【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気エネルギーの印加により発光を示す有機エレクトロルミネッセンス素子（有機ＥＬ素子）に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、マルチメディアの発展に伴って、小型かつ軽量の表示装置であるフラットパネルディスプレイに対する需要が高まっている。フラットパネルディスプレイ用素子として液晶表示素子が広範囲に用いられてきたが、液晶自体は自己発光をしないため、液晶表示素子では、液晶層の背面側に光源（バックライト）を配置して、その光源から発せられる光の透過を液晶層で制御して、透過画像を得る構成が一般的である。カラー画像を得るためには、液晶層の表面にカラーフィルターを付設する。そして、そのカラーフィルターを透過する色光の組合せによりカラー画像が得られる。
【０００３】
液晶表示素子では、上記のように、別に光源を付設することが必要となり、消費する電気エネルギーも多いことから、電気エネルギーを付与するための小型電池が開発されている（例えば、リチウム電池）。しかしながら、そのような技術的発展にも拘らず、その小型化と軽量化には限界がある。液晶表示素子として、バックライトを用いない反射型のタイプの開発も進んでいるが、特にカラー画像を表示すると、その表示コントラストが低く、また表示画像の質が外光の条件によって大きく左右されるため、利用可能な範囲には限界がある。
【０００４】
従って、僅かな電気エネルギーの付与により自己発光を示し、別に光源を容易しなくても画像表示が可能な表示材料として、エレクトロルミネッセンス素子（一般にＥＬ素子と呼ばれる）が注目を浴びている。エレクトロルミネッセンス素子には、使用する材料の相違により無機ＥＬ素子と有機ＥＬ素子とがあるが、特に有機ＥＬ素子は、無機ＥＬ素子よりもはるかに低い電圧で駆動することができ、また発光材料である有機化合物を選ぶことによって好適な色彩に発光する発光素子が得られるので、フルカラー表示装置としての利用が期待できる。添付図面の図１に、現在実用化されている有機エレクトロルミネッセンス素子の代表的な構成例を示す。
【０００５】
図１に示す有機ＥＬ素子は、電子輸送性の発光層とホール輸送層とを有する積層型（二層構造）の有機エレクトロルミネッセンス素子であって、発光を取り出す側となる透明なガラス基板（または透明プラスチック材料基板）１１ｂの上に順に、透明な前面電極（ＩＴＯ電極）１２ｂ、ホール（正孔）輸送層１４、蛍光を発する有機化合物の薄膜からなる発光層（電子輸送性、厚さは通常１０〜１００ｎｍ）１３、および背面電極（金属電極）１２ａが形成された構成を有する。前面側（図における下側）に配置された前面電極１２ｂと背面電極１２ａとの間に直流電圧を印加すると、陽極である前面電極１２ｂからホール（正孔）が注入され、これらホールは、ホール輸送層１４により発光層１３との界面まで輸送されて発光層１３へ注入される。一方、陰極の背面電極１２ａからは電子が注入され、これら電子は、発光層１３内を輸送されてその界面まで達し、ホールと再結合することになる。このホールと電子の再結合により有機化合物中に励起子が生成し、生成した励起子は励起状態から基底状態に戻るときに蛍光を発する。この発光は、透明電極１２ｂと透明基板１１ｂとを通して前面側から取り出される。
【０００６】
図１に示した構成の有機ＥＬ素子以外にも、ホール輸送性の発光層と電子輸送層とからなる二層構造のもの、電子輸送層と両性輸送性の発光層とホール輸送層とからなる三層構造のもの、および両性輸送性の発光層のみからなる単層型のものなどが知られている。また、各層の間には各種の補助層が任意に設けられることがある。
【０００７】
特開平８−３１５９８５号公報には、発光面全体として均一な発光を得るために、光取り出し側の基板を光散乱性とした有機エレクトロルミネッセンス素子が開示されている。また、特開平１１−８０７０号公報には、隣接する画素への光もれを抑制して鮮明な表示を得、また電極パターンやセグメント電極からの引き出し線の影響を最小限に留めるために、発光部分に対応するように前面電極の前面側に光拡散層を配置した有機エレクトロルミネッセンス素子が開示されている。いずれの素子も、光散乱性または光拡散性の材料（層）は発光層よりも前面側に配置されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
有機エレクトロルミネッセンス素子（有機ＥＬ素子）は、前述したように、僅かな電気エネルギーで自己発光を示すため、優れた表示材料と考えられているが、これまでに製品として開発された有機ＥＬディスプレイでは、安定性が充分でないことや、発光効率が充分とは言えないことなどの問題点が指摘されている。特に、有機ＥＬ素子は、無機ＥＬ素子に比べて一般的に構成材料の屈折率が低いので、その光取り出し効率はやや高いというものの、発光量の２０％程度に過ぎず、更なる改良が望まれている。
【０００９】
従って、本発明は、従来と同程度の消費電力で、外部に充分な発光を取り出すことのできる有機エレクトロルミネッセンス素子を提供することを主な目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の発明者は、有機エレクトロルミネッセンス素子の問題点について研究した結果、発光層の背面側および／または前面側に、発光層の屈折率と同程度もしくはそれ以上の屈折率を示す高屈折率光散乱層を配置し、かつ発光層と高屈折率光散乱層との間に存在する材料の屈折率を、発光層の屈折率と同程度もしくはそれ以上高いレベルに維持することによって、発光層から発せられた光が外部に効率良く取り出されることを見い出し、本発明に到達した。
【００１１】
本発明は、背面電極、有機エレクトロルミネッセンス発光層、および光透過性前面電極が、この順に積層された基本構成を有する有機エレクトロルミネッセンス素子であって、背面電極が光透過性電極であり、背面電極の背面側に、有機エレクトロルミネッセンス発光層の屈折率の８０％以上の屈折率を有する材料を主構成成分とする高屈折率光散乱層が設けられ、そして該発光層から背面側に向けて発せられる光の４０％以上の光が該高屈折率光散乱層に入射するように、発光層と高屈折率光散乱層との間に介在する層の屈折率が調整されていることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子にある。
【００１２】
また、本発明は、背面電極、有機エレクトロルミネッセンス発光層、および光透過性前面電極が、この順に積層された基本構成を有する有機エレクトロルミネッセンス素子であって、背面電極が光透過性であり、背面電極の背面側に光散乱反射層が設けられ、さらに光透過性前面電極の前面側に、有機エレクトロルミネッセンス発光層の屈折率の８０％以上の屈折率を有する材料を主構成成分とする高屈折率光散乱層が設けられ、そして該発光層から前面側に向けて発せられる光の４０％以上の光が該高屈折率光散乱層に入射するように、発光層と高屈折率光散乱層との間に介在する層の屈折率が調整されていることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子にもある。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子の好ましい態様は下記に示す通りである。
（１）高屈折率光散乱層が、有機エレクトロルミネッセンス発光層の屈折率の９５％以上の屈折率を有する材料を主構成成分とする層であって、該発光層から背面側および／または前面側に向けて発せられる光の７０％以上の光が該高屈折率光散乱層に入射するように、発光層と高屈折率光散乱層との間に介在する層の屈折率が調整されている。
（２）高屈折率光散乱層が、有機エレクトロルミネッセンス発光層の屈折率の９９％以上の屈折率を有する材料を主構成成分とする層であって、該発光層から背面側および／または前面側に向けて発せられる光の８５％以上の光が該高屈折率光散乱層に入射するように、発光層と高屈折率光散乱層との間に介在する層の屈折率が調整されている。
【００１４】
（３）少なくとも背面シート、高屈折率光散乱層、光透過性背面陰極、有機エレクトロルミネッセンス発光層、ホール輸送層、および光透過性前面陽極がこの順に積層された構成を有する。
（４）少なくとも背面シート、高屈折率光散乱層、光透過性背面陽極、ホール輸送層、有機エレクトロルミネッセンス発光層、および光透過性前面陰極がこの順に積層された構成を有する。
（５）少なくとも光散乱反射層、光透過性背面陰極、有機エレクトロルミネッセンス発光層、ホール輸送層、光透過性前面陽極、高屈折率光散乱層、および前面シートがこの順に積層された構成を有する。
（６）少なくとも光散乱反射層、光透過性背面陽極、ホール輸送層、有機エレクトロルミネッセンス発光層、光透過性前面陰極、高屈折率光散乱層、および前面シートがこの順に積層された構成を有する。
（７）有機エレクトロルミネッセンス発光層が可視光を発する有機材料から形成されている。
（８）有機エレクトロルミネッセンス発光層が、互いに分離区画された領域に形成された、発光色の色相が互いに異なる二種以上の発光層からなる。
（９）光透過性前面電極の前面側にカラーフィルター層及び／又はＮＤフィルター層が付設されている。
【００１５】
以下に、本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子の構成について、その代表的な構成例を示す添付図面を参照しながら詳しく説明する。なお、本明細書の説明において、高屈折率とは、屈折率が発光層の屈折率を基準として、その８０％以上（好ましくは９５％以上、更に好ましくは９９％以上）であることを意味し、高屈折率が付された層もしくは材料は、そのような高い屈折率を示す層もしくは当該の層にそのような高い屈折率を与える材料である。
【００１６】
図２は、本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子の代表的な構成を示す。図２において有機ＥＬ素子は、背面シート（支持体）２１ａの上に順に、高屈折率光散乱層（厚さ：１〜５０μｍ）２５、光透過性背面電極２２ａ（陰極、厚さ：０．０１〜２０μｍ）、電子注入層２６、有機エレクトロルミネッセンス発光層（電子輸送性、厚さ：１０〜１００ｎｍ、層の平面方向にＲ、Ｇ、Ｂなどの色相の発光を示す各種の有機化合物がそれぞれ区画され配置されている）２３、ホール輸送層２４、ホール注入層２７、および光透過性前面電極（陽極、厚さ：０．０１〜２０μｍ）２２ｂが形成された構成を有する。
【００１７】
有機エレクトロルミネッセンス発光層２３は、蛍光及び／又は燐光を発する有機化合物の薄膜からなる層である。発光層２３より背面側に設けられた高屈折率光散乱層２５は、発光層２３と同等かそれ以上の屈折率を有する層であり、光反射層を兼ねている。電子注入層２６およびホール注入層２７はそれぞれ、電子の注入およびホールの注入を促して低電圧化することにより、発光効率を高める役割を果たす。また、発光層２３と高屈折率光散乱層２５との間にある中間層（背面電極２２ａおよび電子注入層２６）はそれぞれ、発光層２３から背面側に向かった光のうち４０％以上（好ましくは７０％以上、更に好ましくは８５％以上）が高屈折率光散乱層２５に入射するように、その屈折率が調整されている。
【００１８】
前面側（図における下側）に配置された前面電極２２ｂと背面電極２２ａとの間に直流電圧（数Ｖ乃至数十Ｖ）を印加すると、前面電極（ホール注入電極）２２ｂおよび背面電極（電子注入電極）２２ａからそれぞれホールと電子とが注入される。これらホールと電子はそれぞれ、中間層を経て発光層２３内の発光中心で再結合して有機分子を励起状態にし、この有機分子は、蛍光を発しながら励起状態から基底状態に戻る。発光光は、前面電極２２ｂから取り出される。発光光のうち、背面側に向かった光もその大部分が、屈折率が好適に調整された中間層により高効率で高屈折率光散乱層２５に導かれ、光反射層を兼ねる高屈折率光散乱層２５により反射されて前面側に向かう。よって、前面側から効率良く発光光を取り出すことができる。
【００１９】
なお、本発明の有機ＥＬ素子は、図２に示した構成に限定されるものではなく、電子注入層およびホール注入層はなくてもよいし、あるいは各層の間に更に各種の補助層が設けられていてもよい。前面電極の前面側には、光散乱層、光透過性の保護膜、カラーフィルター層（Ｒ、Ｇ、Ｂ）もしくは光波長変換層などが設けられていてもよい。また、図２において背面シートの代わりにガラス基板等からなる前面シートが設けられていてもよい。
【００２０】
また、上記においては電子輸送性の発光層とホール輸送層とからなる二層構造の例を示したが、本発明の有機ＥＬ素子は、ホール輸送性の発光層と電子輸送層とからなる二層構造であってもよいし、電子輸送層と発光層とホール輸送層とからなる三層構造であってもよいし、あるいはまた両性輸送性の発光層のみからなる単層型であってもよい。
【００２１】
具体的に二層構造の場合には、次のような基本構成をとることができる。
１）背面シート／高屈折率光散乱層／光透過性背面陰極／有機エレクトロルミネッセンス発光層／ホール輸送層／光透過性前面陽極
２）背面シート／高屈折率光散乱層／光透過性背面陽極／ホール輸送層／有機エレクトロルミネッセンス発光層／光透過性前面陰極
３）背面シート／高屈折率光散乱層／光透過性背面陰極／電子輸送層／有機エレクトロルミネッセンス発光層／光透過性前面陽極
４）背面シート／高屈折率光散乱層／光透過性背面陽極／有機エレクトロルミネッセンス発光層／電子輸送層／光透過性前面陰極
【００２２】
三層構造の場合には、次のような基本構成をとることができる。
１）背面シート／高屈折率光散乱層／光透過性背面陰極／電子輸送層／有機エレクトロルミネッセンス発光層／ホール輸送層／光透過性前面陽極
２）背面シート／高屈折率光散乱層／光透過性背面陽極／ホール輸送層／有機エレクトロルミネッセンス発光層／電子輸送層／光透過性前面陰極
【００２３】
単層構造の場合には、次のような基本構成をとることができる。
１）背面シート／高屈折率光散乱層／光透過性背面電極／有機エレクトロルミネッセンス発光層／光透過性前面電極
【００２４】
有機ＥＬ素子が上記いずれの基本構成をとる場合であっても、高屈折率光散乱層と発光層との間にある各中間層の屈折率は、発光層からの光の一定量以上が高屈折率光散乱層に入射するように調整される。
【００２５】
図３は、本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子の別の構成例を示す。図３において有機ＥＬ素子は、前面シート（支持体）３１ｂの上に順に、高屈折率光散乱層（厚さ：１〜５０μｍ）３５、光透過性前面電極（陽極、厚さ：０．０１〜２０μｍ）３２ｂ、ホール注入層３７、ホール輸送層３４、有機エレクトロルミネッセンス発光層（電子輸送性、厚さ：１０〜１００ｎｍ、層の平面方向にＲ、Ｇ、Ｂなどの色相の発光を示す各種の有機化合物がそれぞれ区画され配置されている）３３、電子注入層３６、光透過性背面電極３２ａ（陰極、厚さ：０．０１〜２０μｍ）、および光散乱反射層３８が形成された構成を有する。
【００２６】
発光層３３より前面側に設けられた高屈折率光散乱層３５は、発光層３３と同等かそれ以上の屈折率を有する層である。また、発光層３３と高屈折率光散乱層３５との間にある中間層（ホール輸送層３４、ホール注入層３７および前面電極３２ｂ）はそれぞれ、発光層３３から前面側に向かった光のうち４０％以上（好ましくは７０％以上、更に好ましくは８５％以上）が高屈折率光散乱層３５に入射するように、その屈折率が調整されている。
【００２７】
前面側（図における下側）に配置された前面電極３２ｂと背面電極３２ａとの間に直流電圧を印加すると、前面電極３２ｂおよび背面電極３２ａからそれぞれホールと電子とが注入され、これらホールと電子はそれぞれ中間層を経て発光層３３内の発光中心で再結合して有機分子を励起し、この有機分子が蛍光及び／又は燐光を発する。発光光のうち背面側に向かった光の大部分は、光散乱反射層３８により反射されて前面側に向かう。そしてこの反射された光および前面側に向かった発光光は、屈折率が好適に調整された中間層により高効率で高屈折率光散乱層３５に導かれ、そして高屈折率光散乱層２５にて全反射することなく散乱して、高効率で前面シート３１ｂに達する。よって、前面側から効率良く発光光を取り出すことができる。
【００２８】
なお、本発明の有機ＥＬ素子は、図３に示した構成に限定されるものではなく、電子注入層やホール注入層はなくてもよいし、あるいは各層間に各種の補助層が設けられていてもよい。高屈折率光散乱層の前面側には、光透過性保護膜、カラーフィルター層または光波長変換層などが設けられていてもよい。また、前面シートの代わりにガラス基板等からなる背面シートが設けられていてもよい。
【００２９】
また、この場合にも、様々な二層、三層または単層構造をとることが可能である。具体的に二層構造の場合には、次のような基本構成をとることができる。
１）光散乱反射層／光透過性背面陰極／有機エレクトロルミネッセンス発光層／ホール輸送層／光透過性前面陽極／高屈折率光散乱層／前面シート
２）光散乱反射層／光透過性背面陽極／ホール輸送層／有機エレクトロルミネッセンス発光層／光透過性前面陰極／高屈折率光散乱層／前面シート
３）光散乱反射層／光透過性背面陰極／電子輸送層／有機エレクトロルミネッセンス発光層／光透過性前面陽極／高屈折率光散乱層／前面シート
４）光散乱反射層／光透過性背面陽極／有機エレクトロルミネッセンス発光層／電子輸送層／光透過性前面陰極／高屈折率光散乱層／前面シート
【００３０】
三層構造の場合には、次のような基本構成をとることができる。
１）光散乱反射層／光透過性背面陰極／電子輸送層／有機エレクトロルミネッセンス発光層／ホール輸送層／光透過性前面陽極／高屈折率光散乱層／前面シート
２）光散乱反射層／光透過性背面陽極／ホール輸送層／有機エレクトロルミネッセンス発光層／電子輸送層／光透過性前面陽極／高屈折率光散乱層／前面シート
【００３１】
単層構造の場合には、次のような基本構成をとることができる。
１）光散乱反射層／光透過性背面電極／有機エレクトロルミネッセンス発光層／光透過性前面電極／高屈折率光散乱層／前面シート
【００３２】
有機ＥＬ素子が上記いずれの基本構成をとる場合であっても、発光層と高屈折率光散乱層との間にある各中間層の屈折率は、発光層からの光の一定量以上が高屈折率光散乱層に入射するように調整される。
【００３３】
図４に、本発明の有機ＥＬ素子の発光効率の向上を説明するための、平行平面からの光取り出し効率を表わすグラフを示す。すなわち、屈折率ｎ１の層から屈折率ｎ２の層に光を取り出す場合において、その屈折率比（ｎ１／ｎ２）と光取り出し効率ηとの関係は、図４のグラフで表される。光取り出し効率ηは、屈折率差が５％で３０％、１０％で４２％、そして２０％で５５％低下する。なお、このグラフは発光層の片面のみを考慮した場合であり、発光層の両面に向かった光を片面から取り出した場合には、反対側で光反射がない限り取り出し効率はその１／２になる。
【００３４】
次に、本発明の有機ＥＬ素子の構成要素となる各層の材料やサイズなどの例を説明する。
【００３５】
［背面シート及び前面シート］
背面シートは、支持体として機能するものであり、光不透過性であっても光透過性であってもよい。一般には、ガラス基板、または有機高分子物質からなる樹脂基板が用いられる。一方、前面シートも支持体として機能するが、光透過性でなければならず、一般にはガラス基板が用いられる。ガラス基板の材料の例としては、ノンアルカリガラス（バリウムボロシリケートガラス、アルミノシリケートガラス）を挙げることができる。
【００３６】
［高屈折率光散乱層］
高屈折率光散乱層としては、Ｙ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５、ＢａＴａ２Ｏ６、ＢａＴｉＯ３、ＴｉＯ２、Ｓｒ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３、ＳｒＴｉＯ３、ＰｂＴｉＯ３、Ａｌ２Ｏ３、Ｓｉ３Ｎ４、ＺｎＳ、ＺｒＯ２、ＰｂＮｂＯ３、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３などの微粒子を樹脂中に分散させて層形成したものが用いられる。ただし、使用する樹脂の屈折率は、発光層の屈折率と略同等もしくはそれ以上の屈折率でなければならない。
【００３７】
［光透過性電極］
光透過性電極の材料としては、ＩＴＯ（インジウム−スズ酸化物）、ＺｎＯ：Ａｌ、特開平１０−１９００２８号公報に記載されている複合酸化物、特開平６−１５０７２３号公報に記載されているＧａＮ系材料、特開平８−２６２２２５号公報や特開平８−２６４０２２号公報、同８−２６４０２３号公報に示されているＺｎ２Ｉｎ２Ｏ５、（Ｚｎ，Ｃｄ，Ｍｇ）Ｏ−（Ｂ，Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｙ）２Ｏ３−（Ｓｉ，Ｇｅ，Ｓｎ，Ｐｂ，Ｔｉ，Ｚｒ）Ｏ２、あるいは（Ｚｎ，Ｃｄ，Ｍｇ）Ｏ−（Ｂ，Ａｌ，Ｂａ，Ｉｎ，Ｙ）２Ｏ３−（Ｓｉ，Ｓｎ，Ｐｂ）Ｏ、ＭｇＯ−Ｉｎ２Ｏ３などを主成分とするもの、ＳｎＯ２系材料を挙げることができる。あるいは、光透過性電極としてＡｌ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕなどの金属の超薄膜を用いることもできる。メッシュまたはストライプ状の金属電極であってもよい。
【００３８】
［有機エレクトロルミネッセンス発光層］
発光層は、少なくとも一種の発光材料からなり、必要に応じて正孔輸送材料、電子輸送材料、ホスト材料を含んでいてもよい。
【００３９】
本発明において発光材料に特に制限はなく、蛍光発光性有機化合物および燐光発光性有機化合物を用いることができる。蛍光発光性有機化合物としては、ベンゾオキサゾール誘導体、ベンゾイミダゾール誘導体、ベンゾチアゾール誘導体、スチルベンゼン誘導体、ポリフェニル誘導体、ジフェニルブタジエン誘導体、テトラフェニルブタジエン誘導体、ナフタルイミド誘導体、クマリン誘導体、ベリレン誘導体、ペリノン誘導体、オキサジアゾール誘導体、アルダジン誘導体、ピラジリン誘導体、シクロペンタジエン誘導体、ビススチリルアントラセン誘導体、キナクリドン誘導体、ピロロピリジン誘導体、チアジアゾロピリジン誘導体、スチリルアミン誘導体、芳香族ジメチリデン誘導体、および８−キノリノール誘導体の金属錯体や希土類錯体に代表される各種金属錯体；ポリチオフェン誘導体、ポリフェニレン誘導体、ポリフェニレンビニレン誘導体、およびポリフルオレン誘導体等の高分子化合物などが挙げられる。これらは、単独で使用してもよいし、あるいは二種以上を併用してもよい。
【００４０】
燐光発光性有機化合物としては、オルトメタル化金属錯体、およびポルフィリン金属錯体を好ましく挙げることができる。オルトメタル化金属錯体とは、例えば「有機金属化学−基礎と応用−」（１５０頁、２３２頁、山本明夫著、裳華房社、１９８２年）、および「Ｐｈｏｔｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ａｎｄ Ｐｈｏｔｏｐｈｙｓｉｃｓ ｏｆ Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎ Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ」（７１−７７頁、１３５−１４６頁、Ｈ． Ｙｅｒｓｉｎ、Ｓｐｒｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ社、１９８７年）などに記載されている化合物群の総称である。
【００４１】
オルトメタル化金属錯体を形成する配位子としては、上記文献にも記載されているように種々のものがあり、その中でも、２−フェニルピリジン誘導体、７，８−ベンゾキノリン誘導体、２−（２−チエニル）ピリジン誘導体、２−（１−ナフチル）ピリジン誘導体、２−フェニルキノリン誘導体を好ましく挙げることができる。これらの誘導体は必要に応じて置換基を有していてもよい。オルトメタル化金属錯体は、これら配位子のほかに更に他の配位子を有していてもよい。これらオルトメタル化金属錯体の中でも、三重項励起子から発光する化合物は発光効率向上の点から、特に好ましく使用することができる。
【００４２】
オルトメタル化金属錯体は、Ｉｎｏｒｇ． Ｃｈｅｍ． １９９１年、３０号、１６８５頁；同 １９８８年、２７号、３４６４頁；同 １９９４年、３３号、５４５頁；Ｉｎｏｒｇ． Ｃｈｅｍ． Ａｃｔａ １９９１年、１８１号、２４５頁；Ｊ． Ｏｒｇａｎｏｍｅｔ． Ｃｈｅｍ． １９８７年、３３５号、２９３頁；Ｊ． Ａｍ． Ｃｈｅｍ． Ｓｏｃ． １９８５年、１０７号、１４３１頁などに記載されている公知の種々の方法により合成することができる。
このオルトメタル化金属錯体を含む発光層は、高輝度で発光効率に優れる点で有利である。
【００４３】
ポルフィリン金属錯体の中では、ポルフィリン白金錯体が好ましい。
上記の燐光発光性有機化合物は、単独で使用してもよいし、あるいは二種以上を併用してもよい。また、蛍光発光性有機化合物と燐光発光性有機化合物とを一緒に使用してもよい。
【００４４】
上記発光材料の薄膜は、各種の蒸着法や塗布法などを利用して形成することができる。あるいは、発光層は、有機物質中に少量の発光材料をドーピングしたものであってもよい。
【００４５】
［ホール輸送層］
ホール輸送層の材料としては、トリフェニルジアミン（ＴＰＤ）、Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’−ビス（１−ナフチル）−１，１’−ビフェニル−４，４’−ジアミン（ＮＰＤ）等のジアミン化合物、ヒドラゾン化合物などの芳香族アミン化合物；および銅フタロシアニンなどの金属キレート錯体化合物を挙げることができる。
ホール輸送層は、公知の各種の蒸着法や塗布法などを利用して形成することができる。
【００４６】
なお、発光層およびホール輸送層の材料については、「光・電子機能有機材料ハンドブック」（堀江一之、谷口彬雄編集代表、１９９７年、朝倉書店）を参照することができる。
【００４７】
［電子注入層］
電子注入層の材料としては、銅フタロシアニンなどのポルフィリン誘導体、およびＬｉＦなどの金属化合物を挙げることができる。
【００４８】
［ホール注入層］
ホール注入層の材料としては、銅フタロシアニンなどのポルフィリン誘導体を挙げることができる。
【００４９】
［光散乱反射層］
前記高屈折率光散乱層と同様な材料を用いることができる。
【００５０】
【実施例】
［実施例１］
支持体として、厚さ７００μｍのガラスシートを用意した。この支持体上に、ポリエステル樹脂中にＴｉＯ２の微粒子（平均粒径：５００ｎｍ）を分散してなる高屈折率光散乱層（白色光反射層を兼ねる、厚さ：約３０μｍ）をスクリーン印刷により形成した。その上に、スパッタリングによりＩＴＯ電極（厚さ：２００ｎｍ）を形成した。さらに、真空蒸着により銅フタロシアニンからなる電子注入層（厚さ：１０ｎｍ）、トリス（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム（Ａｌｑ３）からなる発光層（厚さ：６０ｎｍ）、Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’−ビス（１−ナフチル）−１，１’−ビフェニル−４，４’−ジアミン（ＮＰＤ）からなるホール輸送層（厚さ：４０ｎｍ）、および銅フタロシアニンからなるホール注入層（厚さ：１０ｎｍ）を順次形成した。次いで、スパッタリングによりＩＴＯ電極（厚さ：２００ｎｍ）を形成した。このようにして、図２に示した構成を有する本発明の有機ＥＬ素子を製造した。
【００５１】
［実施例２］
支持体として、厚さ７００μｍのガラスシートを用意した。この支持体上に、ポリエステル樹脂中にＴｉＯ２の微粒子（平均粒径：５００ｎｍ）を分散してなる高屈折率光散乱層（厚さ：約３０μｍ）をスクリーン印刷により形成した。その上に、スパッタリングによりＡｌ電極（厚さ：２０ｎｍ）を形成した。さらに、真空蒸着によりＬｉＦからなる電子注入層（厚さ：２ｎｍ）、Ａｌｑ３からなる発光層（厚さ：６０ｎｍ）、ＮＰＤからなるホール輸送層（厚さ：４０ｎｍ）、および銅フタロシアニンからなるホール注入層（厚さ：１０ｎｍ）を順次形成した。次いで、スパッタリングによりＩＴＯ電極（厚さ：２００ｎｍ）を形成した。このようにして、図２に示した構成を有する本発明の有機ＥＬ素子を製造した。
【００５２】
［比較例１］
実施例１において、高屈折率光散乱層を設けないこと以外は実施例１と同様にして、比較のための有機ＥＬ素子を製造した。
【００５３】
［有機ＥＬ素子の性能評価１］
上記の各有機ＥＬ素子について、下記の方法により評価した。
東洋テクニカ社製ソースメジャーユニット２４００型を用いて、有機ＥＬ素子に直流電圧を印加して発光させ、発光輝度および直流電圧を測定した。その時の最高輝度をＬｍａｘ、Ｌｍａｘが得られた電圧をＶｍａｘとした。また、２００Ｃｄ／ｍ２の発光輝度時の発光外部量子効率をη２００とした。得られた結果をまとめて表１に示す。
【００５４】
【表１】
【００５５】
表１に示した結果から明らかなように、本発明の高屈折率光散乱層を有する有機ＥＬ素子（実施例１、２）は、高屈折率光散乱層の無い従来の有機ＥＬ素子（比較例１）に比べて、顕著に発光輝度が高く、発光外部量子効率も高かった。
【００５６】
［実施例３］
支持体として、厚さ７００μｍのガラスシートを用意した。この支持体上に、ポリエステル樹脂中にＴｉＯ２の微粒子（平均粒径：５００ｎｍ）を分散してなる高屈折率光散乱層（白色光反射層を兼ねる、厚さ：約３０μｍ）をスクリーン印刷により形成した。その上に、スパッタリングによりＩＴＯ電極（厚さ：２００ｎｍ）を形成した。さらに、真空蒸着により銅フタロシアニンからなるホール注入層（厚さ：１０ｎｍ）、ＮＰＤからなるホール輸送層（厚さ：４０ｎｍ）、Ａｌｑ３からなる発光層（厚さ：６０ｎｍ）、およびＬｉＦからなる電子注入層（厚さ：２ｎｍ）を順次形成した。次いで、真空蒸着によりＡｌ層（厚さ：１０ｎｍ）、そしてスパッタリングによりＩＴＯ電極（厚さ：２００ｎｍ）を形成した。最後に、ポリエステル樹脂中にＴｉＯ２の微粒子（平均粒径：５００ｎｍ）を分散してなる光散乱反射層（厚さ：約３０μｍ）をスクリーン印刷により形成した。このようにして、図３に示したような構成を有する本発明の有機ＥＬ素子を製造した。
【００５７】
［比較例２］
実施例３において、高屈折率光散乱層を設けないこと以外は実施例３と同様にして、比較のための有機ＥＬ素子を製造した。
【００５８】
［有機ＥＬ素子の性能評価２］
上記の各有機ＥＬ素子について、前述と同様の方法により評価を行った。得られた結果をまとめて表２に示す。
【００５９】
【表２】
【００６０】
表２の結果から明らかなように、本発明の高屈折率光散乱層を有する有機ＥＬ素子（実施例３）は、高屈折率光散乱層の無い有機ＥＬ素子（比較例２）に比べて、低い印加電圧で著しく高い発光輝度を示し、発光外部量子効率も高かった。
【００６１】
【発明の効果】
本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子によれば、従来と同程度のサイズで、かつ従来と同程度かそれ以下の消費電力で、発光層で発光した光を高い取り出し効率で外部に取り出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の有機ＥＬ素子の構成の例を示す概略断面図である。
【図２】本発明の有機ＥＬ素子の構成の例を示す概略断面図である。
【図３】本発明の有機ＥＬ素子の構成の別例を示す概略断面図である。
【図４】平行平面からの光取り出し効率を表すグラフである。
【符号の説明】
２１ａ 背面シート
２２ａ、３２ａ 光透過性背面電極
２２ｂ 光透過性前面電極
２３、３３ 有機エレクトロルミネッセンス発光層
２４、３４ ホール輸送層
２５、３５ 高屈折率光散乱層
２６、３６ 電子注入層
２７、３７ ホール注入層
３１ｂ 前面シート
３８ 光散乱反射層[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an organic electroluminescence element (organic EL element) that emits light upon application of electrical energy.
[0002]
[Prior art]
In recent years, with the development of multimedia, there is an increasing demand for flat panel displays, which are small and lightweight display devices. Liquid crystal display elements have been widely used as elements for flat panel displays. However, since the liquid crystal itself does not emit light, the liquid crystal display element has a light source (backlight) disposed on the back side of the liquid crystal layer. Generally, a transmission image is obtained by controlling transmission of light emitted from the liquid crystal layer. In order to obtain a color image, a color filter is attached to the surface of the liquid crystal layer. Then, a color image is obtained by a combination of color lights that pass through the color filter.
[0003]
As described above, a liquid crystal display element requires a separate light source and consumes a large amount of electric energy. Therefore, a small battery for applying electric energy has been developed (for example, a lithium battery). However, in spite of such technological development, there is a limit to the reduction in size and weight. As a liquid crystal display element, a reflective type that does not use a backlight is also being developed. However, especially when a color image is displayed, the display contrast is low, and the quality of the display image is greatly influenced by the conditions of external light. Therefore, there is a limit to the available range.
[0004]
Therefore, an electroluminescence element (generally referred to as an EL element) has attracted attention as a display material that exhibits self-luminescence by applying a small amount of electric energy and can display an image without using a separate light source. There are inorganic EL elements and organic EL elements in electroluminescent elements depending on the materials used. In particular, organic EL elements can be driven at a much lower voltage than inorganic EL elements. By selecting a certain organic compound, a light emitting element that emits light in a suitable color can be obtained, and therefore, it can be expected to be used as a full color display device. FIG. 1 of the accompanying drawings shows a typical configuration example of an organic electroluminescence element currently in practical use.
[0005]
The organic EL device shown in FIG. 1 is a laminated (two-layer structure) organic electroluminescence device having an electron-transporting light-emitting layer and a hole transport layer, and is a transparent glass substrate (or a side from which light emission is extracted) (or A transparent front electrode (ITO electrode) 12b, a hole (hole)transport layer 14, and a light-emitting layer made of a thin film of an organic compound that emits fluorescence (electron transport property, thickness is usually normal) 10 to 100 nm) 13 and a back electrode (metal electrode) 12a. When a DC voltage is applied between thefront electrode 12b and theback electrode 12a arranged on the front side (lower side in the figure), holes (holes) are injected from thefront electrode 12b which is an anode. It is transported to the interface with thelight emitting layer 13 by thetransport layer 14 and injected into thelight emitting layer 13. On the other hand, electrons are injected from theback electrode 12a of the cathode, and these electrons are transported through thelight emitting layer 13 to reach the interface and recombine with holes. This recombination of holes and electrons generates excitons in the organic compound, and the generated excitons emit fluorescence when returning from the excited state to the ground state. The emitted light is extracted from the front side through thetransparent electrode 12b and thetransparent substrate 11b.
[0006]
In addition to the organic EL device having the structure shown in FIG. 1, the device has a two-layer structure composed of a hole transporting light emitting layer and an electron transport layer, and comprises an electron transport layer, an amphoteric transport light emitting layer, and a hole transport layer. A three-layer structure and a single-layer structure composed only of an amphoteric transporting light-emitting layer are known. Various auxiliary layers may be optionally provided between the layers.
[0007]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-315985 discloses an organic electroluminescence element in which a substrate on the light extraction side has light scattering properties in order to obtain uniform light emission over the entire light emitting surface. JP-A-11-8070 discloses a clear display by suppressing light leakage to adjacent pixels, and in order to minimize the influence of lead lines from the electrode pattern and segment electrodes. An organic electroluminescence element is disclosed in which a light diffusion layer is disposed on the front side of a front electrode so as to correspond to a light emitting portion. In any element, the light scattering or light diffusing material (layer) is disposed on the front side of the light emitting layer.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, an organic electroluminescence element (organic EL element) is considered to be an excellent display material because it exhibits self-luminescence with a small amount of electric energy. However, in an organic EL display developed as a product so far, Problems such as insufficient stability and insufficient luminous efficiency have been pointed out. In particular, the organic EL element generally has a lower refractive index than that of the inorganic EL element. Therefore, although its light extraction efficiency is slightly high, it is only about 20% of the light emission amount, and further improvement is desired. It is rare.
[0009]
Therefore, the main object of the present invention is to provide an organic electroluminescence element capable of taking out sufficient light emission to the outside with the same power consumption as before.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
As a result of studying the problems of the organic electroluminescence device, the inventor of the present invention has a high refractive index showing a refractive index comparable to or higher than the refractive index of the light emitting layer on the back side and / or the front side of the light emitting layer. By arranging the light scattering layer and maintaining the refractive index of the material existing between the light emitting layer and the high refractive index light scattering layer at a level equivalent to or higher than the refractive index of the light emitting layer, the light emitting layer The present inventors have found that light emitted from can be efficiently extracted to the outside, and have reached the present invention.
[0011]
The present invention is an organic electroluminescence element having a basic configuration in which a back electrode, an organic electroluminescence light emitting layer, and a light transmissive front electrode are laminated in this order, the back electrode being a light transmissive electrode, Is provided with a high refractive index light scattering layer mainly composed of a material having a refractive index of 80% or more of the refractive index of the organic electroluminescence light emitting layer, and emitted from the light emitting layer toward the back side. The refractive index of the layer interposed between the light emitting layer and the high refractive index light scattering layer is adjusted so that 40% or more of the incident light is incident on the high refractive index light scattering layer. There is an organic electroluminescence element.
[0012]
The present invention also relates to an organic electroluminescence element having a basic configuration in which a back electrode, an organic electroluminescence light emitting layer, and a light transmissive front electrode are laminated in this order, the back electrode being light transmissive, A light refracting / reflecting layer is provided on the back side of the electrode, and a material having a refractive index of 80% or more of the refractive index of the organic electroluminescent light emitting layer on the front side of the light-transmitting front electrode is a main component. A light-emitting layer and a high-refractive-index light-scattering layer are provided so that 40% or more of light emitted from the light-emitting layer toward the front side is incident on the high-refractive-index light-scattering layer. There is also an organic electroluminescence element characterized in that the refractive index of a layer interposed between the two is adjusted.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Preferred embodiments of the organic electroluminescence device of the present invention are as follows.
(1) The high-refractive-index light scattering layer is a layer mainly composed of a material having a refractive index of 95% or more of the refractive index of the organic electroluminescence light-emitting layer, from the light-emitting layer to the back side and / or the front surface. The refractive index of the layer interposed between the light emitting layer and the high refractive index light scattering layer is adjusted so that 70% or more of the light emitted toward the side is incident on the high refractive index light scattering layer. Yes.
(2) The high-refractive-index light scattering layer is a layer mainly composed of a material having a refractive index of 99% or more of the refractive index of the organic electroluminescence light-emitting layer, from the light-emitting layer to the back side and / or the front surface. The refractive index of the layer interposed between the light emitting layer and the high refractive index light scattering layer is adjusted so that 85% or more of the light emitted toward the side is incident on the high refractive index light scattering layer. Yes.
[0014]
(3) At least a back sheet, a high refractive index light scattering layer, a light transmissive back cathode, an organic electroluminescence light emitting layer, a hole transport layer, and a light transmissive front anode are laminated in this order.
(4) At least a back sheet, a high refractive index light scattering layer, a light transmissive back anode, a hole transport layer, an organic electroluminescence light emitting layer, and a light transmissive front cathode are laminated in this order.
(5) It has a configuration in which at least a light scattering reflection layer, a light transmissive back cathode, an organic electroluminescence light emitting layer, a hole transport layer, a light transmissive front anode, a high refractive index light scattering layer, and a front sheet are laminated in this order. .
(6) A structure in which at least a light scattering reflection layer, a light transmissive rear anode, a hole transport layer, an organic electroluminescence light emitting layer, a light transmissive front cathode, a high refractive index light scattering layer, and a front sheet are laminated in this order. .
(7) The organic electroluminescence light emitting layer is formed of an organic material that emits visible light.
(8) The organic electroluminescence light emitting layer is composed of two or more kinds of light emitting layers formed in regions separated from each other and having different light emission hues.
(9) A color filter layer and / or an ND filter layer is attached to the front side of the light transmissive front electrode.
[0015]
Below, the structure of the organic electroluminescent element of this invention is demonstrated in detail, referring the accompanying drawing which shows the typical structural example. In the description of the present specification, the high refractive index means that the refractive index is 80% or more (preferably 95% or more, more preferably 99% or more) based on the refractive index of the light emitting layer. A layer or material with a high refractive index is a layer that exhibits such a high refractive index or a material that gives such a high refractive index to the layer.
[0016]
FIG. 2 shows a typical configuration of the organic electroluminescence element of the present invention. In FIG. 2, the organic EL element has a high refractive index light scattering layer (thickness: 1 to 50 μm) 25 and a light transmissive rear electrode 22 a (cathode, thickness: 0. 01 to 20 μm),electron injection layer 26, organic electroluminescent light emitting layer (electron transport property, thickness: 10 to 100 nm, various organic compounds exhibiting light emission of hues such as R, G, and B in the plane direction of the layer, respectively. 23), ahole transport layer 24, ahole injection layer 27, and a light transmissive front electrode (anode, thickness: 0.01 to 20 μm) 22b.
[0017]
The organic electroluminescencelight emitting layer 23 is a layer made of a thin film of an organic compound that emits fluorescence and / or phosphorescence. The high refractive index light scattering layer 25 provided on the back side of thelight emitting layer 23 is a layer having a refractive index equal to or higher than that of thelight emitting layer 23 and also serves as a light reflecting layer. Theelectron injection layer 26 and thehole injection layer 27 play a role of increasing luminous efficiency by accelerating the injection of electrons and holes and lowering the voltage, respectively. Further, the intermediate layer (back electrode 22a and electron injection layer 26) between the light emittinglayer 23 and the high refractive index light scattering layer 25 is 40% or more (preferably, from thelight emitting layer 23 toward the back side). 70% or more, more preferably 85% or more) is adjusted so that the refractive index is incident on the high refractive index light scattering layer 25.
[0018]
When a DC voltage (several V to several tens V) is applied between thefront electrode 22b and the back electrode 22a arranged on the front side (lower side in the figure), the front electrode (hole injection electrode) 22b and the back electrode (electrons) Holes and electrons are injected from the injection electrode) 22a. Each of these holes and electrons recombine at the emission center in thelight emitting layer 23 through the intermediate layer to bring the organic molecule into an excited state, and the organic molecule returns from the excited state to the ground state while emitting fluorescence. The emitted light is extracted from thefront electrode 22b. Of the emitted light, most of the light directed toward the back side is guided to the high-refractive-index light scattering layer 25 with high efficiency by the intermediate layer whose refractive index is suitably adjusted, and has a high refractive index that also serves as a light-reflecting layer. It is reflected by the light scattering layer 25 and travels to the front side. Therefore, the emitted light can be efficiently extracted from the front side.
[0019]
The organic EL device of the present invention is not limited to the configuration shown in FIG. 2, and the electron injection layer and the hole injection layer may not be provided, or various auxiliary layers are further provided between the layers. It may be done. A light scattering layer, a light-transmitting protective film, a color filter layer (R, G, B), a light wavelength conversion layer, or the like may be provided on the front side of the front electrode. Moreover, the front sheet | seat which consists of a glass substrate etc. may be provided instead of the back sheet | seat in FIG.
[0020]
Further, in the above, an example of a two-layer structure including an electron transporting light emitting layer and a hole transporting layer has been shown. However, the organic EL device of the present invention includes two layers including a hole transporting light emitting layer and an electron transporting layer. It may be a layer structure, may be a three-layer structure composed of an electron transport layer, a light emitting layer, and a hole transport layer, or may be a single layer type composed only of an amphoteric transporting light emitting layer. Good.
[0021]
Specifically, in the case of a two-layer structure, the following basic configuration can be taken.
1) Back sheet / High refractive index light scattering layer / Light transmissive back cathode / Organic electroluminescence light emitting layer / Hole transport layer / Light transmissive front anode
2) Back sheet / High refractive index light scattering layer / Light transmissive back anode / Hole transport layer / Organic electroluminescence light emitting layer / Light transmissive front cathode
3) Back sheet / high refractive index light scattering layer / light transmissive back cathode / electron transport layer / organic electroluminescence light emitting layer / light transmissive front anode
4) Back sheet / high refractive index light scattering layer / light transmissive back anode / organic electroluminescence light emitting layer / electron transport layer / light transmissive front cathode
[0022]
In the case of a three-layer structure, the following basic configuration can be taken.
1) Back sheet / high refractive index light scattering layer / light transmissive back cathode / electron transport layer / organic electroluminescence light emitting layer / hole transport layer / light transmissive front anode
2) Back sheet / high refractive index light scattering layer / light transmissive rear anode / hole transport layer / organic electroluminescence light emitting layer / electron transport layer / light transmissive front cathode
[0023]
In the case of a single layer structure, the following basic configuration can be taken.
1) Back sheet / high refractive index light scattering layer / light transmissive rear electrode / organic electroluminescence light emitting layer / light transmissive front electrode
[0024]
Regardless of the basic configuration of the organic EL element, the refractive index of each intermediate layer between the high refractive index light scattering layer and the light emitting layer is higher than a certain amount of light from the light emitting layer. The refractive index is adjusted to be incident on the light scattering layer.
[0025]
FIG. 3 shows another configuration example of the organic electroluminescence element of the present invention. In FIG. 3, the organic EL element has a high-refractive-index light scattering layer (thickness: 1 to 50 μm) 35 and a light-transmitting front electrode (anode, thickness: 0.01) in this order on the front sheet (support) 31 b. .About.20 .mu.m) 32b,hole injection layer 37,hole transport layer 34, organic electroluminescence light emitting layer (electron transport property, thickness: 10 to 100 nm, various kinds of light emission such as R, G, B in the plane direction of the layer) Of the organic compound) 33, theelectron injection layer 36, the light-transmissive back electrode 32a (cathode, thickness: 0.01 to 20 μm), and the light-scattering / reflectinglayer 38. Have.
[0026]
The high refractive indexlight scattering layer 35 provided on the front side of thelight emitting layer 33 is a layer having a refractive index equal to or higher than that of thelight emitting layer 33. Further, the intermediate layers (hole transport layer 34,hole injection layer 37, andfront electrode 32b) between the light emittinglayer 33 and the high refractive indexlight scattering layer 35 are each of the light directed from thelight emitting layer 33 toward the front side. The refractive index is adjusted so that 40% or more (preferably 70% or more, more preferably 85% or more) is incident on the high refractive indexlight scattering layer 35.
[0027]
When a DC voltage is applied between thefront electrode 32b and theback electrode 32a arranged on the front side (lower side in the figure), holes and electrons are injected from thefront electrode 32b and theback electrode 32a, respectively. Each recombine at the emission center in thelight emitting layer 33 via the intermediate layer to excite organic molecules, which emit fluorescence and / or phosphorescence. Most of the light emitted toward the back side of the emitted light is reflected by the lightscattering reflection layer 38 and travels toward the front side. The reflected light and the emitted light toward the front side are guided to the high-refractive-indexlight scattering layer 35 with high efficiency by the intermediate layer whose refractive index is suitably adjusted. The light reaches thefront sheet 31b with high efficiency without being totally reflected. Therefore, the emitted light can be efficiently extracted from the front side.
[0028]
The organic EL device of the present invention is not limited to the configuration shown in FIG. 3, and there may be no electron injection layer or hole injection layer, or various auxiliary layers are provided between the layers. May be. A light-transmitting protective film, a color filter layer, a light wavelength conversion layer, or the like may be provided on the front side of the high refractive index light scattering layer. Moreover, the back sheet | seat which consists of a glass substrate etc. may be provided instead of the front sheet | seat.
[0029]
Also in this case, various two-layer, three-layer, or single-layer structures can be adopted. Specifically, in the case of a two-layer structure, the following basic configuration can be taken.
1) Light-scattering / reflecting layer / light-transmitting back cathode / organic electroluminescence light-emitting layer / hole transport layer / light-transmitting front anode / high refractive index light scattering layer / front sheet
2) Light scattering / reflective layer / light transmissive rear anode / hole transport layer / organic electroluminescence light emitting layer / light transmissive front cathode / high refractive index light scattering layer / front sheet
3) Light-scattering / reflecting layer / light-transmitting back cathode / electron transport layer / organic electroluminescence light-emitting layer / light-transmitting front anode / high refractive index light scattering layer / front sheet
4) Light-scattering / reflecting layer / light-transmitting back anode / organic electroluminescence light-emitting layer / electron transport layer / light-transmitting front cathode / high refractive index light scattering layer / front sheet
[0030]
In the case of a three-layer structure, the following basic configuration can be taken.
1) Light-scattering / reflective layer / light-transmitting back cathode / electron transport layer / organic electroluminescence light-emitting layer / hole transport layer / light-transmitting front anode / high refractive index light scattering layer / front sheet
2) Light scattering / reflective layer / light transmissive rear anode / hole transport layer / organic electroluminescence light emitting layer / electron transport layer / light transmissive front anode / high refractive index light scattering layer / front sheet
[0031]
In the case of a single layer structure, the following basic configuration can be taken.
1) Light-scattering / reflecting layer / light-transmitting back electrode / organic electroluminescence light-emitting layer / light-transmitting front electrode / high refractive index light-scattering layer / front sheet
[0032]
Regardless of the basic configuration of the organic EL element, the refractive index of each intermediate layer between the light-emitting layer and the high-refractive-index light-scattering layer is higher than a certain amount of light from the light-emitting layer. The refractive index is adjusted to be incident on the light scattering layer.
[0033]
FIG. 4 is a graph showing the light extraction efficiency from a parallel plane for explaining the improvement of the light emission efficiency of the organic EL device of the present invention. That is, the refractive index n1 Refractive index n2 In the case where light is extracted into the layer, the refractive index ratio (n1 / N2 ) And the light extraction efficiency η is represented by the graph of FIG. The light extraction efficiency η decreases by 30% when the refractive index difference is 5%, 42% when 10%, and 55% when 20%. This graph shows the case where only one side of the light emitting layer is considered. When light directed to both sides of the light emitting layer is extracted from one side, the extraction efficiency is ½ of that unless there is light reflection on the opposite side. Become.
[0034]
Next, examples of the material and size of each layer that is a component of the organic EL element of the present invention will be described.
[0035]
[Back sheet and front sheet]
The back sheet functions as a support and may be light impermeable or light transmissive. In general, a glass substrate or a resin substrate made of an organic polymer substance is used. On the other hand, the front sheet also functions as a support, but it must be light transmissive and a glass substrate is generally used. Examples of the glass substrate material include non-alkali glass (barium borosilicate glass, aluminosilicate glass).
[0036]
[High refractive index light scattering layer]
As a high refractive index light scattering layer, Y2 O3 , Ta2 O5 , BaTa2 O6 , BaTiO3 TiO2 , Sr (Zr, Ti) O3 , SrTiO3 , PbTiO3 , Al2 O3 , Si3 N4 , ZnS, ZrO2 , PbNbO3 , Pb (Zr, Ti) O3 A material in which fine particles such as are dispersed in a resin to form a layer is used. However, the refractive index of the resin used must be approximately the same as or higher than the refractive index of the light emitting layer.
[0037]
[Light transmissive electrode]
As a material of the light transmissive electrode, ITO (indium-tin oxide), ZnO: Al, a composite oxide described in JP-A-10-190028, and JP-A-6-150723 are described. GaN-based materials, Zn shown in JP-A-8-262225, JP-A-8-264222, and 8-264232 In2 O5 , (Zn, Cd, Mg) O- (B, Al, Ga, In, Y)2 O3 -(Si, Ge, Sn, Pb, Ti, Zr) O2 Or (Zn, Cd, Mg) O- (B, Al, Ba, In, Y)2 O3 -(Si, Sn, Pb) O, MgO-In2 O3 The main component is SnO2 Mention may be made of system materials. Alternatively, an ultra-thin film of a metal such as Al, Cu, Ag, or Au can be used as the light transmissive electrode. It may be a mesh or striped metal electrode.
[0038]
[Organic electroluminescence light emitting layer]
The light emitting layer is made of at least one light emitting material, and may contain a hole transport material, an electron transport material, and a host material as necessary.
[0039]
In the present invention, the light emitting material is not particularly limited, and a fluorescent organic compound and a phosphorescent organic compound can be used. Fluorescent organic compounds include benzoxazole derivatives, benzimidazole derivatives, benzothiazole derivatives, stilbenzene derivatives, polyphenyl derivatives, diphenylbutadiene derivatives, tetraphenylbutadiene derivatives, naphthalimide derivatives, coumarin derivatives, berylene derivatives, perinone derivatives, Metal complexes of oxadiazole derivatives, aldazine derivatives, pyrazirine derivatives, cyclopentadiene derivatives, bisstyrylanthracene derivatives, quinacridone derivatives, pyrrolopyridine derivatives, thiadiazolopyridine derivatives, styrylamine derivatives, aromatic dimethylidene derivatives, and 8-quinolinol derivatives And various metal complexes represented by rare earth complexes; polythiophene derivatives, polyphenylene derivatives, polyphenylene vinylene derivatives, Such as high molecular compounds such as fine polyfluorene derivatives. These may be used alone or in combination of two or more.
[0040]
Preferred examples of the phosphorescent organic compound include orthometalated metal complexes and porphyrin metal complexes. Orthometalated metal complexes include, for example, “organometallic chemistry-basics and applications” (page 150, page 232, Akio Yamamoto, Hankabosha, 1982), and “Photochemistry and Photophysics Compounds” (71 -77, 135-146, H. Yersin, Springer-Verlag, 1987) and the like.
[0041]
As described in the above-mentioned literature, there are various ligands that form ortho-metalated metal complexes. Among them, 2-phenylpyridine derivatives, 7,8-benzoquinoline derivatives, 2- ( Preferable examples include 2-thienyl) pyridine derivatives, 2- (1-naphthyl) pyridine derivatives, and 2-phenylquinoline derivatives. These derivatives may have a substituent if necessary. In addition to these ligands, the orthometalated metal complex may further have other ligands. Among these orthometalated metal complexes, compounds emitting light from triplet excitons can be particularly preferably used from the viewpoint of improving luminous efficiency.
[0042]
Orthometalated metal complexes are described in Inorg. Chem. 1991, 30, 1685; 1988, 27, 3464; 1994, 33, 545; Inorg. Chem. Acta 1991, 181, 245; Organomet. Chem. 1987, 335, 293; Am. Chem. Soc. It can be synthesized by various known methods described in 1985, No. 107, p.
The light emitting layer containing this orthometalated metal complex is advantageous in that it has high luminance and excellent light emission efficiency.
[0043]
Of the porphyrin metal complexes, a porphyrin platinum complex is preferred.
The above phosphorescent organic compounds may be used alone or in combination of two or more. Further, a fluorescent organic compound and a phosphorescent organic compound may be used together.
[0044]
The thin film of the light emitting material can be formed by using various vapor deposition methods or coating methods. Alternatively, the light emitting layer may be obtained by doping a small amount of a light emitting material in an organic substance.
[0045]
[Hole transport layer]
As a material for the hole transport layer, triphenyldiamine (TPD), N, N′-diphenyl-N, N′-bis (1-naphthyl) -1,1′-biphenyl-4,4′-diamine (NPD) And diamine compounds, aromatic amine compounds such as hydrazone compounds; and metal chelate complex compounds such as copper phthalocyanine.
The hole transport layer can be formed using various known vapor deposition methods and coating methods.
[0046]
For materials of the light emitting layer and the hole transport layer, reference can be made to the “Optical / Electronic Functional Organic Material Handbook” (Kazuyuki Horie, Yasuo Taniguchi Editorial Editor, 1997, Asakura Shoten).
[0047]
[Electron injection layer]
Examples of the material for the electron injection layer include porphyrin derivatives such as copper phthalocyanine and metal compounds such as LiF.
[0048]
[Hole injection layer]
Examples of the material for the hole injection layer include porphyrin derivatives such as copper phthalocyanine.
[0049]
[Light scattering reflection layer]
The same material as the high refractive index light scattering layer can be used.
[0050]
【Example】
[Example 1]
A glass sheet having a thickness of 700 μm was prepared as a support. On this support, TiO in polyester resin2 A high-refractive-index light scattering layer (also serving as a white light reflecting layer, thickness: about 30 μm) formed by dispersing fine particles (average particle size: 500 nm) was formed by screen printing. An ITO electrode (thickness: 200 nm) was formed thereon by sputtering. Further, an electron injection layer (thickness: 10 nm) made of copper phthalocyanine by vacuum deposition, tris (8-hydroxyquinoline) aluminum (Alq3 ), A light emitting layer (thickness: 60 nm), a hole made of N, N′-diphenyl-N, N′-bis (1-naphthyl) -1,1′-biphenyl-4,4′-diamine (NPD) A transport layer (thickness: 40 nm) and a hole injection layer (thickness: 10 nm) made of copper phthalocyanine were sequentially formed. Next, an ITO electrode (thickness: 200 nm) was formed by sputtering. Thus, the organic EL element of the present invention having the configuration shown in FIG. 2 was produced.
[0051]
[Example 2]
A glass sheet having a thickness of 700 μm was prepared as a support. On this support, TiO in polyester resin2 A high refractive index light scattering layer (thickness: about 30 μm) formed by dispersing fine particles (average particle size: 500 nm) was formed by screen printing. An Al electrode (thickness: 20 nm) was formed thereon by sputtering. Furthermore, an electron injection layer (thickness: 2 nm) made of LiF by vacuum deposition, Alq3 A light emitting layer made of (thickness: 60 nm), a hole transport layer made of NPD (thickness: 40 nm), and a hole injection layer made of copper phthalocyanine (thickness: 10 nm) were sequentially formed. Next, an ITO electrode (thickness: 200 nm) was formed by sputtering. Thus, the organic EL element of the present invention having the configuration shown in FIG. 2 was produced.
[0052]
[Comparative Example 1]
In Example 1, an organic EL device for comparison was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the high refractive index light scattering layer was not provided.
[0053]
[Performance evaluation 1 of organic EL element]
About each said organic EL element, it evaluated by the following method.
Using a source measure unit type 2400 manufactured by Toyo Technica Co., Ltd., a direct current voltage was applied to the organic EL element to emit light, and the light emission luminance and direct current voltage were measured. The maximum luminance at that time was Lmax, and the voltage at which Lmax was obtained was Vmax. 200 Cd / m2 The external quantum efficiency of light emission at the time of light emission brightness was set to η200. The results obtained are summarized in Table 1.
[0054]
[Table 1]
[0055]
As is apparent from the results shown in Table 1, the organic EL elements (Examples 1 and 2) having a high refractive index light scattering layer of the present invention are conventional organic EL elements having no high refractive index light scattering layer (comparison). Compared with Example 1), the emission luminance was remarkably high and the emission external quantum efficiency was also high.
[0056]
[Example 3]
A glass sheet having a thickness of 700 μm was prepared as a support. On this support, TiO in polyester resin2 A high refractive index light scattering layer (also serving as a white light reflection layer, thickness: about 30 μm) formed by dispersing fine particles (average particle size: 500 nm) was formed by screen printing. An ITO electrode (thickness: 200 nm) was formed thereon by sputtering. Further, a hole injection layer (thickness: 10 nm) made of copper phthalocyanine by vacuum deposition, a hole transport layer (thickness: 40 nm) made of NPD, Alq3 A light emitting layer made of (thickness: 60 nm) and an electron injection layer made of LiF (thickness: 2 nm) were sequentially formed. Next, an Al layer (thickness: 10 nm) was formed by vacuum deposition, and an ITO electrode (thickness: 200 nm) was formed by sputtering. Finally, TiO in the polyester resin2 A light scattering reflection layer (thickness: about 30 μm) formed by dispersing fine particles (average particle size: 500 nm) was formed by screen printing. Thus, the organic EL device of the present invention having the configuration as shown in FIG. 3 was produced.
[0057]
[Comparative Example 2]
In Example 3, an organic EL device for comparison was manufactured in the same manner as in Example 3 except that the high refractive index light scattering layer was not provided.
[0058]
[Performance evaluation 2 of organic EL elements]
Each organic EL element was evaluated by the same method as described above. The results obtained are summarized in Table 2.
[0059]
[Table 2]
[0060]
As is apparent from the results in Table 2, the organic EL device having the high refractive index light scattering layer of the present invention (Example 3) is compared with the organic EL device having no high refractive index light scattering layer (Comparative Example 2). The emission luminance was remarkably high at a low applied voltage, and the external quantum efficiency of light emission was also high.
[0061]
【The invention's effect】
According to the organic electroluminescence device of the present invention, light emitted from the light emitting layer can be extracted to the outside with high extraction efficiency with the same size as before and with the same or lower power consumption as before.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of the configuration of a conventional organic EL element.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing an example of the configuration of the organic EL element of the present invention.
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing another example of the configuration of the organic EL element of the present invention.
FIG. 4 is a graph showing light extraction efficiency from a parallel plane.
[Explanation of symbols]
21a Back sheet
22a, 32a Light transmissive back electrode
22b Light transmissive front electrode
23, 33 Organic electroluminescence light emitting layer
24, 34 hole transport layer
25, 35 High refractive index light scattering layer
26, 36 Electron injection layer
27, 37 Hole injection layer
31b Front sheet
38 Light scattering reflection layer
