(57)【要約】【課題】外部に取り出される光の光取り出し効率の向上を図る上で有利な自発光型面状発光素子を提供する。【解決手段】自発光型面状発光素子内部において屈折率が異なり全反射が起こる界面である透明電極１０３とガラス基板１０４との界面に回折格子２０が２次元方向に形成されている。回折格子２０のピッチｄを、式（２）を満たす最適な値とすることで光の取出し効率の向上を図る。また、このような回折格子２０とカラーフィルターと組み合わせることで、各色について、それぞれ輝度向上を図る。【選択図】図１
2011159427.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極と陰極間に一層以上の発光層を含む自発光型面状発光素子において、
素子界面で、発光層側の媒質の屈折率をｎin、射出側の媒質の屈折率をｎoutとしたとき、以下の式（１）となる全反射が起こる界面に、一次元、或いは二次元方向の回折格子が設けられ、
前記回折格子のピッチdが以下の式（２）を満たすことを特徴とする自発光型面状発光素子。
【数１】
2011159427.tif 000017
【数２】
2011159427.tif 000018
【請求項２】
前記回折格子のピッチｄが以下の式（３）を満たすことを特徴とする請求項1に記載の自発光型面状発光素子。
【数３】
2011159427.tif 000019
【請求項３】
前記回折格子のピッチｄが以下の式（４）を満たすことを特徴とする請求項1に記載の自発光型面状発光素子。
【数４】
2011159427.tif 000020
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の自発光型面状発光素子を用いたことを特徴とする照明装置。
【請求項５】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の自発光型面状発光素子を用いたことを特徴とする画像表示装置。
【請求項６】
前記自発光型面状発光素子が、トップエミッション型のエレクトロルミネッセンス素子であり、射出面側の最表面に表面保護層が配されていることを特徴とする請求項５に記載のエレクトロルミネッセンス画像表示装置。
【請求項７】
請求項５乃至６に記載の画像表示装置にカラーフィルターを組み合わせたことを特徴とする画像表示装置。
【請求項８】
カラーフィルターの赤、緑、青の３種類の領域毎に、前記ピッチｄの異なる前記回折格子を配置していることを特徴とする請求項７記載の画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＥＬ（エレクトロルミネッセンス：Electro Luminescence）素子やＦＥＤ（Field Emission Display／電界放出ディスプレイ)等の自発光型の面状発光素子、並びに、これを用いた画像表示装置及び照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自発光型面状発光素子の代表的なものであるＥＬ素子は、蛍光性化合物に電場を加えるか、電流を注入するかにより発光する素子であり、使用する材料によって無機ＥＬと有機ＥＬとに分けられる。
【０００３】
蛍光性化合物における電気エネルギー刺激による発光は、無機化合物や有機化合物において観測されるが、それぞれの発光中心の励起機構は異なる。
無機ＥＬ素子の発光は、蛍光体中に電子が高電界下において加速されて発光中心に衝突し励起することで生じ、一方、有機ＥＬの発光は、外部から電子とホール（正孔）を注入し、それらの再結合エネルギーによって発光中心を励起することで生じる。
無機ＥＬ、有機ＥＬはともに発光層を電極で挟んだサンドイッチ構造であり、電極の少なくとも一方の電極を透明にすることによって、面状の発光素子を得ることが可能になっている。
【０００４】
図２０に非常に簡単な有機ＥＬ素子１００の構成について説明する模式図を示す。
図２０に示す有機ＥＬ素子１００は、背面電極１０１、有機発光層１０２、透明電極１０３、及びガラス基板１０４を順に積層して構成されている。図中の符合１０５は空気層を示している。
このような有機ＥＬ素子１００では、背面電極１０１と透明電極１０３との間に電圧を印加することによって有機発光層１０２内で発光が起こり、この光を透明電極１０３側から素子外部へ、すなわち空気層１０５側へ取り出すことが可能となっている。
なお、図２０では、背面電極１０１、有機発光層１０２、透明電極１０３、ガラス基板１０４のみを示しているが、実際の素子では、電子輸送層やホール輸送層等のさまざまな薄膜層がいくつも積層されて構成されている。
また、ガラス基板１０４をプラスチック基板にすることでもフレキシブルなＥＬ素子も作製可能であるため、以下では、ガラス基板１０４を、単に基板１０４と呼ぶものとする。
【０００５】
ところで、有機発光層１０２で発光した光は、透明電極１０３や基板１０４を通って空気層１０５へ射出されるが、一般に有機発光層１０２、透明電極１０３、基板１０４に用いられる材料の屈折率は異なるため、有機ＥＬ素子ではフレネル反射による光取り出しロスが生じる。
異なった屈折率を有する材料が接する界面で生じるフルネル反射の指標としてのフレネル反射率Ｒは、相互に接する第１の材料の屈折率をｎ１、第２の材料の屈折率をｎ２とした場合に、これら屈折率ｎ１、ｎ２を用いて表現することができ、例えば、垂直入射の場合には、以下の式（７）で表現される。このようなフレネル反射率Ｒの数値が高いほど、光取り出しロスは大きくなる。
【０００６】
【数１】
2011159427.tif 000003
【０００７】
また、有機発光層１０２側に位置する入射側材料（屈折率：ｎｉ）に対して、空気層１０５側に位置する射出側材料（屈折率：ｎｓ）の屈折率が低い場合、つまり、ｎｉ＞ｎｓの場合には、図２０のＰ１，Ｐ２に参照されるように、入射した光に関して全反射が起こる場合がある。
すなわち、図２０では、透明電極１０３から基板１０４に入射しようとする光が全反射された様子（Ｐ１）、及び、基板１０４から空気層１０５に入射しようとする光が全反射された様子（Ｐ２）が示されている。
このような全反射の発生は入射する光の角度に依存するものであり、全反射が生じる角度である臨界角θｃは、以下の式（５）で表現できる。臨界角θｃ以上の角度で入射した光は全反射が起こり、材料の吸収を無視すると１００％反射が起こる。そのため、素子外部へ光を取り出すことが出来ずに大きな損失となってしまう。
【０００８】
【数２】
2011159427.tif 000004
【０００９】
このように屈折率の異なる材料を積層してなる有機ＥＬ素子では、外部への光取り出し効率（素子内部で発する光をどれくらい素子の外へ出すことができるかを示した割合）のロスが生じてしまう問題がある。
具体的な例を挙げると、屈折率１．５のガラス平板を基板１０４に用いたときには、外部に取り出される光取り出し効率は、一般に２０％以下と言われている。
このため、素子外部への光取り出し効率を改善する手法が種々提案されており、例えば特許文献１には、素子基板上にマイクロレンズを設け、素子外部への光取り出し効率を改善する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特許第２７７３７２０号公報
【特許文献２】特許第２９９１１８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、特許文献１に係る構成において、空気との界面で生じる全反射を効果的に抑制するためには、マイクロレンズが発光面積に対して十分大きなレンズ径を有することが必要であり、素子内の発光面積に対して十分に大きな径のマイクロレンズを設けることが困難である場合には、十分な全反射抑制効果を得ることができない。
典型的な例を挙げれば、ディスプレイ用途等の高精細な画素サイズの実現をねらった素子用途では、素子のレイアウトに高密度化が要求され、大きさも小型であることが望まれるが、画素間でのマイクロレンズ同士の物理的な干渉や画素の高密度化等の点からみて、画素面積に対して十分大きなマイクロレンズを具備することが困難な場合があり、十分な全反射抑制効果を得ることができない場合があった。
【００１２】
また、特許文献１に係る構成では、マイクロレンズが凸状となるため、かかる凸状部位に傷がつきやすく、また、汚れがつきやすくなってしまい、耐久性、耐汚性が良好といい難い点があり、さらには、マイクロレンズが複数並ぶときには、凹凸構造が形成されるため、マイクロレンズに対し他の光学部材を取付けにくい構造でもあった。
また、特許文献２に掛かる構成において、各界面に回折格子や、ゾーンプレートを設け、回折光により全反射する光を取り出す効果を得ているが、回折格子や、ゾーンプレートの詳細な設計値は明示されておらず、波長特性がある回折格子や、ゾーンプレートの定義には不十分であり、また、実際には、全反射になる臨界角以上の光の一部が、回折によって透過しても臨界角以下の本来透過する光の一部も回折し反射してしまうため、十分な輝度向上は望めなかった。
【００１３】
本発明は係る実情に鑑みてなされたものであり、比較的薄く有機ＥＬ等の面状発光素子のままで、損失となる各界面での反射光の低減、また、効果的な反射光を射出することにより、外部に取り出される光の光取り出し効率の向上を図る上で有利な自発光型面状発光素子を提供することを目的とする。
また、本発明はこのような自発光型面状発光素子を用いた画像表示装置及び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】
【００１４】
上記の課題を解決するための手段として、請求項１に記載の発明は、陽極と陰極間に一層以上の発光層を含む自発光型面状発光素子において、素子界面で、発光層側の媒質の屈折率をｎin、射出側の媒質の屈折率をｎoutとしたとき、以下の式（１）となる全反射が起こる界面に、一次元、或いは二次元方向の回折格子が設けられ、前記回折格子のピッチdが以下の式（２）を満たすことを特徴とする自発光型面状発光素子である。
【００１５】
【数３】
2011159427.tif 000005
【００１６】
【数４】
2011159427.tif 000006
【００１７】
請求項２に記載の発明は、前記回折格子のピッチｄが以下の式（３）を満たすことを特徴とする請求項1に記載の自発光型面状発光素子である。
【００１８】
【数５】
2011159427.tif 000007
【００１９】
請求項３に記載の発明は、前記回折格子のピッチｄが以下の式（４）を満たすことを特徴とする請求項1に記載の自発光型面状発光素子である。
【００２０】
【数６】
2011159427.tif 000008
【００２１】
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の自発光型面状発光素子を用いたことを特徴とする照明装置である。
【００２２】
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の自発光型面状発光素子を用いたことを特徴とする画像表示装置である。
【００２３】
請求項６に記載の発明は、前記自発光型面状発光素子が、トップエミッション型のエレクトロルミネッセンス素子であり、射出面側の最表面に表面保護層が配されていることを特徴とする請求項５に記載のエレクトロルミネッセンス画像表示装置である。
【００２４】
請求項７に記載の発明は、請求項５乃至６に記載の画像表示装置にカラーフィルターを組み合わせたことを特徴とする画像表示装置である。
【００２５】
請求項８に記載の発明は、カラーフィルターの赤、緑、青の３種類の領域毎に、前記ピッチｄの異なる前記回折格子を配置していることを特徴とする請求項７記載の画像表示装置である。
【発明の効果】
【００２６】
請求項１に記載の発明によれば、陽極と陰極間に一層以上の発光層を含む自発光型面状発光素子であって、素子界面で、発光層側の媒質の屈折率をｎin、射出側の媒質の屈折率をｎoutとしたとき、以下の式（１）となる界面では全反射がおこり、臨界角θｃ以上の光は外部に取り出すことは出来ない。そこで、前記界面に、一次元、或いは二次元方向の回折格子が設け、前記回折格子のピッチｄを以下の式（２）を満たすように形成する。
【００２７】
【数７】
2011159427.tif 000009
【００２８】
【数８】
2011159427.tif 000010
【００２９】
ｎin＝２．０、ｎout＝１．５の場合における式（１）、式（２）を共に満たす範囲を以下の表１に示す。
【００３０】
【表１】
2011159427.tif 000011
【００３１】
ここでは例として、自発光型面状発光素子としてEL素子について、ｎin＝２．０、ｎout＝１．５の界面に正弦波形状の回折格子をｍ＝１の範囲であるピッチｄ＝３００ｎｍ、高さＨ＝２００ｎｍとして説明する（図１）。
以下、Rigorous Coupled Wave Analysis（RCWA法）によるシミュレーション（Simulation）を、入射光をｓ偏光とし、波長λ＝５５０ｎｍにて行なった結果である。
図２に、前記回折格子の入射角ごとによる回折透過率と、フレネルの公式より得られる回折格子のない平坦面の透過率を示す。
また、図４に入射角度ごとによる回折反射率と、フレネル反射率を示す。
まず、透過率（図２）を見ると、回折格子により、臨界角θｃ（４８．６度）以上の光が回折光（１Ｔ）として、射出側の媒質に取り出すこと可能であることがわかる。
しかし、０度付近の透過率は下がり、角度ごとの透過率の和（ｓｕｍＴ）でもフレネルの公式より得られる透過率より低い。そのため、図２からは透過率が向上しているかどうかは確認できない。
そこで、図２より得られる回折透過率から射出側の媒質への透過光Ｌｔの配光分布を図３に示す。但し、入射光Ｌｉの配光分布は以下の式（６）となるランバーシアンとし、正面強度Ｉ０＝１とする。
【００３２】
【数９】
2011159427.tif 000012
【００３３】
図３の透過率の和（ｓｕｍＴ）と、平坦面の透過率を比較すると多少の透過率の向上は見られるものの、たいした効果は得られていない。１次（−１次）回折光が透過しても、その分０次回折光が減少するためである。この性質は、前記回折格子の形状やピッチｄ、高さＨ、屈折率ｎin、ｎoutを変化させても、角度ごとの回折効率の大小はあるものの、同様な結果が見られる。
【００３４】
次に、反射率をみると（図４）、透過率（図２）とは逆に０度付近の反射率の上昇、臨界角（４８．６度）以上の反射率の低減が見られる。
また、発光層側の反射光Ｌｒの配光分布（図５）を確認すると、反射率の和（ｓｕｍＲ）は平坦面の反射率とは異なり、０度付近の反射率が高い。これは、臨界角（４８．６度）付近の光の回折光である。
前記反射光Ｌｒの数〜数十％は、ＥＬ素子内部の電極や各界面にて再び反射し、前記回折格子へ戻ってくる。
内部反射光Lｉ’を加味した場合（図６）の透過光の配光分布を図７に示す。ただし、ここで内部の光の反射率（内部反射率）を５０％としてシミュレーションを行なった。
この結果によると、０度付近では約１５％の輝度向上効果が確認でき、±１２度内の輝度向上が顕著に見られる。
【００３５】
上述のように、本発明の式（２）の設計条件は臨界角付近の光の回折反射光が０度付近に回折し、内部反射を経て、外部へ放射されるように設定されており、全体として、光の取り出し効率を向上させることが可能となる。言い換えると、式（２）を満たすピッチｄの値が回折格子のピッチｄの最適な値となる。
【００３６】
次に、表１の範囲外：ｄ＝５００ｎｍ、H＝３００ｎｍの場合も同様に検討する。
図８に透過光の配光分布を、図９に反射光の配光分布を示す。
透過光の配光分布（図８）は、ｄ＝３００ｎｍの場合（図３）と同様に、全体的に若干の輝度向上が見られる。
しかし、反射光の配光分布（図９）では、ｄ＝３００ｎｍ（図５）の場合と異なり、±２０度前後の角度に反射光の増加が見られる。
そのため、内部反射を考慮した透過光（図１０）は、１５〜３０度付近に輝度の向上が見られ、０度付近での輝度の向上は得られない。
【００３７】
また、ｍ＝２とした場合の例として、ピッチｄ＝６００ｎｍの場合の反射光配光分布（図１１）も示す。ピッチｄ＝６００ｎｍでは、ピッチｄ＝３００ｎｍ（図５）と同様に、０度付近の反射光の増加が見られるが、さらに、２０度付近の反射光の増加も見られる。
このため、内部反射を考慮した透過光（図１０）は、０度付近に加え、さらに、２０〜５５度付近の輝度向上も見られる。
【００３８】
次に、本発明によれば、下記の式（３）を満たすことにより、さらに輝度向上効果を有する範囲を特定するものである。
【００３９】
【数１０】
2011159427.tif 000013
【００４０】
回折格子の回折効率は、界面での媒質の屈折率比に大きく作用される。そのため、式（３）は前記屈折率比の補正を式（２）に加味したものである。
前述では（図２〜図１１）、ｎin＝２、ｎout＝１．５について述べたが、ｎin＝１．７５、ｎout＝１．５とし、回折格子をピッチｄ＝３００ｎｍ、H=２００ｎｍにて同様に検討する。
内部反射を考慮した透過光（図１２）は、屈折率のみが異なる図７と比較すると、±１２度付近での輝度向上は同じく見られるが、ｎin＝１．７５、ｎout＝１．５（図１２）では０度付近の輝度向上は見られない。
これは、ｎin＝２．０、ｎout＝１．５（図７）の場合に比べ、回折効率が低いためであり、以上の場合、式（２）の範囲内でも０度付近の輝度向上が見込めない場合が生じる。
【００４１】
そこで、式（３）によって、より効果的な範囲を指定している。
式（３）の範囲に入る条件ｄ＝３３７．２７ｎｍでの内部反射を考慮した透過光を図１３に示すが、確かに０度付近の輝度向上が見られる。
式（３）に設定されている２π／９であるが、様々なシミュレーションにより決定された数値である。
【００４２】
次に本発明によれば、式（３）においてｍ＝１にすることにより、前述のように０度付近にのみ輝度向上効果を得ることができるため、より０度付近の輝度向上を図ることが可能となる。
【００４３】
次に本発明によれば、前記自発光型面状発光素子を照明装置として用いることにより、光の取出し効率の高い照明装置を提供することが可能となる。
【００４４】
次に本発明によれば、前記自発光型面状発光素子を画像表示装置として用いることにより、光の取出し効率の高い画像表示装置を提供することが可能となる。
【００４５】
次に、本発明によれば、前記自発光型面状発光素子をトップエミッション型のＥＬ素子にすることにより、ＥＬ素子内の界面に、前記回折格子を作る工程が容易となり、また、射出側の最表面に表面保護層を配することにより、ＥＬ素子内部や、前記回折格子が保護された画像表示装置を提供することが可能となる。
【００４６】
次に、本発明によれば、前記画像表示装置にカラーフィルターを組み合わせることにより、フルカラーの画像表示装置を提供することが可能となる。
【００４７】
次に、本発明によれば、前記カラーフィルターの赤、緑、青の３種類の領域ごとに、回折格子のピッチｄを最適な値にすることにより、それぞれの色に対し、輝度向上効果を付加した画像表示装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の効果を説明する実施形態に係るＥＬ素子の構造を示す図である。
【図２】入射光角度毎による回折透過率（λ＝５５０ｎｍ、ピッチｄ＝３００ｎｍ、Ｈ＝２００ｎｍ、ｎｉｎ＝２、ｎｏｕｔ＝１．５）を示す図である。
【図３】射出側透過光配光分布（λ＝５５０ｎｍ、ピッチｄ＝３００ｎｍ、Ｈ＝２００ｎｍ、ｎｉｎ＝２、ｎｏｕｔ＝１．５）を示す図である。
【図４】入射光角度毎による回折反射率（λ＝５５０ｎｍ、ピッチｄ＝３００ｎｍ、Ｈ＝２００ｎｍ、ｎｉｎ＝２、ｎｏｕｔ＝１．５）を示す図である。
【図５】発光層側反射光配光分布（λ＝５５０ｎｍ、ピッチｄ＝３００ｎｍ、Ｈ＝２００ｎｍ、ｎｉｎ＝２、ｎｏｕｔ＝１．５）を示す図である。
【図６】本発明の効果を説明する実施形態に係るＥＬ素子の構造を示す図である。
【図７】ＥＬ素子の内部反射を考慮した透過光配光分布（λ＝５５０ｎｍ、ピッチｄ＝３００ｎｍ、Ｈ＝２００ｎｍ、ｎｉｎ＝２、ｎｏｕｔ＝１．５）を示す図である。
【図８】射出側透過光配光分布（λ＝５５０ｎｍ、ピッチｄ＝５００ｎｍ、Ｈ＝３００ｎｍ、ｎｉｎ＝２、ｎｏｕｔ＝１．５）を示す図である。
【図９】発光層側反射光配光分布（λ＝５５０ｎｍ、ピッチｄ＝５００ｎｍ、Ｈ＝３００ｎｍ、ｎｉｎ＝２、ｎｏｕｔ＝１．５）を示す図である。
【図１０】ＥＬ素子の内部反射を考慮した透過光配光分布（λ＝５５０ｎｍ、ピッチｄ＝５００、６００ｎｍ、Ｈ＝２００ｎｍ、ｎｉｎ＝２、ｎｏｕｔ＝１．５）を示す図である。
【図１１】発光層側反射光配光分布（λ＝５５０ｎｍ、ピッチｄ＝６００ｎｍ、Ｈ＝３００ｎｍ、ｎｉｎ＝２、ｎｏｕｔ＝１．５）を示す図である。
【図１２】ＥＬ素子の内部反射を考慮した透過光配光分布（λ＝５５０ｎｍ、ピッチｄ＝３００ｎｍ、Ｈ＝２００ｎｍ、ｎｉｎ＝１．７５、ｎｏｕｔ＝１．５）を示す図である。
【図１３】ＥＬ素子の内部反射を考慮した透過光配光分布（λ＝５５０ｎｍ、ピッチｄ＝３３７．３ｎｍ、Ｈ＝２００ｎｍ、ｎｉｎ＝１．７５、ｎｏｕｔ＝１．５）を示す図である。
【図１４】本発明の第１の実施形態に係る有機ＥＬ素子の構造を示す図である。
【図１５】本発明の第２の実施形態に係る有機ＥＬ素子の構造を示す図である。
【図１６】本発明の第３の実施形態に係る有機ＥＬ素子の構造を示す図である。
【図１７】ＥＬ素子の内部反射を考慮した透過光配光分布（λ＝５５０ｎｍ、ピッチｄ＝５００ｎｍ、Ｈ＝３００ｎｍ、ｎｉｎ＝１．５、ｎｏｕｔ＝１）を示す図である。
【図１８】本発明の第４の実施形態に係るフルカラー画像表示装置の構造を示す図（Ｘ−Ｙ平面）である。
【図１９】本発明の第４の実施形態に係るフルカラー画像表示装置の構造図（図１８）のＡ−Ａ’断面を示す図（Ｘ−Ｚ平面）である。
【図２０】従来の有機ＥＬ素子の構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４９】
以下、本発明の実施形態について図面を基に説明する。
＜第１の実施形態＞
図１４は本発明の第１の実施形態に係る有機ＥＬ素子１００の構造を示す図（Ｘ−Ｚ平面）である。発光層の代表波長はλ＝５５０ｎｍである。
第１の実施形態において、透明電極１０３と、ガラス基板１０４の界面に回折格子２０（ピッチｄ＝３００ｎｍ、Ｈ＝２００ｎｍ、ｎｉｎ＝２、ｎｏｕｔ＝１．５）が２次元方向に形成されている。
すなわち、この実施形態では、透明電極１０３とガラス基板１０４との界面が前記の式（１）となる全反射が起こる界面である。
上述の図７で説明したとおり、前記界面において、０度付近では１５％の輝度向上効果を得ることが出来る。
また、回折格子の構造が内部にあるので、接触などによる欠損は発生し辛いといった利点も得られる。
本発明におけるガラス基板１０４は透明基板であるポリカーボネートやPET等の透明フィルムでも良い。
【００５０】
＜第２の実施形態＞
図１５は本発明の第２の実施形態に係る有機ＥＬ素子１００の構造を示す図（Ｘ−Ｚ平面）である。発光層の代表波長はλ＝５５０ｎｍである。
第２の実施形態において、透明電極１０３と、ガラス基板１０４の間に、ｎｉｎ＝１．７５の封止層１０６が挿入されている。
本発明の回折格子３０は前記封止層１０６と、ガラス基板１０４の界面に成形されており、回折格子のパラメータはピッチｄ＝３３７．３ｎｍ、Ｈ＝２００ｎｍ、ｎｉｎ＝１．７５、ｎｏｕｔ＝１．５で形成されている。
すなわち、この実施形態では、封止層１０６とガラス基板１０４との界面が前記の式（１）となる全反射が起こる界面である。
この実施形態も上述の図１３で説明したとおり、０度付近では１０％の輝度向上効果を得ることが出来た。
第１の実施形態と比較すると、ｎｉｎ＝１．７５と低いため、回折効率の低下や、輝度の向上する角度が狭まる等の短所もあるが、ピッチを荒くすることが出来るため、製造負荷の低減、封止層を挿入することが出来るといった利点も得ることが出来る。
【００５１】
＜第３の実施形態＞
図１６は本発明の第３の実施形態に係る有機ＥＬ素子１００の構造を示す図（Ｘ−Ｚ平面）である。発光層の代表波長はλ＝５５０ｎｍである。
第３の実施形態において、ガラス基板１０４と、空気層１０５の界面に回折格子２０（ピッチｄ＝５００ｎｍ、Ｈ＝３００ｎｍ、ｎｉｎ＝２、ｎｏｕｔ＝１．５）が２次元方向に形成されている。
すなわち、この実施形態では、ガラス基板１０４と空気層１０５との界面が前記の式（１）となる全反射が起こる界面である。
前記回折格子の条件による内部反射を考慮した透過光配光分布を図１７に示す。
ガラス基板１０４と空気層１０５の界面では射出側の最表面に構造が露出するため、機械強度の低下は生じるが、大きな屈折率比を得ることが出来るため、回折効率も高く、０度付近の輝度向上も４６％も向上させることができる。
【００５２】
＜第４の実施形態＞
図１８は本発明の第４の実施形態に係る有機ＥＬ画像表示装置４０の構造を示す図（Ｘ−Ｙ平面）、図１９は図１８におけるA−A’断面（Ｘ−Ｚ平面）である。
第４の実施形態では、第２の実施形態にカラーフィルター５０を設けることによって輝度向上効果を備えたフルカラー画像表示装置４０である。
図１８において、フルカラーを表示するため、赤（代表波長６５０ｎｍ）、緑（代表波長５５０ｎｍ）、青（代表波長４５０ｎｍ）のEL素子が並んでいる。
A−A’断面（図１９）をみると、カラーフィルター５０は保護層としての役目も担うガラス基板１０４に各色のカラーレジスト、すなわち、赤色レジスト５１、緑色レジスト５２、青色レジスト５３が塗布されている。そして、これらカラーレジストはオーバーコート層５５で覆われている。そして、各色のEL素子の封止層１０６と結合している構成である。オーバーコート層５５の屈折率はｎｏｕｔ＝１．５、封止層１０６の屈折率はｎｉｎ＝１．７５である。
本発明の回折格子２０は、前記オーバーコート層５５と封止層１０６の界面にあり、各色によって、回折格子２０のピッチは異なる。
すなわち、この実施形態では、オーバーコート層５５と封止層１０６との界面が前記の式（１）となる全反射が起こる界面である。
各色について以下の式（２）と式（４）を満たす範囲を表２に示す。
【００５３】
【数１１】
2011159427.tif 000014
【００５４】
【数１２】
2011159427.tif 000015
【００５５】
【表２】
2011159427.tif 000016
【００５６】
以上により、赤色に対応するピッチをｄ（Ｒ）、緑色に対応するピッチをｄ（Ｇ）、青色に対応するピッチをｄ（Ｂ）としたとき、
ｄ（R）＝３６０ｎｍ
ｄ（G）＝３００ｎｍ
ｄ（B）＝２５０ｎｍ
の回折格子を、カラーフィルターに対応させることにより、赤、緑、青の各色について、それぞれ輝度向上効果を持つ有機EL素子による画像表示装置を提供する事が可能となる。
【００５７】
なお、以上で本発明の実施形態及び実施例を説明したが、上記実施形態における構成はこの発明の一例であり、当該発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であることはいうまでもない。
例えば、上記実施形態では、有機ＥＬ素子に対して本発明に係る光学部材を用いた例を説明したが、無機ＥＬやＦＥＤにおいても本発明は好適に用いることができる。
また、回折格子の形状も例として正弦波形状を示したが、矩形波状や三角波形状、球形や半球形、楕円体や半楕円体といった様々な形状でも若干の回折効率の違いはあるものの、主な効果は変わらずに本発明は好適に用いることができる。
【符号の説明】
【００５８】
２０……回折格子
４０……ＥＬ表示装置
４１……赤色EL素子
４２……緑色EL素子
４３……青色EL素子
５０……カラーフィルター
５１……赤色レジスト
５２……緑色レジスト
５３……青色レジスト
１００……ＥＬ素子
１０１……背面電極
１０２……有機発光層
１０３……透明電極
１０４……ガラス基板、透明基板
１０５……空気層
【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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【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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