发光元件以及有机电致发光元件制造技术

［课题］在有机ＥＬ发光元件中，作为透明电极使用的ＩＴＯ的折射率为比使用的玻璃基板的折射率１．５高的２．０左右，所以从透明电极朝向玻璃基板的光的大部分变为在透明电极附近传播的透明电极波导模式，而不从透明电极向玻璃基板反射。本发明专利技术的目的在于，为了解决过去的有机ＥＬ发光元件等的发光元件的光取出效率低的问题，谋求实现利用模式转换单元提高从有机ＥＬ发光元件等的发光元件的光取出效率。［解决方法］本发明专利技术是在基板上至少具有发光层的发光元件，其在该基板的内部、该发光层的内部等、或者在这些界面上具有从波导模式向辐射模式转换的模式转换单元。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术是关于取光效率高的发光元件。特别是关于在有机电致发光(以下“电致发光”略记为“EL”)元件中，在有机EL层发出的光的取光效率高的发光元件。
技术介绍
有机EL发光元件作为自发光元件，被高度期待应用于显示器等图像显示装置或面光源。在把有机EL发光元件作为图像显示装置使用时，有以单一色发光的部分色方式和具有以红色(R)、绿色(G)、蓝色(B)三原色发光的区域的全色方式。在作为面光源使用时，构成为薄膜状。这种有机EL发光元件，一般的，是在玻璃基板等透明基板上顺序叠层作为阳极的透明电极、有机EL层和作为阴极的金属电极而制作的。通过在透明电极和金属电极之间施加电压，从阴极供给的电子和从阳极供给的空穴在有机EL层再结合，与此同时生成的激子从激发状态向基底状态转移之际进行EL发光。EL发光发出的光透过透明电极，从透明基板侧向外部取出。在这种有机EL发光元件中，可以预想其取光效率很低。即，由于作为透明电极使用的ITO(铟锡氧化物)的折射率为2.0，比作为透明基板使用的玻璃基板的折射率1.5还高，所以从透明电极朝向玻璃基板的光的大部分成为在透明电极附近传播的透明电极波导模式，而不从透明电极向玻璃基板辐射。图1表示被锁闭在透明电极中的透明电极波导模式的电场分布的模拟结果。在图1中，相应于从金属电极的距离，以断线表示与有机EL层的Alq3、PVK相连续地，ITO、玻璃基板的折射率分布，以实线表示发光波长524nm的光的透明电极波导模式的电场强度。正如从图1可知，虽然有效波长程度的渗出可以被认知，但可知透明电极波导模式被锁闭在折射率高的ITO中，而无法从外部取出。进一步，与空气的折射率1.0相比，玻璃基板的折射率为1.5左右较高，所以从透明电极朝向玻璃基板的光的大部分成为在玻璃基板附近传播的透明基板波导模式，而不从玻璃基板向空气中辐射。结果，在有机EL层发出的光的大部分，成为透明电极波导模式或透明基板波导模式，取光效率变低。另外，在本申请中，所谓取光效率是指相对于在有机EL层发出的光的光子量，在有机EL发光元件的外部可以取得的光子量的比例。另外，在本申请中，所谓波导模式，是指在波导路内传播的电磁波的状态。所谓辐射模式是指不拘于波导路内的电磁波的状态。由于测定实际的取光效率比较困难，所以其计算不得不依赖于模拟。但是，由于透明电极和有机EL层的厚度，与在有机EL层发出的光的有效波长大体相同或者比其还薄，可知以单纯的几何光学手法误差较大。因此，在几何光学以外还试用了各种计算方法。专利技术人们利用有限时间区域差分法进行模拟的结果，明确了即便使得透明电极的层厚从50nm变化到200nm，使得有机EL层的层厚从20nm变化到80nm，透明电极波导模式为有机EL层发出的光的40～50％，透明基板波导模式为25～35％左右，从玻璃基板辐射的光的取光效率为15～30％左右。另外，在本申请中，所谓有效波长，是指传播介质内的光的波长，表示为有效波长＝真空中的波长/传播介质的折射率。过去，作为改善在有机EL发光元件中的取光效率的方法，公开有在透明电极和透明基板的边界处设置聚光用透镜的技术(例如，参照专利文献1。)。图2表示在透明电极和透明基板的边界处设置聚光用透镜的技术。81为玻璃基板，82为透明基板，83为有机EL层，84为聚光用透镜。其构造为，利用作为光角度转换单元的多个聚光用透镜84，将在有机EL层83发出的光中成为全反射的光的入射角转换为小的角度，而取出光。但是，如图2所示，使用在玻璃基板81上面形成的聚光用透镜84，则对于来自位于聚光用透镜84的中心的正下部的有机EL层83(图2中的A点)的光，能够使成为全反射的光的比例减少；但是对于来自与透镜的中心的正下部相偏离的部位的有机EL层83(图2中的B点)的光，则反而引起成为全反射的光的比例增加的结果。(专利文献1特开2002-260845号公报)
技术实现思路
(专利技术要解决的课题)专利技术人们从取光效率的模拟结果，着眼于在有机EL层发出的光中，大部分成为透明电极波导模式或者透明基板波导模式这一现象。即，如果把透明电极波导模式转换为从透明电极向透明基板辐射的辐射模式、或者把透明基板波导模式转换为从透明基板向外部辐射的辐射模式，则取光效率即得到改善。因此，专利技术人们，专利技术了利用光的波动现象将波导模式的透明电极波导模式或透明基板波导模式转换为辐射模式的模式转换单元。本专利技术的目的在于，为了解决过去有机EL发光元件等的发光元件的取光效率低的问题，利用模式转换单元实现从有机EL发光元件等的发光元件的取光效率的改善。(解决课题的方法)对于为了达成上述目的的专利技术，利用图3说明其基本原理。在图3中，11为基板，12为发光层，21为辐射模式，22为波导模式，23为辐射模式，24为波导模式；在基板11上形成发光层12，在发光层12发出的光透过基板11向外部射出。基板11一般地比外部的空气折射率高，所以从基板11向外部空气的入射角小于等于临界角的话，在发光层12发出的光为辐射模式21向外部辐射。但是，从基板11向外部的空气的入射角大于等于临界角时，在基板11和外部空气的边界处全反射，成为波导模式22。因此，在成为波导模式的光传播的区域中，设置了把波导模式转换为辐射模式的模式转换单元。在图3中，在基板11和发光层12的界面处形成有规则性的折射率分布。例如，基板11的折射率为1.5，发光层12的折射率为1.7，存在差的话，仅在基板11和发光层12的边界形成凹凸，就能够形成具有规则性的折射率分布。如果形成的凹凸为可以禁止成为波导模式的光的传播的周期，则理想地波导模式22总的转换为辐射模式23。实际上，由于实现完全地禁止传播的折射率分布比较困难，所以波导模式22的一部分抑制传播转换为辐射模式23，波导模式22的一部分不发生转换，作为波导模式24而保留。具体的，本申请的第一方面一种发光元件，是在基板上至少具有发光层的发光元件，其特征在于，在该基板的内部、该发光层的内部、该基板和外部的界面、该基板和该发光层的界面、该发光层和外部的界面中至少1处具有从导波模式向辐射模式转换的模式转换单元。或者，一种发光元件，是在基板上至少具有发光层和1个或多个波导层的发光元件，其特征在于，在该基板的内部、该发光层的内部、该波导层的内部、该基板和该基板的外部的界面、该基板和该发光层的界面、该发光层和该发光层的外部的界面、该基板和该波导层的界面、该发光层和该波导层的界面、该波导层和该波导层的外部的界面、或者该波导层和该波导层的界面中至少1处具有从导波模式向辐射模式转换的模式转换单元。在发光元件中发光层发出的光中一部分成为辐射模式辐射到发光元件的外部，剩余的成为波导模式；根据本申请第一方面，成为波导模式的光也通过模式转换单元转换成辐射模式，辐射到发光元件的外部。因此，可以改善发光元件的取光效率。本申请的第二方面是一种有机电致发光元件，是在基板上至少顺序具有第一电极、有机电致发光层和与该第一电极对置的第二电极的有机电致发光元件，其特征在于，在该基板的内部、该第一电极的内部、该有机电致发光层的内部、该第二电极的内部、该基板和该基板的外部的界面、该基板和该第一电极的界面、该第一电极和该有机电致发光层的界面、该有机电致发光层和该第二电极的界面、或者本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种发光元件，是在基板上至少具有发光层的发光元件，其特征在于，在该基板的内部、该发光层的内部、该基板和外部的界面、该基板和该发光层的界面、该发光层和外部的界面中至少１处具有从导波模式向辐射模式转换的模式转换单元。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：野田进，浅野卓，富士田诚之，大畑浩，
申请(专利权)人：国立大学法人京都大学，日本先锋公司，株式会社日立制作所，三菱化学株式会社，罗姆股份有限公司，
类型：发明
国别省市：JP[日本]