JP6025367B2 - 有機ｅｌ素子 - Google Patents
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Description
本発明は、有機ＥＬ素子に関し、特に導波光を正面方向に取り出す構造を有する有機ＥＬ素子に関する。
有機ＥＬ素子の消費電力を低減するためには、有機ＥＬ素子の発光強度を向上させることが必要である。有機ＥＬ素子の発光強度を向上させる手法としては、有機ＥＬ素子の発光層で発光した光のうち、全反射によって有機ＥＬ素子内に閉じ込められている光を取り出す手法が知られている。
図１０は従来の有機ＥＬ素子１０１の概略断面図である。図１０を用いて全反射による光の閉じ込めについて説明する。基板１０２には一般的にガラス（屈折率１．５程度）が使用される。透明電極１０６には一般的に酸化インジウム錫（ＩＴＯ）や酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ（登録商標））等（屈折率１．９〜２．１程度）が使用され、有機ＥＬ層１０４中の発光層１０５には一般的にＡｌｑ3等（屈折率１．７〜１．９程度）が使用される。これらの材料は概ね平行に積層されている。全反射は光が屈折率の高い媒質から低い媒質に入射する際にスネルの法則に従って臨界角以上の入射角で発生する。有機ＥＬ素子１０１の構成では大きく分けて２つの全反射が発生する。
第一の全反射は透明電極１０６と基板１０２との界面で発生する。これは発光層１０５よりも基板１０２の屈折率が低いためである。ここで全反射した光は、基板１０２と透明電極１０６との界面と、反射電極１０３と有機ＥＬ層１０４との界面との間で反射を繰り返して、基板１０２の面内方向に伝搬する伝搬光１１１となるため有機ＥＬ素子１０１内に閉じ込められる。このような伝搬光１１１は有機ＥＬ素子１０１の外部領域１１０（空気）には取り出されないため有機ＥＬ素子１０１の発光強度を低下させる要因となる。従って発光強度を向上させるためには、発光層１０５から外部領域１１０に取り出されるまでの間に、発光層１０５の屈折率よりも低屈折率の媒質を設けないことが必要である。
第二の全反射は基板１０２と外部領域１１０との界面で発生する。これは外部領域１１０（空気）の屈折率が発光層１０５の屈折率よりも低いためである。ここで全反射した光は、基板１０２と外部領域１１０との界面と、反射電極１０３と有機ＥＬ層１０４との界面との間で反射を繰り返して伝搬光１１１’となるため有機ＥＬ素子１０１内に閉じ込められる。有機ＥＬ素子１０１で発光した光を人間の目で認識するためには外部領域１１０に取り出す必要がある。このため上記第一の全反射のように高屈折率の材料で代替することはできない。従って発光強度を向上させるためには、有機ＥＬ素子１０１と外部領域１１０との界面の角度を変える、又は界面で散乱させることにより、有機ＥＬ素子１０１と外部領域１１０との界面で全反射条件を満たさないようにすることが必要である。
非特許文献１では、上記二つの全反射を低減するために、基板に発光層の屈折率よりも高い屈折率の材料（屈折率２．０）を用いて発光層から有機ＥＬ素子の外部領域までの間に発光層の屈折率よりも低い屈折率の材料をなくしている。更に基板上の外部領域との界面に球面状レンズを形成している。これにより外部光取り出し効率が向上すると報告されている。
特許文献１では、上記第二の全反射を低減するために、有機ＥＬ素子上の外部領域との界面に、傾斜部を有する立体である正四角錐からなる光取り出し構造体を設けている。このように有機ＥＬ素子の光出射側に傾斜部を有する光取り出し構造体を設けると傾斜部により導波光に対する有機ＥＬ素子と外部領域との界面の角度が変わるため、特許文献１では傾斜部を全反射が発生しにくい角度に設計している。これにより外部光取り出し効率を向上させている。
Ａｋｉｙｏｓｈｉ Ｍｉｋａｍｉ ＳＩＤ’０９ ＤＩＧＥＳＴ Ｐ．９０７ ６０．４Ｌ
非特許文献１のように面光源の有機ＥＬ素子に対して高屈折率レンズを複数個設けた構成では、外部光取り出し効率や高角度側の発光強度は向上しやすいものの、特に重要な正面方向の発光強度が向上しにくいという問題がある。この要因としては有機ＥＬ素子の発光のように指向性を持たず全方位に発光する面光源に対してレンズを複数個設けると任意の方向に集光させる光学設計ができないことが挙げられる。
一方、有機ＥＬ素子の発光面積をレンズに対して十分に小さくして点光源とした構成では、点光源に対して最適なレンズ設計にすることにより、正面方向の発光強度を向上させることができる。しかし、発光面積を小さくすると有機ＥＬ素子の発光に必要な電流密度が増大し、有機ＥＬ素子の発光強度の劣化進行が早くなるという問題がある。
また、特許文献１のように傾斜部を有する光取り出し構造体を、非特許文献１のように発光層よりも高屈折率の材料で形成した構成では、正面方向の発光強度を向上させることができない場合があった。即ち光取り出し構造体の傾斜部の角度を最適な値に設定するだけでは伝搬光を正面方向に多く取り出せない場合があった。
そこで、本発明は、伝搬光を正面方向に多く取り出せる構造を設けることにより、有機ＥＬ素子の発光面積を小さくすることなく、有機ＥＬ素子の正面方向の発光強度を向上させることが可能な有機ＥＬ素子の提供を目的とする。
上記課題を解決するために、本発明は、透明電極と、反射電極と、前記透明電極と前記
反射電極との間に配置されている発光層を含む有機ＥＬ層と、前記透明電極の光出射側に配置された透明層と、前記透明層の光出射側に配置され直線状の傾斜部を有する凸形状の光取り出し構造体と、を備え、前記透明層と前記光取り出し構造体の屈折率が前記発光層の屈折率以上である有機ＥＬ素子であって、
前記反射電極に垂直な面で切断したときに前記反射電極と前記傾斜部とでつくられる２つの傾斜角φ1とφ2が最大になる断面において、前記発光層で発光し前記光取り出し構造体に入射した導波光を前記光取り出し構造体から有機ＥＬ素子の外に取り出すための下記条件１と条件２のうち少なくとも一つを満たすように前記光取り出し構造体の傾斜部が設定されていることを特徴とする有機ＥＬ素子を提供するものである。
反射電極との間に配置されている発光層を含む有機ＥＬ層と、前記透明電極の光出射側に配置された透明層と、前記透明層の光出射側に配置され直線状の傾斜部を有する凸形状の光取り出し構造体と、を備え、前記透明層と前記光取り出し構造体の屈折率が前記発光層の屈折率以上である有機ＥＬ素子であって、
前記反射電極に垂直な面で切断したときに前記反射電極と前記傾斜部とでつくられる２つの傾斜角φ1とφ2が最大になる断面において、前記発光層で発光し前記光取り出し構造体に入射した導波光を前記光取り出し構造体から有機ＥＬ素子の外に取り出すための下記条件１と条件２のうち少なくとも一つを満たすように前記光取り出し構造体の傾斜部が設定されていることを特徴とする有機ＥＬ素子を提供するものである。
本発明によれば、有機ＥＬ素子の発光領域の大きさに関係なく伝搬光を正面方向に多く取り出すことができる。これにより有機ＥＬ素子の正面方向の発光強度を向上させることができる。
以下、本発明の有機ＥＬ素子の好適な実施形態について図面を参照して説明する。尚、本明細書で特に図示又は記載されない部分に関しては、当該技術分野の周知又は公知技術を適用する。また、本発明は以下に説明する実施形態に限定されるものではない。
図１は本発明の有機ＥＬ素子１の概略断面図であり、有機ＥＬ素子１は透明層７の内面側から順に透明電極６、発光層５を含む有機ＥＬ層（有機化合物層）４、反射電極３を備え、透明層７の外面側に光取り出し構造体８を備えている。本明細書では、透明層７の発光層側の面を「透明層７の内面」、透明層７の発光層と反対側、つまり透明層７の光出射側の面を「透明層７の外面」ということとする。基板２はガラス、プラスチック、シリコン等で形成される。基板２にはＴＦＴ等のスイッチング素子（不図示）が形成されていても良い。基板２上には有機ＥＬ素子１の発光を光出射側に反射する反射電極３が形成されている。反射電極３は高反射率を有する金属又はその合金で形成されるのが好ましい。特にＡｌ、Ａｇ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｎｉ等が好適であるが、前記金属又はその合金上に、仕事関数の高いＩＴＯやＩＺＯ（登録商標）等の酸化物透明導電材料を積層した積層体であっても良い。
反射電極３上には少なくとも発光層５を含む有機ＥＬ層４が形成されている。有機ＥＬ層４は発光層５以外に、正孔注入層、正孔輸送層、電子ブロッキング層、正孔ブロッキング層、電子輸送層、電子注入層等を含んでいても良い。各層には公知の有機ＥＬ材料を使用することができる。
有機ＥＬ層４上には発光層５の屈折率以上の屈折率を有する透明電極６が形成されている。透明電極６は光の吸収が低く透過率が高い材料で形成されるのが好ましく、特にＩＴＯやＩＺＯ（登録商標）等の酸化物透明導電材料が好適である。
透明電極６上には発光層５の屈折率以上の屈折率を有する透明層７が形成されている。透明層７は光の吸収が低く透過率が高い材料で形成されるのが好ましい。特に窒化ケイ素（ＳｉＮ）、窒化チタン（ＴｉＮ）等の無機窒化物、酸化チタン（ＴｉＯ2）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ）、ＩＴＯ、ＩＺＯ（登録商標）等の無機酸化物、Ａｌｑ3、αＮＰＤ等の有機材料が好適である。また、透明層７は透明電極６と同じ材料で形成されていても良いし、発光層５の屈折率以上の屈折率を有する材料の積層体であっても良い。尚、透明層７が保護層を兼ねていても良いし、酸化物透明導電層を用いることで透明電極６を兼ねていても良い。
透明層７上には発光層５の屈折率以上の屈折率を有する光取り出し構造体８が形成されている。光取り出し構造体８は光の吸収が低く透過率が高い材料で形成されるのが好ましく、特にＳｉＮ、ＴｉＮ等の無機窒化物、ＴｉＯ2、ＺｎＯ、Ａｌ2Ｏ3、ＺｒＯ、ＩＴＯ、ＩＺＯ（登録商標）等の無機酸化物、Ａｌｑ3、αＮＰＤ等の有機材料が好適である。また、光取り出し構造体８は透明電極６や透明層７と同じ材料で形成されていても良い。
光取り出し構造体８は反射電極３に対して平行ではない傾斜部９ａ，９ｂを有している。即ち透明層側から徐々に細くなる傾斜部９ａ，９ｂを有する凸形状になっている。さらに言うと、光取り出し構造体８は、反射電極３に対して垂直な面で切断したときの断面において三角形の形状を有していることが好ましい。光取り出し構造体８の個数は一つでも良いし複数であっても良い。
光取り出し構造体８の傾斜部よりも外側、即ち有機ＥＬ素子１の外部領域１０は光取り出し構造体８よりも低屈折率の材料で形成されるのが好ましい。特に空気、窒素等の気体、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂等の有機材料、酸化ケイ素（ＳｉＯ2）等の無機酸化物が好適である。
図１の有機ＥＬ素子は透明層７の外面側及び光取り出し構造体８の傾斜部９ａ，９ｂ側を光出射側としており、基板２、反射電極３、有機ＥＬ層４、発光層５、透明電極６、透明層７は平行に積層されている。
次に、図２（ａ）（ｂ）を用いて本発明の有機ＥＬ素子における正面方向の発光強度向上の二つのメカニズムについて説明する。これらのメカニズムの特徴は光取り出し構造体８と外部領域１０との界面で有機ＥＬ素子１内の導波光１１を全反射させた後、反射電極３で反射させて正面方向へ取り出すものである。「正面方向」とは、反射電極３に対して垂直な方向であって、反射電極３から光出射側に向かう方向のことである。
図２（ａ）は本発明の有機ＥＬ素子の正面発光強度（正面方向の発光強度）向上の第一メカニズムである「３回反射モード」を説明する図である。「３回反射モード」とは、有機ＥＬ素子１内の導波光１１を光取り出し構造体８と外部領域１０との界面で２回反射させ、次に反射電極３で反射させることにより有機ＥＬ素子１の正面方向に導波光１１を取り出すものである。図２（ａ）は反射電極３に対して垂直な面で切断したときの断面図であり、光取り出し構造体８の傾斜部９ａの延長線と反射電極３とがなす角である傾斜角φ1、及び傾斜部９ｂの延長線と反射電極３とがなす角である傾斜角φ2が最大となる断面である。尚、有機ＥＬ層は図示していない。
図２（ａ）に示すように、発光層５で発光した光のうち発光層５の屈折率ｎ1と外部領域１０の屈折率ｎ0によって全反射条件を満たす光は、透明層と外部領域との界面と、反射電極との間で反射を繰り返し、透明層７と反射電極１０３との間の層内を導波している。この導波光１１と反射電極３の垂線とがなす角度θ1は式１−１で示される範囲である。
導波光１１が光取り出し構造体８に入射すると、光取り出し構造体８内での導波光１１と反射電極３の垂線とがなす角度θ2は、スネルの法則により発光層５の屈折率ｎ1、角度θ1、光取り出し構造体８の屈折率ｎ2を用いて式１−２で示される。
光取り出し構造体８に入射した光が傾斜部９ａで全反射するためには、光取り出し構造体８の屈折率ｎ2、外部領域１０の屈折率ｎ0、傾斜角φ1が式１−３の条件を満たす必要がある。
傾斜部９ａで全反射された導波光１１は傾斜部９ｂの方向に進む。導波光１１は傾斜部９ｂの垂線に対して１８０°−θ2−２φ1−φ2の角度で入射する。傾斜部９ｂと外部領域１０との界面で導波光１１が全反射するためには、光取り出し構造体８の屈折率ｎ2、外部領域１０の屈折率ｎ0、傾斜角φ1、φ2が式１−４の条件を満たす必要がある。
傾斜部９ｂで全反射された導波光１１は反射電極３の方向に進む。導波光１１は反射電極３で反射され、傾斜部９ｂの方向に進む。導波光１１は傾斜部９ｂの垂線に対して１８０°−θ2−２φ1−３φ2の角度で入射する。なお、導波光１１は、光取り出し構造体８と透明層７の界面で屈折するが、光取り出し構造体８から出て光取り出し構造体８に戻ってくる。このため、この屈折は、反射電極３で反射された後に傾斜部９ｂに入射する導波光１１の角度には影響しない。
傾斜部９ｂと外部領域１０との界面で導波光１１が外部領域１０に透過するためには、傾斜部９ｂと外部領域１０との界面で全反射をさせないことが必要である。従って、光取り出し構造体８の屈折率ｎ2、外部領域１０の屈折率ｎ0、傾斜角φ1、φ2が式１−５の条件を満たす必要がある。
外部領域１０に取り出された導波光１１は、傾斜部９ｂの垂線に対してｓｉｎ−1（（ｎ2／ｎ0）・ｓｉｎ（１８０°−θ2−２φ1−３φ2））の角度に進む。導波光１１を有機ＥＬ素子１の正面方向に取り出すためには、光取り出し構造体８の屈折率ｎ2、外部領域１０の屈折率ｎ0、傾斜角φ1、φ2が式１−６の条件を満たす必要がある。
上述のように、「３回反射モード」では、式１−１〜式１−６を全て満たすことによって、導波光１１を有機ＥＬ素子１の正面方向に取り出すことができ、正面方向の発光強度を向上させることが可能となる。以下、式１−１〜式１−６を全て満たすことを、条件１を満たすという。本発明では、条件１を満たすように、光取り出し構造体８の屈折率ｎ2、傾斜角φ1、φ2が設定されている。
また、上述した正面発光強度向上の第一メカニズムは、一つの光取り出し構造体８で起こる現象であり、複数個の光取り出し構造体８に渡って起こる現象ではない。つまり、傾斜部９ｂで全反射した導波光１１が反射電極３で反射された後に、隣接する光取り出し構造体８の傾斜部９ａ，９ｂから外部領域１０に取り出されるわけではない。言い換えると、条件１を満たすということは、一つの光取り出し構造体８内だけで上記メカニズムが起こっているといえる。このため、正面方向の発光強度を向上させるための光学設計として、一つの光取り出し構造体８の屈折率ｎ2、傾斜角φ1、φ2を設定するだけでよく、光学設計が容易になる。
図２（ｂ）は本発明の有機ＥＬ素子の正面発光強度向上の第二メカニズムである「２回反射モード」を説明する図である。「２回反射モード」とは、有機ＥＬ素子１内の導波光１１を光取り出し構造体８と外部領域１０との界面で１回反射させ、次に反射電極３で反射させることにより有機ＥＬ素子１の正面方向に導波光１１を取り出すものである。図２（ｂ）は反射電極３に対して垂直な面で切断したときの断面図であり、光取り出し構造体８の傾斜部９ａの延長線と反射電極３とがなす角である傾斜角φ1、及び傾斜部９ｂの延長線と反射電極３とがなす角である傾斜角φ2が最大となる断面である。尚、有機ＥＬ層は図示していない。
図２（ｂ）に示すように、発光層５で発光した光のうち発光層５の屈折率ｎ1と外部領域１０の屈折率ｎ0によって全反射条件を満たす光は、透明層と外部領域との界面と、反射電極との間で反射を繰り返し、透明層７と反射電極１０３との間の層内を導波している。この導波光１１と反射電極３の垂線とがなす角度θ3は式２−１で示される範囲である。
導波光１１が光取り出し構造体８に入射すると、光取り出し構造体内での導波光１１と反射電極３の垂線とがなす角度θ4は、スネルの法則により発光層５の屈折率ｎ1、光取り出し構造体８の屈折率ｎ2、角度θ3を用いて式２−２で示される。
導波光１１は傾斜部９ｂの垂線に対してθ4−φ2の角度で入射する。傾斜部９ｂと外部領域１０との界面で導波光１１が全反射するためには、光取り出し構造体８の屈折率ｎ2、外部領域１０の屈折率ｎ0、角度θ4、傾斜角φ2が式２−３の条件を満たす必要がある。
傾斜部９ｂで全反射された導波光１１は反射電極３の方向に進む。導波光１１は反射電極３で反射され、傾斜部９ｂの方向に進む。導波光１１は傾斜部９ｂの垂線に対してθ4−３φ2の角度で入射する。傾斜部９ｂと外部領域１０との界面で導波光１１が外部領域１０に透過するためには、傾斜部９ｂと外部領域１０との界面で全反射をさせないことが必要である。従って、光取り出し構造体８の屈折率ｎ2、外部領域１０の屈折率ｎ0、角度θ4、傾斜角φ2が式２−４の条件を満たす必要がある。
外部領域１０に取り出された導波光１１は傾斜部９ｂの垂線に対してｓｉｎ−1（（ｎ2／ｎ0）・ｓｉｎ（θ4−３φ2））の角度に進む。導波光１１を有機ＥＬ素子１の正面方向に取り出すためには、光取り出し構造体８の屈折率ｎ2、外部領域１０の屈折率ｎ0、角度θ4、傾斜角φ2が式２−５の条件を満たす必要がある。
上述のように、「２回反射モード」では、式２−１〜式２−５を全て満たすことによって、導波光１１を有機ＥＬ素子１の正面方向に取り出すことができ、正面方向の発光強度を向上させることが可能となる。以下、式２−１〜式２−５を全て満たすことを、条件２を満たすという。本発明では、条件２を満たすように、光取り出し構造体８の屈折率ｎ2、傾斜角φ1、φ2が設定されている。
また、上述した正面発光強度向上の第二メカニズムは、一つの光取り出し構造体８で起こる現象であり、複数個の光取り出し構造体８に渡って起こる現象ではない。言い換えると、条件２を満たすということは、一つの光取り出し構造体８内だけで上記メカニズムが起こっているといえる。このため、正面方向の発光強度を向上させるための光学設計として、一つの光取り出し構造体８の屈折率ｎ2、傾斜角φ1、φ2を設定するだけでよく、光学設計が容易になる。
本発明の有機ＥＬ素子は、上述した正面発光強度向上の条件１と条件２のうち少なくとも一つを満たす構成にすることにより正面方向の発光強度を大きく向上させることが可能である。また、本発明の有機ＥＬ素子は、傾斜角φ1、φ2が最大になる断面において条件１と条件２のうち少なくとも一つを満たす構造になっている。これは光取り出し構造体８の形状がどのような形状であっても、光取り出し構造体８はφ1とφ2が最大になる断面を有しており、その断面で導波光１１を正面方向に取り出せる構造にすれば多くの導波光１１を正面方向に取り出せると考えたからである。尚、発光層内での導波光１１と反射電極３とがなす角度θ1、θ3は異なっていても良いし同じであっても良い。
また、光取り出し構造体８を発光領域における透明層７の外面側（発光領域の光出射側）に設けた場合、導波光１１は光取り出し構造体８に対して傾斜部９ａの方向からも傾斜部９ｂの方向からも導波する。このため、傾斜角φ1、φ2を同じ角度にすると傾斜部９ａと傾斜部９ｂの両方で導波光１１を正面方向に取り出せる。即ち導波光１１を正面方向により多く取り出せる。従って、光取り出し構造体８を少なくとも発光領域における透明層７の外面側に設け、光取り出し構造体８の傾斜角φ1、φ2を同じ角度にした場合、正面方向の発光強度をより向上させることができる。つまり、光取り出し構造体８が発光領域の上にある場合には、光取り出し構造体８の傾斜角φ1、φ2を同じにすることが望ましい。なお、光取り出し構造体８の傾斜角φ1、φ2を同じ角度にした場合、発光層５の屈折率ｎ1および光取り出し構造体８の屈折率ｎ2に応じて、傾斜角φ1およびφ2の角度は表１に示す角度の範囲であることが好ましい。外部領域１０の屈折率は１．０である。また、光取り出し構造体８の形状は錐体、錐台、プリズム形状であることが好ましい。
光取り出し構造体８が発光領域の上にあり、傾斜角φ1およびφ2の角度が同じ場合には、光取り出し構造体８の屈折率ｎ2が発光層５の屈折率ｎ1以上（ｎ2≧ｎ1）の条件で、傾斜角φ1およびφ2の角度は２２°以上３２°以下が好ましく、さらに２５°以上２８°以下が好ましい。また、発光層５の屈折率ｎ1は１．７以上１．９以下で、光取り出し構造体８の屈折率ｎ2は１．７以上２．０以下である。
また、条件１よりも条件２を満たすように、光取り出し構造体８の屈折率ｎ2、傾斜角φ1、φ2を設定することが望ましい。これは以下の理由のためである。すなわち、一般的に、発光層からの放射角が大きくなると、立体角が大きくなるため、その放射角での光量が大きくなる。そして、条件１を満たす放射角θ1よりも条件２を満たす放射角θ3の方が大きい。このため、条件２を満たす場合の方が、条件１を満たす場合よりも、正面方向に取り出せる光量が大きくなるため、正面方向の発光強度を向上させる効果が大きくなる。
また、光取り出し構造体８を発光領域外における透明層７の外面側のみに設けた場合、発光領域では透明層７と外部領域１０との界面で全反射しない光を取り出すことができ、発光領域外では発光領域で全反射した導波光１１を取り出すことができる。従ってこの構成とした場合にも、導波光１１を正面方向に取り出せるため正面方向の発光強度を向上させることができる。この構成をとると、例えば複数の発光領域から構成されるディスプレイにおいて、発光領域外における透明層７の外面側のみに光取り出し構造体８を設けることができるため、光取り出し構造体８の形成領域を少なくすることができる点でより好ましい。更に、発光領域の上に光取り出し構造体８が配置されていないので、発光領域から正面方向へ放出された光が、有機ＥＬ素子１から出射される際に光取り出し構造体８によって正面方向以外の方向へ出射されにくくなり、正面方向の発光強度をより高めることができる。
また、光取り出し構造体８を発光領域外における透明層７の外面側のみに設けた場合には、光取り出し構造体８の傾斜角φ1、φ2を異ならせることが望ましい。傾斜角φ1、φ2を異ならせることにより、条件１および条件２を満たすように設計することができるため、正面方向の発光強度が大きく向上する。
また、光取り出し構造体８を発光領域外における透明層７の外面側に発光領域の外周を取り囲んで設けた場合、発光領域で全反射した導波光１１が光取り出し構造体８に入射する確率が高くなるため、導波光１１をより多く正面方向に取り出せる。従ってこの構成とした場合、正面方向の発光強度をより向上させることができる。尚、発光領域の外周を一つの光取り出し構造体８が一重に取り囲んでも良いし、複数の光取り出し構造体が取り囲んでいても良い。
また、光取り出し構造体８を発光領域外における透明層７の外面側のみに設けた場合や、外面側に発光領域の外周を取り囲んで設けた場合においては、光取り出し構造体８の傾斜角φ1は発光領域側にあり、傾斜角φ2は発光領域とは反対側にあることが好ましい。
光取り出し構造体８の傾斜角φ2を２４°、２６°、２８°、３０°、３２°にした場合においては、発光層５の屈折率ｎ1および光取り出し構造体８の屈折率ｎ2に応じて、傾斜角φ1の角度は表２に示す角度の範囲であることが好ましい。外部領域１０の屈折率は１．０である。
光取り出し構造体８を発光領域外における透明層７の外面側のみに設けた場合や、外面側に発光領域の外周を取り囲んで設けた場合には、光取り出し構造体８の屈折率ｎ2が発光層５の屈折率ｎ1以上（ｎ2≧ｎ1）の条件で、傾斜角φ2が２４°以上３２°以下の範囲では、傾斜角φ1は、１１°以上４５°以下が好ましい。また、発光層５の屈折率ｎ1は１．７以上１．９以下で、光取り出し構造体８の屈折率ｎ2は１．７以上２．１以下である。
光取り出し構造体８を発光領域外における透明層７の外面側のみに設けた場合や、外面側に発光領域の外周を取り囲んで設けた場合には、光取り出し構造体８の屈折率ｎ2が発光層５の屈折率ｎ1以上（ｎ2≧ｎ1）の条件で、傾斜角φ2が２４°以上３０°以下の範囲では、傾斜角φ1は１６°以上４５°以下が好ましく、さらには３２°以上３５°以下が好ましい。
光取り出し構造体８を発光領域外における透明層７の外面側のみに設けた場合や、外面側に発光領域の外周を取り囲んで設けた場合には、光取り出し構造体８の屈折率ｎ2が発光層５の屈折率ｎ1以上（ｎ2≧ｎ1）の条件で、傾斜角φ2が２４°以上２８°以下の範囲では、傾斜角φ1は２０°以上４５°以下が好ましく、さらには３２°以上３８°以下が好ましい。
光取り出し構造体８を発光領域外における透明層７の外面側のみに設けた場合や、外面側に発光領域の外周を取り囲んで設けた場合には、光取り出し構造体８の屈折率ｎ2が発光層５の屈折率ｎ1以上（ｎ2≧ｎ1）の条件で、傾斜角φ2が２４°以上２６°以下の範囲では、傾斜角φ1は２５°以上４５°以下が好ましく、さらには３２°以上４０°以下が好ましい。
光取り出し構造体８を発光領域外における透明層７の外面側のみに設けた場合や、外面側に発光領域の外周を取り囲んで設けた場合には、光取り出し構造体８の屈折率ｎ2が発光層５の屈折率ｎ1以上（ｎ2≧ｎ1）の条件で、傾斜角φ2が２６°以上３２°以下の範囲では、傾斜角φ1は１１°以上４２°以下が好ましく、さらには２７°以上３３°以下が好ましい。
光取り出し構造体８を発光領域外における透明層７の外面側のみに設けた場合や、外面側に発光領域の外周を取り囲んで設けた場合には、光取り出し構造体８の屈折率ｎ2が発光層５の屈折率ｎ1以上（ｎ2≧ｎ1）の条件で、傾斜角φ2が２６°以上３０°以下の範囲では、傾斜角φ1は１６°以上４２°以下が好ましく、さらには２７°以上３５°以下が好ましい。
光取り出し構造体８を発光領域外における透明層７の外面側のみに設けた場合や、外面側に発光領域の外周を取り囲んで設けた場合には、光取り出し構造体８の屈折率ｎ2が発光層５の屈折率ｎ1以上（ｎ2≧ｎ1）の条件で、傾斜角φ2が２６°以上２８°以下の範囲では、傾斜角φ1は２０°以上４２°以下が好ましく、さらには２７°以上３８°以下が好ましい。
光取り出し構造体８を発光領域外における透明層７の外面側のみに設けた場合や、外面側に発光領域の外周を取り囲んで設けた場合には、光取り出し構造体８の屈折率ｎ2が発光層５の屈折率ｎ1以上（ｎ2≧ｎ1）の条件で、傾斜角φ2が２８°以上３２°以下の範囲では、傾斜角φ1は１１°以上３９°以下が好ましく、さらには２３°以上３３°以下が好ましい。
光取り出し構造体８を発光領域外における透明層７の外面側のみに設けた場合や、外面側に発光領域の外周を取り囲んで設けた場合には、光取り出し構造体８の屈折率ｎ2が発光層５の屈折率ｎ1以上（ｎ2≧ｎ1）の条件で、傾斜角φ2が２８°以上３０°以下の範囲では、傾斜角φ1は１６°以上３９°以下が好ましく、さらには２３°以上３５°以下が好ましい。
光取り出し構造体８を発光領域外における透明層７の外面側のみに設けた場合や、外面側に発光領域の外周を取り囲んで設けた場合には、光取り出し構造体８の屈折率ｎ2が発光層５の屈折率ｎ1以上（ｎ2≧ｎ1）の条件で、傾斜角φ2が３０°以上３２°以下の範囲では、傾斜角φ1は１１°以上３６°以下が好ましく、さらには１８°以上３３°以下が好ましい。
また、光取り出し構造体８を発光領域外における透明層７の外面側のみに設けた場合や、外面側に発光領域の外周を取り囲んで設けた場合には、傾斜角φ2が２４°のときでは、傾斜角φ1は、３０°以上４５°以下が好ましく、さらには、３２°以上４３°以下が好ましい。傾斜角φ2が２６°のときでは、傾斜角φ1は、２５°以上４２°以下が好ましく、さらには２７°以上４０°以下が好ましい。傾斜角φ2が２８°のときでは、傾斜角φ1は、２０°以上３９°以下が好ましく、さらには２３°以上３８°以下が好ましい。傾斜角φ2が３０°のときでは、傾斜角φ1は、１６°以上３６°以下が好ましく、さらには１８°以上３５°以下が好ましい。傾斜角φ2が３２°のときでは、傾斜角φ1は、１１°以上３４°以下が好ましく、さらには１３°以上３３°以下が好ましい。
本発明の有機ＥＬ素子において、光取り出し構造体８の高さに対する透明層７の厚みの比率は２．０以下が好ましく、１．０以下がより好ましい。これは、光取り出し構造体８の高さに対して透明層７の厚みが薄くなるにつれて導波光１１が光取り出し構造体８に入射する確率が高くなるため、導波光１１をより多く正面方向に取り出せるからである。従って正面方向の発光強度を向上させるためには、光取り出し構造体８の高さに対して透明層７の厚みがより薄い方が好ましい。
本発明の有機ＥＬ素子は、照明や露光源などの発光装置に使用することができる。本発明の有機ＥＬ素子を備えた発光装置は、プリンターなどの画像形成装置に用いられ、画像形成装置は発光装置で感光される感光体をさらに備えている。また、本発明の有機ＥＬ素子を複数配置したアレイを、テレビなどの表示装置のディスプレイや撮像素子を備えた撮像装置のディスプレイあるいはビューファインダに使用することもできる。また、このアレイは携帯電話やスマートフォン、タブレットなどの携帯情報端末に使用することもできる。上記に例示した電子機器に使用される場合には、電子機器は、有機ＥＬ素子の他に、有機ＥＬ素子の発光を制御するための制御回路をさらに有している。
以下、本発明の有機ＥＬ素子について、モンテカルロ法による光線追跡シミュレーションを実施し、正面方向の発光強度及び外部光取り出し効率の評価を行った。有機ＥＬ素子の発光強度の評価のため、有機ＥＬ素子から３０ｃｍ離れた位置に光線ディテクターを設置した。
［実施例１］
図３（ａ）（ｂ）は本実施例の有機ＥＬ素子の概略図であり、図３（ａ）は有機ＥＬ素子を正面方向から見たときの概略平面図、図３（ｂ）は有機ＥＬ素子を図３（ａ）の線分１４を含む平面で切断したときの概略断面図である。
図３（ａ）（ｂ）は本実施例の有機ＥＬ素子の概略図であり、図３（ａ）は有機ＥＬ素子を正面方向から見たときの概略平面図、図３（ｂ）は有機ＥＬ素子を図３（ａ）の線分１４を含む平面で切断したときの概略断面図である。
本実施例では以下のシミュレーションモデルを用いてシミュレーションを行った。本実施例のシミュレーションモデルは上述した本発明の必要条件を満たしている。本実施例の反射電極３、有機ＥＬ層４、発光層５、透明層７、光取り出し構造体８、外部領域１０は以下のとおりである。
＜反射電極３＞
・反射率９５％
＜有機ＥＬ層４＞
・厚み０．１μｍ、屈折率１．８５、吸収なし
＜発光層５＞
・屈折率１．８５、吸収なし
・有機ＥＬ層４の厚みの中心位置を発光層５とし、発光層５の周囲に絶縁層１２を設けることにより発光領域１５の直径を２７μｍφとした。
＜透明電極６＞
・厚み０．１μｍ、屈折率２．００、吸収率１％／μｍ
＜透明層７＞
・厚み０．９μｍ、屈折率１．９５、吸収率１％／μｍ
＜光取り出し構造体８＞
・光取り出し構造体８の高さが最大となる稜線１６が直線状であるプリズム形状
・屈折率：１．９５、吸収率：１％／μｍ
・傾斜角φ1、φ2が最大になるときの断面形状での底辺の幅は１０．０μｍ
・傾斜角φ1：２５°、傾斜角φ2：２５°
＜外部領域１０＞
・屈折率１．０
＜反射電極３＞
・反射率９５％
＜有機ＥＬ層４＞
・厚み０．１μｍ、屈折率１．８５、吸収なし
＜発光層５＞
・屈折率１．８５、吸収なし
・有機ＥＬ層４の厚みの中心位置を発光層５とし、発光層５の周囲に絶縁層１２を設けることにより発光領域１５の直径を２７μｍφとした。
＜透明電極６＞
・厚み０．１μｍ、屈折率２．００、吸収率１％／μｍ
＜透明層７＞
・厚み０．９μｍ、屈折率１．９５、吸収率１％／μｍ
＜光取り出し構造体８＞
・光取り出し構造体８の高さが最大となる稜線１６が直線状であるプリズム形状
・屈折率：１．９５、吸収率：１％／μｍ
・傾斜角φ1、φ2が最大になるときの断面形状での底辺の幅は１０．０μｍ
・傾斜角φ1：２５°、傾斜角φ2：２５°
＜外部領域１０＞
・屈折率１．０
［実施例２］
図４（ａ）（ｂ）は本実施例の有機ＥＬ素子の概略図であり、図４（ａ）は有機ＥＬ素子を正面方向から見たときの概略平面図、図４（ｂ）は有機ＥＬ素子を図４（ａ）の線分１４を含む平面で切断したときの概略断面図である。
図４（ａ）（ｂ）は本実施例の有機ＥＬ素子の概略図であり、図４（ａ）は有機ＥＬ素子を正面方向から見たときの概略平面図、図４（ｂ）は有機ＥＬ素子を図４（ａ）の線分１４を含む平面で切断したときの概略断面図である。
本実施例の有機ＥＬ素子は、透明層７の屈折率を１．８５とし、光取り出し構造体８の形状を底辺の１辺が１０μｍの正四角錐形状、屈折率を１．８５としている点が実施例１と異なる。この点を除いては、実施例１と同じ材料を用い、実施例１と同じ構成としている。本実施例のシミュレーションモデルは上述した本発明の必要条件を満たしている。
［実施例３］
図５（ａ）（ｂ）は本実施例の有機ＥＬ素子の概略図であり、図５（ａ）は有機ＥＬ素子を正面方向から見たときの概略平面図、図５（ｂ）は有機ＥＬ素子を図５（ａ）の線分１４を含む平面で切断したときの概略断面図である。
図５（ａ）（ｂ）は本実施例の有機ＥＬ素子の概略図であり、図５（ａ）は有機ＥＬ素子を正面方向から見たときの概略平面図、図５（ｂ）は有機ＥＬ素子を図５（ａ）の線分１４を含む平面で切断したときの概略断面図である。
本実施例の有機ＥＬ素子は、光取り出し構造体８の形状を底辺の半径が３．５μｍの円錐形状、傾斜角φ1、φ2を両方３０°としている点が実施例２と異なる。この点を除いては、実施例２と同じ材料を用い、実施例２と同じ構成としている。本実施例のシミュレーションモデルは上述した本発明の必要条件を満たしている。
［比較例１］
図６（ａ）（ｂ）は本比較例の有機ＥＬ素子の概略図であり、図６（ａ）は有機ＥＬ素子を正面方向から見たときの概略平面図、図６（ｂ）は有機ＥＬ素子を図６（ａ）の線分１４を含む平面で切断したときの概略断面図である。
図６（ａ）（ｂ）は本比較例の有機ＥＬ素子の概略図であり、図６（ａ）は有機ＥＬ素子を正面方向から見たときの概略平面図、図６（ｂ）は有機ＥＬ素子を図６（ａ）の線分１４を含む平面で切断したときの概略断面図である。
本比較例の有機ＥＬ素子は、透明層７の外面側に光取り出し構造体８の代わりに半球形状のレンズ１３を設けている点が実施例２と異なる。この点を除いては、実施例２と同じ材料を用い、実施例２と同じ構成としている。本比較例のシミュレーションモデルは上述した本発明の必要条件を満たしていない。本比較例のレンズ１３は以下のとおりである。
＜レンズ１３＞
・半球形状、半径３．５μｍ
・屈折率：１．８５、吸収率：１％／μｍ
＜レンズ１３＞
・半球形状、半径３．５μｍ
・屈折率：１．８５、吸収率：１％／μｍ
［比較例２］
本比較例の有機ＥＬ素子は、透明層７の外面側に光取り出し構造体８を設けない点が実施例２と異なる。この点を除いては、実施例２と同じ材料を用い、実施例２と同じ構成としている。本比較例のシミュレーションモデルは上述した本発明の必要条件を満たしていない。
本比較例の有機ＥＬ素子は、透明層７の外面側に光取り出し構造体８を設けない点が実施例２と異なる。この点を除いては、実施例２と同じ材料を用い、実施例２と同じ構成としている。本比較例のシミュレーションモデルは上述した本発明の必要条件を満たしていない。
［実施例４］
本実施例の有機ＥＬ素子は、光取り出し構造体８の傾斜角φ1、φ2を両方２５°としている点が実施例３と異なる。この点を除いては、実施例３と同じ材料を用い、実施例３と同じ構成としている。本実施例のシミュレーションモデルは上述した本発明の必要条件を満たしている。
本実施例の有機ＥＬ素子は、光取り出し構造体８の傾斜角φ1、φ2を両方２５°としている点が実施例３と異なる。この点を除いては、実施例３と同じ材料を用い、実施例３と同じ構成としている。本実施例のシミュレーションモデルは上述した本発明の必要条件を満たしている。
［比較例３］
本比較例の有機ＥＬ素子は、光取り出し構造体８の傾斜角φ1、φ2を両方２０°としている点が実施例３と異なる。この点を除いては、実施例３と同じ材料を用い、実施例３と同じ構成としている。本比較例のシミュレーションモデルは上述した本発明の必要条件を満たしていない。
本比較例の有機ＥＬ素子は、光取り出し構造体８の傾斜角φ1、φ2を両方２０°としている点が実施例３と異なる。この点を除いては、実施例３と同じ材料を用い、実施例３と同じ構成としている。本比較例のシミュレーションモデルは上述した本発明の必要条件を満たしていない。
［比較例４］
本比較例の有機ＥＬ素子は、光取り出し構造体８の傾斜角φ1、φ2を両方３５°としている点が実施例３と異なる。この点を除いては、実施例３と同じ材料を用い、実施例３と同じ構成としている。本比較例のシミュレーションモデルは上述した本発明の必要条件を満たしていない。
本比較例の有機ＥＬ素子は、光取り出し構造体８の傾斜角φ1、φ2を両方３５°としている点が実施例３と異なる。この点を除いては、実施例３と同じ材料を用い、実施例３と同じ構成としている。本比較例のシミュレーションモデルは上述した本発明の必要条件を満たしていない。
［比較例５］
本比較例の有機ＥＬ素子は、光取り出し構造体８の傾斜角φ1、φ2を両方４５°としている点が実施例３と異なる。この点を除いては、実施例３と同じ材料を用い、実施例３と同じ構成としている。本比較例のシミュレーションモデルは上述した本発明の必要条件を満たしていない。
本比較例の有機ＥＬ素子は、光取り出し構造体８の傾斜角φ1、φ2を両方４５°としている点が実施例３と異なる。この点を除いては、実施例３と同じ材料を用い、実施例３と同じ構成としている。本比較例のシミュレーションモデルは上述した本発明の必要条件を満たしていない。
［比較例６］
本比較例の有機ＥＬ素子は、透明層７の屈折率を１．５０とし、光取り出し構造体８の屈折率を１．５０、傾斜角φ1、φ2を両方２０°としている点が実施例３と異なる。この点を除いては、実施例３と同じ材料を用い、実施例３と同じ構成としている。本比較例のシミュレーションモデルは上述した本発明の必要条件を満たしていない。
本比較例の有機ＥＬ素子は、透明層７の屈折率を１．５０とし、光取り出し構造体８の屈折率を１．５０、傾斜角φ1、φ2を両方２０°としている点が実施例３と異なる。この点を除いては、実施例３と同じ材料を用い、実施例３と同じ構成としている。本比較例のシミュレーションモデルは上述した本発明の必要条件を満たしていない。
［比較例７］
本比較例の有機ＥＬ素子は、光取り出し構造体８の傾斜角φ1、φ2を両方２５°としている点が比較例６と異なる。この点を除いては、比較例６と同じ材料を用い、比較例６と同じ構成としている。本比較例のシミュレーションモデルは上述した本発明の必要条件を満たしていない。
本比較例の有機ＥＬ素子は、光取り出し構造体８の傾斜角φ1、φ2を両方２５°としている点が比較例６と異なる。この点を除いては、比較例６と同じ材料を用い、比較例６と同じ構成としている。本比較例のシミュレーションモデルは上述した本発明の必要条件を満たしていない。
［比較例８］
本比較例の有機ＥＬ素子は、光取り出し構造体８の傾斜角φ1、φ2を両方３０°としている点が比較例６と異なる。この点を除いては、比較例６と同じ材料を用い、比較例６と同じ構成としている。本比較例のシミュレーションモデルは上述した本発明の必要条件を満たしていない。
本比較例の有機ＥＬ素子は、光取り出し構造体８の傾斜角φ1、φ2を両方３０°としている点が比較例６と異なる。この点を除いては、比較例６と同じ材料を用い、比較例６と同じ構成としている。本比較例のシミュレーションモデルは上述した本発明の必要条件を満たしていない。
［比較例９］
本比較例の有機ＥＬ素子は、光取り出し構造体８の傾斜角φ1、φ2を両方３５°としている点が比較例６と異なる。この点を除いては、比較例６と同じ材料を用い、比較例６と同じ構成としている。本比較例のシミュレーションモデルは上述した本発明の必要条件を満たしていない。
本比較例の有機ＥＬ素子は、光取り出し構造体８の傾斜角φ1、φ2を両方３５°としている点が比較例６と異なる。この点を除いては、比較例６と同じ材料を用い、比較例６と同じ構成としている。本比較例のシミュレーションモデルは上述した本発明の必要条件を満たしていない。
［比較例１０］
本比較例の有機ＥＬ素子は、光取り出し構造体８の傾斜角φ1、φ2を両方４５°としている点が比較例６と異なる。この点を除いては、比較例６と同じ材料を用い、比較例６と同じ構成としている。本比較例のシミュレーションモデルは上述した本発明の必要条件を満たしていない。
本比較例の有機ＥＬ素子は、光取り出し構造体８の傾斜角φ1、φ2を両方４５°としている点が比較例６と異なる。この点を除いては、比較例６と同じ材料を用い、比較例６と同じ構成としている。本比較例のシミュレーションモデルは上述した本発明の必要条件を満たしていない。
［比較例１１］
本比較例の有機ＥＬ素子は、透明層７の外面側に光取り出し構造体８を設けない点が比較例６と異なる。この点を除いては、比較例６と同じ材料を用い、比較例６と同じ構成としている。本比較例のシミュレーションモデルは上述した本発明の必要条件を満たしていない。
本比較例の有機ＥＬ素子は、透明層７の外面側に光取り出し構造体８を設けない点が比較例６と異なる。この点を除いては、比較例６と同じ材料を用い、比較例６と同じ構成としている。本比較例のシミュレーションモデルは上述した本発明の必要条件を満たしていない。
［実施例５］
図７（ａ）（ｂ）は本実施例の有機ＥＬ素子の概略図であり、図７（ａ）は有機ＥＬ素子を正面方向から見たときの概略平面図、図７（ｂ）は有機ＥＬ素子を図７（ａ）の線分１４を含む平面で切断したときの概略断面図である。
図７（ａ）（ｂ）は本実施例の有機ＥＬ素子の概略図であり、図７（ａ）は有機ＥＬ素子を正面方向から見たときの概略平面図、図７（ｂ）は有機ＥＬ素子を図７（ａ）の線分１４を含む平面で切断したときの概略断面図である。
本実施例の有機ＥＬ素子は、光取り出し構造体８が実施例３と異なる。この点を除いては、実施例３と同じ材料を用い、実施例３と同じ構成としている。本実施例のシミュレーションモデルは上述した本発明の必要条件を満たしている。本実施例の光取り出し構造体８は以下のとおりである。
＜光取り出し構造体８＞
・円錐形状、半径５．７５μｍ
・屈折率：１．８５、吸収率：１％／μｍ
・傾斜角φ1：３０°、傾斜角φ2：３０°
・図７（ａ）（ｂ）に示すように発光領域の光出射側に設けず、発光領域の外周に同心円状に１０個配置した。
＜光取り出し構造体８＞
・円錐形状、半径５．７５μｍ
・屈折率：１．８５、吸収率：１％／μｍ
・傾斜角φ1：３０°、傾斜角φ2：３０°
・図７（ａ）（ｂ）に示すように発光領域の光出射側に設けず、発光領域の外周に同心円状に１０個配置した。
［実施例６］
図８（ａ）（ｂ）は本実施例の有機ＥＬ素子の概略図であり、図８（ａ）は有機ＥＬ素子を正面方向から見たときの概略平面図、図８（ｂ）は有機ＥＬ素子を図８（ａ）の線分１４を含む平面で切断したときの概略断面図である。
図８（ａ）（ｂ）は本実施例の有機ＥＬ素子の概略図であり、図８（ａ）は有機ＥＬ素子を正面方向から見たときの概略平面図、図８（ｂ）は有機ＥＬ素子を図８（ａ）の線分１４を含む平面で切断したときの概略断面図である。
本実施例の有機ＥＬ素子は、光取り出し構造体８が実施例２と異なる。この点を除いては、実施例２と同じ材料を用い、実施例２と同じ構成としている。本実施例のシミュレーションモデルは上述した本発明の必要条件を満たしている。本実施例の光取り出し構造体８は以下のとおりである。
＜光取り出し構造体８＞
・図８（ａ）（ｂ）に示すように、発光領域の光出射側に設けず、発光領域の外周を取り囲むようなリング形状とした。
・屈折率：１．８５、吸収率：１％／μｍ
・光取り出し構造体８の高さが最大となる稜線１６を有しており、稜線１６の中心と発光領域の中心が一致している。
・稜線１６から内周側・外周側に向かうにつれて光取り出し構造体８の高さが低くなる。
・稜線１６の内周部が傾斜部９ａ（傾斜角φ1 ）、稜線１６の外周部が傾斜部９ｂ（傾斜角φ2 ）。
・傾斜角φ1、φ2が最大になるときの断面形状での底辺の幅は幅１１．５μｍ
・傾斜角φ1：３０°、傾斜角φ2：３０°
＜光取り出し構造体８＞
・図８（ａ）（ｂ）に示すように、発光領域の光出射側に設けず、発光領域の外周を取り囲むようなリング形状とした。
・屈折率：１．８５、吸収率：１％／μｍ
・光取り出し構造体８の高さが最大となる稜線１６を有しており、稜線１６の中心と発光領域の中心が一致している。
・稜線１６から内周側・外周側に向かうにつれて光取り出し構造体８の高さが低くなる。
・稜線１６の内周部が傾斜部９ａ（傾斜角φ1 ）、稜線１６の外周部が傾斜部９ｂ（傾斜角φ2 ）。
・傾斜角φ1、φ2が最大になるときの断面形状での底辺の幅は幅１１．５μｍ
・傾斜角φ1：３０°、傾斜角φ2：３０°
［実施例７］
本実施例の有機ＥＬ素子は、光取り出し構造体８の傾斜角φ1を２０°としている点が実施例６と異なる。この点を除いては、実施例６と同じ材料を用い、実施例６と同じ構成としている。本実施例のシミュレーションモデルは上述した本発明の必要条件を満たしている。
本実施例の有機ＥＬ素子は、光取り出し構造体８の傾斜角φ1を２０°としている点が実施例６と異なる。この点を除いては、実施例６と同じ材料を用い、実施例６と同じ構成としている。本実施例のシミュレーションモデルは上述した本発明の必要条件を満たしている。
（シミュレーション結果）
表３は実施例１〜７、比較例１〜１１のシミュレーション結果であり、光取り出し構造体８を設けていない比較例２に対する正面発光強度及び外部光取り出し効率の比率を示している。以下、表３を参照してシミュレーション結果の比較・評価を行う。
表３は実施例１〜７、比較例１〜１１のシミュレーション結果であり、光取り出し構造体８を設けていない比較例２に対する正面発光強度及び外部光取り出し効率の比率を示している。以下、表３を参照してシミュレーション結果の比較・評価を行う。
（実施例１〜３、比較例１及び２のシミュレーション結果の比較・評価）
実施例１では正面発光強度が比較例２の２．２倍と大きく向上している。また、実施例１では外部光取り出し効率も比較例２の１．７倍と大きく向上している。実施例２では正面発光強度が比較例２の２．４倍と大きく向上している。実施例３では正面発光強度が比較例２の２．０倍と大きく向上している。
実施例１では正面発光強度が比較例２の２．２倍と大きく向上している。また、実施例１では外部光取り出し効率も比較例２の１．７倍と大きく向上している。実施例２では正面発光強度が比較例２の２．４倍と大きく向上している。実施例３では正面発光強度が比較例２の２．０倍と大きく向上している。
一方、比較例１では外部光取り出し効率は比較例２の２．２倍と大きく向上しているが、正面発光強度が比較例２の０．９倍と低下しており、半球形状のレンズでは正面発光強度を向上させることはできない。
このように、本発明の有機ＥＬ素子は光取り出し構造体８の形状が異なった場合においても、実施例１〜３のように上述した本発明の必要条件を満たしている限り正面発光強度を向上させることができる。
（実施例３及び４、比較例２〜１１のシミュレーション結果の比較・評価）
図９は表１の実施例３及び４、比較例２〜１１のシミュレーション結果における光取り出し構造体８の傾斜角φ1、φ2と正面発光強度比の関係を示すグラフである。
図９は表１の実施例３及び４、比較例２〜１１のシミュレーション結果における光取り出し構造体８の傾斜角φ1、φ2と正面発光強度比の関係を示すグラフである。
実施例３及び４、比較例２〜５では透明層７及び光取り出し構造体８の屈折率が１．８５である。比較例２では光取り出し構造体８を設けていないため傾斜角φ1、φ2を０°とした。図９に示すように、実施例３及び４では正面発光強度が比較例２の２倍以上に向上している。光取り出し構造体８の屈折率が１．８５の場合、条件１又は条件２を満たす傾斜角φ1、φ2の角度の範囲は２４〜３２°である。実施例３及び４の傾斜角φ1、φ2はそれぞれ３０°、２５°であるため本発明の有機ＥＬ素子は正面発光強度を向上させるのに有効である。一方、比較例３〜５では正面発光強度が比較例２の１．１〜１．３倍と低くなっている。したがって本発明における有機ＥＬ素子は上述した本発明の必要条件を満たすことにより特異的に正面発光強度を向上させることができる。
比較例６〜１１では透明層７及び光取り出し構造体８の屈折率が１．５０である。比較例１１では光取り出し構造体８を設けていないため傾斜角φ1、φ2を０°とした。比較例９の傾斜角が３５°の場合に正面発光強度は最大となるが、比較例２の１．４倍の値であり実施例３及び４と比べると低い。これは上述のように透明層７の屈折率が発光層５よりも小さいことにより、透明電極６と透明層７との界面で全反射する導波光１１が存在しているためである。従って光取り出し構造体８に入射する光が減少し、比較例６〜１１では正面発光強度が比較例２の０．９〜１．４倍と低くなっている。以上説明したように、本発明の有機ＥＬ素子は上述した光取り出し構造体８の傾斜角φ1、φ2の角度だけでなく、屈折率も条件１又は条件２を満たすことが必要である。
（実施例５〜７、比較例２のシミュレーション結果の比較・評価）
実施例５では正面発光強度が比較例２の１．６倍に向上している。このように光取り出し構造体８は発光領域における透明層７の外面側に設けなくても、発光領域の外周に設けることで正面発光強度を向上させることができる。これは本発明の有機ＥＬ素子が導波光１１を正面方向に取り出すことを特徴としているためである。実施例６では正面発光強度が比較例２の３．１倍と大きく向上している。このように正面発光強度が大きく向上した理由として、発光領域の外周を取り囲むように光取り出し構造体８を設けることにより、導波光１１が光取り出し構造体８に入射する確率が高くなり、その結果として正面発光強度が向上したと考えられる。実施例７では正面発光強度が比較例２の３．５倍と更に大きく向上している。この結果から、発光領域外に光取り出し構造体８を設ける場合、傾斜角φ1、φ2は同じ角度でなくても良いことが分かる。
実施例５では正面発光強度が比較例２の１．６倍に向上している。このように光取り出し構造体８は発光領域における透明層７の外面側に設けなくても、発光領域の外周に設けることで正面発光強度を向上させることができる。これは本発明の有機ＥＬ素子が導波光１１を正面方向に取り出すことを特徴としているためである。実施例６では正面発光強度が比較例２の３．１倍と大きく向上している。このように正面発光強度が大きく向上した理由として、発光領域の外周を取り囲むように光取り出し構造体８を設けることにより、導波光１１が光取り出し構造体８に入射する確率が高くなり、その結果として正面発光強度が向上したと考えられる。実施例７では正面発光強度が比較例２の３．５倍と更に大きく向上している。この結果から、発光領域外に光取り出し構造体８を設ける場合、傾斜角φ1、φ2は同じ角度でなくても良いことが分かる。
１：有機ＥＬ素子、２：基板、３：反射電極、４：有機ＥＬ層、５：発光層、６：透明電極、７：透明層、８：光取り出し構造体、９ａ、９ｂ：傾斜部、１０：外部領域、１１：導波光、１５：発光領域
Claims (11)
- 透明電極と、反射電極と、前記透明電極と前記反射電極との間に配置されている発光層を含む有機ＥＬ層と、前記透明電極の光出射側に配置された透明層と、前記透明層の光出射側に配置され直線状の傾斜部を有する凸形状の光取り出し構造体と、を備え、前記透明層と前記光取り出し構造体の屈折率が前記発光層の屈折率以上である有機ＥＬ素子であって、
前記反射電極に垂直な面で切断したときに前記反射電極と前記傾斜部とでつくられる２つの傾斜角φ1とφ2が最大になる断面において、前記発光層で発光し前記光取り出し構造体に入射した導波光を前記光取り出し構造体から有機ＥＬ素子の外に取り出すための下記条件１と条件２のうち少なくとも一つを満たすように前記光取り出し構造体の傾斜部が設定されていることを特徴とする有機ＥＬ素子。
条件１：
- 前記光取り出し構造体が発光領域外にのみ設けられていることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ素子。
- 前記２つの傾斜角φ 1 とφ 2 が異なることを特徴とする請求項２に記載の有機ＥＬ素子。
- 前記光取り出し構造体が発光領域の外周を取り囲んで設けら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ＥＬ素子。
- 前記発光領域の外周を取り囲んで設けられている光取り出し構造体の前記２つの傾斜角φ1とφ2が異なることを特徴とする請求項４に記載の有機ＥＬ素子。
- 前記光取り出し構造体が少なくとも発光領域の上に設けられ、前記２つの傾斜角φ1とφ2が同じ角度であることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ素子。
- 前記光取出し構造体の高さに対する前記透明層の厚みの比率が２．０以下であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の有機ＥＬ素子。
- 請求項１乃至７のいずれか１項に記載の有機ＥＬ素子と、撮像素子と、を備えた撮像装置。
- 請求項１乃至７のいずれか１項に記載の有機ＥＬ素子を複数有する表示装置。
- 請求項１乃至７のいずれか１項に記載の有機ＥＬ素子と、前記有機ＥＬ素子によって感光される感光体と、を備えた画像形成装置。
- 請求項１乃至７のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子を有することを特徴とする照明装置。
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