JP5035248B2

JP5035248B2 - 有機エレクトロルミネッセンス素子並びにこれを備えた照明装置及び表示装置

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Publication number: JP5035248B2
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Inventors: 光横山
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Description

本発明は、白色光を発する有機エレクトロルミネッセンス素子並びにこれを備えた照明装置及び表示装置に関する。

発光素子である有機エレクトロルミネッセンス素子（以下有機ＥＬ素子とする）は、発光材料を選択することによって適当な色彩に発光させることができる。また、発光材料を適当に組み合わせることにより白色光を得ることもできるため、液晶表示装置において照明装置であるバックライト、また低消費電力かつ高輝度であるため蛍光灯やタングステン球に代わる照明光源として利用することが期待されている。

有機ＥＬ素子が液晶表示装置のバックライトとして用いられる場合、液晶パネルの裏面に配置され、その照射光が液晶パネルの液晶層によって変調されることで画像表示がなされる。バックライトとしては、有機ＥＬ素子の他に発光ダイオード（以下ＬＥＤとする）や陰極管が現在広く用いられている。ＬＥＤは点光源、陰極管は線光源であるため、これらの光源から発した光を導光板によって液晶パネルの背面に導く必要があり、装置が厚くなる、光量にムラを生じる、などの欠点がある。しかし、有機ＥＬ素子は面光源であるため、導光板は不要であり、また光量にムラがなく一様な照射光が得られる。

ここで、図２０を用いて一般的な有機ＥＬ素子の構成について説明する。有機ＥＬ素子１１０は、ガラスなどからなる透明基板１１１に、第１の電極１１２、発光層１１４および第２の電極１１５が順に設けられている。第１の電極１１２は、透明基板１１１にスパッタリングなどによってＩＴＯ（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ）またはＩＺＯ（ＩｎｄｉｕｍＺｉｎｃＯｘｉｄｅ）膜を成膜して形成した、透明なものである。発光層１１４は、第１の電極１１２に有機発光材料を成膜して形成する。第２の電極１１５は、発光層１１４に真空蒸着法などによって金属を蒸着して形成する。

発光層１１４では、第１の電極１１２と第２の電極１１５との間に電圧を印加することによって陽極である第１の電極１１２から注入された正孔と陰極である第２の電極１１５から注入された電子とが再結合して発光する。この光が第１の電極１１２および透明基板１１１を透過することで、使用者には有機ＥＬ素子１１０が発光して見える。発光層１１４は添加するドーパントによって発する光の波長を変化させることが可能である。

有機ＥＬ素子１１０で白色の光を得る方法としては、２波長の光を混合する方法（２波長型）と、３波長の光を混合する方法（３波長型）とがある。

２波長型としては、
１．発光層１１４に青色およびその補色である橙色を発光させる方法（ＥＬ＋ＥＬ）
２．青色に発光する単層の発光層１１４の近傍にその発光を吸収して橙色の蛍光を発する蛍光体またはリン光を発するリン光体を設ける方法（ＥＬ＋ＰＬ）
とが挙げられる。１．のＥＬ＋ＥＬの場合、発光層１１４は、各色に発光する層を別の層としてもよいし、単層に各色に発光するドーパントを混合して、２色の光の混合により白色に発光するものとしてもよい。なお、ＥＬはＥｌｅｃｔｒｏＬｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅを、ＰＬはＰｈｏｔｏＬｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅを意味する。

３波長型としては、
１．発光層１１４に青色、緑色および赤色を発光させる方法（ＥＬ＋ＥＬ＋ＥＬ）
２．青色に発光する単層の発光層１１４の近傍にその発光を吸収して緑色および赤色に発光する蛍光体またはリン光体を設ける方法（ＥＬ＋ＰＬ＋ＰＬ）
３．紫外線を発する単層の発光層１１４の近傍にその発光を吸収して青色、緑色および赤色に発光する蛍光体またはリン光体を設ける方法（ＥＬ＋ＰＬ＋ＰＬ＋ＰＬ）
とが挙げられる。１．のＥＬ＋ＥＬ＋ＥＬの場合、発光層１１４は、各色に発光する層を別の層としてもよいし、単層に各色に発光するドーパントを混合して、３色の光の混合により白色に発光するものとしてもよい。

また、演色性を向上させるために青色、緑色、赤色の３色に青緑色を加える４波長型なども考えられる。

発光層１１４の発光には、添加するドーパントによって一般に蛍光とリン光の２種類があるが、現在の技術水準において、それぞれ発する色の発光効率および発光寿命について表１に示すような特徴がある。表１において、「可」は「優良」、「良好」よりは劣るが実用は不可能ではないレベルであることを示している。

表１から分かるように、蛍光、リン光とも緑色の発光については他の色と比べて発光効率、発光寿命ともほぼ優れている。しかし、蛍光では青色の発光寿命、赤色の発光効率および発光寿命については緑色より劣っており、リン光では青色の発光寿命が他の色と比べて非常に短い。

有機ＥＬ素子の場合、発光輝度と電流密度がほぼ比例するため、発光輝度を高めるためには印加電圧を高くし、注入電流を増やして電流密度を上げればよい。しかし、発光寿命は電流密度の１．５〜２乗に反比例して悪くなるため、できるだけ電流密度を下げて、すなわち印加電圧を低くして、発光した光はできるだけ効率よく使いたいという要求がある。

また、液晶表示装置のバックライトには、一般に２０００〜４０００ｃｄ／ｍ^２程度の正面輝度が必要である。しかし、白色光源としての有機ＥＬ素子では前述のように各色の発光効率、発光寿命にばらつきがあるため、十分な発光寿命が得られる電流密度とした場合、１０００〜１５００ｃｄ／ｍ^２程度の正面輝度しか得られないという問題があった。

図２０の有機ＥＬ素子１１０のような層構成を備える有機ＥＬ素子は、発光層１１４で発生した光のうち透明基板１１１から外部に出ることができるものの割合、すなわち光の取り出し効率が１５〜２０％程度と非常に少ないという問題がある。これは、臨界角以上の角度で透明基板１１１と空気との界面、すなわち観察面に入射する光は全反射を起こすため透明基板１１１の観察面からは外部に出られないことや、透明基板１１１と第１の電極１１２との界面および第１の電極１１２と発光層１１４との界面でも入射角の大きな光が全反射によって第１の電極１１２および発光層１１４で導波して透明基板１１１の観察面から外部に出られず、有機ＥＬ素子１１０の側面方向に逃げるためと考えられている。

この光の取り出し効率を向上させる方法として、特許文献１では透明基板の光を導出する面を多数の凸レンズ形状として透明基板に集光性を付与する方法、特許文献２では発光層の光取り出し側の反対側にミラーを設ける方法が提案されている。これらの方法では、微少な素子においては凸レンズ形状の形成が困難、薄い発光層にテーパー上の加工を施してミラーを形成するのが困難といった問題点がある。また、特許文献３では基板上に透明電極と、第１の誘電体層と、発光層と、第２の誘電体層と背面電極とを順次積層した有機ＥＬ素子において透明電極と第１の誘電体層の間に両者の中間の屈折率を有する第３の誘電体層を設けて外部への光の透過率を改善する方法が提案されているが、全反射を防ぐことができない。

これらの問題を解決すべく、特許文献４では、上述の有機ＥＬ素子における透明基板と第１の電極との界面、第１の電極と発光層との界面などに回折格子を形成し、回折格子で臨界角以上の入射角の光の出射角を臨界角以下に変化させることによって光の取り出し効率を向上させる方法が提案されている。

また、特許文献５では背面金属電極上に発光層と透明導電性膜とガラス板とを順に備えた有機ＥＬ素子において透明導電性膜とガラス板との間に低屈折率体を設け、低屈折率体およびガラス板からの光の取り出し率を向上させる方法が提案されている。

特開昭６３−３１４７９５号公報（第２頁、第１図）特開平１−２２０３９４号公報（第２頁、第３頁、第１図）特開昭６２−１７２６９１号公報（第２頁、第３頁、第１図）特開平１１−２８３７５１号公報（第３頁、第４頁、図２）特開２００１−２０２８２７号公報（第２頁〜第５頁、図３）

特許文献５で提案された有機ＥＬ素子では、界面の全反射により光が閉じこめられやすい高い屈折率を有する有機層と透明電極層の合わせた層厚を、光の波長よりも十分に小さくしないと、効果が現れにくく、有機層の設計の自由度が失われるという欠点がある。

また、特許文献４で提案された有機ＥＬ素子において用いられた回折格子は、その格子の形状および格子定数によって決定される特定の波長範囲の光だけ回折を起こすため、広い範囲の波長の光が同時に発する白色光源としての有機ＥＬ素子に用いられた場合、光の取り出し効率が特定の波長だけ突出してしまい、色のバランスが崩れ、白色の品位を低下させてしまう可能性がある。

また、白色光源の有機ＥＬ素子としては、前述のように２波長型または３波長型のものがある。液晶のバックライトなどで使用する際の演色性を考慮すると、最低でも赤色・緑色・青色の３色以上の混色により白色を得ることが望ましい。

ここで、図３に示す発光スペクトルを有し、白色に発光する有機ＥＬ素子に、１次元の回折格子を設けて、回折により複数の波長の光の取り出し効率を向上させる場合について説明する。図３のスペクトルでは、６３０ｎｍ（赤色）、５２０ｎｍ（緑色）、４７５ｎｍ（青緑色）、４５０ｎｍ（青色）の近傍に発光強度の極大値を有する。よって、回折させても白色の品位を低下させないため、これらの全ての極大値での波長の光について取り出し効率を向上させるには、発光層で発生した光が有機ＥＬ素子中で感じる実効屈折率が１．７である場合、例えば、
（１）格子定数ｄ＝４．０８μｍで１１次、１３次、１４次、１５次
（２）格子定数ｄ＝７．７８μｍで２１次、２５次、２８次、２９次
（３）格子定数ｄ＝２１．８６μｍで５９次、７１次、７７次、８３次
の回折を用いる方法が考えられる。なお、この場合の回折とは、素子を構成している各々の層のいずれかの層間界面で全反射することによって素子外に取り出すことができない光を、屈折率周期構造により基板に垂直な方向に回折させることをいう。この場合、各次数に対応する波長は各々の場合の各次数について前述の順に、
（１）６３０ｎｍ、５３３ｎｍ、４９５ｎｍ、４６２ｎｍ
（２）６３０ｎｍ、５２９ｎｍ、４７３ｎｍ、４５６ｎｍ
（３）６３０ｎｍ、５２４ｎｍ、４８３ｎｍ、４４８ｎｍ
となる。

この方法では、
１．かなり大きな次数の回折を利用しているので、大きな回折効率が期待できない上に、より次数の低い回折による不要な回折光が多く、光取り出しの効果が少ない、
２．１次元格子であるため、光の進む方向が屈折率変調の方向（格子に垂直な方向）からずれるにしたがって、回折される波長もずれ、回折効率も落ちる上に、光の進む方向が屈折率変調の方向に対して垂直な方向（格子と平行な方向）になると、回折そのものが起きなくなる、
といった欠点がある。

そこで、本発明は、可視光領域で３色以上の波長の光に強く作用する２次元回折格子を設けることによって、高輝度、高品位の白色光を得ることのできる白色有機ＥＬ素子並びにこれを備えた表示装置及び照明装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、白色光を発する有機エレクトロルミネッセンス素子において、基板と、前記基板上に形成された第１の電極と、前記第１の電極上に形成された発光層と、前記発光層上に形成された第２の電極と、を備え、前記基板の内部の前記第１の電極の近傍、前記基板と前記第１の電極との界面、前記第１の電極と前記発光層との界面および前記発光層と前記第２の電極との界面のうち１個以上の部分に、２次元の並進対称性を有する屈折率分布を設け、前記屈折率分布の周期性により、前記発光層において発した白色光に含まれる可視光領域の３個以上の波長の光を回折させることを特徴とする。

また本発明は、白色光を発する有機エレクトロルミネッセンス素子において、基板と、前記基板上に形成された第１の電極と、前記第１の電極上に形成された発光層と、前記発光層上に形成された第２の電極と、を備え、前記基板の内部の前記第１の電極の近傍および前記基板と前記第２の電極との間の各層間の界面のうち、１個以上の部分に、２次元の並進対称性を有する屈折率分布を設け、前記屈折率分布の周期性により、前記発光層において発した白色光に含まれる可視光領域の３個以上の波長の光を回折させることを特徴とする。

また本発明は、白色光を発する有機エレクトロルミネッセンス素子において、基板と、前記基板上に形成された第１の電極と、前記第１の電極上に形成された発光層と、前記発光層上に形成された第２の電極と、を備え、前記基板と前記第２の電極との間に、２次元の並進対称性を有する屈折率分布を設け、前記屈折率分布の周期性により、前記発光層において発した白色光に含まれる可視光領域の３個以上の波長の光を回折させることを特徴とする。

本発明によると、白色光を発する有機ＥＬ素子において、内部に設けた２次元の並進対称性を有する屈折率分布の周期性により、これらの界面に臨界角以上の入射角で入射する発光層からの光のうち可視光領域の３個以上の波長の光を回折させることで、白色光の品位を下げることなく輝度を向上させることができる。

また本発明によると、上記構成の有機ＥＬ素子を備えることによって、高輝度、長寿命の照明装置を得ることができる。また、液晶パネルと上記構成の有機ＥＬ素子を備えることによって、高輝度、長寿命のバックライトを備えた表示装置を得ることができる。

この照明装置または表示装置において、有機ＥＬ素子の液晶パネルに対向する面に複屈折性を有するシートおよび光の拡散性を有するシートのうち少なくとも一方を設けること、または有機ＥＬ素子の透明基板が複屈折性と光の拡散性のうち少なくとも一方を有するものとすることによって、液晶パネルによって有機ＥＬ素子からの光が偏光しても白色のバランスが崩れないため、表示装置の表示画像を鮮明なものとすることができる。

は、本発明の第１の実施形態にかかる有機ＥＬ素子の概略構成図である。は、本発明の第１の実施形態にかかる斜交格子の回折格子の拡大した部分平面図である。は、回折格子を設けていない有機ＥＬ素子の発光スペクトルである。は、図３の発光スペクトルを５１０ｎｍ近傍で規格化したものである。は、本発明の第２の実施形態にかかる正方格子の回折格子の拡大した部分平面図である。は、本発明の第２の実施形態にかかる別の正方格子の回折格子の拡大した部分平面図である。は、本発明の第３の実施形態にかかる三角格子の回折格子の拡大した部分平面図である。は、本発明の別の実施形態にかかる単純長方格子の回折格子の拡大した部分平面図である。は、本発明の別の実施形態にかかる面心長方格子の回折格子の拡大した部分平面図である。は、本発明の別の実施形態にかかる有機ＥＬ素子の概略構成図である。は、本発明の別の実施形態にかかる有機ＥＬ素子の概略構成図である。は、本発明の別の実施形態にかかる有機ＥＬ素子の概略構成図である。は、本発明にかかる表示装置の斜視図である。は、本発明にかかる照明装置の斜視図である。は、実施例にかかる有機ＥＬ素子の概略構成図である。は、参照用の有機ＥＬ素子の発光スペクトルである。は、実施例１にかかる有機ＥＬ素子と参照用の有機ＥＬ素子の発光スペクトルである。は、実施例２にかかる有機ＥＬ素子と参照用の有機ＥＬ素子の発光スペクトルである。は、実施例３にかかる有機ＥＬ素子と参照用の有機ＥＬ素子の発光スペクトルである。は従来の有機ＥＬ素子の概略構成図である。

符号の説明

１０有機ＥＬ素子
１１透明基板
１２第１の電極
１３回折格子
１４発光層
１５第２の電極
２０液晶表示装置
２１液晶パネル
２２バックライト
４０照明装置
４１枠体

〈第１の実施形態〉
本発明の第１の実施形態について、図を用いて説明する。図１は、第１の実施形態にかかる有機ＥＬ素子の概略構成図、図２は回折格子の拡大した部分平面図である。

まず、有機ＥＬ素子１０の構成について説明する。図１に示すように、有機ＥＬ素子１０は、透明基板１１に、第１の電極１２、回折格子１３、発光層１４および第２の電極１５が順に設けられている。

透明基板１１としては、透明であればガラスや樹脂などの材料を用いることができる。ガラス、プラスチック等の種類には特に限定はないが、好ましく用いられるものとしては、ガラス、石英、透明樹脂フィルムを挙げることができる。特に好ましいものは、有機ＥＬ素子１０にフレキシブル性を与えることが可能な樹脂フィルムである。樹脂フィルムの表面には、無機物、有機物の被膜またはその両者のハイブリッド被膜が形成されていてもよく、水蒸気透過度が０．０１ｇ／ｍ^２・ｄａｙ・ａｔｍ以下のバリア性フィルムであることが好ましく、更には、酸素透過度１０^−３ｇ／ｍ^２／ｄａｙ以下、水蒸気透過度１０^−５ｇ／ｍ^２／ｄａｙ以下の高バリア性フィルムであることが好ましい。

該バリア膜を形成する材料としては、水分や酸素など素子の劣化をもたらすものの浸入を抑制する機能を有する材料であればよく、例えば、酸化珪素、二酸化珪素、窒化珪素などを用いることができる。更に該膜の脆弱性を改良するためにこれら無機層と有機材料からなる層の積層構造を持たせることがより好ましい。無機層と有機層の積層順については特に制限はないが、両者を交互に複数回積層させることが好ましい。

該バリア膜の形成方法については、特に限定はなく、例えば真空蒸着法、スパッタリング法、反応性スパッタリング法、分子線エピタキシー法、クラスタ−イオンビーム法、イオンプレーティング法、プラズマ重合法、大気圧プラズマ重合法、プラズマＣＶＤ法、レーザーＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法、コーティング法などを用いることができるが、特開２００４−６８１４３号に記載されているような大気圧プラズマ重合法によるものが特に好ましい。

陽極である第１の電極１２としては、仕事関数の大きい（４ｅＶ以上）金属、合金、電気伝導性化合物及びこれらの混合物を電極物質とするものが好ましく用いられる。このような電極物質の具体例としてはＡｕ等の金属、ＣｕＩ、ＩＴＯ（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ）、ＳｎＯ_２、ＺｎＯ等の導電性透明材料が挙げられる。第１の電極１２はこれらの電極物質を蒸着やスパッタリング等の方法により、透明基板１１上に薄膜を形成させ、フォトリソグラフィ等の手法で所望の形状のパターンを形成する。第１の電極１２より発光を取り出す場合には、透過率を１０％より大きくすることが望ましく、また陽極としてのシート抵抗は数百Ω／□以下が好ましい。更に膜厚は材料にもよるが、通常１０〜１０００ｎｍ、好ましくは１０〜２００ｎｍの範囲で選ばれる。また、第１の電極１２には、発光層１４との界面に回折格子１３が形成されている。

陰極である第２の電極１５としては、仕事関数の小さい（４ｅＶ以下）金属（電子注入性金属と称する）、合金、電気伝導性化合物及びこれらの混合物を電極物質とするものが用いられる。このような電極物質の具体例としては、ナトリウム、ナトリウム−カリウム合金、マグネシウム、リチウム、マグネシウム／銅混合物、マグネシウム／銀混合物、マグネシウム／アルミニウム混合物、マグネシウム／インジウム混合物、アルミニウム／酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）混合物、インジウム、リチウム／アルミニウム混合物、希土類金属等が挙げられる。第２の電極１５はこれらの電極物質を蒸着やスパッタリング等の方法により薄膜を形成させることにより、作製することができる。また、陰極としてのシート抵抗は数百Ω／□以下が好ましく、膜厚は通常１０ｎｍ〜５μｍ、好ましくは５０〜２００ｎｍの範囲で選ばれる。

発光層１４は、第１の電極１２、第２の電極１５、後述する電子輸送層及び正孔輸送層から注入されてくる電子及び正孔が再結合して燐光もしくは蛍光を発する層であり、発光する部分は発光層１４の層内であっても発光層１４と隣接層との界面であってもよい。

近年、プリンストン大から励起三重項からの燐光発光を用いる有機ＥＬ素子の報告がされて以来（Ｍ．Ａ．Ｂａｌｄｏｅｔａｌ．，ｎａｔｕｒｅ、３９５巻、１５１〜１５４頁（１９９８年））、室温で燐光を示す材料の研究が活発になってきている（例えば、Ｍ．Ａ．Ｂａｌｄｏｅｔａｌ．，ｎａｔｕｒｅ、４０３巻、１７号、７５０〜７５３頁（２０００年）、米国特許第６，０９７，１４７号明細書等）。励起三重項を使用すると、内部量子効率の上限が１００％となるため、励起一重項の場合に比べて原理的に発光効率が最大４倍となり、発光効率を著しく向上させることができる。

Ｔｈｅ１０ｔｈＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＷｏｒｋｓｈｏｐｏｎＩｎｏｒｇａｎｉｃａｎｄＯｒｇａｎｉｃＥｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ（ＥＬ’００、浜松）では、燐光性化合物についていくつかの報告がなされている。例えば、Ｉｋａｉらはホール輸送性の化合物を燐光性化合物のホストとして用いている。また、Ｍ．Ｅ．Ｔｏｍｐｓｏｎらは各種電子輸送性材料を燐光性化合物のホストとして、これらに新規なイリジウム錯体をドープして用いている。更に、Ｔｓｕｔｓｕｉらはホールブロック層の導入により高い発光効率を得ている。

燐光性化合物のホスト化合物については、例えば、Ｃ．Ａｄａｃｈｉｅｔａｌ．，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，７７巻、９０４頁（２０００年）等に詳しく記載されている。

また、ホスト化合物、及びドーパント化合物として燐光性化合物を各々含有する発光層を有する素子において、前記ホスト化合物としてカルバゾール誘導体を適用した例としては、４，４′−Ｎ，Ｎ′−ｄｉｃａｒｂａｚｏｌｅ−ｂｉｐｈｅｎｙｌ（ＣＢＰ）等が最も一般的である。ＣＢＰ以外のカルバゾール誘導体としては、特開２００１−２５７０７６号公報、同２００２−１０５４４５号公報等に高分子タイプが、同２００１−３１３１７９号公報、同２００２−７５６４５号公報等、中でも特定構造を有するカルバゾール誘導体が記載されている。

これら従来の化合物においては、発光輝度および耐久性を両立しうる構成が課題で、特に、緑色より短波な発光については緑より長波長に比べて発光効率が低いことが課題となっている。

本発明の有機ＥＬ素子１０の発光層１４においても、以下に示すホスト化合物とリン光性化合物（リン光発光性化合物ともいう）が含有されることが好ましい。

公知のホスト化合物の具体例としては、以下の文献に記載されている化合物が挙げられる。特開２００１−２５７０７６号公報、特開２００２−３０８８５５号公報、同２００１−３１３１７９号公報、同２００２−３１９４９１号公報、同２００１−３５７９７７号公報、同２００２−３３４７８６号公報、同２００２−８８６０号公報、同２００２−３３４７８７号公報、同２００２−１５８７１号公報、同２００２−３３４７８８号公報、同２００２−４３０５６号公報、同２００２−３３４７８９号公報、同２００２−７５６４５号公報、同２００２−３３８５７９号公報、同２００２−１０５４４５号公報、同２００２−３４３５６８号公報、同２００２−１４１１７３号公報、同２００２−３５２９５７号公報、同２００２−２０３６８３号公報、同２００２−３６３２２７号公報、同２００２−２３１４５３号公報、同２００３−３１６５号公報、同２００２−２３４８８８号公報、同２００３−２７０４８号公報、同２００２−２５５９３４号公報、同２００２−２６０８６１号公報、同２００２−２８０１８３号公報、同２００２−２９９０６０号公報、同２００２−３０２５１６号公報、同２００２−３０５０８３号公報、同２００２−３０５０８４号公報、同２００２−３０８８３７号公報等。

リン光性化合物は、有機ＥＬ素子の発光層に使用される公知のものの中から適宜選択して用いることができるが、好ましくは元素の周期表で８族〜１０族の金属を含有する錯体系化合物であり、更に好ましくはイリジウム化合物、オスミウム化合物、または白金化合物（白金錯体系化合物）、希土類錯体であり、中でも最も好ましいのはイリジウム化合物である。

発光層１４は上記化合物を、例えば、真空蒸着法、スピンコート法、キャスト法、ＬＢ法、インクジェット法等の公知の薄膜化法により製膜して形成することができる。

本発明においては、発光層１４は発光極大波長が各々４３０〜４８０ｎｍ、４９０〜５４０ｎｍ、６００〜６４０ｎｍの範囲にある発光スペクトルの異なる少なくとも３層以上の層を含む。発光極大波長が４３０〜４８０ｎｍにある層を青色および青緑色発光層、４９０〜５４０ｎｍにある層を緑色発光層、６００〜６４０ｎｍの範囲にある層を赤色発光層と以下称する。発光層の積層順としては、特に制限はなく、また各発光層間に非発光性の中間層を有していてもよい。本発明においては、少なくとも一つの青色および青緑色発光層が、全発光層中最も第１の電極１２に近い位置に設けられていることが好ましい。

発光層１４の膜厚の総和は特に制限はないが、通常２ｎｍ〜５μｍ、好ましくは２〜２００ｎｍの範囲で選ばれる。本発明においては、更に１０〜２０ｎｍの範囲にあるのが好ましい。

個々の発光層の膜厚は、好ましくは２〜１００ｎｍの範囲で選ばれ、２〜２０ｎｍの範囲にあるのが更に好ましい。青色および青緑色、緑色、赤色の各発光層の膜厚の関係については、特に制限はないが、３発光層中、青色および青緑色発光層（複数層ある場合はその総和）が最も厚いことが好ましい。

また、本発明に用いられる封止手段としては、例えば封止部材（不図示）と、透明基板１１と第１の電極１２と第２の電極、とを接着剤で接着する方法を挙げることができる。封止部材としては、有機ＥＬ素子１０の表示領域を覆うように配置されておればよく、凹板状でも、平板状でもよい。また、透明性、電気絶縁性は特に問わない。具体的には、ガラス板、ポリマー板・フィルム、金属板・フィルム等が挙げられる。

また、本発明にかかる有機ＥＬ素子１０の構成として、上記のものの他に、例えば陽極／発光層ユニット／電子輸送層／陰極からなるもの、陽極／正孔輸送層／発光層ユニット／電子輸送層／陰極からなるもの、陽極／正孔輸送層／発光層ユニット／正孔阻止層／電子輸送層／陰極からなるもの、陽極／正孔輸送層／発光層ユニット／正孔阻止層／電子輸送層／陰極バッファー層／陰極からなるもの、陽極／陽極バッファー層／正孔輸送層／発光層ユニット／正孔阻止層／電子輸送層／陰極バッファー層／陰極からなるものが挙げられるが、本発明はこれらに限定されるものではない。また、正孔注入層、中間層、電子輸送層、電子注入層等のその他の層を備えていてもよい。

ここで、本発明の有機ＥＬ素子の構成層として用いられる、注入層、阻止層、電子輸送層等について説明する。

注入層とは、駆動電圧低下や発光輝度向上のために電極と有機層間に設けられる層のことで、必要に応じて設けられる。電子注入層（陰極バッファー層）と正孔注入層（陽極バッファー層）があり、上記の如く陽極と発光層または正孔輸送層の間、及び陰極と発光層または電子輸送層との間に存在させてもよい。

陽極バッファー層（正孔注入層）は、銅フタロシアニンに代表されるフタロシアニンバッファー層、酸化バナジウムに代表される酸化物バッファー層、アモルファスカーボンバッファー層、ポリアニリン（エメラルディン）やポリチオフェン等の導電性高分子を用いた高分子バッファー層等が挙げられる。

陰極バッファー層（電子注入層）は、ストロンチウムやアルミニウム等に代表される金属バッファー層、フッ化リチウムに代表されるアルカリ金属化合物バッファー層、フッ化マグネシウムに代表されるアルカリ土類金属化合物バッファー層、酸化アルミニウムに代表される酸化物バッファー層等が挙げられる。上記バッファー層（注入層）はごく薄い膜であることが望ましく、素材にもよるがその膜厚は０．１ｎｍ〜５μｍの範囲が好ましい。

正孔阻止（ホールブロック）層は、上記の如く、有機化合物薄膜の基本構成層の他に必要に応じて設けられるものである。正孔阻止層とは広い意味では電子輸送層の機能を有し、電子を輸送する機能を有しつつ正孔を輸送する能力が著しく小さい正孔阻止材料からなり、電子を輸送しつつ正孔を阻止することで電子と正孔の再結合確率を向上させることができる。また、後述する電子輸送層の構成を必要に応じて、本発明に係わる正孔阻止層として用いることができる。

正孔輸送層とは正孔を輸送する機能を有する正孔輸送材料からなり、広い意味で正孔注入層、電子阻止層も正孔輸送層に含まれる。正孔輸送層は単層または複数層設けることができる。正孔輸送材料としては、正孔の注入または輸送、電子の障壁性のいずれかを有するものであり、有機物、無機物のいずれであってもよいが、ポルフィリン化合物、芳香族第３級アミン化合物及びスチリルアミン化合物、特に芳香族第３級アミン化合物を用いることが好ましい。

正孔輸送層は上記正孔輸送材料を、例えば、真空蒸着法、スピンコート法、キャスト法、インクジェット法を含む印刷法、ＬＢ法等の公知の方法により、薄膜化することにより形成することができる。正孔輸送層の膜厚については特に制限はないが、通常は５ｎｍ〜５μｍ程度、好ましくは５〜２００ｎｍである。この正孔輸送層は上記材料の１種または２種以上からなる一層構造であってもよい。

電子輸送層とは電子を輸送する機能を有する材料からなり、広い意味で電子注入層、正孔阻止層も電子輸送層に含まれる。電子輸送層は単層または複数層設けることができる。

発光層に対して陰極側に隣接する電子輸送層に用いられる電子輸送材料（正孔阻止材料を兼ねる）としては、陰極より注入された電子を発光層に伝達する機能を有していればよく、例えば、ニトロ置換フルオレン誘導体、ジフェニルキノン誘導体、チオピランジオキシド誘導体、カルボジイミド、フレオレニリデンメタン誘導体、アントラキノジメタン及びアントロン誘導体、オキサジアゾール誘導体、チアジアゾール誘導体、キノキサリン誘導体、等を用いることができる。更にこれらの材料を高分子鎖に導入した、またはこれらの材料を高分子の主鎖とした高分子材料を用いることもできる。また、８−キノリノール誘導体の金属錯体、例えば、トリス（８−キノリノール）アルミニウム（Ａｌｑ）、トリス（５，７−ジクロロ−８−キノリノール）アルミニウム、トリス（５，７−ジブロモ−８−キノリノール）アルミニウム、トリス（２−メチル−８−キノリノール）アルミニウム、トリス（５−メチル−８−キノリノール）アルミニウム、ビス（８−キノリノール）亜鉛（Ｚｎｑ）等、及びこれらの金属錯体の中心金属がＩｎ、Ｍｇ、Ｃｕ、Ｃａ、Ｓｎ、ＧａまたはＰｂに置き替わった金属錯体も、電子輸送材料として用いることができる。

電子輸送層は上記電子輸送材料を、例えば、真空蒸着法、スピンコート法、キャスト法、インクジェット法を含む印刷法、ＬＢ法等の公知の方法により、薄膜化することにより形成することができる。電子輸送層の膜厚については特に制限はないが、通常は５ｎｍ〜５μｍ程度、好ましくは５〜２００ｎｍである。電子輸送層は上記材料の１種または２種以上からなる一層構造であってもよい。

図１では有機ＥＬ素子として透明基板１１側から光が出射するボトムエミッションタイプのものを示しているが、透明または不透明の基板上に金属からなる陽極、発光層、透明な陰極を順に備え、透明な陰極から光が出射するトップエミッションタイプのものであってもよい。

有機ＥＬ素子１０は、第１の電極１２と第２の電極１５との間に電圧を印加することによって、第１の電極１２から注入された正孔と第２の電極１５から注入された電子とが発光層１４で再結合して発光する。

透明基板１１として屈折率が１．５程度のガラス、第１の電極１２として屈折率が２．０程度のＩＴＯ、発光層１４として屈折率が１．９程度の有機物質が用いられた場合、発光層１４で発生した光が有機ＥＬ素子１０中で感じる実効屈折率ｎは１．７程度となる。よって、この屈折率が１．７であるとき、発光層１４で発生した光の有機ＥＬ素子１０中での実効波長λａと空気中での波長λｂとの関係は、λａ＝λｂ／ｎ＝λｂ／１．７となる。ここで、実効波長とは伝搬媒質すなわち有機ＥＬ素子１０の透明基板１１、第１の電極１２および発光層１４内での光の波長をいう。また、実効屈折率ｎは、各部に用いる材料等によって変化し、ここで用いる値である１．７は一例である。ｎは通常１．６〜１．９程度の値を取り得るものであり、好ましくは１．７〜１．８である。

回折格子１３は、図２に示すように第１の電極１２と発光層１４との界面の、斜交格子（平行四辺形格子）の各格子点上に形成された円柱状、角柱状などの形状の凹凸からなる２次元的な周期屈折率分布を有する、表面レリーフ型と呼ばれるものであり、凹凸は第１の電極１２側が突出していても、発光層１４側が突出していても構わない。

ここで、有機ＥＬ素子１０と同じ構成であり、回折格子１３が設けられていない点のみが異なる有機ＥＬ素子の可視光領域での発光スペクトルを図３に示す。これは、演色性に優れる白色の一般的なスペクトルであり、６３０ｎｍの赤色、５１０ｎｍの緑色、４７５ｎｍの青緑色、４５０ｎｍの青色近傍にそれぞれ極大値を持つ。白色を得るには、赤色、緑色、青色の三原色で足りるが、演色性を向上させるために青緑色の光も加えている。

図２に示す回折格子１３は、ａ＝４３８ｎｍ、ｂ＝３７９ｎｍ、ｃ＝３１３ｎｍの斜交格子であり、Ａ＝７７．９°、Ｂ＝５７．８°、Ｃ＝４４．３°である。ここで、図２に示すようにｘ軸、ｙ軸およびベクトルｐ、ベクトルｑを定義すると、ベクトルｐ、ベクトルｑはこの斜交格子の基本並進ベクトルであり、
ベクトルｐ＝（ｐ_ｘ，ｐ_ｙ）＝（ｃｃｏｓＢ，ｃｓｉｎＢ）
＝（３１３ｃｏｓ５７．８°，３１３ｓｉｎ５７．８°）
＝（１６７，２６５）、
ベクトルｑ＝（ｑ_ｘ，ｑ_ｙ）＝（ｂｃｏｓＣ，−ｂｓｉｎＣ）
＝（３７９ｃｏｓ４４．３°，−３７９ｓｉｎ４４．３°）
＝（２７１，−２６５）
となる。

ここで、ベクトルｐ、ベクトルｑおよび整数Ｍ、Ｎを用いて回折格子１３上の変調構造の周期ｄ_ＭＮを表すことができる。この周期ｄ_ＭＮは、回折格子１３上の（Ｍ，Ｎ）で表される線の間隔であり、
ｄ_ＭＮ＝｜ｐ_ｘｑ_ｙ−ｐ_ｙｑ_ｘ｜／√｛（Ｍｑ_ｙ−Ｎｐ_ｙ）^２＋（Ｎｐ_ｘ−Ｍｑ_ｘ）^２｝
と表すことができる。

例えば、図２において（０，１）線は、ベクトルｐに平行かつ格子点を通る直線であり、その間隔ｄ_０１は
ｄ_０１＝｜１６７×（−２６５）−２６５×２７１｜／√｛（０×（−２６５）−１×２６５）^２＋（１×１６７−０×２７１）^２｝＝３７１ｎｍ
である。

同様に、図２において（１，０）線は、ベクトルｑに平行かつ格子点を通る直線であり、その間隔ｄ_１０は３０６ｎｍである。また、（１，−１）線は、図２のｘ軸に平行かつ格子点を通る直線であり、その間隔ｄ_１−１は２６５ｎｍである。以下、（Ｍ，Ｎ）で表される線の周期性を（Ｍ，Ｎ）次の周期性と呼ぶこととする。したがってｄ_ＭＮは（Ｍ，Ｎ）次の周期性の周期である。

発光層１４で発生した光のうち第１の電極１２との界面への入射角の小さいものは、第１の電極１２および透明基板１１を透過し、有機ＥＬ素子１０の外部に出てくる。入射角の大きいものは、回折格子１３がない場合は、透明基板１１と第１の電極１２との界面で全反射されるが、回折格子１３があることにより、次に説明するように回折格子１３で回折され、第１の電極１２および透明電極１１を透過し、有機ＥＬ素子１０の外部に出てくる。

ここで、発光層１４と第１の電極１２との界面への入射角の大きい光のうち実効波長λａ＝ｄ_０１のものが、図２において矢印Ｄ方向に進行する場合を考える。この光は、回折格子１３の（０，１）次の周期性を感じて、ブラッグ条件を満たすことにより進行方向に対して１８０°反対方向（矢印Ｄ１方向）に回折される。同時に、回折格子１３に対して垂直な方向すなわち図２において紙面に垂直な方向にもブラッグ条件を満たし、回折されるため、回折格子１３がない場合には第１の電極１２との界面で全反射して発光層１４内部を導波し、有機ＥＬ素子１０の側面方向に逃げてしまっていた光を有機ＥＬ素子１０の透明基板１１の観察面から外部に取り出すことができ、光の取り出し効率を向上させることができる。

したがって、上記の（０，１）次の周期性は、周期ｄ_０１＝３７１ｎｍであることから、有機ＥＬ素子１０中での実効波長λａが３７１ｎｍ近傍の光、すなわち空気中での波長λｂ＝λａ×１．７＝ｄ_０１×ｎ＝３７１×１．７＝６３０ｎｍの近傍の赤色の光を回折させ取り出し効率を向上させることができる。

有機ＥＬ素子１０から発せられる白色光の全波長域で、各光が感じる実効屈折率ｎが１．７である場合、同様に、（１，０）次および（１，−１）次の周期性は、ｄ_１０×ｎ＝３０６×１．７＝５２０ｎｍ、ｄ_１−１×ｎ＝２６５×１．７＝４５０ｎｍより、それぞれ空気中での波長λｂが５２０ｎｍ近傍の緑色の光および４５０ｎｍ近傍の青色の光の取り出し効率を向上させることができる。これらの波長は、図３のスペクトルに示す４つの極大値のうち、３つの極大値の波長の近傍である。すなわち、回折格子１３を設けることによって、混合により白色を構成する３色の光の取り出し効率を向上させることができる。したがって、白色光源である、有機ＥＬ素子１０において、白色の品位を低下させることなく輝度を向上させることができる。

なお、実効屈折率ｎが波長によって異なる場合、例えば上記の場合で有機ＥＬ素子１０中での実効波長λａが３７１ｎｍ、３０６ｎｍ、２６５ｎｍの光の実効屈折率をそれぞれｎ_０１、ｎ_１０、ｎ_１−１とすると、これらの光の空気中での波長λｂはそれぞれ、３７１×ｎ_０１、３０６×ｎ_１０、２６５×ｎ_１−１となる。実際は、実効屈折率ｎは材料の屈折率分散があるので波長によって若干異なるものの、大きな差はなく実用上ほぼ同一と見なせる。

ここで、回折格子１３により回折させる光の波長について考える。例えば、図３に示す発光スペクトルを有する有機ＥＬ素子の場合、４つの極大値の波長各々に相当する周期性をもつ回折格子１３を構成するのは困難である。しかし、発明者らの研究によれば、極大値近傍の、極大値の波長の光の強度の６５％以上の強度を有する波長領域の光であれば、回折格子によって回折させることにより有機ＥＬ素子の輝度を向上させることができることが確認されている。

これを図４を用いて具体的に説明する。図４は、図３のスペクトルの５１０ｎｍの極大値を規格化したものである。図４によれば５１０ｎｍ近傍の、５１０ｎｍの光の強度の６５％以上の強度を有する光の波長領域は約４８５〜５３５ｎｍである。したがって、回折格子によってこの波長領域の光の取り出し効率を上げることにより、５１０ｎｍの極大値を含むこの近傍の光の輝度を向上させ、有機ＥＬ素子の輝度を向上させることができる。

同様に、図３の発光スペクトルにおいて、各極大値の波長の強度の６５％以上の強度の波長領域は、６３０ｎｍの赤色では約６０５〜６６０ｎｍ、４７５ｎｍの青緑色では約４５０〜５００ｎｍ、４５０ｎｍの青色では約４３５〜４６５ｎｍである。

これらのことから、赤色領域（６０５〜６６０ｎｍ）で１つ以上、青色〜緑色領域（４３５〜５３５ｎｍ）で２つ以上の波長の光を、回折格子１３の周期性により回折させることができれば、図３の発光スペクトルを有する有機ＥＬ素子において、白色の品位を低下させることなく白色光全体の輝度を向上させることができることがわかる。

このように、回折格子１３を斜交格子として格子定数を適切に選択することにより、特定の次数の回折により、白色を構成する赤色、緑色、青色の光の取り出し効率を１個の回折格子だけで向上させ、白色の品位を低下させることなく有機ＥＬ素子１０の輝度を向上させることができる。また、有機ＥＬ素子１０に印加する電圧を低くしても十分な輝度を得られるため、有機ＥＬ素子１０を長期間に渡って使用可能とすることができる。

回折格子１３の斜交格子は図２に示されたものに限られず、基本並進ベクトルであるベクトルｐとベクトルｑの大きさが異なり、ベクトルｐとベクトルｑとがなす角が９０°以外であればよい。ベクトルｐとベクトルｑの大きさが等しい場合、後述する正方格子や三角格子、面心長方格子の場合に相当する。ベクトルｐとベクトルｑとがなす角が９０°の場合、正方格子や単純長方格子の場合に相当する。

なお、発明者らの実験によると、白色光を構成する光を回折させるのに用いる回折格子１３の次数Ｍ、Ｎは６以上では光の取り出し効率向上の効果が小さいことがわかっている。したがって、Ｍ、Ｎは｜Ｍ｜≦５かつ｜Ｎ｜≦５を満たすことが好ましい。

また、１次元格子の場合、光の進む方向が屈折率変調の方向に対して垂直な方向だと回折が起きなくなったが、２次元格子では例えば図２の（０，１）次の周期性に垂直な方向に進む６３０ｎｍ近傍の光でも、より高次の周期性において回折を生じるため、全く回折が生じなくなることはない。

〈第２の実施形態〉
本発明の第２の実施形態について図を用いて説明する。図５は、第２の実施形態にかかる回折格子の拡大した部分平面図である。第２の実施形態は、第１の実施形態と有機ＥＬ素子１０の構成は同様であるが、回折格子が正方格子である点で異なり、実質上同一の部分には同一の符号を付してある。

本実施形態では、図５に示すように回折格子１３は正方格子である。ここで、この正方格子の格子定数をｒとし、図５に示すようにｘ軸、ｙ軸および基本並進ベクトルであるベクトルｐ、ベクトルｑを定義すると、
ベクトルｐ＝（ｒ，０）
ベクトルｑ＝（０，ｒ）
となる。

したがって、斜交格子で用いた回折格子１３上の変調構造の周期ｄ_ＭＮを表す式に、（ｐ_ｘ，ｐ_ｙ）＝（ｒ，０）、（ｑ_ｘ，ｑ_ｙ）＝（０，ｒ）を代入すると、
ｄ_ＭＮ＝ｒ／√（Ｍ^２＋Ｎ^２）
となる。

例えば、図５の正方格子の格子定数ｒを７７２ｎｍとし、有機ＥＬ素子１０から発せられる白色光の全波長域で、各光が感じる実効屈折率ｎを１．７とすると、図５に示す（２，０）次の周期性の周期ｄ_２０は、ｄ_２０＝７７２／√（２^２＋０^２）＝３８６ｎｍであり、同様に（２，２）次および（３，０）次の周期性の周期はそれぞれｄ_２２＝２７３ｎｍおよびｄ_３０＝２５７ｎｍである。

図５の回折格子１３は正方格子であり、その対称性により、（２，０）次の周期性の周期ｄ_２０は（−２，０）次、（０，２）次、（０，−２）次の周期性の周期ｄ_−２０、ｄ_０２、ｄ_０−２と等しい。よって、本実施形態ではこれらの周期性をまとめて（２，０）次系の周期性と呼ぶこととする。なお、（−２，０）次、（０，−２）次の周期性はそれぞれ（２，０）次、（０，２）次の周期性と方向が反対である。

同様に、周期がｄ_２２に等しい（２，２）次、（−２，２）次、（−２，−２）次、（２，−２）次の周期性をまとめて（２，２）次系と呼び、周期がｄ_３０に等しい（３，０）次、（−３，０）次、（０，３）次、（０，−３）次の周期性をまとめて（３，０）次系と呼ぶこととする。

（２，０）次系、（２，２）次系および（３，０）次系の周期性は、それぞれ有機ＥＬ素子１０中での実効波長λａが３８６ｎｍ、２７３ｎｍおよび２５７ｎｍ近傍の光、すなわち空気中での波長λｂが６５７ｎｍ近傍の赤色の光、４６５ｎｍ近傍の緑色の光および４３８ｎｍ近傍の青色の光の取り出し効率を向上させることができる。すなわち、混合により白色を構成する３色の光の取り出し効率を向上させることができる。したがって、白色光源である、有機ＥＬ素子１０において、白色の品位を低下させることなく輝度を向上させることができる。

また、本実施形態において、正方格子の格子定数ｒを８４２ｎｍとし、有機ＥＬ素子１０から発せられる白色光の全波長域で、各光が感じる実効屈折率ｎを１．７とする。この場合、図６に示す（２，１）次の周期性の周期ｄ_２１は、ｄ_２１＝８４２／√（２^２＋１^２）＝３７６ｎｍであり、同様に（３，１）次の周期性の周期ｄ_３１はｄ_３１＝２６６ｎｍである。

周期ｄ_２１は正方格子の対称性により、図６に示す（−２，１）次、（１，２）次、（−１，２）次の周期性およびこれらと方向が反対の（−２，−１）次、（２，−１）次、（−１，−２）次、（１，−２）次の周期性の周期と等しい。よって、本実施形態ではこれらの周期性をまとめて（２，１）次系の周期性と呼ぶこととする。

同様に、周期ｄ_３１は（−３，１）次、（１，３）次、（−１，３）次の周期性およびこれらと方向が反対の（−３，−１）次、（３，−１）次、（−１，−３）次、（１，−−３）次の周期性の周期と等しい。よって、本実施形態ではこれらの周期性をまとめて（３，１）次系の周期性と呼ぶこととする。（２，２）次系および（３，０）次系の周期性の周期はそれぞれｄ_２２＝２９８ｎｍおよびｄ_３０＝２８１ｎｍである。

（２，１）次系、（２，２）次系、（３，０）次系および（３，１）次系の周期性は、それぞれ有機ＥＬ素子１０中での実効波長λａが３７６ｎｍ、２９８ｎｍ、２８１ｎｍおよび２６６ｎｍ近傍の光、すなわち空気中での波長λｂが６４０ｎｍ近傍の赤色の光、５０６ｎｍ近傍の緑色の光、４７７ｎｍ近傍の青緑色の光および４５３ｎｍ近傍の青色の光の取り出し効率を向上させることができる。すなわち、混合により白色を構成する４色の光の取り出し効率を向上させることができる。したがって、白色光源である、有機ＥＬ素子１０において、白色の品位を低下させることなく輝度を向上させることができるのみならず、演色性も向上させることができる。

本実施形態において、Ｍ、Ｎは斜交格子の場合と同様に、｜Ｍ｜≦５かつ｜Ｎ｜≦５を満たすことが好ましい。表２には有機ＥＬ素子１０から発せられる白色光の全波長域で、各光が感じる実効屈折率ｎを１．７とした場合の正方格子の格子定数ｒと周期性の次数（Ｍ，Ｎ）と、その次数によって取り出し効率を向上させることができる中心波長を示す。下線を付した波長が赤色領域（６０５〜６６０ｎｍ）または青色〜緑色領域（４３５〜５３５ｎｍ）に属する波長である。また、格子定数ｒは表２の最下段に記載している。波長および格子定数の単位はｎｍである。なお、表２中のＬはＬ＝Ｍ^２＋Ｎ^２であり、Ｌの大きいものほど周期ｄ_ＭＮが小さくなる。

表２において、ｒ＝３７１ｎｍおよび５２４ｎｍの場合、下線を付した波長が赤色領域で１つ、青色〜緑色領域で１つの合計２つしかない。したがって、この格子定数の回折格子１３では有機ＥＬ素子の輝度を向上させることができるものの、白色の品位は低下してしまう。そのため、赤、青、緑のドーパントのバランスを調整して、元の白色バランスを調整するなどの、余分な調整が必要となる。それ以外の格子定数の場合、赤色領域で１つ以上、青色〜緑色領域で２つ以上の波長の光を回折させることができるため、白色の品位を低下させることなく有機ＥＬ素子１０の輝度を向上させることができる。

〈第３の実施形態〉
本発明の第３の実施形態について図を用いて説明する。図７は、第２の実施形態にかかる回折格子の拡大した部分平面図である。第３の実施形態は、第１の実施形態と有機ＥＬ素子１０の構成は同様であるが、回折格子が三角格子である点で異なり、実質上同一の部分には同一の符号を付してある。

本実施形態では、図７に示すように回折格子１３は三角格子である。ここで、この三角格子の格子定数ｒとし、図７に示すようにｘ軸、ｙ軸および基本並進ベクトルであるベクトルｐ、ベクトルｑを定義すると、
ベクトルｐ＝（ｒ，０）
ベクトルｑ＝（−ｒ／２，√３×ｒ／２）
となる。

したがって、斜交格子で用いた回折格子１３上の変調構造の周期ｄ_ＭＮを表す式に、（ｐ_ｘ，ｐ_ｙ）＝（ｒ，０）、（ｑ_ｘ，ｑ_ｙ）＝（−ｒ／２，√３×ｒ／２）を代入すると、
ｄ_ＭＮ＝√３×ｒ／｛２×√（Ｍ^２＋ＭＮ＋Ｎ^２）｝
となる。

例えば、図７の三角格子の格子定数ｒを８９４ｎｍとし、有機ＥＬ素子１０から発せられる白色光の全波長域で、各光が感じる実効屈折率ｎを１．７とすると、図７に示す（２，０）次の周期性の周期ｄ_２０は、ｄ_２０＝１．７３×８９４／｛２×√（２^２＋２×０＋０^２）｝＝３８７ｎｍであり、同様に（２，１）次および（３，０）次の周期性の周期はそれぞれｄ_２１＝２９２ｎｍおよびｄ_３０＝２５８ｎｍである。

図７の回折格子１３は三角格子であり、その対称性により、（２，０）次の周期性の周期ｄ_２０は図７に示す（−２，２）次、（０，２）次の周期性およびこれらの周期性と方向が反対の（−２，０）次、（２，−２）次および（０，−２）次の周期性の周期ｄ_−２２、ｄ_０２、ｄ_−２０、ｄ_２−２、ｄ_０−２と等しい。よって、本実施形態ではこれらの周期性をまとめて（２，０）次系の周期性と呼ぶこととする。

同様に、周期がｄ_２１に等しい（−２，３）次、（１，２）次、（−３，２）次、（３，−１）次、（−１，３）次の周期性およびこれらの周期性と方向が反対の（−２，−１）次、（２，−３）次、（−１，−２）次、（３，−２）次、（−３，１）次、（１，−３）次の周期性をまとめて（２，１）次系と呼び、周期がｄ_３０に等しい（３，０）次、（−３，３）次、（０，３）次の周期性およびこれらの周期性と方向が反対の（−３，０）次、（３，−３）次、（０，−３）次の周期性をまとめて（３，０）次系と呼ぶこととする。

（２，０）次系、（２，１）次系および（３，０）次系の周期性は、それぞれ有機ＥＬ素子１０中での実効波長λａが３８７ｎｍ、２９２ｎｍおよび２５８ｎｍ近傍の光、すなわち空気中での波長λｂが６５８ｎｍ近傍の赤色の光、４９７ｎｍ近傍の青緑色の光および４３９ｎｍ近傍の青色の光の取り出し効率を向上させることができる。すなわち、混合により白色を構成する３色の光の取り出し効率を向上させることができる。したがって、白色光源である、有機ＥＬ素子１０において、白色の品位を低下させることなく輝度を向上させることができる。

また、本実施形態において、三角格子の格子定数ｒを１１３２ｎｍとし、有機ＥＬ素子１０から発せられる白色光の全波長域で、各光が感じる実効屈折率ｎを１．７とする。この場合、図７に示す（２，１）次の周期性の周期ｄ_２１は、ｄ_２１＝１．７３×１１３２／｛２×√（２^２＋２×１＋１^２）｝＝３７０ｎｍであり、同様に（２，２）次および（３，１）次の周期性の周期はｄ_２２＝２８３ｎｍ、ｄ_３１＝２７２ｎｍである。

周期ｄ_２１は、前述のように（２，１）次系の周期性である、（−２，３）次、（１，２）次、（−３，２）次、（３，−１）次、（−１，３）次の周期性およびこれらの周期性と方向が反対の（−２，−１）次、（２，−３）次、（−１，−２）次、（３，−２）次、（−３，１）次、（１，−３）次の周期性の周期と等しい。

同様に、周期ｄ_２２は（２，−４）次、（−４，２）次の周期性およびこれらと方向が反対の（−２，−２）次、（−２，４）次、（４，−２）次の周期性の周期と等しい。よって、本実施形態ではこれらの周期性をまとめて（２，２）次系の周期性と呼ぶこととする。

周期ｄ_３１についても、（−３，４）次、（１，３）次、（−４，３）次、（４，−１）次、（−１，４）次の周期性およびこれらの周期性と方向が反対の（−３，−１）次、（３，−４）次、（−１，−３）次、（４，−３）次、（−４，１）次、（１，−４）次の周期性の周期と等しく、本実施形態ではこれらの周期性をまとめて（３，１）次系の周期性と呼ぶ。

（２，１）次系、（２，２）次系および（３，１）次系の周期性は、それぞれ有機ＥＬ素子１０中での実効波長λａが３７０ｎｍ、２８２ｎｍおよび２７１ｎｍ近傍の光、すなわち空気中での波長λｂが６３０ｎｍ近傍の赤色の光、４８１ｎｍ近傍の緑色の光および４６２ｎｍ近傍の青色の光の取り出し効率を向上させることができる。すなわち、混合により白色を構成する３色の光の取り出し効率を向上させることができる。したがって、白色光源である、有機ＥＬ素子１０において、白色の品位を低下させることなく輝度を向上させることができる。

本実施形態において、Ｍ、Ｎは斜交格子の場合と同様に、｜Ｍ｜≦５かつ｜Ｎ｜≦５を満たすことが好ましい。表３には有機ＥＬ素子１０から発せられる白色光の全波長域で、各光が感じる実効屈折率ｎを１．７とした場合の三角格子の格子定数ｒと周期性の次数（Ｍ，Ｎ）と、その次数によって回折させることができる波長を示す。下線を付した波長が赤色領域（６０５〜６６０ｎｍ）または青色〜緑色領域（４３５〜５３５ｎｍ）に属する波長である。また、格子定数ｒは表３の最下段に記載している。波長および格子定数の単位はｎｍである。なお、表３中のＬはＬ＝Ｍ^２＋ＭＮ＋Ｎ^２であり、Ｌの大きいものほど周期ｄ_ＭＮが小さくなる。

表３において、ｒ＝４２８ｎｍおよび７４１ｎｍの場合、下線を付した波長が赤色領域で１つ、青色〜緑色領域で１つの合計２つしかない。したがって、この格子定数の回折格子１３では有機ＥＬ素子１０の輝度を向上させることができるものの、白色の品位は低下してしまう。そのため、赤、青、緑のドーパントのバランスを調整して、元の白色バランスを調整するなどの、余分な調整が必要となる。それ以外の格子定数の場合、赤色領域で１つ以上、青色〜緑色領域で２つ以上の波長の光を回折させることができるため、白色の品位を低下させることなく有機ＥＬ素子１０の輝度を向上させることができる。

上述の第１〜第３の実施形態では、回折格子１３が斜交格子、正方格子または三角格子の場合について説明したが、回折格子１３は並進対称性を持つものであればよいため、他に図８に示す単純長方格子や図９に示す面心長方格子であってもよい。

図８に示す単純長方格子の場合、図８に示すように格子定数をｒおよびｓとし、ｘ軸、ｙ軸および基本並進ベクトルであるベクトルｐ、ベクトルｑを定義すると、
ベクトルｐ＝（ｒ，０）
ベクトルｑ＝（０，ｓ）
となる。したがって、斜交格子で用いた回折格子１３上の変調構造の周期ｄ_ＭＮを表す式に、（ｐ_ｘ，ｐ_ｙ）＝（ｒ，０）、（ｑ_ｘ，ｑ_ｙ）＝（０，ｓ）を代入すると、
ｄ_ＭＮ＝ｒｓ／√｛Ｍ^２ｓ^２＋Ｎ^２ｒ^２｝
となる。

同様に、図９に示す面心長方格子の場合、図９に示すように格子定数をｒおよびｓとし、ｘ軸、ｙ軸および基本並進ベクトルであるベクトルｐ、ベクトルｑを定義すると、
ベクトルｐ＝（ｒ／２，ｓ／２）
ベクトルｑ＝（−ｒ／２，ｓ／２）
となる。したがって、変調構造の周期ｄ_ＭＮは、
ｄ_ＭＮ＝ｒｓ／√｛（Ｍ−Ｎ）^２ｓ^２＋（Ｍ＋Ｎ）^２ｒ^２｝
となる。

これらの場合においても、次数（Ｍ，Ｎ）の周期性によって回折する光の空気中での波長λｂは
λｂ＝ｎ×ｄ_ＭＮ
である。

また、第１〜第３の実施形態では回折格子１３を第１の電極１２と発光層１４との界面に設けた場合について説明したが、回折格子１３は図１０に示すように透明基板１１と第１の電極１２との界面に設けられていても構わない。また、発光層１４と第２の電極１５との界面、または透明基板１１の内部の第１の電極１２の近傍に設けられていても構わない。回折格子１３の各格子点上に形成された凹凸は、いずれの側が突出するものであっても構わない。さらに、図１１および図１２に示すように、これらの界面のうち２つ以上に設けられていても構わない。図１１は回折格子１３を透明基板１１と第１の電極１２との界面、第１の電極１２と発光層１４との界面および発光層１４と第２の電極１５との界面の３箇所に設けた場合の有機ＥＬ素子１０の概略構成図であり、図１２は回折格子１３を第１の電極１２と発光層１４との界面および発光層１４と第２の電極１５との界面の２箇所に設けた場合の有機ＥＬ素子１０の概略構成図である。

（有機ＥＬ素子の使用例）
上述の実施形態における有機ＥＬ素子を装置に使用した例を以下に示す。なお、本例においては、バックライトとして有機ＥＬ素子を設置した液晶表示装置を例に挙げる。図１３は、この有機ＥＬ素子をバックライトの白色光源として備えた液晶表示装置の斜視図である。液晶表示装置２０は液晶パネル２１およびバックライト２２を備えるものである。液晶パネル２１は、一対の電極付き基板間（各基板には必要に応じて、配光膜、絶縁膜、カラーフィルタ、ブラックマトリクス、偏光素子などが設けられる）に液晶層を挟持してなる透過型あるいは半透過型のものである。上下基板の各電極間に電圧を印加して、液晶層をスイッチングするための駆動回路も備えている。バックライト２２は上述の実施形態で説明した有機ＥＬ素子１０からなり、透明基板１１が液晶パネル２１側になるように設けられている。このように構成することにより、バックライト２２からの高輝度の白色光が液晶パネル２１から透過して、液晶パネル２１の表示画像を鮮明にすることができる。また、バックライト２２は有機ＥＬ素子であるため、長寿命である。この液晶表示装置２０では、バックライト２２として有機ＥＬ素子を備えることで、白色光源に使用する電力が抑制されるので、その結果、装置全体の消費電力を抑制することができる。

なお、液晶表示装置２０に用いるバックライト２２において、透明基板１１として屈折率異方性と光の拡散性とを有するものを用いるか、透明基板１１の液晶パネル２１に対向する面に光の偏光の方向を変化させることができる複屈折性を有するシートおよび光の拡散性を有するシートうち少なくとも一方を貼り付けるのが好ましい。この理由について説明する。

バックライト２２を構成している電極層、有機層、基板などの層間の全反射によりバックライト２２の中に閉じこめられている光には、Ｓ偏光の光とＰ偏光の光とが存在している。Ｓ偏光の光は、その電界成分が、進行方向に垂直かつ透明基板１１に平行な方向にしか存在しない光であり、Ｐ偏光の光は、その磁界成分が、進行方向に対して垂直かつ透明基板１１に平行な方向にしか存在しない光である。回折格子１３で回折されてバックライト２２の外に取り出された光は、反応した周期性の方向に応じて偏光している。偏光の方向は、Ｓ偏光の場合は周期の変調方向に垂直な方向であり、Ｐ偏光の場合は周期の変調方向に平行な方向である。したがって、回折格子１３によって外部に取り出される光は、波長に応じて、それぞれ、異なる方向の、異なる周期性に反応しているため、外部に取り出されたとき、波長ごとに偏光方向に偏りが生じてしまう。よって、この偏光の方向が液晶パネル２１の偏光方向と垂直な場合、液晶パネル２１を透過しないため、バックライト２２の白色のバランスが崩れることとなる。

この問題を解決するためには、何らかの手段を用いて偏光の向きを変えることが必要となる。偏光の向きを変えるとは、この場合、直線偏光の偏光方向が変わることや、直線偏光が例えば楕円偏光や円偏光といった直線偏光以外の偏光に変わること、楕円偏光や円偏光といった直線偏光以外の偏光が直線偏光に変わることを指す。このような偏光の向きを変える方法としては、複屈折性を利用する方法や、散乱を利用する方法が考えられる。そこで、透明基板１１として光の偏光の方向を変化させることができる複屈折性と光の拡散性のうち少なくとも一方を有するものを用いるか、光出射面である透明基板１１の液晶パネル２１に対向する面に上述の複屈折性を有するシートおよび光の拡散性を有するシートのうち少なくとも一方を貼り付けることによって、液晶パネル２１に進入する光の偏光が解消され、白色のバランスを崩すことなく液晶パネル２１の表示画像を鮮明にすることができる。この回折格子１３による偏光は対称性の低い斜交格子で特に顕著であるため、このシートの貼り付け等は回折格子１３が斜交格子の場合により効果的である。

本例において、液晶表示装置のバックライトに有機ＥＬ素子を使用した場合を説明したが、これに限ることなく、例えば有機ＥＬ素子を所望の大きさに形成して、室内や野外で用いられる、高輝度、長寿命の白色の照明装置として使用しても構わない。この場合、図１４の照明装置の外観斜視図に示すように、所望の大きさの有機ＥＬ素子１０に枠体４１を設けて照明装置４０を構成し、例えば室内の天井に取り付けて使用することができる。この場合も、透明基板１１として光の偏光の方向を変化させることができる複屈折性と光の拡散性のうち少なくとも一方を有するものを用いるか、光出射面である透明基板１１の液晶パネル２１に対向する面に上述の複屈折性を有するシートおよび光の拡散性を有するシートのうち少なくとも一方を貼り付けてもよい。

また、液晶表示装置だけでなく他の表示装置のバックライトとしても用いることができる。例えば、特開２００３−２００６１２号公報に示されるような高分子電解質膜からなる可動部を機械的に動かして透過光の透過および遮断を行うようなタイプの表示装置にもバックライトとして用いることができる。

以下、実施例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されない。なお、特に断りない限り、実施例中の「％」は「膜厚比（％）」を表す。また、実施例で用いる化合物の構造を以下に示す。

実施例の有機ＥＬ素子について説明する前に、参照用の有機ＥＬ素子について説明する。

参照用の有機ＥＬ素子として、図１５に示す構成の有機ＥＬ素子３０を用いる。まず、縦、横３０ｍｍ×３０ｍｍ、厚さ０．７ｍｍで屈折率が１．５２のガラス基板からなる透光性基板３１の上に、厚さ約１２０ｎｍのＩＴＯ（インジウム−スズ酸化物）からなる透明な正孔注入電極３２を形成する。正孔注入電極３２が形成された透光性基板３１をイソプロピルアルコールで超音波洗浄した後、これを乾燥窒素ガス中で乾燥させ、さらにＵＶオゾン洗浄を５分間行う。

そして、ＵＶオゾン洗浄を施した透光性基板３１を真空蒸着装置内にセットし、真空度４×１０^−６Ｐａの条件で、上記の正孔注入電極３２の上に、ｍ−ＭＴＤＡＴＡからなる厚さ４０ｎｍの正孔注入層３３ａと、α−ＮＰＤからなる厚さ４０ｎｍのホール輸送層３３ｂと、９７重量％のホスト化合物Ａに３重量％のドーパントＡがドープされた厚さ１５ｎｍの青色および青緑色発光層３４ａと、化合物Ｂからなる厚さ５ｎｍの第１中間層３５ａと、９２重量％のＣＢＰからなるホスト化合物に８重量％のドーパントＢがドープされた厚さ１０ｎｍの赤色発光層３４ｂと、ＣＢＰからなる厚さ３ｎｍの第２中間層３５ｂと、９５重量％のＣＢＰからなるホスト化合物に５重量％のドーパントＣがドープされた膜厚が３ｎｍの緑色発光層３４ｃと、化合物Ｃからなる厚さ１０ｎｍの第３中間層３５ｃと、Ａｌｑ３からなる厚さ２０ｎｍの電子輸送層３６ａと、ＬｉＦからなる厚さ１ｎｍの電子注入層３６ｂとを形成した後、この電子注入層３６ｂの上にアルミニウムからなる厚さ１１０ｎｍの電子注入電極３７を形成して有機ＥＬ素子３０を作製した。その後、窒素雰囲気下において、この有機ＥＬ素子３０の露出部をガラスケース（図示せず）で被覆した。

上述の各層の材料および厚さを表４に示す。

表４中の化合物の化学式は次の通りである。ｍ−ＭＴＤＡＴＡ（化１）、α−ＮＰＤ（化２）、化合物Ａ（化３）、ドーパントＡ（化４）、化合物Ｂ（化５）、ＣＢＰ（化６）、ドーパントＢ（化７）、ドーパントＣ（化８）、Ａｌｑ３（化９）。

そして、このように作製した参照用の有機ＥＬ素子の分光特性を市販の分光放射輝度計で測定した結果、図１６に示すような発光スペクトルを得た。

次に実施例１にかかる有機ＥＬ素子について説明する。実施例１にかかる有機ＥＬ素子は、透光性基板３１の正孔注入電極３２に対向する面に回折格子が形成されている点を除いて、参照用の有機ＥＬ素子と同様の図１５の有機ＥＬ素子３０に示す構成である。回折格子は、図２で示した、ａ＝４３８ｎｍ、ｂ＝３７９ｎｍ、ｃ＝３１３ｎｍの格子定数を有する斜交格子であり、透光性基板３１の格子点に相当する位置に深さ１８０ｎｍの円孔が設けられている。

このようにして作成した実施例１にかかる有機ＥＬ素子について、参照用の有機ＥＬ素子と同様に分光特性を市販の分光放射輝度計で測定した結果、図１７に示すような発光スペクトルを得た。図１７において、実線が実施例１の素子、点線が参照用の素子の発光スペクトルである。また、電流輝度特性を測定したところ、１．３５倍の輝度向上が確認された。

次に実施例２にかかる有機ＥＬ素子について説明する。実施例２にかかる有機ＥＬ素子は、回折格子が正方格子である点を除いて実施例１にかかる有機ＥＬ素子と同様の構成である。回折格子は、格子定数が７７２ｎｍの正方格子であり、透光性基板３１の格子点に相当する位置に深さ１８０ｎｍの円孔が設けられている。

このようにして作成した実施例２にかかる有機ＥＬ素子について、参照用の有機ＥＬ素子と同様に分光特性を市販の分光放射輝度計で測定した結果、図１８に示すような発光スペクトルを得た。図１８において、実線が実施例１の素子、点線が参照用の素子の発光スペクトルである。また、電流輝度特性を測定したところ、１．６５倍の輝度向上が確認された。

次に実施例３にかかる有機ＥＬ素子について説明する。実施例３にかかる有機ＥＬ素子は、回折格子が正方格子である点を除いて実施例１にかかる有機ＥＬ素子と同様の構成である。回折格子は、格子定数が８４２ｎｍの正方格子であり、透光性基板３１の格子点に相当する位置に深さ１８０ｎｍの円孔が設けられている。

このようにして作成した実施例２にかかる有機ＥＬ素子について、参照用の有機ＥＬ素子と同様に分光特性を市販の分光放射輝度計で測定した結果、図１９に示すような発光スペクトルを得た。図１９において、実線が実施例１の素子、点線が参照用の素子の発光スペクトルである。また、電流輝度特性を測定したところ、１．５２倍の輝度向上が確認された。

本発明は、白色光源としての有機ＥＬ素子一般に用いることができる。

Claims

白色光を発する有機エレクトロルミネッセンス素子において、
基板と、
前記基板上に形成された第１の電極と、
前記第１の電極上に形成された発光層と、
前記発光層上に形成された第２の電極と、を備え、
前記基板の内部の前記第１の電極の近傍、前記基板と前記第１の電極との界面、前記第１の電極と前記発光層との界面および前記発光層と前記第２の電極との界面のうち１個以上の部分に、２次元の並進対称性を有する屈折率分布を設け、前記屈折率分布の周期性により、前記発光層において発した白色光に含まれる可視光領域の３個以上の波長の光を回折させ、
前記屈折率分布の２次元の並進対称性が格子定数ｒの正方格子で、基本並進ベクトルがベクトルｐ＝（ｒ，０）、ベクトルｑ＝（０，ｒ）であり、前記発光層で発生した光が前記基板、前記第１の電極、前記発光層および前記第２の電極の内部で実効的に感じる屈曲率をｎ、任意の整数をＭ、Ｎとしたとき、
λ＝ｎ×ｒ／√（Ｍ ^２＋Ｎ ^２）
で表される数値λが、異なる（Ｍ，Ｎ）の組に対して赤色領域の波長に１個以上、緑色から青色領域の波長に２個以上存在することを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
白色光を発する有機エレクトロルミネッセンス素子において、
基板と、
前記基板上に形成された第１の電極と、
前記第１の電極上に形成された発光層と、
前記発光層上に形成された第２の電極と、を備え、
前記基板の内部の前記第１の電極の近傍、前記基板と前記第１の電極との界面、前記第１の電極と前記発光層との界面および前記発光層と前記第２の電極との界面のうち１個以上の部分に、２次元の並進対称性を有する屈折率分布を設け、前記屈折率分布の周期性により、前記発光層において発した白色光に含まれる可視光領域の３個以上の波長の光を回折させ、
前記屈折率分布の２次元の並進対称性が格子定数ｒの三角格子で、基本並進ベクトルがベクトルｐ＝（ｒ，０）、ベクトルｑ＝（−ｒ／２，√３×ｒ／２）であり、前記発光層で発生した光が前記基板、前記第１の電極、前記発光層および前記第２の電極の内部で実効的に感じる屈曲率をｎ、任意の整数をＭ、Ｎとしたとき、
λ＝ｎ×√３×ｒ／｛２×√（Ｍ ^２＋ＭＮ＋Ｎ ^２）｝
で表される数値λが、異なる（Ｍ，Ｎ）の組に対して赤色領域の波長に１個以上、緑色から青色領域の波長に２個以上存在することを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
白色光を発する有機エレクトロルミネッセンス素子において、
基板と、
前記基板上に形成された第１の電極と、
前記第１の電極上に形成された発光層と、
前記発光層上に形成された第２の電極と、を備え、
前記基板の内部の前記第１の電極の近傍、前記基板と前記第１の電極との界面、前記第１の電極と前記発光層との界面および前記発光層と前記第２の電極との界面のうち１個以上の部分に、２次元の並進対称性を有する屈折率分布を設け、前記屈折率分布の周期性により、前記発光層において発した白色光に含まれる可視光領域の３個以上の波長の光を回折させ、
前記屈折率分布の２次元の並進対称性が格子定数ｒ、ｓの単純長方格子で、基本並進ベクトルがベクトルｐ＝（ｒ，０）、ベクトルｑ＝（０，ｓ）であり、前記発光層で発生した光が前記基板、前記第１の電極、前記発光層および前記第２の電極の内部で実効的に感じる屈曲率をｎ、任意の整数をＭ、Ｎとしたとき、
λ＝ｎ×ｒｓ／√｛Ｍ ^２ｓ ^２＋Ｎ ^２ｒ ^２｝
で表される数値λが、異なる（Ｍ，Ｎ）の組に対して赤色領域の波長に１個以上、緑色から青色領域の波長に２個以上存在することを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
白色光を発する有機エレクトロルミネッセンス素子において、
基板と、
前記基板上に形成された第１の電極と、
前記第１の電極上に形成された発光層と、
前記発光層上に形成された第２の電極と、を備え、
前記基板の内部の前記第１の電極の近傍、前記基板と前記第１の電極との界面、前記第１の電極と前記発光層との界面および前記発光層と前記第２の電極との界面のうち１個以上の部分に、２次元の並進対称性を有する屈折率分布を設け、前記屈折率分布の周期性により、前記発光層において発した白色光に含まれる可視光領域の３個以上の波長の光を回折させ、
前記屈折率分布の２次元の並進対称性が格子定数ｒ、ｓの面心長方格子で、基本並進ベクトルがベクトルｐ＝（ｒ／２，ｓ／２）、ベクトルｑ＝（−ｒ／２，ｓ／２）であり、前記発光層で発生した光が前記基板、前記第１の電極、前記発光層および前記第２の電極の内部で実効的に感じる屈曲率をｎ、任意の整数をＭ、Ｎとしたとき、
λ＝ｎ×ｒｓ／√｛（Ｍ−Ｎ） ^２ｓ ^２＋（Ｍ＋Ｎ） ^２ｒ ^２｝
で表される数値λが、異なる（Ｍ，Ｎ）の組に対して赤色領域の波長に１個以上、緑色から青色領域の波長に２個以上存在することを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。