(57)【要約】【課題】透明電極の平滑性を損なうことなく、透明電極内に閉じ込められた光を外部に取り出す有機ＥＬ素子を提示する。【解決手段】第１電極内を導波する光が、第１電極とバッファ層の界面で全反射した場合、バッファ層側にエバネッセント光が生じる。ここで、エバネッセント光が存在する領域に微小構造物がある場合、生じたエバネッセント光はこの微小構造物に入射する。更に微小構造物の共鳴波長とエバネッセント光の波長が一致する場合、共鳴が起こり、第１電極から微小構造物に光を導くことが出来る。そして、微小構造物の一部に、光の逃げ道としての放出口を作ることにより、閉じ込めた光を外部の所定の方向に取り出すことが出来る。【選択図】図２
2010205533.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光透過性の第１電極と、前記第１電極と対向した第２電極と、前記第１及び第２電極間に介在し発光層を含む有機物層を備えた有機ＥＬ素子において、前記第１電極の光取り出し側に、バッファ層、前記発光層で発光した光が前記バッファ層の境界で全反射した際に生じたエバネッセント光を内部に取り込み光取り出し側に放射する放出口を備えた微小構造物および、前記微小構造物を取り囲む媒質から構成される光取り出し層がこの順に積層されていることを特徴とする有機ＥＬ素子。
【請求項２】
請求項１に記載の有機ＥＬ素子において、前記バッファ層の厚みd、発光波長λ、前記微小構造物の屈折率の最大値Ｎmax、バッファ層の屈折率Ｎb、前記光透過性の第１電極の屈折率Ｎeが下記の関係式を満たすことを特徴とする有機ＥＬ素子。
0.01  ＜  d/λ  ＜  ((Max(Ne, Nmax)2 - Nb2)0.5) /π      （１）
【請求項３】
請求項１又は２に記載の有機ＥＬ素子において、前記微小構造物は内部にコア部を有し、前記媒質の屈折率Ｎ４と、前記微小構造物のコア部の屈折率Ｎ２とが下記の関係式を満たしていることを特徴とする有機ＥＬ素子。
Ｎ４＜Ｎ２      （２）
【請求項４】
請求項３に記載の有機ＥＬ素子において、前記微小構造物のコア部の屈折率Ｎ２および前記コア部の表面を覆う少なくとも１つのクラッド部の屈折率Ｎ３が下記の関係式を満たしていることを特徴とする有機ＥＬ素子。
Ｎ３＜Ｎ２      （３）
【請求項５】
請求項１から４に記載の有機ＥＬ素子において、前記微小構造物は略球状であり、前記放出口は不完全球状部であることを特徴とする有機ＥＬ素子。
【請求項６】
請求項3から５に記載の有機ＥＬ素子において、前記微小構造物は前記コア部の内部に内側クラッド部を有することを特徴とする有機ＥＬ素子。
【請求項７】
請求項１から６に記載の有機ＥＬ素子において、前記媒質は光を吸収する性質をもつことを特徴とする有機ＥＬ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機ＥＬ（エレクトロルミネセンス）素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、情報機器の多様化に伴って、消費電力が少なく、容積が小さい面発光素子のニーズが高まり、このような面発光素子の一つとしてエレクトロルミネッセンス素子（以下、ＥＬ素子と略す）が注目されている。そして、このようなＥＬ素子は使用する材料によって無機ＥＬ素子と有機ＥＬ素子とに大別される。
【０００３】
ここで、無機ＥＬ素子は一般に発光部に高電界を作用させ、電子をこの高電界中で加速して発光中心に衝突させ、これにより発光中心を励起させて発光させるようになっている。一方、有機ＥＬ素子は電子注入電極とホール注入電極とからそれぞれ電子とホールとを発光層内で結合させて、有機材料を励起状態にし、この有機材料が励起状態から基底状態に戻るときに発光するようになっており、無機ＥＬ素子に比べて、低い電圧で駆動できるという利点がある。
【０００４】
また、有機ＥＬ素子は自家発光素子であるため、表示装置に用いた場合、視野角が広く、応答速度が速い。更に、バックライトが不要であるため、薄型軽量化が可能である。また、発光材料を選択することによって適当な色彩に発光する発光素子を得ることができる。これらの理由から、近年、有機ＥＬ素子を用いた表示装置は液晶表示装置に代わる表示装置として注目されている。
【０００５】
しかしながら、ＥＬ素子等の面発光素子を発光させた場合、高い屈折率を持つ発光層の内部で発せられた光は様々な方向に進行し、面発光素子の出射面等において全反射して面発光素子の内部に閉じ込められる光も多く存在する。一般に、面発光素子で発せられた光の２０％〜３０％しか面発光素子の外部に取り出すことができず、十分な明るさを得られないという問題がある。特に有機ＥＬ素子の場合、明るさを電流の大きさで補おうとすると素子の寿命が短くなるという問題もある。
【０００６】
特に、有機ＥＬ素子の内部に閉じ込められる光のうち、透明電極層内部に閉じ込められる光量は発光量の45%近くを占めており、光利用効率の向上を阻む大きな要因となっている。透明電極内部の光を外部に取り出す方法としては、特許文献１，２に示すように、透明電極の光取り出し側界面に回折光学素子、散乱粒子などの構造を設けることが考えられる。これらの方法は、透明電極から光取り出し側に出射しガラス基板内に閉じ込められた光を外部に取り出す場合に有効である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−１４８０３２号公報
【特許文献２】特開２００６−５９５４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、透明電極には、リーク電流の防止のため高い平滑性が要求される。上記特許文献に記載の方法では、透明電極界面に平滑性を乱す構造物が形成されるため、リーク電流が発生し電極が劣化してしまう。そのため、上記のような方法では内部に閉じ込められた光を有効に取り出すことは出来ず、依然として光取り出し効率を向上させることは難しい状況にあった。
【０００９】
本発明は上記のような状況に鑑みてなされたものであり、透明電極の平滑性を損なうことなく、透明電極内に閉じ込められた光を外部に取り出す有機ＥＬ素子を提示するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に記載の有機ＥＬ素子は、光透過性の第１電極と、前記第１電極と対向した第２電極と、前記第１及び第２電極間に介在し発光層を含む有機物層を備えた有機ＥＬ素子において、前記第１電極の光取り出し側に、前記バッファ層、前記発光層で発光した光がバッファ層の境界で全反射した際に生じたエバネッセント光を内部に取り込み光取り出し側に放射する放出口を備えた微小構造物および、前記微小構造物を取り囲む媒質から構成される光取り出し層がこの順に積層されていることを特徴とする。
【００１１】
第１電極内を導波する光が、第１電極とバッファ層の界面で全反射した場合、バッファ層側にエバネッセント光が生じる。ここで、エバネッセント光が存在する領域に微小構造物がある場合、生じたエバネッセント光はこの微小構造物に入射する。更に微小構造物の共鳴波長とエバネッセント光の波長が一致する場合、共鳴が起こり、第１電極から微小構造物に光を導くことが出来る。そして、微小構造物の一部に、光の逃げ道としての放出口を作ることにより、かかる放出口を介して、内部に閉じ込めた光を外部の所定の方向に取り出すことが出来る。この手法を用いることで、表面に直接加工することなく、第１電極内部に閉じ込められた光を光取り出し側に導くことができる。尚、エバネッセント光を用いて光を取り出す技術は、特開２００５−２２７３６０号公報、特開２００８−５１６２８５号公報、特開２００７−５０８７１４号公報、特開２００１−３１８２４６号公報等において知られているので、これを適宜利用することができる。
【００１２】
請求項２に記載の有機ＥＬ素子は、請求項１に記載の有機ＥＬ素子において、前記バッファ層の厚みｄ[nm]、発光波長λ[nm]、前記微小構造物の屈折率の最大値Ｎmax、前記バッファ層の屈折率Ｎb、光透過性の第１電極の屈折率Ｎeが下記の関係式を満たすことを特徴とする。
0.01  ＜  d/λ  ＜  ((Max(Ne, Nmax)2 - Nb2)0.5) /π      （１）
【００１３】
(Max(Ne, Nmax)は、Ne, Nmaxのうちいずれか高い方であるものとする。上述の関係式（１）は、バッファ層の厚みを規定するものである。第１電極の保護のため、第１電極表面は平滑なバッファ層で保護する必要があり、バッファ層の厚みが厚いほど保護効果は大きい。d/λが（１）式の下限を上回ることにより、第１電極表面を確実に保護することが可能になる。ただし、エバネッセント光が効率よく光取り出し層に乗り移るためには、第一電極の表面から微小構造までの距離が短い方がよく、すなわち本構成でのバッファ層の厚みは薄い方が望ましい。そのため、d/λが（１）式の上限を下回ることで、効率の良い取り出し効率を確保できる。
【００１４】
請求項３に記載の有機ＥＬ素子は、請求項１又は２に記載の有機ＥＬ素子において、前記微小構造物は内部にコア部を有し、前記媒質の屈折率Ｎ４と、前記微小構造物のコア部の屈折率Ｎ２とが下記の関係式を満たしていることを特徴とする。
Ｎ４＜Ｎ２      （２）
【００１５】
微小構造物中に安定してエバネッセント光を導くためには、導かれたエバネッセント光をコア部の内部で内部全反射させることが望ましい。そのため、（２）式を満たすように、コア部の屈折率N2が媒質の屈折率N４よりも高い場合、より多くの光を安定して結合させることが出来る。
【００１６】
請求項４に記載の有機ＥＬ素子は、請求項１から３に記載の有機ＥＬ素子において、前記微小構造のコア部の屈折率Ｎ２および前記コア部の表面を覆う少なくとも１つのクラッド部の屈折率Ｎ３が下記の関係式を満たしていることを特徴とする。
Ｎ３＜Ｎ２      （３）
【００１７】
微小構造物中に安定してエバネッセント光を導くためには、導かれたエバネッセント光をコア部の内部で内部全反射させることが望ましい。そのため、（３）式を満たすように、コア部の屈折率N2がクラッド部の屈折率Ｎ３よりも高くすることで、より多くの光を安定して結合させることが出来る。
【００１８】
請求項５に記載の有機ＥＬ素子は、請求項１から４に記載の有機ＥＬ素子において、前記微小構造物は略球状であり、前記放出口は不完全球状部であることを特徴とする。
【００１９】
エバネッセント光を結合させる微小構造物を略球状とすることで、円盤状、リング状などの形状と比較し、光取り出しの方向依存性を消すことが出来る。また、形状作成および配置制御を容易に行なうことができる。更に、入射点に対して放出口を対極側に設けることで、入射点から子午線に沿って微小構造物内を伝播する光を、放出口に集めて外部へと放出することができる。「不完全球状部」とは、微小構造物の表面の一部を切り欠く、切削する、傷付ける、溶かすなどによって、もはや球面の延長面でない状態となった部位をいい、微小構造物の製造時にそのような状態であった場合を含む。
【００２０】
請求項６に記載の有機ＥＬ素子は、請求項１から５に記載の有機ＥＬ素子において、前記微小構造物は前記コア部の内部に内側クラッド部を有することを特徴とする。
【００２１】
この場合、微小構造物のコア部の内部に、コア部よりも低い屈折率N１からなる球状の内側クラッド部が配置されており、コア部の内部に内側クラッド部を持つことによりコアの形状は球殻状になる。この形状はエバネッセント光を効率良く取り込むために効果的である。
【００２２】
請求項７に記載の有機ＥＬ素子は、請求項１から６に記載の有機ＥＬ素子において、前記光取り出し層の媒質は光を吸収する性質をもつことを特徴とする。
【００２３】
前記光取り出し層の媒質の素材として、光を吸収する素材を選択することで、外光反射を抑制することが出来る。また、隣り合う微小構造物間の光の乗り移りを防止することができるため、色滲みを抑制することができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、有機エレクトロルミネセンス素子において、透明電極の平滑性を損なうことなく、透明電極内に閉じ込められた光を外部に取り出すことにより、光取り出し効率を向上させることができる。また、該有機エレクトロルミネセンス表示素子を用いた、輝度、コントラストの高い表示装置、照明装置を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
最初に本発明の実施形態に係る有機エレクトロルミネセンス表示素子（以下、有機ＥＬ表示素子ともいう）を添付図面に基づいて具体的に説明する。有機ＥＬ表示素子の構成は、仕様によりトップエミッション方式、ボトムエミッション方式の構造をとることができるが、基板／電極／有機ＥＬ発光層／対向電極／バッファ層／光取り出し層の順に積層されているトップエミッション方式の方が長寿命化の観点で好ましいので、以下の実施の形態はトップエミッション方式を例として説明する。なお、本発明の有機ＥＬ表示素子は下記の実施形態に示したものに限定されず、その要旨を変更しない範囲において、適宜変更して実施できるものである。
【００２６】
＜具体的な有機ＥＬ表示素子の構成＞
（断面構造）
図１を参照して、有機ＥＬ表示素子１００の断面構造を説明する。但し、以下の説明は一例であり、本発明はこれに限定されるものではない。
【００２７】
有機ＥＬ表示素子１００は、いわゆる「トップエミッション構造」の有機ＥＬ表示素子である。トップエミッション構造では、光を素子基板側ではなく封止膜側から取り出すため、素子基板に配置された各種回路の大きさに影響されず、発光面積を広く確保できる効果がある。そのため、電圧及び電流を抑えつつ輝度を確保することが可能であり、発光素子の寿命を長く維持することができる。
【００２８】
この有機ＥＬ表示素子１００には、図１に示すように、素子基板１２０の上に配置された、陰極１１０と陽極１１１（一対の電極）の間に発光層１１２（有機発光層）を挟持した発光部１２１と、発光部１２１を挟んで素子基板１２０に対向配置されたバッファ層１０２が設けられている。バッファ層１０２上部には光取り出し層１０１、透明基板１３０がこの順に積層されている。
（素子基板）
【００２９】
本実施形態において、第２電極である陰極１１０は、仕事関数が５ｅＶ以上の正孔注入層の高いＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｈｉｎ  Ｏｘｉｄｅ：インジウム錫酸化物）等の金属酸化物導電膜が用いられる。
【００３０】
なお、本実施形態においては、トップエミッション構造のため、陰極１１０は必ずしも光透過性を有する材料を用いる必要はなく、アルミ等からなる金属電極を用いてもよい。
【００３１】
本実施形態はトップエミッション構造であることから、第１電極である陽極１１１を形成するための材料としては、光透過性を有する必要があり、したがって透明導電材料が用いられる。透明導電材料としては、ＩＴＯが好適とされるが、これ以外にも、例えば酸化インジウム・酸化亜鉛系アモルファス透明導電膜（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｚｉｎｃ  Ｏｘｉｄｅ：ＩＺＯ／アイ・ゼット・オー（登録商標））等を用いることができる。なお、本実施形態ではＩＴＯを用いている。
【００３２】
また、陽極１１１は、電子注入効果の大きい（仕事関数が４ｅＶ以下）材料が好適に用いられる。例えば、カルシウムやマグネシウム、ナトリウム、リチウム金属、又はこれらの金属化合物である。金属化合物としては、フッ化カルシウム等の金属フッ化物や酸化リチウム等の金属酸化物、アセチルアセトナトカルシウム等の有機金属錯体が該当する。また、これらの材料だけでは、電気抵抗が大きく電極として機能しないため、発光部分を避けるようにアルミニウムや金、銀、銅などの金属層をパターン形成する他、ＩＴＯや酸化錫などの透明な金属酸化物導電層との積層体と組み合わせて用いてもよい。
【００３３】
なお、本実施形態では、フッ化リチウムとマグネシウム−銀合金、ＩＴＯの積層体を、透明性が得られる膜厚に調整して用いるものとする。
【００３４】
有機ＥＬ発光層に用いられる材料として、例えば特開平８−３１１４４２号公報に記載のナフタセンまたはペンタセン誘導体を発光層に添加した赤色発光素子が挙げられる。また、発光材料としてトリス（８−キノリノラート）アルミニウム錯体等のキレート錯体、クマリン誘導体、テトラフェニルブタジエン誘導体、ビススチリルアリーレン誘導体、オキサジアゾール誘導体等が、青色から赤色までの可視領域の発光材料として挙げられ、特に青色発光材料としてフェニルアントラセン誘導体を用いた素子が開示されている。更に特開２００１−１６０４８９号にはアザフルオランテ化合物を黄色から緑色発光層に用いることが開示されている。
【００３５】
発光層１１２は、真空蒸着プロセスを用いて素子基板１２０の全面に形成されている。発光材料としては、スチリルアミン系発光材料，アントラセン系ドーパミント（青色）、或いはスチリルアミン系発光材料，ルブレン系ドーパミント（黄色）などが用いられる。
【００３６】
なお、発光層１１２の下層或いは上層に、トリアリールアミン（ＡＴＰ）多量体正孔注入層、ＴＤＰ（トリフェニルジアミン）系正孔輸送層、アルミニウムキノリノール（Ａｌｑ3）層（電子輸送層）を成膜することが好ましい。
【００３７】
バッファ層１０２は、酸素や水分が浸入するのを防止するためのもので、これにより酸素や水分による発光部１２１の劣化等を抑えることができる。封止膜とは、酸素及び水分の透過を阻止する層であれば、その組成等は特に限定されるものではない。酸素の透過度が２３℃、０％ＲＨにおいて０．００５ｍｌ／ｍ2／ｄａｙ以下が好ましく、また、ＪＩＳ  Ｋ７１２９  Ｂ法に従って測定した水蒸気透過度が０．１ｇ／ｍ2／ｄａｙ以下が好ましい。封止膜を構成する材料として、透明性、ガスバリア性、耐水性を考慮して、好ましくは窒素を含む珪素化合物、即ち珪素窒化物や珪素酸窒化物などによって形成される。具体的には無機酸化物が好ましく、酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化窒化珪素、酸化窒化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化スズ等を挙げることができる。
【００３８】
また、本実施形態では、有機ＥＬ表示素子１００をトップエミッション構造としていることから、バッファ層１０２は光透過性を有する必要があり、したがってその材質や膜厚を適宜に調整することにより、本実施形態では可視光領域における光線透過率を例えば８０％以上にしている。
【００３９】
バッファ層１０２は、前述した原材料をスプレー法、スピンコート法、スパッタリング法、イオンアシスト法、プラズマＣＶＤ法、大気圧または大気圧近傍の圧力下でのプラズマＣＶＤ法等を適用して形成することができる。
【００４０】
＜光取り出し部材の具体的な構成＞
（断面構造）
図２〜３を参照して、本実施の形態の光取り出し部の構造を説明する。図２は、図１に示す構成の一部であって、有機ＥＬ素子及び光取り出し部の断面構造を概略的に示したものである。この有機ＥＬ表示素子１００において、陰極１１０と陽極１１１（対向した一対の電極）の間に発光層１１２（有機発光層）を挟持した発光部１２１、発光部１２１の第１電極（１１１）側に配置される薄膜状の光取り出し層１０１、発光部１２１を保護し、発光部１２１と光取り出し層１０１の間に形成されたバッファ層１０２から構成される。光取り出し層１０１は、球状、円盤状などの形状をもつエバネッセント光を結合させる微小構造物１０３と、微小構造物１０３をとりかこむ媒質１０４からなる。
（光取り出しの機構）
【００４１】
光透過性の第１電極である陽極１１１内を導波する光が、陽極１１１とバッファ層１０２の界面で全反射した場合、バッファ層１０２側にエバネッセント光が生じる。バッファ層１０２の厚み、屈折率などの条件を調整することで、生じたエバネッセント光はバッファ層１０２を乗り越え、隣接する光取り出し層１０１内に存在することが可能である。このようなエバネッセント光は、光取出し層１０１とバッファ層１０２の境界付近に局在し、通常外部に取り出されることはない。ところが、上記のようなエバネッセント光の存在領域に、エバネッセント光の波長と一致するような共鳴波長を持つ球状の微小構造物１０３を存在する場合、球状微小構造物１０３とエバネッセント光間の共鳴が起こり、エバネッセント光を微小構造物１０３中に入射させることが出来る。微小構造物１０３に入射したエバネッセントは、内部で共鳴しバッファ層１０２との境界から離れた領域にも存在するようになる。球の一部を欠けさせるなどして、微小構造物１０３に放出口１０３ａを形成することで、光の逃げ道を作成することができ、共鳴によって閉じ込められた光を、放出口１０３ａを介して微小構造物１０３の外部に取り出すことが出来る。放出口１０３ａを、光取り出し層の光取り出し側（例えば入射点（バッファ層１０２と微小構造物１０３の接点）から対極の位置）に配置することで、光を所定方向に取り出すことが可能になる。この手法を用いることで、表面に直接加工することなく、電極内部に閉じ込められた光を光取り出し側に導くことができる。
【００４２】
ここで、バッファ層の厚みをｄ[nm]とし、発光層１１２の発光波長をλ[nm]とし、微小構造物１０３の屈折率の最大値をＮmaxとし、バッファ層１０２の屈折率をＮbとし、第１電極１１１の屈折率をＮeとしたときに、下記の関係式を満たすようになっている。
0.01  ＜  ｄ/λ  ＜  ((Max(Ne, Nmax)2 - Nb2)0.5) /π      （１）
なお、発光波長λは、準単色光の場合はそのピーク値とし、白色光など波長の分布が広い場合は平均値付近とすることが望ましい。また、発光波長が複数あり、それぞれの発光領域が分割されている場合は、波長毎にバッファの厚みd、バッファ層１０２の屈折率Ｎｂを最適化することが望ましい。
【００４３】
図３は、本実施の形態の変形例を示す図である。図３の有機ＥＬ表示素子１００において、陰極１１０と陽極１１１（一対の電極）の間に発光層１１２（有機発光層）を挟持した複数の発光部１２１、発光部１２１の第１電極（１１１）側に配置される薄膜状の光取り出し層１０１、発光部１２１を保護し、発光部と光取り出し層の間に形成されたバッファ層１０２から構成され、光取り出し層１０１は、球状、円盤状などの形状をもつエバネッセント光を結合させる微小構造物１０３と、微小構造物１０３をとりかこむ媒質１０４からなる点は、図２の有機ＥＬ素子１００と同じであるが、媒質１０４が光吸収材質からなる点が異なる。これにより外光反射を抑制することが出来る。また、隣り合う微小構造物間の光の乗り移りを防止することができるため、色滲みを抑制することができる。
【００４４】
（光取り出し部材の詳細）
構造の詳細
図４にエバネッセント光を結合させる微小構造物１０３の断面図を示す。エバネッセント光を結合させる微小構造物１０３は、その内部にコア部１０３ｂと呼ばれる屈折率N2の高屈折領域、及びコア部１０３ｂを取り囲む屈折率N3の低屈折領域、即ちクラッド部１０３ｃをもつ。エバネッセント光は、コア部１０３ｂの屈折率Ｎ２がクラッド部１０３ｃの屈折率Ｎ３よりも高い場合に、微小構造物１０３に結合され、コア部１０３ｂに局在するようになる。
【００４５】
コア部１０３ｂの屈折率Ｎ２がクラッド部１０３ｃの屈折率Ｎ３よりも高いほど、コア部１０３ｂの内部に多くの光を結合させることが出来る。しかしながら、コア部１０３ｂの屈折率Ｎ２が高すぎる場合、コア部１０３ｂに一旦閉じ込めた光を、光取り出し側に取り出すことが困難になる。そのため、コア部１０３ｂとクラッド部１０３ｃの屈折率は、ΔN１＝（N２−N３）／N３としたときに、下記の条件式を満足することが望ましい。
0.01  ＜  ΔN１  ＜  0.8    （４）
【００４６】
ΔN１が、（４）式の下限を上回ることにより、コア部１０３ｂの内部に多くの光を結合させることが可能になり、上限を下回ることにより、コア部１０３ｂに一旦閉じ込めた光を光取り出し側に効率良く取り出すことが可能になる。
【００４７】
また、クラッド部１０３ｃはコア部１０３ｂよりも低屈折率であれば、エバネッセント光を閉じ込める作用を果たす。そのため、微小構造物１０３を取り囲む媒質１０４の屈折率Ｎ４がコア部１０３ｂよりも低屈折率であれば、媒質１０４をクラッド部として兼用することも可能である。しかしながら、複数のコア部１０３ｂが互いに接触している場合、一方のコア部１０３ｂから他方のコア部１０３ｂに光が乗り移る場合がある。このような乗り移りは、光取り出し層１０２をディスプレイに適用した際の解像力の低下、色滲みなどを引き起こす。そのため、コア部１０３ｂ同士の相互接触を避けるために、コア部１０３ｂを取り囲むようにクラッド部１０３ｃを配置させることが望ましい。
【００４８】
また、エバネッセント光を効率よく取り込むためには、コア部１０３ｂのコア径L1と発光波長λが下記の条件式を満足することが望ましい。
50  ＜  L１／λ  ＜  400      （５）
なお、発光波長λは、準単色光の場合はそのピーク値とし、白色光など波長の分布が広い場合は平均値付近とすることが望ましい。また、発光波長が複数あり、それぞれの発光領域が分割されている場合は、波長毎にコア部１０３ｂのコア径L1を最適化することが望ましい。
【００４９】
コア径L1と発光波長λが（５）式を満足することにより、球状の微小構造物１０３の共鳴波長とエバネッセント光の波長と一致させ、なおかつ微小構造物１０３に閉じ込めたエバネッセント光を光取り出し側に取り出すための構造を設けることが容易になる。具体的には、L１／λが（５）式の下限を上回ることにより、球状の微小構造物１０３の共鳴波長とエバネッセント光の波長と一致させ、コア部１０３ｂの内部に多くの光を結合させることが可能になる。また、微小構造物１０３が過度に小さくならないため、微小構造物１０３に閉じ込めたエバネッセント光を光取り出し側に取り出すための構造を設けることが容易になる。一方、L１／λが（５）式の上限を下回ることにより、球状の微小構造物１０３の共鳴波長とエバネッセント光の波長と一致させ、コア部１０３ｂの内部に多くの光を結合させることが可能になる。
【００５０】
図５は、エバネッセント光を結合させる微小構造物の別の形態の断面図である。この形態では、コア部１０３ｂの内部に、コア部１０３ｂよりも低い屈折率N１からなる球状の内側クラッド部１０３ｄが配置されている。コア部１０３ｂの内部に内側クラッド部１０３ｄを持つことによりコア部１０３ｄの形状は球殻状になり、この形状はエバネッセント光を効率良く取り込むために効果的である。
【００５１】
コア部１０３ｂの屈折率Ｎ２が内側クラッド部の屈折率N１よりも高いほど、コア部１０３ｂ内部に多くの光を結合させることが出来る。しかしながら、コア部１０３ｂの屈折率Ｎ２が高すぎる場合、コア部１０３ｂに一旦閉じ込めた光を、光取り出し側に取り出すことが困難になる。そのため、コア部１０３ｂと内側クラッド部１０３ｄの屈折率は、ΔN１'＝（N２−N１）／N１としたときに、下記の条件式を満足することが望ましい。
0.01  ＜  ΔN１'  ＜  0.8      （６）
【００５２】
ΔN1'が（６）式の下限を上回ることにより、コア内部に多くの光を結合させることが可能になり、（６）式の上限を下回ることにより、コアに一旦閉じ込めた光を光取り出し側に効率良く取り出すことが可能になる。
【００５３】
又、コア部１０３ｂの厚みｔ１と、発光波長λは下記の条件式を満足することが望ましい。
0.9  ＜  ｔ１／λ  ＜  15      （７）
なお、発光波長λは、準単色光の場合はそのピーク値とし、白色光など波長の分布が広い場合は平均値付近とすることが望ましい。また、発光波長が複数あり、それぞれの発光領域が分割されている場合は、波長毎にコア部１０３ｂの厚みｔ１を最適化することが望ましい。
【００５４】
ｔ１／λが（７）式の下限を上回ることにより、球状の微小構造物１０３の共鳴波長とエバネッセント光の波長と一致させ、コア部１０３ｂの内部に多くの光を結合させることが可能になる。また、厚みが過度に薄くならないため、微小構造物１０３に閉じ込めたエバネッセント光を光取り出し側に取り出すための構造を設ける際の加工性が向上する。一方、ｔ１／λが（７）式の上限を下回ることにより、球状の微小構造物１０３の共鳴波長とエバネッセント光の波長と一致させ、コア部１０３ｂの内部に多くの光を結合させることが可能になる。
【００５５】
有機ＥＬ素子がディスプレイに用いられる場合などで、発光層が赤緑青に塗りわけられている場合は、発光波長毎にＬ１、ｔ１の値を最適化することが望ましい。
【００５６】
エバネッセント光を結合させる微小構造物は、球状、円盤状、リング状、楕円球状、多角形状などの形状を取りうる。形状作成の容易性、配置制御の容易性の観点からは、球状に近い形状が望ましい。また、微小構造物の素材としてはガラス、樹脂、セラミックなどを用いることが出来る。微小構造物を取り囲む媒質は、ガラス、樹脂、セラミックなどから構成することが出来る。前述のように、媒質がコア部と接している場合は媒質の素材としてコアよりも低屈折率の材料を選択する必要がある。媒質の素材として、光を吸収する素材を選択することで、微小構造物間の光の乗り移りを抑制することができ、結果として外光反射、色滲みを防止することができる。光を吸収する材質としては、樹脂にカーボンブラックの微粒子を分散させたもの等を用いることが出来る。
【００５７】
エバネッセント光を取り込む微小構造物は、例えばSurface-tension Molｄ法によって作成することが出来る。この方法は、基板上にガラス微粉を置いた状態で熱処理することで、ガラスを液滴化し球状粒子を作成する手法である。作成した球状粒子の表面に樹脂、ガラスなどをコーティングすることでクラッド層、コア層などの膜構造を形成することが出来る。上記のような方法で作成した微小構造物を含んだ溶液を塗布することにより、内部にエバネッセント光を取り込む微小構造物を含んだ薄膜状の光取り出し層を作成することが出来る。尚、多数の微小球体を微小構造物として平面に載置した上で、液体状の媒体を流し込み、これを固めた上で、表面を微小球体の直径以下に薄くスライスする、或いは傷つけることで、微小球体の一部を放出口として形成することもできる。
【００５８】
光取り出し層は、バッファ層の上面に直接形成される他、予め別個の部材として作成しておき、バッファ層に接着することも出来る。その際、光取り出し層の接着側に接着層を形成しておくことも出来る。接着層に用いられる接着剤としては、熱硬化型アクリル系接着剤、ＵＶ硬化型アクリル系接着剤などの透明性の高い硬化型粘着剤やアクリル系粘着剤のように透明性の高い粘着剤が好適に用いられる。上記接着層の形成方法としては特に限定されず、一般的方法、例えば、グラビアコーター、マイクログラビアコーター、コンマコーター、バーコーター、スプレー塗布、インクジェット法等の方法が挙げられる。
【００５９】
図６、図７は、ディスプレイ用の有機ＥＬ表示素子における微小構造物の２次元配置図の一例を示したものであり、微小構造物１０３を丸で示し、ディスプレイの１画素ＰＸを四角で示している。図６において微小構造物１０３はディスプレイの画素ＰＸと比較して十分小さい。この場合、光取り出し効率を向上させるため微小構造物１０３を出来るだけ隙間なく配置することが望ましい。一方、図７において、微小構造物１０３はディスプレイの画素ＰＸと同程度である。この場合、光取り出し効率を向上させるため微小構造物１０３を出来るだけ隙間なく配置することが望ましいが、画素ＰＸに対して微小構造物１０３の位置がずれると、色滲みの原因となる。そのため、画素ＰＸに対して微小構造物１０３の位置が大きくずれないよう調整する必要がある。
【実施例】
【００６０】
以下に実施例を挙げて本発明を具体的に説明する。
【００６１】
（実施例１）
<有機ＥＬ表示素子１００の作製>
図１に示す有機ＥＬ素子１００を作製した。この有機ＥＬ表示素子１００には、素子基板１２０上に形成された陰極１１０と陽極１１１（一対の電極）の間に発光層１１２（有機発光層）を挟持した発光部１２１と、素子基板１２０に対向配置されたバッファ層１０２が設けられている。バッファ層１０２上部には光取り出し層１０１、透明基板１３０がこの順に積層されている。
【００６２】
ここで、有機ＥＬ素子１００は素子基板１２０として厚みが０．７ｍｍ、サイズが４０ｍｍ×５２ｍｍの無アルカリガラスを用い、該透明基板１３０の片面に金属電極１１０として、アルミニウムを１１０ｎｍの厚みに成膜し、フォトリソグラフィー法によって電極形状にパターニングし、３５×４６ｍｍの大きさにしたものを用いた。
【００６３】
次いで、この金属電極１１０の上にＣＢＰをホスト材料として用い、Ｉｒ（ｐｐｙ）3をドーパント材料として６質量％含むように、赤色発光となる発光材料を真空蒸着法により蒸着させて膜厚が３０ｎｍになった発光層１１２を形成した。そして、発光層１１２の上に正孔注入層の上に正孔輸送材料としてα−ＮＰＤを用い、真空蒸着法で膜厚が３０ｎｍになった正孔輸送層を形成した。次いで、正孔注入材料としてｍ−ＭＴＤＡＴＡを用い、真空蒸着法によって膜厚が１０ｎｍになった正孔注入層を形成した。
【００６４】
この正孔注入層の上に、真空蒸着法によって膜厚が１１０ｎｍになったITOからなる透明電極１１０を形成した。その上に、屈折率１．３、厚み３１０ｎｍのバッファ層１０２を形成した。
【００６５】
次いで、光取出し層１０１を得るため、エバネッセント光を取り込む微小球構造を作成した。微小球構造のコア部分は、Surface-tension Molｄ法を用いて作成した。この手法は、基板上にガラス微粉を置いた状態で熱処理することで、ガラスを液滴化し球状粒子を作成する手法である。作成の際基板に接した面は平面となるため、光の逃げ道として利用する。コアは、N2=1.7のガラスを用いた。また、コア径Ｌ１と発光波長のピーク値λの比は、L１／λ = 80であった。
【００６６】
上記のような方法で作成した微小球を屈折率Ｎ４＝1.5の溶液に混入し、基板上に塗布して乾燥させ薄膜を作成した。屈折率Nb=1.3、厚み310nmのバッファ層を介して、薄膜を前述の有機ＥＬ素子の表面に配置した。これらの上部にガラス基板１３０を配置し、図１に示すような表示素子を作成した。
【００６７】
有機ＥＬ素子１００を発光させて表示素子を観察したところ、良好に光を取り出せていることが確認できた。
【００６８】
（実施例２）
エバネッセント光を取り込む微小球構造の作成の際、作成した球状粒子の表面に樹脂をコーティングしクラッド層を形成した以外は、実施例１と同様にして表示素子を作成した。クラッドはN3=1.3の樹脂を用いた。
【００６９】
有機ＥＬ素子１０１を発光させて表示素子を観察したところ、実施例１よりさらに良好に光を取り出せていることが確認できた。
【００７０】
（実施例３）
エバネッセント光を取り込む微小球構造の作成の際、第１のクラッド層となる球状粒子の表面にコア層と第２のクラッド層を形成した以外は、実施例１と同様にして表示素子を作成した。第１のクラッド層はN1=1.45のガラス、コア層は、N2=1.7の樹脂、第２のクラッド層はN3=1.3の樹脂を用いた。コアの厚みt1は５μｍであった。
【００７１】
有機ＥＬ素子１０１を発光させて表示素子を観察したところ、実施例２よりさらに良好に光を取り出せていることが確認できた。
【００７２】
（実施例４）
光取り出し部材の媒質として、光吸収性の媒質を用いた以外は、実施例３と同様にして表示素子を作成した。光を吸収する材質としては、実施例１で用いた屈折率Ｎ４＝１．５の溶液にカーボンブラックＨＣＦ＃２６００（三菱化学社製）の微粒子を分散させたものを用いた。
【００７３】
有機ＥＬ素子１０１を発光させて表示素子を観察したところ、実施例２よりさらに良好に光を取り出せており、特に色滲みが少ないことが確認できた。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明の有機ＥＬ表示素子は、表示デバイス、ディスプレイ、各種発光光源として用いることができる。発光光源として、例えば、家庭用照明、車内照明、時計や液晶用のバックライト、看板広告、信号機、光記憶媒体の光源、電子写真複写機の光源、光通信処理機の光源、光センサーの光源等が挙げられるがこれに限定するものではないが、特にカラーフィルタや光拡散板などと組み合わせた各種表示装置のバックライト、照明用光源としての用途に有効に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】トップエミッション方式での有機ＥＬ表示素子の構成図である。
【図２】本発明の光取り出し部材の断面方向の模式図である。
【図３】本発明の光取り出し部材の断面方向の模式図である。
【図４】エバネッセント光を取り込む微小構造物の断面方向の模式図である。
【図５】エバネッセント光を取り込む微小構造物の断面方向の模式図である。
【図６】エバネッセント光を取り込む微小構造物の配置の一例を示す模式図である。
【図７】エバネッセント光を取り込む微小構造物の配置の一例を示す模式図である。
【符号の説明】
【００７６】
１００ 表示素子
１０１ 光取り出し層
１０２ バッファ層
１０３ 微小構造物
１０３ａ 放出口
１０３ｂ コア部
１０３ｃ クラッド部
１０３ｄ コア部
１０３ｄ 内側クラッド部
１０４ 媒質
１１０ 陰極
１１１ 陽極
１１２ 発光層
１３０ 透明基板
１２０素子基板
１２１ 発光部
【図６】
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【図７】
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【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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