(57)【要約】【課題】有機ＥＬ素子に光の反射・屈折角を乱れさせる領域を設けることで光取り出し効率を向上するにあたり、広い範囲のなかで有機発光層の厚みを設定して、外部に出射する光の成分の量を向上するための有機エレクトロルミネッセンス素子の設計方法を提供する。【解決手段】基板６、光透過性の電極３、発光層１０、光反射性の電極２、及び他の有機層１１の、各厚み、屈折率及び消衰係数と、発光層１０における発光材料のフォトルミネッセンススペクトルと、発光層１０における発光点の位置及び発光分布とをファクターとして、光学伝搬解析を行う。これにより電極３内部を導波する光の成分の量、基板６内部を導波する光の成分の量、及び基板６から外部に出射する光の成分の量の和と、発光点から電極２の表面までの寸法との間の関係を導出する。この関係に基づき、光の反射・屈折角を乱れさせる領域５を設ける場合の有機発光層４の厚みを設計する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光透過性の電極と光反射性の電極との間に発光層を含む有機発光層が設けられ、前記光透過性の電極の有機発光層とは反対側に光透過性の基板が設けられた有機エレクトロルミネッセンス素子の設計方法であって、
前記基板、光透過性の電極、発光層、光反射性の電極、及び有機発光層内に発光層以外の他の有機層が含まれる場合の前記他の有機層の、各厚み、屈折率及び消衰係数と、発光層における発光材料のフォトルミネッセンススペクトルと、発光層における発光点の位置及び発光分布とをファクターとして、光学伝搬解析をおこない、
この光学伝搬解析により、前記光透過性の電極内部を導波する光の成分の量、前記基板内部を導波する光の成分の量、及び前記基板から外部に出射する光の成分の量の和と、上記発光点から光反射性の電極の表面までの寸法との間の関係を導出し、
この関係に基づいて、前記基板に光の反射・屈折角を乱れさせる領域を積層して設ける場合の有機発光層の厚みを設計することを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子の設計方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光の反射・屈折角を乱れさせる領域を設けて光取り出し効率を向上する場合に、有機エレクトロルミネッセンス素子から出射される光の成分の量が所望の程度になるように有機エレクトロルミネッセンス素子の有機発光層の厚みを設計する有機エレクトロルミネッセンス素子の設計方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図３は光透過性の基板６の一面側に光透過性の電極３、ホール輸送層１２、発光層１０、電子輸送層１３、光反射性の電極２が順次形成された有機エレクトロルミネッセンス素子Ａを示す。図中の矢印は、光の進路を模式的に示したものである。この図３を参照して、従来の有機エレクトロルミネッセンス素子Ａの設計方法を説明する。
【０００３】
特許文献１では、光反射性の電極２と、これに隣接する有機層１１（ここでは電子輸送層１３）の界面で光が反射する際には、外面反射であるので反射前後で位相シフトπが生じることを前提とし、発光層１０から基板６側へ向かう光と、発光層１０から光反射電極２へ向かった後にこの電極２の表面で反射されてから基板６側に向かう光とが干渉して強めあうようにしている。このために、発光層１０における発光源１５と光反射性の電極２の表面との間の膜厚ｄに屈折率を乗じて導出される光学膜厚Ｄを光の波長λの１／４の奇数倍と略等しくなるようにし、これにより基板６から正面方向に外部へ出射する光の成分の量が極大値となるようにしている。
【０００４】
しかし、上記特許文献１に記載の方法では、光反射性の電極２での反射の際の位相シフトが正確に考慮されておらず、この方法に従って発光源１５から光反射性の電極２の表面までの寸法を設計しても、基板６から正面方向に外部へ出射する光の成分の量を極大値とすることができないという問題がある。すなわち、特許文献２で説明されているように、光反射性の電極２の表面で生じる位相シフトはπではなく、有機層１１（電子輸送層１３）の屈折率ｎ1と消衰係数ｋ1、並びに光反射電極２の屈折率ｎ2と消衰係数ｋ2に基づき、次の式（１）で表される位相シフトφである。
【０００５】
【数１】
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【０００６】
特許文献２ではこの位相シフトφを考慮して、基板６から外部へ出射する光の成分の量が極大値となるようにするために、発光源１５から電極２の表面までの光学膜厚Ｄが次の式（２）〜（４）を満たすようにすることが記載されている。
【０００７】
２π／９≦φ≦１５π／１８  …（２）
Ｆ＝φ×λ／４  …（３）
０．７３Ｆ≦Ｄ≦１．１５Ｆ  …（４）
これらの特許文献１、２に記載された設計方法では、基板６から正面方向に外部へ出射する光の成分の量が極大値となるように発光源１５から光反射電極２の表面までの光学膜厚Ｄを決定している。
【０００８】
図３に示す有機エレクトロルミネッセンス素子Ａにおける、発光層１０の発光源１５から基板６側へ斜めに出射する光の伝搬について説明する。実際には光反射性の電極２への光も存在するが、ここでは省略する。
【０００９】
屈折率の高い媒質から屈折率の低い媒質へ光が伝搬する場合、その界面では媒質間の屈折率により、スネルの法則から臨界角が決定され、その臨界角以上の光は界面で全反射し、屈折率の高い媒質に閉じ込められ、導波光として失われる。
【００１０】
ここで、有機エレクトロルミネッセンス素子Ａに使用される基板６は、優れた透明性、強度、低コスト、ガスバリア層、耐薬品性、耐熱性等の観点から、もっぱらガラスが用いられる。一般的なソーダライムガラス等の屈折率は１．５２程度である。光透過性の電極３には酸化インジウムに酸化錫をドープした酸化インジウム錫（ＩＴＯ）や酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）が、その優れた透明性と電気伝導性から広く用いられている。
【００１１】
ＩＴＯやＩＺＯの屈折率は、その組成、成膜方法、結晶構造等により変化するが、ＩＴＯではおよそ１．７〜２．３、ＩＺＯではおよそ１．９〜２．４であり、非常に高い屈折率を有する。また、有機エレクトロルミネッセンス素子Ａの発光層１０やその他の有機層１１を構成する発光材料、電子輸送性材料、ホール輸送性材料等の屈折率は、一般的なベンゼン環をその分子構造内に多く含んだπ共役結合系の材料であるため、屈折率はおよそ１．６〜２．０程度のものが多く、一般的な有機材料に比べて屈折率が高い。
【００１２】
従って、一般的な有機エレクトロルミネッセンス素子Ａにおいては、各層の屈折率の大小関係は、大気１４＜基板６＜有機発光層１１＜光透過性の電極３となり、有機エレクトロルミネッセンス素子Ａの発光層１０の発光源１５から斜めに高角度に出射した光は、基板６と大気１４の界面及び光透過性の電極３と基板６の界面で全反射する。
【００１３】
つまり、図３において、有機発光層４（ホール輸送層１２、発光層１０、電子輸送層１３）の屈折率を１．７、光透過性の電極３の屈折率を１．９、基板６の屈折率を１．５２、大気１４の屈折率を１とすると、発光層１０の発光源１５から斜めに出射した光は、有機発光層４より光透過性の電極３の方が屈折率が高いため全反射が起こらず、全て光透過性の電極３に到達する。一方、光透過性の電極３の屈折率は基板６の屈折率よりも高いため臨界角が存在し、その臨界角は５３°となる。この臨界角以上の入射角の光は光透過性の電極３と基板６との界面で全反射して光透過性の電極３内に閉じ込められる。また、基板６の屈折率は大気１４の屈折率よりも高いため臨界角が存在し、その臨界角は４１°となる。この臨界角以上の入射角で入射する光は基板６と大気１４との界面で全反射して基板６内に閉じ込められる。
【００１４】
このような素子内に閉じ込められる導波光を外部へ取出すための手段として、例えば光透過性の電極３の有機発光層４とは反対側に光の反射・屈折角を乱れさせる領域５を設けることが挙げられる。例えば図１に示される有機エレクトロルミネッセンス素子Ａでは基板６の外面側に光の反射・屈折角を乱れさせる領域５が設けられ、図２に示される有機エレクトロルミネッセンス素子Ａでは光透過性の電極３と基板６との間に光の反射・屈折角を乱れさせる領域５を介在させている。この場合、光の反射・屈折角を乱れさせる領域５ではスネルの法則が崩され、本来光透過性の電極３と基板６を導波して失われる光が外部に出射されるようになる。このような光の反射・屈折角を乱れさせる領域５を形成する手法としては、例えば透光性基体上に単粒子層を並べた拡散部材により光拡散層を形成する方法（特許文献３）が挙げられる。
【００１５】
しかし、特許文献１〜３に記載の方法では、基板６や光透過性の電極３を導波して失われる光の成分は考慮されておらず、このため光の反射・屈折角を乱れさせる領域５を設けて本来失われる光を取出すようにした場合には、光取出し効率が必ずしも最も高くなるとはいえないという問題がある。
【００１６】
そこで、特許文献４及び特許文献５では、光の反射・屈折角を乱れさせる領域５が形成される場合に、有機エレクトロルミネッセンス素子Ａの発光量を向上するための設計方法が提案されている。この設計方法では、基板６から大気１４へ出射される発光の正面輝度値と５０〜７０°方向の輝度値が次の式（５）の関係を満たすようにし、或いはさらに発光源１５と光反射性の電極２の表面との間の寸法をｄ、発光層１０に含まれている発光材料の蛍光発光スペクトルのピーク波長をλ、発光層１０と光反射性の電極２との間の有機層１１の屈折率をｎとした場合に次の式（６）の関係を満たすようにするものである。
【００１７】
（正面輝度値）＜（５０〜７０°方向の輝度値）  …（５）
（０．３／ｎ）λ＜d＜（０．５／ｎ）λ  …（６）
この設計方法では、正面方向の光は干渉により弱めあうものの、通常は導波光として素子Ａ内に閉じ込められる高角度成分の光が強めあうようにし、この光を光の反射・屈折角を乱れさせる領域５を介して外部に出射するようにして、有機エレクトロルミネッセンス素子Ａの全体的な光の取出し効率を向上しようとしている。
【００１８】
しかし、この特許文献４及び特許文献５に記載の方法では、光の反射・屈折角を乱れさせる領域５によって光の取出し効率を向上するにあたり、干渉効果によって変化する光の成分の量の一つの極大値しか利用されていない。このためこの方法では、発光層１５と光反射性の電極２の表面との間の寸法を前記極大値とすることができない場合、例えば発光層１０を複数層設ける場合のように発光源１５と光反射性の電極２の表面との間の寸法が前記極大値を取り得る寸法を超えざるを得ないような場合にまでは対応することができないという問題がある。
【００１９】
このように従来は有機エレクトロルミネッセンス素子Ａから出射される光の成分の量が所望の程度になるように素子Ａ設計をおこなうことは困難なものであった。
【特許文献１】特開２０００−２４３５７３号公報
【特許文献２】特開２００４−１６５１５４号公報
【特許文献３】特開２００１−３５６２０７号公報
【特許文献４】特開２００４−２９６４２３号公報
【特許文献５】特開２００４−２９６４２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、有機エレクトロルミネッセンス素子に光の反射・屈折角を乱れさせる領域を設けることで、本来素子内を導波する光を外部に取出して光取出し効率を向上するにあたり、発光源と光反射性の電極の表面との間の寸法を広い範囲の中で設定することで、外部に出射する光の成分の量を向上することができる有機エレクトロルミネッセンス素子の設計方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明に係る有機エレクトロルミネッセンス素子の設計方法は、光透過性の電極３と光反射性の電極２との間に発光層１０を含む有機発光層４が設けられ、前記光透過性の電極３の有機発光層４とは反対側に光透過性の基板６が設けられた有機エレクトロルミネッセンス素子Ａの設計をおこなう。前記基板６、光透過性の電極３、発光層１０、光反射性の電極２、及び有機発光層４内に発光層１０以外の他の有機層１１が含まれる場合の前記他の有機層１１の、各厚み、屈折率及び消衰係数と、発光層１０における発光材料のフォトルミネッセンススペクトルと、発光層１０における発光点の位置及び発光分布とをファクターとして、光学伝搬解析をおこなう。この光学伝搬解析により、前記光透過性の電極３内部を導波する光の成分の量、前記基板６内部を導波する光の成分の量、及び前記基板６から外部に出射する光の成分の量の和と、上記発光点から光反射性の電極２の表面までの寸法との間の関係を導出する。この関係に基づいて、前記基板６に光の反射・屈折角を乱れさせる領域５を積層して設ける場合の有機発光層４の厚みを設計する。
【００２２】
このように、光の反射・屈折角を乱れさせる領域５を設けていない状態での、光透過性の電極３内部を導波する光の成分の量、基板６内部を導波する光の成分の量、及び基板６から外部に出射する光の成分の量の和と、発光点の位置から光反射性の電極２の表面までの寸法との間の関係から、有機発光層４の厚みを決定することで、有機エレクトロルミネッセンス素子Ａの基板６に光の反射・屈折角を乱れさせる領域５を設ける場合の出射光の光の成分の量が所望の程度になるようにすることができるものであり、またこのとき有機発光層４の広い厚み範囲に亘って前記関係を導出しておけば、広い厚み範囲に亘って有機発光層４の厚みを設計することができる。
【発明の効果】
【００２３】
以上のように本発明によれば、有機エレクトロルミネッセンス素子Ａに光の反射・屈折角を乱れさせる領域を設けることで、本来光透過性の電極や基板を導波する光を外部に取出して光取出し効率を向上するにあたり、外部に出射する光の成分の量が所望の程度になるように有機発光層の厚み設計をおこなうことができ、またこのとき有機発光層の広い厚み範囲に亘って有機発光層の厚みを設計することができるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
【００２５】
本発明に係る有機エレクトロルミネッセンス素子Ａ（有機ＥＬ素子Ａ）の設計方法を、図３に示す有機ＥＬ素子Ａに基づいて説明する。
【００２６】
この有機ＥＬ素子Ａは、光透過性の基板６の一面側に、光透過性電極３、有機発光層４、光反射性の電極２が、この順に積層しており、光の反射・屈折角を乱れさせる領域５は設けられていない。前記有機発光層４は、発光材料を含む発光層１０に必要に応じてホール注入層、ホール輸送層、電子輸送層、電子注入層等の適宜の有機層１１を積層して構成される。図示の例では、光反射性の電極２と発光層１０との間に電子輸送層１３を介在させ、光透過性電極３と発光層１０との間にホール輸送層１２を介在させている。
【００２７】
有機ＥＬ素子Ａを構成する各層の材質は、有機ＥＬ素子Ａに適用されている適宜のものを採用することができ、特に制限されない。
【００２８】
このような有機ＥＬ素子Ａに光の反射・屈折角を乱れさせる領域５を設けるにあたり、本発明では、光学伝搬解析をおこなうことにより、有機ＥＬ素子Ａの光透過性電極３内部を導波する光の成分の量（光透過性電極導波成分量）と、基板６内部を導波する光の成分の量（基板導波成分量）と、基板６から外部に出射する光の成分の量（出射成分量）との和と、上記発光点から光反射性の電極２の表面までの寸法（発光点位置寸法）との間の関係を求め、前記関係に基づいて有機発光層４の厚みの設計をおこなうものである。
【００２９】
ここで、上記の光の成分とは、有機エレクトロルミネッセンスの発光を評価するための成分であり、例えば視感度を考慮した光束、量子効率を求めるための光子数、或いは光のエネルギー（放射束）等、必要に応じて適宜のものが選択される。
【００３０】
上記光学伝搬解析をおこなうにあたっては、基板６、光透過性電極３、発光層１０及び前記発光層１０以外の有機層１１を有する場合はその有機層１１の各厚み、屈折率及び消衰係数、並びに前記光反射性の電極２の厚み、屈折率及び消衰係数と、発光層１０における発光材料のフォトルミネッセンススペクトル（ＰＬスペクトル）と、発光層１０における発光点の位置及び発光分布とを、ファクターとする。
【００３１】
発光層１０における発光点の位置及び発光分布については、発光点としては発光層１０内に一つの発光点を設定し、発光分布としては前記発光点を基準にした発光層１０内における厚み方向の発光源１５の分布を設定したものを用いることができる。発光点の位置は、通常は発光層１０内の最も強く発光する位置又はそれに相当する位置に設定することができる。また、発光分布としては、例えばデルタ分布、矩形分布、ガウス分布、発光点をピークとして指数関数的に減少する分布など、有機ＥＬ素子Ａの構成に応じて発光源１０の分布をよく反映するものを設定することができる。
【００３２】
例えば、発光層１０内の発光材料としてＡｌｑ３等を用いる場合のように発光層１０における電子移動度がホール移動度に比べて遙かに大きくなる場合には、主としてホール輸送層１２と発光層１０の界面で電子とホールの再結合が起こり最も強い発光が生じると考えられる。この場合、発光点の位置をホール輸送層１２と発光層１０の界面に設定し、発光分布をデルタ分布と設定することができる。
【００３３】
また、発光層１０の厚みが１ｎｍ程度、或いはそれ以下の場合のように極く薄い場合には、発光層１０の厚み方向の中心に発光点を設定すると共に、発光分布は発光層１０の厚みと同一幅の矩形分布とみなして設定したり、或いは発光源は発光点のみに分布するもの（分布なし）と設定してもよい。
【００３４】
また、発光層１０内の発光点の位置と発光分布が不明な場合は、あらかじめ設計対象となる構成の有機ＥＬ素子Ａを作製して、この素子から取り出される光の成分の量の角度特性を実測しておき、一方で後述する光学伝搬解析によって前記構成の有機ＥＬ素子Ａについて発光層１０での発光点の位置と発光分布を変化させながら光の成分の量の角度特性を求め、両者を対比することで実測と一致する発光点の位置と発光分布とを設定してもよい。
【００３５】
また、発光層１０における発光材料のＰＬスペクトルとしては文献値を使用してもよいが、実測値を使用することが好ましい。実測をおこなう場合には、例えばガラス製の基板上に発光層１０のみを蒸着法等により厚み数十ｎｍに成膜し、この発光層１０に紫外線を照射して発光させ、その発光を積分球等を用いて計測することで発光材料の発光スペクトルを測定することができる。
【００３６】
また、光透過性電極３、発光層１０、有機層１１及び光反射性の電極２の、屈折率及び消衰係数については、文献値を利用してもよいが、実測値を使用することが好ましい。実測する場合には、例えばガラス製の基板上に各層を形成するための材料のみを蒸着法等により厚み数十ｎｍに成膜し、この層について分光法とエリプソメータや垂直入射式透過反射屈折率計とを用いて透過率と反射率を計測し、ローレンツモデルから誘電率を決定し、その値から逆算して屈折率と消衰係数とを求めることができる。屈折率と消衰係数は、波長ごとに求める。
【００３７】
これらのファクターを用いた光学伝搬解析にあたっては、有機ＥＬ素子Ａでは基板６を除き各層の厚みは数ｎｍ〜数１００ｎｍ程度であり、可視光の波長３８０〜７８０ｎｍと同程度であるため、有機ＥＬ素子Ａ内では光の多重干渉が生じる。
【００３８】
そこで、上記ファクターを用いることにより、有機ＥＬ素子Ａの各層の材料の波長ごとの屈折率及び消衰係数と、発光層１０での発光点の位置、発光分布及びＰＬスペクトルとを考慮した光の成分の量の角度特性を解析する光学伝搬解析をおこなうものである。この光学伝搬解析にあたっては、例えば、フレネル理論と特性マトリクス計算を組み合わせた波動光学に基づく理論計算（フレネル理論解析）やマクスウェル方程式を時間領域差分法で解く数値計算（ＦＤＴＤ法）等を適用することができる。
【００３９】
光学伝搬解析により光透過性電極導波成分量と基板導波成分量と出射成分量との和と、発光点位置寸法との間の関係を求めるにあたっては、光学伝搬解析のためのプログラムを用いたコンピュータによる情報処理によっておこなうことができる。この場合の、コンピュータが実行する手順のフローの一例について、図４を参照して説明する。
【００４０】
（Ｓ１）まず作業者がコンピュータ上で光学伝搬解析プログラムを起動する。
【００４１】
（Ｓ２）次に作業者によって、設計する有機ＥＬ素子Ａの層構成と、各層の材料、構成、膜厚の値とが入力されると、その入力値を光学伝搬解析のファクターとして設定する。このとき、有機層１１の厚みについては、発光点位置寸法と相関する有機層１１の厚みは変数とし、残りの有機層１１の厚みを設定する。例えば図３に示す構成の有機ＥＬ素子Ａにおいては、発光層１０と光反射性の電極２との間に介在する電子輸送層１３の厚みを変数とし、また発光層１０と光反射性の電極２との間に複数の有機層１１が介在する場合にはこれらの各有機層１１の厚みを変数とする。
【００４２】
（Ｓ３）次に作業者によって前記各層の材料について波長ごとの屈折率と消衰係数が入力されると、その入力値を光学伝搬解析のファクターとして設定する。尚、コンピュータのメモリや適宜の記憶媒体等に予め有機ＥＬ素子Ａに汎用される材料の波長ごとの屈折率と消衰係数を記憶させておき、上記材料の設定の際に設定された材料についての波長ごとの屈折率と消衰係数を自動的に読み込んで設定するものであってもよい。
【００４３】
（Ｓ４）次に作業者によって、発光層１０に用いる材料のＰＬスペクトルが入力されると、これらを光学伝搬解析のファクターとして設定する。
【００４４】
（Ｓ５）次に作業者によって発光点の位置及び発光分布が入力されると、これらを光学伝搬解析のファクターとして設定する。
【００４５】
（Ｓ６）次に、作業者によって取得する光の成分の種類が入力されると、この光の成分の種類を設定する。
【００４６】
（Ｓ７）次に、作業者によって発光点位置寸法の範囲（初期値及び最大値）と刻み幅が入力されると、この寸法範囲と刻み幅を設定する。尚、作業者による入力を不要とし、あらかじめ寸法範囲と刻み幅を設定しておいてもよい。例えば初期値を４０ｎｍ、最大値を７４０ｎｍ、刻み幅を１０ｎｍと設定することができる。
【００４７】
（Ｓ８）次に発光源位置寸法を、Ｓ７で設定された初期値に設定すると共に、Ｓ２において変数とされている電子輸送層１３等の有機層１１の厚みを、発光源位置寸法の前記設定値と合致する値に設定する。尚、二層以上の有機層１１の厚みが変数とされている場合には、例えばこの二層以上の有機層１１同士の厚みの比率を一定に保ったり、特定の一つの有機層１１の厚みを変更して他の有機層４の厚みを固定するなど、適宜の手法により有機層１１の厚みを設定することができる。
【００４８】
上記Ｓ２〜Ｓ８を実行する順序は上記のものに限られず、適宜順序を入れ替えてもよい。
【００４９】
（Ｓ９）次に有機ＥＬ素子Ａ内の光についてフレネル理論解析等の光学伝搬解析を実行し、光透過性電極導波成分量と基板導波成分量と出射成分量との和を取得する。ここでは光学伝搬解析としてフレネル理論解析を用いる。
【００５０】
このＳ９における処理は、例えば下記Ｔ１〜Ｔ７の手順を実行することでおこなうことができる。このとき、発光層１０内の発光源１５は、上記発光点の位置及び発光分布に従って分布する点光源であり、全方位に向けて等方的に光を放射するものと仮定する。また、同一の発光源１５からは全方位に向けて光が同位相で放射され、発光層１０内で多重干渉が生じるが、異なる発光源１５から放射される光同士は干渉しないと仮定する。また、各層間の界面は平坦であると仮定する。
【００５１】
また、光透過性電極導波成分量と基板導波成分量と出射成分量との和を導出する際には、光透過性電極導波成分量と基板導波成分量と出射成分量とをそれぞれ導出した後、これらを足し合わせることで導出することもできるが、下記Ｔ１〜Ｔ６の手順では、光透過性の電極３の外面側に配置されている層（すなわち光透過性の基板６及び大気１４）がこの電極３と同一の屈折率及び同一の消衰係数を有すると仮定した場合に、この電極３から出射される光の成分の量を導出し、これを光透過性電極導波成分量と基板導波成分量と出射成分量との和としている。
【００５２】
（Ｔ１）まず、発光源１５からの上層側及び下層側への光の放射角度、発光波長、及び発光源１５の発光層１０内での位置をパラメータとし、各値の初期値を設定する。
【００５３】
（Ｔ２）次に、上記の光の放射角度、発光波長、及び発光源１５の発光層１０内での位置の設定値と、光透過性の電極３、発光層１０、光反射性の電極２、及び発光層１０以外の有機層１１（電子輸送層１３、ホール輸送層１２等）の、各厚み、屈折率及び消衰係数の設定値とに基づき、光透過性の電極３の外面側に配置されている層（すなわち光透過性の基板６及び大気１４）がこの電極３と同一の屈折率及び同一の消衰係数を有すると仮定した上で発光層１０よりも下層と上層の各多層膜をそれぞれ光学的に等価な単層膜に変換し、特性マトリクス計算を実行することで、有効フレネル係数として、発光層１０とその上層との界面での光の反射係数及び透過係数、並びに発光層１０とその下層との界面での反射係数を導出する。
【００５４】
このとき、まず発光層１０とその上層との界面での有効フレネル係数を導出するにあたっては、発光層１０よりも上層側に配置されている光透過性の電極３までの層数ｓの多層膜について、ｊ番目の層の特性マトリクスＭｊ及び多層膜の特性マトリクスＭを下記式（７）、（８）から導く。式中のλは発光波長の設定値である。ｄｊはｊ番目の層の厚みの設定値である。ｎｊ、ｋｊはそれぞれｊ番目の層の屈折率及び消衰係数の設定値である。θｊはｊ番目の層からの光の入射角であって、光の放射角度の設定値に基づき、各層につきスネルの法則から導かれるものである。
【００５５】
【数２】
2010147337.tif 000004
【００５６】
この特性マトリクスＭを用い、規格化された電界及び磁界の各振幅Ｂ，Ｃを、下記式（９）から導く。式中のθｓは基板６からの光の入射角である。
【００５７】
【数３】
2010147337.tif 000005
【００５８】
この結果に基づき、発光層１０とその上層の仮想的な単層膜との界面での有効フレネル係数である反射係数ρＡと位相変化φＡを下記式（１０）、（１１）にて算出する。式中のｎ０、ｋ０はそれぞれ発光層１０の屈折率及び消衰係数の設定値である。θ０は発光層１０からの光の入射角であって、光の放射角度の設定値に基づいて導かれるものである。
【００５９】
【数４】
2010147337.tif 000006
【００６０】
また、発光層１０とその下層との界面での有効フレネル係数を導出するにあたっては、上記と同様にして、発光層１０よりも下層側に配置されている光反射性の電極２までの多層膜について特性マトリクス計算をおこない、発光層３とその下層の仮想的な単層膜との界面での反射係数ρＢと位相変化φＢを算出する。
【００６１】
（Ｔ３）次に、設定波長に基づき、上記導出された有効フレネル係数を境界条件として、発光源１５から上面側と下面側にそれぞれ同一角度で放射される光につき、下記式（１２）に示すような多重干渉計算を実行することにより、発光源１５から有機ＥＬ素子Ａの外部に出射される光のエネルギー透過率Ｔが算出される。この光のエネルギー透過率Ｔに、発光材料のフォトルミネッセンススペクトルから取得される設定波長での光のエネルギーを積算することで有機ＥＬ素子Ａから外部に出射される光のエネルギーを算出する。尚、有機ＥＬ素子Ａから外部に出射される光のエネルギーの精度を上げるために、発光層１０と光透過性電極３の屈折率差に伴う立体角の変化を補正してもよい。下記式中のｎ０は発光層１０の屈折率の設定値である。θ０は発光層１０からの光の入射角であって、光の放射角度の設定値に基づいて導かれるものである。ｄ０は発光層１０の膜厚である。Ｚは発光源１５から電子輸送層１３までの界面までの距離であって、発光源１５の位置の設定値に基づいて導かれるものである。
【００６２】
【数５】
2010147337.tif 000007
【００６３】
尚、この算出される光の成分の量には、後述する光の反射・屈折角を乱れさせる領域５の角度特性に基づく補正を施してもよい。この場合、更に正確に有機ＥＬ素子Ａの設計をおこなうことができる。例えば、予め基板６上に領域５と光透過性電極３を積層したものについて、光透過性電極３側から入射角を変化させながら光を照射すると共に入射角ごとに出射光の光の成分の量を計測したり、ＦＤＴＤ法等による解析をおこなったりするなどして、領域５から出射される光の成分の量の角度特性を導出し、この角度特性に基づき、光の成分の量を補正することができる。
【００６４】
（Ｔ４）次に、発光源１５の位置の設定値を変更し、上記Ｔ２〜Ｔ３の手順を繰り返す。この手順はて全ての発光源１５の位置が順次設定されるまで繰り返しおこなう。ここで、発光源１５の位置は、設定されている発光点の位置と発光分布とに基づいて導出されたものを用いる。
【００６５】
（Ｔ５）次に、発光波長の設定値を変更し、上記Ｔ２〜Ｔ４の手順を繰り返す。このとき発光波長の設定値は、例えば可視光の波長３８０〜７８０ｎｍの範囲で順次変更する。
【００６６】
（Ｔ６）次に、発光源１５からの放射角度の設定値を変更し、上記Ｔ２〜Ｔ５の手順を繰り返す。このとき放射角度の設定値は例えば０°〜９０°の範囲で順次変更する。
【００６７】
（Ｔ７）次に、導波成分量と出射成分量との和を導出し、メモリや各種記憶媒体に記憶させる。このとき、上記Ｓ６において光の成分の量として光のエネルギーが設定されている場合には、Ｔ２〜Ｔ６の手順で順次算出した光のエネルギーの積分値を光透過性電極導波成分量と基板導波成分量と出射成分量との和として導出する。また、上記Ｓ６において光の成分の量として光子数が設定されている場合には、前記光のエネルギーをｃｈν（ｃ：光速、ｈ：プランク定数、ν：波長の逆数）の値で除することで、光透過性電極導波成分量と基板導波成分量と出射成分量との和を導出する。また、上記Ｓ６において光の成分の量として光束が設定されている場合には、光透過性電極導波成分量と基板導波成分量と出射成分量との和は、Ｔ２〜Ｔ６の手順で順次算出した光のエネルギーからＣＩＥ標準比視感度と最大視感度とに基づいて導出する。
【００６８】
（Ｓ１０）次に、この時点で設定されている発光点位置寸法の値を、Ｓ８で設定された発光点位置寸法の最大値と比較する。
【００６９】
（Ｓ１１）Ｓ１０において、発光点位置寸法の設定値が前記最大値よりも小さいと判定されたら、この設定値をＳ７で設定された刻み幅分だけ増大させた値に変更すると共に、電子輸送層１３等の発光点位置寸法と相関する有機層１１の厚みの設定値をＳ８と同様にして発光点位置寸法の前記設定値と合致する値に変更し、その後、上記Ｓ９（Ｔ１〜Ｔ７）の処理を繰り返す。これにより、発光点位置寸法の設定範囲内における、光透過性電極導波成分量と基板導波成分量と出射成分量との和と、発光点位置寸法との間の関係が記録される。尚、Ｓ１１においては、光透過性電極導波成分量と基板導波成分量と出射成分量との和の極大値付近では発光点位置寸法の設定値を前記設定された刻み幅よりも小さな値だけ増大させることで、極大値付近の光の成分の量を詳細に導出するようにしてもよい。
【００７０】
（Ｓ１２）また、Ｓ１０において、設定値が前記最大値まで達していると判定されたら、上記のようにして得られた、光透過性電極導波成分量と基板導波成分量と出射成分量との和と、発光点位置寸法との間の関係を、メモリや適宜の記憶媒体等に電子データとして記憶させて保存する。
【００７１】
このＳ１１の処理においては、上記光透過性電極導波成分量と基板導波成分量と出射成分量との和の極大値と、この極大値に対応する発光点位置寸法との組み合わせを導出し、これをメモリや適宜の記憶媒体等に電子データとして記憶させて保存してもよい。このとき、光の干渉効果により有機発光層５の膜厚の設定範囲内で複数の極大値が現れている場合には、各極大値につき、この極大値と、対応する発光点位置寸法との組み合わせを保存する。また、極大値ごとに、この極大値に対応する発光点位置寸法を中心とした一定幅（例えば±４０ｎｍ）の発光点位置寸法の範囲、或いはこの範囲内における光透過性電極導波成分量と基板導波成分量と出射成分量との和と、発光点位置寸法との間の関係を導出して保存してもよい。また、これらの結果をディスプレイ等の表示装置に出力して表示してもよい。
【００７２】
以上のようにして得られた光透過性電極導波成分量と基板導波成分量と出射成分量との和と、発光点位置寸法との間の関係は、図１，２に示すように、有機ＥＬ素子Ａの基板６に光の反射・屈折角を乱れさせる領域５を積層して設ける場合の有機発光層５の厚みの設計に利用する。図１に示す有機ＥＬ素子Ａでは、光の反射・屈折角を乱れさせる領域５は基板６の外面に積層して設けられている。また、図２に示す有機ＥＬ素子Ａでは、光の反射・屈折角を乱れさせる領域５は光透過性の電極３と基板６との間に介在するように設けられている。
【００７３】
この光の反射・屈折角を乱れさせる領域５は、図１に示す例では基板６内からのこの基板６とその外部との界面に到達した光を拡散させるなどすることにより本来前記界面で反射して基板６内を導波する光を外部に出射させる機能を発揮し、図２に示す例では光透過性電極３内からのこの光透過性電極３とその外部との界面に到達した光を拡散させるなどすることにより本来前記界面で反射して光透過性電極３を導波する光を外部に出射させる機能を発揮する。この光の反射・屈折角を乱れさせる領域５としては、例えばシリカやアルミナ等の透光性微粒子を透光性を有する結着剤中に分散させるなどして構成される光拡散層を形成することができる。
【００７４】
有機発光層４の厚みの設計は、光透過性電極導波成分量と基板導波成分量と出射成分量との和が所望の値となるように発光点位置寸法を調整することでおこなうことができる。この発光点位置寸法の調整は、発光点位置寸法の値と相関する電子輸送層１３等の有機層１１の厚みを、所望の発光点位置寸法と対応する値になるように設定することでおこなうことができる。
【００７５】
このように有機発光層４の厚みを設計するにあたり、光透過性電極導波成分量と基板導波成分量と出射成分量との和が極大値あるいはその近傍の値をとるように有機発光層４の厚みを設計することで、有機ＥＬ素子Ａの基板６に光の反射・屈折角を乱れさせる領域５を積層して設ける場合に有機ＥＬ素子Ａから外部に出射される光の成分の量を著しく向上することができる。
【００７６】
ここで、光学伝搬解析の際に発光点位置寸法の設定範囲を広くとっていれば、上記極大値として第一の極大値だけでなく、第二の極大値或いは第三以降の極大値と、発光点位置寸法との関係も導出される。このため、光透過性電極導波成分量と基板導波成分量と出射成分量との和が、複数の極大値のうちのいずれかの値又はその近傍の値をとるように、有機発光層４の厚みを設計することができる。
【００７７】
また、上記のように光透過性電極導波成分量と基板導波成分量と出射成分量との和が極大値又はその近傍をとるようにするだけでなく、この値が適宜の値をとるように有機発光層４の厚みを設計することもできる。この場合、光透過性電極導波成分量と基板導波成分量と出射成分量との和と、発光点位置寸法との間の関係から、光透過性電極導波成分量と基板導波成分量と出射成分量との和が充分に大きくなるように有機発光層４の厚みを設計することで、有機ＥＬ素子Ａから出射される光の成分の量を向上することができる。
【００７８】
また、有機ＥＬ素子Ａの構成によっては発光点位置寸法が制限される場合がある。その具体的な例としては、有機ＥＬ素子Ａが複数の発光層１０を含むことで、この有機ＥＬ素子Ａの各発光層１０における発光点ごとの発光点位置寸法の範囲が一定の範囲に制限される場合が挙げられる。このような場合であっても、上記のように有機発光層４の厚み設計を広い範囲でおこなうことができるので、各発光層１０ごとに、その発光点位置寸法の制限範囲内で、光透過性電極導波成分量と基板導波成分量と出射成分量との和が極大値又はその近傍をとるように、或いはこのような値でなくても光透過性電極導波成分量と基板導波成分量と出射成分量との和が前記制限範囲内で最も高い値をとるなどのように充分に大きい値をとるように、有機発光層４の厚みの設計をおこなうことができる。
【００７９】
ここで、複数の発光層１０から発せられる光の成分のうち、全ての発光層１０からの光透過性電極導波成分量と基板導波成分量と出射成分量との和が極大値をとるように厚み設計をすると、光の取り出し効率を非常に高くすることができるが、少なくとも一つの発光層１０からの光透過性電極導波成分量と基板導波成分量と出射成分量との和が極大値をとるようにすれば、光の取り出し効率の向上に寄与することができる。また、複数の発光層１０からの光透過性電極導波成分量と基板導波成分量と出射成分量との和がいずれも極大値をもとることができない場合でも、上述のように有機ＥＬ素子Ａから出射される光の成分の量が所望のものとなるように有機発光層４の厚みを設計することができる。
【００８０】
以下に、有機ＥＬ素子Ａの設計の具体例を示す。
【００８１】
［第１例］
有機ＥＬ素子Ａとして、膜厚０．７ｍｍのガラスの基板６上に、ＩＴＯからなる膜厚１５０ｎｍの光透過性電極３、α−ＮＰＤ（４，４’−ビス［Ｎ−（ナフチル）−Ｎ−フェニル−アミノ］ビフェニル）からなる膜厚４０ｎｍのホール輸送層８、ルブレン（Ｒｕｂｒｅｎｅ、５,６,１１,１２−テトラフェニルナフタセン）を６重量％ドープしたＡｌｑ３（トリス（８−ヒドロキシキノリナート）アルミニウム錯体）からなる膜厚３０ｎｍの発光層３、下記［化１］に示されるＴｐＰｙＰｈＢからなり膜厚が変数となる電子輸送層１３、Ａｌからなる膜厚８０ｎｍの光反射性電極２を積層したものを想定する。
【００８２】
【化１】
2010147337.tif 000008
【００８３】
このとき、発光層１０に用いられるルブレンを６重量％ドープしたＡｌｑ３の、ＰＬスペクトルを実測すると、図５に示すようなものとなり、スペクトルのピーク波長は５５９ｎｍである。尚、図５の縦軸は光のエネルギーの規格化強度を示す。
【００８４】
また、発光層１０内の発光点の位置と発光分布は、本例のようにＡｌｑ３を用いる場合には発光層１０における電子移動度がホール移動度より３桁程度大きくなるため、発光点の位置をホール輸送層１２と発光層１０の界面に設定し、発光分布はデルタ分布と設定することができる。
【００８５】
図６中のＡ１は、上記のような形態の有機ＥＬ素子Ａにおいて、電子輸送層１３の厚みを変化させることにより発光点位置寸法を変化させた場合の、光束の光透過性電極導波成分量と基板導波成分量と出射成分量との和と、発光点位置寸法との関係を、上記のようなフレネル理論解析により導出した結果を示す。図６の縦軸は光束の相対値を示している。尚、このフレネル理論解析においては光の反射・屈折角を乱れさせる領域５の角度特性に基づく補正は行っていない。
【００８６】
また、図６中のＢ１は、光束の出射成分量と、発光点位置寸法との関係を示す。ここで、光束の出射成分量は、上記のようなフレネル理論解析における特性マトリクス計算において基板６が直接大気１４に接触していると仮定することで導出することができる。
【００８７】
図示のように、光透過性電極導波成分量と基板導波成分量と出射成分量との和と、出射成分量とは、共に発光点位置寸法が増大するに従って変化してそれぞれ複数の極大値をとるが、その変化の傾向は相違しており、極大値をとる発光点位置寸法の値にずれが生じている。
【００８８】
すなわち、出射成分量については、発光点位置寸法が６５ｎｍで第一の極大値が現れ、１９５ｎｍで第二の極大値が現れるが、光透過性電極導波成分量と基板導波成分量と出射成分量との和については発光点位置寸法が８５ｎｍで第一の極大値が、２８０ｎｍで第二の極大値が現れる。このため、光透過性電極導波成分量と基板導波成分量と出射成分量との和と発光点位置寸法との関係に基づけば、光透過性電極導波成分量と基板導波成分量と出射成分量との和の極大値をとるように有機発光層４の厚みを設計することで、出射成分量のみに基づく場合よりも、光の反射・屈折角を乱れさせる領域５が設けられた有機ＥＬ素子Ａから出射される光束を増大させることができる。
【００８９】
例えば、出射成分量のみを基準にしてその第一の極大値をとるように有機発光層４の厚み設計をした場合と比較して、光透過性電極導波成分量と基板導波成分量と出射成分量との和が第一の極大値をとるように有機発光層４の厚み設計をおこなうと、理想的には有機エレクトロルミネッセンスから出射される光束を１．１１倍増加させることができる。
【００９０】
また、出射成分量のみを基準にしてその第二の極大値をとるように有機発光層４の厚み設計をした場合と比較して、光透過性電極導波成分量と基板導波成分量と出射成分量との和が第二の極大値をとるように有機発光層４の厚み設計をおこなうと、理想的には有機エレクトロルミネッセンスから出射される光束を１．４２倍増加させることができる。
【００９１】
また、光透過性電極導波成分量と基板導波成分量と出射成分量との和の、第一の極大値を中心とした範囲、例えば膜厚７０〜１００ｎｍの範囲では、光透過性電極導波成分量と基板導波成分量と出射成分量との和が大きくなっており、この範囲において、有機発光層４の厚みを設計すれば、有機エレクトロルミネッセンスから出射される光束を充分に大きくすることができる。
【００９２】
また、出射成分量の値は各極大値の間で大きく落ち込んでいるが、光透過性電極導波成分量と基板導波成分量と出射成分量との和の値は、例えば第二の極大値と第三の極大値との間では変化がなだらかで値の落ち込みが小さくなっている。このため、ここに挙げた例では、光透過性電極導波成分量と基板導波成分量と出射成分量との和に基づけば、第二の極大値と第三の極大値の間、並びにその近傍を含む、導波成分量と出射成分量との和が充分に大きな範囲、例えば発光点位置寸法が２３０〜３８０ｎｍの範囲において、有機発光層４の厚みを設計すれば、有機ＥＬ素子Ａから出射される光束を充分に大きくすることができる。すなわち、出射成分量と発光点位置寸法との関係に基づいて有機ＥＬ素子Ａを設計する場合では充分な光束が出射されないと判断されるような発光点位置寸法であっても、実際にはその発光点位置寸法では充分に大きな光束が出射されることを見出して、有機ＥＬ素子Ａを設計することができるものである。
【００９３】
このようにして導出された光透過性電極導波成分量と基板導波成分量と出射成分量との和と、発光点位置寸法との関係が、実際の有機ＥＬ素子Ａから出射される光の成分の量を反映していることを、以下に検証する。
【００９４】
図７中のＡ２は、上記構成を有する有機ＥＬ素子Ａを実際に作製し、この有機ＥＬ素子Ａから出射される、光透過性電極導波成分量と基板導波成分量と出射成分量との和に相当する光の成分の量を計測した結果を示す。図７の縦軸は光束の相対値を示している。この計測は次のようにしておこなったものである。
【００９５】
まず、基板６としてＩＴＯと同等の屈折率を有する高屈折率ガラス基板７を使用した以外は図６に示す関係を導出するために想定したものと同一の構成を有する有機ＥＬ素子Ａを、電子輸送層１３の厚みを異ならせて複数個作製する。
【００９６】
各有機ＥＬ素子Ａにつき、図８に示すように、基板７の表面に半球レンズ１６を設ける。この半球レンズ１６は基板７と同一の材質で形成したものであり、一面側が平面、他面側が球面となったレンズである。この半球レンズ１６は、その平面部分を基板７の表面と密接させるようにして基板７に設ける。
【００９７】
この状態で有機ＥＬ素子Ａを発光させて、光を半球レンズ１６から出射させ、出射光を積分球を用いて計測する。このとき、電極３と基板７の屈折率は同等であるから、電極３から基板７側へ入射する光の殆どは基板７内へ出射される。また、基板７の屈折率は約１．９であるから、半球レンズ１６を設けない場合はスネルの法則により基板７から大気１４側へ出射する光の臨界角は約３２°となり、入射角θが臨界角よりも小さい光２０は大気１４側に出射されるが、入射角θが臨界角よりも大きい光２０は基板７と大気１４との界面で全反射して基板７内を導波する。しかし、前記半球レンズ１６を設けることで本来全反射するはずの光２０も半球レンズ１６内へ出射される。また半球レンズ１６内へ出射された光２０は球面側から外部へ出射するため、半球レンズ１６から大気１４への入射角が低減され、半球レンズ１６内へ出射された光２０の殆どを球面側から大気１４に出射することができる。このため、半球レンズ１６から出射される光の成分の量は、光透過性電極導波成分量と基板導波成分量と出射成分量との和に相当するものとなる。
【００９８】
また、図７中のＢ２は、同様に通常のガラス基板６を使用して有機ＥＬ素子Ａを作製し、半球レンズ１６を使用せずに有機ＥＬ素子Ａからの出射光を計測した結果を示す。このとき出射される光の成分の量は、出射成分量に相当するものになる。
【００９９】
図６と図７を対比すると、光学伝搬解析にて導出された図６に示す光透過性電極導波成分量と基板導波成分量と出射成分量との和と発光点位置寸法との関係は、図７に示す実測結果と非常によく近似しており、光学伝搬解析にて導出される光透過性電極導波成分量と基板導波成分量と出射成分量との和と発光点位置寸法との関係に基づけば、有機ＥＬ素子Ａの設計を正確におこなうことができることを確認することができる。
【０１００】
［第２例］
有機ＥＬ素子Ａとして、膜厚０．７ｍｍのガラスの基板６上に、ＩＴＯからなる膜厚１５０ｎｍの光透過性電極３、α−ＮＰＤ（４，４'−ビス［Ｎ−（ナフチル）−Ｎ−フェニル−アミノ］ビフェニル）からなる膜厚４０ｎｍのホール輸送層８、ルブレン（Ｒｕｂｒｅｎｅ、５,６,１１,１２−テトラフェニルナフタセン）を６重量％ドープしたＡｌｑ３（トリス（８−ヒドロキシキノリナート）アルミニウム錯体）からなる膜厚３０ｎｍの発光層３、下記［化２］に示されるＴｍＰｙＰｈＢからなり膜厚が変数となる電子輸送層１３、Ａｌからなる膜厚８０ｎｍの光反射性電極２を積層したものを想定する。
【０１０１】
【化２】
2010147337.tif 000009
【０１０２】
また、発光層１０内の発光点の位置と発光分布は、本例のようにＡｌｑ３を用いる場合には発光層１０における電子移動度がホール移動度より３桁程度大きくなるため、発光点の位置をホール輸送層１２と発光層１０の界面に設定し、発光分布はデルタ分布と設定することができる。
【０１０３】
図９中のＡ３は、上記のような形態の有機ＥＬ素子Ａにおいて、電子輸送層１３の厚みを変化させることにより発光点位置寸法を変化させた場合の、光束の光透過性電極導波成分量と基板導波成分量と出射成分量との和と、発光点位置寸法との関係を、上記のようなフレネル理論解析により導出した結果を示す。図９の縦軸は光束の相対値を示している。尚、このフレネル理論解析においては光の反射・屈折角を乱れさせる領域５の角度特性に基づく補正は行っていない。
【０１０４】
また、図９中のＢ３は、光束の出射成分量と、発光点位置寸法との関係を示す。ここで、光束の出射成分量は、上記のようなフレネル理論解析における特性マトリクス計算において基板６が直接大気１４に接触していると仮定することで導出することができる。
【０１０５】
この図９に示すように、光透過性電極導波成分量と基板導波成分量と出射成分量との和と、出射成分量とは、共に発光点位置寸法が増大するに従って変化してそれぞれ複数の極大値をとるが、その変化の傾向は相違しており、極大値をとる発光点位置寸法の値にずれが生じている。
【０１０６】
すなわち、出射成分量については、発光点位置寸法が７０ｎｍで第一の極大値が現れ、２５５ｎｍで第二の極大値が現れるが、光透過性電極導波成分量と基板導波成分量と出射成分量との和については発光点位置寸法が９５ｎｍで第一の極大値が、２７５ｎｍで第二の極大値が現れる。このため、光透過性電極導波成分量と基板導波成分量と出射成分量との和と発光点位置寸法との関係に基づけば、光透過性電極導波成分量と基板導波成分量と出射成分量との和の極大値をとるように有機発光層４の厚みを設計することで、出射成分量のみに基づく場合よりも、光の反射・屈折角を乱れさせる領域５が設けられた有機ＥＬ素子Ａから出射される光束を増大させることができる。
【０１０７】
例えば、出射成分量のみを基準にしてその第一の極大値をとるように有機発光層４の厚み設計をした場合と比較して、光透過性電極導波成分量と基板導波成分量と出射成分量との和が第一の極大値をとるように有機発光層４の厚み設計を行うと、理想的には有機エレクトロルミネッセンスから出射される光束を１．１２倍増加させることができる。
【０１０８】
また、出射成分量のみを基準にしてその第二の極大値をとるように有機発光層４の厚み設計をした場合と比較して、光透過性電極導波成分量と基板導波成分量と出射成分量との和が第二の極大値をとるように有機発光層４の厚み設計を行うと、理想的には有機エレクトロルミネッセンスから出射される光束を１．０４倍増加させることができる。
【０１０９】
このようにして導出された光透過性電極導波成分量と基板導波成分量と出射成分量との和と発光点位置寸法との関係が、実際の有機ＥＬ素子Ａから出射される光の成分の量を反映していることを、以下に検証する。
【０１１０】
図１０中のＡ４は、上記構成を有する有機ＥＬ素子Ａを実際に作製し、この有機ＥＬ素子Ａから出射される、光透過性電極導波成分量と基板導波成分量と出射成分量との和に相当する光の成分の量を計測した結果を示す。図１０の縦軸は光束の相対値を示している。この計測は次のようにして行ったものである。
【０１１１】
まず、図９に示す関係を導出するために想定したものと同一の構成を有する有機ＥＬ素子Ａを、ＩＴＯと同等の屈折率を持つ高屈折率ガラス基板７上に電子輸送層９の厚みを異ならせて複数個作製する。
【０１１２】
各有機ＥＬ素子Ａにつき、図８に示すように、基板７の表面に半球レンズ１６を設ける。この半球レンズ１６は基板７と同一の材質で形成したものであり、一面側が平面、他面側が球面となったレンズである。この半球レンズ１６は、その平面を基板７の表面と密接させるようにして基板７に設ける。
【０１１３】
この状態で有機ＥＬ素子Ａを発光させた場合の半球レンズ１６から出射される光の成分の量は、導波成分量と出射成分量との和に相当するものとなる。
【０１１４】
また、図１０中のＢ４は、同様に通常のガラス基板６を使用して有機ＥＬ素子Ａを作製し、半球レンズ１６を使用せずに有機ＥＬ素子Ａからの出射光を計測した結果を示す。このとき出射される光の成分の量は、出射成分量に相当するものになる。
【０１１５】
図９と図１０を対比すると、光学伝搬解析にて導出された図９に示す光透過性電極導波成分量と基板導波成分量と出射成分量との和と発光点位置寸法との関係は、図１０に示す実測結果と非常によく近似しており、光学伝搬解析にて導出される光透過性電極導波成分量と基板導波成分量と出射成分量との和と発光点位置寸法との関係に基づけば、有機ＥＬ素子Ａの設計を正確に行うことができることを確認することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１６】
【図１】本発明により設計される、光の反射・屈折角を乱れさせる領域が設けられた有機エレクトロルミネッセンス素子の一例を示す概略の断面図である。
【図２】本発明により設計される、光の反射・屈折角を乱れさせる領域が設けられた有機エレクトロルミネッセンス素子の他例を示す概略の断面図である。
【図３】光の反射・屈折角を乱れさせる領域が設けられていない有機エレクトロルミネッセンス素子の一例を示す概略の断面図である。
【図４】本発明の実施の形態の一例を示すフローチャートである。
【図５】ルブレンを６重量％ドープしたＡｌｑ３のフォトルミネッセンススペクトルの測定結果を示すグラフである。
【図６】光学伝搬解析をおこなうことにより導出された、光透過性電極導波成分量と基板導波成分量と出射成分量との和と、発光点位置寸法との間の関係の第１例を示すグラフである。
【図７】実測により得られた、光透過性電極導波成分量と基板導波成分量と出射成分量との和と、発光点位置寸法との間の関係の一例を示すグラフである。
【図８】半球レンズが設けられた有機エレクトロルミネッセンス素子の第２例を示す概略の断面図である。
【図９】光学伝搬解析をおこなうことにより導出された、光透過性電極導波成分量と基板導波成分量と出射成分量との和と、発光点位置寸法との間の関係の第２例を示すグラフである。
【図１０】実測により得られた、光透過性電極導波成分量と基板導波成分量と出射成分量との和と、発光点位置寸法との間の関係の第２例を示すグラフである。
【符号の説明】
【０１１７】
Ａ    有機エレクトロルミネッセンス素子（有機ＥＬ素子）
２    光反射性の電極
３    光透過性の電極
４    有機発光層
５    光の反射・屈折角を乱れさせる領域
６    基板
１０  発光層
１１  有機層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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