(57)【要約】【課題】透明電極に酸化亜鉛を用いた場合であっても駆動電圧が上昇するのを抑制でき、光取り出し効率を向上させることが可能で発光効率に優れた有機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】基板１１上に、少なくとも第１電極１２、発光層を含む有機層１３、及び、第２電極１４をこの順で具備し、基板１１側が光取り出し側とされ、さらに、第２電極１４の、有機層１３と反対側の面に、この反対側の面側から第1の誘電体層である低屈折率層１５及び金属層１６がこの順で備えられ、第１電極１２及び第２電極１４の何れもが、発光層の発光波長に対して透過率が５０％以上であり、第２電極１４が、金属元素がドープされた酸化亜鉛からなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、少なくとも第１電極、発光層を含む有機層、及び、第２電極をこの順で具備し、前記基板側が光取り出し側とされた有機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、該反対側の面側から第１の誘電体層及び金属層がこの順で備えられ、
前記第１電極及び第２電極の何れもが、前記発光層の発光波長に対して透過率が５０％以上であり、
前記第２電極が、金属元素がドープされた酸化亜鉛からなることを特徴とする有機ＥＬ素子。
【請求項２】
前記第１の誘電体層は、その屈折率が前記有機層の屈折率よりも低い層であ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】
さらに、前記第１電極と前記第２電極との間に、前記有機層の屈折率と異なる屈折率を有するとともに、複数の孔部を備えた第２の誘電体層が備えられ、
前記有機層は、前記孔部の内側面の少なくとも一部を被覆する孔部内側面被覆部を有しているとともに、前記第１電極の少なくとも一部及び前記第２電極の少なくとも一部と接していることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項４】
前記第１電極は、前記孔部に連通する第１電極孔部を備え、
前記有機層は、さらに、前記第１電極孔部の内側面を被覆する第１電極孔部内側面被覆部を有す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】
前記基板は、前記第１電極孔部に連通する凹部を備え、
前記有機層は、さらに、前記凹部の内側面を被覆する凹部内側面被覆部を有することを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項６】
前記有機層は、さらに、前記第２の誘電体層及び前記孔部内側面被覆部と前記第２電極との間に配置する層状部を有することを特徴とする請求項３〜請求項５の何れか一項に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項７】
さらに、前記第１電極が、金属元素がドープされた酸化亜鉛からなることを特徴とする請求項１〜請求項６の何れか一項に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項８】
前記第２電極、あるいは、前記第１電極をなす酸化亜鉛にドープされる金属元素が、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ及びＳｎのうちの少なくとも１種以上であることを特徴とする請求項１〜請求項７の何れか一項に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項９】
前記第１電極、あるいは、前記第２電極をなす酸化亜鉛における前記金属元素の含有量が、該金属元素１種あたりで０．１〜１０質量％の範囲であることを特徴とする請求項８に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項１０】
前記低屈折率層からなる第１の誘電体層の屈折率が、前記第２電極及び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２〜請求項９の何れか一項に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項１１】
請求項１〜請求項１０の何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１２】
請求項１〜請求項１０の何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。
【背景技術】
【０００２】
近年、薄型の発光素子として、低電力で高い輝度が得られ、また、視認性や応答速度、視野角等の他、寿命や消費電力の点からも優れた特性を備えた有機ＥＬ素子が注目されるようになっている。このような有機ＥＬ素子は、例えば、薄型テレビのディスプレイ等への応用が進められており、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。
【０００３】
一般に、有機ＥＬ素子は、基板上に、一対の対向電極とその間に挟持された発光層を含む有機層が積層されて構成される。そして、有機ＥＬ素子は、発光層から出射された光が取り出される方向に応じて、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。通常、光を取り出す側の電極には透明電極が用いられ、もう一方の電極には、反射電極として導電性に優れる金属電極が用いられることが多い。
【０００４】
一方、従来の有機ＥＬ素子においては、内部で発生した光を外部に取り出す際の光取り出し効率が約２０％と、決して高く無いのが実情である。このため、薄型テレビ等、有機ＥＬ素子が適用される機器の高性能化等に伴い、有機ＥＬ素子の発光強度をさらに向上させることが求められており、従来から、光取り出し効率を向上させることを目的として各種の研究が行われている。
【０００５】
以下に、有機ＥＬ素子における光取り出し形態と、光取り出し効率が低下する要因について説明する。
まず、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素子について考える。このような有機ＥＬ素子において発光層で発光した光のうち、透明基板に垂直に入射した光は、透明基板を透過して素子の外部に取り出される。また、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。このような光を外部モード（Ｅｘｔｅｒｎａｌ  Ｍｏｄｅ）光ということがある。
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も大きな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。このような光を基板モード（Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ  Ｍｏｄｅ）光といい、これによる損失を基板損失ということがある。
【０００６】
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透明電極（例えば、酸化インジウム錫（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ（ＩＴＯ）；代表的な屈折率：１．８））と透明基板（例えば、ガラス（代表的な屈折率：１．５））との界面に、臨界角よりも大きな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。このような光を導波モード（Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ  Ｍｏｄｅ）光といい、これによる損失を導波損失ということがある。
【０００７】
また、発光層で発光した光のうち、金属電極に入射して金属電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。このような光をＳＰＰモード光といい、これによる損失をプラズモン損失という。
【０００８】
上述のような導波モード光は、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って生じるので、導波モード光を低減するためには、全反射を起き難くするか、あるいは、全反射を生じる光の割合を低減する方法が知られている。このような方法として、例えば、透明電極の有機発光層側とは反対側に、有機層や透明電極よりも屈折率の高い高屈折率層を設けることが提案されている（例えば、特許文献１を参照）。特許文献１に記載の有機ＥＬ素子によれば、上記構成により、導波モードの光強度分布の光強度の強いところを発光位置からずらすことができ、発生した光が導波モードに結合しにくくなり、導波損失を減らすことができるため、光取り出し効率を向上させることが可能となる。また、特許文献２には、有機層及び透明電極に、これら有機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。
【０００９】
また、上述のようなＳＰＰモード光によるプラズモン損失の問題に対しては、例えば、特許文献３には、有機ＥＬ素子の光取り出し側とは反対側の電極を透明電極とし、該透明電極の有機層とは反対側に所定の厚さの低屈折率層と金属反射膜とを順次設けることにより、光取り出し側の電極と低屈折率層との間で導波光が全反射する際に、発生するエバネッセント波の滲み出しが金属反射膜に届きにくくなるため、エバネッセント光の金属反射膜への吸収が防止され、金属反射膜での導波光の吸収による減衰を抑制できることが開示されている。また、有機層上に設けられる第２の電極側の構造を、ＳＰＰモード光を生成させたうえで、このＳＰＰモード光を伝播光として取り出す構造とすることで、光取り出し効率を向上させる、所謂Ｏｔｔｏ配置と呼ばれる構造も提案されている（例えば、非特許文献１を参照）。
【００１０】
また、上記の特許文献１では、高屈折率層の有機発光層側とは反対側に金属反射層を設けることにより、透明電極及び高屈折率層の厚みの分だけ、発光点から金属層までの距離が遠くなり、この金属層から発光点までの距離が遠くなった分だけ、発生した光がプラズモンモードに結合しにくくなり、プラズモン損失を減らすことができ、その結果、光取出し効率が向上することが開示されている。
【００１１】
その他、透明電極や発光層に低屈折率の微粒子を分散させることや、金属電極の表面に周期的な凹凸構造を形成することで、プラズモン損失を低減して光取り出し効率を向上させることが知られている。
【００１２】
ここで、特許文献４には、発光層を含む有機層の上層に形成された透明酸化物を電極として用いる構成が提案されている。特許文献４に記載の透明電極は、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）等の透明導電材料から構成され、スパッタ法や蒸着法等の方法を用いて成膜されることが開示されている。また、上記の特許文献１には、発光層を含む有機層の上層に形成された特許文献４と同様の透明導電材料を電極として用いる構成が提案されており、透明電極が、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、二酸化錫（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）等の透明導電材料から構成され、スパッタ法や蒸着法等の方法を用いて成膜されることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２０１１−２３３２８８号公報
【特許文献２】特開２０１１−２４３６２５号公報
【特許文献３】特開２０１３−０１２３７７号公報
【特許文献４】特開２００４−０３１１０２号公報
【非特許文献】
【００１４】
【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】
【００１５】
上述したように、従来、有機ＥＬ素子において有機層（発光層）の上に設けられる電極（光取出し側とは逆の電極）としては、アルミニウム（Ａｌ）等の金属電極が一般的であった。一方、特許文献４に記載のようなトップエミッション型の有機ＥＬ素子や、特許文献３や特許文献１に記載のような、発光層を含む有機層の上に、透明導電層と反射層を順に配置した素子構造においては、有機層上に設けられる透明電極として透明導電性酸化物からなるものが用いられている。
【００１６】
しかしながら、特許文献１、２に記載の有機ＥＬ素子のように、有機層上に透明電極の材料として、ＩＴＯ、ＩＺＯ等の透明導電材料を用いる場合、有機層が変質するため、この透明導電膜に加熱処理による結晶化を施すことができない。その結果、透明導電膜の透過率が低いために、発光した光のうち、発光素子の外側へ取り出される光の割合が減少する（すなわち光取出し効率の低下）という問題や、導電性が低くなるために電圧降下が大きくなり、素子の駆動電圧が上昇するといった問題がある。また、ＺｎＯは熱処理をしなくても透過率は高いが、電極として用いるには導電性が非常に低いという問題があった。
【００１７】
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、透明電極に酸化亜鉛（ＺｎＯ）を用いた場合であっても駆動電圧が上昇するのを抑制でき、光取り出し効率を向上させることが可能で発光効率に優れた有機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ことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明者等は、上記問題を解決するために鋭意研究を重ねた。この結果、少なくとも第１電極、発光層を含む有機層、及び、第２電極、第1の誘電体層、反射層をこの順で備える構造の有機ＥＬ素子において、第１電極あるいは第２電極を酸化亜鉛（ＺｎＯ）から構成したうえで、これに特定の金属元素をドープすることにより、第１電極あるいは第２電極の透光性を維持しながら、導電性を向上させることが可能となることを知見した。そして、このような第１電極あるいは第２電極を採用することにより、従来の有機ＥＬ素子に較べて電力効率が顕著に向上することを見出し、本発明を完成させた。
即ち、本発明は以下の手段を採用するものである。
【００１９】
［１］  基板上に、少なくとも第１電極、発光層を含む有機層、及び、第２電極をこの順で具備し、前記基板側が光取り出し側とされた有機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、該反対側の面側から第１の誘電体層及び金属層がこの順で備えられ、前記第１電極及び第２電極の何れもが、前記発光層の発光波長に対して透過率が５０％以上であり、前記第２電極が、金属元素がドープされた酸化亜鉛からなることを特徴とする有機ＥＬ素子。
［２］  前記第１の誘電体層は、その屈折率が前記有機層の屈折率よりも低い層であることを特徴とする上記［１］に記載の有機ＥＬ素子。
［３］  さらに、前記第１電極と前記第２電極との間に、前記有機層の屈折率と異なる屈折率を有するとともに、複数の孔部を備えた第２の誘電体層が備えられ、前記有機層は、前記孔部の内側面の少なくとも一部を被覆する孔部内側面被覆部を有しているとともに、前記第１電極の少なくとも一部及び前記第２電極の少なくとも一部と接していることを特徴とする上記［１］又は［２］に記載の有機ＥＬ素子。
［４］  前記第１電極は、前記孔部に連通する第１電極孔部を備え、前記有機層は、さらに、前記第１電極孔部の内側面を被覆する第１電極孔部内側面被覆部を有することを特徴とする上記［３］に記載の有機ＥＬ素子。
［５］  前記基板は、前記第１電極孔部に連通する凹部を備え、前記有機層は、さらに、前記凹部の内側面を被覆する凹部内側面被覆部を有することを特徴とする上記［３］又は［４］に記載の有機ＥＬ素子。
［６］  前記有機層は、さらに、前記第２の誘電体層及び前記孔部内側面被覆部と前記第２電極との間に配置する層状部を有することを特徴とする上記［３］〜［５］の何れか一項に記載の有機ＥＬ素子。
［７］  さらに、前記第１電極が、金属元素がドープされた酸化亜鉛からなることを特徴とする上記［１］〜［６］の何れか一項に記載の有機ＥＬ素子。
［８］  前記第１電極、あるいは、前記第２電極をなす酸化亜鉛にドープされる金属元素が、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ及びＳｎのうちの少なくとも１種以上であることを特徴とする上記［１］〜［７］の何れか一項に記載の有機ＥＬ素子。
［９］  前記第１電極、あるいは、前記第２電極をなす酸化亜鉛における前記金属元素の含有量が、該金属元素１種あたりで０．１〜１０質量％の範囲であることを特徴とする上記［８］に記載の有機ＥＬ素子。
［１０］  前記低屈折率層からなる第１の誘電体層の屈折率が、前記第２電極及び前記有機層の屈折率よりも低いことを特徴とする上記［１］〜［９］の何れか一項に記載の有機ＥＬ素子。
［１１］  上記［１］〜［１０］の何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。
［１２］  上記［１］〜［１０］の何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】
【００２０】
本発明に係る有機ＥＬ素子によれば、基板上に、第１電極、発光層を含む有機層、及び、第２電極がこの順で積層され、さらに、第２電極の有機層と反対側の面に、その反対側の面側から第1の誘電体層及び金属層がこの順で備えられ、第１電極及び第２電極の何れもが発光層の発光波長に対して透過率が５０％以上であり、且つ、第２電極が、金属元素がドープされた酸化亜鉛からなる構成を採用している。上述のように、有機層上に設けられる第２電極を酸化亜鉛から構成したうえで、これに特定の金属元素をドープすることにより、第２電極の透光性を維持しながら導電性を向上させることができる。これにより、有機ＥＬ素子の光取り出し効率が向上するとともに、駆動電圧を低減できるので、同電圧で駆動した場合には輝度が向上し、輝度を同輝度に維持した場合には、低電圧で素子を駆動することができる。従って、発光特性に優れるとともに、省電力の有機ＥＬ素子が実現できる。
【００２１】
また、本発明に係る画像表示装置及び照明装置によれば、上述の本発明に係る有機ＥＬ素子を備えたものであるため、低電圧での駆動が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態に係る有機ＥＬ素子を示す模式断面図であり、（ａ）は第２の誘電体層の屈折率が有機層の屈折率よりも高い有機ＥＬ素子を、（ｂ）は第２の誘電体層の屈折率が有機層の屈折率よりも低い有機ＥＬ素子を説明する図である。
【図２】図２は、本発明の第１の実施形態に係る有機ＥＬ素子の一例を示す模式断面図であり、Ｏｔｔｏ型配置を有する第２電極側構造を備えた有機ＥＬ素子を説明する図である。
【図３】図３は、本発明の第１の実施形態に係る有機ＥＬ素子を示す模式断面図であり、透過型回折格子を備えた第１電極側構造を有する有機ＥＬ素子の、第１電極側構造を含む一部を示す図である。
【図４】図４は、本発明の第１の実施形態に係る有機ＥＬ素子を示す模式断面図であり、（ａ）は回折の効果を説明する図、（ｂ）はフォトニック結晶の効果を説明する図である。
【図５】図５は、本発明の第２の実施形態に係る有機ＥＬ素子を示す模式断面図であり、（ａ）は第２の誘電体層の屈折率が有機層の屈折率より高い有機ＥＬ素子を、（ｂ）は第２の誘電体層の屈折率が有機層の屈折率より低い有機ＥＬ素子を説明する図である。
【図６】図６は、本発明の第２の実施形態に係る有機ＥＬ素子を示す模式断面図であり、（ａ）は回折の効果を説明する図、（ｂ）はフォトニック結晶の効果を説明する図である。
【図７】図７は、本発明の第２の実施形態に係る有機ＥＬ素子を模式的に示す斜視図であり、（ａ）は第２の誘電体層が孔部を有する場合の図、（ｂ）は第２の誘電体層が島状部を有する場合の図である（図７中においては、発明の特徴を分かりやすくするため、Ｏｔｔｏ型配置構造の部分を離して図示している）。
【図８】図８は、本発明の第３の実施形態に係る有機ＥＬ素子を示す模式断面図であり、（ａ）は第２の誘電体層の屈折率が有機層の屈折率より高い有機ＥＬ素子を、（ｂ）は第２の誘電体層の屈折率が有機層の屈折率より低い有機ＥＬ素子を説明する図である。
【図９】図９は、本発明の第３の実施形態に係る有機ＥＬ素子を示す模式断面図であり、（ａ）は回折の効果を説明する図、（ｂ）はフォトニック結晶の効果を説明する図である。
【図１０】図１０は、本発明の第３の実施形態に係る有機ＥＬ素子を模式的に示す斜視図であり、（ａ）は第２の誘電体層及び陽極が孔部を有する場合の図、（ｂ）は第２の誘電体層及び陽極が凸部を有する場合の図である（図１０中においては、発明の特徴を分かりやすくするため、Ｏｔｔｏ型配置構造の部分を離して図示している）。
【図１１】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１２】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１３】本発明の第１の実施形態に係る有機ＥＬ素子の製造方法を説明するための断面模式図であり、（ａ）〜（ｌ）は各工程を示す工程図である。
【図１４】本発明の第２の実施形態に係る有機ＥＬ素子の、ボトムエミッション構造の場合の製造方法を説明するための断面模式図であり、（ａ）〜（ｃ）は各工程を示す工程図である。
【図１５】本発明の第２の実施形態に係る有機ＥＬ素子の、トップエミッション構造の場合の製造方法を説明するための断面模式図である。であり、（ａ）〜（ｉ）は各工程を示す工程図である。
【図１６】本発明の第３の実施形態に係る有機ＥＬ素子の、ボトムエミッション構造の場合の製造方法を説明するための断面模式図であり、（ａ）〜（ｃ）は各工程を示す工程図である。
【図１７】本発明の第３の実施形態に係る有機ＥＬ素子の、トップエミッション構造の場合の製造方法を説明するための断面模式図であり、（ａ）〜（ｅ）は各工程を示す工程図である。
【図１８】図１８は、本発明に係る有機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図である。
【図１９】図１９は、本発明に係る有機ＥＬ素子において、低屈折率層の屈折率を１．３８として、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図であり、（ａ）は金属層をＡｌとした場合、（ｂ）は金属層をＡｇとした場合である。
【図２０】図２０は、本発明に係る有機ＥＬ素子におけるピーク幅の変化について説明する模式断面図である。
【図２１】図２１は、本発明に係る有機ＥＬ素子において、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２２】図２２は、本発明に係る有機ＥＬ素子において、低屈折率層の膜厚によるＳＰＰ強度の変化を示す図であり、（ａ）は金属層をＡｌとした場合、（ｂ）は金属層をＡｇとした場合を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
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の実施の形態について、図１〜図１７を適宜参照しながらその構成を説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、その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等は、実際とは異なる場合がある。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、本発明において説明する第１電極及び第２電極は、一方が陽極であり、他方が陰極であるが、以下の説明では、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。
【００２４】
＜有機ＥＬ素子＞
［第１の実施形態］
本発明に係る有機ＥＬ素子は、基板上に、少なくとも第１電極、発光層を含む有機層、及び、第２電極をこの順で具備し、基板側が光取り出し側とされる。そして、本発明に係る有機ＥＬ素子は、さらに、第２電極の、有機層と反対側の面に、その反対側の面側から第１の誘電体層及び金属層がこの順で備えられ、第１電極及び第２電極の何れもが、発光層の発光波長に対して透明であり、第２電極が、金属元素がドープされた酸化亜鉛からなる構成を採用するものである。
【００２５】
ここで、第１の誘電体層としては、特に限定されないが、発光層を含む有機層よりも屈折率が低い低屈折率層か、有機層よりも屈折率の高い高屈折率層であることが好ましい。
高屈折率層である場合には、導波モードの光強度分布において光強度の強いところを発光位置からずらすことができ、発生した光が導波モードに結合しにくくなり、導波損失を減らすことができる。さらに、高屈折率層の有機発光層側とは反対側に反射層を設けることにより、第２電極及び高屈折率層の厚みの分だけ、発光点から反射層までの距離が遠くなり、反射層として金属材料を用いた場合でも、発光点までの距離が遠くなった分だけ、発生した光がプラズモンモードに結合しにくくなり、プラズモン損失を減らすことができる。
【００２６】
以上のことから、第２の電極上に第１の誘電体層と金属層を順に備え、第１の誘電体層を有機層よりも屈折率の高い高屈折率層にすることで、導波損失及びプラズモン損失ともに減らすことができ、その結果、光取出し効率が向上する。
一方、第１の誘電体層を有機層より低い屈折率の低屈折率層とした場合には、光取り出し側の電極と低屈折率層との間で導波光が全反射する際に、発生するエバネッセント波の滲み出しが金属層まで届きにくくなるため、低屈折率層側に滲み出すエバネッセント光の金属層への吸収が防止され、金属層での導波光の吸収による減衰を抑制できる。その結果、光取出し効率が向上する。
【００２７】
本実施形態に係る有機ＥＬ素子で、第１の誘電体層の屈折率が有機層より低い場合の具体例を図１（ａ）、（ｂ）に示す。この有機ＥＬ素子１０は、基板１１上に、少なくとも陽極（第１電極）１２、発光層を含む有機層１３、及び、陰極（第２電極）１４をこの順で具備し、基板１１側が光取り出し側とされる。さらに、有機ＥＬ素子１０は、陰極１４の、有機層１３と反対側の面に、その反対側の面側から上述した第１の誘電体層としての低屈折率層１５、及び、金属層１６がこの順で備えられ、陽極１２と陰極１４との間に、有機層１３の屈折率と異なる屈折率を有するとともに、複数の孔部１７Ａを備えた第２の誘電体層１７が備えられ、有機層１３は、少なくとも孔部１７Ａ（図１３（ｆ）参照）の内側面１７ａを被覆する孔部内側面被覆部１３ａを有している。そして、有機ＥＬ素子１０は、陽極１２及び陰極１４の何れもが、有機層１３に含まれる発光層の発光波長に対して透明であり、陰極１４が、金属元素がドープされた酸化亜鉛（ＺｎＯ）からなる。
第１の実施形態に係る有機ＥＬ素子１０は、上述のような、ボトムエミッション型の有機ＥＬ素子として構成される。
【００２８】
また、図１に示す例の有機ＥＬ素子１０において、陽極１２は、第２の誘電体層１７の孔部１７Ａに連通する陽極孔部（第１電極孔部）１２Ａ（図１３（ｇ）参照）を備え、さらに、基板１１は、陽極孔部１２Ａに連通する凹部１１Ａ（図１３（ｈ）参照）を備える。有機層１３は、さらに、陽極孔部１２Ａの内側面１２ａ被覆する陽極孔部内側面被覆部１３ｂと、凹部１１Ａの内側面１１ａの少なくとも一部を被覆する凹部内側面被覆部１３ｃを有する。
また、図示例では、有機層１３が、さらに、第２の誘電体層１７及び孔部内側面被覆部１３ａと第２電極１４との間に配置する層状部１３ｄを有している。
ここで、図１（ａ）においては、第２の誘電体層１７の屈折率が孔部内側面被覆部１３ａの屈折率よりも大きい場合を示し、一方、図１（ｂ）においては、第２の誘電体層１７の屈折率が孔部内側面被覆部１３ａの屈折率よりも小さい場合を示している。
【００２９】
有機層１３より低い屈折率を有する材料からなる低屈折率層には、空気層を含んでなる低屈折率層であってもよい。
また、孔部内側面被覆部、陽極孔部内側面被覆部及び凹部内側面被覆部は、有機層を構成する層のうちの一部によって構成されていてもよい。
上述のように、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。
【００３０】
連通する孔部１７Ａ、陽極孔部１２Ａ及び凹部１１Ａが基板面内の少なくとも一方向に配置される周期（ピッチ）が発光光の波長以上の場合には、孔部の形状はそれらの内側面で光を基板側へ屈折させる効果を奏するものであれば特に限定はされない。なお、図１（ａ）及び図１（ｂ）には、孔部１７Ａの内側面１７ａは基板面に対して垂直に近い角度で配置するように描かれているが、かかる構成には限定されない。図１（ａ）に示すように第２の誘電体層１７の屈折率が有機層の孔部内側面被覆部１３ａの屈折率より高い場合は、孔部１７Ａの内側面１７ａと、内側面１７ａの下端から基板面に平行に延びる仮想面がなす角度で、孔部１７Ａの内側の角度θ１は９０°〜１３５°が好ましく、９０°〜１２０°がより好ましい。
【００３１】
一方、図１（ｂ）に示すように、第２の誘電体層１７の屈折率が有機層の孔部内側面被覆部１３ａの屈折率より低い場合には、孔部１７Ａの内側面１７ａと、内側面１７ａの下端から基板面に平行に延びる仮想面がなす角度で、孔部１７Ａの内側の角度θ１は６０°〜１３５°が好ましく、６０°〜１２０°がより好ましい。
【００３２】
孔部１７Ａの内側面１７ａの傾斜角を上記のような角度とすることにより、ＳＰＰモードから放射された伝播光と、発光位置から陽極側へ向かう導波モード光が、孔部１７Ａ及び凹部１１Ａの内側面に入射して基板１１側に屈折し、基板１１の外表面から外部へ取り出されやすくなる。
【００３３】
一方、隣接する孔部１７Ａ、陽極孔部１２Ａ及び凹部１１Ａの周期（ピッチ）が光の波長と同等以下の場合においては、孔部、陽極孔部及び凹部の形状は、回折の効果やフォトニック結晶による効果を奏するものであれば特に限定はないが、発光した光をより基板側に取り出す観点からは、孔部内側面被覆部１３ａと第２の誘電体層１７の屈折率の大小関係に依らず、孔部１７Ａ、陽極孔部１２Ａ及び凹部１１Ａの内側面は基板面に対して垂直に近いことが好ましい。
これは、孔部、陽極孔部及び凹部の内側面が基板面に対して垂直に近い角度で配置されることによって、孔部１７Ａの側面を横切る基板面内方向において、屈折率の変調が急峻になるためである。屈折率の変調が急峻な場合は、フォトニック結晶では基板面内方向に光が伝播できなくなるバンドギャップの周波数域が広くなり、より効率的に有機層１３から外部へ取り出すことができる。また、回折格子でも屈折率の変調が急峻な場合は、基板方向への光の回折効率が向上するため、同様に素子外部への光取り出しが向上する。
【００３４】
本発明に係る有機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／陰極／有機層の積層構造において、低屈折率層の屈折率が有機層の屈折率よりも低い構成としては、低屈折率層、陰極、有機層の屈折率をそれぞれｎＬ、ｎＣ、ｎＯとすると、ｎＬ＜ｎＯ＜ｎＣの場合（以下「Ｂパターン」という）、ｎＬ＜ｎＣ＜ｎＯの場合（以下「Ｃパターン」という）と、ｎＣ＜ｎＬ＜ｎＯの場合（以下「Ｄパターン」という）の３通りがある。ところで、Ｏｔｔｏ型配置では、金属層／低屈折率層／高屈折率層の順で層を配置する必要がある。ここで、Ｂパターンの場合は、金属層／低屈折率層／陰極の構成がＯｔｔｏ型配置になっている。また、Ｃパターンの場合は、金属層／低屈折率層／陰極の構成がＯｔｔｏ型配置である他、金属層／低屈折率層＋陰極／有機層の構成もＯｔｔｏ型配置になっている。さらに、Ｄパターンの場合は、金属層／低屈折率層＋陰極／有機層の構成がＯｔｔｏ型配置になっている。
【００３５】
上記Ｂ〜Ｄパターンのうち、最も好ましいのはＣパターンである。この場合には、まず、金属層／低屈折率層／陰極（透明導電層）の構成がＯｔｔｏ型配置になっているとともに、金属層／低屈折率層＋陰極（透明導電層）／有機層の構成でもＯｔｔｏ型配置になっているため、金属層からＳＰＰモード光の再放射が最も生じやすい。さらに、低屈折率層、陰極（透明導電層）、有機層の順に屈折率が高くなるため、各界面で全反射が生じず、再放射されたＳＰＰモード光がそのまま基板側へ取り出される。この具体的な構成としては、陰極（透明導電層）がＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ（ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）−ポリ（スチレンスルホン酸）、代表的な屈折率：１．５）等の透明導電材料層で、低屈折率層が空気やＣパターンの屈折率条件を満たすＳＯＧ（スピンオングラス）である場合が挙げられる。
【００３６】
次に好ましいのは、Ｂパターンである。この場合には、金属層／低屈折率層／陰極（透明導電層）の構成がＯｔｔｏ型配置になっているため、金属層からＳＰＰモード光の再放射が生じる。但し、有機層（代表的な屈折率：１．７）の屈折率が低屈折率層と陰極（透明導電層）の中間の値なので、再放射されたＳＰＰモード光のうちの一部の光は陰極（透明導電層）／有機層の界面で全反射して、残りの光が有機層に透過する。この具体的な構成としては、陰極がＩＴＯ等の透明導電材料（代表的な屈折率：１．８）で低屈折率層がＭｇＦ２（屈折率１．３８）等の場合が挙げられる。
【００３７】
次に好ましいのは、Ｄパターンである。この場合には、金属層／低屈折率層／陰極（透明導電層）の構成はＯｔｔｏ型配置になっていないが、金属層／低屈折率層＋陰極（透明導電層）／有機層の構成でだけＯｔｔｏ型配置になっているため、金属層からＳＰＰモード光の再放射が生じるが、Ｂパターンの場合よりもさらにＳＰＰモード光の再放射が少なくなる。この具体的な構成としては、屈折率の大小関係でｎＣ＜ｎＯを満たすように陰極（例えばＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ）と有機層を選び、低屈折率層としてその屈折率ｎＬがｎＣとｎＯの中間となるような材料、例えば、Ｂパターンの屈折率条件を満たすＳＯＧを採用すればよい。
【００３８】
なお、ｎＯ＜ｎＣ＜ｎＬの場合（以下「Ｅパターン」という）、ｎＣ＜ｎＯ＜ｎＬの場合（以下「Ｆパターン」ということがある）では、Ｏｔｔｏ型配置にはならない。また、ｎＯ＜ｎＬ＜ｎＣの場合（以下「Ａパターン」という）では、金属層／低屈折率層／陰極がＯｔｔｏ型配置になっており、金属層からＳＰＰモード光の再放射は生じるが、有機層の屈折率が低屈折率層よりも低いため、再放射されたＳＰＰモード光のほとんどが陰極（透明導電層）／有機層の界面で全反射してしまい、陽極側の導波モードに取り出すことが困難である。
【００３９】
基板１１は、本実施形態の有機ＥＬ素子１０の支持基板であり、透光性材料からなる基板が用いられ、通常、可視光に対して透明であることが必要である。本実施形態の有機ＥＬ素子１０は、この透光性基板上に上記層構造が形成されてなる。
上述のような透光性を有する基板１１としては、例えば、４００〜７００ｎｍの可視光における透過率が５０％以上で、平滑な基板であることが好ましい。このような基板１０として、具体的には、例えば、ガラス板やポリマー板等が挙げられる。ここで、ガラス板としては、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、ポリマー板としては、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、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、ポリサルフォン等が挙げられる。
ここで、本実施形態で用いられる基板１１は、複数の凹部１１Ａを備えるので、より精確に加工しやすい材料を採用することが好ましい。このような材料としては、特に限定されないが、例えば、石英等が挙げられる。
【００４０】
さらに、基板１１として、上記透明樹脂やソーダガラス等を使用する場合には、水や酸素、金属イオン等が、基板１１上に積層した透光性電極１１等へ拡散しないよう、光の透過性を損なわない範囲で、基板１１の表面に酸化ケイ素膜等のバリア性薄膜を形成することがより好ましい。
【００４１】
ここで、基板１１に用いられる材料としては、後述の有機層（発光層）１３から出射する光を基板１１側から取り出す場合には、この光に対して透過性を有することが必要となる。なお、本実施形態において説明する、「光に対し透過性である」とは、有機層１３から発する一定の波長範囲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って透明である必要はない。但し、本実施形態では、基板１１は、可視光として、波長４５０ｎｍ〜波長７００ｎｍの光を透過することが好ましい。また、透過率としては発光強度が最大である上記範囲の波長において、５０％以上であることが好ましく、７０％以上であることがさらに好ましい。
【００４２】
もし、発光光が可視光でない場合には、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％以上であることがより好ましい。
【００４３】
基板１１の厚さは、要求される機械的強度にも依ることから、特に限定されないが、好ましくは、０．０１ｍｍ〜１０ｍｍ、より好ましくは０．０５ｍｍ〜２ｍｍである。
【００４４】
なお、例えば、トップエミッション型の素子構造を採用し、有機層から出射する光を基板側から取り出す必要がない場合には、基板材料は上記の透明材料に限定されず、不透明な材料も使用できる。このような材料として、具体的には、ケイ素（Ｓｉ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）等の単体、またはこれらを含む合金、ステンレス等が挙げられる。また、不透明な基板材料としては、有機層で発光した光をより多く外部へ取り出すために、光反射性の高い金属材料を採用することが好ましい。また、上記の光透過性を有する材料の表面に、光反射性の金属材料からなる光反射膜を形成したものを用いてもよい。
【００４５】
陽極１２は、複数の陽極孔部１２Ａ（図１３（ｇ）参照）を備えているが、本実施形態では、陽極孔部１２Ａの陽極孔部内側面１２ａが有機層１３によって被覆されており（陽極孔部内側面被覆部１３ｂ）、また、陽極１２の上面が第２の誘電体層１７によって被覆されている。陽極孔部内側面被覆部１３ｂは、陽極孔部内側面１２ａを被覆していれば、陽極孔部１２Ａを充填する構成でも、一部を埋める構成であってもよい。
【００４６】
本実施形態において、陽極１２は、陰極１４との間で電圧を印加することにより、有機層１３に正孔を注入する電極（陽極）として機能する。陽極１２は、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１２に接する有機層１３のＨＯＭＯ（Ｈｉｇｈｅｓｔ  Ｏｃｃｕｐｉｅｄ  Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｏｒｂｉｔａｌ）準位との差が過大にならないように、例えば、仕事関数が４ｅＶ以上６ｅＶ以下の材料を用いることが好ましい。ここで、仕事関数は、例えば、紫外線光電子分光分析法等の方法によって測定することができる。
【００４７】
陽極１２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）、二酸化錫（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、金属元素をドープした酸化亜鉛等の透明無機酸化物、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）：ポリ（スチレンスルホン酸）（ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ）、ポリアニリン等の導電性高分子及び任意のアクセプタ等でドープした導電性高分子、カーボンナノチューブ等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。
また、陽極１２は、上記電極材料を、例えば、抵抗加熱蒸着法や電子ビーム蒸着法に代表される真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法等の乾式成膜方法を用いて形成することができる。また、塗布成膜方法等の湿式成膜方法を採用することが可能な場合には、例えば、スピンコーティング法、ディップコーティング法、インクジェット法、印刷法、スプレー法、ディスペンサー法等の方法を用いて、陽極１２を基板１１上に薄膜として成膜、形成することができる。
【００４８】
ここで、有機層１３からの発光を陽極１２及び基板１１側から取り出す構造を採用する場合には、発光光に対する陽極１２の透過率は５０％以上であることが好ましく、７０％以上であることがより好ましい。例えば、発光光が可視光の場合には、４００〜７００ｎｍの波長範囲における透過率が５０％以上であることが好ましく、７０％以上であることがより好ましい。このためには、具体的には、陽極１２の電極材料や膜厚の適正化を行うことが好ましい。
【００４９】
また、陽極１２のシート抵抗は、数百Ω／□以下であることが好ましい。
また、陽極１２の膜厚は、特に限定されないが、使用する電極材料にも依るものの、上述した光透過率やシート抵抗等を勘案しながら、例えば、１０ｎｍ〜２０００ｎｍ（２μｍ）の範囲で形成することができる。陽極１２の膜厚が１０ｎｍよりも薄いと、陽極１２のシート抵抗が増大し、また、２０００ｎｍよりも厚いと、有機層１３の平坦度を保てなくなるとともに、陽極の透過率が低下する。また、陽極１２の膜厚は、導電性を高める観点からは、５０ｎｍ以上の膜厚が好ましく、高い光透過性が維持される点では、１０００ｎｍ以下の膜厚が好ましく、５００ｎｍ以下の膜厚であることがより好ましい。
【００５０】
なお、有機層１３からの発光を上部電極（陰極）側から取り出す構造、所謂、トップエミッション構造を採用し、有機層１３から出射する光を基板１１側から取り出す必要がない場合には、下部電極（陽極）として、本実施形態のような透光性材料を用いる必要が無い。このため、上記の基板１１に使用可能な不透明材料として挙げた金属材料を、陽極に用いることができ、この場合、金属材料からなる下部電極は、基板（支持基板）を兼ねることができる。このように、金属材料からなる陽極が基板を兼ねる場合の、この陽極の厚さとしては、１５ｎｍ〜１０ｍｍの範囲が好ましく、５０ｎｍ〜２ｍｍの範囲がより好ましい。
【００５１】
第２の誘電体層１７は、有機層の屈折率より高いか又は低い屈折率を有するとともに、複数の孔部１７Ａを備えている。この孔部１７Ａの内側面１７ａは、有機層１３によって被覆されている（孔部内側面被覆部１３ａ）。孔部内側面被覆部１３ａは、内側面１７ａを被覆していれば、孔部１７Ａを充填する構成でも、一部を埋める構成でもよい。
上記のように第２の誘電体層１７の周辺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、孔部内側面被覆部１３ａの屈折率をいう。
【００５２】
第２の誘電体層１７の材料としては、透光性でかつ孔部内側面被覆部１３ａの屈折率と異なる屈折率を有する材料であれば、特に制限はない。例えば、孔部内側面被覆部１３ａの屈折率が１．７である場合には、例えば、孔部内側面被覆部１３ａより低屈折率の第２の誘電体層１７の材料としては、スピンオングラス（ＳＯＧ（屈折率が１．６以下のもの））、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）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、孔部内側面被覆部１３ａより高屈折率の第２の誘電体層１７の材料としては、例えば、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）（代表的な屈折率：２．０）をはじめとするケイ素化合物、酸化チタン（ＴｉＯ２）（代表的な屈折率：２．５）をはじめとする金属酸化物、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）（代表的な屈折率：２．２）をはじめとする金属窒化物、アルミニウム酸窒化物（ＡｌＯＮ）（代表的な屈折率：１．８）やケイ素酸窒化物をはじめとする金属酸窒化物、ポリエチレンナフタレート（代表的な屈折率：１．８）をはじめとする高分子化合物樹脂、スピンオングラス（ＳＯＧ（屈折率が１．８以上のもの））が挙げられる。
【００５３】
第２の誘電体層１７の厚さは、特に限定されないが、例えば、１０〜２０００ｎｍであり、より好ましくは５０〜１０００ｎｍの範囲である。第２の誘電体層１７の厚さが１０ｎｍよりも薄いと、有機層の膜厚に対して第２の誘電体層１７の膜厚が占める割合が小さくなり、導波モード光が屈折又は回折され難くなり、また、２０００ｎｍよりも厚いと、有機層１３の平坦度を保ち難くなる。
【００５４】
孔部１７Ａ、陽極孔部１２Ａ及び凹部１１Ａを基板面内の少なくとも１方向に周期的に配置する構成とする場合、孔部１７Ａ、陽極孔部１２Ａ及び凹部１１Ａのピッチは、後述の式（１２）を満たすように選択する。即ち、Ｏｔｔｏ型配置の陰極構造によって所定の角度で取り出されたＳＰＰモード光は、孔部、陽極孔部１２Ａ及び凹部１１Ａ及び孔部内側面被覆部１３ａによって形成された回折格子によって回折されるが、その回折光が基板／空気界面で全反射されないように、後述の式（１２）を満たすピッチを選択する。
【００５５】
陰極１４は、電子を発光層（有機層１３）に注入するための電極（陰極）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い。また、陰極１４には、陽極１２に接する有機層１３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以下の材料を用いるのが好ましい。
また、陰極１４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、透光性の導電材料を用いる必要があるが、例えば、後述するように、陰極１４及び陽極１２に同じ材料を用いることも可能である。
【００５６】
本発明の有機ＥＬ素子に用いられる陰極（第２電極）１４は、上述したように、金属元素がドープされた酸化亜鉛（ＺｎＯ）からなる電極である。
本発明者等が、陰極材料としてＣｕＩ、ＩＴＯ、ＳｎＯ２、ＺｎＯ、ＩＺＯ等の透明導電性酸化物からなる導電材料を用いた場合に、素子の駆動電圧が上昇するという問題を解決するため、鋭意実験検討を重ねた。この結果、透明導電性酸化物の中でも、特に、ＺｎＯに特定の金属元素をドープしたものが、透光性を維持しながら導電性を向上させることができることが明らかとなった。即ち、有機層上に設けられる陰極をＺｎＯから構成し、これに特定の金属元素をドープすることにより、有機ＥＬ素子の駆動電圧が低減し、電力効率を向上させることが可能になることを見出した。
【００５７】
陰極１４を構成するＺｎＯにドープする金属元素としては、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、錫（Ｓｎ）、鉛（Ｐｂ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、カドミウム（Ｃｄ）及びランタン（Ｌａ）のうちの少なくとも１種以上であることが好ましい。これらの金属元素は、ＺｎＯにドープすることで、このＺｎＯからなる透明電極（陰極）の導電性を高めるとともに、発光層を含む有機層１３への電子の注入効率を高める作用がある。また、一般に、金属酸化物に金属元素をドープすると、透過率が低下する傾向がみられるが、上記金属元素は、ＺｎＯからなる透明電極（陰極）の透光性の低下を最小限に抑制しながら、導電性を高める作用が得られるものである。これは、亜鉛イオンの部分に上記金属イオンが置換固溶することで、電子が放出されて抵抗が下がるためと考えられる。
【００５８】
陰極１４を構成するＺｎＯにおける上記の金属元素の含有量は、金属元素１種あたりで０．１〜１０質量％の範囲とすることが好ましい。ＺｎＯにおける金属元素の含有量がこの範囲であれば、上述のような、陰極１４の透光性を低下させることなく導電性を高める作用が顕著となる。従って、有機ＥＬ素子の駆動電圧が低減し、電力効率を向上させる効果がより顕著に得られる。陰極１４を構成するＺｎＯにおける金属元素の含有量が、金属元素１種あたりで０．１質量％未満だと、高い透光性が維持できる一方で、導電性が十分でなく、駆動電圧が上昇するおそれがあり、また、１０質量％を超えると、導電性が高くなる一方で透光性が低下し、結果として電力効率が低下するおそれがある。
【００５９】
なお、ＺｎＯに上記金属元素をドープするにあたり、ドープする成分の原料として、各金属元素の単体及び／又はこれらの酸化物を用いて成膜することができる。このように、成膜に用いるドープする成分の原料が異なっていたとしても、成膜により得られた膜の導電性や透光性などの物性は同等である。
【００６０】
本発明に係る有機ＥＬ素子においては、有機層を挟む第１電極及び第２電極の何れもが発光光に対して透明であることが必要とされる。従って、本実施形態に係る有機ＥＬ素子の陰極１４の発光光に対する透過率は５０％以上であることが好ましく、７０％以上であることがより好ましい。例えば、発光光が可視光の場合には、４００〜７００ｎｍの波長範囲における透過率が５０％以上であることが好ましく、７０％以上であることがより好ましい。このためには、具体的には、陽極１２の電極材料や膜厚の適正化を行うことが好ましい。
【００６１】
陰極１４のシート抵抗は、有機ＥＬ素子としての電力効率等を考慮すると、数百Ω／□以下であることが好ましい。
また、陰極１４の膜厚は、特に限定されず、材料にも依るものの、例えば、１０ｎｍ〜１μｍであり、より好ましくは３０〜５００ｎｍの範囲である。陰極１４の厚さが１０ｎｍよりも薄いと、シート抵抗が増加して駆動電圧が上昇する。また、陰極１４の厚さが１μｍよりも厚いと、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。
【００６２】
また、陰極１４は、上記の電極物質を、例えば、抵抗加熱法や電子ビーム法に代表される真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法等の乾式成膜方法を用いて成膜することができる。また、塗布成膜方法等の湿式成膜方法を採用することが可能な場合には、例えば、スピンコーティング法、ディップコーティング法、インクジェット法、印刷法、スプレーコート法、ディスペンサー法等の方法によって、薄膜を成膜することで形成することができる。
【００６３】
なお、本実施形態では、ボトムエミッション型の有機ＥＬ素子１０において上部電極となる陰極（第２電極）１４を、上述のような金属元素がドープされた酸化亜鉛から構成した場合について説明しているが、これには限定されない。例えば、上部電極である陰極１４に加え、下部電極１２も、上記と同様の材料から構成されていてもよい。
【００６４】
有機層１３は、注入された電荷（電子と正孔）を電界の力で移動させる輸送機能を有し、さらに、有機層１３は、電子と正孔の電荷再結合の場を提供することにより、これを発光につなげる発光層としての機能を有するものである。ここで、本実施形態の有機層１３においては、正孔の注入されやすさと電子の注入されやすさに違いがあっても良く、また、正孔と電子の移動度で表される輸送能に大小があっても良い。
【００６５】
有機層１３は、第２の誘電体層１７の孔部１７Ａの内側面１７ａを被覆する孔部内側面被覆部１３ａと、陽極１２の陽極孔部１２Ａの陽極孔部内側面１２ａを被覆する陽極孔部内側面被覆部１３ｂと、基板１１の凹部１１Ａの内側面１１ａを被覆する凹部内側面被覆部１３ｃとを有する。また、図１に示す例では、さらに、第２の誘電体層１７及び孔部内側面被覆部１３ａと陰極１４との間に配置する層状部１３ｄを有している。
【００６６】
有機層１３における発光材料としては、従来から有機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、例えば、特開２０１１−１３９０４４号公報に記載の材料（特に、同公報の段落０１００に記載の有機物材料、並びに、段落０１０１に記載の有機金属錯体材料）等を何ら制限なく用いることができる。
また、有機層１３に用いられるホスト材料としては、例えば、特開２００９−２６０３０８号公報に記載の材料（特に、同公報の段落００４９に記載の正孔輸送性を有するホスト材料、並びに、段落００５４に記載の電子輸送性を有するホスト材料）等を何ら制限無く用いることができる。
また、有機層１３には、ドーパントをドープしても良い。この場合に用いられるドーパントとしても、従来公知のものを用いることが可能である。
【００６７】
また、有機層１３は、有機ＥＬ材料からなる発光層（有機発光層）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。
正孔注入層は、陽極１２から有機層１３への正孔注入を補助する層であり、イオン化エネルギーが通常５．５ｅＶ以下と低い層である。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１３に注入できる材料を用いることが好ましいが、この材料としては、上記の機能を担えるものであれば特に制限はなく、従来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層である。このような正孔輸送層に用いる材料としては、上記の機能を担えるものであれば特に制限はなく、従来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。
【００６８】
電子注入層は、陰極１４から有機層１３への電子注入を補助する層である。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１３に注入できる材料が好ましいが、この材料としては、上記の機能を担えるものであれば特に制限はなく、従来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層である。このような電子輸送層に用いる材料としては、上記の機能を担えるものであれば特に制限はなく、従来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。
【００６９】
また、有機層１３を形成する方法としても、特に限定されないが、例えば、抵抗加熱法や電子ビーム法に代表される真空蒸着法、転写法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法等の乾式成膜方法を用いることができる。また、塗布成膜方法等の湿式成膜方法を採用することが可能な場合は、例えば、スピンコーティング法、ディップコーティング法、インクジェット法、印刷法、スプレーコート法、ディスペンサー法、ダイコート法、グラビア印刷法等、従来公知の方法を用いて有機層１３を成膜することができる。
【００７０】
有機層１３を構成する上記の各層の厚さは、電荷の移動度や電荷注入バランス、発光する光の干渉等を考慮して、適宜選択することができ、特に限定されるものではない。
また、複数の層の膜厚を合計した有機層１３の厚さは、例えば、４０〜２０００ｎｍであり、より好ましくは８０〜１０００ｎｍの範囲である。有機層１３の厚さが４０ｎｍよりも薄いと、突き抜け電流による内部量子効率の低下や、金属層１６による損失性表面波モードカップリング（ｌｏｓｓｙ  ｓｕｒｆａｃｅ  ｗａｖｅ  ｍｏｄｅ  ｃｏｕｐｌｉｎｇ）等、ＳＰＰカップリング以外の消光が起こる。また、有機層１３の厚さが２０００ｎｍよりも厚いと、駆動電圧が上昇する。
【００７１】
低屈折率層１５は、陰極１４の、有機層１３とは反対側に備えられており、陰極１４を構成する透光性導電材料や、後述の有機層１３を構成する材料よりも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（有機層１３）で発光した光が陰極側に伝播し、陰極１４と低屈折率層１５との界面に達したとき、臨界角以上の角度で入射した場合に全反射が起きる。
【００７２】
このような低屈折率層１５の材料としては、陰極１４を構成する透光性導電材料より低い屈折率を有する材料であれば、特に制限はなく、例えば、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、多孔性物質等が挙げられる。また、低屈折率層１５は空気層を含む層からなり、陰極１４を構成する透光性導電材料よりも低い屈折率を有するものであってもよい。
【００７３】
また、低屈折率層１５は、陰極１４及び有機層１３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、低屈折率層１５と上記各層との屈折率の差が０．２以上であれば、高屈折率層と低屈折率層の差が明確になり、Ｏｔｔｏ型配置によってＳＰＰモード光の取出し効率が向上する効果が顕著に得られるからである。
【００７４】
また、低屈折率層１５の厚さは、２０ｎｍ〜３００ｎｍであることが好ましい。低屈折率層の厚みが２０ｎｍ以下では、膜厚が薄すぎるために、後述の金属層と高屈折率層が接近してＳＰＰモード光の波数が大きくなり、分散曲線が伝播光の分散曲線と交わらなくなる。また、低屈折率層の厚みが３００ｎｍ以上では、膜厚が厚すぎるため、発光点におけるエバネッセント波が金属層に届かなくなり、ＳＰＰが金属層表面に捕捉されない。
【００７５】
なお、第１の誘電体層として、低屈折率層１５に代わり、高屈折率層を用いる場合の材料としては、上記の第２の誘電体層１７の材料として示したように、例えば、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）（代表的な屈折率：２．０）をはじめとするケイ素化合物、酸化チタン（ＴｉＯ２）（代表的な屈折率：２．５）をはじめとする金属酸化物、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）（代表的な屈折率：２．２）をはじめとする金属窒化物、アルミニウム酸窒化物（ＡｌＯＮ）（代表的な屈折率：１．８）やケイ素酸窒化物をはじめとする金属酸窒化物、ポリエチレンナフタレート（代表的な屈折率：１．８）をはじめとする高分子化合物樹脂、スピンオングラス（ＳＯＧ（屈折率が１．８以上のもの））が挙げられる。
また、高屈折率層の厚さとしても、低屈折率層の場合と同様の厚さとすることができる。
【００７６】
金属層１６は、陰極１４の、有機層１３とは反対側に低屈折率層１５を介して備えられている。
金属層１６の材料としては、発光層（有機層１３）における発光光によってプラズモン共鳴が生じるものであればよく、ほとんどの金属の単体又は合金を用いることができるが、中でも、複素誘電率の実部の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、金、銀、銅、亜鉛、アルミニウム、マグネシウム等の単体や、金と銀との合金、銀と銅との合金、真鍮等の合金が挙げられる。また、金属層１６は、２層以上の積層構造であってもよい。
【００７７】
金属層１６の厚さは、特に限定されないが、例えば、２０〜２０００ｎｍであり、より好ましくは５０〜５００ｎｍの範囲である。金属層１６の厚さが２０ｎｍよりも薄いと、反射率が低くなって正面輝度が低下する。また、金属層１６の厚さが５００ｎｍよりも厚いと、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おそれがある。
【００７８】
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電極及び第２電極のまま記載する。
平坦な金属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ωｓｐ、波数の基板面内方向成分をｋｓｐとすると、この分散関係（角振動数と波数の間の関係）は、金属の誘電率の実部ε１と、金属表面に接触する誘電体の誘電率ε２によって決定され、近似的に次式（１）によって与えられる（ｃは真空中の光の速さ）。
【００７９】
【数１】
2015095293.tif 000003
【００８０】
これに対して、通常の伝播光の分散関係は、角振動数をω、波数ベクトルをｋとして、次式（２）によって与えられる。
【００８１】
【数２】
2015095293.tif 000004
【００８２】
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表面にＳＰＰを励起することはできず、また、平坦な金属表面に存在するＳＰＰから直接伝播光を取り出すことはできない。
【００８３】
次に、上記に対して、Ｏｔｔｏ型配置、即ち高屈折率誘電体層（誘電率ε３）／低屈折率誘電体層（誘電率ε２）／金属（誘電率ε１の積層構造）を用いた場合について考える。ここで、高屈折率誘電体層側から臨界角より大きい入射角で入射した光は、高屈折率誘電体層と低屈折率誘電体層の界面で全反射する。この際、界面の低屈折率誘電体層側には非伝播光であるエバネッセント波が生じ、全反射の点から遠ざかるに連れて、その光強度は減衰する（入射光は界面で全反射するが、その一部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は高屈折率誘電体層から低屈折率誘電体層への入射光の入射角である。
【００８４】
【数３】
2015095293.tif 000005
【００８５】
従って、入射角θを変えることにより、ＳＰＰの分散曲線とエバネッセント波の分散直線に交点（ω＝ωｓｐ、ｋ＝ｋｓｐ）を持たせることが可能となる。即ち、エバネッセント波を用いれば、平坦な金属表面にＳＰＰを励起することができ、また、平坦な金属表面に存在するＳＰＰからエバネッセント波を介して高屈折率誘電体層中に伝播光として取り出すことが可能となる。ここで、「入射角θ」は金属側からみると、ＳＰＰの放射角度ということになる。
換言すると、Ｏｔｔｏ型配置を用いた場合、ＳＰＰの分散曲線とエバネッセント波の分散直線とが交差するようになる。これは、所定の角度で放射されるＳＰＰだけが、ＳＰＰとエバネッセント波とが共鳴することにより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。そして、ＳＰＰを、エバネッセント波を介して所定の角度で放射される伝播光として取り出すことが可能となる。
【００８６】
従って、有機ＥＬ素子において、例えば、有機層に対して十分に近接して高屈折率層／低屈折率層／金属層を設けると、有機発光層で発光した光のうち、所定の入射角（ＳＰＰの分散曲線とエバネッセント波の分散直線とが交点を有する角度）で高屈折率層から高屈折率層／低屈折率層の界面へ入射した光は、低屈折率誘電体層中にエバネッセント波を生じ、そのエバネッセント波が金属表面にＳＰＰモード光を励起する。また、金属表面に励起されたＳＰＰモード光は、Ｏｔｔｏ型配置構造において生成されるエバネッセント波を介して、所定の角度で放射される伝播光として高屈折率誘電体層中に取り出すことが可能となる。即ち、有機ＥＬ素子においてＯｔｔｏ型配置構造を導入することにより、ＳＰＰモード光を、所定の角度で有機層中を伝播する伝播光として取り出すことが可能となる。但し、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、上記低屈折率層が十分に薄膜である場合に生じる。これは、低屈折率層が厚すぎると、有機層からのエバネッセント波の滲み出しが金属層まで到達せず、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る。また、低屈折率層が薄すぎると、金属層と高屈折率層とが接近してＳＰＰモードの波数が下記式（１）よりも大きくなり、分散曲線が伝播光の分散曲線（上記式（２））と交わらなくなるためである。
このようにしてＳＰＰから取り出される光は、上述した通り、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。
【００８７】
次に、本発明の有機ＥＬ素子の第１電極側構造の作用効果について以下に説明する。
第１電極側構造としては、導波モード光が透明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、透明基板面に対して垂直に近い屈折率の界面を導入した。
【００８８】
第１電極側構造は、基板面内方向に周期性を有する屈折率変調構造であっても、あるいは、周期性を有さない非周期的な屈折率変調構造であってもよい。
第１電極側構造が周期性を有する屈折率変調構造である場合、即ち、屈折率が互いに異なる有機層と第１電極とが１次元的又は２次元的に周期的に並ぶ場合には、屈折の効果に加えて、透過型回折格子（以下、単に「回折格子」という）による回折効果（基板面に対して光が所定の角度に指向する効果）や、フォトニック結晶による効果（特定の方向・周波数の光伝播を禁制する効果）によって、導波モード光を基板側に取り出すことが可能となる。
第１電極側構造の屈折率変調構造の周期（ピッチ）が波長（波長を屈折率で割った値）よりも十分に大きい場合は、屈折率が互いに異なる媒質界面での屈折が支配的なメカニズムとなって光が取り出されると考えられる。一方、第１電極の屈折率変調構造の周期（ピッチ）が波長と同等以下である場合は、回折格子の効果やフォトニック結晶の効果が支配的なメカニズムとなって光が取り出されると考えられる。
【００８９】
第１電極側構造が屈折率の周期性を有し、透過型回折格子として機能する場合について、光取り出し効率が向上する原理を、図２及び図３を用いてより具体的に説明する。
図２は、Ｏｔｔｏ型配置を有する第２電極側構造を備えた有機ＥＬ素子の断面模式図である。まず、図２を用いて、この第２電極側構造によりＳＰＰモード光を有機層内の伝播光として取り出す原理について説明する。
【００９０】
ここで、ｎ２は低屈折率層の屈折率、ｎｓｕｂは基板の屈折率、ｎＯＬＥＤは第１電極、有機層及び第２電極の平均の屈折率、ε1は金属層の誘電率の実部、ｋｓｐはＳＰＰモード光の波数ベクトルの基板面内方向成分、ｋ０は真空中の光の波数（２π／λ）、ここでλは発光層から放射される光の真空中の波長、高屈折率層中を伝播する光の、伝播角をθとする。
ＳＰＰモード光の波数ｋｓｐは、式（１）から、近似的に以下の式（４）によって与えられる。
【００９１】
【数４】
2015095293.tif 000006
【００９２】
ただし、ε２＝ｎ２２である。ＳＰＰモード光とそれが再放射され、伝播光として取り出されるためには、ＳＰＰモード光とその取り出される光とで波数ベクトルの面内成分が一致する、即ち、以下の式（５）が成立する必要がある。
【００９３】
【数５】
2015095293.tif 000007
【００９４】
式（４）及び式（５）から、ＳＰＰモード光は以下の式（６）を満たす角度で伝播光として取り出される。
【００９５】
【数６】
2015095293.tif 000008
【００９６】
次に、回折格子によって、そのＳＰＰモード光から取り出された光を外部に取り出す原理について説明する。
図３は、透過型回折格子を備えた第１電極側構造を備えた有機ＥＬ素子の第１電極側構造を含む一部の断面模式図である。
ＳＰＰモード光から所定の角度θで取り出された光が、格子間隔（屈折率変調の周期）ｐを有する回折格子によって回折されるとする。基板面に対して所定の角度θｓｕｂで基板側に回折する条件は、回折格子に入射する入射光の面内波数と回折光の面内波数との差が２π／ｐの整数倍であることであり、以下の式（７）で表される。ここで、Ｎ＝０、±１、・・・である。
なお、図３において、「ＯＬＥＤ積層部」とは、第１電極及び有機層を含む導波モード光が伝播する層を示すものであり、具体的な層構成は本発明の具体的な構成に依存する。また、「回折格子」を備える位置も、本発明の具体的な構成に依存する。また、「回折格子」を備える位置は、本発明の具体的な構成に依存する。
【００９７】
【数７】
2015095293.tif 000009
【００９８】
上記の式（６）及び式（７）から、下記の式（８）が得られる。
【００９９】
【数８】
2015095293.tif 000010
【０１００】
基板と空気の界面で全反射が起きない条件は、式（９）を満たすことである。
【０１０１】
【数９】
2015095293.tif 000011
【０１０２】
従って、回折格子の格子間隔が以下の式（１０）を満たすような回折格子を設けることにより、基板と空気の界面で全反射を生じさせず、その結果、光取り出し効率は向上する。
【０１０３】
【数１０】
2015095293.tif 000012
【０１０４】
ここで、ＳＰＰ共鳴を生じる周波数域においては、εｌ＜０、ε２＜｜εｌ｜であるため、以下の式が成り立つ。
【０１０５】
【数１１】
2015095293.tif 000013
【０１０６】
ただし、式（１０）中のＮは正の整数としてよい。
さらに、基板と空気の界面でのフレネル反射を抑えるためには、式（１０）は、おおよそ次の式をみたしていることが望ましい。また、実際の有機ＥＬ素子の発光波長はスペクトル分布をもつため、このλには発光層の発光スペクトルのピーク波長を採用する。ピーク波長としては、フォトルミネセンス・スペクトルのピーク波長を用いることができる。
【０１０７】
【数１２】
2015095293.tif 000014
【０１０８】
Ｎは回折次数であり、任意の整数であるが、回折次数が大きくなりすぎると、回折光の指向性が低下する。そこで、式（１２）を満たすようなＮが１≦Ｎ≦３の範囲にあるように、ピッチｐと波長λを選ぶことが好ましい。
【０１０９】
以上の理論的な解析は１次元的な解析であり、１次元回折格子構造（基板面内の所定の一方向に規則的な間隔で格子が配列する回折格子構造）については、この解析に基づく回折効果が得られる。１次元回折格子構造では、その一方向に直交する方向については格子構造を有さないため、その直交方向の光（光の成分）に対しては回折効果を生じない。これに対して、２次元回折格子構造では、基板面内のさらに別の一方向に対しても回折格子構造を有し、その方向についても回折効果が追加されることになる。よって、２次元回折格子構造では１次元回折格子構造よりも回折効果が大きい。
従って、所定の断面において、式（１２）の条件を満たす構成を備えた有機ＥＬ素子では、その構成が１次元回折格子構造でも２次元回折格子構造でも、光取り出し効率の向上が得られるのである。
【０１１０】
次に、フォトニック結晶の効果による光の取り出し効率の向上について説明する。
フォトニック結晶は、屈折率が周期的に異なる構造体で、特にその周期が波長と同等以下である構造体のことである。この周期的構造により、特定の波長範囲の光が存在できない禁制帯（フォトニックバンドギャップ）が形成される。本発明の第１電極側構造が周期的な屈折率変調構造で、その周期が波長と同等以下である場合には、第１電極側構造を１次元または２次元のフォトニック結晶（それぞれ、基板面内の所定の一方向または二方向に規則的な間隔で格子が配列するフォトニック結晶構造）と見なすことができる。１次元のフォトニック結晶では、周期構造を有する一方向に対しては、フォトニックバンドギャップに相当する波長の光は伝播することができない。このため、面内以外の方向へ光の伝播が再分配され、光を透明基板側に取り出すことができる。但し、１次元フォトニック結晶構造では、その一方向に直交する方向については周期構造を有しないため、この方向についてはフォトニックバンドギャップが存在せず、これによる取り出し効果はないか、あるとしても非常に小さい。
一方、２次元フォトニック結晶構造では面内の互いに異なる２方向に対して格子構造を有するため、この２方向に対してはフォトニックバンドギャップが形成され、光が伝播できないことになる。よって、２次元のフォトニック結晶では、面内で光が伝播できない方向が増大するため、１次元構造よりもより効率的に透明基板へ光が取り出される。
【０１１１】
第１電極側構造が、基板面内方向に周期性を有さない非周期的な構造の場合は、この第１電極構造に入射した光がランダムな位置・位相で回折されるため、特定の放射角度に光が強め合って放射されることはない。従って、第１電極側にこのような構造を持つことによって、比較的均一な（拡散性の高い）配向特性を得ることができる。
つまり、第１電極側構造が周期的な構造の場合は、回折格子またはフォトニック結晶による出射光の強め合いの効果により、ある特定の放射角の光強度が強くなる配向特性を得ることができるのに対し、第１電極構造が非周期的な構造の場合は、比較的均一な配向特性を得ることができる。
そのため、第１電極側構造は、必要に応じて周期性を有する構造にするか、非周期的な構造にするかを選択することができる。
【０１１２】
次に、本発明の第１の実施形態の有機ＥＬ素子の屈折の作用効果を、図１（ａ）、（ｂ）を用いて模式的に説明する。本発明においては、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場合を主として説明しているが、以下の説明においては、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。
ここで、図１に矢印で示した光の伝播の仕方は、屈折作用効果の原理をわかりやすく説明するために模式的に示したものである。光の伝播形態は、第２の誘電体層１７の屈折率と、有機層の孔部内側面被覆部１３ａの屈折率との大小関係によって異なり、図１（ａ）は前者が後者の屈折率より高い場合の説明図、図１（ｂ）は前者が後者の屈折率より低い場合の説明図である。
【０１１３】
まず、第２の誘電体層１７の屈折率と孔部内側面被覆部１３ａとの屈折率の大小関係によらず、有機層１３に含まれる発光層のＡＰｉ点で発光した光のうち、陰極１４側に進んだ光が陰極１４と低屈折率層１５との界面に臨界角以上の大きい入射角で入射して（矢印ＡＰ１）全反射した場合（矢印ＡＰ１ｒ）、低屈折率層１５中にエバネッセント波（矢印ＡＰ２）が発生して、金属層１６と低屈折率層１５との界面まで滲み出し、表面プラズモンポラリトンＳＰＰ（矢印ＡＰ３）が励起される。
励起されたＳＰＰモード光は、エバネッセント波（矢印ＡＰ４）との共鳴を介して、所定の角度で陰極１４に放射され（矢印ＡＰ５）、伝播光として有機層１３に取り出されうる。
図１（ａ）、（ｂ）において、発光点（あるいは発光箇所）ＡＰｉは、平面視して孔部１７Ａ（図１３（ｆ）参照）と重なる位置の発光点を示すものであり（以下、この点での発光を「ｉｎ発光」ということがある。）、発光点ＡＰｏは、平面視して第２の誘電体層１７と重なる位置の発光点を示すものであり（以下、この点での発光を「ｏｕｔ発光」ということがある。）、また、発光点Ａｅは、「ｉｎ発光」と「ｏｕｔ発光」との境界位置での発光を示すもの（以下、この点での発光を「ｉｎ−ｏｕｔ端発光」ということがある。）である。「ｏｕｔ発光」及び「ｉｎ−ｏｕｔ端発光」については、陰極１４と低屈折率層１５との界面での全反射光を示す矢印は省略している。
また、この作用効果の説明では、「ｉｎ発光」の場合についてのみ詳細に説明しているが、「ｏｕｔ発光」及び「ｉｎ−ｏｕｔ端発光」についても、ＳＰＰ（矢印ＡＰ３）励起後の光の伝播は「ｉｎ発光」の場合と同様である。
なお、電流は陰極と陽極との間に流れる。この構成では、第２の誘電体層１７が陰極と陽極との間に配置されるため、発光点ＡＰｏでの発光である「ｏｕｔ発光」は電流が流れにくいルートにおける発光となる。これに対して、「ｉｎ発光」は、陰極と陽極との間の電流の流れを第２の誘電体層１７が直接妨げる位置にないルートにおける発光となる。このため、「ｉｎ発光」の方が「ｏｕｔ発光」より発光量が多い。
【０１１４】
次に、第２の誘電体層１７の屈折率が孔部内側面被覆部１３ａの屈折率より高い場合は、図１（ａ）に示すように、陰極側構造（陰極１４、低屈折率層１５、金属層１６）から有機層１３のＢＰ点にまで取り出された光は、ＢＰ１のように伝播して基板１１まで取り出される。
即ち、ＢＰ点から有機層１３を通って進む光ＢＰ１は、第２の誘電体層１７から孔部内側面被覆部１３ａに入射する際に、孔部内側面被覆部１３ａと第２の誘電体層１７との界面（孔部１７Ａの内側面１７ａ）で屈折し、有機層１３を透過して、基板１１内を通って外部に取り出されうる。
【０１１５】
ここで、光ＢＰ１が第２の誘電体層１７から孔部内側面被覆部１３ａへ進む際、第２の誘電体層１７と孔部内側面被覆部１３ａとの界面（孔部１７Ａの内側面１７ａ（基板１１の法線方向に延びる、第２の誘電体層１７と有機層１３との界面））における屈折により、光ＢＰ１の基板１１への入射角はより小さい角度（基板１１の法線方向により近い角度）に変わる。有機層１３と基板１１（例えば、ガラス）との界面に臨界角以上の入射角で入射する光は、全反射して導波モード光となるが、光ＢＰ１は孔部１７Ａの内側面１７ａでの屈折により、基板１１への入射角がより小さい角度に変わるので、有機層１３と基板１１との界面で全反射しない光が増え、光ＢＰ１が導波モード光となるのを防ぐ。また、基板（例えば、ガラス）の外表面（空気との界面）に臨界角以上の入射角で入射する光は、全反射して基板モード光となるが、同様に、孔部１７Ａの内側面１７ａでの屈折により、基板１１から空気への光ＢＰ１の入射角がより小さい角度に変わるので、基板１１の外表面で全反射をしない光が増えて、光線ＢＰ１が基板モード光となるのを防ぐことができる。すなわち、孔部１７Ａの内側面１７ａを備える構成を有することにより、光取り出し効率が向上する。
【０１１６】
この構成においては、陰極１４と陽極１２との間の最短距離近傍が最も電流密度が高く、発光量が多くなる。有機層１３中のＣＰ点での発光は、この発光量が多い点での発光を模式的に示すものである。
有機層１３に含まれる発光層のＣＰ点で発光した光のうち、光ＣＰ１は基板に対して垂直方向に基板側に進む光であり、基板１１との界面で屈折することなく基板１１内を進み、外部に取り出される。
また、光ＣＰ２は、第２の誘電体層１７と孔部内側面被覆部１３ａとの界面（孔部１７Ａの内側面１７ａで屈折し、有機層１３を透過し、有機層１３と基板１１の界面で屈折して、基板１１内を通って外部に取り出されうる。
【０１１７】
ここで、光ＣＰ２が第２の誘電体層１７から孔部内側面被覆部１３ａへ進む際、第２の誘電体層１７と孔部内側面被覆部１３ａとの界面（孔部１７Ａの内側面１７ａ）における屈折により、光ＣＰ２の有機層１３から基板１１への入射角および基板１１から空気への入射角がより小さい角度に変わる。有機層１３と基板１１との界面に臨界角以上の角度で入射する光は、全反射して導波モード光となるが、光ＣＰ２は孔部１７Ａの内側面１７ａでの屈折により有機層１３から基板１１への入射角がより小さい角度に変わるので、陽極１２と基板１１との界面で全反射しない光が増えて、光ＣＰ２が導波モード光となるのを防ぐ。また、基板（例えば、ガラス）の外表面に臨界角以上の角度で入射する光は、全反射して基板モード光となるが、この孔部１７Ａの内側面１７ａでの屈折により、基板１１から空気への光ＣＰ２の入射角がより小さい角度に変わるので、基板１１の外表面で全反射しない光が増えて光取り出し効率が向上する。また、光ＣＰ３についても同様の効果が得られる。
【０１１８】
一方、第２の誘電体層１７の屈折率が孔部内側面被覆部１３ａの屈折率よりも低い場合は、図１（ｂ）に示すように、励起されたＳＰＰモード光ＡＰ３がエバネッセント波との共鳴を介して有機層１３中に取り出されるまでは、第２の誘電体層１７の屈折率が孔部内側面被覆部１３ａの屈折率より高い場合（図１（ａ））と同様である。
【０１１９】
また、有機層に取り出された光は、図１（ｂ）に示す光ＢＰ１のように伝播して、基板１１まで取り出される。即ち、ＢＰ点から有機層１３を通って進む光ＢＰ１は、孔部内側面被覆部１３ａと第２の誘電体層１７との界面（孔部１７Ａの内側面１７ａ）で屈折し、第２の誘電体層１７内を進む。この際、第２の誘電体層１７と孔部内側面被覆部１３ａの界面での屈折により、陽極１２と基板１１の界面、及び、基板１１の外表面への入射角がより小さい角度に変わるので、これらの界面での全反射が抑えられ、光線ＢＰ１がそれぞれ導波モード光及び基板モード光となるのを防ぐことができ、光取出し効率が向上する。
【０１２０】
次に、本発明の第１実施形態の有機ＥＬ素子１０において、連通する孔部１７A、陽極孔部１２Ａ及び凹部１１Ａが基板１１の面内の少なくとも１方向に、発光光の波長と同等以下の周期で周期的に配置することによって、第２の誘電体層１７、陽極１２及び基板１１の凸部１１Ｂの積層体と有機層（孔部内側面被覆部１３ａ、陽極孔部内側面被覆部１３ｂ及び凹部内側面被覆部１３ｃの部分）とが回折格子をなす場合について、その回折格子による作用効果を、図４（ａ）を用いて模式的に説明する。図４（ａ）に矢印で示した光の伝播の仕方は、回折格子による作用効果の原理をわかりやすく説明するために模式的に示したものである。以下で述べる原理は、第２の誘電体層１７、陽極１２及び基板の凸部１１Ｂの屈折率と、孔部内側面被覆部１３ａ、陽極孔部内側面被覆部１３ｂ及び凹部内側面被覆部１３ｃの屈折率の大小関係には依らない。
【０１２１】
有機層１３に含まれる発光層のＤＰｉ点で発光した光のうち、陰極１４側に進んだ光が陰極１４と低屈折率層１５との界面に臨界角以上の大きな入射角で入射して（矢印ＤＰ１）全反射した場合（矢印ＤＰ１ｒ）、低屈折率層１５中にエバネッセント波（矢印ＤＰ２）が発生して、金属層１６と低屈折率層１５との界面まで滲み出し、表面プラズモンポラリトンＳＰＰ（矢印ＤＰ３）が励起される。
励起されたＳＰＰは、エバネッセント波（矢印ＤＰ４）との共鳴を介して、上述したように、所定の角度で陰極１４に放射され（矢印ＤＰ５）、有機層１３に取り出されうる。
ＤＰｏ点及びＤＰｅ点で発光した光についても同様である。
【０１２２】
陰極側構造（陰極１４、低屈折率層１５、金属層１６）から有機層１３のＤＰ点にまで取り出された光は、有機層を伝播して回折格子に入射する。入射した光は、回折格子によって、ある所定の方向（強め合う条件を満たす方向）に回折光として放射される。
回折光は、通常の屈折光と比べて、回折点毎の回折光が干渉しながら放出されているため、ある所定の角度に非常に強く光が放射される。
【０１２３】
ここで、矢印ＤＰＤ１や矢印ＤＰＤ２で示すように、基板１１（例えば、ガラス）と外部（例えば空気）との界面に、臨界角以下の入射角で入射する光は、そのまま外部に取り出される。この矢印ＤＰＤ１や矢印ＤＰＤ２で示す光は上記のように干渉により、他の伝播方向に比べ強め合っているため、ある特定の角度に強度が強い光を取り出すことが可能となり、光の取り出し効率が向上する。
一方で、矢印ＤＰＤ３で示すように、基板１１と外部との界面に、臨界角以上の角度で入射する光は、全反射（矢印ＤＰＤ３ｒ）して基板モード光となり、基板外部に取り出すことができない。また、図示していないが、有機層１３または陽極１２と基板１１の界面に、臨界角以上の入射角度で入射する光は全反射して導波モード光となり、同様に基板外部に取り出すことができない。
【０１２４】
このように全反射する光を減らし、効率的に光を取り出すためには、前記式（１２）を満たすように、金属層１６及び低屈折率層１５の材料、並びに、回折格子の周期（ピッチ）を選択することが好ましい。特に、数Ｎが小さいほど回折光の強度が高いので、できるだけ絶対値の小さいＮに対し、式（１２）を満たすように回折格子の周期等を選択することが好ましい。換言すると、このようなＮに対し、式（１２）を満たすようにすれば、回折格子により、ＳＰＰモード光から再放射された光を効率よく基板１１から外部へ取り出すことができ、光の取り出し効率を向上させることが可能となる。
【０１２５】
さらに、本発明の第１実施形態の有機ＥＬ素子１０において、連通する孔部１７Ａ、陽極孔部１２Ａ及び凹部１１Ａが、基板１１の面内の少なくとも１方向に発光光の波長と同程度以下の周期で周期的に配置される場合は、上述のように回折格子を形成していると見なせるとともに、一方ではフォトニック結晶を形成していると見ることもできる。そのフォトニック結晶による作用効果を、図４（ｂ）を用いて模式的に説明する。図４（ｂ）に矢印で示した光の伝播形態は、フォトニック結晶による作用効果の原理をわかりやすく説明するために模式的に示したものである。以下で述べる形態は、第２の誘電体層１７と孔部内側面被覆部１３ａの屈折率の大小関係には依らない。
【０１２６】
有機層１３に含まれる発光層のＥＰｉ点で発光した光のうち、陰極１４側に進んだ光が陰極１４と低屈折率層１５との界面に臨界角以上の大きな入射角で入射して（矢印ＥＰ１）全反射した場合（矢印ＥＰ１ｒ）、低屈折率層１５中にエバネッセント波（矢印ＥＰ２）が発生して、金属層１６と低屈折率層１５との界面まで滲み出し、表面プラズモンポラリトンＳＰＰ（矢印ＥＰ３）が励起される。
励起されたＳＰＰは、エバネッセント波（矢印ＥＰ４）との共鳴を介して、上述したように所定の角度で陰極１４に放射され（矢印ＥＰ５）、伝播光として有機層１３に取り出されうる。
ＥＰｏ点及びＥＰｅ点で発光した光についても同様である。
【０１２７】
陰極側構造（陰極１４、低屈折率層１５、金属層１６）から有機層１３のＥＰ点にまで取り出された光は、有機層を伝搬し、フォトニック結晶構造に入射する。ある方向に光の波長と同等以下の周期を有する屈折率変調構造体が存在する空間では、その方向にはフォトニックバンドギャップを生じ、バンドギャップ周波数域内の光は伝播できなくなる（光閉じ込め効果）。
本発明の第１実施形態においては、周期構造は第２の誘電体層１７、陽極１２及び基板凸部１１Ｂの積層体と有機層（孔部内側面被覆部１３ａ、陽極孔部内側面被覆部１３ｂ及び凹部内側面被覆部１３ｃ）によって形成されており、ここでフォトニックバンドギャップを生じうるのは、基板と平行な矢印ＥＰＤ２の方向である。従って、ＥＰＤ２の方向のフォトニックバンドギャップに対応するバンドギャップ周波数域内の光に対しては、この基板と平行な方向への伝播は禁制される。
【０１２８】
一方で、基板に垂直な方向については、フォトニック結晶をなす周期構造が形成されていないので、フォトニックバンドギャップは生じない。従って、有機層１３中に伝播光として取り出されたＳＰＰモード光はこの基板に垂直に近い方向に進むことになる。
フォトニック結晶構造がない場合、有機層１３中に取り出された光は、大部分が陽極１２（あるいは有機層１３）と基板１１の界面で全反射されて導波モード光になるか、基板１１の外表面で全反射されて基板モードとなるが、フォトニック結晶構造によって有機層中の光伝播方向が基板面に対して垂直に近い方向に変えられるため、全反射が抑えられ、外部への光取り出し効率が向上する。
【０１２９】
本実施形態においては、陽極孔部１２Ａが形成されているため、陽極材料による発光光の吸収損失がなく、光取り出し効率が向上する。また、連通する孔部１７Ａ、陽極孔部１２Ａ及び基板凹部１１Ａが形成されていることにより、この連通する孔に内部充填される有機層１３において、発光層が深さ方向で第２の誘電体層１７の位置に存在する確率が高くなる。これにより、発光層から基板１１に対して平行に近い方向で放射される光（導波モード光になりやすい光）が孔部１７Ａの内側面１７ａに有効に入射して、その進行方向が基板面に対して垂直に近い方向に変えられ、光取り出し効率が向上する。
【０１３０】
［第２の実施形態］
図５は、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。第２の実施形態に係る有機ＥＬ素子は、いわゆるボトムエミッション構造であっても、トップエミッション構造であってもよく、何れの構造を適用してもよい。また、本実施形態では、陰極上の第１の誘電体層として低屈折率層を採用した場合を例に挙げて説明するが、これには限定されず、第１の実施形態で説明したように、高屈折率層を採用しても構わない。
【０１３１】
図５に示す例の有機ＥＬ素子２０は、陽極２２と、有機ＥＬ材料からなる発光層を含む有機層２３と、陰極２４とを順に具備する有機ＥＬ素子３０である。さらに、陰極２４の、有機層２３の反対側に、低屈折率層２５と金属層２６とを順に具備するとともに、陽極２２と前記陰極２４との間に、複数の孔部２７Ａ（図１４（ａ）参照）を備えた第２の誘電体層２７を具備する。有機層２３は、少なくとも、孔部２７Ａの内側面２７ａを被覆する孔部内側面被覆部２３ａを有するものであり、第２の誘電体層２７の屈折率は孔部内側面被覆部２３ａと異なるものであり、陰極２４は、透明導電材料からなり、低屈折率層２５の屈折率は、有機層２３の屈折率よりも低いものであって、有機層２３は、さらに、第２の誘電体層２７及び孔部内側面被覆部２３ａと陰極２４との間に配置する層状部２３ｂを有する。ここで、図５（ａ）は、第２の誘電体層２７の屈折率が孔部内側面被覆部２３ａの屈折率よりも大きい場合の有機ＥＬ素子を示し、一方、図５（ｂ）は、第２の誘電体層２７の屈折率が孔部内側面被覆部２３ａの屈折率よりも小さい場合の有機ＥＬ素子を示す。
【０１３２】
そして、本実施形態の有機ＥＬ素子２０は、上述した第１の実施形態の有機ＥＬ素子１０と同様、陽極（第１電極）２２及び陰極（第２電極）２４の何れもが、有機層（発光層）２３の発光波長に対して透明であり、陰極２４が、金属元素がドープされたＺｎＯからなる構成を採用するものである。本実施形態における説明では、このような陰極の構成及び作用効果は、第１の実施形態と同様であることから、その詳しい説明を省略する。
【０１３３】
図５（ａ）、（ｂ）において、有機ＥＬ素子２０は、基板２１から光を取り出す場合（図中における基板は実線の領域）と金属層２６側から取り出す場合（図中における基板は二点鎖線の領域）を示している。以下、基板２１が陽極２２側に存在し、基板側から光を取り出すボトムエミッション構造を例に説明する。
【０１３４】
なお、有機層２３よりも低い屈折率を有する材料からなる低屈折率層２５は、空気層を含んでなる低屈折率層であってもよい。
また、孔部内側面被覆部２３ａは、有機層２３を構成する層のうちの一部によって構成されていてもよい。
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うち、平均の屈折率をいう。
【０１３５】
図７（ａ）、（ｂ）は、何れも本発明の第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斜視図であるが、図７（ａ）は、平面視で第２の誘電体層の孔部２７Ａが島部を構成する有機ＥＬ素子、図７（ｂ）は、平面視で第２の誘電体層が島部を構成する有機ＥＬ素子を説明するための斜視図である。図７（ｂ）における第２の誘電体層の島部２７Ｂの外側面部は、図７（ａ）における孔部２７Ａの内側面と同様に、入射する光を基板２１側に屈折させる効果を奏する。
従って、第２の誘電体層２７が海島構造の海部であっても、あるいは島部であっても、同様の効果を奏するため、以下の説明は図７（ａ）に示す構造に基づいて行うものとする。
【０１３６】
第２の誘電体層２７の孔部２７Ａが基板面内の少なくとも一方向に配置される周期が発光光の波長以上の場合には、孔部の形状は、その内側面で光を基板側へ屈折させる効果を奏するものであれば、特に限定されない。なお、図５（ａ）及び図５（ｂ）には、孔部２７Ａの内側面２７ａを基板面に対して垂直に近い角度で配置するように描かれているが、かかる構成には限定されない。図５（ａ）に示すように、第２の誘電体層２７の屈折率が孔部内側面被覆部２３ａの屈折率よりも高い場合は、孔部２７Ａの内側面２７ａと、内側面１７ａの下端から基板面に平行に延びる仮想面がなす角度で、孔部２７Ａの内側の角度θ１は、９０°〜１３５°が好ましく、９０°〜１２０°がより好ましい（図５（ａ）の孔部２７Ａの底面は、基板面に平行であると仮定して描いている。）。
【０１３７】
一方、図５（ｂ）に示すように、第２の誘電体層２７の屈折率が有機層の孔部内側面被覆部２３ａの屈折率よりも低い場合は、孔部２７Ａの内側面２７ａと、内側面１７ａの下端から基板面に平行に延びる仮想面がなす角度で、孔部２７Ａの内側の角度θ１は６０°〜１３５°が好ましく、６０°〜１２０°がより好ましい（図５（ｂ）の孔部２７Ａの底面は、基板面に平行であると仮定して描いている。）。
孔部２７Ａの内側面２７ａの傾斜角を上記のような角度とすることにより、ＳＰＰモード光から再放射された伝播光と発光位置から陽極側へ向かう導波モード光が孔部２７Ａの内側面２７ａに入射して基板２１側に屈折し、基板２１の外表面から外部へ取り出されやすくなる。
【０１３８】
一方で、隣接する孔部２７Ａが配置される周期が発光光の波長と同等以下の場合には、孔部２７Ａの形状は、回折の効果やフォトニック結晶による効果を奏するものであれば特に限定はされないが、発光した光をより基板側に取り出す観点からは、孔部内側面被覆部２３ａと第２の誘電体層２７の屈折率の大小関係に依らず、孔部２７Ａの内側面２７ａは基板面に対して垂直に近い角度で配置されることが好ましい。
これは、孔部２７Ａの内側面２７ａが基板面に対して垂直に近い角度で配置されることによって、第２の誘電体層の孔部の側面２７ａを横切る基板面内方向において、屈折率の変調が急峻になるためである。屈折率の変調が急峻な場合、フォトニック結晶では基板面内方向に光が伝播できなくなるバンドギャップの周波数域が広くなり、より効率的に有機層２３で発光した光を外部へ取り出すことができる。また回折格子でも基板面に垂直な方向への光の回折効率が向上するため、同様に素子外部への光取り出しが向上する。
また、図７（ｂ）のように、第２の誘電体層が島部２７Ｂを構成する場合についても、島部の形状に関して、上記と同様のことが言える。
【０１３９】
本発明の有機ＥＬ素子は、上記のようにトップエミッション型、ボトムエミッション型の有機ＥＬ素子の何れにも適用できる。ボトムエミッション型に適用する場合には、基板２１は、基板２１の材料及び厚さとしては、第１の実施形態の基板１と同様のものを用いることができる。トップエミッション型に適用する場合には、上記記載と同様なものの他に、不透明なものも使用できる。具体的には、例えば銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、タングステン（Ｗ），チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）、アルミニウム（Ａｌ）の単体金属、またはこれらを含んだ合金、あるいはステンレスなどからなる材料からなる基板、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を用いることができる。
【０１４０】
陽極２２の材料及び厚さとしては、第１の実施形態の陽極材料と同様のものを用いることができる。
【０１４１】
図７（ａ）に示すように、第２の誘電体層２７の複数の孔部２７Ａの内側面２７ａが有機層２３（図５の孔部内側面被覆部２３ａ）によって被覆されている場合は、孔部内側面被覆部２３ａが内側面２７ａを被覆していれば、有機層２３が孔部２７Ａを充填する構成でも、一部を埋める構成でもよい。
また、図７（ｂ）に示すように、第２の誘電体層の島部２７Ｂの外側面２７ｂが有機層２３（図示しない凸部外側面被覆部）によって被覆されている場合は、凸部外側面被覆部が外側面２７ｂを被覆していれば、第２の誘電体層の島部２７Ｂの全表面を覆う構成でも、その一部を覆う構成でもよい。
上記のように、第２の誘電体層２７の周辺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、孔部内側面被覆部２３ａの屈折率をいう。
第２の誘電体層２７の材料及び厚さとしては、第１の実施形態の陽極材料と同様のものを用いることができる。
【０１４２】
孔部が周期的に配置する構成とする場合には、孔部が配置される周期は、第１の実施形態と同様に、式（１２）を満たすように選択する。
【０１４３】
また、陰極側構造（陰極２４、低屈折率層２５、金属層２６）は、その構成及び材料としては、第１の実施形態と同様のものを用いることができる。
【０１４４】
有機層２３は、孔部２７Ａの内側面２７ａを被覆する孔部内側面被覆部２３ａと、第２の誘電体層２７及び孔部内側面被覆部２３ａと陰極２４との間に配置する層状部２３ｂを有している。第２の誘電体層の島部２７Ｂを有する場合も、同じように層状部２３ｂを有する。
発光層の材料としては、第１の実施形態と同様に、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。
また、有機層２３が、有機ＥＬ材料からなる発光層（有機発光層）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いてもよいことについても、第１の実施形態と同様である。
【０１４５】
次に、本実施形態の有機ＥＬ素子の作用効果を、図５（ａ）、（ｂ）を用いて模式的に説明する。図５に矢印で示した光の伝播の形態は、作用効果の原理をわかりやすく説明するために模式的に示したものである。この形態は、第２の誘電体層２７の屈折率と、孔部内側面被覆部２３ａとの大小関係によって異なり、図５（ａ）は、前者が後者より高い場合の説明図、図５（ｂ）は、前者が後者より低い場合の説明図である。
なお、ＳＰＰモード光の伝播光としての取り出しについては、第１の実施形態に係る有機ＥＬ素子の場合と同じである。
【０１４６】
まず、第２の誘電体層２７の屈折率と孔部内側面被覆部２３ａとの屈折率の大小関係に依らず、有機層２３に含まれる発光層のＡＱｉ点で発光した光のうち、陰極２４側に進んだ光が、陰極２４と低屈折率層２５との界面に臨界角以上の大きい入射角で入射して（矢印ＡＱ１）全反射した場合（矢印ＡＱ１ｒ）、低屈折率層２５中にエバネッセント波（矢印ＡＱ２）が発生して、金属層２６と低屈折率層２５との界面まで滲み出し、表面プラズモンポラリトンＳＰＰ（矢印ＡＱ３）が励起される。
励起されたＳＰＰモード光は、エバネッセント波（矢印ＡＱ４）との共鳴を介して、所定の角度で陰極２４に放射され（矢印ＡＱ５）、伝播光として有機層２３に取り出されうる。
図５（ａ）、（ｂ）において、発光点（あるいは発光箇所）ＡＱｉは、平面視して孔部２７Ａと重なる位置（有機層２３を介して陽極２２と対面する位置）の発光点を示すものであり（以下、この点での発光を「ｉｎ発光」ということがある。）、発光点ＡＱｏは、平面視して第２の誘電体層２７と重なる位置の発光点を示すものであり（以下、この点での発光を「ｏｕｔ発光」ということがある。）、また、発光点Ａｅは、「ｉｎ発光」と「ｏｕｔ発光」との境界位置での発光を示すもの（以下、この点での発光を「ｉｎ−ｏｕｔ端発光」ということがある。）である。「ｏｕｔ発光」及び「ｉｎ−ｏｕｔ端発光」については、陰極２４と低屈折率層２５との界面での全反射光を示す矢印は省略している。
また、この作用効果の説明では「ｉｎ発光」の場合についてのみ詳細に説明しているが、「ｏｕｔ発光」及び「ｉｎ−ｏｕｔ端発光」についても、ＳＰＰ（矢印ＡＱ３）励起後の光の伝播は「ｉｎ発光」の場合と同様である。
なお、電流は陰極と陽極との間に流れるので、「ｉｎ発光」の方が「ｏｕｔ発光」よりも発光量が多い。
【０１４７】
次に、第２の誘電体層２７の屈折率が孔部内側面被覆部２３ａの屈折率よりも高い場合は、図５（ａ）のように陰極側構造（陰極２４、低屈折率層２５、金属層２６）から有機層２３のＢＱ点にまで取り出された光は、取り出される角度によって、ＢＱ１のように伝播して基板２１まで取り出される。
即ち、ＢＱ点から有機層２３を通って進む光ＢＱ１（導波モード光）は、第２の誘電体層２７と孔部内側面被覆部２３ａとの界面（孔部２７Ａの内側面２７ａ）で屈折し、有機層２３を透過し、基板２１内を通って外部に取り出されうる。
ここで、光ＢＱ１が第２の誘電体層２７から孔部内側面被覆部２３ａへ進む際、第２の誘電体層２７と孔部内側面被覆部２３ａとの界面（孔部２７Ａの内側面２７ａ（基板２１の法線方向に延びる、第２の誘電体層２７と有機層２３との界面））における屈折により、光ＢＱ１の基板２１への入射角はより小さい角度に変わる。
陽極２２と基板２１との界面に臨界角以上の入射角で入射する光は、界面で全反射して導波モード光となるが、光ＢＱ１は孔部内側面２７ａでの屈折によって基板２１への入射角がより小さい角度に変わるので、陽極２２と基板２１との界面で全反射をしない光が増えて、光ＢＱ１が導波モード光となるのを防ぐ。また、基板２１の外表面（空気との界面）に臨界角以上の入射角で入射する光は、全反射して基板モード光となるが、同様に、光ＢＱ１は、この内側面２７ａでの屈折により、基板２１から空気への入射角がより小さい角度に変わるので、基板２１の外表面で全反射をしない光が増えて光取り出し効率が向上する。即ち、孔部２７Ａの内側面２７ａを備える構成を有することにより、光取り出し効率が向上する。
【０１４８】
また、有機層２３に含まれる発光層のＣＱ点で発光した光のうち、光ＣＱ１は基板に対して垂直方向に基板側に進む光であり、有機層２３と陽極２２との界面及び陽極２２と基板２１との界面でも屈折することなく、陽極２２内、基板２１内を進み、外部に取り出される。
【０１４９】
また、光ＣＱ２は孔部２７Ａの内側面２７ａにおいて基板２１側に屈折し、有機層２３、陽極２２、基板２１内を通って外部に取り出されうる。この界面（内側面２７ａ）がない構成では、基板２１と陽極２２の界面及び基板２１の外表面で全反射を生じ得るが、この界面（内側面２７ａ）を有することにより、孔部２７Ａの内側面２７ａでの屈折によって有機層内伝播光の基板２１への入射角がより小さい角度に変わるので、陽極２２と基板２１の界面、基板２１の外表面で全反射しない光が増えて光取り出し効率が向上する。即ち、孔部２７Ａの内側面２７ａを備える構成を有することにより、光取り出し効率が向上する。
光ＣＱ３も同様に、孔部２７Ａの内側面２７ａにおいて、基板２１側に屈折することにより、導波モード光及び基板モード光とならずに、有機層２３、陽極２２、基板２１内を通って外部に取り出されうる。
【０１５０】
一方、第２の誘電体層２７の屈折率が孔部内側面被覆部２３ａの屈折率よりも低い場合は、図５（ｂ）に示すように励起されたＳＰＰモード光ＡＱ３がエバネッセント波との共鳴を介して有機層２３中に取り出されるまでは、第２の誘電体層２７の屈折率が孔部内側面被覆部２３ａの屈折率よりも高い場合（図５（ａ））と同様である。
一方、有機層に取り出された光は、図５（ｂ）に示す光ＢＱ１のように伝播して、外部まで取り出される。即ち、ＢＱ点から有機層２３を通って進む光ＢＱ１は、孔部内側面被覆部２３ａと第２の誘電体層２７との界面（孔部２７Ａの内側面２７ａ）で屈折し、第２の誘電体層２７内を進む。このとき、内側面２７ａでの屈折により、陽極２２と基板２１の界面、及び基板２１の外表面への入射角がより小さい角度に変わるので、これら界面での全反射が抑えられ、光ＢＱ１がそれぞれ導波モード光および基板モード光となるのを防ぐことができ、光取出し効率が向上する。
【０１５１】
次に、本発明の第２実施形態の有機ＥＬ素子２０において、孔部２７Ａが基板２１の面内の少なくとも１方向に、発光光の波長と同等以下の周期で周期的に配置されることにより、第２の誘電体層２７と孔部内側面２７ａを被覆する有機層２３ａとが回折格子をなす場合について、その回折格子による作用効果を、図６（ａ）を用いて模式的に説明する。図６（ａ）中の矢印で示した光の伝播の形態は、回折格子による作用効果の原理をわかりやすく説明するために模式的に示したものである。以下で述べる原理は、第２の誘電体層２７と孔部内側面被覆部２３ａの屈折率の大小関係にはよらない。
【０１５２】
有機層２３に含まれる発光層のＤＱｉ点で発光した光のうち、陰極２４側に進んだ光が、陰極２４と低屈折率層２５との界面に臨界角以上の大きな入射角で入射して（矢印ＤＱ１）全反射した場合（矢印ＤＱ１ｒ）、低屈折率層１５中にエバネッセント波（矢印ＤＱ２）が発生して、金属層２６と低屈折率層２５との界面まで滲み出し、表面プラズモンポラリトンＳＰＰ（矢印ＤＱ３）が励起される。
励起されたＳＰＰは、エバネッセント波（矢印ＤＱ４）との共鳴を介して、上述したように、所定の角度で陰極２４に放射され（矢印ＤＱ５）、有機層２３に取り出されうる。
ＤＱｏ点及びＤＱｅ点で発光した光についても同様である。
【０１５３】
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ＤＱ点にまで取り出された光は、有機層を伝播し、回折格子に入射する。入射した光は、回折格子により、ある所定の方向（強め合う条件を満たす方向）に回折光が放射される。
回折光は、通常の屈折光と比べて、回折点毎の回折光が干渉しながら放出されているため、ある所定の角度に非常に強く光が放射される。
ここで、矢印ＤＱＤ１や矢印ＤＱＤ２で示すように、基板２１（例えば、ガラス）と外部（例えば、空気）との界面に、臨界角以下の入射角で入射する光は、そのまま外部に取り出される。この矢印ＤＱＤ１や矢印ＤＱＤ２で示す光は、上記のような干渉により、他の伝播方向に比べ強め合っているため、ある特定の角度に強度が強い光を取り出すことが可能となり、光の取り出し効率が向上する。
一方、矢印ＤＱＤ３で示すように、基板２１の外表面に、臨界角以上の角度で入射する光は、全反射（矢印ＤＱＤ３ｒ）して基板モード光となり、基板外部に取り出すことができない。また、図示していないが、陽極２２（あるいは有機層２３）と基板２１との界面に、臨界角以上の入射角度で入射する光は全反射して導波モード光となり、同様に基板外部に取り出すことはできない。
このように、全反射する光を減らし、効率的に光を取り出すためには、前記式（１２）を満たすように、金属層２６及び低屈折率層２５の材料、並びに、回折格子の周期（ピッチ）を選択することが好ましい。特に、次数Ｎが小さいほど回折光の強度が高いので、できるだけ絶対値の小さなＮに対し、式（１２）を満たすように回折格子の周期等を選択することが好ましい。換言すると、このようなＮに対し式（１２）を満たすようにすれば、回折格子により、ＳＰＰモード光から再放射された光を効率よく基板２１から外部へ取り出すことができ、光の取り出し効率を向上させることができる。
【０１５４】
さらに、本発明の第２実施形態の有機ＥＬ素子２０において、孔部２７Ａが、基板２１の面内の少なくとも１方向に発光光の波長と同程度以下の周期で周期的に配置される場合は、上述のように、回折格子を形成していると見なせるとともに、一方ではフォトニック結晶を形成していると見ることもできる。そのようなフォトニック結晶による作用効果を、図６（ｂ）を用いて模式的に説明する。図６（ｂ）に矢印で示した光の伝播の形態は、フォトニック結晶による作用効果の原理をわかりやすく説明するために模式的に示したものである。以下で述べる原理は、第２の誘電体層２７と孔部内側面被覆部２３ａの屈折率の大小関係にはよらない。
【０１５５】
有機層２３に含まれる発光層のＥＱｉ点で発光した光のうち、陰極２４側に進んだ光が陰極２４と低屈折率層２５との界面に臨界角以上の大きな入射角で入射して（矢印ＥＱ１）全反射した場合（矢印ＥＱ１ｒ）、低屈折率層２５中にエバネッセント波（矢印ＥＱ２）が発生して、金属層２６と低屈折率層２５との界面まで滲み出し、表面プラズモンポラリトンＳＰＰ（矢印ＥＱ３）が励起される。
励起されたＳＰＰは、エバネッセント波（矢印ＥＱ４）との共鳴を介して、上述したように所定の角度で陰極２４に放射され（矢印ＥＱ５）、伝播光として有機層２３に取り出されうる。
ＥＱｏ点及びＥＱｅ点で発光した光についても同様である。
【０１５６】
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ＥＱ点にまで取り出された光は、有機層を伝搬し、フォトニック結晶構造に入射する。ある方向に、光の波長と同等以下の周期を有する屈折率変調構造体が存在する空間では、その方向にはフォトニックバンドギャップを生じ、バンドギャップ周波数域内の光は伝播できなくなる（光閉じ込め効果）。
第２の実施形態においては、周期構造は第２の誘電体層２７と孔部内側面２７ａを被覆する孔部内側面被覆部２３ａによって形成されており、ここでフォトニックバンドギャップを生じうるのは基板と平行な矢印ＥＱＤ２の方向である。従って、ＥＱＤ２の方向に対応するバンドギャップ周波数域内の光に対しては、この基板と平行な方向への伝播は禁制される。
一方で、基板に垂直な方向については、フォトニック結晶をなす周期構造が形成されていないので、フォトニックバンドギャップは生じない。従って、有機層２３中に伝播光として取り出されたＳＰＰモード光は、この基板に垂直に近い方向（ＥＱＤ１の方向）に進むことになる。
フォトニック結晶構造がない場合、有機層２３中に取り出された光は大部分が陽極２２（あるいは有機層２３）と基板２１の界面で全反射されて導波モード光になるか、基板２１の外表面で全反射されて基板モードとなるが、フォトニック結晶構造によって有機層中の光伝播方向が基板面に対して垂直に近い方向に変えられるため、これらの界面での全反射が抑えられ、外部への光取り出し効率が向上する。
【０１５７】
以上、第２実施形態において、第２の誘電体層が海島構造の海部を構成する場合を例に説明を行った。しかし、第２の誘電体層が海島構造の島部を構成する場合についても、海部を構成する場合と較べて、屈折率変調構造における孔部（または島部）の周期（ピッチ）とサイズが等しい場合は同様の屈折の効果を有するため、同様の作用効果が得られる。また、回折格子やフォトニック結晶の効果についても同様である。
【０１５８】
［第３の実施形態］
図８（ａ）、（ｂ）は、本発明の第３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。第３の実施形態に係る有機ＥＬ素子は、いわゆるボトムエミッション構造であっても、トップエミッション構造であっても、何れの構造を適用してもよい。また、本実施形態でも、  陰極上の第１の誘電体層として低屈折率層を採用した場合を例に挙げて説明するが、これには限定されず、第１、２の実施形態で説明したように、高屈折率層を採用しても構わない。
【０１５９】
図８（ａ）、（ｂ）に示す有機ＥＬ素子３０は、陽極３２と、有機ＥＬ材料からなる発光層を含む有機層３３と、陰極３４とを順に具備する有機ＥＬ素子４０である。さらに、有機ＥＬ素子３０は、陰極３４の、有機層３３の反対側に、低屈折率層３５と金属層３６とを順に具備するとともに、陽極３２と陰極３４との間に、複数の孔部３７Ａ（図１６（ａ）参照）を備えた第２の誘電体層３７を具備する。また、有機層３３は、少なくとも、孔部３７Ａの内側面３７ａを被覆する孔部内側面被覆部３３ａを有するものであり、第２の誘電体層３７の屈折率は孔部内側面被覆部３３ａと異なるものである。陰極３４は、透明導電材料からなり、低屈折率層３５の屈折率は、有機層３３の屈折率よりも低いものであって、陽極３２は、孔部３７Ａに連通する陽極孔部（第１電極孔部）３２Ａを備える。さらに、有機層３３は、陽極孔部３２Ａの陽極孔部内側面３２ａを被覆する陽極孔部内側面被覆部３３ｂと、第２の誘電体層３７及び孔部内側面被覆部３３ａと陰極３４との間に配置する層状部３３ｃを有する。
ここで、図８（ａ）は第２の誘電体層３７の屈折率が孔部内側面被覆部３３ａの屈折率よりも大きい有機ＥＬ素子を示し、一方、図８（ｂ）は第２の誘電体層３７の屈折率が孔部内側面被覆部３３ａの屈折率よりも小さい有機ＥＬ素子を示す。
【０１６０】
図８（ａ）、（ｂ）において、有機ＥＬ素子３０は、基板１１から光を取り出す場合（図中における基板は実線の領域）と金属層３６側から取り出す場合（図中における基板は二点鎖線の領域）を示している。以下、基板３１が陽極３２側に存在し、基板側から光を取り出すボトムエミッション構造を例に説明する。
なお、有機層３３より低い屈折率を有する材料からなる低屈折率層は、空気層を含んでいてもよい。
また、孔部内側面被覆部及び陽極孔部内側面被覆部は、有機層を構成する層のうちの一部によって構成されていてもよい。
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うち、平均の屈折率をいう。
【０１６１】
図１０（ａ）、（ｂ）は、何れも本発明の第３の実施形態に係る有機ＥＬ素子の一例を説明するための斜視図であるが、図１０（ａ）は、平面視で、孔部３７Ａと、これに連通する陽極孔部３２Ａが配列した場合、図１０（ｂ）は、互いに連結された陽極凸部３２Ｂが突起状に配列し、その陽極凸部パターン上に、平面視で同形状の誘電体膜を島状に形成した誘電体島状部３７Ｂを有する有機ＥＬ素子の、その他の例を説明するための斜視図である。図１０（ｂ）における誘電体島状部３７Ｂは、図１０（ａ）における孔部３７Ａと同様に、有機層３３側から入射する光を基板３１の法線寄りの方向に屈折させる効果を奏する。従って、図１０（ａ）に示す構成のみならず、陽極３２及び第２の誘電体層３７の積層体と有機層３３の海島の関係が図１０（ａ）とは逆である、図１０（ｂ）の構成を用いることもできる。但し、この場合には、各陽極凸部３２Ｂ間の導通を確保するために、基板３１上で陽極凸部３２Ｂを形成しない領域にも陽極の層状部を形成する必要がある。
従って、第２の誘電体層３７が海島構造の海部であっても、あるいは島部であっても、同様の効果を奏するため、以下の説明は図１０（ａ）の構造について行う。
【０１６２】
そして、本実施形態の有機ＥＬ素子３０も、上述した第１、２の実施形態の有機ＥＬ素子１０、２０と同様、陽極（第１電極）３２及び陰極（第２電極）３４の何れもが、有機層（発光層）３３の発光波長に対して透明であり、陰極３４が、金属元素がドープされたＺｎＯからなる構成を採用するものである。本実施形態における説明では、このような陰極の構成及び作用効果は、第１の実施形態と同様であることから、その詳しい説明を省略する。
【０１６３】
連通する孔部３７Ａ及び陽極孔部３２Ａが、基板面内の少なくとも一方向に配置される周期（ピッチ）が発光光の波長以上の場合には、孔部の形状は、それらの内側面で光を基板側へ屈折させる効果を奏するものであれば、特に限定はされない。
なお、図８（ａ）及び図８（ｂ）には、孔部３３Ａの内側面３３ａを基板面に対して垂直に近い角度で配置するように描かれているが、かかる構成には限定されない。図８（ａ）に示すように、第２の誘電体層３７の屈折率が孔部内側面被覆部３３ａの屈折率より高い場合は、孔部３７Ａの内側面３７ａと基板面がなす角度で、孔部３７Ａの内側の角度θ１は９０°〜１３５°が好ましく、９０°〜１２０°がより好ましい。
一方、図８（ｂ）に示すように、第２の誘電体層３７の屈折率が、有機層の孔部内側面被覆部３３ａの屈折率よりも低い場合は、孔部３７Ａの内側面３７ａと基板面がなす角度で、孔部３７Ａの内側の角度θ１は６０°〜１３５°が好ましく、６０°〜１２０°がより好ましい。
孔部３７Ａの内側面３７ａの傾斜角を上記のような角度とすることにより、ＳＰＰモードから放射された伝播光と、発光位置から陽極側へ向かう導波モード光が、孔部３７Ａの内側面３７ａに入射して基板３１側に屈折し、基板３１の外表面から外部へ取り出されやすくなる。
【０１６４】
一方で、隣接する孔部３７Ａ及び陽極孔部３２Ａが配置される周期が、発光光の波長と同等以下の場合には、孔部３７Ａ及び陽極孔部３２Ａの形状は、回折の効果やフォトニック結晶による効果を奏するものであれば、特に限定はされないが、発光した光をより基板側に取り出す観点からは、孔部及び陽極孔部の内側面は基板面に対して垂直に近い角度で配置されることが好ましい。
これは、孔部及び陽極孔部の内側面が基板面に対して垂直に近い角度であることにより、孔部３７Ａの側面３７ａを横切る基板面内方向において、屈折率の変調が急峻になるためである。このように、屈折率の変調が急峻な場合、フォトニック結晶では基板面内方向に光が伝播できなくなるバンドギャップの周波数域が広くなり、より効率的に有機層３３から外部へ光を取り出すことができる。また回折格子でも、基板方向への光の回折効率が向上するため、同様に素子外部への光取り出しが向上する。
上記のように、孔部及び陽極孔部を誘電体島状部及び陽極凸部としても形状に関して、同様のことが言える。
【０１６５】
本発明の有機ＥＬ素子は、上記のように、トップエミッション型、ボトムエミッション型の有機ＥＬ素子の何れにも適用できる。基板３１の材料及び厚さとしては、トップエミッション型、ボトムエミッション型それぞれについて、第２の実施形態の基板２１と同様なものを用いることができる。
【０１６６】
図１０（ａ）に示すように、連通する複数の第２の誘電体層２７の孔部２７Ａと陽極孔部３２Ａの内側面が有機層３３（図８の孔部内側面被覆部３３ａ及び陽極孔部内側面被覆部３３ｂ）によって被覆されている場合は、孔部内側面被覆部３３ａが孔部３７Ａの内側面３７ａを被覆し、且つ、陽極孔部内側面被覆部３３ｂが陽極孔部内側面３２ａを被覆していれば、孔部３７Ａ及び陽極孔部３２Ａを充填する構成でも、その一部を埋める構成でもよい。
また、図１０（ｂ）に示すように、誘電体島状部３７Ｂ及び陽極凸部３２Ｂが有機層３３（図示しない凸部外側面被覆部）によって被覆されている場合は、凸部外側面被覆部が誘電体島状部３７Ｂの外表面３７ｂ及び陽極凸部３２Ｂの外表面３２ｂを被覆していれば、誘電体島状部３７Ｂ及び陽極凸部３２Ｂの全表面を覆う構成でも、その一部を覆う構成でもよい。
【０１６７】
上記のように第２の誘電体層３７の周辺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、孔部内側面被覆部３３ａの屈折率をいう。
誘電体層３７の材料及び厚さ、並びに陽極３２の材料及び厚さとしては、それぞれ第１の実施形態と同様なものを用いることができる。
【０１６８】
孔部及び陽極孔部が周期的に配置される構成とする場合には、孔部及び陽極孔部が配置される周期は、第１の実施形態と同様に、式（１２）を満たすように選択する。
【０１６９】
また、陰極側構造（陰極３４、低屈折率層３５、金属層３６）は、その構成及び材料としては第１の実施形態と同様のものを用いることができる。
【０１７０】
有機層３３は、孔部３７Ａの内側面３７ａを被覆する孔部内側面被覆部３３ａと、陽極孔部３２Ａの内側面を被覆する陽極孔部内側面被覆部３３ｂと、第２の誘電体層３７及び孔部内側面被覆部３３ａと陰極３４との間に配置する層状部３３ｃを有している。
発光層の材料としては、第１の実施形態と同様に、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。
また、有機層３３が、有機ＥＬ材料からなる発光層（有機発光層）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ことも、第１の実施形態と同様である。
【０１７１】
次に、本発明の第３の実施形態の有機ＥＬ素子の作用効果を、図８（ａ）、（ｂ）を用いて模式的に説明する。図８に矢印で示した光の伝播の形態は、作用効果の原理をわかりやすく説明するために模式的に示したものである。この形態は、第２の誘電体層３７の屈折率と孔部内側面被覆部３３ａとの大小関係によって異なり、図８（ａ）は前者が後者より高い場合の説明図、図８（ｂ）は前者が後者より低い場合の説明図である。
なお、ＳＰＰモード光の伝播光としての取り出しについては、第１の実施形態に係る有機ＥＬ素子の場合と同じである。
【０１７２】
まず、第２の誘電体層３７の屈折率と孔部内側面被覆部３３ａとの屈折率の大小関係によらず、有機層３３に含まれる発光層のＡＲｉ点で発光した光のうち、陰極３４側に進んだ光が陰極３４と低屈折率層３５との界面に臨界角以上の大きい入射角で入射して（矢印ＡＲ１）全反射した場合（矢印ＡＲ１ｒ）、低屈折率層３５中にエバネッセント波（矢印ＡＲ２）が発生して、金属層３６と低屈折率層３５との界面まで滲み出し、表面プラズモンポラリトンＳＰＰ（矢印ＡＲ３）が励起される。
励起されたＳＰＰは、エバネッセント波（矢印ＡＲ４）との共鳴を介して、所定の角度で陰極３４に放射され（矢印ＡＲ５）、伝播光として有機層３３に取り出されうる。
図８（ａ）、（ｂ）において、発光点（あるいは発光箇所）ＡＲｉは、平面視して孔部３７Ａと重なる位置の発光点を示すものであり（以下、この点での発光を「ｉｎ発光」ということがある。）、発光点ＡＲｏは、平面視して第２の誘電体層３７と重なる位置の発光点を示すものであり（以下、この点での発光を「ｏｕｔ発光」ということがある。）、また、発光点Ａｅは、「ｉｎ発光」と「ｏｕｔ発光」との境界位置での発光を示すもの（以下、この点での発光を「ｉｎ−ｏｕｔ端発光」ということがある。）である。ここで、「ｏｕｔ発光」及び「ｉｎ−ｏｕｔ端発光」については、陰極３４と低屈折率層３５との界面での全反射光を示す矢印は省略している。
また、この作用効果の説明では、「ｉｎ発光」の場合についてのみ詳細に説明しているが、「ｏｕｔ発光」及び「ｉｎ−ｏｕｔ端発光」についても、ＳＰＰ（矢印ＡＰ３）励起後の光の伝播は「ｉｎ発光」の場合と同様である。
なお、電流は陰極と陽極との間に流れる。この構成では、第２の誘電体層３７が陰極３４と陽極３２との間に有するため、発光点ＡＲｏでの発光である「ｏｕｔ発光」は、電流が流れにくいルートにおける発光となる。これに対して、「ｉｎ発光」は、第２の誘電体層３７が、陰極３４と陽極３２との間の電流の流れを直接妨げる位置にないルートにおける発光となる。このため、「ｉｎ発光」の方が「ｏｕｔ発光」より発光量が多い。
【０１７３】
次に、第２の誘電体層３７の屈折率が孔部内側面被覆部３３ａの屈折率よりも高い場合は、図８（ａ）に示すように、陰極側構造（陰極３４、低屈折率層３５、金属層３６）から有機層３３のＢＲ点にまで取り出された光は、取り出される角度により、ＢＲ１のように伝播して基板１１まで取り出される。
即ち、ＢＲ点から有機層１３を通って進む光ＢＲ１（導波モード光）は、孔部３７Ａの内側面３７ａ（基板３１に対してほぼ垂直に延びる、第２の誘電体層３７と孔部内側面被覆部３３ａとの界面）において基板３１側に屈折し、有機層３３を透過し、基板３１内を通って外部に取り出されうる。
ここで、光ＢＲ１が第２の誘電体層３７から孔部内側面被覆部３３ａへ進む際、第２の誘電体層３７と孔部内側面被覆部３３ａとの界面（孔部３７Ａの内側面３７ａ（基板３１の法線方向に延びる、第２の誘電体層３７と有機層３３との界面））における屈折により、光ＢＲ１の基板３１への入射角はより小さい角度に変わる。
有機層３３（あるいは陽極３２）と基板３１との界面に臨界角以上の入射角で入射する光は、界面で全反射して導波モード光となるが、光ＢＲ１は孔部内側面３７ａでの屈折によって基板３１への入射角がより小さい角度に変わるので、有機層３３（あるいは陽極２２）と基板２１との界面での全反射が生じない光が増え、光ＢＲ１が導波モード光となるのを防ぐ。また、基板３１の外表面（空気との界面）に臨界角以上の入射角で入射する光は、全反射して基板モード光となるが、同様に、孔部３７Ａの内側面３７ａでの屈折により、基板３１から空気への光ＢＲ１の入射角がより小さい角度に変わるので、基板３１の外表面で全反射をしない光が増えて光取り出し効率が向上する。即ち、孔部３７Ａの内側面３７ａを備える構成を有することにより、光取り出し効率が向上する。
【０１７４】
この構成においては、陰極３４と陽極３２との間の最短距離近傍が最も電流密度が高く、発光量が多くなる。有機層３３に含まれる発光層のＣＲ点での発光は、この発光量が多い点での発光を模式的に示すものである。
また、有機層３３に含まれる発光層のＣＲ点で発光した光のうち、光ＣＲ１は基板に対して垂直方向に基板側に進む光であり、有機層３３と基板３１との界面で屈折することなく、基板３１内を進み、外部に取り出される。
また、光ＣＲ２は、孔部３７Ａの内側面３７ａで基板３１側に屈折し、有機層３３内を進み、基板３１内を通って外部に取り出されうる。
ここで、光ＣＲ２が第２の誘電体層３７から孔部内側面被覆部３３ａへ進む際、第２の誘電体層３７と孔部内側面被覆部３３ａとの界面（孔部３７Ａの内側面３７ａ）における屈折により、基板３１への入射角がより小さい角度に変わる。有機層３３と基板３１との界面及び基板（例えば、ガラス）の外表面に臨界角以上の入射角で入射する光は全反射するが、この孔部３７Ａの内側面３７ａでの屈折により、有機層３３と基板３１との界面及び基板３１の外表面への入射角がより小さい角度に変わるので、これらの界面で全反射をしない光が増えて光取り出し効率が向上する。また、光ＣＲ３についても同様の効果が得られる。
【０１７５】
一方、第２の誘電体層３７の屈折率が孔部内側面被覆部３３ａの屈折率よりも低い場合、図８（ｂ）に示すように励起されたＳＰＰモード光ＡＲ３がエバネッセント波との共鳴を介して有機層３３中に取り出されるまでは、第２の誘電体層３７の屈折率が孔部内側面被覆部２３ａの屈折率より高い場合（図８（ａ））と同様である。
また、有機層に取り出された光は、図８（ｂ）に示す光ＢＲ１のように伝播して、外部まで取り出される。即ち、ＢＲ点から有機層３３を通って進む光ＢＲ１は、孔部内側面被覆部３３ａと第２の誘電体層３７との界面（孔部３７Ａの内側面３７ａ）で屈折し、第２の誘電体層３７内を進む。このとき、内側面３７ａでの屈折により、陽極３２と基板３１の界面、及び基板３１の外表面への入射角がより小さい角度に変わるので、これら界面での全反射が抑えられ、光ＢＲ１がそれぞれ導波モード光および基板モード光となるのを防ぐことができ、光取出し効率が向上する。
【０１７６】
次に、本発明の第３実施形態の有機ＥＬ素子３０において、連通する孔部３７Ａ及び陽極孔部３２Ａが、基板３１の面内の少なくとも１方向に発光光の波長と同等以下の周期で周期的に配置されることによって、第２の誘電体層３７と陽極３２の積層構造と内側面３７ａ及び陽極孔部内側面３２ａを被覆する有機層部分（３３ａ、３３ｂ）とが回折格子をなす場合について、その回折格子による作用効果を、図９（ａ）を用いて模式的に説明する。図９（ａ）に矢印で示した光の伝播の形態は、回折格子による作用効果の原理をわかりやすく説明するために模式的に示したものである。以下で述べる原理は、第２の誘電体層３７と孔部内側面被覆部３３ａの屈折率の大小関係にはよらない。
【０１７７】
有機層３３に含まれる発光層のＤＲｉ点で発光した光のうち、陰極３４側に進んだ光が陰極３４と低屈折率層３５との界面に臨界角以上の大きな入射角で入射して（矢印ＤＲ１）全反射した場合（矢印ＤＲ１ｒ）、低屈折率層３５中にエバネッセント波（矢印ＤＲ２）が発生して、金属層３６と低屈折率層３５との界面まで滲み出し、表面プラズモンポラリトンＳＰＰ（矢印ＤＲ３）が励起される。
励起されたＳＰＰは、エバネッセント波（矢印ＤＲ４）との共鳴を介して、上述したように、所定の角度で陰極３４に放射され（矢印ＤＲ５）、導波モード光として有機層３３に取り出されうる。
ＤＲｏ点及びＤＲｅ点で発光した光についても同様である。
【０１７８】
陰極側構造（陰極３４、低屈折率層３５、金属層３６）から有機層３３のＤＲ点にまで取り出された光は、有機層を伝播して回折格子に入射する。入射した光は、回折格子によって、ある所定の方向（強め合う条件を満たす方向）に回折光が放射される。
回折光は、通常の屈折光と比べて、回折点毎の回折光が干渉しながら放出されているため、ある所定の角度に非常に強く光が放射される。
ここで、矢印ＤＲＤ１や矢印ＤＲＤ２で示すように、基板３１（例えば、ガラス）と外部（例えば、空気）との界面に、臨界角以下の入射角で入射する光は、そのまま外部に取り出される。この矢印ＤＲＤ１や矢印ＤＲＤ２で示す光は、上記のような干渉により、他の伝播方向に比べ強め合っているため、ある特定の角度に強度が強い光を取り出すことが可能となり、光取り出し効率が向上する。
一方で、矢印ＤＲＤ３で示すように、基板３１の外表面に、臨界角以上の角度で入射する光は、全反射（矢印ＤＲＤ３ｒ）して基板モード光となり、基板外部に取り出すことができない。また、図示していないが、陽極３２（あるいは有機層３３）と基板３１との界面に、臨界角以上の入射角度で入射する光は全反射して導波モード光となり、同様に基板外部に取り出すことはできない。
このように、全反射する光を減らし、効率的に光を取り出すためには、前記式（１２）を満たすように、金属層３６及び低屈折率層３５の材料、並びに、回折格子の周期（ピッチ）を選択することが好ましい。特に、次数Ｎが小さいほど回折光の強度が高いので、できるだけ絶対値の小さいＮに対し、式（１２）を満たすように回折格子の周期等を選択することが好ましい。換言すると、このようなＮに対して、式（１２）を満たすようにすれば、回折格子により、ＳＰＰモード光から再放射された光を効率よく基板３１から外部へ取り出すことができ、光取り出し効率を向上させることができる。
【０１７９】
さらに、本発明の第３実施形態の有機ＥＬ素子３０において、連通する孔部３７A及び陽極孔部３２Ａが、基板３１の面内の少なくとも１方向に発光光の波長と同程度以下の周期で周期的に配置される場合は、上述のように回折格子を形成していると見なせるとともに、一方ではフォトニック結晶を形成していると見ることもできる。そのフォトニック結晶による作用効果を、図９（ｂ）を用いて模式的に説明する。図９（ｂ）に矢印で示した光の伝播の形態は、フォトニック結晶による作用効果の原理をわかりやすく説明するために模式的に示したものである。以下で述べる原理は、第２の誘電体層３７と孔部内側面被覆部３３ａの屈折率の大小関係には依らない。
【０１８０】
有機層３３に含まれる発光層のＥＲｉ点で発光した光のうち、陰極３４側に進んだ光が陰極３４と低屈折率層３５との界面に臨界角以上の大きな入射角で入射して（矢印ＥＲ１）全反射した場合（矢印ＥＲ１ｒ）、低屈折率層３５中にエバネッセント波（矢印ＥＲ２）が発生して、金属層３６と低屈折率層３５との界面まで滲み出し、表面プラズモンポラリトンＳＰＰ（矢印ＥＲ３）が励起される。
励起されたＳＰＰは、エバネッセント波（矢印ＥＲ４）との共鳴を介して、上述したように、所定の角度で陰極３４に放射され（矢印ＥＲ５）、伝播光として有機層３３に取り出されうる。
ＥＲｏ点及びＥＲｅ点で発光した光についても同様である。
【０１８１】
陰極側構造（陰極３４、低屈折率層３５、金属層３６）から有機層３３のＥＲ点にまで取り出された光は、有機層を伝搬し、フォトニック結晶構造に入射する。ある方向に光の波長と同等以下の周期を有する屈折率変調構造体が存在する空間では、その方向にはフォトニックバンドギャップを生じ、バンドギャップ周波数域内の光は伝播できなくなる（光閉じ込め効果）。
本発明の第３の実施形態においては、周期構造は、第２の誘電体層３７及び陽極３２と孔部内側面３７ａを被覆する孔部内側面被覆部３３ａ及び陽極孔部内側面３２ａを被覆する陽極孔部内側面被覆部３３ｂによって形成されているため、バンドギャップを生じうるのは基板と平行な矢印ＥＲＤ２の方向である。したがって、ＥＲＤ２の方向に対応するバンドギャップ周波数域内の光に対しては、この基板と平行な方向への伝播は禁制される。
一方で、基板に垂直な方向については、フォトニック結晶をなす周期構造が形成されていないので、フォトニックバンドギャップは生じない。従って、有機層３３中に伝播光として取り出されたＳＰＰモード光は、この基板に垂直に近い方向に進むことになる。
フォトニック結晶構造がない場合、有機層３３中に取り出された光は、大部分が陽極３２（あるいは有機層３３）と基板界面で全反射されて導波モード光になるか、基板３１の外表面で全反射されて基板モードとなるが、フォトニック結晶構造によって有機層中の光伝播方向が基板面に対して垂直に近い方向に変えられるために全反射が抑えられ、外部への光取り出し効率が向上する。
【０１８２】
以上、第３実施形態において、第２の誘電体層及び陽極が海島構造の海部を構成する場合を例に説明を行った。しかしながら、第２の誘電体層及び陽極が海島構造の島部を構成する場合についても、海部を構成する場合と較べて、屈折率変調構造における孔部（または島部）の周期（ピッチ）とサイズが等しい場合は同様の屈折の効果を有するため、同様の作用効果が得られる。また、回折格子やフォトニック結晶の効果についても同様である。
【０１８３】
＜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する。
上記の有機ＥＬ素子１０、２０または３０を備えた画像表示装置は、有機ＥＬ素子による違いはないため、以下の説明では、各有機ＥＬ素子１０、２０又は３０を、全て有機ＥＬ素子１０として説明する。また、有機ＥＬ素子はボトムエミッション構造であっても、トップエミッション構造であっても良いが、以下の説明ではボトムエミッション構造を例に挙げて説明する。
図１１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する図である。
図１１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を備えている。
【０１８４】
本実施形態において、画像表示装置１００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。この陽極補助配線１０６は、陽極配線１０４と電気的に接続されている。このような構成とすることにより、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。
【０１８５】
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に、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、Ａｌ合金、Ａｇ又はＡｇ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。
【０１８６】
さらに基板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。即ち、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。
【０１８７】
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との間に位置している。そして、このような場合、有機ＥＬ素子１０の陽極１２が陽極配線１０４と接触し、陰極１４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。
【０１８８】
絶縁膜１１０の上には、複数の陰極隔壁１１２が陽極配線１０４と平面視で直交する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。
【０１８９】
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が大気中の水分によって劣化するのを防ぐことができる。このような封止プレート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、トップエミッション型のような、光を封止プレート１１６側から取り出す素子である場合は、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。
【０１９０】
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、基板１を通して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って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。
【０１９１】
＜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する。
上記の有機ＥＬ素子１０、２０又は３０を備えた照明装置は有機ＥＬ素子による違いはないため、以下の説明では、各有機ＥＬ素子１０、２０又は３０を全て有機ＥＬ素子１０として説明する。また、有機ＥＬ素子は、ボトムエミッション構造であっても、トップエミッション構造であっても良いが、以下の説明ではボトムエミッション構造を例に挙げて説明する。
図１２は、上記の有機ＥＬ素子１０を備える照明装置の一例を説明する図である。
図１２に示す照明装置２００は、上述した有機ＥＬ素子１０と、有機ＥＬ素子１０の基板１上に設置され陽極１２（図１参照）に接続される端子２０２と、陰極１４（図１参照）に接続される端子２０３と、端子２０２と端子２０３とに接続して有機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。
【０１９２】
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１２と陰極１４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を通して光を出射させ、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から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構成してもよい。
【０１９３】
＜有機ＥＬ素子の製造方法＞
次に、本発明の第１の実施形態で説明した有機ＥＬ素子１０を製造する方法（以下、適宜「製造方法１」という）について、図１３を参照しながら説明する。
まず、図１３（ａ）に示すように、基板１１上に、陽極１２、第２の誘電体層１７を順に形成する。この陽極１２、第２の誘電体層１７の形成方法は、特に限定されないが、例えば、抵抗加熱蒸着法や電子ビーム蒸着法に代表される真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法等の乾式プロセスの他、塗布法等、各種の湿式プロセスも用いることができる。
なお、陽極１２を形成した後に、陽極１２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１２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。表面処理の具体的方法としては、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等が挙げられる。
また、陽極１２は、必要に応じて、上述した金属元素がドープされた酸化亜鉛から形成することもできる。
【０１９４】
さらに、陽極１２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、陽極バッファ層は、ウェットプロセスにて作製することができ、具体的な成膜方法としては、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、浸漬法、電気化学的方法等が挙げられる。
【０１９５】
次に、図１３（ａ）の工程で形成した陽極１２及び第２の誘電体層１７を貫通する形で、互いに連通する陽極孔部１２Ａ及び孔部１７Ａを形成するが、陽極孔部２Ａ及び孔部１７Ａを形成するには、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１３（ｂ）に示すように、まず第２の誘電体層１７の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１９を形成する。
【０１９６】
そして、陽極孔部１２Ａ及び孔部１７Ａ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）を被せ、紫外線（ＵＶ）、電子線（ＥＢ）等によって露光を行うと、図１３（ｃ）に示すように、レジスト層１９に孔部１７Ａ（図１３（ｆ）参照）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、レジスト層１９の露光されたパターンの部分のレジスト層１９ａ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、第２の誘電体層１７の表面が露出する（図１３（ｄ））。
【０１９７】
次に、残存するレジスト層１９をマスクとして、図１３（ｅ）に示すように、露出した第２の誘電体層１７の部分をエッチング除去する。この際の、エッチング方法としては、ドライエッチングや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１７Ａ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）や誘導結合プラズマエッチングが利用でき、またウェットエッチングとしては、希塩酸や希硫酸、塩化鉄水溶液への浸漬を行う方法などが利用できる。このエッチングにより、上記パターンに対応して、陽極１２の表面が露出する。
【０１９８】
次に、残ったレジスト層を、レジスト除去液等によって除去し（図１３（ｆ））、図１３（ｇ）に示すように、残存する第２の誘電体層１７をマスクとして、露出した陽極１２の部分をエッチング除去する。この際のエッチング方法としては、図１３（ｅ）で説明した方法と同様の方法を用いることができるが、エッチング条件の変更により、第２の誘電体層１７がエッチングされるのを抑えながら、陽極１２を選択的にエッチングすることができる。これにより、上記パターンに対応して、基板１１の表面が露出し、陽極孔部１２Ａが形成される。なお、図１３（ｆ）及び図１３（ｇ）で説明した各工程は、陽極１２及び第２の誘電体層１７を貫通し、連通する孔部１７Ａ及び陽極孔部１２Ａを形成する工程として捉えることができる。
【０１９９】
次に、図１３（ｈ）に示すように、残存する第２の誘電体層１７及び陽極１２の部分をマスクとして、露出した基板１１の部分をエッチング除去する。この際のエッチング方法としては、図１３（ｅ）及び図１３（ｇ）で説明した方法と同様の方法を用いることができるが、エッチング条件の変更により、第２の誘電体層１７及び陽極１２がエッチングされるのを抑えながら、基板１１を選択的にエッチングすることができる。これにより、上記パターンに対応して、孔部１７Ａ及び陽極孔部１２Ａに連通する凹部１１Ａを形成することができる。逆に、凹部１１Ａ以外の部分は凸部１１Ｂとなる。また、この方法によれば、陽極孔部１２Ａ及び基板孔部１１Ａを形成するのに別途マスクを用意してフォトリソグラフィを行なう必要がないため、より容易に凹部１１Ａを形成することが可能となる。
【０２００】
第２の誘電体層１７として光硬化性の樹脂を用いた場合は、孔部１７Ａを直接露光によって形成することも可能である。この場合、例えば、第２の誘電体層１７をウェットプロセスによって形成後、所定のパターンが描画されたマスクを被せ、紫外線（ＵＶ）、電子線（ＥＢ）等によって露光し、その後、現像液による現像を行うと、図１３（ｆ）に示すような孔部１７Ａを形成することができる。
また、第２の誘電体層１７が紫外〜赤外域に吸収波長域を有する場合は、直接レーザー加工によって孔部１７Ａを形成することもできる。この場合、例えば、第２の誘電体層１７をウェットプロセス又はドライプロセスによって形成後、第２の誘電体層１７に上記波長域内の波長を持つレーザーを照射して孔部の誘電体層を除去することで、孔部１７Ａを形成することができる。また、レーザーの波長として陽極の吸収波長域にあるものを用いると、孔部１７Ａ及び陽極孔部１２Ａを同時に形成することも可能である。この際の加工に用いるレーザーとしては、例えば、パルス炭酸ガスレーザーの他、ＱスイッチＮｄ：ＹＡＧレーザーやその高調波、チタンサファイアレーザー、エキシマレーザー等を用いることができる。このように、フォトレジストによるマスク形成を必要としないため、リソグラフィ法に比べて加工工程数が減少する。なお、レーザー照射による第２の誘電体層１７又は陽極１２の損傷を防ぐために表面保護膜を使用してもよい。
【０２０１】
次に、レジスト層１９を除去した後、図１３（ｉ）に示すように、有機層１３で孔部１７Ａの内側面１７ａ、陽極孔部１２Ａの陽極孔部内側面１２ａ、凹部１１Ａの内側面１１ａを被覆するとともに、第２の誘電体層１７及び孔部内側面被覆部１３ａ上を覆う、有機ＥＬ材料からなる発光層を含む有機層１３を形成する。有機層１３は、孔部内側面被覆部１３ａと、陽極孔部内側面被覆部１３ｂと、凹部内側面被覆部１３ｃと、層状部１３ｄとを有する。有機層１３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。
【０２０２】
次に、図１３（ｊ）に示すように、有機層１３上に陰極１４を形成する。陰極１４の形成方法についても、陽極１２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、抵抗加熱蒸着法や電子ビーム蒸着法に代表される真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法等の乾式プロセスの他、塗布法等、各種の湿式プロセスも用いることができる。
【０２０３】
本実施形態の製造方法では、上記の陽極１２及び陰極１４を、有機層（発光層）１３の発光波長に対して透明となる材料から形成するとともに、陰極１４を、金属元素がドープされたＺｎＯから形成する。ＺｎＯにドープする金属元素としては、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ及びＳｎのうちの少なくとも１種以上を用いることが好ましく、この際のドープ方法としても、従来公知の方法を何ら制限無く採用することができる。
さらに、本実施形態では、必要に応じて、陽極１２についても、陰極１４と同様に、上記金属元素がドープされた酸化亜鉛から形成することもできる。
【０２０４】
次に、図１３（ｋ）に示すように、陰極１４上に低屈折率層１５を形成する。低屈折率層１５の形成も第２の誘電体層１７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、抵抗加熱蒸着法や電子ビーム蒸着法に代表される真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法等の乾式プロセスの他、塗布法等、各種の湿式プロセスも用いることができる。
【０２０５】
次に、図１３（ｌ）に示すように、低屈折率層１５上に金属層１６を形成する。金属層１６の形成方法は、特に限定されないが、例えば、蒸着法、スパッタリング法を用いることができる。
【０２０６】
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。これら一連の工程の後、有機ＥＬ素子１０を長期安定的に駆動し、有機ＥＬ素子１０を外部の水分、酸素等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等を用いることができる。また、亜鉛等の比較的イオン化傾向の比較的大きな金属を犠牲層（その後の工程で除去する保護層）として用いることも可能である。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、金属等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、フリットガラスで基板１１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、外部からの力により、保護カバーが接触して有機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、ヘリウム等のような不活性なガス、又はパーフルオロカーボン等の各種の不活性液体を封入すれば、上側の金属層１６の酸化を防止し易くなる。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から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ことから好ましい。さらに、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易くなる。
【０２０７】
次に、本発明の第２の実施形態で説明した有機ＥＬ素子２０を製造する方法について、図１４を参照しながら説明する。
第２の誘電体層１７をエッチングして孔部１７Ａを形成するまでの工程は、第１の実施形態の有機ＥＬ素子の製造方法（図１３（ａ）〜図１３（ｅ））と同じである。そこで、以下の説明においては、孔部１７Ａが形成された後の工程から説明する。図１４（ａ）は、基板２１上に陽極２２と第２の誘電体層２７を順に成膜し、所定のパターンを形成したレジスト層をマスクとして、第２の誘電体層２７をエッチング除去して孔部２７Ａを形成した状態を示す（第１の実施形態の場合の図１３（ｆ）に相当）。この実施形態の場合も、第１の実施形態の場合と同様、第２の誘電体層２７として光感光性樹脂を用いた直接露光や、第２の誘電体層２７として光吸収物質を用いたレーザー直接加工を利用することが可能である。
また、第２の誘電体２７をエッチングして、誘電体島状部２７Ｂを形成する場合は、マスクのパターンを変えればよい。具体的には、マスクとして開口部と遮光部を反転させたものを用いればよい。
【０２０８】
次に、図１４（ｂ）に示すように、孔部２７Ａの内側面２７ａを被覆する孔部内側面被覆部２３ａを形成するとともに、第２の誘電体層２７及び孔部内側面被覆部２３ａと陰極２４との間に配置する層状部２３ｂを形成して、有機ＥＬ材料からなる発光層を含む有機層２３を形成する。有機層２３の形成には製造方法１と同様の方法を用いることができる。
【０２０９】
次に、図１４（ｃ）に示すように、有機層２３の上に、陰極２４、低屈折層２５、金属層２６を順に形成する。これらの層の形成には製造方法１と同様の方法を用いることができる。
【０２１０】
次に、本発明の第２の実施形態の有機ＥＬ素子のトップエミッション構造の製造方法を、図１５を参照しながら説明する。
図１５（ａ）〜図１５（ｅ）に示すように、基板２１上に金属層２６、低屈折層２５、陰極２４、有機層（層状部２３ｂ）、第２の誘電体層２７を順に形成する。これら各層を形成する方法は、製造方法１と同様である。
【０２１１】
次に、図１５（ｇ）に示すように、第２の誘電体層２７に所定の形状の凹部を形成する。この際の形成方法としては、第２の誘電体層２７に、図１５（ｆ）に示すようなレジスト層２９を所定のパターンで形成し、このレジスト層２９をマスクとして、第２の誘電体層２７を、図１５（ｇ）に示すようにエッチングし、レジストと同様の孔形状を有する孔部２７Ａを形成する。その後、レジスト膜が残っている場合にはレジストの除去を行う。
【０２１２】
次に、図１５（ｈ）に示すように、第２の誘電体層２７に形成した凹部の内側面２７ａを被覆するように有機層（孔部内側面被覆部２３ａ）を形成する。この際の形成方法としては、有機層の層状部２３ｂの場合と同様の方法を用いることができる。ここで形成する有機層は、図１５（ｄ）で形成した有機層２３と同一の材料でもよいし、異なる材料であってもよい。
そして、最後に、陽極２２を形成する。この際の形成方法としては、第１の実施形態の陽極１２と同様の方法を用いることができる。
【０２１３】
次に、本発明の第３の実施形態の有機ＥＬ素子の製造方法を、図１６を参照しながら説明する。まず、第３の実施形態の有機ＥＬ素子をボトムエミッションの構造として製造する場合について説明する。
誘電体層の孔部及び陽極孔部を形成するまでの工程は、第１実施形態の有機ＥＬ素子の製造方法（図１３（ａ）〜（ｆ））と同じである。そこで、以下の説明においては、陽極孔部が形成された後の工程から説明する。
【０２１４】
図１６（ａ）は、基板３１上に陽極３２及び第２の誘電体層３７を順に成膜し、エッチングによって、連通する孔部３７Ａ及び陽極孔部３２Ａを形成した状態を示す（第１の実施形態の場合の図１３（ｇ）に相当）。但し、陽極凸部３２Ｂを形成する場合は、上記陽極凸部３２Ｂを形成する工程に対して、マスクのパターンを変える（開口部と遮光部を反転させる）以外は、第１の実施形態の場合と同じで構わないが、陽極をエッチングする際に、陽極凸部３２Ｂが孤立しないように、全膜厚にわたってエッチングせずに、膜厚方向の途中の深さでエッチングを止めて層状部を残す必要がある。これは、陽極３２の層状部の部分によって、陽極凸部間の導通を確保するためである。本実施形態の場合も、第１の実施形態の場合と同様、孔部３７Ａの形成方法として光感光性樹脂を用いた直接露光を用い、第２の誘電体層３７を、光吸収物質を用いたレーザー直接加工を用いることが可能である。
【０２１５】
次に、図１６（ｂ）に示すように、孔部３７Ａの内側面３７ａを被覆する孔部内側面被覆部３３ａ、及び、陽極孔部３２Ａの内側面を被覆する陽極孔部内側面被覆部３３ｂを形成するとともに、第２の誘電体層３７及び孔部内側面被覆部３３ａと陰極３４との間に配置する層状部３３ｃを形成して、有機ＥＬ材料からなる発光層を含む有機層３３を形成する。この有機層３３の形成には、製造方法１と同様の方法を用いることができる。
【０２１６】
次に、図１６（ｃ）に示すように、有機層３３の上に、陰極３４、低屈折層３５、金属層３６を順に形成する。これらの層の形成方法としては、製造方法１の場合と同様の方法を用いることができる。
【０２１７】
次に、本発明の第３の実施形態の有機ＥＬ素子のトップエミッション構造の製造方法を、図１７を参照して説明する。
第２の誘電体層３７の形成までは、第２の実施形態のトップエミッション構造の製造方法と同じである。即ち、図１７（ａ）に示す工程は、第１の実施形態の場合の図１５（ｅ）に示す工程に相当する。
そして、第２の誘電体層３７の上に陽極３２を形成するが、この際の形成方法は、第２の実施形態の陽極２２と同様の方法を用いることができる。
【０２１８】
次に、図１７（ｄ）に示すように、陽極３２、及び、第２の誘電体層３７に、所定の孔形状の陽極孔部３２Ａ及び孔部３７Ａを形成する。この際の形成方法としては、図１７（ｃ）に示すように、陽極３２上にレジスト層３９を所定のパターンで形成し、このレジスト層３９をマスクとして、陽極３２及び第２の誘電体層３７を、図１７（ｄ）に示すようにエッチングし、レジストと同様の孔形状を有する陽極孔部３２Ａ及び孔部３７Ａを形成する。その後、レジスト膜が残っている場合は、レジストの除去を行う。
【０２１９】
次に、図１７（ｅ）に示すように、陽極３２、及び、第２の誘電体層３７に形成した孔部の内側面３２ａ、３７ａ被覆するように、有機層３３ａ、３３ｂを形成する。この際の形成方法としては、第２の実施形態における孔部内側面被覆部２３ａの被覆方法と同様の方法を用いることができる。また、ここで形成する有機層は、図１７（ｄ）に示す工程で形成したものと同一の材料から形成してもよいし、異なる材料であってもよい。
【０２２０】
なお、図示はしないが、陽極凸部３２Ｂを形成する場合には、連通する孔部３２Ａ及び陽極孔部３７Ａに有機層３３を形成する上記工程の後に、陽極凸部３２Ｂ（島部）及び有機層３３（海部）の表面全体に陽極の層状部を形成する。これにより、各陽極凸部３２Ｂ間の導通を確保することが可能となる。
【０２２１】
＜Ｏｔｔｏ型配置における低屈折率層の膜厚について＞
以下に、本発明における有機ＥＬ素子のＯｔｔｏ型配置による金属層表面に捕捉された表面プラズモンポラリトン（ＳＰＰ）を取り出すことが可能な低屈折率層の膜厚について説明する。
【０２２２】
図１８に、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素子面方向成分を真空の波数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（ガラス）上に、各層が平坦な陽極と有機層と陰極（金属）とを積層した有機ＥＬ素子の結果を示している。この場合、ＴＭ偏光の最も高波数側のピーク面積がＳＰＰモード光の強度を表しているが、有機層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。陽極と有機層の膜厚は、それぞれ１５０ｎｍ、１００ｎｍである。
【０２２３】
一方で、Ｏｔｔｏ型配置の有機ＥＬ素子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、低屈折率層の膜厚による依存性を図１９に示す。Ｏｔｔｏ型配置の有機ＥＬ素子は、基板、陽極、有機層は図１８の素子と同じ構成であるが、有機層上に透明導電材料であるＩＴＯからなる陰極（５０ｎｍ）が形成され、さらにその上に低屈折率層、金属層が順に形成された構成からなる。
低屈折率層の屈折率を１．３８とし、図１９（ａ）は金属層をＡｌとし、図１９（ｂ）は金属層をＡｇとした場合で、グラフ線の数字は低屈折率層の膜厚（ｎｍ）を示す。
【０２２４】
図１９（ａ）、（ｂ）ともに、低屈折率層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、金属層に接した低屈折率層の膜厚が大きくなり、ＳＰＰの波数がこの低屈折率層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伝播光として取り出され、光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。
【０２２５】
図２０（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２０（ａ）は、ＳＰＰモード光として光が完全に金属層６の表面に捕捉されている。これは、低屈折率層の膜厚が０ｎｍの場合を表しており、ＳＰＰモード光は金属層６と陰極４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５の膜厚が厚くなるにつれて、図２０（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６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２０（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。
【０２２６】
最後に、低屈折率層５の膜厚が十分厚くなると、図２０（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６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５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。
【０２２７】
図２１は、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が、図２１の金属層がＡｌの場合に、低屈折率層の膜厚が２００ｎｍ以上でピーク幅の変化が小さくなり、発光した光がＳＰＰモード光として捕捉されにくくなっていることが分かる。また、金属層がＡｇの場合に、低屈折率層の膜厚が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くなっていることが分かる。
つまりＳＰＰモード光として捕捉される膜厚は少なくとも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。
【０２２８】
また、Ｏｔｔｏ型配置において、金属層表面に捕捉された表面プラズモンポラリトン（ＳＰＰ）は、陰極と低屈折率層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、金属層表面に生成される表面プラズモンポラリトン（ＳＰＰ）の波数ｋＳＰＰと交点を持つ必要がある。
【０２２９】
金属層表面に生成される表面プラズモンポラリトン（ＳＰＰ）の波数ｋＳＰＰの実部は以下の式（１３）で表すことができる。但し、ε１は金属層の誘電率の実部であり、ε２は低屈折率層の誘電率であり、ｋ０は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である。
【０２３０】
【数１３】
2015095293.tif 000015
【０２３１】
一方で、金属層表面に生成される表面プラズモンポラリトン（ＳＰＰ）の誘電体層中における波数の垂直成分は以下の式（１４）で表すことができる。但し、ｎ２は低屈折率層の屈折率（ε２＝ｎ２２）である。
【０２３２】
【数１４】
2015095293.tif 000016
【０２３３】
金属層表面に生成される表面プラズモンポラリトン（ＳＰＰ）の電磁場の強度を、金属層表面での値を１として規格化すると、金属層に垂直な方向に指数関数的に減衰しながら低屈折率層に滲み出し、低屈折率層と陰極の界面に到達した表面プラズモンポラリトン（ＳＰＰ）の強度は、各界面での反射が無視できる場合、近似的に式（１５）で与えられる。
【０２３４】
【数１５】
2015095293.tif 000017
【０２３５】
但し、ｈ２は低屈折率層の膜厚であり、κＳＰＰは表面プラズモンポラリトン（ＳＰＰ）の波数の基板面内方向成分の実部を真空中の光の波数ｋ０で割った値である。つまり、式（１５）の値が十分大きければ、金属層の表面に生成される表面プラズモンポラリトン（ＳＰＰ）の電磁場が陰極や有機層に滲み出し、陰極と低屈折率層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２２（ａ）は金属層をＡｌ、（ｂ）は金属層をＡｇとした場合の式（１５）で表わされるＳＰＰ強度の低屈折率層膜厚による変化を示す図である。
【０２３６】
この結果を、図１９（ａ）、（ｂ）と比較すると、式（１５）で表わされるＳＰＰ強度、すなわち金属層表面に生成される表面プラズモンポラリトン（ＳＰＰ）の、低屈折率層と陰極の界面での強度（金属表面での強度を１として規格化した値）は、この値が０．４以下となる低屈折率層の厚みで、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（１５）のＳＰＰ強度が０．４以下となるときには、低屈折率層と陰極の界面にまで滲み出す表面プラズモンポラリトン（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、式（１５）の値が０．４以上となるような低屈折率層の膜厚であれば、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。
【０２３７】
なお、本検討においては、低屈折率層の屈折率を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、金属層もＡｇとＡｌに限定されるものではない。式（１５）で表わされる、低屈折率層と陰極の界面での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配置によってＳＰＰモード光を有機層中に取り出すことができ、この条件を満たす限り、低屈折率層の屈折率や陰極の材料は限定されるものではない。
【０２３８】
＜作用効果＞
以上説明したように、本発明に係る有機ＥＬ素子によれば、基板上に、陽極（第１電極）、発光層を含む有機層、及び、陰極（第２電極）がこの順で積層され、さらに、陰極の有機層と反対側の面に、その反対側の面側から誘電体層及び金属層がこの順で備えられ、陽極及び陰極の何れもが発光層の発光波長に対して透明であり、且つ、陰極が、金属元素がドープされた酸化亜鉛からなる構成を採用している。このように、有機層上に設けられる陰極を酸化亜鉛から構成したうえで、特定の金属元素をドープすることにより、陰極の透光性を維持しながら導電性を向上させることができる。これにより、有機ＥＬ素子の光取り出し効率が向上するとともに、駆動電圧を低減できるので、同電圧で駆動した場合には輝度が向上し、輝度を同輝度に維持した場合には、低電圧で素子を駆動することができる。従って、発光特性に優れるとともに、省電力の有機ＥＬ素子が実現できる。
【０２３９】
また、本発明に係る画像表示装置及び照明装置によれば、上記有機ＥＬ素子を備えたものであるため、低電圧での駆動が可能になる。
【実施例】
【０２４０】
次に、実施例および比較例を示し、本発明をさらに具体的に説明する。なお本発明は、本実施例によってその範囲が制限されるものではなく、本発明に係る有機ＥＬ素子は、本発明の要旨を変更しない範囲において適宜変更して実施することが可能である。
【０２４１】
［有機ＥＬ素子の作製］
（実施例１）
実施例１では、図１（ｂ）に示す構成のボトムエミッション型の有機ＥＬ素子を作製した。
【０２４２】
まず、ガラス（屈折率：１．５２）からなる基板１１上に、陽極１２として１５０ｎｍのＩＴＯ層（屈折率：２．０９）、第２の誘電体層１７として１５０ｎｍのＳＯＧ層（スピンオングラス、屈折率：１．２５）、１０００ｎｍのレジスト層１９を順に設けた。
次に、レジスト層をフォトリソグラフィ法によりパターニングし、形成されたパターンに沿ってドライエッチング法によりＩＴＯ層及びＳＯＧ層に貫通孔を形成したのち、レジスト層を除去することで、ＩＴＯ層及びＳＯＧ層に孔部１７Ａ及び陽極孔部１２Ａを形成した。
【０２４３】
さらに、残存する第２の誘電体層１７及び陽極１２の部分をマスクとして、露出した基板部分をドライエッチング法により除去して、孔部１７Ａ及び陽極孔部１２Ａに連通する基板凹部１１Ａを形成した。
上記の操作により、第２の誘電体層１７及び陽極１２を連続して貫通し、さらに、基板１１凹部１１Ａ（深さ１００ｎｍ）に連なる開口部が形成された。平面視で、開口部は直径５００ｎｍの円形であり、１μｍの周期で六方格子状に配列されている。
【０２４４】
次に、有機層１３として、４０ｎｍのｐＴｍＴＤＭＰＤ（下記（化学式１）：Ｆ４ＴＣＮＱ（下記（化学式２）（９５：５）からなる正孔注入層、２０ｎｍのｍ−ＭＴＤＡＴＡ（下記（化学式３）からなる正孔輸送層、２０ｎｍのＩｒ（ｐｉｑ）３（下記（化学式４））：Ｉｒ（ｐｐｙ）３（下記（化学式５））：ＢＦＡ−１Ｔ（下記（化学式６））（１：２４：７５）からなるＲＧ発光層、１０ｎｍのＦｉｒｐｉｃ（下記（化学式７））：ＰｙＴＭＢ（下記（化学式８））（２０：８０）からなるＢ発光層、２０ｎｍのＡｌｑ３（下記（化学式９））からなる電子輸送層、１００ｎｍのＢＣＰ（下記（化学式１０））：Ｃｓ（９５：５）からなる電子注入層を、第２の誘電体層１７の上部及び開口部（孔部１７Ａ、陽極孔部１２Ａ、基板凹部１１Ａ）の内面を被覆するようにこの順で形成した。
【０２４５】
【化１】
2015095293.tif 000018
【０２４６】
【化２】
2015095293.tif 000019
【０２４７】
【化３】
2015095293.tif 000020
【０２４８】
【化４】
2015095293.tif 000021
【０２４９】
【化５】
2015095293.tif 000022
【０２５０】
【化６】
2015095293.tif 000023
【０２５１】
【化７】
2015095293.tif 000024
【０２５２】
【化８】
2015095293.tif 000025
【０２５３】
【化９】
2015095293.tif 000026
【０２５４】
【化１０】
2015095293.tif 000027
【０２５５】
続いて、有機層１３の上に、陰極１４として、５０ｎｍのＧａがドープされたＺｎＯ（ＧＺＯ）層（屈折率：１．８９）、低屈折率層１５として５０ｎｍのＭｇＦ２層（屈折率：１．２５）及び金属層１６として１００ｎｍのＡｇ層を、この順で形成した。ここで、正孔注入層、正孔輸送層、ＲＧ発光層、Ｂ発光層、電子輸送層、電子注入層は、それぞれ有機層１３の一部であり、その平均屈折率は１．７２であった。
【０２５６】
また、ＩＴＯ層はスパッタリング法、ＳＯＧはスピンコーティング法、有機層１３の各層、ＭｇＦ２層及びＡｇ層は真空蒸着法、ＧＺＯ層はイオンプレーティング法により成膜した。この際、ドープ源としてガリウム酸化物であるＧａ２Ｏ３を用い、ＺｎＯとＧａ２Ｏ３の組成比を９７：３とした。この金属ドープＺｎＯからなる陰極１４の屈折率は、５５０ｎｍで１．８９であった。
【０２５７】
（実施例２）
実施例２では、陰極１４を、金属元素としてＡｌがドープされたＺｎＯ（ＡＺＯ）により形成した点を除き、その他の条件は上記実施例１と同様として、図１（ｂ）に示すような有機ＥＬ素子１０を作製した。この際、ドープ源としてアルミニウム酸化物であるＡｌ２Ｏ３を用い、ＺｎＯとＡｌ２Ｏ３の組成比を９８：２とした。
【０２５８】
（実施例３）
実施例３では、陰極１４を、金属元素としてＩｎとＧａがドープされたＺｎＯ（ＩＧＺＯ）により形成した点を除き、その他の条件は上記実施例１と同様として、図１（ｂ）に示すような有機ＥＬ素子１０を作製した。この際、ドープ源としてインジウム酸化物であるＩｎ２Ｏ３を用い、また、電極材料であるＺｎＯ源としてＧＺＯ（Ｇａ２Ｏ３＋ＺｎＯ）を用いた。この際の組成比は、まず、ＧＺＯの組成比を９７（ＺｎＯ）：３（Ｇａ２Ｏ３）としたうえで、ＩＧＺＯの組成比を、９５（ＧＺＯ）：５（Ｉｎ２Ｏ３）とした。
【０２５９】
（実施例４）
実施例４では、陰極１４を、金属元素としてＡｌとＧａがドープされたＺｎＯ（ＡＧＺＯ）により形成した点を除き、その他の条件は上記実施例１と同様として、図１（ｂ）に示すような有機ＥＬ素子１０を作製した。この際、ドープ源としてアルミニウム酸化物であるＡｌ２Ｏ３を用い、また、電極材料であるＺｎＯ源としてＧＺＯ（Ｇａ２Ｏ３＋ＺｎＯ）を用いた。この際の組成比は、まず、ＧＺＯの組成比を９７（ＺｎＯ）：３（Ｇａ２Ｏ３）としたうえで、ＡＧＺＯの組成比を、９８（ＧＺＯ）：２（Ａｌ２Ｏ３）とした。
【０２６０】
（比較例１）
比較例１では、陰極をＩＴＯにより形成した点を除き、その他の条件は上記実施例１と同様として、図１（ｂ）に示すような構造の有機ＥＬ素子を作製した。この際、ＩＴＯとして、ＳｎＯ２とＩｎ２Ｏ３の組成比を５：９５としたものを用いた。
【０２６１】
（比較例２）
比較例２では、陰極を、金属元素としてＩｎがドープされたＺｎＯ（ＩＺＯ）により形成した点を除き、その他の条件は上記実施例１と同様として、図１（ｂ）に示すような構造の有機ＥＬ素子を作製した。この際、ドープ源としてインジウム酸化物であるＩｎ２Ｏ３を用い、ＺｎＯとＩｎ２Ｏ３の組成比を５０：５０とした。
【０２６２】
（比較例３）
比較例３では、陰極を、金属元素をドープしないＺｎＯにより形成した点を除き、その他の条件は上記実施例１と同様として、図１（ｂ）に示すような構造の有機ＥＬ素子を作製した。
【０２６３】
（基準例：Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ）
基準例においては、上記実施例１〜４及び比較例１〜３を比較評価するための基準として、実施例１と同様の手順及び条件で、基板上に、陽極及び有機層を順次形成した。そして、基準例では、有機層の上にＡｌ電極のみを成膜した点が、上記各実施例及び比較例とは異なる。
【０２６４】
［有機ＥＬ素子の評価］
上記各実施例、比較例の有機ＥＬ素子について、以下のような評価試験を行った。
【０２６５】
プログラマブル直流電圧／電流源（（株）アドバンテスト社製：ＴＲ６１４３）を用いて、上記手順で作成した各実施例、比較例及び基準例の有機ＥＬ素子に段階的に電圧を印加して発光させ、素子に流れる電流密度の測定と、輝度計（（株）トプコン社製：ＢＭ−８）を用いて素子正面の輝度の測定を行った。得られたデータを基に、１０００ｃｄ／ｍ２における駆動電圧（ＤＶ：Ｄｒｉｖｉｎｇ  Ｖｏｌｔａｇｅ）［Ｖ］、外部量子効率（ＥＱＥ：Ｅｘｔｅｒｎａｌ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）［％］及び電力効率（ＰＥ：Ｐｏｗｅｒ  Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）［ｌｍ／Ｗ］を算出した。
【０２６６】
さらに、各実施例及び比較例の有機ＥＬ素子の駆動電圧については、基準例の有機ＥＬ素子の駆動電圧に対する差［Ｖ］を求めた。また、外部量子効率と電力効率については、基準例の値に対する比を求めた。
これらの値を下記表１に示す。
【０２６７】
【表１】
2015095293.tif 000028
【０２６８】
［評価結果］
表１に示すように、本発明で規定する、金属元素がドープされた酸化亜鉛からなる陰極を備えた有機ＥＬ素子は、陰極がＩＴＯである比較例１、陰極がＺｎＯである比較例３及び陰極がＩｎがドープされたＺｎＯである比較例２と比べて、駆動電圧（ＤＶ）が低いことがわかる。また、本実施例の有機ＥＬ素子の外部量子効率（ＥＱＥ）は、陰極がＩＴＯの比較例１とほぼ同レベルであるが、駆動電圧が低い分、陰極がＩＴＯの比較例１及び他の比較例より電力効率が優れていることがわかる。
【０２６９】
以上説明したような実施例の結果により、陰極として、特定の金属元素をドープした酸化亜鉛からなる電極を採用することにより、駆動電圧が低減され、電力効率が優れた有機ＥＬ素子が得られることが明らかである。
【産業上の利用可能性】
【０２７０】
本発明に係る有機ＥＬ素子は、発光特性や寿命特性に優れていることから、例えば、テレビジョンやコンピュータ用モニター、民生用ＴＶ、大型表示ディスプレイ、携帯電話や各種携帯端末等に用いられる各種の画像表示装置や、照明装置等に好適である。
【符号の説明】
【０２７１】
１０、２０、３０  有機ＥＬ素子
１、１１、２１、３１  基板
１１ａ  凹部内側面
１１Ａ  凹部
１１Ｂ  凸部
１２、２２、３２  陽極（第１電極）
１２ａ、２２ａ、３２ａ  陽極孔部内側面
１２Ａ、３２Ａ  陽極孔部
１３、２３、３３  有機層（発光層を含む有機層）
１３ａ、２３ａ、３３ａ  孔部内側面被覆部
１３ｂ，３３ｂ  陽極孔部内側面被覆部
１３ｃ  凹部内側面被覆部
１３ｄ、２３ｂ、３３ｃ  層状部
１４、２４、３４  陰極（第２電極）
１５、２５、３５  低屈折率層
１６、２６、３６  金属層
１７、２７、３７  第２の誘電体層
１７ａ、２７ａ、３７ａ  孔部内側面
１７Ａ、２７Ａ、３７Ａ  孔部
１９、２９、３９  レジスト層
１９ａ  レジスト層
３２Ｂ  陽極凸部
２７Ｂ、３７Ｂ  誘電体島状部
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
ＡＰｏ  発光点
ＡＰｅ  発光点
ＡＰｉ  発光点
【図１】
2015095293.tif 000029
【図２】
2015095293.tif 000030
【図３】
2015095293.tif 000031
【図４】
2015095293.tif 000032
【図５】
2015095293.tif 000033
【図６】
2015095293.tif 000034
【図７】
2015095293.tif 000035
【図８】
2015095293.tif 000036
【図９】
2015095293.tif 000037
【図１０】
2015095293.tif 000038
【図１１】
2015095293.tif 000039
【図１２】
2015095293.tif 000040
【図１３】
2015095293.tif 000041
【図１４】
2015095293.tif 000042
【図１５】
2015095293.tif 000043
【図１６】
2015095293.tif 000044
【図１７】
2015095293.tif 000045
【図１８】
2015095293.tif 000046
【図１９】
2015095293.tif 000047
【図２０】
2015095293.tif 000048
【図２１】
2015095293.tif 000049
【図２２】
2015095293.tif 000050