JP2010135240A - 発光装置および表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光の取り出し効率の高い発光装置およびそれを備えた表示装置を提供する。
【解決手段】基板２２上に、透明電極２２、有機ＥＬ層２５および反射電極２６を基板２２側から順に有する発光素子２３が設けられている。基板２２の透明電極２４側の表面には、Ｘ軸方向にナノオーダーの規則性を有する立体構造２２Ａが設けられている。透明電極２２、有機ＥＬ層２５および反射電極２６のうち少なくとも透明電極２４には、基板２２とは反対側の表面に立体構造２２Ａに倣った立体構造２４Ａが設けられている。
【選択図】図２

Description

本発明は、有機エレクトロルミネッセンス素子（有機ＥＬ素子）等の発光素子を備えた発光装置およびそれを備えた表示装置に関する。

従来から、液晶表示装置のバックライトには、冷陰極型の蛍光ランプが広く用いられている。冷陰極型の蛍光ランプは、発光波長域や輝度等に関しては優れた特性を有しているものの、面全体を照明するために反射板や導光板等を必要とし、部品コストが嵩んだり、消費電力が高くなったりする等の改善すべき点を有している。そのため、近年、有機ＥＬ素子をバックライトとして用いた液晶表示装置が提案されている（特許文献１参照）。有機ＥＬ素子は自発光素子であり、薄膜プロセスによって製造可能であり、消費電力が低く、波長選択範囲が広い等の数多くの優れた点を有している。

一般に、有機ＥＬ素子は、ガラス基板等の透明基板上に、陽極としての透明電極、有機ＥＬ層を含む発光層および陰極としての反射電極を積層した構成となっている。透明電極は、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等で形成され、反射電極はＡｌ（アルミニウム）等で形成されている。発光層は、例えば、正孔輸送層、有機ＥＬ層および電子輸送層の積層構造となっている。

このような構成の有機ＥＬ素子では、透明電極と反射電極との間に直流電圧を印加することにより、透明電極から注入された正孔（ホール）が正孔輸送層を経て、また反射電極から注入された電子が電子輸送層を経て、有機ＥＬ層に導入される。有機ＥＬ層では、導入された正孔と電子の再結合が生じることによって所定の波長で光が発生し、発生した光は透明電極および透明基板を介して外部に射出される。

ところで、この種の有機ＥＬ素子においては、発光層で発生した光の取り出し効率が低いという問題がある。その原因の一つとして、例えば、有機ＥＬ素子内の各層の界面における反射が挙げられる。そこで、例えば、特許文献２では、透明基板の表面に、マイクロオーダーの凹凸を設け、発光層に対して、その凹凸にならった屈曲形状を設けることが提案されている。これにより、発光層で発生した光のうち、反射電極側で反射されて発光層に戻ってきた光を、発光層の屈曲形状の部分で透過させることができ、光の取り出し効率を向上させることができる。

特開平１０−１２５４６１号公報 特開２００６−３５１２１１号公報

しかし、上記特許文献２の方法では、光の取り出し効率の大きさが十分ではなく、さらなる改良が要請されていた。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、光の取り出し効率の高い発光装置およびそれを備えた表示装置を提供することにある。

本発明の発光装置は、基板上に、第１電極、発光層および第２電極を基板側から順に有する発光素子を備えたものである。基板は、第１電極側の表面に、ナノオーダーの凸部を複数含む第１立体構造を有している。第１電極、発光層および第２電極のうち少なくとも第１電極は、基板とは反対側の表面に第１立体構造の凸部に倣った第２立体構造を有している。

本発明の第１の表示装置は、画像信号に基づいて駆動される表示パネルと、表示パネルを照明する光を発する発光装置とを備えたものである。発光装置は、基板を有すると共に、基板の表示パネルとは反対側の表面上に、第１電極、発光層および第２電極を基板側から順に有している。基板は、第１電極側の表面に、ナノオーダーの凸部を複数含む第１立体構造を有している。第１電極、発光層および第２電極のうち少なくとも第１電極は、基板とは反対側の表面に第１立体構造の凸部に倣った第２立体構造を有している。

本発明の発光装置および第１の表示装置では、基板の第１電極側の表面に、ナノオーダーの凸部を複数含む第１立体構造が設けられている。第１電極、発光層および第２電極のうち少なくとも第１電極には、基板とは反対側の表面に第１立体構造の凸部に倣った第２立体構造が設けられている。一般に、基板および第１電極の屈折率差は大きいので、基板と第１電極との界面が平坦面となっている場合にはその反射率は高い。しかし、本発明では、基板と第１電極との界面にはナノオーダーの凸部を複数含む立体構造が設けられているので、基板と第１電極との界面およびその近傍において、積層方向の屈折率の変化がなだらかとなっている。これにより、基板と第１電極との界面における反射率が低くなるので、発光層で発生した光が基板と第１電極との界面を透過する割合が大きくなる。また、本発明では、第１電極の表面にもナノオーダーの凸部を複数含む立体構造が形成されているので、発光層がナノオーダーのスケールでうねった形状となる。これにより、発光層が平坦な形状となっている場合と比べて、発光層の表面積が大きくなるので、電流密度も大きくなる。また、第１電極にナノオーダーの凸部を複数含む立体構造が形成されていることから、電界の局所的に強い部分が発光層内にナノオーダーで規則的に発生する。これにより、基板が平坦となっている場合と比べて、電流効率（＝輝度／電流密度）および電力効率（＝輝度／（電流密度×印加電圧））の双方の効率が大幅に向上する。なお、基板にマイクロオーダーの凸部を複数含む立体構造を設けた場合には、基板が平坦となっている場合と比べて、電力効率はわずかしか向上しない。

本発明の第２の表示装置は、画像信号に基づいて駆動される表示パネルと、表示パネルを照明する光を発する発光装置とを備えたものである。発光装置は、基板を有すると共に、基板の表示パネル側の表面上に、第１電極、発光層、第２電極およびバリア層を基板側から順に有している。基板は、第１電極側の表面に、ナノオーダーの凸部を複数含む第１立体構造を有している。第１電極、発光層、第２電極およびバリア層は共に、基板とは反対側の表面に第１立体構造の凸部に倣った第２立体構造を有している。

本発明の第２の表示装置では、基板の第１電極側の表面に、ナノオーダーの凸部を複数含む第１立体構造が設けられている。第１電極、発光層、第２電極およびバリア層には共に、基板とは反対側の表面に第１立体構造の凸部に倣った第２立体構造が設けられている。一般に、大気(もしくは真空)とバリア層との屈折率差は大きいので、大気(もしくは真空)とバリア層との界面が平坦面となっている場合にはその反射率は高い。しかし、本発明では、大気(もしくは真空)とバリア層との界面にはナノオーダーの凸部を複数含む立体構造が設けられているので、大気(もしくは真空)とバリア層との界面およびその近傍において、積層方向の屈折率の変化がなだらかとなっている。これにより、大気(もしくは真空)とバリア層との界面における反射率が低くなるので、発光層で発生した光が大気(もしくは真空)とバリア層との界面を透過する割合が大きくなる。また、本発明では、第１電極の表面にもナノオーダーの凸部を複数含む立体構造が形成されているので、発光層がナノオーダーのスケールでうねった形状となる。これにより、発光層が平坦な形状となっている場合と比べて、発光層の表面積が大きくなるので、電流密度も大きくなる。また、第１電極にナノオーダーの凸部を複数含む立体構造が形成されていることから、電界の局所的に強い部分が発光層内にナノオーダーで規則的に発生する。これにより、基板が平坦となっている場合と比べて、電流効率（＝輝度／電流密度）および電力効率（＝輝度／（電流密度×印加電圧））の双方の効率が大幅に向上する。なお、基板にマイクロオーダーの凸部を複数含む立体構造を設けた場合には、基板が平坦となっている場合と比べて、電力効率はわずかしか向上しない。

本発明の発光装置および第１の表示装置によれば、発光層で発生した光が基板と第１電極との界面を透過する割合と、電流密度とが大きくなると共に、電界の局所的に強くなる部分が発光層内にナノオーダーで規則的に発生し、さらに、電流効率および電力効率が大幅に向上する。これにより、基板にマイクロオーダーの凸部を複数含む立体構造を設けた場合と比べて、光の取り出し効率を高くすることができる。

本発明の第２の表示装置によれば、発光層で発生した光が大気(もしくは真空)とバリア層との界面を透過する割合と、電流密度とが大きくなると共に、電界の局所的に強くなる部分が発光層内にナノオーダーで規則的に発生し、さらに、電流効率および電力効率が大幅に向上する。これにより、基板にマイクロオーダーの凸部を複数含む立体構造を設けた場合と比べて、光の取り出し効率を高くすることができる。

以下、発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。

１．実施の形態（有機ＥＬ層および反射電極のうねり有り）
２．変形例（有機ＥＬ層および反射電極のうねり無し）
３．変形例（基板の凸部が錐体状）

図１は、本発明の一実施の形態に係る表示装置１の概略構成の一例を表したものである。この表示装置１は、液晶表示パネル１０（パネル）と、液晶表示パネル１０の背面側に配置された照明装置２０と、これらを支持する筐体３０と、液晶表示パネル１０を駆動して映像を表示させる駆動回路（図示せず）とを備えている。この表示装置１では、液晶表示パネル１０の正面が観察者（図示せず）側に向けられている。

（液晶表示パネル１０）
液晶表示パネル１０は、映像を表示するためのものである。この液晶表示パネル１０は、例えば、映像信号に応じて各画素が駆動される透過型の表示パネルであり、液晶層を一対の透明基板で挟み込んだ構造となっている。液晶表示パネル１０は、例えば、照明装置２０側から順に、透明基板、画素電極、配向膜、液晶層、配向膜、共通電極、カラーフィルタおよび透明基板（いずれも図示せず）を有している。

透明基板は、可視光に対して透明な基板、例えば板ガラスからなる。なお、照明装置２０側の透明基板には、画素電極に電気的に接続されたＴＦＴ（Thin Film Transistor；薄膜トランジスタ）および配線などを含むアクティブ型の駆動回路が形成されている。画素電極および共通電極は、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide；酸化インジウムスズ）からなる。画素電極は、透明基板上に格子配列またはデルタ配列されたものであり、画素ごとの電極として機能する。他方、共通電極は、カラーフィルタ上に一面に形成されたものであり、各画素電極に対して対向する共通電極として機能する。配向膜は、例えばポリイミドなどの高分子材料からなり、液晶に対して配向処理を行う。液晶層は、例えば、ＶＡ（Vertical Alignment）モード、ＴＮ（Twisted Nematic）モードまたはＳＴＮ（Super Twisted Nematic）モードの液晶からなり、駆動回路からの印加電圧により、照明装置２０からの射出光の偏光軸の向きを画素ごとに変える機能を有する。なお、液晶の配列を多段階で変えることにより画素ごとの透過軸の向きが多段階で調整される。カラーフィルタは、液晶層１４を透過してきた光を、例えば、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）および青（Ｂ）の三原色にそれぞれ色分離したり、または、Ｒ、Ｇ、Ｂおよび白（Ｗ）などの四色にそれぞれ色分離したりするカラーフィルタを、画素電極の配列と対応させて配列したものである。フィルタ配列（画素配列）としては、一般的に、ストライプ配列や、ダイアゴナル配列、デルタ配列、レクタングル配列のようなものがある。偏光子は、光学シャッタの一種であり、ある一定の振動方向の光（偏光）のみを通過させる。偏光子はそれぞれ、偏光軸が互いに９０度異なるように配置されており、これにより照明装置２０からの射出光が液晶層を介して透過し、あるいは遮断されるようになっている。

（照明装置２０）
照明装置２０は、例えば、図２（Ａ）に示したような発光装置２１を直下型の光源として有している。なお、図２（Ａ）は、発光装置２１を斜視的に表したものであり、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）のＡ-Ａ矢視方向の断面構成の一例を表したものである。発光装置２１は、例えば、基板２２と、発光素子２３とを有している。発光素子２３は、基板２２の一の表面、具体的には、基板２２のうち液晶表示パネル１０とは反対側の表面上に形成されている。つまり、本実施の形態では、発光素子２３は、ボトムエミッション型となっている。発光素子２３は、例えば、有機ＥＬ素子からなり、透明電極２４、有機ＥＬ層２５（発光層）および反射電極２６を基板２２側から順に積層して構成されている。基板２２と透明電極２４とは互いに接触しており、基板２２と透明電極２４との間に界面２１Ｂが存在している。基板２２のうち発光素子２３とは反対側の表面は、発光装置２１の光射出面２１Ａとなっており、液晶表示パネル１０と対向配置されている。図２（Ａ）では、光射出面２１Ａ上に特に何も設けられていない場合が例示されているが、例えば、プリズムシートなどの光学シートが設けられていてもよい。

（基板２２）
基板２２は、有機ＥＬ層２５で発生する光に対して透明な材料、例えば、ガラス、プラスチックなどからなる。基板２２の透過率は、有機ＥＬ層２５で発生する光に対しておおむね７０％以上となっていることが好ましい。基板２２に好適に用いることの可能なプラスチックとしては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリイミド、ポリカーボネート（ＰＣ）などが挙げられる。基板２２は、リジッド性（自己支持性）を有するものであることが好ましいが、フレキシブル性を有するものであってもよい。

基板２２は、例えば、図２（Ａ），（Ｂ）に示したように、透明電極２４側の表面に、積層面内の一の方向（Ｘ軸方向）に規則性を有する立体構造２２Ａ（第１立体構造）を有している。立体構造２２Ａは、例えば、Ｘ軸方向と直交する方向（Ｙ軸方向）に延在する複数の柱状（棒状）の凸部２２ＢをＸ軸方向に並列配置して構成されている。凸部２２Ｂは、例えば、図２（Ｂ）に示したように、頂部２２Ｃに丸み（凸状の曲面）を有していることが好ましい。頂部２２Ｃが鋭く尖った形状となっている場合には、発光素子２３のうち頂部２２Ｃに対応する部分が破壊され易くなり、寿命が短くなってしまうからである。頂部２２Ｃだけでなく、さらに、互いに隣り合う２つの凸部２２Ｂによって形成される谷部２２Ｄにも丸み（凹状の曲面）が形成されていてもよい。このように、頂部２２Ｃおよび谷部２２Ｄが丸みを帯びている場合には、立体構造２２Ａは、Ｘ軸方向において波打った形状になっている。

なお、頂部２２Ｃおよび谷部２２Ｄの少なくとも一方が平坦となっていてもよい。頂部２２Ｃと谷部２２Ｄとの間の部分の表面は、傾斜面となっていることが好ましいが、積層方向と平行な垂直面となっていてもよい。凸部２２Ｂは、例えば、半円柱状、台形状、多角柱状など、種々の形状をとり得る。また、全ての凸部２２Ｂが同一形状となっていてもよいし、互いに隣り合う凸部２２Ｂ同士が互いに異なる形状となっていてもよい。また、基板２２上の複数の凸部２２Ｂが２種類以上の凸部に分類され、種類ごとに同一形状となっていてもよい。

凸部２２Ｂは、厚み方向（Ｚ軸方向）および配列方向（Ｘ軸方向）のいずれにおいても、ナノオーダー（例えば、有機ＥＬ層２５で発生する光の波長帯）のスケールとなっている。つまり、立体構造２２Ａは、ナノオーダーの規則性もしくは周期性を有している。凸部２２Ｂの高さＨは、例えば、５０ｎｍとなっており、凸部２２Ｂの幅（配列方向のピッチＰ）は、例えば、１５０ｎｍとなっている。なお、凸部２２Ｂの高さＨおよび幅によって規定される谷部２２Ｄのアスペクト比は、０．２以上２以下であることが好ましい。これは、アスペクト比が２を超えると、基板２２上に発光素子２３を積層することが困難となってしまうからである。また、アスペクト比が０．２を下回ると、界面２１Ｂおよびその近傍における積層方向の屈折率変化が急峻になってしまい、後述する全反射低減効果がほとんどなくなってしまうからである。

このように、立体構造２２Ａは、幾何光学的には平坦面に近い表面形状となっている。ただし、後述するように、立体構造２２Ａは、単なる平坦面や、マイクロオーダーの規則性を有する立体構造とは異なる特異な作用を発現する。なお、基板２２が樹脂からなる場合には、基板２２の立体構造２２Ａは、例えば、ナノインプリント技術を利用して作製可能である。例えば、立体構造２２Ａは、支持基板上に、基板２２の材料である樹脂を塗布したのち、その樹脂に、立体構造２２Ａを反転させた立体構造を有する型をプレスすると共に、熱や紫外線を照射することによって作製することが可能である。基板２２がガラスからなる場合には、例えば、以下のようにして立体構造２２Ａを作製することが可能である。まず、ガラス表面に熱硬化樹脂もしくは紫外線硬化樹脂を均一に塗布する。次に、その上から、立体構造２２Ａを反転させた立体構造を有する型を押し当て、熱あるいは紫外光線を用いて、樹脂表面に型の形状を転写する。次に、リアクティブイオンエッチング法などにより、表面を均一に腐食させ、それにより、立体構造２２Ａをガラス基板上に形成することが可能である。また、例えば、ガラス転移点温度の比較的低いガラス等に、上述した型を押し当て、加熱することにより立体構造２２Ａをガラス基板上に形成することも可能である。

（透明電極２４）
透明電極２４は、有機ＥＬ層２５で発生した光に対して透明な材料であって、かつ導電性を有する材料によって構成されている。そのような材料としては、例えば、ＩＴＯ、酸化スズ、ＩＺＯ（インジュウム・亜鉛複合酸化物）などが挙げられる。透明電極２４は、基板２２の立体構造２２Ａの表面に形成されており、基板２２とは反対側の表面に立体構造２２Ａに倣った立体構造２４Ａ（第２立体構造）を有している。つまり、立体構造２４Ａは、おおむね、立体構造２２Ａと同様の表面形状となっており、凸部２２Ｂに近似した凸部をＸ軸方向に並列配置してなる立体構造の表面形状となっている。立体構造２４Ａにおいて、互いに隣り合う２つの凸部によって形成される谷部２４Ｂは、谷部２２Ｂの深さと同等かそれよりも浅い深さとなっており、谷部２４Ｂのアスペクト比は、谷部２２Ｂのアスペクト比と同等かそれよりも小さくなっている。透明電極２４の厚さは、基板２２上に透明電極２４を成膜したときにナノオーダーのスケールの立体構造２４Ａが形成されるようにするためには、５０ｎｍ〜５００ｎｍとなっていることが好ましく、８０ｎｍ〜１５０ｎｍとなっていることがさらに好ましい。

（有機ＥＬ層２５）
有機ＥＬ層２５は、例えば、透明電極２４側から順に、正孔注入層、正孔輸送層、発光層および電子輸送層を積層してなる積層構造を有している。なお、有機ＥＬ層２５は、必要に応じて、上で例示した層以外の層を含んでいてもよいし、正孔輸送層および電子輸送層を含んでいなくてもよい。ここで、正孔注入層は、正孔注入効率を高めるためのものである。正孔輸送層は、発光層への正孔輸送効率を高めるためのものである。発光層は、透明電極２４と反射電極２６との間に発生する電界によって電子と正孔との再結合を起こさせ、光を発生させるためものである。電子輸送層は、発光層への電子輸送効率を高めるためのものである。

有機ＥＬ層２５は、透明電極２４の立体構造２４Ａの表面に形成されており、基板２２とは反対側の表面に立体構造２４Ａにおおむね倣った形状となっている。つまり、有機ＥＬ層２５は、Ｘ軸方向において、ナノオーダー（例えば、有機ＥＬ層２５で発生する光の波長帯）のスケールでうねった形状（立体構造）となっている。これにより、有機ＥＬ層２５（特に、発光層）において、積層方向から見た単位面積あたりの表面積が、有機ＥＬ層２５が平坦面上に形成されている場合と比べて大きくなっている。なお、有機ＥＬ層２５は、透明電極２４の表面全体に形成されていてもよいし、パターン状に分布形成されてもよい。パターン形状は特に制限されず、マス状、ストライプ状などの種々の形状が採用可能である。有機ＥＬ層２５の厚さは、透明電極２４上に有機ＥＬ層２５を成膜したときに上述したナノオーダーのスケールのうねりが形成されるようにするためには、５０ｎｍ〜１０００ｎｍとなっていることが好ましい。

（反射電極２６）
反射電極２６は、有機ＥＬ層２５で発生した光を高反射率で反射する材料、例えば、アルミニウム、白金、金、クロム、タングステン、ニッケルなどによって形成されている。反射電極２６は、有機ＥＬ層２５の表面（うねった表面）に形成されており、基板２２とは反対側の表面に、有機ＥＬ層２５の表面のうねりにおおむね倣った形状となっている。つまり、反射電極２６は、有機ＥＬ層２５と同様、Ｘ軸方向において、ナノオーダー（例えば、有機ＥＬ層２５で発生する光の波長帯）のスケールでうねった形状（立体構造）となっている。

次に、本実施の形態の表示装置１の作用および効果について説明する。

本実施の形態では、透明電極２４と反射電極２６との間に電圧が印加されることにより、透明電極２４からは正孔が有機ＥＬ層２５内の発光層へ導入され、反射電極２６からは電子が有機ＥＬ層２５内の発光層へ導入される。発光層において、導入された正孔と電子の再結合により有機ＥＬ分子が励起され、所定の波長の光が発生する。発生した光は、透明電極２４および基板２２を通じて、光射出面２１Ａから液晶表示パネル１０の背面へ面状に射出される。液晶表示パネル１０において、照明装置２０からの入射光が画像信号に基づいて変調されると共に、カラーフィルタによって色分離され、観察側に射出する。これにより、カラーの画像表示が行われる。

ところで、本実施の形態では、基板２２の透明電極２４側の表面に、Ｘ軸方向にナノオーダーの規則性を有する立体構造２２Ａが設けられている。透明電極２２、有機ＥＬ層２５および反射電極２６のうち少なくとも透明電極２４には、基板２２とは反対側の表面に立体構造２２Ａに倣った立体構造２４Ａが設けられている。一般に、基板２２および透明電極２４の屈折率差は大きいので、基板２２と透明電極２４との界面２１Ｂが平坦面となっている場合にはその反射率は高い。しかし、本実施の形態では、界面２１Ｂにはナノオーダーの規則性を有する立体構造２２Ａが設けられているので、界面２１Ｂおよびその近傍において、積層方向の屈折率の変化がなだらかとなっている。これにより、界面２１Ｂにおける反射率が低くなるので、図３に示したように、有機ＥＬ層２５で発生した光Ｌが界面２１Ｂを透過し、光射出面２１Ａから外部に射出される割合が大きくなる。

また、本実施の形態では、透明電極２４の表面にもナノオーダーの規則性を有する立体構造２４Ａが形成されているので、有機ＥＬ層２５（特に有機ＥＬ層２５内の発光層）がナノオーダーのスケールでうねった形状となる。これにより、発光層が平坦な形状となっている場合と比べて、発光層の表面積が大きくなるので、電流密度も大きくなる。また、透明電極２４にナノオーダーの規則性を有する立体構造２４Ａが形成されていることから、電界の局所的に強い部分が発光層内にナノオーダーで規則的に発生する。これにより、基板２２が平坦となっている場合や、基板２２にマイクロオーダーの規則性を有する立体構造を設けた場合と比べて、電流効率（＝輝度／電流密度）および電力効率（＝輝度／（電流密度×印加電圧））の双方の効率が大幅に向上する。

図４は、比較例１、比較例２および実施例１における電圧と輝度の関係を表したものである。図５は、比較例１および実施例１における電圧と電流密度の関係を表したものである。図６は、比較例１、比較例２および実施例１における電流密度と電流効率（＝輝度／電流密度）の関係を表したものである。図７は、比較例１、比較例２および実施例１における電流密度と電力効率（＝輝度／（電流密度×印加電圧））の関係を表したものである。図８は、図４、図６および図７の結果をまとめたものである。

比較例１、比較例２および実施例１では共に、基板２２の材料として石英ガラス、水晶、無アルカリガラス、リン酸塩ガラス等を用い、透明電極２４の材料としてＩＴＯを用いた。比較例１、比較例２および実施例１において、有機ＥＬ層の厚さを３００ｎｍとした。また、比較例１では、界面２１Ｂを平坦化し、比較例２では、界面２１Ｂにマイクロオーダーの規則性を有する立体構造を設け、実施例１では、界面２１Ｂにナノオーダーの規則性を有する立体構造２２Ａを設けた。比較例２および実施例１では共に、Ｙ軸方向に延在する複数の柱状（棒状）の凸部をＸ軸方向に並列配置することにより、立体構造を形成した。ここで、比較例２の凸部の高さを２０μｍ、ピッチを５０μｍとした。一方、実施例１の凸部（凸部２２Ｂ）の高さを５０ｎｍ、ピッチ（Ｐ）を１５０ｎｍとした。

図４から、実施例１では、比較例１の輝度の３．９倍の輝度が得られることがわかった。一方、比較例２では、比較例１の輝度の３．３倍の輝度しか得られないことがわかった。図５から、実施例１では、比較例１の電流密度の３．４倍の電流密度が得られることがわかった。図６から、実施例１では、比較例１の電流効率の１．３倍の電流効率が得られることがわかった。一方、比較例２では、比較例１の電流効率とほとんど同じ電流効率しか得られないことがわかった。図７から、実施例１では、比較例１の電力効率の１．７倍の電力効率が得られることがわかった。一方、比較例２では、比較例１の電力効率の１．２倍の電力効率しか得られないことがわかった。

以上のことから、基板２２にマイクロオーダーの規則性を有する立体構造を設けた場合には、基板２２が平坦となっている場合と比べて、電流効率はほとんど向上せず、電力効率はわずかしか向上しない。一方、本実施の形態では、電流効率および電力効率の双方の効率が大幅に向上する。従って、基板２２が平坦となっている場合や、基板２２にマイクロオーダーの規則性を有する立体構造を設けた場合と比べて、光の取り出し効率を高くすることができる。

以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変形が可能である。

例えば、上記実施の形態では、有機ＥＬ層２５および反射電極２６は共に、基板２２の凸部２２Ｂの影響を受けてうねった形状となっていたが、おおむね平坦となっていてもよい。例えば、図９に示したように、有機ＥＬ層２５および反射電極２６の、基板２２とは反対側の表面が、おおむね平坦となっていてもよい。

また、上記実施の形態では、透明電極２４を陽極とし、反射電極２６を陰極とする場合について説明したが、陽極および陰極を逆にして、透明電極２４を陰極とし、反射電極２６を陽極としてもよい。

また、上記実施の形態では、立体構造２２Ａは、Ｙ軸方向に延在する複数の柱状の凸部２２ＢをＸ軸方向に並列配置して構成されていたが、例えば、錐体状の凸部をＸ軸方向およびＹ軸方向に２次元配置して構成されていてもよい。

また、上記実施の形態では、発光素子２３が、ボトムエミッション型となっていたが、トップエミッション型となっていてもよい。具体的には、発光素子２３が、基板２２のうち液晶表示パネル１０側の表面上に形成されていてもよい。この場合には、発光素子２３は、例えば、図１０（Ａ），（Ｂ）に示したように、反射電極２６、有機ＥＬ層２５、透明電極２４およびバリア層２７を基板２２側から順に積層して構成されており、光射出面２１Ａが透明電極２４側となる。上記バリア層２７は、例えばＳｉＮなどの、屈折率の比較的大きな材料からなる。なお、図１０（Ａ）は、本変形例に係る発光装置２１を斜視的に表したものであり、図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ）のＡ-Ａ矢視方向の断面構成の一例を表したものである。

本変形例において、反射電極２６は、基板２２の立体構造２２Ａの表面に形成されており、基板２２とは反対側の表面に立体構造２２Ａに倣った立体構造２６Ａを有している。つまり、立体構造２６Ａは、おおむね、立体構造２２Ａと同様の表面形状となっており、凸部２２Ｂに近似した凸部をＸ軸方向に並列配置してなる立体構造の表面形状となっている。立体構造２６Ａにおいて、互いに隣り合う２つの凸部によって形成される谷部２６Ｂは、谷部２２Ｂの深さと同等かそれよりも浅い深さとなっており、谷部２６Ｂのアスペクト比は、谷部２２Ｂのアスペクト比と同等かそれよりも小さくなっている。反射電極２６の厚さは、基板２２上に反射電極２６を成膜したときにナノオーダーのスケールの立体構造２６Ａが形成されるようにするためには、５０ｎｍ〜３００ｎｍとなっていることが好ましく、８０ｎｍ〜１５０ｎｍとなっていることがさらに好ましい。

本変形例において、有機ＥＬ層２５は、反射電極２６の立体構造２６Ａの表面に形成されており、基板２２とは反対側の表面に立体構造２６Ａにおおむね倣った形状となっている。つまり、有機ＥＬ層２５は、Ｘ軸方向において、ナノオーダー（例えば、有機ＥＬ層２５で発生する光の波長帯）のスケールでうねった形状（立体構造）となっている。これにより、有機ＥＬ層２５（特に、発光層）において、積層方向から見た単位面積あたりの表面積が、有機ＥＬ層２５が平坦面上に形成されている場合と比べて大きくなっている。なお、有機ＥＬ層２５は、反射電極２６の表面全体に形成されていてもよいし、パターン状に分布形成されてもよい。パターン形状は特に制限されず、マス状、ストライプ状などの種々の形状が採用可能である。有機ＥＬ層２５の厚さは、反射電極２６上に有機ＥＬ層２５を成膜したときに上述したナノオーダーのスケールのうねりが形成されるようにするためには、５０ｎｍ〜１０００ｎｍとなっていることが好ましい。

本変形例において、透明電極２４は、有機ＥＬ層２５の表面（うねった表面）に形成されており、基板２２とは反対側の表面に、有機ＥＬ層２５の表面のうねりにおおむね倣った形状となっている。つまり、透明電極２４は、有機ＥＬ層２５と同様、Ｘ軸方向において、ナノオーダー（例えば、有機ＥＬ層２５で発生する光の波長帯）のスケールでうねった形状（立体構造）となっている。なお、本変形例において、透明電極２４は、例えば、ＩＺＯ、ＩＴＯ、または１０ｎｍ程度以下の膜厚を有する金属薄膜などからなる。

本変形例に係る表示装置では、透明電極２４と反射電極２６との間に電圧が印加されることにより、透明電極２４からは正孔が有機ＥＬ層２５内の発光層へ導入され、反射電極２６からは電子が有機ＥＬ層２５内の発光層へ導入される。発光層において、導入された正孔と電子の再結合により有機ＥＬ分子が励起され、所定の波長の光が発生する。発生した光は、透明電極２４を介して光射出面２１Ａから液晶表示パネル１０の背面へ面状に射出される。液晶表示パネル１０において、照明装置２０からの入射光が画像信号に基づいて変調されると共に、カラーフィルタによって色分離され、観察側に射出する。これにより、カラーの画像表示が行われる。

ところで、本変形例では、基板２２の反射電極２６側の表面に、Ｘ軸方向にナノオーダーの規則性を有する立体構造２６Ａが設けられている。反射電極２６、有機ＥＬ層２５、透明電極２４およびバリア層２７のうち少なくとも反射電極２６には、基板２２とは反対側の表面に立体構造２２Ａに倣った立体構造２６Ａが設けられている。さらに、立体構造２６Ａの表面には有機ＥＬ層２５および透明電極２４，バリア層２７が積層されている。有機ＥＬ層２５および透明電極２４，バリア層２７のうち基板２２とは反対側の表面は、Ｘ軸方向において、ナノオーダーのスケールでうねった形状となっており、ナノオーダーの規則性を有している。

一般に、大気（もしくは真空）とバリア層２７との屈折率差は大きいので、大気（もしくは真空）とバリア層２７との界面が平坦面となっている場合にはその反射率は高い。しかし、本実施の形態では、その界面には、ナノオーダーの規則性を有する立体構造２２Ａに倣った規則性の構造が設けられているので、光射出面２１Ａおよびその近傍において、積層方向の屈折率の変化がなだらかとなっている。これにより、界面における反射率が低くなるので、図１１に示したように、有機ＥＬ層２５で発生した光Ｌが光射出面２１Ａから外部に射出される割合が大きくなる。

また、本変形例では、反射電極２６の表面にもナノオーダーの規則性を有する立体構造が形成されているので、有機ＥＬ層２５（特に有機ＥＬ層２５内の発光層）がナノオーダーのスケールでうねった形状となる。これにより、発光層が平坦な形状となっている場合と比べて、発光層の表面積が大きくなるので、電流密度も大きくなる。また、反射電極２６にナノオーダーの規則性を有する立体構造が形成されていることから、電界の局所的に強い部分が発光層内にナノオーダーで規則的に発生する。これにより、基板２２が平坦となっている場合や、基板２２にマイクロオーダーの規則性を有する立体構造を設けた場合と比べて、電流効率（＝輝度／電流密度）および電力効率（＝輝度／（電流密度×印加電圧））の双方の効率が大幅に向上する。

図１２は、比較例１および実施例２（本変形例に係る実施例）における電圧と輝度の関係を表したものである。図１３は、比較例１および実施例２における電圧と電流密度の関係を表したものである。図１４は、比較例１および実施例２における電流密度と電流効率（＝輝度／電流密度）の関係を表したものである。図１５は、比較例１および実施例２における電流密度と電力効率（＝輝度／（電流密度×印加電圧））の関係を表したものである。図１６は、図１２、図１４および図１５の結果をまとめたものである。

比較例１および実施例２では、基板２２の材料として石英ガラス、水晶、無アルカリガラス、リン酸塩ガラス等を用い、透明電極２４の材料としてＩＴＯを用いた。比較例１および実施例２において、有機ＥＬ層の厚さを３００ｎｍとした。また、比較例１では、界面２１Ｂを平坦化し、実施例２では、界面２１Ｂにナノオーダーの規則性を有する立体構造２２Ａを設けた。実施例２ではＹ軸方向に延在する複数の柱状（棒状）の凸部をＸ軸方向に並列配置することにより、立体構造を形成した。ここで、実施例２の凸部（凸部２２Ｂ）の高さを５０ｎｍ、ピッチ（Ｐ）を１５０ｎｍとした。

図１２から、実施例２では、比較例１の輝度の４．２倍の輝度が得られることがわかった。図１３から、実施例２では、比較例１の電流密度の３．５倍の電流密度が得られることがわかった。図１４から、実施例２では、比較例１の電流効率の２．５倍の電流効率が得られることがわかった。図１５から実施例２では、比較例１の電力効率の３．０倍の電力効率が得られることがわかった。

以上のことから、本変形例では、電流効率および電力効率の双方の効率が大幅に向上する。従って、基板２２の界面２１Ｂを平坦化した場合や、基板２２にマイクロオーダーの規則性を有する立体構造を設けた場合と比べて、光の取り出し効率を高くすることができる。

本発明の一実施の形態に係る表示装置の断面図である。 図１の照明装置に含まれる発光装置の斜視図および断面図である。 図２の発光装置の作用について説明するための模式図である。 電圧と輝度との関係を表した関係図である。 電圧と電流密度との関係を表した関係図である。 電流密度と電流効率との関係を表した関係図である。 電流密度と電力効率との関係を表した関係図である。 図４、図６および図７の結果のまとめ図である。 図２の発光装置の一変形例の断面図である。 図２の発光装置の他の変形例の斜視図および断面図である。 図１０の発光装置の作用について説明するための模式図である。 電圧と輝度との関係を表した関係図である。 電圧と電流密度との関係を表した関係図である。 電流密度と電流効率との関係を表した関係図である。 電流密度と電力効率との関係を表した関係図である。 図１２、図１４および図１５の結果のまとめ図である。

符号の説明

１…表示装置、１０…液晶表示パネル、２０…照明装置、２１…発光装置、２１Ａ…光射出面、２１Ｂ…界面、２２…基板、２２Ａ，２４Ａ…立体構造、２２Ｂ…凸部、２２Ｃ…頂部、２２Ｄ，２４Ｂ…谷部、２３…発光素子、２４…透明基板、２５…有機ＥＬ層、２６…反射電極、Ｈ…凸部の高さ、Ｌ…光、Ｐ…ピッチ。

Claims (16)

1. 基板上に、第１電極、発光層および第２電極を前記基板側から順に有する発光素子を備え、
   前記基板は、前記第１電極側の表面に、ナノオーダーの凸部を複数含む第１立体構造を有し、
   前記第１電極、前記発光層および前記第２電極のうち少なくとも前記第１電極は、前記基板とは反対側の表面に前記第１立体構造の凸部に倣った第２立体構造を有する
   発光装置。
2. 前記第１立体構造に含まれる複数の凸部は、互いに同一形状となっている
   請求項１に記載の発光装置。
3. 前記第１立体構造は、２種類以上の凸部を有し、
   前記凸部は、種類ごとに同一形状となっている
   請求項１に記載の発光装置。
4. 前記複数の凸部は、積層面内の少なくとも第１の方向にナノオーダーの規則性を有する
   請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の発光装置。
5. 前記複数の凸部は、前記第１の方向と直交する方向に延在して形成されており、かつ前記第１の方向に並列配置されている
   請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の発光装置。
6. 前記第１立体構造のアスペクト比は、０．２以上２以下である
   請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の発光装置。
7. 前記第１電極の第２立体構造は、頂部に丸みを有する
   請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の発光装置。
8. 前記基板および前記第１電極は共に、前記発光層で発生する光に対して透明な材料によって形成されている
   請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の発光装置。
9. 画像信号に基づいて駆動される表示パネルと、
   前記表示パネルを照明する光を発する発光装置と
   を備え、
   前記発光装置は、基板を有すると共に、前記基板の前記表示パネルとは反対側の表面上に、第１電極、発光層および第２電極を前記基板側から順に有し、
   前記基板は、前記第１電極側の表面に、ナノオーダーの凸部を複数含む第１立体構造を有し、
   前記第１電極、前記発光層および前記第２電極のうち少なくとも前記第１電極は、前記基板とは反対側の表面に前記第１立体構造の凸部に倣った第２立体構造を有する
   表示装置。
10. 前記第１立体構造に含まれる複数の凸部は、互いに同一形状となっている
    請求項９に記載の表示装置。
11. 前記第１立体構造は、２種類以上の凸部を有し、
    前記凸部は、種類ごとに同一形状となっている
    請求項９に記載の表示装置。
12. 前記複数の凸部は、積層面内の少なくとも第１の方向にナノオーダーの規則性を有する
    請求項９ないし請求項１１のいずれか一項に記載の表示装置。
13. 画像信号に基づいて駆動される表示パネルと、
    前記表示パネルを照明する光を発する発光装置と
    を備え、
    前記発光装置は、基板を有すると共に、前記基板の前記表示パネル側の表面上に、第１電極、発光層、第２電極およびバリア層を前記基板側から順に有し、
    前記基板は、前記第１電極側の表面に、ナノオーダーの凸部を複数含む第１立体構造を有し、
    前記第１電極、前記発光層、前記第２電極および前記バリア層は共に、前記基板とは反対側の表面に前記第１立体構造の凸部に倣った第２立体構造を有する
    表示装置。
14. 前記第１立体構造に含まれる複数の凸部は、互いに同一形状となっている
    請求項１３に記載の表示装置。
15. 前記第１立体構造は、２種類以上の凸部を有し、
    前記凸部は、種類ごとに同一形状となっている
    請求項１３に記載の表示装置。
16. 前記複数の凸部は、積層面内の少なくとも第１の方向にナノオーダーの規則性を有する
    請求項１３ないし請求項１５のいずれか一項に記載の表示装置。

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