WO2014084049A1

WO2014084049A1 - 有機ｅｌ素子並びにそれを備えた画像表示装置及び照明装置

Info

Publication number: WO2014084049A1
Application number: PCT/JP2013/080670
Authority: WO
Inventors: 祐介山▲崎▼; 祥貴下平
Original assignee: 昭和電工株式会社
Priority date: 2012-11-27
Filing date: 2013-11-13
Publication date: 2014-06-05

Abstract

この有機ＥＬ素子は、基板上に、陽極と、発光層を含む有機層と、陰極と、低屈折率層と、金属層とを順に具備し、陽極側から外部に光を取り出すように構成されている。低屈折率層の屈折率は有機層の屈折率よりも低い。陽極の有機層と反対側の面に高屈折率層を具備する。高屈折率層は、基板よりも屈折率が高く、且つ低屈折率層よりも屈折率が高い材料からなり、層状部と、陽極と反対側に向かって凸である複数の凸部を備える。凸部は、陽極に対して垂直な断面のうち、断面の高さが最大であり、かつ、断面の底辺の長さが最小である断面の断面形状が、陽極に平行な底辺と二つの底角備える多角形である。この二つの底角はいずれも鋭角であり、この多角形は二つの底角をそれぞれ挟んで底辺に接続する二つの斜辺を有し、凸部はこの斜辺を面内に含む斜面を有する構成である。

Description

有機ＥＬ素子並びにそれを備えた画像表示装置及び照明装置

本発明は、有機ＥＬ素子並びにそれを備えた画像表示装置及び照明装置に関するものである。
本願は、２０１２年１１月２７日に、日本に出願された特願２０１２－２５９１５１に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

　有機ＥＬ素子は、広視野角、高速応答、鮮明な自発光表示等の特徴を有する。薄型軽量で低消費電力であること等の理由から、次世代の照明装置や画像表示装置等の柱として期待されている。
有機ＥＬ素子は、有機発光層で発生した光が取り出される向きに応じて、支持基板側から光が取り出されるボトムエミッション型と、支持基板の反対側から光が取り出されるトップエミッション型とに分けられる。

　例えば、透明基板上に、透明電極、発光層を含む有機層、金属電極を順に備えるボトムエミッション型有機ＥＬ素子おいては、発光層で発光した光のうち、透明基板に垂直に入射した光は透明基板を透過して素子の外部に取り出される。発光層で発光した光のうち、透明基板（例えば、ガラス（代表的な屈折率：１．５２））と空気（屈折率：１．０）との界面に臨界角以下の小さい入射角（入射光線と入射する界面の法線がなす角度）で入射した光は、その界面で屈折して素子の外部に取り出される。本明細書では、これらの光を外部モード（External Mode）光という。
　これに対して、発光層で発光した光のうち、透明基板と空気との界面に臨界角より大きい入射角で入射した光はその界面で全反射されて素子の外部に取り出されず、最終的に材料に吸収されうる。本明細書では、この光を基板モード（Substrate Mode）光という。
　発光層で発光した光のうち、透明導電性酸化物からなる透明電極（例えば、酸化インジウム錫（ＩＴＯ（代表的な屈折率：１．８））と透明基板との界面に臨界角より大きい入射角で入射した光もその界面で全反射されて素子の外部に取り出されず、最終的に材料に吸収されうる。本明細書では、この光を導波モード（Waveguide Mode）光という。
　金属陰極のような金属層が有機ＥＬ素子中に存在する場合、発光層で発光した光のうち、金属層に入射して金属電極の自由電子と結合し、表面プラズモンポラリトン（SPP；Surface Plasmon Polariton）として金属電極の表面に捕捉される。この光も素子の外部に取り出されず、最終的に材料に吸収されうる。本明細書では、この光をＳＰＰモード（SPP Mode）光という。

　有機ＥＬ素子の光取り出し効率（発光層で発光した光に対して素子の外部に取り出される光の割合）は一般に２０％程度に留まっている（例えば、特許文献１）。すなわち、発光層で発光した光のうち、約８０％が損失となっており、これらの損失を低減して光の取り出し効率を向上させることが大きな課題となっている。
ここで、基板モード光の取り出しについては透明基板上に光拡散シートなどを設けることで対処できる（例えば、特許文献２）。しかし導波モード光及びＳＰＰモード光の低減や取り出し、特にＳＰＰモード光の低減や取り出しについては研究が緒に就いたばかりといえる。

導波モード光は、光が高屈折率材料から低屈折率材料に入射する際に全反射が起きることにより生じる。そのため、導波モード光を低減するには全反射を起きにくくする、あるいは、全反射を生じる光の割合を低減することによって導波モード光を低減する方策が知られている。
特許文献３には、有機発光層の近傍に有機発光層や透明電極よりも屈折率の高い高屈折率層を挿入する構成が開示されている。特許文献２には、有機発光層及び透明電極に有機発光層及び透明電極よりも低屈折率の微粒子を分散させることで、等価的に有機発光層及び透明電極の屈折率を下げる構成が開示されている。

特許文献４及び特許文献５には、基板上に順に形成された透明電極層及び誘電体層にキャビティを有する構成が開示されている。
このキャビティの側面（基板に対して垂直に延びる界面）に入射する光は、この界面において基板側に屈折する。基板側に屈折した光は、透明電極と基板の界面、及び基板と空気の界面で全反射を生じる光の割合を低減することができる。

　一方、金属電極の表面に捕捉されたＳＰＰモード光を取り出す方法として、金属電極の表面に周期的な凹凸構造を形成する構成が知られている（特許文献６～９）。

有機ＥＬ素子に限らず一般的に、金属層表面のＳＰＰモードを外部放射モードと結合させて金属層表面から有機層中へ取り出す方法として、金属層表面近傍に低屈折率薄膜および高屈折率誘電体を配置し、Otto型配置（非特許文献１）とする方法がしばしば用いられている。

特開２００８－２１０７１７号公報特開２０１１－２４３６２５号公報特開２０１１－２３３２８８号公報特表２００３－５２２３７１号公報特開２０１１－８２１９２号公報特開２００６－３１３６６７号公報特開２００９－１５８４７８号公報特表２００５－５３５１２１号公報特開２００４－３１３５０号公報

A. Otto, Z. Physik 216, 398 (1968)

　しかしながら、ＳＰＰモード光が金属表面から取り出されても、その光が導波モード光として捉えられると素子の外部に取り出されず、光取り出し効率は向上しない。

　本発明は、上記事情に鑑みなされたものである。ＳＰＰモード光及び導波モード光を効果的に取り出して光取り出し効率が向上した有機ＥＬ素子並びにそれを備えた画像表示装置及び照明装置を提供することを目的とする。

　本発明者らは、まず、ＳＰＰモード光を金属層表面から有機層中に取り出し、その次に、その伝播光を導波モード光とせずに素子の外部に取り出すという２ステップの光取り出し機構を想定して多数の構造の中から、光取り出し効率を向上させる有効な構造を鋭意検討した。
　光取り出し効率を直接計測することは困難であるため、主にシミュレーションに基づいて検討を行った。

本発明の有機ＥＬ素子は、発光層を含む有機層を第１電極と第２電極が挟持してなる構造のものである。ここで、上記の２ステップの光取り出し機構は、ＳＰＰモード光を生成し、生成されたＳＰＰモード光を金属層表面から有機層中に取り出すOtto型配置（非特許文献１）の第２電極側構造と、その伝播光を導波モード光とせずに外部に取り出す第１電極側構造とからなる。

　本発明者らは、シミュレーションにより、Otto型配置の第２電極側構造と、導波モード光を基板側（トップエミッション型では基板の反対側）に屈折又は指向させる特定の断面形状を持つ凸部または凹部を備えた第１電極側構造とを組み合わせることにより、かかる第２電極側構造及び第１電極側構造の単独の光取り出し効率の向上効果からは予測できないほどの顕著な効果を奏することを見い出し、本発明を完成させた。

　上記課題を解決するため、概要を説明した本発明は以下の構成を採用する。
（１）第１電極と、発光層を含む有機層と、第２電極と、低屈折率層と、金属層とを順に具備する有機ＥＬ素子であって、前記第２電極は、透光性導電材料からなり、前記低屈折率層の屈折率は、前記有機層の屈折率よりも低く、前記第１電極の前記有機層と反対側の面に高屈折率層を具備し、前記高屈折率層は、その高屈折率層の前記第１電極とは反対側の面に隣接する物質よりも屈折率が高く、且つ前記低屈折率層よりも屈折率が高い材料からなり、さらに前記高屈折率層は、前記第１電極と反対側に向かって凸である複数の凸部を備え、前記凸部は、前記第１電極に対して垂直な断面のうち、この断面の高さが最大であり、かつ、この断面の底辺の長さが最小である断面の断面形状が、前記第１電極に平行な底辺と二つの底角を備える多角形であり、前記二つの底角はいずれも鋭角であり、前記底角を挟んで前記底辺に接続する二つの斜辺を有し、前記凸部は前記斜辺を面内に含む斜面を有する、ことを特徴とする有機ＥＬ素子。
（２）前記断面形状が、前記底辺と前記二つの斜辺以外に、他の辺を有する多段形状の多角形であり、前記二つの斜辺及び前記他の辺と、前記底辺とのなす角が、前記多段形状の多角形の底辺から頂部に向かうに従って順に小さくなることを特徴とする（１）に記載の有機ＥＬ素子。
（３）前記断面形状が、前記他の辺を二つ以上有する多段形状の多角形であることを特徴とする（２）に記載の有機ＥＬ素子。
（４）隣り合う前記凸部のそれぞれの前記断面形状をなす二つの前記多角形を含む平面において、隣り合う二つの前記多角形と、これらの隣り合う多角形の高さが最大である点同士を通る直線と、これらの隣り合う多角形の底辺を結ぶ直線によって囲まれる領域の素子面内方向の大きさ及び素子面内方向に垂直な方向の大きさが、いずれも発光光の実効波長（λ／ｎ_ｈ）以上であることを特徴とする（１）～（３）のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子。
ここでλは前記発光層で発光する光の最大ピーク波長における真空中での波長であり、ｎ_hは前記高屈折率層の屈折率である。
（５）前記金属層の比誘電率の実部をε₁、前記低屈折率層の比誘電率をε₂、前記高屈折率層の比誘電率をε_h、前記高屈折率層の前記第１電極とは反対側の面に隣接する物質の比誘電率をε_sとし、前記底角（θ_ａ）が下記の式（１）の範囲内の角度であることを特徴とする（１）～（４）のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子。

ここでγは下記の式（２）で定義される角度である。

ここで、比誘電率ε₂、比誘電率ε_h、比誘電率ε_sは発光層で発光する光の最大ピーク波長における比誘電率であり、比誘電率の実部ε₁は発光層で発光する光の最大ピーク波長における比誘電率の実部である。
（６）前記金属層の比誘電率の実部をε₁、前記低屈折率層の比誘電率をε₂、前記高屈折率層の比誘電率をε_h、前記高屈折率層の前記第１電極とは反対側の面に隣接する物質の比誘電率をε_sとし、隣り合う前記凸部の一方の凸部の前記底角（θ_ａ）と他方の凸部の前記底角（θ_ｂ）が下記の式（３）の範囲内の角度であることを特徴とする（１）～（５）のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子。

ここでγは下記の式（４）で定義される角度である。

ここで、比誘電率ε₂、比誘電率ε_h、比誘電率ε_sは発光層で発光する光の最大ピーク波長における比誘電率であり、比誘電率の実部ε₁は発光層で発光する光の最大ピーク波長における比誘電率の実部である。
（７）前記底角が、２０～７５°の範囲内の角度であることを特徴とする（１）～（６）のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子。
（８）前記底角が、２０～５５°の範囲内の角度であることを特徴とする（７）に記載の有機ＥＬ素子。
（９）前記断面形状の高さが最大である部位が頂点をなし、その頂角が、３０～１４０°の範囲内の角度であることを特徴とする（１）～（８）のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子。
（１０）前記頂角が、７０～１４０°の範囲内の角度であることを特徴とする（９）に記載の有機ＥＬ素子。
（１１）第１電極と、発光層を含む有機層と、第２電極と、低屈折率層と、金属層とを順に具備する有機ＥＬ素子であって、前記第２電極は、透光性導電材料からなり、前記低屈折率層の屈折率は、前記有機層の屈折率よりも低く、前記第１電極の前記有機層と反対側の面に高屈折率層を具備し、前記高屈折率層は、その高屈折率層の前記第１電極とは反対側の面に隣接する物質よりも屈折率が高く、且つ前記低屈折率層よりも屈折率が高い材料からなり、さらに前記高屈折率層は、前記第１電極側に向かって凹である複数の凹部を備え、前記凹部は、前記第１電極に対して垂直な断面のうち、この断面の高さが最大であり、かつ、この断面の底辺の長さが最小である断面の断面形状が、前記第１電極に平行な底辺と二つの底角を備える多角形であり、前記二つの底角はいずれも鋭角であり、前記底角を挟んで前記底辺に接続する二つの斜辺を有し、前記凹部は前記斜辺を面内に含む斜面を有する、ことを特徴とする有機ＥＬ素子。
（１２）前記断面形状が、前記底辺と前記二つの斜辺以外に、他の辺を有する多段形状の多角形であり、前記二つの斜辺及び前記他の辺と、前記底辺とのなす角が、前記多段形状の多角形の底辺から頂部に向かうに従って順に大きくなることを特徴とする（１１）に記載の有機ＥＬ素子。
（１３）前記断面形状が、前記底辺と前記二つの斜辺以外に、前記底辺と平行な辺を有する多段形状の多角形であることを特徴とする（１１）に記載の有機ＥＬ素子。
（１４）前記断面形状が、さらに他の辺を有する多段形状の多角形であり、前記二つの斜辺及び前記他の辺と、前記底辺とのなす角が、前記多段形状の多角形の底辺から頂部に向かうに従って順に大きくなることを特徴とする（１３）に記載の有機ＥＬ素子。
（１５）前記断面形状が、前記他の辺を二つ以上有する多段形状の多角形であることを特徴とする（１２）または（１４）のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子。
（１６）前記断面形状をなす前記多角形の素子面内方向の大きさ及び素子面内方向に垂直な方向の大きさが、いずれも発光光の実効波長（λ／ｎ_h）以上であることを特徴とする（１１）～（１５）のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子。
ここでλは発光層で発光する光の最大ピーク波長における真空中での波長であり、ｎ_hは高屈折率層の屈折率である。
（１７）前記凸部または前記凹部が面内の一方向に連なるライン状に形成されていることを特徴とする（１）～（１６）のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子。
（１８）前記凸部または前記凹部が面内方向に正方格子状に形成されていることを特徴とする（１）～（１７）のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子。
（１９）前記低屈折率層の厚さが、２０ｎｍ以上３００ｎｍ以下であることを特徴とする（１）～（１８）のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子。
（２０）前記高屈折率層が複数の層からなることを特徴とする（１）～（１９）のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子。
（２１）前記低屈折率層の屈折率はさらに、前記第２電極の屈折率よりも低いことを特徴とする（１）～（２０）のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子。
（２２）前記第２電極の屈折率はさらに、前記有機層の屈折率よりも低いことを特徴とする（２１）に記載の有機ＥＬ素子。
（２３）前記低屈折率層は、前記第２電極及び前記有機層のうちの少なくとも一方よりも屈折率が０．２以上小さい材料からなることを特徴とする（１）～（２２）のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子。
（２４）（１）～（２３）のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子を備えたことを特徴とする画像表示装置。
（２５）（１）～（２３）のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子を備えたことを特徴とする照明装置。

　本発明によれば、ＳＰＰモード光及び導波モード光を効果的に取り出して光取り出し効率が向上した有機ＥＬ素子並びにそれを備えた画像表示装置及び照明装置を提供できる。

本発明の第１の実施形態に係る有機ＥＬ素子の一例を説明するための断面模式図である。図１の拡大図である。本発明の第１の実施形態に係る有機ＥＬ素子１０において、隣り合う複数の凸部７ａが同一形状で、凸部７ａの断面形状の多角形が同一形状の二等辺三角形からなり等間隔で配置される構成である二つの例を示す断面模式図である。図３（ａ）は角度θが小さな鋭角である場合、図３（ｂ）は角度θが大きな鋭角である場合である。図３では、有機ＥＬ素子１０の高屈折率層７のみを拡大して表示している。屈折率界面において反射率の入射角依存性を計算した図である。本発明の第１の実施形態に係る有機ＥＬ素子１０において、隣り合う複数の凸部７ａが同一形状で、凸部７ａの断面形状の多角形が同一形状の二等辺三角形からなり等間隔で配置される構成である一例を示す断面模式図であり、Otto型配置で取り出された光と凸部７ａの傾斜面の底角との関係について説明するため断面模式図である。本発明の第２の実施形態に係る有機ＥＬ素子の一例を説明するための断面模式図である。本発明の第１の実施形態と第２の実施形態に係る有機ＥＬ素子の一例を説明するための断面模式図である。図７（ａ）は、凸部７ａの断面形状が三角形の場合である。図７（ｂ）は、凸部１７ａの断面形状が、斜辺と他の辺がその頂部に向かって段階的になだらかに接続される多段形状の場合である。本発明に係る有機ＥＬ素子の凸部を素子面の法線方向から見た平面図の一例である。図８（ａ）は、凸部がドット形状、図８（ｂ）は、凸部がライン形状の例である。本発明に係る有機ＥＬ素子の凸部を素子面の法線方向から見た配置の一例である。図９（ａ）は、凸部がドット形状の場合の配置である。図９（ｂ）は、凸部がライン形状の場合の配置例である。図１０（ａ）は本発明の第３の実施形態に係る有機ＥＬ素子の一例を説明するための断面模式図である。図１０（ｂ）は本発明の第４の実施形態に係る有機ＥＬ素子の一例を説明するための断面模式図である。本発明の有機ＥＬ素子を備えた画像表示装置の一例を説明するための断面模式図である。本発明の有機ＥＬ素子を備えた照明装置の一例を説明するための断面模式図である。本発明に係る有機ＥＬ素子の第１の製造方法を模式的に表した断面模式図である。本発明に係る有機ＥＬ素子の第２の製造方法を模式的に表した断面模式図である。基板上に、陽極と有機層と陰極（金属）とを有する標準構造の有機ＥＬ素子において、有機層で発光した光の強度を、有機ＥＬ素子面方向における波数で展開するエネルギー散逸計算を行った結果を示す。 Otto型配置におけるエネルギー散逸計算の、低屈折率層の膜厚による依存性を示した図である。低屈折率層の屈折率を１．３８とし、図１６（ａ）は反射層をＡｌとし、図１６（ｂ）は反射層をＡｇとした場合の結果を示した図である。図１６におけるピークの変化を説明するための、Otto型配置の有機ＥＬ素子の断面模式図である。図１７（ａ）は、低屈折率層の膜厚が０ｎｍの場合である。図１７（ｂ）は、低屈折率層の膜厚が厚くなるにつれて、ＳＰＰモード光と導波モード光が混在する場合である。図１７（ｃ）は、低屈折率層の膜厚が十分厚く、エバネッセント波が金属層に届かなくなり、ＳＰＰモード光として捕捉されない場合である。図１６におけるエネルギー散逸計算の結果において、低屈折率層の膜厚に対するピーク幅（半値幅）の変化を示した図である。 Otto型配置の有機ＥＬ素子において、図１９（ａ）は反射層をＡｌ、図１９（ｂ）は反射層をＡｇとした場合の式（１８）をグラフ化した図である。シミュレーションで用いた本発明の第１の実施形態の有機ＥＬ素子のモデル構造を示す断面図である。図２０に示す有機ＥＬ素子のモデル構造の断面と、その変形例を示す断面図である。図２０における底角θを変更した場合の、第１の実施形態の有機ＥＬ素子の光取り出し効率を、ＦＤＴＤ法を用いてコンピューターシュミレーションで求めた結果を示す図である。高屈折率層の屈折率を変更した場合の、第１の実施形態の有機ＥＬ素子の光取り出し効率を、ＦＤＴＤ法を用いてコンピューターシュミレーションで求めた結果を示す図である。隣接する凸部間の中心間隔（ピッチ）を変更した場合の、第１の実施形態の有機ＥＬ素子の光取り出し効率を、ＦＤＴＤ法を用いてコンピューターシュミレーションで求めた結果を示す図である。図２０に示す有機ＥＬ素子１０のモデル構造の断面の、他の変形例を示す断面図である。図２５に示す、内接する円の直径ｄが８００ｎｍで底角θが異なる有機ＥＬ素子について光取り出し効率をシミュレーションにより計算した結果である。シミュレーションで用いた本発明の第２の実施形態の有機ＥＬ素子のモデル構造を示す断面模式図である。図２７（ａ）および図２７（ｂ）は、図６における凸部１７ａの断面形状がθ２１＝θ２２＝０°の場合の図である。図２７（ａ）は凸部の高さが４００ｎｍであり、図２７（ｂ）は凸部の高さが８００ｎｍである。図２７（ｃ）および図２７（ｄ）は、図６における凸部１７ａがθ２１＝θ２２＝３０°の場合の図である。図２７（ｃ）は凸部の高さが６００ｎｍであり、図２７（ｄ）は凸部の高さが１０００ｎｍである。本発明の有機ＥＬ素子を説明するための平面模式図である。図２８（ａ）が凸部の底面が正方形であり、凸部が正方格子状に敷き詰められている場合の平面模式図である。図２８（ｂ）が凸部の底面が円形であり、凸部が正方格子状に敷き詰められている場合の平面模式図である。図２８（ｃ）は凸部が一方向に伸びる並進対称（ストライプ状）な構造であり、平行ライン状に敷き詰められている場合の平面模式図である。理解の助けとなるように、凸部の断面視した図を、平面視した場合に凸部がどの位置に対応するかわかるように合わせて記載した。図２８（ａ）の配置での、図２７（ａ）～（ｄ）の凸部形状を有する有機ＥＬ素子の光取り出し効率を、ＦＤＴＤ法を用いてコンピュータシミュレーションで求めた結果を示す。図２９（ａ）は、図２７（ａ）および図２７（ｂ）の凸部が台形形状をしている場合の結果である。図２９（ｂ）は、図２７（ｃ）および図２７（ｄ）の凸部が２段の凸形状を有している場合の結果である。図２８（ｂ）の配置での、図２７（ａ）～（ｄ）の凸部形状を有する有機ＥＬ素子の光取り出し効率を、ＦＤＴＤ法を用いてコンピュータシミュレーションで求めた結果を示す。図３０（ａ）は、図２７（ａ）および、図２７（ｂ）の凸部が台形形状をしている場合の結果である。図３０（ｂ）は、図２７（ｃ）および、図２７（ｄ）の凸部が２段の凸形状を有している場合の結果である。図２８（ｃ）の配置での、図２７（ａ）～（ｄ）の凸部形状を有する有機ＥＬ素子の光取り出し効率を、ＦＤＴＤ法を用いてコンピュータシミュレーションで求めた結果を示す。図３１（ａ）は、図２７（ａ）および図２７（ｂ）の凸部の断面形状が台形形状をしている場合の結果である。図３１（ｂ）は、図２７（ｃ）および図２７（ｄ）の凸部の断面形状が２段の多段形状を有している場合の結果である。本発明の有機ＥＬ素子モデル構造の断面を示す断面図である。理解を容易にするために、高屈折率層のみを記載している。図３２の模式図において、底辺から最初の片部までの高さｈを変更した場合の、第２の実施形態の有機ＥＬ素子の光取り出し効率を、ＦＤＴＤ法を用いてコンピューターシュミレーションで求めた結果を示す図である。図３３（ａ１）～（ａ３）が図３２（ａ）の形状の場合である。図３３（ｂ１）～（ｂ３）が図３２（ｂ）の形状の場合である。また図３３（ａ１）及び図３３（ｂ１）が図２８（ａ）の配置、図３３（ａ２）及び図３３（ｂ２）が図２８（ｂ）の配置、図３３（ａ３）及び図３３（ｂ３）が図２８（ｃ）の配置の場合である。

　以下、本発明を適用した有機ＥＬ素子並びにそれを備えた画像表示装置及び照明装置について、図面を用いてその構成を説明する。以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際と同じであるとは限らない。以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。
本発明において、第１電極及び第２電極は一方が陽極で他方が陰極である。以下では、第１電極を陽極、第２電極を陰極とする構成を例に挙げて説明する。
本発明の有機ＥＬ素子は本発明の効果を損ねない範囲で以下に記載していない層を備えてもよい。さらに、本発明の有機ＥＬ素子は、いわゆるトップエミッション型、ボトムエミッション型のいずれを適用してもよい。以下では、ボトムエミッション型の構成を例に挙げて説明する。

（有機ＥＬ素子（第１の実施形態））
　図１は、本発明の第１の実施形態に係る有機ＥＬ素子の一例を説明するための断面模式図である。図２はその拡大図である。
　本発明の第１の一実施形態に係る有機ＥＬ素子１０は、基板１の一方の表面上に、陽極（第１電極）２と、発光層を含む有機層３と、陰極（第２電極）４と、低屈折率層５と、金属層６とを順に（図中の下方に向かって）具備する。前記陰極４は、透光性導電材料からなる透明導電層である。前記低屈折率層５の屈折率は前記有機層３の屈折率よりも低い。前記低屈折率層５は、前記陽極２の前記有機層３と反対側の面に高屈折率層７を具備する。前記高屈折率層７は、高屈折率層７の前記陽極２とは反対側の面に隣接する物質（前記基板１）よりも屈折率が高く、且つ前記低屈折率層５よりも屈折率が高い材料からなる。さらに前記高屈折率層７は、前記陽極２と反対側（前記基板１側）に向かって凸である複数の凸部７ａを備える。前記凸部７ａは、前記陽極２に対して垂直な断面のうち、この断面の高さが最大であり、かつ、この断面の底辺Ｌの長さが最小である断面の断面形状が、前記陽極２に平行な底辺Ｌと二つの底角θ１１及び底角θ１２を備える頂部が頂点であり頂角がαである三角形（多角形）である。前記二つの底角θ１１及びθ１２はいずれも鋭角であり、前記三角形は、前記底辺Ｌと二つの底角θ１１及び底角θ１２をそれぞれ挟んで接続する二つの斜辺を有する。そして、前記凸部７ａは前記斜辺を面内に含む斜面を有する構成である。
図１では高屈折率層７は陽極２に接しているが、陽極２との間に他の層を挟んで配置する構成でもよい。本実施形態では基板１と陽極２との間に配置する構成である。
図１では高屈折率層７は、凸部７ａと層状部７ｃの複数の層からなる構成である。
　低屈折率層５の屈折率はさらに、陰極４の屈折率よりも低いことが好ましい。
　また、陰極４の屈折率は、有機層３の屈折率よりも低いことが好ましい。
陰極側の構造について屈折率の比較を行う場合には、有機層の屈折率とは、有機ＥＬ材料からなる発光層を含む全ての層の平均の屈折率をいう。
図１において実線で示す構成はボトムエミッション型のものである。図１おいて、二点鎖線で示す符号１ａは、本発明の構成をわかりやすく説明するためにトップエミッション型の場合の基板の配置を併せて示したものである。この場合、基板１を備える必要はなく、高屈折率層７の前記陽極２とは反対側の面に隣接する物質は、例えば空気であってもよい。他の実施形態についても、トップエミッション型の場合の基板の配置は同様である。

本発明の有機ＥＬ素子に共通する陰極側の構成である、金属層／低屈折率層／有機層の積層構造において、これらがOtto型配置となるためには低屈折率層の屈折率が有機層の屈折率より低い必要がある。このような屈折率構成とすることによって、金属層／低屈折率界面に生じたＳＰＰモード光を有機層中に取り出すことができる。陰極の屈折率が低屈折率層の屈折率よりも高いことがより好ましい。陰極の屈折率が低屈折率層の屈折率より高い場合、金属層／低屈折率層／陰極の構成もOtto型配置となっているため、ＳＰＰモード光をより効率的に再放射させ、有機層や高屈折率層中へ導くことができる。さらに、陰極の屈折率は、有機層の屈折率よりも低いことが好ましい。このような屈折率構成とすることによって、陰極に取り出されたＳＰＰモード光を、陰極／有機層界面で全反射させることなく有機層へ取り出すことができる。

本発明の有機ＥＬ素子１０は、ボトムエミッション型（陽極２から見て有機層３と反対側に基板１がある場合）、トップエミッション型（金属層６から見て低屈折率層５と反対側に基板１ａがある場合）の有機ＥＬ素子のいずれにも適用できる。
ボトムエミッション型に適用する場合には、基板１は透光性の基板であり、通常、可視光に対して透明であることが必要である。ここで、「可視光に対し透明である」とは、発光層から発する波長の可視光を透過することができればよいという意味であり、可視光領域全域にわたり透明である必要はない。４００～７００ｎｍの可視光における透過率が５０％以上で、平滑な基板が好ましい。また、基板１の透過率が７０％以上であることがより好ましい。
基板１を構成する材料として具体的には、ガラス、ポリマー等が挙げられる。ガラスとしては、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。ポリマーとしては、ポリカーボネート、アクリル、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリエーテルサルファイド、ポリサルフォン等を挙げることができる。
　発光光が可視光でない場合も、少なくとも発光波長領域に対して、可視光の場合と同様に透明であることが必要である。透過率としては、発光が最大強度となる波長に対し、５０％以上であることが好ましく、７０％以上であることが更に好ましい。
トップエミッション型に適用するためには、上記記載と同様なものの他に、不透明な材料も使用できる。具体的には、例えばＣｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｗ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ、Ａｌの単体、またはこれらの元素を含んだ合金、あるいはステンレスなどの金属材料、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＧａＡｓ、サファイアなどの非金属材料、その他のトップエミッション型の有機ＥＬ素子で通常用いられる基板材料を用いることができる。素子の発光に伴い生じる熱を逃がすため、熱伝導率の高い材料を基板に用いることが好ましい。
但し、本実施形態では、高屈折率層７が凸部７ａを形成することにより、基板１はそれに対応する複数の凹部を備えるので、より精確に加工しやすい材料であるのが好ましい。好ましい材料としては特に限定はされないが、例えば、石英が挙げられる。

　基板１の厚さは、要求される機械的強度にもより、特に限定はされない。好ましくは、０．０１ｍｍ～１０ｍｍ、より好ましくは０．０５ｍｍ～２ｍｍである。

陽極２は陰極４との間で電圧を印加し、陽極２より有機層３に正孔を注入するための電極である。陽極２は仕事関数の大きい金属、合金、導電性化合物、あるいはこれらの混合物からなる材料を用いることが好ましい。陽極２に接する有機層３のＨＯＭＯ（Highest Occupied Molecular Orbital）準位との差が過大にならないように仕事関数が４ｅＶ以上６ｅＶ以下のものを用いるのが好ましい。陽極２の材料としては透光性でかつ導電性の材料であれば特に制限はない。例えば、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）、酸化錫、酸化亜鉛などの透明無機酸化物、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ（ポリ（３，４－エチレンジオキシチオフェン）－ポリ（スチレンスルホン酸））、ポリアニリンなどの導電性高分子および任意のアクセプタなどでドープした導電性高分子、カーボンナノチューブなどの導電性光透過性材料、薄膜金属、薄膜状に形成された金属ナノワイヤ、これらを含む複合材料を挙げることができる。ここにおいて、陽極２は、例えば、スパッタ法、真空蒸着法、塗布法などによって形成することができる。
陽極２の厚さは特に限定はされない。例えば１０～２０００ｎｍであり、好ましくは５０～１０００ｎｍである。陽極２の厚さが１０ｎｍより薄いと陽極２のシート抵抗が増大する。陽極２の厚さが２０００ｎｍより厚いと有機層３の平坦度を保てなくなると共に、陽極の透過率が低下する。

有機層３は、有機ＥＬ材料からなる発光層の他、正孔注入層、正孔輸送層、電子注入層、電子輸送層等を備えてもよい。発光層の材料としては、有機ＥＬ素子用の材料として知られる任意の材料を用いることができる。
正孔注入層は陽極２から有機層３への正孔注入を助ける層であり、イオン化エネルギーが通常５．５ｅＶ以下と低い。このような正孔注入層としてはより低い電界強度で正孔を有機層３に注入する材料が好ましい。形成する材料としては、上記の機能を担えるものであれば特に制限はなく、公知のものの中から任意のものを選択して用いることができる。また、正孔輸送層は発光領域まで正孔を輸送する層であって、正孔移動度が大きい。このような正孔輸送層として形成する材料は、上記の機能を担えるものであれば特に制限はなく、公知のものの中から任意のものを選択して用いることができる。
電子注入層は陰極４から有機層３への電子注入を助ける層である。このような電子注入層としてはより低い電界強度で電子を有機層３に注入する材料が好ましい。形成する材料としては、上記の機能を担えるものであれば特に制限はなく、公知のものの中から任意のものを選択して用いることができる。また、電子輸送層は発光領域まで電子を輸送する層であって、電子移動度が大きい。このような電子輸送層として形成する材料は、上記の機能を担えるものであれば特に制限はなく、公知のものの中から任意のものを選択して用いることができる。

有機層３は、蒸着法、転写法などの乾式プロセスによって成膜してもよいし、スピンコート法、スプレーコート法、ダイコート法、グラビア印刷法など、湿式プロセスによって成膜してもよい。
有機層３の厚さは特に限定はされない。例えば５０～２０００ｎｍであり、好ましくは１００～１０００ｎｍである。有機層３の厚さが５０ｎｍより薄いと突き抜け電流による内部量子効率の低下や、金属層６による損失性表面波モードカップリング（lossy surface wave mode coupling）など、ＳＰＰカップリング以外の消光が起こる。有機層３の厚さが２０００ｎｍより厚いと駆動電圧が上昇する。

陰極４は、発光層に電子を注入するための電極であり、仕事関数の小さい金属、合金、導電性化合物、あるいはこれらの混合物からなる材料を用いることが好ましい。陰極４に接する有機層３のＬＵＭＯ(Lowest Unoccupied Molecular Orbital)準位との差が過大にならないように仕事関数が１．９ｅＶ以上５ｅＶ以下のものを、陰極４として用いるのが好ましい。
陰極４の材料としては、Otto型配置の陰極側構造を形成するために、透光性の導電材料とする必要がある。そのため、上記の陽極材料と同じものを用いることができる。
陰極４の厚さは特に限定はされない。例えば３０ｎｍ～１μｍであり、好ましくは５０～５００ｎｍである。陰極４の厚さが３０ｎｍより薄いとシート抵抗が増加して、駆動電圧が上昇する。陰極４の厚さが１μｍより厚いと成膜時の熱や放射線ダメージ、膜応力による機械的ダメージが電極や有機層に蓄積する。

低屈折率層５は、陰極４の有機層３とは反対側の面に備えられている。低屈折率層５は、有機層３よりも屈折率の低い材料からなる。低屈折率層５は、陰極４を構成する透光性導電材料よりも屈折率の低い材料からなることが好ましい。
低屈折率層５の屈折率が、陰極４の屈折率より低いと、発光層で発光した光が陰極４側に伝播し、陰極４と低屈折率層５との界面に達したとき、少なくとも臨界角以上の角度で入射した光は全反射する。

このような低屈折率層５の材料としては、有機層３よりも屈折率の低い材料であれば特に制限はない。例えば、有機層３の全ての層の平均屈折率が１．７２の場合、この屈折率条件を満たす低屈折率層５の材料として、ＳＯＧ、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ_２（代表的な屈折率１．３８））等の金属フッ化物、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ（代表的な屈折率１．３５））等の有機フッ素化合物、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２（代表的な屈折率１．４５））、各種の低融点ガラス、多孔性物質が挙げられる。低屈折率層５は空気層を含む層からなり、陰極４を構成する透光性導電材料より低い屈折率を有するものでもよい。

低屈折率層５は、陰極４及び有機層３のうちの少なくとも一方よりも屈折率が０．２以上小さい材料からなることが好ましい。陰極４や有機層３がOtto型配置の高屈折率媒質に相当し、Otto型配置で低屈折率媒質と高屈折率媒質の屈折率差が０．２以上あれば、ＳＰＰモード光の波数の面内成分が小さくなる。ＳＰＰモード光の波数の面内成分が小さくなると、高屈折率媒質中の伝播光とＳＰＰモード光の分散曲線が交わるようになり、ＳＰＰモード光が陰極４または有機層３へより効率的に取り出される。

低屈折率層５の厚さは、２０ｎｍ～３００ｎｍであることが好ましい。低屈折率層５の厚みが２０ｎｍより薄いと、低屈折率層５の膜厚が薄すぎるため、金属層６と有機層３または陰極４が接近してＳＰＰモード光の波数が大きくなる。ＳＰＰモード光の波数が大きくなると、分散曲線が有機層３内伝播光の分散曲線と交わらなくなり、ＳＰＰモード光が有機層中に取り出されにくくなる。低屈折率層５の厚みが３００ｎｍより厚いと、ＳＰＰモードの電磁場が金属層６に届かなくなり、ＳＰＰモード光が有機層中に取り出されにくくなる。さらに低屈折率層５の厚さは、２００ｎｍ以下であることがより好ましい。

金属層６は、陰極４の、有機層３とは反対側に低屈折率層５を介して備えられている。
金属膜６の材料としては、有機層３中で生じた発光光を陽極側へ反射することができればよいので、ほとんどの金属の単体または合金を用いることができる。金属膜６の材料としては、中でも比複素誘電率の実部が絶対値が大きな負の値を持つような材料が好ましい。かかる材料としては例えば、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｍｇ、アルカリ金属、アルカリ土類金属等の単体や、ＡｕとＡｇとの合金、ＡｇとＣｕとの合金、真鍮等の合金が挙げられる。金属層６は、２層以上の積層構造であってもよい。
金属層６の厚さは特に限定はされない。金属層６の厚さは、例えば２０～２０００ｎｍであり、好ましくは５０～５００ｎｍである。金属層６の厚さが２０ｎｍより薄いと反射率が低くなり正面輝度が低下する。金属層６の厚さが２０００ｎｍより厚いと成膜時の熱や放射線によるダメージ、膜応力による機械的ダメージが電極や有機層に蓄積する。

高屈折率層７は、その高屈折率層７の陽極２とは反対側の面に隣接する物質よりも屈折率が高く、且つ低屈折率層５よりも高い屈折率を有する材料からなる。図１、図２で示す例では、その高屈折率層７の陽極２とは反対側の面に隣接する物質は基板１なので、高屈折率層７は基板１よりも高い屈折率を有する材料からなる。トップエミッション型の素子で、高屈折率層７の陽極２とは反対側の面に隣接する物質が空気の場合は、高屈折率層７は空気よりも屈折率が高く、且つ低屈折率層５よりも屈折率が高い材料で構成することができる。
高屈折率層７の屈折率が基板１の材料よりも高く、且つ低屈折率層５よりも高い屈折率を有することにより、断面視して基板外表面側（図中の上方）に向かって凸である凸部７ａに入射した光は基板側に屈折する。その結果、光の基板１への入射角が小さい角度に変わるので、基板の外表面での全反射をしない光が増えて、基板モード光が抑制される。トップエミッション型の素子の場合も、同様に光を素子面に対して垂直に近い方向に指向させることができる。
高屈折率層７の屈折率はさらに、有機層３の屈折率と同じか、これより高いことが好ましい。このような屈折率構造にすることによって、有機層中へ再放射されたＳＰＰモード光および発光光が、陽極／高屈折率層界面で全反射することなく高屈折率層中へ取り出される。

高屈折率層７の材料としては、透光性でかつ高屈折率層７の陽極２とは反対側の面に隣接する物質（ボトムエミッション型の場合、基板側に隣接する材料）よりも高く、且つ低屈性率層５よりも高い屈折率を有する材料であれば特に制限はされない。
例えば、基板側に隣接する材料がガラス基板（代表的な屈折率：１．５２）であり低屈折率層の屈折率がガラスより低い場合、高屈折率層７の材料としては、例えば、屈折率が１．５２より高いＳＯＧ（代表的な屈折率：１．６～２．０）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）（代表的な屈折率：１．７４）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）（代表的な屈折率：２．０２）をはじめとする酸化物、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）をはじめとする窒化物、アルミニウム酸窒化物（ＡｌＯＮ）やケイ素酸窒化物をはじめとする酸窒化物、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ（代表的な屈折率：１．７７））やメラミン樹脂等をはじめとする高分子化合物樹脂、などから選択して用いることができる。また、これらよりなる多孔質性材料、混合物、また、無機材料の微粒子を透明媒質中に分散させたものなどを用いることができる。
基板側に隣接する材料や低屈性率層５の屈折率が１．５２より低い場合には、高屈折率層７の材料として、基板の屈折率と同じか、より低い屈折率の材料、例えば、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ_２）（代表的な屈折率：１．３８）をはじめとする金属ハロゲン化物、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ（代表的な屈折率：１．３５））をはじめとするフッ素系樹脂、ポリメチルメタクリレート（代表的な屈折率：１．４９）、シリカ（ＳｉＯ_２）（代表的な屈折率：１．４５）などからも選択して用いることができる。

高屈折率層７は複数の層からなってもよい。例えば、図１、図２では、層状部７ｃと凸部７ａを備える層と２層からなるが、これらが同じ種類の高屈折率層からなっても、異なる種類の高屈折率層からなってもよい。層状部７ｃと凸部７ａの屈折率が異なる場合、層状部７ｃの高屈折率層の屈折率が、凸部７ａの屈折率より低いことが好ましい。図１で示すように有機層３で発光した光は、層状部７ｃ、凸部７ａの順に通過し、素子外部に取り出される。そのため、層状部７ｃの屈折率が凸部７ａより低ければ、凸部７ａと層状部７ｃの界面での全反射を抑制することができる。全反射を抑制することができることは、すなわち効率的に光を取り出すことができることである。

隣り合う凸部のそれぞれの断面形状をなす二つの多角形と、隣り合う凸部の高さが最大である点同士を通る直線と、隣り合う多角形の底辺を結ぶ直線とに囲まれる領域のサイズ（素子面内方向および面内方向に垂直な方向の大きさ）がともに発光光の実効波長（λ／ｎ_ｈ）以上であることが好ましい。ここでλは発光層で発光する光の最大ピーク波長における真空中での波長であり、ｎ_ｈはこの波長における高屈折率層７の屈折率である。
これは、上記領域のサイズが実効波長より小さい場合、高屈折率層７から上記領域へ入射する光は回折により球面波状に広がるため、透過光を正面方向（素子面に対して垂直に近い方向）に指向させることができない。上記領域のサイズが、発光光の実効波長（λ／ｎ_ｈ）以上となるような凸部７ａを形成することによって、高屈折率層７から上記領域へ入射する光を、凸部７ａの斜面において屈折させることができ、そして効率的に光を取り出すことができる。

本発明の有機ＥＬ素子の、Otto型配置による第２電極側構造の作用効果について以下に説明する。以下は、計算式に基づく原理的な説明であるため、第１電極と第２電極をそれぞれ陽極または陰極の一方に対応させることはせずに、第１電極及び第２電極のまま記載する。
平坦な金属表面に生成される表面プラズモンポラリトン（ＳＰＰ）の角振動数をω、波数の基板面内方向成分をｋ_ｓｐとする。この分散関係（角振動数と波数の間の関係）は、金属の比誘電率の実部ε_１と、金属表面に接触する誘電体の比誘電率ε_２によって決まり、近似的に次式（５）によって与えられる（ｃは真空中の光の速さ）。

これに対して、比誘電率ε_２の誘電体中を伝播する通常の伝播光の波数の大きさは、次式（６）によって与えられる。

　本発明の金属層６に用いられる金属材料においてはε_１＜０であるので、式（６）は常にＳＰＰの波数（５）より小さい。そのため、表面プラズモンポラリトン（ＳＰＰ）の分散曲線は通常の伝播光の分散直線と交差しない。つまり、通常の伝播光では平坦な金属表面にＳＰＰを励起することはできない。また、平坦な金属表面に存在するＳＰＰから直接伝播光を取り出すこともできない。

　これに対して、Otto型配置、すなわち金属／低屈折率媒質／高屈折媒質となる構造であって、本発明の有機ＥＬ素子においては金属層６（比誘電率の実部ε_１）／低屈折率層５（比誘電率ε_２）／有機層（比誘電率ε_３）の積層構造を用いた場合について考える。有機層３の屈折率が低屈折率層５の屈折率より高い場合、有機層３側から低屈折率層５側に臨界角より大きい入射角で入射した光は、有機層３と陰極４の界面または陰極４と低屈折率層５の界面で全反射する。この際、界面の低屈折率層５側には非伝播光であるエバネッセント波が生じ、全反射の界面から遠ざかるにつれてその電磁場強度は指数関数的に減衰する（入射光は界面で全反射するが、電磁場は界面から滲み出して存在している）。このエバネッセント波の分散曲線は、次式（７）によって与えられる。ここで、δは有機層３中の基板法線に対する伝播角である。

従って、ε_３が十分大きければ、入射角δを変えることにより、ＳＰＰの分散曲線と全反射によるエバネッセント波（以降、単に「エバネッセント波」という場合も、全て全反射によって生じたものをさすものとする）の分散直線に交点を持たせることが可能となる。すなわち、エバネッセント波を用いれば、有機層３中の伝播光から平坦な金属層６の表面にＳＰＰを励起することができる。また、逆の過程として平坦な金属層６の表面に存在する金属層６表面からエバネッセント波を介してＳＰＰを有機層３中へ取り出すことが可能となる。ＳＰＰを取り出す場合は、式（７）中のδは、伝播光の放射角度ということになる。
　言い換えると、所定の角度で有機層３内を伝播する光だけが、エバネッセント波を介しＳＰＰとエネルギーをやり取りできる状態となることを意味する。

ただし、上記低屈折率層５が厚すぎても薄すぎても、エバネッセント波を介したＳＰＰモード光の励起・取り出しはなされない。これは、低屈折率層５が厚すぎると、有機層３からのエバネッセント波の滲み出しが金属層６まで到達せず、エバネッセント波とＳＰＰモード光同士がエネルギーをやりとりできないためである。低屈折率層５が薄すぎると、金属層６と有機層３または陰極４が接近してＳＰＰモードの波数が（５）式より大きくなり、分散曲線がエバネッセント波の分散曲線（７）と、いかなる角度δの場合も交わらなくなるためである。
こうしてＳＰＰから取り出される光は上記の通り、ＳＰＰの分散曲線とエバネッセント波の分散直線との交点に対応する所定の角度を有して放射されるものである。

次に、本発明の有機ＥＬ素子の第１電極側構造により光を素子外部に取り出す作用効果について以下に説明する。
　第１電極側構造としては、陽極２の有機層３と反対側の面に高屈折率層７を設ける。高屈折率層７は、高屈折率層７の陽極２とは反対側の面に隣接する物質のよりも屈折率が高く、且つ低屈折率層５よりも屈折率が高い材料からなる。高屈折率層７は、陽極２と反対側に向かって凸である複数の凸部７ａ備える。
図３（ａ）、（ｂ）は、本実施形態に係る有機ＥＬ素子１０において、隣り合う複数の凸部７ａが同一形状であり、凸部７ａの断面形状の多角形も同一形状の三角形からなり等間隔で配置される構成である二つの例を示す断面模式図である。図３（ａ）、（ｂ）のいずれにおいても、図２に示す底角θ１１と底角θ１２は等しく、ともに角度θであり、断面形状の多角形は二等辺三角形である。図３（ａ）は角度θがＳＰＰの放射角度γより小さな鋭角である場合、図３（ｂ）は角度θがＳＰＰの放射角度γより大きな鋭角である場合である。
この陽極２と高屈折率層７との界面が平坦である場合、有機層から高屈折率層７へ入射角δで入射した光の、高屈折率層７中への（基板法線に対する）出射角γは、ＳＰＰの真空中での波数ｋ_０＝ω／ｃと波数ｋ_ｓｐを用いて

の関係を満たす。但し、ε_ｈは高屈折率層７の比誘電率とする。従って、Otto型配置により有機層３中に再放射された後、高屈折率層まで取り出されたＳＰＰの、高屈折率層中での伝播角γは次の式で表すことができる。

　すなわち高屈折率層７中の伝播角γは、各層の分散ε_１（ω）、ε_２（ω）、ε_ｈ（ω）から決まる値である。以降はこれらの分散として、発光層３で発光する最大ピーク波長の光の振動数における値を用いる。この振動数の光に対して、光取り出しを向上させる凸部７ａの形状について考えることによって、発光波長域の広い有機ＥＬ素子についても光取り出し効率を向上させることが可能となる。従って、この角度で伝搬する光が、高屈折率層７／基板１の界面で全反射を抑えるように、凸部７ａの斜面の角度を調整することで、ＳＰＰモード光の基板１への取り出しを飛躍的に向上させることができる。具体的には、凸部７ａの断面形状を構成する多角形の底角をθ、基板の比誘電率をε_sとし、再放射光が、凸部７ａの第１電極２に最も近い斜面に入射した際の入射角｜θ－γ｜が高屈折率層７／基板１の界面でのブリュースター角arctan（√（ε_ｓ／ε_ｈ））の０．６倍よりも小さければ、この斜面に入射する光の全反射及びフレネル反射を抑えることができる。このことは、図４からも確認できる。図４は、入射角に対する、高屈折率層と基板界面でのフレネル反射率変化を示した図である。また図４では、想定される（ε_ｓ／ε_ｈ）の値それぞれに対して計算を行った。凡例のグラフ線の数字は（ε_ｓ／ε_ｈ）、すなわち基板の比誘電率ε_ｓと高屈折率層の比誘電率ε_ｈの比である。図より、いずれの比誘電率比においても（すなわち想定される全ての高屈折率７および基板１の屈折率の組み合わせにおいて）、ブリュースター角の０．６倍（図４の点線）以下の入射角で凸部７ａの斜面に光が入射した場合、反射率を低く抑えることができることが分かる。図４でθ_Ｂはブリュースター角を示している。
図３は有機ＥＬ素子１０において、再放射されたＳＰＰモード光の高屈折率層７および基板１中での伝播の様子を描いたものである。ただし、有機ＥＬ素子については高屈折率層７と基板１のみを抜き出して描いている。図３において、実線部が高屈折率層７から基板１へ入射および出射する光の光線、点線がフレネル反射する光の光線である。図３（ａ）のように凸部７ａの底角θが、再放射光の高屈折率層中における伝播角γより小さい場合、点線の矢印のようなフレネル反射を抑制するための条件は、以下の数式（１０）で表すことができる。

図３（ｂ）は底角θが伝播角γより大きい場合である。この場合に点線の矢印のようなフレネル反射を抑制するための条件は、以下の数式（１１）で表すことができる。

入射する光のフレネル反射を抑えられる底角θの条件としては、上式（１０）と上式（１１）も合わせた下記の式（１２）を満たすことが好ましい。

次に、ＳＰＰモード光の基板への取り出しを飛躍的に向上させることができる再入射防止の条件について説明する。図５は図３と同様に、有機ＥＬ素子１０において、再放射されたＳＰＰモード光の高屈折率層７および基板１中での伝播の様子を描いたものである。
伝播角γで高屈折率層７中へ放出されたＳＰＰの再放射光が、高屈折率層７／基板１の界面に入射角θ－γで入射する場合、斜面の法線に対する光の射出角をθ_ｔとすると、θ_ｔは以下の式（１３）で表される。

凸部７ａの底辺Ｌに対する、出射光の伝播角は（π／２－θ）＋θ_ｔなので、この伝播角が底角θより大きいと、出射した光が隣りの凸部７ａの断面形状内に再入射することなく、基板中へ出すことができる。この関係は以下の式（１４）で表される。

上式（１３）の両辺のcosを取り、上式（１４）を代入したものが以下の式（１５）である。

すなわち、底角θが上式（１５）を満たす場合に、隣りの凸部７ａに再入射することなく基板中へ出すことができるので好ましい。
また、式（１５）は、隣り合う２つの凸部７ａそれぞれの、向かい合う側の底角が等しい場合の底角θの条件式である。向かい合う底角の大きさが互いに異なる場合は、向かい合う側の底角で、ＳＰＰの再放射光が入射する一方の凸部７ａの底角をθ_ａとし、他方の凸部７ａの底角をθ_ｂとすると、前記の式（１５）は、以下の式（１６）で書き換えられる。

すなわち、底角θ_ａ、底角θ_ｂが上式（１６）を満たす場合、高屈折率層７／基板１の界面から射出された光が、隣りの凸部７ａの断面形状内に再入射することなく基板中へ出すことができるので好ましい。

高屈折率層７の厚さは特に限定するものではない。例えば１０～２０００ｎｍであり、好ましくは５０～１０００ｎｍである。高屈折率層７の厚さが１０ｎｍより低いと有機層３に対する高屈折率層７の体積の割合が小さくなり、導波モード光を効率的に基板側に取り出しにくくなる。高屈折率層７の厚さが２０００ｎｍより厚いと有機層３の平坦度を保ちにくくなるからである。

（有機ＥＬ素子（第２の実施形態））
　図６は、本発明の第２の実施形態に係る有機ＥＬ素子の一例を説明するための断面模式図である。
　本発明の第２の一実施形態に係る有機ＥＬ素子２０は、基板１１の一方の表面上に、陽極（第１電極）１２と、発光層を含む有機層１３と、陰極（第２電極）１４と、低屈折率層１５と金属層１６とを順に（図中の下方に向かって）具備する。前記陰極１４は、透光性導電材料からなる透明導電層である。前記低屈折率層１５の屈折率は前記有機層１３の屈折率よりも低い。前記陽極１２の前記有機層１３と反対の面に高屈折率層１７を具備する。前記高屈折率層１７は、その高屈折率層１７の前記陽極１２とは反対側の面に隣接する物質（前記基板１１）よりも屈折率が高く、且つ前記低屈折率層１５よりも屈折率が高い材料からなる。前記高屈折率層１７は、前記陽極１２と反対側に向かって凸である複数の凸部１７ａを備える。前記凸部１７ａは、前記陽極１２に対して垂直な断面のうち、この断面の高さが最大であり、かつ、この断面の底辺Ｌの長さが最小である面における断面形状が、前記陽極１２に平行な底辺Ｌと二つの底角θ１１及び底角θ１２を備える五角形（多角形）である。前記二つの底角θ１１及びθ１２はいずれも鋭角であり、前記五角形は、底辺Ｌと二つの底角θ１１及び底角θ１２をそれぞれ挟んで接続する二つの斜辺を有している。そして、前記凸部１７ａは斜辺を面内に含む斜面を有する構成である。前記五角形は、底角θ１１を挟む一方の斜辺の他端に接続し、底辺Ｌとなす角θ２１が底角θ１１より小さな他の辺を有する。同様に底角θ１２を挟む他方の斜辺の他端に接続し、底辺Ｌとなす角θ２２が底角θ１２より小さなもう一つの他の辺を有する。従って、前記五角形は、底辺Ｌと二つの斜辺と二つの他の辺により作られる、頂部が頂点であり頂角がαである五角形である。
凸部１７ａの断面形状をなす前記五角形は、前記底辺Ｌと前記二つの斜辺以外に、他の辺を二つ有する多段形状の多角形の一例である。前記二つの斜辺及び前記他の辺と、前記底辺Ｌとがなす角が、前記多段形状の多角形の底辺から頂部に向かうに従って順に小さくなっている。
前記底辺Ｌと前記二つの斜辺以外に、他の辺を有する多段形状の多角形の例としては、例えばθ２１及びθ２２がいずれも０°であり、前記多角形の頂部が前記底辺Ｌと平行なひとつの他の辺からなる台形の場合や、前記五角形の頂部を前記底辺Ｌと平行な他の辺とする六角形の場合も含む。この六角形の場合、図示しないがより頂部に近い位置での底角θ３１及びθ３２がいずれも０°である。この六角形の場合、底辺Ｌから頂部の他の辺に向かって、一方の底角θ１１よりθ２１が小さく、θ２１よりθ３１が小さく、他方の底角θ１２よりθ２２が小さく、θ２２よりθ３２が小さい。
　図６では高屈折率層１７は陽極１２に接しているが、陽極１２との間に他の層を挟んで配置する構成でもよい。本実施形態では基板１１と陽極１２の間に配置する構成である。
　高屈折率層１７は、凸部１７ａと層状部１７ｃの複数の層からなる構成である。
　低屈折率層１５の屈折率はさらに、陰極１４の屈折率よりも低いことが好ましい。
　陰極１４の屈折率は、有機層１３の屈折率よりも低いことが好ましい。
陰極側の構造について屈折率の比較を行う場合には、有機層の屈折率とは、有機ＥＬ材料からなる発光層を含む全ての層の平均の屈折率をいう。

　本実施形態の有機ＥＬ素子に共通する陰極側の配置は、第１の実施形態に係る有機ＥＬ素子１０と同様の配置を用いることができる。低屈折率層１５の屈折率が有機層１３の屈折率より小さく、かつ陰極１４よりも小さくするように配置することが最も好ましい。

基板１１、陽極１２、有機層１３、陰極１４、低屈折率層１５および金属層１６のそれぞれは、第１の実施形態に係る有機ＥＬ素子１０と同様のものを用いることができる。

高屈折率層１７の材料、配置、厚さは、第１の実施形態に係る有機ＥＬ素子１０と同様のものを用いることができる。

凸部１７ａの断面形状の二つの斜辺と他の辺は、その頂部に向かって段階的になだらかに接続されることが好ましい。つまり、底辺Ｌと低角θ１１、θ１２を挟んでそれぞれ接続する斜辺より、断面形状の頂部に近い位置の他の辺と底辺Ｌとがなす角が、底辺Ｌのそれぞれの底辺から頂部に向かって順に小さくなることが好ましい。図６のように、多段の傾斜する辺を有するものでも良いし、最も頂部に近い角が０°の場合のように、台形形状でも良い。
これは、例えば図７（ａ）のように凸部７ａの断面形状を三角形形状にした場合、第１の実施形態で説明したように、光（矢印Ａ５）を素子面に対し垂直に近い方向に指向させる（矢印Ｂ１）。しかし、低角θ１１、θ１２を大きくすると、一度高屈折率層７から取出された光の一部が高屈折率層７に再入射してしまう（矢印Ａ６）。また逆に再入射しないように低角θ１１、θ１２を小さくすると、光を素子面に対し垂直に近い方向に十分指向できなくなる。
一方、図７（ｂ）のように、凸部１７ａの断面形状の斜辺と他の辺が、その頂部に向かって段階的になだらかに接続されることにより、低角θ１１、θ１２を大きくしても、素子面に対し垂直に近い方向に指向させた光（矢印Ａ１５）が再度高屈折率層１７に再入射することを避けることができ（矢印Ｂ１１）、より効率的に光を素子面に対し垂直に近い方向に指向できる。図７（ｂ）では、２段の多段形状としているが、より段数の多い複数段の傾斜する辺を備える形状としてもよい。

次に、本発明の第１の実施形態の有機ＥＬ素子の屈折の作用効果を、図１を用いて模式的に説明する。また第２の実施形態においても基板１１と高屈折率層１７の屈折の界面が多段になっている点が、第１の実施形態の基板１と高屈折率層７と異なっている。その他の界面での屈折については、同様の作用効果をもたらす。ここで、図１に矢印で示した光の伝播の仕方は、屈折作用効果の原理をわかりやすく説明するために摸式的に示したものである。

有機層３に含まれる発光点のＡ点で発光した光のうち一部は、発光点周りのダイポール場を介して（矢印Ａ１）、ＳＰＰ（矢印Ａ２）モードへ直接エネルギー移動する。このようなＳＰＰモードへのエネルギー移動は、一般的な有機ＥＬ素子において、発光分子と金属層が近い場合に生じることが広く知られている。
励起されたＳＰＰモード光は、エバネッセント波（矢印Ａ３）との共鳴を介して、前述のように所定の角度で陰極４に放射され（矢印Ａ４）、有機層３に取り出されうる。
ここで、有機層３のＡ点で発光した光は全方位に進むので、図１の矢印Ａ１以外の方向に進む光も当然存在する。矢印Ａ１は本発明の作用効果を説明するために、その一部の光の伝播を模式的に示しているに過ぎない。矢印Ａ２～Ａ４及び矢印Ｂ１で示した光についても一部の光の伝播を模式的に示しているに過ぎない。
　また屈折は屈折率が異なる界面で生じるが、本発明の効果を説明するために特に必要ではない界面には図中では屈折作用の図示を省略している。

また、陰極側構造(陰極４、低屈折率層５、金属層６)から有機層３のＢ点にまで取り出された光は、Ｂ１のように伝播して基板１まで取り出される。
すなわち、Ｂ点から有機層３等を通って進む光Ｂ１は、有機層３と陽極２との界面で屈折し、陽極２を通過する。陽極２を通過した光は、陽極２と高屈折率層７ｃとの界面で屈折して高屈折率層７内を進む。そして高屈折率層７の凸部７ａの斜面で屈折した後、基板１内を通って外部に取り出されうる。
ここで、光Ｂ１が高屈折率層７から基板１へ進む際、高屈折率層７の凸部７ａの斜面における屈折により、基板１への入射角が小さい角度に変わる。そのため基板の外表面での全反射をしない光が増えて、光線Ｂ１が基板モード光となるのを防ぐことができる。
特に、第２の実施形態に係る有機ＥＬ素子においては、凸部１７ａの斜面は、その頂点に向かって段階的になだらかになっている。これにより高屈折率層１７の凸部１７ａへの再入射を避けることができ、より効率的に光を素子面に対し垂直に近い方向に指向することができる。

図８（ａ）、（ｂ）に、凸部７ａ、１７ａを素子面の法線方向から見た平面図の例を示す。凸部７ａ、１７ａの平面形状としては特に制限はない。例えば、円形、楕円形、長円形、三角形、正方形、長方形、四角形、多角形、これらを複合した図形等のドット形状のほか、直線形状、屈曲形状、曲線形状、円環形状（ドーナツ型）等のライン形状、ドット形状とライン形状を組み合わせた平面形状などが挙げられる。
平面形状がドット形状の場合は、凸部の形状は陽極２、１２と反対側に向かって凸である円錐、円錐台、多角錐、多角錐台または多段形状となる。平面形状がライン形状である場合は、凸部の形状は延伸方向に垂直な断面が、陽極２、１２と反対側に向かって凸である三角形状、台形状、多段形状となる並進形状（ストライプ形状）となるが、延伸の途中で断面サイズ（幅・高さ）や形状が変化していてもよい。
図９（ａ）、（ｂ）に、それぞれドット状凸部、ライン状凸部の平面配列の例を示す。凸部７ａ、１７ａの配置としては特に制限はない。平面形状がドット形状もしくは有限な長さ（素子の端部までラインが延伸しない）をもったライン形状である場合は面内方向に正方格子状、六方格子状、長方格子状など周期的に配列していても、非周期的に配列していてもよい。ライン形状の場合は、隣りあう凸部が互いに平行となるように延伸した配列、異なる径の円環状ラインが同心状に配置された配列、複数の波型や屈曲ラインが互いに重ならないように配列した場合がある。ライン形状では、複数のラインが交差していても、または１つのラインが分岐していてもよく、例えばラインが面内に格子網状にはりめぐらされていてもよい。
凸部７ａ、１７ａは、１次元的にライン状に形成されていれば、複数の凸部形状を機械加工等で形成する場合に欠陥を生じにくいため好ましい。一方、凸部７ａ、１７ａが２次元的に面内方向に正方格子状、六方格子状などに配列するドット形状として形成されていれば、面内の任意の方位に伝播する再放射光が同等に取り出せるのでより好ましい。

（有機ＥＬ素子（第３の実施形態））
図１０（ａ）は、本発明の第３の実施形態に係る有機ＥＬ素子の一例を説明するための断面模式図である。
本発明の第３の一実施形態に係る有機ＥＬ素子３０は、基板２１の一方の表面上に、陽極（第１電極）２２と、発光層を含む有機層２３と、陰極（第２電極）２４と、低屈折率層２５と、金属層２６とを順に（図中の下方に向かって）具備する。前記陰極２４は、透光性導電材料からなる透明導電層である。前記低屈折率層２５の屈折率は前記有機層２３の屈折率よりも低い。前記低屈折率層２５は、前記陽極２２の前記有機層２３と反対側の面に高屈折率層２７を具備する。前記高屈折率層２７は、高屈折率層２７の前記陽極２２とは反対側の面に隣接する物質（前記基板２１）よりも屈折率が高く、且つ前記低屈折率層２５よりも屈折率が高い材料からなる。前記高屈折率層２７は、前記陽極２２側に向かって凹である複数の凹部２７ｂを備える。前記凹部２７ｂは、前記陽極２２に対して垂直な断面のうち、この断面の高さが最大であり、かつ、この断面の底辺Ｍの長さが最小である断面形状が、前記陽極２２に平行な底辺Ｍと二つの底角φ１１及び底角φ１２を有し、頂部が頂点であり頂角がβである三角形（多角形）である。前記二つの底角φ１１及びφ１２はいずれも鋭角であり、前記三角形は、底辺Ｍと二つの底角φ１１及び底角φ１２をそれぞれ挟んで接続する二つの斜辺を有する。そして、前記凹部２７ｂは前記斜辺を面内に含む斜面を有する構成である。
　図１０（ａ）では高屈折率層２７は陽極２２に接しているが、陽極２２との間に他の層を挟んで配置する構成でもよい。本実施形態は、高屈折率層２７が基板２１と陽極２２との間に配置する構成である。
高屈折率層２７は、凹部２７ｂと層状部２７ｃの複数の層からなる構成である。凹部２７ｂの反転形状からなる部分が凸部２７ａである。
　低屈折率層２５の屈折率はさらに、陰極２４の屈折率よりも低いことが好ましい。
　陰極２４の屈折率は、有機層２３の屈折率よりも低いことが好ましい。

本実施形態の有機ＥＬ素子に共通する陰極側の配置は、第１の実施形態に係る有機ＥＬ素子１０と同様の配置を用いることができる。低屈折率層２５の屈折率が有機層２３の屈折率より小さく、かつ陰極２４よりも小さくするようにする配置が最も好ましい。陰極側の構造について屈折率の比較を行う場合には、有機層の屈折率とは、有機ＥＬ材料からなる発光層を含む全ての層の平均の屈折率をいう。

基板２１、陽極２２、有機層２３、陰極２４、低屈折率層２５および金属層２６のそれぞれは、第１の実施形態に係る有機ＥＬ素子１０と同様のものを用いることができる。

高屈折率層２７の材料、配置、厚さは、第１の実施形態に係る有機ＥＬ素子１０と同様のものを用いることができる。

また隣接する凹部２７ｂは互いに接触していないことが好ましい。凹部２７ｂは互いに接触している場合、その接触点を通る平面で切断した高屈折率層の断面が三角形状になる。一方で、接触していない場合は、高屈折率層の切断面が台形形状となる。すなわち、接触していない場合は、高屈折率層の切断面の形状が台形形状となるため、前述したように取り出した光が隣接する凸部への再入射を抑えることができるため好ましい。

（有機ＥＬ素子（第４の実施形態））
図１０（ｂ）は、本発明の第４の実施形態に係る有機ＥＬ素子の一例を説明するための断面模式図である。
本発明の第４の一実施形態に係る有機ＥＬ素子４０は、基板３１の一方の表面上に、陽極（第１電極）３２と、発光層を含む有機層３３と、陰極（第２電極）３４と、低屈折率層３５と、金属層３６とを順に（図中の下方に向かって）具備する。前記陰極３４は、透光性導電材料からなる透明導電層である。前記低屈折率層３５の屈折率は前記有機層３３の屈折率よりも低い。前記陽極３２の前記有機層３３と反対の面に高屈折率層３７を具備する。前記高屈折率層３７は、その高屈折率層３７の前記陽極３２とは反対側の面に隣接する物質（前記基板３１）よりも屈折率が高く、且つ前記低屈折率層３５よりも屈折率が高い材料からなる。前記高屈折率層３７は、層状部３７ｃと、前記陽極３２側に向かって凹である複数の凹部３７ｂを備える。前記凹部３７ｂは、前記陽極３２に対して垂直な断面のうち、この断面の高さが最大であり、かつ、この断面の底辺Ｍの長さが最小である断面形状が、前記陽極３２に平行な底辺Ｍとこれを挟む二つの内角φ１１及びφ１２を備える凹多角形である。前記二つの底角φ１１及びφ１２はいずれも鋭角であり、前記凹多角形は、底辺Ｍと二つの底角φ１１及び底角φ１２をそれぞれ挟んで接続する二つの斜辺を有する。そして、前記凹部３７ｂは斜辺を面内に含む斜面を有する構成である。前記凹多角形は底角φ１１を挟む一方の斜辺の他端に接続する他の辺と、底角φ１２を挟む他方の斜辺の他端に接続するもう一つの他の辺からなり、頂部が頂点であり頂角がβである多角形である。この際に底辺Ｍと他の辺がなす角φ２１は鋭角であり、底角φ１１より大きく、底辺Ｍともう一つの他の辺がなす角φ２２は鋭角であり、底角φ１２より大きい。凹部３７ｂの反転形状からなる部分が凸部３７ａである。
図１０（ｂ）では高屈折率層３７は陽極３２に接しているが、陽極３２との間に他の層を挟んで配置する構成でもよい。本実施形態では基板３１と陽極３２の間に配置する構成である。
　高屈折率層３７は、凹部３７ｂと層状部３７ｃの複数の層からなる構成である。
　低屈折率層３５の屈折率はさらに、陰極３４の屈折率よりも低いことが好ましい。
　陰極３４の屈折率は、有機層３３の屈折率よりも低いことが好ましい。
陰極側の構造について屈折率の比較を行う場合には、有機層の屈折率とは、有機ＥＬ材料からなる発光層を含む全ての層の平均の屈折率をいう。

図１０（ｂ）は、前記底辺Ｍと前記二つの斜辺以外に、他の辺を二つ有する多段形状の多角形の一例であり、凹部３７ｂの断面形状が凹五角形である場合である。前記二つの斜辺及び前記他の辺と、前記底辺Ｍとがなす角が、前記多段形状の多角形の底辺Ｍから頂部に向かうに従って順に大きくなっている。
　本発明の凹多角形は図１０（ｂ）の凹五角形に限定されるものではない。例えば他の辺が多段に折れ曲がっていてもよい。ただし、他の辺は陽極３２に近づくに従い、垂直に近い方向に折れ曲がっている。また頂角βが１８０°、すなわち凹部の頂点が陽極３２と平行な平坦面を有する凹多角形でもよい。
また凹部が断面視で台形となる場合、隣接する凹部３７ｂは互いに接触していないことが好ましい。凹部３７ｂは互いに接触している場合、その接触点を通る平面で切断した凹部３７ａの断面が三角形状になる。一方で、接触していない場合は、高屈折率層の切断面が台形形状となる。すなわち、接触していない場合は、高屈折率層の切断面の形状が台形形状となるため、前述したように取り出した光が隣接する凸部への再入射を抑えることができるため好ましい。

陽極３２と二つの斜辺及び他の辺の陽極側端部がなす角θは、陽極３２から離れるに従い、小さくなることが好ましい。他の辺が折れ曲がっている場合は、折れ曲がるごとに他の辺の陽極側端部と陽極３２がなす角を意味する。
また凹部断面の幅（素子面内方向の大きさ）及び高さ（素子面内方向に垂直な方向の大きさ）は実効波長以上であることが好ましい。凹部断面の幅及び高さが実効波長以上であれば、高屈折率層３７から凹部断面領域へ入射する光を、凹部３７ａの斜面において屈折させ、より効率的に光を取り出すことができる。

本実施形態の有機ＥＬ素子に共通する陰極側の配置は、第１の実施形態に係る有機ＥＬ素子１０と同様の配置を用いることができる。低屈折率層３５の屈折率が有機層３３の屈折率より小さく、かつ陰極３４よりも小さくするようにする配置が最も好ましい。

基板３１、陽極３２、有機層３３、陰極３４、低屈折率層３５および金属層３６のそれぞれは、第１の実施形態に係る有機ＥＬ素子１０と同様のものを用いることができる。

高屈折率層３７の材料、配置、厚さは、第１の実施形態に係る有機ＥＬ素子１０と同様のものを用いることができる。

凹部２７ｂ、３７ｂの平面形状、配置としては特に制限はないが、第１の実施形態の凸部７ａ（または第２の実施形態の凸部１７ａ）の平面形状、配置と同様のものを用いることができる。

（画像表示装置）
次に、上記の有機ＥＬ素子を備えた画像表示装置１００について説明を行う。上記の有機ＥＬ素子１０、２０、３０、４０を備えた画像表示装置は有機ＥＬ素子による違いはないため、有機ＥＬ素子１０の場合で代表して以下の説明を行う。有機ＥＬ素子はボトムエミッション構造でもトップエミッション構造でも良いが、以下ではボトムエミッション構造の例で説明を行う。
図１１は、上記の有機ＥＬ素子を備えた画像表示装置の一例を説明した図である。
図１１に示した画像表示装置１００は、いわゆるパッシブマトリクス型の画像表示装置であり、有機ＥＬ素子１０の他に、陽極配線１０４、陽極補助配線１０６、陰極配線１０８、絶縁膜１１０、陰極隔壁１１２、封止プレート１１６、シール材１１８とを備えている。

本実施の形態において、有機ＥＬ素子１０の基板１上には、複数の陽極配線１０４が形成されている。陽極配線１０４は、一定の間隔を隔てて平行に配置される。陽極配線１０４は、透明導電膜により構成され、例えばＩＴＯを用いることができる。また陽極配線１０４の厚さは例えば、１００ｎｍ～１５０ｎｍとすることができる。そして、それぞれの陽極配線１０４の端部の上には、陽極補助配線１０６が形成される。陽極補助配線１０６は陽極配線１０４と電気的に接続されている。このように構成することにより、陽極補助配線１０６は、基板１の端部側において外部配線と接続するための端子として機能し、外部に設けられた図示しない駆動回路から陽極補助配線１０６を介して陽極配線１０４に電流を供給することができる。陽極補助配線１０６は、例えば、厚さ５００ｎｍ～６００ｎｍの金属膜によって構成される。

また、有機ＥＬ素子１０上には、複数の陰極配線１０８が設けられている。複数の陰極配線１０８は、それぞれが平行となるよう、かつ、陽極配線１０４と直交するように配設されている。陰極配線１０８には、Ａｌ又はＡｌ合金を使用することができる。陰極配線１０８の厚さは、例えば、１００ｎｍ～１５０ｎｍである。また、陰極配線１０８の端部には、陽極配線１０４に対する陽極補助配線１０６と同様に、図示しない陰極補助配線が設けられる。陰極補助配線は陰極配線１０８と電気的に接続されている。よって、陰極配線１０８と陰極補助配線との間に電流を流すことができる。

更に基板１上には、陽極配線１０４を覆うように絶縁膜１１０が形成される。絶縁膜１１０には、陽極配線１０４の一部を露出するように矩形状の開口部１２０が設けられている。複数の開口部１２０は、陽極配線１０４の上にマトリクス状に配置されている。この開口部１２０において、陽極配線１０４と陰極配線１０８の間に有機ＥＬ素子１０が設けられる。すなわち、それぞれの開口部１２０が画素となる。従って、開口部１２０に対応して表示領域が形成される。ここで、絶縁膜１１０の膜厚は、例えば、２００ｎｍ～１０００ｎｍとすることができる。開口部１２０の大きさは、例えば、１００μｍ×１００μｍとすることができる。

有機ＥＬ素子１０は、開口部１２０において陽極配線１０４と陰極配線１０８の間に位置している。そしてこの場合、有機ＥＬ素子１０の陽極２が陽極配線１０４と接触し、陰極４が陰極配線１０８と接触する。有機ＥＬ素子１０の厚さは、例えば、１５０ｎｍ～２００ｎｍとすることができる。

絶縁膜１１０の上には、複数の陰極隔壁１１２が陽極配線１０４と垂直な方向に沿って形成されている。陰極隔壁１１２は、陰極配線１０８の配線同士が導通しないように、複数の陰極配線１０８を空間的に分離するための役割を担っている。従って、隣接する陰極隔壁１１２の間にそれぞれ陰極配線１０８が配置される。陰極隔壁１１２の大きさとしては、例えば、高さが２μｍ～３μｍ、幅が１０μｍのものを用いることができる。

また、基板１は、封止プレート１１６とシール材１１８を介して貼り合わせられている。これにより、有機ＥＬ素子１０が設けられた空間を封止することができ、有機ＥＬ素子１０が大気中の水分により劣化するのを防ぐことができる。封止プレート１１６としては、例えば、厚さが０．７ｍｍ～１．１ｍｍのガラス基板を使用することができる。封止プレート１１６は、素子がボトムエミッション型のように光を基板１側から取り出す場合は、透明でなくてもよい。一方、素子がトップエミッション型のように光を封止プレート１１６側から取り出す場合は、封止プレート１１６は発光波長域の少なくとも一部の波長に対して透明である必要がある。

このような構造の画像表示装置１００において、図示しない駆動装置により、陽極補助配線１０６、図示しない陰極補助配線を介して、有機ＥＬ素子１０に電流を供給し、発光層を発光させることができる。そして基板１から基板１を通し、光を出射させることができる。そして、上述の画素に対応した有機ＥＬ素子１０の発光、非発光を制御装置により制御することにより、画像表示装置１００に画像を表示させることができる。

（照明装置）
次に、上記の有機ＥＬ素子を用いた照明装置について説明を行う。上記の有機ＥＬ素子１０、２０、３０、４０を備えた照明装置は有機ＥＬ素子による違いはないため、有機ＥＬ素子１０の場合で代表して以下の説明を行う。また、有機ＥＬ素子はボトムエミッション構造でもトップエミッション構造でも良い。以下ではボトムエミッション構造の例で説明を行う。
　図１２は、上記の有機ＥＬ素子１０を備える照明装置の一例を説明した図である。
　図１２に示した照明装置２００は、上述した有機ＥＬ素子１０と、有機ＥＬ素子１０の基板１上に設置され陽極２（図１参照）に接続される端子２０２と、陰極４（図１参照）に接続される端子２０３と、端子２０２と端子２０３とに接続し有機ＥＬ素子１０を駆動するための点灯回路２０１とから構成される。

点灯回路２０１は、図示しない直流電源と図示しない制御回路を内部に有し、端子２０２と端子２０３を通して、有機ＥＬ素子１０の陽極層２と陰極４との間に電圧を印加して電流を供給する。そして、有機ＥＬ素子１０を駆動し、発光層を発光させて、基板１を通して光を出射させ、照明光として利用する。発光層は白色光を出射する発光材料より構成されていてもよく、また緑色光（Ｇ）、青色光（Ｂ）、赤色光（Ｒ）を出射する発光材料を使用した有機ＥＬ素子１０をそれぞれ複数個設け、その合成光が白色となるようにしてもよい。

（有機ＥＬ素子の第１の製造方法）
本発明の有機ＥＬ素子の第１の製造方法について図１３を用いて説明する。図１３は本発明の有機ＥＬ素子の第１の製造方法を示した断面模式図である。

まず、図１３（ａ）で示すように、版４８に凸部７ａまたは１７ａに対応した凸部を形成する。凸部の加工は、切削や研磨等の機械加工、レーザー加工等を用いることができる。図１３（ａ）で示すような、多段の形状を形成する場合は、版４８にＶ字溝のテーパー角および幅を変更しながら複数回加工することで形成することができる。
版は、例えばステンレス、チタン、ニッケル等の金属や樹脂等の非金属を用いることができる。

次に図１３（ｂ）に示すように、基板４１上にスピンオン誘電体の前駆体Ｓまたは硬化性樹脂の前駆体Ｕを塗布する。スピンオン誘電体とは、前駆体Ｓの塗布段階では粘性を有する液体状であり、塗布後に転化させることにより、絶縁性を有する固体形態の誘電体になるものをいい、公知のものを用いることができる。例えばスピンオン誘電体としては、転化後に酸化ケイ素を形成するスピンオングラスが挙げられる。硬化性樹脂は、前駆体Ｕの塗布後に硬化すればよく、各種の熱硬化性樹脂や光硬化性樹脂等を用いることができる。
前駆体ＳまたはＵの塗布方法は、一般に平坦膜を塗布するスピンコート、バーコート、スリットコート、ダイコート、スプレーコート等の各種のウェットプロセスを用いることができる。
次に基板４１の塗布面に版４８を圧着しながら、前駆体ＳまたはＵを固化させ、ナノインプリンティングを行う。固化後の誘電体４１ｓ（転化後のスピンオン誘電体または硬化後の樹脂（誘電体））の屈折率が基板４１の屈折率以下であることが好ましい。固化後の誘電体４１ｓの屈折率が基板４１の屈折率以下であれば、有機ＥＬ素子５０において、有機層４３で発光した光が、固化後の誘電体４１ｓと基板４１の間での全反射することを抑えることができる。

固化後に、図１３（ｃ）で示すように、版４８を固化後の誘電体４１ｓから剥離する。
基板４１と版４８を圧着する前に、基板４１の塗布面または版４８表面に離型剤を塗布することが好ましい。離型剤は、フッ素系離型剤、シリコン系離型剤等を用いることができる。離型剤を塗布することにより、版４８を固化後の誘電体４１ｓから剥離する際の離型性を向上させることができる。離型剤の塗布は、一般に用いられるスピンコート、浸漬法、スプレー法等を用いることができる。

さらに図１３（ｄ）で示すように、版４８により固化後の誘電体４１ｓにインプリントされた構造体の凹部に、前記凹部の反転形状からなる凸部４７ａと層状部４７ｃからなる高屈折率層４７を形成する。高屈折率層４７の形成には従来公知の方法を用いることができ特に限定されない。例えば、真空蒸着法、スピンコート法、キャスト法、ＬＢ法等の方法を用いることができる。後に形成する陽極４２との界面を平坦化・平滑化するために、形成後の高屈折率層４７表面をエッチバックや研磨加工してもよい。

最後に図１３（ｅ）で示すように、高屈折率層４７の上に、陽極４２、有機層４３、陰極４４、低屈折率層４５、金属層４６を図中の下方に向かって順に積層する。これらの積層方法は、一般に用いられている方法を用いることができる。例えば抵抗加熱蒸着法、電子ビーム蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法などが挙げられる。

同様の方法で、版４８に図７（ａ）の凹部２７ｂ、または図７（ｂ）の凹部３７ｂに対応した複数の凹部を形成することにより、前記凸部４７ａの反転形状からなる凹部を備える高屈折率層４７を形成することもできる。
それぞれ有機ＥＬ素子３０、４０の高屈折率２７、３７のような複数の凹部を基板との界面に備える高屈折率層４７に形成することもできる。
またトップエミッションの場合は、金属層、低屈折率層、陰極、有機層、陽極を図中の上方に向かって順に形成した後に、高屈折率の硬化性樹脂を塗布する。塗布した硬化性樹脂に対して、目的の形状に加工した版を用いてインプリントを行うことで凸部を備える高屈折率層を形成し、有機ＥＬ素子を作製することができる。

（有機ＥＬ素子の第２の製造方法）
本発明の有機ＥＬ素子の第２の製造方法について図１４を用いて説明する。図１４は本発明の有機ＥＬ素子の第２の製造方法を示した断面模式図である。

まず、図１４（ａ）で示すように、基板５１の一方の表面上に、高耐性層５１Ａ、低耐性層５１Ｂを図中の下方に向かって順に積層する。高耐性層５１Ａは後述のエッチングに対して、低耐性層５１Ｂよりエッチング耐性が高い層である。図１４（ａ）では、基板５１上に二つの層を形成しているが、層数に制限はない。より多くの層を形成する場合は、基板５１に近い層ほど、後述のエッチングの耐性を高くする必要がある。また各層の屈折率は、隣接する層であって基板側に存在する層の屈折率以下であることが好ましい。屈折率が、この条件を満たすことにより各層での全反射の発生を抑制することができ、光の取り出し効率を向上することができる。

次に図１４（ｂ）に示すように、まず低耐性層５１Ｂの一方の表面上にポジ型レジスト液を塗布し、スピンコート等により余分なレジスト液を除去することで、レジスト層Ｒを形成する。そして、所定のパターンが描画されたマスク（図示せず）をかぶせ、紫外線（ＵＶ）、電子線（ＥＢ）等により露光、現像を行うと、レジスト層Ｒの一部が除去される。

図１４（ｃ）に示すように、残存したレジスト層Ｒをマスクとして、エッチングを行うことにより孔部Ｈを形成する。エッチングとしては、ドライエッチングとウェットエッチングの何れをも使用することができる。ドライエッチングとしては、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Reactive Ion Etching）を始めとする各種の手法を用いることができる。ウェットエッチングとしては、王水、希塩酸、希硫酸、フッ酸、シュウ酸を始めとする酸、塩化鉄を始めとする金属塩への浸漬を行う方法などが利用できる。
この時、高耐性層５１Ａと低耐性層５１Ｂでは、エッチングの速度が異なる。このエッチングの耐性の違いにより、孔部Ｈには複数の傾きの異なる斜面が形成される。

図１４（ｄ）に示すように、形成された孔部Ｈの中及び必要に応じて低耐性層５１Ｂの一方の表面上に、孔部Ｈの反転形状からなる凸部を備える高屈折率層５７を形成する。高屈折率層５７の形成には従来公知の方法を用いることができ特に限定されない。例えば、真空蒸着法、スピンコート法、キャスト法、ＬＢ法等の方法を用いることができる。また、後に形成する陽極５２との界面を平坦化・平滑化するために、形成後の高屈折率層５７表面をエッチバックや研磨加工してもよい。

次に図１４（ｅ）で示すように、高屈折率層５７の一方の表面上に、陽極５２、有機層５３、陰極５４、低屈折率層５５、金属層５６を図中の下方に向かって順に積層し、有機ＥＬ素子６０を作製することができる。これらの積層方法は、一般に用いられている方法を用いることができる。例えば抵抗加熱蒸着法、電子ビーム蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法などが挙げられる。

同様の方法で、孔部Ｈを網状に形成し高耐性層５１Ａと低耐性層５１Ｂのエッチング残部の形状を制御することにより、エッチング残部の形状からなる凹部を備える高屈折率層５７を形成することもできる。

（有機ＥＬ素子の第３の製造方法）
本発明の有機ＥＬ素子の第３の製造方法について説明する。
第３の製造方法は、高屈折率からなる平坦なシート材料の一方の表面上を直接加工する。加工した表面と基板とを接着することで高屈折率層の凹凸形状を作製する。形状の作製方法は、切削や研磨等の機械加工のほか、レーザーを用いた加工等を用いることができる。
この高屈折シートの加工された表面を、基板に硬化性樹脂を用いて圧着し、高屈折率層とする。この時に、硬化性樹脂は、硬化後に基板以下の屈折率を有することが好ましい。硬化性樹脂が基板以下の屈折率を有することにより、基板と硬化性樹脂界面での全反射を抑制することができる。
その後、高屈折率層の上に、陽極、有機層、陰極、低屈折率層、金属層を順に積層することにより、有機ＥＬ素子を作製することができる。
またトップエミッションの場合は、金属層、低屈折率層、陰極、有機層、陽極を形成した後に、陽極と上記と同様に凹凸加工を施した高屈折率シート材料とを貼りあわせることによって作製することができる。

（Otto型配置におけるＳＰＰ取り出し）
本発明における有機ＥＬ素子Otto型配置による金属層表面に捕捉されたＳＰＰを取り出すことが可能な低屈折率層の膜厚を検討する。

図１５に、標準構造の有機ＥＬ素子７０について、有機層で発光した光の強度を、有機ＥＬ素子面方向における波数成分で展開するエネルギー散逸計算を行った結果を示す。横軸が、有機層で発光した光の波数の有機ＥＬ素子面内方向成分を真空中の波数ｋ_０で割ったもの、すなわち有効屈折率である。縦軸がその波数の光の強度、すなわち展開係数を示している。計算は、ＴＭ偏光成分、ＴＥ偏光成分に分けて行った。この計算は基板６１（ガラス）上に、各層が平坦な陽極６２と有機層６３と陰極６４（金属）とを積層した標準構造の有機ＥＬ素子の結果を示している。この場合、ＴＭ・ＴＥ偏光成分の全積分面積に対する、ＴＭ偏光の最も高波数側のピーク面積がＳＰＰモード光の強度割合を表しているが、有機層６３で発光した光の多くがＳＰＰモード光として捕捉されているのが分かる。図１５に示す有機ＥＬ素子では、陽極６２と有機層６３の膜厚は、それぞれ１５０ｎｍ、１００ｎｍである。

一方で、Otto型配置を有する有機ＥＬ素子８０（図１７参照）における、エネルギー散逸計算による有機層で発光した光（ＴＭ偏光成分）の強度の、低屈折率層７５の膜厚による依存性を示した図を図１６に示す。Otto型配置を有する有機ＥＬ素子の一例である有機ＥＬ素子８０の基板７１、陽極７２、有機層７３は、図１５の素子７０と同じ構成である。有機層７３上に透明導電材料であるＩＴＯからなる陰極７４（５０ｎｍ）が形成され、さらにその上に低屈折率層７５、金属層７６が順に形成された構成から成る。
低屈折率層７５の屈折率を１．３８とし、図１６（ａ）は金属層７６をＡｌとし、図１６（ｂ）は金属層７６をＡｇとした場合で、凡例のグラフ線の数字は低屈折率層７５の膜厚（ｎｍ）を示す。

図１６（ａ）、（ｂ）共に、低屈折率層７５の膜厚が厚くなるに従って、ピーク波数が小さくなり、かつピーク幅が狭くなるようにシフトしていることが分かる。また膜厚が厚くなるに従って、ピーク波数のシフトはわずかになり、ピーク幅も一定に近づいていることが確認できる。ピーク波数が小さくなることは、金属層７６に接した低屈折率層７５の膜厚が大きくなり、ＳＰＰの波数がこの低屈折率層７５の屈折率の影響で小さくなることを示している。ピーク幅が狭くなることは、ＳＰＰとして捕捉されていた光が有機層中に取り出され、光が面内導波する際の減衰が小さくなっていることを示している。これについて、次に説明する。

図１７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）を用いてピークの変化について、以下に説明する。
図１７（ａ）は、ＳＰＰモード光として光が完全に金属層７６の表面に捕捉されている。これは、低屈折率層７５の膜厚が０ｎｍの時を表しており、有機層７３～金属層７６側の積層構造がOtto型配置をなさず、ＳＰＰモード光は金属層７６と陰極７４の界面を面内方向に伝播しながら急速に減衰するため、ピーク幅が大きくなっている。
次に、低屈折率層７５の膜厚が厚くなるにつれて、図１７（ｂ）のようになり、Otto型配置によってＳＰＰモード光と導波モード光が混在した状態となる。これは、取り出されたＳＰＰモード光が導波モード光となり、界面反射により再度金属層７６にＳＰＰモード光として再補足されることを意味している。この場合、光は図１７（ａ）のＳＰＰモード光に比べ減衰しにくいため、ピーク幅は次第に狭くなる。
最後に、低屈折率層７５の膜厚が十分厚くなると、図１７（ｃ）のようになる。この場合、Otto型配置をしているが、発光点におけるエバネッセント波が金属層７６に届かなくなり、ＳＰＰモード光として捕捉されない。この場合、発光した光は導波モード光として、捕捉されることとなる。つまり、低屈折率層７５の膜厚がある厚みを超えると、捕捉された光は導波モード光のみとなるため、減衰のしやすさは変わらなくなり、ピーク幅にも変化が生じなくなる。

図１８は、低屈折率層７５の膜厚に対する、ピーク幅（半値幅）の変化を示した図である。金属層７６がＡｌの場合に、低屈折率層７５の膜厚が２００ｎｍ以上でピーク幅の変化が小さくなり、発光した光がＳＰＰに捕捉されにくくなくなっていることが分かる。金属層７６がＡｇの場合に、低屈折率層７５の膜厚が１５０ｎｍ以上でピーク幅の変化が小さくなり、ＳＰＰモード光として捕捉されにくいことが分かる。
つまりＳＰＰモード光として捕捉される低屈折率層７５の膜厚は少なくとも３００ｎｍ以下であり、２００ｎｍ以下で捕捉の効果が顕著になることが分かる。本検討は低屈折率層５５の屈折率がｎ＝１．３８の場合を計算しているが、屈折率は１．３８に限定されるものではなく、金属層７６もＡｇとＡｌに限定されるものではない。

また、Otto型配置において、金属層７６の表面に捕捉された表面プラズモンポラリトン（ＳＰＰ）は、陰極７４と低屈折率層７５の界面で全反射した光によって発生するエバネッセント波によって取り出すことができる。すなわち、このエバネッセント波の波数が、金属層７６の表面に生成されるＳＰＰの波数ｋ’_ｓｐと交点を持つ必要がある。

金属層７６の比誘電率の実部をε₁、低屈折率層７５の比誘電率をε₂ 、前記発光層で発光する光のピーク波長における真空中の光の波数（角周波数／真空中の光速）をｋ₀とすると、金属層４６の表面に生成されるＳＰＰの波数ｋ’_ｓｐの実部は、前記の式（５）のｋ_ｓｐと同じ表式となる。

　一方で、反射層７６の表面に生成される表面プラズモンポラリトン（ＳＰＰ）の、低屈折率層７５の中における波数の垂直成分は以下の式（１７）で表すことができる。

　金属層７６表面に生成されるＳＰＰの電磁場の大きさ（強度）を、金属層７６の表面での値を１として規格化する。金属層７６に垂直な方向に指数関数的に減衰しながら滲み出し、低屈折率層７５／陰極７４の界面に到達したＳＰＰの強度は、低屈折率層７５の膜厚をｈ_２とおくと、各界面での反射が無視できる場合、近似的に

となる。
但し、κ_ｓｐ＝ｋ’_ｓｐ／ｋ_０とする。つまり、式（１８）が十分大きければ、金属層７６の表面に生成されるＳＰＰの電磁場が陰極や有機層に滲み出し、陰極７４と低屈折率層７５の界面での全反射により生じたエバネッセント波とカップリングして、取り出すことができる。
　図１９（ａ）は金属層７６をＡｌ、（ｂ）は金属層７６をＡｇとした場合の式（１８）をグラフ化した図である。

この結果を、図１６（ａ）、（ｂ）と比較すると、式（１８）において、金属層７６の表面に生成されるＳＰＰの、低屈折率層７５／陰極７４の界面での強度は、金属層７６の表面での強度を１として規格化すると、低屈折率層７５の厚み方向に伝搬した位置でのＳＰＰの強度が０．４以下となる低屈折率層７５の厚みで、ピーク幅が一定値に飽和していることが分かる。すなわち、式（１８）が０．４以下となるときには、低屈折率層７５と陰極７４の界面にまで滲み出すＳＰＰの強度が小さくなり、Otto型配置による光取り出し効果は少なくなると言える。逆に言えば、低屈折率層７５の膜厚は、式（１８）が０．４以上となれば、Otto型配置による光取り出し効果を十分に得ることができることが分かる。本検討は低屈折率層７５の屈折率がｎ＝１．３８の場合を計算しているが、屈折率は１．３８に限定されるものではなく、金属層７６もＡｇとＡｌに限定されるものではない。式（１８）で表わされる、低屈折率層７５と陰極７４の界面でのＳＰＰの強度が一定値（例えば０．４）より大きいという条件を満たせば、Otto配置によってＳＰＰモード光を有機層７３中に取り出すことができる。この条件を満たす限り、低屈折率層７５の屈折率や金属層７６の材料は限定されるものではない。

本発明の有機ＥＬ素子の実施例について以下に説明する。

本発明においては、各実施形態の有機ＥＬ素子の光取り出し効率への効果の確認をシミュレーションにより行った。最初に、シミュレーションに用いた有限差分時間領域法（ＦＤＴＤmethod：Finite Difference Time Domain Method）について説明する。ＦＤＴＤ法は、電磁界の時間変化を記述するＭａｘｗｅｌｌの方程式を空間的・時間的に差分化し、空間の各点における電磁界の時間変化を追跡する解析手法である。ＦＤＴＤ法により有機ＥＬ素子の光取出し効率を計算するには、発光層における発光を微小ダイポールからの放射と捉えて、その放射の強度を計数する。より具体的には、ダイポールの全放射強度に対する基板まで取り出された光の割合を光取り出し効率として、その振動数依存性を計算する。以降ではこの光取り出し効率を計算した結果をグラフで示す。横軸のλはダイポールの振動数を真空中の波長で表示したもの、縦軸のηは光取り出し効率である。以降の図においても同じである。
計算は、現実に近い発光現象をシミュレートするために、発光源であるダイポールをランダム（ダイポールのモーメントが全ての方向にランダム）として行った。

　図２０は、シミュレーションで用いた第１の実施形態の一例である有機ＥＬ素子１０のモデル構造を示す断面図である。
　基板１はガラスからなるとして、屈折率としては１．５２を用いた。陽極２および陰極４はＩＴＯからなるとして、屈折率としては５５０ｎｍで１．８２＋０．０９ｉを用い、その他の波長はローレンツモデルで外挿した。また、有機層３の屈折率としては１．７２を用いた。また低屈折率層５は、ＳＯＧからなるとして屈折率としては屈折率１．２５を用いた。また、金属層６はアルミニウム（Ａｌ）からなるとして、屈折率としては５５０ｎｍで０．６４９+４．３２ｉを用い、その他の波長はドルーデモデルで外挿した。
　また、陽極２、有機層３、陰極４、低屈折率層５、金属層６、高屈折率層の層状部７ｃの層厚はそれぞれ、１５０ｎｍ、２１０ｎｍ、５０ｎｍ、１００ｎｍ、１００ｎｍ、１５０ｎｍとした。
　発光点の位置は、有機層３内で陰極４から１３２．５ｎｍ離れた点（図２０中の星印）とした。
　また、凸部７ａは、紙面奥行き方向には並進対称（ストライプ状）な構造としている。すなわち、平面視で、凸部７ａは面内の一方向を無限に伸びるライン状の形状をしている。
　図２１（ａ）、（ｂ）は、図２０に示す有機ＥＬ素子１０のモデル構造の断面と、その変形例を示す断面図である。

（実施例１）
　図２２は、底角θを変更した場合の、有機ＥＬ素子１０の光取り出し効率を、ＦＤＴＤ法を用いてコンピューターシュミレーションで求めた結果を示す。図２１（ａ）に、底角θを変更した有機ＥＬ素子の断面模式図を示した。図２１（ａ）の全ての有機ＥＬ素子において、凸部７ａの高さは１２００ｎｍであり、隣り合う凸部７ａ同士は互いに接触させている（すなわち、隣接凸部７ａの間に平坦面が無い）。θが７０°、６０°、５０°の場合と共に、比較の為にOtto型配置の第２電極側構造を有さず、且つ高屈折率層７も有しない構造（以下、「標準構造」という）と、凸部７ａのみを有しないOtto型配置のみの構造（以下、「ベタ構造」という）の計算を行った。また、高屈折率層７は、非晶質のジルコニアからなるとしてその屈折率としては１．９０を用いた。横軸λは真空中の波長、縦軸ηは光取り出し効率（全発光強度に対する基板まで取り出された光強度の相対値）を示している（以下のシミュレーション結果についても同様）。
　図２２から全ての角度において、標準構造やベタ構造と比較して、光取り出し効率が向上していることが分かる。底角の角度が小さくなるにつれて、光の取り出し効率が向上していることが分かる。これは、底角が大きいと、凸部７ａの斜面が基板に垂直に近くなっていくため、一度高屈折率層の凸部７ａから基板中に取出された光の一部が、隣接する凸部７ａに再入射してしまうためと考えられる。

（実施例２）
　図２３は、高屈折率層７の屈折率を変更した場合の、有機ＥＬ素子１０の光取り出し効率を、ＦＤＴＤ法を用いてコンピューターシュミレーションで求めた結果を示す。高屈折率層７の屈折率が、１．７２、１．９０、２．２０、２．５０のそれぞれの場合の計算を行った。底角θは６０°とした。また、実施例１と同様に、標準構造及びベタ構造も比較として計算した。実施例１と同様、どの屈折率の場合も、凸部７ａの高さは１２００ｎｍであり、隣り合う凸部７ａ同士は互いに接触させている。
　図２３から全ての屈折率において、標準構造やベタ構造と比較して、光取り出し効率が向上していることが分かる。また、屈折率が２．２０の時に光取り出し効率が最大となっていることが分かる。これは、高屈折率層の屈折率が高くなるほど高屈折率層中の伝播角γが小さくなる（正面寄りとなる）が、高くなりすぎると高屈折率層／基板で光が全反射やフレネル反射を起こしやすくなり、光が高屈折率層中に閉じ込められやすくなるためである。

（実施例３）
　図２４は、隣接する凸部間の中心間隔（ピッチ）を変更した場合の、有機ＥＬ素子１０の光取り出し効率を、ＦＤＴＤ法を用いてコンピューターシュミレーションで求めた結果を示す。図２１（ｂ）に、ピッチを変更した有機ＥＬ素子の断面模式図を示す。隣り合う凸部同士が接触する（すなわち、隣接凸部の間に平坦面が無い）場合のピッチを基本とし、そのピッチの、１．５倍、２．０倍のそれぞれの場合の計算を行った。図２１（ｂ）に示すように、凸部７ａの形状は全て同じとしており、ピッチが１．５倍および２．０倍の場合は、隣り合う凸部７ａの間は、高屈折率層の層状部７ｃのみが存在し、平坦な面となっているとした。この際の高屈折率層７は屈折率が１．９０であり、凸部７ａの底角θは６０°、高さは１２００ｎｍとした。また、実施例１と同様に、標準構造及びベタ構造も比較として計算した。
　図２４から全てのピッチにおいて、標準構造やベタ構造と比較して、光取り出し効率が向上していることが分かる。ピッチが１．５倍の時に光取り出し効率が最大となっていることが分かる。これは、隣り合う凸部が近すぎると、凸部から取り出された光の一部が、隣接する凸部に再入射してしまう。隣り合う凸部が離れすぎると、高屈折層／基板界面にフラットな領域が多くなり、この界面を全反射して閉じ込められる光が増えるためと考えられる。

（実施例４）
図２５は、図２０に示す有機ＥＬ素子１０のモデル構造と、他の変形例を示す断面図である。凸部７ａは、紙面奥行き方向には並進対称（ストライプ状）な構造としている。すなわち、平面視で、凸部７ａは面内の一方向を無限に伸びるライン状の形状をしている。凸部７ａの断面形状は二等辺三角形であり、隣り合う二つの二等辺三角形と、隣り合う二等辺三角形の頂点同志を通る直線とに囲まれた領域に内接する円の直径ｄが８００ｎｍである。直径ｄが一定で底角θが異なる場合について光取り出し効率をシミュレーションにより計算した結果を図２６に示す。隣り合う凸部７ａ同士は互いに接触させている。
内接する円の直径ｄが発光光の実効波長（λ／ｎ_ｈ）以上とすることで、凸部７ａの斜面において光を屈折させ、より効率的に光を取り出すことができる。実施例４では底角θによる影響を明確にするため、効率的に光を取り出すことができる発光光の実効波長より十分大きな値として、内接する円の直径ｄを８００ｎｍとした。
図２６から、底角θが７５°～２０°（頂角αが３０°～１４０°）の全ての角度において、標準構造やベタ構造と比較して、光取り出し効率が向上していることが分かる。底角θが７５°～６５°の場合に比べ、底角θが５５°～２０°（頂角αが７０°～１４０°）の場合に光取り出し効率の向上が顕著である。また実施例１の傾向と同様に、５０°までの範囲で角度が小さくなるにつれて、光の取り出し効率が向上していることが分かる。これは、底角が大きいと、凸部７ａの斜面が基板に垂直に近くなっていくため、一度高屈折率層の凸部７ａから取出された光の一部が、隣接する凸部７ａに再入射してしまうためと考えられる。底角θの範囲としては、２０°～７５°が好ましく、２０°～５５°が更に好ましい。また、頂角αの範囲としては、３０°～１４０°が好ましく、７０°～１４０°が更に好ましい。

　次に、第２の実施形態の有機ＥＬ素子２０における形状を変えて、光取り出し効率をシミュレーションにより計算した。
計算は、現実に近い発光現象をシミュレートするために、発光源であるダイポールについて、そのモーメント方向をランダムとして行った。以下に示す光取り出し効率の計算結果のグラフ図は全てこのランダムなダイポールに対する計算結果である。

図２７は、シミュレーションで用いた実施形態の有機ＥＬ素子のモデル構造を断面視した模式図である。図２７（ａ）および（ｂ）は、図６における凸部１７ａがθ２１＝θ２２＝０°の場合の図であり、凸部１７ａの断面形状が台形形状を形成している場合の図である。図２７（ａ）と図２７（ｂ）は台形の高さが異なっている。図２７（ａ）の凸部１７ａの高さは、４００ｎｍであるとした。図２７（ｂ）の凸部１７ａの高さは、８００ｎｍとした。また図２７（ｃ）および（ｄ）は、図６における凸部１７ａがθ２１＝θ２２＝３０°の場合の図であり、凸部１７ａの断面形状が２段の凸形状を有している。図２７（ｃ）と図２７（ｄ）は、凸部１７ａの高さが異なっている。図２７（ｃ）の凸部１７ａの高さは、６６７ｎｍであるとし、斜辺の角度が変化する一段目までの高さを４００ｎｍとした。図２７（ｄ）の凸部１７ａの高さは、１０００ｎｍであるとし、斜辺の角度が変化する一段目までの高さを９３３ｎｍとした。なお、図２７の（ａ）～（ｄ）は、全て図２におけるθ１１＝θ１２＝６０°とし、隣り合う凸部７ａ間の中心間隔は、１３８０ｎｍであるとした。

図２７に図示しないが、θ１１＝θ１２＝６０°で底辺の長さが１３８０ｎｍの正三角形のモデル構造も比較の為、シミュレーションで計算した。
　計算に用いた屈折率の値は以下のとおりである。基板１１はガラスからなるとして、屈折率としては１．５２を用いた。凸部１７ａおよび層状部１７ｃは、非晶質のジルコニアからなるとしてその屈折率としては１．９０を用いた。陽極（第１電極）１２および陰極（第２電極）１４はＩＴＯからなるとして、屈折率としては５５０ｎｍで１．８２+０．００９ｉとし、その他の波長はローレンツモデルで外挿した。また、有機層１３の平均の屈折率としては１．７２を用いた。低屈折率層１５は、ＳＯＧからなるとして屈折率としては屈折率１．２５を用いた。金属層１６はアルミニウム（Ａｌ）からなるとして、屈折率としては５５０ｎｍで０．６４９+４．３２ｉを用い、その他の波長はドルーデモデルで外挿した。
層状部１７ｃ、陽極１２、有機層１３、陰極１４、低屈折率層１５、金属層１６の層厚はそれぞれ、１５０ｎｍ、１５０ｎｍ、２１０ｎｍ、５０ｎｍ、１００ｎｍ、１００ｎｍとした。
発光点の位置は、有機層３内で陰極４から１３２．５ｎｍ離れた点とした。

（実施例５）
　図２８（ａ）は、シミュレーションで用いた実施例５に係る有機ＥＬ素子の基板１１側からみた平面図である。また、一つ一つの凸部１７ａが平面図中のどの部分に対応するかの理解の助けとなるように、凸部１７ａの断面視形状を図示した。図２８（ａ）に示すように、凸部１７ａの底面が一辺１３８０ｎｍの正方形であり、凸部１７ａが正方格子状に敷き詰められているとした。また図２８（ａ）のように平面視した際に、有機層の星印に対応する箇所を発光点とした。

図２９は、図２８（ａ）の配置で図２７（ａ）～（ｄ）の凸部１７ａ形状を有する実施例５に係る有機ＥＬ素子の光取り出し効率を、ＦＤＴＤ法を用いてコンピュータシミュレーションで求めた結果を示す。図２９（ａ）は、図２７（ａ）および（ｂ）で表される台形形状の凸部１７ａの結果であり、図２９（ｂ）は、図２７（ｃ）および（ｄ）で表される２段階の斜面を有する凸部１７ａの結果である。さらに、Otto型配置の陰極側構造を有するが、有機層中まで取り出された伝播光を導波モード光とせずに外部に取り出す第１電極側構造は有しない構造（以下、「Otto型配置のみ構造」ということがある）と、標準構造と、三角構造（有機ＥＬ素子１０の構造で断面形状が正三角形の場合）の場合も計算した。図２９（ａ）において、「先平（低）」は図２７（ａ）で模式的に示される有機ＥＬ素子のコンピュータシミュレーションの結果を示し、「先平（高）」は図２７（ｂ）で模式的に示される有機ＥＬ素子のコンピュータシミュレーションの結果を示す。また図２９（ｂ）において、「先テーパー（低）」は図２７（ｃ）で模式的に示される有機ＥＬ素子のコンピュータシミュレーションの結果を示し、「先テーパー（高）」は図２７（ｄ）で模式的に示される有機ＥＬ素子のコンピュータシミュレーションの結果を示す。

　図２９（ａ）および（ｂ）より、全ての波長において、実施例５に係る有機ＥＬ素子の光取り出し効率が、Otto型配置のみ構造と比較して大幅に向上していることが分かる。また、第１の実施形態に係る三角構造の有機ＥＬ素子１０も、Otto型配置のみ構造と比較して大幅に向上していることが分かる。
一方、実施例５に係る有機ＥＬ素子と、三角構造の有機ＥＬ素子１０とを比較すると、実施例５に係る有機ＥＬ素子の光取り出し効率がさらに向上していることが分かる。つまり、凸部をあえて多段形状として形成することにより、一度高屈折率層から取出された光が、再度高屈折率層に再入射してしまうという問題を解消することができ、光取り出し効率をさらに向上させることができる。
　図２９（ａ）のグラフで、「先平（低）」（図２７（ａ）の構造）の取り出し効率の結果が、「先平（高）」（図２７（ｂ）の構造）の取り出し効率より高くなっている。これは凸部の高さを低くすることで、より外部に取り出された光が凸部１７ａへ再入射することを抑制しているためと考えられる。図２９（ｂ）のグラフで、「先テーパー（低）」（図２７（ｃ）の構造）と「先テーパー（高）」（図２７（ｄ）の構造）においても、同様の結果が得られている。また、図２９（ａ）および（ｂ）において、図２９（ａ）における「先平（高）」（図２７（ｂ）の構造）で表される結果と図２９（ｂ）の「先テーパー（高）」（図２７（ｄ）の構造）で表される結果のそれぞれは、三角構造の結果と比較して有意差が少ないようにも見える。これは上述のように、外部に取り出された光の凸部１７ａへの再入射の程度により、三角構造に対する有意差が生じることから、光取り出し効率の結果においても、程度の差はあるものの三角構造より向上していることは変わらない。

（実施例６）
　図２８（ｂ）は、シミュレーションで用いた実施例６に係る有機ＥＬ素子の基板１１側からみた平面図である。一つ一つの凸部１７ａが平面図中のどの部分に対応するかの理解の助けとなるように、凸部１７ａの断面視形状を図示した。図２８（ｂ）に示すように、実施例６では、凸部１７ａの底面が直径１３８０ｎｍの円形であり、凸部１７ａが正方格子状に敷き詰められているとした。また図２８（ｂ）のように平面視した際に、有機層の星印に対応する箇所を発光点とした。

図３０は、図２８（ｂ）の配置で図２７（ａ）～（ｄ）の凸部１７ａ形状を有する有機ＥＬ素子の光取り出し効率を、ＦＤＴＤ法を用いてコンピュータシミュレーションで求めた結果を示す。図３０（ａ）は、図２７（ａ）および（ｂ）で表される台形形状の凸部１７ａの結果である。図３０（ｂ）は、図２７（ｃ）および（ｄ）で表される２段階の傾斜面を有する凸部１７ａの結果である。さらに、Otto型配置のみ構造、標準構造、三角構造の場合も計算した。図３０（ａ）において、「台形（低）」は図２７（ａ）で模式的に示される有機ＥＬ素子のコンピュータシミュレーションの結果を示し、「台形（高）」は図２７（ｂ）で模式的に示される有機ＥＬ素子のコンピュータシミュレーションの結果を示す。また図３０（ｂ）において、「先テーパー（低）」は図２７（ｃ）で模式的に示される有機ＥＬ素子のコンピュータシミュレーションの結果を示し、「先テーパー（高）」は図２７（ｄ）で模式的に示される有機ＥＬ素子のコンピュータシミュレーションの結果を示す。

　図３０（ａ）および（ｂ）より、全ての波長において、実施例６に係る有機ＥＬ素子の光取り出し効率が、Otto型配置のみ構造と比較して大幅に向上していることが分かる。第１の実施形態に係る三角構造の有機ＥＬ素子１０も、Otto型配置のみ構造と比較して大幅に向上していることが分かる。
一方、実施例６に係る有機ＥＬ素子と、三角構造を有する有機ＥＬ素子１０と比較すると、実施例６に係る有機ＥＬ素子の光取り出し効率がさらに向上していることが分かる。つまり、凸部をあえて多段形状として形成することにより、一度高屈折率層から取出された光が、再度高屈折率層に再入射してしまうという問題を解消することができ、光取り出し効率を向上させることができる。
　図３０のグラフにおいて、「台形（低）」（図２７（ａ）の構造）の取り出し効率が、「台形（高）」（図２７（ｂ）の構造）の取り出し効率より高くなっており、これは凸部の高さを低くすることで、より外部に取り出された光が凸部１７ａへ再入射することを抑制しているためと考えられる。図３０（ｂ）のグラフで、「先テーパー（低）」（図２７（ｃ）の構造）と「先テーパー（高）」（図２７（ｄ）の構造）においても、同様の結果が得られている。また、図３０（ａ）および（ｂ）において、図３０（ａ）における「先平（高）」（図２７（ｂ）の構造）で表される結果と図３０（ｂ）の「先テーパー（高）」（図２７（ｄ）の構造）で表される結果のそれぞれは、三角構造の結果と比較して有意差が少ないようにも見える。しかし、グラフ上重なって見えるが、凸部を多段にした結果の方が、程度の差はあるものの三角構造より向上していることは程度の差はあるものの変わらない。このことは後述するが図３３（ａ２）及び（ｂ２）の、ｈ＝８００ｎｍの結果とｈ＝１２００ｎｍの結果を比較した際に、ｈ＝８００ｎｍの結果の方が光取り出し効率が向上していることからも確認できる。

（実施例７）
　図２８（ｃ）は、シミュレーションで用いた実施例７に係る有機ＥＬ素子の基板１１側からみた平面図である。一つ一つの凸部１７ａが平面図中のどの部分に対応するかの理解の助けとなるように、凸部１７ａの断面視形状を図示した。図２８（ｃ）に示すように、実施例７では、凸部１７ａは、紙面奥行き方向には並進対称（ストライプ状）な構造としている。すなわち、平面視で、凸部１７ａは面内の一方向を無限に伸びるライン状の形状をしている。幅１３８０ｎｍの凸部１７ａが平行ライン状に敷き詰められているとした。また図２８（ｃ）のように平面視した際に、有機層の星印に対応する箇所を発光点とした。

図３１は、図２８（ｃ）の配置で図２７（ａ）～（ｄ）の凸部１７ａ形状を有する有機ＥＬ素子の光取り出し効率を、ＦＤＴＤ法を用いてコンピュータシミュレーションで求めた結果を示す。図３１（ａ）は、図２７（ａ）および（ｂ）で表される台形形状の凸部１７ａの結果である。図３１（ｂ）は、図２７（ｃ）および（ｄ）で表される２段階の傾斜面１７Ａを有する凸部１７ａの結果である。さらに、Otto型配置のみ構造、標準構造、三角構造の場合も計算した。図３１（ａ）において、「先平（低）」は図２７（ａ）で模式的に示される有機ＥＬ素子のコンピュータシミュレーションの結果を示し、「先平（高）」は図２７（ｂ）で模式的に示される有機ＥＬ素子のコンピュータシミュレーションの結果を示す。また図３１（ｂ）において、「先テーパー（低）」は図２１（ｃ）で模式的に示される有機ＥＬ素子のコンピュータシミュレーションの結果を示し、「先テーパー（高）」は図２７（ｄ）で模式的に示される有機ＥＬ素子のコンピュータシミュレーションの結果を示す。

　図３１（ａ）および（ｂ）より、全ての波長において、実施例７に係る有機ＥＬ素子の光取り出し効率が、Otto型配置のみ構造と比較して大幅に向上していることが分かる。また、第１の実施形態に係る三角構造の有機ＥＬ素子１０も、Otto型配置のみ構造と比較して大幅に向上していることが分かる。
一方、実施例７に係る有機ＥＬ素子と、三角構造の有機ＥＬ素子１０とを比較すると、実施例７に係る有機ＥＬ素子の光取り出し効率がさらに向上していることが分かる。つまり、凸部をあえて多段形状として形成することにより、一度高屈折率層から取出された光が、再度高屈折率層に再入射してしまうという問題が解消でき、光取り出し効率を向上させることができる。
　図３１（ｂ）では「先テーパー（低）」（図２７（ｃ）の構造）の取り出し効率が、「先テーパー（高）」（図２７（ｄ）の構造）」の取り出し効率より高くなっている。これは凸部の高さを低くすることで、より外部に取り出された光が凸部１７ａへ再入射することを抑制しているためと考えられる。図３１（ａ）では、５５０ｎｍ以下の波長領域では、図３１（ｂ）と同じ傾向であるが、５５０ｎｍ以上の波長領域では「先平（低）」（図２７（ａ）の構造）の取り出し効率が、「先平（高）」（図２７（ｂ）の構造）の取り出し効率より低くなっており、傾向が逆転している。これは、図２７（ｃ）では凸部が素子面内の一方向に並進対称（ストライプ状）な形状をしており、平面視でこの方向に進む光については、凸部の高さを低くすることによる再入射防止の効果が顕現しにくいためであると考えられる。

　また凸部１７ａにおいて、底辺と多角形の斜辺のなす角が底辺側から見て最初に変化する片部までの高さｈ（すなわち、本発明における底辺から最初の他の辺の底辺側の端部までの高さ）を変化させた時の光取り出し効率の変化を計算した。図３２（ａ）は、二つの斜辺と二つの他の辺を有する、先テーパー型の五角形を模式的に図示したものである。図３２（ｂ）は底辺に平行な一つの他の辺を有する台形の凸部１７ａの断面視形状を模式的に図示したものである。
　先テーパー型の五角形は、二つの底角を６０°、他の辺と底辺のなす二つの角を３０°とし、その底辺の長さを１３８０ｎｍ、底辺側から最初の片部までの高さをｈとした。台形は、底辺の長さを１３８０ｎｍ、二つの底角を６０°とし、その底辺側から最初の片部までの高さをｈとした。底辺の長さとは、図２８（ａ）の場合底面の正方形の一辺、（ｂ）の場合底面の円の直径、（ｃ）の場合、底面のラインの幅を意味する。

　図３３は、底辺と多角形の斜辺のなす角が底辺側から見て最初に変化する片部までの高さｈ（すなわち、本発明における底辺から、最初の他の辺の底辺側の端部までの高さ）を変化させた時の光取り出し効率の変化を計算した結果をまとめた図である。図３３（ａ１）～（ａ３）は先テーパー型の五角形に対して計算した結果である。図３３（ｂ１）～（ｂ３）は台形に対して計算した結果である。また図３３（ａ１）及び（ｂ１）が図２８（ａ）の配置、図３３（ａ２）及び（ｂ２）が図２８（ｂ）の配置、図３３（ａ３）及び（ｂ３）が図２８（ｃ）の配置とした場合の結果である。グラフは縦軸が光の取り出し効率であり、横軸が片部までの高さｈである。発光光のうち、代表的な７００ｎｍ、６２０ｎｍ、５５０ｎｍ、４８０ｎｍの波長の光の取り出し効率をそれぞれ計算した。先テーパー型の五角形において、片部の高さｈ＝０ｎｍの場合は、二つの斜辺と二つの底辺によって作られる底角３０°の二等辺三角形となる。

その結果、片部までの高さｈが６００ｎｍの時に、図３３（ａ１）～（ｂ３）のすべてにおいて、最も取り出し効率が高くなっていることが分かる。片部までの高さｈが低すぎると充分な屈折の効果を得ることができず、効率的に光を取り出せない為と考えられる。また高すぎると、基板１側に取り出された光が、隣接する凸部に再入射し効率的に光を取り出せない為と考えられる。また図３３（ｂ１）～（ｂ３）の片部の高さｈが、０～２００ｎｍの場合、その他の場合に比べて光取り出し効率が低くなっていることが分かる。これは、隣り合う二つの前記多角形と、この隣り合う多角形の高さが最大である点同士を通る直線と、この隣り合う多角形の底辺を結ぶ直線によって囲まれる領域の素子面内方向の大きさ及び素子面内方向に垂直な方向の大きさが、いずれも発光光の実効波長より小さいためと考えられる。

１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０　有機ＥＬ素子
１、１１、２１、３１、４１、５１、６１、７１　基板
２、１２、２２、３２、４２、５２、６２、７２　陽極
３、１３、２３、３３、４３、５３、６３、７３　有機層
４、１４、２４、３４、４４、５４、６４、７４　陰極
５、１５、２５、３５、４５、５５、７５　低屈折率層
６、１６、２６、３６、４６、５６、７６　金属層
７、１７、２７、３７、４７、５７　高屈折率層
７ａ、１７ａ、２７ａ、３７ａ、４７ａ、５７ａ　凸部
２７ｂ、３７ｂ　凹部
７ｃ、１７ｃ、２７ｃ、３７ｃ、４７ｃ、５７ｃ　層状部
４８　版
４１ｓ　固化後の誘電体
Ｓ、Ｕ　前駆体
５１Ａ　高耐性層
５１Ｂ　低耐性層
１００　画像表示装置
１０４　陽極配線
１０６　陽極補助配線
１０８　陰極配線
１１０　絶縁膜
１１２　陰極隔壁
１１６　封止プレート
１１８　シール材
１２０　開口部
２００　照明装置
２０１　点灯回路
２０２　端子
２０３　端子

Claims

　第１電極と、発光層を含む有機層と、第２電極と、低屈折率層と、金属層を順に具備する有機ＥＬ素子であって、
前記第２電極は、透光性導電材料からなり、
前記低屈折率層の屈折率は、前記有機層の屈折率よりも低く、
　前記第１電極の前記有機層と反対側の面に高屈折率層を具備し、
前記高屈折率層は、その高屈折率層の前記第１電極とは反対側の面に隣接する物質よりも屈折率が高く、且つ前記低屈折率層よりも屈折率が高い材料からなり、
さらに前記高屈折率層は、前記第１電極と反対側に向かって凸である複数の凸部を備え、
前記凸部は、前記第１電極に対して垂直な断面のうち、この断面の高さが最大であり、かつ、この断面の底辺の長さが最小である断面の断面形状が、前記第１電極に平行な底辺と二つの底角を備える多角形であり、前記二つの底角はいずれも鋭角であり、前記底角を挟んで前記底辺に接続する二つの斜辺を有し、
前記凸部は前記斜辺を面内に含む斜面を有する、ことを特徴とする有機ＥＬ素子。
前記断面形状が、前記底辺と前記二つの斜辺以外に、他の辺を有する多段形状の多角形であり、
前記二つの斜辺及び前記他の辺と、前記底辺とのなす角が、前記多段形状の多角形の底辺から頂部に向かうに従って順に小さくなることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ素子。
前記断面形状が、前記他の辺を二つ以上有する多段形状の多角形であることを特徴とする請求項２に記載の有機ＥＬ素子。
隣り合う前記凸部のそれぞれの前記断面形状をなす二つの前記多角形を含む平面において、
隣り合う二つの前記多角形と、これらの隣り合う多角形の高さが最大である点同士を通る直線と、これらの隣り合う多角形の底辺を結ぶ直線によって囲まれる領域の素子面内方向の大きさ及び素子面内方向に垂直な方向の大きさが、
いずれも発光光の実効波長（λ／ｎ_h）以上であることを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子。
ここでλは前記発光層で発光する光の最大ピーク波長における真空中での波長であり、ｎ_hは前記高屈折率層の屈折率である。
前記金属層の比誘電率の実部をε₁、前記低屈折率層の比誘電率をε₂、前記高屈折率層の比誘電率をε_h、前記高屈折率層の前記第１電極とは反対側の面に隣接する物質の比誘電率をε_sとし、前記底角（θ_a）が下記の式（１）の範囲内の角度であることを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子。

ここでγは下記の式（２）で定義される角度である。

ここで、比誘電率ε₂、比誘電率ε_h、比誘電率ε_sは発光層で発光する光の最大ピーク波長における比誘電率であり、比誘電率の実部ε₁は発光層で発光する光の最大ピーク波長における比誘電率の実部である。
前記金属層の比誘電率の実部をε₁、前記低屈折率層の比誘電率をε₂、前記高屈折率層の比誘電率をε_h、前記高屈折率層の前記第１電極とは反対側の面に隣接する物質の比誘電率をε_sとし、隣り合う前記凸部の一方の凸部の前記底角（θ_ａ）と他方の凸部の前記底角（θ_b）が下記の式（３）の範囲内の角度であることを特徴とする請求項１～５のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子。

ここでγは下記の式（４）で定義される角度である。

ここで、比誘電率ε₂、比誘電率ε_h、比誘電率ε_sは発光層で発光する光の最大ピーク波長における比誘電率であり、比誘電率の実部ε₁は発光層で発光する光の最大ピーク波長における比誘電率の実部である。
前記底角が、２０～７５°の範囲内の角度であることを特徴とする請求項１～６のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子。
前記底角が、２０～５５°の範囲内の角度であることを特徴とする請求項７に記載の有機ＥＬ素子。
前記断面形状の高さが最大である部位が頂点をなし、その頂角が、３０～１４０°の範囲内の角度であることを特徴とする請求項１～８のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子。
前記頂角が、７０～１４０°の範囲内の角度であることを特徴とする請求項９に記載の有機ＥＬ素子。
　第１電極と、発光層を含む有機層と、第２電極と、低屈折率層と、金属層とを順に具備する有機ＥＬ素子であって、
前記第２電極は、透光性導電材料からなり、
前記低屈折率層の屈折率は、前記有機層の屈折率よりも低く、
　前記第１電極の前記有機層と反対側の面に高屈折率層を具備し、
前記高屈折率層は、その高屈折率層の前記第１電極とは反対側の面に隣接する物質よりも屈折率が高く、且つ前記低屈折率層よりも屈折率が高い材料からなり、
さらに前記高屈折率層は、前記第１電極側に向かって凹である複数の凹部を備え、
前記凹部は、前記第１電極に対して垂直な断面のうち、この断面の高さが最大であり、かつ、この断面の底辺の長さが最小である断面の断面形状が、前記第１電極に平行な底辺と二つの底角を備える多角形であり、前記二つの底角はいずれも鋭角であり、前記底角を挟んで前記底辺に接続する二つの斜辺を有し、
前記凹部は前記斜辺を面内に含む斜面を有する、ことを特徴とする有機ＥＬ素子。
前記断面形状が、前記底辺と前記二つの斜辺以外に、他の辺を有する多段形状の多角形であり、
前記二つの斜辺及び前記他の辺と、前記底辺とのなす角が、前記多段形状の多角形の底辺から頂部に向かうに従って順に大きくなることを特徴とする請求項１１に記載の有機ＥＬ素子。
前記断面形状が、前記底辺と前記二つの斜辺以外に、前記底辺と平行な辺を有する多段形状の多角形であることを特徴とする請求項１１に記載の有機ＥＬ素子。
前記断面形状が、さらに他の辺を有する多段形状の多角形であり、
前記二つの斜辺及び前記他の辺と、前記底辺とのなす角が、前記多段形状の多角形の底辺から頂部に向かうに従って順に大きくなることを特徴とする請求項１３に記載の有機ＥＬ素子。
前記断面形状が、前記他の辺を二つ以上有する多段形状の多角形であることを特徴とする請求項１２または１４のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子。
前記断面形状をなす前記多角形の素子面内方向の大きさ及び素子面内方向に垂直な方向の大きさが、いずれも発光光の実効波長（λ／ｎ_h）以上であることを特徴とする請求項１１～１５のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子。
ここでλは発光層で発光する光の最大ピーク波長における真空中での波長であり、ｎ_hは高屈折率層の屈折率である。
　前記凸部または前記凹部が面内の一方向に連なるライン状に形成されていることを特徴とする請求項１～１６のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子。
　前記凸部または前記凹部が面内方向に正方格子状に形成されていることを特徴とする請求項１～１７のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子。
　前記低屈折率層の厚さが、２０ｎｍ以上３００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１～１８のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子。
　前記高屈折率層が複数の層からなることを特徴とする請求項１～１９のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子。
前記低屈折率層の屈折率はさらに、前記第２電極の屈折率よりも低いことを特徴とする請求項１～２０のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子。
前記第２電極の屈折率はさらに、前記有機層の屈折率よりも低いことを特徴とする請求項２１に記載の有機ＥＬ素子。
　前記低屈折率層は、前記第２電極及び前記有機層のうちの少なくとも一方よりも屈折率が０．２以上小さい材料からなることを特徴とする請求項１～２２のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子。
　請求項１～２３のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子を備えたことを特徴とする画像表示装置。
　請求項１～２３のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子を備えたことを特徴とする照明装置。