(57)【要約】【課題】導波モード光及びＳＰＰモード光を効果的に取り出して光取り出し効率が向上した有機ＥＬ素子並びにそれを備えた画像表示装置及び照明装置を提供する。【解決手段】本発明の有機ＥＬ素子１０は、第１電極２と、発光層を含む有機層３と、第２電極４とを順に具備する有機ＥＬ素子１０であって、さらに、陰極４の有機層３と反対側の面に、低屈折率層５と、金属層６とを該反対側の面に接する側から順に具備し、陰極４は、透光性導電材料からなり、低屈折率層５の屈折率は有機層３の屈折率よりも低く、前記陽極２の有機層３と反対側の面に高屈折率層７を具備し、高屈折率層７は、その高屈折率層７が陽極２と反対側の面に隣接する物質よりも屈折率が高く、且つ低屈折率層５よりも屈折率が高い材料からなり、さらに高屈折率層７は、複数の凸部７ａを有し、凸部７ａは、その接平面と陽極２とがなす角が連続的に変化するレンズ形状を有する構成である。【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、発光層を含む有機層と、第２電極とを順に具備する有機ＥＬ素子であって、
さらに、前記第２電極の前記有機層と反対側の面に、低屈折率層と、金属層とを該反対側の面に接する側から順に具備し、
前記第２電極は、透光性導電材料からなり、
前記低屈折率層の屈折率は前記有機層の屈折率よりも低く、
前記第１電極の前記有機層と反対側の面に高屈折率層を具備し、
前記高屈折率層は、該高屈折率層が前記第１電極と反対側の面に隣接する物質よりも屈折率が高く、且つ前記低屈折率層よりも屈折率が高い材料からなり、さらに前記高屈折率層は、複数の凸部または凹部を有し、
前記凸部または凹部は、その接平面と前記第１電極とがなす角が連続的に変化するレンズ形状を有していることを特徴とする有機ＥＬ素子。
【請求項２】
前記高屈折率層が、導電性を有することを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項３】
第１電極と、発光層を含む有機層と、第２電極とを順に具備する有機ＥＬ素子であって、
さらに、前記第２電極の前記有機層と反対側の面に、低屈折率層と、金属層とを該反対側の面に接する側から順に具備し、
前記第２電極は、透光性導電材料からなり、
前記低屈折率層の屈折率は前記有機層の屈折率よりも低く、
前記第１電極と前記有機層との間に高屈折率層を具備し、
前記高屈折率層は、該高屈折率層が前記有機層と反対側の面に隣接する物質よりも屈折率が高く、且つ前記低屈折率層よりも屈折率が高い材料からなり、さらに前記高屈折率層は、複数の凸部または凹部を有し、
前記第１電極と前記有機層は電気的に接続されており、
前記凸部または凹部は、その接平面と前記第１電極とがなす角が連続的に変化するレンズ形状を有していることを特徴とする有機ＥＬ素子。
【請求項４】
前記高屈折率層と前記第１電極の間に、平坦化層を有していることを特徴とする請求項３に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項５】
前記高屈折率層の屈折率が、前記有機層の屈折率以上であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項６】
前記低屈折率層の厚さが、２０ｎｍ以上３００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項７】
前記低屈折率層の屈折率はさらに、前記第２電極の屈折率よりも低いことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項８】
前記第２電極の屈折率はさらに、前記有機層の屈折率よりも低いことを特徴とする請求項７に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項９】
前記低屈折率層は、前記第２電極及び前記有機層のうちの少なくとも一方よりも屈折率が０．２以上小さい材料からなることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載
の有機ＥＬ素子。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子を備えたことを特徴とする画像表示装置。
【請求項１１】
請求項１〜９のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子を備えたことを特徴とする照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機ＥＬ素子並びにそれを備えた画像表示装置及び照明装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子は、広視野角、高速応答、鮮明な自発光表示等の特徴を有し、また、薄型軽量で低消費電力であること等の理由から、次世代の照明装置や画像表示装置等の柱として期待されている。
有機ＥＬ素子は、有機発光層で発生した光が取り出される向きに応じて、支持基板側から光が取り出されるボトムエミッション型と、支持基板の反対側から光が取り出されるトップエミッション型とに分けられる。
【０００３】
例えば、透明基板上に、透明電極、発光層を含む有機層、金属電極を順に備えるボトムエミッション型の有機ＥＬ素子においては、発光層で発光した光のうち、透明基板（例えば、ガラス（代表的な屈折率：１．５２））と空気（屈折率：１．０）との界面に臨界角以下の小さい入射角（入射光線と入射する界面の法線がなす角度）で入射した光は、その界面で屈折して素子の外部に取り出される。本明細書では、これらの光を外部モード（External Mode）光という。
これに対して、発光層で発光した光のうち、透明基板と空気との界面に臨界角より大きい入射角で入射した光はその界面で全反射されて素子の外部に取り出されず、最終的に材料に吸収されうる。本明細書では、この光を基板モード（Substrate Mode）光という。
また、発光層で発光した光のうち、透明導電性酸化物からなる陽極（例えば、酸化インジウム錫（ＩＴＯ（代表的な屈折率：１．８２））と透明基板との界面や陽極と陰極間に配置する高屈折率層と低屈折率層との界面等の基板と陰極との間の界面に臨界角より大きい入射角で入射した光もその界面で全反射されて素子の外部に取り出されず、最終的に材料に吸収されうる。本明細書では、この光を導波モード（Waveguide Mode）光という。
また、金属陰極のような金属層が有機ＥＬ素子中に存在する場合、発光層で発光した光のうち、金属層に入射して金属陰極の自由電子と結合し、表面プラズモンポラリトン（SPP；Surface Plasmon Polariton）として金属電極の表面に捕捉された光も素子の外部に取り出されず、最終的に材料に吸収されうる。本明細書では、この光をＳＰＰモード（SPP Mode）光という。
【０００４】
有機ＥＬ素子の光取り出し効率（発光層で発光した光に対して素子の外部に取り出される光の割合）は一般に２０％程度に留まっている（例えば、特許文献１）。すなわち、発光層で発光した光のうち、約８０％が損失となっており、これらの損失を低減して光の取り出し効率を向上させることが大きな課題となっている。
ここで、基板モード光の取り出しについては透明基板上に光拡散シートなどを設けることで対処できる（例えば、特許文献２）が、導波モード光及びＳＰＰモード光の低減や取り出し、特にＳＰＰモード光の低減や取り出しについては研究が緒に就いたばかりといえる。
【０００５】
導波モード光は、光が高屈折率材料から低屈折率材料に入射する際に全反射が起きることにより生じるので、導波モード光を低減するには全反射を起きにくくする、あるいは、全反射を生じる光の割合を低減することによって導波モード光を低減する方策が知られている。
特許文献３には、有機発光層の近傍に有機発光層や透明電極よりも屈折率の高い高屈折率層を挿入する構成が開示されている。また、特許文献２には、有機発光層及び透明電極に有機発光層及び透明電極よりも低屈折率の微粒子を分散させることで、等価的に有機発光層及び透明電極の屈折率を下げる構成が開示されている。
【０００６】
また、特許文献４及び特許文献５には、基板上に順に形成された透明電極層及び誘電体層にキャビティを有する構成が開示されている。
このキャビティの側面（基板に対して垂直に延びる界面）に入射する光は、この界面において基板側に屈折する。基板側に屈折した光は、透明電極と基板の界面、及び基板と空気の界面で全反射を生じる光の割合を低減することができる。
【０００７】
一方、光の取り出し効率を向上させる方法として、透明基板と電極との界面などに回折格子を形成する方法が提案されている（例えば、特許文献６）。
【０００８】
また、有機ＥＬ素子に限らず一般的に、金属層表面のＳＰＰモードを外部放射モードと結合させて金属層表面から有機層中へ取り出す方法として、金属層表面近傍に低屈折率薄膜および高屈折率誘電体を配置し、Otto型配置（非特許文献１）とする方法がしばしば用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００８−２１０７１７号公報
【特許文献２】特開２０１１−２４３６２５号公報
【特許文献３】特開２０１１−２３３２８８号公報
【特許文献４】特表２００３−５２２３７１号公報
【特許文献５】特開２０１１−８２１９２号公報
【特許文献６】特開平１１−２８３７５１号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】A. Otto, Z. Physik 216, 398 (1968)
【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、ＳＰＰモード光が金属表面から取り出されても、その光が導波モード光として捉えられると素子の外部に取り出されず、光取り出し効率は向上しない。
【００１２】
さらにＳＰＰモード光をOtto型配置等によって金属層表面から有機層中へ取り出した場合、取り出された光は特定の角度において強く放射するため、外部モード光について拡散性の高い（角度依存性のなだらかなランバーシアンに近い特性）輝度分布を実現することが難しい。
【００１３】
本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、ＳＰＰモード光及び導波モード光を効果的に取り出し、外部モード光について拡散性の高い輝度分布を実現できる有機ＥＬ素子並びにそれを備え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】
本発明者らは、まず、ＳＰＰモード光を金属層表面から有機層中に取り出し、その次に、その伝播光を導波モード光とせずに素子の外部に取り出すという２ステップの光取り出し機構を想定して多数の構造の中から、光取り出し効率を向上させ、さらに外部モード光について拡散性の高い輝度分布を実現するのに有効な構造を鋭意検討した。
実際の有機ＥＬ素子について、光取り出し効率を直接計測することは困難であるため、主にシミュレーションに基づいて検討を行った。
【００１５】
本発明の有機ＥＬ素子は、発光層を含む有機層を第１電極と第２電極が挟持してなる構造のものである。ここで、上記の２ステップの光取り出し機構は、ＳＰＰモード光を生成し、生成されたＳＰＰモード光を金属層表面から有機層中に取り出すOtto 型配置（非特許文献１）の第２電極側構造と、その伝播光を導波モード光とせずに外部に取り出し、かつ外部モード光について拡散性の高い発光を実現する第１電極側構造とからなる。
【００１６】
本発明者らは、シミュレーションにより、Otto 型配置の第２電極側構造と、導波モード光を基板側（トップエミッション型では基板の反対側）に屈折又は散乱させる、特定の形状を有する凸部又は凹部を備えた第１電極側構造とを組み合わせることにより、かかる第２電極側構造及び第１電極側構造の単独の光取り出し効率の向上効果からは予測できないほどの顕著な効果を奏することを見い出し、かつその特定の形状とすることにより外部モード光について拡散性が向上することを見出し、本発明を完成させた。
【００１７】
上記課題を解決するため、概要を説明した本発明は以下の構成を採用する。
（１）第１電極と、発光層を含む有機層と、第２電極とを順に具備する有機ＥＬ素子であって、さらに、前記第２電極の前記有機層と反対側の面に、低屈折率層と、金属層とを該反対側の面に接する側から順に具備し、前記第２電極は、透光性導電材料からなり、前記低屈折率層の屈折率は前記有機層の屈折率よりも低く、前記第１電極の前記有機層と反対側の面に高屈折率層を具備し、前記高屈折率層は、該高屈折率層が前記第１電極と反対側の面に隣接する物質よりも屈折率が高く、且つ前記低屈折率層よりも屈折率が高い材料からなり、さらに前記高屈折率層は、複数の凸部または凹部を有し、前記凸部または凹部は、その接平面と前記第１電極とがなす角が連続的に変化するレンズ形状を有していることを特徴とする有機ＥＬ素子。
（２）前記高屈折率層が、導電性を有することを特徴とする（１）に記載の有機ＥＬ素子。
（３）第１電極と、発光層を含む有機層と、第２電極とを順に具備する有機ＥＬ素子であって、さらに、前記第２電極の前記有機層と反対側の面に、低屈折率層と、金属層とを該反対側の面に接する側から順に具備し、前記第２電極は、透光性導電材料からなり、前記低屈折率層の屈折率は前記有機層の屈折率よりも低く、前記第１電極と前記有機層との間に高屈折率層を具備し、前記高屈折率層は、該高屈折率層が前記有機層と反対側の面に隣接する物質よりも屈折率が高く、且つ前記低屈折率層よりも屈折率が高い材料からなり、さらに前記高屈折率層は、複数の凸部または凹部を有し、前記第１電極と前記有機層は電気的に接続されており、前記凸部または凹部は、その接平面と前記第１電極とがなす角が連続的に変化するレンズ形状を有していることを特徴とする有機ＥＬ素子。
（４）前記高屈折率層と前記第１電極の間に、平坦化層を有していることを特徴とする（３）に記載の有機ＥＬ素子。
（５）前記高屈折率層の屈折率が、前記有機層の屈折率以上であることを特徴とする（１）〜（４）のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子。
（６）前記低屈折率層の厚さが、２０ｎｍ以上３００ｎｍ以下であることを特徴とする（１）〜（５）のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子。
（７）前記低屈折率層の屈折率はさらに、前記第２電極の屈折率よりも低いことを特徴とする（１）〜（６）のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子。
（８）前記第２電極の屈折率はさらに、前記有機層の屈折率よりも低いことを特徴とする（７）に記載の有機ＥＬ素子。
（９）前記低屈折率層は、前記第２電極及び前記有機層のうちの少なくとも一方よりも屈折率が０．２以上小さい材料からなることを特徴とする（１）〜（８）のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子。
（１０）（１）〜（９）のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子を備えたことを特徴とする画像表示装置。
（１１）（１）〜（９）のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子を備えたことを特徴とする照明装置。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、ＳＰＰモード光及び導波モード光を効果的に取り出して光取り出し効率が向上し、かつ外部モード光について拡散性の高い有機ＥＬ素子並びにそれを備えた画像表示装置及び照明装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る有機ＥＬ素子の一例を説明するための断面模式図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る有機ＥＬ素子の光の伝播を、矢印を用いて模式的に示した断面模式図である。
【図３】高屈折率層の凸部の断面形状を模式的に示した図である。
【図４】高屈折率層の凸部の底面形状を模式的に示した図である。
【図５】高屈折率層の凸部の配置を模式的に示した図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る有機ＥＬ素子の一例を説明するための断面模式図である。
【図７】本発明の有機ＥＬ素子の屈折作用効果の原理を分かり易く説明するために、光の伝播を矢印で模式的に示した模式図である。
【図８】本発明の有機ＥＬ素子を備えた画像表示装置の一例を説明するための断面模式図である。
【図９】本発明の有機ＥＬ素子を備えた照明装置の一例を説明するための断面模式図である。
【図１０】本発明に係る有機ＥＬ素子の第１の製造方法を模式的に表した断面模式図である。
【図１１】本発明に係る有機ＥＬ素子の第２の製造方法を模式的に表した断面模式図である。
【図１２】本発明に係る有機ＥＬ素子の第３の製造方法を模式的に表した断面模式図である。
【図１３】基板上に、陽極と有機層と陰極（金属）とを有する標準構造の有機ＥＬ素子において、有機層で発光した光の強度を、有機ＥＬ素子面方向における波数で展開するエネルギー散逸計算を行った結果を示す。
【図１４】Otto型配置におけるエネルギー散逸計算の、低屈折率層の膜厚による依存性を示した図であり、低屈折率層の屈折率を１．３８とし、（ａ）は反射層をＡｌとし、（ｂ）は反射層をＡｇとした場合の結果を示した図である。
【図１５】図１４におけるピークの変化を説明するための、Otto型配置の有機ＥＬ素子の断面模式図である。（ａ）は、低屈折率層の膜厚が０ｎｍの場合。（ｂ）は、低屈折率層の膜厚が厚くなるにつれて、ＳＰＰモード光と導波モード光が混在する場合。（ｃ）は、低屈折率層の膜厚が十分厚く、エバネッセント波が金属層に届かなくなり、ＳＰＰモード光として捕捉されない場合。
【図１６】図１４におけるエネルギー散逸計算の結果において、低屈折率層の膜厚に対するピーク幅（半値幅）の変化を示した図である。
【図１７】Otto型配置の有機ＥＬ素子において、（ａ）は反射層をＡｌ、（ｂ）は反射層をＡｇとした場合の式（５）をグラフ化した図である。
【図１８】シミュレーションで用いた本発明の有機ＥＬ素子の断面を模式的に図示した模式図である。
【図１９】シミュレーションで用いた本発明の有機ＥＬ素子の凸部の並進構造を模式的に図示したものであって（ａ）が非球面レンズ形状、（ｂ）がフレネルレンズ形状、（ｃ）が凸レンズ形状、（ｄ）が多重レンズ形状、（ｅ）が半円形状とした。
【図２０】図１９の構造を用いた有機ＥＬ素子の光取り出し効率を、ＦＤＴＤ法を用いてコンピューターシュミレーションで求めた結果を示す図である。
【図２１】シミュレーションで用いた本発明の有機ＥＬ素子の凸部を模式的に図示したものであって、凸部の底面が円形であり正方格子状に配列した模式図である。（ａ）が非球面レンズ形状、（ｂ）がフレネルレンズ形状、（ｃ）が凸レンズ形状、（ｄ）が多重レンズ形状、（ｅ）が半円形状とした。
【図２２】図２１の構造を用いた有機ＥＬ素子の光取り出し効率を、ＦＤＴＤ法を用いてコンピューターシュミレーションで求めた結果を示す図である。
【図２３】シミュレーションで用いた本発明の有機ＥＬ素子の凸部を模式的に図示したものであって、凸部の底面が楕円形であり正方格子状に配列した模式図である。（ａ）が非球面レンズ形状、（ｂ）がフレネルレンズ形状、（ｃ）が凸レンズ形状、（ｄ）が多重レンズ形状、（ｅ）が半円形状とした。
【図２４】図２３の構造を用いた有機ＥＬ素子の光取り出し効率を、ＦＤＴＤ法を用いてコンピューターシュミレーションで求めた結果を示す図である。
【図２５】シミュレーションで用いた本発明の有機ＥＬ素子の凸部を模式的に図示したものであって、凸部の底面が正方形であり正方格子状に配列した模式図である。（ａ）が非球面レンズ形状、（ｂ）がフレネルレンズ形状、（ｃ）が凸レンズ形状、（ｄ）が多重レンズ形状、（ｅ）が半円形状とした。
【図２６】図２５の構造を用いた有機ＥＬ素子の光取り出し効率を、ＦＤＴＤ法を用いてコンピューターシュミレーションで求めた結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明を適用した有機ＥＬ素子並びにそれを備えた画像表示装置及び照明装置について、図面を用いてその構成を説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際と同じであるとは限らない。また、以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。また、一の実施形態で説明した内容は他の実施形態では説明を省略する場合がある。
本発明の有機ＥＬ素子は、いわゆるトップエミッション型、ボトムエミッション型のいずれを適用してもよい。
本発明において、第１電極及び第２電極は一方が陽極で他方が陰極であるが、以下では、第１電極を陽極、第２電極を陰極とする構成を例に挙げて説明する。
また、本発明の有機ＥＬ素子は本発明の効果を損ねない範囲で以下に記載していない層を備えてもよい。
【００２１】
（有機ＥＬ素子（第１実施形態））
図１は、本発明の第１実施形態に係る有機ＥＬ素子の一例を説明するための断面模式図である。
図１に示す有機ＥＬ素子１０は、基板１上に陽極（第１電極）２と、発光層を含む有機層３と、陰極（第２電極）４とを順に具備する有機ＥＬ素子１０であって、さらに、陰極４の有機層３と反対側の面に、低屈折率層５と、金属層６とを該反対側の面に接する側から順に具備し、陰極４は、透光性導電材料からなり、低屈折率層５の屈折率は有機層３の屈折率よりも低く、前記陽極２の基板１側の面（前記有機層３と反対側の面）に高屈折率層７を具備し、高屈折率層７は、基板１（高屈折率層７が陽極２と反対側の面に隣接する物質）よりも屈折率が高く、且つ低屈折率層５よりも屈折率が高い材料からなり、さらに高屈折率層７は、複数の凸部７ａを有し、凸部７ａは、その接平面と陽極２とがなす角が連続的に変化するレンズ形状を有する。
また図１で示すように、高屈折率層７は層状部７ｂを有していてもよい。
図１において、実線で示す構成はボトムエミッション型のものである。図１おいて、符号１’は、本発明の構成をわかりやすく説明するためにトップエミッション型の場合の基板の配置を併せて示したものである。この場合、基板１を備える必要はなく、高屈折率層７が前記陽極２と反対側の面に隣接する物質は、例えば空気であってもよい。他の実施形態についても、トップエミッション型の場合の基板の配置は同様である。
上記のように陰極側の構造について屈折率の比較を行う場合には、有機層の屈折率とは、有機ＥＬ材料からなる発光層を含む全ての層の平均の屈折率をいう。
【００２２】
本発明の有機ＥＬ素子に共通する陰極側の構成である、金属層／低屈折率層／有機層の積層構造において、これらがOtto型配置となるためには低屈折率層の屈折率が有機層の屈折率より低い必要がある。このような屈折率構成とすることによって、金属層／低屈折率界面に生じたＳＰＰモード光を有機層中に取り出すことができる。また、陰極の屈折率が低屈折率層の屈折率よりも高いことがより好ましい。陰極の屈折率が低屈折率層の屈折率より高い場合、金属層／低屈折率層／陰極の構成もOtto型配置となっているため、ＳＰＰモード光をより効率的に再放射させ、有機層や高屈折率層中へ導くことができる。さらに、陰極の屈折率は、有機層の屈折率よりも低いことが好ましい。このような屈折率構成とすることによって、陰極に取り出されたＳＰＰモード光を、陰極／有機層界面で全反射させることなく有機層へ取り出すことができる。
【００２３】
本発明の有機ＥＬ素子１０は、トップエミッション型（金属層６から見て低屈折率層５と反対側に基板１’がある場合）、ボトムエミッション型（陽極２から見て有機層３と反対側に基板１がある場合）の有機ＥＬ素子のいずれにも適用できる。
ボトムエミッション型に適用する場合には、基板１は透光性の基板であり、通常、可視光に対して透明であることが必要である。ここで、「可視光に対し透明である」とは、発光層から発する波長の可視光を透過することができればよいという意味であり、可視光領域全域にわたり透明である必要はない。４００〜７００ｎｍの可視光における透過率が５０％以上で、平滑な基板が好ましい。また、透過率が７０％以上であることがより好ましい。
基板１を構成する材料として具体的には、ガラス、ポリマー等が挙げられる。ガラスとしては、特にソーダ石灰ガラス、バリウム・ストロンチウム含有ガラス、鉛ガラス、アルミノケイ酸ガラス、ホウケイ酸ガラス、バリウムホウケイ酸ガラス、石英等が挙げられる。またポリマーとしては、ポリカーボネート、アクリル、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリエーテルサルファイド、ポリサルフォン等を挙げることができる。
なお、発光光が可視光でない場合も、少なくとも発光波長領域に対して、可視光の場合と同様に透明であることが必要である。透過率としては、発光が最大強度となる波長に対し、５０％以上であることが好ましく、７０％以上であることが更に好ましい。
トップエミッション型に適用するためには、上記記載と同様なものの他に、不透明な材料も使用できる。具体的には、例えばＣｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｗ，Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ、Ａｌの単体、またはこれらの元素を含んだ合金、あるいはステンレスなどの金属材料、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＧａＡｓ、サファイアなどの非金属材料、その他のトップエミッション型の有機ＥＬ素子で通常用いられる基板材料を用いることができる。また、素子の発光に伴い生じる熱を逃がすため、熱伝導率の高い材料を基板に用いることが好ましい。
但し、本実施形態では、高屈折率層７が凸部７ａを形成することにより、基板１はそれに対応する複数の凹部を備えるので、より精確に加工しやすい材料であるのが好ましい。好ましい材料としては特に限定はされないが、例えば、石英が挙げられる。
【００２４】
基板１の厚さは、要求される機械的強度にもよるし、限定するものではないが、好ましくは、０．０１ｍｍ〜１０ｍｍ、より好ましくは０．０５ｍｍ〜２ｍｍである。
【００２５】
陽極２は陰極４との間で電圧を印加し、陽極２より有機層３に正孔を注入するための電極であり、仕事関数の大きい金属、合金、導電性化合物、あるいはこれらの混合物からなる材料を用いることが好ましく、陽極２に接する有機層３のＨＯＭＯ（Highest Occupied Molecular Orbital）準位との差が過大にならないように仕事関数が４ｅＶ以上６ｅＶ以下のものを用いるのが好ましい。陽極２の材料としては透光性でかつ導電性の材料であれば特に制限はないが、例えば、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）、酸化錫、酸化亜鉛などの透明無機酸化物、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ、ポリアニリンなどの導電性高分子および任意のアクセプタなどでドープした導電性高分子、カーボンナノチューブなどの導電性光透過性材料、薄膜金属、薄膜状に形成された金属ナノワイヤ、これらを含む複合材料を挙げることができる。ここにおいて、陽極２は、例えば、スパッタ法、真空蒸着法、塗布法などによって形成することができる。
陽極２の厚さは特に限定はされないが、例えば１０〜２０００ｎｍであり、好ましくは５０〜１０００ｎｍである。１０ｎｍより薄いと陽極２のシート抵抗が増大し、また、２０００ｎｍより厚いと有機層３の平坦度を保てなくなると共に、陽極の透過率が低下する。
【００２６】
有機層３は、有機ＥＬ材料からなる発光層の他、正孔注入層、正孔輸送層、電子注入層、電子輸送層等を備えてもよい。発光層の材料としては、有機ＥＬ素子用の材料として知られる任意の材料を用いることができる。
正孔注入層は陽極２から有機層３への正孔注入を助ける層であり、イオン化エネルギーが通常５．５ｅＶ以下と低い。このような正孔注入層としてはより低い電界強度で正孔を有機層３に注入する材料が好ましいが、形成する材料としては、上記の機能を担えるものであれば特に制限はなく、公知のものの中から任意のものを選択して用いることができる。また、正孔輸送層は発光領域まで正孔を輸送する層であって、正孔移動度が大きい。このような正孔輸送層として形成する材料は、上記の機能を担えるものであれば特に制限はなく、公知のものの中から任意のものを選択して用いることができる。
電子注入層は陰極４から有機層３への電子注入を助ける層である。このような電子注入層としてはより低い電界強度で電子を有機層３に注入する材料が好ましいが、形成する材料としては、上記の機能を担えるものであれば特に制限はなく、公知のものの中から任意のものを選択して用いることができる。また、電子輸送層は発光領域まで電子を輸送する層であって、電子移動度が大きい。このような電子輸送層として形成する材料は、上記の機能を担えるものであれば特に制限はなく、公知のものの中から任意のものを選択して用いることができる。
【００２７】
有機層３は、蒸着法、転写法などの乾式プロセスによって成膜してもよいし、スピンコート法、スプレーコート法、ダイコート法、グラビア印刷法など、湿式プロセスによって成膜してもよい。
有機層３の厚さは特に限定はされないが、例えば５０〜２０００ｎｍであり、好ましくは１００〜１０００ｎｍである。５０ｎｍより薄いと突き抜け電流による内部量子効率の低下や、金属層６による損失性表面波モードカップリング（lossy surface wave mode coupling）など、ＳＰＰカップリング以外の消光が起こり、また、２０００ｎｍより厚いと駆動電圧が上昇する。
【００２８】
陰極４は、発光層に電子を注入するための電極であり、仕事関数の小さい金属、合金、導電性化合物、あるいはこれらの混合物からなる材料を用いることが好ましく、陰極４に接する有機層３のＬＵＭＯ(Lowest Unoccupied Molecular Orbital)準位との差が過大にならないように仕事関数が１．９ｅＶ以上５ｅＶ以下のものを用いるのが好ましい。
陰極４の材料としては、Otto型配置の陰極側構造を形成するために、透光性の導電材料とする必要がある。そのため、上記の陽極材料と同じものを用いることができる。
陰極４の厚さは特に限定はされないが、例えば３０ｎｍ〜１μｍであり、好ましくは５０〜５００ｎｍである。３０ｎｍより薄いとシート抵抗が増加して、駆動電圧が上昇し、また、１μｍより厚いと成膜時の熱や放射線ダメージ、膜応力による機械的ダメージが電極や有機層に蓄積するからである。
【００２９】
低屈折率層５は、陰極４の、有機層３とは反対側の面に備えられており、有機層３よりも屈折率の低い材料からなる。また低屈折率層５は、陰極４を構成する透光性導電材料より低い屈折率を有する透明材料からなることが好ましい。
発光層で発光した光が陰極４側に伝播し、陰極４と低屈折率層５との界面に達したとき、臨界角以上の角度で入射したときに全反射が起きる。
【００３０】
このような低屈折率層５の材料としては、有機層３よりも屈折率の低い材料であれば特に制限はなく、例えば、有機層３の全ての層の平均屈折率が１．７２の場合、この屈折率条件を満たすＳＯＧ、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ２（代表的な屈折率１．３８））等の金属フッ化物、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ（代表的な屈折率１．３５））等の有機フッ素化合物、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２（代表的な屈折率１．４５））、各種の低融点ガラス、多孔性物質が挙げられる。また、低屈折率層５は空気層を含む層からなり、陰極４を構成する透光性導電材料より低い屈折率を有するものでもよい。
【００３１】
また低屈折率層５は、陰極４及び有機層３のうちの少なくとも一方よりも屈折率が０．２以上小さい材料からなることが好ましい。これは陰極４や有機層３がOtto 型配置の高屈折率媒質に相当し、Otto型配置で低屈折率媒質（低屈折率層５）と高屈折率媒質（陰極４および有機層３のうちの少なくとも一方）の屈折率差が０．２以上あれば、ＳＰＰモード光の波数の面内成分が小さくなる為、陰極４または有機層３の伝播光とＳＰＰモード光の分散曲線が交わるようになり、ＳＰＰモード光が陰極４または有機層３へより効率的に取り出されるためである。
【００３２】
低屈折率層５の厚さは、２０ｎｍ〜３００ｎｍであることが好ましい。厚みが２０ｎｍより薄いと、低屈折率層５の膜厚が薄すぎるため、金属層６と有機層３または陰極４が接近してＳＰＰモード光の波数が大きくなり、分散曲線が有機層３内伝播光の分散曲線と交わらなくなり、ＳＰＰモード光が有機層中に取り出されにくくなる。３００ｎｍより厚いと、ＳＰＰモードの電磁場が金属層６に届かなくなり、ＳＰＰモード光が有機層中に取り出されにくくなる。さらに低屈折率層５の厚さは、２００ｎｍ以下であることがより好ましい。
【００３３】
金属層６は、陰極４の、有機層３とは反対側に低屈折率層５を介して備えられている。
金属膜６の材料としては有機層３中で生じた発光光を陽極側へ反射することができればよいのでほとんどの金属の単体または合金を用いることができるが、比複素誘電率の実部が絶対値が大きな負の値を持つような材料が好ましい。かかる材料としては例えば、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｍｇ、アルカリ金属、アルカリ土類金属等の単体や、ＡｕとＡｇとの合金、ＡｇとＣｕとの合金、真鍮等の合金が挙げられる。また、金属層６は、２層以上の積層構造であってもよい。
金属層６の厚さは特に限定はされないが、例えば２０〜２０００ｎｍであり、好ましくは５０〜５００ｎｍである。２０ｎｍより薄いと反射率が低くなり正面輝度が低下し、また、２０００ｎｍより厚いと成膜時の熱や放射線ダメージ、膜応力による機械的ダメージが電極や有機層に蓄積する。
【００３４】
高屈折率層７は、その高屈折率層７が陽極２と反対側の面に隣接する物質よりも高く、且つ低屈折率層５よりも高い屈折率を有する材料からなる。図１で示す例では、その高屈折率層７が陽極２と反対側の面に隣接する物質は基板１なので、高屈折率層７は基板１よりも高い屈折率を有する材料からなる。なお、トップエミッション型の素子で、高屈折率層が陽極２と反対側の面に隣接する物質が空気の場合は、高屈折率層７は空気よりも屈折率が高く、且つ低屈折率層５よりも屈折率が高い材料で構成することができる。
図２は、有機ＥＬ素子１０の光の伝播を、矢印を用いて模式的に示した断面図である。高屈折率層７の屈折率が基板１の材料よりも高く、且つ低屈折率層５よりも高い屈折率を有することにより、断面視して基板外表面側（図中の上方）に向かって凸である凸部７ａに入射した光のうち、臨界角以下の光は凸部７ａ表面で全反射せずに凸部７ａの外側に取り出される。また、凸部７ａ表面で全反射した光も高屈折率層７中で多重反射しそのほとんどが凸部７ａの外側に取り出される。その結果、導波モード光として素子内部に閉じ込められる光が抑制され、基板への光取り出しを向上させることができる。さらに、凸部７ａ外部に出射した光の一部は（基板法線に対する）伝播角が高屈折率層７での伝播角に比べ小さい角度に変わるので、ボトムエミッションの場合に基板の外表面での全反射をしない光が増えて、基板モード光となるのを防ぐことができる。
ここで、「光の一部」とは、図２で示すように断面視で凸部７ａの接平面と高屈折率層７中での伝播方向（波数ベクトル）とが陽極２側になす角度αが９０度未満の光を意味する。
【００３５】
高屈折率層７の屈折率はさらに、有機層３の屈折率と同じか、これより高いことが好ましい。このような屈折率構造にすることによって、有機層中へ再放射されたＳＰＰモード光および発光光が、陽極／高屈折率層界面で全反射することなく高屈折率層中へ取り出される。
【００３６】
高屈折率層７の材料としては、透光性でかつ高屈折率層７の陽極２と反対側の面に隣接する物質（ボトムエミッション素子の場合、基板側に隣接する材料）よりも高く、かつ低屈折率層５よりも高い屈折率を有する材料であれば特に制限はされない。
例えば、基板側に隣接する材料がガラス基板（代表的な屈折率：１．５２）であり低屈折率層の屈折率がガラスより低い場合、高屈折率層７の材料としては、例えば、屈折率が１．５２より高いＳＯＧ（代表的な屈折率：１．６〜２．０）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）(代表的な屈折率：１．７４)、酸化亜鉛（ＺｎＯ）（代表的な屈折率：２．０２）をはじめとする酸化物、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）をはじめとする窒化物、アルミニウム酸窒化物（ＡｌＯＮ）やケイ素酸窒化物をはじめとする酸窒化物、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ（代表的な屈折率：１．７７））やメラミン樹脂等をはじめとする高分子化合物樹脂、などから選択して用いることができる。また、これらよりなる多孔質性材料、混合物、また、無機材料の微粒子を透明媒質中に分散させたものなどを用いることができる。
また、基板側に隣接する材料や低屈性率層５の屈折率が１．５２より低い場合には、高屈折率層７の材料として、基板の屈折率と同じか、より低い屈折率の材料、例えば、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）（代表的な屈折率：１．３８）をはじめとする金属ハロゲン化物、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ（代表的な屈折率：１．３５））をはじめとするフッ素系樹脂、ポリメチルメタクリレート（代表的な屈折率：１．４９）、シリカ（ＳｉＯ２）（代表的な屈折率：１．４５）などからも選択して用いることができる。
【００３７】
高屈折率層７は複数の層からなってもよい。例えば図１の有機ＥＬ素子１０では、高屈折率層７は複数の凸部７ａと層状部７ｂを有している。凸部７ａと層状部７ｂは、同じ種類の高屈折率材料からなっても、異なる種類の高屈折率材料からなってもよい。層状部７ｂと凸部７ａの屈折率が異なる場合、層状部７ｂの屈折率が、凸部７ａの屈折率より低いことが好ましい。有機層３で発光した光は、層状部７ｂ、凸部７ａの順に通過し、素子外部に取り出される。そのため、層状部７ｂの屈折率が凸部７ａより低ければ、凸部７ａと層状部７ｂの界面での全反射を抑制することができ、効率的に光を取り出すことができる。複数の凸部７ａは、図１に示すように基板１内に離散的に配置されている。
【００３８】
凸部７ａは、その接平面と前記第１電極とがなす角が連続的に変化するレンズ形状を有していれば、その形状は特に限定はされない。例えば、図３で示すように、断面視で半円形状、凸レンズ形状、非球面レンズ形状、凹レンズ形状、フレネルレンズ形状、多重レンズ形状等の場合が挙げられる。また、楕円レンズ、シリンドリカルレンズ、トロイダルレンズ、自由曲面レンズなど、光を屈折させて発散または集束させる光学作用を持つ凸部形状であれば、その形状は特に限定はされない。凹レンズ形状も凸部形状の一例である。さらに、異なる前記レンズ形状の凸面と凹面が連続して接続され、複数の頂部、底部、鞍部を持つ曲面からなる形状などであってもよい。また、隣接する凸部７ａ同士が同じ形状をしている必要はなく、高屈折率層７は、異なるレンズ形状からなる複数の凸部で形成されていてもよい。
【００３９】
また凸部７ａの素子面の法線方向から見た平面形状は特に制限はされない。例えば、図４（ａ）に示すように、凸部７ａがドット状に存在し、そのドット形状が円形、楕円形、長円形、三角形、正方形、長方形、四角形、多角形、これらを複合した図形等の形状でもよいし、図４（ｂ）で示すように、凸部７ａが複数のライン状に存在し、そのライン形状が直線形状、屈曲形状、曲線形状、円環形状（ドーナツ型）等の形状でもよい。またドット形状とライン形状を組み合わせた形状でもよい。
平面形状が複数の円形からなる形状の場合、凸部７ａの立体形状としては例えば半球を始めとする基板法線に対し軸対称なレンズ形状等が挙げられ、楕円形である場合は楕円レンズ、長方形である場合はシリンドリカルレンズ、平面形状が多角形である場合は、平坦な一側面を共有し互いに交差するシリンドリカルレンズの共通部分等が挙げられる。またライン形状である場合は図３の断面視形状を紙面垂直方向に掃引した軌跡の形状等が挙げられる。
さらに凸部７ａの配置は特に制限はないが、図５で示すような平面形状がドット形状もしくは有限な長さ（素子の端部までラインが延伸しない）をもったライン形状である場合は面内方向に正方格子状、六方格子状、長方格子状など周期的に配列していても、非周期的に配列していてもよい。また、ライン形状の場合は、隣りあう凸部が互いに平行となるように延伸した配列、異なる径の円環状ラインが同心状に配置された配列、複数の波型や屈曲ラインが互いに重ならないように配列した場合がある。また、ライン形状では、互いのラインが交差や分岐していてもよく、例えばラインが面内に格子網状にはりめぐらされていてもよい。
凸部７ａは１次元的にライン状に形成されていれば、複数の凸部形状を機械加工等で形成する場合に欠陥を生じにくいため好ましい。一方、凸部７ａが２次元的に面内方向に正方格子状、六方格子状などに配列するドット形状として形成されていれば、面内の任意の方位に伝播する再放射光が同等に取り出せるのでより好ましい。また、凸部７ａがドット状に存在し、その形状が円形で、さらにそのドット状の凸部７ａが平面視で、ランダムに配置していることが好ましい。形状が円形であれば、方位角方向に拡散性の高い輝度分布となり、凸部７ａが平面視で、ランダムに配列していれば、より光を方位角方向に拡散性の高い輝度分布とすることができる。
【００４０】
凸部７ａのレンズ形状は、その高さは限定されるものではないが、例えば、１５０ｎｍ〜５０μｍであり、好ましくは２００ｎｍ〜１０μｍである。その幅は限定されるものではないが、例えば、高さの１〜５０倍であり、好ましくは２〜２０倍である。高さが１５０ｎｍより低いとレンズ形状の表面と裏面で反射した光が互いに干渉するため、レンズ形状が拡散機能を果たさなくなることがある。また、５０μｍより厚いと凸部７ａの起伏が大きくなり、高屈折率層７を形成する際に有機層３側の表面が平坦化されにくくなることがある。また幅が高さの１倍より小さいとレンズ形状の有機層３とは反対側の表面の傾斜角が基板平面に対してほとんど水平になり、有機層３側からここに入射した光が拡散されにくくなるためであり、高さの５０倍より大きいとレンズの表面形状が平坦に近くなり、やはりレンズによる光拡散の効果が小さくなることがあるためである。
また、隣接する凸部７ａ間の距離（ピッチ）は限定されるものではないが、例えば、３００ｎｍ〜１００μｍであり、好ましくは１〜２０μｍである。３００ｎｍより短いとレンズ形状が回折格子の効果により拡散できない状態になることがある。また、１００μｍより長いとレンズ間のすき間が増えて陽極（第１電極）側構造に占める凸部７ａの割合が低下する。
【００４１】
また高屈折率層７が、導電性を有していることがより好ましい。高屈折率層７が導電性を有していれば、陽極２の通電を補助することができる。陽極２の通電を補助することができれば、陽極２の電圧降下を抑えることができ、素子面内における発光強度ムラの少ない発光を実現することができる。
また高屈折率層７を陽極２と同じ材料から作製することもできる。
【００４２】
（有機ＥＬ素子（第２実施形態））
図６は、本発明の第２実施形態に係る有機ＥＬ素子の一例を説明するための断面模式図である。
本発明の第２実施形態に係る有機ＥＬ素子２０は、基板１１上に陽極（第１電極）１２と、発光層を含む有機層１３と、陰極（第２電極）１４とを順に具備する有機ＥＬ素子であって、さらに、陰極１４の有機層１３と反対側の面に、低屈折率層１５と、金属層１６とを該反対側の面に接する側から順に具備し、陰極１４は、透光性導電材料からなり、低屈折率層１５の屈折率は有機層１３の屈折率よりも低く、陽極１２と有機層１３との間に高屈折率層１７を具備し、高屈折率層１７は、その高屈折率層１７が有機層１３と反対側の面に隣接する物質よりも屈折率が高く、且つ低屈折率層１５よりも屈折率が高い材料からなり、さらに高屈折率層１７は、複数の凸部１７ａを有し、陽極１２と有機層１３は電気的に接続されており、凸部１７ａは、その接平面と有機層１３とがなす角が連続的に変化するレンズ形状を有する。
図６では、陽極１２と高屈折率層１７の間に平坦化層１８を挿入している。この場合、高屈折率層１７が有機層１３と反対側の面に隣接する物質は、平坦化層１８である。
上記のように陰極側の構造について屈折率の比較を行う場合には、有機層の屈折率とは、有機ＥＬ材料からなる発光層を含む全ての層の平均の屈折率をいう。
図６において、実線で示す構成はボトムエミッション型のものである。図６において、符号１１’は、本発明の構成をわかりやすく説明するためにトップエミッション型の場合の基板の配置を併せて示したものである。
【００４３】
基板１１、陽極１２、有機層１３、陰極１４、低屈折率層１５、金属層１６のそれぞれの材料、厚さ、形成方法等は、第１実施形態の基板１、陽極２、有機層３、陰極４、低屈折率層５、金属層６のそれぞれの材料、厚さ、形成方法等と同様のものを用いることができる。
【００４４】
高屈折率層１７は、陽極１２と有機層１３の間にある点が第１の実施形態と異なる。凸部１７ａによる屈折の効果は、配置が異なるが同様の効果を得ることができる。
【００４５】
高屈折率層１７が導電性を有する材料からなる場合、高屈折率層１７を間に挟む陽極１２と有機層１３は高屈折率層１７を通して電気的に接続される。また、高屈折率層１７が絶縁体からなる場合は、例えば、高屈折率層７の膜厚方向に複数の貫通孔を設け、その貫通孔内側に導電体を形成することにより導電パスを形成し、陽極１２と有機層１３を電気的に接続することができる。
また高屈折率層１７は、有機層１３と反対側の面に隣接する層の屈折率より高く、且つ低屈折率層１５よりも屈折率が高い材料からなれば、特に制限はされない。低屈折率層１５をＭｇＦ２、平坦化層１８をＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ（代表的な屈折率：１．４５）とした場合、導電性を有し、かつ上記の屈折率条件を満たすものとしては、例えば、ＩＴＯ、ＩＺＯ、酸化錫、酸化亜鉛などの透明無機酸化物、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ、ポリアニリンなどの導電性高分子および任意のアクセプタなどでドープした導電性高分子有機化合物、カーボンナノチューブなどの導電性光透過性材料、これらを含む複合材料等が挙げられる。
また、低屈折率層１５をＭｇＦ２、平坦化層１８をＳｉＯ２とした場合、絶縁性を有し、かつ上記の屈折率条件を満たすものとしては、例えば、第１の実施形態で高屈折率層７の材料として挙げられたものを用いることができる。
【００４６】
また、平坦化層１８を高屈折率層１７と陽極１２との間に挿入してもよい。平坦化層１８と高屈折率層１７がともに導電性を有する材料からなる場合、陽極１２と有機層１３は平坦化層１８と高屈折率層１７を通して電気的に接続される。平坦化層１８が導電性を有する材料からなり、高屈折率層１７が絶縁体からなる場合は、前記のように高屈折率層１７に導通パスを形成することで、陽極１２と有機層１３を電気的に接続させることができる。平坦化層１８が絶縁体からなる場合は、高屈折率層１７が絶縁体からなる場合と同様に平坦化層１８に導通パスを形成することで、陽極１２と有機層１３を電気的に接続させることができる。
平坦化層１８の屈折率は、高屈折率層１７の屈折率より小さいことが好ましい。このような屈折率構成とすることによって基板１１に射出する光の出射角度をより小さくする方向に光を屈折することができる。平坦化層１８は陽極１２と同一の材料からなっていてもよい。
図６の有機ＥＬ素子２０がトップエミッションの構成である場合、平坦化層１８の形成は省略してもよい。この場合、高屈折率層１７が有機層１３と反対側の面に隣接する物質は、陽極１２であり、高屈折率層１７の凸部１７ａの表面形状に追従して陽極１２の高屈折率層側の表面も非平坦となるが、このような場合においても、有機ＥＬ素子２０は平坦化層１８が形成された場合と同様の作用効果を得ることができる。
【００４７】
高屈折率層１７の凸部１７ａの形状、サイズ、配置等は、第１の実施形態と同様のものを用いることができる。
【００４８】
（Otto型配置）
次に、本発明の有機ＥＬ素子の、Otto型配置による第２電極側構造の作用効果について以下に説明する。以下は、計算式に基づく原理的な説明であるため、第１電極と第２電極をそれぞれ陽極または陰極の一方に対応させることはせずに、第１電極と第２電極のまま記載する。
平坦な金属の表面に生成される表面プラズモンポラリトン（ＳＰＰ）の角振動数をω、波数ベクトルをｋｓｐとすると、この分散関係は、金属の比誘電率の実部ε１と、金属の表面に接触する誘電体の比誘電率ε２によって決まり、近似的に次式（１）によって与えられる（ｃは光真空中の光の速さ、）。
【数１】
2015088418.tif 000003
これに対して、比誘電率ε２の誘電体中を伝搬する通常の伝播光の分散関係（角振動数ｗ、波数ベクトルｋ）は、次式（２）によって与えられる。
【数２】
2015088418.tif 000004
本発明の金属層６に用いられる金属材料においてはε１＜０であるので、式（２）は常にＳＰＰの波数（１）より小さく、表面プラズモンポラリトン（ＳＰＰ）の分散曲線は通常の伝播光の分散直線と交差しない。そのため、通常の伝播光では平坦な金属の表面にＳＰＰを励起することはできず、また、平坦な金属の表面に存在するＳＰＰから直接伝播光を取り出すことはできない。
【００４９】
これに対して、Otto型配置、すなわち金属／低屈折率媒質／高屈折媒質となる構造であって、本発明の有機ＥＬ素子１０においては金属層６（比誘電率の実部ε１）／低屈折率層５（比誘電率ε２）／有機層３（比誘電率ε３）の積層構造を用いた場合について考える。有機層３の屈折率が低屈折率層５の屈折率より高い場合、有機層３側から低屈折率層５側に臨界角より大きい入射角で入射した光は、有機層３と陰極４の界面または陰極４と低屈折率層５の界面で全反射する。この際、界面の低屈折率層５側には非伝播光であるエバネッセント波が生じ、全反射の界面から遠ざかるに連れてその電磁場強度は指数関数的に減衰する（入射光は界面で全反射するが、電磁場は界面から滲み出して存在していると見ることができる）。このエバネッセント波の分散曲線は、次式（３）によって与えられる。ここで、θは有機層３中の基板法線に対する伝播角である。
【数３】
2015088418.tif 000005
従って、ε3が十分大きければ、入射角θを変えることにより、ＳＰＰの分散曲線と全反射によるエバネッセント波（以降、単に「エバネッセント波」という場合も、全て全反射によって生じたものをさすものとする）の分散直線に交点を持たせることが可能となる。すなわち、エバネッセント波を用いれば、有機層３中の伝播光から平坦な金属層６の表面にＳＰＰを励起することができ、また、逆の過程として平坦な金属層６の表面に存在するＳＰＰからエバネッセント波を介して金属層表面から有機層３中へ取り出すことが可能となる。ここで、ＳＰＰを取り出す場合は、式（３）中のθは、伝播光の放射角度ということになる。
言い換えると、所定の角度で有機層３内を伝播する光だけが、エバネッセント波を介しＳＰＰとエネルギーをやり取りできる状態となることを意味する。
【００５０】
ただし、上記低屈折率層５が厚すぎても薄すぎても、エバネッセント波を介したＳＰＰモード光の励起・取り出しはなされない。これは、低屈折率層５が厚すぎると、有機層３からのエバネッセント波の滲み出しが金属層６まで到達せず、エバネッセント波とＳＰＰモード光同士がエネルギーをやりとりできないためであり、低屈折率層５が薄すぎると、金属層６と有機層３または陰極４が接近してＳＰＰモードの波数が（１）式より大きくなり、分散曲線がエバネッセント波の分散曲線（３）と、いかなる角度θの場合も交わらなくなるためである。
こうしてＳＰＰから取り出される光は上記の通り、ＳＰＰの分散曲線とエバネッセント波の分散直線との交点に対応する所定の角度を有して放射されるものである。
【００５１】
（高屈折率層による屈折）
次に、本実施形態の有機ＥＬ素子の高屈折率層による屈折の作用効果について以下に説明する。上記の有機ＥＬ素子１０および２０について、高屈折率層の位置が異なるのみで、屈折により光を素子外部に取り出す作用効果は同じなので、有機ＥＬ素子１０について説明する。
図７は光の伝播を矢印で示し、有機ＥＬ素子の屈折作用効果の原理を分かり易く説明するために模式的に示した模式図であり、図７（ａ）は第１実施形態の有機ＥＬ素子１０の屈折作用効果の原理を模式的に示した模式図であり、図７（ｂ）は柱状の凸部２７ａを有する有機ＥＬ素子３０の屈折作用効果の原理を模式的に示した模式図であり、図７（ｃ）は凸部または凹部を有する高屈折率層を持たない有機ＥＬ素子６０の屈折作用効果の原理を模式的に示した模式図である。
【００５２】
本発明の第１実施形態の有機ＥＬ素子１０は凸部７ａを有し、凸部７ａは、その接平面と陽極２とがなす角が連続的に変化するレンズ形状を有している。
【００５３】
図７（ａ）に示すように本発明の第１実施形態の有機ＥＬ素子１０は、有機層３に含まれる発光点のＡ点で発光した光のうち一部は、発光点周りのダイポール場を介して（矢印Ａ１）、ＳＰＰ（矢印Ａ２）モードへ直接エネルギー移動する。このようなＳＰＰモードへのエネルギー移動は、一般的な有機ＥＬ素子において、発光分子と金属層が近い場合に生じることが広く知られている。
励起されたＳＰＰモード光は、エバネッセント波（矢印Ａ３）との共鳴を介して、前述のように所定の角度で陰極４に放射され（矢印Ａ４）、伝播光として有機層３に取り出されうる。
ここで、有機層３のＡ点で発光した光は全方位に進むので、図７（ａ）の矢印Ａ１以外の方向に進む光も当然存在するが、矢印Ａ１は本発明の作用効果をわかりやすく説明するために、取り出されたＳＰＰモード光の伝播のみについて、その一部を示している。矢印Ａ２〜Ａ４及び矢印Ｂ１で示した光についても一部の光の伝播を模式的に示しているに過ぎない。
また屈折は屈折率が異なる界面で生じるが、本発明の効果を説明するために特に必要ではない界面には図中では屈折作用の図示を省略している。
【００５４】
陰極側構造(陰極４、低屈折率層５、金属層６)から有機層３のＢ点にまで取り出された光は、矢印Ｂ１のように伝播して基板１まで取り出される。
すなわち、Ｂ点から有機層３等を通って進む光Ｂ１は、有機層３と陽極２との界面で屈折し、陽極２を通過し、陽極２と高屈折率層７との界面で屈折して高屈折率層７内を進む。その光はさらに、高屈折率層７の凸部７ａの基板との界面で、光が矢印Ｂ２のように屈折する。このように、Ｂ点まで取り出されたＳＰＰモード光の一つの伝播過程を模式的に示したが、ＳＰＰモード光は金属層６の表面の様々な箇所から取出されている。つまり、図７（ａ）で示すように、有機層３のＢ点以外の例えばＣ点やＤ点にも、ＳＰＰモード光は取り出されている。ＳＰＰモード光は、前述のように所定の角度に取り出されるため、これらの点から取出された光は、矢印Ｂ１の光と同一の方向に向かって取り出される。さらに、それぞれの光は、高屈折率層７の凸部７ａの基板との界面で屈折するが、この時に屈折する角度は矢印Ｂ２と異なる様々な方向に屈折する。つまり、レンズ形状の凸部７ａによって、取り出された光は焦点を中心として様々な方向に拡がる。
従って、有機ＥＬ素子１０は、ＳＰＰモード光を様々な方向に拡散することができ、外部モード光について拡散性の高い（角度依存性のなだらかなランバーシアンに近い特性）輝度分布を実現することができる。
【００５５】
一方、有機ＥＬ素子３０は、有機層中の伝播光が光取り出し側（ボトムエミッション型では基板側）に屈折して、界面への入射角（入射光線と入射する界面の法線がなす角度）が小さくなるように、基板面に対して垂直又は垂直に近い屈折率の界面（凸部２７ａの側面）のみを有する構造である。
【００５６】
図７（ｂ）に、有機ＥＬ素子３０の光の経路を模式的に示す。有機層２３に含まれる発光点Ａ’点で発光した光のうち陰極２４に入射した光が、Ｂ’点にまで取り出されるまでは、有機ＥＬ素子１０と同様である。
陰極側構造（陰極２４、低屈折率層２５、金属層２６）から有機層２３のＢ’点にまで取り出された光は、矢印Ｂ’１のように伝播して基板２１まで取り出される。
すなわち、Ｂ’点から有機層２３等を通って進む光Ｂ’１は、有機層２３と陽極２２との界面で屈折し、陽極２２を通過し、陽極２２と高屈折率層２７との界面で屈折して高屈折率層２７内を進む。ここで、高屈折率層２７の凸部２７ａの側面で、Ｂ’２のように屈折する。ここで、有機ＥＬ素子１０と同様に、ＳＰＰモード光はＢ’点以外の例えばＣ’点やＤ’点にも、ＳＰＰモード光は取り出されている（図７（ｂ））。これらの点まで取り出された光も、矢印Ｂ’１と同一の方向に向かって取り出され、高屈折率層２７の凸部２７ａの側面で屈折する。これらの光は、全て高屈折率層２７の凸部２７ａの側面に対して、同一の入射角で入射するため、屈折した光は同一の方向に指向する。
従って、有機ＥＬ素子３０は、ＳＰＰモード光をある一定の方向に指向させて取り出すため、素子面内で光の発光強度にムラが生じ、拡散性の高い輝度分布を得ることができない。
【００５７】
有機ＥＬ素子６０は、ＳＰＰモード光を金属層表面から有機層中に取り出すOtto 型配置の陰極（第２電極）側構造を持つが、光取り出し側（ボトムエミッション型では基板側）に、凸部または凹部を有する高屈折率層を持たない構造である。
【００５８】
図７（ｃ）に、有機ＥＬ素子６０の光の経路を模式的に示す。有機層５３に含まれる発光点Ａ’’点で発光した光のうち陰極５４に入射した光が、Ｂ’’点にまで取り出されるまでは、有機ＥＬ素子１０と同様である。
陰極側構造(陰極５４、低屈折率層５５、金属層５６)から有機層５３のＢ’’点にまで取り出された光は、矢印Ｂ’’１のように伝播するが、その後陽極５２と基板５１の界面で、一部は屈折して矢印Ｂ’’３のように基板５１中に伝播するが、一部は反射して矢印Ｂ’’２のよう導波光となるため、ＳＰＰモード光が金属層５６表面から取り出されても、その光が導波モード光として捉えられ素子の外部に取り出されず、光取り出し効率は向上しない。
【００５９】
つまり有機ＥＬ素子３０では、高屈折率層２７の柱状の凸部２７ａにより、ある一定の方向に指向する光を取り出し、有機ＥＬ素子６０より光取り出し効率を向上させている。これに対し、有機ＥＬ素子１０は、連続的に変化する傾斜面を有する凸部７ａを有することで光取り出し効率がより向上し、さら外部モード光について拡散性の高い輝度分布を実現することができる。
【００６０】
（画像表示装置）
次に、上記の有機ＥＬ素子を備えた画像表示装置について説明を行う。上記の有機ＥＬ素子１０および２０を備えた画像表示装置についてそれぞれ同様なので、有機ＥＬ素子１０として説明する。
図８は、上記の有機ＥＬ素子を備えた画像表示装置の一例を説明した図である。
図８に示した画像表示装置１００は、いわゆるパッシブマトリクス型の画像表示装置であり、有機ＥＬ素子１０の他に、陽極配線１０４、陽極補助配線１０６、陰極配線１０８、絶縁膜１１０、陰極隔壁１１２、封止プレート１１６、シール材１１８とを備えている。
【００６１】
本実施の形態において、有機ＥＬ素子１０の基板１上には、複数の陽極配線１０４が形成されている。陽極配線１０４は、一定の間隔を隔てて平行に配置される。陽極配線１０４は、透明導電膜により構成され、例えばＩＴＯを用いることができる。また陽極配線１０４の厚さは例えば、１００ｎｍ〜１５０ｎｍとすることができる。そして、それぞれの陽極配線１０４の端部の上には、陽極補助配線１０６が形成される。陽極補助配線１０６は陽極配線１０４と電気的に接続されている。このように構成することにより、陽極補助配線１０６は、基板１の端部側において外部配線と接続するための端子として機能し、外部に設けられた図示しない駆動回路から陽極補助配線１０６を介して陽極配線１０４に電流を供給することができる。陽極補助配線１０６は、例えば、厚さ５００ｎｍ〜６００ｎｍの金属膜によって構成される。
【００６２】
また、有機ＥＬ素子１０上には、複数の陰極配線１０８が設けられている。複数の陰極配線１０８は、それぞれが平行となるよう、かつ、陽極配線１０４と直交するように配設されている。陰極配線１０８には、Ａｌ又はＡｌ合金を使用することができる。陰極配線１０８の厚さは、例えば、１００ｎｍ〜１５０ｎｍである。また、陰極配線１０８の端部には、陽極配線１０４に対する陽極補助配線１０６と同様に、図示しない陰極補助配線が設けられ、陰極配線１０８と電気的に接続されている。よって、陰極配線１０８と陰極補助配線との間に電流を流すことができる。
【００６３】
更に基板１上には、陽極配線１０４を覆うように絶縁膜１１０が形成される。絶縁膜１１０には、陽極配線１０４の一部を露出するように矩形状の開口部１２０が設けられている。複数の開口部１２０は、陽極配線１０４の上にマトリクス状に配置されている。この開口部１２０において、陽極配線１０４と陰極配線１０８の間に有機ＥＬ素子１０が設けられる。すなわち、それぞれの開口部１２０が画素となる。従って、開口部１２０に対応して表示領域が形成される。ここで、絶縁膜１１０の膜厚は、例えば、２００ｎｍ〜１０００ｎｍとすることができ、開口部１２０の大きさは、例えば、１００μｍ×１００μｍとすることができる。
【００６４】
有機ＥＬ素子１０は、開口部１２０において陽極配線１０４と陰極配線１０８の間に位置している。そしてこの場合、有機ＥＬ素子１０の陽極２が陽極配線１０４と接触し、陰極４が陰極配線１０８と接触する。有機ＥＬ素子１０の厚さは、例えば、１５０ｎｍ〜２００ｎｍとすることができる。
【００６５】
絶縁膜１１０の上には、複数の陰極隔壁１１２が陽極配線１０４と垂直な方向に沿って形成されている。陰極隔壁１１２は、陰極配線１０８の配線同士が導通しないように、複数の陰極配線１０８を空間的に分離するための役割を担っている。従って、隣接する陰極隔壁１１２の間にそれぞれ陰極配線１０８が配置される。陰極隔壁１１２の大きさとしては、例えば、高さが２μｍ〜３μｍ、幅が１０μｍのものを用いることができる。
【００６６】
また、基板１は、封止プレート１１６とシール材１１８を介して貼り合わせられている。これにより、有機ＥＬ素子１０が設けられた空間を封止することができ、有機ＥＬ素子１０が空気中の水分により劣化するのを防ぐことができる。封止プレート１１６としては、例えば、厚さが０．７ｍｍ〜１．１ｍｍのガラス基板を使用することができる。封止プレート１１６は、素子がボトムエミッション型のように光を基板１側から取り出す場合は、透明でなくてもよい。一方、素子がトップエミッション型のように光を封止プレート１１６側から取り出す場合は、封止プレート１１６は発光波長域の少なくとも一部の波長に対して透明である必要がある。
【００６７】
このような構造の画像表示装置１００において、図示しない駆動装置により、陽極補助配線１０６、図示しない陰極補助配線を介して、有機ＥＬ素子１０に電流を供給し、発光層を発光させることができる。そして基板１から基板１を通し、光を出射させることができる。そして、上述の画素に対応した有機ＥＬ素子１０の発光、非発光を制御装置により制御することにより、画像表示装置１００に画像を表示させることができる。
【００６８】
（照明装置）
次に、上記の有機ＥＬ素子を用いた照明装置について説明を行う。上記の有機ＥＬ素子１０および２０を備えた画像表示装置についてそれぞれ同様なので、有機ＥＬ素子１０として説明する。
図９は、上記の有機ＥＬ素子１０を備える照明装置の一例を説明した図である。
図９に示した照明装置２００は、上述した有機ＥＬ素子１０と、有機ＥＬ素子１０の基板１（図１参照）に隣接して設置され陽極２（図１参照）に接続される端子２０２と、陰極４（図１参照）に接続される端子２０３と、端子２０２と端子２０３とに接続し有機ＥＬ素子１０を駆動するための点灯回路２０１とから構成される。
【００６９】
点灯回路２０１は、図示しない直流電源と図示しない制御回路を内部に有し、端子２０２と端子２０３を通して、有機ＥＬ素子１０の陽極層２と陰極４との間に電圧を印加して電流を供給する。そして、有機ＥＬ素子１０を駆動し、発光層を発光させて、基板１を通し、光を出射させ、照明光として利用する。発光層は白色光を出射する発光材料より構成されていてもよく、また緑色光（Ｇ）、青色光（Ｂ）、赤色光（Ｒ）を出射する発光材料を使用した有機ＥＬ素子１０をそれぞれ複数個設け、その合成光が白色となるようにしてもよい。
【００７０】
（有機ＥＬ素子の第１の製造方法）
以下では、本発明の有機ＥＬ素子の第１の製造方法について、図１０を用いて説明する。図１０は本発明の有機ＥＬ素子の第１の製造方法を示した断面模式図である。
【００７１】
まず基板１に孔部１ｈを形成するために、例えばフォトリソグラフィを用いた方法が使用できる。これを行うには、図１０（ａ）に示すように、基板１上にポジ型レジスト液を塗布し、スピンコート等により余分なレジスト液を除去して、レジスト層Ｒを形成する。
そして、孔部１ｈを形成するための所定のパターンが描画されたマスク（図示せず）をかぶせ、紫外線（ＵＶ）、電子線（ＥＢ）等により露光を行うと、レジスト層Ｒに孔部１ｈに対応した所定のパターンが露光される。そして現像液を用いて露光されたパターンの部分のレジスト層Ｒを除去する。これにより露光されたパターンの部分に対応して、基板１の表面が露出する（図１０（ｂ））。
【００７２】
次に図１０（ｃ）に示すように、残存したレジスト層Ｒをマスクとして、基板１の露出した部分をエッチング除去して孔部１ｈを形成する。エッチングとしては、ドライエッチングとウェットエッチングの何れをも使用することができる。またこの際に等方性エッチングと異方性エッチングを組合せることで、孔部１ｈの形状の制御を行うことができる。ドライエッチングとしては、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Reactive Ion Etching）を始めとする各種の手法を用いることができる。またウェットエッチングとしては、塩化鉄を始めとする金属塩、王水、希塩酸、希硫酸、フッ酸、シュウ酸を始めとする酸への浸漬を行う方法などが利用できる。
【００７３】
このように形成した孔部１ｈに、スピンオン誘電体Ｓの前駆体または硬化性樹脂Ｕの先駆体を注入する（図１０（ｄ））。スピンオン誘電体とは、塗布段階では粘性を有する液体状であり、塗布後に転化させることにより、絶縁性を有する固体形態の誘電体になるものをいい、公知のものを用いることができる。例えば、転化後に酸化ケイ素を形成するスピンオングラスが挙げられる。硬化性樹脂Ｕは、塗布後に硬化すればよく、各種の熱硬化性樹脂や光硬化性樹脂等を用いることができる。
スピンオン誘電体Ｓまたは硬化性樹脂Ｕの注入方法は、一般に平坦膜を塗布するスピンコート、バーコート、スリットコート、ダイコート、スプレーコート等の各種ウェットプロセスを用いることができる。孔部１ｈを有する基板１上に、平坦膜を塗布すると、表面張力により自然と孔部１ｈ内にスピンオン誘電体が注入される。
注入されたスピンオン誘電体または硬化性樹脂Ｕは、図１０（ｄ）に示すように、表面張力により孔部の側壁に近い部分が持ち上げられ、円弧状の曲面を形成する。
【００７４】
次に注入したスピンオン誘電体Ｓの前駆体または硬化性樹脂Ｕの前駆体を、固化させる（図１０（ｅ））。スピンオン誘電体Ｓの場合、前駆体の固化の方法としては、加熱、酸素ガスプラズマ雰囲気への暴露、過酸化水素への暴露等の方法を用いることができる。中でも、加熱による転化が容易に行うことができ、特別な設備も不要なため好ましい。
硬化性樹脂Ｕの場合、前駆体の固化の方法としては、加熱や光照射等を用いることができる。樹脂が光または熱重合反応することで、高分子化し硬化する。
【００７５】
ここで、固化後の誘電体１ｓ（スピンオン誘電体が転化した誘電体または硬化性樹脂が硬化した樹脂（誘電体））は、基板１の屈折率以下であることが好ましい。固化後の誘電体１ｓが、基板１の屈折率以下であれば、固化後の誘電体１ｓと基板１との界面での全反射を抑制することができる。
また固化後の誘電体１ｓは、基板１と同一の屈折率を有することがより好ましい。固化後の誘電体１ｓと基板１が同一の屈折率を有していれば、固化後の誘電体１ｓと基板１の界面における不要な光の反射を抑制することができる。
さらに転化後に固化後の誘電体１ｓは、基板１と同一の材料に固化するものが好ましい。固化後の誘電体１ｓが基板１と同一の材料からなれば、基板１との界面が存在しなくなり、密着性等が向上する。
【００７６】
次に、孔部１ｈを有する基板１上に高屈折率層７を形成する（図１０（ｆ））。高屈折率層７の形成は、従来公知の方法を用いることができ特に限定されないが、例えば、真空蒸着法、スピンコート法、キャスト法、ＬＢ法等の方法を用いることができる。また、後に形成する陽極２との界面を平坦化・平滑化するために、形成後の高屈折率層７表面をエッチバックや研磨加工してもよい。
【００７７】
トップエミッションの場合は、基板１と高屈折率層７を剥離する。そのため、固化後の誘電体１ｓの屈折率は特に問わない。また剥離を容易にするために、高屈折率層７を形成する前に、離型剤を塗布することが好ましい。離型剤は、フッ素系離型剤、シリコン系離型剤等を用いることができる。離型剤の塗布は、一般に用いられるスピンコート法、浸漬法、スプレー法等を用いることができる。
【００７８】
次に、高屈折率層７の上に、陽極２、有機層３、陰極４、低屈折率層５、金属層６を順に積層する（図１０（ｇ））。
陽極２の形成方法は特に限定されないが、例えば、抵抗加熱蒸着法、電子ビーム蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法などを用いることができる。陽極２を形成した後に、陽極２の表面処理を行うことで、オーバーコートされる層の性能（陽極２との密着性、表面平滑性、ホール注入障壁の低減化など）を改善することができる。表面処理を行うには高周波プラズマ処理を始めとしてスパッタリング処理、コロナ処理、ＵＶオゾン照射処理、紫外線照射処理、または酸素プラズマ処理などがある。
【００７９】
更に、陽極２の表面処理の表面処理を行う代わりに、もしくは表面処理に追加して、図示しない陽極バッファ層を形成することで表面処理と同様の効果が期待できる。そして、陽極バッファ層をウェットプロセスにて塗布して作製する場合には、スピンコート法、キャスティング法、マイクログラビアコート法、グラビアコート法、バーコート法、ロールコート法、ワイアーバーコート法、ディップコート法、スプレーコート法、スクリーン印刷法、フレキソ印刷法、オフセット印刷法、インクジェットプリント法等の塗布法などを用いて成膜することができる。
【００８０】
また、陽極バッファ層をドライプロセスにて作製する場合は、特開２００６−３０３４１２号公報に例示のプラズマ処理などを用いて成膜することができる。この他にも金属単体あるいは金属酸化物、金属窒化物等を成膜する方法が挙げられ、具体的な成膜方法としては、電子ビーム蒸着法、スパッタリング法、化学反応法、コーティング法、真空蒸着法などを用いることができる。
【００８１】
有機層３の形成には従来公知の方法を用いることができ、特に限定されないが、例えば、真空蒸着法、スピンコート法、キャスト法、ＬＢ法等の方法を用いることができる。
ここで、有機層３を形成する下地となる陽極２の表面が凹凸状の場合は、平坦化するような研磨加工、エッチング処理などを適宜行ってもよい。
【００８２】
陰極４の形成も陽極２の形成と同様の方法を用いることができ、特に限定されないが、例えば、抵抗加熱蒸着法、電子ビーム蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法などを用いることができる。
【００８３】
低屈折率層５の形成方法は特に限定されないが、例えば、抵抗加熱蒸着法、電子ビーム蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法などを用いることができる。
【００８４】
金属層６の形成方法には特に限定されないが、例えば、蒸着法、スパッタリングを用いることができる。
【００８５】
以上の工程により、有機ＥＬ素子１０を製造することができる。また、これら一連の工程後、有機ＥＬ素子１０を長期安定的に用い、有機ＥＬ素子１０を外部から保護するための保護層や保護カバー（図示せず）を装着することが好ましい。保護層としては、高分子化合物、金属酸化物、金属フッ化物、金属ホウ化物、窒化ケイ素、酸化ケイ素等のシリコン化合物などを用いることができる。そして、これらの積層体も用いることができる。また、保護カバーとしては、ガラス板、表面に低透水率処理を施したプラスチック板、金属などを用いることができる。この保護カバーは、熱硬化性樹脂や光硬化性樹脂で基板１と貼り合わせて密閉する方法を採ることが好ましい。またこの際に、スペーサを用いることで所定の空間を維持することができ、有機ＥＬ素子１０が傷つくのを防止できるため好ましい。そして、この空間に窒素、アルゴン、ヘリウムのような不活性なガスを封入すれば、上側の金属層６の酸化を防止しやすくなる。特にヘリウムを用いた場合、熱伝導が高いため、電圧印加時に有機ＥＬ素子１０より発生する熱を効果的に保護カバーに伝えることができるため、好ましい。更に酸化バリウム等の乾燥剤をこの空間内に設置することにより上記一連の製造工程で吸着した水分が有機ＥＬ素子１０にダメージを与えるのを抑制しやすくなる。
【００８６】
（有機ＥＬ素子の第２の製造方法）
以下では、本発明の有機ＥＬ素子の第２の製造方法について、図１１を用いて説明する。第１の製造方法では高屈折率層が凸レンズ形状を有する場合の製造方法を説明したが、第２の製造方法では、高屈折率層が凹レンズ形状を有する場合の製造方法について説明する。
【００８７】
図１１（ａ）に示すように、粒子３１ｐを基板３１上に分散させる。分散させる方法は、誘電体粒子を分散させた溶液を塗布する液相法を用いても、乾燥した粒子をそのまま配置する気相法を用いてもよい。粒子３１ｐは高屈折率層３７より屈折率が低ければ、特に限定はされないが、シリカ粒子等を用いることができる。
【００８８】
次に図１１（ｂ）で示すように、粒子３１ｐを覆うように接着層３１ｑを塗布する。接着層３１ｑは、塗布後に硬化し、硬化後の屈折率が高屈折率層３７より低いものであれば特に制限はされないが、第１の製造方法のスピンオン誘電体や硬化性樹脂等を用いることができる。
【００８９】
次に、接着層３１ｑをエッチングして、粒子３１ｐの一部を露出させる（図１１（ｃ））。エッチングの方法は、ドライエッチングでもウェットエッチングでも、粒子３１ｐを選択的に残すことができれば、特に制限はされない。例えば、接着層３１ｑがポリスチレン樹脂である場合は、ガスプラズマエッチング装置を用いた酸素アッシング処理が挙げられる。
【００９０】
さらに図１１（ｄ）で示すように、粒子３１ｐおよび接着層３１ｑを埋めるように高屈折率層３７を形成する。高屈折率層３７の形成には従来公知の方法を用いることができ、特に限定されないが、例えば、真空蒸着法、スピンコート法、キャスト法、ＬＢ法等の方法を用いることができる。この時、粒子の外周の形状に沿って高屈折率層３７は塗布されるため、必然的に高屈折率層３７にレンズ形状が形成される。
【００９１】
トップエミッションの場合は、高屈折率層３７を接着層３１ｑおよび粒子３１ｐから剥離する。そのため、接着層３１ｑおよび粒子３１ｐからの屈折率は特に問わない。また剥離を容易にするために、高屈折率層３７を形成する前に、エッチング後の接着層３１ｑおよび粒子３１ｐの表面に離型剤を塗布することが好ましい。離型剤は、フッ素系離型剤、シリコン系離型剤等を用いることができる。離型剤の塗布は、一般に用いられるスピンコート法、浸漬法、スプレー法等を用いることができる。
【００９２】
高屈折率層３７の上に、陽極３２、有機層３３、陰極３４、低屈折率層３５、金属層３６を順に積層する（図１１（ｅ））。形成方法は、第１の製造方法と同様の方法を用いることができる。
【００９３】
以上の工程により、有機ＥＬ素子４０を製造することができる。また、これら一連の工程後、有機ＥＬ素子４０を長期安定的に用い、有機ＥＬ素子４０を外部から保護するための保護層や保護カバー（図示せず）を装着することが好ましい。保護層、保護カバーとしては、第１の製造方法と同様の保護層、保護カバーを用いることができる。
【００９４】
（有機ＥＬ素子の第３の製造方法）
以下では、本発明の有機ＥＬ素子の第３の製造方法について、図１２を用いて説明する。第１の製造方法、第２の製造方法では、第１実施形態の有機ＥＬ素子の製造方法について説明したが、第３の製造方法では第２実施形態の有機ＥＬ素子の製造方法について説明する。
【００９５】
図１２（ａ）に示すように、基板１１の上に陽極１２および平坦化層１８を形成する。陽極１２の形成方法は第１の製造方法と同様の方法を用いることができる。平坦化層１８の形成方法は特に限定されないが、例えば、抵抗加熱蒸着法、電子ビーム蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法などを用いることができる。
【００９６】
次に平坦化層１８に孔部１８ｈを形成するために、例えばフォトリソグラフィを用いた方法が使用できる。これを行うには、図１２（ｂ）に示すように、平坦化層１８上にポジ型レジスト液を塗布し、スピンコート等により余分なレジスト液を除去して、レジスト層Ｒを形成する。
そして、孔部１８ｈを形成するための所定のパターンが描画されたマスク（図示せず）をかぶせ、紫外線（ＵＶ）、電子線（ＥＢ）等により露光を行うと、レジスト層Ｒに孔部１８ｈに対応した所定のパターンが露光される。そして現像液を用いて露光されたパターンの部分のレジスト層Ｒを除去する。これにより露光されたパターンの部分に対応して、平坦化層１８の表面が露出する（図１２（ｃ））。
【００９７】
次に図１２（ｄ）に示すように、残存したレジスト層Ｒをマスクとして、平坦化層１８の露出した部分をエッチング除去して孔部１８ｈを形成する。エッチングとしては、ウェットエッチングを用い、等方的にエッチングすることで、孔部１８ｈの形状をレンズ状の形状に制御を行うことができる。ウェットエッチングに用いる溶液は第１の製造方法と同様のものを用いることができる。
平坦化層１８が絶縁体からなり、後に形成する高屈折率層１７が導電性を有する場合は、オーバーエッチングして陽極１２を露出させることで、有機ＥＬ素子の通電を確保することができる。
【００９８】
次に、残存したレジスト層Ｒを剥離し、孔部１８ｈを有する平坦化層１８上に高屈折率層１７を形成する（図１２（ｅ））。高屈折率層１７の形成は、第１の製造方法と同様の方法を用いることができる。
高屈折率層１７が絶縁体からなり、平坦化層１８が導電性を有する場合は、高屈折率層１７の層状部１７ｂをエッチバックして除去することで、有機ＥＬ素子の通電を確保することができる。また、高屈折率層１７および平坦化層１８が共に絶縁体からなる場合は、高屈折率層１７を形成後に、高屈折率層１７および平坦化層１８を貫通し陽極１２まで至る貫通孔を形成し、貫通孔内部を導電性を有する物質で充填することで、有機ＥＬ素子の通電を確保することができる。
【００９９】
高屈折率層１７の上に、有機層１３、陰極１４、低屈折率層１５、金属層１６を順に積層する（図１２（ｆ））。形成方法は、第１の製造方法と同様の方法を用いることができる。
【０１００】
以上の工程により、有機ＥＬ素子２０を製造することができる。また、これら一連の工程後、有機ＥＬ素子２０を長期安定的に用い、有機ＥＬ素子２０を外部から保護するための保護層や保護カバー（図示せず）を装着することが好ましい。保護層、保護カバーとしては、第１の製造方法と同様の保護層、保護カバーを用いることができる。
【０１０１】
（Otto型配置におけるＳＰＰ取り出し）
本発明における有機ＥＬ素子Otto型配置による金属層表面に捕捉されたＳＰＰを取り出すことが可能な低屈折率層の膜厚を検討する。
【０１０２】
図１３に、標準構造の有機ＥＬ素子５０について、有機層で発光した光の強度を、有機ＥＬ素子面方向における波数成分で展開するエネルギー散逸計算を行った結果を示す。横軸が、有機層で発光した光の波数の有機ＥＬ素子面内方向成分を真空中の波数ｋ０で割ったもの、すなわち有効屈折率であり、縦軸がその波数の光の強度、すなわち展開係数を示している。計算は、ＴＭ偏光成分、ＴＥ偏光成分に分けて行った。なお、この計算は基板３１（ガラス）上に、各層が平坦な陽極４２と有機層４３と陰極４４（金属）とを積層した標準構造の有機ＥＬ素子の結果を示している。この場合、ＴＭ・ＴＥ偏光成分の全積分面積に対する、ＴＭ偏光の最も高波数側のピーク面積がＳＰＰモード光の強度割合を表しているが、有機層４３で発光した光の多くがＳＰＰモード光として捕捉されているのが分かる。図１３に示す有機ＥＬ素子では、陽極４２と有機層４３の膜厚は、それぞれ１５０ｎｍ、１００ｎｍである。
【０１０３】
一方で、Otto型配置を有する有機ＥＬ素子６０（図１５参照）における、エネルギー散逸計算による有機層で発光した光（ＴＭ偏光成分）の強度の、低屈折率層５５の膜厚による依存性を示した図を図１４に示す。Otto型配置を有する有機ＥＬ素子の一例である有機ＥＬ素子６０は、基板５１、陽極５２、有機層５３は図１５の素子６０と同じ構成であるが、有機層５３上に透明導電材料であるＩＴＯからなる陰極５４（５０ｎｍ）が形成され、さらにその上に低屈折率層５５、金属層５６が順に形成された構成から成る。
低屈折率層５５の屈折率を１．３８とし、図１４（ａ）は金属層５６をＡｌとし、図１６（ｂ）は金属層５６をＡｇとした場合で、グラフ線の数字は低屈折率層５５の膜厚（ｎｍ）を示す。
【０１０４】
図１４（ａ）、（ｂ）共に、低屈折率層５５の膜厚が厚くなるに従って、ピーク波数が小さくなり、かつピーク幅が狭くなるようにシフトしていることが分かる。また膜厚が厚くなるに従って、ピーク波数のシフトはわずかになり、ピーク幅も一定に近づいていることが確認できる。なお、ピーク波数が小さくなることは、金属層５６に接した低屈折率層５５の膜厚が大きくなり、ＳＰＰの波数がこの低屈折率層５５の屈折率の影響で小さくなることを示しており、ピーク幅が狭くなることは、ＳＰＰとして捕捉されていた光が有機層中に取り出され、光が面内導波する際の減衰が小さくなっていることを示している。これについて、次に説明する。
【０１０５】
図１５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）を用いてピークの変化について、以下に説明する。
図１５（ａ）は、ＳＰＰモード光として光が完全に金属層５６の表面に捕捉されている。これは、低屈折率層５５の膜厚が０ｎｍの時を表しており、有機層５３〜金属層５６側の積層構造がOtto型配置をなさず、ＳＰＰモード光は金属層５６と陰極５４の界面を面内方向に伝播しながら急速に減衰するため、ピーク幅が大きくなっている。
次に、低屈折率層５５の膜厚が厚くなるにつれて、図１５（ｂ）のようになり、Otto型配置によってＳＰＰモード光と導波モード光が混在した状態となる。これは、取り出されたＳＰＰモード光が導波モード光となり、界面反射により再度金属層５６にＳＰＰモード光として再補足されることを意味している。この場合、光は図１５（ａ）のＳＰＰモード光に比べ減衰しにくいため、ピーク幅は次第に狭くなる。
最後に、低屈折率層５５の膜厚が十分厚くなると、図１５（ｃ）のようになる。この場合、Otto型配置をしているが、発光点におけるエバネッセント波が金属層５６に届かなくなり、ＳＰＰモード光として捕捉されない。この場合、発光した光は導波モード光として、捕捉されることとなる。つまり、低屈折率層５５の膜厚がある厚みを超えると、捕捉された光は導波モード光のみとなるため、減衰のしやすさは変わらなくなり、ピーク幅にも変化が生じなくなる。
【０１０６】
図１６は、低屈折率層５５の膜厚に対する、ピーク幅（半値幅）の変化を示した図であるが、金属層５６がＡｌの場合に、低屈折率層５５の膜厚が２００ｎｍ以上でピーク幅の変化が小さくなり、発光した光がＳＰＰに捕捉されにくくなくなっていることが分かる。また、金属層５６がＡｇの場合に、低屈折率層５５の膜厚が１５０ｎｍ以上でピーク幅の変化が小さくなり、ＳＰＰモード光として捕捉されにくいことが分かる。
つまりＳＰＰモード光として捕捉される低屈折率層５５の膜厚は少なくとも３００ｎｍ以下であり、２００ｎｍ以下で捕捉の効果が顕著になることが分かる。なお、本検討は低屈折率層５５の屈折率がｎ＝１．３８の場合を計算しているが、屈折率は１．３８に限定されるものではなく、金属層５６もＡｇとＡｌに限定されるものではない。
【０１０７】
また、Otto型配置において、金属層５６の表面に捕捉された表面プラズモンポラリトン（ＳＰＰ）は、陰極５４と低屈折率層５５の界面で全反射した光によって発生するエバネッセント波によって取り出すことができる。すなわち、このエバネッセント波の波数が、金属層５６の表面に生成されるＳＰＰの波数ｋ’ｓｐと交点を持つ必要がある。
【０１０８】
金属層５６の比誘電率の実部をε1、低屈折率層５５の比誘電率をε2、前記発光層で発光する光のピーク波長における真空中の光の波数（角周波数／真空中の光速）をｋ0とすると、金属層５６の表面に生成されるＳＰＰの波数ｋ’ｓｐの実部は、前記の式（１）のｋｓｐと同じ表式となる。
【０１０９】
一方で、反射層５６の表面に生成される表面プラズモンポラリトン（ＳＰＰ）の、低屈折率層５５の中における波数の垂直成分は以下の式（４）で表すことができる。
【数４】
2015088418.tif 000006
【０１１０】
金属層５６表面に生成されるＳＰＰの電磁場の大きさ（強度）を、金属層５６の表面での値を１として規格化すると、金属層５６に垂直な方向に指数関数的に減衰しながら滲み出し、低屈折率層５５／陰極５４の界面に到達したＳＰＰの強度は、低屈折率層５５の膜厚をｈ２とおくと、各界面での反射が無視できる場合、近似的に
【数５】
2015088418.tif 000007
となる。
つまり、式（５）が十分大きければ、金属層５６の表面に生成されるＳＰＰの電磁場が陰極や有機層に滲み出し、陰極５４と低屈折率層５５の界面での全反射により生じたエバネッセント波とカップリングして、取り出すことができる。
図１７（ａ）は金属層５６をＡｌ、（ｂ）は金属層５６をＡｇとした場合の式（５）をグラフ化した図である。
【０１１１】
この結果を、図１４（ａ）、（ｂ）と比較すると、式（５）において、金属層５６の表面に生成されるＳＰＰの、低屈折率層５５／陰極５４の界面での強度は、金属層５６の表面での強度を１として規格化すると、低屈折率層５５の厚み方向に伝搬した位置でのＳＰＰの強度が０．４以下となる低屈折率層５５の厚みで、ピーク幅が一定値に飽和していることが分かる。すなわち、式（５）が０．４以下となるときには、低屈折率層５５と陰極５４の界面にまで滲み出すＳＰＰの強度が小さくなり、Otto型配置による光取り出し効果は少なくなると言える。逆に言えば、低屈折率層５５の膜厚は、式（５）が０．４以上となれば、Otto型配置による光取り出し効果を十分に得ることができることが分かる。なお、本検討は低屈折率層５５の屈折率がｎ＝１．３８の場合を計算しているが、屈折率は１．３８に限定されるものではなく、金属層５６もＡｇとＡｌに限定されるものではない。式（５）で表わされる、低屈折率層５５と陰極５４の界面でのＳＰＰの強度が一定値（例えば０．４）より大きいという条件を満たせば、Otto型配置によってＳＰＰモード光を有機層５３中に取り出すことができ、この条件を満たす限り、低屈折率層５５の屈折率や金属層５６の材料は限定されるものではない。
【実施例】
【０１１２】
本発明の有機ＥＬ素子の実施例について以下に説明する。
【０１１３】
本発明においては、各実施形態の有機ＥＬ素子の光取り出し効率への効果の確認をシミュレーションにより行った。最初に、シミュレーションに用いた有限差分時間領域法（ＦＤＴＤ method：Finite Difference Time Domain  Method）について説明する。ＦＤＴＤ法は、電磁界の時間変化を記述するＭａｘｗｅｌｌの方程式を空間的・時間的に差分化し、空間の各点における電磁界の時間変化を追跡する解析手法である。ＦＤＴＤ法により有機ＥＬ素子の光取出し効率を計算するには、発光層における発光を微小ダイポールからの放射と捉えて、その放射の強度を計数する。より具体的には、ダイポールの全放射強度に対する基板まで取り出された光の割合を光取り出し効率として、その振動数依存性を計算する。以降ではこの光取り出し効率を計算した結果をグラフで示す。横軸のλはダイポールの振動数を真空中の波長で表示したもの、縦軸のηは光取り出し効率である。以降の図においても同じである。
計算は、現実に近い発光現象をシミュレートするために、発光源であるダイポールをランダム（ダイポールのモーメントが全ての方向にランダム）として行った。
【０１１４】
図１８は、シミュレーションで用いた第１実施形態のボトムエミッション型の有機ＥＬ素子１０のモデル構造の一例で、凸部７ａの断面形状が半円形状の場合を示す断面図である。Ｐは凸部７ａの間隔、Ｈは凸部７ａの高さを表す。
計算に用いた屈折率の値は以下のとおりである。基板１はガラスからなるとして、屈折率としては１．５２を用いた。高屈折率層７は、非晶質のジルコニアからなるとしてその屈折率としては１．９０を用いた。陽極（第１電極）２はＩＴＯからなるとして、屈折率としては５５０ｎｍで１．８２+０．００９ｉとし、その他の波長はローレンツモデルで外挿した。また、有機層３の平均の屈折率としては１．７２を用いた。陰極（第２電極）４はａ−ＩＴＯからなるとして、屈折率としては５５０ｎｍで２．０８＋０．００１３ｉとし、その他の波長はローレンツモデルで外挿した。低屈折率層５は、ＳＯＧからなるとして屈折率としては屈折率１．２５を用いた。また、金属層６はアルミニウム（Ａｌ）からなるとして、屈折率としては５５０ｎｍで０．６４９+４．３２ｉを用い、その他の波長はドルーデモデルで外挿した。
陽極２、有機層３、陰極４、低屈折率層５、金属層６の層厚はそれぞれ、１５０ｎｍ、２１０ｎｍ、５０ｎｍ、１００ｎｍ、１００ｎｍとした。また高屈折率層７は平坦部を有さず、凸部７ａのみからなるものとした。
発光（図１８中の星マーク）は、隣接する凸部の中心軸上で、有機層３と陰極４の界面から有機層側に１３０ｎｍの位置で発光したとしてコンピュータシミュレーション計算を行った。
【０１１５】
（実施例１）
実施例１では、図１９で示すように、凸部７ａは面内の一方向に並進対称な構造としている。図１９に図示しているものは、シミュレーションで用いた高屈折率層７の凸部７ａの斜視図であり、断面形状がそれぞれ（ａ）非球面レンズ形状、（ｂ）はフレネルレンズ形状、（ｃ）凸レンズ形状、（ｄ）多重レンズ形状、（ｅ）半円形状の場合である。また凸部７ａの底面の幅は２０００ｎｍ、隣接する凸部７ａの間隔Ｐは２０００ｎｍとした。凸部７ａの高さＨは前記の形状（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）で、それぞれ８００ｎｍ、２７０ｎｍ、５００ｎｍ、１０００ｎｍ、１０００ｎｍとした。
【０１１６】
図２０は、並進配置の場合のコンピュータシミュレーションの結果を示す。シミュレーションで求めた光取り出し効率は、基板までの光取り出しを行った場合の光取り出し効率（全発光強度に対する基板まで取り出された光強度の相対値）である（以下のシミュレーション結果についても同様）。グラフの横軸のλは発光光の波長、縦軸のηは光取り出し効率である。
また比較例としてOtto型配置の陰極側構造を有するが、有機層中まで取り出された伝播光を導波モード光とせずに外部に取り出す第１電極側構造は有さない構造（以下、「Otto型配置のみ構造」ということがある）と、Otto型配置の第２電極側構造を有さず、且つ伝播光を導波モード光とせずに外部に取り出す第１電極側構造も有さない構造（以下、「標準構造」ということがある）の場合も計算した。
標準構造は基板のガラス上に、陽極層、有機層、陰極金属層の順に形成された構造を意味する。シミュレーションにおいては、標準構造は基板がガラスからなり、陽極がＩＴＯからなり、有機層を挟んで、陰極はＡｌからなるものを用いた。それぞれ、屈折率としてはそれぞれ、１．５２、１．８２+０．００９ｉ、１．７２、０．６４９+４．３２ｉを用い、陽極、有機層、陰極の層厚はそれぞれ、１５０ｎｍ、２１０ｎｍ、１００ｎｍとした。
その結果、全ての波長領域において、高屈折率層７の凸部７ａを有する構造で全て光の取り出し効率がOtto配置のみ構造に比べ向上していることが分かる。凸部７ａにレンズ形状を有するものの中でも、非球面レンズ、半円、凸レンズの場合の光取り出し効率が特によいことが分かる。これは、凸部表面の一部が基板平面に対して垂直に近い傾斜角を持っており、この傾斜のために、高屈折率層内を伝播する光がより基板法線方向に近い角度で基板中に屈折されるためと考えられる。
【０１１７】
（実施例２）
実施例２では、図２１で示すように、凸部７ａは基板法線周りに軸対称であり、かつそれらが正方格子状に２次元状に配置している。図２１に図示しているものは、シミュレーションで用いた高屈折率層７の凸部７ａの斜視図であり、断面形状がそれぞれ（ａ）非球面レンズ形状、（ｂ）はフレネルレンズ形状、（ｃ）凸レンズ形状、（ｄ）多重レンズ形状、（ｅ）半円形状の場合である。これらの、対称軸を通る切断面形状はそれぞれ、実施例１の対応する形状と同一である。また凸部７ａの底面の直径は２０００ｎｍ、隣接する凸部７ａの間隔Ｐは２０００ｎｍとした。凸部７ａの高さＨは前記の形状（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）で、それぞれ８００ｎｍ、２７０ｎｍ、５００ｎｍ、１０００ｎｍ、１０００ｎｍとした。
【０１１８】
図２２は、図２１の配置の場合のコンピュータシミュレーションの結果を示す。また比較例としてOtto型配置のみ構造と、標準構造の場合も計算した。
その結果、全ての波長領域において、高屈折率層７の凸部７ａを有する構造で全て光の取り出し効率がOtto配置のみ構造に比べ向上していることが分かる。この凸部の形状、配置においても、非球面レンズ、半円、凸レンズの場合の光取り出し効率が比較的によいことが分かる。
【０１１９】
（実施例３）
実施例３では、図２３で示すように、凸部７ａはその底面が楕円形状であり、かつ長方格子状に２次元状に配置している。図２３に図示しているものは、シミュレーションで用いた高屈折率層７の凸部７ａの斜視図であり、断面形状がそれぞれ（ａ）非球面レンズ形状、（ｂ）はフレネルレンズ形状、（ｃ）凸レンズ形状、（ｄ）多重レンズ形状、（ｅ）半円形状の場合であり。これらの、短径を通り底面に垂直な断面の形状はそれぞれ、実施例１の対応する凸部７ａ断面形状と相似形状である。また凸部７ａの底面の長径は３２００ｎｍ、短径は１６００ｎｍとし、隣接する凸部７ａの間隔Ｐは長径方向が３２００ｎｍ、短径方向が１６００ｎｍとした。凸部７ａの高さＨは前記の形状（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）で、それぞれ６４０ｎｍ、２１０ｎｍ、４００ｎｍ、８００ｎｍ、８００ｎｍとした。
【０１２０】
図２４は、図２３の配置の場合のコンピュータシミュレーションの結果を示す。また比較例としてOtto型配置のみ構造と、標準構造の場合も計算した。
その結果、全ての波長領域において、高屈折率層７の凸部７ａを有する構造で全て光の取り出し効率がOtto配置のみ構造に比べ向上していることが分かる。この凸部の形状、配置においても、非球面レンズ、半円、凸レンズの場合の光取り出し効率が比較的によいことが分かる。
【０１２１】
（実施例４）
実施例４では、図２５で示すように、凸部７ａは基板平面に平行な切断面に対する切断面形状が正方形であり、かつ正方格子状に２次元状に配置している。図２５に図示しているものは、シミュレーションで用いた高屈折率層７の凸部７ａの斜視図であり、断面形状がそれぞれ（ａ）非球面レンズ形状、（ｂ）はフレネルレンズ形状、（ｃ）凸レンズ形状、（ｄ）多重レンズ形状、（ｅ）半円形状の場合である。これらの、底面の一辺を垂直二等分する平面に対する切断面形状は、実施例１の対応する形状と同一である。凸部７ａ底面の一辺の長さは２０００ｎｍ、隣接する凸部７ａの間隔Ｐは２０００ｎｍとした。凸部７ａの高さＨは前記の形状（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）で、それぞれ８００ｎｍ、２７０ｎｍ、５００ｎｍ、１０００ｎｍ、１０００ｎｍとした。
【０１２２】
図２６は、図２５の配置の場合のコンピュータシミュレーションの結果を示す。また比較例としてOtto型配置のみ構造と、標準構造の場合も計算した。
その結果、全ての波長領域において、高屈折率層７の凸部７ａを有する構造が全て光の取り出し効率が向上していることが分かる。この凸部の形状、配置においても、非球面レンズ、半円、凸レンズの場合の光取り出し効率が比較的によいことが分かる。
【符号の説明】
【０１２３】
１、１１、２１、３１、４１、５１  基板
２、１２、２２、３２、４２、５２  第１電極（陽極）
３、１３、２３、３３、４３、５３  有機層
４、１４、２４、３４、４４、５４  第２電極（陰極）
５、１５、２５、３５、５５  低屈折率層
６、１６、２６、３６、５６  金属層
７、１７、２７、３７  高屈折率層
７ａ、１７ａ、２７ａ、  凸部
７ｂ、１７ｂ、２７ｂ  層状部
１８  平坦化層
１０、２０、３０、４０、５０、６０  有機ＥＬ素子
Ｒ  レジスト
１ｈ、１８ｈ  孔部
１ｓ  固化した誘電体
３１ｐ  粒子
３１ｑ  接着層
Ｓ  スピンオン誘電体
Ｕ  硬化性樹脂
１００  画像表示装置
１０４  陽極配線
１０６  陽極補助配線
１０８  陰極配線
１１０  絶縁膜
１１２  陰極隔壁
１１６  封止プレート
１１８  シール材
１２０  開口部
２００  照明装置
２０１  点灯回路
２０２  端子
２０３  端子
【図１】
2015088418.tif 000008
【図２】
2015088418.tif 000009
【図３】
2015088418.tif 000010
【図４】
2015088418.tif 000011
【図５】
2015088418.tif 000012
【図６】
2015088418.tif 000013
【図７】
2015088418.tif 000014
【図８】
2015088418.tif 000015
【図９】
2015088418.tif 000016
【図１０】
2015088418.tif 000017
【図１１】
2015088418.tif 000018
【図１２】
2015088418.tif 000019
【図１３】
2015088418.tif 000020
【図１４】
2015088418.tif 000021
【図１５】
2015088418.tif 000022
【図１６】
2015088418.tif 000023
【図１７】
2015088418.tif 000024
【図１８】
2015088418.tif 000025
【図２０】
2015088418.tif 000026
【図２２】
2015088418.tif 000027
【図２４】
2015088418.tif 000028
【図２６】
2015088418.tif 000029
【図１９】
2015088418.tif 000030
【図２１】
2015088418.tif 000031
【図２３】
2015088418.tif 000032
【図２５】
2015088418.tif 000033