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WO2014077093A1 - 電界発光素子およびこれを備えた照明装置 - Google Patents

電界発光素子およびこれを備えた照明装置 Download PDF

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WO2014077093A1
WO2014077093A1 PCT/JP2013/078673 JP2013078673W WO2014077093A1 WO 2014077093 A1 WO2014077093 A1 WO 2014077093A1 JP 2013078673 W JP2013078673 W JP 2013078673W WO 2014077093 A1 WO2014077093 A1 WO 2014077093A1
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WO
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refractive index
organic
film
layer
transparent electrode
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PCT/JP2013/078673
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French (fr)
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孝二郎 関根
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Konica Minolta Inc
Original Assignee
Konica Minolta Inc
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Publication date
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    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/549—Organic PV cells

Definitions

  • the present invention relates to an electroluminescent element typified by an organic electroluminescent element and an inorganic electroluminescent element (electroluminescent element, hereinafter also referred to as “EL element”) and a lighting device provided with the same.
  • electroluminescent element typified by an organic electroluminescent element and an inorganic electroluminescent element (electroluminescent element, hereinafter also referred to as “EL element”) and a lighting device provided with the same.
  • An EL element typified by an organic EL element and an inorganic EL element generally has a configuration in which an electroluminescent layer, a transparent electrode layer, a reflective layer, and the like are laminated on a transparent substrate, and emits light in the electroluminescent layer. When the light is extracted through the transparent electrode layer, the light is irradiated to the outside.
  • an organic EL element can obtain high luminance with low power consumption, and exhibits excellent performance in terms of responsiveness and life.
  • the light that can be extracted to the outside in the EL element remains at about 20% of the light emitted from the electroluminescent layer, and most of the remaining light is lost.
  • This loss is roughly classified into substrate loss, waveguide loss, and plasmon loss in a bottom emission type EL element in which light is extracted to the outside via a transparent substrate, for example.
  • Substrate loss occurs when light emitted from the electroluminescent layer is coupled to a substrate mode that is confined inside the transparent substrate.
  • Waveguide loss occurs when light emitted from the electroluminescent layer is coupled to a waveguide mode that is confined in the electroluminescent layer, the transparent electrode layer, or the like.
  • plasmon loss occurs when light emitted from the electroluminescent layer is coupled to a plasmon mode that excites surface plasmons of a metal film such as a reflective layer.
  • Patent Document 1 describes the wavelength of light emitted from an organic electroluminescent layer, where d is the thickness of the organic electroluminescent layer, n is the refractive index of the organic electroluminescent layer.
  • ⁇ is ⁇
  • the waveguide loss can be reduced by configuring the organic EL element so that d, n, and ⁇ satisfy the condition of d ⁇ ⁇ / (4 ⁇ n). Is disclosed.
  • Patent Document 2 JP 2009-181856 A discloses that in an organic EL element, a transparent electrode layer is formed of a so-called composite conductive film containing a wire-like conductor in a resin. It is possible to suppress the refractive index of the transparent electrode layer to 1.8 or less which is the lower limit value of the refractive index of ITO (mixture of indium oxide and tin oxide) which is a general transparent electrode layer material, It is disclosed that waveguide loss can be reduced by this.
  • ITO mixture of indium oxide and tin oxide
  • one of the electrode layers adjacent to the electroluminescent layer is composed of a metal film, which also serves as a reflective layer.
  • the layer and the metal film cannot be arranged away from each other, and there is a problem that the occurrence of plasmon loss cannot be reduced as described above.
  • the present invention has been made in view of the above-described problems, and can reduce both the waveguide loss and the plasmon loss, and can efficiently emit light emitted from the electroluminescent layer. It is an object of the present invention to provide an electroluminescent element that can be taken out and a lighting device including the same.
  • the electroluminescent device is opposite to the transparent substrate, the first transparent electrode layer provided on one main surface of the transparent substrate, and the side of the first transparent electrode layer on which the transparent substrate is located.
  • An electroluminescent layer provided on the main surface on the side, a second transparent electrode layer provided on the main surface of the electroluminescent layer opposite to the side on which the first transparent electrode layer is located, and the first (2) a reflective layer made of a metal film provided on the side opposite to the side where the electroluminescent layer is located when viewed from the transparent electrode layer.
  • the effective refractive index of the transparent substrate is lower than the refractive index of any film included in the electroluminescent layer, and the effective refractive index of the first transparent electrode layer and the effective refractive index of the second transparent electrode layer are Is lower than the refractive index of any film contained in the electroluminescent layer.
  • the effective refractive index means the refractive index itself of a single film when the specific layer is composed of a single film, and the specific layer is composed of a plurality of films.
  • it means an effective refractive index derived in consideration of the refractive index and film thickness of each of the plurality of films.
  • the refractive index n A, the film having a thickness d A, the refractive index n B, in the case where the layer in the laminated film of a film having a thickness of d B is configured the effective refractive index of the layer, (N A ⁇ d A + n B ⁇ d B ) / (d A + d B )
  • the lighting device according to the present invention includes the above-described electroluminescent element according to the present invention as a light source.
  • both the waveguide loss and the plasmon loss can be reduced, and the electroluminescent element capable of extracting light emitted from the electroluminescent layer to the outside with high efficiency and the same are provided. It can be set as a lighting device.
  • FIG. 1 It is a schematic plan view of the organic EL element in Embodiment 1 of this invention. It is a schematic cross section of the organic EL element shown in FIG. It is a schematic cross section of the organic EL element in Embodiment 2 of this invention. It is a schematic cross section of the organic EL element in Embodiment 3 of this invention. It is a schematic cross section of the organic EL element in Embodiment 4 of this invention. It is the schematic of the illuminating device in Embodiment 5 of this invention. It is the schematic of the illuminating device in Embodiment 6 of this invention. 5 is a schematic cross-sectional view of an organic EL element in Comparative Example 1.
  • FIG. 1 It is a schematic cross section of the organic EL element shown in FIG. It is a schematic cross section of the organic EL element in Embodiment 2 of this invention. It is a schematic cross section of the organic EL element in Embodiment 3 of this invention. It is a schematic cross section of the organic
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of an organic EL element in Comparative Example 2.
  • FIG. It is the graph which represented the relationship between the thickness of the high refractive index part of the organic EL element which concerns on the comparative example 1, and the equivalent refractive index of waveguide mode according to wavelength. It is the graph showing the relationship between the thickness of the high refractive index part of the organic EL element which concerns on the comparative example 2, and the equivalent refractive index of waveguide mode according to wavelength.
  • 6 is a graph showing the relationship between the thickness of the high refractive index portion of the organic EL element according to Example 1 and the equivalent refractive index of the waveguide mode for each wavelength.
  • the present inventor has made the refractive index of the pair of transparent electrode layers close to the refractive index of the transparent substrate among various layers constituting the electroluminescent element and relatively high refraction including the electroluminescent layer and the pair of transparent electrode layers.
  • the total thickness of the portion that is the ratio is reduced to a thickness that is the same as or close to the thickness that is the condition for generating the waveguide mode, or even thinner than the thickness that is the condition for generating the waveguide mode.
  • the electroluminescent layer and the reflective layer made of a metal film are sufficiently separated from each other, and the space between them is filled with a sufficiently low refractive index member.
  • the light coupled to the plasmon mode can be significantly reduced, and based on these, the knowledge that the light emitted from the electroluminescent layer can be extracted to the outside with high efficiency can be obtained. And it has completed the embodiment of the invention shown.
  • Embodiments 1 to 4 an organic EL element that is a surface light emitting element to which the present invention is applied will be exemplified as Embodiments 1 to 4, and an illumination device to which the present invention is applied will be exemplified as Embodiments 5 and 6.
  • symbol is attached
  • FIG. 1 is a schematic plan view of an organic EL element according to Embodiment 1 of the present invention
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the organic EL element shown in FIG. 1 taken along line II-II shown in FIG. is there.
  • the organic EL element 1A in this Embodiment is demonstrated.
  • the organic EL element 1A in the present embodiment is a bottom emission type organic EL element in which light is extracted to the outside via a transparent substrate 10, and the outer shape thereof is illustrated, for example. It is formed in the shape of a flat plate or sheet having a substantially rectangular shape in plan view with a predetermined thickness.
  • the organic EL element 1 ⁇ / b> A includes a transparent substrate 10, a first transparent electrode layer 11, an organic electroluminescent layer 12, a second transparent electrode layer 13, and a reflective layer 14.
  • the first transparent electrode layer 11 corresponds to the anode
  • the second transparent electrode layer 13 corresponds to the cathode.
  • the transparent substrate 10 serves as a base material on which the above-described various layers are formed on the main surface, and is made of an insulating member that favorably transmits light in the visible light region.
  • the transparent substrate 10 may be a rigid substrate or a flexible substrate.
  • the transparent substrate 10 is composed of, for example, a glass plate, a plastic plate, a polymer film, a silicon plate, or a laminate of these from the above-described light-transmitting viewpoint.
  • the first transparent electrode layer 11 is provided on one main surface of the transparent substrate 10 and is composed of a film that transmits light in the visible light region and exhibits good electrical conductivity. More specifically, the first transparent electrode layer 11 is composed of, for example, a conductive transparent resin film 11b having a sufficiently low refractive index.
  • the first transparent electrode layer 11 is provided on the transparent substrate 10 by employing, for example, any one of an evaporation method, a spin coating method, a casting method, an ink jet method, a printing method, and the like.
  • the spin coating method, the ink jet method, and the printing method can be particularly preferably used because a homogeneous film can be easily obtained and the generation of pinholes can be suppressed.
  • the organic electroluminescent layer 12 is provided on the main surface of the first transparent electrode layer 11 opposite to the side on which the transparent substrate 10 is located, and includes at least a light emitting layer made of a fluorescent compound or a phosphorescent compound. And a film that transmits light in the visible light region satisfactorily.
  • the organic electroluminescent layer 12 is a hole transport layer located on the first transparent electrode layer 11 side which is the anode side from the light emitting layer, or an electron located on the second transparent electrode layer 13 side which is the cathode side from the light emitting layer. You may have a transport layer.
  • a lithium fluoride film, an inorganic metal salt film, or the like may be formed at any position in the thickness direction in the organic electroluminescent layer 12.
  • an organic metal complex may be used from the viewpoint of improving the external quantum efficiency of the organic EL element 1A and extending the light emission lifetime.
  • the metal element involved in the formation of the complex is preferably any one metal belonging to Group VIII, Group IX, and Group X of the periodic table of elements, Al, Zn, and particularly Ir, Pt, Al, Zn is preferable.
  • the organic electroluminescent layer 12 is provided on the first transparent electrode layer 11 by adopting any one of, for example, a vapor deposition method, a spin coat method, a cast method, an ink jet method, and a printing method.
  • a vapor deposition method for example, a vapor deposition method, a spin coat method, a cast method, an ink jet method, and a printing method.
  • the spin coating method, the ink jet method, and the printing method can be particularly preferably used because a homogeneous film can be easily obtained and the generation of pinholes can be suppressed.
  • the second transparent electrode layer 13 is provided on the main surface of the organic electroluminescent layer 12 on the side opposite to the side on which the first transparent electrode layer 11 is located, and transmits the light in the visible light region well. It is comprised with the film
  • the second transparent electrode layer 13 is provided on the organic electroluminescent layer 12 by employing, for example, any one of a vapor deposition method, a spin coating method, a casting method, an ink jet method, a printing method, and the like.
  • the spin coating method, the ink jet method, and the printing method can be particularly preferably used because a homogeneous film can be easily obtained and the generation of pinholes can be suppressed.
  • the reflective layer 14 is provided on the main surface of the second transparent electrode layer 13 opposite to the side where the organic electroluminescent layer 12 is located, and is formed of a film that favorably reflects light in the visible light region. ing. More specifically, the reflective layer 14 is composed of a metal film made of, for example, Al, Ag, Ni, Ti, Na, Ca, or an alloy containing any of these. The reflective layer 14 is provided on the second transparent electrode layer 13 by employing, for example, a vapor deposition method or a sputtering method.
  • the refractive index n s of the transparent substrate 10 is lower than the refractive index of any film included in the organic electroluminescent layer 12 (that is, the organic electric field).
  • the refractive index of the first transparent electrode layer 11 is configured so as to be lower than the refractive index n 0 of the film having the lowest refractive index among the films included in the light emitting layer 12 (n s ⁇ n 0 ).
  • n 1 and the refractive index n 2 of the second transparent electrode layer 13 are both lower than the refractive index of any film included in the organic electroluminescent layer 12 (that is, the film included in the organic electroluminescent layer 12).
  • the refractive index n 0 of the film having the lowest refractive index is configured (n 1 ⁇ n 0 and n 2 ⁇ n 0 ).
  • the refractive index n s of the transparent substrate 10 is the same as that of the film included in the organic electroluminescent layer 12.
  • n 2 of the second transparent electrode layer 13 made of a refractive index n 1 and the conductive transparent resin film 13b of the layer 11, the refraction of the film having the lowest refractive index of the film contained in the organic electroluminescent layer 12
  • the ratio n 0 is configured to be about 1.5 to 1.7 lower than 1.7.
  • the refractive index n 1 of the first transparent electrode layer 11 made of the conductive transparent resin film 11 b and the refractive index n 2 of the second transparent electrode layer 13 made of the conductive transparent resin film 13 b are the refractive index n of the transparent substrate 10. It is desirable that the refractive index be close to s .
  • Examples of the transparent substrate 10 satisfying the above conditions include the glass plate, the plastic plate, the polymer film, the silicon plate, or a laminate of these, and the refractive index thereof is about 1.5 to 1.7. Preferably, a member having a refractive index of about 1.5 is used.
  • specific materials for the conductive transparent resin films 11b and 13b include, for example, PEDOT / PSS (mixture of polyethylene dioxythiophene and polystyrene sulfonic acid), and the refractive index thereof is about 1.5. It is.
  • the high refractive index portion included in the organic EL element 1A is limited to the organic electroluminescent layer 12, the thickness thereof is d, and the effective refractive index is
  • n is set and ⁇ is the peak wavelength of light emitted from the organic electroluminescent layer 12, d, n, and ⁇ preferably satisfy the condition of d ⁇ / (4 ⁇ n). Configured as follows.
  • the wavelength of light emitted from the organic electroluminescent layer 12 substantially matches the wavelength of light in the visible light region, and is approximately 400 nm to It is about 800 nm.
  • the first transparent electrode layer 11 and the second transparent electrode layer 13 both have a sufficiently low refractive index. , 13b, the refractive index difference between the first transparent electrode layer 11 and the transparent substrate 10 that determines the total reflection condition at the interface between the first transparent electrode layer 11 and the transparent substrate 10 is reduced. This can eliminate the light coupled to the waveguide mode.
  • the first transparent electrode layer 11 and the second transparent electrode layer 13 are both conductive transparent resin films 11b and 13b having a sufficiently low refractive index. Therefore, the high refractive index portion included in the organic EL element 1A can be limited to the organic electroluminescent layer 12, and the thickness of the organic electroluminescent layer 12 which is the high refractive index portion can be set to the waveguide mode. Light that is coupled to the waveguide mode because it can be thinned to a thickness that is the same as or close to the thickness that is the generation condition, or thinner than the thickness that is the generation condition of the waveguide mode. Can be significantly reduced or eliminated altogether.
  • the first transparent electrode layer 11 and the second transparent electrode layer 13 are both conductive transparent resin films 11b having a sufficiently low refractive index, 13b, the organic electroluminescent layer 12 and the reflective layer 14 made of a metal film can be sufficiently separated while being sufficiently filled with the second transparent electrode layer 13 having a low refractive index.
  • the light coupled to the plasmon mode can be greatly reduced or completely eliminated.
  • the organic EL element 1A it is possible to reduce both the waveguide loss and the plasmon loss, and the light emitted from the organic electroluminescent layer 12 is highly efficiently transmitted to the outside. It becomes possible to take out.
  • the effective refractive indexes of the first transparent electrode layer 11 and the second transparent electrode layer 13 are set to The first transparent electrode layer 11 and the second transparent electrode layer 13 can be made sufficiently lower than the case where an ITO film or the like is used. Therefore, the requirements for the refractive index required for the transparent substrate 10 are relaxed, and it is possible to use a material that is more advantageous in terms of cost and workability as the transparent substrate 10.
  • both the 1st transparent electrode layer 11 and the 2nd transparent electrode layer 13 illustrated the case where it comprised with the low-refractive-index conductive transparent resin film, If at least one of these is composed of a conductive transparent resin film having a low refractive index, a considerable effect can be obtained.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of an organic EL element according to Embodiment 2 of the present invention. With reference to FIG. 3, the organic EL element 1B in the present embodiment will be described.
  • the organic EL element 1B in the present embodiment is different only in the configuration of the second transparent electrode layer 13 when compared with the organic EL element 1A in the first embodiment described above.
  • the second transparent electrode layer 13 is composed of a laminated film of a transparent metal thin film 13a and a conductive transparent resin film 13b.
  • the transparent metal thin film 13a is provided on the main surface of the organic electroluminescent layer 12 opposite to the side on which the first transparent electrode layer 11 is located.
  • a metal thin film such as Ag, Al, Au, or Cu is used. Composed.
  • the transparent metal thin film 13a is provided on the organic electroluminescent layer 12 by employing, for example, a vapor deposition method or a sputtering method.
  • the transparent metal thin film 13a in order for the transparent metal thin film 13a to have a sufficient transmittance, it is desirable that the transparent metal thin film 13a is thinner than L d represented by the above formula (2).
  • the conductive transparent resin film 13b is provided on the main surface of the transparent metal thin film 13a opposite to the side where the organic electroluminescent layer 12 is located.
  • the material, film forming method, and the like of the conductive transparent resin film 13b are the same as those in the first embodiment described above.
  • the refractive index n s of the transparent substrate 10 is lower than the refractive index of any film included in the organic electroluminescent layer 12 (that is, the organic electric field).
  • the refractive index of the first transparent electrode layer 11 is configured so as to be lower than the refractive index n 0 of the film having the lowest refractive index among the films included in the light emitting layer 12 (n s ⁇ n 0 ).
  • n 1 and the effective refractive index n 2 of the second transparent electrode layer 13 made of a laminated film of the transparent metal thin film 13a and the conductive transparent resin film 13b are both refracted by any film included in the organic electroluminescent layer 12.
  • the effective refractive index n 2 of the second transparent electrode layer 13 is substantially equal to the refractive index of the conductive transparent resin film 13b.
  • the effective refractive index n 2 of the second transparent electrode layer 13 composed of a laminated film of the transparent metal thin film 13 a and the conductive transparent resin film 13 b is configured to have a refractive index close to the refractive index n s of the transparent substrate 10. It is desirable.
  • Examples of the transparent metal thin film 13a that satisfies the above conditions include the above-described sufficiently thin metal thin films such as Ag, Al, Au, and Cu.
  • the high refractive index portion included in the organic EL element 1B is substantially limited to the organic electroluminescent layer 12, and the thickness of the high refractive index portion is reduced.
  • d is the effective refractive index n
  • ⁇ the peak wavelength of light emitted from the organic electroluminescent layer 12
  • these d, n, and ⁇ are preferably d ⁇ / (4 It is comprised so that the conditions of xn) may be satisfied.
  • the first transparent electrode layer 11 is composed of the conductive transparent resin film 11b having a sufficiently low refractive index and the second. Since the transparent electrode layer 13 is composed of a laminated film of the transparent metal thin film 13a and the conductive transparent resin film 13b having a sufficiently low effective refractive index, the waveguide mode and the conductive mode are the same as in the first embodiment described above. The light coupled to the plasmon mode can be greatly reduced or eliminated altogether.
  • the organic EL element 1B it is possible to reduce both the waveguide loss and the plasmon loss, and the light emitted from the organic electroluminescent layer 12 is highly efficiently transmitted to the outside. It becomes possible to take out.
  • the transparent metal thin film 13a is positioned in contact with the organic electroluminescent layer 12, there may be a concern that plasmon loss may occur. If the transparent metal thin film 13a is sufficiently thin (for example, thin to about 10 nm or less), plasmon loss due to the metal thin film does not occur. Further, since the transmittance of the transparent metal thin film 13a is sufficiently thin, the transmittance of the second transparent electrode layer 13 is not impaired.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of an organic EL element according to Embodiment 3 of the present invention. With reference to FIG. 4, the organic EL element 1C in the present embodiment will be described.
  • the organic EL element 1C in the present embodiment is different only in the configuration of the first transparent electrode layer 11 when compared with the organic EL element 1B in the second embodiment described above.
  • the first transparent electrode layer 11 is configured by a laminated film of the transparent metal thin film 11 a and the conductive transparent resin film 11 b. Has been.
  • the conductive transparent resin film 11b is provided on the main surface of the transparent substrate 10 on the side where the organic electroluminescent layer 12 is located.
  • the material, film forming method, and the like of the conductive transparent resin film 11b are the same as those in the first embodiment.
  • the transparent metal thin film 11a is provided on the main surface of the conductive transparent resin film 11b opposite to the side where the transparent substrate 10 is located.
  • the material, film forming method, film thickness, and the like of the transparent metal thin film 11a are the same as those of the transparent metal thin film 13a described in the second embodiment.
  • the refractive index n s of the transparent substrate 10 to be lower than the refractive index of any of the films contained in the organic electroluminescent layer 12 (i.e., the organic electroluminescent
  • the transparent metal thin film 11a and the conductive transparent resin are configured (n s ⁇ n 0 ) so as to be lower than the refractive index n 0 of the film having the lowest refractive index among the films included in the light emitting layer 12.
  • the effective refractive index n 1 of the first transparent electrode layer 11 made of a laminated film of the film 11b, and the effective refractive index n 2 of the second transparent electrode layer 13 made of a laminated film of the transparent metal thin film 13a and the conductive transparent resin film 13b are lower than the refractive index of any film included in the organic electroluminescent layer 12 (that is, the refractive index n of the film having the lowest refractive index among the films included in the organic electroluminescent layer 12). It will be lower than 0 (N 1 ⁇ n 0 and n 2 ⁇ n 0 ).
  • the effective refractive index n 1 of the first transparent electrode layer 11 is substantially equal to the refractive index of the conductive transparent resin film 11b.
  • the effective refractive index n 1 of the first transparent electrode layer 11 composed of a laminated film of the transparent metal thin film 11 a and the conductive transparent resin film 11 b is configured to have a refractive index close to the refractive index n s of the transparent substrate 10. It is desirable.
  • the high refractive index portion included in the organic EL element 1C is substantially limited to the organic electroluminescent layer 12, and the thickness of the high refractive index portion is reduced.
  • d is the effective refractive index n
  • ⁇ the peak wavelength of light emitted from the organic electroluminescent layer 12
  • these d, n, and ⁇ are preferably d ⁇ / (4 It is comprised so that the conditions of xn) may be satisfied.
  • the first transparent electrode layer 11 is a laminated film of the transparent metal thin film 11a and the conductive transparent resin film 11b having a sufficiently low effective refractive index.
  • the second transparent electrode layer 13 is composed of a laminated film of the transparent metal thin film 13a and the conductive transparent resin film 13b having a sufficiently low effective refractive index.
  • both of the waveguide loss and the plasmon loss can be reduced, and the light emitted from the organic electroluminescent layer 12 is highly efficiently transmitted to the outside. It becomes possible to take out.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of an organic EL element according to Embodiment 4 of the present invention. With reference to FIG. 5, organic EL element 1D in this Embodiment is demonstrated.
  • the organic EL element 1D in the present embodiment is different only in that it further includes a transparent optical adjustment layer 15 when compared with the organic EL element 1C in the third embodiment described above. ing.
  • the transparent optical adjustment layer 15 is provided on the main surface of the second transparent electrode layer 13 opposite to the side on which the organic electroluminescent layer 12 is located, and has an insulating property that transmits light in the visible light region satisfactorily. It is composed of a film. More specifically, the transparent optical adjustment layer 15 is constituted by a non-conductive transparent resin film having a sufficiently low refractive index, for example, represented by a SiO x film.
  • the transparent optical adjustment layer 15 is provided on the second transparent electrode layer 13 by adopting, for example, any one of an evaporation method, a spin coating method, a casting method, an ink jet method, a printing method, and the like.
  • the spin coating method, the ink jet method, and the printing method can be particularly preferably used because a homogeneous film can be easily obtained and the generation of pinholes can be suppressed.
  • the high refractive index portion included in the organic EL element 1D can be substantially limited to the organic electroluminescent layer 12, the above-described implementation is performed.
  • the light coupled to the waveguide mode and the plasmon mode can be greatly reduced, or these can be eliminated completely.
  • the organic EL element 1D it is possible to reduce both the waveguide loss and the plasmon loss, and the light emitted from the organic electroluminescent layer 12 is highly efficiently transmitted to the outside. It becomes possible to take out.
  • the organic electroluminescent layer 12 and the metal are provided by providing the transparent optical adjustment layer 15 having a predetermined thickness as compared with the organic EL element 1C in the above-described third embodiment. While being further away from the reflective layer 14 made of a film, the space between them can be filled with a sufficiently low refractive index member. Therefore, by adopting this configuration, it is possible to further reduce the light coupled to the plasmon mode. Such a configuration has a light absorption loss compared to the case where the thickness of the conductive transparent resin film 13b included in the second transparent electrode layer 13 is simply increased in the organic EL element 1C according to Embodiment 3 described above. Is advantageous in that is reduced.
  • FIG. 5 is a schematic diagram of a lighting apparatus according to Embodiment 5 of the present invention. With reference to FIG. 5, the illuminating device 20A in this Embodiment is demonstrated.
  • the lighting device 20 ⁇ / b> A is a room lamp installed on the ceiling 22 of the room 21 and illuminates the room 21.
  • the lighting device 20A includes the organic EL element 1A in the first embodiment described above as a light source.
  • the lighting device 20A irradiates, for example, white light toward the room.
  • the illuminating device 20A in the present embodiment can be configured to be thin by providing the organic EL element 1A as a light source, and the extraction efficiency of light emitted toward the outside is better than the conventional one. High luminance with low power consumption can be realized.
  • FIG. 6 is a schematic diagram of a lighting apparatus according to Embodiment 6 of the present invention. With reference to FIG. 6, the illuminating device 20B in this Embodiment is demonstrated.
  • the illumination device 20B in the present embodiment is an illumination stand that is used by being mounted on a desk, for example, and mainly illuminates the hand.
  • the lighting device 20B includes a stand unit 23 and a head unit 24, and the head unit 24 includes the organic EL element 1A according to the first embodiment described above as a light source.
  • the illuminating device 20B irradiates white light toward a hand, for example.
  • the illuminating device 20B in the present embodiment can be configured to be thin by providing the organic EL element 1A as a light source, and the extraction efficiency of light emitted toward the outside is better than the conventional one. High luminance with low power consumption can be realized.
  • the organic EL elements 1A to 1D in the above-described first to fourth embodiments are modeled as Examples 1 to 4, respectively, and their optical characteristics are analyzed to reduce the waveguide loss and the plasmon loss. The result of verifying whether it can be explained. For comparison, the same analysis was performed on the organic EL elements 100A and 100B in Comparative Examples 1 and 2 described below.
  • FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of the organic EL element in Comparative Example 1
  • FIG. 9 is a schematic cross-sectional view of the organic EL element in Comparative Example 2.
  • the organic EL element 100A in Comparative Example 1 has a configuration in which a transparent substrate 110, a transparent electrode layer 111, an organic electroluminescent layer 112, and an electrode / reflective layer 116 are sequentially stacked in this order. It is what has. More specifically, the transparent electrode layer 111 is composed of a transparent metal oxide film, and the electrode / reflection layer 116 is composed of a metal film.
  • the organic EL element 100B in Comparative Example 2 includes a transparent substrate 110, a first transparent electrode layer 111, an organic electroluminescent layer 112, a second transparent electrode layer 113, and a reflective layer 114.
  • the layers are sequentially stacked. More specifically, the first transparent electrode layer 111 and the second transparent electrode layer 113 are made of a transparent metal oxide film, and the reflection layer 114 is made of a metal film.
  • Analysis A An analysis for calculating the relationship between the thickness of the high refractive index portion formed in the organic EL element and the equivalent refractive index of the waveguide mode for each wavelength (referred to as Analysis A), An analysis (this is referred to as Analysis B) was performed for calculating the relationship between the thickness of the high refractive index portion and the ratio of light coupled to each mode for light of a specific wavelength.
  • the equivalent refractive index of the waveguide mode is an equivalent refractive index felt by the waveguide mode propagating across both the high refractive index portion and the low refractive index portion.
  • Analysis A it is possible to grasp how much the waveguide loss can be reduced and how much the refractive index of the transparent substrate can be lowered. Further, the latter analysis (analysis B) makes it possible to grasp how much the waveguide loss and the plasmon loss can be reduced and how much the ratio of light that can be extracted to the outside is improved.
  • the organic EL element according to Comparative Example 1 is the organic EL element 100A shown in FIG.
  • the transparent substrate 110 is composed of the optical glass BK7 (refractive index 1.5, plate thickness 0.7 mm)
  • the transparent electrode layer 111 is an ITO film (refracted).
  • the organic electroluminescent layer 112 is a laminated film containing an organic material typified by Alq3 (tris (8-quinolinolato) aluminum) (the refractive index of each film). 1.7 to 1.9 (refractive index 1.8 as a representative value), total film thickness 100 nm), and the electrode / reflection layer 116 was composed of an Al film (film thickness 100 nm).
  • the organic EL element according to Comparative Example 2 is the organic EL element 100B shown in FIG.
  • the transparent substrate 110 is configured by the optical glass BK7 (refractive index 1.5, plate thickness 0.7 mm), and the first transparent electrode layer 111 and the second transparent electrode layer 110 are formed.
  • Each of the transparent electrode layers 113 is composed of an ITO film (refractive index 1.8 to 2.2, film thickness 100 nm), and the organic electroluminescent layer 112 is a laminated film containing an organic material typified by Alq3 (refraction of each film)
  • the refractive index was 1.7 to 1.9 (refractive index 1.8 as a representative value, total film thickness 100 nm)
  • the reflective layer 114 was composed of an Al film (film thickness 100 nm).
  • the organic EL element according to Example 1 has the same configuration as that of the organic EL element 1A according to Embodiment 1 described above.
  • the transparent substrate 10 is composed of the optical glass BK7 (refractive index 1.5, plate thickness 0.7 mm), and the first transparent electrode layer 11 is electrically conductive.
  • the conductive transparent resin film 11b and the conductive transparent resin film 13b as the second transparent electrode layer 13 are each composed of a PEDOT / PSS film (refractive index 1.5, film thickness 100 nm), and the organic electroluminescent layer 12 is made of Alq3.
  • the reflective layer 14 is an Al film (Film thickness 100 nm).
  • the organic EL element according to Example 2 has the same configuration as that of the organic EL element 1B according to Embodiment 2 described above.
  • the transparent substrate 10 is composed of the optical glass BK7 (refractive index 1.5, plate thickness 0.7 mm), and the first transparent electrode layer 11 is electrically conductive.
  • the transparent transparent resin film 11b is composed of a PEDOT / PSS film (refractive index 1.5, film thickness 100 nm), and the transparent metal thin film 13a as the second transparent electrode layer 13 is composed of an Ag film (film thickness 6 nm).
  • the conductive transparent resin film 13b as the second transparent electrode layer 13 is composed of a PEDOT / PSS film (refractive index 1.5, film thickness 100 nm), and the organic electroluminescent layer 12 is made of an organic material typified by Alq3.
  • the reflective layer 14 is made of an Al film (100 nm thick) with a laminated film (refractive index 1.7 to 1.9 of each film (refractive index 1.8 as a representative value), total film thickness 100 nm). Configured.
  • the organic EL device according to Example 3 has the same configuration as that of the organic EL device 1C according to Embodiment 3 described above.
  • the transparent substrate 10 is configured by the optical glass BK7 (refractive index 1.5, plate thickness 0.7 mm), and the first transparent electrode layer 11 is transparent.
  • the metal thin film 11a and the transparent metal thin film 13a as the second transparent electrode layer 13 are each composed of an Ag film (film thickness 6 nm), and the conductive transparent resin film 11b and the second transparent electrode layer as the first transparent electrode layer 11 are formed.
  • the conductive transparent resin film 13b as 13 is composed of a PEDOT / PSS film (refractive index 1.5, film thickness 100 nm), and the organic electroluminescent layer 12 is a laminated film containing an organic material typified by Alq3 (each The film has a refractive index of 1.7 to 1.9 (a refractive index of 1.8 as a representative value, a total film thickness of 100 nm), and the reflective layer 14 is formed of an Al film (film thickness of 100 nm).
  • the organic EL element according to Example 4 has the same configuration as that of the organic EL element 1D according to Embodiment 4 described above.
  • the transparent substrate 10 is configured by the optical glass BK7 (refractive index 1.5, plate thickness 0.7 mm), and the first transparent electrode layer 11 is transparent.
  • the metal thin film 11a and the transparent metal thin film 13a as the second transparent electrode layer 13 are each composed of an Ag film (film thickness 6 nm), and the conductive transparent resin film 11b and the second transparent electrode layer as the first transparent electrode layer 11 are formed.
  • the conductive transparent resin film 13b as 13 is composed of a PEDOT / PSS film (refractive index 1.5, film thickness 100 nm), and the organic electroluminescent layer 12 is a laminated film containing an organic material typified by Alq3 (each The transparent optical adjustment layer 15 is composed of a SiO x film (refractive index of 1.5, film) with a refractive index of the film of 1.7 to 1.9 (refractive index of 1.8 as a representative value, total film thickness of 100 nm). And a reflective layer 14 It was constituted by Al film (thickness 100 nm).
  • FIGS. 10 and 11 are graphs showing the relationship between the thickness of the high refractive index portion of the organic EL element according to Comparative Examples 1 and 2 and the equivalent refractive index of the waveguide mode for each wavelength
  • FIGS. 4 is a graph showing the relationship between the thickness of the high refractive index portion of the organic EL element according to Examples 1 to 4 and the equivalent refractive index of the waveguide mode for each wavelength.
  • the high refractive index As shown in FIG. 10, in the organic EL element according to Comparative Example 1, since the ITO film which is a transparent electrode layer in addition to the organic electroluminescent layer corresponds to the high refractive index portion, the high refractive index.
  • the effective thickness of the portion is a value obtained by adding 100 nm which is the thickness of the ITO film to the thickness d shown on the horizontal axis of FIG. Therefore, the equivalent refractive index of the waveguide mode is particularly high for short-wavelength light, and in order to improve the efficiency of light extracted outside, high refraction is disadvantageous in terms of cost and workability as a transparent substrate. It can be seen that there is a problem that requires the rate.
  • the ITO film which is a 1st transparent electrode layer and the ITO film which is a 2nd transparent electrode layer are included. Since these correspond to the high refractive index portion, the effective thickness of the high refractive index portion is a value obtained by adding 200 nm, which is the total thickness of the ITO film, to the thickness d shown on the horizontal axis of FIG.
  • the equivalent refractive index of the waveguide mode is particularly high for light with a short wavelength, and in order to improve the efficiency of the light extracted to the outside, the cost and It can be seen that there arises a problem that a material having a high refractive index which is disadvantageous in terms of workability is required.
  • the thickness of the high refractive index portion is thus, it matches the thickness d shown on the horizontal axis of FIG. Therefore, as understood from FIGS. 12 to 15, long wavelength light is not coupled to the waveguide mode in the thickness range of 50 nm to 100 nm, and as a result, the equivalent refractive index of the waveguide mode is lost. is doing. Furthermore, the equivalent refractive index for short-wavelength light is also reduced to about 1.5 to 1.6, which is a relatively low refractive index that is advantageous in terms of cost and workability as a transparent substrate. It can be seen that it will be available.
  • FIGS. 16 and 17 are graphs showing the relationship between the thickness of the high refractive index portion of the organic EL element according to Comparative Examples 1 and 2 and the ratio of light coupled to each mode for light of a specific wavelength.
  • 18 to 21 are graphs showing the relationship between the thickness of the high refractive index portion of the organic EL element according to Examples 1 to 4 and the ratio of light coupled to each mode for light of a specific wavelength.
  • the specific wavelength is 600 nm which is a representative wavelength of visible light.
  • the air mode shown in the figure is a mode that can be taken out of the organic EL element.
  • the distance between the organic electroluminescent layer and the metal film can be ensured by the presence of the second transparent electrode layer.
  • the refractive index of the second transparent electrode layer is high, the waveguide mode becomes dominant. For this reason, the waveguide loss becomes very large, and it can be understood that the light emitted from the organic electroluminescent layer cannot be extracted to the outside with high efficiency.
  • the refractive index is sufficiently low.
  • the sufficient distance between the organic electroluminescent layer and the reflective layer, which is a metal film can significantly reduce the waveguide mode and the plasmon mode.
  • the mode has increased significantly.
  • the waveguide mode can be completely removed by setting the thickness d of the organic electroluminescent layer, which is a high refractive index layer, to 50 nm or less. Therefore, it can be seen that waveguide loss and plasmon loss can be greatly reduced, and light emitted from the organic electroluminescent layer can be extracted outside with high efficiency.
  • the plasmon mode is slightly higher than that of the organic EL element according to Comparative Example 2 described above. This is because the refractive index between the organic electroluminescent layer and the reflective layer is low. It is considered that the optical distance of is slightly close.
  • the organic EL device according to Example 1 is advantageous in that the waveguide mode can be significantly reduced as compared with the organic EL device according to Comparative Example 2, and the region where the thickness d of the organic electroluminescent layer is 50 nm or more.
  • the waveguide mode can be significantly reduced as compared with the organic EL device according to Comparative Example 2, and the region where the thickness d of the organic electroluminescent layer is 50 nm or more.
  • the waveguide mode in the organic EL elements according to Examples 2 to 4, the waveguide mode can be completely or almost completely removed, and accordingly, the substrate mode and the air can be removed.
  • the mode has increased significantly. Therefore, it can be seen that waveguide loss and plasmon loss can be greatly reduced, and light emitted from the organic electroluminescent layer can be extracted outside with high efficiency.
  • the light coupled to the waveguide mode and the plasmon mode can be reduced by using the organic EL elements 1A to 1D in the first to fourth embodiments described above, the light coupled to the substrate mode among the remaining modes. Is the light confined inside the transparent substrate, and this will result in loss of the substrate as long as it is not treated.
  • the substrate mode for example, by attaching an optical sheet called a light extraction sheet to the interface with the air of the transparent substrate, or by providing an uneven shape on the interface, multiple reflections between the reflective layer Since a part of the light can be extracted to the outside, if these configurations are employed, light can be extracted to the outside with higher efficiency.
  • the present invention is applied to the organic EL element including the organic electroluminescent layer and the lighting device including the organic EL element is illustrated.
  • the present invention can be applied to an inorganic EL element including an inorganic electroluminescent layer and a lighting device including the inorganic EL element.
  • the explanation has been given by exemplifying the indoor lamp and the lighting stand as the lighting device, but the scope of the present invention is not limited to this, and the electroluminescent element is used as the light source.
  • the present invention it is possible to apply the present invention to various devices (for example, a display, a display device, an electric light display signboard, an advertisement, an outdoor light, etc.).
  • 1A-1D organic EL element 10 transparent substrate, 11 first transparent electrode layer, 11a transparent metal thin film, 11b conductive transparent resin film, 12 organic electroluminescent layer, 13 second transparent electrode layer, 13a transparent metal thin film, 13b conductive Transparent resin film, 14 reflective layer, 15 transparent optical adjustment layer, 20A, 20B lighting device, 21 room, 22 ceiling, 23 stand part, 24 head part.

Landscapes

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Abstract

　有機ＥＬ素子（１Ａ）は、透明基板（１０）と、第１透明電極層（１１）と、有機電界発光層（１２）と、第２透明電極層（１３）と、反射層（１４）とを備える。透明基板（１０）の屈折率は、有機電界発光層（１２）に含まれるいずれの膜の屈折率よりも低く、第１透明電極層（１１）の屈折率および第２透明電極層（１３）の屈折率は、いずれも有機電界発光層（１２）に含まれるいずれの膜の屈折率よりも低い。

Description

電界発光素子およびこれを備えた照明装置
　本発明は、有機電界発光素子および無機電界発光素子に代表される電界発光素子（エレクトロルミネッセンス素子、以下「ＥＬ素子」とも称する）およびこれを備えた照明装置に関する。
　有機ＥＬ素子および無機ＥＬ素子に代表されるＥＬ素子は、一般に、透明基板上に電界発光層や透明電極層、反射層等が積層された構成を有しており、電界発光層にて発光した光が透明電極層を介して取り出されることで当該光が外部に向けて照射されるものである。このうち、特に有機ＥＬ素子は、低消費電力で高い輝度を得ることができるものであり、応答性、寿命等においても優れた性能を発揮する。
　しかしながら、ＥＬ素子において外部に取り出しが可能な光は、電界発光層にて発光した光のうちの２０％程度に留まり、残る大部分は、損失となってしまう。この損失としては、たとえば透明基板を経由して光が外部に取り出されるボトムエミッション型のＥＬ素子にあっては、基板損失と、導波損失と、プラズモン損失とに大別される。
　基板損失は、電界発光層にて発光した光が、透明基板の内部において閉じ込められてしまう基板モードに結合することで生じる。導波損失は、電界発光層にて発光した光が、電界発光層や透明電極層等において閉じ込められてしまう導波モードに結合することで生じる。一方、プラズモン損失は、電界発光層にて発光した光が、反射層等の金属膜の表面プラズモンを励起してしまうプラズモンモードに結合することで生じる。
　このため、従来、電界発光層にて発光した光がより高効率に外部に取り出し可能となるように、種々の構成のＥＬ素子が提案されている。
　たとえば、特開２０１１－２２２５２９号公報（特許文献１）には、有機電界発光層の厚みをｄとし、有機電界発光層の屈折率をｎとし、有機電界発光層にて発光される光の波長をλとした場合に、これらｄ、ｎおよびλが、ｄ≦λ／（４×ｎ）の条件を充足するように有機ＥＬ素子を構成することにより、導波損失の低減が可能になることが開示されている。
　また、特開２００９－１８１８５６号公報（特許文献２）には、有機ＥＬ素子において、ワイヤ状の導電体を樹脂に含有させたいわゆる複合導電膜等にて透明電極層を構成することにより、当該透明電極層の屈折率を一般的な透明電極層の材質であるＩＴＯ（インジウム酸化物と錫酸化物との混合体）の屈折率の下限値である１．８以下に抑えることを可能にし、これにより導波損失の低減が図られることが開示されている。
特開２０１１－２２２５２９号公報 特開２００９－１８１８５６号公報
　しかしながら、特開２０１１－２２２５２９号公報および特開２００９－１８１８５６号公報に開示の構成においては、導波損失の低減が相当程度見込まれるものの、反射層としての金属膜等が電界発光層に接触配置または接近配置されているため、プラズモン損失については、これを何ら低減することができないか、あるいは十分には低減することができないものとなっている。
　ここで、プラズモン損失を低減するためには、電界発光層と金属膜とを相当程度遠ざけて配置することが有効であるが、そのためには、比較的分厚い何らかの透明部材にてこれら電界発光層と金属膜との間を充填することが必要になる。
　この点に関し、特開２０１１－２２２５２９号公報に開示の構成においては、電界発光層に隣接する一方の電極層が金属膜にて構成されることでこれが反射層を兼ねているため、そもそも電界発光層と金属膜とを遠ざけて配置することができないものであり、上述したようにプラズモン損失の発生を低減することができない問題がある。
　また、特開２００９－１８１８５６号公報に開示の構成においては、反射層側に位置する透明電極層として上述した如くの複合導電膜が用いられているため、その屈折率は１．８を僅かに下回る程度であって未だ十分に低いとは言えず、また当該複合導電膜の厚み次第によっては導波損失の低減さえも不十分になり兼ねない問題がある。
　したがって、本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、導波損失およびプラズモン損失のいずれについてもこれを低減することができ、電界発光層にて発光した光を高効率に外部に取り出すことができる電界発光素子およびこれを備えた照明装置を提供することを目的とする。
　本発明に基づく電界発光素子は、透明基板と、上記透明基板の一方の主表面上に設けられた第１透明電極層と、上記第１透明電極層の上記透明基板が位置する側とは反対側の主表面上に設けられた電界発光層と、上記電界発光層の上記第１透明電極層が位置する側とは反対側の主表面上に設けられた第２透明電極層と、上記第２透明電極層から見て上記電界発光層が位置する側とは反対側に設けられた金属膜からなる反射層とを備えている。上記透明基板の実効屈折率は、上記電界発光層に含まれるいずれの膜の屈折率よりも低く、上記第１透明電極層の実効屈折率および上記第２透明電極層の実効屈折率は、いずれも上記電界発光層に含まれるいずれの膜の屈折率よりも低い。
　ここで、実効屈折率とは、特定の層が単一の膜にて構成されている場合には、当該単一の膜の屈折率そのものを意味し、特定の層が複数の膜にて構成されている場合には、当該複数の膜のそれぞれの屈折率および膜厚を考慮して導き出される実効的な屈折率を意味する。たとえば、屈折率ｎA、膜厚ｄAの膜と、屈折率ｎB、膜厚ｄBの膜との積層膜にて層が構成されている場合には、当該層の実効屈折率は、（ｎA×ｄA＋ｎB×ｄB）／（ｄA＋ｄB）となる。
　本発明に基づく照明装置は、上述した本発明に基づく電界発光素子を光源として備えている。
　本発明によれば、導波損失およびプラズモン損失のいずれについてもこれを低減することができ、電界発光層にて発光した光を高効率に外部に取り出すことができる電界発光素子およびこれを備えた照明装置とすることができる。
本発明の実施の形態１における有機ＥＬ素子の模式平面図である。 図１に示す有機ＥＬ素子の模式断面図である。 本発明の実施の形態２における有機ＥＬ素子の模式断面図である。 本発明の実施の形態３における有機ＥＬ素子の模式断面図である。 本発明の実施の形態４における有機ＥＬ素子の模式断面図である。 本発明の実施の形態５における照明装置の概略図である。 本発明の実施の形態６における照明装置の概略図である。 比較例１における有機ＥＬ素子の模式断面図である。 比較例２における有機ＥＬ素子の模式断面図である。 比較例１に係る有機ＥＬ素子の高屈折率部の厚みと導波モードの等価屈折率との関係を波長別に表わしたグラフである。 比較例２に係る有機ＥＬ素子の高屈折率部の厚みと導波モードの等価屈折率との関係を波長別に表わしたグラフである。 実施例１に係る有機ＥＬ素子の高屈折率部の厚みと導波モードの等価屈折率との関係を波長別に表わしたグラフである。 実施例２に係る有機ＥＬ素子の高屈折率部の厚みと導波モードの等価屈折率との関係を波長別に表わしたグラフである。 実施例３に係る有機ＥＬ素子の高屈折率部の厚みと導波モードの等価屈折率との関係を波長別に表わしたグラフである。 実施例４に係る有機ＥＬ素子の高屈折率部の厚みと導波モードの等価屈折率との関係を波長別に表わしたグラフである。 比較例１に係る有機ＥＬ素子の高屈折率部の厚みと各モードに結合する光の割合との関係を特定の波長の光について表わしたグラフである。 比較例２に係る有機ＥＬ素子の高屈折率部の厚みと各モードに結合する光の割合との関係を特定の波長の光について表わしたグラフである。 実施例１に係る有機ＥＬ素子の高屈折率部の厚みと各モードに結合する光の割合との関係を特定の波長の光について表わしたグラフである。 実施例２に係る有機ＥＬ素子の高屈折率部の厚みと各モードに結合する光の割合との関係を特定の波長の光について表わしたグラフである。 実施例３に係る有機ＥＬ素子の高屈折率部の厚みと各モードに結合する光の割合との関係を特定の波長の光について表わしたグラフである。 実施例４に係る有機ＥＬ素子の高屈折率部の厚みと各モードに結合する光の割合との関係を特定の波長の光について表わしたグラフである。
　本発明者は、電界発光素子を構成する各種の層のうち、一対の透明電極層の屈折率を透明基板の屈折率に近づけるとともに、電界発光層や一対の透明電極層を含む比較的高屈折率である部分の膜厚の総和を導波モードの発生条件となる厚みと同じかそれに近い厚みにまで薄型化するか、あるいは当該導波モードの発生条件となる厚みよりもさらに薄い厚みにまで薄型化することにより、導波モードに結合する光を大幅に低減でき、さらには電界発光層と金属膜からなる反射層とを十分に遠ざけつつその間を十分に低屈折率の部材にて充填することにより、プラズモンモードに結合する光についてもこれを大幅に低減でき、これらに基づけば電界発光層にて発光した光を高効率に外部に取り出すことが可能になるとの知見を得るに至り、以下に示す本発明の実施の形態を完成させるに至った。
　以下、本発明の実施の形態について、図を参照して詳細に説明する。以下においては、本発明が適用された面発光素子である有機ＥＬ素子を実施の形態１ないし４として例示し、本発明が適用された照明装置を実施の形態５および６として例示する。なお、同一のまたは共通する部分について図中同一の符号を付し、その説明は繰り返さないこととする。
　（実施の形態１）
　図１は、本発明の実施の形態１における有機ＥＬ素子の模式平面図であり、図２は、図１に示す有機ＥＬ素子の図１中に示すＩＩ―ＩＩ線に沿った模式断面図である。これら図１および図２を参照して、本実施の形態における有機ＥＬ素子１Ａについて説明する。
　図１および図２に示すように、本実施の形態における有機ＥＬ素子１Ａは、透明基板１０を経由して光が外部に取り出されるボトムエミッション型の有機ＥＬ素子であり、その外形は、たとえば図示するような所定の厚みをもった平面視略矩形の平板状またはシート状の形状に形成されている。有機ＥＬ素子１Ａは、透明基板１０と、第１透明電極層１１と、有機電界発光層１２と、第２透明電極層１３と、反射層１４とを備えている。ここで、第１透明電極層１１が陽極に該当し、第２透明電極層１３が陰極に該当する。
　透明基板１０は、その主表面上に上述した各種の層が形成される基材となるものであり、可視光領域の光を良好に透過する絶縁性の部材にて構成されている。透明基板１０は、リジッド基板であってもよいし、フレキシブル基板であってもよい。透明基板１０としては、上述した光透過性の観点から、たとえばガラス板、プラスチック板、高分子フィルム、シリコン板またはこれらの積層板等にて構成される。
　第１透明電極層１１は、透明基板１０の一方の主表面上に設けられており、可視光領域の光を良好に透過しかつ良好な電気導電性を呈する膜にて構成されている。より具体的には、第１透明電極層１１としては、たとえば屈折率が十分に低い導電性透明樹脂膜１１ｂにて構成される。
　第１透明電極層１１は、たとえば蒸着法、スピンコート法、キャスト法、インクジェット法、印刷法等のいずれかが採用されることで透明基板１０上に設けられる。特に、スピンコート法、インクジェット法、印刷法は、均質な膜が得られ易くかつピンホールの発生が抑制できるため、特に好適に利用できる。
　有機電界発光層１２は、第１透明電極層１１の透明基板１０が位置する側とは反対側の主表面上に設けられており、少なくとも蛍光発光性化合物または燐光発光性化合物からなる発光層を含み、可視光領域の光を良好に透過する膜にて構成されている。有機電界発光層１２は、発光層よりも陽極側である第１透明電極層１１側に位置する正孔輸送層や、発光層よりも陰極側である第２透明電極層１３側に位置する電子輸送層を有していてもよい。また、フッ化リチウム膜や無機金属塩膜等が、有機電界発光層１２中の厚み方向における任意の位置に形成されていてもよい。
　有機電界発光層１２の材料としては、有機ＥＬ素子１Ａの外部量子効率の向上や発光寿命の長寿命化等の観点から、有機金属錯体を用いてもよい。ここで、錯体の形成に係る金属元素としては、元素周期表のＶＩＩＩ族、ＩＸ族およびＸ族に属するいずれか１種の金属またはＡｌ、Ｚｎであることが好ましく、特にＩｒまたはＰｔ、Ａｌ、Ｚｎであることが好ましい。
　有機電界発光層１２は、たとえば蒸着法、スピンコート法、キャスト法、インクジェット法、印刷法等のいずれかが採用されることで第１透明電極層１１上に設けられる。特に、スピンコート法、インクジェット法、印刷法は、均質な膜が得られ易くかつピンホールの発生が抑制できるため、特に好適に利用できる。
　第２透明電極層１３は、有機電界発光層１２の第１透明電極層１１が位置する側とは反対側の主表面上に設けられており、可視光領域の光を良好に透過しかつ良好な電気導電性を呈する膜にて構成されている。より具体的には、第２透明電極層１３としては、たとえば屈折率が十分に低い導電性透明樹脂膜１３ｂにて構成される。
　第２透明電極層１３は、たとえば蒸着法、スピンコート法、キャスト法、インクジェット法、印刷法等のいずれかが採用されることで有機電界発光層１２上に設けられる。特に、スピンコート法、インクジェット法、印刷法は、均質な膜が得られ易くかつピンホールの発生が抑制できるため、特に好適に利用できる。
　反射層１４は、第２透明電極層１３の有機電界発光層１２が位置する側とは反対側の主表面上に設けられており、可視光領域の光を良好に反射する膜にて構成されている。より具体的には、反射層１４としては、たとえばＡｌ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｎａ、Ｃａまたはこれらのいずれかを含む合金等からなる金属膜にて構成される。反射層１４は、たとえば蒸着法やスパッタリング法等が採用されることで第２透明電極層１３上に設けられる。
　ここで、本実施の形態における有機ＥＬ素子１Ａにおいては、透明基板１０の屈折率ｎsが、有機電界発光層１２に含まれるいずれの膜の屈折率よりも低くなるように（すなわち、有機電界発光層１２に含まれる膜のうちの最も低い屈折率を有する膜の屈折率ｎ0よりも低くなるように）構成される（ｎs＜ｎ0）とともに、第１透明電極層１１の屈折率ｎ1および第２透明電極層１３の屈折率ｎ2が、いずれも有機電界発光層１２に含まれるいずれの膜の屈折率よりも低くなるように（すなわち、有機電界発光層１２に含まれる膜のうちの最も低い屈折率を有する膜の屈折率ｎ0よりも低くなるように）構成される（ｎ1＜ｎ0かつｎ2＜ｎ0）。
　すなわち、有機電界発光層１２に含まれる膜の屈折率は、通常１．７～１．９程度であるため、透明基板１０の屈折率ｎsは、有機電界発光層１２に含まれる膜のうちの最も低い屈折率を有する膜の屈折率ｎ0＝１．７よりも低い１．５～１．７程度となるように構成されており、また導電性透明樹脂膜１１ｂからなる第１透明電極層１１の屈折率ｎ1および導電性透明樹脂膜１３ｂからなる第２透明電極層１３の屈折率ｎ2は、有機電界発光層１２に含まれる膜のうちの最も低い屈折率を有する膜の屈折率ｎ0＝１．７よりも低い１．５～１．７程度となるように構成されている。
　また、導電性透明樹脂膜１１ｂからなる第１透明電極層１１の屈折率ｎ1および導電性透明樹脂膜１３ｂからなる第２透明電極層１３の屈折率ｎ2は、透明基板１０の屈折率ｎsに近い屈折率となるように構成されることが望ましい。
　以上のような条件を満たす透明基板１０としては、上述したガラス板、プラスチック板、高分子フィルム、シリコン板またはこれらの積層板等が挙げられ、その屈折率は、１．５～１．７程度であり、好適には、１．５前後の屈折率を有する部材が用いられる。一方、導電性透明樹脂膜１１ｂ，１３ｂの具体的な材質としては、たとえばＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ（ポリエチレンジオキシチオフェンとポリスチレンスルフォン酸の混合体）等が挙げられ、その屈折率は、概ね１．５程度である。
　また、本実施の形態における有機ＥＬ素子１Ａにおいては、当該有機ＥＬ素子１Ａに含まれる高屈折率部が有機電界発光層１２に限られることになり、その厚みをｄとし、その実効屈折率をｎとし、当該有機電界発光層１２にて発光される光のピーク波長をλとした場合に、好適にはこれらｄ、ｎおよびλが、ｄ＜λ／（４×ｎ）の条件を充足するように構成される。
　ここで、有機ＥＬ素子１Ａが白色発光するものである場合には、有機電界発光層１２にて発光される光の波長は概ね可視光領域の光の波長に合致することになり、おおよそ４００ｎｍ～８００ｎｍ程度である。
　以上において説明した本実施の形態における有機ＥＬ素子１Ａにあっては、上述したように第１透明電極層１１および第２透明電極層１３がいずれも屈折率が十分に低い導電性透明樹脂膜１１ｂ，１３ｂにて構成されているため、第１透明電極層１１と透明基板１０との界面における全反射条件を決定する第１透明電極層１１と透明基板１０との間の屈折率差を低減または無くすことができ、これにより導波モードに結合する光を低減することができる。
　また、本実施の形態における有機ＥＬ素子１Ａにあっては、上述したように第１透明電極層１１および第２透明電極層１３がいずれも屈折率が十分に低い導電性透明樹脂膜１１ｂ，１３ｂにて構成されているため、有機ＥＬ素子１Ａに含まれる高屈折率部を有機電界発光層１２に限定することができ、高屈折率部である有機電界発光層１２の厚みを導波モードの発生条件となる厚みと同じかそれに近い厚みにまで薄型化したり、あるいは当該導波モードの発生条件となる厚みよりも薄い厚みにまで薄型化したりすることができるため、導波モードに結合する光を大幅に低減できるかまたは完全にこれを無くすことができる。
　さらには、本実施の形態における有機ＥＬ素子１Ａにあっては、上述したように第１透明電極層１１および第２透明電極層１３がいずれも屈折率が十分に低い導電性透明樹脂膜１１ｂ，１３ｂにて構成されているため、有機電界発光層１２と金属膜からなる反射層１４とを十分に遠ざけつつその間を十分に低屈折率の第２透明電極層１３にて充填することができ、これによりプラズモンモードに結合する光についてもこれを大幅に低減できるかまたは完全に無くすことができる。
　したがって、本実施の形態における有機ＥＬ素子１Ａにおいては、導波損失およびプラズモン損失のいずれについてもこれを低減することが可能になり、有機電界発光層１２にて発光した光を高効率に外部に取り出すことが可能になる。
　なお、有機電界発光層１２の厚みを導波モードの発生条件となる厚みよりも薄くできない場合であっても、第１透明電極層１１および第２透明電極層１３の実効屈折率を、これら第１透明電極層１１および第２透明電極層１３をＩＴＯ膜等を用いてを構成した場合に比べて十分に低くすることができる。したがって、透明基板１０に求められる屈折率の要件が緩やかになることになり、透明基板１０としてコスト面や加工性の面においてより有利な材質のものを使用することが可能になる。
　なお、上述した本実施の形態においては、第１透明電極層１１および第２透明電極層１３のいずれもが低屈折率の導電性透明樹脂膜にて構成された場合を例示したが、このうちの少なくともいずれか一方が低屈折率の導電性透明樹脂膜にて構成されていれば、相当程度の効果を得ることができる。
　（実施の形態２）
　図３は、本発明の実施の形態２における有機ＥＬ素子の模式断面図である。図３を参照して、本実施の形態における有機ＥＬ素子１Ｂについて説明する。
　図３に示すように、本実施の形態における有機ＥＬ素子１Ｂは、上述した実施の形態１における有機ＥＬ素子１Ａと比較した場合に、第２透明電極層１３の構成においてのみ相違している。具体的には、有機ＥＬ素子１Ｂにあっては、第２透明電極層１３が、透明金属薄膜１３ａおよび導電性透明樹脂膜１３ｂの積層膜にて構成されている。
　透明金属薄膜１３ａは、有機電界発光層１２の第１透明電極層１１が位置する側とは反対側の主表面上に設けられており、たとえばＡｇ、Ａｌ、Ａｕ、Ｃｕ等の金属薄膜にて構成される。透明金属薄膜１３ａは、たとえば蒸着法やスパッタリング法等が採用されることで有機電界発光層１２上に設けられる。
　ここで、金属薄膜がどの程度の薄さであれば光を透過するかは、屈折率の虚部を用いて表わすことができる。屈折率ｎと消衰係数κとを用いた場合、厚みｄの媒質を通過する際に生じる位相変化φと透過率Ｔとは、下記の式（１）および式（２）により表わされる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　ここで、λは、真空中における光の波長である。式（１）より、光の強度ｅ2分の１に減衰する距離Ｌdは、下記の式（３）により表わされる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　よって、透明金属薄膜１３ａが十分な透過率を有するためには、上記の式（２）で示されるＬdよりも薄いことが望ましい。
　導電性透明樹脂膜１３ｂは、透明金属薄膜１３ａの有機電界発光層１２が位置する側とは反対側の主表面上に設けられている。導電性透明樹脂膜１３ｂの材質や成膜方法等は、上述した実施の形態１におけるそれと同様である。
　ここで、本実施の形態における有機ＥＬ素子１Ｂにおいては、透明基板１０の屈折率ｎsが、有機電界発光層１２に含まれるいずれの膜の屈折率よりも低くなるように（すなわち、有機電界発光層１２に含まれる膜のうちの最も低い屈折率を有する膜の屈折率ｎ0よりも低くなるように）構成される（ｎs＜ｎ0）とともに、第１透明電極層１１の屈折率ｎ1と、透明金属薄膜１３ａおよび導電性透明樹脂膜１３ｂの積層膜からなる第２透明電極層１３の実効屈折率ｎ2とが、いずれも有機電界発光層１２に含まれるいずれの膜の屈折率よりも低くなるように（すなわち、有機電界発光層１２に含まれる膜のうちの最も低い屈折率を有する膜の屈折率ｎ0よりも低くなるように）構成される（ｎ1＜ｎ0かつｎ2＜ｎ0）。なお、透明金属薄膜１３ａの厚みは、導電性透明樹脂膜１３ｂの厚みよりも十分に薄いため、第２透明電極層１３の実効屈折率ｎ2は、導電性透明樹脂膜１３ｂの屈折率と実質的に同一となる。
　また、透明金属薄膜１３ａおよび導電性透明樹脂膜１３ｂの積層膜からなる第２透明電極層１３の実効屈折率ｎ2は、透明基板１０の屈折率ｎsに近い屈折率となるように構成されることが望ましい。
　以上のような条件を満たす透明金属薄膜１３ａとしては、上述した十分に薄型化されたＡｇ、Ａｌ、Ａｕ、Ｃｕ等の金属薄膜が挙げられる。
　また、本実施の形態における有機ＥＬ素子１Ｂにおいても、当該有機ＥＬ素子１Ｂに含まれる高屈折率部が有機電界発光層１２に実質的に限られることになり、当該高屈折率部の厚みをｄとし、その実効屈折率をｎとし、当該有機電界発光層１２にて発光される光のピーク波長をλとした場合に、好適にはこれらｄ、ｎおよびλが、ｄ＜λ／（４×ｎ）の条件を充足するように構成される。
　以上において説明した本実施の形態における有機ＥＬ素子１Ｂにあっては、上述したように第１透明電極層１１が屈折率が十分に低い導電性透明樹脂膜１１ｂにて構成されているとともに第２透明電極層１３が実効屈折率が十分に低い透明金属薄膜１３ａおよび導電性透明樹脂膜１３ｂの積層膜にて構成されているため、上述した実施の形態１における場合と同様に、導波モードおよびプラズモンモードに結合する光を大幅に低減できるかまたはこれらを完全に無くすことができる。
　したがって、本実施の形態における有機ＥＬ素子１Ｂにおいては、導波損失およびプラズモン損失のいずれについてもこれを低減することが可能になり、有機電界発光層１２にて発光した光を高効率に外部に取り出すことが可能になる。
　なお、本実施の形態における有機ＥＬ素子１Ｂにあっては、有機電界発光層１２に接触して透明金属薄膜１３ａが位置することになるため、プラズモン損失が発生することが懸念され得るが、当該透明金属薄膜１３ａの厚みを十分に薄く（たとえば１０ｎｍ以下程度にまで薄く）構成すれば、金属薄膜起因のプラズモン損失は発生しないことになる。さらには、当該透明金属薄膜１３ａの厚みが十分に薄いことにより、透過率も向上することになるため、第２透明電極層１３の透過性が損なわれることもない。
　（実施の形態３）
　図４は、本発明の実施の形態３における有機ＥＬ素子の模式断面図である。図４を参照して、本実施の形態における有機ＥＬ素子１Ｃについて説明する。
　図４に示すように、本実施の形態における有機ＥＬ素子１Ｃは、上述した実施の形態２における有機ＥＬ素子１Ｂと比較した場合に、第１透明電極層１１の構成においてのみ相違している。具体的には、有機ＥＬ素子１Ｃにあっては、第２透明電極層１３と同様に、第１透明電極層１１についてもこれが透明金属薄膜１１ａおよび導電性透明樹脂膜１１ｂの積層膜にて構成されている。
　導電性透明樹脂膜１１ｂは、透明基板１０の有機電界発光層１２が位置する側の主表面上に設けられている。導電性透明樹脂膜１１ｂの材質や成膜方法等は、上述した実施の形態１におけるそれと同様である。
　透明金属薄膜１１ａは、導電性透明樹脂膜１１ｂの透明基板１０が位置する側とは反対側の主表面上に設けられている。透明金属薄膜１１ａの材質や成膜方法、膜厚等は、上述した実施の形態２において説明した透明金属薄膜１３ａのそれと同様である。
　ここで、本実施の形態における有機ＥＬ素子１Ｃにおいては、透明基板１０の屈折率ｎsが、有機電界発光層１２に含まれるいずれの膜の屈折率よりも低くなるように（すなわち、有機電界発光層１２に含まれる膜のうちの最も低い屈折率を有する膜の屈折率ｎ0よりも低くなるように）構成される（ｎs＜ｎ0）とともに、透明金属薄膜１１ａおよび導電性透明樹脂膜１１ｂの積層膜からなる第１透明電極層１１の実効屈折率ｎ1と、透明金属薄膜１３ａおよび導電性透明樹脂膜１３ｂの積層膜からなる第２透明電極層１３の実効屈折率ｎ2とが、いずれも有機電界発光層１２に含まれるいずれの膜の屈折率よりも低くなるように（すなわち、有機電界発光層１２に含まれる膜のうちの最も低い屈折率を有する膜の屈折率ｎ0よりも低くなるように）構成される（ｎ1＜ｎ0かつｎ2＜ｎ0）。なお、透明金属薄膜１１ａの厚みは、導電性透明樹脂膜１１ｂの厚みよりも十分に薄いため、第１透明電極層１１の実効屈折率ｎ1は、導電性透明樹脂膜１１ｂの屈折率と実質的に同一となる。
　また、透明金属薄膜１１ａおよび導電性透明樹脂膜１１ｂの積層膜からなる第１透明電極層１１の実効屈折率ｎ1は、透明基板１０の屈折率ｎsに近い屈折率となるように構成されることが望ましい。
　また、本実施の形態における有機ＥＬ素子１Ｃにおいても、当該有機ＥＬ素子１Ｃに含まれる高屈折率部が有機電界発光層１２に実質的に限られることになり、当該高屈折率部の厚みをｄとし、その実効屈折率をｎとし、当該有機電界発光層１２にて発光される光のピーク波長をλとした場合に、好適にはこれらｄ、ｎおよびλが、ｄ＜λ／（４×ｎ）の条件を充足するように構成される。
　以上において説明した本実施の形態における有機ＥＬ素子１Ｃにあっては、上述したように第１透明電極層１１が実効屈折率が十分に低い透明金属薄膜１１ａおよび導電性透明樹脂膜１１ｂの積層膜にて構成されているとともに第２透明電極層１３が実効屈折率が十分に低い透明金属薄膜１３ａおよび導電性透明樹脂膜１３ｂの積層膜にて構成されているため、上述した実施の形態１および２における場合と同様に、導波モードおよびプラズモンモードに結合する光を大幅に低減できるかまたはこれらを完全に無くすことができる。
　したがって、本実施の形態における有機ＥＬ素子１Ｃにおいては、導波損失およびプラズモン損失のいずれについてもこれを低減することが可能になり、有機電界発光層１２にて発光した光を高効率に外部に取り出すことが可能になる。
　（実施の形態４）
　図５は、本発明の実施の形態４における有機ＥＬ素子の模式断面図である。図５を参照して、本実施の形態における有機ＥＬ素子１Ｄについて説明する。
　図５に示すように、本実施の形態における有機ＥＬ素子１Ｄは、上述した実施の形態３における有機ＥＬ素子１Ｃと比較した場合に、透明光学調整層１５をさらに備えている点においてのみ相違している。
　透明光学調整層１５は、第２透明電極層１３の有機電界発光層１２が位置する側とは反対側の主表面上に設けられており、可視光領域の光を良好に透過する絶縁性の膜にて構成されている。より具体的には、透明光学調整層１５としては、たとえばＳｉＯx膜に代表される屈折率が十分に低い非導電性透明樹脂膜にて構成される。
　透明光学調整層１５は、たとえば蒸着法、スピンコート法、キャスト法、インクジェット法、印刷法等のいずれかが採用されることで第２透明電極層１３上に設けられる。特に、スピンコート法、インクジェット法、印刷法は、均質な膜が得られ易くかつピンホールの発生が抑制できるため、特に好適に利用できる。
　以上において説明した本実施の形態における有機ＥＬ素子１Ｄにあっては、当該有機ＥＬ素子１Ｄに含まれる高屈折率部を有機電界発光層１２に実質的に限定することができるため、上述した実施の形態３における場合と同様に、導波モードおよびプラズモンモードに結合する光を大幅に低減できるかまたはこれらを完全に無くすことができる。
　したがって、本実施の形態における有機ＥＬ素子１Ｄにおいては、導波損失およびプラズモン損失のいずれについてもこれを低減することが可能になり、有機電界発光層１２にて発光した光を高効率に外部に取り出すことが可能になる。
　また、本実施の形態における有機ＥＬ素子１Ｄにあっては、上述した実施の形態３における有機ＥＬ素子１Ｃに比べ、所定の厚みの透明光学調整層１５を設けることで有機電界発光層１２と金属膜からなる反射層１４とをさらに遠ざけつつその間を十分に低屈折率の部材にて充填することができる。したがって、当該構成を採用することにより、プラズモンモードに結合する光をさらに低減することが可能になる効果が得られる。なお、このような構成は、上述した実施の形態３における有機ＥＬ素子１Ｃにおいて、第２透明電極層１３に含まれる導電性透明樹脂膜１３ｂの厚みを単に厚くする場合に比べ、光の吸収損失が低減される点において有利である。
　（実施の形態５）
　図５は、本発明の実施の形態５における照明装置の概略図である。図５を参照して、本実施の形態における照明装置２０Ａについて説明する。
　図５に示すように、本実施の形態における照明装置２０Ａは、部屋２１の天井２２に設置される室内灯であり、部屋２１の室内を照明するものである。照明装置２０Ａは、その内部に、上述した実施の形態１における有機ＥＬ素子１Ａを光源として備えている。照明装置２０Ａは、たとえば白色光を室内に向けて照射する。
　本実施の形態における照明装置２０Ａは、有機ＥＬ素子１Ａを光源として備えることによって薄型に構成が可能であり、また外部に向けて照射される光の取り出し効率が従来に比して良好であるため、低消費電力で高い輝度が実現できる。
　なお、有機ＥＬ素子１Ａに代えて、上述した実施の形態２ないし４における有機ＥＬ素子１Ｂ～１Ｄを、光源として照明装置２０Ａに搭載させることも当然に可能である。
　（実施の形態６）
　図６は、本発明の実施の形態６における照明装置の概略図である。図６を参照して、本実施の形態における照明装置２０Ｂについて説明する。
　図６に示すように、本実施の形態における照明装置２０Ｂは、たとえば机等に載置されて使用される照明スタンドであり、主として手元を照明するものである。照明装置２０Ｂは、スタンド部２３とヘッド部２４とを有しており、このうちのヘッド部２４の内部に、上述した実施の形態１における有機ＥＬ素子１Ａを光源として備えている。照明装置２０Ｂは、たとえば白色光を手元に向けて照射する。
　本実施の形態における照明装置２０Ｂは、有機ＥＬ素子１Ａを光源として備えることによって薄型に構成が可能であり、また外部に向けて照射される光の取り出し効率が従来に比して良好であるため、低消費電力で高い輝度が実現できる。
　なお、有機ＥＬ素子１Ａに代えて、上述した実施の形態２ないし４における有機ＥＬ素子１Ｂ～１Ｄを、光源として照明装置２０Ｂに搭載させることも当然に可能である。
　以下においては、上述した実施の形態１ないし４における有機ＥＬ素子１Ａ～１Ｄをそれぞれ実施例１ないし４としてモデル化し、それらの光学特性を解析することで、導波損失やプラズモン損失がどの程度低減できるか検証した結果について説明する。なお、比較のために、以下において説明する比較例１および２における有機ＥＬ素子１００Ａ，１００Ｂについても同様の解析を行なった。
　（比較例１および２）
　図８は、比較例１おける有機ＥＬ素子の模式断面図であり、図９は、比較例２における有機ＥＬ素子の模式断面図である。
　図８に示すように、比較例１における有機ＥＬ素子１００Ａは、透明基板１１０と、透明電極層１１１と、有機電界発光層１１２と、電極兼反射層１１６とを、この順で順次積層した構成を有するものである。より具体的には、透明電極層１１１は、透明金属酸化物膜にて構成されており、電極兼反射層１１６は、金属膜にて構成されている。
　図９に示すように、比較例２における有機ＥＬ素子１００Ｂは、透明基板１１０と、第１透明電極層１１１と、有機電界発光層１１２と、第２透明電極層１１３と、反射層１１４とを、この順で順次積層した構成を有するものである。より具体的には、第１透明電極層１１１および第２透明電極層１１３は、透明金属酸化物膜にて構成されており、反射層１１４は、金属膜にて構成されている。
　（検証内容）
　上述した検証を行なうに当たり、有機ＥＬ素子内に形成される高屈折率部の厚みと導波モードの等価屈折率との関係を波長別に算出する解析（これを解析Ａとする）を行なうとともに、高屈折率部の厚みと各モードに結合する光の割合との関係を特定の波長の光について算出する解析（これを解析Ｂとする）を行なった。なお、導波モードの等価屈折率とは、高屈折率部と低屈折率部との両方にまたがって伝播している導波モードが感じている等価的な屈折率である。前者の解析（解析Ａ）により、導波損失がどの程度低減できるかが把握できるとともに、透明基板の屈折率をどの程度下げることができるかが把握できる。また、後者の解析（解析Ｂ）により、導波損失およびプラズモン損失がどの程度低減できかつ外部に取り出し可能な光の割合がどの程度向上するかが把握できる。
　（比較例１，２および実施例１ないし４）
　まず、当該検証結果について説明するに先立ち、モデルとしての比較例１，２および実施例１～４に係る有機ＥＬ素子に含まれる各構成の具体的な材質、厚み等について説明する。なお、各モデルにおいて、有機電界発光層の厚みは変数とした。
　比較例１に係る有機ＥＬ素子は、図８において示した有機ＥＬ素子１００Ａである。ここで、比較例１に係る有機ＥＬ素子にあっては、透明基板１１０を光学ガラスＢＫ７（屈折率１．５、板厚０．７ｍｍ）にて構成し、透明電極層１１１をＩＴＯ膜（屈折率１．８～２．２、膜厚１００ｎｍ）にて構成し、有機電界発光層１１２をＡｌｑ３（トリス（８－キノリノラト）アルミニウム）に代表される有機材料を含む積層膜（各膜の屈折率１．７～１．９（代表値としての屈折率１．８）、総膜厚１００ｎｍ）にて構成し、電極兼反射層１１６をＡｌ膜（膜厚１００ｎｍ）にて構成した。
　比較例２に係る有機ＥＬ素子は、図９において示した有機ＥＬ素子１００Ｂである。ここで、比較例２に係る有機ＥＬ素子にあっては、透明基板１１０を光学ガラスＢＫ７（屈折率１．５、板厚０．７ｍｍ）にて構成し、第１透明電極層１１１および第２透明電極層１１３をそれぞれＩＴＯ膜（屈折率１．８～２．２、膜厚１００ｎｍ）にて構成し、有機電界発光層１１２をＡｌｑ３に代表される有機材料を含む積層膜（各膜の屈折率１．７～１．９（代表値としての屈折率１．８）、総膜厚１００ｎｍ）にて構成し、反射層１１４をＡｌ膜（膜厚１００ｎｍ）にて構成した。
　実施例１に係る有機ＥＬ素子は、上述した実施の形態１における有機ＥＬ素子１Ａと同様の構成を有するものである。ここで、実施例１に係る有機ＥＬ素子にあっては、透明基板１０を光学ガラスＢＫ７（屈折率１．５、板厚０．７ｍｍ）にて構成し、第１透明電極層１１としての導電性透明樹脂膜１１ｂおよび第２透明電極層１３としての導電性透明樹脂膜１３ｂをそれぞれＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ膜（屈折率１．５、膜厚１００ｎｍ）にて構成し、有機電界発光層１２をＡｌｑ３に代表される有機材料を含む積層膜（各膜の屈折率１．７～１．９（代表値としての屈折率１．８）、総膜厚１００ｎｍ）にて構成し、反射層１４をＡｌ膜（膜厚１００ｎｍ）にて構成した。
　実施例２に係る有機ＥＬ素子は、上述した実施の形態２における有機ＥＬ素子１Ｂと同様の構成を有するものである。ここで、実施例２に係る有機ＥＬ素子にあっては、透明基板１０を光学ガラスＢＫ７（屈折率１．５、板厚０．７ｍｍ）にて構成し、第１透明電極層１１としての導電性透明樹脂膜１１ｂをＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ膜（屈折率１．５、膜厚１００ｎｍ）にて構成し、第２透明電極層１３としての透明金属薄膜１３ａをＡｇ膜（膜厚６ｎｍ）にて構成し、第２透明電極層１３としての導電性透明樹脂膜１３ｂをＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ膜（屈折率１．５、膜厚１００ｎｍ）にて構成し、有機電界発光層１２をＡｌｑ３に代表される有機材料を含む積層膜（各膜の屈折率１．７～１．９（代表値としての屈折率１．８）、総膜厚１００ｎｍ）にて構成し、反射層１４をＡｌ膜（膜厚１００ｎｍ）にて構成した。
　実施例３に係る有機ＥＬ素子は、上述した実施の形態３における有機ＥＬ素子１Ｃと同様の構成を有するものである。ここで、実施例３に係る有機ＥＬ素子にあっては、透明基板１０を光学ガラスＢＫ７（屈折率１．５、板厚０．７ｍｍ）にて構成し、第１透明電極層１１としての透明金属薄膜１１ａおよび第２透明電極層１３としての透明金属薄膜１３ａをそれぞれＡｇ膜（膜厚６ｎｍ）にて構成し、第１透明電極層１１としての導電性透明樹脂膜１１ｂおよび第２透明電極層１３としての導電性透明樹脂膜１３ｂをそれぞれＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ膜（屈折率１．５、膜厚１００ｎｍ）にて構成し、有機電界発光層１２をＡｌｑ３に代表される有機材料を含む積層膜（各膜の屈折率１．７～１．９（代表値としての屈折率１．８）、総膜厚１００ｎｍ）にて構成し、反射層１４をＡｌ膜（膜厚１００ｎｍ）にて構成した。
　実施例４に係る有機ＥＬ素子は、上述した実施の形態４における有機ＥＬ素子１Ｄと同様の構成を有するものである。ここで、実施例４に係る有機ＥＬ素子にあっては、透明基板１０を光学ガラスＢＫ７（屈折率１．５、板厚０．７ｍｍ）にて構成し、第１透明電極層１１としての透明金属薄膜１１ａおよび第２透明電極層１３としての透明金属薄膜１３ａをそれぞれＡｇ膜（膜厚６ｎｍ）にて構成し、第１透明電極層１１としての導電性透明樹脂膜１１ｂおよび第２透明電極層１３としての導電性透明樹脂膜１３ｂをそれぞれＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ膜（屈折率１．５、膜厚１００ｎｍ）にて構成し、有機電界発光層１２をＡｌｑ３に代表される有機材料を含む積層膜（各膜の屈折率１．７～１．９（代表値としての屈折率１．８）、総膜厚１００ｎｍ）にて構成し、透明光学調整層１５をＳｉＯx膜（屈折率１．５、膜厚１００ｎｍ）にて構成し、反射層１４をＡｌ膜（膜厚１００ｎｍ）にて構成した。
　（解析Ａに基づく検証結果）
　図１０および図１１は、比較例１および２に係る有機ＥＬ素子の高屈折率部の厚みと導波モードの等価屈折率との関係を波長別に表わしたグラフであり、図１２ないし図１５は、実施例１ないし４に係る有機ＥＬ素子の高屈折率部の厚みと導波モードの等価屈折率との関係を波長別に表わしたグラフである。
　図１０に示すように、比較例１に係る有機ＥＬ素子にあっては、有機電界発光層に加え透明電極層であるＩＴＯ膜を含めてこれらが高屈折率部に該当するため、高屈折率部の実効的な厚みは、図１０の横軸に示す厚みｄにＩＴＯ膜の厚みである１００ｎｍを足した値となる。そのため、特に短波長の光に対しての導波モードの等価屈折率が高く、外部に取り出される光の効率を向上させるためには、透明基板としてコスト面および加工性の面において不利な高屈折率のものが必要になる問題が生じることが分かる。
　また、図１１に示すように、比較例２に係る有機ＥＬ素子にあっては、有機電界発光層に加え第１透明電極層であるＩＴＯ膜および第２透明電極層であるＩＴＯ膜を含めてこれらが高屈折率部に該当するため、高屈折率部の実効的な厚みは、図１１の横軸に示す厚みｄにＩＴＯ膜の厚みの総和である２００ｎｍを足した値となる。そのため、比較例１の場合と同様に、特に短波長の光に対しての導波モードの等価屈折率が高く、外部に取り出される光の効率を向上させるためには、透明基板としてコスト面および加工性の面において不利な高屈折率のものが必要になる問題が生じることが分かる。
　一方、図１２ないし図１５に示すように、実施例１ないし４に係る有機ＥＬ素子にあっては、高屈折率部が有機電界発光層に限定されるため、当該高屈折率部の厚みは、図１１の横軸に示す厚みｄに合致することになる。そのため、図１２ないし図１５から理解されるように、厚み５０ｎｍ～１００ｎｍの範囲において長波長の光が導波モードに結合することがなくなっており、その結果、導波モードの等価屈折率が消失している。さらには、短波長の光に対しての等価屈折率についても、１．５～１．６程度にまで低下しており、透明基板としてコスト面および加工性の面において有利な比較的低屈折率のものが利用可能となることが分かる。
　（解析Ｂに基づく検証結果）
　図１６および図１７は、比較例１および２に係る有機ＥＬ素子の高屈折率部の厚みと各モードに結合する光の割合との関係を特定の波長の光について表わしたグラフであり、図１８ないし図２１は、実施例１ないし４に係る有機ＥＬ素子の高屈折率部の厚みと各モードに結合する光の割合との関係を特定の波長の光について表わしたグラフである。ここで、特定の波長とは、可視光の代表波長である６００ｎｍである。なお、図中に示す空気モードとは、有機ＥＬ素子の外部に取り出しが可能なモードである。
　図１６に示すように、比較例１に係る有機ＥＬ素子にあっては、導波モードが相当程度除去される効果はあるものの、電極兼反射層としての金属膜が有機電界発光層に接触配置されているため、プラズモンモードが支配的になる。そのため、プラズモン損失が非常に大きいものとなってしまい、有機電界発光層にて発光した光が高効率に外部に取り出し可能なものとは言えないことが分かる。
　また、図１７に示すように、比較例２に係る有機ＥＬ素子にあっては、第２透明電極層の存在により、有機電界発光層と金属膜との間の距離が確保できるため、プラズモンモードが相当程度除去される効果はあるものの、当該第２透明電極層の屈折率が高いため、導波モードが支配的になる。そのため、導波損失が非常に大きいものとなってしまい、有機電界発光層にて発光した光が高効率に外部に取り出し可能なものとは言えないことが分かる。なお、導波モードに結合する光を基板モードに結合する光に置換するためには、透明基板の屈折率を相当程度上げることが必要になり、コスト面および加工性の面において不利になってしまうことになる。
　一方、図１８に示すように、実施例１に係る有機ＥＬ素子にあっては、第１透明電極層および第２透明電極層が非導電性透明樹脂膜であるため、十分に低屈折率であることおよび有機電界発光層と金属膜である反射層との間の距離が十分に確保できることに起因し、導波モードおよびプラズモンモードが大幅に低減されており、これに伴って基板モードおよび空気モードが大幅に増加している。特に高屈折率層である有機電界発光層の厚みｄを５０ｎｍ以下にすることにより、導波モードを完全に除去できている。したがって、導波損失やプラズモン損失が大幅に低減でき、有機電界発光層にて発光した光が高効率に外部に取り出し可能になることが分かる。
　ここで、プラズモンモードについては、上述した比較例２に係る有機ＥＬ素子よりもやや増加しているが、これは、有機電界発光層と反射層との間の屈折率が低い分、これらの間の光学的な距離がやや近くなることが起因していると考察される。
　しかしながら、実施例１に係る有機ＥＬ素子では、比較例２に係る有機ＥＬ素子に比べ、導波モードを大幅に低減できる点において有利であり、また有機電界発光層の厚みｄが５０ｎｍ以上の領域においても、図１２から理解されるように、屈折率が１．６程度の透明基板を用いることで導波モードに結合する光を基板モードに結合する光に置換することが可能であるため、やはり導波損失を大幅に低減できる点において有利であることが分かる。
　また、図１９ないし図２１に示すように、実施例２ないし４に係る有機ＥＬ素子にあっては、導波モードを完全にまたはほぼ完全に除去できており、これに伴って基板モードおよび空気モードが大幅に増加している。したがって、導波損失やプラズモン損失が大幅に低減でき、有機電界発光層にて発光した光が高効率に外部に取り出し可能になることが分かる。
　以上の検証結果より、上述した実施の形態１ないし４における有機ＥＬ素子１Ａ～１Ｄとすることにより、上述した実施の形態１ないし４において説明した効果が得られることが確認された。
　なお、上述した実施の形態１ないし４における有機ＥＬ素子１Ａ～１Ｄとすることにより、導波モードおよびプラズモンモードに結合する光が低減できることになるが、残るモードのうち、基板モードに結合する光は、透明基板の内部に閉じ込められてしまう光であり、何らかの手当てを施さない限り、これがそのまま基板損失になってしまうことになる。しかしながら、基板モードについては、たとえば透明基板の空気との界面に光取り出しシートと呼ばれる光学シートを貼り付けたり、当該界面に凹凸形状を付与したりすることにより、反射層との間の多重反射によりその一部を外部に取り出すことが可能になるため、これら構成を採用することとすれば、さらに高効率に光を外部に取り出すことが可能になる。
　上述した本発明の実施の形態１ないし６においては、有機電界発光層を備えた有機ＥＬ素子およびこれを備えた照明装置に本発明を適用した場合を例示したが、本発明の適用範囲はこれに限られず、無機電界発光層を備えた無機ＥＬ素子およびこれを備えた照明装置に本発明を適用することも当然に可能である。
　また、上述した本発明の実施の形態５および６においては、照明装置として室内灯および照明スタンドを例示して説明を行なったが、本発明の適用範囲はこれに限られず、電界発光素子を光源として備えた各種の装置（たとえば、ディスプレイや表示デバイス、電光表示式の看板や広告、屋外灯等）に本発明を適用することも当然に可能である。
　また、上述した本発明の実施の形態１ないし６において示した特徴的な構成は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で当然に相互にその組み合わせが可能である。
　このように、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではない。本発明の技術的範囲は請求の範囲によって画定され、また請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。
　１Ａ～１Ｄ　有機ＥＬ素子、１０　透明基板、１１　第１透明電極層、１１ａ　透明金属薄膜、１１ｂ　導電性透明樹脂膜、１２　有機電界発光層、１３　第２透明電極層、１３ａ　透明金属薄膜、１３ｂ　導電性透明樹脂膜、１４　反射層、１５　透明光学調整層、２０Ａ，２０Ｂ　照明装置、２１　部屋、２２　天井、２３　スタンド部、２４　ヘッド部。

Claims (7)

  1. 　透明基板と、
    　前記透明基板の一方の主表面上に設けられた第１透明電極層と、
    　前記第１透明電極層の前記透明基板が位置する側とは反対側の主表面上に設けられた電界発光層と、
    　前記電界発光層の前記第１透明電極層が位置する側とは反対側の主表面上に設けられた第２透明電極層と、
    　前記第２透明電極層から見て前記電界発光層が位置する側とは反対側に設けられた金属膜からなる反射層とを備え、
    　前記透明基板の実効屈折率が、前記電界発光層に含まれるいずれの膜の屈折率よりも低く、
    　前記第１透明電極層の実効屈折率および前記第２透明電極層の実効屈折率が、いずれも前記電界発光層に含まれるいずれの膜の屈折率よりも低い、電界発光素子。
  2. 　前記第１透明電極層および前記第２透明電極層の少なくとも一方が、導電性透明樹脂膜にて構成されている、請求項１に記載の電界発光素子。
  3. 　前記第１透明電極層および前記第２透明電極層の少なくとも一方が、透明金属薄膜および導電性透明樹脂膜の積層膜にて構成されている、請求項１に記載の電界発光素子。
  4. 　前記電界発光層の厚みをｄ、前記電界発光層の実効屈折率をｎ、前記電界発光層にて発光される光のピーク波長をλとした場合に、これらｄ、ｎおよびλが、ｄ＜λ／（４×ｎ）の条件を充足している、請求項１から３のいずれかに記載の電界発光素子。
  5. 　前記第２透明電極層と前記反射層との間に設けられた透明光学調整層をさらに備え、
    　前記透明光学調整層の実効屈折率が、前記電界発光層に含まれるいずれの膜の屈折率よりも低い、請求項１から４のいずれかに記載の電界発光素子。
  6. 　前記電界発光層が、有機電界発光層である、請求項１から５のいずれかに記載の電界発光素子。
  7. 　請求項１から６のいずれかに記載の電界発光素子を光源として備えている、照明装置。
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