(57)【要約】【課題】光取り出し効率の向上を図ることができる有機電界発光素子および発光装置を提供することである。【解決手段】実施形態に係る有機電界発光素子は、第１電極と、前記第１電極と対峙して設けられた第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に設けられた有機発光層と、前記第１電極と前記有機発光層との間、および、前記有機発光層と前記第２電極との間、の少なくともいずれかに設けられた凸部と、を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電極と、
前記第１電極と対峙して設けられた第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間に設けられた有機発光層と、
前記第１電極と前記有機発光層との間、および、前記有機発光層と前記第２電極との間、の少なくともいずれかに設けられた凸部と、
を備えた有機電界発光素子。
【請求項２】
前記凸部は、前記第２電極側に向かうにつれ、前記第１電極が伸びる方向に平行な方向の断面積が漸減する形態を有する請求項１記載の有機電界発光素子。
【請求項３】
前記凸部の前記第１電極側の面の最大長さをＬＭＡＸ、前記凸部の高さをＨとした場合、以下の式を満足する請求項１または２に記載の有機電界発光素子。
１．４≦ＬＭＡＸ／Ｈ≦４．２
【請求項４】
前記凸部の屈折率をｎ、前記有機発光層の屈折率をｎ１とした場合、以下の式を満足する請求項１〜３のいずれか１つに記載の有機電界発光素子。
ｎ１×０．９≦ｎ≦ｎ１×１．１
【請求項５】
前記凸部は、絶縁性を有する請求項１〜４のいずれか１つに記載の有機電界発光素子。
【請求項６】
前記凸部は、導電性を有する請求項１〜４のいずれか１つに記載の有機電界発光素子。
【請求項７】
前記凸部は、相互に離間して複数設けられている請求項１〜６のいずれか１つに記載の有機電界発光素子。
【請求項８】
前記第１電極の前記有機発光層が設けられる側とは反対側に設けられた光路制御層をさらに備えた請求項１〜７のいずれか１つに記載の有機電界発光素子。
【請求項９】
前記光路制御層の屈折率をｎ２、前記有機発光層の屈折率をｎ１とした場合、以下の式を満足する請求項１〜８のいずれか１つに記載の有機電界発光素子。
ｎ１×０．９≦ｎ２≦ｎ１×１．１
【請求項１０】
第１電極と、
前記第１電極と対峙して設けられた第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間に設けられた有機発光層と、
前記第１電極と前記有機発光層との間、および、前記有機発光層と前記第２電極との間、の少なくともいずれかに設けられた凸部と、
を備えた有機電界発光素子と、
前記有機電界発光素子に電流を印加する駆動部と、
前記駆動部を制御する制御部と、
を有する発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
後述する実施形態は、有機電界発光素子および発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機電界発光素子は、陰極側電極と、陽極側電極と、陰極側電極と陽極側電極との間に設けられた有機発光層と、を有している。  
有機電界発光素子においては、陰極側電極と陽極側電極との間に電圧を印加することで、陰極側電極から有機発光層に電子を注入し、陽極側電極から有機発光層に正孔を注入する。注入された電子と正孔とは、再結合し、再結合に伴い生成された励起子が放射失活する際に光が発生する。  
この様な有機電界発光素子においては、光取り出し効率の向上が望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００７−５３８３６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明が解決しようとする課題は、光取り出し効率の向上を図ることができる有機電界発光素子および発光装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態に係る有機電界発光素子は、第１電極と、前記第１電極と対峙して設けられた第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に設けられた有機発光層と、前記第１電極と前記有機発光層との間、および、前記有機発光層と前記第２電極との間、の少なくともいずれかに設けられた凸部と、を備えている。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】（ａ）、（ｂ）は、第１の実施形態に係る有機電界発光素子を例示する模式断面図である。
【図２】凸部８０の他の形態を例示するための模式断面図である。
【図３】半球状の形態を有する凸部８０を設けた場合の光取り出し効率を例示するグラフ図である。
【図４】四角錐状の形態を有する凸部８０を設けた場合の光取り出し効率を例示するグラフ図である。
【図５】四角錐状の形態を有する凸部８０を設けた場合の光取り出し効率を例示するグラフ図である。
【図６】（ａ）、（ｂ）は、第２の実施形態に係る有機電界発光素子を例示する模式断面図である。
【図７】光取り出し効率を例示するためのグラフ図である。
【図８】凸部８０の屈折率と光取り出し効率との関係を例示するためのグラフ図である。
【図９】（ａ）、（ｂ）は、第３の実施形態に係る有機電界発光素子を例示する模式断面図である。
【図１０】発光装置１１１を例示するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、図面を参照しつつ、実施の形態について例示をする。  
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。  
また、本願明細書と各図において、既出の図に関して述べたものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
【０００８】
[第１の実施形態]  
図１（ａ）、（ｂ）は、第１の実施形態に係る有機電界発光素子を例示する模式断面図である。  
図１（ａ）は、後述する凸部８０が第１電極１０と有機発光層３０との間に設けられた場合である。  
図１（ｂ）は、凸部８０が有機発光層３０と第２電極２０との間に設けられた場合である。
【０００９】
図１（ａ）、（ｂ）に示すように、有機電界発光素子１、１ａは、第１電極１０と、第２電極２０と、有機発光層３０と、凸部８０とを含む。
【００１０】
第１電極１０は、有機発光層３０から放出された光に対して透過性を有する。  
第１電極１０は、例えば、陽極として機能する。第１電極１０の厚み寸法は、例えば、５０ナノメートル（ｎｍ）以上とすることができる。  
第１電極１０は、例えば、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｚｎ及びＴｉからなる群より選ばれた少なくとも１種の元素を含む酸化物を含む。第１電極１０には、例えば、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化錫、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ：Indium Tin Oxide）膜、フッ素ドープ酸化錫（ＦＴＯ）、インジウム亜鉛酸化物を含む導電性ガラスを用いて作製された膜（例えばＮＥＳＡなど）などを用いることができる。第１電極１０の屈折率は、例えば、１．７以上２．２以下である。
【００１１】
第２電極２０は、第１電極１０と対峙して設けられている。  
第２電極２０は、有機発光層３０から放出される光に対して反射性を有する。第２電極２０の光反射率は、第１電極１０の光反射率よりも高い。本願明細書においては、第１電極１０の光反射率よりも高い光反射率を有している状態を反射性を有するという。  
第２電極２０は、例えば、陰極として機能する。第２電極２０の厚み寸法は、例えば、５ナノメートル（ｎｍ）以上とすることができる。５ナノメートル（ｎｍ）以上であれば、有機発光層３０から放出される光の一部を反射し、かつ、電流を有機発光層３０に有効に供給することができる。  
第２電極２０は、例えば、アルミニウム及び銀の少なくともいずれかを含む。例えば、第２電極２０には、アルミニウム膜が用いられる。また、第２電極２０として、銀とマグネシウムとの合金を用いても良い。さらに、この合金にカルシウムを添加しても良い。
【００１２】
有機発光層３０は、第１電極１０と、第２電極２０との間に設けられている。有機発光層３０は、例えば、可視光の波長の成分を含む光を放出する。例えば、有機発光層３０から放出される光は、実質的に白色光である。すなわち、有機電界発光素子１、１ａから出射する光は白色光である。ここで、「白色光」は、実質的に白色であり、例えば、赤色系、黄色系、緑色系、青色系及び紫色系などの白色の光も含む。  
有機発光層３０の厚み寸法は、例えば、５ナノメートル（ｎｍ）以上とすることができる。  
有機発光層３０の屈折率は、例えば、１．７以上２．２以下である。
【００１３】
有機発光層３０には、例えば、Ａｌｑ３（トリス(８−ヒドロキシキノリノラト)アルミニウム）、Ｆ８ＢＴ（ポリ(9,9-ジオクチルフルオレン-ｃｏ-ベンゾチアジアゾール）及びＰＰＶ（ポリパラフェニレンビニレン）などの材料を用いることができる。
【００１４】
また、有機発光層３０には、例えば、ホスト材料と、ホスト材料に添加されるドーパントと、の混合材料を用いることができる。ホスト材料としては、例えばＣＢＰ（4,4'−N,N'-ビスジカルバゾリルール−ビフェニル）、ＢＣＰ（2,9−ジメチル-4,7 ジフェニル−1,10−フェナントロリン）、ＴＰＤ（テトラフェニルジアミノビフェニル）、ＰＶＫ（ポリビニルカルバゾール）及びＰＰＴ（ポリ（３−フェニルチオフェン））などを用いることができる。ドーパント材料としては、例えば、Ｆｌｒｐｉｃ（イリジウム(III)ビス(4,6-ジ-フルオロフェニル)-ピ. リジネート-N,C2'-ピコリネート）、Ｉｒ（ｐｐｙ）３（トリス (２−フェニルピリジン)イリジウム）及びＦｌｒ６（ビス（２，４−ジフルオロフェニルピリジナト）−テトラキス（１−ピラゾリル）ボラート−イリジウム（ＩＩＩ））などを用いることができる。
【００１５】
また、有機電界発光素子１、１ａは、必要に応じて、図示しない第１機能層と、第２機能層とをさらに含むことができる。  
図示しない第１機能層は、有機発光層３０と第１電極１０との間に設けられる。第１機能層の厚み寸法は、例えば、１ナノメートル（ｎｍ）以上、５００ナノメートル（ｎｍ）以下とすることができる。  
第１機能層を設けるときには、凸部８０は第1電極１０と有機発光層３０との間に設けられる。  
第１機能層は、例えば、正孔注入層として機能する。第１機能層が正孔注入層として機能する場合には、例えば、ＰＥＤＰＯＴ：ＰＰＳポリ(3,4- エチレンジオキシチオフェン)-ポリ(スチレンスルホン酸)、ＣｕＰｃ(銅フタロシアニン)及びＭｏＯ３（三酸化モリブデン）などを含む。  
第１機能層は、例えば、正孔輸送層として機能する。第１機能層が正孔輸送層として機能する場合には、例えば、α−ＮＰＤ（4，4'−ビス［N−（1−ナフチル）−N−フェニルアミノ］ビフェニル）、ＴＡＰＣ（1,1-ビス[4-[N,N-ジ(p-トリル)アミノ]フェニル]シクロヘキサン）、ｍ−ＭＴＤＡＴＡ（4,4',4''-トリス[フェニル(m-トリル)アミノ]トリフェニルアミン）、ＴＰＤ（ビス(3-メチルフェニル)-N,N'-ジフェニルベンジジン）及びＴＣＴＡ（4，4'，4”−トリ（N− カルバゾリル）トリフェニルアミン）などを含む。  
なお、第１機能層は、正孔注入層として機能する層と、正孔輸送層として機能する層と、が積層されたものであってもよい。
【００１６】
図示しない第２機能層は、有機発光層３０と第２電極２０との間に設けられる。第２機能層の厚み寸法は、例えば、１ナノメートル（ｎｍ）以上、５００ナノメートル（ｎｍ）以下とすることができる。  
第２機能層は、例えば、電子輸送層として機能する。第２機能層は、例えば、Ａｌｑ３（トリス（8キノリ. ノラト）アルミニウム（III））、ＢＡｌｑ(ビス(2-メチル-8-キノリラト-N1,O8)-(1,1’-ビフェニル-4-オラト)アルニウム)、Ｂｐｈｅｎ（バソフェナントロリン）及び３ＴＰＹＭＢ（トリス[３−(３−ピリジル)−メシチル]ボラン）などを含む。
第２機能層は、例えば、電子注入層として機能する。その場合、第２機能層は、例えば、フッ化リチウム、フッ化セシウム、リチウムキノリン錯体などを含む。
【００１７】
なお、第２機能層は、電子輸送層として機能する層と、電子注入層として機能する層と、が積層されたものであってもよい。この場合、電子注入層として機能する層は、電子の注入特性を向上させるためのものである。また、電子注入層として機能する層は、電子輸送層として機能する層と第２電極２０との間に設けられる。
【００１８】
凸部８０は、第１電極１０と第２電極２０との間に設けられている。  
図１（ａ）に示すように、有機電界発光素子１においては、凸部８０は、第１電極１０と有機発光層３０との間に設けられている。  
図１（ｂ）に示すように、有機電界発光素子１ａにおいては、凸部８０は、有機発光層３０と第２電極２０との間に設けられている。
【００１９】
凸部８０を第１電極１０と第２電極２０との間に設けるようにすれば、光取り出し効率を向上させることができる。この場合、凸部８０を第１電極１０と有機発光層３０との間に設けるようにしても、凸部８０を有機発光層３０と第２電極２０との間に設けるようにしても、光取り出し効率を向上できることに変わりはない。  
なお、光取り出し効率の向上に関する詳細は後述する。
【００２０】
ここで、凸部８０を有機発光層３０と第２電極２０との間に設ける場合には、凸部８０を有機発光層３０の上に形成することになる。例えば、１マイクロメートル（μｍ）以上、２０マイクロメートル（μｍ）以下の幅寸法の凸部８０を形成する場合、フォトリソグラフィ法などを用いることができる。例えば、２０マイクロメートル（μｍ）以上１０００マイクロメートル（μｍ）以下の幅寸法の凸部８０を形成する場合には、メタルマスクを用いた真空蒸着法やスパッタリング法などを用いることができる。凸部８０を有機発光層３０の上に形成する場合、有機発光層３０は平坦な第１電極１０の上に形成できる。そのため、有機発光層３０が平坦となり、凸部８０の形成が容易となる。しかしながら、フォトリソグラフィ法やスパッタリング法を用いることで、有機発光層３０にダメージが発生する恐れがあるので、凸部８０の形成前に保護層を設けるなどの対策が必要となる場合がある。
【００２１】
これに対して、凸部８０を第１電極１０と有機発光層３０との間に設ける場合には、凸部８０を第１電極１０の上に形成し、第１電極１０と凸部８０とを覆うように有機発光層３０を形成することになる。例えば、１マイクロメートル（μｍ）以上２０マイクロメートル（μｍ）以下の幅寸法の凸部８０を形成する場合には、フォトリソグラフィ法などを用いることができる。例えば、２０マイクロメートル（μｍ）以上１０００マイクロメートル（μｍ）以下の幅寸法の凸部８０を形成する場合には、メタルマスクを用いた真空蒸着法やスパッタリング法などを用いることができる。この場合、有機発光層３０の形成前に、凸部８０を形成することができるので、有機発光層３０へのダメージは発生しない。
【００２２】
凸部８０は、相互に離隔させて複数設けることができる。  
凸部８０は、有機発光層３０から放出された光に対して透過性を有する。  
また、凸部８０は、導電性または絶縁性を有する。  
有機発光層３０に対して一桁以上導電率（単位；Ｓ／ｍ）が高く、十分に高い導電性を示す導電性材料を用いて凸部８０を形成すれば、凸部８０は第１電極１０または第２電極２０の一部として機能することになる。この場合、凸部８０が形成された部分と重なる有機発光層３０においても発光が生じることになるので、凸部８０を設けたことによって発光面積が減少することはない。また、凸部８０が導電性を有し、凸部８０を有機発光層３０と第２電極２０の間に設ける場合には、平坦な第１電極１０の上に有機発光層３０を形成することになるので、短絡などの問題は発生しない。  
一方、凸部８０が絶縁性を有していれば、凸部８０を第１電極１０と有機発光層３０の間、または、有機発光層３０と第２電極２０の間のどちらに設ける場合でも、発光面積は減少するが短絡などの問題は生じず、有機電界発光素子の作製が容易となる。
【００２３】
また、凸部８０の屈折率は、有機発光層３０の屈折率と同等とすることができる。凸部８０の屈折率が、有機発光層３０の屈折率と同等であれば、有機発光層３０側から凸部８０の内部に光を円滑に導入することができる。  
例えば、凸部８０の屈折率をｎ、有機発光層３０の屈折率をｎ１とした場合、  ｎ１×０．９≦ｎ≦ｎ１×１．１となるようにすることができる。
【００２４】
凸部８０には、例えば、ＳｉＮＸなどを用いることができる。  
また、凸部８０には、例えば、アクリル系樹脂（例えば、屈折率＝１．４９）、トリアジン系樹脂（例えば、屈折率＝１．７〜１．８）などのポリマー樹脂を用いることができる。  
ポリマー樹脂を用いる場合には、ポリマー樹脂の屈折率よりも高い屈折率を有する粒子をポリマー樹脂の内部に分散させることで屈折率を調整することができる。ポリマー樹脂の屈折率よりも高い屈折率を有する粒子は、例えば、酸化チタン（例えば、屈折率＝２．７）や、酸化ジルコニウムなどからなる粒子である。
【００２５】
例えば、屈折率１．４９のアクリル系樹脂を用いる場合には、屈折率２．７の酸化チタンからなる粒子を用いることができる。そして、アクリル系樹脂に対する粒子の割合を２０％程度とすれば、凸部８０の屈折率が１．７程度となるようにすることができる。また、アクリル系樹脂に対する粒子の割合を６０％程度とすれば、凸部８０の屈折率が２．２程度となるようにすることができる。  
この様に、ポリマー樹脂に対する粒子の割合を変化させることで、凸部８０の屈折率が、有機発光層３０の屈折率と同等となるようにすることができる。
【００２６】
凸部８０は、第１電極１０または有機発光層３０から第２電極２０側に向けて突出している。凸部８０は、第２電極２０側に向かうにつれ、第１電極１０の面１０ａに平行な方向の断面積が漸減する形態を有している。すなわち、複数の凸部８０は、第２電極２０側に向かうにつれ、第１電極１０が伸びる方向に平行な方向の断面積が漸減する形態を有する。  
凸部８０は、例えば、図１（ａ）、（ｂ）に示すように半球状の形態を有したものとすることができる。  
ただし、凸部８０の形態は半球状に限定されるわけではない。
【００２７】
図２は、凸部８０の他の形態を例示するための模式断面図である。  
図２に示す有機電界発光素子１ｂのように、凸部８０は四角錐状の形態を有したものとすることもできる。  
また、凸部８０は、例えば、円錐状、角錐状、円錐台状、角錐台状、半球状、半楕円体状などの任意の形態を有するものとすることができる。
【００２８】
第２電極２０側に向かうにつれ、第１電極１０の面１０ａに平行な方向の断面積が漸減する形態を有する凸部８０を設けることで、第２電極２０に反射面２０ａを形成することができる。  
第１電極１０および有機発光層３０の内部を反射しながら伝搬する光は、凸部８０の内部に導入され、反射面２０ａに入射する。反射面２０ａは、第１電極１０の面１０ａに対して傾いているので、反射面２０ａに入射した光は基板６０側に向けて反射されることになる。そのため、第１電極１０および有機発光層３０の内部に閉じ込められていた光を外部に取り出すことができるので、光取り出し効率を向上させることができる。
【００２９】
凸部８０の配設形態には特に限定はない。例えば、複数の凸部８０をマトリクス状などのように規則的に配列することもできるし、任意の形態に配列することもできる。  
また、複数の凸部８０の大きさが同じとなっていてもよいし、異なる大きさの凸部８０が含まれていてもよい。
【００３０】
図１（ａ）、（ｂ）に例示をした有機電界発光素子１、１ａは、第１電極１０の有機発光層３０が設けられる側とは反対側に基板６０を含む。すなわち、第１電極１０は基板６０と有機発光層３０との間に設けられている。基板６０は、有機発光層３０から放出される光に対して透過性を有する。基板６０には、例えば、石英ガラス、アルカリガラス及び無アルカリガラスなどの透明ガラスを用いることができる。基板６０には、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネイト、ポリメチルメタクリエート、ポリプロピレン、ポリエチレン、非晶質ポリオレフィン及びフッ素系樹脂などの透明樹脂を用いることもできる。基板６０の屈折率は、例えば、１．４以上、１．７以下である。
【００３１】
また、有機電界発光素子１、１ａは、基板６０の第１電極１０が設けられる側とは反対側の面に複数のマイクロレンズ９０を含む。例えば、マイクロレンズ９０の形態は半球状とすることができる。マイクロレンズ９０の高さ寸法（基板６０の厚み方向に沿う長さ）は、例えば、１マイクロメートル（μｍ）以上、５０マイクロメートル（μｍ）以下とすることができる。この場合、マイクロレンズ９０の直径寸法は、２マイクロメートル（μｍ）以上、１００マイクロメートル（μｍ）以下となる。ただし、マイクロレンズ９０の形態や寸法は、例示をしたものに限定されるわけではなく、適宜変更することができる。
【００３２】
複数のマイクロレンズ９０は、フォトリソグラフィ法などを用いて形成することができる。しかしながら、フォトリソグラフィ法などを用いるようにすると、加工が施される膜の膜厚が１０マイクロメートル（μｍ）以下となる、いわゆる薄膜プロセスとなる。この場合、マイクロレンズ９０の直径が、２マイクロメートル（μｍ）よりも大きいと、マイクロレンズ９０を理想的なレンズ形状にするために、マイクロレンズ９０の高さ寸法を１マイクロメートル（μｍ）程度にする必要がある。すると、薄膜の内部応力によりクラックが生じ得るので、マイクロレンズ９０の加工が困難になる。そのため、フォトリソグラフィ法などを用いたのでは、適切な形状のマイクロレンズ９０を安定的に形成することが難しい。
【００３３】
これに対して、複数のマイクロレンズ９０をマトリクス状に並べたマイクロレンズシートを貼り付けるようにすれば、適切な形状のマイクロレンズ９０を容易に設けることができる。  
なお、複数のマイクロレンズ９０が設けられる場合を例示したが、光の進行方向を変化させることができる任意の光学要素を設けるようにすればよい。例えば、レンチキュラレンズシートや、ピラミッド構造を有するシートなど、他の光学フィルムを用いて、他の光学要素を設けることもできる。
【００３４】
図３は、半球状の形態を有する凸部８０を設けた場合の光取り出し効率を例示するグラフ図である。  
図３の横軸は、開口率である。すなわち、凸部８０が設けられる第１電極１０の面の面積、または有機発光層３０の面の面積に対する凸部８０が設けられていない領域の面積の割合である。  
図３の縦軸は、光取り出し効率である。  
図３は、光取り出し効率のシミュレーション結果の例を表したものである。
【００３５】
シミュレーションの条件は、以下のようにした。  
第１電極１０は、屈折率を１．８とし、厚み寸法を１００ナノメートル（ｎｍ）とした。有機発光層３０は、屈折率を１．８とし、厚み寸法を１００ナノメートル（ｎｍ）とした。凸部８０は、屈折率を１．８とし、直径寸法が３マイクロメートル（μｍ）の半球状とした。マイクロレンズ９０は、屈折率を１．５とし、直径寸法が３０マイクロメートル（μｍ）の半球状とした。有機発光層３０において発生した光の波長は５２５ナノメートル（ｎｍ）とした。  
そして、開口率を変化させて、それぞれの場合における光取り出し効率を求めた。
【００３６】
図３中の「Ａ」は、凸部８０とマイクロレンズ９０が設けられていない場合である。「Ｂ」は、凸部８０が設けられていないがマイクロレンズ９０は設けられている場合である。「Ｃ」は、凸部８０が設けられているがマイクロレンズ９０は設けられていない場合である。「Ｄ」は、凸部８０とマイクロレンズ９０が設けられている場合である。
【００３７】
「Ａ」と「Ｃ」から分かるように、凸部８０を設けると光取り出し効率を向上させることができる。また、「Ｃ」と「Ｄ」から分かるように、開口率を少なくするほど、すなわち、凸部８０の数を多くするほど光取り出し効率を高くすることができる。また、「Ｄ」から分かるように、凸部８０とマイクロレンズ９０を設けるようにすれば、光取り出し効率をさらに向上させることができる。
【００３８】
図４は、四角錐状の形態を有する凸部８０を設けた場合の光取り出し効率を例示するグラフ図である。  
図４の横軸は、開口率である。すなわち、凸部８０が設けられる第１電極１０の面の面積、または有機発光層３０の面の面積に対する凸部８０が設けられていない領域の面積の割合である。  
図４の縦軸は、光取り出し効率である。  
図４は、光取り出し効率のシミュレーション結果の例を表したものである。
【００３９】
シミュレーションの条件は、以下のようにした。  
第１電極１０は、屈折率を１．８とし、厚み寸法を１００ナノメートル（ｎｍ）とした。有機発光層３０は、屈折率を１．８とし、厚み寸法を１００ナノメートル（ｎｍ）とした。凸部８０は、屈折率を１．８とし、正方形の底面の一辺の長さが３マイクロメートル（μｍ）、高さ寸法が３マイクロメートル（μｍ）の四角錐状とした。マイクロレンズ９０は、屈折率を１．５とし、直径寸法が３０マイクロメートル（μｍ）の半球状とした。有機発光層３０において発生した光の波長は５２５ナノメートル（ｎｍ）とした。  
そして、開口率を変化させて、それぞれの場合における光取り出し効率を求めた。
【００４０】
図４中の「Ａ１」は、凸部８０とマイクロレンズ９０が設けられていない場合である。「Ｂ１」は、凸部８０が設けられていないがマイクロレンズ９０は設けられている場合である。「Ｃ１」は、凸部８０が設けられているがマイクロレンズ９０は設けられていない場合である。「Ｄ１」は、凸部８０とマイクロレンズ９０が設けられている場合である。
【００４１】
「Ａ１」と「Ｃ１」から分かるように、凸部８０を設けると光取り出し効率を向上させることができる。また、「Ｃ１」と「Ｄ１」から分かるように、開口率を少なくするほど、すなわち、凸部８０の数を多くするほど光取り出し効率を高くすることができる。また、「Ｄ１」から分かるように、凸部８０とマイクロレンズ９０を設けるようにすれば、光取り出し効率をさらに向上させることができる。
【００４２】
また、図３中の「Ｃ」と「Ｄ」と、図４中の「Ｃ１」と「Ｄ１」と、から分かるように、凸部８０の形態により光取り出し効率が変わる。  
すなわち、第２電極２０に平坦な反射面２０ａが形成されるような形態を有する凸部８０とすれば、光取り出し効率をさらに向上させることができる。  
例えば、凸部８０の形態は、角錐状や角錐台状などとすることが好ましい。
【００４３】
図５は、四角錐状の形態を有する凸部８０を設けた場合の光取り出し効率を例示するグラフ図である。  
図５の横軸は、凸部８０の高さ寸法である。  
図５の縦軸は、光取り出し効率である。  
図５は、光取り出し効率のシミュレーション結果の例を表したものである。
【００４４】
シミュレーションの条件は、以下のようにした。  
第１電極１０は、屈折率を１．８とし、厚み寸法を１００ナノメートル（ｎｍ）とした。有機発光層３０は、屈折率を１．８とし、厚み寸法を１００ナノメートル（ｎｍ）とした。凸部８０は、屈折率を１．８とし、正方形の底面の一辺の長さが３マイクロメートル（μｍ）の四角錐状とした。マイクロレンズ９０は、屈折率を１．５とし、直径寸法が３０マイクロメートル（μｍ）の半球状とした。有機発光層３０において発生した光の波長は５２５ナノメートル（ｎｍ）とした。
【００４５】
そして、凸部８０の高さ寸法を変化させて、それぞれの場合における光取り出し効率を求めた。
【００４６】
図５中の「Ａ２」は、凸部８０とマイクロレンズ９０が設けられていない場合である。「Ｂ２」は、凸部８０が設けられていないがマイクロレンズ９０は設けられている場合である。「Ｃ２」は、凸部８０が設けられているがマイクロレンズ９０は設けられていない場合である。「Ｄ２」は、凸部８０とマイクロレンズ９０が設けられている場合である。
【００４７】
「Ａ２」と「Ｃ２」から分かるように、凸部８０を設けると光取り出し効率を向上させることができる。また、「Ｄ２」から分かるように、凸部８０とマイクロレンズ９０を設けるようにすれば、光取り出し効率をさらに向上させることができる。
また、「Ｃ２」と「Ｄ２」から分かるように、凸部８０の高さ寸法を１マイクロメートル（μｍ）以上、３マイクロメートル（μｍ）以下とすれば、光取り出し効率をさらに向上させることができる。
また、凸部８０の底面の一辺の長さは、３マイクロメートル（μｍ）である。そのため、底面の一辺の長さと高さとの比を３：１〜１：１とすると光取り出し効率をさらに向上させることができる。例えば、凸部８０の底面の一辺の長さが３０マイクロメートル（μｍ）であれば、高さを１０マイクロメートル（μｍ）以上、３０マイクロメートル（μｍ）以下とすれば、光取り出し効率をさらに向上させることができる。  
この場合、凸部８０の底面は、一辺の長さＬが３マイクロメートル(μｍ）の正方形であるので、底面における最大長さＬＭＡＸは対角線の長さとなり、４．２マイクロメートル（μｍ）となる。
そのため、凸部８０の底面の最大長さをＬＭＡＸ、凸部８０の高さをＨとした場合、１．４≦ＬＭＡＸ／Ｈ≦４．２とすれば、光取り出し効率をさらに向上させることができる。
なお、これは底面が正方形の場合であるが、底面が他の形状の場合も同様の効果が得られる。
すなわち、凸部８０の第１電極１０側の面（底面）の最大長さをＬＭＡＸ、凸部８０の高さをＨとすると、１．４≦ＬＭＡＸ／Ｈ≦４．２とすれば、光取り出し効率をさらに向上させることができる。
なお、凸部８０の第１電極１０側の面（底面）の最大長さＬＭＡＸは、凸部８０の第１電極１０側の面（底面）に形成された線分の最大長さである。  
例えば、凸部８０の第１電極１０側の面（底面）が円形である場合には最大長さＬＭＡＸは、直径の長さとなる。凸部８０の第１電極１０側の面（底面）が四角形である場合には最大長さＬＭＡＸは、対角線の長さとなる。凸部８０の第１電極１０側の面（底面）が楕円形である場合には最大長さＬＭＡＸは、長軸の長さとなる。
この場合、凸部８０の第１電極１０側の面（底面）の最大長さＬＭＡＸは、凸部８０の第１電極１０側の面（底面）内における長さとは限らない。 
例えば、凸部８０の第１電極１０側の面（底面）が三角形である場合には、最大長さＬＭＡＸは三角形の１辺の長さとなる。
【００４８】
[第２の実施形態]  
図６（ａ）、（ｂ）は、第２の実施形態に係る有機電界発光素子を例示する模式断面図である。  
図６（ａ）は、凸部８０が第１電極１０と有機発光層３０との間に設けられた場合である。  
図６（ｂ）は、凸部８０が有機発光層３０と第２電極２０との間に設けられた場合である。
【００４９】
図６（ａ）、（ｂ）に示すように、有機電界発光素子１１、１１ａは、第１電極１０と、第２電極２０と、有機発光層３０と、凸部８０と、光路制御層７０と、を含む。また、前述した有機電界発光素子１、１ａと同様に、基板６０と、マイクロレンズ９０とをさらに含むようにしてもよい。  
また、一例として、半球状の形態を有する凸部８０が設けられた場合を例示したが、凸部８０の形態は半球状に限定されるわけではない。  
凸部８０は、例えば、円錐状、角錐状、円錐台状、角錐台状、半球状、半楕円体状などの任意の形態を有するものとすることができる。
【００５０】
有機電界発光素子１１、１１ａは、前述した有機電界発光素子１、１ａにおいて光路制御層７０をさらに設けた場合である。
【００５１】
光路制御層７０は、第１電極１０の有機発光層３０が設けられる側とは反対側に設けられている。図６（ａ）、（ｂ）に例示をしたものにおいては、光路制御層７０は、第１電極１０と基板６０との間に設けられている。  
光路制御層７０は、有機発光層３０から放出された光に対して透過性を有する。  
光路制御層７０の材料は、有機発光層３０から放出された光に対して透過性があれば特に限定はない。ただし、光路制御層７０の屈折率は、有機発光層３０の屈折率と同等とすることができる。光路制御層７０の屈折率が、有機発光層３０の屈折率と同等であれば、有機発光層３０側と光路制御層７０との間における光の導入を円滑に行うことができる。
【００５２】
例えば、光路制御層７０の屈折率をｎ２、有機発光層３０の屈折率をｎ１とした場合、  ｎ１×０．９≦ｎ２≦ｎ１×１．１となるようにすることができる。  
前述したように、凸部８０の屈折率は、有機発光層３０の屈折率と同等とすることができる。そのため、光路制御層７０の屈折率と、有機発光層３０の屈折率と、凸部８０の屈折率と、が同等となるようにすることができる。  
この場合、光路制御層７０の材料は、凸部８０の材料と同じとすることができる。  
光路制御層７０の厚み寸法は、例えば、１マイクロメートル（μｍ）以上、１００マイクロメートル（μｍ）以下とすることができる。
【００５３】
次に、光路制御層７０の作用についてさらに説明する。  
図１（ａ）、（ｂ）に例示をした有機電界発光素子１、１ａには光路制御層７０が設けられていない。  
そのため、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、基板６０と、第２電極２０との間を反射しながら光が伝搬する。この場合、基板６０と、第２電極２０との間の距離が短くなるので、光の伝搬距離に対する反射回数が多くなる。反射回数が多くなれば、反射による損失が多くなる。
例えば、第２電極２０の反射率が９０％であれば、光は１０回程度しか反射出来ず、横方向の光の伝搬距離は１〜３μｍ程度になる。この場合、凸部８０の幅寸法とピッチ寸法を光の横方向の伝搬距離と同程度にしなければ、放射された光の伝搬光は凸部８０に侵入することはない。例えば、第１の実施形態に係る有機電界発光素子１、１ａのように、光路制御層７０が設けられていない場合であって、凸部８０の幅寸法とピッチ寸法が１〜３マイクロメートル（μｍ）程度の場合には、凸部８０の幅寸法とピッチ寸法が、光の横方向の伝搬距離と同程度となるので、光取り出し効率を向上させることができる。この場合、凸部８０の形成には、フォトリソグラフィ法などの半導体製造プロセスを用いることができる。
【００５４】
図６（ａ）、（ｂ）に示すように、光路制御層７０が設けられている場合にも、基板６０と、第２電極２０との間を反射しながら光が伝搬する。ところが、光路制御層７０が設けられている場合には、基板６０と、第２電極２０との間の距離が光路制御層７０の厚み寸法分だけ長くなる。そのため、光の伝搬距離に対する反射回数を少なくすることができる。
前述したように、第２電極２０の反射率が９０％であれば、光は１０回程度反射するので、横方向の光の伝搬距離は、光路制御層７０の膜厚の１０倍程度と長くすることができる。横方向の伝搬距離が長くなれば、凸部８０の幅寸法やピッチ寸法を光路制御層７０の膜厚の１０倍程度にしても、光取り出し効率を向上させることができる。凸部８０の幅寸法やピッチ寸法を長くできれば、凸部８０の形成にスクリーン印刷法などの安価なプロセスを用いることができる。
【００５５】
図７は、光取り出し効率を例示するためのグラフ図である。  
図７は、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．４に示す構成における光取り出し効率のシミュレーション結果の例を表したものである。  
図７の縦軸は、光取り出し効率である。
【００５６】
Ｎｏ．１に示す構成は、凸部８０が設けられていない場合である。  
Ｎｏ．２に示す構成は、四角錐状の形態を有する凸部８０が設けられた場合であり、マイクロレンズ９０が設けられていない場合である。  
Ｎｏ．３に示す構成は、Ｎｏ．１に示す構成にさらに複数のマイクロレンズ９０が設けられた場合である。  
Ｎｏ．４に示す構成は、Ｎｏ．２に示す構成にさらに複数のマイクロレンズ９０が設けられた場合である。
【００５７】
シミュレーションの条件は、以下のようにした。  
第１電極１０は、屈折率を１．８とし、厚み寸法を１００ナノメートル（ｎｍ）とした。有機発光層３０は、屈折率を１．８とし、厚み寸法を１００ナノメートル（ｎｍ）とした。凸部８０は、屈折率を１．８とし、正方形の底面の一辺の長さが８０マイクロメートル（μｍ）、高さ寸法が６０マイクロメートル（μｍ）の四角錐状とした。また、複数の凸部８０をマトリクス状に配列（格子配列）した。凸部８０同士の間の寸法は、８０マイクロメートル（μｍ）とした。光路制御層７０は、屈折率を１．８とし、厚み寸法を１００マイクロメートル（μｍ）とした。基板６０は、屈折率を１．５とし、厚み寸法を７００マイクロメートル（μｍ）とした。マイクロレンズ９０は、屈折率を１．５とし、直径寸法が３０マイクロメートル（μｍ）の半球状とした。マイクロレンズ９０の配設形態は六方最密充填とし、充填率を８２％とした。有機発光層３０において発生した光の波長は５２５ナノメートル（ｎｍ）とした。
【００５８】
図７中のＮｏ．２に示すように、凸部８０を設けるようにすれば、凸部８０が設けられていないＮｏ．１に示すものに比べて、光取り出し効率を向上させることができる。また、凸部８０の幅寸法を８０マイクロメートル（μｍ）としても光取り出し効率を向上させることができる。そのため、スクリーン印刷法などの方法を用いて安価で、且つ、高い発光効率を有する有機電界発光素子を得ることができる。  
また、図７中のＮｏ．４に示すように、複数のマイクロレンズ９０をさらに設けるようにすれば、光取り出し効率をさらに向上させることができる。
図８は、凸部８０の屈折率と光取り出し効率との関係を例示するためのグラフ図である。
なお、図８中の「Ｅ」はマイクロレンズ９０を有する場合、「Ｆ」はマイクロレンズ９０を有さない場合である。  
シミュレーションの条件は、図７の場合と同様とし、有機発光層３０の屈折率は１．８に固定した。  
また、マイクロレンズ９０は、直径寸法が３マイクロメートル（μｍ）の半球状とした。
ここで、前述したように、凸部８０の屈折率をｎ、有機発光層３０の屈折率をｎ１とした場合、ｎ１×０．９≦ｎ≦ｎ１×１．１となるようにすることができる。  
すなわち、凸部８０の屈折率ｎは、１．６２≦ｎ≦１．９８とすることができる。
凸部８０の屈折率ｎをこの様にすれば、図８中の「Ｅ」、「Ｆ」に示すように光取り出し効率を向上させることができる。
【００５９】
[第３の実施形態]  
図９（ａ）、（ｂ）は、第３の実施形態に係る有機電界発光素子を例示する模式断面図である。  
図９（ａ）は、凸部８０が第１電極１０と有機発光層３０との間に設けられた場合である。  
図９（ｂ）は、凸部８０が有機発光層３０と第２電極２０との間に設けられた場合である。
【００６０】
図９（ａ）、（ｂ）に示すように、有機電界発光素子２１、２１ａは、第１電極１０と、第２電極２０と、有機発光層３０と、凸部８０と、光路制御層７０と、を含む。また、前述した有機電界発光素子１、１ａと同様に、マイクロレンズ９０をさらに含むようにしてもよい。  
また、一例として、半球状の形態を有する凸部８０が設けられた場合を例示したが、凸部８０の形態は半球状に限定されるわけではない。  
凸部８０は、例えば、円錐状、角錐状、円錐台状、角錐台状、半球状、半楕円体状などの任意の形態を有するものとすることができる。
【００６１】
有機電界発光素子２１、２１ａは、前述した有機電界発光素子１１、１１ａにおいて基板６０を省いた場合である。あるいは、基板６０の屈折率を光路制御層７０の屈折率と同等とした場合である。  
有機電界発光素子２１、２１ａの場合には、光路制御層７０のマイクロレンズ９０が設けられる側の界面７０ａと、第２電極２０との間を反射しながら光が伝搬する。この場合、界面７０ａと、第２電極２０との間の距離を長くすることができるので、光の伝搬距離に対する反射回数を少なくすることができる。前述したように、第２電極２０の反射率が９０％であれば、光は１０回程度反射し、横方向の光の伝搬距離は、光路制御層７０の膜厚の１０倍程度になる。横方向の伝搬距離が長くなれば、凸部８０の幅寸法やピッチ寸法を光路制御層７０の膜厚の１０倍程度にしても、光取り出し効率を向上させることができる。この場合、凸部８０の形成にはスクリーン印刷法などの安価なプロセスを用いることができる。
【００６２】
なお、以上の第１〜第３の実施形態に記載した有機電界発光素子は、発光装置に用いることができる。第１〜第３の実施形態に記載した有機電界発光素子を有する発光装置は、同じ投入電力であっても輝度が高い、もしくは、同じ輝度であっても投入電力が低い。後述するように、発光装置は、有機電界発光素子を有する発光部の他に、駆動部や制御部を有していても良い。
【００６３】
図１０は、発光装置１１１を例示するための模式図である。  
図１０に示すように、発光装置１１１には、発光部１１１ａ、駆動部１１１ｂ、制御部１１１ｃが設けられている。  
発光部１１１ａは、前述した有機電界発光素子１、１ａ、１ｂ、１１、１１ａ、２１、２１ａを複数有している。有機電界発光素子１、１ａ、１ｂ、１１、１１ａ、２１、２１ａの配設形態には特に限定がない。例えば、図１０に例示をしたように規則的な配置とすることもできるし、規則的ではない任意の配置とすることもできる。また、有機電界発光素子１、１ａ、１ｂ、１１、１１ａ、２１、２１ａの数も例示をしたものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。有機電界発光素子１、１ａ、１ｂ、１１、１１ａ、２１、２１ａを１つ有しているのでも良い。
駆動部１１１ｂは、例えば、有機電界発光素子有機電界発光素子１、１ａ、１ｂ、１１、１１ａ、２１、２１ａ毎、あるいはすべての有機電界発光素子有機電界発光素子１、１ａ、１ｂ、１１、１１ａ、２１、２１ａに電流を印加する駆動回路を有したものとすることができる。  
例えば、発光装置１１１が表示装置である場合には、駆動部１１１ｂは、有機電界発光素子有機電界発光素子１、１ａ、１ｂ、１１、１１ａ、２１、２１ａ毎に電流を印加するものとすることができる。  
また、例えば、発光装置１１１が照明装置である場合には、駆動部１１１ｂは、すべての有機電界発光素子有機電界発光素子１、１ａ、１ｂ、１１、１１ａ、２１、２１ａに電流を印加するものとすることができる。  
なお、駆動部１１１ａによる駆動の形態は、例示をしたものに限定されるわけではなく、発光装置１１１の用途などに応じて適宜変更することができる。
制御部１１１ｃは、例えば、駆動部１１１ｂを制御する制御回路を有したものとすることができる。  
なお、前述した有機電界発光素子有機電界発光素子１、１ａ、１ｂ、１１、１１ａ、２１、２１ａ以外の要素には、既知の技術を適用することができる。そのため、発光部１１１ａ、駆動部１１１ｂ、制御部１１１ｃに関する詳細な説明は省略する。
【００６４】
以上、本発明のいくつかの実施形態を例示したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更などを行うことができる。これら実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。
【符号の説明】
【００６５】
１  有機電界発光素子、１ａ  有機電界発光素子、１ｂ  有機電界発光素子、１０  第１電極、１１  有機電界発光素子、１１ａ  有機電界発光素子、２０  第２電極、２０ａ  反射面、２１  有機電界発光素子、２１ａ  有機電界発光素子、３０  有機発光層、６０  基板、８０  凸部、９０  マイクロレンズ
【図１】
2014067559.tif 000003
【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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