WO2014069573A1

WO2014069573A1 - 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: WO2014069573A1
Application number: PCT/JP2013/079560
Authority: WO
Inventors: 祐介山▲崎▼; 祥貴下平
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 2012-10-31
Filing date: 2013-10-31
Publication date: 2014-05-08
Anticipated expiration: 2015-04-30

Abstract

この有機ＥＬ素子は、第１電極と、発光層を含む有機層と、第２電極とを順に具備し、第２電極の、有機層の反対側の面に、厚さ２０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の低屈折率層と金属層とを順に具備し、第１電極は、第１電極の屈折率と異なる屈折率を有する誘電体層によってその内側面を被覆された複数の第１電極孔部を備え、有機層は、前記第１電極及び誘電体層と前記第２電極との間に配置する層状部を有するものであり、第２電極は、透光性導電材料からなり、低屈折率層の屈折率は有機層の屈折率よりも低いことを特徴とする。

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１０月３１日に、日本に出願された特願２０１２－２４１３３４と、２０１３年６月２８日に日本に出願された特願２０１３－１３７５２９と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。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。また、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（光線と入射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）光といい、これによる損失を基板損失という。
　また、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、酸化インジウム錫合金（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）光といい、これによる損失を導波損失という。
　また、発光層で発光した光のうち、金属陰極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）として金属陰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。本明細書では、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％が損失となっている。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。また、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。

また、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。この効果により、導波モード光の入射角を小さい角度に変えること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、金属陰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、陰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）。

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モード光を伝播光として有機層中に取り出しても、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モード光を有機層中に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モード光を有機層中に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極側構造と、有機層中に取り出した伝播光を基板側に屈折または指向させる、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）基板上に、陽極と、有機ＥＬ材料からなる発光層を含む有機層と、陰極とを順に具備し、前記陽極側から外部に光を取り出すように構成された有機ＥＬ素子であって、さらに、前記陰極の、前記有機層の反対側に、低屈折率層と金属層とを順に具備し、前記陽極は、該陽極の屈折率より低い屈折率を有する誘電体層によってその内側面を被覆された複数の陽極孔部を備え、前記有機層は、前記陽極及び前記誘電体層と前記陰極との間に配置する層状部を有するものであり、前記陰極は、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い、ことを特徴とする有機ＥＬ素子。
（２）　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、さらに、前記第２電極の、前記有機層の反対側の面に、厚さ２０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の低屈折率層と、金属層とを順に具備し、前記第１電極は、複数の第１電極孔部を有し、前記第１電極孔部の内側面を被覆し、前記第１電極の屈折率と異なる屈折率を有する材料からなる複数の第１電極孔部内側面被覆部を備え、前記有機層は、前記第１電極と前記第２電極との間、及び、前記第１電極孔部内側面被覆部と前記第２電極との間に配置する有機層層状部を有するものであり、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いことを特徴とする有機ＥＬ素子。
（３）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、さらに、前記第２電極の、前記有機層の反対側の面に、厚さ２０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の低屈折率層と、金属層とを順に具備し、前記第１電極は、第１電極層状部により互いに連結された複数の第１電極凸部を有し、前記第１電極凸部の外側面を被覆し、前記第１電極の屈折率と異なる屈折率を有する材料からなる複数の第１電極凸部外側面被覆部を備え、前記有機層は、前記第１電極と前記第２電極との間、及び、前記第１電極凸部外側面被覆部と前記第２電極との間に配置する有機層層状部を有するものであり、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いことを特徴とする有機ＥＬ素子。
（４）第１電極の有機層と反対側に基板を具備し、前記第１電極孔部内側面被覆部が前記基板の一部として形成されていることを特徴とする（２）に記載の有機ＥＬ素子。
（５）第１電極の有機層と反対側に基板を具備し、前記第１電極凸部外側面被覆部が前記基板の一部として形成されていることを特徴とする（３）に記載の有機ＥＬ素子。
（６）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）～（５）のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子。
（７）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（６）に記載の有機ＥＬ素子。
（８）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）～（７）のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子。
（９）前記第１電極孔部、又は前記第１電極凸部が基板面内の少なくとも一方向に配列される周期が、５００ｎｍ～４０００ｎｍであることを特徴とする（１）～（８）に記載の有機ＥＬ素子。
（１０）前記第１電極孔部、又は前記第１電極凸部が、基板面内の少なくとも一方向に周期的に配置し、前記金属層（誘電率ε_１）、前記低屈折率層（誘電率の実部ε_２）、及び、前記第１電極孔部、又は前記第１電極凸部の前記一方向の周期（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）～（８）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・スペクトルの最大ピーク波長である。
（１１）前記周期が、５００ｎｍ～４０００ｎｍであることを特徴とする（１０）に記載の有機ＥＬ素子。
（１２）（１）～（１１）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。
（１３）（１）～（１１）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り、（ａ）は、誘電体層が、陽極の屈折率より高い材料からなる有機ＥＬ素子であり、（ｂ）は、誘電体層が、陽極の屈折率より低い材料からなる有機ＥＬ素子である。 Otto型配置を有する陰極側構造を備えた有機EL素子の断面模式図である。透過型回折格子を備えた陽極側構造を備えた有機ＥＬ素子の陽極側構造を含む一部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素子における回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素子におけるフォトニック結晶の効果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。（ａ）は、本発明の第一実施形態に係る有機EL素子の一例を説明するための斜視図であり、（ｂ）は、本発明の第二実施形態に係る有機EL素子の一例を説明するための斜視図である。なお、発明の特徴を分かりやすく示すため、Otto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。本発明の第４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。本発明の第１実施形態に係るボトムエミッション構造の有機EL素子の製造方法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実施形態に係るトップエミッション構造の有機EL素子の製造方法の一例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素子面に垂直な面内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）は反射層をＡｌとし、（ｂ）は反射層をＡｇとした場合の結果を示した図である。図１５におけるピークの変化を説明するための、本発明の一実施形態に係る有機ＥＬ素子の断面模式図である。図１５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。本発明の一実施形態に係る有機ＥＬ素子において、（ａ）は反射層をＡｌ、（ｂ）は反射層を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実施形態に係る有機ＥＬ素子の放射強度（相対値）について行った、コンピュータシミュレーションの結果を示す図であり、（ａ）は水平方向のダイポールからの放射光（基板に対して垂直方向に伝播する光（以下、タテ伝播光ということがある））の放射強度、（ｂ）は垂直方向のダイポールからの放射光（基板に対して主に平行方向に伝播する光（以下、ヨコ伝播光ということがある））の放射強度ηを示した図である。図１９のシミュレーションを行った構造を説明するための断面模式図である。本発明の第１実施形態に係る有機ＥＬ素子の放射強度（相対値）について行った、発光源であるランダムのダイポールからの放射光（ダイポールのモーメントがｘ、ｙ、ｚ方向にランダム）の放射強度ηを、コンピュータシミュレーションした結果を示す図である。本発明の第１実施形態の有機ＥＬ素子の放射強度（相対値）について、ピッチ）の依存性を調べたコンピュータシミュレーションの結果を示す図である。本発明の第１実施形態の有機ＥＬ素子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ＦＤＴＤ法によるシミュレーション結果を示すものであり、（ａ）～（ｆ）は、それぞれピッチが２００ｎｍ、３００ｎｍ、５００ｎｍ、９００ｎｍ、２０００ｎｍ、４０００ｎｍのものである。本発明の第１実施形態の有機ＥＬ素子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ＦＤＴＤ法によるシミュレーション結果を示すものであり、（ａ）～（ｆ）は、それぞれピッチが２００ｎｍ、３００ｎｍ、５００ｎｍ、９００ｎｍ、２０００ｎｍ、４０００ｎｍのものである。は、（ａ）は標準構造の有機ＥＬ素子、（ｂ）はOtto型配置の第２電極側構造を有し、それ以外はベタ構造（（ｂ）の右図参照）の有機ＥＬ素子について、垂直方向のダイポールからの放射光の磁場の強度分布をＦＤＴＤ法のシミュレーションで得られた結果を示すものであり、（ｃ）は（ｂ）の発光層近傍の拡大図であり、その右の図は構造の断面模式図である。

　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る。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。また、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）
　図１（ａ）、（ｂ）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１（ａ）、（ｂ）に示す有機ＥＬ素子１０は、第１電極の一例である陽極２と、有機ＥＬ材料からなる発光層を含む有機層３と、第２電極の一例である陰極４とを順に具備し、陽極２側から外部に光を取り出すように構成されている。さらに、有機ＥＬ素子１０は、陰極４の、有機層３の反対側に、低屈折率層５と金属層６とを順に具備している。
　陽極２は、複数の陽極孔部２Ａを備えている。陽極孔部２Ａの内側面２ａは、陽極孔部内側面被覆部の一例である誘電体層７によって被覆されている。誘電体層７は、陽極２の層内に島状に散在する構成である。また、誘電体層７は、陽極２の屈折率と異なる屈折率の材料からなる。有機層３は、陽極２及び前記誘電体層７と前記陰極４との間に配置する層状部（有機層層状部）を有している。陰極４は、透明導電材料（透光性導電材料）からなる。低屈折率層５の屈折率は、有機層３の屈折率よりも低い。誘電体層７は陽極孔部２Ａの内側面２ａの他、陽極２の有機層側の面の一部を被覆する構造でもよい。また、陽極孔部２Ａは、陽極２を貫通する孔に限定されず、陽極孔部２Ａは陽極２を貫通しない穴であってもよい。
　図１（ａ）、（ｂ）は、基板１が陽極２側に配置されるボトムエミッション構造の一例である。図１（ａ）は、誘電体層が、陽極の屈折率より高い材料からなる有機ＥＬ素子である。図１（ｂ）は、誘電体層が、陽極の屈折率より低い材料からなる有機ＥＬ素子である。一方、トップエミッション構造とは、基板１が金属層６側に配置されている場合である。本発明の有機ＥＬ素子は、ボトムエミッション構造、トップエミッション構造のいずれを適用してもよい。以下、基板１が陽極２側に存在する、ボトムエミッション構造を例に説明する。
　なお、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。

隣接する陽極孔部２Ａが基板面内の少なくとも一方向に配置される周期（ピッチ）が、発光光の波長以上において、陽極孔部２Ａの形状はその内側面で光を基板側へ屈折させる効果を奏するものであれば特に限定はない。誘電体層が、陽極の屈折率より高い材料からなる場合は、導波モード光をより垂直に屈折させる観点からは基板１側の底面積より陰極４側の上面面積が小さい形状が好ましい。図１（ａ）で示した例では、その内側面は基板面に対して垂直に配置する構成であるが、かかる構成に限定されない。
　陽極孔部２Ａの内側面２ａが基板面に対する角度は４５～９０°が好ましく、６０～９０°がより好ましく、７５～９０°がより一層好ましい。陽極孔部の内側面２ａをこのような角度とすることにより、発光位置から陽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陽極孔部の内側面２ａ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取り出されやすくなる。
誘電体層が、陽極の屈折率より低い材料からなる場合は、導波モード光をより垂直に屈折させる観点からは基板１側の底面積より陰極４側の上面面積が大きい形状が好ましい。
　陽極孔部２Ａの内側面２ａが基板面に対する角度は９０°～１３５°が好ましく、９０°～１２０°がより好ましく、９０°～１０５°がより一層好ましい。陽極孔部の内側面２ａをこのような角度とすることにより、発光位置から陽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陽極孔部の内側面２ａ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取り出されやすくなる。
　一方で、隣接する陽極孔部２Ａの周期が発光光の波長と同等以下の場合においては、陽極孔部２Ａの形状は、回折の効果やフォトニック結晶による効果を奏するものであれば特に限定はされない。発光した光をより基板側に取り出す観点からは、陽極孔部２Ａの内側面２ａは基板面に対して垂直に近いことが好ましい。
　これは陽極孔部２Ａの内側面２ａが基板面に対して垂直であることによって、陽極孔部２Ａの内側面２ａを横切る基板面内方向において、屈折率の変調が急峻になるためである。屈折率の変調が急峻な場合は、フォトニック結晶では基板面内方向に光が伝播できなくなるバンドギャップの周波数域が広くなり、より効率的に有機層３から外部へ取り出すことができる。また回折格子でも屈折率の変調が急峻な場合は、基板方向への光の回折効率が向上するため、同様に素子外部への光取り出しが向上する。
　以上、ボトムエミッション構造を例に説明したが、これらのことはトップエミッション構造についても同様である。

　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／陰極／有機層の積層構造において、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、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、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。ところで、Otto型配置では、金属層／低屈折率層／高屈折率層の順で層を配置する必要がある。ここで、Ｂパターンの場合は、金属層／低屈折率層／陰極の構成がOtto配置になっている。また、Ｃパターンの場合は、金属層／低屈折率層／陰極の構成がOtto配置である他、金属層／低屈折率層＋陰極／有機層の構成もOtto配置になっている。さらに、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、まず、金属層／低屈折率層／陰極（透明導電層）の構成がOtto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配置になっているため、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、低屈折率層が空気やＳＯＧ（スピンオングラス）で、陰極（透明導電層）がＩＴＯなどの透明導電材料層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て、残りの光が有機層に透過する。
　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。一方で、金属層／低屈折率層+陰極（透明導電層）／有機層の構成はOtto型配置になっているため、金属層からＳＰＰモード光の再放射が生じる。そのため、Ｂパターンの場合よりも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、屈折率の大小関係でｎ_Ｃ＜ｎ_Ｏを満たすように陰極（例えばＩＴＯ）と有機層を選び、低屈折率層としてその屈折率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。

　なお、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。また、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型配置になっている。そのため、金属層からＳＰＰモード光の再放射は生じるが、有機層の屈折率が低屈折率層よりも低いため、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、陽極側の導波モードに取り出すことが困難である。

　ボトムエミッション型に適用する場合、基板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好ましい。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る。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、透過率が７０％以上であることがより好ましい。
　具体的には、ガラス板、ポリマー板等が挙げられる。ガラス板としては、特にソーダ石灰ガラス、バリウム・ストロンチウム含有ガラス、鉛ガラス、アルミノケイ酸ガラス、ホウケイ酸ガラス、バリウムホウケイ酸ガラス、石英等が挙げられる。またポリマー板としては、ポリカーボネート、アクリル、ポリエチレンテレフタレート、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。
　なお、発光光が可視光でない場合は、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、不透明なものも使用することができる。具体的には、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）の単体、または、これらの合金、あるいはステンレスなどの材料からなる基板、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。

　基板１の厚さは、要求される機械的強度にもより、特に限定されないが、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より発光層に正孔を注入するための電極である。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。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、酸化インジウム錫合金（ＩＴＯ）、酸化亜鉛錫合金（ＩＺＯ）、酸化錫、酸化亜鉛などの透明無機酸化物（ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ）、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、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、基板１上に例えば、スパッタ法、真空蒸着法、塗布法、ＣＶＤ法、イオンプレーティング法などによって形成することができる。
陽極２の厚さは特に限定されない。例えば１０～２０００ｎｍであり、好ましくは５０～１０００ｎｍである。１０ｎｍより薄いと、陽極２のシート抵抗が増大し、また、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。

　誘電体層７は、陽極２の陽極孔部２Ａの内側面２ａを被覆しており、陽極２の屈折率と異なる屈折率を有する材料からなる。
　誘電体層７をかかる構成及び材料としたのは、光取り出し効率を向上させるためである。陽極孔部２Ａの内側面２ａ（基板１の基板面に対して、垂直又は垂直に近い方向に延びる陽極２と誘電体層７との界面）に入射する光を、この界面において基板１側に屈折させる。この、導波モード光の入射角を小さい角度に変えることで全反射を生じる光の割合を低減させ、光取り出し効率を向上させる（図１（ａ）、図１（ｂ）参照）。

　誘電体層７の材料としては、透光性でかつ陽極の屈折率と異なる屈折率を有する材料であれば特に制限はない。陽極２の材料が酸化インジウム錫合金（ＩＴＯ（屈折率１．８２））である場合は、例えば低屈折率の材料としては、スピンオングラス（ＳＯＧ（屈折率の一例：１．２５））、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、多孔性物質等が挙げられる。一方、高屈折率の材料としては、窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）（代表的な屈折率：２．０）をはじめとするケイ素化合物、酸化チタン（ＴｉＯ_２）（代表的な屈折率：２．５）をはじめとする金属酸化物、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）（代表的な屈折率：２．２）をはじめとする金属窒化物や、陽極２の材料の屈折率によっては、アルミニウム酸窒化物（ＡｌＯＮ）（代表的な屈折率：１．８）やケイ素酸窒化物をはじめとする金属酸窒化物、ポリエチレンナフタレート（代表的な屈折率：１．８）をはじめとする高分子化合物樹脂、ＳＯＧ（屈折率が１．８以上のもの）などが挙げられる。
　誘電体層７の厚さは特に限定されない。例えば１０～２０００ｎｍであり、好ましくは５０～１０００ｎｍである。１０ｎｍより薄いと陽極に対する誘電体層７の体積が小さくなり、導波モード光が屈折または回折されにくくなる。また、２０００ｎｍより厚いと有機層３の平坦度を保ちにくくなる。
誘電体層７は、絶縁体でも導性を有していてもよい。誘電体層７が導電体の場合、素子を駆動させると陽極２／有機層７／陰極４という導電パスのほか、陽極２／誘電体層７／有機層３／陰極４といった導電パスも生じる。これにより、有機層３内の面内輝度分布が一様となり、素子の輝度を向上させることができる。一方、誘電体層７が絶縁体である場合は、上記の誘電体７を透過する導電パスが生じない。そのため、誘電体７と陰極４を結ぶ最短直線状の輝度が低下する。ただしこの場合でも、この誘電体層７上に導電性のバッファ層を敷くことによって有機層３の面内輝度を一様にすることが可能である。
誘電体層７を形成した後、陽極２および誘電体層７の陽極側の表面に、膜質改善を目的とした各種の表面処理を行うことができる。また、誘電体層７が絶縁体である場合は、表面処理として導電膜を成膜することにより、前記のように有機層内の面内輝度を一様にして、輝度を向上させることができる。

　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。陽極２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、上記の陽極の材料として挙げたものと同じものを用いることができる。
　陰極４の厚さは特に限定されないが、例えば３０ｎｍ～１μｍであり、好ましくは５０～５００ｎｍである。３０ｎｍより薄いとシート抵抗が増加して、駆動電圧が上昇し、また、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。

　有機層３は、陽極２及び誘電体層７と陰極４との間に配置される。図１（ａ）、（ｂ）に示す有機層３は、有機層層状部のみからなる構成であるが、有機層３の少なくとも一部が層状部で構成されればよく、層状部のみからなる場合に限定されない。

　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。
　また、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以下と小さい。このような正孔注入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への電子の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、特に限定されないが、例えば５０～２０００ｎｍであり、好ましくは１００～１０００ｎｍである。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り、また、１０００ｎｍより厚いと駆動電圧が上昇する。

　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、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。
　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。

　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、この屈折率条件を満たす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、多孔性物質などが挙げられる。また、低屈折率層１５は、空気層を含む層からなるものであってもよい。

また低屈折率層は、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０．２以上小さい材料からなることが好ましい。これは、前記第２電極や前記有機層がOtto型配置の高屈折率層に相当し、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が上がるためである。

低屈折率層５の厚さは、２０ｎｍ以上３００ｎｍ以下であることが好ましい。厚みが２０ｎｍ以下では、低屈折率層５の膜厚が薄すぎるため、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。面内波数成分が多くなると、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。３００ｎｍ以上では、低屈折率層１５の膜厚が厚すぎるため、エバネッセント波が金属層１６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。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。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。また、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の厚さは特に限定されない。例えば２０～２０００ｎｍであり、好ましくは５０～５００ｎｍである。２０ｎｍより薄いと反射率が低くなり正面輝度が低下し、また、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配置による第２電極構造の作用効果について説明する。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電極のまま記述する。
　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_ｓｐ、波数の基板面内方向成分の実部をｋ_ｓｐとすると、この分散関係（角振動数と波数の間の関係）は、金属の誘電率の実部ε_１と、金属表面に接触する誘電体の誘電率ε_２によって決まり、近似的に次式（２）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、通常の伝播光の分散関係は、角振動数をω、波数ベクトルをｋとして、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表面にSPPを励起することはできず、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はできない。

　これに対して、Otto型配置（高屈折率誘電体層（誘電率ε_３）／低屈折率誘電体層（誘電率ε_２）／金属層（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、高屈折率誘電体層側から臨界角より大きい入射角で入射した光は、高屈折率誘電体層と低屈折率誘電体層の界面で全反射する。この際、界面の低屈折率誘電体層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。θは高屈折率誘電体層から低屈折率誘電体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」と言う場合も、全て全反射によって生じたものを指すものとする）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、平坦な金属表面にSPPを励起することができる。また、平坦な金属表面に存在するSPPからエバネッセント波を介して高屈折率誘電体層中に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、金属層側からみると、SPPの放射角度になる。
　言い換えると、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している。そして、SPPを、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。

　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／低屈折率層の界面へ入射した光はエバネッセント波を生じる。そのエバネッセント波が金属表面にSPPモード光を励起する。また、金属表面に励起されたSPPモード光はOtto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搬光として有機層中へ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配置構造を導入することにより、金属層表面に生じたSPPモード光を所定の角度で有機層中を伝播す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・取り出しは式（１）を満たす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沁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る。一方、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、本発明の有機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、有機層中を伝播する光が基板側に屈折または回折して第１電極と基板界面もしくは基板と外部（例えば空気）との界面への入射角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電極に孔部を設け、その孔部内側面を第１電極と異なる屈折率の材料からなる誘電体層で被覆する構造とすることにより、基板面に対して、垂直又は垂直に近い屈折率の界面として、第１電極と誘電体層との界面を導入する。
　また、第１電極に凸部を設け、その凸部外側面を誘電体層で被覆する構造とすることにより、基板面に対して、垂直又は垂直に近い屈折率の界面として、第1電極と誘電体層との界面を導入してもよい。

　第１電極側構造は、基板面内方向に周期性を有する構造であっても、周期性を有さない非周期的な構造であってもよい。
　第１電極側構造が周期性を有する場合、すなわち屈折率が互いに異なる誘電体層と第１電極が基板面内方向に１次元もしくは２次元的に周期的に並ぶ場合には、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）による回折効果（基板面に対して所定の角度に指向させる効果）や、フォトニック結晶による効果（特定の方向・周波数の光伝播を禁制する効果）によって、導波モード光を基板側に取り出すことが可能となる。
　第１電極側構造の屈折率変調構造の周期（ピッチ）が、発光光の波長より大きい場合は、屈折率が互いに異なる媒質界面での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１電極の屈折率変調構造の周期（ピッチ）が発光光の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２及び図３を用いてより具体的に説明する。
　図２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２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。なお、図２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、ε₁は金属層の誘電率、ε_２は低屈折率層の誘電率、ｋ_ｓｐはSPPモード光の波数ベクトル、ｋ_０は真空中の光の波数、高屈折率層中を伝播する光の、伝播角をθとする。
　SPPモード光の波数ｋ_ｓｐは式（２）から式（５）によって与えられる。

　SPPモード光とそれが再放射され、伝播光として取り出されるためには、SPPモード光とその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（１１）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３は、透過型回折格子を備えた第１電極側構造の一部の断面模式図である。
SPPモード光から所定の角度θで取り出された光が格子間隔（屈折率変調の周期）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の整数倍であることである。そのため、以下の式（８）で表すことができる。ここで、Ｎ＝０、±１、・・・である。
　なお、図３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る。具体的な層構成は本発明の具体的な構成に依存する。また、「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。ここで、λは、回折格子で回折される光の真空中での波長である。以下特に断りのない場合、波長と言えば真空中の波長を表すものとする。

　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）を満たすような回折格子を設けることにより、基板と空気の界面で全反射を生じさせない。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_１＜０、ε_２＜｜ε_１｜であるため、式（１１）中のＮは正の整数としてよい。

さらに、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（１）を満たしていることが望ましい。また、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、式（１）のλとしては発光層の発光スペクトルの最大ピーク波長を採用する。最大ピーク波長としては、フォトルミネセンス・スペクトルの最大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次元的な解析である。１次元回折格子構造（格子が、所定の一方向に規則的な間隔で配置される回折格子構造）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、基板面内のさらに別の一方向に対しても回折格子構造を有する。従って、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。
　したがって、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のである。

　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次元または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。ただし、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。そのため、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。そのため、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、周期性を有してい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、特定の放射角度に光が強め合って放射されることはない。したがって、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。一方で、第１電極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、必要に応じて周期的な構造にするか、非周期的な構造にするかを選択することできる。

　次に、第１実施形態の有機ＥＬ素子の屈折による作用効果を、図１（ａ）、（ｂ）を用いて模式的に説明する。図１（ａ）、（ｂ）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摸式的に示したものである。
光の伝播の仕方は誘電体層７の屈折率と陽極２の屈折率の大小関係によって異なり、図１（ａ）は前者が後者の屈折率より高い場合の説明図、図１（ｂ）は前者が後者の屈折率より低い場合の説明図である。

まず、誘電体層７の屈折率と陽極２の屈折率の大小関係によらない。有機層３に含まれる発光層のＡｏ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）全反射した場合（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モード光は、エバネッセント波（矢印Ａ４）との共鳴を介して、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。
　図１（ａ）、（ｂ）において、発光点（あるいは発光箇所）Ａｏは平面視して陽極２と重なる位置の発光点を示すものである（以下、この点での発光を「ｏｕｔ発光」ということがある。）。発光点Ａｉは平面視して陽極孔部と重なる位置の発光点を示すものである（以下、この点での発光を「ｉｎ発光」ということがある。）。発光点Ａｅは「ｉｎ発光」と「ｏｕｔ発光」との境界位置での発光を示すもの（以下、この点での発光を「ｉｎ－ｏｕｔ端発光」ということがある。）である。「ｉｎ発光」及び「ｉｎ－ｏｕｔ端発光」については、陰極４と低屈折率層５との界面での全反射を示す矢印は省略している。
　また、この作用効果の説明では「ｏｕｔ発光」の場合についてのみ詳細に説明しているが、「ｉｎ発光」及び「ｉｎ－ｏｕｔ端発光」についても、ＳＰＰ（矢印Ａ３）励起後の光の伝播は「ｏｕｔ発光」の場合と同様である。
　電流は陰極と陽極との間に流れるので、この場合は、発光点Ａｏは発光点Ａｉよりも電流密度が高いルートに位置するため、「ｏｕｔ発光」の方が「ｉｎ発光」より発光量が多い。

　誘電体層７が陽極２の屈折率より高い材料からなる場合は、図１（ａ）のように、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Ａ点にまで取り出された光は、ＡＤ１のように伝播して基板１まで取り出される。
　すなわち、Ａ点から有機層３を通って進む光ＡＤ１は、有機層３と誘電体層７との界面で屈折し、誘電体層７を透過する。さらにその光は、陽極２と誘電体層７との界面（陽極孔部２Ａの内側面２ａ）で基板１側へ屈折して進む。陽極２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ＡＤ１が誘電体層７から陽極２へ進む際、誘電体層７と陽極２との界面（陽極孔部２Ａの内側面２ａ（基板１の基板面に対して垂直に延びる陽極２と誘電体層７との界面））における屈折により、光ＡＤ１の基板１への入射角はより小さい角度（基板１の基板面に対して垂直方向により近い角度）に変わる。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、この陽極孔部２Ａの内側面２ａ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全反射をしない光が増えて光取り出し効率が向上する。すなわち、陽極孔部２Ａの内側面２ａ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。

　この構成においては、陰極４と陽極２との間の最短距離近傍が最も電流密度が高く、発光量が多くなる。有機層３に含まれる発光層のＰ点での発光は、発光量が多くなる「ｏｕｔ発光」であり、この点での発光を模式的に示すものである。
有機層３に含まれる発光層のＰ点で発光した光のうち、光ＰＤ１は基板に対して垂直方向に基板側に進む光である。基板１との界面で屈折することなく基板１内を進み、外部に取り出される。
また、光ＰＤ２は、陽極孔部２Ａの内側面２ａ（基板１の基板面に対して垂直に延びる、陽極２と誘電体層７との界面）で屈折し、陽極２を透過する。さらに、陽極２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ＰＤ２が誘電体層７から陽極２へ進む際、誘電体層７と陽極２との界面（陽極孔部２Ａの内側面２ａ）での屈折により、基板１への入射角が小さい角度（基板１の基板面に対して垂直方向により近い角度）に変わる。陽極２と基板（例えば、ガラス）１の界面、及び、基板１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。しかし、この陽極孔部２Ａの内側面２ａ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、基板と空気との界面で全反射をしない光が増えて光取り出し効率が向上する。

一方、誘電体層７が陽極２の屈折率より低い材料からなる場合は、図１（ｂ）のように励起されたＳＰＰモード光Ａ３がエバネッセント波との共鳴を介して有機層３中に取り出されるまでは，誘電体層７が陽極２の屈折率より高い材料からなる場合（図１（ａ））と同様である。
有機層に取り出された光は図１（ｂ）に示す光ＡＤ１のように伝播して、基板１まで取り出される。すなわち、Ａ点から有機層３を通って進む光ＡＤ１は、誘電体層７と陽極２との界面（陽極孔部２Ａの内側面２ａ）で屈折し、誘電体層７内を進む。このとき誘電体層７と陽極２の界面での屈折により、陽極２と基板１の界面、及び基板１の外表面への入射角がより小さい角度に変わる。これらの界面での全反射が抑えられ、光線ＡＤ１が導波モード光や基板モード光となるのを防ぐことができ、光取出し効率が向上する。

有機層３に含まれる発光層のＰ点で発光した光のうち、光ＰＤ１は基板に対して垂直方向に基板側に進む光である。基板１との界面で屈折することなく基板１内を進み、外部に取り出される。
また、光ＰＤ２は、陽極孔部２Ａの内側面２ａ（基板１の基板面に対して垂直に延びる、陽極２と誘電体層７との界面）で屈折し、誘電体層７を透過する。さらに、誘電体層７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る。
ここで、光ＰＤ２が陽極２から誘電体層７へ進む際、陽極２と誘電体層７の界面（陽極孔部２Ａの内側面２ａ）での屈折により、基板１への入射角が小さい角度（基板１の基板面に対して垂直方向により近い角度）に変わる。陽極１と基板（例えば、ガラス）１の界面、及び、基板１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。しかし、この陽極孔部２Ａの内側面２ａ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、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。

　次に、本発明の第１実施形態の有機ＥＬ素子１０において、陽極孔部２ａが基板１１の面内の少なくとも一方向に発光光の波長と同等以下の周期で周期的に配置することによって、陽極２と陽極孔部内側面２ａを被覆する誘電体層７とが回折格子をなす場合について、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説明するために模式的に示したものである。以下で述べる原理は、誘電体層７と陽極２の屈折率の大小関係にはよらない。

　有機層３に含まれる発光層のＢｏ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との界面に臨界角以上の大きな入射角で入射して（矢印Ｂ１）全反射した場合（矢印Ｂ１ｒ）、低屈折率層５中にエバネッセント波（矢印Ｂ２）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Ｂ３）が励起される。
　励起されたＳＰＰは、エバネッセント波（矢印Ｂ４）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Ｂ５）、伝播光として有機層３に取り出される。
　Ｂｉ点及びＢｅ点で発光した光についても同様である。

　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有機層３を伝搬し、回折格子に入射する。入射した光は回折格子によって、ある所定の方向（Ｎ次の強め合う条件を満たす方向）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指向される。
　ここで、矢印ＢＤ１や矢印ＢＤ２で示すように、基板１（例えば、ガラス）と空気との界面に、臨界角以下の入射角で入射する光は、そのまま外部に取り出される。この矢印ＢＤ１や矢印ＢＤ２で示す光は上記のように干渉により、強め合っているため、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。
　一方で、矢印ＢＤ３で示すように、基板１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、回折格子の周期を選択することが好ましい。言い換えると、式（１）を満たせば、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。特に次数Ｎが小さいほど回折光の強度が高いので、できるだけ小さいＮに対して、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。

　更に、本発明の第１実施形態の有機ＥＬ素子１０において、陽極孔部２Ａが基板１の面内の少なくとも一方向に発光光の波長と同程度以下の周期で周期的に配置する場合は、前述のように回折格子を形成していると見なせるとともに、一方ではフォトニック結晶を形成していると見ることもできる。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Ｃｏ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との界面に臨界角以上の大きな入射角で入射して（矢印Ｃ１）全反射した場合（矢印Ｃ１ｒ）、低屈折率層５中にエバネッセント波（矢印Ｃ２）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との界面まで沁み出し、表面プラズモンポラリトンＳＰＰ（矢印Ｃ３）が励起される。
　励起されたＳＰＰは、エバネッセント波（矢印Ｃ４）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Ｃ５）、伝播光として有機層３に取り出される。
　Ｃｉ点及びＣｅ点で発光した光についても同様である。

　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Ｃ点にまで取り出された光は有機層３を伝搬し、フォトニック結晶構造に入射する。ある特定の方向に光の波長と同等以下の周期を有する屈折率変調構造体が存在する空間では、その方向にはフォトニックバンドギャップを生じ、バンドギャップ周波数域内の光は伝播できなくなる（光閉じ込め効果）。
本発明の第１実施形態においては、周期構造は陽極２と陽極孔部内側面２ａを被覆する誘電体層７によって形成されており、ここでフォトニックバンドギャップを生じうるのは基板面と平行な矢印ＣＤ２方向である。したがって、ＣＤ２の方向のフォトニックバンドギャップに対応するバンドギャップ周波数域内の光に対しては、この基板と平行な方向への伝播は禁制される。
　一方で、基板面に垂直な方向については、フォトニック結晶構造が形成されていないので、フォトニックバンドギャップは生じない。したがって、有機層３中に伝播光として取り出されたＳＰＰモード光は、この基板面に垂直に近い方向に進むことになる。
　矢印ＣＤ１方向は基板面に垂直であるため、フォトニック結晶構造から出射された光は、基板１の外表面でも全反射することなく、効率よく光を取り出される。
　フォトニック結晶構造がない場合、有機層３中に取り出された光は大部分が陽極２（あるいは誘電体層７）と基板１の界面で全反射されて導波モード光になるか、基板１と空気界面の外表面で全反射されて基板モードとなる。本発明の有機ＥＬ素子は、フォトニック結晶構造によって有機層中の光伝播方向が基板面に対して垂直に近い方向に変えられるため全反射が抑えられ、外部への光取り出し効率が向上する。

　図６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。第１実施形態では、陽極の層内に誘電体層が島状に散在する構成であるのに対して、第２実施形態では、誘電体層７の層内に陽極凸部が島状に散在し、複数の陽極凸部が陽極層状部により互いに連結された構成である。
　図６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とを順に具備している。さらに、有機ＥＬ素子２０は、第２電極２４の、有機層２３の反対側に、低屈折率層２５と金属層２６とを順に具備している。
　陽極２２は、陽極層状部２２ｃにより互いに連結された複数の陽極凸部２２Ｂを備えている。有機層２３は、陽極２２及び誘電体層２７と第２電極２４との間に配置する層状部を有している。陰極２４は、透光性導電材料からなっている。低屈折率層２５の屈折率は有機層２３の屈折率よりも低い。
　　図６は、基板２１が陽極２２側に配置されている場合がボトムエミッション構造の例である。一方、トップエミッション構造とは、基板２１が金属層２６側に配置されている場合である。以下、基板２１が陽極２２側に存在する、ボトムエミッション構造を例に説明する。

　上記のように陰極２４側の構造について屈折率の比較を行う場合には、有機層２３の屈折率とは、発光層を含む全ての層の平均の屈折率をいう。
　隣接する陽極凸部２２Ｂが基板面内の少なくとも一方向に配置される周期（ピッチ）が、発光光の波長以上において、陽極凸部２２Ｂの形状はその外側面で光を基板側へ屈折させる効果を奏するものであれば特に限定はない。誘電体層が、陽極の屈折率より高い材料からなる場合は、導波モード光をより垂直に屈折させる観点からは基板２１側の底面積より陰極２４側の底面積が小さい形状が好ましくい。図６で示した例では、その外側面は基板面に対して垂直に配置する構成であるが、かかる構成に限定されない。
隣接する陽極凸部２２Ｂの外側面２２ｂが基板面に対する角度は４５～９０°が好ましく、６０～９０°がより好ましく、７５～９０°がより一層好ましい。陽極凸部の外側面２２ｂをこのような角度とすることにより、発光位置から陽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陽極凸部の外側面２２ｂ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取り出されやすくなる。
　誘電体層が、陽極の屈折率より低い材料からなる場合は、導波モード光をより垂直に屈折させる観点からは基板２１側の底面積より陰極２４側の底面積が大きい形状が好ましい。隣接する陽極凸部２２Ｂの外側面２２ｂが基板面に対する角度は９０°～１３５°が好ましく、９０°～１２０°がより好ましく、９０°～１０５°がより一層好ましい。陽極凸部の外側面２２ａをこのような角度とすることにより、発光位置から陽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陽極凸部の外側面２２ｂ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取り出されやすくなる。
　一方で、隣接する陽極凸部２２Ｂの周期が発光光の波長と同等以下においては、陽極凸部Ａ２２Ｂの形状は、回折の効果やフォトニック結晶による効果を奏するものであれば特に限定はされない。発光した光をより基板側に取り出す観点からは、陽極凸部２２Ｂの外側面２２ｂは基板面に対して垂直に近いことが好ましい。
　これは陽極凸部２２Ｂの外側面２２ｂが基板面に対して垂直であることによって、陽極凸部２２Ｂの外側面２２ｂを横切る基板面内方向において、屈折率の変調が急峻になるためである。屈折率の変調が急峻な場合は、フォトニック結晶では基板面内方向に光が伝播できなくなるバンドギャップの周波数域が広くなり、より効率的に有機層２３から外部へ取り出すことができる。また回折格子でも屈折率の変調が急峻な場合は、基板方向への光の回折効率が向上するため、同様に素子外部への光取り出しが向上する。

　第１実施形態の陽極孔部を有する場合と、第２実施形態の陽極凸部を有する場合とで、孔部と凸部のサイズと周期が等しい場合には、同様の作用効果が得られる。このことは、回折効果やフォトニック結晶による効果においても同様である。

図７は第１実施形態と第２実施形態の模式的な斜視図であるが、図７（ａ）で示す第１実施形態の陽極孔部を有する場合と、図７（ｂ）で示す第２実施形態の陽極凸部を有する場合とで、陽極孔部又は凸部の周期、サイズが変わらないときは、同様の屈折の効果を有する。そのため、第２実施形態においても、第１実施形態の効果と同様の効果が得られる。

　図８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。
　本発明の第３実施形態に係る有機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とを順に具備している。さらに、有機ＥＬ素子３０は、第２電極３４の、有機層３３の反対側に、低屈折率層３５と金属層３６とを順に具備している。
陽極３２は、複数の陽極孔部３２Ａを備えている。陽極孔部３２Ａの内側面３２ａは、陽極孔部内側面被覆部の他の一例である基板凸部３１Ｂによって被覆されている。基板凸部３１Ｂが島状に陽極３２の層内に散在する構成である。有機層３３は、陽極３２及び基板凸部３１Ｂと陰極３４との間に配置する層状部を有している。陰極３４は、透明導電材料（透光性導電材料）からなり、低屈折率層４５の屈折率は、有機層３３の屈折率よりも低い。基板凸部３１Ｂは陽極孔部３２Ａの内側面３２ａの他、陽極３２の有機層側の面の一部を被覆する構造でもよい。また、陽極孔部３２Ａは、陽極３２を貫通する孔に限定されず、陽極孔３部２Ａは陽極３２を貫通しない穴であってもよい。

　図９は、本発明の第４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。第３実施形態では、陽極の層内に基板凸部が島状に散在する構成であるのに対して、第４実施形態では、基板凹部に陽極凸部の島が散在し、複数の陽極凸部が陽極層状部により互いに連結された構成である。
　図９に示す有機ＥＬ素子４０は、基板４１上に、陽極（第１電極）４２と、発光層を含む有機層４３と、陰極（第２電極）４４とを順に具備している。さらに、有機ＥＬ素子４０は、第２電極４４の、有機層４３の反対側に、低屈折率層４５と金属層４６とを順に具備している。
陽極４２は、陽極層状部４２ｃにより互いに連結された複数の陽極凸部４２Ｂを備えている。有機層４３は、陽極４２と第２電極４４との間に配置する層状部を有している。陰極４４は、透光性導電材料からなっている。低屈折率層４５の屈折率は有機層４３の屈折率よりも低い。

（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、２０、３０、４０を備えた画像表示装置についてそれぞれ同様なので、各有機ＥＬ素子１０、２０、３０、４０をまとめて有機ＥＬ素子１０として説明する。図１０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。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が、以下はボトムエミッション構造の例で説明を行う。
　図１０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、画像表示装置１００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。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、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～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と平面視で直交する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には、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素子を備え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を備えた照明装置についてそれぞれ同様なので、各有機ＥＬ素子１０、２０、３０、４０をまとめて有機ＥＬ素子１０として説明する。図１１は、上記の有機ＥＬ素子を備えた照明装置の一例を説明した図である。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。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から光を出射させ、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素子の製造方法）
　次に、本発明の第１実施形態に係るボトムエミッション型の有機ＥＬ素子１０の製造方法について図１２を参照して説明する。
　まず、図１２（ａ）に示すように、基板１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。表面処理の具体的方法としては、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挙げられる。

　更に、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。そして、陽極バッファ層はウェットプロセスにて塗布して作製することができ、具体的な成膜方法としては、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が挙げられる。

　また、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る。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、真空蒸着法などが挙げられる。

　次に、陽極孔部２Ａ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１２（ｂ）に示すように、まず陽極２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９を形成する。

　そして、陽極孔部２Ａ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。図１２（ｃ）に示すように、レジスト層９に陽極孔部２Ａ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９ａ）。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９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、陽極２の表面が露出する（図１２（ｄ））。

　図１２（ｅ）に示すように、残存したレジスト層９をマスクとして、露出した陽極２の部分をエッチング除去して陽極孔部２Ａ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。また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、陽極孔部２Ａ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。また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。このエッチングにより上記パターンに対応して、基板１の表面が露出する。
　例えば第２実施形態の陽極凸部を形成する場合も、上記陽極孔部２Ａを形成する工程と同じで構わない。陽極をエッチングする際に、エッチングを抑えて基板を露出させず、陽極層状部を残すことにより陽極凸部を連結させ、陽極凸部間の導通をとることができる。

　次に、残ったレジスト層をレジスト除去液等により除去し（図１２（ｆ））、その後に、誘電体層７を形成する（図１２（ｇ））。
図１２（ｇ）において誘電体層７は陽極孔部２Ａを充填して陽極孔部２Ａの内側面２ａを被覆する構成である。一部だけ埋めて陽極孔部２Ａの内側面２ａを被覆する（陽極孔部２Ａの底面が一部露出した）構成でもよい。この誘電体層７の形成方法も陽極２の形成方法と同様に特に限定されない。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。
　上記の形成法によって誘電体層７を形成した後、誘電体層７が陽極２の上面（陽極孔部２Ａ以外の、基板とは反対側の面）を被覆している場合、誘電体層７をエッチバック処理して一部除去することによって、陽極２の上記上面を露出させてもよい。このエッチバック処理は、誘電体層７が絶縁体の場合に、陽極と陰極間の導電パスを形成するために必要となる。エッチバック処理の方法としては、例えば陽極孔２Ａの形成で用いられたエッチング方法や、研磨法を用いることができる。
さらに、誘電体層７を形成した後、陽極２および誘電体層７の陽極側の表面に、膜質改善を目的とした各種の表面処理を行うことができる。表面処理の方法としては、陽極２を成膜した後の表面処理で記載したものと同様のものを用いることができる。

　次に、図１２（ｈ）に示すように、陽極２及び誘電体層７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及び誘電体層７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。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。
　陽極孔内側面被覆部の一例である誘電体層７は陽極孔部２Ａの内側面２ａを被覆していればよい。その形成条件は、陽極孔部２Ａを完全に埋めるか、一部を埋めるかによって調整する。
　上記のように陽極孔内側面２ａを被覆する誘電体層７を形成すると共に、さらに、層状の有機層３の形成を行い、図１２（ｈ）に対応する構造を作製する。

　次に、図１２（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。

　次に、図１２（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の形成も誘電体層７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。
　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。

　次に、図１２（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。また、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。また、金属層の酸化を防ぐため、犠牲層として金属層６よりイオン化傾向の大きい金属を保護層として用いても良い。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。またこの際に、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。そして、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。

次に、トップエミッション型の有機ＥＬ素子の製造方法を、図１３を参照して説明する。

まず、図１３（ａ）に示すように、基板１１上に、金属層１６を形成する。金属層１６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。

　次に、図１３（ｂ）に示すように、金属層１６上に低屈折率層１５を形成する。低屈折率層１５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１５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。

　次に、図１３（ｃ）に示すように、低屈折率層１５上に陰極１４を形成する。陰極１４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、図１３（ｄ）に示すように、陰極１４上に有機層１３を形成する。有機層１３の形成方法は、従来公知の方法を用いることができる。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。

　次に、図１３（ｅ）に示すように、有機層１３の上に陽極１２を形成する。この陽極１２の形成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１２を形成した後に、陽極１２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１２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。

　更に、陽極１２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。そして、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。

　また、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。

　次に、陽極孔部１２Ａ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１３（ｆ）に示すように、まず陽極１２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１９を形成する。

　そして、陽極孔部１２Ａ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１３（ｇ）に示すように、レジスト層１９に陽極孔部１２Ａ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１９ａ）。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１９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、陽極１２の表面が露出する（図１３（ｈ））。

　図１３（ｉ）に示すように、残存したレジスト層１９をマスクとして、露出した陽極１２の部分をエッチング除去して陽極孔部１２Ａ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。また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、陽極孔部１２Ａ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。また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。このエッチングにより上記パターンに対応して、有機層１３の表面が露出する。

　次に、図１３（ｊ）に示すように、誘電体層１７を形成する。この誘電体層１７の形成の前後で、レジスト層１９を除去してもよい。なお、図１３（ｉ）において誘電体層１７は陽極孔部１２Ａを充填して陽極孔部１２Ａの内側面１２ａを被覆する構成であるが、一部だけ埋めて陽極孔部１２Ａの内側面１２ａを被覆する構成でもよい。この誘電体層１７の形成方法も陽極１２の形成と同様に限定されない。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、または各種の塗布法などを用いることができる。
　上記の形成方法によって誘電体層１７を形成した後、誘電体層１７が陽極１２の上面（陽極孔部１２Ａ以外の、基板１１とは反対側の面）を被覆している場合、誘電体層１７をエッチバック処理して一部除去することによって、陽極２の上記上面を露出させてもよい。

（Ｏｔｔｏ型配置におけるＳＰＰ取り出し）
本発明における有機ＥＬ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距離を検討する。

図１４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。

一方で、Ｏｔｔｏ型配置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１５に示す。低屈折率層５の屈折率を１．３８とし、図１５（ａ）は陰極および反射層をＡｌとし、図１５（ｂ）は陰極および反射層をＡｇとした。

図１５（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、反射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導波モード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１６（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１６（ａ）は、ＳＰＰモード光として光が完全に反射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は反射層と低屈折率層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、低屈折率層の膜厚が厚くなるにつれて、図１６（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反射層に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１６（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１６（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反射層に届かなくなり、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１７は、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。図１７（ａ）の陰極および反射層が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なくなり、発光した光がＳＰＰに捕捉されなくなっていることが分かる。また、陰極４および反射層が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なくなり、ＳＰＰモード光として捕捉されていないことが分かる。
つまりＳＰＰモード光として捕捉される膜厚は２００ｎｍ以下である。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、反射層も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、反射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、反射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。

反射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は反射層の誘電率であり、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最大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、反射層表面に生成される表面プラズモンポラリトン（ＳＰＰ）が、反射層に垂直な方向に伝播することを考えると、誘電体層中における表面プラズモンポラリトンの波数の垂直成分は以下の式（１５）で表すことができる。

　反射層表面に生成される表面プラズモンポラリトン（ＳＰＰ）を１として規格化すると、反射層に垂直な方向に伝播することによって指数関数的に減衰していく。低屈折率層の厚み（ｈ_２）を伝搬した位置での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。つまり、式（１６）が十分大きければ、反射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１８（ａ）は反射層をＡｌ、（ｂ）は反射層を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１８（ａ）、（ｂ）と比較すると、式（１６）において、低屈折率層と陰極の界面での反射層表面に生成される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以下を満たせば、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。

　本発明の有機ＥＬ素子の実施例について以下に説明する。

図１９は、本発明の有機ＥＬ素子の効果について、有限差分時間領域法（ＦＤＴＤ(Finite Difference Time Domain ) Method）を用いて、光取り出し効率の隣接する陽極部分間の距離（ピッチ）の依存性をコンピュータシミュレーションした結果を示す。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ものである。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ものである。シミュレーション結果は、基板までの光取り出しを計算した結果を示すものである。横軸のλは波長、縦軸のηは相対強度である。以下の図においても同じである。

図２０は、シミュレーションで用いた、有機ＥＬ素子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通りである。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。陽極２はＩＴＯからなるとして、屈折率としては５５０ｎｍで１．８２+０．００９ｉを用い、その他の波長はローレンツモデルで外挿した。誘電体層７はＳＯＧ（スピンオングラス）からなるとして、屈折率としては１．２５を用いた。有機層３の屈折率としては１．７２を用いた。陰極４はＩＴＯからなるとして、陽極と同じものを用いた。低屈折率層５は空気層を含むものからなるとして、屈折率としては１．００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、及び、誘電体層７、層状部からなる有機層３、陰極４、低屈折率層５、金属層６の層厚はそれぞれ、１５０ｎｍ、１５０ｎｍ、１００ｎｍ、５０ｎｍ、５０ｎｍ、１００ｎｍとした。
隣接する陽極孔部の周期Ｐ（中心間の距離）が５００ｎｍ～９００ｎｍの範囲で１００ｎｍごとのそれぞれ場合を計算した。
それぞれの周期Ｐの場合の陽極孔部２Ａの径Ｄはそれぞれ周期Ｐの１/２とした。
比較のために、Otto型配置の陰極側構造を有し、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型配置の陰極側構造、及び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。
標準構造は基板のガラス上に、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。それぞれ、屈折率としては、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１９（ａ）、図１９（ｂ）はそれぞれ、水平方向のダイポールからの放射光（基板に対して垂直方向に伝播する光（以下、タテ伝播光ということがある））の放射強度η、垂直方向のダイポールからの放射光（基板に対して主に平行方向に伝播する光（以下、ヨコ伝播光ということがある））の放射強度ηを示す。
図１９（ａ）（タテ伝播光）では、本実施形態の場合と、Otto型配置のみ構造の場合、及び、標準構造の場合とで顕著な差はない。一方で、図１９（ｂ）（ヨコ伝播光）では、本実施形態のいずれの場合も可視光の全範囲にわたり、Otto型配置のみ構造の場合に比べると３０％以上、放射強度が高いという結果が得られた。さらに、可視光の全範囲にわたり、標準構造の場合に比べると１０倍程度、放射強度が高いという結果が得られた。

Otto型配置のみ構造の場合に比べた、本発明の場合の放射強度の数１０％の向上は、陽極孔部２Ａの内側面２ａにおける屈折効果によるものと考えられる。Otto型配置のみ構造の場合は、本実施形態の場合と同様に、Otto型配置の陰極側構造を有するものであるから、陽極孔部２Ａの内側面２ａにおける屈折効果だけではせいぜい数１０％程度の放射強度の差にしかならないことがわかった。
これに対して、標準構造の場合に比べた、本実施形態の場合の放射強度の１桁程度の向上は、Otto型配置の陰極側構造と、陽極孔部２Ａの内側面２ａにおける屈折効果との相乗効果によるものであると考えられる。Otto型配置の陰極側構造だけではSPPモード光を伝播光として取り出すことはできてもその伝播光を外部にまで取り出すことはできない。これに対して、Otto型配置の陰極側構造と、陽極孔部２Ａの内側面２ａを有する陽極側構造とを組み合わせることにより、予測を超えた効果が得られることがわかった。

また、図１９（ａ）、（ｂ）から、６５０ｎｍ以下の波長では陽極部分のピッチ依存性がでている。波長５８０ｎｍ近傍では、９００ｎｍピッチの場合は５００ｎｍピッチの場合に比べて２０％程度、放射強度が高いことがわかった。一方、それ以上の波長ではほとんど差がない、すなわち、陽極部分のピッチ依存性が小さいことがわかった。

図２１は、本実施形態の有機ＥＬ素子について、より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、ＦＤＴＤ法を用いて、光取り出し効率をシミュレーションした結果を示す。図１９と同様に、周期Pが５００ｎｍ～９００ｎｍの範囲で１００ｎｍごとの場合と、Otto型配置のみ構造と、標準構造とを示した。
いずれの周期の場合も、可視光の全範囲にわたり、Otto型配置の陰極側構造と、陽極側構造とを組み合わせによる顕著な相乗効果が得られていることがわかる。

　図２２は、上記図２１のシミュレーションに対して、図２０の素子の陰極４と低屈折率層５の材料を変えたシミュレーションである。ここで、陰極４は、ａ－ＩＴＯ（アモルファスＩＴＯ）からなるとして、屈折率としては５５０ｎｍで２．０８+０．００１３ｉを用い、低屈折率層５はＳＯＧを含むものからなるとして、１．２５を用いた。
隣接する陽極孔部の周期Ｐが２００ｎｍ、３００ｎｍ、５００ｎｍ、９００ｎｍ、２０００ｎｍ、４０００ｎｍ、８０００ｎｍのそれぞれ場合を計算した。それぞれの場合の陽極孔部２Ａの径Ｄは、それぞれ周期Ｐの１/２の１００ｎｍ、１５０ｎｍ、２５０ｎｍ、４５０ｎｍ、１０００ｎｍ、２０００ｎｍ、４０００ｎｍとした。
比較のために図１９の場合と同じ標準構造や本実施形態の素子構成でOtto型配置のみ構造の素子についてもシミュレーションを行った。

図２２から、Otto型配置のみ構造や標準構造と比較して、本実施形態の有機ＥＬ素子は全ての陽極部分間の周期Ｐ（２００～８０００ｎｍ）で、全体として光取り出し効率が向上していることが確認できる。
特に、陽極孔部の周期Ｐが５００ｎｍ～４０００ｎｍにおいて、光取り出し効率が上がっていることが確認できる。さらに、陽極孔部間の周期Ｐが９００～２０００ｎｍの範囲では、顕著に光取り出し効率が上がっていることが確認できる。
この結果はOtto型配置の陰極側構造と、陽極側構造とのそれぞれ単体の構造に基づいては予測ができるものではなく、本発明のシミュレーションによって初めて明らかになったのである。

　図２３（ａ）～（ｆ）は、上記の図２２で用いた実施形態の素子で、それぞれ、周期Ｐを２００ｎｍ、３００ｎｍ、５００ｎｍ、９００ｎｍ、２０００ｎｍ、４０００ｎｍとした場合について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のＦＤＴＤ法によるシミュレーション結果を示すものである。放射光の波長は６２０ｎｍとした。図中では、基板が上側に位置し、上から順に基板、陽極、有機層、陰極、低屈折率層、金属層、空気の磁場強度分布に対応し、青色から赤色に向かって磁場強度が強いことを示している。また、磁場分布と重ねて各層の形状も重ねて表示している。

　図２４（ａ）～（ｆ）は、それぞれ、図２３と同じ実施形態の素子について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のＦＤＴＤ法によるシミュレーション結果を示すものである。表示の仕方は図２３と同様である。放射光の波長は６２０ｎｍとした。

　シミュレーション結果から、垂直方向のダイポールからの放射光、水平方向のダイポールからの放射光のいずれに対する強度分布も、ほとんどが基板中へ向けて取り出されていることがわかった。また、電磁場の強度分布はピッチ依存性が小さいことがわかった。特に図２３の垂直方向のダイポールに対する磁場強度分布では、どの周期の場合でも金属層表面に局在するＳＰＰモード光はほとんど観測されず、陰極側に設けられたＯｔｔｏ型配置構造と、基板に対して垂直又は垂直に近い界面を備えた陽極側構造によって、ＳＰＰモード光が基板まで取り出されていることが分かる。また、電磁場の強度分布は周期依存性が小さいことがわかった。また、いずれの方向のダイポールに対する電磁場強度においても、中間の周期条件である（ｂ）～（ｅ）では、基板中に回折格子の効果を反映した干渉パターンが観測された。
　このことは、理論的には予測することが困難であり、シミュレーションを行って初めて知ることができたものである。

図２５（ａ）は、標準構造の素子であり、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ＦＤＴＤ法によるシミュレーション結果を示すものである。放射光の波長は６２０ｎｍを用いた。図中では、基板が上側に位置し、上から順に基板、陽極、陰極の磁場強度分布に対応し、青色から赤色に向かって磁場強度が強いことを示している。右端は発光位置を示すものである。
図２５（ａ）で示した標準構造の素子は、基板１がガラスからなり、陽極２がＩＴＯからなり、有機層３を挟んで、陰極４はＡｌからなるものを用いた。それぞれ、屈折率としては、１．５２、１．７４+０．０１３ｉ（ローレンツモデル）、１．７２、０．８１０+４．８６ｉ（ドルーデモデル）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（ａ）のシミュレーション結果から、ＳＰＰが陰極と有機層との界面に強く捕縛（局在）されていることがわかる。標準構造では、ＳＰＰを放射させることが困難であることがわかる。

　図２５（ｂ）は、Otto型配置のみ構造について、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ＦＤＴＤ法によるシミュレーション結果を示すものである。図２４（ｃ）はその発光層近傍の拡大図であり、その右の図は素子の層構成の断面模式図で、上から順に基板、陽極、有機層、陰極、低屈折率層、金属層、空気に対応することを表している。
　Otto型配置のみ構造においては、ＳＰＰモード光の伝播はほとんど生じておらず、有機層に取り出されている。しかし、有機層中の光は導波モード光として閉じ込められて、基板中にあまり取り出せていないことがわかる。
　このように、Otto型配置の第２電極側構造と、基板に対して垂直又は垂直に近い界面を備えた第１電極側構造によって、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がわかる。

　また、図２５（ａ）で示した標準構造で作製した有機ＥＬ素子、及び、図２０で示した構造及び材料によって作製した有機ＥＬ素子であって、低屈折率層をフッ化マグネシウムからなるものとした素子について、その外部量子効率を積分球を用いて実測した。標準構造（ベタ構造）は１６．９％であったのに対して、本発明の場合は４７．３％であり、標準構造（ベタ構造）に対して２．８０倍の値が得られた。これにより、本発明の構造により、Otto型配置の第２電極側構造と、内側面を有する第１電極側構造との組み合わせによる相乗効果を確認することができた。

１、２１、３１、４１　基板
　２、２２、３２、４２　第１電極（陽極）
３、２３、３３、４３　有機層
４、２４、３４、４４　第２電極（陰極）
　５、２５、３５、４５　低屈折率層
　６、２６、３６、４６　金属層
　７、２７、３６、３７　誘電体層
２Ａ、３２Ａ　第１電極孔部
　２ａ、３２ａ　内側面
２２Ｂ　第一電極凸部
　２２ｂ、４２ｂ　外側面
　２２ｃ、４２ｃ　第一電極層状部
　３１Ｂ　第一電極孔部内側面被覆部
　４１Ｂ　第一電極凸部外側面被覆部
４１Ａ　基板凹部
　１０、２０、３０、４０　有機ＥＬ素子
　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

基板上に、陽極と、有機ＥＬ材料からなる発光層を含む有機層と、陰極とを順に具備し、前記陽極側から外部に光を取り出すように構成された有機ＥＬ素子であって、
さらに、前記陰極の、前記有機層の反対側に、低屈折率層と金属層とを順に具備し、
前記陽極は、該陽極の屈折率より低い屈折率を有する誘電体層によってその内側面を被覆された複数の陽極孔部を備え、
前記有機層は、前記陽極及び前記誘電体層と前記陰極との間に配置する層状部を有するものであり、
　前記陰極は、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い、ことを特徴とする有機ＥＬ素子。
　第１電極と、発光層を含む有機層と、第２電極とを順に具備する有機ＥＬ素子であって、
　さらに、前記第２電極の、前記有機層の反対側の面に、厚さ２０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の低屈折率層と、金属層とを順に具備し、
　前記第１電極は、複数の第１電極孔部を有し、
　前記第１電極孔部の内側面を被覆し、前記第１電極の屈折率と異なる屈折率を有する材料からなる複数の第１電極孔部内側面被覆部を備え、
前記有機層は、前記第１電極と前記第２電極との間、及び、前記第１電極孔部内側面被覆部と前記第２電極との間に配置する有機層層状部を有するものであり、
　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いことを特徴とする有機ＥＬ素子。
　第１電極と、発光層を含む有機層と、第２電極とを順に具備する有機ＥＬ素子であって、
　さらに、前記第２電極の、前記有機層の反対側の面に、厚さ２０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の低屈折率層と、金属層とを順に具備し、
　前記第１電極は、第１電極層状部により互いに連結された複数の第１電極凸部を有し
　前記第１電極凸部の外側面を被覆し、前記第１電極の屈折率と異なる屈折率を有する材料からなる複数の第１電極凸部外側面被覆部を備え、
前記有機層は、前記第１電極と前記第２電極との間、及び、前記第１電極凸部外側面被覆部と前記第２電極との間に配置する有機層層状部を有するものであり、
　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いことを特徴とする有機ＥＬ素子。
　第１電極の有機層と反対側に基板を具備し、
前記第１電極孔部内側面被覆部が前記基板の一部として形成されていることを特徴とする請求項２に記載の有機ＥＬ素子。
　第１電極の有機層と反対側に基板を具備し、
前記第１電極孔部内側面被覆部が前記基板の一部として形成されていることを特徴とする請求項２に記載の有機ＥＬ素子。
　第１電極の有機層と反対側に基板を具備し、
前記第１電極凸部外側面被覆部が前記基板の一部として形成されていることを特徴とする請求項３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１～５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６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１～７のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子。
　前記第１電極孔部、又は前記第１電極凸部が基板面内の少なくとも一方向に配列される周期が、５００ｎｍ～４０００ｎｍであることを特徴とする請求項１～８に記載の有機ＥＬ素子。
　前記第１電極孔部、又は前記第１電極凸部が、基板面内の少なくとも一方向に周期的に配置し、前記金属層（誘電率ε_１）、前記低屈折率層（誘電率の実部ε_２）、及び、前記第１電極孔部、又は前記第１電極凸部の前記一方向の周期（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１～８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・スペクトルの最大ピーク波長である。
　前記周期が、５００ｎｍ～４０００ｎｍであることを特徴とする請求項１０に記載の有機ＥＬ素子。
　請求項１～１１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１～１１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。