(57)【要約】【課題】発光効率が向上した有機ＥＬ素子を提供する。【解決手段】反射電極と光射出側電極と、前記反射電極と前記光射出側電極との間に設けられる発光層と、前記反射電極と前記発光層との間に少なくとも一層設けられ、前記発光層の屈折率よりも低い屈折率を有する低屈折率層と、を有し、前記発光層の最大発光面と前記反射電極の反射面との間の光学距離Ｌ1及び、前記低屈折率層の前記発光層側の反射界面と、前記発光層の最大発光面と、の間の光学距離Ｌ2が特定の式を満たしている。【選択図】図１
2014207356.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反射電極と光射出側電極と、
前記反射電極と前記光射出側電極との間に設けられる発光層と、
前記反射電極と前記発光層との間に少なくとも一層設けられ、前記発光層の屈折率よりも低い屈折率を有する低屈折率層と、を有し、
前記発光層の最大発光面と前記反射電極の反射面との間の光学距離Ｌ1について、下記式（１）
【数１】
2014207356.tif 000027
（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、反射電極の反射面における位相シフト［ｄｅｇ］を表し、ｍは、正の整数を表す。）
を満たし、
前記発光層に最も近い低屈折率層の前記発光層側の界面と、前記発光層の最大発光面と、の間の光学距離Ｌ2について、下記式（２）
【数２】
2014207356.tif 000028
（式（２）において、λは、発光スペクトルの最大ピーク波長を表し、ｐは、０又は正の整数を表す。）
を満たし、
前記式（２）において、ｐ＝０であることを特徴とする、有機ＥＬ素子。
【請求項２】
前記光学距離Ｌ1について、下記式（１’）を満たすことを特徴とする、請求項１に記載の有機ＥＬ素子。
【数３】
2014207356.tif 000029
【請求項３】
前記ｍが１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。
【請求項４】
前記光学距離Ｌ2について、下記式（２ａ）を満たし、
前記式（２ａ）において、ｐ＝０であることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の有機ＥＬ素子。
【数４】
2014207356.tif 000030
【請求項５】
前記発光層に最も近い低屈折率層よりも屈折率が高い電荷注入輸送層が、前記発光層に最も近い低屈折率層の前記反射電極側の界面で接するように配置されていることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項６】
前記電荷注入輸送層と前記発光層に最も近い低屈折率層との界面と、前記発光層の最大発光面と、の間の光学距離Ｌ3について、下記式（３）を満たすことを特徴とする、請求項５に記載の有機ＥＬ素子。
【数５】
2014207356.tif 000031
【請求項７】
前記光学距離Ｌ3が、下記式（３’）を満たすことを特徴とする、請求項６に記載の有機ＥＬ素子。
【数６】
2014207356.tif 000032
（式（３）において、λは、発光スペクトルの最大ピーク波長を表し、ｑは、０又は正の整数を表す。）
【請求項８】
前記ｑが０であることを特徴とする、請求項６又は７に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項９】
さらに前記発光層及び前記電荷注入層より屈折率が低く、かつ前記発光層に最も近い低屈折率層ではない低屈折率層が、前記電荷注入輸送層の前記反射電極側に接するように設けられることを特徴とする、請求項５乃至８のいずれか１項に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項１０】
前記電荷注入輸送層の前記反射電極側にて接する低屈折率層の前記発光層側の界面と、前記発光層の最大発光面と、の間の光学距離Ｌ2について、前記式（２）又は前記式（２ａ）が満たされており、
前記式（２）又は前記式（２ａ）において、ｐ≧１であることを特徴とする、請求項９に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項１１】
前記ｐが１であることを特徴とする、請求項１０に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項１２】
前記発光層に最も近い低屈折率層と前記発光層との間に介在層が設けられることを特徴とする、請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項１３】
前記発光層に最も近い低屈折率層の膜みが、光路長換算で１／８λより大きく３／８λ未満であることを特徴とする、請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項１４】
請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の有機ＥＬ素子と、
前記有機ＥＬ素子によって表面に潜像が形成される感光体と、
感光体を帯電する帯電手段と、を備えることを特徴とする、画像形成装置。
【請求項１５】
請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の有機ＥＬ素子と、
前記有機ＥＬ素子を駆動するための駆動回路と、を有することを特徴とする、表示装置。
【請求項１６】
請求項１５に記載の表示装置と、撮像素子と、を備えることを特徴とする、撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子、並びにこれを用いた画像形成装置、表示装置及び撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
ところで、有機ＥＬ表示装置に含まれる画素を構成する有機ＥＬ素子は、一般的には一対の電極と機能分離された有機化合物層とをそれぞれ数十ｎｍ乃至数百ｎｍの厚みで積層した構造となっている。また有機ＥＬ素子を構成する各層の厚みは、光の波長と同程度であるため、有機ＥＬ素子は、光学干渉の影響により素子構成によって発光効率が大きく変化する性質を有する。尚、発光効率が向上すると有機ＥＬ素子を用いた装置（例えば、ディスプレイ）の消費電力を低減させることができる。
【０００４】
このように、有機ＥＬ素子の発光効率は光学干渉の影響を強く受けるため、有機ＥＬ素子の発光効率は有機化合物層の屈折率や厚みによって大きく変動する。しかしながら、一対の電極間に設けられる有機化合物層の厚みや屈折率を利用して有機ＥＬ素子の発光効率最適化する具体的な技術・手法は確立されていない。ただ有機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。
【０００５】
一方で、電極と発光層との間に低屈折率層を導入する手法はいくつか提案されている。特許文献１では、有機ＥＬ素子の発光効率向上を目的として、例えば、正孔注入層と正孔輸送層との間に隣接する層より屈折率が小さい有機化合物層を配置する手法が提案されている。また特許文献２では、青色発光素子を構成する正孔輸送層を、屈折率が異なる二つの層からなる構成として、この２層の正孔輸送層の厚み比によって発光効率が変化することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−１７５９５２号公報
【特許文献２】特開２０１０−２６３１５５号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Ｓ．Ｎｏｗｙ  ｅｔ．ａｌ．，Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  １０４，１２３１０９（２００８）．
【非特許文献２】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
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
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、発光効率が向上した有機ＥＬ素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の有機ＥＬ素子は、反射電極と光射出側電極と、
前記反射電極と前記光射出側電極との間に設けられる発光層と、
前記反射電極と前記発光層との間に少なくとも一層設けられ、前記発光層の屈折率よりも低い屈折率を有する低屈折率層と、を有し、
前記発光層の最大発光面と前記反射電極の反射面との間の光学距離Ｌ1について、下記式（１）
【００１０】
【数１】
2014207356.tif 000003
【００１１】
（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、反射電極の反射面における位相シフト［ｄｅｇ］を表し、ｍは、正の整数を表す。）
を満たし、
前記発光層に最も近い低屈折率層の前記発光層側の界面と、前記発光層の最大発光面と、の間の光学距離Ｌ2について、下記式（２）
【００１２】
【数２】
2014207356.tif 000004
【００１３】
（式（２）において、λは、発光スペクトルの最大ピーク波長を表し、ｐは、０又は正の整数を表す。）
を満たし、
前記式（２）において、ｐ＝０であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、発光効率が向上した有機ＥＬ素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の有機ＥＬ素子における第１の実施形態を示す断面模式図である。
【図２】有機化合物層から反射電極へ入射した光が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。
【図３】発光層及びＨＴＬ１の屈折率の波長依存性を示す図である。
【図４】ＨＴＬ２の屈折率及び厚みと発光効率との関係を示すグラフである。
【図５】ＨＴＬ１の屈折率及びＨＴＬ２の厚みと発光効率との関係を示すグラフである。
【図６】本発明の有機ＥＬ素子における第２の実施形態を示す断面模式図である。
【図７】本発明の有機ＥＬ素子における第３の実施形態を示す断面模式図である。
【図８】本発明の有機ＥＬ素子を備えた画像形成装置の例を示す断面模式図である。
【図９】本発明の有機ＥＬ素子を備えた表示装置の例を示す断面模式図である。
【図１０】本発明の有機ＥＬ素子を備えた撮像装置の例を示す断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の有機ＥＬ素子は、反射電極と光射出側電極と、反射電極と光射出側電極との間に設けられる発光層と、反射電極と発光層との間に少なくとも一層設けられ、発光層の屈折率よりも低い屈折率を有する低屈折率層と、を有する。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、さらには０．２以上低いことがより好ましい。
【００１７】
本発明において、低屈折率層は、電荷注入輸送層の機能を有するが、発光層と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、低屈折率層に相互に接して、発光層の屈折率と同じかあるいはそれ以上の屈折率を有する高屈折率層が配置されていもよい。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。
【００１８】
尚、以下の説明において、発光層と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、他の低屈折率層に対して発光層に最も近い低屈折率層を、発光層に最も近い低屈折率層とする。また、発光層と反射電極との間に設けられる低屈折率層が一層である場合、その低屈折率層が発光層に最も近い低屈折率層となる。
【００１９】
ところで、低屈折率層は、発光層と反射電極との間に設けられる層であるため、二つの界面、即ち、発光層側の界面と反射電極側の界面とを有する。
【００２０】
低屈折率層と、低屈折率層よりも屈折率が高い層（発光層、電荷注入輸送層）とが接すると、両層の屈折率差により、低屈折率層とこの低屈折率層に隣接する層（発光層、電荷注入輸送層）との界面にて発光層から出力された光の一部が反射され得る。そこで、以下の説明においては、低屈折率層が有する発光層側の面と反射電極側の面とにおいて、低屈折率層よりも屈折率が高い層（発光層、電荷注入輸送層）と接する低屈折率層が有する二つの界面について、反射界面ということがある。
【００２１】
本発明において、発光層の最大発光面と反射電極の反射面との間の光学距離Ｌ1について、下記式（１）が満たされている。尚、反射電極の反射面の定義については、後述する。
【００２２】
【数３】
2014207356.tif 000005
【００２３】
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、反射電極の反射面における位相シフト［ｄｅｇ］を表し、ｍは、正の整数を表す。さらに光学距離Ｌ1について下記式（１’）を満たすことがより好ましい。
【００２４】
【数４】
2014207356.tif 000006
【００２５】
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。
【００２６】
本発明においては、式（１）（好ましくは、式（１’））を満たすことを要する。これによって、反射電極と光射出側電極との間の層の厚みを、ショートや発光点の発生を抑制するのに十分な厚みにすることができる。
【００２７】
さらに、本発明においては、発光層に最も近い低屈折率層の発光層側の界面と、発光層の最大発光面と、の間の光学距離Ｌ2について下記式（２）が満たされており、また式（２）において、ｐ＝０である。
【００２８】
【数５】
2014207356.tif 000007
【００２９】
式（２）において、λは、発光スペクトルの最大ピーク波長を表し、ｐは、０又は正の整数を表す。尚、本発明において、反射電極と発光層との間に設けられる低屈折率層について、式（２）中のｐは、０又は正の整数を表す。本発明において、式（２）中のｐは、反射電極と発光層との間に設けられる低屈折率層の数や配置位置に基づいて定められる。ここで光学距離Ｌ2が、発光層に最も近い低屈折率層の発光層側の界面と、発光層の最大発光面と、の間の光学距離である場合、式（２）中のｐは０である。つまり、低屈折率層のうち、発光層に最も近い低屈折率層について、ｐは０である。このため、発光層に最も近い低屈折率層について、Ｌ2に関する要件は、下記式（２’）で表すことができる。
【００３０】
【数６】
2014207356.tif 000008
【００３１】
ところで、式（２）中の文字式（４ｐ−１）×（λ／８）にｐ＝０を代入すると、−λ／８となる。ここでλは正の実数であるので、−λ／８は負の値となる。しかし、Ｌ2は負の値を採り得ることはないため、式（２）中Ｌ2の下限値は、式（２’）に示されるように、ゼロとなる。ここでＬ2がゼロということは、発光層の最大発光面が発光層に最も近い低屈折率層と発光層との界面に位置することを意味している。本発明において、光学距離Ｌ2は、好ましくは、下記式（２”）を満たしている。
【００３２】
【数７】
2014207356.tif 000009
【００３３】
尚、低屈折率層が二層設けられている場合において、発光層に最も近い低屈折率層ではない低屈折率層の発光層側の界面と、発光層の最大発光面と、の間の光学距離（Ｌ2）においても、式（２）が成り立つ場合がある。ただし係る場合においては、式（２）中のｐは、１以上の整数（ｐ≧１）である。つまり、光学距離Ｌ2自体は、発光層と反射電極との間に少なくとも一層設けられる低屈折率層の発光層側の界面と、発光層の最大発光面と、の間の光学距離を意味するものである。このため式（２）自体は、決して発光層に最も近い低屈折率層にのみに課せられた要件ではない。
【００３４】
本発明において、低屈折率層の厚みは、好ましくは、光路長換算で１／８λより大きく３／８λ未満である。
【００３５】
本発明者らは、発光層よりも屈折率が低い層である低屈折率層が含まれる有機ＥＬ素子において、素子内での光の挙動を鋭意解析した結果、上記の式（１）及び式（２）の干渉条件を満たすものについては、従来よりも高効率であることを見出した。
【００３６】
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。
【００３７】
［第一の実施形態］
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断面模式図である。図１の有機ＥＬ素子１は、基板１０上に、下部電極２１と、第一電荷注入輸送層２２と、第二電荷注入輸送層２３と、発光層２４と、第三電荷注入輸送層２５と、上部電極２６と、がこの順に積層されてなる電子素子である。尚、本発明の有機ＥＬ素子では、図１に示されるように、上部電極２６の上に、光学調整層３０を設けてもよい。
【００３８】
図１の有機ＥＬ素子１において、下部電極２１は、反射電極として機能する。このため、図１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２６を反射電極とし基板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。
【００３９】
以下、図１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、上部電極２６が陰極として機能する半透過金属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。
【００４０】
（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。
【００４１】
（２）下部電極（反射電極）
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。ここで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。
【００４２】
反射電極が金属反射膜のみからなる構成の場合、金属反射膜と後述する有機化合物層との界面が反射電極の反射面となる。一方、反射電極が金属反射膜とバリア層とで構成される場合、金属反射膜とバリア層との界面が反射電極の反射面となる。つまり、反射電極の反射面とは金属反射膜の発光層側の界面であると定義できる。
【００４３】
（３）電荷注入輸送層
電極（下部電極２１、上部電極２６）と発光層２４との間に設けられる電荷注入輸送層（２２、２３、２５）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。
【００４４】
図１の有機ＥＬ素子１において、下部電極２１が陽極、上部電極２６が陰極である場合、下部電極２１と発光層２４との間に設けられる第一電荷注入輸送層２２及び第二電荷注入輸送層２３は、正孔注入輸送層となる。一方、発光層２４と上部電極２６との間に設けられる第三電荷注入輸送層２５は、電子注入輸送層となる。
【００４５】
尚、図１の有機ＥＬ素子１において、第二電荷注入輸送層２３（正孔注入輸送層）は、隣接する層（第一電荷注入輸送層２２、発光層２４）と比較して屈折率が低く、低屈折率層として機能する。このように、第二電荷注入輸送層２３は低屈折率層として機能するので、第一電荷注入輸送層２２は、低屈折率層よりも屈折率が高い電荷注入輸送層として機能する。尚、ここで低屈折率層の機能については、後述する。
【００４６】
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。
【００４７】
（４）発光層
図１の有機ＥＬ素子１において、発光層２４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２４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、青色等が挙げられる。
【００４８】
尚、発光層２４の屈折率は、発光層２４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。
【００４９】
（５）上部電極
光射出側の電極である上部電極２６は、光透過性の電極として機能する。ここで光透過性の電極とは、具体的には、透明導電材料からなる透明導電層、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が挙げられる。
【００５０】
上部電極２６が透明導電層である場合、上部電極２６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。一方、上部電極２６が半透過金属膜である場合、上部電極２６の構成材料として、Ａｇ、Ｍｇ等の金属材料及び二種類の金属材料を組み合わせてなる合金が挙げられる。また上部電極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以上４０ｎｍ以下である。
【００５１】
また第三電荷注入輸送層２５（電子注入輸送層）と上部電極２６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２６内にアルカリ金属を添加したりするのが好ましい。
【００５２】
（６）光学調整層
上部電極２６の上に設けられる光学調整層３０は、上部電極２６の保護を目的として設けられている。尚、光学調整層３０の厚みが、可視光の波長範囲である６５０ｎｍ以下に該当する場合、光学調整層３０は光学干渉に関与し得る部材となり、発光層２４から上部電極２６への方向における反射率に影響を及ぼすことになる。光学調整層３０は、反射率を調整する観点から、屈折率の高い材料が好ましいが、屈折率の要件を満たしさえすれば、有機材料であってもよいし、無機材料であってもよい。
【００５３】
（７）介在層
図１の有機ＥＬ素子１において、発光層２４と第二電荷注入輸送層２３（低屈折率層）との間には介在層を設けてもよい。ただし、後述する光学干渉条件を満たすべく厚みを調整した上で設けるのが望ましい。介在層の屈折率は、発光層の屈折率と同じかそれ以上である。
【００５４】
（８）光学干渉
次に、図１の有機ＥＬ素子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２４と下部電極２１との間の部材に起因する光学干渉条件である。
【００５５】
発光層２４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２４から下部電極２１を経由しないで上部電極２６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２４の最大発光面２４ａ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Ｌ1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。
【００５６】
【数８】
2014207356.tif 000010
【００５７】
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。
【００５８】
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。ここでｍ＝０の場合、光学距離Ｌは、式（Ｉ）を満足する正の最小値（−λφ／７２０）をとる。ただし、ｍ＝０の場合、ｍが正の整数である場合と比較して発光層２４と下部電極２１との距離が短くなる。そうすると微小異物起因の短絡に起因する非発光点が問題になるため、式（Ｉ）において、ｍは、正の整数とするのが好ましい。
【００５９】
式（Ｉ）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。
【００６０】
図２は、有機化合物層から反射電極へ入射した光が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。
【００６１】
ところで、式（Ｉ）中の光学距離Ｌは、発光層２４の最大発光面２４ａから反射電極の反射面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。
【００６２】
ただし、実際の有機ＥＬ素子では、正面からの光射出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、必ずしも式（Ｉ）を用いて計算で求まる光学距離Ｌ1（計算で求まる厚み値）と厳密に一致させる必要はない。具体的には、式（Ｉ）から求まる光学距離Ｌ1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Ｌ1については、下記式（１）を満たすことを要する。
【００６３】
【数９】
2014207356.tif 000011
【００６４】
尚、式（１）中のｍの値が大きくなると、スペクトル狭帯域化による発光効率の低下が顕著になる。従って、ｍは、好ましくは、１である。さらに、本発明において、好ましくは、式（Ｉ）から求まる光学距離Ｌ1（計算で求まる厚み値）からの誤差が±λ／１６以内である。つまり、本発明において、光学距離Ｌ1について下記式（１’）を満たすことが好ましい。
【００６５】
【数１０】
2014207356.tif 000012
【００６６】
本発明は、発光層２４と下部電極２１（反射電極）との間に、発光層２４から出力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２４よりも０．１以上低い低屈折率層を少なくとも１層配置される。特に、発光層２４と隣接するように、又は発光層２４の近傍に隣接する層との屈折率が０．１以上低い低屈折率層を配置し、この低屈折率層の界面（反射界面）と最大発光面との光学距離を適切に設定することで、従来よりも高効率の有機ＥＬ素子が得られる。例えば、図１の有機ＥＬ素子１において、第二電荷注入輸送層２３を発光層２４よりも屈折率が０．１以上低い層（低屈折率層）とし、第一電荷注入輸送層２２を第二電荷注入輸送層２３よりも屈折率が０．１以上高い層とする。こうすると、第一電荷注入輸送層２２と第二電荷注入輸送層２３との界面と、第二電荷注入輸送層２３と発光層２４との界面と、において屈折率差が生じるため、両界面においてそれぞれ反射界面が形成される。これを基に、式（２）及び式（３）の要件をそれぞれ満たす第一電荷注入輸送層２２及び第二電荷注入輸送層２３の両層の厚みを適宜設定する。
【００６７】
ここで本実施形態における光学干渉条件について、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（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。尚、上記ＨＴＬ１は、図１の第一電荷注入輸送層２２に対応し、上記ＨＴＬ２は、図１の第二電荷注入輸送層２３に対応する。また以下の説明は、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。
・式（１）中のｍ値：１
・下部電極２１：Ａｇ膜からなる反射電極
・発光スペクトルの最大ピーク波長（λ）：４６０ｎｍ（青色発光）
【００６８】
まずＨＴＬ１の屈折率が発光層と同等であって、ＨＴＬ２の屈折率が発光層と比較して０．１以上低い場合について説明する。この場合では、二つあるＨＴＬ２の界面（発光層側界面、ＨＴＬ１側界面）のいずれにおいても０．１以上の屈折率差が生じているため、発光層から出力された光の一部は、二つあるＨＴＬ２の界面のいずれかで反射することがある。このため、二つあるＨＴＬ２の界面は、いずれも反射界面と見ることができる。
【００６９】
ここで屈折率の高い層から低い層へ入射した光が反射界面にて反射する際の位相シフトは０である。従って、発光層の最大発光面から見て、屈折率が高い層から低い層となる反射界面、具体的には、ＨＴＬ２の発光層側界面について、発光層の最大発光面との光学距離Ｌ2における位相整合条件は、下記式（ＩＩ）に示す通りとなる。
Ｌ2＝（λ／２）×ｐ                                              （ＩＩ）
（ｐ＝０，１，２・・）
【００７０】
ただし光学距離Ｌ2においては、Ｌ1と同様に理論値（式（ＩＩ）より計算で求まる厚み値）に対する誤差が±λ／８程度許容される。従って、光学距離Ｌ2においては、下記式（２）を満たすことを要する。
【００７１】
【数１１】
2014207356.tif 000013
【００７２】
本発明において、式（ＩＩ）から求まる光学距離Ｌ2（計算で求まる厚み値）からの誤差は±λ／１６以内であるのが好ましい。つまり、光学距離Ｌ2は、下記式（２ａ）を満たすことが好ましい。
【００７３】
【数１２】
2014207356.tif 000014
【００７４】
ここで、発光層に最も近い低屈折率層においては、この低屈折率層の発光層側の界面と、発光層の最大発光面と、の間の光学距離Ｌ2は、式（２）（好ましくは、式（２ａ））を満たしており、かつｐ＝０である。ただし、式（２）中の文字式（４ｐ−１）×（λ／８）にｐ＝０を代入すると、−λ／８となる。ここでλは正の実数であるので、−λ／８は負の値となる。しかし、Ｌ2は負の値を採り得ることはないため、式（２）中Ｌ2の下限値はゼロとなる。また式（２ａ）中の文字式（８ｐ−１）×（λ／１６）にｐ＝０を代入すると、−λ／１６となるが、Ｌ2は負の値を採り得ることはないため、式（２ａ）中Ｌ2の下限値もゼロとなる。つまり、ｐ＝０の場合、式（２）は実質的には式（２’）であり、式（２ａ）は実質的には式（２”）である。
【００７５】
【数１３】
2014207356.tif 000015
【００７６】
一方、屈折率の低い層から高い層へ入射した光が反射界面にて反射する際の位相シフトは１８０°である。従って、発光層の最大発光面から見て、屈折率が低い層から高い層となる反射界面、具体的には、ＨＴＬ２のＨＴＬ１側（反射電極側）界面について、最大発光面との光学距離Ｌ3における好適な位相整合条件は、下記式（ＩＩＩ）に示す通りとなる。
Ｌ3＝（λ／４）×（２ｑ＋１）                                （ＩＩＩ）
（ｑ＝０，１，２，……）
【００７７】
ただしＬ1やＬ2と同様に、光学距離Ｌ3おいても誤差が±λ／８程度許容される。従って、光学距離Ｌ3については、下記式（３）を満たすことが好ましい。
【００７８】
【数１４】
2014207356.tif 000016
【００７９】
さらに本発明においては、光学距離Ｌ3を用いて式（ＩＩＩ）から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Ｌ3は、下記数式（３’）を満たすことが好ましい。
【００８０】
【数１５】
2014207356.tif 000017
【００８１】
本実施形態においては、電荷注入輸送層（ＨＴＬ１）と発光層に最も近い低屈折率層（ＨＴＬ２）との界面と、発光層の最大発光面と、の間の光学距離Ｌ3について、下記式（３）を満たし、かつｑ＝０であることが発光効率向上のために好ましい。尚、本発明において、式（２）から光学距離Ｌ2を求める際に利用される低屈折率層と、式（３）から光学距離Ｌ3を求める際に利用される低屈折率層と、は、同じであってもよいし、異なっていてもよい。
【００８２】
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、発光層の反射電極側界面から２ｎｍの位置にあるとする。これらの条件を基にして、発光層の最大発光面とＨＴＬ２が有する反射界面（発光層側反射界面、ＨＴＬ１側反射界面）までの光学距離の最適値について、考察する。
【００８３】
ここで発光層の最大発光面からＨＴＬ２の発光層側反射界面までの光学距離Ｌ2の許容範囲は、式（２）より下記表１に示される通りになる。同様に、発光層の最大発光面からＨＴＬ２のＨＴＬ１側反射界面までの光学距離Ｌ3の許容範囲は、式（３）より下記表２に示される通りになる。
【００８４】
【表１】
2014207356.tif 000018
【００８５】
【表２】
2014207356.tif 000019
【００８６】
尚、ｐ＝０の場合のＬ2の計算上の最小値は、−５７．５ｎｍであるが、光学距離が負の値をとることはないので、ｐ＝０の場合のＬ2の実質的な最小値は、０ｎｍである。
【００８７】
以下、ＨＴＬ１の厚み及びＨＴＬ２（低屈折率層）の厚みと発光効率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、以下のシミュレーションでは、特に記述がない限り、式（１）中のｍが１である場合において光学距離Ｌ1の最適化を行っている。また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、内部量子効率に関しては励起子生成効率を２５％とし、発光収率を８０％とした。
【００８８】
図４は、ＨＴＬ２の屈折率及び厚みと発光効率との関係を示すグラフである。尚、図４のグラフは、シミュレーションにより求めたものである。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、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。
【００８９】
ここでλ＝４６０ｎｍにおけるＨＴＬ２の屈折率を、１．６、１．７５又は１．９５に設定する。ここでＨＴＬ２の屈折率として設定した３種類の屈折率のうち、本発明でいう低屈折率層の定義に当てはまるのは、屈折率が１．６及び１．７５の場合である。ここで、ＨＴＬ２の屈折率を１．６に設定した場合に生じる効果について説明する。
【００９０】
本シミュレーションでは、発光層の最大発光面から発光層とＨＴＬ２との界面（ＨＴＬ２の発光層側界面）までの光学距離Ｌ2は、（Ｌ2＝）２×１．８５≒３．７ｎｍと求まる。これはＨＴＬ２の状態に関わらず常に一定である。また得られたＬ2は、表１より、ｐ＝０としたときの式（２）の条件を満たしている。
【００９１】
一方、発光層の最大発光面からＨＴＬ２のＨＴＬ１側反射界面までの光学距離Ｌ3については、表２より、ｑ＝０としたときに５７．５ｎｍ以上１７２．５ｎｍ以下（が好適）であることが分かる。この数値範囲を、ＨＴＬ２の屈折率（１．６）で除してＨＴＬ２の厚みに換算すると、３３．６ｎｍ以上１０５．５ｎｍ以下となる。一方、図４より、ＨＴＬ２の屈折率が１．６の場合において、その厚みが６０ｎｍ近傍で極大値をとる。また、３３．６ｎｍ以上１０５．５ｎｍ以下の範囲においても、ＨＴＬ２が存在しない場合（ＨＴＬ２の厚みが０のとき）と比較して高効率であることが分かる。
【００９２】
同様に、表４より、ｑ＝１の場合において式（３）の条件を満たすＨＴＬ２の厚みの範囲は、１７７ｎｍ以上２４９ｎｍ以下となる。実際に、図４を見ると、ＨＴＬ２の厚みが１０５．５ｎｍよりも大きい値をとった場合では、ＨＴＬ２の厚みに従って発光効率が上昇する。そして、ＨＴＬ２の厚みが１７７ｎｍ以上で第二の極大値をとっている。ただし、発光層の最大発光面から反射電極までの光学距離は式（１）で規定されるため、発光層と反射電極との間に位置する二種類の正孔輸送層の（ＨＴＬ１，ＨＴＬ２）の厚みの総和には上限が存在する。またＨＴＬ１の厚みが０ｎｍの場合、低屈折率層（ＨＴＬ２）が有する二つの界面において隣接する層との屈折率差が０．１以上である反射界面は、発光層側反射界面のみとなる。この場合、このＨＴＬ２の発光層側反射界面における光の干渉を利用することができるので、従来の有機ＥＬ素子と比較して発光効率がよくなる。
【００９３】
ところで、ＨＴＬ２の屈折率を１．７５と設定すると、ＨＴＬ２の屈折率は、発光層及びＨＴＬ１よりも屈折率が０．１低い状態になる。この場合では、発光層の最大発光面からＨＴＬ２のＨＴＬ１側反射界面までの光学距離Ｌ3は、ｑ＝０の条件で５７．５ｎｍ以上１７２．５ｎｍ以下である。この数値範囲を、ＨＴＬ２の屈折率（１．７５）で除してＨＴＬ２の厚みに換算すると、３０．８ｎｍ以上９６．４ｎｍ以下となる。一方、図４より、ＨＴＬ２の厚みは、５０ｎｍ近傍で極大値をとり、また３０．８ｎｍ以上９６．４ｎｍ以下の範囲においても、ＨＴＬ２が存在しない場合（ＨＴＬ２の厚みが０ｎｍの場合）と比較して高効率であることが分かる。
【００９４】
参考に、ＨＴＬ２の屈折率が１．９５である場合について、以下に説明する。図４を見ると、ＨＴＬ２の屈折率が１．９５の場合、ＨＴＬ２の厚みをいかように設定してもＨＴＬ２が存在しないとき（ＨＴＬ２の厚みが０ｎｍの場合）よりも発光効率が低いことが分かる。これは、光学距離Ｌ3を定義するのに必要なＨＴＬ２の反射界面が適切な位置に設定されていないために発光効率が低下していることによるものである。発光層よりもＨＴＬ２の方が屈折率が大きい場合、ＨＴＬ２が有する二つの界面のうち、光学距離Ｌ3を定義するのに必要な界面は、ＨＴＬ２の発光層側界面となる。これは、光学距離Ｌ3を定義するのに必要な界面が、発光層から反射電極へ進行する光が低屈折率媒体から高屈折率媒体へ進行する際の界面（反射界面）を基準とするからである。
【００９５】
そうすると、光学距離Ｌ3、即ち、発光層とＨＴＬ２との界面から発光層の最大発光面までの光学距離は、３．７ｎｍであるが、これは、ｑ＝０であっても式（３）の要件を満たさない。従って、発光層の近傍に配置されるＨＴＬ２が発光層よりも屈折率が高い場合は、発光効率が向上しないことがわかる。
【００９６】
次に、本発明の効果を検証すべく、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（反射電極側のＨＴＬ１、発光層側のＨＴＬ２）が設けられている有機ＥＬ素子においてＨＴＬ１の屈折率と発光効率の関係について考察する。尚、考察にあたっては、ＨＴＬ２及び発光層のλ＝４６０ｎｍにおける屈折率が１．８５であるものとする。
【００９７】
図５は、ＨＴＬ１の屈折率及びＨＴＬ２の厚みと発光効率との関係を示すグラフである。尚、図５のグラフは、シミュレーションにより求めたものである。また図５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、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。
【００９８】
ここでＨＴＬ１の屈折率を、１．６、１．７５又は１．９５としたときのＨＴＬ２の厚みと発光効率との関係について説明する。
【００９９】
ＨＴＬ１の屈折率が１．６の場合、ｐ＝０のときに式（２）の要件を満たすのは、表３より発光層の最大発光面とＨＴＬ２の反射電極側界面との光学距離が５７．５ｎｍ以下の場合である。これを厚みに換算すると、（５７．５−１．８５×２）／１．８５≒２９ｎｍ（以下）となる。実際に、図５より、ＨＴＬ１の屈折率が１．６の場合、ＨＴＬ２の厚みが２９ｎｍ以下に設定すると発光効率が良好である。一方、図５より、ＨＴＬ２の厚みが１００ｎｍ近傍において発光効率が極大となっているのは、発光層の最大発光面とＨＴＬ２のＨＴＬ１側反射界面との光学距離Ｌ2について、ｐ＝１のときに式（２）の要件を満たすことと関連性がある。しかしながら、ＨＴＬ２の厚みが１００ｎｍ近傍の場合、ｐ＝０とすると（２）の要件が満たされない。このため、ＨＴＬ２の厚みが０ｎｍ近傍のときほどの発光効率の向上効果は現れていない。
【０１００】
ＨＴＬ２の厚みを０ｎｍ近傍とする方がＨＴＬ２の厚みを１００ｎｍとするよりも高効率であるのは、ｐ＝０におけるＨＴＬ２の発光層側反射界面の重要性を示している。また図５に示されるグラフは、低屈折率層（ＨＴＬ１）と発光層とを近づけると発光効率が良好になることも示している。これは、広角側における位相ずれが大きくなるため、垂直方向に振り分けられる励起子からのエネルギーが相対的に大きくなるためである。同様にして、ＨＴＬ１の屈折率が１．７５の場合であっても、ＨＴＬ２の厚みが０ｎｍ近傍において最も高効率となっている。
【０１０１】
一方、ＨＴＬ１の屈折率を１．９５として発光層よりも０．１高く設定した場合、ＨＴＬ２の厚みが５０ｎｍ近傍において発光効率が最大となる。これは、ＨＴＬ２の厚みを５０ｎｍとすると、低屈折率層から高屈折率層への反射界面に相当するＨＴＬ２のＨＴＬ１側反射界面と発光層の最大発光面との光学距離Ｌ3において、ｑ＝１のときに式（３）の要件が満たされるためである。しかしながら、ＨＴＬ１の屈折率が１．６もしくは１．７５であって、ＨＴＬ２の厚みが０ｎｍ近傍である場合と比較すると、発光層よりもＨＴＬ１の方が、屈折率が高い場合は発光効率が低いことがわかる。
【０１０２】
本発明において、図１の有機ＥＬ素子１を構成し、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（２２、２３）のように、複数ある電荷注入輸送層について屈折率差を付ける方法は複数ある。例えば、各電荷注入輸送層をそれぞれ屈折率が異なる材料で成膜・形成する方法がある。ここで、屈折率の低い正孔輸送材料（ＨＴＬ）としては、例えば、下記に示される化合物２が挙げられる。
【０１０３】
【化１】
2014207356.tif 000020
【０１０４】
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、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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
【化２】
2014207356.tif 000021
【０１０７】
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。
【０１０８】
【表３】
2014207356.tif 000022
【０１０９】
【表４】
2014207356.tif 000023
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。尚、本発明において、低屈折率層の屈折率の上限は、発光層の屈折率よりも０．１低い値になる。また、低屈折率層の両界面において式（２）及び式（３）の狙い値を両方とも満たすには、低屈折率層の厚みは光路長換算で１／４λの奇数倍となる。ただし、低屈折率層は一般的に電荷移動度が低いため、低屈折率層の厚みの狙い値としては、光路長換算で最も薄い１／４λが最も好ましい。ただし、上記狙い値については、±１／８λ程度の誤差は許容される。このため、低屈折率層の厚みは、好ましくは、光路長換算で１／８λより大きく３／８λ未満である。より好ましくは、低屈折率層の厚みは光路長換算で３／１６λ以上５／１６λ以下である。
【０１１２】
［第２の実施形態］
図６は、本発明の有機ＥＬ素子における第２の実施形態を示す断面模式図である。図６の有機ＥＬ素子２は、図１の有機ＥＬ素子１において、下部電極２１と第一電荷注入輸送層との間に、第四電荷注入輸送層２７がさらに設けられている点を除けば、図１の有機ＥＬ素子１と同じ構成である。
【０１１３】
図６の有機ＥＬ素子２において、第四電荷注入輸送層２７は、陽極かつ反射電極である下部電極２１と発光層２４との間に設けられる層であるので、正孔注入輸送層である。
【０１１４】
ここで反射電極（下部電極２１）から発光層までの構成が図６の有機ＥＬ素子２と同じである有機ＥＬ素子を用いて、第１の実施形態と同様に光学干渉に関する考察を行う。
【０１１５】
ここで光学干渉に関する考察を行うにあたって、反射電極である陽極と発光層との間に、三種類の正孔注入輸送層、即ち、ＨＴＬ１、ＨＴＬ２及びＨＴＬ３が、ＨＴＬ１を反射電極側、ＨＴＬ３を発光層側として配置されている有機ＥＬ素子を用いた。ここで、上記ＨＴＬ１は、図６の第四電荷注入輸送層２７に対応し、上記ＨＴＬ２は、図６の第一電荷注入輸送層２２に対応し、上記ＨＴＬ３は、図６の第二電荷注入輸送層２３に対応する。また、第四電荷注入輸送層２７（ＨＴＬ１）は、第一電荷注入輸送層２２（ＨＴＬ２）の反射電極側に接する層であり、かつ発光層２４及び第一電荷注入層２２（ＨＴＬ２）よりも屈折率が低い層（低屈折率層）である。つまり、本実施形態において、発光層２４と反射電極２１との間に低屈折率層が二層（第二電荷注入輸送層２３（ＨＴＬ３）、第四電荷注入輸送層２７（ＨＴＬ１））設けられる構成である。
【０１１６】
またλ＝４６０ｎｍにおけるＨＴＬ２及び発光層の屈折率を１．８５とした。また以下のシミュレーションでは、本実施形態における光学距離Ｌ1が式（１）を満たすことを前提としてシミュレーションを行っている。また発光層内に存在する発光領域は、正孔注入輸送層（ＨＴＬ３）側に局在しているとし、発光層の最大発光面は、発光層とＨＴＬ３との界面から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、内部量子効率に関しては励起子生成効率を２５％とし、発光収率を８０％とした。
【０１１７】
シミュレーションで用いた有機ＥＬ素子は、ＨＴＬ１及びＨＴＬ３の屈折率が、いずれもＨＴＬ２及び発光層とは異なる（低屈折率）である。このため、ＨＴＬ３が有する二つの界面（発光層側界面、ＨＴＬ２側界面）及びＨＴＬ１が有するＨＴＬ２側界面が反射界面となり得る。ここで、発光層の最大発光面から各反射界面までの光学距離（Ｌ2、Ｌ3）に関して式（２）又は式（３）を満たすための条件を下記表５にまとめた。
【０１１８】
【表５】
2014207356.tif 000024
【０１１９】
ところで、発光層の最大発光面から発光層／ＨＴＬ３反射界面までの光学距離は、３．７ｎｍであるので、上記表５より本発明の条件をみたす。次に、ＨＴＬ３の屈折率をｎHTL3として、発光層の最大発光面からＨＴＬ３／ＨＴＬ２反射界面までの光学距離が本発明の要件を満たすためのＨＴＬ３の厚みは、（１１５−３．７）／ｎHTL3となる。さらに、発光層の最大発光面からＨＴＬ２／ＨＴＬ１反射界面までの光学距離が本発明の要件を満たすようＨＴＬ２の厚みを求めると、（２３０−１１５）／１．８５＝６２．２ｎｍとなる。尚、ＨＴＬ３の厚みに関しては、式（１）の要件を満たす範囲で発光効率が最大になるよう厚みの最適化を行えばよい。本実施形態においては式（１）中のｍを１として最適化を行っている。
【０１２０】
本実施形態において、ＨＴＬ１及びＨＴＬ３の屈折率、並びに厚みと、発光効率との関係を下記表６にまとめた。
【０１２１】
【表６】
2014207356.tif 000025
【０１２２】
表６中の実施形態２Ａ及び実施形態２Ｂに関しては、表５に示す３つの反射界面全てにおいて、式（２）又は式（３）を満たしており、上記表６より従来形態よりも高効率であることが分かる。また、実施形態２Ｃに関しては、発光層／ＨＴＬ３界面、及び、ＨＴＬ２／ＨＴＬ１界面は表５に示す式（２）を満たすが、ＨＴＬ３／ＨＴＬ２は表５に示す式（３）を満たしていない。従って、実施形態２Ｃは、同じく２層の低屈折率層からなる実施形態２Ｂほどの効率は出ないものの、従来形態よりも高効率であることが分かる。
【０１２３】
［第３の実施形態］
図７は、本発明の有機ＥＬ素子における第３の実施形態を示す断面模式図である。図７の有機ＥＬ素子３は、図１の有機ＥＬ素子１において、下部電極２１と発光層２４との間に第二電荷注入輸送層２３のみが設けられている（図１中の第一電荷注入輸送層２２が下部電極２１と発光層２４との間に設けられていない）。この点を除けば、図１の有機ＥＬ素子１と同じ構成である。
【０１２４】
本構成においても、式（１）（好ましくは、式（１’））及び式（２）又は式（２’）（好ましくは、式（２”））を満たすことにより、発光効率向上を得ることができる。
【０１２５】
［有機ＥＬ素子の用途］
本発明の有機ＥＬ素子は、発光装置に適用することができる。発光装置は、照明やプリンタヘッド、露光装置や表示装置用のバックライト等の様々な用途に適用することができる。プリンタヘッドは、本発明の有機ＥＬ素子が実質的に１次元方向に複数配列された構成を有している。
【０１２６】
プリンタヘッドを露光光源として備える画像形成装置について説明する。図８は、本発明の有機ＥＬ素子を備えた画像形成装置の一例を示す断面模式図である。図８の画像形成装置は、イエロー（Ｙ）、マゼンダ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の４色のトナーを重ね合わせてカラー画像を形成するカラーモードと、ブラック（Ｋ）のトナーのみを用いてモノクロ画像を形成するモノクロモードとを選択的に実行可能である。尚、図８は、副走査方向の要部断面図である。画像形成装置では、パーソナルコンピュータ等の外部機器からコードデータＤｃがプリントコントローラ（不図示）に入力されると、コードデータＤｃは、画像データ（ドットデータ）Ｄｉに変換される。この画像データＤｉは、画像形成装置に内蔵された露光ユニット７０Ｙ，７０Ｍ，７０Ｃ，７０Ｋに入力される。そして、各露光ユニット７０Ｙ，７０Ｍ，７０Ｃ，７０Ｋは、画像データＤｉに基づいて制御される。
【０１２７】
露光ユニット７０Ｙは、本実施形態の発光装置と、その発光装置から射出された光を集光して感光ドラム８５Ｙの表面に露光光を照射するためのレンズと、を有している。また、露光ユニット７０Ｙは、感光ドラム８５Ｙの表面の所定の位置以外に光が照射されないように光吸収部材を有していてもよい。
【０１２８】
画像形成装置の筺体８０内には、露光ユニット（７０Ｙ、７０Ｍ、７０Ｃ、７０Ｋ）の他に、プリントコントローラ、転写ベルト８１、給紙ユニット８２、定着ローラ８３及び加圧ローラ８４が配置されている。さらに筺体８０内には、感光ドラム（８５Ｙ、８５Ｍ、８５Ｃ、８５Ｋ）、帯電ローラ（８６Ｙ、８６Ｍ、８６Ｃ、８６Ｋ）、現像器（８７Ｙ、８７Ｍ、８７Ｃ、８７Ｋ）及び転写ローラ（８８Ｙ、８８Ｍ、８８Ｃ、８８Ｋ）が配置されている。図８の画像形成装置において、給紙ユニット８２は、着脱自在に構成されている。
【０１２９】
画像形成動作は以下の通りである。尚、以下の説明では、イエロー（Ｙ）の画像を潜像する場合について述べるが、転写ベルト８１によって用紙が搬送される際に、マゼンダ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各画像は、イエロー（Ｙ）の画像形成と同様に、順次形成される。
【０１３０】
まず、プリントコントローラからの信号に基づき、静電潜像担持体である感光ドラム８５Ｙは、モーター（不図示）によって時計廻りに回転する。そして、この回転に伴って、感光ドラム８５Ｙの各感光面が各露光光に対して回転する。感光ドラム８５Ｙの下方には、感光ドラム８５Ｙの表面を所望のパターンで帯電するための帯電ローラ８６Ｙが表面に当接するように設けられている。そして、帯電ローラ８６Ｙによって一様に帯電された感光ドラム８５Ｙの表面に、露光ユニット７０Ｙによって露光光が照射される。
【０１３１】
露光ユニット７０Ｙから射出された露光光は、画像データＤｉに基づいて照射位置、照射タイミング、照射時間、照射強度等が調整され、露光光によって感光ドラム８５Ｙの表面に静電潜像が形成される。この静電潜像は、露光光の照射位置よりも感光ドラム８５Ｙの回転方向の下流側に感光ドラム８５Ｙと当接するように配設された現像器８７Ｙによってトナー像として現像される。
【０１３２】
現像器８７Ｙによって現像されたトナー像は、感光ドラム８５Ｙの下方で、感光ドラム８５Ｙに対向するように配設された転写ローラ８８Ｙによって被転写材である用紙の上に転写される。用紙は、給紙ユニット８２内の用紙カセット内に収納されているが、手差しトラーでも給紙が可能である。用紙カセットの端部には、給紙ローラが配設されており、用紙カセット内の用紙を搬送路へ送り込む。
【０１３３】
以上のようにして、トナー像が転写された用紙は、転写ベルト８１によって定着器へと搬送される。定着器は、内部に定着ヒータ（不図示）を有する定着ローラ８３とこの定着ローラ８３に圧接するように配設された加圧ローラ８４とで構成されており、搬送されてきた用紙を定着ローラ８３と加圧ローラ８４とで加圧しながら加熱することにより、用紙上のトナー像を定着させる。
【０１３４】
上記のように、画像形成装置は、本発明の有機ＥＬ素子と、有機ＥＬ素子によって表面に潜像が形成される感光体と、感光体を帯電する帯電手段と、を備える。
【０１３５】
図９は、本発明の有機ＥＬ素子を備えた表示装置の一例を示す断面模式図である。図９に示されるように、本発明の有機ＥＬ素子は、表示装置に含まれる画素４の構成部材として用いることができる。つまり、表示装置は、複数の有機ＥＬ素子と、有機ＥＬ素子を駆動するための駆動回路と、を有する。また、表示装置においては、複数の有機ＥＬ素子は２次元的に配置されていることが好ましい。
【０１３６】
表示装置の具体的な構成は、複数の画素ユニットがマトリックス状に配列され、各画素ユニットは、発光色の異なる複数の画素、例えば、赤色発光画素、緑色発光画素及び、青色発光画素で構成されるようにするのが良い。つまり、赤色発光画素は、赤色を発光する有機ＥＬ素子を有している。
【０１３７】
尚、本発明において画素とは、独立して発光の制御が可能である最小の単位を示す。そして画素ユニットとは、発光色の異なる複数の画素で構成され、各画素の混色によって所望の色の発光を可能とする最小の単位を示す。
【０１３８】
本実施形態において、すべての画素が本発明の有機ＥＬ素子であってもよいし、一部の画素のみが本発明の有機ＥＬ素子でもよい。即ち、本発明の有機ＥＬ素子と従来の有機ＥＬ素子を両方有する構成であってもよい。この場合は、両者の割合を調整することで、表示装置の発光特性を調整することができる。
【０１３９】
また、このように両方有する場合には、本発明の有機ＥＬ素子と従来の有機ＥＬ素子を規則的に配列されてもよいが、本発明の有機ＥＬ素子が不規則に点在し配置されていてもよい。
【０１４０】
尚、画素には、光取り出し効率を向上させる手段を備えていてもよい。この手段は各画素それぞれに設けられていてもよいし、特定の画素にのみ設けられていてもよい。
【０１４１】
表示装置は、テレビ受像機、パーソナルコンピュータのディスプレイ、撮像装置の背面表示部、携帯電話の表示部、携帯ゲーム機の表示部等が挙げられる。その他、携帯音楽再生装置の表示部、携帯情報端末（ＰＤＡ）の表示部、カーナビゲーションシステムの表示部等が挙げられる。
【０１４２】
図１０は、本発明の有機ＥＬ素子を備えた撮像装置の一例を示す断面模式図である。図１０の撮像装置は、有機ＥＬ素子を有する表示装置９４と、筺体９０内にローパスフィルタ９１や赤外線カットフィルタ９２、ＣＭＯＳセンサ等の撮像素子９３と、を有している。表示装置９４は、撮像装置の筺体９０内に配置され、撮像素子９３で撮像して画像処理回路で画像化された画像を表示することができる。また、図１０では、撮像装置は筺体９０の外にレンズ９５が設けられ、レンズ９５と筺体９０とが着脱可能な構成となっている。ただし、本実施形態の表示装置は、筺体９０とレンズとが一体で設けられた撮像装置にも適用可能である。
【実施例１】
【０１４３】
図１の有機ＥＬ素子１（青色有機ＥＬ素子）を、以下に説明する方法で作製した。尚、本実施例にて使用した材料の一部を以下に示す。
【０１４４】
【化３】
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【０１４５】
（１）基板の作製工程
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。以上により作製した、基材と、基材上に設けられるＴＦＴ駆動回路と、ＴＦＴ駆動回路を被覆する平坦化膜と、を有する基板１０を、次の工程で使用した。
【０１４６】
（２）下部電極の形成工程
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、スパッタリング法により、Ａｇ合金膜の上にイリジウム錫酸化物（ＩＴＯ）を成膜してＩＴＯ膜を成膜した。このときＩＴＯ膜の厚みを５ｎｍとした。次に、Ａｇ合金膜とＩＴＯ膜とからなる積層電極膜を、発光領域に合わせてパターニングした。これにより、所定のパターン形状を有する下部電極２１（反射電極）を形成した。次に、スピンコート法により、ポリイミド系樹脂を成膜して絶縁層を形成した。次に、フォトリソグラフィ法により、有機ＥＬ素子を設ける領域に開口が形成されるように絶縁層のパターニングを行い、素子分離膜を形成した。
【０１４７】
（３）正孔注入輸送層等の形成工程
次に、真空蒸着法により、下部電極２１の上に、化合物１を成膜して一層目の正孔注入輸送層（第一電荷注入輸送層２２）を形成した。このとき一層目の正孔注入輸送層の厚みは８５ｎｍであり、λ＝４６０ｎｍにおける屈折率（ｎ）は、１．９であった。
【０１４８】
次に、一層目の正孔注入輸送層（第一電荷注入輸送層２２）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、二層目の正孔注入輸送層（第二電荷注入輸送層２３）を形成した。このとき二層目の正孔注入輸送層の厚みは５０ｎｍであり、λ＝４６０ｎｍにおける屈折率（ｎ）は、１．７２であった。尚、二層目の正孔注入輸送層（第二電荷注入輸送層２３）は、隣接する層よりも屈折率が０．１以上低い低屈折率層として機能する。
【０１４９】
次に、真空蒸着法により、二層目の正孔注入輸送層（第二電荷注入輸送層２３）の上に、介在層として化合物７を成膜して電子ブロック層（不図示）を形成した。このとき電子ブロック層の厚みは１０ｎｍであり、λ＝４６０ｎｍにおける屈折率（ｎ）は、１．９９であった。
【０１５０】
（４）発光層の形成工程
次に、電子ブロック層の上に、化合物４（ホスト）と化合物５（ゲスト）とを共蒸着させることにより、発光層２４を形成した。このとき発光層２４の厚みは１５ｎｍであり、ホストとドーパントとの成膜速度は、それぞれ０．９８Å／ｓ、０．０２Å／ｓであり、λ＝４６０ｎｍにおける屈折率（ｎ）は１．８５であった。
【０１５１】
（５）電子注入輸送層等の形成工程
次に、真空蒸着法により、発光層２４の上に、化合物６を成膜して、電子注入輸送層（第三電荷注入輸送層２５）を形成した。このとき電子注入輸送層（第三電荷注入輸送層２５）の厚みを２０ｎｍとした。次に、電子の注入性を確保するために、電子注入輸送層（第三電荷注入輸送層２５）の上に、化合物６とＣｓとを共蒸着することにより、電子注入層（不図示）を形成した。このとき電子注入層の厚みを２０ｎｍとした。
【０１５２】
（６）上部電極の形成工程等
次に、スパッタ法により、電子注入層の上に、Ａｇを成膜して上部電極２６を形成した。このとき上部電極２６の厚みを１２ｎｍとした。最後に、上部電極２６の上に、Ａｌｑ3を成膜して光学調整層３０を形成した。このとき光学調整層３０の厚みを７０ｎｍとした。
【０１５３】
最後に、窒素雰囲気にしたグローブボックス内にて、乾燥剤を入れた封止ガラス（図示省略）とガラス基板の成膜面とをＵＶ硬化樹脂を用いて封止した。以上により有機ＥＬ素子を得た。
【０１５４】
（７）素子の評価
本実施例で作製された有機ＥＬ素子は、発光層２４と低屈折率層（第二電荷注入輸送層２３）との間に電子ブロック層が設けられているが、この電子ブロック層は、本発明の要件の一つである干渉条件に影響を及ぼさない。これは、以下に説明する理由によるものである。
【０１５５】
本実施例で作製された有機ＥＬ素子は、低屈折率層が一層存在するので、式（２）中のｐ及び式（３）中のｑは、いずれも０である。ここで発光層の最大発光面２４ａが発光層２４の中心に存在すると仮定したときに、Ｌ2とλとの間で式（２）が成立し、Ｌ3とλとの間で式（３）が成立する。また発光層の最大発光面２４ａが発光層２４の中心以外の位置に存在する場合であっても、発光層の最大発光面２４ａが発光層２４の内部に存在する限り、Ｌ2とλとの間で式（２）が成立し、Ｌ3とλとの間で式（３）が成立する。
【０１５６】
本実施例で得られた有機ＥＬ素子の発光効率は、４．３ｃｄ／Ａであった。
【０１５７】
［比較例１］
実施例１において、第一電荷注入輸送層２２として化合物１を厚み１３５ｎｍで成膜し、第二電荷注入輸送層２３として、化合物７を厚み１０ｎｍで成膜した。これらを除いては、実施例１と同様の方法により有機ＥＬ素子を得た。
【０１５８】
得られた有機ＥＬ素子の発光効率は、実施例１と同一の色度座標において３．９ｃｄ／Ａであった。従って、実施例１の有機ＥＬ素子の方が高効率であることが確認された。
【実施例２】
【０１５９】
図６の有機ＥＬ素子２（青色有機ＥＬ素子）を、以下に説明する方法で作製した。
【０１６０】
（１）基板の作製工程
実施例１と同様の方法により、基板１０を作製した。
【０１６１】
（２）下部電極の形成工程
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、Ａｇ合金膜を、発光領域に合わせてパターニングした。これにより、所定のパターン形状を有する下部電極２１（反射電極）を形成した。次に、スピンコート法により、ポリイミド系樹脂を成膜して絶縁層を形成した。次に、フォトリソグラフィ法により、有機ＥＬ素子を設ける領域に開口が形成されるように絶縁層のパターニングを行い、素子分離膜を形成した。
【０１６２】
（３）正孔注入輸送層等の形成工程
次に、第１の低屈折率層として機能する正孔輸送材料として化合物２（λ＝４６０ｎｍにおいて屈折率ｎ＝１．６５）を３５ｎｍ、化合物１（λ＝４６０ｎｍにおいて屈折率ｎ＝１．９９）を６０ｎｍ、さらに、第２の低屈折率層として化合物２を６５ｎｍ蒸着により順次成膜した。
【０１６３】
（４）発光層の形成工程
実施例１と同様の方法により、発光層２４を形成した。
【０１６４】
（５）電子注入輸送層等の形成工程
実施例１と同様の方法により、電子注入輸送層（第三電荷注入輸送層）２４と、電子注入輸送層の上に形成する電子輸送層を形成した。
【０１６５】
（６）上部電極の形成工程等
実施例１と同様の方法により、上部電極２６と、光学調整層３０とを順次形成した後、実施例１と同様の封止処理を行うことにより、有機ＥＬ素子を得た。
【０１６６】
（７）素子の評価
得られた有機ＥＬ素子の発光効率は、実施例１と同一の色度座標において５．２ｃｄ／Ａであった。これにより、本実施例の有機ＥＬ素子は、比較例１の有機ＥＬ素子よりも高効率であることが確認された。
【実施例３】
【０１６７】
反射電極と発光層間の有機層全てが低屈折率層からなる有機ＥＬ素子（青色有機ＥＬ素子）を、以下に説明する方法で作製した。
【０１６８】
（１）基板の作製工程
実施例２と同様の方法により、基板１０を作製した。
【０１６９】
（２）下部電極の形成工程
実施例２と同様の方法により、下部電極を作製した。
【０１７０】
（３）正孔注入輸送層等の形成工程
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、正孔注入輸送層を形成した。このときの厚みは１６２ｎｍであり、λ＝４６０ｎｍにおける屈折率（ｎ）は、１．７２であった。尚、本工程で形成された正孔注入輸送層は、発光層よりも屈折率が０．１以上低い低屈折率層として機能する。
【０１７１】
（４）発光層の形成工程
実施例１と同様の方法により、発光層２４を形成した。
【０１７２】
（５）電子注入輸送層等の形成工程
実施例１と同様の方法により、電子注入輸送層（第三電荷注入輸送層）２４と、電子注入輸送層の上に形成する電子輸送層を形成した。
【０１７３】
（６）上部電極の形成工程等
実施例１と同様の方法により、上部電極２６と、光学調整層３０とを順次形成した後、実施例１と同様の封止処理を行うことにより、有機ＥＬ素子を得た。
【０１７４】
（７）素子の評価
得られた有機ＥＬ素子の発光効率は、実施例１、実施例２と同一の色度座標において４．５ｃｄ／Ａであった。これにより、本実施例の有機ＥＬ素子は、比較例１の有機ＥＬ素子よりも高効率であることが確認された。これにより、本実施例の有機ＥＬ素子は、比較例１の有機ＥＬ素子よりも高効率であることが確認された。
【符号の説明】
【０１７５】
１（２、３）有機ＥＬ素子、１０：基板、２１：下部電極（反射電極、陽極）、２２：第一電荷注入輸送層（正孔注入輸送層）、２３：第二電荷注入輸送層（正孔注入輸送層、低屈折率層）、２４：発光層、２４ａ：（発光層の）最大発光面、２５：第三電荷注入輸送層（電子注入輸送層）、２６：上部電極（光射出側電極、陰極）、３０：光学調整層
【図１】
2014207356.tif 000033
【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】
2014207356.tif 000039
【図８】
2014207356.tif 000040
【図９】
2014207356.tif 000041
【図１０】
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