JP6039291B2 - 有機ｅｌ素子、及びこれを用いた発光装置、画像形成装置、表示装置、撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子に関し、さらに、係る有機ＥＬ素子を用いてなる発光装置、画像形成装置、表示装置、撮像装置に関する。

近年、数ボルト程度の低駆動電圧で自己発光する有機ＥＬ素子が注目を集めている。有機ＥＬ素子は、金属反射層を有する反射電極と発光層と透明電極とが積層された構成である。この有機ＥＬ素子は、面発光特性、軽量、視認性といった優れた特徴を活かし薄型ディスプレイや照明器具、ヘッドマウントディスプレー、また電子写真方式プリンタのプリントヘッド用光源など発光装置としての実用化が進みつつある。

特に有機ＥＬ表示装置の低消費電力化の要求は高まりつつあり、発光効率のさらなる改善が期待されている。発光効率を飛躍的に改善させるデバイス構造の一つに、マイクロキャビティ方式がある。発光分子は、光の「強めあう干渉」が起きる空間に向かって光を強く放射する性質がある。つまり、光学干渉を使って励起子の放射速度を増加させたり、放射パターンを制御することが可能となる。マイクロキャビティ方式では、発光分子からみて光取り出し方向に「強めあう干渉」が生じるようにデバイスパラメータ（膜厚や屈折率）を設計する。

特に、金属反射層の反射面と発光層の発光位置との距離ｄがｄ＝ｉλ／（４ｎ）の条件（ｉ＝１，３，５・・・）を満たす場合、干渉効果による放射強度増加が最も大きくなることが知られている。ｉは干渉次数であり、以後、このｉ＝１の条件をλ／４の干渉条件と呼ぶ。ここで、λは発光分子のＰＬスペクトルの真空中でのピーク波長であり、ｎは発光点から金属反射層間の有効屈折率に相当する。マイクロキャビティ方式は、マイクロレンズのような凹凸の構造物の必要がなく、低コストで発光効率の増大が期待できる。

また、マイクロキャビティは、光取り出し側の反射率の大小により弱キャビティと強キャビティに分類される。通常、弱キャビティにおいてはガラス／透明酸化物半導体といった透過率の高い電極構造が用いられ、キャビティの干渉効果は主に金属反射層と発光層間で生じる干渉条件で決まる。一方、強キャビティにおいては、光取り出し側の透明電極として、反射率の高い半透過性の金属薄膜が用いられる。そのため、金属反射層と発光層間で生じる干渉効果だけでなく、発光層と光取り出し側の金属薄膜間で生じる干渉効果も含まれる。この場合もまた、干渉効果が最大となるように発光層と金属薄膜との光学距離がλ／４の干渉条件を満たす様に設計される。そのため、強キャビティでは、弱キャビティに比べより大きな干渉効果を利用することが可能となり、飛躍的に発光効率が改善され得る。

しかしながら、３λ／４干渉条件（ｉ＝３の条件）に比べて、λ／４の干渉条件においては、発光層と金属反射層間の距離が約６０ｎｍ以下となるため、表面プラズモン（ＳＰ）損失が特に大きくなることが知られている。ＳＰ損失とは、発光分子の励起エネルギーにより金属のＳＰが励起される結果、その励起エネルギーがジュール熱に転化される現象である。そのため、λ／４干渉構造を利用したマイクロキャビティにおいては、大きな光学干渉効果の割には発光効率が改善されないという課題があった。つまり、λ／４干渉条件でマイクロキャビティの発光効率をさらに改善するには、ＳＰ損失を抑制する方法が必須となる。

これまで、ＳＰ損失を抑制する方法は、特許文献１で開示されている金属反射層と発光層間の距離を増大させる干渉効果を犠牲にする方法が提案されてきた。また非特許文献１で示されているように発光分子の遷移ダイポールモーメントを水平配向させ、λ／４の干渉効果とＳＰ損失抑制を両立できる方法が提案され始めている。こうしたＳＰ損失など有機ＥＬ素子内での光の挙動は光学シミュレーションで計算可能であり、非特許文献２に詳しい。

しかしながら上述のＳＰ損失抑制法は、いずれも金属と誘電体界面が１つしかない弱キャビティ構成で検討されている。つまり、λ／４の干渉条件を満たした強キャビティにおける表面プラズモン抑制案は、未だ提案されていない。

特表２００８−５４３０７４号公報

Ｊｏｒｇ Ｆｒｉｓｃｈｅｉｓｅｎ ｅｔ．ａｌ．，Ｏｒｇａｎｉｃ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ １２，８０９−８１７（２０１１） Ｓ．Ｎｏｗｙ ｅｔ．ａｌ．，Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ １０４，１２３１０９（２００８）

本発明は、電極表面で発生する表面プラズモンによる励起子エネルギーの損失（ＳＰ損失）を抑制することで発光効率が向上した有機ＥＬ素子、及び該有機ＥＬ素子を用いた各種装置を提供することを課題とする。

本発明の１つの態様は、光反射性の金属からなる第１電極と、光透過性の金属からなる第２電極と、前記第１電極と前記第２電極の間に位置する少なくとも発光層を有する有機化合物層と、を有する有機ＥＬ素子であって、
前記第１電極と前記第２電極との間の光学距離Ｌは、前記有機ＥＬ素子が発する光のスペクトルの最大ピーク波長をλ、前記第１電極及び第２電極で波長λの光が反射する際の位相シフトの和をφ＜０［ｒａｄ］とすると、下記式（Ｉ）を満たし、
（λ／４）×（−１−φ／π）＜Ｌ＜（λ／４）×（１−φ／π）） （Ｉ）
前記第１電極と発光層との間に、有機化合物からなる低屈折率層を有し、
前記低屈折率層の屈折率は、前記有機ＥＬ素子が発する光のスペクトルの最大ピーク波長において、１．２０以上１．６５以下であることを特徴とする。

本発明の別の態様は、光反射性の金属からなる第１電極と、光透過性の金属からなる第２電極と、前記第１電極と前記第２電極の間に位置する少なくとも発光層を有する有機化合物層と、を有する有機ＥＬ素子であって、
前記第２電極の反射面と発光位置との間の光学距離Ｌ_sは、前記有機ＥＬ素子が発する光のスペクトルの最大ピーク波長をλ、第２電極の反射面で波長λの光が反射する際の位相シフトをφ_s＜０［ｒａｄ］とすると、下記式（ＩＩ）を満たし、
（λ／８）×（−１−（２φ_s／π））＜Ｌ_s＜（λ／８）×（１−（２φ_s／π）） （ＩＩ）
前記第２電極と発光層との間に、前記第２電極と接して有機化合物からなる低屈折率層を有し、
前記低屈折率層の屈折率は、前記有機ＥＬ素子が発する光のスペクトルの最大ピーク波長において、１．２０以上１．６５以下であることを特徴とする。

本発明の別の態様は、上記本発明の有機ＥＬ素子と、前記有機ＥＬ素子の発光を制御する制御回路と、を有することを特徴とする発光装置である。

本発明の別の態様は、上記本発明の発光装置と、前記発光装置によって潜像が形成される感光体と、前記感光体を帯電する帯電手段と、を有することを特徴とする画像形成装置である。

本発明の別の態様は、異なる色を発する複数の有機ＥＬ素子と、前記有機ＥＬ素子の発光を制御する制御回路と、を有する表示装置であって、前記有機ＥＬ素子が、上記本発明の有機ＥＬ素子であることを特徴とする。

本発明の別の態様は、上記本発明の表示装置と、撮像素子と、を有することを特徴とする撮像装置である。

本発明によれば、反射率の高い金属電極を用いながらも、ＳＰ損失を抑制できるため、発光効率が向上した有機ＥＬ素子を提供することができる。よって、有機ＥＬ素子を用いて構成される、発光装置、画像形成装置、表示装置、撮像装置において、その特性を向上することができる。

本発明の有機ＥＬ素子の一実施形態の構成を模式的に示す断面図である。 青色発光の有機ＥＬ素子のλ／４構成における発光効率に対する正孔輸送層の屈折率依存性を示す図である。 アノードがＡｇ、Ｍｇの場合の発光効率に対する正孔輸送層の屈折率依存性、及び、ＣＩＥｙ＝０．０６における正孔輸送層の屈折率依存性を示す図である。 アノードに接する二層構成の正孔輸送層の屈折率或いは屈折率と膜厚を変化させた場合の発光効率のシミュレーション結果を示す図である。 ３λ／４構成での発光効率の色度毎の正孔輸送層の屈折率依存性を示す図である。 青色発光の有機ＥＬ素子のλ／４構成における発光効率に対する電子輸送層の屈折率依存性を示す図である。 構成の違いによる励起エネルギーの分配割合の違いを示す光学モード分配図である。 本発明の実施例における有機ＥＬ素子の実験による色度−発光効率曲線を示す図である。 本発明の実施例における有機ＥＬ素子のシミュレーションによる色度−発光効率曲線を示す図である。 蒸着膜と塗布膜の屈折率の違いを示す図である。 蒸着膜と塗布膜を正孔輸送層に用いた場合の有機ＥＬ素子のシミュレーションによる色度−発光効率曲線を示す図である。

本発明は、電極表面で発生するＳＰ損失が電極の金属種だけでなく電極と接する有機化合物層の屈折率によっても変化することに着目した発明である。即ち、本発明の有機ＥＬ素子は、以下の構成をとる。

（１）金属からなる光反射性の第１電極と、金属からなる光透過性の第２電極と、これら電極の間に位置する発光層を備える。そして、前記第１電極と前記第２電極との間の光学距離Ｌは、前記有機ＥＬ素子が発する光のスペクトルの最大ピーク波長をλ、前記第１電極及び第２電極で波長λの光がそれぞれ反射する際の位相シフトをφ＜０［ｒａｄ］とすると、下記式（Ｉ）を満たす。
（λ／４）×（−１−（φ／π））＜Ｌ＜（λ／４）×（１−（φ／π）） （Ｉ）

さらに、第１電極と発光層との間に、有機化合物をからなる低屈折率層を配置し、該低屈折率層の屈折率を、有機ＥＬ素子が発する光のスペクトルの最大ピーク波長において、１．２０以上１．６５以下とする。

（２）金属からなる光反射性の第１電極と、金属からなる光透過性の第２電極と、これら電極の間に位置する発光層を備える。そして、前記第２電極の反射面と発光位置との間の光学距離Ｌ_sは、前記有機ＥＬ素子が発する光のスペクトルの最大ピーク波長をλ、第２電極の反射面で波長λの光が反射する際の位相シフトをφ_s＜０［ｒａｄ］とすると、下記式（ＩＩ）を満たす。
（λ／８）×（−１−（２φ_s／π））＜Ｌ_s＜（λ／８）×（１−（２φ_s／π）） （ＩＩ）

さらに、第２電極と発光層との間に、第２電極と接して有機化合物からなる低屈折率層を配置し、該低屈折率層の屈折率を、有機ＥＬ素子が発する光のスペクトルの最大ピーク波長において、１．２０以上１．６５以下とする。

（３）上記式（Ｉ）、（ＩＩ）をそれぞれ満たし、第１電極と発光層との間に、有機化合物からなる第１の低屈折率層を、前記第２電極と発光層との間に、前記第２電極と接して有機化合物からなる第２の低屈折率層をそれぞれ配置する。そして、該第１の低屈折率層及び第２の低屈折率層の屈折率を、有機ＥＬ素子が発する光のスペクトルの最大ピーク波長において、１．２０以上１．６５以下とする。

以下、本発明の有機ＥＬ素子について、実施形態を挙げて説明する。図１は、本発明の有機ＥＬ素子の一実施形態の構成を模式的に示す断面図である。図１の実施形態は、支持基板１上に光反射性の第１電極である反射電極２が配置され、該反射電極２とは発光層５を挟んで反対側に光透過性の第２電極である透明電極８が配置され、該透明電極８側から光を取り出すトップエミッション型の素子である。ここで、反射電極２とは発光波長での反射率が８０％以上の金属電極である。また、透明電極８は光を外部に取り出す側の電極であり、発光波長での透過率が４０％以上の金属電極である。尚、発光波長とは有機ＥＬ素子から発光される光のスペクトルの最大ピーク波長である。これら一対の電極間に発光層５を含むいくつかの有機化合物からなる機能層を有し、発光効率、駆動寿命、光学干渉といった観点から多くの積層構成が工夫されている。尚、反射電極２と透明電極８に挟まれた有機化合物からなる積層体を通常、有機化合物層１０と言う。

有機化合物層１０には、反射電極２上に正孔輸送層３、電子ブロック層４、発光層５、正孔ブロック層６、電子輸送層７に加えて適宜、電子注入層や正孔注入層（不図示）などが用いられる。本発明は各層に含まれる材料には限定されない。例えば、発光層５を構成する発光材料は蛍光材料もしくは燐光材料のいずれでもよく、ホスト材料の中にドーピングされた形態でもよく、さらには、発光材料の他に少なくとも一種類以上の化合物が素子性能向上のために含まれていてもよい。また、正孔輸送層３が電子ブロック層や正孔注入層として機能してもよく、電子輸送層７は正孔ブロック層や電子注入層として機能してもよい。

また、支持基板１としては、各種のガラス基板、Ｐｏｌｙ−Ｓｉやａ−Ｓｉ（アモルファスシリコン）等で半導体を形成したＴＦＴ（薄膜トランジスタ）等の駆動回路を形成したガラス基板が用いられる。また、シリコンウエハー上に駆動回路を形成したガラス基板、シリコンウエハー上に駆動回路を設けたもの等も挙げることができる。

光取り出し側の電極に透明電極８を用いることで素子内のＥＬ光が外部に放出される。また、透明電極８は金属薄膜の透明電極を用いる。この場合は、透明電極８の反射率が上昇するため、微小光学共振器（マイクロキャビティ）としての特性が発現してくる。従って、有機化合物層１０のうち、発光層５と反射電極２の間の膜厚を調整することで、発光層５内部の光放射分布を制御することができる。表示装置としては、特に正面方向の輝度が高くなるように各有機化合物層の膜厚を設定することで、光学干渉により発光色も制御され、より高効率に正面方向に光が放射されるようになる。より具体的には、発光層５の発光位置から透明電極８と反射電極２のそれぞれの反射面までの距離ｄ₀をｄ₀＝ｉλ／４ｎ₀（ｉ＝１，３，５，・・・）に調整する干渉次数ｉの設定で、発光層５からの放射分布に正面方向の成分が多くなり、正面輝度が向上する。尚、ｎ₀は発光位置から反射面までの層の有効屈折率である。

さらに、反射面での波長λの光が反射する際の位相シフトを正確に考慮すると、発光位置から反射電極２の反射面までの間の光学距離Ｌ_rは、反射面での波長λの光が反射する際の位相シフトをφ_r［ｒａｄ］とすると、以下の式（１）で示される。尚、光学距離Ｌは、有機化合物層の各層の屈折率ｎ_jと各層の厚さｄ_jの積の総和である。つまり、Ｌは、Σｎ_j×ｄ_jと表せ、またｎ₀×ｄ₀とも表せられる。尚、φは負の値である。
Ｌ_r＝（２ｍ−（φ_r／π））×（λ／４） （１）
上記式中、ｍは０以上の整数である。尚、φ_r＝−πでｍ＝０ではＬ_r＝λ／４、ｍ＝１ではＬ_r＝３λ／４となりそれぞれ前記干渉次数ｉ＝１のλ／４干渉条件の構成、ｉ＝３の３λ／４干渉条件の構成と対応する。

この時、実際の有機ＥＬ素子では、正面の取り出し効率とトレードオフの関係にある視野角特性等も考慮すると、必ずしも上記膜厚と厳密に一致させる必要はない。具体的には、Ｌ_rが式（１）を満たす値から±λ／８の値の範囲内の誤差があってもよい。よって、本発明の有機ＥＬ素子において、下記式（２）を満たすことが好ましい。さらに好ましくは、Ｌ_rが式（１）を満たす値から±λ／１６の値の範囲内であればよく、下記式（２’）を満たすことが好ましい。
（λ／８）×（４ｍ−（２φ_r／π）−１）＜Ｌ_r＜（λ／８）×（４ｍ−（２φ_r／π）＋１） （２）
（λ／１６）×（８ｍ−（４φ_r／π）−１）≦Ｌ_r≦（λ／１６）×（８ｍ−（４φ_r／π）＋１） （２’）
さらに、上記式（２），（２’）において、後述するように本発明ではｍ＝０が望ましい。よって、下記式（３）さらには下記式（３’）を満たすことが好ましい。
（λ／８）×（−１−（２φ_r／π））＜Ｌ_r＜（λ／８）×（１−（２φ_r／π）） （３）
（λ／１６）×（−１−（４φ_r／π））≦Ｌ_r≦（λ／１６）×（１−（４φ_r／π）） （３’’）

尚、金属層での反射面での位相シフトはおよそ−πであるから、ここではφ_r＝−πとして、式（３）、（３’）はそれぞれ以下のように（３Ａ）、（３’Ａ）のように変形できる。
λ／８＜Ｌ_r＜３λ／８ （３Ａ）
３λ／１６≦Ｌ_r≦５λ／１６ （３’Ａ）

尚、本発明の有機ＥＬ素子を複数用いたフルカラー表示の表示装置を構成する場合に、有機ＥＬ素子の発光色を赤（６２０ｎｍ）、緑（５２０ｎｍ）、青（４６０ｎｍ）とした場合、λは４６０ｎｍ乃至６２０ｎｍとなる。係る波長条件においては、上記式（３），（３’）より、好ましい光学距離Ｌ_rは下記式（４）さらには下記式（４’）を満たすものとなる。尚、金属層での反射面での位相シフトはおよそ−πであるから、ここではφ_r＝−πとして計算した。
５７．５ｎｍ＜Ｌ_r＜２３２．５ｎｍ （４）
８６．２５ｎｍ≦Ｌ_r≦１９３．７５ｎｍ （４’）

尚、上記式（２）乃至（４’）は、強キャビティによる干渉効果を得るための、発光層５の発光位置から透明電極８の反射面までの光学距離についても同様のことが言える。つまり、発光位置から透明電極８の反射面までの間の光学距離Ｌ_sは、反射面での波長λの光が反射する際の位相シフトをφ_s［ｒａｄ］とすると、以下の式（５）さらには式（５’）を満たすことが望ましい。
（λ／８）×（−１−（２φ_s／π））＜Ｌ_s＜（λ／８）×（１−（２φ_s／π）） （５）
（λ／１６）×（−１−（４φ_s／π））≦Ｌ_s≦（λ／１６）×（１−（４φ_s／π）） （５’）

尚、金属層での反射面での位相シフトはおよそ−πであるから、ここではφ_r＝−πとして、式（５）、（５’）はそれぞれ以下のように（５Ａ）、（５’Ａ）のように変形できる。
λ／８＜Ｌ_s＜３λ／８ （５Ａ）
３λ／１６≦Ｌ_s≦５λ／１６ （５’Ａ）

つまり、本発明で望ましい、反射電極２と透明電極８間の光学距離Ｌは、式（３）と（５）から、式（Ｉ）を満たすことが望ましい。さらに好ましくは、式（３’）と（５’）から、光学距離Ｌ（＝Ｌ_r＋Ｌ_s）は式（Ｉ’）を満たすことが好ましい。尚、φは、反射電極２及び透明電極８で波長λの光がそれぞれ反射する際の位相シフトの和で、φ＝φ_r＋φ_sである。
（λ／４）×（−１−（φ／π））＜Ｌ＜（λ／４）×（１−（φ／π）） （Ｉ）
（λ／８）×（−１−（２φ／π））≦Ｌ≦（λ／８）×（１−（２φ／π）） （Ｉ’）

金属層での反射面での位相シフトはおよそ−πであるから、ここではφ_r＝φ_s＝−πとして、式（Ｉ）、（Ｉ’）はそれぞれ以下のように（ＩＡ）、（Ｉ’Ａ）のように変形できる。
λ／４＜Ｌ＜３λ／４ （ＩＡ）
３λ／８≦Ｌ≦５λ／８ （Ｉ’Ａ）

本発明において、より発光効率を高めるためには一般的に反射電極２の反射率はより高い方、例えばＡｌ電極よりも反射率が高いＡｇ電極のほうが好ましいと考えられている。しかしながら、反射率のみに着目しては、発光効率の改善につながらない場合がある。なぜなら、金属種によってはＳＰ損失が顕著になり発光効率の低減が起こるためである。さらに、このＳＰ損失は金属種だけでなく、反射電極２と接する有機化合物層の屈折率によっても変化することが見出された。

以下、発光効率と反射電極２の金属種及び反射電極２と接した有機化合物層の屈折率の関係について解析した結果を説明する。本発明の一例として解析対象とした素子構成は反射電極２をアノードとし、アノードと接する正孔輸送層３の屈折率を変化させた系である。しかし、反射電極２をカソード、透明電極８をアノードと逆にしてもよい。アノード及びカソードに使用される電極材料はＡｇ，Ａｌ，Ｍｇ，Ｔｉ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｗ，Ｍｏ，Ａｕ，Ｃｓなど適宜、反射性の金属が用いられる。

以下のシミュレーションでは、特に記述がない限り、アノードはＡｌ、カソードは膜厚２４ｎｍのＡｇ薄膜を用いた下記積層体の強キャビティ素子構成で検討を行っている。

支持基板／Ａｌアノード／正孔輸送層／電子ブロック層（１０ｎｍ）／発光層（２０ｎｍ）／正孔ブロック層（１０ｎｍ）／電子輸送層（１０ｎｍ）／電子注入層（１０ｎｍ）／Ａｇカソード。尚、括弧内は各層の厚さである。正孔輸送層３の膜厚は、λ／４干渉条件と合致する膜厚である。また、発光層５からの発光のピーク波長は４６０ｎｍである。また、シミュレーションは非特許文献２と同様の手法で実施した。

〔発光効率に対する正孔輸送層３の屈折率依存性〕
図２に青色発光の有機ＥＬ素子のλ／４構成における発光効率の色度（ＣＩＥｙ）毎のシミュレーション材料Ａからなる正孔輸送層３の屈折率依存性を示した。尚、図中のｎは屈折率である。

Ａｌアノード２と接するシミュレーション材料Ａの屈折率ｎを変化させた結果を見ると、屈折率ｎ＝２．５０においては、発光効率が最も低い。一方、正孔輸送層３の屈折率ｎが１．９０、１．６０、１．４０、１．２０と低くなるにつれ、色度ＣＩＥｙ＝０．０６において発光効率が４．７ｃｄ／Ａ、６．１ｃｄ／Ａ、７．０ｃｄ／Ａ、７．８ｃｄ／Ａとなる。即ち屈折率１．９０の材料に対してそれぞれ１．３倍、１．５倍、１．６倍となった。この結果から、正孔輸送層３の屈折率ｎが低くなるほど、発光効率が改善する傾向が得られた。つまり、反射電極２であるＡｌアノードと接する正孔輸送層３の屈折率ｎを低下させれば発光効率が改善することが明らかとなった。

一般的な有機ＥＬ素子に使用される有機材料の屈折率は１．７０から１．９０程度である。低屈折率化による発光効率改善の効果を得るためには、上述のシミュレーションで得られたように可能な限り屈折率を低くすることが好ましいが、屈折率を好ましくは１．６５以下にすることで、さらに本発明の発光効率改善の効果を得ることができる。

尚、より低屈折率な正孔輸送層３としては、例えば下記の構造を有する化合物２のように正孔輸送性を有するトリアリールアミン系骨格の末端に嵩高い官能基であるｔｅｒｔ−ブチル基を導入することで有機膜密度が疎になり屈折率を低くすることができる。他にも例えば末端に長鎖アルキル基を導入することでも同様の低屈折率化の効果が期待できる。或いは、材料にフッ素を含む官能基を導入することでも低屈折率化の効果が期待できる。

また、低屈折率な有機化合物層は低屈折率材料を一般的な正孔輸送性材料にドープして混合することでも得ることができる。ここで、低屈折率材料は有機物でも無機物でもよい。一例として下記の構造を有する化合物１と化合物２を混合した膜及び化合物１とフッ化リチウムを混合した膜について屈折率をまとめたものを表１、表２に示す。低屈折率材料の混合比が大きくなるほど屈折率は低下していくため、低屈折率な有機化合物層として用いることができる。尚、混合は材料が蒸着できるものであれば通常の共蒸着法で実施することができる。或いは、溶液に溶解するものであればこれら材料を所定の比率で溶解し、塗布法により混合膜としてもよい。

例えば、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素系ポリマーは塗布法により屈折率１．３０前後の低屈折率有機膜を得ることができる。さらなる屈折率の低下はこうした低屈折率有機膜に加熱により消失する揮発性物質や微粒子の添加を予め行い、成膜後、加熱することで空隙の入った有機化合物膜とすることができる。これにより、屈折率をさらに引き下げることが可能であり、例えば、上述の空隙を４７％程度とすれば屈折率１．２０程度まで引き下げることができる。しかし、更なる低屈折率化のために空隙率が５０％を超えるようなら膜が脆くなり実用に耐えないため、技術上困難であるといえる。或いは、特別な揮発性物質を混合することなく、単に塗布法であるスピンコート法を用いて成膜することでも低屈折率化が可能である。例えば、正孔輸送材料として使用できる後述する化合物７を例として説明する。

先ず、化合物７の屈折率を調べるためにシリコン基板上に化合物７からなる薄膜をスピンコート成膜した。尚、使用した塗布液は化合物７が含量０．５質量％で含まれたトルエン溶液であり、スピンコート条件は１０００ｒｐｍで６０秒である。この後、基板を真空オーブンにて８０℃で１０分間加熱し、塗布膜をアニールし、膜厚１８ｎｍの薄膜とした。また、あわせて化合物７を真空蒸着法でシリコン基板上に塗布膜と同じ膜厚だけ成膜した。得られた塗布膜と蒸着膜の屈折率をエリプソメトリーで測定して比較した。

図１０にエリプソメトリーで得られた屈折率を示した。図１０からわかるように例えば波長４６０ｎｍの場合、蒸着膜の屈折率は１．９９であるのに対して塗布膜の屈折率は１．８５と屈折率が０．１４低下することがわかる。この屈折率の低下は可視光領域波長４００ｎｍから７５０ｎｍにわたって観測された。つまり、同じ化合物７を使用する場合でも、成膜プロセスが蒸着法かスピンコート塗布法かで屈折率は異なる。

この屈折率低下の一因は膜密度変化によると考えられる。塗布膜はトルエン溶液から成膜しているため、成膜後も化合物７の薄膜中にトルエン分子が存在している。塗布膜を真空オーブンでアニールすることでトルエン分子が揮発し、塗布膜が蒸着膜と比較して膜密度が低下していると考えられる。つまり、特別な揮発性物質を添加する必要はなく、使用する溶媒と加熱といったプロセス条件によって低屈折率化することができる。

このように、塗布液を使用する方法では成膜された薄膜を低屈折率化できるため、この蒸着法と塗布法で得られたそれぞれの屈折率を用いてシミュレーションを実施した。図１１にシミュレーション結果を示す。尚、シミュレーションで用いた素子構成は、支持基板／Ａｌアノード／正孔輸送層（１８ｎｍ）／電子ブロック層（１０ｎｍ）／発光層（２０ｎｍ）／電子輸送層（３０ｎｍ）／Ａｇカソード（２４ｎｍ）である。また、シミュレーションで用いた正孔輸送層以外の材料は後述の実施例と同一である。

図１１からわかるように屈折率の低くなる塗布膜では発光効率が高い。例えばＣＩＥｙ＝０．０６で４．５ｃｄ／Ａと蒸着膜の発光効率４．０ｃｄ／Ａと比較して改善する。この結果から、同じ材料でも蒸着法よりも塗布法のほうが膜屈折率を低くできる場合、発光効率が高くなることがわかる。つまり、ＳＰ損失を反射電極に接した正孔輸送層の低屈折率化で抑制し、発光効率の改善を行う場合は、塗布法も有効である。

また、この正孔輸送層３の低屈折率化による発光効率の変化について別例としてアノード金属種をＡｌ以外のＡｇとＭｇに変えた場合についても解析を実施した。結果を図３に記す。図３（ａ）のＡｇ及び図３（ｂ）のＭｇからわかるように、各金属いずれにおいても正孔輸送層３の屈折率ｎが２．５０から１．２０まで低屈折率化するにつれて発光効率が改善している。図３（ｃ）には、Ａｌ，Ａｇ，Ｍｇをアノードに用いた場合の色度ＣＩＥｙ＝０．０６での発光効率を示す。横軸は正孔輸送層３の屈折率ｎである。屈折率が小さくなるほど発光効率が大きくなることが明らかであり、正孔輸送層３の低屈折率化は金属種によらず発光効率改善に効果があることも確認された。また、このように低屈折率化によって得られた高効率な有機ＥＬ素子を複数個配列して発光装置や表示装置を作製することもできる。

〔二層ＨＴＬ構成〕
反射電極２であるＡｌアノードと接する正孔輸送層３の屈折率を低下させれば発光効率が改善することがわかったが、λ／４構成の干渉条件を維持するために正孔輸送層３の低屈折率化と共にその膜厚も増加させている。そのため、屈折率ではなく発光層５とアノード２との距離が大きくなることによるＳＰ損失抑制の可能性も除けない。

そこで、ここでは正孔輸送層３（ＨＴＬ）を二層構成（ＨＴＬ１とＨＴＬ２）とした場合についてシミュレーションを行った。先ず、干渉設計を利用しない、即ち正孔輸送層３の２層の合計膜厚を一定にして、アノード２と接するＨＴＬ１の膜厚を５ｎｍとし屈折率（ｘ）のみを変更したシミュレーション結果を示す。尚、ＨＴＬ２の屈折率は１．９０、膜厚は２６．６ｎｍと固定した。シミュレーションの対象としたのは次の構成である。

支持基板／Ａｌアノード／ＨＴＬ１／ＨＴＬ２／電子ブロック層（１０ｎｍ）／発光層（２０ｎｍ）／正孔ブロック層（１０ｎｍ）／電子輸送層（１０ｎｍ）／電子注入層（１０ｎｍ）／Ａｇカソード（２４ｎｍ）。尚、括弧内は膜厚である。

図４（ａ）に結果をまとめたものを示す。ＣＩＥｙ＝０．０６付近の色度での発光効率に着目するとアノードと接するＨＴＬ１の屈折率ｎが低くなるほど効率が改善していくことがわかる。つまり、正孔輸送層３の合計膜厚は一定であるため、アノード２と発光層５間の距離は変化していないにも関わらず、アノード２と接するＨＴＬ１の屈折率ｎが低下すれば発光効率が改善することが明らかとなった。

次に、正孔輸送層３（ＨＴＬ）を二層構成（ＨＴＬ１とＨＴＬ２）とし、干渉設計を利用する、即ちＨＴＬ１の膜厚を５ｎｍと一定とし、その屈折率ｎを変化させた。そして、λ／４構成の干渉条件に合致するようにＨＴＬ２の膜厚をｙ（ｎｍ）として変化させた場合のシミュレーション結果を示す。シミュレーションの対象としたのは次の構成である。

支持基板／Ａｌアノード／ＨＴＬ１／ＨＴＬ２／電子ブロック層（１０ｎｍ）／発光層（２０ｎｍ）／正孔ブロック層（１０ｎｍ）／電子輸送層（１０ｎｍ）／電子注入層（１０ｎｍ）／Ａｇカソード（２４ｎｍ）。尚、括弧内は膜厚である。

図４（ｂ）に結果をまとめたものを示す。ＨＴＬ１とＨＴＬ２の合計膜厚が一定であった図４（ａ）と異なり、ＨＴＬ２の膜厚を変化させているので、各色度の発光効率が得られている。そして、Ａｌアノードと接するＨＴＬ１の屈折率ｎが低下するほど各色度によらず発光効率が改善していく傾向が同じく確認できた。

表３，表４に図４からＣＩＥｙ＝０．０６付近の色度を持つ計算結果となった素子構成を抜粋した結果をまとめた。表３、表４から明らかなように、ＨＴＬの合計膜厚が一定である素子Ａ−１からＡ−６、またＨＴＬ２膜厚を素子のλ／４構成に合致するように変化させた素子Ｂ−１からＢ−６のいずれにおいても、ＨＴＬ１が低屈折率の方が発光効率は高くなることがわかる。一般にＳＰ損失を抑制するためにアノード−発光層間の距離を増大させる方法をとる場合は、３λ／４構成までＨＴＬ膜厚を増やす必要があった。しかしながら、本発明では低屈折率の有機化合物層をアノード２と接して設けることで高発光効率なλ／４構成を維持したまま発光効率の改善が可能であることが示された。

〔発光効率に対する干渉次数の効果〕
正孔輸送層３の低屈折率化により発光効率は改善されるが、述べてきた構成はλ／４構成での解析であった。ここで、青色発光の有機ＥＬ素子の３λ／４構成についても解析を実施し、λ／４構成と結果を比較した。素子構成は、支持基板／Ａｌアノード／正孔輸送層（１５０ｎｍから２５０ｎｍ）／電子ブロック層（１０ｎｍ）／発光層（２０ｎｍ）／正孔ブロック層（１０ｎｍ）／電子輸送層（１０ｎｍ）／電子注入層（１０ｎｍ）／Ａｇカソード（２４ｎｍ）である。括弧内は膜厚である。図５に発光効率の色度（ＣＩＥｙ）毎の正孔輸送層３の屈折率依存性を干渉次数毎にまとめたものを示す。

先ず、図５にまとめた３λ／４構成に着目すると、正孔輸送層３がシミュレーション材料Ａ（λ＝４６０ｎｍにおいて屈折率ｎ＝１．９０）の時、発光効率は最も低いが、シミュレーション材料Ａの屈折率ｎを低下させると発光効率が大きく改善していく。つまり、正孔輸送層３の低屈折率化による効率改善効果は３λ／４構成に対しても有効であることが示されている。

一方で、３λ／４構成のシミュレーションで最大の効率が得られた正孔輸送層の屈折率ｎが１．２０の場合ですら、図２にまとめたλ／４構成の正孔輸送層の屈折率ｎが１．６５以下の場合の発光効率そのものに及ばない。特にλ／４構成ではそもそもＳＰ損失が大きいため低屈折率化により表面プラズモンが抑制された場合、大きな発光効率を得ることができる。つまり、大きな発光効率を得るには、３λ／４構成よりもλ／４構成を用い、さらに正孔輸送層３の屈折率を低下させることが好ましいことがわかる。即ち、前記した式（２），（２’）において、ｍ＝０が最も好ましい構成ということがわかる。また、低屈折率層は発光層と第１電極（反射電極）との間に位置していればよく、必ずしも第１電極に接している必要はない。それは、式（Ｉ）を満たすデバイス構造においては、第１電極で発生するＳＰは、第２電極（透明電極）で発生するＬｏｎｇ Ｒａｎｇｅ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｌａｓｍｏｎ（ＬＲＳＰ）と呼ばれるＳＰモードとｍｉｘｉｎｇした状態をとるためである。ｍｉｘｉｎｇしたモードをここではＳＰ１と呼ぶ。加えて、低屈折率層の消光係数は使用する波長領域において０．０２以下が望ましい。それは、強キャビティ構成は、多重干渉の度合いが大きく、デバイス内での光吸収が増加しやすいためである。

〔低屈折率層の挿入位置効果について〕
次に低屈折率の有機化合物層を挿入する位置により発光効率がどのように変化するかを調べた。具体的には、図２に示した反射電極２であるアノードと接する正孔輸送層３を低屈折率化した場合と、光取り出し側である透明電極８のカソードと接した電子輸送層７を低屈折率化した場合を比較する。

尚、アノードと接した正孔輸送層３の屈折率変化のシミュレーションに使用する素子構成は上述の通りであるが、カソードと接した電子輸送層７の屈折率変化のシミュレーションは次の構成で実施した。

支持基板／Ａｌアノード／正孔輸送層／電子ブロック層（１０ｎｍ）／発光層（２０ｎｍ）／正孔ブロック層（１０ｎｍ）／電子輸送層（２６ｎｍ）／Ａｇカソード（２４ｎｍ）。括弧内は各層の厚さである。正孔輸送層３の膜厚は、λ／４干渉条件と合致する膜厚であり、ｎ＝１．９０では３２ｎｍである。尚、発光層５からの発光のピーク波長は４６０ｎｍ（青色発光）である。

図６に、電子輸送層（ＥＴＬ）を低屈折率化した結果をまとめた。電子輸送層７（ＥＴＬ）として、シミュレーション材料Ｂを用い、その屈折率ｎをλ＝４６０ｎｍにおいて１．８４から１．２０まで低下させた。その結果、屈折率ｎの低下により発光効率の改善が見られた。つまり、電子輸送層を低屈折率化することで、発光効率の改善効果が得られる。

次に、屈折率の小さな電子輸送層は金属からなる第２電極と接することが望ましいことを示す。

表５に、青色発光の有機ＥＬ素子のλ／４構成における低屈折率電子輸送層の配置依存性であり、金属であるＡｇカソードと透明導電膜であるＩＺＯ（商標）からなるカソードの比較を示した。尚、表５のシミュレーションは次の構成で実施した。支持基板／Ａｌアノード／正孔輸送層／発光層（２０ｎｍ）／第１電子輸送層／第２電子輸送層／第３電子輸送層／Ａｇカソード（２６ｎｍ）もしくはＩＺＯ（７３ｎｍ）である。括弧内は各層の厚さである。正孔輸送層の膜厚は、式（Ｉ）を満たす様に最適化した。ここでは、第２電子輸送層の屈折率を１．６とし、それ以外の有機化合物層の屈折率を１．９とした。素子Ｃ（及び素子Ｄ）相対発光効率及び相対ＳＰ結合効率は、素子Ｃ−１（及び素子Ｄ−１）でそれぞれ規格化している。素子Ｃと素子Ｄを比較すると、Ａｇカソードと第２電子輸送層が接合している素子Ｃ−２で、最もＳＰの結合効率が低下し、それに伴って発光効率が最も高いことがわかる。つまり、金属カソードの場合、低屈折率層をカソードと接合させることが効果的である。これは、上記したＳＰ１を低減するだけでなく、薄膜金属カソードに局在しているＳＰモードを低減することに起因している。以上から、発光層と第２電極との光学距離がλ／４干渉条件を満たす構成において、第２電極と接する電子輸送層の屈折率を小さくすることで、表面プラズモンの結合率を低下させ、発光効率を改善することができることを示した。

〔ＥＭＬの屈折率の関係について〕
図３（ｃ）に示したように、正孔注入層の低屈折率化により発光効率は改善される。但し、発光層及び正孔注入層の屈折率をそれぞれｎ_EML、ｎ_HTLとしたときに、ｎ_HTL≦ｎ_EMLを満たすことが望ましい。表６には、青色発光の有機ＥＬ素子のλ／４構成における発光効率の相対値に対する電子輸送層と正孔輸送層の屈折率依存性を示した。発光効率は、ＣＩＥｙ＝０．０６の発光効率に相当する。尚、表６のシミュレーションは次の構成で実施した。支持基板／Ａｌアノード／正孔輸送層／発光層（２０ｎｍ）／電子輸送層（３０ｎｍ）／Ａｇカソード（２６ｎｍ）。括弧内は各層の厚さである。正孔輸送層の膜厚は、式（Ｉ）を満たす様に最適化した。ｎ_HTL≦ｎ_EMLの条件を満たす素子Ｃの発光効率は、素子Ｄに比べ高いのがわかる。また、素子Ｃに注目すると、ｎ_EMLとｎ_HTLの差δｎが大きい素子ほど、発光効率が高いことがわかる。以上のことから、正孔輸送層を低屈折率化による発光効率改善には、ｎ_HTL≦ｎ_EMLを満たすことが好ましい。特に、ｎ_EML−ｎ_HTL≧０．１を満たす場合、さらなる低屈折率層の効果を得ることができるため、なお好ましい。電子輸送層も同様であり、電子輸送層の屈折率をｎ_ETLとした時に、ｎ_ETL≦ｎ_EMLを満たし、さらにはその差が０．１以上であることが好ましい。

即ち、本発明において、低屈折率層の屈折率をｎ_LOWとした時、下記式（ＩＶ）を満たすことが好ましい。
ｎ_EML−ｎ_LOW≧０．１ （ＩＶ）

〔低屈折率電子輸送層と低屈折率正孔輸送層の組み合わせ効果〕
電子輸送層と正孔輸送層それぞれを低屈折率化することで発光効率改善がみられることがわかったため、次に、電子輸送層と正孔輸送層両方を同時に低屈折率化した場合を検討した。具体的には正孔輸送層の屈折率を１．９から１．６へ変化させ、同時に電子輸送層の屈折率を１．９から１．６へ変化させた場合について効率の変化をシミュレーションした。表７に青色発光の有機ＥＬ素子のλ／４構成における発光効率及びその相対値に対する電子輸送層と正孔輸送層の屈折率依存性を示した。尚、表７の発光効率は、色度ＣＩＥｙ＝０．０６における発光効率に相当する。表７のシミュレーションは次の構成で実施した。支持基板／Ａｌアノード／正孔輸送層（２０ｎｍ）／電子ブロック層／発光層（２０ｎｍ）／正孔ブロック層（１０ｎｍ）／電子輸送層／Ａｇカソード（２６ｎｍ）。括弧内は各層の厚さである。電子輸送層の膜厚は、λ／４干渉条件と合致する膜厚であり、ｎ＝１．９では約３０ｎｍであり、ｎ＝１．６では約３５ｎｍである。また正孔輸送層の膜厚を２０ｎｍと固定しており、λ／４干渉条件と合致する様に電子ブロック層の膜厚を最適化している。ここで使用した電子ブロックの屈折率は、ｎ＝２．０である。

表７からわかるように、正孔輸送層、電子輸送層ともに屈折率が１．９となる素子Ｇ−１で効率が最も低い。上記したように、正孔輸送層もしくは電子輸送層のどちらか一方の屈折率が低い素子Ｇ−２及びＧ−３では、素子Ｇ−１に比べ効率が改善されている。さらに、正孔輸送層及び電子輸送層の両方の屈折率を下げた素子Ｇ−４で最も大きな効率改善がみられた。素子Ｇ−４の相対輝度のカッコは、（素子Ｇ−４の相対効率）に対する（素子Ｇ−２とＧ−３の相対効率の和）との差に相当する。つまり、正孔輸送層及び電子輸送層両方の屈折率を下げたことにより発現した、発光効率向上成分に相当する。以上の結果から、正孔輸送層及び電子輸送層をそれぞれ単独で低屈折率化する場合だけでなく、正孔輸送層及び電子輸送層を両方とも低屈折率化することで、単独の低屈折率化よりも、さらに好ましい効率改善効果が得られることがわかった。

図７には、各構成で励起エネルギーがどのように分配されるかを示している。ここでの値は、キャビティ内で発生した全一重項励起子のパワー（投入電力の２５％）に対する割合で、λ＝４００ｎｍ乃至５８０ｎｍの範囲の平均値である。

各モードの定義を説明する。Ｏｕｔ Ｃｏｕｐｌｉｎｇ（ＯＣ）は光としてデバイス外部に取り出される成分である。光の進行方向を法線方向からの傾き角をθとした時に、０＜θ＜θ_c（θ_c：全反射臨界角）の範囲となる。ＡＢＳは吸収損失（Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｌｏｓｓ）であり、θ＜θ_cの条件を満たすが、デバイス内で吸収される成分である。Ｗｇは導波モード（Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ）であり、素子内を光が伝播する成分であり、その進行方向はθ_c＜θ＜９０°である。ＳＰは前記したように表面プラズモンであり、金属にエネルギー移動を起こし、表面プラズモン励起によりジュール熱に転化される成分であり、このモードが本発明で着目する抑制したい成分である。ＮＲは発光分子内での無輻射失活成分（Ｎｏｎ Ｒａｄｉａｔｉｖｅ Ｌｏｓｓ）であり、励起された発光分子から基底状態へ発光を伴わずに失活する成分である。

図７に示すように正孔輸送層３（ＨＴＬ）のシミュレーション材料Ａの屈折率ｎを１．９０、電子輸送層７（ＥＴＬ）の屈折率ｎを１．８４とした場合から、電子輸送層７の屈折率を１．６０、１．４０と低下させていく。図７においては、Ａ，Ｂ，Ｃで示される。すると、ＳＰに分配されていたエネルギーが４７．９％から４３．０％、３８．０％と低下していく。一方で素子外部に取り出され発光効率の改善に寄与するＯＣモードは１９．３％から２３．０％、２５．１％と増加していく。即ち、電子輸送層７の屈折率を低下させていくことでＳＰ損失が抑制され、外部への光の取り出し効率が向上することがわかる。

次に、電子輸送層７（ＥＴＬ）の屈折率ｎを１．８４に固定して正孔輸送層３（ＨＴＬ）の屈折率ｎを１．９０から１．６０に低下させていくとＳＰに分配されていたエネルギーが４７．９％から３９．１％、３０．７％と低下していく。図７においては、Ｄ，Ｅで示される。一方で素子外部に取り出され発光効率の改善に寄与するＯＣモードは１９．３％から２４．６％、２６．４％と増加していく。即ち、正孔輸送層３の屈折率を低下させていくことでＳＰ損失が抑制され、外部への光の取り出し効率が向上することがわかる。

以上の結果を考慮して、本発明においては、反射電極２に接する有機化合物層を低屈折率化する。また、係る低屈折率層の屈折率としては、１．２０以上１．６５以下である。光学的な観点から、低屈折率層の膜厚はなるべく厚い方が望ましい。ただし、低屈折率層の抵抗に起因した高電圧化する場合があるので、光学的及び電気的な観点から最適な膜厚を決定することが望ましい。そのため、係る低屈折率層の膜厚は、好ましくは５ｎｍ以上１９３．７５ｎｍ以下である。膜厚が５ｎｍ未満では本発明の効果が得られず、好ましくない。また、赤色発光の有機ＥＬ素子において、屈折率が１．２０でＬが２３２．５ｎｍの場合の低屈折率層の膜厚は１９３．７５ｎｍとなり、本発明においては、係る１９３．７５ｎｍが低屈折率層の膜厚の上限として好ましい。さらに、低屈折率層の膜厚は、好ましくは５ｎｍ以上１６１．４６ｎｍ以下である。１６１．４６ｎｍは、屈折率が１．２０でＬが１９３．７５ｎｍの場合に相当する。

本発明の有機ＥＬ素子は、上記したように、金属電極におけるＳＰ損失が低減され、発光効率が高い。よって、有機ＥＬ素子を用いた各種の装置に適用することによって、より高い特性が得られる。具体的には、本発明の有機ＥＬ素子と、係る有機ＥＬ素子の発光を制御する制御回路とを備えた発光装置が挙げられる。発光装置としては、照明装置や電子写真方式の画像形成装置の露光光源、液晶表示装置のバックライトなどが挙げられる。画像形成装置は、露光光源と、露光光源によって潜像が形成される感光体と、感光体を帯電する帯電手段と、を有している。

また、異なる色を発する複数の有機ＥＬ素子と、前記有機ＥＬ素子の発光を制御する制御回路と、を有する表示装置において、本発明の有機ＥＬ素子を用いることができる。表示装置としては、テレビ受像機、パーソナルコンピュータの表示部、携帯電話の表示部、携帯ゲーム機の表示部、携帯音楽再生装置の表示部、携帯情報端末（ＰＤＡ）の表示部、カーナビゲーションシステムの表示部に用いられる。この他に、本実施形態の表示装置は、デジタルカメラやデジタルビデオカメラなどの撮像装置の表示部や電子ビューファインダに配置されていてもよい。撮像装置は、撮像するための撮像光学系やＣＭＯＳセンサなどの撮像素子をさらに有している。かかる表示装置において、低屈折率層が異なる色を発する複数の有機ＥＬ素子で共通の膜厚で形成され、前記低屈折率の膜厚が５ｎｍ以上１４３．７５ｎｍ以下である構成が好ましい。５ｎｍ未満では本発明の効果が得られず好ましくない。また、青色発光の有機ＥＬ素子において、屈折率が１．２０、Ｌが１７２．５ｎｍ（式（Ｉ）でλ＝４６０ｎｍ、φ＝−πにおける上限値に相当）の場合に、低屈折率層の膜厚は１４３．７５ｎｍとなるため、低屈折率層の膜厚の上限は１４３．７５ｎｍが好ましい。さらに、低屈折率層の膜厚は、好ましくは５ｎｍ以上ｎｍ以下である。１１９．７９ｎｍは、屈折率が１．２０でＬが１４３．７５ｎｍ（式（Ｉ’）でλ＝４６０ｎｍ、φ＝−πにおける上限値に相当）の場合に相当する。

以下、本発明の具体的な実施例について説明する。以下の実施例では、既述のシミュレーション結果で高い効率が得られたアノードに接した正孔輸送層を低屈折率化した場合の効果を確認した。

本実施例は、屈折率の異なる２つの正孔輸送層を用いた。正孔輸送層の一つは前記した化合物１（λ＝４６０ｎｍにおいて屈折率ｎ＝１．９０）であり、もう一方はこれより低屈折率の化合物２（λ＝４６０ｎｍにおいて屈折率ｎ＝１．６５）である。

本例で作製した素子は、先ず、ガラス基板上に、Ａｌ合金（ＡｌＮｄ）を１００ｎｍの膜厚でスパッタリング法にて成膜し、アノードを形成した。このアノードの上に順次、真空蒸着法で有機化合物層を成膜した。成膜順に列記すると、正孔輸送層として上述の化合物１を１８ｎｍもしくは化合物２を２１ｎｍ、電子ブロック層として下記に示す構造の化合物３を１０ｎｍ成膜した。次に発光層としては下記に示す構造の化合物４と化合物５とをそれぞれ成膜速度０．９８Å／ｓ、０．０２Å／ｓで共蒸着し、膜厚２０ｎｍの発光層を形成した。次に、電子輸送層として下記に示す構造の化合物６を３０ｎｍ成膜した。次にカソードとしてはＡｇＣｓ（６ｎｍ）／Ａｇ（２０ｎｍ）の光透過性の積層金属薄膜を形成した。ここで、カソードの電子輸送層と接する側はＡｇとＣｓからなるＡｇ合金とすることで電子輸送層への電子注入を容易としている。尚、括弧内は対応する金属の膜厚である。

最後に、窒素雰囲気中のグローブボックスにて、乾燥剤を入れた封止ガラス（不図示）とガラス基板の成膜面とをＵＶ硬化樹脂を用いて封止した。

尚、本例で作製した有機ＥＬ素子はいずれもλ／４構成であり、前記式（ＩＩ）を満たしている。

図８は実験で得られた有機ＥＬ素子の色度−発光効率曲線であり、図９は各有機ＥＬ素子に対応する層構成をシミュレーションした結果である。図８中の白丸のプロットで示される、正孔輸送層に化合物１を用いた有機ＥＬ素子は、ＣＩＥｙ＝０．０６５で４．１ｃｄ／Ａ程度である。一方、図８中の黒丸及び曲線で示される、屈折率の低い化合物２を用いた有機ＥＬ素子はＣＩＥｙ＝０．０６５で５．３ｃｄ／Ａ程度と高い効率を示し、低屈折率化による効率増加率は化合物１の１．３倍に及んだ。また、図９中、実線は化合物２を用いた素子、破線は化合物１を用いた素子を示しており、シミュレーションで得られた増加率も、化合物２は化合物１の約１．３倍となっており、シミュレーション結果は実験結果と矛盾しないことも確認された。

即ち、本実施例により、シミュレーションが実験結果と矛盾しないことが確認され、アノードと接する正孔輸送層３の屈折率を低下させることで発光効率が改善されることが示された。

１：支持基板、２：第１電極（反射電極）、３：正孔輸送層、４：電子ブロック層、５：発光層、６：正孔ブロック層、７：電子輸送層、８：第２電極（透明電極）、１０：有機化合物層

Claims (14)

1. 光反射性の金属からなる第１電極と、光透過性の金属からなる第２電極と、前記第１電極と前記第２電極の間に位置する少なくとも発光層を有する有機化合物層と、を有する有機ＥＬ素子であって、
   前記第１電極と前記第２電極との間の光学距離Ｌは、前記有機ＥＬ素子が発する光のスペクトルの最大ピーク波長をλ、前記第１電極及び第２電極で波長λの光がそれぞれ反射する際の位相シフトの和をφ＜０［ｒａｄ］とすると、下記式（Ｉ）を満たし、
   （λ／４）×（−１−（φ／π））＜Ｌ＜（λ／４）×（１−（φ／π）） （Ｉ）
   前記第１電極と発光層との間に、有機化合物からなる低屈折率層を有し、
   前記低屈折率層の屈折率は、前記有機ＥＬ素子が発する光のスペクトルの最大ピーク波長において、１．２０以上１．６５以下であることを特徴とする有機ＥＬ素子。
2. 前記第２電極と発光層との間に、前記第２電極と接して有機化合物からなる第２の低屈折率層を有し、
   前記第２の低屈折率層の屈折率は、前記有機ＥＬ素子が発する光のスペクトルの最大ピーク波長において、１．２０以上１．６５以下であることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ素子。
3. 光反射性の金属からなる第１電極と、光透過性の金属からなる第２電極と、前記第１電極と前記第２電極の間に位置する少なくとも発光層を有する有機化合物層と、を有する有機ＥＬ素子であって、
   前記第２電極の反射面と発光位置との間の光学距離Ｌ_sは、前記有機ＥＬ素子が発する光のスペクトルの最大ピーク波長をλ、第２電極の反射面で波長λの光が反射する際の位相シフトをφ_s＜０［ｒａｄ］とすると、下記式（ＩＩ）を満たし、
   （λ／８）×（−１−（２φ_s／π））＜Ｌ_s＜（λ／８）×（１−（２φ_s／π）） （ＩＩ）
   前記第２電極と発光層との間に、前記第２電極と接して有機化合物からなる低屈折率層を有し、
   前記低屈折率層の屈折率は、前記有機ＥＬ素子が発する光のスペクトルの最大ピーク波長において、１．２０以上１．６５以下であることを特徴とする有機ＥＬ素子。
4. 前記第１電極の反射面と発光位置との間の光学距離Ｌ_rは、前記有機ＥＬ素子が発する光のスペクトルの最大ピーク波長をλ、前記第１電極の反射面で波長λの光が反射する際の位相シフトをφ_r＜０［ｒａｄ］とすると、下記式（ＩＩＩ）を満たすことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の有機ＥＬ素子。
   （λ／８）×（−１−（２φ_r／π））＜Ｌ_r＜（λ／８）×（１−（２φ_r／π）） （ＩＩＩ）
5. 前記発光層の屈折率が低屈折率層の屈折率よりも高いことを特徴とする請求項１又は請求項３に記載の有機ＥＬ素子。
6. 前記発光層の屈折率をｎ_EMLとし、低屈折率層の屈折率をｎ_LOWとした時に、下記式（ＩＶ）を満たすことを特徴とする請求項１又は請求項３に記載の有機ＥＬ素子。
   ｎ_EML−ｎ_LOW≧０．１ （ＩＶ）
7. 前記第１電極の反射面と発光位置との間の光学距離Ｌ_rは、下記式（Ｖ）を満たすことを特徴とする請求項１又は請求項３に記載の有機ＥＬ素子。
   ５７．５ｎｍ＜Ｌ_r＜２３２．５ｎｍ （Ｖ）
8. 前記低屈折率層の膜厚は、５ｎｍ以上１９３．７５ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１又は請求項３に記載の有機ＥＬ素子。
9. 前記第１電極がＡｌ合金であることを特徴とする請求項１又は請求項３に記載の有機ＥＬ素子。
10. 請求項１又は請求項３に記載の有機ＥＬ素子と、前記有機ＥＬ素子の発光を制御する制御回路と、を有することを特徴とする発光装置。
11. 請求項８に記載の発光装置と、前記発光装置によって潜像が形成される感光体を帯電する帯電手段と、を有することを特徴とする画像形成装置。
12. 異なる色を発する複数の有機ＥＬ素子と、前記有機ＥＬ素子の発光を制御する制御回路と、を有する表示装置であって、前記有機ＥＬ素子が、請求項１又は請求項３に記載の有機ＥＬ素子であることを特徴とする表示装置。
13. 前記低屈折率層が異なる色を発する複数の有機ＥＬ素子で共通の膜厚で形成され、前記低屈折率層の膜厚が５ｎｍ以上１４３．７５ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１０に記載の表示装置。
14. 請求項１２に記載の表示装置と、撮像素子と、を有することを特徴とする撮像装置。

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