JP6079133B2

JP6079133B2 - 電界発光素子およびこれを備えた照明装置

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Publication number: JP6079133B2
Application number: JP2012236759A
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Inventors: 孝二郎関根
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Description

本発明は、有機電界発光素子および無機電界発光素子に代表される電界発光素子（エレクトロルミネッセンス素子、以下「ＥＬ素子」とも称する）およびこれを備えた照明装置に関する。

有機ＥＬ素子および無機ＥＬ素子に代表されるＥＬ素子は、一般に、透明基板上に電界発光層や透明電極層、反射層等が積層された構成を有しており、電界発光層にて発光した光が透明電極層を介して取り出されることで当該光が外部に向けて照射されるものである。このうち、特に有機ＥＬ素子は、低消費電力で高い輝度を得ることができるものであり、応答性、寿命等においても優れた性能を発揮する。

しかしながら、ＥＬ素子において外部に取り出しが可能な光は、電界発光層にて発光した光のうちの２０％程度に留まり、残る大部分は、ＥＬ素子の内部に閉じ込められることで損失となってしまう。この損失には、導波損失やプラズモン損失が含まれる。

導波損失は、電界発光層にて発光した光が、電界発光層や透明電極層等において閉じ込められてしまう導波モードに結合することで生じる熱損失である。プラズモン損失は、電界発光層にて発光した光が、反射層等の金属膜の表面プラズモンを励起してしまうプラズモンモードに結合することで生じる熱損失である。なお、プラズモン損失は、反射層等の金属膜の表面近傍において光が閉じ込められてしまうことで発生する損失であるため、導波損失に含めて解釈される場合もある。

導波損失を低減させるためには、各層の屈折率差に起因する界面における光の全反射を低減することが有効であり、光路のいずれかの位置に光散乱層を設けることが効果的である。また、プラズモン損失を低減させるためには、電界発光層と上記反射層とを遠ざけて配置することが有効である。

たとえば、特開２０１０−１７０９６９号公報（特許文献１）および特開２０１１−２３３２８８号公報（特許文献２）には、有機電界発光層を挟み込むように配置される一対の電極層を透明導電膜にて構成し、このうちの一方の電極層と反射層との間に光散乱層が配置されてなる有機ＥＬ素子が開示されている。

また、特開２０１１−６０５４９号公報（特許文献３）には、電界発光層を挟み込むように配置される一対の電極層を透明導電膜にて構成し、このうちの反射層側に位置する電極層を透明金属薄膜を含む透明導電膜の積層膜にて構成し、当該反射層側に位置する電極層と反射層との間に光散乱層および透明光学調整層がこの順で電極層側から配置されてなる有機ＥＬ素子が開示されている。

特開２０１０−１７０９６９号公報特開２０１１−２３３２８８号公報特開２０１１−６０５４９号公報

しかしながら、上述した特許文献１ないし３に開示の有機ＥＬ素子においては、導波損失やプラズモン損失の低減がある程度は見込まれるものの、その低減量は未だ十分なものとは言えず、さらなる低減が求められている状況にある。

したがって、本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、主として導波損失のさらなる低減が可能であり、これにより電界発光層にて発光した光をより高効率に外部に取り出すことができる電界発光素子およびこれを備えた照明装置を提供することを目的とする。

本発明者は、電界発光素子において、反射層側に設けられる電極層を透明金属薄膜にて構成することにより、当該反射層側に設けられる電極層とは反対側の電極層と電界発光層とにおいてに導波モードが主として分布するように構成するとともに、当該反射層側に設けられる電極層から当該反射層側に相当程度遠ざけた位置に光散乱層を配置することにより、当該光散乱層にて幾何光学的な光散乱作用が得られるにように構成することにより、従来の波動光学的な光散乱作用を利用した電界発光素子よりも、より高い散乱効果が得られるとの知見を得るに至り、以下に示す本発明を完成させるに至った。

本発明に基づく電界発光素子は、一対の主表面を有する電界発光層と、上記電界発光層の一方の主表面上に設けられた第１透明電極層と、上記電界発光層の他方の主表面上に設けられた第２透明電極層と、上記第２透明電極層から見て上記電界発光層が位置する側とは反対側に設けられた金属膜からなる反射層とを備えている。上記第２透明電極層が、透明金属薄膜を含んでおり、上記第２透明電極層と上記反射層との間に、非導電性透明膜からなる透明光学調整層と、光散乱層とが、この順で上記第２透明電極層側から配置されている。上記本発明に基づく電界発光素子においては、上記透明光学調整層によって上記第２透明電極層と上記光散乱層との間の幾何光学的な距離が調整されることにより、上記光散乱層にて幾何光学的な光散乱作用が得られるように構成されている。

上記本発明に基づく電界発光素子にあっては、上記第２透明電極層が、上記透明金属薄膜と、当該透明金属薄膜から見て上記反射層側に設けられた導電性透明膜との積層膜にて構成されていることが好ましい。

上記本発明に基づく電界発光素子にあっては、上記光散乱層が、バインダーとしての透明材料中に当該透明材料とは異なる屈折率を有するフィラーとしての微粒子を分散配置させた膜にて構成されていることが好ましい。

上記本発明に基づく電界発光素子にあっては、上記電界発光層が、有機電界発光層であることが好ましい。

本発明に基づく照明装置は、上述した本発明に基づく電界発光素子を光源として備えている。

本発明によれば、主として導波損失のさらなる低減が可能であり、これにより電界発光層にて発光した光をより高効率に外部に取り出すことができる電界発光素子およびこれを備えた照明装置とすることができる。

本発明の実施の形態１における有機ＥＬ素子の模式平面図である。図１に示す有機ＥＬ素子の模式断面図である。図１に示す有機ＥＬ素子にて得られる光散乱効果を説明するための図である。本発明の実施の形態２における有機ＥＬ素子の模式断面図である。本発明の実施の形態３における照明装置の概略図である。本発明の実施の形態４における照明装置の概略図である。

以下、本発明の実施の形態について、図を参照して詳細に説明する。以下においては、本発明が適用された面発光素子である有機ＥＬ素子を実施の形態１および２として例示し、本発明が適用された照明装置を実施の形態３および４として例示する。なお、同一のまたは共通する部分について図中同一の符号を付し、その説明は繰り返さないこととする。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における有機ＥＬ素子の模式平面図であり、図２は、図１に示す有機ＥＬ素子の図１中に示すＩＩ―ＩＩ線に沿った模式断面図である。これら図１および図２を参照して、本実施の形態における有機ＥＬ素子１Ａについて説明する。

図１および図２に示すように、本実施の形態における有機ＥＬ素子１Ａは、透明基板１０を経由して光が外部に取り出されるボトムエミッション型の有機ＥＬ素子であり、その外形は、たとえば図示するような所定の厚みをもった平面視略矩形の平板状またはシート状の形状に形成されている。有機ＥＬ素子１Ａは、透明基板１０と、第１透明電極層１１と、有機電界発光層１２と、第２透明電極層１３と、反射層１４と、透明光学調整層１５と、光散乱層１６とを備えている。ここで、第１透明電極層１１が陽極に該当し、第２透明電極層１３が陰極に該当する。

透明基板１０は、その主表面上に上述した各種の層が形成される基材となるものであり、可視光領域の光を良好に透過する絶縁性の部材にて構成されている。透明基板１０は、リジッド基板であってもよいし、フレキシブル基板であってもよい。透明基板１０としては、上述した光透過性の観点から、たとえばガラス板、プラスチック板、高分子フィルム、シリコン板またはこれらの積層板等にて構成される。

第１透明電極層１１は、透明基板１０の一方の主表面上に設けられており、可視光領域の光を良好に透過しかつ良好な電気導電性を呈する膜にて構成されている。より具体的には、第１透明電極層１１としては、たとえばＩＴＯ（インジウム酸化物と錫酸化物との混合体）膜やＩＺＯ（インジウム酸化物と亜鉛酸化膜との混合体）膜、ＺｎＯ膜、ＣｕＩ、ＳｎＯ₂膜等の無機導電膜や、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ（ポリエチレンジオキシチオフェンとポリスチレンスルフォン酸の混合体）膜等の有機導電膜、高分子材料に銀ナノワイヤーやカーボンナノチューブ等を分散させた複合導電膜等にて構成される。第１透明電極層１１をＩＴＯ膜（屈折率１．８〜２．２程度）にて構成する場合には、その厚みはたとえば１００ｎｍ程度とされる。

第１透明電極層１１は、たとえば蒸着法、スピンコート法、キャスト法、インクジェット法、印刷法等のいずれかが採用されることで透明基板１０上に設けられる。特に、スピンコート法、インクジェット法、印刷法は、均質な膜が得られ易くかつピンホールの発生が抑制できるため、特に好適に利用できる。

有機電界発光層１２は、第１透明電極層１１の透明基板１０が位置する側とは反対側の主表面上に設けられており、少なくとも蛍光発光性化合物または燐光発光性化合物からなる発光層を含み、可視光領域の光を良好に透過する膜にて構成されている。有機電界発光層１２は、発光層よりも陽極側である第１透明電極層１１側に位置する正孔輸送層や、発光層よりも陰極側である第２透明電極層１３側に位置する電子輸送層を有していてもよい。また、フッ化リチウム膜や無機金属塩膜等が、有機電界発光層１２中の厚み方向における任意の位置に形成されていてもよい。

有機電界発光層１２としては、たとえばＡｌｑ３（トリス（８−キノリノラト）アルミニウム）に代表される有機材料を含む積層膜（各膜の屈折率１．７〜１．９（代表値としての屈折率１．８）、厚み１００ｎｍ程度）が好適に利用できる。

有機電界発光層１２の材料としては、有機ＥＬ素子１Ａの外部量子効率の向上や発光寿命の長寿命化等の観点から、有機金属錯体を用いてもよい。ここで、錯体の形成に係る金属元素としては、元素周期表のＶＩＩＩ族、ＩＸ族およびＸ族に属するいずれか１種の金属またはＡｌ、Ｚｎであることが好ましく、特にＩｒまたはＰｔ、Ａｌ、Ｚｎであることが好ましい。

有機電界発光層１２は、たとえば蒸着法、スピンコート法、キャスト法、インクジェット法、印刷法等のいずれかが採用されることで第１透明電極層１１上に設けられる。特に、スピンコート法、インクジェット法、印刷法は、均質な膜が得られ易くかつピンホールの発生が抑制できるため、特に好適に利用できる。

第２透明電極層１３は、有機電界発光層１２の第１透明電極層１１が位置する側とは反対側の主表面上に設けられており、可視光領域の光を良好に透過する透明金属薄膜１３ａにて構成されている。より具体的には、第２透明電極層１３としては、たとえばＡｇ、Ａｌ、Ａｕ、Ｃｕ等の金属薄膜にて構成される。第２透明電極層１３は、たとえば蒸着法やスパッタリング法等が採用されることで有機電界発光層１２上に設けられる。

ここで、金属薄膜がどの程度の薄さであれば光を透過するかは、屈折率の虚部を用いて表わすことができる。屈折率ｎと消衰係数κとを用いた場合、厚みｄの媒質を通過する際に生じる位相変化φと透過率Ｔとは、下記の式（１）および式（２）により表わされる。

ここで、λは、真空中における光の波長である。式（１）より、光の強度ｅ²分の１に減衰する距離Ｌ_dは、下記の式（３）により表わされる。

よって、金属薄膜からなる第２透明電極層１３が十分な透過率を有するためには、上記の式（２）で示されるＬ_dよりも薄いことが望ましい。たとえば、透明金属薄膜１３ａとしてＡｇ膜を用いる場合には、その厚みは８ｎｍ程度とされることが好ましい。

透明光学調整層１５は、第２透明電極層１３の有機電界発光層１２が位置する側とは反対側の主表面上に設けられており、可視光領域の光を良好に透過する絶縁性の膜（すなわち非導電性透明膜）にて構成されている。ここで、透明光学調整層１５としては、その屈折率が有機電界発光層１２の屈折率と近いもの（たとえば屈折率１．８程度）にて構成されていることが好ましく、また幾何光学的に十分に厚い膜（たとえばその厚みが２５００ｎｍ程度）にて構成されていることが好ましい。

透明光学調整層１５としては、光の吸収が少ない材料にて構成されることが好ましく、たとえばＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）樹脂（屈折率１．５）に粒径５０ｎｍ程度のＴｉＯ₂微粒子（屈折率２．２）を混ぜたもの（全体としての実効屈折率は１．８程度）等が利用できる。

透明光学調整層１５は、たとえば蒸着法、スピンコート法、キャスト法、インクジェット法、印刷法等のいずれかが採用されることで第２透明電極層１３上に設けられる。特に、スピンコート法、インクジェット法、印刷法は、均質な膜が得られ易くかつピンホールの発生が抑制できるため、特に好適に利用できる。

光散乱層１６は、透明光学調整層１５の第２透明電極層１３が位置する側とは反対側の主表面上に設けられており、可視光領域の光を良好に透過するとともに、その一部を散乱させる機能を有する絶縁性の膜にて構成されている。より具体的には、光散乱層１６としては、たとえばＰＭＭＡ樹脂（屈折率１．５）に粒径５０ｎｍ程度のＴｉＯ₂微粒子（屈折率２．２）を混ぜたもの（全体としての実効屈折率は１．８程度）をバインダー１６ａとして、これにさらにフィラー１６ｂとしての粒径５００ｎｍ程度のＰＭＭＡ樹脂微粒子（屈折率１．５）を混ぜたものが利用できる。また、上述した粒径５００ｎｍ程度のＰＭＭＡ樹脂微粒子に代えて、粒径５００ｎｍ程度の中空シリカ（中空部分の屈折率１．０）をフィラー１６ｂとして用いてもよい。

光散乱層１６は、たとえば蒸着法、スピンコート法、キャスト法、インクジェット法、印刷法等のいずれかが採用されることで透明光学調整層１５上に設けられる。特に、スピンコート法、インクジェット法、印刷法は、均質な膜が得られ易くかつピンホールの発生が抑制できるため、特に好適に利用できる。

反射層１４は、光散乱層１６の透明光学調整層１５が位置する側とは反対側の主表面上に設けられており、可視光領域の光を良好に反射する膜にて構成されている。より具体的には、反射層１４としては、たとえばＡｌ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｎａ、Ｃａまたはこれらのいずれかを含む合金等からなる金属膜（たとえば厚み１００ｎｍ程度）にて構成される。反射層１４は、たとえば蒸着法やスパッタリング法等が採用されることで第２透明電極層１３上に設けられる。

図３は、図１に示す有機ＥＬ素子にて得られる光散乱効果を説明するための図である。次に、図３を参照して、本実施の形態における有機ＥＬ素子１Ａにて得られる光散乱効果について具体的に説明する。

図３に示すように、本実施の形態における有機ＥＬ素子１Ａにあっては、反射層１４側に設けられる第２透明電極層１３を透明金属薄膜１３ａにて構成することにより、第１透明電極層１１と有機電界発光層１２とにおいてに導波モードが主として分布するように構成している。また、本実施の形態における有機ＥＬ素子１Ａにあっては、当該導波モードが主として分布する有機電界発光層１２の反射層１４側に、その屈折率が有機電界発光層１２の屈折率と近くかつ幾何光学的に十分に厚い膜からなる透明光学調整層１５（ミクロンオーダーの厚みを有する高屈折率部）を介して、光散乱層１６が設けられるように構成することにより、当該光散乱層１６において幾何光学的な光散乱作用が得られるように構成している。

ここで、上記特許文献１ないし３に開示の如く、第２透明電極層を透明導電膜にて構成し、当該第２透明電極層と反射層との間に厚みがサブミクロンオーダーの光散乱層を設けた従来の有機ＥＬ素子にあっては、電界発光層や第２透明電極層にて構成される高屈折率部の厚みは概ね１００ｎｍ〜３００ｎｍ程度に留まり、当該光散乱層にて生じる光散乱作用は、波動光学的な光散乱作用となる。その場合、当該高屈折率部を水平方向に伝播する光の伝搬長（光の強度がｅ分の１になる距離）は、おおよそ１μｍ〜５μｍ程度となり、その間に光散乱層にて当該光を散乱させる必要が生じる。

この場合、Ｍｉｅ散乱理論により、ある程度の粒径を有する微粒子を用いない限り光の散乱は生じないことになり、たとえば粒径０．５μｍ程度の微粒子を用いることが必要になり、その場合には、上記伝搬長を光が進行する間に経由する微粒子の数は、高々２個〜１０個程度に制限されてしまうことになる。

その結果、従来の有機ＥＬ素子にあっては、十分に散乱が生じないうちに光の強度が落ちてしまい、光散乱効果が必ずしも十分に得られないこととなってしまう。なお、上述した従来の有機ＥＬ素子においては、上述した光散乱層を設けることで、これを設けなかった場合の導波モードの光のうちの最大で３０％程度の光を散乱させることができることが、本発明者によって実験的に確認されているが、それ以上の光散乱効果が得られないことも同時に確認されている。

これに対し、本実施の形態における有機ＥＬ素子１Ａにあっては、上述したように、光散乱層１６において幾何光学的な光散乱作用が得られるように構成しているため、当該光散乱層１６において散乱されることで、これを設けなかった場合に導波モードに結合する光の多くが基板モード（透明基板１０の内部において閉じ込められてしまうモード）に結合されることになり、Ｍｉｅ散乱による光の散乱および反射は、散乱の強さと反射による吸収で決定されることになる。

そのため、図３を参照して、１回の散乱により、高屈折率の基板モード（その屈折率をｎ２とする）から通常の基板モード（その屈折率をｎ１とする）への変換効率は、（ｎ１／ｎ２）²となり、たとえばｎ２＝１．８かつｎ１＝１．５の条件下においては、当該変換効率は約７０％となる。ここで、反射層１４における光の平均反射率を８０％とした場合には、透明基板１０に対して約５６％の光が伝搬されることになる。一方で、高屈折率の基板モードから通常の基板モードに反射層１４にて全反射で変換できなかった残る２４％の光は、再び光散乱層１６に到達し、そのうちの７０％が通常の基板モードに変換される。

したがって、高屈折率の基板モードから通常の基板モードへの変換効率を級数として表わすと、８０％×７０％＋（１００％―７０％）×８０％×８０％＋（１００％―７０％）²×８０％²×８０％×７０％＋・・・＝（８０％×７０％）／（１００％―（１００％―７０％）×８０％）＝７３％となり、より多くの高屈折率の基板モードの光を通常の基板モードの光へと変換できることになる。

これを定性的に説明すると、従来の有機ＥＬ素子においては、光散乱層における散乱が波動光学領域の導波モード近傍での光散乱であるため、吸収成分による損失が大きいのに対し、本実施の形態における有機ＥＬ素子１Ａにおいては、光散乱層１６における散乱が、幾何光学領域の高屈折率の基板モードから通常の基板モードへの変換における吸収が１回の散乱と反射層における反射にて決まるため、１回の散乱での散乱割合を十分に大きくとることが可能となり、より多くの高屈折率の基板モードの光を通常の基板モードの光へと変換できることになる。

ここで、基板モードに結合する光は、透明基板の内部に閉じ込められてしまう光であり、何らかの手当てを施さない限り、これがそのまま基板損失になってしまうことになる。しかしながら、基板モードについては、たとえば透明基板１０の空気との界面に光取り出しシートと呼ばれる光学シートを貼り付けたり、当該界面に凹凸形状を付与したりすることにより、反射層１４との間の多重反射によりその一部を外部に取り出すことが可能になるため、これら構成を採用することとすれば、高効率に光を外部に取り出すことが可能になる。

以上において説明したように、本実施の形態における有機ＥＬ素子１Ａにあっては、反射層１４側に設けられる第２透明電極層１３を透明金属薄膜１３ａにて構成するとともに、第２透明電極層１３と光散乱層１６との間に透明光学調整層１５を設けることで第２透明電極層１３から反射層１４側に相当程度遠ざけた位置に光散乱層１６を配置しているため、当該光散乱層１６にて幾何光学的な光散乱作用が得られるにようになり、従来の波動光学的な光散乱作用を利用した電界発光素子よりも、より高い散乱効果が得られる。

したがって、本実施の形態における有機ＥＬ素子１Ａにおいては、主として導波損失を低減することが可能になり、有機電界発光層１２にて発光した光を高効率に外部に取り出すことが可能になる。

また、本実施の形態における有機ＥＬ素子１Ａにあっては、有機電界発光層１２と反射層１４との間に十分に分厚い透明光学調整層１５および反射層１４が位置することにより、これら有機電界発光層１２と反射層１４とが相当程度遠ざけられた位置に配置されることになるため、プラズモンモードに結合する光についてもこれを大幅に低減できるかまたは完全に無くすことができる。

ここで、本実施の形態における有機ＥＬ素子１Ａにあっては、有機電界発光層１２に接触して透明金属薄膜１３ａが位置することになるため、プラズモン損失が発生することが懸念され得るが、当該透明金属薄膜１３ａの厚みを十分に薄く（たとえば１０ｎｍ以下程度にまで薄く）構成すれば、金属薄膜起因のプラズモン損失は発生しないことになる。さらには、当該透明金属薄膜１３ａの厚みが十分に薄いことにより、透過率も向上することになるため、第２透明電極層１３の透過性が損なわれることもない。

また、仮に透明金属薄膜に光散乱層を接触して設けた場合には、その製造方法如何によっては光散乱層の主表面の凹凸形状に追随して透明金属薄膜の主表面にも凹凸形状が付与されることで当該透明金属薄膜の光透過性がプラズモン吸収現象によって著しく劣化することも想定され得るが、本実施の形態における有機ＥＬ素子１Ａにあっては、透明金属薄膜１３ａと光散乱層１６との間に分厚い透明光学調整層１５が存在するため、このような問題も生じない。

さらには、透明金属薄膜と光散乱層とをできるだけ離す構成としては、反射散乱や凹凸面による反射も想定され得るが、反射散乱にてこれを実現する場合には、絶対反射率の点において本実施の形態の如くの光散乱層と反射層との積層構造に比べて不利となり、凹凸面による反射にてこれを実現する場合には、製造コストの面で不利となるばかりでなく、光の偏光状態が偏ったり色ずれが生じたりするおそれがある点において本実施の形態の如くの光散乱層と反射層との積層構造に比べて不利となる。したがって、本実施の形態における有機ＥＬ素子１Ａにあっては、これらの点においても有利なものとなる。

（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２における有機ＥＬ素子の模式断面図である。図４を参照して、本実施の形態における有機ＥＬ素子１Ｂについて説明する。

図４に示すように、本実施の形態における有機ＥＬ素子１Ｂは、上述した実施の形態１における有機ＥＬ素子１Ａと比較した場合に、第２透明電極層１３の構成においてのみ相違している。具体的には、有機ＥＬ素子１Ｂにあっては、第２透明電極層１３が、透明金属薄膜１３ａおよび導電性透明膜１３ｂの積層膜にて構成されている。

透明金属薄膜１３ａは、有機電界発光層１２の第１透明電極層１１が位置する側とは反対側の主表面上に設けられている。透明金属薄膜１３ａの材質や厚み、成膜方法等は、上述した実施の形態１におけるそれと同様である。

導電性透明膜１３ｂは、透明金属薄膜１３ａの有機電界発光層１２が位置する側とは反対側の主表面上に設けられており、可視光領域の光を良好に透過しかつ良好な電気導電性を呈する膜にて構成されている。導電性透明膜１３ｂとしては、たとえばＩＴＯ膜やＩＺＯ膜、ＺｎＯ膜、ＣｕＩ、ＳｎＯ₂膜等の無機導電膜や、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ膜等の有機導電膜、高分子材料に銀ナノワイヤーやカーボンナノチューブ等を分散させた複合導電膜等にて構成され、好適には、屈折率が１．８程度であってその厚みが１００ｎｍ程度の膜が用いられる。

導電性透明膜１３ｂは、たとえば蒸着法、スピンコート法、キャスト法、インクジェット法、印刷法等のいずれかが採用されることで透明金属薄膜１３ａ上に設けられる。特に、スピンコート法、インクジェット法、印刷法は、均質な膜が得られ易くかつピンホールの発生が抑制できるため、特に好適に利用できる。

以上において説明した本実施の形態における有機ＥＬ素子１Ｂにあっても、反射層１４側に設けられる第２透明電極層１３を透明金属薄膜１３ａおよび導電性透明膜１３ｂの積層膜にて構成するとともに、第２透明電極層１３と光散乱層１６との間に透明光学調整層１５を設けることで第２透明電極層１３から反射層１４側に相当程度遠ざけた位置に光散乱層１６を配置しているため、当該光散乱層１６にて幾何光学的な光散乱作用が得られるにようになり、従来の波動光学的な光散乱作用を利用した電界発光素子よりも、より高い散乱効果が得られる。したがって、上述した実施の形態１において説明した効果と同様の効果を得ることができる。

また、本実施の形態における有機ＥＬ素子１Ｂにあっては、透明金属薄膜１３ａを薄く形成することで生じ得る電気伝導性の不足を導電性透明膜１３ｂにて補うことができるため、上述した実施の形態１における有機ＥＬ素子１Ａに比べ、電気的な特性の面での向上が図られる効果が得られる。ここで、導電性透明膜１３ｂは、一般的に光の吸収が無視できないものであるため、好ましくは、電気導電性が確保できる程度の厚みに抑え、幾何光学的な距離は、透明光学調整層１５の厚みで確保することが好ましい。

（実施の形態３）
図５は、本発明の実施の形態３における照明装置の概略図である。図５を参照して、本実施の形態における照明装置２０Ａについて説明する。

図５に示すように、本実施の形態における照明装置２０Ａは、部屋２１の天井２２に設置される室内灯であり、部屋２１の室内を照明するものである。照明装置２０Ａは、その内部に、上述した実施の形態１における有機ＥＬ素子１Ａを光源として備えている。照明装置２０Ａは、たとえば白色光を室内に向けて照射する。

本実施の形態における照明装置２０Ａは、有機ＥＬ素子１Ａを光源として備えることによって薄型に構成が可能であり、また外部に向けて照射される光の取り出し効率が従来に比して良好であるため、低消費電力で高い輝度が実現できる。

なお、有機ＥＬ素子１Ａに代えて、上述した実施の形態２における有機ＥＬ素子１Ｂを、光源として照明装置２０Ａに搭載させることも当然に可能である。

（実施の形態４）
図６は、本発明の実施の形態４における照明装置の概略図である。図６を参照して、本実施の形態における照明装置２０Ｂについて説明する。

図６に示すように、本実施の形態における照明装置２０Ｂは、たとえば机等に載置されて使用される照明スタンドであり、主として手元を照明するものである。照明装置２０Ｂは、スタンド部２３とヘッド部２４とを有しており、このうちのヘッド部２４の内部に、上述した実施の形態１における有機ＥＬ素子１Ａを光源として備えている。照明装置２０Ｂは、たとえば白色光を手元に向けて照射する。

本実施の形態における照明装置２０Ｂは、有機ＥＬ素子１Ａを光源として備えることによって薄型に構成が可能であり、また外部に向けて照射される光の取り出し効率が従来に比して良好であるため、低消費電力で高い輝度が実現できる。

なお、有機ＥＬ素子１Ａに代えて、上述した実施の形態２における有機ＥＬ素子１Ｂを、光源として照明装置２０Ｂに搭載させることも当然に可能である。

以下においては、上述した実施の形態１および２における有機ＥＬ素子１Ａ，１Ｂをそれぞれ実施例１および２としてモデル化し、それらの光学特性を解析することで、光取り出し効率をどの程度向上させることができるか検証した結果について説明する。なお、比較のために、従来における有機ＥＬ素子についてもこれを比較例１および２としてモデル化して同様の解析を行なった。

（比較例１，２および実施例１，２）
まず、当該検証結果について説明するに先立ち、モデルとしての比較例１，２に係る有機ＥＬ素子の構造、これに含まれる各構成の具体的な材質、厚み等について説明するとともに、実施例１，２に係る有機ＥＬ素子に含まれる各構成の具体的な材質、厚み等について説明する。なお、いずれのモデルにおいても、基板モードの一部を外部に取り出し可能にするために、透明基板の空気との界面に上述した光取り出しシートを貼り付けている。

比較例１に係る有機ＥＬ素子は、透明基板上に、第１透明電極層／有機電界発光層／第２透明電極層／光散乱層／反射層の順で各層を積層構成したものである。ここで、比較例１に係る有機ＥＬ素子にあっては、透明基板を光学ガラスＢＫ７（屈折率１．５、板厚０．７ｍｍ）にて構成し、第１透明電極層および第２透明電極層をいずれもＩＴＯ膜（屈折率１．８〜２．２、膜厚１００ｎｍ）にて構成し、有機電界発光層をＡｌｑ３（トリス（８−キノリノラト）アルミニウム）に代表される有機材料を含む積層膜（各膜の屈折率１．７〜１．９（代表値としての屈折率１．８）、総膜厚１００ｎｍ）にて構成し、光散乱層をＰＭＭＡ樹脂（屈折率１．５）に粒径５０ｎｍ程度のＴｉＯ₂微粒子（屈折率２．２）を混ぜたもの（全体としての実効屈折率は１．８）をバインダーとして、これにさらにフィラーとしての粒径５００ｎｍ程度のＰＭＭＡ樹脂微粒子（屈折率１．５）を混ぜたもの（膜厚１．２μｍ）にて構成し、反射層をＡｌ膜（膜厚１００ｎｍ）にて構成した。

比較例２に係る有機ＥＬ素子は、透明基板上に、第１透明電極層／有機電界発光層／第２透明電極層／光散乱層／透明光学調整／層反射層の順で各層を積層構成したものである。ここで、比較例２に係る有機ＥＬ素子にあっては、透明基板を光学ガラスＢＫ７（屈折率１．５、板厚０．７ｍｍ）にて構成し、第１透明電極層および第２透明電極層をいずれもＩＴＯ膜（屈折率１．８〜２．２、膜厚１００ｎｍ）にて構成し、有機電界発光層をＡｌｑ３に代表される有機材料を含む積層膜（各膜の屈折率１．７〜１．９（代表値としての屈折率１．８）、総膜厚１００ｎｍ）にて構成し、光散乱層をＰＭＭＡ樹脂（屈折率１．５）に粒径５０ｎｍ程度のＴｉＯ₂微粒子（屈折率２．２）を混ぜたもの（全体としての実効屈折率は１．８）をバインダーとして、これにさらにフィラーとしての粒径５００ｎｍ程度のＰＭＭＡ樹脂微粒子（屈折率１．５）を混ぜたもの（膜厚１．２μｍ）にて構成し、透明光学調整層をＰＭＭＡ樹脂（屈折率１．５）に粒径５０ｎｍ程度のＴｉＯ₂微粒子（屈折率２．２）を混ぜたもの（全体としての実効屈折率は１．８、膜厚１００ｎｍ）にて構成し、反射層をＡｌ膜（膜厚１００ｎｍ）にて構成した。

実施例１に係る有機ＥＬ素子は、上述した実施の形態１における有機ＥＬ素子１Ａと同様の構成を有するものである。ここで、実施例１に係る有機ＥＬ素子にあっては、透明基板１０を光学ガラスＢＫ７（屈折率１．５、板厚０．７ｍｍ）にて構成し、第１透明電極層１１をＩＴＯ膜（屈折率１．８〜２．２、膜厚１００ｎｍ）にて構成し、有機電界発光層１２をＡｌｑ３に代表される有機材料を含む積層膜（各膜の屈折率１．７〜１．９（代表値としての屈折率１．８）、総膜厚１００ｎｍ）にて構成し、第２透明電極層１３としての透明金属薄膜１３ａをＡｇ膜（膜厚８ｎｍ）にて構成し、透明光学調整層１５をＰＭＭＡ樹脂（屈折率１．５）に粒径５０ｎｍ程度のＴｉＯ₂微粒子（屈折率２．２）を混ぜたもの（全体としての実効屈折率は１．８、膜厚２５００ｎｍ）にて構成し、光散乱層１６をＰＭＭＡ樹脂（屈折率１．５）に粒径５０ｎｍ程度のＴｉＯ₂微粒子（屈折率２．２）を混ぜたもの（全体としての実効屈折率は１．８）をバインダーとして、これにさらにフィラーとしての粒径５００ｎｍ程度のＰＭＭＡ樹脂微粒子（屈折率１．５）を混ぜたもの（膜厚１．２μｍ）にて構成し、反射層１４をＡｌ膜（膜厚１００ｎｍ）にて構成した。

実施例２に係る有機ＥＬ素子は、上述した実施の形態２における有機ＥＬ素子１Ｂと同様の構成を有するものである。ここで、実施例２に係る有機ＥＬ素子にあっては、透明基板１０を光学ガラスＢＫ７（屈折率１．５、板厚０．７ｍｍ）にて構成し、第１透明電極層１１をＩＴＯ膜（屈折率１．８〜２．２、膜厚１００ｎｍ）にて構成し、有機電界発光層１２をＡｌｑ３に代表される有機材料を含む積層膜（各膜の屈折率１．７〜１．９（代表値としての屈折率１．８）、総膜厚１００ｎｍ）にて構成し、第２透明電極層１３としての透明金属薄膜１３ａをＡｇ膜（膜厚８ｎｍ）にて構成し、第２透明電極層１３としての導電性透明膜１３ｂをＩＴＯ膜（屈折率１．８、膜厚１００ｎｍ）にて構成し、透明光学調整層１５をＰＭＭＡ樹脂（屈折率１．５）に粒径５０ｎｍ程度のＴｉＯ₂微粒子（屈折率２．２）を混ぜたもの（全体としての実効屈折率は１．８、膜厚２４００ｎｍ）にて構成し、光散乱層１６をＰＭＭＡ樹脂（屈折率１．５）に粒径５０ｎｍ程度のＴｉＯ₂微粒子（屈折率２．２）を混ぜたもの（全体としての実効屈折率は１．８）をバインダーとして、これにさらにフィラーとしての粒径５００ｎｍ程度のＰＭＭＡ樹脂微粒子（屈折率１．５）を混ぜたもの（膜厚１．２μｍ）にて構成し、反射層１４をＡｌ膜（膜厚１００ｎｍ）にて構成した。

以上の条件に基づいて比較例１，２および実施例１，２に係る有機ＥＬ素子の光取り出し効率を解析したところ、有機電界発光層にて発光される光を１００％とした場合に、比較例１においては４２％の光が、比較例２においては４４％の光が、実施例１においては５５％の光が、実施例２においては５８％の光が、それぞれ取り出し可能であることが分かった。

なお、参考として、仮にこれら比較例１，２および実施例１，２に係る有機ＥＬ素子において、光散乱層に微粒子を分散配置させずに単なる透明光学調整層とした場合における光取り出し効率を解析したところ、その光取り出し効率は、比較例１に対応するもので１０％、比較例２に対応するもので９％、実施例１に対応するもので９％、実施例２に対応するもので８％となった。

以上の解析結果より、光散乱層を設けることで光取り出し効率が向上すること、および、光散乱層を設ける場合に上述した本実施の形態における有機ＥＬ素子１Ａ，１Ｂの如くとすることにより、上述した実施の形態１および２において説明した効果が得られ、従来の有機ＥＬ素子よりも光取り出し効率がさらに向上することが確認された。

上述した本発明の実施の形態１ないし４においては、ボトムエミッション型の有機ＥＬ素子およびこれを備えた照明装置に本発明を適用した場合を例示したが、本発明の適用範囲はこれに限られず、トップエミッション型の有機ＥＬ素子およびこれを備えた照明装置に本発明を適用することも可能である。

また、上述した本発明の実施の形態１ないし４においては、有機電界発光層を備えた有機ＥＬ素子およびこれを備えた照明装置に本発明を適用した場合を例示したが、本発明の適用範囲はこれに限られず、無機電界発光層を備えた無機ＥＬ素子およびこれを備えた照明装置に本発明を適用することも当然に可能である。

また、上述した本発明の実施の形態３および４においては、照明装置として室内灯および照明スタンドを例示して説明を行なったが、本発明の適用範囲はこれに限られず、電界発光素子を光源として備えた各種の装置（たとえば、ディスプレイや表示デバイス、電光表示式の看板や広告、屋外灯等）に本発明を適用することも当然に可能である。

また、上述した本発明の実施の形態１ないし４において示した特徴的な構成は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で当然に相互にその組み合わせが可能である。

このように、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではない。本発明の技術的範囲は特許請求の範囲によって画定され、また特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。

１Ａ，１Ｂ有機ＥＬ素子、１０透明基板、１１第１透明電極層、１２有機電界発光層、１３第２透明電極層、１３ａ透明金属薄膜、１３ｂ導電性透明膜、１４反射層、１５透明光学調整層、１６光散乱層、１６ａバインダー、１６ｂフィラー、２０Ａ，２０Ｂ照明装置、２１部屋、２２天井、２３スタンド部、２４ヘッド部。

Claims

一対の主表面を有する電界発光層と、
前記電界発光層の一方の主表面上に設けられた第１透明電極層と、
前記電界発光層の他方の主表面上に設けられた第２透明電極層と、
前記第２透明電極層から見て前記電界発光層が位置する側とは反対側に設けられた金属膜からなる反射層とを備え、
前記第２透明電極層が、透明金属薄膜を含み、
前記第２透明電極層と前記反射層との間に、非導電性透明膜からなる透明光学調整層と、光散乱層とが、この順で前記第２透明電極層側から配置され、
前記透明光学調整層によって前記第２透明電極層と前記光散乱層との間の幾何光学的な距離が調整されることにより、前記光散乱層にて幾何光学的な光散乱作用が得られるように構成されている、電界発光素子。
前記第２透明電極層が、前記透明金属薄膜と、当該透明金属薄膜から見て前記反射層側に設けられた導電性透明膜との積層膜にて構成されている、請求項１に記載の電界発光素子。
前記光散乱層が、バインダーとしての透明材料中に当該透明材料とは異なる屈折率を有するフィラーとしての微粒子を分散配置させた膜にて構成されている、請求項１または２に記載の電界発光素子。
前記電界発光層が、有機電界発光層である、請求項１から３のいずれかに記載の電界発光素子。
請求項１から４のいずれかに記載の電界発光素子を光源として備えている、照明装置。