JP2004020746A - 発光装置用基板およびこれを用いた発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発光装置を構成する材料界面における内部反射損失を低減することが可能な発光装置の発光面側に使用される発光装置用基板を提供し、これを用いて外部発光効率に優れた発光装置を提供する。
【解決手段】少なくとも一方の基板表面に、屈折率（ｎ_Ｄ）が１．６以上で、表面の平均粗さ（Ｒａ）が１０ｎｍ以上である高屈折率凸凹層と、一層以上の、屈折率（ｎ_Ｄ）が１．５５以上の基材層からなる、発光装置の発光面側に使用される発光装置用基板および発光装置。高屈折率凸凹層は有機物からなり、該凸凹層および一層以上の基材層において、隣接する各層間の屈折率（ｎ_Ｄ）差が０．２以内であることが好ましい。
【選択図】　図５

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種ディスプレイ、表示装置、液晶用バックライト等に用いられる発光装置、ＥＬディスプレイ、プラズマディスプレイ、電界放出ディスプレイ、平面蛍光ランプ、曲面蛍光ランプのような自発光型発光装置、およびこれらの発光面側に使用される発光装置用基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＥＬディスプレイ、プラズマディスプレイ、電界放出ディスプレイのような自発光型の薄型ディスプレイは、広い視野角を有し、かつ表示の応答速度が速いことから注目されている。しかしＥＬディスプレイの場合、発光層の屈折率（ｎ_Ｄ）が通常１．６以上と高く、発光した光が内部で全反射して閉じ込められるため、発光効率が非常に悪い。駆動電圧を高くし、画面輝度を上げることも可能であるが、素子の寿命が短くなる、消費電力が大きくなり、バッテリー駆動の場合連続使用時間が短くなる等の問題があった。またプラズマディスプレイに関しても、前面フィルターを含めると、液晶ディスプレイ、ＣＲＴに比べ、発光輝度が低く、高い駆動電圧をかけても輝度向上は難しい。さらにその他半導体発光装置のような、屈折率が１．６より高い発光源を有する各種発光装置においても、発光体と空気界面との間で全反射する割合が高くなり、光の取り出し効率が低いという問題があった。　このような内部反射による低い発光効率の改善のため、素子を構成する界面を乱反射面としたり、あるいは発光層中に散乱中心となる粒子を分散することが提案されている（「エレクトロルミネッセントディスプレイ」猪口敏夫、産業図書株式会社）。しかしこのような方法では、凸凹部の凸部に電界が集中したり、発光が不均一になるなどの問題があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、発光装置を構成する材料界面における内部反射損失を低減することが可能な発光装置の発光面側に使用される発光装置用基板を提供し、これを用いて外部発光効率に優れた発光装置を提供することにある。
【０００４】
【発明が解決しようとする手段】
（１）少なくとも一方の基板表面に、屈折率（ｎ_Ｄ）が１．６以上で、表面の平均粗さ（Ｒａ）が１０ｎｍ以上である高屈折率凸凹層と、一層以上の、屈折率（ｎ_Ｄ）が１．５５以上の基材層からなる、発光装置の発光面側に使用される発光装置用基板。
（２）前記高屈折率凸凹層が有機物からなる（１）の発光装置用基板。
（３）前記高屈折率凸凹層および一層以上の基材層において、隣接する各層間の屈折率（ｎ_Ｄ）差が０．２以内である（１）、（２）の発光装置用基板。
（４）前記基材層が、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアリレート、またはカルド骨格を有する樹脂から選ばれる１種以上の樹脂を含有する（１）〜（３）の発光装置用基板。
（５）前記基材層が、ガラスを成分として含むことを特徴とする（１）〜（４）の発光装置用基板。
（６）（１）〜（５）の発光装置用基板を用いた発光装置。
（７）（１）〜（５）の発光装置用基板を用いたＥＬ発光装置。
【０００５】
【発明の実施の形態】
自発光型の発光装置において、発光した光が内部に閉じ込められる大きな原因として、空気層と基板、基板と電極、電極と発光層、基板と発光層などの界面での全反射があげられる。古典光学の法則により、屈折率ｎ_１の媒体から屈折率ｎ_２　（ｎ_１＞ｎ_２）の媒体へ光が透過するとき、臨界角（θ_１）＝ａｒｃｓｉｎ（ｎ_２／ｎ_１）　・・・　式（１）　　と定義すると、θ_１より大きい入射角の光線は界面を通過できず全反射する。したがって、界面での屈折率差が大きいほど臨界角が小さくなり、全反射する成分が多くなる。本発明の発光装置用基板を、該発光装置の基板として用いた場合、基板を構成する層の屈折率が１．５５以上と高いため、発光層と基板との間での屈折率差が小さくなり、発光した光が該発光装置内部で全反射して閉じ込められる割合が低減する。一方、光出射側の面は凸凹形状を有していることで、空気層と基板との界面での全反射成分が少なくなる。また凸凹形状によって出射光の方向性をコントロールも可能である。
本発明の発光装置用基板に用いられる基材としては、屈折率（ｎ_Ｄ）が１．５５以上であるガラス、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、カルド骨格を有する樹脂、脂環式ポリオレフィン樹脂、および、これらの共重合体等を挙げることができるが、中でもポリアリレート樹脂、ポリスルホン層、ポリエーテルスルホン層、およびカルド骨格を有する樹脂が好ましい。またこれらの基材は、ガラス繊維、シリカ等のフィラー、酸化防止剤、可塑剤等の添加剤を含んでもよい。
【０００６】
本発明の発光装置用基板は、例えばＥＬ発光装置の基板として使用する場合、基板に要求される、酸素バリア性、水蒸気バリア性、耐薬品性などを満たすために、基板には少なくとも１層以上の有機物層、あるいは無機物層を積層することができる。本発明に用いられる無機物層としては、例えば、Ｓｉ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｃｕ、Ｃｅ、Ｇｅ、Ｚｒ等の１種以上を含む酸化物、窒化物、酸化窒化物等が挙げることができるが、屈折率（ｎ_Ｄ）が１．５５以上であれば、これらに限定されない。
【０００７】
また有機物層としては、屈折率（ｎ_Ｄ）が１．５５以上であれば、特に限定しないが、例えば、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、およびこれらの共重合体、あるいは複合樹脂等を挙げることができる。
【０００８】
本発明の発光装置用基板に形成される凸凹形状は、例えば、樹脂を金型に射出成形する方法、紫外線硬化型樹脂を金型内に注入した後、紫外線を照射し樹脂を硬化させて形状を転写する方法、樹脂シートと金型とを加熱加圧することで形状を転写する方法、等によって作製できる。金型の凹凸加工は、例えばサンドブラスト、電鋳、電子彫刻、レーザー彫刻、エッチィングによって得られる。また、金型の材質は、プラスチックであってもよい。その他、凸凹形状作製は、ビーズ、フィラーなどを含む反応性モノマー混合物を樹脂シート上にコーティングし、その後光または熱で硬化する方法、機械加工、溶剤処理、紫外線、電子線処理、レーザーアブレーション、プラズマ処理等によっても行なうことができ、特に限定はしない。高屈折率凸凹層の形状は、基板の法線を含む断面が、図１〜４に示すように、三角型、丸型、お椀型、不定形型のいずれであってもよく、また平均粗さ（Ｒａ）は１０ｎｍ以上で、さらに光取り出し効率を上げるには５０ｎｍ以上あることが好ましい。図１〜図４に示す形状の他に、該形状の組み合わせ、あるいは、Ｒａ＜１０ｎｍの平坦な領域を含んでいても良い。
【０００９】
本発明の高屈折凸凹層の屈折率は、一般的な有機ＥＬ発光層の屈折率が１．６以上であるため、１．６以上とした。屈折率が１．６以上であれば、前述の古典光学の法則により、発光層からの出射光のほとんど全てを透過させることができる。高屈折凸凹層の材質は、有機物、無機物、および有機無機複合物のいずれでもかまわないが、生産性、形状コントロール性の点で有機物である方が好ましい。有機物の例としては、屈折率が１．６以上であれば、前記基材と同様な材質を用いることもできるが、特に屈折率が高いという点から、分子中に塩素、臭素、硫黄、窒素を含むものが主成分であることが好ましい。具体例としては、ビス（４−　メタクリロイルチオフェニル）スルフィド、ビス（４−　アクリロイルチオフェニル）スルフィド、ビス（４−　メタクリロイルチオ−３，５−　ジクロロフェニル）スルフィド、ビス（４−　アクリロイルチオ−３，５−　ジブロモフェニル）スルフィド、等が挙げられ、これらを単独または２　種以上を組合せて使用することができる。
【００１０】
凸凹層および基材層において隣接する各層間の屈折率差は０．２以内、好ましくは０．１以内である方が、臨界角が大きくなり、発光した光が基板内部に閉じ込められる割合が低減する。
【００１１】
本発明の発光装置用多層基板は、いかなる製造方法によって製造されても構わないが、ロールトゥロール等の連続加工に適用することを考慮すると、厚みが５０〜１０００μｍで、かつ、直径１００ｍｍ円柱上で１８０°折り曲げても各層に亀裂が生じないものが好ましい。厚みが５０μｍより薄くなると、折り曲げると亀裂やしわが生じ易く、ロールトゥロール等の連続加工に適用することができないおそれがある。
【００１２】
本発明の発光装置用基板は、ＥＬディスプレイ、プラズマディスプレイ、電界放出ディスプレイのような自発光型の薄型ディスプレイ、および半導体レーザーのような発光装置に適用できる。
【００１３】
【実施例】
以下本発明の実施例について詳細に説明するが、本発明は、何ら下記実施例に限定されるものではない。
【００１４】
【実施例１】
ポリエーテルサルホンフィルム（屈折率（ｎ_Ｄ）１．６５、厚み２００μｍ）を基材（７）として、ビス（４−メタクリロイルチオ−３，５−フェニル）スルフィド（住友精化製：ＭＰＳＭＡ）　１３重量部、エポキシアクリレート（昭和高分子製：ＶＲ−６０−ＬＡＶ）６重量部、ジエチレングリコール５４重量部、酢酸エチル２６重量部、光開始剤（チバ・スペシャルティ・ケミカルズ製ＩＲＧＡＣＵＲＥ９０７）１重量部からなる均一な混合コート液をアプリケーターで両面塗布した。１２０℃１０分で加熱乾燥後、スタンピングホイル用ＰＥＴフィルム（東レ製：ルミラーＸ４４）を貼り合わせ、ＵＶ照射で硬化させた。このＰＥＴフィルムをシートから剥がすことによって、膜厚約２μｍの高屈折率凸凹層（８）を形成した（高屈折率凸凹層（８）の屈折率（ｎ_Ｄ）１．６５、平均粗さ２６０ｎｍ）。つぎに、高屈折率凸凹層（８）を形成した面と反対側に、スパッタリングプロセスを介して１００ｎｍのＴａ_２Ｏ_５無機層（６）の形成を行なった（無機層（６）の屈折率（ｎ_Ｄ）２．１０）。さらに、アプリケーターで、先に調製した混合コート液を塗布し、１２０℃１０分加熱乾燥後さらにＵＶ照射で硬化させて約２μｍ膜厚の有機層（５）を形成した。さらにその上に、
透明電極層（ＩＴＯ：１００ｎｍ）（４）、発光層（ＴＰＤ：１５０ｎｍ／Ａｌｑ_３：１００ｎｍ）（３）、陰極（Ｍｇ／Ａｇの共蒸着）（２）を設け、金属キャップ（１）で封止して有機ＥＬ発光装置を作製し、積分球付き輝度計でＶ直流電圧印加時の輝度を測定したところ４１０ｃｄ／ｍ^２であった。
【００１５】
【実施例２】
実施例１において、ポリエーテルサルホンの代わりに、ポリカーボネートシート（屈折率（ｎ_Ｄ）１．５８、厚み２００μｍ）を使用し、同様に有機ＥＬ発光装置を作製し、輝度を測定したところ、４００ｃｄ／ｍ^２であった。
【００１６】
【実施例３】
実施例１において、ポリエーテルサルホンの代わりに、屈折率（ｎ_Ｄ）１．６６のガラス基板（Ｓ−ＢＳＭ２５）を用いて同様に有機ＥＬ発光装置を作製し、輝度を測定したところ、４１０ｃｄ／ｍ^２であった。
【００１７】
【比較例１】
実施例１において、マット処理を行なわず、凸凹形状の無いＲａ＜１０ｎｍの平坦な多層基板を作製した。該基板を用い、実施例１と同様に有機ＥＬ発光装置を作製し、輝度を測定したところ、３５０ｃｄ／ｍ^２であった。
【００１８】
【比較例２】
実施例１における、混合コート液の組成を、イソシアヌル酸トリアクリレート（東亞合成：アロニックスＭ−３１５）２５重量部、ジエチレングリコール５０重量部、酢酸エチル２４重量部、シランカップリング剤１重量部に変更し、同様に有機ＥＬ発光装置を作製した。混合コート液の光硬化後の屈折率（ｎ_Ｄ）は１．５４であった。輝度を測定したところ、２７０ｃｄ／ｍ^２であった。
【００１９】
【発明の効果】
以上本発明によれば、有機ＥＬ発光装置のような自発光装置において、光が出射されてから観測者まで光が伝達される間、空気−基板、基板−発光層の間での光の内部反射による光閉じ込めが抑制される。その結果、高発光効率で、コントラストが高く、視認性の優れた、さらには低消費電力である発光装置が得られる。また該発光装置において、基板がフレキシブルなプラスチックからなる場合、ロールツゥーロール生産が可能となり、該発光装置の連続生産が可能となり、低コストな表示装置を提供できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の凸凹形状を示す簡単な断面図
【図２】本発明の凸凹形状を示す簡単な断面図
【図３】本発明の凸凹形状を示す簡単な断面図
【図４】本発明の凸凹形状を示す簡単な断面図
【図５】本発明の実施例１における有機ＥＬ発光装置の簡単な断面図
【符号の説明】
１：金属キャップ
２：陰極
３：発光層
４：透明電極
５：有機層
６：無機層
７：樹脂基材
８：高屈折率凸凹層

Claims (7)

1. 少なくとも一方の基板表面に、屈折率（ｎ_Ｄ）が１．６以上で、表面の平均粗さ（Ｒａ）が１０ｎｍ以上である高屈折率凸凹層と、一層以上の、屈折率（ｎ_Ｄ）が１．５５以上の基材層からなる、発光装置の発光面側に使用される発光装置用基板。
2. 前記高屈折率凸凹層が有機物からなる請求項１記載の発光装置用基板。
3. 前記高屈折率凸凹層および一層以上の基材層において、隣接する各層間の屈折率（ｎ_Ｄ）差が０．２以内である請求項１または２記載の発光装置用基板。
4. 前記基材層が、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアリレート、またはカルド骨格を有する樹脂から選ばれる１種以上の樹脂を含有する請求項１〜３何れか一項記載の発光装置用基板。
5. 前記基材層が、ガラスを成分として含むことを特徴とする請求項１〜４何れか一項記載の発光装置用基板。
6. 請求項１〜５記載の発光装置用基板を用いた発光装置。
7. 請求項１〜５記載の発光装置用基板を用いた有機ＥＬ発光装置。

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