有機ＥＬ素子
【課題】有機ＥＬ素子の発光面積を小さくすることなく、有機ＥＬ素子の正面方向の発光強度を向上させることが可能な有機ＥＬ素子を提供する。
【解決手段】反射電極３と、発光層５を含む有機ＥＬ層４と、透明電極６と、反射電極３と有機ＥＬ層４との間に反射電極３から光取り出し側に向かって幅が徐々に細くなる傾斜部９を有する凸形状の光取り出し構造体８と、を備えた有機ＥＬ素子であって、光取り出し構造体８が、反射電極３上に、発光領域１５を取り囲むように設けられており、反射電極３に垂直な面で切断したときに反射電極３と傾斜部９とでつくられる傾斜角の角度が最大になる断面において、該傾斜角の角度が２３°以上３３°以下であることを特徴とする有機ＥＬ素子。
【解決手段】反射電極３と、発光層５を含む有機ＥＬ層４と、透明電極６と、反射電極３と有機ＥＬ層４との間に反射電極３から光取り出し側に向かって幅が徐々に細くなる傾斜部９を有する凸形状の光取り出し構造体８と、を備えた有機ＥＬ素子であって、光取り出し構造体８が、反射電極３上に、発光領域１５を取り囲むように設けられており、反射電極３に垂直な面で切断したときに反射電極３と傾斜部９とでつくられる傾斜角の角度が最大になる断面において、該傾斜角の角度が２３°以上３３°以下であることを特徴とする有機ＥＬ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機ＥＬ素子に関し、特に導波光を正面方向に取り出す構造を有する有機ＥＬ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機ＥＬ素子の消費電力を低減するためには、有機ＥＬ素子の発光強度を向上させることが必要である。有機ＥＬ素子の発光強度を向上させる手法としては、有機ＥＬ素子の発光層で発光した光のうち、全反射によって有機ＥＬ素子内に閉じ込められている導波光を取り出す手法が知られている。
【０００３】
図７は従来の有機ＥＬ素子１０１の概略断面図である。図７を用いて全反射による導波光の閉じ込めについて説明する。基板１０２には一般にガラス（屈折率１．５程度）が使用され、透明電極１０６には一般にＩＴＯやＩＺＯ（登録商標）等（屈折率１．９〜２．１程度）が使用され、有機ＥＬ層中の発光層１０５には一般にＡｌｑ3等（屈折率１．７〜１．９程度）が使用される。これらの材料は概ね平行に積層されている。全反射は光が屈折率の高い媒質から低い媒質に入射する際にスネルの法則に従って臨界角以上の入射角で発生する。有機ＥＬ素子１０１の構成では大きく分けて２つの全反射が発生する。
【０００４】
第一の全反射は透明電極１０６と基板１０２との界面で発生する。これは発光層１０５よりも基板１０２の屈折率が低いためである。ここで全反射した光は、基板１０２と透明電極１０６との界面と、反射電極１０３と有機ＥＬ層１０４との界面との間で反射を繰り返して導波光１１１となるため有機ＥＬ素子１０１内に閉じ込められる。このような導波光１１１は有機ＥＬ素子１０１の外部領域１１０（空気）には取り出されないため有機ＥＬ素子１０１の発光強度を低下させる要因となる。従って発光強度を向上させるためには、発光層１０５から外部領域１１０に取り出されるまでの間に、発光層１０５の屈折率よりも低屈折率の媒質を設けないことが必要である。
【０００５】
第二の全反射は基板１０２と外部領域１１０との界面で発生する。これは外部領域１１０（空気）の屈折率が発光層１０５の屈折率よりも低いためである。ここで全反射した光は、基板１０２と外部領域１１０との界面と、反射電極１０３と有機ＥＬ層１０４との界面との間で反射を繰り返して導波光１１１’となるため有機ＥＬ素子１０１内に閉じ込められる。有機ＥＬ素子１０１で発光した光を人間の目で認識するためには外部領域１１０に取り出す必要がある。このため上記第一の全反射のように高屈折率の材料で代替することはできない。従って発光強度を向上させるためには、有機ＥＬ素子１０１と外部領域１１０との界面の角度を変える、又はこの界面で散乱させることにより、有機ＥＬ素子１０１と外部領域１１０との界面で全反射条件を満たさないようにすることが必要である。
【０００６】
非特許文献１では、上記二つの全反射を低減するために、基板に発光層の屈折率よりも高屈折率の材料（屈折率２．０）を用いて発光層から有機ＥＬ素子の外部領域までの間の低屈折率の材料をなくし、更に基板上の外部領域との界面に球面状レンズを形成している。これにより外部光取り出し効率が向上すると報告されている。
【０００７】
特許文献１では、上記第二の全反射を低減するために、有機ＥＬ素子上の外部領域との界面に、傾斜部を有する立体である正四角錐からなる光取り出し構造体を設けている。このように有機ＥＬ素子の光取り出し側に傾斜部を有する光取り出し構造体を設けると、傾斜部により導波光に対する有機ＥＬ素子と外部領域との界面の角度が変わるため、特許文献１では傾斜部を全反射が発生しにくい角度に設計している。これにより外部光取り出し効率を向上させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−０５５４８１号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Ａｋｉｙｏｓｈｉ Ｍｉｋａｍｉ ＳＩＤ’０９ ＤＩＧＥＳＴ Ｐ．９０７ ６０．４Ｌ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
非特許文献１のように面光源の有機ＥＬ素子に対して高屈折率レンズを複数個設けた構成では、外部光取り出し効率や高角度側の発光強度は向上しやすいものの、特に重要な正面方向の発光強度が向上しにくいという問題がある。この要因としては、有機ＥＬ素子の発光のように指向性を持たず全方位に発光する面光源に対してレンズを複数個設けると、任意の方向に集光させる光学設計ができないことが挙げられる。
【００１１】
一方、有機ＥＬ素子の発光面積をレンズに対して十分に小さくして点光源とした構成では、点光源に対して最適なレンズ設計にすることにより、正面方向の発光強度を向上させることができる。しかし、発光面積を小さくすると有機ＥＬ素子の発光に必要な電流密度が増大し、有機ＥＬ素子の発光強度の劣化進行が早くなるという問題がある。
【００１２】
また、本発明者らは、傾斜部を有する光取り出し構造体を、反射電極と有機ＥＬ層との間に配置した場合に、光取り出し構造体の傾斜部の角度を、特許文献１の記載に基づく角度に設定しなくても、導波光を正面方向に多く取り出す効果があることを見出した。
【００１３】
そこで、本発明は、反射電極と有機ＥＬ層との間に導波光を正面方向に多く取り出せる構造を設けることにより、有機ＥＬ素子の発光面積を小さくすることなく、有機ＥＬ素子の正面方向の発光強度を向上させることが可能な有機ＥＬ素子の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するために、本発明は、反射電極と、発光層を含む有機ＥＬ層と、透明電極と、該反射電極と該有機ＥＬ層との間に該反射電極から光取り出し側に向かって幅が徐々に細くなる傾斜部を有する凸形状の光取り出し構造体と、を備えた有機ＥＬ素子であって、
前記光取り出し構造体が、前記反射電極上に、発光領域を取り囲むように設けられており、
前記反射電極に垂直な面で切断したときに前記反射電極と前記傾斜部とでつくられる傾斜角の角度が最大になる断面において、該傾斜角の角度が２３°以上３３°以下であることを特徴とする有機ＥＬ素子を提供するものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、有機ＥＬ素子の発光領域の大きさに関係なく導波光を正面方向に多く取り出すことができる。これにより有機ＥＬ素子の正面方向の発光強度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の有機ＥＬ素子の（ａ）概略断面図、（ｂ）概略平面図である。
【図２】有機ＥＬ素子の正面方向の発光強度向上メカニズムの説明図である。
【図３】実施例１０の有機ＥＬ素子の概略断面図である。
【図４】比較例１の有機ＥＬ素子の概略断面図である。
【図５】光取り出し構造体の傾斜角と比較例１に対する正面発光強度比の関係を示す図である。
【図６】光取り出し構造体の屈折率と比較例１に対する正面発光強度比の関係を示す図である。
【図７】従来の有機ＥＬ素子の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の有機ＥＬ素子の好適な実施形態について図面を参照して説明する。尚、本明細書で特に図示又は記載されない部分に関しては、当該技術分野の周知又は公知技術を適用する。また、本発明は以下に説明する実施形態に限定されるものではない。
【００１８】
図１（ａ）（ｂ）は本発明の有機ＥＬ素子の一例を示す概略図である。図１（ｂ）は有機ＥＬ素子を正面方向から見たときの概略平面図（有機ＥＬ層４及び透明電極６は不図示）、図１（ａ）は有機ＥＬ素子を図１（ｂ）の線分１４を含む平面で切断したときの概略断面図である。有機ＥＬ素子１は基板２側から順に反射電極３、発光層５を含む有機ＥＬ層４、透明電極６を備え、反射電極３と有機ＥＬ層４との間に光取り出し構造体８を備えている。
【００１９】
基板２はガラス、プラスチック、シリコン等で形成される。基板２にはＴＦＴ等のスイッチング素子（不図示）が形成されていても良い。
【００２０】
基板２上には有機ＥＬ素子１の発光を光取り出し側に反射する反射電極３が形成されている。反射電極３は高反射率を有する金属又はその合金で形成されるのが好ましく、特にＡｌ、Ａｇ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｎｉ等が好適であるが、前記金属又はその合金上に、仕事関数の高いＩＴＯやＩＺＯ（登録商標）等の透明導電材料を積層した積層体でも良い。
【００２１】
反射電極３上には光取り出し構造体８が形成されている。光取り出し構造体８は反射電極３から光取り出し側（外部領域１０側）に向かって幅が徐々に細くなる傾斜部９を有する凸形状になっており（図１（ａ））、かつ反射電極上に発光領域を取り囲むように設けられている（図１（ｂ））。光取り出し構造体８は絶縁材料で形成されており、光取り出し構造体８に取り囲まれた領域の内側が発光領域１５となる。このように、光取り出し構造体８は発光領域を規定する機能も有している。光取り出し構造体８は傾斜部９を２つ有しており、内周側に設けられたものが傾斜部（１）、外周側に設けられたものが傾斜部（２）である。傾斜部（１）と傾斜部（２）は稜線１６で接している。また反射電極３に垂直な面で切断したときに反射電極３と傾斜部とでつくられる傾斜角の角度が最大になる断面において、傾斜部（１）と反射電極３がなす傾斜角φ1、及び傾斜部（２）と反射電極３がなす傾斜角φ2は２３°以上３３°以下の範囲で設けられている。傾斜角はこの範囲であれば正面発光強度向上の効果が得られるが、特に２５°以上３０°以下であることが好ましい。尚、図１（ｂ）では光取り出し構造体８の内周の形状が円形になるように光取り出し構造体８を形成し、これにより発光領域１５が円形に規定されているが、光取り出し構造体８の内周の形状は特に制限されるものではなく、楕円、四角形など任意の形状で良い。
【００２２】
また、反射電極に垂直な面で切断したときに、光取り出し構造体はその最も膜厚の厚い位置が反射電極の上に位置しているのが良い。反射電極に垂直な面で切断したときには更に、光取り出し構造体の最も膜厚の厚い位置よりも発光領域に近い傾斜面と、光取り出し構造体の最も膜厚の厚い位置よりも発光領域から遠い傾斜面と、を反射電極上に有しているのが良い。
【００２３】
光取り出し構造体８は上述のように絶縁材料であることが必要であると共に、光の吸収が低く透過率が高い材料で形成されるのが好ましい。これらの条件より、特にＳｉＮ、ＴｉＮ等の無機窒化物、ＳｉＯ2、ＴｉＯ2、ＺｎＯ、Ａｌ2Ｏ3、ＺｒＯ等の無機酸化物、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂等の有機材料が好適である。また、光取り出し構造体８はこれらの複数の材料を混合した材料や複数の材料を積層したものであっても良い。また、光取り出し構造体８の屈折率は特に規定されるものではないが、発光層５と同程度の屈折率であることが好ましい。
【００２４】
少なくとも発光層５を含む有機ＥＬ層４は反射電極３上及び光取り出し構造体８で形成される凸形状に沿うように形成されており、有機ＥＬ層４の表面の一部も傾斜部を有する凸形状になっている。有機ＥＬ層４は発光層５以外に、正孔注入層、正孔輸送層、電子ブロッキング層、正孔ブロッキング層、電子輸送層、電子注入層等を含んでいても良い。各層には公知の有機ＥＬ材料を使用することができる。
【００２５】
有機ＥＬ層４上には発光層５の屈折率以上の屈折率を有する透明電極６が有機ＥＬ層４の凸形状に沿うように形成されており、透明電極６の表面の一部も傾斜部を有する凸形状になっている。透明電極６は光の吸収が低く透過率が高い材料で形成されるのが好ましく、特にＩＴＯやＩＺＯ（登録商標）等の透明導電材料が好適である。
【００２６】
透明電極６の外側、即ち有機ＥＬ素子１の外部領域１０は発光層５よりも低屈折率の材料で形成されるのが好ましく、特に空気、窒素等の気体、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂等の有機材料、ＳｉＯ2等の無機酸化物が好適である。
【００２７】
次に、図２（ａ）（ｂ）を用いて本発明の有機ＥＬ素子における正面方向の発光強度向上の二つのメカニズムについて説明する。これらのメカニズムの特徴は光取り出し構造体８の凸形状が反映された透明電極６と外部領域１０との界面で有機ＥＬ素子１内の導波光１１を全反射させた後、反射電極３で反射させて正面方向へ取り出すものである。「正面方向」とは、反射電極３に対して垂直な方向であって、反射電極３から光取り出し側に向かう方向のことである。
【００２８】
図２（ａ）は本発明の有機ＥＬ素子の正面発光強度（正面方向の発光強度）向上の第一メカニズムである「３回反射モード」を説明する図である。「３回反射モード」とは、有機ＥＬ素子１内の導波光１１を、光取り出し構造体８上の透明電極６と外部領域１０との界面で２回反射させ、次に反射電極３で反射させることにより有機ＥＬ素子１の正面方向に導波光１１を取り出すものである。図２（ａ）は反射電極３に対して垂直な面で切断したときの断面図であり、光取り出し構造体８の傾斜部（１）と反射電極３とがなす角である傾斜角φ1、及び傾斜部（２）と反射電極３とがなす角である傾斜角φ2が最大となる断面である。尚、有機ＥＬ層は図示していない。
【００２９】
図２（ａ）に示すように、発光層５で発光した光のうち、外部領域１０の界面において全反射条件を満たす導波光１１は、透明電極６と外部領域１０との界面と、反射電極３との間で反射を繰り返し、有機ＥＬ素子１内を導波している。
【００３０】
光取り出し構造体８まで到達した導波光１１は傾斜部（１）上の透明電極６と外部領域１０の界面で全反射され、導波光１１は傾斜部（２）上の透明電極６と外部領域１０の界面の方向に進む。次に、導波光１１は傾斜部（２）上の透明電極６と外部領域１０の界面で全反射され、導波光１１は反射電極３の方向に進む。そして、導波光１１は反射電極３で反射された後、傾斜部（２）上の透明電極６と外部領域１０の界面で全反射されることなく正面方向に出射され、外部領域１０に取り出される。
【００３１】
上述のように、「３回反射モード」では、反射電極３と有機ＥＬ層４との間に傾斜部９を有する光取り出し構造体８を設けることによって、導波光１１を有機ＥＬ素子１の正面方向に取り出すことができ、正面方向の発光強度を向上させることが可能となる。
【００３２】
図２（ｂ）は本発明の有機ＥＬ素子の正面発光強度（正面方向の発光強度）向上の第二メカニズムである「２回反射モード」を説明する図である。「２回反射モード」とは、有機ＥＬ素子１内の導波光１１を、光取り出し構造体８上の透明電極６と外部領域１０との界面で１回反射させ、次に反射電極３で反射させることにより有機ＥＬ素子１の正面方向に導波光１１を取り出すものである。図２（ｂ）は反射電極３に対して垂直な面で切断したときの断面図であり、光取り出し構造体８の傾斜部（１）と反射電極３とがなす角である傾斜角φ1、及び傾斜部（２）と反射電極３とがなす角である傾斜角φ2が最大となる断面である。尚、有機ＥＬ層は図示していない。
【００３３】
図２（ｂ）に示すように、発光層５で発光した光のうち、外部領域１０の界面において全反射条件を満たす導波光１１は、透明電極６と外部領域１０との界面と、反射電極３との間で反射を繰り返し、有機ＥＬ素子１内を導波している。
【００３４】
光取り出し構造体８まで到達した導波光１１は傾斜部（２）上の透明電極６と外部領域１０の界面で全反射され、導波光１１は反射電極３の方向に進む。次に、導波光１１は反射電極３で反射された後、傾斜部（２）上の透明電極６と外部領域１０の界面で全反射されることなく正面方向に出射され、外部領域１０に取り出される。
【００３５】
上述のように、「２回反射モード」では、反射電極３と有機ＥＬ層４との間に傾斜部９を有する光取り出し構造体８を設けたことによって、導波光１１を有機ＥＬ素子１の正面方向に取り出すことができ、正面方向の発光強度を向上させることが可能となる。
【００３６】
本発明の有機ＥＬ素子は、傾斜角φ1及び傾斜角φ2が２３°以上３３°以下の場合に、上述した「３回反射モード」と「２回反射モード」の２つのモードを両立させることができ、正面発光強度を大幅に向上させることが可能となる。
【００３７】
また、図３に示すように、透明電極６と外部領域１０の間には発光層５の屈折率以上の屈折率を有する透明層７が透明電極６の凸形状に沿うように形成されていても良い。透明層７を設けた場合には、透明層７と外部領域１０の界面で全反射が発生する。透明層７を設けることにより、反射電極３と外部領域１０の距離が大きくなる。これにより、導波光１１は導波する際に反射電極３で反射する回数が減少するため、導波時の反射電極３での光吸収を低減することができる。結果としてより多くの導波光を光取り出し構造体８まで導波することができるようになるため、より正面発光強度を向上させることができる。透明層７は光の吸収が低く透過率が高い材料で形成されるのが好ましく、特にＳｉＮ、ＴｉＮ等の無機窒化物、ＴｉＯ2、ＺｎＯ、Ａｌ2Ｏ3、ＺｒＯ、ＩＴＯ、ＩＺＯ（登録商標）等の無機酸化物、Ａｌｑ3、αＮＰＤ等の有機材料が好適である。また、透明層７は発光層５の屈折率以上の屈折率を有する材料の積層体であっても良い。
【００３８】
本発明の有機ＥＬ素子は、基板上に複数個設けることで表示ディスプレイとすることが可能であり、有機ＥＬ素子毎に発光層で発光する光の波長を変えることでフルカラーのディスプレイとすることも可能である。
【実施例】
【００３９】
以下、本発明の有機ＥＬ素子について、モンテカルロ法による光線追跡シミュレーションを実施し、正面方向の発光強度及び外部光取り出し効率の評価を行った。有機ＥＬ素子の発光強度の評価のため、有機ＥＬ素子から３０ｃｍ離れた位置に光線ディテクターを設置した。
【００４０】
［実施例１］
図１（ａ）（ｂ）は本実施例の有機ＥＬ素子の概略図である。本実施例の有機ＥＬ素子の構成については上述のとおりであるため説明は省略する。
【００４１】
本実施例では以下のシミュレーションモデルを用いてシミュレーションを行った。本実施例の反射電極３、有機ＥＬ層４、発光層５、透明電極６、光取り出し構造体８、外部領域１０は以下のとおりである。本実施例のシミュレーションモデルは上述した本発明の必要条件を満たしている。
＜反射電極３＞
・反射率：９５％、直径：３１μｍφ
＜有機ＥＬ層４＞
・厚み：０．２μｍ、直径：３１μｍφ、屈折率：１．８５、吸収なし
＜発光層５＞
・屈折率：１．８５、吸収なし
・有機ＥＬ層４の厚みの中心位置を発光層５とした。
＜透明電極６＞
・厚み：０．１μｍ、屈折率：２．００、吸収率：５％／μｍ
＜光取り出し構造体８＞
・屈折率：１．８５、吸収率：１％／μｍ
・内周直径：２９μｍφ
・外周直径：５２μｍφ
・傾斜角φ1：３０°、傾斜角φ2：３０°
・稜線１６の中心と発光領域１５の中心が一致している。
＜外部領域１０＞
・屈折率：１．０
【００４２】
［実施例２］
本実施例の有機ＥＬ素子は、光取り出し構造体８の傾斜角を、傾斜角φ1＝２３°、傾斜角φ2＝２３°にした点が実施例１と異なる。この点を除いては、実施例１と同じ材料を用い、実施例１と同じ構成としている。本実施例のシミュレーションモデルは上述した本発明の必要条件を満たしている。
【００４３】
［実施例３］
本実施例の有機ＥＬ素子は、光取り出し構造体８の傾斜角を、傾斜角φ1＝２５°、傾斜角φ2＝２５°にした点が実施例１と異なる。この点を除いては、実施例１と同じ材料を用い、実施例１と同じ構成としている。本実施例のシミュレーションモデルは上述した本発明の必要条件を満たしている。
【００４４】
［実施例４］
本実施例の有機ＥＬ素子は、光取り出し構造体８の傾斜角を、傾斜角φ1＝２８°、傾斜角φ2＝２８°にした点が実施例１と異なる。この点を除いては、実施例１と同じ材料を用い、実施例１と同じ構成としている。本実施例のシミュレーションモデルは上述した本発明の必要条件を満たしている。
【００４５】
［実施例５］
本実施例の有機ＥＬ素子は、光取り出し構造体８の傾斜角を、傾斜角φ1＝３３°、傾斜角φ2＝３３°にした点が実施例１と異なる。この点を除いては、実施例１と同じ材料を用い、実施例１と同じ構成としている。本実施例のシミュレーションモデルは上述した本発明の必要条件を満たしている。
【００４６】
［比較例１］
図４は本比較例の有機ＥＬ素子の概略断面図である。本比較例の有機ＥＬ素子は、光取り出し構造体８を設けず、代わりに平坦な絶縁層１２を設けている点が実施例１と異なる。絶縁層１２を設けることにより発光領域１５の直径を２９μｍφとした。また、光取り出し構造体８を設けていないため、有機ＥＬ層４及び透明電極６は平坦に形成されている。本比較例のシミュレーションモデルは上述した本発明の必要条件を満たしていない。
【００４７】
［比較例２］
本実施例の有機ＥＬ素子は、光取り出し構造体８の傾斜角を、傾斜角φ1＝２０°、傾斜角φ2＝２０°にした点が実施例１と異なる。この点を除いては、実施例１と同じ材料を用い、実施例１と同じ構成としている。本比較例のシミュレーションモデルは上述した本発明の必要条件を満たしていない。
【００４８】
［比較例３］
本実施例の有機ＥＬ素子は、光取り出し構造体８の傾斜角を、傾斜角φ1＝２２°、傾斜角φ2＝２２°にした点が実施例１と異なる。この点を除いては、実施例１と同じ材料を用い、実施例１と同じ構成としている。本比較例のシミュレーションモデルは上述した本発明の必要条件を満たしていない。
【００４９】
［比較例４］
本実施例の有機ＥＬ素子は、光取り出し構造体８の傾斜角を、傾斜角φ1＝３５°、傾斜角φ2＝３５°にした点が実施例１と異なる。この点を除いては、実施例１と同じ材料を用い、実施例１と同じ構成としている。本比較例のシミュレーションモデルは上述した本発明の必要条件を満たしていない。
【００５０】
［比較例５］
本実施例の有機ＥＬ素子は、光取り出し構造体８の傾斜角を、傾斜角φ1＝４０°、傾斜角φ2＝４０°にした点が実施例１と異なる。この点を除いては、実施例１と同じ材料を用い、実施例１と同じ構成としている。本比較例のシミュレーションモデルは上述した本発明の必要条件を満たしていない。
【００５１】
［実施例６］
本実施例の有機ＥＬ素子は、光取り出し構造体８の傾斜角を、傾斜角φ1＝２８°、傾斜角φ2＝２５°にした点が実施例１と異なる。この点を除いては、実施例１と同じ材料を用い、実施例１と同じ構成としている。本実施例のシミュレーションモデルは上述した本発明の必要条件を満たしている。
【００５２】
［実施例７］
本実施例の有機ＥＬ素子は、光取り出し構造体８の屈折率を１．５０にした点が実施例１と異なる。この点を除いては、実施例１と同じ材料を用い、実施例１と同じ構成としている。本実施例のシミュレーションモデルは上述した本発明の必要条件を満たしている。
【００５３】
［実施例８］
本実施例の有機ＥＬ素子は、光取り出し構造体８の屈折率を１．７５にした点が実施例１と異なる。この点を除いては、実施例１と同じ材料を用い、実施例１と同じ構成としている。本実施例のシミュレーションモデルは上述した本発明の必要条件を満たしている。
【００５４】
［実施例９］
本実施例の有機ＥＬ素子は、光取り出し構造体８の屈折率を２．００にした点が実施例１と異なる。この点を除いては、実施例１と同じ材料を用い、実施例１と同じ構成としている。本実施例のシミュレーションモデルは上述した本発明の必要条件を満たしている。
【００５５】
［実施例１０］
図３は本実施例の有機ＥＬ素子の概略断面図である。本実施例の有機ＥＬ素子は、透明電極６と外部領域１０の間に透明層７を設けたことが実施例１と異なる。この点を除いては、実施例１と同じ材料を用い、実施例１と同じ構成としている。本実施例の透明層７は以下のとおりである。本実施例のシミュレーションモデルは上述した本発明の必要条件を満たしている。
＜透明層７＞
・屈折率：１．８５、吸収なし、厚み：０．８μｍ
【００５６】
（シミュレーション結果）
表１は実施例１乃至１０、比較例１乃至５のシミュレーション結果であり、光取り出し構造体８を設けていない比較例１に対する正面発光強度の比率を示している。以下、表１を参照してシミュレーション結果の比較・評価を行う。
【００５７】
【表１】
【００５８】
（実施例１乃至５、比較例１乃至５のシミュレーション結果の比較・評価）
実施例１乃至５では正面発光強度が比較例１よりも向上している。ここで、表１の実施例１乃至５、比較例２乃至５のシミュレーション結果に基づいて、光取り出し構造体８の傾斜角φ1、φ2と正面発光強度比の関係を図５に示す。図５に示すように、本発明の有機ＥＬ素子は、光取り出し構造体８の傾斜角が２３°以上３３°以下の範囲において、特異的に正面発光強度が向上している。このグラフから、上述した本発明の必要条件を満たすことにより、正面発光強度が大幅に向上することが分かる。また、光取り出し構造体８の傾斜角が２５°以上３０°以下の範囲では、特に正面発光強度が向上しており、傾斜角が２８°の場合には比較例１の３．９倍と大きく向上している。
【００５９】
（実施例６、比較例１のシミュレーション結果の比較・評価）
実施例６では正面発光強度が比較例１の３．６倍に向上している。実施例６のように光取り出し構造体８の傾斜角φ1、φ2の角度が異なった場合でも、上述した本発明の必要条件を満たしている限り正面発光強度を向上させることができる。
【００６０】
（実施例１及び７乃至９、比較例１のシミュレーション結果の比較・評価）
実施例７乃至９では正面発光強度が、実施例１には及ばないが比較例１よりも向上している。ここで、表１の実施例１及び７乃至９、比較例１のシミュレーション結果に基づいて、光取り出し構造体８の屈折率と正面発光強度比の関係を図６に示す。図６に示すように、本発明の有機ＥＬ素子は、光取り出し構造体８の屈折率が１．５０乃至２．００のどの範囲においても、正面発光強度が向上している。また、光取り出し構造体８の屈折率と発光層５の屈折率が同じ場合に、特に正面発光強度が向上している。
【００６１】
（実施例１及び１０、比較例１のシミュレーション結果の比較・評価）
実施例１０では正面発光強度が比較例１の３．８倍に向上しており、実施例１よりも正面発光強度が向上している。これは、透明層７を設けることにより、導波光１１の反射電極３での光吸収を低減することができるからである。
【符号の説明】
【００６２】
１：有機ＥＬ素子、２：基板、３：反射電極、４：有機ＥＬ層、５：発光層、６：透明電極、７：透明層、８：光取り出し構造体、９：傾斜部、９（１）：傾斜部（１）、９（２）：傾斜部（２）、１０：外部領域、１１：導波光、１５：発光領域
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機ＥＬ素子に関し、特に導波光を正面方向に取り出す構造を有する有機ＥＬ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機ＥＬ素子の消費電力を低減するためには、有機ＥＬ素子の発光強度を向上させることが必要である。有機ＥＬ素子の発光強度を向上させる手法としては、有機ＥＬ素子の発光層で発光した光のうち、全反射によって有機ＥＬ素子内に閉じ込められている導波光を取り出す手法が知られている。
【０００３】
図７は従来の有機ＥＬ素子１０１の概略断面図である。図７を用いて全反射による導波光の閉じ込めについて説明する。基板１０２には一般にガラス（屈折率１．５程度）が使用され、透明電極１０６には一般にＩＴＯやＩＺＯ（登録商標）等（屈折率１．９〜２．１程度）が使用され、有機ＥＬ層中の発光層１０５には一般にＡｌｑ3等（屈折率１．７〜１．９程度）が使用される。これらの材料は概ね平行に積層されている。全反射は光が屈折率の高い媒質から低い媒質に入射する際にスネルの法則に従って臨界角以上の入射角で発生する。有機ＥＬ素子１０１の構成では大きく分けて２つの全反射が発生する。
【０００４】
第一の全反射は透明電極１０６と基板１０２との界面で発生する。これは発光層１０５よりも基板１０２の屈折率が低いためである。ここで全反射した光は、基板１０２と透明電極１０６との界面と、反射電極１０３と有機ＥＬ層１０４との界面との間で反射を繰り返して導波光１１１となるため有機ＥＬ素子１０１内に閉じ込められる。このような導波光１１１は有機ＥＬ素子１０１の外部領域１１０（空気）には取り出されないため有機ＥＬ素子１０１の発光強度を低下させる要因となる。従って発光強度を向上させるためには、発光層１０５から外部領域１１０に取り出されるまでの間に、発光層１０５の屈折率よりも低屈折率の媒質を設けないことが必要である。
【０００５】
第二の全反射は基板１０２と外部領域１１０との界面で発生する。これは外部領域１１０（空気）の屈折率が発光層１０５の屈折率よりも低いためである。ここで全反射した光は、基板１０２と外部領域１１０との界面と、反射電極１０３と有機ＥＬ層１０４との界面との間で反射を繰り返して導波光１１１’となるため有機ＥＬ素子１０１内に閉じ込められる。有機ＥＬ素子１０１で発光した光を人間の目で認識するためには外部領域１１０に取り出す必要がある。このため上記第一の全反射のように高屈折率の材料で代替することはできない。従って発光強度を向上させるためには、有機ＥＬ素子１０１と外部領域１１０との界面の角度を変える、又はこの界面で散乱させることにより、有機ＥＬ素子１０１と外部領域１１０との界面で全反射条件を満たさないようにすることが必要である。
【０００６】
非特許文献１では、上記二つの全反射を低減するために、基板に発光層の屈折率よりも高屈折率の材料（屈折率２．０）を用いて発光層から有機ＥＬ素子の外部領域までの間の低屈折率の材料をなくし、更に基板上の外部領域との界面に球面状レンズを形成している。これにより外部光取り出し効率が向上すると報告されている。
【０００７】
特許文献１では、上記第二の全反射を低減するために、有機ＥＬ素子上の外部領域との界面に、傾斜部を有する立体である正四角錐からなる光取り出し構造体を設けている。このように有機ＥＬ素子の光取り出し側に傾斜部を有する光取り出し構造体を設けると、傾斜部により導波光に対する有機ＥＬ素子と外部領域との界面の角度が変わるため、特許文献１では傾斜部を全反射が発生しにくい角度に設計している。これにより外部光取り出し効率を向上させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−０５５４８１号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Ａｋｉｙｏｓｈｉ Ｍｉｋａｍｉ ＳＩＤ’０９ ＤＩＧＥＳＴ Ｐ．９０７ ６０．４Ｌ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
非特許文献１のように面光源の有機ＥＬ素子に対して高屈折率レンズを複数個設けた構成では、外部光取り出し効率や高角度側の発光強度は向上しやすいものの、特に重要な正面方向の発光強度が向上しにくいという問題がある。この要因としては、有機ＥＬ素子の発光のように指向性を持たず全方位に発光する面光源に対してレンズを複数個設けると、任意の方向に集光させる光学設計ができないことが挙げられる。
【００１１】
一方、有機ＥＬ素子の発光面積をレンズに対して十分に小さくして点光源とした構成では、点光源に対して最適なレンズ設計にすることにより、正面方向の発光強度を向上させることができる。しかし、発光面積を小さくすると有機ＥＬ素子の発光に必要な電流密度が増大し、有機ＥＬ素子の発光強度の劣化進行が早くなるという問題がある。
【００１２】
また、本発明者らは、傾斜部を有する光取り出し構造体を、反射電極と有機ＥＬ層との間に配置した場合に、光取り出し構造体の傾斜部の角度を、特許文献１の記載に基づく角度に設定しなくても、導波光を正面方向に多く取り出す効果があることを見出した。
【００１３】
そこで、本発明は、反射電極と有機ＥＬ層との間に導波光を正面方向に多く取り出せる構造を設けることにより、有機ＥＬ素子の発光面積を小さくすることなく、有機ＥＬ素子の正面方向の発光強度を向上させることが可能な有機ＥＬ素子の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するために、本発明は、反射電極と、発光層を含む有機ＥＬ層と、透明電極と、該反射電極と該有機ＥＬ層との間に該反射電極から光取り出し側に向かって幅が徐々に細くなる傾斜部を有する凸形状の光取り出し構造体と、を備えた有機ＥＬ素子であって、
前記光取り出し構造体が、前記反射電極上に、発光領域を取り囲むように設けられており、
前記反射電極に垂直な面で切断したときに前記反射電極と前記傾斜部とでつくられる傾斜角の角度が最大になる断面において、該傾斜角の角度が２３°以上３３°以下であることを特徴とする有機ＥＬ素子を提供するものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、有機ＥＬ素子の発光領域の大きさに関係なく導波光を正面方向に多く取り出すことができる。これにより有機ＥＬ素子の正面方向の発光強度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の有機ＥＬ素子の（ａ）概略断面図、（ｂ）概略平面図である。
【図２】有機ＥＬ素子の正面方向の発光強度向上メカニズムの説明図である。
【図３】実施例１０の有機ＥＬ素子の概略断面図である。
【図４】比較例１の有機ＥＬ素子の概略断面図である。
【図５】光取り出し構造体の傾斜角と比較例１に対する正面発光強度比の関係を示す図である。
【図６】光取り出し構造体の屈折率と比較例１に対する正面発光強度比の関係を示す図である。
【図７】従来の有機ＥＬ素子の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の有機ＥＬ素子の好適な実施形態について図面を参照して説明する。尚、本明細書で特に図示又は記載されない部分に関しては、当該技術分野の周知又は公知技術を適用する。また、本発明は以下に説明する実施形態に限定されるものではない。
【００１８】
図１（ａ）（ｂ）は本発明の有機ＥＬ素子の一例を示す概略図である。図１（ｂ）は有機ＥＬ素子を正面方向から見たときの概略平面図（有機ＥＬ層４及び透明電極６は不図示）、図１（ａ）は有機ＥＬ素子を図１（ｂ）の線分１４を含む平面で切断したときの概略断面図である。有機ＥＬ素子１は基板２側から順に反射電極３、発光層５を含む有機ＥＬ層４、透明電極６を備え、反射電極３と有機ＥＬ層４との間に光取り出し構造体８を備えている。
【００１９】
基板２はガラス、プラスチック、シリコン等で形成される。基板２にはＴＦＴ等のスイッチング素子（不図示）が形成されていても良い。
【００２０】
基板２上には有機ＥＬ素子１の発光を光取り出し側に反射する反射電極３が形成されている。反射電極３は高反射率を有する金属又はその合金で形成されるのが好ましく、特にＡｌ、Ａｇ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｎｉ等が好適であるが、前記金属又はその合金上に、仕事関数の高いＩＴＯやＩＺＯ（登録商標）等の透明導電材料を積層した積層体でも良い。
【００２１】
反射電極３上には光取り出し構造体８が形成されている。光取り出し構造体８は反射電極３から光取り出し側（外部領域１０側）に向かって幅が徐々に細くなる傾斜部９を有する凸形状になっており（図１（ａ））、かつ反射電極上に発光領域を取り囲むように設けられている（図１（ｂ））。光取り出し構造体８は絶縁材料で形成されており、光取り出し構造体８に取り囲まれた領域の内側が発光領域１５となる。このように、光取り出し構造体８は発光領域を規定する機能も有している。光取り出し構造体８は傾斜部９を２つ有しており、内周側に設けられたものが傾斜部（１）、外周側に設けられたものが傾斜部（２）である。傾斜部（１）と傾斜部（２）は稜線１６で接している。また反射電極３に垂直な面で切断したときに反射電極３と傾斜部とでつくられる傾斜角の角度が最大になる断面において、傾斜部（１）と反射電極３がなす傾斜角φ1、及び傾斜部（２）と反射電極３がなす傾斜角φ2は２３°以上３３°以下の範囲で設けられている。傾斜角はこの範囲であれば正面発光強度向上の効果が得られるが、特に２５°以上３０°以下であることが好ましい。尚、図１（ｂ）では光取り出し構造体８の内周の形状が円形になるように光取り出し構造体８を形成し、これにより発光領域１５が円形に規定されているが、光取り出し構造体８の内周の形状は特に制限されるものではなく、楕円、四角形など任意の形状で良い。
【００２２】
また、反射電極に垂直な面で切断したときに、光取り出し構造体はその最も膜厚の厚い位置が反射電極の上に位置しているのが良い。反射電極に垂直な面で切断したときには更に、光取り出し構造体の最も膜厚の厚い位置よりも発光領域に近い傾斜面と、光取り出し構造体の最も膜厚の厚い位置よりも発光領域から遠い傾斜面と、を反射電極上に有しているのが良い。
【００２３】
光取り出し構造体８は上述のように絶縁材料であることが必要であると共に、光の吸収が低く透過率が高い材料で形成されるのが好ましい。これらの条件より、特にＳｉＮ、ＴｉＮ等の無機窒化物、ＳｉＯ2、ＴｉＯ2、ＺｎＯ、Ａｌ2Ｏ3、ＺｒＯ等の無機酸化物、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂等の有機材料が好適である。また、光取り出し構造体８はこれらの複数の材料を混合した材料や複数の材料を積層したものであっても良い。また、光取り出し構造体８の屈折率は特に規定されるものではないが、発光層５と同程度の屈折率であることが好ましい。
【００２４】
少なくとも発光層５を含む有機ＥＬ層４は反射電極３上及び光取り出し構造体８で形成される凸形状に沿うように形成されており、有機ＥＬ層４の表面の一部も傾斜部を有する凸形状になっている。有機ＥＬ層４は発光層５以外に、正孔注入層、正孔輸送層、電子ブロッキング層、正孔ブロッキング層、電子輸送層、電子注入層等を含んでいても良い。各層には公知の有機ＥＬ材料を使用することができる。
【００２５】
有機ＥＬ層４上には発光層５の屈折率以上の屈折率を有する透明電極６が有機ＥＬ層４の凸形状に沿うように形成されており、透明電極６の表面の一部も傾斜部を有する凸形状になっている。透明電極６は光の吸収が低く透過率が高い材料で形成されるのが好ましく、特にＩＴＯやＩＺＯ（登録商標）等の透明導電材料が好適である。
【００２６】
透明電極６の外側、即ち有機ＥＬ素子１の外部領域１０は発光層５よりも低屈折率の材料で形成されるのが好ましく、特に空気、窒素等の気体、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂等の有機材料、ＳｉＯ2等の無機酸化物が好適である。
【００２７】
次に、図２（ａ）（ｂ）を用いて本発明の有機ＥＬ素子における正面方向の発光強度向上の二つのメカニズムについて説明する。これらのメカニズムの特徴は光取り出し構造体８の凸形状が反映された透明電極６と外部領域１０との界面で有機ＥＬ素子１内の導波光１１を全反射させた後、反射電極３で反射させて正面方向へ取り出すものである。「正面方向」とは、反射電極３に対して垂直な方向であって、反射電極３から光取り出し側に向かう方向のことである。
【００２８】
図２（ａ）は本発明の有機ＥＬ素子の正面発光強度（正面方向の発光強度）向上の第一メカニズムである「３回反射モード」を説明する図である。「３回反射モード」とは、有機ＥＬ素子１内の導波光１１を、光取り出し構造体８上の透明電極６と外部領域１０との界面で２回反射させ、次に反射電極３で反射させることにより有機ＥＬ素子１の正面方向に導波光１１を取り出すものである。図２（ａ）は反射電極３に対して垂直な面で切断したときの断面図であり、光取り出し構造体８の傾斜部（１）と反射電極３とがなす角である傾斜角φ1、及び傾斜部（２）と反射電極３とがなす角である傾斜角φ2が最大となる断面である。尚、有機ＥＬ層は図示していない。
【００２９】
図２（ａ）に示すように、発光層５で発光した光のうち、外部領域１０の界面において全反射条件を満たす導波光１１は、透明電極６と外部領域１０との界面と、反射電極３との間で反射を繰り返し、有機ＥＬ素子１内を導波している。
【００３０】
光取り出し構造体８まで到達した導波光１１は傾斜部（１）上の透明電極６と外部領域１０の界面で全反射され、導波光１１は傾斜部（２）上の透明電極６と外部領域１０の界面の方向に進む。次に、導波光１１は傾斜部（２）上の透明電極６と外部領域１０の界面で全反射され、導波光１１は反射電極３の方向に進む。そして、導波光１１は反射電極３で反射された後、傾斜部（２）上の透明電極６と外部領域１０の界面で全反射されることなく正面方向に出射され、外部領域１０に取り出される。
【００３１】
上述のように、「３回反射モード」では、反射電極３と有機ＥＬ層４との間に傾斜部９を有する光取り出し構造体８を設けることによって、導波光１１を有機ＥＬ素子１の正面方向に取り出すことができ、正面方向の発光強度を向上させることが可能となる。
【００３２】
図２（ｂ）は本発明の有機ＥＬ素子の正面発光強度（正面方向の発光強度）向上の第二メカニズムである「２回反射モード」を説明する図である。「２回反射モード」とは、有機ＥＬ素子１内の導波光１１を、光取り出し構造体８上の透明電極６と外部領域１０との界面で１回反射させ、次に反射電極３で反射させることにより有機ＥＬ素子１の正面方向に導波光１１を取り出すものである。図２（ｂ）は反射電極３に対して垂直な面で切断したときの断面図であり、光取り出し構造体８の傾斜部（１）と反射電極３とがなす角である傾斜角φ1、及び傾斜部（２）と反射電極３とがなす角である傾斜角φ2が最大となる断面である。尚、有機ＥＬ層は図示していない。
【００３３】
図２（ｂ）に示すように、発光層５で発光した光のうち、外部領域１０の界面において全反射条件を満たす導波光１１は、透明電極６と外部領域１０との界面と、反射電極３との間で反射を繰り返し、有機ＥＬ素子１内を導波している。
【００３４】
光取り出し構造体８まで到達した導波光１１は傾斜部（２）上の透明電極６と外部領域１０の界面で全反射され、導波光１１は反射電極３の方向に進む。次に、導波光１１は反射電極３で反射された後、傾斜部（２）上の透明電極６と外部領域１０の界面で全反射されることなく正面方向に出射され、外部領域１０に取り出される。
【００３５】
上述のように、「２回反射モード」では、反射電極３と有機ＥＬ層４との間に傾斜部９を有する光取り出し構造体８を設けたことによって、導波光１１を有機ＥＬ素子１の正面方向に取り出すことができ、正面方向の発光強度を向上させることが可能となる。
【００３６】
本発明の有機ＥＬ素子は、傾斜角φ1及び傾斜角φ2が２３°以上３３°以下の場合に、上述した「３回反射モード」と「２回反射モード」の２つのモードを両立させることができ、正面発光強度を大幅に向上させることが可能となる。
【００３７】
また、図３に示すように、透明電極６と外部領域１０の間には発光層５の屈折率以上の屈折率を有する透明層７が透明電極６の凸形状に沿うように形成されていても良い。透明層７を設けた場合には、透明層７と外部領域１０の界面で全反射が発生する。透明層７を設けることにより、反射電極３と外部領域１０の距離が大きくなる。これにより、導波光１１は導波する際に反射電極３で反射する回数が減少するため、導波時の反射電極３での光吸収を低減することができる。結果としてより多くの導波光を光取り出し構造体８まで導波することができるようになるため、より正面発光強度を向上させることができる。透明層７は光の吸収が低く透過率が高い材料で形成されるのが好ましく、特にＳｉＮ、ＴｉＮ等の無機窒化物、ＴｉＯ2、ＺｎＯ、Ａｌ2Ｏ3、ＺｒＯ、ＩＴＯ、ＩＺＯ（登録商標）等の無機酸化物、Ａｌｑ3、αＮＰＤ等の有機材料が好適である。また、透明層７は発光層５の屈折率以上の屈折率を有する材料の積層体であっても良い。
【００３８】
本発明の有機ＥＬ素子は、基板上に複数個設けることで表示ディスプレイとすることが可能であり、有機ＥＬ素子毎に発光層で発光する光の波長を変えることでフルカラーのディスプレイとすることも可能である。
【実施例】
【００３９】
以下、本発明の有機ＥＬ素子について、モンテカルロ法による光線追跡シミュレーションを実施し、正面方向の発光強度及び外部光取り出し効率の評価を行った。有機ＥＬ素子の発光強度の評価のため、有機ＥＬ素子から３０ｃｍ離れた位置に光線ディテクターを設置した。
【００４０】
［実施例１］
図１（ａ）（ｂ）は本実施例の有機ＥＬ素子の概略図である。本実施例の有機ＥＬ素子の構成については上述のとおりであるため説明は省略する。
【００４１】
本実施例では以下のシミュレーションモデルを用いてシミュレーションを行った。本実施例の反射電極３、有機ＥＬ層４、発光層５、透明電極６、光取り出し構造体８、外部領域１０は以下のとおりである。本実施例のシミュレーションモデルは上述した本発明の必要条件を満たしている。
＜反射電極３＞
・反射率：９５％、直径：３１μｍφ
＜有機ＥＬ層４＞
・厚み：０．２μｍ、直径：３１μｍφ、屈折率：１．８５、吸収なし
＜発光層５＞
・屈折率：１．８５、吸収なし
・有機ＥＬ層４の厚みの中心位置を発光層５とした。
＜透明電極６＞
・厚み：０．１μｍ、屈折率：２．００、吸収率：５％／μｍ
＜光取り出し構造体８＞
・屈折率：１．８５、吸収率：１％／μｍ
・内周直径：２９μｍφ
・外周直径：５２μｍφ
・傾斜角φ1：３０°、傾斜角φ2：３０°
・稜線１６の中心と発光領域１５の中心が一致している。
＜外部領域１０＞
・屈折率：１．０
【００４２】
［実施例２］
本実施例の有機ＥＬ素子は、光取り出し構造体８の傾斜角を、傾斜角φ1＝２３°、傾斜角φ2＝２３°にした点が実施例１と異なる。この点を除いては、実施例１と同じ材料を用い、実施例１と同じ構成としている。本実施例のシミュレーションモデルは上述した本発明の必要条件を満たしている。
【００４３】
［実施例３］
本実施例の有機ＥＬ素子は、光取り出し構造体８の傾斜角を、傾斜角φ1＝２５°、傾斜角φ2＝２５°にした点が実施例１と異なる。この点を除いては、実施例１と同じ材料を用い、実施例１と同じ構成としている。本実施例のシミュレーションモデルは上述した本発明の必要条件を満たしている。
【００４４】
［実施例４］
本実施例の有機ＥＬ素子は、光取り出し構造体８の傾斜角を、傾斜角φ1＝２８°、傾斜角φ2＝２８°にした点が実施例１と異なる。この点を除いては、実施例１と同じ材料を用い、実施例１と同じ構成としている。本実施例のシミュレーションモデルは上述した本発明の必要条件を満たしている。
【００４５】
［実施例５］
本実施例の有機ＥＬ素子は、光取り出し構造体８の傾斜角を、傾斜角φ1＝３３°、傾斜角φ2＝３３°にした点が実施例１と異なる。この点を除いては、実施例１と同じ材料を用い、実施例１と同じ構成としている。本実施例のシミュレーションモデルは上述した本発明の必要条件を満たしている。
【００４６】
［比較例１］
図４は本比較例の有機ＥＬ素子の概略断面図である。本比較例の有機ＥＬ素子は、光取り出し構造体８を設けず、代わりに平坦な絶縁層１２を設けている点が実施例１と異なる。絶縁層１２を設けることにより発光領域１５の直径を２９μｍφとした。また、光取り出し構造体８を設けていないため、有機ＥＬ層４及び透明電極６は平坦に形成されている。本比較例のシミュレーションモデルは上述した本発明の必要条件を満たしていない。
【００４７】
［比較例２］
本実施例の有機ＥＬ素子は、光取り出し構造体８の傾斜角を、傾斜角φ1＝２０°、傾斜角φ2＝２０°にした点が実施例１と異なる。この点を除いては、実施例１と同じ材料を用い、実施例１と同じ構成としている。本比較例のシミュレーションモデルは上述した本発明の必要条件を満たしていない。
【００４８】
［比較例３］
本実施例の有機ＥＬ素子は、光取り出し構造体８の傾斜角を、傾斜角φ1＝２２°、傾斜角φ2＝２２°にした点が実施例１と異なる。この点を除いては、実施例１と同じ材料を用い、実施例１と同じ構成としている。本比較例のシミュレーションモデルは上述した本発明の必要条件を満たしていない。
【００４９】
［比較例４］
本実施例の有機ＥＬ素子は、光取り出し構造体８の傾斜角を、傾斜角φ1＝３５°、傾斜角φ2＝３５°にした点が実施例１と異なる。この点を除いては、実施例１と同じ材料を用い、実施例１と同じ構成としている。本比較例のシミュレーションモデルは上述した本発明の必要条件を満たしていない。
【００５０】
［比較例５］
本実施例の有機ＥＬ素子は、光取り出し構造体８の傾斜角を、傾斜角φ1＝４０°、傾斜角φ2＝４０°にした点が実施例１と異なる。この点を除いては、実施例１と同じ材料を用い、実施例１と同じ構成としている。本比較例のシミュレーションモデルは上述した本発明の必要条件を満たしていない。
【００５１】
［実施例６］
本実施例の有機ＥＬ素子は、光取り出し構造体８の傾斜角を、傾斜角φ1＝２８°、傾斜角φ2＝２５°にした点が実施例１と異なる。この点を除いては、実施例１と同じ材料を用い、実施例１と同じ構成としている。本実施例のシミュレーションモデルは上述した本発明の必要条件を満たしている。
【００５２】
［実施例７］
本実施例の有機ＥＬ素子は、光取り出し構造体８の屈折率を１．５０にした点が実施例１と異なる。この点を除いては、実施例１と同じ材料を用い、実施例１と同じ構成としている。本実施例のシミュレーションモデルは上述した本発明の必要条件を満たしている。
【００５３】
［実施例８］
本実施例の有機ＥＬ素子は、光取り出し構造体８の屈折率を１．７５にした点が実施例１と異なる。この点を除いては、実施例１と同じ材料を用い、実施例１と同じ構成としている。本実施例のシミュレーションモデルは上述した本発明の必要条件を満たしている。
【００５４】
［実施例９］
本実施例の有機ＥＬ素子は、光取り出し構造体８の屈折率を２．００にした点が実施例１と異なる。この点を除いては、実施例１と同じ材料を用い、実施例１と同じ構成としている。本実施例のシミュレーションモデルは上述した本発明の必要条件を満たしている。
【００５５】
［実施例１０］
図３は本実施例の有機ＥＬ素子の概略断面図である。本実施例の有機ＥＬ素子は、透明電極６と外部領域１０の間に透明層７を設けたことが実施例１と異なる。この点を除いては、実施例１と同じ材料を用い、実施例１と同じ構成としている。本実施例の透明層７は以下のとおりである。本実施例のシミュレーションモデルは上述した本発明の必要条件を満たしている。
＜透明層７＞
・屈折率：１．８５、吸収なし、厚み：０．８μｍ
【００５６】
（シミュレーション結果）
表１は実施例１乃至１０、比較例１乃至５のシミュレーション結果であり、光取り出し構造体８を設けていない比較例１に対する正面発光強度の比率を示している。以下、表１を参照してシミュレーション結果の比較・評価を行う。
【００５７】
【表１】
【００５８】
（実施例１乃至５、比較例１乃至５のシミュレーション結果の比較・評価）
実施例１乃至５では正面発光強度が比較例１よりも向上している。ここで、表１の実施例１乃至５、比較例２乃至５のシミュレーション結果に基づいて、光取り出し構造体８の傾斜角φ1、φ2と正面発光強度比の関係を図５に示す。図５に示すように、本発明の有機ＥＬ素子は、光取り出し構造体８の傾斜角が２３°以上３３°以下の範囲において、特異的に正面発光強度が向上している。このグラフから、上述した本発明の必要条件を満たすことにより、正面発光強度が大幅に向上することが分かる。また、光取り出し構造体８の傾斜角が２５°以上３０°以下の範囲では、特に正面発光強度が向上しており、傾斜角が２８°の場合には比較例１の３．９倍と大きく向上している。
【００５９】
（実施例６、比較例１のシミュレーション結果の比較・評価）
実施例６では正面発光強度が比較例１の３．６倍に向上している。実施例６のように光取り出し構造体８の傾斜角φ1、φ2の角度が異なった場合でも、上述した本発明の必要条件を満たしている限り正面発光強度を向上させることができる。
【００６０】
（実施例１及び７乃至９、比較例１のシミュレーション結果の比較・評価）
実施例７乃至９では正面発光強度が、実施例１には及ばないが比較例１よりも向上している。ここで、表１の実施例１及び７乃至９、比較例１のシミュレーション結果に基づいて、光取り出し構造体８の屈折率と正面発光強度比の関係を図６に示す。図６に示すように、本発明の有機ＥＬ素子は、光取り出し構造体８の屈折率が１．５０乃至２．００のどの範囲においても、正面発光強度が向上している。また、光取り出し構造体８の屈折率と発光層５の屈折率が同じ場合に、特に正面発光強度が向上している。
【００６１】
（実施例１及び１０、比較例１のシミュレーション結果の比較・評価）
実施例１０では正面発光強度が比較例１の３．８倍に向上しており、実施例１よりも正面発光強度が向上している。これは、透明層７を設けることにより、導波光１１の反射電極３での光吸収を低減することができるからである。
【符号の説明】
【００６２】
１：有機ＥＬ素子、２：基板、３：反射電極、４：有機ＥＬ層、５：発光層、６：透明電極、７：透明層、８：光取り出し構造体、９：傾斜部、９（１）：傾斜部（１）、９（２）：傾斜部（２）、１０：外部領域、１１：導波光、１５：発光領域
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反射電極と、発光層を含む有機ＥＬ層と、透明電極と、該反射電極と該有機ＥＬ層との間に該反射電極から光取り出し側に向かって幅が徐々に細くなる傾斜部を有する凸形状の光取り出し構造体と、を備えた有機ＥＬ素子であって、
前記光取り出し構造体が、前記反射電極上に、発光領域を取り囲むように設けられており、
前記反射電極に垂直な面で切断したときに前記反射電極と前記傾斜部とでつくられる傾斜角の角度が最大になる断面において、該傾斜角の角度が２３°以上３３°以下であることを特徴とする有機ＥＬ素子。
【請求項２】
前記透明電極の光取り出し側に前記発光層の屈折率以上の屈折率を有する透明層が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項３】
前記反射電極に垂直な面で切断したときに、前記光取り出し構造体の最も膜厚の厚い位置が前記反射電極の上に位置し、
前記光取り出し構造体の最も膜厚の厚い位置よりも前記発光領域に近い傾斜面と、前記光取り出し構造体の最も膜厚の厚い位置よりも前記発光領域から遠い傾斜面と、を前記反射電極上に有することを特徴とする請求項１又は２に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項１】
反射電極と、発光層を含む有機ＥＬ層と、透明電極と、該反射電極と該有機ＥＬ層との間に該反射電極から光取り出し側に向かって幅が徐々に細くなる傾斜部を有する凸形状の光取り出し構造体と、を備えた有機ＥＬ素子であって、
前記光取り出し構造体が、前記反射電極上に、発光領域を取り囲むように設けられており、
前記反射電極に垂直な面で切断したときに前記反射電極と前記傾斜部とでつくられる傾斜角の角度が最大になる断面において、該傾斜角の角度が２３°以上３３°以下であることを特徴とする有機ＥＬ素子。
【請求項２】
前記透明電極の光取り出し側に前記発光層の屈折率以上の屈折率を有する透明層が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項３】
前記反射電極に垂直な面で切断したときに、前記光取り出し構造体の最も膜厚の厚い位置が前記反射電極の上に位置し、
前記光取り出し構造体の最も膜厚の厚い位置よりも前記発光領域に近い傾斜面と、前記光取り出し構造体の最も膜厚の厚い位置よりも前記発光領域から遠い傾斜面と、を前記反射電極上に有することを特徴とする請求項１又は２に記載の有機ＥＬ素子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−６５４４１（Ｐ２０１３−６５４４１Ａ）
【公開日】平成２５年４月１１日（２０１３．４．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２０３０５８（Ｐ２０１１−２０３０５８）
【出願日】平成２３年９月１６日（２０１１．９．１６）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月１１日（２０１３．４．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月１６日（２０１１．９．１６）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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