JP2005327688A - エレクトロルミネッセンス素子、並びにこれを用いた照明装置および表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
エレクトロルミネッセンス素子の発光強度の増加や消費電力の低減の要求は大きく、また、このような素子の開発により新しい、あるいは高性能の照明装置や表示装置の開発が課題となっている。
【課題を解決するための手段】
透明基板１、第一電極層２、発光層３、第二電極層４を備えたエレクトロルミネッセンス素子において、第一電極層２との界面に光学指向性構造５を備えた透明基板１を有することを特徴とするエレクトロルミネッセンス素子。また、このエレクトロルミネッセンス素子を有することを特徴とする照明装置および表示装置。
【選択図】 図１

Description

本発明はエレクトロルミネッセンス素子、並びにこれを用いた照明装置および表示装置に関する発明である。さらに詳しくは、本発明は光取出効率の高いエレクトロルミネッセンス素子に関する発明である。また、本発明は前記エレクトロルミネッセンス素子の特性を利用した照明装置および表示装置に関する発明である。

一般的なエレクトロルミネッセンス素子は図４に示すように、平面状の透明基板１とその下部に順次第１電極層２、発光層３、第２電極層４を積層した構造からなっている。第１電極層２と第２電極層４との間に電圧を印加することにより、発光層３で発生した光は第１電極層２、透明基板１を通過して上方に射出される。発光層の光を有効利用するためには、第１電極層２、透明基板１の透明性の他に、第１電極層２と透明基板１との界面、および透明基板１とエレクトロルミネッセンス素子外部との界面における反射損失が大きな課題となっている。なお、通常エレクトロルミネッセンス素子外部は大気中である。光が透明基板１から外部に射出される際、透明基板１とエレクトロルミネッセンス素子外部との界面で透明基板１と大気との屈折率の違いにより全反射してしまう光がある。このため、発光層３からの光を上方の透明基板１の外側へ射出できる効率、すなわち光取出効率が低くなってしまう。

透明基板１から大気中へ射出する効率をあげるために、特開平９−７３９８３号公報、特開２００３−５９６４１号公報には、透明基板の外部と接する表面に微小凹凸構造すなわち微小レンズアレイを形成することで光取出効率を高め得ることが報告されている。またこれらの報告によれば、発光層から発せられたいろいろな入射角の光が透明基板の平坦な表面から外部へ射出する場合と比較して、透明基板に形成した微小レンズアレイにより該表面での射出光の入射角が小さくなるため、全反射による損失が最小限に抑えられかつ光を外部へ射出することができ、したがって光取出効率が向上するとしている。

特開平９−７３９８３号公報 特開２００３−５９６４１号公報

しかしながら、エレクトロルミネッセンス素子の発光強度の増加や消費電力の低減の要求は大きく、上述のように透明基板とこれが外部と接する表面との間の反射損失を低減するだけでは満足する光取出効率とはなっておらず、更なる光取出効率の増大が望まれている。

したがって、本発明の目的は、従来よりも更に高い光取出効率を有するエレクトロルミネッセンス素子を提供することである。
本発明の他の目的は、高輝度の、あるいは消費電力の少ない照明装置や表示装置を提供することである。

本発明者らは上記課題を解決すべく鋭意研究した結果、第１電極層と透明基板との界面の光反射損失に加えて透明基板中の光吸収損失を改善することが重要であることがわかり、さらに検討した結果、第１電極層と透明基板との界面の構造を特定構造とすることにより、上記目的を達成しうることを見出し、本発明を完成するに至った。
上述の課題を解決するための第一の発明は、透明基板上に第一電極層、発光層、第二電極層を順次積層したエレクトロルミネッセンス素子であって、透明基板の第一電極層側の表面に光学指向性構造部を有することを特徴とするエレクトロルミネッセンス素子である。すなわち透明基板の第一電極層側の表面が光学指向性構造、例えば微小なレンズ、すなわちマイクロレンズを多数形成した構造を有するエレクトロルミネッセンス素子である。これにより透明基板の第一電極側表面での全反射による損失を抑制し、さらに透明基板に対して垂直に近い方向に、すなわち図１では上方へ光を透過させることができる。言い換えれば、透過光に光学指向性を付与することが出来る。そして第一電極層から透明基板に対し垂直の方向に光を射出させることにより、透明基板の反対側表面、すなわち図１においては上部のエレクトロルミネッセンス素子外部側表面で全反射する角度での光の入射を抑え、全反射による光の反射損失を抑えることが出来る。

第二の発明は、透明基板上に第一電極層、発光層、第二電極層を順次積層したエレクトロルミネッセンス素子であって、透明基板の両表面に光学指向性構造部を有することを特徴とするエレクトロルミネッセンス素子である。この発明では透明基板の両表面でマイクロレンズのような光学指向性構造部が光の取出効率向上効果を持つ。また、透明基板と外気との界面で上記第一の発明同様光学指向性付与により、透明基板上部表面での全反射を抑制する効果をも発揮する。この両者の効果により、全体としての光の取出効率をさらに向上させるのである。

第三の発明は、透明基板の吸水率が０．１％以下、熱線膨張係数が０〜８０ｐｐｍ／Ｋであることを特徴とする上記１または２の発明のエレクトロルミネッセンス素子である。透明基板の吸水率や熱線膨張率が大きいとエレクトロルミネッセンス素子の使用環境によっては透明基板の膨張や収縮が起こる。上記１および２の発明においては、透明基板の一方または両方にマイクロレンズ等の光学指向性構造部が配置されており、透明基板に膨張や収縮が起こるとマイクロレンズ等の光学指向性構造部や発光層などにひずみを与えることとなる。これにより、極端な場合はエレクトロルミネッセンス素子が破損したり、光学指向性構造部の変形により光学指向性や光取出効率の低下をもたらすこととなる。また、吸水率が大きいと透明基板は大気中などの使用環境中から水分を吸収し、これを発光層側に透過させる恐れがある。一般に発光層は水分により劣化しやすい材料で出来ておりこれを避けるためにも低吸水率であることが好適である。本発明により、上記発明のエレクトロルミネッセンス素子の性能安定性や寿命の改善が図られる。

第四の発明は、透明基板が脂環式構造を有する樹脂で形成される上記発明１〜３のいずれかにひとつ記載のエレクトロルミネッセンス素子である。脂環式構造を有する樹脂は、一般に光学材料として複屈折率が低い、光吸収が少ないという優れた特性を持っており、さらに第三の発明の説明で記載した特性をも備えておりエレクトロルミネッセンス素子の透明基板材料として好適である。実用的なエレクトロルミネッセンス素子用透明基板の提供方法として重要である。
第五の発明は、上記発明１〜４のいずれかひとつに記載のエレクトロルミネッセンス素子を有する照明装置の発明である。
第六の発明は、上記発明１〜４のいずれかひとつに記載のエレクトロルミネッセンス素子を有する表示装置、例えば上記発明１から４のいずれかひとつのエレクトロルミネッセンス素子をバックライト装置として備えた液晶表示装置などの表示装置である。これらの発明の照明装置や表示装置は、当然高性能の上記発明のエレクトロルミネッセンス素子を利用しているので低電力消費で優れた照明機能や表示機能を発揮する。

第一、第二の発明のエレクトロルミネッセンス素子は透明基板と第一電極層との界面での光反射損失を抑制し、さらに透明基板の外部との境界面での光反射損失をも抑えており、非常に光取出効率の良い素子である。これにより、高輝度で消費電力の少ないエレクトロルミネッセンス素子が得られる。さらに、第三および第四の発明においては優れた光取出効率等の性能の上に、性能の安定した寿命の長いエレクトロルミネッセンス素子を提供している。また、第五および第六の発明では上述した高性能エレクトロルミネッセンス素子を用いた高機能の照明装置や表示装置を提供できる。

本発明の好適な実施形態を、図１を中心に参照としながら詳細に説明する。尚、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例であり、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られない。

図１は、本発明によるエレクトロルミネセンス素子の第一の実施形態の構成を示している。図１において、エレクトロルミネセンス素子は、透明基板１と、透明基板１の下面に順次形成された第一電極層２、発光層３、第二電極層４とから構成されている。上記透明基板１は、通常は正方形または長方形状の透光性板状材料で構成されている。透明基板１の第一電極層２側の表面は光学指向性構造部５−１が形成されている。
光学指向性構造部とは、例えば円錐や三角錐、四角錐などを始めとした多角錘レンズやドーム型レンズなどの凹凸の形態の素子（マイクロレンズと呼ぶことがある。）を多数配置した構造である。光学指向性構造部５−１が高屈折率層である第一電極層２と相対的に低屈折率層である透明基板１との界面に存在すると、高屈折率層側からこの界面に向かって色々な方角から入射してくる光、すなわち散乱光が低屈折率層側へ透過していく際、全反射による反射損失が減少し、散乱光であった入射光を、光学指向性を持った光として透明基板１側に射出することが出来る。その結果第１電極層２から透明基板１への光取出効率を向上させることができる。

光学指向性構造部５−１は、例えばひとつの四角錐でも理論的には可能であるが、微小な四角錐等のマイクロレンズを透明基板表面に多数配置したほうが好適である。エレクトロルミネッセンス素子は通常出来るだけ薄いものが好まれる。また、エレクトロルミネッセンス素子全体の光取出効率を上げるためには、透明基板表面全体が上記効果を発揮する必要がある。両者を満足する形態として多数のマイクロレンズを透明基板の第一電極層２側表面全体に配置した構造（マイクロレンズアレイと呼ぶことがある。）が好適である。なお光学指向性構造部５−１は透明基板１に対し凹状でも凸状でもかまわない。

第一電極層２より下部は、通常のエレクトロルミネッセンス素子と同様の構造となっておればよい。すなわち、透明基板１の下に第一電極層２、発光層３、第二電極層４が順次下方に積層されている。上記第一電極層２は、例えば透明電極で亜鉛添加酸化インジウム
（通称ＩＺＯ）、インジウムスズ酸化物（通称ＩＴＯ）等から構成されている。上記発光層３は、例えばＴＰＤなどに代表されるアリルアミン系材料とＡｌｑ_３に代表されるアルミニウム錯体との積層またはＺｎＳ等の無機化合物、Ａｌｑ_３等の有機化合物の単層もしくは複数の層を積層して構成される。上記第二電極層４は裏面電極とも言われ、例えばアルミニウム蒸着膜等から構成されている。第一電極層２と第二電極層４との間に電圧を印加することにより、発光層３がエレクトロルミネセンス効果により発光し、その光が第一電極層２、光学指向性構造部５−１、透明基板１を通って、あるいは第二電極層４にて反射した光が発光層３、第一電極層２、光学指向性構造部５−１、透明基板１を通って、エレクトロルミネッセンス素子の外部へ射出される仕組みである。

本発明では、光が透過していく第一電極層２、光学指向性構造部５−１、透明基板１の部分の構成や仕組みが重要である。そこで、これらについて詳細に説明する。まず透明基板１の厚さは、通常０．０３〜１０ｍｍであり、好ましくは０．１〜３ｍｍである。透明基板１の材質は、従来、強度やガスバリア性からガラス等の透明な無機材料を用いていた。しかし、薄くしかも柔軟性に優れたエレクトロルミネッセンス素子を得るには、透明基板としては薄く、柔軟性に優れた樹脂製が適している。その中でも脂環式構造を有する樹脂は光透過性、熱安定性、吸水特性、機械特性などに優れた好適材料である。脂環式構造を有する樹脂としては、脂環式構造は主鎖及び側鎖のいずれにあっても良い。脂環式構造を有する樹脂としては、シクロアルカン構造、シクロアルケン構造などが挙げられるが、熱安定性の観点からシクロアルカン構造が好ましい。脂環式構造を形成する炭素原子数は通常４〜３0個、好ましくは５〜２０個、より好ましくは５〜１５個である。脂環式構造を構成する炭素原子数がこの範囲にあると、耐熱性及び柔軟性に優れた樹脂が得られる。脂環式構造を有する樹脂中の脂環式構造を有する繰り返し単位の割合は、使用目的に応じて適宜選択すればよい。

脂環式構造を有する樹脂の具体例としては、ノルボルネン系重合体、単環の環状オレフィンの重合体、環状共役ジエンの重合体、ビニル脂環式炭化水素重合体、これらの水素化物、及びこれらの混合物などが挙げられる。これらの中でも、光透過性、熱安定性、吸水特性、耐熱性、機械的強度の観点から、ノルボルネン系重合体及びその水素化物、並びにビニル脂環式炭化水素重合体及びその水素化物などが好ましい。

（１）ノルボルネン系重合体
本発明に用いるノルボルネン系重合体としては、ノルボルネン系モノマーの開環重合体、ノルボルネン系モノマーとこれを開環共重合可能なその他のモノマーとの開環共重合体、これらの水素化物、ノルボルネン系モノマーの付加重合体、ノルボルネン系モノマーとこれと共重合可能なその他のモノマーとの付加共重合体などが挙げられる。これらの中でも、耐熱性、機械的強度の観点から、ノルボルネン系モノマーの開環重合体水素化物が最も好ましい。
ノルボルネン系モノマーとしては、ビシクロ〔２．２．１〕−ヘプト−２−エン（慣用名：ノルボルネン）及びその誘導体すなわち環に置換基を有するもの、トリシクロ[４．３．０．１^２，５]デカ−３，７−ジエン（慣用名：ジシクロペンタジエン）及びその誘導体、７，８−ベンゾトリシクロ［４．３．０．１^２，５］デカ−３−エン（慣用名：メタノテトラヒドロフルオレン）及びその誘導体、テトラシクロ［４．４．０．１^２，５．１^７，１０］ドデカ−３−エン（慣用名：テトラシクロドデセン）及びその誘導体などが挙げられる。
置換基としては、アルキル基、アルキレン基、ビニル基、アルコキシカルボニル基などが例示でき、上記ノルボルネン系モノマーはこれらを２種以上有してもよい。これらのノルボルネン系モノマーはそれぞれ単独であるいは２種以上を組み合わせて用いられる。

これらノルボルネン系モノマーの開環重合体、またはノルボルネン系モノマーとその他のモノマーとの開環共重合体は公知の開環重合触媒の存在下で実施できる。その他のモノマーとしては、例えば、シクロヘキセン、シクロヘプテン、シクロオクテンなどの単環の環状オレフィン系単量体などを挙げることができる。
ノルボルネン系モノマーの開環重合体水素化物は、通常上記開環重合体の重合溶液に、ニッケル、パラジウムなどの遷移金属を含む公知の水素化触媒を添加し、炭素−炭素不飽和結合を水素化することにより得ることができる。ノルボルネン系モノマーの付加重合体、またはノルボルネン系モノマーとその他のモノマーとの付加重合体または共重合体は、これらのモノマーを公知の付加重合触媒または共重合触媒を用いて重合させて得ることができる。
ノルボルネン系モノマーと付加共重合可能なその他のモノマーとしては、例えば、エチレン、プロピレン、１−ブテン、１−ペンテン、１−ヘキセン、１−オクテン、１−デセン、１−ドデセン、１−テトラデセン、１−ヘキサデセン、１−オクタデセン、１−エイコセンなどの炭素数２〜２０のα−オレフィン、及びこれらの誘導体；シクロブテン、シクロペンテン、シクロヘキセン、シクロオクテン、３ａ，５，６，７ａ−テトラヒドロ−４，７−メタノ−１Ｈ−インデンなどのシクロオレフィン、及びこれらの誘導体；１，４−へキサンジエン、４−メチル−１，４−ヘキサジエン、５−メチル−１，４−ヘキサジエン、１，７−オクタジエンなどの非共役ジエン；などが用いられる。これらの中でも、α−オレフィン、特にエチレンが好ましい。
これらのノルボルネン系モノマーと共重合可能なその他のモノマーは、それぞれ単独で、あるいは２種以上を組み合わせて使用することができる。ノルボルネン系モノマーとこれと共重合可能なその他のモノマーとを付加共重合する場合は、付加共重合体中のノルボルネン系モノマー由来の構造単位と共重合可能なその他のモノマー由来の構造単位との割合が、重量比で３０：７０〜９９：１の範囲となるように適宜選択される。

（２）ビニル脂環式炭化水素重合体
ビニル脂環式炭化水素重合体としては、例えば、ビニルシクロヘキセン、ビニルシクロヘキサンなどのビニル脂環式炭化水素系単量体及びその水素化物；スチレン、α−メチルスチレンなどのビニル芳香族系単量体の重合体の芳香族環部分の水素化物；などが挙げられ、ビニル脂環式炭化水素単量体やビニル芳香族系単量体と、これら単量体と共重合可能な他の単量体とのランダム共重合体、ブロック共重合体などの共重合体及びその水素化物などが挙げられる。ブロック共重合体としては、ジブロック、トリブロック、またはそれ以上のマルチブロックや傾斜ブロック共重合体などが挙げられるが特に制限はない。

（３）単環の環状オレフィンの重合体、環状共役ジエン系重合体
単環の環状オレフィン系重合体としては、例えば、シクロヘキセン、シクロヘプテン、シクロオクテンなど単環環状オレフィン系単量体の付加重合体を用いることができる。
環状共役ジエン系重合体としては、例えば、シクロペンタジエン、シクロヘキサジエンなどの環状共役ジエン系単量体を１，２−または１，４−付加重合した重合体及びその水素化物などを用いることができる。

本発明で好適に使用される脂環式構造を有する樹脂の分子量は、使用目的に応じて適宜選択されるが、シクロヘキサン溶液、トルエン溶液のゲル・パーミエーション・クロマトグラフ法により測定することができる。前記脂環式構造を有する樹脂の分子量は、ポリスチレン換算の重量平均分子量で、通常５，０００〜５００，０００、好ましくは８，０００〜２００，０００、より好ましくは１０，０００〜１００，０００の範囲である。分子量を前記範囲にすることにより、樹脂の機械的強度、及び成形加工性が良好となる。
本発明で好適に使用される脂環式構造を有する樹脂のガラス転移温度は、使用目的に応じて適宜選択されるが、好ましくは８０℃〜３５０℃、より好ましくは１３０〜２５０℃の範囲である。ガラス転移温度を前記範囲にすることにより、高温下の使用においても変形や応力集中が生じる事がなく耐久性が良好となる。

本発明においては、透明基板の吸水率が０．１％以下、熱線膨張係数が０〜８０ｐｐｍ／Ｋであることが好ましい。さらに好ましくは吸水率が０．０５％以下、熱線膨張係数が０〜７０ｐｐｍ／Ｋである。これにより、本発明のエレクトロルミネッセンス素子は通常の使用環境下での変形による性能劣化がほとんどなくなる。また、吸水率が低くなればそれにしたがって基板の水蒸気透過性も低下するので、水分により劣化しやすい発光層を保護することも出来る。上記脂環式構造を有する樹脂からは、容易に吸水率および熱線膨張率がこの範囲に入る透明基板を製造できる。あるいは、製造条件を選べばさらに小さくすることができ、高性能の透明基板材料として好適である。

本発明においては、透明基板が樹脂である場合には、透明基板と第一電極層との間にガスバリア層を設けてもよい。ガスバリア層を設けることにより、発光層や電極層を外気の水分から遮断することができる。ガスバリア層を構成する材料としては、ＳｉＯ_ｘ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＡｌＯ_ｘ、ＳｉＯ_ｘＮ_ｙ、ＳｉＮ_ｘなどが挙げられる。ガスバリア層の厚さは、通常０．０２〜１μｍ、好ましくは０．０５〜０．２μｍである。
本発明においては、透明基板が樹脂である場合には、第一電極層と接する表面を表面機能化してもよい。表面機能化とは、透明基板の表面に酸素含有官能基あるいは窒素含有官能基を形成させ表面エネルギーを向上させることで、その上に形成する第一電極層やガスバリア層の無機膜などとの密着性を向上させることである。表面機能化する方法としては、酸素、窒素、アルゴンのような気体雰囲気下におけるコロナ放電処理；プラズマ放電処理；イオンビーム照射処理；電子ビーム処理；紫外線照射処理；があげられる。

つぎに光学指向性構造部５−１について説明する。光学指向性構造部５−１は通常はマイクロレンズアレイ、すなわち透明基板１表面にマイクロレンズを複数配置した構造がその役目を果たす。マイクロレンズとしては、例えば六角錐・四角錐・三角錐・円錐・三角柱・四角柱・円柱・レンズドームあるいは凹や凸のレンズ形状のように透明基板表面に対し凹凸の形状を持つ構造が良い。さらに、図１で示すと上に向かった六角錐・四角錐・三角錐・円錐等の錐状の形状であって、透明基板１の長辺方向及び短辺方向に沿って、配列ピッチ１０μｍ〜１ｍｍで、かつ高さ０．０１〜１００μｍで並んで配置されたものが好適である。光学指向性構造部５−１は、発光層３からの光が第一電極層２から透明基板１へと透過する際、第一電極層２と透明基板１との界面での反射損失を抑える構造であれば良い。光学指向性構造部５−１を図１に示す具体的な例で説明すると、透明基板１の第一電極層２側表面から上方、すなわち透明基板側に向かって頂点を持つ四角錐状のマイクロレンズ１０が多数形成されている。このマイクロレンズ１０は透明基板１の長辺方向及び短辺方向に沿って、配列ピッチ１０μｍ〜１ｍｍで、かつ、高さ０．０１〜１００μｍで並んで配置されマイクロレンズアレイを構成している。

円錐状のマイクロレンズアレイの場合も四角錐状のマイクロレンズアレイと同様に所定の配列ピッチ例えば１０μｍ〜１ｍｍ程度及び高さ０．０１μｍ〜１００μｍで並んで上方に向かって突出した円錐状のマイクロレンズが配置されている。各マイクロレンズは、その円錐の底面が、上記配列ピッチの配置枠の外接円となるように形成されている。円錐の底面近傍の、上記配置枠から上記長辺方向及び短辺方向に突出する部分が切除されることにより、互いに隣接するマイクロレンズ同士が干渉しないようになっている。また、これにより透明基板のマイクロレンズ部分には透明基板全体としての板面と平行な平面が存在しないようになっている。

マイクロレンズには上述のような形状を例示したが、下記の機能を発揮する形状であれば他の形状や特に名称を付けられない形状でもよい。また、マイクロレンズアレイの構造は同じ形状のマイクロレンズを平面状に隙間なく配置した構造でも良いが、とくにその必要はない。異なった形状、例えば角錐と円錐、さらには大きさの異なる前記形状のマイクロレンズが密にまたは疎に配置されていても問題はない。製造上はおよび機能上からは、例えば上述のように同形の四角錐を隙間なく縦横に連続的に配置したマイクロレンズアレイなどが好適である。

光学指向性構造部５−１の機能について説明する。図１において透明基板１の第一電極層２側表面の光学指向性構造部５−１の各マイクロレンズをとってみる。エレクトロルミネセンス発光層３からの発光光線は、あらゆる方向に向かう放射光であるので、光学指向性構造部５−１の各マイクロレンズには、第一電極層２を介して第一電極層２側の全方向から均等に入射することになる。各マイクロレンズは、例えば上に頂点を持つ四角錐状に形成されていることにより、入射光の下方への反射による損失が少なくなり、全方向からの入射光の大部分を確実に透明基板１側に導くことができる。これにより、透明基板１側への光の取出効率が向上することになる。

つぎにもうひとつの光取出効率の向上効果について説明する。高屈折率の透明基板１から相対的に低屈折率の大気中へ光を効率よく取り出すには、透明基板１と大気との界面での反射損失、特に全反射による光の反射損失を抑えなければならない。そのためには発光層３から第一電極２を介して透明基板１の上部表面に入射してくる光を透明基板１の表面に対し少なくとも全反射しない、つまり全反射臨界角以下の入射角を持った光にすればよい。すなわち、光学指向性構造部５−１の部分で発光層３から発した指向性のない光、すなわち散乱光を透明基板１の表面に対し直角近い上向きの方向に変化させることである。これは光学指向性構造部５−１の形状と、透明基板１と第一電極層２との屈折率の違いを利用することで実現できる。上述のような四角錐などの凹凸構造をもったマイクロレンズ構造は、高屈折率媒体から低屈折率媒体へ光が透過する際に光の指向性付与効果を持っているので、透明基板１の外部側表面に対して入射角が小さくなるため全反射が抑制される。また、入射光を上向きにできる好適な光学指向性構造部である。本発明における光学指向性構造部５−１を持つマイクロレンズアレイは、透明基板１の縦横方向にピッチ１０μｍ〜１ｍｍで、かつ高さ０．０１μｍ〜１００μｍでマイクロレンズ構造素子が配置されていることが好ましく、ピッチ１０μｍ〜１００μｍで、かつ高さ１μｍ〜１００μｍで配置されていることがさらに好ましい。

光学指向性構造部５−１および透明基板１の上部側表面のマイクロレンズアレイを製造する方法は、上述のマイクロレンズアレイ構造になれば特に制限されない。例えば、樹脂の通常の成型方法である溶融成型、射出成型、キャスティング、エンボス加工法、電子線微細加工、ロール成型法、インフレーション法が挙げられる。

なお、上述の説明では光学指向性構造部５−１は透明基板１の表面形状として説明したが、必ずしも表面形状のみでなくともよい。光学指向性構造を持ったフィルムまたはシートを表面が平坦な透明基板１に貼り付けて光学指向性構造層６とすることも出来る。この場合は第一電極層２と光学指向性構造層６との界面においてマイクロレンズの機能を持つ構造として説明できる。すなわち、図６のように第一電極層２と透明基板１との間に光学指向性構造層６をおいて上記作用を持つ構造とすることが出来る。さらに、図７のように、透明基板１の光学指向性構造を形成した面に前記光学指向性構造層６を貼り付け両面をマイクロレンズアレイ構造とすることも出来る。なお、光学指向性構造層６を形成する場合は、単層である必要はない。多層とすることも出来るし、他の層、例えばガスバリア層と兼用しても良い。

また前記光学指向性構造層６は、透明基板同様光透過性が必要であるが材質にこだわることはない。また、光学指向性構造層６の屈折率は一般には第一電極層２の屈折率または透明基板１の屈折率と同じかそれらの間が適している。ガラス等の透明無機質材料でも、透明樹脂でも良い。一般に製造の容易性からは樹脂が優れている。また、透明基板または第一電極と同一材料として一体的に成型して製造することも可能である。具体的な樹脂としては透明基板材料として説明した樹脂は好適である。その他にもポリエチレン、ポリプロピレンのような鎖状ポリオレフィン；ポリアクリル酸、ポリアクリル酸メチル、ポリメタクリル酸のようなアクリル樹脂；ポリカーボネート；ポリスチレン；ポリエーテルサルファイド；ポリエチレンテレフタレート；ポリエチレンナフタレートなどがあげられる。

つぎに、第一電極層２について説明する。第一電極層２は通常のエレクトロルミネッセンス素子用の透明電極を用いればよいが、透明基板１との密着性、親和性を持つ必要がある。透明基板１表面の光学指向性構造部５−１は平坦でないので第一電極層２と透明基板１との接合には注意を要する。通常用いられる透明電極素材は亜鉛添加酸化インジウム、通称ＩＺＯ、インジウムスズ酸化物、通称ＩＴＯなどをスパッタリング法などで基板側に付着させた構造である。
また図１に示すような光学指向性構造部５−１表面、すなわち図１では光学指向性構造部５−１の下側に第一電極層２を成膜する際、光学指向性構造部５−１の凹凸の高さに比べ第一電極層２の膜厚が低い場合第一電極層２の発光層３側の界面が光学指向性構造部５−１の形状と同様に凹凸状になることがあるが、本発明の効果にはなんら変わりはない。第一電極層２の厚さは、通常０．０１〜１μｍであり、好ましくは０．１〜５μｍである。

第一電極層２より下部は、通常のエレクトロルミネッセンス素子と同様の構造となっておればよい。すなわち、透明基板１の下に第一電極層２、発光層３、第二電極層４が順次積層されている。上記発光層３は、例えばＴＰＤなどに代表されるアリルアミン系材料とＡｌｑ_３などに代表されるアルミニウム錯体との積層またはＺｎＳ等の無機化合物、Ａｌｑ_３等の有機化合物の単層もしくは複数の層を積層して構成される。発光層３の厚さは、通常０．０１〜２μｍであり、好ましくは０．１〜０．５μｍである。上記第二電極層４は、発光した光を透明基板側へ反射させる役割を有することがあり、裏面電極とも言われ、例えばアルミニウム蒸着膜等から構成されている。第二電極層４の厚さは、通常０．０１〜１μｍであり、好ましくは０．１〜０．５μｍである。第一電極層２と第二電極層４との間に電圧を印加することにより、発光層３がエレクトロルミネセンス効果により発光し、その光が第一電極層２、光学指向性構造部５−１、透明基板１を通って、あるいは第二電極層４にて反射した光が第一電極層２、光学指向性構造部５−１、透明基板１を通って、エレクトロルミネッセンス素子の外部へ射出される仕組みである。本発明のエレクトロルミネッセンス素子においては、透明基板、第一電極層、発光層、第二電極層の他に、他の層を有していてもよい。他の層としては、正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層、電子注入層、封止層が挙げられる。これらの層を構成する材料は、従来エレクトロルミネッセンス素子における各層を構成する材料として公知のものを用いることができる。

本発明の実施形態によるエレクトロルミネセンス素子は、例えば図１のように構成されており、第一電極層２と第二電極層４との間に、図示していないが駆動電源から所定の駆動電圧を印加することにより、発光層３がエレクトロルミネセンス効果により発光し、その光が透明な第一電極層２，光学指向性構造部５−１を介して透明基板１の上方に出射する。この射出光は高輝度であり、本発明のエレクトロルミネセンス素子は、各種の照明装置に利用することが出来る。また、直接表示装置として使用することも可能であり、液晶に変わる好適な各種表示機器とすることも出来る。さらに、このエレクトロルミネセンス素子は液晶等のバックライト装置としても好適な機能を備え、液晶表示装置と組合わせることにより好適な表示装置を提供出来る。

（実施例１）
図１に示す構成のエレクトロルミネッセンス素子を作製した。図１は光学指向性構造部５−１を備えた透明基板１の下に順次第一電極層２、発光層３、第二電極層４が積層されている。透明基板の下面は透明基板面に対し縦横に連続した四角錐状のマイクロレンズアレイ構造となった光学指向性構造部である。透明基板１の材質は、屈折率１．５、吸水率０．０５％、熱線膨張係数７０ｐｐｍ／Ｋのノルボルネン系樹脂を用いた。透明基板１は縦４０ｍｍ、横４０ｍｍ、厚さは１ｍｍである。各マイクロレンズ構造は上方に頂点を持つ四角錐状で底辺は５０μｍ、高さ２５μｍとした。図示はしていないが、四角水の底辺長５０μｍが配列ピッチに相当する。マイクロレンズアレイ構造を持つ透明基板１は射出成型により製造した。第一電極層２は屈折率ｎ＝２の亜鉛添加酸化インジウムをＤＣスパッタリング法により膜厚が２００ｎｍとなるように製膜した。発光層３としてアリルアミン系材料であるＴＰＤとアルミニウム錯体Ａｌｑ_３の積層体を用い、真空蒸着法により、膜厚が約１００ｎｍとなるように製膜した。第二電極層４はアルミニウムを真空蒸着法により、膜厚が１００ｎｍとなるように製膜した。このエレクトロルミネッセンス素子の第一電極層２と第二電極層４の間に５Ｖの電圧を印加し、エレクトロルミネッセンス発光をさせた。このエレクトロルミネッセンス素子表面から射出される光の正面輝度をPrometric社製輝度計にて測定した。測定結果は表１に示した。なお、光取出効率は後述の比較例１を基準としてそれに対する比率で表した。光取出効率は、大きいほどよい。

（実施例２）
図２に示す構成のエレクトロルミネッセンス素子を作製した。実施例１との違いは透明基板１の上部表面が平面状となっている代わりに、下部表面と同様のマイクロレンズアレイ構造となっている。ただし、上部表面の各マイクロレンズ構造は上方に頂点を持つ四角錐状であり、底辺は５０μｍ、高さ２５μｍとした。四角錐の底辺長は、マイクロレンズのピッチ１１に相当する。他の部分の構成や製造方法は実施例１と同様である。光取出効率の測定等も同様に実施し、測定結果も表１に示した。

（実施例３）
図３に示す構成のエレクトロルミネッセンス素子を作製した。実施例２との違いは透明基板１と第一電極層２との間の光学指向性構造部５−１が四角錐状のマイクロレンズアレイ構造ではなく実施例２の四角錐とほぼ同じ大きさの凹レンズ状、すなわちマイクロレンズのピッチ１１は５０μｍ、高さ２０μｍの上向きのドーム型である。他の部分の構成や製造方法は実施例２と同様である。なお光取出効率の測定等も同様に実施し、測定結果も表１に示した。

（比較例１）
図４に示す構成のエレクトロルミネッセンス素子を作製した。実施例１との違いは透明基板の下表面の構造が四角錐のマイクロレンズアレイ構造ではなく平面状となっているだけで、他の部分の構成や製造方法は実施例１と同様である。すなわち通常のエレクトロルミネッセンス素子の構造である。光取出効率の測定等も同様に実施し、測定結果も表１に示した。

（比較例２）
図５に示す構成のエレクトロルミネッセンス素子を作製した。実施例２との違いは透明基板１と第一電極層２との間の光学指向性構造部５−１がなく平面状となっているだけで、他の部分の構成や製造方法は実施例２と同様である。取出効率の測定等も同様に実施し、測定結果も表１に示した。

表１の結果から以下のことがわかる。本発明のエレクトロルミネッセンス素子は、実施例１〜３に示すように、発光輝度及び光取出効率が高い。一方、比較例のエレクトロルミネッセンス素子は、発光効率及び光取出効率に劣る。

本発明のエレクトロルミネッセンス素子は、光の指向性を付与することで光の取出効率を向上させることができるので、エレクトロルミネセンス素子を各種の高輝度の照明装置や表示装置として利用するのに適している。また、液晶等の表示装置のバックライトとして使用する場合に、表示装置の高輝度化や省電力化に容易に対応することができる。さらに、光学指向性を要求する照明装置や表示装置に活用することも出来る。

図１は、本発明のエレクトロルミネッセンス素子の実施例１を示す説明図である。 図２は、本発明のエレクトロルミネッセンス素子の例実施例２を示す説明図である。 図３は、本発明のエレクトロルミネッセンス素子の例実施例２を示す説明図である。 図４は、従来のエレクトロルミネッセンス素子の例比較例１を示す説明図である。 図５は、従来のエレクトロルミネッセンス素子の例比較例２を示す説明図である。 図６は、本発明の光学指向性構造層を持つエレクトロルミネッセンス素子を示す例である。 図７は、本発明の光学指向性構造層を持つエレクトロルミネッセンス素子を示す例である。

符号の説明

１ 透明基板
２ 第一電極層
３ 発光層
４ 第二電極層
５−１ 光学指向性構造部
５−２ 光学指向性構造部
６ 光学指向性構造層
１０ マイクロレンズの上面図
１１ マイクロレンズのピッチ

Claims (6)

1. 透明基板上に第一電極層、発光層、第二電極層を順次積層したエレクトロルミネッセンス素子であって、透明基板の第一電極層側の表面に光学指向性構造を有することを特徴とするエレクトロルミネッセンス素子。
2. 透明基板上に第一電極層、発光層、第二電極層を順次積層したエレクトロルミネッセンス素子であって、透明基板の両表面に光学指向性構造を配置したことを特徴とするエレクトロルミネッセンス素子。
3. 透明基板の吸水率が0.1%以下、熱線膨張係数が０〜８０ｐｐｍ/Ｋであることを特徴とする請求項１または２に記載のエレクトロルミネッセンス素子。
4. 透明基板が脂環式構造を有する樹脂からなるものであることを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載のエレクトロルミネッセンス素子。
5. 請求項１から４までのいずれか１項に記載のエレクトロルミネッセンス素子を有する照明装置。
6. 請求項１から４までのいずれか１項に記載のエレクトロルミネッセンス素子を有する表示装置。
   
   
   

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