JP2010040448A

JP2010040448A - 有機エレクトロルミネッセンス素子の設計方法

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Publication number: JP2010040448A
Application number: JP2008204824A
Authority: JP
Inventors: Masato Yamana; 正人山名; Masahiro Nakamura; 将啓中村
Original assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2008-08-07
Filing date: 2008-08-07
Publication date: 2010-02-18
Anticipated expiration: 2028-08-07
Also published as: JP5038991B2

Abstract

【課題】有機エレクトロルミネッセンス素子の光透過性電極に、光の反射・屈折角を乱れさせる領域、光透過性の基板が順次積層して設けられる場合の光取り出し効率を、発光源と光反射性電極の表面との間の寸法を広い範囲のなかで設定することで、向上する。
【解決手段】光透過性電極３と光反射性電極２との間に有機発光層４が設けられ、前記光透過性電極３の有機発光層４とは反対側にこの光透過性電極３の屈折率と同等以上の屈折率を有する光透過性の高屈折率基板７が積層した構造を有すると共に有機発光層４の厚みを異ならせた複数の試験用素子１を作製する。各試験用素子１について、高屈折率基板７の表面に光取出し手段８を取り付けた状態で出射光の成分の量を計測する。前記計測結果から導出された前記出射する光の成分の量と有機発光層４の厚みとの間の相関関係に基づいて、有機発光層４の厚みを設計する。
【選択図】図１

Description

本発明は、反射・屈折角を乱れさせる領域を設けて光取り出し効率を向上する場合に、有機エレクトロルミネッセンス素子から出射される光の成分の量が所望の程度になるように有機エレクトロルミネッセンス素子の有機発光層の厚みを設計する有機エレクトロルミネッセンス素子の設計方法に関する。

図７は基板６上に光透過性電極３、ホール輸送層１４、発光層１０、電子輸送層１３、光反射性電極２が順次形成された有機エレクトロルミネッセンス素子Ａを示す。図中の矢印は、光の進路を模式的に示したものである。この図７により従来の有機エレクトロルミネッセンス素子Ａの設計方法を説明する。

特許文献１では、光反射性電極２と、これに隣接する有機層１１（ここでは電子輸送層１３）の界面で光が反射する際には、外面反射であるので反射前後で位相シフトπが生じることを前提とし、発光層１０から基板６側へ向かう光と、発光層１０から光反射性電極２へ向かった後にこの電極２の表面で反射されてから基板６側に向かう光とが干渉して強め合うようにするために、発光層１０における発光源１５と光反射性電極２の表面との間の膜厚ｄに屈折率を乗じて導出される光学膜厚Ｄを光の波長λの１／４の奇数倍と略等しくなるようにし、これにより基板６から正面方向に外部に出射する光の成分の量が極大値となるようにすることができることが開示されている。

しかし、上記特許文献１に記載の方法では、光反射性電極２での反射の際の位相シフトが正確に考慮されておらず、この方法に従って発光源１５から光反射性電極２の表面までの寸法を設計しても、基板６から正面方向に外部へ出射する光の成分の量を極大値とすることができないという問題がある。特許文献２で説明されているように、光反射性電極２の表面で生じる位相シフトはπではなく、有機層１１（電子輸送層１３）の屈折率ｎ₁と消衰係数ｋ₁、並びに光反射性電極２の屈折率ｎ₂と消衰係数ｋ₂に基づき、次の式（１）で表される位相シフトφである。

特許文献２ではこの位相シフトφを考慮して、基板６から外部へ出射する光の成分の量が極大値となるようにするために、発光源１５から電極２の表面までの光学膜厚Ｄが次の式（２）〜（４）を満たすようにすることが記載されている。

２π／９≦φ≦１５π／１８ …（２）
Ｆ＝φ×λ／４π …（３）
０．７３Ｆ≦Ｄ≦１．１５Ｆ …（４）
ただし、上記特許文献１，２に記載された設計方法は、基板６から正面方向に外部へ出射する光の成分の量が極大値となるように発光源１５から光反射性電極２の表面までの光学膜厚Ｄを決定する設計方法である。

ここで、図７において有機エレクトロルミネッセンス素子Ａの発光層１０の発光源１５から斜めに発光した光の伝搬について説明する。実際には光反射性電極２への光も存在するが、ここでは省略する。

屈折率の高い媒質から屈折率の低い媒質へ光が伝搬する場合、その界面では媒質間の屈折率により、スネルの法則から臨界角が決定され、その臨界角以上の光は界面で全反射し、屈折率の高い媒質に閉じ込められ、導波光として失われる。ここで、有機エレクトロルミネッセンス素子Ａに使用される基板６は、優れた透明性、強度、低コスト、ガスバリア性、耐薬品性、耐熱性等の観点から、専らガラスが用いられ、一般的なソーダライムガラス等の屈折率は１．５２程度である。光透過性電極３には酸化インジウムに酸化錫をドープした酸化インジウム錫（ＩＴＯ）や酸化インジウム酸化亜鉛（ＩＺＯ）が、その優れた透明性と電気伝導性から広く用いられている。ＩＴＯやＩＺＯの屈折率は、その組成、成膜方法、結晶構造等により変化するが、ＩＴＯはおよそ１．７〜２．３、ＩＺＯはおよそ１．９〜２．４であり、非常に高屈折率な材料である。また、有機エレクトロルミネッセンス素子Ａの発光層１０やその他の有機層１１を構成する発光材料、電子輸送性材料、ホール輸送性材料等の屈折率は、一般的にベンゼン環をその分子構造内に多く含んだπ共役結合系の材料であるため、屈折率はおよそ１．６〜２．０程度のものが多く、一般的な有機材料に比べて屈折率が高い。

従って、一般的な有機エレクトロルミネッセンス素子Ａにおいては、各層の屈折率の大小関係は、（大気）＜（基板）＜（有機発光層）＜（光透過性電極）となり、有機エレクトロルミネッセンス素子Ａの発光層１０の発光源１５から斜めに広角度に出射した光は、基板６と大気１４の界面及び光透過性電極２と基板６の界面で全反射する。

つまり、図７において、有機発光層４（ホール輸送層１２、発光層１０、電子輸送層１３）の屈折率を１．７、光透過性電極３の屈折率を１．９、基板６の屈折率を１．５２、大気１４の屈折率を１とすると、発光層１０の発光源１５から斜めに出射した光は有機発光層４より光透過性電極３の屈折率の方が高いため全反射が起こらず、光は全て光透過性電極３に到達する。一方、光透過性電極３の屈折率は基板６の屈折率よりも高いため臨界角が存在し、その臨界角は４１°となる。この臨界角以上の入射角で入射する光は光透過性電極３と基板６との界面で全反射して光透過性電極３内に閉じ込められる。また、大気１４の屈折率は基板６の屈折率よりも高いため臨界角が存在し、その臨界角は５３°となる。この臨界角以上の入射角で入射する光は基板６と大気との界面で全反射して基板６内に閉じ込められる。

このように素子内に閉じ込められる導波光を外部へ取り出すための手法として、例えば光透過性電極２の有機発光層４とは反対側に光の反射・屈折角を乱れさせる領域５を設けることが挙げられる。例えば図４に示される有機エレクトロルミネッセンス素子Ａでは基板６の外面側に光の反射・屈折角を乱れさせる領域が設けられ、図５に示される有機エレクトロルミネッセンス素子Ａでは光透過性電極３と基板６との間に光の反射・屈折角を乱れさせる領域５を介在させている。この場合、光の反射・屈折角を乱れさせる領域５ではスネルの法則が崩され、本来光透過性電極３や基板６を導波して失われる光が外部に出射されるようになる。このような光の反射・屈折角を乱れさせる領域５を形成する手法としては、例えば透光性基体上に単粒子層を並べた拡散部材による光拡散層を形成する方法（特許文献３）が挙げられる。

しかし、特許文献２に記載の方法では基板６や光透過性電極３を導波して失われる光の成分は考慮されておらず、このため光の反射・屈折角を乱れさせる領域５を設けて本来失われる光を取り出すようにした場合には、光取出し効率が必ずしも最も高くなるとはいえないという問題がある。

そこで、特許文献４及び特許文献５では、光の反射・屈折角を乱れさせる領域５が形成される場合に、有機エレクトロルミネッセンス素子Ａの発光量を向上するための設計方法が提案されている。この設計方法では、基板６から大気１４へ出射される発光の正面輝度値と５０〜７０°方向の輝度値が次の式（５）の関係を満たすようにし、或いは更に発光源１５と光反射性電極２の表面との間の寸法をｄ、発光層１０に用いている発光材料の蛍光発光スペクトルのピーク波長をλ、発光層１０と光反射性電極２との間の有機層１１の屈折率をｎとした場合に次の式（６）の関係を満たすようにするものである。

（正面輝度値）＜（５０〜７０°方向の輝度値） …（５）
（０．３／ｎ）λ＜ｄ＜（０．５／ｎ）λ …（６）
この設計方法では、正面方向の光は干渉により弱め合うものの、通常は導波光として素子内に閉じ込められる広角度成分の光が強めあい、この光が光の反射・屈折角を乱れさせる領域５によって外部に出射することによって、有機エレクトロルミネッセンス素子Ａの全体的な光の取り出し効率が向上するものである。

しかし、この特許文献４及び特許文献５に記載の方法では、光の反射・屈折角を乱れさせる領域５によって光の取出し効率を向上するにあたり、干渉効果によって変化する光の成分の量の一つの極大値しか利用されない。このため、発光源１５と光反射性電極２の表面との間の寸法を前記極大値とすることができない場合、例えば発光層１０を複数層設ける場合のように発光源１５と光反射性電極２の表面との間の寸法が前記極大値を取り得る寸法を超えざるを得ないような場合にまでは対応することができないという問題がある。

このように、従来は有機エレクトロルミネッセンス素子Ａから出射される光の成分の量が所望の程度になるように素子設計を行うことは困難なものであった。
特開２０００−２４３５７３号公報特開２００４−１６５１５４号公報特開２００１−３５６２０７号公報特開２００４−２９６４２３号公報特開２００４−２９６４２９号公報

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、有機エレクトロルミネッセンス素子の光透過性電極に、光の反射・屈折角を乱れさせる領域、光透過性の基板が順次積層して設けられることで本来基板を導波する光を外部に取り出して光取り出し効率を向上するにあたり、発光源と光反射性電極の表面との間の寸法を広い範囲のなかで設定することで、外部に出射する光の成分の量を向上することができる有機エレクトロルミネッセンス素子の設計方法を提供することを目的とする。

本発明では、光透過性電極３と光反射性電極２との間に有機発光層４が設けられ、前記光透過性電極３の有機発光層４とは反対側に光の反射・屈折角を乱れさせる領域５が設けられた有機エレクトロルミネッセンス素子Ａの設計を行う。

第一の発明では、光透過性電極３と光反射性電極２との間に有機発光層４が設けられ、前記光透過性電極３の有機発光層４とは反対側にこの光透過性電極３の屈折率と同等以上の屈折率を有する光透過性の高屈折率基板７が積層した構造を有すると共に有機発光層４の厚みを異ならせた複数の試験用素子１を作製する。各試験用素子１について、高屈折率基板７の表面に有機発光層４から高屈折率基板７内部に到達した光の略全部を取り出すための光取出し手段８を取り付けた状態で試験用素子１を発光させた場合に前記光取出し手段８から出射する光の成分の量を計測する。前記計測結果から、前記出射する光の成分の量と有機発光層４の厚みとの間の相関関係を導出し、この相関関係に基づいて、有機発光層４の厚みを設計する。

尚、屈折率が同等とは、屈折率差が±０．１以内であることをいう。

第一の発明によれば、試験用素子１において光取出し手段８が使用されると、光透過性電極３に到達した光の殆どが、外部に出射されることとになり、このため、光取出し手段８を介して出射する光の成分の量は、設計対象である有機エレクトロルミネッセンス素子Ａのように反射・屈折角を乱れさせる領域５を設ける場合に出射する光の成分の量とほぼ一致する。このため、光取出し手段８から出射する光の成分の量と有機発光層４の厚みとの間の相関関係に基づいて、この光の成分の量が所望の適宜の値となるように有機発光層４の厚みが決定されれば、出射光の光の成分の量が所望の程度であるような有機エレクトロルミネッセンス素子Ａが設計される。

第二の発明では、光透過性電極３と光反射性電極２との間に有機発光層４が設けられ、前記光透過性電極３の有機発光層４とは反対側に高屈折率基板７が積層した構造を有すると共に有機発光層４の厚みを異ならせた複数の第一の試験用素子１ａを作製する。光透過性電極３と光反射性電極２との間に有機発光層４が設けられ、前記光透過性電極３の有機発光層４とは反対側にこの光透過性電極３の屈折率よりも小さい屈折率を有する光透過性の低屈折率基板９が積層した構造を有すると共に有機発光層４の厚みを異ならせた複数の第二の試験用素子１ｂを作製する。各第一の試験用素子１ａについて、高屈折率基板７の表面に有機発光層４から高屈折率基板７内部に到達した光の略全部を取り出すための光取出し手段８を取り付けた状態で第一の試験用素子１ａを発光させた場合に前記光取出し手段８から出射する光の成分の量を計測し、前記計測結果から、前記出射する光の成分の量と有機発光層４の厚みとの間の相関関係を導出する。各第二の試験用素子１ｂについて、この第二の試験用素子１ｂを発光させた場合に前記低屈折率基板９から出射する光の成分の量を計測し、前記計測結果から、前記出射する光の成分の量と、有機発光層４の厚みとの間の相関関係を導出する。前記二種類の相関関係に基づいて、有機発光層４の厚みを設計する。

第二の発明によれば、第一の試験用素子１ａにおいて光取出し手段８が使用されると、光透過性電極３に到達した光の殆どが、外部に出射されることとになる。一方、第二の試験用素子１ｂについて計測される光の成分の量は、第一の試験用素子１ａについて計測された光の成分の量よりも、低屈折率基板９内の導波光及び光透過性電極３内の導波光の分だけ低減する。このため、第一の試験用素子１ａと第二の試験用素子１ｂについてそれぞれ計測される光の成分の量の差は、第二の試験用素子１ｂにおける低屈折率基板９内の導波光及び光透過性電極３内の導波光の光の成分の量の和と一致し、この値は光の反射・屈折角を乱れさせる領域５が設けられる場合に出射する光の成分の量を反映する。このため、前記二種の相関関係に基づいて、前記光の成分の量の差の値が所望の適宜の値となるように有機発光層４の厚みが決定されれば、出射光の光の成分の量が所望の程度であるような有機エレクトロルミネッセンス素子Ａが設計される。

第三の発明では、光透過性電極３と光反射性電極２との間に有機発光層４が設けられ、前記光透過性電極３の有機発光層４とは反対側に高屈折率基板７が積層した構造を有すると共に有機発光層４の厚みを異ならせた複数の第一の試験用素子１ａを作製する。光透過性電極３と光反射性電極２との間に有機発光層４が設けられ、前記光透過性電極３の有機発光層４とは反対側に低屈折率基板９が積層した構造を有すると共に有機発光層４の厚みを異ならせた複数の第二の試験用素子１ｂを作製する。各第一の試験用素子１ａについて、高屈折率基板７の表面に有機発光層４から高屈折率基板７内部に到達した光の略全部を取り出すための光取出し手段８を取り付けた状態で第一の試験用素子１ａを発光させた場合に前記光取出し手段８から出射する光の成分の量を計測し、前記計測結果から、前記出射する光の成分の量と有機発光層４の厚みとの間の相関関係を導出する。各第二の試験用素子１ｂについて、低屈折率基板９の表面に有機発光層４から低屈折率基板９内部に到達した光の略全部を取り出すための光取出し手段８を取り付けた状態で第二の試験用素子１ｂを発光させた場合に前記光取出し手段８から出射する光の成分の量を計測し、前記計測結果から、前記出射する光の成分の量と、有機発光層４の厚みとの間の相関関係を導出する。前記二種類の相関関係に基づいて、有機発光層４の厚みを設計する。

第三の発明によれば、第一の試験用素子１ａにおいて光取出し手段８が使用されると、光透過性電極３に到達した光の殆どが、外部に出射されることとになる。一方、第二の試験用素子１ｂについて計測される光の成分の量は、第一の試験用素子１ａについて計測された光の成分の量よりも、光透過性電極３内の導波光の分だけ低減する。このため、第一の試験用素子１ａと第二の試験用素子１ｂについてそれぞれ計測される光の成分の量の差は、第二の試験用素子１ｂにおける光透過性電極３内の導波光の光の成分の量の和と一致し、この値は有機エレクトロルミネッセンス素子Ａに光の反射・屈折角を乱れさせる領域５が設けられる場合に出射する光の成分の量を反映する。このため、前記二種の相関関係に基づいて、前記光の成分の量の差の値が所望の適宜の値となるように有機発光層４の厚みが決定されれば、出射光の光の成分の量が所望の程度であるような有機エレクトロルミネッセンス素子Ａが設計される。

第四の発明では、光透過性電極３と光反射性電極２との間に有機発光層４が設けられ、前記光透過性電極３の有機発光層４とは反対側に低屈折率基板９が積層した構造を有すると共に有機発光層４の厚みを異ならせた複数の試験用素子１を作製する。各試験用素子１について、低屈折率基板９の表面に有機発光層４から低屈折率基板９内部に到達した光の略全部を取り出すための光取出し手段８を取り付けた状態で試験用素子１を発光させた場合に前記光取出し手段８から出射する光の成分の量を計測し、前記計測結果から、前記出射する光の成分の量と、有機発光層４の厚みとの間の相関関係を導出する。この相関関係に基づいて、有機発光層４の厚みを設計する。

第四の発明によれば、試験用素子１において光取出し手段８が使用されると、光取出し手段８から出射する光の成分の量は、光取出し手段８が使用されない場合に試験用素子１から出射される光の成分の量と、試験用素子１から出射せずに低屈折率基板９内を導波する光の成分の量とを併せたものと近似し、すなわち設計対象である有機エレクトロルミネッセンス素子Ａのように反射・屈折角を乱れさせる領域５を設ける場合に出射する光の成分の量と近似する。このため、光取出し手段８から出射する光の成分の量と有機発光層４の厚みとの間の相関関係に基づいて、この光の成分の量が所望の適宜の値となるように有機発光層４の厚みが決定されれば、出射光の光の成分の量が所望の程度であるような有機エレクトロルミネッセンス素子Ａが設計される。

第四の発明では、光透過性電極３と光反射性電極２との間に有機発光層２が設けられ、前記光透過性電極３の有機発光層２とは反対側に低屈折率基板９が積層した構造を有すると共に有機発光層２の厚みを異ならせた複数の試験用素子１を作製する。各試験用素子１について、この試験用素子１を発光させた場合に前記低屈折率基板９から出射する光の成分の量を計測し、前記計測結果から、前記出射する光の成分の量と、有機発光層２の厚みとの間の相関関係を導出する。各試験用素子１について、低屈折率基板９の表面に有機発光層２から低屈折率基板９内部に到達した光の略全部を取り出すための光取出し手段８を取り付けた状態で試験用素子１を発光させた場合に前記光取出し手段８から出射する光の成分の量を計測し、前記計測結果から、前記出射する光の成分の量と、有機発光層２の厚みとの間の相関関係を導出する。前記二種類の相関関係に基づいて、有機発光層２の厚みを設計する。

第四の発明によれば、試験用素子１について光取出し手段８が用いられてない場合に計測される光の成分の量は、光透過性電極３に到達した光が全て外部に出射される場合の光の成分の量よりも、低屈折率基板９内の導波光及び光透過性電極３内の導波光の分だけ低減する。一方、試験用素子１について光取出し手段８が用いられた場合に計測される光の成分の量は、光透過性電極３に到達した光が全て外部に出射される場合の光の成分の量よりも、光透過性電極３内の導波光の分だけ低減する。このため前記計測される光の成分の量の差は、低屈折率基板９内の導波光の光の成分の量と一致し、この値は有機エレクトロルミネッセンス素子Ａに光の反射・屈折角を乱れさせる領域５が設けられる場合に出射する光の成分の量を反映する。このため、前記二種の相関関係に基づいて、前記光の成分の量の差の値が所望の適宜の値となるように有機発光層４の厚みが決定されれば、出射光の光の成分の量が所望の程度であるような有機エレクトロルミネッセンス素子Ａが設計される。

これらの発明においては、前記光取出し手段が、この光取出し手段が取り付けられる基板の屈折率と同等の屈折率を有する半球レンズであることが好ましい。

この場合、前記基板に到達した光の殆どを、半球レンズを介して外部に取り出すことができる。

上記の通り、本発明によれば、有機エレクトロルミネッセンス素子の基板に反射・屈折角を乱れさせる領域を設けた場合の出射光の光の成分の量が所望の程度になるようにすることができるものであり、またこのとき有機発光層の広い厚み範囲に亘った相関関係を導出しておけば、広い厚み範囲に亘って有機発光層の厚みを設計することができるものである。

以下、本発明の実施をするための最良の形態について説明する。

［有機エレクトロルミネッセンス素子Ａの構成］
図４及び図５に、本発明によって設計される有機エレクトロルミネッセンス素子Ａの構成の例を示す。

この有機エレクトロルミネッセンス素子Ａは、透明な基板６の一面側に、光透過性電極３、有機発光層４、光反射性電極２が、この順に順次積層成形されている。前記有機発光層４は、発光材料を含む発光層１０を備え、また必要に応じて電子注入層、電子輸送層１３、正孔注入層、ホール輸送層１４等の適宜の有機層１１を備える積層構造を有する。図示の例では、光反射性電極２と発光層１０との間に電子輸送層１３が介在し、光透過性電極３と発光層１０との間にホール輸送層１４が介在している。これらの各層の材質は、有機エレクトロルミネッセンス素子Ａに適用されている適宜のものが採用され、特に制限されない。

また、光透過性電極３の有機発光層４とは反対側には、光の反射・屈折角を乱れさせる領域５が設けられている。

光の反射・屈折角を乱れさせる領域５は、全反射角以上の角度にある光の伝送角が効率良く全反射角以下の伝送角に乱され、素子内部の導波光をより多く外部に出射できるように形成されたものであれば、特に制限されず、従来提案されているものがそのまま適用される。例えば、ポリエステル系樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン系樹脂、シリコーン系樹脂、アクリル系樹脂等の透明材料と、この透明材料中に分散分布すると共にこの透明材料中とは異なる屈折率を有するシリカ粒子、チタニア粒子、ジルコニア粒子、プラスチック粒子、液晶粒子等の粒子や気泡などにより、光の反射・屈折角を乱れさせる領域５が形成される。

また、透明な基板６は、適宜のガラス基板６や樹脂基板６等で形成される。この基板６は、通常は光透過性電極３よりも低い屈折率を有する材質で形成される。

図４に示す例では、光透過性電極３の有機発光層４とは反対側には、光透過性の基板６と光の反射・屈折角を乱れさせる領域５とが、順次積層して設けられている。

このような構成を有する有機エレクトロルミネッセンス素子Ａでは、基板６に到達した光の殆どは全反射せず光の反射・屈折角を乱れさせる領域５で拡散し、この光の殆どは光の反射・屈折角を乱れさせる領域５を介して外部に出射する。従って、本来基板６内を導波する光が外部に出射して、発光量が増大する。

また、図５に示す例では、光透過性電極３の有機発光層４とは反対側には、光の反射・屈折角を乱れさせる領域５と、光透過性の基板６が、順次積層して設けられている。光透過性電極３と光の反射・屈折角を乱れさせる領域５とは、直接接触していても良いが、光透過性電極３と光の反射・屈折角を乱れさせる領域５との間に、光透過性電極３の屈折率と同等以上の屈折率を有する透明な基板が介在していても良い。このような高屈折率の基板は、光透過性電極３の有する屈折率に応じて適宜の材質から形成されるが、例えば高屈折率の光学ガラスから形成される。高屈折率の光学ガラスとしては、例えばＳｉＯ₂を１〜６重量％、Ｂ₂Ｏ₃を１６〜２５重量％、ＣａＯを１３〜２０重量％、ＺｒＯ₂を１〜８重量％、Ｌａ₂Ｏ₃を２０〜２９重量％、ＴｉＯ₂を１３〜１６重量％、Ｎｂ₂Ｏ₅を１０〜２０重量％、ＳｎＯを０．０１〜１重量％、Ｓｂ₂Ｏ₃を０．０１〜１重量％の範囲で含有するものが挙げられる。また、前記成分に加えて、更にＢａＯとＫ₂Ｏのうち少なくとも一方を含有すると共に、ＢａＯとＫ₂Ｏの含有量が共に２重量％以下であるような高屈折率の光学ガラスも挙げられる。

このような構成を有する有機エレクトロルミネッセンス素子Ａでは、光透過性電極３に到達した光の殆どは全反射せず光の反射・屈折角を乱れさせる領域５で拡散し、この光の殆どは光の反射・屈折角を乱れさせる領域５を介して基板６に到達し、更に外部に出射する。従って、本来光透過性電極３内を導波する光が外部に出射して、発光量が増大する。

尚、図１〜５に示される矢印は、光の進路を模式的に示したものである。

［第一の実施形態］
有機エレクトロルミネッセンス素子Ａの設計にあたっては、図１に示されるように、光反射性電極２、有機発光層４、光透過性電極３、高屈折率基板７がこの順に積層した構造を有する複数の試験用素子１が作製される。光反射性電極２、有機発光層４、光透過性電極３としては、設計対象である有機エレクトロルミネッセンス素子Ａと同じ材質を有するものが形成される。但し、有機発光層４の厚み寸法は、複数の各試験用素子１ごとに異なる。

また、高屈折率基板７は、光透過性電極３の屈折率と同等以上の屈折率を有する透明な基板６である。この高屈折率基板７は、光透過性電極３の有する屈折率に応じて適宜の材質から形成されるが、例えば高屈折率の光学ガラスから形成される。高屈折率の光学ガラスとしては、例えばＳｉＯ₂を１〜６重量％、Ｂ₂Ｏ₃を１６〜２５重量％、ＣａＯを１３〜２０重量％、ＺｒＯ₂を１〜８重量％、Ｌａ₂Ｏ₃を２０〜２９重量％、ＴｉＯ₂を１３〜１６重量％、Ｎｂ₂Ｏ₅を１０〜２０重量％、ＳｎＯを０．０１〜１重量％、Ｓｂ₂Ｏ₃を０．０１〜１重量％の範囲で含有するものが挙げられる。また、前記成分に加えて、更にＢａＯとＫ₂Ｏのうち少なくとも一方を含有すると共に、ＢａＯとＫ₂Ｏの含有量が共に２重量％以下であるような高屈折率の光学ガラスも挙げられる。

ここで、有機エレクトロルミネッセンス素子Ａから出射される光の成分の量には、発光層１０内の発光源１５から基板６側に向けて出射される光と、この発光源１５から光反射性電極２へ向けて出射された後、この電極表面で基板６側に向けて反射する光による多重干渉が大きく影響を及ぼす。

そこで、互いに厚みの異なる有機発光層４を備える複数の試験用素子１としては、発光層１０よりも光反射性電極２側に設けられている有機層１１の厚みが異なるなど、有機発光層４中の発光源１５と光反射性電極２との間の寸法が異なる複数の試験用素子１が作製されることが好ましい。例えば図２に示す構成の有機発光層４における電子輸送層１３の厚みが異なる複数の試験用素子１が作製される。

このように作製された各試験用素子１について、図１に示すように有機発光層４から高屈折率基板７の内部に到達する光を取り出すための光取出し手段８が、高屈折率基板７の表面に取り付けられ、この状態で電極１，２間に電圧が印加され、試験用素子１を発光させる。このとき光取出し手段８から出射する光の成分の量が計測される。

光取出し手段８としては、有機発光層４から高屈折率基板７の内部に到達した光の略全部を取り出す機能を有するものが使用される。このとき、好ましくは高屈折率基板７の内部に到達した光の８０％以上を取り出すことが可能な光取出し手段８が使用される。

上記光取出し手段８としては適宜のものが挙げられるが、例えば高屈折率基板７の屈折率と同等の屈折率を有する半球レンズ８ａが用いられる。例えば高屈折率基板７と同一の材質で形成された半球レンズ８ａが用いられる。この半球レンズ８ａは一面側が平面に形成され、他面側が球面に形成されている。この半球レンズ８ａは、一般には球面側から入射した光を集光するレンズとして用いられるが、本実施形態では半球レンズ８ａの平面側が高屈折率基板７の表面と密接するように取り付けられ、この平面側から入射した光を球面側から出射させる。半球レンズ８ａが取り付けられていない場合には、例えば高屈折率基板７の屈折率が１．５とすると本来はスネルの法則により高屈折率基板７から大気１４側へ出射する光の臨界角は約４２°となり、入射角θが臨界角よりも小さい光が大気１４側に出射されると共に、入射角θが臨界角よりも大きい光は高屈折率基板７と大気１４との界面で全反射して高屈折率基板７内を導波して失われる。これに対して、前記半球レンズ８ａが取り付けられていると、本来全反射するはずの光も半球レンズ８ａへ入射される。また半球レンズ８ａへ入射した光は球面側から出射するため、半球レンズ８ａから大気１４への入射角が小さくなり、半球レンズ８ａへ入射した光の殆どが球面側から大気１４に出射される。

この半球レンズ８ａは、高屈折率基板７の端面側から出射する入射角の大きい光の成分が半球レンズ８ａ内に入射するために、十分な寸法を有することが好ましい。例えば、高屈折率基板７の厚みが０．７ｍｍ、一辺の長さがＬである場合、高屈折率基板７の端部から半球レンズ８ａへ入射角８９°の光までもが入射するためには、半球レンズ８ａが２×０．７×ｔａｎ８９°＋Ｌ＝８０＋Ｌ（ｍｍ）又はそれよりも大きい直径を有することが好ましい。

半球レンズ８ａの取り付け時には、高屈折率基板７の表面に直接半球レンズ８ａが配置されても良いが、半球レンズ８ａと高屈折率基板７との間に高屈折率基板７の屈折率と同一又は近似する屈折率を有する適宜のマッチングオイルが介在しても良い。マッチングオイルが使用されると、半球レンズ８ａと高屈折率基板７との間の空気が介在が抑制され、空気の介在による半球レンズ８ａへの入射光が減少が抑制される。マッチングオイルとしては例えば脂肪族炭化水素系溶剤等が使用される。このマッチングオイルの屈折率は、高屈折率基板７の屈折率に対して±０．０５の範囲であることが好ましく、また±０．０１の範囲であれば更に好ましい。

半球レンズ８ａから出射される光の成分の量は、例えば積分球を用い、輝度計やＰＭＡ等により計測される。光の成分の量としては、必要に応じて光のエネルギー（放射束）、光束、光子数等から適宜選択されたものが計測される。各種の光の成分の量を計測するにあたっては、エネルギー（放射束）を直接的に計測し、このエネルギーをｃｈν（ｃ：光速、ｈ：プランク定数、ν：波長の逆数）で除した結果を光子数として導出することもでき、またこのエネルギーからＣＩＥ標準比視感度と最大視感度とに基づいて光束を導出することもできる。

また、光取出し手段８としては上記半球レンズ８ａのほか、適宜のものが使用される得る。例えば基板６と同一又は近似する屈折率を有するマッチングオイルの浴中に試験用素子１と光の成分の量を計測する装置（例えば輝度計やＰＭＡ等）を浸すことでこのマッチングオイルを光取出し手段８として用い、この状態で試験用素子１を発光させて、その発光を計測しても良い。また、光取出し手段８として、高屈折率基板７の表面に半球レンズ８ａに代えて高屈折率基板７の屈折率と同等の屈折率を有するプリズムが取り付けられても良い。

このような手法により複数の試験用素子１ごとに、光取出し手段８から出射する光の成分の量が計測されることで、この光取出し手段８から出射する光の成分の量と有機発光層４の厚みとの間の相関関係が導出される。この相関関係に基づいて、有機エレクトロルミネッセンス素子Ａの設計が為される。

ここで、試験用素子１において光取出し手段８が使用されると、有機発光層４から光透過性電極３に到達した光は、高屈折率基板７との界面で全反射することなく高屈折率基板７内に到達し、更に高屈折率基板７内に到達した光の殆どが光取出し手段８を介して外部に出射する。すなわち、光透過性電極３に到達した光の殆どが、外部に出射されることとになる。このため、光取出し手段８を介して出射する光の成分の量は、設計対象である有機エレクトロルミネッセンス素子Ａのように反射・屈折角を乱れさせる領域５を設ける場合に出射する光の成分の量を反映する。

このため、光取出し手段８から出射する光の成分の量と有機発光層４の厚みとの間の相関関係に基づいて、この光の成分の量が所望の適宜の値となるように有機発光層４の厚みが決定されれば、出射光の光の成分の量が所望の程度であるような有機エレクトロルミネッセンス素子Ａが設計される。

［第二の実施形態］
本実施形態では、図１に示される複数の第一の試験用素子１ａと、図２に示される複数の第二の試験用素子１ｂとが作製される。複数の第一の試験用素子１ａは、第一の実施形態における試験用素子１と同一である。

複数の第二の試験用素子１ｂは、光反射性電極２、有機発光層４、光透過性電極３、低屈折率基板９がこの順に積層した構造を有する。光反射性電極２、有機発光層４、及び光透過性電極３としては、設計対象である有機エレクトロルミネッセンス素子Ａと同じ材質を有するものが形成される。但し、有機発光層４の厚み寸法は、複数の各第二の試験用素子１ｂごとに異なる。

また、低屈折率基板９は、光透過性電極３の屈折率よりも小さい屈折率を有する透明な基板６である。この低屈折率基板９は、光透過性電極３の有する屈折率に応じて適宜の材質から形成されるが、例えば有機エレクトロルミネッセンス素子Ａの基板６として通常使用されるガラス基板６や樹脂基板６が挙げられる。

第二の試験用素子１ｂについても、第一の試験用素子１ａと同様に、発光層１０よりも光反射性電極２側に設けられている有機層１１の厚みが異なるなど、有機発光層４中の発光源１５と光反射性電極２との間の寸法が異なる複数の第二の試験用素子１ｂが作製されることが好ましい。例えば図２に示す構成の有機発光層４における電子輸送層１３の厚みが異なる複数の第二の試験用素子１ｂが作製される。

第一の試験用素子１ａについては、第一の実施形態における試験用素子１の場合と同様にして、光取出し手段８が使用される場合での、光取出し手段８から出射する光の成分の量と有機発光層４の厚みとの間の相関関係が導出される。

第二の試験用素子１ｂについては、光取出し手段８が使用されないこと以外は第一の実施形態における試験用素子１の場合と同様にして、低屈折率基板９から出射する光の成分の量が計測され、前記計測結果に基づき、低屈折率基板９から出射する光の成分の量と有機発光層４の厚みとの間の相関関係が導出される。

上記各相関関係に基づき、第一の試験用素子１ａと第二の試験用素子１ｂについてそれぞれ計測される光の成分の量の差の値と、有機発光層４の厚みとの間の相関関係が導出される。

第二の試験素子では、光透過性電極３と低屈折率基板９との界面で広角度成分の光の全反射が生じ、且つ低屈折率基板９と大気１４との界面でも広角度成分の光の全反射が生じる。このため、第二の試験用素子１ｂについて計測される光の成分の量は、第一の試験用素子１ａについて計測された光の成分の量よりも、低屈折率基板９内の導波光及び光透過性電極３内の導波光の分だけ低減する。このため、第一の試験用素子１ａと第二の試験用素子１ｂについてそれぞれ計測される光の成分の量の差は、第二の試験用素子１ｂにおける低屈折率基板９内の導波光及び光透過性電極３内の導波光の光の成分の量の和と一致する。すなわちこの差の値は、設計対象の有機エレクトロルミネッセンス素子Ａにおいて光の反射・屈折角を乱れさせる領域５が設けられない場合の、素子内部に閉じ込められる光の成分の量と近似する。

光の反射・屈折角を乱れさせる領域５が設けられない場合に素子内を導波して失われる光の成分の量は、素子から出射される光の成分の量よりも多いため、上記のようにして導出される第一の試験用素子１ａと第二の試験用素子１ｂについてそれぞれ計測される光の成分の量の差は、光取出し手段８が設けられない場合に有機エレクトロルミネッセンス素子Ａから出射する光の成分の量よりも、光の反射・屈折角を乱れさせる領域５が設けられる場合に出射する光の成分の量を反映している。

従って、第一の試験用素子１ａと第二の試験用素子１ｂについてそれぞれ計測される光の成分の量の差の値と、有機発光層４の厚みとの間の相関関係に基づいて、この差の値が所望の適宜の値となるように有機発光層４の厚みが決定されれば、出射光の光の成分の量が所望の程度であるような有機エレクトロルミネッセンス素子Ａが設計される。

［第三の実施形態］
本実施形態では、図１に示される複数の第一の試験用素子１ａと、図３に示される複数の第二の試験用素子１ｂとが作製される。複数の第一の試験用素子１ａは、第一の実施形態における試験用素子１並びに第二の実施形態における第一の試験用素子１ａと同一の構成を有し、複数の第二の試験用素子１ｂは、第二の実施形態における第二の試験用素子１ｂと同一の構成を有する。

第二の試験用素子１ｂについても、第一の試験用素子１ａと同様に光取出し手段８が使用される場合での、光取出し手段８から出射する光の成分の量と有機発光層４の厚みとの間の相関関係が導出される。

第二の試験用素子１ｂについては、光取出し手段８は有機発光層４から低屈折率基板９の内部に到達する光を取り出すために使用される。光取出し手段８としては、有機発光層４から低屈折率基板９の内部に到達した光の略全部を取り出す機能を有するものが使用される。好ましくは低屈折率基板９の内部に到達した光の８０％以上を取り出すことが可能な光取出し手段８が使用される。この光取出し手段８としては、第一の試験用素子１ａの場合と同様に、半球レンズ８ａ、マッチングオイルの浴、プリズム等の適宜のものが使用される。但し、第二の試験用素子１ｂに対しては、低屈折率基板９の屈折率と同等の屈折率を有する半球レンズ８ａ等が使用される。

第二の試験素子では、光取出し手段８が用いられる場合、光透過性電極３と低屈折率基板９との界面で広角度成分の光の全反射が生じるが、低屈折率基板９に到達した光の殆どは光取出し手段８を介して外部に出射する。このため、第二の試験用素子１ｂについて計測される光の成分の量は、第一の試験用素子１ａについて計測された光の成分の量よりも、光透過性電極３内の導波光の分だけ低減する。このため、第一の試験用素子１ａと第二の試験用素子１ｂについてそれぞれ計測される光の成分の量の差は、第二の試験用素子１ｂにおける光透過性電極３内の導波光の光の成分の量とほぼ一致する。この差の値は、有機エレクトロルミネッセンス素子Ａに光の反射・屈折角を乱れさせる領域５が設けられる場合に出射する光の成分の量をよく反映している。

［第四の実施形態］
本実施形態では、図３に示される複数の試験用素子１が作製される。この複数の試験用素子１は、第二及び第三の実施形態における第二の試験用素子１ｂと同一である。

この試験用素子１について、第二の実施形態における第二の試験用素子１ｂの場合と同様にして、低屈折率基板９から出射する光の成分の量と有機発光層４の厚みとの相関関係が導出される。

また、この試験用素子に１について、第三の実施形態における第二の試験用素子１ｂの場合と同様にして、光取出し手段８から出射する光の成分の量と有機発光層４の厚みとの相関関係が導出される。

上記試験素子では、光取出し手段８が使用されない場合、光透過性電極３と低屈折率基板９との界面で広角度成分の光の全反射が生じ、且つ低屈折率基板９と大気１４との界面でも広角度成分の光の全反射が生じる。このため、計測される光の成分の量は、光透過性電極３に到達した光が全て外部に出射される場合の光の成分の量よりも、低屈折率基板９内の導波光及び光透過性電極３内の導波光の分だけ低減する。一方、試験用素子１に対して光取出し手段８が使用された場合では、光透過性電極３と低屈折率基板９との界面で広角度成分の光の全反射が生じるが、低屈折率基板９に到達した光の殆どは光取出し手段８を介して外部に出射する。このため、計測される光の成分の量は、光透過性電極３に到達した光が全て外部に出射される場合の光の成分の量よりも、光透過性電極３内の導波光の分だけ低減する。

このため、光取出し手段８が使用される場合と使用されない場合でそれぞれ計測される光の成分の量の差は、光取出し手段８が使用されない場合での試験用素子１における低屈折率基板９内の導波光の光の成分の量とほぼ一致する。この差の値は、有機エレクトロルミネッセンス素子Ａに光の反射・屈折角を乱れさせる領域５が設けられる場合に出射する光の成分の量をよく反映している。

従って、試験用素子１につき、光取出し手段８が使用される場合と使用されない場合でそれぞれ計測される光の成分の量の差の値と、有機発光層４の厚みとの間の相関関係に基づいて、この差の値が所望の適宜の値となるように有機発光層４の厚みが決定されれば、出射光の光の成分の量が所望の程度であるような有機エレクトロルミネッセンス素子Ａが設計される。

以上の各実施形態では、各相関関係が有機発光層４の広い厚み範囲において導出されていれば、各相関関係における極大値として第一の極大値だけでなく、第二の極大値或いは第三以降の極大値といった複数の極大値と、有機発光層４の厚みとの関係も導出される。このため、複数の極大値のうちのいずれかの値又はその近傍の値をとるように、有機発光層４の厚みが設計されることで、有機エレクトロルミネッセンス素子Ａから出射される光の成分の量が向上する。

また、上記のように各相関関係において極大値又はその近傍をとるようにするだけでなく、この値が適宜の値をとるように有機発光層４の厚みを設計することもできる。

また、有機エレクトロルミネッセンス素子Ａの構成によっては有機発光層４の厚みが制限される場合がある。その具体的な例としては、有機エレクトロルミネッセンス素子Ａが複数の発光層１０を含むことで、この有機エレクトロルミネッセンス素子Ａの各発光層１０から光反射性電極２までの寸法の範囲が一定の範囲に制限される場合が挙げられる。このような場合であっても、上記各実施形態では有機発光層４の厚み設計が広い範囲でなされるので、各発光層１０ごとに、光反射性電極２までの寸法の制限範囲内で、各相関関係において極大値又はその近傍をとるように、或いはこのような値でなくても前記制限範囲内で最も高い値をとるなどのように充分に大きい値をとるように、有機発光層４の厚みの設計を行うことができる。

ここで、複数の発光層１０から発せられる光の成分のうち、全ての発光層１０からの発光について、各相関関係において極大値をとるように厚み設計をすると、光の取り出し効率を非常に高くすることができるが、少なくとも一つの発光層１０からの発光について極大値をとるようにすれば、光の取り出し効率の向上に寄与することができる。また、いずれの発光層１０からの発光についても極大値をとることができない場合でも、上述のように有機エレクトロルミネッセンスから出射される光の成分の量が所望の量となるように有機発光層４の厚みを設計することができる。

以下に、実施例として、有機エレクトロルミネッセンス素子Ａの設計方法の具体例を示す。

［試験用素子１の作製］
第一の試験用素子１ａとして、膜厚０．７ｍｍの高屈折率ガラス製の高屈折率基板７上に、ＩＴＯからなる光透過性電極３、α−ＮＰＤからなるホール輸送層１４、ルブレン（Ｒｕｂｒｅｎｅ）を６重量％ドープしたＡｌｑ３からなる発光層１０、下記［化１］に示されるＴｍＰｙＰｈＢからなる電子輸送層１３、Ａｌからなる光反射性電極２を積層した複数の素子を作製した。

各第一の試験用素子１ａは、光透過性電極３の厚みが膜厚１５０ｎｍ、ホール輸送層１４の厚みが４０ｎｍ、発光層１０の厚みが３０ｎｍ、光反射性電極２の厚みが８０ｎｍであり、電子輸送層１３の厚みは１０〜５００ｎｍの範囲で１０ｎｍ刻みで変化させた。

第二の試験用素子１ｂとして、高屈折率基板７に代えて低屈折率基板９を用いた以外は第一の試験用素子１ａと同一の構成の複数の素子を作製した。

［光束の計測］
第一の試験用素子１ａの高屈折率基板７の表面に、脂肪族炭化水素系溶剤からなるマッチングオイルを介して半球レンズ８ａを取り付けた。この状態で第一の試験用素子１ａを発光させ、半球レンズ８ａから出射される光の光束を計測した。

また、第二の試験素子を半球レンズ８ａを取り付けることなく発光させ、低屈折率基板９から出射される光の光束を計測した。

また、第二の試験用素子１ｂの低屈折率基板９の表面に、脂肪族炭化水素系溶剤からなるマッチングオイルを介して半球レンズ８ａを取り付けた。この状態で第二の試験用素子１ｂを発光させ、半球レンズ８ａから出射される光の光束を計測した。

その結果を図６に示す。図中の「▲」は第一の試験用素子１ａについての計測結果を、「■」は半球レンズ８ａが使用されない場合での第二の試験用素子１ｂについての計測結果を、「△」は半球レンズ８ａが使用される場合での第二の試験素子についての計測結果を、それぞれ示す。また、図６の横軸は、電子輸送層１３と発光層１０の厚みとを合計した膜厚を示している。

［実施例１］
第一の試験用素子１ａについての計測結果によれば、電子輸送層１３と発光層１０の厚みとを合計した膜厚が１００ｎｍの場合に光束の第一の極大値が現れ、前記膜厚が２８０ｎｍの場合に光束の第二の極大値が現れ、前記膜厚が４５０ｎｍの場合に光束の第三の極大値が現れる。

第一の試験用素子１ａでは、高屈折率基板７に到達した光の殆どが半球レンズ８ａから出射されるため、この計測結果に基づいて、光の反射・屈折角を乱れさせる領域５を有する有機エレクトロルミネッセンス素子Ａの有機発光層４の膜厚を、第一の試験用素子１ａについての光束の計測値が極大値となる膜厚に設計すれば、有機エレクトロルミネッセンス素子Ａから出射される光束を増大させることができる。

また、半球レンズ８ａから出射される光束の極大値の近傍においても、この光束は充分に大きな値を有しているため、この極大値を中心とした範囲で有機発光層４の厚みを設計しても、有機エレクトロルミネッセンスから出射される光束を充分に大きくすることができる。

例えば、有機エレクトロルミネッセンス素子Ａにおける電子輸送層１３と発光層１０の厚みを合計した膜厚を、前記計測値が第一の極大値をとる１００ｎｍの値に設定することができる。

これに対して、例えば従来行われていたように半球レンズ８ａが使用されない場合での第二の試験用素子１ｂについての計測結果のみに基づいて有機エレクトロルミネッセンス素子Ａの設計が行われる場合には、電子輸送層１３と発光層１０の厚みとを合計した膜厚が７０ｎｍの場合に光束の第一の極大値が現れる。このように膜厚が７０ｎｍと設計される場合に有機エレクトロルミネッセンス素子Ａから出射される光束に対して、本実施例によって膜厚が１００ｎｍに設計される場合に出射される光束は、第一の試験用素子１ａについての光束の計測値に基づけば約１．１１倍も大きくなる。このことから、本実施例では有機エレクトロルミネッセンスから出射する光束がより増大することが確認できる。

［実施例２］
第一の試験用素子１ａについての光束の計測結果と、半球レンズ８ａが使用されない場合の第二の試験用素子１ｂについての光束の計測結果との差を、図６中に「×」で示す。この差の値は、設計対象の有機エレクトロルミネッセンス素子Ａにおいて光の反射・屈折角を乱れさせる領域５が設けられない場合の、素子内部に閉じ込められる光の成分の量と近似する。この差の値に基づいて、例えば光の反射・屈折角を乱れさせる領域５を有する有機エレクトロルミネッセンス素子Ａの有機発光層４の膜厚を、前記差の値が極大値、あるいはその近傍の値となる膜厚に設計すれば、有機エレクトロルミネッセンス素子Ａから出射される光束を増大させることができる。

例えば、前記差の値の第一の極大値は、電子輸送層１３と発光層１０の厚みとを合計した膜厚が１１０ｎｍの場合に現れる。この結果に基づいて、有機エレクトロルミネッセンス素子Ａの電子輸送層１３と発光層１０の厚みとを合計した膜厚を１１０ｎｍに設計することができる。

これに対して、例えば従来行われていたように半球レンズ８ａが使用されない場合での第二の試験用素子１ｂについての計測結果のみに基づいて有機エレクトロルミネッセンス素子Ａの設計が行われる場合には、電子輸送層１３と発光層１０の厚みとを合計した膜厚が７０ｎｍの場合に光束の第一の極大値が現れる。このように膜厚が７０ｎｍと設計される場合に有機エレクトロルミネッセンス素子Ａから出射される光束に対して、本実施例によって膜厚が１１０ｎｍに設計される場合に出射される光束は、第一の試験用素子１ａについての光束の計測値に基づけば約１．０８倍も大きくなる。このことから、本実施例では有機エレクトロルミネッセンスから出射する光束がより増大することが確認できる。

［実施例３］
第一の試験用素子１ａについての光束の計測結果と、半球レンズ８ａが使用される場合の第二の試験用素子１ｂについての光束の計測結果との差を、図６中に「○」で示す。この差の値は、第二の試験用素子１ｂにおける光透過性電極３内の導波光の光の成分の量と一致する。この差の値に基づいて、例えば光の反射・屈折角を乱れさせる領域５を有する有機エレクトロルミネッセンス素子Ａの有機発光層４の膜厚を、前記差の値が極大値、或いはその近傍の値となる膜厚に設計すれば、有機エレクトロルミネッセンス素子Ａから出射される光束を増大させることができる。

例えば、前記差の値の第二の極大値は、電子輸送層１３と発光層１０の厚みとを合計した膜厚が４６０ｎｍの場合に現れる。この結果に基づいて、有機エレクトロルミネッセンス素子Ａの電子輸送層１３と発光層１０の厚みとを合計した膜厚を４６０ｎｍに設計することができる。

これに対して、例えば従来行われていたように半球レンズ８ａが使用されない場合での第二の試験用素子１ｂについての計測結果のみに基づいて有機エレクトロルミネッセンス素子Ａの設計が行われる場合には、電子輸送層１３と発光層１０の厚みとを合計した膜厚が４３０ｎｍの場合に光束の第三の極大値が現れる。このように膜厚が４３０ｎｍと設計される場合に有機エレクトロルミネッセンス素子Ａから出射される光束に対して、本実施例によって膜厚が４６０ｎｍに設計される場合に出射される光束は、第一の試験用素子１ａについての光束の計測値に基づけば約１．０２倍大きくなる。このことから、本実施例では有機エレクトロルミネッセンスから出射する光束がより増大することが確認できる。

［実施例４］
半球レンズ８ａが使用される場合の第二の試験用素子１ｂについての光束の計測結果（△）と、半球レンズ８ａが使用されない場合の第二の試験用素子１ｂについての光束の計測結果（■）との差を、図６中に「●」で示す。この差の値は、第二の試験用素子１ｂにおける低屈折基板９内を導波する光の成分の量と一致する。この差の値に基づいて、例えば光の反射・屈折角を乱れさせる領域５を有する有機エレクトロルミネッセンス素子Ａの有機発光層４の膜厚を、前記差の値が極大値、或いはその近傍の値となる膜厚に設計すれば、有機エレクトロルミネッセンス素子Ａから出射される光束を増大させることができる。

これに対して、例えば従来行われていたように半球レンズ８ａが使用されない場合での第二の試験用素子１ｂについての計測結果のみに基づいて有機エレクトロルミネッセンス素子Ａの設計が行われる場合には、電子輸送層１３と発光層１０の厚みとを合計した膜厚が７０ｎｍの場合に光束の第一の極大値が現れる。このように膜厚が７０ｎｍと設計される場合に有機エレクトロルミネッセンス素子Ａから出射される光束に対して、本実施例によって膜厚が１１０ｎｍに設計される場合に出射される光束は、第一の試験用素子１ａについての光束の計測値に基づけば１．０８倍も大きくなる。このことから、本実施例では有機エレクトロルミネッセンスから出射する光束がより増大することが確認できる。

本発明の第一の実施形態で使用される試験用素子、並びに本発明の第二及び第三の実施形態で使用される第一の試験用素子の一例を示す概略の断面図である。本発明の第二の実施形態で使用される第二の試験用素子の一例を示す概略の断面図である。本発明の第三の実施形態で使用される第二の試験用素子、及び本発明の第四の実施形態で使用される試験用素子の一例を示す概略の断面図である。本発明の各実施形態によって設計される有機エレクトロルミネッセンス素子の構成の一例を示す概略の断面図である。本発明の各実施形態によって設計される有機エレクトロルミネッセンス素子の構成の他例を示す概略の断面図である。有機発光層の厚みを異ならせた場合の、試験用素子から出射される光束の計測結果を示すグラフである。光の反射・屈折角を乱れさせる領域が設けられていない有機エレクトロルミネッセンス素子の構成の一例を示す概略の断面図である。

符号の説明

Ａ有機エレクトロルミネッセンス素子
１試験用素子
１ａ第一の試験用素子
１ｂ第二の試験用素子
２光反射性電極
３光透過性電極
４有機発光層
５光の反射・屈折角を乱れさせる領域
６基板
７高屈折率基板
８光取出し手段
８ａ半球レンズ
９低屈折率基板

Claims

光透過性電極と光反射性電極との間に有機発光層が設けられ、光透過性電極の有機発光層とは反対側に光の反射・屈折角を乱れさせる領域が設けられた有機エレクトロルミネッセンス素子の設計方法であって、
光透過性電極と光反射性電極との間に有機発光層が設けられ、前記光透過性電極の有機発光層とは反対側にこの光透過性電極の屈折率と同等以上の屈折率を有する光透過性の高屈折率基板が積層した構造を有すると共に有機発光層の厚みを異ならせた複数の試験用素子を作製し、
各試験用素子について、高屈折率基板の表面に有機発光層から高屈折率基板内部に到達した光の略全部を取り出すための光取出し手段を取り付けた状態で試験用素子を発光させた場合に前記光取出し手段から出射する光の成分の量を計測し、前記計測結果から、前記出射する光の成分の量と有機発光層の厚みとの間の相関関係を導出し、
この相関関係に基づいて、有機発光層の厚みを設計することを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子の設計方法。
光透過性電極と光反射性電極との間に有機発光層が設けられ、光透過性電極の有機発光層とは反対側に光の反射・屈折角を乱れさせる領域が設けられた有機エレクトロルミネッセンス素子の設計方法であって、
光透過性電極と光反射性電極との間に有機発光層が設けられ、前記光透過性電極の有機発光層とは反対側にこの光透過性電極の屈折率と同等以上の屈折率を有する光透過性の高屈折率基板が積層した構造を有すると共に有機発光層の厚みを異ならせた複数の第一の試験用素子を作製し、
光透過性電極と光反射性電極との間に有機発光層が設けられ、前記光透過性電極の有機発光層とは反対側にこの光透過性電極の屈折率よりも小さい屈折率を有する光透過性の低屈折率基板が積層した構造を有すると共に有機発光層の厚みを異ならせた複数の第二の試験用素子を作製し、
各第一の試験用素子について、高屈折率基板の表面に有機発光層から高屈折率基板内部に到達した光の略全部を取り出すための光取出し手段を取り付けた状態で第一の試験用素子を発光させた場合に前記光取出し手段から出射する光の成分の量を計測し、前記計測結果から、前記出射する光の成分の量と有機発光層の厚みとの間の相関関係を導出し、
各第二の試験用素子について、この第二の試験用素子を発光させた場合に前記低屈折率基板から出射する光の成分の量を計測し、前記計測結果から、前記出射する光の成分の量と、有機発光層の厚みとの間の相関関係を導出し、
前記二種類の相関関係に基づいて、有機発光層の厚みを設計することを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子の設計方法。
光透過性電極と光反射性電極との間に有機発光層が設けられ、光透過性電極の有機発光層とは反対側に光の反射・屈折角を乱れさせる領域が設けられた有機エレクトロルミネッセンス素子の設計方法であって、
光透過性電極と光反射性電極との間に有機発光層が設けられ、前記光透過性電極の有機発光層とは反対側にこの光透過性電極の屈折率と同等以上の屈折率を有する光透過性の高屈折率基板が積層した構造を有すると共に有機発光層の厚みを異ならせた複数の第一の試験用素子を作製し、
光透過性電極と光反射性電極との間に有機発光層が設けられ、前記光透過性電極の有機発光層とは反対側にこの光透過性電極の屈折率よりも小さい屈折率を有する光透過性の低屈折率基板が積層した構造を有すると共に有機発光層の厚みを異ならせた複数の第二の試験用素子を作製し、
各第一の試験用素子について、高屈折率基板の表面に有機発光層から高屈折率基板内部に到達した光の略全部を取り出すための光取出し手段を取り付けた状態で第一の試験用素子を発光させた場合に前記光取出し手段から出射する光の成分の量を計測し、前記計測結果から、前記出射する光の成分の量と有機発光層の厚みとの間の相関関係を導出し、
各第二の試験用素子について、低屈折率基板の表面に有機発光層から低屈折率基板内部に到達した光の略全部を取り出すための光取出し手段を取り付けた状態で第二の試験用素子を発光させた場合に前記光取出し手段から出射する光の成分の量を計測し、前記計測結果から、前記出射する光の成分の量と、有機発光層の厚みとの間の相関関係を導出し、
前記二種類の相関関係に基づいて、有機発光層の厚みを設計することを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子の設計方法。
光透過性電極と光反射性電極との間に有機発光層が設けられ、光透過性電極の有機発光層とは反対側に光の反射・屈折角を乱れさせる領域が設けられた有機エレクトロルミネッセンス素子の設計方法であって、
光透過性電極と光反射性電極との間に有機発光層が設けられ、前記光透過性電極の有機発光層とは反対側にこの光透過性電極の屈折率よりも小さい屈折率を有する光透過性の低屈折率基板が積層した構造を有すると共に有機発光層の厚みを異ならせた複数の試験用素子を作製し、
各試験用素子について、この試験用素子を発光させた場合に前記低屈折率基板から出射する光の成分の量を計測し、前記計測結果から、前記出射する光の成分の量と、有機発光層の厚みとの間の相関関係を導出し、
各試験用素子について、低屈折率基板の表面に有機発光層から低屈折率基板内部に到達した光の略全部を取り出すための光取出し手段を取り付けた状態で試験用素子を発光させた場合に前記光取出し手段から出射する光の成分の量を計測し、前記計測結果から、前記出射する光の成分の量と、有機発光層の厚みとの間の相関関係を導出し、
前記二種類の相関関係に基づいて、有機発光層の厚みを設計することを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子の設計方法。
前記光取出し手段が、この光取出し手段が取り付けられる基板の屈折率と同等の屈折率を有する半球レンズであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子の設計方法。