本発明の有機EL素子は、少なくとも液晶� �料と色素とを含み、該液晶材料を構成する� �晶分子の配向に基づく屈折率分布を有し、� �屈折率分布が固定化されてなる層状の光学� �子と、可視光を透過することのできる基板� �、有機EL材料からなる発光層と、陰極と、陽 極と、を有することを特徴とする。

 本発明において、陰極および陽極は、そ� ��ぞれ層状であることが、通常の実施形態で� ��る。陰極および陽極は、発光層に電流を流� ��役割を担い、この役割を担うのであれば、� ��状でなくてもよい。

 また、本発明の有機EL素子は、さらに配� �膜を有し、該配向膜と光学素子とが接して� �ることが、製造面で好ましい。ここで、配� �膜は、液晶分子の配向を誘起することがで� �る膜のことを意味する。

 次に、本発明の有機EL素子を構成する光� �素子について、具体的に説明する。尚、以� �の記載において量比を表す「部」および「%� ��は、特に断らない限り質量基準とする。

(光学素子)
 本発明において、光学素子は、少なくとも� ��晶材料と色素とを含み、該液晶材料を構成� ��る液晶分子の配向に基づく屈折率分布を有� ��、該屈折率分布が固定化されてなる。また� ��該光学素子は、レンズの光屈折、集光など� ��光学機能を有し、その両側面は平面であり� ��層状である。

(色素)
 通常、液晶材料を構成する液晶分子の配向� ��おいては、用いる配向膜の種類により、液� ��分子は、配向膜に対し、水平方向(ホモジニ アス配向)あるいは垂直方向(ホメオトロピッ� ��配向)に配向するが、本発明において、光学 素子には、液晶材料の他に色素が含まれる。 当該色素における色素分子はレーザー光(偏� �)などの光の照射により配向するが、その照� ��光の強度に依存して、色素分子はその配向� ��向が変化する。その色素分子の配向の変化� ��基づいて、該色素分子周囲の液晶分子が配� ��するため、その液晶分子の配向に基づき光� ��素子は屈折率分布を有することになる。ま� ��、通常、照射光の強度は連続的に変化する� ��とから、上記の屈折率分布も連続的に変化� ��る屈折率分布となる。例えば、液晶材料お� ��び色素を含む系において、液晶材料を構成� ��る液晶分子の配向がホメオトロピック配向� ��ある場合には、レーザー光(偏光)を照射す� �ことにより、色素分子がその光照射に応じ� �配向方向が変化し、その色素分子の配向の� �化に基づいて、該色素分子周囲の液晶分子� �配向する。具体的には、照射された光が比� �的に強い部分においては、液晶分子は、ホ� �オトロピック配向からホモジニアス配向に� �化するのに対し、照射された光が比較的に� �い部分においては、その変化は少ない。こ� �結果、上記の光照射により、屈折率分布に� �づく光学素子となる。また、上記の光照射� �よる色素分子の配向が可能である限り、色� �の種類は特に制限されないが、例えば、以� �のものを挙げることができる。

(好適な色素の例)
 ターチオフェン系液晶性共役色素。当該色� ��における色素分子としては、例えば下記式� ��示すものが挙げられる。

R=-C _n H _n+1 (n=4,5,6)
 =-COOC ₄ H ₉
 =-CH ₂ COOC ₃ H ₇

R ¹ ,R ² =-C ₄ H ₉
     =-OC ₄ H ₉
     =-COOC ₄ H ₉
     =-N(C ₄ H ₉ ) ₂
     =-CN
     =-NO ₂

(液晶材料)
 上記の光照射による色素分子の配向に基づ� ��、該色素分子周囲の液晶分子が配向可能で� ��る限り、液晶材料の種類は特に制限されな� ��が、例えば、以下のものを挙げることがで� ��る(液晶材料を構成する液晶分子について例 示する)。

(好適な液晶分子の例)

(屈折率分布の固定化)
 上記の光学素子において、その屈折率分布� ��固定化されている。この固定化は、重合に� ��ればよい。この場合、固定化前の系におい� ��、重合性を有することが必要となるが、色� ��分子および/または液晶分子が重合性を有し ていてもよいし、それ以外にも、後述のよう な重合性材料を有することによってもよい。 また、前記重合としては、光重合、熱重合が 挙げられるが、意図した液晶分子の配向を保 ちつつ固定化する観点では、光重合が好まし い。熱重合であると、加熱時に液晶相が変化 し、意図した配向性が得られない場合がある 。光重合の場合には、固定化前の系に、光を 照射し、配向させた液晶分子を固定化する。 固定化前の系に、光を照射した際には、液晶 分子の配向に基づく屈折率分布が形成される 速度の方が、系が固定化する速度よりも大き いのが通常である。光重合時の照射光の光源 としては、可視光及び/または近赤外光を発� �るものを用いることができる。具体的には� �メタルハライドランプ、白熱灯、ハロゲン� �ンプ、キセノンランプ、高圧水銀灯等を挙� �ることができる。

(重合性材料)
 前述の重合性材料の種類については、特に� ��限されない。重合性材料は、重合性基を有� ��ることが必須であり、固定化前の系におい� ��、液晶性を有しているものであることが好� ��しい。重合性材料としては、ビニル基を有� ��る化合物を挙げることができ、例えば、下� ��のものを挙げることができる。

(好適な重合性材料の例)

(重合性組成物)
 本発明において、重合性組成物は、前記の� ��定化前(すなわち光照射前)の系を意味する� �本発明において、重合性組成物としては、� �記のような量比が好適である。
 液晶材料:100部(基準)
 色素:0.0001~10部(更に好ましくは0.001~1部)
 重合性材料(使用する場合):1~100部(更に好ま� ��くは5~30部)

(添加剤)
 上記以外に、必要に応じて、種々の添加剤� ��、重合性組成物に添加されていても良い。� ��加剤としては、重合開始剤などが挙げられ� ��。重合開始剤としては、光重合開始剤を挙� ��ることができ、該開始剤は、紫外線等の光� ��射によって、上記の重合反応を進行させる� ��のであればよく、例えば、アセトフェノン� ��合物、ベンゾフェノン化合物、ベンゾイン� ��合物、ベンゾインエーテル化合物、アシル� ��スフィンオキシド化合物、チオキサントン� ��合物等が挙げられる。これらの化合物のう� ��市販されているものとしては、例えば、「I RGACURE 184」、「IRGACURE 369」、「IRGACURE 651」� ��「IRGACURE 907」、「IRGACURE 819」、「IRGACURE 2 959」、「DAROCURE 1173」(いずれもチバ・スペシ ャリティー・ケミカルズ社製)、「KAYACURE BP� �、「KAYACURE DETX-S」(いずれも日本化薬社製)� �「ESACURE KIP 150」(Lamberti社製)、「S-121」(シ� �コー技研社製)、「セイクオールBEE」(精工化 学社製)、「ソルバスロンBIPE」、「ソルバス� ��ンBIBE」(いずれも黒金化成社製)等を挙げる� ��とができる。これらの光重合開始剤は、単� ��で用いられてもよく、2種以上が併用されて もよい。

(好適な重合性組成物)
 本発明における重合性組成物は、例えば、� ��下のような性質を有していることが好まし� ��。本発明において、重合性組成物は、光照� ��時に、ネマチック液晶相などの液晶性を示� ��ことが必須である。液晶温度範囲は広けれ� ��広いほど好ましい。取扱いの容易性の点か� ��は室温(20℃)近くで液晶相を発現するものが 好ましい(液晶相の種類は特に制限されない)� ��より具体的には例えば-50~50℃程度(更には-20 ~40℃程度)で液晶相を発現するものが好まし� �。液晶および相の同定に関しては、「液晶� �覧」、第1~448頁、液晶便覧編集委員会編(丸� �、2000)を必要に応じて参考にすればよい。

(好適な光学素子の特性)
 本発明における光学素子は、以下の(1)~(3)の 物性を有する場合が好ましい。
(1)全光線透過率
 光学素子における全光線透過率が70%以上で� ��ることが好ましく、さらに好ましくは80%以� ��である。
(2)表面の平坦性
 本発明において、光学素子の両側面は平面� ��あるが、その表面の中心線平均粗さ(Ra)は、 100nm以下であることが好ましく、さらに好ま� ��くは50nm以下である。
(3)厚み
 光学素子の厚みは5mm以下が好ましく、より� ��ましくは3mm以下、さらに好ましくは1mm以下� ��ある。

 次に、本発明の有機EL素子を構成する発� �層について、具体的に説明する。本発明に� �いて、発光層としては、以下の構造のもの� �挙げることができる。

(発光層の例示)
a)有機発光層
b)正孔輸送層/有機発光層
c)有機発光層/電子輸送層
d)正孔輸送層/有機発光層/電子輸送層
e)電荷注入層/有機発光層
f)有機発光層/電荷注入層
g)電荷注入層/有機発光層/電荷注入層
h)電荷注入層/正孔輸送層/有機発光層
i)正孔輸送層/有機発光層/電荷注入層
j)電荷注入層/正孔輸送層/有機発光層/電荷注� ��層
k)電荷注入層/有機発光層/電荷輸送層
l)有機発光層/電子輸送層/電荷注入層
m)電荷注入層/有機発光層/電子輸送層/電荷注� ��層
n)電荷注入層/正孔輸送層/有機発光層/電荷輸� ��層
o)正孔輸送層/有機発光層/電子輸送層/電荷注� ��層
p)電荷注入層/正孔輸送層/有機発光層/電子輸� ��層/電荷注入層
上記の/は各層が隣接していることを示す。� �た、本発明において、有機EL材料とは、上記 の各層を構成する材料であり、それぞれにつ き公知の材料を使用することができる。これ らの材料については、「有機ELディスプレイ� ��(時任静夫、安達千波矢、村田英幸 共著 � �式会社オーム社 平成16年刊 第1版第1刷発行 )、「高分子EL材料」(大西敏博、小山珠美 共 著 共立出版 2004年刊 初版版第1刷発行)等を 必要に応じて参考にすればよい。また、上記 各層の厚みについては、適宜設定されるが、 1nm~300nmが一般的であり、好ましくは5~100nm程� �である。

(有機発光層の例示)
 特に、上記において、必須である有機発光� ��を構成する材料としては、低分子化合物で� ��高分子化合物でもよい。低分子化合物では� ��ナフタレン誘導体、アントラセンもしくは� ��の誘導体、ペリレンもしくはその誘導体、� ��リメチン系、キサンテン系、クマリン系、� ��アニン系などの色素類、8-ヒドロキシキノ� �ンもしくはその誘導体の金属錯体、芳香族� �ミン、テトラフェニルシクロペンタジエン� �しくはその誘導体、またはテトラフェニル� �タジエンもしくはその誘導体などが例示さ� �る。高分子化合物では、ポリフルオレン、� �の誘導体および共重合体、ポリアリーレン� �その誘導体および共重合体、ポリアリーレ� �ビニレン、その誘導体および共重合体、芳� �族アミンおよびその誘導体の(共)重合体が例 示される。また、イリジウムを中心金属とす るIr(ppy) ₃ 、Btp ₂ Ir(acac)、白金を中心金属とするPtOEP、ユーロ� �ウムを中心金属とするEu(TTA) ₃ phen等、三重項発光を示すことのできる材料� �使用してもよい。

(陽極/発光層/陰極の構造)
 本発明において、陽極および陰極が層状で� ��る場合には、陽極/発光層/陰極の構造は、� �体的には、以下のようになる。
a)陽極/有機発光層/陰極
b)陽極/正孔輸送層/有機発光層/陰極
c)陽極/有機発光層/電子輸送層/陰極
d)陽極/正孔輸送層/有機発光層/電子輸送層/陰 極
e)陽極/電荷注入層/有機発光層/陰極
f)陽極/有機発光層/電荷注入層/陰極
g)陽極/電荷注入層/有機発光層/電荷注入層/陰 極
h)陽極/電荷注入層/正孔輸送層/有機発光層/陰 極
i)陽極/正孔輸送層/有機発光層/電荷注入層/陰 極
j)陽極/電荷注入層/正孔輸送層/有機発光層/電 荷注入層/陰極
k)陽極/電荷注入層/有機発光層/電荷輸送層/陰 極
l)陽極/有機発光層/電子輸送層/電荷注入層/陰 極
m)陽極/電荷注入層/有機発光層/電子輸送層/電 荷注入層/陰極
n)陽極/電荷注入層/正孔輸送層/有機発光層/電 荷輸送層/陰極
o)陽極/正孔輸送層/有機発光層/電子輸送層/電 荷注入層/陰極
p)陽極/電荷注入層/正孔輸送層/有機発光層/電 子輸送層/電荷注入層/陰極
上記の/は各層が隣接していることを示す。� �極および陰極を構成する材料としては、そ� �ぞれ公知の材料を使用することができる。� �た、電荷注入層を使用する場合において、� �荷注入をより容易にする目的で、陽極/電荷� ��入層あるいは電荷注入層/陰極の界面に、金 属フッ化物、金属酸化物または有機絶縁材料 等からなる10nm以下程度の絶縁層を配置する� �とがあるが、本発明において、該絶縁層は� �荷注入層の一部とみなす。

 また、上記のa)~p)の中で、発光効率をよ� �高める観点で、好ましい構造は、g)、j)、m)� �p)の構造である。

(陽極)
 本発明において、層状の陽極は透明又は半� ��明であることが必要である。該陽極の材料� ��しては、導電性の金属酸化物膜、半透明の� ��属薄膜等を挙げることができる。材料とし� ��より具体的には、酸化インジウム、酸化亜� ��、酸化スズ、インジウム・スズ・オキサイ� ��(ITO)、インジウム・亜鉛・オキサイド、金� �白金、銀、銅等が例示され、ITO、インジウ� �・亜鉛・オキサイド、酸化スズが好ましい� �また、層状の陽極として、ポリアニリン若� �くはその誘導体、ポリチオフェン若しくは� �の誘導体などの有機の透明導電膜を用いて� �よい。層状の陽極の厚みは、光透過性と導� �性とを考慮して、適宜設定することができ� �が、10nm~10μm程度が一般的であり、好ましく� ��20nm~1μm、さらに好ましくは50nm~500nmである。 陽極の形成方法としては、真空蒸着法、スパ ッタリング法、イオンプレーティング法、メ ッキ法等が挙げられる。

(陰極)
 本発明において、層状の陰極の材料として� ��、例えば、バリウム、カルシウム、金、マ� ��ネシウム又はマグネシウム/銀合金等の金属 又はそれらの酸化物および、それらの金属に さらにアルミニウム、銀、クロム等を形成し た多層構造をとってもよい。また、このよう な層状の陰極の厚みは、適宜設定することが できるが、3~50nm程度であることが好ましい。

(基板)
 本発明において、基板としては、可視光を� ��過することのできるものが必須であり、例� ��ばガラス、プラスチック、高分子フィルム� ��シリコン基体(基板)などが例示される。基� �の厚みは、得られる有機EL素子の用途(ディ� �プレイ、照明、フレキシブルディスプレイ� �)により異なり得るが、通常、50μm~2mm程度で� ��る。

 次に、本発明の有機EL素子の製造方法と� �て、配向膜を有し、該配向膜と光学素子と� �接しており、層状の陽極と光学素子とが接� �ている場合の有機EL素子の製造方法の例を以 下に説明する。

 前記有機EL素子は、以下の(A1)、(A2)、(A3)お� �び(A4)の工程をこの順で含むことにより、製� ��することができる。
(A1)配向膜付き基板を2個用いて(ここで、少な くとも1個の基板は、可視光を透過すること� �できる基板である。)、それぞれの配向膜が� ��向するように配置させ、2つの配向膜間に、 液晶材料と色素とを含む重合性組成物を挟持 させ、該重合性組成物に光を照射し、液晶材 料中の液晶分子を配向させ、さらに重合性組 成物を重合して固定化させ、液晶分子固定化 層(光学素子)を得る工程。
(A2)1つの配向膜付き基板を分離し、光学素子� ��よび配向膜付き基板(ただし、該基板は、可 視光を透過することのできる基板である。)� �得る工程。
(A3)該光学素子および配向膜付き基板におい� �、光学素子側の面に、層状の陽極を形成さ� �る工程。
(A4)該層状の陽極の面に、有機EL材料からなる 発光層、層状の陰極を、この順に形成させる 工程。

 工程(A1)の配向膜付き基板において、配向 膜は液晶分子の配向を誘起することができる 膜のことを意味し、基板に載置されている。 この配向膜付き基板を2個用いるが、少なく� �も1個の基板は、可視光を透過することので� ��る基板である。また、本発明において、配� ��膜としては、2個とも、液晶分子のホメオト ロピック配向(配向膜に対して液晶分子が垂� �方向に配向する配向)を誘起することができ� ��配向膜(以下、ホメオトロピック配向膜とい うことがある。)を用い、可視光を透過する� �とができる配向膜を選択する。

 工程(A1)においては、上記の配向膜付き基板 を2個用いて、それぞれの配向膜が対向する� �うに配置させ、2つの配向膜間に、液晶材料� ��色素とを含む上述の重合性組成物を挟持さ� ��る。この挟持させる手法の例としては、以� ��の手法(I)、(II)を挙げることができる。
(I)配向膜付き基板を2個用いて、配向膜が対� �するようにして、粒径の制御されたビーズ� �のスペーサーを介して、貼り合わせて、セ� �を組み立て(図1中の(i))、このセル内に重合� �組成物を常圧あるいは真空下で注入する(図1 中の(ii))方法。このとき、スペーサーは、シ� ��ル剤に含有されているものを用いてもよい� ��また、スペーサーは、配向膜上で枠状に配� ��されていてもよい。このときの模式図を図1 に示す。
(II)一方の配向膜付き基板における配向膜の� �面に重合性組成物を塗布し、塗布された重� �性組成物の表面に、他方の配向膜付き基板� �おける配向膜を貼り合わせる方法。このと� �、得られる液晶分子固定化層(光学素子)の層 厚を均一に制御する観点から、貼り合わせ時 や重合性組成物の塗布時に、粒径の制御され たビーズ等をスペーサーとして用いてもよい 。スペーサーは、一方の配向膜に重合性組成 物の塗布前に散布したり、重合性組成物と混 合したりして用いればよい。
 上記手法(I)、(II)において、スペーサーとし ては、ガラスファイバー、シリカ粒子、スチ レン系粒子などの各種粒子を用いればよい。 通常、スペーサーは、1~10μm程度の粒子を100~2 00個/mm ² の割合で用いる。

 上記のようにして、2つの配向膜間に、液 晶材料と色素とを含む上述の重合性組成物を 挟持させ、重合性組成物における液晶分子を ホメオトロピック配向に配向させる。該重合 性組成物に、レーザー光(偏光)などの光を照� ��して、重合性組成物に屈折率分布を持たせ� ��さらに、重合性組成物を重合して固定化さ� ��、液晶分子固定化層(光学素子)を得る。重� �性組成物を重合して固定化する際には、メ� �ルハライドランプ、白熱灯、ハロゲンラン� �、キセノンランプ、高圧水銀灯等の光を照� �すればよい。

 工程(A2)においては、1つの配向膜付き基� �を分離し、光学素子および配向膜付き基板(� ��だし、該基板は、可視光を透過することの� ��きる基板である。)を得る。このときの模式 図を図2に示す。また、本発明の有機EL素子に おいて、配向膜を使用しない場合には、まず 光学素子のみを得て、これを、例えば可視光 を透過することのできる基板に載置させるな どして用いる。

 工程(A3)においては、上記光学素子および 配向膜付き基板において、光学素子側の面に 、層状の陽極を形成させる。このときの模式 図を図3に示す。本発明において、光学素子� �、その両側が平面であり、光学素子側の面� �、層状の陽極を形成させる際には、陽極の� �みが均一となり、陽極の導電性を高めるこ� �ができる。また、陽極材料として、ITOを用� �る際には、通常、スパッタリングにより層� �の陽極を形成する。

 工程(A4)においては、上記層状の陽極の面 に、有機EL材料からなる発光層、層状の陰極� ��、この順に形成させる。このときの模式図� ��図4に示す。該発光層としては、上述の各層 を用い、これら各層を構成する材料を、真空 蒸着、クラスター蒸着、分子線蒸着、コーテ ィング、印刷法などの形成方法により形成さ せる。また、層状の陰極としては、上述の材 料を、真空蒸着法、スパッタリング法、また 金属薄膜を熱圧着するラミネート法により形 成させる。発光層、層状の陰極の形成におい ては、材料の性質をふまえて、形成方法を適 宜選択すればよい。

 また、本発明の有機EL素子の製造方法と� �て、配向膜を有し、該配向膜と光学素子と� �接しており、層状の陽極と可視光を透過す� �ことのできる基板とが接している場合の有� �EL素子の製造方法の例を以下に説明する。

 前記有機EL素子は、以下の(B1)、(B2)、(B3)お� �び(B4)の工程をこの順で含むことにより、製� ��することができる。
(B1)配向膜付き基板を2個用いて(ここで、少な くとも1つの基板は、可視光を透過すること� �できる基板である。)、それぞれの配向膜が� ��向するように配置させ、2つの配向膜間に、 液晶材料と色素とを含む重合性組成物を挟持 させ、該重合性組成物に光を照射し、液晶材 料中の液晶分子を配向させ、さらに重合性組 成物を重合して固定化させ、液晶分子固定化 層(光学素子)を得る工程。
(B2)1つの配向膜付き基板を分離し、光学素子� ��よび配向膜付き基板(ただし、該基板は、可 視光を透過することのできる基板である。)� �得る工程。
(B3)該光学素子および配向膜付き基板におい� �、基板側の面に、層状の陽極を形成させる� �程。
(B4)該層状の陽極の面に、有機EL材料からなる 発光層、層状の陰極を、この順に形成させる 工程。

 工程(B1)、工程(B2)はそれぞれ、工程(A1)、� ��程(A2)と同様である。工程(B3)においては、(B 2)における光学素子および配向膜付き基板に� ��いて、基板側の面に、層状の陽極を形成さ� ��る。このときの模式図を図5に示す。陽極材 料として、ITOを用いる際には、通常、スパッ タリングにより層状の陽極を形成する。

 工程(B4)においては、該層状の陽極の面に 、有機EL材料からなる発光層、層状の陰極を� ��この順に形成させる。このときの模式図を� ��6に示す。他は、工程(A4)と同様である。

 また、工程(B1)において、配向膜付き基板 のうち、可視光を透過することのできる基板 の配向膜が付いている面の反対側の面に、ITO 等の陽極材料が形成されている場合には、工 程(B3)は省略可能である。

 工程(A4)、工程(B4)において、陰極を形成� �た後は、通常、封止材を用いて封止して、� �機EL素子を得る。封止の際には、陽極、陰極 それぞれの一部は、外部電源と電気的に接続 できるようにしておく必要があり、外部電源 と、陽極、陰極それぞれとを電気的に接続す ることにより、有機EL素子は発光する。

 また、本発明の有機EL素子の構造を、よ� �具体的に設計し評価する方法として、光学� �跡シミュレーションは非常に有用である。� �学追跡シミュレーションとは、幾何光学に� �づくモンテカルロ的確率シミュレーション� �あり、シミュレーション対象となるモデル� �各構成部材の形状、屈折率、界面の反射特� �を設定し、確率的に十分多数発生される光� �について各々の透過及び反射を追跡し、結� �が十分に収束するまでこれを繰り返すもの� �ある。本発明の有機EL素子の構造を設計する に際して、光学追跡シミュレーションを用い ることにより、本発明の有機EL素子における� ��学素子、基板、陽極などの構成層の厚み、� ��学素子における屈折率分布を、より好適に� ��、光取り出し効率をより高め、発光効率を� ��り高めることのできる有機EL素子の設計、� �価が可能となる。この本発明の評価方法に� �づいて得られる結果を用いることにより、� �成層の厚み、照射するレーザー光(偏光)の照 射の強度、レーザー照射スポットの径、レー ザー照射場所などの製造条件を適宜設計しな がら、発光効率をより高めることのできる有 機EL素子を製造することができる。

 以下、実施例により本発明を更に具体的� ��説明する。