(57)【要約】【課題】光取り出し効率の高い有機電界発光素子及び照明装置を提供する。【解決手段】実施形態によれば、透明電極と、金属電極と、有機発光層と、中間層と、を備えた有機電界発光素子が提供される。前記透明電極は、可視光に対して透過性である。前記金属電極は、可視光に対して反射性である。前記有機発光層は、前記透明電極と前記金属電極との間に設けられ、可視光の波長の成分を含む光を放出する。前記中間層は、前記有機発光層と前記金属電極との間において、前記金属電極及び前記有機発光層に接し、可視光に対して透光性である。前記中間層の厚さは、６０ナノメートル以上２００ナノメートル未満である。前記有機発光層の可視光に対する屈折率は、前記中間層の可視光に対する屈折率よりも高い。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可視光に対して透過性の透明電極と、
可視光に対して反射性の金属電極と、
前記透明電極と前記金属電極との間に設けられ可視光の波長の成分を含む光を放出する有機発光層と、
前記有機発光層と前記金属電極との間において前記金属電極及び前記有機発光層に接し可視光に対して透光性の中間層と、
を備え、
前記中間層の厚さは、６０ナノメートル以上２００ナノメートル未満であり、
前記有機発光層の可視光に対する屈折率は、前記中間層の可視光に対する屈折率よりも高いことを特徴とする有機電界発光素子。
【請求項２】
前記有機発光層から放出される前記光は、第１波長の第１ピークと、前記第１波長とは異なる第２波長の第２ピークとを有し、
前記有機発光層の前記第１波長における屈折率は、前記中間層の前記第１波長における屈折率よりも高く、
前記有機発光層の前記第２波長における屈折率は、前記中間層の前記第２波長における屈折率よりも高いことを特徴とする請求項１記載の有機電界発光素子。
【請求項３】
前記金属電極の複素誘電率εＭ、前記有機発光層の可視光に対する前記屈折率ｎ１、及び、前記前記中間層の可視光に対する前記屈折率ｎ２は、
ｎ２・Ｒｅ［｛（εＭ／（（ｎ２）２＋εＭ）｝１／２］  ＜  ｎ１        （１）
の関係を満たすことを特徴とする請求項１または２に記載の有機電界発光素子。
【請求項４】
前記有機発光層から放出される前記光は、第１波長の第１ピークと、前記第１波長とは異なる第２波長の第２ピークとを有し、
前記複素誘電率εＭ、前記有機発光層の前記第１波長における屈折率ｎ１ａ、及び、前記中間層の前記第１波長における屈折率ｎ２ａは、
ｎ２ａ・Ｒｅ［｛（εＭ／（（ｎ２ａ）２＋εＭ）｝１／２］  ＜  ｎ１ａ      （２）
の関係を満たし、
前記複素誘電率εＭ、前記有機発光層の前記第２波長における屈折率ｎ１ｂ、及び、前記中間層の前記第２波長における屈折率ｎ２ｂは、
ｎ２ｂ・Ｒｅ［｛（εＭ／（（ｎ２ｂ）２＋εＭ）｝１／２］  ＜  ｎ１ｂ      （３）
の関係を満たすことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の有機電界発光素子。
【請求項５】
前記金属電極は、アルミニウム及び銀の少なくともいずれかを含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の有機電界発光素子。
【請求項６】
前記有機発光層の可視光に対する屈折率ｎ１は、１．８以上２．２以下であり、
前記中間層の可視光に対する屈折率ｎ２は、１．５以上１．８未満であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の有機電界発光素子。
【請求項７】
前記中間層は、有機物を含むことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の有機電界発光素子。
【請求項８】
前記透明電極は、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｚｎ及びＴｉよりなる群から選択された少なくともいずれかの元素を含む酸化物を含むことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の有機電界発光素子。
【請求項９】
可視光に対して透光性の透明基板であって、前記透明電極が前記透明基板と前記有機発光層との間に配置される透明基板と、
前記透明基板と前記透明電極との間に設けられた光学層と、
をさらに備え、
前記光学層は、前記透明基板及び前記透明電極に接し前記透明基板の屈折率よりも高い屈折率を有し可視光に対して透光性の高屈折率層を含み、
前記光学層に入射した光の進路が変化する、または、
前記光学層と前記透明基板との界面に入射する光の進路が変化することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の有機電界発光素子。
【請求項１０】
可視光に対して透過性の透明電極と、
可視光に対して反射性の金属電極と、
前記透明電極と前記金属電極との間に設けられ可視光の波長の成分を含む光を放出する有機発光層と、
前記有機発光層と前記金属電極との間において前記金属電極及び前記有機発光層に接し可視光に対して透光性の中間層と、
を含む有機電界発光素子と、
前記透明電極と前記金属電極とに接続され、前記有機発光層に流れる電流を供給する電源と、
を備え、
前記中間層の厚さは、６０ナノメートル以上２００ナノメートル未満であり、
前記有機発光層の可視光に対する屈折率は、前記中間層の可視光に対する屈折率よりも高い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】
本発明の実施形態は、有機電界発光素子及び照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機電界発光素子においては、陰極と陽極との間に有機薄膜が設けられる。これらの電極に電圧を印加し、有機薄膜に、陰極から電子を注入し陽極から正孔を注入する。これにより電子と正孔が再結合し、再結合に伴い生成された励起子が放射失活する際の発光が利用される。
【０００３】
有機電界発光素子において、発光層から放出された光を効率良く取り出すことが望まれている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】"White organic light-emitting diodes with fluorescent tube efficiency", S. Reinke, F. Lindner, G. Schwartz, N. Seidler, K. Walzer, B. Lussem, and K. Leo, Nature, Vol.459, 234 (2009)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の実施形態は、光取り出し効率の高い有機電界発光素子及び照明装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の実施形態によれば、透明電極と、金属電極と、有機発光層と、中間層と、を備えた有機電界発光素子が提供される。前記透明電極は、可視光に対して透過性である。前記金属電極は、可視光に対して反射性である。前記有機発光層は、前記透明電極と前記金属電極との間に設けられ、可視光の波長の成分を含む光を放出する。前記中間層は、前記有機発光層と前記金属電極との間において、前記金属電極及び前記有機発光層に接し、可視光に対して透光性である。前記中間層の厚さは、６０ナノメートル以上２００ナノメートル未満である。前記有機発光層の可視光に対する屈折率は、前記中間層の可視光に対する屈折率よりも高い。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１（ａ）〜図１（ｃ）は、実施形態に係る有機電界発光素子を示す模式図である。
【図２】有機電界発光素子の特性を示す模式図である。
【図３】有機電界発光素子の特性を示すグラフ図である。
【図４】実施形態に係る有機電界発光素子の特性を示すグラフ図である。
【図５】実施形態に係る有機電界発光素子の特性を示すグラフ図である。
【図６】図６（ａ）及び図６（ｂ）は、有機電界発光素子の特性を示すグラフ図である。
【図７】図７（ａ）及び図７（ｂ）は、有機電界発光素子の特性を示すグラフ図である。
【図８】図８（ａ）〜図８（ｃ）は、有機電界発光素子の特性を示すグラフ図である。
【図９】実施形態に係る別の有機電界発光素子を示す模式的断面図である。
【図１０】実施形態に係る照明装置を示す模式的斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下に、各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。  
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。  
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
【０００９】
（第１の実施の形態）
図１（ａ）〜図１（ｃ）は、実施形態に係る有機電界発光素子の構成を例示する模式図である。  
図１（ａ）は、斜視図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ１−Ａ２線断面図である。図１（ｃ）は、有機電界発光素子の一部の構成を例示する模式的断面図であり、図１（ａ）のＡ１−Ａ２線断面図に相当する。
【００１０】
図１（ａ）及び図１（ｂ）に表したように、実施形態に係る有機電界発光素子１１０は、透明電極１０と、金属電極２０と、有機発光層３０と、中間層４０と、を備える。
【００１１】
透明電極１０は、可視光に対して透過性である。金属電極２０は、可視光に対して反射性である。有機発光層３０は、透明電極１０と金属電極２０との間に設けられる。有機発光層３０は、可視光の波長の成分を含む光を放出する。中間層４０は、有機発光層３０と金属電極２０との間において金属電極２０及び有機発光層３０に接する。中間層４０は、可視光に対して透光性である。
【００１２】
ここで、金属電極２０から透明電極１０に向かう方向をＺ軸方向（第１方向）とする。Ｚ軸を第１軸とする。Ｚ軸に対して垂直な１つの方向をＸ軸（第２軸）とする。Ｚ軸とＸ軸とに対して垂直な軸をＹ軸（第３軸）とする。
【００１３】
この例では、有機電界発光素子１１０は、透明基板５０をさらに備える。透明基板５０と有機発光層３０との間に透明電極１０が配置される。透明基板５０は、可視光に対して透光性である。
【００１４】
例えば、透明基板５０の上に透明電極１０が設けられる。透明電極１０の上に有機発光層３０が設けられる。有機発光層３０の上に中間層４０が設けられる。中間層４０の上に金属電極２０が設けられる。
【００１５】
図１（ｃ）に表したように、有機電界発光素子１１０は、透明電極側機能層３１をさらに備えることができる。透明電極側機能層３１は、有機発光層３０と透明電極１０との間に設けられる。有機発光層３０と透明電極側機能層３１は、有機層３５に含まれる。透明電極側機能層３１は、必要に応じて設けられる。
【００１６】
有機発光層３０には、例えば、Ａｌｑ３、Ｆ８ＢＴ及びＰＰＶなどの材料を用いることができる。有機発光層３０には、ホスト材料と、ホスト材料に添加されるドーパントと、の混合材料を用いることができる。ホスト材料としては、例えばＣＢＰ、ＢＣＰ、ＴＰＤ、ＰＶＫ及びＰＰＴなどを用いることができる。ドーパント材料としては、例えば、Ｆｌｒｐｉｃ、Ｉｒ（ｐｐｙ）３及びＦｌｒ６などを用いることができる。
【００１７】
透明電極側機能層３１は、例えば、正孔注入層として機能する。この場合、透明電極側機能層３１には、例えば、ＰＥＤＰＯＴ：ＰＰＳ、ＣｕＰｃ及びＭｏＯ３などを用いることができる。
【００１８】
透明電極側機能層３１は、例えば正孔輸送層として機能する。この場合、透明電極側機能層３１には、α−ＮＰＤ、ＴＡＰＣ、ｍ−ＭＴＤＡＴＡ、ＴＰＤ及びＴＣＴＡなどを用いることができる。
【００１９】
透明電極側機能層３１は、例えば、正孔注入層として機能する層と、正孔輸送層として機能する層と、の積層構造を有しても良い。
【００２０】
中間層４０は、例えば、電子輸送層として機能する層を含むことができる。電子輸送層として機能する層には、例えば、Ａｌｑ３、ＢＡｌｑ、ＰＯＰｙ２、Ｂｐｈｅｎ及び３ＴＰＹＭＢなどを用いることができる。
【００２１】
中間層４０は、例えば、電子輸送層として機能する層と、その層と金属電極２０との間に設けられた電子注入層と、の積層構造を有しても良い。電子注入層は、電子の注入特性を向上させるための層である。電子注入層の厚さは、例えば、１ナノメートル（ｎｍ）程度である。
【００２２】
透明基板５０は、例えばガラス基板である。  
透明電極１０は、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｚｎ及びＴｉよりなる群から選択された少なくともいずれかの元素を含む酸化物を含む。透明電極１０は、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）膜である。透明電極１０は、例えば、陽極として機能する。
【００２３】
金属電極２０は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）及び銀（Ａｇ）の少なくともいずれかを含む。金属電極２０には、Ｍｇ：Ａｇ（マグネシウムと銀の合金）を用いても良い。例えば、金属電極２０には、アルミニウム膜が用いられる。金属電極２０にアルミニウム膜を用いると、特に生産性及びコストの点で有利になる。金属電極２０は、例えば、陰極として機能する。
【００２４】
中間層４０は、例えば、有機層である。ただし、実施形態はこれに限らず、中間層４０は無機層でも良い。また、中間層４０としては、有機材料と無機材料との混合材料を用いても良い。
【００２５】
中間層４０を有機層３５の上に形成する場合は、中間層４０の形成条件は、有機層３５を劣化させない条件に設定される。中間層４０が有機物である場合は、中間層４０の形成条件（例えば温度）を緩やかな条件にし易い。このため、中間層４０は、有機物を含むことが望ましい。
【００２６】
有機電界発光素子１１０においては、有機発光層３０から放出された光は、透明電極１０の側（透明基板５０の側）から取り出される。
【００２７】
実施形態においては、中間層４０の厚さ（厚さｔｍ）は、６０ｎｍ以上２００ｎｍ未満である。有機発光層３０の可視光に対する屈折率（ｎ１）は、中間層４０の可視光に対する屈折率（ｎ２）よりも高い。  
これにより、光取り出し効率の高い有機電界発光素子が得られる。
【００２８】
以下、有機電界発光素子１１０の特性について、参考例と比較しながら説明する。  
図２は、有機電界発光素子の特性を例示する模式図である。  
図２に表したように、一般に、有機電界発光素子において、有機発光層３０内で発生した光（光源３３）の行方は、大きく分けて４つ成分に分類される。すなわち、有機電界発光素子において、光は、外部モード成分Ｌ１と、基板モード成分Ｌ２と、薄膜層モード成分Ｌ３と、金属による損失成分Ｌ４と、に分けられる。以下では、「金属による損失成分Ｌ４」を、単に「損失成分Ｌ４」と言うことにする。
【００２９】
外部モード成分Ｌ１は、有機電界発光素子の外部に取り出すことのできる成分である。基板モード成分Ｌ２は、透明基板５０には到達するが、透明基板５０から出ることのできない成分である。薄膜層モード成分Ｌ３は、透明基板５０に到達できない成分である。薄膜層モード成分Ｌ３は、光が、有機発光層３０、中間層４０及び透明電極１０の少なくともいずれかの薄膜層内に閉じ込められるモードに対応する。損失成分Ｌ４は、金属電極２０によって損失される成分である。
【００３０】
図３は、有機電界発光素子の特性を例示するグラフ図である。  
図３は、光のエネルギーの分配率ＲＬのシミュレーション結果の例を表している。図３の横軸は、中間層４０の厚さｔｍである。縦軸は、分配率ＲＬである。
【００３１】
このシミュレーションでは、以下の構成を有する有機ＥＬ素子をモデルとした。このモデルにおいては、屈折率をｎとすると、ｎ＝１．５のガラス基板（透明基板５０）の上に、ｎ＝１．８相当のＩＴＯ膜（厚さ＝１００ｎｍ）、ｎ＝１．６相当の正孔注入層（厚さ＝６０ｎｍ）、ｎ＝１．８相当の発光層（厚さ＝８０ｎｍ）、ｎ＝１．８相当の中間層４０（電子輸送層）（厚さ＝ｔｍナノメートル）、及び、Ａｌの金属電極（厚さ＝１５０ｎｍ）が、この順で積層されている。ここで、「相当」とは、それぞれの材料における屈折率の波長分散を含めた屈折率を用いることを指しており、上記おける屈折率ｎの値は、概略の値である。
【００３２】
図３に示したように、外部モード成分Ｌ１、基板モード成分Ｌ２、薄膜層モード成分Ｌ３及び損失成分Ｌ４は、例えば、中間層４０の厚さｔｍによって変化する。
【００３３】
金属電極２０による損失成分Ｌ４のなかで、金属電極２０の表面プラズモンによる損失を低減する構成が考えられる。この構成においては、従来、有機発光層３０と金属電極２０との距離が２００ｎｍ以上に設定される。すなわち、陰極での損失（プラズモン損失）は、発光位置と陰極との距離が２００ｎｍ以上になると無視できるレベルになると考えられている。例えば、有機電界発光素子における電子輸送層の厚みを２００ｎｍ以上にすることで、有機発光層３０と金属電極２０の距離が２００ｎｍ以上に設定される。有機発光層３０と金属電極２０との距離は、例えば、中間層４０の厚さｔｍに相当する。
【００３４】
図３に表したように、電子輸送層の厚さ（図３においては、中間層４０の厚さｔｍに相当する）が２００ｎｍ以上と厚い領域において、損失成分Ｌ４が小さくなる。
【００３５】
しかしながら、電子輸送層の膜厚を厚くすると、電子輸送層において大きな電圧降下が生じる。その結果、この構成においては、有機電界発光素子の駆動電圧が上昇する。すなわち、この構成により、有機電界発光素子の外部量子効率が向上するが、電力効率が低下する。このため、この構成においては、実用的な性能を得ることが困難である。このとき、この電圧降下を抑制するために、電子輸送層にアルカリ金属などをドーピングすることで電子輸送層における電荷の輸送能力を向上させる方法がある。これにより、駆動電圧の上昇を抑え、電力効率の低下がある程度回復すると考えられる。しかしながら、アルカリ金属などのドーピングは、生産性やコストの点で実用的には採用し難い。
【００３６】
さらに、電子輸送層を厚くすることは、材料の使用量の増大、及び、製造のタクトタイムの増大に繋がる。すなわち、これらの点でも生産性が低下する。
【００３７】
これに対し、実施形態に係る有機電界発光素子１１０においては、中間層４０の厚さｔｍ（有機発光層３０と金属電極２０との間の距離）を２００ｎｍ未満に設定し、上記の電圧降下に起因する電力効率の低下を抑制する。そして、高い生産性を維持する。
【００３８】
実施形態においては、中間層４０の厚さｔｍ（有機発光層３０と金属電極２０との間の距離）を２００ｎｍ未満に設定したときにおいても、損失成分Ｌ４のうちの表面プラズモンによる損失を低減できる構成が採用される。すなわち、有機発光層３０の可視光に対する屈折率（ｎ１）は、中間層４０の可視光に対する屈折率（ｎ２）よりも高く設定される。これにより、電圧降下が発生せず、高い生産性でありつつ、表面プラズモンによる損失が低減できる。
【００３９】
実施形態において表面プラズモンによる損失が低減されることは、定性的に、表面プラズモンによって生じる非伝播光が、有機電界発光素子の光源３３となっている双極子を誘導放出させることと関連している。
【００４０】
例えば、中間層４０の屈折率が、光源３３である双極子を含む有機発光層３０の屈折率よりも高い参考例の場合には、表面プラズモンが作る非伝播光が中間層４０を透過しても有機発光層３０においてもなお非伝播光のままである。その結果、双極子が、表面プラズモンによる非伝播光によって誘導される。これにより、有機電界発光素子において、利用できない光の放射が起こると考えられる。
【００４１】
これに対し、中間層４０の屈折率が有機発光層３０の屈折率よりも小さい場合には、表面プラズモンが作る非伝播光は中間層４０を透過した後、有機発光層３０に入射すると伝播光となる。これにより、双極子は伝播光に誘導される。これにより、有機電界発光素子において利用できる光の放射が得られるものと考えられる。
【００４２】
このように、一般に電子輸送層の厚さが２００ｎｍ以上と厚く設定されることで表面プラズモンによる損失を低減していたのに対し、実施形態においては、中間層４０の厚さｔｍを２００ｎｍ未満に設定しても表面プラズモンによる損失を低減できる構成が具体的に示される。これにより、光取り出し効率の高い有機電界発光素子が得られる。
【００４３】
より具体的には、金属電極２０の複素誘電率εＭ、有機発光層３０の可視光に対する屈折率ｎ１、及び、中間層４０の可視光に対する屈折率ｎ２は、
ｎ２・Ｒｅ［｛（εＭ／（（ｎ２）２＋εＭ）｝１／２］  ＜  ｎ１        （１）
の関係を満たす。
【００４４】
ここで、Ａ１＝｛（εＭ／（（ｎ２）２＋εＭ）｝１／２とする。Ｒｅ［｛（εＭ／（（ｎ２）２＋εＭ）｝１／２］、すなわち、Ｒｅ［Ａ１］は、Ａ１の実数部分である。
【００４５】
（１）式の関係が満たされることで、表面プラズモンによる損失が低減できる。
【００４６】
例えば、金属電極２０がアルミニウムで、波長が５２０ｎｍの場合を想定する。このとき、金属電極２０の屈折率ｎＡｌの大略の値は、以下の値である。
【００４７】
ｎＡｌ＝０．６９８＋ｉ＊５．６８
である。ここで、ｉは虚数単位である。金属電極２０の複素誘電率εＭは、以下となる。
複素誘電率εＭ  ＝（ｎＡｌ）２
＝−３１．８＋ｉ＊７．９３
そして、中間層４０の屈折率ｎ２が１．８である場合、
Ｒｅ［Ａ１］＝１．０５
となる。
【００４８】
すなわち、この条件においては、（１）式は、
ｎ２・１．０５  ＜  ｎ１
となる。すなわち、有機発光層３０の屈折率（ｎ１）は、中間層４０の屈折率（ｎ２）の１．０５倍以上に設定される。
【００４９】
図４は、実施形態に係る有機電界発光素子の特性を例示するグラフ図である。  
すなわち、図４は、Ｒｅ［Ａ１］の値のシミュレーション結果を例示している。図４の横軸は波長である。縦軸は、Ｒｅ［Ａ１］である。この図には、金属電極２０がアルミニウム（Ａｌ）である場合と、銀（Ａｇ）である場合と、が示されている。金属電極２０がアルミニウムである場合の屈折率ｎＡｌは、既に記したように、ｎＡｌ＝０．６９８＋ｉ＊５．６８である。一方、金属電極２０が銀である場合の屈折率ｎＡｇは、ｎＡｇ＝０．１３０＋ｉ＊３．１０である。このシミュレーションでは、中間層４０の屈折率ｎ２は、中間層４０として、Ａｌｑ３を用いた場合に相当する値を用いた。
【００５０】
図４に表したように、金属電極２０としてＡｌを用いた場合には、可視光の波長範囲において、Ｒｅ［Ａ１］は、１．０２以上１．２０以下程度の値である。一方、金属電極２０としてＡｇを用いた場合には、可視光の波長範囲において、Ｒｅ［Ａ１］は１．０５以上２．２５以下程度の値である。このように、金属電極２０として用いる材料によって、Ｒｅ［Ａ１］の値は変化する。
【００５１】
このため、例えば、金属電極２０として用いる材料に基づいて変化するＲｅ［Ａ１］の値を考慮して、（１）式を満たすように、有機発光層３０の屈折率（ｎ１）と中間層４０の屈折率（ｎ２）との関係が適切に設定される。
【００５２】
図５は、実施形態に係る有機電界発光素子の特性を例示するグラフ図である。  
図５は、有機発光層３０から放出される光の波長特性の例を示している。横軸は、波長λである。縦軸は、光強度ＩＬ（任意目盛）である。
【００５３】
図５に表したように、有機発光層３０から放出される光は、第１波長の第１ピークＰ１と、第１波長とは異なる第２波長の第２ピークＰ２とを有する。第１波長は、例えば、約６００ｎｍであり、第２波長は、例えば、約５１０ｎｍである。有機発光層３０から放出される光は、第１波長及び第２波長とは異なる第３波長の第３ピークＰ３さらに有することができる。第３波長は、例えば、約４５０ｎｍである。
【００５４】
図５に表したように、有機発光層３０は、「白色光」を発光する。ここで、「白色光」は、実質的に白色であり、例えば、赤色系、黄色系、緑色系、青色系及び紫色系などの白色の光も含む。有機発光層３０から放出される光は、複数のピークを有することができる。そして、この複数のピークのそれぞれにおいて、有機発光層３０の屈折率が、中間層４０の屈折率よりも高く設定される。
【００５５】
すなわち、実施形態においては、有機発光層３０の第１波長における屈折率は、中間層４０の第１波長における屈折率よりも高い。そして、有機発光層３０の第２波長における屈折率は、中間層４０の第２波長における屈折率よりも高い。さらに、有機発光層３０の第３波長における屈折率は、中間層４０の第３波長における屈折率よりも高い。
【００５６】
例えば、金属電極２０の複素誘電率εＭ、有機発光層３０の第１波長における屈折率ｎ１ａ、及び、中間層４０の第１波長における屈折率ｎ２ａは、
ｎ２ａ・Ｒｅ［｛（εＭ／（（ｎ２ａ）２＋εＭ）｝１／２］  ＜  ｎ１ａ      （２）
の関係を満たす。
【００５７】
そして、金属電極２０の複素誘電率εＭ、有機発光層３０の第２波長における屈折率ｎ１ｂ、及び、中間層４０の第２波長における屈折率ｎ２ｂは、
ｎ２ｂ・Ｒｅ［｛（εＭ／（（ｎ２ｂ）２＋εＭ）｝１／２］  ＜  ｎ１ｂ      （３）
の関係を満たす。
【００５８】
さらに、金属電極２０の複素誘電率εＭ、有機発光層３０の第３波長における屈折率ｎ１ｃ、及び、中間層４０の第３波長における屈折率ｎ２ｃは、
ｎ２ｃ・Ｒｅ［｛（εＭ／（（ｎ２ｃ）２＋εＭ）｝１／２］  ＜  ｎ１ｃ      （４）
の関係を満たす。
【００５９】
これにより、有機発光層３０から放出される光が複数のピークを有するときも、そのそれぞれのピークにおいて、表面プラズモンによる損失を低減できる。
【００６０】
図６（ａ）及び図６（ｂ）は、有機電界発光素子の特性を例示するグラフ図である。  
すなわち、図６（ａ）は実施形態に係る有機電界発光素子１１０ａに対応し、図６（ｂ）は、参考例の有機電界発光素子１１９ａに対応する。これらのシミュレーションでは、透明基板５０が設けられ、有機発光層３０が透明電極１０に接する（透明電極側機能層３１が設けられていない）構成のモデルが採用された。
【００６１】
シミュレーションにおいては、透明基板５０の屈折率を１．９（１．９＋ｉ＊０．００１）とした。有機発光層３０の屈折率ｎ１を１．９とした。金属電極２０の屈折率を０．６９８＋ｉ＊５．６８とした。この値は、アルミニウムの値に対応する。そして、実施形態に係る有機電界発光素子１１０ａにおいては、中間層４０の屈折率ｎ２を１．７３とした。この条件は、上記の（１）式〜（４）式を満たす。
【００６２】
一方、参考例の有機電界発光素子１１９ａにおいては、中間層４０の屈折率ｎ２を１．９とした。すなわち、参考例では、有機発光層３０の屈折率ｎ１が、中間層４０の屈折率ｎ２と同じである。そして、中間層４０の厚さｔｍを変えて、光のエネルギーの分配率ＲＬを求めた。これらの図においては、金属電極２０によって吸収損失される損失成分Ｌ４が示されている。
【００６３】
図６（ｂ）に表したように、参考例の有機電界発光素子１１９ａにおいては、中間層４０の厚さｔｍが２００ｎｍ未満の領域においては、損失成分Ｌ４が急激に大きくなる。
【００６４】
これに対し、図６（ａ）に表したように、実施形態に係る有機電界発光素子１１０ａにおいては、中間層４０の厚さｔｍが２００ｎｍ未満の領域においても、損失成分Ｌ４は比較的小さい値を維持している。有機電界発光素子１１０ａにおいては、中間層４０の厚さｔｍが約６０ｎｍ以上２００ｎｍ未満の領域で、参考例における損失成分Ｌ４よりも小さい損失成分Ｌ４が得られる。
【００６５】
図７（ａ）及び図７（ｂ）は、有機電界発光素子の特性を例示するグラフ図である。  
すなわち、図７（ａ）は実施形態に係る有機電界発光素子１１０ｂに対応し、図７（ｂ）は、参考例の有機電界発光素子１１９ｂに対応する。以下では、図７（ａ）及び図７（ｂ）に関して説明した条件と異なる条件に関して説明する。
【００６６】
このシミュレーションでは、有機発光層３０の屈折率ｎ１を１．８とした。そして、有機電界発光素子１１０ｂにおいては、中間層４０の屈折率ｎ２を１．６５とした。この条件は、上記の（１）式〜（４）式を満たす。一方、参考例の有機電界発光素子１１９ｂにおいては、中間層４０の屈折率ｎ２を１．８とした。
【００６７】
図７（ｂ）に表したように、この場合も、参考例の有機電界発光素子１１９ｂにおいては、中間層４０の厚さｔｍが２００ｎｍ未満の領域において、損失成分Ｌ４が急激に大きくなる。
【００６８】
これに対し、図７（ａ）に表したように、実施形態に係る有機電界発光素子１１０ｂにおいては、中間層４０の厚さｔｍが２００ｎｍ未満の領域においても、損失成分Ｌ４は比較的小さい値を維持している。有機電界発光素子１１０ａにおいては、中間層４０の厚さｔｍが約５０ｎｍ以上２００ｎｍ未満の領域で、参考例における損失成分Ｌ４よりも小さい損失成分Ｌ４が得られる。
【００６９】
図６（ａ）〜図７（ｂ）に表したように、実施形態の構成によれば、例えば、中間層４０の厚さｔｍが１００ｎｍで、参考例における２００ｎｍのときの効率に相当する効率が得られる。また、中間層４０の厚さｔｍが６０ｎｍ以上１００ｎｍ未満の領域では、厚さｔｍが２００ｎｍの時には及ばないものの、実施形態の構成における効率は、参考例の効率に比べて１０％以上向上する。
【００７０】
図８（ａ）〜図８（ｃ）は、有機電界発光素子の特性を例示するグラフ図である。  
これらの図は、有機電界発光素子の中間層４０の屈折率ｎ２と中間層４０の厚さｔｍとを変えて、光のエネルギーの分配率ＲＬをシミュレーションにより求めた結果を例示している。これらのシミュレーションでは、透明基板５０（屈折率＝１．８）／透明電極１０（屈折率１．８）／有機発光層３０（屈折率ｎ１）／中間層（屈折率ｎ２、厚さｔｍ）／金属電極２０の構成がモデルとして採用された。
【００７１】
図８（ａ）及び図８（ｂ）においては、金属電極２０屈折率は、０．６９８＋ｉ＊５．６８（アルミニウムに相当する）であり、図８（ｃ）においては、金属電極２０の屈折率は、０．１３０＋ｉ＊３．１０（銀に相当する）である。図８（ａ）においては、有機発光層３０の屈折率ｎ１は、１．９である。図８（ｂ）及び図８（ｃ）においては、有機発光層３０の屈折率ｎ１は、１．８である。なお、このシミュレーションでは、簡単のために、屈折率の波長分散は考慮せず、屈折率は一定とした。
【００７２】
図８（ａ）に表したように、金属電極２０としてアルミニウムを用い、有機発光層３０として屈折率ｎ１が１．９の材料を用いた場合は、中間層４０の屈折率ｎ２が約１．８以下の場合に良好な特性が特に得られる。例えば、屈折率ｎ２が約１．８以下の場合に、（１）式が満たされる。
【００７３】
図８（ｂ）に表したように、金属電極２０としてアルミニウムを用い、有機発光層３０として屈折率ｎ１が１．８の材料を用いた場合は、中間層４０の屈折率ｎ２が約１．７以下の場合に良好な特性が特に得られる。例えば、屈折率ｎ２が約１．７１以下の場合に、（１）式が満たされる。
【００７４】
図８（ｃ）に表したように、金属電極２０として銀を用い、有機発光層３０として屈折率ｎ１が１．８の材料を用いた場合は、中間層４０の屈折率ｎ２が約１．６以下の場合に良好な特性が特に得られる。例えば、屈折率ｎ２が約１．５５以下の場合に、（１）式が満たされる。
【００７５】
このように、例えば、金属電極２０の屈折率に応じて（すなわち、金属電極２０の材料に応じて）、有機発光層３０の屈折率と中間層４０の屈折率との関係が適切に設定される。
【００７６】
なお、金属電極２０として銀を用いた場合は、金属電極２０としてアルミニウムを用いた場合に比べて、中間層４０の適切な屈折率が低い。これは、銀におけるＲｅ［Ａ１］の値が、アルミニウムにおけるＲｅ［Ａ１］の値よりも大きいためである。
【００７７】
実施形態においては、コストの点などで特に実用性の高いアルミニウムを金属電極２０として用いたときに、上記の条件を採用することで、特に高い光取り出し効率が得られる。
【００７８】
実施形態において、有機発光層３０の可視光に対する屈折率ｎ１は、１．８以上２．２以下であることが望ましい。これにより、適正な発光特性と安定した信頼性とを有する実用的な有機発光層３０が得られる。
【００７９】
このとき、中間層４０の可視光に対する屈折率ｎ２は、１．５以上１．８未満であることが望ましい。このとき、屈折率ｎ１＞屈折率ｎ２の条件が満たされる。これにより、光取り出し効率の高い有機電界発光素子が得られる。
【００８０】
図９（ａ）〜図９（ｅ）は、実施形態に係る別の有機電界発光素子の構成を例示する模式的断面図である。  
図９（ａ）に表したように、実施形態に係る別の有機電界発光素子１１１ａは、透明電極１０、金属電極２０、有機発光層３０及び中間層４０に加えて、透明基板５０と、光学層６８と、をさらに備える。
【００８１】
透明基板５０は、可視光に対して透光性である。透明電極１０は、透明基板５０と有機発光層３０との間に配置される。
【００８２】
光学層６８は、透明基板５０と透明電極１０との間に設けられる。光学層６８は、高屈折率層６０を含む。高屈折率層６０は、透明基板５０及び透明電極１０に接する。高屈折率層６０は、透明基板５０の屈折率よりも高い屈折率を有する。高屈折率層６０の屈折率は、透明電極１０の屈折率及び有機発光層３０の屈折率と同じ程度であることが望ましい。例えば、高屈折率層６０の屈折率と透明電極１０の屈折率との差、及び、高屈折率層６０の屈折率と有機発光層３０の屈折率との差は、高屈折率層６０の屈折率と透明基板５０の屈折率との差よりも小さい。なお、高屈折率層６０は、可視光に対して透光性である。
【００８３】
この例では、透明基板５０の表面（高屈折率層６０とは反対の側の面）に凹凸が設けられている。この凹凸の形状は、例えば、レンズ形状、溝状、多角錐状及び多角錐台など、任意である。
【００８４】
この例では、光学層６８は、高屈折率層６０と隣接する低屈折率層６０ａをさらに含んでいる。低屈折率層６０ａの屈折率は、高屈折率層６０の屈折率よりも低い。低屈折率層６０ａの屈折率は、例えば、透明基板５０の屈折率と同じ程度である。また、低屈折率層６０ａとして、例えば空気層（空気を内包する粒なども含む）などを用いても良い。これにより、光学層６８において、光の進行方向が変化する。具体的には、高屈折率層６０と低屈折率層６０ａとの界面で、光の進行方向が変化する。
【００８５】
これにより、有機発光層３０から放出された光ＬＬは、透明基板５０に侵入し易くなる。すなわち、例えば、薄膜層モード成分Ｌ３を減少させることができる。そして、光ＬＬを外部に効率的に取り出すことができる。
【００８６】
図９（ｂ）に表したように、実施形態に係る別の有機電界発光素子１１１ｂにおいては、透明基板５０と透明電極１０との間の光学層６８として、散乱性の高屈折率層６１が用いられる。高屈折率層６１の屈折率は、透明基板５０の屈折率よりも高い。高屈折率層６１の屈折率は、透明電極１０の屈折率及び有機発光層３０の屈折率と同じ程度であることが望ましい。この場合も、光学層６８（散乱性の高屈折率層６１）により、光の進行方向が変化する。
【００８７】
図９（ｃ）に表したように、実施形態に係る別の有機電界発光素子１１１ｃにおいては、光学層６８（高屈折率層６０）と透明基板５０との界面が、凹凸状である。この例では、光学層６８（高屈折率層６０）と透明基板５０との界面に入射する光の進路が変化する。
【００８８】
図９（ｄ）に表したように、実施形態に係る別の有機電界発光素子１１１ｄにおいては、透明基板５０として、屈折率が比較的高い材料が用いられる。透明基板５０の屈折率は、例えば、１．６以上２．１以下程度である。透明基板５０の屈折率は、透明電極の屈折率及び有機層３０の屈折率と同程度であることが望ましい。そして、透明基板５０の表面に凹凸が設けられている。
【００８９】
図９（ｅ）に表したように、実施形態に係る別の有機電界発光素子１１１ｅにおいても、透明基板５０として、屈折率が比較的高い材料が用いられる。そして、透明基板５０の表面（高屈折率層６０とは反対の側の面）に、高屈折率散乱層６５が設けられている。高屈折率散乱層６５の屈折率は、透明基板５０の屈折率と同等である。
【００９０】
上記の有機電界発光素子１１１ｂ〜１１１ｅにおいても、有機発光層３０から放出された光ＬＬが、透明基板５０に侵入し易くなり、効率的に光が外部に取り出される。
【００９１】
実施形態においては、金属電極２０によって吸収損失される損失成分Ｌ４が低減できる。このため、薄膜層モード成分Ｌ３をさらに低減することで、特に高い光取り出し効率が得られる。
【００９２】
高屈折率層６０を用いることで、例えば透明基板５０の選択範囲が広がる。これにより、生産性にすぐれ、安価な基板を透明基板５０として用いることができ、実用性が高い。
【００９３】
実施形態によれば、中間層４０厚さを従来のように２００ｎｍ以上にしなくても、２００ｎｍ未満の厚さで実用的な表面プラズモン損失の低減を達成することができる。これにより、材料の使用量や製造のタクトタイムを抑え、低コストで発光効率が高い電力効率の高い素子が実現できる。
【００９４】
実施形態に係る有機電界発光素子は、例えば、照明装置や、ディスプレイなどに用いられる平面光源（照明装置の一種）などに応用できる。
【００９５】
図１０は、実施形態に係る照明装置の構成を例示する模式的斜視図である。  
図１０に表したように、実施形態に係る照明装置１３０は、有機電界発光素子と、電源１２０と、を備える。有機電界発光素子は、実施形態に係る任意の素子を用いることができる。この図では、有機電界発光素子１１０を用いる場合が例示されている。
【００９６】
既に説明したように、有機電界発光素子１１０は、透明電極１０、金属電極２０、有機発光層３０及び中間層４０を含む。電源１２０は、透明電極１０と金属電極２０とに接続される。電源１２０は、有機発光層３０に流れる電流を供給する。
【００９７】
この場合も、中間層４０の厚さｔｍは、６０ｎｍ以上２００ｎｍ未満に設定され、有機発光層３０の可視光に対する屈折率ｎ１は、中間層４０の可視光に対する屈折率ｎ２よりも高く設定される。例えば、上記の（１）式〜（４）式が満たされる。これにより、光取り出し効率の高い有機電界発光素子を用いた照明装置が提供できる。
【００９８】
実施形態によれば、光取り出し効率の高い有機電界発光素子及び照明装置が提供される。
【００９９】
なお、本願明細書において、「垂直」及び「平行」は、厳密な垂直及び厳密な平行だけではなく、例えば製造工程におけるばらつきなどを含むものであり、実質的に垂直及び実質的に平行であれば良い。
【０１００】
以上、具体例を参照しつつ、本発明のいくつかの実施の形態について説明した。しかし、本発明の実施形態は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、有機電界発光素子に含まれる透明電極、金属電極、有機発光層、中間層、透明基板及び高屈折率層などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。  
また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
【０１０１】
その他、本発明の実施の形態として上述した有機電界発光素子及び照明装置を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての有機電界発光素子及び照明装置も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
【０１０２】
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
【０１０３】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１０４】
１０…透明電極、  ２０…金属電極、  ３０…有機発光層、  ３１…透明電極側機能層、  ３３…光源、  ３５…有機層、  ４０…中間層、  ５０…透明基板、  ６０…高屈折率層、  ６０ａ…低屈折率層、  ６１…高屈折率層、  ６５…高屈折率散乱層、  ６８…光学層、  １１０、１１０ａ、１１０ｂ、１１１ａ〜１１１ｅ、１１９ａ、１１９ｂ、１１１…有機電界発光素子、  １２０…電源、  １３０…照明装置、  Ｌ１…外部モード成分、  Ｌ２…基板モード成分、  Ｌ３…薄膜層モード成分、  Ｌ４…損失成分、  ＬＬ…光、  Ｐ１〜Ｐ３…第１〜第３ピーク、  ＲＬ…分配率、  ｔｍ…厚さ
【図１】
2012186107.tif 000003
【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】
2012186107.tif 000009
【図８】
2012186107.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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