WO2015072070A1 - 有機エレクトロルミネッセンス素子、照明装置及び表示装置 - Google Patents

有機エレクトロルミネッセンス素子、照明装置及び表示装置 Download PDF

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layer
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light emitting
organic
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和幸 山江
安寿 稲田
享 橋谷
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パナソニックＩｐマネジメント株式会社
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    • H10K85/1135—Polyethylene dioxythiophene [PEDOT]; Derivatives thereof

Definitions

  • An organic electroluminescence element, and an illumination device and a display device using the same are disclosed. More specifically, an organic electroluminescence device having a light extraction structure is disclosed.
  • organic electroluminescence element As an organic electroluminescence element (hereinafter also referred to as “organic EL element”), a structure in which a light emitting laminate having an anode, a hole transport layer, a light emitting layer, an electron injection layer, and a cathode is laminated on the surface of a light transmissive substrate are generally known.
  • organic EL element by applying a voltage between the anode and the cathode, light emitted from the light emitting layer is extracted to the outside through the light-transmitting electrode and the substrate.
  • the light extraction efficiency of organic EL elements is generally said to be about 20-30%. This means that light that cannot be effectively utilized as so-called light emission accounts for 70 to 80% of the total light emission amount. This is because light cannot be propagated effectively to the outside where light emission is observed due to total reflection at interfaces having different refractive indexes, absorption of light by materials, and the like. Therefore, the expected value of improving the organic EL element efficiency by improving the light extraction efficiency is very large.
  • An object of the present disclosure is to provide an organic EL element, a lighting device, and a display device with high light extraction efficiency.
  • the organic electroluminescence element has a light-transmitting substrate, a light-emitting laminated body having a light-transmitting first electrode, a light-emitting layer, and a second electrode in this order from the light-transmitting substrate side, and an uneven structure.
  • a light extraction structure The light emitting layer has a birefringence greater in refractive index in a direction parallel to the surface of the light transmissive substrate than in a direction perpendicular to the surface of the light transmissive substrate.
  • the light extraction structure is disposed closer to the light extraction side than the first electrode.
  • the concavo-convex structure is formed by arranging a plurality of convex portions having substantially the same height for each section of the matrix-like concavo-convex portions and arranging them in a planar shape, and the area ratio of the convex portions in the unit region in plan view Are substantially the same in each region.
  • the lighting device includes the organic electroluminescence element and a wiring.
  • the display device includes the organic electroluminescence element and a wiring.
  • the light emitting layer has birefringence, and a light extraction structure is provided on the light extraction side of the first electrode, thereby extracting more light from the light emission layer to the outside. Can do.
  • an organic electroluminescence element, a lighting device, and a display device that have high light extraction efficiency and excellent light emission characteristics can be obtained.
  • FIG. 3 is constituted by FIGS. 3A and 3B.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram (conceptual diagram) showing the relationship between the vibration direction of the dipole and the orientation of the emitted light.
  • 3A shows a case where the vibration direction is horizontal alignment
  • FIG. 3B shows a case where the vibration direction is vertical alignment.
  • FIG. 4 is constituted by FIGS. 4A and 4B.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram (sectional view) showing the relationship between the vibration direction of the dipole and the orientation of the emitted light. 4A shows a case where the vibration direction is horizontal alignment
  • FIG. 4 is an explanatory diagram showing the relationship between the vibration direction of the dipole and the orientation of the emitted light
  • FIG. 4B shows a case where the vibration direction is vertical alignment.
  • FIG. 5 is constituted by FIGS. 5A and 5B.
  • FIG. 5 is an explanatory view (perspective view) showing the relationship between the vibration direction of the dipole and the orientation of the emitted light.
  • FIG. 5A shows a case where the vibration direction is horizontal alignment
  • FIG. 5B shows a case where the vibration direction is vertical alignment.
  • FIG. 6 is constituted by FIGS. 6A and 6B.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram (sectional view) showing the relationship between the vibration direction of the dipole and the orientation of the emitted light. 6A shows a case where the vibration direction is horizontal alignment
  • FIG. 6B shows a case where the vibration direction is vertical alignment.
  • FIG. 7 is constituted by FIGS.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram (plan view) showing the relationship between the vibration direction of the dipole and the orientation of the emitted light.
  • FIG. 7A shows a case where the vibration direction is horizontal orientation
  • FIG. 7B shows a case where the vibration direction is vertical orientation.
  • It is a schematic diagram explaining refraction of the light which passes the interface (refractive index interface) of the medium from which a refractive index differs.
  • FIG. 9 is composed of FIG. 9A, FIG. 9B, and FIG. 9C.
  • FIG. 9 is a model of a layer configuration of an organic EL element having a light emitting layer including a dipole.
  • 9A shows a case where the vibration direction is random orientation
  • FIG. 9B shows a case where the vibration direction is vertical orientation
  • FIG. 9C shows a case where the vibration direction is horizontal orientation
  • FIG. 10 includes FIG. 10A, FIG. 10B, and FIG. 10C.
  • FIG. 10 is a graph showing the relationship between the distance between the light emitting point and the reflective layer and the light distribution in an organic EL element having a light emitting layer containing a dipole.
  • 10A shows a case where the vibration direction is a random orientation
  • FIG. 10B shows a case where the vibration direction is a vertical orientation
  • FIG. 10C shows a case where the vibration direction is a horizontal orientation.
  • FIG. 11 is composed of FIG. 11A and FIG. 11B. 11A and 11B are explanatory views for explaining an example of the concavo-convex structure.
  • FIG. 11A is a plan view and FIG. 11B is a cross-sectional view.
  • FIG. 12 is configured by FIGS. 12A and 12B.
  • FIG. 12A is a plan view illustrating an example of a concavo-convex structure.
  • FIG. 12B is a plan view showing an example of a concavo-convex structure. It is a top view which shows an example of an uneven structure, and is explanatory drawing which shows an example of how to obtain
  • FIG. 15 includes FIGS. 15A, 15B, and 15C.
  • FIG. 15A is a plan view illustrating an example of a concavo-convex structure.
  • FIG. 15B is a plan view illustrating an example of a concavo-convex structure.
  • FIG. 15C is a plan view showing an example of a concavo-convex structure.
  • FIG. 16 includes FIG. 16A, FIG. 16B, FIG. 16C, and FIG.
  • FIG. 16A is a plan view showing an example of a concavo-convex structure.
  • FIG. 16B is a distribution diagram showing a state where the concavo-convex structure of FIG. 16A is Fourier-transformed.
  • FIG. 16C is a plan view showing an example of a concavo-convex structure.
  • FIG. 16A is a plan view illustrating an example of a concavo-convex structure.
  • FIG. 16B is a distribution diagram showing a state where the concavo-convex structure of FIG. 16A is Fourier-transformed
  • FIG. 16D is a distribution diagram illustrating a state where the concavo-convex structure of FIG. 16C is Fourier-transformed.
  • FIG. 17 is constituted by FIGS. 17A to 17E.
  • FIG. 17 shows a model of the optical structure.
  • 17A shows a light extraction structure having an uneven structure
  • FIG. 17B shows a microlens array structure
  • FIG. 17C shows a micropyramid array structure
  • FIG. 17D shows a scattering structure
  • FIG. 17E shows a mirror surface structure.
  • FIG. 24 is configured by FIGS. 24A, 24B, and 24C.
  • FIG. 24 is a conceptual diagram of light entering a medium having birefringence.
  • FIG. 24A shows the case where light travels in the vertical direction.
  • FIG. 24B shows the case where light travels in an oblique direction with a relatively small incident angle.
  • FIG. 24C shows the case where light travels in an oblique direction at a relatively large incident angle.
  • FIG. 24A shows the case where light travels in the vertical direction.
  • FIG. 24B shows the case where light travels in an oblique direction with a relatively small incident angle.
  • FIG. 24C shows the case where light travels in an oblique direction at a relatively large incident angle.
  • It is a schematic perspective view which shows an example of an illuminating device.
  • the organic electroluminescence element includes a light-transmitting substrate 1, a light-emitting laminated body 10 including a light-transmitting first electrode 3, a light-emitting layer 5, and a second electrode 4 in this order from the light-transmitting substrate 1 side.
  • the light extraction structure 2 having the concavo-convex structure 20 is provided.
  • the light emitting layer 5 has birefringence that has a refractive index in a direction parallel to the surface of the light transmissive substrate 1 larger than a refractive index in a direction perpendicular to the surface of the light transmissive substrate 1.
  • the light extraction structure 2 is disposed on the light extraction side with respect to the first electrode 3.
  • the concavo-convex structure 20 is formed by arranging a plurality of convex portions having substantially the same height for each section of the matrix-like concavo-convex and arranging them in a planar shape.
  • the area ratio of the convex portions in the unit region in plan view is substantially the same in each region.
  • the organic EL element since the light emitting layer 5 has birefringence, more low-angle light can be emitted from the light emitting layer 5. Moreover, when the light emitting layer 5 has birefringence, the influence of a plasmon can be suppressed and more light can be emitted outside. Moreover, since the light from the light emitting layer 5 having birefringence is extracted by the light extraction structure 2 that easily extracts light traveling at a low angle, the light extraction performance is improved. As a result, an organic EL element having high light extraction efficiency and excellent light emission characteristics can be obtained. This will be further described below.
  • FIG. 1 is an example of an organic EL element.
  • the organic EL element includes a light transmissive substrate 1, a light emitting laminate 10, and a light extraction structure 2.
  • the light emitting laminate 10 includes a first electrode 3, a light emitting layer 5, and a second electrode 4.
  • the first electrode 3 is light transmissive.
  • the 1st electrode 3, the light emitting layer 5, and the 2nd electrode 4 are arrange
  • the light extraction structure 2 has an uneven structure 20.
  • the light transmissive substrate 1 functions as a substrate that supports the light emitting laminate 10. In this organic EL element, the light extraction side is the substrate side.
  • the organic EL element has a so-called bottom emission structure.
  • the bottom emission structure refers to a structure in which light is extracted from a support substrate.
  • the light extraction structure 2 is disposed on the light extraction side with respect to the first electrode 3.
  • the light extraction structure 2 is disposed between the first electrode 3 and the light transmissive substrate 1.
  • the light extraction structure 2 is provided on the surface of the light transmissive substrate 1.
  • the emission of light from the light emitting point is represented by an arrow.
  • the first electrode 3 and the second electrode 4 are a pair of electrodes.
  • One of the first electrode 3 and the second electrode 4 is an anode, and the other is a cathode.
  • the first electrode 3 is composed of an anode
  • the second electrode 4 is composed of a cathode.
  • the 1st electrode 3 may be comprised by the cathode and the 2nd electrode 4 may be comprised by the anode.
  • the second electrode 4 preferably has light reflectivity.
  • the 2nd electrode 4 has light reflectivity, the light from the light emitting layer 5 can be reflected and converted into the light which goes to the light transmissive board
  • the second electrode 4 is configured as a reflective electrode.
  • the reflective electrode can function as a reflective layer that reflects light.
  • the 1 has a charge transfer layer 6 between a light emitting layer 5 and an electrode.
  • the charge transfer layer 6 has a function of moving charges (electrons or holes) to the light emitting layer 5.
  • the charge transfer layer 6 is divided into a charge transfer layer 6 disposed between the light emitting layer 5 and the anode, and a charge transfer layer 6 disposed between the light emitting layer 5 and the cathode.
  • Examples of the charge transfer layer 6 disposed between the light emitting layer 5 and the anode include a hole transport layer and a hole injection layer.
  • Examples of the charge transfer layer 6 disposed between the light emitting layer 5 and the cathode include an electron transport layer and an electron injection layer.
  • the charge transfer layer 6 between the first electrode 3 and the light emitting layer 5 is defined as a first charge transfer layer 6a.
  • the charge transfer layer 6 between the second electrode 4 and the light emitting layer 5 is defined as a second charge transfer layer 6b.
  • the first charge transfer layer 6a may include one or both of a hole injection layer and a hole transport layer.
  • the second charge transfer layer 6b may include one or both of an electron injection layer and an electron transport layer.
  • the light emitting layer 5 has birefringence. Birefringence is a structure having anisotropy in refractive index.
  • the refractive index of the light emitting layer 5 in the direction parallel to the surface of the light transmissive substrate 1 is larger than the refractive index of the light emitting layer 5 in the direction perpendicular to the surface of the light transmissive substrate 1.
  • the direction parallel to the surface of the light transmissive substrate 1 is equal to the direction parallel to the light emitting surface of the organic EL element. This direction may be referred to as the surface direction of the organic EL element. This direction may be referred to as the spreading direction of the layers constituting the light emitting laminate 10.
  • the plane direction can be two-dimensional.
  • the direction perpendicular to the surface of the light transmissive substrate 1 is equal to the thickness direction of the organic EL element. This direction may be referred to as the stacking direction of the light emitting stack 10.
  • the stacking direction is one-dimensional.
  • the direction parallel to the surface of the light transmissive substrate 1 and the direction perpendicular to the surface of the light transmissive substrate 1 are orthogonal to each other.
  • the light emitting layer 5 Since the light emitting layer 5 has birefringence, more light generated by the light emitting layer 5 can be advanced to the light transmissive substrate 1 side. Therefore, the light extraction property can be improved.
  • FIG. 2 is a three-dimensional conceptual diagram for explaining the organic EL element.
  • FIG. 2 explains the spatial coordinates.
  • the light emitting layer 5 and the light transmissive substrate 1 are extracted from the organic EL element.
  • the arrangement of layers is drawn upside down with respect to FIG. That is, in FIG. 2, the light emission direction is set upward.
  • FIG. 2 illustrates the organic EL element of FIG.
  • the emission of light is represented by white arrows.
  • the x axis, the y axis, and the z axis are orthogonal to each other.
  • the x-axis, y-axis, and z-axis are straight lines.
  • the center of the three-dimensional coordinate system is assumed to be a light emitting point.
  • the light emitting point is a point where light emission occurs in the light emitting layer 5. It may be said to be the vibration center of the luminescent molecule.
  • the z axis is defined as an axis along a direction perpendicular to the surface of the light transmissive substrate 1.
  • the z axis is a straight line extending in the thickness direction.
  • the z-axis direction refers to a direction from the light emitting layer 5 toward the light transmissive substrate 1 side.
  • the x axis and the y axis are defined as axes along a direction parallel to the surface of the light transmissive substrate 1. It can be said that the x-axis and the y-axis are along the plane direction (the layer spreading direction).
  • An xy plane is formed by the x axis and the y axis.
  • the xy plane is a plane parallel to the surface of the light transmissive substrate 1. It may be said that the xy plane is parallel to the surface of the light emitting layer 5.
  • the z-axis direction and the opposite direction are defined as the vertical direction.
  • the surface direction of the xy plane is defined as the horizontal direction.
  • the birefringence property in the light emitting layer 5 can be rephrased as a property in which the refractive index in the direction parallel to the xy plane is larger than the refractive index in the z-axis direction.
  • n refractive index
  • n xy refractive index in the direction parallel to the xy plane
  • nz refractive index in the z-axis direction
  • the birefringence property of the light emitting layer 5 can be expressed as n xy > nz .
  • the refractive index n xy of the light emitting layer 5 in the direction parallel to the surface of the light transmissive substrate 1 can be in the range of 1.6 to 2.2, for example.
  • the refractive index nz of the light emitting layer 5 in the direction perpendicular to the surface of the light transmissive substrate 1 can be in the range of 1.5 to 2.0, for example.
  • the refractive index nz of the light emitting layer 5 in the direction perpendicular to the surface of the light transmissive substrate 1 (thickness direction) is usually used as the refractive index of the light emitting layer 5. Can do. This is because light traveling in the thickness direction largely contributes to emission to the outside.
  • the refractive index difference between the refractive index n xy of the light emitting layer 5 in the direction parallel to the surface of the light transmissive substrate 1 and the refractive index nz of the light emitting layer 5 in the direction perpendicular to the surface of the light transmissive substrate 1 is 0.1 or more, more preferably 0.2 or more, and further preferably 0.3 or more. The larger the refractive index difference, the higher the light extraction property.
  • this refractive index difference can be set to 0.5 or less from the viewpoint of ease of manufacture.
  • the refractive index in the light emitting layer 5 may be a value determined by spectroscopic ellipsometry. A spectroscopic ellipsometer or the like can be used as the measuring device.
  • the birefringence in the light emitting layer 5 can be realized by the orientation of the light emitting molecules.
  • the light emitting molecule also simply referred to as “molecule” preferably has a dipole structure.
  • the luminescent molecule is assumed to be a dipole.
  • a dipole is an electric dipole.
  • the birefringence is expressed by controlling the vibration direction of the dipole in the light emitting molecule.
  • the luminescent molecule may be a so-called dopant.
  • the molecular arrangement structure has anisotropy. And since the arrangement structure of the molecule has anisotropy, the film having the molecule exhibits anisotropy in the refractive index.
  • the vibration direction of the dipole is oriented in the horizontal direction and the molecules are in the horizontal orientation
  • the refractive index n xy in the horizontal direction tends to be larger than the refractive index nz in the vertical direction.
  • the refractive index in the direction of molecular orientation increases.
  • the light extraction property can be enhanced by forming the molecularly oriented light-emitting layer 5.
  • FIG. 3 is a conceptual diagram showing the relationship between the vibration direction of a dipole (electric dipole) and the orientation of light.
  • FIG. 3 is constituted by FIGS. 3A and 3B.
  • FIG. 3 shows a state where the dipole is seen from the side of the organic EL element along the horizontal direction.
  • the dipole vibration is illustrated by a bidirectional arrow.
  • the center of the bidirectional arrow is the vibration center.
  • FIG. 3A shows the relationship between the vibration of a dipole that oscillates in the horizontal direction and the orientation of light.
  • the molecules are horizontally oriented.
  • Horizontal orientation means that the vibration direction of the dipole is oriented in the horizontal direction.
  • FIG. 3B shows the relationship between the vibration of the dipole that vibrates in the vertical direction and the orientation of light.
  • FIG. 3B the molecules are vertically aligned.
  • Vertical alignment means that the vibration direction of the dipole is aligned in the vertical direction.
  • the arrow indicates the direction of vibration.
  • a circle drawn in a radial pattern and provided with light and shade shows light to be diffused. This circle is drawn dark where the amount of light is large and thin where the amount of light is small.
  • the light does not spread uniformly, and the light is oriented in a predetermined direction.
  • that the light is oriented means that the vibration direction of the emitted light from the dipole generated in the light emitting layer 5 is unevenly distributed in the horizontal direction or the vertical direction.
  • the emitted light in the horizontal direction and the vertical direction appears at random, and the orientation of the light is lost.
  • the orientation without light orientation is referred to as random orientation. Needless to say, random orientation has no orientation.
  • the emitted light from the dipole oscillating in the horizontal direction is shown in FIG. 3B.
  • the ratio of the light intensity in the vertical direction to the light intensity in the horizontal direction is 2: 1 or 3: 1.
  • the intensity of light is high, the amount of light increases. In this way, the intensity of the light traveling varies depending on the orientation of the light emitting molecules (dipoles). And since the amount of the light which goes to a board
  • light traveling in the vertical direction includes light traveling toward the substrate and light traveling toward the opposite side of the substrate, but light traveling toward the opposite side of the substrate is inverted by reflection and converted into light traveling toward the substrate. can do. Therefore, the light extracted as a whole increases when the dipole is horizontally oriented and there is a lot of emitted light in the vertical direction.
  • FIG. 4 is a conceptual diagram showing the relationship between the vibration direction of the dipole and the orientation of light.
  • FIG. 4 is constituted by FIGS. 4A and 4B.
  • FIG. 4A shows the case where the dipoles are horizontally oriented
  • FIG. 4B shows the case where the dipoles are vertically oriented.
  • the dipole vibration is illustrated by a bidirectional arrow.
  • the center of the bidirectional arrow is the vibration center.
  • the surface of the light-transmitting substrate 1 is schematically illustrated as a substrate surface 1a.
  • the distance between the dipole and the substrate surface 1a may actually be greater than the distance shown in this figure.
  • the amount of light is expressed by color shading. From the comparison between FIG. 4A and FIG. 4B, it can be seen that the amount of light traveling toward the light-transmitting substrate 1 is greater in FIG. 4A where the dipoles are horizontally oriented.
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing a three-dimensional light emission pattern.
  • FIG. 5 is constituted by FIGS. 5A and 5B.
  • FIG. 5A shows the case where the dipoles are horizontally oriented
  • FIG. 5B shows the case where the dipoles are vertically oriented.
  • the vibration direction of the dipole and the radiation pattern of light are illustrated in the xyz coordinate system.
  • the light emission is indicated by a vector ⁇ .
  • the vector ⁇ has an angle and a magnitude (intensity).
  • the dipole oscillation is indicated by the vector v.
  • the angle formed by the vector ⁇ and the y axis is represented by ⁇ .
  • the angle formed by the vector ⁇ and the z axis is represented by ⁇ .
  • the radiation pattern of light is represented by a line 50.
  • FIG. 5A the vibration direction of the dipole is the x-axis direction.
  • the pattern of the emitted light is two ellipsoids or two spheres whose major axis is along the vertical direction.
  • FIG. 5B the vibration direction of the dipole is the z-axis direction. In this case, the pattern of the emitted light is two spheres along the horizontal direction. Comparing the radiation patterns (lines 50) of FIGS. 5A and 5B, it can be seen that FIG. 5A is more advantageous.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a state in which the light emission pattern of FIG. 5 is viewed from the horizontal direction.
  • FIG. 6 is constituted by FIGS. 6A and 6B.
  • FIG. 6A shows a case where the dipoles are horizontally oriented and corresponds to FIG. 5A.
  • FIG. 6B shows a case where the dipoles are vertically aligned, and corresponds to FIG. 5B.
  • FIG. 6 a diagram showing the vibration direction of the dipole and the radiation pattern of light in FIG. 5 is drawn in a cross section in the yz plane.
  • the refraction of light by passing through the interface of media having different refractive indexes is further drawn. The light is indicated by arrows.
  • the vibration of the molecule is indicated by the vector v.
  • the critical angle is indicated by ⁇ c .
  • the light emission pattern is indicated by line 50.
  • the amount of the light component having an angle smaller than the critical angle ⁇ c tends to be larger in the case of FIG. 6A than in the case of FIG. 6B. That is, in FIG. 6A, the amount of emitted light tends to be larger than that in FIG. 6B. Therefore, it can be seen that FIG. 6A is more advantageous for light extraction performance.
  • FIG. 7 is a conceptual diagram showing the relationship between the vibration direction of the dipole and the orientation of light.
  • FIG. 7 is constituted by FIGS. 7A and 7B.
  • FIG. 7 shows the orientation of light when the light emitting layer is viewed in plan. The plan view is a case when viewed along a direction perpendicular to the surface of the substrate.
  • FIG. 7A shows the case where the dipoles are horizontally oriented and corresponds to FIG. 5A.
  • FIG. 7B shows the case where the dipoles are vertically aligned and corresponds to FIG. 5B.
  • x and y correspond to the x axis and the y axis in the three-dimensional coordinate system. The position where x and y are 0 is the center of vibration of the dipole.
  • FIG. 7 can be said to be a cross section in the xy plane.
  • dipole vibrations are indicated by bidirectional white arrows.
  • a white arrow is shown for easy understanding of the vibration direction, but actually, the white arrow portion is darker as shown by the surrounding color tone.
  • the vibration of the dipole is in the direction perpendicular to the page and is indicated by a black dot.
  • black dots are shown for easy understanding of the vibration direction, but in reality, white portions of the black dot portions are dark as can be seen from the surrounding color tone.
  • the dipoles are horizontally oriented.
  • the vibration direction of the dipole is indicated by a bidirectional arrow along the x-axis and the y-axis.
  • the vibration direction of the dipole is not only along the x-axis and the y-axis, but also on the xy plane. It may be present randomly.
  • FIG. 7A it can be seen that the color at the center of the dipole is dark, and that there is much light at the center. This is because, as described with reference to FIGS. 4A, 5A, and 6A, most of the emitted light is along the z-axis direction, so that the amount of light increases in the central portion when viewed in plan.
  • FIG. 7B the color is light at the center of the dipole, and the color is dark around the periphery of the dipole. This is because, as described with reference to FIGS. 4B, 5B, and 6B, since the emitted light is along the surface direction of the xy plane, the amount of light is reduced in the central portion when viewed in plan. From a comparison of FIG. 7A and FIG. 7B, it can be seen that FIG. 7A is more advantageous.
  • the total radiant flux from which the light emitted from the light emitting layer is extracted into the atmosphere is obtained by calculation.
  • FIG. 8 is an explanatory diagram showing refraction of light traveling through media having different refractive indexes.
  • the refraction and polarization of light will be described with reference to the model of FIG. If light is incident at an incident angle theta 1 to the medium having the refractive index n 2 from a medium of refractive index n 1, refraction occurs at the interface between the medium having the refractive index n 2 and a medium of refractive index n 1, the light traveling direction is the direction of the exit angle theta 2.
  • the interface at the boundary between two media having different refractive indexes is defined as a refractive index interface.
  • ⁇ 1 and ⁇ 2 are angles with respect to a direction perpendicular to the refractive index interface (the interface between the two media).
  • the light includes p-polarized light and s-polarized light.
  • the p-polarized light is indicated by an arrow as light in the vertical direction.
  • the s-polarized light is indicated by a circle X as light in the horizontal direction.
  • An X mark surrounded by a circle is a mark indicating a direction perpendicular to the paper surface.
  • the p-polarized radiant flux T p and the s-polarized radiant flux T s can be expressed by the following equations.
  • Table 1 is a table showing a calculation formula of the total radiant flux of light extracted into the atmosphere in the dipole orientation pattern. This table also lists the p-polarized component and the s-polarized component. The light component is divided into p-polarized light and s-polarized light. However, light extraction can be further improved by taking p-polarized light and s-polarized light into consideration.
  • the refractive index of air (atmosphere) is 1. Therefore, the total radiant flux of light extracted into the atmosphere becomes the total radiant flux of light extracted into the medium having a refractive index of 1.
  • the total radiant flux of light extracted into the atmosphere is light emitted from the entire light to the outside, which means light extraction efficiency.
  • the angles ⁇ and ⁇ in Table 1 are the same as the angles described in FIG. U is the size of the vector u described in FIG.
  • T p is the transmittance of p-polarized light
  • T s is the transmittance of s-polarized light.
  • E p is the intensity component of p-polarized light
  • E s is the intensity component of the s-polarized light.
  • ⁇ c is a critical angle.
  • the refractive index n 1 of the light emitting layer is the refractive index of the entire organic layer. Further, the refractive index of the substrate is ignored. Even if it thinks in this way, the tendency of the structure for improving light extraction property can be confirmed, and there is no problem in element design.
  • the structure in which the dipoles are horizontally aligned is also effective from the viewpoint of suppressing plasmon loss.
  • Plasmon is a phenomenon in which light is lost on the surface of the reflective layer. Therefore, it is suitable when the electrode opposite to the light extraction side is configured as a light reflective electrode, or when a reflective layer is disposed on the opposite side of the light extraction side. Light incident on the reflective layer may be lost without being reflected due to the combination with surface plasmons generated at the interface between the organic layer and the reflective layer. This phenomenon is remarkable when the reflective layer is a metal layer. When light is lost due to the combination with plasmons, the light extraction property is lowered. At this time, by horizontally aligning the dipoles, the coupling with the surface plasmons can be suppressed, and the light extraction efficiency can be increased. The effect of plasmon loss can be obtained from simulations and experiments.
  • FIG. 9 is a model of the layer structure of the organic EL element.
  • FIG. 9 is composed of FIG. 9A, FIG. 9B, and FIG. 9C.
  • the substrate 51, the organic layer 52, and the reflective layer 53 are stacked. Light is generated in the organic layer 52. Light is extracted to the outside 54 through the substrate 51.
  • the reflective layer 53 can be configured as a reflective electrode.
  • the reflective layer 53 can constitute the second electrode 4 described above.
  • the first electrode 3 is omitted from the model, it may be considered that the first electrode 3 is included in the organic layer 52.
  • the refractive index of the atmosphere (air), which is outside, is 1
  • the refractive index of the substrate is 1.5
  • the refractive index of the organic layer is 1.8
  • the refractive index of the reflective layer is 0. .13-i3.3.
  • the refractive index of the substrate is selected considering the case of glass.
  • the refractive index of the reflective layer is selected considering the case of the Ag electrode.
  • the wavelength of light is selected as 550 nm as a representative wavelength.
  • the wavelength 550 nm is light in the visible light region, and is light in the green region with high visibility, and is suitable for design.
  • FIG. 9A is a model of an organic EL element in which dipoles are randomly oriented.
  • FIG. 9B is a model of an organic EL element in which dipoles are vertically aligned.
  • FIG. 9C is a model of an organic EL element in which dipoles are horizontally aligned.
  • the direction of vibration of the dipole is indicated by a bidirectional arrow. From the direction of the arrow, the orientation of the dipole will be understood.
  • the center position of the dipole becomes the light emitting point.
  • a distance 53A between the light emitting point and the reflective layer 53 affects the plasmon loss.
  • FIG. 10 is a graph showing the light distribution obtained from the model of FIG. FIG. 10 includes FIG. 10A, FIG. 10B, and FIG. 10C.
  • FIG. 10A is a graph showing light distribution in an organic EL element in which dipoles are randomly oriented.
  • FIG. 10A is derived from the model of FIG. 9A.
  • FIG. 10B is a graph showing light distribution in an organic EL element in which dipoles are vertically aligned.
  • FIG. 10B is derived from the model of FIG. 9B.
  • FIG. 10C is a graph showing light distribution in an organic EL element in which dipoles are horizontally aligned.
  • FIG. 10C is derived from the model of FIG. 9C.
  • FIG. 10A is a graph showing light distribution in an organic EL element in which dipoles are randomly oriented.
  • FIG. 10A is derived from the model of FIG. 9A.
  • FIG. 10B is a graph showing light distribution in an organic EL element in which dipoles
  • the horizontal axis represents the distance between the light emitting point and the reflective layer (distance 53A in FIG. 9).
  • the vertical axis represents the light distribution, and the mode in which the light shifts is shown as a ratio.
  • the light transition is divided into plasmon, organic layer, substrate, and air modes.
  • the plasmon mode is a region where light is absorbed by the plasmon.
  • the mode of the organic layer is a region where light disappears in the organic layer.
  • the mode of the substrate is a region where light disappears in the substrate.
  • the air mode becomes the light extracted outside.
  • the distance between the light emitting point and the reflective layer should be greater than about 200 nm so as not to be affected by plasmon as much as possible.
  • factors other than plasmons are factors that affect the light extraction performance, and a design that simply increases this distance is not necessarily advantageous.
  • the vertical alignment is easily affected by plasmons, and when the distance between the light emitting point and the reflective layer is less than 100 nm, light is hardly extracted due to plasmon loss. Accordingly, it can be said that the vertical orientation of the dipole is an orientation that is easily affected by plasmons.
  • the plasmon loss is reduced as compared with other alignments. If the distance between the light emitting point and the reflective layer exceeds 100 nm, the influence of plasmons can be substantially eliminated. In FIG. 10C, it is considered that the dipoles are horizontally oriented and thus are less susceptible to plasmons.
  • the light emitting layer closest to the reflective layer is disposed at a position away from the reflective layer by 100 nm or more. In addition, from the viewpoint of increasing the light intensity due to interference, the distance between the light emitting layer closest to the reflective layer and the reflective layer may be better.
  • the light emitting layer closest to the reflective layer is disposed at a position of 300 nm or less from the reflective layer, and this distance is more preferably 200 nm or less. Of course, this distance may be 100 nm or less. In that case, the light emitting layer can be easily disposed at a position where light is most emitted from the front surface, which is referred to as a 1st cavity, under the light interference condition.
  • the interference of light can be understood from the fact that the air mode distribution is wavy in FIGS. 10A and 10C, for example.
  • the orientation of the dipole In the above, for the sake of theoretical explanation, the case where the dipoles are completely horizontally aligned or the case where the dipoles are completely vertically aligned has been described. However, the orientation may not be perfect.
  • the orientation of the light emitting molecule (dipole) may be tilted from the xy plane. It can be understood from the above explanation that the light extraction property is advantageous also in that case.
  • the horizontal orientation may be such that the angle formed by the dipole vibration direction and the z-axis exceeds 45 °.
  • the angle between the dipole vibration direction and the z-axis is preferably more than 60 °, more preferably this angle may be more than 75 °.
  • the vibration direction of the dipole constituting the luminescent molecule should be inclined with respect to the direction perpendicular to the surface of the light-transmitting substrate 1.
  • the orientation of the luminescent molecules may be included in some or all of the luminescent molecules contained in the luminescent layer. In order to improve the light extraction property, it is preferable that all of the light emitting molecules contained in the light emitting layer have orientation. Further, in the individual light emitting molecules, the orientation direction may be slightly shifted. If the orientation of the light emitting molecule is imparted to the entire light emitting layer, the light extraction property can be improved. Such orientation of the luminescent molecules as a whole of the luminescent layer appears as birefringence. Therefore, it is preferable that the light emitting layer has birefringence.
  • the organic EL element may emit white light.
  • the above configuration is advantageous for white light emission.
  • White light emission can be obtained by mixing emission colors of a plurality of dopants. For example, when a blue light emitting material, a green light emitting material, and a red light emitting material are used, white light emission is possible.
  • the organic EL element may include a plurality of light emitting layers. At least one of the plurality of light emitting layers preferably has birefringence. More preferably, all of the plurality of light emitting layers have birefringence.
  • the organic EL element of FIG. 1 includes the light extraction structure 2 having the concavo-convex structure 20 on the light extraction side from the first electrode 3.
  • the concavo-convex structure 20 is formed by arranging a plurality of convex portions having substantially the same height for each section of the matrix-like concavo-convex and arranging them in a planar shape.
  • the area ratio of the convex portions in the unit region in plan view is substantially the same in each region.
  • the light extraction structure 2 includes a first transparent material layer 21 and a second transparent material layer 22.
  • the light extraction structure 2 preferably has a first transparent material layer 21 and a second transparent material layer 22 from the light transmissive substrate 1 side.
  • the second transparent material layer 22 preferably has a refractive index larger than that of the light transmissive substrate 1. Thereby, the refractive index difference can be reduced and the light extraction efficiency can be further increased. It is preferable that the concavo-convex structure 20 is formed at the interface between the first transparent material layer 21 and the second transparent material layer 22.
  • the light extraction structure 2 can be formed as a layer.
  • the second transparent material layer 22 functions as a coating layer, and the uneven structure 20 is flattened. Can be provided stably. Therefore, disconnection failure and short-circuit failure due to unevenness can be suppressed.
  • the coating layer is provided, the light emitting laminate 10 can be satisfactorily laminated even when the uneven structure 20 having a large height (depth) is provided.
  • the 2nd transparent material layer 22 can function as a planarization layer, and is preferable.
  • the two transparent material layers 21 and 22 are transparent and have light transmittance, light can be effectively extracted.
  • the first transparent material layer 21 can be configured as a low refractive index layer
  • the second transparent material layer 22 can be configured as a high refractive index layer.
  • the refractive index in the visible light wavelength region of the first transparent material layer 21 is in the range of 1.3 to 1.5
  • the refractive index in the visible light wavelength region of the second transparent material layer 22 is 1.75. More preferably.
  • the light extraction structure 2 (first transparent material layer 21 and second transparent material layer 22) is preferably formed of a resin. Accordingly, the refractive index can be easily adjusted, and the formation of the unevenness and the flattening of the unevenness can be easily performed. When a resin material is used, a material having a relatively high refractive index can be easily obtained. Further, since the resin can form a layer by coating, it is possible to more easily form a layer having a flat surface by allowing the resin to enter the recesses.
  • the material used for the first transparent material layer 21 examples include acrylic and epoxy organic resins.
  • additives for curing the resin such as a curing agent, a curing accelerator, and a curing initiator
  • an inorganic material is exemplified.
  • the first transparent material layer 21 can be configured using spin-on glass.
  • the material of the second transparent material layer 22 examples include a resin in which high refractive index nanoparticles such as TiO 2 are dispersed.
  • the resin may be an acrylic or epoxy organic resin.
  • additives for curing the resin such as a curing agent, a curing accelerator, and a curing initiator may be added to the resin.
  • the material other than the resin include an inorganic film made of SiN and the like, and an inorganic oxide film (SiO 2 and the like).
  • the surface (surface on the first electrode 3 side) covered with the second transparent material layer 22 is preferably a flat surface. Accordingly, it is possible to suppress the short circuit failure and the stacking failure and to form the light emitting stack 10 more stably.
  • the second transparent material layer 22 may not be provided as long as the light emitting performance is not affected even if the second transparent material layer 22 is not provided.
  • the second transparent material layer 22 may not be provided if the height of the uneven shape of the first transparent material layer 21 is high enough not to affect the upper film formation. Even in the case where the second transparent material layer 22 is not provided, it is possible to improve the light extraction performance by the light extraction structure 2 configured by the concavo-convex structure 20. However, it is preferable to form the second transparent material layer 22 as described above in order to suppress short-circuit failure and disconnection failure.
  • the first transparent material layer 21 and the second transparent material layer 22 can be provided on the surface of the light transmissive substrate 1 by applying the material.
  • Appropriate coating methods can be used as the material application method, spin coating may be used, or slit coating, bar coating, spray coating, ink jet, etc., depending on the application and substrate size. can do.
  • the concavo-convex structure 20 between the first transparent material layer 21 and the second transparent material layer 22 can be formed by an appropriate method. It is a preferable embodiment to form the unevenness of the uneven structure 20 by an imprint method. According to the imprint method, fine irregularities can be efficiently and accurately formed. In addition, when an unevenness is formed by assigning a convex portion or a concave portion to each uneven section, it is possible to form fine unevenness with high accuracy by using the imprint method. When the unevenness is formed by the imprint method, one uneven section may be constituted by one dot for printing.
  • the imprint method is preferably capable of forming a fine structure, and for example, a method called nanoimprint can be used.
  • the imprint method is roughly divided into a UV imprint method and a thermal imprint method, and either of them may be used.
  • a UV imprint method can be used.
  • the uneven structure 20 can be formed by easily printing (transferring) the unevenness by the UV imprint method.
  • a film mold formed from a Ni master mold in which a rectangular (pillar) structure having a period of 2 ⁇ m and a height of 1 ⁇ m is patterned is used. Then, a UV curable transparent resin for imprinting is applied to the substrate, and a mold is pressed against the resin surface of the substrate.
  • UV light is irradiated from the substrate side through the substrate or from the mold side through the film mold to cure the resin.
  • the mold is peeled after the resin is cured.
  • the mold is subjected to a release treatment (fluorine coating agent or the like) in advance, so that the mold can be easily peeled from the substrate.
  • a release treatment fluorine coating agent or the like
  • the mold can be easily peeled from the substrate.
  • the mold is provided with unevenness corresponding to the shape of the uneven structure 20. Therefore, when the unevenness of the mold is transferred, a desired uneven shape is formed in the transparent material layer. For example, if a mold having irregularly assigned concave portions for each section is used as the mold, the concavo-convex structure 20 with irregularly assigned convex portions can be obtained.
  • FIG. 11 is an example of the uneven structure 20 of the light extraction structure 2.
  • FIG. 11 is constituted by FIGS. 11A and 11B.
  • the concavo-convex structure 20 in the light extraction structure 2 is preferably a structure in which a plurality of convex portions 11 or concave portions 12 are arranged in a planar shape. Thereby, more light can be extracted to the outside in light emission generated when the dipoles are horizontally aligned.
  • the surface on which the plurality of convex portions 11 or concave portions 12 are arranged may be a surface parallel to the surface of the light transmissive substrate 1.
  • FIG. 11 shows a state in which a plurality of convex portions 11 are arranged in a planar shape.
  • the concavo-convex structure 20 may be a structure in which a plurality of convex portions 11 and concave portions 12 are arranged in a planar shape.
  • the plurality of convex portions 11 or concave portions 12 are arranged by randomly assigning one section of the convex portions 11 or concave portions 12 to the grid-like sections. It is preferable that Thereby, it is possible to enhance the light diffusing action without angle dependency and extract more light to the outside.
  • An example of a grid-like section is one in which one section is a quadrangle. More preferably, the quadrangle is a square. In this case, it becomes a matrix-like lattice (square lattice) in which a plurality of quadrangles are spread vertically and horizontally.
  • the lattice-shaped section is one in which one section is a hexagon. More preferably, the hexagon is a regular hexagon. In this case, it becomes a honeycomb-like lattice (hexagon lattice) in which a plurality of hexagons are spread with a filling structure.
  • the lattice may be a triangular lattice in which triangles are laid, but a quadrangular lattice or a hexagonal lattice makes it easier to control the unevenness.
  • the concavo-convex structure 20 of FIG. 11 is formed by arranging a plurality of convex portions 11 having substantially the same height for each section (lattice-shaped section) of a matrix-like concavo-convex and arranging them in a planar shape. . And the uneven structure 20 is formed so that the area ratio of the convex part 11 in the unit area
  • FIG. 11A shows a state seen from a direction perpendicular to the surface of the light transmissive substrate 1
  • FIG. 11B shows a state seen from a direction parallel to the surface of the light transmissive substrate 1.
  • FIG. 11A the section where the convex portion 11 is provided is indicated by hatching.
  • the lines L1, L2, and L3 in FIG. 11A correspond to the lines L1, L2, and L3 in FIG. 11B, respectively.
  • this concavo-convex structure 20 has a convex portion 11 allocated and arranged in a matrix-shaped concavo-convex section in which a plurality of squares are arranged in rows and columns (matrix type). Is formed. Each uneven section is formed with an equal area.
  • One of the convex portion 11 and the concave portion 12 is assigned to one section of the unevenness (one uneven section).
  • the assignment of the convex portions 11 may be regular or irregular. In the form of FIG. 11, a form in which the convex portions 11 are randomly assigned is shown. As shown in FIG.
  • the material constituting the concave-convex structure 20 protrudes toward the first electrode 3 to form the convex portion 11.
  • the plurality of convex portions 11 are provided with substantially the same height.
  • the convex portions 11 are approximately equal, for example, when the heights of the convex portions 11 are averaged, the convex portions are within ⁇ 10% of the average height, or preferably within ⁇ 5%. It may be that the height of 11 is settled and aligned.
  • the cross-sectional shape of the convex portion 11 is a rectangular shape, but may be an appropriate shape such as a pleated shape, an inverted triangular shape, or a trapezoidal shape.
  • the convex portions 11 are connected to form a large convex portion 11.
  • the recess 12 is connected to form a large recess 12.
  • the number of connections between the convex portions 11 and the concave portions 12 is not particularly limited.
  • the fine uneven structure 20 may not be formed when the number of connections increases, for example, 100 or less, 20 or less, 10
  • the following can be set as appropriate.
  • the concavo-convex structure 20 is formed so that the area ratio of the convex portions 11 in the unit region is substantially the same in each region.
  • FIG. 11A a total of 100 concave and convex sections of 10 vertical and 10 horizontal are illustrated, and such 100 sections can be used as a unit area.
  • the area ratio in which the convex portions 11 are formed is substantially equal for each unit region. That is, as shown in FIG. 11A, assuming that 50 convex portions 11 are provided in the unit region, about 50 portions (for example, 45 in other regions) having the same number of uneven sections and the same area. Up to 55 or 48 to 52) convex portions 11 may be provided.
  • the unit area is not limited to 100 sections, and can be sized for an appropriate number of sections.
  • the number of divisions may be 1000 divisions, 10,000 divisions, 1000000 divisions, or more.
  • the area ratio of the convex portion 11 may be slightly different depending on how the area is taken, in this example, the area ratio is set to be substantially the same.
  • the upper and lower limits of the area ratio are preferably 10% or less of the average, more preferably 5% or less, further preferably 3% or less, and further preferably 1% or less. More preferred. By making the area ratios more equal, the light extraction performance can be improved more uniformly in the plane.
  • the area ratio of the convex portions 11 in the unit region is not particularly limited, but is, for example, in the range of 20 to 80%, preferably in the range of 30 to 70%, and more preferably in the range of 40 to 60%. Can be set within range.
  • the convex part 11 and the concave part 12 are one aspect
  • the concavo-convex structure 20 has a structure in which a plurality of convex portions 11 and a plurality of concave portions 12 are randomly arranged.
  • the structure in which the convex portions 11 and the concave portions 12 are randomly arranged is effective when the wavelength band is wide. In particular, it can be used for white light emitting organic EL devices. Further, the structure in which the convex portions 11 and the concave portions 12 are randomly arranged can improve the viewing angle characteristics.
  • the viewing angle characteristic is that the color of light emitted varies depending on the viewing angle. When the viewing angle characteristic is improved, the difference in color depending on the viewing angle is reduced.
  • the uneven structure 20 is preferably fine unevenness. Thereby, the light extraction property can be further improved.
  • a fine concavo-convex structure can be formed by making one concavo-convex section into a square range having a side of 0.1 to 100 ⁇ m.
  • One side of the square forming one section of the unevenness may be 0.4 to 10 ⁇ m.
  • the unit area can be a square area of 1 mm in length ⁇ 1 mm in width, or a square area of 10 mm in length ⁇ 10 mm in width.
  • the material constituting the concavo-convex structure 20 may not be provided in the concave portion 12.
  • the lower layer (first transparent material layer 21) in the concavo-convex structure 20 may be a layer in which a large number of fine protrusions 11 are dispersed in an island shape over the entire surface.
  • the second transparent material layer 22 may be in direct contact with the light transmissive substrate 1 in the concave portion 12.
  • the height of the convex portion 11 is not particularly limited, but may be in the range of 0.1 to 100 ⁇ m, for example. Thereby, the concavo-convex structure 20 having a high light extraction property can be obtained. For example, when the height of the convex portion 11 is in the range of 1 to 10 ⁇ m, fine irregularities can be formed with high accuracy.
  • the plurality of convex portions 11 constituting the concavo-convex structure 20 may have the same shape.
  • the convex part 11 is provided in one whole uneven
  • the planar shape of the convex portion 11 may be another shape.
  • it may be circular or polygonal (triangular, pentagonal, hexagonal, octagonal, etc.).
  • the three-dimensional shape of the convex portion 11 may be an appropriate shape such as a columnar shape, a prismatic shape (triangular prism, quadrangular prism, etc.), and a pyramid shape (triangular pyramid, square pyramid, etc.).
  • the uneven structure 20 is preferably formed as a diffractive optical structure.
  • the convex part 11 is provided with a certain regularity so that it may become a diffraction structure.
  • the convex portion 11 is formed with periodicity.
  • the concavo-convex structure 20 has a structure in which a plurality of convex portions 11 and a plurality of concave portions 12 are periodically arranged. With this structure, it is possible to improve the light extraction performance with respect to a specific wavelength and direction.
  • the period P of the two-dimensional concavo-convex structure 20 (in the case of a structure having no periodicity, the average period of the concavo-convex structure) is ⁇ (wavelength in vacuum is refracted by the medium).
  • the value divided by the ratio is preferably set appropriately within a range of about 1/4 to 100 times the wavelength ⁇ . This range may be set when the wavelength of light emitted from the light emitting layer 5 is in the range of 300 to 800 nm.
  • the geometric optical effect that is, by increasing the surface area where the incident angle is less than the total reflection angle, the light extraction efficiency is improved, or by the action of extracting light above the total reflection angle by the diffracted light, The light extraction efficiency can be improved.
  • the effective refractive index near the concavo-convex structure portion gradually decreases as the distance from the surface of the substrate increases. . Therefore, a thin film layer having a refractive index intermediate between the refractive index of the medium of the layer forming the concavo-convex structure and the refractive index of the coating layer or the anode is interposed between the substrate and the concavo-convex layer or the anode. It becomes possible to reduce Fresnel reflection.
  • the period P is set in the range of ⁇ / 4 to 100 ⁇ , reflection (total reflection or Fresnel reflection) can be suppressed and light extraction efficiency can be improved.
  • the period P is smaller than ⁇ , only the Fresnel loss suppressing effect can be exhibited and the light extraction effect may be reduced.
  • it exceeds 20 ⁇ the height of the unevenness is required to be increased correspondingly (to obtain a phase difference), and there is a possibility that flattening at the coating layer (second transparent material layer 22) may not be easy.
  • the coating layer very thick for example, 10 ⁇ m or more
  • the method of increasing the thickness is disadvantageous because there are many harmful effects such as a decrease in transmittance, material costs, and in the case of resin materials, an increase in outgas.
  • the period P is preferable to set the period P as ⁇ to 20 ⁇ , for example.
  • the uneven structure 20 may be a boundary diffraction structure.
  • the boundary diffraction structure may be formed by arranging the convex portions 11 at random.
  • the boundary diffractive structure a structure in which a diffractive structure partially formed in a fine region in a plane is arranged on one surface can be used. In this case, it may be said that a plurality of independent diffractive structures are formed in the plane.
  • the fine diffractive structure can extract light using diffraction and suppress the diffraction effect of the entire surface from becoming too strong, thereby reducing the angle dependency of the light. Therefore, the light extraction effect can be enhanced while suppressing the angle dependency.
  • the unevenness of the uneven structure 20 is preferably controlled in randomness.
  • the shape of the concavo-convex structure 20 is defined as follows. When the unevenness is arranged completely at random, it is called a complete random structure. When it is randomly arranged under a certain rule with irregularities, it is called a controlled random structure. When the irregularities are regularly arranged with a certain periodicity instead of random, it is called a periodic structure. Then, one of the grid-like sections is considered as a block. The size of one block is defined as w. The block size can be considered as one side in the case of a square. In the case of a hexagon, the size of the block can be considered as a diameter of a circle inscribed in the hexagon.
  • the distance between the edges on the same side of one convex part 11 and another convex part 11 that is separated and adjacent to the convex part 11 is defined as an average period. Stipulate. The average period is equal to the average pitch.
  • the same block one of the convex portion 11 and the concave portion 12
  • the convex portions 11 are arranged so as not to be continuously arranged in the same direction in the same direction in the lattice-shaped section, and the concave portions 12 are not continuously arranged in the same direction in a predetermined number or more in the same direction. It is preferable that they are arranged. Thereby, the light extraction efficiency can be increased. In addition, the angle dependency of the emission color can be reduced.
  • the predetermined number of the convex portions 11 and the concave portions 12 that are not arranged continuously is preferably 10 or less, more preferably 8 or less, further preferably 5 or less, and still more preferably 4 or less.
  • FIG. 12 is constituted by FIGS. 12A and 12B.
  • 12A shows the uneven structure 20 having a completely random structure
  • FIG. 12B shows the uneven structure 20 having a periodic structure.
  • the shaded portion is the convex portion 11, and the white portion is the concave portion 12. The same applies to the following explanatory views of the uneven structure 20.
  • the average period is 2w. That is, since the convex portions 11 and the concave portions 12 are alternately arranged, the convex portions 11 are arranged with an average period of two blocks.
  • the concavo-convex structure 20 has a check shape.
  • the average period is 4w.
  • the average period in a completely random structure can be obtained by probability theory.
  • a random arrangement consider the probability that the same block is aligned. First, the probability that a block (convex portion 11) having a width w exists is 1 ⁇ 2. Next, the probability that two identical blocks are arranged is (1/2) ⁇ 2. Further, the probability that three identical blocks are arranged is (1/2) ⁇ 3. “ ⁇ N” indicates n-th power. Hereinafter, the probability that four or more identical blocks are arranged will be considered. In this way, the expected value of the width of the region where the same block is continuously formed is calculated. In this method, there are two types of blocks, the convex portion 11 and the concave portion 12. Therefore, the average period is calculated using the expected value. In this way, the average period when the blocks are arranged completely at random is 4w. Similarly, in the case of a hexagonal lattice, the average period 4w can be obtained based on a probabilistic concept.
  • the average period can be obtained even in a structure in which randomness is controlled (controlled random structure) based on a stochastic approach.
  • the average period can be obtained by calculating the expected value by removing the probability that the predetermined number or more of the blocks are arranged.
  • FIG. 13 is an explanatory diagram showing a method for structurally obtaining the average period.
  • the width of the grid is indicated by w.
  • an ellipse Q can be drawn inscribed in the boundary line in a portion where the same block (the convex portion 11 or the concave portion 12) is continuous.
  • an ellipse Q is drawn to become a circle, an inscribed circle is drawn. Then, the average period is obtained using the length of the major axis and the length of the minor axis of the ellipse Q.
  • the diameter is used.
  • the minimum value of the short axis length of the inscribed ellipse is w, that is, the boundary width.
  • the maximum value of the length of the major axis of the inscribed ellipse can be considered as 10w.
  • the probability that n consecutive convex portions 11 are arranged is (1/2) ⁇ n.
  • FIG. 14 is an example of a concavo-convex structure 20 having a completely random structure of a hexagonal lattice.
  • the width of the grid is indicated by w.
  • the average pitch can be considered by the length of the axis of the inscribed ellipse Q as in the case of the square lattice.
  • the minimum value of the short axis length of the inscribed ellipse is w, that is, the boundary width.
  • the maximum value of the length of the major axis of the inscribed ellipse can be considered as 10w.
  • 2w is obtained as an average value of the length of the axis of the inscribed ellipse Q. This 2w is an average boundary width. Therefore, the average pitch is 4w.
  • FIG. 15 shows an example of the uneven structure 20 having a controlled random structure.
  • FIG. 15 includes FIGS. 15A, 15B, and 15C.
  • FIG. 15A shows a square lattice structure with an average pitch of 3w.
  • FIG. 15B shows a square lattice structure with an average pitch of 3.3w.
  • FIG. 15C shows a hexagonal lattice structure with an average pitch of 3.4 w. These average pitches are derived by the method described above.
  • it is controlled so that three blocks (the convex part 11 or the concave part 12) are not continuously arranged in the same direction.
  • FIG. 15C control is performed so that four blocks (the convex portion 11 or the concave portion 12) are not continuously arranged in the same direction.
  • the average pitch of the plurality of convex portions 11 and the plurality of concave portions 12 is preferably smaller than the average pitch when the plurality of convex portions 11 and the plurality of concave portions 12 are randomly arranged. In that case, more light can be extracted.
  • the concavo-convex structure 20 is preferably a controlled random structure.
  • the control random structure can be said to be a structure that removes a low-frequency component. Therefore, the control random structure may be called a low frequency removal structure.
  • the average pitch of the plurality of convex portions 11 and the plurality of concave portions 12 can be set to a value larger than 2w and smaller than 4w, for example. w is the width of one uneven section. It can be considered that the average pitch is equal to the average period.
  • the control method of randomness by suppressing large blocks arranged in a row and the effect thereof have been shown.
  • the random pattern is Fourier transformed. Can also be confirmed.
  • FIG. 16 shows a diagram showing the amplitude of the spatial frequency component by Fourier transforming the random pattern.
  • FIG. 16 is configured by FIGS. 16A to 16D.
  • FIG. 16A shows a random pattern of a control random structure
  • FIG. 16B shows a Fourier transform of FIG. 16A.
  • FIG. 16C shows a random pattern having a completely random structure
  • FIG. 16D shows a Fourier transform of FIG. 16C.
  • the center of the figure represents a component with a spatial frequency of 0 (DC component).
  • the spatial frequency increases as it goes from the center to the outside.
  • the concavo-convex structure 20 is preferably a structure in which a component smaller than 1 / (2w) among the spatial frequency components is suppressed. In this way, when the randomness is controlled, the low frequency component is removed. It will be understood that the controlled random structure is referred to as a low frequency rejection structure.
  • the boundary width (structure size) w is more preferably 0.73 ⁇ or more. This 0.73 is derived from 400/550. It can be said that the upper limit of the average pitch is preferably 8 ⁇ m.
  • the structure size w (the length of one section of the lattice) is preferably 0.4 to 4 ⁇ m. Furthermore, the structure size w is preferably 0.4 to 2 ⁇ m.
  • the height of the concavo-convex is constant, but each height may be random.
  • the concavo-convex structure 20 since a structure can be formed by stacking two transparent materials, a difference occurs in the phase difference of light passing through these portions. Therefore, even if the height is random, the average phase difference of the transmitted light is determined by a plurality of average heights. Accordingly, even in this case, the light can be extracted by giving a sufficient average phase difference to the transmitted light, so that the height may be random.
  • the organic EL element uses the light extraction structure 2 described above, the light extraction efficiency can be improved when the vibration direction of the dipole is aligned in the horizontal direction.
  • the simulation is performed on the assumption that the interface between the substrate, the organic layer and the atmosphere is flat (no optical structure such as the light extraction structure 2).
  • the light extraction property can be further enhanced.
  • FIG. 17 is a schematic diagram showing a model of an optical structure.
  • FIG. 17 is configured by FIGS. 17A to 17E.
  • FIG. 17 schematically shows a model in which various optical structures are formed on the surface of the light-emitting source-containing layer 60.
  • FIG. 17A shows the light extraction structure 2 having the concavo-convex structure 20 described above. This light extraction structure 2 is a low frequency removal structure (a structure in which irregularities are arranged in a controlled random manner).
  • FIG. 17B shows a microlens array structure.
  • the microlens array structure is a structure in which fine hemispherical lenses 61 are arranged in a plurality of planes.
  • FIG. 17C is a micropyramid array structure.
  • the micro pyramid array structure is a structure in which fine pyramid-shaped (square pyramid) structures 62 are arranged in a plurality of planes.
  • FIG. 17D shows a scattering structure.
  • This scattering structure is a structure in which a scattering layer 63 in which particles having light scattering properties are dispersed is formed.
  • FIG. 17E shows a mirror structure in which an optical structure for extracting light is not provided.
  • the light transmittance with respect to the incident angle of light was calculated by optical simulation using the model of FIG. In FIG. 17A, the incident angle of light is indicated by ⁇ .
  • the wavelength of light was 550 nm.
  • the refractive index of the light emitting source containing layer 60 was 1.51. This refractive index assumes glass. Strictly speaking, the refractive index of the organic layer may be taken into consideration, but when considering the light extracted to the atmosphere, this setting does not cause a problem in the simulation.
  • the refractive index on the light extraction side (external side) was set to 1 assuming air.
  • the concave and convex sections are arranged in a hexagonal lattice, the concave and convex height is 800 nm, and the concave and convex average period is 1800 nm.
  • the lens diameter was 15 ⁇ m and the lens height was 7.5 ⁇ m.
  • the pitch of the pyramid structure was 10 ⁇ m, and the apex angle of the pyramid was 60 °.
  • the radius of the light scattering particles was 2.5 ⁇ m, and the filling factor of the light scattering particles was 30% by volume.
  • FIG. 18 is a graph showing the results of optical simulation.
  • the incident angle of light is indicated on the horizontal axis, and the light transmittance is indicated on the vertical axis.
  • (A) to (E) correspond to the models of FIGS. 17A to 17E, respectively.
  • the transmittance on the low angle side is higher than other structures.
  • the light generated when the dipole is horizontally oriented has a large distribution of components incident at a low angle. Therefore, the structure having birefringence has good matching with the optical structure (uneven structure 20) of (A), and it is possible to efficiently extract light to the outside.
  • the transmittance is high at an angle below a critical angle at which total reflection does not occur.
  • the critical angle is about 42 °.
  • the mirror structure is a structure in which extraction of light cannot be expected when the totally reflected light is incident again after changing the angle. This is because the traveling direction of light does not change in the mirror structure, and light once incident at a critical angle or more will exceed the critical angle regardless of how many times it is reflected and cannot be extracted.
  • FIG. 19 is a graph showing the difference in light extraction efficiency between the low frequency removal structure (control random structure) and the mirror surface structure in consideration of multiple reflections.
  • the low frequency removal structure is indicated by (A)
  • the mirror surface structure is indicated by (E).
  • the light extraction efficiency when only one-time transmission is considered is shown on the left side
  • the light extraction efficiency when multiple reflection is considered is shown on the right side.
  • the light extraction efficiency is normalized by assuming that the light extraction efficiency in the case of one-time transmission in the mirror structure is 1, and each light extraction efficiency is indicated by a relative value.
  • the mirror structure and the low-frequency rejection structure are almost the same in light extraction in one transmission, but the low-frequency rejection structure is overwhelmingly more efficient in consideration of multiple reflections. It is shown.
  • a reflection layer is usually provided, a multiple reflection structure is often employed. Therefore, it is understood that the low frequency elimination structure (control random structure) is more advantageous.
  • FIG. 20 is a graph showing a difference in light transmittance due to a difference in the uneven structure 20 in the light extraction structure 2.
  • the incident angle of light is indicated by the horizontal axis
  • the light transmittance is indicated by the vertical axis.
  • the low frequency removal structure (control random structure) is indicated by (A1)
  • the complete random structure is indicated by (A2)
  • the diffraction structure is indicated by (A3).
  • any of (A1) to (A3) has good light extraction performance below the critical angle. Therefore, it is considered that the light extraction structure 2 described above matches well with a structure in which dipoles are horizontally aligned. Among them, the low frequency removal structure (A1) in which randomness is controlled shows an excellent effect.
  • the light transmittance of s-polarized light in the incident light is larger than the light transmittance of p-polarized light in the incident light.
  • the s-polarized light component increases. Therefore, in the light extraction structure 2, when the light transmittance of s-polarized light is larger than the light transmittance of p-polarized light, a structure in which more s-polarized light is extracted is advantageous in light extraction performance.
  • Table 3 shows the ratio of p-polarized light and s-polarized light in the light from the light emitting layer 5 formed by aligning dipoles. This ratio is obtained by calculation of the radiation model.
  • the light emitted from the horizontally oriented dipole includes s-polarized light and p-polarized light in a ratio of 3: 1.
  • the light emitted from the vertically aligned dipole contains only p-polarized light. In random orientation, the ratio of s-polarized light and p-polarized light is equal.
  • the transmittance of s-polarized light is defined as the s-wave transmittance.
  • the transmittance of p-polarized light is defined as p-wave transmittance.
  • the light extraction structure 2 in which the light transmittance of s-polarized light is larger than the light transmittance of p-polarized light can be realized by selecting the material of the light extraction structure 2 and the production method. For example, by forming the light extraction structure 2 having a sawtooth structure, the light transmittance of the s-polarized light of the light extraction structure 2 can be made higher than that of the p-polarization.
  • FIG. 21 is an explanatory view showing an example of the light extraction structure 2 having the sawtooth structure 30.
  • the sawtooth structure 30 may be a structure having a sawtooth-like shape.
  • the sawtooth may be a jagged shape.
  • the convex portion 31 forming the sawtooth structure 30 includes a portion 31a protruding in a direction perpendicular to the layer surface and a portion 31b protruding in an oblique direction with respect to the layer surface. Is formed.
  • the plurality of convex portions 31 have the same height (height 31h) and are arranged at a predetermined pitch (pitch 31p).
  • the pitch of the plurality of convex portions 31 can be set in the range of 1 to 10 ⁇ m, for example.
  • the pitch of the plurality of protrusions 31 may be referred to as the width of the protrusions 31.
  • the height of the convex portion 31 can be set in the range of 1 to 10 ⁇ m, for example.
  • the height and pitch (width) of the convex portion 31 may be substantially the same.
  • the convex portions 31 having a height of 1.5 ⁇ m are arranged at a pitch of 1.5 ⁇ m, it is possible to form the light extraction structure 2 in which the s-polarized light transmittance is larger than the p-polarized light transmittance.
  • FIG. 21 is only an example of the light extraction structure 2.
  • the arrangement of the light extraction structure 2 is not limited thereto.
  • FIG. 22 is a diagram showing another aspect of the layer configuration of the organic EL element having the light extraction structure 2.
  • the light extraction structure 2 is provided outside the light transmissive substrate 1.
  • the light extraction structure 2 may be provided on the surface of the light transmissive substrate 1. As described above, by providing the light extraction structure 2 on the outer side of the light-transmitting substrate 1, it is possible to improve the light extraction property of light generated from the light emitting layer 5 in which the dipoles are horizontally aligned.
  • the uneven structure 20 may be provided directly on the light transmissive substrate 1. Note that the coating layer may or may not have.
  • the light extraction structure 2 is composed of one layer without having a coating layer.
  • the light extraction structure 2 provided on the outside of the light transmissive substrate 1 may have the same configuration as the light extraction structure 2 described in FIG.
  • the concavo-convex structure 20 is formed by arranging a plurality of convex portions 11 having substantially the same height for each section of the matrix-like concavo-convex and arranging them in a planar shape. It is preferable that the area ratio of the convex portion 11 in the unit region is substantially the same in each region.
  • the concavo-convex structure 20 is a preferable embodiment in which a plurality of convex portions 11 and a plurality of concave portions 12 are randomly arranged.
  • the concavo-convex structure 20 is a structure in which a plurality of convex portions 11 and a plurality of concave portions 12 are arranged, and the average pitch of the plurality of convex portions 11 and the plurality of concave portions 12 is such that the plurality of convex portions 11 and the plurality of concave portions 12 are arranged. It is a preferable embodiment that the pitch is smaller than the average pitch when randomly arranged.
  • the concavo-convex structure 20 is a preferred embodiment in which a plurality of convex portions 11 and a plurality of concave portions 12 are periodically arranged. These preferred embodiments may be the same as the light extraction structure 2 described above.
  • FIG. 23 is a diagram showing a layer structure of an organic EL element having a plurality of light extraction structures 2.
  • a plurality of light extraction structures 2 may be provided.
  • the organic EL element it is a preferable aspect that a plurality of the light extraction structures 2 described above are provided in a direction perpendicular to the surface of the light transmissive substrate 1. By having a plurality of light extraction structures 2, the light extraction performance can be further improved.
  • the light extraction structure 2 is provided on both the outer side and the inner side of the light-transmitting substrate 1.
  • the light extraction structure 2 may be provided on both surfaces of the light transmissive substrate 1.
  • the light extraction structure 2 is provided on both the outer side and the inner side of the light transmissive substrate 1, thereby further improving the light extraction property of light generated from the light emitting layer 5 in which the dipoles are horizontally aligned. Can do.
  • the light extraction structure 2 on the inner side is defined as a first light extraction structure 2a.
  • the external light extraction structure 2 is defined as a second light extraction structure 2b.
  • the second light extraction structure 2b may be referred to as an additional light extraction structure.
  • the first light extraction structure 2a can adopt the same configuration as the light extraction structure 2 disposed between the first electrode 3 and the light transmissive substrate 1 described above.
  • the second light extraction structure 2b can employ the same configuration as the light extraction structure 2 disposed on the outside of the light-transmitting substrate 1 described in the form of FIG.
  • both of the light extraction structures 2 are optical structures having the concavo-convex structure 20 described above, but one of the light extraction structures 2 is another optical structure. Also good.
  • the second light extraction structure 2b may be formed of a light-scattering layer containing light-scattering particles, an optical film, or a layer with unevenness where no section is set. .
  • the second light extraction structure 2 b may be formed by roughening the surface of the light transmissive substrate 1.
  • the light transmissive substrate 1 has a birefringence that has a refractive index in a direction parallel to the surface of the light transmissive substrate 1 larger than a refractive index in a direction perpendicular to the surface of the light transmissive substrate 1. Preferably it is. Thereby, more light from the light emitting layer 5 in which the dipoles are horizontally aligned can be extracted to the outside, and the light extraction efficiency can be further improved.
  • the light transmissive substrate 1 having birefringence it is effective to use a resin substrate, for example.
  • a resin substrate stretched in the horizontal direction in the manufacturing process is preferable.
  • the resin constituting the resin substrate include, but are not limited to, PEN (polyethylene naphthalate) and PET (polyethylene terephthalate).
  • a substrate formed of these resins is often formed by being stretched in the horizontal direction in order to improve optical characteristics, mechanical characteristics, or heat resistance. These resins can have crystallinity. Therefore, the resin substrate tends to have anisotropy in refractive index. It can be said that a resin formed by rolling is preferable.
  • FIG. 24 is an explanatory diagram showing the behavior of light entering a medium having birefringence.
  • FIG. 24 is configured by FIGS. 24A, 24B, and 24C.
  • FIG. 24A shows the case where light travels in the vertical direction.
  • FIG. 24B shows the case where light travels in an oblique direction with a relatively small incident angle.
  • FIG. 24C shows the case where light travels in an oblique direction at a relatively large incident angle.
  • the interface at the boundary portion of the medium having different refractive index is a refractive index interface.
  • the polarization component need not be considered.
  • the refractive index n xy in the direction along the xy plane can be larger than the refractive index nz in the direction along the z-axis. In other words, n xy > nz .
  • the s-polarized light has a smaller incident angle and is likely to be light standing in the front direction. Therefore, although depending on the case, a phenomenon may occur in which p-polarized light is totally reflected, but s-polarized light is not totally reflected and is transmitted to the medium (see FIG. 24C). As described above, when the dipoles are horizontally aligned, the amount of s-polarized light increases. Therefore, the light-transmitting substrate 1 has a birefringence property, whereby the light extraction efficiency can be further increased.
  • the refractive index n xy of the light transmissive substrate 1 in the direction parallel to the surface of the light transmissive substrate 1 is, for example, in the range of 1.6 to 2.2. Can be.
  • the refractive index nz of the light transmissive substrate 1 in the direction perpendicular to the surface of the light transmissive substrate 1 can be in the range of 1.5 to 2.0, for example.
  • the refractive index nz of the light transmissive substrate 1 in the direction perpendicular to the surface of the light transmissive substrate 1 (thickness direction) is normally used as the refractive index of the light transmissive substrate 1.
  • the difference in refractive index is preferably 0.1 or more, more preferably 0.2 or more, and further preferably 0.3 or more. The larger the refractive index difference, the higher the light extraction property.
  • the upper limit of the refractive index difference is not particularly limited, but from the viewpoint of ease of manufacture, for example, the refractive index difference can be 0.5 or less.
  • the refractive index in the light transmissive substrate 1 may be a value determined by spectroscopic ellipsometry. A spectroscopic ellipsometer or the like can be used as the measuring device.
  • At least one light emitting layer 5 preferably has birefringence, but in the case of having a plurality of light emitting layers 5, it is preferable that the plurality of light emitting layers 5 have birefringence. . It is more preferable that all of the plurality of light emitting layers 5 have birefringence.
  • the above configuration can also be applied to an organic EL element having a multi-unit structure.
  • the multi-unit structure is a structure having a plurality of light emitting units.
  • the light emitting unit is a structure that emits light when sandwiched between an anode and a cathode.
  • the light emitting unit includes one or more light emitting layers 5. When the light emitting layer 5 in the light emitting unit has birefringence, the light extraction property can be improved.
  • the organic EL element can be formed of an appropriate material that is usually used for manufacturing the organic EL element.
  • the method for manufacturing the layer structure in FIG. 1 will be described as a representative example, the present invention can be applied to other layer structures.
  • the light transmissive substrate 1 a glass substrate can be used. Soda glass can be used as the glass. Alkali-free glass may be used, but soda glass is generally less expensive and advantageous in terms of cost. Further, even when soda glass is used, the light extraction structure 2 exists as a base layer of the organic layer, so that the influence of alkali diffusion on the first electrode 3 such as ITO can be suppressed.
  • the light transmissive substrate 1 may be formed of a resin substrate. When the light transmissive substrate 1 is made of glass, its refractive index may be in the range of 1.3 to 1.6, for example.
  • the light extraction structure 2 can be formed by stacking the first transparent material layer 21 and the second transparent material layer 22.
  • the light emitting laminate 10 constituting the light emitting structure is formed.
  • the light emitting laminate 10 has a configuration in which an organic layer including the light emitting layer 5 is formed between the first electrode 3 and the second electrode 4.
  • the organic layer is defined as a layer between the first electrode 3 and the second electrode 4.
  • An organic layer can be set as the structure provided with a hole transport layer, the light emitting layer 5, an electron carrying layer, and an electron injection layer from an anode side, for example.
  • the first electrode 3 having light transmittance can be configured as an anode
  • the second electrode 4 having light reflectivity can be configured as a cathode.
  • the first electrode 3 may be constituted by a cathode
  • the second electrode 4 may be constituted by an anode.
  • the refractive index of the organic layer may be calculated by the sum of values obtained by multiplying the refractive index of each layer constituting the organic layer by the ratio of the thickness of the layer in the organic layer.
  • the refractive index of the organic layer is not particularly limited, but may be set in the range of 1.5 to 2.0, for example.
  • the laminated structure of the organic layer is not limited to the above-described example.
  • the laminated structure of the light emitting layer, the laminated structure of the hole transport layer, the light emitting layer, and the electron transport layer, or the laminated structure of the hole transport layer and the light emitting layer Alternatively, a laminated structure of a light emitting layer and an electron transport layer may be used.
  • a hole injection layer may be interposed between the anode and the hole transport layer.
  • the light emitting layer may have a single layer structure or a multilayer structure. For example, when the desired light emission color is white, the light emission layer may be doped with three types of dopant dyes of red, green, and blue. Good.
  • a laminated structure of a blue hole transporting light emitting layer, a green electron transporting light emitting layer and a red electron transporting light emitting layer may be adopted, or a blue electron transporting light emitting layer, a green electron transporting light emitting layer and a red color may be adopted.
  • a laminated structure with an electron transporting light emitting layer may be adopted.
  • a structure may be adopted.
  • the multi-unit structure is a structure in which a plurality of light emitting units overlapping in the thickness direction are electrically connected in series between one anode and one cathode.
  • first electrode 3 and the second electrode 4 constitutes an anode, and the other constitutes a cathode.
  • the first electrode 3 is a light-transmitting anode
  • the second electrode 4 is a light-reflecting cathode.
  • the refractive index of the first electrode 3 is not particularly limited, but may be in the range of 1.2 to 2.0, for example.
  • the anode is an electrode for injecting holes, and it is preferable to use an electrode material made of a metal, an alloy, an electrically conductive compound, or a mixture thereof having a high work function, and a HOMO (High Occupied Molecular Orbital) level. It is preferable to use one having a work function of 4 eV or more and 6 eV or less so that the difference between the two is not too large.
  • an electrode material of the anode for example, a metal oxide such as ITO, tin oxide, zinc oxide and IZO, a metal compound such as copper iodide, a conductive polymer such as PEDOT and polyaniline, and an arbitrary acceptor are doped.
  • the anode can be formed as a thin film on the surface of the light extraction structure 2 provided on the light transmissive substrate 1 by a sputtering method, a vacuum deposition method, a coating method, or the like.
  • the sheet resistance of the anode is preferably several hundred ⁇ / ⁇ or less, particularly preferably 100 ⁇ / ⁇ or less.
  • the film thickness of the anode is set to 500 nm or less, preferably in the range of 10 to 200 nm. The light transmittance improves as the anode becomes thinner, but the sheet resistance increases in inverse proportion to the film thickness.
  • auxiliary wiring such as metal on the transparent anode.
  • the material is preferably excellent in electrical conductivity, and Ag, Cu, Au, Al, Rh, Ru, Ni, Mo, Cr, Pd, or an alloy thereof such as MoAlMo, AlMo, or AgPdCu may be used.
  • it is more preferable to perform an insulation process so that no current flows in the grid portion so that the metal grid does not work as a light shielding material.
  • the material used for the hole injection layer can be formed using a hole injection organic material, a metal oxide, a so-called acceptor organic material or inorganic material, a p-doped layer, or the like.
  • An example of the hole-injecting organic material is a material that has a hole-transporting property, a work function of about 5.0 to 6.0 eV, and exhibits strong adhesion to the anode.
  • CuPc, starburst amine, etc. are examples.
  • the hole-injecting metal oxide is a metal oxide containing any of molybdenum, rhenium, tungsten, vanadium, zinc, indium, tin, gallium, titanium, and aluminum, for example.
  • an oxide of a plurality of metals containing any one of the above metals such as indium and tin, indium and zinc, aluminum and gallium, gallium and zinc, titanium and niobium, etc. It may be.
  • the hole injection layer made of these materials may be formed by a dry process such as vapor deposition or transfer, or by a wet process such as spin coating, spray coating, die coating, or gravure printing. It may be a film.
  • the material used for the hole transport layer can be selected from, for example, a group of compounds having hole transport properties.
  • this type of compound include 4,4′-bis [N- (naphthyl) -N-phenyl-amino] biphenyl ( ⁇ -NPD), N, N′-bis (3-methylphenyl)-(1 , 1′-biphenyl) -4,4′-diamine (TPD), 2-TNATA, 4,4 ′, 4 ′′ -tris (N- (3-methylphenyl) N-phenylamino) triphenylamine (MTDATA) 4,4′-N, N′-dicarbazole biphenyl (CBP), spiro-NPD, spiro-TPD, spiro-TAD, TNB and the like, arylamine compounds, amine compounds containing carbazole groups, An amine compound containing a fluorene derivative can be exemplified, and any generally known hole transporting material can be used
  • any material known as a material for an organic EL element can be used.
  • a mixture of light emitting materials selected from these compounds is also preferable to use as appropriate.
  • a compound that emits fluorescence typified by the above compound, but also a material system that emits light from a spin multiplet, for example, a phosphorescent material that emits phosphorescence, and a part thereof are included in a part of the molecule.
  • a compound can also be used suitably.
  • the light emitting layer 5 made of these materials may be formed by a dry process such as vapor deposition or transfer, or by a wet process such as spin coating, spray coating, die coating, or gravure printing. It may be a film.
  • the material used for the electron transport layer can be selected from the group of compounds having electron transport properties.
  • this type of compound include metal complexes known as electron transporting materials such as Alq 3 and compounds having a heterocyclic ring such as phenanthroline derivatives, pyridine derivatives, tetrazine derivatives, and oxadiazole derivatives. Instead, any generally known electron transport material can be used.
  • Examples of the material for the electron injection layer include metal fluorides such as lithium fluoride and magnesium fluoride, metal halides such as sodium chloride and magnesium chloride, aluminum, cobalt, zirconium, titanium, Vanadium, niobium, chromium, tantalum, tungsten, manganese, molybdenum, ruthenium, iron, nickel, copper, gallium, zinc, silicon, and other metal oxides, nitrides, carbides, oxynitrides, etc.
  • metal fluorides such as lithium fluoride and magnesium fluoride
  • metal halides such as sodium chloride and magnesium chloride
  • aluminum cobalt, zirconium, titanium, Vanadium, niobium, chromium, tantalum, tungsten, manganese, molybdenum, ruthenium, iron, nickel, copper, gallium, zinc, silicon, and other metal oxides, nitrides, carbides, oxynitrides, etc.
  • insulators such as magnesium, iron oxide, aluminum nitride, silicon nitride, silicon carbide, silicon oxynitride and boron nitride, silicon compounds such as SiO 2 and SiO, and carbon compounds can be used. These materials can be formed into a thin film by being formed by a vacuum deposition method or a sputtering method.
  • the cathode is an electrode for injecting electrons into the light emitting layer, and it is preferable to use an electrode material made of a metal, an alloy, an electrically conductive compound, and a mixture thereof having a low work function.
  • an electrode material made of a metal, an alloy, an electrically conductive compound, and a mixture thereof having a low work function.
  • the cathode it is preferable to use a cathode having a work function of 1.9 eV or more and 5 eV or less so that the difference from the LUMO (Lowest Unoccupied Molecular Orbital) level does not become too large.
  • the electrode material for the cathode include aluminum, silver, magnesium, and the like, and alloys of these with other metals, such as a magnesium-silver mixture, a magnesium-indium mixture, and an aluminum-lithium alloy.
  • a metal conductive material for example, an ultrathin film made of aluminum oxide (here, a thin film of 1 nm or less capable of flowing electrons by tunnel injection)
  • a laminated film with a thin film made of aluminum can also be used.
  • an intermediate layer is preferably provided between the light emitting units.
  • the intermediate layer can be a layer that functions as a charge generation layer.
  • the intermediate layer can be formed of a material capable of generating a charge for each light emitting unit. In order to take out light, it is preferable to have light transmittance.
  • the intermediate layer can be formed of a metal thin film. Examples are silver and aluminum.
  • the light emitting laminate 10 is preferably sealed with a sealing material. Since the organic layer is vulnerable to water and the like, the organic layer side of the light-transmitting substrate 1 is sealed with a cap glass or the like in a glove box whose dew point is controlled (for example, ⁇ 70 ° C. or lower) in order to avoid contact with air.
  • the shelf life can be further improved by including a desiccant or the like inside the seal.
  • the light extraction structure 2 when the light extraction structure 2 is provided on the outer side of the light transmissive substrate 1, the light extraction structure 2 may be provided by a film, a sheet, or the like. Thereby, the light extraction structure 2 can be easily provided.
  • the light extraction structure 2 can be composed of a diffusion film, a prism sheet, a microlens sheet, or the like attached with an adhesive.
  • the light extraction structure 2 that can extract more light from the light emitting layer 5 in which the dipoles are horizontally aligned can be provided.
  • the light extraction structure 2 may be obtained by directly processing the light transmissive substrate 1 by blasting or etching.
  • the light emitting layer 5 is formed to have birefringence.
  • the birefringence of the light emitting layer 5 is realized by horizontally aligning the dipoles.
  • the horizontal orientation of the dipole may not be perfect.
  • the vibration direction of the dipole is not perpendicular to the surface of the light transmissive substrate 1.
  • the vibration direction of the dipole is preferably 45 ° or more and more preferably 60 ° or more with respect to the direction perpendicular to the surface of the light transmissive substrate 1.
  • the dipole vibration direction is 90 ° with respect to the direction perpendicular to the surface of the light-transmitting substrate 1, it can be said that the dipole is completely horizontally oriented.
  • the birefringence property of the light emitting layer 5 can be obtained by controlling the molecular structure in the light emitting layer 5, for example.
  • the control of the molecular structure it is possible to make the dipole orientation easy to align in a predetermined direction, and by adopting a structure that orients the dipole moment in the horizontal direction, the desired molecular orientation can be obtained.
  • Can do For example, it is effective to control the molecular structure of the blue fluorescent dopant.
  • it is effective to use a low molecular phosphorescent material.
  • TCTA: B3PYMAPM: Ir (ppy) 2 (acac) is used as a material of the light emitting layer 5.
  • This material can facilitate the formation of the light emitting layer 5 in which the light emitting molecules are aligned in the horizontal direction. Therefore, the light extraction efficiency can be increased. Further, methods for orienting molecules in the horizontal direction are known for organic single crystals, polymer films, liquid crystals, and the like, and these methods can be employed.
  • an organic EL element when a film is formed with a polymer material, it is relatively easy to perform molecular orientation in a specific direction by applying a film to a rubbed substrate. It is one preferred embodiment to form.
  • the coating method is easy to apply in a polymer layer.
  • molecular orientation is possible even in a low molecular system.
  • the molecules can be oriented by vapor deposition such as heating film formation on the substrate. In short, it is sufficient that the birefringence of the light emitting layer 5 is exhibited.
  • the light emitting layer 5 having birefringence it is preferable that at least light emitting molecules are molecularly oriented.
  • both the light emitting molecules and the layer medium (host) may be molecularly oriented. Thereby, light extraction property can be improved.
  • a lighting device can be obtained by the organic EL element.
  • the lighting device includes the organic EL element described above. Thereby, it is possible to obtain an illuminating device that is excellent in light extraction performance and power saving.
  • the illuminating device may be one in which a plurality of organic EL elements are arranged in a planar shape.
  • the illumination device may be a planar illumination body composed of one organic EL element.
  • the illumination device may include a wiring structure for supplying power to the organic EL element.
  • the illumination device may include a housing that supports the organic EL element.
  • the illumination device may include a plug that electrically connects the organic EL element and the power source.
  • the lighting device can be configured in a panel shape. Since the lighting device can be made thin, it is possible to provide a space-saving lighting fixture.
  • the organic EL element described above is particularly useful as inspection illumination since p-polarized light is reduced. This is because defects due to scattered light can be detected.
  • FIG. 25 is an example of a lighting device.
  • the lighting device 100 includes an organic EL element 101, a housing 102, a plug 103, and a wiring 104.
  • a plurality (four) of organic EL elements 101 are arranged in a planar shape.
  • the organic EL element 101 is accommodated in the housing 102. Electricity is supplied through the plug 103 and the wiring 104, the organic EL element 101 emits light, and light is emitted from the lighting device 100.
  • a display device can be obtained by the organic EL element.
  • the display device includes the organic EL element described above. Accordingly, a display device with excellent light extraction performance and power saving can be obtained.
  • the display device may include a plurality of organic EL elements arranged in a planar shape.
  • the display device may have a planar shape including one organic EL element.
  • the display device may include a wiring structure for supplying power to the organic EL element.
  • the display device may include a housing that supports the organic EL element.
  • the display device may include a plug that electrically connects the organic EL element and the power source.
  • the display device can be configured in a panel shape. Since the thickness of the display device can be reduced, a space-saving display body can be provided.
  • the organic EL element is particularly useful as a backlight for a liquid crystal display because p-polarized light is reduced.
  • FIG. 26 is an example of a display device.
  • the display device 200 includes an organic EL element 201, a housing 202, a liquid crystal 203, wirings 204, and an internal power source 205.
  • the organic EL element 201 is accommodated in the housing 202 and disposed behind the liquid crystal.
  • the organic EL element 201 serves as a backlight for the liquid crystal 203.
  • the organic EL element 201 is electrically connected to the internal power source 205 through the wiring 204. Electricity is supplied from the internal power supply 205 and the organic EL element 201 emits light, and the liquid crystal display of the display device 200 becomes clear.
  • the white arrow indicates the emission of light.

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Abstract

　有機エレクトロルミネッセンス素子は、光透過性基板１と、第１電極３、発光層５、及び、第２電極４を有する発光積層体１０と、凹凸構造２０を有する光取り出し構造２とを備えている。発光層５は、光透過性基板１の表面と平行な方向での屈折率が、光透過性基板１の表面に垂直な方向での屈折率よりも大きい複屈折率性を有する。凹凸構造２０は、高さが略等しい複数の凸部１１がマトリックス状の凹凸の一区画ごとに割り当てられて面状に配置することにより形成され、平面視での単位領域における凸部１１の面積率が各領域において略同一である。

Description

有機エレクトロルミネッセンス素子、照明装置及び表示装置
　有機エレクトロルミネッセンス素子、並びにそれを用いた照明装置及び表示装置が開示される。より詳しくは、光取り出し構造を備えた有機エレクトロルミネッセンス素子が開示される。
　有機エレクトロルミネッセンス素子（以下「有機ＥＬ素子」ともいう）として、光透過性を有する基板の表面に、陽極、ホール輸送層、発光層、電子注入層及び陰極を有する発光積層体が積層された構造のものが一般的に知られている。有機ＥＬ素子では、陽極と陰極の間に電圧を印加することによって、発光層で発した光が、光透過性を有する電極及び基板を通して外部に取り出される。
　有機ＥＬ素子の光取り出し効率については、一般に２０～３０％程度と言われている。これは、いわゆる発光として有効に活用できていない光が全発光量の７０～８０％を占める、ということである。屈折率の異なる界面での全反射、材料による光の吸収などによって、発光を観測する外界へ有効に光を伝播できないためである。したがって、光取り出し効率向上による有機ＥＬ素子効率向上の期待値は、非常に大きい。
　光取り出し効率を向上するための試みがこれまで非常に多くなされている。中でも特に、有機層から基板への到達光を増やす試みが多くなされている。一般的に、有機層の屈折率が約１．７以上であり、また通常、基板として用いられるガラスの屈折率が約１．５であるため、有機層とガラスとの界面で発生する全反射ロス（薄膜導波モード）は、全放射光の約５０％に達する。この有機層－基板間の全反射ロスを低減することで、有機ＥＬ素子の光取り出し効率を大きく改善することが可能である。
　全反射ロスを低減する方法として、最近、双極子の原理を利用した手法が開発されている（例えばS. -Y. Kim et al.,  “Organic Light-Emitting Diodes with 30%External Quantum Efficiency Based on a Horizontally Oriented Emitter,”  Adv.Funct. Mater.  2013, DOI: 10.1002/adfm.201300104, 2013参照）。この手法では、分子の配向によって光取り出し効率が高められている。
　しかしながら、有機ＥＬ素子においては、上記の文献に記載されたような手法でも光取り出し効率は十分に高められているとは言えず、これよりもさらに光取り出し性を高める構造が求められている。
　本開示の目的は、光取り出し効率が高い有機ＥＬ素子、照明装置及び表示装置を提供することである。
　有機エレクトロルミネッセンス素子が開示される。有機エレクトロルミネッセンス素子は、光透過性基板と、光透過性を有する第１電極、発光層、及び、第２電極を前記光透過性基板側からこの順で有する発光積層体と、凹凸構造を有する光取り出し構造と、を備えている。前記発光層は、前記光透過性基板の表面と平行な方向での屈折率が、前記光透過性基板の表面に垂直な方向での屈折率よりも大きい複屈折率性を有している。前記光取り出し構造は、前記第１電極よりも光取り出し側に配置されている。前記凹凸構造は、高さが略等しい複数の凸部がマトリックス状の凹凸の一区画ごとに割り当てられて面状に配置することにより形成され、平面視での単位領域における前記凸部の面積率が各領域において略同一である。
　照明装置が開示される。照明装置は、上記の有機エレクトロルミネッセンス素子と、配線とを備えている。
　表示装置が開示される。表示装置は、上記の有機エレクトロルミネッセンス素子と、配線とを備えている。
　本開示の有機エレクトロルミネッセンス素子は、発光層が複屈折率性を有し、第１電極よりも光取り出し側に光取り出し構造が設けられることにより、発光層からの光をより外部に多く取り出すことができる。その結果、光取り出し効率が高く、発光特性の優れた有機エレクトロルミネッセンス素子、照明装置及び表示装置を得ることができる。
有機エレクトロルミネッセンス素子の層構成の一例を示す概略図である。 有機エレクトロルミネッセンス素子を説明するための３次元概念図である。 図３は図３Ａ及び図３Ｂにより構成される。図３は、双極子の振動方向と放射光の配向との関係を示す説明図（概念図）である。図３Ａは振動方向が水平配向の場合、図３Ｂは振動方向が垂直配向の場合を示す。 図４は図４Ａ及び図４Ｂにより構成される。図４は、双極子の振動方向と放射光の配向との関係を示す説明図（断面図）である。図４Ａは振動方向が水平配向の場合、図４Ｂは振動方向が垂直配向の場合を示す。 図５は図５Ａ及び図５Ｂにより構成される。図５は、双極子の振動方向と放射光の配向との関係を示す説明図（斜視図）である。図５Ａは振動方向が水平配向の場合、図５Ｂは振動方向が垂直配向の場合を示す。 図６は図６Ａ及び図６Ｂにより構成される。図６は、双極子の振動方向と放射光の配向との関係を示す説明図（断面図）である。図６Ａは振動方向が水平配向の場合、図６Ｂは振動方向が垂直配向の場合を示す。 図７は図７Ａ及び図７Ｂにより構成される。図７は、双極子の振動方向と放射光の配向との関係を示す説明図（平面図）である。図７Ａは振動方向が水平配向の場合、図７Ｂは振動方向が垂直配向の場合を示す。 屈折率の異なる媒質の界面（屈折率界面）を通過する光の屈折を説明する模式図である。 図９は、図９Ａ、図９Ｂ及び図９Ｃにより構成される。図９は、双極子を含む発光層を有する有機ＥＬ素子の層構成のモデルである。図９Ａは振動方向がランダム配向の場合、図９Ｂは振動方向が垂直配向の場合、図９Ｃは振動方向が水平配向の場合を示す。 図１０は、図１０Ａ、図１０Ｂ及び図１０Ｃにより構成される。図１０は、双極子を含む発光層を有する有機ＥＬ素子における、発光点と反射層との距離と、光の分布との関係を示すグラフである。図１０Ａは振動方向がランダム配向の場合、図１０Ｂは振動方向が垂直配向の場合、図１０Ｃは振動方向が水平配向の場合を示す。 図１１は、図１１Ａ及び図１１Ｂにより構成される。図１１は、凹凸構造の一例を説明する説明図であり、図１１Ａは平面図、図１１Ｂは断面図を示す。 図１２は、図１２Ａ及び図１２Ｂにより構成される。図１２Ａは、凹凸構造の一例を示す平面図である。図１２Ｂは凹凸構造の一例を示す平面図である。 凹凸構造の一例を示す平面図であり、平均ピッチの求め方の一例を示す説明図である。 凹凸構造の一例を示す平面図であり、平均ピッチの求め方の一例を示す説明図である。 図１５は、図１５Ａ、図１５Ｂ及び図１５Ｃにより構成される。図１５Ａは、凹凸構造の一例を示す平面図である。図１５Ｂは、凹凸構造の一例を示す平面図である。図１５Ｃは、凹凸構造の一例を示す平面図である。 図１６は、図１６Ａ、図１６Ｂ、図１６Ｃ及び図１６Ｄにより構成される。図１６Ａは凹凸構造の一例を示す平面図である。図１６Ｂは、図１６Ａの凹凸構造をフーリエ変換した様子を示す分布図である。図１６Ｃは凹凸構造の一例を示す平面図である。図１６Ｄは、図１６Ｃの凹凸構造をフーリエ変換した様子を示す分布図である。 図１７は図１７Ａ～図１７Ｅにより構成される。図１７は、光学構造のモデルを示している。図１７Ａは凹凸構造を有する光取り出し構造、図１７Ｂはマイクロレンズアレイ構造、図１７Ｃはマイクロピラミッドアレイ構造、図１７Ｄは散乱構造、図１７Ｅは鏡面構造を示している。 光学構造を変化させた場合における、光の入射角度と透過率との関係を示すグラフである。 多重反射を考慮した場合の光取り出し効率の変化を示すグラフである。 凹凸構造を変化させた場合における、光の入射角度と透過率との関係を示すグラフである。 鋸歯構造を有する光取り出し構造の一例を示す説明図である。 有機エレクトロルミネッセンス素子の層構成の一例を示す概略図である。 有機エレクトロルミネッセンス素子の層構成の一例を示す概略図である。 図２４は図２４Ａ、図２４Ｂ及び図２４Ｃにより構成される。図２４は、複屈折率性を有する媒質に侵入する光の概念図である。図２４Ａは、光が垂直方向に進む場合を示す。図２４Ｂは、比較的小さい入射角度で光が斜め方向に進む場合を示す。図２４Ｃは、比較的大きい入射角度で光が斜め方向に進む場合を示す。 照明装置の一例を示す概略斜視図である。 表示装置の一例を示す概略構成図である。
　有機エレクトロルミネッセンス素子（有機ＥＬ素子）が開示される。有機エレクトロルミネッセンス素子は、光透過性基板１と、光透過性を有する第１電極３、発光層５、及び、第２電極４を光透過性基板１側からこの順で有する発光積層体１０と、凹凸構造２０を有する光取り出し構造２とを備えている。発光層５は、光透過性基板１の表面と平行な方向での屈折率が、光透過性基板１の表面に垂直な方向での屈折率よりも大きい複屈折率性を有している。光取り出し構造２は、第１電極３よりも光取り出し側に配置されている。凹凸構造２０は、高さが略等しい複数の凸部がマトリックス状の凹凸の一区画ごとに割り当てられて面状に配置することにより形成されている。凹凸構造２０は、平面視での単位領域における凸部の面積率が各領域において略同一である。
　有機ＥＬ素子では、発光層５が複屈折率性を有することによって、低角度の光をより多く発光層５から出射することができる。また、発光層５が複屈折率性を有することによって、プラズモンの影響を抑制することができ、光をより多く外部に出射することができる。また、複屈折率性を有する発光層５からの光は、低角度に進行する光を取り出しやすい上記の光取り出し構造２によって取り出されるため、光取り出し性が高まる。その結果、光取り出し効率が高く、発光特性の優れた有機ＥＬ素子を得ることができる。以下、さらに説明する。
　［複屈折率性］
　図１は、有機ＥＬ素子の一例である。有機ＥＬ素子は、光透過性基板１と発光積層体１０と光取り出し構造２とを備えている。発光積層体１０は、第１電極３、発光層５、及び、第２電極４を有する。第１電極３は光透過性を有する。第１電極３、発光層５、及び、第２電極４は、光透過性基板１側からこの順で配置されている。光取り出し構造２は、凹凸構造２０を有する。光透過性基板１は発光積層体１０を支持する基板として機能する。この有機ＥＬ素子では、光取り出し側は基板側となる。有機ＥＬ素子は、いわゆるボトムエミッション構造となっている。ボトムエミッション構造とは、支持基板から光が取り出される構造のことを指す。光取り出し構造２は、第１電極３よりも光取り出し側に配置されている。図１の形態では、光取り出し構造２は、第１電極３と光透過性基板１との間に配置されている。光取り出し構造２は光透過性基板１の表面に設けられている。図１では、発光点からの光の出射を矢印で表現している。
　第１電極３及び第２電極４は対となる電極である。第１電極３及び第２電極４のうちの一方は陽極となり、他方が陰極となる。好ましい一態様では、第１電極３が陽極で構成され、第２電極４が陰極で構成される。もちろん、第１電極３が陰極で構成され、第２電極４が陽極で構成されてもよい。
　第２電極４は、光反射性を有することが好ましい。第２電極４が光反射性を有する場合、発光層５からの光を反射させて光透過性基板１側に向かう光に変換することができ、光取り出し性を高めることができる。この場合、第２電極４は反射電極として構成される。反射電極は、光を反射させる反射層として機能することができる。
　図１の有機ＥＬ素子は、発光層５と電極との間に、電荷移動層６を有する。電荷移動層６は、発光層５に電荷（電子又は正孔）を移動させる機能を有する。電荷移動層６は、発光層５と陽極との間に配置される電荷移動層６と、発光層５と陰極との間に配置される電荷移動層６とに区分される。発光層５と陽極との間に配置される電荷移動層６としては、正孔輸送層、正孔注入層などが例示される。発光層５と陰極との間に配置される電荷移動層６としては、電子輸送層、電子注入層などが例示される。第１電極３と発光層５との間の電荷移動層６は、第１電荷移動層６ａと定義される。第２電極４と発光層５との間の電荷移動層６は、第２電荷移動層６ｂと定義される。第１電極３が陽極の場合、第１電荷移動層６ａは、正孔注入層及び正孔輸送層の一方又は両方を含むものであってよい。第２電極４が陰極の場合、第２電荷移動層６ｂは、電子注入層及び電子輸送層の一方又は両方を含むものであってよい。
　発光層５は、複屈折率性を有している。複屈折率性とは、屈折率に異方性を有する構造のことである。有機ＥＬ素子では、光透過性基板１の表面と平行な方向での発光層５の屈折率が、光透過性基板１の表面に垂直な方向での発光層５の屈折率よりも大きい。光透過性基板１の表面と平行な方向は、有機ＥＬ素子の発光面と平行な方向と等しい。この方向は、有機ＥＬ素子の面方向といってもよい。この方向は、発光積層体１０を構成する層の広がり方向といってもよい。面方向は２次元であり得る。光透過性基板１の表面に垂直な方向は、有機ＥＬ素子の厚み方向と等しい。この方向は、発光積層体１０の積層方向といってもよい。積層方向は１次元である。光透過性基板１の表面と平行な方向と、光透過性基板１の表面に垂直な方向とは、直交する。
　発光層５が複屈折率性を有することにより、発光層５によって生じる光をより多く光透過性基板１側に進行させることができる。そのため、光取り出し性を向上することができる。
　図２は、有機ＥＬ素子を説明するための３次元概念図である。図２により、空間座標が説明される。図２では、有機ＥＬ素子から、発光層５と光透過性基板１とを抜き出して図示している。図２では、層の配置を図１とは上下逆転して描画している。すなわち、図２では、光の出射方向を上にしている。図２が、図１の有機ＥＬ素子を説明するものであることは理解できるであろう。図２では、光の出射を白抜き矢印で表現している。
　図２に示すｘｙｚの３次元座標系を用いて、光の進行方向を考えてみる。３次元座標系では、ｘ軸とｙ軸とｚ軸とが直交する。ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸は直線である。３次元座標系の中心は、発光点と仮定する。発光点とは、発光層５内において発光が生じるポイントである。発光分子の振動中心といってもよい。ｚ軸は、光透過性基板１の表面に垂直な方向に沿った軸として定義される。ｚ軸は、厚み方向に延伸する直線となる。ｚ軸方向とは、発光層５から光透過性基板１側に向かう方向を指すものとする。ｘ軸及びｙ軸は、光透過性基板１の表面と平行な方向に沿った軸として定義される。ｘ軸及びｙ軸は、面方向（層の広がり方向）に沿っていると言える。ｘ軸とｙ軸によって、ｘｙ平面が形成される。ｘｙ平面は、光透過性基板１の表面と平行な面である。ｘｙ平面は、発光層５の表面と平行と言ってもよい。ｚ軸方向及びその逆方向を、垂直方向と定義する。ｘｙ平面の面方向を、水平方向と定義する。
　発光層５における複屈折率性は、ｘｙ平面と平行な方向での屈折率が、ｚ軸方向での屈折率よりも大きい性質と言い換えることができる。屈折率の記号ｎを用いると、ｘｙ平面と平行な方向の屈折率は、ｎｘｙと表すことができる。ｚ軸方向の屈折率は、ｎｚと表すことができる。そのため、発光層５の複屈折率性は、ｎｘｙ＞ｎｚと表すことができる。
　発光層５において、光透過性基板１の表面と平行な方向での発光層５の屈折率ｎｘｙは、例えば、１．６～２．２の範囲にすることができる。光透過性基板１の表面に垂直な方向での発光層５の屈折率ｎｚは、例えば、１．５～２．０の範囲にすることができる。有機ＥＬ素子の光の取り出し構造の設計にあたっては、通常、光透過性基板１の表面に垂直な方向（厚み方向）での発光層５の屈折率ｎｚを発光層５の屈折率として用いることができる。厚み方向に進む光が外部への出射に多く寄与するためである。光透過性基板１の表面と平行な方向での発光層５の屈折率ｎｘｙと、光透過性基板１の表面に垂直な方向での発光層５の屈折率ｎｚとの屈折率差は、０．１以上であることが好ましく、０．２以上であることがより好ましく、０．３以上であることがさらに好ましい。この屈折率差が大きくなるほど、光取り出し性を高めることができる。光透過性基板１の表面と平行な方向での発光層５の屈折率ｎｘｙと、光透過性基板１の表面に垂直な方向での発光層５の屈折率ｎｚとの屈折率差の上限は、特にないが、製造の容易性の観点などから、例えば、この屈折率差は、０．５以下にすることができる。発光層５における屈折率は、分光エリプソメトリーによって求まる値であってよい。測定装置としては、分光エリプソメータなどを用いることができる。
　発光層５における複屈折率性は、発光分子の配向により実現され得る。発光分子（単に「分子」ともいう）は双極子の構造を有することが好ましい。このとき、発光分子は双極子として仮定される。双極子は電気双極子である。発光分子における双極子の振動方向を制御することで複屈折率性が発現される。発光分子は、いわゆるドーパントであってよい。
　双極子の構造を有する分子が配向した分子配向膜では、分子の配置構造が異方性を有することになる。そして、分子の配置構造が異方性をもつことにより、その分子を有する膜は屈折率において異方性を示すことになる。ここで、双極子の振動方向が水平方向に配向して分子が水平配向となった場合は、水平方向の屈折率ｎｘｙが、垂直方向の屈折率ｎｚよりも大きくなる傾向がある。分子配向している方向の屈折率が高くなるのである。このように、分子配向した発光層５を形成することにより、光取り出し性を高めることができる。
　図３は、双極子（電気双極子）の振動方向と光の配向性との関係を示す概念図である。図３は図３Ａ及び図３Ｂにより構成される。図３では、水平方向に沿って有機ＥＬ素子の側方から双極子を見た様子を示している。双極子の振動は、双方向の矢印で図示されている。双方向の矢印の中央が振動中心である。図３Ａは、水平方向に振動した双極子の振動と、光の配向性との関係を示している。図３Ａでは、分子は水平配向している。水平配向とは、双極子の振動方向が水平方向に配向していることをいう。図３Ｂは、垂直方向に振動した双極子の振動と、光の配向性との関係を示している。図３Ｂでは、分子は垂直配向している。垂直配向とは、双極子の振動方向が垂直方向に配向していることをいう。図３において、矢印は振動する方向を示している。図３において、放射状に描画されて濃淡が付与された円が、放散される光を示している。この円においては、光の量が多いところでは濃く描かれ、光の量が少ないところでは薄く描かれている。
　図３Ａ及び図３Ｂでは、光が一様に広がっておらず、光が所定の方向に配向している。ここで、光が配向しているとは、発光層５で発生する双極子からの放射光の振動方向が水平方向または垂直方向に偏在していることを意味する。双極子が配向されていない通常の有機ＥＬ素子では、水平方向及び垂直方向の放射光がランダムに出現し、光の配向性はなくなる。光の配向性がない配向を、便宜上、ランダム配向ということとする。ランダム配向には配向性がないことは言うまでもない。
　垂直方向に沿って進行する光（基板に向かう放射光）を考えると、図３Ａで示すように、双極子が水平配向した場合、水平方向に振動する双極子からの放射光は、図３Ｂで示すような垂直方向に振動する双極子からの放射光よりも多く存在する。例えば、垂直方向の光の強度と水平方向の光の強度との比は、２：１になったり、３：１になったりする。光の強度が高いと、光の量も多くなる。このように、発光分子（双極子）の配向によって進行する光の強度が変化する。そして、双極子が水平配向することにより、基板に向かう光の量が多くなるため、光取り出し効率をより高めることができる。なお、垂直方向に進行する光には、基板に向かう光と、基板とは反対側に向かう光とが存在するが、基板の反対側に向かう光は反射によって反転させ、基板に向かう光に変換することができる。そのため、全体として取り出される光は、双極子が水平配向となって垂直方向の放射光が多い場合の方が多くなる。
　図４は、双極子の振動方向と光の配向性との関係を示す概念図である。図４は図４Ａ及び図４Ｂにより構成される。図４Ａは双極子が水平配向した場合を示し、図４Ｂは双極子が垂直配向した場合を示す。双極子の振動は、双方向の矢印で図示されている。双方向の矢印の中央が振動中心である。図４では、双極子による光の配向性に加え、光透過性基板１の表面を基板表面１ａとして模式的に図示している。双極子と基板表面１ａとの間の距離は実際にはこの図で示す距離よりも大きくてよい。図４では、色の濃淡で光の量を表現している。図４Ａ及び図４Ｂの比較から、光透過性基板１に向かう光は、双極子が水平配向した図４Ａの方が多いことが分かる。
　図５は、光の放射パターンを３次元的に示した模式図である。図５は図５Ａ及び図５Ｂにより構成される。図５Ａは双極子が水平配向した場合を示し、図５Ｂは双極子が垂直配向した場合を示す。図５では、双極子の振動方向と光の放射パターンとがｘｙｚ座標系で図示されている。
　図５では、光の放射をベクトルμで示している。ベクトルμは、角度と大きさ（強度）とを有する。双極子の振動はベクトルｖで示されている。ベクトルμとｙ軸とのなす角度はφと表す。ベクトルμとｚ軸とのなす角度はθと表す。
　図５Ａ及び図５Ｂでは、光の放射パターンを線５０で表している。図５Ａでは、双極子の振動方向はｘ軸の方向となっている。この場合、放射光のパターンは長軸が垂直方向に沿った２つの楕円体又は２つの球体となる。図５Ｂでは、双極子の振動方向はｚ軸の方向となっている。この場合、放射光のパターンは、水平方向に沿った２つの球体となる。図５Ａ及び図５Ｂの放射パターン（線５０）を比較しても、図５Ａの方が有利なことが分かる。
　図６は、図５の光の放射パターンを水平方向から見た様子を示す図である。図６は図６Ａ及び図６Ｂにより構成される。図６Ａは双極子が水平配向した場合を示しており、図５Ａに対応する。図６Ｂは双極子が垂直配向した場合を示しており、図５Ｂに対応する。図６では、図５における双極子の振動方向と光の放射パターンとを示す図が、ｙｚ平面における断面で描画されている。図６では、さらに、屈折率の異なる媒質の界面を通過することによる光の屈折が描画されている。光は矢印で示されている。分子の振動はベクトルｖで示されている。臨界角がθｃで示されている。光の放射パターンが線５０で示されている。図６で示されるように、臨界角θｃよりも小さい角度の光の成分の量は、図６Ｂの場合よりも、図６Ａの場合の方が多くなる傾向がある。すなわち、図６Ａは図６Ｂよりも光の出射量が多くなりやすい。そのため、図６Ａの方が、光取り出し性に有利であることが分かる。
　図７は、双極子の振動方向と光の配向性との関係を示す概念図である。図７は図７Ａ及び図７Ｂにより構成される。図７では、発光層を平面視したときの光の配向を示している。平面視とは、基板の表面と垂直な方向に沿って見た場合のことである。図７Ａは双極子が水平配向した場合を示し、図５Ａに対応する。図７Ｂは双極子が垂直配向した場合を示し、図５Ｂに対応する。図７におけるｘ及びｙは、３次元座標系におけるｘ軸及びｙ軸に対応する。ｘ及びｙが０の位置が双極子の振動の中心である。色の濃淡は光の量を示している。図７は、ｘｙ平面での断面と言える。図７Ａでは、双極子の振動が双方向の白い矢印で示されている。図７Ａでは、振動方向を分かりやすくするために白い矢印を記載しているが、実際にはこの白い矢印の部分は、周囲の色調から分かるように、黒さが濃くなる。図７Ｂでは、双極子の振動は、紙面に垂直な方向であり、黒い点で示されている。図７Ｂでは、振動方向を分かりやすくするために黒い点を記載しているが、実際にはこの黒い点の部分は、周囲の色調から分かるように、白さが濃くなる。
　図７Ａでは、双極子が水平配向している。図７Ａでは、双極子の振動方向をｘ軸及びｙ軸に沿った双方向の矢印で示しているが、双極子の振動方向は、ｘ軸及びｙ軸に沿ったものだけではなく、ｘｙ平面上にランダムに存在するものであってよい。図７Ａの場合、双極子の中心における色が濃くなっており、光が中央で多いことが分かる。これは、図４Ａ、図５Ａ及び図６Ａで説明したように、放射光の多くがｚ軸の方向に沿うため、平面視したときの中央部分において光の量が多くなるからである。一方、図７Ｂの場合、双極子の中心では色が薄く、双極子の円状となった周囲で色が濃くなっている。これは、図４Ｂ、図５Ｂ及び図６Ｂで説明したように、放射光がｘｙ平面の面方向に沿うため、平面視したときの中央部分では光の量が少なくなるからである。図７Ａと図７Ｂの比較からも、図７Ａの方が有利であることが分かるだろう。
　次に、上記の光の放射パターンの模式図を利用して、発光層から発せられる光が大気中に取り出される全放射束を計算によって求める。
　図８は、異なる屈折率を有する媒質を進行する光の屈折を示す説明図である。図８のモデルにより、光の屈折及び偏光を説明する。光が屈折率ｎ１の媒質から屈折率ｎ２の媒質に入射角θ１で入射した場合、屈折率ｎ１の媒質と屈折率ｎ２の媒質との界面では屈折が発生し、光の進行方向は、出射角θ２の方向となる。屈折率の異なる２つの媒質の境界部分の界面は、屈折率界面と定義される。ここで、θ１及びθ２は、屈折率界面（２つの媒質の界面）に対して垂直な方向に対する角度である。光には、ｐ偏光とｓ偏光とが存在する。図８では、ｐ偏光は垂直方向の光として矢印で記載している。ｓ偏光は水平方向の光として丸で囲ったＸ印で記載している。丸で囲ったＸ印は、紙面に垂直な方向を示すマークである。ｐ偏光の放射束Ｔｐ及びｓ偏光の放射束Ｔｓは、次の式で表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　ここで、異なる屈折率の媒質を通過する光における屈折率と角度の関係においては、
　　　ｎ１ｓｉｎθ１　＝　ｎ２ｓｉｎθ２
の式が成立する。
　全反射が発生する臨界角を考える。臨界角はθｃとして表される。よって、θ１＝θｃとなる。このとき、臨界角は光の全反射が発生する角度であるから、θ２が９０°となる場合であり、ラジアン単位で、
　　　θ２＝π／２
となる。
　また、大気の屈折率を考えると、大気（空気）の屈折率は１であるから、ｎ２＝１となる。なお、大気である外部と発光層との間には他の層も存在するが、間の層の屈折率と角度の関係においてもそれぞれ、上記の関係が成り立ち、結局、外部に取り出される光を考えるときは、大気と発光層との間の屈折率差を考慮すればよいことになる。
　そして、上記の式より、
　　　ｓｉｎθｃ　＝　１／ｎ１
が成り立つ。
　これらの条件を考慮し、計算を行う。
　表１は、双極子の配向パターンにおける、大気中に取り出される光の全放射束の計算式を示す表である。この表には、ｐ偏光成分及びｓ偏光成分も記載している。光の成分は、ｐ偏光とｓ偏光とに分けられるが、ｐ偏光及びｓ偏光を考慮することにより、光取り出し性をさらに高めることができる。空気（大気）の屈折率は１である。そのため、大気中に取り出される光の全放射束は、屈折率１の媒質に取り出される光の全放射束となる。大気中に取り出される光の全放射束は、全体の光から外部に出射する光のことであり、光取り出し効率を意味する。
　表１における角度θ及びφは、図５で説明した角度と同じである。また、ｕは、図５で説明したベクトルｕの大きさである。また、Ｔｐはｐ偏光の透過率であり、Ｔｓはｓ偏光の透過率である。また、Ｅｐはｐ偏光の光強度成分であり、Ｅｓはｓ偏光の光強度成分である。表１において、θｃは臨界角である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　以上の条件を基に、屈折率が変化した場合における配向性の違いによる光取り出し効果をシミュレーションで求める。
　表２に結果を示す。表２では、双極子が、ランダム配向した場合、垂直配向した場合及び水平配向した場合、における光取り出し効率が示されている。表２は、屈折率ｎ１の発光層から屈折率ｎ２＝１である空気への光取り出し効率を示している。なお、表２では、発光層の屈折率ｎ１を有機層全体の屈折率としている。また、基板の屈折率は無視している。このように考えても、光取り出し性を高めるための構造の傾向は確認できるものであり、素子設計に問題はない。
　表２に示すように、ランダム配向を基準としてみた場合、垂直配向では光取り出し効率が低下していることが分かる。一方、水平配向ではランダム配向よりも光取り出し効率が向上している。これは、水平方向に振動する分子からの光は屈折率界面に対して比較的入射角度が小さいものが多く、双極子の水平配向では、全反射がおこらない領域に放射される光が相対的に多くなるためであると考えられる。逆に、垂直方向に振動する分子からの光は入射角度の大きい光が多いため、双極子の垂直配向では、ほとんどの光が屈折率界面で全反射してしまい、光取り出し効率が低くなるものと考えられる。この結果からも、双極子すなわち発光分子の振動方向を水平配向させることが有利であることが分かる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　双極子が水平配向された構造は、プラズモンロスを抑制する観点からも有効である。プラズモンは反射層の表面で光が失われる現象である。そのため、光取り出し側とは反対側の電極を光反射性電極として構成した場合や、光取り出し側とは反対側に反射性の層を配置した場合に好適である。反射層に入射する光は、有機層と反射層との界面で発生する表面プラズモンとの結合によって、反射されずに、失われることがある。反射層が金属層である場合に、この現象は顕著である。プラズモンとの結合により光が消失すると、光取り出し性が低下してしまうことになる。このとき、双極子を水平配向させることによって、表面プラズモンとの結合を抑制することができ、光取り出し効率を高めることができる。プラズモンロスの影響は、シミュレーションと実験とから求めることができる。
　図９は、有機ＥＬ素子の層構成のモデルである。図９は、図９Ａ、図９Ｂ及び図９Ｃにより構成される。図９では、基板５１、有機層５２、反射層５３の積層構成となっている。光は有機層５２内で発生する。光が基板５１を通して、外部５４に取り出される。反射層５３は反射電極として構成され得る。反射層５３は、上記で説明した第２電極４を構成し得る。モデル上、第１電極３は省略しているが、第１電極３は有機層５２に含まれていると考えてよい。
　図９のモデルを用いて光の分布を求める。図９では、外部である大気（空気）の屈折率を１とし、基板の屈折率を１．５とし、有機層の屈折率を１．８とし、反射層（反射電極）の屈折率を０．１３－ｉ３．３とすることができる。基板の屈折率はガラスの場合を考えて選定されている。反射層の屈折率はＡｇ電極の場合を考えて選定されている。光の波長は代表波長として５５０ｎｍで選定されている。波長５５０ｎｍは、可視光の領域内の光であり、視認性の高い緑色領域の光であるため、設計に適している。
　図９Ａは、双極子がランダム配向した有機ＥＬ素子のモデルである。図９Ｂは、双極子が垂直配向した有機ＥＬ素子のモデルである。図９Ｃは、双極子が水平配向した有機ＥＬ素子のモデルである。双極子の振動方向は双方向の矢印で示されている。矢印の向きから、双極子の配向は理解されるだろう。双極子の中心位置は発光点となる。発光点と反射層５３との間の距離５３Ａがプラズモンロスに影響する。
　図１０は、図９のモデルから得られる光の分布を示すグラフである。図１０は、図１０Ａ、図１０Ｂ及び図１０Ｃにより構成される。図１０Ａは、双極子がランダム配向した有機ＥＬ素子における光の分布を示すグラフである。図１０Ａは、図９Ａのモデルから得られる。図１０Ｂは、双極子が垂直配向した有機ＥＬ素子における光の分布を示すグラフである。図１０Ｂは、図９Ｂのモデルから得られる。図１０Ｃは、双極子が水平配向した有機ＥＬ素子における光の分布を示すグラフである。図１０Ｃは、図９Ｃのモデルから得られる。図１０では、横軸が発光点と反射層との距離（図９の距離５３Ａ）となっている。図１０では、縦軸が光の分布であり、どのモードに光が移行するかが割合で示されている。光の移行は、プラズモン、有機層、基板、空気の各モードに区分される。プラズモンのモードは、プラズモンによって光が吸収される領域である。有機層のモードは、有機層内で光が消失する領域である。基板のモードは、基板内で光が消失する領域である。空気のモードが、外部に取り出される光となる。
　図１０Ａから、分子の配向性を考慮しないランダム配向の場合、プラズモンの影響をできるだけ受けないためには、発光点と反射層との間の距離は約２００ｎｍを上回るようにすればよいことが分かる。しかしながら、光の取り出し性に影響する要因には、プラズモン以外の要因もあり、単純にこの距離を大きくする設計は必ずしも有利とは言えない。
　図１０Ｂに示すように、垂直配向では、プラズモンの影響が受けやすくなっており、発光点と反射層との間の距離が１００ｎｍを下回ると、プラズモンロスによって光がきわめて取り出されにくくなっている。したがって、双極子の垂直配向はプラズモンの影響を受けやすい配向であると言える。
　図１０Ｃに示すように、水平配向では、プラズモンロスが他の配向に比べて減少されている。発光点と反射層との間の距離が１００ｎｍを上回れば、プラズモンの影響を実質的にほぼなくすことが可能になる。図１０Ｃでは、双極子が水平配向しているためにプラズモンの影響が受けにくくなっていると考えられる。有機ＥＬ素子では、反射層（反射電極）に最も近い発光層が反射層から１００ｎｍ以上離れた位置に配置されることが好ましい一態様であると言える。また、干渉により光の強度を高める観点からは、反射層に最も近い発光層と反射層との距離は近い方がよい場合もある。そのため、有機ＥＬ素子では、反射層（反射電極）に最も近い発光層が反射層から３００ｎｍ以下の位置に配置されることが好ましく、この距離は２００ｎｍ以下がさらに好ましいと言える。もちろん、この距離は、１００ｎｍ以下であってもよい。その場合、光の干渉条件において１ｓｔキャビティと呼ばれる正面にもっとも光が出る位置に発光層を配置させやすくすることができる。光の干渉は、例えば、図１０Ａ及び図１０Ｃにおいて、空気のモードの分布が波状となっていることから理解できる。
　図１０Ａ～図１０Ｃの比較からも明らかなように、プラズモンロスを抑制する観点から、双極子の振動方向を水平方向に配向させることが有利であることが分かる。ここで、反射層である電極が金属の場合、ｐ偏光が表面プラズモンと結合してロスとなる。一方、ｓ偏光はプラズモンとは結合しにくい。そのため、双極子を水平配向させ、ｓ偏光の成分を多くした方が、プラズモンの影響をより小さくすることができる。
　双極子の配向性について説明する。上記では理論的に説明するために、双極子が完全に水平配向した場合や、双極子が完全に垂直配向した場合を説明したが、配向は完全でなくてもよい。例えば、水平配向においては、発光分子（双極子）の配向は、ｘｙ平面から傾いていてもよい。その場合も光取り出し性に有利であることは、上記の説明から理解できるであろう。３次元座標系で説明すると、水平配向とは、双極子の振動方向とｚ軸とのなす角度が４５°を超えるものであってよい。水平配向では、好ましくは、双極子の振動方向とｚ軸とのなす角度が６０°を超えるものであり、より好ましくはこの角度は７５°を超えるものであってよい。要するに、発光分子を構成する双極子の振動方向が、光透過性基板１の表面と垂直な方向に対して傾いていればよいと言える。
　発光分子（双極子）の配向性は、発光層に含まれる発光分子のうちの一部が有していてもよいし、全部が有していてもよい。光取り出し性を高めるためには、発光層に含まれる発光分子の全部が配向性を有することが好ましい。また、個々の発光分子においては、配向性の方向が若干ずれていてもよい。発光層の全体として、発光分子に配向性が付与されていれば、光取り出し性を高めることができる。このような発光層全体としての発光分子の配向性は複屈折率性として現れるものである。そのため、発光層が複屈折率性を有することが好ましいのである。
　有機ＥＬ素子は白色発光であってよい。上記の構成は白色発光の場合に有利である。白色発光は、複数のドーパントの発光色の混合によって得ることができる。例えば、青色発光材料と緑色発光材料と赤色発光材料とを用いれば、白色発光が可能になる。有機ＥＬ素子は、複数の発光層を備えるものであってよい。複数の発光層の少なくとも一つが複屈折率性を有することが好ましい。複数の発光層の全てが複屈折率性を有することがさらに好ましい。
　発光分子である双極子が水平配向された場合、比較的入射角度の小さい光が多くなる。そこで、比較的入射角度の小さい光をより有効に外部に取り出す構造を設けることが光取り出し効率を高める観点から有利である。ここで、図１の有機ＥＬ素子は、第１電極３よりも光取り出し側に、凹凸構造２０を有する光取り出し構造２を備えている。凹凸構造２０は、高さが略等しい複数の凸部がマトリックス状の凹凸の一区画ごとに割り当てられて面状に配置することにより形成されている。凹凸構造２０は、平面視での単位領域における凸部の面積率が各領域において略同一である。このような凹凸構造２０を備えることにより、双極子が水平配向となった場合において、光をより有効に取り出すことができる。また、光取り出し構造２を設けることにより、視野角特性を改善することができる。そのため、光取り出し性が高く、発光特性に優れた有機ＥＬ素子を得ることができる。
　以下、光取り出し構造２の好ましい態様について説明する。
　［光取り出し構造］
　図１の形態では、光取り出し構造２は、第１透明材料層２１と第２透明材料層２２とにより構成されている。光取り出し構造２は、光透過性基板１側から第１透明材料層２１と第２透明材料層２２とを有していることが好ましい。それにより、二つの層の界面で容易に凹凸構造２０を形成することができる。第２透明材料層２２は、光透過性基板１よりも屈折率が大きいことが好ましい。それにより、屈折率差を低減して、光取り出し効率をさらに高めることができる。第１透明材料層２１と第２透明材料層２２との界面に、凹凸構造２０が形成されていることが好ましい。このような界面に凹凸構造２０を有する複層構成の光取り出し構造２によって、凹凸構造２０によって光が拡散されるため、光取り出し性をさらに高めることができる。光取り出し構造２は層として形成され得る。
　また、光取り出し構造２が二つの透明材料層２１，２２で構成されていると、第２透明材料層２２が被膜層として機能して、凹凸構造２０が平坦化されるため、発光積層体１０を安定して設けることができる。そのため、凹凸に起因する断線不良やショート不良を抑制することができる。また、被覆層を設けた場合、高さ（深さ）の大きい凹凸構造２０を設けた場合であっても、発光積層体１０を良好に積層形成することが可能になる。このように、第２透明材料層２２は平坦化層として機能することが可能であり好ましい。また、二つの透明材料層２１，２２は透明であり光透過性を有するため、光を有効に取り出すことができる。
　光取り出し構造２は、例えば、第１透明材料層２１を低屈折率層として構成し、第２透明材料層２２を高屈折率層として構成することができる。第１透明材料層２１の可視光波長領域での屈折率が１．３～１．５の範囲内であり、かつ、第２透明材料層２２の可視光波長領域での屈折率が１．７５以上であることがより好ましい。
　光取り出し構造２（第１透明材料層２１及び第２透明材料層２２）は、樹脂により形成されていることが好ましい。それにより、屈折率を容易に調整することができるとともに、凹凸の形成と凹凸の平坦化とを簡単に行うことができる。樹脂材料を用いた場合、比較的高屈折率のものを容易に得ることができる。また、樹脂は塗布によって層を形成することができるため、凹部に樹脂を侵入させて表面が平坦面となった層をより簡単に形成することができる。
　第１透明材料層２１に用いる材料としては、アクリル系やエポキシ系などの有機樹脂が例示される。また、樹脂には、樹脂を硬化させるための添加剤（硬化剤、硬化促進剤、硬化開始剤など）が添加されていてもよい。第１透明材料層２１の材料は、消衰係数ｋがなるべく小さいことが好ましく、理想的にはｋ＝０（または測定不能なレベルの数値）となることが好ましい。したがって、第１透明材料層２１は、好ましくは全可視波長領域で消衰係数ｋ＝０であるが、材料の膜厚によって許容される範囲が決定されるものであってよい。なお、樹脂以外の材料としては、無機系材料が例示される。例えば、スピンオンガラスを用いて第１透明材料層２１を構成することができる。
　第２透明材料層２２の材料としては、ＴｉＯ２などの高屈折率ナノ粒子を分散した樹脂などが挙げられる。樹脂は、アクリル系やエポキシ系などの有機樹脂であってよい。また、樹脂には、樹脂を硬化させるための添加剤（硬化剤、硬化促進剤、硬化開始剤など）が添加されていてもよい。また、第２透明材料層２２の材料は、消衰係数ｋがなるべく小さいことが好ましく、理想的にはｋ＝０（または測定不能なレベルの数値）となることが好ましい。なお、樹脂以外の材料としては、ＳｉＮなどで構成される無機膜や、無機酸化物（ＳｉＯ２など）の膜などが例示される。
　第２透明材料層２２によって被覆された表面（第１電極３側の面）は平坦な面であることが好ましい。それにより、ショート不良や積層不良を抑制して、発光積層体１０をより安定して形成することができる。
　なお、第２透明材料層２２を設けなくても発光性能などに影響がないのであれば、第２透明材料層２２は設けられなくてもよい。第２透明材料層２２を設けない場合、層の数を減らすことができるので、素子をより簡単に製造することが可能になる。例えば、第１透明材料層２１の凹凸形状の高さが上層の成膜に影響を与えない程度の高さであるならば、第２透明材料層２２は設けないようにしてもよい。第２透明材料層２２を設けていない場合であっても、凹凸構造２０で構成された光取り出し構造２によって光取り出し性を高めることが可能である。ただし、ショート不良や断線不良の抑制のためには上記したように第２透明材料層２２を形成することが好ましい。
　第１透明材料層２１及び第２透明材料層２２は、その材料を塗布することにより光透過性基板１の表面に設けることができる。材料の塗布方法は、適宜のコート法を採用することができ、スピンコートを用いてもよく、あるいは、スリットコート、バーコート、スプレーコート、インクジェットなどの方法を用途や基板サイズなどに応じて採用することができる。
　第１透明材料層２１と第２透明材料層２２との間の凹凸構造２０は適宜の方法により形成することができる。インプリント法により凹凸構造２０の凹凸を形成することが好ましい一態様である。インプリント法によれば、微細な凹凸を効率よく精度高く形成することができる。また、凹凸区画ごとに凸部又は凹部を割り当てて凹凸を形成する場合、インプリント法を用いれば、精度高く微細な凹凸を形成することが可能になる。インプリント法によって凹凸を形成する場合、一つの凹凸区画は、プリントを行う一ドットにより構成されるものであってよい。インプリント法は微細構造を形成し得るものが好ましく、例えば、ナノインプリントと称せられる方法を用いることができる。
　インプリント法は大きく分けてＵＶインプリント法と熱インプリント法があり、両者のどちらを用いてもよい。例えば、ＵＶインプリント法を用いることができる。ＵＶインプリント法により簡単に凹凸をプリント（転写）して凹凸構造２０を形成することができる。ＵＶインプリント法では、例えば、周期２μｍ、高さ１μｍの矩形（ピラー）構造をパターニングしたＮｉマスターモールドから型取りしたフィルムモールドを用いる。そして、ＵＶ硬化性のインプリント用透明樹脂を基板に塗布し、この基板の樹脂表面にモールドを押し付ける。その後、ＵＶ光（例えば波長λ＝３６５ｎｍのｉ線など）を基板側から基板を通して、またはモールド側からフィルムモールドを通して照射し、樹脂を硬化させる。そして、樹脂の硬化後にモールドを剥離する。このとき、モールドには事前に離型処理（フッ素系コーティング剤など）を施していることが好ましく、それにより、容易に基板からモールドを剥離することができる。これにより、モールドの凹凸形状を基板に転写することができる。なお、このモールドには、凹凸構造２０の形状と対応した凹凸が設けられている。そのため、モールドの凹凸が転写されたときには、所望の凹凸形状が透明材料の層に形成される。例えば、モールドとして不規則に凹部が区画ごとに割り当てられて形成されているものを用いれば、不規則に凸部が割り当てられた凹凸構造２０を得ることができる。
　図１１は、光取り出し構造２の凹凸構造２０の一例である。図１１は図１１Ａ及び図１１Ｂにより構成される。光取り出し構造２における凹凸構造２０は、複数の凸部１１又は凹部１２が面状に配置された構造であることが好ましい。それにより、双極子が水平配向された場合に生じる発光において、より多くの光を外部に取り出すことができる。複数の凸部１１又は凹部１２が配置される面は光透過性基板１の表面と平行な面であってよい。図１１では、複数の凸部１１が面状に配置されている様子が示されている。また、複数の凹部１２が面状に配置された様子が示されているともいえる。凹凸構造２０は、複数の凸部１１及び凹部１２が面状に配置された構造であってもよい。
　光取り出し構造２における凹凸構造２０においては、図１１に示すように、複数の凸部１１又は凹部１２は、格子状の区画に一区画分の凸部１１又は凹部１２がランダムに割り当てられて配置されていることが好ましい。それにより、角度依存性なく光の拡散作用を高めて、より多くの光を外部に取り出すことができる。格子状の区画の一例は、一区画が四角形となったものである。四角形は正方形であることがさらに好ましい。この場合、複数の四角形が縦横に敷き詰められるマトリックス状の格子（四角格子）となる。格子状の区画の他の一例は、一区画が六角形となったものである。六角形は正六角形であることがさらに好ましい。この場合、複数の六角形が充填構造で敷き詰められるハニカム状の格子（六角格子）となる。なお、格子としては、三角形が敷き詰められた三角格子であってもよいが、四角格子又は六角格子の方が凹凸の制御が容易になる。
　図１１の凹凸構造２０は、高さが略等しい複数の凸部１１がマトリックス状の凹凸の一区画（格子状の区画）ごとに割り当てられて面状に配置することにより形成されるものである。そして、凹凸構造２０は、平面視での単位領域における凸部１１の面積率が各領域において略同一であるように形成されている。このような、凹凸構造２０を設けることにより、光取り出し性を効率よく向上させることができる。
　図１１の凹凸構造２０において、図１１Ａは光透過性基板１の表面と垂直な方向から見た様子を示し、図１１Ｂは光透過性基板１の表面と平行な方向から見た様子を示している。図１１Ａでは凸部１１が設けられている区画を斜線で示している。図１１ＡにおけるラインＬ１、Ｌ２、Ｌ３は、図１１ＢにおけるラインＬ１、Ｌ２、Ｌ３にそれぞれ対応する。
　図１１Ａに示すように、この凹凸構造２０は、縦横に複数の正方形がマス目（行列型）のように並んで構成されるマトリックス状の凹凸区画に、凸部１１が割り当てられて配置されて形成されている。各凹凸区画は面積が等しく形成されている。凹凸の一区画（一つの凹凸区画）には一つの凸部１１及び凹部１２のいずれかが割り当てられている。凸部１１の割り当ては規則的であってもよいし、不規則であってもよい。図１１の形態では、ランダムに凸部１１が割り当てられている形態が示されている。図１１Ｂに示すように、凸部１１が割り当てられた区画では、凹凸構造２０を構成する材料が第１電極３側に突出することにより凸部１１を形成している。また、複数の凸部１１は高さが略等しく設けられている。ここで、凸部１１の高さが略等しいとは、例えば、凸部１１の高さを平均した場合、平均の高さの±１０％以内に、あるいは好ましくは±５％以内に、凸部１１の高さが収まって揃うことであってよい。
　図１１Ｂでは、凸部１１の断面形状は矩形状になっているが、ひだ状、逆三角形状、台形状など適宜の形状であってよい。一の凸部１１と他の凸部１１とが隣り合う部分では、凸部１１は連結して、大きな凸部１１が形成されている。また、一の凹部１２と他の凹部１２とが隣り合う部分では、凹部１２は連結して、大きな凹部１２が形成されている。凸部１１及び凹部１２の連結個数は、特に限定されるものではないが、連結個数が大きくなると微細な凹凸構造２０にならなくなるおそれがあるため、例えば、１００個以下、２０個以下、１０個以下などに適宜設定することができる。３個以上又は２個以上連続で凹部１２または凸部１１が続いた場合に次の領域を反転（凹の場合は凸、凸の場合は凹）させるという設計ルールを設けてもよい。このルールにより、光拡散効果が高まり、効率および色差の改善が期待できる。
　凹凸構造２０においては、単位領域における凸部１１の面積率が各領域において略同一となるように形成される。例えば、図１１Ａでは、縦１０個、横１０個の合計１００個の凹凸区画が図示されており、このような１００区画分の領域を単位領域にすることができる。そして、このとき、凹凸構造２０の面内において、凸部１１の形成された面積率は、各単位領域ごとにほぼ等しいものとなる。すなわち、図１１Ａに示すように、単位領域において、５０個分の凸部１１が設けられているとすると、凹凸の区画数が同じで面積の等しい他の領域においても５０個分程度（例えば４５～５５個又は４８～５２個）の凸部１１が設けられるものであってよい。単位領域は１００区画分に限られるものではなく、適宜の区画数分の大きさにすることができる。例えば、１０００区画、１００００区画、１００００００区画、又はそれ以上の区画数であってもよい。凸部１１の面積率は、領域の取り方によって多少異なる場合があるが、この例では、面積率は略同一であるようにする。例えば、面積率の上限及び下限の範囲を平均の１０％以下にすることが好ましく、５％以下にすることがより好ましく、３％以下にすることがさらに好ましく、１％以下にすることがさらにより好ましい。面積率がより等しくなることにより面内においてより均一に光取り出し性を高めることができる。単位領域における凸部１１の面積率は、特に限定されるものではないが、例えば、２０～８０％の範囲内に、好ましくは３０～７０％の範囲内に、より好ましくは４０～６０％の範囲内に設定することができる。
　凸部１１及び凹部１２は、単位領域内においてランダムに割り当てられて配置されることが好ましい一態様である。それにより、光をより多く取り出すことができる。このとき、凹凸構造２０は、複数の凸部１１と複数の凹部１２とがランダムに配置された構造となる。凸部１１及び凹部１２がランダムに配置された構造は、波長帯域が広い場合に有効である。特に白色発光の有機ＥＬ素子に利用することができる。また、凸部１１及び凹部１２がランダムに配置された構造は、視野角特性を改善することができる。視野角特性とは見る角度によって発光する色が相違することである。視野角特性が改善すると、見る角度による色の違いが小さくなる。
　凹凸構造２０は、微細な凹凸であることが好ましい。それにより、光取り出し性をより高めることができる。例えば、凹凸の一区画を一辺が０．１～１００μｍの正方形の範囲にすることにより、微細凹凸構造を形成することができる。凹凸の一区画を形成する正方形の一辺は０．４～１０μｍであってもよく、例えば、この一辺を１μｍにすると、微細な凹凸構造２０を精度よく形成することができる。また、単位領域は、縦１ｍｍ×横１ｍｍの正方形の領域にしたり、あるいは、縦１０ｍｍ×横１０ｍｍの正方形の領域にしたりすることができる。なお、凹凸構造２０では、凹部１２には凹凸構造２０を構成する材料が設けられていなくてもよい。その場合、凹凸構造２０における下層（第１透明材料層２１）は、面全体で多数の微細な凸部１１が島状に分散された層となっていてよい。例えば、凹部１２の部分において、第２透明材料層２２が光透過性基板１に直接接していてもよい。
　凸部１１の高さは、特に限定されるものではないが、例えば、０．１～１００μｍの範囲であってよい。それにより、光取り出し性の高い凹凸構造２０を得ることができる。例えば、凸部１１の高さを１～１０μｍの範囲にすると、微細な凹凸を精度よく形成することができる。
　凹凸構造２０を構成する複数の凸部１１は同一形状のものであってよい。図１１Ａでは、凸部１１が一つの凹凸区画全体に設けられて、平面視における形状が矩形状（長方形又は正方形）である凸部１１を示しているが、これに限定されるものでなく、凸部１１の平面形状は他の形状であってもよい。例えば、円状や、多角形状（三角形、五角形、六角形、八角形など）であってもよい。このとき、凸部１１の立体形状は、円柱状、角柱状（三角柱、四角柱など）、角錐状（三角錐、四角錐など）といった適宜の形状であってよい。
　凹凸構造２０は、回折光学構造として形成されていることが好ましい一態様である。このとき、凸部１１は回折構造となるように一定の規則性もって設けられていることが好ましい。回折光学構造では周期性をもって凸部１１が形成されることがさらに好ましい。光取り出し構造２が回折光学構造を有する場合、光取り出し性を向上することができる。このとき、凹凸構造２０は、複数の凸部１１と複数の凹部１２とが周期的に配置された構造となる。この構造では、特定の波長や方向に対してより光取り出し性を高めることが可能である。
　回折光学構造においては、二次元の凹凸構造２０の周期Ｐ（周期性がない構造の場合は、凹凸構造の平均的な周期）は、媒質内の波長をλ（真空中の波長を媒質の屈折率で除した値）として、おおよそ波長λの１／４～１００倍の範囲で適宜設定することが好ましい。この範囲は、発光層５で発光する光の波長が３００～８００ｎｍの範囲内にある場合に設定されるものであってよい。このとき、幾何光学的な効果、つまり、入射角が全反射角未満となる表面の広面積化により、光取り出し効率を向上するか、あるいは回折光による全反射角以上の光を取り出す作用により、光の取り出し効率を向上することができる。また、特に小さな周期Ｐ（たとえば、λ／４～λの範囲）で設定した場合には、凹凸構造部付近の有効屈折率が基板の表面からの距離が大きくなるにつれて徐々に低下することとなる。そのため、基板と、凹凸被覆の層、または陽極との間に、凹凸構造を形成する層の媒質の屈折率と、被覆層又は陽極の屈折率との中間の屈折率を有する薄膜層を介在させるのと同等となり、フレネル反射を低減させることが可能となる。要するに、周期Ｐをλ／４～１００λの範囲で設定すれば、反射（全反射あるいはフレネル反射）を抑制することができ、光取り出し効率を向上することができるものである。この中でも、周期Ｐがλより小さい場合はフレネルロス抑制効果しか発揮できなくなり光取り出し効果が小さくなるおそれがある。一方、２０λを超えるとそれに対応して凹凸の高さも大きくすることが求められ（位相差を得るため）、被覆層（第２透明材料層２２）での平坦化が容易でなくなるおそれがある。被覆層を非常に厚くする手法（例えば１０μｍ以上）も考えられるが、透過率の低下や材料コスト、樹脂材料の場合はアウトガス増加など、非常に弊害が多いため、厚くする手法は不利益な点もある。そのため、周期Ｐを例えば、λ～２０λのように設定することが好ましいものである。
　凹凸構造２０は、境界回折構造であってもよい。境界回折構造は、凸部１１をランダムに配置して形成されるものであってよい。また、境界回折構造として、面内に部分的に微細領域内で形成された回折構造が、一面に配設された構造を用いることもできる。この場合、面内に独立した複数の回折構造が形成されている構造といってもよい。境界回折構造では、微細な回折構造によって、回折を利用して光を取り出すとともに、面全体の回折作用が強くなりすぎるのを抑えて、光の角度依存性を低下させることができる。そのため、角度依存性を抑制しつつ光取り出し効果を高めることができる。
　図１１のようにランダムに凸部１１及び凹部１２を配設する場合、凸部１１又は凹部１２が連続しすぎると十分に光取り出し性を高めることができなくなるおそれがある。そこで、さらに好ましい凹凸構造２０について説明する。
　［凹凸構造のランダム制御］
　凹凸構造２０の凹凸は、ランダム性が制御されていることが好ましい。ここで、凹凸構造２０の形状について、次のように定義する。凹凸が完全にランダムに配置される場合は完全ランダム構造という。凹凸がある一定のルールの下でランダムに配置される場合は制御ランダム構造という。凹凸がランダムではなく一定の周期性をもって規則的に配置される場合は周期構造という。そして、格子状の区画の一つをブロックとして考える。一つのブロックのサイズをｗと定義する。ブロックのサイズは、四角形の場合、１辺と考えることができる。ブロックのサイズは、六角形の場合、この六角形に内接する円の直径と考えることができる。凸部１１が繋がって形成された大きい凸部１１において、一の凸部１１とこの凸部１１に離間して隣り合う他の凸部１１との同じ側の端縁間の距離を平均周期として規定する。平均周期は、いわば平均ピッチと等しい。
　制御ランダム構造における制御では、同じブロック（凸部１１及び凹部１２の一方）が連続して所定個数以上並ばないというルールを設けることが好ましい。すなわち、凸部１１は、格子状の区画に同一方向に所定個数以上連続して並ばないように配置され、凹部１２は、格子状の区画に同一方向に所定個数以上連続して並ばないように配置されていることが好ましい。それにより、光取り出し効率を高めることができる。また、発光色の角度依存性を低減することができる。凸部１１及び凹部１２が連続して並ばない所定の個数は、１０個以下が好ましく、８個以下がより好ましく、５個以下がさらに好ましく、４個以下がさらにより好ましい。
　図１２により凹凸構造２０の考え方について説明する。図１２は図１２Ａ及び図１２Ｂにより構成される。図１２Ａは完全ランダム構造の凹凸構造２０を示し、図１２Ｂは周期構造の凹凸構造２０を示している。斜線部分が凸部１１であり、白抜き部分が凹部１２である。以降の凹凸構造２０の説明図でも同様とする。
　図１２Ｂのように、あるサイズｗのブロックを周期的に規則性をもって並べた場合、平均周期は２ｗとなる。すなわち、凸部１１と凹部１２が交互に配置される構造であるので、２ブロック分の平均周期で凸部１１が配置される。なお、図１２Ｂの例では、凹凸構造２０は、チェック状となる。
　図１２Ａのように、あるサイズｗのブロックを完全にランダムに並べた場合、平均周期は４ｗとなる。
　完全ランダム構造における平均周期は、確率論により求めることができる。ランダムな配置では、同じブロックが並ぶ確率を考える。まず、幅ｗのブロック（凸部１１）が存在する確率は１／２である。次に、同じブロックが２つ並ぶ確率は、（１／２）＾２である。さらに、同じブロックが３つ並ぶ確率は、（１／２）＾３である。「＾ｎ」はｎ乗を示す。以降、４つ以上同じブロックが並ぶ確率を考える。このようにして、同じブロックが連続して形成される領域の幅の期待値が算出される。この方法では、ブロックとして、凸部１１と凹部１２の２種類が考えられる。したがって、平均周期は、上記の期待値を用いて算出される。このようにして、完全にランダムにブロックが配置された場合の平均周期は４ｗとなる。六角格子の場合も同様に確率論的な考え方で、平均周期４ｗを求めることができる。
　同様に確率論的な考え方で、ランダム性を制御した構造（制御ランダム構造）においても、平均周期を求めることができる。所定個数以上の同種のブロックが並ばないように制御する場合には、所定個数以上のブロックが並ぶ確率を除去して、期待値を算出することにより、平均周期を求めることができる。
　また、完全ランダム構造における平均周期は、構造のパターンから平均周期を求めることもできる。図１３は、平均周期を構造的に求める方法を示す説明図である。格子の幅はｗで示されている。
　図１３に示すように、同じブロック（凸部１１又は凹部１２）が連続した部分には、境界線に内接して楕円Ｑを描画することができる。楕円Ｑを描画しようとして円になるときは内接円を描画する。そして、この楕円Ｑの長軸の長さ及び短軸の長さを用いて平均周期を求める。内接円の場合は直径を用いる。図１３の例では、内接する楕円の短軸の長さの最小値はｗ、すなわち境界幅となる。また、内接する楕円の長軸の長さの最大値は１０ｗと考えることができる。なお、確率１／２で同じブロックを配設した場合、無限に同じブロックが連続した配置もあり得る。例えば、ｎ個連続して凸部１１が並ぶ確率は（１／２）＾ｎとなる。ここで、１０個連続して並ぶ確率は、（１／２）＾１０＝１／１０２８＝０．０００９７となる。すなわち、１０個以上並ぶ配列は、０．１％以下になり、非常に小さく無視できる。そのため、上記のように、内接する楕円の長軸の長さの最大値は１０ｗと考えてもよいのである。そして、構造的な計算から、内接する楕円Ｑの軸の長さの平均値として２ｗが定まる。この２ｗは平均境界幅である。平均ピッチにおいては、凸部１１及び凹部１２の合計であるため、２倍する。よって、平均ピッチは４ｗとなる。
　図１４は、六角格子の完全ランダム構造を有する凹凸構造２０の一例である。格子の幅はｗで示されている。平均ピッチは、四角格子と同様に内接する楕円Ｑの軸の長さで考えることができる。すると、内接する楕円の短軸の長さの最小値はｗ、すなわち境界幅となる。また、内接する楕円の長軸の長さの最大値は１０ｗと考えることができる。そして、内接する楕円Ｑの軸の長さの平均値として２ｗが求まる。この２ｗは平均境界幅である。よって、平均ピッチは４ｗとなる。
　図１５に制御ランダム構造の凹凸構造２０の例を示す。図１５は、図１５Ａ、図１５Ｂ及び図１５Ｃにより構成される。図１５Ａは、四角格子の構造で平均ピッチ３ｗである。図１５Ｂは、四角格子の構造で平均ピッチ３．３ｗである。図１５Ｃは、六角格子の構造で平均ピッチ３．４ｗである。これらの平均ピッチは、上述の方法で導出される。図１５Ａ、図１５Ｂでは、同一方向に３個のブロック（凸部１１又は凹部１２）が連続して配置しないように制御されている。図１５Ｃでは、同一方向に４個のブロック（凸部１１又は凹部１２）が連続して配置しないように制御されている。
　凹凸構造２０は、複数の凸部１１及び複数の凹部１２の平均ピッチが、複数の凸部１１及び複数の凹部１２がランダムに配置されたときの平均ピッチよりも小さいことが好ましい。その場合、光をより多く取り出すことができる。凹凸構造２０は、制御ランダム構造であることが好ましいのである。制御ランダム構造は、低周波成分を除去する構造ともいえる。そのため、制御ランダム構造は、低周波除去構造といってもよい。複数の凸部１１及び複数の凹部１２の平均ピッチは、例えば、２ｗより大きく、４ｗより小さい値で設定できる。ｗは一つの凹凸の区画の幅である。平均ピッチは平均周期と等しいと考えてよい。
　以上のように、連続して並んだ大きなブロックを抑制することによるランダム性の制御方法とその効果を示したが、このような大きなブロックを抑制することによる作用については、ランダムパターンをフーリエ変換することでも確認することができる。
　図１６に、ランダムパターンをフーリエ変換し、空間周波数成分の振幅を示した図を示す。図１６は、図１６Ａ～図１６Ｄにより構成される。図１６Ａは制御ランダム構造のランダムパターンを示し、図１６Ｂは、図１６Ａをフーリエ変換したものを示している。図１６Ｃは完全ランダム構造のランダムパターンを示し、図１６Ｄは、図１６Ｃをフーリエ変換したものを示している。
　図１６Ｂ及び図１６Ｄにおいて、図の中心は、空間周波数が０の成分（直流成分）を表している。中心から外側に向かうに従い、空間周波数が高くなるように表示している。この図から理解されるように、制御されたランダムパターンの空間周波数では、低周波成分が抑制されていることが確認される。特に、空間周波数成分のうち１／（２ｗ）より小さい成分が抑制されていることが分かる。そのため、凹凸構造２０は、空間周波数成分のうち１／（２ｗ）より小さい成分が抑制される構造が好ましい。このように、ランダム性を制御した場合、低周波成分が除去される。制御ランダム構造を低周波除去構造と呼ぶことが理解されるだろう。
　ランダム性を制御した場合においても平均ピッチを求めることができる。そして、境界幅（構造サイズ）ｗは、０．７３λ以上がより好ましいと言える。この０．７３は４００／５５０から導出される。平均ピッチの上限は８μｍが好ましいと言える。
　また、構造サイズｗ（格子状の一区画の長さ）は、０．４～４μｍであることが好ましい。さらに、構造サイズｗは、好ましくは、０．４～２μｍである。
　なお、上記の凹凸構造２０においては、凹凸の高さを一定としたが、各々の高さをランダムにすることもできる。凹凸構造２０では、二つの透明材料の積層により構造が形成され得るので、これらの部分を通過する光の位相差に差が生じる。よって、もし高さがランダムでも、透過した光の平均位相差は、複数の平均高さで決定される。したがって、この場合においても、透過した光に十分な平均位相差を与えて光を取り出せるので、高さがランダムであってもよい。
　［光学マッチング］
　複屈折率性を有する発光層５と、上記の光取り出し構造２との光学的なマッチングについて説明する。
　上記のように、双極子を水平配向させた光の制御が有効である。そして、有機ＥＬ素子においては、上記で説明した光取り出し構造２を用いているため、双極子の振動方向が水平方向に配向した場合において、光取り出し効率を向上することができる。双極子の水平配向の説明では、基板、有機層及び大気の界面がフラットな場合（光取り出し構造２などの光学構造がない場合）を前提にシミュレーション等を行ったが、光学構造の好適化により光取り出し性をさらに高めることができるのである。複屈折率性を有する発光層５と、散乱構造や拡散構造などの光学構造とを組み合わせるにあたっては、光学構造の好適化が重要となる。光学構造によっては、かえって本来全反射しない光が取り出されにくくなる場合もあるものと考えられるためである。
　図１７は、光学構造のモデルを示す模式図である。図１７は、図１７Ａ～図１７Ｅにより構成される。図１７では、発光源含有層６０の表面に、種々の光学構造が形成されたモデルを模式的に示している。図１７Ａは、上記で説明した凹凸構造２０を有する光取り出し構造２である。この光取り出し構造２は低周波除去構造（凹凸が制御ランダム配置された構造）である。図１７Ｂは、マイクロレンズアレイ構造である。マイクロレンズアレイ構造は微細な半球状のレンズ６１が複数面状に配設された構造である。図１７Ｃは、マイクロピラミッドアレイ構造である。マイクロピラミッドアレイ構造は微細なピラミッド形状（四角錐状）の構造６２が複数面状に配設された構造である。図１７Ｄは、散乱構造である。この散乱構造は、光散乱性を有する粒子が分散された散乱層６３が形成された構造である。図１７Ｅは、鏡面構造であり、光を取り出すための光学構造を設けない構造である。
　図１７のモデルを用いて、光の入射角度に対する光透過率を光学シミュレーションによって算出した。図１７Ａでは光の入射角度をθで示している。光の波長は、５５０ｎｍとした。発光源含有層６０の屈折率は１．５１とした。この屈折率はガラスを想定している。厳密には有機層の屈折率を考慮してもよいが、大気に取り出される光を考える際には、このように設定してもシミュレーション上、問題とはならない。光取り出し側（外部側）の屈折率は、空気を想定して、１とした。
　図１７Ａの制御ランダム型（低周波除去構造）のモデルでは、凹凸の区画を六角格子の配列とし、凹凸高さを８００ｎｍとし、凹凸平均周期を１８００ｎｍとした。図１７Ｂのマイクロレンズアレイ構造のモデルでは、レンズの直径を１５μｍとし、レンズの高さを７．５μｍとした。図１７Ｃのマイクロピラミッド構造のモデルでは、ピラミッド構造のピッチを１０μｍとし、ピラミッドの頂角を６０°とした。図１７Ｄの散乱構造のモデルでは、光散乱粒子の半径を２．５μｍとし、光散乱粒子の充填率を３０体積％とした。これらのパラメータは、光の波長５５０ｎｍにおいて全体的な透過率が良好なものとして選択された。
　図１８は、光学シミュレーションの結果を示すグラフである。図１８では、光の入射角度が横軸で示され、光の透過率が縦軸で示されている。図１８において、（Ａ）～（Ｅ）は、それぞれ、図１７Ａ～図１７Ｅのモデルに対応する。
　図１８に示すように、制御ランダム構造を用いた（Ａ）では低角度側の透過率が、他の構造よりも高くなっている。双極子が水平配向となったときに生じる光は、低角度で入射する成分が多く分布する。そのため、複屈折率性を有する構造は、（Ａ）の光学構造（凹凸構造２０）とマッチングがよく、効率的に光を外部に取り出すのが可能なことを示している。
　ところで、（Ｅ）の鏡面構造（光を取り出すための構造を設けない構造）においても、全反射の発生しない臨界角以下の角度において透過率が高くなっている。臨界角は約４２°である。しかしながら、鏡面構造は全反射した光が角度を変換して再入射されたときの光の取り出しが期待できない構造である。鏡面構造では光の進行方向が変わらないため、一旦臨界角以上で入射した光は、何度反射しても臨界角以上となり、取り出しが不可能なためである。一方、低周波除去構造などのように凹凸を有する光学構造がある場合、仮に１回目の入射で光が透過されなかったとしても、反射の際に角度が変換されるため、２回目以上の再入射で光を取り出すことが可能になる。そのため、トータルで見た場合は、光を取り出すための構造がある方が有利であり、上記の光取り出し構造２を設けることが有効である。
　図１９は、多重反射を考慮した低周波除去構造（制御ランダム構造）と鏡面構造との光取り出し効率の差を示すグラフである。低周波除去構造を（Ａ）で示し、鏡面構造を（Ｅ）で示している。１回透過のみ考慮した場合の光取り出し効率を左側に記載し、多重反射を考慮した場合の光取り出し効率を右側に記載している。光取り出し効率は、鏡面構造における１回透過の場合の光取り出し効率を１として規格化しており、各光取り出し効率は相対値で示されている。
　図１９に示すように、１回の透過では鏡面構造と低周波除去構造とは光取り出し性においてほとんど変わらないが、多重反射を考慮すると、低周波除去構造の方が圧倒的に効率が良いことが示されている。有機ＥＬ素子では、通常、反射層が設けられるため、多重反射構造が採用されることが多い。そのため、低周波除去構造（制御ランダム構造）の方が有利であることが理解される。
　図２０は、光取り出し構造２における凹凸構造２０の違いによる光透過率の違いを示すグラフである。図２０では、光の入射角度が横軸で示され、光の透過率が縦軸で示されている。図２０のグラフでは、低周波除去構造（制御ランダム構造）が（Ａ１）で示され、完全ランダム構造が（Ａ２）で示され、回折構造（回折格子）が（Ａ３）で示されている。
　図２０のシミュレーションにあたっては、（Ａ１）の制御ランダム構造（低周波除去構造）では、凹凸の区画を六角配列とし、凹凸高さを８００ｎｍとし、凹凸平均周期を１８００ｎｍとした。（Ａ２）の完全ランダム構造では、凹凸の区画を正方配列とし、凹凸高さを８００ｎｍとし、凹凸平均周期を６００ｎｍとした。（Ａ３）の回折格子では、凹凸高さを６００ｎｍとし、凹凸平均周期を１８００ｎｍとした。これらのパラメータは、光の波長５５０ｎｍにおいて、トータルでの光透過率が高くなるものを選択した。
　図２０に示すように、（Ａ１）～（Ａ３）のいずれも臨界角以下の光取り出し性能がよい。よって、上記の光取り出し構造２は、双極子が水平配向した構造とのマッチングが良好であると考えられる。それらの中でも、ランダム性を制御した低周波除去構造（Ａ１）が優れた効果を示している。
　［光取り出し構造のバリエーション］
　光取り出し構造２の好ましい態様、及び変形例について説明する。
　光取り出し構造２は、入射した光におけるｓ偏光の光透過率が、入射した光におけるｐ偏光の光透過率よりも大きいことが好ましい。上記で説明したように、双極子が水平配向した場合、ｓ偏光の成分が多くなる。そのため、光取り出し構造２においては、ｓ偏光の光透過率がｐ偏光の光透過率よりも大きいと、ｓ偏光の光をより多く取り出す構造となるため、光取り出し性に有利になる。
　表３は、双極子を配向させて形成した発光層５からの光におけるｐ偏光及びｓ偏光の比率を示している。この比率は、放射モデルの計算により求められる。表３に示すように、水平配向された双極子から放射する光は、ｓ偏光の光とｐ偏光の光とを３：１の割合で含んでいる。一方、垂直配向された双極子から放射する光はｐ偏光のみしか含んでいない。なお、ランダム配向では、ｓ偏光とｐ偏光の割合は等しい。このように、水平配向の双極子では、ｓ偏光の割合が多いため、光取り出し構造２は、ｓ偏光の透過率が高い方が有利なことが分かる。なお、ｓ偏光の透過率はｓ波透過率と定義される。ｐ偏光の透過率はｐ波透過率と定義される。
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　ｓ偏光の光透過率がｐ偏光の光透過率よりも大きくなる光取り出し構造２は、光取り出し構造２の材料及び作成方法を選定することにより、実現することができる。例えば、鋸歯構造を有する光取り出し構造２を形成することにより、光取り出し構造２のｓ偏光の光透過率をｐ偏光よりも高めることができる。
　図２１は、鋸歯構造３０を有する光取り出し構造２の一例を示す説明図である。図２１では、鋸歯構造３０の断面形状が示されている。鋸歯構造３０は、のこぎりの歯のような形状を有する構造であってよい。鋸歯とは、ギザギザ形状のことであってよい。図２１では、鋸歯構造３０を形成する凸部３１が、層表面に対して垂直方向に突出した部分３１ａと、層表面に対して斜め方向に突出した部分３１ｂとを備えることによって、鋸歯構造３０が形成されている。複数の凸部３１は、同じ高さ（高さ３１ｈ）で、所定のピッチ（ピッチ３１ｐ）で配置されている。複数の凸部３１のピッチは、例えば、１～１０μｍの範囲内にすることができる。複数の凸部３１のピッチは、凸部３１の幅といってもよい。凸部３１の高さは、例えば、１～１０μｍの範囲内にすることができる。凸部３１の高さとピッチ（幅）は略同じであってもよい。例えば、高さ１．５μｍの凸部３１をピッチ１．５μｍで配置すると、ｓ偏光透過率がｐ偏光透過率よりも大きい光取り出し構造２を形成することが可能になる。もちろん、図２１の例は、光取り出し構造２の一例に過ぎない。
　上記では光取り出し構造２が光透過性基板１と発光層５との間に配置される形態を説明したが、光取り出し構造２の配置は、それに限定されるものではない。
　図２２は、光取り出し構造２を有する有機ＥＬ素子の層構成の他の態様を示す図である。図２２では、光取り出し構造２は、光透過性基板１の外側に設けられている。光取り出し構造２は、光透過性基板１の表面に設けられるものであってよい。このように、光取り出し構造２が光透過性基板１の外部側に設けられることによっても、双極子が水平配向となった発光層５から生じる光における光取り出し性を高めることができる。
　図２２の光取り出し構造２は、上記で説明した透明材料層で構成されていてよい。あるいは、光透過性基板１に直接凹凸構造２０が設けられてもよい。なお、被覆層は有していてもよいし、有していなくてもよい。図２２では、被覆層を有さず、光取り出し構造２が１層で構成されている。
　光透過性基板１の外部側に設けられる光取り出し構造２は、図１で説明した光取り出し構造２と同じ構成であってよい。この光取り出し構造２においては、凹凸構造２０は、高さが略等しい複数の凸部１１がマトリックス状の凹凸の一区画ごとに割り当てられて面状に配置することにより形成され、平面視での単位領域における凸部１１の面積率が各領域において略同一であることが好ましい。凹凸構造２０は、複数の凸部１１と複数の凹部１２とがランダムに配置された構造であることが好ましい一態様である。凹凸構造２０は、複数の凸部１１と複数の凹部１２とが配置された構造であり、複数の凸部１１及び複数の凹部１２の平均ピッチが、複数の凸部１１及び複数の凹部１２がランダムに配置されたときの平均ピッチよりも小さいことが好ましい一態様である。凹凸構造２０は、複数の凸部１１と複数の凹部１２とが周期的に配置された構造であることが好ましい一態様である。これらの好ましい態様は上記で説明した光取り出し構造２と同じであってよい。
　図２３は、光取り出し構造２を複数有する有機ＥＬ素子の層構成を示す図である。
　光取り出し構造２は複数設けられていてもよい。有機ＥＬ素子では、上記した光取り出し構造２を光透過性基板１の表面と垂直な方向に複数備えていることが好ましい一態様である。光取り出し構造２を複数有することにより、光取り出し性をさらに高めることができる。
　図２３では、光取り出し構造２は、光透過性基板１の外側と内側との両方に設けられている。光取り出し構造２は、光透過性基板１の両面に設けられるものであってよい。このように、光取り出し構造２が光透過性基板１の外部側と内部側の両方に設けられることにより、双極子が水平配向となった発光層５から生じる光における光取り出し性をさらに高めることができる。内部側の光取り出し構造２は、第１の光取り出し構造２ａと定義される。外部側の光取り出し構造２は、第２の光取り出し構造２ｂと定義される。第２の光取り出し構造２ｂは、追加の光取り出し構造と呼んでもよい。
　第１の光取り出し構造２ａは、上記で説明した第１電極３と光透過性基板１との間に配置される光取り出し構造２と同様の構成を採用することができる。第２の光取り出し構造２ｂは、図２２の形態で説明した光透過性基板１の外部側に配置される光取り出し構造２と同様の構成を採用することができる。
　なお、図２３の形態では、光取り出し構造２の両方が、上記で説明した凹凸構造２０を有する光学構造となっているが、光取り出し構造２のうちの一方が、他の光学構造であってもよい。例えば、第２の光取り出し構造２ｂが、光散乱粒子を含有する光散乱層で形成されたり、光学フィルムで形成されたり、区画が設定されない凹凸が形成された層で形成されたりしてもよい。あるいは、第２の光取り出し構造２ｂが、光透過性基板１の表面の粗面化によって形成されていてもよい。
　［基板のバリエーション］
　光透過性基板１は、光透過性基板１の表面と平行な方向での屈折率が、光透過性基板１の表面に垂直な方向での屈折率よりも大きい複屈折率性を有していることが好ましい。それにより、双極子が水平配向した発光層５からの光をより多く外部に取り出すことができ、光取り出し効率をさらに向上することができる。
　複屈折率性を有する光透過性基板１としては、例えば、樹脂基板を用いることが有効である。特に、製造過程において水平方向に引き伸ばされた樹脂基板が好ましい。樹脂基板を構成する樹脂としては、例えば、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）や、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタラート）などが挙げられるが、これに限定されるものではない。これらの樹脂で形成される基板は、光学特性、機械特性又は耐熱性を改善するために、水平方向に引き伸ばされて形成されることが多い。これらの樹脂は、結晶性を有し得る。そのため、樹脂基板は、屈折率が異方性を有しやすい。圧延成形された樹脂が好ましいともいえる。
　図２４は複屈折率性を有する媒質に侵入する光の挙動を示す説明図である。図２４は、図２４Ａ、図２４Ｂ及び図２４Ｃにより構成される。図２４Ａは、光が垂直方向に進む場合を示す。図２４Ｂは、比較的小さい入射角度で光が斜め方向に進む場合を示す。図２４Ｃは、比較的大きい入射角度で光が斜め方向に進む場合を示す。異なる屈折率の媒質の境界部分の界面は屈折率界面である。
　図２４Ａに示すように、屈折率界面に垂直に侵入する光の場合には、偏光成分を考慮しなくてよい。一方、図２４Ｂ及び図２４Ｃに示すように、光が屈折率界面に対して、斜め方向に侵入する場合、ｓ偏光とｐ偏光とが重要になる。ここで、複屈折率性を有する媒質では、ｘｙ平面に沿った方向での屈折率ｎｘｙが、ｚ軸に沿った方向での屈折率ｎｚよりも大きくなり得る。いわば、ｎｘｙ＞ｎｚとなる。このとき、スネルの法則にしたがうと、ｓ偏光の方が入射時の角度が小さくなり、正面方向に立つ光となりやすい。そのため、場合にもよるが、ｐ偏光は全反射されるものの、ｓ偏光は全反射されずに媒質へ透過するという現象も生じ得る（図２４Ｃ参照）。上記のように、双極子が水平配向した場合、ｓ偏光の光が多くなるため、光透過性基板１が複屈折率性を有することで、光取り出し効率をさらに高めることができるのである。
　光透過性基板１が複屈折率性を有する場合、光透過性基板１の表面と平行な方向での光透過性基板１の屈折率ｎｘｙは、例えば、１．６～２．２の範囲にすることができる。光透過性基板１の表面に垂直な方向での光透過性基板１の屈折率ｎｚは、例えば、１．５～２．０の範囲にすることができる。有機ＥＬ素子の光の取り出し構造の設計にあたっては、通常、光透過性基板１の表面に垂直な方向（厚み方向）での光透過性基板１の屈折率ｎｚを光透過性基板１の屈折率として用いることができる。厚み方向に進む光が外部への出射に多く寄与するためである。光透過性基板１の表面と平行な方向での光透過性基板１の屈折率ｎｘｙと、光透過性基板１の表面に垂直な方向での光透過性基板１の屈折率ｎｚとの屈折率差は、０．１以上であることが好ましく、０．２以上であることがより好ましく、０．３以上であることがさらに好ましい。この屈折率差が大きくなるほど、光取り出し性を高めることができる。光透過性基板１の表面と平行な方向での光透過性基板１の屈折率ｎｘｙと、光透過性基板１の表面に垂直な方向での光透過性基板１の屈折率ｎｚとの屈折率差の上限は、特にないが、製造の容易性の観点などから、例えば、この屈折率差は、０．５以下にすることができる。光透過性基板１における屈折率は、分光エリプソメトリーによって求まる値であってよい。測定装置としては、分光エリプソメータなどを用いることができる。
　［発光層のバリエーション］
　上記では少なくとも１つの発光層５について複屈折率性を有することが好ましいことを説明したが、複数の発光層５を有する場合においては、複数の発光層５において複屈折率性を有することが好ましい。複数の発光層５の全てが複屈折率性を有することがさらに好ましい。
　また、上記の構成は、マルチユニット構造の有機ＥＬ素子についても適用可能である。マルチユニット構造とは、発光ユニットを複数有する構造である。発光ユニットとは、陽極と陰極とで挟んだときに発光を生じる構造である。発光ユニットは、１以上の発光層５を備えている。発光ユニット内の発光層５が複屈折率性を有することにより、光取り出し性を高めることができる。
　［有機ＥＬ素子の材料］
　有機ＥＬ素子を構成する材料及び層の形成方法を説明する。有機ＥＬ素子は、有機ＥＬ素子を製造するために通常用いられる適宜の材料で形成され得る。図１の層構成の作製方法を代表例として説明するが、その他の層構成においても適用可能である。
　光透過性基板１としては、ガラス基板を用いることができる。ガラスとしてはソーダガラスを用いることができる。無アルカリガラスを用いてもよいが、ソーダガラスの方が一般的に安価であり、コスト面で有利である。また、ソーダガラスを用いても、光取り出し構造２が有機層の下地層として存在しているため、ＩＴＯ等の第１電極３へのアルカリ拡散の影響を抑制することができる。もちろん、上記したように、光透過性基板１は、樹脂基板で構成されてもよい。光透過性基板１がガラスで構成される場合、その屈折率は、例えば、１．３～１．６の範囲であってよい。
　光取り出し構造２は、第１透明材料層２１と第２透明材料層２２との積層によって形成することができる。
　光取り出し構造２の上に、発光構造を構成する発光積層体１０が形成される。発光積層体１０は、第１電極３と第２電極４との間に、発光層５を含む有機層が形成された構成となっている。ここでは、有機層とは、第１電極３と第２電極４との間の層として定義する。有機層は、例えば、陽極側から、ホール輸送層、発光層５、電子輸送層、電子注入層を備える構成とすることができる。有機ＥＬ素子では、光透過性を有する第１電極３を陽極として構成し、光反射性を有する第２電極４を陰極として構成することができる。もちろん、第１電極３を陰極で構成し、第２電極４を陽極で構成してもよい。有機層の屈折率は、有機層を構成する各層の屈折率に、その層における有機層内での厚みの割合を乗じた値の合計によって算出されるものであってよい。有機層の屈折率は、特に限定されるものではないが、例えば、１．５～２．０の範囲に設定されていてよい。
　有機層の積層構造は、上述の例に限らず、例えば、発光層の単層構造や、ホール輸送層と発光層と電子輸送層との積層構造や、ホール輸送層と発光層との積層構造や、発光層と電子輸送層との積層構造などでもよい。また、陽極とホール輸送層との間にホール注入層を介在させてもよい。また、発光層は、単層構造でも多層構造でもよく、例えば、所望の発光色が白色の場合には、発光層中に赤色、緑色、青色の３種類のドーパント色素をドーピングするようにしてもよい。あるいは、青色正孔輸送性発光層と緑色電子輸送性発光層と赤色電子輸送性発光層との積層構造を採用してもよいし、青色電子輸送性発光層と緑色電子輸送性発光層と赤色電子輸送性発光層との積層構造を採用してもよい。また、陽極と陰極とで挟んで電圧を印加すれば発光する機能を有する有機層を１つの発光ユニットとして、複数の発光ユニットを光透過性および導電性を有する中間層を介して積層したマルチユニット構造を採用してもよい。マルチユニット構造とは、１つの陽極と１つの陰極との間に、厚み方向に重なる複数の発光ユニットが電気的に直列接続して配置された構造である。
　第１電極３及び第２電極４は、一方が陽極を構成し、他方が陰極を構成する。有機ＥＬ素子の好ましい一態様では、第１電極３が光透過性を有する陽極であり、第２電極４が光反射性を有する陰極である。第１電極３の屈折率は、特に限定されるものではないが、例えば、１．２～２．０の範囲内であってよい。
　陽極は、ホールを注入するための電極であり、仕事関数の大きい金属、合金、電気伝導性化合物、あるいはこれらの混合物からなる電極材料を用いることが好ましく、ＨＯＭＯ（Ｈｉｇｈｅｓｔ　Ｏｃｃｕｐｉｅｄ　Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ　Ｏｒｂｉｔａｌ）準位との差が大きくなりすぎないように仕事関数が４ｅＶ以上６ｅＶ以下のものを用いるのが好ましい。陽極の電極材料としては、例えば、ＩＴＯ、酸化錫、酸化亜鉛、ＩＺＯなどの金属酸化物や、ヨウ化銅などの金属化合物、ＰＥＤＯＴ、ポリアニリンなどの導電性高分子および任意のアクセプタなどでドープした導電性高分子、カーボンナノチューブなどの導電性光透過性材料を挙げることができる。ここにおいて、陽極は、光透過性基板１に設けられた光取り出し構造２の表面に、スパッタ法、真空蒸着法、塗布法などによって薄膜として形成することができる。なお、陽極のシート抵抗は数百Ω／□以下とすることが好ましく、特に好ましくは１００Ω／□以下がよい。ここで、陽極の膜厚は５００ｎｍ以下、好ましくは１０～２００ｎｍの範囲で設定するのがよい。陽極を薄くすればするほど光の透過率が改善するが、シート抵抗が膜厚と反比例して増加するため、有機ＥＬ素子の大面積化の際に高電圧化や輝度均斉度の不均一化（電圧降下による電流密度分布の不均一化による）が発生する。このトレードオフを回避するため、メタルなどの補助配線（グリッド）を透明陽極上に形成することも一般的に有効である。材料としては導電性に優れたものが望ましく、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ，Ａｌ，Ｒｈ、Ｒｕ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｐｄなどやこれらの合金、例えば、ＭｏＡｌＭｏ、ＡｌＭｏ、ＡｇＰｄＣｕなどを用いるとよい。この際、メタルグリッドが遮光材料として働かないよう、グリッド部に電流が流れないような絶縁処理を施すとなおよい。また、拡散した光がグリッドで吸収される影響を最小化するため、グリッドに用いる金属はなるべく高反射率のものを用いることが好ましい。
　陽極にＩＴＯを用いる場合、ＩＴＯが結晶化する１５０℃以上で成膜するか、低温成膜したあとでアニール処理（１５０℃以上）を行うことが好ましい。結晶化させると導電性が改善し、前記トレードオフ条件が緩和する。また、構造が密になることから、光取り出し構造２に樹脂を用いた場合に発生するアウトガス（水など）が有機層に伝わるのを抑制する効果も期待される。
　ホール注入層に用いられる材料は、ホール注入性の有機材料、金属酸化物、いわゆるアクセプタ系の有機材料あるいは無機材料、ｐ－ドープ層などを用いて形成することができる。ホール注入性の有機材料とは、ホール輸送性を有し、また仕事関数が５．０～６．０ｅＶ程度であり、陽極との強固な密着性を示す材料などがその例である。例えば、ＣｕＰｃ、スターバーストアミンなどがその例である。また、ホール注入性の金属酸化物とは、例えば、モリブデン、レニウム、タングステン、バナジウム、亜鉛、インジウム、スズ、ガリウム、チタン、アルミニウムのいずれかを含有する金属酸化物である。また、１種の金属のみの酸化物ではなく、例えばインジウムとスズ、インジウムと亜鉛、アルミニウムとガリウム、ガリウムと亜鉛、チタンとニオブなど、上記のいずれかの金属を含有する複数の金属の酸化物であってもよい。また、これらの材料からなるホール注入層は、蒸着法、転写法などの乾式プロセスによって成膜しても良いし、スピンコート法、スプレーコート法、ダイコート法、グラビア印刷法などの湿式プロセスによって成膜するものであってもよい。
　ホール輸送層に用いる材料は、例えば、ホール輸送性を有する化合物の群から選定することができる。この種の化合物としては、例えば、４，４’－ビス［Ｎ－（ナフチル）－Ｎ－フェニル－アミノ］ビフェニル（α－ＮＰＤ）、Ｎ，Ｎ’－ビス（３－メチルフェニル）－（１，１’－ビフェニル）－４，４’－ジアミン（ＴＰＤ）、２－ＴＮＡＴＡ、４，４’，４”－トリス（Ｎ－（３－メチルフェニル）Ｎ－フェニルアミノ）トリフェニルアミン（ＭＴＤＡＴＡ）、４，４’－Ｎ，Ｎ’－ジカルバゾールビフェニル（ＣＢＰ）、スピロ－ＮＰＤ、スピロ－ＴＰＤ、スピロ－ＴＡＤ、ＴＮＢなどを代表例とする、アリールアミン系化合物、カルバゾール基を含むアミン化合物、フルオレン誘導体を含むアミン化合物などを挙げることができるが、一般に知られる任意のホール輸送材料を用いることが可能である。
　発光層５の材料としては、有機ＥＬ素子用の材料として知られる任意の材料が使用可能である。例えばアントラセン、ナフタレン、ピレン、テトラセン、コロネン、ペリレン、フタロペリレン、ナフタロペリレン、ジフェニルブタジエン、テトラフェニルブタジエン、クマリン、オキサジアゾール、ビスベンゾキサゾリン、ビススチリル、シクロペンタジエン、キノリン金属錯体、トリス（８－ヒドロキシキノリナート）アルミニウム錯体、トリス（４－メチル－８－キノリナート）アルミニウム錯体、トリス（５－フェニル－８－キノリナート）アルミニウム錯体、アミノキノリン金属錯体、ベンゾキノリン金属錯体、トリ－（ｐ－ターフェニル－４－イル）アミン、１－アリール－２，５－ジ（２－チエニル）ピロール誘導体、ピラン、キナクリドン、ルブレン、ジスチリルベンゼン誘導体、ジスチリルアリーレン誘導体、ジスチリルアミン誘導体および各種蛍光色素など、上述の材料系およびその誘導体を始めとするものが挙げられるが、これらに限定するものではない。また、これらの化合物のうちから選択される発光材料を適宜混合して用いることも好ましい。また、上記化合物に代表される蛍光発光を生じる化合物のみならず、スピン多重項からの発光を示す材料系、例えば燐光発光を生じる燐光発光材料、およびそれらからなる部位を分子内の一部に有する化合物も好適に用いることができる。また、これらの材料からなる発光層５は、蒸着法、転写法などの乾式プロセスによって成膜しても良いし、スピンコート法、スプレーコート法、ダイコート法、グラビア印刷法など、湿式プロセスによって成膜するものであってもよい。
　電子輸送層に用いる材料は、電子輸送性を有する化合物の群から選定することができる。この種の化合物としては、Ａｌｑ３等の電子輸送性材料として知られる金属錯体や、フェナントロリン誘導体、ピリジン誘導体、テトラジン誘導体、オキサジアゾール誘導体などのヘテロ環を有する化合物などが挙げられるが、この限りではなく、一般に知られる任意の電子輸送材料を用いることが可能である。
　電子注入層の材料は、例えば、フッ化リチウムやフッ化マグネシウムなどの金属フッ化物、塩化ナトリウム、塩化マグネシウムなどに代表される金属塩化物などの金属ハロゲン化物や、アルミニウム、コバルト、ジルコニウム、チタン、バナジウム、ニオブ、クロム、タンタル、タングステン、マンガン、モリブデン、ルテニウム、鉄、ニッケル、銅、ガリウム、亜鉛、シリコンなどの各種金属の酸化物、窒化物、炭化物、酸化窒化物など、例えば酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化鉄、窒化アルミニウム、窒化シリコン、炭化シリコン、酸窒化シリコン、窒化ホウ素などの絶縁物となるものや、ＳｉＯ２やＳｉＯなどをはじめとする珪素化合物、炭素化合物などから任意に選択して用いることができる。これらの材料は、真空蒸着法やスパッタ法などにより形成することで薄膜状に形成することができる。
　陰極は、発光層中に電子を注入するための電極であり、仕事関数の小さい金属、合金、電気伝導性化合物およびこれらの混合物からなる電極材料を用いることが好ましい。陰極は、ＬＵＭＯ（Ｌｏｗｅｓｔ　Ｕｎｏｃｃｕｐｉｅｄ　Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ　Ｏｒｂｉｔａｌ）準位との差が大きくなりすぎないように仕事関数が１．９ｅＶ以上５ｅＶ以下のものを用いるのが好ましい。陰極の電極材料としては、例えば、アルミニウム、銀、マグネシウムなど、およびこれらと他の金属との合金、例えばマグネシウム－銀混合物、マグネシウム－インジウム混合物、アルミニウム－リチウム合金を例として挙げることができる。また、金属の導電材料、金属酸化物など、およびこれらと他の金属との混合物、例えば、酸化アルミニウムからなる極薄膜（ここでは、トンネル注入により電子を流すことが可能な１ｎｍ以下の薄膜）とアルミニウムからなる薄膜との積層膜なども使用可能である。
　有機ＥＬ素子がマルチユニット構造を有する場合、発光ユニットの間には、中間層が設けられることが好ましい。中間層は電荷発生層として機能する層であり得る。中間層は、各発光ユニットに対して電荷を発生させることができる材料により形成することができる。光を取り出すためには、光透過性を有することが好ましい。例えば、金属薄膜により中間層を構成することができる。銀、アルミなどが例示される。また、有機材料を用いて中間層を構成してもよい。
　有機ＥＬ素子においては、発光積層体１０は封止材により封止されることが好ましい。有機層は水などに弱いため、空気との接触を避けるため、露点管理（例えば－７０℃以下）されたグローブボックス内でキャップガラスなどを用いて光透過性基板１の有機層側が封止される。乾燥剤等を封止の内部に含めることにより、さらに保管寿命を改善することが可能である。
　なお、光取り出し構造２が光透過性基板１の外部側に設けられる場合、光取り出し構造２は、フィルムやシートなどで設けられてもよい。それにより、簡単に光取り出し構造２を設けることができる。例えば、光取り出し構造２は、接着剤で貼り付けた拡散フィルム、プリズムシート、マイクロレンズシートなどで構成することができる。このとき、上記した凹凸構造２０を有する材料を用いれば、双極子が水平配向された発光層５からの光をより多く取り出すことができる光取り出し構造２を設けることができる。あるいは、光取り出し構造２は、光透過性基板１をブラストやエッチングなどで直接加工して得られてもよい。
　ここで、発光層５は複屈折率性を有するように形成されるようにする。発光層５の複屈折率性は、双極子が水平配向することで実現される。双極子の水平配向は完全でなくてもよい。双極子の振動方向が光透過性基板１の表面に垂直とならないことが好ましい。双極子の振動方向は、光透過性基板１の表面に垂直な方向に対して、４５°以上であることが好ましく、６０°以上であることがより好ましい。双極子の振動方向が、光透過性基板１の表面に垂直な方向に対して、９０°であるときが、双極子が完全に水平配向した場合であると言える。
　発光層５の複屈折率性は、例えば、発光層５内の分子構造を制御することにより得ることができる。分子構造の制御では、双極子の配向が所定方向に配向しやすくする構造にすることが可能であり、水平方向に双極子モーメントを配向させる構造を採用することにより、所望の分子配向を得ることができる。例えば、青色蛍光ドーパントの分子構造を制御することが有効である。また、例えば、低分子リン光材料を用いることが有効である。また、例えば、発光層５の材料として、ＴＣＴＡ：Ｂ３ＰＹＭＡＰＭ：Ｉｒ（ｐｐｙ）２（ａｃａｃ）を用いることが好ましい一例として例示される。この材料においては、水平方向に発光分子が配向した発光層５を形成しやすくすることができる。そのため、光取り出し効率を高めることができる。また、水平方向に分子を配向させる手法は、有機単結晶、高分子膜、あるいは液晶などにおいて知られており、それらの手法を採用することができる。有機ＥＬ素子においては、高分子系材料で成膜する際に、ラビング（摩擦）された基板へ膜を塗布することなどで特定方向に分子配向させることが比較的容易であるため、塗布法で形成することが好ましい一態様である。塗布法は、高分子系の層において適用容易である。また、低分子系でも分子配向は可能である。基板の加熱成膜などの蒸着により分子を配向させることができる。要するに、発光層５の複屈折率性が発揮されればよい。
　複屈折率性を有する発光層５では、少なくとも発光分子が分子配向されていることが好ましい。複屈折率性を有する発光層５では、発光分子及び層媒体（ホスト）の両方が分子配向されていてもよい。それにより、光取り出し性を高めることができる。
　［照明装置及び表示装置］
　上記の有機ＥＬ素子により、照明装置を得ることができる。照明装置は、上記の有機ＥＬ素子を備える。それにより、光取り出し性に優れ、省電力の照明装置を得ることができる。照明装置は、複数の有機ＥＬ素子が面状に配置されたものであってよい。照明装置は、一つの有機ＥＬ素子で構成される面状の照明体であってもよい。照明装置は、有機ＥＬ素子に給電するための配線構造を備えるものであってよい。照明装置は、有機ＥＬ素子を支持する筐体を備えるものであってよい。照明装置は、有機ＥＬ素子と電源とを電気的に接続するプラグを備えるものであってよい。照明装置は、パネル状に構成することができる。照明装置は、厚みを薄くすることができるため、省スペースの照明器具を提供することが可能である。上記の有機ＥＬ素子では、ｐ偏光が減少するため、検査用照明として特に有用である。散乱光による欠陥を検知可能となるためである。
　図２５は、照明装置の一例である。この照明装置１００は、有機ＥＬ素子１０１と、筐体１０２と、プラグ１０３と、配線１０４とを有する。この図では、複数（４つ）の有機ＥＬ素子１０１が面状に配設されている。有機ＥＬ素子１０１は、筐体１０２に収容されている。プラグ１０３及び配線１０４を通して電気が供給されて有機ＥＬ素子１０１が発光し、照明装置１００から光が出射する。
　上記の有機ＥＬ素子により、表示装置を得ることができる。表示装置は、上記の有機ＥＬ素子を備える。それにより、光取り出し性に優れ、省電力の表示装置を得ることができる。表示装置は、複数の有機ＥＬ素子が面状に配置されたものであってよい。表示装置は、一つの有機ＥＬ素子で構成される面状のものであってもよい。表示装置は、有機ＥＬ素子に給電するための配線構造を備えるものであってよい。表示装置は、有機ＥＬ素子を支持する筐体を備えるものであってよい。表示装置は、有機ＥＬ素子と電源とを電気的に接続するプラグを備えるものであってよい。表示装置は、パネル状に構成することができる。表示装置は、厚みを薄くすることができるため、省スペースの表示体を提供することが可能である。上記の有機ＥＬ素子では、ｐ偏光が減少するため、液晶ディスプレイ用バックライトとして特に有用である。
　図２６は、表示装置の一例である。この表示装置２００は、有機ＥＬ素子２０１と、筐体２０２と、液晶２０３と、配線２０４と、内部電源２０５とを有する。有機ＥＬ素子２０１は、筐体２０２に収容され、液晶の後方に配置されている。有機ＥＬ素子２０１は液晶２０３のバックライトとなる。有機ＥＬ素子２０１は、配線２０４を通して内部電源２０５と電気的に接続されている。内部電源２０５から電気が供給されて有機ＥＬ素子２０１が発光し、表示装置２００の液晶表示が鮮明になる。この図では白抜き矢印は光の出射を示す。

Claims (9)

  1. 　光透過性基板と、
    　光透過性を有する第１電極、発光層、及び、第２電極を前記光透過性基板側からこの順で有する発光積層体と、
    　前記第１電極よりも光取り出し側に配置され、凹凸構造を有する光取り出し構造と、を備え、
    　前記発光層は、前記光透過性基板の表面と平行な方向での屈折率が、前記光透過性基板の表面に垂直な方向での屈折率よりも大きい複屈折率性を有し、
    　前記凹凸構造は、高さが略等しい複数の凸部がマトリックス状の凹凸の一区画ごとに割り当てられて面状に配置することにより形成され、平面視での単位領域における前記凸部の面積率が各領域において略同一である、有機エレクトロルミネッセンス素子。
  2. 　前記凹凸構造は、前記複数の凸部と複数の凹部とがランダムに配置された構造である、請求項１に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
  3. 　前記凹凸構造は、前記複数の凸部と複数の凹部とが配置された構造であり、
    　前記凹凸構造は、前記複数の凸部及び前記複数の凹部の平均ピッチが、前記複数の凸部及び前記複数の凹部がランダムに配置されたときの平均ピッチよりも小さい、請求項１に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
  4. 　前記凹凸構造は、前記複数の凸部と複数の凹部とが周期的に配置された構造である、請求項１に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
  5. 　前記光取り出し構造を前記光透過性基板の表面と垂直な方向に複数備えている、請求項１～４のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
  6. 　前記光取り出し構造は、入射した光におけるｓ偏光の光透過率が、入射した光におけるｐ偏光の光透過率よりも大きい、請求項１～５のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
  7. 　前記光透過性基板は、前記光透過性基板の表面と平行な方向での屈折率が、前記光透過性基板の表面に垂直な方向での屈折率よりも大きい複屈折率性を有している、請求項１～６のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
  8. 　請求項１～７のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子と、配線とを備えた照明装置。
  9. 　請求項１～７のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子と、配線とを備えた表示装置。
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