(57)【要約】      （修正有）【課題】光取り出し効率を高めるための回折格子構造を設けたＥＬ素子において、その回折格子構造の寸法パラメータを適切に定めて光取出し効率を更に高める。【解決手段】ＥＬ素子１０は、透光性基板１２とこの透光性基板１２の一方の面に設けられた発光積層構造体１４とを備えており、発光積層構造体１４はＥＬ発光層２０を含んでいる。ＥＬ発光層２０と透光性基板１２との間に、ピッチＰ１の周期的パターンを有する回折格子構造が設けられており、ＥＬ発光層２０が発する光のスペクトルにおける少なくとも１つのピーク波長λと、ピッチＰ１とが、下式（１）で表される関係を満足するようにした。2009272059.tif 000038【選択図】図１
2009272059.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性基板と、該透光性基板の第１面に設けられた発光積層構造体とを備え、該発光積層構造体は、第１電極層である透明電極層と、第２電極層と、それら電極層の間に挟まれたＥＬ（エレクトロ・ルミネッセンス）発光層とを含んでおり、前記透明電極層は前記ＥＬ発光層の両側のうちの前記透光性基板の側に位置している電極層であり、前記第２電極層は前記ＥＬ発光層の両側のうちの前記透光性基板とは反対側に位置している電極層であり、前記発光積層構造体から発した光が、前記透明電極層を透過して前記透光性基板へ入射し、更に該透光性基板を通過し、該透光性基板の第２面を介して外部へ出射するように構成されたＥＬ素子において、
前記ＥＬ発光層と前記透光性基板との間に、ピッチＰ１の周期的パターンを有する回折格子構造が設けられており、
前記ＥＬ発光層が発する光のスペクトルにおける少なくとも１つのピーク波長λと前記ピッチＰ１とが下式（１）で表される関係を満足している、
【数１】
2009272059.tif 000027
ことを特徴とするＥＬ素子。
【請求項２】
前記透明電極層と前記透光性基板との間に屈折率ｎ１の材料から成る透明中間層が形成されており、
前記透明電極層が屈折率ｎ２の材料から成り、
前記回折格子構造が、ピッチＰ１及び高さＴ１の周期的凹凸パターンを有する前記透明中間層と前記透明電極層との間の界面により構成されており、
前記屈折率ｎ１、前記屈折率ｎ２、前記ピッチＰ１、及び前記高さＴｌが下式（２）で表される関係を満足している、
【数２】
2009272059.tif 000028
ことを特徴とする請求項１記載のＥＬ素子。
【請求項３】
前記透明電極層と前記透光性基板との間に屈折率ｎ１の材料から成る透明中間層が形成されており、
前記回折格子構造が、周期的凹凸パターンを有する前記透明中間層と前記透明電極層との間の界面により構成されており、
前記透明電極層が屈折率ｎ２の材料から成り、
前記ＥＬ発光層が屈折率ｎ３の材料から成り、
前記透明電極層が層厚さＴ３に形成されており、
前記屈折率ｎ１、ｎ２、及びｎ３が、ｎ１＞ｎ２＞ｎ３で表される関係、または、ｎ１＜ｎ２＜ｎ３で表される関係を満足しており、
前記屈折率ｎ２、前記層厚さＴ３、及び前記ＥＬ発光層の前記少なくとも１つのピーク波長λが下式（３）で表される関係を満足している、
【数３】
2009272059.tif 000029
ことを特徴とする請求項１記載のＥＬ素子。
【請求項４】
前記透明電極層と前記透光性基板との間に屈折率ｎ１の材料から成る透明中間層が形成されており、
前記回折格子構造が、周期的凹凸パターンを有する前記透明中間層と前記透明電極層との間の界面により構成されており、
前記透明電極層が屈折率ｎ２の材料から成り、
前記ＥＬ発光層が屈折率ｎ３の材料から成り、
前記透明電極層が層厚さＴ３に形成されており、
前記屈折率ｎ１、ｎ２、及びｎ３が、ｎ２＜ｎ１、且つ、ｎ２＜ｎ３で表される関係、または、ｎ２＞ｎ１、且つ、ｎ２＞ｎ３で表される関係を満足しており、
前記屈折率ｎ２、前記層厚さＴ３、及び前記ＥＬ発光層の前記少なくとも１つのピーク波長λが下式（４）で表される関係を満足している、
【数４】
2009272059.tif 000030
ことを特徴とする請求項１記載のＥＬ素子。
【請求項５】
前記ＥＬ発光層が層厚さＴ４に形成されており、
前記透明電極層が屈折率ｎ２の材料から成り、
前記ＥＬ発光層が屈折率ｎ３の材料から成り、
前記第２電極層が屈折率ｎ４の材料から成り、
前記屈折率ｎ２、ｎ３、及びｎ４が、ｎ２＞ｎ３＞ｎ４で表される関係、または、ｎ２＜ｎ３＜ｎ４で表される関係を満足しており、
前記屈折率ｎ３、前記層厚さＴ４、及び前記ＥＬ発光層の前記少なくとも１つのピーク波長λが下式（５）で表される関係を満足している、
【数５】
2009272059.tif 000031
ことを特徴とする請求項１記載のＥＬ素子。
【請求項６】
前記ＥＬ発光層が層厚さＴ４に形成されており、
前記透明電極層が屈折率ｎ２の材料から成り、
前記ＥＬ発光層が屈折率ｎ３の材料から成り、
前記第２電極層が屈折率ｎ４の材料から成り、
前記屈折率ｎ２、ｎ３、及びｎ４が、ｎ３＜ｎ２、且つ、ｎ３＜ｎ４で表される関係、または、ｎ３＞ｎ２、且つ、ｎ３＞ｎ４で表される関係を満足しており、
前記屈折率ｎ３、前記層厚さＴ４、及び前記ＥＬ発光層の前記少なくとも１つのピーク波長λが下式（６）で表される関係を満足している、
【数６】
2009272059.tif 000032
ことを特徴とする請求項１記載のＥＬ素子。
【請求項７】
前記発光積層構造体が更に透明基板を含んでおり、該透明基板上に前記透明中間層が形成されており、該透明基板と前記光透過性基板とがアドヒーシブ層を介して貼着されていることを特徴とする請求項２乃至６の何れか１項記載のＥＬ素子。
【請求項８】
前記透明電極層が屈折率ｎ２の材料から成り、
前記ＥＬ発光層が屈折率ｎ３の材料から成り、
前記回折格子構造が、ピッチＰ１及び高さＴ１の周期的凹凸パターンを有する前記透明電極層と前記ＥＬ発光層との間の界面により構成されており、
前記屈折率ｎ２、前記屈折率ｎ３、前記ピッチＰ１、及び前記高さＴｌが下式（７）で表される関係を満足している、
【数７】
2009272059.tif 000033
ことを特徴とする請求項１記載のＥＬ素子。
【請求項９】
前記発光積層構造体が更に透明基板を含んでおり、該透明基板上に前記透明電極層が形成されており、該透明基板と前記光透過性基板とがアドヒーシブ層を介して貼着されていることを特徴とする請求項７記載のＥＬ素子。
【請求項１０】
透光性基板と、該透光性基板の第１面に設けられた発光積層構造体とを備え、該発光積層構造体は、第１電極層である透明電極層と、第２電極層と、それら電極層の間に挟まれたＥＬ（エレクトロ・ルミネッセンス）発光層とを含んでおり、前記透明電極層は前記ＥＬ発光層の両側のうちの前記透光性基板の側に位置している電極層であり、前記第２電極層は前記ＥＬ発光層の両側のうちの前記透光性基板とは反対側に位置している電極層であり、前記発光積層構造体から発した光が、前記透明電極層を透過して前記透光性基板へ入射し、更に該透光性基板を通過し、該透光性基板の第２面を介して外部へ出射するように構成されたＥＬ素子において、
前記ＥＬ発光層と前記透光性基板との間に、ピッチＰ１の周期的パターンを有する第１の回折格子構造と、ピッチＰ２の周期的パターンを有する第２の回折格子構造とが、重層的に設けられており、
前記ＥＬ発光層が発する光のスペクトルにおける少なくとも１つのピーク波長λと前記ピッチＰ１とが下式（８）で表される関係を満足しており、
【数８】
2009272059.tif 000034
前記ＥＬ発光層が発する光のスペクトルにおける少なくとも１つのピーク波長λと前記ピッチＰ２とが下式（９）で表される関係を満足している、
【数９】
2009272059.tif 000035
ことを特徴とするＥＬ素子。
【請求項１１】
前記透明電極層と前記透光性基板との間に屈折率ｎ１の材料から成る透明中間層が形成されており、
前記透明電極層が屈折率ｎ２の材料から成り、
前記ＥＬ発光層が屈折率ｎ３の材料から成り、
前記第１の回折格子構造が、ピッチＰ１及び高さＴ１の周期的凹凸パターンを有する前記透明中間層と前記透明電極層との間の界面により構成されており、
前記屈折率ｎ１、前記屈折率ｎ２、前記ピッチＰ１、及び前記高さＴｌが下式（１０）で表される関係を満足しており、
【数１０】
2009272059.tif 000036
前記第２の回折格子構造が、ピッチＰ２及び高さＴ２の周期的凹凸パターンを有する前記透明電極層と前記ＥＬ発光層との間の界面により構成されており、
前記屈折率ｎ２、前記屈折率ｎ３、前記ピッチＰ２、及び前記高さＴ２が下式（１１）で表される関係を満足している、
【数１１】
2009272059.tif 000037
ことを特徴とする請求項１０記載のＥＬ素子。
【請求項１２】
前記発光積層構造体が更に透明基板を含んでおり、該透明基板上に前記透明中間層が形成されており、該透明基板と前記光透過性基板とがアドヒーシブ層を介して貼着されていることを特徴とする請求項１０又は１１記載のＥＬ素子。
【請求項１３】
前記透光性基板の前記第１面及び前記第２面のいずれか一方もしくは両方に光拡散層が形成されていることを特徴とする請求項１乃至１２の何れか１項記載のＥＬ素子。
【請求項１４】
前記透明電極層が導電性ポリマーから成ることを特徴とする請求項１乃至１３の何れか１項記載のＥＬ素子。
【請求項１５】
前記第２電極層が導電性ポリマーから成ることを特徴とする請求項１乃至１３の何れか１項記載のＥＬ素子。
【請求項１６】
請求項１乃至１５の何れか１項記載のＥＬ素子を発光源として用いたことを特徴とする液晶ディスプレイ装置のためのバックライト装置。
【請求項１７】
請求項１乃至１５の何れか１項記載のＥＬ素子を発光源として用いたことを特徴とする照明装置。
【請求項１８】
請求項１乃至１５の何れか１項記載のＥＬ素子を発光源として用いたことを特徴とする電子看板装置。
【請求項１９】
請求項１乃至１５の何れか１項記載のＥＬ素子を画素駆動するように構成して成ることを特徴とするディスプレイ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＥＬ（エレクトロ・ルミネッセンス）素子に関し、また、ＥＬ素子を用いた液晶ディスプレイ用パックライト装置、ＥＬ素子を用いた照明装置、ＥＬ素子を用いた電子看板装置、及びＥＬ素子を用いたディスプレイ装置に関する。本発明に係るＥＬ素子は、優れた光取り出し効率を有するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に用いられているＥＬ素子は、透光性基板と、この透光性基板の一方の面に設けられた発光積層構造体とを備えており、その発光積層構造体は、陽極層と、陰極層と、それら電極層の間に挟まれたＥＬ（エレクトロ・ルミネッセンス）発光層とを含んでいる。そして、陽極層と陰極層との間に直流電圧を印加してＥＬ発光層に電子および正孔を注入し、それらの再結合によって励起子を生成し、この励起子の失活する際の光の放出を利用してＥＬ発光層を発光させており、こうして発光積層構造体から発した光が、透光性基板の一方の面を介して透光性基板へ入射し、その透光性基板を通過して、その透光性基板の他方の面を介して外部へ出射するようにしている。
【０００３】
従来、かかる構成のＥＬ素子において、ＥＬ発光層から発して透光性基板へ入射した光がその透光性基板を通過して空気中へ出射しようとする際に、その光のかなりの部分が透光性基板の表面において全反射するために、光のロスが生じるという問題があった。この全反射による光のロスは、何の対策も講じなければ約８０％にも達することがあり、その場合、ＥＬ素子からの光取り出し効率は２０％程度になってしまう。光取り出し効率が低ければ、所要の輝度を得るために大きな電力を投入せねばならず、それによってＥＬ素子に加わる負荷が増大するため、ＥＬ素子の信頼性が低下することにもなる。
【０００４】
ＥＬ素子のような面発光素子の光取り出し効率を向上させることを目的として、面発光素子の透光性基板の表面に微細な凹凸パターンを形成するという方法が、従来より提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１１９２８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に提案されている方法によれば、ＥＬ素子の透光性基板（同文献では「ガラス基板」と称している）の表面に回折格子を形成することで、光取り出し効率を向上させている。しかしながら、その回折格子のパラメータを如何に定めれば最善の光取出し効率が得られるのかについては、何ら示唆されておらず、それゆえ、光取り出し効率を高めるためにＥＬ素子に設ける回折格子構造のパラメータを適切に定めることによって、その光取り出し効率を更に高めることが、なお要望されている。本発明の課題は、かかる要望に応えることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は上記課題を解決するべくなされたものであり、本発明に係るＥＬ素子は、透光性基板と、該透光性基板の第１面に設けられた発光積層構造体とを備え、該発光積層構造体は、第１電極層である透明電極層と、第２電極層と、それら電極層の間に挟まれたＥＬ（エレクトロ・ルミネッセンス）発光層とを含んでおり、前記透明電極層は前記ＥＬ発光層の両側のうちの前記透光性基板の側に位置している電極層であり、前記第２電極層は前記ＥＬ発光層の両側のうちの前記透光性基板とは反対側に位置している電極層であり、前記発光積層構造体から発した光が、前記透明電極層を透過して前記透光性基板へ入射し、更に該透光性基板を通過し、該透光性基板の第２面を介して外部へ出射するように構成されたＥＬ素子において、前記ＥＬ発光層と前記透光性基板との間に、ピッチＰ１の周期的パターンを有する回折格子構造が設けられており、前記ＥＬ発光層が発する光のスペクトルにおける少なくとも１つのピーク波長λと前記ピッチＰ１とが下式（１）で表される関係を満足していることを特徴とする。
【０００８】
【数１】
2009272059.tif 000003
【０００９】
請求項２に係る発明は更に、前記透明電極層と前記透光性基板との間に屈折率ｎ１の材料から成る透明中間層が形成されており、前記透明電極層が屈折率ｎ２の材料から成り、前記回折格子構造が、ピッチＰ１及び高さＴ１の周期的凹凸パターンを有する前記透明中間層と前記透明電極層との間の界面により構成されており、前記屈折率ｎ１、前記屈折率ｎ２、前記ピッチＰ１、及び前記高さＴｌが下式（２）で表される関係を満足していることを特徴とする。
【００１０】
【数２】
2009272059.tif 000004
【００１１】
請求項３に係る発明は更に、前記透明電極層と前記透光性基板との間に屈折率ｎ１の材料から成る透明中間層が形成されており、前記回折格子構造が、周期的凹凸パターンを有する前記透明中間層と前記透明電極層との間の界面により構成されており、前記透明電極層が屈折率ｎ２の材料から成り、前記ＥＬ発光層が屈折率ｎ３の材料から成り、前記透明電極層が層厚さＴ３に形成されており、前記屈折率ｎ１、ｎ２、及びｎ３が、ｎ１＞ｎ２＞ｎ３で表される関係、または、ｎ１＜ｎ２＜ｎ３で表される関係を満足しており、前記屈折率ｎ２、前記層厚さＴ３、及び前記ＥＬ発光層の前記少なくとも１つのピーク波長λが下式（３）で表される関係を満足していることを特徴とする。
【００１２】
【数３】
2009272059.tif 000005
【００１３】
請求項４に係る発明は更に、前記透明電極層と前記透光性基板との間に屈折率ｎ１の材料から成る透明中間層が形成されており、前記回折格子構造が、周期的凹凸パターンを有する前記透明中間層と前記透明電極層との間の界面により構成されており、前記透明電極層が屈折率ｎ２の材料から成り、前記ＥＬ発光層が屈折率ｎ３の材料から成り、前記透明電極層が層厚さＴ３に形成されており、前記屈折率ｎ１、ｎ２、及びｎ３が、ｎ２＜ｎ１、且つ、ｎ２＜ｎ３で表される関係、または、ｎ２＞ｎ１、且つ、ｎ２＞ｎ３で表される関係を満足しており、前記屈折率ｎ２、前記層厚さＴ３、及び前記ＥＬ発光層の前記少なくとも１つのピーク波長λが下式（４）で表される関係を満足していることを特徴とする。
【００１４】
【数４】
2009272059.tif 000006
【００１５】
請求項５に係る発明は更に、前記ＥＬ発光層が層厚さＴ４に形成されており、前記透明電極層が屈折率ｎ２の材料から成り、前記ＥＬ発光層が屈折率ｎ３の材料から成り、前記第２電極層が屈折率ｎ４の材料から成り、前記屈折率ｎ２、ｎ３、及びｎ４が、ｎ２＞ｎ３＞ｎ４で表される関係、または、ｎ２＜ｎ３＜ｎ４で表される関係を満足しており、前記屈折率ｎ３、前記層厚さＴ４、及び前記ＥＬ発光層の前記少なくとも１つのピーク波長λが下式（５）で表される関係を満足していることを特徴とする。
【００１６】
【数５】
2009272059.tif 000007
【００１７】
請求項６に係る発明は更に、前記ＥＬ発光層が層厚さＴ４に形成されており、前記透明電極層が屈折率ｎ２の材料から成り、前記ＥＬ発光層が屈折率ｎ３の材料から成り、前記第２電極層が屈折率ｎ４の材料から成り、前記屈折率ｎ２、ｎ３、及びｎ４が、ｎ３＜ｎ２、且つ、ｎ３＜ｎ４で表される関係、または、ｎ３＞ｎ２、且つ、ｎ３＞ｎ４で表される関係を満足しており、前記屈折率ｎ３、前記層厚さＴ４、及び前記ＥＬ発光層の前記少なくとも１つのピーク波長λが下式（６）で表される関係を満足していることを特徴とする。
【００１８】
【数６】
2009272059.tif 000008
【００１９】
請求項７に係る発明は更に、前記発光積層構造体が更に透明基板を含んでおり、該透明基板上に前記透明中間層が形成されており、該透明基板と前記光透過性基板とがアドヒーシブ層を介して貼着されていることを特徴とする。
【００２０】
請求項８に係る発明は更に、前記透明電極層が屈折率ｎ２の材料から成り、前記ＥＬ発光層が屈折率ｎ３の材料から成り、前記回折格子構造が、ピッチＰ１及び高さＴ１の周期的凹凸パターンを有する前記透明電極層と前記ＥＬ発光層との間の界面により構成されており、前記屈折率ｎ２、前記屈折率ｎ３、前記ピッチＰ１、及び前記高さＴｌが下式（７）で表される関係を満足していることを特徴とする。
【００２１】
【数７】
2009272059.tif 000009
【００２２】
請求項９に係る発明は更に、前記発光積層構造体が更に透明基板を含んでおり、該透明基板上に前記透明電極層が形成されており、該透明基板と前記光透過性基板とがアドヒーシブ層を介して貼着されていることを特徴とする。
【００２３】
また、本発明に係るＥＬ素子は、透光性基板と、該透光性基板の第１面に設けられた発光積層構造体とを備え、該発光積層構造体は、第１電極層である透明電極層と、第２電極層と、それら電極層の間に挟まれたＥＬ（エレクトロ・ルミネッセンス）発光層とを含んでおり、前記透明電極層は前記ＥＬ発光層の両側のうちの前記透光性基板の側に位置している電極層であり、前記第２電極層は前記ＥＬ発光層の両側のうちの前記透光性基板とは反対側に位置している電極層であり、前記発光積層構造体から発した光が、前記透明電極層を透過して前記透光性基板へ入射し、更に該透光性基板を通過し、該透光性基板の第２面を介して外部へ出射するように構成されたＥＬ素子において、前記ＥＬ発光層と前記透光性基板との間に、ピッチＰ１の周期的パターンを有する第１の回折格子構造と、ピッチＰ２の周期的パターンを有する第２の回折格子構造とが、重層的に設けられており、前記ＥＬ発光層が発する光のスペクトルにおける少なくとも１つのピーク波長λと前記ピッチＰ１とが下式（８）で表される関係を満足しており、前記ＥＬ発光層が発する光のスペクトルにおける少なくとも１つのピーク波長λと前記ピッチＰ２とが下式（９）で表される関係を満足していることを特徴とする。
【００２４】
【数８】
2009272059.tif 000010
【００２５】
【数９】
2009272059.tif 000011
【００２６】
請求項１１に係る発明は更に、前記透明電極層と前記透光性基板との間に屈折率ｎ１の材料から成る透明中間層が形成されており、前記透明電極層が屈折率ｎ２の材料から成り、前記ＥＬ発光層が屈折率ｎ３の材料から成り、前記第１の回折格子構造が、ピッチＰ１及び高さＴ１の周期的凹凸パターンを有する前記透明中間層と前記透明電極層との間の界面により構成されており、前記屈折率ｎ１、前記屈折率ｎ２、前記ピッチＰ１、及び前記高さＴｌが下式（１０）で表される関係を満足しており、前記第２の回折格子構造が、ピッチＰ２及び高さＴ２の周期的凹凸パターンを有する前記透明電極層と前記ＥＬ発光層との間の界面により構成されており、前記屈折率ｎ２、前記屈折率ｎ３、前記ピッチＰ２、及び前記高さＴ２が下式（１１）で表される関係を満足していることを特徴とする。
【００２７】
【数１０】
2009272059.tif 000012
【００２８】
【数１１】
2009272059.tif 000013
【００２９】
請求項１２に係る発明は更に、前記発光積層構造体が更に透明基板を含んでおり、該透明基板上に前記透明中間層が形成されており、該透明基板と前記光透過性基板とがアドヒーシブ層を介して貼着されていることを特徴とする。
【００３０】
請求項１３に係る発明は更に、前記透光性基板の前記第１面及び前記第２面のいずれか一方もしくは両方に光拡散層が形成されていることを特徴とする。
【００３１】
請求項１４に係る発明は更に、前記透明電極層が導電性ポリマーから成ることを特徴とする。
【００３２】
請求項１５に係る発明は更に、前記第２電極層が導電性ポリマーから成ることを特徴とする。
【００３３】
請求項１６に係る発明は、請求項１乃至１５の何れか１項記載のＥＬ素子を発光源として用いたことを特徴とする液晶ディスプレイ装置のためのバックライト装置である。
【００３４】
請求項１７に係る発明は、請求項１乃至１５の何れか１項記載のＥＬ素子を発光源として用いたことを特徴とする照明装置である。
【００３５】
請求項１８に係る発明は、請求項１乃至１５の何れか１項記載のＥＬ素子を発光源として用いたことを特徴とする電子看板装置である。
【００３６】
請求項１９に係る発明は、請求項１乃至１５の何れか１項記載のＥＬ素子を画素駆動するように構成して成ることを特徴とするディスプレイ装置である。
【発明の効果】
【００３７】
本発明に係るＥＬ素子によれば、また、本発明に係る液晶用パックライト装置、照明装置、電子看板装置、ないしはディスプレイ装置によれば、ＥＬ素子に設ける回折格子構造のパラメータを取り出そうとする光の波長に合わせて適切に設定することにより、光取り出し効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
以下に図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施の形態について説明して行く。
【００３９】
図1に示したのは本発明の第１の実施の形態に係るＥＬ素子１０の断面図である。ＥＬ素子１０は、透光性基板１２と、この透光性基板１２の第１面（図中では下面）に設けられた発光積層構造体１４とを備えている。透光性基板１２は、ガラス基板としてもよく、プラスチック基板としてもよいが、ただし、発光積層構造体１４からの光をできるだけ透過させることができるように、全光線透過率を５０％以上とすることのできる材料で形成することが好ましい。
【００４０】
発光積層構造体１４は、第１電極層である透明電極層１６と、第２電極層１８と、それら２つの電極層１６、１８の間に挟まれたＥＬ発光層２０とを含んでいる。２つの電極層１６、１８の一方は陽極層、他方は陰極層である。それら陽極層と陰極層との間に直流電圧を印加してＥＬ発光層２０に電子および正孔を注入し、それらの再結合によって励起子を生成し、この励起子の失活する際の光の放出を利用してＥＬ発光層２０を発光させるようにしている。発光積層構造体１４には更に、正孔輸送層、正孔注入層、電子輸送層、電子注入層などが設けられることもあるが、それらは周知のものであり、また本発明の本質とってさほど重要ではなく、必要に応じて適宜設ければよいものであるため、ここではそれらについての説明を省略する。
【００４１】
透明電極層１６は、ＥＬ発光層２０の両側のうちの透光性基板１２の側に位置している電極層であり、第２電極層１８は、ＥＬ発光層２０の両側のうちの透光性基板１２とは反対側に位置している電極層である。発光積層構造体１４から発した光（即ち、ＥＬ発光層２０から発した光は、透明電極層１６を透過して透光性基板１２へ入射し、更にこの透光性基板１２を通過し、この透光性基板の第２面（図中では上面）を介してＥＬ素子１０の外部へ出射する。
【００４２】
第１電極層１６は透明電極層であり、この透明電極層は、例えば、ＩＴＯ膜、ＩＺＯ膜などを蒸着法やスパッタ法などのドライプロセスで成膜した層とすることができる。ただし、成膜材料はこれらに限定されず、透明であって電気伝導性を有する材料であればその他の材料も使用可能である。また、その膜厚は１μｍ以下とすることが望ましい。なぜならば、膜厚が大きいほど電気伝導性は向上するものの、透明電極層に局所的なスパイクが入りやすくなり、また全光線透過率が低下するという問題があるからである。局所的なスパイクは、その突起の高さが例えば１００ｎｍに達すると、その後の成膜工程に問題を生じるおそれがある。
【００４３】
ＥＬ発光層２０は、白色発光層とすることもあり、或いは、青色、赤色、黄色、緑色などの発光層とすることもある。白色発光層とする場合には、このＥＬ発光層２０の構成を、例えば、ＩＴＯ／ＣｕＰｃ（銅フタロシアニン）／α−ＮＰＤにルブレン１％ドープ／ジナクチルアントラセンにペリレン１％ドープ／Ａｌｑ3／フッ化リチウム／陰極としてＡｌ、という構成とすればよい。ただしこの構成に限定されるものではなく、発光層から射出する光線の波長をＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）とすることのできる適宜材料を用いた任意の構成を採用することが可能である。また、フルカラーディスプレイ用途で使用する場合にはＲ、Ｇ、Ｂに対応した３種類の発光材料の塗り分けとすることや、白色光にカラーフィルターを重ねることによりフルカラー表示が可能となる。
【００４４】
透明電極層１６と透光性基板１２との間に透明中間層２２が形成されている。この透明中間層２２の形成材料は、透光性基板１２の形成材料と同一としてもよく、異なったものとしてもよい。透明中間層２２の形成材料の具体例を挙げるならば、例えば、ポリカーボネート樹脂、アクリル系樹脂、フッ素系アクリル樹脂、シリコーン系アクリル樹脂、エポキシアクリレート樹脂、ポリスチレン樹脂、シクロオレフィンポリマー、メチルスチレン樹脂、フルオレン樹脂、ＰＥＴ、ポリプロピレン、それに種々のガラス類等を使用することができる。
【００４５】
透明中間層２２の材料の屈折率と透明電極層１６の材料の屈折率とは異ならせてある。また更に、それら透明中間層２２と透明電極層１６との間の界面を、所定ピッチＰ１及び所定高さＴ１の周期的凹凸パターンを有する界面として形成してある。この界面によって回折格子構造が構成されている。従って、ＥＬ発光層２０と透光性基板１２との間に、ピッチＰ１の周期的パターンを有する回折格子構造が設けられている。そして、ＥＬ発光層２０が発する光のスペクトルにおける少なくとも１つのピーク波長λとこの回折格子構造のピッチＰ１とが下式（１）で表される関係を満足するようにこのピッチＰ１の大きさを定めることによって、良好な光取り出し効率を達成するようにしている。
【００４６】
【数１２】
2009272059.tif 000014
【００４７】
ここで波長λは、通常は発光波長の中で最大のピークとなっているものを選ぶ。但し、必ずしもそれに限られず、ここで選んだ波長によって、取り出す光線の波長をある程度選択することができる。
【００４８】
また更に、透明中間層２２の材料の屈折率をｎ１とし、透明電極層１６の材料の屈折率をｎ２とするとき、屈折率ｎ１、屈折率ｎ２、ピッチＰ１、及び高さＴｌが下式（２）で表される関係を満足するようにすることが好ましく、そうすることで、光取り出し効率を更に向上させることができる。
【００４９】
【数１３】
2009272059.tif 000015
【００５０】
また更に、透明中間層２２の材料の屈折率をｎ１とし、透明電極層１６の材料の屈折率をｎ２とし、ＥＬ発光層２０の材料の屈折率をｎ３とし、透明電極層１６の層厚さをＴ３とするときに、屈折率ｎ１、ｎ２、及びｎ３が、ｎ１＞ｎ２＞ｎ３で表される関係、または、ｎ１＜ｎ２＜ｎ３で表される関係を満足する場合には、屈折率ｎ２、層厚さＴ３、及びＥＬ発光層２０の前記少なくとも１つのピーク波長λが下式（３）で表される関係を満足するようにすることが好ましく、或いはまた、屈折率ｎ１、ｎ２、及びｎ３が、ｎ２＜ｎ１、且つ、ｎ２＜ｎ３で表される関係、または、ｎ２＞ｎ１、且つ、ｎ２＞ｎ３で表される関係を満足する場合には、屈折率ｎ２、層厚さＴ３、及びＥＬ発光層２０の前記少なくとも１つのピーク波長λが下式（４）で表される関係を満足するようにすることが好ましい。そのようにすれば、光の共振効果によって、ＥＬ素子１０の正面方向における光の取り出し効率を更に高めることができる。
【００５１】
【数１４】
2009272059.tif 000016
【００５２】
【数１５】
2009272059.tif 000017
【００５３】
また更に、透明電極層１６の材料の屈折率をｎ２とし、ＥＬ発光層２０の材料の屈折率をｎ３とし、第２電極層１８の材料の屈折率をｎ４とし、ＥＬ発光層２０の層厚さをＴ４とするときに、屈折率ｎ２、ｎ３、及びｎ４が、ｎ２＞ｎ３＞ｎ４で表される関係、または、ｎ２＜ｎ３＜ｎ４で表される関係を満足する場合には、屈折率ｎ３、層厚さＴ４、及びＥＬ発光層２０の前記少なくとも１つのピーク波長λが下式（５）で表される関係を満足するようにすることが好ましく、或いはまた、屈折率ｎ２、ｎ３、及びｎ４が、ｎ３＜ｎ２、且つ、ｎ３＜ｎ４で表される関係、または、ｎ３＞ｎ２、且つ、ｎ３＞ｎ４で表される関係を満足する場合には、屈折率ｎ３、層厚さＴ４、及びＥＬ発光層２０の前記少なくとも１つのピーク波長λが下式（６）で表される関係を満足するようにすることが好ましい。そのようにすれば、この場合もまた光の共振効果によって、ＥＬ素子１０の正面方向における光の取り出し効率を更に高めることができる。
【００５４】
【数１６】
2009272059.tif 000018
【００５５】
【数１７】
2009272059.tif 000019
【００５６】
透明中間層２２と透明電極層１６との間の界面により画成される回折格子構造の側面形状は、図1に示したような三角プリズム形状としたときに、正面方向への集光性が高くなり光取り出し効率が最良となるが、ただし、必ずしもこの形状に限られず、その他の様々な形状とすることができる。例えば、図２に示したような、丸みを帯びた側面形状にしてもよく（これは、透明中間層２２をマイクロレンズ形状もしくはレンチキュラーレンズ形状とした場合の形状である）、この場合には、正面方向のみならず様々な方向へと光を射出するため、広い視野範囲を得ることができる。また、図３に示したような、矩形形状にしてもよく、これらの形状とした場合にも光取り出し効率を向上させることができる。
【００５７】
また、この回折格子構造の平面形状も、様々な形状とすることができる。その具体例を図４、図５、及び図６に示した。これらの図に示した具体例は、微細な単位凹凸パターンを平面的に並べた形状としたものであり、図４の具体例は、単位凹凸パターンを略々四角錐形状としたもの、図５の具体例は、単位凹凸パターンを略々三角錐形状としたもの、そして図６の具体例は、単位凹凸パターンを略々六角錐形状としたものである。これらの具体例では、単位凹凸パターンを隙間なく敷き詰めることができる。また、これらの具体例において、単位凹凸パターンのピッチは適宜決定できるが、近年のディスプレイにおける画素構造にアライメントさせて画像のボケを防止することを考慮するならば、１０μｍ以上５００μｍ以下とするのがよく、１０μｍ以上４００μｍ以下とすれば更に好ましい。尚、回折格子構造の側面形状及び平面形状は以上に提示した具体例に限られず、その他の形状とすることも可能であり、使用するディスプレイに求められる配光特性によって適宜選択すればよい。また、ＥＬ発光層２０が存在しない部分には回折格子構造は必要なく、従って、ＥＬ素子にＥＬ発光層２０が存在する部分と存在しない部分とがある場合には、ＥＬ素子の全体に単位凹凸パターンを敷き詰めるのではなく、ＥＬ発光層２２が存在する部分にだけ単位凹凸パターンを設けるようにすればよい。
【００５８】
図７に示したのは、図１に示した第１の実施の形態に係るＥＬ素子１０の第１の変更例に係るＥＬ素子１０−１の断面図である。図１のＥＬ素子１０と異なる点は、発光積層構造体１４が透明基板２４を含んでおり、この透明基板２４がアドヒーシブ層２６を介してＥＬ素子１０−１の透光性基板１２に貼着されていることである。この構成によれば、ＥＬ素子１０−１を製作する際に、先ず透明基板２４上に透明中間層２２を形成し、その上に透明電極層１６、ＥＬ発光層２０、第２電極層１８を形成して行くことで、発光積層構造体１４を完成させ、しかる後に、その完成した発光積層構造体１４と透光性基板１２とを、アドヒーシブ層２６を介して貼着するという、好適な製作手順を採用することができる。
【００５９】
アドヒーシブ層２６は、接着剤の層とすることもあり、粘着剤の層とすることもある。好適な接着剤ないし粘着剤の具体例としては、例えば、ウレタン系、ゴム系、シリコーン系、ビニル系、エポキシ系、水性高分子−イソシアネート系、アクリル系等の硬化型接着剤及び粘着剤、湿気硬化ウレタン接着剤、ポリエーテルメタクリレート型、エステル系メタクリレート型、酸化型ポリエーテルメタクリレート等の嫌気性粘着剤、シアノアクリレート系の瞬間接着剤、それに、アクリレートとペルオキシド系の２液型瞬間接着剤などがある。このように、接着剤ないし粘着剤としては、１液型で押圧して接着するものや、熱や光で硬化させるものなどを用いることができる他に、２液、もしくは複数の液を混合して硬化させるものを用いることもでき、更にその他の様々なものを用いることができる。また、公知の方法を用いて粘着剤中に帯電防止剤や各種のフィラーを混入するようにしてもよい。アドヒーシブ層２６の形成方法としては、様々な方法を用いることができ、その具体例を挙げるならば、例えば、グラビアコーター、マイクログラビアコーター、コンマコーター、バーコーター、スプレー塗布、インクジェット法などによって接合面に直接塗布する方法を用いてもよい。また、接着剤ないし粘着剤の材料から成るドライフィルムを準備しておき、そのドライフィルムを貼着することでアドヒーシブ層を形成するという方法を用いることもでき、この方法は、製造工程を簡易化する上で好ましい方法である。
【００６０】
図８及び図９に示したのは、夫々、図１に示した第１の実施の形態に係るＥＬ素子１０の第２の変更例に係るＥＬ素子１０−２と、第３の変更例に係るＥＬ素子１０−３の断面図である。図１のＥＬ素子１０と異なる点は、光拡散層２８、３０を備えていることである。図８のＥＬ素子１０−２では、光拡散層２８が透光性基板１２の上面に設けられていて、ＥＬ素子１０−２の表面に配置されている。図９のＥＬ素子１０−３では、光拡散層３０が透光性基板１２の下面に設けられていて、ＥＬ素子１０−３の内部に配置されている。尚、光拡散層を透光性基板１２の上下両面に設けるようにしてもよい。このように光拡散層２８、３０を設けることによって、視野角の角度依存性、波長依存性を緩和することができる。また、単純に視野角を拡大する場合や、コントロールする場合にも有効である。光拡散層２８、３０は、ヘイズ値が２０％以上の層とすることが好ましく、ヘイズ値が２０％未満であると、光拡散性能が不十分となり面内輝度の均一性が悪化するという問題が発生するおそれがある。光拡散層２８、３０は、例えば、無機材料あるいは有機材料の微粒子を内包した層としてもよく、その場合の微粒子としては、酸化チタン、硫酸バリウム、炭酸マグネシウム、酸化亜鉛、クレー、水酸化アルミニウム、硫化亜鉛、シリカ、それにシリコーンなどの、白色ないし透明な微粒子を用いるもでき、また、例えばアルミニウムや銀などの金属粒子を用いることもできる。また、白色ないし透明粒子や金属粒子を１種類だけ使用してもよいし、複数種類を混合して使用してもよい。また、微粒子を内包する層ばかりでなく、三角柱形状、四角柱形状、円錐形状などをはじめとする様々な形状の微細凹凸パターンを有する層としたり、レンチキュラーレンズ層やマイクロレンズ層などとしてもよく、更にその他の形態の層とすることも可能である。
【００６１】
光拡散層２８、３０は更に、シート状の光拡散部材を貼着することによって形成するようにしてもよく、そのシート状の光拡散部材は、例えば、透明樹脂に光拡散粒子を分散して形成したものとすることができる。その場合の透明樹脂としては、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂などを用いることができ、より具体的には例えば、ポリカーボネート樹脂、アクリル系樹脂、フッ素系アクリル樹脂、シリコーン系アクリル樹脂、エポキシアクリレート樹脂、ポリスチレン樹脂、シクロオレフィンポリマー、メチルスチレン樹脂、フルオレン樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリプロピレン、アクリルニトリルスチレン共重合体、アクリロニトリルポリスチレン共重合体などを用いることができる。また光拡散粒子としては、無機酸化物または樹脂からなる透明粒子を用いることができる。無機酸化物からなる透明粒子としては、例えば、シリカ、アルミナなどを用いることができる。また、樹脂からなる透明粒子としては、アクリル粒子、スチレン粒子、スチレンアクリル粒子及びその架橋体、メラミン・ホルマリン縮合物の粒子、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＦＡ（ペルフルオロアルコキシ樹脂）、ＦＥＰ（テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体）、ＰＶＤＦ（ポリフルオロビニリデン）、及びＥＴＦＥ（エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体）等のフッ素ポリマー粒子、シリコーン樹脂粒子などを用いることができる。また、上述した透明粒子から２種類以上の透明粒子を組み合わせて使用してもよい。さらにまた、透明粒子の大きさ、形状は、特に規定されない。以上の構成としたシート状の光拡散部材の厚さは０．０５ｍｍ〜５ｍｍとすることが好ましく、そうすることによって、好適な拡散性能と輝度とを得ることができる。この光拡散部材の厚さが０．０５ｍｍ未満であると、拡散性能が不足するおそれがあり、一方、その厚さが５ｍｍを超えると、樹脂量が多いため吸収による輝度低下が生じるおそれがある。
【００６２】
或いはまた、光拡散層２８、３０をシート状の光拡散部材を貼着することによって形成する場合に、そのシート状の光拡散部材を、熱可塑性樹脂に微細な気泡を内包させたシートとして形成したものとすることもできる。すなわち、熱可塑性樹脂の内部に形成された微細な気泡の内部表面が光の乱反射を生じさせ、光拡散粒子を分散させた場合と同等以上の光拡散機能を発現させることができる。そのため、光拡散部材の膜厚をより薄くすることが可能となる。このような光拡散部材として、白色ＰＥＴや白色ＰＰなどを挙げることができる。白色ＰＥＴは、ＰＥＴと相溶性のない樹脂や酸化チタン（ＴｉＯ２）、硫酸化バリウム（ＢａＳＯ４）、炭酸カルシウムのようなフィラーをＰＥＴに分散させた後、該ＰＥＴを２軸延伸法で延伸することにより、該フィラーの周りに気泡を発生させて形成する。なお、このような構成の熱可塑性樹脂からなる光拡散部材は、少なくとも１軸方向に延伸したものとすればよく、少なくとも１軸方向に延伸することによって、フィラーの周りに気泡を発生させることができる。また、この場合の熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレン−２、６−ナフレート、ポリプロピレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、シクロヘキサンジメタノール共重合ポリエステル樹脂、イソフタル酸共重合ポリエステル樹脂、スポログリコール共重合ポリエステル樹脂、フルオレン共重合ポリエステル樹脂等のポリエステル系樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン、脂環式オレフィン共重合樹脂等のポリオレフィン系樹脂、ポリメチルメタクリレート等のアクリル樹脂、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリアミド、ポリエーテル、ポリエステルアミド、ポリエーテルエステル、ポリ塩化ビニル、シクロオレフィンポリマー、およびこれらを成分とする共重合体、またこれら樹脂の混合物などを用いることができ、特に制限されることはない。また、このように微細な気泡を内包させたシート状の光拡散部材の厚さは、２５μｍ〜５００μｍとすることが好ましい。この光拡散部材の厚さが２５μｍ未満であると、シートのこしが不足し、製造工程やディスプレイ内でしわを発生しやすくなる。一方、その厚さが５００μｍを超えると、光学性能についてはとくに問題ないが、剛性が増すためロール状に加工しにくくなるなどの不都合が生じるおそれがある。
【００６３】
図１０に示したのは、本発明の第２の実施の形態に係るＥＬ素子４０の断面図である。先に説明した図１のＥＬ素子１０と同様に、このＥＬ素子４０も、透光性基板１２と、この透光性基板１２の第１面（図中では下面）に設けられた発光積層構造体１４とを備えている。発光積層構造体１４は、第１電極層である透明電極層１６と、第２電極層１８と、それら２つの電極層１６、１８の間に挟まれたＥＬ発光層２０とを含んでいる。２つの電極層１６、１８の一方は陽極層、他方は陰極層である。それら陽極層と陰極層との間に直流電圧を印加してＥＬ発光層２０に電子および正孔を注入し、それらの再結合によって励起子を生成し、この励起子の失活する際の光の放出を利用してＥＬ発光層２０を発光させるようにしている。
【００６４】
透明電極層１６は、ＥＬ発光層２０の両側のうちの透光性基板１２の側に位置している電極層であり、第２電極層１８は、ＥＬ発光層２０の両側のうちの透光性基板１２とは反対側に位置している電極層である。発光積層構造体１４から発した光（即ち、ＥＬ発光層２０から発した光は、透明電極層１６を透過して透光性基板１２へ入射し、更にこの透光性基板１２を通過し、この透光性基板の第２面（図中では上面）を介してＥＬ素子１０の外部へ出射する。
【００６５】
ただし、図１０のＥＬ素子４０は、図１のＥＬ１０の透明中間層２２に相当する層を備えておらず、透明電極層１６の材料の屈折率とＥＬ発光層２０の材料の屈折率とが異なることを利用して、それら透明電極層１６とＥＬ発光層２０との間の界面を所定ピッチＰ１及び所定高さＴ１の周期的凹凸パターンを有する界面として形成してあり、この界面によって回折格子構造が構成されている。従ってこのＥＬ素子４０においても、ＥＬ発光層２０と透光性基板１２との間に、ピッチＰ１の周期的パターンを有する回折格子構造が設けられている。そして、ＥＬ発光層２０が発する光のスペクトルにおける少なくとも１つのピーク波長λとこの回折格子構造のピッチＰ１とが下式（７）で表される関係を満足するようにこのピッチＰ１の大きさを定めることによって、良好な光取り出し効率を達成するようにしている。
【００６６】
【数１８】
2009272059.tif 000020
【００６７】
ここで波長λは、通常は発光波長の中で最大のピークとなっているものを選ぶ。但し、必ずしもそれに限られず、ここで選んだ波長によって、取り出す光線の波長をある程度選択することができる。
【００６８】
また更に、透明電極層１６の材料の屈折率をｎ２とし、ＥＬ発光層２０の材料の屈折率をｎ３とするとき、屈折率ｎ２、屈折率ｎ３、ピッチＰ１、及び高さＴ１が下式（８）で表される関係を満足するようにすることが好ましく、そうすることで、光取り出し効率を更に向上させることができる。
【００６９】
【数１９】
2009272059.tif 000021
【００７０】
また更に、図１のＥＬ素子１０と同様にこのＥＬ素子４０でも、透明電極層１６の材料の屈折率をｎ２とし、ＥＬ発光層２０の材料の屈折率をｎ３とし、第２電極層１８の材料の屈折率をｎ４とし、ＥＬ発光層２０の層厚さをＴ４とするときに、屈折率ｎ２、ｎ３、及びｎ４が、ｎ２＞ｎ３＞ｎ４で表される関係、または、ｎ２＜ｎ３＜ｎ４で表される関係を満足する場合には、屈折率ｎ３、層厚さＴ４、及びＥＬ発光層２０の前記少なくとも１つのピーク波長λが下式（９）で表される関係を満足するようにすることが好ましく、或いはまた、屈折率ｎ２、ｎ３、及びｎ４が、ｎ３＜ｎ２、且つ、ｎ３＜ｎ４で表される関係、または、ｎ３＞ｎ２、且つ、ｎ３＞ｎ４で表される関係を満足する場合には、屈折率ｎ３、層厚さＴ４、及びＥＬ発光層２０の前記少なくとも１つのピーク波長λが下式（１０）で表される関係を満足するようにすることが好ましい。そのようにすれば、この場合もまた光の共振効果によって、ＥＬ素子１０の正面方向における光の取り出し効率を更に高めることができる。
【００７１】
【数２０】
2009272059.tif 000022
【００７２】
【数２１】
2009272059.tif 000023
【００７３】
図１１に示したのは、図１０に示した第２の実施の形態に係るＥＬ素子４０の変更例に係るＥＬ素子４０−１の断面図である。図１０のＥＬ素子４０と異なる点は、発光積層構造体１４が透明基板２４を含んでおり、この透明基板２４がアドヒーシブ層２６を介してＥＬ素子４０−１の透光性基板１２に貼着されていることである。この構成によれば、ＥＬ素子４０−１を製作する際に、先ず透明基板２４上に透明電極層１６を形成し、その上にＥＬ発光層２０、及び第２電極層１８を形成することで、発光積層構造体１４を完成させ、しかる後に、その完成した発光積層構造体１４と透光性基板１２とをアドヒーシブ層２６を介して貼着するという、好適な製作手順を採用することができる。また、図には示さなかったが、更なる変更例として、図８及び図９に示したＥＬ素子１０−１、１０−２と同様に、透光性基板１２の上面及び下面のいずれか一方もしくは両方に光拡散層を設けるようにしてもよい。
【００７４】
図１２に示したのは、本発明の第３の実施の形態に係るＥＬ素子５０の断面図である。先に説明した図１のＥＬ素子１０と同様に、このＥＬ素子５０も、透光性基板１２と、この透光性基板１２の第１面（図中では下面）に設けられた発光積層構造体１４とを備えている。発光積層構造体１４は、第１電極層である透明電極層１６と、第２電極層１８と、それら２つの電極層１６、１８の間に挟まれたＥＬ発光層２０とを含んでいる。２つの電極層１６、１８の一方は陽極層、他方は陰極層である。それら陽極層と陰極層との間に直流電圧を印加してＥＬ発光層２０に電子および正孔を注入し、それらの再結合によって励起子を生成し、この励起子の失活する際の光の放出を利用してＥＬ発光層２０を発光させるようにしている。
【００７５】
透明電極層１６は、ＥＬ発光層２０の両側のうちの透光性基板１２の側に位置している電極層であり、第２電極層１８は、ＥＬ発光層２０の両側のうちの透光性基板１２とは反対側に位置している電極層である。発光積層構造体１４から発した光（即ち、ＥＬ発光層２０から発した光は、透明電極層１６を透過して透光性基板１２へ入射し、更にこの透光性基板１２を通過し、この透光性基板の第２面（図中では上面）を介してＥＬ素子１０の外部へ出射する。
【００７６】
透明電極層１６と透光性基板１２との間に透明中間層２２が形成されており、この透明中間層２２の材料の屈折率と透明電極層１６の材料の屈折率とは異ならせてある。また更に、それら透明中間層２２と透明電極層１６との間の界面を、所定ピッチＰ１及び所定高さＴ１の周期的凹凸パターンを有する界面として形成してある。この界面によって回折格子構造が構成されている。
【００７７】
更に、透明電極層１６の材料の屈折率とＥＬ発光層２０の材料の屈折率とが異なることを利用して、それら透明電極層１６とＥＬ発光層２０との間の界面を、所定ピッチＰ２及び所定高さＴ２の周期的凹凸パターンを有する界面として形成してあり、この界面によってもう１つの回折格子構造が構成されている。
【００７８】
従って、この実施の形態のＥＬ素子５０においては、ＥＬ発光層２０と透光性基板１２との間に、ピッチＰ１の周期的パターンを有する第１の回折格子構造と、ピッチＰ２の周期パターンを有する第２の回折格子構造とが、重層的に設けられている。図１２に示した具体例ではピッチＰ１とピッチＰ２とが等しいが、それらを互いに異なった大きさのピッチとすることも可能である。両者を等しくする場合も、また異ならせる場合も、ＥＬ発光層２０が発する光のスペクトルにおける少なくとも１つのピーク波長λと第１の回折格子構造のピッチＰ１とが下式（１１）で表される関係を満足するようにこのピッチＰ１の大きさを定め、また、ＥＬ発光層２０が発する光のスペクトルにおける少なくとも１つのピーク波長λと第２の回折格子構造のピッチＰ２とが下式（１２）で表される関係を満足するようにこのピッチＰ２の大きさを定めることによって、良好な光取り出し効率を達成することができる。
【００７９】
【数２２】
2009272059.tif 000024
【００８０】
【数２３】
2009272059.tif 000025
【００８１】
ここで波長λは、通常は発光波長の中で最大のピークとなっているものを選ぶ。但し、必ずしもそれに限られず、ここで選んだ波長によって、取り出す光線の波長をある程度選択することができる。特に、第１の回折格子構造のピッチＰ１と、第２の回折格子構造のピッチＰ２とを異ならせる場合には、２つのピーク波長を選ぶことができる。
【００８２】
また更に、透明電極層１６の材料の屈折率をｎ２とし、ＥＬ発光層２０の材料の屈折率をｎ３とするとき、屈折率ｎ２、屈折率ｎ３、ピッチＰ２、及び高さＴ２が下式（１３）で表される関係を満足するようにすることが好ましく、そうすることで、光取り出し効率を更に向上させることができる。
【００８３】
【数２４】
2009272059.tif 000026
【００８４】
図１３に示したのは、図１２に示した第３の実施の形態に係るＥＬ素子５０の第１の変更例に係るＥＬ素子５０−１の断面図である。図１２のＥＬ素子５０と異なる点は、発光積層構造体１４が透明基板２４を含んでおり、この透明基板２４がアドヒーシブ層２６を介してＥＬ素子５０−１の透光性基板１２に貼着されていることである。この構成によれば、ＥＬ素子５０−１を製作する際に、先ず透明基板２４上に透明中間層２２を形成し、その上に透明電極層１６、ＥＬ発光層２０、第２電極層１８を形成して行くことで、発光積層構造体１４を完成させ、しかる後に、その完成した発光積層構造体１４と透光性基板１２とを、アドヒーシブ層２６を介して貼着するという、好適な製作手順を採用することができる。特に、図１２に示した具体例のように、第１の回折格子構造のピッチＰ１と第２の回折格子構造のピッチＰ２とを等しくする場合には、透明基板２４上に、所要の形状の表面を有する透明中間層２２を形成した後に、スパッタ法あるいは蒸着法によって透明電極層１６を形成するようにし、その際に、形成される透明電極層１６の表面形状が、その下層の透明中間層２２の表面形状を保つようにすれば、第２の回折格子構造の界面形状を第１の回折格子構造の界面形状に容易に揃えることができ、製作上有利である。また、図には示さなかったが、更なる変更例として、図８及び図９に示したＥＬ素子１０−１、１０−２と同様に、透光性基板１２の上面及び下面のいずれか一方もしくは両方に光拡散層を設けるようにしてもよい。
【００８５】
図１４に示したのは、図１２に示した第３の実施の形態に係るＥＬ素子５０の第２の変更例に係るＥＬ素子５０−２の断面図である。図１２のＥＬ素子５０と異なる点は、ＥＬ発光層２０が、ＲＧＢ（緑、青、赤）の３色に対応した３種類のＥＬ発光物質のマトリクスとして形成されていることである。ＲＧＢの３色のＥＬ発光物質はピーク波長が互いに異なるが、透明中間層２２と透明電極層１６との間の界面に形成された第１の回折格子構造と、透明電極層１６とＥＬ発光層２０との間に形成された第２の回折格子構造とは、最も取り出し効率を高めたい光の波長に合わせて、それら回折格子構造のピッチＰ１、Ｐ２（図示例ではＰ１＝Ｐ２である）及び／または高さＴ１、Ｔ２を定めるようにする。より具体的には、ここでは一例として、Ｒの発光物質の輝度が、Ｇ及びＢの発光物質に比べて低いものとすれば、Ｒの発光物質のピーク波長に合わせて、第１及び第２の回折格子構造のピッチ及び／または高さを定めるようにする。これによって、簡便にＲＧＢの発光物質の発光輝度の違いを緩和することができ、或いはまた、逆に強調することも可能である。
【００８６】
図１５〜図１７に示したのは、図１２に示した第３の実施の形態に係るＥＬ素子５０の第３〜第５の変更例に係るＥＬ素子の断面図である。これらのＥＬ素子は、図１７に示したＥＬ素子５０−２と同様に、ＥＬ発光層２０が、ＲＧＢ（緑、青、赤）の３色に対応した３種類のＥＬ発光物質のマトリクスとして形成されており、それらＲＧＢの３色のＥＬ発光物質はピーク波長が互いに異なる。図１５〜図１７において、細かなジグザグ線で界面を模式的に描いた回折格子構造は、その回折格子構造の寸法パラメータ（ピッチ及び／または高さ）を、ＲＧＢ各色のＥＬ発光物質に合わせて、即ち、各色ごとに異なった設定として形成されている回折格子構造である。一方、粗いジグザグ線で界面を模式的に描いた回折格子構造は、各色ごとに区別せず、ＥＬ素子の全面に亘って同一の寸法パラメータとして形成されている回折格子構造である。
【００８７】
図１５に示したＥＬ素子５０−３では、第１の回折格子構造と第２の回折格子構造との両方が、各色ごとに異なった寸法パラメータに設定されている。この構成とすることで、互いにピーク波長が異なるＲＧＢの３色のＥＬ発光物質から発する光の取り出し効率を各色ごとに個別にコントロールすることが可能となる。そのため、特に、ホワイトバランスを取ることが重要な場合に、この構成は極めて有利である。
【００８８】
図１６に示したＥＬ素子５０−４では、第１の回折格子構造はこのＥＬ素子５０−４の全面に亘って同一の寸法パラメータで形成されており、第２の回折格子構造だけが各色ごとに異なった寸法パラメータに設定されている。図１７に示したＥＬ素子５０−５では、これと逆に、第１の回折格子構造だけが各色ごとに異なった寸法パラメータに設定されており、第２の回折格子構造はこのＥＬ素子５０−５の全面に亘って同一の寸法パラメータで形成されている。これらの構成でも、光の取り出し効率を各色ごとにコントロールすることができ、図１６のＥＬ素子５０−３ほど綿密なコントロールはできない替わりに、製作コストが低廉となる。
【００８９】
図１８に示したのは、本発明の第４の実施の形態に係るＥＬ素子６０の断面図である。このＥＬ素子は、本発明をマルチフォトン素子に適用した場合の具体例として提示するものである。先に説明した図１のＥＬ素子１０と同様に、このＥＬ素子６０も、透光性基板１２と、この透光性基板１２の第１面（図中では下面）に設けられた発光積層構造体１４とを備えている。発光積層構造体１４は、第１電極層である透明電極層１６と、第２電極層１８と、それら２つの電極層１６、１８の間に挟まれた発光積層体とを含んでおり、この発光積層体は、ＥＬ発光層２０と電荷発生層２１とを交互に積層して成るものである。透明電極層１６と透光性基板１２との間に透明中間層２２が形成されており、この透明中間層２２の材料の屈折率と透明電極層１６の材料の屈折率とは異ならせてある。この構成においては、透明中間層２２と透明電極層１６との間の界面によって第１の回折格子構造を構成し、また、透明電極層１６と一番上のＥＬ発光層２０との間の界面によって第２の回折格子構造を構成することに加えて、複数存在するＥＬ発光層２０と電荷発生層２１との間の界面の各々に更なる回折格子構造を構成している。そして、それら回折格子構造の寸法パラメータを先に説明した様々な実施の形態と同様に設定することによって、良好な光取り出し効率を達成することができる。
【００９０】
以上に説明したＥＬ素子は、優れた光取り出し効率を有するため、照明装置の発光源として用いるのに適したものであり、そのように構成した照明装置も本発明の範囲に含まれる。また、以上に説明したＥＬ素子は、その他の様々な用途にも好適に用い得るものである。
【００９１】
例えば、本発明に係るＥＬ素子にＴＦＴ層を付設して、そのＥＬ素子を画素駆動するようにすれば、アクティブマトリックス型のディスプレイ装置を構成することができ、そのように構成したディスプレイ装置も本発明の範囲に含まれる。また更に、本発明に係るＥＬ素子は、アクティブマトリックス型のディスプレイ装置ばかりでなく、パッシブ型のディスプレイ装置に用いることも可能である。
【００９２】
また、本発明に係るＥＬ素子は、液晶ディスプレイ装置のためのバックライト装置の発光源としても好適に用い得るものであり、そのように構成したバックライト装置も本発明の範囲に含まれる。本発明に係るＥＬ素子を液晶ディスプレイ装置のためのバックライト装置の発光源として用いることによって、発光源として冷陰極蛍光ランプを用いたバックライト装置と比較して、より構造を薄型化し、消費電力も低下させることが可能となる。また、光源ムラも実質上皆無となるため、ランプイメージを低減させるための拡散板や、レンズシートも不要となり、コストダウンに資する。
【００９３】
本発明に係るＥＬ素子は更に、電子看板装置の発光源としても好適に用い得るものであり、そのように構成した電子看板装置も本発明の範囲に含まれる。
【００９４】
以上に具体例として提示した本発明に係る様々なＥＬ素子のうち、図１に示した第１の実施の形態に係るＥＬとその変更例に係るＥＬ素子、図１２に示した第３の実施の形態に係るＥＬ素子とその変形例に係るＥＬ素子、それに図１８に示した第４の実施の形態に係るＥＬ素子は、いずれも、透明中間層２２と透明電極層１６との間の界面によって構成した回折格子構造を備えたＥＬ素子である。このように透明中間層２２と透明電極層１６との間の界面により構成した回折格子構造の１つの実施例について以下に説明する。
【００９５】
この実施例では、先ず、透明中間層２２の材料として屈折率ｎ１＝１．５１の材料を使用し、透明電極層１６の材料として屈折率ｎ２＝２．１２の材料を使用することとした。また、両者間の界面の周期的凹凸パターンについては、そのパラメータの目標値を、ピッチＰ１＝０．２μｍ、高さＴ１＝０．４μｍとした。また更に、透明中間層２２の材料にはＵＶ硬化性樹脂を使用することとした。そして、ガラス板にＵＶ硬化性樹脂を塗布し、周期的パターンを有するナノ構造物を表面に形成したガラス製金型をその塗布したＵＶ硬化性樹脂の表面に密着させ、ＵＶ光照射によりＵＶ硬化性樹脂を硬化させて、透明中間層２２とする透明樹脂層を形成した。こうして形成した透明樹脂層の表面の周期的パターンのパラメータを実測したところ、ピッチＰ１＝０．１９、高さＴ１＝０．３８μｍであって、略々目標値に近い寸法が得られていた。
【００９６】
続いて、透明電極層１６を構成するＩＴＯ膜をスパッタ法によって膜厚０．４５μｍに成膜し、その表面を研磨して平坦化した。こうしてＩＴＯ膜を成膜した上に、４，４’，４”−トリス（−Ｎ−（３−メチルフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ）トリフェニルアミン（以下、ｍ−ＭＴＤＡＴＡ）を膜厚４０ｎｍに蒸着して、ホール注入層を形成し、次いで、Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’−ｍ−トリル−４，４’−ジアミノ−１，１’−ビフェニル（以下、ＴＰＤ）を膜厚３５ｎｍに蒸着して、ホール輸送層を形成した。さらにその上に、トリス（８−キノリノラト）アルミニウムを膜厚５０ｎｍに蒸着して、電子注入輸送・発光層とした。続いて、ＡｌＬｉ電子注入電極（Ｌｉ濃度：７．２at％）を膜厚５０ｎｍに成膜し、こうして得られたＥＬ素子基板を他のスパッタ装置に移し、Ａｌターゲットを用いたＤＣスパッタ法により膜厚２００ｎｍのＡｌ層を成膜した。最後にガラス封止板との接続後、点灯試験を行ったが、問題なく点灯した。また、こうして透明中間層と透明電極層との間の界面に回折格子構造を構成したＥＬ素子では、その回折格子構造を持たないＥＬ素子に対して、５２％程度の取り出し効率向上が見られた。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るＥＬ素子の断面図である。
【図２】図１のＥＬ素子における回折格子構造の側面形状の具体例を示した図である。
【図３】図１のＥＬ素子における回折格子構造の側面形状の具体例を示した図である。
【図４】図１のＥＬ素子における回折格子構造の平面形状の具体例を示した図である。
【図５】図１のＥＬ素子における回折格子構造の平面形状の具体例を示した図である。
【図６】図１のＥＬ素子における回折格子構造の平面形状の具体例を示した図である。
【図７】図１のＥＬ素子の第１の変更例に係るＥＬ素子の断面図である。
【図８】図１のＥＬ素子の第２の変更例に係るＥＬ素子の断面図である。
【図９】図１のＥＬ素子の第３の変更例に係るＥＬ素子の断面図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態に係るＥＬ素子の断面図である。
【図１１】図１０のＥＬ素子の変更例に係るＥＬ素子の断面図である。
【図１２】本発明の第３の実施の形態に係るＥＬ素子の断面図である。
【図１３】図１２のＥＬ素子の第１の変更例に係るＥＬ素子の断面図である。
【図１４】図１２のＥＬ素子の第２の変更例に係るＥＬ素子の断面図である。
【図１５】図１２のＥＬ素子の第３の変更例に係るＥＬ素子の断面図である。
【図１６】図１２のＥＬ素子の第４の変更例に係るＥＬ素子の断面図である。
【図１７】図１２のＥＬ素子の第５の変更例に係るＥＬ素子の断面図である。
【図１８】本発明の第４の実施の形態に係るＥＬ素子の断面図である。
【符号の説明】
【００９８】
１０、１０−１、１０−２、１０−３  ＥＬ素子
１２  透光性基板
１４  発光積層構造体
１６  透明電極層
１８  第２電極層
２０  ＥＬ発光層
２１  電荷発生層
２２  透明中間層
２４  透明基板
２６  アドヒーシブ層
２８  光拡散層
３０  光拡散層
４０、４０−１  ＥＬ素子
５０、５０−１、５０−２、５０−３、５０−４、５０−５  ＥＬ素子
６０  ＥＬ素子
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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