JP6508875B2 - 有機ｅｌ素子、表示装置、画像処理装置、照明装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子、並びにこれを用いた表示装置、画像処理装置、照明装置及び画像形成装置に関する。

近年、数ボルト程度の低駆動電圧で自己発光する有機ＥＬ素子が注目を集めている。有機ＥＬ素子は、面発光特性、軽量、視認性といった優れた特徴を有する。そこでこれら優れた特長を活かすべく、薄型ディスプレイや照明器具、ヘッドマウントディスプレーとして用いられている。

ところで、有機ＥＬ素子の分野において解決すべき課題の１つとして光取り出し効率の改善がある。一般的な有機ＥＬ素子は、一対の電極間に発光層やこの発光層とは機能的に分離されている有機機能層を有する構造が採られているが、有機ＥＬ素子の光取り出し効率は２０％乃至３０％程度と言われている。これは、発光に寄与する発光層の屈折率が１．７乃至１．８程度と空気の屈折率よりも高いために、空気との界面において全反射が発生することがあり、これにより、実際に空気中に取り出される光が制限されることに一因がある。

特許文献１では、有機ＥＬ素子の光取り出し効率を向上させるために、レンズ等の光の方向を変化させる光取り出し部材（光取り出し手段）を設けることで、従来全反射する光をもまとめて取り出すことが開示されている。さらには、表示性能を改善する方法として、発光層と金属電極との光学距離を最小の干渉次数に規定することも提案している。

ところで、有機ＥＬ素子内での光の挙動は、例えば、非特許文献１にて紹介された光学シミュレーションで計算可能である。また、光学多層薄膜の反射率、透過率、位相シフト等の計算手法に関しては非特許文献２に開示されている。

特開２０１２−１３４１２８号公報

Ｓ．Ｎｏｗｙ ｅｔ．ａｌ．，Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ １０４，１２３１０９（２００８）． 小檜山光信著，「光学薄膜の基礎理論」，（日本），第２版，オプトロニクス社，２００３年７月２３日，ｐ．８３−１１３ Ｉ．Ｇｏｎｔｉｊｏ ｅｔ．ａｌ．，Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ Ｂ，Ｖｏｌ．６０，（１９９９），１１５６４

従来、有機ＥＬ素子の光取り出し効率を制限している主要因は、発光層の屈折率が高いことによる全反射によるものだと考えられてきた。しかしながら近年の研究により、発光層と金属膜（光反射電極）とが近接している場合は、励起子からのエネルギーが金属表面のプラズモンへと結合することによって当該励起子からのエネルギーが損失することが指摘されている。特に、発光層と金属電極との光学距離を最小の干渉次数に合わせて設定した場合、プラズモンへの結合に因むエネルギー損失が大きくなる。またこのプラズモンによるエネルギー損失は、光取り出し手段を設けても改善しないということが判明した。

本発明は、上述した課題を解決するためになされるものであり、その目的は、高効率な有機ＥＬ素子を提供することにある。

本発明の有機ＥＬ素子は、光反射電極と光透過性電極と、
前記光反射電極と前記光透過性電極との間に設けられる発光層と、を有し、
前記光反射電極と前記発光層との間に、前記発光層から射出される光の発光スペクトルの最大ピーク波長における屈折率が前記発光層よりも０．２以上低い低屈折率層が設けられており、前記光透過性電極の上に、前記発光層から射出された光の出射方向を変える光取り出し部材が設けられており、
前記発光層の最大発光面と前記光反射電極の反射面との間の光学距離Ｌについて下記式（１）を満たすことを特徴とする。

（式（１）において、λは、発光スペクトルの最大ピーク波長を表し、φは、光反射電極における位相シフト［ｄｅｇ］を表す。）

本発明によれば、高効率な有機ＥＬ素子を提供することができる。即ち、本発明の有機ＥＬ素子は、光反射電極の表面のプラズモンへのエネルギー損失を抑制しつつ、光取り出し部材との相乗効果により、従来よりも高効率な有機ＥＬ素子となる。

本発明の有機ＥＬ素子における第一の実施形態を示す模式図であり、（ａ）は、第一の例を示す断面図であり、（ｂ）は、第二の例を示す断面図である。 有機化合物層から光反射電極へ入射した光が光反射電極にて反射される際の位相シフトを示す図である。 発光層及びＨＴＬ１の屈折率の波長依存性を示すグラフである。 ＨＴＬ２の厚みと光学モードの割合との関係を示すグラフである。 ＨＴＬ２の厚みと光学モードの割合との関係を示すグラフである。 ＨＴＬの屈折率と光取り出し効率及びその相乗効果との関係を示す図である。 ＨＴＬ１の厚みと光学モードの割合との関係を示すグラフである。 ＨＴＬ１の屈折率と光取り出し効率及びその相乗効果との関係を示す図である。 有機ＥＬ素子とこの有機ＥＬ素子に接続されるスイッチング素子とを有する表示装置の例を示す断面模式図である。

本発明の有機ＥＬ素子は、光反射電極と光透過性電極と、光反射電極と光透過性電極との間に設けられる発光層と、を有する。

本発明において、光反射電極と発光層との間には、発光層から射出される光の発光スペクトルの最大ピーク波長における屈折率が発光層よりも低い低屈折率層が設けられている。本発明において、低屈折率層の屈折率は、発光層の屈折率よりも０．１以上低いことが好ましく、０．２以上低いことがより好ましい。

本発明において、低屈折率層は、少なくとも一層設けられる電荷注入輸送層としての機能を有するが、発光層と光反射電極との間に設けられる低屈折率層の数については、特に限定されない。つまり、発光層と光反射電極との間に設けられる低屈折率層は、一層であってもよいし、二層以上であってもよい。また発光層と光反射電極との間に低屈折率層が二層以上設けられる場合、複数ある低屈折率層の間には、低屈折率層と接するように高屈折率層が設けられていてもよい。ここで高屈折率層とは、低屈折率層と比較して高い屈折率を有する層である。より好ましくは、高屈折率層の屈折率は、発光層の屈折率と同じかあるいはそれ以上の屈折率である。この高屈折率層の屈折率は、低屈折率層の屈折率よりも０．１以上高いことが好ましく、０．２以上高いことが好ましい。

また本発明において、光透過性電極の上には、発光層から射出された光の出射方向を変える光取り出し部材が設けられている。尚、ここでいう光取り出し部材とは、例えば、発光層から出力された光を集光させるレンズ部材が挙げられる。

本発明において、発光層の最大発光面と光反射電極との間の光学距離Ｌについて下記式（１）が満たされている。

式（１）において、λは、発光スペクトルの最大ピーク波長を表し、φは、光反射電極における位相シフト［ｄｅｇ］を表す。

本発明において、光学距離Ｌについては、下記式（１’）を満たすことが、より好ましい。

式（１’）において、λ及びφは、それぞれ式（１）中のλ、φと同じである。

本発明において、発光層の最大発光面とは、発光層のうち発光強度が最も高い領域を意味する。ここで発光層の最大発光面は、理想的には、厚さがゼロの面領域であるが、通常は、多少の厚みを有する３次元領域である。ただし、ここでいう厚みは、例えば、上記式（１）の光学干渉条件を考える上で無視できるものである。尚、発光層の最大発光面の位置については、発光層内の電荷バランス等により、適宜設定することが可能である。

以下、図面を参照しながら、本発明に係る有機ＥＬ素子の実施の形態について説明する。尚、図面において特に図示されなかったり、以下の説明において特に記載されなかったりした部分については、当該技術分野の周知技術又は公知技術を適用することができる。また以下に説明する実施形態は、あくまでも本発明の実施形態の１つに過ぎないものであって、本発明はこれら実施形態に限定されるものではない。

図１は、本発明の有機ＥＬ素子における第一の実施形態を示す模式図であり、（ａ）は、第一の例を示す断面図であり、（ｂ）は、第二の例を示す断面図である。以下、主に図１（ａ）の有機ＥＬ素子１を参照しながら第一の実施形態について説明する。

［第一の実施形態］
図１（ａ）の有機ＥＬ素子１は、基板１０の上に、下部電極２１と、第一電荷注入輸送層２２と、発光層２３と、第二電荷注入輸送層２４と、上部電極２５と、がこの順に積層されてなる電子素子である。また図１（ａ）の有機ＥＬ素子１は、上部電極２５の上に、保護層３０と、光取り出し部材４０となるレンズと、が順次設けられている。一方、図１（ｂ）の有機ＥＬ素子２は、第一電荷注入輸送層２２と発光層２３との間に第三電荷注入輸送層２６が設けられていることを除いては図１（ａ）の有機ＥＬ素子と同じ構成である。以下、図１（ａ）の有機ＥＬ素子１を中心に説明する。

図１（ａ）の有機ＥＬ素子１において、下部電極２１は、光反射電極として機能する。このため、図１（ａ）の有機ＥＬ素子１は、基板１０とは反対の側から光を取り出すトップエミッション方式の有機ＥＬ素子である。ただし、本発明においてはこの態様に限定されるものではなく、上部電極２５を光反射電極とし基板１０側から光を取り出すボトムエミッション方式も当然に含まれる。

以下、図１（ａ）の有機ＥＬ素子の構成部材について説明する。尚、以下の説明においては、下部電極２１が陽極として機能する光反射電極膜であり、上部電極２５が陰極として機能する光透過性電極膜であることを前提とするものであるが、本発明は、この態様に限定されるものではない。

（１）基板
基板１０として、各種のガラス基板、シリコン基板等が挙げられる。本発明の有機ＥＬ素子を、有機ＥＬ表示装置の構成部材として利用する場合、基材上に形成されるＰｏｌｙ−Ｓｉやａ−Ｓｉ（アモルファスシリコン）等の半導体からなるＴＦＴ（薄膜トランジスタ）等の駆動回路（図示省略）を有する基板が用いられることがある。

（２）下部電極（光反射電極）
光反射電極である下部電極２１は、有機ＥＬ素子の発光効率を向上させる目的で、主に金属反射膜を有する電極層である。金属反射膜を構成する金属材料としては、反射率が高い金属材料が好ましい。反射率が高い金属材料として、具体的には、可視光における反射率が８５％以上である、Ａｌ、Ａｇ等の金属やその合金が挙げられる。また下部電極２１は、一層の金属反射膜のみであってもよいし、金属反射膜とこの金属反射膜をバリアするバリア層を兼ねる仕事関数の大きい材料との積層体であってもよい。バリア層の構成材料として、具体的には、インジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物等の透明導電層、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗ等の金属材料、ＭｏＯ₃等の金属酸化物等が挙げられる。

ここで光反射電極が金属反射膜のみからなる構成の場合、光反射電極の反射面は、金属反射膜と後述する有機化合物層との界面となる。一方、光反射電極が金属反射膜とバリア層とからなる積層体で構成される場合、光反射電極の反射面は、金属反射膜とバリア層との界面となる。つまり、光反射電極の反射面は、金属反射膜の発光層側の界面と定義することができる。

（３）電荷注入輸送層
電極（下部電極２１、上部電極２５）と発光層２３との間に設けられる電荷注入輸送層（２２、２４）は、電極が発光層に向けて放出する電荷の特性によって、正孔注入輸送層と電子注入輸送層との二種類に分かれる。ここで、正孔注入輸送層は、正孔注入層、正孔輸送層、電子ブロック層等の包括的概念であって、正孔注入層、正孔輸送層又は電子ブロック層を複数層積層してなる積層体も当然に含まれる。また、電子注入輸送層は、電子注入層、電子輸送層、正孔ブロック層等の包括的概念であって、電子注入層、電子輸送層又は正孔ブロック層を複数層積層してなる積層体も当然に含まれる。

図１（ａ）の有機ＥＬ素子１において、下部電極２１が陽極、上部電極２５が陰極である場合、下部電極２１と発光層２３との間に設けられる第一電荷注入輸送層２２は、正孔注入輸送層となる。一方、発光層２３と上部電極２５との間に設けられる第二電荷注入輸送層２４は、電子注入輸送層となる。

尚、図１（ａ）の有機ＥＬ素子１において、第一電荷注入輸送層２２（正孔注入輸送層）は、隣接する発光層２３と比較して屈折率が低く、低屈折率層として機能する。尚、ここで低屈折率層の機能については、後述する。また図１（ａ）の有機ＥＬ素子１において、第一電荷注入輸送層２２は、単一の層であってもよいし、二層以上からなる積層体であってもよい。ここで第一電荷注入輸送層２２が二層以上からなる積層体である場合、この積層体を構成する複数の層のうち少なくとも一層が低屈折率層である。

本発明において、有機ＥＬ素子を構成する電荷注入輸送層の数や各電荷注入輸送層に含まれる材料については特に限定されるものではなく、公知の電荷注入材料や電荷輸送材料を用いることができる。

（４）発光層
図１（ａ）の有機ＥＬ素子１において、発光層２３の構成材料である発光材料としては、蛍光材料であってもよいし燐光材料であってもよい。また発光層２３の発光色は、特に限定されるものではなく、例えば、赤色、緑色、青色、白色等が挙げられる。

尚、発光層２３の屈折率は、発光層２３の発光色、即ち、発光層２４から出力される光の波長帯域に依存する。例えば、発光層２４から出力される光の波長帯域が、青色波長帯域である４６０ｎｍ前後である場合、発光層２４の屈折率は、１．８乃至１．９程度である。一方、発光層２４から出力される光の波長帯域が、赤色波長帯域である６００ｎｍ前後である場合、発光層２４の屈折率は、１．７乃至１．８程度である。

（５）上部電極（光透過性電極）
光透過性の電極である上部電極２５は、透明導電材料からなる透明電極、金属材料を所定の厚みにて成膜してなる半透過金属膜等から形成され、透過率が６０％以上である電極である。

上部電極２５が光透過性電極である場合、上部電極２５の構成材料として、インジウム亜鉛酸化物、インジウム錫酸化物等の透明電極材料が挙げられる。尚、上部電極２６として、Ａｇ、Ｍｇ等の金属材料又は二種類の金属材料を組み合わせてなる合金を所定の厚みにして形成される半透過金属膜も当然に含まれる。ここで上部電極２６が半透過金属膜である場合、上部電極２６の厚みとしては、膜特性や光透過性の観点から、好ましくは、１０ｎｍ乃至２０ｎｍ程度である。

また第二電荷注入輸送層２４（電子注入輸送層）と上部電極２５との間に、電子注入性の観点から、アルカリ金属を含む電子注入層を設けたり、上部電極２５内にアルカリ金属を添加したりするのが好ましい。

（６）保護層
上部電極２５の上には、有機ＥＬ素子を空気中の酸素又は水分から保護するための保護層３０が設けられている。保護層３０は、光の透過率が高く、防湿性に優れた部材が好ましく、具体的には、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜等が挙げられる。ただし、非金属部材である保護層３０の屈折率が発光層２３よりも低いと、発光層２３と光取り出し部材４０との間に全反射界面が存在することになり好ましくない。従って、保護層３０の屈折率は、発光層２３よりも高いことが好ましい。

（７）光取り出し部材
光取り出し部材４０は、有機ＥＬ素子内に閉じ込められている光を空気中に取り出すことを目的として設けられる部材であり、例えば、光の出射方向を変化させる性質をも有する部材が用いられる。具体的には、レンズアレイ、回折格子、散乱層、プリズムシート等が挙げられるが、光の出射方向を変化させる機能を有する部材であれば上記の列挙した部材以外の部材でも用いることができる。光取り出し部材４０は、発光層から射出された光を集光するレンズアレイ等の集光部材が好ましい。

また光取り出し部材４０として、レンズアレイを設ける場合は、１つの有機ＥＬ素子に対して複数のレンズが設けられる構成であってもよいし、複数の有機ＥＬ素子に対して１つのレンズが設けられる構成であってもよい。また、レンズアレイを構成する１つのレンズは１つの有機ＥＬ素子に対応して設けられていてもよく、この場合には、有機ＥＬ素子の発光面の中心軸とレンズの中心軸が一致していることが好ましい。尚、光取り出し部材４０を設けると、有機ＥＬ素子内に閉じ込められ導波している光を空気中に取り出すことができるが、プラズモンに変換されたエネルギーを空気中に放射光として取り出すことはできない。そこで、以下に説明する光学干渉を利用する。

（８）光学干渉
次に、図１（ａ）の有機ＥＬ素子１に要求される光学干渉条件について説明する。尚、本発明にて要求される光学干渉条件は、発光層２３と下部電極２１とに起因する光学干渉条件である。

発光層２３から下部電極２１への方向における光学干渉条件としては、所望の波長において下部電極２１における反射光と発光層２３から下部電極２１を経由しないで上部電極２５へ進む光とで位相の整合がとれていることが重要である。発光層２３の最大発光面２３ａから下部電極２１の表面（反射性金属膜表面）までの光学距離Ｌについては、下記式（Ｉ）を満たせば、取り出したい波長λの光の正面方向の強度を強めることができる。

式（Ｉ）において、φは、反射時の位相シフト［ｄｅｇ］を表し、位相が遅れる方向をマイナスとする。

式（Ｉ）において、ｍは、０又は正の整数を表す。またｍは、干渉次数と呼ばれる定数である。ところで、ｍが大きくなると、スペクトルの狭帯域化や視野角特性の変動が大きくなるため、本発明においてはｍ＝０とするのが好ましい。式（Ｉ）において、ｍが０である場合、式（Ｉ）は、下記式（ＩＩ）に変形される。

式（Ｉ）及び（ＩＩ）中のφ（位相シフト）は、金属種と、金属種の表面に位置する層の屈折率によって異なるが、概ね−１００°乃至−１６０°程度である。

図２は、有機化合物層から光反射電極へ入射した光が光反射電極にて反射される際の位相シフトを示す図である。尚、図２は、位相シフトの光反射電極へ入射した光の波長の依存性を示す図でもある。また図２は、一般的な有機化合物層（λ＝４６０ｎｍ、ｎ＝１．８５）からＡｇ膜又はＡｌ膜へ入射した光が反射するときの位相シフトを示す図である。

ところで、式（Ｉ）及び（ＩＩ）中の光学距離Ｌは、発光層２３の最大発光面２３ａから反射性金属膜との間に設けられる層の屈折率（ｎ）×厚さ（ｄ）を総和することで求められる。尚、薄膜を積層した場合の位相シフト［ｄｅｇ］や反射率は、例えば、非特許文献２を参照して、一般的な光学多層薄膜の計算により求めることができる。

ただし、実際の有機ＥＬ素子では、正面からの光取り出し効率とトレードオフの関係にある視野角特性等も考慮すると、必ずしも光学距離Ｌより計算で求まる厚みと厳密に一致させる必要はない。具体的には、光学距離Ｌを用いて計算で求まる厚み値から±λ／８以内の誤差があってもよい。よって本発明の有機ＥＬ素子において、光学距離Ｌについては、下記数式（１）を満たすことを要する。

さらに、光学距離Ｌを用いて計算で求まる厚み値から±λ／１６以内の誤差範囲であることが好ましい。つまり、光学距離Ｌは、下記数式（１’）を満たすことが好ましい。

本発明においては、光学距離Ｌに関する要件の他に、（発光層２３から発する光の）発光スペクトルの最大ピーク波長における屈折率が発光層２３よりも低い低屈折率層を発光層２３と下部電極２１（光反射電極）との間に少なくとも１層設ける。こうすることで、プラズモンによるエネルギー損失を抑制することができる。その結果、光の出射方向を変化させる光取り出し部材に到達する光が増えるため、光取り出し部材を設けたときの効果と合わせた効果（相乗効果）を奏する。これにより、従来よりも高効率の有機ＥＬ素子を得られる。

ここで本実施形態における光学距離の設定条件について、光反射電極である陽極と発光層との間に二層の正孔注入輸送層（光反射電極側のＨＴＬ１、発光層側のＨＴＬ２）が設けられている有機ＥＬ素子を具体例として以下に考察する。また以下の説明は、光反射電極である陰極と発光層との間に電子注入輸送層が二層設けられている有機ＥＬ素子についても適用が可能である。また以下の説明においては、下記に示される条件を基に考察を行うものとする。
・下部電極：Ａｇ膜からなる光反射電極
・ＨＴＬ１及びＨＴＬ２の屈折率は、それぞれ異なる
・発光スペクトルの最大ピーク波長（λ）：４６０ｎｍ（青色発光）
・上部電極：厚み１２ｎｍのＡｇ膜からなる光透過性電極
・保護層：屈折率は、１．９（発光層の屈折率よりも大きい）

ここで下部電極（光反射電極）であるＡｇ膜の反射時の位相シフトは、図２より、λ＝４６０ｎｍにおいてφ≒−１０５°である。従って、このφ値を式（ＩＩ）に代入することより、Ｌは、約６７ｎｍと求まる。尚、このＬ値（約６７ｎｍ）は、いわゆる最適値である。

ここで発光層内における発光領域が、正孔注入輸送層（ＨＴＬ２）側に局在し、発光層の最大発光面が、発光層の光反射電極側界面から２ｎｍの位置にあるとする。そうすると、先程式（ＩＩ）を利用して、Ｌの最適値が約６７ｎｍと求まっているため、ＨＴＬ１とＨＴＬ２との光学距離の合計は約６５ｎｍとなる。

以下、ＨＴＬ１の厚み及びＨＴＬ２（低屈折率層）の厚みと各光学モードへの分配割合との関係について解析した結果を説明する。図３は、発光層及びＨＴＬ１の屈折率の波長依存性を示すグラフである。図３より、波長４６０ｎｍにおける発光層及びＨＴＬ１の屈折率は、いずれも１．８５程度である。尚、発光層内における発光領域は、正孔注入輸送層（ＨＴＬ２）側に局在しているとし、発光層内の最大発光面は、発光層の正孔注入輸送層（ＨＴＬ２）側界面から２ｎｍの位置にあるとする。またシミュレーションの際には、非特許文献１及び非特許文献２と同様の手法で実施した。

図４は、ＨＴＬ２の厚みと光学モードの割合との関係を示すグラフである。尚、図４のグラフは、ＨＴＬ２の屈折率を１．６０に設定したときのシミュレーションである。また図４のグラフにおいて、横軸が０の場合は、ＨＴＬ２の厚みが０ｎｍであることをいい、これは有機ＥＬ素子の構成部材としてＨＴＬ２が存在しないことを意味するものである。即ち、横軸が０の場合は、光反射電極（陽極）と発光層との間にＨＴＬ１のみが設けられる態様を示すものである。

図４より、光学モードは、ＳＰ、ＧＭ及びＯＣの３種類に分かれる。ここで、ＯＣ（ＯｕｔＣｏｕｐｌｉｎｇ）は、光取り出し部材を設けない場合における空気中への光取り出し効率を表す。ＧＭ（ＧｕｉｄｅＭｏｄｅ）は、保護層内に入射する光のうち空気界面における全反射により有機ＥＬ素子内を導波する光の割合を表す。ＳＰ（ＳｕｒｆａｃｅＰｌａｓｍｏｎ）は、下部電極及び上部電極における金属表面のプラズモンへ結合するエネルギーの割合を表す。尚、これら３つの光学モードの割合の合計は１００％にはならない、より具体的には、１００％未満である。このように上記３つの光学モードの合計が１００％とならないのは、発光層から出力された光に、臨界角度内の光であって空気中へ取り出される前に素子内で吸収された光が含まれているからである。

図４より、ＨＴＬ２の厚みが０ｎｍのときは、下部電極と発光層との間の層が、屈折率が発光層とほぼ同じであるＨＴＬ１のみであることを意味する。ＨＴＬ２の厚みが０ｎｍの場合、各光学モードの割合は、ＳＰ：約６０％、ＧＭ：約２２％、ＯＣ：約１４％となる。これは、励起子から生じる発光エネルギーの半分以上がプラズモンによる結合に変わっていることを意味する。従って、レンズ等の光取り出し部材を導入してＧＭモードの光を全て空気中に取り出せたとしても、光取り出し効率の最大値は約３６％にしかならない。

一方、図４より、ＨＴＬ２（低屈折率層）の厚みが増えると、増えた分だけＳＰモードの割合が一定の割合で減少し、ＧＭ及びＯＣの両モードの割合が一定の割合で増えることが分かる。これは、光反射電極（金属電極）表面の屈折率が小さくなるとプラズモンの波数が小さくなるため、プラズモンへの結合レートが低下し、ＳＰモードへの結合割合も小さくなるためである（非特許文献３参照）。またＳＰモードの割合の減少分は、ＯＣモード及びＧＭモードへ割り当てられるため、発光層と光反射電極との間に低屈折率層を配置すると、光取り出し効率という観点で重要なＯＣモード及びＧＭモードが増加する。図４においてＨＴＬ２の厚みが４０ｎｍ（ＨＴＬ１の厚みが０ｎｍ）のとき、各光学モードの分配は、それぞれ約４０％（ＳＰモード）、約３１％（ＧＭモード）、約２２％（ＯＣモード）である。この時、レンズ等の光取り出し部材を利用することによりＧＭモードの光を最大限空気中に取り出せたと仮定すると、光取り出し効率の最大値は、約５３％になる。つまり本発明の手法を用いることで、従来空気中に取り出すことのできないＳＰモードへ割り当てられるエネルギーを、光取り出し部材で取り出すことができるＯＣモード及びＧＭモードへ割り当てることが可能となる。

本実施形態における光取り出し効率（特に、光取り出し向上効果）を下記表１に示す。

表１において、光取り出し手段ありとした場合の光取り出し効率は、ＧＭモードの光を全て空気中に取り出せたものとして、ＯＣモードの割合とＧＭモードの割合とを合算した値である。一方、光取り出し手段なしとした場合の光取り出し効率は、ＯＣモードの割合をそのまま採用している。

表１より、光取り出し部材による効率向上効果は２２％（３６％−１４％＝２２％）、低屈折率層による効率向上効果は８％（２２％−１４％＝８％）であることが分かる。また表１より、光取り出し部材と低屈折率層とを組み合わせた場合における効率向上効果は３９％（５３％−１４％＝３９％）である。この値は、それぞれの効果を単純に足しわせた値（３０％）よりも大きい値である。これは、光取り出し部材及び低屈折率層を組み合わせることによる光取り出し効率向上の効果が、光取り出し部材による光取り出し効率向上の効果と低屈折率層による光取り出し効率向上の効果との単なる足し合わせではないことを示すものである。この原因は、ＧＭモードに因む相乗効果による。即ち、低屈折率層の導入によって増加するＧＭ成分は、それだけではＯＣ成分の増加に寄与しないが、光取出し部材によって新たにＯＣ成分に変換される。このモードの変換（ＧＭ→ＯＣ）により、光取り出し効率が向上することで素子自体の発光効率が向上する。

次に、ＨＴＬ２の屈折率を発光層よりも０．１低い１．７５の場合において、同様に計算した。図５は、ＨＴＬ２の厚みと光学モードの割合との関係を示すグラフである。尚、図５のグラフは、ＨＴＬ２の屈折率を１．７５に設定したときのシミュレーションである。このシミュレーションを基に光取り出し効率の評価を行う。下記表２は、その評価結果を示すものである。

図５より、ＨＴＬ２の屈折率が１．７５の場合でも、ＨＴＬ２の屈折率が１．６の場合と同様に、低屈折率層（ＨＴＬ２）の厚みが増加すると、ＳＰモードの割合が減少する一方で、ＯＣモード及びＧＭモードの各割合が増加していることが分かる。また表２より、光取り出し部材による効率向上効果は２２％（３６％−１４％＝２２％）、低屈折率層による効率向上効果は３％（１７％−１４％＝３％）であることが分かる。また表２より、光取り出し部材と低屈折率層とを組み合わせた場合における効率向上効果は２８％（４２％−１４％＝２８％）である。この値は、それぞれの効果を単純に足しわせた値（２５％）よりも大きい値である。

図６は、ＨＴＬの屈折率と光取り出し効率及びその相乗効果との関係を示す図である。尚、図６で示されるＨＴＬは、図４及び図５中のＨＴＬ２と同じである。また図６のグラフは、下部電極（光反射電極）と発光層との間にＨＴＬのみが設けられている有機ＥＬ素子を対象としたものである。

また図６において、光取り出し部材ありの場合の光取り出し効率は、ＧＭモードの光を全て空気中に取り出せたという観点から、ＯＣモードとＧＭモードとを合算した値としている。また、光取り出し部材と低屈折率層を組み合わせた場合の光取り出し効率値と、それぞれの効果を単純に足しわせた値との差分を相乗効果として別途プロットする。図６は、ＨＴＬ全層の屈折率が、１．４５、１．６、１．７５、１．８５又は２．０である場合における光取り出し効率について示している。図６より、ＨＴＬの屈折率が低くなるほど、光取り出し効率の値及び相乗効果は大きくなることが分かる。

また図６は、ＨＴＬとして従来一般的な有機層よりも屈折率が低い層を用いれば、光取り出し効率が向上することを示している。具体的には、ＨＴＬの屈折率を、従来用いられる有機化合物層の屈折率よりも０．１以上低ければ、光取り出し効率はより向上し、光取り出し部材も採用したことによる相乗効果も大きくなるので、好ましい。

以上より、本発明においては、低屈折率層について、その屈折率をできるだけ低くし、その厚みをできるだけ厚くするのが好ましい。尚、低屈折率層が正孔注入輸送層である場合、屈折率の低い正孔輸送材料としては、例えば、下記に示される化合物２が挙げられる。

化合物２は、正孔輸送性を有するトリアリールアミン系骨格の末端に嵩高い官能基であるｔｅｒｔ−ブチル基が導入されている化合物である。嵩高いｔｅｒｔ−ブチル基を導入することで成膜された膜の膜密度が疎になるので、膜自体の屈折率を低くすることができる。他にも、例えば、末端に長鎖アルキル基を導入したり、フッ素を含む官能基を導入したりすることでも低屈折率化の効果が期待できる。尚、この方法は、光反射電極（下部電極２１）と発光層２４との間に設けられる電荷注入輸送層が電子注入輸送層である場合でも適用が可能である。

また別法として、正孔輸送性材料等の電荷注入輸送性材料に低屈折率材料をドープする方法がある。この方法を用いる場合、低屈折率材料としては、有機材料であってもよいし無機材料であってもよい。一例として、下記に示される化合物１（正孔輸送性材料）に、低屈折率材料である化合物２又はフッ化リチウムを混合した膜について説明する。

化合物１は、波長４６０ｎｍにおける屈折率は１．９０であるが、表３及び表４に示されるように、低屈折率材料（化合物２、ＬｉＦ）をドープさせることにより、定量的に屈折率が変化（減少）する。

以上のように、電荷注入輸送性材料に低屈折率材料をドープする方法では、定量的に屈折率を変化させることができるので、電荷注入輸送層の定量的な低屈折率化が可能である。尚、低屈折率材料のドープ方法としては、対象となる層の形成方法により適宜選択することができる。具体的には、蒸着法等の乾式成膜法により層を形成する場合は、通常の共蒸着法で実施することができる。一方、塗布法等の湿式成膜法により層を形成する場合は、層の構成材料を所定の比率で溶媒と共に混合させた上で、塗布法等により成膜すればよい。

ところで、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素系ポリマーを用いて、低屈折率層となる電荷注入輸送層を形成してもよい。フッ素系ポリマーからなる層は、塗布法等の湿式成膜法により成膜されるが、屈折率１．３０前後の低屈折率膜を成膜することができる。尚、フッ素系ポリマーよりも屈折率が低い固体材料はないと考えられるので、低屈折率層の実質的な屈折率の下限としては、１．３程度になると考えられる。

［第二の実施形態］
次に、第二の実施形態について説明する。第二の実施形態では、取り出す光が白色光である有機ＥＬ素子に係るものである。

本実施形態において、発光層２３の構成材料としては、公知の材料を用いることができる。また本実施形態において発光層は、複数の層からなる積層体であってもよいし、複数の発光ドーパントが混合している単一の層であってもよい。有機ＥＬ素子において、白色光を出力させるには、発光層から出力される光において、赤色波長帯域である６００ｎｍ近傍、緑色波長帯域である５３０ｎｍ近傍及び青色の波長帯域である４６０ｎｍ近傍において所定の発光強度を有することを要する。ところで、白色光は、可視波長帯域（４００ｎｍ乃至７００ｎｍ）に発光ピークを１つ以上有するのが一般的であるが、本実施形態においては、λ＝５４０ｎｍにおいて最大発光ピークを有する白色光を具体例として説明する。

ここで本実施形態における光学距離の設定条件について、光反射電極である陽極と発光層との間に二層の正孔注入輸送層（光反射電極側のＨＴＬ１、発光層側のＨＴＬ２）が設けられている有機ＥＬ素子を具体例として以下に考察する。また以下の説明は、光反射電極である陰極と発光層との間に電子注入輸送層が二層設けられている有機ＥＬ素子についても適用が可能である。また以下の説明においては、下記に示される条件を基に考察を行うものとする。
・下部電極：Ａｌ膜からなる光反射電極
・ＨＴＬ１及びＨＴＬ２の屈折率は、それぞれ異なる
・発光スペクトルの最大ピーク波長（λ）：５４０ｎｍ（白色発光）
・上部電極：インジウム亜鉛酸化物膜からなる光透過性電極
・保護層：屈折率は、１．９（発光層の屈折率よりも大きい）

ここで下部電極（光反射電極）であるＡｌ膜の反射時の位相シフトは、図２より、λ＝４６０ｎｍにおいてφ≒−１５０°である。従って、このφ値を式（ＩＩ）に代入することより、Ｌは、約１１２ｎｍと求まる。尚、このＬ値（約１１２ｎｍ）は、いわゆる最適値である。

以下、ＨＴＬ１（低屈折率層）の厚み及びＨＴＬ２の厚みと各光学モードへの分配割合との関係について解析した結果を説明する。尚、発光層内における発光領域は、正孔注入輸送層（ＨＴＬ２）側に局在しているとし、発光層内の最大発光面は、発光層の正孔注入輸送層（ＨＴＬ２）側界面から２ｎｍの位置にあるとする。またシミュレーションの際には、非特許文献１及び非特許文献２と同様の手法で実施した。

図７は、ＨＴＬ１の厚みと光学モードの割合との関係を示すグラフである。尚、図７のグラフは、ＨＴＬ１の屈折率を１．５７に設定したときのシミュレーションである。また図７のグラフにおいて、横軸が０の場合は、ＨＴＬ１の厚みが０ｎｍであることをいい、これは有機ＥＬ素子の構成部材としてＨＴＬ１が存在しないことを意味するものである。即ち、横軸が０の場合は、光反射電極（陽極）と発光層との間にＨＴＬ２のみが設けられる態様を示すものである。図７においては、光学距離Ｌが約１１２ｎｍとなるようＨＴＬ１及びＨＴＬ２の各厚みを調整するものである。

図７より、ＨＴＬ１の厚みが０ｎｍのときは、下部電極と発光層との間の層が、屈折率が発光層とほぼ同じであるＨＴＬ２のみであることを意味する。ＨＴＬ１の厚みが０ｎｍの場合、各光学モードの割合は、ＳＰ：約３２％、ＧＭ：約４６％、ＯＣ：約２０％となる。これは、励起子から生じる発光エネルギーの約１／３がプラズモンによる結合に変わっていることを意味する。ところで、プラズモンへの結合は短波長側の発光ほど多くなる傾向があるため、第一の実施形態（青色有機ＥＬ素子）と比較して、本実施形態ではプラズモンへの結合割合が比較的少ない。

また図７より、ＨＴＬ１（低屈折率層）の厚みを増やすとＳＰモードの割合が減少し、ＧＭモード及びＯＣモードの割合が増えることが示されている。従って、低屈折率層の厚みは厚い方が好適であるが、本実施形態の場合では、厚みの観点で、下部電極（光反射電極）と発光層との間に設けられる層の半分以上が低屈折率層であれば、本発明の効果は十分に発現する。

本実施形態における光取り出し効率（特に、光取り出し向上効果）を下記表５に示す。

表５において、光取り出し手段ありとした場合の光取り出し効率は、ＧＭモードの光を全て空気中に取り出せたものとして、ＯＣモードの割合とＧＭモードの割合とを合算した値である。一方、光取り出し手段なしとした場合の光取り出し効率は、ＯＣモードの割合をそのまま採用している。尚、本実施形態において、ＨＴＬ１（低屈折率層）の厚みが７０ｎｍであることは、下部電極（光反射電極）と発光層との間に設けられる層がＨＴＬ１のみであることを示す。

表５より、光取り出し部材による効率向上効果は４６％（６６％−２０％＝４６％）、厚み７０ｎｍの低屈折率層を設けたことによる効率向上効果は６％（２６％−２０％＝６％）であることが分かる。また表５より、厚み７０ｎｍの低屈折率層を設けた場合において、光取り出し部材による効率向上効果は６６％（９２％−２６％＝６６％）である。以上、表５より、低屈折率層によるプラズモン抑制効果と光取り出し部材による導波光の取り出し効果の相乗効果により、本発明の有機ＥＬ素子の発光効率が従来と比較して大きいことがわかる。特に、光取り出し部材を導入したことによる発光効率向上の効果は大きい。

ところで、ＨＴＬ１の厚みを４０ｎｍとした場合、光取り出し部材による効率向上効果は６３％（８６％−２３％＝６３％）である。この効果（光取り出し部材による発光効率向上効果）の度合いは、低屈折率層がない場合と比較して十分大きく、ＨＴＬ１の厚みを７０ｎｍとした場合とほぼ同程度である。従って、下部電極と発光層との間に設けられる低屈折率層の厚みが下部電極と発光層との距離の半分以上であれば、本発明の効果は十分に発現すると言える。

図８は、ＨＴＬの屈折率と光取り出し効率及びその相乗効果との関係を示す図である。尚、図８で示されるＨＴＬは、図７中のＨＴＬ１と同じである。また図８のグラフは、下部電極（光反射電極）と発光層との間にＨＴＬのみが設けられている有機ＥＬ素子を対象としたものである。

また図８において、光取り出し部材ありの場合の光取り出し効率は、ＧＭモードの光を全て空気中に取り出せたという観点から、ＯＣモードとＧＭモードとを合算した値としている。また、光取り出し部材と低屈折率層を組み合わせた場合の光取り出し効率値と、それぞれの効果を単純に足しわせた値との差分を相乗効果として別途プロットする。図８は、ＨＴＬ全層の屈折率が、１．４３、１．５７、１．７、１．８又は１．９５である場合における光取り出し効率について示している。図８より、ＨＴＬの屈折率が低くなるほど、光取り出し効率の値及び相乗効果は大きくなることが分かる。

また図８は、ＨＴＬとして従来一般的な有機層よりも屈折率が低い層を用いれば、光取り出し効率が向上することを示している。具体的には、ＨＴＬの屈折率が従来用いられる有機化合物層の屈折率よりも０．１以上低ければ、光取り出し効率はより向上し、光取り出し部材も採用したことによる相乗効果も大きくなるので、好ましい。

尚、本実施形態のように、白色発光を用いる場合、特定の波長帯域の発光強度が強くなると、所望の白色が得られなくなるため、広帯域にわたって干渉効果を作用させることが好ましい。前述したように、本発明においてはｍ＝０の干渉次数を採用しているため、干渉によるスペクトルの狭帯域化、及び視野角特性の悪化を抑制することができる。従って、本発明は白色発光を呈する有機ＥＬ素子に特に有効であり、白色発光を用いるアプリケーションにおいて好適な発明である。

以上の実施形態は、トップエミッション構成の有機ＥＬ素子を対象とするものであるが、本発明は、基板側から光を取り出すボトムエミッション構成の有機ＥＬ素子をも対象とすることができる。

ボトムエミッション構成の有機ＥＬ素子においては、基板の光取り出し側（有機ＥＬ素子の構成部材が設けられていない側）に光取り出し手段を形成する。係る場合には、発光層と光取り出し手段との間に全反射界面を存在させないために、非金属部材である基板の屈折率は発光層よりも屈折率の高いことが好ましい。また本発明は、発光層を２つの層として、これら発光層の間に電荷を発生させる層を有するタンダム型の有機ＥＬ素子においても有効である。一般的にタンダム型においては、光反射電極に近い方の発光層が式（１）を満たすことにより、発光層と光反射電極との間に低屈折率層を配置することで本発明の効果は得られる。

本発明において、低屈折率層の厚みは、式（１）を満たす範囲でできる限り厚いことが好ましいが、発光層と光反射電極との間の光学距離に対して半分以上の光学厚みを有するように低屈折率層の厚みを設定すれば本発明の効果を奏すると言える。また従来から常用されている有機化合物層の屈折率は、図３に示す値とほぼ同等である。このため、低屈折率層の屈折率は、４６０ｎｍにおいては１．７５以下、５４０ｎｍにおいては１．７以下、６００ｎｍにおいては１．６５以下が目安となる。尚、屈折率は、分光エリプソ等公知の技術を用いることでの測定可能である。

［有機ＥＬ素子の用途］
本発明の有機ＥＬ素子は、表示装置や照明装置の構成部材として用いることができる。他にも、電子写真方式の画像形成装置の露光光源や液晶表示装置のバックライト、白色光源にカラーフィルターを有する発光装置等の用途がある。カラーフィルターは例えば赤、緑、青の３つの色が透過するフィルターが挙げられる。

本発明の表示装置は、本発明の有機ＥＬ素子を表示部に有する。尚、この表示部は複数の画素を有する。

そしてこの画素は、本発明の有機ＥＬ素子と、発光輝度を制御するための能動素子（スイッチング素子）又は増幅素子の一例であるトランジスタとを有し、この有機ＥＬ素子の陽極又は陰極とトランジスタのドレイン電極又はソース電極とが電気接続されている。ここで表示装置は、ＰＣ等の画像表示装置として用いることができる。上記トランジスタとして、例えば、ＴＦＴ素子が挙げられ、このＴＦＴ素子は、例えば、基板の絶縁性表面に設けられている。またこのＴＦＴ素子は、透明酸化物半導体からなる電極を有するのが好ましい。

表示装置は、エリアＣＣＤ、リニアＣＣＤ、メモリーカード等からの画像情報を入力する画像入力部を有し、入力された画像を表示部に表示する画像情報処理装置でもよい。

また、撮像装置やインクジェットプリンタが有する表示部は、タッチパネル機能を有していてもよい。このタッチパネル機能の駆動方式は特に限定されない。

本発明の撮像装置は、本発明の表示装置と、撮像素子と、を有する装置であり、本発明の表示装置は、撮像素子によって撮影した影像に関する情報を表示する表示部に含まれている。

また表示装置はマルチファンクションプリンタの表示部に用いられてもよい。

照明装置は例えば室内を照明する装置である。照明装置は白色（色温度が４２００Ｋ）、昼白色（色温度が５０００Ｋ）、その他青から赤のいずれの色を発光するものであってもよい。

本発明の照明装置は、本発明の有機ＥＬ素子と、この有機ＥＬ素子と接続し有機ＥＬ素子に駆動電圧を供給するＡＣ／ＤＣコンバーター回路（交流電圧を直流電圧に変換する回路）とを有している。尚、この照明装置は、カラーフィルターをさらに有してもよい。

本発明の画像形成装置は、感光体とこの感光体の表面を帯電させる帯電部と、感光体を露光して靜電潜像を形成するための露光部と、感光体の表面に形成された静電潜像を現像するための現像器とを有する画像形成装置である。ここで画像形成装置に備える露光手段は、本発明の有機ＥＬ素子を含んでいる。

また本発明の有機ＥＬ素子は、感光体を露光するための露光機の構成部材（発光部材）として使用することができる。本発明の有機ＥＬ素子を有する露光機は、例えば、本発明の有機ＥＬ素子を所定の直線方向に沿って列を形成して配置されている露光機がある。

次に、図面を参照しながら本発明の表示装置につい説明する。図９は、有機ＥＬ素子とこの有機ＥＬ素子に接続されるスイッチング素子とを有する表示装置の例を示す断面模式図である。尚、図９の表示装置３を構成する有機ＥＬ素子として、本発明の有機ＥＬ素子が用いられている。

図９の表示装置３は、ガラス等の基板５１とその上部にスイッチング素子となるＴＦＴ素子５８又は有機化合物層を保護するための防湿膜５２が設けられている。また符号５３は金属のゲート電極５３である。符号５４はゲート絶縁膜５４であり、５５は半導体層である。

ＴＦＴ素子５８は、半導体層５５とドレイン電極５６とソース電極５７とを有している。ＴＦＴ素子５８の上部には絶縁膜５９が設けられている。コンタクトホール６０を介して有機ＥＬ素子を構成する陽極６１とソース電極５７とが接続されている。

尚、有機ＥＬ素子に含まれる電極（陽極、陰極）とＴＦＴに含まれる電極（ソース電極、ドレイン電極）との電気接続の方式は、図９に示される態様に限られるものではない。つまり陽極又は陰極のうちいずれか一方とＴＦＴ素子ソース電極又はドレイン電極のいずれか一方とが電気接続されていればよい。

図９の表示装置３では多層の有機化合物層を１つの層の如く図示をしているが、有機化合物層６２は、複数層であってよい。陰極６３の上には有機ＥＬ素子の劣化を抑制するための第一の保護層６４や第二の保護層６５が設けられている。

図９の表示装置３が白色を発する表示装置の場合、図９中の有機化合物層６２に含まれる発光層は、赤色発光材料、緑色発光材料及び青色発光材料を混合してなる層としてもよい。また赤色発光材料からなる層、緑色発光材料からなる層、青色発光材料からなる層をそれぞれ積層させてなる積層型の発光層としてもよい。さらに別法として、赤色発光材料からなる層、緑色発光材料からなる層、青色発光材料からなる層を横並びにするなりして一の発光層の中にドメインを形成した態様であってもよい。

図９の表示装置３ではスイッチング素子としてトランジスタを使用しているが、これに代えてＭＩＭ素子をスイッチング素子として用いてもよい。

また図９の表示装置３に使用されるトランジスタは、単結晶シリコンウエハを用いたトランジスタに限らず、基板の絶縁性表面上に活性層を有する薄膜トランジスタでもよい。活性層として単結晶シリコンを用いた薄膜トランジスタ、活性層としてアモルファスシリコンや微結晶シリコン等の非単結晶シリコンを用いた薄膜トランジスタ、活性層としてインジウム亜鉛酸化物やインジウムガリウム亜鉛酸化物等の非単結晶酸化物半導体を用いた薄膜トランジスタであってもよい。尚、薄膜トランジスタはＴＦＴ素子とも呼ばれる。

図９の表示装置３に含まれるトランジスタは、Ｓｉ基板等の基板内に形成されていてもよい。ここで基板内に形成されるとは、Ｓｉ基板等の基板自体を加工してトランジスタを作製することを意味する。つまり、基板内にトランジスタを有することは、基板とトランジスタとが一体に形成されていると見ることもできる。

基板内にトランジスタを設けるかどうかについては、精細度によって選択される。例えば１インチでＱＶＧＡ程度の精細度の場合はＳｉ基板内に有機ＥＬ素子を設けることが好ましい。

以上の説明の通り、本発明の有機ＥＬ素子を用いた表示装置を駆動することにより、良好な画質で、長時間安定な表示が可能になる。

［実施例１］
図１（ａ）に示される有機ＥＬ素子を以下に示す方法で作製した。尚、本実施例で作製される有機ＥＬ素子は、青色有機ＥＬ素子である。また本実施例で使用される化合物の一部を以下に示す。

（１）基板
まずガラス基材上に、低温ポリシリコンからなるＴＦＴ駆動回路（図示省略）を形成した。次に、このＴＦＴ駆動回路の上に、アクリル樹脂を成膜して平坦化膜（図示省略）を形成した。このように、ガラス基材上にＴＦＴ駆動回路と平坦化膜とが順次形成された基板（基板１０）を次の工程に使用した。

（２）下部電極（光反射電極、陽極）の形成工程
次に、スパッタリング法により、基板１０の上に、Ａｇ合金を成膜してＡｇ合金膜を形成した。このときＡｇ合金膜の厚みを１５０ｎｍとした。次に、発光領域に合わせてＡｇ合金膜をパターニングすることにより、下部電極２１を形成した。尚、本実施例において、下部電極２１は、光反射電極かつ陽極として機能する。

次に、スピンコート法により、基板１０及び下部電極２１上に、ポリイミド系樹脂を成膜してポリイミド膜を形成した。次に、フォトリソグラフィ法を用いて発光領域が開口部になるようにポリイミド膜のパターニングを行った。

（３）正孔注入／輸送層の形成工程
次に、真空蒸着法により、下部電極２１の上に、化合物２（正孔輸送材料、λ＝４６０ｎｍにおける屈折率は、１．６５である。）を成膜して正孔注入／輸送層（第一電荷注入輸送層２２）を形成した。このとき正孔注入／輸送層の厚みを３７ｎｍとした。

（４）発光層の形成工程
次に、正孔注入／輸送層の上に、化合物４（ホスト）と化合物５（ドーパント）とを共蒸着することにより発光層２３を形成した。このとき発光層２３の厚みを１５ｎｍとし、ホスト及びドーパントの成膜速度を、それぞれ０．９８Å／ｓ（ホスト）、０．０２Å／ｓ（ドーパント）とした。尚、波長４６０ｎｍにおける発光層２３の屈折率（ｎ）は、１．８５である。

（５）電子注入／輸送層の形成工程
次に、真空蒸着法により、発光層２３の上に化合物６を厚み１０ｎｍで成膜した。次に、化合物６とＣｓとの共蒸着膜を厚み２０ｎｍ形成した。尚、化合物６のみからなる層と化合物６とＣｓとを有する層とからなる積層体は、電子注入／輸送層（第二電荷注入輸送層２４）として機能する。また電子注入／輸送層に化合物６とＣｓとを有する層を含ませるのは、電子の注入性を確保するためである。

（６）上部電極（光透過性電極、陰極）の形成工程
次に、スパッタ法により、電子注入／輸送層の上に、Ａｇを成膜して上部電極２５を形成した。このとき上部電極２５の厚みを１２ｎｍとした。尚、本実施例において、上部電極２５は、光透過性電極かつ陰極として機能する。

（７）保護層の形成工程
次に、ＣＶＤ法により、上部電極２５の上にＳｉＮを成膜して保護層３０を形成した。このとき保護層３０の厚みを２μｍとした。

（８）光取り出し部材の形成工程
最後に、保護層３０の上にレンズアレイシートを貼り付けた。尚、レンズアレイシートは、集光手段４０として機能する。以上のようにして有機ＥＬ素子を作製した。

（９）素子の評価
得られた素子について外部量子収率の評価を行った。結果を表６に示す。

［比較例１］
実施例１（３）において、下記に示される工程により正孔注入／輸送層を形成したことを除いては、実施例１と同様の方法により有機ＥＬ素子を作製した。

（正孔注入／輸送層の形成工程）
下部電極２１上に、化合物１（λ＝４６０ｎｍにおける屈折率が約１．８５）を成膜して正孔注入／輸送層を形成した。このとき正孔注入／輸送層の厚みを３２ｎｍとした。

得られた素子について、実施例１と同様の方法により、外部量子収率の評価を行った。結果を表６に示す。

＜素子の評価＞
表６より、外部量子収率の観点で実施例の有機ＥＬ素子が比較例の有機ＥＬ素子よりも優れていることが分かった。また表６より、正孔注入／輸送層として低屈折率層を導入した場合、外部量子効率は１．１％（３．９％−２．８％＝１．１％）向上している。一方、光取り出し部材であるレンズアレイを導入した場合、外部量子効率は３％（５．８％−２．８％＝３％）向上している。また正孔注入／輸送層として低屈折率層を導入し、かつレンズアレイを導入した場合、外部量子効率は４．７％（７．５％−２．８％＝４．７％）向上した。つまり、低屈折率層及びレンズアレイを導入した場合の外部量子効率向上値は、低屈折率層の導入による外部量子効率向上値とレンズアレイの導入による外部量子効率向上値とを単純に足し合わせたもの（４．１％）よりも高いことがわかった。

これは、低屈折率層によるプラズモン抑制効果と光取り出し部材による導波光の効率的な光取り出し効果とが相乗効果を示しているものと考えられる。

［実施例２］
図１（ｂ）に示される有機ＥＬ素子を以下に示す方法で作製した。尚、本実施例で作製される有機ＥＬ素子は、白色有機ＥＬ素子である。

（１）基板
まず実施例１（１）と同様の方法により、基板１０を作製した。

（２）下部電極（光反射電極、陽極）の形成工程
次に、スパッタリング法により、基板１０の上に、Ａｌ合金を成膜してＡｌ合金膜を形成した。このときＡｇ合金膜の厚みを１５０ｎｍとした。次に、Ａｌ合金膜の上に、Ｍｏを成膜してＭｏ膜を形成した。このときＭｏ膜の厚みを５ｎｍとした。次に、発光領域に合わせてＡｌ合金膜とＭｏ膜とがこの順に積層されてなる積層電極膜をパターニングすることにより、下部電極２１を形成した。尚、本実施例において、下部電極２１は、光反射電極かつ陽極として機能する。

次に、スピンコート法により、基板１０及び下部電極２１上に、ポリイミド系樹脂を成膜してポリイミド膜を形成した。次に、フォトリソグラフィ法を用いて発光領域が開口部になるようにポリイミド膜のパターニングを行った。

（３）正孔注入／輸送層等の形成工程
次に、下部電極２１の上に、化合物１とＬｉＦとを、６０：４０の質量混合比率で共蒸着することにより、正孔注入／輸送層（第一電荷注入輸送層２２）を形成した。このとき正孔注入／輸送層の厚みを５５ｎｍとした。尚、本実施例において、波長５４０ｎｍにおける正孔注入／輸送層の屈折率は、１．６８である。

次に、下記に示されるＴＣＴＡ（波長５４０ｎｍにおける屈折率は１．８である。）を成膜して電子ブロック層（第三電荷注入輸送層２６）を形成した。このとき電子ブロック層の厚みを１０ｎｍとした。

（４）発光層の形成工程
次に、電子ブロック層の上に、下記に示されるＵＧＨ２（ホスト）とＰＱＩｒ（燐光ドーパント）とＩｒ（ｐｐｙ）３（燐光ドーパント）とＦＩｒ６（燐光ドーパント）とを共蒸着して発光層２３を形成した。このとき発光層２３の厚みを１０ｎｍとし、ホスト及びドーパントの濃度を、それぞれ７７．５重量％（ＵＧＨ２）、２重量％（ＰＱＩｒ）、０．５重量％（Ｉｒ（ｐｐｙ）３）、２０重量％（ＦＩｒ６）とした。尚、ここでいう濃度は、発光層全体を基準とした重量％濃度である。また本実施例において、発光層２３からは白色光が出力される。

（５）電子注入／輸送層の形成工程
実施例１（５）と同様の方法により、発光層２３の上に、電子注入／輸送層（第二電荷注入輸送層２４）を形成した。

（６）上部電極（光透過性電極、陰極）の形成工程
次に、スパッタ法により、電子注入／輸送層の上に、インジウム亜鉛酸化物を成膜して上部電極２５を形成した。このとき上部電極２５の厚みを１００ｎｍとした。尚、本実施例において、上部電極２５は、光透過性電極かつ陰極として機能する。

（７）保護層の形成工程
実施例１（７）と同様の方法により、上部電極２５の上に、保護層３０を形成した。

（８）光取り出し部材の形成工程
実施例１（８）と同様の方法により、保護層３０の上に、光取り出し部材４０となるレンズを形成した。以上により、有機ＥＬ素子を得た。

（９）素子の評価
得られた素子について実施例１と同様の方法により外部量子収率の評価を行った。結果を表７に示す。

［比較例２］
実施例２（３）において、下記に示される工程により正孔注入／輸送層を形成したことを除いては、実施例２と同様の方法により有機ＥＬ素子を作製した。

（正孔注入／輸送層の形成工程）
下部電極２１上に、化合物１（λ＝５４０ｎｍにおける屈折率が約１．８０）を成膜して正孔注入／輸送層を形成した。このとき正孔注入／輸送層の厚みを５１ｎｍとした。

得られた素子について、実施例１と同様の方法により、外部量子収率の評価を行った。結果を表７に示す。

＜素子の評価＞
表７より、外部量子収率の観点で実施例の有機ＥＬ素子が比較例の有機ＥＬ素子よりも優れていることが分かった。また表１より、正孔注入／輸送層として低屈折率層を導入した場合、外部量子効率は１．１％（３．９％−２．８％＝１．１％）向上している。一方、光取り出し部材であるレンズアレイを導入した場合、外部量子効率は３６．６％（５１．７％−１５．１％＝３６．６％）向上している。また正孔注入／輸送層として低屈折率層を導入し、かつレンズアレイを導入した場合、外部量子効率は４２．２％（５７．３％−１５．１％＝４２．２％）向上した。つまり、低屈折率層及びレンズアレイを導入した場合の外部量子効率向上値は、低屈折率層の導入による外部量子効率向上値とレンズアレイの導入による外部量子効率向上値とを単純に足し合わせたもの（３７．７％）よりも高いことがわかった。

これは、低屈折率層によるプラズモン抑制効果と光取り出し部材による導波光の効率的な光取り出し効果とが相乗効果を示しているものと考えられる。

１（２）：有機ＥＬ素子、１０：基板、２１：下部電極（光反射電極、陽極）、２２：第一電荷注入輸送層（正孔注入／輸送層）、２３：発光層、２３ａ：最大発光面、２４：第二電荷注入輸送層（電子注入／輸送層）、２５：上部電極（光透過性電極、陰極）、２６：第三電荷注入輸送層、３０：保護層、４０：光取り出し部材（レンズ）

Claims (12)

1. 光反射電極と光透過性電極と、
   前記光反射電極と前記光透過性電極との間に設けられる発光層と、を有し、
   前記光反射電極と前記発光層との間に、前記発光層から射出される光の発光スペクトルの最大ピーク波長における屈折率が前記発光層よりも０．２以上低い低屈折率層が設けられており、前記光透過性電極の上に、前記発光層から射出された光の出射方向を変える光取り出し部材が設けられており、
   前記発光層の最大発光面と前記光反射電極の反射面との間の光学距離Ｌについて下記式（１）を満たすことを特徴とする、有機ＥＬ素子。
   

   

   （式（１）において、λは、発光スペクトルの最大ピーク波長を表し、φは、光反射電極における位相シフト［ｄｅｇ］を表す。）
2. 前記低屈折率層の厚みが、前記発光層と前記光反射電極との距離の半分以上であることを特徴とする、請求項１に記載の有機ＥＬ素子。
3. 前記光透過性電極における光の透過率が６０％以上であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の有機ＥＬ素子。
4. 前記発光層と前記光取り出し部材との間に設けられる非金属部材の屈折率が、前記発光層よりも高いことを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子。
5. 前記有機ＥＬ素子の発光色が白色であることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子。
6. 複数の画素を有し、
   前記複数の画素のうち少なくとも１つが、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子と、前記有機ＥＬ素子に接続されている能動素子と、を有することを特徴とする、表示装置。
7. 前記光取出し部材がレンズアレイであり、前記画素が有する有機ＥＬ素子のそれぞれに複数のレンズが設けられていることを特徴とする請求項６に記載の表示装置。
8. 前記光取出し部材がレンズアレイであり、前記画素が有する有機ＥＬ素子のそれぞれに１つのレンズが設けられていることを特徴とする請求項６に記載の表示装置。
9. 画像情報を入力する入力部と、画像を表示する表示部とを有し、
   前記表示部が、請求項６乃至８のいずれか一項に記載の表示装置であることを特徴とする、画像情報処理装置。
10. 請求項６乃至８のいずれか一項に記載の表示装置と、撮像素子と、を有し、
    前記表示装置が、前記撮像素子によって撮影した影像に関する情報を表示する表示部に含まれることを特徴とする、撮像装置。
11. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子と、前記有機ＥＬ素子に駆動電圧を供給するためのＡＣ／ＤＣコンバーター回路と、を有することを特徴とする照明装置。
12. 感光体と前記感光体の表面を帯電させる帯電部と、
    前記感光体を露光するための露光部と、
    前記感光体の表面に形成された静電潜像を現像するための現像器と、を有し、
    前記露光部が、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子を有することを特徴とする、画像形成装置。

Images