(57)【要約】【課題】  有機ＥＬ発光素子では、透明電極として使用されるＩＴＯの屈折率が透明基板として使用されるガラス基板の屈折率１．５よりも高い２．０程度であることから、透明電極からガラス基板へ向かう光の大部分が透明電極近傍を伝搬する透明電極導波モードとなって、透明電極からガラス基板に放射されない。本発明は、従来の有機ＥＬ発光素子等の発光素子の光取り出し効率が低いことを解決するために、モード変換手段を用いて有機ＥＬ発光素子等の発光素子からの光取り出し効率の向上を図ることを目的とする。【解決手段】  本発明は、基板上に、少なくとも、発光層を有する発光素子であって、該基板の内部、該発光層の内部等、又はこれらの界面に導波モードから放射モードへ変換するモード変換手段を備える発光素子である。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、少なくとも、発光層を有する発光素子であって、該基板の内部、該発光層の内部、該基板と外部との界面、該基板と該発光層の界面、該発光層と外部との界面のうち少なくとも１に導波モードから放射モードへ変換するモード変換手段を備える発光素子。
【請求項２】
基板上に、少なくとも、発光層と１以上の導波層とを有する発光素子であって、該基板の内部、該発光層の内部、該導波層の内部、該基板と該基板の外部との界面、該基板と該発光層との界面、該発光層と該発光層の外部との界面、該基板と該導波層との界面、該発光層と該導波層との界面、該導波層と該導波層の外部との界面、又は該導波層と該導波層との界面のうち少なくとも１に導波モードから放射モードへ変換するモード変換手段を備える発光素子。
【請求項３】
基板上に、少なくとも、第一の電極と、有機エレクトロルミネセンス層と、該第一の電極に対向する第二の電極と、を順に有する有機エレクトロルミネセンス発光素子であって、該基板の内部、該第一の電極の内部、該有機エレクトロルミネセンス層の内部、該第二の電極の内部、該基板と該基板の外部との界面、該基板と該第一の電極との界面、該第一の電極と該有機エレクトロルミネセンス層との界面、該有機エレクトロルミネセンス層と該第二の電極との界面、又は該第二の電極と該第二の電極の外部との界面のうち少なくとも１に導波モードから放射モードへ変換するモード変換手段を備える有機エレクトロルミネセンス発光素子。
【請求項４】
前記第二電極が透明電極、薄膜金属電極、又は透明電極と該透明電極の有機エレクトロルミネセンス層の側に薄膜金属を配置した電極であることを特徴とする請求項３に記載の有機エレクトロルミネセンス発光素子。
【請求項５】
前記基板の外表面又は前記第二の電極の外表面に、導波モードから放射モードへ変換するモード変換手段を備える光学機能層をさらに有することを特徴とする請求項３に記載の有機エレクトロルミネセンス発光素子。
【請求項６】
基板上に、少なくとも、第一の電極と、有機エレクトロルミネセンス層と、該第一の電極に対向する第二の電極と、を順に有し、かつ、該基板上のいずれかに１以上の導波層を有する有機エレクトロルミネセンス発光素子であって、該基板の内部、該第一の電極の内部、該有機エレクトロルミネセンス層の内部、該第二の電極の内部、該導波層の内部、該基板と該基板の外部との界面、該基板と該第一の電極との界面、該第一の電極と該有機エレクトロルミネセンス層との界面、該有機エレクトロルミネセンス層と該第二の電極との界面、該第二の電極と該第二の電極の外部との界面、該基板と該導波層との界面、該第一の電極と該導波層との界面、該有機エレクトロルミネセンス層と該導波層との界面、該第二の電極と該導波層との界面、該導波層と該導波層の外部との界面、又は該導波層と該導波層との界面のうち少なくとも１に導波モードから放射モードへ変換するモード変換手段を備える有機エレクトロルミネセンス発光素子。
【請求項７】
前記第二電極が透明電極、薄膜金属電極、又は透明電極と該透明電極の有機エレクトロルミネセンス層の側に薄膜金属を配置した電極であることを特徴とする請求項６に記載の有機エレクトロルミネセンス発光素子。
【請求項８】
基板上に、少なくとも、第一の電極と、有機エレクトロルミネセンス層と、該第一の電極に対向し透光性のある第二の電極と、保護膜と、を順に有する有機エレクトロルミネセンス発光素子であって、該基板の内部、該第一の電極の内部、該有機エレクトロルミネセンス層の内部、該第二の電極の内部、該保護膜の内部、該基板と該基板の外部との界面、該基板と該第一の電極との界面、該第一の電極と該有機エレクトロルミネセンス層との界面、該有機エレクトロルミネセンス層と該第二の電極との界面、該第二の電極と該保護膜との界面、又は該保護膜と該保護膜の外部との界面のうち少なくとも１に導波モードから放射モードへ変換するモード変換手段を備える有機エレクトロルミネセンス発光素子。
【請求項９】
前記基板の外表面又は前記保護膜の外表面に、導波モードから放射モードへ変換するモード変換手段を備える光学機能層をさらに有することを特徴とする請求項８に記載の有機エレクトロルミネセンス発光素子。
【請求項１０】
基板上に、少なくとも、第一の電極と、有機エレクトロルミネセンス層と、該第一の電極に対向し透光性のある第二の電極と、保護膜と、を順に有し、かつ、該基板上のいずれかに１以上の導波層を有する有機エレクトロルミネセンス発光素子であって、該基板の内部、該第一の電極の内部、該有機エレクトロルミネセンス層の内部、該第二の電極の内部、該保護膜の内部、該導波層の内部、該基板と該基板の外部との界面、該基板と該第一の電極との界面、該第一の電極と該有機エレクトロルミネセンス層との界面、該有機エレクトロルミネセンス層と該第二の電極との界面、該第二の電極と該保護膜との界面、該保護膜と該保護膜の外部との界面、該基板と該導波層との界面、該第一の電極と該導波層との界面、該有機エレクトロルミネセンス層と該導波層との界面、該第二の電極と該導波層との界面、該保護膜と該導波層との界面、該導波層と該導波層の外部との界面、又は該導波層と該導波層との界面のうち少なくとも１に導波モードから放射モードへ変換するモード変換手段を備える有機エレクトロルミネセンス発光素子。
【請求項１１】
透明基板上に、少なくとも、透明電極と、有機エレクトロルミネセンス層と、該透明電極に対向する金属電極と、を順に有する有機エレクトロルミネセンス発光素子であって、該透明基板の内部、該透明電極の内部、該有機エレクトロルミネセンス層の内部、該金属電極の内部、該透明基板と該透明基板の外部との界面、該透明基板と該透明電極との界面、該透明電極と該有機エレクトロルミネセンス層との界面、該有機エレクトロルミネセンス層と該金属電極との界面、又は該金属電極と該金属電極の外部との界面のうち少なくとも１に導波モードから放射モードへ変換するモード変換手段を備える有機エレクトロルミネセンス発光素子。
【請求項１２】
前記透明基板の外表面又は前記金属電極の外表面に、導波モードから放射モードへ変換するモード変換手段を備える光学機能層をさらに有することを特徴とする請求項１１に記載の有機エレクトロルミネセンス発光素子。
【請求項１３】
透明基板上に、少なくとも、透明電極と、有機エレクトロルミネセンス層と、該透明電極に対向する金属電極と、を順に有し、かつ、該透明基板上のいずれかに１以上の導波層を有する有機エレクトロルミネセンス発光素子であって、該透明基板の内部、該透明電極の内部、該有機エレクトロルミネセンス層の内部、該金属電極の内部、該導波層の内部、該透明基板と該透明基板の外部との界面、該透明基板と該透明電極との界面、該透明電極と該有機エレクトロルミネセンス層との界面、該有機エレクトロルミネセンス層と該金属電極との界面、該金属電極と該金属電極の外部との界面、該透明基板と該導波層との界面、該透明電極と該導波層との界面、該有機エレクトロルミネセンス層と該導波層との界面、該金属電極と該導波層との界面、該導波層と該導波層の外部との界面、又は該導波層と該導波層との界面のうち少なくとも１に導波モードから放射モードへ変換するモード変換手段を備える有機エレクトロルミネセンス発光素子。
【請求項１４】
前記モード変換手段が、１次元、２次元、又は３次元の方向に規則性のある屈折率分布を持つ光学的構造であることを特徴とする請求項３から１３に記載の有機エレクトロルミネセンス発光素子。
【請求項１５】
前記規則性は前記有機エレクトロルミネセンス層で発光する光の実効波長程度の周期であることを特徴とする請求項１４に記載の有機エレクトロルミネセンス発光素子。
【請求項１６】
前記有機エレクトロルミネセンス発光素子は、２以上のモード変換手段を備え、該２以上のモード変換手段の規則性が同じ周期であることを特徴とする請求項１４に記載の有機エレクトロルミネセンス発光素子。
【請求項１７】
前記規則性は前記有機エレクトロルミネセンス層で発光する光の実効波長程度の周期に対して周期の４分の１以下のゆらぎを持つことを特徴とする請求項１４に記載の有機エレクトロルミネセンス発光素子。
【請求項１８】
前記モード変換手段が、２次元の方向に規則性のある屈折率分布を持つ光学的構造を少なくとも２以上有し、該光学的構造の規則性が該光学的構造ごとに前記ゆらぎの範囲内で異なる周期を持つことを特徴とする請求項１７に記載の有機エレクトロルミネセンス発光素子。
【請求項１９】
前記２以上の光学的構造が、２次元の同一面内に形成されていることを特徴とする請求項１８に記載の有機エレクトロルミネセンス発光素子。
【請求項２０】
前記規則性は前記有機エレクトロルミネセンス層で発光する光の実効波長程度の周期と、実効波長程度の周期に対して周期の４分の１以下のゆらぎと、が混在していることを特徴とする請求項１４に記載の有機エレクトロルミネセンス発光素子。
【請求項２１】
前記規則性は周期が徐々に変化することを特徴とする請求項１３に記載の有機エレクトロルミネセンス発光素子。
【請求項２２】
前記２次元の方向に規則性のある屈折率分布が正方格子配置、三角格子配置、ハニカム格子配置、若しくは有限個数の単位要素で平面を埋め尽くすことのできる配置、又はこれらの組み合わせであることを特徴とする請求項１４記載の有機エレクトロルミネセンス発光素子。
【請求項２３】
前記規則性のある屈折率分布がこれを設けない場合の材料の有する屈折率よりも高い屈折率を有する材料で形成されていることを特徴とする請求項１４に記載の有機エレクトロルミネセンス発光素子。
【請求項２４】
前記高い屈折率を有する材料が、前記有機エレクトロルミネセンス層で発光する光に対して透過性を有することを特徴とする請求項２３に記載の有機エレクトロルミネセンス発光素子。
【請求項２５】
前記規則性のある屈折率分布がこれを設けない場合の材料の有する屈折率よりも低い屈折率を有する材料で形成されていることを特徴とする請求項１４に記載の有機エレクトロルミネセンス発光素子。
【請求項２６】
前記低い屈折率を有する材料が、前記有機エレクトロルミネセンス層で発光する光に対して透過性を有することを特徴とする請求項２５に記載の有機エレクトロルミネセンス発光素子。
【請求項２７】
前記低い屈折率を有する材料が気体であることを特徴とする請求項２５に記載の有機エレクトロルミネセンス発光素子。
【請求項２８】
前記気体が空気又は不活性ガスであることを特徴とする請求項２７に記載の有機エレクトロルミネセンス発光素子。
【請求項２９】
前記基板と前記基板の外部との界面、前記基板と前記第一の電極との界面、前記第一の電極と前記有機エレクトロルミネセンス層との界面、前記有機エレクトロルミネセンス層と前記第二の電極との界面、又は前記第二の電極と前記第二の電極の外部との界面に備える前記光学的構造が、１次元又は２次元の方向に規則性のある界面の凹凸で構成されていることを特徴とする請求項１４に記載の有機エレクトロルミネセンス発光素子。
【請求項３０】
前記基板と前記基板の外部との界面、前記基板と前記第一の電極との界面、前記第一の電極と前記有機エレクトロルミネセンス層との界面、前記有機エレクトロルミネセンス層と前記第二の電極との界面、前記第二の電極と前記第二の電極の外部との界面、前記基板と前記導波層との界面、前記第一の電極と前記導波層との界面、前記有機エレクトロルミネセンス層と前記導波層との界面、前記第二の電極と前記導波層との界面、前記導波層と前記導波層の外部との界面、又は前記導波層と前記導波層との界面に備える前記光学的構造が、１次元又は２次元の方向に規則性のある界面の凹凸で構成されていることを特徴とする請求項１４に記載の有機エレクトロルミネセンス発光素子。
【請求項３１】
前記透明基板と前記透明基板の外部との界面、前記透明基板と前記透明電極との界面、前記透明電極と前記有機エレクトロルミネセンス層との界面、前記有機エレクトロルミネセンス層と前記金属電極との界面、又は前記金属電極と前記金属電極の外部との界面に備える前記光学的構造が、１次元又は２次元の方向に規則性のある界面の凹凸で構成されていることを特徴とする請求項１４に記載の有機エレクトロルミネセンス発光素子。
【請求項３２】
前記透明基板と前記透明基板の外部との界面、前記透明基板と前記透明電極との界面、前記透明電極と前記有機エレクトロルミネセンス層との界面、前記有機エレクトロルミネセンス層と前記金属電極との界面、前記金属電極と前記金属電極の外部との界面、前記透明基板と前記導波層との界面、前記透明電極と前記導波層との界面、前記有機エレクトロルミネセンス層と前記導波層との界面、前記金属電極と前記導波層との界面、前記導波層と前記導波層の外部との界面、又は前記導波層と前記導波層との界面に備える前記光学的構造が、１次元又は２次元の方向に規則性のある界面の凹凸で構成されていることを特徴とする請求項１４に記載の有機エレクトロルミネセンス発光素子。
【請求項３３】
前記有機エレクトロルミネセンス層が領域によって異なる発光波長を有することを特徴とする請求項１４に記載の有機エレクトロルミネセンス発光素子。
【請求項３４】
前記変換手段が、前記異なる発光波長に対応した１次元、２次元、又は３次元の方向に規則性のある屈折率分布を持つ光学的構造であることを特徴とする請求項３３に記載の有機エレクトロルミネセンス発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光取り出し効率の高い発光素子に関する。特に、有機エレクトロルミネセンス（以後、「エレクトロルミネセンス」を「ＥＬ」と略記する。）発光素子において、有機ＥＬ層で発光した光の光取り出し効率の高い発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機ＥＬ発光素子は自発光素子として、ディスプレイ等の映像表示装置や面光源としての期待が高い。有機ＥＬ発光素子を映像表示装置として使用する場合は、単一色で発光するパートカラー方式や、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の３原色で発光する領域を持つフルカラー方式がある。面光源として使用する場合は、薄膜状として構成する。
【０００３】
このような有機ＥＬ発光素子は、一般的には、ガラス基板等の透明基板上に陽極である透明電極と、有機ＥＬ層と、陰極である金属電極を順に積層して作製される。透明電極と金属電極との間で印加された電圧により、陰極から供給された電子と陽極から供給されたホールとが有機ＥＬ層で再結合し、これに伴って生成される励起子が励起状態から基底状態へ移行する際にＥＬ発光する。ＥＬ発光した光は透明電極を透過し、透明基板の側から外部に取り出される。
【０００４】
このような有機ＥＬ発光素子では、光取り出し効率が低いことが予想される。即ち、透明電極として使用されるＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）の屈折率が透明基板として使用されるガラス基板の屈折率１．５よりも高い２．０程度であることから、透明電極からガラス基板へ向かう光の大部分が透明電極近傍を伝搬する透明電極導波モードとなって、透明電極からガラス基板に放射されない。図１は透明電極に閉じ込められた透明電極導波モードの電界分布のシミュレーション結果を示す。図１において、金属電極からの距離に応じて、有機ＥＬ層であるＡｌｑ３、ＰＶＫに続いて、ＩＴＯ、ガラス基板の屈折率分布を破線で示し、発光波長５２４ｎｍの光の透明電極導波モードの電界強度を実線で示す。図１から分かるように、実効波長程度の染み出しは認められるものの、透明電極導波モードは屈折率の高いＩＴＯに閉じ込められて外部に取り出せないことが分かる。
【０００５】
さらに、空気の屈折率１．０に比較してガラス基板の屈折率が１．５程度と高いことから、透明電極からガラス基板へ向かう光の大部分がガラス基板内を伝搬する透明基板導波モードとなって、ガラス基板から空気中に放射されない。結果として、有機ＥＬ層で発光した光の大部分は、透明電極導波モードや透明基板導波モードとなり、光取り出し効率が低くなる。
【０００６】
なお、本願において、光取り出し効率とは、有機ＥＬ層で発光したフォトンに対して有機ＥＬ発光素子の外部に取り出せるフォトンの割合をいう。
【０００７】
また、本願において、導波モードとは、導波路内を伝搬する電磁波の状態をいう。放射モードとは、導波路内に局在しない電磁波の状態をいう。
【０００８】
実際の光取り出し効率は測定が困難であるため、その算出はシミュレーションに頼らざるを得ない。しかし、透明電極や有機ＥＬ層の厚さが有機ＥＬ層で発光する光の実効波長と同程度かそれよりも薄いため、単純な幾何光学的な手法では誤差の大きいことが知られている。そのため、幾何光学以外にも各種の計算方法が試みられている。発明者らは、有限時間領域差分法を用いてシミュレーションした結果、透明電極の層厚を５０ｎｍから２００ｎｍまで、有機ＥＬ層の層厚を２０ｎｍから８０ｎｍまで変化させても、透明電極導波モードは有機ＥＬ層で発光した光の４０〜５０％、透明基板導波モードは２５〜３５％程度であり、ガラス基板から放射される光の光取り出し効率は１５〜３０％程度であることを明らかにした。
【０００９】
なお、本願において、実効波長とは、伝搬媒質内の光の波長をいい、
実効波長＝真空中での波長／伝搬媒質の屈折率
で表される。
【００１０】
従来、有機ＥＬ発光素子で光取り出し効率を改善する方法として、透明電極と透明基板の境界に集光用レンズを設けた技術が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。透明電極と透明基板の境界に集光用レンズを設けた従来技術を図２に示す。８１はガラス基板、８２は透明電極、８３は有機ＥＬ層、８４は集光用レンズである。これは、光角度変換手段としての複数個の集光用レンズ８４によって、有機ＥＬ層８３で発光した光のうち全反射となる光の入射角を小さい角度に変換して、光を取り出す構造のものである。
【００１１】
しかし、図２に示すように、ガラス基板８１の上面に形成した集光用レンズ８４を用いると集光用レンズ８４の中心の直下部にある有機ＥＬ層８３（図２におけるＡ点）からの光に対しては、全反射となる光の割合を減少させることができるが、レンズの中心の直下部からはずれた場所にある有機ＥＬ層８３（図２におけるＢ点）からの光に対しては、かえって全反射となる光の割合を増加させるという結果を招く。
【特許文献１】特開２００２−２６０８４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
発明者らは、光取り出し効率のシミュレーション結果から、有機ＥＬ層で発光した光のうち、大部分が透明電極導波モード又は透明基板導波モードとなることに着目した。つまり、透明電極導波モードを透明電極から透明基板へ放射する放射モードに変換し、又は透明基板導波モードを透明基板から外部へ放射する放射モードに変換すれば、光取り出し効率が向上する。
【００１３】
そこで、発明者らは、光の波動的振る舞いを利用して導波モードである透明電極導波モードや透明基板導波モードを放射モードに変換するモード変換手段を発明した。本発明は、従来の有機ＥＬ発光素子等の発光素子の光取り出し効率が低いことを解決するために、モード変換手段を用いて有機ＥＬ発光素子等の発光素子からの光取り出し効率の向上を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前述した目的を達成するための発明について、図３を用いてその基本原理を説明する。図３において、１１は基板、１２は発光層、２１は放射モード、２２は導波モード、２３は放射モード、２４は導波モードであって、基板１１の上には発光層１２が形成され、発光層１２で発光した光は基板１１を透過して外部に出射する。基板１１は一般的に外部の空気よりも屈折率が高いために、基板１１から外部の空気への入射角が臨界角以下であれば、発光層１２で発光した光は放射モード２１となって外部に放射される。しかし、基板１１から外部の空気への入射角が臨界角以上の場合、基板１１と外部の空気との境界で全反射され、導波モード２２となる。
【００１５】
そこで、導波モードとなる光が伝搬する領域に、導波モードを放射モードへ変換するモード変換手段を設ける。図３では、基板１１と発光層１２との界面に規則性のある屈折率分布を形成する。例えば、基板１１の屈折率が１．５で、発光層１２の屈折率が１．７と差があれば、基板１１と発光層１２の境界に凹凸を形成するだけで、規則性のある屈折率分布が形成できる。形成した凹凸を導波モードとなる光の伝搬が禁止されるような周期とすると、理想的には導波モード２２は総て放射モード２３に変換される。実際には、完全に伝搬が禁止されるような屈折率分布とすることは困難なため、導波モード２２の一部が伝搬を抑制されて放射モード２３に変換され、導波モード２２の一部は変換されずに導波モード２４となって残ることになる。
【００１６】
具体的には、本願第一発明は、基板上に、少なくとも、発光層を有する発光素子であって、該基板の内部、該発光層の内部、該基板と外部との界面、該基板と該発光層の界面、該発光層と外部との界面のうち少なくとも１に導波モードから放射モードへ変換するモード変換手段を備える発光素子である。
【００１７】
又は、基板上に、少なくとも、発光層と１以上の導波層とを有する発光素子の場合は、該基板の内部、該発光層の内部、該導波層の内部、該基板と該基板の外部との界面、該基板と該発光層との界面、該発光層と該発光層の外部との界面、該基板と該導波層との界面、該発光層と該導波層との界面、該導波層と該導波層の外部との界面、又は該導波層と該導波層との界面のうち少なくとも１に導波モードから放射モードへ変換するモード変換手段を備える発光素子である。
【００１８】
発光素子において発光層で発光した光のうち一部は放射モードとなり発光素子の外部に放射され、残りは導波モードとなるが、本願第一発明により、導波モードとなった光もモード変換手段により放射モードに変換され、発光素子の外部へ放射される。従って、発光素子の光取り出し効率を向上させることができる。
【００１９】
本願第二発明は、基板上に、少なくとも、第一の電極と、有機エレクトロルミネセンス層と、該第一の電極に対向する第二の電極と、を順に有する有機エレクトロルミネセンス発光素子であって、該基板の内部、該第一の電極の内部、該有機エレクトロルミネセンス層の内部、該第二の電極の内部、該基板と該基板の外部との界面、該基板と該第一の電極との界面、該第一の電極と該有機エレクトロルミネセンス層との界面、該有機エレクトロルミネセンス層と該第二の電極との界面、又は該第二の電極と該第二の電極の外部との界面のうち少なくとも１に導波モードから放射モードへ変換するモード変換手段を備える有機エレクトロルミネセンス発光素子である。
【００２０】
又は、基板上に、少なくとも、第一の電極と、有機エレクトロルミネセンス層と、該第一の電極に対向する第二の電極と、を順に有し、かつ、該基板上のいずれかに１以上の導波層を有する有機エレクトロルミネセンス発光素子の場合は、該基板の内部、該第一の電極の内部、該有機エレクトロルミネセンス層の内部、該第二の電極の内部、該導波層の内部、該基板と該基板の外部との界面、該基板と該第一の電極との界面、該第一の電極と該有機エレクトロルミネセンス層との界面、該有機エレクトロルミネセンス層と該第二の電極との界面、該第二の電極と該第二の電極の外部との界面、該基板と該導波層との界面、該第一の電極と該導波層との界面、該有機エレクトロルミネセンス層と該導波層との界面、該第二の電極と該導波層との界面、該導波層と該導波層の外部との界面、又は該導波層と該導波層との界面のうち少なくとも１に導波モードから放射モードへ変換するモード変換手段を備える有機エレクトロルミネセンス発光素子である。
【００２１】
有機ＥＬ発光素子において有機ＥＬ層で発光した光のうち一部は放射モードとなり有機ＥＬ発光素子の外部に放射され、残りは導波モードとなるが、本願第二発明により、導波モードとなった光もモード変換手段により放射モードとなり、有機ＥＬ発光素子の外部へ放射される。従って、有機ＥＬ発光素子の光取り出し効率が向上する。
【００２２】
有機ＥＬ層には、正孔注入層、正孔輸送層、有機ＥＬ発光層、電子注入層、電子輸送層を含むことがある。正孔注入層は、正孔注入電極から正孔の注入を容易にする機能、正孔輸送層は、正孔を安定に輸送する機能を有する。電子注入層は、電子注入電極からの電子の注入を容易にする機能、電子輸送層は、電子を安定に輸送する機能を有する。これらの層は、有機ＥＬ発光層に注入される正孔や電子を増大し、閉じ込め効果を発揮して発光効率を改善する。有機ＥＬ発光層には、発光機能を有する化合物である蛍光性物質を含有させ、ＥＬ現象によって発光させる。以下の説明でも同様である。
【００２３】
導波層とは、材料や構造をいうものではなく、有機ＥＬ層で発光した光が導波モードとなる層をいう。特に、両側の層の屈折率が相対的に低い場合は、両側の層に接する面では、臨界角を超えて反射されるため、導波層となりやすい。以下の説明でも同様である。
【００２４】
本願第二発明には、前記第二電極が透明電極、薄膜金属電極、又は透明電極と該透明電極の有機エレクトロルミネセンス層の側に薄膜金属を配置した電極であることを特徴とする有機エレクトロルミネセンス発光素子も含まれる。
【００２５】
第二電極を透明電極とすることにより、有機ＥＬ層で発光した光を基板と反対側から取り出すことができる。いわゆる、トップエミッション型の有機ＥＬ発光素子とすることができる。第二電極を薄膜金属電極として、透光性を高めてもよい。第二電極を陽極側にすると、第二電極を透明電極としても正孔の注入は容易であるが、第二電極を陰極側にすると、第二電極を透明電極としても電子の注入が困難になる。この場合に、透明電極と有機ＥＬ層との間に電子注入の容易な薄膜金属膜とすることによって解決することができる。
【００２６】
本願第二発明には、前記基板の外表面又は前記第二の電極の外表面に、導波モードから放射モードへ変換するモード変換手段を備える光学機能層をさらに有することを特徴とする有機エレクトロルミネセンス発光素子も含まれる。
【００２７】
基板の外表面に、導波モードから放射モードへ変換するモード変換手段を備える光学機能層を有することによって、有機ＥＬ層で発光した光のうち基板の側に向かった光が導波モードとなっても放射モードに変換され、有機ＥＬ発光素子の外部へ放射される。有機ＥＬ層で発光した光を基板側から取り出す、いわゆる、ボトムエミッション型の有機ＥＬ発光素子に有効である。また、第二電極の外表面に、導波モードから放射モードへ変換するモード変換手段を備える光学機能層を有することによって、有機ＥＬ層で発光した光のうち第二電極の側に向かった光が導波モードとなっても放射モードに変換され、有機ＥＬ発光素子の外部へ放射される。有機ＥＬ層で発光した光を基板と反対側から取り出す、いわゆる、トップエミッション型の有機ＥＬ発光素子に有効である。従って、有機ＥＬ発光素子の光取り出し効率が向上する。モード変換手段は、この光学機能層の内部や光学機能層の界面に設ける。
【００２８】
光学機能層とは、有機ＥＬ層で発光した光を透過させる材料で構成され、内部又は界面に導波モードから放射モードへ変換するモード変換手段を備えるものをいう。導波層の一部に導波モードから放射モードへ変換するモード変換手段を備えれば光学機能層として機能する。
【００２９】
本願第三発明は、基板上に、少なくとも、第一の電極と、有機エレクトロルミネセンス層と、該第一の電極に対向し透光性のある第二の電極と、保護膜と、を順に有する有機エレクトロルミネセンス発光素子であって、該基板の内部、該第一の電極の内部、該有機エレクトロルミネセンス層の内部、該第二の電極の内部、該保護膜の内部、該基板と該基板の外部との界面、該基板と該第一の電極との界面、該第一の電極と該有機エレクトロルミネセンス層との界面、該有機エレクトロルミネセンス層と該第二の電極との界面、該第二の電極と該保護膜との界面、又は該保護膜と該保護膜の外部との界面のうち少なくとも１に導波モードから放射モードへ変換するモード変換手段を備える有機エレクトロルミネセンス発光素子である。
【００３０】
又は、基板上に、少なくとも、第一の電極と、有機エレクトロルミネセンス層と、該第一の電極に対向し透光性のある第二の電極と、保護膜と、を順に有し、かつ、該基板上のいずれかに１以上の導波層を有する有機エレクトロルミネセンス発光素子の場合は、該基板の内部、該第一の電極の内部、該有機エレクトロルミネセンス層の内部、該第二の電極の内部、該保護膜の内部、該導波層の内部、該基板と該基板の外部との界面、該基板と該第一の電極との界面、該第一の電極と該有機エレクトロルミネセンス層との界面、該有機エレクトロルミネセンス層と該第二の電極との界面、該第二の電極と該保護膜との界面、該保護膜と該保護膜の外部との界面、該基板と該導波層との界面、該第一の電極と該導波層との界面、該有機エレクトロルミネセンス層と該導波層との界面、該第二の電極と該導波層との界面、該保護膜と該導波層との界面、該導波層と該導波層の外部との界面、又は該導波層と該導波層との界面のうち少なくとも１に導波モードから放射モードへ変換するモード変換手段を備える有機エレクトロルミネセンス発光素子である。
【００３１】
第二電極を透光性のある電極とし、有機ＥＬ層で発光した光を基板と反対側から取り出す、いわゆる、トップエミッション型の有機ＥＬ発光素子とした場合には、第二電極の側に保護膜を設けることが好ましい。保護膜によって、第二電極への接触防止や有機ＥＬ層の酸化防止が期待できる。この保護膜の内部や保護膜の界面にもモード変換手段を設けることにより、導波モードとなった光も放射モードに変換され、有機ＥＬ発光素子の外部へ放射される。従って、有機ＥＬ発光素子の光取り出し効率が向上する。
【００３２】
本願第三発明には、前記基板の外表面又は前記保護層の外表面に、導波モードから放射モードへ変換するモード変換手段を備える光学機能層をさらに有することを特徴とする有機エレクトロルミネセンス発光素子も含まれる。
【００３３】
基板の外表面に、導波モードから放射モードへ変換するモード変換手段を備える光学機能層を有することによって、有機ＥＬ層で発光した光のうち基板の側に向かった光が導波モードとなっても放射モードに変換され、有機ＥＬ発光素子の外部へ放射される。有機ＥＬ層で発光した光を基板側から取り出す、いわゆる、ボトムエミッション型の有機ＥＬ発光素子に有効である。また、保護層の外表面に、導波モードから放射モードへ変換するモード変換手段を備える光学機能層を有することによって、有機ＥＬ層で発光した光のうち保護層の側に向かった光が導波モードとなっても放射モードに変換され、有機ＥＬ発光素子の外部へ放射される。有機ＥＬ層で発光した光を基板と反対側から取り出す、いわゆる、トップエミッション型の有機ＥＬ発光素子に有効である。従って、有機ＥＬ発光素子の光取り出し効率が向上する。モード変換手段は、この光学機能層の内部や光学機能層の界面に設ける。
【００３４】
本願第四発明は、透明基板上に、少なくとも、透明電極と、有機エレクトロルミネセンス層と、該透明電極に対向する金属電極と、を順に有する有機エレクトロルミネセンス発光素子であって、該透明基板の内部、該透明電極の内部、該有機エレクトロルミネセンス層の内部、該金属電極の内部、該透明基板と該透明基板の外部との界面、該透明基板と該透明電極との界面、該透明電極と該有機エレクトロルミネセンス層との界面、該有機エレクトロルミネセンス層と該金属電極との界面、又は該金属電極と該金属電極の外部との界面のうち少なくとも１に導波モードから放射モードへ変換するモード変換手段を備える有機エレクトロルミネセンス発光素子である。
【００３５】
又は、透明基板上に、少なくとも、透明電極と、有機エレクトロルミネセンス層と、該透明電極に対向する金属電極と、を順に有し、かつ、該透明基板上のいずれかに１以上の導波層を有する有機エレクトロルミネセンス発光素子の場合は、該透明基板の内部、該透明電極の内部、該有機エレクトロルミネセンス層の内部、該金属電極の内部、該導波層の内部、該透明基板と該透明基板の外部との界面、該透明基板と該透明電極との界面、該透明電極と該有機エレクトロルミネセンス層との界面、該有機エレクトロルミネセンス層と該金属電極との界面、該金属電極と該金属電極の外部との界面、該透明基板と該導波層との界面、該透明電極と該導波層との界面、該有機エレクトロルミネセンス層と該導波層との界面、該金属電極と該導波層との界面、該導波層と該導波層の外部との界面、又は該導波層と該導波層との界面のうち少なくとも１に導波モードから放射モードへ変換するモード変換手段を備える有機エレクトロルミネセンス発光素子である。
【００３６】
有機ＥＬ発光素子において有機ＥＬ層で発光した光のうち一部は放射モードとなり有機ＥＬ発光素子の外部に放射され、残りは導波モードとなるが、本願第四発明により、導波モードとなった光もモード変換手段により放射モードとなり、有機ＥＬ発光素子の外部へ放射される。従って、有機ＥＬ発光素子の光取り出し効率が向上する。
【００３７】
本願第四発明には、前記透明基板の外表面又は前記金属電極の外表面に、導波モードから放射モードへ変換するモード変換手段を備える光学機能層をさらに有することを特徴とする有機エレクトロルミネセンス発光素子も含まれる。
【００３８】
透明基板の外表面に、導波モードから放射モードへ変換するモード変換手段を備える光学機能層を有することによって、有機ＥＬ層で発光した光のうち透明基板の側に向かった光が導波モードとなっても放射モードに変換され、有機ＥＬ発光素子の外部へ放射される。有機ＥＬ層で発光した光を透明基板側から取り出す、いわゆる、ボトムエミッション型の有機ＥＬ発光素子に有効である。また、金属電極の外表面に、導波モードから放射モードへ変換するモード変換手段を備える光学機能層を有することによって、有機ＥＬ層で発光した光のうち金属電極の側に向かった光が導波モードとなっても放射モードに変換され、有機ＥＬ発光素子の外部へ放射される。有機ＥＬ層で発光した光を透明基板と反対側から取り出す、いわゆる、トップエミッション型の有機ＥＬ発光素子に有効である。従って、有機ＥＬ発光素子の光取り出し効率が向上する。モード変換手段は、この光学機能層の内部や光学機能層の界面に設ける。
【００３９】
上記発明における導波モードには、透明電極内を伝搬する透明電極導波モードと透明基板導波モードがある。透明電極導波モードには、透明電極だけでなく、有機ＥＬ層内と一体になった導波モードも含まれる。透明電極の厚さや有機ＥＬ層の厚さが実効波長より薄く、透明電極から有機ＥＬ層や透明基板への染み出しがあるため、必ずしも厳密には透明電極内での伝搬とは言えないからである。透明基板導波モードは、主に透明基板内で電界強度が最も強い導波モードである。以下の発明でも同様である。
【００４０】
上記発明における導波モードから放射モードへの変換には、内側の層の屈折率が外側の層の屈折率よりも高い場合は、内側の層の導波モードから外側の層の導波モードへの変換も含まれる。これは、内側の層の導波モードがモード変換され放射されても、一部は外側の層を経て外部に放射されるが、一部は外側の層の導波モードとなるからである。例えば、透明電極の屈折率が２．０、透明基板の屈折率が１．５、透明基板の外部の屈折率が１．０の場合は、透明電極導波モードから放射モードへの変換には、透明電極導波モードから放射モードとなって透明基板を経て外部に放射される放射モードへの変換と、透明電極導波モードから放射モードとなって透明電極から透明基板内に放射されるが、透明基板内を伝搬する透明基板導波モードとなる放射モードへの変換も含まれる。以下の発明でも同様である。
【００４１】
本願第五発明は、本願第一発明から本願第四発明において、前記モード変換手段が、１次元、２次元、又は３次元の方向に規則性のある屈折率分布を持つ光学的構造であることを特徴とする有機ＥＬ発光素子である。
【００４２】
本願第五発明の１次元、２次元、又は３次元の方向に規則性のある屈折率分布を持つ光学的構造により有機ＥＬ発光素子の光取り出し効率が向上する。
【００４３】
本願他の発明は、本願第五発明において、前記規則性は前記有機エレクトロルミネセンス層で発光する光の実効波長程度の周期であることを特徴とする有機エレクトロルミネセンス発光素子である。
実効波長程度の周期により、有機ＥＬ層で発光する光に対して効果的に干渉することができ、有機ＥＬ発光素子の光取り出し効率が向上する。
【００４４】
なお、本願において、実効波長程度とは、実効波長の４分の１から５倍の長さをいう。
【００４５】
本願他の発明は、上記発明において、前記有機エレクトロルミネセンス発光素子が、２以上のモード変換手段を備え、該２以上のモード変換手段の規則性が同じ周期であることを特徴とする有機エレクトロルミネセンス発光素子である。
有機ＥＬ発光素子が２以上のモード変換手段を持つことによって、１つの層にとどまることなく逐次的に導波モードから放射モードに変換され、有機ＥＬ発光素子の光取出し効率が向上する。
【００４６】
本願他の発明は、本願第五発明において、前記規則性は前記有機エレクトロルミネセンス層で発光する光の実効波長程度の周期に対して周期の４分の１以下のゆらぎを持つことを特徴とする有機エレクトロルミネセンス発光素子である。
規則性に周期とゆらぎを持たせることにより、有機ＥＬ層で発光する波長広がりがある光に対して効果的に干渉することができ、有機ＥＬ発光素子の光取り出し効率が向上する。また、有機ＥＬ発光素子からの光を特定の方向だけでなく広角的に出射させることができ、指向性を緩和することができる。
【００４７】
本願他の発明は、上記発明において、前記モード変換手段が、２次元の方向に規則性のある屈折率分布を持つ光学的構造を少なくとも２以上有し、該光学的構造の規則性が該光学的構造ごとに前記ゆらぎの範囲内で異なる周期を持つことを特徴とする有機エレクトロルミネセンス発光素子である。
各層での導波モードから放射モードへのモード変換に最適な構造を選択したり、異なる周期の光学的構造で協調して効率的に導波モードから放射モードへモード変換したりすることができる。
【００４８】
本願他の発明は、上記発明において、前記２以上の光学的構造が、２次元の同一面内に形成されていることを特徴とする有機エレクトロルミネセンス発光素子である。
2次元の同一面内に２以上の光学的構造を形成することにより、異なる周期を同時に実現することができ、より効率的に導波モードから放射モードへモード変換したりすることができる。
【００４９】
本願他の発明は、本願第五発明において、前記規則性は前記有機エレクトロルミネセンス層で発光する光の実効波長程度の周期と、実効波長程度の周期に対して周期の４分の１以下のゆらぎと、が混在していることを特徴とする有機エレクトロルミネセンス発光素子である。
周期な規則性にゆらぎを混在させることにより、有機ＥＬ層で発光する波長広がりがある光に対して効果的に干渉することができ、有機ＥＬ発光素子の光取り出し効率が向上する。
【００５０】
本願他の発明は、本願第五発明において、前記規則性は周期が徐々に変化することを特徴とする有機エレクトロルミネセンス発光素子である。
周期が徐々に変化することにより、有機ＥＬ層で発光する波長広がりがある光に対して、波長広がりがある光に対してより効果的に干渉することができ、有機ＥＬ発光素子の光取り出し効率が向上する。
【００５１】
本願他の発明は、本願第五発明において、前記２次元の方向に規則性のある屈折率分布が正方格子配置、三角格子配置、ハニカム格子配置、若しくは有限個数の単位要素で平面を埋め尽くすことのできる配置、又はこれらの組み合わせであることを特徴とする有機エレクトロルミネセンス発光素子である。
２次元の方向に対して、規則的な屈折率分布が実現できるため、有機ＥＬ発光素子の光取り出し効率が向上する。
【００５２】
本願他の発明は、本願第五発明において、前記規則性のある屈折率分布がこれを設けない場合の材料の有する屈折率よりも高い屈折率を有する材料で形成されていることを特徴とする有機エレクトロルミネセンス発光素子である。
周囲の材料より高い屈折率を有する材料で規則性のある屈折率分布を形成することができるため、有機ＥＬ発光素子の光取り出し効率が向上する。
【００５３】
本願他の発明は、上記発明において、前記高い屈折率を有する材料が、前記有機ＥＬ層で発光する光に対して透過性を有することを特徴とする有機エレクトロルミネセンス発光素子である。
有機ＥＬ層で発光する光に対して透過性があれば、導波モードに対して光損失を低減することができ、有機ＥＬ発光素子の光取り出し効率が向上する。
【００５４】
本願他の発明は、本願第五発明において、前記規則性のある屈折率分布がこれを設けない場合の材料の有する屈折率よりも低い屈折率を有する材料で形成されていることを特徴とする有機エレクトロルミネセンス発光素子である。
周囲の材料より低い屈折率を有する材料で規則性のある屈折率分布を形成することができるため、有機ＥＬ発光素子の光取り出し効率が向上する。
【００５５】
本願他の発明は、上記発明において、前記低い屈折率を有する材料が、前記有機ＥＬ層で発光する光に対して透過性を有することを特徴とする有機エレクトロルミネセンス発光素子である。
有機ＥＬ層で発光する光に対して透過性があれば、導波モードに対して光損失を低減することができ、有機ＥＬ発光素子の光取り出し効率が向上する。
【００５６】
本願他の発明は、前記発明において、前記低い屈折率を有する材料が気体であることを特徴とする有機エレクトロルミネセンス発光素子である。
気体は一般には屈折率が１程度であるため、透明電極や透明基板に対して低い屈折率を有する材料として使用することができ、低い屈折率を有する材料で規則性のある屈折率分布を形成することができるため、有機ＥＬ発光素子の光取り出し効率が向上する。
【００５７】
本願他の発明は、上記発明において、前記気体が空気又は不活性ガスであることを特徴とする有機エレクトロルミネセンス発光素子である。
透明電極や透明基板等を空気中又は不活性ガス中で作製するときに、これらの気体を閉じ込めれば、光取り出し効率の高い有機ＥＬ発光素子を容易に製造することができる。
【００５８】
本願他の発明は、本願第五発明において、前記基板と前記基板の外部との界面、前記基板と前記第一の電極との界面、前記第一の電極と前記有機エレクトロルミネセンス層との界面、前記有機エレクトロルミネセンス層と前記第二の電極との界面、前記第二の電極と前記第二の電極の外部との界面、前記基板と前記導波層との界面、前記第一の電極と前記導波層との界面、前記有機エレクトロルミネセンス層と前記導波層との界面、前記第二の電極と前記導波層との界面、前記導波層と前記導波層の外部との界面、又は前記導波層と前記導波層との界面に備える前記モード変換手段が、１次元又は２次元の方向に規則性のある界面の凹凸で構成されていることを特徴とする有機エレクトロルミネセンス発光素子である。
【００５９】
又は、本願第五発明において、前記透明基板と前記透明基板の外部との界面、前記透明基板と前記透明電極との界面、前記透明電極と前記有機エレクトロルミネセンス層との界面、前記有機エレクトロルミネセンス層と前記金属電極との界面、前記金属電極と前記金属電極の外部との界面、前記透明基板と前記導波層との界面、前記透明電極と前記導波層との界面、前記有機エレクトロルミネセンス層と前記導波層との界面、前記金属電極と前記導波層との界面、前記導波層と前記導波層の外部との界面、又は前記導波層と前記導波層との界面に備える前記モード変換手段が、１次元又は２次元の方向に規則性のある界面の凹凸で構成されていることを特徴とする有機エレクトロルミネセンス発光素子である。
【００６０】
界面に１次元又は２次元の方向に規則性のある凹凸を設けることによって、屈折率の異なる材料を設けることなくモード変換手段を構成することができ、光取り出し効率の高い有機ＥＬ発光素子を容易に製造することができる。
【００６１】
本願他の発明は、本願第五発明において、前記有機ＥＬ層が領域によって異なる発光波長を有することを特徴とする有機エレクトロルミネセンス発光素子である。
領域によって異なる発光波長を有する有機ＥＬ発光素子に対しても、モード変換手段を備えることによって光取り出し効率の高い有機ＥＬ発光素子とすることができる。
【００６２】
本願他の発明は、上記発明において、前記変換手段が、前記異なる発光波長に対応した１次元、２次元、又は３次元の方向に規則性のある屈折率分布を持つ光学的構造であることを特徴とする有機エレクトロルミネセンス発光素子である。
有機ＥＬ層で発光する光の発光波長に合わせてモード変換手段を備えることができる。例えば、Ｒ、Ｇ、Ｂのフルカラーで発光する有機ＥＬ発光素子に対して、発光色ごとに最適なモード変換手段を備えることができ、光取り出し効率の高い有機ＥＬ発光素子とすることができる。
【発明の効果】
【００６３】
以上説明したように、本発明によればモード変換手段を用いて導波モードから放射モードに変換することが可能となり、有機ＥＬ発光素子等の発光素子からの光取り出し効率の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６４】
以下、本願発明の実施の形態について、添付の図面を参照して説明する。
導波モードから放射モードへ変換するモード変換手段として、１次元の方向に規則性のある屈折率分布を持つ光学的構造の例を図４に示す。図４において、２２は導波モード、２３は放射モード、２５は光学的構造体、４１はモード変換手段である。図４では、モード変換手段４１として、１次元の方向（図４では、左右の方向）に光学的構造体２５を配置している。ここで、光学的構造体２５の屈折率を、光学的構造体２５を設けない場合の材料の有する屈折率と異なるように設定する。
【００６５】
導波モード２２の状態にある伝搬光の伝搬が抑制されるような周期に光学的構造体２５を設けると、導波モード２２は放射モード２３に変換されて、外部に放射されることになる。このようなモード変換手段を設けると１次元の方向で導波モードを放射モードに変換することができる。
【００６６】
導波モードから放射モードへ変換するモード変換手段として、２次元方向に規則性のある屈折率分布を持つ光学的構造の例を図５に示す。図５において、２２は導波モード、２３は放射モード、２５は光学的構造体、４１はモード変換手段である。図５では、モード変換手段４１として、２次元の方向（図５では、左右の方向と上下の方向）に光学的構造体２５を配置している。ここで、光学的構造体２５の屈折率を、光学的構造体２５を設けない場合の材料の有する屈折率と異なるように設定する。
【００６７】
導波モード２２の状態にある伝搬光の伝搬が抑制されるような周期に光学的構造体２５を設けると、導波モード２２は放射モード２３に変換されて、外部に放射されることになる。このようなモード変換手段を設けると２次元の方向で導波モードを放射モードに変換することができる。
【００６８】
図５では、２次元のマトリクス上での交点に光学的構造体２５を配置したが、図６に示すように、図４で説明した光学的構造体を２次元のマトリクス状に配置しても同様の効果が得られる。さらに、３次元の方向に規則性のある屈折率分布を持つ光学的構造を配置してもよい。この場合は３次元のマトリクス上の交点に光学的構造体を配置してもよいし、３次元のマトリクス状に光学的構造体を配置してもよい。３次元の方向に光学的構造体を配置すると、より複雑な設計を可能にする。例えば、より広い波長範囲でモード変換機能を発揮させることができるようになる。
【００６９】
次に、２次元の方向に規則性のある屈折率分布の例を説明する。図７はモード変換手段として、光学的構造体を正方格子配置した例である。図７の点線の交点に光学的構造体を配置してもよいし、点線の位置に光学的構造体を配置してもよい。各方向の周期を一致させると、各方向で同じ波長特性が得られる。各方向で周期を異ならせると、各方向で異なる波長特性が得られる。
【００７０】
図８はモード変換手段として、光学的構造体を三角格子配置した例である。図８の点線の交点に光学的構造体を配置してもよいし、点線の位置に光学的構造体を配置してもよい。各方向の周期を一致させると、各方向で同じ波長特性が得られる。各方向で周期を異ならせると、それぞれ異なる波長特性が得られる。
【００７１】
図９はモード変換手段として、光学的構造体をハニカム配置した例である。図９の点線の交点に光学的構造体を配置してもよいし、点線の位置に光学的構造体を配置してもよい。各方向の周期を一致させると、各方向で同じ波長特性が得られる。各方向で周期を異ならせると、それぞれ異なる波長特性が得られる。
【００７２】
図１０はモード変換手段として、有限個数の単位要素で平面を埋め尽くすことのできる配置とした例である。図１０は２種類の相似形の三角形を組み合わせて作成したペンローズタイルの１種類を表し、このような図形で平面を埋め尽くすことができる。このような配置であれば、より多くの方向に波長特性を設計することが可能になる。
【００７３】
図４から図１０で説明したような構造のモード変換手段は例であって、本発明はこのような構造に限定されるものではない。
【００７４】
光学的構造体が1次元、2次元、又は3次元の方向に規則性のある屈折率分布を持つ場合に、有機ＥＬ層で発光する光の実効波長程度の周期に対してその規則性にゆらぎを持たせることにより、有機ＥＬ発光素子からの光の取り出し効率が向上する。有機ＥＬ層で発光する光に波長広がりがある場合であっても、波長広がりのある光に対して効果的に干渉することができる。また、有機ＥＬ発光素子からの光を特定の方向だけでなく広角的に出射させることができ、指向性を緩和することができる。ゆらぎは、有機ＥＬ層で発光する光の波長の周期の４分の１以下が望ましい。ゆらぎが大き過ぎると、干渉効果が減少することになる。
【００７５】
前述のゆらぎは、有機ＥＬ層で発光する光の実効波長程度の周期と混在していてもよい。周期的な規則性にゆらぎを混在させることにより、有機ＥＬ層で発光する波長広がりがある光に対して効果的に干渉することができ、有機ＥＬ発光素子の光の取り出し効率が向上する。また、有機ＥＬ発光素子から出射する光の指向性を緩和することができる。
【００７６】
また、規則性の周期が徐々に変化するようにしてもよい。いわゆるチャーピング的な周期である。周期が徐々に変化することにより、有機ＥＬ層で発光する波長広がりがある光に対して、より効果的に干渉することができ、有機ＥＬ発光素子の光取り出し効率が向上する。
【００７７】
次に、モード変換手段としての規則性のある屈折率分布を持つ光学的構造を備える有機ＥＬ発光素子の例を説明する。図１１以降の説明では、透明基板の上面に、基板側から順に、透明電極、有機ＥＬ層、金属電極、場合により透明絶縁膜を形成している。有機ＥＬ層で発光した光を基板と反対側から取り出す、いわゆる、トップエミッション型の有機ＥＬ発光素子とした場合には、透明基板に替えてＳｉ基板等の不透明な基板を用いてもよい。Ｓｉ基板を用いる場合は、電極を構成する側の面を酸化させてＳｉＯ２とすることが好ましい。基板上の電極と絶縁するためである。酸化方法としては、高温状態にしたＳｉ基板に酸素雰囲気や水蒸気を接して、Ｓｉ基板の表面を熱酸化させる方法がある。トップエミッション型の有機ＥＬ発光素子では透明基板から出射させないので、有機ＥＬ層で発光した光の取り出し効率が高い。また、基板としてＳｉやＳｉＯ２を使用すると、放熱効果も高い。さらに、基板に電子回路を搭載しても有機ＥＬ層で発光した光の取り出しに影響することがない。
【００７８】
トップエミッション型の有機ＥＬ発光素子の場合は、有機ＥＬ層で発光した光を基板と反対側から出射させるため、基板の上面に形成する透明電極に替えて第一の電極としての金属の電極としてもよい。金属の電極材料としては、有機ＥＬ層にキャリアを注入、輸送するのに適した金属が好ましい。
【００７９】
また、トップエミッション型の有機ＥＬ発光素子の場合は、有機ＥＬ層の上面に形成する金属電極に替えて第一の電極に対向する第二の電極としてもよい。トップエミッション型の有機ＥＬ発光素子では、有機ＥＬ層で発光した光を第二の電極の側から出射させるため、第二の電極は、有機ＥＬ層で発光した光に対して透過性のある電極とすることが好ましい。透光性のある電極としては、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）、ＩＺＯ（インジウム亜鉛酸化物）、ＳｎＯ２（酸化スズ）、Ｉｎ２Ｏ３（酸化インジウム）、ＺｎＯ（酸化亜鉛）等の酸化物が適用できる。第二電極として、ＡｕやＮｉ等の金属を薄膜にした薄膜金属電極でもよい。また、第二電極として、透光性のある電極にその電極の有機ＥＬ層の側に薄膜金属電極を配置した電極とすることでもよい。
【００８０】
図１１は、モード変換手段を透明基板の内部に備える有機ＥＬ発光素子の例、図１２から図１４は、モード変換手段を透明基板と透明基板の外部との界面に備える有機ＥＬ発光素子の例である。図１１から図１４において、３１は金属電極、３２は有機ＥＬ層、３３は透明電極、３４は透明基板、４１はモード変換手段である。透明基板としては、ガラス基板、フレキシブル基板、カラーフィルタや色変換膜あるいは誘電体反射膜が形成された基板を含む。透明基板は、ガラスや、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、非晶質ポリオレフィン等を材料とすることができる。
【００８１】
図１１のモード変換手段４１は、１次元の方向に規則性のある屈折率分布を持つものでも、２次元、３次元の方向に規則性のある屈折率分布を持つものでもよい。図１２から図１４のモード変換手段４１は１次元の方向に規則性のある屈折率分布を持つものでも、２次元の方向に規則性のある屈折率分布を持つものでもよい。透明基板の内部や透明基板と透明基板の外部との界面にモード変換手段を備えることによって、透明基板導波モードを放射モードに変換して、有機ＥＬ層で発光した光を透明基板の外部に効率的に取り出すことができる。
【００８２】
図１１に示すモード変換手段４１は、透明基板３４を作製する際に、２度に分けて成長させ途中でモード変換手段を形成するか、２枚の透明基板を接合する等によって作製することができる。図１２から図１４に示すモード変換手段４１は、透明基板３４の片面にエッチング等によってモード変換手段４１を形成することができる。これらの透明基板の上面に透明電極３３、有機ＥＬ層３２、金属電極３１を成膜することによって、有機ＥＬ発光素子を製造することができる。本発明の有機ＥＬ発光素子は、ここで説明した製造方法に限定されるものではない。
【００８３】
図１５は、モード変換手段を透明電極の内部に備える有機ＥＬ発光素子の例、図１６から図１８は、モード変換手段を透明電極と透明基板との界面に備える有機ＥＬ発光素子の例である。図１５から図１８において、３１は金属電極、３２は有機ＥＬ層、３３は透明電極、３４は透明基板、４１はモード変換手段である。透明電極をアノード（陽極）として使用するには、高仕事関数で正孔注入の容易な金属が適する。透明化の容易な材料には、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）、ＩＺＯ（インジウム亜鉛酸化物）、ＳｎＯ２（酸化スズ）、Ｉｎ２Ｏ３（酸化インジウム）、ＺｎＯ（酸化亜鉛）等の酸化物、ＡｕやＮｉ等の金属がある。
【００８４】
図１５のモード変換手段４１は、１次元の方向に規則性のある屈折率分布を持つものでも、２次元、３次元の方向に規則性のある屈折率分布を持つものでもよい。図１６から図１８のモード変換手段４１は１次元の方向に規則性のある屈折率分布を持つものでも、２次元の方向に規則性のある屈折率分布を持つものでもよい。透明電極の内部や透明電極と透明基板との界面にモード変換手段を備えることによって、透明基板導波モードや透明電極導波モードを放射モードに変換して、有機ＥＬ層で発光した光を透明基板の外部に効率的に取り出すことができる。
【００８５】
図１５に示すモード変換手段４１は、透明電極３３を蒸着法やスパッタ法等で成膜する際に、２度に分けて成長させ途中でモード変換手段を形成すること等によって作製することができる。図１６から図１８に示すモード変換手段４１は、透明基板３４の片面にエッチング等によってモード変換手段４１を形成した後、透明基板の上面に透明電極３３、有機ＥＬ層３２、金属電極３１を成膜すること等によって有機ＥＬ発光素子を製造することができる。本発明の有機ＥＬ発光素子は、ここで説明した製造方法に限定されるものではない。
【００８６】
図１９は、モード変換手段を有機ＥＬ層の内部に備える有機ＥＬ発光素子の例、図２０から図２２は、モード変換手段を有機ＥＬ層と透明電極との界面に備える有機ＥＬ発光素子の例である。図１９から図２２において、３１は金属電極、３２は有機ＥＬ層、３３は透明電極、３４は透明基板、４１はモード変換手段である。
【００８７】
図１９のモード変換手段４１は、１次元の方向に規則性のある屈折率分布を持つものでも、２次元、３次元の方向に規則性のある屈折率分布を持つものでもよい。図２０から図２２のモード変換手段４１は１次元の方向に規則性のある屈折率分布を持つものでも、２次元の方向に規則性のある屈折率分布を持つものでもよい。有機ＥＬ層の内部や有機ＥＬ層と透明電極との界面にモード変換手段を備えることによって、透明電極導波モードや透明基板導波モードを放射モードに変換して、有機ＥＬ層で発光した光を透明基板の外部に効率的に取り出すことができる。
【００８８】
図１９に示すモード変換手段４１は、有機ＥＬ層３２をスピンコート法、真空蒸着法、塗布、インクジェット法等によって成膜する際に、２度に分けて成膜し、途中でモード変換手段を形成すること等によって作製することができる。図２０から図２２に示すモード変換手段４１は、透明電極３３の面にエッチング等によってモード変換手段４１を形成した後、透明電極の上面に有機ＥＬ層３２、金属電極３１を成膜すること等によって有機ＥＬ発光素子を製造することができる。本発明の有機ＥＬ発光素子は、ここで説明した製造方法に限定されるものではない。
【００８９】
図２３は、モード変換手段を金属電極の内部に備える有機ＥＬ発光素子の例、図２４から図２６は、モード変換手段を金属電極と有機ＥＬ層との界面に備える有機ＥＬ発光素子の例、図２７から図２９は、モード変換手段を金属電極と金属電極の外部との界面に備える有機ＥＬ発光素子の例である。図２３から図２９において、３１は金属電極、３２は有機ＥＬ層、３３は透明電極、３４は透明基板、４１はモード変換手段である。金属電極を陰極として使用するには、低仕事関数で電子注入の容易な金属が適する。陰極電極材料には、Ａｌ、Ｌｉ、Ｍｇ、Ａｕ、Ａｇ等又はこれらの合金を用いることができる。
【００９０】
図２３のモード変換手段４１は、１次元の方向に規則性のある屈折率分布を持つものでも、２次元、３次元の方向に規則性のある屈折率分布を持つものでもよい。図２４から図２９のモード変換手段４１は１次元の方向に規則性のある屈折率分布を持つものでも、２次元の方向に規則性のある屈折率分布を持つものでもよい。図２４や図２５に示すように、有機ＥＬ層と金属電極との界面にモード変換手段を備えることによって、透明電極導波モードや透明基板導波モードを放射モードに変換して、有機ＥＬ層で発光した光を透明基板の外部に効率的に取り出すことができる。
【００９１】
ここで、金属電極３１をエバネッセント波が存在する領域と同程度か、それより薄く積層すれば、図２３から図２９に示す金属電極の内部、金属電極と有機ＥＬ層との界面、金属電極と金属電極の外部との界面にモード変換手段を備えることによって、透明電極導波モードや透明基板導波モードを放射モードに変換して、有機ＥＬ層で発光した光を透明電極の外部に効率的に取り出すことができる。
【００９２】
また、金属電極３１を薄い層状にすることによって、有機ＥＬ層で発光した光を金属電極３１の側からも取り出すことができる。さらに、金属電極３１を、ＩＴＯ等の透光性のある金属酸化物とその金属酸化物の有機ＥＬ層の側にＡｌやＬｉ等の低仕事関数で電子注入の容易な金属薄膜を設けた積層構造とすることによっても、金属電極３１の側からも光を取り出すことができる。また、金属電極３１を陽極とする場合は、ＩＴＯ等の透光性のある金属酸化物を適用することによっても可能である。従って、金属電極の内部、金属電極と有機ＥＬ層との界面、金属電極と金属電極の外部との界面にモード変換手段を備えることによって、透明電極導波モードや透明基板導波モードを放射モードに変換して、有機ＥＬ層で発光した光を金属電極の外部に効率的に取り出すことができる。なお、金属電極の側からのみ有機ＥＬ層で発光した光を取り出すときは、上記説明した透明基板に替えて、有機ＥＬ層で発光した光に対する透過性のない基板を使用することができる。
【００９３】
図２３に示すモード変換手段４１は、金属電極３１を蒸着法やスパッタ法等で成膜する際に、２度に分けて成膜し、途中でモード変換手段を形成すること等によって作製することができる。図２４から図２６に示すモード変換手段４１は、有機ＥＬ層３２の面にエッチングによってモード変換手段４１を形成した後、有機ＥＬ層３２の上面に金属電極３１を成膜すること等によって有機ＥＬ発光素子を製造することができる。図２７から図２９に示すモード変換手段４１は、金属電極３１の上面にエッチングによってモード変換手段４１を形成すること等によって有機ＥＬ発光素子を製造することができる。本発明の有機ＥＬ発光素子は、ここで説明した製造方法に限定されるものではない。
【００９４】
透明基板をガラスで構成する場合は、ガラス内でのモード変換手段をガラスよりも屈折率の高いルチル型のＴｉＯ２、ＺｒＯ２、塩素系ポリマ、臭素系ポリマで構成することができる。塩素系ポリマや臭素系ポリマは有機ＥＬ層で発光する光に対して透過性を有するため、光の透過損失を小さくすることができる。また、モード変換手段をガラスよりも屈折率の低いナノポーラスガラスやフッ素系有機材で構成することができる。これらの材料は有機ＥＬ層で発光する光に対して透過性を有するため、光の透過損失を小さくすることができる。さらに、モード変換手段を気体で構成すると、屈折率の低い材料とすることができる。気体としては、空気や不活性ガスが好ましい。空気や不活性ガスの雰囲気中でガラス基板を作製する際に雰囲気ガスで気泡を作れば、容易にモード変換手段を形成することができる。
【００９５】
透明電極をＩＴＯ、ＩＺＯ、ＳｎＯ２、Ｉｎ２Ｏ３、ＺｎＯ等で構成する場合は、透明電極内でのモード変換手段を透明電極よりも屈折率の高いルチル型のＴｉＯ２、ＺｒＯ２で構成することができる。また、モード変換手段を透明電極よりも屈折率の低いナノポーラスガラスやフッ素系有機材で構成することができる。これらの材料は有機ＥＬ層で発光する光に対して透過性を有するため、光の透過損失を小さくすることができる。さらに、モード変換手段を気体で構成すると、屈折率の低い材料とすることができる。気体としては、空気や不活性ガスが好ましい。空気や不活性ガスの雰囲気中で透明電極を作製する際に雰囲気ガスで気泡を作れば、容易にモード変換手段を形成することができる。
【００９６】
有機ＥＬ層をＰＶＫやＡｌｑ３で構成する場合は、有機ＥＬ層内でのモード変換手段を有機ＥＬ層よりも屈折率の高いルチル型のＴｉＯ２、ＺｒＯ２、塩素系ポリマ、臭素系ポリマで構成することができる。塩素系ポリマや臭素系ポリマは有機ＥＬ層で発光する光に対して透過性を有するため、光の透過損失を小さくすることができる。また、モード変換手段を有機ＥＬ層よりも屈折率の低いナノポーラスガラスやフッ素系有機材で構成することができる。これらの材料は有機ＥＬ層で発光する光に対して透過性を有するため、光の透過損失を小さくすることができる。さらに、モード変換手段を気体で構成すると、屈折率の低い材料とすることができる。気体としては、空気や不活性ガスが好ましい。空気や不活性ガスの雰囲気中で有機ＥＬ層を作製する際に雰囲気ガスで気泡を作れば、容易にモード変換手段を形成することができる。
【００９７】
有機ＥＬ発光素子の金属電極層や有機ＥＬ層の機械的保護や酸化及び吸湿防止のために、金属電極層の外部側に保護膜としての透明絶縁膜を形成することが有効である。透明絶縁膜を有する有機ＥＬ発光素子の例を図３０から図３６に示す。図３０から図３６において、３１は金属電極、３２は有機ＥＬ層、３３は透明電極、３４は透明基板、３５は保護膜としての透明絶縁膜、４１はモード変換手段である。図３０、図３１、図３２の有機ＥＬ発光素子は、それぞれ図２７、図２８、図２９に示した有機ＥＬ発光素子に透明絶縁膜３５を成膜したもので、これらの透明絶縁膜３５によって、金属電極３１又は有機ＥＬ層３２が保護される。透明絶縁膜を形成するのは、これらの例に限らず、前述した有機ＥＬ発光素子の金属電極の外部側に透明絶縁膜を形成することによって、いずれも金属電極が保護されることになる。これらの透明絶縁膜はＳｉＯｘ、ＳｉＮｘ、ＳｉＯＮ、ＳｉＣ、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、ＺｎＯ、ＭｇＯｘ、ＴｉＯｘ、ＺｒＯｘ、ＡｌＯｘ、Ｔａ２Ｏ５、ＴａＯｘ、ＹＯｘ、ＷＯｘ等を材料としてスパッタリング、蒸着、蒸着重合、電子ビーム蒸着、プラズマ蒸着、イオンプレーティング、ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ、熱ＣＶＤ等により形成することができる。また、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリパラキシレン、フッ素系高分子、ポリイミド前駆体を塗布したり、スピンコートしたりした上で紫外線硬化することによっても、形成することができる。
【００９８】
透明絶縁膜が導波層として機能する場合は、透明絶縁膜の内部又は透明絶縁膜と隣接する層等との界面にモード変換手段を備えることができる。図３０、図３１、図３２の有機ＥＬ発光素子は、いずれも、金属電極３１と透明絶縁膜３５との界面にモード変換手段４１を備えている。モード変換手段４１は、１次元の方向に規則性のある屈折率分布を持つものでも、２次元の方向に規則性のある屈折率分布を持つものでもよい。図３３の有機ＥＬ発光素子は、透明絶縁膜の内部にモード変換手段４１を備えている。このモード変換手段４１は、１次元の方向に規則性のある屈折率分布を持つものでも、２次元、３次元の方向に規則性のある屈折率分布を持つものでもよい。
【００９９】
これらのモード変換手段は、図３０から図３３に示した位置ばかりでなく、透明絶縁膜と外部との界面にも形成してもよい。図３４、図３５、図３６の有機ＥＬ発光素子は、いずれも、透明絶縁膜３５と外部との界面にモード変換手段４１を備えている。モード変換手段４１は、１次元の方向に規則性のある屈折率分布を持つものでも、２次元の方向に規則性のある屈折率分布を持つものでもよい。
【０１００】
透明絶縁膜を有する有機ＥＬ発光素子において、図３０から図３６に示したように、金属電極と透明絶縁膜との界面、透明絶縁膜内部、透明絶縁膜と外部との界面にモード変換手段を設けることによって、透明絶縁膜内又は、透明絶縁膜を含む導波層での導波モードを放射モードに変換して、有機ＥＬ層で発光した光を透明絶縁膜又は透明基板の外部に効率的に取り出すことができる。特に、いわゆるトップエミッション型の有機ＥＬ発光素子では、金属電極に替えて透光性のある電極とすると、透明絶縁膜又は／及び透光性のある電極にモード変換手段を備えることにより出射効率が向上する。
【０１０１】
導波モードから放射モードへの変換には、金属電極又は第二電極の外側や保護層としての透明絶縁膜の外側にモード変換手段を備える光学機能層をさらに有する有機ＥＬ素子としてもよい。特に、トップエミッション型の有機ＥＬ発光素子では、有機ＥＬ層で発光した光を金属電極、第二電極、又は透明絶縁膜の側から出射させることになるため、光学機能層の内部やこの光学機能層の内部や光学機能層の界面にもモード変換手段を設けることにより、導波モードとなった光も放射モードに変換され、有機ＥＬ発光素子の外部へ放射される。光学機能層として光学フィルムを適用することができる。光学フィルムは電極への接触防止や有機ＥＬ発光素子の物理的損傷防止のためにも有効である。なお、光学機能層としては光学フィルムに限らず、光学膜等の透明な材料で導波層を形成するものであればよい。
【０１０２】
光学フィルムを有するトップエミッション型の有機ＥＬ発光素子の例を図３７から図３９に示す。図３７から図３９において、４１はモード変換手段、４４は基板、４５は第一電極、４６は有機ＥＬ層、４７は第二電極、４８は保護膜としての透明絶縁膜、４９は光学フィルムである。図３７の有機ＥＬ発光素子は、光学フィルムの内部にモード変換手段４１を備えるもので、モード変換手段は、１次元の方向に規則性のある屈折率分布を持つものでも、２次元、３次元の方向に規則性のある屈折率分布を持つものでもよい。図３８、図３９は光学フィルムの界面にモード変換手段４１を備えるもので、モード変換手段は１次元の方向に規則性のある屈折率分布を持つものでも、２次元の方向に規則性のある屈折率分布を持つものでもよい。図３８の有機ＥＬ発光素子は、図３４から図３６に示した有機ＥＬ発光素子に光学フィルム４９を設けたものでもよい。図３９の光学フィルム４９と外部との界面に形成しているモード変換手段４１は、界面の光学フィルム内部側、中間、外部側のいずれにあってもよい。
【０１０３】
導波モードから放射モードへの変換には、基板又は透明基板の外側にモード変換手段を備える光学機能層をさらに有する有機ＥＬ素子としてもよい。特に、ボトムエミッション型の有機ＥＬ発光素子では、有機ＥＬ層で発光した光を基板又は透明基板の側から出射させることになるため、光学機能層の内部やこの光学機能層の内部や光学機能層の界面にもモード変換手段を設けることにより、導波モードとなった光も放射モードに変換され、有機ＥＬ発光素子の外部へ放射される。光学機能層として光学フィルムを適用することができる。光学フィルムは基板又は透明基板への接触防止や有機ＥＬ発光素子の物理的損傷防止のためにも有効である。なお、光学機能層としては光学フィルムに限らず、光学膜等の透明な材料で導波層を形成するものであればよい。
【０１０４】
光学フィルムを有するボトムエミッション型の有機ＥＬ発光素子の例を図４０から図４２に示す。図４０から図４２において、３１は金属電極、３２は有機ＥＬ層、３３は透明電極、３４は透明基板、４１はモード変換手段、４８は保護膜としての透明絶縁膜、４９は光学フィルムである。透明絶縁膜４８を設けるか否かは任意である。図４０の有機ＥＬ発光素子は、光学フィルムの内部にモード変換手段４１を備えるもので、モード変換手段は、１次元の方向に規則性のある屈折率分布を持つものでも、２次元、３次元の方向に規則性のある屈折率分布を持つものでもよい。図４１、図４２は光学フィルムの界面にモード変換手段４１を備えるもので、モード変換手段は１次元の方向に規則性のある屈折率分布を持つものでも、２次元の方向に規則性のある屈折率分布を持つものでもよい。図４１の光学フィルム４９と外部との界面に形成しているモード変換手段４１は、界面の光学フィルム内部側、中間、外部側のいずれにあってもよい。図４２の有機ＥＬ発光素子は、図１２から図１４に示した有機ＥＬ発光素子に光学フィルム４９を設けたものでもよい。
【０１０５】
このような光学フィルムは、ＰＭＭＡ（Ｐｏｌｙ  Ｍｅｔｈｙｌｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）、ＴＡＣ（Ｔｒｉａｃｅｔａｔｅ）、ＰＶＡ（Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ  Ａｌｃｏｈｏｌ）、ＰＣ（Ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ）、アクリル、ポリエチレンテレフタラート、ポリビニレン、トラアセチルセルロース、シクロオレフィン、紫外線硬化樹脂、液晶性ポリマ等を塗布やスピンコート法によって、あるいは、これらの材料を２軸延伸、キャスト法、押し出し法によりシート状にし、加熱貼り付けしたり、粘着剤貼り付けしたりして  有機ＥＬ発光素子に形成することができる。光学フィルムの内部や界面のモード変換手段は、フォトリソグラフィ、ソフトリソグラフィ、ＵＶインプリンティング、転写法等によって形成することができる。
【０１０６】
ソフトリソグラフィとは、樹脂を塗布した型を対象物に押し当ててエッチングのパターンを形成する方法をいう。ＵＶインプリンティングとは、紫外線硬化樹脂を塗布した型を対象物に押し当てた後、紫外線を照射して紫外線硬化樹脂を硬化させて、エッチングのパターンを形成する方法をいう。
【０１０７】
光学フィルムを有する有機ＥＬ発光素子において、図３７から図４２に示したように、光学フィルムの界面や光学フィルム内部にモード変換手段を設けることによって、光学フィルム内又は、光学フィルムを含む導波層での導波モードを放射モードに変換して、有機ＥＬ層で発光した光を光学フィルムの外部に効率的に取り出すことができる。
【０１０８】
次に、モード変換手段としての規則性のある屈折率分布を持つ光学的構造を、１次元又は２次元の方向に規則性のある界面の凹凸で構成する例を図４３から図５２で説明する。図４３から図４７において、３１は金属電極、３２は有機ＥＬ層、３３は透明電極、３４は透明基板、４１はモード変換手段である。図４３は、モード変換手段４１を透明基板３４と透明基板３４の外部との界面に設けた例である。このような光学的構造は、透明基板３４をエッチングやナノインプリンティング、転写法等によって得られる。透明基板の外部が空気であれば、モード変換手段である規則性のある屈折率分布を持つ光学的構造を空気で形成したと同じ効果が得られる。透明基板と透明基板の外部との界面にモード変換手段を備えることによって、透明基板導波モードを放射モードに変換して、有機ＥＬ層で発光した光を透明基板の外部に効率的に取り出すことができる。
【０１０９】
ナノインプリンティングとは、基板や薄膜等の平面上に凹凸のある型を押圧し、必要によっては加熱して押圧し、基板や薄膜等に型の凹凸を写しこむ技術である。基板や薄膜に紫外線硬化樹脂を用いる場合には紫外光を照射する方法や、ポリマを写しこむ場合は事前に型に塗布しておく、いわゆるソフトリソグラフィの手法も可能である。型は機械的強度の強いＳｉ、ＳｉＣ、Ｎｉ等で作製することが好ましい。
【０１１０】
図４４は、モード変換手段を透明電極３３と透明基板３４との界面に設けた例である。このような光学的構造は、透明基板３４にエッチングやナノインプリンティング、ソフトリソグラフィ、転写等を施して凹凸面を形成した後、凹凸面の上に透明電極３３を積層すること等によって得られる。一般に透明電極の屈折率は透明基板の屈折率よりも高く、両者の屈折率に差があるため、規則性のある屈折率分布を持つ光学的構造を形成することができる。透明電極と透明基板との界面にモード変換手段を備えることによって、透明基板導波モードや透明電極導波モードを放射モードに変換して、有機ＥＬ層で発光した光を透明基板の外部に効率的に取り出すことができる。
【０１１１】
図４５は、モード変換手段を透明電極３３と有機ＥＬ層３２との界面に設けた例である。このような光学的構造は、透明電極３３にエッチングやナノインプリンティング、転写を施して凹凸面を形成した後、凹凸面の上に有機ＥＬ層３２を積層すること等によって得られる。一般に透明電極の屈折率は有機ＥＬの屈折率よりも高く、両者の屈折率に差があるため、規則性のある屈折率分布を持つ光学的構造を形成することができる。有機ＥＬ層と透明電極との界面にモード変換手段を備えることによって、透明電極導波モードや透明基板導波モードを放射モードに変換して、有機ＥＬ層で発光した光を透明基板の外部に効率的に取り出すことができる。ボトムエミッション型の有機ＥＬ発光素子の場合は、透明電極と有機ＥＬ層との界面にモード変換手段を設けることになる。この場合でも、光学的構造は、透明電極にエッチングやナノインプリンティングを施して凹凸面を形成した後、凹凸面の上に有機ＥＬ層を積層すること等によって得られる。
【０１１２】
図４６は、モード変換手段を有機ＥＬ層３２と金属電極３１との界面に設けた例である。金属電極をエバネッセント波が存在する領域よりも厚く積層すると、金属は反射体として機能する。このような反射体の表面に凹凸を設けると、屈折率分布を持つ光学的構造を形成することができる。有機ＥＬ層と金属電極との界面にモード変換手段を備えることによって、透明電極導波モードや透明基板導波モードを放射モードに変換して、有機ＥＬ層で発光した光を透明基板の外部に効率的に取り出すことができる。
【０１１３】
また、金属電極３１を薄い層状にすることによって、有機ＥＬ層３２で発光した光を有機ＥＬ層と金属電極との界面に設けたモード変換手段で金属電極３１の側から効率的に取り出すことができる。さらに、ＩＴＯ等の透光性のある酸化物とＡｌやＬｉ等の低仕事関数で電子注入の容易な金属薄膜との積層構造とすることによっても、効率的に金属電極３１の側から光を取り出すことができる。さらに、金属電極に替えて、第二電極としての透明電極とした場合も、界面に設けたモード変換手段で効率的に光を取り出すことができる。このような、凹凸は有機ＥＬ層にエッチングやナノインプリンティング、ソフトリソグラフィ、転写を施して凹凸面を形成した後、凹凸面の上に金属電極又は第二電極を積層すること等によって得られる。
【０１１４】
従って、金属電極又は第二電極と有機ＥＬ層との界面にモード変換手段を備えることによって、透明電極導波モードや透明基板導波モードを放射モードに変換して、有機ＥＬ層で発光した光を金属電極の外部に効率的に取り出すことができる。なお、金属電極の側からのみ有機ＥＬ層で発光した光を取り出すときは、上記説明した透明基板に替えて、有機ＥＬ層で発光した光に対する透過性のない基板を使用することができる。
【０１１５】
図４７は、モード変換手段を金属電極３１と金属電極３１の外部との界面に設けた例である。金属電極をエバネッセント波が存在する領域と同程度かそれより薄く積層し、金属電極３１の表面にエッチングやナノインプリンティング、転写を施すと、屈折率分布を持つ光学的構造を形成することができる。このような光学的構造に対して、導波モードの光が有機ＥＬ層３２から染み出して、モード変換手段として機能する。従って、金属電極と金属電極の外部との界面にモード変換手段を備えることによって、透明電極導波モードや透明基板導波モードを放射モードに変換して、有機ＥＬ層で発光した光を透明基板の外部に効率的に取り出すことができる。
【０１１６】
また、金属電極３１を薄い層状にすることによって、有機ＥＬ層３２で発光した光を金属電極３１の側から取り出すことができる。さらに、ＩＴＯ等の透光性のある酸化物とＡｌやＬｉ等の低仕事関数で電子注入の容易な金属薄膜との積層構造とすることによっても、金属電極３１の側からも光を取り出すことができる。さらに、金属電極に替えて、第二電極としての透明電極とした場合も、界面に設けたモード変換手段で効率的に光を取り出すことができる。
【０１１７】
従って、金属電極と金属電極の外部との界面、又は第二電極と第二電極の外部との界面にモード変換手段を備えることによって、透明電極導波モードや透明基板導波モードを放射モードに変換して、有機ＥＬ層で発光した光を金属電極又は第二電極の外部に効率的に取り出すことができる。
【０１１８】
図４５から図４７に示した有機ＥＬ発光素子においても、金属電極又は第二電極の外側に保護膜としての透明絶縁膜を成膜することによって、金属電極又は第二電極や有機ＥＬ層を保護することができる。また、金属電極又は第二電極の外側に透明絶縁膜を有する有機ＥＬ発光素子において、透明絶縁膜が導波層として機能する場合は、図４８に示すように、透明絶縁膜と外部との界面にモード変換手段を設けてもよい。図４８において、３１は金属電極、３２は有機ＥＬ層、３３は透明電極、３４は透明基板、３５は透明絶縁膜、４１はモード変換手段である。金属電極又は第二電極の外側に透明絶縁膜を備える有機ＥＬ発光素子では、透明絶縁膜と外部との界面にモード変換手段を設けてもよい。モード変換手段としての規則性のある屈折率分布を持つ光学的構造は、１次元又は２次元の方向に規則性のある界面の凹凸で構成する。規則性のある界面の凹凸は、透明絶縁膜３５の表面にエッチングやナノインプリンティング、ソフトリソグラフィ、転写を施すことによって形成することができる。
【０１１９】
透明絶縁膜と外部との界面にモード変換手段を設けることによって、透明絶縁膜内又は、透明絶縁膜を含む導波層での導波モードを放射モードに変換して、有機ＥＬ層で発光した光を透明絶縁膜又は透明基板の外部に効率的に取り出すことができる。
【０１２０】
いわゆるトップエミッション型の有機ＥＬ発光素子では、基板と反対側から光を取り出すため、第二電極又は透明絶縁膜の外側に光学機能層としての光学フィルムを設けることがある。光学フィルムも導波層となりうるため、光学フィルムと光学フィルムの外部との界面に、１次元又は２次元の方向に規則性のある界面の凹凸でモード変換手段を構成することが好ましい。図４９に光学フィルムと光学フィルムの外部との界面に規則性のある凹凸を設けた有機ＥＬ発光素子の例を示す。図４９において、４１はモード変換手段、４４は基板、４５は第一電極、４６は有機ＥＬ層、４７は第二電極、４８は保護膜としての透明絶縁層、４９は光学フィルムである。図４９において、透明絶縁膜４８を設けるか否かは任意である。
【０１２１】
いわゆるトップエミッション型の有機ＥＬ発光素子では、基板と反対側から光を取り出すため、第二電極又は透明絶縁膜の外側に光学機能層としての光学フィルムを設け、光学フィルムと光学フィルムの外部との界面に、１次元又は２次元の方向に規則性のある界面の凹凸でモード変換手段を構成することによって、導波モードを放射モードに変換して、有機ＥＬ層で発光した光を光学フィルムの外部に効率的に取り出すことができる。
【０１２２】
いわゆるボトムエミッション型の有機ＥＬ発光素子では、基板側から光を取り出すため、基板の外側に光学機能層としての光学フィルムを設けることがある。光学フィルムも導波層となりうるため、光学フィルムと光学フィルムの外部との界面に、１次元又は２次元の方向に規則性のある界面の凹凸でモード変換手段を構成することが好ましい。図５０に光学フィルムと光学フィルムの外部との界面に規則性のある凹凸を設けた有機ＥＬ発光素子の例を示す。図５０において、４１はモード変換手段、３４は透明基板、３３は透明電極、３２は有機ＥＬ層、３１は金属電極、４９は光学フィルムである。図５０において、金属電極３１の外側に透明絶縁膜を設けるか否かは任意である。
【０１２３】
いわゆるボトムエミッション型の有機ＥＬ発光素子では、基板側から光を取り出すため、基板の外側に光学機能層としての光学フィルムを設け、光学フィルムと光学フィルムの外部との界面に、１次元又は２次元の方向に規則性のある界面の凹凸でモード変換手段を構成することによって、導波モードを放射モードに変換して、有機ＥＬ層で発光した光を光学フィルムの外部に効率的に取り出すことができる。
【０１２４】
前述した図１１から図５０までのモード変換手段は組み合わせることによって、２以上のモード変換手段を有機ＥＬ発光素子に備えてもよい。また、２以上のモード変換手段は異なる規則性をもつ光学的構造であってもよい。各層での導波モードから放射モードへのモード変換に最適な構造を選択したり、異なる周期の光学的構造で協調して効率的に導波モードから放射モードへモード変換したりすることによって、より効率的に有機ＥＬ発光素子の光の取出し効率が向上する。
【０１２５】
基板と第一電極との界面に凹凸を設けたり、異なる材料で屈折率分布を形成した結果、凹凸ができたりすると、その上面に形成する層にも、凹凸が転写されることがある。凹凸が転写される例を図５１に示す。図５１において、４２は基板と第一電極との界面に設けたモード変換手段、４４は基板、４５は第一電極、４６は有機ＥＬ層、４７は第二電極、４８は透明絶縁膜、４９は光学フィルムである。基板４４の上面に、エッチングやナノインプリンティグ、転写によって凹凸を形成する。凹凸を形成した上面に第一電極４５を積層するときに、基板４４と第一電極４５との界面の凹凸が、第一電極４５と有機ＥＬ層４６との界面にも転写されることがある。第一電極４５の厚さが薄いときに、下面の凹凸に沿って第一電極が積層される場合に転写される。
【０１２６】
この転写は、第一電極４５と有機ＥＬ層４６との界面にとどまらず、その上部に形成される層にまで及ぶことがある。また、基板と第一電極との界面に設けた凹凸ばかりでなく、他の層の内部や界面に設けた凹凸であっても、その上面に形成される層にまで及ぶことがある。このような凹凸は、1次元又は２次元の方向に規則性のある屈折率分布を持つ光学的構造体となる。但し、各層の周期が同じとなる。各層によって屈折率が異なると、各層によって実効波長が異なるため、各層によってゆらぎのある周期をもつことと等価になる。このため、有機ＥＬ層で発光する光の波長に広がりがあっても、有機ＥＬ発光素子の光取出し効率が向上する。また、有機ＥＬ発光素子から取り出す光の指向性を緩和することができる。
【０１２７】
基板と光学機能層としての光学フィルムとの界面に凹凸を設けたり、異なる材料で屈折率分布を形成した結果、凹凸ができたりすると、光学フィルムの外側界面にも、凹凸が転写されることがある。凹凸が転写される例を図５２に示す。図５２において、３１は金属電極、３２は有機ＥＬ層、３３は透明電極、３４は透明基板、４２は透明基板と光学フィルムとの界面に設けたモード変換手段、４９は光学フィルムである。透明基板３４の外面に、エッチングやナノインプリンティグ、転写によって凹凸を形成する。凹凸を形成した上面に光学フィルムを形成するときに、透明基板３４と光学フィルム４９との界面の凹凸が光学フィルム４９と光学フィルム４９の外部との界面にも転写されることがある。光学フィルム４９の厚さが薄いときに、透明基板の凹凸に沿って光学フィルムが形成される場合に転写される。
【０１２８】
透明基板と光学フィルムとの界面に設けた凹凸ばかりでなく、他の層の内部や界面に設けた凹凸であっても、光学フィルムにまで及ぶことがある。このような凹凸は、1次元又は２次元の方向に規則性のある屈折率分布を持つ光学的構造体となる。但し、各層の周期が同じとなる。各層によって屈折率が異なると、各層によって実効波長が異なるため、各層によってゆらぎのある周期をもつことと等価になる。このため、有機ＥＬ層で発光する光の波長に広がりがあっても、有機ＥＬ発光素子の光取出し効率が向上する。また、有機ＥＬ発光素子から取り出す光の指向性を緩和することができる。
【０１２９】
２以上のモード変換手段を同じ層に備えてもよい。図５３は２以上のモード交換手段を持つ有機ＥＬ発光素子を発光面に垂直な方向から見た透視図である。図５４は、図５３におけるＡ−Ａ’線での断面図である。図５３、図５４において、５１、５２はモード変換手段である。図５３、図５４とも有機ＥＬ発光素子の他の要素は省略している。図５３、図５４において、１段目と２段目で間隔の異なる四方格子としている。例えば、１段目の縦横方向が実効波長で、２段目が斜め方向で実効波長となるようにしてもよい。構造は四方格子ばかりでなく、前述したような三方格子や六方格子等であってもよい。また、１段目と２段目で異なる形状としてもよい。
【０１３０】
図５３、図５４では積層構造としたが、同一平面上に重なるように周期の異なるモード変換手段を設けてもよい。２以上のモード変換手段を同じ層に備えることによって、異なる周期の光学的構造で協調して効率的に導波モードから放射モードへモード変換したりすることによって、より効率的に有機ＥＬ発光素子の光の取出し効率が向上し、また、取出し方向の指向性を緩和する。
【０１３１】
モード変換手段として、規則性のある屈折率分布を持つ光学的構造を形成したときの導波モードの伝搬特性を図５５に示す。図５５において、横軸は波長、縦軸は波長に対する導波モードの伝搬損失である。屈折率分布の周期を光の実効波長程度にすると、特定の波長をもった光の伝搬を抑制するという性質を有する。伝搬が抑制される波長では、導波モードから放射モードに変換されるため、図５５に示すような特定の波長で伝搬損失が大きくなる。しかし、実際の発光素子では、発光波長に波長広がりがあるため、伝搬が抑制される波長範囲を広げる必要がある。
【０１３２】
例えば、規則的な周期に加えてその周期の４分の１以下のゆらぎを持たせることによって、伝搬が抑制される波長範囲が広がる。発光素子の発光波長に合わせて、伝搬が抑制される波長を図５６に示すような波長特性とすると、波長広がりのある発光素子であっても、発光する光に対して導波モードを放射モードに変換することができる。また、有機ＥＬ発光素子からの光の取出し方向の指向性を緩和することができる。
【０１３３】
また、規則的な周期とその周期の４分の１以下のゆらぎが混在しても、同様の効果が得られる。さらに、周期が徐々に変化するような規則であっても、同様の効果が得られる。
【０１３４】
有機ＥＬ発光素子をカラーディスプレイに適用する場合には、発光させる波長に応じた材料で有機ＥＬ層を形成する。一般的なフルカラーディスプレイの絵素の構成を図５７に示す。図５７において、Ｒ、Ｇ、Ｂで発光する領域が交互に配置された絵素が発光することによって、フルカラーで表示することができる。このような、フルカラーの有機ＥＬ発光素子において、モード変換手段をＲ、Ｇ、Ｂで区別することなく共通の規則性のある屈折率分布を持つ光学的構造としてもよい。この場合は、Ｒ、Ｇ、Ｂごとにモード変換手段の構造を変える必要はない。
【０１３５】
一方、Ｒ、Ｇ、Ｂの発光領域ごとに発光波長に対応した規則性のある屈折率分布を持つ構造としてもよい。この場合は、発光領域ごとに発光する光の波長対応した周期を持たせることになる。発光領域ごとに周期が異なるため、屈折率分布の構造は複雑になるが、発光する波長に最適な構造とすることができる。
【０１３６】
次に、本願発明の有機ＥＬ発光素子の製造方法について説明する。ここでは、基板又は／及び有機ＥＬ層の表面にナノインプリンティングでモード変換手段を形成する。まず、基板の表面にナノインプリンティングでモード変換手段を形成する。基板がガラス基板の場合は、Ｓｉ又はＳｉＣで形成した型をガラス基板に加熱して押圧する。加熱温度は例えば、材料がポリマの場合は１５０℃、ガラスの場合は３５０℃である。押圧力は例えば、材料がポリマの場合は１．５Ｎ／ｍｍ２、ガラスの場合は２．５Ｎ／ｍｍ２である。
【０１３７】
基板表面にモード変換手段としての凹凸を形成した後、基板を洗浄し、不要な汚染を除去する。基板としてＳｉを使用する場合は少なくとも、有機ＥＬ発光素子を形成する面を熱蒸気で酸化させる。基板上にＩＴＯ又は電極となる金属をスパッタで積層する。ＩＴＯ又は電極となる金属の層厚は１００から１５０ｎｍである。ＩＴＯ又は金属をパターニングするためにレジスト膜をスピンコート法で成膜する。レジスト膜の材料としては、後述の電子ビーム描画の場合はＰＭＭＡが適用できる。膜厚は０．３〜１μｍである。エッチングパターンの形成にはフォトリソグラフィ法や電子ビーム描画法が適用できる。エッチングパターン形成後、エッチングにより、ＩＴＯ又は金属を電極パターンに仕上げる。エッチングには誘電結合型のプラズマエッチングが好ましい。エッチング後には、レジストを除去する。レジスト除去には酸素プラズマ除去法や溶液除去法が適用できる。
【０１３８】
ＩＴＯ電極又は金属電極の上面に有機ＥＬ層を形成する。有機ＥＬ層は必要により正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層、電子注入層を積層する。
【０１３９】
正孔注入層、正孔輸送層の材料としては、Ｐｅｎｔａｃｅｎｅ、Ｔｅｔｒａｃｅｎｅ、Ａｎｔｈｒａｃｅｎｅ、Ｐｈｔｈａｌｏｃｙａｎｉｎｅ、α−Ｓｅｘｉｔｈｉｏｐｈｅｎｅ、α,ω−Ｄｉｈｅｘｙｌ−ｓｅｘｉｔｈｉｏｐｈｅｎｅ、Ｏｌｉｇｏｐｈｅｎｙｌｅｎｅ、Ｏｌｉｇｏｐｈｅｙｌｅｎｅｖｉｎｉｌｅｎｅ、Ｄｉｈｅｘｙｌ−Ａｎｔｈｒａｄｉｔｈｉｏｐｈｅｎｅ、Ｂｉｓ（ｄｉｔｈｉｅｎｏｔｈｉｏｐｈｅｎｅ）、Ｐｏｌｙ（３−ｈｅｘｙｌｔｈｉｏｐｈｅｎｅ）、Ｐｏｌｙ（３−ｂｕｔｙｌｔｈｉｏｐｈｅｎｅ）、Ｐｏｌｙ（ｐｈｅｎｙｌｅｎｅｖｉｎｉｌｅｎｅ、Ｐｏｌｙ（ｔｈｉｅｎｙｌｅｎｅｖｉｎｉｌｅｎｅ）、Ｐｏｌｙａｃｅｔｙｌｅｎｅ、α,ω−Ｄｉｈｅｘｙｌ−ｑｕｉｎｑｕｅｔｈｉｏｐｈｅｎｅ、ＴＰＤ、α−ＮＰＤ、ｍ−ＭＴＤＡＴＡ、ＴＰＡＣ、ＴＣＴＡ、Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｃａｒｂｏｚｏｌｅ、ＰＤＡ、ＣｕＰｃ、ＳＴＢ、ＭＴＤＡＴＡ、ＰＥＤＯＴ−ＰＳＳ、ＴＰＤＰＥＳ−ＴＢＰＡＨなどを例示することができる。
【０１４０】
電子注入層、電子輸送層の材料としては、Ｃ６−ＰＴＣ、Ｃ８−ＰＴＣ、Ｃ１２−ＰＴＣ、Ｃ１３−ＰＴＣ、Ｂｕ−ＰＴＣ、Ｆ７Ｂｕ−ＰＴＣ*、Ｐｈ−ＰＴＣ、Ｆ５Ｐｈ−ＰＴＣ*、ＰＴＣＢＩ、ＰＴＣＤＩ、ＴＣＮＱ、Ｃ６０フラーレン、ＢＣＰ、Ａｌｑ３、ＰＢＤ、ＯＸＤ、ＴＡＺ、ＴＰＯＢ、ＺｎＰＢＯ、ＢＣＰ、ＯＸＤ−７、Ｂｐｈｅｎ、ＺｎＰＢＯ等のフェナントロリン誘導体などを例示することができる。
【０１４１】
有機ＥＬ層の積層方法としては、スピンコート法、真空蒸着法、塗布法、インクジェット法がある。積層厚は５ｎｍから３０００ｎｍである。有機ＥＬ層の表面にモード変換手段を形成する場合には、ナノインプリンティングが適している。有機ＥＬ層に加熱して押圧する。加熱温度は室温でもよい。押圧力は例えば、２００Ｎ／ｍｍ２である。
【０１４２】
有機ＥＬ層の上面に、金属電極やＩＴＯ電極を形成する。形成方法は、基板上に形成するＩＴＯ電極や金属電極の形成方法とほぼ同様である。
【０１４３】
必要により保護膜としての透明絶縁膜を積層する。これらの透明絶縁膜はＳｉＯｘ、ＳｉＮｘ、ＳｉＯＮ、ＳｉＣ、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、ＺｎＯ、ＭｇＯｘ、ＴｉＯｘ、ＺｒＯｘ、ＡｌＯｘ、Ｔａ２Ｏ５、ＴａＯｘ、ＹＯｘ、ＷＯｘ等を材料としてスパッタリング、蒸着、蒸着重合、電子ビーム蒸着、プラズマ蒸着、イオンプレーティング、ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ、熱ＣＶＤ等により形成することができる。また、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリパラキシレン、フッ素系高分子、ポリイミド前駆体を塗布したり、スピンコートしたりした上で紫外線硬化することによっても、形成することができる。
【０１４４】
有機ＥＬ発光素子の表面に光学機能素子としての光学フィルムを形成する場合は、ＰＭＭＡ（Ｐｏｌｙ  Ｍｅｔｈｙｌｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）、ＴＡＣ（Ｔｒｉａｃｅｔａｔｅ）、ＰＶＡ（Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ  Ａｌｃｏｈｏｌ）、ＰＣ（Ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ）、アクリル、ポリエチレンテレフタラート、ポリビニレン、トラアセチルセルロース、シクロオレフィン、紫外線硬化樹脂、液晶性ポリマ等を塗布やスピンコート法によって、あるいは、これらの材料を２軸延伸、キャスト法、押し出し法によりシート状にし、加熱貼り付けしたり、粘着剤貼り付けしたりして  有機ＥＬ発光素子に形成することができる。光学フィルムの内部や界面のモード変換手段は、フォトリソグラフィ、ソフトリソグラフィ、転写法等によって形成することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１４５】
本願発明の有機ＥＬ発光装置は有機ＥＬ発光装置に適用することができる。また、本願発明の発光素子は、有機ＥＬ発光装置のみならず広く平面ディスプレイ装置に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１４６】
【図１】透明電極に閉じ込められた透明電極導波モードの電界分布を表す図である。
【図２】従来技術である透明電極と透明基板の境界に集光用レンズを設けた技術を説明する図である。
【図３】本願発明の基本原理を説明する図である。
【図４】１次元の方向に規則性のある屈折率分布を持つ光学的構造の例を説明する図である。
【図５】２次元の方向に規則性のある屈折率分布を持つ光学的構造の例を説明する図である。
【図６】マトリクス状に配置した２次元の方向に規則性のある屈折率分布を持つ光学的構造の例を説明する図である。
【図７】モード変換手段として、光学的構造体を正方格子配置した例を説明する図である。
【図８】モード変換手段として、光学的構造体を三角格子配置した例を説明する図である。
【図９】モード変換手段として、光学的構造体をハニカム配置した例を説明する図である。
【図１０】モード変換手段として、有限個数の単位要素で平面を埋め尽くすことのできる配置とした例を説明する図である。
【図１１】モード変換手段を透明基板の内部に備えた有機ＥＬ発光素子の例を説明する図である。
【図１２】モード変換手段を透明基板と透明基板の外部との界面に備える有機ＥＬ発光素子の例を説明する図である。
【図１３】モード変換手段を透明基板と透明基板の外部との界面に備える有機ＥＬ発光素子の例を説明する図である。
【図１４】モード変換手段を透明基板と透明基板の外部との界面に備える有機ＥＬ発光素子の例を説明する図である。
【図１５】モード変換手段を透明電極の内部に備えた有機ＥＬ発光素子の例を説明する図である。
【図１６】モード変換手段を透明電極と透明基板との界面に備える有機ＥＬ発光素子の例を説明する図である。
【図１７】モード変換手段を透明電極と透明基板との界面に備える有機ＥＬ発光素子の例を説明する図である。
【図１８】モード変換手段を透明電極と透明基板との界面に備える有機ＥＬ発光素子の例を説明する図である。
【図１９】モード変換手段を有機ＥＬ層の内部に備える有機ＥＬ発光素子の例を説明する図である。
【図２０】モード変換手段を有機ＥＬ層と透明電極との界面に備える有機ＥＬ発光素子の例を説明する図である。
【図２１】モード変換手段を有機ＥＬ層と透明電極との界面に備える有機ＥＬ発光素子の例を説明する図である。
【図２２】モード変換手段を有機ＥＬ層と透明電極との界面に備える有機ＥＬ発光素子の例を説明する図である。
【図２３】モード変換手段を金属電極の内部に備える有機ＥＬ発光素子の例を説明する図である。
【図２４】モード変換手段を金属電極と有機ＥＬ層との界面に備える有機ＥＬ発光素子の例を説明する図である。
【図２５】モード変換手段を金属電極と有機ＥＬ層との界面に備える有機ＥＬ発光素子の例を説明する図である。
【図２６】モード変換手段を金属電極と有機ＥＬ層との界面に備える有機ＥＬ発光素子の例を説明する図である。
【図２７】モード変換手段を金属電極と金属電極の外部との界面に備える有機ＥＬ発光素子の例を説明する図である。
【図２８】モード変換手段を金属電極と金属電極の外部との界面に備える有機ＥＬ発光素子の例を説明する図である。
【図２９】モード変換手段を金属電極と金属電極の外部との界面に備える有機ＥＬ発光素子の例を説明する図である。
【図３０】モード変換手段を金属電極と透明絶縁膜との界面に備える有機ＥＬ発光素子の例を説明する図である。
【図３１】モード変換手段を金属電極と透明絶縁膜との界面に備える有機ＥＬ発光素子の例を説明する図である。
【図３２】モード変換手段を金属電極と透明絶縁膜との界面に備える有機ＥＬ発光素子の例を説明する図である。
【図３３】モード変換手段を透明絶縁膜の内部に備える有機ＥＬ発光素子の例を説明する図である。
【図３４】モード変換手段を透明絶縁膜と透明絶縁膜の外部との界面に備える有機ＥＬ発光素子の例を説明する図である。
【図３５】モード変換手段を透明絶縁膜と透明絶縁膜の外部との界面に備える有機ＥＬ発光素子の例を説明する図である。
【図３６】モード変換手段を透明絶縁膜と透明絶縁膜の外部との界面に備える有機ＥＬ発光素子の例を説明する図である。
【図３７】モード変換手段を光学フィルムの内部に備える有機ＥＬ発光素子の例を説明する図である。
【図３８】モード変換手段を光学フィルムと透明絶縁膜との界面に備える有機ＥＬ発光素子の例を説明する図である。
【図３９】モード変換手段を光学フィルムと光学フィルムの外部との界面に備える有機ＥＬ発光素子の例を説明する図である。
【図４０】モード変換手段を光学フィルムの内部に備える有機ＥＬ発光素子の例を説明する図である。
【図４１】モード変換手段を光学フィルムと光学フィルムの外部との界面に備える有機ＥＬ発光素子の例を説明する図である。
【図４２】モード変換手段を光学フィルムと透明基板との界面に備える有機ＥＬ発光素子の例を説明する図である。
【図４３】モード変換手段を透明基板と透明基板の外部との界面に備える有機ＥＬ発光素子の例を説明する図である。
【図４４】モード変換手段を透明電極と透明基板との界面に備える有機ＥＬ発光素子の例を説明する図である。
【図４５】モード変換手段を透明電極と有機ＥＬ層との界面に備える有機ＥＬ発光素子の例を説明する図である。
【図４６】モード変換手段を有機ＥＬ層と金属電極との界面に備える有機ＥＬ発光素子の例を説明する図である。
【図４７】モード変換手段を金属電極と金属電極の外部との界面に備える有機ＥＬ発光素子の例を説明する図である。
【図４８】モード変換手段を透明絶縁膜と透明絶縁膜の外部との界面に備える有機ＥＬ発光素子の例を説明する図である。
【図４９】モード変換手段を光学フィルムと光学フィルムの外部との界面に備える有機ＥＬ発光素子の例を説明する図である。
【図５０】モード変換手段を光学フィルムと光学フィルムの外部との界面に備える有機ＥＬ発光素子の例を説明する図である。
【図５１】モード変換手段を基板と第一電極との界面に備える有機ＥＬ発光素子の例を説明する図である。
【図５２】モード変換手段を透明基板と光学フィルムとの界面に備える有機ＥＬ発光素子の例を説明する図である。
【図５３】二段のモード変換手段を備える有機ＥＬ発光素子の例を説明する平面図である。
【図５４】二段のモード変換手段を備える有機ＥＬ発光素子の例を説明する断面図である。
【図５５】モード変換手段として、規則性のある屈折率分布を持つ光学的構造を形成したときの導波モードの伝搬特性を説明する図である。
【図５６】伝搬が抑制される波長を広げた導波モードの伝搬特性を説明する図である。
【図５７】フルカラーディスプレイの絵素を説明する図である。
【符号の説明】
【０１４７】
２２  導波モード
２３  放射モード
２５  光学的構造体
３１  金属電極
３２  有機ＥＬ層
３３  透明電極
３４  透明基板
３５  透明絶縁膜
４１  モード変換手段
４４  基板、
４５  第一電極、
４６  有機ＥＬ層、
４７  第二電極、
４８  透明絶縁層、
４９  光学フィルム
８１  ガラス基板
８２  透明電極
８３  有機ＥＬ層
８４  集光用レンズ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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