WO2015016176A1

WO2015016176A1 - 有機ｅｌ素子、画像表示装置及び照明装置

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Publication number: WO2015016176A1
Application number: PCT/JP2014/069820
Authority: WO
Inventors: 祥貴下平; 祐介山▲崎▼
Original assignee: Showa Denko KK
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Priority date: 2013-07-31
Filing date: 2014-07-28
Publication date: 2015-02-05
Anticipated expiration: 2016-01-31

Abstract

本発明の有機ＥＬ素子（１０）は、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）とを順に具備する有機ＥＬ素子であって、陰極（４）の、有機層（３）の反対側の面には、厚さ２０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の低屈折率層（５）と、金属層（６）とを順に具備し、陰極（４）は、透光性導電材料からなり、低屈折率層（５）の屈折率は有機層（３）の屈折率よりも低く、陽極（２）の有機層（３）と反対側の面には、第１屈折率材料層（８ａ）を有し、第１屈折率材料層（８ａ）の面内方向には、離散的に配置する複数の第２屈折率材料領域（８ｂ）を有する屈折率変調構造（８）を備えている。

Description

有機ＥＬ素子、画像表示装置及び照明装置

　本発明は、有機ＥＬ素子、画像表示装置及び照明装置に関するものである。本願は、２０１３年７月３１日に、日本に出願された特願２０１３－１５９７００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（エレクトロルミネッセンス）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。このような特徴を有する有機ＥＬ素子は、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、素子外部へ取り出される際の向きに応じて、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の有機ＥＬ素子を考える。このような有機ＥＬ素子において、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。以下、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るため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。以下、この光を基板モード（Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ　Ｍｏｄｅ）光といい、これによる損失を基板損失という。
　発光層で発光した光のうち、基板と陰極との間の種々の界面に臨界角より大きい入射角で入射した光も、これら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る。以下、この光を導波モード（Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ　Ｍｏｄｅ）光といい、これによる損失を導波損失という。種々の界面は、透明導電性酸化物からなる陽極（例えば、酸化インジウム錫（ＩＴＯ（代表的な屈折率：１．８２））と透明基板（例えば、ガラス（代表的な屈折率：１．５２））との界面や、陽極と陰極間に配置される高屈折率層と低屈折率層との界面等が挙げられる。
さらに、発光層で発光した光のうち、金属陰極に入射して金属陰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た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。以下、この光をＳＰＰモード光といい、これによる損失をプラズモン損失という。

　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重要な課題となっている。
　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）。これに対し、導波モード光及びＳＰＰモード光を低減し、取り出し効率を向上させる方法、特に、ＳＰＰモード光を低減し、取り出し効率を向上させる方法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ためには、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させ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の多くは、臨界角より小さい角度で透明電極と基板の界面、及び基板と空気の界面に入射するため、これら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、光の取り出し効率を向上させる方法として、透明基板と電極との界面などに回折格子を形成する方法が提案されている（例えば、特許文献６）。

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号公報特開平１１－２８３７５１号公報

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

　しかしながら、ＳＰＰモード光を伝播光として取り出しても、その光が導波モード光となって素子の外部に取り出すことができなければ、光取り出し効率を向上させることができない。

　本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、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、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モード光を伝播光として取り出し、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モード光を伝播光として取り出す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、基板に対して垂直又は垂直に近い界面を備えた第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得ることができることを見い出し、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電極とを順に具備する有機ＥＬ素子であって、前記第２電極の前記有機層と反対側の面には、厚さ２０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の低屈折率層と、金属層とを該反対側の面に接する側から順に具備し、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は、第１屈折率材料層を有し、前記第１屈折率材料層の面内方向には、離散的に配置された複数の第２屈折率材料領域を有する屈折率変調構造を備えることを特徴とする有機ＥＬ素子。
（２）基板上に、第１電極と、発光層を含む有機層と、第２電極とを順に具備する有機ＥＬ素子であって、前記第２電極の前記有機層と反対側の面に、厚さ２０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の低屈折率層と、金属層とを該反対側の面に接する側から順に具備し、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、前記基板の表面層に離散的に形成された複数の基板凹部が、基板の屈折率と異なる材料で充填されてなる屈折率変調構造を備えることを特徴とする有機ＥＬ素子。
（３）基板上に、第１電極と、発光層を含む有機層と、第２電極とを順に具備する有機ＥＬ素子であって、前記第２電極の前記有機層と反対側の面には、厚さ２０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の低屈折率層と、金属層とを該反対側の面に接する側から順に具備し、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、前記基板の表面層に離散的に形成された複数の基板凸部を有し、その側面を被覆するように基板の屈折率と異なる材料が形成されてなる屈折率変調構造を備えることを特徴とする有機ＥＬ素子。
（４）前記低屈折率層の屈折率は、前記第２電極の屈折率よりも低いことを特徴とする（１）～（３）のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子。
（５）前記第２電極の屈折率は、前記有機層の屈折率よりも低いことを特徴とする（４）に記載の有機ＥＬ素子。
（６）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）～（５）のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子。
（７）前記第２屈折率材料領域、前記基板凹部又は前記基板凸部が、素子面内の少なくとも一方向に配列される周期が、５００ｎｍ～２０００ｎｍであることを特徴とする（１）～（６）のいずれかに一項に記載の有機ＥＬ素子。
（８）前記金属層の誘電率の実部ε₁、前記低屈折率層の誘電率ε₂、及び、前記第２屈折率材料領域、前記基板凹部又は前記基板凸部が、素子面内の少なくとも一方向に配列される周期ｐが、ある整数Ｎ（１≦Ｎ≦３）に対して以下の式を満たすように選択されてい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；

　ここで、λは前記発光層のフォトルミネッセンス・スペクトルのピーク波長である。
（９）前記周期が、２００ｎｍ～２０００ｎｍであることを特徴とする（８）に記載の有機ＥＬ素子。
（１０）（１）～（９）のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子を備えることを特徴とする画像表示装置。
（１１）（１）～（９）のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子を備える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、光取り出し効率が向上した有機ＥＬ素子、画像表示装置及び照明装置を提供できる。

本発明の第１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に示す有機ＥＬ素子の斜視図である。発明の特徴を分かりやすくするため、Ｏｔｔｏ型配置構造の部分を離して図示した。本発明の第１実施形態に係る有機ＥＬ素子を例に、屈折の効果を説明するための断面模式図である。本発明の第１実施形態に係る有機ＥＬ素子を例に、回折格子としての効果を説明するための断面模式図である。本発明の第１実施形態に係る有機ＥＬ素子を例に、フォトニック結晶としての効果を説明するための断面模式図である。本発明の第１実施形態に係る有機ＥＬ素子の他の例を説明するための断面模式図である。本発明の第１実施形態に係る有機ＥＬ素子の他の例を説明するための断面模式図である。本発明の第１実施形態に係る有機ＥＬ素子の他の例を説明するための断面模式図である。本発明の第１実施形態に係る有機ＥＬ素子の他の例を説明するための断面模式図である。本発明の第１実施形態に係る有機ＥＬ素子の他の例を説明するための断面模式図である。本発明の第１実施形態に係る有機ＥＬ素子の他の例を説明するための断面模式図である。本発明の第２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１２に示す有機ＥＬ素子の斜視図である。発明の特徴を分かりやすくするため、Ｏｔｔｏ型配置構造の部分を離して図示した。本発明の第３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１４に示す有機ＥＬ素子の斜視図である。発明の特徴を分かりやすくするため、Ｏｔｔｏ型配置構造の部分を離して図示した。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。本発明の第１実施形態に係る有機ＥＬ素子の製造方法を説明するための断面模式図である。本発明の第２実施形態に係る有機ＥＬ素子の製造方法を説明するための断面模式図である。基板上に、陽極と有機層と陰極（金属）とを有する一般の有機ＥＬ素子において、有機層で発光した光を有機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り、低屈折率層の屈折率を１．３８とし、（ａ）は金属層をＡｌとし、（ｂ）は金属層をＡｇとした場合の結果を示した図である。図２１におけるピークの変化を説明するための、有機ＥＬ素子の断面模式図である。（ａ）は、低屈折率層の膜厚が０ｎｍの場合、（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、（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２１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の変化を示した図である。本発明の第１実施形態に係る有機ＥＬ素子において、（ａ）は金属層をＡｌ、（ｂ）は金属層をＡｇとした場合の式（１６）をグラフ化した図である。本発明の第１実施形態の有機ＥＬ素子の光取り出し効率について、周期依存性をランダムなダイポールを用いて調べた、コンピュータシミュレーション計算の結果を示す図である。図２５のシミュレーションを行った有機ＥＬ素子の構造を説明するための断面模式図である。本発明の第１実施形態の有機ＥＬ素子の光取り出し効率について、水平方向のダイポールからの放射光の電場の強度分布の、隣接する第２屈折率材料領域間のピッチに対する依存性を、コンピュータシミュレーション計算で調べた結果であり、ピッチが（ａ）は２００ｎｍ、（ｂ）は３００ｎｍ、（ｃ）は５００ｎｍ、（ｄ）は９００ｎｍ、（ｅ）は２０００ｎｍ、（ｆ）は４０００ｎｍのものである。本発明の第１実施形態の有機ＥＬ素子の光取り出し効率について、垂直方向のダイポールからの放射光の磁場の強度分布の、隣接する第２屈折率材料領域間のピッチに対する依存性を、コンピュータシミュレーション計算で調べた結果であり、ピッチが（ａ）は２００ｎｍ、（ｂ）は３００ｎｍ、（ｃ）は５００ｎｍ、（ｄ）は９００ｎｍ、（ｅ）は２０００ｎｍ、（ｆ）は４０００ｎｍのものである。Ｏｔｔｏ型配置を有する第２電極側構造を備えた有機ＥＬ素子の第２電極側構造を含む一部の断面模式図である。透過型回折格子を備えた第１電極側構造を備えた有機ＥＬ素子の第１電極側構造を含む一部の断面模式図である。

　以下、本発明を適用した有機ＥＬ素子、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。一の実施形態で説明した内容は他の実施形態では説明を省略する場合がある。
　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。
　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が、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。

（有機ＥＬ素子（第１実施形態））
　図１は、本発明の第１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、図１に示す第１実施形態に係る有機ＥＬ素子の斜視図である。発明の特徴を分かりやすくするため、Ｏｔｔｏ型配置構造の部分を離して図示した。
　図１に示す有機ＥＬ素子１０は、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とを順に具備する。陰極４の有機層３と反対側の面には、厚さ２０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の低屈折率層５と、金属層６とを該反対側の面に接する側から順に具備する。陰極４は、透光性導電材料からなり、低屈折率層５の屈折率は、有機層３の屈折率よりも低い。基板１と陽極２との間には、第１屈折率材料層８ａを有し、第１屈折率材料層８ａの面内方向には、離散的に配置される複数の第２屈折率材料領域８ｂを有する屈折率変調構造８を備える。
　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おいて符号１’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１の配置を併せて示したものである。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。
　上記のように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。

　本発明の有機ＥＬ素子において、陰極側の金属層／低屈折率層／陰極／有機層の積層構造が共通する。この金属層／低屈折率層／陰極／有機層の積層構造において、低屈折率層、陰極、有機層の屈折率をそれぞれｎ_Ｌ、ｎ_Ｃ、ｎ_Ｏとすると、低屈折率層の屈折率が有機層の屈折率よりも低い構成としては、ｎ_Ｌ＜ｎ_Ｏ＜ｎ_Ｃの場合（以下「Ｂパターン」という）、ｎ_Ｌ＜ｎ_Ｃ＜ｎ_Ｏの場合（以下「Ｃパターン」という）と、ｎ_Ｃ＜ｎ_Ｌ＜ｎ_Ｏの場合（以下「Ｄパターン」という）の３通りがある。Ｏｔｔｏ型配置では、金属／低屈折率媒質／高屈折率媒質の順で層を配置する必要がある。Ｂパターンの場合は、金属層／低屈折率層／陰極の構成がＯｔｔｏ型配置になっている。Ｃパターンの場合は、金属層／低屈折率層／陰極の構成がＯｔｔｏ型配置である他、金属層／低屈折率層＋陰極／有機層の構成もＯｔｔｏ型配置になっている。Ｄパターンの場合は、金属層／低屈折率層＋陰極／有機層の構成がＯｔｔｏ型配置になっている。

　Ｂ～Ｄパターンで最も好ましいのは、Ｃパターンである。この場合は、金属層／低屈折率層／陰極（透明導電層）の構成がＯｔｔｏ型配置になっていると共に、金属層／低屈折率層+陰極（透明導電層）／有機層の構成でもＯｔｔｏ型配置になっている。そのため、金属層からＳＰＰモード光の再放射が最も生じやすい。さらに、低屈折率層、陰極（透明導電層）、有機層の順に屈折率が高くなるため各界面で全反射が生じず、再放射されたＳＰＰモード光がそのまま基板側へ取り出される。この具体的な構成としては、陰極（透明導電層）が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）、代表的な屈折率：１．５）などの透明導電材料層で、低屈折率層が空気やＣパターンの屈折率条件を満たすＳＯＧ（スピンオングラス）である場合が挙げられる。
　次に好ましいのは、Ｂパターンである。この場合は、金属層／低屈折率層／陰極（透明導電層）の構成がＯｔｔｏ型配置になっている。そのため、金属層からＳＰＰモード光の再放射が生じる。但し、有機層の屈折率が低屈折率層と陰極（透明導電層）の中間の値なので再放射されたＳＰＰモード光のうちの一部の光は、陰極（透明導電層）／有機層の界面で全反射し、その残りの光が有機層に透過する。この具体的な構成例としては、有機層（代表的な屈折率：１．７～１．８）に対し、陰極の材料としてａ－ＩＴＯ（アモルファスＩＴＯ、代表的な屈折率：２．１）を選び、低屈折率層の材料としてＳＯＧの中から有機層の材料より低屈折率のものを選ぶ場合が挙げられる。
　次に好ましいのは、Ｄパターンである。この場合は、金属層／低屈折率層／陰極（透明導電層）の構成はＯｔｔｏ型配置になっていないが、金属層／低屈折率層+陰極（透明導電層）／有機層の構成でだけＯｔｔｏ型配置になっている。そのため、金属層からＳＰＰモード光の再放射が生じるが、Ｂパターンの場合よりもさらにＳＰＰモード光の再放射が少なくなる。
この具体的な構成としては、有機層（代表的な屈折率：１．７～１．８）に対し、陰極の材料としてＰＥＤＯＴ：ＰＳＳを選び、低屈折率層の材料として、その屈折率ｎ_Ｌがｎ_Ｃとｎ_Ｏの中間となるような材料、例えば、Ｂパターンの屈折率条件を満たすＳＯＧを採用すればよい。

　ｎ_Ｏ＜ｎ_Ｃ＜ｎ_Ｌの場合（以下「Ｅパターン」という）、ｎ_Ｃ＜ｎ_Ｏ＜ｎ_Ｌの場合（以下「Ｆパターン」ということがある）ではＯｔｔｏ型配置にはならない。ｎ_Ｏ＜ｎ_Ｌ＜ｎ_Ｃの場合（以下「Ａパターン」という）では、金属層／低屈折率層／陰極がＯｔｔｏ型配置になっており、金属層からＳＰＰモード光の再放射は生じる。しかし、有機層の屈折率が低屈折率層よりも低いため、陰極（透明導電層）／有機層の界面で再放射されたＳＰＰモード光のほとんどが全反射してしまう。そのため、再放射されたＳＰＰモード光のほとんどが陰極（透明導電層）／有機層の界面で全反射してしまい、陽極側の伝播光として取り出した光を取り出すことが困難である。

　図１に示す有機ＥＬ素子１０は、発光層で発光した光を基板側から取り出すボトムエミッション型の有機ＥＬ素子である。そのため、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。
　基板１としては、具体的には、ガラス板、ポリマー板等が挙げられる。ガラス板の材料としては、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。ポリマー板としては、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、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は、可視光の場合と同様に、基板１は少なくとも発光波長領域に対して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、不透明なものも使用できる。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からなる基板、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＧａＡｓ、サファイアなどの非金属材料からなる基板、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には、熱伝導率の高い材料を基板に用いることが好ましい。

　基板１の厚さは、要求される機械的強度にもより、限定するものではない。好ましくは、０．０１ｍｍ～１０ｍｍ、より好ましくは０．０５ｍｍ～２ｍｍである。

　屈折率変調構造８は、一方の領域（第２屈折率材料領域）が他方（第１屈折率材料層）内に離散的に配置されて屈折率が変調する構造を有する。離散的配置は、周期的に配置する構成でも、非周期的に配置する構成でもよい。離散的に配置される複数の第２屈折率材料領域は、全て同じ形状であっても異なる形状が含まれてもよい。屈折率変調構造８は、チェッカーパターンのように、離散的に配置される一方の領域（第２屈折率材料領域）によって、他方（第１屈折率材料層）も離散的な配置となる場合であってもよい。
　図１に示す屈折率変調構造８は、屈折率の異なる材料であればよく、例えば、第１屈折率材料層８ａが高屈折率材料からなり、第２屈折率材料領域８ｂが低屈折率材料からなる（高屈折率材料、低屈折率材料における高屈折率、低屈折率とは、互いに対する屈折率の高低を意味する。）。この場合、図２に示すように、第１実施形態に係る有機ＥＬ素子の屈折率変調構造８は、高屈折率材料からなる第１屈折率材料層８ａがその面内方向に海状に形成された海状部と、低屈折率材料からなる第２屈折率材料領域８ｂが離散的に島状に配置された島状部を有する。言い換えると、図１に示す屈折率変調構造８は、高屈折率材料からなる層８ａの面内方向に離散的に形成された孔部に、低屈折率材料が充填された低屈折率材料領域８ｂが形成された構成である。屈折率の高低を逆にし、第１屈折率材料層８ａが低屈折率材料からなり、第２屈折率材料領域８ｂが高屈折率材料からなるとして、低屈折率材料からなる層８ａの面内方向に離散的に形成された孔部に、高屈折率材料が充填され、高屈折率材料領域８ｂが形成された構成としてもよい。
　「島状部」および「海状部」とは、離散的に配置された部分と、その周囲を覆うように形成された部分を言い、ちょうど海の中に離散的に存在する島のような関係に対応する部分を意味する。

　離散的に配置される第２屈折率材料領域（図１の符号８ｂ）が、素子面内の少なくとも一方向に周期的に配置された構成とする場合、その周期（ピッチ）ｐは、ある整数Ｎ（１≦Ｎ≦３）に対して、前述の式（１）を満たすように選択するのが好ましい。この際、周期ｐは、金属層６及び低屈折率層５の材料によっても変化するため、その材料の選択も併せて勘案することが好ましい。図１においては、第２屈折率材料領域８ｂの周期ｐを示している。素子面内の方向とは有機ＥＬ素子の各層が積層される面内方向を意味し、例えば第１電極の面または基板面の面内方向を意味する。

　離散的に配置される第２屈折率材料領域が、光の波長と同程度以下の周期ｐで周期的に配置されることによって、第１屈折率材料層と第２屈折率材料領域とがフォトニック結晶をなす構成としてもよい。

　屈折率変調構造８を構成する高屈折率材料と低屈折率材料は、互いに屈折率の異なる材料であって、透光性を有する材料であれば特に制限はない。例えば、スピンオングラス（ＳＯＧ、屈折率：１．１～２．０）やシリカ（ＳｉＯ_２）をはじめとするケイ素酸化物、酸化マグネシウム（ＭｇＯ、代表的な屈折率：１．７４)をはじめとする酸化物、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、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）やポリエチレンナフタレート（代表的な屈折率：１．７７）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。これらよりなる多孔質性材料、混合物も用いることもできる。窒素等の各種不活性ガス、真空等を用いてもよい。

　屈折率変調構造８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。屈折率変調構造８の厚さが、１０ｎｍより薄いと屈折率変調構造８の体積が小さくなり、導波モード光が回折されにくくなる。屈折率変調構造８の厚さが、２０００ｎｍより厚いと陽極２の平坦度を保ちにくくなる。

　陽極２は、陰極４との間で電圧を印加し、陽極２より発光層に正孔を注入するための電極である。そのため、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く、陽極に接する有機層の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）、酸化亜鉛錫（ＩＺＯ）、酸化錫、酸化亜鉛などの透明無機酸化物、ＰＥＤＯＴ、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、グラフェンなどの透明カーボン材料を挙げることができる。ここにおいて、陽極２は、基板１上に例えば、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の厚さは限定するものではないが、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２の透過率が低下する。

　有機層３が含む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。
　有機層３は、有機ＥＬ材料からなる発光層（有機発光層）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。
　正孔注入層は発光層への正孔注入を助ける層であり、正孔輸送層は発光領域まで輸送する層である。これらは、正孔移動度が大きく、イオン化エネルギーが通常５．５ｅＶ以下と小さい。このような正孔注入、正孔輸送層としては、より低い電界強度で正孔を発光層に輸送する材料が好ましい。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、限定するものではないが、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ＱＥの低下や損失性表面カップリング（lossy surface Coupling）など、金属によるＳＰＰカップリング以外の消光が起こる。有機層３の厚さが、１０００ｎｍ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る。そのため、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く、陽極に接する有機層の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、限定するものではないが、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とは反対側に備えられており、有機層３の屈折率よりも低い材料からなる。低屈折率層５は、陰極４を構成する透光性導電材料より低い屈折率を有する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の屈折率より大きいと、発光層で発光した光が陰極側に伝播し、陰極４と低屈折率層５との界面に達したとき、臨界角以上の角度で入射したときに全反射が起きるためである。

　このような低屈折率層５の材料としては、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材料であれば特に制限はない。例えば、ＳＯＧ、ＭｇＦ_２（代表的な屈折率：１．３８）等の金属フッ化物、ＰＴＦＥ等の有機フッ素化合物、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。これは、陰極や有機層がＯｔｔｏ型配置の高屈折率層に相当するためである。Ｏｔｔｏ型配置で低屈折率層と高屈折率層の屈折率差が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ため、高屈折率層中の伝播光とＳＰＰモード光の分散曲線交わるようになり、Ｏｔｔｏ型配置によるＳＰＰモード光の高屈折率層中への取出し効率を高くすることができる。

　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、金属層と高屈折率層が接近してＳＰＰモード光の面内波数成分が大きくなるため、分散曲線が高屈折率層中の伝播光の分散曲線と交わらなくなり、ＳＰＰモード光が高屈折率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、エバネッセント波が金属層６に届かなくなり、ＳＰＰモード光が高屈折率層中に取り出されにくくなる。そのため、低屈折率層５の厚みは、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、発光層における発光光によりプラズモン共鳴が生じるものであればよい。そのため、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。中でも、複素誘電率の実部が負で、実部の絶対値が大きな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、金、銀、銅、亜鉛、アルミニウム、マグネシウム等の単体や、金と銀との合金、銀と銅との合金、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、限定するものではないが、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、５００ｎｍ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。

　次に、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電極と第２電極のまま記載する。
　平坦な金属の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_ｓｐ、波数ベクトルをｋ_ｓｐとすると、この分散関係は、金属の誘電率ε_１と、金属の表面に接触する誘電体の誘電率ε_２によって決まり、次式（２）によって与えられる（ｃは光真空中の光の速さ）。

　これに対して、通常の伝播光の分散関係（角振動数ｗ、波数ベクトルｋ）は、次式（３）によって与えられる。

　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。そのため、通常の伝播光では平坦な金属の表面にＳＰＰを励起することはできず、平坦な金属の表面に存在するＳＰＰから直接伝播光を取り出すことはできない。

　これに対して、Ｏｔｔｏ型配置、すなわち高屈折率層（誘電率ε_３）／低屈折率層（誘電率ε_２）／金属（誘電率ε_１）の積層構造を用いた場合について考える。ここで、高屈折率層側から臨界角より大きい入射角で入射した光は、高屈折率層と低屈折率層の界面で全反射する。この際、界面の低屈折率層側には非伝播光であるエバネッセント波が生じる。エバネッセント波は、全反射の点から遠ざかるに連れてその光強度は減衰する（入射光は界面で全反射するが、その一部は界面から滲み出して存在していると見ることができる）。このエバネッセント波の分散曲線は、次式（４）によって与えられる。ここで、θは高屈折率層から低屈折率層への入射光の入射角である。

　従って、入射角θ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（ω＝ω_ｓｐ、ｋ＝ｋ_ｓｐ）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、平坦な金属の表面にＳＰＰを励起することができ、平坦な金属の表面に存在するＳＰＰからエバネッセント波を介して伝播光として取り出すことが可能となる。ここで、「入射角θ」は金属側からみると、ＳＰＰの放射角度ということになる。すなわち、Ｏｔｔｏ型配置を用いると、ＳＰＰの分散曲線とエバネッセント波の分散直線とが交差するようになる。
これは、所定の角度で放射されるＳＰＰだけが、ＳＰＰとエバネッセント波とが共鳴することにより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。そして、ＳＰＰを、エバネッセント波を介して所定の角度で放射される伝播光として取り出すことが可能となる。

　従って、有機ＥＬ素子において、例えば、有機層に隣接して高屈折率層／低屈折率層／金属層を設けると、有機層中の発光層で発光した光のうち、所定の入射角（ＳＰＰの分散曲線とエバネッセント波の分散直線とが交点を有する角度）で高屈折率層から高屈折率層／低屈折率の界面へ入射した光は、エバネッセント波を生じる。生じたエバネッセント波は、金属層の表面にＳＰＰモード光を励起する。金属層の表面に励起されたＳＰＰモード光は、Ｏｔｔｏ型配置構造において生成されるエバネッセント波を介して所定の角度で放射される伝播光として取り出すことが可能となる。すなわち、有機ＥＬ素子において、Ｏｔｔｏ型配置構造を導入することにより、ＳＰＰモード光を所定の角度で放射される伝播光として取り出すことが可能となる。ただし、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、上記低屈折率層が十分薄膜である場合に生じる。これは、低屈折率層が厚すぎると、有機層からのエバネッセント波の滲み出しが金属層まで到達せず、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り、低屈折率層が薄すぎると、金属層と高屈折率層が接近してＳＰＰモードの波数が（２）式より大きくなり、分散曲線が伝播光の分散曲線（３）と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。

　次に、本実施形態の有機ＥＬ素子の第１電極側構造の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、有機層中の伝播光が光取り出し側（ボトムエミッション型では基板側）に屈折して、界面への入射角（入射光線と入射する界面の法線がなす角度）が小さくなるように、基板面に対して垂直又は垂直に近い屈折率の界面を導入した。
　より具体的には、第１電極側構造として、第１屈折率材料層の面内方向に離散的に第２屈折率材料領域が配置されてなる屈折率変調構造を備え、基板面に対して垂直又は垂直に近い屈折率の異なる界面（第１屈折率材料層と第２屈折率材料領域との界面）を有する構造を導入した。

　第１電極側構造としての屈折率変調構造は、周期性を有する構造（第２屈折率材料領域が周期的に配置される構造）であっても、周期性を有さない非周期的な構造（第２屈折率材料領域が非周期的に配置される構造）であってもよい。
　屈折率変調構造が周期性を有する構造体の場合、本発明では第２屈折率材料領域が２次元的に周期的に並ぶことになる。そのため、屈折の効果に加えて、透過型回折格子（以下、単に「回折格子」という）としての回折効果（基板面に対して所定の角度に屈折される効果）や、フォトニック結晶としての効果（基板面に対して垂直な方向に放射させる効果）も併せて生じ、導波モード光を基板側に取り出すことが可能となる。
　第２屈折率材料領域の周期（ピッチ）が、波長より十分大きい場合は、屈折が支配的なメカニズムとなって、光が取り出されると考えられる。一方、第２屈折率材料領域の周期が波長と同等以下である時は、回折格子の効果やフォトニック結晶の効果が支配的なメカニズムとなって、光が取り出されていると考えられる。

　第１電極側構造が周期性を有し、透過型回折格子として機能する場合について、光取り出し効率が向上する原理を、図２９及び図３０を用いてより具体的に説明する。
　図２９は、Ｏｔｔｏ型配置を有する第２電極側構造を備えた有機ＥＬ素子の断面模式図である。図２９を用いて、この第２電極側構造によりＳＰＰモード光を導波モード光として取り出す原理についてまず説明する。図２９では第１電極側構造については省略している。
　ここで、ｎ_ｓｕｂは基板の屈折率、ｎ_ＯＬＥＤは第１電極、有機層及び第２電極の平均の屈折率、ｎ₂は低屈折率層の屈折率、ε₂は低屈折率層の誘電率、ε₁は金属層の誘電率の実部、ｋ_ｓｐはＳＰＰモード光の波数ベクトルの基板面内方向成分、ｋ_０は真空中の光の波数（２π／λ）（λは発光層から放射される光の真空中の波長）、θは高屈折率層中を伝播する光の伝播角とする。
　ＳＰＰモード光の波数ｋ_spは式（２）から、以下の式（５）によって与えられる。

　ただし、ε_２＝ｎ_２ ^２である。ＳＰＰモード光が再放射され、伝播光として取り出されるためには、ＳＰＰモード光と取り出される光とで波数ベクトルの面内成分が一致する、すなわち、式（６）が成立する必要がある。

　式（５）及び式（６）から、ＳＰＰモード光は以下の式（７）を満たす角度で伝播光として取り出される。

　次に、回折格子によって、そのＳＰＰモード光から取り出された光を外部に取り出す原理について説明する。
　図３０は、透過型回折格子として機能する屈折率変調構造を有する第１電極側構造を備えた有機ＥＬ素子の第１電極側構造を含む一部の断面模式図である。
　図３０を用いて、回折格子によって、そのＳＰＰモード光から取り出された光を外部に取り出す原理について説明する。
ＳＰＰモード光から所定の角度θで取り出された光が、周期（屈折率変調構造の周期）ｐを有する回折格子によって回折されるとする。基板面に対して所定の角度θ_ｓｕｂで基板側に回折する条件は、回折格子に入射する入射光の面内波数と回折光の面内波数との差が、２π／ｐの整数倍であり、以下の式（８）で表される。ここで、Ｎ＝０、±１、・・・である。
　図３０において、「ＯＬＥＤ積層部」とは、第1電極及び有機層を含む導波モード光が伝播する層を示すものであり、具体的な層構成は本発明の具体的な構成に依存する。「回折格子」を備える位置も本発明の具体的な構成に依存する。

　式（７）及び式（８）から、式（９）が得られる。

基板と空気の界面で全反射が起きない条件は、式（１０）を満たすことである。

　従って、回折格子の格子間隔が以下の式（１１）を満たすＮが存在するような回折格子を設けることにより、回折光に基板と空気の界面で全反射を抑制し、その結果、光取り出し効率は向上する。

ここで、ＳＰＰ共鳴を生じる周波数域においては、ε_ｌ＜０、ε_２＜｜ε_ｌ｜であるため、

　式（１１）中のＮは正の整数としてよい。
基板と空気の界面でのフレネル反射を抑えるためには、式(１１)はおおよそ次の式を満たしていることが望ましい。実際の有機ＥＬ素子の発光波長はスペクトル分布をもつため、このλとしては発光層の発光スペクトルのピーク波長を採用する。ピーク波長としては、フォトルミネセンス・スペクトルのピーク波長を用いることができる。

Ｎは回折次数であり、任意の整数であるが、回折次数が大きくなりすぎると、回折光の指向性が低下する。そこで、式（１）を満たすようなＮが１≦Ｎ≦３の範囲にあるように周期（ピッチ）ｐと波長λを選ぶことが好ましい。

　以上の理論的な解析は１次元的な解析であり、１次元回折格子構造（所定の一方向に規則的な間隔で格子が配置する回折格子構造）については、この解析に基づく回折効果が得られる。１次元回折格子構造では、その一方向に直交する方向については格子構造を有さないため、その直交方向の光（光の成分）に対しては回折効果を生じない。これに対して、２次元回折格子構造ではその直交方向に対しても格子構造を有し、その方向についても回折効果が追加されることになる。よって、２次元回折格子構造では１次元回折格子構造よりも回折効果が大きい。
　従って、所定の断面において、式（１）の条件を満たす構成を備えた有機ＥＬ素子では、その構成が１次元回折格子構造でも２次元回折格子構造でも、光取り出し効率の向上が得られる。

　次に、フォトニック結晶の効果による光の取り出し効率の向上について説明する。
　フォトニック結晶は、屈折率が周期的に異なる構造体で、特にその周期が波長と同等以下である構造体のことである。この周期的構造により、特定の波長範囲の光が存在できない禁制帯（フォトニックバンドギャップ）が形成される。本発明の第１電極側構造が周期的な屈折率変調構造で、その周期が波長と同等以下である場合には、第１電極側構造を１次元もしくは２次元のフォトニック結晶（それぞれ、基板面内の所定の一方向または二方向に規則的な間隔で格子が配列するフォトニック結晶構造）と見なすことができる。１次元のフォトニック結晶では、周期構造を有する一方向に対しては、フォトニックバンドギャップに相当する波長の光は伝播することができない。このため、面内以外の方向へ光の伝播が再分配され、光を基板側に取り出すことができる。１次元フォトニック結晶構造では、その一方向に直交する方向については周期構造を有しないため、この方向についてはフォトニックバンドギャップが存在せず、これによる取り出し効果はないか、あるとしても非常に小さい。
　一方、２次元フォトニック結晶構造では面内の互いに異なる２方向に対して格子構造を有するため、この２方向に対してはフォトニックバンドギャップが形成され、光が伝播できないことになる。よって、２次元のフォトニック結晶では面内で光が伝播できない方向が増大するため、１次元構造よりもより効率的に基板へ光が取り出される。

　第１電極側構造が、基板面内方向に周期性を有さない非周期的な構造の場合は、この第１電極構造に入射した光がランダムな位置・位相で回折されるため、特定の放射角度光が強め合って放射されることはない。従って、第１電極側にこのような構造を持つことによって、比較的均一な（拡散性の高い）配向特性を得ることができる。
　つまり、第１電極側構造が周期的な構造の場合は、回折格子による出射光の強め合いの効果により、ある特定の放射角の光強度が強くなる配向特性を得ることができるのに対し、第１電極側構造が非周期的な構造の場合は、比較的均一な配向特性を得ることができる。
　そのため、第１電極側構造は、必要とされる配光特性に応じて周期性を有する構造にするか、非周期的な構造にするかを選択することができる。

　次に、本実施形態の有機ＥＬ素子の屈折による作用効果を、図３を用いて模式的に説明する。図３に矢印で示した光の伝播の仕方は、屈折による作用効果の原理をわかりやすく説明するために模式的に示したものである。図３においては、符号８ａが高屈折率材料からなる第１屈折率材料層であり、符号８ｂが低屈折率材料からなる第２屈折率材料領域である場合を例に説明する。

　有機層３に含まれる発光層のＡ点で発光した光のうち、陰極４側に進んだ光が陰極４と低屈折率層５との界面で臨界角以上の大きな入射角で入射して（矢印Ａ１）全反射すると（矢印Ａ１ｒ）、低屈折率層５中にエバネッセント波（矢印Ａ２）が発生する。発生したエバネッセント波は、金属層６と低屈折率層５との界面まで滲み出し、表面プラズモンポラリトンＳＰＰ（矢印Ａ３）が励起される。
　励起されたＳＰＰは、エバネッセント波（矢印Ａ４）との共鳴を介して、上述したように所定の角度で陰極４に放射され（矢印Ａ５）、伝播光として有機層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は本発明の屈折による作用効果を説明するために、そのうちの一部の光の伝播を摸式的に示しているに過ぎない。その他の光についても同様である。
　屈折は屈折率が異なる材料の界面で生じるが、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。

　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及び陽極２を通って進む光Ｂ１は、第１屈折率材料層８ａと第２屈折率材料領域８ｂとの界面９で基板１側に屈折し、第２屈折率材料領域８ｂ内を透過して、第２屈折率材料領域８ｂと基板１との界面で屈折した後、基板１内を通って外部に取り出されうる。
　ここで、光Ｂ１が第１屈折率材料層８ａから第２屈折率材料領域８ｂへ進む際、その界面９において基板１側へ屈折する。基板（例えば、ガラス）と空気との界面では臨界角以上の角度で入射すると全反射となるが、この界面９での屈折により基板１への入射角が小さい角度に変わる。そのため、基板と空気との界面での全反射を避けられる光が増えて光取り出し効率が向上する。すなわち、第１屈折率材料層８ａと第２屈折率材料領域８ｂとの界面９を備える構成を有することにより、光取り出し効率が向上する。

　有機層３に含まれる発光層のＣ点で発光した光のうち、光Ｃ１は基板に対して垂直方向に基板１側に進む光である。光Ｃ１は、有機層３と陽極２との界面、陽極２と第１屈折率材料層８ａとの界面、及び、第１屈折率材料層８ａと基板１との界面でも屈折することなく、陽極２内、第１屈折率材料層８ａ内、基板１内を進み、外部に取り出される。
　光Ｃ２は第１屈折率材料層８ａと第２屈折率材料領域８ｂとの界面９で基板１側に屈折し、第２屈折率材料領域８ｂ内を透過して、第２屈折率材料領域８ｂと基板１との界面で屈折した後、基板１内を通って外部に取り出されうる。第１屈折率材料層８ａと第２屈折率材料領域８ｂとの界面９がない構成では基板１と空気の界面で全反射を生じるが、第１屈折率材料層８ａと第２屈折率材料領域８ｂとの界面９での屈折により基板１への入射角が小さい角度に変わるので、全反射を生じない光が増えて光取り出し効率が向上する。すなわち、第１屈折率材料層８ａと第２屈折率材料領域８ｂとの界面９を備える構成を有することにより、光取り出し効率が向上する。
　光Ｃ３も同様に、第１屈折率材料層８ａと第２屈折率材料領域８ｂとの界面９での屈折により基板１への入射角が小さい角度に変わるので、全反射を避けられる光が増えて光取り出し効率が向上する。

　次に、本発明の第１実施形態の有機ＥＬ素子１０において、第２屈折率材料領域が周期的に配置されることよって、第１屈折率材料層と第２屈折率材料領域とが回折格子をなす場合に、その回折格子による作用効果を、図４を用いて模式的に説明する。図４に矢印で示した光の伝播の仕方は、回折格子による作用効果の原理をわかりやすく説明するために模式的に示したものである。

　有機層３に含まれる発光層のＡ点で発光した光のうち、陰極４側に進んだ光が陰極４と低屈折率層５との界面で臨界角以上の大きな入射角で入射して（矢印Ａ１）全反射すると（矢印Ａ１ｒ）、低屈折率層５中にエバネッセント波（矢印Ａ２）が発生する。発生したエバネッセント波は、金属層６と低屈折率層５との界面まで滲み出し、表面プラズモンポラリトンＳＰＰ（矢印Ａ３）が励起される。
　励起されたＳＰＰは、エバネッセント波（矢印Ａ４）との共鳴を介して、上述したように所定の角度で陰極４に放射され（矢印Ａ５）、伝播光として有機層３に取り出されうる。

　陰極側構造（陰極４、低屈折率層５、金属層６）からＢ点にまで取り出された光は有機層３及び陽極２を伝搬し、回折格子としての屈折率変調構造８に入射する。入射した光は、回折格子によってある所定の方向（Ｎ次の強めあい条件を満たす方向）に回折光が放射される。
　回折光は、通常の屈折光と比べて、回折点毎の回折光が干渉しながら放出されているため、ある所定の角度に非常に強く光が取り出される。
　ここで、矢印ＢＤ１や矢印ＢＤ２のように、基板（例えば、ガラス）と空気との界面に、臨界角以下で入射した光は、そのまま外部に取り出される。この矢印ＢＤ１や矢印ＢＤ２は上記のように干渉により、強めあっているため、ある特定の角度に強度が強い光を取り出すことが可能となり、光の取り出し効率が向上する。
　一方、矢印ＢＤ３のように、基板と空気との界面に、臨界角以上の角度で入射する光は、全反射（矢印ＢＤ３ｒ）してしまい、基板外部に取り出すことができない。
　このように全反射する光を減らし、効率的に光を取り出すためには、式（１）を満たすように、金属層及び低屈折率層の材料、並びに、回折格子（屈折率変調構造）の周期を選択することが好ましい。特に次数Ｎが小さいほど回折光の強度が高いので、次数Ｎが小さいほど、式（１）を満たすように回折格子の周期等を選択することが好ましい。言い換えると、式（１）をみたせば、回折格子により、発生したＳＰＰ光を効率よく基板１から光を取り出すことができ、光の取り出し効率を向上することができる。

　第１実施形態の有機ＥＬ素子１０において、第２屈折率材料領域が光の波長と同程度以下の周期で周期的に配置されることによって、第１屈折率材料層と第２屈折率材料領域とがフォトニック結晶をなす場合について、そのフォトニック結晶による作用効果を、図５を用いて模式的に説明する。図５に矢印で示した光の伝播の仕方は、フォトニック結晶による作用効果の原理をわかりやすく説明するために模式的に示したものである。

　陰極側構造（陰極４、低屈折率層５、金属層６）からＢ点にまで取り出された光は、有機層３及び陽極２を伝搬し、フォトニック結晶構造に入射する。２次元に光の波長と同等以下の構造体が存在する場合、その２次元方向にはフォトニックバンドギャップが作用し、光は２次元方向へ伝播できなくなる（２次元方向における光閉じ込め効果）。第１の実施形態において、周期構造は屈折率変調構造８に形成されているため、光の伝搬が制限されるのは基板と平行な矢印ＣＤ２方向である。
　一方で、基板に垂直な方向は、フォトニック結晶構造が形成されていないので、光の伝搬は制限されない。このメカニズムにより、光が基板に垂直な方向に進むことになる。
　矢印ＣＤ１方向は基板に垂直なため、基板と空気の界面でも全反射することなく、効率よく光を取り出すことができる。

　屈折率変調構造は、図３に示す第１屈折率材料層８ａが高屈折率材料からなり、第２屈折率材料領域８ｂが低屈折率材料からなる構成であっても、逆に、第１屈折率材料層８ａが低屈折率材料からなり、第２屈折率材料領域８ｂが高屈折率材料からなる構成であってよい。この屈折率変調構造による屈折の効果は、周期（ピッチ）とサイズが等しければ、等しくなる。また回折格子やフォトニック結晶の効果も同様である。

　図６～図１１は、第１実施形態の他の例である。

　図６に示す例では、符号８Ａａは屈折率変調構造８Ａを構成する第１屈折率材料層であり、符号８Ａｂは第２屈折率材料領域である。第２屈折率材料領域８Ａｂは、陽極２の一方の表面上に離散的に配置される。第１屈折率材料層８Ａａは、離散的に配置された第２屈折率材料領域８Ａｂ間に配置された海状部と、連続する層からなる連続膜部で構成される。
　図６に示す例とは逆に、符号８Ａａが第２屈折率材料領域であり、符号８Ａｂが第１屈折率材料層であってもよい。この場合、第２屈折率材料領域８Ａａは、離散的に配置された島状部と、連続する層からなる連続膜部とからなる。
　第１屈折率材料、第２屈折率材料のいずれが高屈折率材料でも低屈折率材料でもよい。

　図７に示す例では、符号８Ｂａは屈折率変調構造８Ｂを構成する第１屈折率材料層であり、符号８Ｂｂは第２屈折率材料領域である。図６に示す例では、第２屈折率材料領域８Ａｂは、陽極２の一方の表面上に離散的に配置される構成であったが、図７に示す例では、第２屈折率材料領域８Ｂｂは基板１上に離散的に配置される構成である。第１屈折率材料層８Ｂａは、離散的に配置された第２屈折率材料領域８Ｂｂの間に配置された海状部と、連続する層からなる連続膜部で構成される。
　図７に示す例とは逆に、符号８Ｂａが第２屈折率材料領域であり、符号８Ｂｂが第１屈折率材料層であってもよい。この場合、第２屈折率材料領域８Ｂａが離散的に配置された島状部と、連続する層からなる連続膜部からなる。
　第１屈折率材料、第２屈折率材料のいずれが高屈折率材料でも低屈折率材料でもよい。

　図８に示す例では、符号８Ｃａは屈折率変調構造８Ｃを構成する第１屈折率材料層であり、符号８Ｃｂは第２屈折率材料領域である。図６に示す例では、第２屈折率材料領域８Ａｂは陽極２に接触する構成であり、図７に示す例では、第２屈折率材料領域８Ｂｂは基板１に接触する構成であったが、図８に示す例では、第２屈折率材料領域８Ｃｂは陽極２にも基板１にも接触しない構成である。第１屈折率材料層８Ｃａは、離散的に配置された第２屈折率材料領域８Ｃｂの間に配置された海状部と、連続する層からなる連続膜部で構成される。
　図８に示す例とは逆に、符号８Ｃａが第２屈折率材料領域であり、符号８Ｃｂが第１屈折率材料層であってもよい。この場合、第２屈折率材料領域８Ｃａが離散的に配置された島状部と、連続する層からなる複数の連続膜部からなる。
　第１屈折率材料、第２屈折率材料のいずれが高屈折率材料でも低屈折率材料でもよい。

　図９に示す例では、符号８Ｄａが屈折率変調構造８Ｄを構成する第１屈折率材料層であり、符号８Ｄｂが第２屈折率材料領域である。逆に、符号８Ｄａが屈折率変調構造８Ｄを構成する第２屈折率材料領域であり、符号８Ｄｂが第１屈折率材料層の場合でもよい。
　符号８Ｄａが第１屈折率材料層の場合、第１屈折率材料層８Ｄａは第２屈折率材料領域８Ｄｂの間に配置された海状部と、連続する層からなる連続膜部で構成される。第２屈折率材料領域８Ｄｂは、離散的に配置された島状部と、連続する層からなる連続膜部で構成される。
　一方、符号８Ｄｂが第１屈折率材料層の場合、第１屈折率材料層８Ｄｂは第２屈折率材料領域８Ｄａの間に配置された海状部と、連続する層からなる連続膜部で構成される。第２屈折率材料領域８Ｄａは、離散的に配置された島状部と、連続する層からなる連続膜部で構成される。
　以上いずれの場合においても、第１屈折率材料、第２屈折率材料のいずれが高屈折率材料でも低屈折率材料でもよい。

　図１０に示す例では、符号８Ｅａは屈折率変調構造８Ｅを構成する第１屈折率材料層であり、符号８Ｅｂは第２屈折率材料領域である。図１０に示すように、第２屈折率材料領域がＴ字構造や逆Ｔ字構造であってもよい。図１０に示す例とは逆に、符号８Ｅａが第２屈折率材料領域であり、符号８Ｅｂが第１屈折率材料層である構成であってもよい。また、第１屈折率材料層と第２屈折率材料領域のいずれか一方又は両方が、連続する層からなる連続膜部を持つ構成であってもよい。
　第１屈折率材料、第２屈折率材料のいずれが高屈折率材料でも低屈折率材料でもよい。

　第２屈折率材料領域の形状は、本発明の屈折効果、回折効果、又はフォトニック結晶の効果を発揮するものであれば特に制限はない。高い屈折効果を発揮するためには、第２屈折率材料領域と第１屈折率材料層との界面が基板面に対する角度は５°以上であるように構成されているのが好ましく、６０°以上がより好ましく、７５°以上がより一層好ましい。界面をこのような角度とすることにより、発光位置から第２電極側へ向かう導波モード光とＳＰＰモード光から再放射された伝播光がその界面に外側から入射して基板側に屈折し、基板の外表面から外部へ効率的に取り出すことが出来る。

　図１～図１０に示す第２屈折率材料領域と第１屈折率材料層との界面は平面であるが、曲面を含んだ構成でもよい。
　図１１に示す例では、符号８Ｆａは屈折率変調構造８Ｆを構成する第１屈折率材料層であり、符号８Ｆｂは第２屈折率材料領域である。図８に示す例では、第２屈折率材料領域は断面が矩形の構成であったが、図１１に示す例では、第２屈折率材料領域は断面が円状の構成である。
　第１屈折率材料、第２屈折率材料のいずれが高屈折率材料でも低屈折率材料でもよい。

（有機ＥＬ素子（第２実施形態））
　図１２は、本発明の第２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１３は、図１２に示す第２実施形態に係る有機ＥＬ素子の斜視図である。発明の特徴を分かりやすくするため、Ｏｔｔｏ型配置構造の部分を離して図示した。
　図１２及び図１３に示す有機ＥＬ素子２０は、基板２１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とを順に具備する有機ＥＬ素子である。さらに、陰極２４の有機層２３と反対側の面に、厚さ２０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の低屈折率層２５と、金属層２６とを該反対側の面に接する側から順に具備する。陰極２４は、透光性導電材料からなり、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。基板２１の表面層２１ａに離散的に形成された複数の基板凹部２１ａａには、基板２１の屈折率と異なる材料で充填されてなる屈折率変調構造２８を備えている。

　屈折率変調構造２８は、基板２１の表面層２１ａが備える基板凸部２１ａｂと、離散的に形成された基板凹部２１ａａを基板２１の屈折率と異なる材料で充填した屈折率変調領域２８ａとから構成される。
　本実施形態の屈折率変調構造２８は、屈折率の異なる２種類の材料からなる領域によって形成されている点は第１実施形態の屈折率変調構造と同様である。
　一方、第１実施形態の屈折率変調構造は、基板を構成要素とせずに、屈折率の異なる２種類の材料からなる領域のうち、一方（第２屈折率材料領域）が他方の領域（第１屈折率材料層）内に離散的に配置されて屈折率が変調する構成であるのに対して、本実施形態の屈折率変調構造２８は、基板を構成要素とし、基板２１の表面層２１ａが備える基板凸部２１ａｂが第１屈折率材料層に相当し、屈折率変調領域２８ａが第２屈折率材料領域に相当する。

　離散的に配置する屈折率変調領域２８ａは周期的に配置される構成でも、非周期的に配置される構成でもよい。離散的に配置される複数の屈折率変調領域２８ａは全て同じ形状であっても異なる形状が含まれてもよい。屈折率変調構造２８は、チェッカーパターンのように、離散的に配置される一方の領域（屈折率変調領域２８ａ）によって、他方（基板凸部２１ａｂ）も離散的な配置となる場合であってもよい。離散的に配置される一方の領域（屈折率変調領域２８ａ）は、離散的に配置される複数の島状部と、複数の島状部に接する連続する層からなる連続膜部で構成される構造であってもよい。

　離散的に配置される屈折率変調領域２８ａが少なくとも一方向に周期的に配置された構成とする場合、その周期（ピッチ）ｐは、ある整数Ｎ（１≦Ｎ≦３）に対して前述の式（１）を満たすように選択するのが好ましい。この際、周期ｐは、金属層２６及び低屈折率層２５の材料によっても変化するため、その材料の選択も併せて勘案することが好ましい。図１２においては、屈折率変調領域２８ａの周期ｐを示している。

　屈折率変調構造２８は、離散的に配置される屈折率変調領域２８ａが光の波長と同程度以下の周期ｐで周期的に配置されることによって、屈折率変調領域２８ａと基板凸部２１ａｂとがフォトニック結晶をなす構成としてもよい。

　屈折率変調領域２８ａを構成する材料としては、基板２１と異なる屈折率の材料であれば、基板２１の屈折率より高いものでも低いものでも用いることができる。例えば、第１実施形態の屈折率変調構造を構成する高屈折率材料及び低屈折率材料と同様なものを用いることができる。
　屈折率変調構造２８の厚さも、第１実施形態の屈折率変調構造と同様の厚さとすることができる。

　本実施形態の有機ＥＬ素子における光取り出し効率が向上するメカニズムは、第１実施形態の場合と同様である。すなわち、屈折効果、回折格子による作用効果およびフォトニック結晶による作用効果によって光取り出し効率を向上する。屈折効果は、基板凸部２１ａｂと屈折率変調領域２８ａとの界面２９によって生じる。回折格子による作用効果は、屈折率変調領域２８が周期的に配置される（周期ｐ）ことによって基板凸部２１ａｂと屈折率変調領域２８ａとが回折格子をなすことによって生じる。フォトニック結晶による作用効果は、屈折率変調領域２８が光の波長と同程度以下の周期ｐで周期的に配置することによって、基板凸部２１ａｂと屈折率変調領域２８ａとがフォトニック結晶をなすことによって生じる。

（有機ＥＬ素子（第３実施形態））
　図１４は、本発明の第３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１５は、図１４に示す第３実施形態に係る有機ＥＬ素子の斜視図である。発明の特徴を分かりやすくするため、Ｏｔｔｏ型配置構造の部分を離して図示した。
　図１４及び図１５に示す有機ＥＬ素子３０は、基板３１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とを順に具備する有機ＥＬ素子である。さらに、陰極３４の有機層３３と反対側の面には、厚さ２０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の低屈折率層３５と、金属層３６とを該反対側の面に接する側から順に具備する。陰極３４は、透光性導電材料からなり、低屈折率層３５の屈折率は有機層３３の屈折率よりも低い。基板３１の表面層３１ａには、離散的に形成された複数の基板凸部３１ａｂの側面３１ａｂＡを被覆するように基板の屈折率と異なる材料が形成されてなる屈折率変調構造３８を備えている。

　屈折率変調構造３８は、基板３１の表面層３１ａに離散的に形成された複数の基板凸部３１ａｂと、その基板凸部３１ａｂの側面３１ａｂＡを被覆するように、基板の屈折率と異なる材料で形成された屈折率変調領域３８ａとから構成される。
　本実施形態の屈折率変調構造３８は、第２実施形態の屈折率変調構造と基板を構成要素とする点は同様である。
　一方、第２実施形態の屈折率変調構造２８は、基板２１の表面層２１ａが備える基板凸部２１ａｂが第１屈折率材料層に相当し、屈折率変調領域２８ａが第２屈折率材料領域に相当するのに対して、第３実施形態の屈折率変調構造３８は、屈折率変調領域３８ａが第１屈折率材料層に相当し、基板凸部３１ａｂが第２屈折率材料領域に相当する点が異なる。

　離散的に配置される基板凸部３１ａｂは周期的に配置される構成でも、非周期的に配置される構成でもよい。離散的に配置される複数の基板凸部３１ａｂは全て同じ形状であっても異なる形状が含まれてもよい。屈折率変調構造３８は、チェッカーパターンのように、離散的に配置される一方の領域（基板凸部３１ａｂ）によって、他方（屈折率変調領域３８ａ）も離散的な配置となる場合であってもよい。他方の領域（屈折率変調領域３８ａ）は、離散的に配置される一方の領域（基板凸部３１ａｂ）の間に配置された海状部と、この海状部に接する連続する層からなる連続膜部で構成される構造であってもよい。

　離散的に配置される基板凸部３１ａｂが少なくとも一方向に周期的に配置された構成とする場合、その周期（ピッチ）ｐは、ある整数Ｎ（１≦Ｎ≦３）に対して前述の式（１）を満たすように選択するのが好ましい。この際、周期ｐは、金属層３６及び低屈折率層３５の材料によっても変化するため、その材料の選択も併せて勘案することが好ましい。図１４においては、基板凸部３１ａｂの周期ｐを示している。

　屈折率変調構造３８は、離散的に配置される基板凸部３１ａｂが光の波長と同程度以下の周期ｐで周期的に配置することによって、基板凸部３１ａｂと屈折率変調領域３８ａとがフォトニック結晶をなす構成としてもよい。

　屈折率変調領域３８ａを構成する材料としては、基板３１と異なる屈折率の材料であれば、基板３１の屈折率より高いものでも低いものでも用いることができる。例えば、第１実施形態の屈折率変調構造を構成する高屈折率材料及び低屈折率材料と同様なものを用いることができる。
　屈折率変調構造３８の厚さも、第１実施形態の屈折率変調構造と同様の厚さとすることができる。

　本実施形態の有機ＥＬ素子における光取り出し効率が向上するメカニズムは第１実施形態の場合と同様である。すなわち、屈折効果、回折格子による作用効果およびフォトニック結晶による作用効果によって光取り出し効率を向上する。屈折効果は、基板凸部３１ａｂと屈折率変調領域３８ａとの界面３９によって生じる。回折格子による作用効果は、屈折率変調領域３８が周期的に配置される（周期ｐ）ことによって基板凸部３１ａｂと屈折率変調領域３８ａとが回折格子をなすことによって生じる。フォトニック結晶による作用効果は、屈折率変調領域３８が光の波長と同程度以下の周期ｐで周期的に配置することによって、基板凸部３１ａｂと屈折率変調領域３８ａとがフォトニック結晶をなすことによって生じる。

（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について説明を行う。上記の有機ＥＬ素子１０～３０を備えた画像表示装置は、それぞれ同様なので、有機ＥＬ素子１０として説明する。
　図１６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１６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（Indium Tin Oxide）を用いることができる。陽極配線１０４の厚さは、例えば、１００ｎｍ～１５０ｎｍとすることができる。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、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。このような構成とすることにより、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。

　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。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、陰極配線１０８と電気的に接続されている。この電気的な接続によって、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。

　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、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。絶縁膜１１０の膜厚は、例えば、２００ｎｍ～１００ｎｍとすることができ、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。

　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が空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。

　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）
　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１０～３０を備えた画像表示装置は、それぞれ同様なので、有機ＥＬ素子１０として説明する。
　図１７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１７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（図１参照）に隣接して設置され陽極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との間に電流を供給する。供給された電流は、有機ＥＬ素子１０を駆動し、発光層を発光させる。発光した光は、基板１を通し、外部に出射され、照明光として利用することができる。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素子の製造方法）
　以下では、本発明の実施形態のうち、第１実施形態及び第２実施形態の有機ＥＬ素子の製造方法についてそれぞれ一例を挙げて説明する。第３実施形態の有機ＥＬ素子の製造方法については、第２実施形態の有機ＥＬ素子の製造方法の工程や手法等を適用して実施することができる。

（有機ＥＬ素子（第１実施形態）の製造方法）
　本発明の第１実施形態である有機ＥＬ素子の製造方法について図１８を参照して説明する。
　まず、図１８（ａ）に示すように、基板１上に、第１屈折率材料層８ａを形成する。この第１屈折率材料層８ａの形成方法は特に限定されない。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法などを用いることができる。

　次に、孔部８ｈ（図１８（ｅ）参照）を形成する。形成する方法は、例えば、フォトリソグラフィを用いた方法が使用できる。これを行うには、図１８（ｂ）に示すように、まず第１屈折率材料層８ａの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して、レジスト層Ｒ１を形成する。

　そして、孔部８ｈを形成するための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）等により露光を行うと、図１８（ｃ）に示すように、レジスト層Ｒ１に孔部８ｈに対応した所定のパターンが露光される（露光された部分Ｒ１ａ）。そして現像液を用いて露光されたパターンの部分のレジスト層Ｒ１ａを除去する。これにより露光されたパターンの部分に対応して、第１屈折率材料層８ａの表面が露出する（図１８（ｄ））。

　図１８（ｅ）に示すように、残存したレジスト層Ｒ１をマスクとして、露出した第１屈折率材料層８ａの部分をエッチング除去して孔部８ｈ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。この際に等方性エッチングと異方性エッチングを組合せることで、孔部８ｈの形状の制御を行うことができる。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）や誘導結合プラズマエッチングが利用できる。ウェットエッチングとしては、希塩酸や希硫酸、フッ酸への浸漬を行う方法などが利用できる。図１８（ｅ）では、第１屈折率材料層８ａを貫通させているが非貫通でも良い。

　次に、図１８（ｆ）に示すように、レジスト層Ｒ１を除去した後、第２屈折率材料で孔部８ｈを充填して第２屈折率材料領域８ｂを形成する。こうして、第１屈折率材料層８ａ及び第２屈折率材料領域８ｂからなる屈折率変調構造８が形成される。この第２屈折率材料領域８ｂの形成も、第１屈折率材料層８ａの形成方法と同様に特に限定されないが、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法などの各種のドライプロセスの他、塗布法などの各種のウェットプロセスを用いることができる。図１８（ｆ）では、孔部８ｈを充填しているが、図７、図８、図１１のような構造を形成する場合は、一部充填し、残りを別の材料で充填してもよい。これらの図１８（ｂ）～図１８（ｆ）の工程を複数回行うことにより、図１０のような構造を形成することもできる。

　次に、図１８（ｇ）に示すように、第１屈折率材料層８ａ及び第２屈折率材料領域８ｂ上に陽極２を形成する。この陽極２の形成方法は特に限定されない。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法などを用いることができる。

　陽極２を形成した後に、陽極２の表面処理を行うことで、オーバーコートされる層の性能（陽極２との密着性、表面平滑性、ホール注入障壁の低減化など）を改善することができる。表面処理を行うには高周波プラズマ処理を始めとしてスパッタリング処理、コロナ処理、ＵＶオゾン照射処理、紫外線照射処理、または酸素プラズマ処理などがある。

　陽極２の表面処理の表面処理を行う代わりに、もしくは表面処理に追加して、図示しない陽極バッファ層を形成することで表面処理と同様の効果が期待できる。陽極バッファ層をウェットプロセスにて塗布して作製する場合には、スピンコート法、キャスティング法、マイクログラビアコート法、グラビアコート法、バーコート法、ロールコート法、ワイアーバーコート法、ディップコート法、スプレーコート法、スクリーン印刷法、フレキソ印刷法、オフセット印刷法、インクジェットプリント法等の塗布法などを用いて成膜することができる。

　陽極バッファ層をドライプロセスにて作製する場合は、特開２００６－３０３４１２号公報に例示のプラズマ処理などを用いて成膜することができる。この他にも金属単体あるいは金属酸化物、金属窒化物等を成膜する方法が挙げられ、具体的な成膜方法としては、電子ビーム蒸着法、スパッタリング法、化学反応法、コーティング法、真空蒸着法などを用いることができる。

　図１８（ｈ）に示すように、陽極２上に、有機ＥＬ材料からなる発光層を含む有機層３を形成する。ここで、有機層３を形成する下地となる陽極２の表面が凹凸状の場合は、平坦化するような研磨加工、エッチング処理などを適宜行ってもよい。
　有機層３の形成には従来公知の方法を用いることができ、特に限定されないが、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。

　図１８（ｉ）に示すように、有機層３上に陰極４を形成する。陰極４の形成も陽極２の形成と同様の方法を用いることができ、特に限定されない。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法などを用いることができる。

　図１８（ｊ）に示すように、陰極４上に低屈折率層５を形成する。低屈折率層５の形成方法は特に限定されない。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法などを用いることができる。
　低屈折率層５を、空気層を含んでなる低屈折率層とする場合は、例えば、ＳＯＧ層を形成した後に、ＳＯＧ層のうち、フォトリソグラフィを用いて所定箇所だけＳＯＧ材料を残すようにＳＯＧ層をエッチング除去して、ＳＯＧ層を除去した部分が空気層となるようにして、低屈折率層を形成する。

　最後に、図１８（ｋ）に示すように、低屈折率層５上に金属層６を形成する。金属層６の形成方法には特に限定されない。例えば、蒸着法、スパッタリングを用いることができる。

　以上の工程により、有機ＥＬ素子１０を製造することができる。これら一連の工程後、有機ＥＬ素子１０を長期安定的に用い、有機ＥＬ素子１０を外部から保護するための保護層や保護カバー（図示せず）を装着することが好ましい。保護層としては、高分子化合物、金属酸化物、金属フッ化物、金属ホウ化物、窒化ケイ素、酸化ケイ素等のシリコン化合物などを用いることができる。そして、これらの積層体も用いることができる。保護カバーとしては、ガラス板、表面に低透水率処理を施したプラスチック板、金属などを用いることができる。この保護カバーは、熱硬化性樹脂や光硬化性樹脂で基板１と貼り合わせて密閉する方法を採ることが好ましい。この際に、スペーサを用いることで所定の空間を維持することができ、有機ＥＬ素子１０が傷つくのを防止できるため好ましい。この空間に窒素、アルゴン、ヘリウムのような不活性なガスを封入すれば、上側の金属層６の酸化を防止しやすくなる。特にヘリウムを用いた場合、熱伝導が高いため、電圧印加時に有機ＥＬ素子１０より発生する熱を効果的に保護カバーに伝えることができるため、好ましい。更に酸化バリウム等の乾燥剤をこの空間内に設置することにより上記一連の製造工程で吸着した水分が有機ＥＬ素子１０にダメージを与えるのを抑制しやすくなる。

　以上の有機ＥＬ素子の製造方法では陽極側から作製する方法を説明したが、陰極側から作製してもよい。

（有機ＥＬ素子（第２実施形態）の製造方法）
　次に、本発明の第２実施形態である有機ＥＬ素子の製造方法について図１９を参照して説明する。
　図１９（ａ）に示すように、基板２１上に、基板凹部２１ａａ（図１９（ｅ））を形成するには、例えば、フォトリソグラフィを用いた方法が使用できる。これを行うには、図１９（ａ）に示すように、まず基板２１の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して、レジスト層Ｒ２を形成する。

　形成されたレジスト層Ｒ２上に、基板凹部２１ａａを形成するための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）等により露光を行うと、図１９（ｂ）に示すように、レジスト層Ｒ２に基板凹部２１ａａに対応した所定のパターンが露光される（露光された部分Ｒ２ａ）。そして現像液を用いて露光されたパターンの部分のレジスト層Ｒ２ａを除去する。これにより露光されたパターンの部分に対応して、基板１の表面が露出する（図１９（ｃ））。

　次に、図１９（ｄ）に示すように、残存したレジスト層Ｒ２をマスクとして、露出した基板１の部分をエッチング除去して基板凹部２１ａａ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。この際に等方性エッチングと異方性エッチングを組合せることで、基板凹部２１ａａの形状の制御を行うことができる。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）や誘導結合プラズマエッチングが利用できる。ウェットエッチングとしては、希塩酸や希硫酸への浸漬を行う方法などが利用できる。

　図１９（ｅ）に示すように、レジスト層Ｒ２を除去した後、屈折率変調材料で基板凹部２１ａａを充填して屈折率変調領域２８ａを形成する。こうして、基板２１の表面層２１ａに屈折率変調構造２８が形成される。屈折率変調領域２８ａの形成方法は特に限定されない。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法などの各種のドライプロセスのほか、塗布法などの各種のウェットプロセスを用いることができる。

　図１９（ｆ）に示すように、基板凸部２１ａｂ及び屈折率変調領域２８ａ上に陽極２２を形成する。この陽極２２の形成方法は特に限定されない。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法などを用いることができる。

　陽極２２を形成した後に、陽極２２の表面処理を行うことで、オーバーコートされる層の性能（陽極２２との密着性、表面平滑性、ホール注入障壁の低減化など）を改善することができる。表面処理を行うには高周波プラズマ処理を始めとしてスパッタリング処理、コロナ処理、ＵＶオゾン照射処理、紫外線照射処理、または酸素プラズマ処理などがある。

　陽極２２の表面処理の表面処理を行う代わりに、もしくは表面処理に追加して、図示しない陽極バッファ層を形成することで表面処理と同様の効果が期待できる。陽極バッファ層をウェットプロセスにて塗布して作製する場合には、スピンコート法、キャスティング法、マイクログラビアコート法、グラビアコート法、バーコート法、ロールコート法、ワイアーバーコート法、ディップコート法、スプレーコート法、スクリーン印刷法、フレキソ印刷法、オフセット印刷法、インクジェットプリント法等の塗布法などを用いて成膜することができる。

　図１９（ｇ）に示すように、陽極２２上に、有機ＥＬ材料からなる発光層を含む有機層２３を形成する。ここで、有機層２３を形成する下地となる陽極２２の表面が凹凸状の場合は、平坦化するような研磨加工、エッチング処理などを適宜行ってもよい。
　有機層２３の形成には従来公知の方法を用いることができ、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。

　図１９（ｈ）に示すように、有機層２３上に陰極２４を形成する。陰極２４の形成も陽極２２の形成と同様の方法を用いることができ、限定するものではない。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法などを用いることができる。

　次に、図１９（ｉ）に示すように、陰極２４上に低屈折率層２５を形成する。低屈折率層２５の形成方法は特に限定されない。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法などを用いることができる。
　低屈折率層２５を、空気層を含んでなる低屈折率層とする場合は、例えば、ＳＯＧ層を形成した後に、ＳＯＧ層のうち、フォトリソグラフィを用いて所定箇所だけＳＯＧ材料を残すようにＳＯＧ層をエッチング除去して、ＳＯＧ層を除去した部分が空気層となるようにして、低屈折率層を形成する。

　最後に、図１９（ｊ）に示すように、低屈折率層２５上に金属層２６を形成する。金属層２６の形成方法は特に限定されないが、例えば、蒸着法、スパッタリングを用いることができる。

　また第３実施形態の有機ＥＬ素子３０は、図１９（ｂ）で露光する際に用いるマスクの形状を変える、もしくは使用するレジストをネガ型レジストとすることで、形成することができる。

　以上の工程により、有機ＥＬ素子２０を製造することができる。これら一連の工程後、有機ＥＬ素子１０と同様に、有機ＥＬ素子２０を長期安定的に用い、有機ＥＬ素子２０を外部から保護するための保護層や保護カバー（図示せず）を装着することが好ましい。保護層としては、高分子化合物、金属酸化物、金属フッ化物、金属ホウ化物、窒化ケイ素、酸化ケイ素等のシリコン化合物などを用いることができる。そして、これらの積層体も用いることができる。保護カバーとしては、ガラス板、表面に低透水率処理を施したプラスチック板、金属などを用いることができる。この保護カバーは、熱硬化性樹脂や光硬化性樹脂で基板２１と貼り合わせて密閉する方法を採ることが好ましい。この際に、スペーサを用いることで所定の空間を維持することができ、有機ＥＬ素子２０が傷つくのを防止できるため好ましい。この空間に窒素、アルゴン、ヘリウムのような不活性なガスを封入すれば、上側の金属層２６の酸化を防止しやすくなる。特にヘリウムを用いた場合、熱伝導が高いため、電圧印加時に有機ＥＬ素子２０より発生する熱を効果的に保護カバーに伝えることができるため、好ましい。酸化バリウム等の乾燥剤をこの空間内に設置することにより上記一連の製造工程で吸着した水分が有機ＥＬ素子２０にダメージを与えるのを抑制しやすくなる。

　（Ｏｔｔｏ型配置におけるＳＰＰ取り出し）
　本発明における有機ＥＬ素子のＯｔｔｏ型配置による金属層表面に捕捉された表面プラズモンポラリトン（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２０に、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素子面方向成分を真空の波数ｋ_０で割ったもの、すなわち有効屈折率であり、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（ガラス）上に、各層が平坦な陽極と有機層と陰極（金属）とを積層した有機ＥＬ素子の結果を示している。この場合、ＴＭ偏光の最も高波数側のピーク面積がＳＰＰモード光の強度を表しているが、有機層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。陽極と有機層の膜厚は、それぞれ１５０ｎｍ、１００ｎｍである。

　一方で、Ｏｔｔｏ型配置の有機ＥＬ素子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、低屈折率層の膜厚による依存性を示した図を図２１に示す。Ｏｔｔｏ型配置の有機ＥＬ素子は、基板、陽極、有機層は図２０の素子と同じ構成であるが、有機層上に透明導電材料であるＩＴＯからなる陰極（５０ｎｍ）が形成され、さらにその上に低屈折率層、金属層が順に形成された構成から成る。
　低屈折率層の屈折率を１．３８とし、図２１（ａ）は金属層をＡｌとし、図２１（ｂ）は金属層をＡｇとした場合で、グラフ線の数字は低屈折率層の膜厚（ｎｍ）を示す。

　図２１（ａ）、（ｂ）共に、低屈折率層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、金属層に接した低屈折率層の膜厚が大きくなり、ＳＰＰの波数がこの低屈折率層の屈折率の影響で小さくなることを示しており、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伝播光として取り出され、光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２２（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２２（ａ）は、ＳＰＰモード光として光が完全に金属層表面に捕捉されている。これは、低屈折率層の膜厚が０ｎｍの時を表しており、ＳＰＰモード光は金属層と陰極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。
低屈折率層の膜厚が厚くなるにつれて、図２２（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にＳＰＰモード光として再捕捉されることを意味している。この場合、光は図２２（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、低屈折率層の膜厚が十分厚くなると、図２２（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２３は、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。図２３の金属層がＡｌの場合に、低屈折率層の膜厚が２００ｎｍ以上でピーク幅の変化が小さくなり、発光した光がＳＰＰモード光として捕捉されにくくなっていることが分かる。金属層がＡｇの場合に、低屈折率層の膜厚が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くなっていることが分かる。
　つまりＳＰＰモード光として捕捉される膜厚は少なくとも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の屈折率を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、金属層もＡｇとＡｌに限定されるものではない。

　Ｏｔｔｏ型配置において、金属層表面に捕捉された表面プラズモンポラリトン（ＳＰＰ）は、陰極と低屈折率層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、金属層表面に生成される表面プラズモンポラリトン（ＳＰＰ）の波数ｋ_ＳＰＰと交点を持つ必要がある。

　金属層表面に生成される表面プラズモンポラリトン（ＳＰＰ）の波数ｋ_ＳＰＰは以下の式（１３）で表すことができる。但し、ε_１は金属層の誘電率であり、ε_２は低屈折率層の誘電率であり、ｋ_０は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である。

　またその実数部は以下の式（１４）で表すことができる。

　一方で、金属層表面に生成される表面プラズモンポラリトン（ＳＰＰ）の低屈折率層中における波数の垂直成分は以下の式（１５）で表すことができる。

　金属層表面に生成される表面プラズモンポラリトン（ＳＰＰ）の電磁場の大きさ（強度）を、金属層表面での値を１として規格化すると、金属層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／陰極界面に到達した表面プラズモンポラリトン（ＳＰＰ）の強度は、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_ＳＰＰは表面プラズモンポラリトン（ＳＰＰ）の波数の基板面内方向成分の実部を真空中の光の波数ｋ_０で割った値とする。式（１６）が十分大きければ、金属層の表面に生成される表面プラズモンポラリトン（ＳＰＰ）の電磁場が陰極や有機層に滲み出し、陰極と低屈折率層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２４（ａ）は金属層をＡｌ、（ｂ）は金属層をＡｇとした場合の式（１６）をグラフ化した図である。

　この結果を、図２１（ａ）、（ｂ）と比較すると、式（１６）において、金属層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／陰極界面での強度は、金属層表面での強度を１として規格化すると、低屈折率層の厚み方向に伝搬した位置での表面プラズモンポラリトン（ＳＰＰ）の強度が０．４以下となる低屈折率層の厚みで、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（１６）が０．４以下となるときには、低屈折率層と陰極界面にまで滲み出す表面プラズモンポラリトン（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、低屈折率層の膜厚は、式（１６）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の屈折率を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、金属層もＡｇとＡｌに限定されるものではない。式（１６）で表わされる、低屈折率層と陰極界面での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モード光を有機層中に取り出すことができ、この条件を満たす限り、低屈折率層の屈折率や陰極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。

実施例では、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（ＦＤＴＤ method：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。より具体的には、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(電磁界)の時間変化を追跡するという手法である。シミュレーション結果は、基板まで光取り出しを行った結果を示す。横軸のλは真空中の波長、縦軸のηは光取り出し効率（ダイポールからの全放射強度に対する基板取り出し光強度の割合）である。以下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ｘ、ｙ、ｚ方向にランダム）として行った。ここで、ｘ及びｙ方向は、基板面に平行な方向であり、ｚ方向は基板面に垂直な方向である。以下に示す光取り出し効率の計算結果のグラフ図はこのランダムなダイポールに対する計算結果である。

　図２５は、本発明の有機ＥＬ素子の効果を確認するために、ＦＤＴＤ法を用いて、光取り出し効率への開口部が配置される周期の依存性をコンピュータシミュレーションで求めた結果を示す。シミュレーションで求めた光取り出し効率は、基板までの光取り出しを行った場合の光取り出し効率（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）である（以下のシミュレーション結果についても同様）。グラフの横軸のλは発光光の波長、縦軸のηは光取り出し効率である。

　図２６は、シミュレーションで用いた第１実施形態のボトムエミッション型の有機ＥＬ素子１０のモデル構造を示す断面図である。
　計算に用いた屈折率の値は以下のとおりである。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。屈折率変調構造８を構成する第１屈折率材料層８ａ、第２屈折率材料領域８ｂのうち、第１屈折率材料層８ａは、酸化亜鉛からなるとしてその屈折率としては２．００、第２屈折率材料領域８ｂは、ＳＯＧからなるとしてその屈折率としては１．２５を用いた。この場合、酸化亜鉛が高屈折率材料、ＳＯＧが低屈折率材料に相当する。陽極（第１電極）２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。有機層３の平均の屈折率としては１．７２を用いた。陰極（第２電極）４はアモルファスＩＴＯ（ａ－ＩＴＯ）からなるとして屈折率としては５５０ｎｍで２．０８+０．０１３ｉとし、その他の波長はローレンツモデルで外挿した。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。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。
　陽極２、有機層３、陰極４、低屈折率層５、金属層６、屈折率変調構造８の層厚はそれぞれ、１５０ｎｍ、１００ｎｍ、５０ｎｍ、５０ｎｍ、１００ｎｍ、２００ｎｍとした。
　第２屈折率材料領域８ｂ間の周期（ピッチ）ｐが２００ｎｍ、３００ｎｍ、５００ｎｍ、９００ｎｍ、２０００ｎｍ、４０００ｎｍ、８０００ｎｍの場合についてそれぞれ計算した。第２屈折率材料領域８ｂのサイズｓ（又は、孔部８ｈのサイズｓ）は、周期ｐの１／２とした。
　発光（図２６中の星マーク）は、高屈折率材料からなる第１屈折率材料層８ａの中心軸上で、陰極４から５２．５ｎｍの位置で発光したとしてコンピュータシミュレーション計算を行った。
　比較のために、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電極側構造は有さない構造（以下、「Ｏｔｔｏ型配置のみ構造」ということがある）と、Ｏｔｔｏ型配置の第２電極側構造を有さず、且つ伝播光を導波モード光とせずに外部に取り出す第１電極側構造も有さない構造（以下、「標準構造」ということがある）の場合も計算した。
　標準構造は、基板上に、陽極層、有機層、陰極金属層の順に形成された構造を意味する。シミュレーションにおいては、標準構造は基板がガラスからなり、陽極がＩＴＯからなり、有機層を挟んで、陰極はＡｌからなるものを用いた。屈折率としてはそれぞれ、１．５２、１．８２+０．００９ｉ、１．７２、０．６４９+４．３２ｉを用い、陽極、有機層、陰極の層厚はそれぞれ、１５０ｎｍ、１００ｎｍ、１００ｎｍとした。

　図２５に示すように、周期ｐが４０００ｎｍ及び８０００ｎｍの場合は、４５０ｎｍ～７５０ｎｍのほとんど全波長で、Ｏｔｔｏ型配置のみの陰極側構造よりも光取り出し効率が低かった。これは、基板面に対し垂直な第１屈折材料層と第２屈折材料領域の界面の総面積が、周期ｐが大きくなっていくにつれ減少し、有機層中の伝播光が基板面に対して垂直に近い方向へ屈折されにくくなるためである。周期ｐが大きな屈折率変調構造とする場合は、屈折率変調構造の膜厚を大きくして、上記界面の面積を十分大きくすればＯｔｔｏ型配置のみの陰極側構造に比べてより高い光取り出し効率を得ることができる。
　一方、周期ｐが９００ｎｍの場合は、４５０ｎｍ～７５０ｎｍの全波長でＯｔｔｏ型配置のみの陰極側構造よりも大幅に高い光取り出し効率が得られた。周期が５００ｎｍの場合は、４５０ｎｍ～７１０ｎｍの波長ではＯｔｔｏ型配置のみの陰極側構造よりも高い光取り出し効率が得られ、特に低波長側ほど（特に６７０ｎｍ以下）では大幅に高い光取り出し効率が得られた。周期が３００ｎｍの場合も、４５０ｎｍ～７２０ｎｍの波長ではＯｔｔｏ型配置のみの陰極側構造よりも高い光取り出し効率が得られ、５００ｎｍの場合と同様に特に低波長側ほど（特に６７０ｎｍ以下）では大幅に高い光取り出し効率が得られた。周期が２０００ｎｍの場合は、４５０ｎｍ～７００ｎｍの波長ではＯｔｔｏ型配置のみの陰極側構造よりも高い光取り出し効率が得られ、５００ｎｍの場合と同様に特に低波長側ほど（特に５７０ｎｍ以下）では、かなり高い光取り出し効率が得られた。周期が２００ｎｍの場合は、４５０ｎｍ～６００ｎｍ及び６６０ｎｍ～７１０ｎｍの波長ではＯｔｔｏ型配置のみの陰極側構造よりも高い光取り出し効率が得られ、５００ｎｍ～５５０ｎｍ以下ではかなり高い光取り出し効率が得られた。
　周期ｐが２００ｎｍ～２０００ｎｍの場合、４５０ｎｍ～７５０ｎｍのほとんど全波長で、標準構造に比べて１．１倍～２倍の光取り出し効率が得られた。
　以上の結果から、上記条件の下では、周期ｐを２００ｎｍ～２０００ｎｍにすることが好ましく、３００ｎｍ～９００ｎｍにすることがより好ましく、５００ｎｍ～９００ｎｍにすることがさらに好ましいことがわかった。

　この結果は、当業者であってもＯｔｔｏ型配置の陰極側構造及び陽極側構造のそれぞれの構造に基づいて予測することは困難であり、シミュレーションを行って初めて得ることができた知見である。

　図２７は、第1実施形態の有機ＥＬ素子について第２屈折率材料領域が一方向に周期的に配置する場合について、第２屈折率材料領域の周期ｐが（ａ）２００ｎｍ、（ｂ）３００ｎｍ、（ｃ）５００ｎｍ、（ｄ）９００ｎｍ、（ｅ）２０００ｎｍ、（ｆ）４０００ｎｍそれぞれの場合の、水平方向のダイポールからの放射光の電場の強度分布を、コンピュータシミュレーションで得られた結果を示すものである。放射光の波長は６２０ｎｍを用いた。強度分布は基板が上側、金属層が下側で示している。図２７のコンピュータシミュレーションについても図２６のコンピュータシミュレーションを行ったモデル構造で行った結果である。

　図２８は、図２７と同様な場合について、第２屈折率材料領域の周期ｐが（ａ）２００ｎｍ、（ｂ）３００ｎｍ、（ｃ）５００ｎｍ、（ｄ）９００ｎｍ、（ｅ）２０００ｎｍ、（ｆ）４０００ｎｍそれぞれの場合の、垂直方向のダイポールからの放射光の磁場の強度分布を、コンピュータシミュレーションで得られた結果を示すものである。放射光の波長は６２０ｎｍを用いた。強度分布は基板が上側、金属層が下側で示している。図２８のコンピュータシミュレーションについても図２６のコンピュータシミュレーションを行ったモデル構造で行った結果である。

　シミュレーション結果から、第２屈折率材料領域の周期が検討のすべての場合において、電磁場共に、斜め方向に放射されていることが確認できる。

　１、２１、３１　基板
　２、２２、３２　第１電極（陽極）
　３、２３、３３　有機層
　４、２４、３４　第２電極（陰極）
　５、２５、３５　低屈折率層
　６、２６、３６　金属層
　８、２８、３８　屈折率変調構造
　８ａ　第１屈折率材料層
　８ｂ　第２屈折率材料領域
　９、２９、３９　界面
　２１ａ、３１ａ　表面層
　２１ａａ　基板凹部
　２１ａｂ、３１ａｂ　基板凸部
　２８ａ、３８ａ　屈折率変調領域
　２９、３９　界面
　１０、２０、３０　有機ＥＬ素子
　１００　画像表示装置
　２００　照明装置

Claims

　第１電極と、発光層を含む有機層と、第２電極とを順に具備する有機ＥＬ素子であって、
　前記第２電極の前記有機層と反対側の面には、厚さ２０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の低屈折率層と、金属層とを該反対側の面に接する側から順に具備し、
　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は、第１屈折率材料層を有し、
前記第１屈折率材料層の面内方向には、離散的に配置された複数の第２屈折率材料領域を有する屈折率変調構造を備えたことを特徴とする有機ＥＬ素子。
　基板上に、第１電極と、発光層を含む有機層と、第２電極とを順に具備する有機ＥＬ素子であって、
　前記第２電極の前記有機層と反対側の面には、厚さ２０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の低屈折率層と、金属層とを該反対側の面に接する側から順に具備し、
　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、
　前記基板の表面層に離散的に形成された複数の基板凹部が、基板の屈折率と異なる材料で充填されてなる屈折率変調構造を備えたことを特徴とする有機ＥＬ素子。
　基板上に、第１電極と、発光層を含む有機層と、第２電極とを順に具備する有機ＥＬ素子であって、
　前記第２電極の前記有機層と反対側の面には、厚さ２０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の低屈折率層と、金属層とを該反対側の面に接する側から順に具備し、
　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、
　前記基板の表面層に離散的に形成された複数の基板凸部を有し、その側面を被覆するように基板の屈折率と異なる材料が形成されてなる屈折率変調構造を備えたことを特徴とする有機ＥＬ素子。
　前記低屈折率層の屈折率は、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１～３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、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４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１～５のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子。
　前記第２屈折率材料領域、前記基板凹部又は前記基板凸部が、素子面内の少なくとも一方向に配列される周期が、５００ｎｍ～２０００ｎｍであることを特徴とする請求項１～６のいずれかに一項に記載の有機ＥＬ素子。
　前記金属層の誘電率の実部ε₁、前記低屈折率層の誘電率ε₂、及び、前記第２屈折率材料領域、前記基板凹部又は前記基板凸部が、素子面内の少なくとも一方向に配列される周期ｐが、ある整数Ｎ（１≦Ｎ≦３）に対して以下の式を満たすように選択されてい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；

　ここで、λは前記発光層のフォトルミネッセンス・スペクトルのピーク波長である。
　前記周期が、２００ｎｍ～２０００ｎｍであることを特徴とする請求項８に記載の有機ＥＬ素子。
　請求項１～９のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子を備えることを特徴とする画像表示装置。
　請求項１～９のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子を備えることを特徴とする照明装置。