JP2015092505A - 有機led素子用の透光性基板、その製造方法、有機led素子およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明は、取り出し効率を最大で発光光の80%まで向上した有機LED素子を提供することを企図し、透光性のガラス基板と、前記ガラス基板上に形成され、透過する光の少なくとも1波長に対して第1の屈折率を有するベース材と、前記ベース材中に分散された、前記ベース材と異なる第2の屈折率を有する複数の散乱物質とを具備したガラスからなる散乱層と、前記散乱層上に形成され、前記第1の屈折率より高い第3の屈折率を有する透光性電極とを具備し、前記散乱層内における前記散乱物質の分布は前記透光性電極に向かって小さくなっている透光性基板を提供する。
【選択図】図1
Description
ここで、表面に凹凸があると、この上層に形成される第1の電極表面に凹凸が形成され易く、この上層に蒸着法などによって発光機能を有する層などを形成すると、これらの有機層の凸凹に対する被覆性が悪くなり、有機層の膜厚にばらつきが生じたり、また、その結果、上記第1の電極と有機層上に形成される第2の電極表面との間の電極間距離にばらつきが生じることになる。その結果、電極間距離の小さい領域においては、有機層に局所的に大電流が流れることになり、電極間短絡を生じ不灯の原因となることがわかった。また高解像度ディスプレイのように、微細画素で構成する表示装置を形成する場合には、微細な画素パターンを形成する必要があり、表面の凹凸は、画素の位置やサイズにばらつきが生じる原因となるだけでなく、この凸凹で有機素子が短絡してしまうという問題があった。
また、有機EL素子は薄膜を積層して形成するので、干渉により色の角度依存性が高く、見る方向によって色が正確に再現されないという問題もあった。
つまり、特許文献8の開示は、当業者が実施しうるのに十分な開示ではなく、単なる願望を記載した程度に留まり、実際には、レーザ加工により光散乱部を形成する場合には、屈折率がなだらかに変化するため、界面での屈折率差が小さい。このため、所望の屈折率を有する散乱層を形成するためには、高密度でレーザ加工を行なわなければならず、レーザ加工時の破損の問題など、所望の分布を得るのが困難であるだけでなく、十分な製造歩留まりを得ることができず、現在のレーザ加工技術では所望の取り出し効率を得るには程遠い状態であった。また、損傷を形成する場合、ガラス自体の強度が低下し、本来デバイスを形成する際、あるいはデバイスの使用時に、安定して強度を維持することの可能な透光性基板を得るのは困難であった。またガラス基板表面近傍に損傷部や屈折率変化部を形成しようとすると、その形成時にかかる応力の影響がガラス表面まで達して、レーザ加工中に基板が割れる或いは強度が著しく劣化してしまう。このためこの方法では、基板の内部に損傷部や屈折率変化部を配置せざるを得ず、その結果厚さの厚いガラス基板にしか適用できないという問題があった。
さらにまた、厚さ3mm程度以下のガラス基板を用いる場合には、散乱能力を確保する為に、ガラス表面近傍にまで、損傷、屈折率の変化部などを配置しなければならないが、表面近傍にレーザ光を集光する場合には、ガラスが破損する可能性が高く、通常照明やディスプレイ用途のガラス板には不適な方法である。
また、本発明のある態様では、色の角度依存性を抑制可能な有機LED素子を提供することを目的とする。
また、本発明のある態様では、透光性基板上に形成される透光性電極に対向する電極として反射性電極を用いる場合に、非発光時に反射性電極による映りこみが生じ、美観を損ねることのない透光性基板および有機EL素子を提供することを目的とする。
また、散乱性を高めることができるため、色の角度依存性を低減することができる。
さらにまた、散乱層をガラスで構成することにより、安定性と高強度性を実現することができ、本来のガラスからなる透光性基板に比べて厚みを増大することなく、散乱性に優れた透光性基板を提供することが可能となる。
本発明によれば、取り出し効率を最大で発光光の80%まで向上した有機LED素子を提供することができる。
なお、本発明によれば、ベース材の第1の屈折率が透光性電極の第3の屈折率よりも小さくてもよいため、使用できる材料の選択における自由度は高くなる。また、高屈折率のガラスは、失透が生じ易く、また高コストとなり易いが、少しでも低屈折率のガラスを用いることで、若干は光取り出し効率が低下しても、生産性の向上を図ることが可能となる。しかしながら、この場合も、ベース材の屈折率はできるだけ高いことが望ましいため、ベース材はできるだけ高屈折率のガラスとすることが好ましい。
以下、図面を用いて、本発明の電極付き透光性基板(有機LED素子用積層体)および有機LED素子用積層体を備えた有機LED素子について説明する。図1は、有機LED素子用積層体および有機LED素子用積層体を備えた有機LED素子の構造を示す断面図である。
本発明の有機LED素子は、図1に示されるように、電極付き透光性基板(有機LED素子用積層体)100と、有機層110と、反射性電極120とにより構成される。電極付き透光性基板100は、透光性のガラス基板からなる基板101と、散乱層102と、透光性電極103とにより構成される。
ここで散乱層の透光性電極面側の表面近傍とは、散乱層の半分の厚さよりも表面側をいうものとする。
また、面内均一性としたが、パターン形成によって散乱物質を分布させるのではなく、面全体に分布させていることを意味するものとする。
また、ガラスからなる前記散乱層102の半分の厚さ(δ/2)における散乱物質の密度ρ1と、前記透光性電極と対向する側の前記散乱層の表面(すなわち基板側の表面)から距離x(δ/2<x≦δ)における散乱物質の密度ρ2とは、ρ1≧ρ2を満たす。
ガラス粉末を焼成する場合、ガラス粉末を好適な方法で、塗布した状態の概念図を図2に示す。ここでは本発明の透光性基板を構成する散乱層であるガラス層の最上部の断面を示している。このように、散乱物質が全面にわたり均一に分布した分布状態は、例えば、溶剤或いは樹脂と溶剤を混合したものにガラス粒子Gを分散させ所望の厚さに塗布することで得られる。例えば、ガラス粒子Gの大きさは最大長さで0.1から10μm程度のものを用いる。樹脂と溶剤を混合した場合には、ガラス粒子Gが分散した樹脂膜を加熱し、樹脂を分解することで、図2の状態が得られる。図2は簡略化して記載しているが、ガラス粒の間には、隙間が空いている。
ここで、うねりの粗さRaおよび平均波長Rλaとは、短波長カットオフ値を25.0μm、長波長カットオフ値を2.5mmとして、JISB0601(2001年)規格(ISO97の翻訳規格)に基づいて算出した値を指す。
また、表面粗さRaとは、微視(ミクロ)的にみた表面粗さをいい、長波長カットオフ値を10μmとしてJISB0601(1994年)に準じて算出した値を指す。
処理温度が低い場合では、最表面のミクロな凹部が残る場合があるが、焼成時間を長くとることで、凹部の形状は、図7に示すようなオーバーハング状ではなく、図8に示すように緩やとなる。ここでオーバーハングとは、図7のように散乱層表面と凹みの開口部近傍での接線のなす角度θが鋭角になっていることであり、緩やかとは図8中のθが鈍角或いは直角であることを言う。このように緩やかである場合には、この凹部により有機LED素子が電極間短絡を起こす可能性は低いと言える。焼成温度はガラス転移温度から、40℃から60℃程度高いことが望ましい。あまり温度が低すぎると、焼結不足となり表面が平滑にならないので、焼成温度はガラス転移温度から、50℃から60℃程度高いことが更に望ましい。
また、ガラスからなる前記散乱層の半分の厚さにおける散乱物質の密度ρ1と、散乱層最表面からの距離xがδ/2 ≦x≦δを満足する、xにおける散乱物質の密度ρ2が、ρ1≧ρ2を満たすδが存在するような透光性基板を用いることで、十分な散乱特性を有しかつ平滑な表面を持つ透光性基板を得ることが可能となる。
例えば、このような透光性基板上に有機EL素子を形成する場合、例えば透光性電極は薄く形成する必要があるが、この透光性電極が下地の影響を受ける事無く形成できるのは表面粗さが30nm以下、望ましくは10nm以下である。表面粗さが30nmを越えると、その上に形成される有機層の被覆性が悪くなる場合があり、ガラス散乱層上に形成される透光性電極ともう一方の電極との間で短絡が発生する場合がある。電極間短絡により、素子は不灯となるが、過電流を印加することにより、修復することが可能な場合がある。修復を可能とするうえで、ガラス散乱層の表面粗さは望ましくは10nm以下であり、さらに望ましくは、3nm以下である。
なお、ある材料系では焼成温度を570℃以上としたときに表面粗さRaは10nm以下とすることができることがわかっている。材料系によって最適な焼成条件は異なるが、散乱物質の種類や大きさをコントロールすることで散乱物質が最表面に存在するのを抑制し、表面平滑性に優れた散乱層を得ることができる。
その結果を表1に示す。
このように焼成条件を調整することにより、表面にうねりを持たせることができ、それにより鏡面反射性を軽減することが可能となる。従って、散乱層の散乱性が少ない場合においても、反射電極が鏡面性を有することによる映りこみを低減することができる。ここでうねりの粗さRaと前記表面のうねりの波長Rλaとの比(Ra/Rλa)が1.0x10−3以上3.0x10−2以下とするのが望ましいことを述べたが、このことは表1からも確認することができる。表1においてCはこの比(Ra/Rλa)が1.0x10−3に満たないほどRaが小さいため、十分な拡散反射比を得ることが出来ない。また、この比(Ra/Rλa)が1.0x10−3に満たないほどRλaが大きいときあるいは、うねりの粗さRaが小さい時は十分は拡散反射比を得ることができない。また、この比(Ra/Rλa)が3.0x10−2を越えるほどうねりの粗さが大きいときは、デバイスの形成が困難となる。
これは実験結果から1vol%以上散乱物質が含有されているとき、十分な光散乱性を得ることができることがわかる。更に望ましくは5vol%以上散乱物質が含有されているとき、より良好な光散乱性を得ることができる。
散乱物質が気泡である場合には、焼成温度などの焼成条件を調整することで、気泡の大きさや気泡分布や密度を調整可能である。
散乱物質がベース層とは異なる組成をもつ材料粒子である場合には、材料組成物の調整、焼成温度などの焼成条件を調整することで、散乱物質の大きさや分布や密度を調整可能である。
前記散乱物質が前記ベース層を構成するガラスの析出結晶である場合には、焼成温度などの焼成条件を調整することで、気泡の大きさや気泡分布や密度を調整可能である。
いずれの場合にも本発明の散乱層は塗布および焼成によって散乱物質を含むガラス層を得ているため、基本的には散乱物資の面内分布はほぼ均一となっている。
さらにまた散乱物質の深さ方向の分布についても、前記実施の形態に限定されることなく、適宜変更可能である。
<基板>
透光性基板の形成に用いられる透光性の基板101としては、主としてガラス基板など、可視光に対する透過率が高い材料が用いられる。透過率の高い材料は、具体的には、ガラス基板のほかにはプラスチック基板が用いられる。ガラス基板の材料としては、アルカリガラス、無アルカリガラスまたは石英ガラスなどの無機ガラスがある。また、プラスチック基板の材料としては、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリエーテル、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリビニルアルコールならびにポリフッ化ビニリデンおよびポリフッ化ビニルなどのフッ素含有ポリマーがある。なお、基板を水分が透過するのを防止するために、プラスチック基板にバリア性をもたせる構成としても良い。透光性の基板101の厚さは、ガラスの場合0.1mm〜2.0mmが好ましい。但し、あまり薄いと強度が低下するので、0.5mm〜1.0mmであることが特に好ましい。
以下、散乱層の構成、作製方法、特性および屈折率の測定方法について、詳細に説明する。なお、詳細は後述するが、本発明の主眼である光取り出し効率の向上を実現するためには、散乱層の屈折率は、透光性電極材料の屈折率よりも同等若しくは高くなくてはならない。本発明では、散乱層を構成するベース層のもつ第1の屈折率が小さいながらも、散乱物質を調整することで透光性電極材料の屈折率である第3の屈折率と同等若しくは高い散乱層を実現するものである。
本発明者らは、後述する散乱層の特性を得るために、光学シミュレーションを行い、それぞれのパラメータについて、その取り出し効率に与える影響を調べた。用いた計算ソフトはOPTIS社製、ソフトSPEOSである。本ソフトは光線追跡ソフトであると同時に、散乱層はMie散乱の理論式を適用することが可能である。実際に電荷注入・輸送層、発光層などの発光機能を有する層として用いられる有機層の厚さは、実際は合計0.1μmから0.3μm程度であるが、光線追跡では光線の角度は厚さを変えても変わらないことから、ソフトで許される最小厚さ1μmとした。ガラス基板および散乱層の合計厚さも同様の理由から100μmとした。また簡単の為、有機層および透光性電極を電子注入層および発光層、正孔注入・輸送層、および透光性電極の3つに分けて計算した。計算ではこれらの屈折率を同じとしているが、有機層と透光性電極の屈折率は同程度の値であり、計算結果を大きく変えるものではない。また有機層が薄いことから、厳密に考えると干渉による導波路モードが立つが、幾何光学的に扱っても、大きく結果を変えることはないので、今回の発明の効果を計算で見積もるには十分である。有機層では、合計6面から指向性を持たずに発光光が出射するものとする。全光束量を1000lmとし、光線本数を10万本或いは100万本として計算した。透光性基板から出射した光は、透光性基板の上部10μmに設置した受光面で捕らえ、その照度から取り出し効率を算出した。
本実施の形態では、散乱層102は、前述したように、塗布などの方法でガラス基板上にガラス粉末を形成し、所望の温度で焼成することで形成され、第1の屈折率を有するベース材102と、前記ベース材102中に分散された、前記ベース材と異なる第2の屈折率を有する複数の散乱物質104とを具備し、前記散乱層内部から最表面にむかって、前記散乱層中の前記散乱物質の層内分布が、小さくなっており、ガラス層を用いることで前述したように、優れた散乱特性を有しつつも表面の平滑性を維持することができ、発光デバイスなどの光出射面側に用いることで極めて高効率の光取り出しを実現することができる。
また、散乱層としては、コーティングされた主表面を有する光透過率の高い材料(ベース材)が用いられる。ベース材としては、ガラス、結晶化ガラス、透光性樹脂、透光性セラミックスが用いられる。ガラスの材料としては、ソーダライムガラス、ホウケイ酸塩ガラス、無アルカリガラス、石英ガラスなどの無機ガラスがある。なお、ベース材の内部には、複数の散乱性物質104(例えば、気泡、析出結晶、ベース材とは異なる材料粒子、分相ガラスがある。)が形成されている。ここで、粒子とは固体の小さな物質をいい、例えば、フィラーやセラミックスがある。また、気泡とは、空気若しくはガスの物体をいう。また、分相ガラスとは、2種類以上のガラス相により構成されるガラスをいう。なお、散乱物質が気泡の場合、散乱物質の径とは空隙の長さをいう。
散乱層の作製方法は、塗布および焼成により行うが、特に、10〜100μmの厚膜を大面積に均一かつ迅速に形成するという観点から、ガラスをフリットペースト化して作製する方法が好ましい。フリットペースト法を活用するために、基板ガラスの熱変形を抑制するために、散乱層のガラスの軟化点(Ts)が基板ガラスの歪点(SP)よりも低く、かつ熱膨張係数αの差が小さいことが望ましい。軟化点と歪点の差は30℃以上であることが好ましく、50℃以上であることがより好ましい。また、散乱層と基板ガラスの膨張率差は、±10×10−7(1/K)以下であることが好ましく、±5×10−7(1/K)以下であることがより好ましい。ここで、フリットペーストとは、ガラス粉末が樹脂、溶剤、フィラーなどに分散したものを指す。フリットペーストをスクリーン印刷などのパターン形成技術を用いてパターニング、焼成することで、ガラス層被覆が可能となる。以下技術概要を示す。
1.ガラス粉末
ガラス粉末粒径は1μm〜10μmである。焼成された膜の熱膨張を制御するため、フィラーを入れることがある。フィラーは、具体的には、ジルコン、シリカ、アルミナなどが用いられ、粒径は0.1μm〜20μmである。
本発明では、前記散乱層が、P2O5が20〜30mol%、B2O3が、3〜14mol%、Li2OとNa2OとK2Oの総量が10〜20mol%、Bi2O3が10〜20mol%、TiO2が3〜15mol%、Nb2O5が10〜20mol%、WO3が5〜15mol%を含み、以上の成分の合量が、90mol%以上であるものを用いる。
P2O5は、このガラス系の骨格を形成しガラス化させる必須成分であるが、含有量が小さすぎる場合、ガラスの失透性が大きくなりガラスを得ることができなくなるため、15%以上が好ましく、18%以上がより好ましい。一方、含有量が大きすぎると屈折率が低下するため、発明の目的を達成することができなくなる。従って、含有量は30%以下が好ましく、28%以下がより好ましい。
MgO、CaO、SrOは、溶融性を向上させる任意成分であるが、同時に屈折率を低下させる成分であるため、いずれも10%以下であることが好ましく、8%以下であることがより好ましい。
B2O3は、ネットワーク形成酸化物であり、このガラス系における必須成分である。含有量が少なすぎる場合、ガラス形成しなくなるか、ガラスの耐失透性の低下をもたらすため、20%以上含有することが好ましく、25%以上であることがより好ましい。一方、含有量が多すぎると、屈折率が低下し、さらに対候性の低下を招くため、含有量は60%以下に制限され、より好ましくは55%以下である。
Li2Oは、ガラス転移温度を低下させる成分である。しかしながら、導入量が大きすぎる場合、ガラスの耐失透性が低下してしまう。そのため、含有量は20%以下が好ましく、18%以下がより好ましい。
ZnOは、ガラスの屈折率を向上させるとともに、ガラス転移温度を低下させる必須成分である。そのため、導入量は5%以上が好ましく、7%以上がより好ましい。一方、添加量が大きすぎる場合、耐失透性が低下してしまい均質なガラスが得られなくなってしまうため、50%以下であることが好ましく、45%以下であることがより好ましい。
Y2O3およびYb2O3は高屈折率を達成し、かつB2O3系ガラスに導入すると耐侯性を向上させ、La2O3と共存させることにより、ガラスの安定性を向上させる成分であるが、導入量が大きすぎる場合、ガラスの安定性が低下してしまうため、含有量はそれぞれ20%以下であることが好ましく、18%以下であることが好ましい。
本発明の目的に合致させるためには、以上に記載の成分の合量は90%以上であることが望ましく、95%以上であることがさらに好ましい。以上に記載の成分以外であっても、清澄、溶解性向上などの目的で本発明の効果を損なわない範囲で添加しても良い。このような成分として、例えば、Sb2O3、SnO2、MgO、CaO、SrO、GeO2、Ga2O3、In2O3、フッ素が挙げられる。
高屈折率のガラスを得るためには、Nb2O5+TiO2+Bi2O3+ZrO2が5%以上であることが好ましく、8%以上であることがより好ましい。一方、この合量が大きすぎると、ガラスの耐失透性が低下したり、着色を生じたりするため、40%以下が好ましく、38%以下がより好ましい。
Bi2O3は、高屈折率を達成し、かつ多量に導入しても安定にガラスを形成する必須成分である。そのため、その含有量は、10%以上が好ましく、15%以上がより好ましい。一方、過剰に添加すると、ガラスに着色が生じ、本来透過すべき光を吸収してしまい、取り出し効率が低下してしまうことに加え、失透性が高くなり、均質なガラスを得ることができなくなってしまう。そのため、含有量は50%以下が好ましく、45%以下がより好ましい。
B2O3は、Bi2O3を多量に含むガラスにおいて、ネットワークフォーマとして働き、ガラス形成を助ける必須成分であり、その含有量は、1%以上が好ましく、3%以上がより好ましい。しかしながら、添加量が大きすぎる場合、ガラスの屈折率が低下してしまうため、40%以下が好ましく、38%以下がより好ましい。
樹脂は、スクリーン印刷後、塗膜中のガラス粉末、フィラーを支持する。具体例としては、エチルセルロース、ニトロセルロース、アクリル樹脂、酢酸ビニル、ブチラール樹脂、メラミン樹脂、アルキッド樹脂、ロジン樹脂などが用いられる。主剤として用いられるのは、エチルセルロースとニトロセルロースがある。なお、ブチラール樹脂、メラミン樹脂、アルキッド樹脂、ロジン樹脂は塗膜強度向上の為の添加として用いられる。焼成時の脱バインダ温度は、エチルセルロースで350℃から400℃、ニトロセルロースで200℃から300℃である。
樹脂を溶解しかつ印刷に必要な粘度を調整する。また印刷中には乾燥せず、乾燥工程では、すばやく乾燥する。沸点200℃から230℃のものが望ましい。粘度、固形分比、乾燥速度調整のためブレンドして用いる。具体例としては、スクリーン印刷時のペーストの乾燥適合性からエーテル系溶剤(ブチルカルビトール(BC)、ブチルカルビトールアセテート(BCA)、ジエチレングリコールジ−n−ブチルエーテル、ジプロピレングリコールブチルエーテル、トリプロピレングリコールブチルエーテル、酢酸ブチルセロソルブ)、アルコール系溶剤(α−テルピネオール、パインオイル、ダワノール)、エステル系溶剤(2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタンジオールモノイソブチレート)、フタル酸エステル系溶剤(DBP(ジブチルフタレート)、DMP(ジメチルフタレート)、DOP(ジオクチルフタレート))がある。主に用いられているのは、α−テルピネオールや2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタンジオールモノイソブチレート)である。なお、DBP(ジブチルフタレート)、DMP(ジメチルフタレート)、DOP(ジオクチルフタレート)は、可塑剤としても機能する。
粘度調整、フリット分散促進の為、界面活性剤を使用してもよい。フリット表面改質の為、シランカップリング剤を使用してもよい。
(1)フリットペースト
ガラス粉末とビヒクルを準備する。ここで、ビヒクルとは、樹脂、溶剤、界面活性剤を混合したものをいう。具体的には、50℃〜80℃に加熱した溶剤中に樹脂、界面活性剤などを投入し、その後4時間から12時間程度静置したのち、ろ過し、得られる。
次に、ガラス粉末とビヒクルとを、プラネタリーミキサーで混合した後、3本ロールで均一分散させる。その後粘度調整のため、混練機で混練する。通常ガラス材料70〜80wt%に対してビヒクル20〜30wt%とする。
ここで用いるガラス粉末は粒径のD10が0.2μm以上でかつ、D90が5μm以下であるものを用いるのが望ましい。粒径のD90が5μmを越えると、散乱層の膜厚に対する値が大きくなり、表面の均一性が低下する。一方粒径のD10が0.2μmに満たないと、界面の存在比率が高くなり、結晶が析出し易く、失透し易いという問題がある。
(1)で作製したフリットペーストをスクリーン印刷機を用いて印刷する。スクリーン版のメッッシュ荒さ、乳剤の厚み、印刷時の押し圧、スキージ押し込み量などで形成される、フリットペースト膜の膜厚を制御できる。印刷後焼成炉で乾燥させる。
焼成炉で印刷、乾燥した基板を焼成する。焼成は、フリットペースト中の樹脂を分解・消失させる脱バインダ処理とガラス粉末を焼結、軟化させる焼成処理からなる。脱バインダ温度は、エチルセルロースで350℃〜400℃、ニトロセルロースで200℃〜300℃であり、30分から1時間大気雰囲気で加熱する。その後温度を上げて、ガラスを焼結、軟化させる。焼成温度は軟化温度から軟化温度+20℃であり、処理温度により内部に残存する気泡の形状、大きさが異なるが全面に均一に塗布された膜を焼成しているため、基本的には面内にわたって均一な気泡分布を持つように形成される。その後、冷却して基板上にガラス層が形成される。得られる膜の厚さは、5μm〜30μmであるが、印刷時に積層することでさらに厚いガラス層が形成可能である。
図11は、光取り出し効率(%)と散乱物質の含有率(vol%)との関係を示すグラフである。以下、簡略化のため、有機層および透光性電極を電子注入・輸送層および発光層、正孔注入・輸送層、および透光性電極の3つに分けて計算した。ここで、上記グラフは、電子注入・輸送層(厚さ:1μm、屈折率:1.9)、発光層(厚さ:1μm、屈折率:1.9)、正孔注入・輸送層(厚さ:1μm、屈折率:1.9)、散乱層(厚さ:30μm、ベース材の屈折率:1.9、散乱物質の屈折率:1.0)、透光性基板(厚さ:100μm、屈折率:1.54)、光束1000lmを10万本に分割して計算した(波長550nm)。グラフで示されるように、散乱層中における散乱物質の含有率は、1vol%以上が好ましい。散乱物質の大きさで挙動が異なるが、散乱層中における散乱物質の含有率が1vol%あれば、光取り出し効率を40%以上にすることができる。また、散乱層中における散乱物質の含有率が5vol%以上であれば、光取り出し効率を65%以上にすることができるので、より好ましい。また、散乱層中における散乱物質の含有率が10vol%以上であれば、光取り出し効率を70%以上に向上することができるので、さらに好ましい。また、散乱層中における散乱物質の含有率が15vol%近傍であれば、光取り出し効率を80%以上に向上することができるので、特に好ましい。なお、散乱層の量産を考えると、製造ばらつきの影響を受けにくい10vol%〜15vol%が好ましい。ここで散乱物質は、フリットガラスをペースト状にして印刷して焼成することで散乱物質を含む散乱層が形成される。このため、散乱層内での散乱物質の面内分布はほぼ均一となっている。また、ガラス層の焼成後に形成するものではなく、ガラス層の塗布時あるいは焼成温度の調整により散乱物質を含有する散乱層が形成されるように構成されるため、面内均一性は維持可能である。
図12は、光取り出し効率(%)と散乱物質の屈折率との関係を示すグラフである。以下、簡略化のため、有機層および透光性電極を電子注入・輸送層および発光層、正孔注入・輸送層、および透光性電極の3つに分けて計算した。ここで、上記グラフは、電子注入・輸送層(厚さ:1μm、屈折率:1.9)、発光層(厚さ:1μm、屈折率:1.9)、正孔注入・輸送層(厚さ:1μm、屈折率:1.9)、散乱層(厚さ:30μm、ベース材の屈折率:2.0、散乱物質の径:2μm、散乱物質の数:約3600万個、散乱物質の含有量:15vol%)、透光性基板(厚さ:100μm、屈折率:1.54)、光束1000lmを10万本に分割して計算した(波長550nm)。グラフで示されるように、ベース材の屈折率(2.0)と散乱物質の屈折率との差が0.2以上(散乱物質の屈折率が1.8以下)であれば、光取り出し効率を80%以上にすることができるので、特に好ましい。
なお、本発明の透光性電極の屈折率は、散乱層のベース材の屈折率より高いものである。しかし、この計算では、透光性電極の屈折率が正孔注入・輸送層の屈折率(1.9)と同じであるとし、透光性電極の屈折率は、散乱層のベース材の屈折率(2.0)よりも低い(ここでは正孔注入・輸送層と透光性電極とを合わせたものとして計算しているが、両者とも屈折率はほぼ1.9程度である)。そのため、透光性電極の屈折率を散乱層のベース材の屈折率よりも高くした場合である本発明の光取り出し効率は、上記計算結果よりも少し低くなると推測される。しかしながら、正孔注入・輸送層(透光性電極を含む)の屈折率が、散乱層のベース材の屈折率より高いものであっても、従来の光取り出し効率に比べると、大幅に改善されていることは言うまでもない。よって、上記計算結果により得られたグラフを用いて考察する。グラフで示されるように、ベース材の屈折率(2.0)と散乱物質の屈折率との差が0.2以上(散乱物質の屈折率が1.8以下)であれば、光取り出し効率を80%以上にすることができるので、特に好ましい。なお、ベース材の屈折率と散乱物質の屈折率との差が0.1であっても(散乱物質の屈折率が1.9)、光取り出し効率を65%以上にすることができる。
図13は、光取り出し効率(%)と散乱物質の含有率(vol%)との関係を示すグラフである。以下、簡略化のため、有機層および透光性電極を電子注入・輸送層および発光層、正孔注入・輸送層、および透光性電極の3つに分けて計算した。ここで、上記グラフは、電子注入・輸送層(厚さ:1μm、屈折率:1.9)、発光層(厚さ:1μm、屈折率:1.9)、正孔注入・輸送層(厚さ:1μm、屈折率:1.9)、散乱層(ベース材の屈折率:2.0、散乱物質の径:2μm、散乱物質の屈折率:1.0)、透光性基板(厚さ:100μm、屈折率:1.54)、光束1000lmを10万本に分割して計算した(波長550nm)。
なお、本発明の透光性電極の屈折率は、散乱層のベース材の屈折率より高いものである。しかし、この計算では、透光性電極の屈折率が正孔注入・輸送層の屈折率(1.9)と同じであるとし、透光性電極の屈折率は、散乱層のベース材の屈折率(2.0)よりも低い。そのため、透光性電極の屈折率を散乱層のベース材の屈折率よりも高くした場合である本発明の光取り出し効率は、上記計算結果よりも少し低くなると推測される。しかしながら、正孔注入・輸送層(透光性電極を含む)の屈折率が、散乱層のベース材の屈折率より高いものであっても、従来の光取り出し効率に比べると、大幅に改善されていることは言うまでもない。よって、上記計算結果により得られたグラフを用いて考察する。
グラフで示されるように、散乱層中における散乱物質の含有率が1vol%以上であれば、散乱層の厚さが15μm以下であっても、光取り出し効率を55%以上にすることができるので、好ましい。また、散乱層中における散乱物質の含有率が20vol%以上であれば、散乱層の厚さが60μm以上であっても、光取り出し効率を70%以上にすることができるので、好ましい。また、散乱層中における散乱物質の含有率が5vol%〜15vol%あれば、散乱層の厚さが15μm以下や60μm以上であっても、光取り出し効率を80%以上にすることができるので、特に好ましい。
図14は、光取り出し効率(%)と散乱物質(粒子)の個数(個/mm2)との関係を示すグラフである。以下、簡略化のため、有機層および透光性電極を電子注入・輸送層および発光層、正孔注入・輸送層、および透光性電極の3つに分けて計算した。ここで、上記グラフは、電子注入・輸送層(厚さ:1μm、屈折率:1.9)、発光層(厚さ:1μm、屈折率:1.9)、正孔注入・輸送層(厚さ:1μm、屈折率:1.9)、散乱層(ベース材の屈折率:2.0、散乱物質の径:2μm、散乱物質の屈折率:1.0)、透光性基板(厚さ:100μm、屈折率:1.54)、光束1000lmを10万本に分割して計算した(波長550nm)。グラフで示されるように、散乱層の厚さにかかわらず、散乱物質の数で光取り出し効率が変わることがわかる。
図15は、光取り出し効率(%)と散乱層のベース材の1mmt%(t%:厚さ1mmでの透過率(%))における透過率との関係を示すグラフである。以下、簡略化のため、有機層および透光性電極を電子注入・輸送層および発光層、正孔注入・輸送層、および透光性電極の3つに分けて計算した。ここで、上記グラフは、電子注入・輸送層(厚さ:1μm、屈折率:1.9)、発光層(厚さ:1μm、屈折率:1.9)、正孔注入・輸送層(厚さ:1μm、屈折率:1.9)、散乱層(厚さ:30μm、ベース材の屈折率:2.0散乱物質の径:2μm、散乱物質の屈折率:1.0、散乱物質の数:約3600万個、散乱物質の含有量:15vol%)、透光性基板(厚さ:100μm、屈折率:1.54)、光束1000lmを10万本に分割して計算した。
なお、本発明の透光性電極の屈折率は、散乱層のベース材の屈折率より高いものである。しかし、この計算では、透光性電極の屈折率が正孔注入・輸送層の屈折率(1.9)と同じであるとし、透光性電極の屈折率は、散乱層のベース材の屈折率(2.0)よりも低い。そのため、透光性電極の屈折率を散乱層のベース材の屈折率よりも高くした場合である本発明の光取り出し効率は、上記計算結果よりも少し低くなると推測される。しかしながら、正孔注入・輸送層(透光性電極を含む)の屈折率が、散乱層のベース材の屈折率より高いものであっても、従来の光取り出し効率に比べると、大幅に改善されていることは言うまでもない。よって、上記計算結果により得られたグラフを用いて考察する。
グラフで示されるように、散乱層のベース材の透過率が50%であっても、光取り出し効率は55%以上にすることができる。また、散乱層のベース材の透過率が90%であれば、光取り出し効率は80%以上にすることができる。ベース材をガラスとした場合、その透過率は98%ぐらいであるため、光取り出し効率は80%を超えることができる。
図16は、光取り出し効率(%)と陰極の反射率(%)との関係を示すグラフである。以下、簡略化のため、有機層および透光性電極を電子注入・輸送層および発光層、正孔注入・輸送層、および透光性電極の3つに分けて計算した。ここで、上記グラフは、電子注入・輸送層(厚さ:1μm、屈折率:1.9)、発光層(厚さ:1μm、屈折率:1.9)、正孔注入・輸送層(厚さ:1μm、屈折率:1.9)、散乱層(厚さ:30μm、ベース材の屈折率:2.0、散乱物質の径:2μm、散乱物質の屈折率:1.0、散乱物質の数:約3600万個、散乱物質の含有量:15vol%)、透光性基板(厚さ:100μm、屈折率:1.54)、光束1000lmを10万本に分割して計算した(波長550nm)。
なお、本発明の透光性電極の屈折率は、散乱層のベース材の屈折率より高いものである。しかし、この計算では、透光性電極の屈折率が正孔注入・輸送層の屈折率(1.9)と同じであるとし、透光性電極の屈折率は、散乱層のベース材の屈折率(2.0)よりも低い。そのため、透光性電極の屈折率を散乱層のベース材の屈折率よりも高くした場合である本発明の光取り出し効率は、上記計算結果よりも少し低くなると推測される。しかしながら、正孔注入・輸送層(透光性電極を含む)の屈折率が、散乱層のベース材の屈折率より高いものであっても、従来の光取り出し効率に比べると、大幅に改善されていることは言うまでもない。よって、上記計算結果により得られたグラフを用いて考察する。 グラフで示されるように、陰極の反射率が低下すると、光取り出し効率も低下する。ここで、青色LEDの陰極反射率は80%〜90%であるため、光取り出し効率が40%〜50%を得られることがわかる。ここで、特許文献1の有機LED素子は反射率100%を想定し、その光取り出し効率が約50%である。一方、本発明の有機LED素子の反射率を100%として特許文献1の有機LED素子の反射率と同じ条件とした場合、グラフからわかるように、その光取り出し効率は80%を超える。つまり、本発明の有機LED素子の光取り出し効率は、特許文献1の有機LED素子の光取り出し効率に比べ、1.6倍向上していることがわかる。よって、本発明の有機LED素子は、蛍光灯に代わる照明用光源として用いられることができる。
図17は、散乱層に出射する光の割合と散乱層のベース材の屈折率との関係を示すグラフである。以下、簡略化のため、有機層および透光性電極を電子注入・輸送層および発光層、正孔注入・輸送層、および透光性電極の3つに分けて計算した。ここで、上記グラフは、電子注入・輸送層(厚さ:1μm、屈折率:1.9)、発光層(厚さ:1μm、屈折率:1.9)、正孔注入・輸送層(厚さ:1μm、屈折率:1.9)、散乱層(厚さ:30μm、散乱物質の径:2μm、散乱物質の屈折率:1.0、散乱物質の数:約3600万個、散乱物質の含有量:15vol%)、透光性基板(厚さ:100μm、屈折率:1.54)、光束1000lmを10万本に分割して計算した(波長550nm)。グラフで示されるように、陽極の屈折率が散乱層の屈折率よりも大きい場合、40%の光を取り出すことができることがわかる。特に、陽極と散乱層の屈折率差が0.2以下であれば50%の光を取り出すことができる。従って、本発明の散乱層の屈折率は、陽極の屈折率と同等若しくはそれ以下であっても良いことは言うまでもない。
散乱層の屈折率を測定するには、下記の2つの方法がある。
一つは、散乱層の組成を分析し、その後、同一組成のガラスを作製し、プリズム法にて屈折率を評価する。他の一つは、散乱層を1〜2μmまで薄く研磨し、泡のない10μmΦ程度の領域で、エリプソ測定し、屈折率を評価する。なお、本発明では、プリズム法にて屈折率を評価することを前提としている。
散乱層は、透光性電極が設けられる主表面を有している。上述したように、本発明の散乱層は、散乱物質を含有している。上述したように、散乱物質の径としては、大きければ大きいほど含有量が少なくても光取り出し効率の向上を図ることができる。しかし、発明者の実験によれば、径が大きければ大きいほど、散乱層の主表面から突出した場合に散乱層の主表面の算術平均粗さ(表面粗さ:Ra)が大きくなる傾向にある。上述したように、散乱層の主表面には透光性電極が設けられる。そのため、散乱層の主表面の算術平均粗さ(Ra)が大きいほど、透光性電極と散乱層間で短絡し、有機EL素子が発光しないという問題がある。上述した特許文献1は、段落0010において、基板に形成された凹凸が数μm程度であっても問題であること開示しているが、発明者らの実験によると、μmの単位では有機EL素子の発光が得られないことがわかった。
透光性電極(陽極)103は、有機層110で発生した光を外部に取り出すために、80%以上の透光性が要求される。また、多くの正孔を注入するため、仕事関数が高いものが要求される。具体的には、ITO、SnO2、ZnO、IZO(Indium Zinc Oxide)、AZO(ZnO−Al2O3:アルミニウムがドーピングされた亜鉛酸化物)、GZO(ZnO−Ga2O3:ガリウムがドーピングされた亜鉛酸化物)、NbドープTiO2、TaドープTiO2などの材料が用いられる。陽極103の厚さは、100nm以上が好ましい。なお、陽極103の屈折率は、1.9〜2.2である。ここで、キャリア濃度を増加させると、ITOの屈折率を低下させることができる。市販されているITOは、SnO2が10wt%が標準となっているが、これより、Sn濃度を増やすことで、ITOの屈折率を下げることができる。但し、Sn濃度増加により、キャリア濃度は増加するが、移動度および透過率の低下がある為、これらのバランスをとって、Sn量を決める必要がある。ここで、ITOの屈折率は、散乱層102を構成するベース材105の屈折率や反射電極120の屈折率を考慮して決定することが好ましい。導波路計算や反射電極120の反射率等を考慮すると、ITOの屈折率とベース材105の屈折率との差は0.2以下で高いことが好ましい。
なお、透光性電極を陰極としてもよいことは言うまでもない。
有機層110は、発光機能を有する層であり、正孔注入層111と、正孔輸送層112と、発光層113と、電子輸送層114と、電子注入層115とにより構成される。有機層110の屈折率は、1.7〜1.8である。
正孔注入層111は、陽極103からの正孔注入障壁を低くするために、イオン化ポテンシャルの差が小さいものが要求される。正孔注入層111における電極界面からの電荷の注入効率の向上は、素子の駆動電圧を下げるとともに、電荷の注入効率を高める。高分子では、ポリスチレンスルフォン酸(PSS)がドープされたポリエチレンジオキシチオフェン(PEDOT:PSS)、低分子ではフタロシアニン系の銅フタロシアニン(CuPc)が広く用いられる。
正孔輸送層112は、正孔注入層111から注入された正孔を発光層133に輸送する役割をする。適切なイオン化ポテンシャルと正孔移動度を有することが必要である。正孔輸送層112は、具体的には、トリフェニルアミン誘導体、N,N’−ビス(1−ナフチル)−N,N’−ジフェニル−1,1’−ビフェニル−4,4’−ジアミン(NPD)、N,N’−ジフェニル−N,N’−ビス[N−フェニル−N−(2−ナフチル)−4’−アミノビフェニル−4−イル]−1,1’−ビフェニル−4,4’−ジアミン(NPTE)、1,1−ビス[(ジ−4−トリルアミノ)フェニル]シクロヘキサン(HTM2)およびN,N’−ジフェニル−N,N’−ビス(3−メチルフェニル)−1,1’−ジフェニル−4,4’−ジアミン(TPD)などが用いられる。正孔輸送層112の厚さは、10nm〜150nmが好ましい。厚さは薄ければ薄いほど低電圧化できるが、電極間短絡の問題から10nm〜150nmであることが特に好ましい。
発光層113は、注入された電子と正孔が再結合する場を提供し、かつ、発光効率の高い材料を用いる。詳細に説明すると、発光層113に用いられる発光ホスト材料および発光色素のドーピング材料は、陽極および陰極から注入された正孔および電子の再結合中心として機能する、また、発光層におけるホスト材料への発光色素のドーピングは、高い発光効率を得ると共に、発光波長を変換させる。これらは電荷注入のための適切なエネルギーレベルを有すること、化学的安定性や耐熱性に優れ、均質はアモルファス薄膜を形成することなどが求められる。また、発光色の種類や色純度が優れていることや発光効率の高いことが求められる。有機材料である発光材料には、低分子系と高分子系の材料がある。さらに、発光機構によって、蛍光材料、りん光材料に分類される。発光層113は、具体的には、トリス(8−キノリノラート)アルミニウム錯体(Alq3)、ビス(8−ヒドロキシ)キナルジンアルミニウムフェノキサイド(Alq′2OPh)、ビス(8−ヒドロキシ)キナルジンアルミニウム−2,5−ジメチルフェノキサイド(BAlq)、モノ(2,2,6,6−テトラメチル−3,5−ヘプタンジオナート)リチウム錯体(Liq)、モノ(8−キノリノラート)ナトリウム錯体(Naq)、モノ(2,2,6,6−テトラメチル−3,5−ヘプタンジオナート)リチウム錯体、モノ(2,2,6,6−テトラメチル−3,5−ヘプタンジオナート)ナトリウム錯体およびビス(8−キノリノラート)カルシウム錯体(Caq2)などのキノリン誘導体の金属錯体、テトラフェニルブタジエン、フェニルキナクドリン(QD)、アントラセン、ペリレン並びにコロネンなどの蛍光性物質が挙げられる。ホスト材料としては、キノリノラート錯体が好ましく、特に、8−キノリノールおよびその誘導体を配位子としたアルミニウム錯体が好ましい。
電子輸送層114は、電極から注入された電子を輸送するという役割をする。電子輸送層114は、具体的には、キノリノールアルミニウム錯体(Alq3)、オキサジアゾール誘導体(例えば、2,5−ビス(1−ナフチル)−1,3,4−オキサジアゾール(BND)および2−(4−t−ブチルフェニル)−5−(4−ビフェニル)−1,3,4−オキサジアゾール(PBD)など)、トリアゾール誘導体、バソフェナントロリン誘導体、シロール誘導体などが用いられる。
電子注入層115は、電子の注入効率を高めるものが要求される。電子注入層115は、具体的には、陰極界面にリチウム(Li)、セシウム(Cs)等のアルカリ金属をドープした層を設ける。
反射性電極(陰極)120は、仕事関数の小さな金属またはその合金が用いられる。陰極120は、具体的には、アルカリ金属、アルカリ土類金属および周期表第3属の金属などが挙げられる。このうち、安価で化学的安定性の良い材料であることから、アルミニウム(Al)、マグネシウム(Mg)またはこれらの合金などが好ましく用いられる。また、Al、MgAgの共蒸着膜、LiFまたはLi20の薄膜蒸着膜の上にAlを蒸着した積層電極等が用いられる。また、高分子系では、カルシウム(Ca)またはバリウム(Ba)とアルミニウム(Al)の積層等が用いられる。
なお、反射性電極を陽極としてもよいことは言うまでもない。
以下に、図面を用いて、本発明の透光性電極付き透光性基板の製造方法を説明する。図20は、本発明の透光性電極付き透光性基板の製造方法を示すフローチャートである。本発明の透光性電極付き透光性基板の製造方法は、透光性基板を準備する工程(ステップ1100)と、透光性基板上に、有機LED素子の発光光の波長において第1の屈折率を有するベース材と、ベース材内部に設けられベース材と異なる屈折率を有する複数の散乱物質とを備えた散乱層を形成する工程(ステップ1110)と、散乱層上に、第1の屈折率より高い第2の屈折率を有する透光性電極を形成する工程(ステップ1120)とを有する。
次に、有機LED素子の発光光の波長において第1の屈折率を有するベース材と、ベース材内部に設けられベース材と異なる屈折率を有する複数の散乱物質とを備えた散乱層形成材料を準備する。そして、準備した散乱層形成材料を塗布し、焼成することで、散乱物質が面内に均一に分布された散乱層を透光性基板上に形成する(ステップ1110)。
以下に、図面を用いて、本発明の有機LED素子の製造方法を説明する。図21は、本発明の有機LED素子の製造方法を示すフローチャートである。本発明の有機LED素子の製造方法は、透光性基板を準備する工程(ステップ1100)と、透光性基板上に、有機LED素子の発光光の波長において第1の屈折率を有するベース材と、ベース材内部に設けられベース材と異なる屈折率を有する複数の散乱物質とを備えた散乱層を形成する工程(ステップ1110)と、散乱層上に、第1の屈折率より高い第3の屈折率を有する透光性電極を形成する工程(ステップ1120)と、透光性電極上に有機層を形成する工程(ステップ1200)と、有機層上に反射性電極を形成する工程(ステップ1210)とを有する。
<有機LED素子の他の構成例>
次に、図面を用いて、本発明の実施の形態2の電極付き透光性基板(有機LED素子用積層体)および有機LED素子用積層体の構成について説明する。なお、図1と同じ構成については、同じ番号を付与し、説明を省略する。図23は、本発明の有機LED素子用積層体および有機LED素子用積層体の他の構造を示す断面図である。本発明の他の有機LED素子は、透光性電極つき透光性基板(有機LED素子用積層体)1400と、有機層1410と、反射性電極120とにより構成される。透光性電極付き透光性基板1400は、透光性の基板101と、散乱層1401と、透光性電極103とにより構成される。有機層1410は、正孔注入・輸送層1411と、発光層1412と、電子注入・輸送層1413とにより構成される。
また本発明の透光性電極付き透光性基板は、有機EL素子に限定されることなく、無機EL素子、液晶など、種々の発光デバイス、あるいは光量センサ、太陽電池などの受光デバイスなど光デバイスの高効率化に有効である。
以下、光取り出し効率の向上のために、散乱層が効果的であることの実証を説明する。試料1は本発明の散乱層を備えた実施例であり、試料2が内部に散乱物質が設けられていない散乱層を備えた比較例である。計算方法は、上述の散乱層の計算方法と同じである。以下、各条件および結果(前面取り出し効率)を表2に示す。
なお、本発明の透光性電極の屈折率は、散乱層のベース材の屈折率より高いものである。しかし、この計算では、透光性電極の屈折率が正孔注入・輸送層の屈折率(1.9)と同じであるとし、透光性電極の屈折率は、散乱層のベース材の屈折率(2.0)よりも低い。そのため、透光性電極の屈折率を散乱層のベース材の屈折率よりも高くした場合である本発明の光取り出し効率は、上記計算結果よりも少し低くなると推測される。しかしながら、正孔注入・輸送層(透光性電極を含む)の屈折率が、散乱層のベース材の屈折率より高いものであっても、従来の光取り出し効率に比べると、大幅に改善されていることは言うまでもない。よって、上記表を用いて考察する。
以下、図面を用いて、散乱層のベース材の屈折率と透光性電極の屈折率との関係を導波路的に考察したシミュレーション結果を示す。ここでいう導波路的考察とは、透光性電極内に存在が許されるモードの存在割合を計算する事を意味しており、具体的には外部から有機層に光を入射させ、その光がどの程度有機層から透光性電極へ移譲し、透光性電極中を漏れずに伝播するかを計算した。
以上のように想定したモデルをBPM法(Beam Propagation Method)を用いて計算した。ここで、計算波長を470nm、有機層へ入射させる光のモードをガウシアン、計算結果を示す出力モニターを透光性電極内に存在する光強度、計算ステップをX=0.01μm、Y=0.005μm、Z=0.5μm、計算領域をX:±4μm、Y:+4μm、−2μm、Z:+1000μmとした。結果を図に示す。
図26は、シミュレーションの結果を示すグラフである。図26の縦軸は透光性電極内の導波路モードのエネルギー量で、取り出し損失に相当する量である。横軸は透光性電極の屈折率である。図からわかるように、透光性電極の屈折率が散乱層のベース材の屈折率より同じか、低い場合には、導波路モードの損失は見られない。一方透光性電極の屈折率が散乱層のベース材の屈折率より高い場合には、その屈折率差(Δn)が大きくなるにつれて、損失が大きくなる。図中でデータが振動しているのは、受光部での電界強度が条件により変化する影響を受けている為だが、上記傾向は変わらない。また透光性電極の厚さが0.1μmから0.3μmの場合では、損失が発生する透光性電極の屈折率は、それぞれ2.10、2.06、2.04となっているが、それよりも厚い場合には、2.0を超えると損失が生じている。しかしながら、Δnが0.2以下であれば、透光性電極の膜厚が変化しても、損失は7%以下であり、散乱層の光取り出し改善効果を十分保つことが可能である。
101 ガラス基板
102 散乱層
103 透光性電極
104 散乱物質
110 有機層
120 反射性電極
Claims (14)
- 透光性のガラス基板と、
前記ガラス基板上に形成され、透過する光の少なくとも1波長に対して第1の屈折率を有するベース材と、前記ベース材中に分散された、前記ベース材と異なる第2の屈折率を有する複数の散乱物質とを具備したガラスからなる散乱層と、
前記散乱層上に形成され、前記第1の屈折率より高い第3の屈折率を有する透光性電極とを具備し、
前記第1の屈折率と前記第3の屈折率との差が0.2以下であることを特徴とする有機LED素子用の透光性基板。 - 前記散乱層は表面が湾曲面を構成するうねりを形成することを特徴とする請求項1に記載の透光性基板。
- 前記散乱層の前記表面のうねりの粗さRaと前記表面のうねりの波長Rλaとの比(Ra/Rλa)が1.0x10−3以上3.0x10−2以下であることを特徴とする請求項2に記載の透光性基板。
- 前記散乱層の表面の表面粗さRaが30nm以下であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一つに記載の透光性基板。
- 前記散乱層中における前記散乱物質の含有率は少なくとも1vol%である請求項1乃至4のいずれか一つに記載の透光性基板。
- 前記散乱物質は気泡であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一つに記載の透光性基板。
- 前記散乱物質は前記ベース材を構成するガラスの析出結晶であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一つに記載の透光性基板。
- 前記散乱層1mm2当たりの前記散乱物質の数は少なくとも1×104個であることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一つに記載の透光性基板。
- 前記散乱層が、P2O5が20〜30mol%、B2O3が、3〜14mol%、Li2OとNa2OとK2Oの総量が10〜20mol%、Bi2O3が10〜20mol%、TiO2が3〜15mol%、Nb2O5が10〜20mol%、WO3が5〜15mol%を含むことを特徴とする請求項1乃至8のいずれか一つに記載の透光性基板。
- 透光性のガラス基板を準備する工程と、
前記ガラス基板上に、透過する光の少なくとも1波長に対して第1の屈折率を有するベース材と、前記ベース材中に分散された前記ベース材と異なる第2の屈折率を有する複数の散乱物質とを具備した散乱層を形成する工程と、
前記散乱層上に、前記第1の屈折率より高い第3の屈折率を有する透光性電極を形成する工程とを備え、
前記散乱層を形成する工程は、
前記ガラス基板上にガラス粉末を含む塗布材料を塗布する工程と、
前記塗布されたガラス粉末を焼成する工程とを含み、
前記第1の屈折率と前記第3の屈折率との差が0.2以下であることを特徴とする有機LED用の透光性基板の製造方法。 - 前記焼成する工程は、前記塗布されたガラス材料のガラス転移温度よりも40〜60℃高い温度で焼成することを特徴とする請求項10に記載の透光性基板の製造方法。
- 前記塗布する工程は、粒径のD10が0.2μm以上でかつ、D90が5μm以下であるガラス粉末を塗布することを特徴とする請求項10または11に記載の透光性基板の製造方法。
- 透光性のガラス基板と、
前記ガラス基板上に形成され、透過する光の少なくとも1波長に対して第1の屈折率を有するベース材と、前記ベース材中に分散された、前記ベース材と異なる第2の屈折率を有する複数の散乱物質とを具備したガラスからなる散乱層と、
前記散乱層上に形成され、前記第1の屈折率より高い第3の屈折率を有する透光性電極と、
前記透光性電極上に形成される有機層と、
前記有機層上に形成される反射電極とを具備し、
前記第1の屈折率と前記第3の屈折率との差が0.2以下としたことを特徴とする有機LED素子。 - 透光性のガラス基板を準備する工程と、
前記ガラス基板上に、透過する光の少なくとも1波長に対して第1の屈折率を有するベース材と、前記ベース材中に分散された前記ベース材と異なる第2の屈折率を有する複数の散乱物質とを具備した散乱層を形成する工程と、
前記散乱層上に、前記第1の屈折率より高い第3の屈折率を有する透光性電極を形成する工程と、
前記透光性電極上に有機層を形成する工程と、
前記有機層上に反射電極を形成する工程とを備え、
前記第1の屈折率と前記第3の屈折率との差が0.2以下としたことを特徴とする有機LED素子の製造方法。
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