(57)【要約】【課題】積層した発光素子部からの光を効率的に取り出すことができる発光素子基材を提供する。【解決手段】透光性基材１０２と、透光性基材上に配置された高屈折率層１２０とを具備した発光素子基材において、高屈折率層の端部が隆起させ、透光性基材の逆側の高屈折率層の隆起した端部以外の部分に発光素子部を配置するようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子基材であって、
透光性基材と、
前記透光性基材上に配置された高屈折率層と
を具備し、
前記高屈折率層は、端部が隆起しており、前記透光性基材の逆側の前記隆起した端部以外の部分に発光素子部を配置するためのものである、発光素子基材。
【請求項２】
前記高屈折率層は屈折率が１．７以上である、請求項１に記載の発光素子基材。
【請求項３】
前記高屈折率層が光拡散粒子を含む、請求項１または２発光素子基材。
【請求項４】
前記高屈折率層は、前記隆起した端部以外の部分が２軸に傾斜のついたプリズム形状である、請求項１に記載の発光素子基材。
【請求項５】
前記高屈折率層は、屈折率が１．７未満である、請求項４に記載の発光素子基材。
【請求項６】
前記高屈折率層の表面に、光拡散粒子を含まない屈折率が１．７以上である第２の高屈折率層が積層されている、請求項３、４または５に記載の発光素子基材。
【請求項７】
発光素子基材の製造方法であって、
透光性基材上にマスキングフィルムを貼合する工程と、
前記マスキングフィルムの一部を剥離する工程と、
前記透光性基材の前記マスキングフィルムの一部を剥離した部分および前記マスキングフィルムの一部を剥離した部分の周囲を含む部分に、高屈折率の樹脂を塗工する工程と、
前記マスキングフィルムの残りの部分を剥離する工程と、
前記透光性基材の前記マスキングフィルムの一部を剥離した部分の前記高屈折率の樹脂を硬化する工程と
を含む、発光素子基材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子基材および製造方法に関し、より詳細には、積層した発光素子部からの光を効率的に取り出す構造の発光素子基材および製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、有機エレクロトルミネッセンス(Organic Electro-Luminescence：OEL,有機EL)素子（有機発光ダイオード（Organic light-emitting diode：OLED）とも呼ばれる）が発光素子として知られている。一般的な有機EL素子は、ガラス基板等の透光性基材と、基材上に積層された発光層（本明細書にておいて、発光素子部ともいう。）とを備える。一般的な有機EL素子は、発光層により発光され基材を透過して空気中へ放射される光の取り出し効率（本明細書にておいて、光取出効率ともいう。）はわずか20％に過ぎない。そこで、パネル状の有機EL素子を用いた照明装置やディスプレイ装置等では、パネルの量産性等を勘案し、透光性基材に光拡散用の外付けフィルムを貼付している。パネルの素子構造に依存するが外付けフィルムを素子に貼付した場合でも光取出し効率は25％程度であり、光のロスが大きい。この理由としては有機層（発光層）と基材との間の存在する界面にける光の全反射が要因として上げられる。特に、ガラス基板やプラスチック製基板等の基材と該基材と隣接する媒体との屈折率差に起因する、当該界面における全反射の影響が大きい。したがって、さらに光取出効率を向上させるためには、素子内部の構造を工夫する必要ある。
【０００３】
たとえば、発光層と透光性基板との間に、光散乱体としての微粒子を含有した光散乱層を形成して光散乱部とすることが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−４２７４号公報（第００３５段落）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、微粒子を含有した光散乱部で光取出効率を向上させるためには、光を散乱させるために、光散乱性の微粒子の添加量を多くする必要がある。これにより、光の取り出し量は増加するがその分、光散乱性の微粒子を添加したことによる光の吸収作用も増加する。よって、光の取り出しと吸収が同時に発生するため、光取り出しの効果は十分とは言えないという欠点があった。
【０００６】
また、微粒子を含有した光散乱層を形成した光散乱部の表面は、光散乱層の表面に露出する粒子で凹凸が生じる。したがって、光散乱層の表面に緩衝層を形成し、平滑性を高め、光の全反射を低下させることが提案されている（例えば引用文献１参照）。
【０００７】
しかしながら、光散乱層の表面に緩衝層を形成する場合、緩衝層の表面および発光面が互いに完全な平滑面であればこれらを積層する際に問題は生じないが、実際の製造において双方の面を完全な平滑面にすることは難しく、１箇所でも小さな凸部がある場合、そこを基点として発光層がダメージを受けるという問題がある。
【０００８】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、積層した発光素子部からの光を効率的に取り出すことができる発光素子基材を提供することにある。また、発光面にある異物等の凹凸があっても発光層がダメージを受け難い構造の発光素子基材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
このような目的を達成するために、本発明の一態様は発光素子基材である。発光素子基材は、透光性基材と、透光性基材上に配置された高屈折率層とを具備する。高屈折率層は、端部が隆起しており、透光性基材の逆側の隆起した端部以外の部分に発光素子部を配置するためのものである。
【００１０】
一実施形態では、高屈折率層は屈折率が１．７以上である。高屈折率層が光拡散粒子を含んでもよい。
【００１１】
一実施形態では、高屈折率層は、高屈折率層は、屈折率が１．７未満とし、隆起した端部以外の部分を２軸に傾斜のついたプリズム形状としてもよい。
【００１２】
一実施形態では、高屈折率層の表面に、光拡散粒子を含まない屈折率が１．７以上である第２の高屈折率層を積層してもよい。
【００１３】
本発明の別の態様は発光素子基材の製造方法である。発光素子基材の製造方法は、透光性基材上にマスキングフィルムを貼合する工程と、マスキングフィルムの一部を剥離する工程と、透光性基材のマスキングフィルムの一部を剥離した部分およびマスキングフィルムの一部を剥離した部分の周囲を含む部分に、高屈折率の樹脂を塗工する工程と、マスキングフィルムの残りの部分を剥離する工程と、透光性基材のマスキングフィルムの一部を剥離した部分の高屈折率の樹脂を硬化する工程とを含む。
【発明の効果】
【００１４】
以上説明したように、本発明によれば、積層した発光素子部からの光を効率的に取り出すことができ、発光面にある異物等の凹凸があっても発光層がダメージを受け難い構造の発光素子基材を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態にかかる発光素子基材を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかる発光素子基材を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図３】本発明の一実施形態にかかる発光素子基材を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図４】本発明の一実施形態にかかる発光素子基材を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図であり、（ｃ）は高屈折部を斜視図である。
【図５】本発明の一実施形態にかかる発光素子基材を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図であり、（ｃ）は高屈折部を斜視図である。
【図６】本発明の一実施形態にかかる発光素子基材の製造方法を説明する図である。
【図７】本発明の一実施形態にかかる発光素子基材における光の透過／反射の様子を示す図である。
【図８】本発明の一実施形態にかかる発光素子基材における光の透過／反射の様子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。以下の説明中の具体的な組成や数値は例示であり、本発明はこの組成例や数値例に限定されるものではない。本発明は、一般性を失うことなく他の組成や数値で実施することができることは言うまでもない。また、図面中の同一または類似の符号は同一または類似の要素を示す。したがって、繰り返しの説明は省略する。
【００１７】
以下では、本発明に係る発光素子基材に、有機薄膜で構成される発光素子部や、発光素子部に電子やホールを供給する電極等を配置して構成された有機EL素子を例示する。ここで説明する有機EL素子において、発光素子部の発光面からの光は、発光素子基材（透光性基材）を透過して外部へ放射される。
【００１８】
上述したように、発光素子部で発光した光が透光性基材から外部へ放射される際、透光性基材と空気との屈折率差により、界面で全反射を起こし、外部に光が出られず、光のロスが発生する。光がロスしないように、光の散乱要素を有機EL素子の構造内に設けることで、全反射を低減させ、光のロスを低減する方法がある。しかし光の散乱要素を多く入れると光の全反射の低減による光取出し効率の向上と同時に、光の散乱要素における光の吸収や、光の散乱要素での光の反射要素が増え、光取出しと光吸収、光ロスが同時に発生するため、効率よく光を取り出すことが出来ない。
【００１９】
媒体の境界面で全反射する光は、境界面間で全反射を繰り返して徐々に媒体の端部へ移動していく。よって、発光面のどのエリアで発生した光も全反射を繰り返すことで媒体の端部へ集まる。したがって、光が全反射を繰り返す媒体の端部に散乱要素を設けることで、効率的に光を散乱させることができ、都合が良い。
【００２０】
したがって、本発明では発光素子部と透光性基材の間の媒体の端部を隆起させ、全反射を繰り返して隆起した端部に集まる光の反射方向を急激に変化させることで透光性基材を透過させ、より多くの光を取り出すことを可能とする。
【００２１】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態にかかる発光素子基材を用いた有機EL素子１００を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。図１に示す有機EL素子１００は、透光性基材１０２と透光性基材上に形成された高屈折率層１２０とを有する発光素子基材を含む。有機EL素子１００は、発光素子基材（１０２、１２０）と、３つの透明電極部１０６と、発光素子部１０４と、絶縁層１１０と、電極部１０８とを有する。
【００２２】
３つの透明電極部１０６の内の２つは、透光性基材１０２上の高屈折率層１２０を挟む位置に形成され、残りの１つは他の２つと接することなく高屈折率層１２０を覆うように形成されている。
【００２３】
発光素子部１０４は、発光面が透光性基材１０２面に対向するように、高屈折率層１２０上に透明電極部１０６を介して配置されている。
【００２４】
電極部１０８は、発光素子部１０４の発光面の反対側の面と、透光性基材１０２上の高屈折率層１２０を挟む位置に形成され２つの透明電極部１０６とに接するように形成されている。電極部１０８と高屈折率層１２０を覆うように形成された透明電極部１０６との間に、絶縁層１１０が形成され、電気的絶縁状態を維持している。電極部１０８は、発光素子部１０４に電子を供給する陰極であり、高屈折率層１２０を覆うように形成された透明電極部１０６は、発光素子部１０４にホールを供給する陽極である。これにより、発光素子部１０４は、発光素子基材（１０２、１２０）側の面から発光する。
【００２５】
高屈折率層１２０は、屈折率が１．７以上の媒体であり、端部（高屈折率層の周囲、縁または外周）を隆起させた構造である。したがって、透光性基材１０２との界面で全反射した光は、高屈折率層１２０中において全反射を繰り返して端部へ集まり、高屈折率層１２０の端部において反射方向を変化させられる。これにより、透光性基材を透過し外部へ放射する光が増大する（より多くの光を取り出すことが可能になる。）。高屈折率層の隆起した端部が発光素子部の上部に対するスペーサとして働くため、発光素子部が上部から受ける圧力を低減できることができ、発光面にある異物等の凹凸があっても発光層がダメージを受け難くなる。
【００２６】
高屈折率層１２０における発光素子部１０４が配置される部分の厚みは、100μｍより小さいことが望ましい。厚みが100μｍ以上の場合には、材料に含まれる水分量が多過ぎ（ELとして許容できる水分量は、厚みに換算すると100μｍである）、さらに光の透過性が弱くなるためである。
【００２７】
また、高屈折率層１２０における隆起させた端部の幅と厚みは、発光素子部１０４が配置される部分の厚みより大きく、0.5μｍ以上3ｍｍ以下であることが好ましい。端部の幅と厚みが大きくなると、光の吸収が増えてしまうため、光のロスにつながり、逆に小さすぎると光の散乱効果が小さくなり、効率的な光の取り出しができなくなるためである。
【００２８】
なお、高屈折率層１２０の隆起している端部の形状は光が散乱しやすい形状であれば良く、凸上の滑らかな曲線面である場合（図１（ｂ））や、小さな突起が複数ある場合（不図示）や、複数の凸レンズを配列した場合や、大きな球面状の突起の場合でもレンズ効果にて光を取り出すことができるため、形状を特定するものではない。
【００２９】
ほとんどの光は、高屈折率層１２０の端部の隆起している部分における乱反射により透光性基材１０２を透過し外部へ取り出すことが可能になるが、一部の光は取り出しきれずにロスとなる。
【００３０】
図７は、図１に示した発光素子基材（１０２，１２０）を用いた有機EL素子１００における光の振る舞いを光線で示した図である。透光性基材１０２と空気の界面にて全反射した光は、全反射を繰り返しながら、高屈折率層１２０の隆起した端部へと集まる。高屈折率層１２０の隆起した端部に入射した光は界面で反射されて、光の向きが急激に変化し、透光性基材１０２を透過して外部へ放射される（取り出される）。
【００３１】
本実施形態では、高屈折率層１２０に替えて、光の吸収が起こらない程度の僅かな散乱要素を含む高屈折率層１２４を用いることで、光の取り出し量を増加させることが可能とする。
【００３２】
図２に示す有機EL素子２００において、発光素子基材は、透光性基材１０２と高屈折率層１２４とを含んで構成され、高屈折率層１２４は、散乱要素として光散乱粒子１２２を含む。光散乱性微粒子は、これに限るものではないが、例えば、TiO2，SiO2，Al2O3，ZrO2，CaCO3，BaSO4，Mg3Si4O10(OH)2等あり、粒径も数十nmから数百μm等の種々の光散乱性微粒子を選択的に用いることができる。
【００３３】
高屈折率層１２４に光散乱粒子１２２を含ませ場合、高屈折率層１２４の厚みは0.005〜100μｍの範囲が好ましい。高屈折率層１２４の厚みが0.005μｍより小さいと、高屈折率層１２４に入れる散乱性微粒子の粒径を厚みより小さくする必要があり、微粒子の粒径が小さすぎ、光の散乱性が弱まり、散乱要素として機能しなくなるためである。また、図１を参照して上述したように、高屈折率層１２４の厚みが100μｍ以上の場合には、材料に含まれる水分量が多過ぎ、さらに光の透過性が弱くなるためである。
【００３４】
また、高屈折率層１２０（図１）と同様に、高屈折率層１２４の端部に隆起した部分が設けられており、端部における散乱のよりより多くの光を取り出すことができるため、光散乱性微粒子１２２の添加量はそれほど必要とはならない。添加量は40w％以下であることが好ましい。40w％より大きくなると、光散乱性微粒子１２２による光の吸収や必要以上の光の反射の原因となる。なお、粒径がナノオーダーであり光の散乱要素としての機能性が非常に弱いZrO2やTiO2等の微粒子は、高屈折率層１２４の高屈折率化のための屈折率制御要素として用い、光散乱性微粒子と区別してもよい。
【００３５】
高屈折率層１２４における隆起した端部の幅と厚みは、高屈折率層１２０（図１）と同様に、発光素子部１０４が配置される部分の厚みより大きく、0.5μｍ以上3ｍｍ以下であることが好ましい。高屈折率層１２４における隆起した端部の形状は、高屈折率層１２０の隆起している端部の形状と同様に、光が散乱しやすい形状であれば良い。
【００３６】
高屈折率層１２４の表面は、光散乱粒子１２２による凹凸が生じる。したがって、光散乱性粒子を内包していない高屈折率層１２０をさらに積層することで表面の平坦性を向上させることが可能となる。
【００３７】
図３に示す有機EL素子３００において、発光素子基材は、透光性基材１０２と高屈折率層１２４と高屈折率層１２０とを含んで構成され、高屈折率層１２４の表面に光散乱性粒子を内包していない高屈折率層１２０を積層している。高屈折率層１２０を積層の表面平坦性の目安としてはRaが100nm以下であることが好ましい。それ以上になると発光素子部１０４におけるリーク（リーク発光）が生じ易くなり、有機EL素子の信頼性が著しく低下する。
【００３８】
本実施形態では、高屈折率層１２０に替えて、光の吸収が起こらない程度の僅かな散乱要素を含む高屈折率層１２４を用いることで、光の取り出し量を増加させることが可能とする。
【００３９】
図８は、図２に示した発光素子基材（１０２，１２２）を用いた有機EL素子２００における光の振る舞いを光線で示した図である。発光素子部１０４から高屈折率層１２２へ入射した光のうち光散乱粒子１２４がなければ透光性基材１０２と空気の界面に全反射する角度で入射する光は、光散乱粒子１２４で散乱し、透光性基材１０２を透過して外部へ放射される（取り出される）。他方、発光素子部１０４から高屈折率層１２２へ入射した光のうち光散乱粒子１２４に当たらずあるいは光散乱粒子１２４に当たって散乱し、透光性基材１０２と空気の界面にて全反射した光は、全反射を繰り返しながら、高屈折率層１２２の隆起した端部へと集まる。高屈折率層１２２の隆起した端部に入射した光は界面で反射されて、光の向きが急激に変化し、透光性基材１０２を透過して外部へ放射される（取り出される）。図３に示した発光素子基材（１０２，１２２、１２０）を用いた有機EL素子３００における光の振る舞いも、同様である。
【００４０】
（第２の実施形態）
図４は、本発明の第２の実施形態にかかる発光素子基材を用いた有機EL素子４００を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。本実施形態では、高屈折率層１２０（図１）に替えて、２軸に傾斜のついたプリズム形状の高屈折率層１２６を用いることで、光散乱性微粒子を含む高屈折率層１２４（図２）と同様の性能を得ることを可能とする。プリズム形状の高屈折率層１２６の屈折率はn＜1.7の範囲であることが好ましい。屈折率が1.7を超えると、光の散乱性が低下し、光の取り出し量が低減するからである。
【００４１】
図４（ｂ）には、発光素子基材（１０２，１２６）を用いた有機EL素子４００における光の振る舞いを光線も示している。発光素子部１０４からプリズム形状の高屈折率層１２６へ入射した光のうちプリズム形状がなければ透光性基材１０２と空気の界面に全反射する角度で入射する光は、プリズム形状の部分で散乱し、透光性基材１０２を透過して外部へ放射される（取り出される）。他方、発光素子部１０４からプリズム形状部分で散乱せずまたは散乱し、透光性基材１０２と空気の界面にて全反射した光は、全反射を繰り返しながら、高屈折率層１２６の隆起した端部へと集まる。プリズム形状の高屈折率層１２６の隆起した端部に入射した光は界面で反射されて、光の向きが急激に変化し、透光性基材１０２を透過して外部へ放射される（取り出される）。
【００４２】
図３を参照して上述したように、プリズム形状の高屈折率層１２６の表面の平坦性を向上させるために、プリズム形状の高屈折率層１２６の表面に光散乱性粒子を内包していない高屈折率層を積層してもよい。図５に示す有機EL素子５００では、プリズム形状の高屈折率層１２６の表面に光散乱性粒子を内包していない高屈折率層１２０を積層している。上述のとおり、高屈折率層１２０を積層の表面平坦性の目安としてはRaが100nm以下であることが好ましい。有機EL素子５００における光の振る舞いは、有機EL素子４００における光の振る舞いと同様である。
【００４３】
（第３の実施の形態）
図６を参照して、本発明の実施形態にかかる発光素子基材の製造方法を説明する。透光性基材１０２、高屈折率層１０２、光散乱粒子を含む高屈折率層１２４、プリズム形状の高屈折率層１２６、透明電極部１０６等はロールtoロールにて製造することが可能であるため、発光素子部１０４を構成する有機材料の製膜についても同様にロールtoロールで作製することが可能となるため、従来のガラス基板へ機能素子部を作製し、光散乱性のフィルムをプラスチック基材上に成型し、その後粘着材等を介してガラス基板上へ光散乱性のフィルムを密着させるといった製造工程と比較し工程を簡単化し、製造のリードタイムを上げ、コストダウンに有利となる可能性がある。
【００４４】
図６を参照すると、はじめに、透光性基材である厚さ100μmのPET（Polybutylene terephthalate）フィルム１０２の上に、厚さ30μmのマスキングフィルム６０２を貼合し、ハーフカット刃６０４でマスキングフィルムのみをカットした後（図６（ａ））、マスキングフィルムを剥離し（図６（ｂ））、光散乱性微粒子１２２を内包した樹脂をグラビアコーティングする（図６（ｃ））。樹脂はultraviolet（ＵＶ：紫外線）反応型の樹脂とし、光散乱性微粒子１２２はSiO2のφ2.0μmを使用するものとする。光散乱性微粒子の添加量は20重量％である。次いで不要な部分のマスキングフィルムを剥離し、ＵＶを照射して樹脂を硬化させる（図６（ｄ））。図６（ａ）〜（ｄ）の工程を経ることで、図２を参照して説明した高屈折率層１２４を有する発光素子基材を製造することができる。また、図６（ｃ）において、光散乱性微粒子１２２を内包しない樹脂をグラビアコーティングすることで、図１を参照して説明した高屈折率層１２０を有する発光素子基材を製造することができる。
【００４５】
この製造方法はハーフカットしたマスキングフィルムの端部にも樹脂が塗工されるため、マスキングフィルムを剥がした場合、必然的に端部を隆起させることができる。マスキングフィルムの厚みを調整することによって、この隆起する部分の大きさを調整することができる。
【００４６】
さらに、光散乱性微粒子１２２を含む高屈折率層１２４上に、樹脂を積層する場合でも図６（ａ）〜（ｄ）の工程と同様の図６（ｅ）〜（ｈ）の工程を行うことでアライメントをし、積層することが可能となる。図６（ｇ）の工程で、光散乱性粒子を内包していない樹脂をグラビアコーティングすることで、図３に示した透光性基材１０２と透光性基材上に順次積層された高屈折率層１２４および高屈折率層１２０とを有する発光素子基材を製造することができる。
【００４７】
なお、樹脂にＵＶ照射する前に（例えば、図６（ｃ）または（ｄ）の工程において）、金型によってエンボス加工することで、図４（ｃ），５（ｃ）に示したプリズム形状の高屈折率層１２６を形成することができる。同様に、隆起している端部の形状を金型によってエンボス加工することで、光が散乱しやすい形状を形成することができる。
【００４８】
本実施形態では、光散乱粒子１２２を含む高屈折率層１２４（散乱層）の暑さは5μm、その上に積層した光散乱性粒子を内包していない高屈折率層１２０の厚さは10μmで樹脂を塗工した。
【００４９】
透明電極部１０６にはITOを使用し１５０nmスパッタにて製膜した。透湿性対策のためにPETフィルムの高屈折率層１２０を作成した面と逆側の面を、透明粘着フィルムを用いてガラス面に貼り合せた。透光性基材の構成は、例示であり、本願発明は、これに限定されるものではない。高屈折率層の屈折率は1.7とした。
【００５０】
発光素子部１０４は、ITO透明電極部１０６上にα-npdを70nm、Alq3を60nm、Alを100nm製膜した。単純にガラス上に作製したリファレンスと比較し、約1.7倍の効率向上を確認した。
【００５１】
以上説明したように、本発明によれば、積層した発光素子部からの光を効率的に取り出すことができる発光素子基材を提供することが可能となる。また、高屈折率層の隆起した端部がスペーサとして働くことで発光素子部が上部から受ける圧力を低減できるため、発光面にある異物等の凹凸があっても発光層がダメージを受け難い構造の発光素子基材を提供することが可能となる。
【符号の説明】
【００５２】
１００、２００、３００、４００、５００  有機EL素子
１０２  透光性基材
１０４  発光素子部
１０６  透明電極部
１０８  電極部（陰極）
１１０  絶縁層
１２０  高屈折率層
１２２  光散乱粒子
１２４  光散乱粒子を含む高屈折率層
１２６  プリズム形状の高屈折率層
６０２  マスキングフィルム
６０４  ハーフカット刃
【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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