JP4279971B2

JP4279971B2 - 発光素子

Info

Publication number: JP4279971B2
Application number: JP2000072988A
Authority: JP
Inventors: 弘横川; 勝横山; 謙司河野; 健治椿; 哲夫筒井
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1999-11-10
Filing date: 2000-03-15
Publication date: 2009-06-17
Anticipated expiration: 2020-03-15
Also published as: JP2001202827A

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素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、情報化社会の進展に伴って、各種のディスプレイが開発されている。その中で、自発光型の電子ディスプレイとして特に期待されているものの一つに、ＥＬ素子（エレクトロルミネッセンス素子、電界発光素子）がある。ＥＬ素子は物質に電界を印加したときに発光を生じる現象を利用したものであり、無機ＥＬ層あるいは有機ＥＬ層を電極で挟んだ構造に形成されている。
【０００３】
図１１はその一例の有機ＥＬ素子の基本構造を示すものであり、ガラス板１１の上に酸化インジウム錫（ＩＴＯ）からなる陽極の透明電極１２、有機ＥＬ層１３、陰極の背面金属電極１４を積層した構造に形成されている。このものでは、透明電極１２から注入されたホールと背面金属電極１４から注入された電子が有機ＥＬ層１３で再結合し、発光中心である蛍光色素などを励起することにより発光するものである。そして有機ＥＬ層１３から発光した光は、直接、あるいはアルミニウムなどで形成される背面金属電極１４で反射して、ガラス板１１から出射する。
【０００４】
ここで、発光素子の内部で発生した光が発光素子の外部へ取り出される取り出し率ηは、古典光学の法則により、屈折率ｎの媒体中から屈折率１．０の空気中に出射される際の全反射の臨界角θｃで決まる。屈折の法則からこの臨界角θｃは次の式（１）で与えられる。
【０００５】
ｓｉｎθｃ＝１／ｎ（１）
そして取り出し率ηは、屈折率ｎの媒体から空気中へ通過する光量と発生した全光量（媒体と空気の界面で全反射される光量と空気中へ通過する光量の和）の比から次の式（２）で求められる。
【０００６】
η＝１−（ｎ^２−１）^１／２／ｎ（２）
尚、媒体の屈折率ｎが１．５より大きい場合には次の近似式（３）を用いることができるが、媒体の屈折率ｎが１．００に極めて近い場合は上記の式（２）を用いる必要がある。
【０００７】
η＝１／（２ｎ^２）（３）
ここで、ＥＬ素子において有機ＥＬ層１３や透明電極１２の厚みは光の波長より短いので、ガラス板１１の屈折率が主として取り出し率ηに寄与することになる。そしてガラスの屈折率ｎは一般に１．５〜１．６程度であるので、（３）式から、取り出し率ηは約０．２（約２０％）になる。残りの約８０％はガラス板１１と空気の界面の全反射によって導波光として失われているものである。
【０００８】
上記では発光体として無機あるいは有機ＥＬ層を用いた例で説明したが、発光体としてＰＬ（フォトルミネッセンス）発光層１５を用いたＰＬ発光素子の場合も同様である。すなわち、図１２はＰＬ発光素子の基本構造を示すものであり、ガラス板１１の上にＰＬ発光層１５を積層した構造に形成されている。このものでは、ＰＬ発光層１５に紫外線などの光が照射されると、ＰＬ発光層１５が発光し、ガラス板１１から出射する。そしてこのものにあっても、上記と同様に取り出し率ηが低く、多くの光は導波光として失われている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
このように、ＥＬ素子やＰＬ発光素子内部で発生した発光を大気中に取り出す場合の取り出し率は低く、このことはＥＬ素子やＰＬ発光素子に限らず、内部で発生した面状発光を大気中に取り出す発光素子全般において問題になるものであった。
【００１０】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、光を外部に取り出す取り出し率が高く、表面の輝度が高い発光素子を提供することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る発光素子は、屈折率が１．００３〜１．３００の低屈折率体１の片側の表面に接して透明導電性膜２を有すると共に他方の表面に接して透明体３を有する透明導電性基板Ａの、低屈折率体１と反対側の透明導電性膜２の表面に接して、発光層４を有することを特徴とするものである。
【００１２】
また、発光層４で発光した光は透明導電性膜２、低屈折率体１及び透明体３を通過して透明体３の低屈折率体１とは反対側の面から出射されるものであることを特徴とするものである。
【００１３】
また請求項２の発明は、請求項１において、低屈折率体１がシリカエアロゲル１ａであることを特徴とするものである。
【００１５】
また請求項３の発明は、請求項１又は２において、透明導電性膜２が酸化インジウム錫、酸化インジウム亜鉛、酸化亜鉛アルミニウム、銀、クロムから選ばれた材料で形成されたものであることを特徴とするものである。
【００１６】
また請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれかにおいて、透明体３がガラス又は透明樹脂で形成されたものであることを特徴とするものである。
【００１７】
また請求項５の発明は、請求項２乃至４のいずれかにおいて、低屈折率体１がシリカエアロゲル１ａであり、シリカエアロゲル１ａは透明体３の上に薄膜状に形成されたものであることを特徴とするものである。
【００１８】
また請求項６の発明は、請求項２乃至５のいずれかにおいて、低屈折率体１がシリカエアロゲル１ａであり、シリカエアロゲル１ａは疎水化処理されたものであることを特徴とするものである。
【００１９】
また請求項７の発明は、請求項１乃至６において、発光層４は有機ＥＬ層４ａであることを特徴とするものである。
【００２０】
また請求項８の発明は、請求項１乃至６において、発光層４は無機ＥＬ層４ｂであることを特徴とするものである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００２２】
図１は透明導電性基板Ａの一例を示すものであり、低屈折率体１の一方の表面に透明導電性膜２を積層した構造に形成してある。ここで、この低屈折率体１は、屈折率が１．００３〜１．３００の範囲の値を持つ透明材料を面状に形成したものである。低屈折率体１の屈折率が１．３００を超えるものであると、光の取り出し率ηの高い発光素子を得ることが困難になる。低屈折率体１は屈折率が低いほど望ましいが、後述のシリカエアロゲルを含めて屈折率を小さくするには限界があり、１．００３が実用上の下限である。また低屈折率体１の厚みは１．０μｍ以上であるが、厚みの上限は２ｍｍに設定するのが好ましい。低屈折率体１を２ｍｍを超える厚みで形成しても、後述の光の取り出し率に大差はなく、効率的でないからである。
【００２３】
このような低屈折率体１としては、シリカエアロゲルが最も好ましいものとして用いることができる。シリカエアロゲルは透明で且つ空気並みの屈折率を有するので、前述の式（２）から得られる光の外部への取り出し率ηを１（１００％）近くまで向上させることが可能になるものである。
【００２４】
シリカエアロゲルは、米国特許第４４０２８２７号公報、同第４４３２９５６号公報、同第４６１０８６３号公報で提供されているように、アルコキシシラン（シリコンアルコキシド、アルキルシリケートとも称される）の加水分解、重合反応によって得られたシリカ骨格からなる湿潤状態のゲル状化合物を、アルコールあるいは二酸化炭素等の溶媒（分散媒）の存在下で、この溶媒の臨界点以上の超臨界状態で乾燥することによって製造することができる。超臨界乾燥は、例えばゲル状化合物を液化二酸化炭素中に浸漬し、ゲル状化合物が含む溶媒の全部又は一部をこの溶媒よりも臨界点が低い液化二酸化炭素に置換し、この後、二酸化炭素の単独系、あるいは二酸化炭素と溶媒との混合系の超臨界条件下で乾燥することによって、行なうことができる。
【００２５】
またシリカエアロゲルは、米国特許第５１３７２７９号公報、同第５１２４３６４号公報で提供されているように、ケイ酸ナトリウムを原料として、上記と同様にして製造することができる。
【００２６】
ここで、特開平５−２７９０１１号公報、特開平７−１３８３７５号公報に開示されているように、上記のようにしてアルコキシシランの加水分解、重合反応によって得られたゲル状化合物を疎水化処理することによって、シリカエアロゲルに疎水性を付与することが好ましい。このように疎水性を付与した疎水性シリカエアロゲルは、湿気や水等が浸入し難くなり、シリカエアロゲルの屈折率や光透過性等の性能が劣化することを防ぐことができるものである。
【００２７】
この疎水化処理の工程は、ゲル状化合物を超臨界乾燥する前、あるいは超臨界乾燥中に行なうことができる。疎水化処理は、ゲル状化合物の表面に存在するシラノール基の水酸基を疎水化処理剤の官能基と反応させ、疎水化処理剤の疎水基と置換させることによって疎水化するために行なうものである。疎水化処理を行なう手法としては、例えば、疎水化処理剤を溶媒に溶解させた疎水化処理液中にゲルを浸漬し、混合するなどしてゲル内に疎水化処理剤を浸透させた後、必要に応じて加熱して、疎水化反応を行なわせる方法がある。
【００２８】
ここで、疎水化処理に用いる溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール、イソプロパノール、キシレン、トルエン、ベンゼン、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、ヘキサメチルジシロキサン等を挙げることができるが、疎水化処理剤が容易に溶解し、かつ、疎水化処理前のゲルが含有する溶媒と置換可能なものであればよく、これらに限定されるものではない。また後の工程で超臨界乾燥が行なわれる場合、超臨界乾燥の容易な媒体、例えばメタノール、エタノール、イソプロパノール、液体二酸化炭素などと同一種類もしくはそれと置換可能なものが好ましい。また疎水化処理剤としては例えば、ヘキサメチルジシラザン、ヘキサメチルジシロキサン、トリメチルメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、トリメチルエトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、メチルトリエトキシシラン等を挙げることができる。
【００２９】
上記のようにして得られるシリカエアロゲルの屈折率は、シリカエアロゲルの原料配合比によって自由に変化させることができるが、シリカエアロゲルの透明性等の性能を確保するためには、１．００８〜１．１８の範囲に屈折率を調整するのが好ましい。
【００３０】
一方、シリカエアロゲル１ａの低屈折率体１の表面に設けられる透明導電性膜２は、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、酸化インジウム亜鉛、酸化亜鉛アルミニウム、銀、クロム等を用いて形成することができるが、透明性やシート抵抗（透明導電性膜の表面導電性を示す指標）、仕事関数の点から、酸化インジウム錫が特に好ましい。透明導電性膜２の膜厚は、透明性やシート抵抗を確保するために、１５０〜４００ｎｍ程度が好ましい。低屈折率体１の表面に透明導電性膜２を形成する方法は、特に制限されるものではなく、低屈折率体１の表面にＩＴＯ等の材料をコーティングする方法や、スパッタリングする方法など、従来から周知の方法を採用することができる。
【００３１】
図２は本発明に係る透明導電性基板Ａの実施の形態の一例を示すものであり、シリカエアロゲル１ａによる低屈折率体１の一方の表面に透明導電性膜２を設けると共に他方の表面に透明体３を設けた構造に形成してある。透明体３は発光素子の強度を担持する基板としての作用をなすものであり、その厚みは強度を保持できるものであればよく特に制限されない。このように低屈折率体１に透明体３を付加するようにしても、低屈折率体１は屈折率が１に近いために、光の取り出し率ηを低下させるようなことはない。すなわち、発光した光が一旦、屈折率が１に近く、１．０μｍ以上の厚みを有する低屈折率体１中に出射されると、この光が屈折率が１よりもはるかに大きい透明体３を通過しても光の全量を空気中に取り出すことができるのは、古典光学の屈折の法則が教えるところである。ここで、透明体３としては、ガラスの他、アクリル樹脂、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等の透明樹脂を用いることができる。透明体３とシリカエアロゲル１ａによる低屈折率体１を積層する方法は、シリカエアロゲル作製時のゾル−ゲル反応段階で、ディップコーティング法やスピンコーティング法で透明体３の表面にアルコキシシラン溶液をコーティングする方法などを採用することができる。シリカエアロゲル１ａによる低屈折率体１の厚みは特に限定されない。
【００３２】
次に、上記のように作製される透明導電性基板Ａを用いた発光素子について説明する。
【００３３】
図３は有機ＥＬ発光素子の構造例を示すものであり、上記の図１や図２の透明導電性基板Ａにおいて、透明導電性膜２の低屈折率体１と反対側の表面に発光層４として有機ＥＬ層４ａを設け、さらに有機ＥＬ層４ａの透明導電性膜２と反対側の表面に背面金属電極１４が設けてある。この有機ＥＬ層４ａとしては、一般に有機ＥＬとして用いられている低分子色素系材料や共役高分子系材料などで形成することができる。またこの有機ＥＬ層４ａはホール注入層、ホール輸送層、電子輸送層、電子注入層などの層との積層多層構造であってもよい。背面金属電極１４としては、アルミニウム、銀−マグネシウム、カルシウム等の金属を用いることができる。図３（ａ）は低屈折率体１の外側に透明体３を設けていない有機ＥＬ発光素子を、図３（ｂ）は低屈折率体１の外側に透明体３を設けている有機ＥＬ発光素子を、それぞれ示す。
【００３４】
そして上記のように形成される有機ＥＬ発光素子にあって、透明導電性膜２と背面金属電極１４の間に直流電源１７を接続して、有機ＥＬ層４ａに電界を印加すると、有機ＥＬ層４ａ内で発光する。この有機ＥＬ層４ａから発光した光は図３に矢印で示すように、直接、あるいは背面金属電極１４で反射して、透明導電性膜２及び低屈折率体１さらに透明体３から出射する。このとき、シリカエアロゲル１ａなどで形成される低屈折率体１は、屈折率が非常に小さくて１に近いので、上記の（２）式から導かれるように、光の取り出し率ηは高くなるものである。尚、有機ＥＬ層４ａと低屈折率体１の間には透明導電性膜２が介在しているが、透明導電性膜２の厚みは光の波長よりも小さいため、光の取り出し率ηに影響を与えることはない。
【００３５】
図４は無機ＥＬ発光素子の構造例を示すものであり、上記の図１や図２の透明導電性基板Ａにおいて、透明導電性膜２の低屈折率体１と反対側の表面に発光層４として無機ＥＬ層４ｂを設け、さらに無機ＥＬ層４ｂの透明導電性膜２と反対側の表面に背面金属電極１４が設けてある。この無機ＥＬ層４ｂとしては、一般に無機ＥＬとして用いられている無機蛍光体材料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。この無機ＥＬ層４ｂの両面には絶縁層を形成しておくのが好ましい。図４（ａ）は低屈折率体１の外側に透明体３を設けていない無機ＥＬ発光素子を、図４（ｂ）は低屈折率体１の外側に透明体３を設けている無機ＥＬ発光素子を、それぞれ示す。
【００３６】
上記のように形成される無機ＥＬ発光素子にあって、透明導電性膜２と背面金属電極１４の間に交流電源１８を接続して、無機ＥＬ層４ｂに電界を印加すると、無機ＥＬ層４ｂ内で発光する。この無機ＥＬ層４ｂから発光した光は図４に矢印で示すように、直接、あるいは背面金属電極１４で反射して、透明導電性膜２及び低屈折率体１さらに透明体３から出射する。このとき、シリカエアロゲル１ａなどで形成される低屈折率体１は、屈折率が非常に小さくて１に近いので、上記の（２）式から導かれるように、光の取り出し率ηは高くなるものである。
【００３７】
次に、図５は発光素子の他の一例を示すものであり、シリカエアロゲル１ａで形成される低屈折率体１の表面にＰＬ発光層５を設けた構造のＰＬ発光素子を示すものである。ＰＬ発光層５は、光をエネルギーとしてＰＬ（フォトルミネッセンス）発光するＰＬ発光材料で形成されるものであり、無機材料、有機材料、希土類金属錯体などＰＬ発光す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。図５（ａ）は低屈折率体１の外側に透明体３を設けていないＰＬ発光素子を、図５（ｂ）は低屈折率体１の外側に透明体３を設けているＰＬ発光素子を、それぞれ示す。
【００３８】
上記のように形成されるＰＬ発光素子にあって、ＰＬ発光層５によるＰＬ発光は光をエネルギーとして発光するので、電極を設けて電界を印加する必要はないが、ＰＬ発光層５の担持基板として低屈折率体１を用いてＰＬ発光素子を形成するようにしたものである。そしてＰＬ発光層５から発光した光は図５に矢印で示すように、低屈折率体１さらに透明体３から出射するが、シリカエアロゲル１ａなどで形成される低屈折率体１は、屈折率が非常に小さくて１に近いので、上記の（２）式から導かれるように、光の取り出し率ηが高くなり、取り出し率ηの優れたＰＬ発光素子を得ることができるものである。
【００３９】
図６は、図５（ｂ）の構成のＰＬ発光素子によって形成した平面発光板の一例を示すものであり、透明体３としてガラス板１１を用い、ガラス板１１の片側の表面に低屈折率体１としてシリカエアロゲルの薄膜１６を積層して設けると共に、シリカエアロゲル薄膜１６の表面にＰＬ発光層５を設けて形成してある。ガラス板１１の表面へのシリカエアロゲル薄膜１６の形成は、既述のシリカエアロゲル作製時のゾル−ゲル反応段階で、アルコキシシラン溶液をディップコーティング法やスピンコーティング法でコーティングし、そして乾燥することによって行なうことができる。
【００４０】
またＰＬ発光層５は上記のようなＰＬ発光材料で形成することができるが、主としてＹ_２Ｏ_３：Ｅｕ（赤）、ＬａＰＯ_４：Ｃｅ，Ｔｂ（緑）、ＢａＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７：Ｅｕ（青）などの無機蛍光体を用いるものであり、必要とする色や、照射される紫外線の波長に応じて適宜選択して使用されるものである。シリカエアロゲル薄膜１６の表面にＰＬ発光層５を形成するにあたっては、印刷法やスパッタリング法などで行なうことができる。
【００４１】
印刷法は、蛍光体を必要に応じてポリマーや水と混合してスラリーを調製し、このスラリーをシリカエアロゲル薄膜１６の表面に塗布して乾燥した後に、５００℃以上の高温で焼成することによって行なうものであり、有機系のスラリーを用いる場合と水系のスラリーを用いる場合がある。有機系の場合は、Ｙ_２Ｏ_３：Ｅｕなどの蛍光体と結着剤を有機溶媒に分散させて調製したスラリーを用い、このスラリーをガラス板１１の表面に塗布し、５００〜６００℃で焼成することによって、溶媒をとばしてＰＬ発光層５を形成するものである。また水系の場合は、Ｙ_２Ｏ_３：Ｅｕなどの蛍光体と結着剤を増粘剤と純水と界面活性剤の溶液に分散させて調製したスラリーを用い、このスラリーをガラス板１１の表面に塗布し、５００〜６００℃で焼成することによって、水と増粘剤をとばしてＰＬ発光層５を形成するものである。増粘剤は蛍光体の結着力を上げるためのものであり、例えばアルミナゾルを用いることができる。
【００４２】
またスパッタ法は、出力１００〜３００Ｗ、温度２００〜４００℃、真空度０．７〜１Ｐａ程度の条件に設定して行なうことができる。
【００４３】
ＰＬ発光層５の厚みは特に制限されるものではないが、印刷法でＰＬ発光層５を形成する場合は０．１μｍ〜５００μｍ程度がこのましい。またスパッタ法でＰＬ発光層５を形成する場合は０．０５μｍ〜１μｍ程度で、薄いほど好ましいが、必要発光量との兼ね合いで適宜設定するのがよい。このようにシリカエアロゲル薄膜１６の表面にＰＬ発光層５を形成するにあたって、ＰＬ発光層５の蛍光体がシリカエアロゲル薄膜１６に浸透し、アンカー効果でＰＬ発光層５を密着強度高くシリカエアロゲル薄膜１６に積層することができ、シリカエアロゲル薄膜１６を介して強固にＰＬ発光層５をガラス板１１に固着することができるものである。
【００４４】
上記のように形成される平面発光板にあって、ＰＬ発光層５に紫外線を照射すると、ＰＬ発光層５は紫外線によって励起されて発光し、このようにＰＬ発光層５で発光した光はシリカエアロゲル薄膜１６を通してガラス板１１に入射され、ガラス板１１の表面から出射する。ここで、ＰＬ発光層５とガラス板１１の間に屈折率が１に近いシリカエアロゲル薄膜１６が設けられているために、ＰＬ発光層５から発光した光は小さい入射角でガラス板１１に入射して、ガラス板１１の表面から出射するものであり、導波光として失われる率が小さくなって、ガラス板１１の表面からの取り出し率が高くなり、平面発光板の表面は輝度が高くなるものである。
【００４５】
図６の例では、ＰＬ発光層５とシリカエアロゲル薄膜１６とを別の独立した層として形成したが、図７の例では、ＰＬ発光層５を蛍光体粒子を分散又は担持させたシリカエアロゲル薄膜１６で形成し、ＰＬ発光層５とシリカエアロゲル薄膜１６を一つの層に形成するようにしてある。このようなＰＬ発光層５を蛍光体粒子を分散又は担持させたエアロゲル薄膜１６で形成するにあたっては、上記の蛍光体の微粒子を混合したアルコキシシラン溶液を調製し、この蛍光体粒子を混合したアルコキシシラン溶液をガラス板１１の表面に既述のようにコーティングして乾燥することによって、行なうことができる。アルコキシシラン溶液への蛍光体粒子の混合比は、アルコキシシラン溶液に対して１０〜６０容積％程度に設定するのが好ましく、また蛍光体粒子の粒子径としては、特に制限されないが０．１〜１００μｍ程度で、微細なほど好ましい。またこのものでは、蛍光体粒子はシリカエアロゲル中に密に均一に分散した状態で、シリカエアロゲルがバインダーの役割を担ってガラス板１１に密着するものである。必要に応じて焼成すると密着性はさらに向上する。
【００４６】
このように形成される平面発光板にあって、ＰＬ発光層５でもあるシリカエアロゲル薄膜１６に紫外線を照射すると、シリカエアロゲル薄膜１６中の蛍光体粒子が紫外線で励起されて発光する。このようにシリカエアロゲル薄膜１６で発光した光はガラス板１１に入射され、ガラス板１１の表面から出射する。このものにあって、光は屈折率が１に近いシリカエアロゲル薄膜１６から小さい入射角でガラス板１１に入射して、ガラス板１１の表面から出射するものであり、導波光として失われる率が小さくなって、ガラス板１１の表面からの取り出し率が高くなり、平面発光板の表面は輝度が高くなるものである。
【００４７】
上記のように形成される平面発光板Ｂは、平面蛍光ランプの発光面として用いることができる。図８（ａ）（ｂ）はそれぞれ図６や図７の平面発光板Ｂを用いた平面蛍光ランプの一例を示すものであり、２枚の平面発光板ＢをＰＬ発光層５やシリカエアロゲル薄膜１６を設けた側を対向させて平行に配置し、その四周の側端部間にシール材２０を設けることによって、２枚の平面発光板Ｂとシール材２０で囲まれる密閉空間２１を形成し、この密閉空間２１内に一対の放電電極２２が設けてある。密閉空間２１内には水銀やあるいはＸｅ、Ｎｅ、Ｋｒ又はこれらの混合ガスなどの希ガスが封入してある。
【００４８】
このように形成される平面蛍光ランプにあって、放電電極２２に電圧を印加してグロー放電させると、放電電極２２から放出された熱電子により放電プラズマが生成し、プラズマ中の水銀や希ガスから紫外線が発せられる。この紫外線の波長は励起物質によって異なるが、１８５ｎｍや２５４ｎｍであり、この紫外線が平面発光板ＢのＰＬ発光層５やシリカエアロゲル薄膜１６中の蛍光体に照射されると、蛍光体が励起されて可視光が発せられ、平面発光板Ｂを発光させてランプとしての機能を発現させることができるものである。小型の平面蛍光ランプの場合には、水銀を用いず、希ガスの放電により発生する真空紫外線（波長１４７ｎｍ）で蛍光体を発光させるようにするのがよい。従ってこの場合には蛍光体として真空紫外線に対して励起感度が高いものを用いるのが好ましい。
【００４９】
また上記のように形成される平面発光板Ｂは、プラズマディスプレイの発光面として用いることができる。図９（ａ）（ｂ）はそれぞれ図６や図７の平面発光板Ｂを用いたプラズマディスプレイの一例を示すものであり、誘電体２３を挟んだ一対の電極２４を表面に設けた基板２５の表面に、平面発光板ＢをＰＬ発光層５やシリカエアロゲル薄膜１６を設けた側を対向させて平行に配置し、その四周の側端部間に隔壁２６を設けることによって、平面発光板Ｂと基板２５と隔壁２６で囲まれる密閉空間２７を形成し、この密閉空間２７内にＮｅ−Ｘｅガスなどの希ガスが封入してある。
【００５０】
このように形成されるプラズマディスプレイにあって、電極２４に電圧を印加してグロー放電させると、電極２４から放出された熱電子により放電プラズマが生成し、プラズマ中の希ガスから紫外線が発せられ、この紫外線が平面発光板ＢのＰＬ発光層５やシリカエアロゲル薄膜１６中の蛍光体に照射されると、蛍光体が励起されて可視光が発せられ、平面発光板Ｂを発光させてディスプレイ表示を行なわせることができるものである。
【００５１】
【実施例】
次に、本発明を実施例によって具体的に説明する。
【００５２】
（参考例１）
テトラメトキシシランのオリゴマー（コルコート社製「メチルシリケート５１」）とメタノールを質量比４７：８１で混合してＡ液を調製し、また水、２８質量％アンモニア水、メタノールを質量比５０：１：８１で混合してＢ液を調製した。そしてＡ液とＢ液を１６：１７の質量比で混合して得たアルコキシシラン溶液を、厚み１．１ｍｍ、屈折率１．５５のスライドガラスで形成される透明体３の片側表面上に滴下し、７００ｍｉｎ^−１の回転数で１０秒間スピンコーティングした。次いで、アルコキシシランをゲル化させた後、水：２８質量％アンモニア水：メタノール＝１６２：４：６４０の質量比の組成の養生溶液中に浸漬し、室温にて１昼夜養生した。次に、このようにして養生を行なった薄膜状のゲル状化合物を、ヘキサメチルジシラザンの１０質量％イソプロパノール溶液中に浸漬し、疎水化処理をした。このようにして透明体３の表面に形成した薄膜状のゲル状化合物をイソプロパノール中へ浸漬して洗浄した後、高圧容器中に入れ、高圧容器内を液化炭酸ガスで満たし、８０℃、１６ＭＰａの条件で超臨界乾燥をすることによって、透明体３の表面に屈折率１．０３、膜厚３０μｍのシリカエアロゲル１ａによる低屈折率体１を形成した。
【００５３】
そして、この低屈折率体１の透明体３と反対側の表面に、アルミキノリノール錯体（トリス（８−ヒドロキノリン）アルミニウム：（株）同仁化学研究所製）を５０ｎｍの厚みで真空蒸着してＰＬ発光層５を設け、図５（ｂ）の構造のＰＬ発光素子を作製した。
【００５４】
（比較参考例１）
シリカエアロゲル１ａによる低屈折率体１を形成せずに、スライドガラスで形成される透明体３の片側の表面に、参考例１と同様にしてＰＬ発光層５を設け、ＰＬ発光素子を作製した。
【００５５】
参考例１及び比較参考例１で得たＰＬ発光素子にブラックライト（紫外線）を照射し、透明体３側から蛍光発光を観察した。結果を図１０に示す。図１０（ａ）は参考例１のＰＬ発光素子の写真、図１０（ｂ）は比較参考例１のＰＬ発光素子の写真を示すものであり、参考例１のものではＰＬ発光層５で発生した蛍光は、図１０（ａ）にみられるように表面から直接面状に光るのみで、導波光として側端から失われる成分はほとんどないのに対して、比較参考例１のものでは図１０（ｂ）にみられるように側端面が強く発光しており、ＰＬ発光層５で発生した蛍光は多くが導波光として側端から失われているものであった。
【００５６】
（参考例２）
参考例１と同様にして得たアルコキシシラン溶液をスチロール製容器内に注型し、この容器を密閉した後に、室温で放置することによってゲル化・養生を行なった。あとは参考例１と同様にして疎水化処理及び超臨界乾燥を行なうことによって、屈折率が１．０３のシリカエアロゲル１ａによる１ｃｍ×１ｃｍ×０．５ｃｍの低屈折率体１を得た。
【００５７】
そしてこの低屈折率体１の片側の表面に、スパッタ法で厚み３００ｎｍの酸化インジウム錫（ＩＴＯ）の膜を設けて透明導電性膜２を形成し、図１の構造の透明導電性基板Ａを作製した。次に、透明導電性膜２の低屈折率体１と反対側の表面に、Ｎ，Ｎ−ジフェニル−Ｎ，Ｎ−ビス３−メチル−フェニル−１，１−ジフェニル−４，４ジアミン（（株）同仁化学研究所製）を５０ｎｍの厚みで真空蒸着すると共にさらにアルミキノリノール錯体（トリス（８−ヒドロキノリン）アルミニウム：（株）同仁化学研究所製）を５０ｎｍの厚みで真空蒸着することよって、ホール輸送層と発光層からなる有機ＥＬ層４ａを設け、さらに有機ＥＬ層４ａにアルミニウムを１５０ｎｍの厚みで真空蒸着して背面金属電極１４を設け、図３（ａ）の構造の有機ＥＬ発光素子を作製した。
【００５８】
（実施例１）
２０ｍｍ×２０ｍｍ×厚み１．１ｍｍ、屈折率１．５５のガラス板で形成される透明体３の片側の表面に、参考例１と同様にしてスピンコーティング法で屈折率１．０３、膜厚１００μｍのシリカエアロゲル１ａを設けて低屈折率体１を形成し、この低屈折率体１にスパッタ法で厚み３００ｎｍの酸化インジウム錫（ＩＴＯ）の膜を設けて透明導電性膜２を形成し、図２の構造の透明導電性基板Ａを作製した。この透明導電性基板Ａを用い、後は参考例２と同様にして有機ＥＬ層４ａ、背面金属電極１４を設けて図３（ｂ）の構造の有機ＥＬ発光素子を作製した。
【００５９】
（比較例１）
シリカエアロゲル１ａの低屈折率体１の代わりに厚み１．１ｍｍ、屈折率１．５５のガラス板を用い、その他は参考例２と同様にして有機ＥＬ発光素子を作製した。
【００６０】
（参考例３）
参考例２と同様にして図１の構造の透明導電性基板Ａを作製した。次に、この透明導電性基板Ａの透明導電性膜２の表面に絶縁層として厚み０．４μｍのＳｉ₃Ｎ₄をスパッタリング法で形成し、その上に電子ビーム蒸着法で厚み１．０μｍのＺｎＳ：Ｍｎ（Ｍｎ濃度０．５質量％）の膜を設けて無機ＥＬ層４ｂを設け、さらにその上に絶縁層として厚み０．４μｍのＳｉ₃Ｎ₄をスパッタリング法で形成した。そして無機ＥＬ層４ｂにアルミニウムを１５０ｎｍの厚みで真空蒸着して背面金属電極１４を設け、図４（ａ）の構造の無機ＥＬ発光素子を作製した。
【００６１】
（実施例２）
実施例１と同様にして図２の構造の透明導電性基板Ａを作製した。この透明導電性基板Ａを用い、後は参考例３と同様にして無機ＥＬ層４ｂ、背面金属電極１４を設けて図４（ｂ）の構造の無機ＥＬ発光素子を作製した。
【００６２】
（比較例２）
シリカエアロゲル１ａの低屈折率体１の代わりに厚み１．１ｍｍ、屈折率１．５５のガラス板を用い、その他は参考例３と同様にして無機ＥＬ発光素子を作製した。
【００６３】
上記の参考例２，実施例１及び比較例１で作製した有機ＥＬ発光素子の透明導電性膜２と背面金属電極１４に１０Ｖの直流電源１７を接続し、表面の輝度を輝度計（ミノルタ社製ＬＳ−１１０）で測定した。また上記の参考例３，実施例２及び比較例２で作製した無機ＥＬ発光素子の透明導電性膜２と背面金属電極１４に１００Ｖ、４００Ｈｚの交流電源１８を接続し、表面の輝度を輝度計（ミノルタ社製ＬＳ−１１０）で測定した。これらの結果を表１に示す。
【００６４】
【表１】
【００６５】
表１にみられるように、参考例２，実施例１は発光素子の輝度が比較例１よりも高く、光の外部取り出し率ηが高いことが確認され、また参考例３，実施例２は発光素子の輝度が比較例２よりも高く、光の外部取り出し率ηが高いことが確認される。
【００６６】
（参考例４）
屈折率１．５５のガラス板１１の表面に、シリカ（デグサ社製）１．５ｇを増粘剤としてニトロセルロースを２．０質量％含む酢酸ブチル１７．５ｇと酢酸ブチル４３．３ｇに分散させたスラリーを塗布し、乾燥させることによって、ガラス板１１の表面に保護膜を形成した。
【００６７】
一方、テトラメトキシシランのオリゴマー（コルコート社製「メチルシリケート５１」）とメタノールを質量比４７：８１で混合してＡ液を調製し、また水、２８質量％アンモニア水、メタノールを質量比５０：１：８１で混合してＢ液を調製した。そしてＡ液とＢ液を１６：１７の質量比で混合して得たアルコキシシラン溶液を、ガラス板１１の保護膜を形成した表面上に滴下し、スピンコーターの回転室にこのガラス板１１を入れ、ガラス板１１を回転させてガラス板１１の表面にアルコキシシラン溶液をスピンコーティングした。ここで、スピンコーターの回転室には予めメタノールを入れてメタノール雰囲気になるようにしてあり、またガラス板１１の回転は７００ｒｐｍで１０秒間行なった。このようにアルコキシシラン溶液をスピンコーティングした後、３分間放置してアルコキシシランをゲル化させ、次いでこの薄膜状のゲル状化合物を形成したガラス板を、水：２８質量％アンモニア水：メタノール＝１６２：４：６４０の質量比の組成の養生溶液中に浸漬し、室温にて１昼夜養生した。次に、ガラス板１１の表面に形成した薄膜状のゲル状化合物をイソプロパノール中へ浸漬することで洗浄した後、高圧容器中に入れ、高圧容器内を液化炭酸ガスで満たし、８０℃、１６ＭＰａ、２時間の条件で超臨界乾燥をすることによって、ガラス板１１の表面に膜厚２０μｍのシリカエアロゲル薄膜１６を積層して形成した。
【００６８】
次に、Ｙ_２Ｏ_３：Ｅｕ（蛍光体粒子）２４ｇとアルミナゾル（日産化学社製結着剤）１２ｍｇを、３．０質量％濃度のポリエチレンオキサイド水溶液（増粘剤）２５ｇと純水５ｇと０．５質量％濃度の界面活性剤水溶液の混合液に分散させたスラリーを調製し、このスラリーをガラス基板１１のシリカエアロゲル薄膜１６を形成した表面に塗布し、６００℃で１０分間焼成を行なって、溶媒や増粘剤を除去することによって、Ｙ_２Ｏ_３：Ｅｕからなる厚み３０μｍのＰＬ発光層５を形成し、図６の構造の平面発光板Ｂを作製した。
【００６９】
（参考例５）
参考例１と同様にしてガラス板１１の表面に保護膜及びシリカエアロゲル薄膜１６を形成した。次にシリカエアロゲル薄膜１６の表面に、４００℃、０．７Ｐａ、２００Ｗの条件でスパッタリングすることによって、厚み１００ｎｍのＹ₂Ｏ₃：Ｅｕを製膜してＰＬ発光層５を形成し、図６の構造の平面発光板Ｂを作製した。
【００７０】
（参考例６）
テトラメトキシシランのオリゴマー（コルコート社製「メチルシリケート５１」）とメタノールを質量比４７：８１で混合してＡ液を調製し、また水、２８質量％アンモニア水、メタノールを質量比５０：１：８１で混合してＢ液を調製した。そして蛍光体粒子としてＹ₂Ｏ₃：Ｅｕを用い、蛍光体粒子とＡ液とＢ液を４０：２９：３１の容積比で混合することによって、蛍光体粒子を分散したアルコキシシラン溶液を調製し、混合開始後１分３０秒、混合終了後５０秒経過した時点で、参考例１と同様にして保護膜を形成したガラス板１１の表面に滴下し、参考例１と同様にしてスピンコーティングした。さらに参考例１と同様にしてゲル化、養生、超臨界乾燥して膜厚２０μｍの蛍光体含有シリカエアロゲル薄膜１６を形成することによって、図７の構造の平面発光板Ｂを作製した。
【００７１】
（比較参考例２）
参考例４と同様にしてガラス板１１の表面に保護膜を形成した後、シリカエアロゲル薄膜１６を形成することなく、この上に参考例４と同様にして印刷法でＹ₂Ｏ₃：ＥｕのＰＬ発光層５を形成し、平面発光板を作製した。
【００７２】
（比較参考例３）
参考例５と同様にしてガラス板１１の表面に保護膜を形成した後、シリカエアロゲル薄膜１６を形成することなく、この上に参考例５と同様にしてスパッタ法でＹ₂Ｏ₃：ＥｕのＰＬ発光層５を形成し、平面発光板を作製した。
【００７３】
上記の参考例４〜６及び比較参考例２，３で得た平面発光板を用いて図８のような平面蛍光ランプを作製した。そして密閉空間にＨｅとＸｅの希ガスを封入してグロー放電させることによって発生した１４７ｎｍの紫外線により、平面発光板を発光させ、平面発光板の表面の輝度を法線に対して４５°の角度から測定した。結果を表２に示す。
【００７４】
【表２】
【００７５】
表２に示すように、各参考例のものは表面の輝度が高く、明るい平面蛍光ランプを得ることができるものであった。
【００７６】
【発明の効果】
上記のように本発明の請求項１に係る発光素子は、屈折率が１．００３〜１．３００の低屈折率体の片側の表面に接して透明導電性膜を有すると共に他方の表面に接して透明体を有する透明導電性基板の、低屈折率体と反対側の透明導電性膜の表面に接して、発光層を有し、発光層で発光した光は透明導電性膜、低屈折率体及び透明体を通過して透明体の低屈折率体とは反対側の面から出射されるものであることを特徴とするものであり、発光層で発光した光を大気に取り出すにあたって、低屈折率体を通過する光は大気への取り出し率が高くなり、光を外部に取り出す取り出し率が高い発光素子を作製することができるものである。また、透明体を強度担持基板とすることができ、低屈折率体を薄い厚みで形成することができるものである。
【００７８】
また請求項２の発明は、低屈折率体がシリカエアロゲルであるので、低屈折率体を１に近い低屈折率に形成することができるものである。
【００８０】
また請求項３の発明は、透明導電性膜が酸化インジウム錫、酸化インジウム亜鉛、酸化亜鉛アルミニウム、銀、クロムから選ばれた材料で形成されたものであるので、透明性の高い透明導電性膜を形成することができるものである。
【００８１】
また請求項４の発明は、透明体がガラス又は透明樹脂で形成されたものであるので、透明体を強度高く形成することができるものである。
【００８２】
また請求項５の発明は、透明体の上に、スピンコーティング又はディップコーティングすると共に超臨界乾燥してシリカエアロゲルが形成されているので、シリカエアロゲルによる低屈折率体の形成を容易に行なうことができるものである。
【００８３】
また請求項６の発明は、シリカエアロゲルは疎水化処理されたものであるので、シリカエアロゲルの屈折率や光透過性等の性能が劣化することを防ぐことができるものである。
【００８４】
また請求項７の発明は、発光層は有機ＥＬ層であることを特徴とするので、有機ＥＬ層で発光した光を大気に取り出すにあたって、低屈折率体を通過する光は大気への取り出し率が高くなり、光を外部に取り出す取り出し率を高めることができるものである。
【００８５】
また請求項８の発明は、発光層は無機ＥＬ層であることを特徴とするので、無機ＥＬ層で発光した光を大気に取り出すにあたって、低屈折率体を通過する光は大気への取り出し率が高くなり、光を外部に取り出す取り出し率を高めることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】透明導電性基板の一例を示す断面図である。
【図２】透明導電性基板の他の一例を示す断面図である。
【図３】発光素子の一例を示すものであり、（ａ），（ｂ）は断面図である。
【図４】発光素子の他の一例を示すものであり、（ａ），（ｂ）は断面図である。
【図５】発光素子の他の一例を示すものであり、（ａ），（ｂ）は断面図である。
【図６】面発光板の一例を示す断面図である。
【図７】平面発光板の他の一例を示す断面図である。
【図８】平面蛍光ランプの一例を示すものであり、（ａ），（ｂ）は断面図である。
【図９】プラズマディスプレイの一例を示すものであり、（ａ），（ｂ）は断面図である。
【図１０】発光素子の発光状態を写した写真の複写物であり、（ａ）は参考例１を、（ｂ）は比較参考例１を示す。
【図１１】従来のＥＬ発光素子の一例を示す断面図である。
【図１２】従来のＰＬ発光素子の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１低屈折率体
１ａシリカエアロゲル
２透明導電性膜
３透明体
４発光層
４ａ有機ＥＬ層
４ｂ無機ＥＬ層

Claims

屈折率が１．００３〜１．３００の低屈折率体の片側の表面に接して透明導電性膜を有すると共に他方の表面に接して透明体を有する透明導電性基板の、低屈折率体と反対側の透明導電性膜の表面に接して、発光層を有し、発光層で発光した光は透明導電性膜、低屈折率体及び透明体を通過して透明体の低屈折率体とは反対側の面から出射されるものであることを特徴とする発光素子。
低屈折率体がシリカエアロゲルであることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
透明導電性膜が酸化インジウム錫、酸化インジウム亜鉛、酸化亜鉛アルミニウム、銀、クロムから選ばれた材料で形成されたものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の発光素子。
透明体がガラス又は透明樹脂で形成されたものであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の発光素子。
低屈折率体がシリカエアロゲルであり、シリカエアロゲルは透明体の上に薄膜状に形成されたものであることを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載の発光素子。
低屈折率体がシリカエアロゲルであり、シリカエアロゲルは疎水化処理されたものであることを特徴とする請求項２乃至５のいずれかに記載の発光素子。
発光層は有機ＥＬ層であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の発光素子。
発光層は無機ＥＬ層であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の発光素子。