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JP7004613B2 - Organic electroluminescence element - Google Patents

Organic electroluminescence element Download PDF

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JP7004613B2
JP7004613B2 JP2018121741A JP2018121741A JP7004613B2 JP 7004613 B2 JP7004613 B2 JP 7004613B2 JP 2018121741 A JP2018121741 A JP 2018121741A JP 2018121741 A JP2018121741 A JP 2018121741A JP 7004613 B2 JP7004613 B2 JP 7004613B2
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Description

本発明は、有機エレクトロルミネッセンス素子(以下、「有機EL素子」ともいう。)に関する。 The present invention relates to an organic electroluminescence device (hereinafter, also referred to as "organic EL device").

金属粒子をナノサイズにまで微細化すると、バルク状態では見られなかった機能を発現するようになることが従来知られており、中でも応用が期待されているのが「局在プラズモン共鳴」である。プラズモンとは、金属ナノ構造体中の自由電子の集団的な振動によって生起する自由電子の粗密波のことである。 It has been conventionally known that when metal particles are miniaturized to nano size, they exhibit functions that were not seen in the bulk state, and among them, "localized plasmon resonance" is expected to be applied. .. Plasmon is a coarse and dense wave of free electrons generated by the collective vibration of free electrons in a metal nanostructure.

近年、上記プラズモンを扱う技術分野は、「プラズモニクス」と呼ばれ大きな注目を集めているとともに活発な研究が行われており、かかる研究は、金属ナノ粒子の局在プラズモン共鳴現象を利用した発光素子の発光効率向上を目的とするものを含む。 In recent years, the technical field dealing with the above plasmons has attracted a great deal of attention and is being actively researched as "plasmonics". Such research is a light emitting element utilizing the localized plasmon resonance phenomenon of metal nanoparticles. Including those for the purpose of improving the light emission efficiency of.

例えば、特許文献1には、局在プラズモン共鳴現象を利用して蛍光を増強させる技術及び該技術を用いた光励起発光素子が開示されている。特許文献2には、金属系粒子集合体のプラズモン共鳴を利用した有機EL素子が開示されている。非特許文献1には、銀ナノ粒子による局在プラズモン共鳴に関する研究及び局在プラズモン共鳴を利用して発光を増強させた単分子膜を発光層とする光励起発光素子が示されている。 For example, Patent Document 1 discloses a technique for enhancing fluorescence by utilizing a localized plasmon resonance phenomenon and a photoexcited light emitting element using the technique. Patent Document 2 discloses an organic EL device utilizing plasmon resonance of a metal-based particle aggregate. Non-Patent Document 1 discloses a study on localized plasmon resonance by silver nanoparticles and a photoexcited light emitting element having a monomolecular film whose light emission is enhanced by utilizing localized plasmon resonance as a light emitting layer.

特開2007-139540号公報JP-A-2007-139540 特開2013-179017号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2013-179017

T. Fukuura and M. Kawasaki, "Long Range Enhancement of Molecular Fluorescence by Closely Packed Submicro-scale Ag Islands", e-Journal of Surface Science and Nanotechnology, 2009, 7, 653T. Fukuura and M. Kawasaki, "Long Range Enhancement of Molecular Fluorescence by Closely Packed Submicro-scale Ag Islands", e-Journal of Surface Science and Nanotechnology, 2009, 7, 653

しかし、特許文献2に記載の有機EL素子は、金属系粒子集合体を有しない有機EL素子に比べて高い輝度効率及び輝度を示すが、さらに改善の余地があった。
そこで、本発明の目的は、良好な輝度効率及び輝度を示すことができる有機EL素子を提供することにある。
However, although the organic EL element described in Patent Document 2 exhibits higher luminance efficiency and luminance than the organic EL element having no metal-based particle aggregate, there is room for further improvement.
Therefore, an object of the present invention is to provide an organic EL element capable of exhibiting good luminance efficiency and luminance.

本発明は、以下に示す有機EL素子及び有機EL素子の発光増強方法を提供する。
[1] 基礎有機エレクトロルミネッセンス素子と、前記基礎有機エレクトロルミネッセンス素子に対して付設される金属系粒子集合体層とを含む有機エレクトロルミネッセンス素子であって、
前記金属系粒子集合体層は、30個以上の金属系粒子が互いに離間して二次元的に配置されてなり、前記金属系粒子の平均粒径が200nm以上1600nm以下の範囲内であり、平均高さが55nm以上500nm以下の範囲内であり、前記平均高さに対する前記平均粒径の比で定義されるアスペクト比が1以上8以下の範囲内であり、隣り合う金属系粒子間の平均距離が1nm以上150nm以下の範囲内であり、
前記基礎有機エレクトロルミネッセンス素子は、カソード層、有機発光材料を含有する発光層及びアノード層をこの順に含み、
前記基礎有機エレクトロルミネッセンス素子は、前記カソード層側からの発光の強度Aと前記アノード層側からの発光の強度Bとの比A/Bが0.2以上であり、
前記カソード層と前記アノード層との間の光学的共振器長M(nm)が、いずれかの自然数mにおいて下記式(1)を満たす、有機エレクトロルミネッセンス素子。

Figure 0007004613000001

[式中、
Mは、前記カソード層と前記アノード層との間の光学的共振器長(nm)を表す。
mは、任意の自然数を表す。
λは、有機エレクトロルミネッセンス素子の発光スペクトルの最大ピークにおける極大波長(nm)を表す。]
[2] 前記カソード層、前記発光層、前記アノード層及び前記金属系粒子集合体層をこの順に含む、[1]に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
[3] 前記カソード層、前記発光層、前記アノード層、前記金属系粒子集合体層及び基板をこの順に含む、[1]又は[2]に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
[4] 前記アノード層と前記金属系粒子集合体層との間に絶縁層をさらに含む、[2]又は[3]に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
[5] 前記金属系粒子が、紫外~可視光領域においてプラズモン共鳴可能な金属系材料で構成されている、[1]~[4]のいずれかに記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
[6] 前記発光層の厚みが10nm以上である、[1]~[5]のいずれかに記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
[7] 前記アスペクト比が1を超える、[1]~[6]のいずれかに記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。 The present invention provides an organic EL element and a method for enhancing light emission of the organic EL element shown below.
[1] An organic electroluminescence element including a basic organic electroluminescence element and a metal-based particle aggregate layer attached to the basic organic electroluminescence element.
The metal-based particle aggregate layer is formed by arranging 30 or more metal-based particles two-dimensionally apart from each other, and the average particle size of the metal-based particles is within the range of 200 nm or more and 1600 nm or less, and the average. The height is in the range of 55 nm or more and 500 nm or less, the aspect ratio defined by the ratio of the average particle size to the average height is in the range of 1 or more and 8 or less, and the average distance between adjacent metal particles. Is in the range of 1 nm or more and 150 nm or less,
The basic organic electroluminescence device includes a cathode layer, a light emitting layer containing an organic light emitting material, and an anode layer in this order.
The basic organic electroluminescence element has a ratio A / B of light emission intensity A from the cathode layer side and light emission intensity B from the anode layer side of 0.2 or more.
An organic electroluminescence element in which the optical cavity length M (nm) between the cathode layer and the anode layer satisfies the following formula (1) in any natural number m.
Figure 0007004613000001

[During the ceremony,
M represents the optical cavity length (nm) between the cathode layer and the anode layer.
m represents an arbitrary natural number.
λ represents the maximum wavelength (nm) at the maximum peak of the emission spectrum of the organic electroluminescence device. ]
[2] The organic electroluminescence element according to [1], which comprises the cathode layer, the light emitting layer, the anode layer, and the metal-based particle aggregate layer in this order.
[3] The organic electroluminescence element according to [1] or [2], which comprises the cathode layer, the light emitting layer, the anode layer, the metal-based particle aggregate layer, and the substrate in this order.
[4] The organic electroluminescence device according to [2] or [3], further comprising an insulating layer between the anode layer and the metallic particle aggregate layer.
[5] The organic electroluminescence element according to any one of [1] to [4], wherein the metal particles are made of a metal material capable of plasmon resonance in the ultraviolet to visible light region.
[6] The organic electroluminescence device according to any one of [1] to [5], wherein the light emitting layer has a thickness of 10 nm or more.
[7] The organic electroluminescence device according to any one of [1] to [6], wherein the aspect ratio exceeds 1.

良好な輝度効率及び輝度を示すことができる有機EL素子を提供することができる。
本発明に係る有機EL素子は、ディスプレイ(画像表示装置)や照明装置に好適に適用することができる。
It is possible to provide an organic EL element capable of exhibiting good luminance efficiency and luminance.
The organic EL element according to the present invention can be suitably applied to a display (image display device) or a lighting device.

本発明に係る有機EL素子の一例を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the example of the organic EL element which concerns on this invention. 本発明に係る有機EL素子の他の一例を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically another example of the organic EL element which concerns on this invention. 実験例1で得られた積層体における金属系粒子集合体層を直上から見たときのSEM画像(10000倍及び50000倍スケール)である。6 is an SEM image (10000 times and 50,000 times scale) when the metal-based particle aggregate layer in the laminate obtained in Experimental Example 1 is viewed from directly above. 実験例1で得られた積層体における金属系粒子集合体層のAFM画像である。It is an AFM image of the metal-based particle aggregate layer in the laminated body obtained in Experimental Example 1. 実験例1、実験例2及び実験例3で得られた積層体の吸光スペクトルである。6 is an absorption spectrum of the laminate obtained in Experimental Example 1, Experimental Example 2 and Experimental Example 3.

<有機EL素子>
本発明に係る有機EL素子は、基礎有機エレクトロルミネッセンス素子と、基礎有機エレクトロルミネッセンス素子に対して付設される金属系粒子集合体層とを含む。
基礎有機エレクトロルミネッセンス素子は、カソード層、有機発光材料を含有する発光層及びアノード層をこの順に含む。
以下、実施の形態を示して、本発明をより詳細に説明する。
<Organic EL element>
The organic EL element according to the present invention includes a basic organic electroluminescence element and a metal-based particle aggregate layer attached to the basic organic electroluminescence element.
The basic organic electroluminescence device includes a cathode layer, a light emitting layer containing an organic light emitting material, and an anode layer in this order.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to embodiments.

(1)有機EL素子の構造
図1は、本発明に係る有機EL素子の一例を模式的に示す断面図である。図1に示される有機EL素子1は、カソード層(カソード電極)10;有機発光材料を含有する発光層20;アノード層(アノード電極)30;絶縁層40;金属系粒子集合体層50をこの順に含む。金属系粒子集合体層50は、30個以上の金属系粒子51が互いに離間して二次元的に配置されてなる層である。
有機EL素子1において、基礎有機EL素子は、カソード層10、発光層20、アノード層30及び絶縁層40からなる。
有機EL素子1において、光は、少なくともカソード層10側から取り出され、通常はカソード層10側及びアノード層30側の両面から取り出される。ただし、後述のように、カソード層10側からの発光の強度Aとアノード層30側からの発光の強度Bとは、所定の関係を有する。
(1) Structure of Organic EL Element FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an example of the organic EL element according to the present invention. The organic EL element 1 shown in FIG. 1 includes a cathode layer (cathode electrode) 10; a light emitting layer 20 containing an organic light emitting material; an anode layer (anode electrode) 30; an insulating layer 40; and a metal-based particle aggregate layer 50. Include in order. The metal-based particle aggregate layer 50 is a layer in which 30 or more metal-based particles 51 are two-dimensionally arranged apart from each other.
In the organic EL element 1, the basic organic EL element includes a cathode layer 10, a light emitting layer 20, an anode layer 30, and an insulating layer 40.
In the organic EL element 1, light is taken out from at least the cathode layer 10 side, and is usually taken out from both sides of the cathode layer 10 side and the anode layer 30 side. However, as will be described later, the intensity A of light emission from the cathode layer 10 side and the intensity B of light emission from the anode layer 30 side have a predetermined relationship.

本発明に係る有機EL素子は、他の構成要素を含んでいてもよい。例えば、本発明に係る有機EL素子は、図2に示される有機EL素子2のように、金属系粒子集合体層50における絶縁層40とは反対側に配置され、金属系粒子集合体層50を支持するための基板(支持基板)60を含んでいてもよい。
また、本発明に係る有機EL素子は、カソード層10とアノード層30との間に配置される、発光層20以外の他の層を1種以上含むことができる。他の層の具体例については後述する。
The organic EL element according to the present invention may contain other components. For example, the organic EL element according to the present invention is arranged on the side opposite to the insulating layer 40 in the metal-based particle aggregate layer 50, as in the organic EL element 2 shown in FIG. 2, and is arranged on the opposite side to the insulating layer 40. A substrate (supporting substrate) 60 for supporting the above may be included.
Further, the organic EL element according to the present invention can include one or more layers other than the light emitting layer 20 arranged between the cathode layer 10 and the anode layer 30. Specific examples of other layers will be described later.

本発明に係る有機EL素子に含まれる基礎有機エレクトロルミネッセンス素子において、カソード層10側からの発光の強度Aとアノード層30側からの発光の強度Bとは、所定の関係を有する。具体的には、基礎有機エレクトロルミネッセンス素子において、カソード層10側からの発光の強度Aとアノード層30側からの発光の強度Bとの比A/Bは、通常0.2以上、好ましくは0.22以上、より好ましくは0.23以上、さらに好ましくは0.24以上である。 In the basic organic electroluminescence element included in the organic EL element according to the present invention, the intensity A of light emission from the cathode layer 10 side and the intensity B of light emission from the anode layer 30 side have a predetermined relationship. Specifically, in the basic organic electroluminescence element, the ratio A / B of the emission intensity A from the cathode layer 10 side and the emission intensity B from the anode layer 30 side is usually 0.2 or more, preferably 0. It is .22 or more, more preferably 0.23 or more, still more preferably 0.24 or more.

有機EL素子における金属系粒子集合体層50の位置は、カソード層10側からの発光の強度Aを高める観点から、カソード層10側からの発光が金属系粒子集合体層50によって吸収されることがないように、アノード層30における発光層20とは反対側に配置されることが好ましい。本発明に係る有機EL素子において、より好ましくは、カソード層10、発光層20、アノード層30及び金属系粒子集合体層50がこの順に配置され、さらに好ましくは、カソード層10、発光層20、アノード層30、絶縁層40及び金属系粒子集合体層50がこの順に配置される。図2に示される有機EL素子2のように、金属系粒子集合体層50を支持するための基板60が含まれる場合、カソード層10、発光層20、アノード層30、絶縁層40、金属系粒子集合体層50及び基板60がこの順に配置されることが好ましい。
以下、有機EL素子を構成する各層について説明する。
The position of the metal-based particle aggregate layer 50 in the organic EL element is such that the light emission from the cathode layer 10 side is absorbed by the metal-based particle aggregate layer 50 from the viewpoint of increasing the intensity A of the light emission from the cathode layer 10 side. It is preferable that the anode layer 30 is arranged on the opposite side of the light emitting layer 20 so that there is no such thing. In the organic EL element according to the present invention, the cathode layer 10, the light emitting layer 20, the anode layer 30, and the metal-based particle aggregate layer 50 are more preferably arranged in this order, and more preferably, the cathode layer 10, the light emitting layer 20, and the like. The anode layer 30, the insulating layer 40, and the metal-based particle aggregate layer 50 are arranged in this order. When the substrate 60 for supporting the metal particle aggregate layer 50 is included as in the organic EL element 2 shown in FIG. 2, the cathode layer 10, the light emitting layer 20, the anode layer 30, the insulating layer 40, and the metal system are included. It is preferable that the particle aggregate layer 50 and the substrate 60 are arranged in this order.
Hereinafter, each layer constituting the organic EL element will be described.

(2)金属系粒子集合体層
金属系粒子集合体層50は、30個以上の金属系粒子51が互いに離間して二次元的に配置されてなる層である。
金属系粒子集合体層50は、有機EL素子の発光増強に特に有利な所定形状の金属系粒子集合体からなる層である。すなわち、金属系粒子集合体層50を構成する金属系粒子51の平均粒径は200nm以上1600nm以下の範囲内、平均高さは55nm以上500nm以下の範囲内、平均高さに対する平均粒径の比で定義されるアスペクト比は1以上8以下の範囲内であり、かつ、隣り合う金属系粒子51間の平均距離(以下、「平均粒子間距離」ともいう。)は1nm以上150nm以下の範囲内である。
(2) Metal-based particle aggregate layer The metal-based particle aggregate layer 50 is a layer in which 30 or more metal-based particles 51 are two-dimensionally arranged apart from each other.
The metal-based particle aggregate layer 50 is a layer made of a metal-based particle aggregate having a predetermined shape, which is particularly advantageous for enhancing the light emission of the organic EL element. That is, the average particle size of the metal-based particles 51 constituting the metal-based particle aggregate layer 50 is in the range of 200 nm or more and 1600 nm or less, the average height is in the range of 55 nm or more and 500 nm or less, and the ratio of the average particle size to the average height. The aspect ratio defined in is in the range of 1 or more and 8 or less, and the average distance between adjacent metal-based particles 51 (hereinafter, also referred to as “average particle distance”) is in the range of 1 nm or more and 150 nm or less. Is.

上記所定の構造を有する金属系粒子集合体層50は、強いプラズモン共鳴を示すことができるため、これを含む有機EL素子において、発光層20の発光を効果的に増強させることができ、これにより有機EL素子の輝度効率及び輝度を向上させることができる。
金属系粒子集合体層50が示すプラズモン共鳴の強さは、特定波長における個々の金属系粒子51が示す局在プラズモン共鳴の単なる総和ではなく、それ以上の強さである。すなわち、30個以上の所定形状の金属系粒子51が所定の平均粒子間距離で密に配置されることにより、個々の金属系粒子51が相互作用して強いプラズモン共鳴が発現する。これは、金属系粒子51の局在プラズモン間の相互作用により発現したものと考えられる。
Since the metal-based particle aggregate layer 50 having the above-mentioned predetermined structure can exhibit strong plasmon resonance, the light emission of the light emitting layer 20 can be effectively enhanced in the organic EL element including the metal-based particle aggregate layer 50, whereby the light emission of the light emitting layer 20 can be effectively enhanced. The brightness efficiency and brightness of the organic EL element can be improved.
The strength of the plasmon resonance exhibited by the metal-based particle aggregate layer 50 is not merely the sum of the localized plasmon resonances exhibited by the individual metal-based particles 51 at a specific wavelength, but is stronger than that. That is, when 30 or more metal-based particles 51 having a predetermined shape are densely arranged at a predetermined average particle distance, the individual metal-based particles 51 interact with each other to develop strong plasmon resonance. It is considered that this was expressed by the interaction between the localized plasmons of the metallic particles 51.

一般的に、プラズモン材料は、吸光光度法で吸光スペクトルを測定したとき、紫外~可視光領域におけるピークとしてプラズモン共鳴ピーク(以下、「プラズモンピーク」ともいう。)が観測され、このプラズモンピークの極大波長における吸光度値の大小から、そのプラズモン材料のプラズモン共鳴の強さを略式に評価することができる。
上記所定の構造を有する金属系粒子集合体層50は、これをガラス基板上に積層した状態で吸光光度法により吸光スペクトルを測定したとき、紫外~可視光領域において最も長波長側にあるプラズモンピークの極大波長における吸光度が1以上、さらには1.5以上、なおさらには2程度となり得る。
Generally, when the absorption spectrum of a plasmon material is measured by absorptiometry, a plasmon resonance peak (hereinafter, also referred to as "plasmon peak") is observed as a peak in the ultraviolet to visible light region, and the maximum of this plasmon peak is observed. The strength of the plasmon resonance of the plasmon material can be roughly evaluated from the magnitude of the absorbance value at the wavelength.
When the absorption spectrum of the metal-based particle aggregate layer 50 having the above-mentioned predetermined structure is measured by absorptiometry in a state where it is laminated on a glass substrate, the plasmon peak on the longest wavelength side in the ultraviolet to visible light region is obtained. The absorbance at the maximum wavelength of is 1 or more, further 1.5 or more, and further can be about 2.

金属系粒子集合体層50の吸光スペクトルは、ガラス基板上に形成したものを測定サンプルとして、吸光光度法によって測定することができる。具体的には、吸光スペクトルは、金属系粒子集合体層50が積層されたガラス基板の裏面側(金属系粒子集合体層50とは反対側)であって、基板面に垂直な方向から紫外~可視光領域の入射光を照射し、金属系粒子集合体層50側に透過した全方向における透過光の強度Iと、該測定サンプルの基板と同じ厚み及び同じ材質の基板であって、金属系粒子集合体層50が積層されていない基板の面に垂直な方向から先と同じ入射光を照射し、入射面の反対側から透過した全方向における透過光の強度Iとを、それぞれ積分球分光光度計を用いて測定することにより得られる。このとき、吸光スペクトルの縦軸である吸光度は、下記式:
吸光度=-log10(I/I
で表される。
吸光スペクトルは、一般の分光光度計を用いて測定することができる。
The absorption spectrum of the metal-based particle aggregate layer 50 can be measured by an absorptiometry using a measurement sample formed on a glass substrate. Specifically, the absorption spectrum is on the back surface side of the glass substrate on which the metal-based particle aggregate layer 50 is laminated (the side opposite to the metal-based particle aggregate layer 50), and is ultraviolet from the direction perpendicular to the substrate surface. -The intensity I of the transmitted light in all directions transmitted to the metal-based particle aggregate layer 50 side by irradiating the incident light in the visible light region, and the substrate of the same thickness and material as the substrate of the measurement sample, which is made of metal. The same incident light as before is irradiated from the direction perpendicular to the surface of the substrate on which the system particle aggregate layer 50 is not laminated, and the intensity I 0 of the transmitted light in all directions transmitted from the opposite side of the incident surface is integrated. Obtained by measurement using a spherical spectrophotometer. At this time, the absorbance on the vertical axis of the absorption spectrum is calculated by the following equation:
Absorbance = -log 10 (I / I 0 )
It is represented by.
The absorption spectrum can be measured using a general spectrophotometer.

また、紫外~可視光領域において最も長波長側にあるプラズモンピークの極大波長やその吸光度を測定するにあたっては、対物レンズと分光光度計を用い、測定視野を絞って吸光スペクトル測定を行ってもよい。 Further, in measuring the maximum wavelength of the plasmon peak on the longest wavelength side in the ultraviolet to visible light region and its absorbance, an objective lens and a spectrophotometer may be used to narrow the measurement field and measure the absorbance spectrum. ..

従来のプラズモン材料(金属ナノ粒子又はその集合体)の局在プラズモン共鳴現象を利用した発光増強においては、局在プラズモン共鳴の作用範囲が金属ナノ粒子表面から10nm以下と極めて狭い範囲内に限定されるという問題があった。これは、金属ナノ粒子と励起される分子との距離を大きくしていくと、局在プラズモン共鳴が有効に影響しなくなることによって有機EL素子に対する発光増強効果は徐々に弱まり、フェルスター機構のエネルギー移動が発現する範囲(1nm~10nm)を超えると、発光増強効果をほとんど得ることができなかったためである。
例えば上記特許文献1には、互いに独立する多数の平板状金属粒子からなる粒子集合体を、局在プラズモン共鳴現象を利用して蛍光増強素子として用いることが開示されているが、この発光増強方法においても、効果的な発光増強効果を得るために有効な金属ナノ粒子と励起される分子との間の距離は10nm以下とされている。
In the emission enhancement using the localized plasmon resonance phenomenon of the conventional plasmon material (metal nanoparticles or aggregates thereof), the action range of the localized plasmon resonance is limited to an extremely narrow range of 10 nm or less from the surface of the metal nanoparticles. There was a problem. This is because when the distance between the metal nanoparticles and the excited molecule is increased, the localized plasmon resonance does not effectively affect the organic EL element, and the light emission enhancing effect gradually weakens, and the energy of the Felster mechanism is reduced. This is because when the movement exceeds the range in which the movement is exhibited (1 nm to 10 nm), the light emission enhancing effect can hardly be obtained.
For example, Patent Document 1 discloses that a particle aggregate composed of a large number of flat metal particles independent of each other is used as a fluorescence enhancing element by utilizing a localized plasmon resonance phenomenon. Also, the distance between the metal nanoparticles effective for obtaining the effective emission enhancing effect and the excited molecule is 10 nm or less.

従って、従来の金属ナノ粒子又はその集合体の局在プラズモン共鳴現象を利用した有機EL素子の発光増強効果は、局在プラズモン共鳴の作用範囲の制限のために必ずしも十分満足のいくものではなかった。例えば、有機EL素子が厚み数十nm又はそれ以上の発光層を有している場合には、仮に金属ナノ粒子を発光層に近接、あるいは内在させて配置することができたとしても、局在プラズモン共鳴による直接的な発光増強効果は、発光層の一部でしか得ることができないため、輝度効率及び輝度の向上効果は部分的なものであった。 Therefore, the light emission enhancing effect of the organic EL element utilizing the conventional localized plasmon resonance phenomenon of the metal nanoparticles or their aggregate is not always sufficiently satisfactory due to the limitation of the range of action of the localized plasmon resonance. .. For example, when the organic EL element has a light emitting layer having a thickness of several tens of nm or more, even if the metal nanoparticles can be arranged close to or inside the light emitting layer, they are localized. Since the direct emission enhancing effect by plasmon resonance can be obtained only in a part of the light emitting layer, the effect of improving the brightness efficiency and the brightness is partial.

これに対して、上記所定の構造を有する金属系粒子集合体層50は、これを構成する金属系粒子51が、一般に発光増強効果が小さくなると考えられている比較的大粒径の粒子であるにもかかわらず(特許文献1の段落0010及び0011参照)、特定の形状を有する金属系粒子51が特定の平均粒子間距離で離間して配置されていることに起因して、強いプラズモン共鳴を示すとともに、伸長されたプラズモン共鳴の作用範囲(プラズモンによる増強効果の及ぶ範囲)を示す。
上記所定の構造を有する金属系粒子集合体層50によれば、従来では概ねフェルスター距離の範囲内(約10nm以下)に限定されていたプラズモン共鳴の作用範囲を、例えば数百nm程度まで伸長することができる。この作用範囲の伸長によって、発光層20の厚みが大きい場合や、金属系粒子集合体層50を配置する位置が発光層20から離れている場合であっても発光層20の全体を増強させることが可能になり、これにより有機EL素子の輝度効率及び輝度を向上させることができる。
上記のようなプラズモン共鳴の作用範囲の伸長効果もまた、30個以上の所定形状の金属系粒子51を所定間隔で密に配置したことによって生じた金属系粒子51の局在プラズモン間の相互作用により発現したものと考えられる。
On the other hand, the metal-based particle aggregate layer 50 having the above-mentioned predetermined structure is a particle having a relatively large particle size in which the metal-based particle 51 constituting the metal-based particle aggregate layer 50 is generally considered to have a small emission enhancing effect. Nevertheless (see paragraphs 0010 and 0011 of Patent Document 1), strong plasmon resonance is caused by the fact that the metal-based particles 51 having a specific shape are arranged apart from each other at a specific average particle distance. In addition to showing, the range of action of the extended plasmon resonance (the range of the enhancing effect by the plasmon) is shown.
According to the metal-based particle aggregate layer 50 having the above-mentioned predetermined structure, the range of action of the plasmon resonance, which was conventionally limited to the range of the Felster distance (about 10 nm or less), is extended to, for example, about several hundred nm. can do. By extending the range of action, the entire light emitting layer 20 is enhanced even when the thickness of the light emitting layer 20 is large or the position where the metal-based particle aggregate layer 50 is arranged is far from the light emitting layer 20. This makes it possible to improve the brightness efficiency and brightness of the organic EL element.
The effect of extending the range of action of the plasmon resonance as described above is also the interaction between the localized plasmons of the metallic particles 51 caused by densely arranging 30 or more metallic particles 51 having a predetermined shape at predetermined intervals. It is considered that it was expressed by.

上記所定の構造を有する金属系粒子集合体層50は、強いプラズモン共鳴を示し、さらにはプラズモン共鳴の作用範囲が伸長されているため、例えば、10nm以上、さらには20nm以上、なおさらには30nm以上の厚みを有する発光層20の全体を増強させる能力を有し得る。
また、例えば10nm以上、さらには数十nm(例えば20nm、30nm又は40nm)以上、なおさらには数百nm以上離れた位置に配置された発光層20をも発光増強させる能力を有し得る。
The metal-based particle aggregate layer 50 having the above-mentioned predetermined structure exhibits strong plasmon resonance, and further, since the range of action of the plasmon resonance is extended, for example, 10 nm or more, further 20 nm or more, and further 30 nm or more. It may have the ability to enhance the whole of the light emitting layer 20 having the thickness of.
Further, the light emitting layer 20 arranged at a position of, for example, 10 nm or more, further several tens of nm (for example, 20 nm, 30 nm, or 40 nm) or more, and further several hundred nm or more, may have the ability to enhance light emission.

また、上記所定の構造を有する金属系粒子集合体層50は、紫外~可視光領域における吸光スペクトルにおいて、金属系粒子51の平均粒径及び平均粒子間距離に依存して、プラズモンピークの極大波長が特異なシフトを示し得る。
具体的には、平均粒子間距離を一定にして金属系粒子51の平均粒径を大きくするに従い、紫外~可視光領域において最も長波長側にあるプラズモンピークの極大波長が短波長側にシフト(ブルーシフト)する。同様に、金属系粒子51が比較的大型である場合において、金属系粒子51の平均粒径を一定にして平均粒子間距離を小さくするに従い(金属系粒子51をより密に配置すると)、紫外~可視光領域において最も長波長側にあるプラズモンピークの極大波長が短波長側にシフトする。この特異な現象は、プラズモン材料に関して一般的に認められているミー散乱理論〔この理論に従えば、粒径が大きくなるとプラズモンピークの極大波長は長波長側にシフト(レッドシフト)する。〕に反するものである。
Further, the metal-based particle aggregate layer 50 having the above-mentioned predetermined structure has a maximum wavelength of plasmon peak in the absorption spectrum in the ultraviolet to visible light region, depending on the average particle size of the metal-based particles 51 and the distance between the average particles. Can show a peculiar shift.
Specifically, as the average particle size of the metal-based particles 51 is increased by keeping the average particle distance constant, the maximum wavelength of the plasmon peak on the longest wavelength side in the ultraviolet to visible light region shifts to the short wavelength side (). Blue shift). Similarly, when the metal-based particles 51 are relatively large, as the average particle size of the metal-based particles 51 is kept constant and the distance between the average particles is reduced (when the metal-based particles 51 are arranged more densely), the ultraviolet rays are emitted. -The maximum wavelength of the plasmon peak on the longest wavelength side in the visible light region shifts to the short wavelength side. This peculiar phenomenon is the Mie scattering theory generally accepted for plasmon materials [according to this theory, the maximum wavelength of the plasmon peak shifts (red shift) to the long wavelength side as the particle size increases. ] Is contrary to.

上記のような特異なブルーシフトもまた、特定の形状を有する金属系粒子51が特定の平均粒子間距離で離間して配置されていることに伴い、金属系粒子51の局在プラズモン間の相互作用が生じていることによるものと考えられる。
金属系粒子集合体層50(ガラス基板上に積層した状態)は、金属系粒子51の形状や平均粒子間距離に応じて、吸光光度法によって測定される紫外~可視光領域における吸光スペクトルにおいて、最も長波長側にあるプラズモンピークが、例えば350nm以上550nm以下又は350nm以上500nm以下の波長領域に極大波長を示し得る。また、金属系粒子集合体層50は、金属系粒子51が十分に長い粒子間距離(例えば1μm)を置いて配置される場合と比較して、典型的には30nm以上500nm以下(例えば30nm以上250nm以下)のブルーシフトを生じ得る。
The peculiar blue shift as described above is also caused by the mutual arrangement of the metal-based particles 51 having a specific shape at a distance between the localized plasmons of the metal-based particles 51 due to the arrangement of the metal-based particles 51 having a specific shape at a distance between the specific average particles. It is considered that this is due to the action.
The metal-based particle aggregate layer 50 (in a state of being laminated on a glass substrate) has an absorption spectrum in the ultraviolet to visible light region measured by an absorptiometry according to the shape of the metal-based particles 51 and the distance between average particles. The plasmon peak on the longest wavelength side may exhibit a maximum wavelength in a wavelength region of, for example, 350 nm or more and 550 nm or less or 350 nm or more and 500 nm or less. Further, the metal-based particle aggregate layer 50 is typically 30 nm or more and 500 nm or less (for example, 30 nm or more) as compared with the case where the metal-based particles 51 are arranged at a sufficiently long inter-particle distance (for example, 1 μm). A blue shift of (250 nm or less) can occur.

このような、従来のものと比べてプラズモンピークの極大波長がブルーシフトしている金属系粒子集合体層50、例えば青色又はその近傍の波長領域にプラズモンピークを有する金属系粒子集合体層50は、励起光源に紫外光又は紫色光を用い、青色又はその近傍の波長領域の発光を生じる有機発光材料を含む発光層20を用いる場合にとりわけ有用である。すなわち、青色又はその近傍の波長領域の発光を効果的に増強させることができる。 Such a metal-based particle aggregate layer 50 in which the maximum wavelength of the plasmon peak is blue-shifted as compared with the conventional one, for example, the metal-based particle aggregate layer 50 having the plasmon peak in the wavelength region of blue or its vicinity is It is particularly useful when ultraviolet light or purple light is used as an excitation light source and a light emitting layer 20 containing an organic light emitting material that emits light in a wavelength region of blue or its vicinity is used. That is, it is possible to effectively enhance the light emission in the wavelength region of blue or its vicinity.

次に、金属系粒子集合体層50の具体的構成についてより詳細に説明する。
金属系粒子51を構成する金属系材料は、紫外~可視光領域においてプラズモン共鳴可能な材料である。紫外~可視光領域においてプラズモン共鳴可能な材料とは、ナノ粒子又はその集合体としたときに、吸光光度法による吸光スペクトル測定において紫外~可視光領域に現れるプラズモンピークを示す材料であることを意味する。
紫外~可視光領域においてプラズモン共鳴可能な金属系材料としては、例えば、金、銀、銅、白金、パラジウム等の貴金属;アルミニウム、タンタル等の貴金属以外の金属;該貴金属及び貴金属以外の金属から選択される金属を含有する合金;該貴金属及び貴金属以外の金属から選択される金属を含む金属化合物(金属酸化物や金属塩等)が挙げられる。中でも、紫外~可視光領域においてプラズモン共鳴可能な金属系材料としては、金、銀、銅、白金、パラジウム等の貴金属が好ましく、安価で吸収が小さい(可視光波長において誘電関数の虚部が小さい)という観点からは銀であることがより好ましい。
Next, the specific configuration of the metal-based particle aggregate layer 50 will be described in more detail.
The metallic material constituting the metallic particles 51 is a material capable of plasmon resonance in the ultraviolet to visible light region. A material capable of plasmon resonance in the ultraviolet to visible light region means a material showing a plasmon peak appearing in the ultraviolet to visible light region in absorption spectrum measurement by absorptiometry when nanoparticles or aggregates thereof are used. do.
As the metal-based material capable of plasmon resonance in the ultraviolet to visible light region, for example, precious metals such as gold, silver, copper, platinum, and palladium; metals other than precious metals such as aluminum and tantalum; the precious metals and metals other than precious metals are selected. Alloys containing the metals to be used; metal compounds containing metals selected from the noble metals and metals other than the noble metals (metal oxides, metal salts, etc.) can be mentioned. Among them, noble metals such as gold, silver, copper, platinum, and palladium are preferable as the metal-based material capable of plasmon resonance in the ultraviolet to visible light region, and they are inexpensive and have small absorption (the imaginary part of the dielectric function is small in the visible light wavelength). ), It is more preferable to use silver.

金属系粒子51の平均粒径は200nm以上1600nm以下の範囲内であり、発光層20の発光を増強させる効果を効果的に得るために、好ましくは200nm以上1200nm以下、より好ましくは250nm以上500nm以下、さらに好ましくは300nm以上500nm以下の範囲内である。
金属系粒子51の平均粒径は、金属系粒子51を構成する金属系材料の種類に応じて適切に選択されることが好ましい。
The average particle size of the metal-based particles 51 is in the range of 200 nm or more and 1600 nm or less, and in order to effectively obtain the effect of enhancing the light emission of the light emitting layer 20, it is preferably 200 nm or more and 1200 nm or less, more preferably 250 nm or more and 500 nm or less. More preferably, it is in the range of 300 nm or more and 500 nm or less.
It is preferable that the average particle size of the metal-based particles 51 is appropriately selected according to the type of the metal-based material constituting the metal-based particles 51.

金属系粒子51の平均粒径とは、二次元的に金属系粒子51が配置された金属系粒子集合体層50の直上からのSEM観察画像において、無作為に粒子を10個選択し、各粒子像内に無作為に接線径を5本引き(ただし、接線径となる直線はいずれも粒子像内部のみを通ることができ、このうち1本は粒子内部のみ通り、最も長く引ける直線であるものとする)、その平均値(以下、この平均値を「接線径平均値」ともいう。)を各粒子の粒径としたときの、選択した10個の粒子についての粒径の平均値である。接線径とは、粒子の輪郭(投影像)をこれに接する2本の平行線で挟んだときの間隔(日刊工業新聞社 「粒子計測技術」,1994,第5頁)を結ぶ垂線と定義する。 The average particle size of the metal-based particles 51 is defined as the average particle size of 10 particles randomly selected from the SEM observation image from directly above the metal-based particle aggregate layer 50 in which the metal-based particles 51 are two-dimensionally arranged. Five tangent diameters are randomly drawn in the particle image (however, any straight line having a tangent diameter can pass only inside the particle image, and one of them passes only inside the particle and is the longest straight line that can be drawn. (Assuming), the average value (hereinafter, this average value is also referred to as "tangent diameter average value") is the average value of the particle size of the selected 10 particles when the particle size of each particle is used. be. The tangent diameter is defined as a perpendicular line connecting the interval (Nikkan Kogyo Shimbun, "Particle Measurement Technology", 1994, p. 5) when the contour (projected image) of a particle is sandwiched between two parallel lines in contact with it. ..

平均粒径の測定方法についてより具体的に説明すると、まずSEM観察画像は、日本電子株式会社製の走査型電子顕微鏡「JSM-5500」を用いて測定する。次いで、得られた観察画像を、アメリカ国立衛生研究所製のフリー画像処理ソフト「ImageJ」を用いて横1280ピクセル×縦960ピクセルで読み込む。次に、Microsoft社製の表計算ソフト「Excel」の乱数発生関数「RANDBETWEEN」を用いて、1~1280から10個の乱数(x、x、x、x、x、x、x、x、x、x10)、1~960から10個の乱数(y、y、y、y、y、y、y、y、y、y10)をそれぞれ得る。得られた各10個の乱数から10組の乱数組み合わせ(x,y)、(x,y)、(x,y)、(x,y)、(x,y)、(x,y)、(x,y)、(x,y)、(x,y)及び(x10,y10)を得る。1~1280から発生させた乱数の数値をx座標、1~960から発生させた乱数の数値をy座標として、10組の座標点(x,y)、(x,y)、(x,y)、(x,y)、(x,y)、(x,y)、(x,y)、(x,y)、(x,y)及び(x10,y10)を得る。そして、当該座標点を含む合計10個の粒子像のそれぞれについて上記の接線径平均値を得、次いで当該10個の接線径平均値の平均値として平均粒径を得る。10組の乱数組み合わせである10個の座標点の少なくともいずれか1つが粒子像内に含まれない場合、あるいは同一粒子内に2つ以上の座標点が含まれる場合には、この乱数組み合わせを破棄し、10個の座標点がすべて異なる粒子像内に含まれるまで乱数発生を繰り返す。 More specifically, the method for measuring the average particle size will be described. First, the SEM observation image is measured using a scanning electron microscope "JSM-5500" manufactured by JEOL Ltd. Next, the obtained observation image is read by using the free image processing software "ImageJ" manufactured by the National Institutes of Health in the United States with a width of 1280 pixels and a height of 960 pixels. Next, using the random number generation function "RANDBETWEEN" of the spreadsheet software "Excel" manufactured by Microsoft, 10 random numbers (x 1 , x 2 , x 3 , x 4 , x 5 , x 6 ) from 1 to 1280. , X 7 , x 8 , x 9 , x 10 ), 1 to 960 to 10 random numbers (y 1 , y 2 , y 3 , y 4 , y 5 , y 6 , y 7 , y 8 , y 9 , y 10 ) are obtained respectively. 10 sets of random number combinations (x 1 , y 1 ), (x 2 , y 2 ), (x 3 , y 3 ), (x 4 , y 4 ), (x 5 ,) from each of the obtained 10 random numbers. y 5 ), (x 6 , y 6 ), (x 7 , y 7 ), (x 8 , y 8 ), (x 9 , y 9 ) and (x 10 , y 10 ) are obtained. 10 sets of coordinate points (x 1 , y 1 ), (x 2 , y 2 ), where the numerical value of the random number generated from 1 to 1280 is the x coordinate and the numerical value of the random number generated from 1 to 960 is the y coordinate. (X 3 , y 3 ), (x 4 , y 4 ), (x 5 , y 5 ), (x 6 , y 6 ), (x 7 , y 7 ), (x 8 , y 8 ), (x) 9 , y 9 ) and (x 10 , y 10 ) are obtained. Then, the above-mentioned average value of the tangential diameters is obtained for each of the total of 10 particle images including the coordinate points, and then the average particle size is obtained as the average value of the average values of the 10 tangent diameters. If at least one of the 10 coordinate points, which is a set of 10 random number combinations, is not included in the particle image, or if two or more coordinate points are included in the same particle, this random number combination is discarded. Then, random number generation is repeated until all 10 coordinate points are included in different particle images.

金属系粒子51の平均高さは、55nm以上500nm以下の範囲内であり、発光層20の発光を増強させる効果を効果的に得るために、好ましくは55nm以上300nm以下、より好ましくは70nm以上150nm以下の範囲内である。金属系粒子51の平均高さとは、金属系粒子集合体層50のAFM観察画像において、無作為に粒子を10個選択し、これら10個の粒子の高さを測定したときの、10個の測定値の平均値である。 The average height of the metal-based particles 51 is in the range of 55 nm or more and 500 nm or less, and in order to effectively obtain the effect of enhancing the light emission of the light emitting layer 20, it is preferably 55 nm or more and 300 nm or less, more preferably 70 nm or more and 150 nm. It is within the following range. The average height of the metal-based particles 51 is 10 when 10 particles are randomly selected in the AFM observation image of the metal-based particle aggregate layer 50 and the heights of these 10 particles are measured. It is the average value of the measured values.

金属系粒子51のアスペクト比は1以上8以下の範囲内であり、発光層20の発光を増強させる効果を効果的に得るために、好ましくは2以上8以下、より好ましくは2.5以上8以下の範囲内である。金属系粒子51のアスペクト比は、上記平均高さに対する上記平均粒径の比(平均粒径/平均高さ)で定義される。金属系粒子51は真球状であってもよいが、発光層20の発光を増強させる効果を効果的に得るために、アスペクト比が1を超える扁平形状を有していることが好ましい。 The aspect ratio of the metal-based particles 51 is in the range of 1 or more and 8 or less, and in order to effectively obtain the effect of enhancing the light emission of the light emitting layer 20, it is preferably 2 or more and 8 or less, more preferably 2.5 or more and 8. It is within the following range. The aspect ratio of the metal-based particles 51 is defined by the ratio of the average particle size to the average height (average particle size / average height). The metal-based particles 51 may be spherical, but in order to effectively obtain the effect of enhancing the light emission of the light emitting layer 20, it is preferable that the metal particles 51 have a flat shape having an aspect ratio of more than 1.

金属系粒子51は、効果の高いプラズモンを励起する観点から、その表面が滑らかな曲面からなることが好ましく、とりわけ表面が滑らかな曲面からなる扁平形状を有していることがより好ましいが、表面に微小な凹凸(粗さ)を幾分含んでいてもよく、このような意味において金属系粒子51は不定形であってもよい。 From the viewpoint of exciting highly effective plasmons, the metal-based particles 51 preferably have a smooth curved surface, and more preferably have a flat shape having a smooth curved surface. The metal particles 51 may have some minute irregularities (roughness), and in this sense, the metal-based particles 51 may have an irregular shape.

金属系粒子集合体層50の面内におけるプラズモン共鳴の強さの均一性に鑑み、金属系粒子51間のサイズのバラツキはできるだけ小さいことが好ましい。ただし、粒径に多少バラツキが生じたとしても、大型粒子間の距離が大きくなることは好ましくなく、その間を小型の粒子が埋めることで大型粒子間の相互作用を発現しやすくすることが好ましい。 In view of the uniformity of the intensity of plasmon resonance in the plane of the metal-based particle aggregate layer 50, it is preferable that the size variation among the metal-based particles 51 is as small as possible. However, even if there is some variation in the particle size, it is not preferable that the distance between the large particles is large, and it is preferable that the small particles fill the space between them to facilitate the interaction between the large particles.

金属系粒子集合体層50において金属系粒子51は、その隣り合う金属系粒子51との平均距離(平均粒子間距離)が1nm以上150nm以下の範囲内となるように配置される。このように金属系粒子51を密に配置することにより、強いプラズモン共鳴及びプラズモン共鳴の作用範囲の伸長等の効果を発現させることができる。
平均粒子間距離は、発光層20の発光を増強させる効果を効果的に得るために、好ましくは1nm以上100nm以下、より好ましくは1nm以上50nm以下、さらに好ましくは1nm以上20nm以下の範囲内である。平均粒子間距離が1nm未満であると、粒子間でデクスター機構に基づく電子移動が生じ、局在プラズモンの失活の点で不利となる。
In the metal-based particle aggregate layer 50, the metal-based particles 51 are arranged so that the average distance (average inter-particle distance) from the adjacent metal-based particles 51 is within the range of 1 nm or more and 150 nm or less. By densely arranging the metal-based particles 51 in this way, it is possible to exert effects such as strong plasmon resonance and extension of the action range of plasmon resonance.
The average interparticle distance is preferably in the range of 1 nm or more and 100 nm or less, more preferably 1 nm or more and 50 nm or less, and further preferably 1 nm or more and 20 nm or less in order to effectively obtain the effect of enhancing the light emission of the light emitting layer 20. .. If the average interparticle distance is less than 1 nm, electron transfer based on the Dexter mechanism occurs between the particles, which is disadvantageous in terms of deactivation of localized plasmons.

金属系粒子51が互いに離間して配置されている金属系粒子集合体層50は、当該層として導電性を示さないものであることが好ましく、具体的には、金属系粒子集合体層50にマルチメーター〔テスター(ヒューレット・パッカード社製「E2378A」)〕の一対のテスタープローブを10mm~15mm離して接触させたとき、レンジ設定「30MΩ」のときに、当該測定条件にて抵抗値が30MΩ以上である結果、「オーバーロード」と表示されることが好ましい。
一部もしくは全ての金属系粒子51間で電子の授受が可能であると、プラズモン共鳴効果が低減する傾向にある。従って、金属系粒子51間は確実に離間されており、金属系粒子51間には導電性物質が介在されないことが好ましい。
The metal-based particle aggregate layer 50 in which the metal-based particles 51 are arranged apart from each other preferably does not exhibit conductivity as the layer, and specifically, the metal-based particle aggregate layer 50 has a metal-based particle aggregate layer 50. When a pair of tester probes of a multimeter [tester ("E2378A" manufactured by Hewlett-Packard Co., Ltd.)] are brought into contact with each other at a distance of 10 mm to 15 mm, the resistance value is 30 MΩ or more under the measurement conditions when the range setting is "30 MΩ". As a result, it is preferable that "overload" is displayed.
When electrons can be exchanged between some or all of the metal-based particles 51, the plasmon resonance effect tends to decrease. Therefore, it is preferable that the metal-based particles 51 are surely separated from each other and that no conductive substance is interposed between the metal-based particles 51.

平均粒子間距離とは、二次元的に金属系粒子51が配置された金属系粒子集合体層50の直上からのSEM観察画像において、無作為に粒子を30個選択し、選択したそれぞれの粒子について、隣り合う粒子との粒子間距離を求めたときの、これら30個の粒子の粒子間距離の平均値である。隣り合う粒子との粒子間距離とは、すべての隣り合う粒子との距離(表面同士間の距離である)をそれぞれ測定し、これらを平均した値である。 The average inter-particle distance is an SEM observation image from directly above the metal-based particle aggregate layer 50 in which the metal-based particles 51 are two-dimensionally arranged, and 30 particles are randomly selected and each of the selected particles is selected. Is the average value of the interparticle distances of these 30 particles when the interparticle distances with the adjacent particles are obtained. The inter-particle distance between adjacent particles is a value obtained by measuring the distances between all adjacent particles (distances between surfaces) and averaging them.

平均粒子間距離の測定方法についてより具体的に説明すると、まずSEM観察画像は、日本電子株式会社製の走査型電子顕微鏡「JSM-5500」を用いて測定する。次いで、得られた観察画像を、アメリカ国立衛生研究所製のフリー画像処理ソフト「ImageJ」を用いて横1280ピクセル×縦960ピクセルで読み込む。次に、Microsoft社製の表計算ソフト「Excel」の乱数発生関数「RANDBETWEEN」を用いて、1~1280から30個の乱数(x~x30)、1~960から30個の乱数(y~y30)をそれぞれ得る。得られた各30個の乱数から30組の乱数組み合わせ(x,y)から(x30,y30)を得る。1~1280から発生させた乱数の数値をx座標、1~960から発生させた乱数の数値をy座標として、30組の座標点(x,y)~(x30,y30)を得る。そして、当該座標点を含む合計30個の粒子像のそれぞれについて、当該粒子と隣り合う粒子との粒子間距離を得、次いで当該30個の隣り合う粒子との粒子間距離の平均値として平均粒子間距離を得る。30組の乱数組み合わせである30個の座標点の少なくともいずれか1つが粒子像内に含まれない場合、あるいは同一粒子内に2つ以上の座標点が含まれる場合には、この乱数組み合わせを破棄し、30個の座標点がすべて異なる粒子像内に含まれるまで乱数発生を繰り返す。 More specifically, the method for measuring the average particle distance will be described. First, the SEM observation image is measured using a scanning electron microscope "JSM-5500" manufactured by JEOL Ltd. Next, the obtained observation image is read by using the free image processing software "ImageJ" manufactured by the National Institutes of Health in the United States with a width of 1280 pixels and a height of 960 pixels. Next, using the random number generation function "RANDBETWEEN" of the spreadsheet software "Excel" manufactured by Microsoft, 1 to 1280 to 30 random numbers (x 1 to x 30 ) and 1 to 960 to 30 random numbers (y). 1 to y 30 ) are obtained respectively. From each of the obtained 30 random numbers, 30 sets of random number combinations (x 1 , y 1 ) are used to obtain (x 30 , y 30 ). 30 sets of coordinate points (x 1 , y 1 ) to (x 30 , y 30 ) are set with the numerical value of the random number generated from 1 to 1280 as the x coordinate and the numerical value of the random number generated from 1 to 960 as the y coordinate. obtain. Then, for each of the total of 30 particle images including the coordinate points, the interparticle distance between the particle and the adjacent particle is obtained, and then the average particle is used as the average value of the interparticle distance between the 30 adjacent particles. Get the distance. If at least one of the 30 coordinate points, which is a combination of 30 random numbers, is not included in the particle image, or if two or more coordinate points are included in the same particle, this random number combination is discarded. Then, random number generation is repeated until all 30 coordinate points are included in different particle images.

金属系粒子集合体層50に含まれる金属系粒子51の数は30個以上であり、好ましくは50個以上である。金属系粒子51を30個以上含む粒子集合体を形成することにより、金属系粒子51の局在プラズモン間の相互作用によって強いプラズモン共鳴及びプラズモン共鳴の作用範囲の伸長が発現する。 The number of the metal-based particles 51 contained in the metal-based particle aggregate layer 50 is 30 or more, preferably 50 or more. By forming a particle aggregate containing 30 or more metal-based particles 51, strong plasmon resonance and extension of the action range of plasmon resonance are exhibited by the interaction between the localized plasmons of the metal-based particles 51.

有機EL素子の一般的な素子面積に照らせば、金属系粒子集合体層50に含まれる金属系粒子51の数は、例えば300個以上、さらには17500個以上となり得る。金属系粒子集合体層50における金属系粒子51の数密度は、7個/μm以上であることが好ましく、15個/μm以上であることがより好ましい。 In light of the general element area of the organic EL element, the number of the metal-based particles 51 contained in the metal-based particle aggregate layer 50 can be, for example, 300 or more, further 17,500 or more. The number density of the metal-based particles 51 in the metal-based particle aggregate layer 50 is preferably 7 particles / μm 2 or more, and more preferably 15 particles / μm 2 or more.

本発明に係る有機EL素子において、金属系粒子集合体層50は、図2に示されるように、基板(支持基板)60上に金属系粒子集合体層50が積層された積層体として有機EL素子に組み込まれてもよい。有機EL素子において、基板60は、金属系粒子集合体層50における発光層20側とは反対側に配置される。金属系粒子集合体層50を形成するために製法上用いることができる形成用基板を、基板60としてそのまま用いることもできる。
上記積層体において、金属系粒子集合体層50は、基板60上に直接積層されることが好ましい。
In the organic EL element according to the present invention, the metal-based particle aggregate layer 50 is an organic EL as a laminate in which the metal-based particle aggregate layer 50 is laminated on a substrate (support substrate) 60, as shown in FIG. It may be incorporated in the element. In the organic EL element, the substrate 60 is arranged on the side opposite to the light emitting layer 20 side of the metal-based particle aggregate layer 50. The forming substrate that can be used in the manufacturing method for forming the metal-based particle aggregate layer 50 can also be used as it is as the substrate 60.
In the above laminated body, it is preferable that the metal-based particle aggregate layer 50 is directly laminated on the substrate 60.

本発明に係る有機EL素子に含まれる金属系粒子集合体層50において、金属系粒子51間は互いに絶縁されている、換言すれば、隣り合う金属系粒子51との間に関して非導電性であることが好ましい。
一部もしくは全ての金属系粒子51間で電子の授受が可能であると、プラズモン共鳴効果が低減する傾向にある。従って、基板60上に金属系粒子集合体層50が積層された積層体が有機EL素子に組み込まれる場合、基板60は、非導電性材料からなることが好ましい。
基板60を構成する非導電性材料としては、マイカ、SiO、ZrO、ガラス等の無機絶縁材料、熱可塑性樹脂等が挙げられる。金属系粒子集合体層50が形成される基板60の表面は、平滑であることが好ましい。
基板60は、透光性を有する基板又は光学的に透明な基板であってもよいし、非透光性(光吸収性)であってもよい。
アノード層30側から光を取り出す場合、基板60は、透光性を有する基板又は光学的に透明な基板であることが好ましい。この場合、基板60は、発光層20から出射される光に関して、80%以上の光透過率を有することが好ましく、90%以上の光透過率を有することがより好ましい。
基板60の厚みは特に制限されず、例えば10μm以上10mm以下であり、好ましくは20μm以上5mm以下であり、さらに好ましくは30μm以上1mm以下である。
In the metal-based particle aggregate layer 50 included in the organic EL element according to the present invention, the metal-based particles 51 are insulated from each other, that is, they are non-conductive with respect to the adjacent metal-based particles 51. Is preferable.
When electrons can be exchanged between some or all of the metal-based particles 51, the plasmon resonance effect tends to decrease. Therefore, when the laminate in which the metal-based particle aggregate layer 50 is laminated on the substrate 60 is incorporated in the organic EL element, the substrate 60 is preferably made of a non-conductive material.
Examples of the non-conductive material constituting the substrate 60 include mica, SiO 2 , ZrO 2 , inorganic insulating materials such as glass, and thermoplastic resins. The surface of the substrate 60 on which the metallic particle aggregate layer 50 is formed is preferably smooth.
The substrate 60 may be a translucent substrate or an optically transparent substrate, or may be non-translucent (light-absorbing).
When light is taken out from the anode layer 30 side, the substrate 60 is preferably a translucent substrate or an optically transparent substrate. In this case, the substrate 60 preferably has a light transmittance of 80% or more, and more preferably 90% or more, with respect to the light emitted from the light emitting layer 20.
The thickness of the substrate 60 is not particularly limited, and is, for example, 10 μm or more and 10 mm or less, preferably 20 μm or more and 5 mm or less, and more preferably 30 μm or more and 1 mm or less.

本発明に係る有機EL素子において、金属系粒子51の表面を覆う、あるいはさらに金属系粒子51間の間隙を埋める保護層を設けてもよい。金属系粒子51間の電気的絶縁性を確保するために、保護層は、絶縁材料からなることが好ましい。保護層を構成する絶縁材料については、絶縁層40を構成する絶縁材料についての後述の記述が引用される。
図1に示されるように、後述する絶縁層40が上記保護層を兼ねていてもよい。
In the organic EL device according to the present invention, a protective layer may be provided that covers the surface of the metal-based particles 51 or further fills the gaps between the metal-based particles 51. In order to ensure the electrical insulation between the metal particles 51, the protective layer is preferably made of an insulating material. As for the insulating material constituting the protective layer, the description below regarding the insulating material constituting the insulating layer 40 is quoted.
As shown in FIG. 1, the insulating layer 40 described later may also serve as the protective layer.

発光層20から出射される光の極大発光波長は、金属系粒子集合体層50のプラズモンピークの極大波長と一致するか又は近いことが好ましい。これにより、プラズモン共鳴による増強効果をより効果的に高めることができる。金属系粒子集合体層50のプラズモンピークの極大波長は、これを構成する金属系粒子61の構成材料、平均粒径、平均高さ、アスペクト比及び/又は平均粒子間距離の調整により制御可能である。 It is preferable that the maximum emission wavelength of the light emitted from the light emitting layer 20 is equal to or close to the maximum wavelength of the plasmon peak of the metal-based particle aggregate layer 50. Thereby, the enhancing effect by the plasmon resonance can be enhanced more effectively. The maximum wavelength of the plasmon peak of the metal-based particle aggregate layer 50 can be controlled by adjusting the constituent materials, the average particle size, the average height, the aspect ratio and / or the average inter-particle distance of the metal-based particles 61 constituting the plasmon peak. be.

金属系粒子集合体層50は、例えば次のような方法によって作製することができる。
〔a〕基板(例えば基板60)上において微小な種(seed)から金属系粒子51を成長させていくボトムアップ法、
〔b〕所定の形状を有する金属系粒子51を所定の厚みを有する両親媒性材料からなる保護層で被覆した後、LB(Langmuir Blodgett)膜法により、これを基板(例えば基板60)上にフィルム化する方法、
〔c〕その他、蒸着又はスパッタリングにより作製した薄膜を後処理する方法、レジスト加工、エッチング加工、金属系粒子が分散された分散液を用いたキャスト法など。
The metal-based particle aggregate layer 50 can be produced, for example, by the following method.
[A] A bottom-up method for growing metal-based particles 51 from minute seeds on a substrate (for example, substrate 60).
[B] After coating the metal-based particles 51 having a predetermined shape with a protective layer made of an amphipathic material having a predetermined thickness, this is placed on a substrate (for example, a substrate 60) by an LB (Langmuir Bloodget) film method. How to make a film,
[C] In addition, a method of post-treating a thin film produced by vapor deposition or sputtering, resist processing, etching processing, a casting method using a dispersion liquid in which metal-based particles are dispersed, and the like.

例えば国際公開第2013/042449号には、上記〔a〕の一例として、スパッタンリング等により金属系粒子を基板上に成長させる製造方法が記載されている。また例えば国際公開第2014/045852号には、上記〔c〕の一例として、金属系粒子が分散された分散液を基板上に塗布し、得られた薄膜を金属系粒子集合体層へ形態変化させる製造方法が記載されている。本発明においても、これらの製造方法を好適に用いることができる。また、上記〔a〕の他の例として、金属系粒子を構成する金属カチオンを含む液体に基板を接触させた状態で金属カチオンを還元し、これにより金属系粒子集合体層を基板上に形成する方法を挙げることもできる。 For example, International Publication No. 2013/042449 describes, as an example of the above [a], a manufacturing method for growing metallic particles on a substrate by sputtering ring or the like. Further, for example, in International Publication No. 2014/045852, as an example of the above [c], a dispersion liquid in which metal-based particles are dispersed is applied on a substrate, and the obtained thin film is morphologically changed into a metal-based particle aggregate layer. The manufacturing method for making the particles is described. Also in the present invention, these production methods can be preferably used. Further, as another example of the above [a], the metal cation is reduced in a state where the substrate is in contact with the liquid containing the metal cation constituting the metal particle, whereby the metal particle aggregate layer is formed on the substrate. You can also list how to do it.

(3)カソード層及びアノード層
本発明に係る有機EL素子は、微小共振器(マイクロキャビティ)構造を有する。このために、カソード層10及びアノード層30は、発光層20が発する光に関して、通常、反射性能を有する。
カソード層10を構成する材料としては、例えば、アルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属及び周期表13族金属等が挙げられ、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、アルミニウム、スカンジウム、バナジウム、亜鉛、イットリウム、インジウム、セリウム、サマリウム、ユーロピウム、テルビウム、イッテルビウム、ランタノイド元素等の金属;前記金属から選択される2種以上の合金;前記金属から選択される1種以上と、金、銀、白金、銅、パラジウム、マンガン、チタン、コバルト、ニッケル及びタングステンから選択される1種との合金;金、白金、銀、銅;酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化スズ、インジウム錫酸化物(ITO)、インジウム亜鉛酸化物(IZO);ポリアニリン及びその誘導体、ポリチオフェン及びその誘導体等の有機物;又は、グラファイトもしくはグラファイト層間化合物が好ましい。
上記合金としては、例えば、マグネシウム-銀合金、マグネシウム-インジウム合金、マグネシウム-アルミニウム合金、インジウム-銀合金、リチウム-アルミニウム合金、リチウム-マグネシウム合金、リチウム-インジウム合金、カルシウム-アルミニウム合金が挙げられる。
カソード層10は、異種材料からなる2層以上の多層構造であってもよい。
(3) Cathode layer and anode layer The organic EL element according to the present invention has a microcavity structure. For this reason, the cathode layer 10 and the anode layer 30 usually have reflection performance with respect to the light emitted by the light emitting layer 20.
Examples of the material constituting the cathode layer 10 include alkali metals, alkaline earth metals, transition metals and Group 13 metals of the Periodic Table, such as lithium, sodium, potassium, rubidium, cesium, beryllium, magnesium, calcium and strontium. , Barium, aluminum, scandium, vanadium, zinc, ittrium, indium, cerium, samarium, europium, terbium, itterbium, lanthanoid elements and other metals; two or more alloys selected from the metals; 1 selected from the metals Alloys of more than one species and one selected from gold, silver, platinum, copper, palladium, manganese, titanium, cobalt, nickel and tungsten; gold, platinum, silver, copper; indium oxide, zinc oxide, tin oxide, Indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO); organic substances such as polyaniline and its derivatives, polythiophene and its derivatives; or graphite or graphite interlayer compounds are preferred.
Examples of the alloy include magnesium-silver alloy, magnesium-indium alloy, magnesium-aluminum alloy, indium-silver alloy, lithium-aluminum alloy, lithium-magnesium alloy, lithium-indium alloy, and calcium-aluminum alloy.
The cathode layer 10 may have a multilayer structure of two or more layers made of different materials.

カソード層10の厚みは、通常1nm以上500nm以下であり、好ましくは5nm以上60nm以下であり、より好ましくは10nm以上40nm以下である。 The thickness of the cathode layer 10 is usually 1 nm or more and 500 nm or less, preferably 5 nm or more and 60 nm or less, and more preferably 10 nm or more and 40 nm or less.

カソード層10の形成方法としては、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、メッキ法、金属薄膜を熱圧着するラミネート法及び塗布法等が挙げられる。塗布法としては、スピンコート法、キャスティング法、マイクログラビアコート法、グラビアコート法、バーコート法、ロールコート法、ワイアーバーコート法、ディップコート法、スプレーコート法、スクリーン印刷法、フレキソ印刷法、オフセット印刷法及びインクジェットプリント法等が挙げられる。 Examples of the method for forming the cathode layer 10 include a vacuum vapor deposition method, a sputtering method, an ion plating method, a plating method, a laminating method in which a metal thin film is thermocompression bonded, and a coating method. As the coating method, spin coating method, casting method, micro gravure coating method, gravure coating method, bar coating method, roll coating method, wire bar coating method, dip coating method, spray coating method, screen printing method, flexographic printing method, Examples thereof include an offset printing method and an inkjet printing method.

アノード層30を構成する材料としては、例えば、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化スズ、インジウム錫酸化物(ITO)、インジウム亜鉛酸化物(IZO)、金、白金、銀、及び銅等が挙げられ、これらの中でもITO、IZO、又は酸化スズが好適に用いられる。アノード層30として、ポリアニリン及びその誘導体、ポリチオフェン及びその誘導体等の有機物の透明導電膜を用いてもよい。
アノード層30は、異種材料からなる2層以上の多層構造であってもよい。
Examples of the material constituting the anode layer 30 include indium oxide, zinc oxide, tin oxide, indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO), gold, platinum, silver, copper and the like. Among these, ITO, IZO, or tin oxide is preferably used. As the anode layer 30, a transparent conductive film of an organic substance such as polyaniline and its derivative, polythiophene and its derivative may be used.
The anode layer 30 may have a multilayer structure of two or more layers made of different materials.

アノード層30の厚みは、例えば1nm以上200nm以下であり、好ましくは5nm以上50nm以下であり、さらに好ましくは10nm以上30nm以下である。
アノード層30の形成方法としては、カソード層10の形成方法と同様の方法が挙げられる。
The thickness of the anode layer 30 is, for example, 1 nm or more and 200 nm or less, preferably 5 nm or more and 50 nm or less, and more preferably 10 nm or more and 30 nm or less.
Examples of the method for forming the anode layer 30 include the same method as the method for forming the cathode layer 10.

本発明に係る有機EL素子は、カソード層10とアノード層30との間の光学的共振器長M(nm)が、いずれかの自然数mにおいて上記式(1)を満たす。上記式(1)を満たすことにより、微小共振器(マイクロキャビティ)構造を含むことに起因する輝度効率及び輝度の向上効果を得ることができる。
輝度効率及び輝度を向上させる観点から、本発明に係る有機EL素子は、光学的共振器長M(nm)が、いずれかの自然数mにおいて、好ましくは式(2)を満たし、より好ましくは式(3)を満たし、さらに好ましくは式(4)を満たし、なおさらに好ましくは式(5)を満たし、特に好ましくは式(6)を満たす。式(2)~式(6)において、m及びλの意味は、式(1)における意味と同じである。
In the organic EL element according to the present invention, the optical cavity length M (nm) between the cathode layer 10 and the anode layer 30 satisfies the above formula (1) at any natural number m. By satisfying the above equation (1), it is possible to obtain the effect of improving the luminance efficiency and the luminance due to the inclusion of the microcavity structure.
From the viewpoint of improving the luminance efficiency and the luminance, the organic EL element according to the present invention preferably has an optical cavity length M (nm) of any natural number m, preferably satisfying the formula (2), and more preferably the formula. It satisfies (3), more preferably the formula (4), even more preferably the formula (5), and particularly preferably the formula (6). In equations (2) to (6), the meanings of m and λ are the same as those in equation (1).

Figure 0007004613000002
Figure 0007004613000002

式(1)~式(6)において、カソード層10とアノード層30との間の光学的共振器長M(nm)は、下記式で表される。 In the formulas (1) to (6), the optical resonator length M (nm) between the cathode layer 10 and the anode layer 30 is expressed by the following formula.

Figure 0007004613000003
Figure 0007004613000003

式(7)中、M1は、カソード層10とアノード層30との間の光学光路長(すなわち、カソード層10とアノード層30との間に介在する各層の光学光路長(nm)の総和)であり、式(8)で表される。式(8)中、λは式(1)における意味と同じであり、n(λ)は波長がλ(nm)である光についての、上記各層のそれぞれの屈折率を表し、Lは上記各層のそれぞれの厚み(nm)を表す。
式(7)中、M2は、カソード層10とアノード層30との間に介在する各層の界面で光が反射するときに生じる位相シフト(nm)の総和であり、式(9)で表される。式(9)中、λは式(1)における意味と同じであり、nは反射面に対して光入射・反射側の物質の屈折率の実部を表し、nは反射面に対して光入射・反射側と逆側の物質の屈折率の実部を表し、kは反射面に対して光入射・反射側と逆側の物質の屈折率の虚部を表す。
In the formula (7), M1 is the optical path length between the cathode layer 10 and the anode layer 30 (that is, the sum of the optical path lengths (nm) of each layer interposed between the cathode layer 10 and the anode layer 30). It is expressed by the equation (8). In equation (8), λ has the same meaning as in equation (1), n (λ) represents the refractive index of each of the above layers for light having a wavelength of λ (nm), and Li represents the above. Represents the thickness (nm) of each layer.
In the formula (7), M2 is the sum of the phase shifts (nm) that occur when light is reflected at the interface of each layer interposed between the cathode layer 10 and the anode layer 30, and is represented by the formula (9). To. In equation (9), λ has the same meaning as in equation (1), n s represents the real part of the refraction coefficient of the material on the light incident / reflecting side with respect to the reflecting surface, and nm represents the real part of the refraction coefficient of the material on the reflecting surface. Represents the real part of the refraction of the material on the opposite side of the light incident / reflecting side, and km represents the imaginary part of the refraction of the material on the opposite side of the light incident / reflecting side with respect to the reflecting surface.

カソード層10とアノード層30との間の光学的共振器長Mは、カソード層10とアノード層30との間に介在する1以上の層の屈折率(材質)及び/又は厚みを調整することによって制御できる。 The optical cavity length M between the cathode layer 10 and the anode layer 30 adjusts the refractive index (material) and / or the thickness of one or more layers interposed between the cathode layer 10 and the anode layer 30. Can be controlled by.

(4)発光層
発光層20は発光する機能を有する層であり、有機発光材料を含有する。発光層20は、当該分野において従来公知の材料で構成することができる。有機発光材料は、例えば、従来公知の有機燐光発光材料(燐光発光性高分子等)や有機蛍光発光材料(蛍光発光性高分子等)等である。
本発明に係る有機EL素子は、1層又は2層以上の発光層を有していてもよい。
(4) Light-emitting layer The light-emitting layer 20 is a layer having a function of emitting light and contains an organic light-emitting material. The light emitting layer 20 can be made of a material conventionally known in the art. The organic light emitting material is, for example, a conventionally known organic phosphorescent light emitting material (phosphorescent light emitting polymer or the like), an organic fluorescent light emitting material (fluorescent light emitting polymer or the like), or the like.
The organic EL element according to the present invention may have one layer or two or more light emitting layers.

より具体的には、有機発光材料としては、発光性低分子及び発光性高分子等が挙げられる。発光性低分子としては、トリス(8-キノリノラト)アルミニウム錯体〔トリス(8-ヒドロキシキノリン)アルミニウム錯体;Alq〕、ビス(ベンゾキノリノラト)ベリリウム錯体〔BeBq〕等が挙げられる。発光性低分子を含む発光層20は、例えば、スピンコート法、蒸着法等のドライ成膜法又はウェット成膜法によって得ることができる。 More specifically, examples of the organic light emitting material include a light emitting small molecule and a light emitting polymer. Examples of the luminescent small molecule include a tris (8-quinolinolato) aluminum complex [tris (8-hydroxyquinoline) aluminum complex; Alq 3 ], a bis (benzoquinolinolato) beryllium complex [BeBq], and the like. The light emitting layer 20 containing a light emitting small molecule can be obtained by, for example, a dry film forming method such as a spin coating method or a vapor deposition method, or a wet film forming method.

発光性高分子としては、ポリ(9,9-ジオクチルフルオレン-alt-ベンゾチアジアゾール)、ポリ(p-フェニレンビニレン)、ポリアルキルチオフェン等のπ共役系高分子等が挙げられる。発光性高分子を含む発光層20は、例えばスピンコート法など、発光性高分子含有液を用いたウェット成膜法によって得ることができる。
発光層20は、発光性低分子又は発光性高分子がマトリックス中に分散された層であってもよい。マトリックス材料としては、導電性高分子及び半導体高分子等の透明高分子を用いることができる。
Examples of the luminescent polymer include π-conjugated polymers such as poly (9,9-dioctylfluorene-alt-benzothiadiazole), poly (p-phenylene vinylene), and polyalkylthiophene. The light emitting layer 20 containing the light emitting polymer can be obtained by a wet film forming method using a light emitting polymer-containing liquid, for example, a spin coating method.
The light emitting layer 20 may be a layer in which a light emitting small molecule or a light emitting polymer is dispersed in a matrix. As the matrix material, a transparent polymer such as a conductive polymer and a semiconductor polymer can be used.

発光層20は、色素分子の単分子膜からなるもの、又はマトリックス中に色素分子を分散させたものであってもよい。単分子膜からなる発光層20は、色素分子含有液をスピンコートした後、溶媒を除去する方法により得ることができる。色素分子としては、Exciton社から販売されているローダミン101、ローダミン110、ローダミン560、ローダミン6G、ローダミンB、ローダミン640、ローダミン700等のローダミン系色素、Exciton社から販売されているクマリン503等のクマリン系色素等が挙げられる。 The light emitting layer 20 may be made of a monolayer of dye molecules or have dye molecules dispersed in a matrix. The light emitting layer 20 made of a monolayer can be obtained by spin-coating a dye molecule-containing liquid and then removing the solvent. Examples of the dye molecule include Rhodamine 101, Rhodamine 110, Rhodamine 560, Rhodamine 6G, Rhodamine B, Rhodamine 640, Rhodamine 700 and the like sold by Rhodamine, and Coumarin 503 and the like sold by Rhodamine. Examples include system pigments.

マトリックス中に色素分子を分散してなる発光層20は、色素分子及びマトリックス材料を含有する液をスピンコートした後、溶媒を除去する方法により得ることができる。マトリックス材料としては、導電性高分子及び半導体高分子等の透明高分子を用いることができる。 The light emitting layer 20 in which the dye molecules are dispersed in the matrix can be obtained by a method of spin-coating a liquid containing the dye molecules and the matrix material and then removing the solvent. As the matrix material, a transparent polymer such as a conductive polymer and a semiconductor polymer can be used.

本発明によれば、強いプラズモン共鳴を示すとともに、プラズモン共鳴の作用範囲(プラズモンによる増強効果の及ぶ範囲)が伸長された金属系粒子集合体層50を備えるため、発光層20が例えば10nm以上、さらには20nm以上、なおさらには30nm以上の厚みを有する場合であっても、発光層20全体の発光増強、ひいては輝度効率及び輝度の向上が可能である。発光層20の厚みの上限は特に制限されないが、好ましくは300nmであり、より好ましくは200nmである。
本発明によれば、強いプラズモン共鳴を示すとともに、プラズモン共鳴の作用範囲(プラズモンによる増強効果の及ぶ範囲)が伸長された金属系粒子集合体層50を備えるため、発光層20の金属系粒子集合体層50側の表面と金属系粒子集合体層50の発光層20側の表面との間の距離が例えば10nm以上、さらには20nm以上、なおさらには30nm以上の厚みを有する場合であっても、発光層20の発光増強、ひいては輝度効率及び輝度の向上が可能である。
According to the present invention, the light emitting layer 20 has a light emitting layer of, for example, 10 nm or more because the metal-based particle aggregate layer 50 is provided with a strong plasmon resonance and an extended range of action of the plasmon resonance (range of the enhancement effect by the plasmon). Further, even when the thickness is 20 nm or more, and further, even when the thickness is 30 nm or more, it is possible to enhance the light emission of the entire light emitting layer 20 and to improve the luminance efficiency and the luminance. The upper limit of the thickness of the light emitting layer 20 is not particularly limited, but is preferably 300 nm, more preferably 200 nm.
According to the present invention, the metal-based particle aggregate layer 50 is provided with a metal-based particle aggregate layer 50 showing strong plasmon resonance and having an extended range of action of plasmon resonance (range of enhancement effect by plasmon), so that the metal-based particle aggregate of the light emitting layer 20 is provided. Even when the distance between the surface on the body layer 50 side and the surface on the light emitting layer 20 side of the metal-based particle aggregate layer 50 is, for example, 10 nm or more, further 20 nm or more, and further 30 nm or more. It is possible to enhance the light emission of the light emitting layer 20 and to improve the brightness efficiency and the brightness.

本発明に係る有機EL素子は、発光層20の金属系粒子集合体層50側の表面と金属系粒子集合体層50の発光層20側の表面との間の距離が20nm以上であっても、発光層20に含有される有機発光材料のフォトルミネッセンス量子収率(放出されたフォトン数/吸収されたフォトン数)が、金属系粒子集合体層50を有しないこと以外は同じ構成を有する有機EL素子(基礎有機EL素子)と比べて、1.5倍以上、さらには2倍以上、なおさらには3倍以上となり得る。
本発明に係る有機EL素子は、発光層20の金属系粒子集合体層50側の表面と金属系粒子集合体層50の発光層20側の表面との間の距離が20nm以上であっても、発光層20に含有される有機発光材料のフォトルミネッセンス量子収率(放出されたフォトン数/吸収されたフォトン数)が、金属系粒子集合体層50を有しないこと以外は同じ構成を有する有機EL素子(基礎有機EL素子)と比べて、1.5倍以上、さらには2倍以上、なおさらには3倍以上となり得る。
1.5倍以上のフォトルミネッセンス量子収率を得るためには、上記距離は、好ましくは150nm以下であり、より好ましくは100nm以下であり、さらに好ましくは80nm以下である。
In the organic EL element according to the present invention, even if the distance between the surface of the light emitting layer 20 on the metal-based particle aggregate layer 50 side and the surface of the metal-based particle aggregate layer 50 on the light emitting layer 20 side is 20 nm or more. , Organic having the same configuration except that the photoluminescence quantum yield (number of emitted photons / number of absorbed photons) of the organic light emitting material contained in the light emitting layer 20 does not have the metal-based particle aggregate layer 50. Compared with the EL element (basic organic EL element), it can be 1.5 times or more, further 2 times or more, and further 3 times or more.
In the organic EL element according to the present invention, even if the distance between the surface of the light emitting layer 20 on the metal-based particle aggregate layer 50 side and the surface of the metal-based particle aggregate layer 50 on the light emitting layer 20 side is 20 nm or more. , Organic having the same configuration except that the photoluminescence quantum yield (number of emitted photons / number of absorbed photons) of the organic light emitting material contained in the light emitting layer 20 does not have the metal-based particle aggregate layer 50. Compared with the EL element (basic organic EL element), it can be 1.5 times or more, further 2 times or more, and further 3 times or more.
In order to obtain a photoluminescence quantum yield of 1.5 times or more, the distance is preferably 150 nm or less, more preferably 100 nm or less, and further preferably 80 nm or less.

金属系粒子集合体層50のプラズモン共鳴による発光増強効果は、発光層20と金属系粒子集合体層50との間の距離が大きくなるほど小さくなる傾向にある。かかる観点から、発光層20の金属系粒子集合体層50側の表面と金属系粒子集合体層50の発光層20側の表面との距離は、例えば200nm以下であり、好ましくは150nm以下であり、さらに好ましくは100nm以下である。 The effect of enhancing light emission due to plasmon resonance of the metal-based particle aggregate layer 50 tends to decrease as the distance between the light-emitting layer 20 and the metal-based particle aggregate layer 50 increases. From this point of view, the distance between the surface of the light emitting layer 20 on the metal-based particle aggregate layer 50 side and the surface of the metal-based particle aggregate layer 50 on the light emitting layer 20 side is, for example, 200 nm or less, preferably 150 nm or less. , More preferably 100 nm or less.

(5)絶縁層
アノード層30と金属系粒子集合体層50との間に配置され得る絶縁層40は、アノード層30と金属系粒子集合体層50との間の電気的絶縁性を図るための層である。アノード層30と金属系粒子集合体層50との間の電気的絶縁性を確保することにより、金属系粒子集合体層50に電流が流れてプラズモン共鳴による発光増強効果が十分に得られないおそれを防ぐことができる。
絶縁層40は、図1に示されるように、金属系粒子51間の間隙を埋めるように形成されていてもよく、この場合、絶縁層40は、金属系粒子51間の電気的絶縁性を確保する役割をも果たす。
(5) Insulating layer The insulating layer 40 that can be arranged between the anode layer 30 and the metal-based particle aggregate layer 50 is intended to provide electrical insulation between the anode layer 30 and the metal-based particle aggregate layer 50. Layer. By ensuring the electrical insulation between the anode layer 30 and the metal-based particle aggregate layer 50, a current may flow through the metal-based particle aggregate layer 50 and the effect of enhancing light emission by plasmon resonance may not be sufficiently obtained. Can be prevented.
As shown in FIG. 1, the insulating layer 40 may be formed so as to fill the gap between the metal-based particles 51, and in this case, the insulating layer 40 provides electrical insulation between the metal-based particles 51. It also plays a role in securing.

本発明に係る有機EL素子は、アノード層30と金属系粒子集合体層50との間に1層又は2層以上の絶縁層を有していてもよい。絶縁層を2層以上有する場合、これらは、互いに異なる材料で構成されていていてもよい。例えば、絶縁層40は、金属系粒子51の表面を覆う、あるいはさらに金属系粒子51間の間隙を埋める上述の保護層と、その上に積層される絶縁材料からなる1以上の層との積層構造であってもよい。 The organic EL device according to the present invention may have one or more insulating layers between the anode layer 30 and the metal-based particle aggregate layer 50. When having two or more insulating layers, they may be made of different materials from each other. For example, the insulating layer 40 is formed by laminating the above-mentioned protective layer that covers the surface of the metal-based particles 51 or further fills the gaps between the metal-based particles 51, and one or more layers made of an insulating material laminated on the protective layer. It may be a structure.

絶縁層40を構成する材料としては、良好な絶縁性を有するものであれば特に制限されず、例えば、スピンオングラス(SOG;例えば有機シロキサン材料を含有するもの)のほか、SiOやSi、樹脂(例えば、熱可塑性樹脂、硬化樹脂)等を用いることができる。 The material constituting the insulating layer 40 is not particularly limited as long as it has good insulating properties, and is, for example, spin - on glass (SOG; for example, a material containing an organic siloxane material), SiO 2 or Si 3N. 4. A resin (for example, a thermoplastic resin, a cured resin) or the like can be used.

絶縁層40の厚みは、所望の絶縁性を確保する観点から、好ましくは20nm以上であり、より好ましくは30nm以上である。
また、絶縁層40の厚みは、発光層20の金属系粒子集合体層50側の表面と金属系粒子集合体層50の発光層20側の表面との距離を小さくする観点からは、好ましくは200nm以下であり、より好ましくは150nm以下であり、さらに好ましくは100nm以下であり、なおさらに好ましくは80nm以下である。
The thickness of the insulating layer 40 is preferably 20 nm or more, more preferably 30 nm or more, from the viewpoint of ensuring the desired insulating property.
Further, the thickness of the insulating layer 40 is preferably set from the viewpoint of reducing the distance between the surface of the light emitting layer 20 on the metal-based particle aggregate layer 50 side and the surface of the metal-based particle aggregate layer 50 on the light emitting layer 20 side. It is 200 nm or less, more preferably 150 nm or less, still more preferably 100 nm or less, and even more preferably 80 nm or less.

(6)有機EL素子が有し得る他の構成要素
本発明に係る有機EL素子は、カソード層10とアノード層30との間に配置される、発光層20以外の他の層を1種以上含むことができる。
他の層としては、カソード層10と発光層20との間に設ける層、アノード層30と発光層20との間に設ける層が挙げられる。
(6) Other Components that the Organic EL Element may Have The organic EL element according to the present invention includes one or more layers other than the light emitting layer 20 arranged between the cathode layer 10 and the anode layer 30. Can include.
Examples of the other layer include a layer provided between the cathode layer 10 and the light emitting layer 20, and a layer provided between the anode layer 30 and the light emitting layer 20.

カソード層10と発光層20との間に設ける層としては、電子注入層、電子輸送層、正孔ブロック層等が挙げられる。これらの層はそれぞれ、2層以上設けられてもよい。
電子注入層は、カソード層10からの電子注入効率を改善する機能を有する層であり、電子輸送層は、電子注入層又はカソード層10により近い電子輸送層からの電子注入を改善する機能を有する層である。
Examples of the layer provided between the cathode layer 10 and the light emitting layer 20 include an electron injection layer, an electron transport layer, and a hole block layer. Two or more layers may be provided for each of these layers.
The electron injection layer is a layer having a function of improving the electron injection efficiency from the cathode layer 10, and the electron transport layer has a function of improving electron injection from the electron injection layer or the electron transport layer closer to the cathode layer 10. It is a layer.

また、電子注入層又は電子輸送層が正孔の輸送を堰き止める機能を有する場合には、これらの層を正孔ブロック層と称することがある。
正孔の輸送を堰き止める機能を有することは、例えば、ホール電流のみを流す素子を作製し、その電流値の減少で堰き止める効果を確認することが可能である。
Further, when the electron injection layer or the electron transport layer has a function of blocking the transport of holes, these layers may be referred to as a hole block layer.
Having a function of blocking the transport of holes makes it possible to fabricate, for example, an element that allows only a hole current to flow, and to confirm the effect of blocking by reducing the current value.

アノード層30と発光層20との間に設ける層としては、正孔注入層、正孔輸送層、電子ブロック層等が挙げられる。これらの層はそれぞれ、2層以上設けられてもよい。
正孔注入層は、アノード層30からの正孔注入効率を改善する機能を有する層であり、正孔輸送層とは、正孔注入層又はアノード層30により近い正孔輸送層からの正孔注入を改善する機能を有する層である。
Examples of the layer provided between the anode layer 30 and the light emitting layer 20 include a hole injection layer, a hole transport layer, an electron block layer, and the like. Two or more layers may be provided for each of these layers.
The hole injection layer is a layer having a function of improving the hole injection efficiency from the anode layer 30, and the hole transport layer is a hole from the hole injection layer or the hole transport layer closer to the anode layer 30. It is a layer having a function of improving injection.

また、正孔注入層又は正孔輸送層が電子の輸送を堰き止める機能を有する場合には、これらの層を電子ブロック層と称することがある。
電子の輸送を堰き止める機能を有することは、例えば、電子電流のみを流す素子を作製し、その電流値の減少で堰き止める効果を確認することが可能である。
Further, when the hole injection layer or the hole transport layer has a function of blocking the transport of electrons, these layers may be referred to as an electron block layer.
Having a function of blocking the transport of electrons makes it possible to fabricate, for example, an element that allows only an electron current to flow, and to confirm the effect of blocking by reducing the current value.

アノード層30からカソード層10までの層構成の例を挙げれば、例えば次のとおりである。
a)アノード層30/発光層20/カソード層10
b)アノード層30/正孔注入層/発光層20/カソード層10
c)アノード層30/正孔注入層/発光層20/電子注入層/カソード層10
d)アノード層30/正孔注入層/発光層20/電子輸送層/カソード層10
e)アノード層30/正孔輸送層/発光層20/電子注入層/カソード層10
f)アノード層30/正孔輸送層/発光層20/電子輸送層/電子注入層/カソード層10
g)アノード層30/正孔注入層/発光層20/電子輸送層/電子注入層/カソード層10
h)アノード層30/正孔注入層/正孔輸送層/発光層20/カソード層10
i)アノード層30/正孔注入層/正孔輸送層/発光層20/電子注入層/カソード層10
j)アノード層30/正孔注入層/正孔輸送層/発光層20/電子輸送層/カソード層10
k)アノード層30/正孔注入層/正孔輸送層/発光層20/電子輸送層/電子注入層/カソード層10
l)アノード層30/発光層20/電子注入層/カソード層10
m)アノード層30/発光層20/電子輸送層/電子注入層/カソード層10
記号「/」は、記号「/」を挟む各層が隣接して積層されていることを示す。
Examples of the layer structure from the anode layer 30 to the cathode layer 10 are as follows.
a) Anode layer 30 / light emitting layer 20 / cathode layer 10
b) Anode layer 30 / hole injection layer / light emitting layer 20 / cathode layer 10
c) Anode layer 30 / hole injection layer / light emitting layer 20 / electron injection layer / cathode layer 10
d) Anode layer 30 / hole injection layer / light emitting layer 20 / electron transport layer / cathode layer 10
e) Anode layer 30 / hole transport layer / light emitting layer 20 / electron injection layer / cathode layer 10
f) Anode layer 30 / hole transport layer / light emitting layer 20 / electron transport layer / electron injection layer / cathode layer 10
g) Anode layer 30 / hole injection layer / light emitting layer 20 / electron transport layer / electron injection layer / cathode layer 10
h) Anode layer 30 / hole injection layer / hole transport layer / light emitting layer 20 / cathode layer 10
i) Anode layer 30 / hole injection layer / hole transport layer / light emitting layer 20 / electron injection layer / cathode layer 10
j) Anode layer 30 / hole injection layer / hole transport layer / light emitting layer 20 / electron transport layer / cathode layer 10
k) Anode layer 30 / hole injection layer / hole transport layer / light emitting layer 20 / electron transport layer / electron injection layer / cathode layer 10
l) Anode layer 30 / light emitting layer 20 / electron injection layer / cathode layer 10
m) Anode layer 30 / light emitting layer 20 / electron transport layer / electron injection layer / cathode layer 10
The symbol "/" indicates that the layers sandwiching the symbol "/" are laminated adjacent to each other.

(7)カソード層側からの発光の強度とアノード層側からの発光の強度との比
本発明に係る有機EL素子に含まれる基礎有機EL素子において、カソード層10側からの発光の強度Aとアノード層30側からの発光の強度Bとの比A/Bは、0.2以上であり、好ましくは0.22以上、より好ましくは0.23以上、さらに好ましくは0.24以上である。このような発光特性を有する基礎有機EL素子に対して、アノード層30における発光層20とは反対側に金属系粒子集合体層50を配置すれば、カソード層10側からの発光の強度を大きくすることができる。
(7) Ratio of the intensity of light emission from the cathode layer side to the intensity of light emission from the anode layer side In the basic organic EL element included in the organic EL element according to the present invention, the intensity A of light emission from the cathode layer 10 side and The ratio A / B to the intensity B of the light emitted from the anode layer 30 side is 0.2 or more, preferably 0.22 or more, more preferably 0.23 or more, and further preferably 0.24 or more. If the metal-based particle aggregate layer 50 is arranged on the side of the anode layer 30 opposite to the light emitting layer 20 with respect to the basic organic EL element having such light emitting characteristics, the intensity of light emission from the cathode layer 10 side can be increased. can do.

上記比A/Bは、通常3以下であり、典型的には2以下であり、より典型的には1.5以下である。
上記比A/Bは、カソード層10とアノード層30との間に介在する1以上の層の屈折率(材質)及び/又は厚みを調整することによって制御できる。
The ratio A / B is usually 3 or less, typically 2 or less, and more typically 1.5 or less.
The ratio A / B can be controlled by adjusting the refractive index (material) and / or the thickness of one or more layers interposed between the cathode layer 10 and the anode layer 30.

基礎有機EL素子は、金属系粒子集合体層50を有する有機EL素子から金属系粒子集合体層50を取り除いた部分構造であり、少なくともカソード層10、発光層20及びアノード層30をこの順に含み、典型的には、カソード層10からアノード層30に至る積層構造部を含む。
例えば、カソード層10、発光層20、アノード層30、絶縁層40、金属系粒子集合体層50及び基板60がこの順に配置された有機EL素子において、基礎有機EL素子の比A/Bは、基板60上に金属系粒子集合体層50を形成しないこと以外は上記有機EL素子と同様にして金属系粒子集合体層50を有しない有機EL素子を作製したときの当該有機EL素子の比A/Bとして求めることができる。
The basic organic EL element has a partial structure in which the metal-based particle aggregate layer 50 is removed from the organic EL element having the metal-based particle aggregate layer 50, and includes at least a cathode layer 10, a light emitting layer 20, and an anode layer 30 in this order. Typically, it includes a laminated structure extending from the cathode layer 10 to the anode layer 30.
For example, in an organic EL device in which a cathode layer 10, a light emitting layer 20, an anode layer 30, an insulating layer 40, a metal-based particle aggregate layer 50, and a substrate 60 are arranged in this order, the ratio A / B of the basic organic EL element is. Ratio A of the organic EL element when an organic EL element having no metal-based particle aggregate layer 50 is produced in the same manner as the above organic EL element except that the metal-based particle aggregate layer 50 is not formed on the substrate 60. It can be calculated as / B.

<有機EL素子の発光増強方法>
上述のとおり、カソード層、有機発光材料を含有する発光層及びアノード層をこの順に含み、カソード層側からの発光の強度Aとアノード層側からの発光の強度Bとの比A/Bが0.2以上である基礎有機EL素子に対して所定の構造を有する金属系粒子集合体層を配置することによって有機EL素子を構成するとともに、カソード層とアノード層との間の光学的共振器長M(nm)が、いずれかの自然数mにおいて式(1)を満たすように有機EL素子を構成することにより、有機EL素子の発光を増強させることができ、これにより有機EL素子の輝度効率及び輝度を向上させることができる。
すなわち、本発明は、下記に示す有機EL素子の発光増強方法にも関する。
カソード層、有機発光材料を含有する発光層及びアノード層をこの順に含み、前記カソード層側からの発光の強度Aと前記アノード層側からの発光の強度Bとの比A/Bが0.2以上である基礎有機EL素子に対して、
30個以上の金属系粒子が互いに離間して二次元的に配置されてなり、前記金属系粒子の平均粒径が200nm以上1600nm以下の範囲内であり、平均高さが55nm以上500nm以下の範囲内であり、前記平均高さに対する前記平均粒径の比で定義されるアスペクト比が1以上8以下の範囲内であり、隣り合う金属系粒子間の平均距離が1nm以上150nm以下の範囲内である金属系粒子集合体層を付設すること、及び
前記カソード層と前記アノード層との間の光学的共振器長M(nm)が、いずれかの自然数mにおいて下記式(1)を満たすように有機EL素子を構成することを特徴とする、有機EL素子の発光増強方法。

Figure 0007004613000004

[式中、
Mは、前記カソード層と前記アノード層との間の光学的共振器長(nm)を表す。
mは、任意の自然数を表す。
λは、有機エレクトロルミネッセンス素子の発光スペクトルの最大ピークにおける極大波長(nm)を表す。] <Method of enhancing light emission of organic EL element>
As described above, the cathode layer, the light emitting layer containing the organic light emitting material, and the anode layer are included in this order, and the ratio A / B of the light emission intensity A from the cathode layer side to the light emission intensity B from the anode layer side is 0. The organic EL element is configured by arranging a metal-based particle aggregate layer having a predetermined structure with respect to the basic organic EL element having a predetermined structure of 2 or more, and the optical resonator length between the cathode layer and the anode layer. By configuring the organic EL element so that M (nm) satisfies the formula (1) in any of the natural numbers m, the light emission of the organic EL element can be enhanced, whereby the brightness efficiency of the organic EL element and the brightness efficiency of the organic EL element can be enhanced. The brightness can be improved.
That is, the present invention also relates to a method for enhancing light emission of an organic EL element shown below.
The cathode layer, the light emitting layer containing the organic light emitting material, and the anode layer are included in this order, and the ratio A / B of the light emission intensity A from the cathode layer side to the light emission intensity B from the anode layer side is 0.2. For the basic organic EL element described above,
Thirty or more metal-based particles are arranged two-dimensionally apart from each other, and the average particle size of the metal-based particles is in the range of 200 nm or more and 1600 nm or less, and the average height is in the range of 55 nm or more and 500 nm or less. The aspect ratio defined by the ratio of the average particle size to the average height is in the range of 1 or more and 8 or less, and the average distance between adjacent metal particles is in the range of 1 nm or more and 150 nm or less. A certain metal-based particle aggregate layer is attached, and the optical resonator length M (nm) between the cathode layer and the anode layer satisfies the following formula (1) at any natural number m. A method for enhancing light emission of an organic EL element, which comprises forming an organic EL element.
Figure 0007004613000004

[During the ceremony,
M represents the optical cavity length (nm) between the cathode layer and the anode layer.
m represents an arbitrary natural number.
λ represents the maximum wavelength (nm) at the maximum peak of the emission spectrum of the organic electroluminescence device. ]

以下、具体例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれら具体例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to specific examples, but the present invention is not limited to these specific examples.

<実験例1:金属系粒子集合体層の作製>
直流マグネトロンスパッタリング装置を用いて、下記の条件で、支持基板としての無アルカリガラス基板(0.7mm厚)上に、銀粒子を極めてゆっくりと成長させ、支持基板表面の全面に金属系粒子集合体の薄膜を形成して、支持基板と金属系粒子集合体層との積層体を得た。
使用ガス:アルゴン
チャンバ内圧力(スパッタガス圧):10Pa
基板・ターゲット間距離:100mm
スパッタ電力:4W
平均粒径成長速度(平均粒径/スパッタ時間):0.9nm/分
平均高さ成長速度(=平均堆積速度=平均高さ/スパッタ時間):0.25nm/分
基板温度:300℃
基板サイズ及び形状:7mm×11mmの長方形
<Experimental Example 1: Fabrication of Metallic Particle Aggregate Layer>
Using a DC magnetron sputtering device, silver particles are grown extremely slowly on a non-alkali glass substrate (0.7 mm thick) as a support substrate under the following conditions, and metal-based particle aggregates are grown on the entire surface of the support substrate. A thin film was formed to obtain a laminate of a support substrate and a metal-based particle aggregate layer.
Gas used: Argon Chamber pressure (sputter gas pressure): 10 Pa
Distance between board and target: 100 mm
Spatter power: 4W
Average particle size growth rate (average particle size / spatter time): 0.9 nm / min Average height growth rate (= average deposition rate = average height / spatter time): 0.25 nm / min Substrate temperature: 300 ° C.
Board size and shape: 7 mm x 11 mm rectangle

図3は、得られた積層体における金属系粒子集合体層を直上から見たときのSEM画像である。図3(a)は10000倍スケールの拡大像であり、図3(b)は50000倍スケールの拡大像である。また図4は、得られた積層体における金属系粒子集合体層を示すAFM画像である。AFM像撮影にはキーエンス社製「VN-8010」を用いた(以下同様)。図4に示される画像のサイズは5μm×5μmである。 FIG. 3 is an SEM image when the metal-based particle aggregate layer in the obtained laminate is viewed from directly above. FIG. 3A is a 10000x scale magnified image, and FIG. 3B is a 50000x scale magnified image. Further, FIG. 4 is an AFM image showing the metal-based particle aggregate layer in the obtained laminate. "VN-8010" manufactured by KEYENCE CORPORATION was used for AFM image photographing (the same applies hereinafter). The size of the image shown in FIG. 4 is 5 μm × 5 μm.

AFM画像から、実験例1の金属系粒子集合体層を構成する銀粒子の「平均高さ」を求めた。また、SEM画像から、上記の測定方法に従って、実験例1の金属系粒子集合体層を構成する銀粒子の「平均粒径」及び「平均粒子間距離」を求め、得られた平均粒径及び平均高さから「アスペクト比」(平均粒径/平均高さ)を算出した。その結果、平均粒径は335nm、平均粒子間距離は16.7nm、平均高さは96.2nm、アスペクト比は3.48であった。さらにSEM画像より、本製造例の金属系粒子集合体層は、約1.93×10個(約25個/μm)の銀粒子を有することがわかる。
テスター〔マルチメーター(ヒューレット・パッカード社製「E2378A」)〕を用いた上述の方法により、実験例1の金属系粒子集合体層の導電性の有無を確認したところ、上述の測定条件にて抵抗値が30MΩ以上である結果、「オーバーロード」と表示された。実験例1の金属系粒子集合体層は、導電性を有していないことが確認された。
From the AFM image, the "average height" of the silver particles constituting the metallic particle aggregate layer of Experimental Example 1 was obtained. Further, from the SEM image, the "average particle size" and the "average particle distance" of the silver particles constituting the metal-based particle aggregate layer of Experimental Example 1 were obtained according to the above measurement method, and the obtained average particle size and the average particle size were obtained. The "aspect ratio" (average particle size / average height) was calculated from the average height. As a result, the average particle size was 335 nm, the average interparticle distance was 16.7 nm, the average height was 96.2 nm, and the aspect ratio was 3.48. Further, from the SEM image, it can be seen that the metal-based particle aggregate layer of this production example has about 1.93 × 109 (about 25 / μm 2 ) silver particles.
When the presence or absence of conductivity of the metallic particle aggregate layer of Experimental Example 1 was confirmed by the above-mentioned method using a tester [multimeter ("E2378A" manufactured by Hewlett-Packard Co., Ltd.)], resistance was obtained under the above-mentioned measurement conditions. As a result of the value being 30 MΩ or more, "overload" was displayed. It was confirmed that the metal-based particle aggregate layer of Experimental Example 1 did not have conductivity.

<実験例2及び3:金属系粒子集合体層の作製>
直流マグネトロンスパッタリング法のスパッタ時間を変更したこと以外は実験例1と同様にして、支持基板と金属系粒子集合体層との積層体を2種類作製した(実験例2及び実験例3)。実験例2の金属系粒子集合体層は、金属系粒子の平均高さが約10nmであること以外は実験例1と略同じ粒子形状、アスペクト比及び平均粒子間距離を有し、実験例3の金属系粒子集合体層は、金属系粒子の平均高さが約30nmであること以外は実験例1と略同じ粒子形状、アスペクト比及び平均粒子間距離を有するものであった。
<Experimental Examples 2 and 3: Preparation of Metallic Particle Aggregate Layer>
Two types of laminates of the support substrate and the metal-based particle aggregate layer were produced in the same manner as in Experimental Example 1 except that the sputtering time of the DC magnetron sputtering method was changed (Experimental Example 2 and Experimental Example 3). The metallic particle aggregate layer of Experimental Example 2 has substantially the same particle shape, aspect ratio, and average interparticle distance as Experimental Example 1 except that the average height of the metallic particles is about 10 nm, and Experimental Example 3 has. The metal-based particle aggregate layer of No. 1 had substantially the same particle shape, aspect ratio, and average inter-particle distance as in Experimental Example 1 except that the average height of the metal-based particles was about 30 nm.

〔金属系粒子集合体層積層基板の吸光スペクトル測定〕
図5は、実験例1、実験例2及び実験例3で得られた金属系粒子集合体層を有する積層体の吸光光度法により測定された吸光スペクトルである(吸光スペクトルの測定方法は上述のとおり)。非特許文献(K. Lance Kelly, et al., "The Optical Properties of Metal Nanoparticles: The Influence of Size, Shape, and Dielectric Environment", The Journal of Physical Chemistry B, 2003, 107, 668)に示されているように、実験例1のような扁平形状の銀粒子は、平均粒径が200nmのとき約550nm付近に、平均粒径が300nmのときは650nm付近にプラズモンピークを持つことが一般的である(いずれも銀粒子単独の場合である)。
[Measurement of absorption spectrum of metallic particle aggregate layer laminated substrate]
FIG. 5 is an absorption spectrum measured by an absorptiometry of a laminate having a metal-based particle aggregate layer obtained in Experimental Example 1, Experimental Example 2 and Experimental Example 3 (the method for measuring the absorption spectrum is described above. Street). Shown in non-patent literature (K. Lance Kelly, et al., "The Optical Properties of Metal Nanoparticles: The Influence of Size, Shape, and Dielectric Environment", The Journal of Physical Chemistry B, 2003, 107, 668) As described above, the flat-shaped silver particles as in Experimental Example 1 generally have a plasmon peak near about 550 nm when the average particle size is 200 nm, and around 650 nm when the average particle size is 300 nm. (Both are cases of silver particles alone).

一方、実験例1の積層体は、これを構成する銀粒子の平均粒径が約300nm(335nm)であるにもかかわらず、図5に示されるように、紫外~可視光領域において最も長波長側にあるプラズモンピークの極大波長は約450nm付近と、短波長側にシフトしていることがわかる。
プラズモンピークの極大波長は金属系粒子の平均粒径にも依存する。例えば、実験例2及び実験例3では、平均粒径が小さいために実験例1と比較してかなり長波長側にプラズモンピークを有しており、その極大波長は、それぞれ約510nm、約470nmである。
また実験例1では、紫外~可視光領域において最も長波長側にあるプラズモンピークの極大波長における吸光度が約1.9と、実験例2及び実験例3に比べて極めて高く、これより実験例1の金属系粒子集合体層は、極めて強いプラズモン共鳴を示すことがわかる。
On the other hand, the laminate of Experimental Example 1 has the longest wavelength in the ultraviolet to visible light region as shown in FIG. 5, although the average particle size of the silver particles constituting the laminate is about 300 nm (335 nm). It can be seen that the maximum wavelength of the plasmon peak on the side is around 450 nm, which is shifted to the short wavelength side.
The maximum wavelength of the plasmon peak also depends on the average particle size of the metallic particles. For example, Experimental Example 2 and Experimental Example 3 have a plasmon peak on the considerably longer wavelength side as compared with Experimental Example 1 due to the small average particle size, and their maximum wavelengths are about 510 nm and about 470 nm, respectively. be.
Further, in Experimental Example 1, the absorbance at the maximum wavelength of the plasmon peak on the longest wavelength side in the ultraviolet to visible light region is about 1.9, which is extremely higher than that of Experimental Example 2 and Experimental Example 3, which is higher than that of Experimental Example 1. It can be seen that the metal-based particle aggregate layer of the above exhibits extremely strong plasmon resonance.

<実施例1:有機EL素子の作製>
実験例1に従って積層体を作製した後ただちに、スピンオングラス(SOG)溶液を金属系粒子集合体層上にスピンコートして、平均厚み30nmの絶縁層を積層した。SOG溶液には、有機系SOG材料である東京応化工業株式会社製「OCD T-7 5500T」をエタノールで希釈したものを用いた。
<Example 1: Fabrication of organic EL element>
Immediately after preparing the laminate according to Experimental Example 1, a spin-on glass (SOG) solution was spin-coated on the metal-based particle aggregate layer, and an insulating layer having an average thickness of 30 nm was laminated. As the SOG solution, "OCD T-7 5500T" manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd., which is an organic SOG material, diluted with ethanol was used.

次に、イオンスパッタリング法により、アノード層としてのITO層(厚み20nm)を絶縁層上に積層した後、正孔注入層形成用溶液をアノード層上にスピンコートして、平均厚み20nmの正孔注入層を積層した。正孔注入層形成用溶液には、PLEXTRONICS社製、商品名「Plexcore AQ 1200」を、エタノールを用いて希釈したものを用いた。 Next, an ITO layer (thickness 20 nm) as an anode layer is laminated on the insulating layer by an ion sputtering method, and then a hole injection layer forming solution is spin-coated on the anode layer to form holes having an average thickness of 20 nm. The injection layers were laminated. As the hole injection layer forming solution, a solution obtained by diluting the trade name "Plexcore AQ 1200" manufactured by PLEXTRONICS with ethanol was used.

ついで、正孔輸送材料を含有するキシレン溶液を正孔注入層上にスピンコートして、20nm厚の正孔輸送層を形成した。正孔輸送材料は、特開2013-47315号公報に従って合成した高分子化合物である。
次に、正孔輸送層上に、真空蒸着法によって発光層としてのAlqを厚み30nmで成膜した。
Then, a xylene solution containing a hole transport material was spin-coated on the hole injection layer to form a hole transport layer having a thickness of 20 nm. The hole transport material is a polymer compound synthesized according to Japanese Patent Application Laid-Open No. 2013-47315.
Next, Alq 3 as a light emitting layer was formed on the hole transport layer by a vacuum vapor deposition method to a thickness of 30 nm.

その後、真空蒸着法により、電子注入層としてのNaF層(4nm厚)、カソード層としてのMg層(4nm厚)及びAg層(16nm厚)をこの順で発光層上に積層し、乾燥剤付きガラスで封止して、有機EL素子を得た。 Then, by a vacuum vapor deposition method, a NaF layer (4 nm thickness) as an electron injection layer, an Mg layer (4 nm thickness) and an Ag layer (16 nm thickness) as a cathode layer are laminated on the light emitting layer in this order, and a desiccant is attached. It was sealed with glass to obtain an organic EL element.

<実施例2:有機EL素子の作製>
発光層としてのAlqの厚みを45nmとしたこと以外は実施例1と同様にして有機EL素子を作製した。
<Example 2: Fabrication of organic EL element>
An organic EL device was produced in the same manner as in Example 1 except that the thickness of Alq 3 as a light emitting layer was 45 nm.

<比較例1~4:有機EL素子の作製>
発光層としてのAlqの厚みをそれぞれ65nm(比較例1)、80nm(比較例2)、120nm(比較例3)、145nm(比較例4)としたこと以外は実施例1と同様にして有機EL素子を作製した。
<Comparative Examples 1 to 4: Fabrication of Organic EL Element>
Organic as in Example 1 except that the thickness of Alq 3 as a light emitting layer was 65 nm (Comparative Example 1), 80 nm (Comparative Example 2), 120 nm (Comparative Example 3), and 145 nm (Comparative Example 4), respectively. An EL element was manufactured.

<参考例1~2、比較参考例1~4>
無アルカリガラス基板(0.7mm厚)上に、金属系粒子集合体層を形成することなく、絶縁層、アノード層、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子注入層及びカソード層を順に形成したこと以外はそれぞれ実施例1~2、比較例1~4と同様にして、金属系粒子集合体層を有しない参考例1~2、比較参考例1~4の有機EL素子を作製した(参考例1~2、比較参考例1~4はそれぞれ実施例1~2、比較例1~4に対応する)。
<Reference Examples 1 and 2, Comparative Reference Examples 1 and 4>
An insulating layer, an anode layer, a hole injection layer, a hole transport layer, a light emitting layer, an electron injection layer and a cathode layer without forming a metal-based particle aggregate layer on a non-alkali glass substrate (0.7 mm thick). The organic EL elements of Reference Examples 1 and 2 and Comparative Reference Examples 1 to 4 having no metal-based particle aggregate layer were prepared in the same manner as in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 4, respectively, except that the holes were formed in order. (Reference Examples 1 and 2 and Comparative Reference Examples 1 and 4 correspond to Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 4, respectively).

(光学的共振器長Mの算出)
実施例1~2及び比較例1~4の有機EL素子について、カソード層とアノード層との間の光学的共振器長Mを、下記の数値に基づき、上記式(7)~(9)に従って算出した。結果を表1に示す。
λ:530nm
n(λ):1.4(絶縁層)
1.9(アノード層)
1.63(正孔注入層)
1.75(発光層)
1.4(電子注入層)
(正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子注入層の厚み):上記のとおり
:1.4
:0.176
:3.291
(Calculation of optical cavity length M)
For the organic EL devices of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 4, the optical cavity length M between the cathode layer and the anode layer is set according to the above equations (7) to (9) based on the following numerical values. Calculated. The results are shown in Table 1.
λ: 530 nm
n (λ): 1.4 (insulating layer)
1.9 (anode layer)
1.63 (hole injection layer)
1.75 (light emitting layer)
1.4 (electron injection layer)
Li (thickness of hole injection layer, hole transport layer, light emitting layer, electron injection layer): as described above n s : 1.4
nm: 0.176
km : 3.291

(カソード層側からの発光の強度Aとアノード層側からの発光の強度Bとの比A/Bの取得)
参考例1~2、比較参考例1~4で作製した金属系粒子集合体層を有しない有機EL素子について上記比A/Bを求め、これらをそれぞれ実施例1~2、比較例1~4の有機EL素子に含まれる基礎有機EL素子の比A/Bとした。A/Bの値を表1に示す。
カソード層側からの発光の強度Aは、カソード層側が検出器に相対するように有機EL素子を装置にセットし、有機EL素子に対して0~12Vの電圧を掃引して印加したときの最大輝度効率(Cd/A)及び最大輝度効率となる電圧印加時の輝度(Cd/m)として測定した。
アノード層側からの発光の強度Bは、アノード層側(無アルカリガラス基板側)が検出器に相対するように金属系粒子集合体層を有しない有機EL素子を装置にセットし、該有機EL素子に対して0~12Vの電圧を掃引して印加したときの最大輝度効率(Cd/A)及び最大輝度効率となる電圧印加時の輝度(Cd/m)として測定した。
(Obtaining the ratio A / B of the emission intensity A from the cathode layer side and the emission intensity B from the anode layer side)
The above ratios A / B were obtained for the organic EL devices having no metal-based particle aggregate layer produced in Reference Examples 1 and 2 and Comparative Reference Examples 1 and 4, and these were used in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 4, respectively. The ratio A / B of the basic organic EL element contained in the organic EL element of. The A / B values are shown in Table 1.
The intensity A of light emission from the cathode layer side is the maximum when the organic EL element is set in the device so that the cathode layer side faces the detector and a voltage of 0 to 12 V is swept and applied to the organic EL element. It was measured as the luminance efficiency (Cd / A) and the luminance (Cd / m 2 ) when a voltage was applied, which was the maximum luminance efficiency.
For the intensity B of light emission from the anode layer side, an organic EL element having no metal-based particle aggregate layer is set in the apparatus so that the anode layer side (non-alkali glass substrate side) faces the detector, and the organic EL is set. It was measured as the maximum luminance efficiency (Cd / A) when a voltage of 0 to 12 V was swept and applied to the element and the luminance (Cd / m 2 ) when a voltage was applied, which was the maximum luminance efficiency.

(有機EL素子の最大輝度効率及び最大輝度効率となる電圧印加時の輝度の評価)
実施例1~2、比較例1~4の有機EL素子について、次の方法に従って、カソード層側から出射される光の最大輝度効率及び最大輝度効率となる電圧印加時の輝度(最大輝度)を測定し、評価した。
輝度測定装置を用いて、電圧を掃引して、有機EL素子の基板発光面から垂直上面方向にて観測される輝度(Cd/m)を測定した。
観測された輝度が1000Cd/mであったときの電流値(単位:A)を測定し、当該輝度をその電流値で割ってCd/A @1000Cd/mを求めた。
結果を表1に示す。実施例1及び実施例2の有機EL素子の最大輝度効率及び最大輝度効率となる電圧印加時の輝度は、比較例1~4の有機EL素子に比べて有意に向上していた。
(Evaluation of the maximum luminance efficiency of the organic EL element and the luminance when a voltage is applied, which is the maximum luminance efficiency)
For the organic EL elements of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 4, the brightness (maximum brightness) when a voltage is applied, which is the maximum brightness efficiency and the maximum brightness efficiency of the light emitted from the cathode layer side, is determined according to the following method. Measured and evaluated.
Using a brightness measuring device, the voltage was swept to measure the brightness (Cd / m 2 ) observed in the vertical upper surface direction from the substrate light emitting surface of the organic EL element.
The current value (unit: A) when the observed brightness was 1000 Cd / m 2 was measured, and the brightness was divided by the current value to obtain Cd / A @ 1000 Cd / m 2 .
The results are shown in Table 1. The brightness at the time of applying a voltage, which is the maximum luminance efficiency and the maximum luminance efficiency of the organic EL elements of Examples 1 and 2, was significantly improved as compared with the organic EL elements of Comparative Examples 1 to 4.

Figure 0007004613000005
Figure 0007004613000005

<実施例3:有機EL素子の作製>
厚み30nmのAlqを成膜する代わりに、発光材料を含有するキシレン溶液を正孔輸送層上にスピンコートして、厚み145nmの発光層を形成したこと以外は実施例1と同様にして有機EL素子を作製した。発光材料は、特開2012-216815号公報に記載の方法に従って合成した青色蛍光発光性の発光高分子材料である。
<Example 3: Fabrication of organic EL element>
Instead of forming an Alq 3 having a thickness of 30 nm, a xylene solution containing a light emitting material was spin-coated on the hole transport layer to form a light emitting layer having a thickness of 145 nm. An EL element was manufactured. The light emitting material is a blue fluorescent light emitting polymer material synthesized according to the method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2012-216815.

<比較例5:有機EL素子の作製>
無アルカリガラス基板(0.7mm厚)上に、金属系粒子集合体層の代わりに、厚み100nmのAg連続膜を真空蒸着法で形成したこと以外は実施例3と同様にして有機EL素子を作製した。
<Comparative Example 5: Fabrication of Organic EL Element>
An organic EL element was formed in the same manner as in Example 3 except that an Ag continuous film having a thickness of 100 nm was formed on a non-alkali glass substrate (thickness 0.7 mm) instead of the metal-based particle aggregate layer by a vacuum vapor deposition method. Made.

<参考例3>
無アルカリガラス基板(0.7mm厚)上に、金属系粒子集合体層を形成することなく、絶縁層、アノード層、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子注入層及びカソード層を順に形成したこと以外は実施例3と同様にして、金属系粒子集合体層を有しない参考例3の有機EL素子を作製した。
<Reference example 3>
An insulating layer, an anode layer, a hole injection layer, a hole transport layer, a light emitting layer, an electron injection layer and a cathode layer without forming a metal-based particle aggregate layer on a non-alkali glass substrate (0.7 mm thick). The organic EL element of Reference Example 3 having no metal-based particle aggregate layer was produced in the same manner as in Example 3 except that the particles were formed in order.

(光学的共振器長Mの算出)
実施例3の有機EL素子について、カソード層とアノード層との間の光学的共振器長Mを、下記の数値に基づき、上記式(7)~(9)に従って算出した。結果を表2に示す。
λ:475nm
n(λ):1.4(絶縁層)
1.9(アノード層)
1.63(正孔注入層)
1.8(正孔輸送層)
1.8(発光層)
1.4(電子注入層)
(正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子注入層の厚み):上記のとおり
:1.4
:0.176
:3.291
(Calculation of optical cavity length M)
For the organic EL element of Example 3, the optical cavity length M between the cathode layer and the anode layer was calculated according to the above equations (7) to (9) based on the following numerical values. The results are shown in Table 2.
λ: 475 nm
n (λ): 1.4 (insulating layer)
1.9 (anode layer)
1.63 (hole injection layer)
1.8 (hole transport layer)
1.8 (light emitting layer)
1.4 (electron injection layer)
Li (thickness of hole injection layer, hole transport layer, light emitting layer, electron injection layer): as described above n s : 1.4
nm: 0.176
km : 3.291

(カソード層側からの発光の強度Aとアノード層側からの発光の強度Bとの比A/Bの取得)
参考例3で作製した金属系粒子集合体層を有しない有機EL素子について上記比A/Bを求め、これを実施例3の有機EL素子に含まれる基礎有機EL素子の比A/Bとした。A/Bの値を表2に示す。A及びBの測定方法は上記と同じである。
(Obtaining the ratio A / B of the emission intensity A from the cathode layer side and the emission intensity B from the anode layer side)
The above ratio A / B was obtained for the organic EL element having no metal-based particle aggregate layer produced in Reference Example 3, and this was used as the ratio A / B of the basic organic EL element contained in the organic EL element of Example 3. .. The A / B values are shown in Table 2. The measurement methods for A and B are the same as described above.

(有機EL素子の最大輝度、最大輝度効率及び外部量子効率(EQE)の評価)
実施例3、比較例5の有機EL素子について、カソード層側から出射される光の最大輝度、最大輝度効率及び外部量子効率(EQE)を測定し、評価した。
最大輝度及び最大輝度効率の測定方法は、上記と同じである。外部量子効率(EQE)は、観測された輝度が1000Cd/mであったときの当該輝度、発光スペクトル、印加電圧及び電流量からEQE @1000Cd/mを求めた。
結果を表2に示す。実施例3の有機EL素子の最大輝度、最大輝度効率及びEQEは、比較例5の有機EL素子に比べて有意に向上していた。
(Evaluation of maximum brightness, maximum brightness efficiency and external quantum efficiency (EQE) of organic EL element)
The maximum luminance, maximum luminance efficiency and external quantum efficiency (EQE) of the light emitted from the cathode layer side were measured and evaluated for the organic EL elements of Example 3 and Comparative Example 5.
The method for measuring the maximum luminance and the maximum luminance efficiency is the same as described above. For the external quantum efficiency (EQE), EQE @ 1000 Cd / m 2 was obtained from the brightness, emission spectrum, applied voltage, and current amount when the observed brightness was 1000 Cd / m 2 .
The results are shown in Table 2. The maximum luminance, maximum luminance efficiency, and EQE of the organic EL element of Example 3 were significantly improved as compared with the organic EL element of Comparative Example 5.

Figure 0007004613000006
Figure 0007004613000006

1,2 有機EL素子、10 カソード層、20 発光層、30 アノード層、40 絶縁層、50 金属系粒子集合体層、51 金属系粒子、60 基板。 1, 2, organic EL element, 10 cathode layer, 20 light emitting layer, 30 anode layer, 40 insulating layer, 50 metal-based particle aggregate layer, 51 metal-based particles, 60 substrate.

Claims (8)

基礎有機エレクトロルミネッセンス素子と、前記基礎有機エレクトロルミネッセンス素子に対して付設される金属系粒子集合体層とを含む有機エレクトロルミネッセンス素子であって、
前記金属系粒子集合体層は、30個以上の金属系粒子が互いに離間して二次元的に配置されてなり、前記金属系粒子の平均粒径が200nm以上1600nm以下の範囲内であり、平均高さが55nm以上500nm以下の範囲内であり、前記平均高さに対する前記平均粒径の比で定義されるアスペクト比が1以上8以下の範囲内であり、隣り合う金属系粒子間の平均距離が1nm以上150nm以下の範囲内であり、
前記基礎有機エレクトロルミネッセンス素子は、カソード層、有機発光材料を含有する発光層及びアノード層をこの順に含み、
前記基礎有機エレクトロルミネッセンス素子は、前記カソード層側からの発光の強度Aと前記アノード層側からの発光の強度Bとの比A/Bが0.2以上であり、
前記カソード層と前記アノード層との間の光学的共振器長M(nm)が、いずれかの自然数mにおいて下記式(1)を満たす、有機エレクトロルミネッセンス素子。
Figure 0007004613000007

[式中、
Mは、前記カソード層と前記アノード層との間の光学的共振器長(nm)を表す。
mは、任意の自然数を表す。
λは、有機エレクトロルミネッセンス素子の発光スペクトルの最大ピークにおける極大波長(nm)を表す。]
An organic electroluminescence element including a basic organic electroluminescence element and a metal-based particle aggregate layer attached to the basic organic electroluminescence element.
The metal-based particle aggregate layer is formed by arranging 30 or more metal-based particles two-dimensionally apart from each other, and the average particle size of the metal-based particles is within the range of 200 nm or more and 1600 nm or less, and the average. The height is in the range of 55 nm or more and 500 nm or less, the aspect ratio defined by the ratio of the average particle size to the average height is in the range of 1 or more and 8 or less, and the average distance between adjacent metal particles. Is in the range of 1 nm or more and 150 nm or less,
The basic organic electroluminescence device includes a cathode layer, a light emitting layer containing an organic light emitting material, and an anode layer in this order.
The basic organic electroluminescence element has a ratio A / B of light emission intensity A from the cathode layer side and light emission intensity B from the anode layer side of 0.2 or more.
An organic electroluminescence element in which the optical cavity length M (nm) between the cathode layer and the anode layer satisfies the following formula (1) in any natural number m.
Figure 0007004613000007

[During the ceremony,
M represents the optical cavity length (nm) between the cathode layer and the anode layer.
m represents an arbitrary natural number.
λ represents the maximum wavelength (nm) at the maximum peak of the emission spectrum of the organic electroluminescence device. ]
前記カソード層、前記発光層、前記アノード層及び前記金属系粒子集合体層をこの順に含む、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 element according to claim 1, further comprising the cathode layer, the light emitting layer, the anode layer, and the metal-based particle aggregate layer in this order. 前記カソード層、前記発光層、前記アノード層、前記金属系粒子集合体層及び基板をこの順に含む、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 or 2, further comprising the cathode layer, the light emitting layer, the anode layer, the metal-based particle aggregate layer, and the substrate in this order. 前記アノード層と前記金属系粒子集合体層との間に絶縁層をさらに含む、請求項2又は3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 2 or 3, further comprising an insulating layer between the anode layer and the metallic particle aggregate layer. 前記金属系粒子が、紫外~可視光領域においてプラズモン共鳴可能な金属系材料で構成されている、請求項1~4のいずれか1項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 any one of claims 1 to 4, wherein the metal-based particles are made of a metal-based material capable of plasmon resonance in the ultraviolet to visible light region. 前記発光層の厚みが10nm以上である、請求項1~5のいずれか1項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 any one of claims 1 to 5, wherein the light emitting layer has a thickness of 10 nm or more. 前記アスペクト比が1を超える、請求項1~6のいずれか1項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 any one of claims 1 to 6, wherein the aspect ratio exceeds 1. 前記発光層は、前記金属系粒子集合体層から30nm以上離れた位置に配置されている、請求項1~7のいずれか1項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 any one of claims 1 to 7, wherein the light emitting layer is arranged at a position separated from the metallic particle aggregate layer by 30 nm or more.
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