有機ＥＬ素子およびその製造方法、ならびに有機ＥＬ素子の評価方法
【課題】従来の有機ＥＬ素子に比し、発光効率を高くすることのできる有機ＥＬ素子およびその製造方法、ならびに有機ＥＬ素子の評価方法を提供する。
【解決手段】
少なくとも液晶材料と色素とを含み、該液晶材料を構成する液晶分子の配向に基づく屈折率分布を有し、該屈折率分布が固定化されてなる層状の光学素子と、可視光を透過することのできる基板と、有機ＥＬ材料からなる発光層と、陰極と、陽極と、を有する有機ＥＬ素子。陰極および陽極のそれぞれが層状である前記の有機ＥＬ素子。さらに配向膜を有し、該配向膜と光学素子とが接している前記の有機ＥＬ素子。
【解決手段】
少なくとも液晶材料と色素とを含み、該液晶材料を構成する液晶分子の配向に基づく屈折率分布を有し、該屈折率分布が固定化されてなる層状の光学素子と、可視光を透過することのできる基板と、有機ＥＬ材料からなる発光層と、陰極と、陽極と、を有する有機ＥＬ素子。陰極および陽極のそれぞれが層状である前記の有機ＥＬ素子。さらに配向膜を有し、該配向膜と光学素子とが接している前記の有機ＥＬ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機ＥＬ素子およびその製造方法、ならびに有機ＥＬ素子の評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機エレクトロルミネッセンス素子（以下、有機ＥＬ素子ということがある。）は、発光素子である。有機ＥＬ素子において、その構造は、基板／陽極／発光層／陰極（ここで、／は各層が隣接していることを示す。）で表すことができる。有機ＥＬ素子においては、その発光効率を高めることが求められており、前記構造の発光層において発光した光を、効率よく、有機ＥＬ素子の外部に取り出す試み、すなわち、光取り出し効率を上げるための試みがなされ、その試みがなされた有機ＥＬ素子として、例えば、基板と陽極の界面に、半球状のマイクロレンズを配置させた有機ＥＬ素子が、特許文献１に開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２３６８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記有機ＥＬ素子においては、半球状のマイクロレンズに隣接した陽極の厚みが均一になり得ないことから、その陽極における導電性において十分でなく、有機ＥＬ素子の発光効率が十分とまではいえない。本発明の目的は、従来の有機ＥＬ素子に比し、発光効率を高くすることのできる有機ＥＬ素子およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意研究を重ね、本発明に至った。
すなわち、本発明は下記の＜１＞〜＜８＞の発明を提供する。
＜１＞少なくとも液晶材料と色素とを含み、該液晶材料を構成する液晶分子の配向に基づく屈折率分布を有し、該屈折率分布が固定化されてなる層状の光学素子と、可視光を透過することのできる基板と、有機ＥＬ材料からなる発光層と、陰極と、陽極と、を有する有機ＥＬ素子。
＜２＞陰極および陽極のそれぞれが層状である前記の有機ＥＬ素子。
＜３＞さらに配向膜を有し、該配向膜と光学素子とが接している前記の有機ＥＬ素子。
＜４＞層状の陽極と光学素子とが接している前記＜３＞記載の有機ＥＬ素子。
＜５＞以下の（Ａ１）、（Ａ２）、（Ａ３）および（Ａ４）の工程をこの順で含む有機ＥＬ素子の製造方法。
（Ａ１）配向膜付き基板を２個用いて（ここで、少なくとも１個の基板は、可視光を透過することのできる基板である。）、それぞれの配向膜が対向するように配置させ、２つの配向膜間に、液晶材料と色素とを含む重合性組成物を挟持させ、該重合性組成物に光を照射し、液晶材料中の液晶分子を配向させ、さらに重合性組成物を重合して固定化させ、液晶分子固定化層（光学素子）を得る工程。
（Ａ２）１つの配向膜付き基板を分離し、光学素子および配向膜付き基板（ただし、該基板は、可視光を透過することのできる基板である。）を得る工程。
（Ａ３）該光学素子および配向膜付き基板において、光学素子側の面に、層状の陽極を形成させる工程。
（Ａ４）該層状の陽極の面に、有機ＥＬ材料からなる発光層、層状の陰極を、この順に形成させる工程。
＜６＞層状の陽極と可視光を透過することのできる基板とが接している前記＜３＞記載の有機ＥＬ素子。
＜７＞以下の（Ｂ１）、（Ｂ２）、（Ｂ３）および（Ｂ４）の工程をこの順で含む有機ＥＬ素子の製造方法。
（Ｂ１）配向膜付き基板を２個用いて（ここで、少なくとも１つの基板は、可視光を透過することのできる基板である。）、それぞれの配向膜が対向するように配置させ、２つの配向膜間に、液晶材料と色素とを含む重合性組成物を挟持させ、該重合性組成物に光を照射し、液晶材料中の液晶分子を配向させ、さらに重合性組成物を重合して固定化させ、液晶分子固定化層（光学素子）を得る工程。
（Ｂ２）１つの配向膜付き基板を分離し、光学素子および配向膜付き基板（ただし、該基板は、可視光を透過することのできる基板である。）を得る工程。
（Ｂ３）該光学素子および配向膜付き基板において、基板側の面に、層状の陽極を形成させる工程。
（Ｂ４）該層状の陽極の面に、有機ＥＬ材料からなる発光層、層状の陰極を、この順に形成させる工程。
＜８＞前記＜１＞、＜２＞、＜３＞、＜４＞または＜６＞に記載の有機ＥＬ素子の構造を設計するに際して、光学追跡シミュレーションを用いる有機ＥＬ素子の評価方法。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、従来の有機ＥＬ素子に比し、陽極における導電性を高めることのできる有機ＥＬ素子を提供することができ、当該有機ＥＬ素子は、その発光効率を高め、本発明は工業的に極めて有用である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明の有機ＥＬ素子は、少なくとも液晶材料と色素とを含み、該液晶材料を構成する液晶分子の配向に基づく屈折率分布を有し、該屈折率分布が固定化されてなる層状の光学素子と、可視光を透過することのできる基板と、有機ＥＬ材料からなる発光層と、陰極と、陽極と、を有することを特徴とする。
【０００８】
本発明において、陰極および陽極は、それぞれ層状であることが、通常の実施形態である。陰極および陽極は、発光層に電流を流す役割を担い、この役割を担うのであれば、層状でなくてもよい。
【０００９】
また、本発明の有機ＥＬ素子は、さらに配向膜を有し、該配向膜と光学素子とが接していることが、製造面で好ましい。ここで、配向膜は、液晶分子の配向を誘起することができる膜のことを意味する。
【００１０】
次に、本発明の有機ＥＬ素子を構成する光学素子について、具体的に説明する。尚、以下の記載において量比を表す「部」および「％」は、特に断らない限り質量基準とする。
【００１１】
（光学素子）
本発明において、光学素子は、少なくとも液晶材料と色素とを含み、該液晶材料を構成する液晶分子の配向に基づく屈折率分布を有し、該屈折率分布が固定化されてなる。また、該光学素子は、レンズの光屈折、集光などの光学機能を有し、その両側面は平面であり、層状である。
【００１２】
（色素）
通常、液晶材料を構成する液晶分子の配向においては、用いる配向膜の種類により、液晶分子は、配向膜に対し、水平方向（ホモジニアス配向）あるいは垂直方向（ホメオトロピック配向）に配向するが、本発明において、光学素子には、液晶材料の他に色素が含まれる。当該色素における色素分子はレーザー光（偏光）などの光の照射により配向するが、その照射光の強度に依存して、色素分子はその配向方向が変化する。その色素分子の配向の変化に基づいて、該色素分子周囲の液晶分子が配向するため、その液晶分子の配向に基づき光学素子は屈折率分布を有することになる。また、通常、照射光の強度は連続的に変化することから、上記の屈折率分布も連続的に変化する屈折率分布となる。例えば、液晶材料および色素を含む系において、液晶材料を構成する液晶分子の配向がホメオトロピック配向である場合には、レーザー光（偏光）を照射することにより、色素分子がその光照射に応じて配向方向が変化し、その色素分子の配向の変化に基づいて、該色素分子周囲の液晶分子が配向する。具体的には、照射された光が比較的に強い部分においては、液晶分子は、ホメオトロピック配向からホモジニアス配向に変化するのに対し、照射された光が比較的に弱い部分においては、その変化は少ない。この結果、上記の光照射により、屈折率分布に基づく光学素子となる。また、上記の光照射による色素分子の配向が可能である限り、色素の種類は特に制限されないが、例えば、以下のものを挙げることができる。
【００１３】
（好適な色素の例）
ターチオフェン系液晶性共役色素。当該色素における色素分子としては、例えば下記式に示すものが挙げられる。
【００１４】
【化１】
【００１５】
【化２】
【００１６】
【化３】
【００１７】
（液晶材料）
上記の光照射による色素分子の配向に基づき、該色素分子周囲の液晶分子が配向可能である限り、液晶材料の種類は特に制限されないが、例えば、以下のものを挙げることができる（液晶材料を構成する液晶分子について例示する）。
【００１８】
（好適な液晶分子の例）
【００１９】
【化４】
【００２０】
（屈折率分布の固定化）
上記の光学素子において、その屈折率分布は固定化されている。この固定化は、重合によればよい。この場合、固定化前の系において、重合性を有することが必要となるが、色素分子および／または液晶分子が重合性を有していてもよいし、それ以外にも、後述のような重合性材料を有することによってもよい。また、前記重合としては、光重合、熱重合が挙げられるが、意図した液晶分子の配向を保ちつつ固定化する観点では、光重合が好ましい。熱重合であると、加熱時に液晶相が変化し、意図した配向性が得られない場合がある。光重合の場合には、固定化前の系に、光を照射し、配向させた液晶分子を固定化する。固定化前の系に、光を照射した際には、液晶分子の配向に基づく屈折率分布が形成される速度の方が、系が固定化する速度よりも大きいのが通常である。光重合時の照射光の光源としては、可視光及び／または近赤外光を発するものを用いることができる。具体的には、メタルハライドランプ、白熱灯、ハロゲンランプ、キセノンランプ、高圧水銀灯等を挙げることができる。
【００２１】
（重合性材料）
前述の重合性材料の種類については、特に制限されない。重合性材料は、重合性基を有することが必須であり、固定化前の系において、液晶性を有しているものであることが好ましい。重合性材料としては、ビニル基を有する化合物を挙げることができ、例えば、下記のものを挙げることができる。
【００２２】
（好適な重合性材料の例）
【００２３】
【化５】
【００２４】
（重合性組成物）
本発明において、重合性組成物は、前記の固定化前（すなわち光照射前）の系を意味する。本発明において、重合性組成物としては、下記のような量比が好適である。
液晶材料：１００部（基準）
色素：０．０００１〜１０部（更に好ましくは０．００１〜１部）
重合性材料（使用する場合）：１〜１００部（更に好ましくは５〜３０部）
【００２５】
（添加剤）
上記以外に、必要に応じて、種々の添加剤を、重合性組成物に添加されていても良い。添加剤としては、重合開始剤などが挙げられる。重合開始剤としては、光重合開始剤を挙げることができ、該開始剤は、紫外線等の光照射によって、上記の重合反応を進行させるものであればよく、例えば、アセトフェノン化合物、ベンゾフェノン化合物、ベンゾイン化合物、ベンゾインエーテル化合物、アシルホスフィンオキシド化合物、チオキサントン化合物等が挙げられる。これらの化合物のうち市販されているものとしては、例えば、「ＩＲＧＡＣＵＲＥ １８４」、「ＩＲＧＡＣＵＲＥ ３６９」、「ＩＲＧＡＣＵＲＥ ６５１」、「ＩＲＧＡＣＵＲＥ ９０７」、「ＩＲＧＡＣＵＲＥ ８１９」、「ＩＲＧＡＣＵＲＥ ２９５９」、「ＤＡＲＯＣＵＲＥ １１７３」（いずれもチバ・スペシャリティー・ケミカルズ社製）、「ＫＡＹＡＣＵＲＥ ＢＰ」、「ＫＡＹＡＣＵＲＥ ＤＥＴＸ−Ｓ」（いずれも日本化薬社製）、「ＥＳＡＣＵＲＥ ＫＩＰ １５０」（Ｌａｍｂｅｒｔｉ社製）、「Ｓ−１２１」（シンコー技研社製）、「セイクオールＢＥＥ」（精工化学社製）、「ソルバスロンＢＩＰＥ」、「ソルバスロンＢＩＢＥ」（いずれも黒金化成社製）等を挙げることができる。これらの光重合開始剤は、単独で用いられてもよく、２種以上が併用されてもよい。
【００２６】
（好適な重合性組成物）
本発明における重合性組成物は、例えば、以下のような性質を有していることが好ましい。本発明において、重合性組成物は、光照射時に、ネマチック液晶相などの液晶性を示すことが必須である。液晶温度範囲は広ければ広いほど好ましい。取扱いの容易性の点からは室温（２０℃）近くで液晶相を発現するものが好ましい（液晶相の種類は特に制限されない）。より具体的には例えば−５０〜５０℃程度（更には−２０〜４０℃程度）で液晶相を発現するものが好ましい。液晶および相の同定に関しては、「液晶便覧」、第１〜４４８頁、液晶便覧編集委員会編（丸善、２０００）を必要に応じて参考にすればよい。
【００２７】
（好適な光学素子の特性）
本発明における光学素子は、以下の（１）〜（３）の物性を有する場合が好ましい。
（１）全光線透過率
光学素子における全光線透過率が７０％以上であることが好ましく、さらに好ましくは８０％以上である。
（２）表面の平坦性
本発明において、光学素子の両側面は平面であるが、その表面の中心線平均粗さ（Ｒａ）は、１００ｎｍ以下であることが好ましく、さらに好ましくは５０ｎｍ以下である。
（３）厚み
光学素子の厚みは５ｍｍ以下が好ましく、より好ましくは３ｍｍ以下、さらに好ましくは１ｍｍ以下である。
【００２８】
次に、本発明の有機ＥＬ素子を構成する発光層について、具体的に説明する。本発明において、発光層としては、以下の構造のものを挙げることができる。
【００２９】
（発光層の例示）
ａ）有機発光層
ｂ）正孔輸送層／有機発光層
ｃ）有機発光層／電子輸送層
ｄ）正孔輸送層／有機発光層／電子輸送層
ｅ）電荷注入層／有機発光層
ｆ）有機発光層／電荷注入層
ｇ）電荷注入層／有機発光層／電荷注入層
ｈ）電荷注入層／正孔輸送層／有機発光層
ｉ）正孔輸送層／有機発光層／電荷注入層
ｊ）電荷注入層／正孔輸送層／有機発光層／電荷注入層
ｋ）電荷注入層／有機発光層／電荷輸送層
ｌ）有機発光層／電子輸送層／電荷注入層
ｍ）電荷注入層／有機発光層／電子輸送層／電荷注入層
ｎ）電荷注入層／正孔輸送層／有機発光層／電荷輸送層
ｏ）正孔輸送層／有機発光層／電子輸送層／電荷注入層
ｐ）電荷注入層／正孔輸送層／有機発光層／電子輸送層／電荷注入層
上記の／は各層が隣接していることを示す。また、本発明において、有機ＥＬ材料とは、上記の各層を構成する材料であり、それぞれにつき公知の材料を使用することができる。これらの材料については、「有機ＥＬディスプレイ」（時任静夫、安達千波矢、村田英幸 共著 株式会社オーム社 平成１６年刊 第１版第１刷発行）、「高分子ＥＬ材料」（大西敏博、小山珠美 共著 共立出版 ２００４年刊 初版版第１刷発行）等を必要に応じて参考にすればよい。また、上記各層の厚みについては、適宜設定されるが、１ｎｍ〜３００ｎｍが一般的であり、好ましくは５〜１００ｎｍ程度である。
【００３０】
（有機発光層の例示）
特に、上記において、必須である有機発光層を構成する材料としては、低分子化合物でも高分子化合物でもよい。低分子化合物では、ナフタレン誘導体、アントラセンもしくはその誘導体、ペリレンもしくはその誘導体、ポリメチン系、キサンテン系、クマリン系、シアニン系などの色素類、８−ヒドロキシキノリンもしくはその誘導体の金属錯体、芳香族アミン、テトラフェニルシクロペンタジエンもしくはその誘導体、またはテトラフェニルブタジエンもしくはその誘導体などが例示される。高分子化合物では、ポリフルオレン、その誘導体および共重合体、ポリアリーレン、その誘導体および共重合体、ポリアリーレンビニレン、その誘導体および共重合体、芳香族アミンおよびその誘導体の（共）重合体が例示される。また、イリジウムを中心金属とするＩｒ（ｐｐｙ）3、Ｂｔｐ2Ｉｒ（ａｃａｃ）、白金を中心金属とするＰｔＯＥＰ、ユーロピウムを中心金属とするＥｕ（ＴＴＡ）3ｐｈｅｎ等、三重項発光を示すことのできる材料を使用してもよい。
【００３１】
（陽極／発光層／陰極の構造）
本発明において、陽極および陰極が層状である場合には、陽極／発光層／陰極の構造は、具体的には、以下のようになる。
ａ）陽極／有機発光層／陰極
ｂ）陽極／正孔輸送層／有機発光層／陰極
ｃ）陽極／有機発光層／電子輸送層／陰極
ｄ）陽極／正孔輸送層／有機発光層／電子輸送層／陰極
ｅ）陽極／電荷注入層／有機発光層／陰極
ｆ）陽極／有機発光層／電荷注入層／陰極
ｇ）陽極／電荷注入層／有機発光層／電荷注入層／陰極
ｈ）陽極／電荷注入層／正孔輸送層／有機発光層／陰極
ｉ）陽極／正孔輸送層／有機発光層／電荷注入層／陰極
ｊ）陽極／電荷注入層／正孔輸送層／有機発光層／電荷注入層／陰極
ｋ）陽極／電荷注入層／有機発光層／電荷輸送層／陰極
ｌ）陽極／有機発光層／電子輸送層／電荷注入層／陰極
ｍ）陽極／電荷注入層／有機発光層／電子輸送層／電荷注入層／陰極
ｎ）陽極／電荷注入層／正孔輸送層／有機発光層／電荷輸送層／陰極
ｏ）陽極／正孔輸送層／有機発光層／電子輸送層／電荷注入層／陰極
ｐ）陽極／電荷注入層／正孔輸送層／有機発光層／電子輸送層／電荷注入層／陰極
上記の／は各層が隣接していることを示す。陽極および陰極を構成する材料としては、それぞれ公知の材料を使用することができる。また、電荷注入層を使用する場合において、電荷注入をより容易にする目的で、陽極／電荷注入層あるいは電荷注入層／陰極の界面に、金属フッ化物、金属酸化物または有機絶縁材料等からなる１０ｎｍ以下程度の絶縁層を配置することがあるが、本発明において、該絶縁層は電荷注入層の一部とみなす。
【００３２】
また、上記のａ）〜ｐ）の中で、発光効率をより高める観点で、好ましい構造は、g）、ｊ）、ｍ）、ｐ）の構造である。
【００３３】
（陽極）
本発明において、層状の陽極は透明又は半透明であることが必要である。該陽極の材料としては、導電性の金属酸化物膜、半透明の金属薄膜等を挙げることができる。材料としてより具体的には、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化スズ、インジウム・スズ・オキサイド（ＩＴＯ）、インジウム・亜鉛・オキサイド、金、白金、銀、銅等が例示され、ＩＴＯ、インジウム・亜鉛・オキサイド、酸化スズが好ましい。また、層状の陽極として、ポリアニリン若しくはその誘導体、ポリチオフェン若しくはその誘導体などの有機の透明導電膜を用いてもよい。層状の陽極の厚みは、光透過性と導電性とを考慮して、適宜設定することができるが、１０ｎｍ〜１０μｍ程度が一般的であり、好ましくは２０ｎｍ〜１μｍ、さらに好ましくは５０ｎｍ〜５００ｎｍである。陽極の形成方法としては、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、メッキ法等が挙げられる。
【００３４】
（陰極）
本発明において、層状の陰極の材料としては、例えば、バリウム、カルシウム、金、マグネシウム又はマグネシウム／銀合金等の金属又はそれらの酸化物および、それらの金属にさらにアルミニウム、銀、クロム等を形成した多層構造をとってもよい。また、このような層状の陰極の厚みは、適宜設定することができるが、３〜５０ｎｍ程度であることが好ましい。
【００３５】
（基板）
本発明のおいて、基板としては、可視光を透過することのできるものが必須であり、例えばガラス、プラスチック、高分子フィルム、シリコン基体（基板）などが例示される。基板の厚みは、得られる有機ＥＬ素子の用途（ディスプレイ、照明、フレキシブルディスプレイ等）により異なり得るが、通常、５０μｍ〜２ｍｍ程度である。
【００３６】
次に、本発明の有機ＥＬ素子の製造方法として、配向膜を有し、該配向膜と光学素子とが接しており、層状の陽極と光学素子とが接している場合の有機ＥＬ素子の製造方法の例を以下に説明する。
【００３７】
前記有機ＥＬ素子は、以下の（Ａ１）、（Ａ２）、（Ａ３）および（Ａ４）の工程をこの順で含むことにより、製造することができる。
（Ａ１）配向膜付き基板を２個用いて（ここで、少なくとも１個の基板は、可視光を透過することのできる基板である。）、それぞれの配向膜が対向するように配置させ、２つの配向膜間に、液晶材料と色素とを含む重合性組成物を挟持させ、該重合性組成物に光を照射し、液晶材料中の液晶分子を配向させ、さらに重合性組成物を重合して固定化させ、液晶分子固定化層（光学素子）を得る工程。
（Ａ２）１つの配向膜付き基板を分離し、光学素子および配向膜付き基板（ただし、該基板は、可視光を透過することのできる基板である。）を得る工程。
（Ａ３）該光学素子および配向膜付き基板において、光学素子側の面に、層状の陽極を形成させる工程。
（Ａ４）該層状の陽極の面に、有機ＥＬ材料からなる発光層、層状の陰極を、この順に形成させる工程。
【００３８】
工程（Ａ１）の配向膜付き基板において、配向膜は液晶分子の配向を誘起することができる膜のことを意味し、基板に載置されている。この配向膜付き基板を２個用いるが、少なくとも１個の基板は、可視光を透過することのできる基板である。また、本発明において、配向膜としては、２個とも、液晶分子のホメオトロピック配向（配向膜に対して液晶分子が垂直方向に配向する配向）を誘起することができる配向膜（以下、ホメオトロピック配向膜ということがある。）を用い、可視光を透過することができる配向膜を選択する。
【００３９】
工程（Ａ１）においては、上記の配向膜付き基板を２個用いて、それぞれの配向膜が対向するように配置させ、２つの配向膜間に、液晶材料と色素とを含む上述の重合性組成物を挟持させる。この挟持させる手法の例としては、以下の手法（Ｉ）、（ＩＩ）を挙げることができる。
（Ｉ）配向膜付き基板を２個用いて、配向膜が対向するようにして、粒径の制御されたビーズ等のスペーサーを介して、貼り合わせて、セルを組み立て（図１中の（ｉ））、このセル内に重合性組成物を常圧あるいは真空下で注入する（図１中の（ｉｉ））方法。このとき、スペーサーは、シール剤に含有されているものを用いてもよい。また、スペーサーは、配向膜上で枠状に配置されていてもよい。このときの模式図を図１に示す。
（ＩＩ）一方の配向膜付き基板における配向膜の表面に重合性組成物を塗布し、塗布された重合性組成物の表面に、他方の配向膜付き基板における配向膜を貼り合わせる方法。このとき、得られる液晶分子固定化層（光学素子）の層厚を均一に制御する観点から、貼り合わせ時や重合性組成物の塗布時に、粒径の制御されたビーズ等をスペーサーとして用いてもよい。スペーサーは、一方の配向膜に重合性組成物の塗布前に散布したり、重合性組成物と混合したりして用いればよい。
上記手法（Ｉ）、（ＩＩ）において、スペーサーとしては、ガラスファイバー、シリカ粒子、スチレン系粒子などの各種粒子を用いればよい。通常、スペーサーは、１〜１０μｍ程度の粒子を１００〜２００個／ｍｍ2の割合で用いる。
【００４０】
上記のようにして、２つの配向膜間に、液晶材料と色素とを含む上述の重合性組成物を挟持させ、重合性組成物における液晶分子をホメオトロピック配向に配向させる。該重合性組成物に、レーザー光（偏光）などの光を照射して、重合性組成物に屈折率分布を持たせ、さらに、重合性組成物を重合して固定化させ、液晶分子固定化層（光学素子）を得る。重合性組成物を重合して固定化する際には、メタルハライドランプ、白熱灯、ハロゲンランプ、キセノンランプ、高圧水銀灯等の光を照射すればよい。
【００４１】
工程（Ａ２）においては、１つの配向膜付き基板を分離し、光学素子および配向膜付き基板（ただし、該基板は、可視光を透過することのできる基板である。）を得る。このときの模式図を図２に示す。また、本発明の有機ＥＬ素子において、配向膜を使用しない場合には、まず光学素子のみを得て、これを、例えば可視光を透過することのできる基板に載置させるなどして用いる。
【００４２】
工程（Ａ３）においては、上記光学素子および配向膜付き基板において、光学素子側の面に、層状の陽極を形成させる。このときの模式図を図３に示す。本発明において、光学素子は、その両側が平面であり、光学素子側の面に、層状の陽極を形成させる際には、陽極の厚みが均一となり、陽極の導電性を高めることができる。また、陽極材料として、ＩＴＯを用いる際には、通常、スパッタリングにより層状の陽極を形成する。
【００４３】
工程（Ａ４）においては、上記層状の陽極の面に、有機ＥＬ材料からなる発光層、層状の陰極を、この順に形成させる。このときの模式図を図４に示す。該発光層としては、上述の各層を用い、これら各層を構成する材料を、真空蒸着、クラスター蒸着、分子線蒸着、コーティング、印刷法などの形成方法により形成させる。また、層状の陰極としては、上述の材料を、真空蒸着法、スパッタリング法、また金属薄膜を熱圧着するラミネート法により形成させる。発光層、層状の陰極の形成においては、材料の性質をふまえて、形成方法を適宜選択すればよい。
【００４４】
また、本発明の有機ＥＬ素子の製造方法として、配向膜を有し、該配向膜と光学素子とが接しており、層状の陽極と可視光を透過することのできる基板とが接している場合の有機ＥＬ素子の製造方法の例を以下に説明する。
【００４５】
前記有機ＥＬ素子は、以下の（Ｂ１）、（Ｂ２）、（Ｂ３）および（Ｂ４）の工程をこの順で含むことにより、製造することができる。
（Ｂ１）配向膜付き基板を２個用いて（ここで、少なくとも１つの基板は、可視光を透過することのできる基板である。）、それぞれの配向膜が対向するように配置させ、２つの配向膜間に、液晶材料と色素とを含む重合性組成物を挟持させ、該重合性組成物に光を照射し、液晶材料中の液晶分子を配向させ、さらに重合性組成物を重合して固定化させ、液晶分子固定化層（光学素子）を得る工程。
（Ｂ２）１つの配向膜付き基板を分離し、光学素子および配向膜付き基板（ただし、該基板は、可視光を透過することのできる基板である。）を得る工程。
（Ｂ３）該光学素子および配向膜付き基板において、基板側の面に、層状の陽極を形成させる工程。
（Ｂ４）該層状の陽極の面に、有機ＥＬ材料からなる発光層、層状の陰極を、この順に形成させる工程。
【００４６】
工程（Ｂ１）、工程（Ｂ２）はそれぞれ、工程（Ａ１）、工程（Ａ２）と同様である。工程（Ｂ３）においては、（Ｂ２）における光学素子および配向膜付き基板において、基板側の面に、層状の陽極を形成させる。このときの模式図を図５に示す。陽極材料として、ＩＴＯを用いる際には、通常、スパッタリングにより層状の陽極を形成する。
【００４７】
工程（Ｂ４）においては、該層状の陽極の面に、有機ＥＬ材料からなる発光層、層状の陰極を、この順に形成させる。このときの模式図を図６に示す。他は、工程（Ａ４）と同様である。
【００４８】
また、工程（Ｂ１）において、配向膜付き基板のうち、可視光を透過することのできる基板の配向膜が付いている面の反対側の面に、ＩＴＯ等の陽極材料が形成されている場合には、工程（Ｂ３）は省略可能である。
【００４９】
工程（Ａ４）、工程（Ｂ４）において、陰極を形成した後は、通常、封止材を用いて封止して、有機ＥＬ素子を得る。封止の際には、陽極、陰極それぞれの一部は、外部電源と電気的に接続できるようにしておく必要があり、外部電源と、陽極、陰極それぞれとを電気的に接続することにより、有機ＥＬ素子は発光する。
【００５０】
また、本発明の有機ＥＬ素子の構造を、より具体的に設計し評価する方法として、光学追跡シミュレーションは非常に有用である。光学追跡シミュレーションとは、幾何光学に基づくモンテカルロ的確率シミュレーションであり、シミュレーション対象となるモデルの各構成部材の形状、屈折率、界面の反射特性を設定し、確率的に十分多数発生される光線について各々の透過及び反射を追跡し、結果が十分に収束するまでこれを繰り返すものである。本発明の有機ＥＬ素子の構造を設計するに際して、光学追跡シミュレーションを用いることにより、本発明の有機ＥＬ素子における光学素子、基板、陽極などの構成層の厚み、光学素子における屈折率分布を、より好適にし、光取り出し効率をより高め、発光効率をより高めることのできる有機ＥＬ素子の設計、評価が可能となる。この本発明の評価方法に基づいて得られる結果を用いることにより、構成層の厚み、照射するレーザー光（偏光）の照射の強度、レーザー照射スポットの径、レーザー照射場所などの製造条件を適宜設計しながら、発光効率をより高めることのできる有機ＥＬ素子を製造することができる。
【００５１】
以下、実施例により本発明を更に具体的に説明する。
【実施例】
【００５２】
製造例１
（光学素子の作製）
液晶分子としてはアクリレート基を有する液晶分子が好ましいが、そのうち、Ａ０ＰＣ３およびＡ０Ｔ５を用いて、それぞれのモル比が０．５４：０．４６である液晶材料１モルを調製し、色素として好ましい液晶性オリゴチオフェン誘導体（上記［化１］の式において、Ｒ＝−ＣnＨn+1で、ｎ＝５で表される化合物を用いた。）を上記の液晶材料に対して０．１モル％、光重合開始剤イルガキュア（ＩＲＧＡＣＵＲＥ １８４）を上記の液晶材料に対して１モル％添加して、重合性組成物を得た。配向膜としてレシチン（ホメオトロピック配向を誘起する配向膜）を用いて、図１のようにしてセルを組み立てて（基板は、二つとも可視光を透過することのできるガラス基板である。）、当該重合性組成物を等方相温度（重合性組成物は液体状態である。）で封入して、その後、室温までゆっくりと冷却して液晶分子をホメオトロピック配向させたサンプルを調製した。そのサンプルに波長３６４ｎｍのＡｒイオンレーザーを２．１Ｗ／ｃｍ2で照射し、屈折率分布を誘起した（このとき、レーザー照射箇所における重合性組成物の固定化も進行した）。レーザー照射スポットをシフトしながら、前記屈折率分布の誘起の操作を繰り返して、最後に、一面に高圧水銀灯の３６６ｎｍの輝線を用いて光強度５Ｗ／ｃｍ2で１０ｍｉｎ照射して、光重合により全体を固定化して、光学素子１を得た。その後、１つの配向膜付基板を分離し、光学素子１および配向膜付き基板を得た（図２参照）。光学素子１の表面は平坦であった。
【００５３】
実施例１
製造例１で得られた光学素子１および配向膜付き基板の光学素子１側の面に、スパッタリング法によりＩＴＯ材料を成膜して得られる陽極（透明電極）は、導電性の高い層状の陽極となり、陽極の面に、さらに、発光層、層状の陰極を形成させる（図４参照）ことで、光取り出し効率が高く、発光効率の高い有機ＥＬ素子を得ることができる。
【００５４】
実施例２
製造例１で得られた光学素子１および配向膜付き基板のガラス基板側の面に、スパッタリング法によりＩＴＯ材料を成膜して得られる陽極（透明電極）は、導電性の高い層状の陽極となり、陽極の面に、さらに、発光層、層状の陰極を形成させる（図６参照）ことで、光取り出し効率が高く、発光効率の高い有機ＥＬ素子を得ることができる。
【００５５】
実施例３
（光学素子の作製）
液晶分子としてはアクリレート基を有する液晶分子が好ましいが、そのうち、Ａ０ＰＣ３、Ａ０Ｔ５およびＰＣＨ−５を用いて、それぞれのモル比が０．４３：０．３７：０．２０である液晶材料１モルを調製し、色素として好ましい液晶性オリゴチオフェン誘導体（上記［化３］の式において、Ｒ3＝−ＣnＨn+1、Ｒ4＝−ＣnＨn+1で、ｎ＝４で表される化合物を用いた。）を上記の液晶材料に対して０．１モル％、光重合開始剤イルガキュア（ＩＲＧＡＣＵＲＥ １８４）を上記の液晶材料に対して０．５モル％添加して、重合性組成物を得た。配向膜としてレシチン（ホメオトロピック配向を誘起する配向膜）を用いて、図１のようにしてセルを組み立てて（基板は、二つとも可視光を透過することのできるガラス基板である。）、当該重合性組成物を等方相温度（重合性組成物は液体状態である。）で封入して、その後、室温までゆっくりと冷却して液晶分子をホメオトロピック配向させたサンプルを調製した。そのサンプルに波長３６４ｎｍのＡｒイオンレーザーを４Ｗ／ｃｍ2で照射し、屈折率分布を誘起した（このとき、レーザー照射箇所における重合性組成物の固定化も進行した）。このレーザーを照射しながら、照射スポットをシフトした後、最後に、一面に高圧水銀灯の３６６ｎｍの輝線を用いて光強度５Ｗ／ｃｍ2で１０ｍｉｎ照射して、光重合により全体を固定化して、光学素子２を得た。その後、１つの配向膜付基板を分離し、光学素子２および配向膜付き基板を得た（図２参照）。光学素子２の表面は平坦であった。
【００５６】
（発光素子の作製）
上記光学素子２を用い、図７に示すような発光素子２を作製して、フォトルミネッセンス評価（以下、ＰＬ評価ということがある。）を行った。ＰＬ評価における発光層としてはルブレン含有ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）を用いた（ＰＭＭＡに対し、ルブレンは５モル％含有される）。図８に模式的に示される発光評価装置（以下、ＰＬ評価装置ということがある。）を用いて、発光素子２の発光層に、４８８ｎｍのＡｒイオンレーザーを照射して、発光強度（発光波長５５０ｎｍにおける強度）を測定したところ、後述の比較例１の発光素子４における発光強度に対し、発光強度が大きくなることを確認することができた（図９）。このことから、光学素子２を用いて、ルブレン含有ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）の代わりに有機ＥＬ材料からなる発光層を用いて、図４のようにして、有機ＥＬ素子を製造することにより、光取り出し効率が高く、発光効率の高い有機ＥＬ素子を得ることができることがわかる。
【００５７】
実施例４
（光学素子の作製）
実施例３において、液晶分子をホメオトロピック配向させたサンプルに波長３６４ｎｍのＡｒイオンレーザーを８Ｗ／ｃｍ2で照射した以外は、実施例３と同様にして、光学素子３を得た。その後、１つの配向膜付基板を分離し、光学素子３および配向膜付き基板を得た（図２参照）。光学素子３の表面は平坦であった。
【００５８】
（発光素子の作製）
上記光学素子３を用い、図７に示すような発光素子３を作製して、ＰＬ評価を行った。ＰＬ評価における発光層としてはルブレン含有ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）を用いた（ＰＭＭＡに対し、ルブレンは５モル％含有される）。図８に模式的に示されるＰＬ評価装置を用いて、発光素子３の発光層に、４８８ｎｍのＡｒイオンレーザーを照射して、発光強度（発光波長５５０ｎｍにおける強度）を測定したところ、後述の比較例１の発光素子４における発光強度に対し、発光強度が大きくなることを確認することができた（図９）。このことから、光学素子３を用いて、ルブレン含有ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）の代わりに有機ＥＬ材料からなる発光層を用いて、図４のようにして、有機ＥＬ素子を製造することにより、光取り出し効率が高く、発光効率の高い有機ＥＬ素子を得ることができることがわかる。
【００５９】
比較例１
（光学素子の作製）
実施例３において、液晶分子をホメオトロピック配向させたサンプルに、Ａｒイオンレーザーを照射することなしに、一面に高圧水銀灯の３６６ｎｍの輝線を用いて光強度５Ｗ／ｃｍ2で１０ｍｉｎ照射した以外は、実施例３と同様にして、光学素子４を得た。その後、１つの配向膜付基板を分離し、光学素子４および配向膜付き基板を得た（図２参照）。光学素子４の表面は平坦であった。
【００６０】
（発光素子の作製）
上記光学素子４を用い、図７に示すような発光素子４を作製して、ＰＬ評価を行った。ＰＬ評価における発光層としてはルブレン含有ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）を用いた（ＰＭＭＡに対し、ルブレンは５モル％含有される）。図８に模式的に示されるＰＬ評価装置を用いて、発光素子４の発光層に、４８８ｎｍのＡｒイオンレーザーを照射して、発光強度（発光波長５５０ｎｍにおける強度）を測定したところ、上記の発光素子２、３における発光強度に対し、発光強度が小さかった（図９）。このことから、光学素子４を用いて、ルブレン含有ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）の代わりに有機ＥＬ材料からなる発光層を用いて、図４のようにして、有機ＥＬ素子を製造しても、光取り出し効率は低く、発光効率も低い有機ＥＬ素子となることがわかる。
【００６１】
比較例２
有機ＥＬ素子として、図１０の直方体のモデルを設定して、これについて、光線追跡シミュレーションを行った。この光線追跡シミュレーションに、用いたソフトは、Ｌａｍｄａ Ｒｅｓｅａｒｃｈ社のＴｒｅｃｅＰｒｏ（商品名）である。図１０のモデルにおいて、発光層６０で発した光は、陽極５０、基板１１を通過して、光出射面８０から、有機ＥＬ素子の外部に出射する。発光層６０が発する光は出射方向へのランバーシアン分布を持つ（ランベルトの余弦則を満たす）ものとした。陽極５０から基板１１に入る光線数を２０万本とし、有機ＥＬ素子内部においては、光出射面８０を除き、完全反射面とし、１０００回反射した後においても有機ＥＬ素子内部に残っている光は、消失したものとみなした。また、基板１１の厚みｓを１８００μｍ、素子の幅ｃおよび奥行きｃを６００μｍ、陽極の厚みｂを２００μｍに設定した。また、基板の屈折率を１．５、陽極の屈折率を２．０に設定した。このシミュレーションにより、光出射面から出射した光のエネルギーの光出射角依存性を調べた結果を図１３に示した。
【００６２】
実施例５
有機ＥＬ素子として、比較例２における図１０のモデルの代わりに、図１１の直方体のモデルを設定して、比較例２と同様にして、光線追跡シミュレーションを行った。図１１の有機ＥＬ素子においては、陽極５０と基板１１の間に、光学素子４０を備えている。光学素子４０の上方投影図を図１２に示しており、光学素子４０の内部には、円柱状の屈折率分布部がある。この図１２の光学素子４０の屈折率分布部において、屈折率分布は中心から端に向かって２次曲線で変化するようにし、中心の屈折率を１．７とし、屈折率分布部の端の屈折率を１．５とした。また、光学素子４０における屈折率分布部以外の部分の屈折率を１．５とし、屈折率分布部の直径を１００μｍ、光学素子４０における屈折率分布部と屈折率分布部間の隙間の最短の長さを２０μｍ、光学素子側面と屈折率分布部間の隙間の最短の長さを１０μｍとした。また、基板１１の厚みｓを１７００μｍ、光学素子の厚みａを１００μｍ、素子の幅ｃおよび奥行きｃを６００μｍ、陽極の厚みｂを２００μｍに設定した。また、基板の屈折率を１．５、陽極の屈折率を２．０に設定した。このシミュレーションにより、光出射面から出射した光のエネルギーの光出射角依存性を調べた結果を図１３に示した。
【００６３】
実施例６
実施例５と同様にして、有機ＥＬ素子として、図１１の直方体のモデルを用いて、光線追跡シミュレーションを行った。実施例５と実施例６との相違点は、実施例６では、光学素子４０における屈折率分布部の中心の屈折率を２．０とした点である。このシミュレーションにより、光出射面から出射した光のエネルギーの光出射角依存性を調べた結果を図１３に示した。
【００６４】
図１３によれば、出射角が−９０°〜９０°の範囲の出射光のエネルギーの積分値は、比較例２の場合を１としたとき、実施例５の場合では１．７、実施例６の場合では３．５と大きく、屈折率分布部を有する光学素子を有する有機ＥＬ素子は、該光学素子がない場合に比して、大きな量の光のエネルギーを出射することがわかった。また、この光線追跡シミュレーションは、本発明の有機ＥＬ素子の構造をより具体的に設計し評価する方法として、非常に有用であることがわかった。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】２つの配向膜間に重合性組成物を挟持させる方法の１例を示す図。
【図２】本発明における工程（Ａ２）に係る模式図。
【図３】本発明における工程（Ａ３）に係る模式図。
【図４】本発明における工程（Ａ４）に係る模式図。
【図５】本発明における工程（Ｂ３）に係る模式図。
【図６】本発明における工程（Ｂ４）に係る模式図。
【図７】発光素子の模式図。
【図８】発光素子の発光評価装置を示す模式図。
【図９】発光素子の発光評価結果を示す図。
【図１０】光学追跡シミュレーションにおける有機ＥＬ素子の模式図（比較例２）。
【図１１】光学追跡シミュレーションにおける有機ＥＬ素子の模式図（実施例５、６）。
【図１２】実施例５、６における光学素子の模式図（上方投影図）。
【図１３】出射光のエネルギーの光出射角依存性の結果を示す図。
【符号の説明】
【００６６】
１０・・・配向膜付き基板１
１１・・・基板１（可視光を透過することのできる基板）
１２・・・配向膜
２０・・・配向膜付き基板２
２１・・・基板２
２２・・・配向膜
３０・・・枠状に配置されているスペーサー（シール剤）
４０・・・液晶分子固定化層（光学素子）
５０・・・陽極
６０・・・発光層
７０・・・陰極
８０・・・光出射面
９０・・・屈折率分布部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機ＥＬ素子およびその製造方法、ならびに有機ＥＬ素子の評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機エレクトロルミネッセンス素子（以下、有機ＥＬ素子ということがある。）は、発光素子である。有機ＥＬ素子において、その構造は、基板／陽極／発光層／陰極（ここで、／は各層が隣接していることを示す。）で表すことができる。有機ＥＬ素子においては、その発光効率を高めることが求められており、前記構造の発光層において発光した光を、効率よく、有機ＥＬ素子の外部に取り出す試み、すなわち、光取り出し効率を上げるための試みがなされ、その試みがなされた有機ＥＬ素子として、例えば、基板と陽極の界面に、半球状のマイクロレンズを配置させた有機ＥＬ素子が、特許文献１に開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２３６８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記有機ＥＬ素子においては、半球状のマイクロレンズに隣接した陽極の厚みが均一になり得ないことから、その陽極における導電性において十分でなく、有機ＥＬ素子の発光効率が十分とまではいえない。本発明の目的は、従来の有機ＥＬ素子に比し、発光効率を高くすることのできる有機ＥＬ素子およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意研究を重ね、本発明に至った。
すなわち、本発明は下記の＜１＞〜＜８＞の発明を提供する。
＜１＞少なくとも液晶材料と色素とを含み、該液晶材料を構成する液晶分子の配向に基づく屈折率分布を有し、該屈折率分布が固定化されてなる層状の光学素子と、可視光を透過することのできる基板と、有機ＥＬ材料からなる発光層と、陰極と、陽極と、を有する有機ＥＬ素子。
＜２＞陰極および陽極のそれぞれが層状である前記の有機ＥＬ素子。
＜３＞さらに配向膜を有し、該配向膜と光学素子とが接している前記の有機ＥＬ素子。
＜４＞層状の陽極と光学素子とが接している前記＜３＞記載の有機ＥＬ素子。
＜５＞以下の（Ａ１）、（Ａ２）、（Ａ３）および（Ａ４）の工程をこの順で含む有機ＥＬ素子の製造方法。
（Ａ１）配向膜付き基板を２個用いて（ここで、少なくとも１個の基板は、可視光を透過することのできる基板である。）、それぞれの配向膜が対向するように配置させ、２つの配向膜間に、液晶材料と色素とを含む重合性組成物を挟持させ、該重合性組成物に光を照射し、液晶材料中の液晶分子を配向させ、さらに重合性組成物を重合して固定化させ、液晶分子固定化層（光学素子）を得る工程。
（Ａ２）１つの配向膜付き基板を分離し、光学素子および配向膜付き基板（ただし、該基板は、可視光を透過することのできる基板である。）を得る工程。
（Ａ３）該光学素子および配向膜付き基板において、光学素子側の面に、層状の陽極を形成させる工程。
（Ａ４）該層状の陽極の面に、有機ＥＬ材料からなる発光層、層状の陰極を、この順に形成させる工程。
＜６＞層状の陽極と可視光を透過することのできる基板とが接している前記＜３＞記載の有機ＥＬ素子。
＜７＞以下の（Ｂ１）、（Ｂ２）、（Ｂ３）および（Ｂ４）の工程をこの順で含む有機ＥＬ素子の製造方法。
（Ｂ１）配向膜付き基板を２個用いて（ここで、少なくとも１つの基板は、可視光を透過することのできる基板である。）、それぞれの配向膜が対向するように配置させ、２つの配向膜間に、液晶材料と色素とを含む重合性組成物を挟持させ、該重合性組成物に光を照射し、液晶材料中の液晶分子を配向させ、さらに重合性組成物を重合して固定化させ、液晶分子固定化層（光学素子）を得る工程。
（Ｂ２）１つの配向膜付き基板を分離し、光学素子および配向膜付き基板（ただし、該基板は、可視光を透過することのできる基板である。）を得る工程。
（Ｂ３）該光学素子および配向膜付き基板において、基板側の面に、層状の陽極を形成させる工程。
（Ｂ４）該層状の陽極の面に、有機ＥＬ材料からなる発光層、層状の陰極を、この順に形成させる工程。
＜８＞前記＜１＞、＜２＞、＜３＞、＜４＞または＜６＞に記載の有機ＥＬ素子の構造を設計するに際して、光学追跡シミュレーションを用いる有機ＥＬ素子の評価方法。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、従来の有機ＥＬ素子に比し、陽極における導電性を高めることのできる有機ＥＬ素子を提供することができ、当該有機ＥＬ素子は、その発光効率を高め、本発明は工業的に極めて有用である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明の有機ＥＬ素子は、少なくとも液晶材料と色素とを含み、該液晶材料を構成する液晶分子の配向に基づく屈折率分布を有し、該屈折率分布が固定化されてなる層状の光学素子と、可視光を透過することのできる基板と、有機ＥＬ材料からなる発光層と、陰極と、陽極と、を有することを特徴とする。
【０００８】
本発明において、陰極および陽極は、それぞれ層状であることが、通常の実施形態である。陰極および陽極は、発光層に電流を流す役割を担い、この役割を担うのであれば、層状でなくてもよい。
【０００９】
また、本発明の有機ＥＬ素子は、さらに配向膜を有し、該配向膜と光学素子とが接していることが、製造面で好ましい。ここで、配向膜は、液晶分子の配向を誘起することができる膜のことを意味する。
【００１０】
次に、本発明の有機ＥＬ素子を構成する光学素子について、具体的に説明する。尚、以下の記載において量比を表す「部」および「％」は、特に断らない限り質量基準とする。
【００１１】
（光学素子）
本発明において、光学素子は、少なくとも液晶材料と色素とを含み、該液晶材料を構成する液晶分子の配向に基づく屈折率分布を有し、該屈折率分布が固定化されてなる。また、該光学素子は、レンズの光屈折、集光などの光学機能を有し、その両側面は平面であり、層状である。
【００１２】
（色素）
通常、液晶材料を構成する液晶分子の配向においては、用いる配向膜の種類により、液晶分子は、配向膜に対し、水平方向（ホモジニアス配向）あるいは垂直方向（ホメオトロピック配向）に配向するが、本発明において、光学素子には、液晶材料の他に色素が含まれる。当該色素における色素分子はレーザー光（偏光）などの光の照射により配向するが、その照射光の強度に依存して、色素分子はその配向方向が変化する。その色素分子の配向の変化に基づいて、該色素分子周囲の液晶分子が配向するため、その液晶分子の配向に基づき光学素子は屈折率分布を有することになる。また、通常、照射光の強度は連続的に変化することから、上記の屈折率分布も連続的に変化する屈折率分布となる。例えば、液晶材料および色素を含む系において、液晶材料を構成する液晶分子の配向がホメオトロピック配向である場合には、レーザー光（偏光）を照射することにより、色素分子がその光照射に応じて配向方向が変化し、その色素分子の配向の変化に基づいて、該色素分子周囲の液晶分子が配向する。具体的には、照射された光が比較的に強い部分においては、液晶分子は、ホメオトロピック配向からホモジニアス配向に変化するのに対し、照射された光が比較的に弱い部分においては、その変化は少ない。この結果、上記の光照射により、屈折率分布に基づく光学素子となる。また、上記の光照射による色素分子の配向が可能である限り、色素の種類は特に制限されないが、例えば、以下のものを挙げることができる。
【００１３】
（好適な色素の例）
ターチオフェン系液晶性共役色素。当該色素における色素分子としては、例えば下記式に示すものが挙げられる。
【００１４】
【化１】
【００１５】
【化２】
【００１６】
【化３】
【００１７】
（液晶材料）
上記の光照射による色素分子の配向に基づき、該色素分子周囲の液晶分子が配向可能である限り、液晶材料の種類は特に制限されないが、例えば、以下のものを挙げることができる（液晶材料を構成する液晶分子について例示する）。
【００１８】
（好適な液晶分子の例）
【００１９】
【化４】
【００２０】
（屈折率分布の固定化）
上記の光学素子において、その屈折率分布は固定化されている。この固定化は、重合によればよい。この場合、固定化前の系において、重合性を有することが必要となるが、色素分子および／または液晶分子が重合性を有していてもよいし、それ以外にも、後述のような重合性材料を有することによってもよい。また、前記重合としては、光重合、熱重合が挙げられるが、意図した液晶分子の配向を保ちつつ固定化する観点では、光重合が好ましい。熱重合であると、加熱時に液晶相が変化し、意図した配向性が得られない場合がある。光重合の場合には、固定化前の系に、光を照射し、配向させた液晶分子を固定化する。固定化前の系に、光を照射した際には、液晶分子の配向に基づく屈折率分布が形成される速度の方が、系が固定化する速度よりも大きいのが通常である。光重合時の照射光の光源としては、可視光及び／または近赤外光を発するものを用いることができる。具体的には、メタルハライドランプ、白熱灯、ハロゲンランプ、キセノンランプ、高圧水銀灯等を挙げることができる。
【００２１】
（重合性材料）
前述の重合性材料の種類については、特に制限されない。重合性材料は、重合性基を有することが必須であり、固定化前の系において、液晶性を有しているものであることが好ましい。重合性材料としては、ビニル基を有する化合物を挙げることができ、例えば、下記のものを挙げることができる。
【００２２】
（好適な重合性材料の例）
【００２３】
【化５】
【００２４】
（重合性組成物）
本発明において、重合性組成物は、前記の固定化前（すなわち光照射前）の系を意味する。本発明において、重合性組成物としては、下記のような量比が好適である。
液晶材料：１００部（基準）
色素：０．０００１〜１０部（更に好ましくは０．００１〜１部）
重合性材料（使用する場合）：１〜１００部（更に好ましくは５〜３０部）
【００２５】
（添加剤）
上記以外に、必要に応じて、種々の添加剤を、重合性組成物に添加されていても良い。添加剤としては、重合開始剤などが挙げられる。重合開始剤としては、光重合開始剤を挙げることができ、該開始剤は、紫外線等の光照射によって、上記の重合反応を進行させるものであればよく、例えば、アセトフェノン化合物、ベンゾフェノン化合物、ベンゾイン化合物、ベンゾインエーテル化合物、アシルホスフィンオキシド化合物、チオキサントン化合物等が挙げられる。これらの化合物のうち市販されているものとしては、例えば、「ＩＲＧＡＣＵＲＥ １８４」、「ＩＲＧＡＣＵＲＥ ３６９」、「ＩＲＧＡＣＵＲＥ ６５１」、「ＩＲＧＡＣＵＲＥ ９０７」、「ＩＲＧＡＣＵＲＥ ８１９」、「ＩＲＧＡＣＵＲＥ ２９５９」、「ＤＡＲＯＣＵＲＥ １１７３」（いずれもチバ・スペシャリティー・ケミカルズ社製）、「ＫＡＹＡＣＵＲＥ ＢＰ」、「ＫＡＹＡＣＵＲＥ ＤＥＴＸ−Ｓ」（いずれも日本化薬社製）、「ＥＳＡＣＵＲＥ ＫＩＰ １５０」（Ｌａｍｂｅｒｔｉ社製）、「Ｓ−１２１」（シンコー技研社製）、「セイクオールＢＥＥ」（精工化学社製）、「ソルバスロンＢＩＰＥ」、「ソルバスロンＢＩＢＥ」（いずれも黒金化成社製）等を挙げることができる。これらの光重合開始剤は、単独で用いられてもよく、２種以上が併用されてもよい。
【００２６】
（好適な重合性組成物）
本発明における重合性組成物は、例えば、以下のような性質を有していることが好ましい。本発明において、重合性組成物は、光照射時に、ネマチック液晶相などの液晶性を示すことが必須である。液晶温度範囲は広ければ広いほど好ましい。取扱いの容易性の点からは室温（２０℃）近くで液晶相を発現するものが好ましい（液晶相の種類は特に制限されない）。より具体的には例えば−５０〜５０℃程度（更には−２０〜４０℃程度）で液晶相を発現するものが好ましい。液晶および相の同定に関しては、「液晶便覧」、第１〜４４８頁、液晶便覧編集委員会編（丸善、２０００）を必要に応じて参考にすればよい。
【００２７】
（好適な光学素子の特性）
本発明における光学素子は、以下の（１）〜（３）の物性を有する場合が好ましい。
（１）全光線透過率
光学素子における全光線透過率が７０％以上であることが好ましく、さらに好ましくは８０％以上である。
（２）表面の平坦性
本発明において、光学素子の両側面は平面であるが、その表面の中心線平均粗さ（Ｒａ）は、１００ｎｍ以下であることが好ましく、さらに好ましくは５０ｎｍ以下である。
（３）厚み
光学素子の厚みは５ｍｍ以下が好ましく、より好ましくは３ｍｍ以下、さらに好ましくは１ｍｍ以下である。
【００２８】
次に、本発明の有機ＥＬ素子を構成する発光層について、具体的に説明する。本発明において、発光層としては、以下の構造のものを挙げることができる。
【００２９】
（発光層の例示）
ａ）有機発光層
ｂ）正孔輸送層／有機発光層
ｃ）有機発光層／電子輸送層
ｄ）正孔輸送層／有機発光層／電子輸送層
ｅ）電荷注入層／有機発光層
ｆ）有機発光層／電荷注入層
ｇ）電荷注入層／有機発光層／電荷注入層
ｈ）電荷注入層／正孔輸送層／有機発光層
ｉ）正孔輸送層／有機発光層／電荷注入層
ｊ）電荷注入層／正孔輸送層／有機発光層／電荷注入層
ｋ）電荷注入層／有機発光層／電荷輸送層
ｌ）有機発光層／電子輸送層／電荷注入層
ｍ）電荷注入層／有機発光層／電子輸送層／電荷注入層
ｎ）電荷注入層／正孔輸送層／有機発光層／電荷輸送層
ｏ）正孔輸送層／有機発光層／電子輸送層／電荷注入層
ｐ）電荷注入層／正孔輸送層／有機発光層／電子輸送層／電荷注入層
上記の／は各層が隣接していることを示す。また、本発明において、有機ＥＬ材料とは、上記の各層を構成する材料であり、それぞれにつき公知の材料を使用することができる。これらの材料については、「有機ＥＬディスプレイ」（時任静夫、安達千波矢、村田英幸 共著 株式会社オーム社 平成１６年刊 第１版第１刷発行）、「高分子ＥＬ材料」（大西敏博、小山珠美 共著 共立出版 ２００４年刊 初版版第１刷発行）等を必要に応じて参考にすればよい。また、上記各層の厚みについては、適宜設定されるが、１ｎｍ〜３００ｎｍが一般的であり、好ましくは５〜１００ｎｍ程度である。
【００３０】
（有機発光層の例示）
特に、上記において、必須である有機発光層を構成する材料としては、低分子化合物でも高分子化合物でもよい。低分子化合物では、ナフタレン誘導体、アントラセンもしくはその誘導体、ペリレンもしくはその誘導体、ポリメチン系、キサンテン系、クマリン系、シアニン系などの色素類、８−ヒドロキシキノリンもしくはその誘導体の金属錯体、芳香族アミン、テトラフェニルシクロペンタジエンもしくはその誘導体、またはテトラフェニルブタジエンもしくはその誘導体などが例示される。高分子化合物では、ポリフルオレン、その誘導体および共重合体、ポリアリーレン、その誘導体および共重合体、ポリアリーレンビニレン、その誘導体および共重合体、芳香族アミンおよびその誘導体の（共）重合体が例示される。また、イリジウムを中心金属とするＩｒ（ｐｐｙ）3、Ｂｔｐ2Ｉｒ（ａｃａｃ）、白金を中心金属とするＰｔＯＥＰ、ユーロピウムを中心金属とするＥｕ（ＴＴＡ）3ｐｈｅｎ等、三重項発光を示すことのできる材料を使用してもよい。
【００３１】
（陽極／発光層／陰極の構造）
本発明において、陽極および陰極が層状である場合には、陽極／発光層／陰極の構造は、具体的には、以下のようになる。
ａ）陽極／有機発光層／陰極
ｂ）陽極／正孔輸送層／有機発光層／陰極
ｃ）陽極／有機発光層／電子輸送層／陰極
ｄ）陽極／正孔輸送層／有機発光層／電子輸送層／陰極
ｅ）陽極／電荷注入層／有機発光層／陰極
ｆ）陽極／有機発光層／電荷注入層／陰極
ｇ）陽極／電荷注入層／有機発光層／電荷注入層／陰極
ｈ）陽極／電荷注入層／正孔輸送層／有機発光層／陰極
ｉ）陽極／正孔輸送層／有機発光層／電荷注入層／陰極
ｊ）陽極／電荷注入層／正孔輸送層／有機発光層／電荷注入層／陰極
ｋ）陽極／電荷注入層／有機発光層／電荷輸送層／陰極
ｌ）陽極／有機発光層／電子輸送層／電荷注入層／陰極
ｍ）陽極／電荷注入層／有機発光層／電子輸送層／電荷注入層／陰極
ｎ）陽極／電荷注入層／正孔輸送層／有機発光層／電荷輸送層／陰極
ｏ）陽極／正孔輸送層／有機発光層／電子輸送層／電荷注入層／陰極
ｐ）陽極／電荷注入層／正孔輸送層／有機発光層／電子輸送層／電荷注入層／陰極
上記の／は各層が隣接していることを示す。陽極および陰極を構成する材料としては、それぞれ公知の材料を使用することができる。また、電荷注入層を使用する場合において、電荷注入をより容易にする目的で、陽極／電荷注入層あるいは電荷注入層／陰極の界面に、金属フッ化物、金属酸化物または有機絶縁材料等からなる１０ｎｍ以下程度の絶縁層を配置することがあるが、本発明において、該絶縁層は電荷注入層の一部とみなす。
【００３２】
また、上記のａ）〜ｐ）の中で、発光効率をより高める観点で、好ましい構造は、g）、ｊ）、ｍ）、ｐ）の構造である。
【００３３】
（陽極）
本発明において、層状の陽極は透明又は半透明であることが必要である。該陽極の材料としては、導電性の金属酸化物膜、半透明の金属薄膜等を挙げることができる。材料としてより具体的には、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化スズ、インジウム・スズ・オキサイド（ＩＴＯ）、インジウム・亜鉛・オキサイド、金、白金、銀、銅等が例示され、ＩＴＯ、インジウム・亜鉛・オキサイド、酸化スズが好ましい。また、層状の陽極として、ポリアニリン若しくはその誘導体、ポリチオフェン若しくはその誘導体などの有機の透明導電膜を用いてもよい。層状の陽極の厚みは、光透過性と導電性とを考慮して、適宜設定することができるが、１０ｎｍ〜１０μｍ程度が一般的であり、好ましくは２０ｎｍ〜１μｍ、さらに好ましくは５０ｎｍ〜５００ｎｍである。陽極の形成方法としては、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、メッキ法等が挙げられる。
【００３４】
（陰極）
本発明において、層状の陰極の材料としては、例えば、バリウム、カルシウム、金、マグネシウム又はマグネシウム／銀合金等の金属又はそれらの酸化物および、それらの金属にさらにアルミニウム、銀、クロム等を形成した多層構造をとってもよい。また、このような層状の陰極の厚みは、適宜設定することができるが、３〜５０ｎｍ程度であることが好ましい。
【００３５】
（基板）
本発明のおいて、基板としては、可視光を透過することのできるものが必須であり、例えばガラス、プラスチック、高分子フィルム、シリコン基体（基板）などが例示される。基板の厚みは、得られる有機ＥＬ素子の用途（ディスプレイ、照明、フレキシブルディスプレイ等）により異なり得るが、通常、５０μｍ〜２ｍｍ程度である。
【００３６】
次に、本発明の有機ＥＬ素子の製造方法として、配向膜を有し、該配向膜と光学素子とが接しており、層状の陽極と光学素子とが接している場合の有機ＥＬ素子の製造方法の例を以下に説明する。
【００３７】
前記有機ＥＬ素子は、以下の（Ａ１）、（Ａ２）、（Ａ３）および（Ａ４）の工程をこの順で含むことにより、製造することができる。
（Ａ１）配向膜付き基板を２個用いて（ここで、少なくとも１個の基板は、可視光を透過することのできる基板である。）、それぞれの配向膜が対向するように配置させ、２つの配向膜間に、液晶材料と色素とを含む重合性組成物を挟持させ、該重合性組成物に光を照射し、液晶材料中の液晶分子を配向させ、さらに重合性組成物を重合して固定化させ、液晶分子固定化層（光学素子）を得る工程。
（Ａ２）１つの配向膜付き基板を分離し、光学素子および配向膜付き基板（ただし、該基板は、可視光を透過することのできる基板である。）を得る工程。
（Ａ３）該光学素子および配向膜付き基板において、光学素子側の面に、層状の陽極を形成させる工程。
（Ａ４）該層状の陽極の面に、有機ＥＬ材料からなる発光層、層状の陰極を、この順に形成させる工程。
【００３８】
工程（Ａ１）の配向膜付き基板において、配向膜は液晶分子の配向を誘起することができる膜のことを意味し、基板に載置されている。この配向膜付き基板を２個用いるが、少なくとも１個の基板は、可視光を透過することのできる基板である。また、本発明において、配向膜としては、２個とも、液晶分子のホメオトロピック配向（配向膜に対して液晶分子が垂直方向に配向する配向）を誘起することができる配向膜（以下、ホメオトロピック配向膜ということがある。）を用い、可視光を透過することができる配向膜を選択する。
【００３９】
工程（Ａ１）においては、上記の配向膜付き基板を２個用いて、それぞれの配向膜が対向するように配置させ、２つの配向膜間に、液晶材料と色素とを含む上述の重合性組成物を挟持させる。この挟持させる手法の例としては、以下の手法（Ｉ）、（ＩＩ）を挙げることができる。
（Ｉ）配向膜付き基板を２個用いて、配向膜が対向するようにして、粒径の制御されたビーズ等のスペーサーを介して、貼り合わせて、セルを組み立て（図１中の（ｉ））、このセル内に重合性組成物を常圧あるいは真空下で注入する（図１中の（ｉｉ））方法。このとき、スペーサーは、シール剤に含有されているものを用いてもよい。また、スペーサーは、配向膜上で枠状に配置されていてもよい。このときの模式図を図１に示す。
（ＩＩ）一方の配向膜付き基板における配向膜の表面に重合性組成物を塗布し、塗布された重合性組成物の表面に、他方の配向膜付き基板における配向膜を貼り合わせる方法。このとき、得られる液晶分子固定化層（光学素子）の層厚を均一に制御する観点から、貼り合わせ時や重合性組成物の塗布時に、粒径の制御されたビーズ等をスペーサーとして用いてもよい。スペーサーは、一方の配向膜に重合性組成物の塗布前に散布したり、重合性組成物と混合したりして用いればよい。
上記手法（Ｉ）、（ＩＩ）において、スペーサーとしては、ガラスファイバー、シリカ粒子、スチレン系粒子などの各種粒子を用いればよい。通常、スペーサーは、１〜１０μｍ程度の粒子を１００〜２００個／ｍｍ2の割合で用いる。
【００４０】
上記のようにして、２つの配向膜間に、液晶材料と色素とを含む上述の重合性組成物を挟持させ、重合性組成物における液晶分子をホメオトロピック配向に配向させる。該重合性組成物に、レーザー光（偏光）などの光を照射して、重合性組成物に屈折率分布を持たせ、さらに、重合性組成物を重合して固定化させ、液晶分子固定化層（光学素子）を得る。重合性組成物を重合して固定化する際には、メタルハライドランプ、白熱灯、ハロゲンランプ、キセノンランプ、高圧水銀灯等の光を照射すればよい。
【００４１】
工程（Ａ２）においては、１つの配向膜付き基板を分離し、光学素子および配向膜付き基板（ただし、該基板は、可視光を透過することのできる基板である。）を得る。このときの模式図を図２に示す。また、本発明の有機ＥＬ素子において、配向膜を使用しない場合には、まず光学素子のみを得て、これを、例えば可視光を透過することのできる基板に載置させるなどして用いる。
【００４２】
工程（Ａ３）においては、上記光学素子および配向膜付き基板において、光学素子側の面に、層状の陽極を形成させる。このときの模式図を図３に示す。本発明において、光学素子は、その両側が平面であり、光学素子側の面に、層状の陽極を形成させる際には、陽極の厚みが均一となり、陽極の導電性を高めることができる。また、陽極材料として、ＩＴＯを用いる際には、通常、スパッタリングにより層状の陽極を形成する。
【００４３】
工程（Ａ４）においては、上記層状の陽極の面に、有機ＥＬ材料からなる発光層、層状の陰極を、この順に形成させる。このときの模式図を図４に示す。該発光層としては、上述の各層を用い、これら各層を構成する材料を、真空蒸着、クラスター蒸着、分子線蒸着、コーティング、印刷法などの形成方法により形成させる。また、層状の陰極としては、上述の材料を、真空蒸着法、スパッタリング法、また金属薄膜を熱圧着するラミネート法により形成させる。発光層、層状の陰極の形成においては、材料の性質をふまえて、形成方法を適宜選択すればよい。
【００４４】
また、本発明の有機ＥＬ素子の製造方法として、配向膜を有し、該配向膜と光学素子とが接しており、層状の陽極と可視光を透過することのできる基板とが接している場合の有機ＥＬ素子の製造方法の例を以下に説明する。
【００４５】
前記有機ＥＬ素子は、以下の（Ｂ１）、（Ｂ２）、（Ｂ３）および（Ｂ４）の工程をこの順で含むことにより、製造することができる。
（Ｂ１）配向膜付き基板を２個用いて（ここで、少なくとも１つの基板は、可視光を透過することのできる基板である。）、それぞれの配向膜が対向するように配置させ、２つの配向膜間に、液晶材料と色素とを含む重合性組成物を挟持させ、該重合性組成物に光を照射し、液晶材料中の液晶分子を配向させ、さらに重合性組成物を重合して固定化させ、液晶分子固定化層（光学素子）を得る工程。
（Ｂ２）１つの配向膜付き基板を分離し、光学素子および配向膜付き基板（ただし、該基板は、可視光を透過することのできる基板である。）を得る工程。
（Ｂ３）該光学素子および配向膜付き基板において、基板側の面に、層状の陽極を形成させる工程。
（Ｂ４）該層状の陽極の面に、有機ＥＬ材料からなる発光層、層状の陰極を、この順に形成させる工程。
【００４６】
工程（Ｂ１）、工程（Ｂ２）はそれぞれ、工程（Ａ１）、工程（Ａ２）と同様である。工程（Ｂ３）においては、（Ｂ２）における光学素子および配向膜付き基板において、基板側の面に、層状の陽極を形成させる。このときの模式図を図５に示す。陽極材料として、ＩＴＯを用いる際には、通常、スパッタリングにより層状の陽極を形成する。
【００４７】
工程（Ｂ４）においては、該層状の陽極の面に、有機ＥＬ材料からなる発光層、層状の陰極を、この順に形成させる。このときの模式図を図６に示す。他は、工程（Ａ４）と同様である。
【００４８】
また、工程（Ｂ１）において、配向膜付き基板のうち、可視光を透過することのできる基板の配向膜が付いている面の反対側の面に、ＩＴＯ等の陽極材料が形成されている場合には、工程（Ｂ３）は省略可能である。
【００４９】
工程（Ａ４）、工程（Ｂ４）において、陰極を形成した後は、通常、封止材を用いて封止して、有機ＥＬ素子を得る。封止の際には、陽極、陰極それぞれの一部は、外部電源と電気的に接続できるようにしておく必要があり、外部電源と、陽極、陰極それぞれとを電気的に接続することにより、有機ＥＬ素子は発光する。
【００５０】
また、本発明の有機ＥＬ素子の構造を、より具体的に設計し評価する方法として、光学追跡シミュレーションは非常に有用である。光学追跡シミュレーションとは、幾何光学に基づくモンテカルロ的確率シミュレーションであり、シミュレーション対象となるモデルの各構成部材の形状、屈折率、界面の反射特性を設定し、確率的に十分多数発生される光線について各々の透過及び反射を追跡し、結果が十分に収束するまでこれを繰り返すものである。本発明の有機ＥＬ素子の構造を設計するに際して、光学追跡シミュレーションを用いることにより、本発明の有機ＥＬ素子における光学素子、基板、陽極などの構成層の厚み、光学素子における屈折率分布を、より好適にし、光取り出し効率をより高め、発光効率をより高めることのできる有機ＥＬ素子の設計、評価が可能となる。この本発明の評価方法に基づいて得られる結果を用いることにより、構成層の厚み、照射するレーザー光（偏光）の照射の強度、レーザー照射スポットの径、レーザー照射場所などの製造条件を適宜設計しながら、発光効率をより高めることのできる有機ＥＬ素子を製造することができる。
【００５１】
以下、実施例により本発明を更に具体的に説明する。
【実施例】
【００５２】
製造例１
（光学素子の作製）
液晶分子としてはアクリレート基を有する液晶分子が好ましいが、そのうち、Ａ０ＰＣ３およびＡ０Ｔ５を用いて、それぞれのモル比が０．５４：０．４６である液晶材料１モルを調製し、色素として好ましい液晶性オリゴチオフェン誘導体（上記［化１］の式において、Ｒ＝−ＣnＨn+1で、ｎ＝５で表される化合物を用いた。）を上記の液晶材料に対して０．１モル％、光重合開始剤イルガキュア（ＩＲＧＡＣＵＲＥ １８４）を上記の液晶材料に対して１モル％添加して、重合性組成物を得た。配向膜としてレシチン（ホメオトロピック配向を誘起する配向膜）を用いて、図１のようにしてセルを組み立てて（基板は、二つとも可視光を透過することのできるガラス基板である。）、当該重合性組成物を等方相温度（重合性組成物は液体状態である。）で封入して、その後、室温までゆっくりと冷却して液晶分子をホメオトロピック配向させたサンプルを調製した。そのサンプルに波長３６４ｎｍのＡｒイオンレーザーを２．１Ｗ／ｃｍ2で照射し、屈折率分布を誘起した（このとき、レーザー照射箇所における重合性組成物の固定化も進行した）。レーザー照射スポットをシフトしながら、前記屈折率分布の誘起の操作を繰り返して、最後に、一面に高圧水銀灯の３６６ｎｍの輝線を用いて光強度５Ｗ／ｃｍ2で１０ｍｉｎ照射して、光重合により全体を固定化して、光学素子１を得た。その後、１つの配向膜付基板を分離し、光学素子１および配向膜付き基板を得た（図２参照）。光学素子１の表面は平坦であった。
【００５３】
実施例１
製造例１で得られた光学素子１および配向膜付き基板の光学素子１側の面に、スパッタリング法によりＩＴＯ材料を成膜して得られる陽極（透明電極）は、導電性の高い層状の陽極となり、陽極の面に、さらに、発光層、層状の陰極を形成させる（図４参照）ことで、光取り出し効率が高く、発光効率の高い有機ＥＬ素子を得ることができる。
【００５４】
実施例２
製造例１で得られた光学素子１および配向膜付き基板のガラス基板側の面に、スパッタリング法によりＩＴＯ材料を成膜して得られる陽極（透明電極）は、導電性の高い層状の陽極となり、陽極の面に、さらに、発光層、層状の陰極を形成させる（図６参照）ことで、光取り出し効率が高く、発光効率の高い有機ＥＬ素子を得ることができる。
【００５５】
実施例３
（光学素子の作製）
液晶分子としてはアクリレート基を有する液晶分子が好ましいが、そのうち、Ａ０ＰＣ３、Ａ０Ｔ５およびＰＣＨ−５を用いて、それぞれのモル比が０．４３：０．３７：０．２０である液晶材料１モルを調製し、色素として好ましい液晶性オリゴチオフェン誘導体（上記［化３］の式において、Ｒ3＝−ＣnＨn+1、Ｒ4＝−ＣnＨn+1で、ｎ＝４で表される化合物を用いた。）を上記の液晶材料に対して０．１モル％、光重合開始剤イルガキュア（ＩＲＧＡＣＵＲＥ １８４）を上記の液晶材料に対して０．５モル％添加して、重合性組成物を得た。配向膜としてレシチン（ホメオトロピック配向を誘起する配向膜）を用いて、図１のようにしてセルを組み立てて（基板は、二つとも可視光を透過することのできるガラス基板である。）、当該重合性組成物を等方相温度（重合性組成物は液体状態である。）で封入して、その後、室温までゆっくりと冷却して液晶分子をホメオトロピック配向させたサンプルを調製した。そのサンプルに波長３６４ｎｍのＡｒイオンレーザーを４Ｗ／ｃｍ2で照射し、屈折率分布を誘起した（このとき、レーザー照射箇所における重合性組成物の固定化も進行した）。このレーザーを照射しながら、照射スポットをシフトした後、最後に、一面に高圧水銀灯の３６６ｎｍの輝線を用いて光強度５Ｗ／ｃｍ2で１０ｍｉｎ照射して、光重合により全体を固定化して、光学素子２を得た。その後、１つの配向膜付基板を分離し、光学素子２および配向膜付き基板を得た（図２参照）。光学素子２の表面は平坦であった。
【００５６】
（発光素子の作製）
上記光学素子２を用い、図７に示すような発光素子２を作製して、フォトルミネッセンス評価（以下、ＰＬ評価ということがある。）を行った。ＰＬ評価における発光層としてはルブレン含有ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）を用いた（ＰＭＭＡに対し、ルブレンは５モル％含有される）。図８に模式的に示される発光評価装置（以下、ＰＬ評価装置ということがある。）を用いて、発光素子２の発光層に、４８８ｎｍのＡｒイオンレーザーを照射して、発光強度（発光波長５５０ｎｍにおける強度）を測定したところ、後述の比較例１の発光素子４における発光強度に対し、発光強度が大きくなることを確認することができた（図９）。このことから、光学素子２を用いて、ルブレン含有ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）の代わりに有機ＥＬ材料からなる発光層を用いて、図４のようにして、有機ＥＬ素子を製造することにより、光取り出し効率が高く、発光効率の高い有機ＥＬ素子を得ることができることがわかる。
【００５７】
実施例４
（光学素子の作製）
実施例３において、液晶分子をホメオトロピック配向させたサンプルに波長３６４ｎｍのＡｒイオンレーザーを８Ｗ／ｃｍ2で照射した以外は、実施例３と同様にして、光学素子３を得た。その後、１つの配向膜付基板を分離し、光学素子３および配向膜付き基板を得た（図２参照）。光学素子３の表面は平坦であった。
【００５８】
（発光素子の作製）
上記光学素子３を用い、図７に示すような発光素子３を作製して、ＰＬ評価を行った。ＰＬ評価における発光層としてはルブレン含有ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）を用いた（ＰＭＭＡに対し、ルブレンは５モル％含有される）。図８に模式的に示されるＰＬ評価装置を用いて、発光素子３の発光層に、４８８ｎｍのＡｒイオンレーザーを照射して、発光強度（発光波長５５０ｎｍにおける強度）を測定したところ、後述の比較例１の発光素子４における発光強度に対し、発光強度が大きくなることを確認することができた（図９）。このことから、光学素子３を用いて、ルブレン含有ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）の代わりに有機ＥＬ材料からなる発光層を用いて、図４のようにして、有機ＥＬ素子を製造することにより、光取り出し効率が高く、発光効率の高い有機ＥＬ素子を得ることができることがわかる。
【００５９】
比較例１
（光学素子の作製）
実施例３において、液晶分子をホメオトロピック配向させたサンプルに、Ａｒイオンレーザーを照射することなしに、一面に高圧水銀灯の３６６ｎｍの輝線を用いて光強度５Ｗ／ｃｍ2で１０ｍｉｎ照射した以外は、実施例３と同様にして、光学素子４を得た。その後、１つの配向膜付基板を分離し、光学素子４および配向膜付き基板を得た（図２参照）。光学素子４の表面は平坦であった。
【００６０】
（発光素子の作製）
上記光学素子４を用い、図７に示すような発光素子４を作製して、ＰＬ評価を行った。ＰＬ評価における発光層としてはルブレン含有ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）を用いた（ＰＭＭＡに対し、ルブレンは５モル％含有される）。図８に模式的に示されるＰＬ評価装置を用いて、発光素子４の発光層に、４８８ｎｍのＡｒイオンレーザーを照射して、発光強度（発光波長５５０ｎｍにおける強度）を測定したところ、上記の発光素子２、３における発光強度に対し、発光強度が小さかった（図９）。このことから、光学素子４を用いて、ルブレン含有ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）の代わりに有機ＥＬ材料からなる発光層を用いて、図４のようにして、有機ＥＬ素子を製造しても、光取り出し効率は低く、発光効率も低い有機ＥＬ素子となることがわかる。
【００６１】
比較例２
有機ＥＬ素子として、図１０の直方体のモデルを設定して、これについて、光線追跡シミュレーションを行った。この光線追跡シミュレーションに、用いたソフトは、Ｌａｍｄａ Ｒｅｓｅａｒｃｈ社のＴｒｅｃｅＰｒｏ（商品名）である。図１０のモデルにおいて、発光層６０で発した光は、陽極５０、基板１１を通過して、光出射面８０から、有機ＥＬ素子の外部に出射する。発光層６０が発する光は出射方向へのランバーシアン分布を持つ（ランベルトの余弦則を満たす）ものとした。陽極５０から基板１１に入る光線数を２０万本とし、有機ＥＬ素子内部においては、光出射面８０を除き、完全反射面とし、１０００回反射した後においても有機ＥＬ素子内部に残っている光は、消失したものとみなした。また、基板１１の厚みｓを１８００μｍ、素子の幅ｃおよび奥行きｃを６００μｍ、陽極の厚みｂを２００μｍに設定した。また、基板の屈折率を１．５、陽極の屈折率を２．０に設定した。このシミュレーションにより、光出射面から出射した光のエネルギーの光出射角依存性を調べた結果を図１３に示した。
【００６２】
実施例５
有機ＥＬ素子として、比較例２における図１０のモデルの代わりに、図１１の直方体のモデルを設定して、比較例２と同様にして、光線追跡シミュレーションを行った。図１１の有機ＥＬ素子においては、陽極５０と基板１１の間に、光学素子４０を備えている。光学素子４０の上方投影図を図１２に示しており、光学素子４０の内部には、円柱状の屈折率分布部がある。この図１２の光学素子４０の屈折率分布部において、屈折率分布は中心から端に向かって２次曲線で変化するようにし、中心の屈折率を１．７とし、屈折率分布部の端の屈折率を１．５とした。また、光学素子４０における屈折率分布部以外の部分の屈折率を１．５とし、屈折率分布部の直径を１００μｍ、光学素子４０における屈折率分布部と屈折率分布部間の隙間の最短の長さを２０μｍ、光学素子側面と屈折率分布部間の隙間の最短の長さを１０μｍとした。また、基板１１の厚みｓを１７００μｍ、光学素子の厚みａを１００μｍ、素子の幅ｃおよび奥行きｃを６００μｍ、陽極の厚みｂを２００μｍに設定した。また、基板の屈折率を１．５、陽極の屈折率を２．０に設定した。このシミュレーションにより、光出射面から出射した光のエネルギーの光出射角依存性を調べた結果を図１３に示した。
【００６３】
実施例６
実施例５と同様にして、有機ＥＬ素子として、図１１の直方体のモデルを用いて、光線追跡シミュレーションを行った。実施例５と実施例６との相違点は、実施例６では、光学素子４０における屈折率分布部の中心の屈折率を２．０とした点である。このシミュレーションにより、光出射面から出射した光のエネルギーの光出射角依存性を調べた結果を図１３に示した。
【００６４】
図１３によれば、出射角が−９０°〜９０°の範囲の出射光のエネルギーの積分値は、比較例２の場合を１としたとき、実施例５の場合では１．７、実施例６の場合では３．５と大きく、屈折率分布部を有する光学素子を有する有機ＥＬ素子は、該光学素子がない場合に比して、大きな量の光のエネルギーを出射することがわかった。また、この光線追跡シミュレーションは、本発明の有機ＥＬ素子の構造をより具体的に設計し評価する方法として、非常に有用であることがわかった。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】２つの配向膜間に重合性組成物を挟持させる方法の１例を示す図。
【図２】本発明における工程（Ａ２）に係る模式図。
【図３】本発明における工程（Ａ３）に係る模式図。
【図４】本発明における工程（Ａ４）に係る模式図。
【図５】本発明における工程（Ｂ３）に係る模式図。
【図６】本発明における工程（Ｂ４）に係る模式図。
【図７】発光素子の模式図。
【図８】発光素子の発光評価装置を示す模式図。
【図９】発光素子の発光評価結果を示す図。
【図１０】光学追跡シミュレーションにおける有機ＥＬ素子の模式図（比較例２）。
【図１１】光学追跡シミュレーションにおける有機ＥＬ素子の模式図（実施例５、６）。
【図１２】実施例５、６における光学素子の模式図（上方投影図）。
【図１３】出射光のエネルギーの光出射角依存性の結果を示す図。
【符号の説明】
【００６６】
１０・・・配向膜付き基板１
１１・・・基板１（可視光を透過することのできる基板）
１２・・・配向膜
２０・・・配向膜付き基板２
２１・・・基板２
２２・・・配向膜
３０・・・枠状に配置されているスペーサー（シール剤）
４０・・・液晶分子固定化層（光学素子）
５０・・・陽極
６０・・・発光層
７０・・・陰極
８０・・・光出射面
９０・・・屈折率分布部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも液晶材料と色素とを含み、該液晶材料を構成する液晶分子の配向に基づく屈折率分布を有し、該屈折率分布が固定化されてなる層状の光学素子と、可視光を透過することのできる基板と、有機ＥＬ材料からなる発光層と、陰極と、陽極と、を有する有機ＥＬ素子。
【請求項２】
陰極および陽極のそれぞれが層状である請求項１記載の有機ＥＬ素子。
【請求項３】
さらに配向膜を有し、該配向膜と光学素子とが接している請求項２記載の有機ＥＬ素子。
【請求項４】
層状の陽極と光学素子とが接している請求項３記載の有機ＥＬ素子。
【請求項５】
以下の（Ａ１）、（Ａ２）、（Ａ３）および（Ａ４）の工程をこの順で含む有機ＥＬ素子の製造方法。
（Ａ１）配向膜付き基板を２個用いて（ここで、少なくとも１個の基板は、可視光を透過することのできる基板である。）、それぞれの配向膜が対向するように配置させ、２つの配向膜間に、液晶材料と色素とを含む重合性組成物を挟持させ、該重合性組成物に光を照射し、液晶材料中の液晶分子を配向させ、さらに重合性組成物を重合して固定化させ、液晶分子固定化層（光学素子）を得る工程。
（Ａ２）１つの配向膜付き基板を分離し、光学素子および配向膜付き基板（ただし、該基板は、可視光を透過することのできる基板である。）を得る工程。
（Ａ３）該光学素子および配向膜付き基板において、光学素子側の面に、層状の陽極を形成させる工程。
（Ａ４）該層状の陽極の面に、有機ＥＬ材料からなる発光層、層状の陰極を、この順に形成させる工程。
【請求項６】
層状の陽極と可視光を透過することのできる基板とが接している請求項３記載の有機ＥＬ素子。
【請求項７】
以下の（Ｂ１）、（Ｂ２）、（Ｂ３）および（Ｂ４）の工程をこの順で含む有機ＥＬ素子の製造方法。
（Ｂ１）配向膜付き基板を２個用いて（ここで、少なくとも１つの基板は、可視光を透過することのできる基板である。）、それぞれの配向膜が対向するように配置させ、２つの配向膜間に、液晶材料と色素とを含む重合性組成物を挟持させ、該重合性組成物に光を照射し、液晶材料中の液晶分子を配向させ、さらに重合性組成物を重合して固定化させ、液晶分子固定化層（光学素子）を得る工程。
（Ｂ２）１つの配向膜付き基板を分離し、光学素子および配向膜付き基板（ただし、該基板は、可視光を透過することのできる基板である。）を得る工程。
（Ｂ３）該光学素子および配向膜付き基板において、基板側の面に、層状の陽極を形成させる工程。
（Ｂ４）該層状の陽極の面に、有機ＥＬ材料からなる発光層、層状の陰極を、この順に形成させる工程。
【請求項８】
請求項１、２、３、４または６に記載の有機ＥＬ素子の構造を設計するに際して、光学追跡シミュレーションを用いる有機ＥＬ素子の評価方法。
【請求項１】
少なくとも液晶材料と色素とを含み、該液晶材料を構成する液晶分子の配向に基づく屈折率分布を有し、該屈折率分布が固定化されてなる層状の光学素子と、可視光を透過することのできる基板と、有機ＥＬ材料からなる発光層と、陰極と、陽極と、を有する有機ＥＬ素子。
【請求項２】
陰極および陽極のそれぞれが層状である請求項１記載の有機ＥＬ素子。
【請求項３】
さらに配向膜を有し、該配向膜と光学素子とが接している請求項２記載の有機ＥＬ素子。
【請求項４】
層状の陽極と光学素子とが接している請求項３記載の有機ＥＬ素子。
【請求項５】
以下の（Ａ１）、（Ａ２）、（Ａ３）および（Ａ４）の工程をこの順で含む有機ＥＬ素子の製造方法。
（Ａ１）配向膜付き基板を２個用いて（ここで、少なくとも１個の基板は、可視光を透過することのできる基板である。）、それぞれの配向膜が対向するように配置させ、２つの配向膜間に、液晶材料と色素とを含む重合性組成物を挟持させ、該重合性組成物に光を照射し、液晶材料中の液晶分子を配向させ、さらに重合性組成物を重合して固定化させ、液晶分子固定化層（光学素子）を得る工程。
（Ａ２）１つの配向膜付き基板を分離し、光学素子および配向膜付き基板（ただし、該基板は、可視光を透過することのできる基板である。）を得る工程。
（Ａ３）該光学素子および配向膜付き基板において、光学素子側の面に、層状の陽極を形成させる工程。
（Ａ４）該層状の陽極の面に、有機ＥＬ材料からなる発光層、層状の陰極を、この順に形成させる工程。
【請求項６】
層状の陽極と可視光を透過することのできる基板とが接している請求項３記載の有機ＥＬ素子。
【請求項７】
以下の（Ｂ１）、（Ｂ２）、（Ｂ３）および（Ｂ４）の工程をこの順で含む有機ＥＬ素子の製造方法。
（Ｂ１）配向膜付き基板を２個用いて（ここで、少なくとも１つの基板は、可視光を透過することのできる基板である。）、それぞれの配向膜が対向するように配置させ、２つの配向膜間に、液晶材料と色素とを含む重合性組成物を挟持させ、該重合性組成物に光を照射し、液晶材料中の液晶分子を配向させ、さらに重合性組成物を重合して固定化させ、液晶分子固定化層（光学素子）を得る工程。
（Ｂ２）１つの配向膜付き基板を分離し、光学素子および配向膜付き基板（ただし、該基板は、可視光を透過することのできる基板である。）を得る工程。
（Ｂ３）該光学素子および配向膜付き基板において、基板側の面に、層状の陽極を形成させる工程。
（Ｂ４）該層状の陽極の面に、有機ＥＬ材料からなる発光層、層状の陰極を、この順に形成させる工程。
【請求項８】
請求項１、２、３、４または６に記載の有機ＥＬ素子の構造を設計するに際して、光学追跡シミュレーションを用いる有機ＥＬ素子の評価方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００８−２１８４０６（Ｐ２００８−２１８４０６Ａ）
【公開日】平成２０年９月１８日（２００８．９．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１５９４６（Ｐ２００８−１５９４６）
【出願日】平成２０年１月２８日（２００８．１．２８）
【出願人】（３０４０２１４１７）国立大学法人東京工業大学 (1,821)
【出願人】（０００００２０９３）住友化学株式会社 (8,981)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年９月１８日（２００８．９．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１月２８日（２００８．１．２８）
【出願人】（３０４０２１４１７）国立大学法人東京工業大学 (1,821)
【出願人】（０００００２０９３）住友化学株式会社 (8,981)
【Ｆターム（参考）】
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