JP6118525B2 - 有機エレクトロルミネッセンス素子および電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、有機エレクトロルミネッセンス素子、および有機エレクトロルミネッセンス素子を備えた電子機器に関する。

陽極と陰極との間に発光層を含む有機化合物層を備え、陽極から発光層に注入された正孔と陰極から発光層に注入された電子とが有機化合物層で再結合し、その再結合によって生じる励起子（エキシトン）エネルギーによって発光を得る有機エレクトロルミネッセンス素子（以下、有機ＥＬ素子という場合がある。）が知られている。
有機ＥＬ素子においては、自発光型素子としての利点を活かし、発光効率、画質、消費電力、さらには薄型のデザイン性に優れた発光素子として期待されている。

有機ＥＬ素子の光学設計において、発光効率を向上させるために、光学干渉距離の調整などが行われている。正孔輸送層などの有機化合物層の膜厚を調整することで、実効的な発光効率の向上や発光スペクトルの変調が可能であり、素子設計において不可欠な手法となっている。
しかしながら、光学干渉距離の調整だけでは素子内部に閉じ込められた光を取り出すことはできない。そこで、素子内部に閉じ込められた光を効率良く取り出し、発光効率を向上させるための構造が検討されている。

有機化合物層を支持する透光性の支持基体（透光体）が位置する方向に光を取り出す素子構成における光の損失は、主に次のようなモードに分類される。
(i)基板モード
透光体と空気との界面での全反射により、透光体内に閉じ込められる光のモードである。
(ii)薄膜モード
透明電極と透光体との界面での全反射により、透明電極及び有機化合物層内に閉じ込められる光のモードである。
(iii)表面プラズモンモード
金属電極に表面プラズモンとして発光エネルギーが吸収される光のモードである。表面プラズモン（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｌａｓｍｏｎ）とは、金属と誘電体との境界面に局在し、表面方向に伝播する電荷粗密波と、それに付随する電磁波と、が合わさったものを指す。プラズモンとはプラズモンポラリトン（Ｐｌａｓｍｏｎ Ｐｏｌａｒｉｔｏｎｓ）の略であり、金属中に一様に存在する自由電子気体に、何らかの作用が働き、分極波が生じ伝播する現象を表している。その中でも特に金属と、誘電体との界面に沿って伝播するような場合について、表面プラズモンもしくは表面プラズモンポラリトンとして言い表される。

これらの損失モードは、有機発光層中における全発光エネルギー量に対して、発光分子の存在する状態によって数１０％から１００％近くに及ぶ。ゆえに、これらの損失モードをどの様にして外部へ取り出すかが、高効率で発光する有機エレクトロルミネッセンス素子の開発に必要となる。
上記基板モード、薄膜モード及び表面プラズモンモードに起因する光の閉じ込めは、いずれも発光層において放射された光がエバネッセント光として素子内部に閉じ込められることによるものである。表面プラズモンモードから光を取り出すことは、他の光学モードから取り出すことに比べて最も困難であるとされ、このような光を取り出す具体的な手法が報告されている。

例えば、特許文献１には、表面プラズモンモードの光をＢｒａｇｇ回折を利用してＢｒａｇｇ散乱させることで、有用な輻射とすることが可能になる旨が記載されている。

特表２００５−５３５１２１号公報

しかしながら、Ｂｒａｇｇ回折を生じさせる凹凸形状を形成した有機ＥＬ素子では、強い波長依存性および角度依存性が表れ、指向性の強い光が放射されるという問題があった。また、前述の通り、光の損失が有機エレクトロルミネッセンス素子の高効率化（外部量子効率の向上）の妨げとなる場合があった。

本発明の目的は、放射光の指向性を低下させ、外部量子効率を向上させることができる有機エレクトロルミネッセンス素子を提供することである。また、本発明の別の目的は、前記本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子を備えた電子機器を提供することである。

本発明の一実施形態に係る有機エレクトロルミネッセンス素子は、
第一電極と、
前記第一電極と対向して設けられる第二電極と、
前記第一電極と前記第二電極との間に設けられ、少なくとも発光層を有する有機化合物層と、
前記第二電極の前記第一電極と対向する面とは反対側に設けられる透光性基板と、を備え、
前記第一電極および前記第二電極は、前記有機化合物層との界面において、複数の凸部および複数の凹部で構成される凹凸構造を有し、
前記第一電極および前記第二電極における前記凹凸構造は、前記透光性基板の厚さ方向の少なくとも一つの断面において、正弦波で表される曲線形状、または振幅もしくは角度が互いに異なる複数の正弦波の和で表される曲線形状を有し、
前記第一電極または前記第二電極における前記凹凸構造は、前記凹凸構造を構成する複数の凸部の内の一つの凸部と、当該凸部の隣の凸部との凸部間隔が、前記発光層から放射される光のピーク波長以上であって、前記凹凸構造を有する前記第一電極または前記第二電極と前記有機化合物層との界面における下記数式（１）で示される表面プラズモンの伝播距離（Ｌ_ｓｐ）以下であることを特徴とする。

前記数式（１）において、Ｉｍは、複素数の虚部を表し、ｋ_ｓｐは、表面プラズモンの波数であり、下記数式（２）で示され、下記数式（２）において、ωは、光の振動数を表し、ｃは、光の速度を表し、ε_１は、前記有機化合物層の複素誘電率を表し、ε_２は、前記凹凸構造を有する前記第一電極または前記第二電極の複素誘電率を表す。

また、本発明の別の一実施形態に係る有機エレクトロルミネッセンス素子は、
第一電極と、
前記第一電極と対向して設けられる第二電極と、
前記第一電極と前記第二電極との間に設けられ、少なくとも発光層を有する有機化合物層と、
前記第二電極の前記第一電極と対向する面とは反対側に設けられる透光性基板と、
前記透光性基板の前記第二電極と対向する面に隣接して設けられる内部光取出層と、を備え、
前記内部光取出層の前記透光性基板と対向する面と反対側の面には、複数の第一凸部および第一凹部で構成される第一凹凸構造を有し、
前記第一電極も、前記第一凹凸構造に追従した形状に形成されて、複数の第二凸部および第二凹部で構成される第二凹凸構造を有し、
前記第二凹凸構造は、前記透光性基板の厚さ方向の少なくとも一つの断面において、正弦波で表される曲線形状、または振幅もしくは角度が互いに異なる複数の正弦波の和で表される曲線形状を有し、
前記第二凹凸構造を構成する複数の第二凸部の内の一つの凸部と、当該凸部の隣の凸部との第二凸部間隔が、前記発光層から放射される光のピーク波長以上であって、前記第一電極と前記有機化合物層との界面における下記数式（３）で示される表面プラズモンの伝播距離（Ｌ_ｓｐ）以下であることを特徴とする。

前記数式（３）において、Ｉｍは、複素数の虚部を表し、ｋ_ｓｐは、表面プラズモンの波数であり、下記数式（４）で示され、下記数式（４）において、
ωは、光の振動数を表し、
ｃは、光の速度を表し、
ε_１は、前記有機化合物層の複素誘電率を表し、
ε_２は、前記第一電極の複素誘電率を表す。

第一実施形態に係る有機ＥＬ素子の基板厚さ方向の断面概略図である。 前記有機ＥＬ素子の概略断面図に、第一電極と有機化合物層との界面における表面プラズモンの散乱状態を模式的に表した波形を重ねて示した図である。 前記有機ＥＬ素子とは異なり、第一電極と有機化合物層との界面に形成される凹凸構造の凸部間隔が、発光層から放射される光の主波長未満である場合の表面プラズモンの伝播状態を模式的に表した波形を、有機ＥＬ素子の概略断面図に重ねて示した図である。 前記有機ＥＬ素子とは異なり、第一電極と有機化合物層との界面に形成される凹凸構造の凸部間隔が、表面プラズモンの伝播距離よりも大きい場合の表面プラズモンの伝播状態を模式的に表した波形を、有機ＥＬ素子の概略断面図に重ねて示した図である。 有機ＥＬ素子の断面ＳＥＭ像である。 実施例に係る有機ＥＬ素子の外光コントラスト試験結果を示すグラフである。 比較例に係る有機ＥＬ素子の外光コントラスト試験結果を示すグラフである。 有機ＥＬ素子から放射される光の配光分布の評価方法を説明する概略図である。 実施例および比較例に係る有機ＥＬ素子から放射される光の配光分布図である。

＜第一実施形態＞
以下、本発明の第一の実施形態を図面に基づいて説明する。
〔有機エレクトロルミネッセンス素子〕
図１は、第一実施形態に係る有機ＥＬ素子１の基板厚さ方向の断面概略図である。
有機ＥＬ素子１は、第一電極１０と、有機化合物層２０と、第二電極３０と、透光性基板４０と、内部光取出層５０と、外部光取出層６０と、を第一電極１０側からこの順に積層されて構成される。また、本実施形態では、図１に示すように、透光性基板４０の内部光取出層５０が設けられた面とは反対側に、光学部材７０が設けられており、当該光学部材７０と透光性基板４０との間に、外部光取出層６０が配置されている。

（透光性基板）
透光性基板４０は、第一電極１０と、有機化合物層２０と、第二電極３０と、内部光取出層５０と、外部光取出層６０とを支持するための平滑な板状の部材である。有機ＥＬ素子１は、有機化合物層２０から出射された放射光の光取出し方向が、透光性基板４０側となる、いわゆるボトムエミッション型の素子である。そのため、透光性基板４０は、透光性の部材が用いられ、４００ｎｍから７００ｎｍまでの可視領域の光の透過率が５０％以上であることが好ましい。具体的には、ガラス板、ポリマー板等が挙げられる。ガラス板としては、特にソーダ石灰ガラス、バリウム・ストロンチウム含有ガラス、鉛ガラス、アルミノケイ酸ガラス、ホウケイ酸ガラス、バリウムホウケイ酸ガラス、石英等が挙げられる。またポリマー板としては、ポリカーボネート系樹脂、アクリル系樹脂、ポリエチレンテレフタレート系樹脂、ポリエーテルサルファイド系樹脂、ポリサルフォン系樹脂等を原料として用いてなるものを挙げることができる。透光性基板４０の屈折率ｎ_２は、１．４以上２．２以下とするのが好ましい。透光性基板の屈折率ｎ_２の上限を２．２としたのは透明電極材料の屈折率がおよそ２．２程度以下であることに由来する。透光性基板の屈折率ｎ_２が２．２を超えると、基板表面で生じる全反射による光の閉じ込め量が著しく大きくなるため好ましくない。透光性基板の屈折率ｎ_２が２．２を超えた場合では、適切な構造を備えた外部光取出層６０を用いることが必要となる。

（第一電極）
第一電極１０は、有機化合物層２０に隣接して設けられ、有機ＥＬ素子に用いられる電極材料が用いられる。
第一電極１０は、好ましくは、光を反射させる材料で構成され、金属で構成することが好ましく、例えば、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ等の各種の金属や合金等で構成される。なお、第一電極１０は、金属で構成されていなくてもよい。
第一電極１０は、一層で構成してもよいし、複数層で構成してもよい。光を反射させる材料で構成される層同士を積層させてもよいし、透明な導電性部材で構成される層と光を反射させる材料で構成される層とを積層させてもよい。

（第二電極）
第二電極３０は、有機化合物層２０と内部光取出層５０との間に隣接して設けられ、また、有機化合物層２０を挟んで第一電極１０と対向して設けられている。上述のとおり本実施形態では、有機化合物層２０から出射された放射光を透光性基板４０側から素子外部へ取り出すため、第二電極３０を透明電極とする。この場合、第二電極３０の可視領域の光の透過率を１０％より大きくすることが好ましい。また、第二電極３０のシート抵抗は、１００Ω／□（オーム／スクエア）以下が好ましい。第二電極３０の厚さ寸法は、材料にもよるが、通常１０ｎｍ以上１μｍ以下、好ましくは１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の範囲で選択される。
本実施形態では、第二電極３０が陽極となり、第一電極１０が陰極となる。なお、第二電極３０を陰極とし、第一電極１０を陽極としてもよい。
第二電極３０には、公知の電極材料が用いられ、例えば、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）や、ＩＺＯ（登録商標）（酸化インジウム亜鉛）、ＺｎＯ（酸化亜鉛）等の透明電極材料が用いられる。第二電極３０の屈折率ｎ_１は、１．８以上２．２以下とするのが好ましい。なお、第一電極１０側から放射光を素子外部へ取り出す場合には、第一電極１０を透明電極とし、第二電極３０を、光を反射させる材料で構成し、金属で構成することが好ましく、例えば、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ等の各種の金属や合金等で構成される。なお、この場合も、第二電極３０は、金属で構成されていなくてもよい。

（有機化合物層）
有機化合物層２０は、第一電極１０と第二電極３０との間に設けられる。有機化合物層２０は、一層又は複数層で構成される。有機化合物層２０のうち少なくとも１層は、発光層である。そのため、有機化合物層２０は、例えば、一層の発光層で構成されていてもよいし、正孔注入層、正孔輸送層、電子注入層、電子輸送層、正孔障壁層、電子障壁層等の公知の有機ＥＬ素子で採用される層を有していてもよい。有機化合物層２０は、無機化合物を含んでいてもよい。
本実施形態では、有機化合物層２０は、第二電極３０側から順に、第一有機層２２、発光層２１、および第二有機層２３が、この順に配置されて構成される。

有機化合物層２０中の発光層２１には、Ａｌｑ_３(tris(8-hydroxyquinolinato) aluminum)等の公知の発光材料が用いられ、赤色、緑色、青色、黄色等の単色光を示す構成のものや、それらの組み合わせによる発光色、例えば、白色発光を示す構成のもの等が用いられる。また、発光層を形成するにあたっては、ホスト材料に、ドーパント材料として発光材料をドーピングするドーピング法が知られている。ドーピング法で形成した発光層では、ホスト材料に注入された電荷から効率よく励起子を生成することができる。そして、生成された励起子の励起子エネルギーをドーパント材料に移動させ、ドーパント材料から高効率の発光を得ることができる。また、本発明の一実施形態では、発光層を、一重項励起子による発光を利用する蛍光型発光層、または三重項励起子による発光を利用する燐光型発光層とすることができる。
発光層２１は、単一の層で構成されていても良いし、複数の発光層が積層されて構成されていても良い。後者の場合には、各発光層の間に中間層を設けて積層構成した、いわゆるタンデム型の構成としても良い。また、複数の発光層を積層させる場合には、各発光層の発光型は、蛍光型であっても、燐光型であってもよいし、発光色も適宜選択できる。例えば、有機ＥＬ素子から白色光を放射光として取り出す場合には、赤色、緑色、および青色の各色で発光する発光層を積層構成することで達成し得る。

本実施形態において、第一有機層２２は、陽極とされる第二電極３０から注入された正孔を発光層２１へと効率良く輸送および注入するための層（例えば、正孔注入層および正孔輸送層の少なくともいずれかの層）として、材料が適宜選択される。一方、第二有機層２３は、陰極とされる第一電極１０から注入された電子を発光層２１へと効率良く輸送および注入するための層（例えば、電子注入層および電子輸送層の少なくともいずれかの層）として、材料が適宜選択される。
有機ＥＬ素子１の有機化合物層２０において、上述の例示した化合物以外に、有機ＥＬ素子において使用される任意の化合物を選択して用いることができる。

（内部光取出層）
内部光取出層５０は、有機化合物層２０中の発光層２１から出射された放射光の配光分布を変換して、透光性基板４０へ入射させる。
内部光取出層５０は、透光性基板４０の第二電極３０と対向する面に隣接して設けられている。内部光取出層５０は、透光性基板４０と対向する面と反対側の面において、複数の第一凸部５１および第二凹部５２で構成される第一凹凸構造５３を有する。
第一凹凸構造５３は、前記透光性基板４０の厚さ方向の少なくとも一つの断面において、正弦波で表される曲線形状、または振幅もしくは角度が互いに異なる複数の正弦波の和で表される曲線形状を有する。第一凹凸構造５３は、正弦波で表される曲線形状であることが好ましい。ここで、内部光取出し層５０の形状として矩形波や三角波を用いた場合、断線やリーク現象が生じやすくなるため好ましくない。
第一凹凸構造５３の当該曲線形状は、一断面で形成されている場合に限らず、複数断面で形成されていても良い。また、第一凹凸構造５３は、平面視した場合に、一方向に延びるラインパターン状であってもよいし、二方向以上に延びるパターンであっても良い。また、透光性基板４０の厚さ方向の少なくとも一つの断面において、正弦波で表される曲線形状、又は、振幅もしくは角度が互いに異なる複数の正弦波の和で表される曲線形状を有する形状であってもよい。

図１に示すように、第一電極１０側を上にし、透光性基板４０側を下にして見た場合に、内部光取出層５０上に積層された、有機化合物層２０および第一電極１０も、第一凹凸構造５３の曲線形状に追従した形状に形成されている。ここで、追従した形状とは、全く同じ形状であっても良いし、製造工程において発生する程度の異なる形状であっても良い。例えば、凹凸形状を有する第二電極３０を形成した後に、有機化合物層２０および第一電極１０を積層する場合であれば、有機化合物層２０および第一電極１０は、第二電極３０が有する程度の凹凸形状を有していればよく、全く同じ凹凸形状である必要はない。
そして、第一電極１０も、第一凹凸構造５３の前記曲線形状に追従した形状に形成されて、複数の第二凸部１１および第二凹部１２で構成される第二凹凸構造１３を有する。
第二凹凸構造１３は、透光性基板４０の厚さ方向の少なくとも一つの断面において、正弦波で表される曲線形状、または振幅もしくは角度が互いに異なる複数の正弦波の和で表される曲線形状を有する。第二凹凸構造１３は、正弦波で表される曲線形状であることが好ましい。第二凹凸構造１３の当該曲線形状も、第一凹凸構造５３と同様に、一断面で形成されている場合に限らず、複数断面で形成されていても良い。また、第二凹凸構造１３も、平面視した場合に、一方向に延びるラインパターン状であってもよいし、二方向以上に延びるパターンであっても良い。また、透光性基板４０の厚さ方向の少なくとも一つの断面において、正弦波で表される曲線形状、又は、振幅もしくは角度が互いに異なる複数の正弦波の和で表される曲線形状を有する形状であってもよい。

本実施形態において、第二凹凸構造１３を構成する複数の第二凸部１１の内の一つの第二凸部１１，１１Ａと、当該凸部１１，１１Ａの隣の第二凸部１１，１１Ｂとの第二凸部間隔ｄ_１０が、発光層２１から放射される光のピーク波長以上であって、第一電極１０と有機化合物層２０との界面における下記数式（１）で示される表面プラズモンの伝播距離（Ｌ_ｓｐ）以下である。ここで、ピーク波長とは、放射される光のスペクトルにピークが一つのみある場合（例えば単色の場合）には当該光のうち最も多く含まれる波長を言い、放射される光のスペクトルにピークが複数ある場合（例えば青色、緑色、及び赤色の混合色である白色）には複数のピークのうち最も長い波長を言う。

前記数式（１）において、Ｉｍは、複素数の虚部を表す。
前記数式（１）において、ｋ_ｓｐは、表面プラズモンの波数である。
表面プラズモンの波数（ｋ_ｓｐ）は、下記数式（２）で示される。

前記数式（２）において、ωは、光の振動数を表し、ｃは、光の速度を表し、ε_１は、有機化合物層２０の複素誘電率を表し、ε_２は、第一電極１０の複素誘電率を表す。なお、本実施形態では、有機化合物層２０の複素誘電率ε_１は、具体的には、第一電極１０と隣接している第二有機層２３の複素誘電率に相当する。
前記数式（２）については、例えば、参考文献「岡本隆之、梶川浩太郎著：プラズモニクス―基礎と応用、日本、講談社、２０１０年１０月１日発行（ＩＳＢＮ９７８−４−０６−１５３２７０−０）、３９頁」に記載されている。

表面プラズモンの面内方向への伝播距離（Ｌ_ｓｐ）は、表面プラズモンの波数（ｋ_ｓｐ）の虚部に依存し、前記数式（１）で表される。そして、前記数式（１）は、表面プラズモンが伝播していくにしたがって電場強度が指数減衰することに起因する。第二凸部間隔ｄ_１０が表面プラズモンの伝播距離（Ｌ_ｓｐ）よりも大きい場合、当該面内方向に伝播している間に熱に変換されてしまう。
表面プラズモンの伝播距離（Ｌ_ｓｐ）は、例えば、第一電極１０が銀（Ａｇ）で構成される場合には、数百μｍ程度となり、金（Ａｕ）で構成される場合には、数十μｍ程度となる。有機ＥＬ素子の電極としてよく用いられるアルミニウム（Ａｌ）の場合、式（１）から求めることのできるＬ_ｓｐの値は、波長４６０ｎｍではＬ_ｓｐは８μｍ程度、波長５３０ｎｍではＬ_ｓｐは１０μｍ程度、波長６３０ｎｍではＬ_ｓｐは１５μｍ程度となる。有機エレクトロルミネッセンス素子においては、金属層と誘電体層との多層膜構造となっているため、素子構成によりＬ_ｓｐに若干の変化が生じるが、発光スペクトルの幅が十分に広いため、波長分散による変化を考慮すると式（１）が成り立つと見なせる。

内部光取出層５０を構成する材料としては、ガラス材料、ポリマー材料等が挙げられる。ガラス材料としては、特にソーダ石灰ガラス、バリウム・ストロンチウム含有ガラス、鉛ガラス、アルミノケイ酸ガラス、ホウケイ酸ガラス、バリウムホウケイ酸ガラス、石英等が挙げられる。またポリマー材料としては、ポリエチレンナフタレート系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、アクリル系樹脂、ポリエチレンテレフタレート系樹脂、ポリエーテルサルファイド系樹脂、ポリサルフォン系樹脂、シクロオレフィン系樹脂、トリアジン系樹脂等を原料として用いてなるものを挙げることができる。
内部光取出層５０の屈折率ｎ_ｃ２は、透光性基板４０の屈折率と同等であることが好ましい。内部光取出層５０の屈折率ｎ_ｃ２と、透光性基板４０の屈折率ｎ_２とが同等であると、透光性基板４０と内部光取出層５０との界面で生じる光の反射損失を低減できる。通常、透光性基板として用いられるガラス基板の屈折率は１．５である。その他、有機ＥＬ素子用の透光性基板として用いられる材料の中で、比較的屈折率の低い材料としては、１．４程度であり、比較的屈折率の大きな材料としては、１．６５程度、さらに屈折率の大きい材料としては２．０程度である。内部光取出層５０の屈折率は、透光性基板４０と同等が好ましいため、３８０ｎｍから７８０ｎｍまでの全波長領域屈折率の差を±０．３以内にすることが好ましい。

（外部光取出層）
外部光取出層６０（第二光取出層）は、透光性基板４０に入射した発光層２１から放射された光を素子外部へと放射させる。
外部光取出層６０は、透光性基板４０の内部光取出層５０と対向する面とは反対側に、設けられている。
外部光取出層６０の構造としては、微粒子による拡散シート、マイクロレンズアレイ、半球レンズ、シリンドリカルレンズ、マイクロプリズム、凹凸構造等の全反射を抑制する構造を適宜利用することができる。透光性基板４０と、当該基板外部との界面に外部光取出層６０層を介在させるので、当該界面での全反射を防止して、光の取出し効率をさらに向上させることができる。外部光取出し構造としては、ディスプレイ用途、照明用途など目的に応じて適宜好ましい特性のものを選択する。

外部光取出層６０を構成する材料としては、ガラス材料、ポリマー材料等が挙げられる。ガラス材料としては、特にソーダ石灰ガラス、バリウム・ストロンチウム含有ガラス、鉛ガラス、アルミノケイ酸ガラス、ホウケイ酸ガラス、バリウムホウケイ酸ガラス、石英等が挙げられる。またポリマー材料としては、ポリエチレンナフタレート系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、アクリル系樹脂、ポリエチレンテレフタレート系樹脂、ポリエーテルサルファイド系樹脂、ポリサルフォン系樹脂、シクロオレフィン系樹脂、トリアジン系樹脂等を原料として用いてなるものを挙げることができる。外部光取出層６０の屈折率ｎ_Ｅｘｔは、透光性基板４０と同等の値とするのが好ましい。

（光学部材）
光学部材７０は、入射光を円偏光に変換する円偏光層を有する。本実施形態では、光学部材７０は、位相差板７１および偏光板７２を有し、円偏光板を構成する。円偏光板は、素子外部から素子内部に光が入射した際の外光反射を防止する。本実施形態では、位相差板７１が、透光性基板４０や外部光取出層６０に対向して配置され、偏光板７２が、位相差板７１に隣接して、その反対側で、素子外部側に向けて配置されている。光学部材７０は、外部光取出層６０との間で、所定の間隔で離間させて配置してもよいし、隣接して配置してもよい。また、外部光取出し構造６０を備えなくとも良く、外部光取出し構造６０を備えない場合、光学部材７０と透光性基板４０とが隣接して配置されていてもよい。
本実施形態では、偏光板７２としては、いわゆる直線偏光板を用い、位相差板７１としては、１／４波長板を用いている。素子外部から入射する外光は、まず偏光板７２にて所定方向の偏光軸の直線偏光を透過させ、その後、当該透過光は、位相差板７１を透過して所定回転方向の円偏光となり、素子内部の第一電極１０等の表面で反射して、反対回転方向の円偏光となり、位相差板７１にて吸収され、素子外部への反射が防止される。
一方、光拡散性微粒子やランダムな凹凸構造を光取出し構造として用いた場合、素子外部から入射した光と素子により反射される光の偏光方向が乱されるため、位相差板７１を透過しやすくなり、反射光が素子外部へ出てきてしまうという問題が生じる。
なお、光学部材７０は、円偏光板を構成するものに限定されない。

（第二凹凸構造と表面プラズモンの関係）
以上のように、第二凹凸構造１３は、所定の第二凸部間隔ｄ_１０で規定される周期的凹凸構造である。
図２には、本実施形態の有機ＥＬ素子１における第一電極１０と第二有機層２３との界面における表面プラズモンの散乱状態を模式的に表した波形を、当該有機ＥＬ素子１の概略断面図に重ねて示した図である。従って、当該表面プラズモンの散乱状態を模式的に表した波形は概略断面図の一部ではない。
なお、図２においては、断面を表現するハッチングを省略してある。
図２に示されるように、本実施形態の有機ＥＬ素子１では、第二凸部間隔ｄ_１０が、発光層２１から放射される光の主波長以上であって、表面プラズモンＳＰの伝播距離以下である。そして、図２に示されるように、面内方向に伝播する表面プラズモンＳＰは、第二凹凸構造１３によって衝突して、境界面（境界条件）が変わる。このように、境界条件が変わることで、表面プラズモンモードの光の一部が、散乱され、散乱光ＳＬとして素子外部へ向けて放射させることができる。
一方、図３に示すように、第一電極１０と第二有機層２３との界面に形成される凹凸構造の凸部間隔が、発光層２１から放射される光の主波長未満である場合、例えば、Ｂｒａｇｇ回折が生じるような場合には、表面プラズモンＳＰと、表面プラズモンの反射はＳＰ_Ｒとが、波の重ね合わせにより、定在波化し、Ｂｒａｇｇ回折光ＢＬが素子外部へ向けて放射される。このようなＢｒａｇｇ回折の場合、０次回折光が、素子の正面側へ放射される。さらには、±１次回折光などの回折光が発光面法線より斜め方向に放射される場合もある。
また、図４に示すように、第一電極１０と第二有機層２３との界面に形成される凹凸構造の凸部間隔が、表面プラズモンＳＰの伝播距離よりも大きい場合、例えば、十分大きく、当該凹凸構造が略平坦に近似できる場合には、面内方向に伝播する表面プラズモンＳＰは、当該凹凸構造に衝突することなく、境界条件が変わらないため、当該面内方向に伝播している間に熱に変換されてしまう。

発光層２１は、上述のように、それぞれ発光可能な発光層が積層されて構成される場合もある。この場合は、複数の発光層から放射される光（放射光）の主波長（ピーク波長）のうち、最も大きいものを基準として、第二凸部間隔ｄ_１０の下限値が規定される。例えば、赤色、緑色、及び青色で発光する発光層を積層させて、これらの発光色を合成して有機ＥＬ素子から白色光を出射させる場合には、赤色光のピーク波長が最も大きいので、赤色光のピーク波長に基づいて第二凸部間隔ｄ_１０の下限値が規定されることが好ましい。
よって、本実施形態では、第二凸部間隔ｄ_１０が、６００ｎｍ以上、表面プラズモンの伝播距離（Ｌ_ｓｐ）以下であることが好ましい。このように、赤色光のピーク波長に基づいて規定することで、白色の素子においても、効率良く放射光を素子外部へと取り出すことができる。

また、本実施形態において、第二凸部間隔ｄ_１０が、発光層２１から放射される光のコヒーレンス長以上、表面プラズモンの伝播距離（Ｌ_ｓｐ）以下であることが好ましい。
第二凸部間隔ｄ_１０が、コヒーレンス長以上であると、Ｂｒａｇｇ回折の共鳴的回折効果が弱まって、全波長領域および全角度に対して放射光を素子外部へ取り出す効果が向上する。なお、赤色光のピーク波長が６００ｎｍの場合、放射光のコヒーレンス長以上とするためには、当該赤色光のピーク波長の３倍程度の間隔を取れば十分であるので、第二凸部間隔ｄ_１０の下限は、１．８μｍである。
なお、本発明において、コヒーレンス長（光学可干渉距離）は、
（コヒーレンス長） ＝ λ^２／△λ、
で規定される。ここで、λは、有機発光層で生じた放射光の発光スペクトルのピーク波長であり、△λは、発光スペクトルのピークの半値幅である。光は電磁波であり、「連続した波」と考えることができる。この連続した波の長さがコヒーレンス長と呼ばれるもので、スペクトル幅の広い自然光はコヒーレンス長が数ミクロン程度（数波長分）であり、レーザ光のようなスペクトル幅が狭い光はコヒーレンス長が数キロに及ぶ場合もある。コヒーレンス長以内の空間的ズレを有する２つの光波は互いに干渉するが、それ以上では干渉しない。ゆえに、第二凸部間隔ｄ_１０の下限を、１．８μｍ以上とすることでＢｒａｇｇ回折の共鳴的回折効果が弱まって、全波長領域および全角度に対して放射光を素子外部へ取り出す効果が向上する。

さらに、本実施形態において、第二凸部間隔ｄ_１０が、発光層２１から放射される光のピーク波長の４倍以上、表面プラズモンの伝播距離（Ｌ_ｓｐ）以下であることが好ましい。このような第二凸部間隔ｄ_１０であれば、Ｂｒａｇｇ回折の共鳴的回折効果がより弱まって、全波長領域および全角度に対して放射光を素子外部へ取り出す効果が向上する。なお、赤色光のピーク波長が６００ｎｍの場合、当該赤色光のピーク波長の４倍なので、第二凸部間隔ｄ_１０の下限は、２．４μｍ以上である。

（有機ＥＬ素子の製造方法）
・光取出層の形成
まず、透光性基板４０上に、内部光取出層５０を構成する低屈折率材料を均一に塗布する。ここでは、低屈折材料としてレジスト材料（例えば、新日鐵化学株式会社製のレジスト材等。）を用いる。次に、加熱したモールドを低屈折材料に押し当てて軟化させ、当該凹凸形状を転写する（熱インプリント）。内部光取出層５０の形成に用いるモールドは、第一凹凸構造５３の形状および配置パターンを反転させた凹形状が形成されたモールドを用いることができる。
当該転写工程の後、紫外線による露光硬化を行い、所定温度、所定時間（例えば、３０分間１８０℃）で加熱した後、モールド及び低屈折材料を室温程度まで冷却し、モールドを脱型すると、内部光取出層５０が、透光性基板４０上に形成される。

一方、外部光取出層６０は、その構成によって種々の方法を取り得るが、ここでは、凹凸形状を有する場合を例に挙げて説明する。
外部光取出層６０の凹凸形状および配置パターンを反転させた凹形状が形成されたモールドを加熱し、当該加熱されたモールドを、外部光取出層６０を構成する材料で形成された熱可塑性樹脂フィルムに押し当てて軟化させ、当該モールドの形状を転写する（熱インプリント）。その後、モールドおよび熱可塑性樹脂フィルムを室温程度まで冷却する。光硬化性の樹脂を用いる場合はさらに紫外線露光による硬化を行ない、その後モールドを脱型すると外部光取出層６０が形成される。

・有機発光層および電極の形成
第一凹凸構造５３が形成された内部光取出層５０の上に、第二電極３０、有機化合物層２０及び第一電極１０を順次積層形成する。このとき、第一凹凸構造５３に対して、第二電極３０、有機化合物層２０および第一電極１０が追従した形状となるように形成する。
第一電極１０や第二電極３０の形成は、真空蒸着法やスパッタリング法等の形成方法を採用することができる。また有機化合物層２０の形成は、真空蒸着法、スパッタリング法、プラズマ法、イオンプレーティング法等の乾式成膜法やスピンコーティング法、ディッピング法、フローコーティング法、インクジェット法等の湿式成膜法等の形成方法を採用することができる。

次に、外部光取出層６０を形成した上述の熱可塑性樹脂フィルムを、透光性基板４０の一方の面（内部光取出層５０が形成された面とは反対側の面）に貼り付ける。例えば、外部光取出層６０と同等の屈折率を有する接着剤で貼り付ける。外部光取出層６０と透光性基板４０との接着には、アクリル系やエポキシ系等の光学接着剤を用いることができる。
このようにして、有機ＥＬ素子１を得ることができる。なお、先に透光性基板４０に外部光取出層６０を貼り付けた後に、内部光取出層５０や、第二電極３０，有機化合物層２０，第一電極１０等の有機ＥＬ層を形成しても良い。

（第一実施形態の効果）
以上のような第一実施形態によれば、次のような効果を奏する。
有機ＥＬ素子１は、第一電極１０は、第二有機層２３との界面において、第二凹凸構造１３を有し、第二凹凸構造１３は、正弦波で表される曲線形状、または振幅もしくは角度が互いに異なる複数の正弦波の和で表される曲線形状を有する。そして、第二凹凸構造１３の第二凸部間隔ｄ_１０は、発光層２１から放射される光のピーク波長以上であって、第一電極１０と第二有機層２３との界面における表面プラズモンの伝播距離（Ｌ_ｓｐ）以下である。
このような構成を備える有機ＥＬ素子１によれば、第二凹凸構造１３により、有機ＥＬ素子１の面内方向に伝播する表面プラズモンモードの光が散乱され、散乱光として素子外部へ取り出される。
また、Ｂｒａｇｇ回折を生じさせる凹凸形状を第一電極界面に形成した有機ＥＬ素子では、強い波長依存性および角度依存性が表れ、指向性の強い光が放射されるのに対し、有機ＥＬ素子１によれば、第二凹凸構造１３の第二凸部間隔ｄ_１０が上記条件を満たしており、指向性が抑制された光を放射させることができる。
したがって、有機ＥＬ素子１によれば、表面プラズモンモードの光を伝播光に変換して、素子外部へと取出し得る光を増加させることができ、その結果、放射光の指向性を低下させ、外部量子効率を向上させることができる。

また、有機ＥＬ素子１によれば、内部光取出層５０および外部光取出層６０を備えているので、薄膜モードの光や基板モードの光を効率的に素子外部へと放射させることができるので、その結果、外部量子効率を向上させることができる。

また、光学部材７０を設けることで、有機ＥＬ素子１の外部から入射する外光の反射を効率的に防止し、コントラストを向上させることができる。その結果、有機ＥＬ素子１を表示装置に用いると、高いコントラスト表示可能な表示装置を提供することができる。

＜第二実施形態＞
次に、本発明の第二の実施形態を説明する。
第二実施形態の説明において第一実施形態と同一の構成要素は、同一符号や名称を付す等して説明を省略もしくは簡略にする。また、第二実施形態では、第一実施形態で説明したものと同様の材料や化合物を用いることができる。
第一実施形態では、第一電極１０および第二電極３０の双方が上述の凹凸構造を有する有機ＥＬ素子１を示したが、第二実施形態の有機ＥＬ素子では、どちらか一方が凹凸構造を有していてもよい。
この場合、発光層２１から放射された光の取り出し方向（発光層２１から透光性基板４０へ向かう方向）とは反対側の電極（本実施形態では第一電極１０）が、第一実施形態で説明した第二凹凸構造１３と同様の凹凸構造を有することが好ましい。
一方、発光層２１から放射された光の取り出し方向が、発光層２１から第一電極１０へ向かう方向である有機ＥＬ素子の場合には、当該光の取出し方向とは反対側の第二電極３０が、有機化合物層２０との界面において当該第二凹凸構造１３と同様の凹凸構造を有する構成としてもよい。

第二実施形態の有機ＥＬ素子によれば、第一実施形態の有機ＥＬ素子１と同様に、表面プラズモンモードの光を伝播光に変換して、素子外部へと取出し得る光を増加させることができ、その結果、放射光の指向性を低下させ、外部量子効率を向上させることができる。

また、第二実施形態の有機ＥＬ素子において、光学部材７０を光の取出し方向に合わせて設けることができる。光の取り出し方向が、発光層２１から透光性基板４０へ向かう方向の場合には、第一実施形態と同様の位置に設ければよい。一方で、光の取り出し方向が発光層２１から第一電極１０へ向かう方向の場合には、第一電極１０に対向した位置に設ければよい。
このように、第二実施形態の有機ＥＬ素子においても光学部材７０を設けることで、第一実施形態と同様に、有機ＥＬ素子の外部から入射する外光の反射を効率的に防止し、コントラストを向上させることができる。その結果、第二実施形態の有機ＥＬ素子を用いることで、高いコントラスト表示可能な表示装置を提供することができる。

［実施形態の変形］
なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変更、改良などは、本発明に含まれるものである。

前記実施形態では、外部光取出層６０を備えた有機ＥＬ素子を例に挙げて説明したが、この態様に限定されない。例えば、透光性基板４０の内部光取出層５０を設けた面と反対側に、外部光取出層６０を介さずに、光学部材７０を設けた構成としても良い。

また、前記実施形態では、光学部材７０を備えた有機ＥＬ素子を例に挙げて説明したが、この態様に限定されない。例えば、透光性基板４０の内部光取出層５０を設けた面と反対側に、外部光取出層６０だけを設けた構成としても良い。

本発明の有機ＥＬ素子は、テレビ、携帯電話、若しくはパーソナルコンピュータ等の表示装置、又は照明、若しくは車両用灯具の発光装置等の電子機器として好適に使用できる。表示装置に使用する場合には、光学部材７０を備えた有機ＥＬ素子とすることで、高いコントラスト表示ができる。

次に、実施例および比較例を挙げて本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例の記載内容になんら制限されるものではない。

〔実施例１〕
まず、透光性基板（ガラス基板）上に、内部光取出層を構成する低屈折率材料をスピンコートにより均一に塗布し、成膜した。実施例１では、低屈折材料としてレジスト材料（新日鐵化学株式会社製のレジスト材（商品名：ＮＥＸ−９０７Ｉを用いた。次に、加熱したモールドを低屈折材料に押し当てて軟化させ、当該モールドの凹凸形状を転写した（熱インプリント）。実施例１における、第一凹凸構造として、正弦波形状の周期構造を有し、一方向に延びる波型ラインパターンとした。そして、この第一凹凸構造は、その上に順次積層される第二凹凸構造が、第二凸部間隔が２μｍであって、正弦波形状の周期構造を有し、一方向に延びる波型ラインパターンとなるような形状とした。したがって、内部光取出層の形成に用いるモールドは、当該第一凹凸構造の形状および配置パターンを反転させた凹形状が形成されたモールドを用いた。
当該転写工程の後、紫外線による露光硬化を行い、所定温度（１８０℃）、所定時間（３０分間）で加熱した後、モールド及び低屈折材料を室温程度まで冷却し、モールドを脱型し、透光性基板上に内部光取出層を形成した。

次に、内部光取出層の第一凹凸構造を形成した面上に、ＩＺＯを蒸着し、膜厚１１０ｎｍのＩＺＯ膜を成膜し、透明電極（第二電極）を形成した。ガラス基板（透光性基板）は、２５ｍｍ×２５ｍｍ×０．７ｍｍ厚（日本板硝子製、ＮＡ３５）、屈折率：１．５０（波長=５５０ｎｍ）のガラス基板を用いた。
このＩＺＯ膜上に、正孔注入性の化合物を蒸着し、膜厚１０ｎｍの正孔注入層を形成した。
この正孔注入層上に、正孔輸送性の化合物を蒸着し、膜厚８５ｎｍの第一正孔輸送層を形成した。
この第一正孔輸送層上に、正孔輸送性の化合物を蒸着し、膜厚３０ｎｍの第二正孔輸送層を形成した。
さらに、この第二正孔輸送層上に、ホスト材料として化合物と、青色蛍光ドーパント材料として化合物とを共蒸着し、膜厚３０ｎｍの発光層を形成した。この発光層内における化合物の濃度は５質量％であった。化合物の極大発光ピーク波長は、４６５ｎｍであった。
そして、この発光層上に、化合物を蒸着し、膜厚１０ｎｍの正孔障壁層を形成した。
そして、この正孔障壁層上に、電子輸送性の化合物を蒸着し、膜厚２０ｎｍの電子輸送層を形成した。
そして、この電子輸送層上に、ＬｉＦを成膜速度０．１オングストローム／ｍｉｎで蒸着し、電子注入性電極（陰極）としての膜厚１ｎｍのＬｉＦ膜を形成した。
このＬｉＦ膜上に、金属Ａｌを蒸着し、膜厚８０ｎｍの金属陰極を形成した。

次に、透光性基板（ガラス基板）の内部光取出層が形成された面とは反対側の面に、外部光取出層としての半球レンズ（直径４ｍｍ）を貼り付けた。半球レンズの貼り付けには、イマージョンオイル（エドモンドオプティックス（株）製のイマージョンオイル（屈折率１．５））を用いた。
このようにして、実施例１の有機ＥＬ素子を作製した。

図５には、実施例１の有機ＥＬ素子の断面ＳＥＭ像が示されている。図５（Ａ）に示す一部分を拡大して、図５（Ｂ）に示す。ＳＥＭ像は、日立製作所（株）製の走査型電子顕微鏡にて観察した。
図５において、ガラスは、透光性基板に相当し、レジストは、内部光取出層に相当し、ＩＺＯは、第二電極に相当し、試料表面（ＡＬ）は、第一電極に相当する。なお、ＳＥＭ観察にあたって、有機ＥＬ素子を保護するため、第一電極上に、保護膜（Ｃ）および保護膜（Ｗ）を順次積層した。
図５（Ｂ）に示すように、内部光取出層の第一凹凸構造に追従した、第一電極の第二凹凸構造が形成されており、第二凹凸構造の第二凸部間隔は、２μｍであった。

〔比較例１〕
比較例１の有機ＥＬ素子は、実施例１の有機ＥＬ素子において、内部光取出層および外部光取出層を形成しなかったこと以外は、実施例１と同様にして作製した。

＜駆動試験＞
有機ＥＬ素子の駆動試験条件としては、電流密度が１０ｍＡ／ｃｍ^２となるように有機ＥＬ素子に電圧を印加し、そのときのＥＬ発光スペクトルを分光放射輝度計（ＣＳ−１０００：コミカミノルタ社製）と、配光分布測定装置（ＩＭＳ−５０００：朝日分光社製）にて計測した。

電力効率η（単位：ｌｍ／Ｗ）は、電流密度が１０ｍＡ／ｃｍ^２となるように素子に電圧を印加した時の分光放射輝度スペクトル（波長３８０ｎｍから７８０ｎｍ）を上記分光放射輝度計で計測し得られた分光放射輝度スペクトルと、配光分布測定装置による角度分解スペクトルを計測した結果から全光束の効率を算出した。
また、外部量子効率（単位：％）も同様に測定を行い全光束の値を算出した。
表１には、比較例１の有機ＥＬ素子の電力効率の値に対する実施例１および比較例１の電力効率の値の比を算出して得た値と、比較例１の有機ＥＬ素子の外部量子効率の値に対する実施例１および比較例１の外部量子効率の値の比を算出して得た値とが示されている。

表１に示されているように、実施例１の有機ＥＬ素子は、比較例１の有機ＥＬ素子に比べて、電力効率および外部量子効率が優れていた。

＜外光コントラスト試験＞
有機ＥＬ素子の光取り出し側（本実施例では、第一電極側ではなく、透光性基板側）に、光学部材を取り付けて、外光が有機ＥＬ素子に入射した場合の反射率を測定した。反射率は、９箇所で測定した。
円偏光板としては、エドモンドオプティックス社製の２７３５２−Ｌを用いた。反射スペクトルの測定は、大塚電子（株）製ＭＣＰＤ−１０００ＵＶ−ＶＩＳ分光器により行った。ハロゲンランプを光源として用い、Ｙ分岐型の光ファイバーにより素子面に垂直に白色光を入射させ、垂直方向反射光の検出を行った。
図６には、実施例１の有機ＥＬ素子について測定した結果を示す。図６に示されているように、実施例１の有機ＥＬ素子については、第一電極に第二凹凸構造が形成されているものの、可視光波長範囲の４２０ｎｍ〜６８０ｎｍの範囲で、測定した９か所（position１〜position９）についていずれも反射率が２０％程度と反射率が低いことが分かり、高いコントラスト表示が可能であることが分かった。
図７には、比較例１の有機ＥＬ素子の構成において、透光性基板と第二電極との間に、散乱微粒子を分散させた内部光取出層を設けた構成の比較例１Ａの有機ＥＬ素子について、同様にして測定した結果である。図７に示されているように、比較例１Ａの有機ＥＬ素子では、可視光波長範囲の４２０ｎｍ〜６８０ｎｍの範囲で、反射率が３０％程度と反射率が高いことが分かり、実施例１の有機ＥＬ素子と比べて、コントラストの低い表示となった。

〔実施例２〕
実施例１と同じ内部光取出層を透光性基板上に形成し、次いで、内部光取出層の第一凹凸構造を形成した面上に、ＩＺＯを蒸着し、膜厚１１０ｎｍのＩＺＯ膜を成膜し、透明電極（第二電極）を形成した。ガラス基板（透光性基板）は、２５ｍｍ×２５ｍｍ×０．７ｍｍ厚（日本板硝子製、ＮＡ３５）、屈折率：１．５０（波長=５５０ｎｍ）のガラス基板を用いた。
このＩＺＯ膜上に、正孔注入性の化合物を蒸着し、膜厚５ｎｍの正孔注入層を形成した。
この正孔注入層上に、正孔輸送性の化合物を蒸着し、膜厚１２０ｎｍの第一正孔輸送層を形成した。
この第一正孔輸送層上に、正孔輸送性の化合物を蒸着し、膜厚８５ｎｍの第二正孔輸送層を形成した。
さらに、この第二正孔輸送層上に、ホスト材料として化合物ＰＨ−１００と、緑色燐光ドーパント材料として化合物Ｉｒ（ｐｐｙ）_３とを共蒸着し、膜厚４５ｎｍの発光層を形成した。この発光層内におけるドーパント材料の濃度は５質量％であった。Ｉｒ（ｐｐｙ）_３の極大発光ピーク波長は、５１９ｎｍであった。
そして、この発光層上に、膜厚５ｎｍの正孔障壁層を蒸着により形成した。
そして、この正孔障壁層上に、電子輸送性の化合物を蒸着し、膜厚１０ｎｍの電子輸送層を形成した。
そして、この電子輸送層上に、ＬｉＦを成膜速度０．１オングストローム／ｍｉｎで蒸着し、電子注入性電極（陰極）としての膜厚１ｎｍのＬｉＦ膜を形成した。
このＬｉＦ膜上に、金属Ａｌを蒸着し、膜厚８０ｎｍの金属陰極を形成した。

〔比較例２〕
比較例２の有機ＥＬ素子は、実施例２の有機ＥＬ素子において、内部光取出層および外部光取出層を形成しなかったこと以外は、実施例２と同様にして作製した。

＜駆動試験＞
上述と同様にして、実施例２および比較例２の有機ＥＬ素子について、試験を行った。その結果を表２に示す。表２についても、表１と同様に、比較例２の測定値に対する実施例２および比較例２の値の比を算出して得た値を示した。

表２に示されているように、実施例２の有機ＥＬ素子は、比較例２の有機ＥＬ素子に比べて、電力効率および外部量子効率が優れていた。

図８は、作製した有機ＥＬ素子から放射される光の配光分布の評価方法を説明する概略図である。
作製した有機ＥＬ素子の光取り出し面側から出射される放射光について、朝日分光株式会社製配光分布測定装置ＩＭＳ−５０００を用い、受光部９の角度を変化させながら測定した。図８に示すように、透光性基板４０面の法線方向をθ＝０度とし、−９０度≦θ≦９０度、面内回転角をφとし、−１８０度≦φ≦１８０度の範囲でθとφをそれぞれ５度おきに受光部９の測定位置を変化させて、それぞれの角度におけるＥＬ発光スペクトルを計測した。ＥＬ素子は１０ｍＡ／ｃｍ^２の電流密度で駆動させて、全光束測定を行った。
なお、図８については、比較例２の有機ＥＬ素子の場合の測定方法の概略を示している。すなわち、内部光取出層が形成されておらず、第一電極１０に凹凸構造が形成されていない。
また、透光性基板４０の光取り出し面側には、外部光取出層６０の半球状の凸部６０Ｃの直径（４ｍｍ）に合わせて円形に開口する遮光マスク８１を設けた。各有機ＥＬ素子の発光面積は、１０ｍｍ×１０ｍｍであり、遮光マスク８１には、中心に直径４ｍｍの穴（アパーチャー）を設けた。アパーチャーには屈折率１．５のイマージョンオイルが充填されており、透光性基板４０と外部光取出層６０を貼り合わせてある。配光分布測定装置の受光部９の検出エリアの直径は１０ｍｍである。直径４ｍｍのアパーチャーからの発光のみを、直径１０ｍｍの検出エリアで測定した。
実施例２についても同様の遮光マスク８１を設けて測定した。つまり、実施例２および比較例２において同じ発光面積について配光分布を測定した。図９（Ａ）に実施例２の配光分布図を示し、図９（Ｂ）に比較例２の配光分布図を示す。

図９（Ａ）に示すように、実施例２の有機ＥＬ素子からは、正面に０次回折光が出ておらず、高角度側に放射が広がっている。高角度側の放射の広がりは形状が鋭くないためＢｒａｇｇ回折の１次回折光ではない。そのため、実施例２の有機ＥＬ素子においては、第一電極の第二凹凸構造によって、表面プラズモンモードの光は、Ｂｒａｇｇ回折ではなく、散乱現象によって、伝播光に変換されていると考えられる。

本発明の有機ＥＬ素子は、テレビ、携帯電話、若しくはパーソナルコンピュータ等の表示装置、又は照明、若しくは車両用灯具の発光装置等の電子機器として好適に使用できる。

１…有機ＥＬ素子
１０…第一電極
１１…第二凸部
１２…第二凹部
１３…第二凹凸構造
２０…有機化合物層
２１…発光層
２２…第一有機層
２３…第二有機層
３０…第二電極
４０…透光性基板
５０…内部光取出層
５１…第一凸部
５２…第二凹部
５３…第一凹凸構造
６０…外部光取出層
７０…光学部材
７１…位相差板
７２…偏光板
ｄ_１０…第二凸部間隔

Claims (13)

1. 第一電極と、
   前記第一電極と対向して設けられる第二電極と、
   前記第一電極と前記第二電極との間に設けられ、少なくとも発光層を有する有機化合物層と、
   前記第二電極の前記第一電極と対向する面とは反対側に設けられる透光性基板と、を備え、
   前記第一電極および前記第二電極は、前記有機化合物層との界面において、複数の凸部および複数の凹部で構成される凹凸構造を有し、
   前記第一電極および前記第二電極における前記凹凸構造は、前記透光性基板の厚さ方向の少なくとも一つの断面において、正弦波で表される曲線形状、または振幅もしくは角度が互いに異なる複数の正弦波の和で表される曲線形状を有し、
   前記第一電極または前記第二電極における前記凹凸構造は、前記凹凸構造を構成する複数の凸部の内の一つの凸部と、当該凸部の隣の凸部との凸部間隔が、前記発光層から放射される光のピーク波長以上であって、前記凹凸構造を有する前記第一電極または前記第二電極と前記有機化合物層との界面における下記数式（１）で示される表面プラズモンの伝播距離（Ｌ_ｓｐ）以下である
   ことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
   前記数式（１）において、Ｉｍは、複素数の虚部を表し、ｋ_ｓｐは、表面プラズモンの波数であり、下記数式（２）で示され、下記数式（２）において、ωは、光の振動数を表し、ｃは、光の速度を表し、ε_１は、前記有機化合物層の複素誘電率を表し、ε_２は、前記凹凸構造を有する前記第一電極または前記第二電極の複素誘電率を表す。
   
2. 請求項１に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子において、前記凸部間隔が、６００ｎｍ以上、前記表面プラズモンの伝播距離（Ｌ_ｓｐ）以下であ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。
3. 請求項１に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子において、前記凸部間隔が、前記発光層から放射される光のコヒーレンス長以上、前記表面プラズモンの伝播距離（Ｌ_ｓｐ）以下であ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。
4. 請求項１に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子において、前記凸部間隔が、前記発光層から放射される光のピーク波長の４倍以上、前記表面プラズモンの伝播距離（Ｌ_ｓｐ）以下であ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。
5. 請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子において、前記凹凸構造を有する第一電極もしくは第二電極が、金属からな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。
6. 第一電極と、
   前記第一電極と対向して設けられる第二電極と、
   前記第一電極と前記第二電極との間に設けられ、少なくとも発光層を有する有機化合物層と、
   前記第二電極の前記第一電極と対向する面とは反対側に設けられる透光性基板と、
   前記透光性基板の前記第二電極と対向する面に隣接して設けられる内部光取出層と、を備え、
   前記内部光取出層の前記透光性基板と対向する面と反対側の面には、複数の第一凸部および第一凹部で構成される第一凹凸構造を有し、
   前記第一電極も、前記第一凹凸構造に追従した形状に形成されて、複数の第二凸部および第二凹部で構成される第二凹凸構造を有し、
   前記第二凹凸構造は、前記透光性基板の厚さ方向の少なくとも一つの断面において、正弦波で表される曲線形状、または振幅もしくは角度が互いに異なる複数の正弦波の和で表される曲線形状を有し、
   前記第二凹凸構造を構成する複数の第二凸部の内の一つの凸部と、当該凸部の隣の凸部との第二凸部間隔が、前記発光層から放射される光のピーク波長以上であって、前記第一電極と前記有機化合物層との界面における下記数式（３）で示される表面プラズモンの伝播距離（Ｌ_ｓｐ）以下であ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。
   前記数式（３）において、Ｉｍは、複素数の虚部を表し、ｋ_ｓｐは、表面プラズモンの波数であり、下記数式（４）で示され、下記数式（４）において、
   ωは、光の振動数を表し、
   ｃは、光の速度を表し、
   ε_１は、前記有機化合物層の複素誘電率を表し、
   ε_２は、前記第一電極の複素誘電率を表す。
   
7. 請求項６に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子において、前記第二凸部間隔が、６００ｎｍ以上、前記表面プラズモンの伝播距離（Ｌ_ｓｐ）以下であ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。
8. 請求項６に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子において、前記第二凸部間隔が、前記発光層から放射される光のコヒーレンス長以上、前記表面プラズモンの伝播距離（Ｌ_ｓｐ）以下であ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。
9. 請求項６に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子において、前記第二凸部間隔が、前記発光層から放射される光のピーク波長の４倍以上、前記表面プラズモンの伝播距離（Ｌ_ｓｐ）以下であ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。
10. 請求項６から請求項９までのいずれか一項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子において、前記透光性基板の前記内部光取出層と対向する面とは反対側に、前記透光性基板に入射した前記発光層から放射された光を前記有機エレクトロルミネッセンス素子外部へと出射させるための第二光取出層が設けられてい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。
11. 請求項６から請求項１０までのいずれか一項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子において、前記第一電極が金属からな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。
12. 請求項１から請求項１１までのいずれか一項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子において、入射光を円偏光に変換する円偏光層を有する光学部材が、前記透光性基板の前記第二電極が配置された側の面とは反対側に設けられてい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。
13. 請求項１から請求項１２までのいずれか一項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子を備えることを特徴とする電子機器。