JP2009004275A - Manufacturing method of surface light emitter and surface light emitter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、各種ディスプレイ、表示素子、液晶用バックライト等に用いられる面発光体及びその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a surface light emitter used for various displays, display elements, liquid crystal backlights, and the like, and a method for producing the same.
面発光体の代表的なものとして、有機エレクトロルミネッセンス素子(有機EL素子)がある。この有機EL素子は、図3(a)に示すように、透光性基板1の表面に透明電極層4を設け、この透明電極層4の表面に有機EL材料からなる発光層5を設けると共に、発光層5の表面に対向電極7を設けることによって形成されている。そして透明電極層4と対向電極7との間に電圧を印加することによって発光層5で発光した光は、透明電極層4及び透光性基板1を透過して取り出される。
A typical example of the surface light emitter is an organic electroluminescence element (organic EL element). In this organic EL element, as shown in FIG. 3A, a
このように発光層5で発光した光を透明電極層4と透光性基板1を通して外部に取り出すにあたって、光が透明電極層4と透光性基板1との界面で全反射すると、光の取り出し効率が低下する。このために、図3(b)のように透明電極層4と透光性基板1との間に光散乱部2を形成し、光散乱部2で光を散乱させることによって、透明電極層4と透光性基板1との界面で全反射が生じることを低減して、光の取り出し効率を高めるようにしている。この光散乱部2は、透光性基板1の透明電極層4の側の表面に微細な凹凸を設けたり、粒子を含有するコーティング樹脂層を透光性基板1の透明電極層4の側の表面に設けたりして形成されるが、いずれにしても表面が凹凸になるので、図3(b)のように、光散乱部2の表面に緩和層3を形成して凹凸をならして平滑にし、緩和層3の平滑な表面に薄い膜厚の透明電極層4を形成するようにしている(例えば、特許文献1、特許文献2等参照)。
しかし、上記のように光散乱部2と透明電極層4との間に緩和層3を形成すると、透明電極層4と緩和層3との界面で光が全反射するおそれがあり、この全反射によって光の取り出し効率が低下することになるという問題が生じるものであった。
However, if the
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、透明電極層と緩和層との界面で光が全反射することを抑制し、光の取り出し効率を向上することができる面発光体及びその製造方法を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made in view of the above points, and suppresses the total reflection of light at the interface between the transparent electrode layer and the relaxation layer, and the surface light emitter capable of improving the light extraction efficiency and its The object is to provide a manufacturing method.
本発明の請求項1に係る面発光体は、透光性基板1の表面に形成される光散乱部2、光散乱部2の表面に形成される、光散乱部2の表面粗さをならすための緩和層3、緩和層3の表面に形成される透明電極層4、透明電極層4の透光性基板1と反対側に形成される発光層5を備えた面発光体において、緩和層3が、透明電極層4側の屈折率が高く、光散乱部2側の屈折率が低くなるように、層内で傾斜して変化する屈折率を有し、且つ緩和層3の透明電極層4との界面の屈折率が透明電極層4の屈折率と同じか低いことを特徴とするものである。
The surface light emitter according to
この発明によれば、緩和層3の屈折率が、透明電極層4側で高く、光散乱部2側で低くなるように傾斜して変化し、且つ緩和層3の透明電極層4との界面の屈折率が透明電極層4の屈折率と同じか低いために、透明電極層4と緩和層3の間の界面で大きな屈折率の差が生じないようにすることができ、界面での屈折率差によって生じる全反射を抑制して、光の取り出し効率を向上することができるものである。
According to the present invention, the refractive index of the
本発明の請求項2に係る面発光体は、透光性基板1の表面に形成される光散乱部2、光散乱部2の表面に形成される、光散乱部2の表面粗さをならすための緩和層3、緩和層3の表面に形成される透明電極層4、透明電極層4の透光性基板1と反対側に形成される発光層5を備えた面発光体において、緩和層3が、透明電極層4側の屈折率が低く、光散乱部2側の屈折率が高くなるように、層内で傾斜して変化する屈折率を有し、且つ緩和層3の透明電極層4との界面の屈折率が透明電極層4の屈折率と同じか高いことを特徴とするものである。
The surface light emitter according to
この発明によれば、緩和層3の屈折率が、透明電極層4側で低く、光散乱部2側で高くなるように傾斜して変化し、且つ緩和層3の透明電極層4との界面の屈折率が透明電極層4の屈折率と同じか高いために、透明電極層4と緩和層3の間の界面で大きな屈折率の差が生じないようにすることができ、界面での屈折率差によって生じる全反射を抑制して、光の取り出し効率を向上することができるものである。
According to the present invention, the refractive index of the
本発明の請求項3に係る面発光体は、透光性基板1の表面に形成される光散乱部2、光散乱部2の表面に形成される、光散乱部2の表面粗さをならすための緩和層3、緩和層3の表面に形成される透明電極層4、透明電極層4の透光性基板と反対側に形成される発光層5を備えた面発光体において、緩和層3を、透明電極層4側の層3aの屈折率が高く、光散乱部2側の層3bの屈折率が低い2層以上の多層構造に形成し、且つ最も透明電極層4に近い層3aの屈折率が透明電極層4の屈折率と同じか低いことを特徴とするものである。
The surface light emitter according to
この発明によれば、透明電極層4側の層3aの屈折率が高く、光散乱部2側の層3bの屈折率が低い2層以上の多層構造に緩和層3を形成し、且つ最も透明電極層4に近い層3aの屈折率が透明電極層4の屈折率と同じか低いために、透明電極層4と緩和層3の間の界面で大きな屈折率の差が生じないようにすることができ、界面での屈折率差によって生じる全反射を抑制して、光の取り出し効率を向上することができるものである。
According to this invention, the
本発明の請求項4に係る面発光体は、透光性基板1の表面に形成される光散乱部2、光散乱部2の表面に形成される、光散乱部2の表面粗さをならすための緩和層3、緩和層3の表面に形成される透明電極層4、透明電極層4の透光性基板1と反対側に形成される発光層5を備えた面発光体において、緩和層3を、透明電極層4側の層3aの屈折率が低く、光散乱部2側の層3bの屈折率が高い2層以上の多層構造に形成し、且つ最も透明電極層4に近い層3aの屈折率が透明電極層4の屈折率と同じか高いことを特徴とするものである。
The surface light emitter according to
この発明によれば、透明電極層4側の層3aの屈折率が低く、光散乱部2側の層3bの屈折率が高い2層以上の多層構造に緩和層3を形成し、且つ最も透明電極層4に近い層3aの屈折率が透明電極層4の屈折率と同じか高いために、透明電極層4と緩和層3の間の界面で大きな屈折率の差が生じないようにすることができ、界面での屈折率差によって生じる全反射を抑制して、光の取り出し効率を向上することができるものである。
According to the present invention, the
本発明の請求項5に係る面発光体の製造方法は、透光性基板1の表面上に光散乱部2を形成する工程と、光散乱部2の表面上に樹脂コーティングすると共にコーティング樹脂を加熱硬化させて緩和層3を形成する工程と、緩和層3の表面上に透明電極層4を形成する工程と、緩和層3のコーティング樹脂の硬化温度よりも高い温度で熱処理することによって、緩和層3の屈折率を層内部で厚み方向に傾斜して変化させる工程と、透明電極層4の表面上に発光層5を形成する工程とを、順次行なうことを特徴とするものである。
The method for manufacturing a surface light emitter according to
この発明によれば、緩和層3と透明電極層4を形成した後に熱処理することによって、緩和層3の屈折率を層内部で厚み方向に傾斜して変化させるようにすることができ、熱処理という工程で請求項1,2のような緩和層3を形成することができるものである。
According to this invention, by forming the
また請求項6の発明は、請求項5において、熱処理の工程で、緩和層3の材料成分と透明電極層4の材料成分を拡散混合させることによって、緩和層3の屈折率を層内部で厚み方向に傾斜して変化させるようにしたことを特徴とするものである。
According to a sixth aspect of the present invention, in the fifth aspect of the present invention, in the heat treatment step, the material component of the
この発明によれば、緩和層3と透明電極層4の材料成分の拡散混合で、透明電極層4と緩和層3の間の界面で大きな屈折率の差が生じないようにすることができ、界面での屈折率差によって生じる全反射を抑制して、光の取り出し効率を向上することができるものである。
According to this invention, it is possible to prevent a large difference in refractive index from occurring at the interface between the
本発明によれば、発光層5で発光された光を透明電極層4、緩和層3、光散乱部2、透光性基板1を通して取り出すにあたって、光散乱部2での光の散乱で透光性基板1の界面における全反射を抑制できると共に、透明電極層4と緩和層3の間の界面で大きな屈折率の差が生じないようにして、透明電極層4と緩和層3との界面で光が全反射することを抑制することができるものであり、光の取り出し効率を向上することができるものである。
According to the present invention, when the light emitted from the
以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。 Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described.
透光性基板1としては、光を透過させるものであれば特に制限されることなく使用することができるものであり、例えばソーダガラスや無アルカリガラス等のリジッドな透明ガラス板、ポリカーボネートやポリエチレンテレフタレート等のフレキシブルな透明プラスチック板など、任意のものを用いることができる。
The light-transmitting
この透光性基板1の表面に設ける光散乱部2は、光を散乱させる構造を有するものであればよく、光散乱部2を形成する方法は、サンドブラストなどで透光性基板1の表面を処理して、微細な凹凸を有する粗面を透光性基板1の表面に形成する方法と、光を散乱させる光散乱層2aを透光性基板1の表面に形成する方法とに大別することができる。光を散乱させる構造は、等方的な散乱、指向性を有する散乱であっても良く、取り出したい光や角度に応じて適宜選択すれば良い。またこの光散乱層2aを形成する方法としては、透光性基板1の表面に樹脂コート層をパターンニング、あるいは直接パターンニングコート(ナノインプリント等)する方法と、粒子を含有するバインダーを透光性基板1の表面にコーティングする方法とがある。
The
本発明において光散乱部2を形成する方法は上記のいずれのものであってもよいが、粒子を含有するバインダーをコーティングして光散乱層2aを形成する方法が、容易であり且つ、種々の光学的因子を制御し易いという特徴があるので好ましい。
In the present invention, the method for forming the
この粒子としては透明粒子が用いられるものであり、例えばTiO2、SiO2、ZrO2、Al2O3、Ta2O3、ZnO2、Sb2O3、ZrSiO4、ゼオライト又はそれらの多孔性物質やそれらを主成分とした無機粒子、あるいはアクリル樹脂、スチレン樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、シリコーン樹脂などの有機粒子を挙げることができる。この粒子の粒径は、有効なMie散乱をさせるために、100nm〜20μmの範囲が好ましい。 Transparent particles are used as the particles. For example, TiO 2 , SiO 2 , ZrO 2 , Al 2 O 3 , Ta 2 O 3 , ZnO 2 , Sb 2 O 3 , ZrSiO 4 , zeolite, or their porosity Examples thereof include inorganic particles mainly composed of substances and organic particles such as acrylic resin, styrene resin, polyethylene terephthalate resin, and silicone resin. The particle diameter is preferably in the range of 100 nm to 20 μm for effective Mie scattering.
バインダーとしては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン、ポリエーテルスルホン、ポリアリレート、ポリカーボネート樹脂、ポリウレタン、アクリル樹脂、ポリアクリルニトリル、ポリビニルアセタール、ポリアミド、ポリイミド、ジアクリルフタレート樹脂、セルロース系樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリ酢酸ビニル、その他の熱可塑性樹脂や、これらの樹脂を構成する単量体の2種以上の共重合体が挙げられる。また、バインダーとして、ポリシロキサンからなるシリカ多孔質体を用いることもできる。このポリシロキサンは、テトラエトキシシランなどのアルコキシシラン又はその部分加水分解物を縮重合して得られるものである。 Binders include polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate, polymethyl methacrylate, polystyrene, polyethersulfone, polyarylate, polycarbonate resin, polyurethane, acrylic resin, polyacrylonitrile, polyvinyl acetal, polyamide, polyimide, diacrylphthalate resin, and cellulose. Examples thereof include resins, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polyvinyl acetate, other thermoplastic resins, and two or more copolymers of monomers constituting these resins. A porous silica material made of polysiloxane can also be used as the binder. This polysiloxane is obtained by condensation polymerization of an alkoxysilane such as tetraethoxysilane or a partial hydrolyzate thereof.
バインダーと光散乱体である粒子との屈折率差は、通常0.01〜2の範囲が好ましく、この屈折率差が小さすぎると有効なMie散乱を得ることが困難になり、屈折率差が大きすぎると後方散乱が増大し、光取り出し率が十分に得られなくなるおそれがある。 The refractive index difference between the binder and the light scatterer is usually preferably in the range of 0.01 to 2. If this refractive index difference is too small, it becomes difficult to obtain effective Mie scattering, and the refractive index difference is If it is too large, the backscattering increases and the light extraction rate may not be sufficiently obtained.
そして粒子をバインダーに配合して得られるコーティング材料を透光性基板1の表面に、スピンコート、ディップコート、ダイコート、キャスト、スプレーコート、グラビアコートなどの方法でコーティングすることによって、光散乱層2aを形成することができるものである。この光散乱層2aの膜厚は特に制限されるものではないが、0.1〜20μm程度の範囲が好ましい。
The coating material obtained by blending the particles with the binder is coated on the surface of the
また、屈折率の異なる2種類の微粒子を用いて光散乱層2aを形成することもできる。すなわち、バインダーの屈折率をNb、2種類の微粒子のうち一方の屈折率をNf1、他方の屈折率をNf2とすると、Nf2>Nb>Nf1の関係を満たすように、バインダー及び2種類の微粒子を選択して使用するものである。屈折率がこのような関係を有するバインダー及び2種類の微粒子からなる光散乱層2aは、これらの屈折率の差によって光の散乱効果が増幅されるものであり、この光散乱層2aを透光性基板1の表面に形成することによって、光散乱層2aと透光性基板1との界面での臨界角に乱れが生じ、透光性基板1への光の伝送がより多くなり、光の取り出し効率が高くなるものである。
The
この屈折率の異なる2種類の微粒子としては、エアロゲル微粒子、中空シリカ微粒子、ポリマー製中空微粒子、有機ポリマー微粒子、金属酸化物微粒子等を例示することができる。尚、これらの微粒子は、分散性を向上させるために界面活性材処理や薄膜コーティング処理など、屈折率を著しく変化させない程度の表面被覆処理がなされているのが好ましい。 Examples of the two kinds of fine particles having different refractive indexes include airgel fine particles, hollow silica fine particles, polymer hollow fine particles, organic polymer fine particles, metal oxide fine particles, and the like. In order to improve the dispersibility, these fine particles are preferably subjected to a surface coating treatment that does not significantly change the refractive index, such as a surfactant treatment or a thin film coating treatment.
微粒子の屈折率Nf1,Nf2は一般に1.2〜2.5の範囲であるが、2種類の微粒子のうち、一方の微粒子は、屈折率Nf1が1.4以下であることが望ましい。この屈折率Nf1の下限は特に限定されないが、一般的に1.2程度である。このように一方の微粒子の屈折率Nf1が1.4以下であることによって、光散乱層2aの屈折率が大幅に低下し、光散乱性が高く、かつ屈折率の低い光散乱層2aを形成することができるものである。またこの場合、2種類の微粒子の屈折率Nf1,Nf2の差が0.5以上であることが望ましい。2種類の微粒子に0.5以上の屈折率差があることによって、光散乱層2aの光散乱強度が増し、結果的に光の取り出し効率がより向上するものである。2種類の微粒子の屈折率差の上限は特に限定されないが、一般的に1.3程度以下であることが望ましい。
The refractive indexes Nf 1 and Nf 2 of the fine particles are generally in the range of 1.2 to 2.5, but one of the two types of fine particles preferably has a refractive index Nf 1 of 1.4 or less. . The lower limit of the refractive index Nf 1 is not particularly limited, but is generally about 1.2. Thus, when the refractive index Nf1 of one fine particle is 1.4 or less, the refractive index of the
また2種類の微粒子の平均粒子径は、5〜200nmの範囲にあることが好ましい。これは、200nmを超えて微粒子の平均粒子径が大きくなると、微粒子を含有して形成される光散乱層2aの表面粗さが大きくなるためであり、また微粒子の平均粒子径が小さくなりすぎると、光散乱の効果が不十分になるので、微粒子の平均粒子径は5nm以上であることが好ましい。2種類の微粒子は平均粒子径が異なるものが好ましく、この場合、一方の微粒子と他方の微粒子の平均粒子径は2倍以上の差があることが好ましい。このように2種類の微粒子の平均粒子径の差が2倍以上あることによって、平均粒子径の大きい一方の微粒子の間に平均粒子径の小さい他方の微粒子が入り込んだ状態で、バインダーに微粒子が分散し、バインダー中での微粒子の分散性が向上して、微粒子が均一に分散した光散乱層2aの形成が可能になるものである。2種類の微粒子の平均粒径の差の上限は特に限定されないが、両者の平均粒径の差が15〜50nmの範囲になるようにすることが望ましい。尚、微粒子の粒子径や平均粒子径は、後述のようにレーザー回折原理を用いた粒度分布測定装置を用いて測定した数値である。
The average particle size of the two types of fine particles is preferably in the range of 5 to 200 nm. This is because when the average particle diameter of the fine particles exceeds 200 nm, the surface roughness of the
一方、バインダーに使用できる材料としては、有機ポリマー、金属酸化物、シリカ多孔質体等を例示できる。これらの使用できる材料から、2種類の微粒子の屈折率Nf1,Nf2と上記の関係を満たす屈折率の材料を選択すればよい。バインダーの屈折率Nbは、一般に1.45〜1.60の範囲である。 On the other hand, examples of materials that can be used for the binder include organic polymers, metal oxides, and porous silica. A material having a refractive index satisfying the above relationship with the refractive indexes Nf 1 and Nf 2 of the two kinds of fine particles may be selected from these usable materials. The refractive index Nb of the binder is generally in the range of 1.45 to 1.60.
バインダーと2種類の微粒子の組み合わせは、上記の材料のなかでも、微粒子はエアロゲル微粒子、中空シリカ微粒子およびポリマー製中空微粒子から選択される少なくとも1種、バインダーは有機ポリマーおよび金属酸化物から選択される少なくとも1種であるのが好ましい。 In the combination of the binder and the two kinds of fine particles, among the above materials, the fine particles are at least one selected from airgel fine particles, hollow silica fine particles, and polymer hollow fine particles, and the binder is selected from organic polymers and metal oxides. At least one is preferred.
上記のように形成される光散乱層2aの膜厚は、特に限定されるものではないが、一般に0.1〜20μmの範囲が好ましい。またバインダーに対する2種類の微粒子の含有比率も特に限定されるものではないが、一般的にバインダーに対して2種類の微粒子が10:90〜70:30の質量比率になるように設定するのが好ましい。さらに2種類の微粒子の比率も特に限定されるものではないが、小さい屈折率Nf1のものと大きい屈折率Nf2のものを1:9〜9:1の質量比率で配合するのが好ましい。
Although the film thickness of the light-
そして、上記のように形成される光散乱層2aの屈折率は多くの場合、1.30〜1.70の範囲であるが、透光性基板1の屈折率と同じかそれよりも小さくなるように設定するのが好ましい。このように光散乱層2aの屈折率が透光性基板1の屈折率と同等以下であると、光散乱層2aから透光性基板1に入射される光が全反射されることを低減することができ、光を外部に取り出す効率がより大きくなるものである。
In many cases, the refractive index of the
また上記のように形成される光散乱層2aは、ヘイズ値((拡散透過率/全透過率)×100)が2〜50の範囲に設定されることが好ましい。光散乱層2aのヘイズ値をこの範囲に設定することによって、面発光体において、外観を損ねることなく、光取出し効率の向上を図ることが可能になるものである。ヘイズ値が高い膜の場合、光取出し効率が向上しても、白色化してしまい外観を損ねる場合がある。
The
このように2種類の微粒子を含有する光散乱層2aを透光性基板1の表面に形成した後に、さらにその上に上記のMie散乱用の粒径を含有する光散乱層2aを形成するようにしてもよい。
Thus, after the
上記のいずれの方法で光散乱部2を形成しても、光散乱部2の表面は凹凸を有する粗面になる。例えば粒子を含有するコーティング材料の光散乱層2aで光散乱部2を形成する場合、光散乱層の表面に露出する粒子で凹凸が生じる。このため、光散乱部2の表面に直接、透明電極層4を形成すると、透明電極層4は膜厚が薄いので凹凸に追随した形状で形成されることになり、電気特性に問題が生じたりショートが発生したりするおそれがある。そこで、光散乱部2の透光性基材1と反対側の表面に緩和層3を形成し、光散乱部2の凹凸をこの緩和層3で埋めてならし、緩和層3の平滑な表面に透明電極層4を形成するものである。
Even if the
この緩和層3は、樹脂コーティング層で形成することができる。コーティング樹脂の材料としては、光透過性を有しているものであればよく、特に限定されることなく任意のものを用いることができるが、例えばポリエステル、ポリエーテル、ポリエ−テルケトン、ポリイミド、ポリアミド、ポリイミドアミド、エポキシ、ポリウレタン、ポリウレタンアクリレート、ポリカーボネートなどを挙げることができる。なかでもポリイミド、ポリアミドイミド、エポキシ、ポリウレタン等の熱硬化性樹脂を用いるのが好ましい。そしてこのコーティング樹脂を光散乱部2の表面にコーティングした後、加熱して硬化させることによって、緩和層3を形成することができる。緩和層3の膜厚は、特に限定されないが、1〜20μm程度の範囲が好ましい。
This
この緩和層3を形成する樹脂の屈折率は、光散乱部2を光散乱層2aで形成する場合、光散乱層2aの屈折率よりも低いか、光散乱層2aの屈折率より高い場合でもその差が小さいことが望ましい。
The refractive index of the resin forming the
上記のように光散乱部2の表面に緩和層3を設けた後、緩和層3の光散乱部2と反対側の表面に透明電極層4を形成する。透明電極層4の材料としては、本発明の効果の妨げにならない限り任意のものを用いることができ、例えば、インジウム−錫酸化物(ITO)、インジウム−亜鉛酸化物(IZO)、錫酸化物、Au等の金属の極薄膜、導電性高分子、導電性の有機材料、ドーパント(ドナーまたはアクセプタ)含有有機層、導電体と導電性有機材料(高分子含む)の混合物、又はこれらの積層体等を挙げることができる。これらの透明電極層4は通常、スパッタ法やイオンプレーティング法などの気相成長法を用いて形成される。透明電極層4の膜厚は特に限定されるものではないが、50〜300nm程度が好ましい。
After providing the
このように透明電極層4を形成する際に、電極材料をアニールするために加熱処理を行なう。加熱処理は、上記のように緩和層3を形成する樹脂を上記のように硬化させるための加熱温度である硬化温度を超える高い温度で行なうものである。そしてこのように緩和層3を形成する樹脂の硬化温度よりも高い温度で加熱処理を行なうと、緩和層3と透明電極層4との接触界面において緩和層3の材料成分と透明電極層4の材料成分が拡散混合した混合部10が緩和層4の一部として形成される。この加熱処理の条件は、緩和層3を形成する樹脂の硬化温度よりも高い温度であればよく、特に限定されるものではないが、緩和層3を形成する樹脂の硬化温度をT℃とすると、T℃+5℃〜T℃+100℃の範囲に加熱温度を設定するのが好ましく、また加熱時間は10分間〜2時間程度が好ましい。
Thus, when forming the
上記のように加熱処理をすることによって緩和層3内に形成される混合部10は、透明電極層4の側で透明電極層4を形成する材料成分の量が多く、光散乱部2の側で緩和層3を形成する材料成分の量が多い、傾斜した材料濃度分布となる。
The mixing
従って、緩和層3を透明電極層4より屈折率が低い材料で形成する場合には、緩和層3内において混合部10の屈折率は、透明電極層4側で高く、光散乱部2側で低くなるように、層内で傾斜して変化する屈折率を有するものであり、また緩和層3の透明電極層4との界面の屈折率は透明電極層4の屈折率と同じか低いものとなり、透明電極層4と緩和層3の間の界面で大きな屈折率の差が生じないようにすることができるものである。
Therefore, when the
あるいは、緩和層3を透明電極層4より屈折率が高い材料で形成する場合には、緩和層3内において混合部10の屈折率は、透明電極層4側で低く、光散乱部2側で高くなるように、層内で傾斜して変化する屈折率を有するものであり、また緩和層3の透明電極層4との界面の屈折率は透明電極層4の屈折率と同じか高いものとなり、同様に、透明電極層4と緩和層3の間の界面で大きな屈折率の差が生じないようにすることができるものである。
Alternatively, when the
次に、上記のように透明電極層4を緩和層3の表面に設けた後、透明電極層4の緩和層3と反対側の表面に発光層5を形成する。発光層5を形成する材料としては、有機EL材料を用いることができるものであり、例えば、アントラセン、ナフタレン、ピレン、テトラセン、コロネン、ペリレン、フタロペリレン、ナフタロペリレン、ジフェニルブタジエン、テトラフェニルブタジエン、クマリン、オキサジアゾール、ビスベンゾキサゾリン、ビススチリル、シクロペンタジエン、クマリン、オキサジアゾール、ビスベンゾキサゾリン、ビススチリル、シクロペンタジエン、キノリン金属錯体、トリス(8−ヒドロキシキノリナート)アルミニウム錯体、トリス(4−メチル−8−キノリナート)アルミニウム錯体、トリス(5−フェニル−8−キノリナート)アルミニウム錯体、アミノキノリン金属錯体、ベンゾキノリン金属錯体、トリ−(p−ターフェニル−4−イル)アミン、ピラン、キナクリドン、ルブレン、及びこれらの誘導体、あるいは、1−アリール−2,5−ジ(2−チエニル)ピロール誘導体、ジスチリルベンゼン誘導体、スチリルアリーレン誘導体、スチリルアミン誘導体、及びこれらの発光性化合物からなる基を分子の一部分に有する化合物あるいは高分子等が挙げられる。また上記化合物に代表される蛍光色素由来の化合物のみならず、いわゆる燐光発光材料、例えばIr錯体、Os錯体、Pt錯体、ユーロピウム錯体等々の発光材料、又はそれらを分子内に有する化合物若しくは高分子も好適に用いることができる。これらの材料は、必要に応じて、適宜選択して用いることができる。
Next, after providing the
そして発光層5の透明電極層4と反対側の表面に対向電極7を設けることによって、有機EL素子からなる図1のような面発光体を形成することができるものである。対向電極7の材料としては、Alなどを用いることができるが、Alと他の電極材料を組み合わせて積層構造などとして構成するものであっても良い。このような電極材料の組み合わせとしては、アルカリ金属とAlとの積層体、アルカリ金属と銀との積層体、アルカリ金属のハロゲン化物とAlとの積層体、アルカリ金属の酸化物とAlとの積層体、アルカリ土類金属や希土類金属とAlとの積層体、これらの金属種と他の金属との合金などが挙げられ、具体的には、例えばナトリウム、ナトリウム−カリウム合金、リチウム、マグネシウムなどとAlとの積層体、マグネシウム−銀混合物、マグネシウム−インジウム混合物、アルミニウム−リチウム合金、LiF/Al混合物/積層体、Al/Al2O3混合物などを例として挙げることができる。
Then, by providing the
尚、発光層5と電極4,7の間に、電極4,7からのキャリア注入性を向上させるためのホール輸送層、電子輸送層、バッファー層、又は電極製膜時のダメージを低減するための層を形成してもよく、例えばアルカリ金属ドープ有機層、銅フタロシアニン層、アクセプタドープ有機層等を形成してもよい。
In addition, in order to reduce the damage at the time of forming the hole transport layer, the electron transport layer, the buffer layer, or the electrode between the light emitting
上記のように形成される面発光体にあって、透明電極層4と対向電極7との間に電圧を印加することによって発光層5で発光した光は、透明電極層4から緩和層3及び光散乱部2を透過し、さらに透光性基板1を透過して取り出される。このとき、緩和層3は屈折率が層内で傾斜した構造を有しており、透明電極層4と緩和層3の界面の屈折率に差がないかあるいは差が小さくなるように形成されているので、透明電極層4から緩和層3へ伝送される光が界面で全反射されることを抑制することができるものである。また緩和層3から光散乱部2へ伝送された光は、光散乱部2で散乱されるので、光散乱部2と透光性基板1との界面で光が全反射されることを抑制することができる。このように各界面での全反射を抑制して、透明電極層4から緩和層3、光散乱部2、透光性基板1へと光を効率良く伝送して透過させた後に、透光性基板1から取り出すことができるものであり、発光層5で発光した光の取り出し効率が向上するものである。
In the surface light emitter formed as described above, light emitted from the
図2は本発明の他の実施の形態を示すものであり、緩和層3を2層以上の多層構造に形成してある。そして緩和層3を形成する多層の各層は、透明電極層4側の層3aの屈折率が高く、光散乱部2側の層3bの屈折率が低くなるように設定し、最も透明電極層4に近い層3aの屈折率が透明電極層4の屈折率と同じか低くなるように設定してある。従って、緩和層3を透明電極層4より屈折率が低い材料で形成する場合、透明電極層4と緩和層3の間の界面で大きな屈折率の差が生じないようにすることができるものであり、透明電極層4から緩和層3へ伝送される光が界面で全反射されることを抑制することができるものである。
FIG. 2 shows another embodiment of the present invention, in which the
またこのように緩和層3を2層以上の多層構造に形成するにあたって、緩和層3を形成する多層の各層は、透明電極層4側の層3aの屈折率が低く、光散乱部2側の層3bの屈折率が高くなるように設定し、最も透明電極層4に近い層3aの屈折率が透明電極層4の屈折率と同じか高くなるように設定するようにしてもよい。従って、緩和層3を透明電極層4より屈折率が高い材料で形成する場合、透明電極層4と緩和層3の間の界面で大きな屈折率の差が生じないようにすることができるものであり、透明電極層4から緩和層3へ伝送される光が界面で全反射されることを抑制することができるものである。
In addition, when the
尚、図2では緩和層3を2層に形成したものを図示したが、3層以上に緩和層3を形成することができるのはいうまでもない。
Although FIG. 2 shows a case where the
次に、本発明を実施例によって具体的に説明する。尚、重量平均分子量は、GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)により、測定機として東ソー(株)製「HLC−8120」を用いて、標準ポリスチレンで検量線を作成し、その換算値として測定した。 Next, the present invention will be specifically described with reference to examples. The weight average molecular weight was measured by GPC (gel permeation chromatography), using “HLC-8120” manufactured by Tosoh Co., Ltd. as a measuring instrument, creating a calibration curve with standard polystyrene, and converting it into a converted value.
(実施例1)
テトラエトキシシラン86.8質量部にイソプロピルアルコール803.5質量部を加え、さらにγ-メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン34.7質量部及び0.1N−硝酸75質量部を加え、ディスパーを用いてよく混合することによって溶液を得た。得られた溶液を40℃恒温槽中で2時間攪拌し、重量平均分子量が1050のシリコーンレジン5質量%溶液を得た。次にこのシリコーンレジン溶液に、メチルシリコーン粒子(GE東芝シリコーン社製「トスパール120」:平均粒子径2μm)を、メチルシリコーン粒子/シリコーンレジン(縮合化合物換算)の固形分質量基準で80/20となるように添加して、ホモジナイザーで分散させることによって、メチルシリコーン粒子分散シリコーンレジン溶液を得た。尚、上記の「縮合化合物換算」とは、テトラアルコキシシランの場合は、存在するSiがSiO2であるとしての質量である。
(Example 1)
Add 803.5 parts by mass of isopropyl alcohol to 86.8 parts by mass of tetraethoxysilane, add 34.7 parts by mass of γ-methacryloxypropyltrimethoxysilane and 75 parts by mass of 0.1N nitric acid, and use a disper. A solution was obtained by mixing. The obtained solution was stirred in a constant temperature bath at 40 ° C. for 2 hours to obtain a 5% by mass solution of a silicone resin having a weight average molecular weight of 1050. Next, to this silicone resin solution, methylsilicone particles (“TOSPEARL 120” manufactured by GE Toshiba Silicone Co., Ltd .:
次に、透光性基板1として無アルカリガラス板(コーニング社製「No.1737」)を用い、メチルシリコーン粒子分散シリコーンレジン溶液を透光性基板1の表面にスピンコーターによって1000rpmの条件で塗布・乾燥し、この塗布・乾燥を6回繰り返した後に、200℃で30分間焼成することによって、厚み約5μmの光散乱層2aを形成した。このようにして得た、光散乱層2a付きの透光性基板1の光学物性をヘーズメーター(日本電色工業社製「NDH−2000」)で測定したところ、ヘイズ値は95.4、全光線透過率は73.4%であった。
Next, a non-alkali glass plate (“No. 1737” manufactured by Corning) was used as the
このように形成した光散乱層2aの表面に、イミド系樹脂コーティング材(OPTMATE社製「HRI1783:nD=1.78、濃度18質量%)をスピンコーターによって2000rpmの条件で塗布して乾燥し、200℃で30分間加熱して硬化させることによって、厚み約4μmの緩和層3を形成した。
On the surface of the
次に、ITOターゲット(東トー社製)を用いて、上記のように形成した緩和層3の表面にスパッタすることによって、緩和層3の上に120nmの膜厚でITO膜を形成した。次にこのようにITO膜を形成した透光性基板1を、Ar雰囲気下、300℃で1時間、加熱処理することによって、ITO膜をアニールしてシート抵抗18Ω/□の透明電極層4を形成した。
Next, an ITO film having a thickness of 120 nm was formed on the
このようにして形成された緩和層3と透明電極層4の屈折率(@632nm)を、光学式薄膜解析装置(SCI社製「Film−Tek−3000」)を用いて解析した。緩和層3の屈折率は、光散乱層2aとの界面側から0.8μmの位置で1.77、3.1μmの位置で1.81であり、光散乱層2a側の屈折率が低く,透明電極層4側の屈折率が高くなるように層内で傾斜して変化するものであった。また透明電極層4の屈折率は1.98であった。
The refractive index (@ 632 nm) of the
次にこの透明電極層4を形成した透光性基板1をアセトン、純水、イソプロピルアルコールで15分間超音波洗浄した後、乾燥し、さらにUV−O3処理を15分間行った。この後に、この透光性基板1を真空蒸着装置にセットし、ホール輸送層として、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(NPB)(eRay社製)を透明電極層4の上に40nmの膜厚で形成し、さらにこの上に電子輸送層兼発光層5として、アルミニウム−トリス(8−ヒドロキシキノリン)(Alq)(eRay社製)を60nmの膜厚で形成し、さらにその上に電子注入層として、LiF(高純度化学製)を1nmの膜厚で形成した。そして最後に、電子注入層の上にAl(高純度化学社製)を80nmの膜厚で真空蒸着し、陰極として対向電極7を形成した。
Next, the
この後、上記の各層を蒸着して形成した透光性基板1を露点−80℃以下のドライ窒素雰囲気のグローブボックスに大気に暴露することなく搬送した。一方、硝子製の封止キャップに吸水剤(ダイニック社製)を貼り付けると共に封止キャップの外周部に紫外線硬化樹脂性のシール剤を塗布したものを予め用意した。そしてグローブボックス内で各層を囲むように封止キャップを透光性基板1にシール剤で張り合わせ、紫外線照射してシール剤を硬化させることによって、各層を封止キャップで封止し、図1(a)のような層構成の有機EL素子からなる面発光体を得た。
Then, the translucent board |
(実施例2)
テトラエトキシシラン86.8質量部にイソプロピルアルコール803.5質量部を加え、さらにγ-メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン34.7質量部及び0.1N−硝酸75質量部を加え、ディスパーを用いてよく混合することによって溶液を得た。得られた溶液を40℃恒温槽中で2時間攪拌し、重量平均分子量が1050のシリコーンレジン5質量%溶液を得た。次にこのシリコーンレジン溶液に、中空シリカ微粒子(平均粒子径60nm、外殻厚み10nm)のIPA分散ゾル(固形分:20質量%、分散媒:イソプロピルアルコール、触媒化成工業社製)をイソプロピルアルコールで5質量%になるように希釈したゾルを、中空シリカ微粒子/シリコーンレジン(縮合化合物換算)の固形分質量基準で35/30となるように添加して中空シリカ微粒子含有シリコーンレジン溶液を得た。さらに、この溶液に、チタニア粒子の表面をシリカで被覆したシリカ−チタニア複合微粒子(平均粒子径10−20nm)のメチルエチルケトン分散ゾル(固形分:20質量%、触媒化成工業社製)をイソプロピルアルコールで5質量%になるように希釈したゾルを、中空シリカ微粒子/シリカ−チタニア複合微粒子/シリコーンレジン(縮合化合物換算)の固形分質量基準で35/35/30になるように添加して、最終的なコーティング材組成物を得た。
(Example 2)
Add 803.5 parts by mass of isopropyl alcohol to 86.8 parts by mass of tetraethoxysilane, add 34.7 parts by mass of γ-methacryloxypropyltrimethoxysilane and 75 parts by mass of 0.1N nitric acid, and use a disper. A solution was obtained by mixing. The obtained solution was stirred in a constant temperature bath at 40 ° C. for 2 hours to obtain a 5% by mass solution of a silicone resin having a weight average molecular weight of 1050. Next, to this silicone resin solution, an IPA dispersion sol (solid content: 20% by mass, dispersion medium: isopropyl alcohol, manufactured by Catalyst Kasei Kogyo Co., Ltd.) of hollow silica fine particles (average particle diameter 60 nm,
ここで、上記のバインダー材料のシリコーンレジンの屈折率Nd、中空シリカ微粒子の屈折率Nf1、シリカ-チタニア微粒子の屈折率Nf2は、それぞれ1.40、1.25、1.85であり、Nf2>Nb>Nf1の関係を満たすものであった。尚、これらの屈折率は次のようにして測定した。バインダー材料は、コーティングして薄膜化してエリプソーメーターにより屈折率を測定した。中空シリカ微粒子、シリカ−チタニア微粒子の各屈折率は、液浸法(微粒子を種々の屈折率液に分散させ、その分散液をヘイズメーターを用いてヘイズが0になる屈折率液の屈折率を微粒子の屈折率とする方法)を用いて測定した。またヘイズ値は、JIS−K−7136に基づき、ヘイズメーター(日本電色製、300A)を用いて測定した。また、中空シリカ微粒子、シリカ−チタニア微粒子の平均粒子径は、上記のようにそれぞれ60nm、10−20nmであリ、これらの粒子径は、レーザー回折原理を用いた粒度分布測定装置(堀場製作所製)を用いて測定した。 Here, the refractive index Nd, refractive index Nf 1 of the hollow silica fine particles of the silicone resin of the binder material, silica - refractive index Nf 2 of the titania fine particles are each 1.40,1.25,1.85, Nf 2 >Nb> Nf 1 was satisfied. These refractive indexes were measured as follows. The binder material was coated to form a thin film, and the refractive index was measured with an ellipsometer. The refractive index of each of the hollow silica fine particles and silica-titania fine particles is determined by the immersion method (dispersing the fine particles in various refractive index liquids, and using the haze meter to determine the refractive index of the refractive index liquid at which the haze is zero. It was measured using a method for obtaining the refractive index of fine particles. The haze value was measured using a haze meter (Nippon Denshoku, 300A) based on JIS-K-7136. Further, the average particle diameters of the hollow silica fine particles and silica-titania fine particles are 60 nm and 10-20 nm, respectively, as described above, and these particle sizes are measured by a particle size distribution measuring apparatus (manufactured by Horiba, Ltd.) using a laser diffraction principle. ).
次に、透光性基板1として無アルカリガラス板(コーニング社製「No.1737」、屈折率1.51)を用い、上記のコーティング材組成物を透光性基板1の表面にスピンコーターによって1000rpmの条件で塗布・乾燥して被膜を作製し、200℃で30分間焼成して熱処理することによって、厚み約500nmの光散乱層2aを形成した。このようにして得られた光散乱層2aの屈折率は1.45であり、透光性基板1の屈折率より小さいものであった。また光散乱層2aのヘイズ値は3.0であり、全光線透過率は85.7%であった。
Next, a non-alkali glass plate (“No. 1737” manufactured by Corning Inc., refractive index 1.51) is used as the
このように厚み約500nmの光散乱層2aを形成した後、実施例1と同様にしてメチルシリコーン粒子分散シリコーンレジン溶液をこの上に塗布・乾燥・焼成して厚み約5μmの光散乱層2aを形成し、さらに実施例1と同様に緩和層3、透明電極層4、発光層5、対向電極7を形成すると共に封止キャップで封止することによって、有機EL素子からなる面発光体を得た。
After forming the
(実施例3)
透明電極層4をアニールする加熱処理を300℃で1時間行なうようにした他は、実施例1と同様にして有機EL素子からなる面発光体を得た。
(Example 3)
A surface light emitter made of an organic EL element was obtained in the same manner as in Example 1 except that the heat treatment for annealing the
このものにあって、緩和層3の屈折率は、光散乱層2aとの界面側から0.3μmの位置で1.74、3.6μmの位置で1.78であり、光散乱層2a側の屈折率が低く,透明電極層4側の屈折率が高くなるように層内で傾斜して変化するものであった。また透明電極層4の屈折率は1.90であった。尚、透明電極層4のシート抵抗は実施例1と変わらないものであった。
In this structure, the refractive index of the
(実施例4)
緩和層2の加熱硬化を200℃で30分間行ない、透明電極層4をアニールする加熱処理を250℃で1時間行なうようにした他は、実施例1と同様にして有機EL素子からなる面発光体を得た。
Example 4
A surface emission composed of an organic EL element in the same manner as in Example 1 except that the heat-curing of the
このものにあって、緩和層3の屈折率は、光散乱層2aとの界面側から0.3μmの位置で1.74、3.4μmの位置で1.80であり、光散乱層2a側の屈折率が低く,透明電極層4側の屈折率が高くなるように層内で傾斜して変化するものであった。また透明電極層4の屈折率は1.82であった。尚、透明電極層4のシート抵抗は実施例1と変わらないものであった。
In this structure, the refractive index of the
(比較例1)
透光性基板1の表面に直接、ITO膜をスパッタし、300℃で1時間加熱処理をしてアニールした透明電極層4を形成した。そしてこの上に実施例1と同様に発光層、対向電極を形成すると共に封止キャップで封止することによって、有機EL素子からなる面発光体を得た。
(Comparative Example 1)
An ITO film was sputtered directly on the surface of the
(比較例2)
実施例1において、ITO膜をスパッタした後に、100℃で1時間加熱処理をしてアニールした透明電極層4を形成した。その他は実施例1と同様にして、有機EL素子からなる面発光体を得た。
(Comparative Example 2)
In Example 1, after the ITO film was sputtered, the annealed
このものにあって、緩和層3の屈折率は、層内でほぼ一様に1.78であり、また透明電極層4の屈折率は1.95であった。尚、透明電極層4のシート抵抗は40Ω/□であった。
In this structure, the refractive index of the
上記のようにして実施例1〜4及び比較例1,2で得た有機EL素子からなる面発光体の特性を、DC電源(ケースレイ社製)を用い、素子内部に流れる電流を10mA/cm2に固定し、輝度計(トプコン社製)を用いて評価した。このとき、正面輝度を、電流効率(cd/A)とともに、10°ごとの角度方位で−180°〜+180°の範囲で測定し、全光束(電力効率lm/W)を算出した。結果を、比較例1を1とした相対数値で表1に示す。尚、電流−電圧特性は、実施例1〜4及び比較例1,2において大きな差はみられなかった。また発光スペクトルにも大きな差はみられなかった。 As described above, the characteristics of the surface light emitters composed of the organic EL elements obtained in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2 were measured using a DC power source (manufactured by Caseley Co.), and the current flowing inside the element was 10 mA / It fixed to cm < 2 > and evaluated using the luminance meter (made by Topcon). At this time, the front luminance was measured in the range of −180 ° to + 180 ° in an angular direction every 10 ° together with the current efficiency (cd / A), and the total luminous flux (power efficiency lm / W) was calculated. The results are shown in Table 1 as relative values with Comparative Example 1 taken as 1. The current-voltage characteristics were not significantly different between Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2. There was no significant difference in the emission spectrum.
表1にみられるように、実施例1〜4のものは、比較例1は勿論、比較例2のものに対しても光の取り出し効率が向上していることが確認される。 As seen in Table 1, it is confirmed that the light extraction efficiency of Examples 1 to 4 is improved not only for Comparative Example 1 but also for Comparative Example 2.
1 透光性基板
2 光散乱部
3 緩和層
4 透明電極層
5 発光層
7 対向電極
DESCRIPTION OF
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