WO2011046190A1 - 有機led素子、有機led素子の散乱層用のガラスフリット及び有機led素子の散乱層の製造方法 - Google Patents

有機led素子、有機led素子の散乱層用のガラスフリット及び有機led素子の散乱層の製造方法 Download PDF

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glass
led element
organic led
scattering layer
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由美子 青木
直哉 和田
伸宏 中村
康子 大崎
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旭硝子株式会社
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    • H10K50/805Electrodes
    • H10K50/82Cathodes
    • H10K50/828Transparent cathodes, e.g. comprising thin metal layers

Definitions

  • the present invention relates to an organic LED element, a glass frit for the scattering layer of the organic LED element, and a method for producing the scattering layer of the organic LED element.
  • Organic LED element has an organic light emitting layer.
  • Organic LED elements include a bottom emission type and a double-sided emission type that extract light generated by an organic light emitting layer from a transparent substrate.
  • Patent Document 1 a document describing that a scattering layer made of a glass material is provided in an organic LED element to improve light extraction efficiency
  • Patent Document 1 since bubbles are used as the scattering material, it is not easy to keep the size and distribution of the scattering material constant, and variations in element characteristics occur when mass production is performed. There is a possibility.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide an organic LED element having high luminous efficiency and good element characteristic reproducibility, and a glass frit for the scattering layer thereof.
  • the organic LED element of the present invention is: An organic LED element having a transparent substrate, a scattering layer, a first electrode, an organic layer, and a second electrode in sequence,
  • the scattering layer includes a first glass material and a second glass material dispersed in the first glass material and having a refractive index different from that of the first glass material.
  • the other organic LED element of this invention is An organic LED element having a transparent substrate, a scattering layer, a first electrode, an organic layer, and a second electrode in sequence,
  • the scattering layer includes a first glass material and a second glass material dispersed in the first glass material and having a refractive index different from that of the first glass material,
  • the scattering layer is expressed in mol% on the basis of oxide, and B 2 O 3 is 15 to 63%, Bi 2 O 3 is 10 to 37%, ZnO is 10 to 50%, SiO 2 is 0 to 20%, Al 2 O 3 0-10%, P 2 O 5 0-20%, ZrO 2 0-5%, Gd 2 O 3 0-10%, TiO 2 0-13%, Li 2 O, Na
  • the glass contains 0 to 2% in total of 2 O and K 2 O and 0 to 10% in total of MgO, CaO, SrO and BaO.
  • the glass frit for the scattering layer of the organic LED element of the present invention is: A glass frit for a scattering layer of an organic LED element, comprising at least a first glass powder and a second glass powder,
  • the first glass has a refractive index of 1.80 or more measured at 25 ° C. with a He lamp d-line (wavelength: 587.6 nm)
  • the second glass is expressed in mol% on an oxide basis, and has a higher content of SiO 2 or B 2 O 3 and a lower content of Bi 2 O 3 than the first glass,
  • the proportion of the first glass powder in the glass frit is 70 to 99% by volume.
  • the glass frit for the scattering layer of the organic LED element of the present invention is: A glass frit for a scattering layer of an organic LED element, comprising at least a first glass powder and a second glass powder,
  • the first glass has a refractive index of 1.80 or more measured at 25 ° C. with a He lamp d-line (wavelength: 587.6 nm)
  • the second glass is expressed in mol% on an oxide basis, and has a higher content of SiO 2 or B 2 O 3 and a lower content of Bi 2 O 3 than the first glass,
  • the proportion of the first glass powder in the glass frit is 15 to 99% by volume.
  • an organic LED element having high luminous efficiency and good element characteristic reproducibility, and a glass frit for the scattering layer thereof.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of the organic LED element of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing another example of the organic LED element of the present invention.
  • FIG. 3 is a graph showing an example of the relationship between the ratio of the base material glass in the glass frit of the present invention and the light extraction efficiency of an organic LED element produced using the glass frit.
  • 4 is a front view of an example of an organic LED element using the glass substrate with a scattering layer of Example 11.
  • FIG. FIG. 5 is a light emission state diagram of the organic LED element of FIG.
  • FIG. 6 is a light emission state diagram of a comparative example for the organic LED element of FIG.
  • FIG. 7 is a characteristic diagram of the refractive index of ITO used in the organic LED element of FIG.
  • FIG. 8 is a current / voltage characteristic diagram of the organic LED element of FIG. 4 and a comparative example thereof.
  • FIG. 9 is a current / luminous flux characteristic diagram of the organic LED element of FIG. 4 and a comparative example thereof.
  • FIG. 10 is an explanatory diagram of a method for evaluating the angle dependency of light emission.
  • FIG. 11 is a characteristic diagram of light emission luminance of the organic LED element of FIG. 4 and a comparative example thereof.
  • FIG. 12 is a chromaticity diagram showing a change in chromaticity when the angle ⁇ is changed from 0 ° to 70 ° in the organic LED element of FIG. 4 and its comparative example.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of the organic LED element of the present invention.
  • the organic LED element is a bottom emission type organic LED element, and includes a transparent substrate 110, a scattering layer 120, a first electrode 130, an organic layer 140, and a second electrode 150. And sequentially.
  • the first electrode 130 is a transparent electrode (anode) and has transparency for transmitting light emitted from the organic layer 140 to the scattering layer 120.
  • the second electrode 150 is a reflective electrode (cathode) and has reflectivity for reflecting the light emitted from the organic layer 140 and returning it to the organic layer 140.
  • the first electrode 130 is an anode and the second electrode 150 is a cathode.
  • the first electrode 130 may be a cathode and the second electrode 150 may be an anode.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing another example of the organic LED element of the present invention.
  • the same components as those in FIG. 2 are identical components as those in FIG. 1, the same components as those in FIG. 2, the same components as those in FIG.
  • the organic LED element is a double-sided emission type organic LED element, and includes a transparent substrate 110, a scattering layer 120, a first electrode 130, an organic layer 140, and a second electrode 210. And sequentially.
  • This organic LED element has a transparent electrode which is the second electrode 210 instead of the reflective electrode which is the second electrode 150 shown in FIG.
  • the second electrode 210 serves to transmit the light emitted from the organic layer 140 to a surface opposite to the surface facing the organic layer 140.
  • This organic LED element is used as an illumination application in which light is emitted from both the front and back surfaces.
  • the transparent substrate 110 is made of a material having a high transmittance for visible light, and is made of, for example, glass or plastic.
  • the transparent substrate 110 is generally made of soda lime glass.
  • General soda lime glass has an average linear expansion coefficient (hereinafter, also simply referred to as “average linear expansion coefficient”) at 50 ° C. to 300 ° C. of about 87 ⁇ 10 ⁇ 7 / ° C., and an annealing point of about 550 ° C. It is. Since the transparent substrate 110 made of such soda lime glass may be deformed when heat-treated at a temperature of 550 ° C. or higher, the scattering layer 120 and the like are preferably formed at a temperature lower than 550 ° C.
  • the thickness of the transparent substrate 110 is usually 0.1 mm to 2.0 mm. When the glass substrate which is the transparent substrate 110 is thin, the strength may be insufficient. The thickness of the glass substrate which is the transparent substrate 110 is particularly preferably 0.5 mm to 1.0 mm.
  • a scattering layer 120 is formed on the transparent substrate 110.
  • the scattering layer forming surface on the transparent substrate 110 may be subjected to a surface treatment such as silica coating. That is, a silica film or the like may be formed between the transparent substrate 110 and the scattering layer 120.
  • the scattering layer 120 is provided between the transparent substrate 110 and the first electrode 130.
  • the transparent substrate 110 When the first electrode 130 is formed on the transparent substrate 110 without using the scattering layer 120, the transparent substrate 110 generally has a lower refractive index than the first electrode 130, and therefore enters the transparent substrate 110 at a shallow angle.
  • the intended light is totally reflected to the organic layer 140 side according to Snell's law.
  • the totally reflected light is reflected again by the reflective electrode which is the second electrode 150 and reaches the transparent substrate 110 again. At this time, if the re-incident angle to the transparent substrate 110 does not change, light cannot be extracted outside the organic LED element.
  • the second electrode 210 is required to be transparent, it is made of ITO or the like as the first electrode 130.
  • a transparent conductor generally has a high refractive index. When light is incident on the transparent electrode at a shallow angle, the light is reflected by total reflection. Therefore, for the same reason as in the example shown in FIG. 1, the light extraction efficiency decreases unless the scattering layer 120 is provided.
  • the scattering layer 120 is provided between the transparent substrate 110 and the first electrode 130, the re-incident angle to the transparent substrate 110 can be changed, and the organic LED element Light extraction efficiency can be increased.
  • the scattering layer 120 is obtained by dispersing a second glass material 122 having a refractive index different from that of the first glass material 121 in the first glass material 121. That is, a portion having the first glass composition and a portion having the second glass composition are distributed in the scattering layer 120. Since the parts having different compositions are dispersed, excellent scattering characteristics are obtained. In addition, smoothness and transparency of the surface can be realized with good reproducibility by being composed entirely of glass. Therefore, according to the scattering layer 120 of the present invention, extremely high-efficiency light extraction can be realized with good reproducibility by using it on the light exit surface side of a light emitting device or the like. In addition, when the surface is not smooth and has local unevenness
  • the second glass material 122 is not limited to one type and may be a plurality of types. That is, the scattering layer 120 may be obtained by dispersing a plurality of types of glass materials having a refractive index different from that of the first glass material 121 in the first glass material 121.
  • the refractive index of the first glass material 121 (hereinafter also referred to as “base material 121”) is preferably equal to or higher than the refractive index of the first electrode 130. This is because, when the refractive index of the base material 121 is low, loss due to total reflection occurs at the interface between the scattering layer 120 and the first electrode 130, and thus the light extraction efficiency decreases.
  • the refractive index of the base material 121 only needs to exceed at least a part of the emission spectrum range of the organic layer 140 (for example, red, blue, green, etc.), but exceeds the entire emission spectrum range (430 nm to 650 nm). Preferably, it exceeds the entire visible light wavelength range (360 nm to 830 nm).
  • “refractive index” means a refractive index measured at 25 ° C. with a He lamp d-line (wavelength: 587.6 nm).
  • the refractive index of the base material 121 may be lower than the refractive index of the first electrode 130 as long as the difference from the refractive index of the first electrode 130 is within 0.2.
  • the difference in refractive index between the second glass material 122 (hereinafter also referred to as “scattering material 122”) and the base material 121 is preferably 0.2 or more at least in a part of the emission spectrum range of the light emitting layer. In order to obtain sufficient scattering characteristics, the difference in refractive index is more preferably 0.2 or more over the entire emission spectrum range (430 nm to 650 nm) or the entire visible light wavelength range (360 nm to 830 nm).
  • the refractive index of the scattering material 122 is preferably smaller than the refractive index of the base material 121 by 0.05 or more at least in a part of the emission spectrum range of the light emitting layer. In order to obtain sufficient scattering characteristics, the refractive index of the scattering material 122 is less than the refractive index of the base material 121 over the entire emission spectrum range (430 nm to 650 nm) or the entire visible light wavelength range (360 nm to 830 nm). More preferably, it is smaller than 0.05.
  • glass having a refractive index larger than that of the base material 121 can be used as the scattering material 122, but the refractive index of the base material 121 is equal to or higher than the refractive index of the first electrode 130. Therefore, glass having a very high refractive index is used as the scattering material 122.
  • Such glasses are generally difficult to obtain without using expensive raw materials. In addition, such glasses may become unstable or cause undesirable coloration.
  • the proportion of the scattering material 122 in the scattering layer 120 is preferably 1 to 85% by volume. This is because if it is less than 1% by volume, a sufficient scattering effect cannot be obtained and the effect of improving the light extraction efficiency is small. More preferably, it is 20 volume% or more. On the other hand, if it is more than 85% by volume, the light extraction efficiency may be reduced. More preferably, it is 80 volume% or less. More preferably, it is 30 volume% or less.
  • the ratio of the scattering material 122 to the scattering layer 120 refers to the total of the ratios of all the scattering materials when a plurality of types of scattering materials are dispersed in the scattering layer 120.
  • the shape of the scattering material 122 is not particularly limited, but when the scattering material 122 is spherical, the average value of its diameter is preferably 0.1 to 10 ⁇ m. If it is smaller than 0.1 ⁇ m, it does not function sufficiently as a light scattering material. On the other hand, if the thickness is larger than 10 ⁇ m, it is difficult to make the scattering layer 120 exist uniformly, and unevenness in light extraction efficiency occurs. In addition, the scatterability is lowered in a portion where the number of the scattering materials 122 is relatively small. More preferably, the scattering material 122 has a maximum length of 10 ⁇ m or more and a ratio of 15% by volume or less. More desirably, it is 10 volume% or less.
  • a first electrode 130 is formed on the scattering layer 120.
  • the surface roughness Ra of the first electrode formation surface on the scattering layer 120 is preferably 30 nm or less, more preferably 10 nm or less, and particularly preferably 1 nm or less. If the thickness exceeds 30 nm, the flatness of the first electrode 130 and the organic layer 140 may be impaired, and a short circuit may occur between the first electrode 130 and the second electrode 150.
  • the surface roughness Ra is a microscopic surface roughness, and is a value obtained by setting the long wavelength cutoff value ⁇ c of the contour curve filter specified in JIS B 0601-2001 to 10 ⁇ m, For example, it is measured by an atomic force microscope (AFM).
  • the first electrode (anode) 130 is required to have a translucency of 80% or more in order to extract light generated in the organic layer 140 to the outside.
  • a high work function is required to inject many holes.
  • ITO Indium Tin Oxide
  • SnO 2 , ZnO, IZO Indium Zinc Oxide
  • AZO ZnO—Al 2 O 3 : zinc oxide doped with aluminum
  • GZO ZnO—Ga 2 O 3 : zinc oxide doped with gallium
  • Nb-doped TiO 2 , Ta-doped TiO 2 and other materials are used.
  • the thickness of the first electrode 130 is preferably 100 nm to 1 ⁇ m. If it exceeds 1 ⁇ m, the transparent substrate 110 is warped or the translucency is lowered. On the other hand, if it is less than 100 nm, the electrical resistance becomes high.
  • the refractive index of the first electrode 130 is usually 1.9 to 2.2.
  • the carrier concentration of ITO may be increased.
  • the refractive index of ITO can be lowered by increasing the Sn concentration of ITO.
  • the Sn concentration is increased, the mobility and the transmittance are lowered, so it is necessary to determine the Sn concentration by taking these balances.
  • An organic layer 140 is formed on the first electrode 130.
  • the organic layer 140 is a layer having a light emitting function, and includes, for example, a hole injection layer, a hole transport layer, a light emitting layer, an electron transport layer, and an electron injection layer.
  • the hole injection layer is required to have a small difference in ionization potential in order to lower the hole injection barrier from the anode. Improvement of the charge injection efficiency from the electrode interface in the hole injection layer lowers the drive voltage of the device and increases the charge injection efficiency.
  • PEDOT Polyethylene dioxythiophene
  • PSS polystyrene sulfonic acid
  • CuPc phthalocyanine-based copper phthalocyanine
  • the hole transport layer serves to transport holes injected from the hole injection layer to the light emitting layer. It is necessary to have an appropriate ionization potential and hole mobility.
  • the hole transport layer may be a triphenylamine derivative, N, N′-bis (1-naphthyl) -N, N′-diphenyl-1,1′-biphenyl-4,4′-diamine (NPD ), N, N′-diphenyl-N, N′-bis [N-phenyl-N- (2-naphthyl) -4′-aminobiphenyl-4-yl] -1,1′-biphenyl-4,4 ′ -Diamine (NPTE), 1,1-bis [(di-4-tolylamino) phenyl] cyclohexane (HTM2) and N, N'-diphenyl-N, N'-bis (3-methylphenyl) -1,1 ' -Diphenyl-4,4'-d
  • the light emitting layer uses a material that provides a field where injected electrons and holes recombine and has high luminous efficiency. More specifically, the light emitting host material and the light emitting dye doping material used in the light emitting layer function as recombination centers of holes and electrons injected from the anode and the cathode, and light emission to the host material in the light emitting layer The doping of the dye obtains high luminous efficiency and converts the emission wavelength. These are required to have an appropriate energy level for charge injection and to form a homogeneous amorphous thin film having excellent chemical stability and heat resistance. In addition, it is required that the type and color purity of the luminescent color are excellent and the luminous efficiency is high.
  • Light emitting materials that are organic materials include low-molecular materials and high-molecular materials. Further, it is classified into a fluorescent material and a phosphorescent material according to the light emission mechanism.
  • the light emitting layer includes tris (8-quinolinolato) aluminum complex (Alq3), bis (8-hydroxy) quinaldine aluminum phenoxide (Alq′2OPh), bis (8-hydroxy) quinaldine aluminum-2, 5-dimethylphenoxide (BAlq), mono (2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedionate) lithium complex (Liq), mono (8-quinolinolato) sodium complex (Naq), mono ( 2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedionate) lithium complex, mono (2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedionate) sodium complex and bis (8- Quinolinolate) metal complexes of quinoline derivatives such as calcium complexes (Caq2), te
  • the electron transport layer plays a role of transporting electrons injected from the electrodes.
  • the electron transport layer includes a quinolinol aluminum complex (Alq3), an oxadiazole derivative (for example, 2,5-bis (1-naphthyl) -1,3,4-oxadiazole (BND) and 2- (4-t-butylphenyl) -5- (4-biphenyl) -1,3,4-oxadiazole (PBD) and the like), triazole derivatives, bathophenanthroline derivatives, silole derivatives and the like are used.
  • Alq3 quinolinol aluminum complex
  • an oxadiazole derivative for example, 2,5-bis (1-naphthyl) -1,3,4-oxadiazole (BND) and 2- (4-t-butylphenyl) -5- (4-biphenyl) -1,3,4-oxadiazole (PBD) and the like
  • the electron injection layer is required to increase electron injection efficiency.
  • the electron injection layer is provided with a layer doped with an alkali metal such as lithium (Li) or cesium (Cs) at the cathode interface.
  • the refractive index of the organic layer 140 is usually 1.7 to 1.8.
  • a second electrode 150 is formed on the organic layer 140.
  • the second electrode (cathode) 150 Since the second electrode (cathode) 150 is required to have reflectivity, a metal having a small work function or an alloy thereof is used. Specific examples of the second electrode 150 include alkali metals, alkaline earth metals, and metals of Group 3 of the periodic table. Of these, aluminum (Al), magnesium (Mg), silver (Ag), or alloys thereof are preferably used because they are inexpensive and have good chemical stability. In addition, a laminated electrode in which Al is vapor-deposited on a co-deposited film of Al, MgAg, a thin film deposited film of LiF or Li 2 O, or the like is used. In the polymer system, a laminate of calcium (Ca) or barium (Ba) and aluminum (Al) is used.
  • the glass of the scattering layer 120 is preferably glass that is softened by heat treatment at a low temperature of 550 ° C. or lower.
  • the glass of the scattering layer 120 preferably has a glass transition point of 500 ° C. or lower.
  • the glass of the scattering layer 120 preferably has an average linear expansion coefficient of 60 to 100 ⁇ 10 ⁇ 7 / ° C., and more preferably 65 to 90 ⁇ 10 ⁇ 7 / ° C. Thereby, the difference of the average linear expansion coefficient of the scattering layer 120 and the soda-lime glass substrate which is the transparent substrate 110 can be reduced, and warpage and breakage during heating and cooling can be suppressed.
  • the glass of the scattering layer 120 preferably has a refractive index of 1.75 or more. If it is less than 1.75, the loss due to total reflection is large at the interface between the scattering layer 120 and the first electrode 130, and the light extraction efficiency tends to decrease. Moreover, it is preferable that a refractive index is 2.20 or less. If it exceeds 2.20, total reflection is likely to occur in the short wavelength region between the scattering layer 120 and the transparent substrate 110, and the light extraction efficiency may be reduced.
  • Such glass examples include SiO 2 —B 2 O 3 —Bi 2 O 3 —ZnO-based glass and B 2 O 3 —Bi 2 O 3 —ZnO-based glass.
  • the glass of the scattering layer 120 is expressed in mol% on the basis of oxide, B 2 O 3 is 15 to 63%, Bi 2 O 3 is 10 to 37%, ZnO is 6 to 50%, and SiO 2 is 0 to 20%.
  • B 2 O 3 is an essential component that enhances the stability of the glass.
  • the B 2 O 3 content is preferably 15 to 63%. If it is less than 15%, the effect is insufficient. On the other hand, if it exceeds 63%, the water resistance decreases.
  • the B 2 O 3 content is more preferably 15 to 55%.
  • Bi 2 O 3 is an essential component that increases the refractive index and decreases the viscosity.
  • the Bi 2 O 3 content is preferably 10 to 37%, more preferably 10 to 28%. If it is less than 10%, the refractive index is lowered, and the light extraction efficiency may be lowered. On the other hand, if it exceeds 37%, the average linear expansion coefficient becomes too large, and it is easy to crystallize in the firing step.
  • ZnO is an essential component that stabilizes the glass, increases the refractive index, and decreases the glass transition point and the softening point.
  • the ZnO content is preferably 6 to 50%, more preferably 14 to 50%. If it is less than 6%, it tends to be devitrified during glass molding, and the refractive index may be lowered. Moreover, it becomes easy to crystallize at the time of baking after frit-izing. If crystals are precipitated during firing, the light transmittance of the scattering layer 120 may be reduced, or the surface smoothness of the scattering layer 120 may be insufficient. On the other hand, if it exceeds 50%, the average linear expansion coefficient is excessively increased and devitrification easily occurs during glass forming. Moreover, acid resistance falls. When patterning the first electrode 130, a method of etching with an acid is common. However, when the acid resistance of the scattering layer 120 decreases, the scattering layer 120 may also be eroded and the surface smoothness may be lost.
  • SiO 2 is an optional component that increases the stability of the glass and decreases the average linear expansion coefficient.
  • the SiO 2 content is preferably 0 to 20%, more preferably 0.1 to 14%. If it exceeds 20%, the refractive index may be too low.
  • Al 2 O 3 is an optional component that increases the stability of the glass.
  • the content of Al 2 O 3 is preferably 0 to 10%. If it exceeds 10%, it tends to be devitrified during glass molding, and the refractive index may be excessively lowered.
  • P 2 O 5 is a component that becomes a glass skeleton, and is an optional component that improves acid resistance.
  • the P 2 O 5 content is preferably 0 to 20%. If it exceeds 20%, it tends to be devitrified at the time of glass molding, and it is easy to crystallize at the time of baking after frit formation. In addition, the refractive index decreases.
  • ZrO 2 is an optional component that enhances the weather resistance and acid resistance of the glass.
  • the content of ZrO 2 is preferably 0 to 5%. If it exceeds 5%, crystallization is likely to occur and the glass transition point may be too high.
  • Gd 2 O 3 is an optional component that increases the refractive index while keeping the average linear expansion coefficient low.
  • the content of Gd 2 O 3 is preferably 0 to 10%. If it exceeds 10%, the glass transition point and the softening point may be increased.
  • TiO 2 is an optional component that increases the refractive index.
  • the content of TiO 2 is preferably 0 to 13%. If it exceeds 13%, crystallization tends to occur and the glass transition point and softening point may be increased.
  • Alkali metal oxides are all optional components that lower the viscosity of the glass, and are used alone or in combination.
  • the total content of alkali metal oxides is preferably 6% or less, and more preferably 2% or less. If it exceeds 2%, the average linear expansion coefficient becomes large, the transparent substrate 110 is likely to be deformed in the heat treatment step, and there is a concern that the element may be adversely affected by alkali diffusion. More preferably, the alkali metal oxide is not substantially contained.
  • Alkaline earth metal oxides are optional components that lower the viscosity of the glass.
  • the total content of the alkaline earth metal oxide is preferably 0 to 10%. If it exceeds 10%, the average linear expansion coefficient tends to increase, and the refractive index may decrease.
  • the content of the alkaline earth metal oxide is more preferably 7% or less.
  • a trace amount of colorant may be contained.
  • known materials such as transition metal oxides, rare earth metal oxides, and metal colloids are appropriately used. These colorants are used alone or in combination.
  • the glass of the scattering layer 120 has a composition distribution, and is a glass in which a second phase made of the second glass material 122 is dispersed in a first phase made of the first glass material 121.
  • the second glass material 122 has a refractive index different from that of the first glass material 121, and preferably has a refractive index lower than that of the first glass material 121.
  • the second glass material 122 having a refractive index lower than the first glass material 121 for example, as compared with the first glass material 121, as represented by mol% based on oxides, SiO 2 or B 2 O 3 having a large content of 3 and a small content of Bi 2 O 3 .
  • the base material glass preferably has a refractive index of 1.80 or more.
  • the refractive index of the base material glass is lower than 1.80, a loss due to total reflection is likely to occur at the interface between the scattering layer 120 and the first electrode 130, and the light extraction efficiency tends to decrease.
  • it preferably has a refractive index of 2.20 or less. If it exceeds 2.20, total reflection is likely to occur in the short wavelength region between the scattering layer 120 and the transparent substrate 110, and the color of the extracted light is likely to change from the original emission color.
  • the base material glass is preferably glass that is difficult to crystallize. If it is easy to crystallize, the light transmittance of the scattering layer 120 decreases, or the surface smoothness of the scattering layer 120 becomes insufficient.
  • the base material glass preferably has an average linear expansion coefficient of 60 to 100 ⁇ 10 ⁇ 7 / ° C., and more preferably 65 to 90 ⁇ 10 ⁇ 7 / ° C. Thereby, the difference of an average linear expansion coefficient with the soda-lime glass substrate which is the transparent substrate 110 can be made small, and the curvature and damage at the time of heating and cooling can be suppressed.
  • the base material glass is preferably glass that is softened by heat treatment at a low temperature of 550 ° C. or lower.
  • the glass of the base material preferably has a glass transition point of 500 ° C. or lower.
  • the base material glass is expressed in terms of mol% on the basis of oxide, B 2 O 3 is 15 to 63%, Bi 2 O 3 is 10 to 37%, ZnO is 5 to 50%, SiO 2 0-20%, Al 2 O 3 0-10%, P 2 O 5 0-20%, ZrO 2 0-5%, Gd 2 O 3 0-10%, TiO 2 0-15 %, Alkali metal oxides (Li 2 O, Na 2 O and K 2 O) in total 0 to 2%, alkaline earth metal oxides (MgO, CaO, SrO and BaO) in total 0 to 10% And the value obtained by dividing the content of P 2 O 5 by the content of ZnO is less than 0.48, and the total content of P 2 O 5 and B 2 O 3 is 30 to 60%, When the total content of P 2 O 5 and B 2 O 3 exceeds 50%, the content of P 2 O 5 is 10% or less.
  • the B 2 O 3 content is preferably 15 to 60%, more preferably 15 to 55%.
  • the Bi 2 O 3 content is more preferably 15 to 28%.
  • the ZnO content is less than 5%, devitrification tends to occur during glass forming, and the glass transition point becomes high, so that the smoothness of the frit fired film cannot be obtained. In addition, the refractive index decreases, which is not preferable. If the ZnO content is more than 50%, the average linear expansion coefficient increases, and devitrification easily occurs during glass forming. Weather resistance may be reduced.
  • the ZnO content is preferably 20 to 50%.
  • SiO 2 is an optional component that increases the stability of the glass, suppresses crystallization in the firing step, and decreases the average linear expansion coefficient.
  • the SiO 2 content is preferably 0 to 20%. If it exceeds 20%, the refractive index may be too low.
  • Al 2 O 3 is an optional component that increases the stability of the glass.
  • the content of Al 2 O 3 is preferably 0 to 10%. If it exceeds 10%, devitrification may occur during glass molding.
  • P 2 O 5 is an optional component that improves acid resistance and stabilizes the glass.
  • the P 2 O 5 content is preferably 0 to 20%. If it exceeds 20%, it tends to be devitrified at the time of glass molding, and it is easy to crystallize at the time of baking after frit formation. In addition, the refractive index decreases.
  • ZrO 2 is an optional component, and the content of ZrO 2 is preferably 0 to 5%. If it exceeds 5%, crystallization is likely to occur and the glass transition point may be too high.
  • Gd 2 O 3 is an optional component that increases the refractive index while suppressing the average linear expansion coefficient low and suppresses crystallization near the softening point.
  • the content of Gd 2 O 3 is preferably 0 to 10%. If it exceeds 10%, crystallization tends to occur, and the glass transition point and the softening point may be increased.
  • TiO 2 is not essential, but is a component that increases the refractive index, and may be contained. However, when it contains excessively, it will crystallize easily and there exists a possibility that a glass transition point and a softening point may rise.
  • the content of TiO 2 is preferably 0 to 15%. It is also possible to use WO 3 instead of (or in addition to) TiO 2 .
  • the total content of TiO 2 and WO 3 is preferably 0 to 12%.
  • Alkali metal oxides are all optional components that lower the viscosity of the glass, and are used alone or in combination.
  • the total content of alkali metal oxides is preferably 2% or less. If it exceeds 2%, the average linear expansion coefficient becomes large, the transparent substrate is likely to be deformed in the heat treatment step, and there is a concern that the element may be adversely affected by alkali diffusion. More preferably, the alkali metal oxide is not substantially contained.
  • Alkaline earth metal oxides are optional components that lower the viscosity of the glass.
  • the total content of alkaline earth metals is preferably 0 to 10%. If it exceeds 10%, the average linear expansion coefficient tends to increase, and the refractive index may decrease.
  • the alkaline earth metal content is more preferably 0 to 7%.
  • the value obtained by dividing the content of P 2 O 5 by the content of ZnO is preferably less than 0.48. If it is 0.48 or more, devitrification tends to occur and crystallization tends to occur. On the other hand, if it is 0.48 or more, the refractive index decreases, and the glass transition point and softening point may increase.
  • the total content of P 2 O 5 and B 2 O 3 is preferably 30 to 60%. If it is less than 30%, devitrification tends to occur, crystallization tends to occur, and stability may be impaired. On the other hand, if it exceeds 60%, devitrification tends to occur, crystallization is likely to occur, and the refractive index may decrease.
  • the content of P 2 O 5 is preferably 10% or less. If it exceeds 10%, devitrification tends to occur and crystallization tends to occur.
  • a trace amount of colorant may be added to the base material glass.
  • the colorant known ones such as transition metal oxides, rare earth metal oxides, and metal colloids are used. These colorants are used alone or in combination.
  • This base material glass is prepared by weighing and mixing raw materials such as oxides, phosphates, metaphosphates, carbonates, nitrates and hydroxides, and then using a crucible such as platinum at a temperature of 900 to 1400 ° C. It can be obtained by dissolving in and cooling.
  • the obtained base material glass is pulverized with a mortar, ball mill, jet mill or the like, and classified as necessary to obtain a base material glass powder.
  • the surface of the base material glass powder may be modified with a surfactant or a silane coupling agent.
  • the scattering material glass is preferably a glass having a refractive index lower by 0.05 or more than at least in a part of the emission spectrum range of the light emitting layer than the base material glass.
  • the refractive index of the scattering material glass is less than the refractive index of the base material glass over the entire emission spectrum range (430 nm to 650 nm) or the entire visible light wavelength range (360 nm to 830 nm). More preferably, it is lower than 0.05.
  • the scattering material glass is preferably glass that softens at the firing temperature of the base material glass.
  • the glass transition point of the scattering material glass is preferably in the range of ⁇ 50 ° C. to + 50 ° C. with respect to the glass transition point of the base material glass.
  • Examples of such a scattering material glass include a glass having a higher content of SiO 2 or B 2 O 3 and a lower content of Bi 2 O 3 than a base material glass in terms of oxide-based mol%.
  • the scattering material glass is a glass containing only 9% or more of a total of alkali metal oxides (Li 2 O, Na 2 O and K 2 O) and a total of up to 2% of the alkali metal oxides.
  • alkali metal oxides Li 2 O, Na 2 O and K 2 O
  • Scatterer glass containing a total of 9% or more of alkali metal oxides is expressed in terms of mol% on the basis of oxides, 18 to 45% of SiO 2 , 40 to 70% of B 2 O 3 , Li 2 O, Na 2 O And a total of 9 to 18% of K 2 O and 0 to 15% of ZnO.
  • the SiO 2 content is less than 18%, the reactivity with the base material glass is high, and there is a possibility that mutual diffusion is likely to occur. Moreover, the refractive index of scattering material glass becomes large and the function as a scattering material falls. More preferably, it is 25% or more. More preferably, it is 30% or more. On the other hand, when the SiO 2 content exceeds 45%, the glass transition point becomes too high, and it is difficult to obtain a flat surface at a heat treatment temperature of 550 ° C. or lower. More preferably, it is 36% or less.
  • the total content of B 2 O 3 and SiO 2 is preferably 67 to 91%. More preferably, it is 76 to 88%. More preferably, it is 79 to 84%.
  • the B 2 O 3 content is more preferably 52% or more.
  • the SiO 2 content is more preferably 30% or more.
  • ZnO is a component that enhances the stability of the glass, but if the content exceeds 15%, the glass transition point becomes too high, and a flat surface is difficult to obtain when the heat treatment temperature is 550 ° C. or lower.
  • This scattering material glass can contain up to 15% in total of MgO, CaO, SrO and BaO in order to increase the stability of the glass and adjust the refractive index and the average linear expansion coefficient.
  • a scattering material glass containing only up to 2% of alkali metal oxides is expressed in terms of mol% on the basis of oxide, and B 2 O 3 is 15 to 55%, Bi 2 O 3 is 10 to 28%, ZnO. 10-50%, SiO 2 0-20%, Al 2 O 3 0-10%, P 2 O 5 0-20%, ZrO 2 0-5%, Gd 2 O 3 0-10 %, TiO 2 0 to 5%, alkali metal oxides (Li 2 O, Na 2 O and K 2 O) in total 0 to 2%, alkaline earth metal oxides (MgO, CaO, SrO and BaO) In total from 0 to 10%.
  • Bi 2 O 3 is an essential component, and the content of Bi 2 O 3 is preferably 10 to 28%. If it is less than 10%, the glass transition point and the softening point are increased, and there is a risk that the glass transition point and the softening point are not sufficiently softened. On the other hand, if it exceeds 28%, crystallization may occur in the baking step, and the refractive index may increase too much.
  • ZnO is an essential component, and the content of ZnO is preferably 10 to 50%. If it is less than 10%, it tends to be devitrified during glass molding and the glass transition point may be increased. On the other hand, if it exceeds 50%, crystallization is likely to occur during firing.
  • SiO 2 is an optional component that increases the stability of the glass, suppresses crystallization in the firing step, and decreases the average linear expansion coefficient.
  • the content of SiO 2 is preferably 0 to 20%. If it exceeds 20%, the glass transition point may be too high.
  • Al 2 O 3 is an optional component that increases the stability of the glass.
  • the content of Al 2 O 3 is preferably 0 to 10%. If it exceeds 10%, devitrification may occur during glass molding.
  • P 2 O 5 is an optional component that increases the stability of the glass and decreases the refractive index.
  • the content of P 2 O 5 is preferably 0 to 20%. If it exceeds 20%, the glass may be devitrified during glass molding or crystallized in the firing step. Moreover, there exists a possibility that a glass transition point may go up too much.
  • ZrO 2 is an optional component, and the content of ZrO 2 is preferably 0 to 5%. If it exceeds 5%, crystallization is likely to occur and the glass transition point may be too high.
  • Gd 2 O 3 is an optional component.
  • the content of Gd 2 O 3 is preferably 0 to 10%. If it exceeds 10%, crystallization tends to occur, the glass transition point and the softening point may be increased, and the refractive index may be excessively increased.
  • TiO 2 is an optional component, and the content of TiO 2 is preferably 0 to 5%. If it exceeds 5%, the glass transition point may be too high, and the refractive index may be too high.
  • Alkali metal oxides are all optional components that lower the viscosity of the glass, and are used alone or in combination.
  • the total content of alkali metal oxides is preferably 2% or less. If it exceeds 2%, the average linear expansion coefficient becomes large, the transparent substrate is likely to be deformed in the heat treatment step, and there is a concern that the element may be adversely affected by alkali diffusion. More preferably, the alkali metal oxide is not substantially contained.
  • Alkaline earth metal oxide is an optional component that lowers the viscosity of the glass.
  • the total content of the alkaline earth metal oxide is preferably 0 to 10%. If it exceeds 10%, the average linear expansion coefficient becomes large, and the transparent substrate is easily deformed in the heat treatment step.
  • Scattering glass is prepared by weighing raw materials such as oxides, carbonates, nitrates and hydroxides, mixing them, and then melting them at a temperature of 950 to 1500 ° C. using a crucible such as platinum and casting them into a mold. It can be obtained by pouring into a gap between twin rolls and quenching.
  • the obtained scattering material glass is pulverized with a mortar, ball mill, jet mill or the like, and classified as necessary to obtain scattering material glass powder.
  • the surface of the scattering material glass powder may be modified with a surfactant or a silane coupling agent.
  • the scattering layer 120 can be formed by mixing a glass frit obtained by mixing two or more types of glass powders having different refractive indices with a vehicle, applying the glass frit onto the transparent substrate 110, and baking it.
  • the glass frit is a powder of a first glass having a refractive index of 1.80 or more (hereinafter also referred to as “base material glass”), and has a lower refractive index than the first glass. It is preferable to consist of powder of 2 glass (henceforth "scattering material glass”).
  • FIG. 3 is a graph showing an example of the relationship between the ratio of the powder of the base material glass in the glass frit of the present invention and the light extraction efficiency of the organic LED element produced using the glass frit.
  • the proportion of the scattering material glass powder in the glass frit is preferably 1 to 85% by volume. If it is less than 1% by volume, it is difficult to obtain a sufficient scattering effect, and sufficient light extraction efficiency cannot be obtained. More preferably, it is 20 volume% or more. On the other hand, if it exceeds 85% by volume, the light extraction efficiency may decrease. More preferably, it is 80 volume% or less, More preferably, it is 30 volume% or less.
  • the ratio of the powder of the scattering material glass to the glass frit means the total of the ratios of the powders of all the scattering material glass when a plurality of types of powders of the scattering material glass are used.
  • the proportion of the base material glass powder in the glass frit is preferably 15 to 99% by volume. If it is less than 15% by volume, the light extraction efficiency may decrease. More preferably, it is 20 volume% or more, More preferably, it is 70 volume% or more. On the other hand, if it exceeds 99% by volume, sufficient light extraction efficiency cannot be obtained. More preferably, it is 80 volume% or less.
  • the mass average particle diameter of the glass frit is preferably 0.1 to 10 ⁇ m. If it is less than 0.1 ⁇ m, it will be difficult to uniformly disperse the glass frit in the glass paste described later, and it will not function sufficiently as a light scattering material. On the other hand, if it exceeds 10 ⁇ m, the surface smoothness of the coated and fired film cannot be obtained.
  • the glass frit is preferably applied to the substrate as a glass paste kneaded with a vehicle or a solvent from the viewpoint of coatability.
  • Glass paste Glass paste is obtained by mixing glass frit and vehicle with a planetary mixer or the like and uniformly dispersing them. Usually, the glass frit is mixed at a ratio of 70 to 80% by mass and the vehicle at a ratio of 20 to 30% by mass.
  • the vehicle is a mixture of resin and solvent.
  • the resin examples include ethyl cellulose, nitrocellulose, acrylic resin, vinyl acetate, butyral resin, and epoxy resin.
  • the solvent is for dissolving the resin, and an organic solvent having a boiling point of about 190 ° C. to 280 ° C. is usually used.
  • solvent examples include 2- (2-n-butoxyethoxy) ethanol, 2- (2-n-butoxyethoxy) ethyl acetate, ⁇ -terpineol, 2,2,4-trimethyl-1,3-pentanediol mono There are isobutyrate and the like. These solvents are often used in combination.
  • the glass paste may contain a plasticizer, a dispersant and the like in addition to the glass frit and the vehicle.
  • the film thickness of the glass paste film after coating can be controlled by adjusting the mesh roughness of the screen plate, the thickness of the emulsion, the pressing pressure during printing, the amount of squeegee indentation, and the like.
  • the film thickness of the glass paste film after application can be made thicker than when screen printing is used.
  • the glass paste film may be thickened by repeatedly applying and drying.
  • Firing is composed of a binder removal process for decomposing and disappearing the resin in the glass paste, and a firing process for sintering and softening the glass paste after the binder removal process.
  • the firing temperature (firing temperature) is set to a temperature that is 40 ° C. or more higher than the glass transition point of the base material glass.
  • the scattering layer 120 in which the second phase made of the scattering material glass is dispersed in the first phase made of the base material glass is formed on the transparent substrate 110 by cooling to room temperature.
  • Tables 1 to 4 show the glass composition and refractive index (n d ), glass transition point (Tg), 50 ° C. to 300 ° C. in terms of oxide-based mol% for the base material glass and the scattering material glass of each example.
  • the average coefficient of linear expansion ( ⁇ 50-300 ), the glass softening point (Ts), etc. at 0 ° C. are shown.
  • each powder raw material of H 3 BO 3 , ZnO, Bi 2 O 3 , Zn (PO 3 ) 2 , and BaCO 3 so as to have a composition represented by mol% in the table.
  • Bulk glass was obtained, and the remainder was poured into the gap between the twin rolls and quenched to obtain flaky glass.
  • the bulk glass was put in an electric furnace at 500 ° C., and the strain was removed by lowering the temperature to room temperature at a rate of 100 ° C. per hour.
  • H 3 BO 3 , ZnO, Bi 2 O 3 , TiO 2 , SiO 2 , Al 2 O 3 , ZrO 2 so as to have a composition represented by mol% in the table.
  • Gd 2 O 3 , Zn (PO 3 ) 2 powder raw materials were weighed to a total of 200 g, mixed, and then melted at 1250 ° C. for 1 hour using a platinum crucible, followed by 1 at 1100 ° C. After melting for a period of time, half of the melt was poured into a carbon mold to obtain a bulk glass, and the rest was poured into a gap between twin rolls to rapidly cool to obtain a flaky glass. The bulk glass was put in an electric furnace at 500 ° C., and the strain was removed by lowering the temperature to room temperature at a rate of 100 ° C. per hour.
  • each powder of H 3 BO 3 , ZnO, SiO 2 , Li 2 CO 3 , Na 2 CO 3 , and K 2 CO 3 is used so as to have a composition represented by mol% in the table.
  • the raw materials were weighed to a total of 150 g, mixed, and then melted at 1250 ° C. for 2 hours with stirring using a platinum crucible. A half amount of this melt was poured into a carbon mold to obtain a bulk glass. The remainder was poured into the gap between the twin rolls and quenched to obtain flaky glass.
  • the bulk glass was put into an electric furnace at 450 ° C., and the strain was removed by lowering the temperature to room temperature at a rate of 100 ° C. per hour.
  • a total of 200 g of each powder raw material of H 3 BO 3 , ZnO, Bi 2 O 3 , Zn (PO 3 ) 2 is used so as to have a composition represented by mol% in the table.
  • the mixture was melted at 1050 ° C. for 1 hour using a platinum crucible, then melted at 950 ° C. for 1 hour, and half of the melt was poured into a carbon mold to obtain bulk glass. The remainder was poured into the gap between the twin rolls and quenched to obtain flaky glass.
  • the bulk glass was put in an electric furnace at 500 ° C., and the strain was removed by lowering the temperature to room temperature at a rate of 100 ° C. per hour.
  • H 3 BO 3 , ZnO, Bi 2 O 3 , TiO 2 , SiO 2 , Al 2 O 3 , so as to have a composition represented by mol% in the table Each powder raw material of Gd 2 O 3 , Zn (PO 3 ) 2 , and SrCO 3 was weighed to a total of 200 g, mixed, and then melted at 1250 ° C. for 1 hour using a platinum crucible, followed by 1100 ° C. Then, half of the melt was poured into a carbon mold to obtain a bulk glass, and the rest was poured into a gap between twin rolls to rapidly cool to obtain a flaky glass. The bulk glass was put in an electric furnace at 500 ° C., and the strain was removed by lowering the temperature to room temperature at a rate of 100 ° C. per hour.
  • the refractive index (n d ), glass transition point (Tg), average linear expansion coefficient ( ⁇ 50-300 ) at 50 ° C. to 300 ° C., and glass softening point (Ts) of the obtained glass were measured as follows. . 1. Refractive index (n d ) After the glass was polished, it was measured at 25 ° C. at a measurement wavelength of 587.6 nm by a V-block method using a precision refractometer KPR-2000 manufactured by Kalnew. 2. Glass transition point (Tg) The glass was processed into a round bar shape having a diameter of 5 mm and a length of 200 mm, and then measured with a thermal dilatometer TD5000SA manufactured by Bruker AXS Co., Ltd.
  • Average linear expansion coefficient at 50 ° C to 300 ° C ( ⁇ 50-300 )
  • the glass was processed into a round bar shape having a diameter of 5 mm and a length of 200 mm, and then measured with a thermal thermal dilatometer TD5000SA manufactured by Bruker AXS Co., Ltd. at a heating rate of 5 ° C./min.
  • TD5000SA thermal thermal dilatometer manufactured by Bruker AXS Co., Ltd. at a heating rate of 5 ° C./min.
  • the average linear expansion coefficient ( ⁇ 50-300 ) at 50 ° C. to 300 ° C. is ⁇ 50-300.
  • Glass softening point (Ts) After pulverizing the glass in an agate mortar, the glass powder having a particle size of 74 ⁇ m to 106 ⁇ m is sieved, 120 mg of this is put into a platinum pan, and the heating rate is increased by 10 ° C. The temperature at the inflection point of the DTA curve accompanying the softening flow appearing on the higher temperature side than the glass transition point (Tg) was defined as the glass softening point (Ts).
  • each glass having the composition shown in Tables 1 to 4 was obtained, and the glass flakes were prepared by pouring the melt into a gap between twin rolls and quenching. .
  • Each of the produced flakes was dry pulverized with an alumina ball mill for 1 hour to obtain a powder of each glass.
  • Each of the obtained glass powders had a mass average particle diameter of 3 ⁇ m.
  • each glass frit having the composition shown in Tables 9 and 10 was prepared by blending the obtained glass powders in the volume percentages shown in Tables 5-8.
  • each glass frit 75 g of each glass frit and 25 g of an organic vehicle (10% by mass of ethyl cellulose dissolved in ⁇ -terpineol) were kneaded to prepare each glass paste.
  • Each glass paste is placed on a 2 cm square and 0.55 mm thick soda lime glass substrate surface-coated with a silica film, and the center is uniformly circular with a diameter of 1 cm so that the film thickness after firing is 30 ⁇ m.
  • the temperature was raised in 12 minutes to the firing temperatures shown in Tables 11 to 14, and held for 30 minutes at the firing temperatures shown in Tables 11 to 14, thereby softening each glass frit. Thereafter, the temperature was lowered to room temperature in 3 hours, and a scattering layer was formed on the soda lime glass substrate.
  • the total light transmittance and haze were measured as optical characteristics.
  • a haze computer (HZ-2) manufactured by Suga Test Instruments Co., Ltd. was used.
  • the surface state of the scattering layer was observed with an SEM. On the surface of the scattering layer, although there was undulation, local irregularities that would cause a short circuit between the electrodes of the organic LED were not observed.
  • Tables 11 to 14 show the results of total light transmittance, haze measurement, and surface smoothness observation.
  • surface smoothness indicates that both the scattering material glass and the base material glass are smooth, and “ ⁇ ” indicates that the scattering material glass has a convex shape that swells on the surface of the base material glass.
  • the scattering layers of the organic LED elements in Examples 1 to 22 have high transmittance and a large haze value, that is, a large diffuse transmittance. Moreover, the scattering layer of the organic LED element can easily adjust the composition, size, and addition amount of the scattering material, can improve the element characteristics uniformly, and can improve the reliability.
  • the glass substrate with a scattering layer of Example 11 was prepared, and the organic EL element shown in FIG. 4 was produced. In FIG. 4, the counter substrate is not shown.
  • the glass substrate with a scattering layer of Example 11 is obtained by printing a scattering layer 320 having a circular pattern of 1 cm in diameter on a glass substrate (PD200 manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.) 310 whose surface is coated with a silica film.
  • the scattering layer 320 uses the above-described base material 6 as a base material, and uses the above-described scattering material 7 as a scattering material.
  • an ITO film having a thickness of 150 nm was formed as a translucent electrode 330 by DC magnetron sputtering. At the time of sputtering, a film is formed in a desired shape using a mask. The refractive index of ITO and the refractive index of the base material 6 are shown together in FIG.
  • the surface was cleaned by irradiating ultraviolet rays with an excimer UV generator.
  • ⁇ -NPD N, N′-diphenyl-N, N′-bis (l-naphthyl) -l, l′ biphenyl-4,4 ′′ diamine
  • Al was deposited 80 nm.
  • ⁇ -NPD and Alq3 are formed into a circular pattern 400 having a diameter of 12 mm using a mask (see FIG. 4), and LiF and Al are 2 mm ⁇ on the ITO pattern through the organic film ( ⁇ -NPD and Alq3).
  • a pattern was formed using a mask having a region 500 (see FIG. 4) to complete the element substrate.
  • a glass substrate (PD200 manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.) prepared separately was subjected to sand blasting to partially form a recess to produce a counter substrate.
  • Photosensitive epoxy resin was applied to the bank around the recess for sealing the periphery.
  • the element substrate and the counter substrate are placed in a glove box in a nitrogen atmosphere, and a water catching material containing CaO is attached to the concave portion of the counter substrate, and then the element substrate and the counter substrate are bonded together and irradiated with ultraviolet rays. Then, the peripheral sealing resin was cured to complete the organic EL element 300.
  • an organic EL element 300A (see FIG. 6) was similarly produced using a glass substrate 310 without the scattering layer 320 instead of the glass substrate 310 with the scattering layer 320.
  • FIG. 5 and FIG. 6 show how these elements 300 and 300A emit light.
  • FIG. 5 is a light emission state diagram of the element 300 having the scattering layer 320
  • FIG. 6 is a light emission state diagram of the element 300A without the scattering layer 320.
  • the ITO pattern or the like is indicated by a solid line
  • the light emitting region is indicated by a dot pattern.
  • the scattering layer 320 As shown in FIG. 5, light is emitted from the surrounding area (area corresponding to the scattering layer 320) as well as the approximately 2 mm square area 500 formed by the intersection of the ITO pattern and the Al pattern. It turned out that it was taken out inside.
  • FIG. 8 shows current / voltage characteristics of the element 300 with the scattering layer 320 and the element 300A without the scattering layer 320.
  • FIG. 8 shows current / voltage characteristics of the element 300 with the scattering layer 320 and the element 300A without the scattering layer 320.
  • FIG. 8 shows current / voltage characteristics of the element 300 with the scattering layer 320 and the element 300A without the scattering layer 320.
  • FIG. 8 shows current / voltage characteristics of the element 300 with the scattering layer 320 and the element 300A without the scattering layer 320.
  • FIG. 8 shows current / voltage characteristics of the element 300 with the scattering layer 320 and the element 300A without the scattering layer 320.
  • FIG. 8 shows current / voltage characteristics of the element 300 with the scattering layer 320 and the element 300A without the scattering layer 320.
  • FIG. 9 shows current / light flux characteristics of the element 300 with the scattering layer 320 and the element 300A without the scattering layer 320.
  • the luminous flux was increased by 71% compared to the case where the scattering layer 320 was not present.
  • the refractive index of the base material of the scattering layer 320 is higher than the refractive index of ITO which is a translucent electrode at the emission wavelength of Alq3 (450 nm to 700 nm)
  • the EL emission light of Alq3 Is suppressed from being totally reflected at the interface between the translucent electrode 330 and the scattering layer 320, indicating that light is efficiently extracted into the atmosphere.
  • a color luminance meter 600 (trade name: BM-7A) 600 manufactured by Topcon Techno House Co., Ltd. is used, and the measurement is performed while rotating the elements 300 and 300A with respect to the luminance meter 600. The sex was measured. At the time of measurement, the device is lit by applying a current of 1 mA.
  • an angle formed between the normal direction of the elements 300 and 300A and the direction from the elements 300 and 300A toward the luminance meter 600 is defined as a measurement angle ⁇ (unit: °) (see FIG. 10). That is, the state in which the luminance meter 600 is installed in front of the elements 300 and 300A is 0 °.
  • the luminance data obtained from the measurement is shown in FIG.
  • FIG. 11 shows that the luminance is higher at any measurement angle as compared with the case where the scattering layer 320 is not present. Further, when the total luminous flux was calculated by integrating these luminance data at each solid angle, it was confirmed that the luminous flux was increased by 78% compared to the case where the scattering layer 320 was not present. This is almost the same as the measurement result obtained by the above-described total light flux measuring apparatus, and also shows that the light flux amount of the element is greatly improved by the scattering layer 320.
  • an organic LED element having high luminous efficiency and good element characteristic reproducibility, and a glass frit for the scattering layer thereof.

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Abstract

 本発明は、透明基板と、散乱層と、第1の電極と、有機層と、第2の電極とを順次有する有機LED素子であって、前記散乱層は、第1のガラス材、及び前記第1のガラス材中に分散され、前記第1のガラス材と異なる屈折率を有する第2のガラス材を含む有機LED素子に関する。

Description

有機LED素子、有機LED素子の散乱層用のガラスフリット及び有機LED素子の散乱層の製造方法
 本発明は、有機LED素子、有機LED素子の散乱層用のガラスフリット及び有機LED素子の散乱層の製造方法に関する。
 有機LED素子は、有機発光層を有する。有機LED素子には、有機発光層により生成された光を透明基板から取り出すボトムエミッションタイプや両面エミッションタイプがある。
 有機LED素子の外部に取り出せる光の量は、発光光の20%足らずになっているのが現状である。
 そこで、有機LED素子内にガラス材料からなる散乱層を設け、光の取り出し効率を向上させることを記載した文献がある(特許文献1)。
国際公開第09/017035号パンフレット
 しかしながら、特許文献1では、散乱材として気泡を用いているので、散乱材の大きさや分布を一定に保つことが容易ではなく、大量生産を行った場合に、素子特性の再現性にばらつきが生じるという可能性がある。
 本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、発光効率が高く、素子特性の再現性が良い有機LED素子、その散乱層用のガラスフリットを提供することを目的とする。
 上記目的を解決するため、本発明の有機LED素子は、
 透明基板と、散乱層と、第1の電極と、有機層と、第2の電極とを順次有する有機LED素子であって、
 前記散乱層は、第1のガラス材、及び前記第1のガラス材中に分散され、前記第1のガラス材と異なる屈折率を有する第2のガラス材を含む。
 また、本発明の他の有機LED素子は、
 透明基板と、散乱層と、第1の電極と、有機層と、第2の電極とを順次有する有機LED素子であって、
 前記散乱層は、第1のガラス材、及び前記第1のガラス材中に分散され、前記第1のガラス材と異なる屈折率を有する第2のガラス材を含み、
 前記散乱層は、酸化物基準のモル%表示で、Bを15~63%、Biを10~37%、ZnOを10~50%、SiOを0~20%、Alを0~10%、Pを0~20%、ZrOを0~5%、Gdを0~10%、TiOを0~13%、LiO、NaO及びKOを合計で0~2%、MgO、CaO、SrO及びBaOを合計で0~10%を含有するガラスである。
 また、本発明の有機LED素子の散乱層用のガラスフリットは、
 少なくとも第1のガラスの粉末と第2のガラスの粉末とからなる、有機LED素子の散乱層用のガラスフリットであって、
 前記第1のガラスは、Heランプd線(波長:587.6nm)で25℃で測定した屈折率が1.80以上であり、 
 前記第2のガラスは、酸化物基準のモル%表示で、前記第1のガラスよりも、SiOまたはBの含有量が多く、Biの含有量が少なく、
 前記ガラスフリットに占める前記第1のガラスの粉末の割合が70~99体積%である。
 さらに、本発明の有機LED素子の散乱層用のガラスフリットは、
 少なくとも第1のガラスの粉末と第2のガラスの粉末とからなる、有機LED素子の散乱層用のガラスフリットであって、
 前記第1のガラスは、Heランプd線(波長:587.6nm)で25℃で測定した屈折率が1.80以上であり、 
 前記第2のガラスは、酸化物基準のモル%表示で、前記第1のガラスよりも、SiOまたはBの含有量が多く、Biの含有量が少なく、
 前記ガラスフリットに占める前記第1のガラスの粉末の割合が15~99体積%である。
 本発明によれば、発光効率が高く、素子特性の再現性が良い有機LED素子、その散乱層用のガラスフリットを提供することができる。
図1は、本発明の有機LED素子の一例を示す断面図である。 図2は、本発明の有機LED素子の別の例を示す断面図である。 図3は、本発明のガラスフリットに占めるベース材ガラスの割合と、そのガラスフリットを用いて作製した有機LED素子の光取り出し効率の関係の一例を示したグラフである。 図4は、実施例11の散乱層付きガラス基板を用いた有機LED素子の一例の正面図である。 図5は、図4の有機LED素子の発光状態図である。 図6は、図4の有機LED素子に対する比較例の発光状態図である。 図7は、図4の有機LED素子に用いられるITOの屈折率、およびベース材6の屈折率の特性図である。 図8は、図4の有機LED素子およびその比較例の電流・電圧特性図である。 図9は、図4の有機LED素子およびその比較例の電流・光束特性図である。 図10は、発光の角度依存性の評価方法の説明図である。 図11は、図4の有機LED素子およびその比較例の発光輝度の特性図である。 図12は、図4の有機LED素子およびその比較例において角度θを0°から70°まで変化させたときの色度変化を示す色度図である。
 以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。尚、以下の実施形態は、一例として示されたものであって、本発明の目的を逸脱しない範囲で種々の変形をして実施することが可能である。
 (有機LED素子)
 図1は、本発明の有機LED素子の一例を示す断面図である。
 図1に示す例では、有機LED素子は、ボトムエミッションタイプの有機LED素子であって、透明基板110と、散乱層120と、第1の電極130と、有機層140と、第2の電極150とを順次有する。第1の電極130は、透明電極(陽極)であり、有機層140から発光された光を散乱層120へ伝えるための透明性を有する。一方、第2の電極150は、反射電極(陰極)であり、有機層140から発光された光を反射して有機層140へ戻すための反射性を有する。
 尚、図1に示す例では、第1の電極130を陽極とし、第2の電極150を陰極としたが、第1の電極130を陰極とし、第2の電極150を陽極としても良い。
 図2は、本発明の有機LED素子の別の例を示す断面図である。尚、図2において、図1と同一構成については同一符号を付して説明を省略する。
 図2に示す例では、有機LED素子は、両面エミッションタイプの有機LED素子であって、透明基板110と、散乱層120と、第1の電極130と、有機層140と、第2の電極210とを順次有する。この有機LED素子は、図1に示す第2の電極150である反射電極の代わりに、第2の電極210である透明電極を有する。第2の電極210は、有機層140から発光された光を有機層140に対向している面とは反対の面へ伝える役割を果たす。この有機LED素子は、表裏面の両面から光が発光する照明用途として用いられる。
 以下、代表して、図1に示す有機LED素子の各構成について詳細に説明する。
 (透明基板)
 透明基板110は、可視光に対する透過率が高い材料で構成され、例えばガラスやプラスチックで構成される。透明基板110は、一般的にはソーダライムガラスで構成される。一般的なソーダライムガラスは、50℃~300℃における平均線膨張係数(以下、単に「平均線膨張係数」ともいう)が87×10-7/℃程度であり、徐冷点が550℃程度である。このようなソーダライムガラスで構成された透明基板110は、550℃以上の温度で熱処理すると変形するおそれがあるので、散乱層120等を550℃よりも低い温度で形成することが好ましい。
 透明基板110の厚さは、通常0.1mm~2.0mmである。透明基板110であるガラス基板が薄い場合には強度が不足するおそれがある。透明基板110であるガラス基板の厚さは、0.5mm~1.0mmであることが特に好ましい。
 透明基板110上には、散乱層120が形成されている。透明基板110上の散乱層形成面は、シリカコーティング等の表面処理が施されたものであってもよい。即ち、透明基板110と散乱層120との間には、シリカ膜等が形成されていてもよい。
 (散乱層)
 散乱層120は、透明基板110と第1の電極130との間に設けられる。
 散乱層120を介さずに、透明基板110上に第1の電極130を形成した場合、一般に、透明基板110は第1の電極130よりも屈折率が低いので、透明基板110に浅い角度で進入しようとした光は、スネルの法則により有機層140側に全反射される。全反射された光は、第2の電極150である反射電極で再び反射され、透明基板110に再び到達する。このとき、透明基板110への再入射角度が変わらなければ、有機LED素子の外部に光を取り出せなくなる。
 尚、図2に示す例では、第2の電極210は透明性が要求されるので、第1の電極130と同様にITO等で構成されるが、一般に透明な導電体は屈折率が高いため、透明電極に浅い角度で光が入射した場合には全反射によって光が反射される。したがって、図1に示す例の場合と同様の理由で、散乱層120を設けなければ光の取り出し効率が低下する。
 これに対し、本実施形態では、散乱層120が透明基板110と第1の電極130との間に設けられているので、透明基板110への再入射角度を変えることができ、有機LED素子の光取り出し効率を高めることができる。
 散乱層120は、図1に示すように、第1のガラス材121中に、第1のガラス材121と異なる屈折率を有する第2のガラス材122が分散されたものである。即ち、散乱層120内には、第1のガラス組成を有する部分と第2のガラス組成を有する部分が分布している。組成の異なる部分が分散していることにより、優れた散乱特性を有する。加えて、全体がガラスで構成されていることにより、表面の平滑性と透明性を再現性よく実現することができる。よって、本発明の散乱層120によれば、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再現性よく実現することができる。なお、表面が平滑でなく局所的な凹凸がある場合、有機LEDの電極間短絡の原因となる。
 なお、第2のガラス材122は、1種に限定されるものではなく、複数種であっても良いことは言うまでもない。即ち、散乱層120は、第1のガラス材121中に、第1のガラス材121と異なる屈折率を有する複数種のガラス材が分散されたものであってもよい。
 第1のガラス材121(以下、「ベース材121」ともいう)の屈折率は、第1の電極130の屈折率と同等若しくは高いことが好ましい。ベース材121の屈折率が低い場合、散乱層120と第1の電極130との界面において、全反射による損失が生じてしまうために光取り出し効率が低下するからである。ベース材121の屈折率は、少なくとも有機層140の発光スペクトル範囲における一部分(例えば、赤、青、緑など)において上回っていれば良いが、発光スペクトル範囲全域(430nm~650nm)に亘って上回っていることが好ましく、可視光の波長範囲全域(360nm~830nm)に亘って上回っていることがより好ましい。なお、以下では特に断らない限り、「屈折率」とは、Heランプd線(波長:587.6nm)で25℃で測定した屈折率を意味する。
 尚、ベース材121の屈折率は、第1の電極130の屈折率との差が0.2以内であれば、第1の電極130の屈折率よりも低くてもよい。
 第2のガラス材122(以下、「散乱材122」ともいう)とベース材121の屈折率の差は、少なくとも発光層の発光スペクトル範囲における一部分において0.2以上であることが好ましい。十分な散乱特性を得るために、屈折率の差は、発光スペクトル範囲全域(430nm~650nm)若しくは可視光の波長範囲全域(360nm~830nm)に亘って0.2以上であることがより好ましい。
 散乱材122の屈折率はベース材121の屈折率よりも、少なくとも発光層の発光スペクトル範囲における一部分において、0.05以上小さいことが好ましい。十分な散乱特性を得るために、発光スペクトル範囲全域(430nm~650nm)若しくは可視光の波長範囲全域(360nm~830nm)に亘って、散乱材122の屈折率はベース材121の屈折率よりも0.05以上小さいことがより好ましい。散乱性を得るためには、ベース材121よりも屈折率の大きいガラスを散乱材122として用いることも可能であるが、ベース材121の屈折率が第1の電極130の屈折率と同等若しくは高いことが好ましいので、散乱材122として極めて屈折率の大きいガラスを用いることになる。そのようなガラスは一般に、高価な原料を用いなければ得ることが困難である。また、そのようなガラスは不安定となり、または、好ましくない着色が生じることがある。
 散乱材122は、散乱層120に占める割合が1~85体積%であることが好ましい。1体積%未満であると、十分な散乱効果が得られず、光取り出し効率の向上効果も少ないからである。より好ましくは、20体積%以上である。一方、85体積%より多過ぎると、光取り出し効率が低下するおそれがある。より好ましくは、80体積%以下である。さらに好ましくは30体積%以下である。
 ここで、散乱層120に占める散乱材122の割合とは、散乱層120中に複数種の散乱材が分散されている場合、全ての散乱材の割合の合計をいう。
 散乱材122の形状は、特に制限されないが、散乱材122が球形である場合、その直径の平均値は0.1~10μmであることが好ましい。0.1μmより小さいと、光散乱材として十分に機能しない。一方、10μmより大きいと、散乱層120全体に均質に存在させることが困難になり、光取り出し効率のムラが発生する。また、相対的に散乱材122の数が少なくなる部分において、散乱性が低下する。散乱材122は、最大長さが10μm以上のものの割合が15体積%以下であることがより望ましい。さらに望ましくは10体積%以下である。
 散乱層120上には、第1の電極130が形成されている。散乱層120上の第1の電極形成面の表面粗さRaは、30nm以下であるのが好ましく、10nm以下であるのがより好ましく、1nm以下であるのが特に好ましい。30nmを超えると、第1の電極130や有機層140の平坦性が損なわれ、第1の電極130と第2の電極150との間で短絡が発生するおそれがある。ここで、表面粗さRaとは、微視的にみた表面粗さであり、JIS B 0601-2001に規定されている輪郭曲線フィルタの長波長カットオフ値λcを10μmとした値であって、例えば原子間力顕微鏡(AFM)などで測定されるものである。
 (第1の電極)
 第1の電極(陽極)130は、有機層140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(Indium Tin Oxide)、SnO、ZnO、IZO(Indium Zinc Oxide)、AZO(ZnO-Al:アルミニウムがドーピングされた亜鉛酸化物)、GZO(ZnO-Ga:ガリウムがドーピングされた亜鉛酸化物)、NbドープTiO、TaドープTiOなどの材料が用いられる。
 第1の電極130の厚さは、100nm~1μmであることが好ましい。1μm超では透明基板110が反ったり、透光性が低下する。一方、100nm未満では、電気抵抗が高くなる。
 第1の電極130の屈折率は、通常、1.9~2.2である。第1の電極130であるITOの屈折率を低下させるため、ITOのキャリア濃度を増加させてもよい。具体的には、ITOの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濃度を増やすと、移動度及び透過率が低下するので、これらのバランスをとって、Sn濃度を決める必要がある。
 第1の電極130上には、有機層140が形成されている。
 (有機層)
 有機層140は、発光機能を有する層であり、例えば、正孔注入層と、正孔輸送層と、発光層と、電子輸送層と、電子注入層とにより構成される。
 正孔注入層は、陽極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。
 正孔輸送層は、正孔注入層から注入された正孔を発光層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)及び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、発光層に用いられる発光ホスト材料及び発光色素のドーピング材料は、陽極及び陰極から注入された正孔及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、均質な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)ナトリウム錯体及びビス(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-キノリノール及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)及び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。
 有機層140の屈折率は、通常、1.7~1.8である。
 有機層140上には、第2の電極150が形成されている。
 (第2の電極)
 第2の電極(陰極)150は、反射性が要求されるので、仕事関数の小さな金属またはその合金が用いられる。第2の電極150は、具体的には、アルカリ金属、アルカリ土類金属及び周期表第3族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)、銀(Ag)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LiO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。
 (散乱層のガラス)
 散乱層120のガラスは、550℃以下の低温での熱処理によって軟化するガラスであることが好ましい。そのためには、散乱層120のガラスは、ガラス転移点が500℃以下であることが好ましい。これにより、透明基板110であるソーダライムガラス基板の熱変形を抑制することができる。
 また、散乱層120のガラスは、平均線膨張係数が60~100×10-7/℃であることが好ましく、65~90×10-7/℃であることがより好ましい。これにより、散乱層120と透明基板110であるソーダライムガラス基板との平均線膨張係数の差を小さくすることができ、加熱冷却時の反りや破損を抑制することができる。
 更に、散乱層120のガラスは、屈折率が1.75以上であることが好ましい。1.75未満であると、散乱層120と第1の電極130との界面において、全反射による損失が大きく、光取り出し効率が低下しやすい。また、屈折率が2.20以下であることが好ましい。2.20超であると、散乱層120と透明基板110の間で、短波長領域において全反射が起こりやすく、光取り出し効率が低下するおそれがある。
 そのようなガラスとしては、例えば、SiO-B-Bi-ZnO系ガラスやB-Bi-ZnO系ガラスが挙げられる。
 散乱層120のガラスは、酸化物基準のモル%表示で、Bを15~63%、Biを10~37%、ZnOを6~50%、SiOを0~20%、Alを0~10%、Pを0~20%、ZrOを0~5%、GdO3を0~10%、TiOを0~13%、アルカリ金属酸化物を合計で0~2%、アルカリ土類金属酸化物を合計で0~10%を含有することが好ましい。
 次に、このガラス組成について説明する。なお、以下において、%はモル%を意味する。
 Bは、ガラスの安定性を高める必須成分である。B含有量は、15~63%が好ましい。15%未満であると、効果が不十分である。一方、63%超であると、耐水性が低下する。B含有量は、15~55%であることがより好ましい。
 Biは、屈折率を高くするとともに、粘性を下げる必須成分である。Bi含有量は、10~37%が好ましく、10~28%がより好ましい。10%未満であると、屈折率が低くなり、光取り出し効率が低下するおそれがある。一方、37%超であると、平均線膨張係数が大きくなりすぎるとともに、焼成工程で結晶化しやすい。
 ZnOは、ガラスを安定化させるとともに、屈折率を上げ、ガラス転移点と軟化点を低下させる必須成分である。ZnO含有量は、6~50%が好ましく、14~50%がより好ましい。6%未満では、ガラス成形時に失透しやすく、屈折率が低下するおそれがある。またフリット化した後の焼成時に結晶化しやすくなる。焼成時に結晶が析出すると、散乱層120の光透過率が低下したり、散乱層120の表面平滑性が不十分になったりする。一方、50%超では、平均線膨張係数が上がりすぎるとともに、ガラス成形時に失透しやすくなる。また耐酸性が低下する。第一の電極130をパターニングする際に、酸でエッチングする方法が一般的であるが、散乱層120の耐酸性が低下すると、散乱層120も侵食されて表面平滑性が失われるおそれがある。
 SiOは、ガラスの安定性を高めるとともに、平均線膨張係数を小さくする任意成分である。SiO含有量は、0~20%が好ましく、0.1~14%がより好ましい。20%超であると、屈折率が低下し過ぎるおそれがある。
 Alは、ガラスの安定性を高める任意成分である。Alの含有量は、0~10%が好ましい。10%超であると、ガラス成形時に失透しやすくなるとともに、屈折率が低下し過ぎるおそれがある。
 Pはガラスの骨格となる成分であり、耐酸性を向上させる任意成分である。P含有量は、0~20%が好ましい。20%超では、ガラス成形時に失透しやすく、フリット化した後の焼成時に結晶化しやすくなる。また、屈折率が低下する。
 ZrOは、ガラスの耐候性と耐酸性を高める任意成分である。ZrOの含有量は、0~5%が好ましい。5%超であると、結晶化しやすくなるとともに、ガラス転移点が高くなり過ぎるおそれがある。
 Gdは、平均線膨張係数を低く抑えながら屈折率を上げる任意成分である。Gdの含有量は、0~10%が好ましい。10%超であると、ガラス転移点と軟化点が上がるおそれがある。
 TiOは、屈折率を上げる任意成分である。TiOの含有量は、0~13%が好ましい。13%超であると、結晶化し易く、ガラス転移点と軟化点が上がるおそれがある。
 アルカリ金属酸化物(LiO、NaO及びKO)は、いずれもガラスの粘性を下げる任意成分であって、単独で又は組み合わせて用いられる。アルカリ金属酸化物(LiO、NaO及びKO)の含有量の合量は、6%以下が好ましく、2%以下がより好ましい。2%超であると、平均線膨張係数が大きくなり、熱処理工程で透明基板110が変形しやすくなるとともに、アルカリの拡散による素子への悪影響が懸念される。アルカリ金属酸化物は実質的に含有しないことがより好ましい。
 アルカリ土類金属酸化物(MgO、CaO、SrO及びBaO)は、ガラスの粘性を下げる任意成分である。アルカリ土類金属酸化物の含有量の合量は、0~10%が好ましい。10%超であると、平均線膨張係数が大きくなり、屈折率が下がるおそれがある。アルカリ土類金属酸化物の含有量は7%以下であることがより好ましい。
 尚、発光の色味を調整するために、微量の着色剤を含有していてもよい。着色剤としては、遷移金属酸化物、希土類金属酸化物、金属コロイドなどの公知のものが適宜用いられる。これらの着色剤は、単独であるいは組み合わせて用いられる。
 この散乱層120のガラスは、組成分布を有しており、第1のガラス材121からなる第1相中に第2のガラス材122からなる第2相が分散されたガラスである。第2のガラス材122は、第1のガラス材121と異なる屈折率を有し、好ましくは、第1のガラス材121よりも低い屈折率を有する。第1のガラス材121よりも低い屈折率を有する第2のガラス材122としては、例えば、第1のガラス材121と比較して、酸化物基準のモル%表示で、SiOまたはBの含有量が多く、且つ、Bi含有量が少ないガラスが挙げられる。
 (ベース材ガラス)
 ベース材ガラスは、1.80以上の屈折率を有することが好ましい。ベース材ガラスの屈折率が1.80よりも低い場合、散乱層120と第1の電極130との界面において、全反射による損失が生じやすく、光取り出し効率が低下しやすい。また、2.20以下の屈折率を有することが好ましい。2.20超であると、散乱層120と透明基板110の間で、短波長領域において全反射が起こりやすく、取出し光の色味が本来の発光色から変化しやすい。
 また、ベース材ガラスは、結晶化し難いガラスが好ましい。結晶化しやすいと、散乱層120の光透過率が低下したり、散乱層120の表面平滑性が不十分になったりする。
 また、ベース材ガラスは、平均線膨張係数が60~100×10-7/℃であることが好ましく、65~90×10-7/℃であることがより好ましい。これにより、透明基板110であるソーダライムガラス基板との平均線膨張係数の差を小さくすることができ、加熱冷却時の反りや破損を抑制することができる。
 更に、ベース材ガラスは、550℃以下の低温での熱処理によって軟化するガラスであることが好ましい。そのためには、ベース材ガラスは、ガラス転移点が500℃以下であることが好ましい。これにより、透明基板110であるソーダライムガラス基板の熱変形を抑制することができる。
 これらの条件を満たすため、ベース材ガラスは、酸化物基準のモル%表示で、Bを15~63%、Biを10~37%、ZnOを5~50%、SiOを0~20%、Alを0~10%、Pを0~20%、ZrOを0~5%、Gdを0~10%、TiOを0~15%、アルカリ金属酸化物(LiO、NaO及びKO)を合計で0~2%、アルカリ土類金属酸化物(MgO、CaO、SrO及びBaO)を合計で0~10%を含有し、Pの含有量をZnOの含有量で割った値が0.48未満であり、PとBの含有量の合量が30~60%であり、PとBの含有量の合量が50%を超えるときはPの含有量は10%以下である。
 次に、このガラス組成について説明する。なお、以下において、%はモル%を意味する。
 B含有量が15%未満では、ガラス成形時に失透しやすく、フリット化した後の焼成時に結晶化しやすくなる。B含有量が63%超では、耐水性が低下する。B含有量は、15~60%であることが好ましく、15~55%であることがより好ましい。
 Bi含有量が10%未満では、散乱層120の屈折率が低くなり過ぎる。一方、Bi含有量が37%超では、平均線膨張係数が大きくなり過ぎるとともに、焼成工程で結晶化しやすい。Bi含有量は15~28%がより好ましい。
 ZnO含有量が5%未満では、ガラス成形時に失透しやすくなるとともに、ガラス転移点が高くなり、フリット焼成膜の平滑性が得られなくなる。また、屈折率が低下し好ましくない。ZnO含有量が50%超では、平均線膨張係数が大きくなるとともに、ガラス成形時に失透しやすくなる。耐候性が低下するおそれがある。ZnO含有量は20~50%が好ましい。
 SiOは、ガラスの安定性を高め、焼成工程での結晶化を抑制するとともに、平均線膨張係数を小さくする任意成分である。SiO含有量は、0~20%が好ましい。20%超であると、屈折率が低下し過ぎるおそれがある。
 Alは、ガラスの安定性を高める任意成分である。Alの含有量は、0~10%が好ましい。10%超であると、ガラス成形時に失透するおそれがある。
 Pは、耐酸性を向上させるとともに、ガラスを安定化させる任意成分である。P含有量は、0~20%が好ましい。20%超では、ガラス成形時に失透しやすく、フリット化した後の焼成時に結晶化しやすくなる。また、屈折率が低下する。
 ZrOは任意成分であり、ZrOの含有量は0~5%が好ましい。5%超であると、結晶化しやすくなるとともに、ガラス転移点が高くなり過ぎるおそれがある。
 Gdは、平均線膨張係数を低く抑えながら屈折率を上げるとともに軟化点付近での結晶化を抑制する任意成分である。Gdの含有量は、0~10%が好ましい。10%超であると、結晶化し易く、ガラス転移点と軟化点が上がるおそれがある。
 TiOは、必須ではないが、屈折率を上げる成分であり、含有しても良い。ただし、過剰に含有すると、結晶化し易く、ガラス転移点と軟化点が上がるおそれがある。TiOの含有量は、0~15%が好ましい。なお、TiOの代わりに(または加えて)WOを使用することも可能である。TiOとWOとの含有量の合量は、0~12%であることが好ましい。
 アルカリ金属酸化物(LiO、NaO及びKO)は、いずれもガラスの粘性を下げる任意成分であって、単独で又は組み合わせて用いられる。アルカリ金属酸化物(LiO、NaO及びKO)の含有量の合量は、2%以下が好ましい。2%超であると、平均線膨張係数が大きくなり、熱処理工程で透明基板が変形しやすくなるとともに、アルカリの拡散による素子への悪影響が懸念される。アルカリ金属酸化物は実質的に含有しないことがより好ましい。
 アルカリ土類金属酸化物(MgO、CaO、SrO及びBaO)は、ガラスの粘性を下げる任意成分である。アルカリ土類金属の含有量は合量で、0~10%が好ましい。10%超であると、平均線膨張係数が大きくなり、屈折率が下がるおそれがある。アルカリ土類金属の含有量は、0~7%であることが、より好ましい。
 Pの含有量をZnOの含有量で割った値は、0.48未満が好ましい。0.48以上では失透し易くなり、結晶化し易くなるおそれがある。また、0.48以上では屈折率が下がり、ガラス転移点と軟化点が上がるおそれがある。
 PとBの含有量の合量は30~60%が好ましい。30%未満では失透し易くなり、結晶化し易くなり、安定性を損なうおそれがある。一方、60%超では失透し易くなり、結晶化し易くなり、屈折率が下がるおそれがある。PとBの含有量の合量が50%を超える場合、Pの含有量は10%以下であることが好ましい。10%超では失透し易くなり、結晶化し易くなる。
 尚、発光の色味を調整するために、ベース材ガラスに微量の着色剤を添加してもよい。着色剤としては、遷移金属酸化物、希土類金属酸化物、金属コロイドなどの公知のものが用いられる。これらの着色剤は、単独であるいは組み合わせて用いられる。
 このベース材ガラスは、酸化物、リン酸塩、メタリン酸塩、炭酸塩、硝酸塩、水酸化物等の原料を秤取し、混合した後、白金等の坩堝を用いて900~1400℃の温度で溶解し、冷却することによって得ることができる。得られたベース材ガラスを乳鉢、ボールミル、ジェットミル等により粉砕し、必要に応じて分級することによってベース材ガラスの粉末が得られる。ベース材ガラスの粉末の表面を、界面活性剤やシランカップリング剤によって改質して用いても良い。
 (散乱材ガラス)
 散乱材ガラスは、上述の如く、ベース材ガラスよりも、少なくとも発光層の発光スペクトル範囲における一部分において0.05以上低い屈折率を有するガラスであることが好ましい。十分な散乱特性を得るために、発光スペクトル範囲全域(430nm~650nm)若しくは可視光の波長範囲全域(360nm~830nm)に亘って、散乱材ガラスの屈折率はベース材ガラスの屈折率よりも0.05以上低いことがより好ましい。
 また、散乱材ガラスは、ベース材ガラスの焼成温度で軟化するガラスであることが好ましい。具体的には、散乱材ガラスのガラス転移点は、ベース材ガラスのガラス転移点を基準として、-50℃から+50℃の範囲であることが好ましい。
 そのような散乱材ガラスとしては、酸化物基準のモル%表示で、ベース材ガラスよりもSiOまたはBの含有量が多く、Bi含有量が少ないガラスが挙げられる。
 具体的には、散乱材ガラスは、アルカリ金属酸化物(LiO、NaO及びKO)を合計で9%以上含むガラスとアルカリ金属酸化物を合計で2%までしか含まないガラスの2通りがある。
 アルカリ金属酸化物を合計で9%以上含む散乱材ガラスは、酸化物基準のモル%表示で、SiOを18~45%、Bを40~70%、LiO、NaO及びKOを合計で9~18%、ZnOを0~15%含有することが好ましい。
 次に、このガラス組成について説明する。なお、以下において、%はモル%を意味する。
 SiO含有量が18%未満であると、ベース材ガラスとの反応性が高く、相互拡散しやすくなるおそれがある。また、散乱材ガラスの屈折率が大きくなり、散乱材としての機能が低下する。より好ましくは25%以上である。さらに好ましくは30%以上である。一方、SiO含有量が45%超であると、ガラス転移点が高くなりすぎ、熱処理温度が550℃以下では平坦な表面が得られ難い。より好ましくは36%以下である。
 B含有量が40%未満の場合、ガラス転移点が高くなり過ぎる。一方、B含有量が70%超では、化学的耐久性の低下が顕著であるとともに、欠陥となる気泡が発生しやすくなる。
 ここで、B及びSiOの含有量の合量は67~91%であることが好ましい。より好ましくは76~88%である。さらに好ましくは79~84%である。焼成温度を低くしたい場合にはB含有量が52%以上であることがより好ましい。化学的耐久性を高くしたい場合にはSiO含有量が30%以上であることがより好ましい。
 LiO、NaO及びKOの含有量の合量が9%未満では、ガラス転移点が高くなり過ぎる。一方、LiO、NaO及びKOの含有量の合量が18%超の場合、ベース材ガラスとの反応性が高く、アルカリ成分の拡散によるガラス基板の変形や、素子への悪影響が懸念される。
 ZnOはガラスの安定性を高める成分であるが、含有量が15%超であると、ガラス転移点が高くなりすぎ、熱処理温度が550℃以下では平坦な表面が得られ難い。
 この散乱材ガラスは、ガラスの安定性を高めたり、屈折率や平均線膨張係数を調節するため、MgO、CaO、SrO及びBaOを合計で15%まで含有することができる。
 一方、アルカリ金属酸化物を合計で2%までしか含まない散乱材ガラスは、酸化物基準のモル%表示で、Bを15~55%、Biを10~28%、ZnOを10~50%、SiOを0~20%、Alを0~10%、Pを0~20%、ZrOを0~5%、Gdを0~10%、TiOを0~5%、アルカリ金属酸化物(LiO、NaO及びKO)を合計で0~2%、アルカリ土類金属酸化物(MgO、CaO、SrO及びBaO)を合計で0~10%を含有する。
 次に、このガラス組成について説明する。なお、以下において、%はモル%を意味する。
 B含有量が15%未満の場合、ガラス成形時に失透しやすい。一方、B含有量が55%超では、化学的耐久性の低下が顕著であるとともに、欠陥となる気泡が発生しやすくなる。
 Biは必須成分であり、Biの含有量は、10~28%が好ましい。10%未満であると、ガラス転移点と軟化点が上昇し、焼成温度で十分に軟化しないおそれがある。一方、28%超であると、焼成工程で結晶化するおそれがあるとともに、屈折率が上がりすぎるおそれがある。
 ZnOは必須成分であり、ZnOの含有量は、10~50%が好ましい。10%未満であると、ガラス成形時に失透しやすくなるとともに、ガラス転移点が高くなるおそれがある。一方、50%超であると、焼成時に結晶化しやすくなるおそれがある。
 SiOは、ガラスの安定性を高め、焼成工程での結晶化を抑制するとともに、平均線膨張係数を小さくする任意成分である。SiOの含有量は、0~20%が好ましい。20%超であると、ガラス転移点が上がりすぎるおそれがある。
 Alは、ガラスの安定性を高める任意成分である。Alの含有量は、0~10%が好ましい。10%超であると、ガラス成形時に失透するおそれがある。
 Pは、ガラスの安定性を高めるとともに、屈折率を下げる任意成分である。Pの含有量は、0~20%が好ましい。20%超であると、ガラス成形時に失透するか焼成工程で結晶化するおそれがある。また、ガラス転移点が上がりすぎるおそれがある。
 ZrOは任意成分であり、ZrOの含有量は0~5%が好ましい。5%超であると、結晶化しやすくなるとともに、ガラス転移点が高くなり過ぎるおそれがある。
 Gdは、任意成分である。Gdの含有量は、0~10%が好ましい。10%超であると、結晶化し易く、ガラス転移点と軟化点が上がるおそれがあるとともに、屈折率が上がりすぎるおそれがある。
 TiOは任意成分であり、TiOの含有量は、0~5%が好ましい。5%超であると、ガラス転移点が高くなり過ぎるおそれがあるとともに、屈折率が上がりすぎるおそれがある。
 アルカリ金属酸化物(LiO、NaO及びKO)は、いずれもガラスの粘性を下げる任意成分であって、単独で又は組み合わせて用いられる。アルカリ金属酸化物(LiO、NaO及びKO)の含有量の合量は、2%以下が好ましい。2%超であると、平均線膨張係数が大きくなり、熱処理工程で透明基板が変形しやすくなるとともに、アルカリの拡散による素子への悪影響が懸念される。アルカリ金属酸化物は実質的に含有しないことがより好ましい。
 アルカリ土類金属酸化物は、ガラスの粘性を下げる任意成分である。アルカリ土類金属酸化物の含有量の合量は、0~10%が好ましい。10%超であると、平均線膨張係数が大きくなり、熱処理工程で透明基板が変形しやすくなる。
 散乱材ガラスは、酸化物、炭酸塩、硝酸塩、水酸化物等の原料を秤取し、混合した後、白金等の坩堝を用いて950~1500℃の温度で溶解し、鋳型に鋳込むか双ロールの隙間に注いで急冷すること等によって得ることができる。得られた散乱材ガラスを乳鉢、ボールミル、ジェットミル等により粉砕し、必要に応じて分級することによって散乱材ガラスの粉末が得られる。散乱材ガラスの粉末の表面を、界面活性剤やシランカップリング剤によって改質して用いても良い。
 (散乱層の製造方法)
 散乱層120は、屈折率の異なる2種類以上のガラス粉末を混合したガラスフリットを、ビヒクルと混合しガラスペーストとして、透明基板110上に塗布し、焼成することによって形成することができる。
 (1)ガラスフリット
 ガラスフリットは、少なくとも、1.80以上の屈折率を有する第1のガラス(以下、「ベース材ガラス」ともいう)の粉末、第1のガラスよりも低い屈折率を有する第2のガラス(以下、「散乱材ガラス」ともいう)の粉末からなることが好ましい。
 図3は、本発明のガラスフリットに占めるベース材ガラスの粉末の割合と、そのガラスフリットを用いて作製した有機LED素子の光取り出し効率の関係の一例を示したグラフである。
 ガラスフリットに占める散乱材ガラスの粉末の割合は、1~85体積%であることが好ましい。1体積%未満であると、十分な散乱効果が得られにくく、十分な光取り出し効率が得られない。より好ましくは20体積%以上である。一方、85体積%超であると、光取り出し効率が低下するおそれがある。より好ましくは80体積%以下であり、さらに好ましくは30体積%以下である。ここで、ガラスフリットに占める散乱材ガラスの粉末の割合とは、複数種の散乱材ガラスの粉末を用いる場合、全ての散乱材ガラスの粉末の割合の合計をいう。
 言い換えると、ガラスフリットに占めるベース材ガラスの粉末の割合は、15~99体積%であることが好ましい。15体積%未満であると、光取り出し効率が低下するおそれがある。より好ましくは20体積%以上であり、さらに好ましくは70体積%以上である。一方、99体積%超であると、十分な光取り出し効率が得られない。より好ましくは80体積%以下である。
 ガラスフリットの質量平均粒径は、0.1~10μmであることが好ましい。0.1μm未満であると、ガラスフリットを後述のガラスペースト中に均一分散させることが難しくなるとともに、光散乱材として十分に機能しなくなる。一方、10μm超であると、塗布焼成膜の表面平滑性が得られなくなる。
 ガラスフリットは、塗工性の観点から、ビヒクルや溶剤などと混練されたガラスペーストとして、基板に塗布されることが好ましい。
 (2)ガラスペースト
 ガラスペーストは、ガラスフリットとビヒクルとを、プラネタリーミキサー等で混合し、均一に分散させて得られる。通常、ガラスフリットを70~80質量%、ビヒクルを20~30質量%の割合で混合する。
 ここで、ビヒクルとは、樹脂と溶剤を混合したものである。
 樹脂としては、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、エポキシ樹脂などがあげられる。
 溶剤は、樹脂を溶解するためのものであり、通常、沸点が190℃から280℃程度の有機溶剤が用いられる。
 溶剤としては、例えば、2-(2-n-ブトキシエトキシ)エタノール、酢酸2-(2-n-ブトキシエトキシ)エチル、α-テルピネオール、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等がある。これらの溶剤は、組み合わせて用いられることが多い。
 ガラスペーストは、ガラスフリットやビヒクルの他に、可塑剤、分散剤等を含有してもよい。
 (3)塗布
 ガラスペーストを透明基板110上に塗布する方法としては、スクリーン印刷、ドクターブレード印刷、ダイコート印刷等が用いられる。また、ガラスペーストをPETフィルム等に塗布して乾燥してグリーンシートとし、グリーンシートを透明基板110上に熱圧着してもよい。
 スクリーン印刷を用いる場合、スクリーン版のメッシュ荒さ、乳剤の厚み、印刷時の押し圧、スキージ押し込み量などを調節することにより、塗布後のガラスペースト膜の膜厚を制御できる。
 ドクターブレード印刷、ダイコート印刷を用いる場合、スクリーン印刷を用いる場合と比較して、塗布後のガラスペースト膜の膜厚を厚くすることができる。
 尚、塗布、乾燥を繰り返し行うことで、ガラスペースト膜を厚くしてもよい。
 (4)焼成
 透明基板110上に塗布されたガラスペーストを焼成する。焼成は、ガラスペースト中の樹脂を分解・消失させる脱バインダ処理と、該脱バインダ処理後のガラスペーストを焼結、軟化させる焼成処理とからなる。焼成温度(焼成処理温度)は、ベース材ガラスのガラス転移点より40℃以上高い温度に設定される。焼成後、室温まで冷却することによって、ベース材ガラスからなる第1相中に、散乱材ガラスからなる第2相が分散した散乱層120が、透明基板110上に形成される。
 以下に、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明は以下の実施例によって限定されるものではない。
 表1~4に各実施例のべース材ガラスと散乱材ガラスについて、酸化物基準のモル%表示によるガラスの組成、屈折率(n)、ガラス転移点(Tg)、50℃~300℃における平均線膨張係数(α50-300)、ガラス軟化点(Ts)等を示す。
 ベース材ガラス1~4及び11については、表中のモル%で示される組成となるように、HBO、ZnO、Bi、Zn(PO、BaCOの各粉末原料を合計で200gとなるよう秤取し、混合した後、白金坩堝を用いて1050℃で1時間溶解し、続けて950℃で1時間溶解し、この融液の半量をカーボン鋳型に流しだしてバルク状のガラスを得、残りを双ロールの隙間に流しだして急冷しフレーク状のガラスを得た。また、バルク状ガラスは500℃の電気炉に入れ、1時間あたり100℃の速度で室温まで温度を下げることにより、歪みを取り除いた。
 ベース材ガラス5~10及び12については、表中のモル%で示される組成となるように、HBO、ZnO、Bi、TiO、SiO、Al、ZrO、Gd、Zn(POの各粉末原料を合計で200gとなるよう秤取し、混合した後、白金坩堝を用いて1250℃で1時間溶解し、続けて1100℃で1時間溶解し、この融液の半量をカーボン鋳型に流しだしてバルク状のガラスを得、残りを双ロールの隙間に流しだして急冷しフレーク状のガラスを得た。また、バルク状ガラスは500℃の電気炉に入れ、1時間あたり100℃の速度で室温まで温度を下げることにより、歪みを取り除いた。
 散乱材ガラス1~6については、表中のモル%で示される組成となるように、HBO、ZnO、SiO、LiCO、NaCO、KCOの各粉末原料を合計で150gとなるよう秤取し、混合した後、白金坩堝を用いて撹拌しながら1250℃で2時間溶解し、この融液の半量をカーボン鋳型に流しだしてバルク状のガラスを得、残りを双ロールの隙間に流しだして急冷しフレーク状のガラスを得た。また、バルク状ガラスは450℃の電気炉に入れ、1時間あたり100℃の速度で室温まで温度を下げることにより、歪みを取り除いた。
 散乱材ガラス10及び15については、表中のモル%で示される組成となるように、HBO、ZnO、Bi、Zn(POの各粉末原料を合計で200gとなるよう秤取し、混合した後、白金坩堝を用いて1050℃で1時間溶解し、続けて950℃で1時間溶解し、この融液の半量をカーボン鋳型に流しだしてバルク状のガラスを得、残りを双ロールの隙間に流しだして急冷しフレーク状のガラスを得た。また、バルク状ガラスは500℃の電気炉に入れ、1時間あたり100℃の速度で室温まで温度を下げることにより、歪みを取り除いた。
 散乱材ガラス7~9及び11~14については、表中のモル%で示される組成となるように、HBO、ZnO、Bi、TiO、SiO、Al、Gd、Zn(PO、SrCOの各粉末原料を合計で200gとなるよう秤取し、混合した後、白金坩堝を用いて1250℃で1時間溶解し、続けて1100℃で1時間溶解し、この融液の半量をカーボン鋳型に流しだしてバルク状のガラスを得、残りを双ロールの隙間に流しだして急冷しフレーク状のガラスを得た。また、バルク状ガラスは500℃の電気炉に入れ、1時間あたり100℃の速度で室温まで温度を下げることにより、歪みを取り除いた。
 得られたガラスについて屈折率(n)、ガラス転移点(Tg)、50℃~300℃における平均線膨張係数(α50-300)、ガラス軟化点(Ts)を以下のようにして測定した。
1.屈折率(n
 ガラスを研磨した後、カルニュー社製精密屈折計KPR-2000によって、Vブロック法で、測定波長587.6nmで25℃で測定した。
2.ガラス転移点(Tg)
 ガラスを直径5mm長さ200mmの丸棒状に加工した後、ブルッカー・エイエックスエス社製熱膨張計TD5000SAによって、昇温速度を5℃/minにして測定した。
 3.50℃~300℃における平均線膨張係数(α50-300
 ガラスを直径5mm長さ200mmの丸棒状に加工した後、ブルッカー・エイエックスエス社製熱熱膨張計TD5000SAによって、昇温速度を5℃/minにして測定した。50℃におけるガラス棒の長さをL50とし、300℃におけるガラス棒の長さをL300としたとき、50℃~300℃における平均線膨張係数(α50-300)は、α50-300={(L300/L50)―1}/(300-50)によって求められる。
4.ガラス軟化点(Ts)
 ガラスをめのう乳鉢で粉砕した後、粒径74μmから106μmまでのガラス粉末を篩い分け、この120mgを白金パンに入れ、エスアイアイ・ナノテクノロジー社製熱TG/DTA EXSTAR6000によって昇温速度を10℃/minにして測定し、ガラス転移点(Tg)よりも高温側に現れる軟化流動に伴うDTA曲線の屈曲点における温度をガラス軟化点(Ts)とした。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
 次いで、表1~4に示す組成の各ガラスが得られるように原料を秤量、混合し、溶融した後、その融液を双ロールの隙間に注いで急冷することによって各ガラスのフレークを作製した。作製した各フレークをアルミナ製のボールミルで1時間乾式粉砕して、各ガラスの粉末を得た。得られた各ガラスの粉末の質量平均粒径は、いずれも、3μmであった。次いで、得られた各ガラスの粉末を表5~8に示す体積百分率で配合して表9及び10に示す組成の各ガラスフリットを作製した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000008
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000009
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000010
 各ガラスフリット75gと、有機ビヒクル(α-テルピネオールにエチルセルロースを10質量%溶解したもの)25gとを混練して各ガラスペーストを作製した。この各ガラスペーストを、シリカ膜で表面コートされた大きさ2cm角、厚さ0.55mmのソーダライムガラス基板上に、焼成後の膜厚が30μmとなるよう均一に直径1cmの円形サイズで中央に印刷した。これを150℃で30分間乾燥した後、一旦室温に戻し、450℃まで30分で昇温し、450℃で30分間保持して、有機ビヒクルの樹脂を分解・消失させた。その後、表11~14に示す焼成温度まで12分で昇温し、表11~14に示す焼成温度で30分間保持して、各ガラスフリットを軟化させた。その後、室温まで3時間で降温し、ソーダライムガラス基板上に散乱層を形成した。
 そして、各散乱層について、光学特性として、全光線透過率とヘイズを測定した。測定には、スガ試験機社製ヘイズコンピューター(HZ-2)を用いた。
 また、散乱層の表面状態をSEMで観察した。散乱層の表面では、うねりはあるものの有機LEDの電極間短絡の原因となるような局所的な凹凸は見られなかった。
 全光線透過率、ヘイズの測定、及び、表面平滑性の観察の結果を表11~14に示す。表面平滑性においては、散乱材ガラスとベース材ガラスがともに平滑なものを○、散乱材ガラスがベース材ガラスの表面でうねりとなる凸形状になっているものを△とした。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000011
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000012
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000013
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000014
 表11~14から明らかなように、実施例1~22における有機LED素子の散乱層は、高透過率でヘイズ値が大きく、すなわち、拡散透過率が大きいことがわかる。また、有機LED素子の散乱層は、散乱材の組成、大きさ、添加量の調整が容易であり、素子特性を均質的に向上することができ、信頼性を向上することができる。
 以下に、光取り出し効率の向上の確認実験について説明する。
 実施例11の散乱層付ガラス基板を用意して、図4に示す有機EL素子を作製した。なお、図4では、対向基板の図示を省略してある。
 実施例11の散乱層付ガラス基板は、シリカ膜で表面コートされたガラス基板(旭硝子株式会社製PD200)310上に、直径1cmの円形パターンの散乱層320を印刷したものである。散乱層320は、ベース材として前述のベース材6を用い、散乱材として前述の散乱材7を用いている。
 まず、透光性電極330としてITOをDCマグネトロンスパッタで150nm成膜した。スパッタの際にはマスクを用いて所望の形状にて成膜している。なお、ITOの屈折率と前述のベース材6の屈折率を併せて図7に示した。
 ついで、純水およびIPAを用いた超音波洗浄を行った後、エキシマUV発生装置で紫外線を照射し、表面を清浄化した。
 次に、真空蒸着装置を用いて、有機層340として、α-NPD(N,N'-diphenyl-N,N'-bis(l-naphthyl)-l,l'biphenyl-4,4''diamine)を100nm、Alq3(tris8-hydroxyquinoline aluminum)を60nm、LiFを0.5nm成膜し、反射電極350として、Alを80nm成膜した。このとき、α-NPDとAlq3はマスクを用いて直径12mmの円形パターン400(図4参照)とし、LiFとAlは上記有機膜(α-NPDやAlq3)を介してITOパターン上に2mm□の領域500(図4参照)を持つようなマスクを用いてパターンを形成し、素子基板を完成させた。
 その後、別に用意したガラス基板(旭硝子株式会社製PD200)にサンドブラスト処理を行うことで部分的に凹部を形成して対向基板を作製した。凹部周辺の土手には周辺シール用に感光性エポキシ樹脂を塗布した。
 次に、窒素雰囲気にしたグローブボックス内に素子基板と対向基板を入れ、対向基板凹部にはCaOを含有した捕水材を貼り付けたあと、素子基板と対向基板とを貼り合わせ、紫外線を照射して周辺シール用の樹脂を硬化させて、有機EL素子300を完成させた。
 また、比較のため、上記散乱層320付きガラス基板310の代わりに、散乱層320のないガラス基板310を用いて同様に有機EL素子300A(図6参照)を作製した。
 これらの素子300、300Aが発光している様子を、図5および図6に示す。図5は、散乱層320のある素子300の発光状態図であり、図6は、散乱層320のない素子300Aの発光状態図である。図5および図6において、ITOパターンなどを実線で示し、発光領域を点模様のパターンで示す。
 散乱層320のある場合、図5に示すように、ITOパターンとAlパターンが交わって形成される概2mm□の領域500だけでなく周辺領域(散乱層320に対応する領域)からも光が大気中に取り出されていることが分かった。
 一方、散乱層320のない場合、図6に示すように、上記領域500のみから発光が確認された。
 その後、これらの素子300、300Aの光学特性評価を行った。まず、全光束測定には、浜松ホトニクス社製EL特性測定機C9920-12を用いた。散乱層320がある素子300とない素子300Aでの電流・電圧特性を図8に示す。図8に示すように、散乱層320の有無に関わらず、ほぼ同程度の特性が得られており、散乱層320上に透光性電極330を形成した素子300でも、大きなリーク電流が存在しないことが分かる。次に電流・光束特性を図9に示す。図9に示すように、散乱層320の有無に関わらず、光束量が電流に比例している。さらに、散乱層320がある場合にはない場合と比較して光束量が71%アップしていることが確認できた。これは、図7に示すように、散乱層320のベース材の屈折率が、Alq3の発光波長(450nmから700nm)において透光性電極であるITOの屈折率より高い為、Alq3のEL発光光が透光性電極330と散乱層320の界面で全反射するのを抑制し、効率よく光が大気中に取り出されていることを示している。
 次に発光の角度依存性を評価した。測定には株式会社トプコンテクノハウス製の色彩輝度計(商品名:BM-7A)600を用い、輝度計600に対して素子300、300Aを回転させながら測定を行うことで、発光輝度の角度依存性の測定を行った。測定時には、素子に電流1mAをかけ点灯させている。角度の定義は、素子300、300Aの法線方向と素子300、300Aから輝度計600に向かう方向とのなす角を測定角度θ(単位:°)とした(図10参照)。つまり、素子300、300Aの正面に輝度計600を設置した状態が0°となる。測定から得られた輝度データを図11に示した。
 図11より、散乱層320がある場合のほうがない場合と比較してどの測定角度においても高い輝度を示していることが分かる。さらに、これらの輝度データを各立体角で積分することにより全光束を算出すると、散乱層320がある場合にはない場合と比較して光束量が78%アップしていることが確認できた。これは前述の全光束測定装置での測定結果とほぼ同等であり、やはり散乱層320により素子の光束量が大きく向上していることを示している。
 次に、図12より、散乱層320なしの素子300Aでは測定角度θによって色度u'、v'が大きく変化しているのに対し、散乱層320ありの素子300では変化が少なくなっていることが分かる。これらの結果より、素子に散乱層320を付与することによって、本来の目的である光取り出し効率の改善の効果以外にも、色の角度変化の緩和という更なる効果が得られることが分かった。色の角度変化が少ないということは、発光素子としては、見る角度が限定されないという大きな長所となる。
 本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは、当業者にとって明らかである。
 本出願は、2009年10月15日出願の日本特許出願2009-238674及び2010年4月30日出願の日本特許出願2010-105714に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
 本発明によれば、発光効率が高く、素子特性の再現性が良い有機LED素子、その散乱層用のガラスフリットを提供することができる。
110 透明基板
120 散乱層
130 第1の電極
140 有機層
150 第2の電極
210 第2の電極

Claims (15)

  1.  透明基板と、散乱層と、第1の電極と、有機層と、第2の電極とを順次有する有機LED素子であって、
     前記散乱層は、第1のガラス材、及び前記第1のガラス材中に分散され、前記第1のガラス材と異なる屈折率を有する第2のガラス材を含む有機LED素子。
  2.  前記散乱層は、SiO-B-Bi-ZnO系ガラスで構成され、
     前記第2のガラス材は、酸化物基準のモル%表示で、前記第1のガラス材よりも、SiOまたはBの含有量が多く、Bi含有量が少ない請求項1に記載の有機LED素子。
  3.  前記散乱層は、酸化物基準のモル%表示で、SiOを0.1~14%、Biを10~28%、Bを15~63%、ZnOを14~50%、Pを0~20%、LiO、NaO及びKOを合計で0~6%含有するガラスで構成される請求項1又は2に記載の有機LED素子。
  4.  前記第1の電極は、透明電極である請求項1~3のいずれか一項に記載の有機LED素子。
  5.  少なくとも第1のガラスの粉末と第2のガラスの粉末とからなる、有機LED素子の散乱層用のガラスフリットであって、
     前記第1のガラスは、Heランプd線(波長:587.6nm)で25℃で測定した屈折率が1.80以上であり、
     前記第2のガラスは、酸化物基準のモル%表示で、前記第1のガラスよりも、SiOまたはBの含有量が多く、Biの含有量が少なく、
     前記ガラスフリットに占める前記第1のガラスの粉末の割合が70~99体積%である有機LED素子の散乱層用のガラスフリット。
  6.  前記第1のガラスは、酸化物基準のモル%表示で、Biを15~28%、Bを15~60%、ZnOを20~50%、Pを0~20%、LiO、NaO、KOを合計で0~2%、TiO及びWOを合計で0~12%、ZrOを0~5%、MgO、CaO、SrO及びBaOを合計で0~10%含有するガラスである請求項5に記載の有機LED素子の散乱層用のガラスフリット。
  7.  前記第2のガラスは、酸化物基準のモル%表示で、SiOを18~45%、Bを40~70%、LiO、NaO及びKOを合計で9~18%、ZnOを0~15%含有するガラスである請求項5または6に記載の有機LED素子の散乱層用のガラスフリット。
  8.  請求項5~7のいずれか一項に記載の有機LED素子の散乱層用のガラスフリットを用いて散乱層を形成することを含む、有機LED素子の散乱層の製造方法。
  9.  透明基板と、散乱層と、第1の電極と、有機層と、第2の電極とを順次有する有機LED素子であって、
     前記散乱層は、第1のガラス材、及び前記第1のガラス材中に分散され、前記第1のガラス材と異なる屈折率を有する第2のガラス材を含み、
     前記散乱層は、酸化物基準のモル%表示で、Bを15~63%、Biを10~37%、ZnOを10~50%、SiOを0~20%、Alを0~10%、Pを0~20%、ZrOを0~5%、Gdを0~10%、TiOを0~13%、LiO、NaO及びKOを合計で0~2%、MgO、CaO、SrO及びBaOを合計で0~10%を含有するガラスである有機LED素子。
  10.  前記第1のガラス材は、酸化物基準のモル%表示で、Bを15~63%、Biを15~37%、ZnOを5~50%、SiOを0~20%、Alを0~10%、Pを0~20%、ZrOを0~5%、Gdを0~10%、TiOを0~15%、LiO、NaO及びKOを合計で0~2%、MgO、CaO、SrO及びBaOを合計で0~10%を含有し、Pの含有量をZnOの含有量で割った値が0.48未満であり、PとBの含有量の合量が30~60%であり、PとBの含有量の合量が50%を超えるときはPの含有量は10%以下である請求項9に記載の有機LED素子。
  11.  前記第2のガラス材は、酸化物基準のモル%表示で、前記第1のガラス材よりも、SiOまたはBの含有量が多く、Bi含有量が少なく、Bを15~55%、Biを10~28%、ZnOを10~50%、SiOを0~20%、Alを0~10%、Pを0~20%、ZrOを0~5%、Gdを0~10%、TiOを0~5%、LiO、NaO及びKOを合計で0~2%、MgO、CaO、SrO及びBaOを合計で0~10%を含有する請求項9又は10に記載の有機LED素子。
  12.  少なくとも第1のガラスの粉末と第2のガラスの粉末とからなる、有機LED素子の散乱層用のガラスフリットであって、
     前記第1のガラスは、Heランプd線(波長:587.6nm)で25℃で測定した屈折率が1.80以上であり、 
     前記第2のガラスは、酸化物基準のモル%表示で、前記第1のガラスよりも、SiOまたはBの含有量が多く、Biの含有量が少なく、
     前記ガラスフリットに占める前記第1のガラスの粉末の割合が15~99体積%である有機LED素子の散乱層用のガラスフリット。
  13.  前記第1のガラスは、酸化物基準のモル%表示で、Bを15~63%、Biを15~37%、ZnOを5~50%、SiOを0~20%、Alを0~10%、Pを0~20%、ZrOを0~5%、Gdを0~10%、TiOを0~15%、LiO、NaO及びKOを合計で0~2%、MgO、CaO、SrO及びBaOを合計で0~10%を含有し、Pの含有量をZnOの含有量で割った値が0.48未満であり、PとBの含有量の合量が30~60%であり、PとBの含有量の合量が50%を超えるときはPの含有量は10%以下であるガラスである請求項12に記載の有機LED素子の散乱層用のガラスフリット。
  14.  前記第2のガラスは、酸化物基準のモル%表示で、前記第1のガラスよりも、SiOまたはBの含有量が多く、Bi含有量が少なく、Bを15~55%、Biを10~28%、ZnOを10~50%、SiOを0~20%、Alを0~10%、Pを0~20%、ZrOを0~5%、Gdを0~10%、TiOを0~5%、LiO、NaO及びKOを合計で0~2%、MgO、CaO、SrO及びBaOを合計で0~10%を含有する請求項12又は13に記載の有機LED素子の散乱層用のガラスフリット。
  15.  請求項12~14のいずれか一項に記載の有機LED素子の散乱層用のガラスフリットを用いて散乱層を形成することを含む有機LED素子の散乱層の製造方法。
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