example 2, the graph which listed the relationship between the examined scattering part 7p and the medium 7m is shown. (a)は媒質7mの屈折率を1.45で固定し、散乱部7pの屈折率を変えた場合の有機EL素子10の光取り出し効率を、FDTD法を用いてコンピューターシュミレーションで求めた結果を示し、(b)は、散乱部7pの屈折率を横軸として、発光光の波長ごとの光取り出し効率の変化を示した図を示す。(A) shows the result of calculating the light extraction efficiency of the organic EL element 10 by computer simulation using the FDTD method when the refractive index of the medium 7m is fixed at 1.45 and the refractive index of the scattering portion 7p is changed. (B) shows the figure which showed the change of the light extraction efficiency for every wavelength of emitted light by making the refractive index of the scattering part 7p into a horizontal axis. (a)は散乱部7pの屈折率を2.30で固定し、媒質7mの屈折率を変えた場合の有機EL素子10の光取り出し効率を、FDTD法を用いてコンピューターシュミレーションで求めた結果を示し、(b)は、媒質7mの屈折率を横軸として、発光光の波長ごとの光取り出し効率の変化を示した図を示す。(A) shows the result of calculating the light extraction efficiency of the organic EL element 10 by computer simulation using the FDTD method when the refractive index of the scattering portion 7p is fixed at 2.30 and the refractive index of the medium 7m is changed. (B) shows the figure which showed the change of the light extraction efficiency for every wavelength of emitted light by making the refractive index of the medium 7m into a horizontal axis. (a)は媒質7mの屈折率を1.90で固定し、散乱部7pの屈折率を変えた場合の有機EL素子10の光取り出し効率を、FDTD法を用いてコンピューターシュミレーションで求めた結果を示し、(b)は、散乱部7pの屈折率を横軸として、発光光の波長ごとの光取り出し効率の変化を示した図を示す。(A) shows the result of calculating the light extraction efficiency of the organic EL element 10 by computer simulation using the FDTD method when the refractive index of the medium 7m is fixed at 1.90 and the refractive index of the scattering portion 7p is changed. (B) shows the figure which showed the change of the light extraction efficiency for every wavelength of emitted light by making the refractive index of the scattering part 7p into a horizontal axis. (a)は散乱部7pの屈折率を1.45で固定し、媒質7mの屈折率を変えた場合の有機EL素子10の光取り出し効率を、FDTD法を用いてコンピューターシュミレーションで求めた結果を示し、(b)は、媒質7mの屈折率を横軸として、発光光の波長ごとの光取り出し効率の変化を示した図を示す。(A) shows the result of calculating the light extraction efficiency of the organic EL element 10 by computer simulation using the FDTD method when the refractive index of the scattering portion 7p is fixed at 1.45 and the refractive index of the medium 7m is changed. (B) shows the figure which showed the change of the light extraction efficiency for every wavelength of emitted light by making the refractive index of the medium 7m into a horizontal axis. 散乱層7の散乱部7pの数を変えた場合の、有機EL素子10の光取り出し効率を、FDTD法を用いてコンピューターシュミレーションで求めた結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having calculated | required the light extraction efficiency of the organic EL element 10 by the computer simulation using the FDTD method at the time of changing the number of the scattering parts 7p of the scattering layer 7. FIG. 散乱層7の散乱部7pの数を固定し、そのサイズを変えた場合の、有機EL素子10の光取り出し効率を、FDTD法を用いてコンピューターシュミレーションで求めた結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having calculated | required the light extraction efficiency of the organic EL element 10 by computer simulation using the FDTD method at the time of fixing the number of the scattering parts 7p of the scattering layer 7, and changing the size. 散乱層7の散乱部7pの空間充填率を固定し、そのサイズを変えた場合の、有機EL素子10の光取り出し効率を、FDTD法を用いてコンピューターシュミレーションで求めた結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having calculated | required the light extraction efficiency of the organic EL element 10 by computer simulation using the FDTD method at the time of fixing the space filling rate of the scattering part 7p of the scattering layer 7, and changing the size. 中間層8を有し、中間層8の膜厚を変えた場合の、有機EL素子10の光取り出し効率を、FDTD法を用いてコンピューターシュミレーションで求めた結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having calculated | required the light extraction efficiency of the organic EL element 10 by the computer simulation using the FDTD method when it has the intermediate | middle layer 8 and the film thickness of the intermediate | middle layer 8 was changed.

以下、本発明を適用した有機EL素子並びにそれを備えた画像表示装置及び照明装置について、図面を用いてその構成を説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際と同じであるとは限らない。また、以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。
本発明において、第1電極及び第2電極は一方が陽極で他方が陰極であるが、以下では、第1電極を陽極、第2電極を陰極とする構成を例に挙げて説明する。
また、本発明の有機EL素子は本発明の効果を損ねない範囲で以下に記載していない層を備えてもよい。さらに、本発明の有機EL素子は、いわゆるトップエミッション型、ボトムエミッション型のいずれを適用してもよい。以下では、ボトムエミッション型の構成を例に挙げて説明する。
Hereinafter, the structure of an organic EL element to which the present invention is applied, an image display apparatus and an illumination apparatus including the organic EL element will be described with reference to the drawings. In addition, in the drawings used in the following description, in order to make the features easy to understand, there are cases where the portions that become the features are enlarged for convenience, and the dimensional ratios of the respective components are not always the same as the actual ones. . In addition, the materials, dimensions, and the like exemplified in the following description are examples, and the present invention is not limited to them, and can be appropriately changed and implemented without changing the gist thereof.
In the present invention, one of the first electrode and the second electrode is an anode and the other is a cathode. In the following description, a configuration in which the first electrode is an anode and the second electrode is a cathode will be described as an example.
Moreover, the organic EL element of this invention may be provided with the layer which is not described below in the range which does not impair the effect of this invention. Furthermore, the so-called top emission type or bottom emission type may be applied to the organic EL element of the present invention. Hereinafter, a bottom emission type configuration will be described as an example.

(有機EL素子(第1の実施形態))
図1は、本発明の第1の実施形態に係る有機EL素子の一例を説明するための断面模式図である。
本発明の第1の一実施形態に係る有機EL素子10は、基板1の一方の表面上に、散乱層7、陽極(第1電極)2、発光層を含む有機層3、陰極(第2電極)4、低屈折率層5と金属層6をこの順に(図中の下方に向かって)具備する有機EL素子であって、前記陰極4は、透光性導電材料からなる透明導電層であり、前記低屈折率層5の屈折率は前記有機層3の屈折率よりも低い。ここで散乱層7は媒質7mと散乱部7pとからなる。また媒質7mの屈折率nと散乱部7pの屈折率nは、n−n>0.5またはn−n<0.25の関係を満たしている。
低屈折率層5の屈折率はさらに、陰極4の屈折率よりも低いことが好ましい。
また、陰極4の屈折率は、有機層3の屈折率よりも低いことが好ましい。
陰極側の構造について屈折率の比較を行う場合には、有機層の屈折率とは、有機EL材料からなる発光層を含む全ての層の平均の屈折率をいう。
なお、図1において実線で示す構成はボトムエミッション型のものである。図1おいて、破線で示す符号1aは、本発明の構成をわかりやすく説明するためにトップエミッション型の場合の基板1aの配置を併せて示したものである。この場合、基板1を備える必要はなく、散乱層7が前記陽極2と反対側の面に隣接する物質は、例えば空気であってもよい。他の実施形態についても、トップエミッション型の場合の基板の配置は同様である。
(Organic EL device (first embodiment))
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view for explaining an example of the organic EL element according to the first embodiment of the present invention.
The organic EL element 10 according to the first embodiment of the present invention includes a scattering layer 7, an anode (first electrode) 2, an organic layer 3 including a light emitting layer, a cathode (second) on one surface of a substrate 1. Electrode) 4, an organic EL element having a low refractive index layer 5 and a metal layer 6 in this order (downward in the figure), wherein the cathode 4 is a transparent conductive layer made of a translucent conductive material. The refractive index of the low refractive index layer 5 is lower than the refractive index of the organic layer 3. Here, the scattering layer 7 includes a medium 7m and a scattering portion 7p. The refractive index n p of the refractive index n m and scattering portion 7p of the medium 7m meets a relation of n p -n m> 0.5 or n m -n p <0.25.
The refractive index of the low refractive index layer 5 is preferably lower than the refractive index of the cathode 4.
The refractive index of the cathode 4 is preferably lower than the refractive index of the organic layer 3.
When comparing the refractive index of the structure on the cathode side, the refractive index of the organic layer means the average refractive index of all the layers including the light emitting layer made of the organic EL material.
In addition, the structure shown with a continuous line in FIG. 1 is a bottom emission type. In FIG. 1, reference numeral 1a indicated by a broken line indicates the arrangement of the substrate 1a in the case of the top emission type in order to easily explain the configuration of the present invention. In this case, the substrate 1 does not need to be provided, and the substance in which the scattering layer 7 is adjacent to the surface opposite to the anode 2 may be air, for example. The substrate arrangement in the case of the top emission type is the same in the other embodiments.

本発明の有機EL素子に共通する陰極側の構成である、金属層/低屈折率層/有機層の積層構造において、これらがOtto型配置となるためには低屈折率層の屈折率が有機層の屈折率より低い必要がある。このような屈折率構成とすることによって、金属層/低屈折率界面に生じたSPPモード光を有機層中に取り出すことができる。また、陰極の屈折率が低屈折率層の屈折率よりも高いことがより好ましい。陰極の屈折率が低屈折率層の屈折率より高い場合、金属層/低屈折率層/陰極の構成もOtto型配置となっているため、SPPモード光をより効率的に再放射させ、有機層や散乱層中へ導くことができる。さらに、陰極の屈折率は、有機層の屈折率よりも低いことが好ましい。陰極/有機層界面の全反射によるエバネッセント波により、SPPモード光をより効率的に有機層中に取り出すことができる。   In the laminated structure of the metal layer / low refractive index layer / organic layer, which is a structure on the cathode side common to the organic EL element of the present invention, in order for these to be Otto type arrangement, the refractive index of the low refractive index layer is organic. It must be lower than the refractive index of the layer. With such a refractive index configuration, SPP mode light generated at the metal layer / low refractive index interface can be extracted into the organic layer. More preferably, the refractive index of the cathode is higher than the refractive index of the low refractive index layer. When the refractive index of the cathode is higher than the refractive index of the low refractive index layer, the structure of the metal layer / low refractive index layer / cathode is also an Otto type arrangement. Can be led into a layer or scattering layer. Furthermore, the refractive index of the cathode is preferably lower than the refractive index of the organic layer. SPP mode light can be extracted into the organic layer more efficiently by evanescent waves due to total reflection at the cathode / organic layer interface.

本発明の有機EL素子10は、ボトムエミッション型(陽極2から見て有機層3と反対側に基板1がある場合)、トップエミッション型(金属層6から見て低屈折率層5と反対側に基板1aがある場合)の有機EL素子のいずれにも適用できる。
ボトムエミッション型に適用する場合には、基板1は透光性の基板であり、通常、可視光に対して透明であることが必要である。ここで、「可視光に対し透明である」とは、発光層から発する波長の可視光を透過することができればよいという意味であり、可視光領域全域にわたり透明である必要はない。400〜700nmの可視光における透過率が50%以上で、平滑な基板が好ましい。また、透過率が70%以上であることがより好ましい。
基板1を構成する材料として具体的には、ガラス、ポリマー等が挙げられる。ガラスとしては、特にソーダ石灰ガラス、バリウム・ストロンチウム含有ガラス、鉛ガラス、アルミノケイ酸ガラス、ホウケイ酸ガラス、バリウムホウケイ酸ガラス、石英等が挙げられる。またポリマーとしては、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリエーテルサルファイド、ポリサルフォン等を挙げることができる。
なお、発光光が可視光でない場合も、少なくとも発光波長領域に対して、可視光の場合と同様に透明であることが必要である。透過率としては、発光が最大強度となる波長に対し、50%以上であることが好ましく、70%以上であることが更に好ましい。
トップエミッション型に適用するためには、上記記載と同様なものの他に、不透明な材料も使用できる。具体的には、例えばCu、Ag、Au、Pt、W,Ti、Ta、Nb、Alの単体、またはこれらの元素を含んだ合金、あるいはステンレスなどの金属材料、Si、SiC、AlN、GaN、GaAs、サファイアなどの非金属材料、その他のトップエミッション型の有機EL素子で通常用いられる基板材料を用いることができる。また、素子の発光に伴い生じる熱を逃がすため、熱伝導率の高い材料を基板に用いることが好ましい。
The organic EL element 10 according to the present invention includes a bottom emission type (when the substrate 1 is on the opposite side of the organic layer 3 when viewed from the anode 2) and a top emission type (when viewed from the metal layer 6 on the side opposite to the low refractive index layer 5). It can be applied to any of the organic EL elements in the case where the substrate 1a is present.
When applied to the bottom emission type, the substrate 1 is a light-transmitting substrate and usually needs to be transparent to visible light. Here, “transparent to visible light” means that it is only necessary to transmit visible light having a wavelength emitted from the light emitting layer, and it is not necessary to be transparent over the entire visible light region. A smooth substrate having a transmittance in visible light of 400 to 700 nm of 50% or more is preferable. Further, the transmittance is more preferably 70% or more.
Specific examples of the material constituting the substrate 1 include glass and polymer. Examples of the glass include soda lime glass, barium / strontium-containing glass, lead glass, aluminosilicate glass, borosilicate glass, barium borosilicate glass, and quartz. Examples of the polymer include polycarbonate, polymethyl methacrylate (PMMA), polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polyether sulfide, and polysulfone.
Even when the emitted light is not visible light, it is necessary to be transparent at least in the emission wavelength region as in the case of visible light. The transmittance is preferably 50% or more and more preferably 70% or more with respect to the wavelength at which light emission has the maximum intensity.
In order to apply to the top emission type, an opaque material can be used in addition to the same as described above. Specifically, for example, Cu, Ag, Au, Pt, W, Ti, Ta, Nb, Al alone, an alloy containing these elements, or a metal material such as stainless steel, Si, SiC, AlN, GaN, Nonmetallic materials such as GaAs and sapphire, and other substrate materials usually used in top emission type organic EL elements can be used. In addition, in order to release heat generated due to light emission of the element, it is preferable to use a material having high thermal conductivity for the substrate.

基板1の厚さは、要求される機械的強度にもより、特に限定はされないが、好ましくは、0.01mm〜10mm、より好ましくは0.05mm〜2mmである。   The thickness of the substrate 1 is not particularly limited depending on the required mechanical strength, but is preferably 0.01 mm to 10 mm, more preferably 0.05 mm to 2 mm.

陽極2は陰極4との間で電圧を印加し、陽極2より有機層3に正孔を注入するための電極であり、仕事関数の大きい金属、合金、導電性化合物、あるいはこれらの混合物からなる材料を用いることが好ましく、陽極2に接する有機層3のHOMO(Highest Occupied Molecular Orbital)準位との差が過大にならないように仕事関数が4eV以上6eV以下のものを用いるのが好ましい。陽極2の材料としては透光性でかつ導電性の材料であれば特に制限はないが、例えば、酸化インジウム錫(ITO)、酸化インジウム亜鉛(IZO)、酸化錫、酸化亜鉛などの透明無機酸化物、PEDOT:PSS、ポリアニリンなどの導電性高分子および任意のアクセプタなどでドープした導電性高分子、カーボンナノチューブなどの導電性光透過性材料、薄膜金属、薄膜状に形成された金属ナノワイヤ、これらを含む複合材料を挙げることができる。ここにおいて、陽極2は、基板1上に例えば、スパッタ法、真空蒸着法、塗布法などによって形成することができる。
陽極2の厚さは特に限定はされないが、例えば10〜2000nmであり、好ましくは50〜1000nmである。10nmより薄いと陽極2のシート抵抗が増大し、また、2000nmより厚いと有機層3の平坦度を保てなくなると共に、陽極の透過率が低下する。
The anode 2 is an electrode for applying a voltage between the anode 4 and injecting holes into the organic layer 3 from the anode 2, and is made of a metal, an alloy, a conductive compound, or a mixture thereof having a high work function. It is preferable to use a material, and it is preferable to use a material having a work function of 4 eV or more and 6 eV or less so that the difference from the HOMO (Highest Occupied Molecular Orbital) level of the organic layer 3 in contact with the anode 2 does not become excessive. The material of the anode 2 is not particularly limited as long as it is a translucent and conductive material. For example, transparent inorganic oxidation such as indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO), tin oxide, and zinc oxide is possible. , PEDOT: PSS, conductive polymer such as polyaniline and conductive polymer doped with any acceptor, conductive light transmissive material such as carbon nanotube, thin film metal, metal nanowire formed in thin film, these Can be mentioned. Here, the anode 2 can be formed on the substrate 1 by, for example, a sputtering method, a vacuum deposition method, a coating method, or the like.
Although the thickness of the anode 2 is not specifically limited, For example, it is 10-2000 nm, Preferably it is 50-1000 nm. When the thickness is less than 10 nm, the sheet resistance of the anode 2 increases. When the thickness is more than 2000 nm, the flatness of the organic layer 3 cannot be maintained, and the transmittance of the anode decreases.

有機層3は、有機EL材料からなる発光層の他、正孔注入層、正孔輸送層、電子注入層、電子輸送層等を備えてもよい。発光層の材料としては、有機EL素子用の材料として知られる任意の材料を用いることができる。
正孔注入層は陽極2から有機層3への正孔注入を助ける層であり、イオン化エネルギーが通常5.5eV以下と低い。このような正孔注入層としてはより低い電界強度で正孔を有機層3に注入する材料が好ましいが、形成する材料としては、上記の機能を担えるものであれば特に制限はなく、公知のものの中から任意のものを選択して用いることができる。また、正孔輸送層は発光領域まで正孔を輸送する層であって、正孔移動度が大きい。このような正孔輸送層として形成する材料は、上記の機能を担えるものであれば特に制限はなく、公知のものの中から任意のものを選択して用いることができる。
電子注入層は陰極4から有機層3への電子注入を助ける層である。このような電子注入層としてはより低い電界強度で電子を有機層3に注入する材料が好ましいが、形成する材料としては、上記の機能を担えるものであれば特に制限はなく、公知のものの中から任意のものを選択して用いることができる。また、電子輸送層は発光領域まで電子を輸送する層であって、電子移動度が大きい。このような電子輸送層として形成する材料は、上記の機能を担えるものであれば特に制限はなく、公知のものの中から任意のものを選択して用いることができる。
The organic layer 3 may include a hole injection layer, a hole transport layer, an electron injection layer, an electron transport layer, and the like in addition to a light emitting layer made of an organic EL material. As a material of the light emitting layer, any material known as a material for an organic EL element can be used.
The hole injection layer is a layer that assists hole injection from the anode 2 to the organic layer 3, and its ionization energy is usually as low as 5.5 eV or less. Such a hole injection layer is preferably a material that injects holes into the organic layer 3 with a lower electric field strength. However, the material to be formed is not particularly limited as long as it can perform the above functions, and is well known. Any one can be selected and used. The hole transport layer is a layer that transports holes to the light emitting region and has a high hole mobility. The material to be formed as such a hole transport layer is not particularly limited as long as it can perform the above function, and any material can be selected and used from known materials.
The electron injection layer is a layer that assists electron injection from the cathode 4 to the organic layer 3. As such an electron injection layer, a material that injects electrons into the organic layer 3 with a lower electric field strength is preferable. However, the material to be formed is not particularly limited as long as it can perform the above-described function. Any one can be selected and used. The electron transport layer is a layer that transports electrons to the light emitting region and has a high electron mobility. The material for forming such an electron transport layer is not particularly limited as long as it can perform the above function, and any material can be selected and used from known materials.

有機層3は、蒸着法、転写法などの乾式プロセスによって成膜してもよいし、スピンコート法、スプレーコート法、ダイコート法、グラビア印刷法など、湿式プロセスによって成膜してもよい。
有機層3の厚さは特に限定はされないが、例えば50〜2000nmであり、好ましくは100〜1000nmである。50nmより薄いと突き抜け電流による内部量子効率の低下や、金属層6による損失性表面波モードカップリング(lossy surface wave mode coupling)など、SPPカップリング以外の消光が起こり、また、2000nmより厚いと駆動電圧が上昇する。
The organic layer 3 may be formed by a dry process such as an evaporation method or a transfer method, or may be formed by a wet process such as a spin coating method, a spray coating method, a die coating method, or a gravure printing method.
Although the thickness of the organic layer 3 is not specifically limited, For example, it is 50-2000 nm, Preferably it is 100-1000 nm. If it is thinner than 50 nm, extinction other than SPP coupling occurs, such as a decrease in internal quantum efficiency due to punch-through current and lossy surface wave mode coupling due to metal layer 6, and if it is thicker than 2000 nm, it is driven The voltage rises.

陰極4は、発光層に電子を注入するための電極であり、仕事関数の小さい金属、合金、導電性化合物、あるいはこれらの混合物からなる材料を用いることが好ましく、陰極4に接する有機層3のLUMO(Lowest Unoccupied Molecular Orbital)準位との差が過大にならないように仕事関数が1.9eV以上5eV以下のものを用いるのが好ましい。
陰極4の材料としては、Otto型配置の陰極側構造を形成するために、透光性の導電材料とする必要がある。そのため、上記の陽極材料と同じものを用いることができる。
陰極4の厚さは特に限定はされないが、例えば30nm〜1μmであり、好ましくは50〜500nmである。30nmより薄いとシート抵抗が増加して、駆動電圧が上昇し、また、1μmより厚いと成膜時の熱や放射線によるダメージ、膜応力による機械的ダメージが電極や有機層に蓄積するからである。
The cathode 4 is an electrode for injecting electrons into the light emitting layer, and it is preferable to use a material made of a metal, an alloy, a conductive compound, or a mixture thereof having a small work function. It is preferable to use a work function of 1.9 eV or more and 5 eV or less so that the difference from the LUMO (Lowest Unoccupied Molecular Orbital) level does not become excessive.
As a material of the cathode 4, it is necessary to use a light-transmitting conductive material in order to form a cathode side structure having an Otto type arrangement. Therefore, the same anode material as described above can be used.
Although the thickness of the cathode 4 is not specifically limited, For example, it is 30 nm-1 micrometer, Preferably it is 50-500 nm. When the thickness is less than 30 nm, the sheet resistance increases and the driving voltage increases. When the thickness is greater than 1 μm, damage due to heat and radiation during film formation and mechanical damage due to film stress accumulate in the electrode and the organic layer. .

低屈折率層5は、陰極4の有機層3とは反対側の面に備えられており、有機層3よりも屈折率の低い材料からなる。また、低屈折率層5は、陰極4を構成する透光性導電材料よりも屈折率の低い材料からなることが好ましい。
発光層で発光した光が陰極4側に伝播し、陰極4と低屈折率層5との界面に達したとき、臨界角以上の角度で入射したときに全反射が起きる。
The low refractive index layer 5 is provided on the surface of the cathode 4 opposite to the organic layer 3 and is made of a material having a refractive index lower than that of the organic layer 3. The low refractive index layer 5 is preferably made of a material having a refractive index lower than that of the translucent conductive material constituting the cathode 4.
When the light emitted from the light emitting layer propagates to the cathode 4 side and reaches the interface between the cathode 4 and the low refractive index layer 5, total reflection occurs when the light is incident at an angle greater than the critical angle.

このような低屈折率層5の材料としては、有機層3よりも屈折率の低い材料であれば特に制限はなく、例えば、有機層3の全ての層の平均屈折率が1.72の場合、この屈折率条件を満たすSOG、フッ化マグネシウム(MgF(代表的な屈折率1.38))等の金属フッ化物、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE(代表的な屈折率1.35))等の有機フッ素化合物、二酸化ケイ素(SiO(代表的な屈折率1.45))、各種の低融点ガラス、多孔性物質が挙げられる。また、低屈折率層5は空気層を含む層からなり、陰極4を構成する透光性導電材料より低い屈折率を有するものでもよい。 The material of the low refractive index layer 5 is not particularly limited as long as it is a material having a refractive index lower than that of the organic layer 3. For example, when the average refractive index of all the layers of the organic layer 3 is 1.72. SOG satisfying this refractive index, metal fluoride such as magnesium fluoride (MgF 2 (typical refractive index 1.38)), polytetrafluoroethylene (PTFE (typical refractive index 1.35)), etc. Organic fluorine compounds, silicon dioxide (SiO 2 (typical refractive index 1.45)), various low-melting-point glasses, and porous materials. Further, the low refractive index layer 5 is composed of a layer including an air layer, and may have a refractive index lower than that of the translucent conductive material constituting the cathode 4.

また低屈折率層5は、陰極4及び有機層3のうちの少なくとも一方よりも屈折率が0.2以上小さい材料からなることが好ましい。これは、陰極4や有機層3がOtto型配置の高屈折率媒質に相当し、Otto型配置で低屈折率媒質と高屈折率媒質の屈折率差が0.2以上あれば、SPPモード光の波数の面内成分が小さくなるため、高屈折率媒質中の伝播光とSPPモード光の分散曲線が交わるようになり、SPPモード光が陰極4または有機層3へより効率的に取り出されるためである。   The low refractive index layer 5 is preferably made of a material having a refractive index smaller by 0.2 or more than at least one of the cathode 4 and the organic layer 3. This corresponds to a high refractive index medium in which the cathode 4 and the organic layer 3 are in an Otto type arrangement, and if the refractive index difference between the low refractive index medium and the high refractive index medium is 0.2 or more in the Otto type arrangement, the SPP mode light Because the in-plane component of the wave number of becomes small, the dispersion curve of the propagation light in the high refractive index medium and the SPP mode light intersect, and the SPP mode light is extracted to the cathode 4 or the organic layer 3 more efficiently. It is.

低屈折率層5の厚さは、20nm〜300nmであることが好ましい。厚みが20nmより薄いと、低屈折率層5の膜厚が薄すぎるため、金属層6と有機層3が接近してSPPモード光の波数が大きくなり、分散曲線が伝播光の分散曲線と交わらなくなり、SPPモード光が有機層中に取り出されにくくなる。300nmより厚いと、低屈折率層5の膜厚が厚すぎるため、SPPモードの電磁場が金属層6に届かなくなり、SPPモード光が有機層中に取り出されにくくなる。さらに低屈折率層5の厚さは、200nm以下であることがより好ましい。   The thickness of the low refractive index layer 5 is preferably 20 nm to 300 nm. If the thickness is less than 20 nm, the film thickness of the low refractive index layer 5 is too thin, so that the metal layer 6 and the organic layer 3 come close to increase the wave number of the SPP mode light, and the dispersion curve intersects with the dispersion curve of the propagation light. As a result, the SPP mode light is hardly extracted into the organic layer. If it is thicker than 300 nm, the film thickness of the low refractive index layer 5 is too thick, so that the SPP mode electromagnetic field does not reach the metal layer 6 and SPP mode light is not easily extracted into the organic layer. Furthermore, the thickness of the low refractive index layer 5 is more preferably 200 nm or less.

金属層6は、陰極4の、有機層3とは反対側に低屈折率層5を介して備えられている。
金属膜6の材料としては発光層における発光光を陽極2側へ反射するものであればよいのでほとんどの金属の単体または合金を用いることができるが、反射率を大きくするために比複素誘電率の実部が絶対値が大きな負の値を持つような材料が好ましい。かかる材料としては例えば、Au、Ag、Cu、Zn、Al、Mg、アルカリ金属、アルカリ土類金属等の単体や、AuとAgとの合金、AgとCuとの合金、真鍮等の合金が挙げられる。また、金属層6は、2層以上の積層構造であってもよい。
金属層6の厚さは特に限定はされないが、例えば20〜2000nmであり、好ましくは50〜500nmである。20nmより薄いと反射率が低くなり正面輝度が低下し、また、2000nmより厚いと成膜時の熱や放射線によるダメージ、膜応力による機械的ダメージが電極や有機層に蓄積する。
The metal layer 6 is provided on the opposite side of the cathode 4 from the organic layer 3 via a low refractive index layer 5.
As the material for the metal film 6, any material or alloy of any metal can be used as long as it reflects the light emitted from the light emitting layer to the anode 2 side. A material whose real part has a negative value with a large absolute value is preferable. Examples of such materials include simple substances such as Au, Ag, Cu, Zn, Al, Mg, alkali metals and alkaline earth metals, alloys of Au and Ag, alloys of Ag and Cu, and alloys such as brass. It is done. Further, the metal layer 6 may have a laminated structure of two or more layers.
Although the thickness of the metal layer 6 is not specifically limited, For example, it is 20-2000 nm, Preferably it is 50-500 nm. If it is thinner than 20 nm, the reflectance is lowered and the front luminance is lowered. If it is thicker than 2000 nm, damage due to heat and radiation during film formation and mechanical damage due to film stress accumulate in the electrode and the organic layer.

散乱層7は媒質7mと散乱部7pとからなり、屈折率の異なる界面をランダムに有するものであれば、特に限定はされない。例えば散乱層7として、図2で示すような構成が挙げられる。図2(a)は、媒質7m中に粒子状の散乱部7pが分散したものであり、例えば、樹脂中にシリカ等の粒子が分散したものが挙げられる。図2(b)は、媒質7m中に、ランダムな形状の散乱部7pが形成されたものであり、例えば硬化時に多結晶となる物質を利用し、その結晶粒界を利用したものが挙げられる。図2(c)は、媒質7mと散乱部7pの界面がランダムな凹凸を形成しているものであり、例えば自己組織化膜を利用し凹凸を形成したものや、エッチングにより媒質7mと散乱部7pの界面を荒らしたもの等が挙げられる。   The scattering layer 7 is not particularly limited as long as it includes the medium 7m and the scattering portion 7p, and has random interfaces having different refractive indexes. For example, the scattering layer 7 may be configured as shown in FIG. FIG. 2A shows a case where the particle-like scattering portion 7p is dispersed in the medium 7m. For example, a case where particles such as silica are dispersed in the resin can be mentioned. FIG. 2B shows a case where a randomly shaped scattering portion 7p is formed in a medium 7m. For example, a material that becomes polycrystalline at the time of curing is used and its crystal grain boundary is used. . FIG. 2C shows a case where random irregularities are formed at the interface between the medium 7m and the scattering part 7p. For example, an irregularity is formed using a self-assembled film, or the medium 7m and the scattering part are etched. The thing which roughened the interface of 7p etc. are mentioned.

また媒質7mの屈折率nと散乱部7pの屈折率nは、n−n>0.5またはn−n>0.25の関係式を満たす。媒質7mと散乱部7pの屈折率差が小さいと、媒質7mと散乱部7pの界面で、十分に光を散乱させることができず、有機層中へ再放射されたSPPモード光および発光光が、基板1と外表面で全反射してしまい、効率的に光を取り出すことができない。散乱部7pの屈折率が媒質7mの屈折率より大きい場合は、その屈折率差は0.5より大きいことが必要であり、散乱部7pの屈折率が媒質7mの屈折率より小さい場合は、その屈折率差は0.25より大きいことが必要である。散乱部7pの屈折率が媒質7mの屈折率より小さい場合に、小さい屈折率差で効率的に光を取り出すことができるのは、後述するように、散乱層7の占有率が適度に高くなり、有機層中の光を散乱層7中に導きつつ散乱できるため、媒質7mと散乱部7pの界面で屈折または反射する光の伝播方向を効率的に変えることができるためである。逆に散乱部7pの屈折率が媒質7mの屈折率より大きい場合には、有機層3中の光は散乱層7に導かれにくくなるため、光取出し効率を向上させるためにはより高い屈折率差の散乱層が必要となる。 The refractive index n p of the refractive index n m and scattering portion 7p of the medium 7m meets a n p -n m> 0.5 or n m -n p> 0.25 relations. If the refractive index difference between the medium 7m and the scattering portion 7p is small, the light cannot be sufficiently scattered at the interface between the medium 7m and the scattering portion 7p, and the SPP mode light and emitted light re-radiated into the organic layer are not emitted. The light is totally reflected on the substrate 1 and the outer surface, and light cannot be extracted efficiently. When the refractive index of the scattering portion 7p is larger than the refractive index of the medium 7m, the refractive index difference needs to be larger than 0.5, and when the refractive index of the scattering portion 7p is smaller than the refractive index of the medium 7m, The difference in refractive index needs to be larger than 0.25. When the refractive index of the scattering portion 7p is smaller than the refractive index of the medium 7m, the light can be efficiently extracted with a small refractive index difference, as will be described later, the occupation ratio of the scattering layer 7 becomes moderately high. This is because the light in the organic layer can be scattered while being guided into the scattering layer 7, so that the propagation direction of the light refracted or reflected at the interface between the medium 7m and the scattering portion 7p can be changed efficiently. On the other hand, when the refractive index of the scattering portion 7p is larger than the refractive index of the medium 7m, the light in the organic layer 3 becomes difficult to be guided to the scattering layer 7, so that a higher refractive index is required to improve the light extraction efficiency. A differential scattering layer is required.

媒質7mと散乱部7pの材料は屈折率差が上述の関係を満たせば、特に限定はされない。例えば、以下のような公知材料を適宜組み合わせることができる。
SOG(代表的な屈折率:1.1〜2.0)、シリカ(SiO)をはじめとするケイ素酸化物や酸化マグネシウム(MgO)(代表的な屈折率:1.74)、酸化亜鉛(ZnO)(代表的な屈折率:2.02)をはじめとする酸化物、フッ化マグネシウム(MgF)(代表的な屈折率:1.38)をはじめとする金属ハロゲン化物、窒化アルミニウム(AlN)をはじめとする窒化物、アルミニウム酸窒化物(AlON)やケイ素酸窒化物をはじめとする酸窒化物、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE(代表的な屈折率:1.35))をはじめとするフッ素系樹脂、ポリメチルメタクリレート(PMMA(代表的な屈折率:1.49))、ポリエチレンナフタレート(PEN(代表的な屈折率:1.77))やメラミン樹脂等をはじめとする高分子化合物樹脂、などから選択して用いることができる。また、これらよりなる多孔質性材料、混合物、また、無機材料の微粒子を透明媒質中に分散させたものなどを用いることができる。
The material of the medium 7m and the scattering portion 7p is not particularly limited as long as the difference in refractive index satisfies the above relationship. For example, the following known materials can be appropriately combined.
Silicon oxide such as SOG (typical refractive index: 1.1 to 2.0), silica (SiO 2 ), magnesium oxide (MgO) (typical refractive index: 1.74), zinc oxide ( ZnO) (typical refractive index: 2.02) and other oxides, magnesium fluoride (MgF 2 ) (typical refractive index: 1.38) and other metal halides, aluminum nitride (AlN ) And other nitrides, oxynitrides such as aluminum oxynitride (AlON) and silicon oxynitride, and polytetrafluoroethylene (PTFE (typical refractive index: 1.35)). Fluorine resin, polymethyl methacrylate (PMMA (typical refractive index: 1.49)), polyethylene naphthalate (PEN (typical refractive index: 1.77)), melamine resin, etc. It can be used by selecting from a high molecular compound resin. In addition, a porous material, a mixture thereof, or a material in which fine particles of an inorganic material are dispersed in a transparent medium can be used.

また散乱層7の平均屈折率と有機層3の屈折率差の絶対値が0.2以下であることが好ましい。ここで、散乱層7の平均屈折率とは、散乱層7中を散乱されずにまっすぐ伝播する光の波数を真空中の波数で割った値である。この平均屈折率は散乱部7p、媒質7mの屈折率およびそれぞれの体積分率のほか、散乱層7中の散乱部7pの分布形状によっても異なるが、散乱層中7の散乱部7pが空間的に十分に一様に分散している場合は、この平均屈折率として、媒質7mと散乱部7pの比誘電率を体積分率により加重平均し、その平均値の平方根を用いることができる。散乱層7の平均屈折率が有機層3の屈折率より小さく、その差が0.2より大きい場合には、有機層内を伝播する光が有機層3/陽極2または陽極2/散乱層7の界面で全反射しやすくなり、散乱層7中へ効率的に光導くことができない。一方、散乱層7の平均屈折率が有機層3の屈折率より大きく、その差が0.2より大きい場合には、散乱層7内を伝播する光が上記界面では全反射しにくくなるが、散乱層7/基板1の界面では全反射しやすくなり、光が散乱層7中に閉じ込められやすくなる。この散乱層7中に閉じ込められた光は、散乱部7mで散乱され、その散乱光が散乱層7/基板1の界面に臨界角以下で入射すれば取り出すことができる。つまり、散乱層7/基板1の界面で全反射しても散乱を繰り返すことでいつかは基板外部に取り出すことができる。しかし、散乱を繰り返すとその度に光が減衰してしまうため、効率的に光を取り出すことができない。   In addition, the absolute value of the difference between the average refractive index of the scattering layer 7 and the refractive index of the organic layer 3 is preferably 0.2 or less. Here, the average refractive index of the scattering layer 7 is a value obtained by dividing the wave number of light propagating straight in the scattering layer 7 without being scattered by the wave number in vacuum. The average refractive index varies depending on the refractive index of the scattering portion 7p and the medium 7m and the respective volume fractions, as well as the distribution shape of the scattering portion 7p in the scattering layer 7, but the scattering portion 7p in the scattering layer 7 is spatial. In this case, as the average refractive index, the relative dielectric constant of the medium 7m and the scattering portion 7p is weighted and averaged by the volume fraction, and the square root of the average value can be used. When the average refractive index of the scattering layer 7 is smaller than the refractive index of the organic layer 3 and the difference is larger than 0.2, the light propagating in the organic layer is organic layer 3 / anode 2 or anode 2 / scattering layer 7. It becomes easy to totally reflect at the interface, and light cannot be efficiently guided into the scattering layer 7. On the other hand, when the average refractive index of the scattering layer 7 is larger than the refractive index of the organic layer 3 and the difference is larger than 0.2, the light propagating in the scattering layer 7 is less likely to be totally reflected at the interface. Total reflection is likely to occur at the scattering layer 7 / substrate 1 interface, and light is easily trapped in the scattering layer 7. The light confined in the scattering layer 7 is scattered by the scattering portion 7m, and can be extracted if the scattered light enters the interface of the scattering layer 7 / substrate 1 at a critical angle or less. That is, even after total reflection at the interface between the scattering layer 7 and the substrate 1, it can be taken out of the substrate sometime by repeating scattering. However, since light is attenuated each time scattering is repeated, light cannot be extracted efficiently.

また図3に示すように、陽極2の散乱層7側の表面を平坦にする目的で、散乱層7と陽極2の間に中間層8を有することが好ましい。散乱層7は、媒質7mと散乱部7pからなるため、散乱層7と陽極2の界面を平坦に作製することが難しい。散乱層7と陽極2界面が平坦にならないと、その上に形成される有機層3、陰極4、低屈折率層5、金属層6の全てが平坦にならない。そのため、有機EL素子を全体に亘って均一に作製することが難しく、拡散性の高い発光を得ることができない。また、外部応力が加わった場合に、散乱部7pが素子部(陽極2〜陰極4)を傷つけるのを抑制することもできる。このような目的から、中間層は陽極2(第1電極)に接する部分に層状部を有するように形成される。   Also, as shown in FIG. 3, it is preferable to have an intermediate layer 8 between the scattering layer 7 and the anode 2 for the purpose of flattening the surface of the anode 2 on the scattering layer 7 side. Since the scattering layer 7 includes the medium 7m and the scattering portion 7p, it is difficult to make the interface between the scattering layer 7 and the anode 2 flat. If the interface between the scattering layer 7 and the anode 2 is not flat, the organic layer 3, the cathode 4, the low refractive index layer 5, and the metal layer 6 formed thereon are not flat. Therefore, it is difficult to produce the organic EL element uniformly over the entire surface, and it is impossible to obtain light emission with high diffusibility. Further, when external stress is applied, it is possible to suppress the scattering portion 7p from damaging the element portion (the anode 2 to the cathode 4). For this purpose, the intermediate layer is formed so as to have a layered portion at a portion in contact with the anode 2 (first electrode).

この中間層8の屈折率は、散乱層7中の媒質7mの屈折率以上であることがさらに好ましい。中間層8の屈折率が散乱層7の媒質7mの屈折率以上であれば、界面での不要な反射を抑えることができる。
また中間層8は、媒質7mと一体となって形成されていても良い。中間層8が媒質7mと一体となって形成されている場合、中間層8の膜厚とは、陽極2と散乱部7pの最も陽極2側に存在する部分と、によって挟まれた平坦領域の最大膜厚を意味する。
The refractive index of the intermediate layer 8 is more preferably equal to or higher than the refractive index of the medium 7m in the scattering layer 7. If the refractive index of the intermediate layer 8 is equal to or higher than the refractive index of the medium 7m of the scattering layer 7, unnecessary reflection at the interface can be suppressed.
The intermediate layer 8 may be formed integrally with the medium 7m. When the intermediate layer 8 is formed integrally with the medium 7m, the film thickness of the intermediate layer 8 is the flat region sandwiched between the anode 2 and the portion of the scattering portion 7p that is closest to the anode 2 side. It means the maximum film thickness.

また、中間層8の屈折率nm1は有機層3の屈折率n以上であるか、そうでない場合は、この中間層8の膜厚tが式(1)を満たすことが好ましい。

Figure 2015095284
ただし、kは前記有機層で発光する光のピーク波長における真空中の光の波数である。中間層8の屈折率nm1が有機層3の屈折率nより小さいと、有機層3側から臨界角以上の角度で中間層8に入射した光A1は全反射(矢印A1r)する。本来、この全反射による光を素子外部に取り出すことはできないが、式(1)を満たす場合には、全反射により発生したエバネッセント波(矢印A2)が、散乱部7pに届き、散乱によって取り出される(矢印A3)。 Also, if the refractive index n m1 of the intermediate layer 8 is the refractive index n o or more organic layers 3, otherwise, the thickness t of the intermediate layer 8 preferably satisfies the formula (1).
Figure 2015095284
Here, k 0 is the wave number of light in vacuum at the peak wavelength of light emitted from the organic layer. Refractive index and n o is smaller than the refractive index n m1 is an organic layer 3 of the intermediate layer 8, light A1 which is incident on the intermediate layer 8 at an angle greater than the critical angle from the organic layer 3 side is totally reflected (arrow A1r). Originally, the light due to total reflection cannot be extracted outside the element. However, when the expression (1) is satisfied, the evanescent wave (arrow A2) generated by total reflection reaches the scattering portion 7p and is extracted by scattering. (Arrow A3).

なお、式(1)は以下のように導くことができる。有機層中の光の伝播角が90度に近い場合、中間層8中に沁み出すエバネッセント波の素子面に対して垂直な方向の波数kは以下の式(2)で表すことができる。

Figure 2015095284
Equation (1) can be derived as follows. If the propagation angle of light in the organic layer is close to 90 degrees, the wave number k z in a direction perpendicular to the element plane of the evanescent wave leaking into the intermediate layer 8 can be represented by the following formula (2).
Figure 2015095284

エバネッセント波は、エバネッセント波の発生点である陽極2/中間層8の界面で発生し、その強度は指数関数的に減衰しながら中間層8中を伝搬する。すなわち、発生点からの距離がtの位置でのエバネッセント波の振幅は、近似的に

Figure 2015095284
となる。 The evanescent wave is generated at the interface between the anode 2 and the intermediate layer 8 where the evanescent wave is generated, and the intensity propagates through the intermediate layer 8 while being attenuated exponentially. That is, the amplitude of the evanescent wave at the position where the distance from the generation point is t is approximately
Figure 2015095284
It becomes.

陽極2/中間層8界面での振幅を1として規格化すると、中間層の厚み方向に伝播した位置でのエバネッセント波の振幅が0.4以下では、十分な量のエバネッセント波を利用することができない(詳細は、後述の(Otto型配置におけるSPP取り出し)の項参照)。逆に言えば、中間層の膜厚が式(1)を満たすように設定すれば、エバネッセント波が散乱層に届き、散乱により光を取り出すことができる。これは、後述の実施例4からも確認できる。
なお、中間層8が有機層の屈折率nより屈折率の高い層と低い層の双方を含む場合は、式(1)の、tおよびnm1をそれぞれ屈折率の低い層の膜厚および屈折率としたものを満たすことが望ましい。
When the amplitude at the anode 2 / intermediate layer 8 interface is normalized to 1, a sufficient amount of evanescent wave can be used when the amplitude of the evanescent wave at the position propagated in the thickness direction of the intermediate layer is 0.4 or less. Cannot be done (for details, see the section (Removal of SPP in Otto type arrangement) described later). In other words, if the film thickness of the intermediate layer is set to satisfy Equation (1), the evanescent wave reaches the scattering layer, and light can be extracted by scattering. This can also be confirmed from Example 4 described later.
In the case the intermediate layer 8 comprises both a higher layer and lower layer of refractive index than the refractive index n o of the organic layer, the film thickness of the lower, respectively the refractive index and t and n m1 layers formula (1) and It is desirable to satisfy the refractive index.

散乱部7pのサイズDは、媒質7m中における発光光(最大ピーク波長)の実効波長の半分以上であることが好ましい。ここで、散乱部7pが図2(a)のような粒子状である場合は、Dは粒子の平均直径(粒子と同じ体積の球の直径)とし、図(b)のように多結晶状である場合は、Dは結晶粒の平均直径、図(c)のように凹凸な界面をもった層状である場合は、隣り合う凸間の平均距離とする。Dを媒質7m中の実効波長(真空中の波長を媒質の屈折率で割った値)以上とするのは、散乱部7pのサイズが媒質7m中における発光光の実効波長の半分以下であると、光が散乱されにくいためである。一般に、光の波長以下の領域での散乱現象は、レイリー散乱で表され、その散乱断面積は散乱部7pのサイズの6乗に比例する。すなわち、散乱部7pサイズが小さくなると、散乱断面積が急激に小さくなり、光を散乱しにくくなる。
一方、散乱部7pのサイズが発光光の実効波長の半分以上であれば、散乱部7pと媒質7mの間で十分に光を散乱させることができる。散乱部7pのサイズが発光光の実効波長の半分以上の領域では、幾何学的近似による古典粒子の散乱に近くなるため、その散乱断面積は散乱部7pのサイズの2乗に比例する。すなわち、散乱部7pのサイズによる影響が少なくなる。
The size D of the scattering portion 7p is preferably at least half of the effective wavelength of the emitted light (maximum peak wavelength) in the medium 7m. Here, when the scattering portion 7p is in the form of particles as shown in FIG. 2A, D is the average diameter of the particles (the diameter of a sphere having the same volume as the particles), and is in a polycrystalline form as shown in FIG. In this case, D is the average diameter of crystal grains, and in the case of a layered shape having an uneven interface as shown in FIG. The reason why D is greater than or equal to the effective wavelength in the medium 7m (the value obtained by dividing the vacuum wavelength by the refractive index of the medium) is that the size of the scattering portion 7p is less than or equal to half the effective wavelength of the emitted light in the medium 7m. This is because light is hardly scattered. In general, the scattering phenomenon in the region below the wavelength of light is represented by Rayleigh scattering, and the scattering cross section is proportional to the sixth power of the size of the scattering portion 7p. That is, when the size of the scattering portion 7p is reduced, the scattering cross section is rapidly reduced and light is not easily scattered.
On the other hand, if the size of the scattering portion 7p is at least half the effective wavelength of the emitted light, light can be sufficiently scattered between the scattering portion 7p and the medium 7m. In a region where the size of the scattering portion 7p is more than half of the effective wavelength of the emitted light, the scattering cross section is proportional to the square of the size of the scattering portion 7p because it is close to the scattering of classical particles by geometric approximation. That is, the influence of the size of the scattering portion 7p is reduced.

さらに、後述するように、散乱部7p1個当たりの散乱断面積と、素子の単位発光面積当たりの散乱部7pの個数との積である占有率が0.05〜2の範囲であることが好ましい。ここで散乱部7pの個数とは、サイズDが媒質7m中の実効波長の半分以上である散乱部7pの総数である。占有率が2より大きい場合は、有機層3側から散乱層7に入射した光は散乱部7pによって強く散乱されるため、散乱層7を透過しにくくなり、光取り出し効率が低下する。   Furthermore, as will be described later, it is preferable that the occupation ratio, which is the product of the scattering cross section per scattering portion 7p and the number of scattering portions 7p per unit light emitting area of the element, is in the range of 0.05 to 2. . Here, the number of the scattering parts 7p is the total number of the scattering parts 7p whose size D is half or more of the effective wavelength in the medium 7m. When the occupation ratio is larger than 2, the light incident on the scattering layer 7 from the organic layer 3 side is strongly scattered by the scattering portion 7p, so that the light does not easily pass through the scattering layer 7 and the light extraction efficiency decreases.

(Otto型配置)
本発明の有機EL素子の、Otto型配置による第2電極側構造の作用効果について以下に説明する。以下は、計算式に基づく原理的な説明であるため、第1電極と第2電極をそれぞれ陽極または陰極の一方に対応させることはせずに、第1電極及び第2電極のまま記載する。
平坦な金属表面に生成される表面プラズモンポラリトン(SPP)の角振動数をω、波数の基板面内方向成分をkspとすると、この分散関係(角振動数と波数の間の関係)は、金属の比誘電率の実部εと、金属表面に接触する誘電体の比誘電率εによって決まり、近似的に次式(4)によって与えられる(cは真空中の光の速さ)。

Figure 2015095284
これに対して、比誘電率εの誘電体中を伝播する通常の伝播光の分散関係(角振動数w、波数ベクトルk)は、次式(5)によって与えられる。
Figure 2015095284
表面プラズモンポラリトン(SPP)の分散曲線は通常の伝播光の分散直線と交差しない。そのため、通常の伝播光では平坦な金属表面にSPPを励起することはできない。また、平坦な金属表面に存在するSPPから直接伝播光を取り出すこともできない。 (Otto type arrangement)
The effect of the second electrode side structure by the Otto type arrangement of the organic EL element of the present invention will be described below. The following is a principle explanation based on the calculation formula, and therefore, the first electrode and the second electrode are not associated with either the anode or the cathode, respectively, and are described as the first electrode and the second electrode.
When the angular frequency of surface plasmon polariton (SPP) generated on a flat metal surface is ω, and the in-plane direction component of the wave number is k sp , this dispersion relation (relation between angular frequency and wave number) is It is determined by the real part ε 1 of the relative permittivity of the metal and the relative permittivity ε 2 of the dielectric that contacts the metal surface, and is approximately given by the following equation (4) (c is the speed of light in vacuum) .
Figure 2015095284
On the other hand, the dispersion relationship (angular frequency w, wave vector k) of normal propagating light propagating through a dielectric having a relative dielectric constant ε 2 is given by the following equation (5).
Figure 2015095284
The dispersion curve of surface plasmon polariton (SPP) does not intersect the normal dispersion light dispersion line. For this reason, normal propagating light cannot excite SPP on a flat metal surface. Further, it is not possible to directly extract propagating light from the SPP present on the flat metal surface.

これに対して、次にOtto型配置、すなわち金属/低屈折率媒質/高屈折媒質となる構造であって、本発明の有機EL素子においては金属層6(比誘電率の実部ε)/低屈折率層5(比誘電率ε)/有機層(比誘電率ε)の積層構造を用いた場合について考える。有機層3の屈折率が低屈折率層5の屈折率より高い場合、有機層3側から低屈折率層5側に臨界角より大きい入射角で入射した光は、有機層3と陰極4の界面または陰極4と低屈折率層5の界面で全反射する。この際、界面の低屈折率層5側には非伝播光であるエバネッセント波が生じ、全反射の界面から遠ざかるにつれてその電磁場強度は指数関数的に減衰する(入射光は界面で全反射するが、電磁場は界面から滲み出して存在している)。このエバネッセント波の分散曲線は、次式(6)によって与えられる。ここで、δは有機層3から低屈折率層5側の媒質への入射光の入射角である。

Figure 2015095284
従って、ε3が十分大きければ、入射角δを変えることにより、SPPの分散曲線と全反射によるエバネッセント波(以降、単に「エバネッセント波」という場合も、全て全反射によって生じたものをさすものとする)の分散直線に交点を持たせることが可能となる。すなわち、エバネッセント波を用いれば、有機層3中の伝播光から平坦な金属層6の表面にSPPを励起することができ、また、逆の過程として平坦な金属層6の表面に存在するSPPからエバネッセント波を介して有機層3中へ伝播光として取り出すことが可能となる。SPPを取り出す場合は、式(6)中のδは、SPPの放射角度ということになる。
言い換えると、Otto型配置を用いると、SPPの分散曲線とエバネッセント波の分散直線とが交差するようになる。これは、所定の角度で有機層3中を伝播する光だけが、エバネッセント波と共鳴することによりSPPとエネルギーをやり取りできる状態となることを意味する。そして、SPPを、エバネッセント波を介して所定の角度で放射される伝播光として取り出すことが可能となる。 On the other hand, the Otto type arrangement, that is, the structure of metal / low refractive index medium / high refractive medium, and in the organic EL device of the present invention, the metal layer 6 (real part ε 1 of relative dielectric constant) Consider the case of using a laminated structure of / low refractive index layer 5 (relative permittivity ε 2 ) / organic layer (relative permittivity ε 3 ). When the refractive index of the organic layer 3 is higher than the refractive index of the low refractive index layer 5, the light incident from the organic layer 3 side to the low refractive index layer 5 side at an incident angle larger than the critical angle is incident on the organic layer 3 and the cathode 4. Total reflection occurs at the interface or the interface between the cathode 4 and the low refractive index layer 5. At this time, an evanescent wave that is non-propagating light is generated on the low refractive index layer 5 side of the interface, and the electromagnetic field intensity attenuates exponentially as the distance from the total reflection interface increases (incident light is totally reflected at the interface). The electromagnetic field oozes out of the interface). The dispersion curve of this evanescent wave is given by the following equation (6). Here, δ is an incident angle of incident light from the organic layer 3 to the medium on the low refractive index layer 5 side.
Figure 2015095284
Therefore, if ε 3 is sufficiently large, by changing the incident angle δ, the dispersion curve of the SPP and the evanescent wave due to total reflection (hereinafter also referred to simply as “evanescent wave” refers to all generated by total reflection). It is possible to give an intersection to the dispersion straight line. That is, if evanescent waves are used, SPP can be excited from the propagating light in the organic layer 3 to the surface of the flat metal layer 6, and as a reverse process, from the SPP existing on the surface of the flat metal layer 6. It becomes possible to extract the propagating light into the organic layer 3 through the evanescent wave. When taking out the SPP, δ in the equation (6) is the radiation angle of the SPP.
In other words, when the Otto type arrangement is used, the dispersion curve of the SPP and the dispersion line of the evanescent wave intersect each other. This means that only the light propagating through the organic layer 3 at a predetermined angle is in a state where energy can be exchanged with the SPP by resonating with the evanescent wave. And it becomes possible to take out SPP as propagation light radiated | emitted at a predetermined angle via an evanescent wave.

ただし、エバネッセント波を介したSPPモード光の励起・取り出しは上記低屈折率層5が十分薄膜である場合に生じる。これは、低屈折率層5が厚すぎると、有機層3からのエバネッセント波の滲み出しが金属層6まで到達せず、エバネッセント波とSPPモード光同士がエネルギーをやりとりできないためであり、低屈折率層5が薄すぎると、金属層6と有機層3または陰極4が接近してSPPモード光の波数が(4)式より大きくなり、分散曲線がエバネッセント波の分散曲線(6)と、いかなる角度δの場合も交わらなくなるためである。
こうしてSPPから取り出される光は上記の通り、SPPの分散曲線とエバネッセント波の分散直線との交点に対応する所定の角度を有して放射されるものである。
However, the excitation / extraction of the SPP mode light via the evanescent wave occurs when the low refractive index layer 5 is sufficiently thin. This is because if the low refractive index layer 5 is too thick, the evanescent wave oozes out from the organic layer 3 does not reach the metal layer 6, and the evanescent wave and the SPP mode light cannot exchange energy. If the rate layer 5 is too thin, the metal layer 6 and the organic layer 3 or the cathode 4 approach each other, the wave number of the SPP mode light becomes larger than the equation (4), and the dispersion curve becomes any of the dispersion curve (6) of the evanescent wave. This is because the angle δ also does not intersect.
As described above, the light extracted from the SPP is emitted at a predetermined angle corresponding to the intersection of the dispersion curve of the SPP and the dispersion line of the evanescent wave.

(散乱層による散乱)
次に、本実施形態の有機EL素子の散乱層による散乱の作用効果について以下に説明する。図4は光の伝播を矢印で示し、有機EL素子の屈折作用効果の原理を分かり易く説明するために模式的に示した模式図である。
本発明の有機EL素子10は、散乱部7pと媒質7mからなる散乱層7を有している。
(Scattering by scattering layer)
Next, the effect of scattering by the scattering layer of the organic EL element of this embodiment will be described below. FIG. 4 is a schematic diagram schematically showing the propagation of light with an arrow, in order to easily understand the principle of the refraction effect of the organic EL element.
The organic EL element 10 of the present invention has a scattering layer 7 composed of a scattering portion 7p and a medium 7m.

図4に示すように本発明の第1実施形態の有機EL素子10は、有機層3に含まれる発光点のA点で発光した光のうち一部は、発光点周りのダイポール場を介して(矢印A1)、SPP(矢印A2)モードへ直接エネルギー移動する。このようなSPPモードへのエネルギー移動は、一般的な有機EL素子において、発光分子と金属層が近い場合に生じることが広く知られている。
励起されたSPPモード光は、エバネッセント波(矢印A3)との共鳴を介して、所定の角度で陰極4に放射され(矢印A4)、伝播光として有機層3に取り出されうる。
ここで、有機層3のA点で発光した光は全方位に進むので、SPPにエネルギー移動せずに有機層中へ伝播光として放射される光も当然存在するが、矢印A1〜A4及び矢印B1は本発明の作用効果を説明するために、本発明の効果を有する代表的な光の伝播を模式的に示したものである。
また屈折は屈折率が異なる界面で生じるが、本発明の効果を説明するために特に必要ではない界面での屈折は図示していない。
As shown in FIG. 4, in the organic EL element 10 of the first embodiment of the present invention, a part of the light emitted at the point A of the light emitting point included in the organic layer 3 passes through the dipole field around the light emitting point. Direct energy transfer to (arrow A1), SPP (arrow A2) mode. Such energy transfer to the SPP mode is widely known to occur when a light emitting molecule and a metal layer are close to each other in a general organic EL element.
The excited SPP mode light is radiated to the cathode 4 at a predetermined angle (arrow A4) through resonance with the evanescent wave (arrow A3), and can be extracted to the organic layer 3 as propagating light.
Here, since the light emitted from the point A of the organic layer 3 travels in all directions, there is naturally light emitted as propagating light into the organic layer without transferring energy to the SPP, but the arrows A1 to A4 and the arrow B1 schematically shows typical light propagation having the effects of the present invention in order to explain the effects of the present invention.
Although refraction occurs at interfaces having different refractive indexes, refraction at interfaces that are not particularly necessary for explaining the effects of the present invention is not shown.

また、陰極側構造(陰極4、低屈折率層5、金属層6)から有機層3のB点にまで取り出された光は、矢印B1のように伝播して基板1まで取り出される。
すなわち、B点から有機層3等を通って進む光B1は、散乱層7に達した後、散乱層7によって様々な方向に散乱される。ここで、散乱された後、媒質7mと基板1の界面に臨界角より大きい角度で入射する光は全反射されて散乱層7内部へ戻されるが、このような光は再び散乱層7内部で再び散乱されて伝播角が変わるので、基板1側へ取り出すことができる。このように、B点まで取り出されたSPPモード光の一つの伝播過程を模式的に示したが、金属層6の表面の様々な位置から取出されている。つまり、図4で示すように、有機層3のB点以外の例えばC点にも、SPPモード光は取り出されている。またSPPモード光は金属層6表面の任意の方向を伝播するので、矢印A’1〜A’4のように進行したあと、有機層3のD点でSPPが取り出されるような経路も存在しうる。これらの点C、Dまで取出された光は、矢印B1と同様に散乱層7で様々な方向に散乱され、基板1側へ取り出される。
従って、有機EL素子10は、SPPモード光を様々な方向に拡散することができ、拡散性の高い発光を得ることができる。
The light extracted from the cathode side structure (cathode 4, low refractive index layer 5, metal layer 6) to the point B of the organic layer 3 propagates as shown by arrow B1 and is extracted to the substrate 1.
That is, the light B <b> 1 traveling from the point B through the organic layer 3 or the like reaches the scattering layer 7 and is then scattered in various directions by the scattering layer 7. Here, after being scattered, the light incident on the interface between the medium 7 m and the substrate 1 at an angle larger than the critical angle is totally reflected and returned to the inside of the scattering layer 7. Since it is scattered again and the propagation angle changes, it can be taken out to the substrate 1 side. As described above, one propagation process of the SPP mode light extracted up to the point B is schematically shown, but is extracted from various positions on the surface of the metal layer 6. That is, as shown in FIG. 4, SPP mode light is extracted also at, for example, point C other than point B of the organic layer 3. In addition, since the SPP mode light propagates in an arbitrary direction on the surface of the metal layer 6, there is a path through which the SPP is extracted at point D of the organic layer 3 after traveling as indicated by arrows A ′ 1 to A ′ 4. sell. The light extracted up to these points C and D is scattered in various directions by the scattering layer 7 in the same manner as the arrow B1, and is extracted to the substrate 1 side.
Therefore, the organic EL element 10 can diffuse the SPP mode light in various directions, and can obtain light emission with high diffusibility.

(画像表示装置)
次に、上記の有機EL素子を備えた画像表示装置について説明を行う。上記の有機EL素子10および20を備えた画像表示装置は有機EL素子による違いはないため、有機EL素子10の場合で代表して以下の説明を行う。
図5は、上記の有機EL素子を備えた画像表示装置の一例を説明した図である。
図5に示した画像表示装置100は、いわゆるパッシブマトリクス型の画像表示装置であり、有機EL素子10の他に、陽極配線104、陽極補助配線106、陰極配線108、絶縁膜110、陰極隔壁112、封止プレート116、シール材118とを備えている。
(Image display device)
Next, an image display apparatus provided with the above organic EL element will be described. Since the image display apparatus provided with the organic EL elements 10 and 20 is not different depending on the organic EL element, the following description will be given on behalf of the organic EL element 10 as a representative.
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of an image display device including the organic EL element.
The image display device 100 shown in FIG. 5 is a so-called passive matrix type image display device. In addition to the organic EL element 10, the anode wiring 104, the anode auxiliary wiring 106, the cathode wiring 108, the insulating film 110, and the cathode partition 112 are used. , A sealing plate 116 and a sealing material 118.

本実施の形態において、有機EL素子10の基板1上には、複数の陽極配線104が形成されている。陽極配線104は、一定の間隔を隔てて平行に配置される。陽極配線104は、透明導電膜により構成され、例えばITOを用いることができる。また陽極配線104の厚さは例えば、100nm〜150nmとすることができる。そして、それぞれの陽極配線104の端部の上には、陽極補助配線106が形成される。陽極補助配線106は陽極配線104と電気的に接続されている。このように構成することにより、陽極補助配線106は、基板1の端部側において外部配線と接続するための端子として機能し、外部に設けられた図示しない駆動回路から陽極補助配線106を介して陽極配線104に電流を供給することができる。陽極補助配線106は、例えば、厚さ500nm〜600nmの金属膜によって構成される。   In the present embodiment, a plurality of anode wirings 104 are formed on the substrate 1 of the organic EL element 10. The anode wirings 104 are arranged in parallel at a constant interval. The anode wiring 104 is made of a transparent conductive film, and for example, ITO can be used. The thickness of the anode wiring 104 can be set to 100 nm to 150 nm, for example. An anode auxiliary wiring 106 is formed on the end of each anode wiring 104. The anode auxiliary wiring 106 is electrically connected to the anode wiring 104. With this configuration, the anode auxiliary wiring 106 functions as a terminal for connecting to the external wiring on the end portion side of the substrate 1, and the drive circuit (not shown) provided outside via the anode auxiliary wiring 106. A current can be supplied to the anode wiring 104. The anode auxiliary wiring 106 is formed of, for example, a metal film having a thickness of 500 nm to 600 nm.

また、有機EL素子10上には、複数の陰極配線108が設けられている。複数の陰極配線108は、それぞれが平行となるよう、かつ、陽極配線104と直交するように配設されている。陰極配線108には、Al又はAl合金を使用することができる。陰極配線108の厚さは、例えば、100nm〜150nmである。また、陰極配線108の端部には、陽極配線104に対する陽極補助配線106と同様に、図示しない陰極補助配線が設けられ、陰極配線108と電気的に接続されている。よって、陰極配線108と陰極補助配線との間に電流を流すことができる。   A plurality of cathode wirings 108 are provided on the organic EL element 10. The plurality of cathode wirings 108 are arranged so as to be parallel to each other and orthogonal to the anode wiring 104. For the cathode wiring 108, Al or an Al alloy can be used. The thickness of the cathode wiring 108 is, for example, 100 nm to 150 nm. Further, similarly to the anode auxiliary wiring 106 for the anode wiring 104, a cathode auxiliary wiring (not shown) is provided at the end of the cathode wiring 108 and is electrically connected to the cathode wiring 108. Therefore, a current can flow between the cathode wiring 108 and the cathode auxiliary wiring.

更に基板1上には、陽極配線104を覆うように絶縁膜110が形成される。絶縁膜110には、陽極配線104の一部を露出するように矩形状の開口部120が設けられている。複数の開口部120は、陽極配線104の上にマトリクス状に配置されている。この開口部120において、陽極配線104と陰極配線108の間に有機EL素子10が設けられる。すなわち、それぞれの開口部120が画素となる。従って、開口部120に対応して表示領域が形成される。ここで、絶縁膜110の膜厚は、例えば、200nm〜1000nmとすることができ、開口部120の大きさは、例えば、100μm×100μmとすることができる。   Further, an insulating film 110 is formed on the substrate 1 so as to cover the anode wiring 104. A rectangular opening 120 is provided in the insulating film 110 so as to expose a part of the anode wiring 104. The plurality of openings 120 are arranged in a matrix on the anode wiring 104. In the opening 120, the organic EL element 10 is provided between the anode wiring 104 and the cathode wiring 108. That is, each opening 120 becomes a pixel. Accordingly, a display area is formed corresponding to the opening 120. Here, the thickness of the insulating film 110 can be, for example, 200 nm to 1000 nm, and the size of the opening 120 can be, for example, 100 μm × 100 μm.

有機EL素子10は、開口部120において陽極配線104と陰極配線108の間に位置している。そしてこの場合、有機EL素子10の陽極2が陽極配線104と接触し、陰極4が陰極配線108と接触する。有機EL素子10の厚さは、例えば、150nm〜200nmとすることができる。   The organic EL element 10 is located between the anode wiring 104 and the cathode wiring 108 in the opening 120. In this case, the anode 2 of the organic EL element 10 is in contact with the anode wiring 104 and the cathode 4 is in contact with the cathode wiring 108. The thickness of the organic EL element 10 can be set to 150 nm to 200 nm, for example.

絶縁膜110の上には、複数の陰極隔壁112が陽極配線104と垂直な方向に沿って形成されている。陰極隔壁112は、陰極配線108の配線同士が導通しないように、複数の陰極配線108を空間的に分離するための役割を担っている。従って、隣接する陰極隔壁112の間にそれぞれ陰極配線108が配置される。陰極隔壁112の大きさとしては、例えば、高さが2μm〜3μm、幅が10μmのものを用いることができる。   On the insulating film 110, a plurality of cathode partition walls 112 are formed along a direction perpendicular to the anode wiring 104. The cathode partition 112 plays a role for spatially separating the plurality of cathode wirings 108 so that the wirings of the cathode wirings 108 do not conduct with each other. Accordingly, the cathode wiring 108 is disposed between the adjacent cathode partition walls 112. As the size of the cathode partition 112, for example, the one having a height of 2 μm to 3 μm and a width of 10 μm can be used.

また、基板1は、封止プレート116とシール材118を介して貼り合わせられている。これにより、有機EL素子10が設けられた空間を封止することができ、有機EL素子10が空気中の水分により劣化するのを防ぐことができる。封止プレート116としては、例えば、厚さが0.7mm〜1.1mmのガラス基板を使用することができる。封止プレート116は、素子がボトムエミッション型のように光を基板1側から取り出す場合は、透明でなくてもよい。一方、素子がトップエミッション型のように光を封止プレート116側から取り出す場合は、封止プレート116は発光波長域の少なくとも一部の波長に対して透明である必要がある。   In addition, the substrate 1 is bonded to each other through a sealing plate 116 and a sealing material 118. Thereby, the space in which the organic EL element 10 is provided can be sealed, and the organic EL element 10 can be prevented from being deteriorated by moisture in the air. As the sealing plate 116, for example, a glass substrate having a thickness of 0.7 mm to 1.1 mm can be used. The sealing plate 116 may not be transparent when light is extracted from the substrate 1 side as in the case of a bottom emission type element. On the other hand, when light is extracted from the sealing plate 116 side as in the case of the top emission type, the sealing plate 116 needs to be transparent to at least a part of the emission wavelength region.

このような構造の画像表示装置100において、図示しない駆動装置により、陽極補助配線106、図示しない陰極補助配線を介して、有機EL素子10に電流を供給し、発光層を発光させることができる。そして基板1から基板1を通し、光を出射させることができる。そして、上述の画素に対応した有機EL素子10の発光、非発光を制御装置により制御することにより、画像表示装置100に画像を表示させることができる。   In the image display apparatus 100 having such a structure, a current can be supplied to the organic EL element 10 through a positive electrode auxiliary wiring 106 and a negative electrode auxiliary wiring (not shown) by a driving device (not shown) to cause the light emitting layer to emit light. Then, light can be emitted from the substrate 1 through the substrate 1. An image can be displayed on the image display device 100 by controlling the light emission and non-light emission of the organic EL element 10 corresponding to the above-described pixel by the control device.

(照明装置)
次に、上記の有機EL素子を用いた照明装置について説明を行う。上記の有機EL素子10および20を備えた画像表示装置は有機EL素子による違いはないため、有機EL素子10の場合で代表して以下の説明を行う。
図6は、上記の有機EL素子10を備える照明装置の一例を説明した図である。
図6に示した照明装置200は、上述した有機EL素子10と、有機EL素子10の基板1(図1参照)に隣接して設置され陽極2(図1参照)に接続される端子202と、陰極4(図1参照)に接続される端子203と、端子202と端子203とに接続し有機EL素子10を駆動するための点灯回路201とから構成される。
(Lighting device)
Next, a lighting device using the organic EL element will be described. Since the image display apparatus provided with the organic EL elements 10 and 20 is not different depending on the organic EL element, the following description will be given on behalf of the organic EL element 10 as a representative.
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a lighting device including the organic EL element 10 described above.
The lighting device 200 shown in FIG. 6 includes the organic EL element 10 described above and a terminal 202 that is installed adjacent to the substrate 1 (see FIG. 1) of the organic EL element 10 and connected to the anode 2 (see FIG. 1). The terminal 203 is connected to the cathode 4 (see FIG. 1), and the lighting circuit 201 is connected to the terminal 202 and the terminal 203 to drive the organic EL element 10.

点灯回路201は、図示しない直流電源と図示しない制御回路を内部に有し、端子202と端子203を通して、有機EL素子10の陽極層2と陰極4との間に電圧を印加して電流を供給する。そして、有機EL素子10を駆動し、発光層を発光させて、基板1を通し、光を出射させ、照明光として利用する。発光層は白色光を出射する発光材料より構成されていてもよく、また緑色光(G)、青色光(B)、赤色光(R)を出射する発光材料を使用した有機EL素子10をそれぞれ複数個設け、その合成光が白色となるようにしてもよい。   The lighting circuit 201 has a DC power source (not shown) and a control circuit (not shown) inside, and supplies a current by applying a voltage between the anode layer 2 and the cathode 4 of the organic EL element 10 through the terminal 202 and the terminal 203. To do. Then, the organic EL element 10 is driven, the light emitting layer emits light, the light is emitted through the substrate 1, and used as illumination light. The light emitting layer may be made of a light emitting material that emits white light, and each of the organic EL elements 10 using light emitting materials that emit green light (G), blue light (B), and red light (R). A plurality of them may be provided so that the combined light is white.

(有機EL素子の製造方法)
基板1上に散乱部7を作製する。作製する方法は、図2(a)で示すような粒子を分散させる構成の場合は、粒子を分散させた樹脂等を塗布し、さらに樹脂等を硬化させることで作製することができる。また図2(b)で示すような、結晶粒界を利用する場合は、多結晶となる物質を形成する。多結晶を構成する物質として、一般にセラミックスの多くは結晶粒界を形成することが知られており、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化イットリウム等を用いることができる。最後に図2(c)で示すような、媒質7mと散乱部7pがランダムな凹凸を形成している場合は、例えば媒質7mを形成した後に、その表面をエッチングにより荒らし、さらに荒らした表面上に散乱部7pを形成することで作製することができる。その他には、ブロックコポリマー等の自己組織化膜を利用して作製することもできる。
(Manufacturing method of organic EL element)
The scattering part 7 is produced on the substrate 1. In the case of a structure in which particles are dispersed as shown in FIG. 2A, the method for producing can be produced by applying a resin or the like in which particles are dispersed and further curing the resin or the like. In addition, when a crystal grain boundary as shown in FIG. 2B is used, a polycrystalline substance is formed. As a substance constituting a polycrystal, it is generally known that most ceramics form crystal grain boundaries, and aluminum oxide, titanium oxide, yttrium oxide, and the like can be used. Finally, in the case where the medium 7m and the scattering portion 7p form random irregularities as shown in FIG. 2C, for example, after the medium 7m is formed, the surface is roughened by etching, and further on the roughened surface. It can be produced by forming the scattering portion 7p. In addition, it can also be produced using a self-assembled film such as a block copolymer.

さらに形成した散乱層7の上に、陽極2、有機層3、陰極4、低屈折率層5、金属層6を順に積層し、有機EL素子10を形成することができる。陽極2は、抵抗加熱蒸着法や電子ビーム蒸着法に代表される真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、CVD法等の乾式成膜方法を用いて成膜することができる。また、塗布成膜方法等の湿式成膜方法を採用することが可能な場合には、例えば、スピンコーティング法、ディップコーティング法、インクジェット法、印刷法、スプレー法、ディスペンサー法等を用いて成膜することができる。陽極2を形成した後に、陽極2の表面処理を行うことで、オーバーコートされる層の性能(陽極2との密着性、表面平滑性、ホール注入障壁の低減化など)を改善することができる。表面処理を行うには高周波プラズマ処理を始めとしてスパッタリング処理、コロナ放電処理、UVオゾン照射処理、紫外線照射処理、または酸素プラズマ処理などがある。   Further, the anode 2, the organic layer 3, the cathode 4, the low refractive index layer 5, and the metal layer 6 can be laminated in this order on the formed scattering layer 7 to form the organic EL element 10. The anode 2 can be formed using a dry film formation method such as a vacuum evaporation method typified by a resistance heating evaporation method or an electron beam evaporation method, a sputtering method, an ion plating method, or a CVD method. In addition, when a wet film forming method such as a coating film forming method can be adopted, for example, a film is formed using a spin coating method, a dip coating method, an ink jet method, a printing method, a spray method, a dispenser method, or the like. can do. By performing the surface treatment of the anode 2 after forming the anode 2, the performance of the overcoated layer (adhesion with the anode 2, surface smoothness, reduction of hole injection barrier, etc.) can be improved. . The surface treatment includes high-frequency plasma treatment, sputtering treatment, corona discharge treatment, UV ozone irradiation treatment, ultraviolet irradiation treatment, oxygen plasma treatment, and the like.

更に、陽極2の表面処理の表面処理を行う代わりに、もしくは表面処理に追加して、図示しない陽極バッファ層を形成することで表面処理と同様の効果が期待できる。そして、陽極バッファ層をウェットプロセスにて塗布して作製する場合には、スピンコート法、キャスティング法、マイクログラビアコート法、グラビアコート法、バーコート法、ロールコート法、ワイアーバーコート法、ディップコート法、スプレーコート法、スクリーン印刷法、フレキソ印刷法、オフセット印刷法、インクジェットプリント法等の塗布法などを用いて成膜することができる。   Furthermore, the same effect as the surface treatment can be expected by forming an anode buffer layer (not shown) instead of or in addition to the surface treatment of the surface treatment of the anode 2. When the anode buffer layer is applied by a wet process, spin coating, casting, micro gravure coating, gravure coating, bar coating, roll coating, wire bar coating, dip coating The film can be formed using a coating method such as a spray method, a spray coating method, a screen printing method, a flexographic printing method, an offset printing method, or an inkjet printing method.

また、陽極バッファ層をドライプロセスにて作製する場合は、特開2006−303412号公報に例示のプラズマ処理などを用いて成膜することができる。この他にも金属単体あるいは金属酸化物、金属窒化物等を成膜する方法が挙げられ、具体的な成膜方法としては、電子ビーム蒸着法、スパッタリング法、化学反応法、コーティング法、真空蒸着法などを用いることができる。   In the case where the anode buffer layer is formed by a dry process, the anode buffer layer can be formed by using a plasma treatment or the like exemplified in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-303412. In addition, a method of forming a film of a single metal, a metal oxide, a metal nitride, or the like can be given. Specific film forming methods include an electron beam evaporation method, a sputtering method, a chemical reaction method, a coating method, and a vacuum evaporation method. The method etc. can be used.

有機層3の形成には従来公知の方法を用いることができ、特に限定されないが、例えば、真空蒸着法、スピンコート法、キャスト法、LB法等の方法を用いることができる。
ここで、有機層3を形成する下地となる陽極2の表面が凹凸状の場合は、平坦化するような研磨加工、エッチング処理などを適宜行ってもよい。
A conventionally known method can be used to form the organic layer 3 and is not particularly limited. For example, a method such as a vacuum deposition method, a spin coating method, a casting method, or an LB method can be used.
Here, in the case where the surface of the anode 2 serving as a base on which the organic layer 3 is formed is uneven, a polishing process, an etching process, or the like for flattening may be appropriately performed.

陰極4の形成も陽極2の形成と同様の方法を用いることができ、特に限定されないが、例えば、抵抗加熱蒸着法、電子ビーム蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、CVD法などを用いることができる。   The cathode 4 can be formed by the same method as the anode 2 and is not particularly limited. For example, a resistance heating vapor deposition method, an electron beam vapor deposition method, a sputtering method, an ion plating method, a CVD method, or the like is used. Can do.

低屈折率層5の形成方法は特に限定されないが、例えば、抵抗加熱蒸着法、電子ビーム蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、CVD法などを用いることができる。   Although the formation method of the low refractive index layer 5 is not specifically limited, For example, resistance heating vapor deposition method, electron beam vapor deposition method, sputtering method, ion plating method, CVD method etc. can be used.

金属層6の形成方法には特に限定されないが、例えば、蒸着法、スパッタリングを用いることができる。   Although the formation method of the metal layer 6 is not specifically limited, For example, a vapor deposition method and sputtering can be used.

以上の工程により、有機EL素子10を製造することができる。また、これら一連の工程後、有機EL素子10を長期安定的に用い、有機EL素子10を外部から保護するための保護層や保護カバー(図示せず)を装着することが好ましい。保護層としては、高分子化合物、金属酸化物、金属フッ化物、金属ホウ化物、窒化ケイ素、酸化ケイ素等のシリコン化合物などを用いることができる。そして、これらの積層体も用いることができる。また、保護カバーとしては、ガラス板、表面に低透水率処理を施したプラスチック板、金属などを用いることができる。この保護カバーは、熱硬化性樹脂や光硬化性樹脂、フリットガラス等で基板1と貼り合わせて密閉する方法を採ることが好ましい。またこの際に、スペーサを用いることで所定の空間を維持することができ、有機EL素子10が傷つくのを防止できるため好ましい。そして、この空間に窒素、アルゴン、ヘリウムのような不活性なガス、またはパーフルオロカーボンのような不活性液体を封入すれば、金属層6の酸化を防止しやすくなる。特にヘリウムを用いた場合、熱伝導が高いため、電圧印加時に有機EL素子10より発生する熱を効果的に保護カバーに伝えることができるため、好ましい。更に酸化バリウム等の乾燥剤、脱酸素材をこの空間内に設置することにより上記一連の製造工程で吸着した水分が有機EL素子10にダメージを与えるのを抑制しやすくなる。   The organic EL element 10 can be manufactured by the above process. Moreover, after these series of processes, it is preferable to use the organic EL element 10 stably for a long period of time and to attach a protective layer and a protective cover (not shown) for protecting the organic EL element 10 from the outside. As the protective layer, polymer compounds, metal oxides, metal fluorides, metal borides, silicon compounds such as silicon nitride and silicon oxide, and the like can be used. And these laminated bodies can also be used. Further, as the protective cover, a glass plate, a plastic plate whose surface has been subjected to low water permeability treatment, a metal, or the like can be used. The protective cover is preferably bonded to the substrate 1 with a thermosetting resin, a photocurable resin, frit glass or the like and sealed. In this case, it is preferable to use a spacer because a predetermined space can be maintained and the organic EL element 10 can be prevented from being damaged. If an inert gas such as nitrogen, argon, or helium or an inert liquid such as perfluorocarbon is sealed in this space, the oxidation of the metal layer 6 can be easily prevented. In particular, when helium is used, heat conduction is high, and thus heat generated from the organic EL element 10 when voltage is applied can be effectively transmitted to the protective cover, which is preferable. Furthermore, by installing a desiccant such as barium oxide and a deoxidizing material in this space, it becomes easy to suppress the moisture adsorbed in the series of manufacturing steps from damaging the organic EL element 10.

(Otto型配置におけるSPP取り出し)
本発明における有機EL素子Otto型配置による金属層表面に捕捉されたSPPを取り出すことが可能な低屈折率層の膜厚を検討する。
(SPP extraction in Otto type arrangement)
The film thickness of the low refractive index layer capable of taking out the SPP captured on the surface of the metal layer by the organic EL element Otto type arrangement in the present invention will be examined.

図7に、標準構造の有機EL素子20について、有機層で発光した光の強度を、有機EL素子面方向における波数成分で展開するエネルギー散逸計算を行った結果を示す。横軸が、有機層で発光した光の波数の、有機EL素子面方向成分を真空の波数kで割ったもの、すなわち有効屈折率であり、縦軸がその波数の光の強度、すなわち展開係数を示している。計算は、TM偏光成分、TE偏光成分に分けて行った。なお、この計算は基板11(ガラス)上に、各層が平坦な陽極12と有機層13と陰極14(金属)とを積層した標準構造の有機EL素子の結果を示している。この場合、TM・TE偏光成分の全積分面積に対する、TM偏光の最も高波数側のピーク面積がSPPモード光の強度割合を表しているが、有機層13で発光した光の多くがSPPモード光として捕捉されているのが分かる。図7に示す有機EL素子では、陽極12と有機層13の膜厚は、それぞれ150nm、100nmである。 FIG. 7 shows the result of energy dissipation calculation for the organic EL element 20 having the standard structure, in which the intensity of light emitted from the organic layer is developed with the wave number component in the organic EL element surface direction. The horizontal axis represents the wave number of the light emitted from the organic layer, the organic EL element surface direction component divided by the vacuum wave number k 0 , that is, the effective refractive index, and the vertical axis represents the light intensity of the wave number, that is, the development. The coefficient is shown. The calculation was performed separately for the TM polarization component and the TE polarization component. This calculation shows the result of an organic EL element having a standard structure in which an anode 12, an organic layer 13, and a cathode 14 (metal) each having a flat layer are stacked on a substrate 11 (glass). In this case, the peak area on the highest wavenumber side of the TM polarized light with respect to the total integrated area of the TM / TE polarized light component represents the intensity ratio of the SPP mode light, but most of the light emitted from the organic layer 13 is the SPP mode light. As you can see it is captured. In the organic EL element shown in FIG. 7, the film thicknesses of the anode 12 and the organic layer 13 are 150 nm and 100 nm, respectively.

一方で、Otto型配置を有する有機EL素子30(図9参照)における、エネルギー散逸計算による有機層で発光した光(TM偏光成分)の強度の、低屈折率層25の膜厚による依存性を示した図を図8に示す。Otto型配置を有する有機EL素子の一例である有機EL素子30の基板21、陽極22、有機層23は、図7の素子20と同じ構成であるが、有機層23上に透明導電材料であるITOからなる陰極24(50nm)が形成され、さらにその上に低屈折率層25、金属層26が順に形成された構成から成る。
低屈折率層25の屈折率を1.38とし、図8(a)は金属層26をAlとし、図8(b)は金属層26をAgとした場合で、凡例のグラフ線の数字は低屈折率層25の膜厚(nm)を示す。
On the other hand, in the organic EL element 30 (see FIG. 9) having the Otto type arrangement, the dependence of the intensity of the light emitted from the organic layer (TM polarization component) by the energy dissipation calculation on the film thickness of the low refractive index layer 25 is shown. The figure shown is shown in FIG. The substrate 21, the anode 22, and the organic layer 23 of the organic EL element 30, which is an example of an organic EL element having an Otto type arrangement, have the same configuration as the element 20 of FIG. 7, but are a transparent conductive material on the organic layer 23. A cathode 24 (50 nm) made of ITO is formed, and further, a low refractive index layer 25 and a metal layer 26 are sequentially formed thereon.
The refractive index of the low refractive index layer 25 is 1.38, FIG. 8A shows the case where the metal layer 26 is Al, and FIG. 8B shows the case where the metal layer 26 is Ag. The film thickness (nm) of the low refractive index layer 25 is shown.

図8(a)、(b)共に、低屈折率層25の膜厚が厚くなるに従って、ピーク波数が小さくなり、かつピーク幅が狭くなるようにシフトしていることが分かる。また膜厚が厚くなるに従って、ピーク波数のシフトはわずかになり、ピーク幅も一定に近づいていることが確認できる。なお、ピーク波数が小さくなることは、金属層26に接した低屈折率層25の膜厚が大きくなり、SPPの波数がこの低屈折率層25の屈折率の影響で小さくなることを示しており、ピーク幅が狭くなることは、SPPとして捕捉されていた光が有機層中に取り出され、光が面内導波する際の減衰が小さくなっていることを示している。これについて、次に説明する。   8 (a) and 8 (b), it can be seen that as the film thickness of the low refractive index layer 25 is increased, the peak wave number is decreased and the peak width is decreased. Further, it can be confirmed that as the film thickness increases, the peak wave number shifts slightly and the peak width approaches a constant value. Note that the decrease in the peak wave number indicates that the film thickness of the low refractive index layer 25 in contact with the metal layer 26 is large, and the wave number of the SPP becomes small due to the influence of the refractive index of the low refractive index layer 25. In addition, the narrowing of the peak width indicates that the light captured as the SPP is extracted into the organic layer and the attenuation when the light is guided in the plane is small. This will be described next.

図9(a)、(b)、(c)を用いてピークの変化について、以下に説明する。
図9(a)は、SPPモード光として光が完全に金属層26の表面に捕捉されている。これは、低屈折率層25の膜厚が0nmの時を表しており、有機層23〜金属層26側の積層構造がOtto型配置をなさず、SPPモード光は金属層26と陰極24の界面を面内方向に伝播しながら急速に減衰するため、ピーク幅が大きくなっている。
次に、低屈折率層25の膜厚が厚くなるにつれて、図9(b)のようになり、Otto型配置によってSPPモード光と導波モード光が混在した状態となる。これは、取り出されたSPPモード光が導波モード光となり、界面反射により再度金属層26にSPPモード光として再補足されることを意味している。この場合、光は図9(a)のSPPモード光に比べ減衰しにくいため、ピーク幅は次第に狭くなる。
最後に、低屈折率層25の膜厚が十分厚くなると、図9(c)のようになる。この場合、Otto型配置をしているが、発光点におけるエバネッセント波が金属層26に届かなくなり、SPPモード光として捕捉されない。この場合、発光した光は導波モード光として、捕捉されることとなる。つまり、低屈折率層25の膜厚がある厚みを超えると、捕捉された光は導波モード光のみとなるため、減衰のしやすさは変わらなくなり、ピーク幅にも変化が生じなくなる。
The peak change will be described below with reference to FIGS. 9A, 9B, and 9C.
In FIG. 9A, the light is completely trapped on the surface of the metal layer 26 as SPP mode light. This represents the time when the film thickness of the low refractive index layer 25 is 0 nm, the laminated structure on the organic layer 23 to metal layer 26 side does not form an Otto type arrangement, and the SPP mode light is transmitted between the metal layer 26 and the cathode 24. The peak width is large because it rapidly attenuates while propagating in the in-plane direction.
Next, as the film thickness of the low refractive index layer 25 is increased, as shown in FIG. 9B, the SPP mode light and the waveguide mode light are mixed due to the Otto type arrangement. This means that the extracted SPP mode light becomes guided mode light and is recaptured as SPP mode light again by the metal layer 26 by interface reflection. In this case, since the light is less likely to attenuate than the SPP mode light of FIG. 9A, the peak width becomes gradually narrower.
Finally, when the film thickness of the low refractive index layer 25 becomes sufficiently large, it becomes as shown in FIG. In this case, although the Otto type arrangement is used, the evanescent wave at the light emission point does not reach the metal layer 26 and is not captured as SPP mode light. In this case, the emitted light is captured as guided mode light. That is, when the film thickness of the low refractive index layer 25 exceeds a certain thickness, the trapped light is only guided mode light, so that the ease of attenuation does not change and the peak width also does not change.

図10は、低屈折率層25の膜厚に対する、ピーク幅(半値幅)の変化を示した図であるが、金属層26がAlの場合に、低屈折率層25の膜厚が200nm以上でピーク幅の変化が小さくなり、発光した光がSPPに捕捉されにくくなくなっていることが分かる。また、金属層26がAgの場合に、低屈折率層25の膜厚が150nm以上でピーク幅の変化が小さくなり、SPPモード光として捕捉されにくいことが分かる。
つまりSPPモード光として捕捉される低屈折率層25の膜厚は少なくとも300nm以下であり、200nm以下で捕捉の効果が顕著になることが分かる。なお、本検討は低屈折率層25の屈折率がn=1.38の場合を計算しているが、屈折率は1.38に限定されるものではなく、金属層26もAgとAlに限定されるものではない。
FIG. 10 is a diagram showing a change in peak width (half width) with respect to the film thickness of the low refractive index layer 25. When the metal layer 26 is Al, the film thickness of the low refractive index layer 25 is 200 nm or more. It can be seen that the change in the peak width becomes smaller and the emitted light is not easily captured by the SPP. It can also be seen that when the metal layer 26 is Ag, the change in peak width is small when the film thickness of the low refractive index layer 25 is 150 nm or more, and it is difficult to be captured as SPP mode light.
That is, it can be seen that the film thickness of the low refractive index layer 25 trapped as SPP mode light is at least 300 nm or less, and the trapping effect becomes remarkable at 200 nm or less. In this study, the case where the refractive index of the low refractive index layer 25 is n = 1.38 is calculated, but the refractive index is not limited to 1.38, and the metal layer 26 is also made of Ag and Al. It is not limited.

また、Otto型配置において、金属層26の表面に捕捉された表面プラズモンポラリトン(SPP)は、陰極24と低屈折率層25の界面で全反射した光によって発生するエバネッセント波によって取り出すことができる。すなわち、このエバネッセント波の波数が、金属層26の表面に生成されるSPPの波数k’spと交点を持つ必要がある。 Further, in the Otto type arrangement, the surface plasmon polariton (SPP) trapped on the surface of the metal layer 26 can be taken out by an evanescent wave generated by light totally reflected at the interface between the cathode 24 and the low refractive index layer 25. That is, the wave number of the evanescent wave, it is necessary to have a wave number k 'sp and the intersection of the SPP that is generated on the surface of the metal layer 26.

金属層26の比誘電率の実部をε1、低屈折率層25の比誘電率をε2、前記発光層で発光する光のピーク波長における真空中の光の波数(角振動数/真空中の光速)をk0とすると、金属層26の表面に生成されるSPPの波数k’spの実部は、前記の式(4)のkspと同じ表式となる。 The real part of the relative permittivity of the metal layer 26 is ε 1 , the relative permittivity of the low refractive index layer 25 is ε 2 , and the wave number of light in the vacuum at the peak wavelength of light emitted from the light emitting layer (angular frequency / vacuum). If the speed of light in the middle is k 0 , the real part of the wave number k ′ sp of the SPP generated on the surface of the metal layer 26 is the same as the expression of k sp in the above equation (4).

一方で、反射層26の表面に生成される表面プラズモンポラリトン(SPP)の、低屈折率層25の中における波数の垂直成分は以下の式(7)で表すことができる。

Figure 2015095284
On the other hand, the vertical component of the wave number in the low refractive index layer 25 of the surface plasmon polariton (SPP) generated on the surface of the reflective layer 26 can be expressed by the following equation (7).
Figure 2015095284

金属層26表面に生成されるSPPの電磁場の大きさ(強度)を、金属層26の表面での値を1として規格化すると、金属層26に垂直な方向に指数関数的に減衰しながら滲み出し、低屈折率層25/陰極24の界面に到達したSPPの強度は、低屈折率層55の膜厚をhとおくと、各界面での反射が無視できる場合、近似的に

Figure 2015095284
となる。
つまり、式(8)が十分大きければ、金属層26の表面に生成されるSPPの電磁場が陰極や有機層に滲み出し、陰極24と低屈折率層25の界面での全反射により生じたエバネッセント波とカップリングして、取り出すことができる。
図11(a)は金属層26をAl、(b)は金属層26をAgとした場合の式(8)をグラフ化した図である。 When the magnitude (strength) of the electromagnetic field of the SPP generated on the surface of the metal layer 26 is normalized with the value on the surface of the metal layer 26 set to 1, bleeding occurs while exponentially decaying in a direction perpendicular to the metal layer 26. The strength of the SPP that reaches the interface of the low refractive index layer 25 / cathode 24 is approximately when the thickness of the low refractive index layer 55 is h 2 and the reflection at each interface can be ignored.
Figure 2015095284
It becomes.
That is, if the equation (8) is sufficiently large, the electromagnetic field of the SPP generated on the surface of the metal layer 26 oozes out to the cathode and the organic layer, and evanescent generated by total reflection at the interface between the cathode 24 and the low refractive index layer 25. Coupling with the wave can be taken out.
FIG. 11A is a graph showing the equation (8) when the metal layer 26 is Al, and FIG. 11B is a graph when the metal layer 26 is Ag.

この結果を、図8(a)、(b)と比較すると、式(8)において、金属層26の表面に生成されるSPPの、低屈折率層25/陰極24の界面での強度は、金属層26の表面での強度を1として規格化すると、低屈折率層25の厚み方向に伝搬した位置でのSPPの強度が0.4以下となる低屈折率層25の厚みで、ピーク幅が一定値に飽和していることが分かる。すなわち、式(8)が0.4以下となるときには、低屈折率層25と陰極24の界面にまで滲み出すSPPの強度が小さくなり、Otto型配置による光取り出し効果は少なくなると言える。逆に言えば、低屈折率層25の膜厚は、式(8)が0.4以上となれば、Otto型配置による光取り出し効果を十分に得ることができることが分かる。なお、本検討は低屈折率層25の屈折率がn=1.38の場合を計算しているが、屈折率は1.38に限定されるものではなく、金属層26もAgとAlに限定されるものではない。式(8)で表わされる、低屈折率層25と陰極24の界面でのSPPの強度が一定値(例えば0.4)より大きいという条件を満たせば、Otto配置によってSPPモード光を有機層23中に取り出すことができ、この条件を満たす限り、低屈折率層25の屈折率や金属層26の材料は限定されるものではない。   Comparing this result with FIGS. 8A and 8B, in the formula (8), the strength of the SPP generated on the surface of the metal layer 26 at the interface of the low refractive index layer 25 / cathode 24 is When the intensity at the surface of the metal layer 26 is normalized as 1, the peak width is the thickness of the low refractive index layer 25 at which the SPP intensity is 0.4 or less at the position propagated in the thickness direction of the low refractive index layer 25. Is saturated to a constant value. That is, when the formula (8) is 0.4 or less, it can be said that the strength of the SPP that oozes out to the interface between the low refractive index layer 25 and the cathode 24 is reduced, and the light extraction effect by the Otto type arrangement is reduced. In other words, it can be understood that the light extraction effect by the Otto type arrangement can be sufficiently obtained when the thickness of the low refractive index layer 25 is 0.4 or more in the formula (8). In this study, the case where the refractive index of the low refractive index layer 25 is n = 1.38 is calculated, but the refractive index is not limited to 1.38, and the metal layer 26 is also made of Ag and Al. It is not limited. If the condition that the intensity of SPP at the interface between the low refractive index layer 25 and the cathode 24 expressed by the equation (8) is larger than a certain value (for example, 0.4) is satisfied, the SPP mode light is converted into the organic layer 23 by Otto arrangement. As long as this condition is satisfied, the refractive index of the low refractive index layer 25 and the material of the metal layer 26 are not limited.

本発明の有機EL素子の実施例について以下に説明する。   Examples of the organic EL device of the present invention will be described below.

本発明においては、各実施形態の有機EL素子の光取り出し効率への効果の確認をシミュレーションにより行った。最初に、シミュレーションに用いた有限差分時間領域法(FDTD method:Finite Difference Time Domain Method)について説明する。
FDTD法は、電磁界の時間変化を記述するMaxwellの方程式を時間的に差分化し、空間の各点における電磁界の経時変化を追跡する解析手法である。FDTD法により有機EL素子の光取出し効率を計算するには、発光層における発光を微小ダイポールからの放射と捉えて、その放射の強度を計数する。より具体的には、ダイポールの全放射強度に対する基板まで取り出された光の割合を光取り出し効率として、その振動数依存性を計算する。以降ではこの光取り出し効率を計算した結果をグラフで示す。横軸のλはダイポールの振動数を真空中の波長で表示したもの(以下、このλを単に波長ということがある)、縦軸のηは光取り出し効率である。以降の図においても同じである。
計算は、現実に近い発光現象をシミュレートするために、発光源であるダイポールをランダム(ダイポールのモーメントが全ての方向にランダム)として行った。
In the present invention, the effect on the light extraction efficiency of the organic EL element of each embodiment was confirmed by simulation. First, the finite difference time domain method (FDTD method) used for the simulation will be described.
The FDTD method is an analysis method that temporally differentiates Maxwell's equation describing the time change of the electromagnetic field and tracks the time change of the electromagnetic field at each point in the space. In order to calculate the light extraction efficiency of the organic EL element by the FDTD method, the light emission in the light emitting layer is regarded as the radiation from the minute dipole, and the intensity of the radiation is counted. More specifically, the frequency dependence is calculated using the ratio of the light extracted to the substrate with respect to the total radiation intensity of the dipole as the light extraction efficiency. Hereinafter, the calculation result of the light extraction efficiency is shown in a graph. Λ on the horizontal axis represents the frequency of the dipole as a wavelength in vacuum (hereinafter, this λ may be simply referred to as wavelength), and η on the vertical axis represents the light extraction efficiency. The same applies to the following drawings.
In order to simulate a light emission phenomenon close to reality, the calculation was performed with a dipole as a light emission source being random (dipole moment is random in all directions).

図12は、シミュレーションで用いた有機EL素子10のモデル構造を示す断面図である。基板1はガラスからなるとして、屈折率としては1.52を用いた。陽極2および陰極4はITOからなるとして、屈折率としては550nmで1.82+0.009iを用い、その他の波長はローレンツモデルで外挿した。また、有機層3の屈折率としては1.72を用いた。また低屈折率層5は、フッ化マグネシウム(MgF)からなるとして屈折率としては屈折率1.38を用いた。また、金属層6はアルミニウム(Al)からなるとして、屈折率としては550nmで0.649+4.32iを用い、その他の波長はドルーデモデルで外挿した。
また、陽極2、有機層3、陰極4、低屈折率層5、金属層6はそれぞれ、150nm、210nm、50nm、100nm、100nmとした。
発光源の位置は、有機層3内で陰極4から132.5nm離れた点(図中の星印)とした。
散乱層7の散乱部7pは、特に断りのない限り、1辺が200nmの立方体である。更に、各散乱部は互いに重ならないように散乱層7中に3次元的にランダム配置されている(以下の全実施例について同じ)。
また、以下の全実施例について、基板1〜金属層6の平面形状(発光領域の形状)は全て一辺が9600nmの正方形である。
FIG. 12 is a cross-sectional view showing a model structure of the organic EL element 10 used in the simulation. The substrate 1 is made of glass, and a refractive index of 1.52 is used. Assuming that the anode 2 and the cathode 4 are made of ITO, the refractive index is 1.82 + 0.009i at 550 nm, and other wavelengths are extrapolated by the Lorentz model. Further, 1.72 was used as the refractive index of the organic layer 3. The low refractive index layer 5 is made of magnesium fluoride (MgF), and the refractive index is 1.38. Further, assuming that the metal layer 6 is made of aluminum (Al), the refractive index is 0.649 + 4.32i at 550 nm, and other wavelengths are extrapolated by the Drude model.
The anode 2, the organic layer 3, the cathode 4, the low refractive index layer 5, and the metal layer 6 were 150 nm, 210 nm, 50 nm, 100 nm, and 100 nm, respectively.
The position of the light emission source was a point (star mark in the figure) that was 132.5 nm away from the cathode 4 in the organic layer 3.
The scattering portion 7p of the scattering layer 7 is a cube having a side of 200 nm unless otherwise specified. Furthermore, each scattering part is randomly arranged three-dimensionally in the scattering layer 7 so as not to overlap each other (the same applies to all the following examples).
Moreover, about all the following examples, all the planar shapes (shape of a light emission area | region) of the board | substrate 1-the metal layer 6 are squares with a side of 9600 nm.

(実施例1)
図13は散乱層7の膜厚と、その散乱層7の屈折率の構成を変えた場合の、有機EL素子10の光取り出し効率を、FDTD法を用いてコンピューターシュミレーションで求めた結果を示す。散乱層7の屈折率の構成については、媒質7mの屈折率を1.45とし、散乱部7pの屈折率を2.30とした場合(図13において高屈粒子と記載)と、媒質7mの屈折率を1.90とし、散乱部7pの屈折率を1.45とした場合(図13において低屈粒子と記載)のそれぞれについて検討した。さらにそれぞれの場合について、散乱部の膜厚は500nmと1000nmの2通りについて計算した。なお、いずれの膜厚の場合も、散乱部7pの散乱層7中の空間充填率は26%とした。また、このときの散乱層7中の散乱部7pの総数Nは、散乱部7の膜厚が500nm、1000nmの場合にそれぞれ1500個、3000個である。
さらに比較のためにOtto型配置の第2電極側構造を有さず、且つ散乱層7も有しない構造(以下、「標準構造」という)と、散乱層7のみを有しないOtto型配置のみの構造(以下、「ベタ構造」という)の計算を行った。図13において、横軸λは発光光の真空中の波長、縦軸ηは基板までの光取り出し効率(全発光強度に対する基板まで取り出された光強度の相対値)である(以下のシミュレーション結果についても同様)。
図13から、散乱部7を導入した有機EL素子10は、標準構造やベタ構造と比較して、光取り出し効率が向上していることが分かる。また高屈粒子の場合は、膜厚が薄い方が光の取り出し効率が向上しているのに対し、低屈粒子の場合は、膜厚が厚い方が光の取り出し効率が向上していることが分かる。これは実施例3で後述するように、高屈粒子の方が、散乱部7p1個当たりの散乱断面積が大きいため、膜厚が厚すぎると光が散乱層7を透過しにくくなり、有機層3中の光を十分に取り出せないためと考えられる。
Example 1
FIG. 13 shows the result of calculating the light extraction efficiency of the organic EL element 10 by computer simulation using the FDTD method when the film thickness of the scattering layer 7 and the refractive index configuration of the scattering layer 7 are changed. Regarding the configuration of the refractive index of the scattering layer 7, when the refractive index of the medium 7m is 1.45 and the refractive index of the scattering portion 7p is 2.30 (denoted as highly bent particles in FIG. 13), Each of the cases where the refractive index is 1.90 and the refractive index of the scattering portion 7p is 1.45 (described as low-refractive particles in FIG. 13) was examined. Further, in each case, the film thickness of the scattering portion was calculated for two types of 500 nm and 1000 nm. In any case, the space filling rate in the scattering layer 7 of the scattering portion 7p was set to 26%. Further, the total number N of the scattering portions 7p in the scattering layer 7 at this time is 1500 and 3000, respectively, when the thickness of the scattering portion 7 is 500 nm and 1000 nm.
Further, for comparison, there is a structure that does not have the second electrode side structure of the Otto type arrangement and does not have the scattering layer 7 (hereinafter referred to as “standard structure”) and only the Otto type arrangement that does not have only the scattering layer 7. The structure (hereinafter referred to as “solid structure”) was calculated. In FIG. 13, the horizontal axis λ is the wavelength of the emitted light in vacuum, and the vertical axis η is the light extraction efficiency up to the substrate (relative value of the light intensity extracted up to the substrate with respect to the total light emission intensity). The same).
From FIG. 13, it can be seen that the organic EL element 10 in which the scattering portion 7 is introduced has improved light extraction efficiency compared to the standard structure or the solid structure. Also, in the case of highly bent particles, the light extraction efficiency is improved when the film thickness is thin, whereas in the case of low bent particles, the light extraction efficiency is improved when the film thickness is large. I understand. As will be described later in Example 3, the highly bent particles have a larger scattering cross-sectional area per scattering portion 7p. Therefore, if the film thickness is too thick, light is less likely to pass through the scattering layer 7 and the organic layer. This is probably because the light in 3 cannot be extracted sufficiently.

(実施例2)
実施例1で、散乱層7の散乱部7pと媒質7mの屈折率差が光の取出しに影響を及ぼすことが確認できた。そこで、それぞれの屈折率を変化させながら、FDTD法を用いてコンピューターシュミレーションで光取り出し効率を求めた。図14に、検討した散乱部7pと媒質7mの屈折率の組み合わせの範囲を示す。
図15(a)は、図14中に示したように、媒質7mの屈折率を1.45に固定し、散乱部7pの屈折率を変更させたときの有機EL素子10の光取り出し効率を、FDTD法を用いてコンピューターシュミレーションで求めた結果を示す。散乱部7pの屈折率は、1.60、1.70、1.80、1.90、2.00、2.10、2.20、2.30のそれぞれの場合の計算を行った。なお、散乱層7の膜厚および散乱層7中の散乱部7pの総数Nは、実施例1の散乱層膜厚が1000nmの場合と同一である。
図15(a)から、散乱部7pと媒質7mとの屈折率差が大きくなる(すなわち、散乱部7pの屈折率が大きくなる)に従い、光取り出し効率が向上しており、特に散乱部7pの屈折率が2.00以上では、短波長側の一部でベタ構造より光取り出し効率が低くなってはいるものの、全体的にはベタ構造より光取り出し効率が向上していることが分かる。すなわち、散乱部7pと媒質7mの屈折率差が0.5より大きいときに光の取り出し効率が向上している。
また図15(b)は、散乱部7pの屈折率を横軸として、発光光の波長ごとの光取り出し効率を示した図である。比較のために、ベタ構造の場合の波長ごとの光取り出し効率を点線で示した。長波長の光ほど、散乱部7pと媒質7mの屈折率差が小さい場合でも、効率的に光を取り出せていることが分かる。これは、後の実施例3で後述するように、短波長の光に対しては、散乱部7p1個当たりの散乱断面積が長波長の場合に比べて大きくなり、有機層中から外部に光を取り出せなくなるためと考えられる。
(Example 2)
In Example 1, it was confirmed that the difference in refractive index between the scattering portion 7p of the scattering layer 7 and the medium 7m affects the light extraction. Therefore, the light extraction efficiency was obtained by computer simulation using the FDTD method while changing each refractive index. FIG. 14 shows the range of combinations of the refractive indexes of the studied scattering portion 7p and medium 7m.
FIG. 15A shows the light extraction efficiency of the organic EL element 10 when the refractive index of the medium 7m is fixed at 1.45 and the refractive index of the scattering portion 7p is changed as shown in FIG. The result calculated | required by computer simulation using the FDTD method is shown. The refractive index of the scattering portion 7p was calculated in each case of 1.60, 1.70, 1.80, 1.90, 2.00, 2.10, 2.20, 2.30. In addition, the film thickness of the scattering layer 7 and the total number N of the scattering portions 7p in the scattering layer 7 are the same as in the case where the film thickness of the scattering layer in Example 1 is 1000 nm.
From FIG. 15A, the light extraction efficiency is improved as the refractive index difference between the scattering portion 7p and the medium 7m increases (that is, the refractive index of the scattering portion 7p increases). It can be seen that when the refractive index is 2.00 or more, although the light extraction efficiency is lower than that of the solid structure at a part of the short wavelength side, the light extraction efficiency is generally improved as compared with the solid structure. That is, the light extraction efficiency is improved when the refractive index difference between the scattering portion 7p and the medium 7m is larger than 0.5.
FIG. 15B is a diagram showing the light extraction efficiency for each wavelength of the emitted light, with the refractive index of the scattering portion 7p as the horizontal axis. For comparison, the light extraction efficiency for each wavelength in the case of the solid structure is indicated by a dotted line. It can be seen that the longer the light, the more efficiently the light can be extracted even when the difference in refractive index between the scattering portion 7p and the medium 7m is small. As will be described later in Example 3, for a short wavelength light, the scattering cross section per one scattering portion 7p is larger than that for a long wavelength, and light is emitted from the organic layer to the outside. This is thought to be because it becomes impossible to take out.

図16(a)は、図14中に示したように、散乱部7pの屈折率を2.30に固定し、媒質7mの屈折率を変更させたときの有機EL素子10の光取り出し効率を、FDTD法を用いてコンピューターシュミレーションで求めた結果を示す。媒質7mの屈折率は、1.45、1.60、1.70、1.80、1.90、2.00、2.10、2.20のそれぞれの場合の計算を行った。なお、散乱層7の膜厚および散乱層7中の散乱部7pの総数Nは、実施例1の散乱層膜厚が1000nmの場合と同一である。
図16(a)から、散乱部7pと媒質7mとの屈折率差が大きくなる(すなわち、媒質7mの屈折率が小さくなる)に従い、光取り出し効率が向上しており、特に媒質7mの屈折率が1.80以下では、ほとんどの可視光波長域で、ベタ構造より光取り出し効率が向上していることが分かる。すなわち、散乱部7pと媒質7mの屈折率差が0.5以上のときに光の取り出し効率が向上している。
また図16(b)は、媒質7mの屈折率を横軸として、発光光の波長ごとの光取り出し効率を示した図である。比較のために、ベタ構造の場合の波長ごとの光取り出し効率を点線で示した。どの波長の光も、散乱部7pと媒質7mの屈折率差が0.5以上でベタ構造よりも、光取り出し効率が向上していることが分かる。
FIG. 16A shows the light extraction efficiency of the organic EL element 10 when the refractive index of the scattering portion 7p is fixed at 2.30 and the refractive index of the medium 7m is changed as shown in FIG. The result calculated | required by computer simulation using the FDTD method is shown. The refractive index of the medium 7m was calculated in each case of 1.45, 1.60, 1.70, 1.80, 1.90, 2.00, 2.10, and 2.20. In addition, the film thickness of the scattering layer 7 and the total number N of the scattering portions 7p in the scattering layer 7 are the same as in the case where the film thickness of the scattering layer in Example 1 is 1000 nm.
As shown in FIG. 16A, the light extraction efficiency is improved as the refractive index difference between the scattering portion 7p and the medium 7m increases (that is, the refractive index of the medium 7m decreases), and in particular, the refractive index of the medium 7m. However, at 1.80 or less, it can be seen that the light extraction efficiency is improved from the solid structure in most visible light wavelength regions. That is, the light extraction efficiency is improved when the refractive index difference between the scattering portion 7p and the medium 7m is 0.5 or more.
FIG. 16B is a diagram showing the light extraction efficiency for each wavelength of the emitted light, with the refractive index of the medium 7m as the horizontal axis. For comparison, the light extraction efficiency for each wavelength in the case of the solid structure is indicated by a dotted line. It can be seen that the light extraction efficiency of the light of any wavelength is improved as compared with the solid structure when the refractive index difference between the scattering portion 7p and the medium 7m is 0.5 or more.

図17(a)は、図14中に示したように、媒質7mの屈折率を1.90に固定し、散乱部7pの屈折率を変更させたときの有機EL素子10の光取り出し効率を、FDTD法を用いてコンピューターシュミレーションで求めた結果を示す。散乱部7pの屈折率は、1.20、1.30、1.45、1.60、1.70、1.80のそれぞれの場合の計算を行った。なお、散乱層7の膜厚および散乱層7中の散乱部7pの総数Nは、実施例1の散乱層膜厚が1000nmの場合と同一である。
図17(a)から、散乱部7pと媒質7mとの屈折率差が大きくなる(すなわち、散乱部7pの屈折率が小さくなる)に従い、光取り出し効率が向上しており、特に媒質7mの屈折率が1.60以下では、ほとんどの可視光波長域で、ベタ構造より光取り出し効率が向上していることが分かる。すなわち、散乱部7pと媒質7mの屈折率差が0.3以上のときに光の取り出し効率が向上している。
また図17(b)は、媒質7mの屈折率を横軸として、発光光の波長ごとの光取り出し効率を示した図である。比較のために、ベタ構造の場合の波長ごとの光取り出し効率を点線で示した。その結果、屈折率差が0.25より大きいときに光の取り出し効率が向上していることが分かる。
FIG. 17A shows the light extraction efficiency of the organic EL element 10 when the refractive index of the medium 7m is fixed at 1.90 and the refractive index of the scattering portion 7p is changed as shown in FIG. The result calculated | required by computer simulation using the FDTD method is shown. The refractive index of the scattering part 7p was calculated for each case of 1.20, 1.30, 1.45, 1.60, 1.70, 1.80. In addition, the film thickness of the scattering layer 7 and the total number N of the scattering portions 7p in the scattering layer 7 are the same as in the case where the film thickness of the scattering layer in Example 1 is 1000 nm.
As shown in FIG. 17A, the light extraction efficiency is improved as the refractive index difference between the scattering portion 7p and the medium 7m increases (that is, the refractive index of the scattering portion 7p decreases). It can be seen that when the rate is 1.60 or less, the light extraction efficiency is improved over the solid structure in most visible light wavelength regions. That is, the light extraction efficiency is improved when the refractive index difference between the scattering portion 7p and the medium 7m is 0.3 or more.
FIG. 17B is a diagram showing the light extraction efficiency for each wavelength of the emitted light, with the refractive index of the medium 7m as the horizontal axis. For comparison, the light extraction efficiency for each wavelength in the case of the solid structure is indicated by a dotted line. As a result, it can be seen that the light extraction efficiency is improved when the refractive index difference is larger than 0.25.

図18(a)は、図14中に示したように、散乱部7pの屈折率を1.45に固定し、媒質7mの屈折率を変更させたときの有機EL素子10の光取り出し効率を、FDTD法を用いてコンピューターシュミレーションで求めた結果を示す。媒質7mの屈折率は、1.60、1.70、1.80、1.90、2.00、2.10のそれぞれの場合の計算を行った。なお、散乱層7の膜厚および散乱層7中の散乱部7pの総数Nは、実施例1の散乱層膜厚が1000nmの場合と同一である。
図18(a)から、媒質7mの屈折率が1.90〜2.00(散乱部7pと媒質7mとの屈折率差が、0.45〜0.5)で、光取り出し効率が向上しており、特に媒質7mの屈折率が1.70以上では、短波長側の一部でベタ構造より光取り出し効率が低くなってはいるものの、全体的にはベタ構造より光取り出し効率が向上していることが分かる。すなわち、散乱部7pと媒質7mの屈折率差が0.25以上のときに光の取り出し効率が向上している。
また図18(b)は、媒質7mの屈折率を横軸として、発光光の波長ごとの光取り出し効率を示した図である。比較のために、ベタ構造の場合の波長ごとの光取り出し効率を点線で示した。どの波長の光も、散乱部7pと媒質7mの屈折率差が0.25以上でベタ構造よりも、光取り出し効率が向上していることが分かる。
FIG. 18A shows the light extraction efficiency of the organic EL element 10 when the refractive index of the scattering portion 7p is fixed at 1.45 and the refractive index of the medium 7m is changed as shown in FIG. The result calculated | required by computer simulation using the FDTD method is shown. The refractive index of the medium 7m was calculated for each case of 1.60, 1.70, 1.80, 1.90, 2.00, 2.10. In addition, the film thickness of the scattering layer 7 and the total number N of the scattering portions 7p in the scattering layer 7 are the same as in the case where the film thickness of the scattering layer in Example 1 is 1000 nm.
From FIG. 18A, the light extraction efficiency is improved when the refractive index of the medium 7m is 1.90 to 2.00 (the refractive index difference between the scattering portion 7p and the medium 7m is 0.45 to 0.5). In particular, when the refractive index of the medium 7m is 1.70 or more, although the light extraction efficiency is lower than that of the solid structure in a part of the short wavelength side, the light extraction efficiency is improved as a whole than the solid structure. I understand that That is, the light extraction efficiency is improved when the refractive index difference between the scattering portion 7p and the medium 7m is 0.25 or more.
FIG. 18B is a diagram showing the light extraction efficiency for each wavelength of the emitted light, with the refractive index of the medium 7m as the horizontal axis. For comparison, the light extraction efficiency for each wavelength in the case of the solid structure is indicated by a dotted line. It can be seen that the light extraction efficiency of the light of any wavelength is improved as compared with the solid structure when the refractive index difference between the scattering portion 7p and the medium 7m is 0.25 or more.

以上より、散乱部7pの屈折率が媒質7mの屈折率より大きいときは、その屈折率差が0.5より大きいときに、光取り出し効率を向上させることができ、散乱部7pの屈折率が媒質7mの屈折率より小さいときは、その屈折率差が0.25より大きいときに、光取り出し効率を向上させることができる。散乱部7pの屈折率が小さい場合に、屈折率差が小さくても十分に光取り出し効率を向上させる効果が得られているのは、散乱部7pの屈折率が媒質7mの屈折率より小さい場合は、媒質7mから散乱部7pに臨界角以上で入射した光は全て全反射し、通常の散乱の効果に加えて全反射による効果が追加されるためであると考えられる。   As described above, when the refractive index of the scattering portion 7p is larger than the refractive index of the medium 7m, the light extraction efficiency can be improved when the refractive index difference is larger than 0.5, and the refractive index of the scattering portion 7p is increased. When the refractive index is smaller than that of the medium 7m, the light extraction efficiency can be improved when the refractive index difference is larger than 0.25. When the refractive index of the scattering portion 7p is small, the effect of sufficiently improving the light extraction efficiency is obtained even if the refractive index difference is small. This is because the refractive index of the scattering portion 7p is smaller than the refractive index of the medium 7m. This is probably because all the light incident on the scattering portion 7p from the medium 7m at a critical angle or more is totally reflected, and the effect of total reflection is added in addition to the normal scattering effect.

(実施例3)
図19は、散乱層7の散乱部7pの総数Nを変更した場合の有機EL素子10の光取り出し効率を、FDTD法を用いてコンピューターシュミレーションで求めた結果を示す。散乱層7の屈折率の構成については、媒質7mの屈折率を1.90とし、散乱部7pの屈折率を1.45とした場合(図19(a))と媒質7mの屈折率を1.45とし、散乱部7pの屈折率を2.30とした場合(図19(b))とのそれぞれについて検討した。散乱層7における散乱部7pの数密度は一定とし、散乱層の膜厚を薄くしていくことにより散乱部7pの数を減少させた。散乱層7中における散乱部7pの総数Nが、500個、1000個、1500個、2000個、2500個、3000個のそれぞれの場合について計算を行った。なお、Nが3000個の場合の媒質7mと散乱部7pの配置は、実施例1の散乱層膜厚が1000nmの場合と同一である。また、実施例1と同様に、標準構造及びベタ構造との比較も行った。なお、本実施例における散乱部7pの平均直径Dは、上述の定義によると248nmとなる。
まず図19(a)では、散乱部7pの総数Nが増加するに従い、光取り出し効率が向上していることが分かる。これは、散乱部7pの数が増加するに従い、散乱が強くなる為、基板1の外表面での全反射を抑制できているためと考えられる。
一方、図19(b)では、散乱部7pの総数Nが1000個のときに最も取り出し効率が向上しており、散乱部7pの総数Nが1000個以上ではどの可視光波長域でも散乱部7p数の増大に対しほぼ単調に光取り出し効率が減少していることがわかる。波長500nm以下の短波長域では、散乱部7pの総数Nが3000個の場合にベタ構造に対して取り出し効率が低下している。これらの結果は、本コンピュータシミュレーションで用いた屈折率条件では、散乱部7pに高屈折率粒子を用いた散乱層7の方が、散乱部7pに低屈折率粒子を用いた散乱層7に比べて光が強く散乱されるため、散乱部7pの数が多くなりすぎると散乱層7を通る光が有機層3から基板1へ透過しにくくなるためと考えられる。
(Example 3)
FIG. 19 shows the result of calculating the light extraction efficiency of the organic EL element 10 by computer simulation using the FDTD method when the total number N of the scattering portions 7p of the scattering layer 7 is changed. Regarding the configuration of the refractive index of the scattering layer 7, the refractive index of the medium 7m is 1 when the refractive index of the medium 7m is 1.90 and the refractive index of the scattering portion 7p is 1.45 (FIG. 19A). .45 and the case where the refractive index of the scattering portion 7p is 2.30 (FIG. 19B) was examined. The number density of the scattering portions 7p in the scattering layer 7 is constant, and the number of the scattering portions 7p is decreased by reducing the thickness of the scattering layer. Calculation was performed for each of the cases where the total number N of the scattering portions 7p in the scattering layer 7 was 500, 1000, 1500, 2000, 2500, and 3000. The arrangement of the medium 7m and the scattering portion 7p when N is 3000 is the same as that in Example 1 where the scattering layer thickness is 1000 nm. In addition, as in Example 1, the standard structure and the solid structure were also compared. In addition, according to the above-mentioned definition, the average diameter D of the scattering portion 7p in this embodiment is 248 nm.
First, in FIG. 19A, it can be seen that the light extraction efficiency improves as the total number N of the scattering portions 7p increases. This is presumably because the total reflection on the outer surface of the substrate 1 can be suppressed because the scattering increases as the number of scattering portions 7p increases.
On the other hand, in FIG. 19B, the extraction efficiency is most improved when the total number N of the scattering portions 7p is 1000. When the total number N of the scattering portions 7p is 1000 or more, the scattering portion 7p is visible in any visible light wavelength region. It can be seen that the light extraction efficiency decreases almost monotonically as the number increases. In the short wavelength region with a wavelength of 500 nm or less, when the total number N of the scattering portions 7p is 3000, the extraction efficiency is lowered with respect to the solid structure. These results show that, under the refractive index conditions used in this computer simulation, the scattering layer 7 using high refractive index particles for the scattering portion 7p is compared to the scattering layer 7 using low refractive index particles for the scattering portion 7p. Therefore, it is considered that the light passing through the scattering layer 7 is difficult to transmit from the organic layer 3 to the substrate 1 when the number of the scattering portions 7p is too large.

このことを確かめるため、散乱層7における散乱の程度を表すパラメータとして、散乱部7p(粒子)1個当たりの散乱断面積σと、素子の発光面積当たりの散乱部7p(粒子)の個数(面積粒子密度N)の積Nσ(以下、占有率という)を採用した。散乱部7pの個数が少ない場合、占有率は散乱層7に垂直入射した光の散乱確率に等しいので、上記占有率は、散乱層7の光の透過しにくさを見積もる目安となる。
具体的な散乱断面積σの計算は、以下で示す誘電体球の散乱断面積を与えるvan de Hulstの近似式(式(9))によって行った。

Figure 2015095284
ここで、Dは誘電体球の直径、nは誘電体球の屈折率、nは誘電体球の周囲の媒質の屈折率、λは光の波長である。式(9)はnとnの差がそれほど大きくない場合に使用することができる。ただし、散乱断面積σを計算する手法はこの限りではなく、例えば、誘電体球のより厳密な散乱断面積を求めるための式としてMee散乱の式を用いることができるし、さらに、球形に限らないより一般的な形状の散乱部7pに対しては離散双極子近似等による数値計算を用いることも可能である。
図19(a)の計算で用いた散乱層7について、波長λ=550nmにおける散乱部7p(粒子)1個当たりの散乱断面積を求めるために、上記(9)式に散乱部7pの条件(n=1.45、n=1.90、D=248nm)を代入すると、散乱部7p(粒子)1個当たりの散乱断面積σは1.1×10nmとなる。これより、散乱体7pの総数N=3000(N=3.26×10−5/nm)の場合の占有率Nσは0.35となる。尚、シミュレーションモデルの散乱部7pは1辺が200nmの立方体であるが、ここでは式(9)に適用するために、同じ体積の球(直径が248nm)として扱った。同様にして、図19(b)の計算で用いた散乱層7(n=2.30、n=1.45、D=248nm、N=3000)について、波長λ=550nmでの散乱断面積σおよび占有率Nσを求めると、それぞれ5.7×10nm、1.86となる。これから、散乱部7pの数が同じでも、図19(b)の散乱層7は(a)の散乱層7よりも光が透過しにくいことがわかる。 In order to confirm this, as parameters representing the degree of scattering in the scattering layer 7, the scattering cross section σ per scattering portion 7 p (particle) and the number of scattering portions 7 p (particle) per light emitting area of the element (area) The product N S σ (hereinafter referred to as the occupation ratio) of the particle density N S was adopted. When the number of the scattering portions 7p is small, the occupation ratio is equal to the scattering probability of the light perpendicularly incident on the scattering layer 7, and thus the occupation ratio is a guideline for estimating the difficulty of transmitting the light of the scattering layer 7.
The specific calculation of the scattering cross section σ was performed by the van de Hulst approximation (formula (9)) that gives the scattering cross section of the dielectric sphere shown below.
Figure 2015095284
Here, D is the diameter of the dielectric spheres, n p is the refractive index of the dielectric spheres, n m is the refractive index of the medium surrounding the dielectric spheres, lambda is the wavelength of light. Equation (9) can be used when the difference between nm and np is not very large. However, the method for calculating the scattering cross section σ is not limited to this, and, for example, the Mee scattering formula can be used as a formula for obtaining a stricter scattering cross section of the dielectric sphere, and the method is not limited to a spherical shape. It is also possible to use numerical calculation by discrete dipole approximation or the like for the scattering portion 7p having a more general shape.
For the scattering layer 7 used in the calculation of FIG. 19 (a), in order to obtain the scattering cross section per scattering portion 7p (particle) at the wavelength λ = 550 nm, the condition of the scattering portion 7p ( Substituting n p = 1.45, n m = 1.90, D = 248 nm), the scattering cross section σ per scattering portion 7p (particle) is 1.1 × 10 4 nm 2 . Accordingly, the occupancy N S σ when the total number N of the scatterers 7p is N = 3000 (N S = 3.26 × 10 −5 / nm 2 ) is 0.35. In addition, although the scattering part 7p of the simulation model is a cube having one side of 200 nm, it is treated as a sphere having the same volume (diameter is 248 nm) here in order to apply to the equation (9). Similarly, with respect to the scattering layer 7 (n p = 2.30, n m = 1.45, D = 248 nm, N = 3000) used in the calculation of FIG. 19B, the scattering interruption at the wavelength λ = 550 nm. When the area σ and the occupation ratio N S σ are obtained, they are 5.7 × 10 4 nm 2 and 1.86, respectively. From this, it can be seen that the scattering layer 7 in FIG. 19B is less likely to transmit light than the scattering layer 7 in FIG.

また、図19(b)において、N=3000の場合に、短波長における光取り出し効率がベタ構造(Otto配置のみを有する素子)に対して僅かに低下している理由も、式(9)から短波長域で散乱断面積σが大きくなることにより説明できる。実際に、図19(b)のN=3000の場合について、ベタ構造と光取り出し効率が一致する波長であるλ=500nmにおける散乱断面積σおよび占有率Nσを式(9)により計算すると、それぞれ6.7×10nm、2.2となる。すなわち、占有率Nσが2を超えると、散乱層7を光が透過しにくくなるため、光取り出し効率が低下する。 Also, in FIG. 19B, when N = 3000, the reason why the light extraction efficiency at a short wavelength is slightly lower than the solid structure (element having only the Otto arrangement) is This can be explained by the fact that the scattering cross section σ increases in the short wavelength region. Actually, in the case of N = 3000 in FIG. 19B, the scattering cross section σ and the occupancy N S σ at λ = 500 nm, which is the wavelength at which the solid structure and the light extraction efficiency match, are calculated by the equation (9). 6.7 × 10 4 nm 2 and 2.2, respectively. That is, when the occupancy N S sigma exceeds 2, the scattering layer 7 light to become more difficult to transmit the light extraction efficiency decreases.

一方、図19(a)において、N=500の場合に、λ=650nm付近で光取り出し効率がベタ構造とほとんど同じレベルに低下している理由も、式(9)からこの波長領域で散乱断面積σが小さくなることにより説明できる。実際に、図19(b)のN=500の場合について、ベタ構造と光取り出し効率がほぼ一致する波長であるλ=650nmにおける散乱断面積σおよび占有率Nσを式(9)により計算すると、それぞれ7.6×10nm、0.04となる。すなわち、占有率Nσが0.05より小さくなると、散乱層7が光を散乱しにくくなるため、光取り出し効率が低下する。
以上より、散乱層7における占有率Nσが0.05〜2の範囲であることが、散乱層により光取り出し効率が向上する効果が得られる点で好ましい。
On the other hand, in FIG. 19A, when N = 500, the reason why the light extraction efficiency is reduced to almost the same level as that of the solid structure in the vicinity of λ = 650 nm is that the scattering interruption in this wavelength region is obtained from the equation (9). This can be explained by the fact that the area σ becomes smaller. Actually, in the case of N = 500 in FIG. 19B, the scattering cross section σ and the occupancy N S σ at λ = 650 nm, which is a wavelength at which the light extraction efficiency substantially coincides with the solid structure, are calculated by Expression (9). Then, it becomes 7.6 × 10 3 nm 2 and 0.04, respectively. That is, when the occupation ratio N S σ is smaller than 0.05, the scattering layer 7 becomes difficult to scatter light, so that the light extraction efficiency is lowered.
From the above, it is preferable that the occupation ratio N S σ in the scattering layer 7 is in the range of 0.05 to 2 in that the effect of improving the light extraction efficiency can be obtained by the scattering layer.

尚、実際の有機EL素子において散乱層7の散乱断面積σおよび占有率Nσを求めるためには、散乱部7pの直径および単位発光面積当たりの散乱部7pの個数N(面積粒子密度)を知る必要があるが、これはFIB(収束イオンビーム)加工で作製した素子断面の薄膜試料をTEM(透過型電子顕微鏡)で観察することにより求めることができる。すなわち、TEMで観察される複数の散乱部7pの直径を計測し(楕円、長円の場合は長軸長と短軸長の平均をとる)、その平均値を使用して式(9)により散乱断面積の平均値を計算する。ここで、波長λは最大発光ピーク波長とする。また、単位発光面積当たりの散乱部7pの個数Nは、以下のようにして求めることができる。先ず、FIB加工した薄膜試料の厚さを予め計測しておく(厚さb[nm]とする)。薄膜試料をTEMで観察し、散乱層7の膜厚を計測する(膜厚d[nm]とする)。続いて、薄膜試料で散乱部7pを計数する面内範囲を決め(面積A[nm]とする)、その面内範囲の散乱部7p(サイズが発光波長の媒質中での実効波長の半分以上のもの)を数える(m個とする)。単位発光面積当たりの散乱部7pの個数N[nm−2]は、以下の式(10)により求めることができる。

Figure 2015095284
In order to determine the actual scattering cross section sigma and occupancy of the scattering layer 7 in the organic EL element N S sigma, the number N S (area particle density of the scattering portion 7p diameter and per unit light emission area of the scattering portion 7p However, this can be obtained by observing with a TEM (transmission electron microscope) a thin film sample of a cross section of the device produced by FIB (focused ion beam) processing. That is, the diameters of the plurality of scattering portions 7p observed with the TEM are measured (in the case of an ellipse and an ellipse, the average of the long axis length and the short axis length is taken), and the average value is used to obtain the equation (9) Calculate the mean value of the scattering cross section. Here, the wavelength λ is the maximum emission peak wavelength. The number N S of the scattering portion 7p per unit light emission area can be obtained as follows. First, the thickness of the thin film sample subjected to FIB processing is measured in advance (thickness b [nm]). The thin film sample is observed with a TEM, and the film thickness of the scattering layer 7 is measured (referred to as film thickness d [nm]). Subsequently, an in-plane range for counting the scattering portion 7p in the thin film sample is determined (area A [nm 2 ]), and the scattering portion 7p in the in-plane range (half the effective wavelength in a medium having a light emission wavelength). Count the above (m). The number N S [nm −2 ] of the scattering portions 7p per unit light emitting area can be obtained by the following equation (10).
Figure 2015095284

(実施例4)
図20は、散乱層7中の散乱部7pの数密度を固定し、そのサイズを変更した場合の、有機EL素子10の光取り出し効率を、FDTD法を用いてコンピューターシュミレーションで求めた結果を示す。散乱層7の膜厚は1000nmとし、散乱部7pの総数Nは3000個に固定した。散乱部7pは全て立方体であるとして、その1辺の長さをそれぞれ0nm(すなわち散乱部7pなし)、100nm、125nm、150nm、175nm、200nmとした場合について光取り出し効率を求めた。なお、どの散乱部7pのサイズの場合も、散乱部7pの配置(散乱層7内における各散乱部7pの中心の座標位置)は実施例1の散乱層膜厚が1000nmの場合と同一である。
散乱層7の屈折率の構成については、媒質7mの屈折率を1.90とし、散乱部7pの屈折率を1.45とした場合(図20(a))と、媒質7mの屈折率を1.45とし、散乱部7pの屈折率を2.30とした場合(図20(b))とのそれぞれについて検討した。
図20(a)から、散乱部7pのサイズが175nm以下ではベタ構造の場合より取り出し効率が低下していることが分かる。図20(b)から、散乱部7pのサイズが150nm以下ではベタ構造の場合より取り出し効率が低下していることが分かる。
Example 4
FIG. 20 shows the result of calculating the light extraction efficiency of the organic EL element 10 by computer simulation using the FDTD method when the number density of the scattering portions 7p in the scattering layer 7 is fixed and the size is changed. . The film thickness of the scattering layer 7 was 1000 nm, and the total number N of the scattering portions 7p was fixed at 3000. The light extraction efficiency was determined when the scattering portions 7p were all cubic, and the length of one side was 0 nm (that is, no scattering portion 7p), 100 nm, 125 nm, 150 nm, 175 nm, and 200 nm. Note that, for any size of the scattering portion 7p, the arrangement of the scattering portions 7p (the coordinate position of the center of each scattering portion 7p in the scattering layer 7) is the same as that of the scattering layer film thickness of Example 1 of 1000 nm. .
Regarding the configuration of the refractive index of the scattering layer 7, the refractive index of the medium 7m is set to 1.90 when the refractive index of the medium 7m is 1.90 and the refractive index of the scattering portion 7p is 1.45 (FIG. 20A). Each of the cases with 1.45 and the refractive index of the scattering portion 7p of 2.30 (FIG. 20B) was examined.
From FIG. 20A, it can be seen that when the size of the scattering portion 7p is 175 nm or less, the extraction efficiency is lower than in the case of the solid structure. It can be seen from FIG. 20B that when the size of the scattering portion 7p is 150 nm or less, the extraction efficiency is lower than in the case of the solid structure.

図21は、散乱層7中の散乱部7pの空間充填率を固定し、そのサイズを変更した場合の、有機EL素子10の光取り出し効率を、FDTD法を用いてコンピューターシュミレーションで求めた結果を示す。空間充填率とは、散乱層7中の散乱部7pの体積割合を意味する。散乱部7pは全て立方体であるとして、その1辺の長さをそれぞれ100nm、125nm、150nm、200nm、250nmとした場合について光取り出し効率を求めた。なお、散乱層7中の散乱部7pは、互いに重ならないように3次元的にランダムに分散して配置されているものとした。
散乱層7の屈折率の構成については、媒質7mの屈折率を1.90とし、散乱部7pの屈折率を1.45とした場合(図21(a))と媒質7mの屈折率を1.45とし、散乱部7pの屈折率を2.30とした場合(図21(b))とのそれぞれについて検討した。
なお、散乱層7中の散乱部7pの空間充填率を26%に固定し、散乱層7の膜厚を1000nmとした。
空間充填率を固定した場合は、図20の散乱部7p数密度一定の場合に比べて緩やかではあるが、サイズが小さくなるに従い取り出し効率が低下していることが分かる(図24(a)、(b))。
FIG. 21 shows the result of calculating the light extraction efficiency of the organic EL element 10 by computer simulation using the FDTD method when the space filling rate of the scattering portion 7p in the scattering layer 7 is fixed and the size is changed. Show. The space filling factor means the volume ratio of the scattering portion 7p in the scattering layer 7. The light extraction efficiency was determined when the scattering portions 7p were all cubic and the length of one side was 100 nm, 125 nm, 150 nm, 200 nm, and 250 nm, respectively. Note that the scattering portions 7p in the scattering layer 7 are three-dimensionally dispersed and arranged so as not to overlap each other.
Regarding the configuration of the refractive index of the scattering layer 7, the refractive index of the medium 7m is 1 when the refractive index of the medium 7m is 1.90 and the refractive index of the scattering portion 7p is 1.45 (FIG. 21A). .45, and the case where the refractive index of the scattering portion 7p is 2.30 (FIG. 21B) was examined.
In addition, the space filling factor of the scattering part 7p in the scattering layer 7 was fixed to 26%, and the film thickness of the scattering layer 7 was 1000 nm.
When the space filling factor is fixed, it can be seen that the extraction efficiency decreases as the size decreases although it is gentler than the case where the number density of the scattering portions 7p in FIG. 20 is constant (FIG. 24 (a), (B)).

これらの結果から、散乱部7pのサイズが発光光の実効波長の半分以下となると光を効果的に取り出せなくなることが分かる。これは、散乱部7pのサイズが発光光の実効波長の半分以下であると、光が散乱されにくいためである。一般に、光の波長以下の領域での散乱現象は、レイリー散乱で表され、その散乱断面積は散乱部7pのサイズの6乗に比例する。したがって、散乱部7pサイズが小さくなると、散乱断面積が急激に小さくなり、光を散乱しにくくなる。
一方、散乱部7pのサイズが発光光の実効波長の半分以上であれば、散乱部7pと媒質7mの間で十分に光を散乱させることができる。散乱部7pのサイズが発光光の実効波長の半分以上の領域では、幾何学的近似による古典粒子の散乱に近くなるため、その散乱断面積は散乱部7pのサイズの2乗に比例する。すなわち、散乱部7pのサイズによる影響が少なくなる。
From these results, it can be seen that when the size of the scattering portion 7p is less than or equal to half the effective wavelength of the emitted light, light cannot be extracted effectively. This is because if the size of the scattering portion 7p is less than or equal to half the effective wavelength of the emitted light, the light is difficult to be scattered. In general, the scattering phenomenon in the region below the wavelength of light is represented by Rayleigh scattering, and the scattering cross section is proportional to the sixth power of the size of the scattering portion 7p. Therefore, when the size of the scattering portion 7p is reduced, the scattering cross section is rapidly reduced and light is not easily scattered.
On the other hand, if the size of the scattering portion 7p is at least half the effective wavelength of the emitted light, light can be sufficiently scattered between the scattering portion 7p and the medium 7m. In a region where the size of the scattering portion 7p is more than half of the effective wavelength of the emitted light, the scattering cross section is proportional to the square of the size of the scattering portion 7p because it is close to the scattering of classical particles by geometric approximation. That is, the influence of the size of the scattering portion 7p is reduced.

(実施例5)
図22は、中間層8を有し、中間層8の膜厚を変更した場合の、有機EL素子10の光取り出し効率を、FDTD法を用いてコンピューターシュミレーションで求めた結果を示す。媒質7p、散乱部7p、中間層8の屈折率はそれぞれ1.45、2.30、1.45とした。また、中間層8の膜厚としては、0nm(すなわち、中間層8のない図12の構成)、50nm、100nm、150nm、200nm、250nm、300nmのそれぞれの場合について計算を行った。なお、散乱層7の膜厚および散乱層7中の散乱部7pの総数Nは、実施例1の散乱層膜厚が1000nmの場合と同一である。また、実施例1と同様に、標準構造及びベタ構造の結果も比較として示す。
図22から、中間層8の膜厚を厚くすると、光を効率的に取り出すことができなくなり、膜厚が100nm以上では、ベタ構造と比較しても取り出し効率が同程度か、低下していることが分かる。これは、中間層8が有機層7より低屈折率であり、有機層3から臨界角以上の入射角で8側へ入射しようとする光は全反射するためである。特に中間層8の膜厚が厚すぎると、全反射により中間層8側に沁みだしたエバネッセント波が散乱層7に到達しなくなるため、散乱されずに有機層3内に閉じ込められる光が増えて、光取り出し効率が低下する。そのため、陽極2の散乱層7側の表面を平坦にするために中間層8を用いる場合でも、その中間層8の膜厚は厚くしすぎないことが必要である。
具体的に、波長600nmにおいて中間層8の膜厚100nmの場合のエバネッセント波の振幅変化量を式(3)より求めるとおよそ0.4となり、散乱層7に到達するまでにエバネッセント波の振幅が大きく低下していることがわかる。有機層3および中間層8の屈折率が本実施例以外で用いた値以外の場合でも、振幅変化量が同程度以下になると有機層3中に閉じ込められる光が増えて取り出し効率が低下すると考えられる。
(Example 5)
FIG. 22 shows the result of calculating the light extraction efficiency of the organic EL element 10 by computer simulation using the FDTD method when the intermediate layer 8 is provided and the thickness of the intermediate layer 8 is changed. The refractive indexes of the medium 7p, the scattering portion 7p, and the intermediate layer 8 were 1.45, 2.30, and 1.45, respectively. The thickness of the intermediate layer 8 was calculated for each case of 0 nm (that is, the configuration of FIG. 12 without the intermediate layer 8), 50 nm, 100 nm, 150 nm, 200 nm, 250 nm, and 300 nm. In addition, the film thickness of the scattering layer 7 and the total number N of the scattering portions 7p in the scattering layer 7 are the same as in the case where the film thickness of the scattering layer in Example 1 is 1000 nm. Further, as in Example 1, the results of the standard structure and the solid structure are also shown as a comparison.
From FIG. 22, when the film thickness of the intermediate layer 8 is increased, light cannot be extracted efficiently, and when the film thickness is 100 nm or more, the extraction efficiency is comparable or lower than that of the solid structure. I understand that. This is because the intermediate layer 8 has a lower refractive index than the organic layer 7, and light that is incident on the side 8 from the organic layer 3 at an incident angle that is greater than the critical angle is totally reflected. In particular, if the thickness of the intermediate layer 8 is too thick, the evanescent wave that has spilled to the intermediate layer 8 side due to total reflection does not reach the scattering layer 7, so that the light confined in the organic layer 3 without being scattered increases. , Light extraction efficiency decreases. Therefore, even when the intermediate layer 8 is used to flatten the surface of the anode 2 on the scattering layer 7 side, it is necessary that the thickness of the intermediate layer 8 is not too thick.
Specifically, the amount of change in the amplitude of the evanescent wave in the case where the thickness of the intermediate layer 8 is 100 nm at a wavelength of 600 nm is approximately 0.4 when calculated from Equation (3), and the amplitude of the evanescent wave reaches the scattering layer 7 until it reaches It turns out that it has fallen greatly. Even when the refractive indices of the organic layer 3 and the intermediate layer 8 are other than those used in the present embodiment, it is considered that the light trapped in the organic layer 3 is increased and the extraction efficiency is lowered when the amplitude change amount is the same or less. It is done.

10、20、30 有機EL素子
1、11、21 基板
2、12、22 陽極
3、13、23 有機層
4、14、24 陰極
5、25 低屈折率層
6、26 金属層
7 散乱層
7m 媒質
7p 散乱部
100 画像表示装置
104 陽極配線
106 陽極補助配線
108 陰極配線
110 絶縁膜
112 陰極隔壁
116 封止プレート
118 シール材
120 開口部
200 照明装置
201 点灯回路
202 端子
203 端子
10, 20, 30 Organic EL elements 1, 11, 21 Substrate 2, 12, 22 Anode 3, 13, 23 Organic layer 4, 14, 24 Cathode 5, 25 Low refractive index layer 6, 26 Metal layer 7 Scattering layer 7m Medium 7p scattering unit 100 image display device 104 anode wiring 106 anode auxiliary wiring 108 cathode wiring 110 insulating film 112 cathode partition wall 116 sealing plate 118 sealant 120 opening 200 lighting device 201 lighting circuit 202 terminal 203 terminal

Claims (12)

散乱層、第1電極、発光層を含む有機層、第2電極、低屈折率層と金属層をこの順に具備する有機EL素子であって、
前記第2電極は、透光性導電材料からなり、
前記低屈折率層の屈折率は前記有機層の屈折率よりも低く、
前記散乱層は、媒質と、その媒質中に存在し異なる屈折率を有する散乱部からなり、
前記媒質の屈折率nと前記散乱部の屈折率nが、n−n>0.5またはn−n>0.25を満たすことを特徴とする有機EL素子。
An organic EL device comprising a scattering layer, a first electrode, an organic layer including a light emitting layer, a second electrode, a low refractive index layer and a metal layer in this order,
The second electrode is made of a translucent conductive material,
The refractive index of the low refractive index layer is lower than the refractive index of the organic layer,
The scattering layer is composed of a medium and a scattering part existing in the medium and having a different refractive index,
The organic EL element in which the refractive index n p of the scattering portion and the refractive index n m of the medium, characterized by satisfying the n p -n m> 0.5 or n m -n p> 0.25.
前記散乱層の平均屈折率と前記有機層の屈折率差の絶対値が0.2以下であることを特徴とする請求項1に記載の有機EL素子。   2. The organic EL element according to claim 1, wherein an absolute value of an average refractive index of the scattering layer and a difference in refractive index of the organic layer is 0.2 or less. 前記散乱層と前記第1電極の間に中間層を有することを特徴とする請求項1または2のいずれかに記載の有機EL素子。   The organic EL device according to claim 1, further comprising an intermediate layer between the scattering layer and the first electrode. 前記中間層は前記第1電極に接する部分に層状部を有し、
前記層状部の屈折率nm1と前記有機層の屈折率nが、nm1≧nを満たす、または、前記屈折率nm1、前記屈折率nおよび前記層状部の膜厚tが以下の式を満たすことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の有機EL素子。
Figure 2015095284
ここで、kは前記発光層で発光する光の最大ピーク波長における真空中の光の波数である。
The intermediate layer has a layered portion in a portion in contact with the first electrode,
Refractive index n o of the organic layer and the refractive index n m1 of the layer portion satisfies the n m1n o, or the refractive index n m1, the refractive index n o and the layered portion of the thickness t is less The organic EL element according to claim 1, wherein the organic EL element is satisfied.
Figure 2015095284
Here, k 0 is the wave number of light in vacuum at the maximum peak wavelength of light emitted from the light emitting layer.
前記散乱部のサイズが発光光の前記媒質中における実効波長の半分以上であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の有機EL素子。   5. The organic EL element according to claim 1, wherein a size of the scattering portion is at least half of an effective wavelength of emitted light in the medium. 上記散乱部1個当たりの散乱断面積の平均値と、単位発光面積あたりの上記散乱部の個数の積が0.05〜2であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の有機EL素子。   6. The product of the average value of the scattering cross-sectional area per scattering portion and the number of the scattering portions per unit light emitting area is 0.05 to 2. 6. The organic EL element as described in. 前記低屈折率層の厚さが20nm〜300nmであることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の有機EL素子。   The organic EL element according to claim 1, wherein the low refractive index layer has a thickness of 20 nm to 300 nm. 前記低屈折率層の屈折率はさらに、前記第2電極の屈折率よりも低いことを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載の有機EL素子。   The organic EL element according to claim 1, wherein a refractive index of the low refractive index layer is further lower than a refractive index of the second electrode. 前記第2電極の屈折率はさらに、前記有機層の屈折率よりも低いことを特徴とする請求項8に記載の有機EL素子。   The organic EL element according to claim 8, wherein the refractive index of the second electrode is further lower than the refractive index of the organic layer. 前記低屈折率層は、前記第2電極及び前記有機層のうちの少なくとも一方よりも屈折率が0.2以上小さい材料からなることを特徴とする請求項1〜9のいずれか一項に記載の有機EL素子。   The said low refractive index layer consists of a material whose refractive index is 0.2 or less smaller than at least one of the said 2nd electrode and the said organic layer, It is any one of Claims 1-9 characterized by the above-mentioned. Organic EL element. 請求項1〜10のいずれか一項に記載の有機EL素子を備えたことを特徴とする画像表示装置。   An image display device comprising the organic EL element according to claim 1. 請求項1〜10のいずれか一項に記載の有機EL素子を備えたことを特徴とする照明装置。   An illuminating device comprising the organic EL element according to claim 1.
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