(57)【要約】【課題】特に有機ＥＬ等の発光面の屈折率の大きくない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新規な光機能素子を提供すること。【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、その光取り出し面に、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凸状の繰り返し構造を形成したことを特徴とする光機能素子である。また、この光機能素子を効率的に製造するための製造法についても、新規な方法を提案している。【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、
その光取り出し面に、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凸状の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８に、有機ＥＬ発光素子の基本構造を示す。図８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８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２０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。例えば、Ｓ．Ｆａｎ，Ｐ．Ｒ．Ｖｉｌｌｅｎｅｕｖｅ　ａｎｄ　Ｊ．Ｄ．Ｊｏａｎｎｏｐｏｕｕｌｏｓ；Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．，ｖｏｌ．７８　，ｐｐ．３２９４−３２９７１９９７）には、半導体の光取り出し面上に微細構造を作製して、光取り出し効率を向上させることが記載されている。
【０００８】
上述の微細構造（以下、光機能素子３０とする）は、図９に模式的に示すように、ＥＬ発光素子のガラス基板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ところを、その表面に設けた微細な凹凸３２，３４により乱反射させる、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。ただし、このような微細構造を、図８に示したような有機ＥＬ発光素子に適用しようとすると、ＥＬ発光素子のガラス基板１２（光取り出し面）は半導体に比べて屈折率が低いことから、光取り出し効率の向上について多くは望めないものである。
【０００９】
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新たな光機能素子を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【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、その光取り出し面に、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凸状の繰り返し構造（周期構造）を形成したことを特徴とする。
【００１１】
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、３０％以上が好ましく、５０％以上がさらに好ましい。
【００１２】
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。より具体的には、発光光の波長に対して、前記周期構造の周期はその０．１〜２．０倍であることが好ましく、０．２〜１．０倍であることがさらに好ましい。
【００１３】
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。
【００１４】
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し、さらに、上述の現像銀の存在する領域を型押し等の技術を用いて凸状に成形する方法が好適に用い得る。
【００１５】
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。
【００１６】
なお、上記型押し等により成形する凸状の形状は、四角形，三角形等の多角形もしくは円，楕円の一部やこれ以外の曲線で構成される形状など、各種のものが用い得る。
【００１７】
要するに、本発明に係る光機能素子は、外表面に、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】
本実施形態においては、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行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出射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、出射面上）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３０％以上あることが好ましく、５０％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５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）のハロゲン化銀粒子が感光する。そこで、個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。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。
【００２９】
次いで、図５に示すように、予め用意された、プレス型６０（このプレス型６０には、露光されたパターン相互間に合致する位置に、押圧部６０ａが形成されている）を用いて、図４に示す現像銀４４ａが形成されなかった部分を押圧して変形させる。これにより、光機能素子４０の表面上に、現像銀４４ａを含む凸条のパターンが形成されることになる（図１参照）。
【００３０】
なお、上述の押圧加工の結果、すなわちハロゲン化銀粒子層４４の変形を維持・固定するためには、押圧と同時に適宜加熱を行って、ハロゲン化銀粒子層４４を構成する主成分であるバインダーを一旦軟化させた後、変形後に冷却するようにすることが有効である。
【００３１】
このようにして現像銀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。すなわち、この光機能素子４０の表面では、空気層と現像銀４４ａからなる柱状体（屈折率の大きな層に相当する）とが組み合わされることになるため、全反射が発生しにくくなって、取り出される光が増える結果になる。
【００３２】
なお、図４に示したハロゲン化銀粒子の現像処理の結果、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。
【００３３】
上記実施形態によれば、上述のような比較的簡単な製造工程により、新たな光機能素子を製造できる。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有するものである。
【００３４】
図６は、本発明の他の実施形態に係る光機能素子４０’の構成を示す側面図である。本実施形態に係る光機能素子４０’は、その表面に形成される現像銀を含む凸条４４ｂの形状を、三角柱状としたものである。前述のような、四角柱状以外の形に形成しても、同様の効果が得られる。
【００３５】
図６に示したような三角柱状の凸条４４ｂを有する光機能素子４０’を作製する場合には、例えば、図７に示すような特別な形状を有するプレス型を用意すればよい。このような形状の凸条を有する光機能素子４０’の場合には、プレス加工時の歪みの発生が少なくなるという利点がある。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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が好ましく、１００ｎｍ〜５００ｎｍがさらに好ましい。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。
【００３９】
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。
【００４０】
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、富士写真フィルム（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。
【００４１】
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材料等の、表面が平滑であり、かつ平面性に優れた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。
【００４２】
なお、上記各実施形態はいずれも本発明の一例を示したものであり、本発明はこれら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。
【００４３】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、特に有機ＥＬ等の発光面の屈折率の大きくない発光素子からの、発光光取り出し効率を向上させるための新たな光機能素子を実現できるという効果が得られる。
【００４４】
すなわち、本発明に係る光機能素子においては、その光取り出し面に屈折率の大きな材料による周期構造を設けたことにより、空気との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し可能とすることができるものである。
【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概略構成を示す斜視図である。
【図２】図１に示した光機能素子の製造工程を説明する図（第１ステップ）である。
【図３】図１に示した光機能素子の製造工程を説明する図（第２ステップ）である。
【図４】図１に示した光機能素子の製造工程を説明する図（第３ステップ）である。
【図５】図１に示した光機能素子の製造工程を説明する図（第４ステップ）である。
【図６】本発明の他の実施形態に係る光機能素子の概略構成を示す側面図である。
【図７】図６に示した光機能素子の製造工程の要部を説明する図である。
【図８】有機ＥＬ発光素子の基本構造を示す模式図である。
【図９】従来技術に係る光機能素子の概略構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１２　ガラス基板
１４　ＩＴＯ透明電極（陽極）
１６　第１絶縁層
１８　正孔輸送層
２０発光層
２２　線状の背面電極（陰極）
３０，４０，４０’　光機能素子
３２，３４　凹凸
４２　支持体
４４　ハロゲン化銀粒子層
４４ａ，４４ｂ　現像銀（を含む凸条）
５０　露光マスク
５２　マスク・パターン
６０　プレス型
６０ａ，６０ｂ　押圧部
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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