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WO2014069565A1 - 有機ｅｌ素子並びにそれを備えた画像表示装置及び照明装置 - Google Patents

有機ｅｌ素子並びにそれを備えた画像表示装置及び照明装置 Download PDF

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WO2014069565A1
WO2014069565A1 PCT/JP2013/079535 JP2013079535W WO2014069565A1 WO 2014069565 A1 WO2014069565 A1 WO 2014069565A1 JP 2013079535 W JP2013079535 W JP 2013079535W WO 2014069565 A1 WO2014069565 A1 WO 2014069565A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
substrate
organic
transparent electrode
refractive index
light
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2013/079535
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
祐介 山▲崎▼
祥貴 下平
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Resonac Holdings Corp
Original Assignee
Showa Denko KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Showa Denko KK filed Critical Showa Denko KK
Publication of WO2014069565A1 publication Critical patent/WO2014069565A1/ja
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Ceased legal-status Critical Current

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    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H10K59/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one organic light-emitting element covered by group H10K50/00
    • H10K59/80—Constructional details
    • H10K59/805—Electrodes
    • H10K59/8051—Anodes
    • H10K59/80515—Anodes characterised by their shape
    • H—ELECTRICITY
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    • H10K59/10—OLED displays
    • H10K59/17—Passive-matrix OLED displays

Definitions

  • the present invention relates to an organic EL element, and an image display device and an illumination device including the organic EL element.
  • This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2012-241333 filed in Japan on October 31, 2012 and Japanese Patent Application No. 2013-074379 filed on March 29, 2013 in Japan, The contents are incorporated here.
  • Organic EL elements have features such as a wide viewing angle, high-speed response, clear self-luminous display, etc., and they are thin, lightweight, and have low power consumption. It is expected as a pillar of Organic EL elements are classified into a bottom emission type in which light is extracted from the support substrate side and a top emission type in which light is extracted from the opposite side of the support substrate, depending on the direction in which the light generated in the organic light emitting layer is extracted. . In a top emission type organic EL element, a transparent electrode must be formed on the organic light emitting layer, and therefore the organic light emitting layer is easily damaged. The bottom emission type organic EL element does not have such a problem and has an advantage that it is easy to manufacture.
  • a bottom emission type organic EL element In a bottom emission type organic EL element, light incident on the transparent substrate out of the light emitted from the light emitting layer passes through the transparent substrate and is extracted outside the element. Of the light emitted from the light emitting layer, a small incident angle that is less than the critical angle at the interface between a transparent substrate (for example, glass (typical refractive index: 1.52)) and air (refractive index: 1.0). Light incident at (the angle formed by the incident light and the normal of the incident interface) is refracted at the interface and extracted outside the device. In this specification, these lights are called external mode lights.
  • the light incident on the interface between the transparent substrate and air at an incident angle larger than the critical angle is totally reflected at the interface and is not taken out of the device, and finally Can be absorbed by the material.
  • this light is referred to as substrate mode light, and the loss due to this is referred to as substrate loss.
  • a transparent electrode for example, indium tin oxide alloy (ITO (typical refractive index: 1.82)
  • a transparent substrate for example, glass (typical) made of a transparent conductive oxide.
  • the light incident on the interface with a refractive index of 1.52)) having an incident angle larger than the critical angle is totally reflected at the interface and is not taken out of the device, but can be finally absorbed by the material.
  • this light is called waveguide mode light, and the loss due to this is called waveguide loss.
  • the light emitted from the light emitting layer is incident on the metal electrode and combined with the free electrons of the metal electrode, and the light captured on the surface of the metal electrode as surface plasmon polariton (SPP) is also outside the device. And can be finally absorbed into the material.
  • SPP mode light the resulting loss is referred to as plasmon loss.
  • the light extraction efficiency of the organic EL element is generally limited to about 20% (for example, Patent Document 1). That is, about 80% of the light emitted from the light emitting layer is lost, and it is a big problem to reduce these losses and improve the light extraction efficiency.
  • extraction of the substrate mode light can be dealt with by providing a light diffusion sheet or the like on the transparent substrate (for example, Patent Document 2). It can be said that research has just begun on the reduction and removal of odors.
  • Patent Document 3 discloses a configuration in which a high refractive index layer having a higher refractive index than that of an organic light emitting layer or a transparent electrode is inserted in the vicinity of the organic light emitting layer.
  • Patent Document 2 discloses a configuration in which the refractive index of the organic light emitting layer and the transparent electrode is equivalently lowered by dispersing fine particles having a lower refractive index than the organic light emitting layer and the transparent electrode in the organic light emitting layer and the transparent electrode. It is disclosed.
  • Patent Documents 4 and 5 disclose a configuration in which a cavity is provided in a transparent electrode layer and a dielectric layer that are sequentially formed on a substrate. Light incident on the side surface of the cavity (interface extending perpendicular to the substrate) is refracted toward the substrate at this interface. The light refracted to the substrate side can reduce the proportion of light that causes total reflection at the interface between the transparent electrode and the substrate and between the substrate and the air.
  • Patent Documents 6 to 9 As a method for extracting the SPP mode light trapped on the surface of the metal electrode, a configuration in which a periodic uneven structure is formed on the surface of the metal electrode is known (Patent Documents 6 to 9).
  • the SPP mode light can be extracted as propagating light, the light extraction efficiency cannot be improved unless the light becomes guided mode light and can be extracted outside the device.
  • the SPP mode light can be expected to exhibit a light emission enhancement effect by surface plasmon excitation.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and provides an organic EL element in which SPP mode light and waveguide mode light are effectively extracted to improve light extraction efficiency, and an image display device and an illumination device including the organic EL element.
  • the purpose is to do.
  • the present inventors first assume a number of light extraction mechanisms that take out a SPP mode light as propagating light and then extract the propagating light to the outside of the device without making it a guided mode light.
  • the structures we have intensively studied effective structures that improve the light extraction efficiency. Since it is difficult to directly measure the light extraction efficiency, we examined it based on simulation.
  • the two-step light extraction mechanism generates a SPP mode light, and has a metal electrode side structure having a plurality of radiation concavo-convex portions arranged periodically to enable the generated SPP mode light to be extracted as propagating light; It consists of a transparent electrode side structure provided with a lens structure for extracting the light extracted as the propagating light to the outside without using it as guided mode light.
  • the metal electrode-side structure radiation uneven portion is a portion from which the SPP mode light captured on the metal electrode surface is re-radiated, and is a dot-like or line-like convex or concave portion formed on the metal electrode surface. It is.
  • the SPP mode light will be lost as heat.
  • the SPP mode light is re-emitted as propagating light centering on.
  • the transparent electrode side structure As the transparent electrode side structure, a lens-like structure was introduced that refracts the light radiated from the radiation uneven portion of the metal electrode side structure so as to enter the substrate as much as possible from the orthogonal direction. More specifically, for example, a structure having a lens structure that protrudes to the substrate side or the organic layer side at any interface between the substrate and the organic layer, or a lens structure that the substrate protrudes to the atmosphere side.
  • substrate was comprised.
  • the present inventors refract the metal electrode side structure having a radiation uneven portion and the light emitted from the radiation uneven portion of the metal electrode side structure so as to enter from a direction more orthogonal to the substrate by simulation.
  • the transparent electrode side structure provided with the lens-like structure it has been found that the metal electrode side structure and the transparent electrode side structure have a remarkable effect that cannot be predicted from the single configuration, and the present invention has been completed. It was.
  • An organic EL device comprising a transparent electrode, an organic layer including a light emitting layer, and a metal electrode in this order, and the metal electrode is periodically arranged in at least one direction on the surface of the organic layer.
  • the lens structure having a plurality of radiation irregularities comprising a plurality of lens structures extending in the in-plane direction of the element plane between the surface of the organic layer and the element outer surface on the transparent electrode side. Are arranged in the one direction with the same period as the period of the radiation uneven part.
  • a substrate is provided on a surface of the transparent electrode opposite to the organic layer, and the transparent electrode and the substrate are protruded from a side having a lower refractive index at the interface between the transparent electrode and the substrate.
  • the organic EL device according to (1) which has a one-lens structure.
  • a substrate is provided on the surface of the transparent electrode opposite to the organic layer, and a second lens structure protruding outside the element is provided on the surface of the substrate opposite to the transparent electrode.
  • the interface between the transparent electrode and the organic layer is provided with a third lens structure that protrudes to the low refractive index side of the organic layer and the transparent electrode.
  • the organic EL element as described in any one of 3).
  • the transparent electrode is provided with a second dielectric layer and a first dielectric layer in order from the transparent electrode side on the surface opposite to the organic layer, and the second dielectric layer is the transparent electrode.
  • a refractive index difference of 0.1 or less or a refractive index higher than that of the transparent electrode, and a refractive index difference between the first dielectric layer and the second dielectric layer is 0.2 or more, (1), (3) or (4), wherein the interface between the first dielectric layer and the second dielectric layer is provided with a fourth lens structure projecting to a lower refractive index side.
  • Organic electroluminescent element as described in any one of these.
  • a substrate is provided on the surface of the transparent electrode opposite to the organic layer, a dielectric layer is provided between the substrate and the transparent electrode, and the dielectric layer has a refractive index of the transparent electrode.
  • the refractive index difference of 0.1 or less or higher than that of the transparent electrode, the refractive index difference of the dielectric layer and the substrate is 0.2 or more, and the interface between the dielectric layer and the substrate.
  • a substrate is provided on the surface of the transparent electrode opposite to the organic layer, a dielectric layer is provided between the substrate and the transparent electrode, and a refractive index difference between the transparent electrode and the dielectric layer. Is 0.2 or more, and the interface between the transparent electrode and the dielectric layer is provided with a sixth lens structure projecting to a lower refractive index side (1), (3) Organic EL element as described in any one of (4).
  • a substrate is provided on a surface of the transparent electrode opposite to the organic layer, a dielectric layer is provided on a surface of the substrate opposite to the transparent electrode, and the dielectric layer is formed on the substrate.
  • a seventh lens structure that has a refractive index difference of 0.1 or less or a refractive index higher than that of the substrate and protrudes on the opposite side of the substrate (1), 2)
  • the organic EL device according to any one of (4) to (7).
  • a transparent conductive layer is provided between the transparent electrode and the organic layer, a difference in refractive index between the transparent conductive layer and the organic layer is 0.2 or more, and the transparent conductive layer and the organic layer are organic.
  • the organic layer according to any one of (1) to (3) and (5) to (8), wherein the interface with the layer includes an eighth lens structure protruding toward the transparent conductive layer.
  • EL element
  • a substrate is provided on a surface of the transparent electrode opposite to the organic layer, a dielectric layer is provided on the opposite side of the substrate from the transparent electrode, and the dielectric layer has a refractive index of the substrate.
  • (1), (2) having a ninth lens structure having a refractive index difference of 0.2 or more and protruding to the lower refractive index side at the interface between the dielectric layer and the substrate.
  • (4) to (7) The organic EL device according to any one of (9).
  • (11) A substrate is provided on a surface of the transparent electrode opposite to the organic layer, and a third dielectric layer and a fourth dielectric layer are sequentially arranged from the substrate side on the opposite side of the transparent electrode of the substrate.
  • the third dielectric layer has a refractive index difference of 0.1 or less or a refractive index higher than that of the substrate, and the refractive index of the third dielectric layer and the fourth dielectric layer.
  • the difference is 0.2 or more, and the tenth lens structure protruding to the lower refractive index side is provided at the interface between the third dielectric layer and the fourth dielectric layer (1). ), (2), (4) to (7), and the organic EL device according to any one of (9).
  • a substrate is provided on the surface of the metal electrode opposite to the organic layer, and an eleventh lens structure protruding outside the element is provided on the surface of the transparent electrode opposite to the substrate ( The organic EL device according to any one of 1), (4), and (9).
  • a substrate is provided on the surface of the metal electrode opposite to the organic layer, a dielectric layer is provided on the opposite side of the transparent electrode from the substrate, and the refractive index of the dielectric layer is the transparent
  • a twelfth lens having a refractive index difference of 0.1 or less or a refractive index higher than the refractive index of the transparent electrode and protruding outside the element on the surface opposite to the transparent electrode of the dielectric layer
  • the organic EL device according to any one of (1), (4), and (9), characterized by comprising a structure.
  • the organic EL element according to any one of (1) to (13), wherein the center of the lens structure is disposed on a substrate normal passing through the center of the radiation uneven portion.
  • An image display device comprising the organic EL element according to any one of (1) to (15).
  • An illuminating device comprising the organic EL element according to any one of (1) to (15).
  • an organic EL element in which SPP mode light and waveguide mode light are effectively extracted to improve light extraction efficiency, and an image display device and an illumination device including the organic EL element.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view for explaining an example of an organic EL element according to a first embodiment of the present invention. It is a cross-sectional schematic diagram for demonstrating the effect of the organic EL element shown in FIG. It is a cross-sectional schematic diagram for demonstrating an example of the organic EL element which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. It is a cross-sectional schematic diagram for demonstrating an example of the organic EL element which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. It is a cross-sectional schematic diagram for demonstrating the effect of the organic EL element shown in FIG.
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view for explaining a modification of the organic EL element according to the first to third embodiments of the present invention.
  • FIG. 17 is a schematic view of a cross section along the normal direction of the metal electrode surface, illustrating a concave radiation uneven portion having the same shape as the convex shape shown in FIG. 16. It is a schematic diagram of a cross section along another normal direction of the metal electrode surface, showing another example of a convex radiation uneven portion.
  • FIG. 19 is a schematic illustration of a cross section along the normal direction of the metal electrode surface, illustrating a concave radiation uneven portion having the same shape as the convex shape shown in FIG. 18. It is a cross-sectional schematic diagram for demonstrating an example of the image display apparatus provided with the organic EL element of this invention. It is a cross-sectional schematic diagram for demonstrating an example of the illuminating device provided with the organic EL element of this invention.
  • FIG. 20 is a plan view for explaining an example of a combination of a radiation uneven portion and a lens structure shown in FIGS. 16 to 19;
  • FIG. 16 shows the result of computer simulation calculation of the light extraction efficiency using the FDTD method for the combination of the convex radiation uneven portion and the lens structure shown in FIGS. 16 (a) to (c), (h), and (d). .
  • It is sectional drawing which shows the model structure of the organic EL element of 5th Embodiment used by simulation calculation.
  • FIG. 20 is a plan view for explaining an example of a combination of a radiation uneven portion and a lens structure shown in FIGS. 16 to 19;
  • FIG. 16 shows the result of computer simulation calculation of the light extraction efficiency using the FDTD method for the combination of the convex radiation uneven portion and the lens structure shown in FIGS. 16 (a) to (c), (h), and (d). .
  • It is sectional drawing which shows the model structure of the organic EL element of 5th Embodiment used by simulation calculation.
  • FIGS. 17 shows the result of computer simulation calculation of the light extraction efficiency using the FDTD method for the combination of the convex radiation uneven portion and the lens structure shown in FIGS. 16 (e) to (g).
  • FIG. 18 shows the result of computer simulation calculation of the light extraction efficiency using the FDTD method for the combination of the concave radiation uneven portion and the lens structure shown in FIGS. 17 (i) to (l) and (p).
  • FIG. 18 shows the result of computer simulation calculation of the light extraction efficiency using the FDTD method for the combination of the concave radiation uneven portion and the lens structure shown in FIGS.
  • one of the transparent electrode and the metal electrode is an anode and the other is a cathode.
  • the present invention may be applied to either a so-called top emission type or bottom emission type.
  • the lens structure of one embodiment may be applied to other embodiments.
  • the organic EL device of the present invention may include a layer not described below as long as the effects of the present invention are not impaired.
  • the organic EL device of the present invention is an organic EL device comprising a transparent electrode, an organic layer including a light emitting layer, and a metal electrode in this order.
  • the metal electrode has a plurality of radiation uneven portions that are periodically arranged in at least one direction on the surface of the organic layer.
  • a plurality of lens structures extending in the in-plane direction of the element plane are provided between the surface of the organic layer and the outer surface of the element on the transparent electrode side, and the lens structure is the same as the period of the radiation uneven portion in one direction. Arrange in a cycle.
  • the substrate on the atmosphere side surface of the substrate And a configuration including a plurality of lens structures separately from the substrate.
  • a configuration in which a plurality of lens structures extending in the in-plane direction of the element plane is provided between the surface of the organic layer and the outer surface of the element on the transparent electrode side is, for example, a substrate and an organic layer A structure having a lens structure protruding to the substrate side or the organic layer side at any of the interfaces, a structure having a lens structure protruding to the atmosphere side, or a transparent electrode of the substrate
  • the structure etc. which are provided with the lens structure where the layer provided on the opposite side protrudes to the atmosphere side are mentioned.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view for explaining an example of the organic EL element according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 1A shows a configuration in which the lens structure 2a protrudes toward the substrate 1 (a configuration in which the substrate 1 has a concave lens structure, or a configuration in which a lens structure is provided at the interface between the substrate 1 and the transparent electrode 2).
  • FIG. 1B shows a configuration in which a lens structure 1a (a configuration in which the transparent electrode 2 has a concave lens structure, a configuration in which a lens structure is provided at the interface between the substrate 1 and the transparent electrode 2) protrudes toward the metal electrode 4 side. It is.
  • the 1A includes a transparent electrode 2, an organic layer 3 including a light emitting layer, and a metal electrode 4 in this order on a substrate 1, and takes out light from the transparent electrode side to the outside.
  • This is an organic EL element configured as described above.
  • the metal electrode 4 has a plurality of radiation uneven portions 4a periodically arranged in at least one direction on the surface 4A on the organic layer side.
  • FIG. 1 shows a case where the cross section of the radiation uneven portion 4a is a rectangular recess. Show.
  • the transparent electrode 2 includes a lens structure (first lens structure) 2a that has a refractive index higher than that of the substrate and protrudes toward the substrate at the interface with the substrate 1, and the lens structure 2a has radiation unevenness.
  • the same period means that there is a common repeating unit in the plan view arrangement of the center of the radiation uneven portion and the center of the lens structure. Therefore, it is necessary that the ratio of the distance between adjacent lenses (cycle) and the distance between adjacent projections and depressions (cycle) is an integer ratio (1: n or n: 1, where n is an integer of 1 to 10). is there.
  • the same cycle means substantially the same cycle as long as the effect of the present invention is not impaired. This also applies to the following embodiments.
  • This organic EL element is a bottom emission type organic EL element that extracts light emitted from the light emitting layer from the substrate side.
  • a substrate 1 is a translucent substrate and usually needs to be transparent to visible light.
  • transparent to visible light means that it is only necessary to transmit visible light having a wavelength emitted from the light emitting layer, and it is not necessary to be transparent over the entire visible light region.
  • a smooth substrate having a transmittance in visible light of 400 to 700 nm of 50% or more is preferable. Specifically, a glass plate, a polymer plate, etc. are mentioned.
  • the glass plate material examples include soda lime glass, barium / strontium-containing glass, lead glass, aluminosilicate glass, borosilicate glass, barium borosilicate glass, and quartz.
  • the material for the polymer plate examples include polycarbonate, polymethyl methacrylate, polyethylene terephthalate, polyether sulfide, and polysulfone.
  • the substrate 1 includes a recess 1 a corresponding to the lens structure 2 a of the transparent electrode 2. Therefore, the material of the substrate 1 is preferably a material that can be processed more precisely and is not limited. For example, preferred materials include glass plates and polymer plates. The above-mentioned materials can be used as specific materials for the glass plate and the polymer plate.
  • the substrate 1 includes a layered portion 1d integrated with the concave portion 1c on the atmosphere side of the concave portion 1c. The thickness of the layered portion 1d depends on the required mechanical strength and is not limited, but is preferably 0.01 mm to 10 mm, more preferably 0.05 mm to 2 mm.
  • the transparent electrode 2 has a refractive index higher than that of the substrate 1.
  • the transparent electrode 2 includes a lens structure 2a that protrudes toward the substrate at the interface with the substrate, and a layered portion 2d that is formed integrally with the lens structure 2a on the organic layer side of the lens structure 2a.
  • the interface 9 between the substrate 1 and the transparent electrode 2 has a convex curved surface of the lens structure 2a protruding to the substrate side, and the substrate 1 is a concave portion having a shape complementary to the shape of the lens structure 2a of the transparent electrode 2. 1c.
  • the refractive index of the transparent electrode 2 is preferably higher than the refractive index of the substrate 1 by 0.2 or more.
  • the reason why the difference in refractive index is 0.2 or more is that light is refracted at the interface to exhibit a sufficient light collecting effect as a lens.
  • the thickness of the layered portion 2d of the transparent electrode 2 is not limited. For example, it is 10 to 2000 nm, preferably 50 to 1000 nm. This is because the sheet resistance of the transparent electrode 2 increases when the thickness is less than 10 nm, and the transmittance of the transparent electrode 2 decreases when the thickness is greater than 2000 nm.
  • the height h of the lens structure 2a of the transparent electrode 2 is not limited.
  • the width w is not limited.
  • the height h is 1 to 50 times, preferably 2 to 20 times. If the height h is lower than 150 nm, the light reflected from the front surface and the back surface of the lens interferes with each other, and the lens may not perform the light collecting function.
  • the thickness is larger than 50 ⁇ m, the undulation of the lens structure 2a is increased, and the surface on the organic layer 3 side is hardly flattened when the transparent electrode 2 is formed.
  • the width w is smaller than 1 times h, the curvature of the lens becomes too large, so that the re-radiated light from the radiating uneven portion incident on the outer peripheral portion of the lens is difficult to be directed to the front. If it is larger than 50 times h, the curvature of the lens becomes small, and the re-radiated light may not be collected in the front.
  • the arrangement period p of the lens structure 2a is not limited.
  • the thickness is 300 nm to 100 ⁇ m, preferably 2 to 20 ⁇ m. If p is shorter than 300 nm, the lens may be unable to focus due to the effect of the diffraction grating.
  • the cross-sectional shape of the lens shape is not particularly limited as long as it has a function of directing re-radiated light from the radiation uneven portion in the front direction.
  • a semicircular shape, a spherical lens shape, an aspherical lens shape, a convex polygonal shape, a Fresnel lens shape, and the like can be given.
  • the planar shape of the lens is not particularly limited, and examples thereof include a circle, an ellipse, a line (rod) shape, and a polygon.
  • the transparent electrode 2 is an electrode for applying a voltage between the metal electrode 4 and injecting holes into the light emitting layer from the transparent electrode 2. It is preferable to use a material made of It is preferable to use a work function of 4 eV or more and 6 eV or less so that the difference from the HOMO (Highest Occpupied Molecular Orbital) level does not become excessive.
  • the material of the transparent electrode 2 is not particularly limited as long as it is a translucent and conductive material.
  • transparent conductive oxides such as indium tin oxide alloy (ITO), zinc oxide tin alloy (IZO), tin oxide and zinc oxide, and a mixture of poly (3,4) -ethylenedioxythiophene and polystyrene sulfonate (PEDOT: PSS), conductive polymers such as polyaniline and conductive polymers doped with any acceptor, conductive light-transmitting materials such as carbon nanotubes, thin film metals, and composite materials containing these.
  • the transparent electrode 2 can be formed on the substrate 1 by, for example, a sputtering method, a vacuum evaporation method, a coating method, a CVD method, an ion plating method, or the like.
  • the metal electrode 4 is an electrode for injecting electrons into the light emitting layer, and it is preferable to use a material made of a metal, an alloy, a conductive compound, or a mixture thereof having a low work function. It is preferable to use a work function of 1.9 eV or more and 5 eV or less so that the difference from the LUMO (Lowest Unoccpupied Molecular Orbital) level does not become excessive.
  • the thickness of the metal electrode 4 is not limited. For example, it is 30 nm to 1 ⁇ m, preferably 50 to 500 nm. If the thickness is less than 30 nm, the sheet resistance increases and the drive voltage increases. If it is thicker than 1 ⁇ m, damage due to heat and radiation during film formation and mechanical damage due to film stress accumulate in the electrode and organic layer.
  • the radiation uneven portion is not particularly limited as long as a specific non-flat structure is periodically arranged on the flat metal electrode surface. This is because SPP mode light can be re-emitted as propagating light if the surface of the metal electrode is non-flat.
  • the arrangement period of the radiation uneven portion is preferably 10 ⁇ m or less in which the SPP mode light can propagate.
  • the radiation uneven portion 4a shown in FIG. 1 has a concave structure with a rectangular cross section, but can have various shapes of structures as illustrated later in addition to the rectangular convex structure.
  • corrugated part 4a is a structure arrange
  • the structure can be taken.
  • one radiation uneven part (unit structure of the radiation uneven part) may be composed of one concave structure or convex structure, or may be composed of a plurality of concave structures and / or convex structures.
  • the size of each radiation uneven portion is preferably smaller than the diameter of the lens structure (width in the case of a line shape) in plan view.
  • the radiation uneven part is a line-like uneven part, the width of each radiation uneven part is preferably smaller than the diameter of the lens structure (in the case of a line form) in plan view.
  • the lens structure is arranged at the same period as the period of the radiation uneven part in the direction in which the radiation uneven part is periodically arranged.
  • the lens structure is arranged at equal intervals along each line of the radiation uneven portion.
  • the lens structure columns arranged in a line are arranged in parallel.
  • the center line in the width direction of the line of the radiation uneven portion and the column of the lens structure arranged along the same coincide in plan view.
  • each radiation uneven portion is arranged at a position overlapping the lens structure in plan view. In this configuration, it is preferable that each dot-shaped radiation uneven portion is disposed at the center of each lens structure.
  • the organic layer 3 is disposed between the layered portion 2d of the transparent electrode 2 and the metal electrode 4, and has the layered portion 3d and a convex portion 3e having a shape complementary to the shape of the radiation concave-convex portion 4a of the metal electrode 4. .
  • the shape of the portion complementary to the radiation uneven portion 4a is a convex shape, but may be other shapes as long as it is complementary to the shape of the radiation uneven portion 4a. Further, it is not necessary to fit (fit) the shape of the radiation uneven portion 4a.
  • the organic layer 3 may include a hole injection layer, a hole transport layer, an electron injection layer, an electron transport layer, and the like.
  • the hole injection layer is a layer that assists the injection of holes into the light emitting layer
  • the hole transport layer is a layer that transports holes to the light emitting region, and has a high hole mobility and usually has an ionization energy of 5.5 eV. The following is small.
  • Such a hole injection layer and a hole transport layer are preferably materials that transport holes to the light emitting layer with lower electric field strength.
  • the material for forming this is not particularly limited as long as it can perform the above functions, and any material can be selected and used from known materials.
  • the organic layer 3 may be formed by a dry process such as an evaporation method or a transfer method, or may be formed by a wet process such as a spin coating method, a spray coating method, a die coating method, or a gravure printing method.
  • the thickness of the organic layer 3 is not particularly limited. For example, it is 50 to 2000 nm, preferably 100 to 1000 nm. When the thickness is less than 50 nm, quenching other than metal SPP coupling occurs, such as a decrease in internal QE due to a punch-through current and lossy surface wave mode coupling. When it is thicker than 2000 nm, the driving voltage increases.
  • FIG. 1A The function and effect of the organic EL element shown in FIG. 1A will be schematically described with reference to FIG.
  • the light propagation method indicated by the arrows in FIG. 2 is schematically shown for easy understanding of the principle of the effect.
  • the refraction of light other than the lens structure such as the interface between the organic layer 3 and the transparent electrode 2 is omitted.
  • FIG. 2 since each layer is the same as that in FIG. 1, symbols of each layer and each part are omitted.
  • the light traveling to the metal electrode 4 side (arrow A1) is captured by the surface 4A of the metal electrode 4, and then is applied to the surface 4A as SPP mode light. It moves along (arrow A2) and is re-emitted as propagating light at the radiating uneven portion 4a 1 (4a) (arrow A3, A4), passes through the organic layer 3 and enters the transparent electrode 2.
  • the light reaching the interface between the lens structure 2a 1 (2a) of the transparent electrode 2 and the recess 1c 1 (1c) of the substrate 1 enters the substrate from the transparent electrode having a refractive index higher than that of the substrate.
  • the center line of the lens structure refers to a line that passes through the center of the bottom surface of the lens structure and extends in the normal direction of the substrate surface.
  • the bottom surface of the lens has a line (rod) shape, it is an arbitrary normal of the substrate surface passing through the center line of the line width.
  • the light is refracted toward the center line CC side of the lens structure 2a and is taken out of the substrate 1. Thereby, the extraction of light in the front direction of the substrate increases.
  • the description given above with reference to FIGS. 1A and 2 is for the case where the refractive index of the transparent electrode 2 is higher than the refractive index of the substrate 1.
  • the organic EL element shown in FIG. 1B has a configuration in which the protruding direction of the lens structure faces the opposite side with respect to the organic EL element shown in FIG.
  • the organic EL element shown in FIG. when the material of the substrate 1 and the transparent electrode 2 is selected so that the refractive index of the substrate 1 is higher than the refractive index of the transparent electrode 2, the organic EL element shown in FIG.
  • the lens action (condensing function) similar to the lens action in the organic EL element shown in FIG. That is, the same light extraction effect as that of the organic EL element shown in FIG.
  • the substrate 1 includes a lens structure 1a having a refractive index higher than that of the transparent electrode 2 and protruding toward the metal electrode at the interface with the transparent electrode 2. It arrange
  • the refractive index of the transparent electrode 2 is preferably 0.2 or more lower than the refractive index of the substrate 1. The reason why the difference in refractive index is 0.2 or more is that light is refracted at the interface to exhibit a sufficient light collecting effect as a lens.
  • a conductive polymer such as PEDOT: PSS typically refractive index: 1.5
  • PEDOT: PSS typically refractive index: 1.5
  • a high refractive index substrate may be used.
  • Specific examples of the material for the high refractive index substrate include LaSFN9 (trade name) (refractive index: 1.85) manufactured by Shot Japan Co., Ltd., and K-PSFn3 (refractive index: 1.84) manufactured by Sumita Optical Glass Co., Ltd. K-LaSFn17 (refractive index: 1.88), K-LaSFn22 (refractive index: 1.90), and the like.
  • the organic EL element of this embodiment even if the light emitted from the light emitting layer included in the organic layer is captured as SPP mode light on the surface of the metal electrode, the SPP mode light is radiated unevenness on the surface of the metal electrode. It can be re-radiated as propagating light and extracted. Furthermore, the light extracted from the surface of the metal electrode can be refracted in the front direction of the substrate by the lens structure at the interface between the transparent electrode and the substrate to increase the amount of light extracted in the front direction of the substrate.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view for explaining an example of the organic EL element according to the second embodiment of the present invention.
  • the organic EL element 20 shown in FIG. 3 includes a transparent electrode 12, an organic layer 13 including a light emitting layer, and a metal electrode 14 in order on a substrate 11, and is configured to extract light from the transparent electrode side to the outside. It is the made organic EL element.
  • the metal electrode 14 has a plurality of radiation uneven portions 14a periodically arranged in at least one direction on the surface 14A on the organic layer side.
  • the substrate 11 is provided with a lens structure (second lens structure) 11a that protrudes outside the element on the surface opposite to the transparent electrode, and the lens structure 11a is arranged in a direction in which the radiation uneven portions 14a are periodically arranged. It arrange
  • the substrate 11 includes a lens structure 11a that protrudes toward the atmosphere on the surface opposite to the transparent electrode 12, and a layered portion 11d that is integrated with the lens structure 11a on the transparent electrode 12 side of the lens structure 11a. Since this organic EL element is also a bottom emission type organic EL element like the organic EL element of the first embodiment, the material of the substrate 11 and the thickness of the layered portion 11d are the same as those of the first embodiment. A substrate similar to the substrate 1 can be used. In the present embodiment, the substrate 11 includes a lens structure 11a. Therefore, like the organic EL element of the first embodiment, a material that is easy to process more precisely is preferable.
  • the same material as the transparent electrode material of the first embodiment can be used.
  • the thickness of the transparent electrode 12 is not particularly limited. For example, it is 10 to 2000 nm, preferably 50 to 1000 nm. If it is thinner than 10 nm, the sheet resistance of the transparent electrode 12 increases. If it is thicker than 2000 nm, the transmittance of the transparent electrode 12 is lowered.
  • the metal electrode 14 has a plurality of radiation uneven portions 14a periodically disposed in at least one direction on the surface 14A on the organic layer side.
  • the period in at least one direction of the radiation uneven portion 14a is the same as the period in one direction of the lens structure 11a.
  • the configuration of the radiation uneven portion 14a can be the same as that of the organic EL element of the first embodiment.
  • the metal electrode 14 may be the same material and thickness as in the first embodiment.
  • the organic layer 13 is disposed between the transparent electrode 12 and the metal electrode 14 and is complementary to the shape of the layered portion 13d and the radiation uneven portion 14a of the metal electrode 14. And a convex portion 13e having a shape.
  • the same material and thickness as those in the first embodiment can be used.
  • the SPP mode light captured on the surface of the metal electrode Is re-radiated as propagating light at the radiation uneven portion 14 a on the surface of the metal electrode and extracted, passes through the organic layer 13 and the transparent electrode 12, and enters the substrate 11. Then, the light that reaches the interface between the lens structure 11a 1 (11a) of the substrate 11 and the atmosphere exits from the lens structure 11a of the substrate 11 having a refractive index higher than the refractive index of the atmosphere to the atmosphere. 1 (11a) refracts toward the center line CC side.
  • the lens structure 11a As described above, even if the light re-radiated as the propagation light by the radiation uneven portion 14a of the metal electrode 14 is incident on the lens structure 11a in the direction away from the center line CC of the lens structure 11a of the substrate 11, the lens structure 11a The light is refracted toward the center line CC and is taken out of the substrate 11. Thereby, the extraction of light in the front direction of the substrate increases.
  • the organic EL element of this embodiment even if the light emitted from the light emitting layer included in the organic layer is captured as SPP mode light on the surface of the metal electrode, the SPP mode light is radiated unevenness on the surface of the metal electrode. It can be re-radiated as propagating light and extracted. Furthermore, the light extracted from the surface of the metal electrode can be refracted in the front direction of the substrate at the interface between the lens structure of the substrate and the atmosphere to increase the amount of light extracted in the front direction of the substrate.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view for explaining an example of the organic EL element according to the third embodiment of the present invention.
  • 4A can be said to be a configuration in which the lens structure 22a protrudes toward the metal electrode 24 (a configuration in which the organic layer 23 has a concave lens structure, or a configuration in which a lens structure is provided at the interface between the transparent electrode 22 and the organic layer 23).
  • the lens structure 23a (the transparent electrode 22 has a concave lens structure, and can also be said to have a lens structure at the interface between the transparent electrode 22 and the organic layer 23) is the transparent electrode 22. It is the structure which protrudes to the side.
  • the substrate 21 may be provided on the side opposite to the organic layer of the transparent electrode as shown by a solid line in FIG. 4, or may be provided on the side opposite to the organic layer of the metal electrode as shown by a two-dot chain line. But you can.
  • the organic EL element 30 shown in FIG. 4A (when the substrate 21 has a configuration indicated by a solid line) includes a transparent electrode 22, an organic layer 23 including a light emitting layer, and a metal electrode 24 in this order on the substrate 21.
  • the organic EL element is configured to extract light from the transparent electrode side to the outside.
  • the metal electrode 24 has a plurality of radiation uneven portions 24a periodically arranged in at least one direction on the surface 24A on the organic layer side.
  • the transparent electrode 22 includes a lens structure (third lens structure) 22a that has a refractive index higher than that of the organic layer and protrudes toward the organic layer at the interface with the organic layer. Are arranged at the same period as the period of the radiation uneven part 24a in the direction in which the radiation uneven part 24a is periodically arranged.
  • the refractive index of an organic layer means the refractive index of the highest layer among all the layers including a light emitting layer (organic light emitting layer).
  • This organic EL element can be applied to both a top emission type and a bottom emission type organic EL element.
  • the same material as that of the substrate 1 of the first embodiment can be used as the material of the substrate 21.
  • the thickness of the substrate 1 depends on the required mechanical strength and is not particularly limited, but is preferably 0.01 mm to 10 mm, more preferably 0.05 mm to 2 mm.
  • an opaque substrate can be used in order to be applied to the top emission type.
  • a substrate made of a material such as an alloy or stainless steel, or a substrate usually used in other top emission type organic EL elements can be used.
  • the transparent electrode 22 has a refractive index higher than that of the organic layer 23.
  • the transparent electrode 22 includes a lens structure 22a that protrudes toward the organic layer at the interface with the organic layer 23, and a layered portion 22b that is formed integrally with the lens structure 22a on the substrate side of the lens structure 22a.
  • the refractive index of the transparent electrode 22 is preferably higher than the refractive index of the organic layer 23 by 0.2 or more. The reason why the difference in refractive index is 0.2 or more is that light is refracted at the interface to exhibit a sufficient light collecting effect as a lens.
  • the metal electrode 24 has a plurality of radiation uneven portions 24a periodically arranged in at least one direction on the surface 24A on the organic layer side.
  • the period of at least one direction of 24a is the same as the period of one direction of the lens structure 22a.
  • the configuration of the radiation uneven portion 24a can be the same as that of the organic EL element of the first embodiment.
  • the metal electrode 14 may be the same material and thickness as in the first embodiment.
  • the organic layer 23 is disposed between the lens structure 22a of the transparent electrode 22 and the metal electrode 24, and has a concave portion 23c corresponding to the shape of the lens structure 22a of the transparent electrode 22, and a concave portion on the metal electrode side of the concave portion 23c.
  • 23 a having a layered portion 23 d formed integrally with 23 a and a convex portion 23 e having a shape complementary to the shape of the radiation concave-convex portion 24 a of the metal electrode 24.
  • the shape of the portion complementary to the radiation uneven portion 24a is the convex portion 23e, but may be other shapes as long as it is complementary to the shape of the radiation uneven portion 24a, and the radiation uneven portion 24a.
  • the organic layer 23 can be made of the same material as in the first embodiment.
  • the interface 29 between the transparent electrode 22 and the organic layer 23 has a convex curved surface of the lens structure 22a that protrudes toward the organic layer.
  • FIG. 4A The light propagation method indicated by the arrows in FIG. 5 is schematically shown for easy understanding of the principle of the effect.
  • FIGS. 5A and 5B the layers are the same as those in FIGS. 4A and 4B, respectively.
  • the light traveling toward the metal electrode 24 (arrow B1) is captured as SPP mode light on the surface 24A of the metal electrode 24.
  • the trapped light travels along the surface 24A (arrow B2) and is re-emitted as propagating light at the radiating uneven portions 24a 1 (24a) (arrows B3 and B4).
  • the light that enters the organic layer 23 and reaches the interface between the concave portion 23c 1 (23c) of the organic layer 23 and the lens structure 22a 1 (22a) of the transparent electrode 22 has a lower refractive index than that of the transparent electrode.
  • the lens structure 22a 1 (22a) (or the concave portion 23c 1 (23c)) is refracted toward the center line CC side and taken out of the element (arrows B5 and B6).
  • the center of the lens structure 22a is obtained.
  • the light is refracted toward the line CC and is taken out of the substrate 21. Thereby, the extraction of light in the front direction of the substrate increases.
  • the SPP mode light is radiated unevenness on the surface of the metal electrode. It can be re-radiated as propagating light and extracted. Further, the light extracted from the surface of the metal electrode can be refracted in the front direction of the substrate at the interface between the lens structure of the transparent electrode and the organic layer to increase the amount of light extracted in the front direction of the substrate.
  • the description given above with reference to FIGS. 4A and 5A is for the case where the refractive index of the transparent electrode 22 is higher than the refractive index of the organic layer 23.
  • the organic EL element shown in FIG. 4B has a configuration in which the protruding direction of the lens structure faces the opposite side with respect to the organic EL element shown in FIG.
  • the organic EL element shown in FIG. 5B the lens action (condensing function) similar to the lens action shown in FIG. That is, the same light extraction effect as that of the organic EL element shown in FIG.
  • the organic layer 23 includes a lens structure (first lens structure) 23 a that has a refractive index higher than that of the transparent electrode 22 and protrudes toward the substrate side at the interface with the transparent electrode 22.
  • the lens structure 23a is arranged with the same period as the period of the radiation uneven portion 24a in the direction in which the radiation uneven portion 24a is periodically arranged.
  • the refractive index of the transparent electrode 22 is preferably 0.2 or more lower than the refractive index of the organic layer 23. The reason why the difference in refractive index is 0.2 or more is that light is refracted at the interface to exhibit a sufficient light collecting effect as a lens.
  • Such a relationship between the refractive indexes of the transparent electrode 22 and the organic layer 23 can be obtained, for example, by using a conductive polymer such as PEDOT: PSS as the transparent electrode 22.
  • the organic EL element of this embodiment even if the light emitted from the light emitting layer included in the organic layer is captured as SPP mode light on the surface of the metal electrode, the SPP mode light is radiated unevenness on the surface of the metal electrode. It can be re-radiated as propagating light and extracted. Further, the light extracted from the surface of the metal electrode can be refracted in the front direction of the substrate by the lens structure at the interface between the transparent electrode 22 and the organic layer 23 to increase the amount of light extracted in the front direction of the substrate. .
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view for explaining a modified example of the organic EL element according to the first to third embodiments of the present invention.
  • the organic EL element 40 shown in FIG. 6 includes a transparent electrode 32, an organic layer 33 including a light emitting layer, and a metal electrode 34 in this order on a substrate 31, and extracts light from the transparent electrode 32 side to the outside.
  • the organic EL element 40 is configured.
  • the metal electrode 34 has a plurality of radiation concavo-convex portions 34a periodically disposed in at least one direction on the surface 34A on the organic layer side.
  • the transparent electrode 32 has a higher refractive index than the refractive index of the organic layer 33 and the substrate 31, and a lens structure (third lens structure) 32b that protrudes toward the organic layer at the interface with the organic layer 33.
  • a lens structure (first lens structure) 32a protruding toward the substrate is provided at the interface with the substrate 1.
  • the 1st lens structure 32a and / or the 3rd lens structure 32b are arrange
  • the substrate 31 includes a lens structure (second lens structure) 31a that protrudes outward on the surface opposite to the transparent electrode, but includes a second lens structure 31a. It does not have to be.
  • the first lens structure 32a, the second lens structure 31a, and the third lens structure 32b preferably have at least two center lines CC that coincide.
  • the description given above with reference to FIG. 6 is for the case where the refractive index of the transparent electrode 32 is higher than the refractive index of the organic layer 33 and the refractive index of the substrate 31.
  • the organic layer 33 includes a lens structure that protrudes toward the transparent electrode at the interface with the transparent electrode 32. Further, by providing the substrate 31 with a lens structure that protrudes toward the transparent electrode at the interface with the transparent electrode 32, the same light extraction effect as that of the organic EL element described in FIG. 6 can be obtained.
  • the relationship between the refractive indexes of the transparent electrode 32, the organic layer 33, and the substrate 31 is such that a conductive polymer such as PEDOT: PSS is used as the transparent electrode 32 or a high refractive index substrate is used as the substrate 31. happenss when.
  • the light extraction function in the front direction of the substrate is increased by performing the light collecting function by the lens structure included in the organic EL elements according to the first to third embodiments described above. be able to.
  • FIG. 7 is a schematic cross-sectional view for explaining an example of the organic EL element according to the fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 7A illustrates a configuration in which the lens structure 46a protrudes toward the substrate 41 (a configuration in which the first dielectric layer 45 includes a concave lens structure, an interface between the first dielectric layer 45 and the second dielectric layer 46). It can also be said that the lens structure has a lens structure.
  • 7B can be said to be a lens structure 45a (a configuration in which the second dielectric layer 46 has a concave lens structure, and a configuration in which a lens structure is provided at the interface between the first dielectric layer 45 and the second dielectric layer 46). ) Protrudes toward the metal electrode 44 side.
  • the substrate 41 may be configured to be provided on the side opposite to the organic layer of the first dielectric layer as shown by a solid line in FIG. 7, or the side opposite to the organic layer of the metal electrode as shown by a two-dot chain line.
  • the structure provided for may be used.
  • An organic EL element 50 shown in FIG. 7A (when the substrate 41 has a configuration indicated by a solid line) includes a transparent electrode 42, an organic layer 43 including a light emitting layer, and a metal electrode 44 in this order on the substrate 41.
  • the organic EL element is configured to extract light from the transparent electrode 42 side to the outside.
  • the metal electrode 44 has a plurality of radiation uneven portions 44a periodically arranged in at least one direction on the surface 44A on the organic layer side.
  • a first dielectric layer 45 and a second dielectric layer 46 are sequentially provided from the substrate side, and the second dielectric layer 46 has a refractive index of 0.1 and 0.1.
  • the second dielectric layer 46 has a higher refractive index than the first dielectric layer 45 (the difference in refractive index is 0.2 or more), and the interface between the first dielectric layer 45 and the second dielectric layer 46 is the substrate 41.
  • a lens structure (fourth lens structure) 46a protruding to the side is provided.
  • the lens structure 46a is arranged with the same period as the period of the radiation uneven part 44a in the direction in which the radiation uneven part 44a is periodically arranged.
  • the reason why the second dielectric 46 has a refractive index difference of 0.1 or less from the transparent electrode 42 or higher than the refractive index of the transparent electrode 42 is that total reflection occurs when light enters the second dielectric from the transparent electrode 42. This is to prevent it from happening. Further, the reason that the difference in refractive index between the first dielectric layer and the second dielectric layer is 0.2 or more is to refract light at the interface to exhibit a sufficient light collecting effect as a lens.
  • This organic EL element can be applied to both a top emission type and a bottom emission type organic EL element.
  • the same material and thickness of the substrate 41 as those of the substrate of the first embodiment can be used.
  • an opaque substrate such as a metal substrate or a substrate normally used in other top emission type organic EL elements is used. it can.
  • the transparent electrode 42 can be made of the same material as the transparent electrode material of the first embodiment.
  • the thickness can be the same as the thickness of the layered portion 2d of the transparent electrode 2 of the first embodiment.
  • the metal electrode 44 has a plurality of radiation uneven portions 44a periodically arranged in at least one direction on the surface 44A on the organic layer side.
  • the period of at least one direction of the radiation uneven portion 44 a is the same as the period of one direction of the lens structure 46 a of the second dielectric layer 46.
  • the configuration of the radiation uneven portion 44a can be the same as that of the organic EL element of the first embodiment.
  • the metal electrode 44 may be the same material and thickness as those in the first embodiment.
  • the organic layer 43 is disposed between the transparent electrode 42 and the metal electrode 44, and has a layered portion 43d and a convex portion 43e having a shape complementary to the shape of the radiation uneven portion 44a of the metal electrode 44.
  • the same material and thickness as those in the first embodiment can be used.
  • the first dielectric layer 45 is disposed between the substrate 41 and the second dielectric layer 46 and has a recess 45 c corresponding to the lens structure 46 a of the second dielectric layer 46.
  • the first dielectric layer 45 has a refractive index similar to the refractive index of the substrate 41 (for example, a refractive index difference of 0.1 or less) or a refractive index of the substrate 41 so that total reflection does not occur at the interface with the substrate 41. It is preferable to have a refractive index lower than the refractive index.
  • the material of the first dielectric layer 45 is not particularly limited. For example, silicon oxide such as spin-on-glass (SOG) (refractive index: 1.1 to 2.0) or silica (SiO 2 ) is used.
  • the first dielectric layer 45 needs to be thicker than the lens structure 46a of the second dielectric layer 46.
  • the second dielectric layer 46 is disposed between the first dielectric layer 45 and the transparent electrode 42, is higher than the refractive index of the first dielectric layer 45 (refractive index difference is 0.2 or more), and It has a refractive index difference of 0.1 or less or a refractive index higher than that of the transparent electrode. Furthermore, a lens structure 46 a that protrudes toward the substrate is provided at the interface with the first dielectric layer 45. By providing the lens structure 46a, it is possible to condense the SPP mode light re-radiated as the propagation light from the radiating portion uneven portion on the front side.
  • the material of the second dielectric layer 46 is not limited.
  • the thickness of the second dielectric layer 46 needs to be thicker than the desired lens structure 46a.
  • the interface 49 between the first dielectric layer 45 and the second dielectric layer 46 has a convex curved surface of the lens structure 46a of the second dielectric layer 46 protruding to the substrate side, and the first dielectric layer 45 has a concave portion 45 c having a shape complementary to the shape of the lens structure 46 a of the second dielectric layer 46.
  • the SPP mode light captured on the surface of the metal electrode Is re-radiated as propagating light at the radiation uneven portion 44a on the surface of the metal electrode and taken out, passes through the organic layer 43 and the transparent electrode 42, and enters the second dielectric layer 46.
  • the light reaching the interface between the lens structure 46a 1 (46a) of the second dielectric layer 46 and the recess 45c 1 (45c) of the first dielectric layer 45 is higher than the refractive index of the first dielectric layer 45.
  • the light is refracted toward the center line CC side of the lens structure 46a 1 (46a).
  • the lens structure 46a is refracted toward the center line CC and is taken out of the substrate 41. Thereby, the extraction of light in the front direction of the substrate increases.
  • the description given above with reference to FIG. 7A is for the case where the refractive index of the second dielectric layer 46 is higher than the refractive index of the first dielectric layer 45.
  • the organic EL element shown in FIG. 7B has a configuration in which the protruding direction of the lens structure faces the opposite side with respect to the organic EL element shown in FIG. In this configuration, when the materials of the first dielectric layer 45 and the second dielectric layer 46 are selected so that the refractive index of the first dielectric layer 45 is higher than the refractive index of the second dielectric layer 46.
  • the organic EL element shown in FIG. 7 (b) exhibits the same lens action (condensing function) as the lens action in the organic EL element shown in FIG. 7 (a), and the organic EL element shown in FIG. 7 (a). The same light extraction effect can be obtained.
  • the first dielectric layer 45 has a refractive index higher than the refractive index of the second dielectric layer 46 (with a refractive index difference of 0.2 or more) and the second dielectric layer 46.
  • a lens structure (fourth lens structure) 45a that protrudes toward the metal electrode is provided at the interface, and the lens structure 45a is arranged at the same period as the period of the radiation uneven part 44a in the direction in which the radiation uneven part 44a is periodically arranged.
  • the relationship between the refractive indexes of the first dielectric layer 45 and the second dielectric layer 46 is, for example, that a conductive polymer such as PEDOT: PSS is used as the transparent electrode 42 and a high refractive index substrate is used as the substrate 41. It can be obtained by using.
  • the organic EL element of this embodiment even if the light emitted from the light emitting layer included in the organic layer is captured as SPP mode light on the surface of the metal electrode, the SPP mode light is radiated unevenness on the surface of the metal electrode. It can be re-radiated as propagating light and extracted. Further, the light extracted from the surface of the metal electrode is refracted in the front direction of the substrate by the lens structure at the interface between the second dielectric layer and the first dielectric layer, thereby increasing the amount of light extracted in the front direction of the substrate. Can be made.
  • FIG. 8 is a schematic cross-sectional view for explaining an example of the organic EL element according to the fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 8A shows a configuration in which the lens structure 55a protrudes toward the substrate 51 (a configuration in which the substrate 51 has a concave lens structure, or a configuration in which a lens structure is provided at the interface between the substrate 51 and the dielectric layer 55). is there.
  • a lens structure 51a (a configuration in which the dielectric layer 55 has a concave lens structure, a configuration in which a lens structure is provided at the interface between the substrate 51 and the dielectric layer 55) protrudes toward the metal electrode 54 side. It is the structure to do.
  • the 8A includes a transparent electrode 52, an organic layer 53 including a light emitting layer, and a metal electrode 54 in this order on a substrate 51, and transmits light from the transparent electrode 52 side to the outside.
  • This is an organic EL element configured to be taken out.
  • the metal electrode 54 has a plurality of radiation uneven portions 54a periodically arranged in at least one direction on the surface 54A on the organic layer side.
  • a dielectric layer 55 is provided between the substrate 51 and the transparent electrode 52.
  • the dielectric layer 55 has a refractive index difference of 0.1 or less or a refractive index higher than that of the transparent electrode 52 and a refractive index higher than that of the substrate 51 (the refractive index difference is 0). .2 or more).
  • the dielectric layer 55 includes a lens structure (fifth lens structure) 55 a that protrudes toward the substrate at the interface with the substrate 51.
  • the lens structure 55a is arranged with the same period as the period of the radiation uneven portion 54a in the direction in which the radiation uneven portion 54a is periodically arranged.
  • the reason why the dielectric layer 55 has a refractive index difference of 0.1 or less with respect to the transparent electrode 52 or a refractive index higher than that of the transparent electrode 52 is that total reflection occurs when light enters the dielectric layer 55 from the transparent electrode 52. This is to prevent it from happening.
  • the reason why the difference in refractive index between the dielectric layer 55 and the substrate 51 is 0.2 or more is to refract light at the interface to exhibit a sufficient light collecting effect as a lens.
  • This organic EL element is also a bottom emission type organic EL element, like the organic EL element of the first embodiment. Since the concave portion 51c corresponding to the lens structure 55a of the dielectric layer 55 is provided, the same material and thickness of the substrate 51 as those of the substrate of the first embodiment can be used.
  • the same material as the transparent electrode material of the first embodiment can be used.
  • the thickness can be the same as the thickness of the layered portion 2d of the transparent electrode 2 of the first embodiment.
  • the metal electrode 54 has a plurality of radiation uneven portions 54a periodically arranged in at least one direction on the surface 54A on the organic layer side.
  • the period in at least one direction of the radiation uneven portion 54 a is the same as the period in one direction of the lens structure 55 a of the dielectric layer 55.
  • the configuration of the radiation uneven portion 54a can be the same as that of the organic EL element of the first embodiment.
  • the metal electrode 54 may be the same material and thickness as in the first embodiment.
  • the organic layer 53 is disposed between the transparent electrode 52 and the metal electrode 54, and has a layered portion 53d and a convex portion 53e having a shape complementary to the shape of the radiation uneven portion 54a of the metal electrode 54.
  • the same material and thickness as those in the first embodiment can be used.
  • the dielectric layer 55 is disposed between the substrate 51 and the transparent electrode 52, has a refractive index that is less than the refractive index difference of the transparent electrode 52 and 0.1 or less, and is higher than the refractive index of the substrate 51. It has a refractive index (refractive index difference is 0.2 or more). Further, a lens structure 55 a that protrudes toward the substrate side is provided at the interface with the substrate 51.
  • the material of the dielectric layer 55 the same materials as those mentioned for the first dielectric layer 45 of the fourth embodiment can be used, but it is necessary to satisfy the above-mentioned refractive index condition. .
  • the thickness of the dielectric layer 55 needs to be thicker than the desired lens structure 55a.
  • the interface 59 between the substrate 51 and the dielectric layer 55 has a convex curved surface of the lens structure 55a of the dielectric layer 55 protruding to the substrate side.
  • the substrate 51 has a concave portion 51 c corresponding to the lens structure 55 a of the dielectric layer 55.
  • the SPP mode light captured on the surface of the metal electrode Is re-radiated as propagating light at the radiation uneven portion 54 a on the surface of the metal electrode and extracted, passes through the organic layer 53 and the transparent electrode 52, and enters the dielectric layer 55.
  • the light reaching the interface between the lens structure 55a 1 (55a) of the dielectric layer 55 and the concave portion 51c 1 (51c) of the substrate 51 is transmitted from the dielectric layer 55 having a refractive index higher than that of the substrate 51.
  • the lens structure 55a 1 (55a) is refracted toward the center line CC side.
  • the lens structure 55a Even if the light re-radiated as the propagation light by the radiation uneven portion 54a of the metal electrode 54 enters the lens structure 55a in a direction away from the center line CC of the lens structure 55a of the dielectric layer 55, the lens structure The light is refracted toward the center line CC of 55a and taken out of the substrate 51. Thereby, the extraction of light in the front direction of the substrate increases.
  • the description given above with reference to FIG. 8A is for the case where the refractive index of the dielectric layer 55 is higher than the refractive index of the substrate 51.
  • the organic EL element shown in FIG. 8B has a configuration in which the protruding direction of the lens structure faces the opposite side with respect to the organic EL element shown in FIG.
  • FIG. 8 (b) when the materials of the substrate 51 and the dielectric layer 55 are selected so that the refractive index of the substrate 51 is higher than the refractive index of the dielectric layer 55 (the refractive index difference is 0.2 or more), FIG.
  • the organic EL element shown in FIG. 8 (b) exhibits the same lens action (condensing function) as that of the organic EL element shown in FIG. 8 (a), and is the same as the organic EL element shown in FIG. 8 (a). The light extraction effect can be obtained.
  • the dielectric layer 55 includes a lens structure (fifth lens structure) 51a having a refractive index lower than that of the substrate 51 and protruding toward the metal electrode at the interface with the substrate 51.
  • the lens structure 51a is arranged with the same period as the period of the radiation uneven part 54a in the direction in which the radiation uneven part 54a is periodically arranged.
  • Such a relationship between the refractive index of the dielectric layer 55 and the substrate 51 is obtained, for example, by using a conductive polymer such as PEDOT: PSS as the transparent electrode 52 or by using a high refractive index substrate as the substrate 51. be able to.
  • the organic EL element of this embodiment even if the light emitted from the light emitting layer included in the organic layer is captured as SPP mode light on the surface of the metal electrode, the SPP mode light is radiated unevenness on the surface of the metal electrode.
  • the light extracted from the surface of the metal electrode can be refracted by the lens structure at the interface between the dielectric layer and the substrate and refracted in the front direction of the substrate. The amount of light extracted to the can be increased.
  • FIG. 9 is a schematic cross-sectional view for explaining an example of the organic EL element according to the sixth embodiment of the present invention.
  • 9A shows a configuration in which the lens structure 62a protrudes toward the substrate 61 (a configuration in which the dielectric layer 65 has a concave lens structure, and a configuration in which a lens structure is provided at the interface between the transparent electrode 62 and the dielectric layer 65). I can say).
  • a lens structure 65a (a structure in which the transparent electrode 62 has a concave lens structure, a structure having a lens structure at the interface between the transparent electrode 62 and the dielectric layer 65) protrudes toward the metal electrode 64 side. It is the structure to do.
  • the substrate 61 may be provided on the side opposite to the organic layer of the dielectric layer as shown by a solid line in FIG. 9, or may be provided on the side opposite to the organic layer of the metal electrode as shown by a two-dot chain line. It may be configured.
  • the organic EL element 70 shown in FIG. 9A (when the substrate 61 is configured by a solid line) includes a transparent electrode 62, an organic layer 63 including a light emitting layer, and a metal electrode 64 in this order on the substrate 61.
  • the organic EL element is configured to extract light from the transparent electrode side to the outside.
  • the metal electrode 64 has a plurality of radiation uneven portions 64a periodically arranged in at least one direction on the surface 64A on the organic layer side.
  • a dielectric layer 65 is provided between the substrate 61 and the transparent electrode 62, and the transparent electrode 62 has a refractive index difference of 0.1 or less or a refractive index higher than that of the organic layer 63. Further, the transparent electrode 62 has a refractive index higher than the refractive index of the dielectric layer 65 (refractive index difference is 0.2 or more).
  • the transparent electrode 62 includes a lens structure (sixth lens structure) 62 a that protrudes toward the substrate at the interface with the dielectric layer 65.
  • the lens structure 62a is arranged with the same period as the period of the radiation uneven part 64a in the direction in which the radiation uneven part 64a is periodically arranged.
  • the reason why the dielectric layer 62 has a refractive index difference of 0.1 or less from the organic layer 63 or a higher refractive index than the organic layer 63 is that total reflection occurs when light enters the dielectric layer 62 from the organic layer 63. This is to prevent it from happening.
  • the reason why the difference in refractive index between the dielectric layer 65 and the transparent electrode 62 is 0.2 or more is to refract light at the interface to exhibit a sufficient light collecting effect as a lens.
  • This organic EL element can be applied to both a top emission type and a bottom emission type organic EL element.
  • the same material and thickness of the substrate 61 as those of the substrate of the first embodiment can be used.
  • an opaque substrate such as a metal substrate or a substrate normally used in other top emission type organic EL elements is used. it can.
  • the transparent electrode 62 has a refractive index higher than the refractive index of the dielectric layer 65 (refractive index difference is 0.2 or more).
  • the transparent electrode 62 includes a lens structure 62a that protrudes toward the substrate at the interface with the dielectric layer 65, and a layered portion 62d that is formed integrally with the lens structure 62a on the organic layer side of the lens structure 62a.
  • the transparent electrode 62 the same material and configuration as those of the transparent electrode 2 of the first embodiment can be used.
  • the interface 69 between the transparent electrode 62 and the dielectric layer 65 has a convex curved surface of the lens structure 62a protruding toward the substrate, and the low dielectric layer 65 is complementary to the shape of the lens structure 62a of the transparent electrode 62.
  • a concave portion 65c having a typical shape is provided.
  • the metal electrode 64 has a plurality of radiation uneven portions 64a periodically arranged in at least one direction on the surface 64A on the organic layer side.
  • a period in at least one direction of the radiation uneven portion 64 a is the same as a period in one direction of the lens structure 62 a of the transparent electrode 62.
  • the configuration of the radiation uneven portion 64a can be the same as that of the organic EL element of the first embodiment.
  • the metal electrode 64 may be the same material and thickness as in the first embodiment.
  • the organic layer 63 is disposed between the transparent electrode 62 and the metal electrode 64, and has a layered portion 63d and a convex portion 63e having a shape complementary to the shape of the radiation uneven portion 64a of the metal electrode 64.
  • the same material and thickness as those in the first embodiment can be used.
  • the dielectric layer 65 is disposed between the substrate 61 and the transparent electrode 62 and has a refractive index lower than the refractive index of the transparent electrode 62 (with a refractive index difference of 0.2 or more).
  • a recess 65c corresponding to the structure 62a is provided.
  • the dielectric layer 65 has a refractive index comparable to the refractive index of the substrate 61 (for example, a refractive index with a refractive index difference of 0.1 or less) or the substrate 61 so that total reflection does not occur at the interface with the substrate 61. It is preferable to have a refractive index lower than the refractive index.
  • the same materials as those mentioned for the first dielectric layer 45 of the fourth embodiment can be used, but it is necessary to satisfy the above-mentioned refractive index condition. .
  • the thickness of the dielectric layer 65 needs to be greater than the height of the lens structure 62 a of the transparent electrode 62.
  • the SPP mode light captured on the surface of the metal electrode Is re-radiated as propagating light at the radiation uneven portion 64 a on the surface of the metal electrode and extracted, passes through the organic layer 63 and enters the transparent electrode 62.
  • the light reaching the interface between the lens structure 62 a 1 (62 a) of the transparent electrode 62 and the recess 65 c 1 (65 c) of the dielectric layer 65 has a refractive index higher than that of the dielectric layer 65.
  • the organic EL element shown in FIG. 9B has a configuration in which the protruding direction of the lens structure faces the opposite side with respect to the organic EL element shown in FIG.
  • the material of the dielectric layer 65 and the transparent electrode 62 is selected so that the refractive index of the dielectric layer 65 is higher than the refractive index of the transparent electrode 62 (the refractive index difference is 0.2 or more).
  • the organic EL element shown in FIG. 9B exhibits a lens action (condensing function) similar to the lens action in the organic EL element shown in FIG. That is, the same light extraction effect as that of the organic EL element shown in FIG. 9A can be obtained.
  • the dielectric layer 65 has a lens structure (sixth lens structure) 65 a having a refractive index higher than that of the transparent electrode 62 and protruding toward the metal electrode at the interface with the transparent electrode 62.
  • the lens structure 65a is arranged with the same period as the period of the radiation uneven part 64a in the direction in which the radiation uneven part 64a is periodically arranged.
  • Such a relationship between the refractive index of the dielectric layer 65 and the transparent electrode 62 can be obtained, for example, by using a conductive polymer such as PEDOT: PSS as the transparent electrode 62.
  • the organic EL element of this embodiment even if the light emitted from the light emitting layer included in the organic layer is captured as SPP mode light on the surface of the metal electrode, the SPP mode light is radiated unevenness on the surface of the metal electrode. It can be re-radiated as propagating light and extracted. Furthermore, the light extracted from the surface of the metal electrode can be refracted in the front direction of the substrate by the lens structure at the interface between the transparent electrode and the dielectric layer to increase the amount of light extracted in the front direction of the substrate.
  • FIG. 10 is a schematic cross-sectional view for explaining an example of the organic EL element according to the seventh embodiment of the present invention.
  • An organic EL element 80 according to the seventh embodiment of the present invention includes, on a substrate 71, a transparent electrode 72, an organic layer 73 including a light emitting layer, and a metal electrode 74 in order, and from the transparent electrode side to the outside. It is an organic EL element configured to extract light.
  • the metal electrode 74 has a plurality of radiation uneven portions 74a periodically disposed in at least one direction on the surface 74A on the organic layer side.
  • a dielectric layer 75 is provided on the opposite side of the substrate 71 from the transparent electrode 72, and the dielectric layer 75 has a refractive index difference of 0.1 or less from the refractive index of the substrate 71 or a refractive index higher than that of the substrate.
  • the dielectric layer 75 includes a lens structure (seventh lens structure) 75a that protrudes on the opposite side of the substrate.
  • the lens structure 75a is arranged with the same period as the period of the radiation uneven part 74a in the direction in which the radiation uneven part 74a is periodically arranged.
  • the dielectric layer 75 has a refractive index difference of 0.1 or less than that of the substrate 71 or a refractive index higher than that of the substrate 71 is that it does not cause total reflection when light enters the dielectric layer 75 from the substrate 71. is there.
  • this organic EL element is also a bottom emission type organic EL element like the organic EL element of the first embodiment, the material and thickness of the substrate 71 are the same as those of the substrate 1 of the first embodiment. Can be used.
  • the same material as the transparent electrode material of the first embodiment can be used.
  • the thickness can be the same as the thickness of the layered portion 2d of the transparent electrode 2 of the first embodiment.
  • the metal electrode 74 has a plurality of radiation uneven portions 74a periodically arranged in at least one direction on the surface 74A on the organic layer side.
  • the period in at least one direction of the radiation uneven portion 74 a is the same as the period in one direction of the lens structure 75 a of the dielectric layer 75.
  • the configuration of the radiation uneven portion 74a can be the same as that of the organic EL element of the first embodiment.
  • the metal electrode 74 may be the same material and thickness as those in the first embodiment.
  • the organic layer 73 is disposed between the transparent electrode 72 and the metal electrode 74, and is complementary to the shape of the layered portion 73 d and the radiation uneven portion 74 a of the metal electrode 74. And a convex portion 73e having a shape.
  • the same material and thickness as those in the first embodiment can be used.
  • the dielectric layer 75 includes a lens structure 75 a that has a refractive index difference of 0.1 or less or a refractive index higher than that of the substrate 71 and protrudes on the opposite side of the substrate 71.
  • a dielectric layer 75 which is a layer provided on the opposite side of the substrate 71 from the transparent electrode 72, includes a lens structure 75 a that protrudes to the atmosphere side.
  • the material of the dielectric layer 75 the same materials as those mentioned for the first dielectric layer 45 of the fourth embodiment can be used, but it is necessary to satisfy the above-mentioned refractive index condition. .
  • the SPP mode light captured on the surface of the metal electrode Is re-radiated by the radiation uneven portion 74 a on the surface of the metal electrode and taken out, passes through the organic layer 73, the transparent electrode 72 and the substrate 71 and enters the dielectric layer 75. Then, the light that reaches the interface between the lens structure 75a 1 (75a) of the dielectric layer 75 and the atmosphere exits from the dielectric layer 75 having a refractive index higher than that of the atmosphere into the atmosphere. It refracts toward the center line CC side of 75a 1 (75a).
  • the lens structure 75a Even if the light re-radiated as the propagation light by the radiation uneven portion 74a of the metal electrode 74 enters the lens structure 75a in a direction away from the center line CC of the lens structure 75a of the dielectric layer 75, the lens structure The light is refracted toward the center line CC of 75a and taken out of the element. Thereby, the extraction of light in the front direction of the substrate increases.
  • the organic EL element of this embodiment even if the light emitted from the light emitting layer included in the organic layer is captured as SPP mode light on the surface of the metal electrode, the SPP mode light is radiated unevenness on the surface of the metal electrode. It can be re-radiated as propagating light and extracted. Furthermore, the light extracted from the surface of the metal electrode can be refracted in the front direction of the substrate by the lens structure at the interface between the dielectric layer and the atmosphere, and the amount of light extracted in the front direction of the substrate can be increased.
  • FIG. 11 is a cross-sectional schematic diagram for demonstrating an example of the organic EL element which concerns on the 8th Embodiment of this invention.
  • FIG. 11 shows a configuration in which a lens structure 83a (a configuration in which the transparent conductive layer 85 has a concave lens structure, a configuration in which a lens structure is provided at the interface between the organic layer 83 and the transparent conductive layer 85) protrudes toward the substrate 81. is there.
  • the substrate 81 may be provided on the side opposite to the organic layer of the transparent electrode as shown by a solid line in FIG. 11, or may be provided on the side opposite to the organic layer of the metal electrode as shown by a two-dot chain line. But you can.
  • An organic EL element 100 shown in FIG. 11 (when the substrate 81 has a configuration indicated by a solid line) includes a transparent electrode 82, an organic layer 83 including a light emitting layer, and a metal electrode 84 on the substrate 81 in order.
  • the organic EL element is configured to extract light from the electrode 82 side to the outside.
  • the metal electrode 84 has a plurality of radiation uneven portions 84a periodically disposed in at least one direction on the surface 84A on the organic layer side.
  • a transparent conductive layer 85 is provided between the transparent electrode 82 and the organic layer 83, and the transparent conductive layer 85 has a refractive index lower than the refractive index of the organic layer 83 (refractive index difference is 0.2 or more).
  • the organic layer 83 includes a lens structure (eighth lens structure) 83a that protrudes toward the substrate at the interface with the transparent conductive layer 85, and the lens structure 83a emits in the direction in which the radiation uneven portions 84a are periodically arranged. It arrange
  • the difference in refractive index between the transparent conductive layer 85 and the organic layer 83 is 0.2 or more is to refract light at the interface to exhibit a sufficient light collecting effect as a lens.
  • the refractive index of an organic layer means the refractive index of the highest layer among all the layers including a light emitting layer (organic light emitting layer).
  • This organic EL element can also be applied to both a top emission type and a bottom emission type organic EL element.
  • the same material and thickness of the substrate 81 as those of the substrate 1 of the first embodiment can be used.
  • an opaque substrate such as a metal substrate or a substrate normally used in other top emission type organic EL elements is used. it can.
  • the same material as the transparent electrode material of the first embodiment can be used.
  • the thickness it can be set as the same thickness as the layer part 2d of the transparent electrode 2 of 1st Embodiment.
  • the metal electrode 84 has a plurality of radiation concavo-convex portions 84a periodically arranged in at least one direction on the surface 84A on the organic layer side.
  • the period in at least one direction of the radiation uneven portion 84 a is the same as the period in one direction of the lens structure 85 a of the transparent conductive layer 85.
  • the configuration of the radiation uneven portion 84a can be the same as that of the organic EL element of the first embodiment.
  • the metal electrode 84 may be the same material and thickness as those of the other embodiments.
  • the organic layer 83 is disposed between the lens structure 85 a of the transparent conductive layer 85 and the metal electrode 84. It has a lens structure 83a, a layered portion 83d formed integrally with the lens structure 83a, and a convex portion 83e having a shape complementary to the shape of the radiation uneven portion 84a of the metal electrode 84.
  • the shape of the portion complementary to the shape of the radiation uneven portion 84a is a convex shape, but may be other shapes as long as it is complementary to the shape of the radiation uneven portion 84a. It is not necessary to fit (fit) the shape of the radiation uneven portion 84a.
  • the organic layer 83 can be made of the same material as in the other embodiments.
  • the transparent conductive layer 85 has a refractive index lower than the refractive index of the organic layer 83 (with a refractive index difference of 0.2 or more) and is complementary to the shape of the lens structure 83a that protrudes toward the substrate at the interface with the organic layer 83.
  • a concave portion 85c having a simple shape is provided.
  • the transparent conductive layer 85 has a refractive index similar to the refractive index of the transparent electrode 82 (for example, a refractive index with a refractive index difference of 0.1 or less) or is transparent so that total reflection does not occur at the interface with the substrate 81. It is preferable to have a refractive index lower than that of the electrode 82.
  • the material of the transparent conductive layer 85 As the material of the transparent conductive layer 85, the same materials as those mentioned for the first dielectric layer 45 of the fourth embodiment can be used, but it is necessary to satisfy the above-mentioned refractive index condition. . Specific examples of the material of the transparent conductive layer 85 include PEDOT: PSS (typical refractive index 1.5).
  • the transparent conductive layer 85 needs to be thicker than the desired lens structure 85a.
  • the interface 89 between the organic layer 83 and the transparent conductive layer 85 has a convex curved surface of the lens structure 83a of the organic layer 83 protruding to the substrate side.
  • the transparent conductive layer 85 has a concave portion 85 c having a shape complementary to the shape of the lens structure 83 a of the organic layer 83.
  • the SPP mode light captured on the surface of the metal electrode Is re-radiated as propagating light at the radiation uneven portion 84 a on the surface of the metal electrode and extracted, passes through the organic layer 83 and enters the transparent conductive layer 85.
  • the light reaching the interface between the lens structure 83a 1 (83a) of the organic layer 83 and the concave portion 85c 1 (85c) of the transparent conductive layer 85 has a refractive index lower than the refractive index of the organic layer 83 from the organic layer 83.
  • the organic EL element of this embodiment even if the light emitted from the light emitting layer included in the organic layer is captured as SPP mode light on the surface of the metal electrode, the SPP mode light is radiated unevenness on the surface of the metal electrode. It can be re-radiated as propagating light and extracted. Furthermore, the light extracted from the surface of the metal electrode can be refracted in the front direction of the substrate at the interface between the transparent conductive layer and the lens structure of the organic layer to increase the amount of light extracted in the front direction of the substrate.
  • the material used as the transparent electrode 82 is not particularly limited in this case.
  • a material having a refractive index equal to or higher than the refractive index of the dielectric layer 85 is preferable because total reflection hardly occurs at the interface with the transparent conductive layer 85.
  • FIG. 12 is a schematic cross-sectional view for explaining an example of the organic EL element according to the ninth embodiment of the present invention.
  • FIG. 12A shows a configuration in which the lens structure 91a protrudes toward the dielectric layer 95 (a configuration in which the dielectric layer 95 has a concave lens structure, and a configuration in which a lens structure is provided at the interface between the substrate 91 and the dielectric layer 95). It can also be said).
  • FIG. 12B shows a configuration in which a lens structure 95a (a configuration in which the substrate 91 has a concave lens structure, a configuration in which a lens structure is provided at the interface between the substrate 91 and the dielectric layer 95) protrudes toward the substrate 91 side. is there.
  • An organic EL element 100 shown in FIG. 12A includes a transparent electrode 92, an organic layer 93 including a light emitting layer, and a metal electrode 94 in this order on a substrate 91.
  • the organic EL element is configured to extract light from the opposite side of the transparent electrode 92 of the substrate 91 to the outside.
  • the metal electrode 94 has a plurality of radiation uneven portions 94a periodically arranged in at least one direction on the surface 94A on the organic layer side.
  • a dielectric layer 95 is provided on the opposite side of the substrate 91 from the transparent electrode 92, and the dielectric layer 95 has a refractive index lower than the refractive index of the substrate 91 (refractive index difference is 0.2 or more).
  • the substrate 91 includes a lens structure (a ninth lens structure) 91a protruding toward the organic layer at the interface with the dielectric layer 95.
  • the lens structure 91a emits in the direction in which the radiation uneven portions 94a are periodically arranged. It arrange
  • the substrate 91 includes a lens structure 91a protruding toward the dielectric layer 95 at the interface with the dielectric layer 95, and a layered portion 91d integrated with the lens structure 91a on the transparent electrode 92 side of the lens structure 91a. . Since this organic EL element is a bottom emission type organic EL element like the organic EL element of the first embodiment, the material of the substrate 91 and the thickness of the layered portion 91d are the same as those of the first embodiment. A substrate similar to the substrate 1 can be used. In the present embodiment, the substrate 91 includes a lens structure 91a. Therefore, like the organic EL element of the first embodiment, a material that can be processed more accurately is preferable.
  • the same material as the transparent electrode material of the first embodiment can be used.
  • the thickness of the transparent electrode 92 is not particularly limited. For example, it is 10 to 2000 nm, preferably 50 to 1000 nm. If it is thinner than 10 nm, the sheet resistance of the transparent electrode 12 increases. If it is thicker than 2000 nm, the transmittance of the transparent electrode 92 is lowered.
  • the metal electrode 94 has a plurality of radiation uneven portions 94a periodically arranged in at least one direction on the surface 94A on the organic layer side.
  • the period of the radiation uneven portion 94a in at least one direction is the same as the period of the lens structure 91a of the substrate 91 in one direction.
  • the configuration of the radiation uneven portion 94a can be the same as that of the organic EL element of the first embodiment.
  • the metal electrode 94 may be the same material and thickness as those in the first embodiment.
  • the organic layer 93 is disposed between the transparent electrode 92 and the metal electrode 94, and has a layered portion 93a and a convex portion 93e having a shape complementary to the shape of the radiation uneven portion 94a of the metal electrode 94.
  • the same material and thickness as those in the first embodiment can be used.
  • the dielectric layer 95 is disposed on the opposite side of the substrate 91 from the transparent electrode 92, has a refractive index higher than the refractive index of the substrate 91 (refractive index difference is 0.2 or more), and has a substrate at the interface with the substrate 91.
  • a concave portion 95c having a shape complementary to the shape of the 91 lens structure 91a is provided.
  • the material of the dielectric layer 95 the same materials as those mentioned for the first dielectric layer 45 of the fourth embodiment can be used, but it is necessary to satisfy the above-mentioned refractive index condition. .
  • the dielectric layer 95 needs to be thicker than the lens structure 91a of the substrate 91.
  • the SPP mode light captured on the surface of the metal electrode Is re-radiated as propagating light at the radiation uneven portion 94 a on the surface of the metal electrode and extracted, passes through the organic layer 93 and the transparent electrode 92, and enters the substrate 91.
  • the light reaching the interface between the lens structure 91a 1 (91a) of the substrate 91 and the concave portion 95c 1 (95c) of the dielectric layer 95 is transmitted from the substrate 91 having a refractive index higher than that of the dielectric layer 95.
  • the lens structure 91a 1 (91a) is refracted toward the center line CC side.
  • the lens structure lens structure The light is refracted toward the center line CC side of 91a and taken out of the element. Thereby, the extraction of light in the front direction of the substrate increases.
  • the description given above with reference to FIG. 12A is for the case where the refractive index of the dielectric layer 95 is lower than the refractive index of the substrate 91.
  • the dielectric layer 95 and the substrate 91 in this case for example, among the materials exemplified as the material of the first dielectric layer 45 of the fourth embodiment and the substrate 1 of the first embodiment, respectively Any combination that satisfies the refractive index requirements can be used.
  • the organic EL element shown in FIG. 12B has a configuration in which the protruding direction of the lens structure faces the opposite side with respect to the organic EL element shown in FIG.
  • FIG. 12B when the material of the dielectric layer 95 and the substrate 91 is selected so that the refractive index of the dielectric layer 95 is higher than the refractive index of the substrate 91 (the difference in refractive index is 0.2 or more), FIG.
  • the lens action (condensing effect) similar to the lens action of the organic EL element shown in FIG. 12A can be exhibited, and the same light extraction effect as that of the organic EL element shown in FIG.
  • the dielectric layer 95 includes a lens structure (a ninth lens structure) 95a that has a refractive index higher than the refractive index of the substrate 91 and protrudes toward the substrate side at the interface with the substrate 91.
  • the lens structure 95aa is arranged with the same period as the period of the radiation uneven part 94a in the direction in which the radiation uneven part 94a is periodically arranged.
  • the organic EL element of this embodiment even if the light emitted from the light emitting layer included in the organic layer is captured as SPP mode light on the surface of the metal electrode, the SPP mode light is radiated unevenness on the surface of the metal electrode. It can be re-radiated as propagating light and extracted. Further, the light extracted from the surface of the metal electrode can be refracted in the front direction of the substrate by the lens structure at the interface between the substrate and the dielectric layer to increase the amount of light extracted in the front direction of the substrate.
  • FIG. 13 is a schematic cross-sectional view for explaining an example of the organic EL element according to the tenth embodiment of the present invention.
  • FIG. 13A shows a configuration in which the lens structure 105a protrudes toward the fourth dielectric layer 106 (a configuration in which the fourth dielectric layer 106 has a concave lens structure, a third dielectric layer 105 and a fourth dielectric layer). It can also be said that the lens structure is provided at the interface with 106).
  • FIG. 13B can be said to be a lens structure 106a (a configuration in which the third dielectric layer 105 has a concave lens structure, and a configuration in which a lens structure is provided at the interface between the third dielectric layer 105 and the fourth dielectric layer 106).
  • An organic EL element 110 shown in FIG. 13A includes a transparent electrode 102, an organic layer 113 including a light emitting layer, and a metal electrode 104 in this order on a substrate 101, and the opposite side of the transparent electrode 102 of the substrate 101.
  • the metal electrode 104 has a plurality of radiation uneven portions 104a periodically arranged in at least one direction on the surface 104A on the organic layer side.
  • a third dielectric layer 105 and a fourth dielectric layer 106 are provided in this order from the substrate 101 side on the opposite side of the substrate 101 from the transparent electrode 102, and the third dielectric layer 105 has a refractive index of 0.
  • the third dielectric layer 105 has a refractive index difference of 1 or less or a refractive index higher than that of the substrate 101, and the refractive index of the third dielectric layer 105 is higher than that of the fourth dielectric layer 106 (the refractive index difference is 0.2 or more).
  • the third dielectric layer 105 includes a lens structure (tenth lens structure) 105a protruding toward the fourth dielectric layer 106 at the interface with the fourth dielectric layer 106, and the lens structure 105a has a radiation unevenness. It arrange
  • the reason why the third dielectric layer 105 has a refractive index difference of 0.1 or less with respect to the substrate 101 or a refractive index higher than that of the substrate 101 is that when the light enters the third dielectric layer 105 from the substrate 101, total reflection is not caused. This is to prevent it from happening. Further, the reason that the difference in refractive index between the third dielectric layer 105 and the fourth dielectric layer 106 is 0.2 or more is to refract light at the interface and to exhibit a sufficient light collecting effect as a lens. .
  • this organic EL element is a bottom emission type organic EL element like the organic EL element of the first embodiment
  • the thickness of the material of the substrate 101 is the same as that of the substrate 1 of the first embodiment. Can be used.
  • the same material as the transparent electrode material of the first embodiment can be used.
  • the thickness of the transparent electrode 102 is not particularly limited. For example, it is 10 to 2000 nm, preferably 50 to 1000 nm. If it is thinner than 10 nm, the sheet resistance of the transparent electrode 102 increases. If it is thicker than 2000 nm, the transmittance of the transparent electrode 102 is lowered.
  • the metal electrode 104 has a plurality of radiation uneven portions 104a periodically disposed in at least one direction on the surface 104A on the organic layer side.
  • the period of at least one direction of the radiation uneven portion 104 a is the same as the period of one direction of the lens structure 105 a of the third dielectric layer 105.
  • the configuration of the radiation uneven portion 104a can be the same as that of the organic EL element of the first embodiment.
  • the metal electrode 104 may be the same material and thickness as those in the first embodiment.
  • the organic layer 103 is disposed between the transparent electrode 102 and the metal electrode 104, and has a layered portion 103 d and a convex portion 103 e having a shape complementary to the shape of the radiation uneven portion 104 a of the metal electrode 104.
  • the same material and thickness as those in the first embodiment can be used.
  • the third dielectric layer 105 is disposed on the opposite side of the substrate 101 from the transparent electrode 102 and has a refractive index difference of 0.1 or less or a refractive index higher than that of the substrate 111 and a fourth dielectric.
  • the refractive index difference with the layer 106 is 0.2 or more, and the lens structure 105 a is provided on the interface between the layered portion 105 d and the fourth dielectric layer 106 on the substrate 111 side.
  • the third dielectric layer 105 may have a structure without the layered portion 105d.
  • the third dielectric layer 105 has a refractive index similar to the refractive index of the substrate 101 (for example, a refractive index with a refractive index difference of 0.1 or less) so that total reflection does not occur at the interface with the substrate 101, or It is preferable to have a refractive index higher than that of the substrate 101.
  • the material for the third dielectric layer 105 is not particularly limited. For example, SOG satisfying the above refractive index, ZnO (typical refractive index: 2.02), or the like can be used.
  • the fourth dielectric layer 106 is disposed on the opposite side of the third dielectric layer 105 from the substrate 101 and has a concave portion 106 a having a shape complementary to the shape of the lens structure 105 a of the third dielectric layer 105.
  • the material of the fourth dielectric layer 106 is not particularly limited. For example, SOG, polyethylene naphthalate (typical refractive index: 1.77), MgO (typical refraction) satisfying the above refractive index conditions. Rate: 1.74) can be used.
  • the thickness of the fourth dielectric layer 106 needs to be greater than the height of the lens structure 105 a of the third dielectric layer 105.
  • the SPP mode light captured on the surface of the metal electrode Is re-radiated as propagating light at the radiation uneven portion 104 a on the surface of the metal electrode and extracted, passes through the organic layer 103 and the transparent electrode 102, and enters the substrate 101.
  • the light further passes through the substrate 101 and enters the layered portion 105d of the third dielectric layer 105, and reaches the interface between the lens structure 105a of the third dielectric layer 105 and the recessed portion 106c of the fourth dielectric layer 106.
  • the organic EL element shown in FIG. 13B has a configuration in which the protruding direction of the lens structure faces the opposite side with respect to the organic EL element shown in FIG.
  • the materials of the third dielectric layer 105 and the fourth dielectric layer 106 are selected so that the refractive index of the third dielectric layer 105 is lower than the refractive index of the fourth dielectric layer 106.
  • the lens action (condensing function) similar to that of the organic EL element shown in FIG. 13A can be exhibited, and the same light extraction effect as that of the organic EL element shown in FIG. 13A can be obtained.
  • the fourth dielectric layer 106 has a refractive index higher than the refractive index of the third dielectric layer 105 (refractive index difference is 0.2 or more) and the third dielectric layer 105.
  • a lens structure (tenth lens structure) 106a protruding to the substrate side is provided at the interface, and the lens structure 106a is arranged at the same period as the period of the radiation uneven part 104a in the direction in which the radiation uneven part 104a is periodically arranged.
  • a material having such a relationship between the refractive indexes of the third dielectric layer 105 and the fourth dielectric layer 106 is opposite to that of the refractive index used in the organic EL element shown in FIG. Can be obtained.
  • the organic EL element of this embodiment even if the light emitted from the light emitting layer included in the organic layer is captured as SPP mode light on the surface of the metal electrode, the SPP mode light is radiated unevenness on the surface of the metal electrode. It can be re-radiated as propagating light and extracted. Further, the light extracted from the surface of the metal electrode is refracted in the front direction of the substrate by the lens structure at the interface between the third dielectric layer 105 and the fourth dielectric layer 106, and the amount of light extracted in the front direction of the substrate Can be increased.
  • FIG. 14 is a schematic cross-sectional view for explaining an example of the organic EL element according to the eleventh embodiment of the present invention.
  • An organic EL element 120 shown in FIG. 14 includes a transparent electrode 112, an organic layer 113 including a light emitting layer, and a metal electrode 114 in this order, and a substrate 111 on the surface of the metal electrode 114 opposite to the organic layer 113.
  • the organic EL element is configured to extract light from the transparent electrode 112 side to the outside.
  • the metal electrode 114 has a plurality of radiation uneven portions 114a periodically arranged in at least one direction on the surface 114A on the organic layer side.
  • the transparent electrode 112 includes a lens structure (eleventh lens structure) 112a that protrudes outside the element.
  • the lens structure 112a is arranged with the same period as the period of the radiation uneven part 114a in the direction in which the radiation uneven part 114a is periodically arranged.
  • This organic EL element is a top emission type organic EL element, and is usually used for an opaque substrate such as a metal substrate and other top emission type organic EL elements in addition to the same as the substrate 1 of the first embodiment.
  • Substrate can be used.
  • the transparent electrode 112 is disposed on the opposite side of the organic layer 113 from the metal electrode 114 and has a refractive index difference of 0.1 or less or a refractive index higher than that of the organic layer 113 and higher than that of the organic layer 113. It has a layered portion 112b on the side and a lens structure 112a on the interface with the atmosphere.
  • the transparent electrode 112 may have a structure without the layered portion 112d.
  • the reason why the transparent electrode 112 has a refractive index difference of 0.1 or less with the organic layer 113 or a higher refractive index than the organic layer 113 is that it does not cause total reflection when light enters the transparent electrode 112 from the organic layer 113. It is.
  • the thickness of the transparent electrode 112 is not particularly limited. For example, it is 10 to 2000 nm, preferably 50 to 1000 nm. If the thickness is less than 10 nm, the sheet resistance of the transparent electrode 12 increases, and if it is more than 2000 nm, the transmittance of the transparent electrode 112 decreases.
  • the metal electrode 114 has a plurality of radiation uneven portions 114a periodically disposed in at least one direction on the surface 114A on the organic layer side.
  • the period in at least one direction of 114 a is the same as the period in one direction of the lens structure 112 a of the transparent electrode 112.
  • the configuration of the radiation uneven portion 114a can be the same as that of the organic EL element of the first embodiment.
  • the metal electrode 114 may be the same material and thickness as those in the first embodiment.
  • the organic layer 113 is disposed between the transparent electrode 112 and the metal electrode 114, and has a layered portion 113d and a convex portion 113e having a shape complementary to the shape of the radiation uneven portion 114a of the metal electrode 114.
  • the same material and thickness as those in the first embodiment can be used.
  • the SPP mode light captured on the surface of the metal electrode is reflected on the surface of the metal electrode.
  • the radiation unevenness 114a is re-radiated and propagated as propagation light, passes through the organic layer 113 and the layered portion 112d of the transparent electrode 112, and enters the lens structure 112a.
  • the light reaching the interface between the lens structure 112a 1 (112a) and the atmosphere enters the atmosphere from the transparent electrode 112 having a refractive index higher than the refractive index of the atmosphere, and the center line of the lens structure 112a 1 (112a). Refracts toward the CC side.
  • the lens structure 112a even if the light re-radiated as the propagation light by the radiation uneven portion 114a of the metal electrode 114 enters the lens structure 112a in a direction away from the center line CC of the lens structure 112a of the transparent electrode 112, the lens structure 112a. Is refracted toward the center line CC side and taken out of the element. Thereby, the extraction of light in the front direction of the substrate increases.
  • the organic EL element of this embodiment even if the light emitted from the light emitting layer included in the organic layer is captured as SPP mode light on the surface of the metal electrode, the SPP mode light is radiated unevenness on the surface of the metal electrode. It can be re-radiated as propagating light and extracted. Further, the light extracted from the surface of the metal electrode can be refracted in the front direction of the substrate by the lens structure at the interface between the transparent electrode 112 and the atmosphere, and the amount of light extracted in the front direction of the substrate can be increased.
  • FIG. 15 is a cross-sectional schematic diagram for demonstrating an example of the organic EL element which concerns on the 12th Embodiment of this invention.
  • An organic EL element 130 shown in FIG. 15 includes a transparent electrode 122, an organic layer 123 including a light emitting layer, and a metal electrode 124 in this order, and a substrate 121 on the surface of the metal electrode 124 opposite to the organic layer 123.
  • the organic EL element is configured to extract light from the transparent electrode 122 side to the outside.
  • the metal electrode 124 has a plurality of radiation uneven portions 124a periodically arranged in at least one direction on the surface 124A on the organic layer side.
  • the transparent electrode 122 has a dielectric layer 125 on the opposite side of the substrate 121, and the dielectric layer 125 has a refractive index difference of 0.1 or less from the refractive index of the transparent electrode 122 or the refractive index of the transparent electrode 122. Has a high refractive index.
  • the dielectric layer 125 is provided with a lens structure (a twelfth lens structure) 125a projecting out of the element on the surface opposite to the transparent electrode 122.
  • the lens structure 125a is periodically arranged with radiation uneven portions 124a. It arrange
  • the reason why the dielectric layer 125 has a refractive index difference of 0.1 or less with respect to the transparent electrode 122 or a higher refractive index than the transparent electrode 122 is that when the light enters the dielectric layer 125 from the transparent electrode 122, total reflection occurs. This is to prevent it from happening.
  • This organic EL element is a top emission type organic EL element, and is usually used for an opaque substrate such as a metal substrate and other top emission type organic EL elements in addition to the same as the substrate 1 of the first embodiment.
  • Substrate can be used.
  • the same material as the transparent electrode material of the first embodiment can be used.
  • the thickness of the transparent electrode 122 is not particularly limited. For example, it is 10 to 2000 nm, preferably 50 to 1000 nm. If the thickness is less than 10 nm, the sheet resistance of the transparent electrode 12 increases, and if it is more than 2000 nm, the transmittance of the transparent electrode 112 decreases.
  • the metal electrode 124 has a plurality of radiation uneven portions 124a periodically arranged in at least one direction on the surface 124A on the organic layer side.
  • a period in at least one direction of the radiation uneven portion 124 a is the same as a period in one direction of the lens structure 125 a of the dielectric layer 125.
  • the configuration of the radiation uneven portion 124a can be the same as that of the organic EL element of the first embodiment.
  • the metal electrode 124 may be the same material and thickness as those in the first embodiment.
  • the organic layer 123 is disposed between the transparent electrode 122 and the metal electrode 124, and has a layered portion 123 d and a convex portion 123 e having a shape complementary to the shape of the radiation uneven portion 124 a of the metal electrode 124.
  • the same material and thickness as those in the first embodiment can be used.
  • the dielectric layer 125 is disposed on the opposite side of the transparent electrode 122 from the substrate 121 and has a refractive index difference of 0.1 or less or a refractive index higher than that of the transparent electrode 122 and the transparent electrode 122. It has a layered portion 125d on the side and a lens structure 125a at the interface with the atmosphere.
  • the dielectric layer 125 may have a structure without the layered portion 125b.
  • the material of the dielectric layer 125 the same materials as those mentioned for the first dielectric layer 45 of the fourth embodiment can be used, but it is necessary to satisfy the above-mentioned refractive index condition. .
  • the SPP mode light captured on the surface of the metal electrode is reflected on the surface of the metal electrode.
  • the radiation unevenness 124 a is re-radiated as propagating light and extracted, passes through the organic layer 123 and the transparent electrode 122, and enters the dielectric layer 125.
  • the lens structure 125a 1 (125a) enters the lens structure 125a 1 (125a) through the layer portion 125d of the dielectric layer 125, the light reaching the interface between the lens structure 125a 1 and (125a) and the atmosphere, a higher refractive index than the refractive index of the atmosphere Refracts toward the center line CC side of the lens structure 125a 1 (125a) at the interface entering the atmosphere from the dielectric layer 125 having Thus, even if the light re-radiated as the propagation light by the radiation uneven portion 124a of the metal electrode 124 enters the lens structure 122a in a direction away from the center line CC of the lens structure 122a of the transparent electrode 122, the lens structure 122a. Is refracted toward the center line CC side and taken out of the element. Thereby, the extraction of light in the front direction of the substrate increases.
  • the organic EL element of this embodiment even if the light emitted from the light emitting layer included in the organic layer is captured as SPP mode light on the surface of the metal electrode, the SPP mode light is radiated unevenness on the surface of the metal electrode. It can be re-radiated as propagating light and extracted. Further, the light extracted from the surface of the metal electrode can be refracted in the front direction of the substrate by the lens structure at the interface between the dielectric layer 125 and the atmosphere to increase the amount of light extracted in the front direction of the substrate.
  • corrugation part of the metal electrode of the organic EL element of this invention can take a various structure. It is preferable that the center of gravity of each unit structure of the radiation uneven portion coincides with the center of the lens structure in plan view (as viewed from the normal direction of the metal electrode surface).
  • FIG. 16 is a schematic diagram of a cross-section along the normal direction of the metal electrode surface, illustrating a convex radiation uneven portion.
  • (A) is a shape having an inverse taper
  • (b) is a semicircular shape
  • (c) is a circular shape
  • (d) is a shape having a vertical taper
  • (e) is a forward shape.
  • a shape having a taper (f-1) is a triangular shape (an example having a hypotenuse symmetrical to the normal of the metal electrode surface), and (f-2) is a triangular shape (the metal electrode surface (Example of a case having a hypotenuse asymmetric with respect to the normal), (g) is a shape having a sharp point, (h) is a configuration having a plurality of rectangular convex portions (double convex portion), This is a case where the asymmetric convex shape of f-2) is alternately arranged in the opposite direction to form the entire radiation uneven portion.
  • FIG. 16 exemplifies a concave radiation uneven portion having the same shape as the convex shape shown in FIG. 16, and is a schematic diagram of a cross section along the normal direction of the metal electrode surface.
  • (I) is a shape having an inverse taper
  • (j) is a semicircular shape
  • (k) is a circular shape
  • (l) is a shape having a vertical taper
  • (m) is a forward taper.
  • (N-1) is a triangular shape (an example having a hypotenuse symmetrical to the normal line of the metal electrode surface)
  • (n-2) is a triangular shape (the metal electrode surface method)
  • (o) is a shape having a sharp point
  • (p) is a configuration having a plurality of rectangular recesses (multiple recesses)
  • (n-2 ′) is (n ⁇ 2 ′) )
  • (N-2) may have a configuration in which the radiation uneven portions are entirely arranged by combining those having different directions, and (n-2 ′) is an example.
  • one radiant uneven portion has one convex or concave shape, but one radiant uneven portion has a plurality of convex and / or concave shapes. It may consist of In (f-2 ′) and (n-2 ′), one radiating concavo-convex part has one convex shape or concave shape.
  • An SPP that propagates through the interface between the metal electrode and the organic layer when the surface on the organic layer side of the metal electrode has the convex shape or concave shape shown in (a) to (p), and the convex shape and / or concave shape that is a combination thereof.
  • the mode light is re-radiated by these uneven shapes, and converted into propagating light that radiates into the organic layer around each uneven shape. That is, each of these concavo-convex structures acts as a radiation starting point for SPP mode light.
  • FIG. 18 shows another example of the convex radiating concavo-convex portion, and is a schematic diagram of a cross section along the normal direction of the metal electrode surface.
  • the convex shape is a case where (q) is a bowl shape, (r) a rectangular wave shape, and (s) is a single sawtooth shape.
  • the dimensions described in each structure in FIG. 18 are examples and do not specify the invention, and are dimensions used in a model used in the later-described embodiment (simulation) (units of dimensions in the figure). Is nm).
  • FIG. 19 illustrates a concave radiation uneven portion having the same shape as the convex shape shown in FIG. 18, and is a schematic diagram of a cross section along the normal direction of the metal electrode surface.
  • the concave shape is a case where (t) is a bowl-like shape, (u) a rectangular wave shape, and (v) is a single sawtooth wave shape. If the surface of the metal electrode on the organic layer side has a concavo-convex shape such as (q) to (v), the SPP mode light propagating through the interface between the metal electrode and the organic layer may be a boundary between adjacent structures or a rugged switching portion. And is converted into propagating light that radiates into the organic layer around these uneven shapes. That is, this part acts as a radiation starting point for the SPP mode light.
  • FIG. 20 is a diagram illustrating an example of an image display device including the organic EL element.
  • An image display device 200 shown in FIG. 20 is a so-called passive matrix type image display device.
  • a transparent electrode wiring 204, a transparent electrode auxiliary wiring 206, a metal electrode wiring 208, an insulating film 210, A metal electrode partition wall 212, a sealing plate 216, and a sealing material 218 are provided.
  • a plurality of transparent electrode wirings 204 are formed on the substrate 1 of the organic EL element 10.
  • the transparent electrode wirings 204 are arranged in parallel at a constant interval.
  • the transparent electrode wiring 204 is made of a transparent conductive film, and for example, ITO (Indium Tin Oxide) can be used.
  • the thickness of the transparent electrode wiring 204 can be set to 100 nm to 150 nm, for example.
  • a transparent electrode auxiliary wiring 206 is formed on the end portion of each transparent electrode wiring 204.
  • the transparent electrode auxiliary wiring 206 is electrically connected to the transparent electrode wiring 204.
  • the transparent electrode auxiliary wiring 206 functions as a terminal for connecting to the external wiring on the end side of the substrate 1, and the transparent electrode auxiliary wiring 206 is connected from a drive circuit (not shown) provided outside. A current can be supplied to the transparent electrode wiring 204 through the wiring.
  • the transparent electrode auxiliary wiring 206 is made of a metal film having a thickness of 500 nm to 600 nm, for example.
  • a plurality of metal electrode wirings 208 are provided on the organic EL element 10.
  • the plurality of metal electrode wirings 208 are arranged so as to be parallel to each other and orthogonal to the transparent electrode wiring 204.
  • Al or an Al alloy can be used for the metal electrode wiring 208.
  • the thickness of the metal electrode wiring 208 is, for example, 100 nm to 150 nm.
  • a metal electrode auxiliary wiring (not shown) is provided at the end of the metal electrode wiring 208 and is electrically connected to the metal electrode wiring 208. Therefore, a current can flow between the metal electrode wiring 208 and the metal electrode auxiliary wiring.
  • an insulating film 210 is formed on the substrate 1 so as to cover the transparent electrode wiring 204.
  • the insulating film 210 is provided with a rectangular opening 220 so that a part of the transparent electrode wiring 204 is exposed.
  • the plurality of openings 220 are arranged in a matrix on the transparent electrode wiring 204.
  • the organic EL element 10 is provided between the transparent electrode wiring 204 and the metal electrode wiring 208. That is, each opening 220 is a pixel. Accordingly, a display area is formed corresponding to the opening 220.
  • the film thickness of the insulating film 210 can be, for example, 200 nm to 1000 nm, and the size of the opening 220 can be, for example, 100 ⁇ m ⁇ 100 ⁇ m.
  • the organic EL element 10 is located between the transparent electrode wiring 204 and the metal electrode wiring 208 in the opening 220.
  • the transparent electrode 2 of the organic EL element 10 is in contact with the transparent electrode wiring 204
  • the metal electrode 4 is in contact with the metal electrode wiring 208.
  • the thickness of the organic EL element 10 can be set to, for example, 150 nm to 200 nm.
  • a plurality of metal electrode partition walls 212 are formed on the insulating film 210 along a direction orthogonal to the transparent electrode wiring 204 in plan view.
  • the metal electrode partition wall 212 plays a role for spatially separating the plurality of metal electrode wirings 208 so that the wirings of the metal electrode wirings 208 do not conduct with each other. Therefore, the metal electrode wiring 208 is disposed between the adjacent metal electrode partition walls 212.
  • the size of the metal electrode partition wall 212 for example, one having a height of 2 to 3 ⁇ m and a width of 10 ⁇ m can be used.
  • the substrate 1 is bonded to each other through a sealing plate 216 and a sealing material 218.
  • the space in which the organic EL element 10 is provided can be sealed, and the organic EL element 10 can be prevented from being deteriorated by moisture in the atmosphere.
  • the sealing plate 216 for example, a material having a thickness of 0.7 mm to 1.1 mm can be used.
  • the sealing plate 216 may not be transparent when light is extracted from the substrate 1 side as in the case of a bottom emission type element.
  • the sealing plate 216 needs to be transparent with respect to at least a part of the emission wavelength region.
  • a current is supplied to the organic EL element 10 through a transparent electrode auxiliary wiring 106 and a metal electrode auxiliary wiring (not shown) by a driving device (not shown) to cause the light emitting layer to emit light. it can. Then, light can be emitted from the substrate 1 through the substrate 1.
  • the image display device 200 can display an image by controlling the light emission and non-light emission of the organic EL element 10 corresponding to the above-described pixel by the control device.
  • FIG. 21 is a diagram illustrating an example of a lighting device including the organic EL element 10 described above.
  • the lighting device 300 shown in FIG. 21 includes the organic EL element 10 described above and a terminal 302 that is installed adjacent to the substrate 1 (see FIG. 1) of the organic EL element 10 and connected to the transparent electrode 2 (see FIG. 1). And a terminal 303 connected to the metal electrode 4 (see FIG. 1), and a lighting circuit 301 for driving the organic EL element 10 connected to the terminal 302 and the terminal 303.
  • the lighting circuit 301 has a DC power source (not shown) and a control circuit (not shown) inside, and supplies a current between the transparent electrode layer 2 and the metal electrode 4 of the organic EL element 10 through the terminal 302 and the terminal 303. Then, the organic EL element 10 is driven, the light emitting layer is caused to emit light, light is emitted from the substrate 1, and used as illumination light.
  • the light emitting layer may be made of a light emitting material that emits white light, and each of the organic EL elements 10 using light emitting materials that emit green light (G), blue light (B), and red light (R). A plurality of them may be provided so that the combined light is white.
  • the substrate of the organic EL element of the present invention, the transparent electrode, the dielectric layer (all dielectric layers described in the present specification), and the hemispherical convex portions and concave portions provided in the organic layer are formed by known photolithography pattern formation. It can be formed using technology. In particular, by adjusting the etching selection ratio (etching rate of the material to be etched / etching rate of the mask) to a low level, the etching proceeds while the mask is being etched, so that a curved surface shape is formed.
  • the etching selection ratio etching rate of the material to be etched / etching rate of the mask
  • the resin sheet which has a hemispherical recessed part or a convex part can be manufactured by resin-molding using the metal mold
  • a metal electrode is formed on a substrate. It can be formed by a conventional method such as resistance heating vapor deposition, electron beam vapor deposition, sputtering, ion plating, or CVD.
  • irregularities are formed by laser patterning, dry etching, and wet etching. For example, a structure with a perpendicular taper as shown in FIGS.
  • 16D, 16H, 17L, and 17P may use a resist mask with high etching resistance and etching with high anisotropy.
  • the forward taper structure has a taper shape suitable as a mask and a comparison of etching resistance. It can be formed by using a low resist.
  • a shape including a reverse taper as shown in FIGS. 16A, 16C, 17I, and 17K can be formed by the following method, for example.
  • a sacrificial layer is formed on a metal electrode by using, for example, a plasma CVD method using a material having a significantly different etching rate from that of the metal electrode layer, such as phosphosilicate glass (PSG).
  • a predetermined portion of the sacrificial layer is etched to leave a portion that is to have a reverse taper shape and a portion that is in a positive / negative relationship (that is, a forward taper shape).
  • the metal electrode layer is formed by the above-described method so that the space between the sacrificial layers is sufficiently filled.
  • the electrode layer is removed by chemical mechanical polishing (CMP) or an etch back process so that the surface of the sacrificial layer is exposed.
  • CMP chemical mechanical polishing
  • the sacrificial layer is removed by general dry etching or wet etching, and an uneven structure having an inversely tapered shape is formed on the metal electrode.
  • An organic layer, a transparent electrode (ITO, etc.), a dielectric layer, and a substrate (SOG or polymer) are formed in this order.
  • the lens structure is formed on the upper surface of the organic layer, the upper surface of the transparent electrode, the upper surface of the dielectric layer, or the surface of the substrate by the above photolithography.
  • the substrate 1 may be removed in the final process or other processes.
  • Method of manufacturing from the transparent electrode side in the case of the configuration of [substrate 1 / transparent electrode / organic layer / metal electrode]) (1)
  • the lens structure for example, a recess
  • a transparent electrode is formed using ion plating or the like.
  • the concave portion When the substrate has a lens structure (concave portion), the concave portion is filled. (3) When the transparent electrode has a lens structure (for example, a recess), the lens structure is formed on the upper surface of the transparent electrode by the photolithography described above. (4) An organic layer is formed, and an uneven structure is formed on the upper surface by photolithography. (5) A metal electrode is vapor-deposited, and a metal electrode having a radiation uneven portion is formed by following the uneven structure.
  • FIGS. 22A and 22B show the fifth example shown in FIG. 8A as an example in order to show the effect of the combination of the radiation uneven portion and the lens structure, which is a feature of the organic EL element of the present invention.
  • the embodiment shows a result of computer simulation calculation of light extraction efficiency using a finite difference time domain method (FDTD).
  • FDTD finite difference time domain method
  • Maxwell's equation describing the time change of the electromagnetic field is differentiated spatially and temporally, and the time change of the electromagnetic field at each point in the space is tracked. More specifically, the light emission in the light emitting layer is regarded as radiation from a minute dipole, and the time change of the radiation (electromagnetic field) is traced.
  • the simulation result shows the result of light extraction to the substrate.
  • ⁇ on the horizontal axis is the wavelength
  • ⁇ on the vertical axis is the light extraction efficiency (absolute value).
  • the calculation was performed when the direction of the minute dipole was the X direction and the Y direction (direction parallel to the substrate surface) and the Z direction (direction perpendicular to the substrate surface).
  • the light emitted from the dipoles in the X and Y directions is mainly light propagating in the direction perpendicular to the substrate surface
  • the light emitted from the dipoles in the Z direction is light propagated in a direction parallel to the substrate surface. Is the main.
  • the light emitted from the dipoles in the X and Y directions may be referred to as vertical propagation light
  • the light emitted from the Z direction dipole may be referred to as parallel propagation light
  • FIGS. 22A and 22B show the light extraction efficiency of vertically propagating light and the light extraction efficiency of parallel propagating light, respectively.
  • the vertical axis represents the light extraction efficiency ⁇
  • the horizontal axis represents the radiation wavelength ⁇ .
  • “In light emission” and “out light emission” respectively indicate a case where light is emitted directly under the radiation uneven portion and a case where light is emitted between adjacent radiation uneven portions as shown in FIG.
  • the position of the dipole in the film thickness direction is the center of the film thickness of the organic layer.
  • FIG. 23 is a cross-sectional view showing a model structure of the organic EL element of the fifth embodiment used in the simulation calculation.
  • the refractive index values used for the calculation are as follows.
  • the substrate 61 is made of glass, and a refractive index of 1.5 is used.
  • the transparent electrode 62 is made of ITO, the refractive index is 1.82 + 0.009i at 550 nm, and other wavelengths are extrapolated by the Lorentz model.
  • the dielectric layer 55 provided between the substrate and the transparent electrode has a refractive index of 1.9. Further, 1.72 was used as the refractive index of the organic layer 53.
  • the metal electrode 54 is made of aluminum (Al)
  • the refractive index is 0.958 + 6.69i at 550 nm, and other wavelengths are extrapolated by the Drude model.
  • the thicknesses of the transparent electrode 52, the organic layer 53, and the metal electrode 54 were 150 nm, 100 nm, and 150 nm, respectively.
  • the radiation uneven portion 54a is a rectangular concave shape, the width is 100 nm, the depth is 50 nm, and the arrangement period of the radiation uneven portion 54a is 500 nm.
  • the lens structure 55a made of the dielectric layer 55 is hemispherical, and its diameter (corresponding to w in FIG.
  • the lens structures 55a are arranged adjacent to each other, and have a structure without the layered portion of the dielectric layer shown in FIG.
  • the present invention improves the light extraction efficiency by effectively extracting SPP mode light and waveguide mode light by combining the radiation uneven portion and the lens structure, but the effect of the combination of this radiation uneven portion and the lens structure 24 (a) and 24 (b) show the light extraction efficiencies of the vertical direction propagation light and the parallel direction propagation light, respectively, as a result of the simulation with only the radiation uneven portion. That is, as the model structure of the organic EL element used in the simulation calculation in the case of only the radiation uneven part, a model structure without a lens-like dielectric layer between the substrate and the transparent electrode in FIG. 23 was used. The thicknesses of the transparent electrode 52, the organic layer 53, and the metal electrode 54 were the same as the model shown in FIG. The simulation result is a result of “out light emission”.
  • the structure of only the radiation uneven portion is a solid structure (not transparent on the substrate glass made of ITO) having no radiation uneven portion and a lens structure.
  • the light extraction of vertically propagating light is higher than the standard structure (solid structure) in both cases of “in light emission” and “out light emission”. Shows efficiency. This indicates that, unlike the structure of only the radiation uneven portion, the structure in which the radiation uneven portion and the lens structure are combined has an effect of improving the light extraction of the vertically propagating light.
  • the light extraction efficiency is significantly higher than that of the standard structure (solid structure). Show. In particular, “out emission” shows higher light extraction efficiency. As described above, it has been found that the structure in which the radiation uneven portion of the present invention and the lens structure are combined can effectively extract SPP mode light and waveguide mode light and improve light extraction efficiency.
  • the arrangement period of the radiation irregularities is set to 1000 nm, and the diameter and arrangement period (distance between adjacent lens structures) of the lens structure made of the high dielectric layer are both.
  • the result of having performed simulation about the same structure as FIG. 23 except having set it as 1000 nm is shown.
  • “standard” in the legend indicates the standard structure.
  • the arrangement period of the radiation irregularities is 1000 nm, the diameter of the lens structure, and the arrangement period of 1000 nm, both in “in light emission” and “out light emission” than in the standard structure (solid structure). It shows high light extraction efficiency.
  • the structure in which the radiation uneven portion and the lens structure are combined has an effect of improving the light extraction of the vertically propagating light.
  • the light extraction of the parallel propagation light is significantly higher than the standard structure (solid structure) in both “in light emission” and “out light emission”. Shows efficiency. In particular, “out emission” shows higher light extraction efficiency.
  • FIGS. 26A and 26B are the same as FIGS. 23A and 23B except that the arrangement period of the radiation uneven portion and the diameter and arrangement period of the lens structure are all 300 nm, 500 nm, 800 nm, and 1200 nm.
  • the result of having performed simulation about the same structure is shown.
  • the simulation result is a result of “in light emission”.
  • “standard” in the legend indicates the standard structure.
  • FIGS. 27 (a) and 27 (b) show the same structure as FIG. 26 except that the arrangement period of the radiation irregularities and the diameter and arrangement period of the lens structure are 1600 nm, 2200 nm, and 3000 nm, respectively. Shows the result of simulation.
  • the simulation result is a result of “in light emission”.
  • “standard” in the legend indicates the standard structure.
  • both the vertical direction propagation light and the parallel direction propagation light show higher light extraction efficiency than the standard structure (solid structure).
  • the light extraction efficiency is dramatically higher than that of the standard structure (solid structure).
  • Such an improvement in the high light extraction efficiency is due to a structure in which the radiation uneven portion and the lens structure are combined.
  • it hardly depends on the diameter of the lens structure (hemispherical lens). This is difficult to predict even for those skilled in the art, and is a knowledge that can be obtained only after simulation.
  • 28 (a) and 28 (b) respectively show the same structure as FIG. 26 except that the arrangement period of the concave radiation irregularities, the diameter and arrangement period of the lens structure made of the dielectric layer are both 500 nm and 1000 nm.
  • vertical dipole of an "out light emission" position by the FDTD method is shown.
  • the wavelength of the emitted light was 620 nm.
  • the upper side is the substrate, and the lower side is the metal electrode.
  • the propagation light in the parallel direction rises in the vertical direction as a whole. It can also be seen that the propagation of the SPP mode light is converted into radiated light at the concave radiant uneven portion.
  • the difference between the radiation patterns in FIGS. 28A and 28B is considered to be due to the interference between the radiation from the dipole and the re-radiated light of the SPP mode light from the radiation uneven portion.
  • the light extraction effect can be optimized by adjusting the distance between the uneven portions.
  • FIG. 29 is a plan view for explaining an example of the combination of the radiation uneven portion and the lens structure shown in FIGS.
  • the line-shaped radiation irregularities having the cross-sections shown in FIGS. 16 to 19 and periodically arranged in parallel and the lens structure arranged in a square lattice form include each line of the radiation irregularities and the lens.
  • This is a combination in which the columns of the structure are arranged so that the center lines in the width direction thereof coincide.
  • Symbols A and B in FIG. 29 respectively indicate a part of the plurality of lines of the radiation uneven portion and a part of the plurality of lens structures.
  • each line of the radiation uneven portion and the column of the lens structure is not limited to this combination, and may be a configuration in which the line of the radiation uneven portion and the column of the lens structure are arranged in a mesh shape.
  • FIG. 30 shows a computer simulation calculation of the light extraction efficiency using the FDTD method for the combination of the convex radiant projections and lens structures shown in FIGS. 16A to 16C, FIG. The results are shown.
  • the “reverse taper”, “semicircle”, “circle”, “double convex portion”, and “vertical taper” in the legend are sequentially shown in FIGS.
  • corrugated part shown by each of these and a lens structure is shown.
  • “standard” in the legend indicates the above-mentioned standard structure.
  • 30 (a) to 30 (c) show the light extraction efficiency of the radiated light from the dipoles in the x, y, and z directions in FIG. 29, respectively.
  • the light emitted from the dipole in the x direction and the dipole in the y direction is vertically propagating light
  • the light emitted from the dipole in the z direction is parallel propagating light.
  • FIG. 31 is a cross-sectional view showing a model structure of the organic EL element of the fifth embodiment used in the simulation calculation.
  • the model structure a structure in which the concave portion of the radiation uneven portion coincides with the center of the lens structure was used.
  • the refractive index values used for the calculation are as follows.
  • the substrate 61 is made of glass, and a refractive index of 1.52 is used.
  • the transparent electrode 52 is made of ITO, the refractive index is 1.82 + 0.009i at 550 nm, and other wavelengths are extrapolated by the Lorentz model.
  • the dielectric layer 55 provided between the substrate and the transparent electrode has a refractive index of 1.90.
  • the refractive index of the organic layer 53 was 1.72.
  • the metal electrode 54 is made of aluminum (Al)
  • the refractive index is 0.649 + 4.32i at 550 nm, and other wavelengths are extrapolated by the Drude model.
  • the thicknesses of the transparent electrode 52, the organic layer 53, and the metal electrode 54 were 150 nm, 130 nm, and 150 nm, respectively.
  • the radiation uneven portion 54a has the shape and size shown in FIG.
  • the lens structure 55a composed of the dielectric layer 55 was also 1 ⁇ m.
  • the lens structure is a structure that is continuously connected in a square lattice shape, and the width of the lens structure 55a (corresponding to w in FIG. 1) is set to 1 ⁇ m, which is equal to the arrangement period of the lens structure 55a.
  • the simulation calculation shown below was also performed with the same model structure.
  • the light extraction efficiency from the dipole in any of the x, y, and z directions is higher than that of the standard structure in the entire range of 450 nm to 750 nm.
  • the light extraction efficiency of the radiated light from the dipole in the z direction is significantly higher than that of the standard structure.
  • the structure in which the radiation uneven portion of the present invention and the lens structure are combined can effectively extract SPP mode light and waveguide mode light and improve light extraction efficiency.
  • the radiated light from the dipole of the x direction dipole has a larger shape dependency of the metal electrode uneven portion than the radiated light from the dipole in the y direction.
  • the light extraction efficiency is generally “vertical taper”, “semicircle”, “circle,“ double line ”,“ reverse ”in the range of 450 nm to 650 nm. In the range of 650 nm to 750 nm, it was found that “double line”, “reverse taper”, “circle”, “vertical taper”, and “semicircle” were higher in the range of 650 nm to 750 nm.
  • FIG. 32 shows the result of computer simulation calculation of the light extraction efficiency using the FDTD method for the combination of the convex radiation uneven portion and the lens structure shown in FIGS. 16 (e) to (g).
  • the “forward taper”, “triangle (symmetric)”, “pointer”, and “triangle (asymmetric)” in the legend are in order of FIG. 16 (e), (f-1), (g), (f-2 ′). It shows that it is a result of the combination of the convex radiation
  • “standard” in the legend indicates the standard structure.
  • the model structure of “triangular (asymmetric)” is a structure in which the center of gravity of the asymmetric convex shape of (f-2) coincides with the center of the lens structure, and the distance between the centers of adjacent convex shapes, The distance between the centers of adjacent lens structures is 1 ⁇ m.
  • FIGS. 32A to 32C show the light extraction efficiency of the radiated light from the dipoles in the x, y, and z directions in FIG. 29, respectively.
  • the light extraction efficiency from the dipole in any of the x, y, and z directions is higher than that of the standard structure in the entire range of 450 nm to 750 nm.
  • the light extraction efficiency of the radiated light from the dipole in the z direction is significantly higher than that of the standard structure.
  • the structure in which the radiation uneven portion of the present invention and the lens structure are combined can effectively extract SPP mode light and waveguide mode light and improve light extraction efficiency.
  • the radiated light from the dipole of the x direction dipole has a larger shape dependency of the metal electrode uneven portion than the radiated light from the dipole in the y direction.
  • the light extraction efficiency is generally “triangular (symmetric)”, “forward tapered”, “pointed”, “triangular (asymmetric) in the range of 450 nm to 630 nm. ) ”In the order of“ triangle (asymmetric) ”,“ triangle (symmetric) ”,“ pointing ”,“ forward taper ”in the order of 650 nm to 680 nm, and“ triangle (symmetric) ”in the range of 690 nm to 750 nm. , "Forward taper", “pointer”, “triangular (asymmetric)” in order.
  • FIG. 33 shows the result of computer simulation calculation of the light extraction efficiency using the FDTD method for the combination of the concave radiation uneven portion shown in FIGS. 17 (i) to (l) and (p) and the lens structure.
  • the “reverse taper”, “semicircle”, “circle”, “double recess”, and “vertical taper” in the legend are sequentially shown in FIGS. It shows that it is the result of the combination of the convex radiation
  • the dimensions of the recesses shown in FIGS. 17 (i) to 17 (l) and (p) are the same as the dimensions of the corresponding protrusions in FIG.
  • “standard” in the legend indicates the standard structure.
  • 33 (a) to 33 (c) show the light extraction efficiency of the radiated light from the dipoles in the x, y, and z directions in FIG.
  • the light extraction efficiency from the dipole in any of the x, y, and z directions is higher than that of the standard structure in the entire range of 450 nm to 750 nm.
  • the light extraction efficiency of the radiated light from the dipole in the z direction is significantly higher than that of the standard structure.
  • the structure in which the radiation uneven portion of the present invention and the lens structure are combined can effectively extract SPP mode light and waveguide mode light and improve light extraction efficiency.
  • the radiated light from the dipole of the x direction dipole has a larger shape dependency of the metal electrode uneven portion than the radiated light from the dipole in the y direction.
  • the light extraction efficiency is “double concave part”, “vertical taper”, “semicircle”, “circle”, “ It was found that the reverse taper was higher in the order.
  • FIG. 34 shows the result of computer simulation calculation of the light extraction efficiency using the FDTD method for the combination of the concave radiation uneven portion and the lens structure shown in FIGS. 17 (m) to (o).
  • the “forward taper”, “triangle (symmetric)”, “pointer”, and “triangle (asymmetric)” in the legend are in order of FIG. 17 (m), (n ⁇ 1), (o), (n-2 ′). It shows that it is a result of the combination of the convex radiation
  • “standard” in the legend indicates the standard structure.
  • the model structure of “triangular (asymmetric)” is a structure in which the center of gravity of the asymmetric concave shape of (n ⁇ 2) coincides with the center of the lens structure, and the distance between the centers of gravity of adjacent concave shapes, and The distance between the centers of adjacent lens structures is 1 ⁇ m.
  • 34 (a) to 34 (c) show the light extraction efficiencies of radiated light from the dipoles in the x, y, and z directions in FIG. 29, respectively.
  • the light emitted from the dipole in the x direction and the dipole in the y direction is vertically propagating light, and the light emitted from the dipole in the z direction is parallel propagating light.
  • the light extraction efficiency from the dipole in any of the x, y, and z directions is higher than that of the standard structure in almost the entire range of 450 nm to 750 nm.
  • the light extraction efficiency of the radiated light from the dipole in the z direction is significantly higher than that of the standard structure.
  • the structure in which the radiation uneven portion of the present invention and the lens structure are combined can effectively extract SPP mode light and waveguide mode light and improve light extraction efficiency.
  • the radiated light from the dipole of the x direction dipole has a larger shape dependency of the metal electrode uneven portion than the radiated light from the dipole in the y direction.
  • the x dipole excites the SPP mainly propagating in the x-axis direction
  • the y dipole excites the SPP mainly propagating in the y direction.
  • all the concave portions of the metal electrode are in a line shape parallel to the y-axis, but the SPP propagating in the x direction crosses this line, so that it is more affected by the unevenness. Conceivable.
  • the light extraction efficiency is generally “forward tapered”, “triangular (symmetric)”, “pointed”, “triangular (asymmetric) in the range of 450 nm to 580 nm. ) ”In order, and in the range of 590 nm to 750 nm, it was found that“ triangle (symmetric) ”,“ forward taper ”,“ tip ”, and“ triangle (asymmetric) ”were higher in this order.
  • FIG. 35 shows the light extraction using the FDTD method for the combination of the concave radiating rugged portion and the lens structure shown in FIG. 19 (t), FIG. The result of computer simulation calculation of efficiency is shown.
  • As the model structure a structure in which the concave portion of the radiation uneven portion coincides with the center of the lens structure is used.
  • 19 (t), FIG. 19 (u), FIG. 19 (v), FIG. 18 (q) shows the result of the combination of the convex radiating concavo-convex portion and the lens structure shown in each.
  • the dimensions of the recesses shown in FIG. 19 (t), FIG. 19 (u), and FIG. 19 (v) were the same as the dimensions of the corresponding protrusions in FIG. In FIGS.
  • FIGS. 35A to 35C show the light extraction efficiency of the radiation light from the dipoles in the x, y, and z directions in FIG. 29, respectively.
  • the light emitted from the dipole in the x direction and the dipole in the y direction is vertically propagating light, and the light emitted from the dipole in the z direction is parallel propagating light.
  • the light extraction efficiency from the dipole in the x direction is higher than that of the standard structure in the range of 450 nm to 580 nm.
  • the light extraction efficiency from the dipole in the y direction is higher than the standard structure in the range of 450 nm to 650 nm.
  • the light extraction efficiency of the radiated light from the dipole in the z direction is significantly higher than that of the standard structure.
  • the light extraction efficiency is “rectangular blade shape,“ single-saw blade shape ”,“ transparent electrode orientation ”in the entire range of 450 nm to 750 nm. It was found that the shape was higher in the order of “shape” and “saddle shape for metal electrode”.
  • FIG. 36 is a plan view for explaining another example of the combination of the radiation uneven portion and the lens structure.
  • a dot-shaped radiation uneven portion having a concave cross section shown in FIG. 17L and periodically arranged, and a lens structure, each dot of the radiation uneven portion is disposed at the center of the lens structure.
  • Each of the combinations (a) and (b) is a combination arranged in a hexagonal lattice shape in plan view and a combination arranged in a tetragonal lattice shape in plan view.
  • Symbols A and B in FIG. 36 indicate a part of the dot-shaped radiation uneven portion and a part of the lens structure, respectively.
  • FIG. 37 shows the light extraction efficiency by using the FDTD method for the combination shown in FIGS. 36 (a) and (b) of the radiation uneven portion having the concave cross section shown in FIG. 17 (l) and the lens structure.
  • the result of computer simulation calculation is shown.
  • “standard” in the legend indicates the standard structure.
  • FIGS. 37A to 37C show the light extraction efficiency of the radiated light from the dipoles in the x, y, and z directions in FIG. The light emitted from the dipole in the x direction and the dipole in the y direction is vertically propagating light, and the light emitted from the dipole in the z direction is parallel propagating light.
  • the light extraction from the dipole in the x direction is higher than that of the standard structure in the range of 450 nm to 620 nm in any combination arranged in a hexagonal lattice shape and a square lattice shape in plan view. Shows efficiency. In particular, the light extraction efficiency is significantly higher than that of the standard structure in the range of 450 nm to 580 nm. Also, from FIG. 37B, the light extraction efficiency from the dipole in the y direction also shows higher light extraction efficiency than the standard structure in the range of 450 nm to 650 nm. In particular, the light extraction efficiency is significantly higher than that of the standard structure in the range of 450 nm to 620 nm. Also, from FIG.
  • the light extraction efficiency from the dipole in the z direction is higher than that of the standard structure in almost the entire range of 450 nm to 750 nm.
  • the structure in which the radiation uneven portion of the present invention and the lens structure are combined can effectively extract SPP mode light and waveguide mode light and improve light extraction efficiency.

Landscapes

  • Electroluminescent Light Sources (AREA)

Abstract

この有機ＥＬ素子は、基板上に、透明電極と、発光層を含む有機層と、金属電極とを順に具備し、金属電極は、その有機層側の表面に少なくとも一方向に周期的に配置する複数の放射凹凸部を有するものであり、透明電極は、基板の屈折率よりも高い屈折率を有すると共に基板との界面に基板側に突出するレンズ構造を備えてなり、レンズ構造は放射凹凸部が周期的に配置する方向において放射凹凸部の周期と同じ周期で配置することを特徴とする。

Description

有機ＥＬ素子並びにそれを備えた画像表示装置及び照明装置
　本発明は、有機ＥＬ素子並びにそれを備えた画像表示装置及び照明装置に関するものである。本願は、２０１２年１０月３１日に、日本に出願された特願２０１２－２４１３３３と、２０１３年３月２９日に、日本に出願された特願２０１３－０７４３７９とに基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　有機ＥＬ素子は、広視野角、高速応答、鮮明な自発光表示等の特徴を有し、また、薄型軽量で低消費電力であること等の理由から、次世代の照明装置や画像表示装置等の柱として期待されている。
　有機ＥＬ素子は、有機発光層で発生した光が取り出される向きに応じて、支持基板側から光が取り出されるボトムエミッション型と、支持基板の反対側から光が取り出されるトップエミッション型とに分けられる。
　トップエミッション型の有機ＥＬ素子は、有機発光層の上に透明電極を形成しなくてはならないため、有機発光層がダメージを受けやすい。ボトムエミッション型の有機ＥＬ素子はかかる問題はなく、製造が容易であるという利点がある。
　ボトムエミッション型の有機ＥＬ素子において、発光層で発光した光のうち、透明基板に垂直に入射した光は透明基板を透過して素子の外部に取り出される。また、発光層で発光した光のうち、透明基板（例えば、ガラス（代表的な屈折率：１．５２））と空気（屈折率：１．０）との界面に臨界角以下の小さい入射角（入射光線と入射する界面の法線がなす角度）で入射した光は、その界面で屈折して素子の外部に取り出される。本明細書では、これらの光を外部モード（External Mode）光という。
　これに対して、発光層で発光した光のうち、透明基板と空気との界面に臨界角より大きい入射角で入射した光はその界面で全反射されて素子の外部に取り出されず、最終的に材料に吸収されうる。本明細書では、この光を基板モード（Substrate Mode）光といい、これによる損失を基板損失という。
　また、発光層で発光した光のうち、透明導電性酸化物からなる透明電極（例えば、酸化インジウム錫合金（ＩＴＯ（代表的な屈折率：１．８２））と透明基板（例えば、ガラス（代表的な屈折率：１．５２））との界面に臨界角より大きい入射角で入射した光もその界面で全反射されて素子の外部に取り出されず、最終的に材料に吸収されうる。本明細書では、この光を導波モード（Waveguide Mode）光といい、これによる損失を導波損失という。
　また、発光層で発光した光のうち、金属電極に入射して金属電極の自由電子と結合し、表面プラズモンポラリトン（SPP；Surface Plasmon Polariton）として金属電極の表面に捕捉された光も素子の外部に取り出されず、最終的に材料に吸収されうる。本明細書では、この光をSPPモード光といい、これによる損失をプラズモン損失という。
　有機EL素子の光取り出し効率（発光層で発光した光に対して素子の外部に取り出される光の割合）は一般に２０％程度に留まっている（例えば、特許文献１）。すなわち、発光層で発光した光のうち、約８０％が損失となっており、これらの損失を低減して光の取り出し効率を向上させることが大きな課題となっている。
　ここで、基板モード光の取り出しについては透明基板上に光拡散シートなどを設けることで対処できる（例えば、特許文献２）が、導波モード光及びSPPモード光の低減や取り出し、特にSPPモード光の低減や取り出しについては研究が緒に就いたばかりといえる。
　導波モード光は、光が高屈折率材料から低屈折率材料に入射する際に全反射が起きることにより生じるので、導波モード光を低減するには全反射を起きにくくする、あるいは、全反射を生じる光の割合を低減することによって導波モード光を低減する方策が知られている。
　特許文献３には、有機発光層の近傍に有機発光層や透明電極よりも屈折率の高い高屈折率層を挿入する構成が開示されている。また、特許文献２には、有機発光層及び透明電極に有機発光層及び透明電極よりも低屈折率の微粒子を分散させることで、等価的に有機発光層及び透明電極の屈折率を下げる構成が開示されている。
また、特許文献４及び特許文献５には、基板上に順に形成された透明電極層及び誘電体層にキャビティを有する構成が開示されている。
このキャビティの側面（基板に対して垂直に延びる界面）に入射する光は、この界面において基板側に屈折する。基板側に屈折した光は、透明電極と基板の界面、及び基板と空気の界面で全反射を生じる光の割合を低減することができる。
　一方、金属電極の表面に捕捉されたSPPモード光を取り出す方法として、金属電極の表面に周期的な凹凸構造を形成する構成が知られている（特許文献６～９）。
特開２００８－２１０７１７号公報 特開２０１１－２４３６２５号公報 特開２０１１－２３３２８８号公報 特表２００３－５２２３７１号公報 特開２０１１－８２１９２号公報 特開２００６－３１３６６７号公報 特開２００９－１５８４７８号公報 特表２００５－５３５１２１号公報 特開２００４－３１３５０号公報
　しかしながら、SPPモード光を伝播光として取り出しても、その光が導波モード光となって素子の外部に取り出すことができなければ、光取り出し効率を向上させることができない。一方、SPPモード光から伝播光として取り出した光を外部に取り出すことができるならば、SPPモード光はむしろ表面プラズモン励起による発光増強効果を奏することが期待できる。
　本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、SPPモード光及び導波モード光を効果的に取り出して光取り出し効率が向上した有機ＥＬ素子並びにそれを備えた画像表示装置及び照明装置を提供することを目的とする。
　本発明者らは、まず、SPPモード光を伝播光として取り出し、その次に、その伝播光を導波モード光とせずに素子の外部に取り出すという２ステップの光取り出し機構を想定して多数の構造の中から、光取り出し効率を向上させる有効な構造を鋭意検討した。
　光取り出し効率を直接計測することは困難であるため、シミュレーションに基づいて検討を行った。
　２ステップの光取り出し機構は、SPPモード光を生成し、生成されたSPPモード光を伝播光として取り出すことを可能にする周期的に配置する複数の放射凹凸部を備えた金属電極側構造と、その伝播光として取り出した光を導波モード光とせずに外部に取り出すためのレンズ構造を備えた透明電極側構造とからなる。
　金属電極側構造の放射凹凸部とは、金属電極表面に捕捉されたSPPモード光が再放射する起点になる部分であり、金属電極表面上に形成されたドット状もしくはライン状の凸部または凹部である。
　金属電極表面が平坦であって凹凸構造を有さない場合には、SPPモード光は熱となって損失してしまうが、平坦な金属電極表面の一部に凹凸構造を有すると、この凹凸部を中心としてＳＰＰモード光は伝播光として再放射される。
　次に、透明電極側構造について以下に説明する。
　透明電極側構造としては、金属電極側構造の放射凹凸部から放射された光を、基板に対して、できるだけ直交する方向から入射するように屈折させるレンズ状構造を導入した。
　より具体的には例えば、基板と有機層との間のいずれかの界面に基板側又は有機層側に突出するレンズ構造を有してなる構造、又は、基板が大気側に突出するレンズ構造を備えてなる構造、又は、基板の、透明電極とは反対側に備える層が基板とは反対側に突出するレンズ構造を備えてなる構造を具備するものとした。
　本発明者らは、シミュレーションにより、放射凹凸部を有する金属電極側構造と、金属電極側構造の放射凹凸部から放射された光を、基板に対してより直交する方向から入射するように屈折させるレンズ状構造を備えた透明電極側構造とを組み合わせることにより、かかる金属電極側構造及び透明電極側構造の単独の構成からは予測できないほどの顕著な効果を奏することを見い出し、本発明を完成させた。
　上記の目的を達成するために、本発明は以下の構成を採用した。
（１）透明電極と、発光層を含む有機層と、金属電極とを順に具備する有機ＥＬ素子であって、前記金属電極は、その有機層側の表面に少なくとも一方向に周期的に配置する複数の放射凹凸部を有するものであり、前記有機層の表面から透明電極側の素子外表面の間に、素子平面の面内方向に延在する複数のレンズ構造を備えてなり、前記レンズ構造は前記一方向において前記放射凹凸部の周期と同じ周期で配置することを特徴とする有機ＥＬ素子。
（２）前記透明電極の、前記有機層とは反対側の面に基板を備え、前記透明電極と前記基板との界面に、前記透明電極と前記基板のうち屈折率の低い側に突出する第１レンズ構造を備えてなることを特徴とする（１）に記載の有機ＥＬ素子。
（３）前記透明電極の、前記有機層とは反対側の面に基板を備え、前記基板の前記透明電極とは反対側の面に、素子外に突出する第２レンズ構造を備えてなることを特徴とする（１）または（２）のいずれかに記載の有機ＥＬ素子。
（４）前記透明電極と前記有機層との界面は、前記有機層と前記透明電極のうち屈折率の低い側に突出する第３レンズ構造を備えてなることを特徴とする（１）～（３）のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子。
（５）前記透明電極の、前記有機層とは反対側の面に、前記透明電極側から第２誘電体層と第１誘電体層とを順に備え、前記第２誘電体層は前記透明電極の屈折率と０．１以下の屈折率差または前記透明電極より高い屈折率を有し、前記第１誘電体層と前記第２誘電体層の屈折率差は０．２以上であり、前記第１誘電体層と前記第２誘電体層との界面は、より屈折率の低い側に突出する第４レンズ構造を備えてなることを特徴とする（１）、（３）又は（４）のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子。
（６）前記透明電極の、前記有機層とは反対側の面に基板を備え、前記基板と前記透明電極との間に誘電体層を備え、前記誘電体層は、前記透明電極の屈折率と０．１以下の屈折率差または前記透明電極より高い屈折率を有し、前記誘電体層と前記基板の屈折率差は０．２以上であり、前記誘電体層と前記基板との界面は、より屈折率の低い側に突出する第５レンズ構造を備えてなることを特徴とする（１）、（３）、（４）のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子。
（７）前記透明電極の、前記有機層とは反対側の面に基板を備え、前記基板と前記透明電極との間に誘電体層を備え、前記透明電極と前記誘電体層の屈折率差は０．２以上であり、前記透明電極と前記誘電体層との界面は、より屈折率の低い側に突出する第６レンズ構造を備えてなることを特徴とする（１）、（３）、（４）のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子。
（８）前記透明電極の、前記有機層とは反対側の面に基板を備え、前記基板の、前記透明電極とは反対側の面に誘電体層を備え、前記誘電体層は、前記基板の屈折率と０．１以下の屈折率差または前記基板より高い屈折率を有すると共に、前記基板とは反対側に突出する第７レンズ構造を備えてなることを特徴とする（１）、（２）、（４）～（７）のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子。
（９）前記透明電極と前記有機層との間に透明導電層を備え、前記透明導電層と前記有機層の屈折率差は０．２以上であり、前記透明導電層と前記有機層前記有機層との界面は、透明導電層側に突出する第８レンズ構造を備えてなることを特徴とする（１）～（３）、（５）～（８）のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子。
(１０) 前記透明電極の、前記有機層とは反対側の面に基板を備え、前記基板の前記透明電極とは反対側に誘電体層を備え、前記誘電体層は前記基板の屈折率と０．２以上の屈折率差を有し、前記誘電体層と基板の界面に、より屈折率の低い側に突出する第９レンズ構造を有することを特徴とする（１）、（２）、（４）～（７）、（９）のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子。
(１１) 前記透明電極の、前記有機層とは反対側の面に基板を備え、前記基板の前記透明電極とは反対側に、基板側から第３誘電体層と第４誘電体層を順に備え、前記第３誘電体層は前記基板の屈折率と０．１以下の屈折率差または前記基板より高い屈折率を有し、前記第３誘電体層と前記第４誘電体層の屈折率差は０．２以上であり、前記第３誘電体層と前記第４誘電体層の界面に、より屈折率の低い側に突出する第１０レンズ構造を備えてなることを特徴とする（１）、（２）、（４）～（７）、（９）のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子。
(１２) 前記金属電極の、前記有機層とは反対側の面に基板を備え、前記透明電極の、前記基板と反対側の面に、素子外に突出する第１１レンズ構造を備えてなる（１）、（４）、（９)のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子。
(１３) 前記金属電極の、前記有機層とは反対側の面に基板を備え、前記透明電極の、前記基板とは反対側に誘電体層を備え、前記誘電体層の屈折率は前記透明電極の屈折率と０．１以下の屈折率差または前記透明電極の屈折率より高い屈折率を有し、前記誘電体層の前記透明電極と反対の面に、素子外に突出する第１２レンズ構造を備えてなることを特徴とする（１）、（４）、（９)のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子。
(１４) 前記レンズ構造の中心は、前記放射凹凸部の中心を通る基板法線上に配置することを特徴とする（１）～（１３）のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子。
(１５) 前記放射凹凸部は、前記金属電極に設けられた凹状構造であることを特徴とする（１）～(１４)のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子。
(１６) （１）～(１５)のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子を備えたことを特徴とする画像表示装置。
(１７) （１）～(１５)のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子を備えたことを特徴とする照明装置。
　本発明によれば、SPPモード光及び導波モード光を効果的に取り出して光取り出し効率が向上した有機ＥＬ素子並びにそれを備えた画像表示装置及び照明装置を提供できる。
本発明の第1の実施形態に係る有機EL素子の一例を説明するための断面模式図である。 図１に示した有機EL素子の作用効果を説明するための断面模式図である。 本発明の第２の実施形態に係る有機EL素子の一例を説明するための断面模式図である。 本発明の第３の実施形態に係る有機EL素子の一例を説明するための断面模式図である。 図４に示した有機EL素子の作用効果を説明するための断面模式図である。 本発明の第１～第３の実施形態に係る有機ＥＬ素子の変形例を説明するための断面模式図である。 本発明の第４の実施形態に係る有機EL素子の一例を説明するための断面模式図である。 本発明の第５の実施形態に係る有機EL素子の一例を説明するための断面模式図である。 本発明の第６の実施形態に係る有機EL素子の一例を説明するための断面模式図である。 本発明の第７の実施形態に係る有機EL素子の一例を説明するための断面模式図である。 本発明の第８の実施形態に係る有機EL素子の一例を説明するための断面模式図である。 本発明の第９の実施形態に係る有機EL素子の一例を説明するための断面模式図である。 本発明の第１０の実施形態に係る有機EL素子の一例を説明するための断面模式図である。 本発明の第１１の実施形態に係る有機EL素子の一例を説明するための断面模式図である。 本発明の第１２の実施形態に係る有機EL素子の一例を説明するための断面模式図である。 凸状の放射凹凸部を例示するものであり、金属電極面の法線方向に沿った断面の模式図である。 図１６で示した凸状の形状と同じ形状の凹状の放射凹凸部を例示するものであり、金属電極面の法線方向に沿った断面の模式図である。 凸状の放射凹凸部の他の例を示すものであり、金属電極面の法線方向に沿った断面の模式図である。 図１８で示した凸状の形状と同じ形状の凹状の放射凹凸部の例示するものであり、金属電極面の法線方向に沿った断面の模式図である。 本発明の有機EL素子を備えた画像表示装置の一例を説明するための断面模式図である。 本発明の有機EL素子を備えた照明装置の一例を説明するための断面模式図である。 本発明の第５の実施形態の有機ＥＬ素子（放射凹凸部周期、レンズ配置周期及びレンズ直径：５００ｎｍ）の光取り出し効率のコンピュータシミュレーションの結果を示す図であり、（ａ）は垂直方向伝播光、（ｂ）は平行方向伝播光のものである。 図２２のシミュレーションを行った構造を説明するための断面模式図である。 放射凹凸部を有するが、レンズ構造を有さない構成の有機ＥＬ素子の光取り出し効率のコンピュータシミュレーションの結果を示す図であり、（ａ）は垂直方向伝播光、（ｂ）は平行方向伝播光のものである。 本発明の第５の実施形態の有機ＥＬ素子（放射凹凸部周期、レンズ配置周期及びレンズ直径：１０００ｎｍ）の光取り出し効率のコンピュータシミュレーションの結果を示す図であり、（ａ）は垂直方向伝播光、（ｂ）は平行方向伝播光のものである。 本発明の第５の実施形態の有機ＥＬ素子（放射凹凸部周期、レンズ配置周期及びレンズ直径：３００ｎｍ、５００ｎｍ、８００ｎｍ、及び、１２００ｎｍ）の光取り出し効率のコンピュータシミュレーションの結果を示す図であり、（ａ）は垂直方向伝播光、（ｂ）は平行方向伝播光のものである。 本発明の第５の実施形態の有機ＥＬ素子（放射凹凸部周期、レンズ配置周期及びレンズ直径：１６００ｎｍ、２２００ｎｍ、及び、３０００ｎｍ）の光取り出し効率のコンピュータシミュレーションの結果を示す図であり、（ａ）は垂直方向伝播光、（ｂ）は平行方向伝播光のものである。 本発明の第５の実施形態の有機ＥＬ素子について、垂直方向のダイポールからの放射光の磁場の強度分布をＦＤＴＤ法のシミュレーションで得られた結果を示すものであり、（ａ）は放射凹凸部周期、レンズ配置周期及びレンズ直径が５００ｎｍのもの、（ｂ）は放射凹凸部周期、レンズ配置周期及びレンズ直径が１０００ｎｍのものである。 図１６～図１９で示した放射凹凸部とレンズ構造との組み合わせの一例を説明するための平面図である。 図１６（ａ）～（ｃ）、（ｈ）、（ｄ）で示した凸状の放射凹凸部とレンズ構造との組み合わせについて、ＦＤＴＤ法を用いて光取り出し効率をコンピュータシミュレーション計算した結果である。 シミュレーション計算で用いた、第５の実施形態の有機ＥＬ素子のモデル構造を示す断面図である。 図１６（ｅ）～（ｇ）で示した凸状の放射凹凸部とレンズ構造との組み合わせについて、ＦＤＴＤ法を用いて光取り出し効率をコンピュータシミュレーション計算した結果である。 図１７（ｉ）～（ｌ）、（ｐ）で示した凹状の放射凹凸部とレンズ構造との組み合わせについて、ＦＤＴＤ法を用いて光取り出し効率をコンピュータシミュレーション計算した結果である。 図１７（ｍ）～（ｏ）で示した凹状の放射凹凸部とレンズ構造との組み合わせについて、ＦＤＴＤ法を用いて光取り出し効率をコンピュータシミュレーション計算した結果である。 図１９（ｔ）、図１９（ｕ）、図１９（ｖ）、図１８（ｑ）で示した凹状の放射凹凸部とレンズ構造との組み合わせについて、ＦＤＴＤ法を用いて光取り出し効率をコンピュータシミュレーション計算した結果である。 放射凹凸部とレンズ構造との組み合わせの他の例を説明するための平面図である。 図１７（ｌ）で示した凹状の断面を有する放射凹凸部とレンズ構造との、図３９（ａ）及び（ｂ）で示した組み合わせについて、ＦＤＴＤ法を用いて光取り出し効率をコンピュータシミュレーション計算した結果である。
　以下、本発明を適用した有機ＥＬ素子並びにそれを備えた画像表示装置及び照明装置について、図面を用いてその構成を説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際と同じであるとは限らない。以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。一の実施形態で説明した内容は他の実施形態では説明を省略する場合がある。
　本発明において、透明電極及び金属電極は一方が陽極で他方が陰極である。
　本発明は、いわゆるトップエミッション型、ボトムエミッション型のいずれに適用してもよい。
　一の実施形態のレンズ構造を、他の実施形態に適用してもよい。
　本発明の有機ＥＬ素子は本発明の効果を損ねない範囲で以下に記載していない層を備えてもよい。
（有機ＥＬ素子）
　本発明の有機ＥＬ素子は、透明電極と、発光層を含む有機層と、金属電極とを順に具備する有機ＥＬ素子である。ここで、金属電極は、その有機層側の表面に少なくとも一方向に周期的に配置する複数の放射凹凸部を有する。また、有機層の表面から透明電極側の素子外表面の間に、素子平面の面内方向に延在する複数のレンズ構造を備えてなり、レンズ構造は一方向において放射凹凸部の周期と同じ周期で配置する。
　「有機層の表面から透明電極側の素子外表面の間に、素子平面の面内方向に延在する複数のレンズ構造を備えてな」る構成には、基板の大気側の面に、基板と一体にもしくは基板とは別個に複数のレンズ構造を備える構成も含まれる。
　「有機層の表面から透明電極側の素子外表面の間に、素子平面の面内方向に延在する複数のレンズ構造を備えてな」る構成としては具体的には例えば、基板と有機層との間のいずれかの界面に、基板側又は有機層側に突出するレンズ構造を有してなる構成や、基板が大気側に突出するレンズ構造を備えてなる構成や、基板の、透明電極とは反対側に備える層が大気側に突出するレンズ構造を備えてなる構成等が挙げられる。
（第１の実施形態）
　図１は、本発明の第1の実施形態に係る有機ＥＬ素子の一例を説明するための断面模式図である。図１（ａ）は、レンズ構造２ａが基板１側に突出する構成（基板１が凹状のレンズ構造を備える構成、基板１と透明電極２との界面にレンズ構造を備える構成とも言える）である。図１（ｂ）は、レンズ構造１ａ（透明電極２が凹状のレンズ構造を備える構成、基板１と透明電極２との界面にレンズ構造を備える構成とも言える）が金属電極４側に突出する構成である。
　図１（ａ）に示す有機ＥＬ素子１０は、基板１上に、透明電極２と、発光層を含む有機層３と、金属電極４とを順に具備し、透明電極側から外部に光を取り出すように構成された有機ＥＬ素子である。金属電極４は、その有機層側の表面４Ａに少なくとも一方向に周期的に配置する複数の放射凹凸部４ａを有し、図１には放射凹凸部４ａの断面が矩形の凹部である場合を示す。また、透明電極２は、基板の屈折率よりも高い屈折率を有すると共に基板１との界面に基板側に突出するレンズ構造（第１レンズ構造）２ａを備えてなり、レンズ構造２ａは放射凹凸部４ａが周期的に配置する方向において放射凹凸部４ａの周期と同じ周期で配置する。ここで、同じ周期とは放射凹凸部中心とレンズ構造中心の平面視配置に共通の繰り返し単位が存在することを意味している。したがって隣り合うレンズ間距離（周期）と、隣り合う放射凹凸部間距離（周期）との比が整数比（１：ｎまたはｎ：１、ｎは１～１０の整数）であることが必要である。これは以下の実施形態についても同様である。また、この同じ周期とは、本発明の効果を損ねない範囲で実質的に同じ周期との意である。この点も以下の実施形態についても同様である。
　この有機ＥＬ素子は、発光層で発光した光を基板側から取り出すボトムエミッション型の有機ＥＬ素子である。このような基板１としては透光性の基板であり、通常、可視光に対して透明であることが必要である。ここで、「可視光に対し透明である」とは、発光層から発する波長の可視光を透過することができればよいという意味であり、可視光領域全域にわたり透明である必要はない。４００～７００ｎｍの可視光における透過率が５０％以上で、平滑な基板が好ましい。
　具体的には、ガラス板、ポリマー板等が挙げられる。ガラス板の材料としては、特にソーダ石灰ガラス、バリウム・ストロンチウム含有ガラス、鉛ガラス、アルミノケイ酸ガラス、ホウケイ酸ガラス、バリウムホウケイ酸ガラス、石英等が挙げられる。またポリマー板の材料としては、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルサルファイド、ポリサルフォン等を挙げることができる。
　発光光が可視光でない場合は、少なくとも発光波長領域に対して透明であることが必要である。透過率としては、発光が最大強度となる波長に対し、５０％以上であることが好ましく、７０％以上であることが更に好ましい。
　基板１は、透明電極２のレンズ構造２ａに対応する凹部１ａを備える。そのため、基板１の材料としてはより精密に加工しやすい材料であることが好ましく、限定されるものではない。例えば、好ましい材料として、ガラス板、ポリマー板等が挙げられる。ガラス板及びポリマー板の具体的な材料としては前記の材料を用いることができる。
　基板１は、凹部１ｃの大気側に凹部１ｃと一体とされた層状部１ｄを備える。その層状部１ｄの厚さは、要求される機械的強度にもよるし、限定されるものではないが、好ましくは、０．０１ｍｍ～１０ｍｍ、より好ましくは０．０５ｍｍ～２ｍｍである。
　透明電極２は、基板１の屈折率よりも高い屈折率を有する。また、透明電極２は、基板との界面に基板側に突出するレンズ構造２ａと、レンズ構造２ａの有機層側にレンズ構造２ａと一体に形成された層状部２ｄとを備えている。
　基板１と透明電極２との間の界面９は、基板側に突出するレンズ構造２ａの凸曲面を有しており、基板１は透明電極２のレンズ構造２ａの形状に相補的な形状の凹部１ｃを有する。
　透明電極２の屈折率は基板１の屈折率より０．２以上高いことが好ましい。屈折率差が０．２以上である理由は、界面で光を屈折させてレンズとしての十分な集光効果を発現させるためである。
　透明電極２の層状部２ｄの厚さは限定されるものではない。例えば１０～２０００ｎｍであり、好ましくは５０～１０００ｎｍである。これは、１０ｎｍより薄いと透明電極２のシート抵抗が増大し、また、２０００ｎｍより厚いと透明電極２の透過率が低下するからである。
　透明電極２のレンズ構造２ａは、その高さｈは限定されるものではない。例えば、１５０ｎｍ～５０μｍであり、好ましくは１～１０μｍである。その幅ｗは限定されるものではない。例えば、高さｈの１～５０倍であり、好ましくは２～２０倍である。高さｈが１５０ｎｍより低いとレンズの表面と裏面で反射した光が互いに干渉するため、レンズが集光機能を果たさなくなることがある。また、５０μｍより厚いとレンズ構造２ａの起伏が大きくなり、透明電極２を形成する際に有機層３側の表面が平坦化されにくくなることがある。また幅ｗがｈの１倍より小さいとレンズの曲率が大きくなりすぎるためレンズの外周部分に入射する放射凹凸部からの再放射光が正面に指向されにくくなる。ｈの５０倍より大きいとレンズの曲率が小さくなるため再放射光を正面に集光できなくなることがある。
　レンズ構造２ａの配置周期ｐは限定されるものではない。例えば、３００ｎｍ～１００μｍであり、好ましくは２～２０μｍである。このｐが３００ｎｍより短いとレンズが回折格子の効果により集光できない状態になることがある。また、１００μｍより長いとレンズ間のすき間が増えて透明電極２平面上に占めるレンズ構造２ａの割合が低下する。
　レンズ形状の断面視形状としては、放射凹凸部からの再放射光を正面方向に指向させる機能を持っていれば特に限定されるものではない。例えば半円状、球面レンズ状、非球面レンズ状、凸多角形状、フレネルレンズ状などが挙げられる。また、レンズの平面視形状としては、特に限定されるものではないが、例えば円形、楕円形、ライン（ロッド）形、多角形などが挙げられる。
　透明電極２は金属電極４との間で電圧を印加し、透明電極２より発光層に正孔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、導電性化合物、あるいはこれらの混合物からなる材料を用いることが好ましい。ＨＯＭＯ（Highest Occpupied Molecular Orbital）準位との差が過大になら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。透明電極２の材料としては透光性でかつ導電性の材料であれば特に制限はない。例えば、酸化インジウム錫合金（ＩＴＯ）、酸化亜鉛錫合金（ＩＺＯ）、酸化錫、酸化亜鉛などの透明導電性酸化物、ポリ（３，４）－エチレンジオキシチオフェンとポリスチレンスルホン酸塩との混合物（ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ）、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、薄膜金属、これらを含む複合材料を挙げることができる。
ここにおいて、透明電極２は、基板１上に例えば、スパッタ法、真空蒸着法、塗布法、CVD法、イオンプレーティング法などによって形成することができる。
　金属電極４は、発光層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、導電性化合物、あるいはこれらの混合物からなる材料を用いることが好ましい。ＬＵＭＯ(Lowest Unoccpupied Molecular Orbital)準位との差が過大になら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。
　金属電極４の厚さ（放射凹凸部４ａを含めた厚さ）は限定されるものではない。例えば３０ｎｍ～１μｍであり、好ましくは５０～５００ｎｍである。厚さが３０ｎｍより薄いとシート抵抗が増加して、駆動電圧が上昇する。１μｍより厚いと成膜時の熱や放射線によるダメージ、膜応力による機械的ダメージが電極や有機層に蓄積する。
　放射凹凸部は、平坦な金属電極表面において特定の非平坦な構造が周期的に配置する構成であれば、特に制限はない。これは、金属電極表面が非平坦な構成であれば、SPPモード光が伝播光として再放射しうるからである。放射凹凸部の配置周期はSPPモード光が伝播できる１０μｍ以下であることが好ましい。
　例えば、図１に示す放射凹凸部４ａは断面が矩形の凹構造を有するものであるが、矩形の凸構造の他、後で例示するように様々な形状の構造をとることができる。また、放射凹凸部４ａは平面視して、周期的に配置する構造であれば、ライン状（平行ストライプ状、メッシュ状、同心円状、屈曲形状）、ドット状の形状（離散配置する凹凸）等の構造をとることができる。
　また、一つの放射凹凸部（放射凹凸部の単位構造）は、１個の凹構造または凸構造からなるものでも、複数の凹構造及び／又は凸構造からなるものでもよい。
　放射凹凸部がドット状の凹凸である場合、各放射凹凸部の大きさは平面視してレンズ構造の直径（ライン状の場合は幅）より小さいことが好ましい。また、放射凹凸部がライン状の凹凸である場合は、各放射凹凸部の幅は平面視してレンズ構造の直径（ライン状の場合は幅）より小さいことが好ましい。
　ここで、上記レンズ構造は放射凹凸部が周期的に配置する方向において、この放射凹凸部の周期と同じ周期で配置することが好ましい。
　例えば、放射凹凸部が平面視で等間隔に配置したライン状の形状を有し、更にレンズ形状として半球レンズを使用する場合、レンズ構造は放射凹凸部の各ラインに沿って等間隔で配置する。さらに、ライン状の放射凹凸部の平行な配置に対応して、ライン状に並んで配置するレンズ構造の列も平行に並ぶ構成となる。この構成において、放射凹凸部のラインと、それに沿って並ぶレンズ構造の列とはその幅方向の中心線が平面視で一致することが好ましい。
　また、放射凹凸部がドット状の形状を有する場合、各放射凹凸部は平面視してレンズ構造に重なる位置に配置する構成となる。この構成において、ドット状の各放射凹凸部は各レンズ構造の中心に配置することが好ましい。
　有機層３は、透明電極２の層状部２ｄと金属電極４との間に配置し、層状部３ｄと、金属電極４の放射凹凸部４ａの形状に相補的な形状の凸部３ｅとを有する。図１に示す例では、放射凹凸部４ａに相補的な部分の形状は凸形状であるが、放射凹凸部４ａの形状に相補的であればその他の形状でもよい。また、放射凹凸部４ａの形状にぴったりはまる（フィットする）必要はない。
　発光層の材料としては、有機ＥＬ素子用の材料として知られる任意の材料を用いることができる。
　また、有機層３は、発光層（有機発光層）の他、正孔注入層、正孔輸送層、電子注入層、電子輸送層等を備えてもよい。
　正孔注入層は発光層への正孔注入を助ける層であり、正孔輸送層は発光領域まで正孔を輸送する層であって、正孔移動度が大きく、イオン化エネルギーが通常５．５ｅＶ以下と小さい。このような正孔注入層及び正孔輸送層としてはより低い電界強度で正孔を発光層に輸送する材料が好ましい。これを形成する材料としては、上記の機能を担えるものであれば特に制限はなく、公知のものの中から任意のものを選択して用いることができる。
　有機層３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よいし、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してもよい。
　有機層３の厚さは特に限定はされない。例えば５０～２０００ｎｍであり、好ましくは１００～１０００ｎｍである。５０ｎｍより薄いと突き抜け電流による内部ＱＥの低下や損失性表面波モードカップリング（lossy surface wave mode coupling）など、金属によるSPPカップリング以外の消光が起こる。２０００ｎｍより厚いと駆動電圧が上昇する。
　次に、図１（ａ）に示す有機ＥＬ素子の作用効果を、図２を用いて模式的に説明する。
図２に矢印で示した光の伝播の仕方は、作用効果の原理をわかりやすく説明するために模式的に示したものである。有機層３と透明電極２の界面等、レンズ構造以外での光の屈折は省いて描いてある。尚、図２において、各層は図１と同じであるため、各層及び各部の記号は省略して描いてある。
　有機層３に含まれる発光層のＡ点で発光した光のうち、金属電極４側に進んだ（矢印Ａ１）光が金属電極４の表面４Ａに捕捉された後、ＳＰＰモード光として表面４Ａに沿って移動して（矢印Ａ２）放射凹凸部４ａ１（４ａ）で伝播光として再放射され（矢印Ａ３、Ａ４）、有機層３を通過して透明電極２に入る。そして、透明電極２のレンズ構造２ａ１（２ａ）と基板１の凹部１ｃ１（１ｃ）との界面に達した光は、基板の屈折率より高い屈折率を有する透明電極から基板に入るその界面において、レンズ構造２ａ１（２ａ）の中心線ＣＣ側寄りに屈折して素子外部に取り出される（矢印Ａ５、Ａ６）。
　ここで、レンズ構造の中心線とは、レンズ構造の底面の中心を通り、基板面の法線方向に延びる線をいう。レンズの底面がライン（ロッド）状である場合は、ライン幅の中心線を通る、基板面の任意の法線である。
　このように、ＳＰＰモード光が金属電極４の放射凹凸部４ａで伝播光として再放射されるが、再放射された光は透明電極２のレンズ構造２ａのその中心線ＣＣから離れる方向で入射しても、レンズ構造２ａの中心線ＣＣ側寄りに屈折して基板１の外へ取り出されることになる。これにより、基板の正面方向への光の取り出しが多くなる。
　以上、図１（ａ）及び図２を用いて行った説明は、透明電極２の屈折率が基板１の屈折率より高い場合についてのものである。
　図１（ｂ）に示す有機ＥＬ素子は、図１（ａ）に示す有機ＥＬ素子に対して、レンズ構造の突出する向きが反対側を向いている構成である。この構成において、基板１の屈折率が透明電極２の屈折率よりも高くなるように、基板１及び透明電極２の材料を選択した場合に、図１（ｂ）に示す有機ＥＬ素子は、図１（ａ）に示す有機ＥＬ素子におけるレンズ作用と同様のレンズ作用（集光機能）を発揮する。すなわち、図１（ａ）に示す有機ＥＬ素子と同様の光取出し効果を得ることができる。
　図１（ｂ）において、基板１は、透明電極２の屈折率よりも高い屈折率を有すると共に透明電極２との界面に金属電極側に突出するレンズ構造１ａを備えてなり、レンズ構造１ａは放射凹凸部４ａが周期的に配置する方向において放射凹凸部４ａの周期と同じ周期で配置する。
　透明電極２の屈折率は基板１の屈折率より０．２以上低いことが好ましい。屈折率差が０．２以上である理由は、界面で光を屈折させてレンズとしての十分な集光効果を発現させるためである。
　このような透明電極２と基板１の屈折率の関係を得るには、例えば、透明電極２としてＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ（代表的な屈折率：１．５）などの導電性高分子を用い、基板１として高屈折率の基板を用いればよい。具体的な高屈折率基板の材料としては、ショット日本株式会社製のＬａＳＦＮ９（商品名）（屈折率：１．８５）、株式会社住田光学ガラス製のＫ－ＰＳＦｎ３（屈折率：１．８４）、Ｋ－ＬａＳＦｎ１７（屈折率：１．８８）、Ｋ－ＬａＳＦｎ２２（屈折率：１．９０）などを例示することができる。
　このように、本実施形態の有機ＥＬ素子では、有機層に含まれる発光層で発光した光が、金属電極表面にＳＰＰモード光として捕捉されても、そのＳＰＰモード光は金属電極表面の放射凹凸部で伝播光として再放射されて取り出すことができる。さらに、その金属電極表面から取り出した光を、透明電極と基板との界面のレンズ構造で基板の正面方向へ屈折させて基板の正面方向への光の取り出し量を増大させることができる。
（第２の実施形態）
　図３は、本発明の第２の実施形態に係る有機ＥＬ素子の一例を説明するための断面模式図である。
　図３に示す有機ＥＬ素子２０は、基板１１上に、透明電極１２と、発光層を含む有機層１３と、金属電極１４とを順に具備し、透明電極側から外部に光を取り出すように構成された有機ＥＬ素子である。ここで、金属電極１４は、その有機層側の表面１４Aに少なくとも一方向に周期的に配置する複数の放射凹凸部１４ａを有するものである。また、基板１１は、透明電極とは反対側の面に素子外に突出するレンズ構造（第２レンズ構造）１１ａを備えてなり、レンズ構造１１ａは放射凹凸部１４ａが周期的に配置する方向において放射凹凸部１４ａの周期と同じ周期で配置する。
　基板１１は、透明電極１２とは反対側の面に大気側に突出するレンズ構造１１ａと、レンズ構造１１ａの透明電極１２側にレンズ構造１１ａと一体とされた層状部１１ｄとを備えてなる。
　この有機ＥＬ素子も、第１の実施形態の有機ＥＬ素子と同様に、ボトムエミッション型の有機ＥＬ素子であるため、基板１１の材料及び層状部１１ｄの厚さとしては、第１の実施形態の基板１と同様なものを用いることができる。
　本実施形態では、基板１１はレンズ構造１１ａを備える。そのため、第１の実施形態の有機ＥＬ素子と同様に、より精密に加工しやすい材料であるのが好ましい。
　透明電極１２は、その材料としては、第１の実施形態の透明電極材料と同様なものを用いることができる。
　また、透明電極１２の厚さとしては特に限定されるものではない。例えば１０～２０００ｎｍであり、好ましくは５０～１０００ｎｍである。１０ｎｍより薄いと透明電極１２のシート抵抗が増大する。２０００ｎｍより厚いと透明電極１２の透過率が低下する。
　金属電極１４は第１の実施形態の有機ＥＬ素子と同様に、その有機層側の表面１４Aに少なくとも一方向に周期的に配置する複数の放射凹凸部１４ａを有するものである。その放射凹凸部１４ａの少なくとも一方向の周期は、レンズ構造１１ａの一方向の周期と同じである。放射凹凸部１４ａの構成も第１の実施形態の有機ＥＬ素子と同様の構成とすることができる。
　また、金属電極１４は、その材料及び厚さとしては第１の実施形態と同様のものを用いることができる。
　有機層１３は第１の実施形態の有機ＥＬ素子と同様に、透明電極１２と金属電極１４との間に配置し、層状部１３ｄと、金属電極１４の放射凹凸部１４ａの形状に相補的な形状の凸部１３ｅとを有する。その材料及び厚さとしては第１の実施形態と同様のものを用いることができる。
　本実施形態の有機ＥＬ素子においても第１の実施形態の場合と同様に（図示は省略）、有機層１３に含まれる発光層で発光した光のうち、金属電極表面に捕捉されたＳＰＰモード光が金属電極表面の放射凹凸部１４ａで伝播光として再放射されて取り出され、有機層１３及び透明電極１２を通過して基板１１に入る。そして、基板１１のレンズ構造１１ａ１（１１ａ）と大気との界面に達した光は、大気の屈折率より高い屈折率を有する基板１１のレンズ構造１１ａから大気に出るその界面において、レンズ構造１１ａ１（１１ａ）の中心線ＣＣ側寄りに屈折する。
　このように、金属電極１４の放射凹凸部１４ａで伝播光として再放射された光は、基板１１のレンズ構造１１ａの中心線ＣＣから離れる方向でレンズ構造１１ａに入射しても、レンズ構造１１ａの中心線ＣＣ側寄りに屈折して基板１１の外へ取り出されることになる。これにより、基板の正面方向への光の取り出しが多くなる。
　このように、本実施形態の有機ＥＬ素子では、有機層に含まれる発光層で発光した光が、金属電極表面にＳＰＰモード光として捕捉されても、そのＳＰＰモード光は金属電極表面の放射凹凸部で伝播光として再放射されて取り出すことができる。さらに、その金属電極表面から取り出した光を、基板のレンズ構造と大気との界面で基板の正面方向へ屈折させて基板の正面方向への光の取り出し量を増大させることができる。
（第３の実施形態）
　図４は、本発明の第３の実施形態に係る有機ＥＬ素子の一例を説明するための断面模式図である。図４（ａ）は、レンズ構造２２ａが金属電極２４側に突出する構成（有機層２３が凹状のレンズ構造を備える構成、透明電極２２と有機層２３との界面にレンズ構造を備える構成とも言える）であり、図４（ｂ）は、レンズ構造２３ａ（透明電極２２が凹状のレンズ構造を備える構成、透明電極２２と有機層２３との界面にレンズ構造を備える構成とも言える）が透明電極２２側に突出する構成である。また、基板２１は、図４中に実線で示すように透明電極の有機層とは反対側に備える構成でもよいし、二点鎖線で示すように金属電極の有機層とは反対側に備える構成でもよい。
　図４（ａ）に示す有機ＥＬ素子３０（基板２１が実線で示す構成の場合）は、基板２１上に、透明電極２２と、発光層を含む有機層２３と、金属電極２４とを順に具備し、透明電極側から外部に光を取り出すように構成された有機ＥＬ素子である。ここで、金属電極２４は、その有機層側の表面２４Aに少なくとも一方向に周期的に配置する複数の放射凹凸部２４ａを有するものである。また、透明電極２２は、有機層の屈折率よりも高い屈折率を有すると共に、有機層との界面に有機層側に突出するレンズ構造（第３レンズ構造）２２ａを備えてなり、レンズ構造２２ａは放射凹凸部２４ａが周期的に配置する方向において放射凹凸部２４ａの周期と同じ周期で配置する。
　ここで、有機層の屈折率とは、発光層（有機発光層）を含む全ての層のうち、最も高い層の屈折率をいう。
　この有機ＥＬ素子は、トップエミッション型、ボトムエミッション型の有機ＥＬ素子のいずれにも適用できる。
　ボトムエミッション型に適用するためには、基板２１の材料としては、第１の実施形態の基板１と同様なものを用いることができる。また、その基板１の厚さは、要求される機械的強度にもよるし、特に限定はされないが、好ましくは、０．０１ｍｍ～１０ｍｍ、より好ましくは０．０５ｍｍ～２ｍｍである。
　トップエミッション型に適用するためには、第１の実施形態の基板１と同様なものの他に、不透明なものも使用できる。具体的には、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）の単体、またはこれらの合金、あるいはステンレスなどからなる材料からなる基板、その他のトップエミッション型の有機ＥＬ素子で通常用いられる基板を用いることができる。
　透明電極２２は、有機層２３の屈折率よりも高い屈折率を有する。また、透明電極２２は、有機層２３との界面に有機層側に突出するレンズ構造２２ａと、レンズ構造２２ａの基板側にレンズ構造２２ａと一体に形成された層状部２２ｂとを備えている。
　透明電極２２の屈折率は有機層２３の屈折率より０．２以上高いことが好ましい。屈折率差が０．２以上である理由は、界面で光を屈折させてレンズとしての十分な集光効果を発現させるためである。
　金属電極２４は第１の実施形態の有機ＥＬ素子と同様に、その有機層側の表面２４Aに少なくとも一方向に周期的に配置する複数の放射凹凸部２４ａを有するものであり、その放射凹凸部２４ａの少なくとも一方向の周期は、レンズ構造２２ａの一方向の周期と同じである。放射凹凸部２４ａの構成も第１の実施形態の有機ＥＬ素子と同様の構成とすることができる。
　また、金属電極１４は、その材料及び厚さとしては第１の実施形態と同様のものを用いることができる。
　有機層２３は、透明電極２２のレンズ構造２２ａと金属電極２４との間に配置し、透明電極２２のレンズ構造２２ａの形状に対応する凹状部２３ｃと、凹状部２３ｃの金属電極側に凹状部２３ａと一体に形成された層状部２３ｄと、金属電極２４の放射凹凸部２４ａの形状に相補的な形状の凸部２３ｅとを有する。図４に示す例では、放射凹凸部２４ａに相補的な部分の形状は凸部２３ｅであるが、放射凹凸部２４ａの形状に相補的であればその他の形状でもよく、また、放射凹凸部２４ａの形状にぴったりはまる（フィットする）必要はない。
　また、有機層２３は、その材料としては第１の実施形態と同様のものを用いることができる。
　透明電極２２と有機層２３との間の界面２９に、有機層側に突出するレンズ構造２２ａの凸曲面を有している。
　次に、図４（ａ）に示す有機ＥＬ素子の作用効果を、図５（ａ）を用いて模式的に説明する。図５に矢印で示した光の伝播の仕方は、作用効果の原理をわかりやすく説明するために模式的に示したものである。尚、図５（ａ）、（ｂ）において各層はそれぞれ図４（ａ）、（ｂ）と同じであるため、各層及び各部の記号は省略して描いてある。
　有機層２３に含まれる発光層のＢ点で発光した光のうち、金属電極２４側に進んだ（矢印Ｂ１）光が金属電極２４の表面２４ＡにＳＰＰモード光として捕捉される。その捕捉された光は、表面２４Ａに沿って移動して（矢印Ｂ２）放射凹凸部２４ａ１（２４ａ）で伝播光として再放射される（矢印Ｂ３、Ｂ４）。有機層２３に入り、有機層２３の凹状部２３ｃ１（２３ｃ）と透明電極２２のレンズ構造２２ａ１（２２ａ）との界面に達した光は、透明電極の屈折率より低い屈折率を有する有機層から透明電極に入るその界面において、レンズ構造２２ａ１（２２ａ）（又は、凹状部２３ｃ１（２３ｃ））の中心線ＣＣ側寄りに屈折して素子外部に取り出される（矢印Ｂ５、Ｂ６）。
　このように、金属電極２４の放射凹凸部２４ａで伝播光として放射されたＳＰＰモード光は、透明電極２２のレンズ構造２２ａにその中心線ＣＣから離れる方向に入射しても、レンズ構造２２ａの中心線ＣＣ側寄りに屈折して基板２１の外へ取り出されることになる。これにより、基板の正面方向への光の取り出しが多くなる。
　このように、本実施形態の有機ＥＬ素子では、有機層に含まれる発光層で発光した光が、金属電極表面にＳＰＰモード光として捕捉されても、そのＳＰＰモード光は金属電極表面の放射凹凸部で伝播光として再放射されて取り出すことができる。さらに、その金属電極表面から取り出した光を、透明電極のレンズ構造と有機層との界面で基板の正面方向へ屈折させて基板の正面方向への光の取り出し量を増大させることができる。
　以上、図４（ａ）及び図５（ａ）を用いて行った説明は、透明電極２２の屈折率が有機層２３の屈折率より高い場合についてのものである。
　図４（ｂ）に示す有機ＥＬ素子は、図４（ａ）に示す有機ＥＬ素子に対して、レンズ構造の突出する向きが反対側を向いている構成である。この構成において、透明電極２２の屈折率が有機層２３の屈折率よりも低くなるように、透明電極２２及び有機層２３の材料を選択した場合に、図４（ｂ）に示す有機ＥＬ素子は、図５（ｂ）に図示するように、図５（ａ）に図示するレンズ作用と同様のレンズ作用（集光機能）を発揮する。すなわち、図４（ａ）に示す有機ＥＬ素子と同様の光取出し効果を得ることができる。
　図４（ｂ）において、有機層２３は、透明電極２２の屈折率よりも高い屈折率を有すると共に透明電極２２との界面に基板側に突出するレンズ構造（第1レンズ構造）２３ａを備えてなり、レンズ構造２３ａは放射凹凸部２４ａが周期的に配置する方向において放射凹凸部２４ａの周期と同じ周期で配置する。
　透明電極２２の屈折率は有機層２３の屈折率より０．２以上低いことが好ましい。屈折率差が０．２以上である理由は、界面で光を屈折させてレンズとしての十分な集光効果を発現させるためである。
　このような透明電極２２と有機層２３の屈折率の関係は例えば、透明電極２２としてＰＥＤＯＴ：ＰＳＳなどの導電性高分子を用いることよって得ることができる。
　このように、本実施形態の有機ＥＬ素子では、有機層に含まれる発光層で発光した光が、金属電極表面にＳＰＰモード光として捕捉されても、そのＳＰＰモード光は金属電極表面の放射凹凸部で伝播光として再放射されて取り出すことができる。さらに、その金属電極表面から取り出した光を、透明電極２２と有機層２３との界面のレンズ構造で基板の正面方向へ屈折させて基板の正面方向への光の取り出し量を増大させることができる。
（変形例）
　図６は、本発明の第１～第３の実施形態に係る有機ＥＬ素子の変形例を説明するための断面模式図である。
　図６に示す有機ＥＬ素子４０は、基板３１上に、透明電極３２と、発光層を含む有機層３３と、金属電極３４とを順に具備し、透明電極３２側から外部に光を取り出すように構成された有機ＥＬ素子４０である。ここで、金属電極３４は、その有機層側の表面３４Ａに少なくとも一方向に周期的に配置する複数の放射凹凸部３４ａを有するものである。また、透明電極３２は、有機層３３及び基板３１の屈折率よりもよりも高い屈折率を有すると共に、有機層３３との界面に有機層側に突出するレンズ構造（第３レンズ構造）３２ｂと、基板１との界面に基板側に突出するレンズ構造（第１レンズ構造）３２ａとを備えている。第１レンズ構造３２ａ及び／又は第３レンズ構造３２ｂは放射凹凸部３４ａが周期的に配列する方向において放射凹凸部３４ａの周期と同じ周期で配置する。
　図６に示す有機ＥＬ素子４０ではさらに、基板３１は、透明電極とは反対側の面に外側に突出するレンズ構造（第２レンズ構造）３１ａを備えてなるが、第２レンズ構造３１ａを備えなくてもよい。
　第１レンズ構造３２ａと第２レンズ構造３１ａと第３レンズ構造３２ｂは少なくとも２つ以上の中心線ＣＣが一致していることが好ましい。
　以上、図６を用いて行った説明は、透明電極３２の屈折率が有機層３３の屈折率及び基板３１の屈折率より高い場合についてのものである。これに対し、透明電極３２の屈折率が有機層３３の屈折率及び基板３１の屈折率より低い場合には、有機層３３が透明電極３２との界面に透明電極側に突出するレンズ構造を備え、且つ基板３１が透明電極３２との界面に透明電極側に突出するレンズ構造を備えることにより、図６で説明した有機EL素子と同様の光取出し効果を得ることができる。
　このような透明電極３２、有機層３３及び基板３１の屈折率の関係は、透明電極３２としてＰＥＤＯＴ：ＰＳＳなどの導電性高分子を用いた場合や、基板３１として高屈折率の基板を用いた場合に起こる。
　この例の有機ＥＬ素子４０では、上述した第１～第３の実施形態に係る有機ＥＬ素子が備えるレンズ構造による集光機能を奏することにより、基板の正面方向への光の取り出し量を増大させることができる。
（第４の実施形態）
　図７は、本発明の第４の実施形態に係る有機ＥＬ素子の一例を説明するための断面模式図である。図７（ａ）は、レンズ構造４６ａが基板４１側に突出する構成（第１誘電体層４５が凹状のレンズ構造を備える構成、第１誘電体層４５と第２誘電体層４６との界面にレンズ構造を備える構成とも言える）である。図７（ｂ）は、レンズ構造４５ａ（第２誘電体層４６が凹状のレンズ構造を備える構成、第１誘電体層４５と第２誘電体層４６との界面にレンズ構造を備える構成とも言える）が金属電極４４側に突出する構成である。また、基板４１は、図７中に実線で示すように第１誘電体層の有機層とは反対側に備える構成でもよいし、二点鎖線で示すように金属電極の有機層とは反対側に備える構成でもよい。
　図７（ａ）に示す有機ＥＬ素子５０（基板４１が実線で示す構成の場合）は、基板４１上に、透明電極４２と、発光層を含む有機層４３と、金属電極４４とを順に具備し、透明電極４２側から外部に光を取り出すように構成された有機ＥＬ素子である。ここで、金属電極４４は、その有機層側の表面４４Aに少なくとも一方向に周期的に配置する複数の放射凹凸部４４ａを有するものである。基板４１と透明電極４２との間には、基板側から第１誘電体層４５と、第２誘電体層４６とを順に備え、第２誘電体層４６は透明電極の屈折率と０．１以下の屈折率差または透明電極より高い屈折率を有する。また、第２誘電体層４６は第１誘電体層４５より屈折率が高く（屈折率差は０．２以上）、第１誘電体層４５と第２誘電体層４６との界面は基板４１側に突出するレンズ構造（第４レンズ構造）４６ａを備えている。レンズ構造４６ａは放射凹凸部４４ａが周期的に配置する方向において放射凹凸部４４ａの周期と同じ周期で配置する。第２誘電体４６が透明電極４２と０．１以下の屈折率差または透明電極４２の屈折率より高い理由は、透明電極４２から第２誘電体に光が入射する際に、全反射を起こさせないためである。また、第１誘電体層と第２誘電体層の屈折率差が０．２以上である理由は、界面で光を屈折させてレンズとしての十分な集光効果を発現させるためである。
　この有機ＥＬ素子は、トップエミッション型、ボトムエミッション型の有機ＥＬ素子のいずれにも適用できる。
　ボトムエミッション型に適用するためには、基板４１の材料及び厚さとしては、第１の実施形態の基板と同様なものを用いることができる。
　トップエミッション型に適用するためには、第１の実施形態の基板１と同様なものの他に、金属基板等の不透明な基板その他のトップエミッション型の有機ＥＬ素子で通常用いられる基板を用いることができる。
　透明電極４２は、その材料としては、第１の実施形態の透明電極材料と同様なものを用いることができる。その厚さとしては第１の実施形態の透明電極２の層状部２ｄと同程度の厚さとすることができる。
　金属電極４４は第１の実施形態の有機ＥＬ素子と同様に、その有機層側の表面４４Ａに少なくとも一方向に周期的に配置する複数の放射凹凸部４４ａを有するものである。その放射凹凸部４４ａの少なくとも一方向の周期は、第２誘電体層４６のレンズ構造４６ａの一方向の周期と同じである。放射凹凸部４４ａの構成も第１の実施形態の有機ＥＬ素子と同様の構成とすることができる。
　また、金属電極４４は、その材料及び厚さとしては第１の実施形態と同様のものを用いることができる。
　有機層４３は、透明電極４２と金属電極４４との間に配置し、層状部４３ｄと、金属電極４４の放射凹凸部４４ａの形状に相補的な形状の凸部４３ｅとを有する。その材料及び厚さとしては第１の実施形態と同様のものを用いることができる。
　第１誘電体層４５は、基板４１と第２誘電体層４６との間に配置し、第２誘電体層４６のレンズ構造４６ａに対応する凹部４５ｃを有する。第１誘電体層４５は、基板４１との界面で全反射が起きないように、基板４１の屈折率と同程度の屈折率（例えば、屈折率差０．１以下）か、基板４１の屈折率より低い屈折率を有することが好ましい。
　第１誘電体層４５の材料としては特に限定されるものではないが、例えば、スピンオングラス（ＳＯＧ）（屈折率：１．１～２．０）やシリカ（ＳｉＯ２）をはじめとするケイ素酸化物、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）(代表的な屈折率：１．７４)をはじめとする酸化物、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）をはじめとする金属ハロゲン化物、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）をはじめとする窒化物、アルミニウム酸窒化物（ＡｌＯＮ）やケイ素酸窒化物をはじめとする酸窒化物、ポリテトラフルオロエチレンをはじめとするフッ素系樹脂、ポリメチルメタクリレート（代表的な屈折率：１．４９）やポリエチレンナフタレート（代表的な屈折率：１．７７）をはじめとする高分子化合物樹脂などを用いることができる。また、窒素等の各種不活性ガス、真空等を用いてもよい。また、これらよりなる多孔質性材料、混合物も用いることができる。
　第１誘電体層４５の厚さとしては、第２誘電体層４６のレンズ構造４６ａの高さより厚いことを要する。
　第２誘電体層４６は、第１誘電体層４５と透明電極４２との間に配置し、第１誘電体層４５の屈折率よりも高く（屈折率差が０．２以上）、かつ、透明電極４２の屈折率と０．１以下の屈折率差または前記透明電極より高い屈折率を有するものである。さらに、第１誘電体層４５との界面に基板側に突出するレンズ構造４６ａを備えている。上記レンズ構造４６ａを備えることによって、放射部凹凸部から伝播光として再放射されたＳＰＰモード光を正面側に集光させることが可能となる。
　第２誘電体層４６の材料としては限定されるものではないが、例えば、前記第１誘電体層の材料として挙げられたもののうち、屈折率として前記条件を満たすものを用いることができる。
　第２誘電体層４６の厚さとしては、所望のレンズ構造４６ａの高さより厚いことを要する。
　第１誘電体層４５と第２誘電体層４６との間の界面４９は、基板側に突出する第２誘電体層４６のレンズ構造４６ａの凸曲面を有しており、第１誘電体層４５は第２誘電体層４６のレンズ構造４６ａの形状に相補的な形状の凹部４５ｃを有する。
　本実施形態の有機ＥＬ素子においても第１の実施形態の場合と同様に（図示は省略）、有機層４３に含まれる発光層で発光した光のうち、金属電極表面に捕捉されたＳＰＰモード光が金属電極表面の放射凹凸部４４ａで伝播光として再放射されて取り出され、有機層４３及び透明電極４２を通過して第２誘電体層４６に入る。そして、第２誘電体層４６のレンズ構造４６ａ１（４６ａ）と第１誘電体層４５の凹部４５ｃ１（４５ｃ）との界面に達した光は、第１誘電体層４５の屈折率より高い屈折率を有する第２誘電体層４６から第１誘電体層４５に入るその界面において、レンズ構造４６ａ１（４６ａ）の中心線ＣＣ側寄りに屈折する。
　このように、金属電極４４の放射凹凸部４４ａで伝播光として再放射された光は、第２誘電体層４６のレンズ構造４６ａの中心線ＣＣから離れる方向でレンズ構造４６ａに入射しても、レンズ構造４６ａの中心線ＣＣ側寄りに屈折して基板４１の外へ取り出されることになる。これにより、基板の正面方向への光の取り出しが多くなる。
　以上、図７（ａ）を用いて行った説明は、第２誘電体層４６の屈折率が第１誘電体層４５の屈折率より高い場合についてのものである。
　図７（ｂ）に示す有機ＥＬ素子は、図７（ａ）に示す有機ＥＬ素子に対して、レンズ構造の突出する向きが反対側を向いている構成である。この構成において、第１誘電体層４５の屈折率が第２誘電体層４６の屈折率よりも高くなるように、第１誘電体層４５及び第２誘電体層４６の材料を選択した場合に、図７（ｂ）に示す有機ＥＬ素子は、図７（ａ）に示す有機ＥＬ素子におけるレンズ作用と同様のレンズ作用（集光機能）を発揮し、図７（ａ）に示す有機ＥＬ素子と同様の光取出し効果を得ることができる。
　図７（ｂ）において、第１誘電体層４５は、第２誘電体層４６の屈折率よりも高い屈折率（屈折率差が０．２以上）を有すると共に第２誘電体層４６との界面に金属電極側に突出するレンズ構造（第４レンズ構造）４５ａを備えてなり、レンズ構造４５ａは放射凹凸部４４ａが周期的に配置する方向において放射凹凸部４４ａの周期と同じ周期で配置する。
　このような第１誘電体層４５と第２誘電体層４６の屈折率の関係は例えば、透明電極４２としてＰＥＤＯＴ：ＰＳＳなどの導電性高分子を用い、更に基板４１として高屈折率の基板を用いることによって得ることができる。
　このように、本実施形態の有機ＥＬ素子では、有機層に含まれる発光層で発光した光が、金属電極表面にＳＰＰモード光として捕捉されても、そのＳＰＰモード光は金属電極表面の放射凹凸部で伝播光として再放射されて取り出すことができる。さらに、その金属電極表面から取り出した光を、第２誘電体層と第１誘電体層との界面のレンズ構造で基板の正面方向へ屈折させて基板の正面方向への光の取り出し量を増大させることができる。
（第５の実施形態）
　図８は、本発明の第５の実施形態に係る有機ＥＬ素子の一例を説明するための断面模式図である。図８（ａ）は、レンズ構造５５ａが基板５１側に突出する構成（基板５１が凹状のレンズ構造を備える構成、基板５１と誘電体層５５との界面にレンズ構造を備える構成とも言える）である。図８（ｂ）は、レンズ構造５１ａ（誘電体層５５が凹状のレンズ構造を備える構成、基板５１と誘電体層５５との界面にレンズ構造を備える構成とも言える）が金属電極５４側に突出する構成である。
　図８（ａ）に示す有機ＥＬ素子６０は、基板５１上に、透明電極５２と、発光層を含む有機層５３と、金属電極５４とを順に具備し、透明電極５２側から外部に光を取り出すように構成された有機ＥＬ素子である。ここで、金属電極５４は、その有機層側の表面５４Aに少なくとも一方向に周期的に配置する複数の放射凹凸部５４ａを有するものである。
基板５１と透明電極５２との間に誘電体層５５を備える。誘電体層５５は、透明電極５２の屈折率と０．１以下の屈折率差または透明電極５２より高い屈折率であって、かつ、基板５１の屈折率より高い屈折率（屈折率差が０．２以上）を有する。更に、誘電体層５５は基板５１との界面に基板側に突出するレンズ構造（第５レンズ構造）５５ａを備えている。レンズ構造５５ａは放射凹凸部５４ａが周期的に配置する方向において放射凹凸部５４ａの周期と同じ周期で配置する。
　誘電体層５５が透明電極５２と０．１以下の屈折率差または透明電極５２より高い屈折率を有する理由は、透明電極５２から誘電体層５５に光が入射する際に、全反射を起こさせないためである。また、誘電体層５５と基板５１の屈折率差が０．２以上である理由は、界面で光を屈折させてレンズとしての十分な集光効果を発現させるためである。
　この有機ＥＬ素子も、第１の実施形態の有機ＥＬ素子と同様に、ボトムエミッション型の有機ＥＬ素子である。誘電体層５５のレンズ構造５５ａに対応する凹状部５１ｃを備えるため、基板５１の材料及び厚さとしては、第１の実施形態の基板と同様なものを用いることができる。
　透明電極５２は、その材料としては、第１の実施形態の透明電極材料と同様なものを用いることができる。その厚さとしては第１の実施形態の透明電極２の層状部２ｄと同程度の厚さとすることができる。
　金属電極５４は第１の実施形態の有機ＥＬ素子と同様に、その有機層側の表面５４Aに少なくとも一方向に周期的に配置する複数の放射凹凸部５４ａを有するものである。その放射凹凸部５４ａの少なくとも一方向の周期は、誘電体層５５のレンズ構造５５ａの一方向の周期と同じである。放射凹凸部５４ａの構成も第１の実施形態の有機ＥＬ素子と同様の構成とすることができる。
　また、金属電極５４は、その材料及び厚さとしては第１の実施形態と同様のものを用いることができる。
　有機層５３は、透明電極５２と金属電極５４との間に配置し、層状部５３ｄと、金属電極５４の放射凹凸部５４ａの形状に相補的な形状の凸部５３ｅとを有する。その材料及び厚さとしては第１の実施形態と同様のものを用いることができる。
　誘電体層５５は、基板５１と透明電極５２との間に配置し、透明電極５２の屈折率と０．１以下の屈折率差の屈折率であって、かつ、基板５１の屈折率より高い屈折率（屈折率差が０．２以上）を有するものである。さらに、基板５１との界面に基板側に突出するレンズ構造５５ａを備えている。
　誘電体層５５の材料としては、第４の実施形態の第１誘電体層４５に対して挙げられたものと同様のものを用いることができるが、上述の屈折率の条件を満たす必要がある。
　誘電体層５５の厚さとしては、所望のレンズ構造５５ａの高さより厚いことを要する。
　基板５１と誘電体層５５の間の界面５９に、基板側に突出する誘電体層５５のレンズ構造５５ａの凸曲面を有している。基板５１は誘電体層５５のレンズ構造５５ａに対応する凹状部５１ｃを有する。
　本実施形態の有機ＥＬ素子においても第１の実施形態の場合と同様に（図示は省略）、有機層５３に含まれる発光層で発光した光のうち、金属電極表面に捕捉されたＳＰＰモード光が金属電極表面の放射凹凸部５４ａで伝播光として再放射されて取り出され、有機層５３及び透明電極５２を通過して誘電体層５５に入る。そして、誘電体層５５のレンズ構造５５ａ１（５５ａ）と基板５１の凹状部５１ｃ１（５１ｃ）との界面に達した光は、基板５１の屈折率より高い屈折率を有する誘電体層５５から基板５１に入るその界面において、レンズ構造５５ａ１（５５ａ）の中心線ＣＣ側寄りに屈折する。
　このように、金属電極５４の放射凹凸部５４ａで伝播光として再放射された光は、誘電体層５５のレンズ構造５５ａの中心線ＣＣから離れる方向でレンズ構造５５ａに入射しても、レンズ構造５５ａの中心線ＣＣ側寄りに屈折して基板５１の外へ取り出されることになる。これにより、基板の正面方向への光の取り出しが多くなる。
　以上、図８（ａ）を用いて行った説明は、誘電体層５５の屈折率が基板５１の屈折率より高い場合についてのものである。
　図８（ｂ）に示す有機ＥＬ素子は、図８（ａ）に示す有機ＥＬ素子に対して、レンズ構造の突出する向きが反対側を向いている構成である。この構成において、基板５１の屈折率が誘電体層５５の屈折率よりも高く（屈折率差が０．２以上）なるように、基板５１及び誘電体層５５の材料を選択した場合に、図８（ｂ）に示す有機ＥＬ素子は、図８（ａ）に示す有機ＥＬ素子におけるレンズ作用と同様のレンズ作用（集光機能）を発揮し、図８（ａ）に示す有機ＥＬ素子と同様の光取出し効果を得ることができる。
　図８（ｂ）において、誘電体層５５は、基板５１の屈折率よりも低い屈折率を有すると共に基板５１との界面に金属電極側に突出するレンズ構造（第５レンズ構造）５１ａを備えている。レンズ構造５１ａは放射凹凸部５４ａが周期的に配置する方向において放射凹凸部５４ａの周期と同じ周期で配置する。
このような誘電体層５５と基板５１の屈折率の関係は例えば、透明電極５２としてＰＥＤＯＴ：ＰＳＳなどの導電性高分子を用いた場合や、基板５１として高屈折率の基板を用いることによって得ることができる。
　このように、本実施形態の有機ＥＬ素子では、有機層に含まれる発光層で発光した光が、金属電極表面にＳＰＰモード光として捕捉されても、そのＳＰＰモード光は金属電極表面の放射凹凸部で伝播光として再放射されて取り出すことができ、さらに、その金属電極表面から取り出した光を、誘電体層と基板との界面のレンズ構造で基板の正面方向へ屈折させて基板の正面方向への光の取り出し量を増大させることができる。
（第６の実施形態）
　図９は、本発明の第６の実施形態に係る有機ＥＬ素子の一例を説明するための断面模式図である。図９（ａ）は、レンズ構造６２ａが基板６１側に突出する構成（誘電体層６５が凹状のレンズ構造を備える構成、透明電極６２と誘電体層６５との界面にレンズ構造を備える構成とも言える）である。図９（ｂ）は、レンズ構造６５ａ（透明電極６２が凹状のレンズ構造を備える構成、透明電極６２と誘電体層６５との界面にレンズ構造を備える構成とも言える）が金属電極６４側に突出する構成である。また、基板６１は、図９中に実線で示すように誘電体層の有機層とは反対側に備える構成でもよいし、二点鎖線で示すように金属電極の有機層とは反対側に備える構成でもよい。
　図９（ａ）に示す有機ＥＬ素子７０（基板６１が実線で示す構成の場合）は、基板６１上に、透明電極６２と、発光層を含む有機層６３と、金属電極６４とを順に具備し、透明電極側から外部に光を取り出すように構成された有機ＥＬ素子である。ここで、金属電極６４は、その有機層側の表面６４Aに少なくとも一方向に周期的に配置する複数の放射凹凸部６４ａを有するものである。また、基板６１と透明電極６２との間に誘電体層６５を備え、透明電極６２は、有機層６３の屈折率と０．１以下の屈折率差または有機層６３より高い屈折率を有する。また、透明電極６２は誘電体層６５の屈折率より高い屈折率（屈折率差が０．２以上）を有する。透明電極６２は、誘電体層６５との界面に基板側に突出するレンズ構造（第６レンズ構造）６２ａを備えている。レンズ構造６２ａは放射凹凸部６４ａが周期的に配置する方向において放射凹凸部６４ａの周期と同じ周期で配置する。
　誘電体層６２が有機層６３と０．１以下の屈折率差または有機層６３より高い屈折率を有する理由は、有機層６３から誘電体層６２に光が入射する際に、全反射を起こさせないためである。また、誘電体層６５と透明電極６２の屈折率差が０．２以上である理由は、界面で光を屈折させてレンズとしての十分な集光効果を発現させるためである。
　この有機ＥＬ素子は、トップエミッション型、ボトムエミッション型の有機ＥＬ素子のいずれにも適用できる。
　ボトムエミッション型に適用するためには、基板６１の材料及び厚さとしては、第１の実施形態の基板と同様なものを用いることができる。
　トップエミッション型に適用するためには、第１の実施形態の基板１と同様なものの他に、金属基板等の不透明な基板その他のトップエミッション型の有機ＥＬ素子で通常用いられる基板を用いることができる。
　透明電極６２は、誘電体層６５の屈折率よりも高い屈折率を有する（屈折率差が０．２以上）。また、透明電極６２は、誘電体層６５との界面に基板側に突出するレンズ構造６２ａと、レンズ構造６２ａの有機層側にレンズ構造６２ａと一体に形成された層状部６２ｄとを備えている。
　透明電極６２は、その材料及び構成について第１の実施形態の透明電極２と同様なものを用いることができる。
　透明電極６２と誘電体層６５との間の界面６９に、基板側に突出するレンズ構造６２ａの凸曲面を有しており、低誘電体層６５は透明電極６２のレンズ構造６２ａの形状に相補的な形状の凹部６５ｃを有する。
　金属電極６４は第１の実施形態の有機ＥＬ素子と同様に、その有機層側の表面６４Aに少なくとも一方向に周期的に配置する複数の放射凹凸部６４ａを有するものである。その放射凹凸部６４ａの少なくとも一方向の周期は、透明電極６２のレンズ構造６２ａの一方向の周期と同じである。放射凹凸部６４ａの構成も第１の実施形態の有機ＥＬ素子と同様の構成とすることができる。
　また、金属電極６４は、その材料及び厚さとしては第１の実施形態と同様のものを用いることができる。
　有機層６３は、透明電極６２と金属電極６４との間に配置し、層状部６３ｄと、金属電極６４の放射凹凸部６４ａの形状に相補的な形状の凸部６３ｅとを有する。その材料及び厚さとしては第１の実施形態と同様のものを用いることができる。
　誘電体層６５は、基板６１と透明電極６２との間に配置し、透明電極６２の屈折率より低い屈折率（屈折率差が０．２以上）を有するものであり、透明電極６２のレンズ構造６２ａに対応する凹部６５ｃを有する。誘電体層６５は、基板６１との界面で全反射が起きないように、基板６１の屈折率と同程度の屈折率（例えば、０．１以下の屈折率差の屈折率）か、基板６１の屈折率より低い屈折率を有することが好ましい。
　誘電体層６５の材料としては、第４の実施形態の第１誘電体層４５に対して挙げられたものと同様のものを用いることができるが、上述の屈折率の条件を満たす必要がある。
　誘電体層６５の厚さとしては、透明電極６２のレンズ構造６２ａの高さより厚いことを要する。
　本実施形態の有機ＥＬ素子においても第１の実施形態の場合と同様に（図示は省略）、有機層６３に含まれる発光層で発光した光のうち、金属電極表面に捕捉されたＳＰＰモード光が金属電極表面の放射凹凸部６４ａで伝播光として再放射されて取り出され、有機層６３を通過して透明電極６２に入る。そして、透明電極６２のレンズ構造６２ａ１（６２ａ）と誘電体層６５の凹部６５ｃ１（６５ｃ）との界面に達した光は、誘電体層６５の屈折率より高い屈折率を有する透明電極６２から誘電体層６５に入るその界面において、レンズ構造６２ａ１（６２ａ）の中心線ＣＣ側寄りに屈折する。
　このように、金属電極６４の放射凹凸部６４ａで伝播光として再放射された光は、透明電極６２のレンズ構造６２ａの中心線ＣＣから離れる方向でレンズ構造６２ａに入射しても、レンズ構造６２ａの中心線ＣＣ側寄りに屈折して基板６１の外へ取り出されることになる。これにより、基板の正面方向への光の取り出しが多くなる。
　以上、図９（ａ）を用いて行った説明は、誘電体層６５の屈折率が透明電極６２の屈折率より低い場合についてのものである。
　図９（ｂ）に示す有機ＥＬ素子は、図９（ａ）に示す有機ＥＬ素子に対して、レンズ構造の突出する向きが反対側を向いている構成である。この構成において、誘電体層６５の屈折率が透明電極６２の屈折率よりも高く（屈折率差が０．２以上）なるように、誘電体層６５及び透明電極６２の材料を選択した場合に、図９（ｂ）に示す有機ＥＬ素子は、図９（ａ）に示す有機ＥＬ素子におけるレンズ作用と同様のレンズ作用（集光機能）を発揮する。すなわち、図９（ａ）に示す有機ＥＬ素子と同様の光取出し効果を得ることができる。
　図９（ｂ）において、誘電体層６５は、透明電極６２の屈折率よりも高い屈折率を有すると共に透明電極６２との界面に金属電極側に突出するレンズ構造（第６レンズ構造）６５ａを備えている。レンズ構造６５ａは放射凹凸部６４ａが周期的に配置する方向において放射凹凸部６４ａの周期と同じ周期で配置する。
　このような誘電体層６５と透明電極６２の屈折率の関係は例えば、透明電極６２としてＰＥＤＯＴ：ＰＳＳなどの導電性高分子を用いることによって得ることができる。
　このように、本実施形態の有機ＥＬ素子では、有機層に含まれる発光層で発光した光が、金属電極表面にＳＰＰモード光として捕捉されても、そのＳＰＰモード光は金属電極表面の放射凹凸部で伝播光として再放射されて取り出すことができる。さらに、その金属電極表面から取り出した光を、透明電極と誘電体層との界面のレンズ構造で基板の正面方向へ屈折させて基板の正面方向への光の取り出し量を増大させることができる。
（第７の実施形態）
　図１０は、本発明の第７の実施形態に係る有機ＥＬ素子の一例を説明するための断面模式図である。
　本発明の第７の実施形態に係る有機ＥＬ素子８０は、基板７１上に、透明電極７２と、発光層を含む有機層７３と、金属電極７４とを順に具備し、透明電極側から外部に光を取り出すように構成された有機ＥＬ素子である。ここで、金属電極７４は、その有機層側の表面７４Aに少なくとも一方向に周期的に配置する複数の放射凹凸部７４ａを有するものである。また、基板７１の、透明電極７２とは反対側に誘電体層７５を備え、誘電体層７５は、基板７１の屈折率と０．１以下の屈折率差または前記基板より高い屈折率を有する。更に、誘電体層７５は基板とは反対側に突出するレンズ構造（第７レンズ構造）７５ａを備えている。レンズ構造７５ａは放射凹凸部７４ａが周期的に配置する方向において放射凹凸部７４ａの周期と同じ周期で配置する。
　誘電体層７５が基板７１と０．１以下の屈折率差または基板７１より高い屈折率を有する理由は、基板７１から誘電体層７５に光が入射する際に、全反射を起こさせないためである。
　この有機ＥＬ素子も、第１の実施形態の有機ＥＬ素子と同様に、ボトムエミッション型の有機ＥＬ素子であるため、基板７１の材料及び厚さとしては、第１の実施形態の基板１と同様なものを用いることができる。
　透明電極７２は、その材料としては、第１の実施形態の透明電極材料と同様なものを用いることができる。その厚さとしては第１の実施形態の透明電極２の層状部２ｄと同程度の厚さとすることができる。
　金属電極７４は第１の実施形態の有機ＥＬ素子と同様に、その有機層側の表面７４Aに少なくとも一方向に周期的に配置する複数の放射凹凸部７４ａを有するものである。その放射凹凸部７４ａの少なくとも一方向の周期は、誘電体層７５のレンズ構造７５ａの一方向の周期と同じである。放射凹凸部７４ａの構成も第１の実施形態の有機ＥＬ素子と同様の構成とすることができる。
　また、金属電極７４は、その材料及び厚さとしては第１の実施形態と同様のものを用いることができる。
　有機層７３は第１の実施形態の有機ＥＬ素子と同様に、透明電極７２と金属電極７４との間に配置し、層状部７３ｄと、金属電極７４の放射凹凸部７４ａの形状に相補的な形状の凸部７３ｅとを有する。その材料及び厚さとしては第１の実施形態と同様のものを用いることができる。
　誘電体層７５は、基板７１の屈折率と０．１以下の屈折率差または前記基板より高い屈折率を有すると共に、基板７１とは反対側に突出するレンズ構造７５ａを備えている。
　基板７１の、前記透明電極７２とは反対側に備える層である誘電体層７５が大気側に突出するレンズ構造７５ａを備えている。
　誘電体層７５の材料としては、第４の実施形態の第１誘電体層４５に対して挙げられたものと同様のものを用いることができるが、上述の屈折率の条件を満たす必要がある。
　本実施形態の有機ＥＬ素子においても第１の実施形態の場合と同様に（図示は省略）、有機層７３に含まれる発光層で発光した光のうち、金属電極表面に捕捉されたＳＰＰモード光が金属電極表面の放射凹凸部７４ａで再放射されて取り出され、有機層７３、透明電極７２及び基板７１を通過して誘電体層７５に入る。そして、誘電体層７５のレンズ構造７５ａ１（７５ａ）と大気との界面に達した光は、大気の屈折率より高い屈折率を有する誘電体層７５から大気中に出るその界面において、レンズ構造７５ａ１（７５ａ）の中心線ＣＣ側寄りに屈折する。
　このように、金属電極７４の放射凹凸部７４ａで伝播光として再放射された光は、誘電体層７５のレンズ構造７５ａの中心線ＣＣから離れる方向でレンズ構造７５ａに入射しても、レンズ構造７５ａの中心線ＣＣ側寄りに屈折して素子の外へ取り出されることになる。これにより、基板の正面方向への光の取り出しが多くなる。
　このように、本実施形態の有機ＥＬ素子では、有機層に含まれる発光層で発光した光が、金属電極表面にＳＰＰモード光として捕捉されても、そのＳＰＰモード光は金属電極表面の放射凹凸部で伝播光として再放射されて取り出すことができる。さらに、その金属電極表面から取り出した光を、誘電体層と大気との界面のレンズ構造で基板の正面方向へ屈折させて基板の正面方向への光の取り出し量を増大させることができる。
（第８の実施形態）
　図１１は、本発明の第８の実施形態に係る有機ＥＬ素子の一例を説明するための断面模式図である。図１１は、レンズ構造８３ａ（透明導電層８５が凹状のレンズ構造を備える構成、有機層８３と透明導電層８５との界面にレンズ構造を備える構成とも言える）が基板８１側に突出する構成である。また、基板８１は、図１１中に実線で示すように透明電極の有機層とは反対側に備える構成でもよいし、二点鎖線で示すように金属電極の有機層とは反対側に備える構成でもよい。
　図１１に示す有機ＥＬ素子１００（基板８１が実線で示す構成の場合）は、基板８１上に、透明電極８２と、発光層を含む有機層８３と、金属電極８４とを順に具備し、透明電極８２側から外部に光を取り出すように構成された有機ＥＬ素子である。ここで、金属電極８４は、その有機層側の表面８４Aに少なくとも一方向に周期的に配置する複数の放射凹凸部８４ａを有するものである。また、透明電極８２と有機層８３との間に透明導電層８５を備え、透明導電層８５は有機層８３の屈折率より低い屈折率（屈折率差が０．２以上）を有する。更に、有機層８３は透明導電層８５との界面に基板側に突出するレンズ構造（第８レンズ構造）８３ａを備えてなり、レンズ構造８３ａは放射凹凸部８４ａが周期的に配置する方向において放射凹凸部８４ａの周期と同じ周期で配置する。
　透明導電層８５と有機層８３の屈折率差が０．２以上である理由は、界面で光を屈折させてレンズとしての十分な集光効果を発現させるためである。
　ここで、有機層の屈折率とは、発光層（有機発光層）を含む全ての層のうち、最も高い層の屈折率をいう。
　この有機ＥＬ素子も、トップエミッション型、ボトムエミッション型の有機ＥＬ素子のいずれにも適用できる。
　ボトムエミッション型に適用するためには、基板８１の材料及び厚さとしては、第１の実施形態の基板１と同様なものを用いることができる。
　トップエミッション型に適用するためには、第１の実施形態の基板１と同様なものの他に、金属基板等の不透明な基板その他のトップエミッション型の有機ＥＬ素子で通常用いられる基板を用いることができる。
　透明電極８２は、その材料としては、第１の実施形態の透明電極材料と同様なものを用いることができる。また、その厚さとしては第１の実施形態の透明電極２の層状部２ｄと同程度の厚さとすることができる。
　金属電極８４は第１の実施形態の有機ＥＬ素子と同様に、その有機層側の表面８４Aに少なくとも一方向に周期的に配置する複数の放射凹凸部８４ａを有するものである。その放射凹凸部８４ａの少なくとも一方向の周期は、透明導電層８５のレンズ構造８５ａの一方向の周期と同じである。放射凹凸部８４ａの構成も第１の実施形態の有機ＥＬ素子と同様の構成とすることができる。
　また、金属電極８４は、その材料及び厚さとしては他の実施形態と同様のものを用いることができる。
　有機層８３は、透明導電層８５のレンズ構造８５ａと金属電極８４との間に配置する。レンズ構造８３ａと、レンズ構造８３ａと一体に形成された層状部８３ｄと、金属電極８４の放射凹凸部８４ａの形状に相補的な形状の凸部８３ｅとを有する。図１１に示す例では、放射凹凸部８４ａの形状に相補的な部分の形状は凸形状であるが、放射凹凸部８４ａの形状に相補的であればその他の形状でもよい。放射凹凸部８４ａの形状にぴったりはまる（フィットする）必要はない。
　また、有機層８３は、その材料としては他の実施形態と同様のものを用いることができる。
　透明導電層８５は、有機層８３の屈折率より低い屈折率（屈折率差が０．２以上）を有すると共に、有機層８３との界面に基板側に突出するレンズ構造８３ａの形状に相補的な形状の凹状部８５ｃを備えている。透明導電層８５は、基板８１との界面で全反射が起きないように、透明電極８２の屈折率と同程度の屈折率（例えば、０．１以下の屈折率差の屈折率）か、透明電極８２の屈折率より低い屈折率を有することが好ましい。
　透明導電層８５の材料としては、第４の実施形態の第１誘電体層４５に対して挙げられたものと同様のものを用いることができるが、上述の屈折率の条件を満たす必要がある。
透明導電層８５の材料として具体的には例えば、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ（代表的な屈折率１．５）が挙げられる。
　透明導電層８５の厚さとしては、所望のレンズ構造８５ａの高さより厚いことを要する。
　有機層８３と透明導電層８５との間の界面８９に、基板側に突出する有機層８３のレンズ構造８３ａの凸曲面を有している。透明導電層８５は有機層８３のレンズ構造８３ａの形状に相補的な形状の凹状部８５ｃを有する。
　本実施形態の有機ＥＬ素子においても第１の実施形態の場合と同様に（図示は省略）、有機層８３に含まれる発光層で発光した光のうち、金属電極表面に捕捉されたＳＰＰモード光が金属電極表面の放射凹凸部８４ａで伝播光として再放射されて取り出され、有機層８３を通過して透明導電層８５に入る。その際、有機層８３のレンズ構造８３ａ１（８３ａ）と透明導電層８５の凹状部８５ｃ１（８５ｃ）との界面に達した光は、有機層８３から有機層８３の屈折率より低い屈折率を有する透明導電層８５に入るその界面において、レンズ構造８３ａ１（８３ａ）の中心線ＣＣ側寄りに屈折する。
　このように、金属電極８４の放射凹凸部８４ａで伝播光として再放射された光は、有機層８３のレンズ構造８３ａの中心線ＣＣから離れる方向でレンズ構造８３ａに入射しても、レンズ構造８３ａの中心線ＣＣ側寄りに屈折して基板８１の外へ取り出されることになる。これにより、基板の正面方向への光の取り出しが多くなる。
　このように、本実施形態の有機ＥＬ素子では、有機層に含まれる発光層で発光した光が、金属電極表面にＳＰＰモード光として捕捉されても、そのＳＰＰモード光は金属電極表面の放射凹凸部で伝播光として再放射されて取り出すことができる。さらに、その金属電極表面から取り出した光を、透明導電層と有機層のレンズ構造との界面で基板の正面方向へ屈折させて基板の正面方向への光の取り出し量を増大させることができる。
　このような透明導電層８５と有機層８３の屈折率の関係は透明電極８２の屈折率には関係しないため、この場合、透明電極８２として用いられる材料は特に限定はされない。誘電体層８５の屈折率と同じかこれより高い材料が透明導電層８５との界面で全反射を起こしにくいため好ましい。
（第９の実施形態）
　図１２は、本発明の第９の実施形態に係る有機ＥＬ素子の一例を説明するための断面模式図である。図１２（ａ）は、レンズ構造９１ａが誘電体層９５側に突出する構成（誘電体層９５が凹状のレンズ構造を備える構成、基板９１と誘電体層９５との界面にレンズ構造を備える構成とも言える）である。図１２（ｂ）は、レンズ構造９５ａ（基板９１が凹状のレンズ構造を備える構成、基板９１と誘電体層９５との界面にレンズ構造を備える構成とも言える）が基板９１側に突出する構成である。
　図１２（ａ）に示す有機ＥＬ素子１００は、基板９１上に、透明電極９２と、発光層を含む有機層９３と、金属電極９４とを順に具備する。また、基板９１の透明電極９２の反対側から外部に光を取り出すように構成された有機ＥＬ素子である。ここで、金属電極９４は、その有機層側の表面９４Aに少なくとも一方向に周期的に配置する複数の放射凹凸部９４ａを有するものである。また、基板９１の透明電極９２とは反対側に誘電体層９５を備え、誘電体層９５は基板９１の屈折率より低い屈折率（屈折率差が０．２以上）を有する。更に、基板９１は誘電体層９５との界面に有機層側に突出するレンズ構造（第９レンズ構造）９１ａを備えてなり、レンズ構造９１ａは放射凹凸部９４ａが周期的に配置する方向において放射凹凸部９４ａの周期と同じ周期で配置する。
　誘電体層９５と基板９１の屈折率差が０．２以上である理由は、界面で光を屈折させてレンズとしての十分な集光効果を発現させるためである。
　基板９１は、誘電体層９５との界面に誘電体層９５側に突出するレンズ構造９１ａと、レンズ構造９１ａの透明電極９２側にレンズ構造９１ａと一体とされた層状部９１ｄとを備えてなる。
　この有機ＥＬ素子は、第１の実施形態の有機ＥＬ素子と同様に、ボトムエミッション型の有機ＥＬ素子であるため、基板９１の材料及び層状部９１ｄの厚さとしては、第１の実施形態の基板１と同様なものを用いることができる。
　本実施形態では、基板９１はレンズ構造９１ａを備える。そのため、第１の実施形態の有機ＥＬ素子と同様に、より精確に加工しやすい材料であるのが好ましい。
　透明電極９２は、その材料としては、第１の実施形態の透明電極材料と同様なものを用いることができる。
　また、透明電極９２の厚さとしては特に限定されるものではない。例えば１０～２０００ｎｍであり、好ましくは５０～１０００ｎｍである。１０ｎｍより薄いと透明電極１２のシート抵抗が増大する。２０００ｎｍより厚いと透明電極９２の透過率が低下する。
　金属電極９４は第１の実施形態の有機ＥＬ素子と同様に、その有機層側の表面９４Aに少なくとも一方向に周期的に配置する複数の放射凹凸部９４ａを有する。その放射凹凸部９４ａの少なくとも一方向の周期は、基板９１のレンズ構造９１ａの一方向の周期と同じである。放射凹凸部９４ａの構成も第１の実施形態の有機ＥＬ素子と同様の構成とすることができる。
　また、金属電極９４は、その材料及び厚さとしては第１の実施形態と同様のものを用いることができる。
　有機層９３は、透明電極９２と金属電極９４との間に配置し、層状部９３ａと、金属電極９４の放射凹凸部９４ａの形状に相補的な形状の凸部９３ｅとを有する。その材料及び厚さとしては第１の実施形態と同様のものを用いることができる。
　誘電体層９５は、基板９１の透明電極９２とは反対側に配置し、基板９１の屈折率より高い屈折率（屈折率差が０．２以上）を有すると共に、基板９１との界面に基板９１のレンズ構造９１ａの形状に相補的な形状の凹部９５ｃを有する。
　誘電体層９５の材料としては、第４の実施形態の第１誘電体層４５に対して挙げられたものと同様のものを用いることができるが、上述の屈折率の条件を満たす必要がある。
　誘電体層９５の厚さとしては、基板９１のレンズ構造９１ａの高さより厚いことを要する。
　本実施形態の有機ＥＬ素子においても第１の実施形態の場合と同様に（図示は省略）、有機層９３に含まれる発光層で発光した光のうち、金属電極表面に捕捉されたＳＰＰモード光が金属電極表面の放射凹凸部９４ａで伝播光として再放射されて取り出され、有機層９３及び透明電極９２を通過して基板９１に入る。そして、基板９１のレンズ構造９１ａ１（９１ａ）と誘電体層９５の凹状部９５ｃ１（９５ｃ）との界面に達した光は、誘電体層９５の屈折率より高い屈折率を有する基板９１から誘電体層９５に入るその界面において、レンズ構造９１ａ１（９１ａ）の中心線ＣＣ側寄りに屈折する。
　このように、金属電極９４の放射凹凸部９４ａで伝播光として再放射された光は、基板９１のレンズ構造９１ａの中心線ＣＣから離れる方向でレンズ構造９１ａに入射しても、レンズ構造レンズ構造９１ａの中心線ＣＣ側寄りに屈折して素子外へ取り出されることになる。これにより、基板の正面方向への光の取り出しが多くなる。
　以上、図１２（ａ）を用いて行った説明は、誘電体層９５の屈折率が基板９１の屈折率より低い場合についてのものである。この場合の誘電体層９５および基板９１の具体例としては例えば、それぞれ第４の実施形態の第１誘電体層４５、第１の実施形態の基板１の材料として例示されたもののうち、上述した屈折率の条件を満たすいずれの組み合わせも用いることができる。
　図１２（ｂ）に示す有機ＥＬ素子は、図１２（ａ）に示す有機ＥＬ素子に対して、レンズ構造の突出する向きが反対側を向いている構成である。この構成において、誘電体層９５の屈折率が基板９１の屈折率よりも高く（屈折率差が０．２以上）なるように、誘電体層９５及び基板９１の材料を選択した場合に、図１２（ａ）に示す有機ＥＬ素子のレンズ作用と同様のレンズ作用（集光効果）を発揮し、図１２（ａ）に示す有機ＥＬ素子と同様の光取出し効果を得ることができる。
　図１２（ｂ）において、誘電体層９５は、基板９１の屈折率よりも高い屈折率を有すると共に基板９１との界面に基板側に突出するレンズ構造（第９レンズ構造）９５ａを備えている。レンズ構造９５ａａは放射凹凸部９４ａが周期的に配置する方向において放射凹凸部９４ａの周期と同じ周期で配置する。
　このように、本実施形態の有機ＥＬ素子では、有機層に含まれる発光層で発光した光が、金属電極表面にＳＰＰモード光として捕捉されても、そのＳＰＰモード光は金属電極表面の放射凹凸部で伝播光として再放射されて取り出すことができる。さらに、その金属電極表面から取り出した光を、基板と誘電体層との界面のレンズ構造で基板の正面方向へ屈折させて基板の正面方向への光の取り出し量を増大させることができる。
（第１０の実施形態）
　図１３は、本発明の第１０の実施形態に係る有機ＥＬ素子の一例を説明するための断面模式図である。図１３（ａ）は、レンズ構造１０５ａが第４誘電体層１０６側に突出する構成（第４誘電体層１０６が凹状のレンズ構造を備える構成、第３誘電体層１０５と第４誘電体層１０６との界面にレンズ構造を備える構成とも言える）である。図１３（ｂ）は、レンズ構造１０６ａ（第３誘電体層１０５が凹状のレンズ構造を備える構成、第３誘電体層１０５と第４誘電体層１０６との界面にレンズ構造を備える構成とも言える）が第３誘電体層１０５側に突出する構成である。
　第３誘電体層１０５および第４誘電体層１０６の材料としては、第４の実施形態の第１誘電体層４５に対して挙げられたものと同様のものを用いることができるが、後述の屈折率の条件を満たす必要がある。
　図１３（ａ）に示す有機ＥＬ素子１１０は、基板１０１上に、透明電極１０２と、発光層を含む有機層１１３と、金属電極１０４とを順に具備し、基板１０１の透明電極１０２の反対側から外部に光を取り出すように構成された有機ＥＬ素子である。ここで、金属電極１０４は、その有機層側の表面１０４Aに少なくとも一方向に周期的に配置する複数の放射凹凸部１０４ａを有するものである。また、基板１０１の透明電極１０２とは反対側に、基板１０１側から第３誘電体層１０５と第４誘電体層１０６を順に備え、第３誘電体層１０５は基板１０１の屈折率と０．１以下の屈折率差または基板１０１より高い屈折率を有し、第３誘電体層１０５の屈折率は第４誘電体層１０６より高い（屈折率差は０．２以上）。更に、第３誘電体層１０５は第４誘電体層１０６との界面に、第４誘電体層１０６側に突出するレンズ構造（第１０レンズ構造）１０５ａを備えてなり、レンズ構造１０５ａは放射凹凸部１０４ａが周期的に配置する方向において放射凹凸部１０４ａの周期と同じ周期で配置する。
　第３誘電体層１０５が基板１０１と０．１以下の屈折率差または基板１０１より高い屈折率を有する理由は、基板１０１から第３誘電体層１０５に光が入射する際に、全反射を起こさせないためである。また、第３誘電体層１０５と第４誘電体層１０６の屈折率差が０．２以上である理由は、界面で光を屈折させてレンズとしての十分な集光効果を発現させるためである。
　この有機ＥＬ素子は、第１の実施形態の有機ＥＬ素子と同様に、ボトムエミッション型の有機ＥＬ素子であるため、基板１０１の材料の厚さとしては、第１の実施形態の基板１と同様なものを用いることができる。
　透明電極１０２は、その材料としては、第１の実施形態の透明電極材料と同様なものを用いることができる。
　また、透明電極１０２の厚さとしては特に限定されるものではない。例えば１０～２０００ｎｍであり、好ましくは５０～１０００ｎｍである。１０ｎｍより薄いと透明電極１０２のシート抵抗が増大する。２０００ｎｍより厚いと透明電極１０２の透過率が低下する。
　金属電極１０４は第１の実施形態の有機ＥＬ素子と同様に、その有機層側の表面１０４Aに少なくとも一方向に周期的に配置する複数の放射凹凸部１０４ａを有する。その放射凹凸部１０４ａの少なくとも一方向の周期は、第３誘電体層１０５のレンズ構造１０５ａの一方向の周期と同じである。放射凹凸部１０４ａの構成も第１の実施形態の有機ＥＬ素子と同様の構成とすることができる。
　また、金属電極１０４は、その材料及び厚さとしては第１の実施形態と同様のものを用いることができる。
　有機層１０３は、透明電極１０２と金属電極１０４との間に配置し、層状部１０３ｄと、金属電極１０４の放射凹凸部１０４ａの形状に相補的な形状の凸部１０３ｅとを有する。その材料及び厚さとしては第１の実施形態と同様のものを用いることができる。
　第３誘電体層１０５は、基板１０１の透明電極１０２とは反対側に配置し、基板１１１の屈折率と０．１以下の屈折率差または基板１１１より高い屈折率を有すると共に第４誘電体層１０６との屈折率差は０．２以上であり、基板１１１側に層状部１０５ｄと第４誘電体層１０６との界面にレンズ構造１０５ａとを有する。また、第３誘電体層１０５は層状部１０５ｄを有さない構造でもよい。第３誘電体層１０５は、基板１０１との界面で全反射が起きないように、基板１０１の屈折率と同程度の屈折率（例えば、０．１以下の屈折率差の屈折率）か、基板１０１の屈折率より高い屈折率を有することが好ましい。
　第３誘電体層１０５の材料としては特に限定はされない。例えば、上記屈折率の条件を満たすＳＯＧや、ＺｎＯ（代表的な屈折率：２．０２）などを用いることができる。
　第４誘電体層１０６は、第３誘電体層１０５の基板１０１とは反対側に配置し、第３誘電体層１０５のレンズ構造１０５ａの形状に相補的な形状の凹状部１０６ａを有する。
　第４誘電体層１０６の材料としては特に限定されるものではないが、例えば上記屈折率の条件を満たすＳＯＧやポリエチレンナフタレート（代表的な屈折率：１．７７）、ＭｇＯ(代表的な屈折率：１．７４)などを用いることができる。
　第４誘電体層１０６の厚さとしては、第３誘電体層１０５のレンズ構造１０５ａの高さより厚いことを要する。
　本実施形態の有機ＥＬ素子においても第１の実施形態の場合と同様に（図示は省略）、有機層１０３に含まれる発光層で発光した光のうち、金属電極表面に捕捉されたＳＰＰモード光が金属電極表面の放射凹凸部１０４ａで伝播光として再放射されて取り出され、有機層１０３及び透明電極１０２を通過して基板１０１に入る。さらに基板１０１を通過して第３誘電体層１０５の層状部１０５ｄに入り、そして、第３誘電体層１０５のレンズ構造１０５ａと第４誘電体層１０６の凹状部１０６ｃとの界面に達した光は、第４誘電体層１０６の屈折率より高い屈折率を有する第３誘電体層１０５から第４誘電体層１０６に入るその界面において、レンズ構造１０５ａ１（レンズ構造１０５ａ）の中心線ＣＣ側寄りに屈折する。
　このように、金属電極１０４の放射凹凸部１０４ａで伝播光として再放射された光は、第３誘電体層１０５のレンズ構造１０５ａの中心線ＣＣから離れる方向でレンズ構造１０５ａに入射しても、レンズ構造１０５ａの中心線ＣＣ側寄りに屈折して素子外へ取り出されることになる。これにより、基板の正面方向への光の取り出しが多くなる。
　以上、図１３（ａ）を用いて行った説明は、第３誘電体層１０５の屈折率が第４誘電体層１０６の屈折率より高い場合についてのものである。
　図１３（ｂ）に示す有機ＥＬ素子は、図１３（ａ）に示す有機ＥＬ素子に対して、レンズ構造の突出する向きが反対側を向いている構成である。この構成において、第３誘電体層１０５の屈折率が第４誘電体層１０６の屈折率よりも低くなるように、第３誘電体層１０５及び第４誘電体層１０６の材料を選択した場合に、図１３（ａ）に示す有機ＥＬ素子のレンズ作用と同様のレンズ作用（集光機能）を発揮し、図１３（ａ）に示す有機ＥＬ素子と同様の光取出し効果を得ることができる。
　図１３（ｂ）において、第４誘電体層１０６は、第３誘電体層１０５の屈折率よりも高い屈折率（屈折率差が０．２以上）を有すると共に第３誘電体層１０５との界面に基板側に突出するレンズ構造（第１０レンズ構造）１０６ａを備えてなり、レンズ構造１０６ａは放射凹凸部１０４ａが周期的に配置する方向において放射凹凸部１０４ａの周期と同じ周期で配置する。
　このような第３誘電体層１０５と第４誘電体層１０６の屈折率の関係は、図１３（ａ）に示す有機ＥＬ素子に用いられる屈折率の関係と逆の関係を有する材料を選択することにより得られる。
　このように、本実施形態の有機ＥＬ素子では、有機層に含まれる発光層で発光した光が、金属電極表面にＳＰＰモード光として捕捉されても、そのＳＰＰモード光は金属電極表面の放射凹凸部で伝播光として再放射されて取り出すことができる。さらに、その金属電極表面から取り出した光を、第３誘電体層１０５と第４誘電体層１０６との界面のレンズ構造で基板の正面方向へ屈折させて基板の正面方向への光の取り出し量を増大させることができる。
（第１１の実施形態）
　図１４は、本発明の第１１の実施形態に係る有機ＥＬ素子の一例を説明するための断面模式図である。
　図１４に示す有機ＥＬ素子１２０は、透明電極１１２と、発光層を含む有機層１１３と、金属電極１１４とを順に具備し、金属電極１１４の、有機層１１３とは反対側の面に基板１１１を備え、透明電極１１２側から外部に光を取り出すように構成された有機ＥＬ素子である。ここで、金属電極１１４は、その有機層側の表面１１４Aに少なくとも一方向に周期的に配置する複数の放射凹凸部１１４ａを有するものである。また、透明電極１１２は、素子外に突出するレンズ構造（第１１レンズ構造）１１２ａを備えてなる。レンズ構造１１２ａは放射凹凸部１１４ａが周期的に配置する方向において放射凹凸部１１４ａの周期と同じ周期で配置する。
　この有機ＥＬ素子は、トップエミッション型の有機ＥＬ素子であり、第１の実施形態の基板１と同様なものの他に、金属基板等の不透明な基板その他のトップエミッション型の有機ＥＬ素子で通常用いられる基板を用いることができる。
　透明電極１１２は、有機層１１３の金属電極１１４とは反対側に配置し、有機層１１３の屈折率と０．１以下の屈折率差または有機層１１３より高い屈折率を有すると共に、有機層１１３側に層状部１１２ｂと、大気との界面にレンズ構造１１２ａとを有する。透明電極１１２は層状部１１２ｄを有さない構造でもよい。
　透明電極１１２が有機層１１３と０．１以下の屈折率差または有機層１１３より高い屈折率を有する理由は、有機層１１３から透明電極１１２に光が入射する際に、全反射を起こさせないためである。
　また、透明電極１１２の厚さとしては特に限定されるものではない。例えば１０～２０００ｎｍであり、好ましくは５０～１０００ｎｍである。１０ｎｍより薄いと透明電極１２のシート抵抗が増大し、また、２０００ｎｍより厚いと透明電極１１２の透過率が低下する。
　金属電極１１４は第１の実施形態の有機ＥＬ素子と同様に、その有機層側の表面１１４Aに少なくとも一方向に周期的に配置する複数の放射凹凸部１１４ａを有するものであり、その放射凹凸部１１４ａの少なくとも一方向の周期は、透明電極１１２のレンズ構造１１２ａの一方向の周期と同じである。放射凹凸部１１４ａの構成も第１の実施形態の有機ＥＬ素子と同様の構成とすることができる。
　また、金属電極１１４は、その材料及び厚さとしては第１の実施形態と同様のものを用いることができる。
　有機層１１３は、透明電極１１２と金属電極１１４との間に配置し、層状部１１３ｄと、金属電極１１４の放射凹凸部１１４ａの形状に相補的な形状の凸部１１３ｅとを有する。その材料及び厚さとしては第１の実施形態と同様のものを用いることができる。
　本実施形態の有機ＥＬ素子においても第１の実施形態の場合と同様に、有機層１１３に含まれる発光層で発光した光のうち、金属電極表面に捕捉されたＳＰＰモード光が金属電極表面の放射凹凸部１１４ａで伝播光として再放射されて取り出され、有機層１１３及び透明電極１１２の層状部１１２ｄを通過してレンズ構造１１２ａに入る。そして、レンズ構造１１２ａ１（１１２ａ）と大気との界面に達した光は、大気の屈折率より高い屈折率を有する透明電極１１２から大気に入るその界面において、レンズ構造１１２ａ１（１１２ａ）の中心線ＣＣ側寄りに屈折する。
　このように、金属電極１１４の放射凹凸部１１４ａで伝播光として再放射された光は、透明電極１１２のレンズ構造１１２ａの中心線ＣＣから離れる方向でレンズ構造１１２ａに入射しても、レンズ構造１１２ａの中心線ＣＣ側寄りに屈折して素子外へ取り出されることになる。これにより、基板の正面方向への光の取り出しが多くなる。
　このように、本実施形態の有機ＥＬ素子では、有機層に含まれる発光層で発光した光が、金属電極表面にＳＰＰモード光として捕捉されても、そのＳＰＰモード光は金属電極表面の放射凹凸部で伝播光として再放射されて取り出すことができる。さらに、その金属電極表面から取り出した光を、透明電極１１２と大気との界面のレンズ構造で基板の正面方向へ屈折させて基板の正面方向への光の取り出し量を増大させることができる。
（第１２の実施形態）
　図１５は、本発明の第１２の実施形態に係る有機ＥＬ素子の一例を説明するための断面模式図である。
　図１５に示す有機ＥＬ素子１３０は、透明電極１２２と、発光層を含む有機層１２３と、金属電極１２４とを順に具備し、金属電極１２４の、有機層１２３とは反対側の面に基板１２１を備え、透明電極１２２側から外部に光を取り出すように構成された有機ＥＬ素子である。ここで、金属電極１２４は、その有機層側の表面１２４Aに少なくとも一方向に周期的に配置する複数の放射凹凸部１２４ａを有するものである。また、透明電極１２２の、基板１２１とは反対側に誘電体層１２５を有し、誘電体層１２５は透明電極１２２の屈折率と０．１以下の屈折率差または透明電極１２２の屈折率より高い屈折率を有する。更に、誘電体層１２５は前記透明電極１２２と反対の面に、素子外に突出するレンズ構造（第１２レンズ構造）１２５ａを備えてなり、レンズ構造１２５ａは放射凹凸部１２４ａが周期的に配置する方向において放射凹凸部１２４ａの周期と同じ周期で配置する。
　誘電体層１２５が透明電極１２２と０．１以下の屈折率差または透明電極１２２より高い屈折率を有する理由は、透明電極１２２から誘電体層１２５に光が入射する際に、全反射を起こさせないためである。
　この有機ＥＬ素子は、トップエミッション型の有機ＥＬ素子であり、第１の実施形態の基板１と同様なものの他に、金属基板等の不透明な基板その他のトップエミッション型の有機ＥＬ素子で通常用いられる基板を用いることができる。
　透明電極１２２は、その材料としては、第１の実施形態の透明電極材料と同様なものを用いることができる。
　また、透明電極１２２の厚さとしては特に限定されるものではない。例えば１０～２０００ｎｍであり、好ましくは５０～１０００ｎｍである。１０ｎｍより薄いと透明電極１２のシート抵抗が増大し、また、２０００ｎｍより厚いと透明電極１１２の透過率が低下する。
　金属電極１２４は第１の実施形態の有機ＥＬ素子と同様に、その有機層側の表面１２４Aに少なくとも一方向に周期的に配置する複数の放射凹凸部１２４ａを有するものである。その放射凹凸部１２４ａの少なくとも一方向の周期は、誘電体層１２５のレンズ構造１２５ａの一方向の周期と同じである。放射凹凸部１２４ａの構成も第１の実施形態の有機ＥＬ素子と同様の構成とすることができる。
　また、金属電極１２４は、その材料及び厚さとしては第１の実施形態と同様のものを用いることができる。
　有機層１２３は、透明電極１２２と金属電極１２４との間に配置し、層状部１２３ｄと、金属電極１２４の放射凹凸部１２４ａの形状に相補的な形状の凸部１２３ｅとを有する。その材料及び厚さとしては第１の実施形態と同様のものを用いることができる。
　誘電体層１２５は、透明電極１２２の基板１２１とは反対側に配置し、透明電極１２２の屈折率と０．１以下の屈折率差または透明電極１２２より高い屈折率を有すると共に、透明電極１２２側に層状部１２５ｄと、大気との界面にレンズ構造１２５ａとを有する。
誘電体層１２５は層状部１２５ｂを有さない構造でもよい。
　誘電体層１２５の材料としては、第４の実施形態の第１誘電体層４５に対して挙げられたものと同様のものを用いることができるが、上述の屈折率の条件を満たす必要がある。
　本実施形態の有機ＥＬ素子においても第１の実施形態の場合と同様に、有機層１２３に含まれる発光層で発光した光のうち、金属電極表面に捕捉されたＳＰＰモード光が金属電極表面の放射凹凸部１２４ａで伝播光として再放射されて取り出され、有機層１２３及び透明電極１２２を通過して誘電体層１２５に入る。そして、誘電体層１２５の層状部１２５ｄを通過してレンズ構造１２５ａ１（１２５ａ）に入り、レンズ構造１２５ａ１（１２５ａ）と大気との界面に達した光は、大気の屈折率より高い屈折率を有する誘電体層１２５から大気に入るその界面において、レンズ構造１２５ａ１（１２５ａ）の中心線ＣＣ側寄りに屈折する。
　このように、金属電極１２４の放射凹凸部１２４ａで伝播光として再放射された光は、透明電極１２２のレンズ構造１２２ａの中心線ＣＣから離れる方向でレンズ構造１２２ａに入射しても、レンズ構造１２２ａの中心線ＣＣ側寄りに屈折して素子外へ取り出されることになる。これにより、基板の正面方向への光の取り出しが多くなる。
　このように、本実施形態の有機ＥＬ素子では、有機層に含まれる発光層で発光した光が、金属電極表面にＳＰＰモード光として捕捉されても、そのＳＰＰモード光は金属電極表面の放射凹凸部で伝播光として再放射されて取り出すことができる。さらに、その金属電極表面から取り出した光を、誘電体層１２５と大気との界面のレンズ構造で基板の正面方向へ屈折させて基板の正面方向への光の取り出し量を増大させることができる。
（放射凹凸部の変形例）
　上述の通り、本発明の有機ＥＬ素子の金属電極の放射凹凸部は種々の構成をとることができる。放射凹凸部の各単位構造の重心と、レンズ構造の中心とが平面視して（金属電極面の法線方向から見て）一致していることが好ましい。
　図１６は凸状の放射凹凸部を例示するものであり、金属電極面の法線方向に沿った断面の模式図である。その凸状形状が、（ａ）は逆テーパーを有する形状、（ｂ）は半円状の形状、（ｃ）は円状の形状、（ｄ）は垂直テーパーを有する形状、（ｅ）は順テーパーを有する形状、（ｆ－１）は三角状の形状（金属電極面の法線に対して対称な斜辺を有する場合の一例）、（ｆ－２）は三角状の形状（金属電極面の法線に対して非対称な斜辺を有する場合の一例）、（ｇ）は尖りを有する形状、（ｈ）は矩形の凸部が複数ある（複凸部）構成、（ｆ－２’）は（ｆ－２）の非対称の凸状形状の向きが交互に逆を向いて配置して放射凹凸部全体をなす構成、の場合である。（ｆ－２）は向きが異なるものを組み合わせて配置して放射凹凸部全体をなす構成としてもよく、（ｆ－２’）はその一例である。
　図１６中の各構造に記された寸法は一例であって発明を特定するものではなく、後述の実施例（シミュレーション）の際に用いたモデルで用いた寸法である（図中の寸法の単位は記載がないものはｎｍである）。
　また、図１７は、図１６で示した凸状の形状と同じ形状の凹状の放射凹凸部を例示するものであり、金属電極面の法線方向に沿った断面の模式図である。その凹状形状が、（ｉ）は逆テーパーを有する形状、（ｊ）は半円状の形状、（ｋ）は円状の形状、（ｌ）は垂直テーパーを有する形状、（ｍ）は順テーパーを有する形状、（ｎ－１）は三角状の形状（金属電極面の法線に対して対称な斜辺を有する場合の一例）、（ｎ－２）は三角状の形状（金属電極面の法線に対して非対称な斜辺を有する場合の一例）、（ｏ）は尖りを有する形状、（ｐ）は矩形の凹部が複数ある（複凹部）構成、（ｎ－２’）は（ｎ－２）の非対称の凹状形状の向きが交互に逆を向いて配置して放射凹凸部全体をなす構成、の場合である。（ｎ－２）は向きが異なるものを組み合わせて配置して放射凹凸部全体をなす構成としてもよく、（ｎ－２’）はその一例である。
　尚、上記に図示した例では、（ｈ）及び（ｐ）以外は1つの放射凹凸部が1つの凸形状又は凹形状からなるが、1つの放射凹凸部が複数の凸形状及び／又は凹形状からなっていてもよい。なお、（ｆ－２’）及び（ｎ－２’）は、1つの放射凹凸部が1つの凸形状又は凹形状からなるものである。
　金属電極の有機層側表面が（ａ）～（ｐ）に示す凸形状または凹形状、およびこれらを組み合わせた凸形状及び／または凹形状を有すると、金属電極と有機層の界面を伝播するＳＰＰモード光は、これらの凹凸形状によって再放射され、それぞれの凹凸形状を中心として有機層内に放射する伝播光に変換される。すなわち、これらの凹凸構造一つ一つがＳＰＰモード光の放射起点として作用する。
　図１８は凸状の放射凹凸部の他の例を示すものであり、金属電極面の法線方向に沿った断面の模式図である。その凸状形状が、（ｑ）は蒲鉾状の形状、（ｒ）矩形波状の形状、（ｓ）は片鋸波状の形状、の場合である。
　図１８中の各構造に記された寸法は一例であって発明を特定するものではなく、後述の実施例（シミュレーション）の際に用いたモデルで用いた寸法である（図中の寸法の単位はｎｍである）。
　また、図１９は、図１８で示した凸状の形状と同じ形状の凹状の放射凹凸部の例示するものであり、金属電極面の法線方向に沿った断面の模式図である。その凹状形状が、（ｔ）は蒲鉾状の形状、（ｕ）矩形波状の形状、（ｖ）は片鋸波状の形状、の場合である。
　金属電極の有機層側表面が（ｑ）～（ｖ）のような凹凸形状を有すると、金属電極と有機層の界面を伝播するＳＰＰモード光は、隣り合う構造との境界や凹凸の切り替わり部で再放射され、これらの凹凸形状を中心として有機層内に放射する伝播光に変換される。すなわち、この部分がＳＰＰモード光の放射起点として作用する。
（画像表示装置）
　次に、上記の有機ＥＬ素子１０を備えた画像表示装置について説明を行う。上記の有機ＥＬ素子２０～１３０を備えた画像表示装置については、上記の有機ＥＬ素子１０を備えた画像表示装置と同様なので説明は省略する。
　図２０は、上記の有機ＥＬ素子を備えた画像表示装置の一例を説明した図である。
　図２０に示した画像表示装置２００は、いわゆるパッシブマトリクス型の画像表示装置であり、有機ＥＬ素子１０の他に、透明電極配線２０４、透明電極補助配線２０６、金属電極配線２０８、絶縁膜２１０、金属電極隔壁２１２、封止プレート２１６、シール材２１８とを備えている。
　本実施の形態において、有機ＥＬ素子１０の基板１上には、複数の透明電極配線２０４が形成されている。透明電極配線２０４は、一定の間隔を隔てて平行に配置される。透明電極配線２０４は、透明導電膜により構成され、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）を用いることができる。また透明電極配線２０４の厚さは例えば、１００ｎｍ～１５０ｎｍとすることができる。そして、それぞれの透明電極配線２０４の端部の上には、透明電極補助配線２０６が形成される。透明電極補助配線２０６は透明電極配線２０４と電気的に接続されている。このように構成することにより、透明電極補助配線２０６は、基板１の端部側において外部配線と接続するための端子として機能し、外部に設けられた図示しない駆動回路から透明電極補助配線２０６を介して透明電極配線２０４に電流を供給することができる。透明電極補助配線２０６は、例えば、厚さ５００ｎｍ～６００ｎｍの金属膜によって構成される。
　また、有機ＥＬ素子１０上には、複数の金属電極配線２０８が設けられている。複数の金属電極配線２０８は、それぞれが平行となるよう、かつ、透明電極配線２０４と直交するように配設されている。金属電極配線２０８には、Ａｌ又はＡｌ合金を使用することができる。金属電極配線２０８の厚さは、例えば、１００ｎｍ～１５０ｎｍである。また、金属電極配線２０８の端部には、透明電極配線２０４に対する透明電極補助配線２０６と同様に、図示しない金属電極補助配線が設けられ、金属電極配線２０８と電気的に接続されている。よって、金属電極配線２０８と金属電極補助配線との間に電流を流すことができる。
　更に基板１上には、透明電極配線２０４を覆うように絶縁膜２１０が形成される。絶縁膜２１０には、透明電極配線２０４の一部を露出するように矩形状の開口部２２０が設けられている。複数の開口部２２０は、透明電極配線２０４の上にマトリクス状に配置されている。この開口部２２０において、透明電極配線２０４と金属電極配線２０８の間に有機ＥＬ素子１０が設けられる。すなわち、それぞれの開口部２２０が画素となる。従って、開口部２２０に対応して表示領域が形成される。ここで、絶縁膜２１０の膜厚は、例えば、２００ｎｍ～１０００ｎｍとすることができ、開口部２２０の大きさは、例えば、１００μｍ×１００μｍとすることができる。
　有機ＥＬ素子１０は、開口部２２０において透明電極配線２０４と金属電極配線２０８の間に位置している。そしてこの場合、有機ＥＬ素子１０の透明電極２が透明電極配線２０４と接触し、金属電極４が金属電極配線２０８と接触する。有機ＥＬ素子１０の厚さは、例えば、１５０ｎｍ～２００ｎｍとすることができる。
　絶縁膜２１０の上には、複数の金属電極隔壁２１２が透明電極配線２０４と平面視で直交する方向に沿って形成されている。金属電極隔壁２１２は、金属電極配線２０８の配線同士が導通しないように、複数の金属電極配線２０８を空間的に分離するための役割を担っている。従って、隣接する金属電極隔壁２１２の間にそれぞれ金属電極配線２０８が配置される。金属電極隔壁２１２の大きさとしては、例えば、高さが２μｍ～３μｍ、幅が１０μｍのものを用いることができる。
　また、基板１は、封止プレート２１６とシール材２１８を介して貼り合わせられている。これにより、有機ＥＬ素子１０が設けられた空間を封止することができ、有機ＥＬ素子１０が大気中の水分により劣化するのを防ぐことができる。封止プレート２１６としては、例えば、厚さが０．７ｍｍ～１．１ｍｍの材料を使用することができる。封止プレート２１６は、素子がボトムエミッション型のように光を基板１側から取り出す場合は、透明でなくてもよい。一方、素子がトップエミッション型のように光を封止プレート２１６側から取り出す場合は封止プレート２１６は発光波長域の少なくとも一部の波長に対して透明である必要がある。
　このような構造の画像表示装置２００において、図示しない駆動装置により、透明電極補助配線１０６、図示しない金属電極補助配線を介して、有機ＥＬ素子１０に電流を供給し、発光層を発光させることができる。そして基板１から基板１を通し、光を出射させることができる。そして、上述の画素に対応した有機ＥＬ素子１０の発光、非発光を制御装置により制御することにより、画像表示装置２００に画像を表示させることができる。
（照明装置）
　次に、上記の有機ＥＬ素子１０を用いた照明装置について説明を行う。上記の有機ＥＬ素子２０～１３０を備えた照明装置については、上記の有機ＥＬ素子１０を用いた照明装置と同様なので説明は省略する。
　　図２１は、上記の有機ＥＬ素子１０を備える照明装置の一例を説明した図である。
　　図２１に示した照明装置３００は、上述した有機ＥＬ素子１０と、有機ＥＬ素子１０の基板１（図１参照）に隣接して設置され透明電極２（図１参照）に接続される端子３０２と、金属電極４（図１参照）に接続される端子３０３と、端子３０２と端子３０３とに接続し有機ＥＬ素子１０を駆動するための点灯回路３０１とから構成される。
　点灯回路３０１は、図示しない直流電源と図示しない制御回路を内部に有し、端子３０２と端子３０３を通して、有機ＥＬ素子１０の透明電極層２と金属電極４との間に電流を供給する。そして、有機ＥＬ素子１０を駆動し、発光層を発光させて、基板１から光を出射させ、照明光として利用する。発光層は白色光を出射する発光材料より構成されていてもよく、また緑色光（Ｇ）、青色光（Ｂ）、赤色光（Ｒ）を出射する発光材料を使用した有機ＥＬ素子１０をそれぞれ複数個設け、その合成光が白色となるようにしてもよい。
　本発明の有機ＥＬ素子の製造方法において、本発明に特有な工程について説明する。
　［レンズ構造の製造方法］
　本発明の有機ＥＬ素子の基板、透明電極、誘電体層（本明細書に記載に全ての誘電体層）及び有機層が備える半球状の凸部及び凹部は、公知のフォトリソグラフィ等のパターン形成技術を用いて形成することができる。特に、エッチングの選択比（エッチングされる材料のエッチング速度／マスクのエッチング速度）を低目に調整することにより、マスクもエッチングされながらエッチングが進むため、曲面形状が形成される。円形の開口部を有するマスクを用いると半球状の凹部が形成され、円形の島状のマスクを用いると半球状の凸部が形成される。
　また、半球状の凸部又は凹部を有する金型を使用して樹脂成形を行うことにより、半球状の凹部又は凸部を有する樹脂シートを製造することができる。
［金属電極の放射凹凸部とレンズ構造の位置を対応させて作製する方法］
〔１〕金属電極側から作製する方法（［基板１／金属電極／有機層／透明電極／誘電体層／基板２］の構成の場合）
　（１）基板上に金属電極を形成する。抵抗加熱蒸着法、電子ビーム蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法等の通常の方法で形成することができる。
　（２）金属電極を形成した後に、レーザパターニング法、ドライエッチング、ウエットエッチングを用いて凹凸を形成する。例えば図１６（ｄ）、（ｈ）、図１７（ｌ）、（ｐ）のようなテーパーが垂直な構造は、エッチング耐性の高いレジストマスクと、異方性の高いエッチングを用いればよい。また、図１６（ｂ）、（ｅ）～（ｈ）、図１７（ｊ）、（ｍ）～（ｐ）のように順テーパー構造は、マスクとして適切なテーパー形状を有したエッチング耐性の比較的低いレジスト使用することで形成できる。図１６（ａ）、（ｃ）、図１７（i）、（ｋ）のように逆テーパーを含む形状は、例えば以下のような方法により形成できる。先ず、金属電極上に、金属電極層とはエッチング速度の著しく異なる物質、例えばリン珪酸ガラス（ＰＳＧ）を用い、例えばプラズマＣＶＤ法により犠牲層を形成する。次に、犠牲層の所定部分をエッチングすることにより、逆テーパー形状を形成しようとする部分とポジ・ネガの関係に当たる部分（すなわち順テーパー形状）を残す。順テーパー形状の犠牲層上に、犠牲層間の空間が充分に充填されるように金属電極層を上記の方法で形成する。その後、電極層は化学機械研磨（ＣＭＰ）またはエッチバック工程により、犠牲層の表面が露出するように除去される。続いて、犠牲層は一般のドライエッチングまたはウエットエッチングにより除去され、金属電極に逆テーパー形状の凹凸構造が形成される。
　（３）有機層、透明電極（ＩＴＯなど）、誘電体層、基板（ＳＯＧやポリマー）を順に形成する。
　ここで、本発明の実施形態に対応して、有機層の上面、透明電極の上面、誘電体層の上面、または基板の表面にレンズ構造を上記のフォトリソグラフィにより形成する。フォトリソグラフィは１μｍ程度までは位置合わせ精度があるため、金属電極の凹凸とレンズ構造を位置的に対応させることが可能となる。
　（４）基板１は最終工程やその他工程において除去してもよい。
〔２〕透明電極側から作製する方法（［基板１／透明電極／有機層／金属電極］の構成の場合）
　（１）本発明の実施形態に対応して、基板にレンズ構造（例えば凹部）を有する場合には、基板にフォトリソグラフィやレーザパターニング法によりレンズ構造（例えば凹部）を形成する。
　（２）イオンプレーティング等を用いて、透明電極（ＩＴＯなど）を形成する。基板にレンズ構造（凹部）を有する場合には凹部を埋める。
　（３）透明電極にレンズ構造（例えば凹部）を有する場合には、透明電極の上面にレンズ構造を上記のフォトリソグラフィにより形成する。
　（４）有機層を成膜し、上面に凹凸構造をフォトリソグラフィにより形成する。
　（５）金属電極を蒸着させて、その凹凸構造を追従させて放射凹凸部を有する金属電極を形成する。
　本発明の有機ＥＬ素子の実施例について以下に説明する。
　図２２（ａ）及び（ｂ）は、本発明の有機ＥＬ素子の特徴である放射凹凸部とレンズ構造の組み合わせの効果を示すために、その一例として図８（ａ）に示した第５の実施形態について、有限差分時間領域法（ＦＤＴＤ（Finite Difference Time Domain ）Method）を用いて、光取り出し効率をコンピュータシミュレーション計算した結果を示す。ＦＤＴＤ法は、電磁界の時間変化を記述するＭａｘｗｅｌｌの方程式を空間的・時間的に差分化し、空間の各点における電磁界の時間変化を追跡するものである。より具体的には、発光層における発光を微小ダイポールからの放射と捉えて、その放射(電磁界)の時間変化を追跡するものである。計算負荷を低減するため、２次元空間にて実施した。シミュレーション結果は、基板まで光取り出しを行った結果を示すものである。横軸のλは波長、縦軸のηは光取り出し効率（絶対値）である。以下の図においても同じである。
　計算は、微小ダイポールの向きがＸ方向及びＹ方向（基板面に平行な方向）、それにＺ方向（基板面にへ垂直な方向）の場合について行った。ここで、Ｘ及びＹ方向のダイポールから放射される光は基板面に垂直方向に伝播する光がメインであり、Ｚ方向のダイポールから放射される光は基板面に平行な方向に伝播する光がメインである。そこで、以下本明細書では、Ｘ及びＹ方向のダイポールから放射される光を垂直方向伝播光、Ｚ方向のダイポールから放射される光を平行方向伝播光と呼ぶことがある。
　図２２（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ、垂直方向伝播光の光取り出し効率及び平行方向伝播光の光取出し効率を示す。縦軸は光取り出し効率η、横軸は放射波長λである。
　「ｉｎ発光」及び「ｏｕｔ発光」はそれぞれ、図２３に示す通り、放射凹凸部の直下で発光した場合及び隣接する放射凹凸部間で発光した場合を示すものである。「ｉｎ発光」「ｏｕｔ発光」とも、ダイポールの膜厚方向位置は、有機層膜厚の中心とした。
　図２３は、シミュレーション計算で用いた、第５の実施形態の有機ＥＬ素子のモデル構造を示す断面図である。モデル構造としては、放射凹凸部の凹部とレンズ構造の中心が一致するものを用いた。
　計算に用いた屈折率の値は以下の通りである。基板６１はガラスからなるとして、屈折率としては１．５を用いた。透明電極６２はＩＴＯからなるとして、屈折率としては５５０ｎｍで１．８２+０．００９ｉを用い、その他の波長はローレンツモデルで外挿した。
基板と透明電極との間に備えた誘電体層５５は、屈折率として１．９を用いた。また、有機層５３の屈折率としては１．７２を用いた。また、金属電極５４はアルミニウム（Ａｌ）からなるとして、屈折率としては５５０ｎｍで０．９５８+６．６９ｉを用い、その他の波長はドルーデモデルで外挿した。
　また、透明電極５２、有機層５３、金属電極５４の厚さはそれぞれ、１５０ｎｍ、１００ｎｍ、１５０ｎｍとした。また、放射凹凸部５４ａは矩形の凹状のものとし、幅１００ｎｍ、深さ５０ｎｍ、放射凹凸部５４ａの配置周期は５００ｎｍとした。また、誘電体層５５からなるレンズ構造５５ａは半球状であり、その直径(図１のｗに相当)及びレンズ構造５５ａの配置周期（隣接するレンズ構造間距離（図１のｐに相当））はいずれも５００ｎｍとした。すなわち、各レンズ構造５５ａは隣接して配置され、図８（ａ）で示される誘電体層の層状部がない構造とした。
　本発明は、放射凹凸部とレンズ構造とを組み合わせることにより、SPPモード光及び導波モード光を効果的に取り出して光取り出し効率を向上させるが、この放射凹凸部とレンズ構造との組み合わせによる効果を示すために、放射凹凸部だけの場合のシミュレーションの結果として、垂直方向伝播光及び平行方向伝播光の光取り出し効率をそれぞれ図２４（ａ）及び（ｂ）に示す。すなわち、放射凹凸部だけの場合のシミュレーション計算で用いた有機ＥＬ素子のモデル構造としては、図２３において、基板と透明電極との間のレンズ状の誘電体層がないものを用いた。なお、透明電極５２、有機層５３、金属電極５４の厚さは図２３で示したモデルと同じとした。なお、シミュレーション結果は「ｏｕｔ発光」についての結果である。
　図２４（ｂ）から、平行方向伝播光については、凹状の放射凹凸部の深さが１００ｎｍ、周期が５００ｎｍの場合、放射凹凸部の幅が５０ｎｍ、７５ｎｍ、１００ｎｍ、１５０ｎｍと大きくなるほど、光取り出し効率が大きくなることがわかった。
　しかしながら、図２４（ａ）から、垂直方向伝播光の光取り出しにおいては、光取り出し効率の放射凹凸部の幅依存性はほとんどないことがわかった。これは、放射凹凸部だけの構造では垂直方向伝播光の光取り出しを向上させる効果を生じないことを意味している。換言すれば、垂直方向伝播光の光取り出しを向上させる効果については、放射凹凸部だけの構造は、放射凹凸部及びレンズ構造を有さないベタ構造（基板のガラスの上に、ＩＴＯからなる透明電極、有機層、Ａｌからなる金属電極からなる有機ＥＬ素子の構造（以下「標準構造」ということもある））と大きな差がないことを意味している。このことは、SPPからの放射は生じても、導波モードから基板モードへの光取り出しがほとんどできていないことを示している。
　一方、本発明の場合、図２２（ａ）から、垂直方向伝播光の光取り出しについても、「ｉｎ発光」及び「ｏｕｔ発光」のいずれの場合も、標準構造（ベタ構造）よりも高い光取り出し効率を示している。これは、放射凹凸部だけの構造と異なり、放射凹凸部及びレンズ構造を組み合わせた構造が垂直方向伝播光の光取り出しを向上させる効果を奏することを示すものである。
　また、平行方向伝播光の光取り出しについても、図２２（ｂ）から、「ｉｎ発光」及び「ｏｕｔ発光」のいずれの場合も、標準構造（ベタ構造）よりも飛躍的に高い光取り出し効率を示している。特に、「ｏｕｔ発光」の方が高い光取り出し効率を示している。
　このように、本発明の放射凹凸部とレンズ構造とを組み合わせた構造は、SPPモード光及び導波モード光を効果的に取り出して光取り出し効率が向上させるものであることがわかった。　
　次に、図２５（ａ）及び（ｂ）に、放射凹凸部の配置周期を１０００ｎｍとし、また、高誘電体層からなるレンズ構造の直径及び配置周期（隣接するレンズ構造間距離）をいずれも１０００ｎｍとした以外は図２３と同じ構造について、シミュレーションを行った結果を示す。図２５（ａ）及び（ｂ）において、凡例の「標準」は上記標準構造を示すものである。
　図２５（ａ）に示す通り、放射凹凸部の配置周期１０００ｎｍ、レンズ構造の直径及び配置周期１０００ｎｍについても、「ｉｎ発光」及び「ｏｕｔ発光」のいずれの場合も標準構造（ベタ構造）よりも高い光取り出し効率を示している。これは、放射凹凸部だけの構造と異なり、放射凹凸部及びレンズ構造を組み合わせた構造が垂直方向伝播光の光取り出しを向上させる効果を奏することを示すものである。
　また、　図２５（ｂ）に示す通り、平行方向伝播光の光取り出しについても、「ｉｎ発光」及び「ｏｕｔ発光」のいずれの場合も、標準構造（ベタ構造）よりも飛躍的に高い光取り出し効率を示している。特に、「ｏｕｔ発光」の方が高い光取り出し効率を示している。
　このように、本発明の放射凹凸部とレンズ構造とを組み合わせた構造は、SPPモード光及び導波モード光を効果的に取り出して光取り出し効率が向上させるものであることがわかった。
　次に、図２６（ａ）及び（ｂ）に、放射凹凸部の配置周期、並びに、レンズ構造の直径及びその配置周期をいずれも３００ｎｍ、５００ｎｍ、８００ｎｍ、及び、１２００ｎｍとした以外は図２３と同じ構造について、シミュレーションを行った結果を示す。なお、シミュレーション結果は「ｉｎ発光」についての結果である。図２６（ａ）及び（ｂ）において、凡例の「標準」は上記標準構造を示すものである。
　次に、図２７（ａ）及び（ｂ）に、放射凹凸部の配置周期、並びに、レンズ構造の直径及びその配置周期をいずれも１６００ｎｍ、２２００ｎｍ、及び、３０００ｎｍとした以外は図２６と同じ構造について、シミュレーションを行った結果を示す。なお、シミュレーション結果は「ｉｎ発光」についての結果である。図２７（ａ）及び（ｂ）において、凡例の「標準」は上記標準構造を示すものである。
　図２６、及び、図２７に示す通り、垂直方向伝播光及び平行方向伝播光のいずれも、標準構造（ベタ構造）よりも高い光取り出し効率を示している。特に、平行方向伝播光について、標準構造（ベタ構造）よりも飛躍的に高い光取り出し効率を示している。このような高い光取り出し効率の向上は、放射凹凸部及びレンズ構造を組み合わせた構造によるものである。
　また、レンズ構造（半球レンズ）の直径にはほとんど依存していない。このことは、当業者であっても予測することは困難であり、シミュレーションを行って初めて得ることができた知見である。
　図２８（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ、凹状の放射凹凸部の配置周期、誘電体層からなるレンズ構造の直径及び配置周期をいずれも５００ｎｍ及び１０００ｎｍとした以外は図２６と同じ構造について、「ｏｕｔ発光」位置の垂直方向のダイポールからの放射光の磁場の強度分布のＦＤＴＤ法のシミュレーションで得られた結果を示すものである。放射光の波長は６２０ｎｍを用いた。強度分布の図は上側が基板、下側が金属電極である。
　シミュレーション結果から、全体として、平行方向伝播光が垂直方向に立ち上がっているのがわかる。また、ＳＰＰモード光の伝播が、凹状の放射凹凸部で放射光に変換しているのがわかる。
　図２８（ａ）と（ｂ）の放射パターンの違いは、ダイポールからの放射と、放射凹凸部からのＳＰＰモード光の再放射光との干渉によると考えられるため、発光位置と金属電極の放射凹凸部の距離を調整することにより、光取り出し効果を最適化させることができる。
　図２９は、以下にシミュレーション結果を示す構成である、図１６～図１９で示した放射凹凸部とレンズ構造との組み合わせの一例を説明するための平面図である。この例は、図１６～図１９で示した断面を有すると共に周期的に平行に配置するライン状の放射凹凸部と、正方格子状に配置するレンズ構造とが、放射凹凸部の各ラインとレンズ構造の列とがその幅方向の中心線が一致するように配置する組み合わせである。図２９中の符号Ａ、Ｂはそれぞれ、放射凹凸部の複数のラインのうちの一部、複数のレンズ構造のうちの一部を示す。図２９の左上隅の星マークは光源（発光した点）であり、光源を中心として上下左右方向反転対称境界条件を使用した。
　放射凹凸部の各ラインとレンズ構造の列との配置関係はこの組み合わせに制限されず、放射凹凸部のライン及びレンズ構造の列がメッシュ状に配置する構成等であってもよい。
　図３０は、図１６（ａ）～（ｃ）、（ｈ）、（ｄ）で示した凸状の放射凹凸部とレンズ構造との組み合わせについて、ＦＤＴＤ法を用いて光取り出し効率をコンピュータシミュレーション計算した結果を示す。凡例における「逆テーパー」、「半円」、「円」、「複凸部」、「垂直テーパー」は順に、図１６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｈ）、（ｄ）のそれぞれで示した凸状の放射凹凸部とレンズ構造との組み合わせを示す。図３０（ａ）～（c）において、凡例の「標準」は上記標準構造を示すものである。
　図３０（ａ）～（ｃ）はそれぞれ、図２９中のｘ、ｙ、ｚ方向のダイポールからの放射光の光取り出し効率を示す。ｘ方向のダイポール及びｙ方向のダイポールからの放射光は垂直方向伝播光であり、ｚ方向のダイポールからの放射光は平行方向伝播光である。
　図３１は、シミュレーション計算で用いた、第５の実施形態の有機ＥＬ素子のモデル構造を示す断面図である。モデル構造としては、放射凹凸部の凹部とレンズ構造の中心が一致するものを用いた。図３１においては、放射凹凸部として図１７（ｌ）で示した凹状の垂直テーパーを有する形状を例として示している。
　計算に用いた屈折率の値は以下の通りである。基板６１はガラスからなるとして、屈折率としては１．５２を用いた。透明電極５２はＩＴＯからなるとして、屈折率としては５５０ｎｍで１．８２+０．００９ｉを用い、その他の波長はローレンツモデルで外挿した。基板と透明電極との間に備えた誘電体層５５は、屈折率として１．９０を用いた。また、有機層５３の屈折率としては１．７２を用いた。また、金属電極５４はアルミニウム（Ａｌ）からなるとして、屈折率としては５５０ｎｍで０．６４９+４．３２ｉを用い、その他の波長はドルーデモデルで外挿した。
　また、透明電極５２、有機層５３、金属電極５４の厚さはそれぞれ、１５０ｎｍ、１３０ｎｍ、１５０ｎｍとした。また、放射凹凸部５４ａは図１６で示した形状及びサイズのものとした。また、放射凹凸部５４ａの配置周期、誘電体層５５からなるレンズ構造５５ａの直径(図１のｗに相当)及び配置周期（隣接するレンズ構造間距離（図１のｐに相当））はいずれも１μｍとした。また、レンズ構造は連続して正方格子状に連なる構造を採用して、レンズ構造５５ａの幅（図１のｗに相当）はレンズ構造５５ａの配置周期と等しく１μｍとした。
　以下に示すシミュレーション計算も同じモデル構造で行ったものである。
　図３０（ａ）～（ｃ）から、ｘ、ｙ、ｚのいずれの方向のダイポールからの放射光についても、４５０ｎｍ～７５０ｎｍのほぼ全範囲で標準構造より高い光取り出し効率を示している。特にｚ方向のダイポールからの放射光の光取り出し効率は標準構造に比較して飛躍的に高い光取り出し効率を示している。
　このように、本発明の放射凹凸部とレンズ構造とを組み合わせた構造は、SPPモード光及び導波モード光を効果的に取り出して光取り出し効率が向上させるものであることがわかった。
　また、垂直方向伝播光のうち、ｘ方向のダイポールのダイポールからの放射光の方がｙ方向のダイポールからの放射光よりも金属電極凹凸部の形状依存性が大きいことがわかった。
　平行方向伝播光の金属電極凹凸部の形状依存性についてみると、光取り出し効率は、４５０ｎｍ～６５０ｎｍの範囲では全体として「垂直テーパー」、「半円」、「円、「複ライン」、「逆テーパー」の順に高く、６５０ｎｍ～７５０ｎｍの範囲では「複ライン」、「逆テーパー」、「円」、「垂直テーパー」、「半円」の順に高いことがわかった。
　図３２は、図１６（e）～（ｇ）で示した凸状の放射凹凸部とレンズ構造との組み合わせについて、ＦＤＴＤ法を用いて光取り出し効率をコンピュータシミュレーション計算した結果を示す。凡例における「順テーパー」、「三角（対称）」、「尖り」、「三角（非対称）」は順に、図１６（e）、（ｆ－１）、（ｇ）、（ｆ－２’）のそれぞれで示した凸状の放射凹凸部とレンズ構造との組み合わせの結果であることを示す。図３２（ａ）～（ｃ）において、凡例の「標準」は上記標準構造を示すものである。
　なお、「三角（非対称）」のモデル構造は、（ｆ－２）の非対称の凸状形状の重心とレンズ構造の中心とが一致する構造であり、隣接する凸状形状の重心間の距離、及び、隣接するレンズ構造の中心間の距離は１μｍである。
　図３２（ａ）～（ｃ）はそれぞれ、図２９中のｘ、ｙ、ｚ方向のダイポールからの放射光の光取り出し効率を示す。
　図３２（ａ）～（ｃ）から、ｘ、ｙ、ｚのいずれの方向のダイポールからの放射光についても、４５０ｎｍ～７５０ｎｍのほぼ全範囲で標準構造より高い光取り出し効率を示している。特にｚ方向のダイポールからの放射光の光取り出し効率は標準構造に比較して飛躍的に高い光取り出し効率を示している。
　このように、本発明の放射凹凸部とレンズ構造とを組み合わせた構造は、SPPモード光及び導波モード光を効果的に取り出して光取り出し効率が向上させるものであることがわかった。
　また、垂直方向伝播光のうち、ｘ方向のダイポールのダイポールからの放射光の方がｙ方向のダイポールからの放射光よりも金属電極凹凸部の形状依存性が大きいことがわかった。
　平行方向伝播光の金属電極凹凸部の形状依存性についてみると、光取り出し効率は、４５０ｎｍ～６３０ｎｍの範囲では全体として「三角（対称）」、「順テーパー」、「尖り」、「三角（非対称）」の順に高く、６５０ｎｍ～６８０ｎｍの範囲では「三角（非対称）」、「三角（対称）」、「尖り」、「順テーパー」の順に高く、６９０ｎｍ～７５０ｎｍの範囲では「三角（対称）」、「順テーパー」、「尖り」、「三角（非対称）」の順に高いことがわかった。
　図３３は、図１７（i）～（ｌ）、（ｐ）で示した凹状の放射凹凸部とレンズ構造との組み合わせについて、ＦＤＴＤ法を用いて光取り出し効率をコンピュータシミュレーション計算した結果を示す。凡例における「逆テーパー」、「半円」、「円」、「複凹部」、「垂直テーパー」は順に、図１７（i）、（ｊ）、（ｋ）、（ｐ）、（ｌ）のそれぞれで示した凸状の放射凹凸部とレンズ構造との組み合わせの結果であることを示す。モデル構造においては、図１７（i）～（ｌ）、（ｐ）に示した凹部の寸法はそれぞれ、対応する図１６の凸部の寸法と同じものを用いた。図３３（ａ）～（ｃ）において、凡例の「標準」は上記標準構造を示すものである。
　図３３（ａ）～（ｃ）はそれぞれ、図３２中のｘ、ｙ、ｚ方向のダイポールからの放射光の光取り出し効率を示す。
　図３３（ａ）～（ｃ）から、ｘ、ｙ、ｚのいずれの方向のダイポールからの放射光についても、４５０ｎｍ～７５０ｎｍのほぼ全範囲で標準構造より高い光取り出し効率を示している。特にｚ方向のダイポールからの放射光の光取り出し効率は標準構造に比較して飛躍的に高い光取り出し効率を示している。
　このように、本発明の放射凹凸部とレンズ構造とを組み合わせた構造は、SPPモード光及び導波モード光を効果的に取り出して光取り出し効率が向上させるものであることがわかった。
　また、垂直方向伝播光のうち、ｘ方向のダイポールのダイポールからの放射光の方がｙ方向のダイポールからの放射光よりも金属電極凹凸部の形状依存性が大きいことがわかった。
　平行方向伝播光の金属電極凹凸部の形状依存性についてみると、光取り出し効率は、４５０ｎｍ～７５０ｎｍのほぼ全範囲で「複凹部」、「垂直テーパー」、「半円」、「円」、「逆テーパー」の順に高いことがわかった。
　図３４は、図１７（ｍ）～（ｏ）で示した凹状の放射凹凸部とレンズ構造との組み合わせについて、ＦＤＴＤ法を用いて光取り出し効率をコンピュータシミュレーション計算した結果を示す。凡例における「順テーパー」、「三角（対称）」、「尖り」、「三角（非対称）」は順に、図１７（ｍ）、（ｎ－１）、（ｏ）、（ｎ－２’）のそれぞれで示した凸状の放射凹凸部とレンズ構造との組み合わせの結果であることを示す。図３４（ａ）～（ｃ）において、凡例の「標準」は上記標準構造を示すものである。
　なお、「三角（非対称）」のモデル構造は、（ｎ－２）の非対称の凹状形状の重心とレンズ構造の中心とが一致する構造であり、隣接する凹状形状の重心間の距離、及び、隣接するレンズ構造の中心間の距離は１μｍである。
　図３４（ａ）～（ｃ）はそれぞれ、図２９中のｘ、ｙ、ｚ方向のダイポールからの放射光の光取り出し効率を示す。ｘ方向のダイポール及びｙ方向のダイポールからの放射光は垂直方向伝播光であり、ｚ方向のダイポールからの放射光は平行方向伝播光である。
　図３４（ａ）～（ｃ）から、ｘ、ｙ、ｚのいずれの方向のダイポールからの放射光についても、４５０ｎｍ～７５０ｎｍのほぼ全範囲で標準構造より高い光取り出し効率を示している。特にｚ方向のダイポールからの放射光の光取り出し効率は標準構造に比較して飛躍的に高い光取り出し効率を示している。
　このように、本発明の放射凹凸部とレンズ構造とを組み合わせた構造は、SPPモード光及び導波モード光を効果的に取り出して光取り出し効率が向上させるものであることがわかった。
　また、垂直方向伝播光のうち、ｘ方向のダイポールのダイポールからの放射光の方がｙ方向のダイポールからの放射光よりも金属電極凹凸部の形状依存性が大きいことがわかった。これは、ｘダイポールが主にｘ軸方向に伝播するＳＰＰを励起するのに対し、ｙダイポールは主にｙ方向に伝播するＳＰＰを励起するためである。前者の場合、図３２の構成では、金属電極の凹部は全てｙ軸に平行なライン状となっているが、ｘ方向に伝播するＳＰＰはこのラインを横切るため、凹凸の影響をより強く受けると考えられる。
　平行方向伝播光の金属電極凹凸部の形状依存性についてみると、光取り出し効率は、４５０ｎｍ～５８０ｎｍの範囲では全体として「順テーパー」、「三角（対称）」、「尖り」、「三角（非対称）」の順に高く、５９０ｎｍ～７５０ｎｍの範囲では「三角（対称）」、「順テーパー」、「尖り」、「三角（非対称）」の順に高いことがわかった。
　図３５は、図１９（ｔ）、図１９（ｕ）、図１９（ｖ）、図１８（ｑ）で示した凹状の放射凹凸部とレンズ構造との組み合わせについて、ＦＤＴＤ法を用いて光取り出し効率をコンピュータシミュレーション計算した結果を示す。モデル構造は、放射凹凸部の凹部とレンズ構造の中心が一致するものを用いた。凡例における「金属電極向き蒲鉾状」、「矩形波状」、「片鋸波状」、「透明電極向き蒲鉾状」は順に、図１９（ｔ）、図１９（ｕ）、図１９（ｖ）、図１８（ｑ）のそれぞれで示した凸状の放射凹凸部とレンズ構造との組み合わせの結果であることを示す。モデル構造においては、図１９（ｔ）、図１９（ｕ）、図１９（ｖ）に示した凹部の寸法はそれぞれ、対応する図１８の凸部の寸法と同じものを用いた。図３５（ａ）～（ｃ）において、凡例の「標準」は上記標準構造を示すものである。
　図３５（ａ）～（ｃ）はそれぞれ、図２９中のｘ、ｙ、ｚ方向のダイポールからの放射光の光取り出し効率を示す。ｘ方向のダイポール及びｙ方向のダイポールからの放射光は垂直方向伝播光であり、ｚ方向のダイポールからの放射光は平行方向伝播光である。
　図３５（ａ）～（ｃ）から、ｘ方向のダイポールからの放射光について、４５０ｎｍ～５８０ｎｍの範囲で標準構造より高い光取り出し効率を示している。また、ｙ方向のダイポールからの放射光について、４５０ｎｍ～６５０ｎｍの範囲で標準構造より高い光取り出し効率を示している。ｚ方向のダイポールからの放射光の光取り出し効率は標準構造に比較して飛躍的に高い光取り出し効率を示している。
　このように、本発明の放射凹凸部とレンズ構造とを組み合わせた構造は、SPPモード光及び導波モード光を効果的に取り出して光取り出し効率が向上させるものであることがわかった。
　また、平行方向伝播光の金属電極凹凸部の形状依存性についてみると、光取り出し効率は、４５０ｎｍ～７５０ｎｍの全範囲では全体として「矩形刃状、「片鋸刃状」、「透明電極向き蒲鉾状」、「金属電極向き蒲鉾状」の順に高いことがわかった。
　図３６は、放射凹凸部とレンズ構造との組み合わせの他の例を説明するための平面図である。この例は、図１７（ｌ）で示した凹状の断面を有すると共に周期的に配置するドット状の放射凹凸部と、レンズ構造とが、放射凹凸部の各ドットがレンズ構造の中心に配置する組み合わせであり、（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ、平面視して六方格子状に配置する組み合わせの場合、平面視して正方格子状に配置する組み合わせの場合である。図３６中の符号Ａ、Ｂはそれぞれ、ドット状の放射凹凸部の一部、レンズ構造の一部を示す。
　図３７は、図１７（ｌ）で示した凹状の断面を有する放射凹凸部とレンズ構造との、図３６（ａ）及び（ｂ）で示した組み合わせについて、ＦＤＴＤ法を用いて光取り出し効率をコンピュータシミュレーション計算した結果を示す。図３７（ａ）～（ｃ）において、凡例の「標準」は上記標準構造を示すものである。
　図３７（ａ）～（ｃ）はそれぞれ、図３６中のｘ、ｙ、ｚ方向のダイポールからの放射光の光取り出し効率を示す。ｘ方向のダイポール及びｙ方向のダイポールからの放射光は垂直方向伝播光であり、ｚ方向のダイポールからの放射光は平行方向伝播光である。
　図３７（ａ）から、平面視して六方格子状及び正方格子状に配置するいずれの組み合わせの場合も、ｘ方向のダイポールからの放射光について、４５０ｎｍ～６２０ｎｍの範囲で標準構造より高い光取り出し効率を示している。特に、４５０ｎｍ～５８０ｎｍの範囲で標準構造より顕著に高い光取り出し効率を示している。
　また、図３７（ｂ）から、ｙの方向のダイポールからの放射光についても、４５０ｎｍ～６５０ｎｍの範囲で標準構造より高い光取り出し効率を示している。特に、４５０ｎｍ～６２０ｎｍの範囲で標準構造より顕著に高い光取り出し効率を示している。
　また、図３７（ｃ）から、ｚの方向のダイポールからの放射光についても、４５０ｎｍ～７５０ｎｍのほぼ全範囲で標準構造より高い光取り出し効率を示している。
　このように、本発明の放射凹凸部とレンズ構造とを組み合わせた構造は、SPPモード光及び導波モード光を効果的に取り出して光取り出し効率が向上させるものであることがわかった。
　１、１１、２１、３１、４１、５１、６１、７１、８１、９１、１０１、１１１、１２１　基板　２、１２、２２、３２、４２、５２、６２、７２、８２、９２、１０２、１１２、１２２　透明電極　１ａ、２ａ、１１ａ、２２ａ、２３ａ、３１ａ、３２ａ、３２ｂ、４５ａ、４６ａ、５１ａ、５５ａ、６２ａ、６５ａ、７５ａ、８３ａ、９１ａ、９５ａ、１０５ａ、１０６ａ、１１２ａ、１２５ａ　レンズ構造　３、１３、２３、３３、４３、５３、６３、７３、８３、９３、１０３、１１３、１２３　有機層　４、１４、２４、３４、４４、５４、６４、７４、８４、９４、１０４、１１４、１２４　金属電極　４ａ、１４ａ、２４ａ、３４ａ、４４ａ、５４ａ、６４ａ、７４ａ、８４ａ、９４ａ、１０４ａ、１１４ａ、１２４ａ　放射凹凸部　９、２９、４９、５９、６９、７９、８９　界面　１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００、１１０、１２０、１３０　有機ＥＬ素子

Claims (17)

  1. 　透明電極と、発光層を含む有機層と、金属電極とを順に具備する有機ＥＬ素子であって、
    　前記金属電極は、その有機層側の表面に少なくとも一方向に周期的に配置する複数の放射凹凸部を有するものであり、
    　前記有機層の表面から透明電極側の素子外表面の間に、素子平面の面内方向に延在する複数のレンズ構造を備えてなり、
    　前記レンズ構造は前記一方向において前記放射凹凸部の周期と同じ周期で配置することを特徴とする有機ＥＬ素子。
  2. 　前記透明電極の、前記有機層とは反対側の面に基板を備え、
    　前記透明電極と前記基板との界面に、前記透明電極と前記基板のうち屈折率の低い側に突出する第１レンズ構造を備えてなることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ素子。
  3. 　前記透明電極の、前記有機層とは反対側の面に基板を備え、
    　前記基板の前記透明電極とは反対側の面に、素子外に突出する第２レンズ構造を備えてなることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の有機ＥＬ素子。
  4. 　前記透明電極と前記有機層との界面は、前記有機層と前記透明電極のうち屈折率の低い側に突出する第３レンズ構造を備えてなることを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子。
  5. 　前記透明電極の、前記有機層とは反対側の面に、前記透明電極側から第２誘電体層と第１誘電体層とを順に備え、
    　前記第２誘電体層は前記透明電極の屈折率と０．１以下の屈折率差または前記透明電極より高い屈折率を有し、
    　前記第１誘電体層と前記第２誘電体層の屈折率差は０．２以上であり、
    　前記第１誘電体層と前記第２誘電体層との界面は、より屈折率の低い側に突出する第４レンズ構造を備えてなることを特徴とする請求項１、３、４のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子。
  6. 　前記透明電極の、前記有機層とは反対側の面に基板を備え、前記基板と前記透明電極との間に誘電体層を備え、
    　前記誘電体層は、前記透明電極の屈折率と０．１以下の屈折率差または前記透明電極より高い屈折率を有し、
    　前記誘電体層と前記基板の屈折率差は０．２以上であり、
    　前記誘電体層と前記基板との界面は、より屈折率の低い側に突出する第５レンズ構造を備えてなることを特徴とする請求項１、３、４のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子。
  7. 　前記透明電極の、前記有機層とは反対側の面に基板を備え、前記基板と前記透明電極との間に誘電体層を備え、
    　前記透明電極と前記誘電体層の屈折率差は０．２以上であり、
    　前記透明電極と前記誘電体層との界面は、より屈折率の低い側に突出する第６レンズ構造を備えてなることを特徴とする請求項１、３、４のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子。
  8. 　前記透明電極の、前記有機層とは反対側の面に基板を備え、前記基板の、前記透明電極とは反対側の面に誘電体層を備え、
    　前記誘電体層は、前記基板の屈折率と０．１以下の屈折率差または前記基板より高い屈折率を有すると共に、前記基板とは反対側に突出する第７レンズ構造を備えてなることを特徴とする請求項１、２、４～７のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子。
  9. 　前記透明電極と前記有機層との間に透明導電層を備え、
    　前記透明導電層と前記有機層の屈折率差は０．２以上であり、
    　前記透明導電層と前記有機層前記有機層との界面は、透明導電層側に突出する第８レンズ構造を備えてなることを特徴とする請求項１～３、５～８のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子。
  10. 　前記透明電極の、前記有機層とは反対側の面に基板を備え、前記基板の前記透明電極とは反対側に誘電体層を備え、
    　前記誘電体層は前記基板の屈折率と０．２以上の屈折率差を有し、
    　前記誘電体層と基板の界面に、より屈折率の低い側に突出する第９レンズ構造を有することを特徴とする請求項１、２、４～７、９に記載の有機ＥＬ素子。
  11. 　前記透明電極の、前記有機層とは反対側の面に基板を備え、前記基板の前記透明電極とは反対側に、基板側から第３誘電体層と第４誘電体層を順に備え、
    　前記第３誘電体層は前記基板の屈折率と０．１以下の屈折率差または前記基板より高い屈折率を有し、
    　前記第３誘電体層と前記第４誘電体層の屈折率差は０．２以上であり、
    　前記第３誘電体層と前記第４誘電体層の界面に、より屈折率の低い側に突出する第１０レンズ構造を備えてなる
    　ことを特徴とする請求項１、２、４～７、９のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子。
  12. 　前記金属電極の、前記有機層とは反対側の面に基板を備え、
    　前記透明電極の、前記基板と反対側の面に、素子外に突出する第１１レンズ構造を備えてなることを特徴とする請求項１、４、９のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子。
  13. 　前記金属電極の、前記有機層とは反対側の面に基板を備え、前記透明電極の、前記基板とは反対側に誘電体層を備え、
    　前記誘電体層の屈折率は前記透明電極の屈折率と０．１以下の屈折率差または前記透明電極の屈折率より高い屈折率を有し、
    　前記誘電体層の前記透明電極と反対の面に、素子外に突出する第１２レンズ構造を備えてなる
    　ことを特徴とする請求項１、４、９のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子。
  14. 　前記レンズ構造の中心は、前記放射凹凸部の中心を通る基板法線上に配置することを特徴とする請求項１～１３のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子。
  15. 　前記放射凹凸部は、前記金属電極に設けられた凹状構造であることを特徴とする請求項１～１４のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子。
  16. 　請求項１～１５のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子を備えたことを特徴とする画像表示装置。
  17. 　請求項１～１５のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子を備えたことを特徴とする照明装置。
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