JPWO2005115740A1 - 面発光体 - Google Patents
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Abstract
本発明の目的は有機エレクトロルミネセンス素子に代表される各種ディスプレイ、表示素子、液晶用バックライト及び照明等に用いられる面発光体の光取り出し効率を向上することのできる面発光体用複合薄膜保持基板を提供し、これを用いることにより高い発光効率の面発光体を提供することにある。微粒子及びバインダーを含む複合薄膜を透明性基材の表面上に製膜した透明性基板であって、複合薄膜の屈折率は透明性基材の屈折率よりも高く、複合薄膜内に含まれる微粒子とバインダーとの屈折率の差が０．１以上であり、及び複合薄膜における（微粒子の固形分質量）／（バインダーの固形分質量＋微粒子の固形分質量）が０．０１〜０．５である面発光体用複合薄膜保持基板とこれを用いた面発光体。
Description
本発明は、有機エレクトロルミネセンス素子に代表される各種ディスプレイ、表示素子、液晶用バックライト及び照明等に用いられる面発光体、ならびにこの面発光体用の透明性基板に関する。
有機エレクトロルミネセンス素子は近年フラットディスプレイの需要の高まりから新たに注目されている素子である。有機エレクトロルミネセンス素子は、従来フラットパネルディスプレイとして広く用いられてきた液晶素子に比較して優れた点を有する。すなわち自発光素子であるがゆえに視野角依存性が少ないこと、消費電力が小さいこと、きわめて薄い素子にできることである。しかしながらフラットディスプレイとするには未だに解決すべき問題点も多い。そのうち一つは素子の発光寿命が短いことである。寿命が短いとフラットディスプレイに静止画を長時間表示した場合、点灯画素と非点灯画素の間に輝度の差が生じ残像として視認されるという、残像現象があるためである。発光寿命に関係する要因は多々あるが、発光輝度を高めるためにより高い電圧を素子に印加すると、より寿命が短くなることが知られている。しかしながら有機エレクトロルミネセンス素子を用いたディスプレイの発光輝度は、低電圧の印加状態では満足できるものではなく、昼間室外でのディスプレイの視認性を確保するためには素子に高い電圧を印加して発光輝度を高める必要がある。このように有機エレクトロルミネセンス素子には、寿命を長くしようとすれば発光輝度を弱くせねばならず、視認性を高めようとすれば寿命が短くなるというジレンマに陥っていた。
この問題を解決するために、有機エレクトロルミネセンス素子の発光層材料の改良が精力的に進められてきた。すなわちより低い電圧印加で高い発光輝度を実現するため、内部量子効率の高い発光層材料を開発するものである。
また、有機エレクトロルミネセンス素子の発光効率を向上するためには、内部量子効率を向上させるほかに、光取り出し効率も向上させる必要がある。
光取り出し効率とは、素子の発光に対して素子の透明性基板正面から大気中に放出される発光の割合である。すなわち発光層での発光が大気中に放出されるには、幾つかの屈折率の異なる媒質の界面を通過する必要があるが、スネルの屈折の法則に従えば、各界面にその臨界角以上の角度で入射した光は、界面で全反射されて層中に導波し消失するかもしくは層側面より放出され、その分だけ素子正面からの光放出が減少する。
このため、光取り出し効率を向上することが重要な課題であり、様々な試みが行われている。透明電極や発光層に粒界を形成し可視光を散乱させるもの（特許文献１参照。）、透明性基板として一方の表面が粗面化されたガラス基板を用いて発光を散乱させるもの（特許文献２参照。）、電極と有機層との界面付近に散乱領域を設けたもの（特許文献３参照。）が開示されている。しかしながらこれらの試みは全て素子各層の膜厚を乱す恐れがあり、絶縁破壊及び素子発光の不均一性を生じる原因となるため、素子の量産性の態様からは満足できるものではなかった。
また、一般的に透明性基材と透明電極の界面に透明性基材の屈折率より小さい層を形成することで、光取り出し効率を向上できるとされている。その層の屈折率は透明性基材より、例えば０．０１から０．５、好ましくは０．０５から０．３小さいことが好ましい。層自体の屈折率は、通常１．２〜１．４であり、好ましくは１．２〜１．３５であり、より好ましくは１．２５〜１．３である。具体的には、屈折率の低い表面層（シリカエアロゾル）を有した透明性基材上に発光体を形成して、透明性基材での導光ロスを低減させるもの（特許文献４参照。）、中空微粒子、エアロゲル微粒子、シリカ多孔質体を用いた複合薄膜によって得られる屈折率の低い層を有した透明性基材上に発光体を形成して、透明性基材での導光ロスを低減させるものが開示されている（特許文献５参照。）。
そこでは、薄膜発光体を屈折率の低い薄膜の上に形成することで、その光取出効率を向上させている。厚みが光の波長よりも小さいような発光体においては、その発光層内での導波は制限されるため、発光層の表面に放射され得る光の量は増加する。
しかし、屈折率の低い表面層を有した透明性基材を用いる場合には、透明電極の厚みが１５０ｎｍとなった場合には、透明電極を透過する影響を無視することはできず、ガラスと屈折率の低い表面層との間での全反射する光の量は減少するが、屈折率の低い表面層と透明電極の間で発光体から出た光の全反射する光の量が増加するため、大きな光取出効率の向上は望めない。
従って、透明性基材の種類に関わらず、その表面に薄膜を形成することによって、上述のような既知の技術と比較して、発光効率を向上させる効果を期待でき、そして好ましくは安価にかつ簡便に形成できる薄膜が望まれる。
本発明は上述の背景に基づきなされてものであり、その目的は有機エレクトロルミネセンス素子に代表される各種ディスプレイ、表示素子、液晶用バックライト及び照明等に用いられる面発光体の光取り出し効率を向上することのできる面発光体用の透明性基板を提供し、これを用いることにより高い発光効率の面発光体を提供することにある。
本発明は、微粒子とバインダーを含む複合薄膜（光取り出し膜）を透明性基材上に成膜した透明性基板（複合薄膜保持基板）であって、複合薄膜の屈折率が透明性基材の屈折率より高い領域において、複合薄膜の表面及び膜内部の効果的な散乱により、達成されることが見出された。
本発明の第１態様は、微粒子及びバインダーを含む複合薄膜を透明性基材の表面上に製膜した透明性基板であって、複合薄膜の屈折率は透明性基材の屈折率よりも高く、複合薄膜内に含まれる微粒子とバインダーとの屈折率の差が０．１以上であり、及び複合薄膜における（微粒子の固形分質量）／（バインダーの固形分質量＋微粒子の固形分質量）が０．０１〜０．５である面発光体用複合薄膜保持基板である。
ここで、複合薄膜表面の散乱は、膜表面の凹凸により空気と複合薄膜の間で起こり、これは空気と複合薄膜の屈折率の差があるために生じる現象である。表面での散乱の効果を得る為には、微粒子とバインダーの混合比率は、複合薄膜中の微粒子の割合が多いことが望ましいため、（微粒子の固形分質量）／（バインダーの固形分質量＋微粒子の固形分質量）で表されるコーティング材（微粒子及びバインダー形成材料を含有する複合薄膜を形成するための材料）の固形分中に含まれ微粒子の割合（質量比）は０．２〜０．５程度が望ましい。一方、内部での散乱を得る為には、粒子と粒子の間隔が充分にあり、その間隔をバインダーで埋めている状態が望ましいため、（微粒子の固形分質量）／（バインダーの固形分質量＋微粒子の固形分質量）で表されるコーティング材の固形分中に含まれる微粒子の割合（質量比）は０．０１〜０．２程度が望ましい。
本発明の第１態様の好ましい態様は、以下の通りである。
前記微粒子が、金属酸化物微粒子又は有機ポリマー微粒子であること。
前記微粒子が金属酸化物微粒子である場合には、好ましくはシリカ、チタニア、酸化錫、酸化亜鉛、酸化セリウム、酸化アルミニウム、酸化インジウム及びそれらの複合酸化物からなる群から選ばれる少なくとも１種の金属酸化物微粒子であること。
そして、前記微粒子として、特に好ましくはシリカ微粒子が挙げられること。前記シリカ微粒子の平均粒子径は、好ましくは１０〜１０００ｎｍであること。そして、その平均粒子径は８０ｎｍ以上が好ましく、より好ましくは２００ｎｍ以上であること。
前記微粒子が、金属酸化物微粒子又は有機ポリマー微粒子であること。
前記微粒子が金属酸化物微粒子である場合には、好ましくはシリカ、チタニア、酸化錫、酸化亜鉛、酸化セリウム、酸化アルミニウム、酸化インジウム及びそれらの複合酸化物からなる群から選ばれる少なくとも１種の金属酸化物微粒子であること。
そして、前記微粒子として、特に好ましくはシリカ微粒子が挙げられること。前記シリカ微粒子の平均粒子径は、好ましくは１０〜１０００ｎｍであること。そして、その平均粒子径は８０ｎｍ以上が好ましく、より好ましくは２００ｎｍ以上であること。
その理由としては、光取り出し効率が大きく向上するためには、複合薄膜の表面及び膜内部の散乱を得る必要がある。複合薄膜の表面の散乱を得るためには微粒子の粒子径が８０ｎｍ以上であることが望ましい。その散乱の効果は粒子が大きくなるとともにその効果は増大することが見出された。また、複合薄膜内部の散乱を得るためには、粒子径が２００ｎｍ程度以上が望ましいことが見出された。
前記バインダーが、金属酸化物又は有機ポリマーであること。
前記バインダーが金属酸化物である場合には、好ましくはシリカ、チタニア、酸化錫、酸化亜鉛、酸化セリウム、酸化アルミニウム及びそれらの複合酸化物からなる群から選ばれる少なくとも１種の金属酸化物であること。
ここで、複合薄膜内での微粒子とバインダー間の散乱を得るためには、微粒子とバインダーの屈折率が異なる必要がある。両者に屈折率の差があれば、どちらが大きくてもよい。
前記バインダーが、金属酸化物又は有機ポリマーであること。
前記バインダーが金属酸化物である場合には、好ましくはシリカ、チタニア、酸化錫、酸化亜鉛、酸化セリウム、酸化アルミニウム及びそれらの複合酸化物からなる群から選ばれる少なくとも１種の金属酸化物であること。
ここで、複合薄膜内での微粒子とバインダー間の散乱を得るためには、微粒子とバインダーの屈折率が異なる必要がある。両者に屈折率の差があれば、どちらが大きくてもよい。
本発明の第１態様の面発光体用複合薄膜保持基板において、透明性基材の表面に、微粒子及びバインダーを含み、それぞれの屈折率の差が０．１以上である、コーティング材から得られる複合薄膜が形成されることで、光取り出し効率を大きく向上することができる。光は複合薄膜を通過する際、膜表面及び膜内部で散乱される。その効果により、この面発光体用複合薄膜保持基板の複合薄膜上に発光素子を設ける場合、発光素子内を導波する光が少なくなり、複合薄膜を通過する光の透明性基材から外部（大気）への取出効率は高くなる。
本発明の第１態様の面発光体用複合薄膜保持基板において、複合薄膜を形成する微粒子の屈折率が１．３８、バインダーの屈折率が１．６０及び１．８２である場合、微粒子の固形分質量／（バインダーの固形分質量＋微粒子の固形分質量）で表されるコーティング材の固形分中に含まれる微粒子の割合が０．５、０．２、０．０６６の場合には、複合薄膜の屈折率は、概略値として［膜の屈折率＝（微粒子の固形分質量比）×１．３８＋（バインダーの固形分質量比）×（バインダーの屈折率）］で計算すると、それぞれ１．４９、１．５６、１．５９及び１．６０、１．７３、１．７９となり、複合薄膜の屈折率は、多くの透明性基材の屈折率（１．４〜１．６）と同等もしくはより大きくなる。透明性基材よりも膜の屈折率が大きい場合にも、複合薄膜を通過する光の透明性基材から外部（大気）への取出効率は高くなる。
上記複合薄膜と同等な屈折率で微粒子を含有せず、且つ表面が平滑である薄膜を、透明性基材上に形成した面発光体用複合薄膜保持基板において、その面発光体用複合薄膜保持基板を通過する光の透明性基材から外部（大気）への取出効率が高くする効果は皆無である。
本発明の第１態様の複合薄膜において、用いる粒子の粒子径が２００ｎｍ以上である場合に、より激しく散乱が起こり、微粒子とバインダーを含む複合薄膜の光取り出し効率向上の効果はより大きくなる。
本発明の第１態様の複合薄膜において、コーティング材中に含まれる微粒子及びバインダー、それぞれの屈折率の差が０．３以上であるコーティング材から得られる薄膜を形成することで、微粒子とバインダーを含む複合薄膜の光取り出し効率向上の効果はより大きくなる。
本発明の第１態様の複合薄膜において、コーティング材中に含まれる微粒子及びバインダー、それぞれの屈折率の差が０．３以上であるコーティング材から得られる薄膜を形成することで、微粒子とバインダーを含む複合薄膜の光取り出し効率向上の効果はより大きくなる。
本発明の第１態様の複合薄膜において、（微粒子の固形分質量）／（バインダーの固形分質量＋微粒子の固形分質量）で表されるコーティング材の固形分中に含まれる微粒子の割合が０．２程度になるように、微粒子とバインダーが適度に膜中で共存する場合に、微粒子とバインダーを含む複合薄膜の光取り出し効率向上の効果はより大きくなる。
本発明の第２態様及び第３態様は、第１態様にて記載された面発光体用複合薄膜保持基板における微粒子及びバインダーを含む光を散乱させる複合薄膜が製膜されている表面上に、有機ポリマー及び金属酸化物などを含む平坦化材料を用いて平坦化膜を形成し、複合薄膜表面の凹凸の軽減又は平滑化を行った面発光体用複合薄膜保持基板である。
本発明の第２態様は、複合薄膜における（微粒子の固形分質量）／（バインダーの固形分質量＋微粒子の固形分質量）が０．０１以上０．２以下である前記第１態様の微粒子及びバインダーを含む複合薄膜の表面上に平坦化膜を製膜した面発光体用複合薄膜保持基板である。平滑化又は凹凸の軽減を行う場合、複合薄膜の微粒子の固形分質量／（バインダーの固形分質量＋微粒子の固形分質量）で表されるコーティング材の固形分中に含まれる微粒子の割合が０．０１以上０．２以下である場合には、平坦化材料の屈折率は微粒子とバインダーを含む複合薄膜の屈折率と同等でも光取り出し効率向上の効果を示すが、複合薄膜の屈折率とは異なることが好ましい。複合薄膜表面の平滑化又は凹凸の軽減を行うことで膜表面の凹凸が失われた場合、平坦化膜と複合薄膜の屈折率の差がないか若しくはほとんどない場合には、膜表面の散乱は失われてしまい、平坦化膜と複合薄膜の屈折率の差がある場合には、その屈折率の差に応じた散乱の効果があることが見出された。その散乱の効果は、屈折率の差が大きいほど大きくなることが見出された。最大の屈折率の差となるのは、空気の屈折率が１であるので、すなわち平坦化膜がない場合がもっとも大きな効果が得られる。
本発明の第２態様において、面発光体用複合薄膜保持基板の複合薄膜の上に形成される平坦化膜の屈折率が、複合薄膜の屈折率と同等である場合に、膜表面の散乱による光取り出し効率向上の効果が大きく低下する。平坦化膜の屈折率が、複合薄膜の屈折率と大きく異なる場合には、その効果は低下するが保持される。屈折率がほぼ同等である微粒子とバインダーを含む複合薄膜自身の屈折率と平坦膜の屈折率とがほぼ同等の場合には光取り出し効率向上の効果はなくなることから、第１態様の複合薄膜では膜内の散乱により効果が保持されると考えられる。複合薄膜とその膜を覆う層の屈折率差の大きさで光取り出し効率向上の効果は変化し、空気と複合薄膜の屈折率差が最も大きいため、複合薄膜を覆う層がない場合に、その効果は最大となる。
本発明の第３態様は、複合薄膜における（微粒子の固形分質量）／（バインダーの固形分質量＋微粒子の固形分質量）が０．２より大きく０．５以下である前記第１態様の微粒子及びバインダーを含む複合薄膜の表面上に複合薄膜とは屈折率の差が０．２以上である平坦化膜を製膜した面発光体用複合薄膜保持基板である。複合薄膜の微粒子の固形分質量／（バインダーの固形分質量＋微粒子の固形分質量）で表されるコーティング材の固形分中に含まれる微粒子の割合が０．２より大きく０．５以下である場合には、平坦化膜の屈折率は微粒子とバインダーを含む複合薄膜の屈折率と０．２以上異なることが好ましい。
本発明の第３態様において、面発光体用複合薄膜保持基板の複合薄膜の上に形成される平坦化膜の屈折率が、複合薄膜の屈折率と同等である場合に、膜表面の散乱による光取り出し効率向上の効果が大きく低下するが、大きく異なる場合には、その効果は保持される。その低下は第２態様の複合薄膜の上に平坦化層を形成する場合よりもさらに小さく、それは膜内のバインダーの量が多い方が散乱がより顕著であることによるものである。複合薄膜とその膜を覆う層の屈折率差の大きさで光取り出し効率向上の効果は変化し、空気と複合薄膜の屈折率差が最も大きいため、複合薄膜を覆う層がない場合に、その効果は最大となる。また、平坦化層が形成されることにより、ＨＡＺＥが減少する、つまり白くなるのが軽減されより透明になり色再現性がよくなるが、光取り出し効率向上の効果は保持されている。
ここで、第２態様又は第３態様の好ましい態様は、以下の通りである。
前記複合薄膜上の平坦化膜が、金属酸化物又は有機ポリマーであること。
前記複合薄膜上の平坦化膜が金属酸化物である場合には、好ましくはシリカ、チタニア、酸化錫、酸化亜鉛、酸化セリウム、酸化アルミニウム及びそれらの複合酸化物からなる群から選ばれる少なくとも１種の金属酸化物であること。
前記複合薄膜上の平坦化膜が有機ポリマーである場合には、好ましくはシリコーン樹脂、アクリル樹脂、スチレン樹脂、ポリイミド樹脂、及びポリアミド樹脂からなる群から選ばれる少なくとも１種の有機ポリマーであること。
前記複合薄膜上の平坦化膜が、金属酸化物又は有機ポリマーであること。
前記複合薄膜上の平坦化膜が金属酸化物である場合には、好ましくはシリカ、チタニア、酸化錫、酸化亜鉛、酸化セリウム、酸化アルミニウム及びそれらの複合酸化物からなる群から選ばれる少なくとも１種の金属酸化物であること。
前記複合薄膜上の平坦化膜が有機ポリマーである場合には、好ましくはシリコーン樹脂、アクリル樹脂、スチレン樹脂、ポリイミド樹脂、及びポリアミド樹脂からなる群から選ばれる少なくとも１種の有機ポリマーであること。
本発明の第４態様は、更に前記第１態様の微粒子及びバインダーを含む複合薄膜の上に透明導電性膜が形成されている面発光体用複合薄膜保持基板である。
本発明の第５態様は、更に前記第２態様又は第３態様の平坦化膜の上に更に透明導電性膜が形成されている面発光体用複合薄膜保持基板である。
ここで、第２態様、第３態様又は第５態様の好ましい態様は、以下の通りである。
前記微粒子がシリカ微粒子であり、前記バインダーがシリカ／チタニア複合酸化物であり、かつ前記複合薄膜上に平坦化膜がシリカであること。
前記微粒子がシリカ微粒子であり、前記バインダーがシリカ／チタニア複合酸化物であり、かつ前記複合薄膜上に平坦化膜がシリカであること。
本発明の第６態様は、前記第１態様に記載された面発光体用複合薄膜保持基板における微粒子及びバインダーを含む複合薄膜の表面上に、蛍光体薄膜が積層された面発光体である。
本発明の第６態様の面発光体は、面発光体用複合薄膜保持基板の複合薄膜の上に、紫外線又は電子線によって励起されて発光する有機又は無機の蛍光体薄膜が形成されており、外部への光の取り出し効率が高い面発光体を得ることができる。その光取り出しの効果は、複合薄膜の効果と表面の凹凸による紫外線又は電子線の当たる表面積が増大した効果、それぞれの相乗効果によるものである。
本発明の第６態様の面発光体は、面発光体用複合薄膜保持基板の複合薄膜の上に、紫外線又は電子線によって励起されて発光する有機又は無機の蛍光体薄膜が形成されており、外部への光の取り出し効率が高い面発光体を得ることができる。その光取り出しの効果は、複合薄膜の効果と表面の凹凸による紫外線又は電子線の当たる表面積が増大した効果、それぞれの相乗効果によるものである。
本発明の第７態様は、前記第２態様又は第３態様に記載された面発光体用複合薄膜保持基板の平坦化膜の表面上に、蛍光体薄膜が積層された面発光体である。
本発明の第８態様は、前記第４態様又は第５態様に記載された面発光体用複合薄膜保持基板の透明導電性膜の表面上に、エレクトロルミネセンス素子を構成する面発光体である。
本発明の第８態様では、第１態様に記載された面発光体用複合薄膜保持基板の複合薄膜又は第２もしくは第３態様の面発光体用複合薄膜保持基板の平坦化膜の上に透明導電性膜、発光層及び金属電極がこの順に積層してエレクトロルミネセンス素子を形成することで、外部への光の取り出し効率が高い面発光体を得ることができる。
本発明の第８態様では、第１態様に記載された面発光体用複合薄膜保持基板の複合薄膜又は第２もしくは第３態様の面発光体用複合薄膜保持基板の平坦化膜の上に透明導電性膜、発光層及び金属電極がこの順に積層してエレクトロルミネセンス素子を形成することで、外部への光の取り出し効率が高い面発光体を得ることができる。
なお、複合薄膜は、微粒子及びバインダー形成材料を含む液状コーティング材を透明性基材に塗布して塗膜を形成し、これを乾燥することによって透明性基材上に残る被膜である。乾燥とは、塗膜から液体成分（又は揮発性成分）を除去して固体の被膜を残すことを意味し、乾燥に際しては必要に応じて加熱してもよい。尚、乾燥して被膜を得た後で被膜を加熱して熱処理してもよく、乾燥時の加熱を継続することによって、被膜の熱処理を実施してよい。乾燥後、ＵＶ照射を実施してもよく、ＵＶ照射後さらに熱処理を実施してもよい。
有機エレクトロルミネセンス素子に代表される各種ディスプレイ、表示素子、液晶用バックライト及び照明等に用いられる面発光体の光取り出し効率を向上することのできる面発光体用の透明性基板を提供し、これを用いることにより高い発光効率の面発光体を提供することができる。
１ 透明性基材
２ 微粒子
３ バインダー
４ 複合薄膜（光取り出し膜）
５ 平坦化膜
６ 蛍光体薄膜
７ 透明導電性膜
８ 発光層
９ 金属電極
１０ エレクトロルミネッセンス素子
１１ ホール輸送層
１２ 電子輸送層
２ 微粒子
３ バインダー
４ 複合薄膜（光取り出し膜）
５ 平坦化膜
６ 蛍光体薄膜
７ 透明導電性膜
８ 発光層
９ 金属電極
１０ エレクトロルミネッセンス素子
１１ ホール輸送層
１２ 電子輸送層
本発明の面発光体用複合薄膜保持基板において、透明性基材は、透光性の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、通常はシート状又はプレート状形態である。透明性基材は、例えば透明ガラス板、透明プラスチック板等であってよく、一般に透光性板として用いられるものであれば特に制限されない。この透明性基材の屈折率は、多くの場合、１．４６〜１．６の範囲である。
本発明の面発光体用複合薄膜保持基板において、複合薄膜内に含有される微粒子に使用できる材料としては、有機ポリマー微粒子及び金属酸化物微粒子などを例示できる。また、バインダーに使用できる材料としては、金属酸化物及び有機ポリマーなどを例示できる。これらの使用できる材料から、上述の条件を満足するように微粒子又は微粒子含有溶液とバインダーとの組み合わせを選択すればよい。次に、微粒子及びバインダーについて説明する。
本発明における複合薄膜内に含有させる微粒子として、金属酸化物の微粒子を使用できる。
この金属酸化物としては、先ず、シリカ微粒子が挙げられる。そのシリカ微粒子の平均粒子径は１０ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲にあるのが好ましい。特に膜表面での散乱の効果を得るためには平均粒子径が８０ｎｍ以上ではであることが好ましく、さらに膜内部での散乱の効果を得るためには２００ｎｍ以上であることが好ましい。本発明にて使用する粒子径は、動的光散乱法にて測定した平均粒子径ある。測定装置としては大塚電子株式会社製ＤＬＳ−７０００等が挙げられる。シリカ微粒子と同様に使用できる金属酸化物として、チタニア、酸化錫、酸化亜鉛、酸化セリウム、酸化アルミニウム、酸化インジウム、酸化ジルコニウム及びそれらの複合酸化物からなる群から選ばれる少なくとも1種の金属酸化物の微粒子を例示できる。使用するのが好ましい金属酸化物微粒子としては、チタニア、酸化錫、酸化インジウム及びそれらの複合酸化物からなるから選ばれる少なくとも1種の金属酸化物の微粒子を例示できる。使用するのが特に好ましい金属酸化物微粒子としては、その屈折率が大きなものを選定する場合、チタニア微粒子、酸化インジウム錫微粒子を例示できる。金属酸化物微粒子の屈折率は、その材料自体を種々選択することによって所望の値にすることができる。
この金属酸化物としては、先ず、シリカ微粒子が挙げられる。そのシリカ微粒子の平均粒子径は１０ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲にあるのが好ましい。特に膜表面での散乱の効果を得るためには平均粒子径が８０ｎｍ以上ではであることが好ましく、さらに膜内部での散乱の効果を得るためには２００ｎｍ以上であることが好ましい。本発明にて使用する粒子径は、動的光散乱法にて測定した平均粒子径ある。測定装置としては大塚電子株式会社製ＤＬＳ−７０００等が挙げられる。シリカ微粒子と同様に使用できる金属酸化物として、チタニア、酸化錫、酸化亜鉛、酸化セリウム、酸化アルミニウム、酸化インジウム、酸化ジルコニウム及びそれらの複合酸化物からなる群から選ばれる少なくとも1種の金属酸化物の微粒子を例示できる。使用するのが好ましい金属酸化物微粒子としては、チタニア、酸化錫、酸化インジウム及びそれらの複合酸化物からなるから選ばれる少なくとも1種の金属酸化物の微粒子を例示できる。使用するのが特に好ましい金属酸化物微粒子としては、その屈折率が大きなものを選定する場合、チタニア微粒子、酸化インジウム錫微粒子を例示できる。金属酸化物微粒子の屈折率は、その材料自体を種々選択することによって所望の値にすることができる。
本発明における複合薄膜内に含有させる微粒子として、有機ポリマーの微粒子を使用できる。この有機ポリマーとしては、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、スチレン樹脂等を例示できる。このような有機ポリマーは、懸濁重合、超臨界重合等によって微粒子として得ることができるが、微粒子が得られる限り、別の方法で製造される微粒子であってもよい。有機ポリマー微粒子の屈折率は、ポリマー材料を種々選択することによって所望の値にすることができる。
本発明における複合薄膜のバインダーとして、金属酸化物を使用できる。この場合、コーティング材中にバインダー形成材料として含まれている金属酸化物前駆体が、コーティング材組成物を塗布して得られる塗膜を乾燥することによってバインダーとしての金属酸化物に変化する。使用するのが好ましいそのような金属酸化物前駆体の例としては、アルコキシシランを挙げることができる。このアルコキシシランを酸触媒中で加水分解させて製造した塗布液を３００℃で乾燥することによってシリカが得られる。
そのようなシリカが得られる塗布液は、上述の微粒子又は微粒子含有溶液と混合することで、溶解及び／又は分散した状態の溶液となり、これを塗布して乾燥することによって微粒子及びバインダーを分散状態で含む固体の被膜となる。本発明の複合薄膜のバインダーとして、シリカと同様に、シリカ／チタニア複合酸化物、チタニア、酸化錫、酸化亜鉛、酸化セリウム、酸化アルミニウム又はそれらの複合酸化物等を例示できる。
バインダーとしての金属酸化物の屈折率は、金属酸化物をもたらすその前駆体の構成元素種を種々選択することによって所望の値にすることができる。チタニア、シリカ／チタニア複合酸化物は特開平０５−１２４８１８号公報、特開平０６−０３３０００号公報及び特開平０６−２４２４３２号公報に詳細に記載されているように製造した塗布液を３００℃で乾燥することによって得られる。そのような複合酸化物が得られる塗布液は、上述の微粒子又は微粒子含有溶液と混合することで、溶解及び／又は分散した状態の溶液となり、これを塗布して乾燥することによって微粒子及びバインダーを分散状態で含む固体の被膜となる。
本発明の複合薄膜のバインダーとして、有機ポリマーを使用できる。この有機ポリマーは、上述の有機ポリマー微粒子を構成するポリマーと同じあってよい。従って、そのようなポリマーは、液状のコーティング材において、溶解及び／又は分散した状態にあり、これを塗布して乾燥することによって微粒子及びバインダーを分散状態で含む固体の被膜となる。即ち、この場合では、有機ポリマー自体がバインダー形成材料であり、また、バインダーである。そのようなポリマーの他の例としては、アクリル系樹脂、フッ素系樹脂等の透明性に優れたものが好ましいが、光学薄膜コーティングとして一般的に用いられるものであってもよい。
別の態様では、コーティング材を塗布して得られる塗膜を乾燥するに際して、バインダー形成材料がバインダーに化学的に変化するものであってよい。例えば、バインダー形成材料は、反応性（例えば架橋性、縮重合性等）の有機モノマー、有機オリゴマー又は有機プレポリマーであって、これらが反応してバインダーとしての有機ポリマーとなるものであってもよい。従って、そのような有機モノマー、有機オリゴマー又は有機プレポリマーは、液状のコーティング材組成物において、反応性のバインダー形成材料として溶解及び／又は分散している。使用するのが好ましいそのような有機モノマー、有機オリゴマー又は有機プレポリマーとしては、エポキシ系のモノマー、オリゴマー、プレポリマー等を例示できる。
有機ポリマーの屈折率は、有機ポリマー、それをもたらす有機モノマー、有機オリゴマー及び有機プレポリマーを種々選択することによって所望の値にすることができる。
本発明の面発光体用複合薄膜保持基板では、上述の条件を満足し、かつ複合薄膜の屈折率が透明性基材の屈折率よりも高くなるように、微粒子又は微粒子含有溶液とバインダーとの組み合わせを選択すればよい。
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態をより詳細に説明する。
図１は、本発明の第１態様の複合薄膜（光取り出し膜）保持基板Ａの１つの形態を断面図にて模式的に示す。透明性基材１の表面に、微粒子２とバインダー３によって構成された複合薄膜４が形成されている。この複合薄膜は、微粒子又は微粒子含有溶液とバインダー形成塗布液との混合物である液状コーティング材を透明性基材１上に塗布して乾燥し、ＵＶ照射する又は未照射のまま、その後焼成することにより得られたものである。
微粒子２としては、粒子径が１０ｎｍ〜１０００ｎｍであることが好ましく、特に８０ｎｍ以上であることがより好ましい。
微粒子２とバインダー３の屈折率の差は０．１以上であることが好まく、特に０．３以上あることがより好ましい。
（微粒子２の固形分質量）／（バインダー３の固形分質量＋微粒子２の固形分質量）で表されるコーティング材の固形分中に含まれる微粒子の割合は０．０１〜０．５であることが好ましく、特に０．２〜０．５であることがより好ましい。
図１は、本発明の第１態様の複合薄膜（光取り出し膜）保持基板Ａの１つの形態を断面図にて模式的に示す。透明性基材１の表面に、微粒子２とバインダー３によって構成された複合薄膜４が形成されている。この複合薄膜は、微粒子又は微粒子含有溶液とバインダー形成塗布液との混合物である液状コーティング材を透明性基材１上に塗布して乾燥し、ＵＶ照射する又は未照射のまま、その後焼成することにより得られたものである。
微粒子２としては、粒子径が１０ｎｍ〜１０００ｎｍであることが好ましく、特に８０ｎｍ以上であることがより好ましい。
微粒子２とバインダー３の屈折率の差は０．１以上であることが好まく、特に０．３以上あることがより好ましい。
（微粒子２の固形分質量）／（バインダー３の固形分質量＋微粒子２の固形分質量）で表されるコーティング材の固形分中に含まれる微粒子の割合は０．０１〜０．５であることが好ましく、特に０．２〜０．５であることがより好ましい。
図２は、第１態様において、面発光体用複合薄膜保持基板Ａの１つの形態を断面図にて模式的に示す。透明性基材１の表面に、微粒子２とバインダー３によって構成された複合薄膜４が形成されている。この複合薄膜は、微粒子又は微粒子含有溶液とバインダー形成塗布液との混合物である液状コーティング材組成物を透明性基材１上に塗布して乾燥し、ＵＶ照射する又は未照射のまま、その後焼成することにより得られたものである。
微粒子２としては、微粒子の平均粒子径が１０ｎｍ〜１０００ｎｍであることが好ましく、特に２００ｎｍ以上であることがより好ましい。
微粒子２とバインダー３の屈折率の差は０．１以上であることが好まく、特に０．３以上あることがより好ましい。
（微粒子２の固形分質量）／（バインダー３の固形分質量＋微粒子２の固形分質量）で表されるコーティング材の固形分中に含まれる微粒子の割合は、０．０１〜０．５であることが好ましく、特に０．０１〜０．２であることがより好ましい。
微粒子２としては、微粒子の平均粒子径が１０ｎｍ〜１０００ｎｍであることが好ましく、特に２００ｎｍ以上であることがより好ましい。
微粒子２とバインダー３の屈折率の差は０．１以上であることが好まく、特に０．３以上あることがより好ましい。
（微粒子２の固形分質量）／（バインダー３の固形分質量＋微粒子２の固形分質量）で表されるコーティング材の固形分中に含まれる微粒子の割合は、０．０１〜０．５であることが好ましく、特に０．０１〜０．２であることがより好ましい。
図３は、第２態様又は第３態様において、前記面発光体用複合薄膜保持基板Ａの複合薄膜４の上に、金属酸化物又は有機ポリマーなどを含む平坦化材料を用いて平坦化膜５を形成し、複合薄膜表面の凹凸の軽減又は平滑化を行った面発光体用複合薄膜保持基板Ｂの１つの形態を断面図に示す。凹凸の軽減又は平滑化を行う場合、複合薄膜において（微粒子２の固形分質量）／（バインダー３の固形分質量＋微粒子２の固形分質量）で表されるコーティング材の固形分中に含まれる微粒子の割合が０．０１〜０．２である場合には、平坦化膜の屈折率は微粒子とバインダーを含む複合薄膜の屈折率と同様でも光取り出し効率向上の効果を示すが、複合薄膜の屈折率と異なることが好ましい。一方、複合薄膜において（微粒子２の固形分質量）／（バインダー３の固形分質量＋微粒子２の固形分質量）で表されるコーティング材の固形分中に含まれる微粒子の割合が０．２〜０．５である場合には、平坦化膜の屈折率は微粒子とバインダーを含む複合薄膜の屈折率と０．２以上異なることが好ましい。
平坦化膜の形成後、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）などの研磨によって、平坦化膜の表面の研磨を行ってもよい。図３（ａ）は図１の面発光体用複合薄膜保持基板Ａに平坦化膜５を設けたものを、図３（ｂ）は図２の面発光体用複合薄膜保持基板Ａに平坦化膜５を設けたものをそれぞれ示す。
図４は、第６態様又は第７態様において、前記の面発光体用複合薄膜保持基板Ａ又はＢの夫々における複合薄膜４又は平坦化膜５の上に蛍光体薄膜６を設けた面発光体Ｃを模式的に断面図にて示す。図４の形態では、複合薄膜４又は平坦化膜５の透明性基材１と反対側の表面に直接、蛍光体薄膜６を設けている。この薄膜６は、紫外線の照射や電子線の照射によって励起されて発光する有機又は無機の蛍光体を含んでなり、フォトルミネセンス素子として面発光体Ｃを形成する。この面発光体ＣはＣＲＴ、ＦＥＤ、ＰＤＰ等の自発光型ディスプレイにおいて特に有用である。図４（ａ）は図２の面発光体用複合薄膜保持基板Ａに蛍光体薄膜６を設けたものを、図４（ｂ）は図３（ａ）の面発光体用複合薄膜保持基板Ｂに蛍光体薄膜６を設けたものをそれぞれ示す。
蛍光体の材料としては特に限定されるものではなく、フォトルミネセンス素子において従来から使用されている有機あるいは無機の任意の材料を用いることができる。蛍光体薄膜６の形成方法としては、無機蛍光体の場合にはスパッタリング法、ＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）等の気相成長法を、低分子有機蛍光体の場合には真空蒸着法を、高分子有機蛍光体の場合にはスピンコーティング、インクジェットコーティング等のコーティング法を挙げることができる。
図５は、第８態様において、前記面発光体用複合薄膜保持基板Ｂにおいて、平坦化膜５の上に、透明導電性膜７、発光層８及び金属電極９を積層してエレクトロルミネセンス素子１０を形成するようにした面発光体Ｄを断面図にて模式的に示す。即ち、面発光体用複合薄膜保持基板Ｂ上に素子１０が形成されている。エレクトロルミネッセンス素子１０は、陽極としての透明導電性膜５及び陰極としての金属薄膜の金属電極９を有して成り、この陽極と陰極の間に発光層８を積層して形成されている。図５の形態は、有機エレクトロルミネセンス素子１０を示し、陽極となる透明導電性膜７と発光層８との間にホール輸送層１１が、そして、発光層８と陰極となる金属電極９との間に電子輸送層１２が必要に応じて積層されている。無機エレクトロルミネセンス１０の場合には、発光層８の片面あるいは両面に誘電層が積層される。これらの発光層８、金属電極９、ホール輸送層１１、電子輸送層１２の材料としては、エレクトロルミネセンスの製造に従来から使用されているものをそのまま用いることができる。
尚、図５は図３の面発光体用複合薄膜保持基板Ｂに有機エレクトロルミネセンス素子１０を設けたものを示す。有機エレクトロルミネセンス素子１０は、陽極となる透明導電性膜７に正電圧を、陰極となる金属電極９に負電圧を印加すると、電子輸送層１２を介して発光層８に注入された電子と、ホール輸送層１１を介して発光層８に注入されたホールとが、発光層８内にて再結合して発光が起こる。
次に、本発明を実施例で具体的に説明する。
微粒子としてのシリカ微粒子は、Bogush, G.H.; et al, “Preparation of monodisperse silica particles: control of size and mass fraction”, Journal of Non-crystalline Solids, 104(1988)95-106で示される公知の方法で製造した。その調製された微粒子の屈折率は約１．３８であった。
平均粒子径測定では、動的光散乱法粒子径測定装置として、大塚電子株式会社製ＤＬＳ−７０００を用いた。
微粒子としてのシリカ微粒子は、Bogush, G.H.; et al, “Preparation of monodisperse silica particles: control of size and mass fraction”, Journal of Non-crystalline Solids, 104(1988)95-106で示される公知の方法で製造した。その調製された微粒子の屈折率は約１．３８であった。
平均粒子径測定では、動的光散乱法粒子径測定装置として、大塚電子株式会社製ＤＬＳ−７０００を用いた。
（実施例１）
へキシレングリコール（ＨＧ）２６０．８４ｇに、テトライソプロポキシチタン８６．９５ｇを加えて、室温で３０分撹拌することで前駆体溶液ＢＡ−１を調製した。水１３．７８ｇ、エチレングリコール（ＥＧ）６８．５３ｇを混合し、硝酸アルミニウム５８．７６ｇを溶解した。さらに２−ブトキシエタノール（ＢＳ）１８６．２３ｇ、ＨＧ２２９．３１ｇを加えて混合した。そこでテトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）９５．６０ｇを加えて３０分撹拌後、前駆体溶液ＢＡ−１を加えて３０分撹拌することでバインダー溶液ＢＡ−２を調製した。
へキシレングリコール（ＨＧ）２６０．８４ｇに、テトライソプロポキシチタン８６．９５ｇを加えて、室温で３０分撹拌することで前駆体溶液ＢＡ−１を調製した。水１３．７８ｇ、エチレングリコール（ＥＧ）６８．５３ｇを混合し、硝酸アルミニウム５８．７６ｇを溶解した。さらに２−ブトキシエタノール（ＢＳ）１８６．２３ｇ、ＨＧ２２９．３１ｇを加えて混合した。そこでテトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）９５．６０ｇを加えて３０分撹拌後、前駆体溶液ＢＡ−１を加えて３０分撹拌することでバインダー溶液ＢＡ−２を調製した。
へキシレングリコール（ＨＧ）４７３．８２ｇに、テトライソプロポキシチタン１５７．９４ｇを加えて、室温で３０分撹拌することで前駆体溶液ＢＢ−１を調製した。水１２．５２ｇ、エチレングリコール（ＥＧ）６８．７５ｇを混合し、硝酸アルミニウム５３．３７ｇを溶解した。さらに２−ブトキシエタノール（ＢＳ）１８６．８１ｇ、ＨＧ１７．８６ｇを加えて混合した。そこでテトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）２８．９４ｇを加えて３０分撹拌後、前駆体溶液ＢＡ−１を加えて３０分撹拌することでバインダー溶液ＢＢ−２を調製した。
バインダー溶液ＢＡ−２及びＢＢ−２を夫々シリコン単結晶基板上に成膜して、３００℃で３０分間焼成し、得られたシリカ／チタニア複合酸化物膜の屈折率を株式会社溝尻光学工業所社製ＤＶＡ−３６Ｌ型自動エリプソメーターにて測定したところ、１．６０及び１．８２であった。
エタノール６６１．７５ｇ、ＴＥＯＳ２０８ｇを混合し、４０℃で水１２６ｇ、アンモニア水（濃度２８ｗｔ％）４．２５ｇを加え、４０℃で４日間撹拌して、粒子含有溶液ＲＡ−１を作製した。作製したＲＡ−１ ５００ｇにＨＧを４３５ｇ加え、３００ｇに濃縮することでシリカ微粒子含有溶液ＲＡ−２を調製した。大塚電子株式会社製ＤＬＳ−７０００により、粒子径を測定したところ２０ｎｍであった。
エタノール５４８．５９ｇ、ＴＥＯＳ２７７．７６ｇを混合し、４０℃で水１６８g、アンモニア水(濃度２８ｗｔ％)５．６５ｇを加え、４０℃で７時間撹拌して、粒子含有溶液ＲＢ−１を作製した。作製したＲＢ−１ ５００ｇにＨＧを４４５ｇ加え、５００ｇに濃縮することでシリカ微粒子含有溶液ＲＢ−２を調製した。大塚電子株式会社製ＤＬＳ−７０００により、粒子径を測定したところ８０ｎｍであった。
エタノール４４５ｇ、ＴＥＯＳ３４５ｇを混合し、４０℃で水２００ｇ、アンモニア水(濃度２８ｗｔ％)１０ｇを加え、４０℃で７時間撹拌して、粒子含有溶液ＲＣ−１を作製した。作製したＲＣ−１ ５００ｇにＨＧを４５５ｇ加え、５００ｇに濃縮することでシリカ微粒子含有溶液ＲＣ−２を調製した。大塚電子株式会社製ＤＬＳ−７０００により、粒子径を測定したところ２１０ｎｍであった。
バインダー溶液ＢＡ−２及びＢＢ−２とシリカ微粒子含有溶液ＲＡ−２、ＲＢ−２及びＲＣ−２を、固形分の質量比で５０／５０、２０／８０及び９３．４／６．６となるように混合し、固形分６％となるように任意の溶媒で希釈することで、コーティング溶液をそれぞれ調整した。それぞれのコーティング溶液、バインダー溶液、シリカ微粒子含有溶液及び混合割合（固形分の質量比率）を表１に示す。
上記で調製したコーティング溶液をそれぞれコーニング社製ガラス基板（＃１７３７）上にスピンコートによって塗布し、３００℃で３０分間焼成することで、図１及び２のような構成の複合薄膜保持ガラス基板を作製した。複合薄膜保持ガラス基板上にトリス（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム（１１１）（Ａｌｑ−３）を蒸着によって製膜した。用いたガラス基板の屈折率は１．５０である。
（比較例１）
実施例１で用いたガラス板を未処理のまま用いて、未処理のままのガラス基板にトリス（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム（１１１）（Ａｌｑ−３）を蒸着によって製膜した。
実施例１で用いたガラス板を未処理のまま用いて、未処理のままのガラス基板にトリス（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム（１１１）（Ａｌｑ−３）を蒸着によって製膜した。
（比較例２）
水１５０ｇ、エタノール１６７．０９ｇを混合し、蓚酸１．５０ｇを溶解させて溶液ＢＣ−１を調製した。エタノール３３４．１９ｇ、ＴＥＯＳ３４７．２２ｇを混合し、室温で約３０分間に溶液ＢＢ−１を滴下後、室温で３０分撹拌した。その後、還流下で１時間撹拌することでバインダー溶液ＢＣ−２を調製した。
水１５０ｇ、エタノール１６７．０９ｇを混合し、蓚酸１．５０ｇを溶解させて溶液ＢＣ−１を調製した。エタノール３３４．１９ｇ、ＴＥＯＳ３４７．２２ｇを混合し、室温で約３０分間に溶液ＢＢ−１を滴下後、室温で３０分撹拌した。その後、還流下で１時間撹拌することでバインダー溶液ＢＣ−２を調製した。
バインダー溶液ＢＣ−２をシリコン単結晶基板上に成膜して、３００℃で３０分間焼成し、得られたシリカ膜の屈折率を株式会社溝尻光学工業所社製ＤＶＡ−３６Ｌ型自動エリプソメーターにて測定したところ、１．４３であった。
バインダー溶液ＢＢ−２及びＢＣ−２と実施例１で作製したシリカ微粒子含有溶液ＲＡ−２、ＲＢ−２及びＲＣ−２を、固形分の質量比で５０／５０、２０／８０及び９３．４／６．６となるように混合し、固形分６％となるように任意の溶媒で希釈することで、コーティング溶液をそれぞれ調整した。それぞれのコーティング溶液、バインダー溶液、微粒子含有溶液及び混合割合（固形分の質量比率）を表２に示す。
上記で調製したコーティング溶液をそれぞれコーニング社製ガラス基板（＃１７３７）上にスピンコートによって塗布し、３００℃で３０分間焼成することで、図１及び２のような構成の複合薄膜保持ガラス基板を作製した。複合薄膜保持ガラス基板上にトリス（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム（１１１）（Ａｌｑ−３）を蒸着によって製膜した。
（比較例３）
実施例１で用いたガラス基板上に実施例１及び比較例２で作製したバインダー溶液ＢＡ−２、ＢＢ−２、ＢＣ−２をスピンコートによって成膜して、３００℃で３０分間焼成することを繰り返し行い、膜厚を約１μｍとして、図６（ａ）のようなバインダー膜保持ガラス基板を作製した。これらを比較例３とした。作製したバインダー膜保持ガラス基板にトリス（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム（１１１）（Ａｌｑ−３）を蒸着によって製膜して、図６（ｂ）のような面発光体を作製した。
実施例１で用いたガラス基板上に実施例１及び比較例２で作製したバインダー溶液ＢＡ−２、ＢＢ−２、ＢＣ−２をスピンコートによって成膜して、３００℃で３０分間焼成することを繰り返し行い、膜厚を約１μｍとして、図６（ａ）のようなバインダー膜保持ガラス基板を作製した。これらを比較例３とした。作製したバインダー膜保持ガラス基板にトリス（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム（１１１）（Ａｌｑ−３）を蒸着によって製膜して、図６（ｂ）のような面発光体を作製した。
実施例１、比較例２及び比較例３で作製した蛍光体を製膜した複合薄膜保持ガラス基板及び比較例１で作製した蛍光体を製膜したガラス基板を、図７のように株式会社日立製作所製Ｆ−４０１０形分光蛍光光度計内に配置し、基板に垂直に励起光を照射して、基板から放出される蛍光光を基板から垂直に位置する検出器によって最大蛍光強度を測定した。
比較例１で作製した蛍光体を製膜したガラス基板の最大蛍光強度に対する、実施例１、比較例２及び比較例３で作製した蛍光体を製膜した複合薄膜保持ガラス基板の最大蛍光強度の変化量である、（実施例１、比較例２及び比較例３で作製した蛍光体を製膜した複合薄膜保持ガラス基板の最大蛍光強度／比較例１で作製した蛍光体を製膜したガラス基板の最大蛍光強度）を計算し、表３、表４及び表５に示す。
比較例１で作製した蛍光体を製膜したガラス基板の最大蛍光強度に対する、実施例１、比較例２及び比較例３で作製した蛍光体を製膜した複合薄膜保持ガラス基板の最大蛍光強度の変化量である、（実施例１、比較例２及び比較例３で作製した蛍光体を製膜した複合薄膜保持ガラス基板の最大蛍光強度／比較例１で作製した蛍光体を製膜したガラス基板の最大蛍光強度）を計算し、表３、表４及び表５に示す。
さらに、表３、表４及び表５にはＪＩＳＫ７１３６、ＪＩＳＫ７１６１−１に記載される方法で、（有）東京電色社製に分光ヘーズメーターＴＣ−１８００Ｈよって散乱の度合いを表すＨＡＺＥ値の測定結果を示した。
（実施例２）
ＴＥＯＳ５９．０２ｇ、メチルトリエトキシシラン２０２．０７ｇを混合しＯ−１を調製した。エタノール５３４．９１ｇに、蓚酸２０４．００ｇを溶解させた後、１５〜２０℃で約４５分間に溶液Ｏ−１を滴下後、還流下で５時間撹拌することでＯ−２コーティング溶液を調製した。また、Ｏ−２コーティング溶液１４１．１８ｇにプロピレングリコールモノメチルエーテル４０ｇを加え、１００ｇになるまで６０℃でエバポレーションして濃縮することでＯ−３コーティング溶液を調製した。
ＴＥＯＳ５９．０２ｇ、メチルトリエトキシシラン２０２．０７ｇを混合しＯ−１を調製した。エタノール５３４．９１ｇに、蓚酸２０４．００ｇを溶解させた後、１５〜２０℃で約４５分間に溶液Ｏ−１を滴下後、還流下で５時間撹拌することでＯ−２コーティング溶液を調製した。また、Ｏ−２コーティング溶液１４１．１８ｇにプロピレングリコールモノメチルエーテル４０ｇを加え、１００ｇになるまで６０℃でエバポレーションして濃縮することでＯ−３コーティング溶液を調製した。
実施例１で作製したＳＣ−ＢＣ（５）、ＳＣ−ＢＣ（２）及びＳＣ−ＢＢ（２）を用いた複合薄膜保持ガラス基板上に、さらに平坦化材料として、Ｏ−３コーティング溶液をオーバーコーティングし、３００℃で３０分間焼成することで図３のような構成の平坦化膜が製膜されたＯ−３オーバーコート複合薄膜保持ガラス基板を作製した。
Ｏ−３コーティング溶液をシリコン単結晶基板上に製膜して、３００℃で３０分間焼成し、得られたシリカ膜の屈折率を株式会社溝尻光学工業所社製ＤＶＡ−３６Ｌ型自動エリプソメーターにて測定したところ、１．３８であった。
Ｏ−３オーバーコート複合薄膜保持ガラス基板上にトリス（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム（１１１）（Ａｌｑ−３）を蒸着によって製膜した。
Ｏ−３オーバーコート複合薄膜保持ガラス基板上にトリス（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム（１１１）（Ａｌｑ−３）を蒸着によって製膜した。
（実施例３）
実施例１で作製したＳＣ−ＢＣ（５）、ＳＣ−ＢＣ（２）及びＳＣ−ＢＢ（２）を用いた複合薄膜保持ガラス基板上に、平坦化材料として日産化学工業株式会社製ＳＥ−８１２をオーバーコーティングし、２５０℃で１時間焼成することで図３のような構成のＳＥ−８１２オーバーコート複合薄膜保持ガラス基板を作製した。
ＳＥ−８１２をシリコン単結晶基板上に製膜して、２５０℃で１０分間焼成し、得られたＳＥ−８１２コーティング膜の屈折率を株式会社溝尻光学工業所社製ＤＶＡ−３６Ｌ型自動エリプソメーターにて測定したところ、１．６４であった。
ＳＥ−８１２オーバーコート複合薄膜保持ガラス基板上にトリス（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム（１１１）（Ａｌｑ−３）を蒸着によって製膜した。
実施例１で作製したＳＣ−ＢＣ（５）、ＳＣ−ＢＣ（２）及びＳＣ−ＢＢ（２）を用いた複合薄膜保持ガラス基板上に、平坦化材料として日産化学工業株式会社製ＳＥ−８１２をオーバーコーティングし、２５０℃で１時間焼成することで図３のような構成のＳＥ−８１２オーバーコート複合薄膜保持ガラス基板を作製した。
ＳＥ−８１２をシリコン単結晶基板上に製膜して、２５０℃で１０分間焼成し、得られたＳＥ−８１２コーティング膜の屈折率を株式会社溝尻光学工業所社製ＤＶＡ−３６Ｌ型自動エリプソメーターにて測定したところ、１．６４であった。
ＳＥ−８１２オーバーコート複合薄膜保持ガラス基板上にトリス（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム（１１１）（Ａｌｑ−３）を蒸着によって製膜した。
（比較例４）
比較例２で作製したＣＣ−ＣＣ（５）を用いた複合薄膜保持ガラス基板上に、さらに平坦化材料としてＯ−３コーティング溶液をオーバーコーティングし、３００℃で３０分間焼成することで図３のような構成のＯ−３オーバーコート複合薄膜保持ガラス基板を作製した。
Ｏ−３オーバーコート複合薄膜保持ガラス基板上にトリス（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム（１１１）（Ａｌｑ−３）を蒸着によって製膜した。
比較例２で作製したＣＣ−ＣＣ（５）を用いた複合薄膜保持ガラス基板上に、さらに平坦化材料としてＯ−３コーティング溶液をオーバーコーティングし、３００℃で３０分間焼成することで図３のような構成のＯ−３オーバーコート複合薄膜保持ガラス基板を作製した。
Ｏ−３オーバーコート複合薄膜保持ガラス基板上にトリス（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム（１１１）（Ａｌｑ−３）を蒸着によって製膜した。
（比較例５）
比較例２で作製したＣＣ−ＣＣ（５）を用いた複合薄膜保持ガラス基板上に、平坦化材料として日産化学工業株式会社製ＳＥ−８１２をオーバーコーティングし、２５０℃で１時間焼成することで図３のような構成のＳＥ−８１２オーバーコート複合薄膜保持ガラス基板を作製した。
ＳＥ−８１２オーバーコート複合薄膜保持ガラス基板上にトリス（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム（１１１）（Ａｌｑ−３）を蒸着によって製膜した。
比較例２で作製したＣＣ−ＣＣ（５）を用いた複合薄膜保持ガラス基板上に、平坦化材料として日産化学工業株式会社製ＳＥ−８１２をオーバーコーティングし、２５０℃で１時間焼成することで図３のような構成のＳＥ−８１２オーバーコート複合薄膜保持ガラス基板を作製した。
ＳＥ−８１２オーバーコート複合薄膜保持ガラス基板上にトリス（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム（１１１）（Ａｌｑ−３）を蒸着によって製膜した。
実施例２、実施例３、比較例４及び比較例５で作製した蛍光体を製膜した複合薄膜保持ガラス基板及び比較例１で作製した蛍光体を製膜したガラス基板を、図７のように株式会社日立製作所製Ｆ−４０１０形分光蛍光光度計内に配置し、基板に垂直に励起光を照射して、基板から放出される蛍光光を基板から垂直に位置する検出器によって最大蛍光強度を測定した。
比較例１で作製した蛍光体を製膜したガラス基板の最大蛍光強度に対する、実施例２、実施例３、比較例４及び比較例５で作製した蛍光体を製膜した複合薄膜保持ガラス基板の最大蛍光強度の変化量である、（実施例２、実施例３、比較例４及び比較例５で作製した蛍光体を製膜した複合薄膜保持ガラス基板の最大蛍光強度／比較例１で作製した蛍光体を製膜したガラス基板の最大蛍光強度）を計算し、表６及び表７に示す。
さらに、表６及び７にはＪＩＳＫ７１３６、ＪＩＳＫ７１６１−１に記載される方法で、（有）東京電色社製に分光ヘーズメーターＴＣ−１８００Ｈよって散乱の度合いを表すＨＡＺＥ値の測定結果を示した。
さらに、表６及び７にはＪＩＳＫ７１３６、ＪＩＳＫ７１６１−１に記載される方法で、（有）東京電色社製に分光ヘーズメーターＴＣ−１８００Ｈよって散乱の度合いを表すＨＡＺＥ値の測定結果を示した。
本発明の実施例１の面発光体用複合薄膜保持基板において、透明基材の表面に、微粒子及びバインダーからなり、それぞれの屈折率の差が０．１以上である、コーティング材から得られる複合薄膜が形成されることで、光取り出し効率を大きく向上することができる。光は複合薄膜を通過する際、膜表面及び膜内部で散乱される。その効果により、この面発光体用複合薄膜保持基板の複合薄膜上に発光素子を設ける場合、発光素子内を導波する光が少なくなり、複合薄膜を通過する光は透明基材から外部（大気）への取出効率が高くなる。
本発明の実施例１の面発光体用複合薄膜保持基板において、複合薄膜を形成する微粒子の屈折率が１．３８、バインダーの屈折率が１．６０及び１．８２である場合、微粒子の固形分質量／（バインダーの固形分質量＋微粒子の固形分質量）で表されるコーティング材の固形分中に含まれる微粒子の割合が０．５、０．２、０．０６６の場合には、複合薄膜の屈折率は概略値として［膜の屈折率＝（微粒子の固形分質量比）×１．３８＋（バインダーの固形分質量比）×（バインダーの屈折率）］で計算すると、それぞれ１．４９、１．５６、１．５９及び１．６０、１．７３、１．７９となり、複合薄膜の屈折率はガラス基板（透明性基材）のそれと同等もしくはガラス基板のそれより大きくなる。複合薄膜の屈折率が透明性基材のそれと同等もしくは透明性基材のそれより大きい場合にも複合薄膜を通過する光は透明性基材から外部（大気）への取出効率が高くなる。
比較例２において、微粒子の屈折率が１．３８、バインダーの屈折率が１．４３及び１．６０であるから、微粒子の固形分質量／（バインダーの固形分質量＋微粒子の固形分質量）で表されるコーティング材の固形分中に含まれる微粒子の割合が０．５、０．２、０．０６６の場合には、複合薄膜の屈折率は、概略値として［膜の屈折率＝（微粒子の固形分質量比）×１．３８＋（バインダーの固形分質量比）×バインダーの屈折率］で計算すると、それぞれ１．４１、１．４２、１．４３となり、ガラス基板より複合薄膜の屈折率は小さくなる。
本発明の実施例１の面発光体用複合薄膜保持基板において、複合薄膜を形成する微粒子の屈折率が１．３８、バインダーの屈折率が１．６０である場合には、ガラス基板の屈折率よりも複合薄膜の屈折率が大きくなるとき、特に比較例２に比べ、大きな光取り出し効率向上の効果を示す。
本発明の実施例１の複合薄膜において、複合薄膜を形成する微粒子の屈折率が１．３８である場合、バインダーの屈折率が１．６０であるより１．８２である場合に、更に大きな光取り出し効率向上の効果を示す。これは微粒子とバインダーの屈折率差がより０．３以上とより大きくなったためである。
比較例３に示すように、同等な屈折率を有する複合薄膜と平坦膜においては、複合薄膜を通過する光は透明性基材から外部（大気）への取出効率を高くする効果は皆無である。
実施例１の複合薄膜において、用いる微粒子の粒子径が２００ｎｍ以上である場合に、より激しく散乱が起こり、微粒子とバインダーを含む複合薄膜の光取り出し効率向上の効果はより大きくなる。
実施例１の複合薄膜において、微粒子の固形分質量／（バインダーの固形分質量＋微粒子の固形分質量）で表されるコーティング材の固形分中に含まれる微粒子の割合が０．２程度と微粒子とバインダーが適度に膜中で共存する場合に、微粒子とバインダーを含む複合薄膜の光取り出し効率向上の効果はより大きくなる。
実施例２及び実施例３の（微粒子の固形分質量）／（バインダーの固形分質量＋微粒子の固形分質量）が０．０１以上０．２以下である面発光体用複合薄膜保持基板上において、複合薄膜の上に形成される平坦化膜の屈折率が、複合薄膜の屈折率と同等である場合に、膜表面の散乱による光取り出し効率向上の効果が大きく低下する。平坦化膜の屈折率が、複合薄膜の屈折率と大きく異なる場合には、その効果は低下するが保持される。比較例２の微粒子とバインダーの屈折率がほぼ同等でかつ平坦化する平坦化材料の屈折率が複合薄膜自身の屈折率とほぼ同等の場合には光取り出し効率向上の効果はなくなることから、実施例１の複合薄膜では膜内の散乱により効果が保持されると考えられる。複合薄膜とその膜を覆う層の屈折率差の大きさで光取り出し効率向上の効果は変化し、空気と複合薄膜の屈折率差が最も大きいため、複合薄膜を覆う膜がない場合に、その効果は最大となる。
比較例４において、複合膜の屈折率と平坦化膜の屈折率がほぼ同等の場合には、平坦化膜を形成することによって光取り出し効率向上の効果は失われてしまうが、実施例２及び実施例３の（微粒子の固形分質量）／（バインダーの固形分質量＋微粒子の固形分質量）が０．０１以上０．２以下である面発光体用複合薄膜保持基板においては、複合薄膜の屈折率と平坦化膜の屈折率が異なる場合には、その効果は保持される。保持される効果の大きさは平坦化膜と複合薄膜の屈折率の差が大きい方がより顕著である。
実施例３の（微粒子の固形分質量）／（バインダーの固形分質量＋微粒子の固形分質量）が０．０１以上０．２以下である面発光体用複合薄膜保持基板において、複合膜の屈折率と平坦化膜の屈折率がほぼ同等の場合には、粒子径が８０ｎｍでは光取り出し効率向上の効果は失われてしまうが、粒子径２００ｎｍの微粒子を用いた場合にはその効果は保持される。
実施例２及び実施例３の（微粒子の固形分質量）／（バインダーの固形分質量＋微粒子の固形分質量）が０．２より大きく０．５以下である面発光体用複合薄膜保持基板において、複合薄膜の上に形成される平坦化膜の屈折率が複合薄膜の屈折率と同等である場合に、膜表面の散乱による光取り出し効率向上の効果が低下するが、大きく異なる場合にはその効果は保持される。複合薄膜とその膜を覆う膜の屈折率差の大きさで光取り出し効率向上の効果は変化し、空気と複合薄膜の屈折率差が最も大きいため、複合薄膜を覆う膜がない場合に、その効果は最大となる。
比較例４において、複合薄膜の屈折率と平坦化膜の屈折率がほぼ同等の場合には、平坦化膜を形成することによって光取り出し効率向上の効果は失われてしまうが、実施例２の（微粒子の固形分質量）／（バインダーの固形分質量＋微粒子の固形分質量）が０．２より大きく０．５以下である面発光体用複合薄膜保持基板においては、複合膜の屈折率と平坦化膜の屈折率が異なる場合には、その効果は保持される。
実施例３の（微粒子の固形分質量）／（バインダーの固形分質量＋微粒子の固形分質量）が０．２より大きく０．５以下である面発光体用複合薄膜保持基板において、粒子径２００ｎｍの微粒子を用いるとき、複合薄膜と平坦化膜の屈折率差が小さい場合にも、微粒子の屈折率とバインダーの屈折率差が大きい場合には、膜内部散乱により光取り出し効率向上の効果が保持される。
有機エレクトロルミネセンス素子に代表される各種ディスプレイ、表示素子、液晶用バックライト及び照明等に用いられる面発光体の光取り出し効率を向上することのできる面発光体用の透明性基板を提供し、これを用いることにより高い発光効率の面発光体を提供することができる。
なお、２００４年５月２６日に出願された日本特許出願２００４−１５５７４３号の明細書、特許請求の範囲、図面及び要約書の全内容をここに引用し、本発明の明細書の開示として、取り入れるものである。
なお、２００４年５月２６日に出願された日本特許出願２００４−１５５７４３号の明細書、特許請求の範囲、図面及び要約書の全内容をここに引用し、本発明の明細書の開示として、取り入れるものである。
Claims (16)
- 微粒子及びバインダーを含む複合薄膜を透明性基材の表面上に製膜した透明性基板であって、複合薄膜の屈折率は透明性基材の屈折率より高く、複合薄膜内に含まれる微粒子とバインダーとの屈折率の差が０．１以上であり、及び複合薄膜における（微粒子の固形分質量）／（バインダーの固形分質量＋微粒子の固形分質量）が０．０１〜０．５である面発光体用複合薄膜保持基板。
- 複合薄膜における（微粒子の固形分質量）／（バインダーの固形分質量＋微粒子の固形分質量）が０．０１以上０．２以下である微粒子及びバインダーを含む複合薄膜の表面上に平坦化膜を製膜した請求項１に記載の面発光体用複合薄膜保持基板。
- 複合薄膜における（微粒子の固形分質量）／（バインダーの固形分質量＋微粒子の固形分質量）が０．２より大きく０．５以下である微粒子及びバインダーを含む複合薄膜の表面上に複合薄膜とは屈折率の差が０．２以上である平坦化膜を製膜した請求項１に記載の面発光体用複合薄膜保持基板。
- 更に、微粒子及びバインダーを含む複合薄膜の表面上に透明導電性膜が形成されている請求項１に記載の面発光体用複合薄膜保持基板。
- 更に、平坦化膜の上に透明導電性膜が形成されている請求項２又は３に記載の面発光体用複合薄膜保持基板。
- 前記微粒子が、金属酸化物微粒子又は有機ポリマー微粒子である請求項１〜５のいずれか１項に記載の面発光体用複合薄膜保持基板。
- 前記微粒子が、シリカ、チタニア、酸化錫、酸化亜鉛、酸化セリウム、酸化アルミニウム、酸化インジウム及びそれらの複合酸化物からなる群から選ばれる少なくとも１種の金属酸化物微粒子である請求項１〜６のいずれか１項に記載の面発光体用複合薄膜保持基板。
- 前記バインダーが、金属酸化物又は有機ポリマーである請求項１〜７のいずれか１項に記載の面発光体用複合薄膜保持基板。
- 前記バインダーが、シリカ、チタニア、酸化錫、酸化亜鉛、酸化セリウム、酸化アルミニウム及びそれらの複合酸化物からなる群から選ばれる少なくとも１種の金属酸化物である請求項１〜７のいずれか１項に記載の面発光体用複合薄膜保持基板。
- 前記複合薄膜上の平坦化膜が、金属酸化物又は有機ポリマーである請求項２、３又は５に記載の面発光体用複合薄膜保持基板。
- 前記複合薄膜上の平坦化膜が、シリカ、チタニア、酸化錫、酸化亜鉛、酸化セリウム、酸化アルミニウム及びそれらの複合酸化物からなる群から選ばれる少なくとも１種の金属酸化物である請求項２、３又は５に記載の面発光体用複合薄膜保持基板。
- 前記複合薄膜上の平坦化膜が、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、スチレン樹脂、ポリイミド樹脂、及びポリアミド樹脂からなる群から選ばれる少なくとも１種の有機ポリマーである請求項２、３又は５に記載の面発光体用複合薄膜保持基板。
- 前記微粒子がシリカ微粒子であり、前記バインダーが、シリカ／チタニア複合酸化物であり、かつ前記複合薄膜上の平坦化膜がシリカである請求項２、３又は５に記載の面発光体用複合薄膜保持基板。
- 請求項１に記載された面発光体用複合薄膜保持基板において、微粒子及びバインダーを含む複合薄膜の表面上に、蛍光体薄膜が積層された面発光体。
- 請求項２又は３に記載された面発光体用複合薄膜保持基板において、平坦化膜の表面上に、蛍光体薄膜が積層された面発光体。
- 請求項４又は５に記載された面発光体用複合薄膜保持基板において、透明導電性膜が製膜されている表面上に、エレクトロルミネセンス素子を構成する面発光体。
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