전계 발광 소자, 조명 장치, 및 표시 장치 document_id A220623031515

일반적인 전계 발광 소자는, 도 11에 도시한 바와 같이, 평면 형상의 투명 기판(1)과, 투명 기판(1)의 하부측에 순차적으로 적층된 제 1 전극층(2), 발광층(3) 및 제 2 전극층(4)을 구비하여 구성되어 있다. 제 1 전극층(2)과 제 2 전극층(4) 사이에 전압을 인가함으로써 발광층(3)이 발광하고, 이 발광층(3)에서 발생한 광은 제 1 전극층(2) 및 투명 기판(1)을 통과하여 상방(上方)으로 사출된다. 발광층(3)의 광을 유효하게 이용하기 위해서는, 제 1 전극층(2) 및 투명 기판(1)의 투명성 외에, 제 1 전극층(2)과 투명 기판(1)의 계면, 및 투명 기판(1)과 전계 발광 소자 외부(통상은 대기중(大氣中))의 계면에 있어서의 반사 손실이 큰 과제로 되어 있다. 광이 투명 기판(1)으로부터 외부로 사출될 때, 투명 기판(1)과 전계 발광 소자 외부의 계면에서 투명 기판(1)과 대기의 굴절률 차이에 의해 전반사(全反射)되어 버리는 광이 있다. 이 때문에, 발광층(3)으로부터의 광을 상방의 투명 기판(1) 외측으로 사출할 수 있는 효율, 즉 광 취출 효율이 낮아지게 된다. 특허문헌 1 및 2에는, 투명 기판(1)으로부터 대기중으로 사출하는 효율을 높이기 위해, 투명 기판의 외부와 접하는 표면에 미소 요철 구조, 즉 미소 렌즈 어레이를 형성함으로써 광 취출 효율을 높일 수 있다는 것이 보고되어 있다(특허문헌 1 및 특허문헌 2). 또한 이들 보고에 따르면, 발광층으로부터 발생한 여러 입사각의 광이 투명 기판의 평탄한 표면으로부터 외부로 사출되는 경우와 비교하여, 투명 기판에 형성된 미소 렌즈 어레이에 의해 상기 표면에서의 사출 광의 입사각이 작아진다. 이 때문에, 전반사에 의한 손실을 최소한으로 억제하면서 광을 외부로 사출할 수 있으며, 따라서 광 취출 효율이 향상된다. [특허문헌 1] 일본 특허 공개 제 1997-73983 호 공보 [특허문헌 2] 일본 특허 공개 제 2003-59641 호 공보 발명의 개시 발명이 해결하고자 하는 과제 그러나, 전계 발광 소자의 발광 강도의 증가나 소비 전력 저감의 요구는 커서, 전술한 바와 같이 투명 기판과 이것이 외부와 접하는 표면 사이의 반사 손실을 저감하는 것만으로는 만족스러운 광 취출 효율이 되지 못해, 더욱 광 취출 효율이 증대될 것이 요망되고 있다. 따라서, 본 발명의 목적은, 종래보다도 더 높은 광 취출 효율을 갖는 전계 발광 소자를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은, 고휘도의, 혹은 소비 전력이 적은 조명 장치나 표시 장치를 제공하는 것이다. 과제를 해결하기 위한 수단 본 발명자들은 상기 과제를 해결하기 위해 예의 연구한 결과, 제 1 전극층과 투명 기판의 계면의 광 반사 손실에 부가하여 투명 기판 중의 광 흡수 손실을 개선하는 것이 중요하다는 것을 깨닫고, 더욱 검토한 결과, 제 1 전극층과 투명 기판의 계면의 구조를 특정 구조로 함으로써 상기 목적을 달성할 수 있다는 것을 발견하여, 본 발명을 완성하기에 이르렀다. 전술한 과제를 해결하기 위한 제 1 발명은, 투명 기판 상에, 제 1 전극층, 발광층 및 제 2 전극층을 이 순서로 갖는 전계 발광 소자로서, 투명 기판의 제 1 전극층측의 표면에 광학 지향성 구조부가 마련되어 있는 전계 발광 소자이다. 즉, 투명 기판의 제 1 전극층측의 표면이 광학 지향성 구조, 예컨대 미소한 렌즈, 즉 마이크로렌즈가 다수 형성된 구조를 갖는 전계 발광 소자이다. 광학 지향성 구조부란, 투명 기판의 제 1 전극층측 표면에서의 전반사에 의한 손실을 억제하고, 또한 투명 기판에 대하여 수직에 가까운 방향으로, 즉 도 1에서는 상방으로 광을 투과시킬 수 있는 것으로, 투과광에 광학 지향성을 부여할 수 있다. 그리고, 제 1 전극층측으로부터 투명 기판측에 대하여 수직에 가까운 방향으로 광을 사출시킴으로써 투명 기판의 반대측 표면, 도 1에 있어서는 상부의 전계 발광 소자 외부측 표면에서 전반사되는 각도로의 광의 입사를 억제하여, 전반사에 의한 광의 반사 손실을 억제할 수 있다. 제 2 발명은, 투명 기판의 양 표면에 광학 지향성 구조부가 마련되어 있는 상기 제 1 발명의 전계 발광 소자이다. 본 발명에서는 투명 기판의 양 표면에서 마이크로렌즈와 같은 광학 지향성 구조부가 광의 취출 효율 향상 효과를 갖는다. 또한, 투명 기판과 외기(外氣)의 계면에서 상기 제 1 발명과 마찬가지로 광학 지향성 부여에 의해, 투명 기판 상부 표면에서의 전반사를 억제하는 효과도 발휘한다. 이 양자(兩者)의 효과에 의해, 전체로서의 광의 취출 효율을 더욱 향상시킨다. 이들 광학 지향성 구조부로는, 미소한 마이크로렌즈가 다수 집합된 구조인 마이크로렌즈 어레이가 효과적이다. 특히, 투명 기판의 종횡 양 방향으로 배열 피치가 10㎛∼1㎜이고 높이가 0.01∼100㎛인 복수의 마이크로렌즈가 배치되어 있는 구조가 바람직하다. 제 3 발명은, 상기 투명 기판의 측면에 반사 구조부가 마련되어 있는 상기 전계 발광 소자이다. 여기서, 상기 측면이란, 상기 표면(투명 기판의 상면 또는 하면) 이외의 단면, 즉 투명 기판의 두께 방향에 따른 단면이다. 반사 구조부는, 도 6 및 도 7에 도시한 바와 같이 발광층(3)의 광원(8)으로부터 방사된 광이 투명 기판(1)의 측면에서 반사되기 쉬운 구조이면 된다. 도 6은 투명 기판(1)의 측면이 위를 향해 볼록한 단면 형상을 하고 있으며, 투명 기판과 외기의 굴절률의 차이에 의해 전반사되기 쉽게 되어 있다. 도 7은 투명 기판의 부분만을 나타내고 있는데, 측면이 위로 열린 경사를 취하고 있으며, 역시 전반사에 의해 보다 많은 광을 투명 기판 상면으로부터 사출할 수 있는 구조이다. 또한, 반사 구조부가 요철 구조 또는 거울면(鏡面)인 것이 효과적으로 광을 투명 기판 상면으로부터 사출할 수 있는 구조이다. 도 8에는 요철 구조의 측면을 갖는 투명 기판의 예를, 도 9에는 투명 기판 측면에 거울면을 배치한 예를 도시하였다. 제 4 발명은, 투명 기판의, 흡수율이 0.1% 이하, 열 선팽창 계수가 0∼80ppm/K인 전술한 제 1 발명의 전계 발광 소자이다. 투명 기판의 흡수율이나 열선 팽창율이 크면, 전계 발광 소자의 사용 환경에 따라서는 투명 기판의 팽창이나 수축이 일어난다. 전술한 발명에 있어서는, 투명 기판의 한쪽 또는 양쪽에 마이크로렌즈 등의 광학 지향성 구조부가 배치되어 있어, 투명 기판에 팽창이나 수축이 일어나면 마이크로렌즈 등의 광학 지향성 구조부나 발광층 등에 왜곡을 주게 된다. 이에 따라, 극단적인 경우에는 전계 발광 소자가 파손되거나, 광학 지향성 구조부의 변형에 의해 광학 지향성이나 광 취출 효율의 저하를 가져오게 된다. 또한, 흡수율이 크면 투명 기판은 대기중 등의 사용 환경 중에서 수분을 흡수하여, 이를 발광층측으로 투과시킬 우려가 있다. 일반적으로 발광층은 수분에 의해 열화되기 쉬운 재료로 되어 있어, 이것을 피하기 위해서도 저흡수율인 것이 바람직하다. 본 발명에 의해, 상기 발명의 전계 발광 소자의 성능 안정성이나 수명의 개선을 도모할 수 있다. 제 5 발명은, 투명 기판이 지환식 구조를 갖는 수지로 형성되는 상기 제 1 발명의 전계 발광 소자이다. 지환식 구조를 갖는 수지는, 일반적으로 광학 재료로서 복굴절률이 낮고, 광흡수가 적다고 하는 우수한 특성을 갖고 있으며, 또한 제 4 발명의 설명에서 기재한 특성도 구비하고 있어, 전계 발광 소자의 투명 기판 재료로서 바람직하다. 실용적인 전계 발광 소자용 투명 기판의 제공 방법으로서 중요하다. 제 6 발명은, 상기 제 1 발명의 전계 발광 소자를 갖는 조명 장치의 발명이다. 제 7 발명은, 상기 제 1 발명의 전계 발광 소자를 갖는 표시 장치, 예컨대 상기 제 1 발명의 전계 발광 소자를 백라이트 장치로서 구비한 액정 표시 장치 등의 표시 장치이다. 이들 발명의 조명 장치나 표시 장치는, 당연히 고성능의 상기 발명의 전계 발광 소자를 이용하고 있기 때문에, 낮은 소비 전력으로 우수한 조명 기능과 표시 기능을 발휘한다. 발명의 효과 제 1 및 제 2 발명의 전계 발광 소자는, 투명 기판과 제 1 전극층의 계면에서의 광 반사 손실을 억제하고, 또한 투명 기판의 외부와의 경계면에서의 광 반사 손실도 억제하여, 광 취출 효율이 매우 양호한 소자이다. 이에 따라, 고휘도로 소비 전력이 적은 전계 발광 소자가 얻어진다. 또한, 제 3 발명에 있어서는 투명 기판 측면으로부터 누출된 광도 이용할 수 있는 구조의 전계 발광 소자이다. 제 4 및 제 5 발명에 있어서는 우수한 광 취출 효율 등의 성능뿐만 아니라, 성능이 안정된 수명이 긴 전계 발광 소자를 제공하고 있다. 또한, 제 6 및 제 7 발명에서는 전술한 고성능 전계 발광 소자를 이용한 고기능의 조명 장치 및 표시 장치를 제공할 수 있다.