JP2015018715A - 有機エレクトロルミネッセンス素子及び照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発光強度が高く、光取り出し効率に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、光透過性を有する基板１と、光透過性を有する第１電極２と、基板１とは反対側で第１電極２と対となる第２電極４と、第１電極２と第２電極４との間に設けられた１以上の発光層３と、を備えている。基板１の第１電極２側の面よりも光取り出し側に、補助発光構造５を備えている。補助発光構造５は、補助発光材料７と微小金属体６とを含む。【選択図】図１

Description

本発明は、有機エレクトロルミネッセンス素子及びそれを用いた照明装置に関する。

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、基板の上に設けられた陽極と陰極との間に、ホール輸送層、発光層、電子注入層などの機能層により構成される有機層を積層させた構造の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面状に外部に取り出される。

特開２００４−２３５１４０号公報

有機ＥＬ素子においては、所定の電流を供給したときに、発光強度がより高いことが求められる。発光層で発した光は吸収や全反射などにより一部の光が取り出せなくなることがあるため、より強度の高い発光を行うことで、光取り出し効率を高めることができるからである。また、照明用途の有機ＥＬ素子においては、演色性が高いことが求められる。特に、白色発光の有機ＥＬ素子では、演色性を高めると、照明性が向上する。

特許文献１には、有機電界発光光回復層を設けて発光層からの光を回復させて外部に放出する有機電界発光装置が開示されている。しかしながら、有機電界発光光回復層においては、基板に到達する前で光を回復させており、回復した光においては反射するなどして基板に入射しないものが発生し得るため、外部に一部の回復光が取り出せず、十分に発光強度を高めることができないおそれがある。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、発光強度が高く、光取り出し効率に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を目的とするものである。

本発明に係る有機エレクトロルミネッセンス素子は、光透過性を有する基板と、光透過性を有する第１電極と、前記基板とは反対側で前記第１電極と対となる第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に設けられた１以上の発光層と、を備えた有機エレクトロルミネッセンス素子であって、
前記基板の前記第１電極側の面よりも光取り出し側に、補助発光構造を備え、
前記補助発光構造は、補助発光材料と微小金属体とを含むことを特徴とするものである。

上記の有機エレクトロルミネッセンス素子にあっては、前記補助発光材料の吸収スペクトルのピークは、前記発光層の発光スペクトルのピークと重複していることが好ましい。

上記の有機エレクトロルミネッセンス素子にあっては、前記補助発光構造は、前記補助発光材料と前記微小金属体とが混合した混合領域により形成されていることが好ましい。

上記の有機エレクトロルミネッセンス素子にあっては、前記補助発光構造は、前記補助発光材料を含む領域と、前記微小金属体を含む領域とが厚み方向に重なって形成されていることが好ましい。

上記の有機エレクトロルミネッセンス素子にあっては、前記補助発光構造は、厚みが１５０ｎｍより小さいことが好ましい。

上記の有機エレクトロルミネッセンス素子にあっては、前記補助発光構造は、複数種の前記補助発光材料を含むことが好ましい。

上記の有機エレクトロルミネッセンス素子にあっては、前記発光層は、複数種の発光材料を有し、前記補助発光材料の種類数は、前記発光材料の種類数と同じであることが好ましい。

上記の有機エレクトロルミネッセンス素子にあっては、前記微小金属体は、粒度分布において複数のピークを有し、前記微小金属体の前記ピークの数は、前記補助発光材料の種類数と同じであることが好ましい。

本発明に係る照明装置は、上記の有機エレクトロルミネッセンス素子を備える。

本発明によれば、補助発光構造を有することにより、所定の電流を供給したときに発光強度がより高まるため、光取り出し効率を向上することができる。

有機エレクトロルミネッセンス素子の一例を示す断面図である。 発光のメカニズムを示す模式図である。 （ａ）はスペクトルの一例を示すグラフ、（ｂ）はスペクトルの一例を示すグラフ、（ｃ）はピークの説明図である。 有機エレクトロルミネッセンス素子の一例を示す断面図である。 有機エレクトロルミネッセンス素子の一例を示す断面図である。 有機エレクトロルミネッセンス素子の一例を示す断面図である。 （ａ）及び（ｂ）は、有機エレクトロルミネッセンス素子の各一例を示す一部の断面図である。 （ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）は、有機エレクトロルミネッセンス素子の各一例を示す一部の断面図である。 （ａ）及び（ｂ）は、有機エレクトロルミネッセンス素子の各一例を示す一部の断面図である。

本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子は、光透過性を有する基板１と、光透過性を有する第１電極２と、基板１とは反対側で第１電極２と対となる第２電極４と、第１電極２と第２電極４との間に設けられた１以上の発光層３とを備えている。基板１の第１電極２側の面よりも光取り出し側に、補助発光構造５を備えている。補助発光構造５は、補助発光材料７と微小金属体６とを含む。有機ＥＬ素子では、補助発光構造５を有することにより、所定の電流を供給したときに発光性がより高まるため、発光強度を向上することができる。その結果、光取り出し効率を向上することができる。

図１は、有機エレクトロルミネッセンス素子（有機ＥＬ素子）の一例を示している。この有機ＥＬ素子は、光透過性を有する基板１と、光透過性を有する第１電極２と、第１電極２と対となる第２電極４と、第１電極２と第２電極４との間に設けられた１以上の発光層３とを備えている。図１では、発光層３の厚み方向の境界部分を破線で示している。図１の白抜き矢印は、光の出射方向である。

第１電極２と第２電極４との間には、発光層３を含む複数の機能層により構成される有機層１１が設けられている。有機層１１の全体は、機能層の集合体により構成される。第１電極２、有機層１１及び第２電極４の積層体が、発光積層体となる。なお、発光に支障がないのであれば、有機層１１が単一の又は複数の発光層３で構成される構造であってもよい。

発光積層体は、基板１の表面に設けられている。基板１は、発光積層体を支持する基材となる。発光積層体の積層形成時には、基板１の上に各層が順に重ねられて積層される。例えば、図１では、基板１の上に、第１電極２、有機層１１を構成する各機能層、第２電極４の順に積層される。

図１の有機ＥＬ素子は、光透過性の第１電極２が光透過性の基板１の表面に形成されている。基板１の上に第１電極２を形成する場合、有機ＥＬ素子をより容易に製造することができる。基板１は支持基板となる。そして、発光層３で発した光は基板１側から取り出される。この有機ＥＬ素子は、いわゆるボトムエミッション構造の素子である。もちろん、有機ＥＬ素子は、ボトムエミッション構造に限られるものではなく、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は封止基板を構成し、基板１と対向して配置される支持基板の上（表面）に、光取り出し側とは反対側の電極である第２電極４が形成される。この場合、基板１と第１電極２は離間していてよい。そして、図１とは逆の順序で各層が積層形成される。図１において、第２電極４の上方に支持基板を描画し、基板１を第１電極２と離間し下方に移動させて封止基板として機能させれば、トップエミッション構造の素子構成が理解されるであろう。以下の各図の有機ＥＬ素子では、ボトムエミッション構造の例を示しているが、これらはトップエミッション構造に変更され得る。

基板１は、適宜の基板材料によって構成される。例えば、ガラスであってよい。ガラスを用いた場合、発光積層体を良好に形成し、支持することができる。また、ガラスを用いれば、水分の浸入を抑制することができ、有機層１１の劣化を抑制することができる。また、プラスチックにより基板１を構成してもよい。プラスチックの基板１を用いれば、取り扱い性を高めることができる。この場合、プラスチックは防湿性を有することが好ましい。また、基板１として、ガラスとプラスチックとが積層された複合基板を用いることもできる。複合基板では、光取り出し性を高めることができる。複合基板で基板１を構成する場合、光取り出し側（第１電極２とは反対側）にガラスを配置することが好ましい。それにより、光取り出し性と防湿性とを高めることができる。

第１電極２は、光透過性を有する電極である。第１電極２は適宜の電極材料で形成することができる。例えば、光透過性を有する金属薄膜、金属酸化物膜などが挙げられる。金属酸化物膜としては、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＡＺＯなどが例示される。

第２電極４は、第１電極２と電気的に対となる電極である。第１電極２と第２電極４とに電圧を印加することにより、電極間に電流が流れ、発光層３で発光が生じる。第２電極４は、光反射性を有することが好ましい。それにより、発光層３から第２電極４側に進む光を反射させて光の進路を第１電極２側に変更し、光を第１電極２側から取り出すことができるため、光取り出し効率を高めることができる。また、第２電極４は、光透過性を有していてもよい。第２電極４が光透過性を有する場合、両面取り出し構造の有機ＥＬ素子を作製することができる。また、第２電極４が光透過性を有する場合、第２電極４の有機層１１とは反対側に反射膜を設けることによって、光を反射させて第１電極２側から光を取り出す構造にすることもできる。第２電極４は、適宜の導電膜で形成することができる。例えば、第２電極４の材料として、アルミニウム、銀などが例示される。

第１電極２及び第２電極４は、一方が陽極で他方が陰極を構成する。一の形態では、第１電極２を陽極とし、第２電極４を陰極とすることができる。他の態様では、第１電極２を陰極とし、第２電極４を陽極とすることができる。図１の有機ＥＬ素子では、第１電極２を陽極とし、第２電極４を陰極とする構造がより好ましい。それにより、発光効率の高い素子をより容易に製造することができる。

有機層１１は、第１電極２と第２電極４との間で、機能層の集合体である機能層群を構成している。機能層群を構成する有機層１１は、有機ＥＬ素子を駆動させて発光を生じるための適宜の層の積層体によって構成される。複数の機能層の少なくとも一つは発光層３である。発光層３は、発光材料８を含む層であり、電子と正孔（ホール）とが結合して、発光を生じさせる層である。発光層３は、通常、発光材料８としてドーパントと、このドーパントをドープするための母体とから構成される。

有機層１１は、複数の発光層３を有するものであってよい。その場合、複数の発光層３は、発光材料８が異なる層であってよい。また、複数の発光材料８は、発光する光の波長が異なるものであってよい。例えば、赤色発光層と緑色発光層と青色発光層との少なくとも三つの発光層を設け、赤緑青の三色の発光を生じさせれば、種々の色を作り出すことが可能である。特に、三色の発光を得るようにすると、白色発光が可能であり、照明として有用な有機ＥＬ素子を得ることができる。なお、白色発光は、例えば青と橙の二色発光などでも可能である。ただし、三色発光の方がより発光特性の良好な白色発光を得ることできる。

複数の発光層３を設ける場合、図１では発光層３は一つ図示しているが、この発光層３の位置に、複数の発光層３を設けるようにしてもよい。また、有機ＥＬ素子は、マルチユニット構造であってもよい。マルチユニット構造は、陽極と陰極とで挟んで電圧を印加すれば発光する機能を有する機能層の集まりを１つの発光ユニットとして、複数の発光ユニットを光透過性および導電性を有する中間層を介して積層した構造である。マルチユニット構造では、１つの陽極と１つの陰極との間に、厚み方向に重なる複数の発光ユニットが電気的に直列接続して配置される。

有機層１１は発光層３を一つだけ有するものであってもよい。その場合、簡単な構成で有機ＥＬ素子を得ることができる。発光層３は、複数の場合及び一つの場合のいずれにおいても、複数の発光材料８を含んでもよい。したがって、発光層３が一つの場合においても、発光層３が波長の異なる複数の発光材料８を含めば、白色発光が可能である。ただし、照明用途として良好な白色発光を得るためには、発光層３は複数設けられることがより好ましい。

有機層１１を構成する個々の機能層は、発光層３の他に、正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層、電子注入層、中間層等が例示される。有機層１１内における発光層３以外の層は、通常、電荷（正孔又は電子）を移動させる機能を有する層が含まれる。ここでは、有機層１１のうち、発光層３以外の層を電荷移動層９と定義する。電荷移動層９は、複層構造であってもよいし、単層構造であってもよい。要するに電荷（正孔又は電子）を移動させる機能を有すればよい。

電荷移動層９は、発光層３の第１電極２側に配置される第１電荷移動層９ａと、発光層３の第２電極４側に配置される第２電荷移動層９ｂとにより構成される。第１電極２が陽極を構成し第２電極４が陰極を構成する場合、第１電荷移動層９ａは、正孔を移動させる機能を有する層で形成することができる。正孔の移動は、注入及び／又は輸送と定義され得る。この場合、例えば、第１電荷移動層９ａは、第１電極２側から、正孔注入層及び正孔輸送層によって構成することができる。第１電極２が陽極を構成し第２電極４が陰極を構成する場合、第２電荷移動層９ｂは、電子を移動させる機能を有する層で形成することができる。電子の移動は、注入及び／又は輸送と定義され得る。この場合、例えば、第２電荷移動層９ｂは、第２電極４側から、電子注入層及び電子輸送層によって構成することができる。

有機ＥＬ素子は、通常、封止される。封止により外部から水分が浸入することを抑制し、素子の劣化を抑制することができる。図１の例では、封止は、基板１と有機層１１側で対向するように配置される封止基板によって行うことができる。なお、封止された場合、外部から発光層３に電気を供給できるように、第１電極２及び第２電極４は、封止領域の内部から外部に配線を引き出した配線引き出し構造が設けられる。

第１電極２と基板１との間には、光取り出し構造が設けられてもよい。光取り出し構造の好ましい一態様は樹脂層により構成される。樹脂層では屈折率差が低減されて、光取り出し性が高まる。また、光取り出し構造の好ましい一態様は積層構造により構成される。積層構造では、屈折率差のさらなる低減が図れる。積層構造は、高屈折率層と低屈折率層との積層で構成されることが好ましい。また、光取り出し構造のより好ましい一態様は凹凸構造により構成される。凹凸構造は、前記の積層構造の界面に設けられることが好ましい。凹凸構造では、凹凸界面によって光が散乱されるため、基板１の表面での全反射を抑制し、光取り出し性を高めることができる。

有機ＥＬ素子では、基板１の第１電極２側の面よりも光取り出し側に、補助発光構造５を備えている。図１の例では、基板１の第１電極２とは反対側の表面に、補助発光層１０が設けられている。この補助発光層１０が補助発光構造５を構成している。補助発光層１０は、基板１の光取り出し側の面に設けられている。光取り出し側とは、光の出射方向（図１の白抜き矢印の方向）に沿った側である。

補助発光構造５は、補助発光材料７と微小金属体６とを含んでいる。本形態では、補助発光層１０が補助発光材料７と微小金属体６とを含んでいる。有機ＥＬ素子では、補助発光材料７と微小金属体６とを含む補助発光構造５を有することにより、所定の電流を供給したときに発光強度がより高まるため、光取り出し効率を向上することができる。

図２は、補助発光構造５における補助発光のメカニズムを概念的に示している。もちろん、この補助発光構造５のメカニズムは考えられ得る一例を表しているだけであり、他のメカニズムが関与していてもよい。

有機層１１に電流が供給されると、発光材料８が励起し基底状態に戻る過程で発光が生じる。図２では、発光材料８から生じた光を光Ｐ１で示している。図２の左側の光Ｐ１に示すように、光Ｐ１は、有機層１１、第１電極２、基板１を透過し、外部に出射する。ここで、補助発光構造５が設けられていると、図２の右側で示すように、光Ｐ１のうち微小金属体６に照射された光は、微小金属体６の表面においてプラズモン共鳴が発生し、このプラズモン共鳴によるエネルギーＰＥが微小金属体６の表面で移動する。そして、プラズモン共鳴からのエネルギーＰＥは、補助発光材料７に伝達され、この補助発光材料７は、エネルギーを吸収するとともにこのエネルギーを光に変換し、発光を生じる。図２では、補助発光材料７によって生じる光を光Ｐ２で示している。こうして発生した光Ｐ２は、外部に出射する。

有機ＥＬ素子においては、外部に出射される光Ｐ１と光Ｐ２とは、どちらが強度が大きくてもよい。光Ｐ１の強度が光Ｐ２の強度よりも大きいことが好ましい一態様である。この場合、有機ＥＬ素子から出射する主要な光は光Ｐ１となり、発光層３での発光に近い色を取り出すことができる。また、光Ｐ１の強度が光Ｐ２の強度と略同等であることが好ましい他の一態様である。この場合、光Ｐ１と光Ｐ２とが略同等に取り出されるので、演色性をさらに高めることができる。また、光Ｐ２の強度が光Ｐ１の強度よりも大きいことが好ましい他の一態様である。この場合、補助発光の色をより多く取り出すことができるため、光Ｐ２の色に近づいた色を得ることができる。この態様は、補助発光構造５での発光が発光層３での発光よりも安定な場合に特に有効である。光Ｐ１の強度と光Ｐ２の強度との関係は特に限定されないが、例えば、光Ｐ２の強度は光Ｐ１の強度の１００分の１以上であってもよい。

図２で示すように、有機ＥＬ素子では、発光層３からの発光エネルギーによって微小金属体６において局在表面プラズモン共鳴（ＬＳＰＲ）を発生し、さらにＬＳＰＲから補助発光材料７へのエネルギー変換により補助発光材料７からの発光を得ている。このとき、局在表面プラズモン共鳴は、発光層３からのエネルギーを増幅させることができるため、プラズモン共鳴に与えられた光Ｐ１のエネルギーよりも大きいエネルギーを補助発光材料７に与えることができる。その結果、補助発光構造５では、与えられた光Ｐ１よりも強度の高い光Ｐ２を得ることが可能である。このように、微小金属体６のプラズモン共鳴で補助発光材料７を励起し、発光させることで、発光効率を向上させることができるのである。補助発光構造５は、増幅層として機能する。

補助発光材料７の吸収スペクトルのピークは、発光層３の発光スペクトルのピークと重複していることが好ましい。補助発光材料７は光エネルギーを吸収し、そのエネルギーから発光を生じさせている。そのため、補助発光材料７が吸収するスペクトルのピークが、発光層３から生じる光のスペクトルのピークと重複していると、効果的にエネルギー変換が生じて発光を生じさせることができる。

図３（ａ）は、スペクトルのグラフを示している。図３（ａ）では、発光材料８の発光スペクトルと、補助発光材料７の吸収スペクトルと、補助発光材料７の発光スペクトルとの関係が示されている。図３（ａ）においては、発光材料８の発光スペクトルと、補助発光材料７の吸収スペクトルとは、ピークが重複している。そのため、補助発光材料７は、エネルギーを効率よく吸収し、新たな発光エネルギーに変換して、発光を生じさせることができる。補助発光材料７からは、通常、吸収スペクトルのピークよりも長波長側に発光スペクトルのピークを有する発光が得られる。すなわち、補助発光材料７の発光スペクトルは補助発光材料７の吸収スペクトルよりも長波長側（図の右側）にシフトする。エネルギーレベルが長波長側の方が低いからである。したがって、発光材料８から生じる発光スペクトルのピークよりも、補助発光材料７から生じる発光スペクトルのピークの方が長波長になる。このため、発光材料８からの光と、補助発光材料７からの光とは波長が異なる。波長が異なると、通常、発光色が異なる。そのため、補助発光構造５を設けると、有機ＥＬ素子全体として、ピークの谷間が埋められるため、演色性を高めることができる。また、視野角特性が向上され得る。なお、図３（ａ）では、ピークの最大の高さを規格化して示しており、実際のスペクトルの強度は高低が生じるものであってよい。

図３（ｃ）は、スペクトルにおけるピークの一例を示している。この図により、ピークの重複を説明する。ピークの重複は、発光材料８の発光スペクトルにおけるピークと、補助発光材料７の吸収スペクトルにおけるピークとの重複に適用される。ピークの重複はピーク高さにも依存し得る。そのため、ピークの重複は、各スペクトルにおけるピークの最大の高さＨを１に規格化して、考えることができる。図３（ｃ）では、２つのスペクトルＳ１，Ｓ２の最大高さＨを同じ（Ｈ＝１）にして示している。そして、ピークの重複は、最大ピーク高さの４分の１の位置〔（１／４）Ｈ〕において、ピークＳ１，Ｓ２が重複していることが好ましい。これよりも高さの低いピークの裾野で重複しても、エネルギー変換は生じ得るため、発光強度の向上は期待できるが、ピーク高さがより高い位置においてピークが重複する方が発光性を高めるのに有利である。そのため、最大ピーク高さの４分の１の位置において、ピークを重複させることが好ましいのである。発光強度をより高めるためには、ピーク高さの高い位置で重複していることが好ましい。そのため、より好ましくは、最大ピーク高さの２分の１の位置〔（１／２）Ｈ〕において、各ピークが重複していることが好ましい。最大ピーク高さの２分の１の位置は、最大ピーク高さの半分の位置であり、この位置でのピークの幅は、半値幅と呼ばれる。この半値幅において、重複していることがより好ましいのである。また、さらに好ましくは、最大ピーク高さの４分の３の位置〔（３／４）Ｈ〕において、各ピークが重複していることが好ましい。それにより、発光強度をさらに高めることができる。

図３（ｂ）は、スペクトルのグラフを示している。図３（ｂ）では、発光材料８の発光スペクトルと、微小金属体６においてプラズモン共鳴が生じるスペクトルとが示されている。補助発光構造５においては、発光材料８から生じた光が効率よくプラズモン共鳴を生じさせることが求められる。そのため、発光材料８の発光スペクトルと、微小金属体６のプラズモン共鳴発生スペクトルとは、ピークが重複していることが好ましい。それにより、効率よくプラズモン共鳴を生じさせて、補助発光材料７にエネルギーを伝達することができ、発光強度をさらに高めることができる。ピークの重複とは、上記のように図３（ｃ）で行った説明と同様であってよい。

補助発光構造５は、補助発光材料７と微小金属体６とが混合した混合領域Ａ０により形成されていることが好ましい一態様である。図１では、補助発光層１０に補助発光材料７と微小金属体６とが混合されており、補助発光層１０が混合領域Ａ０を構成している。このように、混合領域Ａ０を形成すると、補助発光材料７と微小金属体６との距離を容易に近づけることができるため、効率よくエネルギー変換させることができる。また、補助発光材料７と微小金属体６との混合で補助発光構造５を形成できるため、製造がより容易になる。

補助発光層１０は、補助発光材料７と微小金属体６とを含む混合層となっている。この補助発光層１０は、基板１の外部側の面に形成されている。そのため、電極や有機層１１の積層とは別の段階で、補助発光層１０を形成することができるので、製造をさらに容易に行うことができる。例えば、有機層１１を積層する前の基板１に補助発光層１０を形成することもできるし、有機層１１を積層し、封止した後の基板１に補助発光層１０を形成することもできる。なお、基板１の外部側に補助発光構造５を形成した場合、基板１を透過した外部モードの光しかプラズモン共鳴に寄与できない可能性がある。しかしながら、前述のように基板１と第１電極２との間に、光取出し構造を設けることで、発光強度を向上することができる。

補助発光構造５は、厚みが１５０ｎｍより小さいことが好ましい。それにより、補助発光材料７と微小金属体６との距離を容易に近づけることができるため、効率よくエネルギー変換させることができる。微小金属体６と補助発光材料７とは、エネルギーの伝達が行われるが、その際、補助発光構造５の厚みが大きいと、微小金属体６と補助発光材料７との間の距離が大きくなり、エネルギーの受け渡しが円滑に進行されなくなるおそれがある。そのため、補助発光構造５の厚みを１５０ｎｍよりも小さくすることにより、厚み方向において微小金属体６と補助発光材料７とが過剰に離間するのを抑制し、エネルギーの受け渡しを促進させることができる。図１の例では、補助発光構造５が補助発光層１０を構成しているため、補助発光層１０の厚みが１５０ｎｍより小さいことが好ましい。

補助発光構造５の厚みは、５ｎｍ以上であることが好ましい。それにより、補助発光構造５をより安定に形成することができる。図１の例では、補助発光構造５が補助発光層１０を構成しているため、補助発光層１０の厚みが５ｎｍより大きいことが好ましい。

補助発光構造５においては、微小金属体６と補助発光材料７とが離間距離５０ｎｍ以下で配置されていることが好ましい。それにより、エネルギーの受け渡しが促進され、発光強度を向上することができる。局在表面プラズモン共鳴は近接した距離において生じるからである。ここで、微小金属体６と補助発光材料７との離間距離とは、ある微小金属体６と、その微小金属体６にもっとも近い補助発光材料７との距離であってよい。微小金属体６と補助発光材料７との距離が小さくなるほど、エネルギーの受け渡しは円滑になる傾向にある。ただし、微小金属体６と補助発光材料７とは接していないことが好ましい。微小金属体６と補助発光材料７とが接すると、プラズモン共鳴以外の作用が生じ、プラズモン共鳴の作用が得られなくなるおそれがある。微小金属体６と補助発光材料７との離間距離は、限定されるものではないが、例えば、１ｎｍ以上であってよい。微小金属体６の表面で発生した表面プラズモンは、微小金属体６の表面から離れるにしたがって指数関数的に電場が減少する傾向にある。そのため、微小金属体６の表面から補助発光材料７までの距離は小さい方が好ましいのである。

微小金属体６の形状は、球状、柱状、円柱状、ラグビーボール状、棒状、ロッド状などであってよい。微小金属体６の形状はロッド状であることが好ましい一態様である。微小金属体６がロッド状になることにより、プラズモン共鳴を効率よく得ることができる。図１では、ロッド状の微小金属体６が図示されている。ロッド状の微小金属体６は、長手方向を基板１の表面と平行にして配置されていてよい。

微小金属体６は、ナノサイズの金属体であることが好ましい。それにより、発光層３からの光を透過させてそのまま外部に出射するととともに、その光の一部をエネルギー変換させることができる。微小金属体６のサイズが大きいと、光の透過性が低下するおそれがある。

微小金属体６の大きさは５ｎｍ〜１００ｎｍであることが好ましい。それにより、表面プラズモン共鳴の作用をより有効に得ることができる。微小金属体６の大きさは平均粒径を基準に考えることもできる。そのため、微小金属体６の平均粒径が５ｎｍ〜１００ｎｍの範囲であってもよい。この平均粒径は、レーザー回折粒度分布計で求められるものであってよい。また、この平均粒径は、有機ＥＬ素子を電子顕微鏡観察して１００個の微小金属体６の平均から求められるものであってもよい。なお、微小金属体６は球形状に限定されない。そのため、微小金属体６の大きさは、粒子の最大長さで定義される。例えば、微小金属体６を球とみなすことができるときは、その球の直径が微小金属体６の大きさとなる。また、微小金属体６がラグビーボール状、棒状、柱状又はロッド状の場合は、その長軸の長さが微小金属体６の大きさとなる。また、微小金属体６が円柱状の場合は、その高さ又は直径のうちの長い方が微小金属体６の大きさとなる。

微小金属体６の材料としては、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｌ、及びこれらのいずれか１種以上を含む合金を例示することができる。これらは粒子であってよい。

補助発光材料７は、発光性を有するものであり、分子レベルの化合物であってもよいし、粒子であってもよい。補助発光材料７が粒子である場合には、補助発光材料７の大きさは、特に限定されるものではないが、例えば、５ｎｍ〜１００ｎｍであってもよい。補助発光材料７の大きさは平均粒径を基準に考えることもできる。そのため、補助発光材料７の平均粒径が５ｎｍ〜１００ｎｍの範囲であってもよい。

補助発光材料７としては、エネルギーを発光に変換する機能を有する材料であれば特に限定されるものではなく、有機半導体材料及び無機半導体材料から選ばれるものを適宜用いることができる。有機半導体材料としては、発光層３の発光材料８として使用可能な、高分子の材料、又は低分子の材料を用いることができる。無機半導体材料としては、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＺｎＳｅ、ＺｎＯ、ダイヤモンドなどから選ばれる１種以上を含むＬＥＤ用の発光材料を利用することが可能である。

図１の補助発光構造５は補助発光層１０により構成されている。補助発光層１０は、微小金属体６及び補助発光材料７が層媒体中に分散されている。補助発光層１０の層媒体としては、樹脂などを用いることができる。樹脂を用いた場合、容易に補助発光層１０を形成することができる。この場合、補助発光層１０は塗布により形成することができる。もちろん、補助発光層１０の層媒体は無機材料であってもよい。また、層媒体を有さずに、補助発光層１０が補助発光材料７と微小金属体６とのみで構成されていてもよい。

補助発光構造５においては、補助発光材料７と微小金属体６とは、その含有比率（補助発光材料：微小金属体）が、質量比で、０．００１：１〜１：０．１であることが好ましい。それにより、発光強度を効果的に高めることができる。また、演色性の作用を高めることができる。

補助発光層１０においては、補助発光材料７は、補助発光層１０の全体の質量に対して、０．１〜１０質量％で含有されていることが好ましい。それにより、発光強度をより向上することができる。補助発光層１０においては、微小金属体６は、補助発光層１０の全体の質量に対して、１〜９９質量％で含有されていることが好ましい。それにより、発光強度をより向上することができる。

補助発光層１０は、混合領域Ａ０として形成する場合、好ましい一態様では、補助発光材料７、微小金属体６及び層媒体を混合した溶液又は分散液を塗布し乾燥することにより形成することができる。塗布法では簡単に補助発光層１０を形成することができる。層媒体は、樹脂であってもよい。溶液又は分散液として塗布液を得るために、有機溶剤又は水などの溶媒を使用してもよい。補助発光材料７は有機半導体材料であってもよいし、無機半導体材料であってもよい。有機半導体材料を用いる場合、高分子の補助発光材料７であってもよいし、低分子の補助発光材料７であってもよい。塗布は、適宜のコート法を用いることができる。例えば、スピンコート、スリットコートなどが例示される。基板１の表面に塗布液を塗布することにより、補助発光層１０を形成することができる。なお、層媒体を含まなくても、層が形成できるのであれば、層媒体は含まれなくてよい。その場合、微小金属体６及び補助発光材料７から構成される補助発光層１０が形成され得る。

塗布法を用いる場合、補助発光層１０の塗布前に、シランカップリング材を基板１の表面に塗布することも好ましい。このとき、シランカップリング材の層は、補助発光層１０の下地層となる。シランカップリング材の層を設けておくと、補助発光層１０の材料中の微小金属体６が基板１表面に吸着して凝集することを抑制することができる。それにより、発光強度を効果的に高めることができる。

補助発光層１０は、混合領域Ａ０として形成する場合、好ましい他の態様では、補助発光材料７及び微小金属体６を共蒸着することにより形成することができる。このとき、ホスト材料として層媒体の材料を同時に蒸着させると、層媒体中に補助発光材料７と微小金属体６とが配置した補助発光層１０を得ることができる。また、補助発光材料７と微小金属体６とのみを共蒸着して、補助発光材料７及び微小金属体６から構成される補助発光層１０を形成することもできる。蒸着は真空蒸着により行うことが好ましい。真空蒸着では低分子物質を効率よく積層させることができる。

補助発光層１０は、無機質膜により構成されていてもよい。その場合、無機質膜に補助発光材料７と微小金属体６とが配置されて、補助発光構造５が形成される。無機質膜としては、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜などが例示される。無機質膜で補助発光層１０を構成すると、補助発光構造５の材料を注入することにより、補助発光層１０を得ることができる。補助発光層１０が無機質膜である場合、この無機質膜に、微小金属体６及び補助発光材料７を注入することができる。無異質膜は、混合領域Ａ０となる。

補助発光層１０が無機質膜で構成される場合、補助発光構造５の形成方法としては、基板１の表面に無機質膜を形成した後、この無機質膜に補助発光構造５の材料を注入することにより行うことができる。微小金属体６の注入は、例えば、微小金属体６の元となる金属イオンを無機質膜にイオン注入した後、アニール処理して、金属イオンから微小金属体６を形成することにより行うことができる。アニール処理は、例えば、温度を１００〜１０００℃の範囲内とし、時間を１０分〜１０時間の範囲内として行うことができるが、これに限定されるものではない。また、補助発光材料７の注入は、微小金属体６と同様の注入方法で行うことができる。アニール処理においては、補助発光材料７が変性しない条件が好ましい。補助発光材料７を無機質膜に注入する方法では、無機半導体材料により構成される補助発光材料７を好適に用いることができる。無機半導体材料では、アニール処理による劣化を抑制しやすくなる。

有機ＥＬ素子の製造において、第１電極２、有機層１１及び第２電極４の積層は、通常の積層方法で形成することができる。例えば、スパッタリング、真空蒸着、塗布、などの適宜の手法で形成することができる。発光積層体は、通常、封止材で封止される。封止は、封止基板を接着剤で基板１に貼り付けることにより行うことができる。封止により、水分や衝撃から発光積層体を保護することができる。

図４は、有機ＥＬ素子の実施形態の一例である。図１の形態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。

本形態では、補助発光構造５は、基板１に設けられている。すなわち、基板１は補助発光構造５を有している。補助発光構造５は、基板１の光取り出し側の表面領域に形成されている。補助発光構造５は、補助発光材料７と微小金属体６とを含んでいる。補助発光構造５は、補助発光材料７と微小金属体６とが混合した混合領域Ａ０として形成されている。本形態でも、補助発光構造５を有することにより、局在表面プラズモン共鳴によってエネルギーを変換して補助発光材料７から生じた光を外部に取り出すことができるため、発光強度を向上することができる。そのメカニズムは、上記で説明したものと同じである。また、補助発光材料７及び微小金属体６の材料は、上記と同様の材料を用いることができる。

本形態では、補助発光構造５が、基板１の中に設けられる。そのため、もともと外部に取り出せる光だけではなく、基板モードの光も局在表面プラズモン共鳴（ＬＳＰＲ）に寄与させることができる。それにより、発光効率を向上させる効果を大きく得ることができる。

本形態では、基板１の内部に補助発光構造５を形成することを要する。そのため、基板１として複合基板を用いてもよい。もちろん、基板１として、単一材料の基板（例えばガラス基板）を用いることも有効である。

補助発光構造５は基板１内に設けているため、図１の例のように補助発光層１０を別途設けることをしなくてもよい。そのため、補助発光構造５を形成する工程を簡略化することができる。また、部材数を少なくすることができるという利点がある。ただし、本形態では、補助発光材料７を基板１内に保持させることを要する。

補助発光構造５の形成方法としては、補助発光構造５の材料を基板１に注入することにより行うことができる。微小金属体６の注入は、例えば、微小金属体６の元となる金属イオンを基板１にイオン注入した後、アニール処理して、金属イオンから微小金属体６を形成することにより行うことができる。アニール処理は、例えば、温度を１００〜１０００℃の範囲内とし、時間を１０分〜１０時間の範囲内として行うことができるが、これに限定されるものではない。また、補助発光材料７の注入は、微小金属体６と同様の注入方法で行うことができる。アニール処理においては、補助発光材料７が変性しない条件が好ましい。補助発光材料７を基板１に注入する方法では、無機半導体材料により構成される補助発光材料７を好適に用いることができる。無機半導体材料では、アニール処理による劣化を抑制しやすくなる。

図５は、有機ＥＬ素子の実施形態の一例である。図１の形態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。

本形態では、補助発光構造５は、基板１に設けられている。すなわち、基板１は補助発光構造５を有している。補助発光構造５は、基板１の厚みの中央領域に形成されている。補助発光構造５は、補助発光材料７と微小金属体６とを含んでいる。補助発光構造５は、補助発光材料７と微小金属体６とが混合した混合領域Ａ０として形成されている。本形態でも、補助発光構造５を有することにより、局在表面プラズモン共鳴によってエネルギーを変換して補助発光材料７から生じた光を外部に取り出すことができるため、発光強度を向上することができる。そのメカニズムは、上記で説明したものと同じである。また、補助発光材料７及び微小金属体６の材料は、上記と同様の材料を用いることができる。

本形態では、補助発光構造５が、基板１の中に設けられる。そのため、もともと外部に取り出せる光だけではなく、基板モードの光も局在表面プラズモン共鳴（ＬＳＰＲ）に寄与させることができる。それにより、発光効率を向上させる効果を大きく得ることができる。

本形態では、基板１の内部に補助発光構造５を形成することを要する。そのため、基板１としては複合基板が好ましく用いられる。もちろん、基板１として、単一材料の基板（例えばガラス基板）を用いることも有効である。

ここで、基板１の厚み方向の領域として、外部側から第１電極２側に、第１基板領域１ａと第２基板領域１ｂと第３基板領域１ｃと定義する。第２基板領域１ｂは、補助発光構造５が形成された領域である。第２基板領域１ｂは混合領域Ａ０に等しいといってよい。

本形態の好ましい一態様では、第１基板領域１ａと第２基板領域１ｂとが一体となった基材を用いることができる。この基材の表面に、補助発光構造５の材料を注入する。注入は、上記の形態で説明した方法と同様の方法で行うことができる。その後、第３基板領域１ｃの基材を補助発光構造５が形成された面に重ねて接着する。第３基板領域１ｃは、ガラスで構成されてもよいし、樹脂で構成されてもよい。接着は適宜の接着剤により行うことができる。また、溶着や熱圧着などを用いてもよい。このようにして、第１基板領域１ａ及び第２基板領域１ｂを構成する基材と、第３基板領域１ｃを構成する基材とが積層一体化され、基板１を複合基板として得ることができる。なお、第３基板領域１ｃが樹脂である場合、第１基板領域１ａ及び第２基板領域１ｂで構成される基材における補助発光構造５が形成された面に、第３基板領域１ｃの材料を塗布することにより複合基板を形成してもよい。

本形態の好ましい他の一態様では、第２基板領域１ｂと第３基板領域１ｃとが一体となった基材を用いることができる。この基材の表面に、補助発光構造５の材料を注入する。注入は、上記の形態で説明した方法と同様の方法で行うことができる。その後、この基材を、第１基板領域１ａを構成する基材に、補助発光構造５が形成された面を重ねて接着する。第１基板領域１ａを構成する基材は、ガラスであってもよいし、樹脂であってもよいが、ガラスであることが好ましい。接着は適宜の接着剤により行うことができる。また、溶着や熱圧着などを用いてもよい。このようにして、第２基板領域１ｂ及び第３基板領域１ｃを構成する基材と、第１基板領域１ａを構成する基材とが積層一体化され、基板１を複合基板として得ることができる。

本形態の好ましい他の一態様では、第１基板領域１ａを構成する基材と、第２基板領域１ｂを構成する層と、第３基板領域１ｃを構成する基材とを積層させることにより形成することができる。この場合、第１基板領域１ａは、ガラスで構成することが好ましい。第３基板領域１ｃは、ガラスであってもよいし、プラスチックであってもよい。また、第３基板領域１ｃは樹脂層により構成されてもよい。本形態では、第２基板領域１ｂは、図１の形態で説明した補助発光層１０と同様の構成を用いることができる。第２基板領域１ｂは、両側から基材に挟まれる層となるため、第１基板領域１ａ及び第３基板領域１ｃと密着する層であることが好ましい。例えば、第１基板領域１ａを構成する基材の表面に、塗布、蒸着、注入などにより、補助発光構造５を有する第２基板領域１ｂを形成し、その表面に第３基板領域１ｃを構成する基材を形成することにより、基板１を複合基板として得ることができる。第３基板領域１ｃが樹脂である場合、補助発光構造５が形成された面に、第３基板領域１ｃの材料を塗布することにより複合基板を形成することができる。第３基板領域１ｃが樹脂で構成されると、屈折率差を低減することができるため、光取り出し性を高めることができる。

図５の形態では、第３基板領域１ｃが光取り出し構造を有することがさらに好ましい。例えば、第３基板領域１ｃが光散乱物質を含むことにより、光取り出し構造を形成することができる。あるいは、第３基板領域１ｃは、複層構造であってもよい。例えば、低屈折率層と高屈折率層との積層構造で形成することができる。好ましくは、低屈折率層と高屈折率層との間に凹凸構造が設けられる。凹凸構造は、ナノオーダーの微細な凹凸であってよい。それにより、光散乱性が付与され、光取り出し性をさらに高めることができる。第３基板領域１ｃが積層構造の場合、例えば、低屈折率層を第２基板領域１ｂ側に配置し、高屈折率層を第１電極２側に配置することができる。低屈折率層及び高屈折率層は樹脂で構成することができる。高屈折率層には、屈折率を調整するために、高屈折率粒子を含有させてもよい。

補助発光構造５の形成方法としては、上記で説明した方法と同様の方法、例えば、塗布法、蒸着法、注入法などを用いることができる。

図６は、有機ＥＬ素子の実施形態の一例である。図１の形態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。

本形態では、補助発光構造５は、基板１に設けられている。すなわち、基板１は補助発光構造５を有している。補助発光構造５は、基板１の第１電極２側の表面領域に形成されている。補助発光構造５は、補助発光材料７と微小金属体６とを含んでいる。補助発光構造５は、補助発光材料７と微小金属体６とが混合した混合領域Ａ０として形成されている。本形態でも、補助発光構造５を有することにより、局在表面プラズモン共鳴によってエネルギーを変換して補助発光材料７から生じた光を外部に取り出すことができるため、発光強度を向上することができる。そのメカニズムは、上記で説明したものと同じである。また、補助発光材料７及び微小金属体６の材料は、上記と同様の材料を用いることができる。

本形態では、補助発光構造５が、基板１の中に設けられる。そのため、もともと外部に取り出せる光だけではなく、基板モードの光も局在表面プラズモン共鳴（ＬＳＰＲ）に寄与させることができる。それにより、発光効率を向上させる効果を大きく得ることができる。また、補助発光構造５が、基板１と第１電極２との界面の近傍に設けられるため、薄膜モードの光を利用することも可能である。特に、基板１と第１電極２との間に光取り出し構造が設けられたり、補助発光構造５が光取り出し構造中に形成されたりした場合には、薄膜モードの光から効率よく補助発光に変換することができる。なお、薄膜モードの光とは基板１の表面で全反射する光のことを意味する。また、基板モードの光とは、全反射や吸収によって基板１内に閉じ込められる光のことを意味する。基板モードの光は、いわゆる基板導波光を含む。

補助発光構造５は基板１内に設けているため、図１の例のように補助発光層１０を別途設けることをしなくてもよい。そのため、補助発光構造５を形成する工程を簡略化することができる。また、部材数を少なくすることができるという利点がある。ただし、本形態では、補助発光材料７を基板１内に保持させることを要する。

補助発光構造５の形成方法としては、上記で説明した注入方法を好ましく用いることができる。注入方法を用いれば、効率よく補助発光構造５を形成することができる。注入方法の条件等は同じであってよい。注入によって補助発光構造５を形成する方法は、基板１として、単一材料の基板（例えばガラス基板）を用いる場合に有効である。

本形態では、基板１の第１電極２側の表面領域に補助発光構造５を形成する。そのため、基板１として複合基板を用いてもよい。複合基板を用いた場合、複合基板を構成する基材中に補助発光構造５をより容易に形成することができる。

ここで、基板１の厚み方向の領域として、外部側から第１電極２側に、第１基板領域１ａと第２基板領域１ｂと定義する。第２基板領域１ｂは、補助発光構造５が形成された領域である。第２基板領域１ｂは混合領域Ａ０に等しいといってよい。

本形態の好ましい他の一態様では、第１基板領域１ａを構成する基材と、第２基板領域１ｂを構成する層とを積層させることにより形成することができる。この場合、第１基板領域１ａは、ガラスで構成することが好ましい。第２基板領域１ｂは、ガラスであってもよいし、プラスチックであってもよい。また、第２基板領域１ｂは樹脂層により構成されてもよい。本形態では、第２基板領域１ｂは、上記の形態で説明した補助発光層１０と同様の構成を用いてもよい。第２基板領域１ｂは、支持基板（基板１）の上側に配置されるため、第１基板領域１ａを構成する基材と密着する層であることが好ましい。例えば、第１基板領域１ａを構成する基材の表面に、塗布、蒸着、注入などにより、補助発光構造５を有する第２基板領域１ｂを形成することにより、基板１を複合基板として得ることができる。第２基板領域１ｂが樹脂である場合、第１基板領域１ａを構成する基材の表面に、補助発光構造５の材料を塗布することにより複合基板を形成することができる。第２基板領域１ｂが樹脂で構成されると、屈折率差を低減することができるため、光取り出し性を高めることができる。

この態様では、第２基板領域１ｂが光取り出し構造を有することがさらに好ましい。すなわち、補助発光構造５は、光取り出し構造と同じ領域で形成される。例えば、第２基板領域１ｂが光散乱物質を含むことにより、光取り出し構造を形成することができる。あるいは、第２基板領域１ｂは、複層構造であってもよい。例えば、低屈折率層と高屈折率層との積層構造で形成することができる。好ましくは、低屈折率層と高屈折率層との間に凹凸構造が設けられる。凹凸構造は、ナノオーダーの微細な凹凸であってよい。それにより、光散乱性が付与され、光取り出し性をさらに高めることができる。第２基板領域１ｂが積層構造の場合、例えば、低屈折率層を第１基板領域１ａ側に配置し、高屈折率層を第１電極２側に配置することができる。低屈折率層及び高屈折率層は樹脂で構成することができる。高屈折率層には、屈折率を調整するために、高屈折率粒子を含有させてもよい。

補助発光構造５の形成方法としては、上記で説明した方法と同様の方法、例えば、塗布法、蒸着法、注入法などを用いることができる。

図７（ａ）及び（ｂ）は、有機ＥＬ素子の実施形態の一例である。図１の形態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、基板１の光取り出し側を抽出して図示している。省略された部分は、図１の形態と同様であってよい。上記の各形態においては、補助発光構造５は、補助発光材料７と微小金属体６とが混合した混合領域Ａ０で形成されているが、図７（ａ）及び（ｂ）の形態においては、補助発光構造５は、微小金属体６を含む領域Ａ１と、補助発光材料７を含む領域Ａ２とにより構成されている。

補助発光構造５は、補助発光材料７を含む領域Ａ２と、微小金属体６を含む領域Ａ１とが厚み方向に重なって形成されていることが好ましい一態様である。それにより、補助発光材料７と微小金属体６との間の距離を容易に調整することができるため、エネルギーの受け渡しをしやすい距離を設定することができるので、発光強度をさらに高めることができる。

図７（ａ）及び（ｂ）では、補助発光構造５は補助発光層１０により構成されている。補助発光層１０は、微小金属体含有層１０ａと、補助発光材料含有層１０ｂとの積層構造により構成されている。いわば、図７（ａ）及び（ｂ）の形態は、図１の形態の変形例といえる。微小金属体含有層１０ａは、微小金属体６を含有する層である。補助発光材料含有層１０ｂは、補助発光材料７を含有する層である。

図７（ａ）では、微小金属体含有層１０ａは基板１側に配置され、補助発光材料含有層１０ｂは外部側に配置されている。図７（ｂ）では、微小金属体含有層１０ａは外部側に配置され、補助発光材料含有層１０ｂは基板１側に配置されている。このように、補助発光構造５を、微小金属体６を含む領域Ａ１と補助発光材料７を含む領域Ａ２とで構成するようにすると、微小金属体６と補助発光材料７との距離が容易に制御できる。層の厚みの制御で距離を調整することができるからである。そのため、プラズモン共鳴をより有効に利用して発光性を高めることができる。

微小金属体６を含む領域Ａ１は、微小金属体６を主成分として含有している。補助発光材料７を含む領域Ａ２は、補助発光材料７を主成分として含有している。微小金属体６を含む領域Ａ１は、補助発光材料７を含んでいなくてよい。補助発光材料７を含む領域Ａ２は、微小金属体６を含んでいなくてよい。もちろん、微小金属体６を含む領域Ａ１に補助発光材料７が微量混入されていてもよい。また、補助発光材料７を含む領域Ａ２に微小金属体６が微量混入されていてもよい。

本形態においては、補助発光構造５の全体の厚み（補助発光層１０の全体の厚み）は、１５０ｎｍ以下であることが好ましい。本形態では、距離調整の観点から、微小金属体６を含む領域Ａ１及び補助発光材料７を含む領域Ａ２の厚みが好適化され得る。微小金属体６を含む領域Ａ１の厚みは５〜１００ｎｍであることが好ましい。補助発光材料７を含む領域Ａ２の厚みは０．１〜１００ｎｍであることが好ましい。

局在表面プラズモン共鳴（ＬＳＰＲ）の分布は光出射面側に偏ると推測される。そのため、補助発光材料７が微小金属体６よりも光取り出し側にある図７（ａ）の形態の方が、図７（ｂ）の形態よりも有利であると考えられる。ただし、補助発光材料７が外部側に配置されると劣化しやすいなどの場合には、図７（ｂ）の形態の方が図７（ａ）の形態よりも有利な場合があると考えられる。

補助発光層１０の積層構造は、補助発光材料７を含む材料と、微小金属体６を含む材料とを積層させることにより、形成することができる。積層方法は、塗布、蒸着などにより行うことができる。具体的な方法は、上記で説明した方法と同様であってよい。なお、微小金属体６の積層前には、シランカップリング材の層を形成しておくことが好ましい。それにより、微小金属体６の凝集が抑制される。図７（ａ）の形態では、シランカップリング材の層が基板１の外部側の表面に形成され得る。図７（ｂ）の形態では、シランカップリング材の層が、補助発光材料含有層１０ｂと微小金属体含有層１０ａとの界面に形成され得る。

ここで、厚み方向の２つの領域で構成される補助発光層１０は、単層として構成された無機質層への注入によっても形成することができる。注入においては、厚み方向の位置を制御して注入物質を注入することが可能である。そのため、補助発光材料７の厚み方向の位置と、微小金属体６の厚み方向の位置とを異ならせて、各材料を注入することにより、補助発光材料７を含む領域Ａ２と、微小金属体６を含む領域Ａ１とを形成し、補助発光層１０を形成することができる。

図８（ａ）〜（ｆ）は、有機ＥＬ素子の実施形態の一例である。図１の形態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、基板１の光取り出し側を抽出して図示している。省略された部分は、図１の形態と同様であってよい。図８（ａ）〜（ｆ）の形態においては、補助発光構造５は、微小金属体６を含む領域Ａ１と、補助発光材料７を含む領域Ａ２とにより構成されている。

補助発光構造５は、補助発光材料７を含む領域Ａ２と、微小金属体６を含む領域Ａ１とが厚み方向に重なって形成されていることが好ましい一態様である。それにより、補助発光材料７と微小金属体６との間の距離を容易に調整することができるため、エネルギーの受け渡しをしやすい距離を設定することができるので、発光強度をさらに高めることができる。

図８（ａ）〜（ｆ）では、補助発光構造５は基板１の内部に形成されている。補助発光構造５を構成する、微小金属体６を含む領域Ａ１と、補助発光材料７を含む領域Ａ２とは、基板１内において隣接して形成されている。いわば、図８（ａ）〜（ｆ）の形態は、図４〜６の形態の変形例といえる。

図８の各形態においても、補助発光構造５が、微小金属体６を含む領域Ａ１と補助発光材料７を含む領域Ａ２とで構成されているので、微小金属体６と補助発光材料７との距離を容易に制御できる。そのため、プラズモン共鳴をより有効に利用して発光性を高めることができる。

図８（ａ）及び（ｂ）では、補助発光構造５は基板１の外部側の表面領域に形成されている。これらは、図４の形態の変形例といえる。図８（ａ）では、微小金属体６を含む領域Ａ１は内部側（第１電極２側）に配置され、補助発光材料７を含む領域Ａ２は外部側（光取り出し側）に配置されている。図８（ｂ）では、微小金属体６を含む領域Ａ１は外部側（光取り出し側）に配置され、補助発光材料７を含む領域Ａ２は内部側（第１電極２側）に配置されている。

図８（ｃ）及び（ｄ）では、補助発光構造５は基板１の内部の領域に形成されている。これらは、図５の形態の変形例といえる。図８（ｃ）では、微小金属体６を含む領域Ａ１は内部側（第１電極２側）に配置され、補助発光材料７を含む領域Ａ２は外部側（光取り出し側）に配置されている。図８（ｄ）では、微小金属体６を含む領域Ａ１は外部側（光取り出し側）に配置され、補助発光材料７を含む領域Ａ２は内部側（第１電極２側）に配置されている。

図８（ｅ）及び（ｆ）では、補助発光構造５は基板１の第１電極２側の表面領域に形成されている。これらは、図６の形態の変形例といえる。図８（ｅ）では、微小金属体６を含む領域Ａ１は内部側（第１電極２側）に配置され、補助発光材料７を含む領域Ａ２は外部側（光取り出し側）に配置されている。図８（ｆ）では、微小金属体６を含む領域Ａ１は外部側（光取り出し側）に配置され、補助発光材料７を含む領域Ａ２は内部側（第１電極２側）に配置されている。

図８（ａ）及び（ｂ）の補助発光構造５は、図４において説明した方法と同様の方法で製造することができる。その際、補助発光材料７と微小金属体６とが厚み方向で異なる領域に配置するように形成する。

図８（ａ）及び（ｂ）では、注入法が好ましく用いられる。注入においては、厚み方向の位置を制御して注入物質を注入することが可能である。そのため、補助発光材料７の厚み方向の位置と、微小金属体６の厚み方向の位置とを異ならせて、各材料を基板１に注入することにより、補助発光材料７を含む領域Ａ２と、微小金属体６を含む領域Ａ１とを形成し、補助発光構造５を形成することができる。注入は、上記で説明したとおりであり、例えば、イオン注入などを用いることができる。注入法では、部材数を減らすことができるとともに、簡単に補助発光構造５を形成することができる。

図８（ｃ）及び（ｄ）の補助発光構造５は、図５において説明した方法と同様の方法で製造することができる。その際、補助発光材料７と微小金属体６とが厚み方向で異なる領域に配置するように形成する。

図８（ｃ）及び（ｄ）では、塗布法、蒸着法、注入法のいずれかが好ましく用いられる。塗布法においては、第１基板領域１ａ又は第３基板領域１ｃを構成する基材の表面に、補助発光材料７を含有する塗布液と、微小金属体６を含有する塗布液とを、この順又はこれとは逆順で塗布することにより形成することができる。蒸着法においては、第１基板領域１ａ又は第３基板領域１ｃを構成する基材の表面に、補助発光材料７と、微小金属体６とを、この順又はこれとは逆順で蒸着することにより形成することができる。このとき、共蒸着により層媒体を構成するホスト材料を同時に蒸着してもよい。注入においては、厚み方向の位置を制御して注入物質を注入することが可能である。そのため、補助発光材料７の厚み方向の位置と、微小金属体６の厚み方向の位置とを異ならせて、各材料を第１基板領域１ａ又は第３基板領域１ｃを構成する基材に注入することにより、補助発光材料７を含む領域Ａ２と、微小金属体６を含む領域Ａ１とを形成し、補助発光構造５を形成することができる。注入は、上記で説明したとおりであり、例えば、イオン注入などを用いることができる。補助発光構造５を形成した後は、補助発光構造５を形成した基材の表面に他の基材を形成することにより、基板１を複合基板として得ることができる。このとき、第３基板領域１ｃを樹脂層で形成すると光取り出し性を高めることができる。さらに、この樹脂層を積層構造とし、層の界面に凹凸構造を設けると光取り出し性をさらに高めることができる。

図８（ｅ）及び（ｆ）の補助発光構造５は、図６において説明した方法と同様の方法で製造することができる。その際、補助発光材料７と微小金属体６とが厚み方向で異なる領域に配置するように形成する。

図８（ｅ）及び（ｆ）では、注入法、塗布法のいずれかが好ましく用いられる。注入においては、厚み方向の位置を制御して注入物質を注入することが可能である。そのため、補助発光材料７の厚み方向の位置と、微小金属体６の厚み方向の位置とを異ならせて、各材料を基板１に注入することにより、補助発光材料７を含む領域Ａ２と、微小金属体６を含む領域Ａ１とを形成し、補助発光構造５を形成することができる。注入は、上記で説明したとおりであり、例えば、イオン注入などを用いることができる。塗布法においては、第１基板領域１ａを構成する基材の表面に、補助発光材料７を含有する塗布液と、微小金属体６を含有する塗布液とを、この順又はこれとは逆順で塗布することにより形成することができる。塗布法では、補助発光構造５の領域に、光取り出し構造を同時に形成することが好ましい。光取り出し構造は、凹凸構造を有することがさらに好ましい。例えば、補助発光材料７及び微小金属体６の一方を含有する塗布液を塗布した後、この表面に微細な凹凸を形成し、その後、補助発光材料７及び微小金属体６の他方を含有する塗布液を塗布することにより、光取り出し構造を有する補助発光構造５を形成することができる。層媒体は樹脂であってよい。

微小金属体６を含む領域Ａ１は、微小金属体６を主成分として含有している。補助発光材料７を含む領域Ａ２は、補助発光材料７を主成分として含有している。微小金属体６を含む領域Ａ１は、補助発光材料７を含んでいなくてよい。補助発光材料７を含む領域Ａ２は、微小金属体６を含んでいなくてよい。もちろん、微小金属体６を含む領域Ａ１に補助発光材料７が微量混入されていてもよい。また、補助発光材料７を含む領域Ａ２に微小金属体６が微量混入されていてもよい。

図８の各形態においては、補助発光構造５の全体の厚みは、１５０ｎｍ以下であることが好ましい。本形態では、距離調整の観点から、微小金属体６を含む領域Ａ１及び補助発光材料７を含む領域Ａ２の厚みが好適化され得る。微小金属体６を含む領域Ａ１の厚みは５〜１００ｎｍであることが好ましい。補助発光材料７を含む領域Ａ２の厚みは０．１〜１００ｎｍであることが好ましい。

図９（ａ）及び（ｂ）は、有機ＥＬ素子の実施形態の一例である。図１の形態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９では、基板１の光取り出し側を抽出して図示している。省略された部分は、図１の形態と同様であってよい。図９（ａ）及び（ｂ）の形態においては、補助発光構造５は、微小金属体６を含む領域Ａ１と、補助発光材料７を含む領域Ａ２とにより構成されている。

補助発光構造５は、補助発光材料７を含む領域Ａ２と、微小金属体６を含む領域Ａ１とが厚み方向に重なって形成されていることが好ましい一態様である。それにより、補助発光材料７と微小金属体６との間の距離を容易に調整することができるため、エネルギーの受け渡しをしやすい距離を設定することができるので、発光強度をさらに高めることができる。

図９（ａ）及び（ｂ）では、補助発光構造５は基板１の表面領域と、基板１の表面に設けられた層（微小金属体含有層１０ａ又は補助発光材料含有層１０ｂ）とで構成されている。補助発光構造５を構成する、微小金属体６を含む領域Ａ１と、補助発光材料７を含む領域Ａ２とは、基板１内において隣接して形成されている。

図９の各形態においても、補助発光構造５が、微小金属体６を含む領域Ａ１と補助発光材料７を含む領域Ａ２とで構成されているので、微小金属体６と補助発光材料７との距離を容易に制御できる。そのため、プラズモン共鳴をより有効に利用して発光性を高めることができる。

図９（ａ）では、微小金属体６を含む領域Ａ１は基板１内の外部側表面領域に形成され、補助発光材料７を含む領域Ａ２は基板１の表面に設けられた補助発光材料含有層１０ｂで形成されている。図９（ｂ）では、微小金属体６を含む領域Ａ１は基板１の表面に設けられた微小金属体含有層１０ａで形成され、補助発光材料７を含む領域Ａ２は基板１内の外部側表面領域に形成されている。

図９（ａ）及び（ｂ）では、補助発光構造５の一部が、基板１の中に設けられる。そのため、もともと外部に取り出せる光だけではなく、基板モードの光も局在表面プラズモン共鳴（ＬＳＰＲ）に寄与させることができる。それにより、発光効率を向上させる効果を大きく得ることができる。基板モードの光を取り出すためには、微小金属体６が基板１内に存在する図９（ａ）の方が、図９（ｂ）よりも有利である。また、補助発光材料７を基板１内に注入することは容易ではない場合があるので、製造性の観点からも、図９（ａ）の方が有利である。

なお、基板１の表面に設けられる層（微小金属体含有層１０ａ又は補助発光材料含有層１０ｂ）は、基板１の表面に接していることが好ましく、これらの層と基板１との間には、接着層などの他の層が設けられていないことが好ましい。それにより、微小金属体６と補助発光材料７との距離を近づけることができるので、発光強度をより向上することができる。

上記の各形態に適用可能なさらに好ましい態様を説明する。以下の説明は、上記の形態のいずれにも適用可能である。

有機ＥＬ素子においては、補助発光構造５は、複数種の補助発光材料７を含むことが好ましい。それにより、補助発光材料７から複数の発光色を得ることが可能になるため、全体の色調整を容易に行うことができる。補助発光材料７は、プラズモン共鳴からエネルギーを吸収し、そのエネルギーから発光を生じさせる。その際に、複数種の補助発光材料７を有すると、各材料が異なる発光波長に変換して発光を生じさせることができる。そのため、複数の発光色を得ることが可能になるのである。複数の発光色が得られると、スペクトルの谷間が埋められて、演色性を高めることができるという効果も発現する。補助発光材料７の種類が複数の場合、その種類数は特に限定されるものではないが、１０種以下が好ましく、５種以下が好ましく、３種以下がさらに好ましい。補助発光材料７の種類が増えると、製造が容易でなくなるおそれがある。補助発光材料７の種類を複数にする場合、有機半導体材料と無機半導体材料とを用いたり、高分子材料と低分子材料とを用いたりすることができる。

有機ＥＬ素子においては、発光層３は複数種の発光材料８を有し、補助発光材料７の種類数は、発光材料８の種類数と同じであることが好ましい。それにより、発光材料８からの光でそれぞれの補助発光材料７が対応して発光することが可能になるため、発光強度を効率よく高めることができる。補助発光材料７の種類数及び材料は、上記と同様である。発光材料８の種類数は、２以上が好ましく、３以上がさらに好ましい。発光材料８の種類が２以上になると、白色発光が得られやすくなり、３以上になると、白色発光がさらに得られやすくなる。ただし、発光材料８の種類数が増えると、製造が容易でなくなるおそれがあるため、発光材料８の種類数は、１０種以下が好ましく、５種以下がさらに好ましい。なお、発光層３が複数種の発光材料８を有するとは、有機層１１に含まれる発光層３の全体において、複数種の発光材料８を有するという意味である。そのため、異なる種類の発光材料８を有する発光層３が積層された構造であってよい。

有機ＥＬ素子においては、微小金属体６は、粒度分布において複数のピークを有し、微小金属体６のピークの数は、補助発光材料７の種類数と同じであることが好ましい。それにより、各補助発光材料７のそれぞれに対応してプラズモン共鳴を発生して、補助発光材料７を発光させることが可能になり、発光強度を効率よく高めることができる。微小金属体６の粒径のピークの数は、５個以下が好ましく、４個以下が好ましく、３個以下がさらに好ましい。微小金属体６の粒径のピークの数が多いと、製造が容易でなくなるおそれがある。微小金属体６が粒度分布において複数のピークを有する場合、各ピークの粒径差は、５ｎｍ以上であることが好ましい。それにより、プラズモン共鳴を効果的に発生させることができる。各ピークの粒径差は、例えば、６０ｎｍ以下であってよい。

微小金属体６のピークの数と、補助発光材料７の種類数と、発光材料８の種類数とが同じになることがさらに好ましい。それにより、さらに発光性を高めることができる。

ここで、発光層３に含まれる発光材料８は、青色発光材料と緑色発光材料と赤色発光材料とにより構成され得る。青色と緑色と赤色との３色を用いると、色調整が容易になり、白色発光が可能である。このとき、発光材料８の各色に対応して、微小金属体６のピーク数が設定されていることが好ましい。また、発光材料８の各色に対応して、補助発光材料７の種類が設定されていることが好ましい。例えば、発光層３が青色発光材料と緑色発光材料と赤色発光材料とを含む場合、微小金属体６の粒径のピーク数を３にし、青色発光材料に対応するピークと、緑色発光材料に対応するピークと、赤色発光材料に対応するピークとを設けることができる。例えば、発光層３が青色と緑色と赤色の３色の発光材料を含む場合、補助発光材料７の種類数を３にし、青色発光材料に対応する補助発光材料７と、緑色発光材料に対応する補助発光材料７と、赤色発光材料に対応する補助発光材料７とを設けることができる。

照明装置は、上記の有機ＥＬ素子を備える。照明装置は有機ＥＬ素子を備えているため、発光強度が高く、光取り出し効率に優れた照明装置を得ることができる。一つの有機ＥＬ素子の発光面は、例えば、縦１０ｃｍ以上、横１０ｃｍ以上の矩形状にすることができるが、これに限定されるものではない。照明装置は、複数の有機ＥＬ素子を面状に配置するものであってよい。照明装置は、有機ＥＬ素子に給電するための配線構造を備えるものであってよい。照明装置は、有機ＥＬ素子を支持する筐体を備えるものであってよい。照明装置は、有機ＥＬ素子と電源とを電気的に接続するプラグを備えるものであってよい。照明装置は、パネル状に構成することができる。照明装置は面状に構成することができる。照明装置は、厚みを薄くすることができるため、省スペースの照明器具を提供することが可能である。

１ 基板
２ 第１電極
３ 発光層
４ 第２電極
５ 補助発光構造
６ 微小金属体
７ 補助発光材料
８ 発光材料
９ 電荷移動層
１０ 補助発光層
１０ａ 微小金属体含有層
１０ｂ 補助発光材料含有層
１１ 有機層
Ａ０ 混合領域
Ａ１ 微小金属体を含む領域
Ａ２ 補助発光材料を含む領域

Claims (9)

1. 光透過性を有する基板と、光透過性を有する第１電極と、前記基板とは反対側で前記第１電極と対となる第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に設けられた１以上の発光層と、を備えた有機エレクトロルミネッセンス素子であって、
   前記基板の前記第１電極側の面よりも光取り出し側に、補助発光構造を備え、
   前記補助発光構造は、補助発光材料と微小金属体とを含むことを特徴とする、有機エレクトロルミネッセンス素子。
2. 前記補助発光材料の吸収スペクトルのピークは、前記発光層の発光スペクトルのピークと重複していることを特徴とする、請求項１に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
3. 前記補助発光構造は、前記補助発光材料と前記微小金属体とが混合した混合領域により形成されていることを特徴とする、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。
4. 前記補助発光構造は、前記補助発光材料を含む領域と、前記微小金属体を含む領域とが厚み方向に重なって形成されていることを特徴とする、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。
5. 前記補助発光構造は、厚みが１５０ｎｍより小さいことを特徴とする、請求項１〜４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。
6. 前記補助発光構造は、複数種の前記補助発光材料を含むことを特徴とする、請求項１〜５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。
7. 前記発光層は、複数種の発光材料を有し、
   前記補助発光材料の種類数は、前記発光材料の種類数と同じ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ッセンス素子。
8. 前記微小金属体は、粒度分布において複数のピークを有し、
   前記微小金属体の前記ピークの数は、前記補助発光材料の種類数と同じであることを特徴とする、請求項６又は７に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
9. 請求項１〜８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を備える照明装置。

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