CN1503606B - 有机电致发光单元、平面光源和显示装置 - Google Patents
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Abstract
一种有机电致发光单元，其包括至少一个有机层和一对电极，所述有机层包括发光层并夹在所述电极对之间，所述电极对包括一个反射电极和一个透明电极，形成所述有机电致发光单元以满足表达式(1)：B0＜Bθ，其中B0是从向着观察者的光引出表面发出的发光的正向亮度值，Bθ是在50°-70°角度的所述发光的亮度值，其中提供反射/折射角扰乱区域，使得所述发光的反射/折射角被扰乱并且所述发光从向着观察者一侧的所述发光层通过所述透明电极输出。
Description
本申请基于日本专利申请Nos.2002-341821、2003-000080、2003-062554和2003-280576，它们并入本文作为参考。
技术领域
本发明涉及一种有机电致发光单元，其发光效率优异，特别是向外引出光的效率优异，涉及使用该有机电致发光单元的高效率(偏振型)平面光源，以及具有该平面光源的(液晶)显示装置。
背景技术
在电极之间提供发光层以获得电致发光的电致发光单元或发光二极管已经被活跃地研究和开发，其不仅用于显示装置的用途，而且用于各种光源的用途，如平面发光体、光纤的光源、用于液晶显示的背后照明单元、用于液晶投影机的背后照明单元。
具体地，有机电致发光单元近年来已经吸引了公众的注意，因为它发光效率优异、低电压驱动、重量轻且成本低。为了应用于这些光源而主要关心的是发光效率的提高。单元结构、材料、驱动方法、生产方法等的改进已经经过研究，以获得与荧光灯相当的发光效率。
但是，在从发光层本身引出发光的固体间发光元件如有机电致发光元件中，以不低于临界角产生的光被全反射并约束在内部，因此以引导光(guided light)形式损失，临界角取决于发光层的折射率和输出介质的折射率。
根据基于经典折射定律(Snell定律)的计算，向外面发出所产生光的光引出效率η可以由近似的表达式η＝1/(2n2)给出，其中，n是发光层的折射率。假定发光层的折射率为1.7，则80％或更多的光以引导光形式损失，即作为单元侧面方向的损失，因为η接近等于17％。
在有机电致发光单元中，贡献于发光的激发性电子-空穴对只是由电极注入的电子和空穴复合产生的激发性电子-空穴对中的单态激发性电子-空穴对。产生单态激发性电子-空穴对的几率为1/4。即使在只考虑这一因素的情况下，效率也不高于5％，即效率非常低。
作为改进发光层本身发光效率的一种方法，近年来，由于三态激发性电子-空穴对而由荧光体产生光的发光材料的开发取得了进展(未申日本专利公开No.2001-313178)，因此已经发现了明显改善量子效率的可能性。
即使量子效率被改善，根据光引出效率乘以量子效率，发光效率也被降低。换言之，如果可以改善光引出效率，则根据量子效率与光引出效率的协同作用，存在显著改善发光效率的空间。
如上所述，为了向外面引出引导光，需要在发光层和出射表面之间形成干扰反射/折射角的区域，以破坏Snell定律，从而改变原来以引导光形式全反射的光的透射角，或者需要赋予发光本身光束聚集特性。但是，形成这样一种向外面输出全部引导光的区域是不容易的。所以，已经提出了尽可能多地引出引导光的方案。
例如，作为改善光引出效率的方法，已经提出了一种其中为基材本身赋予光束聚集特性以改善光引出效率的方法(未申日本专利公开No.Sho.63-314795)、一种其中发光层由盘式(discotic)液晶制成以改善所产生的光本身的正向方向性的方法(未申日本专利公开No.Hei.10-321371)、以及一种其中在单元本身中形成立体结构、斜面、衍射光栅的方法(未申日本专利公开No.Hei.11-214162、未申日本专利公开No.Hei.11-214163和未申日本专利公开No.Hei.11-283751)。但是，这些方案在结构复杂性、发光层本身发光效率降低等方面存在问题。
作为一种较简单的方法，还已经提出了一种方法，其中形成光漫射层以改变光的折射角，从而减少满足全反射条件的光。
例如，已经提出了各种方法，如一种使用漫射板的方法，所述漫射板含有透明基材和分散在透明基材中的颗粒，以形成一种分布式折射率结构，使得内部的折射率于外部的折射率不同(未申日本专利公开No.Hei.6-347617)；一种其中使用漫射部件的方法，该漫射部件具有透光性基材和排列在透光性基材上的单颗粒层(未申日本专利公开No.2001-356207)；以及一种其中散射颗粒分散在与发光层材料相同的材料中的方法(未申日本专利公开No.Hei.6-151061)。通过发现散射颗粒特性、与分散基质的折射率差、颗粒的分散形式、形成散射层的位置等方面的特征，已经提供了这些方案。
顺便提一下，有机电致发光单元使用的原理为：通过施加电场而从阳极注入的空穴和从阴极注入的电子复合成激发性电子-空穴对，由荧光(磷光)物质产生发光。所以，为了改善量子效率，必须高效率地进行复合。作为这种方法，一般使用其中该单元以叠层结构形成的方法。例如，具有空穴传输层和电子传输发光层的两层结构或具有空穴传输层、发光层和电子传输层的三层结构用作所述叠层结构。为了改善效率，对于以双杂结构(double hetero structure)形式形成的叠层单元，也已经提出了许多方案。
在这样的叠层结构中，复合基本集中在某一区域。例如在双层有机电致发光单元中，如图12所示，复合集中在电子传输发光层一侧区域6中，其距离夹在一对电极之间的空穴传输层4与电子传输发光层5之间的界面约10纳米，所述一对电极由反射电极3和透明电极2构成(如Takuya，Ogawa等人“IEICE TRANS ELECTRON”Vol.E85-C，No.6，p1239，2002所报道的)。
在发光区域6中产生的光在各个方向上射出。因此，如图3所示，在向着透明电极2一侧上的光引出表面射出的光与向着反射电极3射出、被反射电极3反射并向着光引出表面射出的光之间存在光程差。
在图13中，在有机电致发光单元中的电子传输发光层厚度一般在几十纳米到一百几十纳米范围内，即可见光波长的数量级。因此，最终从该单元界面发出的光束相互干涉。根据发光区域与反射电极之间的距离d，该干涉变成相消干涉或相长干涉。尽管在图13中表示了在正向方向上射出的光，但是实际上还存在在倾斜方向上射出的光。除了距离d和所产生的光的波长λ以外，干涉条件还随射出光的角度而变化。结果，可能发生以下情况：在正向方向上射出的光束相互相长干涉但是在大角度方向上射出的光束相互相消干涉，或者可能发生与上述情况相反的情况。即所产生的光的亮度随着视角而变化。
随着距离d增大，光的强度取决于角度而显著变化是理所当然的。所以，通常选择电子传输发光层的厚度使得距离d等于所产生光的波长的约四分之一，以便在正向方向上获得光的相长干涉。
例如，当距离d小于约50纳米时，在一般由金属制成的反射电极中，光的吸收变得显著。这导致所产生的光的强度降低并影响强度分布。也就是说，在有机电致发光单元中，射出光的分布根据发光区域与反射电极之间的距离d而显著变化，因此，引导光分量(component)随着射出光分布的变化而大范围变化。此外，这种类型单元的发射光谱具有在较宽的波长范围内的宽带特征。因此，光的相长干涉的波长范围随着距离d而变化导致所产生的光的峰值波长的变化。此外，除了距离d以外，发射光谱随着视角而变化。
为了解决这些问题，已经提出了一种选择薄膜厚度来抑制所产生光的颜色随视角而变化的现象的方案(参见专利文献1)。但是，在该方案中，没有关于引导光的描述。为了抑制所产生的光对视角的依赖性而由该方案选择的薄膜厚度范围与下面将要描述的本发明的范围不同是明显的。
由于上述原因，叠层有机电致发光单元的光引出效率不能根据经典假设正确地计算，经典假设是所产生的光中约80％作为引导光被约束在单元内部。也就是说，引导光分量根据单元的结构而显著变化。例如，如M.H.Lu等人所报告的(J.Appl.Phys.，Vol.91，No.2，p.595，2002)，已经基于考虑微空腔效应的量子力学计算方法进行了引导光分量随单元结构的变化的详细研究。
因此，甚至在为了破坏全反射条件形成光漫射层等的情况下，也存在所得效应不会与由经典理论所估算程度一样大的可能性。
当使用有机电致发光单元作为液晶显示装置的背后照明单元时，由该单元产生的发光在用于液晶显示装置时需要通过偏振器转变成线性偏振光，因为所述发光是自然光。结果，产生由于偏振器产生的吸收损失。存在一个问题，即光的利用率不能高于50％。因此，甚至在通过上述方法高效率引出引导光的情况下，引导光的一半或更多被吸收到偏振器中。
作为解决该问题的一种方法，已经提出了在取向的薄膜上形成有机电致发光单元层的方案，以便把发光本身以线性偏振光形式引出(参见专利文献2)。通过上述方案，尽管由于偏振器产生的吸收损失可以最多降低到一半，但是存在降低该单元发光效率的可能性，因为插入了使有机薄膜取向的取向薄膜。此外，与相关技术的单元一样，该方案根本不能解决由于全反射产生的引导光的问题。
已经提出了一种方法，其中在有机电致发光单元中产生的光通过偏振/散射薄膜引出(参见专利文献3)。根据该方案，以引导光形式损失的光可以被散射，以便被引出，并且输出光可以以偏振光形式引出，该偏振光是富含线性偏振光的。因此，由于偏振器产生的吸收损失可以减小，因此可以提供高效率的偏振型平面光源作为液晶显示装置的光源。
例如，在该方案中没有描述引导光与在发光区域和反射电极之间的距离对干涉的影响之间的关系。不能说该方案公布了用于液晶显示装置的光源的最大可能的效果。
作为在液晶显示装置中减小由于偏振器产生的背后照明的吸收损失的一种方法，已知一种使用偏振光分隔层的方法，所述偏振光分隔层由反射型偏振元件制成(参见专利文献4和5)。已经提出了把该方法应用于有机电致发光单元的方案(参见专利文献6和7)。
从来没有提出一种方案产生最大的发光效率，例如通过有机电致发光单元和反射型圆偏振元件的结合，假设对有机电致发光单元中引导光与在发光区和反射电极之间距离对干涉的影响之间的关系进行了详细研究。所以，提供最适合于使用偏振光的液晶显示装置的高效率偏振型平面光源在目前的情况下是非常希望的。
[专利文献1]
未审日本专利公开No.Hei.5-3081(第2-4页)
[专利文献2]
未审日本专利公开No.Hei.11-316376(第2-5页)
[专利文献3]
未审日本专利公开No.2001-203074(第2-6页)
[专利文献4]
未审日本专利公开No.Hei.4-268505(第2-6页)
[专利文献5]
未审日本专利公开No.Hei.8-271892(第2-5页)
[专利文献6]
未审日本专利公开No.2001-244080(第2-4页)
[专利文献7]
未审日本专利公开No.2001-311826(第2和3页)
发明内容
在这样的情况下，本发明的目的是提供一种有机电致发光单元，其光引出效率如此优异使得在相关技术中以引导光形式约束在有机电致发光单元内的损耗光可以高效率地被引出。本发明的另一个目的是提供一种高效率的有机电致发光单元，其中：当该单元用作液晶显示装置的背后照明单元时，损耗光可以高效率地以偏振光形式被引出；由于偏振器产生的吸收可以最小化。本发明的再一个目的是提供一种使用有机电致发光单元的高效率平面光源或偏振型平面光源，和具有该平面光源或偏振型平面光源的显示装置，如液晶显示装置。
为了解决所述问题，本发明人已经认真地进行了研究。结果获得了以下知识。以下将参考图9描述所述知识。图9是一个示意图，表示在图12中所示的两层型有机电致发光单元的发光区域6中产生的光从该单元中引出的情况。尽管图9中只表示了向着上半球表面射出的光，向着反射电极3射出的光在图9中未示出但是实际上是存在的。
在图9中，根据支持体衬底(玻璃衬底)1的折射率与空气层的折射率之间的差值确定的临界角约为40度。也就是说，大于40度角度的光被玻璃/空气界面全反射，因此以引导光形式约束在单元内部。尽管按90度计算，由40度计算，约45％的光似乎从图9中的单元中被引出，但是实际上所产生的光在各个方向射出。因此，立体角是决定性的，因此光分量的强度随着光分量角度变宽而变高。因此，根据经典理论计算的发光效率不大于20％。
实际上，有机电致发光单元引起光的干涉效应。对于光的干涉，单元的结构通常是决定性的，因此能从该单元中引出而在正向方向上射出的光束相互之间相长干涉。在这种情况下，引导光束相互之间相消干涉而不是相长干涉。所以，即使在单元结构中提供干扰反射/折射角的区域的情况下，也不能期望亮度改善效果大。
另一方面，除了通过有意确定单元的结构以获得在正向方向上射出的光的相消干涉和通常以引导光形式约束在单元内部的大角度光分量的相长干涉来放大其中分布了大部分光强度的引导光以外，本发明人试图形成扰乱反射/折射角的区域。结果，已经发现，与相关技术的方法相比，显著改善了发光效率。也就是说，已经发现，若没有扰乱反射/折射角区域时形成的单元结构表现出低发光效率，则当在该单元结构中提供扰乱反射/折射角的区域时所获得的有机电致发光单元的效率高于在相关技术单元结构中提供所述区域所获得的效率。
还已经发现，当如上所述的有机电致发光单元应用于液晶显示装置的背后照明单元时，通过使用反射型偏振元件来减少吸收到偏振器中的光获得了偏振型平面光源和液晶显示装置，它们的效率如此之高以至于由于偏振器产生的吸收可以最小化。
本发明人还已经发现，被约束在单元内部的引导光可以以偏振光形式高效率引出，而无需使用反射型偏振元件，尤其是在提供偏振/散射部位作为扰乱反射/折射角的区域时，所述偏振/散射部位含有透光性树脂和双折射特性与该透光性树脂不同且分散/分布在所述透光性树脂中的微畴。也就是说，在图9中所示的有机电致发光元件中，在以下条件下考察了从单元中引出发光区域6中产生的光的状态，所述条件是：在支持体衬底(玻璃衬底)1上的光引出表面一侧上，即与透明电极2相对的一侧上，形成含有透光性树脂和与该透光性树脂双折射特性不同的微畴的偏振/散射部位，其中所述微畴分散/分布在所述透光性树脂中，而基本没有插入任何空气层。
在所产生的光中，存在于图9的上半球中的光通过透明电极和玻璃衬底并入射在偏振/散射部位上。存在于图9的下半球中的光被阴极反射，然后也入射在偏振/散射部位上。在该过程中，可以使所产生的光入射在偏振/散射部位上而没有全反射的影响，因为没有折射率低的空气层(折射率＝1)(顺便提一下，取决于透明电极和玻璃衬底的折射率，部分光可能被全反射)。如图9所示，在一般的单元中，不小于临界角的光被全反射，因此以引导光形式损失，使得所产生的光最多只有约20％从该单元中引出，所述临界角由玻璃衬底的折射率与空气层的折射率之间的差值决定。
因为在偏振/散射部位与空气界面之间的折射率差，没有全反射的影响而入射在偏振/散射部位上的大部分所产生的光被全反射，并通过偏振/散射部位传播。在传播的光中，振动平面与在偏振/散射部位中的微畴与其它区域之间具有最大折射率差(Δn1)的轴向(Δn1方向)平行的线性偏振光分量被选择性地强烈散射。结果，一部分传播光的角度变得小于全反射角，因此一部分传播光从所述单元发射到外面(空气)。顺便说一下，如果没有微畴，因此不能发生选择性偏振散射，则从立体角判断，所产生的光中大约80％被约束在单元内部并重复全反射。只有当通过每个微畴与透光性树脂之间的界面中的散射破坏了全反射条件时，约束光才能从单元发射到外面。因此，任选地根据每个微畴的尺寸和微畴的存在程度，可以控制光引出效率。
另一方面，在Δn1方向上散射时以大角度散射的光束、满足Δn1方向的条件但是未被散射的光束、和具有不是Δn1方向的其它振动方向的光束被约束在偏振/散射部位中，并通过偏振/散射部位传播同时重复全反射。这些被约束的光束等待着变化，以满足Δn1方向的条件而从偏振/散射部位中射出，其方式为偏振态被双折射延迟等消除。通过重复上述操作，具有预定振动平面的线性偏振光可以高效率地从偏振/散射部位发出。也就是说，原来以引导光形式受约束的光最终可以以线性偏振光分量形式引出。因此，根据这种方法，可以从所述单元中以富含其线性偏振光分量的偏振光形式高效率地引出所产生的光，而没有提供任何专门的光输出装置，如微透镜或反射点。此外，线性偏振光的振动方向可以任选被设定偏振/散射部位的角度改变。因此，当有机电致发光单元用作液晶显示装置的背后照明单元时，可以减小电功率消耗。
如上所述，已经发现，除了通过有意确定单元的结构以获得在前面方向上射出的光的相消干涉和通常以引导光形式约束在单元内部的大角度光分量的相长干涉来放大根据立体角确定的其中分布了大部分光强度的引导光以外，当在整体上形成偏振/散射部位而没有插入任何空气层时，与相关技术方法相比，显著改善了发光效率。也就是说，当在该单元的普通使用中将会使发光效率低的这种单元结构与偏振/散射部位结合时，所产生的光可以高效率地从该单元中引出，并且为富含其线性偏振光分量的偏振光形式。当最终获得的有机电致发光单元用作液晶显示装置的背后照明单元时，可以显著改善发光效率。
有机电致发光单元的最大弱点是该单元与少量水分或氧气接触时会退化。因此，存在以细小缺陷为起始点而产生暗斑的问题，更不用说发光效率降低的问题了。这样的暗斑已经被详细描述，如J.McElvain等人所报道的，(J.Appl.Phys.，Vol.80，No.10，p.6002，1996)。尽管为了避免这一问题，该单元通常完全密封，但是仍然难以完全防止暗斑的产生。暗斑明显降低平面光源或显示装置的外观和可见性。
但是，当用上述方法形成偏振/散射部位时，可以获得一种非常优异的效果：由暗斑产生导致的可见性降低变得几乎难以察觉，即使或多或少地会产生暗斑，因为最终向观察者一侧引出的光是在偏振/散射部位中重复散射后从该单元中射出的光。
基于上述知识，完成了本发明。
也就是说，本发明提供了一种有机电致发光单元(下文仅称为有机EL单元)，其包括至少一个有机层，和分别作为阳极和阴极的一对电极，该有机层具有发光层并夹在所述电极对之间，这对电极至少之一以透明电极形式提供，所形成的有机EL单元应满足表达式(1)：B0＜Bθ，其中B0是从光引出表面到观察者射出的发光的正向亮度值，Bθ是50至70°角的发光的亮度值，其中提供反射/折射角扰乱区域，基本没有插入任何空气层，因此发光的反射/折射角被扰乱同时发光从发光层通过透明电极输出到观察者。
也就是说，根据本发明的有机电致发光单元包含：
至少一个有机层；
和分别作为阳极和阴极的一对电极；
所述有机层包含发光层并夹在电极对之间，电极对的至少之一以透明电极形式提供，所形成的有机电致发光单元应满足表达式(1)：B0＜Bθ，其中B0是从光引出表面到观察者射出的发光的正向亮度值，Bθ是50至70°角的发光的亮度值；和
提供反射/折射角扰乱区域，基本没有插入任何空气层，因此发光的反射/折射角被扰乱同时发光从发光层通过透明电极输出到观察者。
在根据本发明构造的有机EL单元的一种特别优选的方式中，阳极和阴极之一是透明电极，另一个是反射电极；该有机EL单元满足表达式(2)：(0.3/n)λ＜d＜(0.5/n)λ，其中d(nm)是在空穴-电子复合发光区的近似中心部分与反射电极之间的距离，λ(nm)是发光层中所用材料的荧光光谱的最大波长，n是有机发光层和反射电极之间的有机层的折射率。
优选地，在根据本发明构造的有机EL单元中，反射/折射角扰乱区域可以由光漫射位置构成，光漫射位置包含一种透明材料，和折射率与所述透明材料不同并且分散/分布在所述透明材料中的透明或不透明材料，或者反射/折射角扰乱区域可以由一种透镜结构构成或者由突出的和槽形的面构成。
本发明还提供一种平面光源，其包括具有上述结构的任一种的有机EL单元或者提供包含该平面光源的显示装置。
优选地，根据本发明构造的有机EL单元还包含一种反射性偏振元件，从反射/折射角扰乱区域观察，其提供在观察者一侧上。特别地，在有机EL单元中，反射性偏振元件可以是反射型圆偏振元件，其由胆甾型液晶层制成，或者反射型偏振元件可以是反射型线性偏振元件，其由至少两种折射率不同的材料的多层层合物制成。优选地，根据本发明构造的有机EL单元还包含光补偿层，其没有面内(in-plane)折射率的各向异性，并且其中在厚度方向的折射率大于面内折射率。
本发明还提供一种偏振型平面光源，其包括具有上述结构的任一种的有机EL单元，或者提供包含所述偏振型平面光源的显示装置，如液晶显示装置。
优选地，在根据本发明构造的有机EL单元中，反射/折射角扰乱区域由偏振/散射部位构成，偏振散射部位含有透光性树脂和双折射特性与所述透光性树脂不同并且分散/分布在所述透光性树脂中的微畴。特别地，在有机EL单元中，在偏振/散射部位中的微畴可以用选自液晶材料、具有过冷并凝固的液晶相的玻璃化材料、和具有用能量束交联和固定的可聚合液晶的液晶相的材料中的一种材料制成，或者偏振/散射部位可以含有一种透光性树脂，和用一种液晶聚合物制成并分散在所述透光性树脂中的微畴，该液晶聚合物的玻璃转变温度不低于50℃，以便在低于所述透光性树脂的玻璃转变温度的温度下具有向列型液晶相。优选地，在根据本发明构造的有机EL单元中，偏振/散射部位具有在微畴的各个光轴方向上在微畴与其它部分之间的折射率差Δn1、Δn2和Δn3；在作为折射率差Δn1、Δn2和Δn3中最高的一个的轴方向(Δn1方向)上的折射率差Δn1为0.03-0.5，而在与Δn1方向垂直的两个轴方向(Δn2方向和Δn3方向)上的折射率差Δn2和Δn3不大于0.03。
本发明还提供一种偏振型平面光源，其包含具有上述结构的任一种的有机EL单元，或者提供一种包含所述偏振型平面光源的显示装置，例如液晶显示装置。
根据本发明，在形成反射/折射角扰乱区域之前，发光效率低，但是形成反射/折射角扰乱区域以放大原来约束在单元内部的引导光分量，从而扰乱引导光的反射/折射角，因此引出引导光分量。因此，可以提高最终引出的光的强度，使得可以提供高效率的有机EL单元。
此外，形成偏振/散射部位作为反射/折射角扰乱区域，使得不仅可以增大从单元中发出的光的强度，而且可以以富含其线性偏振光分量的形式引出光。因此，该有机EL单元可以作为一种当该单元应用于液晶显示装置中所用的偏振型平面光源时具有非常高效率的单元。
除了形成光漫射层、透镜结构等以外，反射型偏振元件还可以设置为反射/折射角扰乱区域。在这种情况下，引导光分量的一半或更多可以以偏振光形式引出。该有机EL单元可以作为一种当该单元应用于液晶显示装置中所用的偏振型平面光源时具有非常高效率的单元。
由于这一原因，根据本发明，可以延长所述单元的寿命，因为可以大大降低电功率消耗，从而减小流过所述单元的电流。此外，可以改善有机EL单元的光引出效率。因此，如果随着有机EL材料、电极材料等方面改善的进展改善了有机EL单元的内部量子效率，则根据光引出效率与内部量子效率之间的协同作用，发光效率将被改善，从而使本发明的作用更大。
附图说明
在附图中：
图1是表示根据本发明的有机电致发光单元的第一实施方案的截面图；
图2是表示根据本发明和相关技术的有机电致发光单元(在每个基本接受上形成扰乱反射/折射角的区域之前)的基本结构的特征图；
图3是表示根据本发明的有机电致发光单元的第二实施方案的截面图；
图4是表示根据本发明的有机电致发光单元的第三实施方案的截面图；
图5是表示根据本发明的有机电致发光单元的第四实施方案的截面图；
图6是表示根据本发明的有机电致发光单元的第五实施方案的截面图；
图7是表示根据本发明的有机电致发光单元的第六实施方案的截面图；
图8是表示使用根据本发明的有机电致发光单元的液晶显示装置的实施例的截面图；
图9是解释根据本发明的有机电致发光单元的原理的图；
图10是解释在实施例1-1中获得的有机电致发光单元的特征的图；
图11是表示在实施例3-1和3-3中的每一个中获得的有机电致发光单元的亮度的特征图；
图12是表示有机电致发光单元的发光区的说明图；
图13是表示有机电致发光单元的亮度的说明图。
具体实施方案
(优选的实施方案详述)
以下参考附图描述本发明的实施方案。
图1表示根据本发明的两层型有机EL单元的一个实例。该单元基本构造为使得透明电极2、空穴传输层4、电子传输发光层5和反射电极3依次层叠在支持体衬底1上。
也就是说，构造该单元使得由如上所述的空穴传输层4和电子传输发光层5构成的有机层夹在一对电极之间，这对电极由透明电极2和反射电极3构成。当该单元操作时，在距离空穴传输层4与电子传输发光层5之间的界面层约10纳米的电子传输发光层一侧上的区域中发生空穴-电子复合。结果，发光产生并聚集在图1中所示的发光区6中。
顺便说一下，不是两层型有机EL单元的另一种有机EL单元，例如三层型有机EL单元，具有空穴传输层、发光层和电子传输层，操作如下。当在电极(即阳极和阴极)之间施加电压时，从阳极注入的空穴和从阴极注入的电子分别在载流子传输层中移动并在发光层中复合产生激发性电子-空穴对。结果，以与两层型有机EL单元相同的方式产生发光。
本发明还基本构造为使得特别在正向方向上产生的光束相互相消干涉但是约束在单元内部的引导光束相互相长干涉。这一特征将参考图2进行描述。
图2是测定仅具有基本结构(即提供下文将要描述的反射/折射角扰乱区域之前)的有机EL单元的亮度的角分布情况下的特征图，测定是在从正向看从0到80度的角度范围内以10度的间隔进行的。在图2中，曲线a表示根据本发明的有机EL单元，曲线b代表根据相关技术的有机EL单元。
顺便说一下，在基本结构中，透明电极2是100纳米厚，空穴传输层4为50纳米厚，电子传输发光层5为140纳米厚(根据本发明)或60纳米厚(根据相关技术)。测量在以下条件下进行：在电极之间施加电压使得相同的电流流过根据本发明的单元和根据相关技术的单元中的每个单元。
从图2中明显看出，根据相关技术的单元具有优选的理想漫射型亮度分布，其中正向亮度值即在正向上0度方向上的亮度值高，而且其中在较大角度范围上亮度值保持近似恒定。相反，根据本发明的单元表现出的特征为：正向亮度值低而且随着角度增大亮度增大。也就是说，根据本发明的单元的构造使得亮度对角度的依赖性满足关系式：
B0＜Bθ (1)
其中，B0是正向亮度值，Bθ是在50到70°的角度范围内的亮度值。
尽管已经在按电子传输层5的厚度变化满足由表达式(1)给出的关系的情况下描述了该实施例，但是如果合适选择含有发光层5的有机层和电极对的材料、厚度等，任选也可以满足该关系。
在本发明的更优选的实施方案中，构造该单元以满足表达式：
(0.3/n)λ＜d＜(0.5/n)λ (2)
其中，d是在空穴-电子复合发光区6的近似中心部分与反射电极3之间的距离，λ是发光层(即这种情况下的电子传输发光层5)中所用材料的荧光光谱的最大波长，n是发光层和反射电极3之间的有机层(即这种情况下的电子传输发光层5)的折射率。
例如，当上述实施例中的电子传输发光层5产生最大波长为540纳米的绿色荧光并且折射率为1.65时，优选选择距离d在98.2纳米-163.6纳米范围内。
除了满足表达式(1)或者优选满足表达式(2)的基本结构以外，本发明特征在于在发光层与在观察者一侧的输出介质之间还提供扰乱光的反射/折射角的区域7。
也就是说，当原来以引导光形式约束的光进入区域7时，改变了光的透射角。透射角改变成小于全反射角的一部分光从该单元中发射出来。尽管在该单元中重复反射和散射，其它部分的光最终也从该单元中发射出来。结果，获得了作为目标的高发光效率。
为了满足表达式(1)或(2)，必须使有机层的厚度略大于有机层中常用的厚度。在这种情况下，因为薄膜厚度变大，由于电极中的缺陷、细小的隆起引起的电短路可以被减少，带来产率改进的优点，但是单元的电阻随着薄膜厚度增大而增大，带来操作电压增大的问题。也就是说，尽管每单位电流的效率(cd/A)可以被改善，根据情况，存在单位电功率的光通量(1m/W)将等于或小于相关技术中的光通量的可能性。
例如，由未审日本专利公开No.2000-182774和其中引用的参考文献中公开的方法可以避免这一问题。也就是说，在所公开的方法中，通过把含有碱金属离子、碱土金属离子、稀土金属离子等的金属有机配合物与有机EL材料混合减小了有机层的电阻，因此有机层可以增厚同时抑制操作电压的增大。对于加入到混合物层中的金属配合物和所用的混合方法没有限制。可以使用任何合适的方法。因为通过这样的方法可以获得本发明的效果，而不增大操作电压，所以可以改善功率效率以及电流效率。
尽管表达式(2)应用于有机EL单元中产生的发光是单色光的情况，但是在有机EL单元是使用多种发光材料如红色、绿色、蓝色等产生的EL的白色单元的情况下，也可以充分获得本发明的效果。理所当然的是发光材料可以组合以产生通过混合蓝色和黄色获得的白色光，并且本发明可以用来通过颜色混合产生除白色以外的任何其它颜色的光。例如，当混合红色、绿色和蓝色的三种颜色时，本发明的表达式(2)不能被所有的颜色满足。所以，例如当三种颜色中具有最低发光效率的颜色的波长λ用作表达式(2)中的波长λ时，可以改善总的发光效率。当基于三种颜色各自的发射光谱适当选择最佳结构时，可以生产满足表达式(1)的有机EL单元。例如，可以根据相关技术，把所用的白色单元构造成用红色、绿色和蓝色颜料掺杂发光层的主体材料，或者把发光层分成三层，即红色、绿色和蓝色层。顺便提一下，当发光层分成三层时，所有的颜色可以满足本发明的表达式(2)。
此外，对本发明重要的是在形成反射/折射角扰乱区域之前在外面测量的亮度值具有由表达式(1)表示的角分布。在形成反射/折射角扰乱区域后亮度值的角分布是不重要的。例如，当该单元用于照明宽范围时，优选的是亮度值具有均匀的角分布。例如，当该单元用作蜂窝电话或移动设备中所用的液晶显示装置的背后照明单元时，优选的是在大角度处的亮度高于正向亮度。在这种情况下，优选可以设置棱镜板等。
顺便提一下，当提前在集成了漫射层的衬底上或者在本身有漫射特性的衬底上形成有机EL层时，在形成漫射层之前的亮度分布是不可能查明的。在这种情况下，如果有机EL层在与如上所述的相同条件下形成在没有漫射特性的一般衬底上，则关于该单元是否适合本发明容易进行判断。如果层叠的结构和各层的厚度可以用透射电子显微镜观察该单元的截面来查明，则可以在某种程度上估计亮度的角分布。
在本发明中，由于直接提供了反射/折射角扰乱区域7，使得大于全反射角的光的透射角可以高效率地被扰乱成不大于全反射角的透射角。由于形成了区域7，使得约束在单元内部的引导光的大部分可以从该单元中引出，所以优选可以获得上述效果。顺便提一下，必须在区域7与发光层之间没有插入任何空气层的情况下形成区域7。这是因为如果在发光层与区域7之间存在空气，则由于在所产生的光进入区域7之前由于在界面(空气表面)上的全反射导致光的约束，而不能获得本发明的效果。
用于形成反射/折射角扰乱区域7的方法不特别限制。例如，可以原样使用在相关技术中提出的方法。
例如，可以形成一种光漫射位置，其含有透明材料和折射率与所述透明材料不同且分散/分布在所述透明材料中的透明或不透明材料。具体地，当使用玻璃或聚合物材料作为光漫射位置中的透明材料时，在玻璃或聚合物材料中分散/分布的透明或不透明材料可以选自二氧化硅颗粒、二氧化钛颗粒、二氧化锆颗粒、塑料颗粒、液晶颗粒、空气颗粒等。两种材料的折射率、两种材料之间的折射率差和颗粒的粒径不特别限制。从光散射的观点来看，优选的是颗粒尺寸在0.1微米-10微米范围内，折射率差不小于0.05。
还优选使用透镜结构。透镜结构是指薄板状透明物质，其具有排列或形成同心圆、相互平行的线或网格的许多透镜、棱镜或V形槽，并且其中光前进的直线方向被所述许多透镜、棱镜或V形槽改变。具体地，透镜结构的实例包括透镜状透镜片、菲涅尔透镜片、立体角透镜片、蝇眼透镜片、猫眼透镜片、双蝇眼透镜片、双透镜状透镜片、辐射透镜状透镜片、棱镜透镜薄膜、微棱镜透镜薄膜、用以下方式获得的透镜：上述透镜板的任一种的凸表面转变成凹表面、以及在平面中排列的透明或半透明球的薄片。另外，可以形成诸如V形槽的凹槽使得可以改变光的方向。每个透镜片的材料可以是玻璃或树脂。
支持体衬底的表面或每个界面可以以物理上不平的表面形式形成。任何不平的结构可以用于不平的表面。例如，可以使用从1毫米数量级的结构到100纳米数量级的结构范围内的所有结构。具体地，优选也可以使用数百纳米数量级的不平结构，即光子(photonic)晶体结构，其通过使支持体衬底表面粗糙而形成、通过热转移周期性不平结构到有机层(聚合物)层上而形成或者通过使用半导体生产方法通过反应性离子侵蚀法而形成。不平结构的形状是任意的。例如，不平结构可以是具有规则排列的不平整的周期性结构或随机结构。不平结构的间距和深宽比不特别限制。如果该结构可以高效率地从所述单元中引出在该单元内部约束的引导光，则可以合适地使用任何结构。
形成反射/折射角扰乱区域7的位置不特别限制。区域7可以在任何位置形成。例如，漫射薄膜可以通过胶粘剂或粘合剂粘在支持体衬底1表面上，从而形成区域7，或者可以为支持体衬底1本身赋予光漫射特性，从而形成区域7，或者可以在透明电极2与支持体衬底1之间形成区域7。当该单元用于需要较大发射区域的照明时，区域7可以优选形成在衬底表面上。当该单元应用于需要较小发射区域的显示装置时，区域7优选形成在尽可能靠近发光层的位置上，因此可以减小由发光层与反射/折射角扰乱区域之间的透射距离产生的视差。
在本发明中，可以形成偏振/散射部位70作为反射/折射角扰乱区域，形成如图3所示，所述偏振/散射部位含有透光性树脂和双折射特性与所述透光性树脂不同并分散/分布在所述透光性树脂中的微畴。也就是说，除了与图1中所示的有机EL单元一样满足表达式(1)且优选满足表达式(2)的基本结构以外，形成了含有透光性树脂和双折射率与所述透光性树脂不同并分散/分布在所述透光性树脂中的微畴的偏振/散射部位70，而基本没有插入任何中间层，使得偏振/散射部位70用作扰乱反射/折射角的区域，同时所产生的光从电子传输发光层5通过透明电极2向着观察者一侧发出。在该实施方案中，偏振/散射部位70形成在支持体衬底1的光引出表面一侧上。
根据这种结构，当原来以引导光形式约束在单元内部的光入射在偏振/散射部位70上时，光的透射角改变。一部分光从该单元中发出，因为光的透射角改变成小于全反射角的值。其它部分的光当其在所述单元内部重复反射和散射后可以从单元中发出。结果，可以获得作为目标的高发光效率。当使用偏振/散射部位70时，所产生的光可以以富含其线性偏振光分量的偏振光形式引出，并且线性偏振光的振动方向可以根据偏振/散射部位70的安装角度任选地改变。因此，当使用该单元作为液晶显示装置的背后照明单元时，偏振/散射部位70在显著降低功率消耗方面是非常有效的。
尽管图3表示了偏振/散射部位70直接形成在支持体衬底1上的情况，但是偏振/散射部位70可以通过透明胶粘剂或粘合剂粘到支持体衬底1上。在这种情况下，可以优选调节胶粘剂或粘合剂的折射率，同时考虑各个层的折射率，因此可以尽力防止从有机EL单元产生的光由于全反射而损失。例如，优选选择胶粘剂的折射率高于支持体衬底1的折射率并低于偏振/散射部位70的透光性树脂的折射率。根据这种选择，在支持体衬底与胶粘剂之间的界面和在胶粘剂与偏振/散射部位之间的界面中都可以防止全反射，因此所产生的光可以高效率地进入偏振/散射部位。
但是，胶粘剂或粘合剂的折射率不必总是满足上述关系。如果折射率差不大于0.1，则不必担心本发明的效果会明显降低。
偏振/散射部位70不限于图3中所示的实施方案。例如，偏振/散射部位70可以在支持体衬底1和透明电极2之间形成。甚至在支持体衬底1(玻璃衬底)位于偏振/散射部位70上的情况下，也可以获得本发明的效果。
偏振/散射部位70的形状不特别限制，只要偏振/散射部位70具有至少两个相互相对的平表面。从用作偏振型平面光源和全反射的效率方面来看，可以优选使用薄膜形状、薄片形状或板状。特别地，根据处理性能的容易性，薄膜形状是优选的。选择偏振/散射部位70的厚度优选不大于10毫米，更优选在0.1毫米-5毫米之间，最优选在0.4毫米-2毫米之间。
从由于全反射约束所产生的光的效率来看，相互相对的两个表面优选可以选择为尽可能接近镜面的光滑表面。当两个相对表面缺乏光滑度时，如果把光滑度优异的分隔透光性薄膜或薄片通过透明粘合剂或胶粘剂粘到偏振/散射部位70上使得以所粘合的透光性薄膜或薄片的光滑表面形式提供全反射界面，仍然可以获得相同的效果。
偏振/散射部位70可以通过合适的方法形成，例如组合使用透明性优异的一种或两种或多种合适的材料，如聚合物和液晶材料，因此通过合适的取向方法如拉伸法形成双折射特性不同的区域，来获得取向薄膜的方法。顺便提一下，组合的实例包括聚合物和液晶材料的组合，各向同性聚合物和各向异性聚合物的组合，以及各向异性聚合物的组合。从微畴的分散/分布来看，诸如产生分相的组合是优选的。分散/分布可以基于所组合材料的相互溶解度来控制。分相可以通过合适的方法进行，如把相互不可溶的材料溶解在溶剂中的方法，或者把相互不可溶材料混合并热熔化所述相互不可溶材料的方法。
组合后的材料可以通过如下拉伸过程取向。在聚合物与液晶材料的组合中或在各向同性聚合物与各向异性聚合物的组合中，当选择任何拉伸温度和拉伸的任何改进时，可以形成作为目标的偏振/散射部位。在各向异性聚合物的组合中，当控制拉伸条件时，可以形成作为目标的偏振/散射部位。
顺便提一下，各向异性聚合物按照拉伸方向上折射率的变化特性分成正性和负性两类。在本发明中，可以使用正性和负性各向异性聚合物的任一种。正性各向异性聚合物或负性各向异性聚合物可以组合。或者可以组合正性各向异性聚合物和负性各向异性聚合物。
聚合物的实例包括：酯聚合物如对苯二甲酸乙二醇酯和萘二甲酸乙二醇酯；苯乙烯聚合物如聚苯乙烯、和丙烯腈-苯乙烯共聚物；烯烃聚合物如聚乙烯、聚丙烯、环状或含降冰片烯结构的聚烯烃、以及乙烯-丙烯共聚物；丙烯酸聚合物如聚甲基丙烯酸甲酯；纤维素聚合物如二乙酸纤维素酯和三乙酸纤维素酯；和酰胺聚合物如尼龙和芳族聚酰胺。
聚合物的实例还包括：碳酸酯聚合物；氯乙烯聚合物；酰亚胺聚合物；砜聚合物；聚醚-砜；聚醚-醚-酮；聚苯硫醚；乙烯醇聚合物；偏二氯乙烯聚合物；乙烯基丁缩醛聚合物；丙烯酸酯聚合物；聚氧化亚甲基；硅氧烷聚合物；尿烷聚合物；醚聚合物、乙酸乙烯酯聚合物；这些聚合物的共混物；和可热固化的或可紫外线固化的聚合物如酚聚合物、三聚氰胺聚合物、丙烯酸聚合物、尿烷聚合物、丙烯酸尿烷酯聚合物、环氧聚合物或硅氧烷聚合物。
液晶材料的实例包括：低分子量液晶或在室温或高温具有向列或近晶相的可交联液晶单体；和在室温或高温具有向列或近晶相的液晶聚合物。液晶材料的具体实例包括氰基联苯化合物、氰基苯基环己烷化合物、氰基苯基酯化合物、苯甲酸苯基酯化合物、苯基嘧啶化合物、以及这些化合物的混合物。
可交联的液晶单体一般在取向过程后通过使用热、光等的适当方法交联成聚合物。
为了获得耐热性、耐久性等优异的偏振/散射部位70，可交联液晶单体或液晶聚合物可以优选与玻璃转变温度不低于50℃、特别是不低于80℃、更特别是不低于120℃的聚合物组合。
不限制液晶聚合物的种类。任何合适的聚合物如主链聚合物或侧链聚合物等可以用作液晶聚合物。从颗粒尺寸分布均匀性优异的微畴的可形成性和热稳定性、形成薄膜的模塑性能、取向过程的容易性等方面来看，可以优选使用的液晶聚合物的聚合度不低于8，特别是不低于10，更特别是在15-5000范围内。
例如，通过以下方法用液晶聚合物形成偏振/散射部位。也就是说，至少一种聚合物与至少一种用于形成微畴的液晶聚合物混合，从而形成一种含有以微畴形式分散的液晶聚合物的聚合物薄膜。该聚合物薄膜通过合适的方法取向，从而形成双折射特性不同的区域。
从取向过程中折射率差值Δn1和Δn2的可控制性来看，优选使用玻璃转变温度不低于50℃且在低于与液晶聚合物组合的聚合物的玻璃转变温度下具有向列型液晶相的液晶聚合物。
具体地，使用具有由下列通式(A)表示的单体单元的侧链液晶聚合物。
合适的可热固化聚合物如具有由通式(A)表示的单体单元的均聚物或共聚物可以用作侧链液晶聚合物。单畴取向特性优异的聚合物是优选的。
在通式(A)中，X是骨架基团，其形成液晶聚合物的主链，并且其可以由合适的连接链构成，如直链、支链或环状链。X的具体实例包括聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚-α-卤代丙烯酸酯、聚-α-氰基丙烯酸酯、聚丙烯酰胺、聚丙烯腈、聚甲基丙烯腈、聚酰胺、聚酯、聚氨酯、聚醚、聚酰亚胺和聚硅氧烷。
在通式(A)中，Y是从主链上分支的隔离基团。从偏振/散射部位的可形成性如折射率可控制性方面来看，优选的Y的实例包括乙烯、丙烯、丁烯、戊烯、己烯、辛烯、癸烯、十一碳烯、十二碳烯、十八碳烯、乙氧基乙烯和甲氧基丁烯。
在通式(A)中，Z是赋予液晶取向特性的mesogen基团。
例如，通过以下方法用向列型液晶聚合物形成偏振/散射部位。即把用于形成聚合物薄膜的聚合物与液晶聚合物混合，该液晶聚合物在低于所述聚合物的玻璃转变温度的温度范围内具有向列型液晶相，并且其玻璃转变温度不低于50℃，特别是不低于60℃，更特别不低于70℃。因此，形成含有以微畴形式分散的液晶聚合物的聚合物薄膜。把形成微畴的液晶聚合物加热，以便以向列型液晶相形式取向。然后，把液晶聚合物冷却，以固定液晶聚合物的取向状态。
含有所分散的微畴的聚合物，即待取向的薄膜，可以用合适的方法生产，例如浇注法、挤出模塑法、注塑法、辊筒模塑法或流出模塑法。另外，该薄膜也可以用下列方法生产：通过加热过程或者通过辐射过程如紫外线使单体状态的材料膨胀并聚合，从而形成薄膜。
从获得微畴均匀分布优异的偏振/散射部位70方面来看，优选使用下述方法：即含有溶解在溶剂中的成形材料的混合物溶液用于通过浇注法、流出模塑法等形成薄膜。在这种情况下，每个微畴的尺寸和微畴的分布可以根据溶剂的种类、混合物溶液的粘度、混合物溶液的消耗层(expended layer)的干燥速度等适当进行控制。顺便提一下，混合物溶液粘度的降低和混合物溶液消耗层的干燥速度提高对于减小每个微畴的面积是有效的。
待取向薄膜的厚度可以适当确定。从取向过程容易程度方面来看，一般选择该厚度为1微米-3毫米，特别是5微米-1毫米，更特别是10微米-500微米。在形成薄膜时，可以混合合适的添加剂如分散剂、表面活性剂、颜色调节剂、阻燃剂、防粘剂和抗氧化剂。
使用选自可以根据取向过程控制折射率的各种方法中的至少一种方法，可以进行取向过程。所述各种方法的实例包括：使用单轴或双轴处理、先后双轴处理或Z轴处理的拉伸或砑光法；在不低于玻璃或液晶转变温度的温度下对薄膜施加电场或磁场后迅速冷却该薄膜来固定取向的方法；在薄膜形成时流动取向液晶的方法；和根据各向同性聚合物的微小取向而自取向液晶的方法。所以，所获得的偏振/散射部位70可以是拉伸薄膜或者是未拉伸薄膜。
顺便提一下，当偏振/散射部位70是拉伸薄膜时，可以使用脆性薄膜，但是优选可以使用可拉伸性能优异的薄膜。
当微畴用液晶聚合物制备时，例如通过下述方法可以进行取向过程，其中：在以微畴形式分散/分布在聚合物薄膜中的液晶聚合物具有作为目标的液晶相如向列相的温度下将聚合物薄膜加热并熔化；所述液晶聚合物在取向限制力的作用下取向；将聚合物薄膜迅速冷却以固定该取向后的状态。从防止光学特性变化方面来看，优选的是微畴的取向后状态尽可能充分地满足单畴状态。
顺便提一下，作为取向限制力，可以使用合适的限制力，液晶聚合物通过该取向限制力可以进行取向，例如由于以适当倍数拉伸聚合物薄膜的方法产生的拉伸力或者剪切力或者在薄膜形成时的电场或磁场。液晶聚合物可以通过选自这些种类限制力的至少一种限制力的作用进行取向。
所以，在偏振/散射部位中除了微畴以外的其它部分可能具有双折射或者可以是各向同性的。
整体上具有双折射的偏振/散射部位，可以使用取向的双折射聚合物作为形成薄膜的聚合物通过薄膜形成过程中的分子排列等获得。如果必要，已知的取向方法如拉伸过程可以用来赋予或控制双折射。
例如通过下述方法可以获得其中除了微畴以外的其它部分为各向同性的偏振/散射部位，其中：用各向同性聚合物作为形成薄膜的聚合物；在不高于该聚合物的玻璃转变温度的温度范围内拉伸该薄膜。
优选地，在本发明中，控制在微畴与其它部分之间，即在微畴与由透光性树脂制成的部分之间，在微畴的各个光轴方向上的折射率差Δn1、Δn2和Δn3，使得在折射率差最大的轴方向(Δn1方向)上的Δn1为0.03-0.5，在与Δn1方向垂直的两个轴方向(Δn2方向和Δn3方向)上的每个Δn2和Δn3不大于0.03。更优选地，进行控制使得Δn2和Δn3相互相等。当用这种方式控制折射率差时，在Δn1方向上的线性偏振光被强烈散射，因此可以增大在小于临界角的角度处散射并从偏振/散射部位发射出的光量，但是在其它方向的线性偏振光几乎不被散射，因此所述光被约束在偏振/散射部位内部并重复全反射。
顺便提一下，当透光性树脂为光学各向同性时，在微畴的每个光轴上在微畴与其它部分之间的折射率差是指在每个光轴方向上的微畴的折射率与透光性树脂的平均折射率之间的差值。当透光性树脂为光学各向异性时，折射率差是指在微畴的折射率与透光性树脂在每个轴方向上的折射率之间的差值，因为透光性树脂的主光轴方向通常与微畴的主光轴方向一致。
在本发明中，从全反射方面来看，优选的是在Δn1方向的折射率差Δn1适当地大。选择折射率差Δn1特别在0.035-0.5范围内，更特别在0.040-0.45范围内。另一方面，优选的是在Δn2和Δn3方向上的折射率差Δn2和Δn3尽可能小。也就是说，优选的是折射率差Δn2和Δn3尽可能为0。这些折射率差可以根据所用材料的折射率、上述取向操作等进行控制。
优选地，Δn1方向平行于偏振/散射部位的两个相对表面，因为Δn1方向形成从偏振/散射部位输出的线性偏振光的振动平面。顺便提一下，根据作为目标的液晶单元等，在平面内的Δn1方向可以选择为合适的方向。
根据散射作用的均匀性，优选的是在偏振/散射部位中的微畴尽可能均匀地分散/分布。每个微畴的尺寸，特别是在作为散射方向的Δn1方向上的长度，与背散射(反射)和波长依赖性有关。根据光利用效率、防止由于波长依赖性而产生的显色、防止由于看见微畴而产生的可见性抑制或明显的显示抑制、薄膜可形成性、薄膜强度等，每个微畴的优选尺寸，特别是在Δn1方向上的优选长度，在0.05微米-500微米范围内，特别是在0.1微米-250微米范围内，更特别在1微米-100微米范围内。顺便提一下，每个微畴一般以畴状态存在于偏振/散射部位中。每个微畴在Δn2方向等的长度不特别限制。
根据在Δn1方向上的散射特性，可以合适地确定偏振/散射部位70中微畴的百分比。一般来说，根据薄膜强度，微畴的百分比优选选择为0.1重量％-70重量％，特别0.5重量％-50重量％，更特别为1重量％-30重量％。
在本发明中，偏振/散射部位70可以以单层形式形成，或者以两层或多层的层合物形式形成。当偏振/散射部位70以层合物形式形成时，可以获得比与厚度增大成正比的散射作用更高的协同散射作用。根据散射作用的增大，优选的是形成该层合物使得在上下各层中的Δn1方向相互平行。层合的层数可以设定为2或更大的适当值。在偏振/散射部位70中，要层合的各层的Δn1、Δn2等可以相同，或者Δn1、Δn2等可以不同。
尽管优选的是在上下各层中的Δn1方向等尽可能相互平行，但是由于工作误差产生的变化是可以容许的。当Δn1方向变化时，平均方向被认为是Δn1方向。
因为光的偏振态在光通过偏振/散射部位70传播的过程中需要被合适地消除，所以优选的是偏振/散射部位70在全部或一部分平面光源上有延迟。从根本上说，因为偏振/散射部位的慢轴和几乎不散射的线性偏振光的偏振轴相互垂直，所以由延迟产生的偏振光的转换(conversion)几乎不发生。但是，可以设想由于微小散射改变视角，所以发生偏振光的转换。
尽管面内延迟随着偏振/散射部位的厚度而变化，但是根据偏振光的转换，一般优选的是面内延迟不小于5纳米。延迟可以通过合适的方法获得，例如使用在所述位置中含有双折射细颗粒的方法，使用在所述位置表面上沉积双折射细颗粒的方法，使用具有双折射性的透光性树脂的方法，组合使用这些方法的方法，以及一体化层合双折射薄膜的方法。
在本发明中，与图1中所示的有机EL单元相同的光漫射层或透镜结构可以形成为反射/折射角扰乱区域，其取代偏振/散射部位70。反射型偏振元件可以进一步设置在该区域的观察者一侧。在这种情况下，可以高效率地以偏振光形式引出输出光。因此，可以生产光到偏振器中的吸收最小的有机EL单元。
图4表示有机EL单元的一个实例。用与图1所示的有机EL单元相同的方法形成该有机EL单元的基本结构。也就是说，该有机EL单元的基本结构为其中透明电极2、空穴传输层4、包含发光区域6的电子传输发光层5以及反射电极3依次层叠在支持体衬底1上。形成该有机EL单元的基本结构以满足表达式(1)且优选满足表达式(2)。而且，光散射层或透镜结构形成为反射/折射角扰乱区域7。在区域7的观察者一侧上进一步提供反射型偏振元件8。
反射型偏振元件运行如下。作为由通过区域7引导到反射型偏振元件8的所产生光获得的偏振光，通过反射性偏振元件8透射的光被提供到偏振器以减小吸收损失。另一方面，由反射型偏振元件8反射的光通过平面光源中的反射层返回到反射型偏振元件8。该光的一部分或全部通过一个吸收性偏振器以预定的偏振光透过，以增大可以被液晶显示装置利用的光的强度，从而改善亮度。根据亮度的改善，能够反射偏振光的40％或更多的反射型偏振元件是优选的。
使用在自然光入射时可以同时获得反射光和透射光的合适的偏振元件作为反射型偏振元件8。反射型偏振元件的具体实例包括：反射型圆偏振元件(圆偏振光分离片)，其用胆甾型液晶层制成；反射型线性偏振元件(线性偏振光分离片)，其用折射率不同的至少两种材料的多层层合物制成(未审日本专利公开Nos.Hei.9-506984和9-507308)。
反射型圆偏振元件用按Grandjean织构取向的胆甾型液晶层制成。反射型圆偏振元件把入射光分离成反射光和透射光，各自由左旋圆偏振光或右旋圆偏振光构成。反射型线性偏振光把入射光分离成反射光和透射光，它们由振动平面相互垂直的线性偏振光构成。例如，由3M公司制造的反射型线性偏振元件“DBEF”可以在市场上购得。
作为反射型圆偏振元件中的胆甾型液晶层，可以使用合适的偏振元件，其具有把一部分入射光以左旋圆偏振光或右旋圆偏振光形式反射并使另一部分入射光透射的特性。胆甾型液晶层的种类不特别限制。
一般来说，提供反射型圆偏振元件作为一种结构，其中胆甾型液晶聚合物的薄膜或胆甾型液晶层紧密地附着到透明衬底上，以便被透明衬底支撑。为了获得在宽波长范围内透射的圆偏振光，反射型圆偏振元件可以具有以下结构：其中层合具有不同反射波长范围的至少两种胆甾型液晶层。
顺便提一下，当根据本发明的有机EL单元用作液晶显示装置的背后照明单元时，从反射型圆偏振元件发出的光是圆偏振光。但是，圆偏振光可以容易地变成线性偏振光，例如利用四分之一波片。
在本发明中，如果反射型偏振元件在观察者一侧上形成，即在反射/折射角扰乱区域7的外面上形成，则反射型偏振元件可以运行。在这种情况下，反射型偏振元件8的位置不特别限制。例如，反射型偏振元件8可以布置通过一个空气层，或者反射型偏振元件8可以直接粘到区域7上或通过粘合剂或胶粘剂粘到区域7上。在区域7与反射型偏振元件8之间可以另外提供一个具有另一种功能的层，如防潮层。图5-7表示了与图4不同的实施例。
图5表示一个实施例，其中：提供反射/折射角扰乱区域7，以便与透明电极2相邻；在其上通过支持体衬底1提供反射型偏振元件8。图6表示一个实施例，其中：在支持体衬底1表面中形成的微透镜结构用作反射/折射角扰乱区域7；反射型偏振元件8通过一个空气层提供在该微透镜结构上。在图5和6中的其它组成部分与图4中的相同，并且用相同的附图标记表示，因此将省略这些部分的描述。
图7表示所谓上引出系统的一个实施例，其中：反射电极3、电子传输发光层5、空穴传输层4、透明电极2、反射/折射角扰乱区域7和反射型偏振元件8依次提供在支持体衬底1上，使得所产生的光从与支持体衬底1相对的表面一侧引出。在这种情况下，支持体衬底不必是透明的。
具有这种结构的有机EL单元最适用于液晶显示装置的背后照明单元，因为输出光可以以偏振光形式引出。该有机EL单元对于需要节约功率的领域是最佳的，因为重量、厚度和尺寸以及电池容量减小，如在蜂窝电话或移动装置中。
图8表示在用胆甾型液晶层制成的反射型圆偏振元件作为图4中所示的有机EL单元中的反射型偏振元件8的情况下的一个应用实施例。在这种情况下，因为有机EL单元中的有机层是一个厚度最大500纳米的薄层，可以形成厚度为200微米或更小(到约50微米)的反射/折射角扰乱区域7。因此，当用作支持体衬底1的玻璃片薄时或者树脂薄膜用作支持体衬底1时，与使用光导管的相关技术背后照明单元相比，可以实现厚度、尺寸和重量的减小。
在图8中，具有上述结构的有机EL单元增强了引导光分量，因此充分放大了光的总量。所述光被反射/折射角扰乱区域7高效率地引出。入射到反射型偏振元件8上的光的一半以圆偏振光形式透射。另一半光以反向的圆偏振光形式反射。该圆偏振光再次进入区域7。在区域7中，该光被散射，因此偏振状态被消除。结果，该光被变成自然光。该自然光被区域7向后散射或被反射电极3反射，因此再次入射到反射型偏振元件8上。一半的入射光以圆偏振光形式通过反射型偏振元件8透射。
在重复该过程时，所产生光的50％或更多被引导到外面。通过反射型偏振元件8的圆偏振光被四分之一波片9转变成线性偏振光。当使线性偏振光的振动方向与液晶显示单元的下偏振器10的透射轴重合时，该线性偏振光可以进入该液晶单元11，因为没有由于下偏振器10产生的吸收损失的影响。
尽管把圆偏振光转变成线性偏振光的四分之一波片用作相延迟器薄膜，其具有1/4的面内延迟，但是由于光程长度的变化，对于倾斜的光，四分之一波片的作用不能精确地实现。由于这一原因，倾斜入射到四分之一波片上的圆偏振光不能完全被转变成线性偏振光，因此从四分之一波片输出的一部分光被下偏振器吸收。
当以在面内方向上不是各向异性的并且在厚度方向上的折射率高于面内方向上的折射率的层形式插入光补偿层(片)时，可以解决这一问题。另外，可以形成要使用的四分之一波片本身，以具有在厚度方向上的折射率变化，使得光补偿作用可以添加到四分之一波片上。
这些光补偿方法已经被公开，例如在未审日本专利公开No.Hei.11-231132中。在本发明中，对于这些光补偿方法没有限制，对于这些光补偿方法所用的材料也没有限制。
严格地讲，在本发明中所述的偏振态或偏振元件不是理想的线性或圆偏振态。所述偏振态或偏振元件实际上是与理想的线性或圆偏振态略有不同的椭圆偏振态。也就是说，本发明中所用的概念“线性偏振光”或“圆偏振光”包括与理想的线性或圆偏振光略有不同的椭圆偏振光。甚至在偏振态不理想的情况下，可以充分获得本发明的效果。
不限制根据本发明的有机EL单元的基本结构，即有机材料、电极材料、层结构、每层的厚度等。例如，相关技术可以原样应用于所述基本结构。
除了具有阳极、空穴传输层、电子传输发光层和阴极的两层型有机EL单元以外，具有阳极、空穴传输层、发光层、电子传输层和阴极的三层型有机EL单元或除了这些层合单元以外的任何其它类型的单元，如具有阳极、发光层和阴极的单元，可以选择为特定的结构而没有任何特别的限制。
空穴注入层可以提供在阳极界面上，或者电子注入层可以提供在阴极界面上。为了改善复合效率，可以插入电子阻挡层或空穴阻挡层。从根本上讲，当选择结构、材料和形成方法以便可以改善发光效率时，尽管功率消耗低也可以获得强EL发射，因此可以更大地增强本发明的效果。
优选构造根据本发明的有机EL单元使得阳极和阴极之一以透明电极形式提供，另一个电极以反射率尽可能高的反射电极形式提供。尽管这种结构是优选的，因为干涉作用更显著地出现，所述另一个电极也可以不必是反射电极。
两个电极都可以是透明电极。反射电极可以是半透明的且反射率较低的电极。相反，反射电极可以是用电介质反射镜等制成的且反射率非常高的电极。简而言之，重要的是满足表达式(1)。
合适地选择最佳材料作为电极材料。在一般的有机EL单元中，由诸如氧化铟锡(ITO)、用合适掺杂剂掺杂的氧化锡或氧化锌的材料代表的透明导电薄膜用作阳极，而通过Mg和Ag蒸气以约10∶1的原子比共沉积获得的电极、Ca电极、掺杂少量Li的Al电极等由于阴极逸出功减小而改善电子注入效率，因此用于阴极。但是，对于电极材料没有特别限制。
除了以ITO等透明电极形式提供阳极以外，形成金属电极作为阴极，其厚度为距离有机层表面具有纳米数量级到数十纳米数量级，以便在该金属电极上形成ITO等以提供作为透明电极的阴极之前保持光透过率。这些电极还可以形成为所谓双侧引出结构，其中阳极和阴极以上述相同的方式以透明电极形式提供，因此所产生的光从阳极和阴极都可以引出。可以在这些电极的一个上或每一个上形成反射/折射角扰乱区域。
尽管最优选的是在阴极侧和阳极层上的发射分布满足表达式(1)，但是如果发射分布的任一种满足表达式(1)，则可以获得本发明的效果。反射/折射角扰乱区域可以形成在两个电极侧面之一上或者每一个上。特性不同的反射/折射角扰乱区域可以分别粘在两个电极侧面上。反射/折射角扰乱区域的位置可以根据使用目的任意选择，因为即使在不满足表达式(1)的表面上形成所述区域的情况下，也不会损坏本发明的效果。
形成双层引出结构的方法的实例包括：把由碱金属代表的低逸出功金属与有机层混合从而使得从ITO电极注入电子成为可能的方法(Matsumoto，“OPTRONICS”，No.2，p.136，2003)；和在电子传输层与ITO之间插入诸如铜酞菁的金属配合物材料的方法(Asuka等人，Appl.Phy.Lett.，Vol.78，p.3343，2001)。
在本发明中，不限制有机层的材料(有机EL材料)。可以优选地使用低分子材料或高分子材料。也就是说，通过气相沉积方法可以形成低分子材料，或者通过涂布法等可以形成高分子材料。对于材料没有特别限制。
如果合适选择电子迁移度和空穴迁移度以及单元的结构，甚至可以生产满足表达式(1)的高分子有机EL单元。以在该单元中引入捕获任一种载流子的位置的分子结构形式形成该单元时，复合发光区可能限于特定位置，因此满足表达式(2)。
例如，在具有透明电极(阳极)、发光层和反射电极(阴极)的单层型单元中，当形成发光层使得其电子传输能力高于其空穴传输能力时，电子和空穴可能主要在远离反射电极的阳极一侧复合。因此，当适当调节发光层的厚度时，可以满足表达式(2)以及表达式(1)。载流子捕集材料的实例包括聚亚苯基亚乙烯基衍生物的共聚物，如Matsumura等人所报道的(M.Matsumura等人，Appl.Phy.Lett.，Vol.79，p.4491，2001)。
作为根据本发明的有机EL单元的支持体衬底，可以使用普通衬底，而不考虑透明性。可以使用玻璃衬底使得所产生的光可以在玻璃衬底一侧上通过透明电极引出。另外，可以使用不透明的金属板作为支持体衬底使得光可以在与支持体衬底相反的一侧上引出。柔性材料如高分子薄膜可以用作支持体衬底的材料，或者反射/折射角扰乱区域可以形成在支持体衬底本身中。反射/折射角扰乱区域可以在支持体衬底与透明电极之间形成。在本发明中，即使在支持体衬底布置在反射/折射角扰乱区域上的情况下，也可以获得本发明的效果。
用作支持体衬底的高分子薄膜的材料的具体实例包括聚对苯二甲酸乙二醇酯、三乙酰基纤维素、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚醚-砜、聚碳酸酯、聚丙烯酸酯、聚醚-醚-酮，和降冰片烯树脂。
当支持体衬底位于从偏振/散射部位观察的光输出表面一侧上时，需要选择没有光学各向异性，即没有双折射的材料作为支持体衬底材料，以便保持由偏振/散射部位所产生的线性偏振光，其中所述偏振/散射部位是反射/折射角扰乱区域。
如果支持体载体具有双折射性，根据光轴和延迟与线性偏振光的关系，从偏振/散射部位输出的线性偏振光被转变成椭圆偏振光。结果，当该有机EL单元用于液晶显示装置等时，存在在液晶显示装置中吸收到偏振器的光分量的量增大的可能性。所以，在这种情况下使用玻璃衬底、环氧树脂衬底、三乙酰基纤维素薄膜、降冰片烯树脂薄膜或没有光学各向异性的任何其它衬底作为支持体衬底是必需的。
在根据本发明的有机EL单元中，当偏振/散射部位形成为反射/折射角扰乱区域时，具有偏振光保持特性的透镜片或光漫射片、波长截止滤光片、相延迟薄膜等可以合适地用作光引出表面。
透镜片控制输出光(线性偏振光)的光程同时尽可能恒定地保持光的偏振度，以改善对可见性有利的正向方向性，从而引导散射的输出光的强度峰到正向方向。
波长截止滤光片用于防止由激发光源直接产生的光直线前进到液晶显示装置中。特别是当激发光是紫外射线时，必须防止液晶和偏振器被紫外线损坏。波长截止滤光片还可以用于除去具有多余波长的可见光射线。在本发明中，例如，如果需要，紫外吸收剂等可以与偏振/散射部位或其它组成部件混合而不提供波长截止滤光片，以便能为偏振/散射部位或其它组成部件赋予波长截止作用。
当根据本发明的有机EL单元具有如上所述的独特结构时，可以提供一种具有高发光效率的平面光源，其具有有机EL单元作为发光装置，并提供具有所述平面光源的显示装置。特别是当有机EL单元具有作为反射/折射角扰乱区域形成的偏振/散射部位时或者当有机EL单元具有作为反射/折射角扰乱区域形成的光漫射层或透镜结构和进一步提供的反射型偏振元件时，可以提供一种具有高发光效率的偏振型平面光源，其具有有机EL单元作为发光装置，并且可以提供一种显示装置，例如具有所述偏振型平面光源的液晶显示装置。
[实施例1]
在以下实施例1-1至1-6和对比实施例1-1至1-6中具体描述本发明，其中在根据本发明的有机EL单元中提供光漫射层(光漫射胶粘剂)或透镜结构作为反射/折射扰乱区域。
实施例1-1
<有机EL单元的基本结构的生产>
通过直流溅射法在玻璃衬底表面上用ITO陶瓷靶(In2O3:SiO2＝90重量％：10重量％)形成100纳米厚的ITO薄膜，从而形成透明电极(阳极)。
然后，在使用光刻胶的条件下，腐蚀ITO形成具有15×15mm的发光区域的图案。在超声波清洗后，使用低压紫外灯进行臭氧清洗。
然后相继在ITO表面上通过真空气相沉积法形成有机层。首先，以0.3nm/s的气相沉积速度沉积由式(3)代表的CuPc，以形成15nm厚的空穴注入层，然后，以0.3nm/s的气相沉积速度沉积由式(4)代表的α-NPD，以形成40nm厚的空穴传输层。最后，以0.3nm/s的气相沉积速度沉积由式(5)代表的Alq，以形成140nm厚的电子传输发光层。
然后，分别按1nm/s的气相沉积速度和0.1nm/s的气相沉积速度共沉积Mg和Ag，以形成100nm厚的MgAg层。为了抑制MgAg层的氧化，进一步在MgAg层上形成50nm厚的Ag层，从而形成反射电极(阴极)。
将所得的单元从真空沉积装置中取出。然后，把可紫外线固化的环氧树脂滴在阴极侧上。把载玻片放在环氧树脂上。在环氧树脂充分铺展时，通过高压紫外线灯固化该环氧树脂，以密封所述单元。
[化学式1]
在形成扰乱反射/折射角的区域之前，向用上述方法产生的有机EL单元上施加1.5V的电压。结果，在该单元中产生电流密度为10.5mA/cm2的电流，因此观察到光的产生。
如图10所示，利用可在市场上购得的亮度计(商标”BM9”，由TopconCorp.制造)，在0度至80度的方向范围内，以10度的间隔测量该单元在θ方向上的亮度。结果表示在表1-1中。当测量方向变化到Φ方向时，测量到亮度对角度的依赖性。结果，亮度的测量值在全部方向上基本相等。
因此，通过假定产生的光关于Φ方向均匀分布进行的数值积分，计算了单位面积的光通量的量(1m/m2)，到最高80度方向上的空间的输出。结果也表示在表1-1中。
如图1-1中所示，有机EL单元充分满足本发明的表达式(1)。在该单元中，空穴-电子复合基本在α-NPD和Alq之间的界面中发生。因此，根据本发明的在空穴-电子复合发光区的中心部分与反射电极之间的距离d约为140nm。
当使用发射波长为365nm的黑光作为照射通过气相沉积在玻璃衬底上形成的Alq薄膜的激发光源时，荧光光谱的最大波长λ约为530nm。用光谱椭圆偏振计测量的Alq薄膜的折射率n约为1.67。因此，有机EL单元还满足本发明的表达式(2)给出的关系。
<反射/折射角扰乱区域的形成>
向50g甲苯中加入折射率为1.43且颗粒尺寸为4微米的25g聚硅氧烷颗粒并搅拌均匀。另一方面，向甲苯中加入折射率为1.47的丙烯酸胶粘剂并溶解以制备一种溶液。把该溶液加入到分散了聚硅氧烷颗粒的甲苯溶液中，使得聚硅氧烷与胶粘剂的比例为25重量％。把混合物溶液搅拌均匀，并把胶粘剂与甲苯的比例调节到25重量％。
利用涂布器把用上述方法制备的溶液涂敷到隔板上并干燥，从而产生光漫射胶粘剂，其厚度为20微米。
然后，把10片光漫射胶粘剂层叠并粘到用上述方法生产的有机EL单元的玻璃衬底表面上。因此，在玻璃衬底表面上形成约200微米厚的光漫射层。然后，用如上所述的相同方式对该单元施加15V的电压，使得电流密度为10.5mA/cm2的电流在该单元中流动。在这种条件下，在0度至80度的角度范围内测量亮度。测量结果也表示在表1-1中。用如上所述的相同方法计算每单位面积光通量的量。测量结果也表示在表1-1中。
表1-1
实施例1-2
用与实施例1-1相同的方式生产作为基本结构的有机EL单元和包括添加到该基本结构上的光漫射层的有机EL单元，但是形成120nm厚的由式(5)代表的Alq层作为电子传输发光层。
在形成光漫射层之前和之后，向有机EL单元上施加13.1V的电压，使得电流密度为10.5mA/cm2的电流在所述单元中流动，以便用相同方式产生发光。在该条件下，用与实施例1-1相同的方式评价有机EL单元。评价结果表示在表1-2中。顺便提一下，在形成光漫射层之前在θ方向上的亮度分布满足由本发明的表达式(1)给出的关系，并且作为Alq层厚度的120nm的值也满足由本发明的表达式(2)给出的关系。
表1-2
对比实施例1-1
用与实施例1-1相同的方式生产作为基本结构的有机EL单元和包括添加到基本结构上的光漫射层的有机EL单元，但是形成60nm厚的由式(5)代表的Alq层作为电子传输发光层。
在形成光漫射层之前和之后，向有机EL单元上施加8.2V的电压，使得电流密度为10.5mA/cm2的电流在所述单元中流动，以便用相同方式产生发光。在该条件下，用与实施例1-1相同的方式评价有机EL单元。评价结果表示在表1-3中。顺便提一下，在形成光漫射层之前在θ方向上的亮度分布不满足由本发明的表达式(1)给出的关系，并且作为Alq层厚度的60nm的值也不满足由本发明的表达式(2)给出的关系。
表1-3
对比实施例1-2
用与实施例1-1相同的方式生产作为基本结构的有机EL单元和包括添加到该基本结构上的光漫射层的有机EL单元，但是形成25nm厚的由式(5)代表的Alq层作为电子传输发光层。
在形成光漫射层之前和之后，向有机EL单元上施加6.1V的电压，使得电流密度为10.5mA/cm2的电流在所述单元中流动，以便以相同方式产生发光。在该条件下，用与实施例1-1相同的方式评价有机EL单元。评价结果表示在表1-4中。顺便提一下，在形成光漫射层之前在θ方向上的亮度分布不满足由本发明的表达式(1)给出的关系，并且作为Alq层厚度的25nm的值也不满足由本发明的表达式(2)给出的关系。
表1-4
对比实施例1-3
用与实施例1-1相同的方式生产作为基本结构的有机EL单元和包括添加到该基本结构上的光漫射层的有机EL单元，但是形成180nm厚的由式(5)代表的Alq层作为电子传输发光层。
在形成光漫射层之前和之后，向有机EL单元上施加17.3V的电压，使得电流密度为10.5mA/cm2的电流在所述单元中流动，以便以相同方式产生发光。在该条件下，用与实施例1-1相同的方式评价有机EL单元。评价结果表示在表1-5中。顺便提一下，在形成光漫射层之前在θ方向上的亮度分布不满足由本发明的表达式(1)给出的关系，并且作为Alq层厚度的180nm的值也不满足由本发明的表达式(2)给出的关系。
表1-5
对比实施例1-4
用与实施例1-1相同的方式生产作为基本结构的有机EL单元和包括添加到该基本结构上的光漫射层的有机EL单元，但是形成220nm厚的由式(5)代表的Alq层作为电子传输发光层。
在形成光漫射层前后，向有机EL单元上施加21.2V的电压，使得电流密度为10.5mA/cm2的电流在所述单元中流动，以便以相同方式产生发光。在该条件下，用与实施例1-1相同的方式评价有机EL单元。评价结果表示在表1-6中。顺便提一下，在形成光漫射层之前在θ方向上的亮度分布不满足由本发明的表达式(1)给出的关系，并且作为Alq层厚度的220nm的值也不满足由本发明的表达式(2)给出的关系。
表1-6
实施例1-1和1-2的结果汇总在表1-7中。
表1-7
对比实施例1-1至1-4的结果汇总在表1-8中。
表1-8
从这些结果明显看出，在根据本发明的实施例1-1和1-2的每一个中获得的有机EL单元中，在形成光漫射层之间，亮度和光通量的总量都小，但是在形成光漫射层之后，正向亮度和光通量的总量大大增大。在相同电流在所述单元中流动的条件下的对比中，明显的是在实施例1-1和1-2的每一个中可以获得比在对比实施例1-1至1-4的任一个中所获得的有机EL单元效率更高的有机EL单元。
实施例1-3
向10g甲苯中加入1.5g折射率为1.43且颗粒尺寸为4微米的聚硅氧烷颗粒并搅拌均匀。另一方面，向甲苯中加入聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)树脂并溶解以制备含有20重量％PMMA的溶液。把该溶液加入到分散了聚硅氧烷颗粒的甲苯溶液中，使得聚硅氧烷与PMMA的比例变成15重量％。把该混合溶液搅拌均匀，同时把PMMA与甲苯的比例调节到20重量％。
然后利用涂布器把所制备的溶液涂敷在玻璃衬底上，使得该玻璃衬底涂敷约200微米厚的PMMA层。因此，形成一种光漫射层。
通过反应性溅射法在玻璃衬底的光漫射层上形成50nm厚的SiO2层，反应性溅射法的条件为：在氩气和氧气的混合物气氛中使用Si靶。然后，用与实施例1-1相同的方式在SiO2层表面上形成100nm厚的ITO薄膜。因此，产生透明电极(阳极)。
然后，在使用光刻胶的条件下，腐蚀ITO形成具有15×15mm的发光区域的图案。在超声波清洗后，使用低压紫外灯进行臭氧清洗。
然后相继在ITO表面上通过下述真空气相沉积法形成有机层。首先，以0.3nm/s的气相沉积速度沉积15nm厚的由式(3)代表的CuPc作为空穴注入层。然后，以0.3nm/s的气相沉积速度沉积40nm厚的由式(4)代表的α-NPD层作为空穴传输层。最后，以0.3nm/s的气相沉积速度沉积140nm厚的由式(5)代表的Alq，作为电子传输发光层。
然后，分别按1nm/s和0.1nm/s的气相沉积速度共沉积Mg和Ag，以形成100nm厚的MgAg层。为了防止MgAg层的氧化，进一步在MgAg层上形成50nm厚的Ag层。因此产生一种反射电极(阴极)。
将所得的单元从真空沉积装置中取出后，把可紫外线固化的环氧树脂滴在阴极一侧上。把载玻片放在环氧树脂上。在环氧树脂充分铺展时，通过高压紫外线灯固化该环氧树脂，以密封所述单元。
当对用这种方式生产的有机EL单元提供15V的电压时，电流密度为10.5mA/cm2的电流在该单元中流动，因此观察到发光的产生。在这种情况下，正面亮度为418(cd/m2)，光通量的总量为1492(1m/m2)。由这些结果证实，当除了单元的基本结构以外还提供反射/折射角扰乱区域，使得形成光漫射层之前在θ角方向上的角分布满足表达式(1)的关系且该单元的基本结构本身满足表达式(2)的关系时，可以充分获得本发明的效果。
实施例1-4
用与实施例1相同的方式生产有机EL单元，但是在实施例1-1中用作反射/折射角扰乱区域的光漫射胶粘剂被立体角透镜片取代，所述立体角透镜片排列了大量三角棱锥并且立体角透镜片通过透明胶粘剂粘到有机EL单元的玻璃衬底表面上。
对比实施例1-5
用与实施例1-4相同的方式生产有机EL单元，但是形成60nm厚的由式(5)代表的Alq层作为电子传输发光层。
用如上所述的相同方式测量在实施例1-4和对比实施例1-5的每一个中获得的有机EL单元中的光通量总量。结果，在实施例1-4中所获得的有机EL单元中的光通量总量为1792(1m/m2)，而在对比实施例1-5中所获得的有机EL单元中的光通量总量为1308(1m/m2)。证明了当使用根据本发明的有机EL单元时，可以改善发光效率。
实施例1-5
用与实施例1-1相同的方式在玻璃衬底表面上形成ITO薄膜。在超声波清洗后，利用低压紫外线灯进行臭氧清洗。
然后，通过旋涂法以4000rpm的转速把由式(6)代表的PEDOT/PSS溶液(“BAYTRON P AI 4083”，由Bayer AG制造)涂敷到ITO表面上，从而形成30nm厚的层作为空穴注入层。在所得的衬底在120℃干燥2小时后，通过应用文献(Mori等人的“Applied Phisics”，Vol.61，No.10，p.1044，1992)，在该衬底上形成有机EL层如下。
首先，将0.12g作为空穴传输基质聚合物的式(7)代表的PVK、0.0514g的作为电子传输材料的由式(8)代表的BND和0.0006g作为发光材料的由式(9)代表的香豆素-6加入到9.88g作为溶剂的1，1，2，2-四氯乙烷中，并溶解/混合均匀，以制备涂料溶液。然后，通过旋涂法以750rpm的转速把该涂料溶液涂敷到空穴注入层上，从而形成150nm厚的有机EL层。
在该有机EL层然后在70℃干燥1小时后，用与实施例1-1相同的方式通过真空气相沉积装置在该有机EL层上形成MgAg/Ag电极。在从真空气相沉积装置中取出后，将该单元密封。根据在电极的气相沉积时的遮蔽，发光区域确定为15mm×15mm。
[化学式2]
当对用这种方式生产的有机EL单元，即在形成反射/折射角扰乱区域之前的有机EL单元，提供21V的电压时，电流密度为20mA/cm2的电流在该单元中流动，因此观察到来自香豆素-6的绿色发光的产生。用与实施例1-1相同的方法在0度至80度的方向范围内，以10度的间隔测量在这种情况下的亮度。还用与实施例1-1相同的方式计算单位面积的光通量的量。
然后，将10片实施例1-1中所用的光漫射胶粘剂粘到作为基本结构的有机EL单元的玻璃衬底表面上，从而形成约200微米厚的光漫射层。然后，用如上所述的相同方式，向该单元施加21V的电压，使电流密度为20mA/cm2的电流在该单元中流动。在该条件下，测量亮度。并计算每单位面积的光通量的量。
测量和计算结果如表1-9所示。
表1-9
对比实施例1-6
用与实施例1-5相同的方式生产在形成反射/折射角扰乱区域之前的作为基本结构的有机EL单元和在除了基本结构以外还形成光漫射层之后的有机EL单元，但是在形成有机EL层时所用的转速为2500rpm并且有机EL层的厚度为75nm。
在形成光漫射层之前和之后，为有机EL单元提供12.7V的电压，使得电流密度为20mA/cm2的电流在该单元中流动，以便用与实施例1-5相同的方式产生发光。在该条件下，用与实施例1-5相同的方式评价该有机EL单元。评价结果表示在表1-10中。
表1-10
从这些结果明显看出，在根据本发明的实施例1-5中所获得的有机EL单元中，在形成光漫射层之前的亮度分布满足本发明的关系式(1)。结果，在形成光漫射层时，光通量的总量增大到约1.6倍。相反，在对比实施例1-6中获得的有机EL单元中，在形成光漫射层之前的亮度分布不满足本发明的关系式(1)，尽管仅有正向亮度高于实施例1-5中所获得的单元的正向亮度。结果，光通量总量增加的比例约为1.2倍。在对比实施例1-6中所获得的有机EL单元缺少基于形成光漫射层的引导光的引出作用。
[实施例2]
下面，将根据以下实施例2-1至2-3具体描述本发明，实施例2-1至2-3各自使用作为在根据本发明的有机EL单元中的反射/折射角扰乱区域提供的偏振/散射部位，并与对比实施例2-1至2-6和参考实施例2-1和2-2进行比较。
实施例2-1
用与实施例1-1相同的方式生产形成反射/折射角扰乱区域之前的有机EL单元，即具有140nm厚(由式(5)代表的Alq的)电子传输发光层并满足本发明的表达式(1)和(2)关系的作为基本结构的有机EL单元。
然后，将通过以下方法作为偏振/散射部位形成的薄膜通过丙烯酸胶粘剂粘在作为基本结构的有机EL单元的玻璃衬底上，从而形成反射/折射角扰乱区域。
然后，在向该有机EL单元施加15V电压使得电流密度为10.5mA/cm2的电流在该单元中流动的条件下，用与实施例1-1相同的方法测定正向亮度。
在把偏振器(“NPF-SEG1425DU”，由Nitto Denko Corp.制造)放在偏振/散射部位上使得偏振/散射部位的拉伸方向与偏振器的透射轴彼此平行后，用如上所述的相同方法测量正向亮度。
<偏振/散射部位的形成>
使用其中溶解了950重量份降冰片烯树脂(“ARTON”，由JSR Corp.制造，玻璃转变温度：182℃)和50重量份由下式(10)表示的液晶聚合物(玻璃转变温度：80℃，向列液晶化温度：100℃-290℃)的20重量％的二氯甲烷溶液，通过浇注法形成100微米厚的薄膜。把该薄膜在180℃拉伸三倍，然后迅速冷却。因此，制备了用作偏振/散射部位的薄膜。
在作为偏振散射部位的该薄膜中，液晶聚合物的近似同构的微畴分散在降冰片烯树脂的透明薄膜中，使得微畴的主轴排列在拉伸方向上。折射率差Δn1为0.23。折射率差Δn2和Δn3各自为0.029。根据偏光显微镜的延迟，通过考察着色来测量微畴的平均尺寸。结果，Δn1方向上的长度约为5微米。
[化学式3]
实施例2-2
用与实施例1-2相同的方式生产形成反射/折射角扰乱区域之前的有机EL单元，即具有120nm厚(由式(5)代表的Alq的)电子传输发光层并满足本发明的表达式(1)和(2)关系的作为基本结构的有机EL单元。
然后，将在实施例2-1中作为偏振/散射部位形成的薄膜通过丙烯酸胶粘剂粘在作为基本结构的有机EL单元的玻璃衬底上，从而形成反射/折射角扰乱区域。
然后，在向该有机EL单元施加13.1V电压使得电流密度为10.5mA/cm2的电流在该单元中流动的条件下，用与实施例1-2相同的方法测定正向亮度。在把偏振器(“NPF-SEG1425DU”，由Nitto Denko Corp.制造)放在偏振/散射部位上使得偏振/散射部位的拉伸方向与偏振器的透射轴彼此平行后，用如上所述的相同方法测量正向亮度。
对比实施例2-1
用与实施例1-1相同的方式生产在形成反射/折射角扰乱区域之前的作为基本结构的有机EL单元，但是由式(5)代表的Alq电子传输发光层的厚度设定为65nm。在向该单元施加8.8V电压使得电流密度为10.5mA/cm2的电流在该单元中流动以产生发光的条件下，用与实施例1-1相同的方式评价亮度。
结果，亮度的测量值为：在0°为314cd/m2、在10°为315cd/m2、在20°为312cd/m2、在30°为309cd/m2、在40°为298cd/m2、在50°为285cd/m2、在60°为274cd/m2、在70°为257cd/m2、在80°为229cd/m2。
因此，在θ方向上的亮度分布不满足本发明的表达式(1)的关系，并且作为Alq层厚度的65nm的值不满足本发明的表达式(2)的关系。
然后，把在实施例2-1中作为偏振/散射部位形成的薄膜通过丙烯酸胶粘剂粘到用上述方法生产的作为基本结构的有机EL单元的玻璃衬底上。在向该有机EL单元施加8.8V电压使得电流密度为10.5mA/cm2的电流在该单元中流动的条件下，用如上所述相同的方法测定正向亮度。
在把偏振器(“NPF-SEG1425DU”，由Nitto Denko Corp.制造)放在偏振/散射部位上使得偏振/散射部位的拉伸方向与偏振器的透射轴彼此平行后，用如上所述的相同方法测量正向亮度。
对比实施例2-2
用与对比实施例1-2相同的方式生产形成反射/折射角扰乱区域之前的有机EL单元，即具有25nm厚(由式(5)代表的Alq的)电子传输发光层但是不满足本发明的表达式(1)和(2)的关系的作为基本结构的有机EL单元。
然后，把在实施例2-1中作为偏振/散射部位形成的薄膜通过丙烯酸胶粘剂粘到作为基本结构的该有机EL单元的玻璃衬底上，从而形成反射/折射角扰乱区域。
然后，在向该有机EL单元施加6.1V电压使得电流密度为10.5mA/cm2的电流在该单元中流动的条件下，用与对比实施例1-2相同的方法测定正向亮度。
在把偏振器(“NPF-SEG1425DU”，由Nitto Denko Corp.制造)放在偏振/散射部位上使得偏振/散射部位的拉伸方向与偏振器的透射轴彼此平行后，用如上所述的相同方法测量正向亮度。
对比实施例2-3
用与对比实施例1-3相同的方式生产形成反射/折射角扰乱区域之前的有机EL单元，即具有180nm厚(由式(5)代表的Alq的)电子传输发光层但是不满足本发明表达式(1)和(2)的关系的作为基本结构的有机EL单元。
然后，把在实施例2-1中作为偏振/散射部位形成的薄膜通过丙烯酸胶粘剂粘到作为基本结构的该有机EL单元的玻璃衬底上，从而形成反射/折射角扰乱区域。
然后，在向该有机EL单元施加17.3V电压使得电流密度为10.5mA/cm2的电流在该单元中流动的条件下，用与对比实施例1-3相同的方法测定正向亮度。在把偏振器(“NPF-SEG1425DU”，由Nitto DenkoCorp.制造)放在偏振/散射部位上使得偏振/散射部位的拉伸方向与偏振器的透射轴彼此平行后，用如上所述的相同方法测量正向亮度。
对比实施例2-4
用与对比实施例1-4相同的方式生产形成反射/折射角扰乱区域之前的有机EL单元，即具有220nm厚(由式(5)代表的Alq的)电子传输发光层但是不满足本发明表达式(1)和(2)关系的作为基本结构的有机EL单元。
然后，把在实施例2-1中作为偏振/散射部位形成的薄膜通过丙烯酸胶粘剂粘到作为基本结构的该有机EL单元的玻璃衬底上，从而形成反射/折射角扰乱区域。
然后，在向该有机EL单元施加21.2V电压使得电流密度为10.5mA/cm2的电流在该单元中流动的条件下，用与对比实施例1-4相同的方法测定正向亮度。在把偏振器(“NPF-SEG1425DU”，由Nitto DenkoCorp.制造)放在偏振/散射部位上使得偏振/散射部位的拉伸方向与偏振器的透射轴彼此平行后，用如上所述的相同方法测量正向亮度。
对比实施例2-5
通过以下方法生产没有双折射性的含微畴的普通漫射薄膜。作为实施例2-1中作为偏振/散射侧面形成的薄膜的替代品，把该普通漫射薄膜通过丙烯酸胶粘剂粘在在形成反射/折射角扰乱区域之前作为基本结构的在实施例2-1中生产的有机EL单元的玻璃衬底上。
然后，在向该有机EL单元施加15V电压使得电流密度为10.5mA/cm2的电流在该单元中流动的条件下，用如上所述的相同方法测定正向亮度。
在把偏振器(“NPF-SEG1425DU”，由Nitto Denko Corp.制造)放在该普通漫射薄膜上之后，用如上所述的相同方法测量正向亮度。
<普通漫射薄膜的生产>
向10g甲苯中，加入1.5g折射率为1.43且颗粒尺寸为4微米的聚硅氧烷颗粒并搅拌均匀。另一方面，向甲苯中加入聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)树脂并溶解以制备含有20重量％PMMA的溶液。把该溶液加入到分散了聚硅氧烷颗粒的甲苯溶液中，使得聚硅氧烷与PMMA的比例确定为15重量％。把该混合溶液搅拌均匀，同时把PMMA与甲苯的比例调节到20重量％。然后，利用涂布器把所制备的溶液涂敷在玻璃衬底上，使得该玻璃衬底涂敷约200微米厚的PMMA层。在干燥后，把该PMMA层与玻璃衬底分离，从而形成一种光漫射层。
参考实施例2-1
在把偏振器直接放在实施例2-1中的作为基本结构生产的有机EL单元的玻璃衬底上的条件下，测量正向亮度。
参考实施例2-2
在把偏振器直接放在对比实施例2-1中的作为基本结构生产的有机EL单元的玻璃衬底上的条件下，测量正向亮度。
实施例2-1和2-2、对比实施例2-1至2-5和参考实施例2-1和2-2的结果汇总表示在表2中。在每个实施例中亮度的增大比例也表示在表2中，假定放置参考实施例2-2中所示的偏振器时的正向亮度值作为参考值(1.00)。当亮度增加比例小于1.00时，该比例意味着正向亮度没有增大而是减小。
表2
由这些结果明显看出，例如与在参考实施例2-2中所获得的有机EL单元相比，在所述偏振/散射薄膜粘到所述单元上之前，根据本发明的实施例2-1和2-2的每一个中所获得的有机EL单元正向亮度低，但是在所述偏振/散射薄膜粘到所述单元上之后，大大提高正向亮度。从设置偏振器以后的正向亮度还可以明显看出，到偏振器中的吸收是如此之低，使得亮度的减小最终最小化，因为获得了富含其线性偏振光分量的输出光。
相反，与实施例2-1中所获得的有机EL单元相比，在对比实施例2-5中获得的有机EL单元在形成光漫射层之后具有高正向亮度，但是与实施例2-1获得的有机EL单元相比，最终具有低正向亮度，因为在对比实施例2-5中的输出光是一种非偏振自然光，使得该光的一半或更多被吸收到偏振器中。与实施例2-1中获得的有机EL单元相比，在形成光漫射层后，在对比实施例2-1至2-4的每一个中所获得的有机EL单元亮度增大比例低，并且最终仍然具有低亮度。
实施例2-3
代替通过粘结10片漫射性胶粘剂形成的光漫射层，把在实施例2-1中以偏振/散射部位形成的薄膜通过丙烯酸胶粘剂粘到在实施例1-5中作为基本结构生产的有机EL单元的玻璃衬底表面上。因此，产生了一种有机EL单元。
然后，把偏振器放在用这种方式生产的有机EL单元的偏振/散射部位上，使得该有机EL单元的偏振/散射部位的拉伸方向与偏振器的透射轴彼此平行。然后，在向该单元施加21V电压以20mA/cm2的电流密度驱动该单元的条件下，测定正向亮度。结果，获得229cd/m2的亮度。
对比实施例2-6
代替通过粘结10片漫射性胶粘剂形成的光漫射层，把在实施例2-1中形成为偏振/散射部位的薄膜通过丙烯酸胶粘剂粘到在实施例1-6中作为基本结构生产的有机EL单元的玻璃衬底表面上。因此，产生了一种有机EL单元。
然后，把偏振器放在用这种方式生产的有机EL单元的偏振/散射部位上，使得该有机EL单元的偏振/散射部位的拉伸方向与偏振器的透射轴彼此平行。然后，在向该单元施加12.7V电压以20mA/cm2的电流密度驱动该单元的条件下，测定正向亮度。结果，获得158cd/m2的亮度。
把实施例2-3与对比实施例2-6比较，在相同电流密度下，在该单元中获得的亮度改善了约1.4倍，如果相同的偏振器放在实施例1-5中获得的单元上，由于到偏振器的吸收，该单元的正向亮度从351cd/m2减小到161cd/m2。但是，当使用根据本发明的偏振/散射部位作为漫射层时，引导光可以以富含其线性偏振光分量的偏振光形式引出。因此，当该单元用作液晶显示装置的背后照明单元时，发光效率可以进一步改善1.4倍。也就是说，证明了当该单元用作液晶显示装置的背后照明单元时，与相关技术相比，在本发明中，在增强引导光和引出引导光的作用与输出偏振光的作用的协同作用中获得的亮度可以改善约2倍。
顺便提一下，当把反射型偏振元件放在将该单元应用于液晶显示装置的背后照明的所述单元上时，可以减小到偏振器的吸收，从而改善亮度。由以下实施例3的结果，这一点将变得显而易见。
[实施例3]
与对比实施例3-1至3-10相比，结合根据本发明的有机EL单元的实施例3-1至3-4的以下描述具体描述本发明，在这些本发明实施例中，使用光漫射胶粘剂作为反射/折射角扰乱区域并使用反射型偏振元件。
实施例3-1
用与实施例1-1相同的方式生产形成反射/折射角扰乱区域之前的有机EL单元，即具有140nm厚(由式(5)代表的Alq的)电子传输发光层并满足本发明的表达式(1)和(2)关系的作为基本结构的有机EL单元。
然后，将10片通过以下方法作为反射/折射角扰乱区域形成的光漫射胶粘剂粘在作为基本结构的有机EL单元的玻璃衬底上，从而形成约200微米厚的光漫射层。把通过以下方法形成的反射型偏振元件再粘到所述光漫射层上。因此，生产了一种有机EL单元。
<光漫射胶粘剂的形成>
向10g甲苯中加入折射率为1.43且颗粒尺寸为4微米的1.5g聚硅氧烷颗粒并搅拌均匀。另一方面，向甲苯中加入折射率为1.47的丙烯酸胶粘剂并溶解以制备一种含有20重量％丙烯酸胶粘剂的溶液。把该溶液与分散了聚硅氧烷颗粒的甲苯溶液混合，使得聚硅氧烷与胶粘剂的比例设定为15重量％。把混合溶液搅拌均匀，并把胶粘剂与甲苯的比例调节到20重量％。利用涂布器把所制备的溶液涂敷到隔板上并干燥，从而产生光漫射胶粘剂，其厚度为20微米。
<反射型偏振元件的形成>
分别在(A)350nm-450nm、(B)450nm-550nm、(C)600nm-700nm和(D)750nm-850nm的波长范围内具有圆形二色性的四种胆甾型液晶聚合物层以及镜面反射右旋圆偏振光制备如下。即在50微米厚的没有双折射性的三乙酸纤维素酯薄膜上提供0.1微米厚的聚乙烯醇层。把该薄膜用人造丝布摩擦，以形成取向的薄膜。把含有20重量％的丙烯酸热致胆甾型液晶聚合物的四氢呋喃溶液用绕线棒(wire bar)涂敷到取向薄膜上。干燥后，把该薄膜在150℃±2℃加热5分钟，以便使胆甾型液晶聚合物取向。然后，把该薄膜自然冷却到室温，从而形成1微米厚的胆甾型液晶聚合物。用这种方法，制备了四种胆甾型液晶聚合物层(A)-(D)。
然后，使胆甾型液晶聚合物(A)和(B)各自的液晶表面彼此接触，把胆甾型液晶聚合物(A)和(B)在150℃±2℃彼此热压结合2分钟。然后，把在(B)侧上的三乙酸纤维素酯薄膜与所得的薄片分离。在使胆甾型液晶聚合物(C)的液晶表面与所得薄片的液晶聚合物层的暴露表面接触时，在150℃±2℃用2分钟使胆甾型液晶聚合物(C)热压结合到所述暴露表面上。用如上所述的相同方法，进一步热压结合液晶聚合物(D)。因此，获得了反射型偏振元件，其由胆甾型液晶层构成，并且在厚度方向上由于螺旋间距变化而在400nm-800nm的波长范围内具有圆形二色性。
实施例3-2
用与实施例1-2相同的方式生产形成反射/折射角扰乱区域之前的有机EL单元，即具有120nm厚(由式(5)代表的Alq的)电子传输发光层并满足本发明的表达式(1)和(2)关系的作为基本结构的有机EL单元。
然后，用与实施例3-1中相同的方式形成的作为基本结构的有机EL单元的玻璃衬底上作为反射/折射角扰乱区域形成约200微米厚的光漫射层。用与实施例3-1相同的方式把反射型偏振元件进一步粘在光漫射层上。因此，产生了有机EL单元上。
对比实施例3-1
用与实施例1-1相同的方法生产在形成反射/折射角扰乱区域之前作为基本结构的有机EL单元，但是由式(5)代表的Alq电子传输发光层的厚度设定为65nm。在向该单元施加8.8V的电压使得电流密度为10.5mA/cm2的电流在该单元中流动以产生发光。用与实施例1-1相同的方式评价亮度。结果，亮度的测量值为：在0°为314cd/m2、在10°为315cd/m2、在20°为312cd/m2、在30°为309cd/m2、在40°为298cd/m2、在50°为285cd/m2、在60°为274cd/m2、在70°为257cd/m2、在80°为229cd/m2。
由这些结果，在形成反射/折射角扰乱区域前的基本结构中的亮度分布不满足本发明的表达式(1)的关系，并且作为Alq层厚度的65nm的值也不满足本发明的表达式(2)的关系。
然后，用与实施例3-1中相同的方式在作为基本结构的有机EL单元的玻璃衬底上作为反射/折射角扰乱区域形成约200微米厚的光漫射层。用与实施例3-1相同的方式把反射型偏振元件进一步粘在光漫射层上。因此，产生了一种有机EL单元。
对比实施例3-2
用与对比实施例1-2相同的方法生产在形成反射/折射角扰乱区域之前的有机EL单元，即具有25nm厚的(由式(5)代表的Alq)电子传输发光层但是不满足本发明的表达式(1)和(2)关系的作为基本结构的有机EL单元。
然后，用与实施例3-1中相同的方式在作为基本结构的有机EL单元的玻璃衬底上作为反射/折射角扰乱区域形成约200微米厚的光漫射层。用与实施例3-1相同的方式把反射型偏振元件进一步粘在光漫射层上。因此，产生了一种有机EL单元。
对比实施例3-3
用与对比实施例1-3相同的方法生产在形成反射/折射角扰乱区域之前的有机EL单元，即具有180nm厚的(由式(5)代表的Alq)电子传输发光层但是不满足本发明的表达式(1)和(2)关系的作为基本结构的有机EL单元。
然后，用与实施例3-1中相同的方式在作为基本结构的有机EL单元的玻璃衬底上作为反射/折射角扰乱区域形成约200微米厚的光漫射层。用与实施例3-1相同的方式把反射型偏振元件进一步粘在光漫射层上。因此，产生了一种有机EL单元。
对比实施例3-4
用与对比实施例1-4相同的方法生产在形成反射/折射角扰乱区域之前的有机EL单元，即具有220nm厚的(由式(5)代表的Alq)电子传输发光层但是不满足本发明的表达式(1)和(2)关系的作为基本结构的有机EL单元。
然后，用与实施例3-1中相同的方式在作为基本结构的有机EL单元的玻璃衬底上作为反射/折射角扰乱区域形成约200微米厚的光漫射层。用与实施例3-1相同的方式把反射型偏振元件进一步粘在光漫射层上。因此，产生了一种有机EL单元。
在实施例3-1和3-2以及对比实施例3-1至3-4的每一个中获得的有机EL单元经过用以下方法进行的性能测试，假定所述单元用作液晶显示装置的背后照明单元。测试结果表示在表3-1中。
<有机EL单元的性能测试>
使用由Nitto Denko Corp.制造的吸收型偏振器“NPF-HEG1425DU”。该吸收性偏振器厚18微米。在180℃把降冰片烯树脂薄膜(“ARTON”，由JSR制造)拉伸(垂直单轴拉伸)到1.5倍，以便调节为四分之一波片，并且在波长λ＝550nm处Δnd＝135nm。该四分之一波片为90微米厚。
吸收型偏振器和四分之一波片通过丙烯酸胶粘剂彼此结合，使得在吸收型偏振器的吸收轴与四分之一波片的拉伸轴之间形成45°的角度。
把用这种方式获得的包含四分之一波片的偏振器放在每个有机EL单元的发射表面上。对每个单元施加预定的电压使得在每个单元中的电流为10.5mA。在这种条件下，测量正向亮度。还测量发光效率(cd/A)。
表3-1
| Alq层的厚度 (nm) | 电流密度 (mA/cm<sup>2</sup>) | 正向亮度 (cd/m<sup>2</sup>) | 发光效率 (cd/A) | |
| 实施例3-1 | 140 | 10.5 | 323 | 3.08 |
| 实施例3-2 | 120 | 10.5 | 337 | 3.21 |
| 对比实施例3-1 | 65 | 10.5 | 235 | 2.24 |
| 对比实施例3-2 | 25 | 10.5 | 73 | 0.70 |
| 对比实施例3-3 | 180 | 10.5 | 156 | 1.49 |
| 对比实施例3-4 | 220 | 10.5 | 216 | 2.06 |
从表3-1的结果明显看出，在根据本发明的实施例3-1和3-2的每一个中获得的有机EL单元比在对比实施例3-1至3-4的任一个中获得的有机EL单元的正向亮度更高且发光效率更优异。
对比实施例3-5
用与实施例3-1相同的方法生产一种有机EL单元，但是既没有形成光漫射层，也没有形成反射型偏振元件。也就是说，该有机EL单元与实施例3-1中作为基本结构的有机EL单元相同。
对比实施例3-6
用与实施例3-1相同的方法生产一种有机EL单元，但是形成光漫射层而不形成反射型偏振元件。
对比实施例3-7
用与实施例3-1相同的方法生产一种有机EL单元，但是形成反射型偏振元件而不形成光漫射层。
对比实施例3-8
用与对比实施例3-1相同的方法生产一种有机EL单元，但是既没有形成光漫射层，也没有形成反射型偏振元件。也就是说，该有机EL单元与对比实施例3-1中作为基本结构的有机EL单元相同。
对比实施例3-9
用与对比实施例3-1相同的方法生产一种有机EL单元，但是形成光漫射层而不形成反射型偏振元件。
对比实施例3-10
用与对比实施例3-1相同的方法生产一种有机EL单元，但是形成反射型偏振元件而不形成光漫射层。
使对比实施例3-5至3-7和对比实施例3-8至3-10的每一个中获得的有机EL单元经过如上所述的相同方式进行的性能测试，假定所述单元用作液晶显示装置的背后照明单元。除了与对比实施例3-5至3-7相对应的实施例3-1中的结果和与对比实施例3-8至3-10相对应的对比实施例3-1中的结果以外，还把测试结果汇集在表3-2中。
表3-2
| Alq层的 厚度(nm) | 电流密度 (mA/cm<sup>2</sup>) | 光漫射层 的存在 | 反射型偏振 元件的存在 | 正向亮度 (cd/m<sup>2</sup>) | 发光效率 (cd/A) | |
| 实施例3-1 | 140 | 10.5 | 是 | 是 | 323 | 3.08 |
| 对比实施例 3-5 | 140 | 10.5 | 否 | 否 | 68 | 0.65 |
| 对比实施例 3-6 | 140 | 10.5 | 是 | 否 | 215 | 2.05 |
| 对比实施例 3-7 | 140 | 10.5 | 否 | 是 | 113 | 1.08 |
| 对比实施例 3-1 | 65 | 10.5 | 是 | 是 | 235 | 2.24 |
| 对比实施例 3-8 | 65 | 10.5 | 否 | 否 | 142 | 1.36 |
| 对比实施例 3-9 | 65 | 10.5 | 是 | 否 | 168 | 1.60 |
| 对比实施例 3-10 | 65 | 10.5 | 否 | 是 | 231 | 2.20 |
由表3-2中所示的结果，在即没有形成光漫射层也没有形成反射型偏振元件的对比实施例3-5和3-8中获得的普通有机EL单元之间的比较中，在不满足表达式(1)和(2)的对比实施例3-8中获得的有机EL单元的发光效率更高。但是，在仅形成光漫射层的对比实施例3-6和3-9中获得的有机EL单元之间的比较中，该趋势颠倒过来，因此在满足表达式(1)和(2)的对比实施例3-6中获得的有机EL单元的发光效率更高。
这是因为确定有机EL单元的结构使得通常不能引出的引导光束由于本发明的效果彼此相长干涉。也就是说，光漫射层的形成允许引导光被引出。结果，发光效率变高。在实施例3-1中，其中在对比实施例3-6中获得的有机EL单元上进一步形成反射型偏振元件，使得用这种方式改善了发光效率，与对比实施例3-6相比，更大地改善了发光效率。
分别与对比实施例3-5和3-8中获得的有机EL单元相比，由于反射型偏振元件的功能，在仅形成反射型偏振元件的对比实施例3-7和3-10中获得的有机EL单元具有改善约1.6倍的发光效率。但是，与在实施例3-1中获得的有机EL单元相比，在对比实施例3-7和3-10中获得的有机EL单元的发光效率仍然低。
由这些测试结果证明了根据本发明的有机EL单元作为液晶显示装置的偏振型平面光源是优异的。
实施例3-3
进一步把光补偿层通过丙烯酸透明胶粘剂粘到反射型偏振元件的表面上，以产生一种有机EL单元。使该有机EL单元用如上所述相同的方法经过性能测试，假定该单元用作液晶显示装置的背后照明单元。顺便提一下，在对该单元施加电压使得10.5mA的电流流过该单元的条件下，从正向方向上观察，在0度至80度的角度范围内以10度间隔测量亮度。除了在实施例3-1中获得的有机EL单元的测试结果以外，该测量的结果也表示在图11中。
在图11中，曲线c表示实施例3-1，曲线d表示实施例3-3。所用的光补偿层通过以下方法生产。
<光补偿层的生产>
通过旋涂法，把含有25重量份由式(11)代表的侧链液晶聚合物(为了方便，其表示为方块，其重均分子量为5000并且其中n表示单体单元的摩尔分数(％)并且等于35)和溶解在该侧链液晶聚合物中的75重量份的环己烷的溶液涂敷到20微米厚的使用降冰片烯聚合物(“ZEONEX”，由Zeon Corp.制造)作为聚合物材料的塑料薄膜上。
在所得的薄膜然后在130℃加热1分钟后，把该薄膜迅速冷却到室温，使得液晶层等热(homeotropically)取向并且固定等热取向的液晶层并保持分子排列。因此，生产了在平面方向上具有恒定折射率但是在厚度方向上具有高折射率的光补偿层。
[化学式4]
从图11中明显看出，在实施例3-1中获得的有机EL单元中，亮度显示随角度增大而减小的趋势。相反，在实施例3-3中获得的有机EL单元中，插入光补偿层可以在大角度范围内获得高亮度。
顺便提一下，在图11中，在实施例3-1和3-3的每一个中的角分布不满足表达式(1)。这是因为图11表示形成反射/折射角扰乱区域后的测量结果，不用说，在还没有形成反射/折射角扰乱区域的条件下，提供本发明以确定满足表达式(1)的有机EL单元的基本结构。
实施例3-4
用与实施例3-1相同的方式生产一种有机EL单元，但是用3M公司制造的反射型线性偏振元件“DBEF”代替由胆甾型液晶构成的反射型圆偏振单元。
使该有机EL单元经过性能测试，假定该单元用作液晶显示装置。也就是说，把Nitto Denko Corp.制造的吸收型偏振器“NPF-HEG1425DU”放在该单元的偏振元件“DBEF”上，使得透射率最大化。向该单元施加电压使得10.5mA的电流在该单元中流动。在这种条件下，测量正向亮度。
结果，获得308cd/m2的亮度。证明了在实施例3-4中可以获得与实施例3-1中获得的结果近似相同的效果。
尽管用具有某种程度特殊性的优选形式描述了本发明，但是应当理解，优选形式的本公开内容可以在构造细节方面和部件的组合和排列方面进行变化，而不脱离下文所要求权利的本发明的实质和范围。
Claims (16)
1.一种有机电致发光单元，其包括：至少一个有机层；
和分别作为阳极和阴极的一对电极；
所述有机层包括发光层并夹在所述电极对之间，所述电极对中至少之一以透明电极形式提供，形成所述有机电致发光单元以满足表达式(1)：B0＜Bθ，其中B0是从光引出表面沿垂直于光引出表面的方向发出的光的正向亮度值，Bθ是在相对于垂直于光引出表面的方向形成50°-70°角度的光的亮度值；
提供反射/折射角扰乱区域而在扰乱区域和发光层之间没有插入任何空气层，使得发光层发出到反射/折射角扰乱区域的光的反射/折射角被扰乱并且由所述发光层通过所述透明电极输出光；和
所述阳极和所述阴极之一是透明电极，另一个是反射电极；并且所述有机电致发光单元满足表达式(2)：(0.3/n)λ＜d＜(0.5/n)λ，其中d纳米是在发光层中空穴-电子复合发光区域的近似中心部分与所述反射电极之间的距离，λ纳米是所述发光层中所用材料的荧光光谱的最大波长，n是在所述空穴-电子复合发光区域与所述反射电极之间的所述有机层的折射率。
2.根据权利要求1的有机电致发光单元，其中，所述反射/折射角扰乱区域由一种光漫射部位构成，该光漫射部位含有一种透明材料和折射率与所述透明材料不同并且分散/分布在所述透明材料中的透明或不透明材料。
3.根据权利要求1的有机电致发光单元，其中所述反射/折射角扰乱区域由一种透镜结构构成。
4.根据权利要求1的有机电致发光单元，其中所述反射/折射角扰乱区域由一种凹凸不平的面构成。
5.根据权利要求2的有机电致发光单元，还包含在从所述反射/折射角扰乱区域观察的发光一侧上提供的反射型偏振元件。
6.根据权利要求5的有机电致发光单元，其中所述反射型偏振元件是用胆甾型液晶层制成的反射型圆偏振元件。
7.根据权利要求5的有机电致发光单元，其中所述反射型偏振元件是用多层层合物制成的反射型线性偏振元件，其中所述多层层合物中至少两层由折射率不同的材料制成。
8.根据权利要求5的有机电致发光单元，其还包含一种光补偿层，其没有面内折射率的各向异性并且其中在厚度方向上的折射率高于所述面内折射率。
9.根据权利要求1的有机电致发光单元，其中所述反射/折射角扰乱区域由偏振/散射部位构成，该偏振/散射部位含有一种透光性树脂和双折射特性与所述透光性树脂不同且分散/分布在所述透光性树脂中的微畴。
10.根据权利要求9的有机电致发光单元，其中，在所述偏振/散射部位中的所述微畴由选自液晶材料、具有过冷且凝固的液晶相的玻璃化材料、和具有通过能量束可交联和固化的可聚合液晶的液晶相的材料的一种材料制成。
11.根据权利要求9的有机电致发光单元，其中所述偏振/散射部位含有透光性树脂和由液晶聚合物制成的微畴，所述液晶聚合物的玻璃转变温度不低于50℃，以便在比所述透光性树脂的玻璃转变温度低的温度下具有向列型液晶相，并且所述微畴分散在所述透光性树脂中。
12.根据权利要求9的有机电致发光单元，其中：所述偏振/散射部位在所述微畴与其它部分在所述微畴的各个光轴方向上具有折射率差Δn1、Δn2和Δn3；作为折射率差Δn1、Δn2和Δn3中最高的一个的轴方向n1方向上的折射率差Δn1在0.03-0.5范围内，而与n1方向垂直的两个轴方向n2方向和n3方向上的折射率差Δn2和Δn3的每一个不大于0.03。
13.一种平面光源，其具有在权利要求1-4的任一项中限定的有机电致发光单元。
14.一种偏振型平面光源，其具有在权利要求5-12的任一项中限定的有机电致发光单元。
15.一种显示装置，其具有在权利要求13中所限定的平面光源。
16.一种显示装置，其具有在权利要求14中所限定的偏振型平面光源。
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