KR20160113217A - 전계 발광 소자, 조명 장치, 및 전계 발광 소자의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
이 전계 발광 소자(1)는, 광산란층(11)을 구비하고, 이 광산란층(11)은, 투명 기판(10)측에 설치되는 바인더(11a)와, 바인더(11a)에 의해 결합되고, 평활층(12)측에 설치되는 복수의 광산란 입자(11b)를 포함하고, 복수의 광산란 입자(11b)는 광산란 입자(11b)를 발광층(14)의 주 표면의 면 법선 방향(PL)에서 본 경우의 투영 평면 면적(S1)이 광산란 입자(11b)를 발광층(14)의 주 표면의 면 법선 방향(PL)에 대하여 직교하는 방향에서 본 경우의 전체 둘레 평균 면적(S2)보다도 커지도록, 바인더(11a)에 의해 결합되어 있다.
Description
본 발명은 전계 발광 소자, 조명 장치, 및 전계 발광 소자의 제조 방법에 관한 것이다.
최근, 발광 다이오드(LED: Light Emitting Diode), 유기 EL(Electro-Luminescence), 무기 EL 등의 전계 발광 소자를 사용한 발광 효율이 높은 면 광원이 주목을 받고 있다. 전계 발광 소자는 평면형의 음극과 양극의 사이에 끼워진 전계 발광층으로 구성된다. 일반적으로는 양극을 투명 전극층으로 하고, 음극을 금속제의 광 반사 전극층에서 구성하는 경우가 많다. 한쪽을 금속제의 광 반사 전극층으로 구성한 경우에는, 광은 투명 전극층의 양극측으로부터 취출되고, 편면 발광형의 발광 디바이스로서 사용되고 있다. 그 때, 굴절률이 낮은 기판과 굴절률이 높은 유기층의 굴절률 차에 의해 발생하는 전반사에 의해 광이 구속되는 도파 모드의 광 손실이 문제로 되고 있다.
이와 같은 도파 모드의 광을 산란시켜서 외부로 광을 취출하는 방법으로서, 기판과 투명 전극층의 사이에 산란층을 형성하는 방법이, 일본 특허공개 제2009-76452호 공보(특허문헌 1), 일본 특허공개 제2012-69277호 공보(특허문헌 2)에 개시되어 있다. 또한, 기판과 공기 사이의 전반사에 기인하는 광 손실(기판 모드)을 저감하는 방법이, 일본 특허공개 제2010-212184호 공보(특허문헌 3)에 개시되어 있다.
그러나, 특허문헌 1에 개시되는 구성에 있어서는, 기판과 투명 전극층의 사이에 산란층을 설치함으로써, 종래 전반사로 구속되지 않은 광이 산란되고, 그 결과로서 반대로 취출할 수 없게 되어, 충분히 광을 취출할 수 없게 되는 경우가 고려된다. 특허문헌 2에 개시되는 구성에 있어서는, 수직으로 입자를 배열시키는 프로세스가 복잡하여, 양산화의 점에서 과제가 있었다.
또한, 특허문헌 1 및 2의 공통의 과제로서, 입자가 존재하는 부분과 존재하지 않는 부분의 단차가 많아，단차를 완화하기 위해서 평활층을 두껍게 적층할 필요가 있어 제조 비용의 증대를 초래하고 있었다.
특허문헌 3에 있어서는, 기판과 투명 전극층의 사이에 산란층을 설치한 경우의 바람직한 구성에 대해서는 명백하게 되어 있지 않다.
본 발명은 상기 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 전계 발광 소자 내의 도파 모드의 광을 효율적으로 산란시켜서 전계 발광 소자의 발광 효율을 향상시키는 것을 가능하게 하는, 전계 발광 소자, 조명 장치, 및 전계 발광 소자의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 측면에 따르는 전계 발광 소자에 있어서는, 광을 발생하는 발광층과, 상기 발광층의 한쪽 측의 면에 설치되고, 상기 발광층으로부터 발생한 광을 투과 가능한 제1 전극층과, 상기 발광층의 다른 쪽 측의 면에 설치되는 제2 전극층과, 상기 제1 전극층을 사이에 두고, 상기 발광층이 설치되는 측과는 반대측에 설치되는 평활층과, 상기 평활층을 사이에 두고, 상기 제1 전극층이 설치되는 측과는 반대측에 설치되는 광산란층과, 상기 광산란층을 사이에 두고, 상기 평활층이 설치되는 측과는 반대측에 설치되는 투명 기판을 구비한다.
상기 광산란층은, 상기 투명 기판측에 설치되는 바인더와, 상기 바인더에 의해 결합되고, 상기 평활층측에 설치되는 복수의 광산란 입자를 포함하고, 복수의 상기 광산란 입자는, 상기 광산란 입자를 상기 발광층의 주 표면의 면 법선 방향에서 본 경우의 투영 평면 면적이, 상기 광산란 입자를 상기 발광층의 주 표면의 면 법선 방향에 대하여 직교하는 방향에서 본 경우의 전체 둘레 평균 면적보다도 커지도록, 상기 바인더에 의해 결합되어 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 조명 장치는, 전술한 전계 발광 소자를 갖는다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 전계 발광 소자의 제조 방법에 있어서는, 주 표면을 갖는 투명 기판을 준비하는 공정과, 상기 주 표면 위에 광산란층을 형성하는 공정과, 상기 광산란층 위에 평활층을 형성하는 공정과, 상기 평활층 위에 광을 투과 가능한 제1 전극층을 형성하는 공정과, 상기 제1 전극층 위에 발광층을 형성하는 공정과, 상기 발광층 위에 제2 전극층을 형성하는 공정을 구비한다.
상기 광산란층을 형성하는 공정은, 휘발성의 용매 중에 바인더 및 복수의 광산란 입자를 분산시킨 잉크를 상기 투명 기판의 상기 주 표면 위에 도포하는 공정과, 상기 잉크를 건조시킴으로써 상기 용매가 휘발하고, 복수의 상기 광산란 입자의 각각이, 상기 광산란 입자를 상기 발광층의 주 표면의 면 법선 방향에서 본 경우의 투영 평면 면적이, 상기 광산란 입자를 상기 발광층의 주 표면의 면 법선 방향에 대하여 직교하는 방향에서 본 경우의 전체 둘레 평균 면적보다도 커지도록, 상기 바인더에 의해 결합하는 공정을 포함한다.
도 1은, 실시 형태 1에서의 전계 발광 소자의 구조를 나타내는 종단면도이다.
도 2는, 실시 형태 1에서의 광산란층의 층 구조를 나타내는 부분 확대 단면도이다.
도 3은, 실시 형태 1에서의 발광층의 면에 대하여 대략 평행으로 배치된 광산란 입자가, 도파 모드의 광을 선택적으로 산란하는 효과를 나타내는 제1 도면이다.
도 4는, 실시 형태 1에서의 발광층의 면에 대하여 대략 평행으로 배치된 광산란 입자가, 도파 모드의 광을 선택적으로 산란하는 효과를 나타내는 제2 도면이다.
도 5는, 실시 형태 1에서의 광산란 입자의 배치를 설명하는 제1 도면이다.
도 6은, 실시 형태 1에서의 광산란 입자의 배치를 설명하는 제2 도면이다.
도 7은, 실시 형태 1에서의 광산란 입자의 배치를 설명하는 제3 도면이다.
도 8은, 실시 형태 2에서의 광산란 입자의 점유 비율에 대하여 설명하는 평면도이다.
도 9는, 도 8 중의 IX-IX선 화살표 방향에서 볼 때에 상당하는 단면도이다.
도 10은, 실시 형태 2에서의 광산란 입자의 평면도이다.
도 11은, 실시 형태 2에서의 광산란 입자의 다른 형태 (A) 내지 (H)를 나타내는 도면이다.
도 12는, 실시 형태 3에서의 광산란 입자, 바인더, 및 평활층의 바람직한 굴절률의 조건을 설명하기 위한 단면도이다.
도 13은, 실시 형태 4에서의 전계 발광 소자의 구조를 나타내는 종단면도이다.
도 14는, 실시 형태 4에서의 광산란층의 구조를 나타내는 부분 확대 단면도이다.
도 15는, 실시 형태 4에서의 광산란층의 다른 구조를 나타내는 부분 확대 단면도이다.
도 16은, 실시 형태 5에서의 전계 발광 소자의 제조 공정을 나타내는 흐름도이다.
도 17은, 실시 형태 6에서의 조명 장치의 일례를 나타내는 도면이다.
도 2는, 실시 형태 1에서의 광산란층의 층 구조를 나타내는 부분 확대 단면도이다.
도 3은, 실시 형태 1에서의 발광층의 면에 대하여 대략 평행으로 배치된 광산란 입자가, 도파 모드의 광을 선택적으로 산란하는 효과를 나타내는 제1 도면이다.
도 4는, 실시 형태 1에서의 발광층의 면에 대하여 대략 평행으로 배치된 광산란 입자가, 도파 모드의 광을 선택적으로 산란하는 효과를 나타내는 제2 도면이다.
도 5는, 실시 형태 1에서의 광산란 입자의 배치를 설명하는 제1 도면이다.
도 6은, 실시 형태 1에서의 광산란 입자의 배치를 설명하는 제2 도면이다.
도 7은, 실시 형태 1에서의 광산란 입자의 배치를 설명하는 제3 도면이다.
도 8은, 실시 형태 2에서의 광산란 입자의 점유 비율에 대하여 설명하는 평면도이다.
도 9는, 도 8 중의 IX-IX선 화살표 방향에서 볼 때에 상당하는 단면도이다.
도 10은, 실시 형태 2에서의 광산란 입자의 평면도이다.
도 11은, 실시 형태 2에서의 광산란 입자의 다른 형태 (A) 내지 (H)를 나타내는 도면이다.
도 12는, 실시 형태 3에서의 광산란 입자, 바인더, 및 평활층의 바람직한 굴절률의 조건을 설명하기 위한 단면도이다.
도 13은, 실시 형태 4에서의 전계 발광 소자의 구조를 나타내는 종단면도이다.
도 14는, 실시 형태 4에서의 광산란층의 구조를 나타내는 부분 확대 단면도이다.
도 15는, 실시 형태 4에서의 광산란층의 다른 구조를 나타내는 부분 확대 단면도이다.
도 16은, 실시 형태 5에서의 전계 발광 소자의 제조 공정을 나타내는 흐름도이다.
도 17은, 실시 형태 6에서의 조명 장치의 일례를 나타내는 도면이다.
본 실시 형태에 기초한 실시 형태에서의 전계 발광 소자 및 그 전계 발광 소자를 사용한 조명 장치, 및 전계 발광 소자의 제조 방법에 대하여, 이하, 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 이하에 설명하는 실시 형태에 있어서, 개수, 양 등으로 언급하는 경우, 특별히 기재가 있는 경우를 제외하고, 본 실시 형태의 범위는 반드시 그 개수, 양 등으로 한정되지 않는다. 또한, 동일한 부품, 상당 부품에 대해서는, 동일한 참조 번호를 부여하고, 중복되는 설명은 반복하지 않는 경우가 있다. 또한, 각 실시 형태에서의 구성을 적절히 조합해서 사용하는 것은 당초부터 예정되어 있는 것이다.
(실시 형태 1: 전계 발광 소자(1)의 구조)
도 1 및 도 2를 참조하여, 실시 형태 1에서의 전계 발광 소자(1)의 구조에 대하여 설명한다. 도 1은, 실시 형태 1에서의 전계 발광 소자(1)의 구조를 나타내는 종단면도이다. 도 2는, 광산란층(11)의 층 구조를 나타내는 부분 확대 단면도이다. 본 실시 형태의 전계 발광 소자(1)는 투명 기판(10)의 위에 광산란층(11), 평활층(12), 제1 전극층의 일례로서의 투명 전극층(13), 발광층(14), 및 제2 전극층의 일례로서의 반사 전극층(15)이, 이 순서대로 적층되어 있다.
(광산란층(11))
도 2를 참조하여, 광산란층(11)은, 바인더(11a)와 광산란 입자(11b)에 의해 형성되어 있다. 광산란층(11)의 두께는, 예를 들어 150㎚ 정도이다. 도 2에 있어서는, 모식적으로 광산란 입자(11b)가 정렬 배치된 상태를 나타내고 있지만, 실제의 배열 상태에 대해서는 후술한다.
여기서, 광산란 입자(11b)의 형태는, 진구가 아니라 장축을 갖는 형태이다. 광산란 입자(11b)의 장축이란, 광산란 입자(11b)를 투영하면서 임의로 회전시킨 경우에 관측할 수 있는 가장 긴 축을 의미한다. 또한, 광산란 입자(11b)의 단축이란, 광산란 입자(11b)를 투영하면서 임의로 회전시킨 경우에 관측할 수 있는 가장 짧은 축을 의미한다.
(발광층(14))
다시 도 1을 참조하여, 발광층(14)은, 투명 전극층(13)과 반사 전극층(15)의 사이에 끼워져서 존재한다. 발광층(14)의 두께는, 약 100㎚ 정도이다. 투명 전극층(13)을 양극으로 하고, 반사 전극층(15)을 음극으로 하였지만, 반대로 투명 전극층(13)을 음극으로 하고 반사 전극층(15)을 양극으로 한 구성도 가능하다. 이하에서는, 투명 전극층(13)을 양극으로 하고 반사 전극층(15)을 음극으로 한 구성으로 설명한다.
(투명 전극층(13) 및 반사 전극층(15))
투명 전극층(13)과 반사 전극층(15)의 사이에 전압이 인가됨으로써 전자가 가속되고, 발광층(14)에 주입되어, 발광층(14)에서 전자의 운동 에너지가 광자로 변환된다. 이에 의해, 발광층(14)으로부터 투명 기판(10)측으로 광이 취출된다. 투명 전극층(13)의 두께는 약 10㎚ 정도, 반사 전극층(15)의 두께는 약 100㎚ 정도이다.
일반적으로, 전자 주입을 용이하게 하기 위해서, 투명 전극층(13)과 반사 전극층(15)은 상이한 재료를 사용한다. 예를 들어, 음극측으로서 전자 주입에 적합한 일함수를 갖는 금속 전극(Ag, Al, Au, Cu 등), 양극측으로서 정공 주입에 적합한 일함수를 갖는 투명 산화물 반도체 전극(ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide) 등)이 사용된다.
금속 전극은 전자 수송성이 우수하지만, 광학 투과율이 낮으므로 투명 전극층(13)으로서 사용하는 경우에는 투과율을 높이기 위해서 수 ㎚ 내지 수 10㎚의 막 두께의 것이 적합하다. 또한, 투명 산화물 반도체를 사용한 투명 전극층(13)은 박막 금속 전극보다도 두께당 면 저항이 크고 광의 투과율이 높다는 특징이 있기 때문에, 투명 산화물 반도체를 투명 전극층(13)으로서 사용하는 경우에는 면 저항을 낮추기 위해서 100㎚ 내지 200㎚의 막 두께의 것이 적합하다.
투명 전극층(13)과 반사 전극층(15)에 동종의 투명 전극층(13)을 사용한 경우에는, 전자 주입 성능이 저하되어 구동 전압이 높아지게 되어 발광 효율이 저하되므로 바람직하지 않다. 따라서, 투명 전극층(13)과 반사 전극층(15)에는 각각 상이한 재료를 사용하여, 한쪽은 전자 주입성을 좋게 하고, 다른 쪽은 정공 주입성을 좋게 하는 것이 바람직하다.
(광산란층(11))
도 2에 도시한 바와 같이, 광산란층(11)은, 보다 상세하게는 바인더(11a)와 광산란 입자(11b)에 의해 구성되어 있다. 상세는 후술하지만, 복수의 광산란 입자(11b)의 각각은, 광산란 입자(11b)를 발광층(14)의 주 표면의 면 법선 방향 PL로부터 본 경우의 투영 평면 면적 S1이, 광산란 입자(11b)를 발광층(14)의 주 표면의 면 법선 방향 PL에 대하여 직교하는 방향에서 본 경우의 전체 둘레 평균 면적 S2보다도 커지게 되도록, 바인더(11a)에 의해 결합되어 있다. 또한, 평활층(12)은, 광산란층(11)의 요철을 평활하게 하기 위한 층이며, 두께는 약 500㎚ 정도이다.
이와 같이 광산란 입자(11b)를 배치함으로써, 광산란 입자(11b)의 장축이 발광층(14)의 면의 면 법선에 대하여 45도 이상인 광산란 입자(11b)의 비율이 45도 미만인 광산란 입자(11b)의 비율보다도 많게 할 수 있다. 평활층(12)을 설치한 경우에는, 도파 모드의 에너지는 발광층(14)과 투명 전극층(13)과 평활층(12)과 광산란층(11)에 걸쳐서 분포한다.
상세한 원리는 후술하지만, 발광층(14)의 면에 평행에 가까운 광산란 입자(11b)는 발광층(14)으로부터 평활층(12)의 사이에 구속되어 버리는 도파 모드의 광만을 선택적으로 산란하는 효과를 갖는다. 이로 인해, 본 실시 형태의 광산란층(11)의 구성을 채용함으로써 도파 모드의 광을 투명 기판(10)측으로 취출하는 효율이 높아진다.
광산란층(11)의 바인더(11a)는 광산란 입자(11b)를 피복해도 되지만, 바람직하게는 광산란 입자(11b)가 바인더(11a)로부터 평활층(12)으로 돌출되는 정도의 두께로, 바인더(11a)의 두께를 설정하는 것이 바람직하다. 바인더(11a)를 얇게 함으로써 광산란 입자(11b)의 산란을 크게 할 수 있다.
또한, 도 2에서 반사 전극층(15) 대신에 투명 전극층을 사용한 구성도 가능하다. 이 경우에는 투명 기판(10)측과 반사 전극층(15)측의 양측으로 광을 취출할 수 있다. 이러한 전계 발광 소자는 투명하며 양면 발광형인 전계 발광 소자로서 이용할 수 있다. 반사 전극층(15) 대신에 투명 전극층을 사용한 경우, 반사 전극층에서 흡수되는 광의 성분이나 반사 전극층에서 발생하는 플라즈몬 모드 손실을 저감할 수 있기 때문에, 광산란 입자에서 산란된 도파 모드 성분을 보다 효율적으로 외부로 취출하는 것이 가능하게 된다.
(산란 효과)
도 3 및 도 4를 참조하여, 발광층(14)의 면에 대하여 대략 평행으로 배치된 광산란 입자(11b)가 평활층(12)으로부터 발광층(14)의 사이에 구속되어 버리는 도파 모드의 광 B1을 선택적으로 산란하는 효과에 대하여 설명한다.
도 3을 참조하여, 발광층(14)으로부터 본 경우, 도파 모드의 광 B1은 발광층(14) 및 투명 전극층(13)을 코어로 하여 발광층(14)의 면 법선 방향 PL에 대하여 90도의 각도 방향으로 전반하는 광으로서 근사된다.
한편, 도 4를 참조하여, 종래 도파 모드의 광으로의 구속이 일어나지 않고 투명 기판(10)측으로 광을 취출할 수 있는 광 B2는, 발광층(14)으로부터 발광층(14)의 면 법선 방향 PL에 따른 방향으로 전반하는 광으로서 근사된다.
본 실시 형태의 구성을 채용한 경우에는, 광산란 입자(11b)의 장축이 발광층(14)의 표면에 대하여 평행에 가까운 방향으로 배치되어 있기 때문에, 광산란 입자(11b)는 기하광학적으로는, 면 법선 방향 PL과, 면 법선과 90도를 이루는 방향의 곡률이 다른 렌즈에 근사된다.
다시, 도 3을 참조하여, 도파 모드의 광의 구속이 일어나는 면 법선 방향 PL은 90도를 이루는 각도로 전반하는 도파 모드의 광 B1에 대해서는, 광산란 입자(11b)의 곡률이 크기 때문에 확대 각도가 큰 산란으로 된다. 따라서, 도파 모드의 광의 구속이 일어나는 면 법선 방향 PL과는 90도를 이루는 각도로 선택적으로 강한 산란을 실현할 수 있다.
다시, 도 4를 참조하여, 도파 모드의 광의 구속이 일어나지 않는 면 법선 방향 PL로 전반하는 광 B2에 있어서는, 광산란 입자(11b)의 곡률이 작기 때문에 퍼짐각이 작은 산란으로 된다.
마찬가지의 원리는, 프레넬 회절 이론을 사용해도 설명된다. 도파 모드의 광의 구속이 일어나지 않는 면 법선 방향으로 전반하는 광에 있어서는 개구 면적이 넓기 때문에 광의 회절 확대는 작아지게 되고, 도파 모드의 광의 구속이 일어나는 면 법선과는 90도를 이루는 방향으로 전반하는 광에 대해서는 개구 면적이 좁기 때문에 회절 퍼짐이 커지게 된다.
이와 같이 하여, 외부로 방출되는 광은 산란이 적고, 도파 모드의 광을 선택적으로 산란시킴으로써, 발광층(14)으로부터 평활층(12) 안에 구속되어 있던 도파 모드의 광을 투명 기판(10)의 방향으로 취출하는 것이 가능해진다.
(광산란 입자(11b)의 배치)
도 5 내지 도 7을 참조하여, 광산란 입자(11b)의 배치에 대하여 설명한다. 도 5에 도시한 광산란 입자(11b)는 코너부를 둥글게 한 편평한 사각 기둥 형상이다. 이 광산란 입자(11b)의 장축은, 긴 변의 대각을 연결한 가장 긴 선이 장축 LA로 된다.
본 실시 형태에 있어서, 복수의 광산란 입자(11b)의 각각은, 광산란 입자(11b)를 발광층(14)의 주 표면의 면 법선 방향 PL로부터 본 경우의 투영 평면 면적 S1이, 광산란 입자(11b)를 발광층(14)의 주 표면의 면 법선 방향 PL에 대하여 직교하는 방향에서 본 경우의 전체 둘레 평균 면적 S2보다도 커지게 되도록, 바인더(11a)에 의해 결합되어 있다.
도 6을 참조하여 투영 평면 면적 S1에 대하여 설명한다. 광산란 입자(11b)의, 발광층(14)의 주 표면의 면 법선 방향 PL을 따른 방향 A로부터 본 경우의 투영 평면 면적 S1을 나타낸다. 광산란 입자(11b)는 평면(발광층(14)의 주 표면의 상당) H에 대하여 각도 α°경사(예를 들어, 5°정도)져서 고정되어 있다. 이 경우의 투영 평면 면적 S1은, 광산란 입자(11b)의 평면 면적 S(도 5 참조)보다도 커지게 된다.
또한, 실제로 투영 평면 면적 S1을 측정할 때에는, 개개의 광 확산 입자(11b)에 대하여 측정하거나, 광산란층(11) 전체에 대하여 반드시 측정할 필요는 없다. 실제의 측정에 있어서는, 광산란층(11)의 소정 면적에 대하여, 발광층(14)의 주 표면의 면 법선 방향 PL을 따른 방향 A로부터 보았을 때 광산란 입자(11b)가 차지하는 면적의 평균값을 측정하고, 이것을 투영 평면 면적 S1이라 하면 된다. 측정하는 면적이 넓을수록, 측정 정밀도가 향상되는 것은 물론이다.
도 7을 참조하여 전체 둘레 평균 면적 S2에 대하여 설명한다. 광산란 입자(11b)를 발광층(14)의 주 표면의 면 법선 방향 PL에 대하여 직교하는 B 방향에서 본 경우에 있어서, 예를 들어 1도씩 투영 면적 S2n을 측정한다(n은, 1 내지 360). 도 7에, 어떤 각도로부터 본 경우의 투영 면적 S2n을 나타낸다. 측정 후, 360의 투영 면적 S2n의 총 합계를, 360으로 나눈 값이, 전체 둘레 평균 면적 S2로 된다.
또한, 실제로 전체 둘레 평균 면적 S2의 측정을 행하는 경우에는, 개개의 광산란 입자(11b)에 대하여 측정하거나, 전체 둘레(360도)에 걸쳐서 반드시 측정할 필요는 없다. 예를 들어, 전계 발광 소자(1)를 발광층(14)의 주 평면의 면 법선 방향 PL을 따른 방향 A에 대하여 평행한 면을 따라 절단하고, 그 절단면에 나타난 광산란 입자(11b)의 면적의 평균값을 측정하고, 이것을 전체 둘레 평균 면적 S2라 하면 된다. 광산란층(11) 내에 있어서의 광산란 입자(11b)의 배치(분포, 경사 방향이나 그 각도 α° 등)의 변동 정도가, 광산란층(11)의 거의 전체에 걸쳐 대략 균등하다고 상정하면, 적어도 1군데에서 전계 발광 소자(1)를 절단해서 측정하면 되지만, 광산란 입자(11b)의 배치의 변동 정도에 치우침이 있었다고 해도, 복수 군데(예를 들어 2 내지 4군데 정도) 절단해서 광산란 입자(11b)의 면적의 평균값을 측정함으로써, 보다 높은 정밀도로 측정할 수 있다. 절단하여 측정하는 군데의 수를 증가시킬수록, 측정의 정밀도가 향상되는 것은 물론이다.
(실시 형태 2: 광산란 입자(11b)의 점유 비율)
도 8 내지 도 11을 참조하여, 실시 형태 2로서, 발광층(14)의 주 표면의 면 법선 방향 PL을 따른 방향 A에서 본 경우의, 광산란 입자(11b)의 바람직한 점유 비율에 대하여 설명한다. 도 8에 있어서, 도트 해칭 부분이, 광산란 입자(11b)의 점유를 나타낸다.
발광층(14)에서 발생한 광은 모든 영역에서 일부가 도파 모드의 광에 구속되기 때문에, 광산란 입자(11b)는 발광층(14)의 면 위 전체를 덮는 것이 바람직하다. 그러나, 광산란 입자(11b)의 형상에 의해 최밀 충전 밀도는 100%가 될 수 없는 경우가 있을 수 있다.
이 경우에는 바람직하게는 90% 이상을 광산란 입자(11b)가 차지하는 것이 효율적인 산란을 위해서 바람직하다. 여기에서는, 도 5에 도시한 광산란 입자(11b)에 대하여 설명한다. 광산란 입자(11b)를 발광층(14)의 면 법선 방향 PL에 대하여 90도의 각도를 이루도록 배치한 경우에, 위에서 본 경우의 하나의 광산란 입자(11b)는, 도 10과 같은 평면 형상으로 된다. 광산란 입자(11b)의 짧은 변의 길이를 L1, 광산란 입자(11b)의 긴 변의 길이를 L2, 각의 반경을 R이라 하면, 발광층(14)의 면 법선의 방향에서 본 경우의 광산란 입자(11b)를 덮는 직육면체 중에서 광산란 입자(11b)가 차지하는 면적 비율 S는, 이하의 수학식 1로 나타낼 수 있다.
<수학식 1>
예를 들어, R=L1/8, L2=3×L1의 경우, S=0.99로 되어 최대 99%의 점유 면적을 차지할 수 있는 것을 알 수 있다. 복수의 광산란 입자(11b)가 면 방향의 장축이 발광층(14)의 면 법선에 대하여 90도의 각도를 유지한 채, 랜덤한 방향을 향한 경우에는, 이 값으로부터 점유 면적이 저하되지만 90%의 점유 면적을 차지하는 것이 가능하다.
또한, 광산란 입자(11b)에 대해서는 복수의 크기의 광산란 입자(11b)가 혼재하는 것이 바람직하다. 일반적으로 도파 모드의 광의 빔 확대량은 파장에 의존하기 때문에, 크기가 서로 다른 복수의 광산란 입자(11b)를 가짐으로써 복수의 파장의 도파 모드의 광을 효율적으로 산란시키는 것이 가능하다.
또한, 크기가 서로 다른 복수의 광산란 입자(11b)를 가짐으로써 면 내의 광산란 입자(11b)의 전유 면적을 높이는 것이 가능해져서 효율적인 산란이 가능해진다. 또한, 광산란 입자(비대칭 형상 입자)(11b)의 장축과 단축의 비는 복수 있는 쪽이, 산란 특성의 균일화가 가능해서 배광 특성을 균일화하는 효과가 있다.
또한, 상기 도 8은, 본 실시 형태의 요건을 만족시킨 광산란 입자(11b)의 장축이 면 내에서 랜덤한 방향을 향한 배열의 예를 나타내고 있다. 광산란 입자(11b)의 적층은 1층으로 한정되지는 않으며, 다층으로 겹쳐 있어도 된다. 다층으로 겹친 경우에는 발광층(14)의 면 법선 방향 PL로부터 본 광산란 입자(11b)가 차지하는 비율을 균일하게 할 수 있어, 발광 강도의 면내 균일성을 향상할 수 있다.
또한, 도 11에 도시한 바와 같이, 광산란 입자(11b)의 형태로서는, 다양한 형태를 선택할 수 있다. 본 실시 형태에서는, 광산란 입자(11b)의 형태는 구(진구)가 아니면 되며, (A) 각기둥, (B) 직육면체, (C) 십자형, (D) 막대형, (E) 원기둥, (F) 소판형(육상경기장의 트랙형), (G) 피너츠형, 또는 (H) 토러스형 등을 사용해도 된다. 도면 중의 LA는, 각 형태에서의 장축의 위치를 나타내고 있다. 또한, 형상에 대해서는 복수 종류를 조합하여 사용해도 된다. 복수 종류의 형상을 조합해서 사용한 경우에는, 산란 효율의 파장 의존성을 저감할 수 있는 이점이 있다.
(실시 형태 3: 굴절률의 조건)
도 12를 참조하여, 실시 형태 3으로서, 광산란 입자(11b), 바인더(11a) 및 평활층(12)의 바람직한 굴절률의 조건에 대하여 설명한다. 본 실시 형태에 있어서는, 광산란층(11) 및 평활층(12)을 설치하지 않은 경우에 발광 파장에 있어서, 발광층(유기층)(14)을 전반하는 도파 모드의 광 실효 굴절률을 Neff, 발광 파장에 있어서의 평활층(12)의 굴절률을 Ns, 광산란 입자(11b)의 굴절률을 Np, 바인더(11a)의 굴절률을 Nb라 한 경우에, 하기 수학식 2의 관계를 구비하는 것이 바람직하다.
<수학식 2>
도파 모드의 광 실효 굴절률은, 전송 행렬법, 유한요소법, 빔 전반법, 유한 시간 영역 차분(FDTD)법 등 기존의 도파 모드의 광 해석법을 이용하여 계산하는 것이 가능하다. 또한, 투명 기판(10)의 굴절률을 Nsub라 한 경우에, 도파 모드의 광 실효 굴절률 Neff의 사이에는, 다음의 수학식 6의 관계를 구비하는 것이 바람직하다. 또한, 실효 굴절률에 대해서는, 예를 들어 응용 물리학회 광학 간담회 편, 「광 집적 회로-기초와 응용」, 아사쿠라 서점(1988)을 참조하면 된다.
<수학식 3>
평활층(12)의 굴절률을 도파 모드의 광 실효 굴절률 이상으로 함으로써 도파 모드의 광의 전자장 에너지를 더 효과적으로 평활층(12)으로 이동시키고, 광산란 입자(11b)에 의해 도파 모드의 광을 산란시키는 것이 가능해진다. 또한, 광산란 입자(11b)의 굴절률을 평활층(12)의 굴절률보다도 크게 함으로써, 평활층(12)을 전반하는 도파 모드의 광 에너지를 효과적으로 산란시킬 수 있다.
또한, 바인더(11a)의 굴절률 Nb는 평활층(12)의 굴절률 Ns보다도 낮은 것이 바람직하다. 이것은, 최종적으로 굴절률(1)의 공기로 광을 취출하기 위해서 광 취출측을 향해서 굴절률을 낮게 함으로써 프레넬 반사손을 저감시키는 효과가 있기 때문이다. 보다 바람직하게는 바인더(11a)의 굴절률 Nb는, 하기 수학식 4의 관계를 구비하는 것이 바람직하다.
<수학식 4>
또한, 프레넬 반사손을 저감시키기 위해서 바인더(11a)의 굴절률 Nb는, 투명 기판(10)의 굴절률 Nsub와 평활층(12)의 굴절률 Ns의 사이의 값을 취하는 것이 바람직하다.
(실시 형태 4)
이하, 실시 형태 4로서, 도 13 및 도 14를 참조하면서, 전계 발광 소자(1)에 사용되는, 투명 전극층(13), 평활층(12), 광산란 입자(11b), 발광층(14), 및 반사 전극층(15)의 구체적 재료 및 굴절률에 대하여 설명한다. 도 13에 도시한 전계 발광 소자(1)는, 도 1에 도시한 전계 발광 소자(1)와 동일하다.
(투명 전극층(13): 투명 박막 금속)
투명 전극층(13)으로서는, 특히 투명 박막 금속이 도파 모드의 광의 실효 굴절률을 낮추고, 도파 모드의 광을 광산란층(11)에서 산란시키기 쉽게 하는 효과를 갖는 재료가 바람직하다. 투명 박막 금속층은 박막 금속으로 구성되는 광투과성을 갖는 박막이다. 어느 정도의 얇기이면 광이 투과할지는, 굴절률의 허부를 사용해서 나타낼 수 있다. 굴절률 n과 소쇠 계수 κ를 사용한 경우, 두께 d[m]의 매질을 통과할 때 발생하는 위상 변화 φ와 투과율 T는, 다음의 수학식 5로 나타낼 수 있다.
<수학식 5>
여기서, λ는 진공 중에 있어서의 광의 파장이다. 상기 수학식 1로부터 광의 강도가 1/e2로 감쇠하는 거리 Ld는, 하기 수학식 6으로 나타낼 수 있다. 충분한 투과율을 갖기 위해서 투명 박막 금속층은 수학식 6에서 표현되는 Ld보다 얇은 것이 바람직하다.
<수학식 6>
물체가 자유전자를 많이 포함하고 그다지 광을 투과하지 않는 금속인지, 자유전자가 적어 광을 투과하는 유전체인지는 복소 비유전율을 사용해서 조사할 수 있다. 복소 비유전율 εc는 계면 반사에 관계하는 광학 상수이며 굴절률 n과 소쇠 계수 κ를 사용하여, 하기 수학식 7로 표현되는 물리량이다.
<수학식 7>
여기서, P와 E는 각각 분극과 전계, εo는 진공 중의 유전율이다. 상기 수학식 7로부터 굴절률 n이 작고 소쇠 계수 κ가 클수록, 복소 비유전율의 실부가 작아지는 것을 알 수 있다. 이것은 전계의 진동에 대하여 전자의 진동에 의해 분극 응답의 위상이 어긋나는 효과를 나타내고 있다.
수학식 7로 나타내는 복소 비유전율의 실부가 부(負)로 되면, 전계 진동과 분극 응답이 역전되는 것을 의미하고, 이것이 금속의 특성이 된다. 반대로, 복소 비유전율의 실부가 정(正)인 경우에는 전계의 방향과 분극 응답의 방향이 일치하고, 유전체로서의 분극 응답을 나타낸다. 정리하면, 복소 비유전율의 실부가 부인 매질이 금속이며, 복소 비유전율의 실부가 정인 물질이 유전체이다.
일반적으로, 굴절률 n이 작고 소쇠 계수 κ가 클수록 전자가 잘 진동하는 재료임을 의미한다. 전자 수송성이 높은 재료는 굴절률 n이 작고 소쇠 계수 κ가 큰 경향이 있다. 특히 금속 전극에 있어서는, n이 0.1 정도인 데 비하여, κ는 2 내지 10으로 큰 값을 갖고 파장에 대한 변화율도 크다. 따라서, n이 동일값이더라도 κ의 값이 크게 다르고, 전자 수송 성능에 큰 차이가 나는 경우가 많다.
본 실시 형태를 실시하는 데 있어서는, 도파 모드의 광의 실효 굴절률을 낮추기 위해서 n이 작고, 전자의 응답을 좋게 하기 위해서 κ가 큰 금속이 바람직하다. 예를 들어, 알루미늄(Al), 은(Ag), 칼슘(Ca)이 바람직하다. 다른 예에서는, 산화되기 어려운 이점도 갖는 금(Au)이 고려된다. 다른 재료로서 구리(Cu)가 있고, 동일 재료는 도전성이 좋다는 특징을 갖는다.
그 밖에는 열적 성질이나 화학적 성질이 좋고 고온에서도 산화되기 어려워 기판 재료와의 화학 반응도 일으키지 않는 특징이 있는 재료로서, 백금, 로듐, 팔라듐, 루테늄, 이리듐, 오스뮴 등을 들 수 있다. 또한 복수의 금속 재료를 사용한 합금을 사용해도 된다. 특히 MgAg나 LiAl은, 박막 투명 금속 전극으로서도 자주 사용된다.
투명 전극층(13)으로서는 투명 산화물 반도체의 이외에 도포법을 이용하여 저비용으로 제작이 가능한 도전성 수지를 투명 전극으로서 사용해도 된다. 전자 수송성 전극으로서 사용되는 도전성 수지 재료로서는, 페릴렌 유도체나 PCBM(페닐 C61 부티르산 메틸에스테르) 등의 풀러렌 유도체가 생각된다. 예를 들어 PCBM의 경우에는 가시광의 광학 상수는 (굴절률 n=2.2, 소쇠 계수 κ=0.25)이며, 발광층(14)으로부터 본 전극 반사율은, 굴절률 1.5의 수지와 비교해서 높아진다.
정공 수송성 전극으로서 사용되는 도전성 수지 재료는, PEDOT(Poly(3,4-ethylenedioxythiophene))/PSS(Poly(4-styrenesulfonate)), P3HT(Poly(3-hexylthiophene)), P3OT(Poly(3-octylthiophene), P3DDT((Poly(3-dodecylthiophene-2,5-Diyl))), F8T2(플루오렌과 바이티오펜과의 공중합체) 등이 예시된다. 예를 들어, PEDOT/PSS의 경우에는 가시광의 광학 상수는 (굴절률 n=1.5, 소쇠 계수 k=0.01)이며, 발광층(14)으로부터 본 전극 반사율은 굴절률 n=1.5의 수지와 동등한 값으로 취하고, PCBM보다도 반사율은 조금 낮아진다.
또한, 투명 전극층(13)의 전기 전도도를 높이기 위해서 금속 메쉬, 금속 나노 와이어, 금속 나노 입자 등을 병용해도 된다. 이 경우에는, 금속 나노 와이어를 사용한 전극의 전자 전도성이 높아지기 위해서, 평균적인 굴절률이 낮아지게 되어, 발광층(14)으로부터 본 반사율이 높아지는 경향이 있다. 본 실시 형태를 실시하는 데 있어서는, 발광층(14)으로부터 본 반사율이 낮은 투명 전극층(13)의 재료가 도파 모드의 광을 산란시킨 광을 효율적으로 투명 기판(10)측으로 취출할 수 있으므로 바람직하다.
(평활층(12))
평활층(12)의 재료로서는 투명 전극층(13)의 재료로서 예시한 투명 산화물 반도체나 도전성 수지를 사용하는 것이 좋다. 투명 전극층(13)의 재료로서 예시한 투명 산화물 반도체나 도전성 수지를 투명 유전체층에 사용한 경우에는, 투명 박막 금속층과 투명 유전체층이 일체로 되어 투명 전극층(13)으로서 기능하기 위해서 면 저항을 저감하여 면 내 휘도 변동을 저감할 수 있다는 이점이 있다.
그 밖에는, 일반적인 유전체 재료를 사용할 수 있다. 재료의 예를 들면, TiO2(굴절률 n=2.5), SiOx(굴절률 n=1.4 내지 3.5) 등을 사용할 수 있다. 그 밖의 유전체 재료의 예로서는, 다이아몬드, 불화칼슘(CaF), 질화실리콘(Si3N4) 등을 예시할 수 있다.
또한, 투명 부재로서 사용할 수 있는 유리 재료로서는 시판하는 것으로 굴절률 n은 1.4 내지 1.8인 것이 알려져 있다. 수지 재료로서도 염화비닐, 아크릴, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, ABS, 나일론, 폴리카르보네이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리불화비닐리덴, 테플론(등록상표), 폴리이미드, 페놀 수지 등이 예시되고, 굴절률 n도 1.4 내지 1.8인 것이 존재한다.
또한, 나노 입자 등을 혼합해서 굴절률을 높이거나 낮추거나 제어하는 기술도 존재하고, 중공 나노실리카를 혼합한 플라스틱 재료에서는 굴절률 n을 1에 근접하는 것이 가능하다. 또한, TiO2 등의 고굴절률 재료의 광산란 입자(11b)를 수지에 혼합함으로써, 2에 가까운 굴절률 n을 실현하는 것도 가능하다.
그 밖에, 투명 부재의 굴절률을 제어하는 방법으로서는, 유전체의 주기 구조를 설치한 포토닉 결정을 사용하거나, 미소 금속 구조에 의한 플라즈모닉 결정을 사용하거나 하는 방법이 있다.
광산란 입자(11b)의 최대 돌출 높이로부터 투명 전극층(13)까지의 거리로 정의되는 평활층(12)의 막 두께 d에 대해서는 발광 파장을 λ[㎚], 발광 파장에 있어서의 평활층(12)의 굴절률을 Ns로 한 경우에, 하기 수학식 8을 구비하는 것이 바람직하다.
<수학식 8>
일반적으로 도파 모드의 광의 확산폭은 전반 영역의 파장 길이의 2배 정도까지의 영역에 집중한다. 상기 수학식 8에서 기술되는 조건을 만족함으로써, 도파 모드의 광 에너지를 효율적으로 광산란 입자(11b)로 산란시키는 것이 가능해진다.
(광산란 입자(11b))
광산란 입자(11b)의 재료로서는, 평활층(12)에서 예시한 재료를 사용할 수 있다. 광산란 입자(11b)를 형성하기 쉬운 것으로서는, TiO2(굴절률 n=2.5), SiOx(굴절률 n=1.4 내지 3.5)를 들 수 있다. 광산란층(11)의 구성으로서는, 도 14에 도시한 바와 같이, 광산란 입자(11b)의 굴절률이 평활층(12)보다 높고, 또한 바인더(11a)로부터 평활층(12)측으로 돌출되는 것이 바람직하다.
이와 같은 구성을 취함으로써 광산란 입자(11b)가 마치 도파 코어층으로서 기능하고, 도파 모드의 광 에너지를 투명 기판(10)측으로 옮겨서 광 취출 효율을 향상시키는 기능을 갖는다.
다시, 도 13을 참조하여, 전계 발광 소자(면 발광 소자)(1)는, 투명 기판(10), 광산란층(11), 평활층(12), 투명 도전층, 및 발광층(14)을 갖는다. 광산란층(11)은 광산란 입자(11b)와 바인더(11a)에 의해 형성되어 있고, 복수의 광산란 입자(11b)의 각각은, 광산란 입자(11b)를 발광층(14)의 주 표면의 면 법선 방향 PL로부터 본 경우의 투영 평면 면적 S1이, 광산란 입자(11b)를 발광층(14)의 주 표면의 면 법선 방향 PL에 대하여 직교하는 방향에서 본 경우의 전체 둘레 평균 면적 S2보다도 커지도록, 바인더(11a)에 의해 결합되어 있다.
이에 의해, 광산란 입자(11b)의 장축이 발광층(14)의 면의 면 법선에 대하여 45도 이상인 광산란 입자(11b)의 비율이 45도 미만인 광산란 입자(11b)의 비율보다 많고, 또한 광산란 입자(11b)의 굴절률이 평활층(12)보다 높고, 또한 평활층(12)측으로 돌출시킨 상태로 된다.
또한, 도 13 및 도 14에 있어서는, 광산란 입자(11b)가 직접 평활층(12)측에 부착되어 있지만, 도 15에 도시한 바와 같이, 광산란 입자(11b)의 표면 형상을 문지른 것처럼 박막의 바인더(11a)가 광산란 입자(11b)의 표면에 잔류하고 있어도 본 실시 형태의 효과는 나타난다. 박막의 바인더(11a)의 잔류 막 두께는 산란의 효과를 남기기 위해서 광산란 입자(11b)의 높이의 1/2 미만이 바람직하다. 광산란 입자(11b)의 형상으로서는, 도 11에 도시한 형상, 그 밖의 형상을 채용할 수 있다.
광산란 입자(11b)에, 이와 같은 형상을 채용함으로써 면 내의 어느 방향으로부터 전반해 오는 도파 모드의 광에 대해서도 효율적으로 광을 산란시키는 것이 가능하다. 또한, 면 내 점유 면적을 높게 하기 위해서는, 도 11에 도시한 형상 중, (D) 막대형, (F) 소판형(육상 경기장 트랙형), (B) 직육면체를 채용하는 것이 바람직하다. 또한, 모서리가 둥근 형상보다도 모서리가 뾰족한 형상이 바람직하다. 모서리가 뾰족한 형상을 사용함으로써 공간 주파수를 높일 수 있어, 도파 모드의 광산란 효율을 높일 수 있다.
광산란 입자(11b)의 크기나 형상은 분포를 가져도 되지만, 최대 크기로서는 광산란 입자(11b)의 높이가 평활층(12)의 막 두께 이하인 것이 바람직하다. 여기서 광산란 입자(11b)의 높이는, 광산란 입자(11b)의 장축을 기준면에 평행으로 배치시키고, 장축을 축으로 회전시켰을 때 가장 얇아지는 높이에서 회전을 멈추었을 때의 높이로 정의한다.
또한, 광산란 입자(11b)의 최소 크기로서는 광산란 입자(11b)로서 기능하기 위해서 광산란 입자(11b)의 높이가 발광 파장의 1/10 이상인 것이 바람직하다. 보다 구체적으로는 평활층(12)의 막 두께를 d, 발광 파장을 λ, 광산란 입자(11b)의 굴절률을 Np, 광산란 입자(11b)의 단축 길이를 LB라 한 경우에, 하기 수학식 9를 구비하고 있는 것이 바람직하다.
<수학식 9>
예를 들어, 평활층(12)의 막 두께를 500㎚, 광산란 입자(11b)의 굴절률을 2.4, 발광 파장을 550㎚라 하면, 하기 수학식 10을 구비하고 있는 것이 바람직하다.
<수학식 10>
또한, 광산란 입자(11b)의 장축의 길이 LA에 대해서는 산란 빈도의 관계로부터 LA가 도파 모드의 광의 전반 거리 Lg보다도 짧은 것이 바람직하다. 이러한 길이로 함으로써, 도파 모드의 광과 광산란 입자(11b)의 산란 확률을 높이는 것이 가능해지고, 효율 향상에 기여한다.
도파 모드의 광의 전반 거리는 전송 행렬법, 유한요소법, 빔 전반법, 유한 시간 영역 차분(FDTD)법 등 기존의 도파 모드의 광해석법을 이용하여 계산이 가능하다. 또한, 본 실시 형태의 효과를 만족시키기 위해는 LA>LB일 필요가 있기 때문에, 하기 수학식 11을 구비하고 있는 것이 바람직하다.
<수학식 11>
도파 모드의 광의 전반 거리는 통상 20㎛ 정도이므로, 23㎚<LB<LA<20㎛, 이 보다 구체적인 바람직한 LA의 범위가 된다.
(발광층(14))
발광층(14)으로서 유기 재료를 사용하는 경우에는, 가시광의 영역에서 전형적으로는 1.6 내지 1.8 사이의 굴절률을 갖는다. 발광층(14)의 재료는, 소자의 외부 취출 양자 효율의 향상이나 발광 수명의 장수명화 등의 효과를 바람직하게 얻는 관점에서, 유기 EL 소자용 재료로서 유기 금속 착체를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 착체 형성에 관한 금속이 원소 주기율표의 8족 내지 10족에 속하는 임의의 1종의 금속, Al 또는 Zn인 것이 바람직하고, 특히 투명 전극층(13)이 Ir, Pt, Al 또는 Zn인 것이 바람직하다.
(반사 전극층(15))
반사 전극층(15)의 재료로서는 투명 박막 금속층의 재료로서 예시한 금속재료를 사용할 수 있는 외에, 유전체 다층막 미러, 또는 포토닉 결정을 반사층으로서 사용해도 된다. 유전체 다층막 미러, 또는 포토닉 결정을 반사층으로서 사용한 경우에는, 반사층에서의 플라즈몬 손실을 없앨 수 있는 이점이 있다.
(실시 형태 5: 전계 발광 소자(1)의 제조 방법)
이하, 본 실시 형태의 전계 발광 소자(1)의 제조 방법에 대하여 설명한다. 구체적인 발광층(14)으로서, 가시광의 영역(파장 400㎚ 내지 800㎚)에서 발광하는 유기 전계 발광층(유기 EL층)을 사용한 경우를 설명한다. 또한, 본 실시 형태는 가시에서 발광하는 유기 EL로 한정되지 않고 투명 전극층(13)에 발광층(14)이 끼워진 전계 발광 소자 모두에 공통되고, 예를 들어 무기 전계 발광 소자나, 적외에서 발광하는 소자이어도 된다.
본 실시 형태의 전계 발광 소자(1)에 있어서는, 반사 전극층(15)으로서 전자 주입성이 좋은 금속막, 투명 전극층(13)으로서 박막 금속 전극을 생각한다. 이 경우, 투명 전극층(13)이 양극, 반사 전극층(15)로서의 금속막이 음극이 된다. 투명 전극층(13)과 반사 전극층(15)에 끼워진 발광층(14)으로서는 유기 EL 재료로서 공지된 임의의 형광 재료 및 인광 재료를 사용할 수 있다. 또한, 필요에 따라 발광층(14)의 양극측에 정공 수송층이 설치되거나, 발광층(14)의 음극측에 전자 수송층이 설치되거나 해도 된다.
발광층(14)의 재료로서는, 중심 파장 520㎚로 발광하는 Alq3(막 두께 50㎚)과 정공 수송층(α-NPD, 막 두께 50㎚)을 사용한 경우를 생각한다. 파장 520㎚에서 발광층(14)의 평균적인 굴절률 n은, 1.8로 된다.
각 부재에 사용되는 재료와 굴절률의 예를 파장 520㎚에 있어서 설명한다. 투명 기판(10)에는, 수지 기판으로서 굴절률 n=1.5의 수지 필름(아크릴계 수지)을 사용한다. 투명 전극층(13)으로서는, Ag(굴절률 n=0.13, 소쇠 계수κ=3.1)를 사용한다.
도 16을 참조하여, 구체적인 제조 방법의 공정으로서는, 투명 기판(10)으로서, 굴절률 n=1.5의 수지 기판을 준비한다(S10). 이 투명 기판(10)의 위에 광산란층(11)을 잉크젯법에 의해 성막한다(S20, 21). 잉크젯법을 이용한 광산란층(11)의 성막에 있어서는, 광산란 입자(11b)로서의 모서리가 둥근 원기둥 형상의 TiO2 입자를 포함하는 입자를 용매에 분산시킨 잉크를 사용한다.
광산란 입자(11b)의 장축의 길이는 50㎚ 내지 500㎚까지 분포하고 있다. 잉크젯 도포 후에 건조 공정을 거침으로써 용매가 휘발하고, 바인더(11a)와 광산란 입자(11b)를 갖는 광산란층(11)이 형성된다(S21).
여기서 용매를 휘발시킨 후의 바인더(11a)의 막 두께가 광산란 입자(11b)의 단축의 막 두께보다 얇아지는 입자 밀도로 설정함으로써 휘발 후에 광산란 입자(11b)의 장축이 기판에 평행으로 배열되게 된다. 이것은 기둥 형상 입자가 중력에 의해 발생하는 모멘트로 기판에 평행으로 배열(수평으로 배열)되기 때문이다.
따라서, 상기 공정을 거침으로써 광산란 입자(11b)의 장축이 발광층(14)의 면의 면 법선에 대하여 45도 이상인 입자의 비율이 45도 미만인 입자의 비율보다 많은 상태를 만들어 낼 수 있다. 또한, 잉크의 밀도를 더 조정함으로써, 광산란층(11)의 면 내에서, 광산란 영역이 차지하는 면적 비율이 90%보다도 많게 할 수 있다. 여기에서는 휘발 후의 광산란층(11)의 바인더(11a)의 두께가 150㎚로 되도록 설정한다.
광산란층(11) 위에 평활층(12)으로서, 굴절률 1.85의 평활층(12)을 설치한다(S30). 평활층(12)의 재료로서는 정공 수송층의 재료에 TiO2 나노 입자를 분산시켜서 굴절률을 1.85로 한 것을 사용한다. 평활층(12)의 막 두께는 500㎚로 한다. 이 평활층(12)의 막 두께는, 상기 수학식 8의 조건을 만족하고 있다.
또한, 상기와 같이 하여 광산란층(11)을 형성하는 점에서, 광산란 입자(11b)는 광산란층(11)에 있어서 밀하게 배치된다. 여기서, 광산란 입자(11b)가 성기게 배치된 경우에는, 투명 전극이나 발광층의 절단에 의한 전기적 단락 방지를 위한 평활층 표면의 평활성을 확보할 필요가 있다. 그를 위해서는 광산란 입자(11b)의 사이에도 평활층(12)의 재료를 충전할 필요가 있기 때문에, 평활층(12)에 필요로 하는 재료가 많아진다. 한편, 본 실시 형태에 있어서는, 광산란 입자(11b)는 밀하게 배치되기 때문에, 광산란 입자(11b)의 사이에 충전되는 평활층(12)의 재료는 적어도 된다. 그 결과, 광산란층(11)의 위에 형성되는 평활층(12)의 충전해야 할 수지의 양을 적게 하는 것을 가능하게 하고, 제조 비용의 상승을 억제할 수 있다. 투명 전극이나 발광층의 전기적 단락 방지를 위해서는 평활층 표면의 평탄성은 평균면 조도 Ra가 100㎚ 미만, 바람직하게는 30㎚ 미만, 특히 바람직하게는 10㎚ 미만, 가장 바람직하게는 5㎚ 미만이다. 또한, 평균면 조도 Ra는, 원자간력 현미경(Atomic Force Microscopy: AFM)에 의해 측정된, 10㎛×10㎛ 정사각형 영역에서의 평균 조도 Ra를 의미한다.
평활층(12)의 위에 투명 전극층(13)으로서 두께 10㎚의 Ag 박막을 설치하고(S40), 투명 전극층(13)의 위에 발광층(14)으로서 α-NPD(50㎚)와 Alq3(50㎚)을 순서대로 적층한다(S50). α-NPD는 정공 수송층으로서 투명 전극층(13)과 Alq3의 사이에 적층한다. 발광층(14)의 위(Alq3의 위)에 반사 전극층(15)으로서의 Ag를 100㎚ 성막한다(S60). 이에 의해, 본 실시 형태에 있어서의 전계 발광 소자(1)가 형성된다.
이상, 각 실시 형태를 통해 설명한 전계 발광 소자(1)는 광산란 입자(11b)의 장축을 발광층(14)과 평행으로 배열하는 비율을 높임으로써 전반사로 구속되는 광을 선택적으로 산란하고, 높은 광 취출 효율을 실현한다. 이러한 전계 발광 소자(1)를 사용한 조명 장치는, 고효율이며 균일한 발광을 실현할 수 있다.
(실시 형태 6)
이하에 상기 각 실시 형태에 나타내는 구성을 구비한 전계 발광 소자(1)를 사용한 조명 장치(1000)에 대하여 설명한다. 도 17에, 본 실시 형태에 있어서의 조명 장치(1000)의 개략 구성을 나타낸다. 본 실시 형태에 있어서의 조명 장치(1000)는, 방의 천장(1200)에, 전계 발광 소자(1)를 사용한 천장 조명 장치다.
본 실시 형태에 있어서의 조명 장치(1000)는, 박형이고 다양한 각도로 균일한 발광을 실현할 수 있기 때문에, 부드럽게 공간을 연출하는 것이 가능해진다. 또한, 다양한 각도로 발광하므로 그림자가 생기기 어려운 효과가 얻어진다.
또한, 천장 조명 장치로서 사용하는 경우로 한정되지 않고, 예를 들어 조명 스탠드 등, 다양한 조명 장치에 본 실시 형태에 있어서의 전계 발광 소자를 사용할 수 있다.
(실시예)
이하, 실시예로서, 상기 전계 발광 소자(1)의 각층의 굴절률에 대하여 설명한다. 또한, 이하에 있어서, 광산란층(11)과 평활층(12)을 합친 구조를 「내부 광 취출층」이라 칭한다.
(굴절률)
평활층(12)의 파장 550㎚에 있어서의 굴절률은, 1.7 이상 2.5 미만의 범위 내이다. 유기 발광 소자의 발광층(14) 내에 구속되는 도파 모드의 광이나 음극으로부터 반사되는 플라즈몬 모드의 광은 특이한 광학 모드의 광이며, 이들 광을 취출하기 위해서는 적어도 1.7 이상의 굴절률이 필요하다.
한편, 플라즈몬 모드의 가장 고차측의 모드이더라도, 굴절률 2.5 이상의 영역의 광은 대체로 존재하지 않고, 그 이상의 굴절률로 해도 취출할 수 있는 광의 양이 늘어나는 일은 없다. 본 실시 형태에 있어서, 굴절률은, 다파장 아베 굴절계, 프리즘 커플러, 미켈슨 간섭계, 분광 엘립소미터 등으로 측정할 수 있다.
(내부 광 취출층의 헤이즈값)
내부 광 취출층의 헤이즈값(전체 광선 투과율에 대한 산란 투과율의 비율)은 20% 이상이며, 보다 바람직하게는 25% 이상, 특히 바람직하게는 30% 이상이다. 헤이즈값이 20% 이상이면, 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 헤이즈값이란, (i) 막 내의 조성물의 굴절률 차에 의한 영향과, (ii) 표면 형상에 의한 영향을 받아 산출되는 물성값이다. 본 실시예에서는, 광산란층(11) 위에 평활층(12)을 적층한 내부 광 취출층으로서의 헤이즈값을 측정한다. 즉, 10㎛에 있어서의 평균면 조도 Ra를 100㎚ 미만으로 억제하여 헤이즈값을 측정함으로써, 상기 (ii)에 의한 영향을 배제한 헤이즈값이 측정되게 된다.
본 실시예의 내부 광 취출층은, 투과율 50% 이상인 것이 바람직하고, 55% 이상인 것이 보다 바람직하고, 60% 이상인 것이 특히 바람직하다.
(광산란층(11)의 굴절률)
광산란층(11)은, 광 취출 효율을 향상시키는 층이며, 투명 기판(10)의 투명 전극층(13)측의 최표면에 형성된다. 광산란층(11)은, 층 매체와 상기 층 매체에 함유되는 광산란 입자(고굴절률 입자)(11b)로 구성되어 있다. 층 매체인 바인더(11a)(수지 재료)와 함유되는 광산란 입자(11b)와의 굴절률 차는, 0.03 이상이며, 바람직하게는 0.1 이상이며, 보다 바람직하게는 0.2 이상이며, 특히 바람직하게는 0.3 이상이다.
바인더(11a)와 광산란 입자(11b)의 굴절률 차가 0.03 이상이면, 바인더(11a)와 광산란 입자(11b)의 계면에서 산란 효과가 발생한다. 굴절률 차가 클수록, 계면에서의 굴절이 커지게 되어, 산란 효과가 향상되기 때문에 바람직하다.
최종적으로는 광산란층(11)의 위에 평활층(12)이 형성된다. 광산란층(11)은, 층 매체인 바인더(11a)와 광산란 입자(11b)의 굴절률의 차이 및 광산란 입자(11b)와 평활층(12)의 굴절률 차이에 의해 광을 확산시키는 층이다. 그로 인해, 함유되는 광산란 입자(11b)로서는, 가시광 영역의 Mie 산란을 발생시키는 영역 이상의 입경을 갖는 투명한 입자인 것이 바람직하고, 그 평균 입경은 0.2㎛ 이상인 것이 바람직하다.
한편, 평균 입경의 상한으로서는 광산란 입자(11b)가 보다 큰 경우, 광산란 입자(11b)를 함유한 광산란층(11)의 조도를 평탄화하는 평활층(12)의 층 두께도 두껍게 할 필요가 있고, 공정의 부하, 막의 흡수 관점에서 불리한 점이 있기 때문에, 바람직하게는 10㎛ 미만, 보다 바람직하게는 5㎛ 미만, 특히 바람직하게는 3㎛ 미만, 가장 바람직하게는 1㎛ 미만이다.
여기서, 광산란 입자(11b)의 평균 입경은, 예를 들어 니키소사 제조 나노트랙 UPA-EX150과 같은 동적 광산란법을 이용한 장치나, 전자 현미경 사진의 화상 처리에 의해 측정할 수 있다.
이와 같은 광산란 입자(11b)로서는, 특별히 제한은 없으며, 목적에 따라서 적절히 선택할 수 있어, 유기 미립자여도, 무기 미립자여도 되지만, 그 중에서도 고굴절률을 갖는 무기 미립자인 것이 바람직하다.
고굴절률을 갖는 유기 미립자로서는, 예를 들어 폴리메틸메타크릴레이트 비즈, 아크릴-스티렌 공중합체 비즈, 멜라민 비즈, 폴리카르보네이트 비즈, 스티렌 비즈, 가교 폴리스티렌 비즈, 폴리염화비닐 비즈, 벤조구아나민-멜라민포름알데히드 비즈 등을 들 수 있다.
고굴절률을 갖는 무기 미립자로서는, 예를 들어 지르코늄, 티타늄, 알루미늄, 인듐, 아연, 주석, 안티몬 등의 중에서 선택되는 적어도 하나의 산화물로 이루어지는 무기 산화물 입자를 들 수 있다. 무기 산화물 입자로서는, 구체적으로는, ZrO2, TiO2, BaTiO3, Al2O3, In2O3, ZnO, SnO2, Sb2O3, ITO, SiO2, ZrSiO4, 제올라이트 등을 들 수 있다. 그 중에서도, TiO2, BaTiO3, ZrO2, ZnO, SnO2가 바람직하고, TiO2가 가장 바람직하다. 또한, TiO2 중에서도, 아나타제형보다 루틸형의 쪽이, 촉매 활성이 낮기 때문에 고굴절률층이나 인접한 층의 내후성이 높아지고, 굴절률이 높기 때문에 더 바람직하다.
또한, 이들 광산란 입자(11b)는 광산란층(11)에 함유시키기 위해서, 후술하는 분산액으로 한 경우의 분산성이나 안정성 향상의 관점에서, 표면 처리를 실시한 것을 사용할 것인지, 혹은 표면 처리를 실시하지 않는 것을 사용할 것인지를 선택할 수 있다.
표면 처리를 행하는 경우, 표면처리의 구체적인 재료로서는, 산화규소나 산화지르코늄 등의 이종 무기 산화물, 수산화알루미늄 등의 금속 수산화물, 오르가노실록산, 스테아르산 등의 유기산 등을 들 수 있다. 이들 표면 처리재는, 1종을 단독으로 사용해도 되고, 복수종을 조합해서 사용해도 된다. 그 중에서도, 분산액의 안정성의 관점에서, 표면 처리재로서는, 이종 무기 산화물 및/또는 금속 수산화물이 바람직하고, 금속 수산화물이 보다 바람직하다.
무기 산화물 입자가, 표면 처리재로 표면 피복 처리되어 있는 경우, 그 피복량(일반적으로, 이 피복량은, 입자의 질량에 대한 당해 입자의 표면에 사용한 표면 처리재의 질량 비율로 나타냄)은, 0.01 내지 99질량%인 것이 바람직하다. 표면 처리재의 피복량이 너무 적으면, 표면 처리에 의한 분산성이나 안정성의 향상 효과를 충분히 얻을 수 없고, 또한 너무 많으면 고굴절률의 혼합 광산란층(11)의 굴절률이 저하되기 때문에 바람직하지 않다.
그 밖에, 고굴절률 입자의 재료로서, 국제 공개 제2009/014707호 및 미국 특허 제6608439호 명세서 등에 기재된 양자 도트도 바람직하게 사용할 수 있다.
상기 고굴절률 입자는, 그 굴절률이 1.7 이상이며, 1.85 이상이 바람직하고, 2.0 이상이 특히 바람직하다. 굴절률이 1.7 미만이면 바인더(11a)와의 굴절률 차가 작아지기 때문에 산란량이 감소하고, 광 취출 효율의 향상 효과가 얻어지지 않는 경우가 있다.
한편, 고굴절률 입자의 굴절률 상한은 3.0 미만이다. 바인더(11a)와의 굴절률 차가 크면 충분한 산란량을 얻을 수 있어, 광 취출 효율의 향상 효과가 얻어진다.
상기 고굴절률 입자의 배치는, 광산란 입자(11b)가 광산란층(11)과 평활층(12)의 계면에 접촉 또는 근접하도록 광산란 입자(11b)의 1층의 두께로 배치되는 것이 바람직하다. 이에 의해, 평활층(12) 내에서 전반사가 일어났을 때 혼합 광산란층(11)으로 스며 나오는 에바네센트광을 광산란 입자(11b)로 산란시킬 수 있어, 광 취출 효율이 향상된다.
고굴절률 입자가 그 평균 입경을 초과하는 범위(예를 들어, 광산란층(11)의 층 두께가 고굴절률 입자의 평균 입경의 1.3배)에서 존재하는 경우, 광산란 입자(11b)가 계면으로부터 멀리 떨어진 위치에 존재하기 때문에, 에바네센트광을 산란시키는 일이 없어, 광 취출 효율의 향상에 기여하지 않는다. 또한, 광산란 입자(11b)의 분포 두께가 증가하면, 도포의 균일성 혹은 계면 평활성의 저하 또는 반사 산란광의 증가에 의한 표시 성능 저하와 같은 문제가 발생할 가능성이 있다.
고굴절률 입자가 혼합되는 광산란층(11)에 있어서의 함유량은, 체적 충전율로, 1.0 내지 70%의 범위 내인 것이 바람직하고, 5 내지 50%의 범위 내인 것이 보다 바람직하다. 이에 의해, 광산란층(11)과 평활층(12)의 계면에 굴절률 분포의 조밀을 만들 수 있어, 광산란량을 증가시켜서 광 취출 효율을 향상시킬 수 있다.
광산란층(11)의 형성 방법으로서는, 예를 들어 층 매체인 바인더(11a)가 수지 재료인 경우, 매체가 되는 수지 재료(중합체) 용액(용매로서는, 입자가 용해되지 않는 것을 사용함)에 상기 광산란 입자(11b)를 분산하고, 투명 기판(10) 위에 도포함으로써 형성한다.
이들 광산란 입자(11b)는 실제로는, 다분산 입자라는 점이나 규칙적으로 배치하기가 어렵다는 점에서, 국부적으로는 회절 효과를 갖기는 하지만, 대부분은 확산에 의해 광의 방향을 변화시켜 광 취출 효율을 향상시킨다.
(바인더(11a)의 예)
바인더(11a)의 구체예로서는, 공지된 수지가 특별히 제한 없이 사용 가능하다. 예를 들어, 아크릴산에스테르, 메타크릴산에스테르, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리카르보네이트(PC), 폴리아릴레이트, 폴리염화비닐(PVC), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리스티렌(PS), 나일론(Ny), 방향족 폴리아미드, 폴리에테르에테르케톤, 폴리술폰, 폴리에테르술폰, 폴리이미드, 폴리에테르이미드 등의 수지 필름, 유기 무기 하이브리드 구조를 갖는 실세스퀴옥산, 폴리실록산, 폴리실라잔, 폴리실록사잔 등을 기본 골격으로 한 내열 투명 필름(예를 들어, 제품명 Sila-DEC, 칫소사 제조), 퍼플루오로알킬기 함유 실란 화합물(예를 들어, (헵타데카플루오로-1,1,2,2-테트라데실)트리에톡시실란) 외에, 불소 함유 단량체와 가교성기 부여를 위한 단량체를 구성 단위로 하는 불소 함유 공중합체 등을 들 수 있다. 이들 수지는, 2종 이상 혼합해서 사용할 수 있다. 이들 중에서도, 유기 무기 하이브리드 구조를 갖는 것이 바람직하다.
또한, 이하의 친수성 수지를 사용하는 것도 가능하다. 친수성 수지로서는 수용성의 수지, 수분 산성의 수지, 콜로이드 분산 수지 또는 그들의 혼합물을 들 수 있다. 친수성 수지로서는, 아크릴계, 폴리에스테르계, 폴리아미드계, 폴리우레탄계, 불소계 등의 수지를 들 수 있다. 예를 들어, 폴리비닐알코올, 젤라틴, 폴리에틸렌옥시드, 폴리비닐피롤리돈, 카제인, 전분, 한천, 카라기난, 폴리아크릴산, 폴리메타크릴산, 폴리아크릴아미드, 폴리 메타크릴아미드, 폴리스티렌술폰산, 셀룰로오스, 히드록실에틸셀룰로오스, 카르복실 메틸셀룰로오스, 히드록실에틸셀룰로오스, 덱스트란, 덱스트린, 풀루란, 수용성 폴리비닐부티랄 등의 중합체를 들 수 있다. 이들 중에서도, 폴리비닐알코올이 바람직하다.
바인더(11a)로서 사용되는 중합체는, 1종을 단독으로 사용해도 되고, 필요에 따라 2종류 이상을 혼합해서 사용해도 된다. 또한, 마찬가지로, 종래 공지된 수지 입자(에멀전) 등도 바람직하게 사용 가능하다. 또한, 바인더(11a)로서는, 주로 자외선 또는 전자선에 의해 경화하는 수지, 즉, 전리 방사선 경화형 수지·열가소성 수지와 용제를 혼합한 것이나 열경화형 수지도 바람직하게 사용할 수 있다.
이와 같은 바인더(11a)에 사용되는 수지로서는, 포화 탄화수소 또는 폴리에테르를 주쇄로서 갖는 중합체인 것이 바람직하고, 포화 탄화수소를 주쇄로서 갖는 중합체인 것이 보다 바람직하다.
또한, 바인더(11a)는 가교하고 있는 것이 바람직하다. 포화 탄화수소를 주쇄로서 갖는 중합체는, 에틸렌성 불포화 단량체의 중합 반응에 의해 얻는 것이 바람직하다. 가교하고 있는 바인더(11a)를 얻기 위해서는, 2개 이상의 에틸렌성 불포화기를 갖는 단량체를 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 본 실시예에서는, 특정한 분위기하에서 자외선 조사에 의해, 금속 산화물, 금속 질화물 또는 금속 산화질화물을 형성할 수 있는 화합물이 특히 바람직하게 사용된다. 본 실시예에 적합한 화합물로서는, 일본 특허공개 평8-112879호 공보에 기재되어 있는 비교적 저온에서 개질 처리될 수 있는 화합물이 바람직하다.
구체적으로는, Si-O-Si 결합을 갖는 폴리실록산(폴리실세스퀴옥산을 포함함), Si-N-Si 결합을 갖는 폴리 실라잔, Si-O-Si 결합과 Si-N-Si 결합의 양쪽을 포함하는 폴리실록사잔 등을 들 수 있다. 이들은, 2종 이상을 혼합해서 사용할 수 있다. 또한, 다른 화합물을 순차적으로 적층하거나, 동시 적층하거나 해도 사용 가능하다.
<폴리실록산>
본 실시예에서 사용되는 폴리실록산으로서는, 일반 구조 단위로서의 〔R3SiO1/2〕, 〔R2SiO〕, 〔RSiO3 /2〕 및 〔SiO2〕을 포함할 수 있다. 여기서, R은, 수소 원자, 1 내지 20의 탄소 원자를 포함하는 알킬기(예를 들어, 메틸, 에틸, 프로필 등), 아릴기(예를 들어, 페닐 등), 불포화 알킬기(예를 들어, 비닐 등)로 이루어지는 군으로부터 독립적으로 선택된다.
특정한 폴리실록산기의 예로서는, 〔PhSiO3 /2〕, 〔MeSiO3 /2〕, 〔HSiO3 /2〕, 〔MePhSiO〕, 〔Ph2SiO〕, 〔PhViSiO〕, 〔ViSiO3 /2〕(Vi는 비닐기를 나타냄) ,〔MeHSiO〕, 〔MeViSiO〕, 〔Me2SiO〕, 〔Me3SiO1 /2〕 등을 들 수 있다. 또한, 폴리실록산의 혼합물이나 공중합체도 사용 가능하다.
<폴리실세스퀴옥산>
본 실시예에서는, 전술한 폴리실록산 중에서도 폴리실세스퀴옥산을 사용하는 것이 바람직하다. 폴리실세스퀴옥산은, 실세스퀴옥산을 구조 단위에 포함하는 화합물이다. 「실세스퀴옥산」이란, 〔RSiO3 / 2〕로 표현되는 화합물이며, 통상 RSiX3(R은, 수소 원자, 알킬기, 알케닐기, 아릴기, 아르알킬기 등이며, X는, 할로겐, 알콕시기 등임)형 화합물이 가수분해-중축합하여 합성되는 폴리실록산이다.
폴리실세스퀴옥산의 분자 배열의 형상으로서는, 대표적으로는 무정형 구조, 래더 형상 구조, 바구니형 구조, 그 부분 개열 구조체(바구니형 구조로부터 규소 원자가 일원자 부족한 구조나 바구니형 구조의 규소-산소 결합이 일부 절단된 구조) 등이 알려져 있다.
이들 폴리실세스퀴옥산 중에서도, 소위 수소 실세스퀴옥산 중합체를 사용하는 것이 바람직하다. 수소 실세스퀴옥산 중합체로서는, HSi(OH)x(OR)yOz /2로 표현되는 히드리도실록산 중합체를 들 수 있다. 각각의 R은, 유기기 또는 치환된 유기기이며, 산소 원자에 의해 규소에 결합한 경우, 가수분해성 치환기를 형성한다. x=0 내지 2, y=0 내지 2, z=1 내지 3, x+y+z=3이다.
R로서는, 알킬기(예를 들어, 메틸,에틸, 프로필, 부틸 등), 아릴기(예를 들어, 페닐 등), 알케닐기(예를 들어, 알릴, 비닐 등)를 들 수 있다. 이들 수지는, 완전히 축합되고(HSiO3/2)n, 혹은 부분적으로만 가수분해되고(즉, 일부의 Si-OR을 포함하고), 및/또는 부분적으로 축합될(즉, 일부의 Si-OH를 포함할) 수 있다.
<폴리실라잔>
본 실시예에서 사용되는 폴리실라잔이란, 규소-질소 결합을 갖는 중합체로서, Si-N, Si-H, N-H 등으로 이루어지는 SiO2, Si3N4 및 양쪽의 중간 고용체 SiOxNy(x: 0.1 내지 1.9, y: 0.1 내지 1.3) 등의 무기 전구체 중합체이다.
본 실시예에 바람직하게 사용되는 폴리실라잔으로서는, 하기 화학식 A로 표시된다.
<화학식 A>
본 실시예에서는, 치밀성의 관점에서, R1, R2 및 R3의 모두가 수소 원자인 퍼히드로폴리실라잔이 특히 바람직하다.
바인더(11a)로서의 전리 방사선 경화형 수지 조성물의 경화 방법으로서는, 전리 방사선 경화형 수지 조성물의 통상 경화 방법, 즉, 전자선 또는 자외선의 조사에 의해 경화할 수 있다.
예를 들어, 전자선 경화의 경우에는, 콕크로프트 월턴형, 밴 더 그래프형, 공진 변압형, 절연 코어 변압기형, 직선형, 다이나미트론형, 고주파형 등의 각종 전자선 가속기로부터 방출되는 10 내지 1000keV, 바람직하게는 30 내지 300keV의 에너지를 갖는 전자선 등이 사용되고, 자외선 경화의 경우에는, 초고압 수은등, 고압 수은등, 저압 수은등, 카본 아크, 크세논 아크, 메탈 할라이드 램프 등의 광선으로부터 발하는 자외선 등을 이용할 수 있다.
<엑시머 램프를 갖는 진공 자외선 조사 장치>
본 실시예에 따른 바람직한 자외선 조사 장치로서는, 구체적으로는, 100 내지 230㎚의 진공 자외선을 발하는 희가스 엑시머 램프를 들 수 있다. Xe, Kr, Ar, Ne 등의 희가스의 원자는, 화학적으로 결합해서 분자를 만들지 않기 때문에, 불활성 가스라고 불린다. 그러나, 방전 등에 의해 에너지를 얻은 희가스의 원자(여기 원자)는, 다른 원자와 결합해서 분자를 만들 수 있다.
예를 들어, 희가스가 Xe(크세논)인 경우에는, 하기 반응식으로 나타낸 바와 같이, 여기된 엑시머 분자인 Xe2 *가 기저 상태로 천이할 때, 172㎚의 엑시머광을 발광한다.
<화학식 2>
엑시머 램프의 특징으로서는, 방사가 하나의 파장에 집중하고, 필요한 광 이외가 거의 방사되지 않으므로 효율이 높다는 점을 들 수 있다. 또한, 여분의 광이 방사되지 않으므로, 대상물의 온도를 비교적 낮게 유지할 수 있다. 나아가, 시동·재시동에 시간을 요하지 않으므로, 순간적인 점등 점멸이 가능하다. 엑시머광을 효율적으로 조사하는 광원으로서는, 유전체 배리어 방전 램프를 들 수 있다. 유전체 배리어 방전 램프의 구성으로서는, 전극 간에 유전체를 통해 방전을 일으키는 것이며, 일반적으로는, 유전체로 이루어지는 방전 용기와 그 외부에 적어도 한쪽의 전극이 배치되어 있으면 된다.
유전체 배리어 방전 램프로서, 예를 들어 석영 유리로 구성된 굵은 관과 가는 관으로 이루어지는 이중 원통 형상의 방전 용기 속에 크세논 등의 희가스가 봉입되고, 상기 방전 용기의 외부에 망 형상의 제1 전극을 설치하고, 내부관의 내측에 다른 전극을 설치한 것이 있다. 유전체 배리어 방전 램프는, 전극 간에 고주파 전압 등을 첨가함으로써 방전 용기 내부에 유전체 배리어 방전을 발생시키고, 상기 방전에 의해 생성된 크세논 등의 엑시머 분자가 해리할 때 엑시머광을 발생시킨다.
엑시머 램프는, 광의 발생 효율이 높기 때문에, 낮은 전력의 투입으로 점등시키는 것이 가능하다. 또한, 온도 상승의 요인으로 되는 파장이 긴 광은 발하지 않고, 자외선 영역의 단일 파장으로 에너지를 조사하기 때문에, 조사광 자체에 의한 조사 대상물의 온도 상승을 억제할 수 있다는 특징을 가지고 있다.
(평활층(12))
평활층(12)은, 굴절률이 1.7 이상 2.5 미만의 고굴절률층인 것이 바람직하다. 굴절률이 1.7 이상 2.5 미만이면 단독의 소재로 형성되어 있어도 되고, 혼합물로 형성되어 있어도 된다. 혼합물로 형성할 때의 굴절률의 사고 방식은, 광산란층(11)의 경우와 마찬가지이다.
평활층(12)은, 이 위에 투명 전극층(13)을 양호하게 형성시키는 평탄성을 갖는 것이 중요하며, 그 표면성은 평균면 조도 Ra가 100㎚ 미만, 바람직하게는 30㎚ 미만, 특히 바람직하게는 10㎚ 미만, 가장 바람직하게는 5㎚ 미만이다. 또한, 평균면 조도 Ra는, 원자간력 현미경법(Atomic Force Microscopy: AFM)에 의해 측정된, 10㎛□에 있어서의 평균면 조도 Ra를 의미한다.
평활층(12)에 사용되는 수지로서는, 광산란층(11)의 바인더(11a)와 마찬가지의 수지를 들 수 있다. 평활층(12)에 함유되는 고굴절 재료로서는, 미립자 졸이 바람직하다. 고굴절률의 평활층(12)에 포함되는 금속 산화물 미립자의 굴절률의 하한으로서는, 벌크의 상태에서 1.7 이상인 것이 바람직하고, 1.85 이상인 것이 보다 바람직하고, 2.0 이상인 것이 더 바람직하며, 2.5 이상인 것이 특히 바람직하다.
또한, 금속 산화물 미립자의 굴절률 상한으로서는 3.0 이하인 것이 바람직하다. 금속 산화물 미립자의 굴절률이 1.7보다 낮으면 본 실시 형태의 목적 효과가 작아지기 때문에 바람직하지 않다. 금속 산화물 미립자의 굴절률이 3.0보다 높으면 막 중에서의 다중 산란이 증가하고, 투명성이 저하되기 때문에 바람직하지 않다.
고굴절률의 평활층(12)에 포함되는 금속 산화물 미립자(무기 입자)의 입경의 하한으로서는, 통상 5㎚ 이상인 것이 바람직하고, 10㎚ 이상인 것이 보다 바람직하고, 15㎚ 이상인 것이 더 바람직하다. 또한, 금속 산화물 미립자의 입경 상한으로서는 70㎚ 이하인 것이 바람직하고, 60㎚ 이하인 것이 보다 바람직하고, 50㎚ 이하인 것이 더 바람직하다.
금속 산화물 미립자의 입경이 5㎚보다 작은 경우, 금속 산화물 미립자가 응집하기 쉽고, 투명성이 오히려 낮아지기 때문에 바람직하지 않다. 또한, 입경이 작으면 표면적이 커지고, 촉매 활성이 높아지고, 평활층(12)이나 인접한 층의 열화가 촉진될 우려가 있기 때문에 바람직하지 않다. 금속 산화물 미립자의 입경이 70㎚보다 크면 평활층(12)의 투명성이 저하되기 때문에 바람직하지 않다. 본 실시 형태의 효과를 손상시키지 않는 한, 입경의 분포는 제한되지 않고, 넓어도 좁아도 복수의 분포를 가지고 있어도 된다.
평활층(12)에 있어서의 금속 산화물 미립자의 함유량의 하한으로서는, 전체 질량에 대하여 70질량% 이상인 것이 바람직하고, 80질량% 이상인 것이 보다 바람직하고, 85질량% 이상인 것이 더 바람직하다. 또한, 금속 산화물 미립자의 함유량 상한으로서는 97질량% 이하인 것이 바람직하고, 95질량% 이하인 것이 보다 바람직하다. 평활층(12)의 금속 산화물 미립자의 함유량이 70질량%보다 적으면 평활층(12)의 굴절률을 1.80 이상으로 하는 것이 실질적으로 어려워진다. 평활층(12)의 금속 산화물 미립자의 함유량이 95질량%보다 많으면 평활층(12)의 도포가 곤란해지고, 건조 후의 막의 취성도 커지게 되어, 내굴곡성이 저하되기 때문에 바람직하지 않다.
본 실시 형태의 평활층(12)에 함유되는 금속 산화물 미립자로서는, 안정성의 관점에서, TiO2(이산화티타늄졸)인 것이 보다 바람직하다. 또한, TiO2 중에서도, 특히 아나타제형보다 루틸형의 쪽이 촉매 활성이 낮기 때문에, 평활층(12)이나 인접한 층의 내후성이 높아지게 되어, 굴절률이 높다는 점에서 더 바람직하다.
이산화티타늄졸의 조제 방법으로서는, 예를 들어 일본 특허공개 소63-17221호 공보, 일본 특허공개 평7-819호 공보, 일본 특허 공개 평9-165218호 공보, 일본 특허공개 평11-43327호 공보 등을 참조할 수 있다. 이산화티타늄 미립자의 바람직한 1차 입자 직경은, 5 내지 15㎚의 범위 내이며, 보다 바람직하게는 6 내지 10㎚의 범위 내이다.
(투명 기판(10))
내부 광 취출층이 형성되는 투명 기판(10)으로서는, 예를 들어 유리, 플라스틱 등을 들 수 있지만, 이들에 한정되지 않는다. 바람직하게 사용되는 투명 기판(10)으로서는, 유리, 석영, 투명 수지 필름을 들 수 있다.
유리로서는, 예를 들어 실리카 유리, 소다 석회 실리카 유리, 납유리, 붕규산염 유리, 무알칼리 유리 등을 들 수 있다. 이들 유리 재료의 표면에는, 광산란층(11)과의 밀착성, 내구성, 평활성의 관점에서, 필요에 따라서, 연마 등의 물리적 처리가 실시되거나, 무기물 또는 유기물로 이루어지는 피막이나, 이 피막을 조합한 하이브리드 피막이 형성되거나 해도 된다.
수지 필름으로서는, 예를 들어 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN) 등의 폴리에스테르, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 셀로판, 셀룰로오스디아세테이트, 셀룰로오스트리아세테이트(TAC), 셀룰로오스아세테이트부티레이트, 셀룰로오스아세테이트프로피오네이트(CAP), 셀룰로오스아세테이트프탈레이트, 셀룰로오스나이트레이트 등의 셀룰로오스에스테르류 또는 그들의 유도체, 폴리염화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 폴리에틸렌 비닐알코올, 신디오택틱 폴리스티렌, 폴리카르보네이트, 노르보르넨 수지, 폴리메틸펜텐, 폴리에테르케톤, 폴리이미드, 폴리에테르술폰(PES), 폴리페닐렌술피드, 폴리술폰류, 폴리에테르이미드, 폴리에테르케톤이미드, 폴리아미드, 불소 수지, 나일론, 폴리메틸메타크릴레이트, 아크릴 또는 폴리아릴레이트류, 아톤(등록상표: 상품명 JSR사 제조) 또는 아펠(등록 상표: 상품명 미쓰이카가쿠사 제조) 등의 시클로올레핀계 수지 등을 들 수 있다.
수지 필름의 표면에는, 무기물 또는 유기물로 이루어지는 피막이나, 이들 피막을 조합한 하이브리드 피막이 형성되어 있어도 된다. 이러한 피막 및 하이브리드 피막은, JIS K 7129-1992에 준거한 방법으로 측정된 수증기 투과도(25± 0.5℃, 상대 습도 90±2% RH)이 0.01g/(m2·24h) 이하의 가스 배리어성 필름(배리어막 등이라고도 함)인 것이 바람직하다. 또한, 나아가, JIS K 7126-1987에 준거한 방법으로 측정된 산소 투과도가, 1×10-3㎖/(m2·24h·atm) 이하, 수증기 투과도가, 1×10-5g/(m2·24h) 이하의 고가스 배리어성 필름인 것이 바람직하다.
이상과 같은 가스 배리어성 필름을 형성하는 재료로서는, 수분이나 산소 등 소자의 열화를 초래하는 물질의 침입을 억제하는 기능을 갖는 재료이면 되며, 예를 들어 산화규소, 이산화규소, 질화규소나, 전술한 폴리실라잔 등을 사용할 수 있다. 또한, 당해 가스 배리어성 필름의 취약성을 개량하기 위해서, 이들 무기층과 유기 재료로 이루어지는 층(유기층)의 적층 구조를 갖게 하는 것이 보다 바람직하다. 무기층과 유기층의 적층순에 대해서는 특별히 제한은 없지만, 양자를 교대로 복수회 적층시키는 것이 바람직하다. 가스 배리어성 필름의 형성 방법에 대해서는 특별히 한정은 없으며, 예를 들어 진공 증착법, 스퍼터링법, 반응성 스퍼터링법, 분자선 애피택시법, 클러스터 이온빔법, 이온 플레이팅법, 플라즈마 중합법, 대기압 플라즈마 중합법, 플라즈마 CVD법, 레이저 CVD법, 열 CVD법, 코팅법 등을 사용할 수 있지만, 일본 특허공개 제2004-68143호 공보에 기재된 대기압 플라즈마 중합법에 의한 것이나 폴리실라잔(함유액)에 파장 100 내지 230㎚의 진공 자외선을 조사하고, 개질 처리한 것이 특히 바람직하다.
(광산란층(11) 및 평활층(12)(내부 광 취출층)의 상세한 제조 공정)
다음으로, 광산란층(11) 및 평활층(12)(내부 광 취출층)의 상세한 제조 공정에 대하여 설명한다. 다시, 도 16을 참조한다. 투명 기판(10)으로서, 두께 0.7㎜, 60㎜×60㎜의 투명한 무알칼리 유리 기판을 탈지하고, 초순수 세정, 클린 드라이어로 건조한 것을 준비하였다(S10).
이어서, 광산란층(11)의 조액으로서, 굴절률 2.4, 평균 입경 0.25㎛의 TiO2 입자(테이카(주) 제조 JR600A)와 수지 용액(APM사 제조 ED230AL(유기 무기 하이브리드 수지))의 고형분 비율이 70vol%/30vol%, n-프로필 아세테이트와 시클로헥사논의 용매비가 10wt％/90wt％, 고형분 농도가 15wt%가 되도록 10㎖ 양의 비율로 처방 설계하였다.
구체적으로는, 상기 TiO2 입자와 용제를 혼합하고, 상온에서 냉각하면서, 초음파 분산기(에스엠티사 제조 UH-50)에, 마이크로칩 스텝(에스엠티사 제조 MS-3 3㎜φ)의 표준 조건에서 10분간 분산을 첨가하고, TiO2의 분산액을 제작하였다.
계속해서, TiO2 분산액을 100rpm으로 교반하면서, 수지를 소량씩 혼합 첨가하고, 첨가 완료 후, 500rpm까지 교반 속도를 높여, 10분간 혼합하여, 광산란층(11)의 도포액을 얻었다. 그 후, 소수성 PVDF 0.45㎛ 필터(와트만사 제조)로 여과하고, 목적으로 하는 분산액을 얻었다.
상기 분산액을 스핀 도포(500rpm, 30초)에 의해 투명 기판(10) 위에 회전 도포한 후(S20), 간이 건조(80℃, 2분)하고, 또한 베이크(120℃, 60분)하여, 층 두께 0.5㎛의 광산란층(11)을 형성하였다(S21).
계속해서, 평활층(12)의 조액으로서, 평균 입경 0.02㎛의 나노 TiO2 분산액(테이카(주) 제조 HDT-760T)과 수지 용액(APM사 제조 ED230AL(유기 무기 하이브리드 수지))의 고형분 비율이 45vol%/55vol%, n-프로필 아세테이트와 시클로헥사논과 톨루엔의 용매비가 20wt％/30wt％/50wt％, 고형분 농도가 20wt%가 되도록 10㎖ 양의 비율로 처방 설계하였다.
구체적으로는, 상기 나노 TiO2 분산액과 용제를 혼합하고, 100rpm으로 교반하면서, 수지를 소량씩 혼합 첨가하고, 첨가 완료 후, 500rpm까지 교반 속도를 높여, 10분간 혼합하여, 평활층(12)의 도포액을 얻었다. 그 후, 소수성 PVDF 0.45㎛ 필터(와트만사 제조)로 여과하고, 목적으로 하는 분산액을 얻었다.
상기 분산액을 스핀 도포(500rpm, 30초)에 의해 광산란층(11) 위에 회전 도포하였다(S30). 그 후, 간이 건조(80℃, 2분)하고 또한 베이크(120℃, 30분)하여, 층 두께 0.7㎛의 평활층(12)을 형성하고, 내부 광 취출층(1)을 제작하였다. 또한, 평활층(12) 단막에서의 굴절률은 1.85였다.
상기와 같이 하여 제작한 내부 광 취출층의 투과율 T는 67%, 헤이즈값 ㎐는 50%이었다. 또한, D542에 기초하여 소프라사의 엘립소미터를 사용하여, 내부 광 취출층 전체의 파장 550㎚에 있어서의 굴절률을 측정한 바, 1.85였다.
이와 같이 제작한 내부 광 취출층(광산란층(11)과 평활층(12))의 표면 및 단면의 SEM(반사 전자 현미경) 및 TEM(투과 전자 현미경) 분석을 행함으로써, 내부 광 취출층에 있어서, 광산란 입자를 발광층(14)의 주 표면의 면 법선 방향에서 본 경우의 투영 평균 면적이, 광산란 입자(11b)를 발광층(14)의 주 표면의 면 법선 방향에 대하여 직교하는 방향에서 본 경우의 전체 둘레 평균 면적보다도 커지도록, 상기 바인더에 의해 결합되어 있는 것을 확인하였다.
또한, 별도로, 광산란층(11)만을 제작한 상태에서 표면 상태를 확인함으로써, 광산란층(11)의 바인더(11a)의 가장 얇은 영역의 막 두께는 입자의 높이보다도 낮고, 입자가 바인더(11a)로부터 일부가 돌출된 상태임을 확인하였다.
상기 내부 광 취출층의 제작에 있어서, 무알칼리 유리 기판을 내부 광 취출층의 가스 배리어성을 갖는 PET 필름에 변경한 것 이외에는 마찬가지로 하여, 다른 내부 광 취출층을 제작하였다. 광학 특성 및 입자의 배향 정도에 대하여 먼저 제조한 내부 광 취출층과 마찬가지임을 확인하였다.
이상 설명한 바와 같이, 전계 발광을 사용한 전계 발광 소자, 조명 장치 및 전계 발광 소자의 제조 방법에 있어서, 종래, 전계 발광 소자에 있어서 전반사에 의해 취출할 수 없는 광을 취출하기 위해서 전계 발광 소자의 내부에 산란 구조를 설치하는 방법이 알려져 있었다.
그러나, 종래의 산란 구조는, 전반사로 구속되지 않은 광이 산란됨으로써 반대로 취출할 수 없게 되어 버리는 효과가 잔존하여 충분히 광을 취출할 수 없게 되어 있다. 상기 실시 형태에 있어서는, 장축(비대칭 형상 입자)을 갖는 광산란 입자(11b)를 사용한 광산란층(11)을 사용하고, 광산란 입자(11b)의 장축을 발광층(14)과 평행으로 배열하는 비율을 높임으로써 전반사로 구속되는 광을 선택적으로 산란하고, 높은 광 취출 효율을 실현하는 것을 가능하게 하고 있다.
이상 설명한 전계 발광 소자에 있어서는, 광을 발생하는 발광층과, 상기 발광층의 일방측의 면에 설치되고, 상기 발광층으로부터 발생한 광을 투과 가능한 제1 전극층과, 상기 발광층의 타방측의 면에 설치되는 제2 전극층과, 상기 제1 전극층을 사이에 두고, 상기 발광층이 설치되는 측과는 반대측에 설치되는 평활층과, 상기 평활층을 사이에 두고, 상기 제1 전극층이 설치되는 측과는 반대측에 설치되는 광산란층과, 상기 광산란층을 사이에 두고, 상기 평활층이 설치되는 측과는 반대측에 설치되는 투명 기판을 구비한다.
상기 광산란층은, 상기 투명 기판측에 설치되는 바인더와, 상기 바인더에 의해 결합되고, 상기 평활층측에 설치되는 복수의 광산란 입자를 포함하고, 복수의 상기 광산란 입자는, 상기 광산란 입자를 상기 발광층의 주 표면의 면 법선 방향에서 본 경우의 투영 평면 면적이, 상기 광산란 입자를 상기 발광층의 주 표면의 면 법선 방향에 대하여 직교하는 방향에서 본 경우의 전체 둘레 평균 면적보다도 커지도록, 상기 바인더에 의해 결합되어 있다.
하나의 형태에 있어서는, 상기 광산란층은, 일부분이 상기 바인더로부터 상기 평활층을 향해서 돌출되도록 배치되는 상기 광산란 입자를 복수 갖는다.
하나의 형태에 있어서는, 상기 광산란층의 면 내에 있어서, 복수의 상기 광산란 입자가 차지하는 면적의 비율이 90% 이상이다.
하나의 형태에 있어서는, 상기 광산란층과 상기 평활층을 설치하지 않은 경우의 발광 파장에 있어서 상기 발광층을 전반하는 도파 모드의 광 실효 굴절률을 Neff, 상기 발광 파장에 있어서의 상기 평활층의 굴절률을 Ns, 상기 광산란 입자의 굴절률을 Np, 상기 바인더의 굴절률을 Nb라 한 경우에, Neff≤Ns, 또한, Ns<Np, 또한, Nb<Ns를 만족한다.
또한, 이상 설명한 조명 장치에 있어서는, 전술 중 어느 하나에 기재된 전계 발광 소자를 갖는다.
또한, 이상 설명한 전계 발광 소자의 제조 방법에 있어서는, 주 표면을 갖는 투명 기판을 준비하는 공정과, 상기 주 표면 위에 광산란층을 형성하는 공정과, 상기 광산란층 위로 평활층을 형성하는 공정과, 상기 평활층 위에 광을 투과 가능한 제1 전극층을 형성하는 공정과, 상기 제1 전극층 위에 발광층을 형성하는 공정과, 상기 발광층 위에 제2 전극층을 형성하는 공정을 구비한다. 상기 광산란층을 형성하는 공정은, 휘발성의 용매 중에 바인더 및 복수의 광산란 입자를 분산시킨 잉크를 상기 투명 기판의 상기 주 표면 위에 도포하는 공정과, 상기 잉크를 건조시킴으로써 상기 용매가 휘발하고, 복수의 상기 광산란 입자의 각각이, 상기 광산란 입자를 상기 발광층의 주 표면의 면 법선 방향에서 본 경우의 투영 평면 면적이, 상기 광산란 입자를 상기 발광층의 주 표면의 면 법선 방향에 대하여 직교하는 방향에서 본 경우의 전체 둘레 평균 면적보다도 커지도록, 상기 바인더에 의해 결합하는 공정을 포함한다.
이상 설명한 바와 같이, 주로 전계 발광 소자 내의 도파 모드의 광을 효율적으로 산란시켜서 전계 발광 소자의 발광 효율을 향상시키는 것을 가능하게 하는, 전계 발광 소자, 조명 장치 및 전계 발광 소자의 제조 방법을 제공한다.
또한, 본 실시 형태의 각 실시 형태 및 실시예에 있어서의 전계 발광 소자, 조명 장치 및 전계 발광 소자의 제조 방법에 대하여 설명하였지만, 금회 개시된 실시 형태는 모든 점에서 예시이며 제한적인 것이 아니라고 생각되어야 한다. 따라서, 본 발명의 범위는 청구범위에 의해 개시되고, 청구범위와 균등의 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.
1: 전계 발광 소자
10: 투명 기판
11: 광산란층
11a: 바인더
11b: 광산란 입자
12: 평활층
13: 투명 전극층(제1 전극층)
14: 발광층
15: 반사 전극층(제2 전극층)
LA: 장축
LB: 단축
PL: 면 법선
10: 투명 기판
11: 광산란층
11a: 바인더
11b: 광산란 입자
12: 평활층
13: 투명 전극층(제1 전극층)
14: 발광층
15: 반사 전극층(제2 전극층)
LA: 장축
LB: 단축
PL: 면 법선
Claims (6)
- 광을 발생하는 발광층과,
상기 발광층의 일방측의 면에 설치되고, 상기 발광층으로부터 발생한 광을 투과 가능한 제1 전극층과,
상기 발광층의 타방측의 면에 설치되는 제2 전극층과,
상기 제1 전극층을 사이에 두고, 상기 발광층이 설치되는 측과는 반대측에 설치되는 평활층과,
상기 평활층을 사이에 두고, 상기 제1 전극층이 설치되는 측과는 반대측에 설치되는 광산란층과,
상기 광산란층을 사이에 두고, 상기 평활층이 설치되는 측과는 반대측에 설치되는 투명 기판을 구비하고,
상기 광산란층은,
상기 투명 기판측에 설치되는 바인더와,
상기 바인더에 의해 결합되고, 상기 평활층측에 설치되는 복수의 광산란 입자를 포함하고,
복수의 상기 광산란 입자는, 상기 광산란 입자를 상기 발광층의 주 표면의 면 법선 방향에서 본 경우의 투영 평면 면적이, 상기 광산란 입자를 상기 발광층의 주 표면의 면 법선 방향에 대하여 직교하는 방향에서 본 경우의 전체 둘레 평균 면적보다도 커지도록, 상기 바인더에 의해 결합되어 있는, 전계 발광 소자. - 제1항에 있어서,
상기 광산란층은, 일부분이 상기 바인더로부터 상기 평활층을 향해 돌출되도록 배치되는 상기 광산란 입자를 복수 갖는, 전계 발광 소자. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 광산란층의 면 내에 있어서, 복수의 상기 광산란 입자가 차지하는 면적의 비율이 90% 이상인, 전계 발광 소자. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광산란층과 상기 평활층을 설치하지 않은 경우의 발광 파장에 있어서 상기 발광층을 전반하는 도파 모드의 광 실효 굴절률을 Neff, 상기 발광 파장에 있어서의 상기 평활층의 굴절률을 Ns, 상기 광산란 입자의 굴절률을 Np, 상기 바인더의 굴절률을 Nb라 한 경우에, Neff≤Ns, 또한, Ns<Np, 또한, Nb<Ns를 만족하는, 전계 발광 소자. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 전계 발광 소자를 갖는 조명 장치.
- 주 표면을 갖는 투명 기판을 준비하는 공정과,
상기 주 표면 위에 광산란층을 형성하는 공정과,
상기 광산란층 위에 평활층을 형성하는 공정과,
상기 평활층 위에 광을 투과 가능한 제1 전극층을 형성하는 공정과,
상기 제1 전극층 위에 발광층을 형성하는 공정과,
상기 발광층 위에 제2 전극층을 형성하는 공정
을 구비하고,
상기 광산란층을 형성하는 공정은,
휘발성의 용매 중에 바인더 및 복수의 광산란 입자를 분산시킨 잉크를 상기 투명 기판의 상기 주 표면 위에 도포하는 공정과,
상기 잉크를 건조시킴으로써 상기 용매가 휘발하고, 복수의 상기 광산란 입자의 각각이, 상기 광산란 입자를 상기 발광층의 주 표면의 면 법선 방향에서 본 경우의 투영 평면 면적이, 상기 광산란 입자를 상기 발광층의 주 표면의 면 법선 방향에 대하여 직교하는 방향에서 본 경우의 전체 둘레 평균 면적보다도 커지도록, 상기 바인더에 의해 결합하는 공정을 포함하는, 전계 발광 소자의 제조 방법.
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