JP2006147203A - 発光デバイスおよびその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 ＥＬデバイスの通常の発光はガラス基板上に設けられたインジウム錫酸化物合金（ＩＴＯ）透明電極とその対極で挟まれた発光層と呼ばれる部分で行われるが、各層を形成する材料が異なるために屈折率も異なり、特にＩＴＯ透明電極とガラス基板との界面とガラス基板と外気との間の界面では全反射が生じ、光取り出し効率は２０〜３０％にまで低下している。
【解決手段】 透明基板２１と、前記透明基板２１に対向配置される対極１３と、前記透明基板２１と前記対極１３との間に配置される透明電極１１と、前記透明電極１１と前記対極１３との間に配置される発光層１２とを有し、さらに前記透明電極１１と前記透明基板２１との間に第１の光取り出し層１４が配置されている。前記第１の光取り出し層１４中には、前記発光層１２から放出される光を前記透明基板２１に向けて放出する少なくとも１つのレンズが埋設されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、発光デバイス及びその製造方法に関し、特にＥＬ素子およびその製造方法に関する。
近年、携帯電話をはじめとするモバイル機器の用途や壁掛けテレビをはじめとする据え置き機器の用途で、様々な発光機構を有するディスプレイデバイスの開発研究が進められている。それらディスプレイのなかでも、ＥＬ素子は薄膜化、高輝度化、省エネルギー化が高いという期待からその実用化が積極的に進められている。
たとえば、上記の具体的な検討の例としては、基板の光取り出し側をレンズ構造にすることにより、光取り出し効率の増加を計った発光デバイスが提案され（特許文献１）、他の検討の例としては、光取り出し効率の向上を計った例が提案されている（特許文献２）。
特許第２７７３７２０号公報 特開２００４−３９５００号公報
しかしながら、本発明者らは、上述した特許文献１、及び、特許文献２をはじめとする従来の発光デバイスでは、実用に見合う十分な光取り出し効率を未だ得られておらず、改善の余地があることを見いだした。
本発明は、上記従来技術の有する課題を鑑みて為されたものであり、光取り出し効率の減少を改善した発光デバイス及びその製造方法を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、透明電極と発光層との間に、発光層から放出される光の集光を意図したレンズを含む層（光取り出し層）を設けることが上述した本発明の目的を達成する上で極めて有効であることを見出し、本発明に到達した。
すなわち、本発明は、透明基板と、前記透明基板に対向配置される対極と、前記透明基板と前記対極との間に配置される透明電極と、前記透明電極と前記対極との間に配置される発光層と、を少なくとも有する発光デバイスであって、前記透明電極は、前記発光層から放出される光に対する光透過性及び電気伝導性を有しており、前記透明基板は、前記発光層から放出される光に対する光透過性を有しており、前記電気伝導層と前記透明基板との間に配置される第１の光取り出し層がさらに配置されており、前記第１の光取り出し層中に、前記発光層から放出される光を屈折させて集光した状態で前記透明電極に向けて放出する少なくとも１つのレンズが埋設されていること、を特徴とする発光デバイスを提供する。
第１の光取り出し層を透明電極と透明基板との間に配置させた構成とし、更に、上述のように第１の光取り出し層中に少なくとも１つのレンズを設けることにより、発光層から放出される光（全方向へ放出される光）を屈折させて集光することができる。そのため、透明電極の上面（発光層からの光を放出する側の面）における、発光層から放出される光（全方向へ放出される光）の全反射の発生を従来の発光デバイスに比較して十分に低減できる。これにより、従来の発光デバイスに比較して発光層から放出される光を効率よく透明電極の上面からその外側に向けて放出させることができる。すなわち、本発明の発光デバイスでは、十分な光取り出し効率を得ることが可能となる。
ここで、本発明において、透明電極とは、電気伝導性及び発光層から放出される光に対する光透過性を有する層（たとえば、インジウム錫酸化物合金（ＩＴＯ））のみからなる１層の構造からなる電極であってもよく、この層が発光層から放出される光に対する光透過性を有する透明基板（たとえばガラス基板）上に形成された積層体のような２層以上の積層体からなる電極であってもよい。
本発明では、透明電極が上記２層以上の積層体の場合であっても、上記の透明電極の上面における光の全反射、及び、各層間の界面における光の全反射を従来の発光デバイスに比較して十分に低減できるので、この場合であっても十分な光取り出し効率を得ることが可能となる。
一方、光取り出し層が設けられていないＥＬ素子等の従来の発光デバイスの場合、例えば、ガラス基板上にＩＴＯからなる層を形成した構成の透明電極とその対極との間に配置された発光層を有するＥＬ素子の場合には、以下のように、光の全反射による光損失の影響が大きくなっていたことを本発明者らは見出した。より詳しくは、上記従来のＥＬ素子の場合、透明電極の各層を形成する材料が異なるために透明電極の各層の屈折率も異なっており、特に、ＩＴＯ層とガラス基板との界面における光の全反射、並びに、ガラス基板の上面での光の全反射の発生が十分に低減されておらず、光取り出し効率は２０〜３０％にまで低下していることを本発明者らは見出した。
ここで、本発明において、レンズにおける光の集光を可能とするためには、レンズの屈折率、レンズの形状、レンズの数、レンズの大きさ、レンズの位置、更に、これらレンズの状態のばらつき、またレンズを埋包する周囲の物質の物性（特に屈折率）の関係を調節してデバイスを設計することにより行うことができる。
また、先に述べた本発明の効果をより確実に得る観点から、本発明においては、少なくとも１つのレンズは、発光層から放出され当該少なくとも１つのレンズを介して透明電極に向けて進行する光が透明電極の下面に対して略垂直に入射可能なように形成されていることが好ましい。
このように発光層から放出される全方向への発光光を透明電極の下面に対して略垂直に照射することにより、先に述べた透明電極の上面における光の全反射をより確実に防止することができる。更に、透明電極が上記２層以上の積層体の場合であっても、このように構成することにより、透明電極の上面における光の全反射とともに、各層間の界面における光の全反射もより確実に防止することができる。
すなわち、本発明は、透明電極と、前記透明電極に対向配置される対極と、前記透明電極と前記対極との間に配置される発光層と、を少なくとも有する発光デバイスであって、前記透明電極と外気との間に、第１の光取り出し層が更に配置されており、前記第１の光取り出し層中に、前記発光層から放出される光を屈折させるための少なくとも１つのレンズが埋設されていること、を特徴とする発光デバイスであり、ＩＴＯ透明電極と外気の間にレンズを設けることで上記ガラス基板と外気の界面で全反射が起きる前に発光層からの全方向への発光をガラス基板面に垂直に照射することが可能となり、その結果、光取り出し効率を向上することができる。
すなわち、本発明は、前記第１の光取り出し層には、該第１の光取り出し層中における前記少なくとも１つのレンズの位置を固定するための枠体が、該第１の光取り出し層の上面、及び下面のうちの何れか一方の面に接して一体化された状態で形成されていること、を特徴とする発光デバイスであって、枠体でレンズを所定の位置に配置することにより、発光層から放出される光を均一に透明電極の上面に取り出すことができ光取り出し効率を向上することができる。
すなわち、本発明は、前記枠体が単分子膜からなり、前記単分子膜は、有機分子を用いて形成されており、かつ、前記第１の光取り出し層の上面に接する面及び前記第１の光取り出し層の下面に接する面のうちの何れか一方の面に共有結合で固定されていること、を特徴とする発光デバイスであって、枠体が単分子膜で形成されることにより枠体をナノメートルの厚みで形成することができ発光層と透明電極層との間に第１の光取り出し層を容易に構成することができる。
すなわち、本発明は、前記枠体が前記単分子膜と前記少なくとも１つのレンズと前記単分子膜により構成される凹凸面を平坦にするための平坦化層からなり、前記単分子膜は、有機分子を用いて形成されており、かつ、前記第１の光取り出し層の上面に接する面及び前記第１の光取り出し層の下面に接する面のうちの何れか一方の面に共有結合により固定されていること、かつ、前記平坦化層は、前記単分子膜及び前記レンズを被覆していること、を特徴とする発光デバイスであって、平坦化層を形成することにより発光デバイスの積層化を容易にすることができる。
ここで、本発明において、「下面」とは、１つの層が有する６つの面のうちの発光層と対峙しあう２つの面であって、対極により近い側の面を指す。
また、ここで、本発明において、「上面」とは、上記「下面」で規定した２つの面であって、対極より遠い側の面を指す。
また、ここで、本発明において、「透明電極」とは、発光層で正孔と電子との再結合により発生する光に対する光透過性を有する電極をいう。
また、ここで、本発明において、「枠体」とは、発光層で正孔と電子との再結合により発生する光に対する光透過性を有するものである。また、光取り出し層の下面、及び上面のうちの何れか一方の面に接して一体化された状態で形成されるものである。
また、ここで、本発明において「上方」とは、上記「上面」に対して、対極から遠ざかる方向を指す。
本発明によれば、高い光取り出し効率の発光デバイスを形成することが出来る。従来に比べてデバイスの光量を増加させることが出来るとともに、追加の効果として、従来と同等の光量を維持するのであれば、その駆動電力を下げることが可能になる。また、駆動電力により発光材料の劣化が著しい材料を用いた発光デバイスの場合は、その寿命を延ばすことも可能になる。
以下、図面を参照しながら本発明の発光デバイスの好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の発光デバイスの実施の形態１の基本構成を示す模式断面図である。図１に示す発光デバイス１０は、透明電極１１と対極１３と発光層１２と第１の光取り出し層１４と、から構成されている。更に、当該光取り出し層１４はレンズ１５が埋設されている。更に、当該レンズ１５は前記発光層１２から放出される光を屈折させる機能を有している。更に、前記透明電極１１と当該光取り出し層１４は発光層１２から発光する光を透過する機能を有している。更に、対極１３は前記発光層１２から発光される光を反射する、及び透過する機能のうちの何れか１つの機能を有している。
発光デバイス１０は透明電極と対極により構成されるが、陽極と陰極という構成でもある。透明電極は陽極、陰極の何れか一方を為しており、対極は当該透明電極の対極の極を為す。
陰極材料としては、仕事関数の小さな金属、及び当該金属を含む合金、酸化物が使用される。その具体的な代表例としては、ナトリウム、リチウムなどのアルカリ金属単体、又はその合金（たとえば、アルミニウム−リチウム合金）である。また、カルシウム、マグネシウムなどのアルカリ土類金属単体、又はその合金（たとえば、マグネシウム−インジウム合金）である。合金はアルミニウム、銀、インジウムなどと為される。また、ガリウム、インジウムなど一部の第３族金属を用いることも可能である。
陽極材料としては、仕事関数の大きな金属や合金が使用可能である。インジウム錫酸化物合金（ＩＴＯ）、インジウム亜鉛酸化物合金（ＩＺＯ）、インジウム酸化物、スズ酸化物、金、ヨウ化銅、及びその派生材料がその代表例である。
前記発光層１２は、低分子有機化合物、デンドリマー、高分子化合物が使用可能で、その代表例としては、アルミニウム−キノリノール錯体、ベリリウム−ベンゾキノリノール錯体、オキサジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、キナクリドン誘導体、ペリレン系化合物、ジフェニルテトラセン、ルブレン、ユーロピウム錯体、白金ポルフィリン錯体、イリジウム錯体、ポリパラフェニレンビニレン誘導体、ポリフェニレン誘導体、ポリチオフェン類、ポリフルオレン類、ジスチルビフェニル誘導体、ジフェニルエチレン誘導体、ジアミノカルバゾール誘導体、クマリン系化合物、ナフタレン系化合物、ビススチリル系化合物、ピラジン系化合物、ポリベンゾカルバゾール類がある。更に、アルミニウム−キノリノール錯体の具体例としては、トリス（８−ヒドロキシキノリナト）アルミニウム（略号：Ａｌｑ３）、また、ベリリウム−ベンゾキノリノール錯体の具体例としては、ビス（ベンゾキノリノラト）ベリリウム錯体、また、ユーロピウム錯体の具体例としては、トリ（ジベンゾイルメチル）フェナントロリンユーロピウム錯体、また、ジフェニルエチレン誘導体の具体例としては、ジトルイルビニルビフェニル、ポリパラフェニレンビニレン誘導体の具体例としては、ポリ（２−メトキシ−５−（２‘−エチルヘキシルオキシ）−１，４−（１−シアノビニレン）フェニレン）が挙げられる。
当該第１の光取り出し層１４は、図１では、前記透明電極１１の上面に設けられている。但し、前記透明電極の上面に必ずしも接して設ける必要はない。当該第１の光取り出し層にはレンズ１５が配置され、発光層１２で発光した光を屈折又は回折の作用を経て、当該光は外気に出射される。この操作で外気に出射する光の出射角が変更される。
次に、実施の形態１の変形形態を図２に示す。当該第１の光取り出し層１４には枠体１６が設けられている。当該枠体１６は前記レンズ１５を区分けする目的で設けられるものである。区分けは前記レンズ１５の形状、位置、大きさを決定するために設けられ、本願の発光デバイスに係る光に対して透明性を有している必要がある。
次に、実施の形態１の変形形態を図３に示す。当該第１の光取り出し層１４には枠体として、前記単分子膜１８が設けられている。当該単分子膜１８はレンズ１５を区分けするために設けられる膜である。さらに平坦化膜１９が設けられている。当該単分子膜１８は、レンズ１５を区分けするために設けられる膜である。当該平坦化膜１９は、前記単分子膜と前記少なくとも１つのレンズと前記単分子膜により構成される凹凸面を平坦にするために設けられるものである。
前記単分子膜１８を構成する有機分子としては、前記レンズ１５を構成する材料を分離する機能を有していればよく特に限定されない。また上記分離する機能は前記単分子膜１８を構成する有機分子の全体に有する必要はなく、少なくとも上記区分けの作用を及ぼす部分にあればよい。区分けの作用を及ぼす機能として例えば、疎水性、撥油性、非粘着性、非親和性が挙げられる。これは前記レンズ１５を構成する材料との相関関係を示す性質であり、特定することは出来ない。上述の諸性質の列挙は常識的な見地から挙げたものである。これら諸性質を示すと考えられる具体的例としては、炭化水素基、フッ化炭素基が挙げられる。但し、前記レンズ１５を構成する材料との相関関係を示すものであり、レンズ材料によっては逆の作用を及ぼすこともある。
また、前記単分子膜１８は下地と共有結合により固定される。図３の例においては、下地は前記透明電極１１になるが、下地はこれに定まるものではない。固定を呈する共有結合の形態は前記単分子膜１８を構成する有機分子と上記下地との組合せにより決定されるものであるが、代表的な共有結合の形態として、製造の容易さの観点から、−Ｚ−Ｏ−、−Ｚ−Ｎ−、及び、−Ｚ−Ｓ−からなる群より選択される少なくとも１種の構造が含まれている結合であることが好ましい。ここで、Ｚは、Ｓｉ、Ｔｉ、Ａｌからなる群から選択される原子である。
上記代表的な共有結合の形態を供するために必要な前記単分子膜１８を構成する有機分子の官能基としては一般式（１）で表される特性を有していることが好ましい。
−Ｚ−Ｄq ・・・（１）
｜
Ｅr
ここで、式（１）中のＤは、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ、−ＯＨ、−ＳＣＮ、−ＮＣＯ、及び、炭素数が１〜５のアルコキシ基からなる群より選択される少なくとも１種の原子又は原子団を示す。Ｅは、Ｈ、及び、炭素数が１〜３のアルキル基からなる群より選択される少なくとも１種の原子又は原子団を示す。ｑは１〜３の整数を示し、ｑ＋ｒは３である。ＺはＳｉ、Ｔｉ、Ａｌからなる群から選択される原子である。
より具体的な前記単分子膜を構成する有機分子は一般式（２）で表される。
ＣＦxＨy-（ＣＦ2）m-（ＣＨ2）n-ＺＤqＥr ・・・（２）
ここで、ｘは１〜３の範囲の整数で、かつ、ｙは０〜２の範囲の整数で、かつ、ｘ＋ｙは３を満たす数である。また、ｍは０〜１８の整数で、かつ、ｎは０〜１８の整数で、かつ、ｍ＋ｎは３以上で２４未満である数である。ＺはＳｉ、Ｔｉ、Ａｌからなる群から選択される原子である。Ｄは、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ、−ＯＨ、−ＳＣＮ、−ＮＣＯ、及び、炭素数が１〜５のアルコキシ基からなる群より選択される少なくとも１種の原子又は原子団を示す。Ｅは、Ｈ、及び、炭素数が１〜３のアルキル基からなる群より選択される少なくとも１種の原子又は原子団を示す。ｑは１〜３の整数を示し、ｑ＋ｒは３である。
さらに、一般的に分子配向性のよい単分子膜を形成するためには、その構成する有機分子は直鎖状であることが好ましく、その分子鎖長も直鎖部分の構成原子数で１０以上あることが好ましい。
さらに前記単分子膜を構成するために有機分子は溶剤可溶性が必要となり、その観点から長鎖長は不溶性となるために不適となる。官能基の種類や数などにより溶解性は変化するが、一般的に前記構成原子数の表現で２２以下であることが好ましい。
一般式（１）で表される有機分子の中では、単分子膜の均一性を十分に確保する観点及び単分子膜を形成する際に配列される有機分子の分子密度を十分に確保する観点から、下記（１０１）〜（１２７）で表される有機分子が好ましい。
ＣＦ3（ＣＦ2）7（ＣＨ2）2ＳｉＣｌ3 ・・・（１０１）
ＣＦ3（ＣＨ2）9ＳｉＣｌ3 ・・・（１０２）
ＣＨ2Ｆ（ＣＨ2）9ＳｉＣｌ3 ・・・（１０３）
ＣＦ3（ＣＦ2）4（ＣＨ2）2ＳｉＣｌ3 ・・・（１０４）
ＣＦ3（ＣＦ2）6ＳｉＣｌ3 ・・・（１０５）
ＣＨ3（ＣＨ2）9ＳｉＣｌ3 ・・・（１０６）
ＣＨ3（ＣＨ2）5ＳｉＣｌ3 ・・・（１０７）
ＣＨ3（ＣＨ2）6ＳｉＣｌ3 ・・・（１０８）
ＣＦ3（ＣＦ2）7（ＣＨ2）2Ｓｉ（ＯＣＨ3）3 ・・・（１０９）
ＣＨ3（ＣＨ2）9Ｓｉ（ＯＣＨ3）3 ・・・（１１０）
ＣＦ3（ＣＦ2）6Ｓｉ（ＯＣＨ3）3 ・・・（１１１）
ＣＦ3（ＣＦ2）7（ＣＨ2）2ＳｉＢｒ3 ・・・（１１２）
ＣＨ3（ＣＨ2）9ＳｉＢｒ3 ・・・（１１３）
ＣＦ3（ＣＦ2）6ＳｉＢｒ3 ・・・（１１４）
ＣＦ3（ＣＦ2）7（ＣＨ2）2Ｓｉ（ＯＣＮ）3 ・・・（１１５）
ＣＨ3（ＣＨ2）9ＳｉＨ2Ｃｌ ・・・（１１６）
ＣＦ3（ＣＦ2）6ＳｉＨ2Ｃｌ ・・・（１１７）
ＣＦ3（ＣＦ2）7（ＣＨ2）2ＳｉＨ2Ｃｌ ・・・（１１８）
ＣＨ3（ＣＨ2）9ＳｉＨ2Ｃｌ ・・・（１１９）
ＣＦ3（ＣＦ2）6ＳｉＨ2Ｃｌ ・・・（１２０）
ＣＦ3（ＣＦ2）7（ＣＨ2）2Ｓｉ（ＣＨ3）2（ＯＣＨ3） ・・・（１２１）
ＣＨ3（ＣＨ2）9Ｓｉ（ＣＨ3）2（ＯＣＨ3） ・・・（１２２）
ＣＦ3（ＣＦ2）6Ｓｉ（ＣＨ3）2（ＯＣＨ3） ・・・（１２３）
ＣＦ3（ＣＦ2）2（ＣＨ2）2Ａｌ（ＯＣ2Ｈ5）3・・・（１２４）
ＣＨ3（ＣＨ2）4ＳｎＣｌ（Ｃ3Ｈ7）2 ・・・（１２５）
ＣＦ2Ｈ（ＣＦ2）2（ＣＨ2）2ＳｉＨ2Ｃｌ・・・（１２６）
ＣＦ3（ＣＦ2）7（ＣＨ2）2ＴｉＣｌ（ＣＨ3）2・・・（１２７）
上記のような有機分子としては、例えば信越化学工業株式会社製のシランカップリング剤、ジーイー東芝シリコーン株式会社製のシランカップリング剤、チッソ株式会社製の有機シリコン、東レ・ダウコーニング株式会社製のシランカップリング剤、アズマックス株式会社製の特殊化学品などを挙げることができる。
また、１層の単分子膜の膜厚で好ましい値を示すと、５．０×１０-10ｍ〜３．４×１０-9ｍの範囲となる。また、単分子膜を積み重ねることも可能で、多層の場合の膜厚の好ましい値を示すと、１×１０-9ｍ〜３×１０-8ｍの範囲となる。このように単分子膜を構成する当該有機分子を積み重ねることにより、単分子膜の膜厚を増やすことも可能であるが、一般的に単分子膜１８を積み重ねることにより分子配向性は崩れる可能性が多くなる。したがって、１層の単分子膜、単分子膜の多層に関わらず、より好ましい膜厚は、１．２×１０-9ｍ〜２．０×１０-9ｍの範囲である。
前記下地の構成は、前記単分子膜１８と共有結合を形成することから、前記単分子膜１８を構成する有機分子と縮合反応可能な活性水素を有していることが好ましい。有機分子と縮合反応可能な活性水素を有する特性基としては、上記の縮合反応により有機分子と結合する側の末端部分に、−ＯＨ、−ＮＨ2、＝Ｎ−Ｈ、及び、−ＳＨからなる群より選択される少なくとも１種の構造を有するものであることがより好ましい。上記以外の特性基で、有機分子と縮合反応可能な活性水素を有する特性基としては、−ＳＯ3Ｈ、−ＳＯ2Ｈ、−ＰＯ3Ｈ、−ＰＯ3Ｈ2、及び、−ＣＯ2Ｈからなる群より選択される少なくとも１種の構造を有していることがより好ましい。
なお、有機分子と縮合反応可能な活性水素を有する特性基は、全体が下地面から露出した状態だけでなく、活性水素のみ又は活性水素を含む−ＯＨ、−ＳＨ、＝Ｎ−Ｈ、−ＮＨ2の部分のみ下地面から露出した状態であり活性水素以外の部分が下地の内部に含まれている状態であってもよい。例えば、活性水素以外の部分が下地の内部に含まれている場合、活性水素以外の部分が下地の構成元素と結合していてもよい。より具体的には、例えば、下地の面近傍が光透過性を有する金属酸化物を構成材料として構成されている場合であって、特性基が−ＰＯ3Ｈの場合、−ＰＯ3Ｈ全体が下地面から露出していてもよく、−ＰＯ3Ｈのうちの−ＯＨのみ露出しており、−ＰＯ2−の部分が下地内部に含まれていてもよい。下地内部に含まれる−ＰＯ2−の部分は−ＰＯ2−の状態のままでもよく、Ｐに結合した酸素が金属酸化物バルク中の金属原子（金属イオン）Ｍと結合して、例えば、−Ｐ−Ｏ−Ｍ−のような構造を有した状態となっていてもよい。
また、前記下地が樹脂材料の場合であっても上記特性基を有しておれば使用可能である。さらに、前記下地が樹脂材料であり、且つ上記特性基を有していない場合でも、物理的手法、化学的手法により上記下地の表面に上記特性基を形成出来るならば、当該下地は使用可能である。物理的手法の代表事例としてはプラズマ酸化処理、コロナ放電処理、オゾン酸化処理がある。また、化学的手法の代表事例としては、酸化剤（過マンガン酸カリウム）による酸化反応処理がある。
さらにまた、樹脂製の前記下地の表面をメッキ、蒸着、ＣＶＤの方法により上記活性水素又は活性水素を含む特性基を有する層を新たに設ける手法もある。なお、当然のことながら下地の透明性を必要とする場合は新たに設ける層も透明性を必要とする。新たな層の代表的例として酸化ケイ素からなる層がある。
前記レンズ１５は対象となる光に対して光学的な効果を有する必要があり、少なくとも屈折率と透明性が求められる。屈折率は本発明要素の基材を含む各種の光学部品を総合的に光学設計して導出されるものであり、一概に規定することは出来ないが、通常１．３から１．７の範囲になる。ただし、無機材料（高屈折率無機微粒子）を有機材料に複合させることにより、より高屈折にすることも可能である。また、透明性であることは当然であるが、透明度の最低値は各種の光学部品との関連で定まるものであり、透光性の最低値を規定することが出来ないが、通常８０％以上が求められる。
さらに、前記レンズ１５を構成する材料は熱硬化性またはエネルギー線硬化性を有している必要がある。ここでエネルギー線とは紫外線、可視光線、電子線、エックス線で代表される活性放射線である。また、上記材料の主剤が高分子材料である場合と低分子材料（モノマー材料、オリゴマー材料）である場合の双方とも有効である。高分子材料の代表例としては、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエーテル樹脂、シリコーン樹脂、ポリカーボネイト、ポリメチルメタクリレート、メチルフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリスチレン、ジエチレングリコール、ビスアリルカーボネイト、アクリロニトリル、スチレン共重合体、メチルメタクリレート・スチレン共重合体、ポリプロピレンが挙げられる。また、低分子材料の代表例としては、ポリアミドオリゴマー、アクリルモノマー、不飽和ポリエステルオリゴマー、ポリアクリルオリゴマー、エンチオールモノマー、アルキルポリシロキサンオリゴマーが挙げられる。
また、前記レンズ１５を構成する材料として、無機材料も使用可能である。いわゆるゾル−ゲル法が適用出来る材料であればよく、金属有機化合物の例として、金属アルコキシド（一般式Ｍ（ＯＲ）ｎで表される。ここで、Ｍは金属元素、Ｒはアルキル基、ｎは金属元素の酸化数である。代表例としては、テトラエトキシシラン、アルミニウムイソプロポキシド、アルミニウムブトキシド、シリコンテトラエトキシド、チタンイソプロポキシド）、金属アセチルアセテート（代表例としては、インジウムアセチルアセテート、亜鉛アセチルアセテート）、金属カルボキシレート（金属有機塩酸）（代表例としては、シュウ酸バリウム、ステアリン酸イットリウム）が使用可能である。
これらレンズ形成材料の金属無機化合物、または金属有機化合物の酸化物固体は非晶質セラミック、または結晶質セラミックのいずれの形態であっても適用可能である。
レンズ形成は上述の無機材料をアルコールと水の混合溶液（ゾル）を作成する。必要に応じて加温することもある。このゾルを前記下地のレンズ載置場所に設け、その後、加熱してガラス化を行うことでレンズを形成することが出来る。有機材料によりレンズ形成するときも注意が必要であるが、特に上述の無機材料を本製法でレンズ形成した場合は体積の減少が生じることを十分に考慮することが必要である。
前記レンズ１５を構成するレンズ材料は前記下地の表面を前記単分子膜１８で被覆していない箇所に設けられる。上記レンズ材料が載置される前記基材表面と前記単分子膜から形成される窪みの体積は５×１０-25ｍ3〜２×１０-16ｍ3の範囲であることが好ましい。さらに、６×１０-22ｍ3〜１×１０-19ｍ3の範囲であることがより好ましい。
前記レンズ１５は球面レンズ形状から低厚レンズ形状まで様々な形状を採ることが可能であるが、そのレンズ材料の嵩は３×１０-24ｍ3〜３×１０-13ｍ3であることが好ましい。さらに、１×１０-19ｍ3〜３×１０-16ｍ3であることがより好ましい。
前記下地上に前記レンズ１５を載置するために前記単分子膜１８のパターニングを行う手法としては全面を単分子膜で被覆した後にレンズを載置する箇所の単分子膜を除去する手法と、予めレンズを載置する箇所をカバーした後に単分子膜を形成し、その後に前記カバーを取り除く手法がある。
前者としては、単分子膜を残す部分をレジストまたは金属マスクなどで保護し、紫外線照射による有機分子分解、酸素存在下の紫外線照射により発生させたオゾンによる有機分子の酸化分解、上記カバーを行わずに紫外線や電子線など高エネルギー線の直接パターン照射による有機分子分解などが適用可能である。さらには、上述の方法以外でも、例えば、印刷法、転写法、スクリーン法、吐液法、インクジェット法、スタンプ法等の方法を採用することができる。
また、後者としては、前記下地上に半導体プロセスによるフォトレジストパターンを形成し、レジストパターンを残したままで単分子膜を形成し、その後にフォトレジストパターンを有機溶剤により除去する手法が適用可能である。除去可能であれば下地上に形成するパターンの材質は金属であってもよい。
レンズ材料の前記下地上への載置は、前記下地をレンズ材料の液中にディッピングし、前記下地を当該液から引き上げることで、前記下地上のレンズ載置場所にレンズ材料を配置することが出来る。但し、当該液の粘度、単分子膜のレンズ材料の非親和性の具合により適切な載置が出来ない場合があり、その場合はレンズ材料を適量だけ吐出する方式によりレンズ形成が出来る。適量だけ吐出する具体的な手法は、スポイトによるレンズ材料の滴下、ディスペンサーによるレンズ材料の滴下、インクジェット法によるレンズ材料の滴下が例示出来る。
なお、インクジェット法などの手法によりレンズ材料の載置量を定めることが出来ると、レンズ載置面上に半球面以上のレンズ材料を載置する、または、半球面レンズ未満のレンズ材料量を載置することが可能となり、レンズ形状は半球面状レンズ以外の形状を採ることが出来るようになる。したがって、同方法を本願に適用することによりマイクロレンズの適用範囲が拡大して好ましい。
当該平坦化膜１９は、本願で扱われる光に対して透光性が要求される。当該平坦化膜を構成する材料は有機材料が主として用いられる。また、当該平坦化膜はウエットプロセスにより形成される方法（たとえば、回転塗工法）がより望ましく、具体的な例示としては、メタクリレート系化合物、アクリレート系化合物、シリコーン系化合物、ウレタン系化合物、アクリルシリコン系化合物、オルガノアルコキシシラン系化合物材料が使用される。また、無機材料としては、ケイ酸塩系化合物、アルコキシシラン系化合物材料が使用される。より具体的な材料の例示としては、アクリレート系化合物として、ポリエステルアクリレート、ポリエーテルアクリレート、エポキシアクリレート、ウレタンアクリレートが例示される。また、オルガノアルコキシシラン系化合物としては、グリシドキシプロピルトリメトキシシランが例示される。これらの材料は、前記レンズ１５などの前記第１の光取り出し層１４の構成、その前後の前記透明電極１１、発光層１２などの光学的な構成によって選択される。
図１〜図３に示すレンズ１５は底面の形状は特に示していないが、レンズ１５を形成する箇所の形状は、単分子膜１８で被覆しない箇所の形状で決定されるため、正方形、長方形、多角形（六角形、八角形）などであってもよい。
また、図１〜図３に示すように、前記レンズ１５は複数のレンズからなるレンズアレイの形態を構成することが可能である。個々のレンズは前記単分子膜１８により分離されるが、分離間隔は、前記単分子膜１８のパターン形成によって決定される。レンズアレイを形成するにふさわしい前記単分子膜１８の最小パターン寸法は５×１０-8ｍであり、その最大パターン寸法はいくらでも多く採ることが可能であるが、レンズアレイの常識的な値として５×１０-1ｍであろう。ただし、レンズアレイを必要とする箇所がデバイス中に島状に複数箇所あり、その島状箇所間の間隔をレンズパターン間隔とするならば、最大パターン寸法は上記値よりも大きくなる場合があることは自明である。さらに最小寸法のより好適値としては１×１０-7ｍであることが好ましい。但し、上述の最小パターン寸法は現在の半導体プロセス技術によるパターン形成の限界値により変化するものであり、今後、最小のパターン寸法は更に小さくすることも単分子膜においては可能である。
レンズアレイのレンズ密度はその適用するデバイスに応じて臨機に適合させることが出来るが、本願レンズの構成、材料、製法などから好適値が定まり、最大１×１０14個／ｍ2が可能である。さらに最大値２×１０12個／ｍ2が好ましく、より好ましくは最大値２×１０11個／ｍ2である。一方、密度の最小値はレンズ１個の場合まで可能であるので、数値にすることは出来ない。但し、当該最大値は、現在の半導体プロセス技術によるパターン形成の限界値により変化するものであり、今後、技術の進展により当該最大値は更に増やすことも単分子膜においては可能である。
当該レンズアレイの形状は、常に一定にする必要はなく、状況に応じてレンズ底面の面積に傾斜を設けること、レンズ底面の形状を変化させる、全くアトランダムなレンズ形状を配置することも十分に可能である。
なお、実施の形態１およびその変形形態では、図１〜図３に示すように図面上で上に向かって凸型のレンズを例示したが、発光デバイスの構成、プロセスに応じて、図面上で下に向かって凸型のレンズを形成する場合もあるが、その光学的な効果には変化はなく、より簡便な形態を採ればよい。
ここで、本発明の発光デバイスの製造工程について図７（ａ）〜（ｃ）を参照しながら説明する。
まず、図７（ａ）に示すように、透明基板２１の下面に光取り出し層１４を形成する。
透明基板２１の基材として例えばガラスなどの透光性を有する材料の板を用いる。なお、透明性を有しておれば、プラスチックの材質も使用可能であり、また、板ではなくてフィルムのような柔軟な材質、形状であってもよい。
この光取り出し層はレンズ形成の工程と枠体形成の工程で形成されている。
さらに、この枠体形成の工程は、単分子膜形成の工程で形成されている。
まず、枠体を形成するために単分子膜を透明電極１１の上面に形成する。前記透明電極１１の表面に発光デバイスに必要なレンズ１５を配置するために汎用の半導体レジストプロセスにより単分子膜のパターンを形成する。具体的には、前記透明電極１１の表面にフォトレジストを塗布し、所定のフォトマスクにより紫外線を照射してフォトレジストをパターン形成する。
次に、前記フォトレジストのパターンを残したままで単分子膜を形成する。
この単分子膜の形成材料は（ヘプタデカフルオロ−１，１，２，２−テトラハイドロデシル）トリクロロシラン（信越化学工業株式会社製）のフッ素系液体（商品名：ＨＦＥ−７１００、住友スリーエム株式会社製）からなる溶液（濃度：１ｗｔ％）を調製したものである。この調製は、乾燥雰囲気下（乾燥窒素ガス雰囲気下、供給の窒素ガスの露点氷点下５５度）で行う。
単分子膜形成は、前記の乾燥雰囲気下（乾燥窒素ガス雰囲気下、供給の窒素ガスの露点氷点下５５度）のグローブボックス内で行う。単分子膜は前記単分子膜の形成材料を単分子膜を設ける前記透明電極１１の表面に接することにより形成することが出来る。
一般的には単分子膜を形成する基材を前記溶液に浸漬することで形成される。
浸漬時間は５分から６０分の間で行う。浸漬して前記透明電極１１の表面に単分子膜の形成を行った後、前記溶媒と同じ有機溶剤により洗浄し、表面が乾いた後に前記グローブボックスから取り出す。
次に、レジスト膜をアセトン等の有機溶媒で除去し、最終的にレンズ１５を配置するためにパターン化された単分子膜１８を形成する。
次に、レンズ１５の形成の方法を示す。
レンズ１５の形成材料として、ポリエステル樹脂溶液を前記単分子膜の抜きの部分にマイクロディスペンサなどを用いて滴下する。もしくは、ポリエステル樹脂溶液に前記単分子膜１８が形成された基材を浸漬し、適宜時間後に前記基材を引き上げることで前記単分子膜が形成されていない部分にレンズ形成材料を載置することが出来る。前記レンズ形成材料が載置された状態で加熱操作を行い、レンズ形成材料の熱硬化を行う。
この熱硬化条件は１４０〜１５０度の加熱で、時間は１０〜３０分間とし、レンズ材料の完全硬化を行いレンズ１５を形成した。
次に、平坦化層１９の形成方法を示す。
平坦化層１９の形成材料として、グリシジルメタアクリレートと４'−メタクリロイロオキシカルコンの共重合体のシクロヘキサン溶液を調製した。この溶液を回転塗布装置でレンズ１５の上面に塗布し１００℃-１０分間のベーキングを行う。そして、紫外線照射を行い、光硬化を行う。硬化条件は360ｍＪ/ｃｍ2の紫外線照射である。さらに、１２０℃で２０分間ベーキングを行い、完全に硬化させ、平坦化層１９を形成した。
次に、図７（ｂ）に示すように、透明電極１１を形成する。スパッタリング法でインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）を７０ｎｍの厚さでガラス基板上にＩＴＯ製透明電極１１を形成した。
次に、前記透明電極１１の下面に発光層１３を形成する。この発光層１３の形成材料としてトリス（８−ヒドロキシキノリナト）アルミニウム（Ａｌｑ３）を蒸発源として用い真空蒸着法により５０ｎｍの膜厚になるように形成する。ここで、真空蒸着機のチャンバー圧力は１．３３×１０-2Ｐａであり、蒸着速度は０．１〜０．２ｎｍ／秒になるように制御することで発光層１３を形成した。
次に、図７（ｃ）に示すように前記発光層１３の下面に対極１２を形成する。
対極形成材料として、アルミニウムーリチウム合金（Ｌｉ：１５％含有）を蒸発源として用い、真空蒸着法により５０ｎｍの膜厚になるように形成する。当該対極は、発光層が形成された後に、対極形成用の金属マスクを使用して形成する。ここで、真空蒸着機のチャンバー圧力は５×１０-5Ｐａであり、蒸着速度は０．１〜０．２ｎｍ／秒になるように制御した。以上のような工程を経て発光デバイス１０を作成した。
上記作成した発光デバイスの構造をＺＥＭＡＸ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ社製ＺＥＭＡＸ（光学評価設計ソフトウェア）により、光取り出し効率のシミュレーションを行った。表1に本発明のレンズ１５を構成した発光デバイスとレンズ１５を形成していない発光デバイスの外部取り出し光量を測定し前記レンズ１５を形成していない発光デバイスの外部取り出し光量を１とした場合の本発明の発光デバイスの外部取り出し光量は１．５倍になることを確認した結果を示す。
Figure 2006147203
（実施の形態２）
図４は、本発明の発光デバイスの実施の形態２の基本構成を示す模式断面図である。
図４に示す発光デバイス３０は、前記実施の形態２の前記透明基板２１の上面に第２の光取り出し層３１が設けられた構成になっている。更に、当該第２の光取り出し層３１は、レンズ３２と単分子膜３３とから構成されている。
当該第２の光取り出し層３１は、前記透明基板２１に入射した前記発光層１２からの光が更に前記透明基板２１と外気との界面で生じる全反射の割合を軽減し、また前記透明基板２１の上面から前面全方向に出射される光を前記透明基板２１の面に垂直な方向に出射されるように指向性を整える役割も為すものである。
（実施の形態３）
図５は、本発明の発光デバイスの実施の形態３の基本構成を示す模式断面図である。
図５に示す発光デバイス４０は、前記実施の形態２において、更に、発光デバイスとして必要な場合がある正孔注入層４１、正孔輸送層４２、電子阻止層４３、正孔阻止層４４、電子輸送層４５、電子注入層４６を構成に含むものである。
図５は、当該正孔注入層４１、当該正孔輸送層４２、当該電子阻止層４３、当該正孔阻止層４４、当該電子輸送層４５、当該電子注入層４６をすべて含むものとしているが、これらは必要に応じて設けられるものであり、常時、全てを必要とするものではない。また、図６は、前記透明電極１１を陽極とし、前記対極を陰極とした場合の例示であり、前記透明電極１１が陰極であり、且つ、前記対極が陽極の場合は、前記の正孔注入層４１、正孔輸送層４２、電子阻止層４３、正孔阻止層４４、電子輸送層４５、電子注入層４６の配置は逆となる。
すなわち、電子注入層４６、電子輸送層４５、正孔阻止層４４、電子阻止層４３、正孔輸送層４２、正孔注入層４１となる。
当該正孔注入層４１は、電極から正孔が注入される効率を向上させるために設けられるもので、材料としては、銅フタロシアニンが代表例としてある。
当該正孔輸送層４２は、注入された正孔を効率良く発光層に輸送するために設けるもので、材料としては、前述のα−ＮＰＤが代表例としてある。
当該電子阻止層４３は、前記発光層１２を正孔と再結合することなく素通りして陽極に向かって移動する電子の動きを阻止するために設けるもので、材料としては、Ｎ、Ｎ‘−ビス（３−メチルフェニル）−Ｎ、Ｎ‘−ジフェニル−（１，１‘―ビフェニル）−４，４’―ジアミン（略号：ＴＰＤ）が代表例である。
当該正孔阻止層４４は、前記発光層１２を電子と再結合することなく素通りして陰極に向かって移動する正孔の動きを阻止するために設けるもので、材料としては、バソキュプロイン（略号：ＢＣＰ）が代表例である。
当該電子輸送層４５は、注入された電子を効率良く発光層に輸送するために設けるもので、材料としては、前述のＡｌｑ３が代表例である。
当該電子注入層４６は、電極から電子が注入される効率を向上させるために設けられるもので、材料としては、オキサジアゾール誘導体、ビスアセチルアセトナトマグネシウム、有機金属錯体が代表例としてある。
なお、これらの層は個々に独立して設けられる場合だけでなく、複数の機能を１つの層で兼ねて形成する場合もある。また、更に発光層の追加の機能として、上記の機能を兼ねる場合もある。
当該各層並びに前記発光層、前記透明電極、前記対極、前記透明基板の例示は、先行願の特開２０００−３４８８５９、特開２００１−２７９４２９、特開２００２−１００４８０、特開２００４−５９５５５、特開２００４−１３９８９２、特開２００４−１７１８６６、特開２００４−１９２９６１、特開２００４−２１７５５７、特開２００４−２１７５９２、及び、Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｐｈｙｓｉｃｓの論文Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓの第８１巻、１６２頁、２００２年発行に具体的に明記されている。本発明の発行デバイスとして、上記に記載の材料が、代表例として使用可能である。
本発明の発光デバイスの前記実施の形態１から前記実施の形態３の変形形態について、図６を用いて説明する。図６は、前記実施の形態１で使用した図３を基にした発光デバイス５０の模式断面図である。但し、図６は例示であって、他の実施の形態２から実施の形態３においても同様の実施が可能である。
本発光デバイス５０は、透明電極１１と対極１３と発光層１２と第１の光取り出し層５１と、から構成されている。更に、第１の光取り出し層５１は、レンズ５５、第１の単分子膜５８、平坦化膜５９、及び、第２の単分子膜５２から構成されている。当該透明電極１１、当該対極１３、当該発光層１２、当該第１の光取り出し層５１、当該レンズ５５、当該第１の単分子膜５８、当該平坦化膜５９の説明は前述の通りであり、その説明を省略する。
第２の単分子膜５２はレンズ材料とのぬれ性の高い官能基を有することで、レンズ材料の保持性の向上を図る目的で形成される。したがって、レンズ材料を構成する分子（高分子又は低分子）と同程度の表面エネルギーを有している必要がある。単分子膜の官能基とレンズ材料を構成する分子の主に構成している官能基の表面エネルギーの差が１２ｍＮ／ｍ以下であることが好ましい。もしくはレンズ材料からなる表面エネルギーと第２の単分子膜の表面エネルギーの差が１２ｍＮ／ｍ以下であることが好ましい。レンズ構成材料は実施の形態１に示すように様々な官能基を有しており、その表面エネルギーもいろいろな値を採りうるが、そのレンズを構成する官能基と同種の官能基を持つ有機分子で第２の単分子膜を形成すればほぼ間違いない。たとえば、ポリウレタン樹脂の表面エネルギーは３８ｍＮ／ｍ程度であるが、これに適合する単分子膜を構成する有機分子の官能基としては末端にＣＣｌ２Ｈ基を有する材料が好ましい。この有機分子で形成された単分子膜の表面エネルギーは３９ｍＮ／ｍ程度になる。ポリアミドの場合の表面エネルギーは４２ｍＮ／ｍ程度になるが、これに適した第２の単分子膜の有機分子の有する官能基としてはＣＣｌ2＝ＣＨ基がふさわしく、この場合の表面エネルギーは４３ｍＮ／ｍ程度になる。また、ポリエチレンテレフタレートも表面エネルギーが４２ｍＮ／ｍ程度となるので、当該第２の単分子膜が使用可能である。また、ポリプロピレンの表面エネルギーは２９ｍＮ／ｍとなる。このレンズ材料にふさわしい第２の単分子膜を構成する有機分子としては末端基にＣＨ2基を有する分子が挙げられ、当該単分子膜の表面エネルギーは３１ｍＮ／ｍである。以上のようにレンズ材料の表面エネルギーと近い第２の単分子膜を形成するとより基材と密着したレンズを形成することが出来る。
さらに、第２の単分子膜とレンズ形成材料とのその界面で化学結合させることも出来る。すなわちレンズ形成材料の重合性基と同じ特性基を第２の単分子膜に持たせることにより、形成することが出来る。たとえば、第２の単分子膜を構成する有機分子にエポキシ基を持たせることにより、エポキシ樹脂性のレンズと化学結合を形成することが出来る。また、エステル結合、アミド結合、ペプチド結合なども第２の単分子膜とレンズとの界面で形成することも可能である。この場合は上記ぬれ性の一致による密着性向上だけでなく、化学結合を形成するためより密着性の高いレンズを形成することが出来る。
また、上記のような有機分子としては、例えば以下の一般式の有機分子を挙げることができる。
ＣＨ2＝ＣＨ（ＣＨ2）qＳｉＣｌ3・・・（２０１）
ＮＣ（ＣＨ2）qＳｉＣｌ3・・・（２０２）
Figure 2006147203
Ｃ6Ｈ5（ＣＨ2）qＳｉＣｌ3・・・（２０４）
［式（２０１）〜（２０４）中、ｑは２〜２２の整数を示す］
さらに、上記以外の第２の単分子膜を形成するために用いることができる有機分子としては、以下の有機分子を挙げることができる。
Ｈ2Ｎ（ＣＨ2）3Ｓｉ（ＯＣＨ3）3・・・（３０１）
ＯＨＣ（ＣＨ2）3Ｓｉ（ＯＣＨ2ＣＨ3）3・・・（３０２）
ＨＯＯＣ（ＣＨ2）5Ｓｉ（ＯＣＨ3）3・・・（３０３）
ＨＯ（ＣＨ2）5Ｓｉ（ＯＣＨ3）3・・・（３０４）
Ｈ3ＣＯＯＣ（ＣＨ2）5Ｓｉ（ＯＣＨ2ＣＨ3）3・・・（３０５）
（ＯＨ）2ＯＰ（ＣＨ2）3Ｓｉ（ＯＣＨ3）3・・・（３０６）
ＨＯ2Ｓ（ＣＨ2）3Ｓｉ（ＯＣＨ3）3・・・（３０７）
ＨＳ（ＣＨ2）3Ｓｉ（ＯＣＨ3）3・・・（３０８）
ＣＨ2＝ＣＨ（ＣＨ2）6Ｓｉ（ＯＣＨ3）3・・・（３０９）
ＣＨ3Ｃ6Ｈ4Ｓｉ（ＯＣＨ3）3・・・（３１０）
ＣｌＣＨ2Ｃ6Ｈ4Ｓｉ（ＯＣＨ3）3・・・（３１１）
上記のような有機分子は、前述の第１の単分子膜を形成する場合に用いられる有機分子と同様に各化合物として入手可能である。
なお、当該第２の単分子膜と基材との結合性は、前記第１の単分子膜と基材との結合性と同じである。
また、第２の単分子膜の膜厚は第１の単分子膜の膜厚以下であることが好ましい。
当該発光デバイスとして、上記実施例に示す発光デバイスの構成に更に追加して、正孔注入層、正孔輸送層、電子阻止層、電子注入層、電子輸送層を形成しても良い。その形成構成を以下に示す。
正孔輸送層の作成工程では、正孔輸送層形成材料として、４，４‘−ビス（Ｎ−（２−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ）ビフェニル（α−ＮＰＤ）を蒸発源として用い、真空蒸着法により５０ｎｍの膜厚になるように形成する。当該正孔輸送層は、透明電極パターンが形成された後に形成する。選択的形成には金属マスクを使用する。ここで、真空蒸着機のチャンバー圧力は１．３３×１０-2Ｐａであり、蒸着速度は０．１〜０．２ｎｍ／秒になるように制御した。
正孔注入層の形成工程では、正孔注入層形成材料として、銅フタロシアニンを蒸着源として、加熱蒸着法により２０ｎｍの薄膜を形成し、正孔注入層とする。マスクは正孔輸送層形成用のマスクを併用する。
電子阻止層の形成の形成工程では、電子阻止層形成材料として、前述のＴＰＤを蒸着源として、加熱蒸着法により１０ｎｍの薄膜を形成し、電子阻止層とする。マスクは正孔輸送層形成用のマスクを併用する。
電子注入層の形成工程では、電子注入層形成材料として、前述の有機金属錯体であるビス（８−キノリノナト）マグネシウム（II）を蒸着源として、加熱蒸着法により１０ｎｍの薄膜を形成し、電子注入層とする。マスクは正孔輸送層形成用のマスクを併用する。
電子輸送層の形成工程では、電子輸送層形成材料として、前述のオキサゾール誘導体であるジベンゾオキサゾールを蒸着源として、加熱蒸着法により２０ｎｍの薄膜を形成し、電子輸送層とする。マスクは正孔輸送層形成用のマスクを併用する。
正孔阻止層の形成工程では、正孔阻止層形成材料として、前述のＢＣＰを蒸着源として、加熱蒸着法により２０ｎｍの薄膜を形成し、正孔阻止層とする。マスクは正孔輸送層形成用のマスクを併用する。
以上のいずれの実施の形態及びその変形も、簡単のために発光層が単層である事例でもって説明したが、発光層が複数となる場合においても、本発明の光取り出し層の導入により、各発光層の光取り出し効率を向上できる。
本発明の発光デバイスの実施の形態１の基本構成を示す模式断面図である。 本発明の発光デバイスの実施の形態１の変形形態の構成を示す模式断面図である。 本発明の発光デバイスの実施の形態１の変形形態の構成を示す模式断面図である。 本発明の発光デバイスの実施の形態３の基本構成を示す模式断面図である。 本発明の発光デバイスの実施の形態４の基本構成を示す模式断面図である。 本発明の発光デバイスの実施の形態１から実施の形態４の変形形態の構成を示す模式断面図である。 本発明の発光デバイスの製造方法を示す模式断面図である。
符号の説明
１０、２０、３０、４０、５０・・・発光デバイス
１１・・・透明電極
１２・・・発光層
１３・・・対極、
１４、５１・・・第１の光取り出し層
１５、３２、５５・・・レンズ
１６・・・枠体
１８、３３、５８・・・単分子膜
１９、５９・・・平坦化膜
３１・・・第２の光取り出し層
２１・・・透明基板
４１・・・正孔注入層
４２・・・正孔輸送層
４３・・・電子阻止層
４４・・・正孔阻止層
４５・・・電子輸送層
４６・・・電子注入層
５８・・・第１の単分子膜
５２・・・第２の単分子膜

Claims (26)

  1. 透明基板と、前記透明基板に対向配置される対極と、前記透明基板と前記対極との間に配置される透明電極と、前記透明電極と前記対極との間に配置される発光層と、を少なくとも有する発光デバイスであって、
    前記透明電極は、前記発光層から放出される光に対する光透過性及び電気伝導性を有しており、
    前記透明基板は、前記発光層から放出される光に対する光透過性を有しており、
    前記透明電極と前記透明基板との間に配置される第１の光取り出し層がさらに配置されており、
    前記第１の光取り出し層中に、前記発光層から放出される光を屈折させて集光した状態で前記透明基板に向けて放出する少なくとも１つのレンズが埋設されていること、
    を特徴とする発光デバイス。
  2. 前記少なくとも１つのレンズは、前記発光層から放出され当該少なくとも１つのレンズを介して前記透明基板に向けて進行する光が前記透明基板の下面に対して略垂直に入射可能なように形成されていること、
    を特徴とする請求項１に記載の発光デバイス。
  3. 前記第１の光取り出し層には、該第１の光取り出し層中における前記少なくとも１つのレンズの位置を固定するための枠体が、該第１の光取り出し層の上面に接する面、及び下面に接する面のうちの何れか一方の面に接して一体化された状態で形成されていること、
    を特徴とする請求項１〜２の何れか１項に記載の発光デバイス。
  4. 前記枠体が単分子膜からなり、
    前記単分子膜は、有機分子を用いて形成されており、かつ、
    前記第１の光取り出し層の上面に接する面及び前記第１の光取り出し層の下面に接する面のうちの何れか一方の面に共有結合で固定されていること、
    を特徴とする請求項３に記載の発光デバイス。
  5. 前記枠体が前記単分子膜と前記少なくとも１つのレンズと前記単分子膜により構成される凹凸面を平坦にするための平坦化層からなり、
    前記単分子膜は、
    有機分子を用いて形成されており、かつ、
    前記第１の光取り出し層の上面に接する面及び前記第１の光取り出し層の下面に接する面のうちの何れか一方の面に共有結合により固定されていること、かつ、
    前記平坦化層は、前記単分子膜及び前記レンズを被覆していること、
    を特徴とする請求項３に記載の発光デバイス。
  6. 前記透明電極と前記透明基板の間に第１の光取り出し層が配置されており、
    更に、前記透明基板の上方に、第２の光取り出し層が配置されており、
    前記第２の光取り出し層中に、前記発光層から放出される光を屈折させるための少なくとも１つのレンズが埋設されていること、
    を特徴とする請求項１〜５のうちの何れか１項に記載の発光デバイス。
  7. 前記第２の光取り出し層には、該第２の光取り出し層中における前記少なくとも１つのレンズの位置を固定するための枠体が、
    前記第２の光取り出し層の上面、及び下面のうちの何れか一方の面に接して一体化された状態で形成されていること、
    を特徴とする請求項６に記載の発光デバイス。
  8. 前記枠体が単分子膜からなり、
    前記単分子膜は、有機分子を用いて形成されており、かつ、
    前記第２の光取り出し層の上面、及び下面のうちの何れか一方の面に共有結合により固定されていること、
    を特徴とする請求項７に記載の発光デバイス。
  9. 前記枠体が単分子膜と前記少なくとも１つのレンズと前記単分子膜により構成される凹凸面を平坦にするための平坦化層からなり、
    前記単分子膜は、
    有機分子を用いて形成されており、かつ、
    前記第２の光取り出し層の上面、及び下面のうちの何れか一方の面に共有結合により固定されていること、かつ、
    前記平坦化層は、前記単分子膜及び前記レンズを被覆していること、
    を特徴とする請求項７に記載の発光デバイス。
  10. 正孔注入層、正孔輸送層、及び、電子阻止層のうちの少なくとも１つの層が、前記透明電極と前記発光層との間のうちの少なくとも１つの位置に配置していること、
    及び、該正孔注入層、該正孔輸送層、及び、該電子阻止層のうちの少なくとも２つ以上の層が配置される場合は、前記透明電極側から正孔注入層、正孔輸送層、及び、電子阻止層の順序で配置されること、
    を特徴とする請求項１〜９のうちの何れか１項に記載の発光デバイス。
  11. 正孔阻止層、電子輸送層、及び、電子注入層のうちの少なくとも１つの層が、前記発光層と前記対極との間のうちの少なくとも１つの位置に配置していること、
    及び、該正孔阻止層、該電子輸送層、及び、該電子注入層のうちの少なくとも２つ以上の層が配置される場合は、前記発光層側から正孔阻止層、電子輸送層、及び、電子注入層の順序で配置されること、
    を特徴とする請求項１〜９のうちの何れか１項に記載の発光デバイス。
  12. 前記レンズが金属有機化合物からなる酸化物固体であること
    を特徴とする請求項１〜１１のうちの何れか１項に記載の発光デバイス。
  13. 前記酸化物固体が非晶質セラミックス、及び結晶性セラミックスのうちの何れか１つであること
    を特徴とする請求項１２に記載の発光デバイス。
  14. 前記酸化物固体がゾル−ゲル過程を経て形成されたこと
    を特徴とする請求項１２に記載の発光デバイス。
  15. 前記レンズが熱可塑性モノマー、熱可塑性オリゴマー、及び熱可塑性ポリマーのうち何れか１つからなる高分子化合物であること
    を特徴とする請求項１〜１１のうちの何れか１項に記載の発光デバイス。
  16. 前記レンズが光硬化性モノマー、光硬化性オリゴマー、及び光硬化性ポリマーのうち何れか１つからなる高分子化合物であること
    を特徴とする請求項１〜１１のうちの何れか１項に記載の発光デバイス。
  17. 前記レンズが前記高分子化合物と無機材料の複合体であること
    を特徴とする請求項１〜１１のうちの何れか１項に記載の発光デバイス。
  18. 前記共有結合が、−Ｚ−Ｏ−、−Ｚ−Ｎ−、及び、−Ｚ−Ｓ−からなる群より選択される少なくとも１種の構造が含まれている結合であること
    を特徴とする請求項３〜４，及び請求項８〜９のうちの何れか１項に記載の発光デバイス。（ここで、Ｚは、Ｓｉ、Ｔｉ、Ａｌからなる群から選択される原子である。）
  19. 前記単分子膜を構成する有機分子の官能基の一般式（化１）で表されること
    を特徴とする請求項３〜４、及び、請求項８〜９のうちの何れか１項に記載の発光デバイス。
    −Ｚ−Ｄq ・・・（化１）
    ｜
    Ｅr
    （ここで、Ｄは、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ、−ＯＨ、−ＳＣＮ、−ＮＣＯ、及び、炭素数が１〜５のアルコキシ基からなる群より選択される少なくとも１種の原子又は原子団を示す。また、Ｅは、Ｈ、及び、炭素数が１〜３のアルキル基からなる群より選択される少なくとも１種の原子又は原子団を示す。また、ｑは１〜３の整数を示し、ｑ＋ｒは３である。ＺはＳｉ、Ｔｉ、Ａｌからなる群から選択される原子である。）
  20. 前記単分子膜を構成する有機分子は一般式（化２）で表されること
    を特徴とする請求項１９に記載の発光デバイス。
    ＣＦxＨy-（ＣＦ2）m-（ＣＨ2）n-ＺＤqＥr ・・・（化２）
    （ここで、ｘは１〜３の範囲の整数で、かつ、ｙは０〜２の範囲の整数で、かつ、ｘ＋ｙは３を満たす数である。また、ｍは０〜１８の整数で、かつ、ｎは０〜１８の整数で、かつ、ｍ＋ｎは３以上で２４未満である数である。また、ＺはＳｉ、Ｔｉ、Ａｌからなる群から選択される原子である。また、Ｄは、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ、−ＯＨ、−ＳＣＮ、−ＮＣＯ、及び、炭素数が１〜５のアルコキシ基からなる群より選択される少なくとも１種の原子又は原子団を示す。また、Ｅは、Ｈ、及び、炭素数が１〜３のアルキル基からなる群より選択される少なくとも１種の原子又は原子団を示す。また、ｑは１〜３の整数を示し、ｑ＋ｒは３である。）
  21. 発光デバイスは、少なくとも、透明電極の形成の工程、光取り出し層の形成の工程、発光層の形成の工程、対極の形成の工程からなること
    を特徴とする発光デバイスの製造方法。
  22. 上記発光デバイスの上記光取り出し層の形成の工程は、枠体の形成の工程とレンズの形成の工程からなること
    を特徴とする請求項２１に記載の発光デバイスの製造方法。
  23. 上記枠体の形成の工程は、単分子膜の形成の工程からなること
    を特徴とする請求項２２に記載の発光デバイスの製造方法。
  24. 上記枠体の形成の工程は、単分子膜の形成の工程と平坦化層の形成の構成からなること
    を特徴とする請求項２３に記載の発光デバイスの製造方法。
  25. 上記発光デバイスは、請求項２１に記載の工程の他に、正孔輸送層の形成の工程、正孔注入層の形成の工程、正孔阻止層の形成の工程、電子輸送層の形成の工程、電子注入層の形成の工程、電子阻止層の形成の工程の内で少なくとも１つの工程を含むこと
    を特徴とする請求項２１に記載の発光デバイスの製造方法。
  26. 上記発光デバイスは、上記光取り出しの層の形成の工程の他に、第２の光取り出し層の形成の工程を含むこと
    を特徴とする請求項２１に記載の発光デバイスの製造方法。
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