(57)【要約】【課題】金属による光損失を抑制し、光取り出し効率の優れた有機エレクトロルミネッセンス素子を提供する。【解決手段】有機エレクトロルミネッセンス素子は、基板１と、光透過性電極２と、光反射性電極４と、発光層３とを備えている。光反射性電極４は、金属からなる。発光層３は、光透過性電極２と光反射性電極４との間に配置されている。有機エレクトロルミネッセンス素子は、発光層３と光反射性電極４との間に、発光層３よりも屈折率の低い光学調整層５と、電荷輸送層６とを備えている。【選択図】図１
2016035830.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
光透過性電極と、
金属からなる光反射性電極と、
前記光透過性電極と前記光反射性電極との間に配置された発光層と、を備え、
前記発光層と前記光反射性電極との間に、前記発光層よりも屈折率の低い光学調整層と、電荷輸送層と、を備えた、有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項２】
前記光学調整層は、前記発光層と接している、請求項１に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項３】
前記光透過性電極と前記発光層との間に、前記発光層よりも屈折率の低い追加光学調整層を備えた、請求項１又は２に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項４】
前記光学調整層の屈折率は、前記発光層の屈折率の０．９倍以下である、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項５】
前記光学調整層の厚みは、下記式で表される前記発光層から発する光の重み平均波長をλｗとし、前記光学調整層の屈折率をｎとしたときに、λｗ／２ｎ以上である、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【数１】
2016035830.tif 000004
上記式において、Ｐ（λ）は、各波長におけるスペクトル強度を示す。
【請求項６】
前記光学調整層と前記光反射性電極との間に、分布型ブラッグ反射構造を備えた、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項７】
前記光透過性電極と前記発光層との間に、少なくとも一つの追加発光層を備えた、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
有機エレクトロルミネッセンス素子が開示される。より詳しくは、金属からなる光反射性電極を備えた有機エレクトロルミネッセンス素子が開示される。
【背景技術】
【０００２】
有機エレクトロルミネッセンス素子（以下「有機ＥＬ素子」ともいう）として、基板の表面に、陽極、ホール輸送層、発光層、電子輸送層、及び陰極の積層体で構成される発光体が設けられたものが一般的に知られている。有機ＥＬ素子では、陽極と陰極の間に電圧を印加することによって、発光層で発した光が、光透過性を有する電極を通して外部に取り出される。
【０００３】
有機ＥＬ素子では光取り出し効率を高める試みが数多くなされている。有機ＥＬ素子は、屈折率差を起因とする全反射、材料による光の吸収などによって、発光層で生じた光が外界に出なくなり得る。したがって、光取り出し効率の向上により、有機ＥＬ素子の効率を向上させることができる。例えば、光反射性電極を設けた場合、発光層から発した光を光反射性電極により反射させて反対側（光透過性電極側）に進行せることが可能となり、光を一方向に集めて出射しやすくなる。これにより、光取り出し効率を高めることが可能である。
【０００４】
ここで、有機ＥＬ素子の光取り出し効率低下の原因として、金属による光損失がある。光損失は、金属によって光反射性電極を構成した場合に見られる。光損失の要因の一つは、表面プラズモンである。発光層から発した光は、金属に到達したとき、金属の表面でプラズマ振動を誘起する。このプラズマ振動は表面プラズモン（又は単にプラズモン）と呼ばれる。表面プラズモンでは、金属表面で光エネルギーが振動エネルギーに変換され、このエネルギー移動によって、光が損失する。また、光損失の要因の一つとして、光吸収がある。金属が光を吸収することで、光が損失する。このように、金属を光反射性電極として用いた場合には、光の反射による光取り出し効率の向上が期待できるものの、光損失が生じる可能性がある。そのため、光取り出し効率を高めるさらなる構造が重要である。
【０００５】
特許文献１では、光取り出し効率を高めるために、表面プラズモンに着目し、光反射側の電極の構造が、光透過性の電極と屈折率の低い層と光反射性を有する金属層との積層構造となった有機ＥＬ素子が開示されている。この構造は、光反射性の金属層を電極とは別に設けることで、プラズモンによる光損失の抑制が期待される。しかしながら、光透過性の電極と屈折率の低い層と光反射性の金属層との積層構造は、複雑な干渉作用を生じやすくするため、光学干渉の設計が複雑になり、簡単に光取り出し効率を高めることができなくなるおそれがある。また、この構造は、複雑な干渉作用が生じるため、特定の角度における反射率の低下が生じやすく、角度依存性の少ない均一な光の出射が得られなくなる可能性が大きい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１３−１４５７００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本開示の目的は、光反射性電極を構成する金属による光損失を抑制し、光取り出し効率の優れた有機エレクトロルミネッセンス素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示の有機エレクトロルミネッセンス素子は、基板と、光透過性電極と、金属からなる光反射性電極と、前記光透過性電極と前記光反射性電極との間に配置された発光層と、を備えている。有機エレクトロルミネッセンス素子は、前記発光層と前記光反射性電極との間に、前記発光層よりも屈折率の低い光学調整層と、電荷輸送層と、を備えている。
【発明の効果】
【０００９】
本開示による有機エレクトロルミネッセンス素子は、光反射性電極を構成する金属による光損失を抑制することができ、光取り出し効率を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】有機エレクトロルミネッセンス素子の一例を示す模式的な断面図である。
【図２】有機エレクトロルミネッセンス素子の一例を示す模式的な断面図である。
【図３】光学調整層の屈折率と光のモードとの関係の一例を示すグラフである。
【図４】有機エレクトロルミネッセンス素子の一例を示す模式的な断面図である。
【図５】光学調整層における光の入射角度と反射率との関係の一例を示すグラフである。
【図６】光学調整層の厚みと光反射率との関係の一例を示すグラフである。
【図７】有機エレクトロルミネッセンス素子の一例を示す模式的な断面図である。
【図８】有機エレクトロルミネッセンス素子の一例を示す模式的な断面図である。
【図９】分布型ブラッグ反射構造における光の波長と反射率との関係の一例を示すグラフである。
【図１０】光の入射角度と反射率との関係の一例を示すグラフである。
【図１１】有機エレクトロルミネッセンス素子の一例を示す模式的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
有機エレクトロルミネッセンス素子（有機ＥＬ素子）が開示される。図１は、有機ＥＬ素子の一例を示す。有機ＥＬ素子は、基板１と、光透過性電極２と、発光層３と、光反射性電極４とを備えている。光反射性電極４は金属からなる。発光層３は、光透過性電極２と光反射性電極４との間に配置されている。有機ＥＬ素子は、発光層３と光反射性電極４との間に、光学調整層５と電荷輸送層６とを備えている。光学調整層５は、発光層３よりも屈折率の低い層である。光学調整層５の導入によって、金属で構成される光反射性電極４の表面のプラズモンが抑制され得る。そのため、光取り出し効率が向上する。
【００１２】
図１の形態では、基板１は、有機発光体を支持している。有機発光体とは、光透過性電極２と発光層３と光反射性電極４とを含む積層体である。有機発光体は、複数の層が厚み方向ＤＴで積み重なっている。以降の図においても、厚み方向はＤＴで示す矢印で示される。基板１は形成基板として機能する。形成基板とは、積層体を形成するための基材を意味する。基板１の存在により、有機発光体が良好に形成される。図１では、光の出射方向は、白抜き矢印で示されている（以降の図も同様）。発光層３で発した光は、基板１を通して外部に出射する。この構造は、ボトムエミッション構造と呼ばれる。基板１は、光透過性を有することが好ましい。なお、発光層３で生じた光が、基板１とは反対側の方向から出射するトップエミッション構造であってもよい。トップエミッション構造では、基板１は光反射性電極４の外面（発光層３とは反対側の面）に配置され得る。
【００１３】
基板１は、ガラス、樹脂などから形成され得る。ガラス基板は、水分の浸入を抑制しやすく、信頼性を高めることができる。樹脂基板は、フレキシブル性を付与し得る。ガラスと樹脂の複合材で基板１が形成されてもよい。
【００１４】
光透過性電極２は、基板１の表面に設けられている。光透過性電極２は、基板１の上に直接設けられてもよいし、基板１に他の層を介して設けられていてもよい。基板１と光透過性電極２との間には、光散乱層に例示される光取り出し構造が設けられ得る。光取り出し構造の形成により、光取り出し効率がさらに向上する。
【００１５】
光透過性電極２は、光透過が可能な適宜の電極材料によって形成される。光透過性電極２として、例えば、金属薄膜、透明金属酸化物層に例示される透明導電層が挙げられる。透明導電層の表面に、電気伝導性を補助する補助配線が設けられてもよい。光透過性電極２は、例えば、ＩＴＯなどで形成され得る。
【００１６】
光反射性電極４は、光反射が可能な適宜の電極材料によって形成される。光反射性電極４は、金属で形成される。金属は、光の反射率が高いため、反射性の優れた電極が得られる。また、金属は、導電性が高いため、電気伝導性の優れた電極が得られる。光反射性電極４を構成する金属としては、例えば、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、金（Ａｕ）、及びそれらから選択される金属の合金、並びにそれらから選択される金属と他の金属とを含む合金が挙げられる。合金としては、ＭｇＡｇ、ＡｌＬｉ、ＭｇＩｎが例示される。光反射性電極４は、金属層が複数積み重なった複層構造を有していてもよい。
【００１７】
光透過性電極２と光反射性電極４とは、電気的に対となる電極である。光透過性電極２及び光反射性電極４の一方が陽極を構成し、他方が陰極を構成する。好ましい一態様では、光透過性電極２が陽極であり、光反射性電極４が陰極である。その場合、光取り出し効率の高い構造を容易に形成できる。もちろん、光透過性電極２が陰極であり、光反射性電極４が陽極であってもよい。
【００１８】
発光層３は、発光材料を含有する層である。発光層３は、発光ドーパントとホスト材料とを含む層であってよい。発光ドーパントはホスト材料にドープされ得る。有機ＥＬ素子では、２つの電極からそれぞれ正孔と電子が発光層３に向かって入り、これらが発光層３で結合することによって、発光が生じる。発光層３は単層であってもよいし、複層であってもよい。
【００１９】
電荷輸送層６は、電極から発光層３に向けて電荷を輸送する層である。電荷とは、電子又は正孔（ホール）のことを意味する。電荷輸送層６は、電極と発光層３との間に配置され得る。図１の例では、発光層３と光反射性電極４との間に電荷輸送層６Ａが配置されている。また、発光層３と光透過性電極２との間に、電荷輸送層６Ｂが配置されている。電荷輸送層６Ａは、光反射性電極４から発光層３に向けて電荷を輸送する層である。例えば、光反射性電極４が陰極の場合、電荷輸送層６Ａは電子輸送層となる。電荷輸送層６Ｂは、光透過性電極２から発光層３に向けて電荷を輸送する層である。例えば、光透過性電極２が陽極の場合、電荷輸送層６Ｂは正孔輸送層となる。
【００２０】
電極と電荷輸送層６との間には、電荷注入層が配置されてもよい。それにより、電荷の注入性が高まる。例えば、光反射性電極４が陰極である場合、電子輸送層である電荷輸送層６Ａと光反射性電極４との間に、電子注入層が設けられ得る。例えば、光透過性電極２が陽極である場合、正孔輸送層である電荷輸送層６Ｂと光透過性電極２との間に、正孔注入層が設けられ得る。
【００２１】
光学調整層５は、発光層３と光反射性電極４との間に配置されている。光学調整層５は、光透過性を有する層である。光学調整層５は、発光層３で生じた光を光学的に調整することが可能である。
【００２２】
光学調整層５の屈折率は、発光層３の屈折率よりも小さい。そのため、発光層３で発した光は、発光層３と光学調整層５との屈折率差により光の進行方向が変化し得る。ここで、上述のように、金属の表面においては、表面プラズモンにより光のエネルギーが振動エネルギーに変換されて光が損失する現象が生じるため、光反射性電極４ではプラズモンが問題となる。しかしながら、光学調整層５が存在する場合、発光層３からの光は、光学調整層５によって光学的に調整され、プラズモンが生じにくい光になる。そのため、プラズモンが抑制される。このように、プラズモン抑制によって、発光層３から光反射性電極４に到達した光は、光の損失が抑えられ、高い割合で反射して基板１に向かう光になる。そのため、光をより多く取り出すことが可能になるのである。
【００２３】
また、光学調整層５の導入によって、金属で構成される光反射性電極４による光の吸収が抑制され得る。光損失の要因の一つとして、金属による光吸収が挙げられる。光反射性があり電極に適した材料の金属は、光を吸収する特性を有し得る。この金属の光吸収により、光が損失しやすい。しかしながら、光学調整層５が存在する場合、発光層３からの光は、光学調整層５によって光学的に調整され、光反射性電極４において吸収されにくい光になる。そのため、光吸収が抑制される。このように、光吸収抑制によって、発光層３から光反射性電極４に到達した光は、光の損失が抑えられ、高い割合で反射して基板１に向かう光になる。そのため、光をより多く取り出すことが可能になるのである。
【００２４】
光学調整層５は、電荷輸送性を有していてもよい。それにより、電極と発光層３との間の電荷の輸送を円滑にすることができる。光学調整層５は電荷輸送層６Ａと同じ電荷を輸送可能であることが好ましい。例えば、電荷輸送層６Ａが電子輸送層である場合、光学調整層５は電子輸送性を有し得る。例えば、光学調整層５の電子移動度は１×１０−７ｃｍ２／Ｖｓ以上であってもよい。
【００２５】
光学調整層５は、透明導電層で構成されていてよい。光学調整層５は、透明な電極材料で構成されてもよい。光学調整層５は、電子輸送性と正孔輸送性との両方を有していてもよい。光学調整層５は、電荷輸送層６Ａと同じ電荷に対する輸送性が、電荷輸送層６Ａよりも低くてもよい。光反射性電極４と発光層３との間には、光学調整層５とは別に、電荷輸送層６Ａが設けられる。そのため、電荷の輸送は電荷輸送層６Ａによって主に行われ、光学調整層５は光学的な調整に適した構成が採用され得る。例えば、電子輸送性の比較的低い光学調整層５では、光学調整層５の電子移動度が１×１０−７ｃｍ２／Ｖｓ以下であってもよい。この場合の電子移動度はＡｌｑ３の電子移動度（１×１０−６ｃｍ２／Ｖｓ程度）よりも低くなり得る。
【００２６】
光学調整層５は、有機物を含有する材料で形成することができる。光学調整層５は、有機層で構成され得る。光学調整層５は、金属を含んでいてもよい。光学調整層５の一例として、金属粒子を含む有機層が挙げられる。金属粒子としては、金属ナノワイヤが好ましい。金属ナノワイヤは有機層にドープされ得る。有機層の材料は絶縁性であってもよいし、電荷輸送性を有していてもよい。有機層は低屈折率性を有する材料で形成され得る。金属ナノワイヤを含む有機層は、電荷を移動させることが可能である。そのため、光学調整層５に電荷輸送性を付与できる。光学調整層５の一例として、導電性有機材料が挙げられる。例えば、その一例として、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳが挙げられる。この材料は、電荷輸送性を有する。また、低屈折率化が容易である。そのため、優れた光学調整層５が得られる。光学調整層５の一例として、有機金属材料が挙げられる。例えば、その一例として、有機インジウム化合物が挙げられる。有機インジウム化合物は、電気伝導性を有しやすく、電荷の移動が可能である。また、有機インジウム化合物は、低屈折率化が容易である。そのため、優れた光学調整層５が得られる。光学調整層５は、低屈折率粒子を含有してもよい。低屈折率粒子を含むことで、光学調整層５の屈折率が低下する。低屈折率粒子としては、中空シリカ、メソポーラスシリカなどが例示される。なお、上記は、光学調整層５に使用可能な材料を例示しているだけであり、光学調整層５の材料は、これに限定されるものではない。
【００２７】
光学調整層５は、発光層３と光反射性電極４との間に配置されていればよく、図１とは異なって、発光層３側から、電荷輸送層６Ａ及び光学調整層５の順に、配置されていてもよい。その場合でも、光学調整層５の作用により、光損失が抑制される。好ましい態様では、図１の例のように、光学調整層５及び電荷輸送層６Ａは、発光層３側からこの順で配置される。光学調整層５は、発光層３と接していることが好ましい。光学調整層５が発光層３に接していると、発光層３で生じた光は、すぐに光学調整層５によって調整される。そのため、プラズモン抑制効果がより向上し得る。
【００２８】
図２は、有機ＥＬ素子の他の一例を示している。図１と同じ構成については同じ符号を付して説明を省略する。同じ符号が付された構成は、特に断りのない限り、他の形態についても適用可能である（以降の実施形態も同様）。図２では、光透過性電極２と発光層３との間の構成が、図１とは異なっている。それ以外については、図１の構成と同じであってよい。
【００２９】
図２の形態では、光透過性電極２と発光層３との間に、発光層３よりも屈折率の低い追加光学調整層７を備えている。追加光学調整層７は、光学調整層５と同じ構成を有し得る。上記の光学調整層５で説明した内容は、追加光学調整層７に適用できる。例えば、追加光学調整層７は、透明な導電層で形成され得る。追加光学調整層７は、追加された光学調整層と考えることが可能である。
【００３０】
プラズモン損失においては、光反射性電極４でのプラズモンが主に問題となるが、プラズモンの現象は光透過性電極２においても生じ得る。そのため、光透過性電極２におけるプラズモンを抑制するとさらなる光取り出し効率の向上が見込まれる。ここで、追加光学調整層７の屈折率は、発光層３の屈折率よりも小さいため、発光層３で発した光は、発光層３と追加光学調整層７との屈折率差により光の進行方向が変化し得る。そして、追加光学調整層７が存在する場合、発光層３からの光は、追加光学調整層７によって光学的に調整されて光透過性電極２の表面でプラズモンが生じにくい光になる。そのため、プラズモンが抑制され得る。また、光反射性電極４の場合と同様、光透過性電極２による光吸収も抑制され得る。このように、発光層３から光透過性電極２に到達した光は、光の損失が抑えられ、より高い割合で基板１の内部に入る光になる。そのため、光をより多く取り出すことが可能になるのである。
【００３１】
追加光学調整層７は、電荷輸送層６Ｂとは別の層として設けられ得る。それにより、光学調整に適した層を容易に形成できる。追加光学調整層７は、発光層３に接していることが好ましい。それにより、プラズモンをより高く抑制することができる。追加光学調整層７は、光学調整層５と同様の材料で形成され得る。
【００３２】
図３により、光学調整層による作用を説明する。図３のグラフは、光学調整層の屈折率（ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ  ｉｎｄｅｘ）と光のモードとの関係の一例を表している。光のモードとは、相対化された平均的な光の寄与度（Ｒｅｌａｔｉｖｅ  ａｖｅｒａｇｅ  ｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）を意味しており、光のエネルギーの配分が示される。図３では、光のモードとして、プラズモン損失、吸収損失、基板到達が示されている。なお、ここでの吸収損失は、光反射性電極だけでなく、基板までの吸収を含んでいる。
【００３３】
シミュレーションを説明する。光透過性電極と発光層と光反射性電極とを備えた有機ＥＬ素子において、発光層と光反射性電極との間に、屈折率の調整可能な層（導入層と定義する）を挿入する。導入層の厚みは６０ｎｍとする。そして、屈折率を変化させて、光の配分を調べる。これにより、図３のグラフが得られる。
【００３４】
図３に示されるように、導入層の屈折率が大きいとプラズモン損失が大きいことが分かる。しかしながら、導入層の屈折率が低くなると、プラズモン損失が小さくなっていくことが分かる。導入層の屈折率が発光層の屈折率よりも小さくなると、導入層は光学調整層となり得る。光学調整層となると、プラズモン損失がより高く抑制され得る。例えば、導入層（光学調整層）の屈折率が、１．６０以下、１．５５以下、１．５０以下、１．４５以下、１．４０以下、１．３５以下、１．３０以下となるにしたがって、プラズモン損失は効果的に小さくなっている。このように、プラズモンの抑制には、発光層よりも屈折率の低い層（光学調整層）の導入が有効であることが理解される。光学調整層の屈折率は、より低いことが有効である。光学調整層の屈折率の下限は特に限定されないが、形成が容易なことを考えれば、例えば、１．１以上であってよい。なお、ここでは光学調整層について説明したが、追加光学調整層についても同様の作用が生じる。
【００３５】
図４は、有機エレクトロルミネッセンス素子の一例を示す模式的な断面図である。この有機ＥＬ素子は、層構成は図１と同様であってよい。図４では、光学調整層５が好適化されており、その場合の光の進行が矢印で示されている。
【００３６】
光学調整層５の屈折率は、発光層３の屈折率の０．９倍以下であることが好ましい。それにより、プラズモンの抑制効果が増大する。光学調整層５の屈折率が低いほどプラズモンの抑制効果が高くなることは、図３によって説明した通りである。例えば、発光層３の屈折率が１．８の場合、光学調整層５の屈折率が１．６２以下となることが好ましいのである。光学調整層５の屈折率は、発光層３の屈折率の０．８５倍以下であることがより好ましく、発光層３の屈折率の０．８倍以下であることがさらに好ましい。
【００３７】
さらに、光学調整層５の屈折率が低いと、全反射成分を増加させることが可能になる。発光層３の光源においては、光は全方向に出射し得る。すなわち、発光層３で生じた光には、厚み方向ＤＴから傾斜した斜め方向に進む光が含まれる。そして、発光層３と光学調整層５との屈折率の差が大きくなると、斜め方向に進む光が光学調整層５によって、より大きく屈折する（この屈折はプラズモン抑制にも寄与する）。そして、高い屈折率の領域から低い屈折率の領域に光が侵入する場合、屈折率差が大きいと低角度で侵入する光が界面において反射され得る。つまり全反射が生じ得る。この原理で光学調整層５の表面で光の反射が生じると、光反射性電極４に向かう光は、光反射性電極４に到達する前に基板１に向かう光になる。そのため、より多く光を取り出すことが可能になる（図４の矢印Ｐ２参照）。
【００３８】
上記の屈折率の好ましい関係は、光学調整層５の屈折率をｎとし、発光層３の屈折率をｎ１としたときに、
ｎ  ≦  ０．９×ｎ１
と表現できる。
【００３９】
光学調整層５の厚みは、下記式で表される発光層３から発する光の重み平均波長をλｗとし、光学調整層５の屈折率をｎとしたときに、λｗ／２ｎ以上であることが好ましい。
【００４０】
【数１】
2016035830.tif 000003
【００４１】
上記式において、Ｐ（λ）は、各波長におけるスペクトル強度を示す。なお、λは波長を示し、３８０（ｎｍ）から７８０（ｎｍ）までの変数である。
【００４２】
上記のように屈折率差が大きいと光学調整層５の表面で反射が生じやすくなるが、光学調整層５の厚みは、光の反射に関係する。光学調整層５の厚みが大きいと、広角成分（入射角度の大きい成分）の光の反射性がより高くなる。また、光学調整層５の厚みが大きいと、全反射可能な入射角度の範囲が大きくなり得る。そして、光学調整層５の厚みが上記のようにλｗ／２ｎ以上になると、全反射する光が増加しやすくなり、広角成分の光を効果的に反射させることができる。
【００４３】
光学調整層５の厚みは、図４では、Ｄ１で示されている。そのため、上記の好ましい関係は、
Ｄ１  ≧  λｗ／２ｎ
と表現できる。
【００４４】
光学調整層５の厚みの上限は、特に限定されないが、例えば、光学調整層５の厚みは、１０００ｎｍ以下であってよく、さらには８００ｎｍ以下、さらには６００ｎｍ以下であってもよい。光学調整層５の厚みが必要以上に大きくならないようにすることにより、効果的に光の損失を減少させ、光取り出し効率を向上することができる。また、光学調整層５の厚みが大きくなりすぎないことは、干渉設計においても有利である。
【００４５】
光学調整層５が、上記のように、屈折率及び厚みの一方又は両方において好適化されると、図４に示すように、発光層３で生じた光は、効率よく反射される。発光層３で生じた光のうち光学調整層５を通過する光は、光反射性電極４によって効率よく反射されて反対側に進む光となり、基板１を通って外部に出射することができる（図４の矢印Ｐ１）。また、発光層３で生じた光のうち広角成分の光は、光学調整層５で反射されて反対側に進む光となり、基板１を通って外部に出射することができる（図４の矢印Ｐ２）。このため、光取り出し効率が効果的に向上する。なお、図４を含め図面は、層構成が模式的に示されており、実際の有機ＥＬ素子においては、発光面の大きさに対して層の厚みはかなり小さい。そのため、反射した斜め方向の光のほとんどは発光体の側端部に到達せずに基板１に到達するので、光が効率よく取り出されるのである。
【００４６】
光学調整層５の好適化は、図５及び図６によりさらに説明される。
【００４７】
図５は、光学調整層を変化させた場合における、入射角（Ｉｎｃｉｄｅｎｔ  Ａｎｇｌｅ）と反射率（Ｒｅｆｌｅｃｔａｎｃｅ）との関係を示している。図５のグラフにおいては、光学調整層の屈折率ｎ及び厚みＤ１が変化している。反射率は最大値（反射率１００％）を１．００とする相対値で示している。グラフにおいて、（ａ）は、屈折率ｎが１．３、厚みＤ１が３００ｎｍの例を示している。（ｂ）は、屈折率ｎが１．３、厚みＤ１が６０ｎｍの例を示している。（ｃ）は、屈折率ｎが１．５、厚みＤ１が６０ｎｍの例を示している。（ｄ）は、屈折率ｎが１．８、厚みＤ１が６０ｎｍの例を示している。発光層の屈折率ｎ１は１．８としている。（ｄ）は、正確には光学調整層の条件を満たさないが、ここでは、理解しやすいよう、光学調整層として取り扱う（上記で説明した導入層と考えてもよい）。
【００４８】
図５に示すように、（ｄ）、（ｃ）、（ｂ）と屈折率が低くなるにしたがって、全方向（全ての入射角度）に対して反射率は向上している。そのため、光学調整層の屈折率を小さくすることは光取り出し効率の向上に有効である。さらに、（ａ）のように、光学調整層の厚みを大きくすると、広角成分の光は、反射率が１．０となり、全反射を生じるようになる。このように、全反射させると、広角成分の光は、図４の矢印Ｐ２で示されるように、光学調整層で反射されて光反射性電極に届かなくなるため、プラズモンや吸収が起こらなくなる。そのため、光学調整層の厚みを大きくすることはプラズモン及び光吸収を抑制することに特に有効である。このようにして、光反射性電極での光損失が抑制されて、光取り出し効率が向上する。
【００４９】
図６は、光学調整層の厚みと反射率との関係を示している。図６のグラフでは、光学調整層の屈折率ｎを１．３とし、発光層の屈折率を１．８とし、光の波長λｗを５５０ｎｍとしている。そして、光学調整層の厚みを変化させたときの入射角６０度における光の反射率が示されている。
【００５０】
図６に示されるように、光学調整層の厚みが１００ｎｍ程度までは、反射率は９４％程度である。そして、光学調整層の厚みが１００ｎｍを超えて大きくなると、厚みが大きくなるにつれて反射率が大きくなる。さらに、光学調整層の厚みが２００ｎｍを超えると、反射率は９９％を超える。ここで、図６で説明される条件では、λｗが５５０ｎｍであり、屈折率ｎが１．３であるため、λｗ／２ｎは約２１１ｎｍとなっている。すなわち、光学調整層の厚みＤ１がλｗ／２ｎ以上になると、効果的に反射率が向上しており、上記で説明した厚みの関係が好ましいことが理解される。
【００５１】
ところで、上記の光学調整層５の好ましい構成は、追加光学調整層７にも適用することができる。例えば、追加光学調整層７の屈折率は、発光層３の屈折率の０．９倍以下であることが好ましい。例えば、追加光学調整層７の厚みは、発光層３から発する光の重み平均波長をλｗとし、追加光学調整層７の屈折率をｎａとしたときに、λｗ／２ｎａ以上であることが好ましい。それらの理由は、光学調整層５と同じである。光学調整層５のさらなる説明についても同様に追加光学調整層７に適用可能である。
【００５２】
なお、電荷輸送層６Ａ（光反射性電極４と発光層３との間の電荷輸送層６）は、発光層３よりも屈折率が低くてもよい。その場合、電荷輸送層６Ａが光学調整層５の機能を補って光学的な調整を行うことができる。電荷輸送層６Ａの屈折率の好ましい範囲は、上記の光学調整層５と同様である。すなわち、電荷輸送層６Ａの屈折率は、発光層３の屈折率の０．９倍以下が好ましい。また、電荷輸送層６Ａの厚みはλｗ／２ｎ以上であることが好ましい。また、光学調整層５の厚みと電荷輸送層６Ａの厚みとの合計が、λｗ／２ｎ以上であるようにしてもよい。その場合も、反射性を高めることが可能である。
【００５３】
図７は、有機ＥＬ素子の一例を示している。上記と同じ構成については同じ符号を付して説明を省略する。図７では、光反射性電極４と発光層３との間の構成が、図１とは異なっている。それ以外については、図１の構成と同じであってよい。
【００５４】
有機ＥＬ素子は、光学調整層５と光反射性電極４との間に、分布型ブラッグ反射構造８を備えることが好ましい。分布型ブラッグ反射構造８が存在すると、光が分布型ブラッグ反射構造８によって反射される。すると、光は、光反射性電極４に到達する前に反射されるため、光反射性電極４に到達しにくくなる。そのため、光反射性電極４によるプラズモンと光吸収を抑制することができ、光取り出し効率を向上することができる。分布型ブラッグ反射構造８は、回折格子の原理を利用している。分布型ブラッグ反射構造８は、特定の波長の光の反射を行うのに有利な構造である。
【００５５】
図７の例では、分布型ブラッグ反射構造８は、電荷輸送層６Ａ（光反射性電極４と発光層３との間に配置される電荷輸送層６）とは別の層として導入されている。分布型ブラッグ反射構造８を有する層は、分布型ブラッグ反射層８Ａと定義される。分布型ブラッグ反射構造は、分布ブラッグ反射鏡（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｂｒａｇｇ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）、略してＤＢＲとも呼ばれる。
【００５６】
分布型ブラッグ反射構造８は、光学調整層５と電荷輸送層６Ａとの間に配置されてもよいし、電荷輸送層６Ａと光反射性電極４との間に配置されてもよい。好ましくは、図７に示すように、分布型ブラッグ反射構造８は、光学調整層５と電荷輸送層６Ａとの間に配置される。分布型ブラッグ反射構造８は、光学調整層５に接することがより好ましい。分布型ブラッグ反射構造８が光学調整層５に近くなるほど、より発光層３の近くにおいて光を反射させることができるため、反射の効率を高めることができる。
【００５７】
図８は、有機ＥＬ素子の一例を示している。図１と同じ構成については同じ符号を付して説明を省略する。図８では、光反射性電極４と発光層３との間の構成が、図１とは異なっている。それ以外については、図１の構成と同じであってよい。
【００５８】
図８の例では、図７と同様に、有機ＥＬ素子は分布型ブラッグ反射構造８を有している。ただし、図８の例では、電荷輸送層６Ａが分布型ブラッグ反射構造８を備えている。電荷輸送層６Ａが電子輸送層である場合には、電子輸送層が分布型ブラッグ反射構造８を有することになる。図８のように、電荷輸送層６Ａが分布型ブラッグ反射構造８を有すると、図７の場合よりも層の数が減るため、より製造が容易となる。また、電荷輸送層６Ａが分布型ブラッグ反射構造８を兼用すると、より効率よく反射性が向上する。
【００５９】
図７及び図８に示される分布型ブラッグ反射構造８についてさらに説明する。
【００６０】
分布型ブラッグ反射構造８は、屈折率の異なる層を所定の厚みで交互に積層した構造であってよい。このような構造により、特定の波長及び特定の方向の光を略１００％で反射することが可能になる。屈折率の異なる層の所定の厚みは、例えば、目的とする光の波長の４分の１程度にすることができる。
【００６１】
分布型ブラッグ反射構造８は、低屈折率層と高屈折率層とが厚み方向ＤＴに交互に配置された構造であり得る。この場合、分布型ブラッグ反射構造８は、複数の低屈折率層と、複数の高屈折率層とを備えている。低屈折率層及び高屈折率層における屈折率の高低は、両者における相対的なものである。すなわち、高屈折率層は、低屈折率層よりも屈折率が高い層である。高屈折率層と低屈折率層との屈折率差は０．１以上が好ましい。それにより、反射性が向上する。高屈折率層と低屈折率層との屈折率差は０．１５以上がより好ましく、０．２以上がさらに好ましい。それにより、さらに反射性が向上する。高屈折率層と低屈折率層との屈折率差の上限は、特に限定されるものではないが、製造の容易性から例えば屈折率の差は０．８以下であることが好ましく、０．５以下であることがより好ましい。高屈折率層は、発光層３よりも屈折率が高くてもよい。また、低屈折率層は、発光層３よりも屈折率が低くてもよい。低屈折率層は、光学調整層５よりも屈折率が低くてもよい。低屈折率層と高屈折率層との層の合計は、１０個以上（各５個以上）であることが好ましい。それにより、反射性が向上する。低屈折率層と高屈折率層との層の合計は、１００個以下（各５０個以下）であることが好ましい。それにより、製造が煩雑になりにくい。低屈折率層と高屈折率層の個数は同数であってもよいし、どちらかが一つ多くてもよい。低屈折率層の厚みと高屈折率層の厚みとは、略同じであってもよいが、好ましくはそれぞれの屈折率に応じて厚みが適宜調整される。複数の低屈折率層は、それぞれの厚みが同じであってよい。複数の高屈折率層は、それぞれの厚みが同じであってよい。
【００６２】
分布型ブラッグ反射構造８は、入射角度の小さい光を効率よく反射させることができる。したがって、分布型ブラッグ反射構造８を有する態様は、上記のように光学調整層５の厚みＤ１がλｗ／２ｎ以上である場合に、特に有効である。光学調整層５によって広角成分の光を反射することができ、分布型ブラッグ反射構造８によって入射角度の小さい成分の光を反射することができるからである。それにより、広い角度で反射性を高めることが可能である。図７では、広角成分の光の反射が矢印Ｐ２で示され、入射角度の小さい光の反射が矢印Ｐ３で示されている。矢印Ｐ３で示すように、分布型ブラッグ反射構造８が存在する場合、光反射性電極４に到達する前に、分布型ブラッグ反射構造８によって光は反射される。
【００６３】
分布型ブラッグ反射構造８は、光反射性電極４から発光層３に移動する電荷の輸送性を有することが好ましい。それにより、電荷の移動がスムーズになり、発光が阻害されない。光反射性電極４が陰極である場合、分布型ブラッグ反射構造８は、電子輸送性を有することが好ましい。
【００６４】
図９は、分布型ブラッグ反射構造による反射特性を示している。この分布型ブラッグ反射構造は、複数の低屈折率層と複数の高屈折率層とを有する。低屈折率層は、屈折率ｎＬが１．６であり、厚みＤＬが８５．９ｎｍとなっている。高屈折率層は、屈折率ｎＨが１．８５であり、厚みＤＨが７４．３ｎｍとなっている。８個の低屈折率層と、８個の高屈折率層とが交互に積層されて、合計１６個の層で分布型ブラッグ反射構造が形成されている。光の設計波長は５５０ｎｍである。なお、各層の厚みは、光の波長λの４分の１をその層の屈折率で除したものである。このような関係で層の厚みを設定することが、高い反射性を得るために好ましい。低屈折率層では、ＤＬ＝λ／４ｎＬとなっている。高屈折率層では、ＤＨ＝λ／４ｎＨとなっている。なお、波長λは、上述した重み平均波長λｗであってよい。
【００６５】
図９では、分布型ブラッグ反射構造に対して入射角度０度で到達する光（厚み方向ＤＴに沿って進む光）における、波長と反射率との関係が示されている。図９に示すように、目的とする波長５５０ｎｍでは、約１００％の反射率が得られている。また、可視光領域を含む３８０〜７８０ｎｍの波長域において、反射性を有することが確認されている。このように、分布型ブラッグ反射構造では、入射角度の小さい光を効果的に反射させることができることが分かる。
【００６６】
図１０は、光学調整層の厚みＤ１をλｗ／２ｎ以上とし、分布型ブラッグ反射構造を設けたときにおける、光の入射角度と反射率との関係が示されている。分布型ブラッグ反射構造は、図９で説明したものと同じである。図１０に示すように、入射角度が小さい範囲（４４．５度未満）においては、分布型ブラッグ反射構造の作用が大きく働き、反射率が約１００％となり、高い反射率が得られている。また、入射角度が大きい範囲（６２．３度以上）においては、光学調整層の全反射の作用が大きく働き、反射率が１００％に近くなり、反射率が高くなっている。また、４４．５度〜６２．３度の範囲においても、光学調整層と分布型ブラッグ反射構造とが相互に補って、反射率が高くなっている。このように、光学調整層と分布型ブラッグ反射構造との相乗効果により、広い角度において、高い反射率を得ることが可能である。
【００６７】
分布型ブラッグ反射構造は、適宜の材料で形成することができる。分布型ブラッグ反射構造は有機材料で形成されることが好ましい。低屈折率層の材料としては、ＰＥＤＯＴ、有機インジウム化合物が例示される。高屈折率層の材料としては、電子輸送性の有機材料が例示される。高屈折率層の材料の具体例として、有機金属錯体が挙げられ、代表例としてＡｌｑ３が挙げられる。
【００６８】
ところで、上記では、図１の有機ＥＬ素子に分布型ブラッグ反射構造８を導入した例を示したが、追加光学調整層７を備えた有機ＥＬ素子（図２参照）に分布型ブラッグ反射構造８を導入してもよい。
【００６９】
図１１は、有機ＥＬ素子の一例を示している。図１と同じ構成については同じ符号を付して説明を省略する。図１１では、光透過性電極２と発光層３との間の構成が、図１とは異なっている。それ以外については、図１の構成と同じであってよい。
【００７０】
有機ＥＬ素子は、光透過性電極２と発光層３との間に、少なくとも一つの追加発光層９を備えていてもよい。その場合も光学調整層５を備えることで、光損失を抑制し、光取り出し効率を向上させることができる。図１１の有機ＥＬ素子は、追加発光層９を有している。追加発光層９は、単層であってもよいし、複層であってもよい。
【００７１】
図１１の有機ＥＬ素子は、発光ユニット１０を複数備えたマルチユニット構造を有している。発光ユニット１０とは、陽極と陰極とで挟んで電気を流したときに発光を生じる構造を意味する。発光ユニット１０が複数厚み方向ＤＴに配置された構造が、マルチユニット構造である。マルチユニット構造では、目的とする色（特に白色）を効率よく得ることがより容易になる。
【００７２】
図１１に示すように、電荷輸送層６Ｂと発光層３と光学調整層５と電荷輸送層６Ａの積層構造が、第１発光ユニット１０ａを構成する。また、電荷輸送層６Ｄと追加発光層９と電荷輸送層６Ｃとの積層構造が、第２発光ユニット１０ｂを構成する。光透過性電極２が陽極である場合、電荷輸送層６Ｄは正孔輸送層となり、電荷輸送層６Ｃは電子輸送層となり得る。隣り合う発光ユニット１０の間には、中間層１１が配置されている。中間層１１は、両側の発光ユニット１０に電荷を付与する機能を有する。中間層１１は、光透過性を有することが好ましい。中間層１１により、電荷の移動がスムーズになる。
【００７３】
図１１に示すマルチユニット構造の有機ＥＬ素子においても、上記で説明したような好適化が可能である。光学調整層５の屈折率は、発光層３の屈折率の０．９倍以下であることが好ましい。光学調整層５の厚みは、λｗ／２ｎ以上であることが好ましい。光学調整層５と光反射性電極４との間に、上記で説明した分布型ブラッグ反射構造８を備えていてもよい。分布型ブラッグ反射構造８は、電荷輸送層６Ａとは別の層として導入されてもよいし、電荷輸送層６Ａが分布型ブラッグ反射構造８を備えていてもよい。また、図１１の有機ＥＬ素子において、上記で説明した追加光学調整層７を設けてもよい。このとき、追加光学調整層７は、好ましくは、追加発光層９と光透過性電極２との間に配置することができる。追加光学調整層７の屈折率及び厚みは、追加発光層９の屈折率に基づいて設定されてもよい。
【００７４】
なお、図１１では、発光ユニット１０が２つの場合を示したが、発光ユニット１０が３つ以上になってもよい。追加される発光ユニット１０は、第１発光ユニット１０ａと第２発光ユニット１０ｂとの間に挿入される。このとき、隣り合う発光ユニット１０の間には中間層１１がさらに挿入されてよい。発光層３は、光反射性電極４に最も近い発光層と定義される。追加発光層９は、光透過性電極２に最も近い発光層と定義される。
【００７５】
上記で説明した有機ＥＬ素子は、積層プロセスを用いて形成することができる。基板１の表面に、適宜の積層方法によって層を順次形成する。積層方法は、スパッタ、蒸着、塗布などから選ばれるものであってよい。積層方法は、層に応じて、適宜選択される。例えば、発光層３及び電荷輸送層６は蒸着により形成され得る。光学調整層５は、蒸着又は塗布により形成され得る。追加光学調整層７も、蒸着又は塗布により形成され得る。分布型ブラッグ反射構造８は、低屈折率層と高屈折率層とを交互に蒸着又は塗布することにより形成され得る。なお、発光層３を含む積層体は、適宜の封止材により封止されて、外部から遮断されることが好ましい。それにより、発光層３の劣化が抑制される。例えば、発光層３を含む積層体を覆うようにして封止材を基板１に接着することにより封止を行うことができる。
【符号の説明】
【００７６】
１      基板
２      光透過性電極
３      発光層
４      光反射性電極
５      光学調整層
６      電荷輸送層
７      追加光学調整層
８      分布型ブラッグ反射構造
９      追加発光層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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