(57)【要約】  【課題】発光層(2)からの光を表面基板(11)の外側の観察面側に効率よく取り出し、輝度を向上したエレクトロルミネッセンス（ＥＬ）素子を提供する。  【解決手段】本発明のＥＬ素子は、対向する２つの電極(2,11)間に少なくとも発光層(5)を備え、光取り出し側に色変換層(13a,13b,13c)と表面基板(11)を含み、前記２つの電極のうち表面基板側の電極(7)を透明電極とし、色変換層(13a,13b,13c)の透明電極(7)側表面を平滑面とする。これにより、透明電極(7)と色変換層(13a,13b,13c)の界面における光の乱反射を防ぎ、発光体層からの光を表面基板の外側の観察面側に効率よく取り出し、輝度を向上する。色変換層の平滑面は算術平均高さ（Ｒａ）が２００ｎｍ以下であることが好ましい。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する２つの電極間に少なくとも発光層を備え、光取り出し側に色変換層と表面基板を含み、前記２つの電極のうち表面基板側の電極を透明電極としたエレクトロルミネッセンス素子において、
前記色変換層の透明電極側表面は平滑面であることを特徴とするエレクトロルミネッセンス素子。
【請求項２】
前記色変換層の平滑面は、算術平均高さ（Ｒａ）が２００ｎｍ以下である請求項１に記載のエレクトロルミネッセンス素子。
【請求項３】
前記透明電極と前記色変換層との間に、透光性樹脂平滑層をさらに設けた請求項１に記載のするエレクトロルミネッセンス素子。
【請求項４】
前記透明電極と前記透光性樹脂平滑層との界面、及び前記透光性樹脂平滑層と前記色変換層との界面をいずれも算術平均高さ（Ｒａ）が２００ｎｍ以下となるように平滑化する請求項３に記載のするエレクトロルミネッセンス素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表示装置等に使用されるエレクトロルミネッセンス（ＥＬ）素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ディスプレイデバイスとして平面型のディスプレイが注目されており、一例としてプラズマディスプレイが実用化されている。プラズマディスプレイは大型化が容易であること、高い輝度が得られること、視野角が広いことなどから注目されている。しかし、ディスプレイの構造が複雑であり、その製造工程も複雑であるため、改良が進んではいるものの現時点ではまだ高価なものとなっている。
【０００３】
また、エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）現象を利用するディスプレイも提案されている。無機ＥＬでは半導体の無機蛍光体に電極を配置し、電圧印加により無機蛍光体の電子とホールの再結合又は励起子により発光するか、又は半導体中の加速された電子が発光中心に衝突し、発光中心となる原子又はイオンが励起され、それが元の状態に戻る際に発光するものである。ＥＬ素子は、上下電極間に蛍光体層を挟み、前記蛍光体層に電界をかけることにより発光する原理を利用して、文字や画像（以下「画像等」という。）を表示する。単一光表示はもちろん可能であるが、単一光を色変換層により色変換してフルカラー表示することもできる。ところが、色変換をするに際しては、光取り出し効率が低下し、輝度が低下する問題がある。
【０００４】
この問題を解決するため、発光面側に透光性層と色変換層とを設け、色変換層の屈折率を透光性層の屈折率より大きくし、色変換層と透光性層との界面を凹凸にする提案がある（下記特許文献１）。別の提案として、有機ＥＬの光取り出し側の電極から基板までの屈折率を特定の順番に配列する例もある（下記特許文献２）。
【特許文献１】特開２０００−２８４７０５号公報
【特許文献２】国際公開ＷＯ ０２／１７６８９Ａ１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、色変換層は、基本的に樹脂をベースとするものであり、色変換層の透明電極側表面が粗面であると、発光層からの光が乱反射してしまい、光取り出し効率は改善されないという問題がある。
【０００６】
本発明は前記従来の問題を解決するため、発光体層からの光を表面基板の外側の観察面側に効率よく取り出し、輝度を向上したＥＬ素子を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のＥＬ素子は、対向する２つの電極間に少なくとも発光層を備え、光取り出し側に色変換層と表面基板を含み、前記２つの電極のうち表面基板側の電極を透明電極としたＥＬ素子において、前記色変換層の透明電極側表面は平滑面であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は、色変換層の透明電極側表面を平滑化したことにより、色変換層と透明電極発光層との界面における光の乱反射を防ぎ、発光体層からの光を表面基板の外側の観察面側に効率よく取り出し、輝度を向上したＥＬ素子を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明のＥＬ素子は、対向する２つの電極間に少なくとも発光層を備える。前記発光層は、無機又は有機の蛍光体等の発光物体を層状にしたものである。前記発光層の両側又は片側には電気絶縁層（誘電体層）を配置してもよい。無機蛍光体の場合は、対向する２つの電極間に誘電体層を設け、キャパシターの原理を用いて電界により発光させる。
【００１０】
色変換層は、発光層よりも観察面側基板に形成される。また、色変換層と前記発光層との間には透明電極を介在させる。色変換層の透明電極側表面を２００ｎｍ以下の算術平均高さ（Ｒａ）となるように平滑化するのが好ましい。これにより、色変換層と透明電極発光層との界面における光の乱反射を防ぐことができる。前記色変換層の透明電極側表面の算術平均高さが２００ｎｍ以下となるように平滑化するのは、可視光線（波長４００ｎｍ〜７５０ｎｍ）のλ／２以下の凹凸であれば光の散乱が起きないためである。ここで算術平均高さ（Ｒａ）とは、ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１−２００１で規定されている算術平均高さ（Ｒａ）をいう。
【００１１】
色変換層の平滑面は、熱プレス、熱プレスしたまま移動、研磨等の手段を採用して形成する。この場合、観察面側のガラス基板の表面に色変換層を形成しておき、この状態で平滑化処理をしてもよい。別な方法としては、色変換層の片面又は両面を平滑化しておき、これを転写法によってガラス基板又は透明電極に転写してもよい。転写法を採用する場合は、接着剤又は紫外線硬化樹脂等を用いて色変換層をガラス基板又は透明電極に一体的に貼り付ける。研磨の場合、研磨布、研磨紙、研磨スラリー等を用いる。研磨スラリーを用いる場合は、一般的な樹脂研磨用の水スラリーでよく、アルミナ、シリカ、酸化セリウム等の研磨粒子と水からなるスラリーを用いる。
【００１２】
透明電極と色変換層との間には、透光性樹脂平滑層をさらに設けることが好ましい。この場合は、透明電極と透光性樹脂平滑層との界面、及び透光性樹脂平滑層と色変換層との界面をいずれも算術平均高さ（Ｒａ）が２００ｎｍ以下となるように平滑化するのが好ましい。さらに、透明電極の屈折率をｎ１、色変換層の屈折率をｎ２、透光性樹脂平滑層の屈折率をｎ３としたとき、各層の屈折率が、ｎ１＞ｎ３＞ｎ２の関係を満たすことが好ましい。これにより、さらに屈折率の大きな変化による反射を防ぎ、発光体層からの光を表面基板の外側の観察面側に効率よく取り出し、輝度を向上したＥＬ素子を提供できる。
【００１３】
透光性樹脂平滑層の屈折率は、１．５以上２以下あることが好ましい。透光性樹脂平滑層としては、ポリスチレン（屈折率１．５９）、エポキシ樹脂（屈折率１．５５〜１．６０）、ポリ塩化ビニリデン（屈折率１．６０〜１．６３）、ポリスルホン（屈折率１．６３）、フェノール−フォルムアルデヒド樹脂（屈折率１．７０）、ポリシラン、ポリシラザン等のケイ素樹脂層（屈折率１．７０）等が使用できる。
【００１４】
色変換層にはブラックマトリックスを配置させてもよい。色変換層は、一例として厚みが５〜２０μｍ程度のポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）等の樹脂材料を使用する。この場合、屈折率ｎ２は１．４９である。
【００１５】
透明電極には、厚みが２００〜３００μｍのインジウム−スズ酸化物合金（ＩＴＯ）からなる透明電極層を用いる。この場合、屈折率ｎ１は２．１である。発光層からの光を透明電極層を介して直接色変換層に入れると、屈折率の差が大きいために反射してしまう。このため、透明電極層と色変換層との間に、例えば屈折率ｎ３が１．５９のポリスチレン層、又は屈折率ｎ３が１．７０のポリシラン、ポリシラザン等のケイ素樹脂層を介在させる。これにより、色変換層に入る光の反射を押さえることができる。
【００１６】
前記誘電体層としては、Ｙ2Ｏ3，Ｌｉ2Ｏ，ＭｇＯ，ＣａＯ，ＢａＯ，ＳｒＯ，Ａｌ2Ｏ3，ＳｉＯ2，ＭｇＴｉＯ3，ＣａＴｉＯ3，ＢａＴｉＯ3，ＳｒＴｉＯ3，ＺｒＯ2，ＴｉＯ2，Ｂ2Ｏ3，ＰｂＴｉＯ3，ＰｂＺｒＯ3，ＰｂＺｒＴｉＯ3（ＰＺＴ）の少なくとも１種類を使用できる。さらに、両電極間には強誘電体層を介在させ、さらに発光効率を上げる手段を講じてもよい。
【００１７】
発光層に使用可能な発光物質としては、例えばＺｎＳ：Ａｇ，ＺｎＳ：Ｃｕ，ＺｎＳ：Ｍｎ，ＳｒＳ：Ｃｅ：Ｅｕ，ＺｎＳ：Ｓｍ：Ｃｌ，ＣａＳ：Ｅｕ，ＺｎＳ：Ｔｂ：Ｆ，ＣａＳ：Ｃｅ，ＺｎＭｇＳ：Ｍｎ，ＣａＧａ2Ｓ4：Ｃｅ，ＳｒＳ：Ｃｕ，ＣａＳ：Ｐｂ，ＢａＡｌ2Ｓ4：Ｅｕ，Ｙ2Ｏ3：Ｅｕ，Ｃａ2Ｇｅ2Ｏ7：Ｍｎ等の蛍光体として一般に知られているものを用いることができる。
【００１８】
（実施形態１）
（１）色変換層の形成
（１−１）塗材ペーストの作成
以下の成分を９０℃で１時間混合し、塗材ペーストを作成した。
（ａ）溶媒
Ｎ−メチル−２−ピロリドン：５ｇ
ベンジルアルコール：５ｇ
（ｂ）透明バインダー樹脂
ポリメチルメタクリレート粉末（ＰＭＭＡ：住友化学工業製、屈折率１．４９）：３ｇ
（ｃ）色素
緑：クマリン５４０(Exciton社製)：４０ｍｇ
赤：ＤＣＭ(Exciton社製)：４０ｍｇ
青：無添加（発光層が青色発光のため）
（１−２）コーティング方法
ガラス基板の表面に、グラファイトとＰＭＭＡを含む厚さ２μｍ、幅５０μｍ、ピッチ間隔１５０μｍのブラックマトリックスを形成した。このブラックマトリックスの上に前記ピッチ間隔をまたいで、前記緑と赤と無色のペーストをスクリーン印刷法によりＧ，Ｂ（無色），Ｒの順番に各々印刷し、溶媒を徐々に蒸発させ、１７０℃、６０分で乾燥した。乾燥後の膜厚は３０μｍであった。
【００１９】
以下図面を用いて説明する。図１は本発明の一実施形態におけるＥＬ素子の透明基板と色変換層からなる光取り出し部２０の製造工程を示す斜視図である。この光取り出し部２０は、ガラス透明基板１１の上に前記ブラックマトリックス１２が形成され、その上にＧ，Ｂ（無色透明、発光層は青色発光のため色変換は不要），Ｒからなる色変換層１３ａ，１３ｂ，１３ｃが形成されている。この色変換層１３ａ，１３ｂ，１３ｃの上に金属熱プレス板１５を置き、２００℃の温度で１００Ｐａの圧力をかけた後に矢印方向にスライドさせた。これにより、各色変換層の上表面はＪＩＳ  Ｂ０６０１−２００１で規定される算術平均高さ（Ｒａ）が１５０ｎｍとなった。各色変換層の厚さは１５μｍであった。
【００２０】
図２は本発明の一実施形態におけるＥＬ素子の背面側基板から透明電極の上の透光性樹脂保護層までの発光部１０を示す断面図である。まず、背面ガラス１の上に１０μｍの厚みの銅配線からなる背面電極２をストライプ状に平行に形成した。その上に、厚み３０μｍのＢａＴｉＯ3からなる誘電体層３と、厚み０．６μｍのＢａＴｉＯ3有機酸からなる平滑層４と、その上に厚み０．６μｍのＢａＡｌ2Ｓ4：Ｅｕからなる蛍光体発光層５と、厚み０．５μｍのＡｌ2Ｏ3からなる拡散防止層６を形成した。その上に厚み０．５μｍ、幅１５０μｍのインジウム−スズ酸化物合金（ＩＴＯ）層（屈折率ｎ１＝２．１）からなる透明電極７を背面電極２と直交する方向にストライプ状に平行に形成した。背面電極２から透明電極７まではスパッタリングにより形成した。
【００２１】
次に図３に示すように、発光部１０の上に光取り出し部２０を位置合わせして置き、周囲をエポキシ樹脂で封止して表示素子３０を組み立てた。
【００２２】
このＥＬ素子３０に対して、１ｋＨｚ、１０μＡ、１８０Ｖの交流電圧を印加したところ、平滑処理をしない色変換層に比べて、約１５％の輝度向上が認められた。
【００２３】
（実施形態２）
実施の形態１において、色変換層の平滑処理を熱プレス法に代えて研磨法を用いた。すなわち、研磨剤として、平均粒径１０μｍのアルミナ粒子を用い、水を４０重量％加えてスラリーとし、このスラリーを布に塗布し、研磨時の圧力を６．９×１０3Ｐａ〜２０．７×１０3Ｐａの圧力で行うことで、研磨した。研磨面はＪＩＳ  Ｂ０６０１−２００１で規定される算術平均高さ（Ｒａ）が３０ｎｍであった。これを光取り出し部とした。
【００２４】
その後、実施形態１と同様に表示素子３０を組み立てた。
【００２５】
このＥＬ素子３０に対して、１ｋＨｚ、１０μＡ、１８０Ｖの交流電圧を印加したところ、平滑処理をしない色変換層に比べて、約２０％の輝度向上が認められた。
【００２６】
（実施形態３）
透光性樹脂であるポリスチレン（ＰＳジャパン社製商品名“ＧＰＰＳ”、屈折率１．５９）：３ｇを溶媒であるＮ−メチル−２−ピロリドン：１０ｇに溶解して塗材ペーストとした。ガラス基板の上にこの塗材ペーストをドクターブレードでコーティングし、溶媒を徐々に蒸発させ、１７０℃、６０分で乾燥した。乾燥後の膜厚は４０μｍであった。これを実施形態２と同様な方法で両面を研磨した。研磨面はＪＩＳ  Ｂ０６０１−２００１で規定される算術平均高さ（Ｒａ）が３０ｎｍであった。研磨後の膜厚は３２５μｍであった。
【００２７】
得られた透光性樹脂平滑層１４を、実施形態２と同様に研磨処理した光取り出し部２０と、実施形態１と同様に得られた発光部１０との間に介在させ、上下から押圧し、周囲をエポキシ樹脂で封止して表示素子３０を組み立てた。
【００２８】
このＥＬ素子３０に対して、１ｋＨｚ、１０μＡ、１８０Ｖの交流電圧を印加したところ、実施形態２の表示素子に比べてさらに約５％の輝度向上が認められた。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施形態１における色変換層表面の平滑処理を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施形態におけるＥＬ素子の発光部を示す断面図である。
【図３】本発明の実施形態１におけるＥＬ素子の断面図である。
【図４】本発明の実施形態３におけるＥＬ素子の断面図である。
【符号の説明】
【００３０】
１  背面ガラス
２  背面電極
３  誘電体層
４  平滑層
５  蛍光体発光層
６  拡散防止層
７  透明電極
１０  光取り出し部
１１  透明基板
１２  ブラックマトリックス
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ  色変換層
１４  透光性樹脂平滑層
１５  熱プレス板
２０  発光部
３０  ＥＬ素子
【図１】
2006303030.tif 000003
【図２】
2006303030.tif 000004
【図３】
2006303030.tif 000005
【図４】
2006303030.tif 000006