JP2011233288A - 有機発光素子 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】有機発光素子20は、第1の透明電極23と、第1の透明電極の反対電極である第2の透明電極25と、第1及び第2の透明電極23、25に挟まれた有機発光層24と、第1の透明電極23の有機発光層24側とは反対側に設けられ、第1及び第2の透明電極23、25と有機発光層24との何れよりも屈折率の高い高屈折率層22と、高屈折率層22の有機発光層24側とは反対側に設けられたミラー層21とを備えた構成とする。
【選択図】図6
Description
図1は、図10に示した一般的な有機発光素子における導波モードの積層方向の光強度分布を示す図である。導波モードの光は透明電極と基板の間で全反射した光と、有機発光層と金属電極との間で反射した光が互いに干渉して積層方向に図1のような光強度で分布する。この光強度分布は、有機発光層中の発光点が積層方向のどの位置にあるかに関わらず、有機発光層及び透明電極の厚みと屈折率とによって決まる。
図2は、図10に示した一般的な有機発光素子におけるプラズモンモードの積層方向の光強度分布を示す図である。プラズモンモードは金属表面で発生するので、その光強度分布は、金属電極の表面で最も高くなる。この光強度分布は、有機発光層中の発光点が積層方向のどの位置にあるかに関わらず、金属の導電性と有機発光層及び透明電極の屈折率とによって概ね決まる。
有機発光素子の場合、有機発光層内のあらゆるところで発光するわけではなく、有機発光層の層構成で決まる正孔と電子が再結合する点でのみ発光する。上記の光強度分布の光強度の高い部分に発光点があると、発生した光は導波モードとかプラズモンモードといった光の固有状態と強く結合し、導波モード又はプラズモンモードとして閉じ込められる。これは有機発光素子において光の利用効率を下げる要因となる。
導波損失を減らすには図4に示したような構成とすることが考えられるが、プラズモン損失は逆に増えてしまう。ところで、導波モードは光が高屈折率材料から低屈折率材料に入ろうとするときに、全反射が生じるために起こる現象なので、光はより屈折率の高い層に閉じ込められ、結果として光強度分布のピークは屈折率の高い層に現れる傾向がある。そこで本発明では、有機発光層の近傍に有機発光層及び透明電極よりも屈折率の高い高屈折率層を挿入する。これにより、光強度分布のピークを新たに挿入した高屈折率層にもってくることで、発生した光が導波モードに結合しにくくなり、導波損失を減らすことができる。
プラズモン損失を減らすには図5に示したような構成とすることが考えられるが、導波損失は逆に増えてしまう。ところで、プラズモンモードの光強度分布は金属電極表面で最大となり、金属電極から遠ざかるにつれて単調減少する。よって、プラズモン損失を減らすためには、金属電極の代わりに非金属の透明電極を用いるか、発光点を金属電極から遠ざけて光強度の低い部分にもってくることが考えられる。しかしながら、前者では、基板とは反対側(ユーザの視点とは反対側)に光が漏れてしまうので、光利用効率が下がる。また、後者では、有機発光層中の従来からある何れかの層(例えば電子輸送層)を厚くすることが考えられるが、駆動電圧を上げなければならないため好ましくない。
(第1実施形態)
図6(a)は、本発明の第1実施形態の有機発光素子の概略断面図である。有機発光素子20は、図中の下層から順に、金属材料からなるミラー層21、高屈折率層22、第1の透明電極23、有機発光層24、第2の透明電極25、透明基板26が積層されて構成される。この有機発光素子20は、透明基板26の第2の透明電極25とは反対面を光取り出し面とする、いわゆるボトムエミッション方式である。
(i)(陽極)/発光層/電子輸送層/(陰極)
(ii)(陽極)/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/(陰極)
(iii)(陽極)/正孔輸送層/発光層/正孔阻止層/電子輸送層/(陰極)
(iv)(陽極)/正孔輸送層/発光層/正孔阻止層/電子輸送層/電子注入層/(陰極)
(v)(陽極)/正孔注入層/正孔輸送層/発光層/正孔阻止層/電子輸送層/電子注入層/(陰極)
図7(a)は、本発明の第2実施形態の有機発光素子の概略断面図である。第1実施形態と同様の構成については同符号を付し、その詳細な説明を省略する。有機発光素子40は、図中の下層から順に、誘電体多層膜からなるミラー層41、高屈折率層22、裏面電極となる第1の透明電極23、有機発光層24、第2の透明電極25、透明基板26が積層されて構成される。この有機発光素子40は、透明基板26の第2の透明電極25とは反対面を光取り出し面とする、いわゆるボトムエミッション方式である。
図8(a)は、本発明の第3実施形態の有機発光素子の概略断面図である。第1実施形態と同様の構成については同符号を付し、その詳細な説明を省略する。有機発光素子50は、図中の下層から順に、第2の透明電極25、有機発光層24、第1の透明電極23、高屈折率層22、金属材料からなるミラー層21、基板51が積層されて構成される。この有機発光素子50は、第2の透明電極25の有機発光層24とは反対面を光取り出し面とする、いわゆるトップエミッション方式である。
図9(a)は、本発明の第4実施形態の有機発光素子の概略断面図である。第3実施形態と同様の構成については同符号を付し、その詳細な説明を省略する。有機発光素子60は、図中の下層から順に、第2の透明電極25、有機発光層24、第1の透明電極23、高屈折率層22、誘電体多層膜からなるミラー層41、基板51が積層されて構成される。この有機発光素子60は、第2の透明電極25の有機発光層24とは反対面を光取り出し面とする、いわゆるトップエミッション方式である。
ここでは第1実施形態の有機発光素子20を例に素子の作製方法を説明する。第2〜第4実施形態の有機発光素子の作製方法は第1実施形態の有機発光素子20の作製方法に準ずるので説明を省略する。
図6(b)は、第1実施形態の有機発光素子20における導波モードの積層方向の光強度分布を示す図である。図6(c)は、第1実施形態の有機発光素子20におけるプラズモンモードの積層方向の光強度分布を示す図である。図7(b)は、第2実施形態の有機発光素子40における導波モードの積層方向の光強度分布を示す図である。図8(b)は、第3実施形態の有機発光素子50における導波モードの積層方向の光強度分布を示す図である。図8(c)は、第3実施形態の有機発光素子50におけるプラズモンモードの積層方向の光強度分布を示す図である。図9(b)は、第4実施形態の有機発光素子60における導波モードの積層方向の光強度分布を示す図である。
21、41 ミラー層
22 高屈折率層
23 第1の透明電極
24 有機発光層
25 第2の透明電極
Claims (9)
- 第1の透明電極と、
第1の透明電極の反対電極である第2の透明電極と、
第1及び第2の透明電極に挟まれた有機発光層と、
第1又は第2の透明電極の前記有機発光層側とは反対側に設けられ、第1及び第2の透明電極と前記有機発光層との何れよりも屈折率の高い高屈折率層と、
前記高屈折率層の前記有機発光層側とは反対側に設けられたミラー層と、を備えた有機発光素子。 - 前記ミラー層が、金属材料であることを特徴とする請求項1記載の有機発光素子。
- 前記ミラー層が、誘電体多層膜であることを特徴とする請求項1記載の有機発光素子。
- 前記高屈折率層が、TiO2、HfO2、Ta2O5、ZrO、KTaO3の何れかであることを特徴とする請求項1〜3の何れかに記載の有機発光素子。
- 第1及び/又は第2の透明電極が、無機導電膜、有機導電膜、高分子材料に導電性ワイヤーを分散させた複合導電膜の何れかであることを特徴とする請求項1〜4の何れかに記載の有機発光素子。
- 第1及び/又は第2の透明電極が、IZO、ITO、ZnOの何れかであることを特徴とする請求項1〜4の何れかに記載の有機発光素子。
- 第1及び/又は第2の透明電極が、ポリエチレンジオキシチオフェンとポリスチレンスルフォン酸の混合体であることを特徴とする請求項1〜4の何れかに記載の有機発光素子。
- 第1及び/又は第2の透明電極が、高分子材料に銀ナノワイヤー又はカーボンナノチューブを分散させた複合導電膜であることを特徴とする請求項1〜4の何れかに記載の有機発光素子。
- 前記高屈折率層に光散乱効果のある微粒子を分散させたことを特徴とする請求項1〜8の何れかに記載の有機発光素子。
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