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JP2014235961A - Organic electroluminescent element - Google Patents

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JP2014235961A JP2013118633A JP2013118633A JP2014235961A JP 2014235961 A JP2014235961 A JP 2014235961A JP 2013118633 A JP2013118633 A JP 2013118633A JP 2013118633 A JP2013118633 A JP 2013118633A JP 2014235961 A JP2014235961 A JP 2014235961A
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layer
refractive index
light
organic
anode
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JP2013118633A
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Japanese (ja)
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真銅 英則
Hidenori Shindo
英則 真銅
裕一郎 阿部
Yuichiro Abe
裕一郎 阿部
啓 花島
Hiroshi Hanashima
啓 花島
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Toppan Printing Co Ltd
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Abstract

【課題】透明基板と空気の界面で反射した光をガラス基板側へ再反射させて光取出し効率を向上させる有機エレクトロルミネッセンス素子の界面構成を提供することを目的とした。【解決手段】透明基板1上に、少なくとも、散乱層8a、屈折率が1.6から2.0の範囲の高屈折率樹脂層8b、酸化チタン層8c、陽極層2、エレクトロルミネッセンス層7、陰極層6、をこの順に積層したことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子10であって、陽極層2は、金属補助配線9を備えることができる。【選択図】図1An object of the present invention is to provide an interface configuration of an organic electroluminescence element that improves the light extraction efficiency by re-reflecting light reflected at the interface between a transparent substrate and air to the glass substrate side. SOLUTION: On a transparent substrate 1, at least a scattering layer 8a, a high refractive index resin layer 8b having a refractive index in the range of 1.6 to 2.0, a titanium oxide layer 8c, an anode layer 2, an electroluminescence layer 7, The cathode layer 6 is laminated in this order, and the anode layer 2 can be provided with a metal auxiliary wiring 9 . [Selection drawing] Fig. 1

Description

本発明は、有機エレクトロルミネッセンス素子に係り、特には、発光した光の取り出し効率を向上するための層構成に関する。   The present invention relates to an organic electroluminescence element, and more particularly to a layer structure for improving the extraction efficiency of emitted light.

照明用あるいはディスプレイ用に使われる有機エレクトロルミネッセンス素子(以下、有機EL素子と記す。)は、有機蛍光物質を2000Å程度以下で離間対抗する電極間に挟んだ自己発光する素子である。有機の蛍光性材料には、低分子系材料と高分子系材料があるが発光原理は同じであり、陽極から蛍光性物質のHOMOに注入された正孔と陰極からLOMOに注入された電子とが再結合する際の蛍光あるいは燐光を利用するものである。液晶ディスプレイの次の世代のディスプレイ装置や平面光源として期待が高まっている。   An organic electroluminescence element (hereinafter referred to as an organic EL element) used for illumination or display is a self-light-emitting element in which an organic fluorescent material is sandwiched between electrodes facing each other at about 2000 mm or less. Organic fluorescent materials include low molecular weight materials and high molecular weight materials, but the principle of light emission is the same. Holes injected from the anode into the HOMO of the fluorescent material and electrons injected from the cathode into the LOMO Utilizes fluorescence or phosphorescence upon recombination. Expectations are growing as the next generation display devices and flat light sources for liquid crystal displays.

有機EL素子20の構成を、図3に示したが、透明なガラス基板1上に、陽極層2、正孔輸送層3、発光層4、電子輸送層5、陰極層6、保護膜14等からなっている。陽極層2は、光が取り出せる透明な電極であり、通常はITO(インジウム錫複合酸化物)が使用されている。正孔輸送層3は、陽極層2から正孔が蛍光発光層に注入されやすくする有機層である。陰極6は、発光層4に電子を注入する層でマグネシウムあるいはリチウムと銀の合金のような金属であり、仕事関数小さいアルカリ金属系材料が使用されている。   The configuration of the organic EL element 20 is shown in FIG. 3. On the transparent glass substrate 1, an anode layer 2, a hole transport layer 3, a light emitting layer 4, an electron transport layer 5, a cathode layer 6, a protective film 14, etc. It is made up of. The anode layer 2 is a transparent electrode from which light can be extracted, and usually ITO (indium tin composite oxide) is used. The hole transport layer 3 is an organic layer that facilitates injection of holes from the anode layer 2 into the fluorescent light emitting layer. The cathode 6 is a layer for injecting electrons into the light emitting layer 4 and is made of a metal such as magnesium or an alloy of lithium and silver, and an alkali metal material having a small work function is used.

また正孔輸送層3と電子輸送層5は、単にそれぞれのキャリアーを輸送するだけでなく、反対電荷をブロックするために、そのための機能層(インターレイヤー層)が追加されて多層化される場合が多い。いずれにしても正孔、電子のトンネリングを良くするために、各層の厚みは、100〜1000Åの範囲内と非常に薄くなっている。   In addition, the hole transport layer 3 and the electron transport layer 5 are not only transporting the respective carriers but also being multilayered by adding a functional layer (interlayer layer) for blocking the opposite charge. There are many. In any case, in order to improve the tunneling of holes and electrons, the thickness of each layer is very thin in the range of 100 to 1000 mm.

カラー化は、蛍光色の異なる蛍光体を所定のパターン状に配置するか、白色発光を、カラーフィルターを用いて分光するか、青色発光層の上に赤発光層と緑発光層を別々に堆積して色変換する方式がある。   For colorization, phosphors with different fluorescent colors are arranged in a predetermined pattern, white light emission is dispersed using a color filter, or a red light emission layer and a green light emission layer are separately deposited on a blue light emission layer. There is a method for color conversion.

陰極層6を被覆する保護膜14は、本来は不要なものであるが、陰極電極材料や上記の有機各層は、水分や酸素の影響を受けて性能が極端に低下するので、水分や酸素が前記した層中に浸透しないようにバリアーとして設置するものである。一般にはエポキシ樹脂等で被覆した上に、さらに完全を期すために無機膜を積層したり、吸湿剤を入れたカバーガラスで覆うことが行われている。   Although the protective film 14 covering the cathode layer 6 is originally unnecessary, the performance of the cathode electrode material and each of the organic layers described above is extremely deteriorated due to the influence of moisture and oxygen. It is installed as a barrier so as not to penetrate into the aforementioned layer. In general, after coating with an epoxy resin or the like, an inorganic film is laminated or covered with a cover glass containing a hygroscopic agent for further completeness.

低分子系と高分子系では、その性質上素子製法が異なるが、低分子系では蒸着法により、透明電極付きのガラス基板上に、各層を所定の厚みになるように順次堆積する。高分子系では、溶剤に正孔輸送材料と共役系高分子材料を別々にインキに調整し、印刷したり微細なノズルから滴下する方法が採用されている。そのため、低分子系は、RGBの蛍光体を所定のパターンにマスク蒸着する必要があるので大型化が難しく、もっぱら中小型のディスプレイに向いており、高分子系は、印刷技術が適用できるので大型ディスプレイの製造に有利であると言われている。しかしながら、大きさによる材料・工法の採用に明確な垣根があるわけではなく最終的にはコストによる。   In the low molecular system and the high molecular system, the element manufacturing method is different in nature, but in the low molecular system, each layer is sequentially deposited on the glass substrate with a transparent electrode so as to have a predetermined thickness by vapor deposition. In the polymer system, a hole transport material and a conjugated polymer material are separately adjusted to ink in a solvent, and printing or dropping from a fine nozzle is employed. For this reason, low molecular weight systems are difficult to increase in size because it is necessary to mask-deposit RGB phosphors in a predetermined pattern, and are suitable for small and medium-sized displays, while high molecular weight systems are large because printing technology can be applied. It is said to be advantageous for the production of displays. However, there is no clear barrier to the adoption of materials and construction methods according to size, and ultimately it depends on cost.

ところで、有機EL素子では、蛍光体から発出した光11は、図3から分かるように、金属電極6を背後に備えた状態で、発光層4を支える正孔輸送層3、陽極層2、透明基板1という多層媒体を経て外部に出てくる。この状況では、蛍光体の発光はその全てを正面
方向に取り出すことができない。一つの原因は、蛍光体の一重項励起状態は、近接する陰極層(金属電極)6と相互作用すると無輻射失活して発光に寄与しなくなるという点にある(非特許文献1)。
By the way, in the organic EL element, as can be seen from FIG. 3, the light 11 emitted from the phosphor has the hole transport layer 3, the anode layer 2, and the transparent layer that support the light emitting layer 4 with the metal electrode 6 behind. It comes out through a multilayer medium called the substrate 1. In this situation, it is not possible to take out all of the phosphor emission in the front direction. One cause is that the singlet excited state of the phosphor does not contribute to light emission due to non-radiative deactivation when interacting with the adjacent cathode layer (metal electrode) 6 (Non-patent Document 1).

他方、多層媒体中を通過する光11は、相互の屈折率関係と厚みの大小により変調を受ける。干渉により透過波長が変動したり、全反射により層中を導波する光となって取り出せなくなる問題がある。特に、屈折率が高い層から低い層に光が入り込む場合、入射角度により全反射が生じ、全反射光は当該媒体中を導波してエッジから出射してしまう場合があり、正面方向に取り出せなくなる。前方に取り出せる光の量は、蛍光体が発光した光の〜20%程度しかないという問題がある。   On the other hand, the light 11 passing through the multilayer medium is modulated by the mutual refractive index relationship and the thickness. There is a problem that the transmission wavelength varies due to interference, or cannot be extracted as light guided in the layer due to total reflection. In particular, when light enters from a layer having a high refractive index to a layer having a low refractive index, total reflection may occur depending on the incident angle, and the total reflected light may be guided through the medium and emitted from the edge. Disappear. There is a problem that the amount of light that can be extracted forward is only about 20% of the light emitted by the phosphor.

電子輸送層5/発光層4/正孔輸送層3の屈折率は、各層の屈折率差を無視すると、概ね1.7〜1.8程度、陽極層2(ITO)の屈折率は、2.0〜2.2程度、ガラス基板1のそれは、1.45程度、空気は1であるから、陽極層2とガラス基板1界面、及びガラス基板1と空気の界面での全反射による光取り出し効率の低下が甚だしいと言える。   The refractive index of the electron transport layer 5 / the light emitting layer 4 / the hole transport layer 3 is approximately 1.7 to 1.8 when the refractive index difference between the layers is ignored, and the refractive index of the anode layer 2 (ITO) is 2 Since the glass substrate 1 is about 1.45 and the air is 1, the light extraction by total reflection at the interface between the anode layer 2 and the glass substrate 1 and at the interface between the glass substrate 1 and the air. It can be said that the decrease in efficiency is severe.

屈折率の急激な変化を避けるために、図4に示すように陽極層2とガラス基板1の間に屈折率がガラス基板1と陽極層2の中間にある高屈折率層8bあるいは散乱層8aを配置する構成が考えられる。しかしながら、ガラス基板1の表裏で全反射する光には、素子内部を導波して外部に取り出せない成分が残り光取り出し効率が十分でないという問題がある。   In order to avoid a sudden change in the refractive index, a high refractive index layer 8b or scattering layer 8a having a refractive index between the glass substrate 1 and the anode layer 2 between the anode layer 2 and the glass substrate 1 as shown in FIG. A configuration is possible in which these are arranged. However, the light that is totally reflected by the front and back surfaces of the glass substrate 1 has a problem that the light extraction efficiency is not sufficient because components that cannot be extracted to the outside after being guided inside the device remain.

特開平9−272863号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-272863 特開平5−159881号公報JP-A-5-159881

A.N.Safonov他、Synthetic Metals,116,145(2001)。A. N. Safonov et al., Synthetic Metals, 116, 145 (2001).

そこで、本発明は、屈折率の高い陽極電極から屈折率の低い透明基板界面に入射する際に、全反射によって透明基板の透過光量が低下する問題と、ガラス基板と空気の界面で全反射して光取出し効率が低下する問題を改善することを課題とした。特に、透明基板と空気の界面で反射した光をガラス基板側へ再反射させて光取出し効率を向上させる有機エレクトロルミネッセンス素子の界面構成を提供することを目的とした。   Therefore, the present invention has a problem that the amount of light transmitted through the transparent substrate is reduced due to total reflection when entering from the high refractive index anode electrode to the low refractive index transparent substrate interface, and the total reflection at the glass substrate / air interface. Therefore, it was an object to improve the problem that the light extraction efficiency decreases. In particular, an object of the present invention is to provide an interface configuration of an organic electroluminescence element that improves light extraction efficiency by re-reflecting light reflected at the interface between the transparent substrate and air toward the glass substrate.

上記課題を達成するための請求項1に記載の発明は、透明基板上に、少なくとも、散乱層、屈折率が1.6から2.0の範囲の高屈折率樹脂層、酸化チタン層、陽極層、有機発光層、陰極層、をこの順に積層したことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子としたものである。   In order to achieve the above object, the invention described in claim 1 includes at least a scattering layer, a high refractive index resin layer having a refractive index in the range of 1.6 to 2.0, a titanium oxide layer, and an anode on a transparent substrate. An organic electroluminescent device is characterized in that a layer, an organic light emitting layer, and a cathode layer are laminated in this order.

請求項2に記載の発明は、前記散乱層、高屈折率樹脂層、酸化チタン層、陽極層がパターニングされていることを特徴とする請求項1に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子としたものである。   The invention according to claim 2 is the organic electroluminescence device according to claim 1, wherein the scattering layer, the high refractive index resin layer, the titanium oxide layer, and the anode layer are patterned. .

請求項3に記載の発明は、前記陽極層が、金属補助配線を備えることを特徴とする請求
項1又は2に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子としたものである。
The invention according to claim 3 is the organic electroluminescence element according to claim 1 or 2, wherein the anode layer includes a metal auxiliary wiring.

有機エレクトロルミネッセンス素子では、相対的に高屈折率の透明基板から低屈折率の空気側に出射する光と陽極層から透明基板に入射する光には、全反射成分があるが、これらの成分は、散乱層と高屈折率樹脂層により屈折率が段階的に変化することで一部が外部に取り出されるが、本発明は、高屈折率樹脂層の上に該樹脂層よりさらに高屈折率の酸化チタン層を配置した層構成にしたものである。酸化チタン層の導入により、ガラス基板/空気界面で反射した光のうち酸化チタン層に臨界角以上で入射する成分が再反射される結果、外部に取り出せる光成分が増大する効果が期待できる。   In an organic electroluminescence element, light emitted from a relatively high refractive index transparent substrate to the low refractive index air side and light incident from the anode layer to the transparent substrate have total reflection components. In addition, a part of the refractive index is extracted to the outside by the stepwise change of the refractive index by the scattering layer and the high refractive index resin layer, but the present invention has a higher refractive index than the resin layer on the high refractive index resin layer. It has a layer structure in which a titanium oxide layer is disposed. By introducing the titanium oxide layer, a component incident on the titanium oxide layer at a critical angle or more out of the light reflected at the glass substrate / air interface is re-reflected, so that the effect of increasing the light component that can be extracted to the outside can be expected.

請求項2に記載の発明によれば、パターニングにより散乱層、高屈折率樹脂層、酸化チタン層、陽極層をシーリングにより外部と遮断でき、水分、酸素のなどの素子内部への侵入を防止することが出来る。   According to the second aspect of the present invention, the scattering layer, the high refractive index resin layer, the titanium oxide layer, and the anode layer can be shielded from the outside by sealing, and moisture and oxygen can be prevented from entering the device. I can do it.

請求項3に記載の発明によれば、金属補助線により陽極層の抵抗を下げることが可能で、且つ金属が反射層の役割を果たす結果外部への光取り出し効率が増大するという効果が見込める。   According to the third aspect of the present invention, it is possible to reduce the resistance of the anode layer by the metal auxiliary line, and the effect that the light extraction efficiency to the outside increases as a result of the metal serving as the reflection layer can be expected.

本発明になる有機EL素子構成の一例を説明する断面視の図である。It is a figure of the cross-sectional view explaining an example of the organic EL element structure which becomes this invention. 本発明になる有機EL素子構成の別の一例を説明する断面視の図である。It is a figure of the cross-sectional view explaining another example of the organic EL element structure which becomes this invention. 従来の有機EL素子の構成を説明する断面視の図である。It is a figure of the cross-sectional view explaining the structure of the conventional organic EL element. 光取り出し効率を改善した有機EL素子の従来構成を説明する断面視の図である。It is a figure of the cross-sectional view explaining the conventional structure of the organic EL element which improved the light extraction efficiency.

有機EL素子は、基本的には図3に示すように、透明基板1、陽極層2(一般には、ITO)、有機発光層7(正孔輸送層3、発光層4、電子輸送層5等)、陰極層6から構成されている。有機発光層7は、正孔輸送層3、発光層4、電子輸送層5がこの順で積層された層構成を例示しているが、発光層4が、正孔輸送層3を兼ねる場合のように発光層以外が省略されたり、図示はしていないが追加の機能層も含む場合もある。   As shown in FIG. 3, the organic EL element basically includes a transparent substrate 1, an anode layer 2 (generally ITO), an organic light emitting layer 7 (a hole transport layer 3, a light emitting layer 4, an electron transport layer 5, etc. ) And the cathode layer 6. The organic light emitting layer 7 exemplifies a layer structure in which the hole transport layer 3, the light emitting layer 4, and the electron transport layer 5 are laminated in this order, but the case where the light emitting layer 4 also serves as the hole transport layer 3. As described above, other than the light emitting layer may be omitted, or an additional functional layer may be included although not shown.

有機発光層7から出射された光11は、種々の原因で散逸するが、主たる光損失は、屈折率の高い陽極層2(屈折率:n≧2.0)から屈折率の低い透明基板1(一般には、屈折率n=1.45のガラス基板)に入射する際の全反射成分と、透明基板1と空気層界面における全反射成分である。 The light 11 emitted from the organic light emitting layer 7 is dissipated for various reasons, but the main light loss is from the anode layer 2 (refractive index: n 1 ≧ 2.0) having a high refractive index to the transparent substrate having a low refractive index. 1 (generally a glass substrate having a refractive index n 2 = 1.45) and a total reflection component at the interface between the transparent substrate 1 and the air layer.

前者の屈折率の高い陽極層2から屈折率の低い透明基板1に入射する際の全反射成分を低減するために、陽極層2と透明基板1の屈折率の差が不連続とならず階段状に変化するように、n<n<nの関係を満足する屈折率nを有する高屈折率樹脂層8bを陽極層2と透明基板1の間に挿入した構造が採用される。さらには、高屈折率樹脂層8bと透明基板1の間に、図4に示すように径が0.4から1.5μm程度の酸化チタン、酸化ジルコニア、あるいは酸化ケイ素等、無機系の微粒子12からなる散乱層8aが配置される構成がある。散乱層8aは、無機系の微粒子のみから形成したものばかりでなく、微粒子12を高屈折率樹脂8b中に分散させて形成したものでもあっても構わない。 In order to reduce the total reflection component when entering the transparent substrate 1 having a low refractive index from the anode layer 2 having the high refractive index, the difference in refractive index between the anode layer 2 and the transparent substrate 1 is not discontinuous and is a step. A structure in which a high refractive index resin layer 8b having a refractive index n satisfying the relationship of n 1 <n <n 2 is inserted between the anode layer 2 and the transparent substrate 1 so as to change in a shape is employed. Further, between the high refractive index resin layer 8b and the transparent substrate 1, as shown in FIG. 4, inorganic fine particles 12 such as titanium oxide, zirconia, or silicon oxide having a diameter of about 0.4 to 1.5 μm. There is a configuration in which a scattering layer 8a made of is arranged. The scattering layer 8a is not limited to being formed only from inorganic fine particles, but may be formed by dispersing the fine particles 12 in the high refractive index resin 8b.

本発明は、さらに光取り出し効率を向上させるために、図1に示すように陽極層2(屈折率nが、概ね、2.0以上のITO電極)と高屈折率樹脂層8bの間に、高屈折率樹脂層8bと陽極層2の屈折率よりもさらに大きな屈折率を有する酸化チタン層8cを、配
置した構成にしたものである。
In the present invention, in order to further improve the light extraction efficiency, as shown in FIG. 1, between the anode layer 2 (ITO electrode having a refractive index n 2 of about 2.0 or more) and the high refractive index resin layer 8b. The titanium oxide layer 8c having a higher refractive index than the refractive index of the high refractive index resin layer 8b and the anode layer 2 is arranged.

酸化チタンの屈折率nは、概ね2.5〜2.7(ルチル型とアナターゼ型)程度であり、ITOの屈折率よりも高屈折率のため、発光層7で発光した光は酸化チタン層8cでは全反射は起こさずに前方方向に透過する。透過光のうち透明基板1の表裏、特に透明基板/空気界面で反射する光は発光層7側にもどるが、酸化チタン層8cに臨界角以上で入射した成分は再反射されて透明基板1側に向きを変える。これにより前方の光取り出し効率の向上が期待できる。
以下、構成について説明する。
The refractive index n of titanium oxide is about 2.5 to 2.7 (rutile type and anatase type), and the light emitted from the light emitting layer 7 is a titanium oxide layer because the refractive index is higher than that of ITO. In 8c, total reflection does not occur and the light is transmitted in the forward direction. Of the transmitted light, the light reflected from the front and back of the transparent substrate 1, particularly the transparent substrate / air interface, returns to the light emitting layer 7 side, but the component incident on the titanium oxide layer 8 c at a critical angle or more is re-reflected and reflected on the transparent substrate 1 side. Change the direction. This can be expected to improve the front light extraction efficiency.
The configuration will be described below.

無機系微粒子の散乱層8aもしくは分散層は、酸化チタン、あるいは酸化ジルコニウム等無機物からなる径が0.4〜1.5μm程度の微粒子を溶媒に溶解してから塗布・乾燥して得られる。あるいは、高屈折率樹脂層8bに所定量を分散させてから塗布することでも形成できる。酸化チタン層8cの屈折率は、陽極層2の屈折率よりも大きいため、前述した理由で正面方向の光取り出し効率が増大する。   The inorganic fine particle scattering layer 8a or the dispersion layer can be obtained by dissolving fine particles having a diameter of about 0.4 to 1.5 μm made of an inorganic substance such as titanium oxide or zirconium oxide in a solvent and then applying and drying. Alternatively, it can be formed by dispersing a predetermined amount in the high refractive index resin layer 8b and then applying it. Since the refractive index of the titanium oxide layer 8c is larger than the refractive index of the anode layer 2, the light extraction efficiency in the front direction increases for the reason described above.

高屈折率樹脂層8bの屈折率nとしては、透明基板1と陽極層2の屈折率の中間の値である1.6から2.0の範囲が好ましい。酸化チタン高屈折率反射層9の屈折率は、2.5〜2.7の範囲である。高屈折率樹脂層8bは、バインダー樹脂層の屈折率が1.4〜1.6(典型的なアクリル樹脂)の場合には、径が50nm程度の酸化チタン、酸化ジルコニア、あるいは酸化ケイ素の無機系の微粒子を分散させると得られる。バインダー樹脂の屈折率が1.8〜1.9と高い場合にはそのまま使用できる。   The refractive index n of the high refractive index resin layer 8b is preferably in the range of 1.6 to 2.0, which is an intermediate value between the refractive indexes of the transparent substrate 1 and the anode layer 2. The refractive index of the titanium oxide high refractive index reflective layer 9 is in the range of 2.5 to 2.7. When the refractive index of the binder resin layer is 1.4 to 1.6 (typical acrylic resin), the high refractive index resin layer 8b is an inorganic material of titanium oxide, zirconia oxide, or silicon oxide having a diameter of about 50 nm. It is obtained by dispersing fine particles of the system. When the refractive index of the binder resin is as high as 1.8 to 1.9, it can be used as it is.

陽極層2の上には、図2に示すように金属補助配線9をストライプ状に敷設することができる。金属配線はITOとの組み合わせにより陽極の抵抗値を低下させることが出来る。また、周期的に敷設されるのが望ましく、その方が、面的に均一な発光状態が得られる。金属配線としては、銅、アルミニウムの単層タイプ、モリブデン/アルミニウム/モリブデンの積層タイプが採用できる。厚みが0.05〜0.3μmで線幅が10〜100μmの範囲となるよう敷設される。金属補助配線9は、透明基板1と空気の界面及び陽極層2と透明基板1の界面で全反射した光を、いろいろな方向に再反射する機能を有している。あるいは、発光層側から出てくる光も反射する機能を有する。いずれにしても前方の光取り出し効率を増大する効果がある。   On the anode layer 2, the metal auxiliary wiring 9 can be laid in stripes as shown in FIG. Metal wiring can reduce the resistance of the anode in combination with ITO. Moreover, it is desirable to lay it periodically, and in that case, a uniform light emission state can be obtained. As the metal wiring, a single layer type of copper or aluminum, or a laminated type of molybdenum / aluminum / molybdenum can be adopted. It is laid to have a thickness of 0.05 to 0.3 μm and a line width of 10 to 100 μm. The metal auxiliary wiring 9 has a function of re-reflecting light totally reflected at the interface between the transparent substrate 1 and air and at the interface between the anode layer 2 and the transparent substrate 1 in various directions. Alternatively, the light emitted from the light emitting layer side is also reflected. In any case, the front light extraction efficiency is increased.

本発明は、低分子系の発光層7であるか共役高分子系の発光層7であるかに係らず適用が可能であるが、一応、低分子系と高分子系についての代表的な有機素材について屈折率の値を述べておく。正孔輸送材料としては、低分子系ではTPD(n=1.8〜1.9)、高分子系ではPEDOT−PSS(n=1.5)、有機発光材料として低分子系ではアルミキノリン(n=1.8〜1.9)、高分子系ではPPV(n=2.0)がある。いずれも波長分散があるが、波長λが概ね0.5μmの光に対する値である。   The present invention can be applied regardless of whether the light emitting layer 7 is a low molecular weight light emitting layer 7 or a light emitting layer 7 based on a conjugated polymer. The refractive index value for the material is described. As a hole transport material, TPD (n = 1.8 to 1.9) is used for a low molecular weight system, PEDOT-PSS (n = 1.5) is used for a high molecular weight system, and aluminum quinoline ( n = 1.8 to 1.9), and polymer systems include PPV (n = 2.0). Although both have chromatic dispersion, the wavelength λ is a value for light of approximately 0.5 μm.

本発明で使用する透明基板1は、ガラス基板、石英基板、プラスチック基板等を使用できるが、透明性、強度、耐熱性、耐薬品性、加工性の面で優れたガラス基板が最も好ましい。ガラス基板、石英基板の屈折率は、僅かな波長分散を無視すればいずれも1.45程度である。空気層との屈折率差は、0.4程度で、全反射による取り出し効率低下の一因である。   As the transparent substrate 1 used in the present invention, a glass substrate, a quartz substrate, a plastic substrate or the like can be used, but a glass substrate excellent in transparency, strength, heat resistance, chemical resistance, and workability is most preferable. The refractive indexes of the glass substrate and the quartz substrate are both about 1.45 if slight wavelength dispersion is ignored. The difference in refractive index from the air layer is about 0.4, which is a cause of a decrease in extraction efficiency due to total reflection.

先ず、径が0.4〜1.5μm程度の無機系の微粒子である酸化ケイ素を所定の溶媒に溶解してから、このガラス基板1の上に塗布し、乾燥させて散乱層8aを形成する。   First, silicon oxide, which is inorganic fine particles having a diameter of about 0.4 to 1.5 μm, is dissolved in a predetermined solvent, and then coated on the glass substrate 1 and dried to form the scattering layer 8a. .

次に、屈折率が1.6から2.0の範囲内の可視領域で透明な高屈折率樹脂層8bを形
成する。ガラス基板1の屈折率と陽極層(ITO透明電極)の屈折率の中間の屈折率(好ましくは屈折率差が0.3以下の組み合わせ)を有する樹脂が望ましいが、こうした有機樹脂としては、チオウレタン系(〜1.8)、エピスルフィド系(〜1.7)、アクリル系(〜1.6)、ポリイミド系(〜1.75)、トリアジン系、シルセスキオ系等の樹脂から適宜選択して使用できる。樹脂層8bの厚みは、1〜3μmの着色しない範囲で設定する。高屈折率樹脂層8bは、適切な溶剤に溶かしてから塗布乾燥して製造できる。
Next, a transparent high refractive index resin layer 8b that is transparent in the visible region having a refractive index in the range of 1.6 to 2.0 is formed. A resin having a refractive index intermediate between the refractive index of the glass substrate 1 and the refractive index of the anode layer (ITO transparent electrode) (preferably a combination having a refractive index difference of 0.3 or less) is desirable. Urethane (~ 1.8), episulfide (~ 1.7), acrylic (~ 1.6), polyimide (~ 1.75), triazine, silsesquio, etc. it can. The thickness of the resin layer 8b is set within a range of 1 to 3 μm that is not colored. The high refractive index resin layer 8b can be manufactured by dissolving in an appropriate solvent and then coating and drying.

また、ガラス基板1の表面には、サンドブラスト法などにより凹凸形状を形成し、光散乱効果を付与することができる。凹凸は、光の波長程度のピッチが好ましく、0.5〜1μm程度が望ましい。凹凸があると、樹脂側から入射する光の角度が変化することで全反射効果を低減できる。ウエットエッチングによりガラス基板表面に凹凸を形成することもできる。微粒子からなる散乱層8aを高屈折率樹脂層8bの下に予め形成しておいても構わない。径が0.4〜1.5μm程度の無機材料からなる微粒子12を高屈折率樹脂層8b中に分散しても構わない。   Moreover, the uneven | corrugated shape can be formed in the surface of the glass substrate 1 by the sandblasting method etc., and the light-scattering effect can be provided. The unevenness preferably has a pitch of about the wavelength of light, and is preferably about 0.5 to 1 μm. If there is unevenness, the total reflection effect can be reduced by changing the angle of light incident from the resin side. Unevenness can also be formed on the surface of the glass substrate by wet etching. The scattering layer 8a made of fine particles may be formed in advance under the high refractive index resin layer 8b. The fine particles 12 made of an inorganic material having a diameter of about 0.4 to 1.5 μm may be dispersed in the high refractive index resin layer 8b.

次に、前記高屈折率樹脂層8bの上に酸化チタン層8cを設ける。酸化チタン層8cはスパッタリングにより膜厚が0.01〜0.03μmの範囲で設定する。酸化チタンはルチル型もしくはアナターゼ型の結晶構造をとり、屈折率は2.5〜2.7程度である。酸化チタン層8cは、有機発光層7の発光パターンとなるようにパターニングしても構わない。   Next, a titanium oxide layer 8c is provided on the high refractive index resin layer 8b. The titanium oxide layer 8c is set in the range of 0.01 to 0.03 μm by sputtering. Titanium oxide has a rutile or anatase crystal structure and a refractive index of about 2.5 to 2.7. The titanium oxide layer 8 c may be patterned so as to be the light emission pattern of the organic light emitting layer 7.

次に、酸化チタン層8cの上にITO(n=2.0〜2.1程度)からなる陽極層2を設ける。電極の材料としては、ITO以外にIZO(インジウム亜鉛複合酸化物)、酸化錫、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化アルミニウム複合酸化物等の透明電極材料が使用できるが、低抵抗であること、耐溶剤性があること、高い透明性があることなどからITOが好ましい。ITOは、0.1〜0.3μmの厚みで基板上にスパッタリング形成してから、230℃でアニールして抵抗を下げて使用する。 Next, the anode layer 2 made of ITO (n 2 = about 2.0 to 2.1) is provided on the titanium oxide layer 8c. As an electrode material, in addition to ITO, transparent electrode materials such as IZO (indium zinc composite oxide), tin oxide, zinc oxide, indium oxide, and aluminum oxide composite oxide can be used. ITO is preferable because it has high transparency and high transparency. ITO is sputtered on a substrate with a thickness of 0.1 to 0.3 μm and then annealed at 230 ° C. to lower the resistance.

次に、陽極層2上に金属補助配線9を周期的に形成する。金属補助配線9は、スパッタリング法で金属薄膜を形成してから、定法のフォトリソ法によりパターン化する。   Next, the metal auxiliary wiring 9 is periodically formed on the anode layer 2. The metal auxiliary wiring 9 is patterned by a regular photolithography method after a metal thin film is formed by a sputtering method.

以上のようにして陽極層2を形成した後、正孔輸送層3を形成する。正孔輸送層3は、陽極層2から発光層4へ正孔が注入されやすくなるよう、注入障壁を下げるために設置される。   After the anode layer 2 is formed as described above, the hole transport layer 3 is formed. The hole transport layer 3 is provided to lower the injection barrier so that holes are easily injected from the anode layer 2 to the light emitting layer 4.

正孔輸送層3組成する低分子正孔輸送材料としては、トリフェニルアミン2量体であるTPDやこれらをスターバースト状に結合したスターバーストアミンが挙げられる。いずれもアモルファス状態を呈し、結晶化しないように高いガラス温度を示すのが望ましい。10−4Pa以下の低圧で真空蒸着して形成する。 Examples of the low-molecular hole transport material constituting the hole transport layer 3 include TPD which is a triphenylamine dimer and starburst amine obtained by binding these in a starburst form. In any case, it is desirable to exhibit an amorphous state and to exhibit a high glass temperature so as not to crystallize. It is formed by vacuum deposition at a low pressure of 10 −4 Pa or less.

また、正孔輸送層3を組成する正孔輸送材料としては、前記有機化合物の他にも、酸化バナジウム(VOx)、酸化モリブデン(MoOx)、酸化ニッケル(NiOx)等をはじめとする無機酸化物が挙げられる。これらの材料はスパッタ法、抵抗加熱法などの各種蒸着法で形成することができる。   Moreover, as a hole transport material composing the hole transport layer 3, in addition to the organic compounds, inorganic oxides such as vanadium oxide (VOx), molybdenum oxide (MoOx), nickel oxide (NiOx), etc. Is mentioned. These materials can be formed by various deposition methods such as sputtering and resistance heating.

高分子系の正孔輸送材料としては、ポリアニリン誘導体、ポリチオフェン誘導体、ポリビニルカルバゾール(PVK)誘導体、ポリ(3,4―エチレンジオキシチオフェン)(PEDOT−PSS)等を用いても良い。これらの材料は溶媒に溶解または分散させ、正孔輸送材料インキとして、凸版印刷法、グラビア印刷、反転オフセット印刷、スピンコーター、バーコーター、ロールコーター、ダイコーター、グラビアコーター等の各種塗布法で形成することができる。   As the polymer-based hole transport material, a polyaniline derivative, a polythiophene derivative, a polyvinylcarbazole (PVK) derivative, poly (3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT-PSS), or the like may be used. These materials are dissolved or dispersed in a solvent and formed as a hole transport material ink by various coating methods such as letterpress printing, gravure printing, reverse offset printing, spin coater, bar coater, roll coater, die coater, gravure coater, etc. can do.

正孔輸送層3の上には、インターレイヤー層(図示せず)を形成することができる。インターレイヤーは、有機発光層から陽極側へ移動する電子を堰き止め有機発光層内での電荷結合確率を上げる電子ブロック層としての役割、励起状態の有機発光材料と正孔輸送層との接触による消光防止、有機発光材料と正孔輸送材料との化学反応による発光効率低下の防止などを目的として設置される。   An interlayer layer (not shown) can be formed on the hole transport layer 3. Interlayer functions as an electron blocking layer that blocks electrons moving from the organic light-emitting layer to the anode side and increases the charge coupling probability in the organic light-emitting layer, by contact between the excited organic light-emitting material and the hole transport layer It is installed for the purpose of preventing quenching and preventing a decrease in luminous efficiency due to a chemical reaction between an organic light emitting material and a hole transport material.

インターレイヤー層に用いる材料としては、ポリアリーレン系、ポリアリーレンビニレン系やポリフルオレン系等の高分子材料や、これらの高分子材料に芳香族アミンなどの低分子を混ぜた物を用いることが出来、特に、ポリ(2,7−(9,9−ジ−n−オクチルフルオレン)−alt−(1,4−フェニレン−((4−sec−ブチルフェニル)アミノ)−1,4−フェニレン)(以後、TFB)が好適に用いられる。通常、このインターレイヤーは有機発光層との混色を避けるため、インターレイヤー成膜後有機発光層形成前に、およそ200℃程度で10分以上の加熱処理により不溶化される。   The material used for the interlayer can be a polymer material such as polyarylene, polyarylene vinylene, or polyfluorene, or a mixture of these polymer materials with low molecules such as aromatic amines. In particular, poly (2,7- (9,9-di-n-octylfluorene) -alt- (1,4-phenylene-((4-sec-butylphenyl) amino) -1,4-phenylene) ( In order to avoid color mixing with the organic light-emitting layer, the interlayer is usually subjected to a heat treatment at about 200 ° C. for 10 minutes or more before forming the organic light-emitting layer. Insolubilized.

次いで、発光層4を形成する。
低分子系としては、アルミキノリン、ベンゾオキサゾールZn錯体、ベンゾキノリノールBe錯体のような電子輸送性の金属錯体とこれらにドーピングして発光色の調整に用いる色素系材料がある。色素系にはジスチリルアリーレン誘導体、ピラゾキノリン誘導体、オキサジアゾール誘導体が挙げられる。これらも高いガラス転移温度を有するのが好ましい。
Next, the light emitting layer 4 is formed.
Examples of the low molecular weight system include electron-transporting metal complexes such as aluminum quinoline, benzoxazole Zn complex, and benzoquinolinol Be complex, and dye-based materials used for adjusting the emission color by doping them. Examples of the dye system include distyrylarylene derivatives, pyrazoquinoline derivatives, and oxadiazole derivatives. These also preferably have a high glass transition temperature.

高分子系で塗り分けを要する場合には、凸版印刷法、グラビア印刷、反転オフセット印刷等の印刷法、インクジェット法等を用いることができる。有機発光材料は、例えばクマリン系、ペリレン系、ピラン系、アンスロン系、ポルフィレン系、キナクリドン系、N,N’−ジアルキル置換キナクリドン系、ナフタルイミド系、N,N’−ジアリール置換ピロロピロール系、イリジウム錯体系などの発光性色素をポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリビニルカルバゾール等の高分子中に分散させたものや、ポリアリーレン系、ポリアリーレンビニレン系やポリフルオレン系の高分子材料が挙げられるが本発明ではこれらに限定されるわけではない。   In the case where a separate coating is required for a polymer system, a relief printing method, a gravure printing method, a printing method such as a reverse offset printing method, an ink jet method or the like can be used. Examples of organic light emitting materials include coumarin, perylene, pyran, anthrone, porphyrene, quinacridone, N, N′-dialkyl substituted quinacridone, naphthalimide, N, N′-diaryl substituted pyrrolopyrrole, iridium. Examples include complex-based luminescent dyes dispersed in polymers such as polystyrene, polymethyl methacrylate, and polyvinyl carbazole, and polyarylene-based, polyarylene vinylene-based, and polyfluorene-based polymer materials. However, it is not limited to these.

これらの有機発光材料は溶媒に溶解または安定に分散させ有機発光インキとなる。有機発光材料を溶解または分散する溶媒としては、トルエン、キシレン、アセトン、アニソール、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノンなどの単独またはこれらの混合溶媒が上げられる。中でもトルエン、キシレン、アニソールといった芳香族有機溶媒が有機発光材料の溶解性の面から好適である。また、有機発光インキには必要に応じて、界面活性剤、酸化防止剤、粘度調整剤、紫外線吸収剤等が添加されてもよい。   These organic light emitting materials are dissolved or stably dispersed in a solvent to form an organic light emitting ink. Examples of the solvent for dissolving or dispersing the organic light emitting material include toluene, xylene, acetone, anisole, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, cyclohexanone, or a mixed solvent thereof. Among them, aromatic organic solvents such as toluene, xylene, and anisole are preferable from the viewpoint of the solubility of the organic light emitting material. Moreover, surfactant, antioxidant, a viscosity modifier, a ultraviolet absorber, etc. may be added to organic luminescent ink as needed.

最後に、陰極層6をストライプもしくはベタ電極で形成する。この陰極層6の材料としては、有機発光層7の発光特性に応じたものを使用でき、例えば、リチウム、マグネシウム、カルシウム、イッテルビウム、アルミニウムなどの金属単体やこれらと金、銀などの安定な金属との合金などが挙げられる。また、インジウム、亜鉛、錫などの導電性酸化物を用いることもできる。   Finally, the cathode layer 6 is formed of a stripe or solid electrode. As the material of the cathode layer 6, those according to the light emission characteristics of the organic light emitting layer 7 can be used. For example, simple metals such as lithium, magnesium, calcium, ytterbium and aluminum, and stable metals such as gold and silver can be used. And alloys thereof. Alternatively, a conductive oxide such as indium, zinc, or tin can be used.

上記陰極6と発光層4の間に、図1では省略しているがアルカリ金属のフッ化物(LiF)あるいは酸化物等の電子輸送層5を薄く形成することができる。電子注入効率が向上し発光効率も向上する。これら陰極及び関連各層の形成方法としてはマスクを用いた真空蒸着法による形成方法が挙げられる。   Although not shown in FIG. 1, an electron transport layer 5 such as an alkali metal fluoride (LiF) or an oxide can be formed thinly between the cathode 6 and the light emitting layer 4. Electron injection efficiency is improved and light emission efficiency is also improved. Examples of a method for forming these cathodes and related layers include a method for forming by vacuum evaporation using a mask.

有機EL素子は、正孔輸送層、インターレイヤー層、有機発光層以外に正孔ブロック層、電子輸送層、電子注入層といった層を必要に応じ選択した積層構造をとることができる。
本発明に係る高屈折率層の敷設は、上記の有機発光層7の詳細な積層構造に関係なく適用される。
The organic EL element can have a laminated structure in which layers such as a hole blocking layer, an electron transport layer, and an electron injection layer are selected as necessary in addition to the hole transport layer, the interlayer layer, and the organic light emitting layer.
The laying of the high refractive index layer according to the present invention is applied regardless of the detailed laminated structure of the organic light emitting layer 7 described above.

また、ガラス基板の屈折率は空気の屈折率より大きいので、ガラス基板内を導波するモードも存在し、ガラス基板のエッジから散逸する。これを抑制するために、ガラス基板上にガラス基板より低い屈折率を有する膜を形成するか光散乱膜を敷設しても構わない。   In addition, since the refractive index of the glass substrate is larger than the refractive index of air, there is also a mode in which the glass substrate is guided and dissipates from the edge of the glass substrate. In order to suppress this, a film having a lower refractive index than the glass substrate may be formed on the glass substrate, or a light scattering film may be laid.

1、透明基板(ガラス基板)
2、陽極層(ITO透明電極)
3、正孔輸送層
4、発光層
5、電子輸送層
6、陰極層(金属電極)
7、有機発光層
8、高屈折率層
8a、散乱層
8b、高屈折率樹脂層
8c、酸化チタン層
9、金属補助配線
10、20、有機EL素子、
11、出射光
12、微粒子
13、(出射光の)反射成分(基板/空気界面)
14、保護膜
1. Transparent substrate (glass substrate)
2. Anode layer (ITO transparent electrode)
3, hole transport layer 4, light emitting layer 5, electron transport layer 6, cathode layer (metal electrode)
7, organic light emitting layer 8, high refractive index layer 8a, scattering layer 8b, high refractive index resin layer 8c, titanium oxide layer 9, metal auxiliary wirings 10, 20, organic EL element,
11, outgoing light 12, fine particles 13, reflection component (outgoing light) (substrate / air interface)
14. Protective film

Claims (3)

透明基板上に、少なくとも、散乱層、屈折率が1.6から2.0の範囲の高屈折率樹脂層、酸化チタン層、陽極層、有機発光層、陰極層、をこの順に積層したことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。   On the transparent substrate, at least a scattering layer, a high refractive index resin layer having a refractive index in the range of 1.6 to 2.0, a titanium oxide layer, an anode layer, an organic light emitting layer, and a cathode layer are laminated in this order. An organic electroluminescence device characterized. 前記散乱層、高屈折率樹脂層、酸化チタン層、陽極層がパターニングされていることを特徴とする請求項1に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。   The organic electroluminescence device according to claim 1, wherein the scattering layer, the high refractive index resin layer, the titanium oxide layer, and the anode layer are patterned. 前記陽極層が、金属補助配線を備えることを特徴とする請求項1又は2に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。   The organic electroluminescence element according to claim 1, wherein the anode layer includes a metal auxiliary wiring.
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