TW201640957A - 發光元件、顯示器及照明裝置 - Google Patents

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Tomohiro Fukuura
Tomonori Miyamoto
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Sumitomo Chemical Co
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Abstract

本發明提供一種發光元件、以及使用其之顯示器及照明裝置，該發光元件包含發出1次光之激發光源、吸收該1次光而發出2次光之發光層、及金屬系粒子集合體層，且金屬系粒子集合體層係將30個以上之金屬系粒子相互隔開並二維地配置而成，金屬系粒子之平均粒徑為200~1600nm之範圍內，平均高度為55~500nm之範圍內，以平均粒徑相對於平均高度之比所定義之縱橫比為1~8之範圍內，相鄰之金屬系粒子間之平均距離為1~150nm之範圍內，且該發光元件出射1次光之一部分與2次光之至少一部分之混合光。

Description

發光元件、顯示器及照明裝置
本發明係關於一種發光元件，更詳細而言，關於一種包含金屬系粒子集合體層之發光元件，該金屬系粒子集合體層包含具有特定形狀之金屬系粒子。
發光元件視其所包含之發光材料之種類，例如分為有機電致發光(EL)元件、無機EL元件等。近年來，使用有量子點(以下，亦稱為「QD」)發光材料之發光元件(QD發光元件)亦正受到關注。其原因在於：於將發光元件應用於顯示器(圖像顯示裝置)等時，與使用有無機發光材料等之先前之發光元件相比，色再現性優異。
然而，目前QD發光元件具有如下問題。
(1)目前，QD由於光吸收效率較低，故而發光較弱。因此，為了獲得作為顯示器等之充分之發光強度，而必須大量地使用高價之QD，或提高藍色光源等激發光源之發光強度。
(2)目前，QD之耐熱性較低。因此，於如上述般提高激發光源之發光強度以確保顯示器等之發光強度之情形時，QD容易因自激發光源釋出之大量熱而產生熱劣化。
於日本專利特開2013-093317號公報(專利文獻1)中提出有應用特定之金屬系粒子集合體層作為發光增強元件之QD發光元件。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2013-093317號公報
根據專利文獻1中所記載之QD發光元件，由於包含表現出較強之電漿子共振之金屬系粒子集合體層作為發光增強元件，故而於應用於例如顯示器等時，可大幅改善顯示器等之發光強度。然而，應用有上述QD發光元件之顯示器等之色再現性尚有改善之餘地。
本發明之目的在於提供一種發光元件，該發光元件即便於使用光吸收效率相對較低之發光材料之情形時，於應用於顯示器等時亦可表現出較高之發光效率及色再現性。本發明之另一目的在於提供一種使用有該發光元件之顯示器(圖像顯示裝置)及照明裝置。
本發明提供一種以下所示之發光元件、顯示器及照明裝置。
[1]一種發光元件，其包含發出1次光之激發光源、吸收上述1次光而發出2次光之發光層、及金屬系粒子集合體層，且上述金屬系粒子集合體層係將30個以上之金屬系粒子相互隔開並二維地配置而成，上述金屬系粒子之平均粒徑為200~1600nm之範圍內，平均高度為55~500nm之範圍內，以上述平均粒徑相對於上述平均高度之比所定義之縱橫比為1~8之範圍內，相鄰之金屬系粒子間之平均距離為1~150nm之範圍內，且該發光元件出射上述1次光之一部分與上述2次光之至少一部分之混合光。
[2]如[1]記載之發光元件，其中入射至上述發光層之上述1次光為面狀。
[3]如[2]記載之發光元件，其進而包含導光板，且上述1次光係經由上述導光板入射至上述發光層。
[4]如[3]記載之發光元件，其依序包含上述導光板、上述發光層及上述金屬系粒子集合體層。
[5]如[3]或[4]記載之發光元件，其中於將自上述導光板之與上述發光層相反側之主表面出射之1次光F1的積分強度設為I1，將自上述導光板之上述發光層側之主表面出射之1次光F2的積分強度設為I2時，滿足下述式：I2≧I1。
[6]如[1]至[5]中任一項記載之發光元件，其進而包含附帶反射功能之偏光構件。
[7]如[6]記載之發光元件，其依序包含上述附帶反射功能之偏光構件、上述導光板、上述發光層及上述金屬系粒子集合體層。
[8]如[7]記載之發光元件，其中於將自上述導光板之與上述發光層相反側之主表面出射之1次光F1的積分強度設為I1，將自上述導光板之上述發光層側之主表面出射之1次光F2的積分強度設為I2，且將上述1次光F1中到達上述附帶反射功能之偏光構件並被其反射之1次光F1-1的積分強度設為I1-1時，滿足下述式：I1≦(I2+I1-1)。
[9]如[1]至[8]中任一項記載之發光元件，其中上述發光層包含量子點(QD)發光材料。
[10]如[9]記載之發光元件，其中上述量子點(QD)發光材料包含鎘以外之元素。
[11]如[1]至[10]中任一項記載之發光元件，其中上述發光層之厚度為500nm以下。
[12]一種顯示器，其包含如[1]至[11]中任一項記載之發光元件。
[13]一種照明裝置，其包含如[1]至[11]中任一項記載之發光元件。
根據本發明，可提供一種發光元件、以及使用有其之顯示器(圖像顯示裝置)及照明裝置，該發光元件即便於使用光吸收效率相對較低之發光材料之情形時，於應用於顯示器等時亦可表現出較高之發光效率及色再現性。
1‧‧‧第1稜鏡膜
2‧‧‧第2稜鏡膜
3‧‧‧QDEF(Quantum Dot Enhancement Film，量子點增強膜)
4‧‧‧激發光源
5‧‧‧導光板
6‧‧‧反射板
10‧‧‧發光元件
20‧‧‧金屬系粒子集合體層
25‧‧‧絕緣層
30‧‧‧發光層
35‧‧‧量子點發光材料
40‧‧‧激發光源
50‧‧‧導光板
50a‧‧‧導光板之第1主表面
50b‧‧‧導光板之第2主表面
60‧‧‧附帶反射功能之偏光構件
70‧‧‧基板
80‧‧‧物鏡
90‧‧‧分光測定器
100‧‧‧黑色基板
110‧‧‧Ag反射板
F‧‧‧1次光
F1‧‧‧自導光板之第1主表面出射之1次光
F1-1‧‧‧1次光之一部分
F1-2‧‧‧1次光之剩餘部分
F2‧‧‧自導光板之第2主表面出射之1次光
L‧‧‧提取光
S‧‧‧2次光
圖1係表示本發明之發光元件之一例之概略剖視圖。
圖2係模式性地表示於圖1所示之發光元件中自導光板之側面入射之1次光之前進方向的圖。
圖3係表示依序包含基板、金屬系粒子集合體層及發光層之積層體之概略剖視圖。
圖4係表示參考例中自市售之平板型終端取出之發光元件A之構造的概略剖視圖。
圖5係表示發射光譜之測定系統之模式圖。
圖6(a)、(b)係自正上方觀察製造例1之金屬系粒子集合體層時之SEM(Scanning Electron Microscope，掃描式電子顯微鏡)圖像(10000倍及50000倍比例尺)。
圖7係製造例1之金屬系粒子集合體層之AFM(Atomic Force Microscopy，原子力顯微鏡)圖像。
圖8係製造例1及比較製造例1~2之金屬系粒子集合體層之吸收光譜。
圖9係表示實施例1之發光元件之構造之概略剖視圖。
圖10係表示比較例1之發光元件之構造之概略剖視圖。
圖11係表示背景之發光元件之構造之概略剖視圖。
圖12係表示實施例1、比較例1、及背景之發光元件之發射光譜之測定系統的模式圖。
圖13係表示實施例1、比較例1、及背景之發光元件之發射光譜的圖。
以下，示出實施形態而對本發明更加詳細地進行說明。
<第1實施形態：發光元件>
圖1係表示本實施形態之發光元件之一例之概略剖視圖。圖1所示之發光元件10包含：激發光源40(邊緣照明型)，其發出1次光F；導光板50，其配置於激發光源40之側方；發光層30，其配置於導光板50之背面側(發光元件10之光出射側之相反側)，吸收1次光F而發出2次光S；金屬系粒子集合體層20，其配置於發光層30之背面側；附帶反射功能之偏光構件60，其配置於導光板50之前面側(發光元件10之光出射側)。於發光元件10中，依序配置有附帶反射功能之偏光構件60、導光板50、發光層30及金屬系粒子集合體層20。發光元件10係附帶反射功能之偏光構件60側成為光提取面並出射提取光L。
如圖2所示般，於發光元件10中，自激發光源40入射至導光板50之側面之1次光F係於導光板50內被面光源化。藉由導光板50而被面光源化之1次光F可自導光板50之2個主表面、即前面側(發光元件10之光出射側)之第1主表面50a及背面側之第2主表面50b中之任一面出射。
其中，自第1主表面50a出射之1次光F1到達附帶反射功能之偏光構件60，其一部分被附帶反射功能之偏光構件60反射(圖2中之F1-1)，但剩餘部分作為提取光L之一部分自發光元件10出射(圖2中之F1-2)。被反射之1次光F1-1其至少一部分到達發光層30。吸收了1次光F1-1之發光層30出射2次光S。此時，藉由配置於發光層30之附近之金屬系粒子集合體層20，而增強了發光層30之1次光F1-1之吸收效率及發光層30之發光。金屬系粒子集合體層20亦具有作為反射板之功能，從而反覆進行於金屬系粒子集合體層20與附帶反射功能之偏光構件60之間之 光之反射、以及伴隨著該光之反射之提取光自附帶反射功能之偏光構件60側的出射、2次光S自發光層30之出射、及利用金屬系粒子集合體層20之發光層30之吸收效率增強與發光增強。
另一方面，自導光板50之第2主表面50b出射之1次光F2到達發光層30。吸收了1次光F2之發光層30出射2次光S。此時，與上述同樣地，增強了1次光F2之吸收效率及發光層30之發光。又，與上述同樣地，反覆進行於金屬系粒子集合體層20與附帶反射功能之偏光構件60之間之光之反射、以及伴隨著該光之反射之提取光自附帶反射功能之偏光構件60側的出射、2次光S自發光層30之出射、及利用金屬系粒子集合體層20之發光層30之吸收效率增強與發光增強。
如上所述，根據本實施形態之發光元件，藉由具備金屬系粒子集合體層20，可增強發光層30之1次光之吸收效率，並且可增強發光層30之發光，因此可提高發光元件10之發光效率。又，本實施形態之發光元件其提取光L為1次光F之一部分與2次光S之至少一部分之混合光，因此與僅將2次光S設為提取光之情形相比，色再現性優異。
(1)激發光源及導光板
作為激發光源40，只要為可出射如發光層30中所包含之發光材料可吸收而發出2次光S之1次光F者，則無特別限制，例如可列舉可出射紫外線光、紫色光、藍色光、或該等之2種以上之混合光之激發光源。較佳為可出射包含藍色光之1次光F之激發光源。
導光板50係用以將激發光源40面光源化之光學構件，可使用先前公知者。於設置導光板50之情形時，自激發光源40出射之1次光F係經由導光板50入射至發光層30。本發明中，導光板50係視需要使用之構件，亦可省略。但是，本發明之發光元件較佳為包含導光板50。藉此，可將激發光源40面光源化，而向具有一定面積並二維地擴展之發光層30面狀(較佳為發光層30之整個面)地入射1次光F，因此可獲得面 狀地出射包含1次光F與2次光S之混合光之提取光L之面發光之發光元件。
參照圖2，發光元件10較佳為自導光板50之第2主表面50b(發光層30側之主表面)出射之1次光F2之積分強度I2成為自第1主表面50a(與發光層30相反側之主表面)出射的1次光F1之積分強度I1以上者。根據滿足積分強度I2≧I1之發光元件10，入射至發光層30之1次光F2之量變大，而伴隨其，可進一步提高2次光S之發光量、以及利用金屬系粒子集合體層20之發光層30之吸收效率增強及發光增強，因此變得容易獲得色相平衡性(例如白色光中之RGB(Red Green Blue，紅綠藍)平衡)優異之提取光L。
再者，此處所謂1次光之積分強度，意指橫跨該1次光之發射光譜之300nm至800nm之波長區域之積分值。關於積分強度I1，係使用圖5所記載之測定系統對第1主表面50a之重心進行測定。測定時，作為發光元件，使用僅由圖2所記載之激發光源40及導光板50所構成之組件。具體而言，首先參照圖5，藉由以電流值X定電流驅動發光元件而使其發光。於第1主表面50a之重心之正上方預先依序配置有物鏡80(5倍)及分光測定器90(大塚電子公司製造之「MCPD-3000」)，利用物鏡80將沿垂直方向向第1主表面50a出射之來自發光元件之發光進行聚光後，導入至分光測定器90，而測定該發光之發射光譜，藉此可獲得積分強度I1。另一方面，積分強度I2係使用圖5所記載之測定系統對第2主表面50b之重心進行測定。與積分強度I1同樣地，於測定時，作為發光元件，使用僅由圖2所記載之激發光源40及導光板50所構成之組件。具體而言，首先參照圖5，藉由以與積分強度I1之測定相同之電流值X定電流驅動發光元件而使其發光。於第2主表面50b之重心之正上方預先依序配置有物鏡80(5倍)及分光測定器90(大塚電子公司製造之「MCPD-3000」)，利用物鏡80將沿垂直方向向第2主表面50b 出射之來自發光元件之發光進行聚光後，導入至分光測定器90，而測定該發光之發射光譜，藉此可獲得積分強度I2。積分強度I1與積分強度I2之平衡性主要取決於導光板50之構成，藉由使用容易自背面(第2主表面50b)出射之導光板50，可獲得滿足積分強度I2≧I1之發光元件10。
於發光元件10進而包含配置於導光板50之前面側之附帶反射功能之偏光構件60之情形時，較佳為進而考慮來自附帶反射功能之偏光構件60之反射光而謀求提取光L之色相平衡性。具體而言，參照圖2，自導光板50之第1主表面50a出射之1次光F1之積分強度I1、自導光板50之第2主表面50b出射之1次光F2之積分強度I2、及1次光F1中到達附帶反射功能之偏光構件60並被其反射之1次光F1-1之積分強度I1-1較佳為滿足下述式：I1≦(I2+I1-1)。根據滿足該式之發光元件10，入射至發光層30之1次光F2及F1-1之量變大，伴隨其，可進一步提高2次光S之發光量、以及利用金屬系粒子集合體層20之發光層30之吸收效率增強及發光增強，因此變得容易獲得色相平衡性(例如白色光中之RGB平衡)優異之提取光L。
再者，此處所謂1次光之積分強度，亦意指橫跨該1次光之發射光譜之300nm至800nm之波長區域之積分值。積分強度I1之測定方法係如上所述。關於積分強度I2+I1-1之測定，首先，針對作為僅由圖2中之激發光源40、導光板50及附帶反射功能之偏光構件60所構成之組件之發光元件，利用圖5所記載之測定系統對自導光板50之第2主表面50b出射之光進行測定。具體而言，首先參照圖5，藉由以電流值Y定電流驅動發光元件而使其發光。於第2主表面50b之重心之正上方預先依序配置有物鏡80(5倍)及分光測定器90(大塚電子公司製造之「MCPD-3000」)，利用物鏡80將沿垂直方向向第2主表面50b出射之 來自發光元件之發光進行聚光後，導入至分光測定器90，而測定該發光之發射光譜，藉此可獲得積分強度I2+I1-1。使用容易自背面(第2主表面50b)出射之導光板50，或者藉由調整附帶反射功能之偏光構件60之顯現反射功能之部分的形狀(例如稜鏡膜之稜鏡形狀)而提高附帶反射功能之偏光構件60之光反射性，藉此可獲得滿足上述式之發光元件10。於積分強度I1及積分強度I2+I1-1之測定中，為了使測定條件相同，而將測定積分強度I1時之上述電流值X與測定積分強度I2+I1-1時之電流值Y設為相同之值。
(2)附帶反射功能之偏光構件
附帶反射功能之偏光構件60係指藉由反射而使入射光偏向之構件。附帶反射功能之偏光構件60之較佳一例係複歸反射構件，其係具有複歸反射功能之光學構件。所謂複歸反射功能，係指使入射之光再次向入射方向反射之功能。作為複歸反射構件，可使用先前公知者，例如可列舉稜鏡型之膜(稜鏡膜)、膠囊透鏡型之膜、密封透鏡型之膜等。其中，較佳為稜鏡膜。稜鏡膜係例如配置於液晶顯示裝置之背光側，而用作用以改善正面亮度之偏光膜之膜。藉由使用稜鏡膜作為附帶反射功能之偏光構件60，可獲得複歸反射現象，並且可提高將發光元件10應用於以液晶顯示裝置為代表之圖像顯示裝置或照明裝置時之正面亮度。
將附帶反射功能之偏光構件60、較佳為複歸反射構件設置於發光元件10之前面側(於具有導光板50之情形時，較導光板50更靠前面側)而應用其反射功能、較佳為複歸反射功能的情況係於如下方面較為有利，即於金屬系粒子集合體層20與附帶反射功能之偏光構件60之間使光進行反射、較佳為進行複歸反射，伴隨其，將得到增強之2次光S作為提取光L之一部分進行提取。就該方面而言，本發明之發光元件較佳為包含附帶反射功能之偏光構件60，更佳為包含複歸反射構 件，但亦有可省略附帶反射功能之偏光構件60之情況。關於可省略附帶反射功能之偏光構件60之情形之一例，係積分強度I2遠遠大於積分強度I1之情形。於該情形時，即便未必使自導光板50之第1主表面50a出射之1次光F1反射，亦可使2次光S之發光量充分變大，又，可充分地實現利用金屬系粒子集合體層20之發光層30之吸收效率增強及發光增強。
例如於使用稜鏡膜作為附帶反射功能之偏光構件60之情形時，亦可以於液晶顯示裝置等中亦經常採用之方式將2片稜鏡膜進行積層而使用。於該情形時，通常以一片稜鏡膜所具有之稜鏡之延伸方向、與另一片稜鏡膜所具有之稜鏡之延伸方向正交之方式進行積層。藉此，可使光向發光元件10之光出射面之中心偏向而有效地提高該中心之正面亮度。又，可發光層30之整個面(發光元件10之光出射面整個面)獲得利用反射、較佳為複歸反射之效果(2次光S之發光量之增大效果)。稜鏡膜通常以其稜鏡面成為發光元件10之前面側(出射面側)之方式進行配置。
(3)發光層
發光層30係包含發光材料，吸收1次光F而出射2次光S之層。發光材料只要為可吸收1次光F而出射2次光S者，則無特別限制，例如可較佳地使用量子點(QD)發光材料、有機發光材料、QD發光材料以外之無機發光材料等。其中，本發明於應用於1次光F之吸收效率相對較低而難以獲得充分之發光效率之發光材料的情形時尤其有效，此種發光材料之代表例係QD發光材料。關於發光材料之顯色光(2次光S)之一例，係激發光源40發出藍色光作為1次光F之情形時之紅色光或綠色光、或該等之混合光。
量子點發光材料可為先前公知者，例如可為包含MgS、MgSe、MgTe、CaS、CaSe、CaTe、SrS、SrSe、SrTe、BaS、BaSe、BaTe、 ZnS、ZnSe、ZnTe、CdS、CdSe、CdTe、HgS、HgSe、HgTe、GaAs、GaN、GaP、InN、InGaP、InGaN、InAs、InP、InSb、Si、Ge等半導體材料之直徑1~20nm左右、較佳為2~10nm左右之奈米粒子。
量子點發光材料可為包含單一之半導體材料之單層構造，亦可為包含單一之半導體材料之核粒子(核心層)之表面由包含不同之半導體材料的被覆層(外殼層)被覆之核殼構造。於後者之情形時，作為構成外殼層之半導體材料，通常使用帶隙能大於構成核心層之半導體材料者。通常，核殼構造者之量子產率較單層構造者高。
其中，就環境限制之觀點而言，較理想為使用包含鎘(Cd)以外之元素之無Cd之量子點發光材料。量子點發光材料、尤其是無Cd之量子點發光材料目前具有光吸收效率及發光量子產率較低，耐熱性較差等問題，但根據本發明之發光元件10，可獲得較高之發光效率，又，藉此，變得無需極大地提高激發光源40之發光強度，因此可抑制量子點發光材料之熱劣化。
關於量子點發光材料，於發光層30中含有至少1個，通常含有複數個。發光層30中，複數個量子點發光材料可單一膜狀地排列、或多層膜狀地排列、或粒子凝聚體膜狀(複數個量子點凝聚而形成為層形狀者)地排列。包含量子點發光材料之發光層30可僅由量子點發光材料所構成，亦可包含其他構成材料(例如，將量子點發光材料進行黏合之基質有機材料或無機材料等)。於後者之情形時，量子點發光材料可分散於基質有機材料或無機材料中。
作為有機發光材料，可列舉發光性低分子、發光性高分子。發光性低分子之具體例包含三(8-羥基喹啉)鋁錯合物[tris(8-hydroxyquinoline)aluminum complex；Alq3]、雙(苯并羥基喹啉)鈹錯合物[BeBq]等。包含發光性低分子之發光層30可藉由旋轉塗佈法、蒸 鍍法等乾式或濕式成膜法而獲得。
發光性高分子之具體例包含如F8BT[聚(9,9-二辛基茀-alt-苯并噻二唑)]、聚(對苯乙炔)、聚烷基噻吩之π共軛系高分子等。包含發光性高分子之發光層30例如可藉由旋轉塗佈法等使用有發光性高分子含有液之濕式成膜法而獲得。
包含有機發光材料之發光層30可為包含將色素分子平面狀地配置而成之單分子膜者、或於基質中摻雜色素分子而成者。包含上述單分子膜之發光層30可藉由如下方法獲得：將色素分子含有液旋轉塗佈後，將溶劑去除。色素分子之具體例包含由Exciton公司出售之Rhodamine101、Rhodamine110、Rhodamine560、Rhodamine6G、RhodamineB、Rhodamine640、Rhodamine700等Rhodamine系色素；由Exciton公司出售之Coumarin503等Coumarin系色素。
於基質中摻雜色素分子而成之發光層30可藉由如下方法獲得：將含有色素分子及基質材料之液旋轉塗佈後，將溶劑去除。作為基質材料，可使用如聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯之透明高分子。色素分子之具體例可與1)之發光層相同。
關於發光層30，如圖1所示般，較佳為配置於較激發光源(於激發光源被面光源化之情形時，為經面光源化之光源)更背面側(光出射側之相反側)，更具體而言，於具有導光板50之情形時，較佳為配置於較導光板50更背面側。為了充分地獲得利用金屬系粒子集合體層20之發光層30之吸收效率增強及發光增強效果，金屬系粒子集合體層20與發光層30之距離較佳為儘可能地小，此時，為了一面使金屬系粒子集合體層20亦作為反射板發揮功能，一面滿足上述距離之限制，發光層30之上述配置位置極為有利。再者，亦可將發光層30與金屬系粒子集合體層20兩者配置於導光板50之前面側，但於該情形時，較佳為於導光板50之背面側另外設置反射板。
發光層30之厚度例如可為10nm以上，進而可為20nm以上。發光層30之厚度之上限並無特別限制，較佳為500nm，更佳為400nm。若發光層30之厚度過大，則有如下情形：產生無法藉由金屬系粒子集合體層20而增強光吸收效率及發光之發光層30部分，或該部分變多而無法充分地獲得發光效率提高效果。
(4)金屬系粒子集合體層
本說明書中，所謂「金屬系粒子集合體」，係指複數個金屬系粒子(包含金屬系材料之粒子)之集合體，且係指將該等複數個金屬系粒子相互隔開並二維地配置者。本發明之金屬系粒子集合體層20係包含對發光元件之發光增強尤其有利之特定形狀之金屬系粒子集合體之層。即，金屬系粒子集合體層20係將30個以上之金屬系粒子相互隔開並二維地配置，該金屬系粒子具有特定之形狀(平均粒徑200~1600nm、平均高度55~500nm及縱橫比1~8)，且以特定範圍內之平均粒子間距離(1~150nm)進行配置。
金屬系粒子集合體層20表現出較強之電漿子共振，因此，藉由將其與發光層30鄰接地配置或配置於發光層30之附近，可有效地增強發光層30之光吸收效率及發光，藉此，可提高發光元件10之發光效率。關於金屬系粒子集合體層20所表現出之電漿子共振之強度，並非為特定波長下之各金屬系粒子所表現出之局域電漿子共振之單純總和，而是該總和以上之強度。即，藉由以特定之平均粒子間距離較密地配置30個以上之特定形狀之金屬系粒子，各金屬系粒子相互作用而表現出較強之電漿子共振。可認為其係因金屬系粒子之局域電漿子間之相互作用而表現者。
通常，電漿子材料於利用分光光度法測定其吸收光譜時，觀測到作為紫外~可見光區域中之波峰之電漿子共振峰(以下，亦稱為「電漿子峰」)，可根據該電漿子峰之最大波長下之吸光度值之大 小，而簡略地評價該電漿子材料之電漿子共振之強度。關於形成於玻璃基板上之本發明之金屬系粒子集合體層20，於測定其吸收光譜時，可見光區域中處於最長波長側之電漿子峰之最大波長下之吸光度可顯示明顯高於先前之電漿子材料之值。
關於金屬系粒子集合體層20之吸收光譜，可將形成於玻璃基板上者設為測定樣品，並藉由分光光度法進行測定。具體而言，吸收光譜係藉由使用積分球分光光度計，分別對如下透過光之強度I與透過光之強度I0進行測定而獲得，上述透過光之強度I係對作為積層有金屬系粒子集合體層20之玻璃基板之背面側(金屬系粒子集合體層之相反側)之基板面自垂直方向照射紫外~可見光區域之入射光，而透至金屬系粒子集合體層側之全方向上之透過光之強度；上述透過光之強度I0係對厚度及材質與上述測定樣品之基板相同之基板且未積層有金屬系粒子集合體層20之基板之面自垂直方向照射與上述相同之入射光，自入射面之相反側透過之全方向上之透過光之強度。此時，吸收光譜之縱軸即吸光度係由下述式表示：吸光度=-log10(I/I0)。吸收光譜可使用通常之分光光度計進行測定。
又，對可見光區域中處於最長波長側之電漿子峰之最大波長或其吸光度進行測定時，亦可使用物鏡與分光光度計，縮小測定視場而進行吸收光譜測定。
於先前之電漿子材料(金屬奈米粒子或其集合體)之利用局域電漿子共振現象之發光增強中，存在如下問題：局域電漿子共振之作用範圍被侷限在距金屬奈米粒子表面為10nm以下之極窄範圍內。其原因在於：若使金屬奈米粒子與供激發之分子之距離變大，則局域電漿子共振未有效地產生影響，從而發光增強效果逐漸變弱，若超過出現Forster機製之能量轉移之範圍(1nm~10nm)，則基本上無法獲得發 光增強效果。例如於日本專利特開2007-139540號公報中，揭示有利用局域電漿子共振現象，將包含相互獨立之大量平板狀金屬粒子之粒子集合體用作螢光增強元件之情況，但於該發光增強方法中，為了獲得有效之發光增強效果，金屬奈米粒子與供激發之分子之間之有效距離亦設為10nm以下。
因此，先前之金屬奈米粒子或其集合體之利用局域電漿子共振現象之發光元件的增強效果由於局域電漿子共振之作用範圍之限制，而未必為充分滿足需要者。例如，於發光元件具有厚度數十nm或其以上之發光層之情形時，即便假設已將金屬奈米粒子與發光層接近地配置或配置於發光層內，亦僅發光層之一部分可獲得利用局域電漿子共振之直接之增強效果，因此發光效率提高效果係對局部有效者。
相對於此，關於本發明之金屬系粒子集合體層20，儘管構成其之金屬系粒子為通常被認為發光增強效果會變小之粒徑相對較大之粒子(參照日本專利特開2007-139540號公報之第0010~0011段)，但由於將具有特定形狀之金屬系粒子以特定之平均粒子間距離隔開地配置，故而表現出較強之電漿子共振，並且顯示得到擴大之電漿子共振之作用範圍(利用電漿子之增強效果之所及範圍)。根據本發明之金屬系粒子集合體層20，可將先前被侷限在大致Forster距離之範圍內(約10nm以下)之電漿子共振之作用範圍擴大至例如數百nm左右。藉由該作用範圍之擴大，而即便於發光層30之厚度較大之情形時，亦可使發光層整體同時增強，藉此，可顯著地提高發光元件10之發光效率。
金屬系粒子集合體層20由於表現出較強之電漿子共振，進而電漿子共振之作用範圍得到擴大，故而可使具有例如為10nm以上、進而為20nm以上、更進而為更厚之厚度之整個發光層30增強。又，亦可有效地使配置於距該金屬系粒子集合體層20例如為10nm、進而為數十nm(例如20nm、30nm或40nm)、更進而為數百nm以上之位置之 發光層30發光增強。
再者，關於利用電漿子之增強效果，其性質上存在發光層30與金屬系粒子集合體層20之距離變得越大則增強效果變得越小之傾向，因此該距離越小越佳。發光層30與金屬系粒子集合體層20之距離較佳為100nm以下，更佳為20nm以下，進而較佳為10nm以下。
金屬系粒子集合體層20就亦作為反射板發揮功能之觀點而言，較佳為配置於發光層30之背面側。又，為了有效地獲得利用電漿子之增強效果，金屬系粒子集合體層20較佳為與發光層30鄰接地配置或配置於其附近。例如，亦可將金屬系粒子集合體層20配置於發光層30之前面側，但於該情形時，較佳為於發光層30之背面側另外設置反射板。
又，於金屬系粒子集合體層20之於可見光區域中之吸收光譜中，根據金屬系粒子之平均粒徑及平均粒子間距離，電漿子峰之最大波長可表現出特殊之位移。具體而言，伴隨著使平均粒子間距離固定而使金屬系粒子之平均粒徑變大，可見光區域中處於最長波長側之電漿子峰之最大波長向短波長側位移(藍移)。同樣地，於金屬系粒子相對較大之情形時，伴隨著使金屬系粒子之平均粒徑固定而使平均粒子間距離變小(更密集地配置金屬系粒子)，可見光區域中處於最長波長側之電漿子峰之最大波長向短波長側位移。該特殊之現象係與關於電漿子材料通常所認為之米氏散射理論[根據該理論，若粒徑變大，則電漿子峰之最大波長向長波長側位移(紅移)]相悖。
關於上述之特殊之藍移，亦認為其原因在於：伴隨著將具有特定形狀之金屬系粒子以特定之平均粒子間距離隔開地配置，而產生金屬系粒子之局域電漿子間之相互作用。關於金屬系粒子集合體層20(積層於玻璃基板上之狀態)，視金屬系粒子之形狀或平均粒子間距離，於藉由分光光度法而測定之可見光區域中之吸收光譜中，處於最 長波長側之電漿子峰可於例如350~550nm之波長區域中顯示最大波長。又，金屬系粒子集合體層20與將金屬系粒子間隔充分長之粒子間距離(例如1μm)而配置之情形相比，典型而言可產生30~500nm左右(例如30~250nm)之藍移。
此種與先前者相比電漿子峰之最大波長產生藍移之金屬系粒子集合體層20、例如於藍色或其附近波長區域具有電漿子峰之金屬系粒子集合體層20係於激發光源使用紫外線光或紫色光，且使用產生藍色或其附近波長區域之發光之量子點材料或有機發光材料的情形時尤其有用。
繼而，對金屬系粒子集合體層20之具體構成更加詳細地進行說明。
構成金屬系粒子之金屬係於製成奈米粒子或其集合體時，於利用分光光度法之吸收光譜測定中顯示出現在紫外~可見光區域中之電漿子峰之材料。作為此種金屬，例如可列舉：如金、銀、銅、鉑、鈀之貴金屬；如鋁、鉭之其他金屬；含有該貴金屬或其他金屬之合金；包含該貴金屬或其他金屬之金屬化合物(金屬氧化物或金屬鹽等)。其中，較佳為金、銀、銅、鉑、鈀等貴金屬，就價廉且吸收較小(於可見光波長下介電函數之虛部較小)之觀點而言，更佳為銀。
金屬系粒子之平均粒徑為200~1600nm之範圍內，為了有效地獲得使發光層30之吸收效率及發光增強之效果，較佳為200~1200nm，更佳為250~500nm，進而較佳為300~500nm之範圍內。金屬系粒子之平均粒徑較佳為視應用金屬系粒子集合體層20之發光元件之種類(發光材料之種類等)或構成金屬系粒子之金屬之種類而適當地選擇。
所謂金屬系粒子之平均粒徑，係指於二維地配置金屬系粒子而成之金屬系粒子集合體層20之自正上方觀察時之SEM觀察圖像中隨機 選擇10個粒子，於各粒子圖像內隨機劃5條切線徑(其中，成為切線徑之直線可均僅通過粒子圖像內部，其中1條設為僅通過粒子內部且劃出長度最長之直線者)，將其平均值(以下，亦將該平均值稱作切線徑平均值)設為各粒子之粒徑時所選擇之10個粒子之粒徑之平均值。所謂切線徑，定義為將與粒子之輪廓(投影圖像)相接之2條平行線所夾著該粒子之輪廓時之間隔(日刊工業新聞社「粒子計測技術」，1994，第5頁)連結的垂直線。
若對平均粒徑之測定方法更加具體地進行說明，則首先，SEM觀察圖像係使用日本電子股份有限公司製造之掃描式電子顯微鏡「JSM-5500」進行測定。繼而，使用美國國立衛生研究所開發之免費圖像處理軟體「ImageJ」，以橫1280像素×縱960像素讀入所獲得之觀察圖像。繼而，使用Microsoft公司開發之試算表軟體「excel」之隨機數產生函數「RANDBETWEEN」，分別自1~1280中獲得10個隨機數(x1、x2、x3、x4、x5、x6、x7、x8、x9、x10)，自1~960中獲得10個隨機數(y1、y2、y3、y4、y5、y6、y7、y8、y9、y10)。自所獲得之各10個隨機數獲得10組隨機數組合(x1，y1)、(x2，y2)、(x3，y3)、(x4，y4)、(x5，y5)、(x6，y6)、(x7，y7)、(x8，y8)、(x9，y9)及(x10，y10)。將自1~1280中產生之隨機數之數值設為x座標，將自1~960中產生之隨機數之數值設為y座標，而獲得10組座標點(x1，y1)、(x2，y2)、(x3，y3)、(x4，y4)、(x5，y5)、(x6，y6)、(x7，y7)、(x8，y8)、(x9，y9)及(x10，y10)。然後，針對包含上述座標點之合計10個粒子圖像，分別獲得上述切線徑平均值，繼而，以上述10個切線徑平均值之平均值之形式獲得平均粒徑。於10組隨機數組合即10組座標點中之至少任一組未包含於粒子圖像內之情形或於同一粒子內包含2組以上之座標點之情形時，將該隨機數組合廢除，並反覆進行隨機數產生直至10組座標點全部包含於不同之粒子圖像內。
金屬系粒子之平均高度為55~500nm之範圍內，為了有效地獲得使發光層30之吸收效率及發光增強之效果，較佳為55~300nm，更佳為70~150nm之範圍內。所謂金屬系粒子之平均高度，係指於金屬系粒子集合體層20之AFM觀察圖像中，隨機選擇10個粒子，測定該等10個粒子之高度時10個測定值之平均值。
金屬系粒子之縱橫比為1~8之範圍內，為了有效地獲得使發光層30之吸收效率及發光增強之效果，較佳為2~8，更佳為2.5~8之範圍內。金屬系粒子之縱橫比被定義為上述平均粒徑相對於上述平均高度之比(平均粒徑/平均高度)。金屬系粒子亦可為真球狀，但就上述理由而言，較佳為具有縱橫比超過1之扁平形狀。
就激發效果較高之電漿子之觀點而言，金屬系粒子較佳為其表面包含平滑之曲面，更佳為具有尤其是表面包含平滑之曲面之扁平形狀，但表面亦可包含少許微小之凹凸(粗糙度)，就此種意義而言，金屬系粒子亦可為不定形狀。
鑒於金屬系粒子集合體層20之面內之電漿子共振之強度之均勻性，金屬系粒子間之尺寸之不均較佳為儘可能地小。但是，即便粒徑略微不均，大型粒子間之距離變大亦欠佳，較佳為藉由於其間填入小型之粒子而使大型粒子間之相互作用容易地表現。
於金屬系粒子集合體層20中，金屬系粒子係以其與相鄰之金屬系粒子之平均距離(平均粒子間距離)為1~150nm之範圍內的方式進行配置。藉由如上述般較密地配置金屬系粒子，可實現較強之電漿子共振及電漿子共振之作用範圍之擴大等效果。為了有效地獲得使發光層30之吸收效率及發光增強之效果，平均粒子間距離較佳為1~100nm，更佳為1~50nm，進而較佳為1~20nm之範圍內。若平均粒子間距離未達1nm，則於粒子間會產生基於Dexter機製之電子轉移，而於局域電漿子之失活之方面變得不利。
將金屬系粒子相互隔開地配置之金屬系粒子集合體層20係作為該層不表現出導電性者，具體而言，於使金屬系粒子集合體層20與萬用表[測試機(Hewlett-Packard公司製造之「E2378A」)]之一對測試探針間隔10~15mm地接觸時，將測定範圍設定為「30MΩ」時，於該測定條件下電阻值為30MΩ以上之結果表示為「過載」。若一部分或全部金屬系粒子間可授受電子，則電漿子峰會失去尖銳度，而接近塊狀金屬之吸收光譜，又，無法獲得較高之電漿子共振。因此，較佳為金屬系粒子間確實地隔開，且於金屬系粒子間未介存導電性物質。
所謂平均粒子間距離，係指於二維地配置金屬系粒子而成之金屬系粒子集合體層20之自正上方觀察時之SEM觀察圖像中隨機選擇30個粒子，並針對所選擇之各粒子求出各自與相鄰之粒子之粒子間距離時該等30個粒子之粒子間距離的平均值。所謂與相鄰之粒子之粒子間距離，係指分別測定與所有相鄰之粒子之距離(為表面彼此間之距離)，並將該等進行平均所得之值。
若對平均粒子間距離之測定方法更加具體地進行說明，則首先，SEM觀察圖像係使用日本電子股份有限公司製造之掃描式電子顯微鏡「JSM-5500」進行測定。繼而，使用美國國立衛生研究所開發之免費圖像處理軟體「ImageJ」，以橫1280像素×縱960像素讀入所獲得之觀察圖像。繼而，使用Microsoft公司開發之試算表軟體「excel」之隨機數產生函數「RANDBETWEEN」，分別自1~1280中獲得30個隨機數(x1~x30)，自1~960中獲得30個隨機數(y1~y30)。自所獲得之各30個隨機數獲得30組隨機數組合(x1，y1)~(x30，y30)。將自1~1280中產生之隨機數之數值設為x座標，將自1~960中產生之隨機數之數值設為y座標，而獲得30組座標點(x1，y1)~(x30，y30)。然後，針對包含上述座標點之合計30個粒子圖像，分別獲得各粒子與相鄰之粒子之粒子間距離，繼而，以上述30個與相鄰之粒子之粒子間距 離之平均值獲得平均粒子間距離。於30組隨機數組合即30組座標點中之至少任一組未包含於粒子圖像內之情形或於同一粒子內包含2組以上之座標點之情形時，將該隨機數組合廢除，並反覆進行隨機數產生直至30組座標點全部包含於不同之粒子圖像內。
金屬系粒子集合體層20所包含之金屬系粒子之數量為30個以上，較佳為50個以上。藉由形成包含30個以上之金屬系粒子之粒子集合體，而利用金屬系粒子之局域電漿子間之相互作用表現出較強之電漿子共振及電漿子共振之作用範圍之擴大。
若參照發光元件10之通常之元件面積，則金屬系粒子集合體層20所包含之金屬系粒子之數量例如為300個以上，進而可為17500個以上。金屬系粒子集合體層20中之金屬系粒子之數量密度較佳為7個/μm2以上，更佳為15個/μm2以上。
金屬系粒子集合體層20亦可以於基板上積層有金屬系粒子集合體層20之積層體之形式裝入發光元件10中。於該情形時，發光元件10成為將圖1中之「金屬系粒子集合體層20」替換為上述積層體者。基板通常配置於金屬系粒子集合體層20之與發光層30相反側。亦可直接使用為了形成金屬系粒子集合體層20而於製法上可使用之形成用基板作為構成上述積層體之基板。
又，發光層30與金屬系粒子集合體層20亦可以整體性構件之形式裝入發光元件10中。將其例示於圖3。圖3所示之發光層一體型積層體係依序包含基板70、金屬系粒子集合體層20、絕緣層25、及含有量子點發光材料35之發光層30者。該積層體可藉由如下方式製作：於基板70上形成金屬系粒子集合體層20後，於其上形成絕緣層25，進而於其上形成發光層30。
關於用以形成上述金屬系粒子集合體層20之基板，尤其是於將於該基板上積層有金屬系粒子集合體層20之積層體裝入發光元件10中 之情形時，較佳為使用包含非導電性材料之基板。其原因在於：若一部分或全部金屬系粒子間可經由基板授受電子，則電漿子共振效果會降低。作為非導電性材料，可列舉玻璃、各種無機絕緣材料(SiO2、ZrO2、雲母等)、各種樹脂材料等。供形成金屬系粒子集合體層20之基板之表面較佳為儘可能平滑。
以於基板上積層有金屬系粒子集合體層20之積層體之形式、或上述發光層一體型積層體之形式裝入發光元件10中之基板可為具有透光性或光學透明之基板，亦可為光吸收性之基板。但是，為了防止發光元件10之自背面側之光出射，較佳為於金屬系粒子集合體層20之背面側配置亦作為反射板發揮功能之基板、即反射基板。就該方面而言，裝入發光元件10中之上述基板較佳為反射基板。另一方面，於使用具有透光性或光學透明之基板作為裝入發光元件10中之基板之情形時，較佳為於其背面側進而配置反射基板。
如圖3所示般，發光元件10較佳為於金屬系粒子集合體層20上進而包含覆蓋各金屬系粒子之表面之絕緣層25。絕緣層25於確保金屬系粒子集合體層20之非導電性之方面上較佳，又，於謀求金屬系粒子集合體層20與和其相鄰之其他層之間之電絕緣之方面上亦較佳。藉由設置覆蓋金屬系粒子集合體層20之絕緣層25，可謀求金屬系粒子集合體層20與和其相鄰之其他層之間之電絕緣，因此可防止電子直接轉移至構成金屬系粒子集合體層20之金屬系粒子而金屬發生光淬滅。
作為構成絕緣層25之材料，只要為具有良好之絕緣性者，則無特別限制，例如，可使用旋塗玻璃(SOG；例如含有有機矽氧烷材料者)，除此以外，亦可使用SiO2或Si3N4等。關於絕緣層25之厚度，只要可確保所需之絕緣性，則無特別限制，但就如上述般發光層30與金屬系粒子集合體層20之距離越近越佳之方面而言，於確保所需之絕緣性之範圍內越薄越佳。
來自發光層30之2次光之最大發光波長較佳為與金屬系粒子集合體層20之電漿子峰之最大波長一致或接近。藉此，可更加有效地提高利用電漿子共振之增強效果。金屬系粒子集合體層20之電漿子峰之最大波長可藉由調整構成其之金屬系粒子之金屬種類、平均粒徑、平均高度、縱橫比及/或平均粒子間距離而進行控制。
金屬系粒子集合體層20例如可藉由如下所述之方法進行製作。
(1)於基板上使金屬系粒子自微小之種(seed)逐漸成長之自上而下(bottom up)法；(2)利用具有特定厚度之包含雙親媒性材料之保護層將具有特定形狀之金屬系粒子被覆後，藉由LB(Langmuir Blodgett，朗謬-布洛傑)膜法，將其於基板上進行膜化之方法；(3)此外，藉由蒸鍍或濺鍍對所製作之薄膜進行後處理之方法、抗蝕劑加工、蝕刻加工、使用分散有金屬系粒子之分散液之流延法等。
例如於國際公開第2013/042449號中，作為上述(1)之一例，記載有藉由濺鍍等使金屬系粒子於基板上成長之製造方法。又，例如於國際公開第2014/045852號中，作為上述(3)之一例，記載有將分散有金屬系粒子之分散液塗佈於基板上，並使所獲得之薄膜之形態向金屬系粒子集合體層變化之製造方法。於本發明中，亦可較佳地使用該等製造方法。又，作為上述(1)之另一例，亦可列舉如下方法：於已使基板與包含構成金屬系粒子之金屬陽離子之液體接觸之狀態下將金屬陽離子進行還原，藉此於基板上形成金屬系粒子集合體層。
<第2實施形態：包含發光元件之顯示器及照明裝置>
上述第1實施形態之發光元件10可較佳地應用於顯示器(圖像顯示裝置)或照明裝置。將上述第1實施形態之發光元件10設為光源之顯示器及照明裝置即便於使用光吸收效率相對較低之發光材料之情形時， 亦可表現出較高之發光效率，又，色再現性亦優異。
如上所述，上述第1實施形態之發光元件10之較佳構成之一係依序包含附帶反射功能之偏光構件60、導光板50、發光層30及金屬系粒子集合體層20(但是，如上所述，附帶反射功能之偏光構件60、導光板50並非必需之構件)。於將該構成之發光元件10應用於例如液晶顯示裝置之情形時，發光元件10係以附帶反射功能之偏光構件60成為液晶面板側之方式配置於液晶面板之背面側。液晶面板係於液晶單元之兩面貼合偏光板而成之圖像顯示元件。液晶單元之類型並無特別限制。如上所述，為了防止發光元件10之自背面側之光出射，較佳為於金屬系粒子集合體層20之背面側配置反射基板。當然，上述第1實施形態之發光元件10亦可應用於液晶顯示裝置以外之其他顯示器。
上述第1實施形態之發光元件10可直接用作照明裝置。若藉由導光板50使激發光源40面光源化，則上述第1實施形態之發光元件10成為面發光型之照明裝置。於照明裝置中，亦為了防止發光元件10之自背面側之光出射，而於金屬系粒子集合體層20之背面側配置反射基板。
例如於如上述般積分強度I2遠遠大於積分強度I1之情形時，於顯示器及照明裝置所包含之發光元件10中可省略附帶反射功能之偏光構件60。於該情形時，亦可配置光擴散板等以代替附帶反射功能之偏光構件60。
[實施例]
以下，列舉實施例對本發明更加詳細地進行說明，但本發明並不限定於該等實施例。
<參考例>
將市售之平板型終端(Amazon公司製造之型號「C9R6QM」)拆解，取出依序配置有第1稜鏡膜1/第2稜鏡膜2/含有QD之膜(相當於含 有QD發光材料之發光層)3/邊緣照明型之激發光源(藍色LED(Light Emitting Diode，發光二極體))4及導光板5/反射板6之圖4所示之構造之發光元件A。含有QD之膜3吸收來自激發光源4之藍色光而發出綠色光及紅色光。第1稜鏡膜1與第2稜鏡膜2係稜鏡之延伸方向正交。第1稜鏡膜1及第2稜鏡膜2係具有複歸反射功能者。繼而，針對所取出之發光元件A，於邊緣照明型之激發光源4之LED之陽極側端電路、陰極側端電路連接電源裝置(ADVANTEST公司製造之「R6240A」)。
<實施例1>
(1)具有金屬系粒子集合體層之發光元件之製作
(1-1)金屬系粒子集合體層之製作
使用直流磁控濺鍍裝置，於下述條件下使銀粒子於鈉玻璃基板70上極緩慢地成長，而於基板70之整個表面形成金屬系粒子集合體層。
使用氣體：氬氣、腔內壓力(濺鍍氣壓)：10Pa、基板-靶間距離：100mm、濺鍍功率：4W、平均粒徑成長速度(平均粒徑/濺鍍時間)：0.9nm/分鐘、平均高度成長速度(=平均堆積速度=平均高度/濺鍍時間)：0.25nm/分鐘、基板溫度：300℃、基板尺寸及形狀：一邊為5cm之正方形。
圖6係自正上方觀察所獲得之金屬系粒子集合體層20(以下，亦稱為「製造例1之金屬系粒子集合體層」)時之SEM圖像。圖6(a)係10000倍比例尺之放大圖像，圖6(b)係50000倍比例尺之放大圖像。又，圖7係表示製造例1之金屬系粒子集合體層20之AFM圖像。拍攝AFM圖像 時，使用Keyence公司製造之「VN-8010」。圖7所示之圖像之尺寸為5μm×5μm。
自AFM圖像求出構成製造例1之金屬系粒子集合體層20之銀粒子之「平均高度」。又，依據上述測定之方法，自SEM圖像求出構成製造例1之金屬系粒子集合體層20之銀粒子之「平均粒徑」及「平均粒子間距離」，根據所獲得之平均粒徑及平均高度算出「縱橫比」(平均粒徑/平均高度)。其結果為，平均粒徑為335nm，平均粒子間距離為16.7nm，平均高度為96.2nm，縱橫比為3.48。藉由使用測試機[萬用表(Hewlett-Packard公司製造之「E2378A」)]之上述方法而確認製造例1之金屬系粒子集合體層20有無導電性時於上述測定條件下電阻值為30MΩ以上之結果表示為「過載」。確認製造例1之金屬系粒子集合體層20不具導電性。
又，作為製造例1之比較對象，藉由變更直流磁控濺鍍法之濺鍍時間而製作比較製造例1及比較製造例2之金屬系粒子集合體層。比較製造例1之金屬系粒子集合體層係除金屬系粒子之平均高度為約10nm以外，具有與製造例1大致相同之粒子形狀、縱橫比及平均粒子間距離者，比較製造例2之金屬系粒子集合體層係除金屬系粒子之平均高度為約30nm以外，具有與製造例1大致相同之粒子形狀、縱橫比及平均粒子間距離者。比較製造例1及比較製造例2之金屬系粒子集合體層亦不具導電性。
圖8係製造例1及比較製造例1~2之金屬系粒子集合體層之藉由分光光度法所測得之吸收光譜。如非專利文獻(K.Lance Kelly,et al.,"The Optical Properties of Metal Nanoparticles：The Influence of Size,Shape,and Dielectric Environment",The Journal of Physical Chemistry B,2003,107,668)所示般，通常扁平形狀之銀粒子以單個粒子計於平均粒徑為200nm時於約550nm附近具有電漿子峰，於平均粒徑為300 nm時於650nm附近具有電漿子峰。
另一方面，關於製造例1之金屬系粒子集合體層20，可知儘管構成其之銀粒子之平均粒徑為約300nm(335nm)，但如圖8所示般，可見光區域中處於最長波長側之電漿子峰之最大波長位移至約450nm附近之短波長側。該現象可於如下情形時顯現，即如製造例1般銀粒子為具有上述特定之形狀之大型粒子，且以上述特定之平均粒子間距離極密地配置。關於此種現象，難以僅憑藉由於粒子間接近故而各粒子中所產生之電漿子進行相互作用而合理地進行解釋。電漿子峰之最大波長亦取決於金屬系粒子之平均粒徑。例如，於比較製造例1及比較製造例2中，由於平均粒徑較小，故而與製造例1相比，於相當長波長側具有電漿子峰，其最大波長分別為約510nm、約470nm。又，製造例1中，可見光區域中處於最長波長側之電漿子峰之最大波長下之吸光度為約1.9，與比較製造例1及2相比極高，由此可知製造例1之金屬系粒子集合體層20表現出極強之電漿子共振。
再者，圖8所示之吸收光譜係藉由使用積分球分光光度計，分別對如下透過光之強度I與如下透過光之強度I0進行測定而獲得，上述透過光之強度I係對作為積層有金屬系粒子集合體層之基板之背面(金屬系粒子集合體層之相反側)側之基板面自垂直方向照射紫外~可見光區域之入射光，而透至金屬系粒子集合體層側之全方向上之透過光之強度；上述透過光之強度I0係對厚度、材質與上述基板相同之基板且未積層有金屬系粒子集合體層之基板之面自垂直方向照射與上述相同之入射光，自入射面之相反側透過之全方向上之透過光的強度。縱軸之吸光度係由下述式表示：吸光度=-log10(I/I0)。
(1-2)具有金屬系粒子集合體層之發光元件之製作
於上述(1)中所製作之製造例1之鈉玻璃基板70上之金屬系粒子集 合體層20上，旋轉塗佈SOG(旋塗玻璃)溶液，而積層平均厚度30nm之絕緣層25。SOG溶液係使用利用乙醇對作為有機系SOG材料之東京應化工業股份有限公司製造之「OCD T-7 5500T」進行稀釋而成者。所謂「平均厚度」，係指於與形成於金屬系粒子集合體層上時相同之條件(將相同組成之塗佈液以相同塗佈量塗佈於相同面積)下於鈉玻璃基板70上直接旋轉塗佈時任意5處之厚度的平均值。繼而，於絕緣層25上藉由真空蒸鍍形成平均厚度80nm之Alq3發光層30(Alq3係發光為綠色之發光材料)，而獲得具有金屬系粒子集合體層之發光層一體型積層體。
繼而，如圖9所示般，於上文中所獲得之發光層一體型積層體上，依序配置上述參考例中所使用之邊緣照明型之激發光源(藍色LED)4及導光板5、第2稜鏡膜2、及第1稜鏡膜1，而獲得實施例1之發光元件。又，於鈉玻璃基板70之背面側重疊放置有黑色基板100。
又，如圖10所示般，使用於Ag反射板(將Ag於鈉玻璃上蒸鍍成膜而成之基板)110上重疊有將平均厚度80nm之Alq3發光層30於鈉玻璃上成膜而成之基板者代替實施例1之具有金屬系粒子集合體層之發光層一體型積層體，除此以外，以與實施例1相同之方式，獲得不具金屬系粒子集合體層之比較例1之發光元件。又，於Ag反射板110之背面重疊放置有黑色基板100。
進而，如圖11所示般，於黑色基板100上依序配置上述參考例中所使用之邊緣照明型之激發光源(藍色LED)4及導光板5、第2稜鏡膜2、及第1稜鏡膜1，而獲得背景之發光元件。該發光元件係不具發光層，僅將來自激發光源4之藍色光作為提取光而出射者。
(2)發光元件之發光增強之評價
參照圖12，藉由以7mA定電流驅動發光元件而使其發光。於發光元件之第1稜鏡膜1上直接放置分光測定器90(大塚電子公司製造之 「MCPD-3000」)，藉由分光測定器90測定沿垂直方向向第1稜鏡膜面出射之來自發光元件之發光之發射光譜。將所獲得之實施例1、比較例1、及背景之發光元件之發射光譜示於圖13。
如圖13所示般，實施例1之發光元件與比較例1之發光元件相比，尤其是於綠色~黃色區域中發光得到增強。發光波長540nm下之發光增強倍率(實施例1之發光強度/比較例1之發光強度×100)為168%。
10‧‧‧發光元件
20‧‧‧金屬系粒子集合體層
30‧‧‧發光層
40‧‧‧激發光源
50‧‧‧導光板
50a‧‧‧導光板之第1主表面
50b‧‧‧導光板之第2主表面
60‧‧‧附帶反射功能之偏光構件
F‧‧‧1次光
L‧‧‧提取光
S‧‧‧2次光

Claims (13)

  1. 一種發光元件，其包含發出1次光之激發光源、吸收上述1次光而發出2次光之發光層、及金屬系粒子集合體層，且上述金屬系粒子集合體層係將30個以上之金屬系粒子相互隔開並二維地配置而成，上述金屬系粒子之平均粒徑為200~1600nm之範圍內，平均高度為55~500nm之範圍內，以上述平均粒徑相對於上述平均高度之比所定義之縱橫比為1~8之範圍內，相鄰之金屬系粒子間之平均距離為1~150nm之範圍內，且該發光元件出射上述1次光之一部分與上述2次光之至少一部分之混合光。
  2. 如請求項1之發光元件，其中入射至上述發光層之上述1次光為面狀。
  3. 如請求項2之發光元件，其進而包含導光板，且上述1次光係經由上述導光板入射至上述發光層。
  4. 如請求項3之發光元件，其依序包含上述導光板、上述發光層及上述金屬系粒子集合體層。
  5. 如請求項3或4之發光元件，其中於將自上述導光板之與上述發光層相反側之主表面出射之1次光F1的積分強度設為I1，將自上述導光板之上述發光層側之主表面出射之1次光F2的積分強度設為I2時，滿足下述式：I2≧I1。
  6. 如請求項1至5中任一項之發光元件，其進而包含附帶反射功能之偏光構件。
  7. 如請求項6之發光元件，其依序包含上述附帶反射功能之偏光構件、上述導光板、上述發光層及上述金屬系粒子集合體層。
  8. 如請求項7之發光元件，其中於將自上述導光板之與上述發光層相反側之主表面出射之1次光F1的積分強度設為I1，將自上述導光板之上述發光層側之主表面出射之1次光F2的積分強度設為I2，且將上述1次光F1中到達上述附帶反射功能之偏光構件並被其反射之1次光F1-1的積分強度設為I1-1時，滿足下述式：I1≦(I2+I1-1)。
  9. 如請求項1至8中任一項之發光元件，其中上述發光層包含量子點發光材料。
  10. 如請求項9之發光元件，其中上述量子點發光材料包含鎘以外之元素。
  11. 如請求項1至10中任一項之發光元件，其中上述發光層之厚度為500nm以下。
  12. 一種顯示器，其包含如請求項1至11中任一項之發光元件。
  13. 一種照明裝置，其包含如請求項1至11中任一項之發光元件。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP7443889B2 (ja) * 2020-03-31 2024-03-06 住友金属鉱山株式会社 赤外線遮蔽膜形成用分散液
CN112099119A (zh) * 2020-09-28 2020-12-18 深圳市隆利科技股份有限公司 用于背光模组的反射层制备工艺及背光模组
CN118202478A (zh) * 2021-11-12 2024-06-14 索尼集团公司 发光器件和图像显示装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4579065B2 (ja) * 2005-06-23 2010-11-10 セイコーインスツル株式会社 照明装置、及びこれを備える表示装置
JP2011221376A (ja) * 2010-04-13 2011-11-04 Dainippon Printing Co Ltd 色補正機能を有するプリズムシート及び面光源装置
JP5979932B2 (ja) * 2011-03-31 2016-08-31 住友化学株式会社 有機エレクトロルミネッセンス素子
KR102002190B1 (ko) * 2011-09-22 2019-07-19 스미또모 가가꾸 가부시키가이샤 금속계 입자 집합체의 제조 방법
WO2013051470A1 (ja) * 2011-10-03 2013-04-11 住友化学株式会社 量子ドット発光素子

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