JP2016167526A - 有機発光素子、偏光光源、液晶用バックライト - Google Patents

Abstract

【課題】高効率な偏光光源を提供することを目的とする。【解決手段】本発明の構成は以下の通りである。基板、誘電体多層反射層、下部電極、発光層、上部電極を順に含む有機発光素子において、前記発光層内に発光材料がオーダーパラメータ０．４以上で配向しており、前記発光材料の発光スペクトルの半値幅が、前記誘電体多層反射層のストップバンド幅以下である。【選択図】図１

Description

本発明は、偏光光を発する有機発光素子に関する。

従来の偏光光源は、無偏光光源に偏光板を取り付けることで直線偏光を得ていた。しかし、偏光板を用いると、光源から発せられた光のうち５０％のみを利用することになるため、効率が悪い。

また、光源から直接偏光光を出射させる方法としては、特許文献１のように発光材料を配向させる方法がある。ただし高効率な偏光光源とするには、発光材料の遷移モーメントを一軸配向させる必要があり、従来の方法では、十分な配向状態を得るのが難しい。

さらに多くの有機発光素子の場合、反射電極として金属電極を用いているため、表面プラズモン吸収により損失が生じ、効率低下の要因となっている。

本発明では、高効率な偏光光源を提供することを目的とする。

本発明の構成は以下の通りである。基板、誘電体多層反射層、下部電極、発光層、上部電極を順に含む有機発光素子において、前記発光層内に発光材料がオーダーパラメータ０．４以上で配向しており、前記発光材料の発光スペクトルの半値幅が、前記誘電体多層反射層のストップバンド幅以下である。

本発明により、高効率な偏光光源を提供することができる。

本発明の光源装置の一実施の形態における断面図である。 本発明の有機発光素子の一実施の形態における断面図である。 本発明の有機発光素子の一実施の形態における断面図である。 配向ベクトルおよびオーダーパラメータの説明図である。 規格化発光強度と規格化半値幅の関係を示すグラフである。

以下、図面等により本発明を詳細に説明する。以下の説明は本願発明の内容の具体例を示すものであり、本願発明がこれらの説明に限定されるものではなく、本明細書に開示される技術的思想の範囲内において当業者による様々な変更および修正が可能である。また、本発明を説明するための全図において、同一の機能を有するものは、同一の符号を付け、その繰り返しの説明は省略する場合がある。
＜遷移双極子モーメントの方向制御＞
有機分子内における遷移双極子モーメントの方向は分子骨格により制御できる。例えば、分子を構成する原子がすべて同一平面内にあれば、遷移双極子モーメントも分子面内に方向を持つ。また、分子内の、遷移に関わる電子正孔対の分布する一部の原子の配置を同一面内にすることによっても遷移双極子モーメントの方向を制御できる。この場合は、分子を構成する原子がすべて同一平面内にある必要はない。このようにして分子内で遷移双極子モーメントの方向を制御し、これらの有機分子の配向を制御することにより発光層の平均的な遷移双極子モーメントの方向を制御することができる。この平均的な遷移双極子モーメントの向きを表す単位ベクトルを配向ベクトルと呼ぶ。

高効率な偏光光源を得るためには、遷移双極子モーメントを一方向にそろえる必要がある。また、発光材料（本発明では、発光材料を発光ドーパントまたは単にドーパントともいう。）からの発光は、遷移双極子モーメントに対し垂直方向の強度がもっとも強くなる。したがって、遷移双極子モーメントの配向ベクトルが光の取り出し方向に対し、垂直となる面内に存在することでもっとも効率的に偏光光を利用できる。

また、遷移双極子モーメントとは、分子の電気双極子遷移を構成する遷移双極子行列要素のうち、非対角要素である遷移モーメントのことを示し、その絶対値は振動子強度に比例し、その方向は光の放射方向や偏光方向を規定している。より具体的に言うと、電気双極子とはある距離だけ隔たった位置にある異符号の電荷の対（今の場合電子正孔対）を示し、遷移双極子行列要素とは、双極子放射を伴う量子状態間の遷移確率を計算する時に現れる量で、演算子としての双極子モーメントｐの始状態ψｉと終状態ψｆの行列要素Ｐｆｉ＝＜ψｆ｜ｐ｜ψｉ＞のことを示すが、このうち始状態と終状態が異なる電子状態間の遷移（つまり、ψｉ≠ψｆ）を遷移モーメントという。特に、本発明における遷移双極子モーメントとは、有機発光装置の発光に関わる遷移の平均的な遷移双極子モーメントを意味する。

遷移双極子モーメントをそろえた場合に偏光光源の高効率化に対して以下のような寄与が考えられる。一つは、前述のように偏光方向がそろった光が出射されるようになることで、偏光板に吸収される損失が低減し高効率化する。

また、特に高電流密度駆動時に自然放射増幅（ＡＳＥ）が効率的に生じるようになる。ＡＳＥは自然放出光を種として誘導放出が生じ、光が増幅される現象であり、誘導放出確率は励起子密度と誘導放出断面積の積で表される。遷移モーメントをそろえると、自然放出光の偏光方向と、遷移双極子モーメントの方向が揃うため、誘導放出断面積の増加が見込める。このため、更なる高効率化が見込める。
＜プラズモン吸収による有機発光装置の発光効率低下＞
有機発光装置はディスプレイ、光源、照明用装置として有望な技術である。有機発光装置では外部電源から得られる電気エネルギーが有機発光装置における発光層の有機分子に励起子（電子正孔対）を形成し、励起子が緩和する（電子正孔対が結合する）際の余剰エネルギーが可視光となり、この可視光が装置から空気へと出射される。しかしながら、有機発光装置内で有機分子のエネルギーは効率よく光に変換されず、従って外部への光取出し効率を低下させている。この励起有機分子から可視光への変換を妨げるメカニズムは以下のとおりである。

一般的な有機発光装置では金属電極から２５０ｎｍ以内に発光層が存在することが多い。このとき金属電極表面近傍に励起子、即ち電気双極子が存在することになる。このような状況では電気双極子の放射場と金属表面での反射場に含まれるエバネッセント波同士が近接場相互作用する。この近接場相互作用により電気双極子のエネルギーは、金属へトンネルエネルギーとして流れ込み、金属表面プラズモンポラリトンの励起エネルギーに消費される。表面プラズモンポラリトンの励起エネルギーは表面プラズモンポラリトンの有限な寿命のためにジュール熱として散逸する。以上の機構により、励起有機分子から可視光への変換は妨げられてしまう（内部量子効率が低下してしまう）。

しかしながら、自由電子密度が低いＩＴＯなどの導電性酸化物ではプラズモン吸収の影響が低減でき、透明電極と高反射構造を組み合わせることで損失の少ない反射電極を得ることができる。

図１は、本発明における光源装置の一実施の形態における断面図である。図１は、上部電極１０２側から光を取り出すトップエミッション型の光源装置である。図１では、基板１００上に誘電体多層反射層１２０、下部電極１０１、第一のバンク１０４、第二のバンク１０５、有機層１０３、上部電極１０２、封止基板１０７が上記の順で配置されている。図１に図示されていない駆動回路および筐体などが備えられることで光源装置となる。有機発光素子は、上部電極１０２、下部電極１０１および有機層１０３を有する。

下部電極１０１は陽極である。下部電極１０１として陰極でも良い。下部電極１０１はホトリソグラフィーによりパターニングして形成される。

下部電極１０１が陽極の場合、上部電極１０２は陰極となる。下部電極１０１が陰極の場合、上部電極１０２は陽極となる。上部電極１０２がＩＴＯまたはＩＺＯであるとき、ＩＴＯまたはＩＺＯをスパッタ法で形成する際には、スパッタによるダメージを緩和するため、有機層１０３および上部電極１０２の間にバッファ層を設けることがある。バッファ層には、酸化モリブデン、酸化バナジウムなどの金属酸化物を用いる。上部電極１０２は隣接する発光部の下部電極１０１と接続してもよい。これにより、発光部を直列接続することができる。

有機発光素子の側面に形成された第一のバンク１０４は順テーパとなっており、パターンニングされた下部電極１０１の端部を覆い、発光部の部分的なショート故障を防止する。バンク形成材料を塗布した後、所定のフォトマスクを用いて現像露光することにより、第一のバンク１０４が形成される。第一のバンク１０４の有機層１０３が存在する側の表面に撥水性処理を施してもよい。例えば、第一のバンク１０４の表面にフッ素系ガスのプラズマ処理を行い、第一のバンク１０４の表面をフッ素化することで撥水性処理を行う。
これにより、第一のバンク１０４の表面には撥水層が形成される。第一のバンク１０４として、感光性ポリイミドが好ましい。また、第一のバンク１０４として、アクリル樹脂、ノボラック樹脂、フェノール樹脂、非感光性材料なども用いることができる。

第二のバンク１０５は第一のバンク１０４の上に形成される。第二のバンク１０５は逆テーパとなっており、隣接する発光部の上部電極１０２が導通しないようにするために用いられる。バンク形成材料を塗布した後、所定のフォトマスクを用いて現像露光することにより、第二のバンク１０５が形成される。第二のバンク１０５の有機層１０３が存在する側の表面には撥水性処理を施してもよい。例えば、第二のバンク１０５の表面にフッ素系ガスのプラズマ処理を行い、第二のバンク１０５の表面をフッ素化することで撥水性処理を行う。これにより、第二のバンク１０５の表面には撥水層が形成される。第二のバンク１０５として、ネガ型フォトレジストを用いることが好ましい。また、第二のバンク１０５として、アクリル樹脂、ノボラック樹脂、フェノール樹脂、非感光性材料なども用いることができる。

封止基板１０７はガラス基板である。但し、ガラス基板以外でも、適切なガスバリア膜を有するプラスチック基板も用いることができる。

ここで用いる有機発光素子は、単一の素子でも、複数に分割された素子でもかまわない。複数の素子を接続する方法は、各素子を直列、並列またはそれらを組み合わせた方法が挙げられる。

図２は本発明における有機発光素子の一実施の形態における断面図である。有機層１０３は発光層３０３のみの単層構造、あるいは電子注入層３０５、電子輸送層３０４、正孔輸送層３０２及び正孔注入層３０１のいずれか一層以上を含む多層構造でも構わない。電子注入層３０５および電子輸送層３０４、電子輸送層３０４および発光層３０３、発光層３０３および正孔輸送層３０２、正孔輸送層３０２および正孔注入層３０１はそれぞれ接していても構わず、各層の間に上述の他の層を介在させてもよい。また、発光層３０３はホスト分子（以下ホストと称す）及びドーパント分子（以下ドーパントと称す）を含む。図１における有機発光素子に駆動回路および筐体などが備えられることで光源装置となる。
＜発光ドーパント＞
青色ドーパントは４００ｎｍから５００ｎｍの間に室温（２５℃）におけるＰＬスペクトルの最大強度が存在する。緑色ドーパントは５００ｎｍから５９０ｎｍの間に室温におけるＰＬスペクトルの最大強度が存在する。赤色ドーパント５は５９０ｎｍから７８０ｎｍの間に室温におけるＰＬスペクトルの最大強度が存在する。

本発明に係る発光ドーパントとしては、蛍光ドーパントおよび燐光ドーパント骨格に機能性基を付加したものを用いることができる。

蛍光ドーパント骨格としては、ペリレン、ナフタレン、アントラセン、ピレン、フェナントレン、ペンタセン、テトラセン、クリセン、クマリン、コロネン、ペリノン、およびこれらの誘導体などの縮合多環芳香族化合物である平面分子などが挙げられる。

燐光ドーパント骨格としては金属ポルフィリン誘導体、一般式（１）で示される４配位金属錯体が挙げられる。

式中、Ｎ−Ｌ１−Ｘ１およびＸ２−Ｌ２−Ｘ３はそれぞれ２座の配位子を表し、Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３は各々独立に炭素原子、酸素原子または窒素原子を表す。Ｌ１およびＬ２はＮ、Ｘ１およびＸ２、Ｘ３とともに２座の配位子を形成する原子群を表す。中心金属ＭはＮｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｒｈ、Ｉｒを表す。一般式（１）におけるＬ１はベンゾキノリン、フェナントロリンなどの縮合多環芳香族誘導体や、一般式（２）で表される化合物である。

Ｙ１で表わされる芳香族ヘテロ環としては、キノリン環、イソキノリン環、ピリジン環、キノキサリン環、チアゾール環、ピラゾール環、ピリミジン環、ベンゾチアゾール環、オキサゾール環、ベンゾオキサゾール環、インドール環、イソインドール環などがあげられる。Ｙ２で表わされる芳香族炭化水素環または芳香族ヘテロ環としては、Ｙ１にある芳香族ヘテロ環のほかに、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、チオフェン環、ベンゾチオフェン環、フラン環、ベンゾフラン環、フルオレン環、ベンゾピラン環などがあげられる。前記芳香族ヘテロ環や芳香族炭化水素環に機能性基以外の置換基が付加されても構わない。置換基はたとえば、アルキル基（メチル基、エチル基）、置換アルキル基（トリフルオロメチル基）、アルコキシ基（メトキシ基）、ハロゲン原子（フッ素、塩素）、アミノ基、フェニル基などである。

一般式（１）におけるＬ２はＬ１に含まれるものでもよいが、そのほかにアセチルアセトナート誘導体、ピコリネート誘導体、テトラキスピラゾリルボレート誘導体があげられる。
＜機能性基＞
発光ドーパントの分子には、平面状、棒状、正四面体状、正八面体状、球状など様々な形状の分子が存在する。これらの分子に適切な機能性基を付加することで、基板面に対し略垂直あるいは略水平に配向させることができる。分子を配向させることによって、遷移双極子モーメントの方向を制御する。

機能性基としては表面エネルギーが小さいものもしくは下地層との相互作用が大きいものが好ましい。表面エネルギーが小さい機能性基を用いた場合には、成膜中に機能性基としては表面エネルギーが小さいフルオロアルキル基、パーフルオロアルキル基、アルキル基（ただしＣの数が１０以上）、パーフルオロポリエーテル基、シロキシ基（−Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ−）が挙げられる。表面エネルギーを考慮すれば、フルオロアルキル基、パーフルオロポリエーテル基が望ましく、パーフルオロアルキル基がさらに望ましい。フッ素を有する置換基では、フッ素の数が多いほど膜表面へと移動する作用が強い。具体的には、置換基に存在するフッ素の数が７以上であることが望ましい。これらの基は主骨格に直接導入してもよいが、結合角を考慮しアミド結合やエステル結合などを介して導入してもよい。

また下地層との相互作用が大きい機能性基としてはフェニルアミノ基、オキサゾール基、カルバゾール基、ヒドラゾン部位といった下地層（例えば正孔輸送層や電子輸送層など）と類似の構造であるものや、ヒドロキシ基（−ＯＨ）、チオール基（−ＳＨ）、カルボキシル基（−ＣＯＯＨ）、スルホ基（−ＳＯ₃Ｈ）、Ｉ、Ｂｒ、Ｃｌ、Ｆ、ＳＣＮ、ＣＮ、ＮＨ₂、ＮＯ₂、ビピリジル基があげられる。これらの基は、主骨格に直接導入してもよいが、分子の大きさや結合角を考慮し、アルキル鎖などを介して導入してもよい。

一般的な有機発光素子においては、基板面に対し垂直あるいは水平方向を光の出射方向とする場合が多い。したがって配向ベクトルを基板面に対し垂直、および水平とする場合を例に、より詳細に説明する。

配向ベクトルを基板面に対して垂直にする場合、上記機能性基はドーパントに１つ以上付加する必要がある。機能性基は棒状分子の場合には分子の片末端に付加する。平面分子の場合には例えば、一方の配位子にのみ機能性基を付加する。より垂直に配向させるために棒状分子では片方の末端に表面エネルギーが低い機能性基を付加し、もう一方の末端に下地層と相互作用の強い機能性基を付加することが好ましい。また平面分子では、式３の化合物のように一方の配位子に表面エネルギーの低い機能性基を付加し、もう一方の配位子に下地層と相互作用の強い機能性基を付加することが好ましい。

・・・式（３）

配向ベクトルを基板面に対して水平にする場合、上記機能性基はドーパントに２つ以上付加する必要がある。平面状分子の場合には４つ付加することが好ましい。機能性基は棒状分子の場合には分子の両末端に付加する。平面分子の場合には式４の化合物のように分子の重心を通る直線の両端に付加したり、４つの機能性基を付加することでより水平に配向させることができる。

・・・式（４）

より高度な配向制御をおこなうために、本発明にかかる発光ドーパントは光異性化部位を持つことが好ましい。光異性化部位は、アゾベンゼン基またはスチルベン基であり、アゾベンゼン基の方が低照射量で効率よく配向するため、アゾベンゼン基の方がより望ましい。
＜発光分子の配向制御＞
発光ドーパントに付加した機能性基の作用により、以下のような原理で配向制御が行える。

物質の表面は一般に内部（バルク）と異なり片側に同種の分子が存在しないため引力が働かずエネルギーが高く不安定である。そのため、表面エネルギーを低下させるために表面積を小さくするように変形させる力（表面張力）が働く。また、物質内に表面エネルギーの低い官能基を有する分子がある場合には、その官能基を表面に出すことで表面エネルギーを低下させ、安定化する。例えば、水と界面活性剤（両親媒性分子）の場合、界面活性剤は表面エネルギーの低い官能基である疎水基を分子内に有し、その疎水基を水面から出す形で水面に単分子膜を形成することで水面の表面エネルギー低下させている。

本発明の分子は分子内にフルオロアルキル基などの表面エネルギーが低い官能基を有している。ベンゼン環などの部位はそれよりも表面エネルギーが高い。膜が形成される際には、表面エネルギーを小さくするために、上記表面エネルギーの低い官能基を表面に出すように力が働く。機能性基を付加した分子ではこの作用により表面エネルギーの低い官能基を膜表面に移動させることで分子面を基板面に対しおおむね垂直あるいは水平に配向させることができる。

また下地層と相互作用を利用する場合には、下地層と機能性基の間に働く、分子間力、水素結合、配位結合の作用により機能性基が下地層に引き寄せられる。機能性基を付加した場合にはこの作用により分子面を基板面に対しておおむね垂直あるいは水平に配向させることができる。

また、式３の化合物のように、表面エネルギーの低い機能性基と下地層と相互作用の強い基の両方を付加することでより垂直あるいは水平に配向させることができる。

さらに、光異性化部位を含む発光ドーパントにおいては、成膜中に光を照射することにより光異性化部位（アゾベンゼンおよびスチルベン）は、光を照射することによりトランス−シス光異性化反応を起こす。また、アゾベンゼンおよびスチルベンは分子の長軸方向に吸収軸を持つ。アゾベンゼンおよびスチルベンにコリメート光を照射し続けるとシス−トランス光異性化を繰り返し、やがて分子長軸方向がコリメート光の進行方向と平行になる。分子長軸方向がコリメート光の進行方向と平行になると、その光異性化部位はそれ以上光を吸収しきれなくなり、その方向で配向が固定化する。本発明では、アゾベンゼン部位またはスチルベン部位を導入したドーパントを用いて、コリメート光を照射することにより、面内の配向方向の制御が可能となり、より高い配向状態を実現することが可能となる。

他にも、ラビングや下地のパターニング、また成膜に蒸着法を用いる場合には蒸着速度や蒸着時基板温度の制御、塗布法の場合には、溶媒や乾燥速度の制御等を組み合わせることでもより高い配向状態を実現できる。
＜配向ベクトルとオーダーパラメータ＞
配向ベクトルおよびオーダーパラメータは以下のように定義される。図４に配向ベクトルおよびオーダーパラメータの説明図を示す。配向ベクトル４０２は分子（遷移双極子モーメント）の平均的な配向方向を示す単位ベクトルである。また、配向ベクトル４０２はオーダーパラメータを求める際の基準となる方向（ベクトル）である。なお、図４では配向ベクトル４０２と基板の法線ベクトル４０１のなす角をθとしている。次にある分子の遷移双極子モーメント４０３と配向ベクトル４０２のなす角をφとすると、オーダーパラメータＳは次式で表される。
この式より、分子配向が等方的である場合にはオーダーパラメータＳ＝０、配向ベクトル４０２の方向に完全配向した場合にはオーダーパラメータＳ＝１となる。

発光分子からの光放射方向は遷移双極子モーメントに対して垂直方向となる。したがって、配向ベクトルに対して垂直方向に素子の光出射方向を設定することにより、より多くの光を取り出すことができる。すなわち、０°≦θ＜４５°においては基板面に垂直（基板の側面）方向を光出射方向とし、４５°＜θ≦９０°においては基板面に平行方向を光出射方向とすることが好ましい。

遷移双極子モーメントの方向は、公知の方法で評価することができる。例えば、フォトルミネッセンスのＰ偏光成分の放射角度依存性を、有機発光素子に光学接触させた半球レンズ・シリンドリカルレンズを用いて、薄膜デバイスの干渉効果を除いた上で、実験的に測定し、計算機シミュレーションと比較することで、遷移双極子モーメントにおける水平方向成分と垂直方向成分の各々の割合を求めることができる。これはＰ偏光強度の角度依存性が水平成分と垂直成分の割合により決まることによる（Ｓ偏光は水平成分のみから成る）。通常の発光層を構成する有機分子の配向はランダム（等方的）であり、そのため、遷移双極子モーメントの構成成分の割合は水平成分・垂直成分共に５０％である。

他にも入射角を変化させながら偏光ＩＲスペクトル、あるいはラマンスペクトルを測定することで調べることができる。
＜ホスト＞
ホストとして、カルバゾール誘導体、フルオレン誘導体またはアリールシラン誘導体、トリフェニルアミン誘導体などを用いることができる。効率の良い発光を得るためには青色ドーパントの励起エネルギーよりも、ホストの励起エネルギーが十分大きいことが好ましい。なお、励起エネルギーは発光スペクトルを用いて測定される。
＜正孔注入層＞
正孔注入層３０１とは発光効率や寿命を改善する目的で使用される。また、特に必須ではないが、陽極の凹凸を緩和する目的で使用される。正孔注入層３０１を単層もしくは複数層設けてもよい。正孔注入層３０１としては、ＰＥＤＯＴ（ポリ（３、４−エチレンジオキシチオフェン））：ＰＳＳ（ポリスチレンスルホネート）等の導電性高分子が好ましい。その他にも、ポリピロール系やトリフェニルアミン系のポリマー材料を用いることができる。また、低分子（重量平均分子量１００００以下）材料系と組み合わせてよく用いられる、フタロシアニン類化合物やスターバーストアミン系化合物も適用可能である。
＜正孔輸送層＞
正孔輸送層３０２とは正孔を輸送する機能を有する材料からなり、広い意味で正孔注入層３０１、電子阻止層も正孔輸送層に含まれる。正孔輸送層３０２を単層もしくは複数層設けてもよい。正孔輸送層３０２としては、スターバーストアミン系化合物やスチルベン誘導体、ヒドラゾン誘導体、チオフェン誘導体、カルバゾール誘導体などを用いることができる。また、これらの材料に限られるものではなく、これらの材料を２種以上併用しても差し支えない。
＜電子輸送層＞
電子輸送層３０４は発光層３０３に電子を供給する層である。広い意味で電子注入層３０５、正孔阻止層も電子輸送層３０４に含まれる。電子輸送層３０４を単層もしくは複数層設けてもよい。この電子輸送層３０４の材料としては、例えば、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）−４−（フェニルフェノラト）アルミニウム（以下、ＢＡｌｑ）や、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（以下、Ａｌｑ３）、Tris（２、４、６−trimethyl−３−（pyridin−３−ｙｌ）phenyl）borane（以下、３ＴＰＹＭＢ）、１、４−Bis（triphenylsilyl）benzene（以下、ＵＧＨ２）、オキサジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、フラーレン誘導体、フェナントロリン誘導体、キノリン誘導体、ホスフィンオキシド誘導体などを用いることができる。
＜電子注入層＞
電子注入層３０５は陰極から電子輸送層３０４への電子注入効率を向上させる。具体的には、弗化リチウム、弗化マグネシウム、弗化カルシウム、弗化ストロンチウム、弗化バリウム、酸化マグネシウム、酸化アルミニウムが望ましい。また、もちろんこれらの材料に限られるわけではなく、また、これらの材料を２種以上併用しても差し支えない。
＜陽極＞
陽極材料としては、透明性と高い仕事関数を有する材料であれば用いることができる。具体的には、ＩＴＯ、ＩＺＯなどの導電性酸化物が挙げられる。電極のパターン形成は、一般的にはガラス等の基板上にホトリソグラフィーなどを用いて行うことができる。
＜陰極＞
陰極材料は、仕事関数が小さく、透明な導電性材料が好ましい。具体的には、薄いＭｇ：Ａｇ合金やＩＴＯ上に薄いＭｇ：Ａｇ合金を積層したもの、ＬｉＦとＩＺＯの積層体などが挙げられる。また、これらの材料に限定されるものではなく、例えばＬｉＦの代わりとして、Ｃｓ化合物，Ｂａ化合物，Ｃａ化合物などを用いることができる。電極のパターニングは陽極と同様に行うことができる。
＜誘電体多層反射層＞
高屈折誘電体材料と低屈折率誘電材料を交互に積層した多層膜は、各誘電体層の膜厚ｄをｄ＝λ／４ｎ（ｎ：屈折率、λ：波長）とすると波長λnmの光に対して非常に高い反射率を有する反射層となる。誘電体多層膜を構成する誘電体の屈折率差を大きくすることで少ない積層数で高い反射率を実現できる。

誘電体としては、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、ＺｒＯ２、Ｔａ２Ｏ５、Ａｌ２Ｏ３などが挙げられる。これらの材料は可視域に吸収がほとんどないため、これらを用いた反射層では、反射時の吸収損失はほとんど無い。

ＳｉＯ２（ｎ＝１．４２）とＺｒＯ２（ｎ＝２．２１）を用いた場合、中心波長を５４０nmとすると、ＳｉＯ２の膜厚を９５ｎｍ、ＺｒＯ２の膜厚を６１ｎｍとし、８ペア積層することで、９９．９％以上の反射率が得られる。

誘電体多層反射膜には反射率の波長依存性があり、反射率が９５％以上となる領域をストップバンドと呼ぶ。それ以外の波長領域の光は、反射率が低下するため、裏面側に透過してしまう。したがって、発光ドーパントの発光スペクトルと、反射層のストップバンドの関係が重要になる。図は規格化発光強度と規格化半値幅の関係を示したものである。規格化発光強度は、誘電体多層膜の発光強度（積分強度）を理想的な反射膜（全波長領域で反射率が１）の発光強度で規格化したものである。また、規格化半値幅は、発光スペクトルの半値幅（ＦＷＨＭ）を誘電体多層膜のストップバンド幅で規格化したものである。図５より、一般的な金属反射膜の反射率は９０％以上あることから、規格化半値幅が１以下、すなわち発光スペクトルの半値幅をストップバンド幅の以下にすることが好ましい。さらに、規格化半値幅が０．５以下（半値幅がストップバンド幅の１/２以下）である場合には、理想的な反射膜同等の性能を有することから、より好ましい条件である。

誘電体多層膜は、電子ビーム蒸着法、スパッタ法、化学気相成長法（ＣＶD）などを用いて作製することができる。
＜基板＞
基板１００として、ガラス基板があげられる。熱伝導率の高い基板を用いることで、高電流密度駆動時の素子温度上昇を抑制でき、良好な特性を維持できる。熱伝導性の高
い基板としては、Ｓｉ、サファイア、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌなどの金属などがあげられる。
＜塗液＞
塗液は発光層３０３を形成する材料を適切な溶媒に溶解させたものである。以下の説明では、発光層３０３を形成する材料としてホスト、赤色ドーパント、緑色ドーパント及び青色ドーパントが含まれえる場合について述べる。

ここで用いる溶媒は、例えばトルエンなど芳香族炭化水素系溶媒、テトラヒドロフランなどのエーテル系溶媒、アルコール類、フッ素系溶媒など各材料が溶解するものであればよい。また、各材料の溶解度や、乾燥速度の調整のために前述の溶媒を複数混合した混合溶媒でもかまわない。例えば、沸点の異なる溶媒を２種類（第一の溶媒及び第二の溶媒）用意し、そのうち高沸点である第二の溶媒を緑色または青色ドーパントに対し溶媒とすることで緑色ドーパントまたは青色ドーパントの膜表面への移動を促進できる。溶媒の溶解度は液体クロマトグラム法によって測定される。

発光層３０３を成膜法としては乾式法では真空蒸着法など、湿式法（塗布法）としては、スピンコート法、キャスト法、ディップコート法、スプレーコート法、スクリーン印刷法、インクジェット印刷法、スロットダイコート法、グラビアコート法、バーコート法などを挙げることができる。これらの方法のうち１つを用いて、発光層３０３を形成する。

本発明の第一の実施例として図２に示す、有機発光素子を作製した。

ガラス基板上にＳｉＯ２（９８ｎｍ）とＺｒＯ２（６５ｎｍ）の交互積層膜を８ペア電子ビーム蒸着法にて形成する。その後、陽極となるＩＴＯをスパッタ法にて７０ｎｍ成膜する。正孔注入層、正孔輸送層としてそれぞれポリマー系の材料を用いた。発光層はホスト材料としてｍＣＰ（１、３−ビス（カルバゾル−９−イル）ベンゼン）、発光ドーパントとして式３の化合物を用いた。それぞれの材料の重量比を１００：５とした。これらのホスト、発光ドーパントをトルエンに溶解させ塗液を作製した。塗液の固形分濃度は１ｗｔ．％とした。この塗液を用い、スピンコート法にて発光層を形成し、その後、電子輸送層を真空蒸着法にて形成する。次にＬｉＦ層を形成し、陰極としてＩＺＯをスパッタ法にて７０ｎｍ成膜する。最後にガラスの封止基板を用いて封止することで有機発光素子が完成する。

この誘電体多層膜のストップバンド幅はシミュレーションから１４０ｎｍとなった。

この素子の配向ベクトルＤと基板の法線方向のなす角はθ＝０°であり、オーダーパラメータＳ＝０．４５となった。

この素子に電圧を印加すると、基板の法線方向に対して垂直方向からより強い発光が得られた。

また、比較例として、発光ドーパントとして式５に示す材料を用い、また反射膜としてＡｇを用い、第１の実施例と同様の方法で図３に示す素子を作製した。図３は、図２の誘電体多層反射層１２０を金属反射膜１３０に入れ替えたものである。

・・・式（５）

この素子の配向ベクトルＤと基板の法線方向のなす角はθ＝０°であり、オーダーパラメータＳ＝０．０２となった。

本発明の第二の実施例として図に示す、有機発光素子を作製した。

ガラス基板上にＳｉＯ２（９８ｎｍ）とＺｒＯ２（６５ｎｍ）の交互積層膜を８ペア電子ビーム蒸着法にて形成する。その後、陽極となるＩＴＯをスパッタ法にて７０ｎｍ成膜する。正孔注入層、正孔輸送層としてそれぞれポリマー系の材料を用いた。発光層はホスト材料としてｍＣＰ（１、３−ビス（カルバゾル−９−イル）ベンゼン）、発光ドーパントとして式４の化合物を用いた。それぞれの材料の重量比を１００：５とした。これらのホスト、発光ドーパントをトルエンに溶解させ塗液を作製した。塗液の固形分濃度は１ｗｔ．％とした。この塗液を用い、スピンコート法にて発光層を形成し、２ｋＷ高圧水銀ランプから偏光板を通した光を発光層薄膜に照射しながら加熱し、有機発光素子を形成した。照射光量は１．５Ｊ/ｃｍ²とした。その後、電子輸送層を真空蒸着法にて形成する。次にＬｉＦ層を形成し、陰極としてＩＺＯをスパッタ法にて７０ｎｍ成膜する。最後にガラスの封止基板を用いて封止することで有機発光素子が完成する。

この素子の配向ベクトルＤと基板の法線方向のなす角はθ＝７５°であり、オーダーパラメータＳ＝０．５２となった。

この素子に電圧を印加すると、基板面の法線方向に対して平行方向からより強い発光が得られた。

本発明の第三の実施例として図２に示す有機発光素子を作製した。

基板としてＳｉ基板を用いた以外は第二の実施例と同様の方法で有機発光素子を作製した。

各素子に偏光板を取り付け、同一電流密度における偏光光の最大強度を比較した。その結果、比較例に対し、第一の実施例は約１．２倍、第二、第三の実施例は約１．７倍
となった。

また、第三の実施例では、放熱特性が向上したため、第二の実施例よりも高電流密度まで駆動することができ、高輝度を得た。

１００ 基板
１０１ 下部電極
１０２ 上部電極
１０３ 有機層
１０４ 第一のバンク
１０５ 第二のバンク
１０７ 封止基板
１２０ 誘電体多層反射層
１３０ 金属反射膜
３０１ 正孔注入層
３０２ 正孔輸送層
３０３ 発光層
３０４ 電子輸送層
３０５ 電子注入層
４０１ 基板の法線ベクトル
４０２ 配向ベクトルＤ
４０３ 遷移双極子モーメント

Claims (12)

1. 基板、誘電体多層反射層、下部電極、発光層、上部電極を順に含む有機発光素子において、
   前記発光層内に発光材料がオーダーパラメータ０．４以上で配向しており、
   前記発光材料の発光スペクトルの半値幅が、前記誘電体多層反射層のストップバンド幅以下である有機発光素子。
2. 請求項１に記載の有機発光素子において、
   前記発光材料の発光スペクトルの半値幅が、前記誘電体多層反射層のストップバンド幅の１／２以下である有機発光素子。
3. 請求項１または２に記載の有機発光素子において、
   前記発光材料の配向ベクトルと、基板の法線ベクトルのなす角θが０°≦θ＜４５°であり、
   光の出射方向が前記基板の法線方向に対し垂直である有機発光素子。
4. 請求項１または２に記載の有機発光素子において、
   前記発光材料の配向ベクトルと、基板の法線ベクトルのなす角θが４５°＜θ≦９０°であり、
   光の出射方向が前記基板の法線方向に対し平行である有機発光素子。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の有機発光素子において、
   前記発光材料は平面分子または棒状分子である有機発光素子。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載の有機発光素子において、
   前記発光材料は第一の機能性基を含み、
   前記第一の機能性基は、フルオロアルキル基、パーフルオロアルキル基、アルキル基（Ｃの数は１０以上）、パーフルオロポリエーテル基及びシロキシ基、ＯＨ、−ＳＨ、−ＣＯＯＨ、−ＳＯ₃Ｈ、Ｉ、Ｂｒ、Ｃｌ、Ｆ、ＳＣＮ、ＣＮ、ＮＨ₂、ＮＯ₂及びビピリジル基、フェニルアミノ基、オキサゾール基、カルバゾール基及びヒドラゾン部位のうちから１つ以上選ばれる有機発光素子。
7. 請求項１乃至６のいずれかに記載の有機発光素子において、
   前記発光材料は光異性化部位を含む有機発光素子。
8. 請求項７に記載の有機発光素子において、
   前記光異性化部位は、アゾベンゼン基またはスチルベン基である有機発光素子。
9. 請求項１乃至８のいずれかに記載の有機発光素子において、
   前記基板は、Ｓｉ、サファイア、Ｓｉ３Ｎ４またはＡｌの金属で構成する有機発光素子。
10. 請求項１乃至９のいずれかに記載の有機発光素子を備えた偏光光源。
11. 請求項１乃至９のいずれかに記載の有機発光素子と偏光板を備えた偏光光源。
12. 請求項１０または１１に記載の偏光光源を備えた液晶用バックライト。