(57)【要約】【課題】発光素子からの発光光取り出し効率を向上させることが可能な、機械的強度の高い光機能素子を提供すること。合わせて、この光機能素子の簡単な製造方法を提供すること。【解決手段】発光個所の屈折率が空気の屈折率よりも大きい発光素子に付加して用いられる光機能素子であって、その光出射面内に、発光波長に対して所定比率となる周期を有する光吸収物質からなる繰り返し構造（周期構造）を形成したことを特徴とする光機能素子。この光機能素子は、ハロゲン化銀写真技術を応用することにより、簡単に製造可能となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光個所の屈折率が空気の屈折率よりも大きい発光素子に付加して用いられる光機能素子であって、
その光出射面内に、発光波長に対して所定比率となる周期を有する光吸収物質からなる繰り返し構造を形成したことを特徴とする光機能素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばＥＬ（エレクトロルミネッセンス）等を用いた発光素子からの光取り出し効率を向上させる技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
無機ＥＬや有機ＥＬ等を用いたＥＬ発光素子（パネル）は、表示装置等に広く用いられている。無機ＥＬは、ＺｎＳ：Ｍｎを発光層として用い、ＳｉＮｘなどの絶縁層でサンドイッチ状に挟み込んだ三層構造に、１８０〜２００Ｖの交流電圧を加えて、電子のＭｎ原子への衝突励起により、オレンジ色に発光させる。一方、有機ＥＬは、基本的には、正孔輸送層と発光層の二層構造からなる。陽極から注入された正孔と、陰極から注入された電子が、発光層で再結合することによって発光層分子の励起子を生成して、それが基底状態に緩和するときの蛍光を用いる。電荷注入型の発光を示すことから、有機発光ダイオードとも呼ばれる。
【０００３】
図５に、有機ＥＬ発光素子の基本構造を示す。図５に示すＥＬ発光素子は、ガラス基板１２と、線状のＩＴＯ透明電極（陽極）１４と、第１絶縁層１６と、正孔輸送層１８と、エレクトロルミネッセンスによって発光可能な発光層２０と、線状の背面電極（陰極）２２とから構成される。なお、視覚方向は、図の下方からとなる。
【０００４】
図５に示すＥＬ発光素子においては、一対の電極層、すなわち陰極２２と陽極１４からそれぞれ電子と正孔（ホール）とが発光層２０内に注入され、この電子とホールとを発光層２０で再結合させて、分子が励起状態から基底状態に戻るときに光が発生する。そして、発光層２０で発生した光（通常は、その一部）が、透明な陽極１４を通過して、光取り出し面側に取り出される。
【０００５】
上述のような構成を有するＥＬ発光素子においては、発光層１６と空気の屈折率との違いから、従来は、発光層１６で発生した光（発光）の２０％程度しか取り出せないという問題がある。この原因は、発光層２０で発生した光（発光）が、ＩＴＯ透明電極１４，ガラス基板１２を通過していく過程で、屈折を繰り返すうち、ガラス基板１２の内面で全反射を起こして閉じ込められる形になるものが多いということによる。
【０００６】
すなわち、発光層１６として有機層を用いるとするとこの屈折率が約１．７、ガラス基板１２のガラスの屈折率が約１．５、外部の空気の屈折率が１．０であることから、出射角度がガラス基板１２に立てた垂直線に対して約３８°（一種の臨界角である）以内の出射光だけが、外部に取り出されることになる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このような状況を改善するため、ＥＬ発光素子においては、例えば、光取り出し面側に種々の構造の光機能素子を貼り付けるといった対策が講じられている。具体的には、例えば、図６に示すような、これを貼り付ける対象である光取り出し面（ここでは、ガラス基板１２）と同じ屈折率を有する材料で構成されるとともに、光の波長と同程度のサイズ構造の微細加工により、その表面に微細な凹凸を設けた光機能素子が用いられる（例えば、Ｊ．ＬｉｇｈｔｗａｖｅＴｅｃｈｎｏｌ．，ｖｏｌ１７，Ｎｏ１１，ｐｐ．２１１３−２１２０（１９９９）の記載を参照のこと）。
【０００８】
この光機能素子３０は、上述のガラス基板１２（光取り出し面）から出射する光が、本来はこのガラス基板１２の表面で全反射してしまう光を、その表面に設けた微細な凹凸３２，３４により乱反射させることで、全反射する光の割合を減少させることで、光の取り出し量を増加させようというものである。
【０００９】
しかしながら、この光機能素子３０では、その表面に設けた微細な凹凸３２，３４の機械的強度が低く、ほこりが溜まったのを除去しようとしたり、飲み物をこぼしてそれを拭うような場合に人が不用意に触れたりするだけで、効果が失われてしまうというようなものであった。
【００１０】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、従来の技術における問題を解消し、発光素子からの発光光取り出し効率を向上させるための光機能素子の機械的強度を向上させることを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係る光機能素子は、発光個所の屈折率が空気の屈折率よりも大きい発光素子に付加して用いられる光機能素子であって、その光出射面内に、発光波長に対して所定比率となる周期を有する光吸収物質からなる繰り返し構造（周期構造）を形成したことを特徴とする。
【００１２】
すなわち、本発明に係る光機能素子は、可視光領域に光吸収がある物質の存在比率（体積比率）が、発光波長に対して一定周期の変化をしているものであることを特徴とする。ここで、前記光吸収物質は、銀であることが好ましい。また、この銀の存在比率（体積比率）は、１０％以上が好ましく、２０％以上がさらに好ましい。
【００１３】
また、前記周期構造の周期は、発光光の波長に応じて（実質的に比例して）異なるものとすることが好ましい。例えば、発光光の波長の０．１〜２．０倍が好ましく、０．２〜１．０倍がさらに好ましい。
【００１４】
本発明に係る光機能素子は、以下に述べるような製造方法によって、好適に製造することが可能である。
【００１５】
すなわち、本発明に係る光機能素子の製造方法としては、ハロゲン化銀粒子をフィルム状の支持体の内部に分散させたフィルム、もしくはハロゲン化銀粒子を内部に分散させた層を有する支持体に対して、これを前述の周期構造の周期に対応するようにパターンニングする露光を行って、その後、現像処理した後の現像銀の存在比率が一定周期の変化を示すようにする方法が好適に用い得る。
【００１６】
ここで、前記露光は、マスクを通して行われる面露光であることが実用上好ましいが、前記露光を、走査露光としても構わない。
【００１７】
要するに、本発明に係る光機能素子は、外表面が平滑で、その表面近傍に、屈折率が大きく変化する周期構造を有することを特徴とするものであり、これにより、この光機能素子表面近傍で、発光素子からの発光光の乱反射を生じさせるものであればよい。
【００１８】
また、このような特徴を備えた光機能素子の製造方法としては、ハロゲン化銀写真の技術を応用して、光機能素子の少なくとも表面近傍に微細パターンを現像銀により形成することを特徴とする方法が好適に用い得る。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面に基づいて、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００２０】
本発明においては、発光素子の光取り出し面側に、光取り出し効率を向上させるためのシート状の光機能素子を貼り付けている。これにより、前述の臨界角以上の角度で出射する発光光が前記光機能素子によって散乱し、その一部は臨界角内の出射光となるので、これを当初の臨界角内発光光とともに取り出すことが可能になり、その分、光取り出し効率を向上させることができる。
【００２１】
図１は、本発明の一実施形態に係る光機能素子の構成を示す斜視図である。上述のように、このシート状光機能素子４０は、発光素子の光取り出し面１２側に貼り付けて用いられる。なお、図１では、下側が発光素子の光取り出し面１２側となっている。
【００２２】
図１に示すように、本実施形態に係る光機能素子４０は、その発光素子の光取り出し面１２と反対の側（図１中の上側、出射面内）に、所定のピッチを有する光吸収物質（ここでは、現像銀）の周期構造を設けたものである。ここで、現像銀からなる周期構造としては、断面が略矩形状の柱状体のものを用いているが、これに限定されるものではない。
【００２３】
なお、周期構造を構成する現像銀中における銀の存在体積比率としては、少なくとも１０％以上あることが好ましく、２０％以上あることがさらに好ましい。後述するように、この現像銀は、ハロゲン化銀乳剤を露光・現像して形成することが好ましく、従って、その銀の存在体積比率は、ハロゲン化銀乳剤中におけるハロゲン化銀粒子の存在比率に依存する。
【００２４】
図１に戻って、説明を続ける。
図１に示す光機能素子４０は、支持体４２上に、バインダー中にハロゲン化銀粒子を分散させた層（以下、ハロゲン化銀粒子層という）４４を有する光機能素子製造用材料４０ａに、所定の露光・現像等の処理を施して得られた現像銀の集合体４４ａが、上述のハロゲン化銀粒子層４４中に周期的に形成されたものである。
【００２５】
以下、上述の実施形態に係る光機能素子４０の製造手順を、図２〜図４に基づいて詳細に説明する。
【００２６】
図２は、本実施形態に係る光機能素子４０の作製工程の第１ステップとしての、光機能素子製造用材料４０ａを示す図である。この光機能素子製造用材料４０ａは、支持体４２上にハロゲン化銀粒子層４４を塗布等の方法で形成する。ここで、ハロゲン化銀粒子層４４の厚みは、例えば、０．１μｍ〜１．５μｍとするのが好ましいが、これに限定されるものではない。
【００２７】
次に、図３に示す第２ステップでは、図２に示したような工程で作製された光機能素子製造用材料４０ａに、所定のパターン５２を有するマスク５０を重ね合わせて露光する。マスク５０は、例えば、光を透過させない金属等により構成されており、また、ここでのパターンとは、光機能素子４０の作製目的に合わせた所定の寸法を有する現像銀４４ａ（図１参照）の配置を実現するためのものであり、処理過程においてやむを得ず発生する寸法誤差を考慮して設定されるものであることが必要である。
【００２８】
上述の露光により、ハロゲン化銀粒子層４４中の露光された部分（符号４４ａで示されている部分）のハロゲン化銀が感光する。そこで、この状態の光機能素子製造用材料４０ａを写真現像液で現像することにより、図４に示すように、ハロゲン化銀粒子層４４中の露光された部分に現像銀４４ａが形成される。
【００２９】
図４に示した状態は、支持体４２上に、現像銀４４ａからなる柱状体が形成された状態である。このように現像銀４４ａからなる柱状体が形成された光機能素子４０を、前述の発光素子の光取り出し面側に貼り付けることにより、発光素子からの光取り出し効率を向上させることができる。
【００３０】
なお、図４に示したハロゲン化銀の現像処理の結果、現像されずに残ったハロゲン化銀粒子は、実質的に透明であり、本光機能素子４０に送り込まれる光の挙動に与える影響は大きくないので、ハロゲン化銀粒子層４４中に残したままとしてよい。
【００３１】
本実施形態によれば、上述のような簡単な製造工程により、機械的強度を向上させた光機能素子４０が製造できる。なお、ここで得られた光機能素子４０は、ハロゲン化銀を用いた写真技術の応用により、微細パターンも高精度に形成可能であるという利点をも有するものである。
【００３２】
以下、本発明に係る光機能素子の構成並びにその製造方法について、より具体的な例を挙げて説明する。
【００３３】
まず、光機能素子製造用材料であるが、この光機能素子製造用材料４０ａは、前述のように、支持体４２上に、ハロゲン化銀粒子層４４を形成したものであり、ここで、ハロゲン化銀粒子としては特に限定はなく、各種のハロゲン化銀粒子が使用可能である。また、その粒子サイズは、形成する周期構造との関連において任意に決定することができる。
【００３４】
前述の通り、周期構造の周期は、発光光の波長に応じて決定されるので、例えば、発光光の波長が５５０ｎｍであれば、周期構造の周期は５０ｎｍ〜１０００ｎｍとするのが好ましく、この場合、ハロゲン化銀粒子のサイズとしては、０．００１μｍ〜０．１μｍ程度が好ましい。
【００３５】
また、上述のハロゲン化銀粒子層４４に用い得るバインダーとしては、写真乳剤用のゼラチンが代表的なものとして挙げられる。ただし、ゼラチンの代わりに、各種の合成高分子材料も用いることが可能である。
【００３６】
なお、上述のハロゲン化銀粒子層４４中に浸透してハロゲン化銀粒子を現像する現像液としては、一般的な黒白感材用の現像液が各種使用可能である。具体例としては、富士写真フイルム（株）の商品である、ファインドールやスーパーファインドール等が好適に用い得る。
【００３７】
前記支持体４２としては、各種フィルム，樹脂類，ガラス，金属さらにはセラミックス等の、表面が平滑で、かつ平面性の良いものが好適に用い得る。
この支持体４２上に、上述のハロゲン化銀粒子層４４を形成するには、前述の通り、塗布等の方法によるのが効率的であるが、必ずしもこれに限定する必要はなく、他の方法を用いてもよい。
【００３８】
なお、上記実施形態は本発明の一例を示したものであり、本発明はこれに限定されるべきものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜の変更または改良を行ってもよいことはいうまでもない。
【００３９】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明に係る光機能素子によれば、発光素子からの発光光取り出し効率を向上させるための光機能素子の機械的強度を向上させることが可能になる。また、この光機能素子の簡単な製造方法を提供することが可能である。
【００４０】
すなわち、本発明に係る光機能素子においては、その光出射面に微細な周期構造を形成したことにより、機械的強度を維持しつつ、空気界面における全反射によって取り出し不可能になる発光の一部を、一度散乱させることで取り出すことが可能になった。
また、本発明に係る光機能素子は、ハロゲン化銀を用いる写真技術を応用することにより、極めて簡単な工程で製造することが可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る光機能素子の構成を示す斜視図である。
【図２】図１に示した実施形態に係る光機能素子の製造手順を説明する図（その１）である。
【図３】図１に示した実施形態に係る光機能素子の製造手順を説明する図（その２）である。
【図４】図１に示した実施形態に係る光機能素子の製造手順を説明する図（その３）である
【図５】ＥＬ発光素子の一般的な構成を示す図である。
【図６】従来の光取り出し効率向上用光機能素子の構成例を示す断面図である。
【符号の説明】
２０発光層
３０　従来の光機能素子
３２，３４　光機能素子３０に設けた凹凸
４０　光機能素子
４２　支持体
４４　ハロゲン化銀粒子層
４４ａ　現像銀（の集合体）
５０　露光用のマスク
５２　マスク５０のパターン例
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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