特許 6187915 有機発光ダイオード、有機発光ダイオード用基板の製造方法、画像表示装置および照明装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6187915

(24)【登録日】2017年8月10日

(45)【発行日】2017年8月30日

(54)【発明の名称】有機発光ダイオード、有機発光ダイオード用基板の製造方法、画像表示装置および照明装置

(51)【国際特許分類】

   H05B 33/02 20060101AFI20170821BHJP

   H05B 33/28 20060101ALI20170821BHJP

   H05B 33/26 20060101ALI20170821BHJP

   H01L 51/50 20060101ALI20170821BHJP

   H05B 33/10 20060101ALI20170821BHJP

   H05B 33/24 20060101ALI20170821BHJP

【ＦＩ】

   H05B33/02

   H05B33/28

   H05B33/26 Z

   H05B33/14 A

   H05B33/10

   H05B33/24

【請求項の数】8

【全頁数】73

(21)【出願番号】特願2014-132927(P2014-132927)

(22)【出願日】2014年6月27日

(65)【公開番号】特開2015-28927(P2015-28927A)

(43)【公開日】2015年2月12日

【審査請求日】2016年8月12日

(31)【優先権主張番号】特願2013-135019(P2013-135019)

(32)【優先日】2013年6月27日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000122298

【氏名又は名称】王子ホールディングス株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】503359821

【氏名又は名称】国立研究開発法人理化学研究所

(74)【代理人】

【識別番号】100087000

【弁理士】

【氏名又は名称】上島 淳一

(72)【発明者】

【氏名】篠塚 啓

(72)【発明者】

【氏名】岡本 隆之

(72)【発明者】

【氏名】河向 悦子

【審査官】 大竹 秀紀

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１２／０６０４０４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１３／００５６３８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００６−３１３６６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−３１１４１９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０５Ｂ ３３／０２

Ｈ０５Ｂ ３３／１０

Ｈ０５Ｂ ３３／２４

Ｈ０５Ｂ ３３／２６

Ｈ０５Ｂ ３３／２８

Ｈ０１Ｌ ５１／５０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

少なくとも、金属材料よりなるとともに光が透過可能な金属層および透明導電材料よりなる透明導電層からなる、あるいは、金属材料よりなる金属層のみからなる第１の導電層、透明導電材料からなる第２の導電層およびそれぞれ異なる波長の光を発光する有機発光材料を含有する複数の発光層を含む有機ＥＬ層を備え、前記第１の導電層、前記第２の導電層および前記有機ＥＬ層が、前記有機ＥＬ層を前記第１の導電層と前記第２の導電層との間に位置するように有機発光ダイオード用基板上に所定の順で積層される有機発光ダイオードにおいて、
前記第１の導電層の前記金属層において隣接する層が形成される所定の面に、複数の凸部または凹部が周期的に二次元に配列した二次元格子構造を形成し、
前記複数の有機発光材料のうち、内部量子効率および有機発光材料の寿命時間の少なくとも一方が他の有機発光材料より劣る所定の有機発光材料の発光スペクトルのピーク波長λ_１に対応する前記金属層の前記所定の面に生じる表面プラズモンの伝搬定数の実部をｋ_１とすると、前記所定の面に形成された凸部または凹部における隣り合う凸部または凹部の中心間距離Ｐは、（１）式の範囲の値とし、前記（１）式におけるＰ_０は、前記二次元格子構造として三角格子構造を形成するときは、（２）式を満たし、前記二次元格子構造として正方格子構造を形成するときは、（３）式を満たす
ことを特徴とする有機発光ダイオード。

【数1】

【数2】

【数3】

【請求項2】

請求項１に記載の有機発光ダイオードにおいて、
前記第１の導電層における前記金属層を形成する金属材料は、ＡｇまたはＡｌまたはＡｇの含有率が１０質量％以上の合金またはＡｌの含有率が１０質量％以上の合金である
ことを特徴とする有機発光ダイオード。

【請求項3】

請求項１または２のいずれか１項に記載の有機発光ダイオードにおいて、
前記凹部の深さならびに前記凸部の高さは、１５〜１８０ｎｍである
ことを特徴とする有機発光ダイオード。

【請求項4】

請求項１、２または３のいずれか１項に記載の有機発光ダイオードに用いられる有機発光ダイオード用基板を製造する有機発光ダイオード用基板の製造方法であって、
所定の粒子が二次元に最密充填した粒子単層膜をエッチングマスクとしたドライエッチング法によって、前記第１の導電層、前記第２の導電層および前記有機ＥＬ層を積層する面に複数の凸部または凹部が周期的に二次元に配列した二次元格子構造を形成する
ことを特徴とする有機発光ダイオード用基板の製造方法。

【請求項5】

請求項１、２または３のいずれか１項に記載の有機発光ダイオードに用いられる有機発光ダイオード用基板を製造する有機発光ダイオード用基板の製造方法であって、
所定の粒子が二次元に最密充填した粒子単層膜をエッチングマスクとしたドライエッチング法によって、複数の凸部または凹部が周期的に二次元に配列した二次元格子構造が形成された鋳型を作製し、
前記鋳型に形成された複数の凸部または凹部が周期的に二次元に配列した二次元格子構造を転写して、前記第１の導電層、前記第２の導電層および前記有機ＥＬ層を積層する面に複数の凸部または凹部が周期的に二次元に配列した二次元格子構造を形成する
ことを特徴とする有機発光ダイオード用基板の製造方法。

【請求項6】

請求項５に記載の有機発光ダイオード用基板の製造方法において、
前記所定の粒子の粒径Ｄは、式（４）を満たす
ことを特徴とする有機発光ダイオード用基板の製造方法。
Ｄ＝Ｐ ・・・ （４）

【請求項7】

請求項１、２または３のいずれか１項に記載の有機発光ダイオードを備える画像表示装置。

【請求項8】

請求項１、２または３のいずれか１項に記載の有機発光ダイオードを備える照明装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、有機発光ダイオード、有機発光ダイオード用基板の製造方法、画像表示装置および照明装置に関し、さらに詳細には、異なる波長の光を混合して白色光を発光し、凹凸構造を有する有機発光ダイオード用基板を用いて作製される有機発光ダイオード、有機発光ダイオード用基板の製造方法、ならびに、当該有機発光ダイオードを用いた画像表示装置および照明装置に関する。

【背景技術】

【0002】

有機発光ダイオードは、有機エレクトロルミネッセンス（以下、有機ＥＬ（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）と称することとする。）を利用した発光素子であり、一般に、有機発光材料を含有する発光層を含む有機ＥＬ層を導電層（陽極導電層、陰極導電層）により挟んだ構成を有している。

【0003】

なお、こうした有機ＥＬ層は、発光層のほかに、必要に応じて電子注入層、電子輸送層、ホール注入層、ホール輸送層などにより構成されることとなる。

【0004】

また、有機発光ダイオードは、ガラス基板などからなる有機発光ダイオード用基板上に、酸化インジウム錫（ＩＴＯ：ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）などの透明導電材料からなる陽極導電層、発光層を含む有機ＥＬ層、金属材料からなる陰極導電層を順次積層し、有機発光ダイオード用基板側である有機発光ダイオードの下面から光が取り出されるボトムエミッション型のもの、上記有機発光ダイオード用基板上に、陰極導電層、発光層を含む有機ＥＬ層、陽極導電層の順に順次積層し、有機発光ダイオード用基板とは反対側の有機発光ダイオードの上面から光が取り出される陽極トップエミッション型のもの、上記有機発光ダイオード用基板上に陽極層、発光層を含む有機ＥＬ層、陰極導電層（半透過電極）の順に順次積層し、有機発光ダイオード用基板とは反対側の有機発光ダイオードの上面から光が取り出される陰極トップエミッション型のものなどが知られている。

【0005】

こうした有機発光ダイオードは、視野角依存性が少ない、消費電力が少ない、非常に薄く作製することができる、面光源であるといった利点を有している。

【0006】

このような有機発光ダイオードは、画像表示装置や照明装置に好適に使用できるものであるが、発光したエネルギーのうち素子外部に取り出すことができる光は２０％程度であり、その他のエネルギーは素子内部で全反射を繰り返す導波路モードや陰極導電層の表面で表面プラズモンに変換されて、最終的には熱として失われてしまい、従来の蛍光管や発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）に比べて光取り出し効率が低いという問題点を有していた。

【0007】

ところで、有機発光ダイオードにおいて白色光を発光するには、異なる２つの波長の光を混合する２波長型の発光方法と、異なる３つの波長の光を混合する３波長型の発光方法とが挙げられる。

【0008】

このような発光方法は、発光層にそれぞれの異なる波長の光を発光する有機発光材料を含有しており、こうした有機発光材料においては、発光する光の波長により内部量子効率や有機発光材料の寿命が異なっている。

【0009】

したがって、内部量子効率が最も低い有機発光材料に合わせて印加電圧を調整すると、内部量子効率が高い有機発光材料では適正な印加電圧より高い印加電圧となっていた。

【0010】

その結果、流入電流が増して電流密度が上がり、適正な電流密度を超えて有機発光材料の寿命は低下してしまっていた。

【0011】

つまり、上記した２つの発光方法においては、それぞれの有機発光材料における内部量子効率の差が大きければ、高い内部量子効率を示す有機発光材料の寿命が低下し、有機発光ダイオードとしての寿命が短くなってしまうことが問題点として指摘されていた。

【0012】

一方、有機発光材料の寿命に着目すると、寿命は有機発光材料の化学構造に由来する固有の要素であり、有機発光材料の種類によって決まるものであるが、更には発光する条件によっても左右される。即ち、一般的には、発光層に対する印加電圧が高いと、有機発光材料の劣化が速く進行するため、寿命が短くなってしまっていた。

【0013】

このような背景から、白色を構成する複数の有機発光材料を適正な印加電圧で発光させて内部量子効率の低い有機発光材料の光取り出し効率を選択的に向上させた白色有機発光ダイオードの提案が望まれていた。

【0014】

ここで、本明細書における内部量子効率とは、注入された電力によって有機ＥＬ層に含有される有機発光材料で励起されたエネルギーが光エネルギーに変換された割合（有機発光材料で生成した光エネルギー）を示すものである。

【0015】

また、本明細書での光取り出し効率とは、有機ＥＬ層に含有される有機発光材料で生成した光エネルギーに対する、有機発光ダイオード光取り出し面（ボトムエミッション型では基板面であり、陽極トップエミッション型では陽極面であり、陰極トップエミッション型では陰極面である。）から有機発光ダイオードの外部、つまり、自由空間中に出射される光エネルギーの割合を示すものである。

【0016】

ところで、有機発光ダイオードの光取り出し効率を向上させる手法としては、従来より素子内に微細構造を導入する方法が知られている。このような微細構造はランダム構造のものと周期性構造のものとに大別される。

【0017】

特許文献１、２には、可視光領域の光取り出し効率を向上させるため、素子内に高さやピッチが不揃いのランダムな微細構造を導入し、光取り出し効率を向上させる手法が開示されている。

【0018】

しかしながら、この手法は、可視光領域全体、つまり、２波長型なら２つの有機発光材料、３波長型なら３つの有機発光材料の全てについて機能を有するため、特に、内部量子効率や寿命の差が大きい有機発光材料のバランスを取るという用途での使用には効果が認められないということが問題点として指摘されていた。

【0019】

一方、特定の波長域の光取り出し効率を向上させる手段としては、素子内に周期性を持つ微細構造を導入し、導波モード（ＴＥ導波路モード、ＴＭ導波路モードおよび表面プラズモンモード）となったエネルギーを素子外部に取り出すことが有効である。

【0020】

こうした導波モードの光取り出し方法として、例えば、素子に回折格子を導入する方法が提案されている。

【0021】

この方法は、素子内に設けられた回折格子により、通常では全反射で素子内に閉じ込められてしまう光を回折して光の向きを変えることで素子外に光を取り出し、光取り出し効率を向上させるようにしたものである。

【0022】

回折格子は、格子定数により定まる特定波長を回折するため、白色光を発光する有機発光ダイオードに回折格子を導入すると、特定の波長において光取り出し効率が向上するものとされている。

【0023】

なお、こうした技術、つまり、導波モードのエネルギーを取り出して光取り出し効率を向上する方法については、例えば、特許文献３に開示されており、この特許文献３では、発光効率や発光寿命が劣る発光材料の波長にあわせて回折格子を導入する試みがなされている。

【0024】

このように、素子内に周期的な回折格子を備えることで、素子内で損失していたエネルギーを取り出す試みは種々なされているが、目的とする内部量子効率や発光寿命が短い有機発光材料の発光スペクトルのピーク波長に合わせて光を取り出すためには、素子構成、取り出す光のモード（ＴＥ導波路モード、ＴＭ導波路モードおよび表面プラズモンモード）、回折格子を備える場所などにより格子定数や光取り出し効率が大きく異なる。このため、目的とする内部量子効率や発光寿命が短い有機発光材料の発光スペクトルのピーク波長に合わせて光を取り出す設計が詳細になされていない場合には、光取り出し効率を向上させる効果が低いものであった。

【0025】

また、表面プラズモンを経由したエネルギー損失を改善して光取り出し効率を向上するための方法も各種検討されており、こうした技術については、例えば、特許文献４〜７に開示されている。

【0026】

即ち、特許文献４〜７には、通常では熱として失われてしまう表面プラズモンを伝搬光に変換して光を取り出す方法として、金属層である陰極導電層の表面に対して、１次元または２次元の周期的微細構造を設ける方法が開示されている。

【0027】

こうした陰極導電層の表面に形成された周期的微細構造たる凹凸構造は、表面プラズモンを回折する回折格子として機能し、陰極導電層で生じる表面プラズモンを再び伝搬光に変換することが可能であり、光取り出し効率が向上するものである。

【0028】

ここで、有機発光ダイオードは、素子自体が非常に薄く、発光層と金属層である陰極導電層との間の距離が非常に近いことから、発光エネルギーが陰極導電層の表面で表面プラズモンに変換される割合は、素子内に閉じ込められる導波路モードのエネルギー光と比較するとより大きいものである。

【0029】

このため、表面プラズモンを回折する回折格子がない場合には、陰極導電層の表面で変換された表面プラズモンは熱として失われるため、有機発光ダイオードの光取り出し効率が著しく低くなってしまっていた。

【0030】

こうしたことから、表面プラズモンモードのエネルギーの取り出しについても、素子内に表面プラズモンを回折する格子を備えることで、素子内で損失していたエネルギーを取り出す試みがなされている。

【0031】

しかしながら、周期的な微細構造を設け、表面プラズモンの回折を利用して、目的とする内部量子効率や発光寿命が短い有機発光材料の発光スペクトルのピーク波長に合わせた特定の波長域の光取り出し効率を向上させる手法においては、周期的微細構造の寸法や製造方法が確立されていなかったために、光取り出し効率を向上させることが困難であることが問題点として指摘されていた。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0032】

【特許文献1】特開２００９−９８６１号公報

【特許文献2】国際公開公報ＷＯ２０１３／００５６３８号公報

【特許文献3】特許第４５１７９１０号公報

【特許文献4】特開２００２−２７０８９１号公報

【特許文献5】特開２００４−０３１３５０号公報

【特許文献6】特表２００５−５３５１２１号公報

【特許文献7】特開２００９−１５８４７８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0033】

本発明は、上記したような従来の技術の有する問題点や要望に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、白色光を発光する有機ＥＬ層に形成される複数の有機発光材料において、各有機発光材料の寿命時間を低下させることなく、内部量子効率の低い有機発光材料の光取り出し効率を選択的に向上することができる有機発光ダイオード、有機発光ダイオード用基板の製造方法、画像表示装置および照明装置を提供しようとするものである。

【課題を解決するための手段】

【0034】

上記目的を達成するために、本発明は、異なる波長の光を混合して白色光を発光する有機発光ダイオードにおいて、有機発光材料の寿命を狭めることなく光取り出し効率を向上させるようにしたものであり、具体的には、有機発光ダイオードの素子内部に微細構造を導入するようにしたものである。

【0035】

特に、素子内のエネルギー損失となっている導波モードのうち、最も大きなエネルギーを有する表面プラズモンモードの取り出しに最適化された回折格子として作用する二次元格子構造を導入することで、有機ＥＬの導波モード取り出し効率を最大化するようにしたものである。

【0036】

即ち、本発明による有機発光ダイオードは、少なくとも、金属材料よりなるとともに光が透過可能な金属層および透明導電材料よりなる透明導電層からなる、あるいは、金属材料よりなる金属層のみからなる第１の導電層、透明導電材料からなる第２の導電層およびそれぞれ異なる波長の光を発光する有機発光材料を含有する複数の発光層を含む有機ＥＬ層を備え、上記第１の導電層、上記第２の導電層および上記有機ＥＬ層が、上記有機ＥＬ層を上記第１の導電層と上記第２の導電層との間に位置するように有機発光ダイオード用基板上に所定の順で積層される有機発光ダイオードにおいて、上記第１の導電層の上記金属層において隣接する層が形成される所定の面に、複数の凸部または凹部が周期的に二次元に配列した二次元格子構造を形成し、上記複数の有機発光材料のうち、内部量子効率および有機発光材料の寿命時間の少なくとも一方が他の有機発光材料より劣る所定の有機発光材料の発光スペクトルのピーク波長λ_１に対応する上記金属層の上記所定の面に生じる表面プラズモンの伝搬定数の実部をｋ_１とすると、上記所定の面に形成された凸部または凹部における隣り合う凸部または凹部の中心間距離Ｐは、（１）式の範囲の値とし、上記（１）式におけるＰ_０は、上記二次元格子構造として三角格子構造を形成するときは、（２）式を満たし、上記二次元格子構造として正方格子構造を形成するときは、（３）式を満たすようにしたものである。

【数1】

【数2】

【数3】

【0037】

また、本発明による有機発光ダイオードは、上記した有機発光ダイオードにおいて、上記第１の導電層における上記金属層を形成する金属材料は、ＡｇまたはＡｌまたはＡｇの含有率が１０質量％以上の合金またはＡｌの含有率が１０質量％以上の合金であるようにしたものである。

【0038】

また、本発明による有機発光ダイオードは、上記した有機発光ダイオードにおいて、上記凹部の深さならびに上記凸部の高さは、１５〜１８０ｎｍであるようにしたものである。

【0039】

また、本発明による有機発光ダイオード用基板の製造方法は、上記した有機発光ダイオードに用いられる有機発光ダイオード用基板を製造する有機発光ダイオード用基板の製造方法であって、所定の粒子が二次元に最密充填した粒子単層膜をエッチングマスクとしたドライエッチング法によって、上記第１の導電層、上記第２の導電層および上記有機ＥＬ層を積層する面に複数の凸部または凹部が周期的に二次元に配列した二次元格子構造を形成するようにしたものである。

【0040】

また、本発明による有機発光ダイオード用基板の製造方法は、上記した有機発光ダイオードに用いられる有機発光ダイオード用基板を製造する有機発光ダイオード用基板の製造方法であって、所定の粒子が二次元に最密充填した粒子単層膜をエッチングマスクとしたドライエッチング法によって、複数の凸部または凹部が周期的に二次元に配列した二次元格子構造が形成された鋳型を作製し、上記鋳型に形成された複数の凸部または凹部が周期的に二次元に配列した二次元格子構造を転写して、上記第１の導電層、上記第２の導電層および上記有機ＥＬ層を積層する面に複数の凸部または凹部が周期的に二次元に配列した二次元格子構造を形成するようにしたものである。

【0041】

また、上記した有機発光ダイオード用基板の製造方法は、上記した有機発光ダイオード用基板の製造方法において、上記所定の粒子の粒径Ｄは、（４）式を満たすようにしたものである。

【数4】

【0042】

また、本発明による画像表示装置は、上記した有機発光ダイオードを備えるようにしたものである。

【0043】

また、本発明による照明装置は、上記した有機発光ダイオードを備えるようにしたものである。

【0044】

また、本発明による有機発光ダイオード用基板は、少なくとも、金属材料よりなる金属層を含む陰極導電層、透明導電材料からなる陽極導電層および異なる波長の光を発光する複数の有機発光材料を含有する発光層を含む有機ＥＬ層を備え、上面より白色光を発光するトップエミッション型の有機発光ダイオードにおける有機発光ダイオード用基板において、上記陰極導電層、上記陽極導電層および上記有機ＥＬ層を積層する面において、複数の凸部が周期的に二次元に配列した二次元格子構造を形成し、上記複数の有機発光材料のうち、内部量子効率および有機発光材料の寿命時間のうちの少なくとも一方が、他の有機発光材料より劣る所定の有機発光材料の発光スペクトルのピーク波長λ_１に対応する上記金属層の上面あるいは下面に生じる表面プラズモンの伝搬定数の実部をｋ_１とすると、上記面に形成された凸部における隣り合う凸部の中心間距離Ｐは、上記二次元格子構造として三角格子構造を形成するときには、（５）式を満たし、上記二次元格子構造として正方格子構造を形成するときには、（６）式を満たすようにしたものである。

【数5】

【数6】

【0045】

また、本発明による有機発光ダイオード用基板は、少なくとも、金属材料よりなる金属層を含む陰極導電層、透明導電材料からなる陽極導電層および異なる波長の光を発光する複数の有機発光材料を含有する発光層を含む有機ＥＬ層を備え、上面より白色光を発光するトップエミッション型の有機発光ダイオードにおける有機発光ダイオード用基板において、上記陰極導電層、上記陽極導電層および上記有機ＥＬ層を積層する面において、複数の凹部が周期的に二次元に配列した二次元格子構造を形成し、上記複数の有機発光材料のうち、内部量子効率および有機発光材料の寿命時間のうちの少なくとも一方が、他の有機発光材料より劣る所定の有機発光材料の発光スペクトルのピーク波長λ_１に対応する上記金属層の上面あるいは下面に生じる表面プラズモンの伝搬定数の実部をｋ_１とすると、上記面に形成された凹部における隣り合う凹部の中心間距離Ｐは、上記二次元格子構造として三角格子構造を形成するときには、（５）式を満たし、上記二次元格子構造として正方格子構造を形成するときには、（６）式を満たすようにしたものである。

【数5】

【数6】

【0046】

また、本発明による有機発光ダイオード用基板は、少なくとも、金属材料よりなる金属層を含む陰極導電層、透明導電材料からなる陽極導電層および異なる波長の光を発光する複数の有機発光材料を含有する発光層を含む有機ＥＬ層を備え、下面より白色光を発光するボトムエミッション型の有機発光ダイオードにおける有機発光ダイオード用基板において、上記陰極導電層、上記陽極導電層および上記有機ＥＬ層を積層する面において、複数の凸部が周期的に二次元に配列した二次元格子構造を形成し、上記複数の有機発光材料のうち、内部量子効率および有機発光材料の寿命時間のうちの少なくとも一方が、他の有機発光材料より劣る所定の有機発光材料の発光スペクトルのピーク波長λ_１に対応する上記金属層の下面に生じる表面プラズモンの伝搬定数の実部をｋ_１とすると、上記面に形成された凸部における隣り合う凸部の中心間距離Ｐは、上記二次元格子構造として三角格子構造を形成するときには、（５）式を満たし、上記二次元格子構造として正方格子構造を形成するときには、（６）式を満たすようにしたものである。

【数5】

【数6】

【0047】

また、本発明による有機発光ダイオード用基板は、少なくとも、金属材料よりなる金属層を含む陰極導電層、透明導電材料からなる陽極導電層および異なる波長の光を発光する複数の有機発光材料を含有する発光層を含む有機ＥＬ層を備え、下面より白色光を発光するボトムエミッション型の有機発光ダイオードにおける有機発光ダイオード用基板において、上記陰極導電層、上記陽極導電層および上記有機ＥＬ層を積層する面において、複数の凹部が周期的に二次元に配列した二次元格子構造を形成し、上記複数の有機発光材料のうち、内部量子効率および有機発光材料の寿命時間のうちの少なくとも一方が、他の有機発光材料より劣る所定の有機発光材料の発光スペクトルのピーク波長λ_１に対応する上記金属層の下面に生じる表面プラズモンの伝搬定数の実部をｋ_１とすると、上記面に形成された凹部における隣り合う凹部の中心間距離Ｐは、上記二次元格子構造として三角格子構造を形成するときには、（５）式を満たし、上記二次元格子構造として正方格子構造を形成するときには、（６）式を満たすようにしたものである。

【数5】

【数6】

【0048】

また、本発明による有機発光ダイオードは、基板上に、少なくとも、金属材料からなる反射層と、透明導電材料からなる陽極導電層と、異なる波長の光を発光する複数の有機発光材料を含有する発光層を含む有機ＥＬ層と、金属材料からなる半透過金属層および透明導電材料からなる透明導電層が積層された陰極導電層とが順次積層され、上記半透過金属層の上記透明導電層と接している面に、複数の凸部が周期的に二次元に配列した二次元格子構造が形成された、白色光を発光するトップエミッション型の有機発光ダイオードであって、上記複数の有機発光材料のうち、内部量子効率および有機発光材料の寿命時間のうちの少なくとも一方が、他の有機発光材料より劣る所定の有機発光材料の発光スペクトルのピーク波長λ_１に対応する上記半透過金属層の上記透明導電層と接している面に生じる表面プラズモンの伝搬定数の実部をｋ_１とすると、上記面に形成された凸部における隣り合う凸部の中心間距離Ｐは、上記二次元格子構造として三角格子構造を形成するときには、（５）式を満たし、上記二次元格子構造として正方格子構造を形成するときには、（６）式を満たすようにしたものである。

【数5】

【数6】

【0049】

また、本発明による有機発光ダイオードは、基板上に、少なくとも、金属材料からなる反射層と、透明導電材料からなる陽極導電層と、異なる波長の光を発光する複数の有機発光材料を含有する発光層を含む有機ＥＬ層と、金属材料からなる半透過金属層および透明導電材料からなる透明導電層が積層された陰極導電層とが順次積層され、上記半透過金属層の上記透明導電層と接している面に、複数の凹部が周期的に二次元に配列した二次元格子構造が形成された、白色光を発光するトップエミッション型の有機発光ダイオードであって、上記複数の有機発光材料のうち、内部量子効率および有機発光材料の寿命時間のうちの少なくとも一方が、他の有機発光材料より劣る所定の有機発光材料の発光スペクトルのピーク波長λ_１に対応する上記半透過金属層の上記透明導電層と接している面に生じる表面プラズモンの伝搬定数の実部をｋ_１とすると、上記面に形成された凹部における隣り合う凹部の中心間距離Ｐは、上記二次元格子構造として三角格子構造を形成するときには、（５）式を満たし、上記二次元格子構造として正方格子構造を形成するときには、（６）式を満たすようにしたものである。

【数5】

【数6】

【0050】

また、本発明による有機発光ダイオードは、基板上に、少なくとも、金属材料からなる反射層と、透明導電材料からなる陽極導電層と、異なる波長の光を発光する複数の有機発光材料を含有する発光層を含む有機ＥＬ層と、金属材料からなる半透過金属層および透明導電材料からなる透明導電層が積層された陰極導電層とが順次積層され、上記半透過金属層の上記有機ＥＬ層と接している面に、複数の凸部が周期的に二次元に配列した二次元格子構造が形成された、白色光を発光するトップエミッション型の有機発光ダイオードであって、上記複数の有機発光材料のうち、内部量子効率および有機発光材料の寿命時間のうちの少なくとも一方が、他の有機発光材料より劣る所定の有機発光材料の発光スペクトルのピーク波長λ_１に対応する上記半透過金属層の上記有機ＥＬ層と接している面に生じる表面プラズモンの伝搬定数の実部をｋ_１とすると、上記面に形成された凸部における隣り合う凸部の中心間距離Ｐは、上記二次元格子構造として三角格子構造を形成するときには、（５）式を満たし、上記二次元格子構造として正方格子構造を形成するときには、（６）式を満たすようにしたものである。

【数5】

【数6】

【0051】

また、本発明による有機発光ダイオードは、基板上に、少なくとも、金属材料からなる反射層と、透明導電材料からなる陽極導電層と、異なる波長の光を発光する複数の有機発光材料を含有する発光層を含む有機ＥＬ層と、金属材料からなる半透過金属層および透明導電材料からなる透明導電層が積層された陰極導電層とが順次積層され、上記半透過金属層の上記有機ＥＬ層と接している面に、複数の凹部が周期的に二次元に配列した二次元格子構造が形成された、白色光を発光するトップエミッション型の有機発光ダイオードであって、上記複数の有機発光材料のうち、内部量子効率および有機発光材料の寿命時間のうちの少なくとも一方が、他の有機発光材料より劣る所定の有機発光材料の発光スペクトルのピーク波長λ_１に対応する上記半透過金属層の上記有機ＥＬ層と接している面に生じる表面プラズモンの伝搬定数の実部をｋ_１とすると、上記面に形成された凹部における隣り合う凹部の中心間距離Ｐは、上記二次元格子構造として三角格子構造を形成するときには、（５）式を満たし、上記二次元格子構造として正方格子構造を形成するときには、（６）式を満たすようにしたものである。

【数5】

【数6】

【0052】

また、本発明による有機発光ダイオードは、基板上に、少なくとも、金属材料からなる陰極導電層と、異なる波長の光を発光する複数の有機発光材料を含有する発光層を含む有機ＥＬ層と、透明導電材料からなる陽極導電層とが順次積層され、上記陰極導電層の上記有機ＥＬ層と接している面に、複数の凸部が周期的に二次元に配列した二次元格子構造が形成された、白色光を発光するトップエミッション型の有機発光ダイオードであって、上記複数の有機発光材料のうち、内部量子効率および有機発光材料の寿命時間のうちの少なくとも一方が、他の有機発光材料より劣る所定の有機発光材料の発光スペクトルのピーク波長λ_１に対応する上記陰極導電層の上記有機ＥＬ層と接している面に生じる表面プラズモンの伝搬定数の実部をｋ_１とすると、上記面に形成された凸部における隣り合う凸部の中心間距離Ｐは、上記二次元格子構造として三角格子構造を形成するときには、（５）式を満たし、上記二次元格子構造として正方格子構造を形成するときには、（６）式を満たすようにしたものである。

【数5】

【数6】

【0053】

また、本発明による有機発光ダイオードは、基板上に、少なくとも、金属材料からなる陰極導電層と、異なる波長の光を発光する複数の有機発光材料を含有する発光層を含む有機ＥＬ層と、透明導電材料からなる陽極導電層とが順次積層され、上記陰極導電層の上記有機ＥＬ層と接している面に、複数の凹部が周期的に二次元に配列した二次元格子構造が形成された、白色光を発光するトップエミッション型の有機発光ダイオードであって、上記複数の有機発光材料のうち、内部量子効率および有機発光材料の寿命時間のうちの少なくとも一方が、他の有機発光材料より劣る所定の有機発光材料の発光スペクトルのピーク波長λ_１に対応する上記陰極導電層の上記有機ＥＬ層と接している面に生じる表面プラズモンの伝搬定数の実部をｋ_１とすると、上記面に形成された凹部における隣り合う凸部の中心間距離Ｐは、上記二次元格子構造として三角格子構造を形成するときには、（５）式を満たし、上記二次元格子構造として正方格子構造を形成するときには、（６）式を満たすようにしたものである。

【数5】

【数6】

【0054】

また、本発明による有機発光ダイオードは、基板上に、少なくとも、透明導電材料からなる陽極導電層と、異なる波長の光を発光する複数の有機発光材料を含有する発光層を含む有機ＥＬ層と、金属材料からなる陰極導電層とが順次積層され、上記陰極導電層の上記有機ＥＬ層と接している面に、複数の凸部が周期的に二次元に配列した二次元格子構造が形成された、白色光を発光するボトムエミッション型の有機発光ダイオードであって、上記複数の有機発光材料のうち、内部量子効率および有機発光材料の寿命時間のうちの少なくとも一方が、他の有機発光材料より劣る所定の有機発光材料の発光スペクトルのピーク波長λ_１に対応する上記陰極導電層の上記有機ＥＬ層と接している面に生じる表面プラズモンの伝搬定数の実部をｋ_１とすると、上記面に形成された凸部における隣り合う凸部の中心間距離Ｐは、上記二次元格子構造として三角格子構造を形成するときには、（５）式を満たし、上記二次元格子構造として正方格子構造を形成するときには、（６）式を満たすようにしたものである。

【数5】

【数6】

【0055】

また、本発明による有機発光ダイオードは、基板上に、少なくとも、透明導電材料からなる陽極導電層と、異なる波長の光を発光する複数の有機発光材料を含有する発光層を含む有機ＥＬ層と、金属材料からなる陰極導電層とが順次積層され、上記陰極導電層の上記有機ＥＬ層と接している面に、複数の凹部が周期的に二次元に配列した二次元格子構造が形成された、白色光を発光するボトムエミッション型の有機発光ダイオードであって、上記複数の有機発光材料のうち、内部量子効率および有機発光材料の寿命時間のうちの少なくとも一方が、他の有機発光材料より劣る所定の有機発光材料の発光スペクトルのピーク波長λ_１に対応する上記陰極導電層の上記有機ＥＬ層と接している面に生じる表面プラズモンの伝搬定数の実部をｋ_１とすると、上記面に形成された凹部における隣り合う凹部の中心間距離Ｐは、上記二次元格子構造として三角格子構造を形成するときには、（５）式を満たし、上記二次元格子構造として正方格子構造を形成するときには、（６）式を満たすようにしたものである。

【数5】

【数6】

【0056】

また、本発明による有機発光ダイオードは、上記した有機発光ダイオードにおいて、上記陰極導電層を形成する金属材料は、ＡｇまたはＡｌまたはＡｇの含有率が１０質量％以上の合金またはＡｌの含有率が１０質量％以上の合金であるようにしたものである。

【0057】

また、本発明による有機発光ダイオード用基板の製造方法は、上記した有機発光ダイオード用基板を製造する有機発光ダイオード用基板の製造方法であって、所定の粒子が二次元に最密充填した粒子単層膜をエッチングマスクとしたドライエッチング法によって、上記面に複数の凸部または凹部が周期的に二次元に配列した二次元格子構造を形成するようにしたものである。

【0058】

また、本発明による有機発光ダイオード用基板の製造方法は、上記した有機発光ダイオード用基板を製造する有機発光ダイオード用基板の製造方法であって、所定の粒子が二次元に最密充填した粒子単層膜をエッチングマスクとしたドライエッチング法によって、複数の凸部または凹部が周期的に二次元に配列した構造が形成された鋳型を作製し、上記鋳型に形成された複数の凸部または凹部が周期的に二次元に配列した二次元格子構造を転写して、上記面に複数の複数の凸部または凹部が周期的に二次元に配列した二次元格子構造を形成するようにしたものである。

【0059】

また、本発明による有機発光ダイオードの製造方法は、上記した有機発光ダイオードを製造する有機発光ダイオードの製造方法であって、上記基板の表面に複数の凸部または凹部が周期的に二次元に配列した二次元格子構造を作製し、複数の凸部または凹部が周期的に二次元に配列した二次元格子構造が形成された上記基板の表面に、上記反射層と、上記陽極導電層と、上記有機ＥＬ層と、上記陰極導電層とを順次積層するようにしたものである。

【0060】

また、本発明による有機発光ダイオードの製造方法は、上記した有機発光ダイオードを製造する有機発光ダイオードの製造方法であって、上記基板の表面に複数の凸部または凹部が周期的に二次元に配列した二次元格子構造を作製し、複数の凸部または凹部が周期的に二次元に配列した二次元格子構造が形成された上記基板の表面に、上記陰極導電層と、上記有機ＥＬ層と、上記陽極導電層とを順次積層するようにしたものである。

【0061】

また、本発明による有機発光ダイオードの製造方法は、上記した有機発光ダイオードを製造する有機発光ダイオードの製造方法であって、上記基板の表面に複数の凸部または凹部が周期的に二次元に配列した二次元格子構造を作製し、複数の凸部または凹部が周期的に二次元に配列した二次元格子構造が形成された上記基板の表面に、上記陽極導電層と、上記有機ＥＬ層と、上記陰極導電層とを順次積層するようにしたものである。

【0062】

また、本発明による有機発光ダイオードの製造方法は、上記した有機発光ダイオードの製造方法において、上記陰極導電層を形成する金属材料として、ＡｇまたはＡｌまたはＡｇの含有率が１０質量％以上の合金またはＡｌの含有率が１０質量％以上の合金を用いるようにしたものである。

【0063】

また、本発明による有機発光ダイオードの製造方法は、上記した有機発光ダイオードの製造方法において、上記凹部の深さならびに上記凸部の高さを１５〜１８０ｎｍとするようにしたものである。

【0064】

また、本発明による有機発光ダイオードの製造方法は、上記した有機発光ダイオードの製造方法において、所定の粒子が二次元に最密充填した粒子単層膜をエッチングマスクとしたドライエッチング法によって、上記基板の表面に複数の凸部または凹部が周期的に二次元に配列した二次元格子構造を形成するようにしたものである。

【0065】

また、本発明による有機発光ダイオードの製造方法は、上記した有機発光ダイオードの製造方法において、所定の粒子が二次元に最密充填した粒子単層膜をエッチングマスクとしたドライエッチング法によって、複数の凸部または凹部が周期的に二次元に配列した構造が形成された鋳型を作製し、上記鋳型に形成された複数の凸部または凹部が周期的に二次元に配列した二次元格子構造を転写して、上記基板の表面に複数の凸部または凹部が周期的に二次元に配列した二次元格子構造を形成するようにしたものである。

【0066】

また、本発明による有機発光ダイオードの製造方法は、上記した有機発光ダイオードの製造方法において、上記所定の粒子において、粒径Ｄは、（４）式を満たすようにしたものである。

【数4】

【発明の効果】

【0067】

本発明は、以上説明したように構成されているので、白色光を発光する有機ＥＬ層に形成される複数の有機発光材料において、各有機発光材料の寿命時間を低下させることなく、内部量子効率の低い有機発光材料の光取り出し効率を選択的に向上することができるという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0068】

【図1】図１は、本発明の第１の実施の形態による有機発光ダイオードを示す概略構成説明図である。

【図2】図２（ａ）は、本発明による有機発光ダイオードにおける陰極導電層の裏面に形成された微細構造を示す概略構成斜視説明図であり、また、図２（ｂ）は、本発明による有機発光ダイオードにおける基板の表面に形成された微細構造を示す概略構成斜視説明図である。

【図3】図３は、有機発光ダイオードの層構成中の双極子を示す説明図である。

【図4】図４は、本発明の第１の実施の形態による有機発光ダイオードにおける双極子のエネルギー散逸を示すグラフである。

【図5】図５は、本発明の第２の実施の形態による有機発光ダイオードにおける双極子のエネルギー散逸を示すグラフである。

【図6】図６（ａ）は、ドライエッチング処理後の基板の表面をＡＦＭで観察した説明図が示されており、また、図６（ｂ）は、図６（ａ）のＡ−Ａ線により断面図が示されている。

【図7】図７は、本発明の第３の実施の形態による有機発光ダイオードを示す概略構成説明図である。

【図8】図８は、本発明の第３の実施の形態による有機発光ダイオードにおける双極子のエネルギー散逸を示すグラフである。

【図9】図９は、本発明の第４の実施の形態による有機発光ダイオードを示す概略構成説明図である。

【図10】図１０は、本発明による第１、２、３および４の実施の形態に基づく有機発光ダイオードたる実施例１、２、３および４と従来の技術による有機発光ダイオードたる比較例１、２、３および４との単位電流における電流効率および電力効率を測定した測定結果を示す表である。

【図11】図１１は、本発明の第４の実施の形態による有機発光ダイオードにおける双極子のエネルギー散逸を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0069】

以下、添付の図面を参照しながら、本発明による有機発光ダイオード、有機発光ダイオード用基板の製造方法、画像表示装置および照明装置の実施の形態を詳細に説明する。

【0070】

まず、図１および図２を参照しながら、本発明による有機発光ダイオードの第１の実施の形態について説明する。

【0071】

なお、図１には、本発明の第１の実施の形態による有機発光ダイオードの一例を示す概略構成説明図が示されている。

【0072】

この図１に示す有機発光ダイオード１０に関する説明においては、説明の便宜上、有機発光ダイオード１０を構成する各層の高さ方向における上方側の表面を上面と適宜に称し、各層の高さ方向における下方側の表面を下面と適宜に称する。

【0073】

また、以下の説明においては、本発明を用いるものである限り、必ずしも対象とする有機発光ダイオードの構造および方式を限定するものではない。

【0074】

この図１に示す有機発光ダイオード１０は、一般に３波長型の陰極トップエミッション型と称されるタイプの有機発光ダイオードであり、基板１２上に反射層２２と陽極導電層１４と有機ＥＬ層１６と陰極導電層１８とが順次積層されている。

【0075】

そして、陽極導電層１４と陰極導電層１８とには、電源２０により電圧を印加することができるようになされている。

【0076】

この有機発光ダイオード１０においては、陽極導電層１４と陰極導電層１８とに電圧を印加すると、陽極導電層１４から有機ＥＬ層１６中の発光層１６−３（後述する。）にホールが注入されるとともに、陰極導電層１８から有機ＥＬ層１６中の発光層１６−３（後述する。）に電子が注入され、陰極導電層１８側から有機ＥＬ層１６で発生した光が取り出されるようになる。

【0077】

なお、本発明による第１の実施の形態の有機発光ダイオード１０は、３波長型の陰極トップエミッション型と称される有機発光ダイオードであり、発光層１６−３は３つの有機発光材料が層（発光層１６−３ａ、発光層１６−３ｂ、発光層１６−３ｃであり、その詳細は後述する。）を形成して構成される。以降、まとめて発光層１６−３と説明して差し障りのない場合は、上記３層を発光層１６−３として記載する。

【0078】

反射層２２は、有機ＥＬ層１６からの光を反射して基板１２から当該光が取り出されないように設けられた層である。

【0079】

従って、反射層２２は、可視光を反射する金属材料により構成されており、例えば、ＡｇあるいはＡｌを用いて構成される。

【0080】

また、こうした反射層２２の厚さは、例えば、１００〜２００ｎｍが好ましい。

【0081】

なお、反射層２２を含む有機発光ダイオード１０を構成する各層の厚さは、分光エリプソメーター、接触式段差計あるいは原子力間顕微鏡（Ａｔｏｍｉｃ Ｆｏｒｃｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ（ＡＦＭ））などにより測定することができる。

【0082】

陽極導電層１４は、電源２０の陽極と接続され、可視光を透過する透明導電材料により構成されている。こうした透明導電材料は、特に限定されず、透明導電材料として公知のものを用いることができる。

【0083】

具体的には、陽極導電層１４に用いる透明導電材料としては、インジウム−スズ酸化物（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ（ＩＴＯ））、インジウム−亜鉛酸化物（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ（ＩＺＯ））、酸化亜鉛（Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ（ＺｎＯ））あるいは亜鉛−スズ酸化物（Ｚｉｎｃ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ（ＺＴＯ））などが挙げられる。

【0084】

また、こうした陽極導電層１４の厚さは、例えば、５０〜２００ｎｍが好ましい。

【0085】

有機ＥＬ層１６は、電源２０からホールが注入されるホール注入層１６−１と、ホール注入層１６−１において注入されたホールを後述する発光層１６−３に輸送するとともに、当該発光層１６−３からの電子を遮断するホール輸送層１６−２と、互いに異なる波長の光を発光する複数の有機発光材料を含有するとともに、ホール輸送層１６−２から輸送されたホールと後述する電子輸送層１６−４から輸送された電子とが結合して発光する発光層１６−３と、後述する電子注入層１６−５において注入された電子を発光層１６−３に輸送するとともに、当該発光層１６−３からのホールを遮断する電子輸送層１６−４と、電源２０から電子が注入される電子注入層１６−５とにより構成されている。

【0086】

なお、発光層１６−３は、所定の波長の光を発光する有機発光材料よりなる発光層１６−３ａと、発光層１６−３ａを形成する有機発光材料と異なる波長の光を発光する有機発光材料よりなる発光層１６−３ｂと、発光層１６−３ａ、１６−３ｂを形成する有機発光材料と異なる波長の光を発光する有機発光材料よりなる発光層１６−３ｃとを有して構成されている。そして、この発光層１６−３ａ、１６−３ｂ、１６−３ｃはそれぞれ発光することにより、発光層１６−３から白色光が発光するよう、用いられる有機発光材料が選択されている。

【0087】

そして、有機ＥＬ層１６は、陽極導電層１４上に、ホール注入層１６−１、ホール輸送層１６−３、発光層１６−３（発光層１６−３ａ、発光層１６−３ｂ、発光層１６−３ｃ）、電子輸送層１６−４、電子注入層１６−５の順で７層で積層されている。

【0088】

なお、これらの層は、一層の役割が１つの場合もあるし、２つ以上の役割を兼ねる場合もあり、例えば、電子輸送層１６−４と発光層１６−３ｃとを一つの層で兼ねることができるものである。

【0089】

つまり、有機ＥＬ層１６は、少なくとも、有機発光材料を含有する発光層１６−３を含む層であればよく、発光層１６−３のみから構成されてもよいが、一般的には、発光層１６−３以外の他の層が含まれるものである。こうした発光層１６−３以外の層は、発光層１６−３の機能を損なわない限り、有機材料から構成されるものであっても無機材料から構成されるものであってもよい。

【0090】

ここで、有機ＥＬ層１６の各層を構成する材料は、特に限定されず、これまで有機ＥＬの発光層を構成する有機発光材料として公知のものを用いることができ、例えば、蛍光または燐光を発生する有機化合物、蛍光および燐光を発生する有機化合物、該有機化合物を他の物質（ホスト材料）にドープした化合物、該有機化合物にドーピング材料をドープした化合物などが挙げられる。

【0091】

また、蛍光または燐光を発生する有機化合物、蛍光および燐光を発生する有機化合物としては、色素系、金属錯体型、高分子系、などが知られており、いずれを用いてもよい。

【0092】

即ち、発光層１６−３（つまり、発光層１６−３ａ、１６−３ｂ、１６−３ｃである。）を構成する材料としては、有機発光材料が用いられ、こうした有機発光材料としては、例えば、色素系の具体例として、１，４−ｂｉｓ［４−（Ｎ，Ｎ−ｄｉｐｈｅｎｙｌａｍｉｎｏｓｔｙｒｙｌｂｅｎｚｅｎｅ）］（ＤＰＡＶＢ）、２，３，６，７−ｔｅｔｒａｈｙｄｒｏ−１，１，７，７−ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌ−１Ｈ，５Ｈ，１１Ｈ−１０−（２−ｂｅｎｚｏｔｈｉａｚｏｌｙｌ）ｑｕｉｎｏｌｉｚｉｎｅ［９，９ａ，１−ｇｈ］（Ｃ５４５Ｔ）、ジスチルアリーレン誘導体である４−４’−ｂｉｓ（２，２−ｄｉｐｈｅｎｙｌ−ｅｔｈｅｎ−１−ｙｌ）ｂｉｐｈｅｎｙｌ（ＤＰＶＢｉ）などが挙げられる。また、金属錯体系の具体例として、Ｔｒｉｓ［１−ｐｈｅｎｙｌｉｓｏｑｕｉｎｏｌｉｎｅ−Ｃ２，Ｎ］ｉｒｉｄｉｕｍ（ＩＩＩ）（Ｉｒ（ｐｉｑ）_３）、Ｂｉｓ［２−（２−ｂｅｎｚｏｘａｚｏｌｙｌ）ｐｈｅｎｏｌａｔｅ］Ｚｉｎｃ（ＩＩ）（ＺｎＰＢＯ）などが挙げられる。

【0093】

また、ホール注入層１６−１、ホール輸送層１６−２ならびに電子輸送層１６−４を構成する材料としては、それぞれ有機材料が一般的に用いられる。

【0094】

ホール注入層１６−１を構成する材料としては、例えば、４，４’，４”−ｔｒｉｓ（Ｎ，Ｎ−２ｎａｐｈｔｈｙｌｐｈｅｎｙｌａｍｉｎｏ）ｔｒｉｐｈｅｎｙｌａｍｉｎｅ（２−ＴＮＡＴＡ）、１，４，５，８，９，１２−ヘキサアザトリフェニレンヘキサカルボニトリル（ＨＡＴ−ＣＮ）、酸化モリブデン（ＭｏＯ_ｘ、ｘ＝１〜３）などの化合物が挙げられる。

【0095】

また、ホール輸送層１６−２を構成する材料としては、例えば、Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’−ビス（１−ナフチル）−（１−１’−ビフェニル）−４，４’−ジアミン（ＮＰＤ）、銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）、Ｎ，Ｎ’−Ｄｉｐｈｅｎｙｌ−Ｎ−Ｎ’−ｄｉ（ｍ−ｔｏｌｙｌ）ｂｅｎｚｉｄｉｎｅ（ＴＰＤ）などの芳香族アミン化合物などが挙げられる。

【0096】

さらに、電子輸送層１６−４を構成する材料としては、例えば、２，５−Ｂｉｓ（１−ｎａｐｈｔｈｙｌ）−１，３，４−ｏｘａｄｉａｚｏｌｅ（ＢＮＤ）、２−（４−ｔｅｒｔ−Ｂｕｔｙｌｐｈｅｎｙｌ）−５−（４−ｂｉｐｈｅｎｙｌｙｌ）−１，３，４−ｏｘａｄｉａｚｏｌｅ（ＰＢＤ）などのオキサジオール系化合物、Ｔｒｉｓ（８−ｑｕｉｎｏｌｉｎｏｌａｔｅ）ａｌｕｍｉｎｉｕｍ（Ａｌｑ_３）などの金属錯体系化合物などが挙げられる。

【0097】

さらにまた、電子注入層１６−５を構成する材料としては、例えば、フッ化リチウム（ＬｉＦ）などが挙げられる。

【0098】

こうした電子注入層１６−５を電子輸送層１６−４と陰極導電層１８との間に設けると、仕事関数の差を少なくすることができ、陰極導電層１８から電子輸送層１６−４に電子が移行しやすくなる。

【0099】

なお、陰極導電層１８としてＭｇ／Ａｇ＝１０／９０などのマグネシウム合金を使用すると、電子注入層１６−５を設けなくても、電子注入効果を得ることが可能となる。

【0100】

こうした有機ＥＬ層１６の全体の厚さとしては、例えば、３０〜５００ｎｍが好ましい。

【0101】

また、陰極導電層１８は、電源２０の陰極と接続された金属層１８−１と透明導電層１８−２とにより構成されており、有機ＥＬ層１６上に金属層１８−１と透明導電層１８−２とが順次積層されている。

【0102】

金属層１８−１は、Ａｇ、Ａｇの含有率が１０％以上の合金、ＡｌまたはＡｌの含有率が１０％以上の合金からなり、当該合金としては、例えば、上記したＭｇ／Ａｇ＝１０／９０などのマグネシウム合金が挙げられる。

【0103】

この金属層１８−１の厚さとしては、例えば、１０〜３０ｎｍが好ましく、有機ＥＬ層１６からの光を透過可能としている。

【0104】

透明導電層１８−２は、陽極導電層１４と同様に、可視光を透過する透明導電材料により構成されており、こうした透明導電材料としては、特に限定されず、透明導電材料として公知のものを用いることができる。

【0105】

具体的には、透明導電層１８−２に用いる透明導電材料としては、インジウム−スズ酸化物（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ（ＩＴＯ））、インジウム−亜鉛酸化物（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ（ＩＺＯ））、酸化亜鉛（Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ（ＺｎＯ））あるいは亜鉛−スズ酸化物（Ｚｉｎｃ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ（ＺＴＯ））などが挙げられる。

【0106】

ここで、有機発光ダイオード１０は、陰極導電層１８側から光を取り出すトップエミッション型である。

【0107】

このため、有機ＥＬ層１６からの光を透過することを可能とするために、金属層１８−１を薄層で形成している。

【0108】

このとき、陰極導電層１８を金属層１８−１のみとすると、金属層１８−１が薄層であるため体積抵抗が大きくなる。

【0109】

このため有機発光ダイオード１０においては、陰極導電層１８として金属層１８−１とともに透明導電層１８−２を補助電極層として設けることにより導電性の向上を図っている。

【0110】

こうした透明導電層１８−２の厚さは、例えば、５０〜２００ｎｍが好ましい。

【0111】

また、基板１２は、可視光を透過する透明体または可視光を透過しない不透明体が用いられ、基板１２を構成する材料としては、無機材料でも有機材料でもよく、それらの組み合わせであってもよい。

【0112】

具体的には、基板１２を構成する材料として、透明体の無機材料としては、石英ガラス、無アルカリガラス、ソーダライムガラスなどのアルカリガラス、白板ガラスなどの各種ガラス、マイカなどの透明無機鉱物などが上げられ、不透明体の無機材料としては、アルミニウム、ニッケル、ステンレスなどの金属、各種セラミックスなどが挙げられる。

【0113】

また、有機材料としては、シクロオレフィン系フィルム、ポリエステル系フィルムなどの樹脂フィルム、当該樹脂フィルム中にセルロースナノファイバーなどの微細繊維を混入した繊維強化プラスチック材料などが挙げられる。なお、有機材料についても透明体、不透明体の両方が使用可能である。

【0114】

さらに、基板１２の陽極導電層１４が積層される側の表面１２ａ（つまり、基板１２の上面である。）には、複数の凸部１２ｂを周期的に二次元に配列した構造（以下、「周期的に二次元に配列した構造」を、「二次元格子構造」と適宜に称することとする。）が設けられている。

【0115】

そして、この二次元格子構造が形成された基板１２上に反射層２２、陽極導電層１４、有機ＥＬ層１６、陰極導電層１８が順次積層されることで、各層の表面（つまり、各層の上面であり、基板１２が位置する側と反対側の面である。）には、基板１２の表面１２ａと同様の複数の凸部による二次元格子構造が形成されることとなる。

【0116】

また、各層の裏面（つまり、各層の下面であり、基板１２が位置する側の面である。）には、基板１２の表面１２ａに形成された構造が反転した構造、即ち、複数の凹部が周期的に配列した構造、つまり、複数の凹部による二次元格子構造が形成されることとなる。

【0117】

具体的には、金属層１８−１について着目すると、金属層１８−１の表面１８−１ａ（つまり、金属層１８−１の上面であり、透明導電層１８−２が位置する側の面である。）には、基板１２の表面１２ａに形成された複数の凸部１２ｂと同等の二次元格子構造を形成して複数の凸部が形成される。

【0118】

一方、金属層１８−１の裏面１８−１ｃ（つまり、金属層１８−１の下面であり、有機ＥＬ層１６が位置する側の面であり、陰極導電層１８の裏面１８ａである。）には、基板１２の表面１２ａに形成された構造が反転した構造、即ち、複数の凹部１８ｂが周期的に二次元に配列した構造、つまり、複数の凹部１８ｂによる二次元格子構造が形成されることとなる。

【0119】

こうした二次元格子構造は、内部量子効率が低い、あるいは寿命の短い有機発光材料の波長を増強するように設計される（例えば、白色中の波長４７０ｎｍ（青））ことで、陰極導電層１８における金属層１８−１において励起される表面プラズモンが伝搬光として取り出される。

【0120】

ここで、発光層１６−３で発光分子から発光する際には、ごく近傍に近接場光が発生するものであるが、この近接場光は、発光層１６−３と金属層１８−１との距離が非常に近いため、金属層１８−１の表面１８−１ａおよび裏面１８−１ｃで伝搬型の表面プラズモンに変換される。

【0121】

金属表面の伝搬型表面プラズモンは、入射した電磁波（近接場光など）により生じる自由電子の粗密波が表面電磁場を伴うものである。

【0122】

平坦な金属表面に存在する表面プラズモンの場合、当該表面プラズモンの分散曲線と光（空間伝搬光）の分散曲線とは交差しないため、表面プラズモンのエネルギーを光として取り出すことができない。これに対し、金属表面に格子構造が形成されていると、当該格子構造によって回折された表面プラズモンの分散曲線が空間伝搬光の分散曲線と交差するようになり、表面プラズモンを輻射光として取り出すことができる。

【0123】

このように、二次元格子構造が設けられていることにより、表面プラズモンとして失われていた光のエネルギーが取り出されるようになる。こうして取り出されたエネルギーは、輻射光として陰極導電層１８における金属層１８−１から放射される。

【0124】

このとき、金属層１８−１から輻射される光は指向性が高く、適切な設計をすればその大部分が光取り出し面たる陰極導電層１８の表面１８ｃ（つまり、陰極導電層１８の上面であり、透明導電層１８−２における金属層１８−１が位置する側と反対側の面である。）に向かう。

【0125】

そのため、有機発光ダイオード１０においては、光取り出し面から内部量子効率が低い、あるいは寿命の短い有機発光材料の強度が強められた光が出射するため、最終的に内部量子効率が低い有機発光材料であっても、あるいは、寿命が比較的短い有機発光材料であっても、過度な印加電圧を加えることがなく、寿命を狭めることなく光取り出し効率を向上させることができる。

【0126】

こうした二次元格子構造では、例えば、陰極導電層１８に着目すると、裏面１８ａ（つまり、陰極導電層１８の下面であり、金属層１８−１の裏面１８−１ｃである。）に形成された凹部１８ｂが二次元に配列されることにより、一次元の場合（つまり、配列方向が一方向であることであり、例えば、複数の溝が一方向に並んで配置されたような構造である。）よりも取り出し効率が高くなる。

【0127】

こうした二次元格子構造の好ましい具体例としては、配列方向が２方向で、その交差角度が９０°であるもの（正方格子）、配列方向が３方向で、その交差角度が６０°であるもの（三角格子（六方格子ともいう。））などが挙げられ、三角格子構造が特に望ましい。これは、配列方向が多い方が、回折光を得られる条件が多くなり、高効率で表面プラズモンを回折できるためである。

【0128】

こうした二次元格子構造において三角格子構造を形成するには、粒子が二次元的な六方最密充填配置をとる粒子単層膜を形成し、当該粒子単層膜をエッチングマスクとしてドライエッチングを行うことにより、簡単に取得することができる。なお、こうした粒子単層膜による三角格子構造を形成する方法については、後述する。

【0129】

凹部１８ｂの深さＤ１としては、１５ｎｍ≦Ｄ１≦１８０ｎｍとし、３０ｎｍ≦Ｄ１≦１００ｎｍが好ましく、Ｄ１＜１５ｎｍあるいはＤ１＞１８０ｎｍであるときには、光取り出し効率の向上効果が不十分となってしまう。

【0130】

上記した凹部１８ｂの深さＤ１の範囲は、以下の理由に基づく。

【0131】

即ち、凹部１８ｂの深さＤ１が１５ｎｍ未満であると（つまり、Ｄ１＜１５ｎｍのときである。）、二次元格子構造として十分な表面プラズモンの回折波を生成できなくなり、表面プラズモンを輻射光として取り出す効果が低下する。

【0132】

また、凹部１８ｂの深さＤ１が１８０ｎｍを超えると（つまり、Ｄ１＞１８０ｎｍのときである。）、表面プラズモンが局在型の性質を持ち始め、伝搬型ではなくなってくるため、輻射光の取り出し効率が低下する。さらに、この場合には、有機発光ダイオード１０の反射層２２、陽極導電層１４、有機ＥＬ層１６、陰極導電層１８を順次積層する際に、凹凸が急峻であるため陽極導電層１４と陰極導電層１８とが短絡する可能が高くなってくるため好ましくない。

【0133】

さらに、凹部１８ｂの深さＤ１は、基板１２の表面１２ａに形成された凸部１２ｂの高さＨ１と同じとなっているため、凸部１２ｂの高さをＡＦＭにより測定することで間接的に定量することができる。

【0134】

例えば、まず、二次元格子構造内の無作為に選択された５μｍ×５μｍの領域１カ所についてＡＦＭ像を取得し、次に、取得したＡＦＭ像の対角線方向に線を引き、この線と交わった凸部１２ｂの最大高さをそれぞれ単独に算出する。その後、算出した凸部１２ｂの高さの平均値を算出する。こうした処理を無作為に選択された合計２５カ所の５μｍ×５μｍの領域について同様に実行し、各領域における凸部１２ｂの平均値を算出し、得られた２５カ所の領域における平均値をさらに平均した値を凸部１２ｂの高さとする。

【0135】

この凸部１２ｂの形状は、特に限定されず、例えば、円柱形状、円錐形状、円錐台形状、正弦波形状、ドーム形状あるいは、それらを基本とした派生形状などが挙げられる。

【0136】

次に、有機発光ダイオード１０の製造方法について説明する。この有機発光ダイオード１０の製造方法は、特に限定されるものではないが、好ましくは、表面１２ａに複数の凸部１２ｂが二次元格子構造で形成された基板１２の当該表面１２ａ上に反射層２２と、陽極導電層１４と、有機ＥＬ層１６（ホール注入層１６−１、ホール輸送層１６−２、発光層１６−３（発光層１６−３ａ、１６−３ｂ、１６−３ｃ）、電子輸送層１６−４、電子注入層１６−５）と、陰極導電層１８（金属層１８−１、透明導電層１８−２）とを順次積層する。

【0137】

この場合、陰極導電層１８の裏面１８ａ（つまり、陰極導電層１８の下面であり、金属層１８−１の裏面１８−１ｃである。）に形成された複数の凹部１８ｂによる二次元格子構造は、基板１２の表面１２ａに形成された複数の凸部１２ｂによる二次元格子構造に対応したものとなる（図２（ａ）（ｂ）を参照する。）。

【0138】

即ち、陰極導電層１８の裏面１８ａに形成された複数の凹部１８ｂにおける隣り合う凹部１８ｂ間の中心間距離Ｐ１（以下、「隣り合う凹部１８ｂ間の中心間距離Ｐ１」を、「凹部１８ｂの中心間距離Ｐ１」と称することとする。）は、基板１２の表面１２ａに形成された複数の凸部１２ｂにおける隣り合う凸部１２ｂ間の中心間距離Ｐ２（以下、「隣り合う凸部１２ｂ間の中心間距離Ｐ２」を、「凸部１２ｂの中心間距離Ｐ２」と称することとする。）と一致し、凹部１８ｂの深さＤ１は凸部１２ｂの高さＨ１と一致するものとなる。

【0139】

このため、基板１２の表面１２ａに形成された凸部１２ｂの中心間距離Ｐ２および凸部１２ｂの高さＨ１をそれぞれ測定することで、陰極導電層１８の裏面１８ａに形成された凹部１８ｂの中心間距離Ｐ１および凹部１８ｂの深さＤ１を測定することができる。

【0140】

なお、こうした凹部１８ｂの中心間距離Ｐ１は、凸部１２ｂの中心間距離Ｐ２をレーザー回折法で測定することにより間接的に測定することができ、また、凹部１８ｂの深さＤ１は、凸部１２ｂの高さＨ１をＡＦＭにより測定することにより間接的に測定することができる。

【0141】

以下、有機発光ダイオード１０の製造方法について詳細に説明することとする。

【0142】

まず、基板１２の表面１２ａに形成された複数の凸部１２ｂによる二次元格子構造の作製方法には、例えば、電子ビームリソグラフィー、機械式切削加工、レーザー加工、二光束干渉露光、縮小露光などを用いることができる。また、原版を先に作製しておけば、ナノインプリント法による微細構造の転写・複製も可能である。

【0143】

こうした手法のうち、二光束干渉露光およびナノインプリント法以外の手法は、大面積の周期格子構造を作製するのに適さないため、工業的な利用面において面積の制約を受ける。

【0144】

また、二光束干渉露光は、ある程度の小面積は作製可能であるが、一辺が数ｃｍ以上の大面積の場合には、光学セットアップ全体に対する振動、風、熱収縮、膨張、空気の揺らぎ、波長変動などの様々な外乱要因が影響して、均一で正確な周期格子構造を作製することは極めて困難である。

【0145】

そこで、有機発光ダイオード１０における基板１２の表面１２ａに形成された複数の凸部１２ｂによる二次元格子構造の作製方法としては、粒子単層膜をエッチングマスクとしたドライエッチング方法（以下、「粒子単層膜をエッチングマスクとしてドライエッチングを行う方法」を、「粒子単層膜を用いたエッチング方法」と称することとする。）が好ましい。

【0146】

この方法は、基板１２の表面１２ａに発光波長以下の一次粒子径を有する粒子の単層膜を、ラングミュア・ブロジェット法（以下、「ＬＢ法」と適宜に称する。）の原理を用いて作製することで、粒子間隔の制御が高精度で行われた二次元的最密充填格子が得られることを利用した方法であり、こうした方法は、例えば、上記した特許文献７に開示されている。

【0147】

この粒子単層膜においては、粒子が二次元に最密充填しているため、これをエッチングマスクとして基板原板（つまり、二次元格子構造を形成する前の基板１２のことである。）表面をドライエッチングすることにより、高精度な三角格子（六方格子）状の二次元格子構造を形成することができる。

【0148】

このような二次元格子構造を有する基板を用いて形成された陰極導電層１８の裏面１８ａの二次元格子構造も同様に高精度となることから、こうした方法を用いることによって、大面積の場合であっても高効率で表面プラズモンの回折波を得ることができ、光取り出し効率が向上した高輝度の有機発光ダイオード１０を得ることができる。

【0149】

この粒子単層膜を用いたエッチング方法では、基板原板の表面を粒子単層膜で被覆する被覆工程と、当該粒子単層膜をエッチングマスクとして用いて基板原板をドライエッチングする工程（ドライエッチング工程）とを行うことにより基板１２に複数の凸部１２ｂによる二次元格子構造を形成するようにしている。

【0150】

以下、上記した被覆工程およびドライエッチング工程について詳細に説明することとする。

【0151】

（１）被覆工程
基板原板の表面を粒子単層膜により被覆する被覆工程は、水槽に、その液面上で粒子を展開させるための液体（以下、「液面上に粒子を展開させるための液体」を、「下層液」と適宜に称する。）を入れ、この下層液の液面に有機溶剤中に粒子が分散した分散液を滴下し、滴下した分散液から有機溶剤を揮発させることにより、粒子からなる粒子単層膜を下層液の液面上に形成する粒子単層膜形成工程と、粒子単層膜を基板１２上に移し取る移行工程とを行うことにより実施される。

【0152】

なお、以下の説明では、下層液として親水性の液体を使用し、分散液においては有機溶剤および粒子としてそれぞれ疎水性のものを使用する場合について説明する。なお、下層液として疎水性の液体を使用してもよく、その場合には、粒子として親水性のものを使用する。

【0153】

（１−１）粒子単層膜形成工程
この工程では、まず、揮発性が高い有機溶剤（例えば、クロロホルム、メタノール、エタノール、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、ヘキサンなどである。）中に、表面が疎水性の粒子を加えて分散液を調製する。また、水槽を用意し、当該水槽に下層液として水（以下、下層液としての水を「下層水」と適宜に称する。）を入れる。

【0154】

そして、調製した分散液を水槽に貯留された下層水の液面に滴下すると、分散液中の粒子が分散媒によって下層水の液面に展開する。その後、この分散媒である有機溶剤が揮発することにより、粒子が二次元的に最密充填した粒子単層膜が形成される。

【0155】

なお、粒子単層膜の形成に用いる粒子の粒径は、形成しようとする凸部１２ｂの中心間距離Ｐ２を考慮して設定される。即ち、使用する粒子の粒径により、基板１２の表面１２ａに形成される凸部１２ｂの中心間距離Ｐ２が決定され、凸部１２ｂの中心間距離Ｐ２が決定されることにより、凹部１８ｂの中心間距離Ｐ１が決定されることとなる。

【0156】

この粒子単層膜を形成する粒子の粒径については、内部量子効率および有機発光材料の寿命時間のうちの少なくとも一方が、他の有機発光材料より劣る所定の有機発光材料の発光スペクトルのピーク波長、即ち、取り出したい有機発光材料の発光スペクトルのピーク波長に対応する陰極導電層に生じる表面プラズモンの波数（伝搬定数）を算出し、次に、表面プラズモンの波数から格子ピッチ（つまり、凹部１８ｂの中心間距離Ｐ１であり、凸部１２ａの中心間距離Ｐ２に相当する。）を求め、最終的に粒径を算出する。

【0157】

ここで、粒子単層膜を形成する粒子の粒径の具体的な決定方法について、図３を参照しながら説明することとする。

【0158】

まず、波長λの光に対応する表面プラズモンの波数（伝搬定数）の求め方について説明する。

【0159】

この表面プラズモンの波数の求め方は、凹凸のない場合の有機発光ダイオードの層構成に対するものと同じであり、また、有機発光ダイオードはボトムエミッション型、トップエミッション型双方とも考え方は同じである。

【0160】

図３に示すように、有機発光ダイオードが、基板から空気までが第１層から第Ｊ層までの複数の層を積層して成り立っている場合に、第１層は基板により構成され、また、第Ｊ層は空気より構成されることとなる。

【0161】

ここで、有機発光ダイオードの層を構成する一つの層である第ｊ層について、その厚さをｄ_ｊであるものとし、また、その比誘電率はε_ｊで与えられているものとする。

【0162】

すると、第Ｊ層の厚さｄ_ｊは無限大となる。また、第１層の厚さｄ_１も無限大として差し支えない。

【0163】

次に、ｊ＝Ｍである第Ｍ層が表面プラズモンを担持する金属層であるとすると、まず、この第Ｍ層の両側の界面を伝搬する表面プラズモンの伝搬定数を求める。

【0164】

ここで、この金属層の界面を伝搬する表面プラズモンモードは２つ存在する。

【0165】

１つは、エネルギーが主として第Ｍ層の直下の層である第（Ｍ−１）層と第Ｍ層との界面に集中するモードであり、もう一つは、主として第Ｍ層と第Ｍ層の直上の層である第（Ｍ＋１）層との界面に集中するモードである。

【0166】

以下、前者をＭ₋モード、後者をＭ_＋モードと称することとする。これらの各モードにおける表面プラズモンの伝搬定数は、系の固有方程式を解くことによって得られる。

【0167】

一般に、この固有方程式は解析的に解くことはできず、非線形最適化の手法を用いて数値的に解くしかない。パラメーター総数が多くなるに従い、この計算は困難になってくる。

【0168】

表面プラズモンの伝搬定数は、複素数であり、上記の固有方程式は、この複素伝搬定数を正確に与える。しかし、ここで必要となるものは、表面プラズモンの伝搬定数の実部だけであるため、この場合には、簡易的な計算により求める方法が適用できる。

【0169】

層構造が有する伝搬モード（表面プラズモンモードと導波路モード）は、伝搬定数で特徴づけられる。この伝搬定数は、伝搬モードの波数のうち界面に平行な成分（以下、面内波数と称する。）に関する。

【0170】

この層構造中に振動双極子を配置すると、そのエネルギーは、この層構造が有する各モードに散逸する。それぞれのモードは異なる伝搬定数、即ち、面内波数を有するため、双極子からの散逸エネルギーの面内波数依存性を調べれば、この層構造がどの伝搬モードを有するのかが分かる。

【0171】

ここで、双極子の散逸エネルギーの面内波数依存性の具体的な計算手順は、以下の通りである。

【0172】

まず、任意の層に双極子を１個置くものとする。この双極子が置かれた層を第Ｎ層とする。

【0173】

ここで、図３には、有機発光ダイオードの層構造が示されており、ｊ＝Ｎである第Ｎ層には、当該層構造中におかれた双極子を示す説明図が示されている。

【0174】

この図３においては、第Ｎ層内に双極子が置かれており、矢印ｄ⁻および矢印ｄ^＋はそれぞれ、双極子から第Ｎ層の下方側界面および第Ｎ層の上方側界面までの距離をそれぞれ示している。

【0175】

また、双極子のモーメントをμとし、取り出し角周波数ωで振動しているものとする。

【0176】

上記の各種値を用いた場合、この双極子のエネルギー散逸の面内波数（ｋ_｜｜）依存性は、双極子の向きが界面に垂直な場合には、下記の（７）式で与えられる。

【数7】

【0177】

また、双極子の向きが界面に平行な場合には、下記の（８）式で与えられる。

【数8】

【0178】

ここで、ε_０は真空の誘電率である。ｒ_ｐ⁻およびｒ_ｓ^ーはそれぞれＮ層側から見た（Ｎ−１）／Ｎ界面での面内波数ｋ_｜｜を持つｐ偏光およびｓ偏光の反射係数（振幅反射率）で、ｒ_ｐ^＋およびｒ_ｓ^＋はそれぞれＮ層側から見たＮ／（Ｎ＋１）界面での面内波数ｋ_｜｜を持つｐ偏光およびＳ偏光の反射係数である（図３を参照する。）。もちろん、これらの反射係数には、基板あるいは空気までの全ての層の影響が含まれる。また、ｋ_Ｎは第Ｎ層における光波の波長ベクトルで、ｋ_Ｎ＝ε_Ｎ^１／２ω／ｃにより与えられる。さらに、ｋ_Ｎは第Ｎ層における光波の波数ベクトルの法線成分で、ｋ_｜｜^２＋ｋ_ｚ^２＝ｋ_Ｎ^２により与えられる。また、ｃは真空中の光速である。

【0179】

上記エネルギー散逸の面内波数依存性Ｗ_⊥（ｋ_｜｜）およびＷ_｜｜（ｋ_｜｜）の極大が各伝搬モードに対応し、その極大を与える面内波数がそのモードの伝搬定数の実部となっている。

【0180】

次に、上記の計算によって得られた複数の導波モードの中から表面プラズモンモードを同定する方法について述べる。

【0181】

得られた導波モードには、ＴＥ導波路モード、ＴＭ導波路モードおよび表面プラズモンモードが含まれる。この中でＴＥ導波路モードは双極子の向きが界面に平行な場合にしか得られない。

【0182】

したがって、双極子の向きを界面に垂直として計算した結果と比較することで、ＴＭ導波路モードが同定できる。

【0183】

また、表面プラズモンモードは、金属が存在するときのみ存在し、その数は金属界面の数と一致する。なお、それぞれの金属界面は、主としてその界面に局在するそれぞれの表面プラズモンモードと一対一の関係にある。

【0184】

したがって、金属層を適当な誘電体層に置き換えることで、表面プラズモンモードは除去される。そして、このときに除去された導波モードが表面プラズモンモードと同定できる。

【0185】

得られた表面プラズモンモードが、主としてどの金属界面に存在するのかは次のようにして求めることができる。

【0186】

即ち、双極子の位置をそれぞれの金属界面の近傍に置き、エネルギー散逸をそれぞれ計算し、表面プラズモンモードに対応するピークの高さを比較する。

【0187】

このとき、最も高いピーク値を与える双極子の最も近傍に位置する金属界面がその表面プラズモンが主として局在する界面とである。

【0188】

次に、有機ＥＬ素子の層構成が与えられたとき、全発光エネルギーに対する各モードへのエネルギー散逸の割合を計算する方法について説明する。

【0189】

界面に対して垂直および水平な向きを持つ双極子の散逸エネルギーの面内波数依存性は、上記（７）式および（８）式によって求められる。

【0190】

なお、低分子系の有機ＥＬ素子では発光層内に生成される励起子の双極子の向きはランダムである。この場合の平均の散逸エネルギーの面内波数依存性は下記の（９）式によって与えられる。

【数9】

【0191】

まず、発光層内に双極子を置き、上記（９）式により、差に津エネルギーの面内波数依存性を算出する。全発光エネルギーは、Ｗ（ｋ_｜｜）を面内波数ｋ_｜｜＝０から無限大まで積分したものに等しく、各モードへの散逸エネルギーＷ（ｋ_｜｜）をそのモードのピーク領域に対応した面内波数範囲で積分したものに等しい。両者の比が全発光エネルギーに対するそのモードへの散逸エネルギーの割合を与える。

【0192】

格子ピッチＰ（つまり、凹部１８ｂの中心間距離Ｐ１であり、凸部１２ａの中心間距離Ｐ２に相当する。）は、取り出したい表面プラズモンモードによって異なる式で与えられる。

【0193】

具体的には、格子ピッチＰ_０は、二次元格子構造として三角格子構造を形成する場合には、下記の（１０）式で与えられる。

【数10】

【0194】

また、格子ピッチＰ_０は、二次元格子構造として正方格子構造を形成する場合には、下記の（１１）式で与えられる。

【数11】

【0195】

なお、上記した（１０）式および（１１）式で与えられる格子ピッチＰと粒子の粒径（つまり、粒子の直径）Ｄは等しいものとなる。

【0196】

即ち、取り出される表面プラズモンモードは、二次元格子構造として三角格子構造を形成する場合と、正方格子構造をとる場合とでは異なるものであり、上記した（１０）式を満足する格子ピッチＰ_０で三角格子構造を作製した場合および上記した（１１）式を満足する格子ピッチＰ_０で正方格子構造を作製した場合には、表面プラズモンのエネルギーを光として取り出すことができるようになる。

【0197】

ただし、どのような発光材料もその発光スペクトルにおいては発光波長に幅を有するものであるため、そうした幅に対応するように格子ピッチＰは、下記の（１）式に与えられる範囲の変動許容値をもつものとする。

【数1】

【0198】

このようにして与えられた（１０）式、（１１）式および（１）式から粒子単層膜を用いたエッチング方法において粒子単層膜を形成するための粒子の粒径を算出する。なお、こうした粒子単層膜を用いたエッチング方法で作成できるのは、二次元格子構造として三角格子構造を形成する場合のみである。

【0199】

具体的には、有機発光ダイオード１０を、基板１２上に形成されたＡｌ（反射層２２に相当する。）側からＩＺＯ（陽極導電層１４に相当する。）／ＨＡＴ−ＣＮ［膜厚８０ｎｍ］（ホール注入層１６−１）に相当する。）／Ｔ４００［膜厚７０ｎｍ］（ホール輸送層１６−２に相当する。）／ＡＤＮにＭＤＰ３ＦＬ（２，７−Ｂｉｓ｛２−［ｐｈｅｎｙｌ（ｍ−ｔｏｌｙｌ）ａｍｉｎｏ］−９，９−ｄｉｍｅｔｈｙｌ−ｆｌｕｏｒｅｎｅ−７−ｙｌ｝−９，９−ｄｉｍｅｔｈｙｌ−ｆｌｕｏｒｅｎｅ）を７％濃度でドープしたもの［膜厚４０ｎｍ］（発光層１６−３ａに相当する。）／Ａｌｑ_３（ｔｒｉｓ（８−ｈｙｄｒｏｘｙｑｕｉｎｏｌｉｎａｔｏ）ａｌｕｍｉｎｉｕｍ）にＣ５４５Ｔを１％濃度でドープしたもの［膜厚１０ｎｍ］（発光層１６−３ｂに相当する。）／ＣＢＰにＩｒ（ｐｉｑ）_３を８．５％濃度でドープしたもの［膜厚２０ｎｍ］（発光層１６−３ｃに相当する。）／Ｅ９１３［膜厚５０ｎｍ］（電子輸送層１６−４に相当する。）／Ａｌ［膜厚１０ｎｍ］（金属層１８−１に相当する。）／ＩＺＯ［膜厚１１０ｎｍ］（透明導電層１８−２に相当する。）とし、内部量子効率および有機発光材料の寿命が他の有機発光材料に劣るため、増強したい発光スペクトルのピーク波長値λ_１を６３０ｎｍとするとき、図４に示すようなエネルギー散逸を示す。

【0200】

また、計算においては反射層の厚さは無限大とした。

【0201】

なお、ＡＤＮは、９，１０−ｄｉ（２−ｎａｐｈｔｈｙｌ）ａｎｔｈｒａｃｅｎｅであり、Ｃ５４５Ｔは、２，３，６，７−ｔｅｔｒａｈｙｄｒｏ−１，１，７，７−ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌ−１Ｈ，５Ｈ，１１Ｈ−１０−（２−ｂｅｎｚｏｔｈｉａｚｏｌｙｌ）ｑｕｉｎｏｌｉｚｉｎｅ［９，９ａ，１−ｇｈ］である。

【0202】

また、ＣＢＰは、４，４−Ｎ，Ｎ’−ｄｉｃａｒｂａｚｏｌｅ−ｂｉｐｈｅｎｙｌであり、Ｔ４００は、バンドー化学社製のホール輸送材料であり、Ｅ９１３は、サンファインケミカル社製の電子輸送材料である。

【0203】

陰極トップエミッション型の構成の場合、表面プラズモンモードは、反射層／陽極導電層間、有機層／金属層間、金属層／陽極導電層間の３種類が得られるが、エネルギー散逸図から判断し、相対的にエネルギー量が大きい有機層／金属層間に着目して表面プラズモンのエネルギーを光として取り出すための格子ピッチＰおよび粒径を算出した。

【0204】

図４は、金属層１８−１の裏面１８−１ｃ（つまり、金属層１８−１の下面であり、陰極導電層１８の裏面１８ａである。）より基板側６０ｎｍの距離、即ち、発光層１６−３ｃの中央（該発光層内で上方側界面と下方側界面までの距離が等距離な位置である。）に双極子を置いたときのエネルギー散逸を上記した（９）式を用いて計算した結果を示すものである。なお、計算においては反射層の厚さは無限大とした。

【0205】

図４では、面内波数ｋ_｜｜＝２１．６μｍ^−１、ｋ_｜｜＝１８．１μｍ^−１およびｋ_｜｜＝１２．８μｍ^−１の位置にそれぞれピークＱ_１、Ｑ_２、Ｑ_３が認められる。これらピークＱ_１、Ｑ_２、Ｑ_３が表面プラズモンモードに対応する。

【0206】

ここで、面内波数の大きい方から１つ目のモード（ピークＱ_１）、即ち、ｋ_｜｜＝２１．６μｍ^−１は、金属層１８−１の表面１８−１ａ（つまり、金属層１８−１の上面であり、透明導電層１８−２が位置する側である。）にエネルギーが集中する表面プラズモンモードであり、面内波数の大きい方から２つ目のモード（ピークＱ_２）、即ち、ｋ_｜｜＝１８．１μｍ^−１は、反射層２２の表面（つまり、反射層２２の上面であり、透明導電層１４が位置する側である。）にエネルギーが集中する表面プラズモンモードであり、面内波数の大きい方から３つ目のモード（ピークＱ_３）、即ち、ｋ_｜｜＝１２．８μｍ^−１は、金属層１８−１の裏面１８−１ｃ（つまり、陰極導電層１８の裏面１８ａである。）にエネルギーが集中する表面プラズモンモードである。

【0207】

図４に示すエネルギー散逸図に表れる複数の導波モードから表面プラズモンモードを同定する方法は、上記した方法を用いた。

【0208】

ここで、図４において、面内波数の大きい方から４つ目のモード（ピークＱ_４）はＴＥ導波路モードに関わるピークである。ＴＥ導波路モードは表面プラズモンモードに比べて散逸エネルギーが小さい。

【0209】

ここでは、面内波数の大きい方から３つめのモード（ピークＱ_３）、即ち、金属層１８−１の裏面１８−１ｃに集中する表面プラズモンモード（ｋ_｜｜＝１２．８μｍ^−１）のエネルギーが大きいため、この表面プラズモンの波数（伝搬定数）を利用して上記した（１０）式、（１１）式および（１）式から粒子の粒径を算出することができる。

【0210】

こうした粒子は、粒径の変動係数（つまり、標準偏差を平均値で除算した値である。）が１５％以下であることが好ましく、１０％以下がより好ましく、５％以下がさらに好ましい。

【0211】

このように粒径の変動係数が小さく、粒径のばらつきが小さい粒子を使用すると、形成される粒子単層膜に粒子が存在しない欠陥箇所が生じにくくなり、配列のずれが小さい粒子単層膜を形成することができる。

【0212】

この粒子単層膜の配列のずれが小さいと、最終的に陰極導電層１８の裏面１８ａ（金属層１８−１の裏面１８−１ｃ）に形成される二次元格子構造における配列のずれも小さくなる。そして、二次元格子構造のずれが小さいほど、陰極導電層１８における金属層１８−１において表面プラズモンが効率的に光に変換されるため好ましい。

【0213】

粒子単層膜を構成する粒子材料としては、例えば、Ａｌ、Ａｕ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｓｉなどの金属、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、ＭｇＯ_２、ＣａＯ_２などの金属酸化物、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレートなどの有機高分子、その他の半導体材料、無機高分子などが挙げられる。これらは、いずれか１種類を単独で用いてもよいし、２種類以上を併用するようにしてもよい。

【0214】

取得したい格子ピッチに基づいて、上記した（１０）式などから、この粒子の粒径を算出することができる。

【0215】

また、粒子は、下層液として水（または、親水性の液体）を使用する場合には、表面が疎水性であるものが好ましい。粒子の表面が疎水性であれば、水槽の下層液の液面上に粒子の分散液を展開させて粒子単層膜を形成する際に、下層液として水を用いて容易に粒子単層膜を形成できるとともに、粒子単層膜を基板１２上に容易に移行させることができる。

【0216】

上記において示した粒子材料のうち、ポリスチレンなどの有機高分子の粒子材料では、表面が疎水性であるため、そのまま使用することができるが、金属や金属酸化物の粒子材料では、表面を疎水化剤により疎水性にすることにより使用することができる。こうした疎水化剤としては、例えば、界面活性剤、アルコキシシランなどが挙げられる。

【0217】

界面活性剤を疎水化剤として使用する方法は、幅広い材料の疎水化に有効であり、金属や金属酸化物などの粒子材料に対して適している。

【0218】

こうした界面活性剤としては、臭化ヘキサデシルトリメチルアンモニウム、臭化デシルトリメチルアンモニウムなどのカチオン性界面活性剤、ドデシル硫酸ナトリウム、４−オクチルベンゼンスルホン酸ナトリウムなどのアニオン性界面活性剤を用いることができる。さらに、アルカンチオール、ジスルフィド化合物、テトラデカン酸、オクタデカン酸なども用いることができる。

【0219】

このような界面活性剤を用いた疎水化処理は、有機溶剤や水などの液体に粒子を分散させて液中で行ってもよいし、乾燥状態にある粒子に対して行ってもよい。

【0220】

液中で疎水化処理を行う場合には、例えば、クロロホルム、メタノール、エタノール、イソプロパノール、メチルエチルケトン、エチルエチルケトン、トルエン、ｎ−ヘキサン、シクロヘキサン、酢酸エチル、酢酸ブチルなどの少なくとも１種類からなる揮発性有機溶剤中に、疎水化対象の粒子を加えて分散させ、その後、界面活性剤を混合してさらに分散を行えばよい。このように粒子を分散させた後に界面活性剤を加えると、当該粒子の表面をより均一に疎水化することができる。

【0221】

このような疎水化処理後の分散液は、そのまま下層水の液面に滴下するための分散液として使用することができる。

【0222】

疎水化対象の粒子が水分散体の状態である場合には、この水分散体に界面活性剤を加えて水相で粒子表面の疎水化処理を行った後、有機溶剤を加えて疎水化処理済みの粒子を油相抽出する方法も有効である。こうして得られた分散液（つまり、有機溶剤中に粒子が分散した分散液である。）は、そのまま下層水の液面に滴下するための分散液として使用することができる。

【0223】

なお、この分散液の粒子分散性を高めるためには、有機溶剤の種類と界面活性剤の種類とを適切に選択し、組み合わせるようにする。粒子分散性の高い分散液を使用することによって、粒子が凝集することを抑制することができ、各粒子が高精度で二次元に最密充填した粒子単層膜が得られやすくなる。

【0224】

例えば、有機溶剤としてクロロホルムを選択した場合には、界面活性剤として臭化デシルトリメチルアンモニウムを使用することが好ましい。こうした分散液の粒子分散性を高めるための有機溶剤と界面活性剤との組み合わせとしては、エタノールとドデシル硫酸ナトリウム、メタノールと４−オクチルベンセンスルホン酸ナトリウム、メチルエチルケトンとオクタデカン酸など挙げられる。

【0225】

疎水化対象の粒子と界面活性剤の比率は、疎水化対象の粒子の質量に対して、界面活性剤の質量が１〜２０％の範囲が好ましい。

【0226】

また、こうした疎水化処理の際には、処理中の分散液を撹拌したり、分散液に超音波照射したりすることも粒子分散性向上の点で効果的である。

【0227】

アルコキシシランを疎水化剤として使用する方法は、Ｓｉ、Ｆｅ、Ａｌなどの粒子材料やＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２などの粒子材料を疎水化する際に有効である。なお、これらの粒子材料に限らず、基本的には、水酸基などを表面に有する粒子であればどのような粒子材料に対しても適用することができる。

【0228】

アルコキシシランとしては、モノメチルトリメトキシシラン、モノメチルトリエトキシシラン、ジメチルジエトキシシランフェニルトリエトキシシラン、ヘキシルトリメトキシシラン、デシルトリメトキシシラン、ビニルトリクロルシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、２−（３，４エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン、３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、３−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、３−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、ｐ−スチリルトリメトキシシラン、３−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、３−メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、３−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、３−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−２（アミノエチル）３−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、Ｎ−２（アミノエチル）３−アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−２（アミノエチル）３−アミノプロピルトリエトキシシラン、Ｎ−フェニル−３アミノプロピルトリメトキシシラン、３−ウレイドプロピルトリエトキシシラン、３−クロロプロピルトリメトキシシラン、３−メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、３−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、３−イソシアネートプロピルトリエトキシシランなどが挙げられる。

【0229】

疎水化剤としてアルコキシシランを用いる場合には、アルコキシシラン中のアルコキシシリル基シラノール基に加水分解し、このシラノール基が粒子表面の水酸基に脱水縮合することで疎水化が行われる。従って、アルコキシシランを用いた疎水化は、水中で行うことが望ましい。

【0230】

このように、水中で疎水化を行う場合には、例えば、界面活性剤などの分散剤を併用して、疎水化前の粒子の分散状態を安定化するのが好ましい。なお、分散剤の種類によってはアルコキシシランの疎水化効果を低減することもあるため、分散剤とアルコキシシランとの組み合わせは適切に選択する。

【0231】

アルコキシシランにより疎水化する具体的方法としては、まず、水中に粒子を分散させておき、これとアルコキシシラン含有水溶液（つまり、アルコキシシランの加水分解物を含む水溶液である。）とを混合し、室温から４０℃の範囲で適宜撹拌しながら所定時間、好ましくは０．５〜１２時間反応させる。

【0232】

このような条件で反応させることによって、反応が適度に進行し、十分に疎水化された粒子の分散液を取得することができる。このとき、反応が過度に進行すると、シラノール基同士が反応して粒子同士が結合してしまい、分散液の粒子分散性が低下し、得られる粒子単層膜は、粒子が部分的にクラスター状に凝集した２層以上のものになりやすい。一方、反応が不十分であると、粒子表面の疎水化も不十分となり、得られる粒子単層膜は粒子間のピッチが広がったものになりやすい。

【0233】

また、アミン系以外のアルコキシシランは、酸性またはアルカリ性の条件下で加水分解するため、反応時には分散液のｐＨを酸性またはアルカリ性に調製する必要がある。ｐＨの調整法には制限はないが、０．１から２．０質量％濃度の酢酸水溶液を添加する方法によれば、加水分解促進のほかにシラノール基安定化の効果の得られるために好ましい。

【0234】

疎水化対象の粒子とアルコキシシランの比率としては、疎水化対象の粒子の質量に対してアルコキシシランの質量が１〜２０倍の範囲が好ましい。

【0235】

所定時間反応後、この分散液に対して上記した揮発性有機溶剤のうちの１種類以上を加え、水中で疎水化された粒子を油相抽出する。この際、添加する有機溶剤の体積は、有機溶剤添加前の分散液に対して０．３〜３倍の範囲が好ましい。

【0236】

油相抽出して得られた分散液（つまり、有機溶剤中に粒子が分散した分散液である。）は、そのまま下層水の液面に滴下するための分散液として使用することができる。

【0237】

なお、こうした疎水化処理においては、処理中の分散液の粒子分散性を高めるために、撹拌、超音波照射などを実施することが好ましく、分散液の粒子分散性を高めることによって、粒子がクラスター状に凝集することを抑制することができ、各粒子が高精度で二次元に最密充填した粒子単層膜が取得しやすくなる。

【0238】

分散液の粒子の濃度は１〜１０質量％とすることが好ましく、また、分散液の下層水への滴下速度を０．００１〜０．０１ｍｌ／秒とすることが好ましい。

【0239】

分散液中の粒子の濃度や滴下量が上記したような範囲であると、粒子が部分的に凝集して２層以上となる、粒子が存在しない欠陥箇所が生じる、粒子間のピッチが広がるなどの傾向が抑制され、各粒子が高精度で二次元に最密充填した粒子単層膜を取得しやすくなる。

【0240】

粒子単層膜形成工程は、超音波照射条件下で実施することが好ましく、下層水中から液面に向けて超音波を照射しながら粒子単層膜形成工程を行うと、粒子の凝集状態が低減する効果や粒子の最密充填が促進される効果が得られ、各粒子が高精度で二次元に最密充填した粒子単層膜を取得することができる。

【0241】

この際、超音波の出力は、１〜１２００Ｗが好ましく、５０〜６００Ｗがより好ましい。また、超音波の周波数は特に制限はないが、例えば、２８ｋＨｚ〜５ＭＨｚが好ましく、７００ｋＨｚ〜２ＭＨｚがより好ましい。

【0242】

一般に、振動数（ここでは超音波の周波数を指す。）が高すぎると水分子のエネルギー吸収が始まり、水面から水蒸気または水滴が立ち上る現象が生じるため好ましくない。また、一般に振動数が低すぎると、下層水中のキャビテーション半径が大きくなり、水中に泡が発生して水面に向かって浮上してくる。このような泡が下層水の液面に形成された粒子単層膜の下に集積すると、水面の平坦性が失われることになり、適当な粒子単層膜の形成ができなくなってしまう。

【0243】

また、超音波照射によって水面に定常波が発生する。いずれの周波数でも出力が大きすぎたり、超音波振動子と発振器のチューニング条件によって当該水面の波高が高くなりすぎると、粒子単層膜が水面波で破壊される可能性がある。

【0244】

こうしたことから超音波の周波数を適切に設定すると、形成されつつある粒子単層膜を破壊することなく、効果的に粒子の単層化を促進することができる。しかし、粒径が、例えば、１００ｎｍ以下などの小さな粒子になると、粒子の固有振動数は非常に高くなってしまうため、計算結果の通りの超音波振動を与えることは困難となる。

【0245】

この場合には、粒子２量体、３量体、・・・２０量体程度までの質量に対する固有振動を与えると仮定して計算を行うと、必要な振動数を現実的な範囲まで低減させることができる。粒子の会合体の固有振動数に対応する超音波振動を与えた場合でも、粒子の単層化は促進される。

【0246】

超音波の照射時間は、粒子の単層化の促進に十分であればよく、粒径、超音波の周波数、下層水の温度などによって所要時間が変化する。

【0247】

しかし、通常の作製条件では、１０秒間〜６０分間で行うことが好ましく、３分間〜３０分間で行うことがより好ましい。

【0248】

超音波照射によって得られる利点は粒子の最密充填化（つまり、ランダム配列を六方最密化することである。）のほかに、粒子分散液調整時に発生しやすい粒子の軟凝集体を破壊する効果、一度発生した点欠陥、線欠陥、または、結晶転移などもある程度の修復効果を有する。

【0249】

上記した水面における粒子単層膜の形成は、粒子の自己組織化によるものであり、その原理は、粒子が水面上に浮いており、かつ、互いにランダムに動ける状態から、粒子同士が集結する状態になる際、粒子間に存在する分散媒に起因して表面張力が作用し、その結果、粒子同士はバラバラの状態で存在するのではなく、水面上で二次元に最密充填した構造を自動的に形成するというものである。このような表面張力による最密充填構造の形成は、別の表現をすると、横方向の毛細管力による粒子同士の相互吸着とも言える。

【0250】

特に、例えば、コロイダルシリカのように球形であって、粒径の均一性の高い粒子が水面に浮いた状態で３つ集まり接触すると、粒子群の喫水線の合計長を最小にするように表面張力が作用し、３つの粒子は正三角形を基本とする配置で安定化する。

【0251】

仮に、喫水線が粒子群の頂点にくる場合、つまり、粒子が当該液面下に潜ってしまう場合には、このような自己組織化は起こらず、粒子単層膜は形成されない。従って、粒子と下層水は一方が疎水性である場合には、他方を親水性にして粒子群が水面下に潜らないようにすることが重要である。

【0252】

下層液としては、以上の説明のように水を使用することが好ましく、水を使用すると、比較的大きな表面自由エネルギーが作用して、いったん生成した粒子の最密充填配置が液面上安定的に持続しやすくなる。

【0253】

（１−２）移行工程
移行工程では、粒子単層膜形成工程により下層水の液面上に形成された粒子単層膜を、単層状態のままエッチング対象物である基板原板上に移し取る。

【0254】

粒子単層膜を基板原板上に移し取る具体的な方法は、特に制限されるものではなく、例えば、疎水性の基板原板を粒子単層膜に対して略平行な状態に保ちつつ、上方から降下させて粒子単層膜に接触させ、ともに疎水性である粒子単層膜と基板原板との親和力により、粒子単層膜を基板原板に移行させて、基板原板に粒子単層膜を移し取る方法を用いることができる。

【0255】

より具体的には、粒子単層膜を形成する前に、予め水槽の下層水内に基板原板を略水平方向に配置しておき、粒子単層膜を下層水の液面上に形成した後に当該液面を徐々に降下させることにより、基板原板上に粒子単層膜を移し取るようにする。

【0256】

こうした方法によれば、特別な装置を使用せずに粒子単層膜を基板原板上に移し取ることができるが、より大面積の粒子単層膜であっても、その二次元的な最密充填状態を維持したまま基板原板上に移し取りやすいという点では、所謂、ＬＢトラフ法を採用することが好ましい。

【0257】

ＬＢトラフ法では、水槽内の下層水中に基板原板を当該下層水の液面に対して略垂直方向に浸漬しておき、その状態で上記した粒子単層膜形成工程を行い、当該液面上に粒子単層膜を形成する。

【0258】

そして、粒子単層膜形成工程後に、基板原板を上方に引き上げることによって、下層水の液面上に形成された粒子単層膜を基板原板上に移し取ることができる。

【0259】

このとき、粒子単層膜は、粒子単層膜形成工程により下層水の液面上で既に単層の状態に形成されているため、移行工程の温度条件（つまり、下層水の温度である。）や基板原板の引き上げ速度などを多少変動しても、粒子単層膜が崩壊して多層化するなどの恐れはない。

【0260】

移行工程の温度条件たる下層水の温度は、通常、季節や天候により変動する環境温度に依存し、およそ１０〜３０℃程度である。

【0261】

また、この際の水槽として、粒子単層膜の表面圧を計測するウィルヘルミープレートなどを原理とする表面圧力センサーと、粒子単層膜を下層水の液面に沿う方向に圧縮する可動バリアとを具備するＬＢトラフ装置を使用すると、より大面積の粒子単層膜をより安定的に基板原板上に移し取ることができる。

【0262】

こうした装置によれば、粒子単層膜の表面圧を計測しながら、粒子単層膜を好ましい拡散圧（密度）に圧縮することができ、また、基板原板の方に向けて一定の速度で移動させることができる。このため、粒子単層膜の下層水の液面から基板原板上への移行が円滑に進行し、小面積に粒子単層膜しか基板原板上に移行できないなどの不具合が生じにくくなる。

【0263】

好ましい拡散圧としては、５〜８０ｍＮｍ^−１であり、より好ましくは１０〜４０ｍＮｍ^−１である。このような拡散圧であると、各粒子がより高密度で二次元に最密充填した粒子単層膜を取得しやすい。また、基板原板を引き上げる速度としては、０．５〜２０ｍｍ／分が好ましい。

【0264】

こうした移行工程により、基板原板表面を粒子単層膜で被覆した後に、さらに、必要に応じて、粒子単層膜を基板原板上に固定するための固定処理を行うようにしてもよい。

【0265】

固定処理により粒子単層膜を基板原板上に固定することによって、この後のドライエッチング時に粒子が基板原板上を移動してしまう可能性が抑えられ、より安定的に高精度に基板原板表面をエッチングすることができるようになる。なお、ドライエッチングが進むにつれて、各粒子の粒径が徐々に小さくなるため、基板原板上を移動する可能性は大きくなる。

【0266】

こうした固定処理方法としては、バインダーを使用する方法や焼結法がある。バインダーを使用する方法では、粒子単層膜が形成された基板原板の当該粒子単層膜側にバインダー溶液を供給して粒子単層膜と基板原板との間にこれを浸透させる。

【0267】

バインダーの使用量としては、粒子単層膜の質量の０．００１〜０．００２倍が好ましい。このような範囲であれば、バインダーが多すぎて粒子間にバインダーが詰まってしまい、粒子単層膜の精度に悪影響を与えるという問題を生じることがなく、十分に粒子を固定することができるものである。

【0268】

バインダー溶液を多く供給してしまった場合には、バインダー溶液が浸透した後に、スピンコーターを使用したり、基板を傾けたりしてバインダー溶液の余剰分を除去すればよい。

【0269】

バインダーの種類としては、先に疎水化剤として示したアルコキシシランや一般の有機バインダー、無機バインダーなどを用いることが可能であり、バインダー溶液が浸透した後には、バインダーの種類に応じて適宜加熱処理を行うようにする。例えば、アルコキシシランをバインダーとして使用した場合には、４０〜８０℃で３〜６０分間加熱処理することが好ましい。

【0270】

また、固定処理方法として焼結法を用いる場合には、粒子単層膜が形成された基板原板を加熱して、粒子単層膜を構成している各粒子を基板に融着させればよい。加熱温度は、粒子の材料と基板の材料とに応じて決定すればよいが、粒径が１μｍ以下の粒子はその物質本来の融点よりも低い温度で界面反応を開始するため、比較的低温側で焼結は完了する。

【0271】

焼結時に加熱温度が高すぎると粒子の融着面積が大きくなり、その結果、粒子単層膜としての形状が変化するなど、精度に悪影響を与える可能性がある。

【0272】

また、加熱を空気中で行うと、基板や各粒子が酸化する可能性があるため、不活性ガス雰囲気下で行うことが好ましい。酸素を含む雰囲気下で焼結を行う場合には、後述するドライエッチング工程で酸化層を考慮した条件を設定することが必要となる。

【0273】

このようにして基板原板上に形成された粒子単層膜においては、下記の（１２）式で定義される粒子の配列のずれＳ（％）が１０％以下であることが好ましい。

【数12】

Ａ：粒子の平均粒径
Ｂ：粒子単層膜における粒子間の平均ピッチ

【0274】

この（１２）式において、「Ａ」の「粒子の平均粒径」とは、粒子単層膜を構成する粒子の平均一次粒径のことであり、粒子動的光散乱法により算出した粒度分布をガウス曲線にフィッティングさせて得られるピークから常法により求めることができる。

【0275】

また、「Ｂ」の「粒子単層膜における粒子間の平均ピッチ」とは、粒子単層膜における隣り合う２つの粒子の頂点と頂点との距離の平均値である。なお、粒子が球形であれば、隣り合う粒子の頂点と頂点との距離は、隣り合う粒子の中心と中心の距離と等しいものとなる。

【0276】

粒子単層膜における粒子間の平均ピッチは、ＡＦＭにより凸部１２ａの中心間距離Ｐ２と同様にして求められる。

【0277】

この粒子の配列のずれＳが１０％以下である粒子単層膜は、各粒子が二次元に最密充填し、粒子の間隔が制御されていて、その配列の精度は高いものとなる。

【0278】

（２）ドライエッチング工程
上記したようにして粒子単層膜で被覆された基板表面を、ドライエッチングすることにより、複数の凸部１２ｂが周期的に二次元に配列した構造を有する基板１２を取得することができる。

【0279】

具体的には、ドライエッチングを開始すると、まず、粒子単層膜を構成している各粒子の隙間をエッチングガスが通り抜けて基板原板の表面に到達し、エッチングガスが到達した部分において当該エッチングガスにより基板表面がエッチングされて凹部が形成され、各粒子が位置する部分において凸部が現れる。

【0280】

その後、さらにドライエッチングを継続すると、各凸部上の粒子もエッチングガスにより徐々にエッチングされて小さくなるとともに、基板原板表面の凹部も深くなる。

【0281】

最終的に各粒子はマスクとして機能した後に除去され、基板原板の表面に複数の凸部が周期的に二次元に配列した構造が形成される。このようにして基板１２の表面１２ａに複数の凸部１２ｂを形成し、当該複数の凸部１２により基板１２上に二次元格子構造を形成することとなる。

【0282】

また、ドライエッチングの条件（バイアス、ガス流量、堆積ガスの種類と量など）を調節することによって、形成される凸部の高さや形状を調節できる。

【0283】

ドライエッチングに使用するエッチングガスとしては、例えば、Ａｒ、ＳＦ_６、Ｆ_２、ＣＦ_４、Ｃ_４Ｆ_８、Ｃ_５Ｆ_８、Ｃ_２Ｆ_６、Ｃ_３Ｆ_６、Ｃ_４Ｆ_６、ＣＨＦ_３、ＣＨ_２Ｆ_２、ＣＨ_３Ｆ、Ｃ_３Ｆ_８、Ｃｌ_２、ＣＣｌ_４、ＳｉＣｌ_４、ＢＣｌ_２、ＢＣｌ_３、ＢＣ_２、Ｂｒ_２、Ｂｒ_３、ＨＢｒ、ＣＢｒＦ_３、ＨＣｌ、ＣＨ_４、ＮＨ_３、Ｏ_２、Ｈ_２、Ｎ_２、ＣＯ、ＣＯ_２などが挙げられるが、本発明の効果を阻害しない範囲でこれらに限定されることはない。粒子単層膜を構成する粒子や基板の材質などに応じて、これらのうち１種類以上を使用することができる。

【0284】

使用可能なエッチング装置としては、反応性イオンエッチング装置、イオンビームエッチング装置などの異方性エッチングが可能なものであって、最小で１０Ｗ程度のバイアス電場を発生できるものであれば、プラズマ発生の方式、電極の構造、チャンバーの構造、高周波電源の周波数などの仕様に特に制限はない。

【0285】

このドライエッチング工程でのエッチング選択比（つまり、基板のエッチング速度／粒子単層膜のエッチング速度である。）が、上記微細構造の構造設計１．０以下となるように各種条件（粒子単層膜を構成する粒子材料、基板の材質、エッチングガスの種類、バイアスパワー、アンテナパワー、ガスの流量と圧力、エッチング時間など）を設定することが好ましい。

【0286】

例えば、エッチングマスクたる粒子単層膜を構成する粒子としてコロイダルシリカ粒子を選択するとともに、基板として石英基板を選択して、当該石英基板上にコロイダルシリカ粒子による粒子単層膜を形成した場合、エッチングガスにＡｒやＣＦ_４などのガスを用いることで、比較的低いピッチと振幅の比のエッチングをすることができる。

【0287】

また、電場のバイアスを数十から数千Ｗに設定すると（ドライエッチング装置の電極面積による）、プラズマ状態にあるエッチングガス中の正電荷粒子が加速されて高速でほぼ垂直に基板に入射する。従って、基板に対して反応性を有する気体を用いた場合は、垂直方向の物理化学エッチングの反応速度を高めることができる。

【0288】

基板の材質とエッチングガスの種類との組み合わせにもよるが、ドライエッチングでは、プラズマによって生成したラジカルによる等方性エッチングも並行して生じる。ラジカルによるエッチングは化学エッチングであり、エッチング対象物のどの方向にも等方的にエッチングを行う。

【0289】

また、ラジカルは電荷を持たないため、バイアスパワーの設定でエッチング速度をコントロールすることはできず、エッチングガスのチャンバー内濃度でエッチング速度をコントロールする。荷電粒子による異方性エッチングを行うためには、ある程度のガス圧を維持しなければならないので、反応性ガスを用いる限り等方的エッチングの影響はゼロにできない。しかし、基板を冷却することでラジカルの反応速度を遅くする手法は広く用いられており、その機構を備えた装置も多いので、それを利用することが好ましい。

【0290】

さらに、ドライエッチング工程において、主としてバイアスパワーと圧力を調整し、かつ、状況に応じて、所謂、堆積ガスを併用することで、基板表面の凸部の中心間距離と当該凸部の高さとの比（中心間距離／高さ）が比較的低い二次元格子構造を形成することができる。

【0291】

このようにして基板表面に形成された構造について、粒子単層膜における粒子間の平均ピッチＢを求める方法と同様にして、その凸部の中心間距離Ｃを求めると、中心間距離Ｃは、使用した粒子単層膜の平均ピッチＢとほぼ同じ値となる。また、この構造について、下記の（１３）式で定義される配列のずれＳ’（％）を求めると、その値も使用した粒子単層膜における配列のずれＳとほぼ同じ値となる。

【数13】

Ａ：使用した粒子単層膜を構成する粒子の平均粒径
Ｃ：基板表面に形成された凸部の中心間距離

【0292】

なお、上記したようにして形成された、表面に複数の凸部が周期的に二次元に配列した構造を有する基板を鋳型として用い、この鋳型表面の構造を基板原板に転写することにより基板１２を作製してもよい。

【0293】

鋳型表面の構造の転写は、公知の方法、例えば、上記した特許文献７に開示されている、ナノインプリント法、熱プレス法、射出成型法、ＵＶエンボス法などの方法により実施することができる。

【0294】

転写回数が増えると、微細凹凸の形状は鈍化するので、元の原版からの実用的な派生的な転写回数としては５回以内が好ましい。

【0295】

上記したようにして複数の凸部１２ｂによる二次元格子構造が形成された基板１２の表面１２ａ上に、反射層２２および陽極導電層１４を順次積層し、陽極導電層１４の表面１４ａ上にホール注入層１６−１、ホール輸送層１６−２、発光層１６−３（発光層１６−３ａ、１６−３ｂ、１６−３ｃ）、電子輸送層１６−４および電子注入層１６−５を順次積層して有機ＥＬ層１６を形成し、電子注入層１６−５の表面１６−５ａ上に金属層１８−１および透明導電層１８−２を順次積層して陰極導電層１８を形成することで、有機発光ダイオード１０を取得することができる。

【0296】

これら各層の積層方法は、特に限定されず、一般的な有機発光ダイオードの製造に用いられている公知の技術を利用することができる。

【0297】

例えば、陽極導電層１４および透明導電層１８−２はそれぞれ、スパッタリング法、真空蒸着法などによって形成することができる。また、反射層２２、ホール注入層１６−１、ホール輸送層１６−２、発光層１６−３（発光層１６−３ａ、１６−３ｂ、１６−３ｃ）、電子輸送層１６−４、電子注入層１６−５および金属層１８−１はそれぞれ、真空蒸着法によって形成することができる。

【0298】

これら各層の厚さは非常に薄いため、上記のようにして各層を順次積層することで、基板１２の表面１２ａにおける複数の凸部１２ｂによる二次元格子構造が透明導電層１８−２まで反映され、反射層２２および金属層１８−１において、基板１２の表面１２ａに形成された複数の凸部１２ｂによる二次元格子構造に対応した複数の凸部または凹部による二次元格子構造が形成されることとなる。

【0299】

次に、上記した製造方法に基づいて、有機発光ダイオード１０を作製する場合について、具体例を挙げて説明する。

【0300】

作製する有機発光ダイオード１０としては、基板／Ａｌ［膜厚１００ｎｍ］／ＩＺＯ［膜厚２０ｎｍ］／ＨＡＴ−ＣＮ［膜厚８０ｎｍ］／Ｔ４００［膜厚７０ｎｍ］、／ＭＤＰ３ＦＬ＠ＡＤＮ（７％）［膜厚４０ｎｍ］／Ｃ５４５Ｔ＠Ａｌｑ_３（１％）［膜厚１０ｎｍ］／Ｉｒ（ｐｉｑ）_３＠ＣＢＰ（８．５％）［膜厚２０ｎｍ］／Ｅ９１３［膜厚５０ｎｍ］／Ａｌ［膜厚１０ｎｍ］／ＩＺＯ［膜厚１１０ｎｍ］とする。

【0301】

そして、内部量子効率および有機発光材料の寿命が他の有機発光材料に劣るため、増強したい発光スペクトルのピーク波長値λ_１は６３０ｎｍとする。

【0302】

即ち、この有機発光ダイオード１０は、石英ガラスにより形成された基板１２と、Ａｌにより形成された厚さ１００ｎｍの反射層２２と、ＩＺＯにより形成された厚さ２０ｎｍ陽極導電層１４と、ＨＡＴ−ＣＮにより形成された厚さ８０ｎｍのホール注入層１６−１と、Ｔ４００により形成された厚さ７０ｎｍのホール輸送層１６−２と、ＭＤＰ３ＦＬを７％ドープしたＡＤＮにより形成された厚さ４０ｎｍの発光層１６−３ａと、Ｃ５４５Ｔを１％ドープしたＡｌｑ_３により形成された厚さ１０ｎｍの発光層１６−３ｂと、ＣＢＰを８．５％ドープしたＩｒ（ｐｉｑ）_３により形成された厚さ２０ｎｍの発光層１６−３ｃと、Ｅ９１３により形成された厚さ５０ｎｍの電子輸送層１６−４と、Ａｌにより形成された厚さ１０ｎｍの金属層１８−１と、ＩＺＯにより形成された厚さ１１０ｎｍの透明導電層１８−２とにより構成されている。

【0303】

この有機発光ダイオード１０を作製するために、まず、基板１２の表面１２ａに複数の凸部１２ｂにより二次元格子構造を作製する際に必要となる粒子単層膜を形成する粒子の粒径を算出する。

【0304】

即ち、有機発光ダイオード１０において、陰極導電層１８のうち金属層１８−１の厚さを１０ｎｍとしたときのエネルギー散逸の強度を上記した（７）式、（８）式、（９）式によって求める。

【0305】

また、計算においては反射層の厚さは無限大とした。

【0306】

ここでは、散逸エネルギーが最も集中する金属層１８−１の裏面１８−１ｃ（つまり、陰極導電層１８の裏面１８ａである。）に生じる表面プラズモンのエネルギーを伝搬光として取り出すときの粒子単層膜を形成する粒子の粒径を算出することとする。

【0307】

上記した（７）式、（８）式、（９）式において、波数の大きい方から３つ目のモード（ピーク）が、金属層１８−１の裏面１８−１ｃに生じる表面プラズモンのエネルギー散逸であるため、このピークを与える面内波数ｋ_｜｜を求める。上記したようにこのモードの面内波数はｋ_｜｜＝１２．８μｍ^−１である。

【0308】

なお、上記した（７）式および（８）式に含まれる通常の多層薄膜の反射係数を求める式としては、非特許文献（「プラズモニクス−基礎と応用」岡本隆之・梶川浩太郎著、講談社サイエンティフィク（２０１０年１０月１日出版）、Ｐ１６−２２）を参照する。

【0309】

図４において、面内波数の大きい方から３つ目のモード（つまり、ピークＱ_３である。）、のｋ_｜｜は１２．８μｍ^−１となっている。即ち、表面プラズモンへのエネルギー散逸ピークを与える面内波数ｋ_｜｜は１２．８μｍ^−１となっている。

【0310】

そして、この値を上記した（１０）式に代入すると、この波数に対応する微細構造（つまり、二次元格子構造のことである。）を作製するための粒子の粒径Ｄは、５６７ｎｍと算出された。

【0311】

なお、この具体例においては、粒子単層膜を用いたエッチング方法について説明するため上記（１０）式を用いて粒子単層膜を形成する粒子の粒径を算出するようにしているが、粒子単層膜を用いたエッチング方法以外の方法により有機発光ダイオード１０を作製する場合には、上記した（１０）式および（１１）式を用いて格子ピッチＰを算出し（なお、格子ピッチＰは、（１）式に示す範囲の値である。）、算出した格子ピッチＰとなるようにして各種条件を調整して作製すればよい。

【0312】

上記した（１０）式で算出した粒子の粒径Ｄの値に基づいて、平均粒径が５６２．３ｎｍで、粒径の変動係数が４．０％であるコロイダルシリカの５．０質量％水分散体（分散液）を作製した。なお、平均粒径および粒子の変動係数は、Ｍａｌｖｅｒｎ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ Ｌｔｄ製のＺｅｔａｓｉｚｅｒ Ｎａｎｏ−ＺＳによる粒子動的光散乱法で求めた粒度分布をガウス曲線にフィッティングさせて得られるピークから算出した。

【0313】

次に、作製した分散液中のコロイダルシリカの表面を疎水化処理するために、当該分散液に濃度１．０質量％のフェニルトリエトキシシランの加水分解物を含む水溶液を加え、約４０°で３時間反応させた。この際、フェニルトリエトキシシランの質量がコロイダルシリカ粒子の質量の０．０１５倍となるように分散液と当該水溶液とを混合した。

【0314】

そして、反応終了後の分散液に、当該分散液の５倍の体積のメチルイソブチルケトンを加えて撹拌して、疎水化されたコロイダルシリカを油相抽出した。

【0315】

こうして得られた濃度１．０５質量％の疎水化コロイダルシリカ分散液を粒子単層膜の表面圧を計測する表面圧センサーと、粒子単層膜を液面に沿う方向に圧縮する可動バリアとを備えた水槽（ＬＢトラフ装置）中に貯留された液面（下層液として水を使用し、水温は２６．５℃とした。）に滴下速度０．０１ｍｌ／秒で滴下した。なお、水槽に貯留された下層水には、予め有機発光ダイオード１０の基板１２として用いるための透明の石英基板（３０ｍｍ×３０ｍｍ×１．０ｍｍ、両面鏡面研磨処理済）を略鉛直方向に浸漬している。

【0316】

疎水化コロイダルシリカ分散液を下層水の液面に滴下し始めた時点から、下層水中から液面に向けて、出力１００Ｗ、周波数１５００ｋＨｚの条件で超音波を１０分間照射することにより、疎水化したコロイダルシリカ粒子が二次元的に最密充填するのを促すとともに、当該分散中の有機溶剤であるメチルイソブチルケトンを揮発させて、当該下層水の液面に粒子単層膜を形成した。

【0317】

その後、形成した粒子単層膜を可動バリアにより拡散圧が２２〜３０ｍＮｍ^−１になるまで圧縮し、基板１２を３ｍｍ／分の速度で引き上げて、基板１２の一方の面に当該粒子単層膜を移し取った。なお、基板１２の一方の面とは、二次元格子構造を形成しようとする面のことである。

【0318】

次に、基板１２の一方の面上に移し取った粒子単層膜の当該一方の面への固定処理として、粒子単層膜を移し取った基板１２の一方の面上にバインダーとして０．１５質量％のモノメチルトリメトキシシランの加水分解液を浸透させ、その後、当該加水分解液の余剰分をスピンコーター（３０００ｒｐｍ）で１分間処理して除去した。そして、加水分解液の余剰分を除去した基板１２を１００℃で１０分間加熱してバインダーを反応させ、コロイダルシリカ粒子からなる粒子単層膜が形成された基板１２を取得した。

【0319】

こうして粒子単層膜が形成された基板１２を取得すると、次に、当該基板１２に対してＣＨＦ_３ガスによりドライエッチング処理を行った。

【0320】

このドライエッチング処理の条件は、アンテナパワー１５００Ｗ、バイアスパワー５０〜３００Ｗ（１３．５６ＭＨｚ）、ガス流量５０〜２００ｓｃｃｍとした。

【0321】

ドライエッチング処理を行った後の基板１２の一方の面をＡＦＭで観察したところ、断面形状が円錐台形形状であり（図６（ｂ）を参照する。）、平面配置は凸部が三角格子状に配列した微細構造が形成されていた（図６（ａ）を参照する。）。

【0322】

このようにして、基板１２の一方の面に形成された微細構造における凸部の中心間距離ｐ’（格子定数）をＡＦＭにより測定したところ、３回の試験の平均値で、５７３．７ｎｍであった。

【0323】

また、ＡＦＭ像から無作為に選択された２５カ所の５μｍ×５μｍの領域における当該微細構造の凸部の平均値を算出し、当該２５カ所のそれぞれの平均値をさらに平均することにより求めた当該微細構造における凸部の平均高さｈは、６２．４ｎｍであった。

【0324】

さらに、上記した（１３）式を用いて算出した結果、配列のずれＳは２．０％であった。

【0325】

さらにまた、平均高さｈと中心間距離ｐ’の平均値との比（平均高さｈ／中心間距離ｐ’）は０．１０９であった。

【0326】

その後、微細構造が形成された基板１２の一方の面に、反射層２２としてＡｌを１００ｎｍの厚さで蒸着法により成膜し、反射層２２上に陽極導電層１４としてＩＺＯを２０ｎｍの厚さでスパッタリング方により成膜し、さらに、ホール注入層１６−１としてＨＡＴ−ＣＮを８０ｎｍの厚さで蒸着法によって成膜した。

【0327】

次に、ホール注入層１６−１上にホール輸送層１６−２としてＴ４００を７０ｎｍの厚さで蒸着法によって成膜し、その後、ホール輸送層１６−２上にＭＤＰ３ＦＬを７％ドープしたＡＤＮにより形成された厚さ４０ｎｍの発光層１６−３ａと、Ｃ５４５Ｔを１％ドープしたＡｌｑ_３により形成された厚さ１０ｎｍの発光層１６−３ｂと、ＣＢＰを８．５％ドープしたＩｒ（ｐｉｑ）_３により形成された厚さ２０ｎｍの発光層１６−３ｃとを蒸着法によって成膜した。

【0328】

さらに、発光層１６−３ｃ上に、電子輸送層１６−４としてＥ９１３を５０ｎｍの厚さで蒸着法によって成膜し、さらにまた、電子輸送層１６−４上に、金属層１８−１としてＡｌを１０ｎｍの厚さで蒸着法によって成膜し、また、金属層１８−１上に、透明導電層１８−２としてＩＺＯを１１０ｎｍの厚さでスパッタリング法により成膜して、有機発光ダイオード１０を作製した。

【0329】

なお、蒸着およびスパッタリングの際にマスクを使用することにより、発光エリアは２×２ｍｍに作製した。

【0330】

次に、本発明による有機発光ダイオードの第２の実施の形態について説明する。この第２の実施の形態は、図１に示された第１の実施の形態と同様な陰極トップエミッション型と称される有機発光ダイオードである。

【0331】

なお、有機発光ダイオード７０は、上記した第１の実施の形態による有機発光ダイオード１０と同様な構成のため、その詳細な説明は省略することとする。

【0332】

以下に、有機発光ダイオード７０を作製する場合について、具体例を挙げて説明する。

【0333】

作製する有機発光ダイオード７０としては、基板／Ａｌ［膜厚１００ｎｍ］／ＩＺＯ［膜厚２０ｎｍ］／ＨＡＴ−ＣＮ［膜厚４０ｎｍ］／Ｔ４００［膜厚５０ｎｍ］／ＭＤＰ３ＦＬ＠ＡＤＮ（７％）［膜厚２０ｎｍ］／Ｃ５４５Ｔ＠Ａｌｑ_３（１％）［膜厚２ｎｍ］／Ｉｒ（ｐｉｑ）_３＠ＣＢＰ（８．５％）［膜厚１０ｎｍ］／Ｅ９１３［膜厚３０ｎｍ］／Ａｌ［膜厚１０ｎｍ］／ＩＺＯ［膜厚１１０ｎｍ］とする。

【0334】

そして、内部量子効率および有機発光材料の寿命が他の有機発光材料に劣るため、増強したい発光スペクトルのピーク波長値λ_１は４７０ｎｍとする。

【0335】

即ち、この有機発光ダイオード７０は、石英ガラスにより形成された基板１２と、Ａｌにより形成された厚さ１００ｎｍの反射層２２と、ＩＺＯにより形成された厚さ２０ｎｍの陽極導電層１４と、ＨＡＴ−ＣＮにより形成された厚さ４０ｎｍのホール注入層１６−１と、Ｔ４００により形成された厚さ５０ｎｍのホール輸送層１６−２と、ＭＤＰ３ＦＬを７％ドープしたＡＤＮにより形成された厚さ２０ｎｍの発光層１６−３ａと、Ｃ５４５Ｔを１％ドープしたＡｌｑ_３により形成された厚さ２ｎｍの発光層１６−３ｂと、ＣＢＰを８．５％ドープしたＩｒ（ｐｉｑ）_３により形成された厚さ１０ｎｍの発光層１６−３ｃと、Ｅ９１３により形成された厚さ３０ｎｍの電子輸送層１６−４と、Ａｌにより形成された厚さ１０ｎｍの金属層１８−１と、ＩＺＯにより形成された厚さ１１０ｎｍの透明導電層１８−２とにより構成されている。

【0336】

この有機発光ダイオード７０を作製するために、まず、基板１２の表面１２ａに複数の凸部１２ｂにより二次元格子構造を作成する際に必要となる粒子単層膜を形成する粒子の粒径の算出を行った。

【0337】

なお、この計算では、双極子の位置は金属層１８−１の裏面１８−１ｃから５２ｎｍの距離、即ち、発光層１６−３ａの中央（該発光層内で上方側界面と下方側界面までの距離が等距離な位置である。）とした。

【0338】

また、計算においては反射層の厚さは無限大とした。

【0339】

ここで、図５は、金属層１８−１の裏面１８−１ｃ（つまり、金属層１８−１の下面であり、陰極導電層１８の裏面１８ａである。）より基板側５２ｎｍの距離、即ち、発光層１６−３ａの中央（該発光層内で上方側界面と下方側界面までの距離が等距離な位置である。）に双極子を置いたときのエネルギー散逸を示すものである。

【0340】

この図５では、基板側に双極子を置いた場合、面内波数ｋ_｜｜＝３５．３μｍ^−１、ｋ_｜｜＝２７．１μｍ^−１およびｋ_｜｜＝２３．７μｍ^−１の位置に表面プラズモンモードに対応するピークＱ_１、Ｑ_２、Ｑ_３が認められる。

【0341】

面内波数の大きい方から１つ目のモード（ピークＱ_１）、即ち、ｋ_｜｜＝３５．３μｍ^−１は、金属層１８−１の表面１８−１ａ（つまり、金属層１８−１の上面であり、透明導電層１８−２が位置する側である。）にエネルギーが集中する表面プラズモンモードであり、面内波数の大きい方から２つ目のモード（ピークＱ_２）、即ち、ｋ_｜｜＝２７．１μｍ^−１は、反射層２２の表面（つまり、反射層２２の上面であり、透明導電層１４が位置する側である。）にエネルギーが集中する表面プラズモンモードであり、面内波数の大きい方から３つ目のモード（ピークＱ_３）、即ち、ｋ_｜｜＝２３．７μｍ^−１は、金属層１８−１の裏面１８−１ｃ（つまり、陰極導電層１８の裏面１８ａである。）にエネルギーが集中する表面プラズモンモードである。

【0342】

図５に示すエネルギー散逸図に表れる複数の導波モードから表面プラズモンモードを同定する方法は、上記した方法を用いた。

【0343】

ここで、図５において、面内波数の大きい方から４つ目のモード（ピークＱ_４）および５つ目のモード（ピークＱ_５）はＴＥ導波路モードであり、６つ目のモード（ピークＱ_６）はＴＭ導波路モードに関わるピークである。これらＴＥ導波路モードおよびＴＭ導波路モードは表面プラズモンモードに比べて散逸エネルギーが小さい。

【0344】

ここでは、面内波数の大きい方から３つめのモード（ピークＱ_３）、即ち、金属層１８−１の裏面１８−１ｃに集中する表面プラズモンモード（ｋ_｜｜＝２３．７μｍ^−１）のエネルギーが大きいため、この表面プラズモンの波数（伝搬定数）を利用して上記した（１０）式および（１）式より、金属層１８−１の裏面１８−１ｃに集中する補湯面プラズモンモードに対応する微細構造（つまり、二次元格子構造である。）を算出したところ、粒子の粒径Ｄは、３０６ｎｍと算出された。

【0345】

こうして算出された粒子の粒径Ｄに基づいて平均理由系２９８．７ｎｍで粒子の偏光係数が４．０％であるコロイダルシリカを用いて、第１の実施の形態により有機発光ダイオード１０と同様な方法で微細構造を作製した。

【0346】

微細構造を作製した後の基板１２の一方の面をＡＦＭで観察したところ、断面形状が円錐台形形状であり、平面配置は凸部が三角格子状に配列した微細構造が形成されていた。

【0347】

このようにして、基板１２の一方の面に形成された微細構造における凸部の中心間距離ｐ’（格子定数）をＡＦＭにより測定したところ、３回の試験の平均値で、３０７．６ｎｍであった。

【0348】

また、ＡＦＭ像から無作為に選択された２５カ所の５μｍ×５μｍの領域における当該微細構造の凸部の平均値を算出し、当該２５カ所のそれぞれの平均値をさらに平均することにより求めた当該微細構造における凸部の平均高さｈは、５１．８ｎｍであった。

【0349】

さらに、上記した（１３）式を用いて算出した結果、配列のずれＳは３．０％であった。

【0350】

さらにまた、平均高さｈと中心間距離ｐ’の平均値との比（平均高さｈ／中心間距離ｐ’）は０．１６８であった。

【0351】

その後、微細構造が形成された基板１２の一方の面に、反射層２２としてＡｌを１００ｎｍの厚さで蒸着法により成膜し、反射層２２上に陽極導電層１４としてＩＺＯを２０ｎｍの厚さでスパッタリング法により成膜し、さらに、ホール注入層１６−１としてＨＡＴ−ＣＮを４０ｎｍの厚さで蒸着法によって成膜した。

【0352】

次に、ホール注入層１６−１上にホール輸送層１６−２としてＴ４００を５０ｎｍの厚さで蒸着法によって成膜し、その後、ホール輸送層１６−２上にＭＤＰ３ＦＬを７％ドープしたＡＤＮにより形成された厚さ２０ｎｍの発光層１６−３ａと、Ｃ５４５Ｔを１％ドープしたＡｌｑ_３により形成された厚さ２ｎｍの発光層１６−３ｂと、ＣＢＰを８．５％ドープしたＩｒ（ｐｉｑ）_３により形成された厚さ１０ｎｍの発光層１６−３ｃとを蒸着法によって成膜した。

【0353】

さらに、発光層１６−３上に、電子輸送層１６−４としてＥ９１３を３０ｎｍの厚さで蒸着法によって成膜し、さらにまた、電子輸送層１６−４上に、金属層１８−１としてＡｌを１０ｎｍの厚さで蒸着法によって成膜し、また、金属層１８−１上に、透明導電層１８−２としてＩＺＯを１１０ｎｍの厚さでスパッタリング法により成膜して、有機発光ダイオード７０を作製した。

【0354】

なお、蒸着およびスパッタリングの際にマスクを使用することにより、発光エリアは２×２ｍｍに作製した。

【0355】

次に、図７を参照しながら、本発明による有機発光ダイオードの第３の実施の形態について説明する。

【0356】

図７には、本発明の第３の実施の形態による有機発光ダイオードの概略構成説明図が示されている。

【0357】

この図７に示す有機発光ダイオード５０に関する説明においては、説明の便宜上、有機発光ダイオード５０を構成する各層の高さ方向における上方側の表面を上面と適宜に称し、各層の高さ方向における下方側の表面を下面と適宜に称する。

【0358】

また、以下の説明においては、本発明を用いるものである限り、必ずしも対象とする有機発光ダイオードの構造および方式を限定するものではない。

【0359】

この図７に示す有機発光ダイオード５０は、ボトムエミッション型と称されるタイプの有機発光ダイオードであり、基板５２上に陽極導電層５４と有機ＥＬ層５６と陰極導電層５８とが順次積層されている。

【0360】

そして、陽極導電層５４と陰極導電層５８とには、電源２０により電圧を印加することができるようになされている。

【0361】

この有機発光ダイオード５０においては、陽極導電層５４と陰極導電層５８とに電圧を印加すると、陽極導電層５４から有機ＥＬ層５６中の発光層５６−３（後述する。）にホールが注入されるとともに、陰極導電層５８から有機ＥＬ層５６中の発光層５６−３（後述する。）に電子が注入され、陽極導電層５４側から有機ＥＬ層５６で発生した光が取り出されるようになる。

【0362】

なお、本発明の第３の実施の形態による有機発光ダイオード５０は、３波長型のボトムエミッション型と称される有機発光ダイオードであり、発光層５６−３は３つの有機発光材料が層（発光層５６−３ａ、発光層５６−３ｂ、発光層５６−３ｃであり、その詳細は後述する。）を形成して構成される。以降、差し障りのない場合は、この３層をまとめて発光層５６−３として記載する。

【0363】

陽極導電層５４は、電源２０の陽極と接続され、上記した有機発光ダイオード１０における陽極導電層１４と同様に、可視光を透過する透明導電材料により構成されている。

【0364】

こうした透明導電材料は、特に限定されず、透明導電材料として公知のものを用いることができる。

【0365】

具体的には、陽極導電層５４に用いる透明導電材料としては、ＩＴＯ、ＺｎＯあるいはＺＴＯなどが上げられる。

【0366】

また、こうした陽極導電層５４の厚さは、例えば、５０〜２００ｎｍが好ましい。

【0367】

また、有機ＥＬ層５６は、上記した有機発光ダイオード１０における有機ＥＬ層１６と同様に、電源２０からホールが注入されるホール注入層５６−１と、ホール注入層５６−１において注入されたホールを後述する発光層５６−３に輸送するとともに、当該発光層５６−３からの電子を遮断するホール輸送層５６−２と、互いに異なる波長の光を発光する複数の有機発光材料を含有するとともに、ホール輸送層５６−２から輸送されたホールと後述する電子輸送層５６−４から輸送された電子とが結合して発光する発光層５６−３と、後述する電子注入層５６−５において注入された電子を発光層５６−３に輸送するとともに、当該発光層５６−３からのホールを遮断する電子輸送層５６−４と、電源２０から電子が注入される電子注入層５６−５とにより構成されている。

【0368】

なお、発光層５６−３は、所定の波長の光を発光する有機発光材料よりなる発光層５６−３ａと、発光層５６−３ａを形成する有機発光材料と異なる波長の光を発光する有機発光材料よりなる発光層５６−３ｂと、発光層５６−３ａ、５６−３ｂを形成する有機発光材料と異なる波長の光を発光する有機発光材料よりなる発光層５６−３ｃとを有して構成されている。そして、この発光層５６−３ａ、５６−３ｂ、５６−３ｃはそれぞれが発光することにより、発光層５６−３から白色光が発光するように、有機発光材料が選択されている。

【0369】

そして、有機ＥＬ層５６は、陽極導電層５４上に、ホール注入層５６−１、ホール輸送層５６−２、発光層５６−３（発光層５６−３ａ、発光層５６−３ｂ、発光層５６−３ｃ）、電子輸送層５６−４、電子注入層５６−５の順で７層で積層されている。

【0370】

なお、これらの層は、一層の役割が１つの場合もあるし、２つ以上の役割を兼ねる場合もあり、例えば、電子輸送層５６−４と発光層５６−３ｃとを一つの層で兼ねることもできるものである。

【0371】

つまり、有機ＥＬ層５６は、少なくとも、有機発光材料を含有する発光層５６−３（発光層５６−３ａ、５６−３ｂ、５６−３ｃ）を含む層であればよく、発光層５６−３（発光層５６−３ａ、５６−３ｂ、５６−３ｃ）のみから構成してもよいが、一般的には、発光層５６−３以外の層が含まれるものである。こうした発光層５６−３以外の層は、発光層５６−３（発光層５６−３ａ、５６−３ｂ、５６−３ｃ）の機能を損なわない限り、有機材料から構成されるものであっても無機材料から構成されるものであってもよい。

【0372】

本実施の形態においては、有機ＥＬ層５６をホール注入層５６−１、ホール輸送層５６−２、発光層５６−３（発光層５６−３ａ、５６−３ｂ、５６−３ｃ）、電子輸送層５６−４、電子注入層５６−５の５層から構成されるものとした。これらの層の中で最も重要な層は発光層５６−３（発光層５６−３ａ、５６−３ｂ、５６−３ｃ）であり、例えば、ホール注入層５６−１や電子注入層５６−５は省略することも可能である。また、電子輸送層５６−４は発光層５６−３を兼ねることもできる。

【0373】

ここで、有機ＥＬ層５６の各層を構成する材料は、特に限定されず、公知のものを用いることができる。

【0374】

即ち、発光層５６−３（つまり、発光層５６−３ａ、５６−３ｂ、５６−３ｃである。）を構成する材料としては、有機発光材料が用いられ、こうした有機発光材料としては、例えば、Ｉｒ（ｐｉｑ）_３、ＤＰＡＶＢ、ＺｎＰＢＯ、Ｃ５４５Ｔなどが挙げられる。

【0375】

また、蛍光性色素化合物や燐光発光性材料を他の物質（ホスト材料）にドープしたものを用いてもよい。この場合には、ホスト材料としてはホール輸送層５６−２を構成する材料や電子輸送層５６−４を構成する材料あるいは専用のホスト材料を用いるようにする。

【0376】

ホール注入層５６−１、ホール輸送層５６−２ならびに電子輸送層５６−４を構成する材料としては、それぞれ有機材料が一般的に用いられる。

【0377】

ホール注入層５６−１を構成する材料としては、例えば、２−ＴＮＡＴＡやＨＡＴ−ＣＮなどの化合物が挙げられる。

【0378】

また、ホール輸送層５６−２を構成する材料としては、例えば、ＮＰＤ、ＣｕＰｃ、ＴＰＤなどの芳香族アミン化合物などが挙げられる。

【0379】

さらに、電子輸送層５６−４を構成する材料としては、例えば、ＢＮＤ、ＰＢＤなどのオキサジオール系化合物、Ａｌｑなどの金属錯体系化合物などが挙げられる。

【0380】

さらにまた、電子注入層５６−５を構成する材料としては、例えば、ＬｉＦなどが挙げられる。

【0381】

こうした電子注入層５６−５を電子輸送層５６−４と陰極導電層５８との間に設けると、仕事関数の差を少なくすることができ、陰極導電層５８から電子輸送層５６−４に電子が移行しやすくなる。

【0382】

こうした有機ＥＬ層５６の全体の厚さとしては、例えば、１５０〜５００ｎｍが好ましい。

【0383】

また、陰極導電層５８は、電源２０の陰極と接続され、金属材料により構成されている。

【0384】

この金属材料としては、Ａｇ、Ａｇの含有率が１０％以上の合金、ＡｌまたはＡｌの含有率が１０％以上の合金などが挙げられ、当該合金としては、例えば、Ｍｇ／Ａｇ＝１０／９０などのマグネシウム合金が挙げられ、こうしたマグネシウム合金を使用した場合、電子注入層５６−５を設けなくても、電子注入効果を得ることが可能となる。

【0385】

陰極導電層５８の厚さとしては、空気側（つまり、陰極導電層５８の上面であり、陰極導電層５８の表面５８ａ側である。）に光が透過しないように十分厚くすることが好ましく、例えば、１００〜２００ｎｍが好ましい。

【0386】

また、基板５２は、可視光を透過する透明体が用いられ、基板５２を構成する材料としては、無機材料でも有機材料でもよく、それらの組み合わせてあってもよい。

【0387】

具体的には、基板５２を構成する無機材料として、石英ガラス、無アルカリガラス、ソーダライムガラスなどのアルカリガラス、白板ガラスなどの各種ガラス、マイカなどの透明無機鉱物などが挙げられる。また、基板５２を構成する有機材料としては、シクロオレフィン系フィルム、ポリエステル系フィルムなどの樹脂フィルム、当該樹脂フィルム中にセルロースナノファイバーなどの微細繊維を混入した繊維強化プラスチック材料などが挙げられる。

【0388】

この基板５２の陽極導電層５４が積層される側の表面５２ａ（つまり、基板５２の上面である。）には、複数の凸部５２ｂを周期的に二次元に配列した二次元格子構造が設けられている。

【0389】

このような二次元格子構造は、内部量子効率が低い、あるいは寿命の短い材料の発光スペクトルのピーク波長に対応した表面プラズモンの波長に合わせて形成される。

【0390】

そして、この二次元格子構造が形成された基板５２上に陽極導電層５４、有機ＥＬ層５６、陰極導電層５８が順次積層されることで、各層の表面（つまり、各層の上面であり、基板５２が位置する側と反対の面である。）には、基板５２の表面５２ａと同様の複数の凸部による二次元格子構造が形成されることとなる。

【0391】

また、各層の裏面（つまり、各層の下面であり、基板５２が位置する側の面である。）には、基板５２の表面５２ａに形成された構造が反転した構造、即ち、複数の凹部が周期的に配列した構造、つまり、複数の凹部による二次元格子構造が形成されることとなる。

【0392】

具体的には、陰極導電層５８について着目すると、陰極導電層５８の裏面５８ｃ（つまり、陰極導電層５８の下面であり、有機ＥＬ層５６が位置する側の面である。）には、基板５２の表面５２ａに形成された構造が反転した構造、即ち、複数の凹部５８ｂが周期的に二次元に配列した構造、つまり、複数の凹部５８ｂによる二次元格子構造が形成されることとなる。

【0393】

こうして二次元格子構造が設けられることで、陰極導電層５８において励起される表面プラズモンが伝搬光として取り出される。

【0394】

即ち、発光層５６−３（発光層５６−３ａ、５６−３ｂ、５６−３ｃ）で発光分子から発光する際には、ごく近傍に近接場光が発生するものであるが、この近接場光は、発光層５６−３と陰極導電層５８との距離が非常に近いため、陰極導電層５８の表面５８ａおよび裏面５８ｃで伝搬型の表面プラズモンに変換される。

【0395】

金属表面の伝搬型表面プラズモンは、入射した電磁波（近接場光など）により生じる自由電子の粗密波が表面電磁場を伴うものである。

【0396】

平坦な金属表面に存在する表面プラズモンの場合、当該表面プラズモンの分散曲線と光（空間伝搬光）の分散曲線とは交差しないため、表面プラズモンのエネルギーを光として取り出すことができない。これに対し、金属表面に格子構造が形成されていると、当該格子構造によって回折された表面プラズモンの分散曲線が空間伝搬光の分散曲線と交差するようになり、表面プラズモンを輻射光として取り出すことができる。

【0397】

このように、内部量子効率が低い、あるいは寿命の短い材料の発光スペクトルの強度が強められた光を二次元格子構造を形成することで出射させることが可能であるため、内部量子効率が低い、あるいは、寿命の短い有機発光材料であっても過度な印加電圧を加える必要がなく、寿命を狭めることなく光取り出し効率を向上させることができる。

【0398】

こうした二次元格子構造では、例えば、陰極導電層５８に着目すると、裏面５８ｃ（つまり、陰極導電層５８の下面である。）に形成された凹部５８ｂが二次元に配列されることにより、一次元の場合（つまり、配列方向が一方向であることであり、例えば、複数の溝が一方向に並んで配置されたような構造である。）よりも光取り出し効率が高くなる。

【0399】

こうした二次元格子構造の好ましい具体例としては、正方格子構造や三角格子構造などが挙げられ、三角格子構造が特に好ましい。これは、配列方向が多い方が、回折光を得られる条件が多くなり、高効率で表面プラズモンを回折できるためである。

【0400】

こうした二次元格子構造において三角格子構造を形成するには、粒子が二次元的な六方最密充填配置をとる粒子単層膜を形成し、当該粒子単層膜をエッチングマスクとしてドライエッチングを行うことにより、簡単に取得することができる。なお、こうした粒子単層膜による三角格子構造を形成する方法については、後述する。

【0401】

凹部５８ｂの深さＤ２としては、１５ｎｍ≦Ｄ２≦１８０ｎｍとし、３０ｎｍ≦Ｄ２≦１００ｎｍが好ましく、Ｄ２＜１５ｎｍあるいはＤ２＞１８０ｎｍであるときには、光取り出し効率の向上効果が不十分となってしまう。

【0402】

上記した凹部５８ｂの深さＤ２の範囲は、以下の理由に基づく。

【0403】

即ち、凹部５８ｂの深さＤ２が１５ｎｍ未満であると（つまり、Ｄ２＜１５ｎｍのときである。）、二次元格子構造として十分な表面プラズモンの回折波を生成できなくなり、表面プラズモンを輻射光として取り出す効果が低下する。

【0404】

また、凹部５８ｂの深さＤ２が１８０ｎｍを超えると（つまり、Ｄ２＞１８０ｎｍのときである。）、表面プラズモンが局在型の性質を持ち始め、伝搬型ではなくなってくるため、輻射光の取り出し効率が低下する。さらに、この場合には、有機発光ダイオード５０の陽極導電層５４、有機ＥＬ層５６、陰極導電層５８を順次積層する際に、凹凸が急峻であるため陽極導電層５４と陰極導電層５８とが短絡する可能が高くなってくるため好ましくない。

【0405】

凹部５８ｂの深さＤ２は、基板５２の表面５２ａに形成された凸部５２ｂの高さＨ２と同じとなっているため、凸部５２ｂの高さをＡＦＭにより測定することで間接的に定量することができる。

【0406】

例えば、まず、二次元格子構造内の無作為に選択された５μｍ×５μｍの領域１カ所についてＡＦＭ像を取得し、次に、取得したＡＦＭ像の対角線方向に線を引き、この線と交わった凸部５２ｂの最大高さをそれぞれ単独に算出する。その後、算出した凸部５２ｂの高さの平均値を算出する。こうした処理を無作為に選択された合計２５カ所の５μｍ×５μｍの領域について同様に実行し、各領域における凸部５２ｂの平均値を算出し、得られた２５カ所の領域における平均値をさらに平均した値を凸部５２ｂの高さとする。

【0407】

この凸部５２ｂの形状は、特に限定されず、例えば、円柱形状、円錐形状、円錐台形状、正弦波形状、ドーム形状あるいは、それらを基本とした派生形状などが挙げられる。

【0408】

次に、有機発光ダイオード５０の製造方法について説明する。この有機発光ダイオード５０の製造方法は、特に限定されるものではないが、好ましくは、表面５２ａに複数の凸部５２ｂが二次元格子構造で形成された基板５２の当該表面５２ａ上に、陽極導電層５４と、有機ＥＬ層５６（ホール注入層５６−１、ホール輸送層５６−２、発光層５６−３（発光層５６−３ａ、５６−３ｂ、５６−３ｃ）、電子輸送層５６−４、電子注入層５６−５）と、陰極導電層５８とを順次積層する。

【0409】

この場合、陰極導電層５８の裏面５８ｃに形成された複数の凹部５８ｂによる二次元格子構造は、基板５２の表面５２ａに形成された複数の凸部５２ｂによる二次元格子構造に対応したものとなる（図２（ａ）（ｂ）を参照する。）。

【0410】

即ち、陰極導電層５８の裏面５８ｃに形成された複数の凹部５８ｂにおける隣り合う凹部５８ｂ間の中心間距離Ｐ３（以下、「隣り合う凹部５８ｂ間の中心間距離Ｐ３」を、「凹部５８ｂの中心間距離Ｐ３」と称することとする。）は、基板５２の表面５２ａに形成された複数の凸部５２ｂにおける隣り合う凸部５２ｂ間の中心間距離Ｐ４（以下、「隣り合う凸部５２ｂ間の中心間距離Ｐ４」を、「凸部５２ｂの中心間距離Ｐ４」と称することとする。）と一致し、凹部５８ｂの深さＤ２は凸部５２ｂの高さＨ２と一致するものとなる。

【0411】

このため、基板５２の表面５２ａに形成された凸部５２ｂの中心間距離Ｐ４および凸部５２ｂの高さＨ２をそれぞれ測定することで、陰極導電層５８の裏面５８ｃに形成された凹部５８ｂの中心間距離Ｐ３および凹部５８ｂの深さＤ２を測定することができる。

【0412】

なお、こうした凹部５８ｂの中心間距離Ｐ３は、凸部５２ｂの中心間距離Ｐ４をレーザー回折法で測定することにより間接的に測定することができ、また、凹部５８ｂの深さＤ２は、凸部５２ｂの高さＨ２をＡＦＭにより測定することにより間接的に測定することができる。

【0413】

以下、有機発光ダイオード５０の製造方法について詳細に説明することとする。

【0414】

まず、基板５２の表面５２ａに形成された複数の凸部５２ｂによる二次元格子構造の作製方法には、例えば、電子ビームリソグラフィー、機械式切削加工、レーザー加工、二光束干渉露光、縮小露光などを用いることができる。また、原版を先に作製しておけば、ナノインプリント法による微細構造の転写・複製も可能である。

【0415】

こうした手法のうち、二光束干渉露光およびナノインプリント法以外の手法は、大面積の周期格子構造を作製するのに適さないため、工業的な利用面において面積の制約を受ける。

【0416】

また、二光束干渉露光は、ある程度の小面積は作製可能であるが、一辺が数ｃｍ以上の大面積の場合には、光学セットアップ全体に対する振動、風、熱収縮、膨張、空気の揺らぎ、波長変動などの様々な外乱要因が影響して、均一で正確な周期格子構造を作製することは極めて困難である。

【0417】

そこで、有機発光ダイオード５０における基板５２の表面５２ａに形成された複数の凸部５２ｂによる二次元格子構造の作製方法としては、上記した有機発光ダイオード１０に複数の凸部１２ｂを二次元格子構造で形成する際に用いた、粒子単層膜を用いたエッチング方法が好ましい。

【0418】

なお、この粒子単層膜を用いたエッチング方法については、上記において説明しているため、その詳細な処理内容については省略することとする。

【0419】

そして、粒子単層膜を用いたエッチング方法により、基板５２の表面５２ａに複数の凸部５２ｂにより二次元格子構造を作製した後には、基板５２の表面５２ａ上に、陽極導電層５４を積層し、陽極導電層５４の表面５４ａ上にホール注入層５６−１、ホール輸送層５６−２、発光層５６−３（発光層５６−３ａ、５６−３ｂ、５６−３ｃ）、電子輸送層５６−４、電子注入層５６−５を順次積層して有機ＥＬ層５６を形成し、電子注入層５６−５の表面５６−５ａ上に陰極導電層５８を積層することで、有機発光ダイオード５０を取得することができる。

【0420】

これらの各層の積層方法は、特に限定されず、一般的な有機発光ダイオードの製造に用いられている公知の技術を利用することができる。

【0421】

例えば、陽極導電層５４はスパッタリング法、真空蒸着法などによって形成することができる。また、ホール注入層５６−１、ホール輸送層５６−２、発光層５６−３（発光層５６−３ａ、５６−３ｂ、５６−３ｃ）、電子輸送層５６−４、電子注入層５６−５および陰極導電層５８はそれぞれ、真空蒸着法によって形成することができる。

【0422】

これら各層の厚さは非常に薄いため、上記のようにして各層を順次積層することで、基板５２の表面５２ａにおける複数の凸部５２ｂによる二次元格子構造が陰極導電層５８まで反映され、陽極導電層５４、有機ＥＬ層５６および陰極導電層５８において、基板５２の表面５２ａに形成された複数の凸部５２ｂによる二次元格子構造に対応した複数の凸部または凹部による二次元格子構造が形成されることとなる。

【0423】

次に、上記した製造方法に基づいて、有機発光ダイオード５０を作製する場合について、具体例を挙げて説明する。

【0424】

作製する有機発光ダイオード５０としては、基板／ＩＺＯ［膜厚１００ｎｍ］／ＨＡＴ−ＣＮ［膜厚３０ｎｍ］／Ｔ４００［膜厚５０ｎｍ］／ＭＤＰ３ＦＬ＠ＡＤＮ（７％）［膜厚１０ｎｍ］／Ｃ５４５Ｔ＠Ａｌｑ_３（１％）［膜厚２ｎｍ］／Ｉｒ（ｐｉｑ）_３＠ＣＢＰ（８．５％）［膜厚１０ｎｍ］／Ｅ９１３［膜厚３０ｎｍ］／ＬｉＦ［膜厚０．８ｎｍ］／Ａｌ［膜厚１５０ｎｍ］とする。

【0425】

即ち、この有機発光ダイオード５０は、石英ガラスにより形成された基板５２と、ＩＺＯにより形成された厚さ１００ｎｍの陽極導電層５４と、ＨＡＴ−ＣＮにより形成された厚さ３０ｎｍのホール注入層５６−１と、Ｔ４００により形成された厚さ５０ｎｍのホール輸送層５６−２と、ＭＤＰ３ＦＬを７％ドープしたＡＤＮにより形成された厚さ１０ｎｍの発光層５６−３ａと、Ｃ５４５Ｔを１％ドープしたＡｌｑ_３により形成された厚さ２ｎｍの発光層５６−３ｂと、ＣＢＰを８．５％ドープしたＩｒ（ｐｉｑ）_３により形成された厚さ１０ｎｍの発光層５６−３ｃと、Ｅ９１３により形成された厚さ３０ｎｍの電子輸送層５６−４と、ＬｉＦにより形成された厚さ０．８ｎｍの電子注入層５６−５と、Ａｌにより形成された厚さ１５０ｎｍの陰極導電層５８とにより構成されている。

【0426】

そして、内部量子効率および有機発光材料の寿命が他の有機発光材料に劣るため、増強したい発光スペクトルのピーク波長値λ_１は６３０ｎｍとする。

【0427】

この有機発光ダイオード５０を作製するために、まず、基板５２の表面５２ａに複数の凸部５２ｂによる二次元格子構造を作製する際に必要となる粒子単層膜を形成する粒子の粒径を算出する。

【0428】

即ち、有機発光ダイオード５０において、陰極導電層５８の厚さを無限大と仮定したときのエネルギー散逸の強度を上記した（７）式、（８）式、（９）式によって求める。

【0429】

ここでは、陰極導電層５８の裏面５８ｃに生じる表面プラズモンのエネルギーを伝搬光として取り出すときの粒子単層膜を形成する粒子の粒径を算出することとする。

【0430】

上記した（７）式、（８）式、（９）式において、波数の大きい方から１つ目のモード（ピーク）が陰極導電層５８の裏面５８ｃに生じる表面プラズモンのエネルギー散逸強度であるため、このピークを与える面内波数ｋ_｜｜を求める。

【0431】

また、双極子の位置は陰極導電層５８の裏面５８ｃから３５ｎｍ（即ち、発光層５６−３ｃで上方側界面と下方側界面までの距離が等距離な位置である。）とする。

【0432】

ただし、ＬｉＦ層は非常に薄いので計算においてはその厚さを「０」とした。また、Ａｌ層の膜厚は無限大とした。

【0433】

なお、上記した通常の多層薄膜の反射係数を求める式としては、上記した非特許文献を参照する。

【0434】

そして、上記した（９）式をｋ_｜｜を変数とする関数として計算すると、図８に示すような結果が得られる。

【0435】

図８において、面内波数の大きい方から１つ目のモード（つまり、ピークＲである。）、つまり、表面プラズモンへのエネルギー散逸ピークを与える面内波数ｋ_｜｜は１７．８μｍ^−１となっている。この値を上記した（１０）式に代入すると、この波数に対応する微細構造（つまり、二次元格子構造のことである。）を作製するための粒子の粒径Ｄは、４０７ｎｍと算出された。

【0436】

なお、この具体例においては、粒子単層膜を用いたエッチング方法について説明するため、上記（１０）式を用いて粒子単層膜を形成する粒子の粒径を算出するようにしているが、粒子単層膜を用いたエッチング方法以外の方法により有機発光ダイオード５０を作製する場合には、上記した（１０）式あるいは（１１）式を用いて格子ピッチＰを算出し（なお、格子ピッチＰは、（１）式に示す範囲の値である。）、算出した格子ピッチＰとなるようにして各種条件を調整して作製すればよい。

【0437】

上記した（１０）式で算出した粒子の粒径Ｄの値に基づいて、平均粒径が３９８．７ｎｍで、粒径の変動係数が４．０％であるコロイダルシリカの５．０質量％水分散体（分散液）を作製した。なお、平均粒径および粒子の変動係数は、Ｍａｌｖｅｒｎ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ Ｌｔｄ製のＺｅｔａｓｉｚｅｒ Ｎａｎｏ−ＺＳによる粒子動的光散乱法で求めた粒度分布をガウス曲線にフィッティングさせて得られるピークから算出した。

【0438】

次に、作製した分散液中のコロイダルシリカの表面を疎水化処理するために、当該分散液に濃度１．０質量％のフェニルトリエトキシシランの加水分解物を含む水溶液を加え、約４０°で３時間反応させた。この際、フェニルトリエトキシシランの質量がコロイダルシリカ粒子の質量の０．０１５倍となるように分散液と当該水溶液とを混合した。

【0439】

そして、反応終了後の分散液に、当該分散液の５倍の体積のメチルイソブチルケトンを加えて撹拌して、疎水化されたコロイダルシリカを油相抽出した。

【0440】

こうして得られた濃度１．０５質量％の疎水化コロイダルシリカ分散液を粒子単層膜の表面圧を計測する表面圧センサーと、粒子単層膜を液面に沿う方向に圧縮する可動バリアとを備えた水槽（ＬＢトラフ装置）中に貯留された液面（下層液として水を使用し、水温は２６．５℃とした。）に滴下速度０．０１ｍｌ／秒で滴下した。なお、水槽に貯留された下層水には、予め有機発光ダイオード５０の基板５２として用いるための透明の石英基板（３０ｍｍ×３０ｍｍ×１．０ｍｍ、両面鏡面研磨処理済）を略鉛直方向に浸漬している。

【0441】

疎水化コロイダルシリカ分散液を下層水の液面に滴下し始めた時点から、下層水中から液面に向けて、出力１００Ｗ、周波数１５００ｋＨｚの条件で超音波を１０分間照射することにより、疎水化したコロイダルシリカ粒子が二次元的に最密充填するのを促すとともに、当該分散中の有機溶剤であるメチルイソブチルケトンを揮発させて、当該下層水の液面に粒子単層膜を形成した。

【0442】

その後、形成した粒子単層膜を可動バリアにより拡散圧が２２〜３０ｍＮｍ^−１になるまで圧縮し、基板５２を３ｍｍ／分の速度で引き上げて、基板５２の一方の面に当該粒子単層膜を移し取った。なお、基板５２の一方の面とは、二次元格子構造を形成しようとする面のことである。

【0443】

次に、基板５２の一方の面上に移し取った粒子単層膜の当該一方の面への固定処理として、粒子単層膜を移し取った基板５２の一方の面上にバインダーとして０．１５質量％のモノメチルトリメトキシシランの加水分解液を浸透させ、その後、当該加水分解液の余剰分をスピンコーター（３０００ｒｐｍ）で１分間処理して除去した。そして、加水分解液の余剰分を除去した基板５２を１００℃で１０分間加熱してバインダーを反応させ、コロイダルシリカ粒子からなる粒子単層膜が形成された基板５２を取得した。

【0444】

こうして粒子単層膜が形成された基板５２を取得すると、次に、当該基板５２に対してＣＨＦ_３ガスによりドライエッチング処理を行った。

【0445】

このドライエッチング処理の条件は、アンテナパワー１５００Ｗ、バイアスパワー５０〜３００Ｗ（１３．５６ＭＨｚ）、ガス流量５０〜２００ｓｃｃｍとした。

【0446】

ドライエッチング処理を行った後の基板５２の一方の面をＡＦＭで観察したところ、断面形状が円錐台形形状であり（図６（ｂ）を参照する。）、平面配置は凸部が三角格子状に配列した微細構造が形成されていた（図６（ａ）を参照する。）。

【0447】

このようにして、基板５２の一方の面に形成された微細構造における凸部の中心間距離ｐ’（格子定数）をＡＦＭにより測定したところ、３回の試験の平均値で、４１３．５ｎｍであった。

【0448】

また、ＡＦＭ像から無作為に選択された２５カ所の５μｍ×５μｍの領域における当該微細構造の凸部の平均値を算出し、当該２５カ所のそれぞれの平均値をさらに平均することにより求めた当該微細構造における凸部の平均高さｈは、４５．１ｎｍであった。

【0449】

さらに、上記した（１３）式を用いて算出した結果、配列のずれＳは３．７％であった。

【0450】

さらにまた、平均高さｈと中心間距離ｐ’の平均値との比（平均高さｈ／中心間距離ｐ’）は０．１０９であった。

【0451】

その後、微細構造が形成された基板５２の一方の面に、陽極導電層５４としてＩＺＯを１００ｎｍの厚さでスパッタリング法により成膜し、ホール注入層５６−１としてＨＡＴ−ＣＮを３０ｎｍの厚さで蒸着法によって成膜した。

【0452】

次にホール注入層５６−１上に、ホール輸送層５６−２としてＴ４００を５０ｎｍの厚さで蒸着法によって成膜し、その後、ホール輸送層５６−２上にＭＤＰ３ＦＬを７％ドープしたＡＤＮにより形成された厚さ１０ｎｍの発光層５６−３ａと、Ｃ５４５Ｔを１％ドープしたＡｌｑ_３により形成された厚さ２ｎｍの発光層５６−３ｂと、ＣＢＰを８．５％ドープしたＩｒ（ｐｉｑ）_３により形成された厚さ１０ｎｍの発光層５６−３ｃとを蒸着法によって成膜した。

【0453】

さらに、発光層５６−３ｃ上に、Ｅ９１３により形成された厚さ３０ｎｍの電子輸送層５６−４と、ＬｉＦにより形成された厚さ０．８ｎｍの電子注入層５６−５と、Ａｌにより形成された１５０ｎｍの陰極導電層５８を蒸着法によって順次成膜して、有機発光ダイオード５０を作製した。

【0454】

なお、蒸着およびスパッタリングの際にマスクを使用することにより、発光エリアは２×２ｍｍに作製した。

【0455】

次に、図９を参照しながら、本発明による有機発光ダイオードの第４の実施の形態について説明する。

【0456】

図９には、本発明の第４の実施の形態による有機発光ダイオードの概略構成説明図が示されている。

【0457】

この図９に示す有機発光ダイオード６０に関する説明においては、説明の便宜上、有機発光ダイオード６０を構成する各層の高さ方向における上方側の表面を上面と適宜に称し、各層の高さ方向における下方側の表面を下面と適宜に称する。

【0458】

また、以下の説明においては、本発明を用いるものである限り、必ずしも対象とする有機発光ダイオードの構造および方式を限定するものではない。

【0459】

図９に示す有機発光ダイオード６０は、一般に３波長型の陽極トップエミッション型と称されるタイプの有機発光ダイオードであり、基板６２上に陰極導電層６４と有機ＥＬ層６６と陽極導電層６８とが順次積層されている。

【0460】

そして、陰極導電層６４と陽極導電層６８とには、電源２０により電圧を印加することができるようになされている。

【0461】

この有機発光ダイオード６０においては、陰極導電層６４と陽極導電層６８とに電圧を印加すると、陽極導電層６８から有機ＥＬ層６６中の発光層６６−３（後述する。）にホールが注入されるとともに、陰極導電層６４から有機ＥＬ層６６中の発光層６６−３（後述する。）に電子が注入され、陽極導電層６８側から有機ＥＬ層６６で発生した光が取り出されるようになる。

【0462】

なお、本発明による第４の実施の形態の有機発光ダイオード６０は、３波長型の陽極トップエミッション型と称される有機発光ダイオードであり、発光層６６−３は３つの有機発光材料が層（発光層６６−３ａ、発光層６６−３ｂ、発光層６６−３ｃであり、その詳細は後述する。）を形成して構成される。以降、まとめて発光層６６−３と説明して差し障りのない場合は、上記３層を発光層６６−３として記載する。

【0463】

陰極導電層６４は、電源２０の陰極と接続され、金属材料により構成されている。

【0464】

この金属材料としては、Ａｇ、Ａｇの含有量が１０％以上の合金、ＡｌまたはＡｌの含有量が１０％以上の合金からなり、当該合金としては、例えば、上記したＭｇ／Ａｇ＝１０／９０などのマグネシウム合金が挙げられる。

【0465】

陰極導電層６４の厚さとしては、有機ＥＬ層からの光を反射して基板６２から当該光が取り出されないように十分厚くすることが好ましく、例えば、１００〜２００ｎｍが好ましい。

【0466】

また、有機ＥＬ層６６は、上記した有機発光ダイオード１０における有機ＥＬ層１６と同様に、電源２０からホールが注入されるホール注入層６６−１と、ホール注入層６６−１において注入されたホールを後述する発光層６６−３に輸送するとともに、当該発光層６６−３からの電子を遮断するホール輸送層６６−２と、互いに異なる波長の光を発光する複数の有機発光材料を含有するとともに、ホール輸送層６６−２から輸送されたホールと後述する電子輸送層６６−４から輸送された電子とが結合して発光する発光層６６−３と、後述する電子注入層６６−５において注入された電子を発光層６６−３に輸送するとともに、当該発光層６６−３からのホールを遮断する電子輸送層６６−４と、電源２０から電子が注入される電子注入層６６−５とにより構成されている。

【0467】

なお、発光層６６−３は、所定の波長の光を発光する有機発光材料よりなる発光層６６−３ａと、発光層６６−３ａを形成する有機発光材料と異なる波長の光を発光する有機発光材料よりなる発光層６６−３ｂと、発光層６６−３ａ、６６−３ｂを形成する有機発光材料と異なる波長の光を発光する有機発光材料よりなる発光層６６−３ｃとを有して構成されている。そして、この発光層６６−３ａ、６６−３ｂ、６６−３ｃはそれぞれが発光することにより、発光層６６−３から白色光が発光するように、有機発光材料が選択されている。

【0468】

そして、有機ＥＬ層６６は、陰極導電層６４上に、電子注入層６６−５、電子輸送層６６−４、発光層６６−３（発光層６６−３ｃ、発光層６６−３ｂ、発光層６６−３ａ）、ホール輸送層６６−２、ホール注入層６６−１の順で７層で積層されている。

【0469】

なお、これらの層は、一層の役割が１つの場合もあるし、２つ以上の役割を兼ねる場合もあり、例えば、電子輸送層６６−４と発光層６６−３ｃとを一つの層で兼ねることもできるものである。

【0470】

つまり、有機ＥＬ層６６は、少なくとも、有機発光材料を含有する発光層６６−３（発光層６６−３ａ、６６−３ｂ、６６−３ｃ）を含む層であればよく、発光層６６−３（発光層６６−３ａ、６６−３ｂ、６６−３ｃ）のみから構成してもよいが、一般的には、発光層６６−３以外の層が含まれるものである。こうした発光層６６−３以外の層は、発光層６６−３（発光層６６−３ａ、６６−３ｂ、６６−３ｃ）の機能を損なわない限り、有機材料から構成されるものであっても無機材料から構成されるものであってもよい。

【0471】

本実施の形態においては、有機ＥＬ層６６をホール注入層６６−１、ホール輸送層６６−２、発光層６６−３（発光層６６−３ａ、６６−３ｂ、６６−３ｃ）、電子輸送層６６−４、電子注入層６６−５の５層から構成されるものとした。これらの層の中で最も重要な層は発光層６６−３（発光層６６−３ａ、６６−３ｂ、６６−３ｃ）であり、例えば、ホール注入層６６−１や電子注入層６６−５は省略することも可能である。また、電子輸送層６６−４は発光層６６−３を兼ねることもできる。

【0472】

ここで、有機ＥＬ層６６の各層を構成する材料は、特に限定されず、公知のものを用いることができる。

【0473】

即ち、発光層６６−３（つまり、発光層６６−３ａ、６６−３ｂ、６６−３ｃである。）を構成する材料としては、有機発光材料が用いられ、こうした有機発光材料としては、例えば、Ｉｒ（ｐｉｑ）_３、ＤＰＡＶＢ、ＺｎＰＢＯ、Ｃ５４５Ｔなどが挙げられる。

【0474】

また、蛍光性色素化合物や燐光発光性材料を他の物質（ホスト材料）にドープしたものを用いてもよい。この場合には、ホスト材料としてはホール輸送層６６−２を構成する材料や電子輸送層６６−４を構成する材料あるいは専用のホスト材料を用いるようにする。

【0475】

ホール注入層６６−１、ホール輸送層６６−２ならびに電子輸送層６６−４を構成する材料としては、それぞれ有機材料が一般的に用いられる。

【0476】

ホール注入層６６−１を構成する材料としては、例えば、２−ＴＮＡＴＡやＨＡＴ−ＣＮなどの化合物が挙げられる。

【0477】

また、ホール輸送層６６−２を構成する材料としては、例えば、ＮＰＤ、ＣｕＰｃ、ＴＰＤなどの芳香族アミン化合物などが挙げられる。

【0478】

さらに、電子輸送層６６−４を構成する材料としては、例えば、ＢＮＤ、ＰＢＤなどのオキサジオール系化合物、Ａｌｑなどの金属錯体系化合物などが挙げられる。

【0479】

さらにまた、電子注入層６６−５を構成する材料としては、例えば、ＬｉＦなどが挙げられる。

【0480】

こうした電子注入層６６−５を電子輸送層６６−４と陰極導電層６４との間に設けると、仕事関数の差を少なくすることができ、陰極導電層６４から電子輸送層６６−４に電子が移行しやすくなる。

【0481】

なお、陰極導電層６４としてＭｇ／Ａｇ＝１０／９０などのマグネシウム合金を使用すると、電子注入層６６−５を設けなくても、電子注入効果を得ることが可能となる。

【0482】

こうした有機ＥＬ層全体の厚さとしては、例えば、１５０〜５００ｎｍが好ましい。

【0483】

また、陽極導電層６８は、電源２０の陽極と接続され、上記した有機発光ダイオード１０における陽極導電層１４や上記した有機発光ダイオード５０における陽極導電層５４と同様に、可視光を透過する透明導電材料により構成されている。

【0484】

こうした透明導電材料は、特に限定されず、透明導電材料として公知のものを用いることができる。

【0485】

具体的には、陽極導電層６８に用いる透明導電材料としては、ＩＴＯ、ＺｎＯあるいは、ＺＴＯなどが挙げられる。

【0486】

また、こうした陽極導電層６８の厚さは、例えば、５０〜２００ｎｍが好ましい。

【0487】

また、基板６２は、可視光を透過する透明体または可視光を透過しない不透明体が用いられ、基板６２を構成する材料としては、無機材料でも有機材料でもよく、それらの組み合わせてあってもよい。

【0488】

具体的には、基板６２を構成する材料として、透明体の無機材料としては、石英ガラス、無アルカリガラス、ソーダライムガラスなどのアルカリガラス、白板ガラスなどの各種ガラス、マイカなどの透明無機鉱物などが挙げられ、不透明体の無機材料としては、アルミニウム、ニッケル、ステンレスなどの金属、各種セラミックスなどが挙げられる。

【0489】

また、有機材料としては、シクロオレフィン系フィルム、ポリエステル系フィルムなどの樹脂フィルム、当該樹脂フィルム中にセルロースナノファイバーなどの微細繊維を混入した繊維強化プラスチック材料などが挙げられる。なお、有機材料についても透明体、不透明体の両方が使用可能である。

【0490】

この基板６２の陰極導電層６４が積層される側の表面６２ａ（つまり、基板６２の上面である。）には、複数の凸部６２ｂを周期的に二次元に配列した二次元格子構造が設けられている。

【0491】

このような二次元格子構造は、内部量子効率が低い、あるいは、寿命の短い材料の発光スペクトルのピーク波長に対応した表面プラズモンの波長に合わせて形成される。

【0492】

そして、この二次元格子構造が形成された基板６２上に陰極導電層６４、有機ＥＬ層６６、陽極導電層６８が順次積層されることで、各層の表面（つまり、各層の上面であり、基板６２が位置する側と反対の面である。）には、基板６２の表面６２ａと同様の複数の凸部による二次元格子構造が形成されることとなる。

【0493】

また、各層の裏面（つまり、各層の下面であり、基板６２が位置する側の面である。）には、基板６２の表面６２ａに形成された構造が反転した構造、即ち、複数の凹部が周期的に配列した構造、つまり、複数の凹部による二次元格子構造が形成されることとなる。

【0494】

具体的には、陰極導電層６４について着目すると、陰極導電層６４の表面６４ａ（つまり、陰極導電層６４の上面であり、有機ＥＬ層６６が位置する側の面である。）には、基板６２の表面６２ａに形成された構造と同様な構造、即ち、複数の凸部６４ｂが周期的に二次元に配列した構造、つまり、複数の凸部６４ｂによる二次元格子構造が形成されることとなる。

【0495】

こうして二次元格子構造が設けられることで、陰極導電層６４において励起される表面プラズモンが伝搬光として取り出される。

【0496】

即ち、発光層６６−３（発光層６６−３ａ、６６−３ｂ、６６−３ｃ）で発光分子から発光する際には、ごく近傍に近接場光が発生するものであるが、この近接場光は、発光層６６−３と陰極導電層６４との距離が非常に近いため、陰極導電層６４の表面６４ａで伝搬型の表面プラズモンに変換される。

【0497】

金属表面の伝搬型表面プラズモンは、入射した電磁波（近接場光など）により生じる自由電子の粗密波が表面電磁場を伴うものである。

【0498】

平坦な金属表面に存在する表面プラズモンの場合、当該表面プラズモンの分散曲線と光（空間伝搬光）の分散曲線とは交差しないため、表面プラズモンのエネルギーを光として取り出すことができない。これに対し、金属表面に格子構造が形成されていると、当該格子構造によって回折された表面プラズモンの分散曲線が空間伝搬光の分散曲線と交差するようになり、表面プラズモンを輻射光として取り出すことができる。

【0499】

このように、内部量子効率が低い、あるいは寿命の短い材料の発光スペクトルの強度が強められた光を二次元格子構造を形成することで出射させることが可能であるため、内部量子効率が低い、あるいは寿命の短い有機発光材料であっても過度な印加電圧を加える必要がなく、寿命を狭めることなく光取り出し効率を向上させることができる。

【0500】

こうした二次元格子構造では、例えば、陰極導電層６４に着目すると、表面６４ａ（つまり、陰極導電層６４の上面である。）に形成された凸部６４ｂが二次元に配列されることにより、一次元の場合（つまり、配列方向が一方向であることであり、例えば、複数の溝が一方向に並んで配置されたような構造である。）よりも光取り出し効率が高くなる。

【0501】

こうした二次元格子構造の好ましい具体例としては、正方格子構造や三角格子構造などが挙げられ、三角格子構造が特に好ましい。これは、配列方向が多い方が、回折光を得られる条件が多くなり、高効率で表面プラズモンを回折できるためである。

【0502】

こうした二次元格子構造において三角格子構造を形成するには、粒子が二次元的な六方最密充填配置をとる粒子単層膜を形成し、当該粒子単層膜をエッチングマスクとしてドライエッチングを行うことにより、簡単に取得することができる。なお、こうした粒子単層膜による三角格子構造を形成する方法については、後述する。

【0503】

凸部６４ｂの高さＨ４としては、１５ｎｍ≦Ｈ４≦１８０ｎｍとし、３０ｎｍ≦Ｈ４≦１００ｎｍが好ましく、Ｈ４＜１５ｎｍあるいはＨ４＞１８０ｎｍであるときには、光取り出し効率の向上効果が不十分となってしまう。

【0504】

上記した凸部６４ｂの高さＨ４の範囲は、以下の理由に基づく。

【0505】

即ち、凸部６４ｂの高さＨ４が１５ｎｍ未満であると（つまり、Ｈ４＜１５ｎｍのときである。）、二次元格子構造として十分な表面プラズモンの回折波を生成できなくなり、表面プラズモンを輻射光として取り出す効果が低下する。

【0506】

また、凸部６４ｂの高さＨ４が１８０ｎｍを超えると（つまり、Ｈ４＞１８０ｎｍのときである。）、表面プラズモンが局在型の性質を持ち始め、伝搬型ではなくなってくるため、輻射光の取り出し効率が低下する。さらに、この場合には、有機発光ダイオード６０の陰極導電層６４、有機ＥＬ層６６、陽極導電層６８を順次積層する際に、凹凸が急峻であるため陰極導電層６４と陽極導電層６８とが短絡する可能が高くなってくるため好ましくない。

【0507】

凸部６４ｂの高さＨ４は、基板６２の表面６２ａに形成された凸部６２ｂの高さＨ３と同じとなっているため、凸部６２ｂの高さをＡＦＭにより測定することで間接的に定量することができる。

【0508】

例えば、まず、二次元格子構造内の無作為に選択された５μｍ×５μｍの領域１カ所についてＡＦＭ像を取得し、次に、取得したＡＦＭ像の対角線方向に線を引き、この線と交わった凸部６２ｂの最大高さをそれぞれ単独に算出する。その後、算出した凸部６２ｂの高さの平均値を算出する。こうした処理を無作為に選択された合計２５カ所の５μｍ×５μｍの領域について同様に実行し、各領域における凸部６２ｂの平均値を算出し、得られた２５カ所の領域における平均値をさらに平均した値を凸部６２ｂの高さとする。

【0509】

この凸部６２ｂの形状は、特に限定されず、例えば、円柱形状、円錐形状、円錐台形状、正弦波形状、ドーム形状あるいは、それらを基本とした派生形状などが挙げられる。

【0510】

次に、有機発光ダイオード６０の製造方法について説明する。この有機発光ダイオード６０の製造方法は、特に限定されるものではないが、好ましくは、表面６２ａに複数の凸部６２ｂが二次元格子構造で形成された基板６２の当該表面６２ａ上に、陰極導電層６４と、有機ＥＬ層６６（電子注入層６６−５、電子輸送層６６−４、発光層６６−３（発光層６６−３ｃ、６６−３ｂ、６６−３ａ）、ホール輸送層６６−２、ホール注入層６６−１）と、陽極導電層６８とを順次積層する。

【0511】

この場合、陰極導電層６４の表面６４ａに形成された複数の凸部６４ｂによる二次元格子構造は、基板６２の表面６２ａに形成された複数の凸部６２ｂによる二次元格子構造に対応したものとなる。

【0512】

即ち、陰極導電層６４の表面６４ａに形成された複数の凸部６４ｂにおける隣り合う凸部６４ｂ間の中心間距離Ｐ５（以下、「隣り合う凸部６４ｂ間の中心間距離Ｐ５」を、「凸部６４ｂの中心間距離Ｐ５」と称することとする。）は、基板６２の表面６２ａに形成された複数の凸部６２ｂにおける隣り合う凸部６２ｂ間の中心間距離Ｐ６（以下、「隣り合う凸部６２ｂ間の中心間距離Ｐ６」を、「凸部６２ｂの中心間距離Ｐ６」と称することとする。）と一致し、凸部６４ｂの高さＨ４は凸部６２ｂの高さＨ３と一致するものとなる。

【0513】

このため、基板６２の表面６２ａに形成された凸部６２ｂの中心間距離Ｐ６および凸部６２ｂの高さＨ３をそれぞれ測定することで、陰極導電層６４の表面６４ａに形成された凸部６４ｂの中心間距離Ｐ５および凸部６４ｂの高さＨ４を測定することができる。

【0514】

なお、こうした凸部６４ｂの中心間距離Ｐ５は、凸部６２ｂの中心間距離Ｐ６をレーザー回折法で測定することにより間接的に測定することができ、また、凸部６４ｂの高さＨ４は、凸部６２ｂの高さＨ３をＡＦＭにより測定することにより間接的に測定することができる。

【0515】

以下、有機発光ダイオード６０の製造方法について詳細に説明することとする。

【0516】

まず、基板６２の表面６２ａに形成された複数の凸部６２ｂによる二次元格子構造の作製方法には、例えば、電子ビームリソグラフィー、機械式切削加工、レーザー加工、二光束干渉露光、縮小露光などを用いることができる。また、原版を先に作製しておけば、ナノインプリント法による微細構造の転写・複製も可能である。

【0517】

こうした手法のうち、二光束干渉露光およびナノインプリント法以外の手法は、大面積の周期格子構造を作製するのに適さないため、工業的な利用面において面積の制約を受ける。

【0518】

また、二光束干渉露光は、ある程度の小面積は作製可能であるが、一辺が数ｃｍ以上の大面積の場合には、光学セットアップ全体に対する振動、風、熱収縮、膨張、空気の揺らぎ、波長変動などの様々な外乱要因が影響して、均一で正確な周期格子構造を作製することは極めて困難である。

【0519】

そこで、有機発光ダイオード６０における基板６２の表面６２ａに形成された複数の凸部６２ｂによる二次元格子構造の作製方法としては、上記した有機発光ダイオード１０に複数の凸部１２ｂを二次元格子構造で形成する際に用いた、粒子単層膜を用いたエッチング方法が好ましい。

【0520】

なお、この粒子単層膜を用いたエッチング方法については、上記において説明しているため、その詳細な処理内容については省略することとする。

【0521】

そして、粒子単層膜を用いたエッチング方法により、基板６２の表面６２ａに複数の凸部６２ｂにより二次元格子構造を作製した後には、基板６２の表面６２ａ上に、陰極導電層６４を積層し、陰極導電層６４の表面６４ａ上に電子注入層６６−５、電子輸送層６６−４、発光層６６−３（発光層６６−３ｃ、６６−３ｂ、６６−３ａ）、ホール輸送層６６−２、ホール注入層６６−１を順次積層して有機ＥＬ層６６を形成し、ホール注入層６６−１の表面６６−１ａ上に陽極導電層６８を積層することで、有機発光ダイオード６０を取得することができる。

【0522】

これらの各層の積層方法は、特に限定されず、一般的な有機発光ダイオードの製造に用いられている公知の技術を利用することができる。

【0523】

例えば、ホール注入層６６−１、ホール輸送層６６−２、発光層６６−３（発光層６６−３ａ、６６−３ｂ、６６−３ｃ）、電子輸送層６６−４、電子注入層６６−５および陰極導電層６４はそれぞれ、真空蒸着法によって形成することができる。また、陽極導電層６８はスパッタリング法、真空蒸着法などによって形成することができる。

【0524】

これら各層の厚さは非常に薄いため、上記のようにして各層を順次積層することで、基板６２の表面６２ａにおける複数の凸部６２ｂによる二次元格子構造が陽極導電層６８まで反映され、陰極導電層６４、有機ＥＬ層６６および陽極導電層６８において、基板６２の表面６２ａに形成された複数の凸部６２ｂによる二次元格子構造に対応した複数の凸部または凹部による二次元格子構造が形成されることとなる。

【0525】

次に、上記した製造方法に基づいて、有機発光ダイオード６０を作製する場合について、具体例を挙げて説明する。

【0526】

作製する有機発光ダイオード６０としては、基板／Ａｇ［膜厚１００ｎｍ］／ＬｉＦ［膜厚０．８ｎｍ］／Ｅ９１３［膜厚４０ｎｍ］／ＣＢＰにＩｒ（ｐｉｑ）_３を８．５％濃度でドープしたもの［膜厚１５ｎｍ］／Ａｌｑ_３にＣ５４５Ｔを１％濃度でドープしたもの［膜厚３ｎｍ］／ＡＤＮにＭＤＰ３ＦＬを７％濃度でドープしたもの［膜厚３０ｎｍ］／Ｔ４００［膜厚４０ｎｍ］／ＭｏＯ_ｘ（ｘ＝１〜３）［膜厚６０ｎｍ］／ＩＺＯ［膜厚１００ｎｍ］とする。

【0527】

即ち、この有機発光ダイオード６０は、石英ガラスにより形成された基板６２と、Ａｇにより形成された厚さ１００ｎｍの陰極導電層６４と、ＬｉＦにより形成された厚さ０．８ｎｍの電子注入層６６−５と、Ｅ９１３により形成された厚さ４０ｎｍの電子輸送層６６−４と、ＣＢＰを８．５％ドープしたＩｒ（ｐｉｑ）_３により形成された厚さ１５ｎｍの発光層６６−３ｃと、Ｃ５４５Ｔを１％ドープしたＡｌｑ_３により形成された厚さ３ｎｍの発光層６６−３ｂと、ＭＤＰ３ＦＬを７％ドープしたＡＤＮにより形成された厚さ３０ｎｍの発光層６６−３ａと、Ｔ４００により形成された厚さ４０ｎｍのホール輸送層６６−２と、ＭｏＯ_ｘ（ｘ＝１〜３）により形成された厚さ６０ｎｍのホール注入層６６−１と、ＩＺＯにより形成された厚さ１００ｎｍの陽極導電層６８とにより構成されている。

【0528】

そして、内部量子効率および有機発光材料の寿命が他の有機発光材料に劣るため、増強したい発光スペクトルのピーク波長値λ_１は４７０ｎｍとする。

【0529】

この有機発光ダイオード６０を作製するために、まず、基板６２の表面６２ａに複数の凸部６２ｂによる二次元格子構造を作成する際に必要となる粒子単層膜を形成する粒子の粒径を算出する。

【0530】

即ち、有機発光ダイオード６０において、陰極導電層６４の厚さを無限大と仮定したときのエネルギー散逸の強度を上記した（７）式、（８）式、（９）式によって求める。

【0531】

ここでは、陰極導電層６４の表面６４ａに生じる表面プラズモンのエネルギーを伝搬光として取り出すときの粒子単層膜を形成する粒子の粒径を算出することとする。

【0532】

双極子の位置は陰極導電層６４の表面６４ａから７３ｎｍとする。

【0533】

上記した（７）式および（８）式に代入する数値としては、ｄ_＋＝１５ｎｍ、ｄ₋＝１５ｎｍとなる。ただし、ＬｉＦ層は非常に薄いので計算においてはその厚さを「０」とした。

【0534】

なお、上記した通常の多層薄膜の反射係数を求める式としては、上記した非特許文献を参照する。

【0535】

そして、上記した（９）式をｋ_｜｜を変数とする関数として計算すると、図１１に示すような結果が得られる。

【0536】

図１１において、面内波数の大きい方から１つ目のモード（つまり、ピークＯである。）が陰極導電層６４の表面６４ａに生じる表面プラズモンのエネルギー散逸強度である。この表面プラズモンモードへのエネルギー散逸ピークを与える面内波数ｋ_｜｜は３１．６μｍ^−１となっている。この値を上記した（１０）式に代入すると、この波数に対応する微細構造（つまり、二次元格子構造のことである。）を作製するための粒子の粒径Ｄは、２２９ｎｍと算出された。

【0537】

なお、この具体例においては、粒子単層膜を用いたエッチング方法について説明するため、上記（１０）式を用いて粒子単層膜を形成する粒子の粒径を算出するようにしているが、粒子単層膜を用いたエッチング方法以外の方法により有機発光ダイオード６０を作製する場合には、上記した（１０）式あるいは（１１）式を用いて格子ピッチＰを算出し（なお、格子ピッチＰは、（１）式に示す範囲の値である。）、算出した格子ピッチＰとなるようにして各種条件を調整して作製すればよい。

【0538】

上記した（１０）式で算出した粒子の粒径Ｄの値に基づいて、平均粒径が２３２．０ｎｍで、粒径の変動係数が４．０％であるコロイダルシリカの５．０質量％水分散体（分散液）を作製した。なお、平均粒径および粒子の変動係数は、Ｍａｌｖｅｒｎ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ Ｌｔｄ製のＺｅｔａｓｉｚｅｒ Ｎａｎｏ−ＺＳによる粒子動的光散乱法で求めた粒度分布をガウス曲線にフィッティングさせて得られるピークから算出した。

【0539】

次に、作製した分散液中のコロイダルシリカの表面を疎水化処理するために、当該分散液に濃度１．０質量％のフェニルトリエトキシシランの加水分解物を含む水溶液を加え、約４０°で３時間反応させた。この際、フェニルトリエトキシシランの質量がコロイダルシリカ粒子の質量の０．０１５倍となるように分散液と当該水溶液とを混合した。

【0540】

そして、反応終了後の分散液に、当該分散液の５倍の体積のメチルイソブチルケトンを加えて撹拌して、疎水化されたコロイダルシリカを油相抽出した。

【0541】

こうして得られた濃度１．０５質量％の疎水化コロイダルシリカ分散液を粒子単層膜の表面圧を計測する表面圧センサーと、粒子単層膜を液面に沿う方向に圧縮する可動バリアとを備えた水槽（ＬＢトラフ装置）中に貯留された液面（下層液として水を使用し、水温は２６．５℃とした。）に滴下速度０．０１ｍｌ／秒で滴下した。なお、水槽に貯留された下層水には、予め有機発光ダイオード６０の基板６２として用いるための透明の石英基板（３０ｍｍ×３０ｍｍ×１．０ｍｍ、両面鏡面研磨処理済）を略鉛直方向に浸漬している。

【0542】

疎水化コロイダルシリカ分散液を下層水の液面に滴下し始めた時点から、下層水中から液面に向けて、出力１００Ｗ、周波数１５００ｋＨｚの条件で超音波を１０分間照射することにより、疎水化したコロイダルシリカ粒子が二次元的に最密充填するのを促すとともに、当該分散中の有機溶剤であるメチルイソブチルケトンを揮発させて、当該下層水の液面に粒子単層膜を形成した。

【0543】

その後、形成した粒子単層膜を可動バリアにより拡散圧が２２〜３０ｍＮｍ^−１になるまで圧縮し、基板６２を３ｍｍ／分の速度で引き上げて、基板６２の一方の面に当該粒子単層膜を移し取った。なお、基板６２の一方の面とは、二次元格子構造を形成しようとする面のことである。

【0544】

次に、基板６２の一方の面上に移し取った粒子単層膜の当該一方の面への固定処理として、粒子単層膜を移し取った基板６２の一方の面上にバインダーとして０．１５質量％のモノメチルトリメトキシシランの加水分解液を浸透させ、その後、当該加水分解液の余剰分をスピンコーター（３０００ｒｐｍ）で１分間処理して除去した。そして、加水分解液の余剰分を除去した基板６２を１００℃で１０分間加熱してバインダーを反応させ、コロイダルシリカ粒子からなる粒子単層膜が形成された基板６２を取得した。

【0545】

こうして粒子単層膜が形成された基板６２を取得すると、次に、当該基板６２に対してＣＨＦ_３ガスによりドライエッチング処理を行った。

【0546】

このドライエッチング処理の条件は、アンテナパワー１５００Ｗ、バイアスパワー５０〜３００Ｗ（１３．５６ＭＨｚ）、ガス流量５０〜２００ｓｃｃｍとした。

【0547】

ドライエッチング処理を行った後の基板６２の一方の面をＡＦＭで観察したところ、断面形状が円錐台形形状であり（図６（ｂ）を参照する。）、平面配置は凸部が三角格子状に配列した微細構造が形成されていた（図６（ａ）を参照する。）。

【0548】

このようにして、基板６２の一方の面に形成された微細構造における凸部の中心間距離ｐ’（格子定数）をＡＦＭにより測定したところ、３回の試験の平均値で、２２６．０ｎｍであった。

【0549】

また、ＡＦＭ像から無作為に選択された２５カ所の５μｍ×５μｍの領域における当該微細構造の凸部の平均値を算出し、当該２５カ所のそれぞれの平均値をさらに平均することにより求めた当該微細構造における凸部の平均高さｈは、３２．１ｎｍであった。

【0550】

さらに、上記した（１３）式を用いて算出した結果、配列のずれＳは２．６％であった。

【0551】

さらにまた、平均高さｈと中心間距離ｐ’の平均値との比（平均高さｈ／中心間距離ｐ’）は０．１４２であった。

【0552】

その後、微細構造が形成された基板６２の一方の面に、陰極導電層６４としてＡｇを１００ｎｍの厚さで蒸着法により成膜し、電子注入層６６−５としてＬｉＦを０．８ｎｍの厚さで蒸着法により成膜した。

【0553】

次に、電子注入層６６−５上に、電子輸送層６６−４としてＥ９１３を４０ｎｍの厚さで蒸着法によって成膜し、その後、電子輸送層６６−４上にＣＢＰを８．５％ドープしたＩｒ（ｐｉｑ）_３により形成された厚さ１５ｎｍの発光層６６−３ｃと、Ｃ５４５Ｔを１％ドープしたＡｌｑ_３により形成された厚さ３ｎｍの発光層６６−３ｂと、ＭＤＰ３ＦＬを７％ドープしたＡＤＮにより形成された厚さ３０ｎｍの発光層６６−３ａとを蒸着法によって成膜した。

【0554】

さらに、発光層６６−３ａ上に、Ｔ４００により形成された厚さ４０ｎｍのホール輸送層６６−２と、ＭｏＯ_ｘ（ｘ＝１〜３）により形成された厚さ６０ｎｍのホール注入層６６−１とを蒸着法によって順次成膜し、さらにまた、ホール注入層６６−１上に、ＩＺＯにより形成された厚さ１００ｎｍの陽極導電層６８をスパッタリング法により成膜して、有機発光ダイオード６０を作製した。

【0555】

なお、蒸着およびスパッタリングの際にマスクを使用することにより、発光エリアは２×２ｍｍに作製した。

【0556】

以上において説明したように、本発明による有機発光ダイオード１０、７０は、基板１２の表面１２ａに複数の凸部１２ｂによる二次元格子構造を形成し、この基板１２上に、反射層２２、陽極導電層１４、有機ＥＬ層１６、可視光を透過可能に薄層に形成された金属層１８−１と導電性を向上させるための透明導電層１８−２とにより構成された陰極導電層１８を順次積層して構成されており、有機ＥＬ層１６において発生した光を陰極導電層１８側から取り出すようにした陰極トップエミッション型とした。

【0557】

また、本発明による有機発光ダイオード５０は、基板５２の表面５２ａに複数の凸部５２ｂによる二次元格子構造を形成し、この基板５２上に、陽極導電層５４、有機ＥＬ層５６、陰極導電層５８を順次積層して構成されており、有機ＥＬ層５６において発光した光を基板５２側から取り出すようにしたボトムエミッション型とした。

【0558】

さらに、本発明による有機発光ダイオード６０は、基板６２の表面６２ａに複数の凸部６２ｂによる二次元格子構造を形成し、この基板６２上に、陰極導電層６４、有機ＥＬ層６６、陽極導電層６８を順次積層して構成されており、有機ＥＬ層６６において発光した光を陽極導電層６８側から取り出すようにした陽極トップエミッション型とした。

【0559】

そして、有機発光ダイオード１０、７０における基板１２、有機発光ダイオード５０における基板５２および有機発光ダイオード６０における基板６２においては、粒子単層膜を用いたエッチング方法により、それぞれの表面に複数の凸部による二次元格子構造を作製し、このとき、粒子単層膜を形成する粒子の粒径は、粒子の粒径と格子ピッチとが等しいことから、上記した（１０）式により算出するようにした。

【0560】

これにより、本発明による有機発光ダイオード１０、７０においては、表面プラズモンモードに応じて、基板１２の表面１２ａに複数の凸部１２ｂによる二次元格子構造を形成することができ、当該複数の凸部１２ｂにより、反射層２２や金属層１８−１に複数の凸部や凹部よりなる二次元格子構造を形成することができる。

【0561】

また、本発明による有機発光ダイオード５０においては、表面プラズモンモードに応じて、基板５２の表面５２ａに複数の凸部５２ｂによる二次元格子構造を形成することができ、当該複数の凸部５２ｂにより、陰極導電層５８に複数の凸部や凹部よりなる二次元格子構造を形成することができる。

【0562】

さらに、本発明による有機発光ダイオード６０においては、表面プラズモンモードに応じて、基板６２の表面６２ａに複数の凸部６２ｂによる二次元格子構造を形成することができ、当該複数の凸部６２ｂにより、陰極導電層６４に複数の凸部や凹部よりなる二次元格子構造を形成することができる。

【0563】

従って、本発明による有機発光ダイオード１０、５０、６０、７０においては、従来の技術による有機発光ダイオードと同様に作製することができる。

【0564】

さらに、本発明による有機発光ダイオード１０、５０、６０、７０においては、光取り出し面から内部量子効率が低い、あるいは、寿命の短い有機発光材料の強度が強められた光が出射するため、最終的に内部量子効率が低い有機発光材料であっても、また、寿命が比較的短い有機発光材料であっても、過度な印加電圧を加えずに、寿命を狭めることなく光取り出し効率を向上させることができる。

【0565】

そして、こうした有機発光ダイオード１０、５０、６０、７０を利用して画像表示装置を作製することにより、高輝度、長寿命、省電力の画像表示装置を作製することができる。

【0566】

さらに、こうした有機発光ダイオード１０、５０、６０、７０を利用して照明装置を作製することにより、高輝度、長寿命、省電力の照明装置を作製することができる。

【0567】

なお、上記した実施の形態は、以下の（１）乃至（７）に示すように変形するようにしてもよい。

【0568】

（１）上記した実施の形態においては、陰極導電層１８を構成する金属層１８−１、陰極導電層５８および陰極導電層６４を、それぞれＡｇ、Ａｇの含有率が１０％以上の合金、ＡｌまたはＡｌの含有率が１０％以上の合金により構成するものとしたが、これに限られるものではないことは勿論であり、金属層１８−１、陰極導電層５８および陰極導電層６４を、一般的に有機発光ダイオードの陰極導電層として用いられる公知の金属を用いるようにしてもよい。

【0569】

（２）上記した実施の形態においては、有機ＥＬ層１６、５６、６６をそれぞれ、ホール注入層、ホール輸送層、発光層、電子輸送層および電子注入層により構成するようにしたが、これに限られるものではないことは勿論である。

【0570】

例えば、ホール注入層、ホール輸送層、発光層、電子輸送層および電子注入層のうち２つ以上の層の機能を１つの層が兼ね備えるようにしてもよい。

【0571】

また、発光層は必須であるが、その他の層を省略するようにしてもよい。この場合、最も簡単な構成として、有機ＥＬ層を発光層のみから構成するようにしてもよい。

【0572】

なお、電子注入層を省略して、当該電子注入層の機能を陰極導電層が兼ね備える場合には、陰極導電層に用いられる金属を、例えば、Ｍｇ／Ａｇ＝１０／９０などのマグネシウム合金とすればよい。

【0573】

（３）上記した実施の形態においては、有機発光ダイオード１０、７０において、金属層１８−１の裏面１８−１ｃにおける表面プラズモンについて着目して粒子単層膜を形成する粒子の粒径を決定したが、これに限られるものではないことは勿論であり、金属層１８−１の表面１８−１ａ、反射層２２における表面プラズモンについて着目して粒子単層膜を形成する粒子の粒径を決定するようにしてもよい。

【0574】

（４）上記した実施の形態においては、有機発光ダイオード１０、７０の基板１２には、その表面１２ａに周期的に二次元に配列した複数の凸部１２ｂを形成するようにしたが、これに限られるものではないことは勿論であり、基板１２の表面１２ａに周期的に二次元に配列した複数の凹部を形成するようにしてもよい。

【0575】

こうして基板１２の表面１２ａに複数の凹部により二次元格子構造を作製することにより、基板１２上に反射層２２、陽極導電層１４、有機ＥＬ層１６および陰極導電層１８を積層して作製した有機発光ダイオード１０では、陰極導電層１８を形成する金属層１８−１の透明導電層１８−２と接している面（表面１８−１ａ）に複数の凹部が周期的に二次元に配列した二次元格子構造が形成されることとなる。さらに、金属層１８−１の有機ＥＬ層１６と接している面（裏面１８−１ｃ）に複数の凸部が周期的に配列した二次元格子構造が形成されることとなる。

【0576】

また、有機発光ダイオード５０の基板５２には、その表面５２ａに周期的に二次元に配列した複数の凸部５２ｂを形成するようにしたが、これに限られるものではないことは勿論であり、基板５２の表面５２ａに周期的に二次元に配列した複数の凹部を形成するようにしてもよい。

【0577】

こうして基板５２の表面５２ａに複数の凹部により二次元格子構造を作製することにより、基板５２上に陽極導電層５４、有機ＥＬ層５６および陰極導電層５８を積層して作製した有機発光ダイオード５０では、陰極導電層５８の有機ＥＬ層５６と接している面（裏面５８ｃ）に複数の凸部が形成されることとなる。

【0578】

さらに、有機発光ダイオード６０の基板６２には、その表面６２ａに周期的に二次元に配列した複数の凸部６２ｂを形成するようにしたが、これに限られたものではないことは勿論であり、基板６２の表面６２ａに周期的に二次元に配列した複数の凹部を形成するようにしてもよい。

【0579】

こうして基板６２の表面６２ａに複数の凹部により二次元格子構造を作製することにより、基板６２上に陰極導電層６４、有機ＥＬ層６６および陽極導電層６８を積層して作製した有機発光ダイオード６０では、陰極導電層６４の有機ＥＬ層６６と接している面（表面６４ａ）に複数の凹部が形成されることとなる。

【0580】

具体的には、基板に凹型の微細構造を作製する手法としては、ナノインプリント法を用いて基板上に塗布された樹脂層に反転型を作製する方法などが利用できる。

【0581】

また、基板上に作製した粒子マスク（上記した計算式により算出された粒径の粒子により作製された粒子単層膜のことである。）上にＣｒ、Ｎｉなどの金属を蒸着した後に粒子を除去し、基板上に残る金属蒸着層（粒子があった場所に穴が空いたメッシュ構造をしている。）をマスクとして基板をドライエッチングし、金属がなかった場所に凹構造を作製する方法などが利用できる。

【0582】

なお、こうして形成された表面に複数の凹部が周期的に二次元に配列した構造を有する基板を鋳型として用い、この鋳型表面の構造を基板原板に転写することにより、各基板の表面に複数の凹部による二次元格子構造を作製するようにしてもよい。

【0583】

（５）上記した実施の形態においては、基板上に順次積層された各層において、基板１２の表面１２ａに形成された複数の凸部１２ｂによる二次元格子構造と同等の構造が形成されるものとしたが、これに限られるものではないことは勿論であり、金属材料により形成される層にのみ二次元格子構造を形成するようにしてもよいし、当該金属材料により形成される層の表面あるいは裏面の一方の面にのみ二次元格子構造を形成するようにしてもよい。

【0584】

即ち、有機発光ダイオード１０、７０においては、反射層２２（つまり、反射層２２の上面および下面である。）および金属層１８−１（つまり、金属層１８−１の上面および下面である。）にのみ二次元格子構造を形成するようにしてもよいし、反射層２２あるいは金属層１８−１のいずれか一方にのみ二次元格子構造を形成するようにしてもよい。さらに、反射層２２の表面（つまり、反射層２２の上面であり、有機ＥＬ層１６が位置する面である。）あるいは裏面（つまり、反射層の下面であり、基板１２が位置する面である。）のいずれか一方の面、もしくは、金属層１８−１の表面１８−１ａ（つまり、金属層１８−１の上面である。）あるいは裏面１８−１ｃ（つまり、金属層１８−１の下面である。）のいずれか一方の面にのみ二次元格子構造を形成するようにしてもよい。

【0585】

また、有機発光ダイオード５０においては、陰極導電層５８（つまり、陰極導電層５８の上面および下面である。）にのみ二次元格子構造を形成するようにしてもよいし、陰極導電層５８の表面５８ａ（つまり、陰極導電層５８の上面である。）あるいは裏面５８ｃ（つまり、陰極導電層５８の下面である。）のいずれか一方の面にのみ二次元格子構造を形成するようにしてもよい。

【0586】

さらに、有機発光ダイオード６０においては、陰極導電層６４（つまり、陰極導電層６４の上面および下面である。）にのみ二次元格子構造を形成するようにしてもよいし、陰極導電層６４の表面６４ａ（つまり、陰極導電層６４の上面である。）あるいは裏面６４ｃ（つまり、陰極導電層６４の下面である。）のいずれか一方の面にのみ二次元格子構造を形成するようにしてもよい。

【0587】

（６）上記した実施の形態においては、異なる波長の光を発光する３つの有機発光材料を積層して発光層を形成し、当該発光層から白色光を発光するようにしたが、これに限られるものではないことは勿論であり、異なる波長の光を発光する２つの有機発光材料を積層して発光層を形成し、当該発光層から白色光を発光するようにしてもよい。

【0588】

（７）上記した実施の形態ならびに上記した（１）〜（６）に示す変形例は、適宜に組み合わせるようにしてもよい。

【実施例】

【0589】

「実施例１」は、図４のエネルギー散逸図の特性を有する第１の実施の形態の有機発光ダイオードを上述した方法により作製したものであり、「比較例１」は、各層の隣り合う層と接している面が平らであること（即ち、当該面に複数の凸部あるいは複数の凹部により二次元格子構造を形成していないことである。）以外は、「実施例１」と同様の層構成により作製した有機発光ダイオードである。

【0590】

具体的には、「実施例１」および「比較例１」としては、石英ガラスにより形成された基板１２と、Ａｌにより形成された厚さ１００ｎｍの反射層２２と、ＩＺＯにより形成された厚さ２０ｎｍの陽極導電層１４と、ＨＡＴ−ＣＮにより形成された厚さ８０ｎｍのホール注入層１６−１と、Ｔ４００により形成された厚さ７０ｎｍのホール輸送層１６−２と、ＭＤＰ３ＦＬを７％ドープしたＡＤＮにより形成された厚さ４０ｎｍの発光層１６−３ａと、Ｃ５４５Ｔを１％ドープしたＡｌｑ_３により形成された厚さ１０ｎｍの発光層１６−３ｂと、ＣＢＴを８．５％ドープしたＩｒ（ｐｉｑ）_３により形成された厚さ２０ｎｍの発光層１６−３ｃと、Ｅ９１３により形成された厚さ５０ｎｍの電子輸送層１６−４と、Ａｌにより形成された厚さ１０ｎｍの金属層１８−１と、ＩＺＯにより形成された厚さ１１０ｎｍの透明導電層１８−２とにより構成されるようにした。

【0591】

そして、「実施例１」においては、取り出し波長λ（つまり、内部量子効率および有機発光材料の寿命が他の有機発光材料に劣るため、増強したい発光スペクトルのピーク波長値λ_１）を６３０ｎｍとし、基板１２の表面１２ａに形成された複数の凸部の中心間距離Ｐの平均値を５７３．７ｎｍとした。

【0592】

また、「実施例２」は、図５のエネルギー散逸図の特性を有する第２の実施の形態の有機発光ダイオードを上述した方法により作製したものであり、「比較例２」は、各層の隣り合う層と接している面が平らであること（即ち、当該面に複数の凸部あるいは複数の凹部により二次元格子構造を形成していないことである。）以外は、「実施例２」と同様の層構成により作製した有機発光ダイオードである。

【0593】

具体的には、「実施例２」および「比較例２」としては、石英ガラスにより形成された基板１２と、Ａｌにより形成された厚さ１００ｎｍの反射層２２と、ＩＺＯにより形成された厚さ２０ｎｍの陽極導電層１４と、ＨＡＴ−ＣＮにより形成された厚さ４０ｎｍのホール注入層１６−１と、Ｔ４００により形成された厚さ５０ｎｍのホール輸送層１６−２と、ＭＤＰ３ＦＬを７％ドープしたＡＤＮにより形成された厚さ２０ｎｍの発光層１６−３ａと、Ｃ５４５Ｔを１％ドープしたＡｌｑ_３により形成された厚さ２ｎｍの発光層１６−３ｂと、ＣＢＴを８．５％ドープしたＩｒ（ｐｉｑ）_３により形成された厚さ１０ｎｍの発光層１６−３ｃと、Ｅ９１３により形成された厚さ３０ｎｍの電子輸送層１６−４と、Ａｌにより形成された厚さ１０ｎｍの金属層１８−１と、ＩＺＯにより形成された厚さ１１０ｎｍの透明導電層１８−２とにより構成されるようにした。

【0594】

そして、「実施例２」においては、取り出し波長λ（つまり、内部量子効率および有機発光材料の寿命が他の有機発光材料に劣るため、増強したい発光スペクトルのピーク波長値λ_１）を４７０ｎｍとし、基板１２の表面１２ａに形成された複数の凸部の中心間距離Ｐの平均値を３０７．６ｎｍとした。

【0595】

さらに、「実施例３」は、図８のエネルギー散逸図の特性を有する第３の実施の形態の有機発光ダイオードを上述した方法により作製したものであり、「比較例３」は、各層の隣り合う層と接している面が平らであること（即ち、当該面に複数の凸部あるいは複数の凹部により二次元格子構造を形成していないことである。）以外は、「実施例３」と同様の層構成により作製した有機発光ダイオードである。

【0596】

具体的には、「実施例３」および「比較例３」としては、石英ガラスにより形成された基板５２と、ＩＺＯにより形成された厚さ１００ｎｍの陽極導電層５４と、ＨＡＴ−ＣＮにより形成された厚さ３０ｎｍのホール注入層５６−１と、Ｔ４００により形成された厚さ５０ｎｍのホール輸送層５６−２と、ＭＤＰ３ＦＬを７％ドープしたＡＤＮにより形成された厚さ１０ｎｍの発光層５６−３ａと、Ｃ５４５Ｔを１％ドープしたＡｌｑ_３により形成された厚さ２ｎｍの発光層５６−３ｂと、ＣＢＰを８．５％ドープしたＩｒ（ｐｉｑ）_３により形成された厚さ１０ｎｍの発光層５６−３ｃと、Ｅ９１３により形成された厚さ３０ｎｍの電子輸送層５６−４と、ＬｉＦにより形成された厚さ０．８ｎｍの電子注入層５６−５と、Ａｌにより形成された厚さ１５０ｎｍの陰極導電層５８とにより構成されるようにした。

【0597】

そして、「実施例３」においては、取り出し波長λ（つまり、内部量子効率および有機発光材料の寿命が他の有機発光材料に劣るため、増強したい発光スペクトルのピーク波長値λ_１）を６３０ｎｍとし、基板５２の表面５２ａに形成された複数の凸部の中心間距離Ｐの平均値を４１３．４ｎｍとした。

【0598】

さらにまた、「実施例４」は、図１１のエネルギー散逸図の特徴を有する第４の実施の形態の有機発光ダイオードを上述した方法により作製したものであり、「比較例４」は、各層の隣り合う層と接している面が平らであること（即ち、当該面に複数の凸部あるいは複数の凹部により二次元格子構造を形成していないことである。）以外は、「実施例４」と同様の層構成により作製した有機発光ダイオードである。

【0599】

具体的には、［実施例４」および「比較例４」としては、石英ガラスにより形成された基板６２と、Ａｇにより形成された厚さ１００ｎｍの陰極導電層６４と、ＬｉＦにより形成された厚さ０．８ｎｍの電子注入層６６−５と、Ｅ９１３により形成された厚さ４０ｎｍの電子輸送層６６−４と、ＣＢＰを８．５％ドープしたＩｒ（ｐｉｑ）_３により形成された厚さ１５ｎｍの発光層６６−３ｃと、Ｃ５４５Ｔを１％ドープしたＡｌｑ_３により形成された厚さ３ｎｍの発光層６６−３ｂと、ＭＤＰ３ＦＬを７％ドープしたＡＤＮにより形成された厚さ３０ｎｍの発光層６６−３ａと、Ｔ４００により形成された厚さ４０ｎｍのホール輸送層６６−２と、ＭｏＯ_ｘ（ｘ＝１〜３）により形成された厚さ６０ｎｍのホール注入層６６−１と、ＩＺＯにより形成された厚さ１００ｎｍの陽極導電層６８とにより構成されるようにした。

【0600】

そして、「実施例４」においては、取り出し波長λ（つまり、内部量子効率および有機発光材料の寿命が他の有機発光材料に劣るため、増強したい発光スペクトルのピーク波長値λ_１）を４７０ｎｍとし、基板６２の表面６２ａに形成された複数の凸部の中心間距離Ｐの平均値を２２６．０ｎｍとした。

【0601】

そして、「実施例１」、「実施例２」、「実施例３」、「実施例４」、「比較例１」、「比較例２」、「比較例３」および「比較例４」として作製した有機発光ダイオードについて、１４．８ｍＡ／ｃｍ^２の単位電流における電流効率（ｃｄ／Ａ）および電力効率（ｌｍ／Ｗ）を測定した。

【0602】

その結果、図１０に示すように、「実施例１」として作製した有機発光ダイオードは、「比較例１」として作製された有機発光ダイオードに対して、電流効率で１．６５倍の向上率を示すとともに電力効率で１．７２倍の向上率を示し、発光効率が飛躍的に向上すること示された。

【0603】

また、「実施例２」として作製した有機発光ダイオードは、「比較例２」として作製された有機発光ダイオードに対して、電流効率で１．４７倍の向上率を示すとともに、電力効率で１．６８倍の向上率を示し、発光効率が飛躍的に向上することが示された。

【0604】

また、「実施例３」として作製した有機発光ダイオードは、「比較例３」として作製された有機発光ダイオードに対して、電流効率で２．１１倍の向上率を示すとともに電力効率で２．３７倍の向上率を示し、発光効率が飛躍的に向上することが示された。

【0605】

さらに、「実施例４」として作製した有機発光ダイオードは、「比較例４」として作製された有機発光ダイオードに対して、電流効率で１．８８倍の向上率を示すとともに電力効率で２．１２倍の向上率を示し、発光効率が飛躍的に向上することが示された。

【産業上の利用可能性】

【0606】

本発明は、画像表示装置や照明装置などに用いる有機発光ダイオードとして用いて好適である。

【符号の説明】

【0607】

１０、５０、６０ 有機発光ダイオード
１２、５２、６２ 基板
１４、５４、６８ 陽極導電層
１６、５６、６６ 有機ＥＬ層
１６−１、５６−１、６６−１ ホール注入層
１６−２、５６−２、６６−２ ホール輸送層
１６−３、５６−３、６６−３ 発光層
１６−３ａ、１６−３ｂ、１６−３ｃ、５６−３ａ、５６−３ｂ、５６−３ｃ、６６−３ａ、６６−３ｂ、６６−３ｃ 有機発光材料
１６−４、５６−４、６６−４ 電子輸送層
１６−５、５６−５、６６−５ 電子注入層
１８、５８、６４ 陰極導電層
１８−１ 金属層
１８−２ 透明導電層
２０ 電源
２２ 反射層

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】