KR101236574B1 - 전계 발광 소자, 조명 장치, 및 표시 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 전계 발광 소자의 발광 강도의 증가나 소비 전력의 저감의 요구가 크고, 또한 이러한 소자에 의해 새로운, 혹은 고성능의 조명 장치나 표시 장치의 제공을 목적으로 한다. 투명 기판 상에 제 1 전극층, 발광층 및 제 2 전극층을 이 순서로 갖는 전계 발광 소자로서, 상기 투명 기판의 상기 제 1 전극층측의 표면에 광학 지향성 구조부가 마련되어 있는 전계 발광 소자를 제공한다. 또한, 이 전계 발광 소자를 갖는 조명 장치 및 표시 장치를 제공한다.
Description
본 발명은 전계 발광 소자, 조명 장치, 및 표시 장치에 관한 것으로, 구체적으로는 광 취출 효율이 높은 전계 발광 소자, 조명 장치, 및 표시 장치에 관한 것이다.
일반적인 전계 발광 소자는, 도 11에 도시한 바와 같이, 평면 형상의 투명 기판(1)과, 투명 기판(1)의 하부측에 순차적으로 적층된 제 1 전극층(2), 발광층(3) 및 제 2 전극층(4)을 구비하여 구성되어 있다. 제 1 전극층(2)과 제 2 전극층(4) 사이에 전압을 인가함으로써 발광층(3)이 발광하고, 이 발광층(3)에서 발생한 광은 제 1 전극층(2) 및 투명 기판(1)을 통과하여 상방(上方)으로 사출된다. 발광층(3)의 광을 유효하게 이용하기 위해서는, 제 1 전극층(2) 및 투명 기판(1)의 투명성 외에, 제 1 전극층(2)과 투명 기판(1)의 계면, 및 투명 기판(1)과 전계 발광 소자 외부(통상은 대기중(大氣中))의 계면에 있어서의 반사 손실이 큰 과제로 되어 있다. 광이 투명 기판(1)으로부터 외부로 사출될 때, 투명 기판(1)과 전계 발광 소자 외부의 계면에서 투명 기판(1)과 대기의 굴절률 차이에 의해 전반사(全反射)되어 버리는 광이 있다. 이 때문에, 발광층(3)으로부터의 광을 상방의 투명 기판(1) 외측으로 사출할 수 있는 효율, 즉 광 취출 효율이 낮아지게 된다.
특허문헌 1 및 2에는, 투명 기판(1)으로부터 대기중으로 사출하는 효율을 높이기 위해, 투명 기판의 외부와 접하는 표면에 미소 요철 구조, 즉 미소 렌즈 어레이를 형성함으로써 광 취출 효율을 높일 수 있다는 것이 보고되어 있다(특허문헌 1 및 특허문헌 2). 또한 이들 보고에 따르면, 발광층으로부터 발생한 여러 입사각의 광이 투명 기판의 평탄한 표면으로부터 외부로 사출되는 경우와 비교하여, 투명 기판에 형성된 미소 렌즈 어레이에 의해 상기 표면에서의 사출 광의 입사각이 작아진다. 이 때문에, 전반사에 의한 손실을 최소한으로 억제하면서 광을 외부로 사출할 수 있으며, 따라서 광 취출 효율이 향상된다.
[특허문헌 1] 일본 특허 공개 제 1997-73983 호 공보
[특허문헌 2] 일본 특허 공개 제 2003-59641 호 공보
발명의 개시
발명이 해결하고자 하는 과제
그러나, 전계 발광 소자의 발광 강도의 증가나 소비 전력 저감의 요구는 커서, 전술한 바와 같이 투명 기판과 이것이 외부와 접하는 표면 사이의 반사 손실을 저감하는 것만으로는 만족스러운 광 취출 효율이 되지 못해, 더욱 광 취출 효율이 증대될 것이 요망되고 있다.
따라서, 본 발명의 목적은, 종래보다도 더 높은 광 취출 효율을 갖는 전계 발광 소자를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 고휘도의, 혹은 소비 전력이 적은 조명 장치나 표시 장치를 제공하는 것이다.
과제를 해결하기 위한 수단
본 발명자들은 상기 과제를 해결하기 위해 예의 연구한 결과, 제 1 전극층과 투명 기판의 계면의 광 반사 손실에 부가하여 투명 기판 중의 광 흡수 손실을 개선하는 것이 중요하다는 것을 깨닫고, 더욱 검토한 결과, 제 1 전극층과 투명 기판의 계면의 구조를 특정 구조로 함으로써 상기 목적을 달성할 수 있다는 것을 발견하여, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
전술한 과제를 해결하기 위한 제 1 발명은, 투명 기판 상에, 제 1 전극층, 발광층 및 제 2 전극층을 이 순서로 갖는 전계 발광 소자로서, 투명 기판의 제 1 전극층측의 표면에 광학 지향성 구조부가 마련되어 있는 전계 발광 소자이다. 즉, 투명 기판의 제 1 전극층측의 표면이 광학 지향성 구조, 예컨대 미소한 렌즈, 즉 마이크로렌즈가 다수 형성된 구조를 갖는 전계 발광 소자이다. 광학 지향성 구조부란, 투명 기판의 제 1 전극층측 표면에서의 전반사에 의한 손실을 억제하고, 또한 투명 기판에 대하여 수직에 가까운 방향으로, 즉 도 1에서는 상방으로 광을 투과시킬 수 있는 것으로, 투과광에 광학 지향성을 부여할 수 있다. 그리고, 제 1 전극층측으로부터 투명 기판측에 대하여 수직에 가까운 방향으로 광을 사출시킴으로써 투명 기판의 반대측 표면, 도 1에 있어서는 상부의 전계 발광 소자 외부측 표 면에서 전반사되는 각도로의 광의 입사를 억제하여, 전반사에 의한 광의 반사 손실을 억제할 수 있다.
제 2 발명은, 투명 기판의 양 표면에 광학 지향성 구조부가 마련되어 있는 상기 제 1 발명의 전계 발광 소자이다. 본 발명에서는 투명 기판의 양 표면에서 마이크로렌즈와 같은 광학 지향성 구조부가 광의 취출 효율 향상 효과를 갖는다. 또한, 투명 기판과 외기(外氣)의 계면에서 상기 제 1 발명과 마찬가지로 광학 지향성 부여에 의해, 투명 기판 상부 표면에서의 전반사를 억제하는 효과도 발휘한다. 이 양자(兩者)의 효과에 의해, 전체로서의 광의 취출 효율을 더욱 향상시킨다. 이들 광학 지향성 구조부로는, 미소한 마이크로렌즈가 다수 집합된 구조인 마이크로렌즈 어레이가 효과적이다. 특히, 투명 기판의 종횡 양 방향으로 배열 피치가 10㎛∼1㎜이고 높이가 0.01∼100㎛인 복수의 마이크로렌즈가 배치되어 있는 구조가 바람직하다.
제 3 발명은, 상기 투명 기판의 측면에 반사 구조부가 마련되어 있는 상기 전계 발광 소자이다. 여기서, 상기 측면이란, 상기 표면(투명 기판의 상면 또는 하면) 이외의 단면, 즉 투명 기판의 두께 방향에 따른 단면이다. 반사 구조부는, 도 6 및 도 7에 도시한 바와 같이 발광층(3)의 광원(8)으로부터 방사된 광이 투명 기판(1)의 측면에서 반사되기 쉬운 구조이면 된다. 도 6은 투명 기판(1)의 측면이 위를 향해 볼록한 단면 형상을 하고 있으며, 투명 기판과 외기의 굴절률의 차이에 의해 전반사되기 쉽게 되어 있다. 도 7은 투명 기판의 부분만을 나타내고 있는데, 측면이 위로 열린 경사를 취하고 있으며, 역시 전반사에 의해 보다 많은 광을 투명 기판 상면으로부터 사출할 수 있는 구조이다. 또한, 반사 구조부가 요철 구조 또는 거울면(鏡面)인 것이 효과적으로 광을 투명 기판 상면으로부터 사출할 수 있는 구조이다. 도 8에는 요철 구조의 측면을 갖는 투명 기판의 예를, 도 9에는 투명 기판 측면에 거울면을 배치한 예를 도시하였다.
제 4 발명은, 투명 기판의, 흡수율이 0.1% 이하, 열 선팽창 계수가 0∼80ppm/K인 전술한 제 1 발명의 전계 발광 소자이다. 투명 기판의 흡수율이나 열선 팽창율이 크면, 전계 발광 소자의 사용 환경에 따라서는 투명 기판의 팽창이나 수축이 일어난다. 전술한 발명에 있어서는, 투명 기판의 한쪽 또는 양쪽에 마이크로렌즈 등의 광학 지향성 구조부가 배치되어 있어, 투명 기판에 팽창이나 수축이 일어나면 마이크로렌즈 등의 광학 지향성 구조부나 발광층 등에 왜곡을 주게 된다. 이에 따라, 극단적인 경우에는 전계 발광 소자가 파손되거나, 광학 지향성 구조부의 변형에 의해 광학 지향성이나 광 취출 효율의 저하를 가져오게 된다. 또한, 흡수율이 크면 투명 기판은 대기중 등의 사용 환경 중에서 수분을 흡수하여, 이를 발광층측으로 투과시킬 우려가 있다. 일반적으로 발광층은 수분에 의해 열화되기 쉬운 재료로 되어 있어, 이것을 피하기 위해서도 저흡수율인 것이 바람직하다. 본 발명에 의해, 상기 발명의 전계 발광 소자의 성능 안정성이나 수명의 개선을 도모할 수 있다.
제 5 발명은, 투명 기판이 지환식 구조를 갖는 수지로 형성되는 상기 제 1 발명의 전계 발광 소자이다. 지환식 구조를 갖는 수지는, 일반적으로 광학 재료로서 복굴절률이 낮고, 광흡수가 적다고 하는 우수한 특성을 갖고 있으며, 또한 제 4 발명의 설명에서 기재한 특성도 구비하고 있어, 전계 발광 소자의 투명 기판 재료로서 바람직하다. 실용적인 전계 발광 소자용 투명 기판의 제공 방법으로서 중요하다.
제 6 발명은, 상기 제 1 발명의 전계 발광 소자를 갖는 조명 장치의 발명이다.
제 7 발명은, 상기 제 1 발명의 전계 발광 소자를 갖는 표시 장치, 예컨대 상기 제 1 발명의 전계 발광 소자를 백라이트 장치로서 구비한 액정 표시 장치 등의 표시 장치이다. 이들 발명의 조명 장치나 표시 장치는, 당연히 고성능의 상기 발명의 전계 발광 소자를 이용하고 있기 때문에, 낮은 소비 전력으로 우수한 조명 기능과 표시 기능을 발휘한다.
발명의 효과
제 1 및 제 2 발명의 전계 발광 소자는, 투명 기판과 제 1 전극층의 계면에서의 광 반사 손실을 억제하고, 또한 투명 기판의 외부와의 경계면에서의 광 반사 손실도 억제하여, 광 취출 효율이 매우 양호한 소자이다. 이에 따라, 고휘도로 소비 전력이 적은 전계 발광 소자가 얻어진다. 또한, 제 3 발명에 있어서는 투명 기판 측면으로부터 누출된 광도 이용할 수 있는 구조의 전계 발광 소자이다. 제 4 및 제 5 발명에 있어서는 우수한 광 취출 효율 등의 성능뿐만 아니라, 성능이 안정된 수명이 긴 전계 발광 소자를 제공하고 있다. 또한, 제 6 및 제 7 발명에서는 전술한 고성능 전계 발광 소자를 이용한 고기능의 조명 장치 및 표시 장치를 제공 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 전계 발광 소자의 실시예 1을 나타내는 설명용 구성도로서, 하부에는 광학 지향성 구조부의 일부 확대 평면도를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 전계 발광 소자의 실시예 2를 나타내는 설명용 구성도로서, 하부에는 광학 지향성 구조부의 일부 확대 평면도를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 전계 발광 소자의 실시예 3을 나타내는 설명용 구성도로서, 하부에는 투명 기판의 양 표면 각각의 광학 지향성 구조부의 일부 확대 평면를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 광학 지향성 구조층을 갖는 전계 발광 소자를 나타내는 예이다.
도 5는 본 발명의 광학 지향성 구조층을 갖는 전계 발광 소자를 나타내는 예이다.
도 6은 실시예 4의 전계 발광 소자의 단면 개념도로서, 하부에는 투명 기판의 광학 지향성 구조부의 일부 확대 평면도를 나타낸다.
도 7은 측면에 경사면의 반사 구조부를 갖는 투명 기판을 나타내는 예이다.
도 8은 측면에 요철 구조의 반사 구조부를 갖는 투명 기판을 나타내는 예이다.
도 9는 실시예 5에 대응하는, 측면에 거울면을 갖는 전계 발광 소자를 나타 내는 구성도로서, 하부에는 설명용 평면도를 나타낸다.
도 10은 비교예 2의 전계 발광 소자를 나타내는 설명용 구성도이다.
도 11은 비교예 1의 전계 발광 소자를 나타내는 설명용 구성도이다.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1 : 투명 기판
2 : 제 1 전극층
3 : 발광층
4 : 제 2 전극층
5-1 : 제 1 전극층측의 광학 지향성 구조부
5-2 : 전계 발광 소자 표면측의 광학 지향성 구조부
6 : 광학 지향성 구조층
7 : 거울면(예컨대, 알루미늄박 등 금속 광택을 갖는 물질)
8 : 광원
9 : 제 1 전극층측의 광학 지향성 구조부의 마이크로렌즈의 평면도(마이크로렌즈 4개만 도시함)
10 : 전계 발광 소자 표면측의 광학 지향성 구조부의 마이크로렌즈의 평면도(마이크로렌즈 4개만 도시함)
11 : 광학 지향성 구조부의 마이크로렌즈의 배열 피치
1a, 1d : 투명 기판 측면에서의 전반사광
발명을 실시하기
위한 최선의 형태
본 발명의 바람직한 실시형태를, 도 1을 중심으로 참조하면서 구체적으로 설명한다. 또, 이하에 기술하는 실시형태는, 본 발명의 바람직한 구체예이며, 기술적으로 바람직한 여러가지 한정이 부가되어 있지만, 본 발명의 범위는 이하의 설명에 있어서 특별히 본 발명을 한정하는 취지의 기재가 없는 한, 이들 실시형태에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명에 따른 전계 발광 소자의 제 1 실시형태의 구성을 나타내고 있다. 도 1에 있어서, 전계 발광 소자는, 투명 기판(1)과, 투명 기판(1)의 하면에 순차적으로 형성된 제 1 전극층(2), 발광층(3) 및 제 2 전극층(4)을 구비하여 구성되어 있다. 투명 기판(1)은, 통상은 정방형(正方形) 또는 장방형(長方形)의 투광성 판 형상으로 형성되어 있다. 투명 기판(1)의 제 1 전극층(2)측의 표면에는, 광학 지향성 구조부(5-1)가 형성되어 있다. 광학 지향성 구조부(5-1)는, 예컨대 미소한 원추(圓錐) 렌즈, 삼각추(三角錐), 사각추(四角錐) 등을 비롯한 다각 방추 렌즈, 돔형 렌즈 등의 요철 형상의 소자(마이크로렌즈라고 칭하기도 함)를 다수 배치한 구조이다. 광학 지향성 구조부(5-1)가 고굴절률층인 제 1 전극층(2)과 상대적으로 저굴절률층인 투명 기판(1)의 계면에 존재하면, 고굴절률층측으로부터 이 계면을 향하여 여러가지의 방각(方角)으로부터 입사되어 오는 광, 즉 산란광이 저굴절률층측으로 투과되어 갈 때, 전반사에 의한 반사 손실이 감소하여, 산란광이던 입사광을 광학 지향성을 갖는 광으로서 투명 기판(1)측으로 사출할 수 있다. 그 결과, 제 1 전극층(2)으로부터 투명 기판(1)으로의 광 취출 효율을 향상시킬 수 있다.
광학 지향성 구조부(5-1)는, 예컨대 1개의 사각추이더도 이론적으로는 가능하지만, 미소한 사각추 등의 마이크로렌즈를 투명 기판(1)의 표면에 다수 배치하는 편이 바람직하다. 전계 발광 소자는 통상 가능한 한 얇은 것이 바람직하다. 또한, 전계 발광 소자 전체의 광 취출 효율을 높이기 위해서는, 투명 기판(1)의 표면 전체가 상기 효과를 발휘할 필요가 있다. 양자를 만족하는 형태로서 다수의 마이크로렌즈를 투명 기판(1)의 제 1 전극층(2)측 표면 전체에 배치한 구조(마이크로렌즈 어레이라고 칭하기도 함)가 바람직하다. 또, 광학 지향성 구조부(5-1)의 마이크로렌즈는 투명 기판(1)에 대하여 오목 형상이어도 볼록 형상이어도 상관없다.
제 1 전극층(2)부터 하부는, 통상의 전계 발광 소자와 동일한 구조로 되어 있으면 된다. 즉, 투명 기판(1) 아래에 제 1 전극층(2), 발광층(3) 및 제 2 전극층(4)이 차례로 하방(下方)에 적층되어 있다. 상기 제 1 전극층(2)은, 예컨대 투명 전극으로, 아연 첨가 산화인듐(통칭 IZO), 인듐주석 산화물(통칭 ITO) 등으로 구성되어 있다. 상기 발광층(3)은, 예컨대 TPD 등으로 대표되는 알릴아민계 재료와 Alq3으로 대표되는 알루미늄착체의 적층 또는 ZnS 등의 무기 화합물, Alq3 등의 유기 화합물의 단층 또는 복수의 층을 적층하여 구성된다. 상기 제 2 전극층(4)은 이면 전극이라고도 불리며, 예컨대 알루미늄 증착막 등으로 구성되어 있다. 제 1 전극층(2)과 제 2 전극층(4) 사이에 전압을 인가하는 것에 의해, 발광층(3)이 전계 발광 효과에 의해 발광하고, 그 광이 제 1 전극층(2), 광학 지향성 구조부(5-1) 및 투명 기판(1)을 지나, 혹은 제 2 전극층(4)에 의해 반사된 광이 발광층(3), 제 1 전극층(2), 광학 지향성 구조부(5-1) 및 투명 기판(1)을 지나, 전계 발광 소자의 외부로 사출되는 메카니즘이다.
본 발명에서는, 광이 투과해 가는 제 1 전극층(2), 광학 지향성 구조부(5-1), 및 투명 기판(1)의 부분의 구성이나 메카니즘이 중요하다. 그래서, 이들에 대하여 구체적으로 설명한다. 우선, 투명 기판(1)의 두께는 통상 0.03∼10㎜이며, 바람직하게는 0.1∼3㎜이다. 한편, 투명 기판 표면의 요철 구조는, 통상은 무시할 수 있지만, 오목부에 있어서의 두께가 상기 범위이면 된다. 투명 기판(1)의 재질은, 종래, 강도나 가스 배리어성의 측면에서 유리 등의 투명한 무기 재료를 이용하고 있었다. 그러나, 얇으면서 유연성도 우수한 전계 발광 소자를 얻기 위해서는, 투명 기판으로서는 얇고, 유연성이 우수한 수지제가 적합하다. 그 중에서도, 지환식 구조를 갖는 수지는 광 투과성, 열 안정성, 흡수 특성, 기계 특성 등이 우수한 바람직한 재료이다. 지환식 구조를 갖는 수지로는, 지환식 구조는 주쇄 및 측쇄의 어느 쪽에 있어도 좋다. 지환식 구조로는, 사이클로알칸 구조, 사이클로알켄 구조 등을 예로 들 수 있지만, 열 안정성의 관점에서 사이클로알칸 구조가 바람직하다. 지환식 구조를 형성하는 탄소 원자수는 통상 4∼30개, 바람직하게는 5∼20개, 보다 바람직하게는 5∼15개이다. 지환식 구조를 구성하는 탄소 원자수가 이 범위에 있으면, 내열성 및 유연성이 우수한 수지가 얻어진다. 지환식 구조를 갖는 수지 중의 지환식 구조를 갖는 반복 단위의 비율은, 사용 목적에 따라서 적절히 선택하면 된다.
지환식 구조를 갖는 수지의 구체예로는, 노보넨계 중합체, 단환(團環)의 환상 올레핀의 중합체, 환상 공액 디엔의 중합체, 바이닐 지환식 탄화수소 중합체, 이들의 수소화물, 및 이들의 혼합물 등을 들 수 있다. 이들 중에서도, 광 투과성, 열 안정성, 흡수 특성, 내열성, 기계적 강도의 관점에서, 노보넨계 중합체 및 그 수소화물과, 바이닐 지환식 탄화 수소 중합체 및 그 수소화물 등이 바람직하다.
(1) 노보넨계 중합체
본 발명에 이용하는 노보넨계 중합체로는, 노보넨계 모노머의 개환 중합체, 노보넨계 모노머와 이것을 개환 공중합 가능한 그 밖의 모노머와의 개환 공중합체, 이들의 수소화물, 노보넨계 모노머의 부가 중합체, 노보넨계 모노머와 이것과 공중합 가능한 그 밖의 모노머와의 부가 공중합체 등을 들 수 있다. 이들 중에서도, 내열성, 기계적 강도의 관점에서, 노보넨계 모노머의 개환 중합체 수소화물이 가장 바람직하다. 노보넨계 모노머로는, 바이사이클로〔2.2.1〕-헵토-2-엔(관용명: 노보넨) 및 그 유도체, 즉 환에 치환기를 갖는 것, 트라이사이클로[4.3.0.12,5]데카-3,7-다이엔(관용명: 다이사이클로펜타다이엔) 및 그 유도체, 7,8-벤조트라이사이클로[4.3.0.12,5]데카-3-엔(관용명: 메타노테트라하이드로플루오렌) 및 그 유도체, 테트라사이클로[4.4.0.12,5.17,10]도데카-3-엔(관용명: 테트라사이클로도데센) 및 그 유도체 등을 들 수 있다. 치환기로는, 알킬기, 알킬렌기, 바이닐기, 알콕시카보닐기 등을 예로 들 수 있고, 상기 노보넨계 모노머는 이들을 2종 이상 가져도 좋다. 이들 노보넨계 모노머는 각각 단독으로 혹은 2종 이상을 조합시켜 사용된다. 이들 노보넨계 모노머의 개환 중합체, 또는 노보넨계 모노머와 그 밖의 모노머와의 개환 공중합체는 공지된 개환 중합 촉매의 존재하에서 실시할 수 있다. 그 밖의 모노머로는, 예컨대 사이클로헥센, 사이클로헵텐, 사이클로옥텐 등의 단환의 환상 올레핀계 단량체 등을 들 수 있다.
노보넨계 모노머의 개환 중합체 수소화물은, 통상 상기 개환 중합체의 중합 용액에, 니켈, 팔라듐 등의 전이 금속을 포함하는 공지된 수소화 촉매를 첨가하여, 탄소-탄소 불포화 결합을 수소화함으로써 얻을 수 있다. 노보넨계 모노머의 부가 중합체, 또는 노보넨계 모노머와 그 밖의 모노머의 부가 중합체 또는 공중합체는, 이들의 모노머를 공지된 부가 중합 촉매 또는 공중합 촉매를 이용하여 중합시켜 얻을 수 있다.
노보넨계 모노머와 부가 공중합 가능한 그 밖의 모노머로는, 예컨대 에틸렌, 프로필렌, 1-뷰텐, 1-펜텐, 1-헥센, 1-옥텐, 1-데센, 1-도데센, 1-테트라데센, 1-헥사데센, 1-옥타데센, 1-에이코센 등의 탄소수 2∼20의 α-올레핀, 및 이들의 유도체; 사이클로부텐, 사이클로펜텐, 사이클로헥센, 사이클로옥텐, 3a,5,6,7a-테트라하이드로-4,7-메타노-1H-인덴 등의 사이클로올레핀, 및 이들의 유도체; 1,4-헥산다이엔, 4-메틸-1,4-헥사다이엔, 5-메틸-1,4-헥사다이엔, 1,7-옥타다이엔 등의 비공액 다이엔; 등이 이용된다. 이들 중에서도, α-올레핀, 특히 에틸렌이 바람직하다.
이들 노보넨계 모노머와 공중합 가능한 그 밖의 모노머는, 각각 단독으로, 혹은 2종 이상을 조합시켜 사용할 수 있다. 노보넨계 모노머와 이것과 공중합 가능한 그 밖의 모노머를 부가 공중합하는 경우에는, 부가 공중합체 중의 노보넨계 모노머 유래의 구조 단위와 공중합 가능한 그 밖의 모노머 유래의 구조 단위의 비율이 중량비로 30:70∼99:1의 범위로 되도록 적절히 선택된다.
(2) 바이닐 지환식 탄화수소 중합체
바이닐 지환식 탄화수소 중합체로는, 예컨대 바이닐사이클로헥센, 바이닐사이클로헥산 등의 바이닐 지환식 탄화수소계 단량체 및 그 수소화물; 스티렌, α-메틸스티렌 등의 바이닐 방향족계 단량체의 중합체의 방향족환 부분의 수소화물; 등을 들 수 있으며, 바이닐 지환식 탄화수소 단량체나 바이닐 방향족계 단량체와, 이들 단량체와 공중합 가능한 다른 단량체의 랜덤 공중합체, 블록 공중합체 등의 공중합체 및 그 수소화물 등을 들 수 있다. 블록 공중합체로는, 다이블록, 트라이블록, 또는 그 이상의 멀티블록이나 경사 블록 공중합체 등을 들 수 있는데, 특별히 제한은 없다.
(3) 단환의 환상 올레핀의 중합체, 환상 공액 다이엔계 중합체
단환의 환상 올레핀계 중합체로는, 예컨대 사이클로헥센, 사이클로헵텐, 사이클로옥텐 등 단환 환상 올레핀계 단량체의 부가 중합체를 이용할 수 있다. 환상 공액 다이엔계 중합체로는, 예컨대 사이클로펜타다이엔, 사이클로헥사다이엔 등의 환상 공액 다이엔계 단량체를 1,2- 또는 1,4-부가 중합된 중합체 및 그 수소화물 등을 이용할 수 있다.
본 발명에서 바람직하게 사용되는 지환식 구조를 갖는 수지의 분자량은, 사용 목적에 따라서 적절히 선택되는데, 사이클로헥산 용액, 톨루엔 용액의 겔 투과 크로마토그래프법에 의해 측정할 수 있다. 상기 지환식 구조를 갖는 수지의 분자량은, 폴리스틸렌 환산의 중량 평균 분자량으로, 통상 5,000∼500,000, 바람직하게는 8,000∼200,000, 보다 바람직하게는 10,000∼100,000의 범위이다. 분자량을 상기 범위로 하는 것에 의해, 수지의 기계적 강도, 및 성형 가공성이 양호하게 된다.
본 발명에서 바람직하게 사용되는 지환식 구조를 갖는 수지의 유리 전이 온도는, 사용 목적에 따라서 적절히 선택되는데, 바람직하게는 80℃∼350℃, 보다 바람직하게는 130∼250℃의 범위이다. 유리 전이 온도를 상기 범위로 하는 것에 의해, 고온하의 사용에 있어서도 변형이나 응력 집중이 발생하는 일 없이 내구성이 양호하게 된다.
본 발명에 있어서는, 투명 기판의 흡수율이 0.1% 이하, 열 선팽창 계수가 0∼80ppm/K인 것이 바람직하다. 더 바람직하게는 흡수율이 0.05% 이하, 열 선팽창 계수가 0∼70ppm/K이다. 이에 따라, 본 발명의 전계 발광 소자는 통상의 사용 환경하에서의 변형에 의한 성능 열화가 거의 없게 된다. 또한, 흡수율이 낮아지면, 그에 따라서 기판의 수증기 투과성도 저하되기 때문에, 수분에 의해 열화되기 쉬운 발광층을 보호하는 것도 가능하다. 상기 지환식 구조를 갖는 수지로부터는, 용이하게 흡수율 및 열선 팽창율이 이 범위에 들어가는 투명 기판을 제조할 수 있다. 혹은, 제조 조건을 선택하면 더욱 작게 할 수 있으며, 고성능의 투명 기판 재료로서 바람직하다.
본 발명에 있어서는, 투명 기판이 수지인 경우에는, 투명 기판과 제 1 전극층과의 사이에 가스 배리어층을 마련하여도 좋다. 가스 배리어층을 마련함으로써 발광층이나 전극층을 외기의 수분으로부터 차단할 수 있다. 가스 배리어층을 구성하는 재료로는, SiOx, Al2O3, AlOx, SiOxNy, SiNx 등을 들 수 있다. 가스 배리어층의 두께는 통상 0.02∼1㎛, 바람직하게는 0.05∼0.2㎛이다.
본 발명에 있어서는, 투명 기판이 수지인 경우에는, 제 1 전극층과 접하는 표면을 표면 기능화하여도 좋다. 표면 기능화란, 투명 기판의 표면에 산소 함유 작용기 또는 질소 함유 작용기를 형성시켜 표면 에너지를 향상시킴으로써, 그 위에 형성하는 제 1 전극층이나 가스 배리어층의 무기막 등에의 밀착성을 향상시키는 것이다. 표면 기능화하는 방법으로는, 산소, 질소 및 아르곤과 같은 기체 분위기하에 있어서의 코로나 방전 처리; 플라즈마 방전 처리; 이온빔 조사 처리; 전자빔 처리; 및 자외선 조사 처리를 들 수 있다.
다음에, 광학 지향성 구조부(5-1)에 대하여 설명한다. 광학 지향성 구조부(5-1)는 통상은 마이크로렌즈 어레이, 즉 투명 기판(1) 표면에 마이크로렌즈를 복수 배치한 구조가 그 역할을 담당한다. 마이크로렌즈로는, 예컨대 육각추·사각추·삼각추·원추·삼각기둥·사각기둥·원주·렌즈돔 혹은 오목이나 볼록의 렌즈 형상과 같이 투명 기판 표면에 대하여 요철 형상을 갖는 구조가 좋다. 또한, 도 1에 도시하건데, 마이크로렌즈는 위를 향한 육각추·사각추·삼각추·원추 등의 뿔 모양의 형상으로서, 투명 기판(1)의 장변 방향 및 단변 방향을 따라, 배열 피치가 10㎛∼1㎜이고 높이 0.01∼100㎛로 나란히 배열되어 배치된 구조가 바람직하다. 광학 지향성 구조부(5-1)는, 발광층(3)으로부터의 광이 제 1 전극층(2)으로부터 투명 기판(1)으로 투과될 때, 제 1 전극층(2)과 투명 기판(1)의 계면에서의 반사 손실을 억제하는 구조이면 된다. 광학 지향성 구조부(5-1)를 도 1에 도시하는 구체적인 예에 따라서 설명하면, 투명 기판(1)의 제 1 전극층(2)측 표면으로부터 상방, 즉 투명 기판측을 향하여 정점을 갖는 사각추 형상의 마이크로렌즈(10)가 다수 형성되어 있다. 이 마이크로렌즈(10)는 투명 기판(1)의 장변 방향 및 단변 방향을 따라, 배열 피치 10㎛∼1㎜이고, 높이 0.01∼100㎛로 나란히 배열되어 배치되어서 마이크로렌즈 어레이를 구성하고 있다.
또, 마이크로렌즈로는, 예컨대 도 3에 도시한 바와 같은, 원추 형상의 마이크로렌즈의 경우도 적용할 수 있으며, 이 경우에는, 사각추 형상의 마이크로렌즈의 경우와 마찬가지로 소정의 배열 피치, 예컨대 10㎛∼1㎜ 정도 및 높이 0.01㎛∼100㎛로 나란히 배열되어 상방을 향해 돌출된 원추 형상의 마이크로렌즈가 배치되어 있다. 각 마이크로렌즈는, 그 원추의 저면이 상기 배열 피치의 배치 프레임의 외접원으로 되도록 형성되어 있다. 원추의 저면 근방의, 상기 배치 프레임으로부터 상기 장변 방향 및 단변 방향으로 돌출되는 부분이 절제(切除)되는 것에 의해, 서로 인접하는 마이크로렌즈끼리가 간섭하지 않도록 되어 있다. 또한, 이것에 의해 투명 기판의 마이크로렌즈 부분에는 투명 기판 전체로서의 판면과 평행한 평면이 존재하지 않도록 되어 있다.
마이크로렌즈로는 전술한 바와 같은 형상을 예시하였지만, 하기의 기능을 발휘하는 형상이면 다른 형상이나 특별히 명칭을 붙일 수 없는 형상이어도 좋다. 또한, 마이크로렌즈 어레이의 구조는 동일한 형상의 마이크로렌즈를 평면 형상으로 간극 없이 배치한 구조이더라도 좋지만, 특별히 그럴 필요는 없다. 서로 다른 형상, 예컨대 각추와 원추, 또한 크기가 서로 다른 상기 형상의 마이크로렌즈가 촘촘히 또는 드문드문 배치되어 있더라도 문제는 없다. 제조상 및 기능상 측면에서는, 예컨대 전술한 바와 같이 동일 형태의 사각추를 간극 없이 종횡으로 연속적으로 배치한 마이크로렌즈 어레이 등이 바람직하다.
광학 지향성 구조부(5-1)의 기능에 대하여 설명한다. 도 1에 있어서 투명 기판(1)의 제 1 전극층(2)측 표면의 광학 지향성 구조부(5-1)의 각 마이크로렌즈를 예로 들어 본다. 발광층(3)으로부터의 발광 광선은, 모든 방향으로 향하는 방사광이기 때문에, 광학 지향성 구조부(5-1)의 각 마이크로렌즈(9)에는, 제 1 전극층(2)을 통해 제 1 전극층(2)측의 모든 방향으로부터 균등하게 입사되게 된다. 각 마이크로렌즈(9)는, 예컨대 위에 정점을 갖는 사각추 형상으로 형성되어 있는 것에 의해, 입사광의 하방으로의 반사에 의한 손실이 적어져, 모든 방향으로부터의 입사광의 대부분을 확실하게 투명 기판(1)측으로 이끌 수 있다. 이에 따라, 투명 기판(1)측으로의 광의 취출 효율이 향상되게 된다.
다음에, 또 하나의 광 취출 효율의 향상 효과에 대하여 설명한다. 고굴절률의 투명 기판(1)으로부터 상대적으로 저굴절률의 대기중으로 광을 효율적으로 취출하기 위해서는, 투명 기판(1)과 대기의 계면에서의 반사 손실, 특히 전반사에 의한 광의 반사 손실을 억제하지 않으면 안 된다. 그러기 위해서는, 발광층(3)으로부터 제 1 전극층(2)을 거쳐 투명 기판(1)의 상부 표면에 입사되어 오는 광을 투명 기판(1)의 표면에 대하여 적어도 전반사하지 않는, 즉 전반사 임계각 이하의 입사각을 갖는 광으로 하면 된다. 즉, 광학 지향성 구조부(5-1)의 부분에서 발광층(3)으로부터 나온 지향성이 없는 광, 즉 산란광을 투명 기판(1)의 표면에 대하여 직각에 가까운 상향의 방향으로 변화시키는 것이다. 이것은 광학 지향성 구조부(5-1)의 형상과, 투명 기판(1)과 제 1 전극층(2)의 굴절률의 차이를 이용함으로써 실현할 수 있다. 전술한 바와 같이 사각추 등의 요철 구조를 갖는 마이크로렌즈 구조는, 고굴절률 매체로부터 저굴절률 매체로 광이 투과될 때에 광의 지향성 부여 효과를 갖고 있기 때문에, 투명 기판(1)의 외부측 표면에 대하여 입사각이 작아지므로 전반사가 억제된다. 마이크로렌즈 구조는 입사광을 상향으로 할 수 있는 바람직한 광학 지향성 구조부이다. 본 발명에 있어서의 광학 지향성 구조부(5-1)를 갖는 마이크로렌즈 어레이는, 투명 기판(1)의 종횡 방향으로 피치 10㎛∼1㎜이고, 높이 0.01㎛∼100㎛로 마이크로렌즈 구조 소자가 배치되어 있는 것이 바람직하며, 피치 10㎛∼100㎛이고, 높이 1㎛∼100㎛로 배치되어 있는 것이 더 바람직하다.
이 광학 지향성 구조부(5-2)를 투명 기판 표면(투명 기판과 외기의 계면)에도 형성하면 전술한 제 1 효과가 얻어진다. 도 2 및 도 3에 도시한 전계 발광 소자가 그 예이다. 본 발명에서는 투명 기판의 양 표면에서 마이크로렌즈와 같은 광학 지향성 구조부(5-1, 5-2)가 광의 취출 효율 향상 효과를 갖는다． 또한, 투명 기판과 외기의 계면에서도 광학 지향성 부여에 의해, 투명 기판 상부 표면에서의 전반사를 억제하는 효과를 발휘한다. 이 양자의 효과에 의해, 전체로서의 광의 취출 효율을 더욱 향상시킨다. 광학 지향성 구조부(5-2)에 있어서도 전술한 광학 지향성 구조부(5-1)와 마찬가지로, 미소한 마이크로렌즈(10)가 다수 집합된 구조인 마이크로렌즈 어레이가 효과적이다. 특히, 투명 기판의 종횡 양 방향으로 배열 피치 10㎛∼1㎜, 높이 0.01∼100㎛의 복수의 마이크로렌즈가 배치되어 있는 구조가 바람직하다.
광학 지향성 구조부(5-1) 및 투명 기판(1)의 상부측 표면의 마이크로렌즈 어레이를 제조하는 방법은, 전술한 마이크로렌즈 어레이 구조로 되면 특별히 제한되지 않는다. 예컨대, 수지의 통상의 성형 방법인 용융 성형, 사출 성형, 캐스팅, 엠보싱 가공법, 전자선 미세 가공, 롤 성형법 및 인플레이션법을 들 수 있다.
또, 전술한 설명에서는, 광학 지향성 구조부(5-1)는 투명 기판(1)의 표면 형상으로서 설명하였지만, 반드시 표면 형상만이 아니어도 좋다. 도 4에 도시한 바와 같이, 광학 지향성 구조를 갖는 필름 또는 시트를 표면이 평탄한 투명 기판(1)에 부착하여 광학 지향성 구조층(6)으로 하는 것도 가능하다. 이 경우에는 제 1 전극층(2)과 광학 지향성 구조층(6)과의 계면에 있어서 마이크로렌즈의 기능을 갖는 구조로서 설명할 수 있다. 즉, 도 4와 같이 제 1 전극층(2)과 투명 기판(1) 사이에 광학 지향성 구조층(6)을 두어 상기 작용을 갖는 구조로 할 수 있다. 또한, 도 5와 같이, 투명 기판(1)의 광학 지향성 구조를 형성한 면에 상기 광학 지향성 구조층(6)을 부착하여 양면을 마이크로렌즈 어레이 구조로 하는 것도 가능하다. 또, 광학 지향성 구조층(6)을 형성하는 경우에는, 단층일 필요는 없다. 다층으로 하는 것도 가능하며, 다른 층, 예컨대 가스 배리어층과 겸용하여도 좋다.
또한, 도 4에 있어서, 상기 광학 지향성 구조층(6)은, 투명 기판과 마찬가지로 광 투과성이 필요하지만, 재질에 구애받는 일은 없다. 또한, 광학 지향성 구조층(6)의 굴절률은 일반적으로는 제 1 전극층(2)의 굴절률 또는 투명 기판(1)의 굴절률과 동일하거나 그들 사이가 적합하다. 유리 등의 투명 무기질 재료라도, 투명 수지라도 좋다. 일반적으로 제조의 용이성 측면에서는 수지가 우수하다. 또한, 투명 기판 또는 제 1 전극과 동일 재료로서 일체적으로 성형하여 제조하는 것도 가능하다. 구체적인 수지로는, 투명 기판 재료로서 설명한 수지는 바람직하다. 그 밖에도 폴리에틸렌, 폴리프로필렌과 같은 쇄상 폴리올레핀; 폴리아크릴산, 폴리아크릴산메틸, 폴리메타크릴산과 같은 아크릴 수지; 폴리카보네이트; 폴리스틸렌; 폴리에테르설파이드; 폴리에틸렌테레프탈레이트; 폴리에틸렌나프탈레이트 등을 들 수 있다.
본 발명에 있어서는, 도 6에 도시한 바와 같이 투명 기판의 측면에 반사 구조부가 마련되어 있는 것이 바람직하다. 도 6에 있어서, 전계 발광 소자는, 위에서부터 차례로 투명 기판(1), 제 1 전극층(2), 발광층(3) 및 제 2 전극층(4)을 적층하여 구성되어 있다. 이 전계 발광 소자는, 제 1 전극층(2)과 제 2 전극층(4) 사이에, 도시하지 않았지만, 구동 전원으로부터 소정의 구동 전압을 인가하는 것에 의해, 발광층(3)이 전계 발광 효과에 의해 발광하고, 그 광이 투명한 제 1 전극층(2) 및 투명 기판(1)을 통과하여, 투명 기판(1)의 상방의 전계 발광 소자 외부로 출사된다. 이 사출광을 이용하여 각종 조명 장치, 표시 장치를 제공할 수 있다.
도 6에 있어서, 상기 반사 구조부는, 투명 기판(1)의 측면으로부터 전계 발광 소자 외부로 누출되어 있었던 광을 투명 기판 측면에서 반사시켜, 투명 기판(1)의 안쪽을 향하게 하는 기능을 갖는다. 측면에 반사 구조부를 갖는 투명 기판은, 예컨대 도 6에 도시한 바와 같이 투명 기판의 측면이 아래에서부터 위를 향해 넓어져 있다. 이 경우, 투명 기판(1)의 측면을 향한 광 중 측면에서 전반사에 의해 투명 기판(1)측으로 방향이 변하는 광이 많아진다. 그래서, 도 6과 같은 측면 구조를 하고 있으면 광원(8)으로부터 나온 광선은 투명 기판의 측면으로의 입사각이 커져 전반사되어 투명 기판(1) 내부로 되돌아온다. 그리고, 투명 기판(1)의 표면으로부터 상방으로 사출되는 광으로 되어 유효하게 이용된다. 일반적으로 광은 상대적으로 굴절률이 높은 매체로부터 굴절률이 낮은 매체로 통과하는 경우, 임계각 이상으로 입사되는 광은 모두 전반사되는 성질을 갖고 있다. 즉, 굴절률이 높은 매체, 즉 투명 기판의 굴절률을 nH, 굴절률이 낮은 매체, 즉 대기의 굴절률을 nL, 임계각을 θc라고 하면, 임계각 θc는 식 sin-1(nL/nH)로 나타낸다.
본 실시형태에서는 광의 이러한 성질을 이용하고 있다. 도 6에서는 광원(8)으로부터의 광선이 전반사되어 광선(1a)으로 되어서 상방으로 사출된다. 투명 기판 측면의 반사 구조부는 투명 기판(1)의 하측의 발광층(3)으로부터의 광을 투명 기판 측면으로부터 투과시키지 않고 투명 기판 상부 표면을 향해 반사시키는 기능을 갖고 있으면 좋다. 반사 구조부로서는, 예컨대 전술한 바와 같이, 도 6에 도시한 것과 같이 투명 기판(1)의 측면이 아래에서부터 위를 향해 넓어져 있는 구조가 있다.
또한, 본 발명의 반사 구조부로서는, 도 7에 도시한 바와 같이, 투명 기판(1)의 측면의 단면 구조가 위로 넓어진 거의 사다리꼴 형상으로 되어 있는 경우가 있다. 도 7에서는, 투명 기판(1)의 상면은 요철 형상이 강조되어 있지만, 요철은 매우 작아 상면의 실제 외관은 거의 평면 형상이다. 또, 이 경우, 한쪽 측면만 위로 넓어져 있어도 좋지만, 입사각이 커지도록 양측 측면이 위로 넓어진 사다리꼴 형상인 것이 바람직하다. 또한, 4개의 측면이 모두 해당 구조인 것이 바람직하다. 이들 구조로서는, 예컨대 도 8에 도시한 바와 같이, 투명 기판(1)의 측면의 단면 구조가, 상기와 같은 위로 볼록한 곡선의 단면 구조를 갖는 얇은 투명 기판이 여러장 겹쳐진 상태의 구조가 있다. 물론, 상기 사다리꼴 구조의 투명 기판이 여러장 겹쳐진 상태의 구조이어도 좋다. 이에 따라, 측면으로부터의 투과 손실 방지 효과는 같지만, 투명 기판의 상부 표면과 하부 표면의 크기를 거의 동일하게 하여 제조상, 취급상의 편의를 도모하고 있다. 도 8에 있어서, 광원(8)으로부터 가장 오른쪽에 도시한 광선은, 우선 측면에서 전반사되어 상향으로 방향을 바꾼다. 이 광선은 한번 투명 기판 밖으로 나가는데, 방향 전환에 의해 상방에 가까운 방향을 향하고 있기 때문에, 곧바로 상부의 투명 기판 부분에 입사되어 최후에는 투명 기판 상부 표면으로부터 광선(1d)으로 되어 유효하게 이용된다. 예컨대, 투명 기판의 측면에 평면과 평행하게 상기 형상의 홈을 형성하면 간단히 본 발명을 실시할 수 있다.
본 발명의 상기 반사 구조부는, 투명 기판 측면에 요철 구조를 형성하는 것으로도 실시할 수 있다. 전술한 측면의 구조도 일종의 요철 구조이지만, 예컨대 사각추, 삼각추, 육각추, 원추, 돔형 등의 형상의 요철을 측면에 형성하면 된다. 사각추 등의 뿔 형상의 경우, 정점(頂点)으로부터 저면을 향하는 수선(垂線)축이, 저면측보다 정점측이 위로 되도록 경사져 있는 것이 바람직하다. 발광층으로부터 측면으로의 입사광이 반사되기 쉬운 구조로 되기 때문이다.
또한, 반사 구조부의 기능을 발휘하는 구조로서, 도 9에 도시한 바와 같은 측면을 거울면으로 하는 형태가 있다. 투명 기판(1)의 측면에 금속 등의 광택이 있는 물질(7)을 부가하여 측면을 거울면으로 하면, 발광층으로부터의 측면으로의 입사광은 거의 모두 반사되어 투명 기판 내부로 되돌아가 유효하게 이용된다. 예컨대, 측면에 금속 박막을 성막하는, 거울면을 갖는 판에 의해 측면을 둘러싸는 것 등을 들 수 있다. 이러한 반사 구조부는 투명 기판(1)의 측면의 일부에 형성하더라도 효과는 있지만, 전계 발광 소자의 광 취출 효율 향상이라는 관점에서는, 4개의 측면의 전체에 형성하는 것이 바람직하다. 또, 더욱 바람직한 본 발명의 실시예로서 전계 발광 소자 하면, 즉 제 2 전극층(4) 자신에게 거울면 기능을 갖게 하거나, 또는 제 2 전극층(4)의 하면에도 거울면을 마련하여 광 취출 효율을 향상시킬 수 있다. 예컨대, 제 2 전극층(4)을 알루미늄 등의 광택이 있는 금속으로 형성하면 실현할 수 있다.
도 1로 되돌아가, 제 1 전극층(2)에 대하여 설명한다. 제 1 전극층(2)은 통상의 전계 발광 소자용의 투명 전극을 이용하면 되는데, 투명 기판(1)과의 밀착성 및 친화성을 가질 필요가 있다. 투명 기판(1) 표면의 광학 지향성 구조부(5-1)는 평탄하지 않기 때문에, 제 1 전극층(2)과 투명 기판(1)은 밀착하도록 주의하여 접합한다. 통상 이용되는 투명 전극 소재는 아연 첨가 산화인듐, 통칭 IZO, 인듐주석 산화물, 통칭 ITO 등을 스퍼터링법 등에 의해 기판측에 부착시킨 구조이다. 또한 도 1에 도시한 바와 같은 광학 지향성 구조부(5-1) 표면, 즉 도 1에서는 광학 지향성 구조부(5-1)의 하측에 제 1 전극층(2)을 성막할 때, 광학 지향성 구조부(5-1)의 요철의 높이에 비해 제 1 전극층(2)의 막 두께가 작은 경우, 제 1 전극층(2)의 발광층(3)측의 계면이 광학 지향성 구조부(5-1)의 형상과 마찬가지로 요철 형상으로 되는 경우가 있지만, 본 발명의 효과에는 하등 변함이 없다. 제 1 전극층(2)의 두께는 통상 0.01∼1㎛이며, 바람직하게는 0.1∼5㎛이다.
제 1 전극층(2)부터 하부는, 통상의 전계 발광 소자와 동일한 구조로 되어 있으면 된다. 즉, 투명 기판(1) 아래에 제 1 전극층(2), 발광층(3), 제 2 전극층(4)이 순차적으로 적층되어 있다. 상기 발광층(3)은, 예컨대 TPD 등으로 대표되는 알릴아민계 재료와 Alq3 등으로 대표되는 알루미늄착체의 적층 또는 ZnS 등의 무기 화합물, Alq3 등의 유기 화합물의 단층 또는 복수의 층을 적층하여 구성된다. 발광층(3)의 두께는 통상 0.01∼2㎛이며, 바람직하게는 0.1∼0.5㎛이다. 상기 제 2 전극층(4)은, 발광한 광을 투명 기판측으로 반사시키는 역할을 갖는 경우가 있고, 이면 전극이라고도 불리며, 예컨대 알루미늄 증착막 등으로 구성되어 있다. 제 2 전극층(4)의 두께는 통상 0.01∼1㎛이며, 바람직하게는 0.1∼0.5㎛이다. 제 1 전극층(2)과 제 2 전극층(4) 사이에 전압을 인가하는 것에 의해, 발광층(3)이 전계 발광 효과에 의해 발광하고, 그 광이 제 1 전극층(2), 광학 지향성 구조부(5-1) 및 투명 기판(1)을 지나, 또는 제 2 전극층(4)에 의해 반사된 광이 제 1 전극층(2), 광학 지향성 구조부(5-1) 및 투명 기판(1)을 지나, 전계 발광 소자의 외부로 사출되는 메카니즘이다. 본 발명의 전계 발광 소자에 있어서는, 투명 기판, 제 1 전극층, 발광층 및 제 2 전극층 외에, 다른 층을 갖고 있어도 좋다. 다른 층으로는, 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층, 전자 주입층 및 밀봉층을 들 수 있다. 이들 층을 구성하는 재료는, 종래 전계 발광 소자에 있어서의 각 층을 구성하는 재료로서 공지된 것을 이용할 수 있다.
본 발명의 실시형태에 따른 전계 발광 소자는, 예컨대 도 1과 같이 구성되어 있으며, 제 1 전극층(2)과 제 2 전극층(4) 사이에, 도시하지 않았지만, 구동 전원으로부터 소정의 구동 전압을 인가함으로써, 발광층(3)이 전계 발광 효과에 의해 발광하여, 그 광이 투명한 제 1 전극층(2) 및 광학 지향성 구조부(5-1)를 통해 투명 기판(1)의 상방으로 출사된다. 이 사출광은 고휘도이며, 본 발명의 전계 발광 소자는 각종 조명 장치에 이용할 수 있다. 또한, 표시 장치로서 사용하는 것도 가능하며, 액정을 대신하는 바람직한 각종 표시 기기로 하는 것도 가능하다. 또한, 이 전계 발광 소자는 액정 등의 백라이트 장치로서도 바람직한 기능을 가지며, 액정 표시 장치와 조합하는 것에 의해 바람직한 표시 장치를 제공할 수 있다.
(실시예 1)
도 1에 도시한 구성의 전계 발광 소자를 제작하였다. 도 1은 광학 지향성 구조부(5-1)를 구비한 투명 기판(1) 아래에 순차적으로 제 1 전극층(2), 발광층(3) 및 제 2 전극층(4)이 적층되어 있다. 투명 기판의 하면은 투명 기판면에 대하여 종횡으로 연속된 사각추 형상의 마이크로렌즈 어레이 구조로 된 광학 지향성 구조부이다. 투명 기판(1)의 재질은, 굴절률 1.5, 흡수율 0.05%, 열 선팽창 계수 70ppm/K인 노보넨계 수지를 이용하였다. 투명 기판(1)은 세로 40㎜, 가로 40㎜, 두께는 1㎜이다. 각 마이크로렌즈 구조는 상방에 정점을 갖는 사각추 형상으로, 밑변은 50㎛, 높이 25㎛로 하였다. 도시하지는 않았지만, 사각추의 밑변 길이 50㎛가 배열 피치에 상당한다. 마이크로렌즈 어레이 구조를 갖는 투명 기판(1)은 사출 성형에 의해 제조하였다. 제 1 전극층(2)은 굴절률 n＝2의 아연 첨가 산화인듐을 DC 스퍼터링법에 의해 막 두께가 200㎚로 되도록 제막(製膜)하였다. 발광층(3)으로서 알릴아민계 재료인 TPD와 알루미늄착체 Alq3의 적층체를 이용하여, 진공 증착법에 의해 막 두께가 약 100㎚로 되도록 제막하였다. 제 2 전극층(4)은 알루미늄을 진공 증착법에 의해, 막 두께가 100㎚로 되도록 제막하였다. 이 전계 발광 소자의 제 1 전극층(2)과 제 2 전극층(4) 사이에 5V의 전압을 인가하여, 전계 발광을 발광시켰다. 이 전계 발광 소자 표면으로부터 사출되는 광의 정면 휘도를 프로메트릭(Prometric)사 제품 휘도계로 측정하였다. 측정 결과는 표 1에 나타내었다. 또, 광 취출 효율은 후술하는 비교예 1을 기준으로 하여 그것에 대한 비율로 나타내었다. 광 취출 효율은 클수록 좋다.
(실시예 2)
실시예 1의 투명 기판(1) 대신에, 도 2에 도시한 구조의 투명 기판을 갖는 전계 발광 소자를 제작하였다. 실시예 2에 있어서의 전계 발광 소자는, 투명 기판(1)의 상부 표면이 평면 형상으로 되어 있는 대신에, 하부 표면과 마찬가지의 마이크로렌즈 어레이 구조(5-2)로 되어 있다. 단, 상부 표면의 각 마이크로렌즈 구조는 상방에 정점을 갖는 사각추 형상이며, 밑변은 50㎛, 높이 25㎛로 하였다. 사각추의 밑변 길이는 마이크로렌즈의 피치 배열(11)에 상당한다. 다른 부분의 구성이나 제조 방법은 실시예 1과 마찬가지이다. 광 취출 효율의 측정 등도 마찬가지로 실시하며, 측정 결과도 표 1에 나타내었다.
(실시예 3)
실시예 2의 투명 기판(1) 대신에, 도 3에 도시한 구조의 투명 기판을 갖는 전계 발광 소자를 제작하였다. 실시예 3에 있어서의 전계 발광 소자는, 투명 기판(1)과 제 1 전극층(2) 사이의 광학 지향성 구조부(5-1)가 사각추 형상의 마이크로렌즈 어레이 구조가 아니라 실시예 2의 사각추와 거의 동일한 크기의 오목 렌즈 형상이다. 즉, 마이크로렌즈의 피치 배열(11)은 50㎛, 높이 20㎛의 위로 볼록한 돔 형상이다. 다른 부분의 구성이나 제조 방법은 실시예 2와 마찬가지이다. 또, 광 취출 효율의 측정 등도 마찬가지로 실시하며, 측정 결과도 표 1에 나타내었다.
(실시예 4)
실시예 1의 투명 기판(1) 대신에, 도 6에 도시한 구조의 투명 기판을 갖는 전계 발광 소자를 제작하였다. 실시예 4에 있어서의 전계 발광 소자는, 투명 기판(1)의 측면 구조를 4측면 모두 아래로부터 위를 향해 곡율 반경 20㎜의 원호상의 단면으로 나팔 모양으로 넓어진 구조로 하였다. 다른 부분의 구성이나 제조 방법 은 실시예 1과 마찬가지이다. 또, 광 취출 효율의 측정 등도 마찬가지로 실시하며, 측정 결과도 표 1에 나타내었다.
(실시예 5)
실시예 1의 투명 기판(1) 대신에, 도 9에 도시한 구조의 투명 기판을 갖는 전계 발광 소자를 제작하였다. 실시예 5에 있어서의 전계 발광 소자는, 투명 기판(1)의 4측면에 광택이 있는 두께 0.2㎜의 알루미늄박(7)을 설치하여 투명 기판 측면을 거울면 구조로 하였다. 다른 부분의 구성이나 제조 방법은, 실시예 1과 마찬가지이다. 또, 광 취출 효율의 측정 등도 마찬가지로 실시하며, 측정 결과도 표 1에 나타내었다.
(비교예 1)
실시예 1의 투명 기판(1) 대신에, 도 11에 도시한 구조의 투명 기판을 갖는 전계 발광 소자를 제작하였다. 비교예 1에 있어서의 전계 발광 소자는, 투명 기판의 아래 표면의 구조가 사각추의 마이크로렌즈 어레이 구조가 아니라 평면 형상으로 되어 있을 뿐이며, 다른 부분의 구성이나 제조 방법은 실시예 1과 마찬가지이다. 즉, 통상의 전계 발광 소자의 구조이다. 광 취출 효율의 측정 등도 마찬가지로 실시하며, 측정 결과도 표 1에 나타내었다.
(비교예 2)
실시예 2의 투명 기판(1) 대신에, 도 10에 도시한 구조의 투명 기판을 갖는 전계 발광 소자를 제작하였다. 비교예 2에 있어서의 전계 발광 소자는, 투명 기판(1)과 제 1 전극층(2) 사이의 광학 지향성 구조부(5-1)가 없이 평면 형상으로 되 어 있을 뿐이며, 다른 부분의 구성이나 제조 방법은 실시예 2와 마찬가지이다. 취출 효율의 측정 등도 마찬가지로 실시하며, 측정 결과도 표 1에 나타내었다.
표 1의 결과로부터 이하와 같이 알 수 있다. 본 발명의 전계 발광 소자는, 실시예 1 내지 5에 개시한 바와 같이, 발광 휘도 및 광 취출 효율이 높다. 또한, 비교예의 전계 발광 소자는 발광 효율 및 광 취출 효율이 떨어진다.
본 발명의 전계 발광 소자는, 광의 지향성을 부여함으로써 광의 취출 효율을 향상시킬 수 있기 때문에, 전계 발광 소자를 각종 고휘도의 조명 장치나 표시 장치로서 이용하는 데 적합하다. 또한, 액정 등의 표시 장치의 백라이트로서 사용하는 경우에, 표시 장치의 고휘도화나 전력 절약화에 용이하게 대응할 수 있다. 또한, 광학 지향성을 요구하는 조명 장치나 표시 장치에 활용하는 것도 가능하다.
Claims (11)
- 투명 기판 상에 제 1 전극층, 발광층 및 제 2 전극층을 이 순서로 갖는 전계 발광 소자로서, 상기 투명 기판은, 상기 투명 기판의 상기 제 1 전극층측 표면과, 이 표면과는 반대측의 표면이고 또한 외기와 접하는 표면에 광학 지향성 구조부를 갖는 전계 발광 소자.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,상기 광학 지향성 구조부가 마이크로렌즈 어레이인 전계 발광 소자.
- 제 3 항에 있어서,상기 마이크로렌즈 어레이는, 상기 투명 기판의 종횡 방향으로 배열 피치 10㎛∼1㎜이고 높이가 0.01∼100㎛인 복수의 마이크로렌즈를 배치함으로써 구성되어 있는 전계 발광 소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 투명 기판의 측면에 반사 구조부가 마련되어 있는 전계 발광 소자.
- 제 5 항에 있어서,상기 반사 구조부가 요철 구조인 전계 발광 소자.
- 제 5 항에 있어서,상기 반사 구조부가 거울면인 전계 발광 소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 투명 기판의, 흡수율이 0.1% 이하, 열 선팽창 계수가 0∼80ppm/K인 전계 발광 소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 투명 기판이 지환식 구조를 갖는 수지로 이루어지는 것인 전계 발광 소자.
- 제 1 항에 따른 전계 발광 소자를 갖는 조명 장치.
- 제 1 항에 따른 전계 발광 소자를 갖는 표시 장치.
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