(57)【要約】【課題】プラズモン損失を低減しつつ発光強度分布の角度依存性と波長依存性とを低減すること可能とする、電界発光素子およびその電界発光素子を用いた照明装置を提供する。【解決手段】この電界発光素子１Ａは、第１透明電極を構成する透明電極層１１と、第２透明電極を構成する第１透明薄膜金属層１３と、透明電極層１１と第１透明薄膜金属層１３とに挟まれた電界発光層１２と、第１透明薄膜金属層１３の電界発光層１２が設けられる側とは反対側に設けられる第１透明誘電体層１４と、第１透明誘電体層１４の第１透明薄膜金属層１３が設けられる側とは反対側に設けられる第２透明薄膜金属層１５と、第２透明薄膜金属層１５の第１透明誘電体層１４が設けられる側とは反対側に設けられる第２透明誘電体層１６と、第２透明誘電体層１６の第２透明薄膜金属層１５が設けられる側とは反対側に設けられる光反射層３０とを備える。【選択図】図４
2014086345.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１透明電極を構成する透明電極層と、
第２透明電極を構成する第１透明薄膜金属層と、
前記透明電極層と前記第１透明薄膜金属層とに挟まれた電界発光層と、
前記第１透明薄膜金属層の前記電界発光層が設けられる側とは反対側に設けられる第１透明誘電体層と、
前記第１透明誘電体層の前記第１透明薄膜金属層が設けられる側とは反対側に設けられる第２透明薄膜金属層と、
前記第２透明薄膜金属層の前記第１透明誘電体層が設けられる側とは反対側に設けられる第２透明誘電体層と、
前記第２透明誘電体層の前記第２透明薄膜金属層が設けられる側とは反対側に設けられる光反射層と、
を備える、電界発光素子。
【請求項２】
前記第１透明誘電体層の光学膜厚、および前記第２透明誘電体層の光学膜厚は、前記電界発光層の発光波長のピーク波長の４分の１以下である、請求項１に記載の電界発光素子。
【請求項３】
前記第１透明誘電体層の屈折率は、前記電界発光層の屈折率よりも高い、請求項１または２に記載の電界発光素子。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに１項に記載の電界発光素子を有する照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電界発光素子およびその電界発光素子を用いた照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）、有機ＥＬ（Electro-Luminescence）、無機ＥＬ等の電界発光素子を用いた発光効率の高い面光源が注目を集めている。電界発光素子は平面型の陰極と陽極とに挟まれた電界発光層から構成される。一般的には陽極を透明電極とし、陰極を金属製の光反射電極に構成される場合が多い。一方を金属製の光反射電極で構成した場合には、光は透明電極の陽極側から取り出され、片面発光型の発光デバイスとして用いられている。
【０００３】
その際、金属製の光反射電極で生じるプラズモン損失が大きな光取出し効率の損失要因になる。プラズモン損失とは発光した光が金属表面の表面プラズモンを励起することにりエネルギーが失活する現象である。
【０００４】
一方、正面輝度を向上させるために陰極として半透明電極を用い、この半透明電極の上にバッファ層を設け、このバッファ層の上に金属反射層を設けるバックキャビティ型の共振構造を用いた電界発光素子が、特開２００５−７１９１９号公報（特許文献１）および特開２００３−２７２８５５号公報（特許文献２）に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−７１９１９号公報
【特許文献２】特開２００３−２７２８５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１および特許文献２に開示される電界発光素子においては、電界発光層と金属反射層との距離を離すことができるため、プラズモン損失を低減する効果を有する。
【０００７】
しかし、上記構造の電界発光素子をたとえば白色照明用に適用しようとした場合、特に電界発光素子に白色有機ＥＬ素子を適用した場合には、発光強度の強い角度依存性が生じてしまう。照明の用途においては、発光強度の角度依存性と波長依存性とを無くすことが必要である。
【０００８】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、プラズモン損失を低減しつつ発光強度分布の角度依存性と波長依存性とを低減すること可能とする、電界発光素子およびその電界発光素子を用いた照明装置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】
【０００９】
この発明に基づいた電界発光素子においては、第１透明電極を構成する透明電極層と、第２透明電極を構成する第１透明薄膜金属層と、上記透明電極層と上記第１透明薄膜金属層とに挟まれた電界発光層と、上記第１透明薄膜金属層の上記電界発光層が設けられる側とは反対側に設けられる第１透明誘電体層と、上記第１透明誘電体層の上記第１透明薄膜金属層が設けられる側とは反対側に設けられる第２透明薄膜金属層と、上記第２透明薄膜金属層の上記第１透明誘電体層が設けられる側とは反対側に設けられる第２透明誘電体層と、上記第２透明誘電体層の上記第２透明薄膜金属層が設けられる側とは反対側に設けられる光反射層とを備える。
【００１０】
他の形態においては、上記第１透明誘電体層の光学膜厚、および上記第２透明誘電体層の光学膜厚は、上記電界発光層の発光波長のピーク波長の４分の１以下である。
【００１１】
他の形態においては、上記第１透明誘電体層の屈折率は、上記電界発光層の屈折率よりも高い。
【００１２】
この発明に基づいた照明装置においては、上述のいずれかに記載の電界発光素子を有する。
【発明の効果】
【００１３】
この発明によれば、プラズモン損失を低減しつつ発光強度分布の角度依存性と波長依存性とを低減すること可能とする、電界発光素子およびその電界発光素子を用いた照明装置を提供することを可能とする。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施の形態１における電界発光素子の平面図である。
【図２】実施の形態１における電界発光素子を実現する最小の構成を示す、図１中のＩＩ−ＩＩ線矢視断面図である。
【図３】実施の形態２における有機ＥＬ電界発光素子の構造を示す断面図である。
【図４】実施の形態３における有機ＥＬ電界発光素子の具体的構成を示す断面図である。
【図５】比較例１における有機ＥＬ電界発光素子の具体的構成を示す断面図である。
【図６】実施の形態３における有機ＥＬ電界発光素子について、波長５２０ｎｍの反射率を計算した結果を示す図である。
【図７】比較例１における有機ＥＬ電界発光素子について、波長５２０ｎｍの反射率を計算した結果を示す図である。
【図８】実施の形態４における有機ＥＬ電界発光素子の具体的構成を示す断面図である。
【図９】比較例２における有機ＥＬ電界発光素子の具体的構成を示す断面図である。
【図１０】実施の形態４における有機ＥＬ電界発光素子について、波長５２０ｎｍの反射率を計算した結果を示す図である。
【図１１】比較例２における有機ＥＬ電界発光素子について、波長５２０ｎｍの反射率を計算した結果を示す図である。
【図１２】実施の形態３、実施の形態４、比較例１、および比較例２における各有機ＥＬ電界発光素子における電界発光層から光反射層を見た反射率（０度反射）を示す図である。
【図１３】実施の形態５における有機ＥＬ電界発光素子の具体的構成を示す断面図である。
【図１４】実施の形態６における白色照明装置の概略構成を示す図である。
【図１５】実施の形態７における白色照明装置の概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明に基づいた各実施の形態における電界発光素子およびその電界発光素子を用いた照明装置について、以下、図を参照しながら説明する。なお、以下に説明する各実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。また、同一の部品、相当部品に対しては、同一の参照番号を付し、重複する説明は繰り返さない場合がある。また、各実施の形態における構成を適宜組み合わせて用いることは当初から予定されていることである。
【００１６】
（実施の形態１）
図１および図２を参照して、実施の形態１における電界発光素子１について説明する。図１は、本実施の形態における電界発光素子１の平面図、図２は、本実施の形態における電界発光素子１を実現する最小の構成を示す、図１中のＩＩ−ＩＩ線矢視断面図である。なお、以下に示す各実施の形態における断面図は、図１中のＩＩ−ＩＩ線矢視に相当する断面である。
【００１７】
本実施の形態における電界発光素子１は、基板１０と、基板１０の一方面側に設けられる第１透明電極を構成する透明電極層１１と、第２透明電極を構成する第１透明薄膜金属層１３と、透明電極層１１と第１透明薄膜金属層１３とに挟まれた電界発光層１２と、第１透明薄膜金属層１３の電界発光層１２が設けられる側とは反対側に設けられる第１透明誘電体層１４と、第１透明誘電体層１４の第１透明薄膜金属層１３が設けられる側とは反対側に設けられる第２透明薄膜金属層１５と、第２透明薄膜金属層１５の第１透明誘電体層１４が設けられる側とは反対側に設けられる第２透明誘電体層１６と、第２透明誘電体層１６の第２透明薄膜金属層１５が設けられる側とは反対側に設けられる光反射層３０とを備える。
【００１８】
上記構成を有する電界発光素子１において、第１透明薄膜金属層１３と第１透明誘電体層１４とにより第１バッファ層を構成し、第２透明薄膜金属層１５と第２透明誘電体層１６とにより第２バッファ層を構成している。
【００１９】
上記したように、この電界発光素子１は、電界発光層１２は透明電極層１１（第１透明電極）と第１透明薄膜金属層１３（第２透明電極）とに挟まれて存在する。たとえば、図２に示したとおり、透明電極層１１を陽極とし第１透明薄膜金属層１３を陰極とした構成が考えられる。逆に透明電極層１１を陰極とし第１透明薄膜金属層１３を陽極とした構成も可能である。以下では透明電極層１１を陽極とし、第１透明薄膜金属層１３を陰極とした構成で説明する。
【００２０】
透明電極層１１と第１透明薄膜金属層１３との間に電圧を印加することで電子が加速されて電界発光層１２に電子が注入され、電界発光層１２で電子の運動エネルギーが光子に変換されることで、透明電極層１１および第１透明薄膜金属層１３の両方の透明電極に光が取り出される。
【００２１】
一般的に、電子注入を容易にするために、透明電極層１１（第１透明電極）と第１透明薄膜金属層１３（第２透明電極）とには異なる材料を用いる。たとえば、陰極側として電子注入に適した仕事関数を持つ薄膜金属電極（Ａｇ、Ａｌ、Ａｕ、Ｃｕ等）が用いられ、陽極側として正孔注入に適した仕事関数を持つ透明酸化物半導体電極（ＩＴＯ（インジウム酸化物と錫酸化物の混合体）、ＩＺＯ（インジウム酸化物と亜鉛酸化物の混合体）等）が用いられる。
【００２２】
薄膜金属電極は電子輸送性に優れるが、光学透過率が低いので透明電極として用いる場合には透過率を上げるために数ｎｍ〜数１０ｎｍの膜厚のものが適している。また透明酸化物半導体を用いた透明電極は、薄膜金属電極よりも厚さあたりの面抵抗大きく透過率が高いという特徴があるため、透明酸化物半導体を透明電極として用いる場合には面抵抗を下げるために１００ｎｍ〜２００ｎｍの膜厚のものが適している。
【００２３】
透明電極層１１（第１透明電極）と第１透明薄膜金属層１３（第２透明電極）とに同種の透明電極を用いた場合には、電子注入性能が低下し駆動電圧が高くなり発光効率が低下するので望ましくない。したがって、透明電極層１１（第１透明電極）と第１透明薄膜金属層１３（第２透明電極）とには、異なる材料を用いて、一方の電極は電子注入性を良くし、他方の電極は正孔注入性を良くすることが望ましい。
【００２４】
第１透明薄膜金属層１３および第２透明薄膜金属層１５は、薄膜金属で構成される光透過性を有する薄膜である。どの程度の薄さであれば光が透過するかは、屈折率の虚部を用いて表すことができる。屈折率ｎと消衰係数κとを用いた場合、膜厚ｄ（ｎｍ）の媒質を通過する際に生じる位相変化φと透過率Ｔとは、下記の（式１）のようにあらわされる。
【００２５】
【数１】
2014086345.tif 000003
【００２６】
ここでλは、真空中における光の波長である。式（１）より、光の強度がｅ２分の１に減衰する距離Ｌｄは、下記の（式２）のようにあらわされる。
【００２７】
【数２】
2014086345.tif 000004
【００２８】
第１透明薄膜金属層１３は、十分な透過率を有するために、式（２）で示されるＬｄより薄いことが望ましい。
【００２９】
第１透明誘電体層１４および第２透明誘電体層１６は、誘電体で構成されている層である。誘電体の定義については、以下に説明する。物体が自由電子を多く含みあまり光を透過しない金属か、自由電子が少なく光を透過する誘電体であるかは複素比誘電率を用いて調べることができる。複素比誘電率εｃは界面反射に関係する光学定数であり、屈折率ｎと消衰係数κとを用いて、下記（式３）のようにあらわされる物理量である。
【００３０】
【数３】
2014086345.tif 000005
【００３１】
ここで、Ｐは分極、Ｅは電界、ε０は真空中の誘電率、ｉは虚数単位である。（式３）から、屈折率ｎが小さく、消衰係数κが大きいほど複素比誘電率の実部が小さくなることがわかる。これは、電界の振動に対して電子の振動によって分極応答の位相がずれる効果を現している。
【００３２】
（式３）で示される複素比誘電率の実部が負になると、電界振動と分極応答が逆転することを意味し、これが金属の特性となる。逆に、複素比誘電率の実部が正の場合は、電界の方向と分極応答の方向とが一致し、誘電体としての分極応答を示す。まとめると、複素比誘電率の実部が負である媒質が金属であり、複素比誘電率の実部が正の物質が誘電体である。
【００３３】
一般に、屈折率ｎが小さく、消衰係数κが大きいほど電子がよく振動する材料であることを意味する。電子輸送性が高い材料は、屈折率ｎが小さく、消衰係数κが大きい傾向がある。特に、金属電極においては、屈折率ｎが０．１程度であるのに対し、消衰係数κは、２〜１０と大きな値を持ち波長に対する変化率も大きい。したがって、２つの異なる金属電極において、屈折率ｎが同じ値でも、消衰係数κの値が大きく違う場合には、２つの異なる金属電極の間に、電子輸送性能に大きな差が出ることになる。
【００３４】
次に、第１バッファ層の望ましい膜厚について説明する。（式１）より、第１透明誘電体層１４の膜厚をｄ（ｎｍ）、屈折率をｎｄとしたときに、第１透明薄膜金属層１３と第２透明薄膜金属層１５との間で往復した光の位相変化は反射の位相変化も含めて、下記（式４）であらわされる。
【００３５】
【数４】
2014086345.tif 000006
【００３６】
これが２π以下であれば干渉を起こしにくいため、（式５）が望ましい第１透明誘電体層１４の膜厚である。つまり、第１透明誘電体層１４の膜厚（光学膜厚）は、電界発光層１２の発光波長のピーク波長の４分の１以下であることが好ましい。第２バッファ層における第２透明誘電体層１６の膜厚も同様である。
【００３７】
【数５】
2014086345.tif 000007
【００３８】
たとえば、電界発光層１２の発光波長が５５０ｎｍで、屈折率ｎ＝１．７の透明誘電体層を用いた場合は、膜厚は、８０ｎｍ以下であることが望ましい。
【００３９】
（実施の形態２）
次に、より具体的な実施例を用いて本実施の形態における電界発光素子について説明する。具体的な構成として可視光の領域（波長４００ｎｍ〜８００ｎｍ）で発光する有機電界発光素子（有機ＥＬ）を用いた場合で本実施の形態を説明する。なお、本実施の形態は可視で発光する有機ＥＬに限定されず、透明電極に電界発光層が挟まれた電界発光素子すべてに共通し、たとえば、無機電界発光素子や、赤外で発光する素子であってもよい。
【００４０】
図３に、実施の形態２における有機ＥＬ電界発光素子１Ａを示す。図３は、本実施の形態における有機ＥＬ電界発光素子１Ａの構造を示す断面図である。本実施の形態における有機ＥＬ電界発光素子１Ａにおいては、第１透明薄膜金属層１３として電子注入性のよい金属薄膜、透明電極層１１として正孔注入性のよい透明酸化物半導体を用いる構成を考える。透明酸化物半導体としては、（ＩＴＯ（インジウム酸化物と錫酸化物の混合体）、ＩＺＯ（インジウム酸化物と亜鉛酸化物の混合体）、ＺｎＯ、ＩｎＧａＯ３）等が挙げられる。透明電極層１１は基板１０に上に設けられている。
【００４１】
この場合、第１透明電極としての透明電極層１１が陽極、第２透明電極としての第１透明薄膜金属層１３が陰極となる。透明電極層１１（第１透明電極）と第１透明薄膜金属層１３（第２透明電極）とに挟まれた電界発光層１２Ａとしては有機ＥＬ材料として公知の任意の蛍光材料および燐光材料を用いることができる。
【００４２】
必要に応じて電界発光層１２Ａの陽極側に正孔輸送層が設けられたり、電界発光層の陰極側に電子輸送層が設けられたりしてもよい。電界発光層１２Ａの材料は、素子の外部取りだし量子効率の向上や発光寿命の長寿命化等の効果を好ましく得る観点から、有機ＥＬ素子用材料として有機金属錯体を用いることが好ましい。
【００４３】
さらに、錯体形成に係る金属が元素周期表の８族〜１０族に属するいずれか１種の金属、ＡｌまたはＺｎであることが好ましく、特に上記金属が、Ｉｒ、Ｐｔ、ＡｌまたはＺｎであることが好ましい。
【００４４】
第１透明薄膜金属層１３（第２透明電極）の電界発光層１２Ａとは反対側には、第１透明誘電体層１４が設けられている。第１透明薄膜金属層１３と第１透明誘電体層１４とにより第１バッファ層が形成される。同様にして、第１透明誘電体層１４の第１透明薄膜金属層１３とは反対側（電界発光層１２Ａから見て外側）には、第２透明薄膜金属層１５が設けられ、第２透明薄膜金属層１５の第１透明誘電体層１４とは反対側には、第２透明誘電体層１６が設けられている。第２透明薄膜金属層１５と第２透明誘電体層１６とにより第２バッファ層が形成される。さらに、第２透明誘電体層１６の第２透明薄膜金属層１５とは反対側には、光反射層３０が設けられている。
【００４５】
以下、図４を参照して、有機ＥＬ電界発光素子１Ａの各層の望ましい材料について説明する。図４は、有機ＥＬ電界発光素子１Ａの材料構成示す断面図である。特に本実施の形態においては、各層の屈折率ｎと消衰係数κが重要である。基板（樹脂基板）１０は、屈折率ｎが１．５の材料を用いる。
【００４６】
透明電極層１１としては、上述した透明酸化物半導体の他に塗布法を用いて低コストで成膜が可能な導電性樹脂を透明電極に用いてもよい。電子輸送性電極として用いられる導電性樹脂材料としては、ペリレン誘導体やＰＣＢＭ（フェニルＣ６１酪酸メチルエステル）等のフラーレン誘導体が考えられる。
【００４７】
たとえば、ＰＣＢＭの場合は可視光の光学定数は（屈折率ｎ＝２．２、消衰係数κ＝０．２５）であり、電界発光層１２Ａから見た電極反射率は屈折率１．５の樹脂と比較して高くなる。正孔輸送性電極として用いられる導電性樹脂材料は、ＰＥＤＯＴ（Poly（3,4-ethylenedioxythiophene））／ＰＳＳ（Poly（4-styrenesulfonate））、Ｐ３ＨＴ（Poly（3-hexylthiphene））、Ｐ３ＯＴ（Poly（3-octylthiophene）、Ｐ３ＤＤＴ（（Poly（3-dodecylthiophene-2,5-Diyl））））、Ｆ８Ｔ２（フルオレンとバイチオフェンとの共重合体）などが例示される。
【００４８】
たとえば、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳの場合は可視光の光学定数は（屈折率ｎ＝１．５、消衰係数κ＝０．０１）であり、電界発光層１２Ａから見た電極反射率は屈折率１．５の樹脂と同等の値となり、ＰＣＢＭよりも反射率は低めになる。
【００４９】
さらに、透明電極層１１の電気伝導度を高めるために金属メッシュ、金属ナノワイヤ、金属ナノ粒子等を併用してもよい。この場合は、金属ナノワイヤを用いた電極の電子伝導性が高まるために、平均的な屈折率が低くなり、電界発光層１２Ａから見た反射率が高くなる傾向がある。
【００５０】
第１透明薄膜金属層１３および第２透明薄膜金属層１５の材料としては一定の反射率を有する金属材料が適している。たとえば、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）が望ましい。他の例では、酸化され難い利点も持つ金（Ａｕ）が考えられる。別の材料として銅（Ｃｕ）があり、同材料は導電性がよいという特徴を持つ。
【００５１】
その他には、熱的性質や化学的性質が良く高温でも酸化されにくく基板材料との化学反応も起さない特徴がある材料として、白金、ロジウム、パラジウム、ルテニウム、イリジウム、オスミニウムなどが挙げられる。また複数の金属材料を用いた合金を用いてもよい。特にＭｇＡｇやＬｉＡｌは薄膜透明金属電極としてもよく用いられる。
【００５２】
第１透明誘電体層１４および第２透明誘電体層１６の材料としては、透明電極層の材料として例示した透明酸化物半導体や導電性樹脂を用いるのがよい。透明電極層の材料として例示した透明酸化物半導体や、導電性樹脂を透明誘電体層に用いた場合には、透明薄膜金属層と透明誘電体層とが一体となって透明電極として機能するために面抵抗を低減し面内輝度ばらつきを低減できる利点がある。
【００５３】
その他には、第１透明誘電体層１４および第２透明誘電体層１６の材料として、一般的な誘電体材料を用いることができる。材料の例を挙げると、ＴｉＯ２（屈折率ｎ＝２．５）、ＳｉＯｘ（屈折率ｎ＝１．４〜３．５）などを用いることができる。その他の誘電体材料の例としては、ダイヤモンド、弗化カルシウム（ＣａＦ）、チッ化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）などが例示できる。また透明部材として用いることができるガラス材料としては市販のもので屈折率は１．４〜１．８のものが知られている。
【００５４】
樹脂材料としても塩化ビニル、アクリル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ＡＢＳ、ナイロン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリフッ化ビニリデン、テフロン（登録商標）、ポリイミド、フェノール樹脂などが例示され、屈折率も１．４〜１．８のものが存在する。また、ナノ粒子などを混合して屈折率を高くしたり低くしたり制御する技術も存在し、中空ナノシリカを混合したプラスチック材料では屈折率を１に近づけることが可能である。また、ＴｉＯ２等の高屈折率材料の粒子を樹脂に混合することにより、２に近い屈折率を実現することも可能である。
【００５５】
その他に透明部材の屈折率を制御する方法としては、誘電体の周期構造を設けたフォトニック結晶を用いたり、微小金属構造によるプラズモニック結晶を用いたりする方法がある。また透明部材は窒素などの不活性ガスや流体、ジェルなどでもよい。
【００５６】
光反射層３０の材料としては第１透明薄膜金属層１３および第２透明薄膜金属層１５の材料として例示した金属材料を用いることができる、その他、誘電体多層膜ミラーやフォトニック結晶を光反射層として用いてもよい。誘電体多層膜ミラーやフォトニック結晶を光反射層として用いた場合には、光反射層でのプラズモン損失を完全になくすことができる利点がある。
【００５７】
（実施の形態３）
以下では、図４および図５を参照して、本実施の形態における電界発光素子について比較例における構造と対比しながら説明する。図４は、実施の形態３における有機ＥＬ電界発光素子１Ａの具体的構成を示す断面図、図５は、比較例１における有機ＥＬ電界発光素子１００の具体的構成を示す断面図である。
【００５８】
電界発光層１２Ａとして有機材料を用いる場合には可視光の領域で典型的には１．６〜１．８の間の屈折率を持つ。電界発光層１２Ａの材料として、中心波長５２０ｎｍで発光するＡｌｑ３（膜厚５０ｎｍ）と正孔輸送層（α−ＮＰＤ、膜厚５０ｎｍ）とを用いた場合、波長５２０ｎｍで電界発光層１２Ａの平均的な屈折率は、１．８となる。Ａｌｑ３は、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム、α−ＮＰＤは、４，４′−ビス〔Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ〕ビフェニルである。
【００５９】
各部材に用いられる材料と屈折率の例を、波長５２０ｎｍにおいて説明する。樹脂基板１０として屈折率１．５の樹脂フィルム（アクリル系樹脂）を用いる。透明電極層１１としては透明酸化物半導体電極であるＩＴＯ（屈折率ｎ＝１．８、消衰係数κ＝０．００７）を用いる。第１透明薄膜金属層１３および第２透明薄膜金属層１５としてはＡｇ（屈折率ｎ＝０．１３、消衰係数κ＝３．１）を用いる。
【００６０】
具体的な成膜手順としては、屈折率１．５の樹脂基板１０を準備し、この樹脂基板１０の上に透明電極層１１として厚さ１００ｎｍのＩＴＯ薄膜を積層する。透明電極層１１の上に、電界発光層１２Ａとしてα−ＮＰＤ（５０ｎｍ）とＡｌｑ３（５０ｎｍ）とを順に積層する。
【００６１】
α−ＮＰＤは正孔輸送層として透明電極層１１とＡｌｑ３との間に積層し、Ａｌｑ３の上に第１透明薄膜金属層１３を積層する。次に、第１透明薄膜金属層１３として薄膜のＡｇ電極（膜厚ｔ１＝１５ｎｍ）を積層し、続いて第１透明誘電体層１４として導電性樹脂（屈折率１．７、膜厚ｔ２＝３５ｎｍ）を積層する。
【００６２】
さらに、第１透明誘電体層１４の上に、第２透明薄膜金属層１５として薄膜のＡｇ電極（膜厚ｔ３＝２０ｎｍ）を積層し、この第２透明薄膜金属層１５の上に第２透明誘電体層１６として、導電性樹脂（屈折率ｎ＝１．７、膜厚ｔ４＝７５ｎｍ）を積層する。次に、第２透明誘電体層１６の上に、光反射層３０としてのＡｇ（膜厚ｔ１０＝１００ｎｍ）を積層する。これにより、本実施の形態における有機ＥＬ電界発光素子１Ａが完成する。
【００６３】
図４に示す有機ＥＬ電界発光素子１Ａの構成は、（式５）の条件を満足している。電界発光層１２Ａで発光した光が外へ出て行く際に重要なのが、電界発光層１２Ａから見た光反射層３０側の反射率である。本発明の構造を採用していない構成を採用した有機ＥＬ電界発光素子１００を図５に示す。図５に示す比較例１の有機ＥＬ電界発光素子１００は、第２透明薄膜金属層１５を設けず、第１透明薄膜金属層１３と光反射層３０との間には、透明誘電体層２０として導電性樹脂（屈折率１．７、膜厚ｔ２０（＝ｔ２＋ｔ４）＝１１０ｎｍ）が設けられている。その他の構成は、有機ＥＬ電界発光素子１Ａと同じである。
【００６４】
図４に示す本実施の形態における有機ＥＬ電界発光素子１Ａ、および図５に示す比較例１における有機ＥＬ電界発光素子１００について、波長５２０ｎｍの反射率を計算した結果を、図６および図７に示す。図６は、本実施の形態における有機ＥＬ電界発光素子１Ａについて、波長５２０ｎｍの反射率を計算した結果を示す図であり、図７は、比較例１における有機ＥＬ電界発光素子１００について、波長５２０ｎｍの反射率を計算した結果を示す図である。
【００６５】
なお、図６および図７において、ＴＥ（Transverse Electric Wave）は、Ｓ波の場合を示し、光の電界振動が基板に平行（図４及び図５で紙面に垂直）な場合を示す。また、ＴＭ（Transverse Magnetic Wave）は、Ｐ波の場合を示し、磁界波動が基板に平行（図４及び図５で紙面に垂直）な場合を示す。以下、同様である。
【００６６】
図６および図７を比較した結果、本実施の形態における有機ＥＬ電界発光素子１Ａにおいては、第１透明薄膜金属層１３と光反射層３０との間における光の干渉の効果を低減することにより、電界発光層１２Ａから見た反射率の角度依存性が小さいのに対して（図６参照）、比較例１における有機ＥＬ電界発光素子１００の場合には、第１透明薄膜金属層１３と光反射層３０との間における光の干渉の効果が大きくなり、電界発光層１２Ａから見た反射率の角度依存性が大きいことがわかる（図７参照）。
【００６７】
（実施の形態４）
白色の有機ＥＬ電界発光素子に適した構成にするためには、単色のみならず複数波長での特性が重要となる。以下では、図８および図９を参照して、本実施の形態における電界発光素子について比較例における構造と対比しながら説明する。図８は、実施の形態４における有機ＥＬ電界発光素子１Ｂの具体的構成を示す断面図、図９は、比較例２における有機ＥＬ電界発光素子２００の具体的構成を示す断面図である。
【００６８】
図８に示す本実施の形態における有機ＥＬ電界発光素子１Ｂの構成は、（式５）の条件を満たしている。図４に示した実施の形態３における有機ＥＬ電界発光素子１Ａの構成との相違点は、第２透明誘電体層１６と光反射層３０との間に、第３透明薄膜金属層１７と第３透明誘電体層１８とが設けられている点にある。その他の構成は同じである。第３透明薄膜金属層１７と第３透明誘電体層１８とにより、第３バッファ層を構成している。
【００６９】
第１バッファ層は、第１透明薄膜金属層１３としての薄膜Ａｇ（ｔ１＝１５ｎｍ）と第１透明誘電体層１４としての導電性樹脂（ｔ２＝３０ｎｍ）とにより構成され、第２バッファ層は第２透明薄膜金属層１５としての薄膜Ａｇ（ｔ３＝１５ｎｍ）と第２透明誘電体層としての導電性樹脂（ｔ４＝３０ｎｍ）とにより構成され、第３バッファ層は、第３透明薄膜金属層１７としての薄膜Ａｇ（ｔ５＝１５ｎｍ）と第３透明誘電体層１８としての導電性樹脂（ｔ６＝６０ｎｍ）とにより構成されている。
【００７０】
図９に示す比較例２としての有機ＥＬ電界発光素子２００は、第２透明薄膜金属層１５および第３透明薄膜金属層１７を設けず、第１透明薄膜金属層１３と光反射層３０との間には、透明誘電体層２０として導電性樹脂（屈折率１．７、膜厚ｔ２０（＝ｔ２＋ｔ４＋＋ｔ６）＝１２０ｎｍ）が設けられている。その他の構成は、有機ＥＬ電界発光素子１Ｂと同じである。
【００７１】
実施の形態３の場合と同様に、図８に示す本実施の形態における有機ＥＬ電界発光素子１Ｂ、および図９に示す比較例２における有機ＥＬ電界発光素子２００について、波長５２０ｎｍの反射率を計算した結果を、図１０および図１１に示す。図１０は、本実施の形態における有機ＥＬ電界発光素子１Ｂについて、波長５２０ｎｍの反射率を計算した結果を示す図であり、図１１は、比較例２における有機ＥＬ電界発光素子２００について、波長５２０ｎｍの反射率を計算した結果を示す図である。
【００７２】
図１０および図１１を比較した結果、本実施の形態における有機ＥＬ電界発光素子１Ｂにおいては、第１透明薄膜金属層１３と光反射層３０との間における光の干渉の効果を低減することにより、電界発光層１２Ａから見た反射率の角度依存性が小さいのに対して（図１０参照）、比較例１における有機ＥＬ電界発光素子１００の場合には、第１透明薄膜金属層１３と光反射層３０との間における光の干渉の効果が大きくなり、電界発光層１２Ａから見た反射率の角度依存性が大きいことがわかる（図１１参照）。
【００７３】
図１２に、実施の形態３における有機ＥＬ電界発光素子１Ａ、実施の形態４における有機ＥＬ電界発光素子１Ｂ、比較例１における有機ＥＬ電界発光素子１００、および、比較例２における有機ＥＬ電界発光素子２００に関して、電界発光層１２Ａから光反射層３０を見た反射率（０度反射）を示す。比較例１および比較例２の場合には、波長５６０ｎｍ〜６００ｎｍ（緑色）を中心とした反射率の大きな低下がみられ、白色発光が十分得られていないことが分かる。
【００７４】
一方、実施の形態３における有機ＥＬ電界発光素子１Ａ、および実施の形態４における有機ＥＬ電界発光素子１Ｂにおいては、５２０ｎｍ以下の波長での反射率の低下がみられるものの、青色（４７０ｎｍ）を中心とする色相、緑色（５２０ｎｍ）を中心とする色相、および赤色（６３０ｎｍ）を中心とする色相の光が反射されていることから、波長依存性が低減され、白色光の発光を可能としている。
【００７５】
（実施の形態５）
図１３に、本実施の形態５における有機ＥＬ電界発光素子１Ｃの構成を示す。図１３は、有機ＥＬ電界発光素子１Ｃの具体的構成を示す断面図である。図１３に示す本実施の形態における有機ＥＬ電界発光素子１Ｃの構成は、（式５）の条件を満たしている。図４に示した実施の形態３における有機ＥＬ電界発光素子１Ａの構成との相違点は、第１透明誘電体層１４Ａおよび第２透明誘電体層１６Ａに、屈折率ｎ＝１．７の導電性樹脂に代わり、ＩＴＯ膜を用いている点にある。第１透明誘電体層１４Ａの屈折率ｎは１．９、第２透明誘電体層１６Ａの屈折率ｎは１．７である。その他の構成は同じである。
【００７６】
この構成を採用することで、第１透明薄膜金属層１３に接する第１透明誘電体層１４Ａの屈折率（ｎ＝１．９）を電界発光層１２Ａの屈折率（ｎ＝１．７）以上にしている。第１透明薄膜金属層１３においてもプラズモン損失が生じる可能性があるが、図１３に示したように電界発光層１２Ａに近い第１透明誘電体層１４Ａの屈折率を、電界発光層１２Ａよりも高くすると、第１透明薄膜金属層１３におけるプラズモンモードの重心が第１透明誘電体層１４Ａの方に近づく効果によって、電界発光層１２Ａからの光が第１透明薄膜金属層１３に吸収される割合が低減し、発光効率を向上させることが可能になる。
【００７７】
以上、本発明に基づいた各実施の形態においては、実施の形態１〜３、５における電界発光素子１、１Ａ、１Ｃにおいては、透明誘電体層と透明薄膜金属層とによって構成されるバッファ層を２層設けた場合について説明し、実施の形態４における電界発光素子１Ｂにおいては、透明薄膜金属層と透明誘電体層とによって構成されるバッファ層を３層設けた場合について説明しているが、この構成に限定されるものではない。
【００７８】
本発明に基づけば、透明誘電体層と透明薄膜金属とで構成されるバッファ層を少なくとも２層以上積層することによって光の干渉の効果を低減することができる。また、電界発光層と金属反射層との距離を離してプラズモン損失を低減しつつ、発光強度分布の角度依存性と波長依存性を低減することが可能である。このような電界発光素子を用いた白色照明装置は、高効率で一様な発光を実現することができる。また、本発明の効果をより高めるために、透明誘電体層に透明誘電体層と屈折率の異なる微粒子を分散させてもよい。この場合、散乱の効果によって電界発光層から見た反射電極の反射率の角度依存性や波長依存性をより低減させることが可能になる。
【００７９】
（実施の形態６）
以下に上記各実施の形態に示す構成を備えた有機ＥＬ電界発光素子を用いた白色照明装置１０００について説明する。図１４に、本実施の形態における白色照明装置１０００の概略構成を示す。本実施の形態における白色照明装置１０００は、部屋の天井１２００に、上記各実施の形態における有機ＥＬ電界発光素子１１００を用いた天井照明装置である。
【００８０】
本実施の形態における白色照明装置１０００は、薄型で様々な角度に均一な発光を実現することができるため、柔らかく空間を演出することが可能になる。また、様々な角度に発光するので影ができにくい効果が得られる。
【００８１】
（実施の形態７）
以下に上記各実施の形態に示す構成を備えた有機ＥＬ電界発光素子を用いた他の白色照明装置について説明する。図１５に、本実施の形態における白色照明装置２０００の概略構成を示す。本実施の形態における白色照明装置２０００は、照明スタンドであり、ヘッド２１００の部分に、上記各実施の形態における有機ＥＬ電界発光素子２２００を用いている。
【００８２】
本実施の形態における白色照明装置２０００においても、薄型で様々な角度に均一な発光を実現することができるため、柔らかく空間を演出することが可能になる。また、様々な角度に発光するので影ができにくいため、手元を明るく照明することができる。
【００８３】
以上、本実施の形態における電界発光素子およびその電界発光素子を用いた照明装置によれば、従来、透明電極、バッファ層、および反射層を用いて金属電極で生じるプラズモン損失を低減する構成の電界発光素子が存在しているが、光の干渉により基板側から見た反射率の角度依存性が生じる問題があった。本発明に基づいた実施の形態における、透明薄膜金属層と透明誘電体層とから構成されるバッファ層を２以上設けることで、金属電極で生じるプラズモン損失を低減しつつ発光強度の角度依存性が小さな電界発光素子を実現することを可能とする。
【００８４】
なお、本発明の各実施の形態における電界発光素子およびその電界発光素子を用いた照明装置について説明したが、今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。したがって、本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００８５】
１  電界発光素子、１０  基板（樹脂基板）、１１  透明電極層、１２，１２Ａ  電界発光層、１３  第１透明薄膜金属層、１４，１４Ａ  第１透明誘電体層、１５  第２透明薄膜金属層、１６，１６Ａ  第２透明誘電体層、１７  第３透明薄膜金属層、１８  第３透明誘電体層、２０  透明誘電体層、３０  光反射層、１０００，２０００  白色照明装置、１１００  天井。
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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