JP2018067414A - 電子デバイス用基板のマザー基板 - Google Patents
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Abstract
【課題】透光性基板の表面に凹凸状構造部が設けられていると共に、凹凸状構造部を湿分や、粉塵等の異物から効果的に保護することができる構造を有する電子デバイス基板のマザー基板を提供する。【解決手段】電子デバイス基板のマザー基板Ａは、厚さ方向に相対向する第１表面１ａと第２表面１ｂを有する透光性基板１と、透光性基板１の第１表面１ａに設けられた凹凸状構造部としての凹凸層２と、透光性基板１の第１表面１ａ及び凹凸層２を覆う透光性被覆層３とを備えている。透光性被覆層３の外周端３Ｅは、透光性基板１の外周端１Ｅよりも内周側の位置に在り、凹凸状構造部２の外周端２Ｅは、透光性被覆層３の外周端３Ｅよりも内周側の位置に在る。【選択図】図１
Description
本発明は、電子デバイス用基板のマザー基板に関する。
近年、電力エネルギーの有効利用は社会的に大きな課題となっている。中でも照明の低電力化は重要課題であり、低消費電力のＬＥＤ照明の適用領域が拡大しつつある。
照明用光源は、大別して、限られた範囲を照らす指向性光源と、広範囲に照らす拡散光源とに分けられる。ＬＥＤ照明は、指向性光源に相当するため、拡散光源に相当する蛍光灯の代替光源が望まれており、このような代替光源として、有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）照明が次世代の薄型面光源として注目を集めている。
有機ＥＬ照明を構成する有機ＥＬ素子は、一般に、透光性基板と、陽極としての透光性電極と、電子とホールの注入によって発光するエレクトロルミネッセンス有機化合物からなる一層または複数層の発光層を含む有機層と、陰極としての反射性電極とを備えた素子である。有機ＥＬ素子に用いられる有機層としては、低分子色素系材料や共役高分子材料などがあり、発光層として形成する場合、ホール注入層、ホール輸送層、電子輸送層、電子注入層などとの積層構造が形成される。このような積層構造を有する有機層を陽極と陰極の間に配置し、陽極と陰極の間に電界を印加することにより、陽極である透光性電極から注入されたホールと、陰極である反射性電極から注入された電子とが発光層内で再結合し、その再結合エネルギーによって発光中心が励起されて発光する。透光性電極には酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、反射性電極には金属アルミニウム（Ａｌ）が用いられることが一般的である。
有機ＥＬ素子の発光効率は、ａ:発光層への電子とホールの注入、輸送および再結合の効率、ｂ:励起子生成効率、ｃ:励起状態からの内部発光量子収率、およびd:光取出し効率の四つの因子の積によって決まる。これらの因子のうち、ｄの光取出し効率は、用いられる基板の特性によって規定される因子である。通常、ガラス基板等の透光性基板上に透光性電極と有機層を形成した場合、有機層内で発生した光が導波モードや基板モードへ結合したり、陰極金属によって吸収されたりするため、光取出し効率は高々２０％程度に留まる。従って、光取出し効率の向上は、直接的に有機ＥＬ素子の発光効率を改善することとなる。すなわち、高い発光効率の有機ＥＬ素子を作製するためには、光取出し効率の高いデバイス基板を使用することが極めて重要である。
光取出し効率を高める手段として、光散乱性を有するデバイス基板を使用することが有効なことが知られている。例えば、特許文献１には、凹凸面を有するガラス板と、ガラス板よりも高い屈折率を有し、ガラス板の凹凸面上に形成されたガラス焼成膜とを備えた有機ＥＬ素子用ガラス基板が開示されている。ガラス板の凹凸面はガラス焼成膜によって平坦化され、そのガラス焼成膜の表面に透明導電膜が形成される。
また、有機ＥＬ素子等の電子デバイスの製造工程では、製造コストを低減するため、マザー基板に所要の機能層を形成した後、個々の電子デバイスに切断することが行われている（いわゆる多面取り）。あるいは、状況によっては、マザー基板を個々の電子デバイス基板に切断した後、個々の電子デバイス基板に所要の機能層を形成することも行われている。
特許文献１に開示されている有機ＥＬ素子用ガラス基板のように、透光性基板の表面に凹凸面等の凹凸状構造部を設けることにより、電子デバイス用基板に光散乱性を与えて、光取出し効率を高めることができるという利点が得られる。その一方で、電子デバイス用基板のマザー基板は、保管、搬送、輸送時等に雰囲気中の湿分や粉塵等の異物と接触する機会が多く、マザー基板の透光性基板の表面に上記のような凹凸状構造部を設けると、雰囲気中の湿分や、粉塵等の異物がマザー基板の外周端部側から凹凸状構造部に侵入して、湿分による凹凸状構造部の劣化や、凹凸状構造部での異物滞留による基板の汚染が起こり易いという問題点がある。
上記のような従来技術上の問題点に鑑み、本発明は、透光性基板の表面に凹凸状構造部が設けられていると共に、凹凸状構造部を湿分や、粉塵等の異物から効果的に保護することができる構造を有する電子デバイス基板のマザー基板を提供することを課題とする。
上記課題を解決するため、本発明は、相対向する第１表面と第２表面を有する透光性基板と、前記透光性基板の前記第１表面に設けられた凹凸状構造部と、前記透光性基板の屈折率よりも高い屈折率を有し、前記第１表面及び前記凹凸状構造部を覆う透光性被覆層とを備え、前記透光性被覆層の外周端が、前記透光性基板の外周端と同じ位置、または、前記透光性基板の外周端よりも内周側の位置に在り、前記凹凸状構造部の外周端が、前記透光性被覆層の外周端よりも内周側の位置に在ることを特徴とする電子デバイス用基板のマザー基板を提供する。本発明の電子デバイス用基板のマザー基板は、有機ＥＬ素子等の電子デバイスの製造に用いられ、電子デバイスを構成する所要の機能層が透光性被覆層上に形成された後、１又は複数の個々の電子デバイスに切断され、または、１又は複数の個々の電子デバイス基板に切断された後、個々の電子デバイス基板の透光性被覆層上に所要の機能層が形成される。
本発明の電子デバイス用基板のマザー基板は、透光性基板の第１表面に凹凸状構造部が設けられているため、マザー基板から得られる個々の電子デバイス用基板は、凹凸状構造部により散乱性が与えられ、光取出し効率の向上に寄与する。しかも、本発明の電子デバイス用基板のマザー基板は、凹凸状構造部の外周端が透光性被覆層の外周端よりも内周側の位置に在り、凹凸状構造部がその外周端を含めて全体的に透光性被覆層によって被覆され、密閉された状態になるので、凹凸状構造部は湿分や、粉塵等の異物との接触から効果的に保護される。
本発明の電子デバイス用基板のマザー基板において、透光性被覆層の外周端は、透光性基板の外周端よりも内周側の位置に在ることが好ましい。通常、透光性被覆層は、透光性基板よりもかなり厚さが小さい薄い層であるので、透光性被覆層の外周端が透光性基板の外周端と同じ位置に在ったり、透光性基板の外周端から突出した位置に在ったりすると、保管、搬送、輸送時等に遭遇する外力によって、透光性被覆層の外周端部に亀裂や欠けが発生することが懸念される。透光性被覆層の外周端を、透光性基板の外周端よりも内周側の位置に設定することにより、マザー基板の外周端部側から作用する外力に対して、透光性被覆層の外周端部を透光性基板の外周端部によって保護することができる。
本発明の電子デバイス用基板のマザー基板において、透光性基板は、光透過性を有するガラス又は樹脂等で形成される。透光性基板を形成するガラスとしては、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、石英ガラスなどが挙げられる。また、透光性基板を形成する樹脂としては、アクリル樹脂、シリコーン樹脂、シロキサン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂などが挙げられる。
透光性被覆層は、光透過性を有すると共に、透光性基板の屈折率よりも大きな屈折率を有するガラス、結晶化ガラス、樹脂、セラミックス等で形成される。透光性被覆層の屈折率ｎｄは、好ましくは１．８〜２．１、より好ましくは１．８５〜２．０、さらに好ましくは１．９〜１．９５である。ここで、屈折率ｎｄは波長５８８ｎｍでの屈折率を表す。透光性被覆層は、好ましくは、ガラス粉末を含むフリットペーストを透光性基板の第１表面に塗布又は印刷し、焼成して形成されたガラス焼成層である。このガラス焼成層を形成するガラスとしては、ソーダライムガラス、ホウケイ酸塩ガラス、アルミノケイ酸塩ガラス、リン酸塩ガラス、ビスマス系ガラス、鉛ガラスなどの無機ガラスが挙げられる。
透光性基板の第１表面の凹凸状構造部は、第１表面に凹凸形状の凹凸層を形成することによって構成することができる。この凹凸層は、光透過性を有するガラス又は樹脂等で形成され、好ましくは、透光性基板の屈折率と実質的に同じ屈折率を有する（透光性基板の屈折率ｎｄに対して±０．１の範囲内）。凹凸層の層構造は、凹凸形状を構成する凹部が第１表面まで達する構造（凹部の底部が第１表面で構成される構造）、凹部が凹凸層内に止まり、第１表面に達しない構造（凹部の底部が凹凸層の薄肉部分で構成される構造）、両者が混在した構造のいずれでもよい。また、凹凸層の凹凸形状を構成する凸部の断面形状は、円弧、楕円弧、多角形、その他の形状のいずれでもよい。例えば、凹凸層は、ガラス粉末を含むフリットペーストを透光性基板の第１表面に塗布又は印刷し、焼成して形成されたガラス焼成層である。このガラス焼成層を形成するガラスとしては、ソーダライムガラス、ホウケイ酸塩ガラス、アルミノケイ酸塩ガラス、リン酸塩ガラス、ビスマス系ガラス、鉛系ガラスなどの無機ガラスが挙げられる。凹凸層を樹脂で形成する場合、凹凸層を形成する樹脂としては、アクリル樹脂、シリコーン樹脂、シロキサン樹脂、エポキシ樹脂などが挙げられる。これらの樹脂は、ジルコニア、チタニア等のナノ粒子を含有していてもよい。透光性基板または凹凸層が樹脂からなる場合には、被覆層も樹脂で形成することが好ましい。
あるいは、透光性基板の第１表面の凹凸状構造部は、第１表面を粗面化することによって形成することができる。粗面化された第１表面の凹凸表面形状によって、第１表面に凹凸状構造部が構成される。第１表面を粗面化する手段としては、サンドブラスト法、プレス成形法、ロール成形法などの機械的処理法、ゾルゲルスプレー法、エッチング法、大気圧プラズマ処理法などの化学的処理法が挙げられる。
本発明によれば、透光性基板の表面に凹凸状構造部が設けられていると共に、凹凸状構造部を湿分や、粉塵等の異物から効果的に保護することができる構造を有する電子デバイス基板のマザー基板を提供することができる。また、凹凸状構造部の存在しない領域が基板周縁部に形成されることになることから、この領域をロット番号等の表示場所として有効利用することができる。
以下、本発明の実施形態について説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
図１は、第１の実施形態に係る電子デバイス用基板のマザー基板Ａを示し、図２は、マザー基板Ａを切断して得られた電子デバイス用基板Ａ’を示している。電子デバイス用基板Ａ’は、後述する有機ＥＬ素子Ｃの基板として用いることができる。
マザー基板Ａは、厚さ方向に相対向する第１表面１ａと第２表面１ｂを有する透光性基板１と、透光性基板１の第１表面１ａに設けられた凹凸状構造部としての凹凸層２と、透光性基板１の第１表面１ａ及び凹凸層２を覆う透光性被覆層３とを備えている。透光性被覆層３の外周端３Ｅは、全周に亘って透光性基板１の外周端１Ｅよりも内周側の位置に在り、凹凸状構造部２の外周端２Ｅは、全周に亘って透光性被覆層３の外周端３Ｅよりも内周側の位置に在る。マザー基板製品としての特性が保証された有効領域ＥＡの外周端は、凹凸状構造部２の外周端２Ｅよりも内周側の位置に在り、マザー基板Ａから切断により有効領域ＥＡを切り出すことにより、１つの電子デバイス用基板Ａ’を得ることができ、あるいは、マザー基板Ａの有効領域ＥＡを切断により複数領域に分割することにより、複数の電子デバイス用基板Ａ’を得ることができる（多面取り）。通常、マザー基板Ａの有効領域ＥＡは、複数の電子デバイス用基板Ａ’の多面取りに供される大きさ（面積）を有している。
透光性基板１は、例えば、フロート法で成形された厚さ０．７ｍｍのソーダライムガラス板で構成され、その屈折率ｎｄ（波長５８８ｎｍでの屈折率）は１．５２である。凹凸層２は、ガラス粉末を含むフリットペーストを透光性基板１の第１表面１ａに塗布又は印刷し、焼成して形成された凹凸形状のガラス焼成層である。また、透光性被覆層３は、ガラス粉末を含むフリットペーストを透光性基板１の第１表面１ａ及び凹凸層２上に塗布又は印刷し、焼成して形成された平坦形状のガラス焼成層である。凹凸層２の第１表面１ａからの平均高さ（凸部の高さの平均値）は、例えば３μｍ、凹凸層２の屈折率ｎｄは、例えば透光性基板１の屈折率ｎｄと実質的に同じである（透光性基板の屈折率ｎｄに対して±０．１の範囲内）。透光性被覆層３の第１表面１ａからの平均厚さは、例えば２０μｍ、透光性被覆層３の屈折率ｎｄは、透光性基板１の屈折率ｎｄよりも高く、例えば１．８〜２．１である。
ガラス焼成層である凹凸層２や透光性被覆層３を形成する際に用いるフリットペーストは、ガラス粉末とビークル（樹脂バインダーを有機溶剤に溶解させたもの）とを混合・混練することにより作製される。樹脂バインダーとしては、エチルセルロースが特に好適であるが、これに限定されない。有機溶剤としては、ターピネオールやブチルカルビトールアセテートなどを用いることができる。フリットペーストを塗布又は印刷する方法としては、スクリーン印刷、ダイコーティングなどが好適であるが、これに限定されるものではない。
上記のフリットペーストを焼成する際の熱処理温度は、透光性基板１の耐熱温度よりも低くすることが必要であり、好ましくは、透光性基板１の軟化点（例えば７３０℃）よりも低く、より好ましくは、透光性基板１の軟化点よりも５０〜２００℃程度低い。
凹凸層２の形成に用いるガラス粉末として、例えば、質量％で、ＳｉＯ2：３０％、Ｂ2Ｏ3：４０％、ＺｎＯ：１０％、Ａｌ2Ｏ3：５％、Ｋ2Ｏ：１５％を含有するガラス粉末を用いることができる。また、凹凸層２の凹凸形状は、上述の熱処理条件に加え、ガラス粉末の粒径にも依存する。ガラス粉末の好ましい粉末粒度（Ｄ50）は、０．３〜１５μm、より好ましくは１．０〜１０μm、さらに好ましくは１．５〜８μmの範囲である。
透光性被覆層３の形成に用いるガラス粉末として、例えば、質量％で、Ｂｉ2Ｏ3：７０％、ＳｉＯ2：５％，ＺｎＯ：１０％、Ｂ2Ｏ3：１０％、Ａｌ2Ｏ3：５％を含有するガラス粉末を用いることができる。透光性被覆層３の表面に透光性電極等を形成する場合、透光性被覆層３の表面は平滑であることが好ましい。平滑な表面を得るためには、上述の熱処理条件に加えて、ガラス粉末の粒度を適切に設定する必要がある。ガラス粉末の好ましい粉末粒度（Ｄ50）は、０．１〜２０μm、好ましくは０．２から１５μm、さらに好ましくは０．３〜１０μmの範囲である。
図２に示すように、切断によりマザー基板Ａの有効領域ＥＡから得られた電子デバイス用基板Ａ’は、厚さ方向に相対向する第１表面１ａと第２表面１ｂを有する透光性基板１と、透光性基板１の第１表面１ａに設けられた凹凸状構造部としての凹凸層２と、透光性基板１の第１表面１ａ及び凹凸層２を覆う透光性被覆層３とを備えた構造を有している。
図３は、第２の実施形態に係る電子デバイス用基板のマザー基板Ｂの断面を模式的に示している。この実施形態に係るマザー基板Ｂが、第１の実施形態に係るマザー基板Ａと異なる点は、透光性基板１の第１表面１ａを粗面に形成し、第１表面１ａの凹凸表面形状によって凹凸構造部２’を構成した点にある。第１表面１ａを粗面化する手段としては、サンドブラスト法、プレス成形法、ロール成形法などの機械的処理法、ゾルゲルスプレー法、エッチング法、大気圧プラズマ処理法などの化学的処理法が挙げられる。また、第１表面１ａの表面粗さＲａは、０．０５〜２μｍであることが好ましい。その他の事項は、第１の実施形態に係るマザー基板Ａに準じるので、重複する説明を省略する。
図４に示すように、切断によりマザー基板Ｂの有効領域ＥＡから得られた電子デバイス用基板Ｂ’は、厚さ方向に相対向する第１表面１ａと第２表面１ｂを有する透光性基板１と、透光性基板１の第１表面１ａに形成された凹凸状構造部２’と、透光性基板１の第１表面１ａ及び凹凸構造部２’を覆う透光性被覆層３とを備えた構造を有している。
図５は、図２に示す電子デバイス用基板Ａ’または図４に示す電子デバイス用基板Ｂ’を用いて構成した有機ＥＬ素子Ｃの断面を模式的に示している。有機ＥＬ素子Ｃは、電子デバイス用基板Ａ’（Ｂ’）と、電子デバイス用基板Ａ’（Ｂ’）の透光性被覆層３の表面に形成された第１電極としての透光性電極５と、透光性電極５上に形成された発光機能を有する有機層６と、有機層６上に形成された第２電極、とくに反射性電極７とを備えている。また、反射電極７上に、封止層を形成してもよい。通常、透光性電極５を陽極、反射性電極７を陰極として、両電極間に電界を印加するが、透光性電極５を陰極、反射性電極７を陽極としても良い。通常、有機層６は、電子とホールの注入によって発光するエレクトロルミネッセンス有機化合物からなる一層または複数層の発光層を含み、ホール注入層、ホール輸送層、電子輸送層、電子注入層などとの積層構造を有する。透光性電極５と反射性電極７との間に電界を印加すると、有機層６の発光層で発光が起こり、有機層６内で発光した光が電子デバイス用基板Ａ’（Ｂ’）の透光性基板１の第２面１ｂから外部に取り出される。
尚、上記した実施形態は、マザー基板Ａ（Ｂ）の有効領域ＥＡを１又は複数の電子デバイス基板Ａ’（Ｂ’）に切断した後、個々の電子デバイス基板Ａ’（Ｂ’）に機能層を形成して有機ＥＬ素子Ｃを作製した例について説明したが、有機ＥＬ素子Ｃを製造するに際し、マザー基板Ａ（Ｂ）の有効領域ＥＡに機能層（透光性電極５、有機層６、反射性電極７等）を形成した後、マザー基板Ａ（Ｂ）を切断して１又は複数の有機ＥＬ素子Ｃを作製してもよいことは言うまでもない。
１ 透光性基板
１ａ 第１面
１ｂ 第２面
２ 凹凸層（凹凸構造部）
２’ 凹凸構造部
３ 透光性被覆層
５ 透光性電極（第１電極）
６ 有機層
７ 反射性電極（第２電極）
Ａ 第１の実施形態に係る電子デバイス用基板のマザー基板
Ａ’ 切断によりマザー基板Ａから得られた電子デバイス用基板
Ｂ 第２の実施形態に係る電子デバイス用基板のマザー基板
Ｂ’ 切断によりマザー基板Ｂから得られた電子デバイス用基板
Ｃ 有機ＥＬ素子
１ａ 第１面
１ｂ 第２面
２ 凹凸層（凹凸構造部）
２’ 凹凸構造部
３ 透光性被覆層
５ 透光性電極（第１電極）
６ 有機層
７ 反射性電極（第２電極）
Ａ 第１の実施形態に係る電子デバイス用基板のマザー基板
Ａ’ 切断によりマザー基板Ａから得られた電子デバイス用基板
Ｂ 第２の実施形態に係る電子デバイス用基板のマザー基板
Ｂ’ 切断によりマザー基板Ｂから得られた電子デバイス用基板
Ｃ 有機ＥＬ素子
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- 相対向する第１表面と第２表面を有する透光性基板と、前記透光性基板の前記第１表面に設けられた凹凸状構造部と、前記透光性基板の屈折率よりも高い屈折率を有し、前記第１表面及び前記凹凸状構造部を覆う透光性被覆層とを備え、
前記透光性被覆層の外周端が、前記透光性基板の外周端と同じ位置、または、前記透光性基板の外周端よりも内周側の位置に在り、前記凹凸状構造部の外周端が、前記透光性被覆層の外周端よりも内周側の位置に在ることを特徴とする電子デバイス用基板のマザー基板。 - 前記透光性被覆層の外周端が、前記透光性基板の外周端よりも内周側の位置に在ることを特徴とする請求項１に記載の電子デバイス用基板のマザー基板。
- 前記透光性被覆層の波長５８８ｎｍにおける屈折率ｎｄが１．８〜２．１であることを特徴とする請求項１又は２に記載の電子デバイス用基板のマザー基板。
- 前記凹凸状構造部は、前記透光性基板の前記第１表面に形成された凹凸層であることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の電子デバイス用基板のマザー基板。
- 前記凹凸層の屈折率は、前記透光性被覆層の屈折率よりも低いことを特徴とする請求項４に記載の電子デバイス用基板のマザー基板。
- 前記透光性基板の前記第１表面が粗面であり、前記凹凸状構造部は、前記第１表面の表面形状によって構成されることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の電子デバイス用基板のマザー基板。
- 請求項１から６の何れか１項に記載のマザー基板から得られた電子デバイス用基板と、前記電子デバイス用基板の前記透光性被覆層の表面に形成された第１電極としての透光性電極と、前記透光性電極上に形成された発光機能を有する有機層と、前記有機層上に形成された第２電極とを備えた有機ＥＬ素子。
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