WO2006080299A1 - 光機能性膜およびその製造方法 - Google Patents

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WO2006080299A1
WO2006080299A1 PCT/JP2006/301030 JP2006301030W WO2006080299A1 WO 2006080299 A1 WO2006080299 A1 WO 2006080299A1 JP 2006301030 W JP2006301030 W JP 2006301030W WO 2006080299 A1 WO2006080299 A1 WO 2006080299A1
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light
layer
refractive index
composite structure
optical functional
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PCT/JP2006/301030
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Inventor
Tomoaki Kuratate
Original Assignee
Sharp Kabushiki Kaisha
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    • H01J61/02—Details
    • H01J61/30—Vessels; Containers
    • H01J61/35—Vessels; Containers provided with coatings on the walls thereof; Selection of materials for the coatings
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    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K50/00—Organic light-emitting devices
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    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
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    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
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    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/44—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the coatings, e.g. passivation layer or anti-reflective coating

Definitions

  • the present invention relates to an optical functional film and a method for manufacturing the same.
  • the optical functional film of the present invention is handled in combination with a light emitting element that emits light.
  • liquid crystal displays that perform transmittance modulation in combination with a light source have been mainstream as flat panel displays.
  • various self-luminous displays have been developed that compete with LCDs in terms of performance and price.
  • the 1S organic EL (Electro Luminescence) display is attracting attention as a display with performance and price that can compete with liquid crystal displays.
  • An organic EL display is a display element having an organic EL light emitting element structure in which a single-layer or multilayer organic-electric-luminescence material layer is sandwiched between two electrodes.
  • an organic EL light emitting element structure is formed in a matrix on the substrate surface independently for each display unit constituting the display image, in other words, for each pixel.
  • This element is classified into an active method and a passive method according to its driving method.
  • An active element has an active element with a two-terminal or three-terminal structure for each pixel.
  • Passive devices are mounted as sub-displays in recent mobile phones, with the vertical and horizontal electrodes intersecting each other driving the individual pixels required for light emission.
  • OLED displays are classified into a bottom emission type structure in which light is extracted from the substrate side and a top emission type structure in which light is extracted from the opposite side of the substrate, depending on how light is extracted.
  • the bottom emission type structure is a structure in which at least one of the two electrodes is a transparent electrode and the other electrode is light reflective, or a light reflecting layer is formed outside the electrode.
  • the top emission type structure has a structure in which the positions of the transparent electrode and the light reflection layer are reversed and the reflection layer is formed on the substrate side.
  • the light emitted to the opposite side of the display surface is provided on the optical path.
  • the mirror surface is inverted by a reflector (typically a reflective electrode) so that light emitted in all directions can be extracted in the direction of the display surface.
  • a reflector typically a reflective electrode
  • light passes through a plurality of layers having different functions such as a cathode, a hole transport layer, an electron transport layer, an anode, a blocking layer, and a glass substrate (hereinafter also referred to as “medium”). Radiated into the air.
  • an element in which light incident from a light emitting layer to an adjacent layer at an angle greater than the critical angle exists and a component that cannot be extracted as light exists is currently used as a light emitter, light source, and display element.
  • a fluorescent tube that excites and emits fluorescent dyes by near-ultraviolet light or ultraviolet light, and emits light through glass
  • CRT Cathode ray tube
  • the fluorescent dye is excited by an electron beam from a minute site and light is transmitted through the glass.
  • FED field emission display
  • PDP plasma display panel
  • An organic EL device that emits light through the association of electrons and emits light through the electrodes and glass, and the like.
  • EL device that emits light by transmitting light
  • LED that emits light by excitation through the electron-hole association at the P—N junction in the semiconductor material
  • emits light through the resin layer In particular, white and blue LEDs that emit fluorescent light by emitting fluorescent light through LED emission in the near ultraviolet and transmit light through the resin can be mentioned.
  • a self-luminous element energy conversion to light at a light emitting site is originally limited by its light emission principle, material, element configuration, and the like.
  • energy conversion to light at a light emitting site is originally limited by its light emission principle, material, element configuration, and the like.
  • the method of converting invisible light energy into visible light using a phosphor there is a limit to the energy efficiency of light with a fluorescent dye, and the amount of dye that can be distributed in a certain unit area is limited.
  • There is a limit and there is a limit to the thickness that the excitation energy can reach. For this reason, the amount of light that can be extracted from the unit area has a maximum value at a certain value with the density and thickness of the fluorescent dye as variables, as long as the dye is fixed.
  • each layer constituting the element such as a light emitting layer, a transparent electrode layer, and an element substrate is as high as 1.5 or more, it occurs inside the light emitting layer, Light radiated in all directions spatially becomes the refractive index of the various interfaces of the layers that make up the device.
  • the refractive index of the light-emitting layer is nE and the refractive index of the atmosphere from which light is extracted is nA (usually air, the refractive index is about 1)
  • the approximate utilization efficiency of light is [Arcsin (nA / nE) / 90] Represented by '2. Therefore, as long as light is emitted from a liquid or solid, it is difficult for the light efficiency to exceed 32% (approximate value for extraction from water with a refractive index of 1.3 to air).
  • a structure generally called a scattering layer refers to a structure in which submicron (about 0.5 m) particles are dispersed in a transparent medium having a certain refractive index, and scattered. In order to develop the properties, a film thickness larger than the dispersed particle size is required.
  • the gap between the pixels is in the vicinity of 10 m, and if the scattering layer is thick, it leads to blurring of the pixel boundary, blurring of display and blurring.
  • the fine particles to be dispersed as a scatterer are not perfect reflectors! In the process of light passing through such a scatterer, attenuation due to light absorption occurs as well as light scattering.
  • the improvement in light extraction efficiency and the loss of light inside the device are incompatible elements, and it does not lead to a dramatic improvement in extraction efficiency.
  • Patent Document 1 does not always extract light above the critical angle limit, but improves the extraction efficiency locally! /, Only!
  • control and improvement means for positively improving the efficiency are unknown, and the light extraction efficiency is improved by the effect that is manifested in a special structure called silica gel, so the applicable devices are limited.
  • Patent Document 3 discloses a light emitting device including an optical member composed of microspheres having a predetermined arrangement. According to this light emitting device, the luminous efficiency can be improved by arranging the microspheres regularly so that the optical member forms a photonic bandgap or an incomplete photonic band.
  • the light emission obtained by this light emitting device has high luminance in the normal direction of the substrate surface with high directivity, there is a problem that the luminance is extremely reduced in a direction slightly deviated from the normal direction. is there.
  • the first is to have a nanometer-sized concavo-convex surface of a wavelength or less, thereby continuously changing the refractive index of the optical path from which light is emitted from the concavo-convex layer to the layer in contact with it. It is an effect.
  • continuously changing the refractive index it is possible to reduce the loss of light generated at the interface having a large refractive index difference.
  • the second is the effect of the uneven surface where the incident angle of light to the interface in a minute range is less than the critical angle (outside the total reflection condition).
  • the condition that the incident angle to the nanometer-sized uneven surface formed on the surface below the wavelength is below the critical angle is that the surface uneven shape is like a prism. Since it is satisfied only when the shape is controlled, anisotropy of characteristics due to the uneven shape of the surface is likely to occur.
  • creating such a rough surface on the nano-order is difficult on technical surfaces, such as the surface processed by the energy distribution of light and electromagnetic waves, and the rough surface formed by ordinary chemical processes. It is difficult to arbitrarily control this profile. Even if the performance can be realized in a certain minute part, there is a limit to the amount of light that can be extracted because a region that is inefficient when viewed as a surface is formed at the same time.
  • the third is the light extraction effect due to the evanescent region at the interface.
  • the classical optical idea is that when light enters a low refractive index layer from a high refractive index layer, light exceeding the critical angle is totally reflected and cannot enter the low refractive index layer.
  • the evanescent area there is a region where the energy of light can reach within the low refractive index layer in contact with the high refractive index layer. This area is called the evanescent area.
  • the evanescent region if there is something that changes the vector of light energy (specifically, an interface), the light is reflected or refracted at the interface to change the optical path, and the light component incident on the low refractive index layer. Occurs.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2003-45642
  • Patent Document 2 Japanese Patent Laid-Open No. 2003-77647
  • Patent Document 3 Japanese Patent Laid-Open No. 2003-100458
  • Patent Document 4 Japanese Patent Laid-Open No. 2003-258296
  • An object of the present invention is to realize a powerful light extraction improvement that cannot be drastically solved by the existing technology and the prior art. More specifically, an object of the present invention is to provide an element structure capable of improving the extracted luminance without affecting the characteristics of the self-luminous element.
  • near-field light has been studied including various applications.
  • the region where the optical energy can reach the low refractive index layer from the low refractive index layer interface evanescent region or near field region
  • the optical energy in this region varies as the distance from the interface between the high refractive index layer and the low refractive index layer increases, the incident angle increases, or the difference in refractive index between the high refractive index layer and the low refractive index layer. As it gets larger, it shows a sudden decay.
  • FIG. 1 is a graph showing the relationship between the distance from the interface when the energy (intensity) of light at the interface is 1, and the energy (intensity) of the light.
  • Each plotted line represents the energy of light that can be detected (removed) at a distance from the interface relative to the angle of incidence of the light on the interface. Represents.
  • the plotted data is derived as a formula for obtaining the energy of light (near field light) in the evanescent region (Genji Otsu, Kiyoshi Kobayashi, “Basics of Near Field Light”, Ohmsha) See).
  • the present invention improves the light extraction efficiency by positively expressing this optical phenomenon in the element.
  • the light-emitting element of the present invention includes a light-emitting layer that emits light such as visible light, and a single-layer or multiple-layer optical functional film (on a light path emitted from the light-emitting layer).
  • a light-emitting layer that emits light such as visible light
  • a single-layer or multiple-layer optical functional film on a light path emitted from the light-emitting layer.
  • reffractive index composite structure layer or simply “structure layer”.
  • the refractive index composite structure layer includes a refractive index composite structure (hereinafter, also simply referred to as "structure") having the following characteristics (1) to (4).
  • the internal structure is composed of two or more types of phases having different refractive indexes.
  • At least one of the two or more types of phases is at least lnm and a quarter wavelength of the visible wavelength range.
  • the internal structure has a plurality of interfaces where the two or more phases are in contact in a near-field region where light can be incident in terms of energy in terms of interfacial force with other layers in contact with the optical functional film.
  • the refractive index composite structure layer is a single layer, a structure is formed near the interface with another layer on which light is incident.
  • the light incident side layer is formed. A structure is formed.
  • the size of the structural unit is preferably 1 nm or more and lOOnm or less, more preferably 5 nm or more and lOOnm or less.
  • the structure is a vesicular structure formed by one of the two or more phases. It may be.
  • the structural unit is the thickness of the wall constituting the vesicular structure and Z or the size of the gap between the wall and the wall facing the wall.
  • “Vesicular structure” refers to a structure in which spaces are separated by a membrane structure, such as a cell wall of a cell or a lump of bubbles of bubbles. The walls separating the vesicles typically have no holes, but may have holes.
  • the structure may be a network structure formed by one of the two or more types of phases.
  • the structural unit is at least one selected from the group consisting of the diameter of the fibers constituting the network structure, the distance between the fibers, and the size of the gap formed by the network structure.
  • the structure may be a massive structure formed by one of the two or more phases.
  • the structural unit is the diameter of the massive structure or the size of the gap between the massive structures.
  • the structure has at least two types of phases having different refractive indexes, and one of the at least two types of phases has a lower refractive index than the other phase.
  • the phase with a lower refractive index is called the low refractive index phase (first phase)
  • the phase with the higher refractive index is called the high refractive index phase (second phase).
  • the refractive index composite structure layer has three or more phases, there may be a phase having a higher refractive index than the high refractive index phase and a phase having a lower refractive index than the low refractive index phase.
  • At least one of the two or more types of phases preferably has a characteristic capable of self-holding the structure at least within a device operating temperature range centering on room temperature.
  • Self-holding means that a certain material itself can be formed into an arbitrary shape within a certain temperature range (generally room temperature), and that the shape is stably held in a stationary state. This includes cases where a specific shape is spontaneously formed by organization. For example, bubbles of bubbles are lost over time, so there is no characteristic that can be retained.
  • foamed polystyrene and foamed urethane a foam structure is formed, which can form any shape, and when left standing, the porous structure does not break over time.
  • the high refractive index phase is formed from a material having a higher refractive index than the low refractive index phase.
  • the high refractive index phase may have a higher refractive index than the low refractive index phase, but preferably has a refractive index of 1.3 or more.
  • the low refractive index phase a solid phase, a liquid phase, or a gas phase having a refractive index lower than the refractive index of glass, resin, silicon or the like generally used as a substrate material can be applied.
  • the refractive index of the low refractive index phase is typically 1.4 or less, preferably close to 1. Specifically, 1. 2 or less is preferable. 1. 1 or less is more preferable.
  • Examples of the solid phase include compounds and polymers having a reduced refractive index.
  • a compound that is spatially bulky and does not increase in density depending on the structure like a silica of a network structure obtained by heat-treating the structure of porous silica gel, the volume shrinks without changing the spatial packing state as a result of the chemical change of the compound Compounds and the like.
  • the refractive index as a physical property value is lowered.
  • liquid phase examples include liquid compositions having a refractive index of about 1.3 to about 1.4.
  • liquid compositions having a refractive index of about 1.3 to about 1.4 water that can control the wettability of a resin material having a high phase separation property with the resin material holding the structure, or an aqueous solution to which a surfactant or the like is added to improve the phase separation property, Examples thereof include low molecular weight compounds and compositions having a fluorine-substituted alkyl chain.
  • Examples of the gas phase include air and gas! /, A vacuum phase. Since the gas phase has a refractive index of about 1, it is desirable as a low refractive index phase in terms of light extraction efficiency.
  • Examples of a method for producing a structure include a method using fine particles, a method of generating nanometer-sized bubbles in a block polymer or a resin composition capable of self-assembly, and a solid depending on the manufacturing process.
  • a method for producing a structure includes a method using fine particles, a method of generating nanometer-sized bubbles in a block polymer or a resin composition capable of self-assembly, and a solid depending on the manufacturing process.
  • the following method can be considered as a method for forming the gas phase portion.
  • Microbubbles of / z m or less are generated in the resin raw material, and the diameter of the microbubbles is controlled by some factor to form a nano-order sized low refractive index phase.
  • Microencapsulation technology drops droplets of incompatible liquid, such as micro nozzle forces, to form droplet domains, stabilize the domains, and prevent recombination of the domains. This is a technology for treating the surface.
  • a method of preparing a fine particle dispersion solution by a process having a wide particle size dispersion at the time of particle formation for the convenience of reaction control, as in the case of emulsion polymerization in which precise particle size control is difficult. It is also possible to prepare a fine particle dispersion solution having a target particle size and particle size dispersion by applying a “spinning technique” that takes out a fine liquid phase with a particle size dispersion width.
  • examples of a method for forming a solid phase portion include a method of making fine particles at the time of solidification and a method of pulverizing large particles to make fine particles. It is done.
  • a method of refining at the time of solidification for example, a polymerizable liquid compound is made into a fine liquid phase by a method of making a fine liquid phase, and the fine liquid phase is polymerized in this state to be solidified. A method is mentioned.
  • the low refractive index phase state and process are appropriately determined according to the performance required for the final device. You can choose.
  • the structure has structural units (for example, holes or bubbles) whose size is equal to or less than the wavelength of visible light, the refractive index of the structure itself is regarded as the average refractive index of the refractive index composite structure layer. Is possible.
  • the structure has structural units (for example, holes or bubbles), a large number of minute interfaces between phases having different refractive indexes are formed in the refractive index composite structure layer.
  • the optical path length transmitted through the medium is negligible because it is as small as 1 m or less in the structure of the present invention. Therefore, it can be regarded as “absorption!” When transmitted through a medium having a refractive index, and can be considered only by “reflection” and “refraction” at the interface. Specifically, as the layer thickness increases, the phenomenon that the light that can be extracted attenuates hardly occurs!
  • evanescent light can be extracted by the structural body.
  • energy generated in the evanescent region near field region
  • the evanescent region multiple minute structures (for example, For example, light passes through minute and plural interfaces of a refractive index composite structure composed of air and a high refractive index medium), so that the optical path is randomly dispersed.
  • the light energy is converted into light that can be transmitted through the structure layer, and the amount of light extracted as an element increases.
  • a high refractive index layer for example, Light emitting layer
  • This effect increases the amount of light extracted from the light emitting layer as an element. Therefore, this structure has an average refractive index that is lower than the refractive index of the resin material as the solid phase forming the porous structure layer (refractive index composite structure layer) and has a plurality of minute interfaces. The extraction efficiency can be significantly improved.
  • the layer having a high refractive index has a refractive index of 1.4 or more in the case of a light emitting device.
  • the layers with high refractive index include organic EL light-emitting layer (refractive index 1.5-1.8) itself, electrode (refractive index 1.8-2.0), n-channel layer and p-channel layer of semiconductor device in LED (refractive index 1.5 or higher) Fluorescent materials that emit visible light with ultraviolet light (refractive index of 1.5 or more), such as electrode materials, fluorescent lamps, and PDPs.
  • the light emitting portion and the layer involved in light emission have a refractive index of 1.5 or more.
  • porous structure layer (refractive index composite structure layer) on the optical path from which the light emitted from the light emitting layer is emitted, it is effective to increase the light extraction efficiency. Considering the loss, the closer the porous structure layer is to the layer emitting visible light, the more light can be extracted. In particular, in the case of organic EL or inorganic EL, the emission efficiency of the emitted light is increased by making the structure of the light emitting layer porous. Therefore, a structure in which a porous structure layer (refractive index composite structure layer) is sandwiched between an electrode and a light emitting layer, in other words, a structure in which a structure is sandwiched between layers having a high refractive index is employed.
  • Method 1 On a light-emitting element substrate using fine particles having a target unit structure as a target A method in which particles are bonded between particles and between one particle substrate after coating.
  • Method 2 A method in which a target unit structure is formed by self-organization or phase separation, and then one structure is removed by using a difference in etching rate or a difference in dissolution rate.
  • Method 3 A mixture of a polymerizable resin material and an incompatible non-polymerizable solvent is emulsified to react with the polymerizable resin material in a state where micelles are formed, and the resin material Is a method for producing a structure with pores by evaporating a non-polymerizable solvent from a structure retained by polymerization.
  • Method 4 A method in which minute bubbles of lnm or more and 0.1 ⁇ m or less are generated in the resin before curing, and the resin is cured while the bubbles are stably dispersed.
  • the peripheral member holding the light emitting layer or the member holding the refractive index composite structure layer is a process of forming the refractive index composite structure defined in the present invention. Tolerance to chemicals and processing conditions used in is required. Therefore, if the durability of the light-emitting layer itself, the peripheral member that holds the light-emitting layer, or the member that holds the refractive index composite structure layer is unclear or insufficient, the following methods a) to d) can be used. It is also possible to form.
  • the light-emitting element is manufactured on the substrate with the refractive index composite structure by forming the refractive index composite structure defined in the present invention before forming the light-emitting element. It becomes possible.
  • the refractive index composite structure itself defined in the present invention is required to have resistance to chemicals and processing conditions used in the process of forming the light emitting element. For example, it can be formed by the following procedures A) and B).
  • one or more protective layers having resistance to chemicals and processing conditions used in the light emitting element forming process are formed thereon. Execute the light emitting element formation process.
  • the refractive index composite structure defined in the present invention is formed on the back side of the substrate used in the light emitting element formation process.
  • On the surface of the substrate on which the refractive index composite structure is formed one or more protective layers that are resistant to chemicals and processing conditions used in the light-emitting element formation process are formed, or a protective substrate is formed. Fix it. Thereafter, a light emitting element formation process is performed.
  • the protective layer and the protective substrate members suitable for the process of each device can be applied according to the required process resistance.
  • thin glass, highly dense SiN, SiONx, SiO, inorganic films such as polymer films and polymer films
  • the portion emitting visible light is a fluorescent material such as a fluorescent dye
  • the excitation energy source generally, light in the ultraviolet or near ultraviolet region
  • the excitation light itself needs to be incident on the fluorescent material efficiently. is there.
  • light emitted by discharge in a gas such as a fluorescent lamp and excitation light generated from plasma such as a PDP is emitted in a vacuum or reduced pressure atmosphere. Can be caught as.
  • the refractive index composite structure defined in the present invention functions effectively. Yes. This is because when the light emitted in the gas is incident on the refractive index composite structure defined in the present invention, the refractive index of the refractive index composite structure is higher than the refractive index of the gas phase, This is because it is sufficiently lower than the above, so that light can be incident without causing total reflection due to a critical angle or causing a decrease in light injection efficiency due to a large difference in refractive index.
  • the refractive index of the refractive index composite structure is at least between the refractive index of the phosphor and the refractive index of the gas phase. The difference is smaller than the refractive index difference between the phosphor and the gas phase, thus improving the light injection efficiency.
  • the refractive index composite structure of the present invention by controlling the internal structure distribution, it is possible to increase the extraction side that lowers the refractive index on the light injection side.
  • the refractive index on the phosphor side is increased while the refractive index on the phase side is lowered, the excitation light emitted in the gas phase can enter the phosphor with a minimum loss.
  • Factors that enable control of the internal structure of the refractive index composite structure include particles, bubbles, and spontaneous phase separation in the case of the method described above used to form the structure of the present invention. Can be mentioned.
  • the process conditions during the process for example, by changing the particle size used, bubble generation conditions such as gas pressure and flow velocity, and temperature during phase separation.
  • the structure to be controlled can be controlled within a certain range.
  • FIGS. 2 to 5 show examples of element configurations of a refractive index composite structure that can be applied to an actual device.
  • FIG. 2 is a diagram showing a configuration example of a device that emits fluorescence by external excitation light.
  • a configuration applicable to a light-emitting structure in a fluorescent tube or a PDP is shown.
  • non-visible excitation light emitted in vacuum or gas irradiates the phosphor and emits visible light.
  • Fig. 2 (al) and Fig. 2 (a2) are examples of the reflection configuration
  • Fig. 2 (bl) and Fig. 2 (b2) shows an example of a transmission type configuration.
  • reference numeral 1 is a substrate
  • reference numeral 2 is a reflection film (reflector or reflection layer)
  • reference numeral 4 is a phosphor layer containing a fluorescent dye
  • reference numerals 5 and 5 ′ are refractive index composite structure layers of the present invention.
  • Reference numeral 6 is an abbreviation of the incident direction of the energy (excitation light) that excites the phosphor layer (4) (actually including various incident angle components)
  • reference numeral 7 is the extracted light (emitted light). ) Is abbreviated (in fact, includes various emission angle components).
  • FIG. 2 (al) is a diagram showing a configuration example in which the refractive index composite structure layer (5) is formed on the substrate (1) for holding the element structure.
  • Figure 2 (a2) shows that either the reflective film (2), the phosphor layer containing the fluorescent dye (4), or the refractive index composite structure layer (5) holds the element structure and shape. It is a figure which shows the structural example which can be taken when it has sufficient intensity
  • a metal film is generally used as the reflective film (2), but if the metal plate itself is used as the substrate, the metal plate can hold the structure, so there is no need to provide a separate substrate for holding the element structure.
  • the refractive index composite structure of the present invention which functions to improve the incident efficiency when the excitation light is incident, can contribute to the improvement of the light extraction efficiency even during the emission. A sufficient improvement in properties can be expected by applying the layer.
  • the refractive index composite structure (5) is disposed between the reflective film (2) and the phosphor layer (4).
  • FIG. 2 (bl) is a diagram showing a configuration example in which the refractive index composite structure layer (5) is formed on the substrate (1) for holding the element structure.
  • Fig. 2 (b2) shows an example of a configuration that can be used when either the phosphor layer (4) or the refractive index composite structure layer (5) that constitutes the element has sufficient strength to maintain the element structure and shape.
  • a refractive index composite structure layer (5) may exist on the surface of a plate material (for example, a resin substrate) that can hold the element structure (for example, a resin substrate) or in a bulker. In this case, the element structure is separately held. There is no need to provide a substrate for this purpose.
  • the effect of improving the light extraction efficiency of the phosphor layer (4) force in this configuration is that the range of guided light is such that the phosphor layer (4) -refractive index composite structure layer (shown in FIG. 2 (bl)) 5 ') —Substrate (1) and shown in Figure 2 (b2) Different phosphor layer (4) —refractive index composite structure layer (5 ').
  • the refractive index composite structure layer (5 ′) itself has the effect of apparently lowering the refractive index of the light emitting region and the effect of scattering. Therefore, it can be expected that the light extraction efficiency will be improved sufficiently.
  • the refractive index composite structure layer (5) as shown in (bl) and (b2) of Fig. 3 There may be a configuration without ').
  • FIG. 3 is a diagram showing a configuration example of a device that emits fluorescence by external excitation energy, and shows a configuration that can be applied to an element that uses phosphor-excited emission by an electron beam as an actual device. .
  • it is a configuration used for general CRT, FED (field emission type display), and part of PDP.
  • the device shown in Fig. 3 emits visible light by irradiating the phosphor with energy rays that excite the phosphor in vacuum or gas.
  • 3 (al) and FIG. 3 (a2) are configuration examples of the reflection type
  • FIGS. 3 (bl) and 3 (b2) are configuration examples of the transmission type.
  • FIG. 3 (al) is a diagram showing a configuration example in which the refractive index composite structure layer (5) is formed on the substrate (1) for holding the element structure.
  • Fig. 3 (a2) shows that any of the reflective film (2), phosphor layer (4), and refractive index composite structure layer (5) constituting the element has sufficient strength to maintain the element structure and shape.
  • a metal film is generally used as the reflective film (2).
  • the metal plate can hold the structure, so it is necessary to provide a separate substrate for holding the element structure. Absent.
  • the refractive index composite structure layer (5) is arranged between the reflective film (2) and the phosphor layer (4). Even in this structure, the phosphor layer (4) A sufficient effect can be expected for the extraction of the light (7) emitted from. This is thought to be due to the following reasons.
  • Phosphor Layer (4) Force Of the emitted light the phosphor layer (4) force
  • Light other than the light component directly emitted to the outside is phosphor layer (4) Refractive index composite structure layer (5) —Reflector ( 2) Waveguide between.
  • Phosphor layer (4) Refractive index composite structure layer (5) Inside the refractive index composite structure near the interface, there is an effect of improving the light extraction efficiency in the near field.
  • the structural unit of the refractive index composite structure has a wavelength or less, the extracted light can be used in the same manner as the light emitted from the average refractive index layer of the refractive index composite structure. Therefore, light that passes through the extraction region is converted into light that can be emitted from the phosphor at a certain rate.
  • FIG. 3 (bl) is a diagram showing a configuration example in which the refractive index composite structure layer (5) is formed on the substrate (1) for holding the element structure.
  • Figure 3 (b2) shows an example of a configuration that can be taken when either the phosphor layer (4) or the refractive index composite structure layer (5) that constitutes the element has sufficient strength to maintain the element structure and shape.
  • a refractive index composite structure layer (5) may exist on the surface of a plate material (for example, a resin substrate) that can hold the element structure (for example, a resin substrate) or in a bulker. In this case, the element structure is separately held. There is no need to provide a substrate for this purpose.
  • the effect of improving the light extraction efficiency of the phosphor layer (4) force in this configuration is that the range of guided light is such that the phosphor layer (4) refractive index composite structure layer (5 ) —Holding substrate 1 is different from phosphor layer (4) —refractive index composite structure layer (5) shown in FIG. 3 (b2).
  • the refractive index composite structure layer (5) itself can be expected to have an effect of lowering and scattering the apparent refractive index of the light emitting region. It can be expected to improve the light extraction efficiency sufficiently.
  • FIG. 4 is a diagram showing a configuration example of a device when combined with a self-luminous element that directly takes out light, and shows a configuration used in a general semiconductor LED, organic EL, and inorganic EL. Show me.
  • Reference numeral 3 in the figure indicates a self-luminous layer (note that the actual device portion is omitted).
  • Figures 4 (al) and (a2) are examples of device structures that are often applied to organic EL and inorganic EL.Each element has a self-luminous layer (3) and a reflective layer (2) adjacent to it. . In reality, there may be a structure in which some film or structure is inserted between the self-luminous layer (3) and the refractive index composite structure layer (5) of the present invention, but this is not shown in the figure.
  • the self-luminous layer (3) omits the description of the structure in the force diagram which is a more powerful structure including an electrode for driving the self-luminous layer (3).
  • Fig. 4 (bl), (b2) Is a structure often seen in semiconductor LEDs, where the substrate itself constituting the self-luminous layer (3) does not transmit light or the electrode constituting the self-luminous layer (3) has light reflectivity. It is a structural example.
  • the elements shown in FIGS. 4 (al) and (bl) are structural examples in the case where the refractive index composite structure layer (5) is insufficient in strength, and light for protecting the refractive index composite structure layer (5). It has a permeable substrate (1 ').
  • the elements shown in FIGS. 4 (a2) and (b2) are configuration examples when the refractive index composite structure layer (5) is sufficient in strength.
  • FIG. 5 is a diagram showing a configuration example of a device that uses light emitted from a self-luminous element as excitation light and uses light converted in emission wavelength by a fluorescent dye or the like as a display.
  • Figure 5 shows a configuration example used in LED, organic EL, and inorganic EL, where a self-luminous layer (3), a light wavelength conversion layer (14), and a refractive index composite structure layer (5) are arranged.
  • monochromatic light is emitted from the self-luminous layer (3) and the light wavelength conversion layer (14) converts the emitted color from the self-luminous layer (3) into another color for multicolor display, or light wavelength conversion.
  • the layer (14) converts the emission color from the self-luminous layer (3) into a specific wavelength light display.
  • the refractive index composite structure layer (5) force self-luminous layer (3) force light injection efficiency into the light wavelength conversion layer (14) and the light emitted from the light wavelength conversion layer (14) It has a function to improve the two efficiency of extraction efficiency. Since light extraction involves light emission into the air, the optical wavelength conversion layer (14) can improve the extraction efficiency of the light emitted by the force, and the refractive index composite structure layer (5) (14) Force It is desirable to exist on the optical path that emits air.
  • FIGS. 5 (al) and (bl) are configuration examples when the refractive index composite structure layer (5) is insufficient in strength, in order to protect the refractive index composite structure layer (5).
  • the elements shown in FIGS. 5 (a2) and (b2) are structural examples when the refractive index composite structure layer (5) is sufficiently strong.
  • the reflective film (2) Since a configuration without () can be easily foreseen, a diagram showing such a configuration is omitted.
  • the effectiveness in the present invention includes that it can be added to an existing device, not limited to a device (element) newly created by the present invention.
  • the present invention also provides a film or a plate-like material that is used by being attached to, pressed against, or placed on a light-emitting element having a light-emitting layer that emits light.
  • This film or plate-like material has one or more layers of the optical functional film of the present invention on the optical path through which the light emitted from the light emitting layer is emitted to the outside of the element, and the existing light emitting element (for example, a fluorescent material). It can be applied later to all of the elements (light, CRT, PDP, EL, etc.).
  • the difference between “film” and “plate-like material” in this specification is based on differences in flexibility and thickness, but is not intended to clearly distinguish them from each other.
  • FIG. 6 is a diagram showing a configuration example to be applied later by pasting on existing light emitting elements in general.
  • the configuration examples shown in FIGS. 6 (a) to 6 (c) have an adhesive (adhesive) layer (9) on one surface side of the refractive index composite structure layer (5).
  • the configuration example shown in FIG. 6 (a) has the second pressure-sensitive adhesive (adhesive) layer (8) on the other surface side of the refractive index composite structure layer (5).
  • a release film or the like is adhered.
  • the second pressure-sensitive adhesive (adhesive) layer (8) has a function of preventing the refractive index composite structure layer (5) from peeling off from the base material (11).
  • the adhesive strength of the second adhesive (adhesive) layer (8) is higher than the adhesive strength of the adhesive (adhesive) layer (9)! ⁇ .
  • the pressure-sensitive adhesive (adhesive) layer (9) and the second pressure-sensitive adhesive (adhesive) layer (8) are made of a photo-curing or thermo-curing adhesive (acrylic resin, epoxy resin, etc.) Contains an adhesive and has adhesiveness (adhesiveness).
  • the adhesive and pressure-sensitive adhesive used are the surface element of the target element, the refractive index composite structure layer (5)
  • the substrate (11) or the like does not affect the swelling, expansion, contraction, warpage or cracking.
  • the refractive index composite structure layer (5) is directly formed on the substrate (11).
  • the second pressure-sensitive adhesive (adhesive) layer (8) is not interposed between the base material (11) and the refractive index composite structure layer (5).
  • the configuration example shown in FIG. 6 (c) is a configuration example in the case where the refractive index composite structure layer (5) is sufficiently strong, and there is no substrate (11).
  • an adhesive or adhesive is applied on a substrate (11) to form an adhesive (adhesive) layer (8), and then the embodiment described later is applied.
  • the refractive index composite structure layer (5) is formed by the method shown, and the adhesive (adhesive) layer (9) is formed by further applying an adhesive or a pressure-sensitive adhesive.
  • the configuration example shown in FIG. 6 (b) can be created by the same method as the configuration example shown in FIG. 6 (a), except that the adhesive (adhesive) layer (8) is not formed.
  • the highly versatile supply form of the configuration example shown in Fig. 6 (a) and Fig. 6 (b) is a film or plate-like material used by being attached to, pressed against or placed on an existing light emitting element.
  • a light-transmitting film such as polycarbonate can be used as the base material (11), and can be attached to the target element via an adhesive (adhesive) layer (9).
  • the light extraction surface is limited to a light-emitting element having a simple curved surface such as a flat surface or a shape obtained by bending a flat plate in a uniaxial direction.
  • a simple curved surface such as a flat surface or a shape obtained by bending a flat plate in a uniaxial direction.
  • an existing light emitting element has a complicated shape surface that is not a flat surface or a simple curved surface, further ingenuity is required.
  • some self-luminous elements, such as LEDs have already been subjected to some shape force and molded in order to improve the light extraction efficiency or to obtain certain optical characteristics.
  • adapting the shape of the film plate material as it is does not improve the light extraction efficiency.
  • the optical functionality that has been lost can be impaired.
  • the light extraction efficiency is improved so that it can be joined to the shape of the existing self-light-emitting element and the function of the self-light-emitting element (for example, the optical functionality of the lens included in the existing self-light-emitting element) can be reproduced.
  • the function of the self-light-emitting element for example, the optical functionality of the lens included in the existing self-light-emitting element
  • the molded product may be in close contact with the shape of the existing self-light-emitting element, but the distance between the molded product and the self-light-emitting element may be about several nanometers to several tens of times. Whatever the distance
  • the refractive index composite structure of the present invention that effectively improves the light extraction efficiency can guide light from the light emitting element as near-field light.
  • the light extraction portion of the LED element is generally applied to the outer shape (profile) of the lens or a similar shape.
  • a molded object having a cap shape is used as an LED.
  • the molded product of the present invention includes the case where it is a laminate of an optical functional film and another film only when it is an optical functional film itself.
  • An adhesive (adhesive) layer may be interposed between the cap-shaped molding and the LED, but if the optical bonding with the LED is sufficient due to deformation of the molding itself, etc. There may be no material (adhesive) layer. Considering the processing accuracy of the molded product, it is preferable that there is an adhesive (adhesive) layer for physically fixing the LED and the molded product. In this way, since the retrofitting structure is a molded product, it is possible to reproduce the optical functionality in combination with the LED.
  • the adhesive material (adhesive material) a material with a small optical attenuation is usually preferable.
  • the present invention also provides a molded product that matches the shape of a light-emitting element having a light-emitting layer that emits light.
  • This molded product has one or more optical functional films of the present invention disposed on the optical path through which the light emitted from the light emitting layer is emitted to the outside of the device.
  • Examples of molded products include lighting device globes, LED blankets, and instruments for extracting anisotropic light from fluorescent tubes and neon tubes. By using such a molded product, it can be applied later to various existing light emitting elements having curved surfaces.
  • Fig. 6 (c) is a diagram conceptually showing a structural example of the molded product of the present invention.
  • the configuration example shown in Fig. 6 (c) shows a refractive index composite structure layer (5) as a molded product and an adhesive material (adhesive) formed on the surface of the refractive index composite structure layer (5) to be bonded to an existing light emitting device Material) layer (9) layer.
  • the refractive index composite structure layer (5) as a molded product has characteristics that can maintain its own shape and molding process. It can be produced by molding and processing a resin having possible characteristics (acrylic resin, polycarbonate resin, etc.). For example, a fine refractive index composite structure defined in the present invention is formed in the resin before molding the resin.
  • a method for forming the refractive index composite structure include a method of generating nano-order bubbles and a method of creating a nano-order structure.
  • nano-order bubbles can be generated by a method of generating nano-sized bubbles called nano-cavity by viscous shear stress or a method of generating gas from minute holes of nm order.
  • nano-order structures can be created by dispersing polymer monomers and liquids that differ in refractive index from minute holes on the order of nm and not dissolving in the medium, and by dispersing fine particles of the order of nm.
  • the average refractive index of the structure does not become a sufficiently small value with respect to air.
  • a process may be required after molding to transform the different rosy liquids) into the gas phase. Specifically, by using selective etching, dissolution, vaporization, sublimation, etc. for one phase, one phase (wax liquid with different refractive index) can be changed to the gas phase. Can do.
  • the example of a structure shown in can be created.
  • the molded product of the present invention includes an existing molded product bonded and pressed or placed on the film or plate-shaped material of the present invention. It also includes those in which a refractive index composite structure layer is formed on the outer or inner surface of an existing molded product.
  • the refractive index composite structure layer (5) has a force ⁇ layer, but the refractive index composite structure layer (5) has a force ⁇ layer or more. Also good.
  • FIG. 7 is a diagram conceptually showing a state of an element configuration after being attached to (10) a general light emitting element such as an element having a structure for extracting light and a light source.
  • a general light emitting element such as an element having a structure for extracting light and a light source.
  • Figs. 7 (a) to 7 (c) are affixed to the light emitting device (10) with the film, plate-like material and molded product shown in Figs. 6 (a) to 6 (c), respectively. It shows the state.
  • the configurations shown in Fig. 7 (a) to Fig. 7 (c) are considered to be equivalent to the configurations shown in Fig. 2 to Fig. 5 when the adhesive (adhesive) layer (8) 9) is ignored. Therefore, the light (7) from the light emitting element (10) can be extracted efficiently.
  • the present invention solves the problem of light extraction efficiency of all elements that emit light from the high refractive index layer.
  • non-electron beams such as electron beams and ultraviolet light using phosphors
  • phosphors such as elements that emit light from a phase with a high refractive index (for example, semiconductor LEDs and organic or inorganic electoluminescence elements) and fluorescent dyes.
  • Elements that convert visible energy into visible light and extract visible light through the substrate that holds the phosphor e.g. fluorescent lamp, fluorescent tube, CRT, FED, PDP, wavelength conversion element (SHG (second harmonic generation)
  • the present invention can be applied to a) an element) and a fluorescent LED). By applying the present invention to these elements, it is possible to improve the luminance without affecting the characteristics of the light emitting portion.
  • Fig. 1 is a graph showing the relationship between the distance from the interface and the energy (intensity) of light when the energy (intensity) of light at the interface is 1.
  • FIG. 2 is a diagram showing a configuration example of a device that emits fluorescence by external excitation light.
  • FIG. 3 is a diagram showing a configuration example of a device that emits fluorescence by external excitation energy.
  • FIG. 4 is a diagram showing a configuration example of a device when combined with a self-light-emitting element that directly takes out light.
  • FIG. 5 is a diagram showing a configuration example of a device that uses light emitted from a self-luminous element as excitation light and uses light converted in emission wavelength by a fluorescent dye or the like as a display.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of a configuration for applying to the existing light-emitting elements in general by pasting or the like.
  • FIG. 7 shows the state of the element configuration after the element shown in FIG. 6 is attached to the existing light emitting element (10). It is a figure which shows a state.
  • FIG. 8 is a diagram schematically showing a basic configuration of a general light emitting element.
  • FIG. 9 is a diagram schematically showing a basic configuration of the light-emitting element of Embodiment 1.
  • FIG. 10 is a diagram schematically showing a configuration of an actual light emitting element.
  • FIG. 11 is a diagram schematically showing a cross-sectional structure of a general fluorescent tube.
  • FIG. 12 is a diagram schematically showing an element cross-sectional structure of the fluorescent tube of the second embodiment.
  • FIG. 13 is a diagram schematically showing a cross-sectional structure of a general LED element.
  • FIG. 14 is a diagram schematically showing a cross-sectional structure of the LED of Embodiment 3.
  • FIG. 15 is a diagram schematically showing a cross-sectional structure of the organic EL element of Embodiment 4.
  • FIG. 16 is a diagram schematically showing a cross-sectional structure of the PDP element according to the fifth embodiment.
  • FIG. 17 is a view schematically showing device structures of Examples 1 to 8 and Comparative Example 1.
  • FIG. 18 is a diagram showing a configuration used to measure the amount of light taken out.
  • FIG. 19 is an explanatory diagram of the coating method used in Examples 2, 6, and 9.
  • FIG. 20 is a diagram showing examples and comparative examples of bottom emission type organic EL elements.
  • Reflective film (reflector or reflective layer)
  • UV light fiber lens
  • Refractive index composite structure layer 415 Anode Hole transport layer Light emitting layer
  • FIG. 8 is a diagram schematically showing a basic configuration of a general light emitting device.
  • the light emitting element has a light emitting layer (102) and a substrate (101) that supports the light emitting layer (102).
  • the arrow in the figure indicates the direction in which light is extracted as an element, and the light emitting element shown in FIG. 1 takes light from the substrate (101) side.
  • This is a light emitting element having a bottom emission type structure.
  • the light emitting element as an actual device may have other layers that do not contribute to light emission in addition to the light emitting layer (102) and the substrate (101). Can be identified with the substrate (101), and can be expressed in a simplified manner as shown in FIG.
  • FIG. 9 is a diagram schematically showing the basic configuration of the light emitting device of this embodiment, and shows the arrangement of the refractive index composite structure layers with respect to the light emitting device shown in FIG.
  • the light-emitting element shown in FIG. 9 (a) includes a light-emitting layer (102), a substrate (101) that supports the light-emitting layer (102), and a refractive index composite interposed between the light-emitting layer (102) and the substrate (101). And a structural layer (103).
  • a refractive index composite structure having a size not larger than the wavelength of light (for example, not less than 1 nm and not more than lOOnm) is provided.
  • the average refractive index of the refractive index composite structure layer (103) is equal to or lower than the refractive index of the light emitting layer (102), for example, 1.0 to 1.3.
  • the refractive index composite structure layer (103) has a film thickness larger than the size of the refractive index composite structure, for example, a film thickness of 50 ⁇ m or more and 500nm or less. If the extracted light is scattered only by light extraction in the evanescent region and the profile of the extracted light is further averaged, the film thickness of the refractive index composite structure layer (103) is, for example, 500 nm or more; zm or less Set to.
  • the refractive index of the light-emitting layer (102) is 1.6 for ⁇ -electron conjugated organic materials used in organic EL, for example.
  • the ⁇ -channel material and the ⁇ -channel material used for fluorescent dyes and semiconductor materials are 1.5 or more, and are more than the average refractive index of the refractive index composite structure layer (103). Therefore, light incident on the interface with the refractive index composite structure layer (103) adjacent to the light emitting layer (102) at an angle exceeding the critical angle is totally reflected and cannot be extracted. .
  • the refractive index composite structure layer (103) has a refractive index composite structure having a size not larger than the wavelength of light (for example, not less than 1 nm and not more than lOOnm) on the light emitting layer (102) side. The energy of light that is totally totally reflected can be extracted as evanescent light.
  • the refractive index composite structure layer (103) may be formed on the light extraction side surface of the substrate (101).
  • the material used for the transparent substrate generally has a refractive index substantially equal to the refractive index of the light emitting layer (102).
  • the refractive index of a resin material is 1.3 to 1.7
  • the refractive index of glass is 1.5 to 1.8.
  • the refractive index of the atmosphere is about 1
  • the refractive index composite structure layer (103) is formed on the light extraction side surface of the substrate (101). 101), evanescent light generated near the interface can be extracted.
  • a layer having a refractive index of 103) or less is not interposed, but a low refractive index layer having a refractive index of 103 or less may be interposed.
  • the thickness of the low refractive index layer is preferably 100 ° or less.
  • FIGS. 10 (a) to 10 (f) are diagrams schematically showing a configuration of an actual light emitting element.
  • the light-emitting elements shown in FIGS. 10 (a) to (f) include at least one functional layer (104) having some role in addition to the substrate (101), the light-emitting layer (102), and the refractive index composite structure layer (103). Have.
  • Such a functional layer (10) having some role in addition to the substrate (101), the light-emitting layer (102), and the refractive index composite structure layer (103). Have.
  • Such a functional layer is a functional layer having some role in addition to the substrate (101), the light-emitting layer (102), and the refractive index composite structure layer (103).
  • Transparent electrode layer eg ITO (indium tin oxide) or IZO (indium zinc oxide)
  • P-channel Zn_channel for transferring electrons to the light emitting layer (102)
  • Examples thereof include a type semiconductor layer, an organic conductor layer, an adhesive layer for forming a layer structure by bonding, and a polarizing layer for polarizing external light.
  • FIG. 11 is a diagram schematically showing a cross-sectional structure of a general fluorescent tube.
  • the fluorescent tube consists of a glass tube (203) forming the outer shape of the fluorescent tube, a phosphor (202) formed on the inner surface of the glass tube (203), and mercury vapor sealed inside the glass tube (203). (201).
  • a glass tube (203) forming the outer shape of the fluorescent tube
  • a phosphor (202) formed on the inner surface of the glass tube (203)
  • mercury vapor irradiate the phosphor (202).
  • the phosphor (202) Force Visible light is emitted.
  • the phosphor (202) generally has a higher refractive index than the glass tube (203), and the light emitted by the phosphor (202) is omnidirectional, so the general fluorescence shown in Fig. 11 is used.
  • component 1 In the tube, there is a light component (hereinafter also referred to as component 1) that is totally reflected at the interface between the phosphor (202) and the glass tube (203) and cannot enter the glass tube (203). Furthermore, since the refractive index is not matched between the glass tube (203) and air, even when light incident on the glass tube (203) is emitted into the air, it cannot be totally reflected and extracted. There is a component (hereinafter also referred to as component 2).
  • FIG. 12 is a diagram schematically showing a cross-sectional structure of the fluorescent tube of the present embodiment.
  • the fluorescent tube shown in Fig. 12 (a) has a refractive index composite structure layer (204) interposed between the glass tube (203) and the phosphor (202) that form the outer shape of the fluorescent tube. Light can be guided to the glass tube (203). This will be specifically described below.
  • Phosphor (202) force The emitted light has a lower refractive index than the phosphor (202)!
  • Snell According to the law, there is component 1 light that is totally reflected.
  • a region within the distance of the wavelength of the incident light below the interface between the phosphor (202) and the refractive index composite structure layer (204) (generally a near-field region or an evanescent region). (Refer to Figure 1 for details).
  • the refractive index composite structure layer (204) has a refractive index composite structure having a structural unit on the order of a wavelength or less.
  • the refractive index composite structure has an interface between phases having different refractive indexes.
  • Light evanescent light
  • the light of component 1 that cannot produce force is emitted from the phosphor (202) and the refractive index composite structure layer (204). It is possible to enter the refractive index composite structure layer (204) together with the light transmitted through the interface.
  • the refractive index composite structure layer (204) since the refractive index composite structure layer (204) has many interfaces of phases having different refractive indexes in the layer (204), the refractive index composite structure layer (204) itself may exhibit light scattering properties.
  • the light scattered by the refractive index composite structure layer (204) is originally the light emitted from the phosphor (202).
  • the average refractive index of the refractive index composite structure layer (204) is close to 1, scattered light is emitted from the refractive index composite structure layer (204) when entering the glass tube (203). Can be equated with light.
  • the refractive index composite structure layer (204) Since the average refractive index of the refractive index composite structure layer (204) is set lower than the refractive index of the glass tube (203), the refractive index composite structure layer (204) is a condition in which the light emitted by the refractive index composite structure layer (204) is totally reflected at the interface. Does not exist. As a result, almost all the light emitted from the phosphor (202) can be incident on the glass tube (203).
  • the low refractive index layer (204) passes through the high refractive index layer (203) and exits to the air layer having a refractive index of 1, the high refractive index layer (203) forces to the air layer.
  • the critical angle when exiting is the same as the critical angle when exiting directly into the layer (204) force air layer with low refractive index. Therefore, the light incident on the high refractive index layer (203) from the low refractive index layer (204) is emitted from the high refractive index layer (203) to the air layer.
  • the incident angle component light that does not exceed the critical angle cannot be emitted when exiting from the air layer to the air layer, the incident angle component light that can be emitted to the air layer is not possible even if there is a high refractive index layer (203). This is the same as the component light that can be emitted (extracted) from the low refractive index layer (204) to the air layer.
  • the component that attenuates due to the presence of the high refractive index layer (203) is higher than that of the low refractive index layer (204) compared to the case where the low refractive index layer (204) is not provided.
  • the surface reflection component at the interface, the high refractive index layer (203) force, the surface reflection component when emitted to the air layer, and the component that attenuates when transmitted through the high refractive index layer (203). Reduced to one component.
  • the average refractive index of the refractive index composite structure layer in the present invention is typically 1.4 or less, and can be made 1.1 or less if an ideal low refractive index can be achieved. That is, the refractive index is 1.5
  • the fluorescent tube shown in Fig. 12 (b) does not have the refractive index composite structure layer (204) between the glass tube (203) and the phosphor (202). Cannot lead to (203). However, since the fluorescent tube shown in FIG. 12 (b) has the refractive index composite structure layer (204) formed on the outer surface of the glass tube (203), the light of component 2 is also emitted by the glass tube (203) force. Can be made. The details will be described below.
  • the refractive index composite structure layer (204) Since the average refractive index of the refractive index composite structure layer (204) is lower than the refractive index of the glass tube (203) !, the light incident on the refractive index composite structure layer (204) from the glass tube (203) A part of the light is totally reflected at the interface between the glass tube (203) and the refractive index composite structure layer (204). However, the refractive index composite structure layer (204) is near the glass tube-refractive index composite structure layer interface, and the structural unit is below the wavelength in the region where the light of the total reflection component is energetically incident (evanescent region). It has a refractive index composite structure of the order. The refractive index composite structure has an interface between phases having different refractive indexes.
  • the total reflection component Since the light of the total reflection component is guided in a direction with an azimuth angle different from the azimuth angle incident on the interface, the total reflection light decreases and the light that can enter the refractive index composite structure layer (204) increases. Therefore, the light emitted from the refractive index composite structure layer (204) to the air can be identified with the light generated in the refractive index composite structure layer (204).
  • the present invention can also be applied to a CRT or FED in which the energy for exciting and emitting the fluorescent dye is not an ultraviolet ray but an electron beam.
  • CRT and FED visible light is emitted from the fluorescent dye in principle, so that the effect of improving light extraction can be obtained as in the fluorescent tube of this embodiment.
  • FIG. 13 is a diagram schematically showing a cross-sectional structure of a general LED element.
  • the LED has an anode (305) and a force sword (304) as electrodes, an n-channel layer (301) that transports electrons to the anode (305) side, and a hole on the force sword (304) side. It has a P-channel layer (303) to be transported, a light emitting layer (302) interposed between both channel layers (301X303), and a mold resin layer (306) for sealing the entire device.
  • the light emitted from the semiconductor light emitting layer (302) has an n- or P-channel layer (301X303) or electrode layer (304) in the light extraction direction. This layer is guided to reach the mold resin layer (306).
  • each layer forming the LED is formed by injecting a small amount of impurities into a semiconductor compound (for example, Si, Ge, Ga) which is a basic material of the device.
  • a semiconductor compound for example, Si, Ge, Ga
  • the resin layer (306) in contact with the light emitting semiconductor layer is generally formed of a resin having a refractive index of about 1.5, such as epoxy or acrylic, and therefore has a refractive index relative to the semiconductor layer. There is a difference of 0.3 or more. Therefore, in the general LED shown in FIG. 13, all light emitted from a layer having a refractive index of 1.8 or more (typically a refractive index of about 2) to a layer having a refractive index of about 1.5 is formed at the interface. There is a component of light that cannot be reflected (hereinafter also referred to as component 3). In other words, the general LED shown in FIG. 13 cannot avoid light loss at the interface between the semiconductor layer and the mold resin layer.
  • component 3 component of light that cannot be reflected
  • the refractive index of the mold resin layer (306) is about 1.5
  • the refractive index of air is about 1
  • the refractive index of the layer having the refractive index of 1.5 is about 1.
  • component 4 There is a component (hereinafter also referred to as component 4) of light that cannot be incident after being totally reflected at the interface. In other words, in the general LED shown in FIG. 13, it is impossible to avoid the occurrence of light loss at the interface between the mold resin layer and air when the light is finally extracted.
  • FIG. 14 is a diagram schematically showing a cross-sectional structure of the LED of this embodiment.
  • the refractive index composite structure layer (307) is formed on the light exit surface, and in the LED shown in Fig. 14 (b), the refractive index composite structure layer (307) covers the entire element and the mold. Sealed with a resin layer (306). Further, as shown in FIG. 14 (c), instead of the mold resin (306), the refractive index composite structure layer (307) may seal the entire element. Furthermore, in terms of light extraction efficiency, it does not extend to the LEDs in Figs. 14 (a) to 14 (c), but as shown in Fig. 14 (d), a refractive index composite structure layer ( 307) may be formed.
  • the refractive index composite structure layer (307) may be formed so as to cover the mold resin layer (306). Further, the refractive index composite structure layer as shown in FIG. 14 (f) (307) is a blanket of a molded article, the blanket may cover mold resin layer (3 0 6).
  • the ratio of the refractive index composite structure layer (307) to the entire device is different in the LEDs in FIGS. 14 (a) to 14 (c), the basic structure is the light emitting semiconductor layer. Common in that the refractive index composite structure layer (307) contacts. In the LEDs in Figs. 14 (a) and 14 (b), the light transmitted through the refractive index composite structure layer (307) is emitted into the air after passing through the mold resin layer (306). A difference in light transmission efficiency may occur at the interface between the composite structure layer (307) and the mold resin layer (306) and at the interface between the mold resin layer (306) and air. However, according to the LEDs of FIGS.
  • the light of component 3 can be extracted, and the effect of improving the light extraction efficiency can be obtained.
  • the LEDs in Fig. 14 (a) and Fig. 14 (b) This is considered to be effective as a configuration for supplementing the mechanical strength of the composite layer (307).
  • the refractive index composite structure layer (307) whose average refractive index approximates to that of air is in contact with air, so that not only component 3 but also light of component 4 is emitted. Can be extracted, and the effect of further improving the light extraction efficiency can be obtained.
  • a mold resin layer (306) is interposed between the refractive index composite structure layer (307) and the semiconductor layer. Configuration is also conceivable.
  • the LED shown in Fig. 13 there is a component 4 light that cannot be incident because it exceeds the critical angle when it exits to the air layer with a refractive index of about 1.5 (306) force. To do.
  • the refractive index composite structure layer (307) having an average refractive index approximating that of air through the mold resin layer (306). Since the refractive index composite structure layer (307) has a refractive index composite structure, the light emitted from the mold resin layer (3 06) having a refractive index of about 1.5 is not expected to exceed the critical angle. Therefore, the light of component 4 that cannot be incident can be incident on the refractive index composite structure layer (307). In addition, light that has entered the layer of the refractive index composite structure is converted into light having characteristics similar to light scattering in the process of passing through a plurality of interfaces.
  • the loss due to the component 4 exceeding the critical angle at the interface between the mold resin layer (306) and the refractive index composite structure layer (307) cannot be avoided. It can be reduced.
  • the factor that lowers the light extraction is that the loss due to the component 4 exceeding the critical angle is larger than the loss at the interface, so that the refractive index composite structure layer (307) Even if it is not in contact with the air layer, the effects of the present invention can be achieved.
  • the molded product (blanket) as the refractive index composite structure layer (307) can be applied as a retrofit, and in addition to the effect of the LED shown in Fig. 14 (e), the existing LED shown in Fig. 13 has the advantage of improving the light extraction efficiency.
  • the loss when entering the mold resin layer (306) from the light emitting layer and the mold resin layer (306) to the air layer are examined.
  • the incident loss is almost the same.
  • the loss when light is emitted from a layer with a refractive index of about 2 to a layer with a refractive index of about 1.5 and the loss when light is emitted from a layer with a refractive index of about 1.5 to a refractive index of about 1 are Both are about 30% of the emitted light.
  • the effect of extracting the light of component 4 is substantially the same as the effect of extracting the light of component 3. Therefore, even if the light extraction of component 4 is only possible, a sufficient effect can be obtained compared to other methods for improving the light extraction efficiency, so the LEDs in FIGS. 14 (d) to 14 (f) It is valid.
  • FIG. 15 (a) and FIG. 15 (b) are diagrams schematically showing a cross-sectional structure of the organic EL element of the present embodiment.
  • the organic EL element shown in FIG. 15 (a) includes a substrate (401) for holding the element, an anode (405) and a cathode (409) formed on the substrate (401) for driving a pixel, It has a hole transport layer (406) formed on the anode (405), and a light emitting layer (407) sandwiched between the cathode (409) and the hole transport layer (406).
  • the anode (405), the hole transport layer (406), the light emitting layer (407), and the cathode (409) are also collectively referred to as “light emitting element portion”.
  • other layers such as a hole injection layer may be interposed between the hole transport layer (406) and the light emitting layer (407).
  • the organic EL element of Fig. 15 (a) has a sealing material (408) and a seal substrate (410) for sealing the light emitting element portion.
  • a sealing material 408
  • a seal substrate 410) for sealing the light emitting element portion.
  • an inert material such as an inert gas or oil is enclosed in a space sealed by the sealing material (408) and the sealing substrate (410).
  • the organic EL element in Fig. 15 (a) is a bottom emission type that extracts light from the substrate side, and the anode (405) is formed using a transparent electrode material such as ITO, and the cathode (409) is It is formed using a reflective electrode material such as aluminum.
  • the organic EL element of FIG. 15 (a) has a refractive index composite structure layer (403) on the outer surface of the substrate (401). The refractive index of the substrate (401) is refracted. Since the refractive index is higher than the average refractive index of the refractive index composite structure layer (403), there is light incident on the interface between the substrate (401) and the refractive index composite structure layer (403) under the condition of total reflection.
  • the refractive index composite structure layer (403) has a refractive index composite structure having a size less than or equal to the wavelength of light (for example, not less than lnm and not more than lOOnm), the energy of the totally reflected light should be extracted as evanescent light. Can do. Further, since the average refractive index of the refractive index composite structure layer (403) approximates the refractive index of air, the interface between the refractive index composite structure layer (403) and air (that is, outside the refractive index composite structure layer (403)). There are few light components totally reflected on the side. Therefore, the loss of light is reduced and the amount of light extracted is increased.
  • Another refractive index composite structure layer may be interposed between the anode (405) and the substrate (401).
  • the total reflected light component can be reduced by the difference in refractive index between the anode (405) and the substrate (401), and the amount of extracted light can be further increased.
  • the organic EL element in Fig. 15 (b) is a top emission type that takes out light even on the opposite side of the substrate.
  • the anode (415) is formed using a reflective electrode material such as aluminum, and is negatively connected. It differs from the organic EL device in Fig. 15 (a) in that the pole (419) is formed using a transparent electrode material such as ITO. Further, the organic EL element of FIG. 15 (b) is different from the organic EL element of FIG. 15 (a) in that it has a refractive index composite structure layer (403) that covers the light emitting element portion in a sealed space.
  • the organic EL element of Fig. 15 (a) there is a component of light that is totally reflected due to the difference in refractive index at the interface between the light emitting element part and the inert material.
  • the organic EL element of FIG. 15 (b) has the refractive index composite structure layer (403) that covers the light emitting element part in the sealed space, so that the light emission from the light emitting element part can be efficiently converted into an inert material. Can lead.
  • the space sealed by the sealing material (408) and the sealing substrate (410) may be filled with the refractive index composite structure layer (403). Further, another refractive index composite structure layer may be formed on the outer surface of the sealing substrate (410). Thereby, the component of light totally reflected at the interface between the seal substrate (410) and the air can be reduced.
  • the organic EL element of the present embodiment is a passive matrix display having a plurality of picture elements arranged in a matrix.
  • a picture element is defined by an anode (405) provided in a stripe shape and a cathode (409) provided so as to intersect the anode (405) intersect each other.
  • the element of the present invention can also be applied to the active matrix method, and the anode (4 05)
  • the cathode (409) may be driven by being connected to the switch element.
  • switch elements include 3-terminal elements such as TFT (thin film transistor) and 2-terminal elements such as MIM (MetaHnsulator-Metal).
  • the power described for the organic EL device is applicable to the inorganic EL device.
  • the organic EL element and the inorganic EL element are different in the structure and the detailed principle of the light emitting element part, and there is no great difference in the structure for extracting light.Therefore, by applying the present invention to an inorganic EL element, this embodiment The same effect as an organic EL element can be obtained.
  • FIGS. 16 (a), (b) and (c) are diagrams schematically showing a cross-sectional structure of the PDP element of the present embodiment.
  • the PDP elements in Fig. 16 (a), (b) and (c) are composed of a substrate (501) for holding the element, a counter substrate (506) disposed opposite the substrate (501), and both substrates.
  • a partition wall (generally called a rib) (504) that divides the space between (501X506) into a plurality of cells (504), and a pair of electrodes (502) for generating discharge in the air in the cell, It has a space (503) filled with an inert gas to generate plasma by discharge, and a fluorescent material layer (505RX 505GX505B) of three colors of red, green, and blue.
  • visible light of each color is generated by irradiating the fluorescent material layers (505R) (505G) (505B) of each color with ultraviolet rays generated by plasma discharge. Display is performed when visible light passes through the counter substrate (506).
  • the ultraviolet rays generated by the plasma discharge pass through the refractive index composite structure layer (507) and irradiate the fluorescent material layers (505R), 505G, and 505B of the respective colors.
  • the material of the substrate (501X506) is typically glass.
  • the PDP element in FIG. 16 (a) has a refractive index composite structure layer (507) formed on the outer surface of the counter substrate (506). Since the refractive index of the counter substrate (506) is higher than the average refractive index of the refractive index composite structure layer (507), the light is incident on the interface between the counter substrate (506) and the refractive index composite structure layer (507) under the condition of total reflection. There is light to do. However, since the refractive index composite structure layer (507) has a refractive index composite structure having a size not larger than the wavelength of light (for example, not less than lnm and not more than lOOnm), The energy of the totally reflected light can be extracted as evanescent light.
  • the average refractive index of the refractive index composite structure layer (507) approximates that of air
  • the interface between the refractive index composite structure layer (507) and air that is, the refractive index composite structure layer (507)
  • the refractive index composite structure layer (507) There are few light components totally reflected on the outer surface. Therefore, the loss of light is eliminated and the amount of extracted light increases.
  • the PDP element in FIG. 16 (b) has a refractive index composite structure layer (507) formed between the fluorescent material layers (505R) (505G) (505B) and the counter substrate (506). Since the refractive index of the commonly used fluorescent material layer (505 R) (505G) (505B) is higher than the refractive index of the glass used for the normal counter substrate (506), the PDP element in Fig. 16 (a) At the interface between the fluorescent material layers (505R) (505G) (505B) and the counter substrate (506), there is a component of light that is totally reflected. However, the PDP element in FIG.
  • the 16 (b) has the refractive index composite structure layer (507) between the fluorescent material layers (505R) (505G) (505B) and the counter substrate (506). Light can be extracted in the evanescent region, and light generated in the fluorescent material layers (505R) (505G) (505B) is efficiently guided to the counter substrate (506).
  • the refractive index composite structure layer (507) and the counter substrate (506) Of the incident light, an incident angle component that can be emitted to the air via the refractive index composite structure layer (507) and the counter substrate (506) can be extracted. Therefore, the loss of light that occurs when the high refractive index layer force is emitted is reduced, and the amount of extracted light is increased. Note that it is preferable that another refractive index composite layer is formed on the outer surface of the counter substrate (506) as in the PDP element of FIG. 16 (a).
  • the PDP element in FIG. 16 (c) has a fluorescent material layer (505R) (505G) (505B) on a substrate (501) and a refractive index composite structure layer (507) on the surface thereof.
  • the ultraviolet rays emitted from the plasma shield generated between the pair of electrodes (502) pass through the refractive index composite structure layer (507) and reach the fluorescent material layers (505R) (505G) (505B).
  • the refractive index of the refractive index composite structure layer (507) is a value between the refractive index 1 of the space near the vacuum (503) and the refractive index of the fluorescent material layers (505R) (505G) (505B).
  • the refractive index composite structure layer (507) itself is thin, the transmission loss can be ignored. Therefore, the plasma sky It is considered that the light loss is small with respect to the UV light that reaches the fluorescent material layers (505R), (505G), and (505B) from between (503).
  • the emission efficiency of the light component that can be emitted directly into the space (503) near the vacuum out of the light emitted by the UV light reaching the fluorescent material layer (505R) (505G) (505B) is Since the refractive index of the fluorescent material itself is higher than 1 (1.5 or more for general fluorescent materials), it is equal to the efficiency of emitting light from a refractive index of 1.5 to a refractive index of 1. Therefore, in simple calculations, about 70% of the light emitted from the fluorescence cannot be extracted.
  • the refractive index composite structure layer (507) in contact with the fluorescent material layers (505R), (505G), and (505B), the light emitted from the fluorescent material layer is extracted in the evanescent region, and apparently Thus, a state equivalent to light emission from the layer having the average refractive index of the refractive index composite structure layer (507) is created.
  • This state force The light that can be emitted to the vacuum layer (503) has the same efficiency as that emitted from the average refractive index of the refractive index composite structure layer (507) to the layer of refractive index 1.
  • the light emitted to the vacuum layer (503) is transmitted as display light through the counter substrate (506) and the electrode (502) formed on the surface thereof. At the time of this light transmission, it receives reflection loss and transmission attenuation at the surface when entering each layer, but since there is no incident condition exceeding the critical angle that produces the maximum light loss, the amount of extracted light increases. . It is preferable that another refractive index composite layer is formed on the outer surface of the counter substrate (506) as in the PDP element of FIG. 16 (a).
  • FIG. 17 is a diagram schematically showing the device structure of Examples 1 to 8 and Comparative Example 1.
  • FIG. 17 (a) shows the device structure of Examples 1 to 4, and
  • FIG. 17 (b) shows Example 5.
  • the device structure of ⁇ 8, Fig. 17 (c) shows the device structure of Comparative Example 1, respectively.
  • the dispersion after filtration was transferred to a solution tank for an airbrush and sprayed toward a glass substrate (# 1736, non-alkali glass, manufactured by Coung, Inc.) (601) with an airbrush.
  • a glass substrate # 1736, non-alkali glass, manufactured by Coung, Inc.
  • IPA as the particle dispersion medium I went under the conditions of vaporization.
  • the dispersion was sprayed for about 50 seconds with sufficient space so that the spray droplets with airbrushing force did not hit the glass substrate (601) in a state containing IPA.
  • a structure film as a refractive index composite structure layer (603) was formed on the glass substrate (601).
  • the glass substrate (601) After cooling the glass substrate (601) to room temperature, 50 nm of gold is vacuum-deposited on the surface of the refractive index composite structure layer (603) side of the substrate (601) to form a protective film as a dense film capable of transmitting light (605) was formed.
  • the protective film (605) also functions as an electrode.
  • a toluene solution of a light emitting material for organic EL (fluorescent material 1) was applied in an air atmosphere by a spin coater (initial rotation at 500 rpm for 5 seconds, main rotation at 1500 rpm for 15 seconds).
  • the glass substrate (601) was baked on a 100 ° C. hot plate for about 30 minutes to form a light emitting layer (602).
  • the light emission layer (602) on the glass substrate (601) is irradiated with UV light from a UV light (Photocure200, manufactured by Hamamatsu Photonics Co., Ltd.), and the luminance of the fluorescence generated by UV light excitation is measured from the glass substrate (601) side. It was measured.
  • FIG. 18 is a diagram showing a configuration used to measure the amount of extracted light.
  • the UV light (110) also draws UV light through the fiber (111), with the power of the metal halide lamp light source.
  • the UV light reaches the light emitting layer (602) on the substrate (601) through the lens (112).
  • the diameter of the irradiated surface was set to about lcm by adjusting the positional relationship of the fiber (111), lens (112), and sample.
  • the distance from the light source to the sample was fixed, and the current value of the light source was adjusted to be constant. Fluorescence is also generated by the light emitting layer (602) force by UV light irradiation.
  • a luminance meter (113) placed on the beam axis, the normal (front) direction of the substrate surface (on the UV irradiation optical axis) and the direction inclined 45 ° from the normal (45 ° direction) The fluorescence brightness of was measured.
  • the luminance meter (113) is a Minolta luminance meter. (LS-100) was used, close-up lens No. 110 was used, and the measurement distance was set to 220 mm. The measurement results are summarized in Table 1.
  • the refractive index of the manufactured refractive index composite structure layer (603) was measured using an Abbe refractometer (NAR-2T'LO, manufactured by Atago Co., Ltd.). The sample before the formation of the electrode (605) was used as a measurement sample. Prior to the measurement, it was confirmed that the film thickness was 200 nm or more. Specifically, a part of the film is shaved with a knife, and the height of the top part of the structural film, such as the glass surface underneath, is checked using a step gauge P-ll (manufactured by KLA-Ten CO r). did.
  • NAR-2T'LO Abbe refractometer
  • the refractive index composite structure layer (603) was contacted with the prism surface of the refractometer without matching oil, a 50 g weight was placed from above, and the measurement was performed with the prism surface closely attached.
  • the results are shown in Table 2 as “Structural Refractive Index”.
  • the refractive index of the fine particle material itself was confirmed. Specifically, lg succinic fine particles were dispersed in 50 ml of toluene and dissolved in an open container by stirring at room temperature for 15 hours. Stirring was stopped and after about 5 minutes, the supernatant was collected with a glass dropper. A few drops of the supernatant were directly dropped onto a glass substrate heated to 50 ° C, and toluene was removed by heating to form a film. The refractive index of the formed film was measured by the same method as the structure film. The results are also shown in Table 2 as “Structural film material refractive index”.
  • FIG. 19 is an explanatory diagram of a coating method according to this example. Without referring to FIG. 19, the process of spraying the particulate material to form the structure film will be described.
  • the fine particle dispersion is sprayed from an airbrush (701).
  • the substrate (601) for forming the refractive index composite structure is placed on the hot plate (702) with the surface on which the refractive index composite structure is formed facing up.
  • the substrate (601) is placed in the area (706) where the mist-like liquid force sprayed from the airbrush (701) is avoided, avoiding the area (705) where the droplets ejected from the airbrush (701) are directly applied. Since the sprayed liquid contains fine particles of 1 ⁇ m or less, from the viewpoint of particle diffusion, a screen (704) is provided to prevent mist-like liquid from scattering.
  • the airbrush (701) can generate fine particles. Disperse the droplets of the contained chemical solution in the form of a mist. Vaporization of the solvent (IPA) used as a dispersion medium for fine particles progressed by letting the mist flow in a turbulent flow and then let it settle. Accordingly, particles dispersed in the liquid can mainly settle and deposit on the surface of the substrate (601) forming the refractive index composite structure. Further, since the substrate (601) is heated on the hot plate (702), even if a small amount of dispersion medium adheres to the substrate (601), it can be vaporized in a short time.
  • IPA solvent
  • the filtered dispersion is transferred to an airbrush solution tank and a glass substrate (# 1736, non-alkali glass, manufactured by Corning Co., Ltd.) using an airbrush (701) (601) Sprayed towards.
  • the glass substrate (601) was placed on the hot plate (702), and the substrate temperature was raised to 150 ° C or higher.
  • the spray direction of the air brush (701) is set so that the liquid containing the dispersion medium does not directly hit the entire surface of the substrate as shown in FIG.
  • the spraying time for one time was set to about 0.5 seconds (one click of the nozzle of the airbrush (701)).
  • the process of spraying again after waiting for the mist liquid to disappear and the glass substrate (601) to dry was repeated 100 times.
  • Example 2 In the same manner as in Example 1, the luminance in the front direction and 45 ° direction was measured, and the measurement results are summarized in Table 1. Further, in the same manner as in Example 1, the structure refractive index and the structure film material refractive index were measured, and the measurement results are summarized in Table 2.
  • a block copolymer of polystyrene (molecular weight 65000) and polymetatalylate (molecular weight 13200) was synthesized by a living-on polymerization method.
  • the molecular weight distribution values using (weight average molecular weight (Mw) Z number average molecular weight (Mn)) is 1.04 block copolymers of were prepared 5 wt 0/0 solution of propylene glycol monomethyl chill ether acetate. This solution was spin-coated on a glass substrate (601) (initial rotation 500 rpm for 5 seconds, main rotation 2000 rpm for 20 seconds).
  • the inside of the glass substrate was purged with nitrogen, and the glass substrate (601) was stored at 210 for 4 hours and then at 135 ° C for 40 hours (self-organization by thermal annealing). After the heat-treated glass substrate is allowed to cool to room temperature, RIE (reactive ion gel) using CF gas is used.
  • a refractive index composite structure layer (603) was formed by etching for 20 seconds at a gas pressure of O.lTorr, a gas supply amount of 30 sccm, and an output of 100 W using a tapping device. [0190] After etching by RIE, gold was vacuum-deposited on the surface of the substrate (601) on the refractive index composite structure layer (603) side by 50 nm to form a light-transmissive protective film (605).
  • a toluene solution of a light emitting material for organic EL (fluorescent material 1) was applied in an air atmosphere by a spin coater (initial rotation at 500 rpm for 5 seconds, main rotation at 1500 rpm for 15 seconds).
  • the glass substrate (601) was baked on a 100 ° C. hot plate for about 30 minutes to form a light emitting layer (602).
  • Example 2 In the same manner as in Example 1, the luminance in the front direction and 45 ° direction was measured, and the measurement results are summarized in Table 1. Further, in the same manner as in Example 1, the structure refractive index and the structure film material refractive index were measured, and the measurement results are summarized in Table 2.
  • the structural film material refractive index was measured according to the following procedure. A few drops of a 5 wt% solution of propylene glycol monomethyl etherate prepared in this example were directly dropped onto a glass substrate heated to 50 ° C, and the solvent was removed by heating to form a film. The formed film has a refractive index of 7 in the same way as the structure film.
  • a nanobubble generating head (SPG structure, commercially available as SP Finger spray) with a symflex tube connected to porous glass is placed in a two-necked flask and contains a photo-curing resin (containing a fluorine-substituted monomer). Radical polymerization type acrylic resin was poured until the porous glass head was used. Nitrogen gas (3Kgf / cm 2 ) was allowed to flow for 30 minutes through the nanobubble generation head while stirring with a mecha-carstara.
  • SPG structure commercially available as SP Finger spray
  • the turbid photocurable resin was sucked up with a syringe and spin-coated on a glass substrate (601) (initial rotation at 250 rpm for 5 seconds, main rotation at 800 rpm for 20 seconds).
  • UV irradiation was performed for 5 seconds with a high-pressure mercury lamp (SPOTCURE SP-III, manufactured by Usio Electric Co., Ltd.), the resin film was cured, and a refractive index composite structure layer (603) was formed.
  • Ar laser light was transmitted through the refractive index composite structure layer (603) on the glass substrate (601) in the normal direction of the substrate (601) surface.
  • Gold was vacuum-deposited on the surface of the substrate (601) on the refractive index composite structure layer (603) side by 50 nm to form a light-transmitting protective film (605).
  • a toluene solution of a light emitting material for organic EL (fluorescent material 1) was applied in an atmospheric atmosphere with a spin coater (initial rotation 500 rpm for 5 seconds, main rotation 1500 rpm for 15 seconds).
  • a spin coater initial rotation 500 rpm for 5 seconds, main rotation 1500 rpm for 15 seconds.
  • Example 2 In the same manner as in Example 1, the luminance in the front direction and 45 ° direction was measured, and the measurement results are summarized in Table 1. Further, in the same manner as in Example 1, the structure refractive index and the structure film material refractive index were measured, and the measurement results are summarized in Table 2.
  • the structural film material refractive index was measured according to the following procedure. A few drops of the photocurable resin prepared in this example (radical polymerization type acrylic resin containing fluorine-substituted monomer) were directly dropped onto the glass substrate. While sandwiched between different slide glass substrates, UV irradiation was performed for 5 seconds with a high-pressure mercury lamp (SPOTCURE SP-III, manufactured by Usio Electric) to cure the resin film. The slide glass substrate was peeled off, and the refractive index of the film remaining in close contact with the glass substrate was measured by the same procedure as that for the structural film.
  • SPOTCURE SP-III high-pressure mercury lamp
  • a toluene solution of a light-emitting material for organic EL (fluorescent material 1) was applied to a glass substrate (Corning, # 1736, non-alkali glass) (601) using a spin coater in the atmosphere (initial rotation at 500 rpm). 5 seconds, 15 seconds at 1500rpm main rotation).
  • the glass substrate (601) was baked on a 200 ° C. hot plate for about 30 minutes to form a light emitting layer (602).
  • the filtered dispersion is transferred to the airbrush solution tank, and the airbrush is directed to the opposite side of the light-emitting layer (602) of the glass substrate (Counging Co., # 1736, non-alkali glass) (601) And sprayed.
  • the airbrush is directed to the opposite side of the light-emitting layer (602) of the glass substrate (Counging Co., # 1736, non-alkali glass) (601) And sprayed.
  • spraying place the glass substrate (601) on the hot plate with a 0.1-mm aluminum plate so that the light-emitting layer (602) does not touch the hot plate directly.
  • An organic EL device was manufactured through the same process as in Example 5 except that the structure film was formed by spraying the fine particle material.
  • the process of spraying the particulate material to form the structure film is as follows.
  • the filtered dispersion was transferred to an airbrush solution tank and sprayed onto an airbrush (701) toward a glass substrate (Corning Co., Ltd., # 1736, non-alkali glass) (601).
  • the glass substrate (601) was placed on a hot plate and the substrate temperature was increased to 150 or higher.
  • the spray direction of the airbrush (701) is such that the liquid containing the dispersion medium does not directly hit the entire surface of the substrate as shown in FIG.
  • the spraying time for each spray was set to about 0.5 seconds (one click of the airbrush (701) nozzle). When the mist liquid disappeared and the glass substrate (601) waited for it to dry and then sprayed again, the drought process was repeated 100 times.
  • a refractive index composite structure layer (603) was formed on a glass substrate (601).
  • double-sided tape with a thickness of about 100 / zm was attached to the four corners of the surface of the substrate (601) on the refractive index composite structure layer (603) side.
  • a protective substrate another glass substrate (hereinafter referred to as a protective substrate) of the same size as the glass substrate (601) was bonded and fixed.
  • a toluene solution of the organic EL light-emitting material (fluorescent material 1) was applied in an air atmosphere by a spin coater (initial rotation). (5 seconds at 500rpm, 15 seconds at 1500rpm main rotation).
  • the light emitting layer (602) was formed by baking the glass substrate (601) at 100 on a hot plate for about 60 minutes.
  • the light emitting layer (602) on the glass substrate (601) was irradiated with 325 nm UV light from a UV light (Hamamatsu Phototus Co., Photocure200) in the same manner as in Example 1.
  • the brightness of the fluorescence generated by UV light excitation was also measured on the side of the refractive index composite structure layer (603) of the glass substrate (601).
  • the results of measuring the luminance in the front direction and 45 ° direction are summarized in Table 1.
  • a refractive index composite structure layer (603) was formed on a glass substrate (601).
  • the light emitting layer (602) was formed on the opposite side of the refractive index composite structure layer (603) of the glass substrate (601).
  • Gold was vacuum-deposited on the surface of a glass substrate (manufactured by Corning, # 1736, non-alkali glass) (601) to form a light-transmitting protective film (605).
  • a toluene solution of a light emitting material for organic EL (fluorescent material 1) was applied in an air atmosphere by a spin coater (initial rotation at 500 rpm for 5 seconds, main rotation at 1500 rpm for 15 seconds).
  • the glass substrate (601) was baked on a 200 ° C. hot plate for about 30 minutes to form a light emitting layer (602).
  • the luminance in the front direction and 45 ° direction was measured in the same manner as in Example 1, and the measurement results are summarized in Table 1.
  • FIG. 20 (a) shows the organic EL device of Comparative Example 2
  • FIG. 20 (b) shows the organic EL device of Example 9.
  • the substrate (601) After allowing the substrate (601) to cool, move it into a glove box with a dew point of 40 ° C, and spin coat fluorescent material 1 (lOmgZ 10 ml toluene solution) in the glove box (at an initial rotation of 500 rpm).
  • the glass substrate (601) was baked on a 200 ° C. hot plate for about 15 minutes to form a light emitting layer (602).
  • the glass substrate (601) was moved to an airtight container, the glove box force was taken out, and moved to the glove box attached to the vapor deposition apparatus. After the movement, the substrate (601) was taken out from the container inside this glove box and transferred to the film forming tray of the vapor deposition machine.
  • the substrate (601) was taken out from the container inside this glove box and transferred to the film forming tray of the vapor deposition machine.
  • True in vapor deposition equipment About 50 Ca film was deposited as an electron transport layer (611) by blank film formation, and then a 500 nm A1 film was continuously formed as a cathode (609). As a result, an element substrate in which one organic EL element portion has a unit area of 2 mm square was formed.
  • the substrate (601) on which the cathode film was formed was returned to the hermetic container in the glove box attached to the vapor deposition apparatus, and then returned to the glove box with a dew point of 40 ° C, and was taken out from the hermetic container.
  • the light emitting element portion of the substrate (601) taken out was sealed with a sealing material (608) and a seal substrate (610) so that the light emitting element portion did not touch the moisture-containing air.
  • the seal substrate (610) is sized to cover the light emitting element portion, and is a cup glass in which an area other than the seal attachment portion is dug by sandblasting.
  • the sealing material (608) is a photo-curing resin for bonding, and was cured by UV exposure of 6000 mjZcm 2 after bonding.
  • the element was energized using a constant current power source. Energization was performed with all current values applied to each organic EL element section fixed at 0.1 mA. The luminance in the front direction and 45 ° direction was measured in the same manner as in Example 1, and the measurement results are summarized in Table 1.
  • a refractive index composite structure layer (603) was formed on the surface on the light emission extraction side in the same manner as in Example 2.
  • the temperature of the substrate (601) on the hot plate was set to 80 ° C. or higher, and the dispersion was sprayed in the configuration shown in FIG. Specifically, the spray droplet force from the airbrush S Adjust the spray direction and distance so that it does not hit the glass substrate (601) in a state containing isopropyl alcohol, and the spray time for about 1 second ( Air brush nozzle long-click click 1). After that, the process of waiting until the sprayed mist disappeared and spraying again was repeated 50 times.
  • the power described in the examples for the organic EL device can also be applied to other devices.
  • the target refractive index composite structure is formed for each element to be applied.
  • the phase of the high refractive index and low refractive index and the setting of materials and process conditions are appropriately selected, and the step of forming the refractive index composite structure is added to the existing device manufacturing process, and the inside of the light emitting element or By forming the refractive index composite structure outside the device, the light extraction efficiency can be improved as in the organic EL device shown in the embodiment.
  • the present invention can be applied to many self-luminous elements, and any self-luminous element can improve the light extraction efficiency.
  • Self-luminous elements are currently used as light emitters, light sources, and display elements. Specifically, fluorescent tubes, fluorescent display tubes, CRT, FED, PDP, light emitting diodes such as white and blue LEDs, and organic EL devices. V, a backlight that can be used for inorganic EL elements, liquid crystal display devices, and the like.

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Abstract

　発光素子は、光を発する発光層(102) と、発光層(102) から出射された光の光路上に配置された屈折率複合構造層(103) とを有する。屈折率複合構造層(103) は下記（１）～（４）の特性を有する構造体を含む。（１）内部構造が屈折率の異なる２種類以上の相からなり、（２）前記２種類以上の相のうち少なくとも１つの相は、１nm以上、かつ可視波長光域の波長の４分の１以下の大きさの構造単位から構成され、（３）平均屈折率が１よりも高く、発光体と屈折率複合構造層(103) との間に存在する複数の層のうちガス相を含む層以外の層の屈折率よりも低く、（４）厚さ方向の内部構造は、屈折率複合構造層(103) に接する他層との界面からエネルギ的に光が入射可能な近接場領域内において、前記２種類以上の相が接する界面を複数有する。

Description

明 細 書
光機能性膜およびその製造方法
技術分野
[0001] 本発明は光機能性膜およびその製造方法に関する。本発明の光機能性膜は光を 発する発光素子と組み合せて取り扱われる。
背景技術
[0002] 従来、フラットパネルディスプレイとしては、光源と組み合せて透過率変調を行う液 晶ディスプレイが主流であった。しかし、液晶自体の応答速度の問題により、動画表 示用途のディスプレイとしては、性能的に制約があった。一方、液晶ディスプレイと性 能面や価格面で競合させるベぐ様々な自発光型ディスプレイが開発されている。液 晶ディスプレイと競合できる性能や価格のディスプレイとして現状で注目されて 、るの 1S 有機 EL (Electro Luminescence；電界発光）ディスプレイである。
[0003] 有機 ELディスプレイは、 1層ないし多層の有機エレクト口ルミネッセンス材料層が 2 つの電極に挟持された有機 EL発光素子構造を有する表示素子である。この表示素 子では、表示画像を構成する 1つの表示単位毎に、言い換えれば画素毎に、それぞ れ独立して有機 EL発光素子構造が基板面上にマトリクス状に形成されている。
[0004] この素子は、その駆動方法から、アクティブ方式とパッシブ方式とに分類される。ァ クティブ方式の素子は、 1つの絵素ごとに 2端子あるいは 3端子構造のアクティブ素子 を有する。パッシブ方式の素子は、互いに交差する縦方向の電極と横方向の電極に より、発光に必要な個々の画素が駆動し、近年の携帯電話にサブディスプレイとして 搭載されている。
[0005] 有機 ELディスプレイは、光の取出し方の違いから、基板側から光を取り出すボトム ェミッション型構造と、基板の反対側から光を取り出すトップェミッション型構造とに分 類される。ボトムェミッション型構造は、 2つの電極のうちの少なくとも基板側の電極が 透明電極であり、他方の電極が光反射性であるか、あるいはその電極の外側に光反 射層が形成された構造を有する。これに対して、トップェミッション型構造は、透明電 極と光反射層の位置が逆転しており、基板側に反射層が形成された構造を有する。 [0006] 通常、発光層中の蛍光体力も放射された光は、蛍光体を中心として全方位に出射 されるので、表示面の反対側に出射された光は、その光路上に設けられた反射板（ 典型的には反射電極）により鏡面反転させて、全方位に出射された光を表示面の方 向に取り出せるようにしている。その過程で、光は、陰極、正孔輸送層、電子輸送層、 陽極、ブロッキング層、ガラス基板などの複数の異なった機能を有する層（以下、「媒 質」ともいう。）を経由して空気中へ放射される。
[0007] ここで、異なる媒質の境界面における、光の屈折角と媒質の屈折率との関係は、ス ネルの法則に従う。スネルの法則によると、屈折率 nlの媒質から屈折率 n2の媒質へ 光が進行する場合、入射角 θ 1と屈折角 Θ 2の間に、 nl X sin Θ l =n2 X sin θ 2な る関係が成り立つ。 nl >n2力 S成り立つ場合、 Θ 2 = 90。 となる入射角 Θ l = sin_1 (n 2Znl)は臨界角としてよく知られている。入射角が臨界角よりも大きい場合、光は媒 質間の境界面において全反射されることとなる。
[0008] したがって、等方的に光が放射される有機 EL素子において、この臨界角よりも大き な角度で界面に入射する光は、境界面において全反射し、隣接する層に光が入射 できなくなる。隣接する層に入射できない光は、その層内で全反射を繰り返し、閉じ 込められた状態になる。
[0009] このことは、発光層で放射される光のうち、素子内部の複数の層を透過する過程で 素子外部へ出射されずに閉じ込められる光が存在し、見かけ上の発光効率の低下 原因となることを意味する。一般に、有機 EL素子の発光層で得られる放射光は、大 部分が全反射によって素子内部に閉じ込められ、有効な放射光として利用されるの は、全体の 17%力 20%程度であることが知られている [Advanced Material 6(1994) 491等を参照〕。
[0010] このように、光を発する層から隣接する層へ臨界角以上の角度で入射する光が存 在し、光として取り出せない成分が存在する素子は、発光体、光源、表示素子として 現在使われている自発光素子のほとんどすべてが該当する。例えば、近紫外光や紫 外光により蛍光色素を励起発光させ、ガラスを透過して光が出射する蛍光管、電子 線により蛍光色素を励起発光させ、ガラスを透過して光が出射する CRT (陰極線管） 、微小なサイトからの電子線により蛍光色素を励起発光させ、ガラスを透過して光が 出射する FED (電界放出表示装置）、プラズマ励起により発生する紫外線で蛍光色 素を励起発光させ、ガラスを透過して光が出射する PDP (プラズマ表示パネル)、有 機材料内での正孔と電子の会合により材料を励起発光させ、電極やガラス等を透過 して光が出射する有機 EL素子、無機材料内での正孔と電子との会合により材料を励 起発光させ、電極やガラス等を透過して光が出射する無機 EL素子、半導体材料内 での P— N接合面での正孔 電子の会合により励起発光させ、榭脂層を透過して光 が出射する LED (発光ダイオード）、特に近紫外での LED発光で蛍光色素を励起発 光させ、榭脂を透過して光が出射する白色や青色 LEDが挙げられる。
[0011] 自発光素子において、発光部位での光へのエネルギ変換は、その発光原理、材料 、素子構成等によりそもそも制約が存在する。例えば、蛍光体を使って非可視光のェ ネルギを可視光に変換する方式においては、蛍光色素での光へのエネルギ効率に 限界があり、ある単位面積に配することができる色素の量は限界があり、また励起工 ネルギが到達可能な厚さにも制約がある。そのため、単位面積から取り出せる光の量 は、色素が固定である限り、蛍光色素の密度、厚さを変数としてある値で極大値を持 つ特性になる。
[0012] また、有機 EL素子では、素子の構成や使用する有機材料、電極構成等に起因す る様々な制約があり、電界発光の量子効率には限界がある。現状の有機 EL素子で は、発光層での輝度を高めるために、有機 EL層に流入させる電流の密度を大きくす る必要がある。しかし、電流密度を大きくすると、有機 EL層の劣化が早まり、輝度が 経時的に急激に低下する。したがって、表示の明るさ優先すると素子の寿命が短くな るという問題があり、実際に電流密度を上げて輝度を上げることができない。
[0013] さらに、実際の自発光素子においては、光を発する層から放射されたすベての光を 利用できていないのも現実である。これは、屈折率が 1以上の媒体から光が発生し、 屈折率が高い層から低い層へと光が入射する場合に、ある角度以上の入射光成分 は、臨界角を超えるので、界面で全反射され、界面を透過し、隣接する層に入射でき な！ヽと 、う現象があるからである。
[0014] 有機 ELを一例として説明すると、発光層、透明電極層、素子基板といった素子を 構成する個々の層の屈折率がいずれも 1. 5以上と高いので、発光層内部で発生し、 空間的に全方位に放射される光が、素子を構成する層の様々な界面のうち屈折率に
0. 1以上の差がある界面 (特に、駆動用電極と素子基板との界面や素子基板と空気 との界面)で全反射され、導波成分として取り出すことができない。この現象は、発光 する部位の屈折率が 1. 5以上の層である無機 ELや半導体デバイス、あるいは基板 上に形成され、屈折率が 1以上の蛍光色素等を用いて、素子内部で発生する近紫 外光や紫外光を可視光に変換する素子においても、同様に発生する。発光層の屈 折率を nE、光を取り出す雰囲気の屈折率を nA (通常は空気であり、屈折率は約 1 である）とすると、光の利用効率の概算は〔Arcsin (nA /nE ) /90] '2で表される。し たがって、液体や固体から光が発する限り、光量効率が 32% (屈折率 1.3の水から 空気への取出し効率の概算値)を超えることは困難である。
[0015] これまでにも、 LEDや有機 EL素子などの自発光素子において、光に変換されたェ ネルギを効率的に利用するために様々な提言がなされている。特に、材料や電極構 造に起因する発光効率の制約下で、素子特性や寿命を高めるために、光取出し効 率を向上させた様々な素子構造が提案されている。例えば、散乱層を発光層に隣接 して設ける素子構造が提案されている。一般に散乱層と呼ばれる構造は、ある屈折 率を持つ透明な媒体中にサブミクロン（約 0. 5 m)な!、しミクロン（約 100 μ m)の粒 子を分散させた構造を指し、散乱性を発現させるためには、分散させた粒子径以上 の膜厚を必要とする。
[0016] 現在の高解像度ディスプレイにおいては、その画素間の抜け部は 10 m近傍と小 さぐ散乱層が厚くなると画素境界のボャケ、表示のにじみやボケにつながる。また、 散乱体として分散させる微粒子自体も完全な反射体ではな!、ので、光がこのような散 乱体を透過する過程では、光の散乱と同じく光の吸収による減衰も発生する。このよ うに、散乱体を用いた従来の素子においては、光取出し効率の向上と素子内部での 光のロスとが相容れない要素として存在し、劇的な取出し効率の改善にはつながらな い。
[0017] 発光層に近い位置に低屈折率の層を配置する構成として、例えば空気層を設ける 素子も提案されている（特許文献 1を参照)。この構造においては、界面が仮に完全 な平面であれば、発光層から出射した光が空気層に出射する過程で全反射が生じる ので、取出し効率は向上しない。具体的には、特許文献 1では、基板上に形成され た犠牲層をエッチングすることにより空気層を形成しているので、発光層 Z空気層界 面が完全な平面でなくランダムな凹凸を持つ。これにより光の一部が導波する過程で 臨界角以下になる条件が生じ、導波光として空気層に取り出される。したがって、特 許文献 1の有機 EL素子では、常に臨界角の制約以上の光を取り出している訳では なぐ取り出し効率を局所的に向上させて!/、るに過ぎな!/、。
[0018] シリカエア口ゲル層により取出し効率を向上させる構造も提案されている（特許文献 2を参照)。しかし、シリカエア口ゲルの構造は明確でなぐ一般には、波長以下の網 目状の多孔体シリカゲル膜のシリカゲルがシリカに変化した結果、ナノオーダの網目 の間隔がそのままの状態で、網目を構成するフレーム部の体積が減少した結果、空 孔径が大きくなるものと考えられる。このような高い空孔率の膜は、光学的に低屈折 率を実現するアプローチの 1つとして有効である力 （1)元のシリカゲルの網目構造 を制御するのが困難である、（2)シリカゲルをシリカへと変化させるための高いプロセ ス温度が必要である、（3)空孔率が高いので以降の成膜やパターンィ匕に制約が多い 、（4)機械的な強度が低 、と 、つたプロセス的な課題や構造体自体の課題が多!、。 また、エア口ゲル層を有するものの光取出し効率が高 、と 、う報告がなされて 、るが
、積極的に効率を向上させるための制御や改善手段が不明であり、あくまでシリカェ ァロゲルという特殊な構造体において発現する効果によって光取出し効率が向上さ れているので、適用可能なデバイスは限定される。
[0019] 特許文献 3には、所定の配列を有する微小球から構成された光学部材を含む発光 装置が開示されている。この発光装置によれば、光学部材がフォトニックバンドギヤッ プまたは不完全フォトニックバンドを形成するように、微小球を規則的に配列させるこ とにより、発光効率を向上させることができる。しかし、この発光装置により得られる発 光は指向性が高ぐ基板面の法線方向では高い輝度が得られるものの、法線方向か ら僅かにずれた方向では輝度が極端に低下するという問題がある。
[0020] 有機 ELではないが、 LEDの技術において、素子表面にナノメートルサイズの凹凸 構造を形成することにより取出し効率を高める技術が提案されている (特許文献 4を 参照)。この先行技術においては、ナノメートルサイズの凹凸形状によりもたらされる 3 つの効果が考えられる。
[0021] 1つ目は、波長以下のナノメートルサイズの凹凸面を持つことにより、凹凸を有する 層からそれに接する層へと光が出射する光路の屈折率を膜厚方向に連続的に変化 させる効果である。屈折率が連続的に変化することで、大きな屈折率差を有する界面 で発生する光の損失を低減することが可能となる。しかし、屈折率の高い層から低い 層に出射する際に全反射する光を取り出すことはできな 、。
[0022] 2つ目は、微小な範囲の界面への光の入射角が臨界角以下 (全反射条件外）とな る凹凸面の効果である。しかし、 2つの層間に存在する 1つの界面で、表面に形成さ れた波長以下のナノメートルサイズの凹凸面への入射角が臨界角以下になる条件は 、表面の凹凸形状がプリズムのように制御された形状になった場合にのみ満足する ので、表面の凹凸形状に起因する特性の異方性が発現しやすくなる。実際のプロセ スでこのような凹凸面をナノオーダで作ることは技術的に課題が多ぐ光や電磁波の エネルギ分布で加工される表面や通常の化学的なプロセスで形成される凹凸面に おいては、このプロファイルを恣意的に制御することは困難である。たとえ、ある微小 部分で性能が実現できても、面としてみると効率の悪くなる領域も同時に形成される ので、取り出される光量には限界がある。
[0023] 3つ目は、界面のエバネッセント領域による光取り出し効果である。光が高屈折率の 層から低屈折率の層に入射する場合、臨界角を超える光は全反射されて低屈折率 の層に入射できないというのが古典的な光学的な考え方である。しかし、光をェネル ギとして捉えると、高屈折率の層に接する低屈折率の層の内部には、光のエネルギ が到達可能な領域が存在することが知られて 、る。この領域がエバネッセント領域と 呼ばれている。エバネッセント領域内で、光のエネルギのベクトルを変化させるもの（ 具体的には界面）が存在すると、その界面において光は反射や屈折されて光路が変 化し、低屈折率の層に入射する光成分が生じる。しかし、この先行技術の構成にお いては、 2つの層間に存在する界面が 1つであるので、光がエネルギ的に界面を越え て低屈折率層側に入ったとしても、その光がその光路を変化させるような界面に到達 できる可能性は低ぐエバネッセント領域での光取出し効果を十分に期待できな 、。
[0024] 以上のように、この先行技術においては、界面近傍に波長以下の nmオーダの凹凸 構造を形成するという極めて限定された構造を採用しているので、「屈折率を連続に する」 t 、う効果しか光取り出しに活用できな 、。
特許文献 1：特開 2003— 45642号公報
特許文献 2：特開 2003 - 77647号公報
特許文献 3 :特開 2003— 100458号公報
特許文献 4：特開 2003 - 258296号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0025] 本発明は、既存技術や先行技術では飛躍的に解決できな力つた光取り出し向上を 実現することを目的とする。より具体的には、本発明の目的は、自発光素子の特性に 影響を与えることなぐ取り出された輝度を向上させることが可能な素子構造を提供 することにある。
課題を解決するための手段
[0026] 近年、近接場光が様々な応用を含め研究されて 、る。上述したように、高屈折率層 力も低屈折率層へ光が入射したとき、両層の界面で光学的に臨界角を超え全反射 する光が存在する。このような入射条件の光が界面に入射した場合であっても、高屈 折率層 低屈折率層界面から低屈折率層内部に光エネルギが到達し得る領域 (ェ バネッセント領域あるいは近接場領域）が存在する。この領域の光エネルギは、高屈 折率層 低屈折率層接合界面からの距離が大きくなるに従 ヽ、入射角が大きくなる に従い、あるいは高屈折率層と低屈折率層の屈折率差が大きくなるに従い、急激に 減衰する挙動を示す。
[0027] 光の進路を変換する構造体をエバネッセント領域内に設ければ、その構造体の界 面からの距離に応じて、光エネルギの取り出しが可能になることが知られている。屈 折率 1. 5の媒体 (例えばガラス)力も屈折率 1. 0の媒体 (例えば空気)へと光 (波長 4 50nm)が入射する場合を想定する。
[0028] 図 1は、界面での光のエネルギ（強度）を 1としたときの界面からの距離と、光の持つ エネルギ（強度）との関係を示すグラフである。それぞれのプロットされた線は、界面 への光の入射角度に対する、界面からの距離で検出（取出し)可能な光のエネルギ を表す。プロットされたデータは、エバネッセント領域での光 (近接場光）のエネルギ を求めるための式として一般に公知の式力 導き出される（大津元一，小林潔著， 「 近接場光の基礎」，オーム社を参照)。
[0029] 図 1に示すように、界面から lOOnm以下の領域では、界面での光のエネルギの約 15%以上のエネルギが到達する。言い換えれば、界面から lOOnm以下の領域では 、本来なら全反射し、入射する成分がないために取り出すことができない光であって も、光としてのエネルギを有する。したがって、エネルギとして存在し得る位置で光の 出射方位を変化させることができれば、その位置でのエネルギに相当する光を取り出 すことが可能になる。
[0030] 本発明は、この光学現象を積極的に素子内で発現させることで、光取り出し効率を 向上させている。具体的には、本発明の発光素子は、可視光などの光を発する発光 層と、前記発光層から出射された光の光路上に配置された単層ないし複数層の光機 能性膜 (以下、「屈折率複合構造層」あるいは単に「構造層」ともいう。）とを有する。
[0031] 屈折率複合構造層は、下記（1)〜 (4)の特性を有する屈折率複合構造体 (以下、 単に「構造体」ともいう。）を含む。（1)内部構造が屈折率の異なる 2種類以上の相か らなり、（2)前記 2種類以上の相のうち少なくとも 1つの相は、 lnm以上、かつ可視波 長光域の波長の 4分の 1 (例えば可視光の最短波長を 400nmとすると lOOnm )以下の 大きさの構造単位力 構成され、（3)構造層の平均屈折率が、 1よりも高ぐかつ発光 体と前記光機能性膜との間に存在する複数の層のうちガス層 (真空状態または大気 圧よりも低圧状態が好ましい）を含む層以外の層の屈折率よりも低ぐ（4)構造層の 厚さ方向の内部構造は、前記光機能性膜に接する他層との界面力 エネルギ的に 光が入射可能な近接場領域内において、前記 2種類以上の相が接する界面を複数 有する。屈折率複合構造層が単層の場合には、光が入射する他層との界面付近に 構造体が形成され、屈折率複合構造層が複数層の場合には、光が入射する側の層 に構造体が形成される。
[0032] 構造単位の大きさは、 lnm以上 lOOnm以下が好ましぐ 5nm以上 lOOnm以下が さらに好ましい。
[0033] 前記構造体は前記 2種類以上の相のうち一方の相により形成された小胞状構造体 であっても良い。この場合、前記構造単位は前記小胞状構造体を構成する壁の厚さ および Zまたは前記壁と前記壁に対向する壁との間隙の大きさである。「小胞状構造 体」とは、細胞の細胞壁やシャボン玉の泡の塊のように、空間が膜構造により区切ら れた構造体をいう。小胞を区切る壁は、典型的には穴がないが、穴を有していても良 い。
[0034] なお、本明細書及び特許請求の範囲等にお!、て、「Aおよび/または B」は「Aおよ び Bの少なくとも一方」と同じ意味を表す。
[0035] また、前記構造体は前記 2種類以上の相のうち一方の相により形成されたネットヮ ーク状構造体であっても良い。この場合、前記構造単位は、前記ネットワーク状構造 体を構成する繊維の径、前記繊維間の距離および前記ネットワーク状構造体により 形成される間隙の大きさからなる群のうち少なくとも 1つである。
[0036] さらに、前記構造体は前記 2種類以上の相のうち一方の相により形成された塊状構 造体であっても良い。この場合、前記構造単位は前記塊状構造体の径または前記塊 状構造体同士の間隙の大きさである。
[0037] 構造体は屈折率の異なる少なくとも 2種類の相を有しており、少なくとも 2種類の相 のうち一方の相は、他方の相よりも屈折率が低い。以下、屈折率がより低い相を低屈 折率相（第 1相）と呼び、屈折率がより高い相を高屈折率相（第 2相）と呼ぶ。なお、屈 折率複合構造層が 3種類以上の相を有するときは、高屈折率相よりも屈折率がより高 い相、低屈折率相よりも屈折率がより低い相が存在し得る。
[0038] 2種類以上の相のうち少なくとも 1つの相（例えば高屈折率相）は、室温を中心とす る少なくとも素子動作温度範囲内において、構造体を自己保持できる特性を有する ことが好ましい。「自己保持」は、ある温度範囲内（一般には室温）においてある材料 自体が任意の形状に形成されることが可能で、かつその形状が静置状態で安定に 保持されることを表し、自己組織化等により自発的に特定の形状を形成する場合も包 含する。例えば、シャボン玉の泡の塊は、時間の経過に伴って消失していくので、自 己保持できる特性はない。一方、発泡スチロールや発泡ウレタンでは、泡構造が形 成され、任意の形状を形成することができるとともに、静置した状況では、経時的にそ の多孔構造が壊れないので、このような構造を形成できる材料は自己保持できる特 性を有する。
[0039] 高屈折率相は、低屈折率相よりも屈折率が高い材料から形成される。高屈折率相 は、低屈折率相よりも屈折率が高ければ良いが、好ましくは 1. 3以上の屈折率を有 する。
[0040] 低屈折率相としては、一般に基板材料として用いられるガラス、榭脂、シリコン等の 屈折率よりも低い屈折率を有する固体相、液体相、ガス相が適用可能である。低屈 折率相の屈折率は、典型的には 1. 4以下であり、 1に近いことが好ましい。具体的に は、 1. 2以下が好ましぐ 1. 1以下がより好ましい。
[0041] 固体相としては、例えば低屈折率化された化合物や重合体が挙げられる。例えば、 フッ素置換されたアルキル鎖を有する化合物 (重合体)の様な分子構造的にヘテロ 原子として電子密度が低いフッ素を置換基として多く持つ化合物、フラーレン C60の ような分子の三次元的な結合構造により空間的に嵩高く密度が上がらない化合物、 多孔体シリカゲルの構造を熱処理して得られるネットワーク構造のシリカの様に化合 物の化学変化の結果空間的な充填状態を変化しないで体積収縮する化合物などが 挙げられる。これらの化合物や重合体を用いることにより、物性値としての屈折率が 低くなる。
[0042] 液体相としては、屈折率が約 1. 3〜約 1. 4の液状組成物が挙げられる。例えば、 構造体を保持する榭脂材料との相分離性が高ぐ榭脂材料に対する濡れ性の制御 が可能な水、あるいは相分離性を良くする為の界面活性剤等が添加された水溶液、 フッ素置換されたアルキル鎖を有する低分子化合物ないし組成物が挙げられる。
[0043] ガス相としては、空気やガスある!/、は真空の相が挙げられる。ガス相は屈折率が約 1であるので、光取出し効率の点で低屈折率相として望ましい。
[0044] 構造体を作製する方法として、微粒子を使う方法、自己組織化可能なブロックポリ マまたは榭脂組成物中にナノメートルサイズのバブルを発生させる方法が挙げられ、 製造プロセスに応じて固体、液体、ガスなどの相状態での適用があり得る。例えば、 低屈折率相として気体の相を用いる場合では、気体の相部分を形成する方法として 、以下の方法が考えられる。
[0045] 1.空間占有体 (例えば粒子)をランダムに積み上げることにより、個々の空間占有 体間に発生する間隙を低屈折率相として利用する。
[0046] 2.内部に気泡を含んだ空間占有体 (例えば粒子）をランダムに積み上げることによ り、個々の空間占有体間に発生する間隙を低屈折率相として利用する。
[0047] 3.物性の異なる 2種類以上のドメインを自己組織ィ匕で形成した後、エッチング速度 や溶解性の違いを利用して、 2種類以上のドメインのうち 1つまたは複数 (但し、全て のドメインではない）のドメインを選択的に排除する。これにより形成された空間を低 屈折率相として利用する。
[0048] 4.榭脂原料中に/ z m以下の微小気泡を発生させ、微小気泡の径を何らかの要因 により制御して、ナノオーダーサイズの低屈折率相を形成する。
[0049] 低屈折率相として液体の相を用いる場合では、液体の相部分を形成する方法とし て、相溶性のな!、液体を組み合わせて（例えば水と油の組合せ)ミセル構造を形成 する方法 (いわゆるミセルイ匕や乳化）が挙げられる。但し、通常のミセルイ匕や乳化の方 法では、粒径制御がきわめて困難であるので、近年開発されている様々な方法を採 用することが好ましい。例えば、 SPG (シラス多孔質ガラス）を使った液相粒子形ミセル 化技術、マイクロカプセルィ匕技術を採用することが望ましい。マイクロカプセル化技術 は、微小ノズル力ゝら相溶性のない液体を滴下して液滴ドメインを形成し、ドメインを安 定化させ、かつドメイン同士の再結合が起こらな ヽように液滴ドメインの表面を処理す る技術である。但し、精密な粒径制御の困難な乳化重合の様に、一般的に反応制御 の都合で粒子形成した時点で幅広い粒子径分散を持つプロセスで微粒子分散溶液 を調製する方法であっても、ある粒子径分散幅の微小の液相を取り出す"分球技術" を適用し、目的とする粒子径と粒子径分散を持った微粒子分散溶液を調製すること も可能である。
[0050] 低屈折率相として固体の相を用いる場合では、固体の相部分を形成する方法とし て、固体化させる時点で微細化する方法や大きな粒子を粉砕処理して微粒子化する 方法が挙げられる。固体ィ匕させる時点で微細化する方法としては、例えば、微小な液 相を作る方法により重合性ィ匕合物を微小な液相にし、微小な液相をこの状態で重合 させて固体化させる方法が挙げられる。
[0051] 低屈折率相の作製方法は、上記の通り固体、液体、ガスなどの各相状態で色々あ る力 どのような相状態を採用するかによって、構造体自体の性能に違いが生じる。
[0052] 固体や液体の相状態を採用するのであれば、低屈折率相の屈折率を小さくするこ とが困難である。しかし、個々の相は非圧縮性なので、外部からの圧力に対する構造 体の強度が高い。一方、気体の相状態を採用するのであれば、最大の取出し効率が 得られるが、構造体自体の強度が低下すると 、う欠点がある。
[0053] 以上のように、低屈折率の相の作り方や性能が低屈折率相の状態で異なるので、 最終的なデバイスに求められる性能に応じて、低屈折率相の状態やプロセスを適宜 選択することができる。
[0054] 構造体は大きさが可視光の波長以下の構造単位 (例えば空孔ないし気泡）を有す るので、構造体そのものの屈折率は、屈折率複合構造層の平均屈折率とみなすこと が可能になる。また、構造体の内部に構造単位 (例えば空孔ないし気泡）を有するの で、屈折率複合構造層には屈折率の異なる相間の微小な界面が多数形成される。
[0055] この微小なかつ多数の界面を光が通過すると、 1つ 1つの微小な界面において透 過 Z反射が発生し、この構造体を透過する光は、短い距離の透過であっても出射す る方位角エネルギ分布はランダム化され、きわめて効率的に光散乱に近い効果が生 じ得る。但し、この現象が散乱体で得られる効果と異なる点が少なくとも 1つある。そ れは、一般的な散乱体では、散乱反射および吸収の 2つの現象が発生し、散乱体に よる吸収自体をゼロにすることが極めて困難であるという点である。
[0056] 一方、本発明の構造体では、光が、界面力も界面に進行する間に、高屈折率ない し低屈折率の相 (媒質）を透過する。しかし、媒質内を透過する光路長は、本発明の 構造体では 1 m以下と小さい為に無視することができる。したがって、屈折率を持つ た媒質中の透過時の "吸収がな!、"とみなせ、界面での "反射"ど'屈折"のみで考慮 できる。その結果、一般の散乱体で見られる現象、具体的には層厚が大きくなるに従 つて、取り出せる光が減衰する現象がほとんど発生しな!、。
[0057] 構造層が高屈折率を有する層に接するかもしくは挟まれた場合、構造体によりエバ ネッセント光を取り出すことができる。具体的には、高屈折率を有する層と構造層との 界面近傍のエバネッセント領域 (近接場領域）にお 、て発生するエネルギを光として 取り出すことができる。またエバネッセント領域において、複数の微小な構造体 (例え ば空気と高屈折率媒体とから構成された屈折率複合構造体)が有する微小かつ複数 の界面を光が透過することによって、光路がランダムに分散される。これにより、光ェ ネルギがこの構造体層を透過できる光へと変換され、素子として取り出される光の量 が増加する。
[0058] また、この構造体内部で散乱された光は、光学的には、この構造体の平均屈折率 の層から出射した光とほぼ同じと扱うことができるので、高屈折率層（例えば発光層） 力 の発光が構造体の平均屈折率層からの発光と同一視することができるという効果 が得られる。この効果により、発光層からの発光のうち素子として取り出される光の量 が増加する。したがって、この構造体は平均屈折率が、多孔体構造層 (屈折率複合 構造層）を形成する固体相としての榭脂材料の屈折率よりも低ぐまた微小な界面を 複数有することから、光取出し効率の著しい向上が可能となる。
[0059] なお、高屈折率を有する層は、発光型デバイスの場合、屈折率が、 1. 4以上である 。高屈折率を有する層としては、有機 ELの発光層（屈折率 1.5〜1.8 )そのもの、電極 (屈折率 1.8〜2.0 )、 LEDにおける半導体デバイスの nチャネル層や pチャネル層（ 屈折率 1.5以上）、電極材料、蛍光灯、 PDPの様に紫外光により可視光を発する蛍 光体 (屈折率 1.5以上)などがあげられる。特に自発光型のデバイス (但し、白熱球は 除く）では、光を発する部分および発光に関与する層は、屈折率が 1.5以上である。
[0060] 発光層で発光した光が出射する光路上に、多孔体構造層 (屈折率複合構造層）が あれば、光取出し効率を上げるのに有効である力 途中の界面への入射時の損失を 考慮すると、多孔体構造層は可視光を発する層に近いほど、取り出せる光の量が増 加する。特に有機 ELまたは無機 ELの場合、発光する層の構造を多孔体構造化する ことで、発光した光の取出し効率が高くなる。したがって、多孔体構造層（屈折率複 合構造層）が電極と発光層とで挟まれた構造、言い換えれば構造体が高屈折率を有 する層に挟まれた構造を採用する。
[0061] 本発明を実際の素子へ適用する方法として、様々な方式が採用され得る。例えば、 構造体がガスと高分子から構成される場合であれば、以下の方式を採用することが できる。
[0062] 方式 1. 目標とする単位構造を有する微粒子をターゲットとして、発光素子基板上 に塗布した後、粒子間および粒子一基板間で粒子を接合する方式。
[0063] 方式 2. 目標とする単位構造を自己組織ィ匕ないし相分離により形成した後、エッチ ングレートの違 、や溶解速度の違 、を利用して、一方の構造を取り除く方式。
[0064] 方式 3.重合性榭脂材料と、相溶性のない非重合性の適当な溶剤との混合溶液を 乳化してミセルを形成した状態で重合性榭脂材料を反応させ、榭脂材料が重合によ り保持する構造体から非重合性溶剤を気化させて空孔を持つ構造体を作製する方 式。
[0065] 方式 4. lnm以上 0. 1 μ m以下の微小な気泡を硬化前の榭脂内に発生させ、気泡 が安定に分散している状態で榭脂を硬化させる方式。
[0066] なお、実際に素子化するに当たっては、発光層自体、発光層を保持する周辺部材 あるいは屈折率複合構造層を保持する部材は、本発明で規定する屈折率複合構造 体を形成する過程で用いる薬液や処理条件に対する耐性が求められる。そのため、 発光層自体、発光層を保持する周辺部材、あるいは屈折率複合構造層を保持する 部材の耐性が不明確あるいは不十分な場合には、以下に示す a)〜d)のような方法 で形成することも可能である。
[0067] a)発光層、発光素子、発光素子を形成する周辺部材、屈折率複合構造層を保持 する部材上に、屈折率複合構造体を形成する過程で用いる薬液や処理条件に対し て耐性を有する 1層以上の保護層を形成した後、本発明で規定する屈折率複合構 造体の形成過程を適用する。
[0068] b)屈折率複合構造体を形成する過程で用いる薬液や処理条件に対して耐性を有 する基板に、形成後の構造層が剥離可能となるように表面処理を施した後、本発明 で規定する屈折率複合構造体の形成過程を適用して、その基板上に構造層を形成 する。その後、形成された構造層を基板から剥離し、発光層、発光素子、発光素子を 形成する周辺部材、屈折率複合構造層を保持する部材上に載せ密着させる。
[0069] c)屈折率複合構造体を形成する過程で用いる薬液や処理条件に対して耐性を有 する基板上に、本発明で規定する屈折率複合構造体の形成過程を適用して構造層 を形成する。その後、形成された構造層を基板と一体で、発光層、発光素子、発光 素子を形成する周辺部材、屈折率複合構造層を保持する部材上に固定する。 [0070] d)上記の c)の方法で構造層を基板と一体で固定した後、基板を除去する。
[0071] また、素子によっては、発光素子を形成する以前に、本発明で規定する屈折率複 合構造体を形成することで、発光素子の作製を屈折率複合構造体付きの基板上で 行うことも可能になる。この場合、本発明で規定する屈折率複合構造体自体に、発光 素子形成の過程で用いる薬液や処理条件に対する耐性が求められる。例えば、以 下の A)および B)のような手順で形成することが可能となる。
[0072] A)本発明で規定する屈折率複合構造体を形成した後、その上に発光素子形成プ 口セスで用いる薬液や処理条件に対して耐性を有する 1層以上の保護層を形成し、 発光素子形成プロセスを実施する。
[0073] B)発光素子形成プロセスで用いる基板の裏面側に、本発明で規定する屈折率複 合構造体を形成する。屈折率複合構造体が形成された基板の面上に、発光素子形 成プロセスで用 1ヽる薬液や処理条件に対して耐性を有する 1層以上の保護層を形成 するか、あるいは保護基板を固定する。その後、発光素子形成プロセスを実施する。
[0074] 上記の保護層や保護基板として、それぞれ求められるプロセス耐性に応じて、各々 のデバイスのプロセスに適合した部材を適用することができる。例えば、薄厚ガラスや 緻密性の高い SiN、 SiONx、 SiOといった無機膜、重合性膜や高分子膜のような有
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機系膜が適用可能である。
[0075] 可視光を発する部位が蛍光色素等の蛍光材料の場合、蛍光材料から可視光を発 する為に使う励起エネルギ源に応じて、素子構造を変えるほうが良い場合がある。例 えば、非可視の光 (一般的には、紫外ないし近紫外域の光）により励起する素子 (蛍 光管や PDPなど)の場合では、励起光自体が効率よく蛍光材料に入射する必要があ る。一般的に、蛍光灯のようにガス中での放電で発する光や、 PDPのようにプラズマ から発生する励起光は、真空ないし減圧雰囲気での発光であるので、屈折率 1の層 力もの発光として捕らえることができる。屈折率 1の層から屈折率 1以上の層に光が入 射する場合には、臨界角条件が存在しないので、ガス中で放出された光が高効率で 入射可能である。一方、屈折率差が存在する 2つの層間では、入射角が大きいほど 、また 2つの層の屈折率が高いほど光の注入効率が低下する。
[0076] このような構成においても、本発明で規定する屈折率複合構造体は、有効に機能 しうる。これは、ガス中で発せられた光が本発明で規定する屈折率複合構造体に入 射する場合、屈折率複合構造体の屈折率がガス相の屈折率よりは高いが、蛍光材 料に比べて十分に低いので、臨界角による全反射もなければ、大きな屈折率差によ る光注入効率の低下も引き起こさないで光を入射することができるからである。
[0077] 一方、蛍光体の層と本発明で規定する屈折率複合構造層との界面では、屈折率の 関係が蛍光体 >屈折率複合構造体であるので、臨界角による全反射は発生しない。 また屈折率の差に関しても、屈折率複合構造体の屈折率が蛍光体の屈折率とガス 相の屈折率との少なくとも間の値になるので、蛍光体と屈折率複合構造体との屈折 率差が蛍光体とガス相との屈折率差より小さぐしたがって光の注入効率が向上する
[0078] また、本発明の屈折率複合構造体では、内部の構造分布を制御することにより、光 を注入する側の屈折率を低ぐ取出す側を高くすることが可能なので、構造層のガス 相側の屈折率を低ぐ蛍光体側の屈折率を高くした構成とすることにより、ガス相で発 せられた励起光が最小の損失で蛍光体に入射可能になる。
[0079] 屈折率複合構造体の内部構造を制御可能とする因子としては、本発明の構造体を 形成するために用いる、先に説明した手法の場合、粒子や気泡、自発的な相分離が 挙げられる。構造体を 1つの均質な層として形成する以外に、途中でのプロセス条件 変更 (例えば、使用する粒子径、ガス圧や流速といった気泡発生条件、相分離時の 温度)を変更することで、形成される構造体をある範囲内で制御することができる。
[0080] このように屈折率複合構造体を使うことで、ガス相で励起光を発光する素子におい ても、蛍光体への励起光入射効率の改善が期待でき、発光素子におけるエネルギ 一光変換の効率の改善に寄与できる。
[0081] 実際のデバイスにおいて適用しうる屈折率複合構造体の素子構成の例を図 2から 図 5に示す。
[0082] 図 2は、外部励起光により蛍光発光するデバイスでの構成例を示す図であり、実際 のデバイスとして、蛍光管や PDPでの発光構造に適用可能な構成を示している。図 2に示すデバイスは、真空またはガス中で発せられた非可視の励起光が蛍光体に照 射し、可視光を発する。図 2(al)および図 2(a2)は反射型での構成例、図 2(bl)および 図 2(b2)は透過型での構成例である。図中、参照符号 1は基板、参照符号 2は反射膜 (反射板ないし反射層）、参照符号 4は蛍光色素を含む蛍光体層、参照符号 5および 5'は本発明の屈折率複合構造層、参照符号 6は蛍光体層 (4)を励起するエネルギ（ 励起光)の入射方向を略記したもの（実際には様々な入射角成分を含む）、参照符 号 7は取り出される光（出射光）の出射方向を略記したもの（実際には様々な出射角 成分を含む)である。
[0083] 図 2(al)は、素子構造を保持する為の基板 (1)上に屈折率複合構造層 (5)が形成さ れている構成例を示す図である。図 2(a2)は、素子を構成する反射膜 (2)、蛍光色素 を含む蛍光体層 (4)、屈折率複合構造層 (5)のいずれかが素子構造および形状を保 持するのに十分な強度を有する場合にとりうる構成例を示す図である。例えば、反射 膜 (2)として一般に金属膜が使われるが、金属板自体を基板として用いれば、金属板 が構造を保持できるので、別途、素子構造を保持する為の基板を設ける必要がない
[0084] また、反射型の構成では、励起光の入射時に入射効率を向上させる働きをする本 発明の屈折率複合構造体が、出射時においても光の取り出し効率向上に寄与でき るので、 1層の適用で十分な特性向上が期待できる。なお、図示していないが、反射 膜 (2)と蛍光体層 (4)との間に屈折率複合構造体 (5)を配する構造もありうる。
[0085] 図 2(bl)は、素子構造を保持する為の基板 (1)上に屈折率複合構造層 (5)が形成さ れている構成例を示す図である。図 2(b2)は、素子を構成する蛍光体層 (4)、屈折率 複合構造層 (5)のいずれかが素子構造および形状を保持するのに十分な強度を有 する場合にとりうる構成例を示す図である。例えば、素子構造を保持することが可能 な板材 (例えば榭脂基板)の表面やバルタ内に屈折率複合構造層 (5)が存在する場 合もあり、この場合には別途、素子構造を保持する為の基板を設ける必要がない。
[0086] 但し、励起光 (6)の入射効率を上げる目的と、蛍光体層 (4)力 の出射光 (7)の取出 し効率を向上させる目的とを達成するために、 2つの屈折率複合構造層 (5)および (5 ')が必要となる。
[0087] この構成での蛍光体層 (4)力 の光取出し効率向上効果は、導波する光の範囲が 、図 2(bl)に示す蛍光体層 (4)—屈折率複合構造層 (5 ' )—基板 (1)と、図 2(b2)に示 す蛍光体層 (4)—屈折率複合構造層 (5')とで異なる。しかし、図 2(al),(a2)を参照し て説明したように、屈折率複合構造層 (5')自体が発光領域の屈折率を見かけ上、下 げる効果と散乱させる効果とを見込めるので、十分に光取出し効率向上が期待でき る。なお、励起光 (6)自体が屈折率複合構造体に対しダメージを与えて、性能劣化を 引き起こす場合であれば、図 3の (bl),(b2)の様に屈折率複合構造層 (5 ')を設けない 構成もありうる。
[0088] 図 3は、外部励起エネルギにより蛍光発光するデバイスでの構成例を示す図であり 、実際のデバイスとして、電子線による蛍光体励起発光を使う素子にて適用可能な 構成を示している。例えば、一般的な CRT、 FED (フィールドェミッション型ディスプレ ィ）、 PDPの一部などに使われる構成である。図 3に示すデバイスは、蛍光体を励起 するエネルギ線が真空またはガス中で蛍光体に照射され、可視光を発する。図 3(al) および図 3(a2)は反射型での構成例、図 3(bl)および図 3(b2)は透過型での構成例で ある。
[0089] この構成は、励起工ネルギ線を蛍光体層 (4)に直接当てることが蛍光体層 (4)の発 光効率を上げる上で好ま ヽ場合や、励起エネルギ線により屈折率複合構造体自体 がダメージを受ける場合に適用すべき構造である。
[0090] 図 3(al)は、素子構造を保持する為の基板 (1)上に屈折率複合構造層 (5)が形成さ れている構成例を示す図である。図 3(a2)は、素子を構成する反射膜 (2)、蛍光体層（ 4)、屈折率複合構造層 (5)のいずれかが素子構造および形状を保持するのに十分 な強度を有する場合にとりうる構成例を示す図である。例えば、反射膜 (2)として一般 に金属膜が使われるが、金属板自体を基板として用いれば、金属板が構造を保持で きるので、別途、素子構造を保持する為の基板を設ける必要がない。
[0091] この場合、反射膜 (2)と蛍光体層 (4)との間に屈折率複合構造層 (5)が配された構 造になるが、この構造においても蛍光体層 (4)から発せられた光 (7)の取り出しに対し て十分な効果が期待できる。これは以下の理由によるものと考えられる。蛍光体層 (4) 力 発せられた光のうち蛍光体層 (4)力 直接外部に出射する光成分以外の光は、 蛍光体層 (4) 屈折率複合構造層 (5)—反射板 (2)間で導波する。蛍光体層 (4) 屈折率複合構造層 (5) の界面近傍における屈折率複合構造体内部では、近接場での光取出し効率を向上 させる効果がある。また、取り出された光は、屈折率複合構造体の構造単位が波長 以下であるので、屈折率複合構造体の平均屈折率の層から出射する光と同等に使う ことができる。したがって、この取り出し領域を透過する光は、一定の割合で蛍光体か ら出射可能な光へと変換される。
[0092] また、屈折率複合構造体自体の内部構造を制御し、光散乱性を高めることで、さら に蛍光体層 (4)力 取り出せる光の量を多くすることが可能であるので、図 3に示す構 成でも十分な光取出し効率向上効果が期待できる。
[0093] 図 3(bl)は、素子構造を保持する為の基板 (1)上に屈折率複合構造層 (5)が形成さ れている構成例を示す図である。図 3(b2)は、素子を構成する蛍光体層 (4)、屈折率 複合構造層 (5)のいずれかが素子構造および形状を保持するのに十分な強度を有 する場合にとりうる構成例を示す図である。例えば、素子構造を保持することが可能 な板材 (例えば榭脂基板)の表面やバルタ内に屈折率複合構造層 (5)が存在する場 合もあり、この場合には別途、素子構造を保持する為の基板を設ける必要がない。
[0094] この構成での蛍光体層 (4)力 の光取出し効率向上効果は、導波する光の範囲が 、図 3(bl)に示す蛍光体層 (4) 屈折率複合構造層 (5)—保持基板 1と、図 3(b2)に示 す蛍光体層 (4)—屈折率複合構造層 (5)とで異なる。しかし、図 3(al),(a2)を参照して 説明したように、屈折率複合構造層 (5)自体が発光領域の屈折率を見かけ上、下げ る効果と散乱させる効果とを見込めるので、十分に光取出し効率向上が期待できる。
[0095] 図 4は、光として直接取り出す方式の自発光型素子と組み合わせた場合のデバイ スでの構成例を示す図であり、一般的な半導体 LED、有機 EL、無機 ELで使われる 構成を示して 、る。図中で参照符号 3は自発光層（なお実際のデバイス部分の構成 は省略)を示す。図 4(al)および (a2)は、有機 EL、無機 ELで多く適用される素子の構 成例であり、各素子は自発光層 (3)およびこれに隣接する反射層 (2)を有する。現実 には、自発光層 (3)と本発明の屈折率複合構造層 (5)との間に何らかの膜や構造が 入る構造もありうるが、図としては省略している。また、自発光層 (3)は、自発光層 (3) を駆動させるための電極を含む一層以上力 なる構造体である力 図では構造の記 載を省略している。図 4(bl),(b2) は、半導体 LEDでよく見られる構造であり、自発光層 (3)を構成する基板自体が光を 通さないか、あるいは自発光層 (3)を構成する電極が光反射性を有する場合の素子 構成例である。また、図 4(al)および (bl)の素子は屈折率複合構造層 (5)が強度的に 不十分な場合の構成例であり、屈折率複合構造層 (5)を保護するための光透過性基 板 (1 ')を有する。図 4(a2)および (b2)の素子は、屈折率複合構造層 (5)が強度的に十 分な場合の構成例である。
[0096] 図 5は、自発光型素子から出射する光を励起光として使い、蛍光色素等により発光 波長変換した光を表示として使うデバイスでの構成例を示す図である。図 5は LED、 有機 EL、無機 ELで使われる構成例であり、自発光層 (3)、光波長変換層 (14)、屈折 率複合構造層 (5)が配置されている。例えば、単色発光を自発光層 (3)で行い、光波 長変換層 (14)により自発光層 (3)からの発光色を別の色に変換して多色表示するか、 あるいは光波長変換層 (14)により自発光層 (3)からの発光色を特定の波長光表示に 変換する。
[0097] この構成では、屈折率複合構造層 (5)力 自発光層 (3)力 光波長変換層 (14)への 光の注入効率と、光波長変換層 (14)から出射する光の取り出し効率の 2つの効率を 向上させる機能を有する。光の取り出しには空気中への光出射を伴うので、光波長 変換層 (14)力ゝら出射する光の取り出し効率を向上させるには、屈折率複合構造層 (5) が光波長変換層 (14)力 空気中へ出射する光路上に存在することが望ましい。
[0098] 一方、図 4(al)および (a2)に示すように、自発光層 (3)の屈折率に対して光波長変換 層 (14)の屈折率がほぼ等しいか、あるいは大きい場合には、自発光層 (3)から光波長 変換層 (14)への光の注入効率を向上させるために、屈折率複合構造層 (5')を挿入 することは必ずしも要しない。しかし、図 4(bl)および (b2)に示すように、自発光層 (3) の屈折率に対して光波長変換層 (14)の屈折率が小さい場合には、屈折率複合構造 層 (5')を挿入した構成が、最終的な光取り出し効率向上のために望ましい。
[0099] 図 5(al)および (bl)の素子は屈折率複合構造層 (5)が強度的に不十分な場合の構 成例であり、屈折率複合構造層 (5)を保護するための光透過性基板 ( )を有する。 図 5(a2)および (b2)の素子は、屈折率複合構造層 (5)が強度的に十分な場合の構成 例である。 [0100] なお、素子の構成や機能から反射膜 (2)が必要ない構成もありえるが、図 2から図 4 の各 (bl)および (b2)に示す構成を参照すれば、反射膜 (2)がない構成を容易に予見 できるので、そのような構成を示す図は省略している。
[0101] 本発明における有効性は、本発明により新規に作成されたデバイス (素子）のみに 限られるのではなぐ既存のデバイスに追加できることも含まれる。例えば、本発明は 、光を発する発光層を有する発光素子に貼り合わせ、押し付けまたは載せて使うフィ ルムまたは板状材をも提供する。このフィルムまたは板状材は、発光層から出射され た光が素子外へと出射する光路上に本発明の光機能性膜を 1層以上有しており、既 存の発光素子 (例えば、蛍光灯、 CRT、 PDP、 ELなどの光を取り出す構成の素子） 全般に対して後付けで適用することができる。なお、本明細書における「フィルム」と「 板状材」の相違は、フレキシビリティや厚さの相違に基づくが、両者を明確に区別す ることを意図するものではな 、。
[0102] 図 6は、既存の発光素子全般に対して貼り付けるなどにより後付けで適用するため の構成例を示す図である。図 6(a)〜図 6(c)に示す構成例は、屈折率複合構造層 (5) の一方面側に粘着材 (接着材)層 (9)を有する。また、図 6(a)に示す構成例は、屈折 率複合構造層 (5)の他方面側に第 2の粘着材 (接着材)層 (8)を有する。図 6(a)〜図 6(c)に示す構成例は、ターゲットの素子に貼り付けるまで粘着材 (接着材)層 (9)を保 護するために、離型性のあるフィルム等を粘着材 (接着材)層 (9)に貼り付けた状態で 供給される。第 2の粘着材 (接着材)層 (8)は、基材 (11)から屈折率複合構造層 (5)が 剥離しないようにする機能を有する。典型的には、第 2の粘着材 (接着材)層 (8)の接 着強度が粘着材 (接着材)層 (9)の接着強度よりも高！ヽ。
[0103] 粘着材 (接着材)層 (9)および第 2の粘着材 (接着材)層 (8)は、光硬化型や熱硬化 型の接着剤 (アクリル系樹脂やエポキシ系樹脂等）や粘着剤を含み、粘着性 (接着性 )を有する。使用する接着剤や粘着剤は、ターゲットの素子の表面部材、屈折率複合 構造層 (5)
、基材 (11)等に対して、含浸ゃ膨潤、伸縮、反りや割れといった影響を与えないもの が望ましい。
[0104] 図 6(b)に示す構成例は、基材 (11)上に屈折率複合構造層 (5)を直接形成したもの であり、基材 (11)と屈折率複合構造層 (5)との間に第 2の粘着材 (接着材)層 (8)が介 在していない。図 6(c)に示す構成例は、屈折率複合構造層 (5)が強度的に十分な場 合の構成例であり、基材 (11)がない。
[0105] 図 6(a)に示す構成例は、基材 (11)上に接着剤や粘着剤を塗布して粘着材 (接着材 )層 (8)を形成した後、後述の実施形態に示す方法により屈折率複合構造層 (5)を形 成し、さらに接着剤や粘着剤を塗布して粘着材 (接着材)層 (9)を形成することにより 作成することができる。図 6(b)に示す構成例は、粘着材 (接着材)層 (8)を形成しない ことを除いて、図 6(a)に示す構成例と同様の方法により作成することができる。
[0106] 図 6(a)および図 6(b)に示す構成例の汎用性の高い供給形態は、既存の発光素子 に貼り合わせ、押し付けまたは載せて使うフィルムや板状材である。例えば、基材 (11) としてポリカーボネートなど力もなる光透過性フィルムを用いて、ターゲットの素子に 粘着材 (接着材)層 (9)を介して貼り付けることができる。
[0107] 既存の素子に対して本発明のフィルムまたは板状材を適用する場合、光取出し面 が平面や平板を一軸方向に曲げた形状などの単純な曲面である発光素子に限られ る。既存の発光素子が平面や単純な曲面でない複雑な形状表面を有する場合には 、さらに工夫が必要となる。例えば、 LEDのように一部の自発光素子は、光取出し効 率の向上のために、あるいはある光学特性を得るために、何らかの形状力卩ェが既に 施され、成形されている。既存の自発光素子の光取し効率を改善するために、フィル ムゃ板状材の形状のまま適応したのでは、光取り出し効率の向上が得られないだけ でなぐ既存の自発光素子が持っていた光機能性を損なうことがあり得る。このような 場合、既存の自発光素子の形状に接合し、かつ自発光素子の機能 (例えば、既存の 自発光素子に含まれるレンズによる光機能性)を再現できるように、光取り出し効率を 向上させる屈折率複合構造体を有する何らかの成型物を適切に成型する必要があ る。但し、必ずしも既存の自発光素子の形状をスケールアップしただけでは、同じ光 機能性が得られるとは限らないので、既存の自発光素子の機能に応じ適切な形状設 計が必要になる場合もあり得る。
[0108] なお、成型物は既存の自発光素子の形状に密着していても良いが、成型物と自発 光素子との距離が数 nm〜数十 程度存在して ヽても良 この程度の距離であれ ば、効果的に光取り出し効率を向上させる本発明の屈折率複合構造体により、自発 光素子からの光を近接場光として光を導くことができる。
[0109] LEDを例にして説明すると、正面方向にて最大の光量を取り出すために、一般的 には、 LED素子の光取り出し部は、レンズの外形 (プロファイル)またはそれに類似し た形状に施されている。このような形状を有する既存の素子に対しては、フィルムや 板状材のような平面のものを変形させて取り付けるよりも、キャップ状の形状を有する 成型物を LED
に被せるほうが適切である。このキャップ状の成形型に、本発明の屈折率複合構造 体を含有させることにより、光を取り出し効率が向上する。本発明の成型物は、それ 自体が光機能性膜である場合だけでなぐ光機能性膜と他の膜との積層体である場 合を含む。
[0110] キャップ状の成形物と LEDと間に粘着材 (接着材)層が介在していても良いが、成 形物自体の変形等により LEDとの光学的接合が十分であれば、粘着材 (接着材)層 はなくても良い。成型物の加工精度を考慮すると、 LEDと成型物とを物理的に固定 するための粘着材 (接着材)層が存在することが好ましい。このように、後付けの用の 構造体が成型物であることで、 LEDと組合せた状態で光機能性を再現することが可 能となる。なお、粘着材 (接着材)としては、通常は、光学的な減衰の小さなものが好 ましい。
[0111] 本発明は、光を発する発光層を有する発光素子の形状に合わせた成型物をも提供 する。この成型物は、発光層から出射された光が素子外へと出射する光路上に配置 された本発明の光機能性膜を 1層以上有する。成型物としては、例えば照明装置の グローブ、 LEDのブランケット、蛍光管やネオン管からの異方的な光を取り出すため の器具などが挙げられる。このような成型物を用いることにより、曲面をもつ既存の様 々な発光素子に対して後付で適用が可能になる。
[0112] 図 6(c)は本発明の成型物の構成例を概念的に示す図である。図 6(c)に示す構成 例は、成型物としての屈折率複合構造層 (5)と、既存の発光素子と接合する屈折率 複合構造層 (5)の面に形成された粘着材 (接着材)層 (9)層とを有する。
[0113] 成型物としての屈折率複合構造層 (5)は、自己形状を保持可能な特性と成型加工 可能な特性を持つ榭脂 (アクリル榭脂ゃポリカーボネート榭脂など)を成型加工する ことで作製可能である。例えば、榭脂を成型加工する前に、本発明で規定される微 小な屈折率複合構造体を榭脂内に形成する。屈折率複合構造体の形成方法として は、例えば、ナノオーダの気泡を発生させる方法やナノオーダの構造物を作成する 方法が挙げられる。具体的には、粘性ずれ応力でナノキヤビティと呼ばれる nmオーダ の微小な気泡を発生させる方法や nmオーダの微小な穴からガスを発生させる方法に より、ナノオーダの気泡を発生させることができる。また、 nmオーダの微小な穴から屈 折率の異なり、媒質に溶解しない高分子モノマや液体を分散させる方法、 nmオーダ の微粒子を分散させる方法により、ナノオーダの構造物を作成することができる。
[0114] なお、一般に、屈折率の異なる榭脂あるいは液体を榭脂材料中に分散させた場合 、構造体の平均屈折率が空気に対し十分小さい値にならないので、一方の相（屈折 率の異なる榭脂ゃ液体)を気相に変化させるためのプロセスが成型後に必要な場合 がある。具体的には、一方の相に対しての選択的なエッチング、溶解、気化、昇華な どを利用することで、一方の相 (屈折率の異なる榭脂ゃ液体)を気相に変化させること ができる。
[0115] さらに、榭脂を成型加工した後に、既存の発光素子と接合する屈折率複合構造層（ 5)の面に接着剤や粘着剤を塗布して粘着材 (接着材)層 (9)を形成することにより、 図 6(c)
に示す構成例を作成することができる。
[0116] 本発明の成型物は、既存の成型物に本発明のフィルムまたは板状材を貼り合わせ 、押し付けまたは載せたものを包含する。また、既存の成型物の外側面または内側 面に屈折率複合構造層を形成したものをも包含する。例えば、発光層を有する既存 の発光素子の形状に合わせて光透過性と形状加工性のよいアクリル榭脂を加工し、 さらに屈折率複合構造層等を形成することによって作成された成型物も本発明の成 型物に含まれる。
[0117] なお、図 6(a)〜図 6(c)に示す構成例では屈折率複合構造層 (5)力 ^層であるが、 屈折率複合構造層 (5)力 ^層以上あっても良い。
[0118] 図 7は、図 6で示す素子を既存の発光素子（例えば、蛍光灯, CRT,PDP,ELといった 光を取り出す構成の素子や光源などの発光体全般) (10)に取り付けた後の素子構成 の状態を概念的に示す図である。具体的には、図 7(a)〜図 7(c)は図 6(a)〜図 6(c) に示すに示すフィルムや板状材、成型物をそれぞれ発光素子 (10)に貼り付けた状態 を示している。図 7(a)〜図 7(c)に示す構成は、粘着材 (接着材)層 (8)ズ9)を無視して 考えると、図 2から図 5で図示した構成に等しいものと見なすことができ、発光素子 (10 )からの光 (7)を効率良く取り出すことができる。
発明の効果
[0119] 本発明は、高屈折率層から発光する全ての素子の光取出し効率の問題を解決す る。具体的には、高屈折率の相から発光する現象を用いた素子 (例えば半導体 LED や有機または無機エレクト口ルミネッセンス素子）、蛍光色素等などの蛍光体を用い て電子線や紫外光などの非可視のエネルギを可視光に変換し、蛍光体を保持する 基板越しに可視光を取り出す素子 (例えば蛍光灯、蛍光管、 CRT、 FED, PDP、波 長変換型素子 (SHG (第二高調波発生)素子)、蛍光型 LED)などに本発明を適用 することができる。これらの素子に本発明を適用することにより、発光部分の特性に影 響を与えることなぐ輝度を向上させることが可能となる。
図面の簡単な説明
[0120] [図 1]図 1は、界面での光のエネルギ（強度）を 1としたときの界面からの距離と、光の 持つエネルギ（強度）との関係を示すグラフである。
[図 2]図 2は、外部励起光により蛍光発光するデバイスでの構成例を示す図である。
[図 3]図 3は、外部励起エネルギにより蛍光発光するデバイスでの構成例を示す図で ある。
[図 4]図は、光として直接取り出す方式の自発光型素子と組み合わせた場合のデバ イスでの構成例を示す図である。
[図 5]図 5は、自発光型素子から出射する光を励起光として使い、蛍光色素等により 発光波長変換した光を表示として使うデバイスでの構成例を示す図である。
[図 6]図 6は、既存の発光素子全般に対して、貼り付けるなどにより後付けで適用する ための構成例を示す図である。
[図 7]図 7は、図 6で示す素子を既存の発光素子 (10)に取り付けた後の素子構成の状 態を示す図である。
[図 8]図 8は、一般的な発光素子の基本的構成を模式的に示す図である。
[図 9]図 9は、実施形態 1の発光素子の基本的構成を模式的に示す図である。
[図 10]図 10は、実際の発光素子の構成を模式的に示す図である。
[図 11]図 11は、一般的な蛍光管の素子断面構造を模式的に示す図である。
[図 12]図 12は、実施形態 2の蛍光管の素子断面構造を模式的に示す図である。
[図 13]図 13は、一般的な LEDの素子断面構造を模式的に示す図である。
[図 14]図 14は、実施形態 3の LEDの素子断面構造を模式的に示す図である。
[図 15]図 15は、実施形態 4の有機 EL素子の断面構造を模式的に示す図である。
[図 16]図 16は、実施形態 5の PDP素子の断面構造を模式的に示す図である。
[図 17]図 17は、実施例 1〜8および比較例 1のデバイス構造を模式的に示す図であ る。
[図 18]図 18は、取り出し光量を測定するのに用いた構成を示す図である。
[図 19]図 19は、実施例 2, 6, 9にて用いた塗布方法の説明図である。
[図 20]図 20は、ボトムェミッション型有機 EL素子の実施例および比較例を示す図で ある。
符号の説明
1, 1 ' 基板 (光透過性基板）
2 反射膜 (反射板ないし反射層）
3 自発光層
4 蛍光色素を含む蛍光体層
5, 5' 屈折率複合構造層
6 励起光
7 出射光
8 基材 (11)と屈折率複合構造層 (5)を接合するための接着剤層もしくは粘着材層 9 屈折率複合構造層 (5)を既存の光取出し型の素子 (10)に接合するための接着 剤層もしくは粘着材層
10 発光素子 基材
光波長変換層 基板
発光層
屈折率複合構造層 機能層
UVライト ファイバ レンズ
輝度計
水銀蒸気 蛍光体
ガラス管 屈折率複合構造層 n-チャンネル層 発光層
p-チャンネル層 力ソード アノード モールド榭脂層 屈折率複合構造層 基板
屈折率複合構造層, 415 陽極 正孔輸送層 発光層
シーノレ材
, 419 陰極 410 シール基板
501 基板
502 電極
503 不活性ガス
504 隔壁
505R, 505G, 505B 蛍光材料層
506 対向基板
507 屈折率複合構造層
601 ガラス基板
602 発光層
603 屈折率複合構造層
605 電極
606 正孔輸送層
608 シーノレ材
609 陰極
610 シール基板
701 エアブラシ
702 ホットプレート
704 衝立 (液飛散防止用）
705 液滴が直接力かるエリア
706 霧状の液が力かるエリア
発明を実施するための最良の形態
[0122] 以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明するが、本発明は以下の実施 形態に限定されない。
[0123] (実施形態 1)
図 8は一般的な発光素子の基本的構成を模式的に示す図である。発光素子は、発 光層 (102)と、発光層 (102)を支える基板 (101)とを有する。図中の矢印は、素子とし て光を取り出す方向を示しており、図 1に示す発光素子は、基板 (101)側から光を取 り出すボトムェミッション型構造の発光素子である。なお、実際のデバイスとしての発 光素子は、発光層 (102)と基板 (101)以外にも発光に寄与しない他の層を有すること があり得るが、発光に寄与しない層は、光学的には、基板 (101)と同一視することがで きるので、図 8の様に簡略化して表記できる。
[0124] 図 9は、本実施形態の発光素子の基本的構成を模式的に示す図であり、図 8に示 す発光素子に対して屈折率複合構造層の配置を示している。図 9 (a)に示す発光素 子は、発光層 (102)と、発光層 (102)を支える基板 (101)と、発光層 (102)および基板（ 101)の間に介在する屈折率複合構造層 (103)とを有する。屈折率複合構造層 (103) は、発光層 (102)
側に、光の波長以下の大きさ（例えば lnm以上 lOOnm以下）の屈折率複合構造体 を有する。屈折率複合構造層 (103)の平均屈折率は、発光層 (102)の屈折率以下で あり、例えば 1.0〜1.3である。なお、屈折率複合構造層 (103)の平均屈折率は、多 孔体を構成する高屈折率相成分の総体積と低屈折率相の総体積の割合で決まる。 近似的には〔平均屈折率 n 〕 =∑〔ある屈折率 nを持った相の体積割合〕 X〔屈折
AVR i
率 n〕で求まる。
[0125] 屈折率複合構造層 (103)は、屈折率複合構造体の大きさ以上の膜厚、例えば 50η m以上 500nm以下の膜厚を有する。なお、エバネッセント領域での光取出しだけで なぐ取り出した光を散乱させ、取り出す光のプロファイルをより平均化する場合には 、屈折率複合構造層 (103)の膜厚を例えば 500nm以上数; z m以下に設定する。
[0126] 発光層 (102)の屈折率は、例えば有機 ELで用いられる π電子系共役型有機材料 では 1.6
〜1.8であり、蛍光色素や半導体材料に用いられる η-チャンネル材料や Ρ-チャンネ ル材料では 1.5以上であり、屈折率複合構造層 (103)の平均屈折率以上である。した がって、発光層 (102)に隣接する屈折率複合構造層 (103)との界面に臨界角を超え る角度で入射する光は、本来ならば全反射し、光を取り出すことができない。しかし、 本実施形態の発光素子は、屈折率複合構造層 (103)が光の波長以下の大きさ (例え ば lnm以上 lOOnm以下）の屈折率複合構造体を発光層 (102)側に有するので、本 来全反射する光のエネルギをエバネッセント光として取り出すことができる。 [0127] 図 9 (a)に示す発光素子は、屈折率複合構造層 (103)が発光層 (102)に接している ので、発光層 (102)力もの光を最も効率よく取り出すことができる。但し、図 9 (b)に示 すように、屈折率複合構造層 (103)が基板 (101)の光取り出し側面に形成されていて も良い。透明な基板に使われる材料は、一般に、発光層 (102)の屈折率と略等しい 屈折率を有する。例えば榭脂材料の屈折率は 1. 3以上 1. 7以下であり、ガラスの屈 折率は 1. 5以上 1. 8以下である。したがって、発光層 (102)からの光のほとんどは、 基板 (101)との界面で全反射せず、基板 (101)を透過する。一方、大気の屈折率は 約 1であるので、図 9 (a)に示す発光素子では、基板 (101)と大気との界面において 全反射する光が存在する。これに対して図 9 (b)に発光素子では、屈折率複合構造 層 (103)が基板 (101)の光取り出し側面に形成されているので、屈折率複合構造層 (1 03)と基板 (101)との界面付近に生じるエバネッセント光を取り出すことができる。
[0128] 図 9では、屈折率複合構造層 (103)と発光層 (102)との間には、屈折率複合構造層 (
103)の屈折率以下の層が介在しないが、屈折率複合構造層 (103)の屈折率以下の 低屈折率層が介在しても良い。但し、低屈折率層の膜厚は 100應以下が好ましい。
[0129] 図 10 (a)〜(f)は、実際の発光素子の構成を模式的に示す図である。図 10 (a)〜（ f)に示す発光素子は、基板 (101)、発光層 (102)および屈折率複合構造層 (103) 以外に、何らかの役割を持つ機能層 (104)を少なくとも 1層有する。このような機能層（
104)としては、 SiOや SiNなどの無機の保護層や絶縁層、発光層 (102)に通電する
2
ための透明電極層（例えば ITO (インジウム錫酸化物）や IZO (インジウム亜鉛酸ィ匕 物））、発光層 (102)に対して正孔ゃ電子を移動させるための P-チャンネル Zn_チヤ ンネル型の半導体層や有機導電体層、貼り合せにより層構造を形成するための接着 層、外光を偏光させるための偏光層などが挙げられる。
[0130] (実施形態 2)
図 11は一般的な蛍光管の素子断面構造を模式的に示す図である。蛍光管は、蛍 光管の外形をなすガラス管 (203)と、ガラス管 (203)の内側面に形成された蛍光体 (20 2)と、ガラス管 (203)内部に封入された水銀蒸気 (201)とを有する。水銀蒸気 (201)の 雰囲気下で放電を行うと、紫外線が発生し、蛍光体 (202)に照射される。これにより、 蛍光体 (202) 力 可視光の光が発せられる。しかし、蛍光体 (202)はガラス管 (203)よりも一般に屈 折率が高ぐまた蛍光体 (202)力 発せられた光は無指向性であるので、図 11に示 す一般的な蛍光管では、蛍光体 (202)とガラス管 (203)との界面において全反射して 、ガラス管 (203)に入射できない光の成分 (以下、成分 1ともいう。）が存在する。さらに 、ガラス管 (203)と空気とで屈折率のマッチングが取れていないので、ガラス管 (203) に入射した光が空気中に出射されるときにも、全反射して取り出せな 、光の成分 (以 下、成分 2ともいう。）が存在する。
[0131] 図 12は本実施形態の蛍光管の素子断面構造を模式的に示す図である。図 12 (a) に示す蛍光管は、蛍光管の外形をなすガラス管 (203)と蛍光体 (202)との間に介在す る屈折率複合構造層 (204)を有するので、成分 1の光をガラス管 (203)に導くことがで きる。以下、具体的に説明する。
[0132] 蛍光体 (202)力 発せられた光が蛍光体 (202)に比べて屈折率が低!ヽ (屈折率が 1 に近い)屈折率複合構造層 (204)に入射するとき、スネルの法則に従って、全反射さ れる成分 1の光が存在する。しかし、全反射される光であっても、蛍光体 (202)と屈折 率複合構造層 (204)との界面カゝら入射光の波長以下の距離内の領域 (一般に近接 場領域あるいはエバネッセント領域と呼ばれる）において、元の光のエネルギの数割 程度のエネルギを有する（詳細は図 1を参照)。屈折率複合構造層 (204)は、構造単 位が波長以下のオーダの屈折率複合構造体を有する。屈折率複合構造体は屈折 率の異なる相同士の界面を有する。蛍光体 (202)と屈折率複合構造層 (204)との界 面から屈折率複合構造層 (204)に入り込んだ光 (エバネッセント光）は、屈折率複合 構造体の界面を透過するときに屈折するので、この界面に入射したときの方位角と異 なる方位角の方向へ導かれ得る。
[0133] その結果、入射したときの方位角と異なる方位角の方向へ導かれた光は、蛍光体 (2 02)
と屈折率複合構造層 (204)との界面から蛍光体 (202)側へは戻らず、屈折率複合構 造層 (204)を透過することが可能になる。この効果により、本来ならば全反射して蛍光 体 (202)
力も出ることができな力つた成分 1の光は、蛍光体 (202)と屈折率複合構造層 (204)と の界面を透過する光と共に、屈折率複合構造層 (204)に入射することが可能になる。
[0134] また、屈折率複合構造層 (204)は、屈折率の異なる相の界面を層 (204)内に多数有 するので、それ自体が光散乱性を示すことがある。屈折率複合構造層 (204)で散乱さ れた光は、本来、蛍光体 (202)で発光された光である。しかし、屈折率複合構造層 (20 4)は平均屈折率が 1に近いので、散乱された光は、ガラス管 (203)に入射する際には 、屈折率複合構造層 (204)から発した光と同一視することができる。屈折率複合構造 層 (204)の平均屈折率はガラス管 (203)の屈折率よりも低く設定されているので、屈 折率複合構造層 (204)力 発した光が界面で全反射する条件は存在しない。その結 果、蛍光体 (202)で発光された殆ど全ての光をガラス管 (203)に入射させることが可 會 になる。
[0135] さらに、低屈折率の層 (204)から高屈折率の層 (203)に光が入射する場合には臨界 角が存在しないので、低屈折率の層 (204)から入射するすべての入射角成分の光が 高屈折率の層 (203)に入射可能である。
[0136] 一方、低屈折率の層 (204)から高屈折率の層 (203)を透過し、屈折率 1の空気層へ 出射する場合、高屈折率の層 (203)力 空気層へと出射するときの臨界角は、低屈 折率の層 (204)力 空気層へ直接出射するときの臨界角と同じになる。そのため、低 屈折率の層 (204)から高屈折率の層 (203)に入射した光は、高屈折率の層 (203)から 空気層に出射する際に、低屈折率の層 (204)から空気層に出射する際に臨界角を 超えない入射角成分の光しカゝ出射できないので、高屈折率の層 (203)があっても、空 気層へ出射できる入射角成分の光は、低屈折率の層 (204)から空気層に出射できる (取り出される）成分の光と同じになる。
[0137] なお、厳密には、臨界角以下の光であっても、屈折率の異なる 2層間では、すべて の入射角成分の光に反射する成分の光が存在するので、 100 %の光が入射できる わけではない。しかし、 2つの層間で入射する光の注入効率は、 2つの層の屈折率差 で決まる界面での注入率よりも、隣接する層にある入射角の光が入射できるかあるい は全反射するかの条件としての臨界角により大きく支配される。
[0138] したがって、高屈折率の層 (203)が存在することで減衰する成分は、低屈折率の層 ( 204)が無い場合に比べると、低屈折率の層 (204)から高屈折率の層 (203)に入射す る界面での表面反射成分と、高屈折率の層 (203)力 空気層に出射する際の表面反 射成分と、高屈折率の層 (203)を透過する際に減衰する成分との 3つの成分に低減 される。
[0139] 本発明における屈折率複合構造層の平均屈折率は、典型的には 1.4以下であり、 さらに理想的な低屈折率化ができれば、 1.1以下にすることができる。すなわち、屈 折率が 1.5
以上である従来の発光層よりも低 、屈折率の層 (204)力 の光取出しが可能になる。 したがって、素子の内部で臨界角を超えて全反射し取り出せな 、光が取り出せるよう になるので、従来の素子構造に比べ極めて大きな光取出しが可能になる。
[0140] 図 12 (b)に示す蛍光管には、ガラス管 (203)と蛍光体 (202)との間に屈折率複合構 造層 (204)がないので、成分 1の光をガラス管 (203)に導くことができない。しかし、図 12 (b)に示す蛍光管は、ガラス管 (203)の外側面に形成された屈折率複合構造層 (2 04)を有するので、成分 2の光をガラス管 (203)力も出射させることができる。以下、具 体的に説明する。
[0141] 屈折率複合構造層 (204)の平均屈折率がガラス管 (203)の屈折率よりも低!、ので、 ガラス管 (203)から屈折率複合構造層 (204)に入射する光の一部は、ガラス管 (203) と屈折率複合構造層 (204)との界面で全反射する。しかし、屈折率複合構造層 (204) は、ガラス管—屈折率複合構造層界面近傍であって、全反射成分の光がエネルギ 的に入射する領域 (エバネッセント領域）内に、構造単位が波長以下のオーダの屈 折率複合構造体を有する。屈折率複合構造体は屈折率の異なる相同士の界面を有 する。全反射成分の光は、この界面に入射した方位角と異なる方位角の方向へ導か れるので、全反射する光が減少し、屈折率複合構造層 (204)に入射できる光が増加 する。したがって、屈折率複合構造層 (204)から空気に出射する光が屈折率複合構 造層 (204)で発生した光と同一視することができる。
[0142] また、屈折率複合構造層 (204)の内部に存在する多数の界面によって、屈折率複 合構造層 (204)に入射した光は複雑に反射 Z屈折されるので、この層 (204)から出射 するとき、散乱光として出射される。さらに屈折率複合構造層 (204)の平均屈折率が 空気の屈折率と近似しているので、屈折率複合構造層 (204)と空気との界面 (すなわ ち屈折率複合構造層 (204)の外側面)で全反射する光の成分が少ない。その結果、 成分 2の光の損失が減少され、取り出される光の量が増加する。
[0143] 本実施形態では本発明を蛍光管に適用した場合について説明したが、蛍光色素 を励起発光させるエネルギが紫外線ではなく電子線である CRTや FEDにも本発明 を適用することができる。 CRTや FEDでも、原理的に蛍光色素から可視光が発せら れるので、本実施形態の蛍光管と同様に、光取り出しの向上効果が得られる。
[0144] (実施形態 3)
図 13は一般的な LEDの素子断面構造を模式的に示す図である。 LEDは、電極と してのアノード (305)および力ソード (304)と、アノード (305)側に電子を輸送する n-チ ヤンネル層 (301)と、力ソード (304)側に正孔を輸送する P-チャンネル層 (303)と、両チ ヤンネル層 (301X303)の間に介在する発光層 (302)と、素子全体を封止するモールド 榭脂層 (306)とを有する。なお、実際の LEDにおいては、 n-チャンネル層と P-チャン ネル層の接合界面が発光層として機能し、別組成の発光層が存在しない構造もあり 得る。
[0145] LEDにお 、て、半導体の発光層 (302)力 発せられた光は、その光取り出し方向に n-ないし P-チャンネル層 (301X303)や電極層 (304)が存在するので、これらの層を導 波して、モールド榭脂層 (306)に到達する。このとき、 LEDを形成する各層は、いず れも素子の基本素材である半導体ィ匕合物（例えば Si,Ge,Ga )に微量の不純物を注 入して形成されているので、個々の層間で屈折率の著しい差が生じない。具体的に は、一般的な材料力も形成された層の屈折率は 1. 8以上である。したがって、これら の層間の透過にお 、て光の大きな損失が生じることはな 、。
[0146] しかし、発光する半導体層に接する榭脂層 (306)は、一般的にエポキシやアクリル などの屈折率が 1. 5前後の榭脂から形成されるので、半導体層に対して屈折率で 0. 3以上の差が存在する。したがって、図 13に示す一般的な LEDにおいては、屈折 率 1. 8以上 (典型的には屈折率約 2)の層から屈折率約 1. 5の層へ出射する光のう ち界面で全反射して入射できない光の成分 (以下、成分 3ともいう。）が存在する。言 い換えれば、図 13に示す一般的な LEDでは、半導体層とモールド榭脂層との界面 で光損失が発生することを回避できな 、。 [0147] また、モールド榭脂層 (306)の屈折率が約 1. 5であるのに対して、空気の屈折率が 約 1であるので、屈折率 1. 5の層から屈折率約 1の層へ出射する光のうち界面で全 反射して入射できない光の成分 (以下、成分 4ともいう。）が存在する。言い換えれば 、図 13に示す一般的な LEDでは、最終的に光を取り出すときに、モールド榭脂層と 空気との界面で光損失が発生することを回避できな 、。
[0148] 従来、 LEDの光取り出し効率向上のために様々な提案がなされ、実際のデバイス に適応されてきた。最も一般的には、素子の出射側をレンズ形状にした構造が採用 され、商品化されている。しかし、基本的には半導体デバイス力も面状に発光される ので、レンズにより取り出し効率向上を図ったとしても、その取り出し効率向上には限 界がある。
[0149] 図 14は、本実施形態の LEDの素子断面構造を模式的に示す図である。図 14 (a) に示す LEDでは屈折率複合構造層 (307)が出射面に形成され、図 14 (b)に示す LE Dでは屈折率複合構造層 (307)が素子全体を覆うとともに、モールド榭脂層 (306)で 封止されている。また図 14 (c)に示すように、モールド榭脂 (306)の代わりに屈折率 複合構造層 (307)が素子全体を封止しても良い。さら〖こ、光取り出し効率の点では図 14 (a)〜図 14 (c)の LEDに及ばな 、が、図 14 (d)に示すように出射光の光路途上 に屈折率複合構造層 (307)を形成してもよぐ図 14 (e)に示すように屈折率複合構造 層 (307)がモールド榭脂層 (306)を覆って形成されていても良い。さらに、図 14 (f)に 示すように屈折率複合構造層 (307)が成型物としてのブランケットであり、ブランケット がモールド樹脂層 (306)を覆っていても良い。
[0150] 図 14 (a)〜図 14 (c)の LEDは、素子全体に対して屈折率複合構造層 (307)の占め る割合が異なるものの、基本的な構成として、発光する半導体層に屈折率複合構造 層 (307)が接する点で共通する。図 14 (a)および図 14 (b)の LEDでは、屈折率複合 構造層 (307)を透過した光がモールド榭脂層 (306)内を透過した後に空気中に出射 されるので、屈折率複合構造層 (307)とモールド榭脂層 (306)との界面およびモール ド榭脂層 (306)と空気との界面において光の透過効率の差が発生し得る。しかし、図 14 (a)および図 14 (b)の LEDによれば、成分 3の光を取り出すことができ、光取り出 し効率の向上の効果が得られる。また図 14 (a)および図 14 (b)の LEDは、屈折率複 合構造層 (307)の機械的な強度を補うための構成として有効と考えられる。
[0151] 一方、図 14 (c)の LEDは、平均屈折率が空気に近似している屈折率複合構造層（ 307)が空気に接しているので、成分 3だけでなく成分 4の光をも取り出すことができ、 光取り出し効率のさらなる向上の効果が得られる。
[0152] 実際のデバイス構成として、図 14 (d)〜図 14 (f)に示すように、屈折率複合構造層 ( 307)と半導体層との間にモールド榭脂層 (306)が介在する構成も考えられる。図 13 に示す LEDでは、屈折率が約 1. 5のモールド榭脂層 (306)力 屈折率が約 1の空気 層へ出射するとき、臨界角を超える為に入射できない成分 4の光が存在する。
[0153] 図 14 (d)の LEDでは、半導体層からの発光がモールド榭脂層 (306)を介して平均 屈折率が空気に近似している屈折率複合構造層 (307)に入射する。屈折率複合構 造層 (307)は屈折率複合構造体を有するので、屈折率が約 1. 5のモールド榭脂層 (3 06)で発せられた光は、臨界角を超える為に本来ならば入射できない成分 4の光も屈 折率複合構造層 (307)に入射可能になる。また、屈折率複合構造体の層内部に入射 した光は、複数の界面を透過する過程で光散乱に近い特性の光へと変換される。言 い換えれば、屈折率が約 1.5の層 (306)で発せられた光であっても、見かけ上、屈折 率複合構造層 (307)カゝら発せられたのと同じに変換できる。したがって、図 14 (d)の L EDによれば、半導体層からの発光がモールド榭脂層 (306)に入射する際の界面で の損失と、モールド榭脂層 (306)から空気に出射するときの損失と、モールド榭脂層（
306)を透過する際の減衰との 3つの影響を回避することはできないが、モールド榭脂 層 (306)と屈折率複合構造層 (307)との界面で臨界角を超える成分 4による損失を減 少させることができる。なお、実際の素子において、光取出しを下げる要因は界面で の損失よりも臨界角を超える成分 4による損失が大きいので、図 14 (d)に示すように、 屈折率複合構造層 (307)が空気層に接していなくても、本発明の効果を奏することが できる。
[0154] 図 14 (e)に示す LEDでは、平均屈折率が空気に近似している屈折率複合構造層（
307)が空気層に接しているので、図 14 (d)の LEDによる効果にカ卩えて、空気層へ出 射するときの光取り出し効率が向上すると 、う利点がある。
[0155] 図 14 (f)に示す LEDでは、屈折率複合構造層 (307)としての成型物（ブランケット） を後付けにて適用することができるので、図 14 (e)の LEDによる効果にカ卩えて、図 1 3に示す既存の LEDに対しても光取り出し効率を向上させるという利点がある。
[0156] 図 14 (d)〜図 14 (f)の LEDによる効果は成分 4の光取出しに限定されるので、光 取出し効率の改善の点では、図 14 (a)〜図 14 (c)の LEDと比べると、必ずしも優れ ていない。
[0157] し力しながら、素子力もの光取出し時の損失について検討すると、発光層からモー ルド榭脂層 (306)へ入射する際の損失と、モールド榭脂層 (306)から空気層へ入射す る際の損失とが略同じである。具体的には、屈折率約 2の層から屈折率約 1. 5の層 への光出射時の損失と、屈折率約 1. 5の層から屈折率約 1への光出射時の損失は、 いずれも発光光の約 30%である。言い換えれば、成分 4の光を取り出すことによる効 果は、成分 3の光を取り出すことによる効果と略同等である。したがって、成分 4の光 取出しが可能となるだけでも、他の光取出し効率の改善のための方式に比べて十分 な効果が得られるので、図 14 (d)〜図 14 (f)の LEDは有効である。
[0158] (実施形態 4)
図 15 (a)および図 15 (b)は、本実施形態の有機 EL素子の断面構造を模式的に示 す図である。図 15 (a)の有機 EL素子は、素子を保持するための基板 (401)と、基板（ 401)上に形成され、絵素を駆動するための陽極 (405)および陰極 (409)と、陽極 (405 )上に形成された正孔輸送層 (406)と、陰極 (409)および正孔輸送層 (406)に挟まれ た発光層 (407)とを有する。以下、陽極 (405)、正孔輸送層 (406)、発光層 (407)およ び陰極 (409)を総括的に「発光素子部」とも呼ぶ。なお、デバイス構成として、正孔輸 送層 (406)と発光層 (407)との間に正孔注入層などの他の層が介在することもある。
[0159] 図 15 (a)の有機 EL素子は、発光素子部を封止するためのシール材 (408)およびシ ール基板 (410)を有する。一般に、シール材 (408)およびシール基板 (410)により封 止された空間内には不活性ガスや油などの不活性材が封入される。
[0160] 図 15 (a)の有機 EL素子は基板側力も光を取り出すボトムェミッション型であり、陽 極 (405)は ITOなどの透明な電極材料を用いて形成され、陰極 (409)はアルミニウム などの反射性を有する電極材料を用いて形成される。図 15 (a)の有機 EL素子は基 板 (401)の外側面に屈折率複合構造層 (403)を有する。基板 (401)の屈折率は屈折 率複合構造層 (403)の平均屈折率よりも高いので、基板 (401)と屈折率複合構造層（ 403)との界面に全反射する条件で入射する光が存在する。しかし、屈折率複合構造 層 (403)は、光の波長以下の大きさ（例えば lnm以上 lOOnm以下）の屈折率複合構 造体を有するので、本来全反射する光のエネルギをエバネッセント光として取り出す ことができる。また屈折率複合構造層 (403)の平均屈折率は空気の屈折率と近似し ているので、屈折率複合構造層 (403)と空気との界面 (すなわち屈折率複合構造層（ 403)の外側面)で全反射する光の成分が少ない。したがって、光の損失が減少され 、取り出される光の量が増加する。
[0161] なお、陽極 (405)と基板 (401)との間に別の屈折率複合構造層が介在していても良 い。これにより、陽極 (405)と基板 (401)との屈折率の差によって全反射する光の成分 を減少させ、取り出される光の量をさらに増加させることができる。
[0162] 図 15 (b)の有機 EL素子は基板の反対側力も光を取り出すトップェミッション型であ り、陽極 (415)がアルミニウムなどの反射性を有する電極材料を用いて形成され、陰 極 (419)が ITOなどの透明な電極材料を用いて形成される点で、図 15 (a)の有機 EL 素子と異なる。また図 15 (b)の有機 EL素子は、封止された空間内で発光素子部を 覆う屈折率複合構造層 (403)を有する点でも、図 15 (a)の有機 EL素子と異なる。
[0163] 図 15 (a)の有機 EL素子では、発光素子部と不活性材との界面において、屈折率 の相違により全反射する光の成分が存在する。しかし、図 15 (b)の有機 EL素子は、 封止された空間内で発光素子部を覆う屈折率複合構造層 (403)を有するので、発光 素子部からの発光を効率良く不活性材へ導くことができる。
[0164] なお、シール材 (408)およびシール基板 (410)により封止された空間が屈折率複合 構造層 (403)で満たされていても良い。またシール基板 (410)の外側面に別の屈折 率複合構造層が形成されていても良い。これにより、シール基板 (410)と空気との界 面で全反射する光の成分を減少させることができる。
[0165] 本実施形態の有機 EL素子は、マトリクス状に配置された複数の絵素を有するパッ シブマトリクス方式のディスプレイである。絵素は、ストライプ状に設けられた陽極 (405 )と、陽極 (405)に交差して設けられた陰極 (409)とが互いに交差することにより規定さ れる。但し、本発明の素子はアクティブマトリクス方式にも適用することができ、陽極 (4 05)
または陰極 (409)がスィッチ素子に接続され駆動されても良い。スィッチ素子としては 、 TFT (薄膜トランジスタ）などの 3端子素子、 MIM (MetaHnsulator- Metal )などの 2 端子素子が挙げられる。
[0166] 本実施形態では有機 EL素子について説明した力 本発明は無機 EL素子にも適 用することができる。有機 EL素子と無機 EL素子とでは、発光素子部の構成や細か い原理が異なる力 光取出しのための構成に大差がないので、本発明を無機 EL素 子に適用することにより、本実施形態の有機 EL素子と同等の効果が得られる。
[0167] (実施形態 5)
図 16(a)、 (b)および (c)は、本実施形態の PDP素子の断面構造を模式的に示す 図である。図 16(a)、 (b)および (c)の PDP素子は、素子を保持するための基板 (501) と、基板 (501)に対向して配置された対向基板 (506)と、両基板 (501X506)間の空間を 複数のセルに分割する隔壁（一般的にはリブと呼ばれている） (504)と、セル内の空 間に放電を発生させるための一対の電極 (502)と、放電によりプラズマを発生させる ための不活性ガスが注入された空間 (503)と、赤，緑，青の 3色の蛍光材料層 (505RX 505GX505B)とを有する。
[0168] 図 16(a)および (b)の PDP素子では、プラズマ放電により発生した紫外線が各色の 蛍光材料層 (505R)(505G)(505B)を照射することによって各色の可視光が発生し、可 視光が対向基板 (506)を透過することにより表示が行われる。図 16 (c)の PDP素子 では、プラズマ放電により発生した紫外線は、屈折率複合構造層 (507)を透過して各 色の蛍光材料層 (505R)(505G)(505B)を照射する。紫外線光が蛍光材料に照射され た結果、各色の可視光が発生し、可視光が対向基板 (506)を透過することにより表示 が行われる。なお、基板 (501X506)の材料は、典型的にはガラスである。
[0169] 図 16 (a)の PDP素子は、対向基板 (506)の外側面に形成された屈折率複合構造 層 (507)を有する。対向基板 (506)の屈折率は屈折率複合構造層 (507)の平均屈折 率よりも高いので、対向基板 (506)と屈折率複合構造層 (507)との界面に全反射する 条件で入射する光が存在する。しかし、屈折率複合構造層 (507)は、光の波長以下 の大きさ（例えば lnm以上 lOOnm以下）の屈折率複合構造体を有するので、本来 全反射する光のエネルギをエバネッセント光として取り出すことができる。また屈折率 複合構造層 (507)の平均屈折率は空気の屈折率と近似しているので、屈折率複合構 造層 (507)と空気との界面 (すなわち屈折率複合構造層 (507)の外側面)で全反射す る光の成分が少ない。したがって、光の損失が解消され、取り出される光の量が増加 する。
[0170] 図 16 (b)の PDP素子は、蛍光材料層 (505R)(505G)(505B)と対向基板 (506)との間 に形成された屈折率複合構造層 (507)を有する。一般に用いられる蛍光材料層 (505 R)(505G)(505B)の屈折率は、通常の対向基板 (506)に使われるガラスの屈折率よりも 高いので、図 16 (a)の PDP素子では、蛍光材料層 (505R)(505G)(505B)と対向基板 (5 06)との界面において、全反射する光の成分が存在する。しかし、図 16 (b)の PDP 素子では、蛍光材料層 (505R)(505G)(505B)と対向基板 (506)との間に屈折率複合構 造層 (507)を有するので、本発明によるエバネッセント領域での光取出しが可能となり 、蛍光材料層 (505R)(505G)(505B)で発生した光が効率良く対向基板 (506)へ導かれ る。
[0171] また、屈折率複合構造層 (507)の平均屈折率は、対向基板 (506)の屈折率よりも低 いので、屈折率複合構造層 (507)カゝら対向基板 (506)に入射する光の内、屈折率複 合構造層 (507)カゝら対向基板 (506)を介して空気に出射できる入射角成分が取り出 せるようになる。したがって、高屈折率の層力 の出射時に生じる光の損失が減少さ れ、取り出される光の量が増加する。なお、図 16 (a)の PDP素子のように、対向基板 ( 506)の外側面にさらに他の屈折率複合層が形成されていることが好ましい。
[0172] 図 16 (c)の PDP素子は、基板 (501)上に蛍光材料層 (505R)(505G)(505B)、さらにそ の表面に屈折率複合構造層 (507)を有する。この素子構造では、一対の電極 (502) 間に発生したプラズマカゝら発せられる紫外線が屈折率複合構造層 (507)を透過して 蛍光材料層 (505R)(505G)(505B)に到達する過程で透過損失が存在する。しかし、屈 折率複合構造層 (507)の屈折率が、真空に近い空間 (503)の屈折率 1と蛍光材料層 ( 505R)(505G)(505B)の屈折率との間の値であるので、屈折率複合構造層 (507)に入 射することによる損失を低減する効果がある。さらに屈折率複合構造層 (507)自体の 膜厚が薄いので、透過損失は無視することが可能である。したがって、プラズマの空 間 (503)から蛍光材料層 (505R)(505G)(505B)へ到達する UV光に対して光の損失は 小さいと考えられる。
[0173] 一方、蛍光材料層 (505R)(505G)(505B)に到達した UV光により蛍光発光した光のう ち、真空に近い空間 (503)に直接出射できる光の成分の出射効率は、蛍光材料自体 の屈折率が 1より高い (一般的な蛍光材料であれば 1.5以上)ので、屈折率 1.5から 屈折率 1の媒体に出射する効率に等しい。したがって、単純計算で、蛍光発光した 光のうち約 70%の光は取り出せていない。し力し、蛍光材料層 (505R)(505G)(505B)に 接して屈折率複合構造層 (507)が存在することにより、蛍光材料層で発光された光は エバネッセント領域で取り出され、見かけ上、屈折率複合構造層 (507)の平均屈折率 の層から発光しているのと等価の状態が作り出される。この状態力 真空層 (503)へ 出射できる光は、屈折率複合構造層 (507)の平均屈折率から屈折率 1の層に出射す るのと同じ効率になる。
[0174] また、真空層 (503)に出射した光は、表示光として対向基板 (506)やその表面に形 成されている電極 (502)を透過する。この光透過時には、各層に入射する際の表面 での反射損失と透過減衰を受けるが、最大の光損失を生む、臨界角を超える入射条 件が存在しないので、取り出される光の量が増加する。なお、図 16 (a)の PDP素子 のように、対向基板 (506)の外側面にさらに他の屈折率複合層が形成されていること が好ましい。
[0175] 次に、本発明の発光素子をさらに具体的に説明するために、図面を参照しながら、 デバイス構造についての実施例および比較例を示す。図 17は、実施例 1〜8および 比較例 1のデバイス構造を模式的に示す図であり、図 17 (a)は実施例 1〜4のデバイ ス構造、図 17 (b)は実施例 5〜8のデバイス構造、図 17 (c)は比較例 1のデバイス構 造をそれぞれ示している。
[0176] (実施例 1)
53應の粒子を含む微粒子材料 (スチレン榭脂 (コア) Zアクリル榭脂 (クラッド)型榭 脂、 日本ペイント社製、 NC-56 ) 2gをイソプロピルアルコール（IPA) 20ml中に分散し た。その後、 0. 2 mの水系粒子除去用ミリポアフィルタにて 200nm以上の粒子を 除去した。 [0177] なお、微粒子が溶液中に分散されていることは、分散液が入った容器にコリメートさ せた光 (例えばレーザ光）を入射させると、レーザの光路にてチンダル現象がおきるこ とで確認できる。
[0178] ろ過後の分散液をエアブラシ用溶液タンクに移し、エアブラシにてガラス基板 (コー ユング社製、 # 1736、無アルカリガラス) (601)に向けて噴霧した。噴霧に際しては、 ガラス基板 (601)をホットプレート上に置き、基板温度を 150 °C以上にし、霧状の分散 液がガラス基板 (601)に降りかかったときに、粒子分散媒としての IPAが気化する条 件下で行った。分散液の噴霧は、エアブラシ力も出た噴霧液滴が IPAを含んだ状態 でガラス基板 (601)に当たらないように十分な空間を取って、約 50秒間行った。これ により、屈折率複合構造層 (603)としての構造体膜がガラス基板 (601)上に形成され た。
[0179] ガラス基板 (601)を室温まで冷却した後、基板 (601)の屈折率複合構造層 (603)側 表面に金を 50nm真空蒸着して、光透過可能な緻密な膜としての保護膜 (605)を形 成した。なお、保護膜 (605)は電極としても機能する。
[0180] 有機 EL用発光材料 (蛍光材料 1)のトルエン溶液を大気雰囲気中でスピンコータに より塗布した (初期回転 500rpmにて 5秒間、主回転 1500rpmにて 15秒間）。ガラス基 板 (601)を 100 °Cホットプレート上で約 30分間焼成して、発光層 (602)を形成した。
[0181] ガラス基板 (601)上の発光層 (602)に UVライト（浜松ホトニタス社製， Photocure200 )から UV光を照射し、 UV光励起により発生する蛍光の輝度をガラス基板 (601)側か ら測定した。図 18は、取り出し光量を測定するのに用いた構成を示す図である。 UV ライト (110)は、メタルハライドランプ光源力もファイバ (111)を介して UV光を導き出す 。 UV光はレンズ (112)を通して基板 (601)上の発光層 (602)に達する。ファイバ (111) 、レンズ (112)およびサンプルの位置関係を調整して、照射面の直径を約 lcmに設定 した。すべてのサンプル（実施例 1〜9と比較例 1, 2)について、光源からサンプルま での距離を固定して、光源の電流値が一定になるように調整した。 UV光の照射によ り発光層 (602)力も蛍光が発生する。光線軸上に配した輝度計 (113)を用いて、基板 面の法線 (正面)方向（UV照射光軸上）および法線から 45° 傾斜した方向（45° 方 向）の 2方向での蛍光の輝度を測定した。なお、輝度計 (113)としてミノルタ製輝度計 (LS-100)を用い、クローズアップレンズ No.110を使用し、測定距離を 220mmに設定 した。測定結果を表 1にまとめた。
[0182] また、アッベ屈折計 (NAR-2T'LO、株式会社ァタゴ製)を用いて、作製された屈折 率複合構造層 (603)の屈折率を測定した。測定サンプルとして電極 (605)を形成する 前のものを用いた。なお、測定に先立って、膜厚が 200nm以上あることを確認した。 具体的には、膜の一部をナイフで削り、段差計 P-ll (KLA-TenCOr社製)を用いて、 下地のガラス面カゝら構造膜トップ部の高さを読み取って確認した。屈折率複合構造 層 (603)をマッチングオイルなしで屈折計のプリズム面にコンタクトさせ、上方から 50g の錘を置き、プリズム面に密着させて測定した。その結果を「構造体屈折率」として表 2に記載する。
[0183] さらに、微粒子材料自体の屈折率を確認した。具体的には、 50mlのトルエンに対し lgの榭脂微粒子を分散させ、開放容器内にて 15時間室温で攪拌して溶解させた。 攪拌を停止し、 5分程度経過した後、上澄み液をガラス製スポイトにて採取した。 50°C に加熱したガラス基板上に数滴の上澄み液を直接滴下し、トルエンを加熱除去して 膜を形成した。形成された膜は、構造体膜と同じ方法で屈折率を測定した。その結 果を「構造体膜素材屈折率」として表 2に併記する。
[0184] (実施例 2)
微粒子材料を噴霧して構造体膜を形成する工程以外は実施例 1と同様の工程を経 て、有機 EL素子を製造した。図 19は本実施例による塗布方法の説明図である。図 1 9を参照しなから、微粒子材料を噴霧して構造体膜を形成する工程にっ ヽて説明す る。
[0185] 微粒子分散液はエアブラシ (701)より噴霧される。図 19に示すように、屈折率複合 構造体を形成するための基板 (601)は、屈折率複合構造体を形成する面を上にして 、ホットプレート (702)上に置く。エアブラシ (701)より飛び出した液滴が直接力かるェ リア (705)を避けて、エアブラシ (701)より噴霧された霧状の液力 Sかかるエリア (706)内 に基板 (601)を置く。噴霧した液中には 1 μ m以下の微粒子が含まれるので、粒子拡 散の観点から、衝立 (704)を設けて霧状の液の飛散を防ぐ。また、衝立 (704)に噴霧 することにより生じた気流を利用することによって、エアブラシ (701)力 出た微粒子を 含んだ薬液の液滴を霧状に分散させる。霧状の液を乱流中で舞わせた後に沈降さ せることで、微粒子の分散媒として用いた溶剤 (IPA )の気化が進み。したがって、屈 折率複合構造体を形成する基板 (601)の面上には、液中に分散した粒子が主として 沈降、堆積することが可能となる。また、基板 (601)がホットプレート (702)上で加熱さ れているので、少量の分散媒が基板 (601)上に付着しても、短時間で気化可能にな る。
[0186] さらに具体的に述べれば、ろ過後の分散液をエアブラシ用溶液タンクに移し、エア ブラシ (701)にてガラス基板 (コ一-ング社製、 # 1736、無アルカリガラス) (601)に向 けて噴霧した。噴霧に際しては、ガラス基板 (601)をホットプレート (702)上に置き、基 板温度を 150 °C以上にした。但し、実施例 1の場合と異なり、図 19に示すように分散 媒を含んだ液が基板全面に直接当たらず、霧状の噴霧液が塗布されるようにェアブ ラシ (701)の噴霧方向を調節し、 1回の噴霧時間を 0. 5秒程度 (エアブラシ (701)のノ ズルの 1クリック分）とした。霧状の液が消え、ガラス基板 (601)が乾燥するまで待った 後に再び噴霧するという工程を 100回繰り返した。
[0187] 実施例 1と同様にして、正面方向および 45° 方向での輝度を測定し、測定結果を 表 1にまとめた。また、実施例 1と同様にして、構造体屈折率および構造体膜素材屈 折率を測定し、測定結果を表 2にまとめた。
[0188] (実施例 3)
ポリスチレン（分子量 65000 )とポリメタタリレート（分子量 13200 )とのブロックコポリマ をリビングァ-オン重合法にて合成した。分子量分布値 (重量平均分子量 (Mw) Z数 平均分子量（Mn) )が 1.04のブロックコポリマを使用して、プロピレングリコールモノメ チルエーテルアセテートの 5重量0 /0溶液を調製した。この溶液をガラス基板 (601)上 にスピンコートした（初期回転 500rpmにて 5秒間、主回転 2000rpmにて 20秒間）。
[0189] 窒素置換可能なオーブン内にて、内部を窒素置換後、ガラス基板 (601)を 210でに て 4時間、引き続き 135 °Cで 40時間保存した (熱ァニールによる自己組織化)。熱処 理したガラス基板を室温まで放冷した後、 CFガスを用いた RIE (リアクティブイオンェ
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ツチング）装置により、ガス圧 O.lTorr、ガス供給量 30sccm、出力 100 Wにて 20秒間 エッチングを行って、屈折率複合構造層 (603)を形成した。 [0190] RIEでのエッチング後、基板 (601)の屈折率複合構造層 (603)側表面に金を 50nm 真空蒸着して、光透過性の保護膜 (605)を形成した。
[0191] 有機 EL用発光材料 (蛍光材料 1)のトルエン溶液を大気雰囲気中でスピンコータに より塗布した (初期回転 500rpmにて 5秒間、主回転 1500rpmにて 15秒間）。ガラス基 板 (601)を 100 °Cホットプレート上で約 30分間焼成して、発光層 (602)を形成した。
[0192] 実施例 1と同様にして、正面方向および 45° 方向での輝度を測定し、測定結果を 表 1にまとめた。また、実施例 1と同様にして、構造体屈折率および構造体膜素材屈 折率を測定し、測定結果を表 2にまとめた。なお、構造体膜素材屈折率の測定は、次 の手順により行った。本実施例で作製したプロピレングリコールモノメチルエーテルァ セテートの 5重量％溶液の数滴を 50°Cに加熱したガラス基板上に直接滴下し、溶剤 を加熱除去して膜を形成した。形成された膜は、構造体膜と同じ方法で屈折率を測 し 7こ。
[0193] (実施例 4)
多孔質ガラスにシンフレックスチューブを繋いだナノバブル発生ヘッド（SP Finger s prayとして市販されて 、る SPG構造体)を 2口フラスコ内に入れ、光硬化型榭脂（フッ 素置換されたモノマを含むラジカル重合型アクリル系榭脂）を多孔質ガラスヘッドが つかるまで注いだ。メカ-カルスターラで攪拌しながら、ナノバブル発生ヘッドを経て 窒素ガス（3Kgf/cm2 )を 30分間流し続けた。その後、混濁した光硬化型榭脂をシリン ジにて吸い上げ、これをガラス基板 (601)上にスピンコートした（初期回転 250rpmにて 5秒間、主回転 800rpmにて 20秒間）。スピンコート終了後、高圧水銀灯（SPOTCURE SP-III、ゥシォ電機製)にて 5秒間 UV照射し、榭脂膜を硬化させて、屈折率複合構 造層 (603)を形成した。ガラス基板 (601)上の屈折率複合構造層 (603)に対し、基板（ 601)面の法線方向に Arレーザ光を透過させた。 3m離れた場所でのレーザスポット を計測すると、ビーム中心に対し 30cmのビーム広がりが検出された。
[0194] 基板 (601)の屈折率複合構造層 (603)側表面に金を 50nm真空蒸着して、光透過 性の保護膜 (605)を形成した。有機 EL用発光材料 (蛍光材料 1)のトルエン溶液を大 気雰囲気中でスピンコータにより塗布した (初期回転 500rpmにて 5秒間、主回転 1500 rpmにて 15秒間）。ガラス基板 (601)を 100 °Cホットプレート上で約 30分間焼成して、 発光層 (602)を形成した。
[0195] 実施例 1と同様にして、正面方向および 45° 方向での輝度を測定し、測定結果を 表 1にまとめた。また、実施例 1と同様にして、構造体屈折率および構造体膜素材屈 折率を測定し、測定結果を表 2にまとめた。なお、構造体膜素材屈折率の測定は、次 の手順により行った。本実施例で作製した光硬化型榭脂 (フッ素置換されたモノマを 含むラジカル重合型アクリル系榭脂）の数滴をガラス基板上に直接滴下した。別のス ライドガラス基板に挟んだ状態にて高圧水銀灯 (SPOTCURE SP-III、ゥシォ電機製） にて 5秒間 UV照射し、榭脂膜を硬化させた。スライドガラス基板を引き剥がし、ガラス 基板に密着して残ったフィルムの屈折率を構造膜と同じ手順にて測定した。
[0196] (実施例 5)
ガラス基板 (コ一-ング社製、 # 1736、無アルカリガラス) (601)上に有機 EL用発光 材料 (蛍光材料 1)のトルエン溶液を大気雰囲気中でスピンコータにより塗布した (初 期回転 500rpmにて 5秒間、主回転 1500rpmにて 15秒間）。ガラス基板 (601)を 200 °C ホットプレート上で約 30分間焼成して、発光層 (602)を形成した。
[0197] 53應の粒子を含む微粒子材料 (実施例 1と同じ材料） 2gを IPA20ml中に分散した 。その後、 0. 2 mの水系粒子除去用ミリポアフィルタにて 200nm以上の粒子を除 去した。
[0198] ろ過後の分散液をエアブラシ用溶液タンクに移し、エアブラシにてガラス基板 (コー ユング社製、 # 1736、無アルカリガラス) (601)の発光層 (602)に対して反対側に向け て噴霧した。噴霧に際しては、発光層 (602)がホットプレートに直接接しないように 0. lmmのアルミ板でガラス基板 (601)の 4角を支えてホットプレート上に置き、基板温度 を 150
°C以上にし、霧状の分散液がガラス基板 (601)に降りかかったときに、粒子分散媒と しての IPAが気化する条件下で行った。分散液の噴霧は、エアブラシから出た噴霧 液滴が IPAを含んだ状態でガラス基板 (601)に当たらないように十分な空間を取って 、約 50秒間行った。これより、屈折率複合構造層 (603)としての構造体膜がガラス基 板 (601)上に形成された。
[0199] 実施例 1と同様にして、正面方向および 45° 方向での輝度を測定し、測定結果を 表 1にまとめた。
[0200] (実施例 6)
微粒子材料を噴霧して構造体膜を形成する工程以外は実施例 5と同様の工程を経 て、有機 EL素子を製造した。微粒子材料を噴霧して構造体膜を形成する工程は、 次の通りである。ろ過後の分散液をエアブラシ用溶液タンクに移し、エアブラシ (701) にてガラス基板 (コ一-ング社製、 # 1736、無アルカリガラス) (601)に向けて噴霧した 。噴霧に際しては、ガラス基板 (601)をホットプレート上に置き、基板温度を 150で以 上にした。但し、実施例 5の場合と異なり、図 19に示すように分散媒を含んだ液が基 板全面に直接当たらず、霧状の噴霧液が塗布されるようにエアブラシ (701)の噴霧方 向を調節し、 1回の噴霧時間を 0. 5秒程度 (エアブラシ (701)のノズルの 1クリック分） とした。霧状の液が消え、ガラス基板 (601)が乾燥するまで待った後に再び噴霧する と ヽぅ工程を 100回繰り返した。
[0201] 実施例 1と同様にして、正面方向および 45° 方向での輝度を測定し、測定結果を 表 1にまとめた。
[0202] (実施例 7)
実施例 3と同様にして、ガラス基板 (601)上に屈折率複合構造層 (603)を形成した。 RIEでのエッチング後、基板 (601)の屈折率複合構造層 (603)側表面の四隅に約 100 /z m厚の両面テープを貼り付けた。この 4角の両面テープでガラス基板 (601)と同寸 法の別のガラス基板 (以下、保護基板と呼ぶ。）を貼合せ固定した。
[0203] ガラス基板 (601)の屈折率複合構造層 (603)に対して反対側に、有機 EL用発光材 料 (蛍光材料 1)のトルエン溶液を大気雰囲気中でスピンコータにより塗布した (初期 回転 500rpmにて 5秒間、主回転 1500rpmにて 15秒間）。ガラス基板 (601)を 100でホ ットプレート上で約 60分間焼成して、発光層 (602)を形成した。
[0204] 保護基板を剥がした後、実施例 1と同様にして、ガラス基板 (601)上の発光層 (602) に UVライト（浜松ホト-タス社製， Photocure200)から 325nmの UV光を照射し、 UV 光励起により発生する蛍光の輝度をガラス基板 (601)の屈折率複合構造層 (603)側 力も測定した。正面方向および 45° 方向での輝度を測定した結果を表 1にまとめた [0205] (実施例 8)
実施例 4と同様にして、ガラス基板 (601)上に屈折率複合構造層 (603)を形成した。 実施例 7と同様にして、保護基板を貼り合わせた後、ガラス基板 (601)の屈折率複合 構造層 (603)に対して反対側に発光層 (602)を形成した。
[0206] 保護基板を剥がした後、実施例 1と同様にして、正面方向および 45° 方向での輝 度を測定し、測定結果を表 1にまとめた。
[0207] (比較例 1)
ガラス基板 (コ一-ング社製、 # 1736、無アルカリガラス） (601)の表面に金を 50nm 真空蒸着して、光透過性の保護膜 (605)を形成した。有機 EL用発光材料 (蛍光材料 1)のトルエン溶液を大気雰囲気中でスピンコータにより塗布した（初期回転 500rpmに て 5秒間、主回転 1500rpmにて 15秒間）。ガラス基板 (601)を 200 °Cホットプレート上 で約 30分間焼成して、発光層 (602)を形成した。実施例 1と同様にして、正面方向お よび 45° 方向での輝度を測定し、測定結果を表 1にまとめた。
[0208] 次に、図 20を参照しながら、ボトムェミッション型有機 EL素子の実施例および比較 例を示す。図 20 (a)は比較例 2の有機 EL素子、図 20 (b)は実施例 9の有機 EL素子 をそれぞれ示している。
[0209] (比較例 2)
大気中にて、標準評価用の電極パターン (605)を形成した ITO付きガラス基板 (旭 硝子社製、 AN-100K601)に正孔輸送材料の 9倍水希釈液をスピンコートし (初期回 転 500rpmにて 5秒間、主回転 1200rpmにて 15秒間）、ガラス基板 (601)を 200 °Cホット プレート上で約 15分間焼成して、正孔輸送層 (606)を形成した。
[0210] 基板 (601)を放冷した後、露点 40°Cのグローブボックス内に移動させ、グローブ ボックス内で蛍光材料 1 (lOmgZ 10mlトルエン溶液）をスピンコートし（初期回転 500rp mにて 5秒間、主回転 1200rpmにて 15秒間）、ガラス基板 (601)を 200 °Cホットプレート 上で約 15分間焼成して、発光層 (602)を形成した。
[0211] 焼成後、ガラス基板 (601)を気密型の容器に移して、グローブボックス力 取り出し 、蒸着装置に付属のグローブボックスに移動させた。移動後、このグローブボックス内 で基板 (601)を容器カゝら取り出し、蒸着機の成膜用トレイに移した。蒸着装置内で真 空成膜により、約 50應の Ca膜を電子輸送層 (611)として蒸着した後、連続して 500 n mの A1膜を陰極 (609)として形成した。これにより、 1つの有機 EL素子部が 2mm角の 単位面積を有する素子基板が形成された。
[0212] 陰極の成膜が完了した基板 (601)を蒸着装置付属グローブボックス内で気密容器 に戻し、さらに露点 40°Cのグローブボックスに戻して、気密容器から開放して取り 出した。水分を含む空気に発光素子部が触れないように、取り出された基板 (601)の 発光素子部をシール材 (608)およびシール基板 (610)を用いて封止した。シール基 板 (610)は発光素子部を覆う大きさであり、シール貼付け部以外の領域をサンドブラ ストにて掘り込んだカップガラスである。またシール材 (608)は貼合せ用の光硬化型 榭脂であり、貼り合わせ後に 6000mjZcm2の UV露光を行って硬化させた。
[0213] 定電流電源を用いて素子を通電した。通電は、各有機 EL素子部に印加する電流 値をすベて 0.1mAに固定して行った。実施例 1と同様にして、正面方向および 45° 方向での輝度を測定し、測定結果を表 1にまとめた。
[0214] (実施例 9)
比較例 2と同じ方法で有機 EL素子を作製した後、実施例 2と同様にして、発光取出 し側の面に屈折率複合構造層 (603)を形成した。但し、ホットプレート上の基板 (601) の温度を 80°C以上とし、図 19に示すような構成にて分散液を噴霧した。具体的には 、エアブラシから出た噴霧液滴力 Sイソプロピルアルコールを含んだ状態でガラス基板 ( 601)に当たらないように噴霧方向と距離を調節し、かつ 1回の噴霧時間を 1秒程度（ エアブラシのノズル長押しクリック 1回分）にした。その後、噴霧した霧が消えるまで待 つた後に再び噴霧するという工程を 50回繰り返した。
[0215] 比較例 9と同様に、定電流電源を用いて、各有機 EL素子部に印加する電流値を すべて 0.1mAに固定して通電を行なった。実施例 1と同様にして、正面方向および 4 5° 方向での輝度を測定し、測定結果を表 1にまとめた。
[0216] さらに、屈折率複合構造層 (603)が形成された有機 EL素子の輝度を測定した後、 光取出し側の素子ガラス表面に形成された屈折率複合構造層 (603)を削り取った。 肖 IJり取ったガラス表面をエタノールで十分に拭き取った後、ほぼ同一測定場所を同 一条件で再度測定した。その結果も合わせて表 1中に「実施例 9構造体除去後」とし て表，己した。
[0217] [表 1]
Figure imgf000052_0001
[0218] [表 2]
Figure imgf000052_0002
表 1の結果から、実施例 1〜9の特性値と比較例 1, 2の特性値を比較しても、また 実施例 9 (構造体がガラス基板上にある条件)の特性値と実施例 9の構造体除去後の 特性値を比較しても、本発明の構造体によって正面方向および 45° 方向における 輝度が向上することが確認された。言い換えれば、実施例 1〜8に示す原理構成で の実証や実施例 9に示す実際の有機 EL素子によって、素子内部での発光により放 射された光のうち、従来の素子構造では素子を構成する様々な機能を持った各層間 の界面で臨界角を超える為に取り出せな ヽ光が本発明により取り出されることが確認 できた。
[0219] 実施例では有機 EL素子について説明した力 本発明は他の素子にも適用すること ができる。適用対象とする個々の素子毎に、目的とする屈折率複合構造体を形成す る高屈折率や低屈折率の相の選定と、材料やプロセス条件の設定とを適宜行い、既 存のデバイス作製工程に屈折率複合構造体を形成する工程を追加して、発光素子 内部もしくは素子外部に屈折率複合構造体を形成することで、実施例で示した有機 EL素子と同様に、光取出し効率を向上させることができる。
産業上の利用可能性
本発明は多くの自発光素子に適用可能であり、いずれの自発光素子においても光 取出し効率の向上効果が得られる。自発光素子は発光体、光源、表示素子として現 在使われており、具体的には、蛍光管、蛍光表示管、 CRT, FED, PDP、白色や青 色 LEDなどの発光ダイオード、有機 EL素子、無機 EL素子、液晶表示装置などに用 V、られるバックライトが挙げられる。

Claims

請求の範囲 [1] 下記（1)〜 (4)の特性を有する構造体を含む光機能性膜。
(1)内部構造が屈折率の異なる 2種類以上の相からなり、
(2)前記 2種類以上の相のうち少なくとも 1つの相は、 lnm以上、かつ可視波長光 域の波長の 4分の 1以下の大きさの構造単位力 構成され、
(3)平均屈折率が 1よりも高ぐ発光体と前記光機能性膜との間に存在する複数の 層のうちガス相を含む層以外の層の屈折率よりも低ぐ
(4)厚さ方向の内部構造は、前記光機能性膜に接する他層との界面力 エネルギ 的に光が入射可能な近接場領域内において、前記 2種類以上の相が接する界面を 複数有する。
[2] 前記構造体は前記 2種類以上の相のうち一方の相により形成された小胞状構造体 であり、前記構造単位は前記小胞状構造体を構成する壁の厚さおよび Zまたは前記 壁と前記壁に対向する壁との間隙の大きさである請求項 1に記載の光機能性膜。
[3] 前記構造体は前記 2種類以上の相のうち一方の相により形成されたネットワーク状 構造体であり、前記構造単位は、前記ネットワーク状構造体を構成する繊維の径、前 記繊維間の距離および前記ネットワーク状構造体により形成される間隙の大きさから なる群のうち少なくとも 1つである請求項 1に記載の光機能性膜。
[4] 前記構造体は前記 2種類以上の相のうち一方の相により形成された塊状構造体で あり、前記構造単位は前記塊状構造体の径または前記塊状構造体同士の間隙の大 きさである請求項 1に記載の光機能性膜。
[5] 前記 2種類以上の相のうち少なくとも 1つの相は、室温を中心とする少なくとも素子 動作温度範囲内において、前記構造体を自己保持できる特性を有しており、前記 2 種類以上の相は、屈折率が 1. 4以下の第 1相と、屈折率が 1. 3以上の第 2相とを含 む請求項 1に記載の光機能性膜。
[6] 前記第 1相が気相である請求項 5に記載の光機能性膜。
[7] 前記第 1相が真空または大気圧よりも低い低圧力の状態である請求項 6に記載の 光機能性膜。
[8] 前記 2種類以上の相のうち少なくとも 1つの相は液相である請求項 5に記載の光機 能性膜。
[9] 光を発する発光層を有する発光素子であって、
前記発光層から出射された光が素子外へと出射する光路上に配置された請求項 1 に記載の光機能性膜を 1層以上有する発光素子。
[10] 光を発する発光層を有する発光素子に貼り合わせ、押し付けまたは載せて使うフィ ノレムであって、
前記発光層から出射された光が素子外へと出射する光路上に配置された請求項 1 に記載の光機能性膜を 1層以上有するフィルム。
[11] 光を発する発光層を有する発光素子に貼り合わせ、押し付けまたは載せて使う板 状材であって、
前記発光層から出射された光が素子外へと出射する光路上に配置された請求項 1 に記載の光機能性膜を 1層以上有する板状材。
[12] 光を発する発光層を有する発光素子の形状に合わせた成型物であって、
前記発光層から出射された光が素子外へと出射する光路上に配置された請求項 1 に記載の光機能性膜を 1層以上有する成型物。
[13] 前記構造体は前記光機能性膜と前記他層との界面における光エネルギの 15%以 上が到達可能な位置に形成されている請求項 9に記載の発光素子。
[14] 前記構造体は前記光機能性膜と前記他層との界面における光エネルギの 15%以 上が到達可能な位置に形成されている請求項 10に記載のフィルム。
[15] 前記構造体は前記光機能性膜と前記他層との界面における光エネルギの 15%以 上が到達可能な位置に形成されて ヽる請求項 11に記載の板状材。
[16] 前記構造体は前記光機能性膜と前記他層との界面における光エネルギの 15%以 上が到達可能な位置に形成されている請求項 12に記載の成型物。
[17] 請求項 1に記載の光機能性膜を製造する方法であって、
前記構造単位の大きさを有する微粒子を塗布溶剤中に分散させて、微粒子分散液 を調製する工程と、
前記微粒子分散液を基板上に液体状態で塗布する工程と、
前記塗布溶媒を除去した後、前記微粒子同士間および Zまたは前記微粒子と前 記基板間で前記微粒子を接合させることにより、前記構造体を形成する工程とを有 する方法。
[18] 請求項 1に記載の光機能性膜を製造する方法であって、
前記構造単位の大きさを有する微粒子を塗布溶剤中に分散させて、微粒子分散液 を調製する工程と、
前記微粒子分散液を微小な液滴として散布し、前記液滴が気相中にある間に前記 塗布溶剤を気化させて、前記微粒子を基板上に堆積させる工程と、
前記微粒子同士間および Zまたは前記微粒子と前記基板間で前記微粒子を接合 させることにより、前記構造体を形成する工程とを有する方法。
[19] 請求項 1に記載の光機能性膜を製造する方法であって、
互いに安定に相溶せずに分離する 2つ以上の成分が起こす自己組織ィ匕な!/、し相 分離により複合構造体を形成する工程と、
前記複合構造体に応じた特定のエッチング雰囲気下でのエッチングレートまたは 特定溶剤に対する溶解速度の違いを利用して、前記構造体の一方の成分を取り除く ことにより、前記構造体を形成する工程とを有する方法。
[20] 請求項 1に記載の光機能性膜を製造する方法であって、
溶液中でミセルの状態で反応させることにより、前記構造体を形成する工程とを有 する方法。
[21] 請求項 1に記載の光機能性膜を製造する方法であって、
硬化前の榭脂中に lnm以上 0. 1 μ m以下の気泡を発生させる工程と、 前記気泡が安定に分散している状態で前記榭脂を硬化させることにより、前記構造 体を形成する工程とを有する方法。
[22] 前記気泡は lnm以上 0. 1 m以下の空孔径を有する多孔質構造体からガスを導 入することにより形成される請求項 21に記載の方法。
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