電子デバイス用基板、及び、これを用いた有機ＬＥＤ
【課題】透光性電極層、複数の散乱層からなる散乱層積層体、透光性基板が積層された電子デバイス用基板であり、基板内での多重反射を抑制し、光取り出し効率を高めることを目的とする
【解決手段】透光性基板と、前記透光性基板上に設けられ、屈折率が異なる複数の散乱層からなる散乱層積層体と、前記散乱層積層体上に設けられる透光性電極層とが積層され、前記透光性電極層、前記散乱層積層体、前記透光性基板の順に屈折率が低くなっており、前記散乱層積層体を構成する複数の散乱層は、透光性電極層側から順に、散乱層毎に屈折率が漸次低減するように構成されていることを特徴とする電子デバイス用基板を提供する。
【解決手段】透光性基板と、前記透光性基板上に設けられ、屈折率が異なる複数の散乱層からなる散乱層積層体と、前記散乱層積層体上に設けられる透光性電極層とが積層され、前記透光性電極層、前記散乱層積層体、前記透光性基板の順に屈折率が低くなっており、前記散乱層積層体を構成する複数の散乱層は、透光性電極層側から順に、散乱層毎に屈折率が漸次低減するように構成されていることを特徴とする電子デバイス用基板を提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子などの電子デバイス用基板、及び、これを用いた有機ＬＥＤに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）、電界放出ディスプレイ（ＦＥＤ）、有機ＬＥＤ素子、無機ＥＬ素子など、新規発光デバイスの研究、開発が進められている。中でも、有機ＬＥＤ素子（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）は次世代の発光素子の一つとして着目されている。これは、有機層を電極間に挟んだ構造を有しており、発光のメカニズムとしては、まず、電極間に電圧を印加することによって、それぞれの電極から正孔、電子を注入し、次いでこれらが有機層内で結合し、有機層内の発光材料を励起状態にする。その後、発光材料が励起状態から基底状態に至る過程で発生する光を取り出すものである。具体的な用途としては、ディスプレイやバックライト、照明などが挙げられる。
【０００３】
しかしながら、有機ＬＥＤ素子においては、素子自体の発光効率は向上しているものの、素子から外部に光を取り出す際に、光路上にある各部材の界面、例えば、素子と透明電極、透明基板と空気等の界面で光が全反射されてしまい、外部取り出し効率が低下するため、その改善が求められていた。
【０００４】
特許文献１においては、透光性基板上に、散乱層、被覆層を積層し、これらの層に散乱物質を所定の条件を満たすように配置することによって外部取り出し効率を最大で８０％まで向上させる旨記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２００９／１１６５３１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１においては、被覆層、散乱層の材料として透光性電極層と同じかそれよりも大きな屈折率を有する材料を用いている。このため、散乱層よりも、散乱層上に設けられた透光性基板の屈折率のほうが小さくなる。従って、材料の組み合わせ、光の入射角によっては、両者の界面で全反射が生じてしまう。その結果デバイス内で多重反射が生じ、蛍光体の材料によってはその光を吸収してしまうため、外部取り出し効率が十分に大きくできない場合があった。
【０００７】
本発明は上記従来技術が有する問題に鑑み、発光素子などの電子デバイス用基板において、光取り出し効率を高めることができる電子デバイス用基板を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため本発明は、透光性基板と、前記透光性基板上に設けられ、屈折率が異なる複数の散乱層からなる散乱層積層体と、前記散乱層積層体上に設けられる透光性電極層とが積層され、前記透光性電極層、前記散乱層積層体、前記透光性基板の順に屈折率が低くなっており、前記散乱層積層体を構成する複数の散乱層は、透光性電極層側から順に、散乱層毎に屈折率が漸次低減するように構成されていることを特徴とする電子デバイス用基板を提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、透光性電極層、複数の散乱層からなる散乱層積層体、透光性基板が積層された電子デバイス用基板に関するものである。本発明の電子デバイス用基板においては、透光性電極層側から順に、光取り出し面である透光性基板側にむかって、各層毎に漸次屈折率が低くなるように配置されている。従って、隣接する層間での屈折率の差を従来よりも小さなものとできるので、臨界角が大きくなり全反射を抑制することができる。その結果、光取り出し効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る第１の実施形態の説明図
【図２】本発明に係る第２の実施形態の説明図
【図３】本発明に係る第３の実施形態の説明図
【図４】本発明に係る第３の実施形態における散乱層界面部分の説明図
【図５】本発明に係る第３の実施形態の変形例についての説明図
【図６】本発明に係る第３の実施形態の変形例についての説明図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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が、本発明は、下記の実施形態に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、下記の実施形態に種々の変形および置換を加えることができる。
【００１２】
［第１の実施形態］
本発明に係る電子デバイス用基板について、図１を用いて説明を行う。
【００１３】
まず、図１の構造について説明する。図１は電子用デバイス基板の断面図を示しており、図中最上部から順に、透光性電極層１、第１の散乱層２、第２の散乱層３、透光性基板４が積層されていることを示している。なお、例えば有機ＬＥＤ素子に使用する場合には、図中の透光性電極層上にさらに、有機ＬＥＤ素子層、陰極が積層されることとなる。また、本実施の形態においては、説明の都合上、散乱層の数を２層としたが、屈折率が所定の条件を満たすように複数層設けることもできる。
【００１４】
ここで、本実施の形態においては、透光性電極層１、第１の散乱層２、第２の散乱層３、透光性基板４の順番に屈折率が低くなるように各材料が選択されている。また、各層の屈折率は異なっている。すなわち、透光性電極層側（発光素子側）から透光性基板側（光取り出し面側）にいくに従い、各層毎に漸次屈折率が低くなっている。このように構成することによって、隣接した層間の屈折率の違いを小さくすることが可能となり、臨界角を大きくすることができる。
【００１５】
光は、屈折率が大きい物質から、屈折率の小さい物質へ進む場合、その入射角が臨界角よりも大きいと、入射光が境界面を透過せず、全て反射されてしまう全反射が起こる。ここで、臨界角はスネルの法則により導くことができ、具体的には以下の式で表される。
【００１６】
θｍ＝ｓｉｎ−１（ｎＡ／ｎＢ）
式中、θｍが臨界角、ｎＡ、ｎＢが屈折率（ｎＢ＞ｎＡ）を表わしている。本願発明では、屈折率の大きい透光性電極層側から、屈折率の小さい透光性基板側に光が通るように構成されている。このため、屈折率ｎＢの層から、屈折率ｎＡの層へ光が進行することとなる。上記式によれば、屈折率ｎＡとｎＢとの差が小さくなると、臨界角は９０度に近づくため、全反射が起こりにくくなる。従って、本願発明のように透光性電極層と、透光性基板の間に、屈折率の変化を緩和できるように散乱層を複数層有する構成とすることにより、層内での多重反射が低減し、光取り出し効率を高めることができる。
【００１７】
各部材について以下に説明する。
【００１８】
透光性基板４としては、可視光に対する透過率が高い材料が用いられる。透過率の高い材料として具体的には、ガラス基板やプラスチック基板が挙げられる。ガラス基板の材料としては、アルカリガラス、無アルカリガラス又は石英ガラスなどの無機ガラスがある。
【００１９】
またプラスチック基板の材料としては、例えば、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリエーテル、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリビニルアルコール、ならびにポリフッ化ビニリデンなどのフッ素含有ポリマーが挙げられる。
【００２０】
透光性基板の厚さは、デバイスを保護するため、十分な強度をもつように選択されていれば足りる。具体的には例えばガラスを用いた場合、０．１ｍｍ〜２．０ｍｍが好ましい。ただし薄すぎると強度が落ちること、厚すぎるとデバイスの大きさが大きくなり使用場所が限定されること、また重量が大きくなり使いにくくなることから、０．５〜１．０ｍｍであることが特に好ましい。
【００２１】
なお、散乱層をガラスフリットで作製する場合、歪みの問題等が生じる場合がある。このため、透光性基板の熱膨張係数は５０×１０−７／℃以上が好ましい。更に好ましくは７０×１０−７／℃以上であり、より好ましくは８０×１０−７／℃以上である。また、これに合わせて、散乱層としては、１００〜４００℃における平均熱膨張係数が７０〜９５×１０−７／℃であり、かつガラス転移温度が４５０〜５５０℃であることが好ましい。
【００２２】
第２の散乱層３としては、所定の屈折率を有する光透過率の高い材料（ベース材）が用いられる。具体的には、ベース材としては、ガラス、結晶化ガラス、透光性樹脂、透光性セラミックスが挙げられる。ガラスの材料としては、ソーダライムガラス、ホウケイ酸塩ガラス、無アルカリガラス、石英ガラスなどの無機ガラスがある。ガラス組成については所望の屈折率を有する材料であれば特に限定されるものではない。具体的には例えば、Ｓｉ−Ｂ系ガラス、Ｂｉ系ガラス、Ｐｂ系ガラス、Ｌａ−Ｔｉ系ガラスが挙げられる。例示すると、酸化物基準のモル％表示で、ＳｉＯ２を６２％、Ｂ２Ｏ３を１０％、ＺｎＯを１１％、Ｌｉ２Ｏを４％、Ｎａ２Ｏを３％、Ｋ２Ｏを６％、ＢａＯを１％、Ａｌ２Ｏ３を３％含有するガラスである。このガラスは、１００〜４００℃における平均熱膨張係数は７５×１０−７／℃であり、かつガラス転移温度が５０５℃、屈折率ｎｄ＝１．５３である。基板材がソーダライムガラスの場合屈折率ｎｄ＝１．５２であり、基板材との間で、屈折率差が非常に小さいガラスである。更に例示すると、酸化物基準のモル％表示で、ＳｉＯ２を２１％、Ｂ２Ｏ３を３１％、ＺｎＯを２％、Ｌｉ２Ｏを１６％、ＭｇＯを９％、ＣａＯを５％、ＢａＯを２％、Ａｌ２Ｏ３を１４％含有するガラスである。１００〜４００℃における平均熱膨張係数は７５×１０−７／℃であり、かつガラス転移温度が４９５℃、屈折率ｎｄ＝１．５８である。更に例示すると、酸化物基準のモル％表示で、ＳｉＯ２を１５％、Ｂ２Ｏ３を３１％、ＺｎＯを３４％、ＢａＯを１１％、Ｂｉ２Ｏ３を９％含有するガラスである。１００〜４００℃における平均熱膨張係数は７６×１０−７／℃であり、かつガラス転移温度が４９０℃、屈折率ｎｄ＝１．８０である。
【００２３】
第２の散乱層３はゾル−ゲル法、蒸着法、スパッタ法など公知の成膜手段によって形成することができる。しかし、第２の散乱層３の厚さとしては１０〜１００μｍであることが好ましく、このような厚膜を大面積に均一且つ迅速に形成するという観点から、フリットペースト法により作製することが好ましい。具体的には、まず、ベース材である粒径が１〜１０μｍのガラス粉末を樹脂、界面活性剤、溶剤、フィラー等と混合し、均一に分散させることによってフリットペースト化する。その後、塗布、印刷などにより作製したフリットペーストを透光性基板上に配置し、所望の温度（例えば５３０〜６００℃）で焼成することで第２の散乱層３を形成する。
【００２４】
第２の散乱層３は透光性基板４に直接形成されることが好ましい。しかしながら、透光性基板として、アルカリ成分を含有するガラス基板を用いた場合、ガラス基板中のアルカリ成分が拡散し、散乱層内の散乱物質等の特性に影響を与える場合がある。そのため、透光性基板と散乱層との間に１層以上からなるバリア層を形成してもいい。バリア層としては、酸化珪素膜や窒化珪素膜、酸化インジウム膜等のように酸素、珪素の少なくともどちらか一方を含む薄膜が好ましい。この場合、バリア層もその屈折率が第２の散乱層３と透光性基板４の間の値になるように選択することが好ましい。バリア層は、特にアルカリ成分を含有するガラスフリットのペーストを用いて、焼成膜を作製する時に、ガラス基板のアルカリ成分が焼成膜層との間で、相互拡散する事を抑制することに効果が期待できる。
【００２５】
第１の散乱層２についても第２の散乱層３と同様の材料を使用することができ、所望の屈折率となるように、各種材料を選択できる。また、その形成方法についても、第２の散乱層３上に同様の方法によって形成することができる。
【００２６】
透光性電極層１は、これに隣接する有機ＬＥＤ層等の発光層で発生した光を外部に取り出す必要があるため、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）、ＳｎＯ２、ＺｎＯ、ＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、ＡＺＯ（ＺｎＯ−Ａｌ２Ｏ３：アルミニウムをドープした亜鉛酸化物）、ＧＺＯ（ＺｎＯ−Ｇａ２Ｏ３：ガリウムがドープされた亜鉛酸化物）、ＮｂドープＴｉＯ２、ＴａドープＴｉＯ２などの材料が用いられる。透光性電極層の厚さは、１００ｎｍ以上であることが好ましい。なお、透光性電極層の屈折率は一般的に１．９〜２．２程度である。透光性電極層の屈折率を調整する方法として、例えばＩＴＯの場合、キャリア濃度を増加させると屈折率が低下することが知られている。具体的には、市販されているＩＴＯは、ＳｎＯ２含有量を１０ｗｔ％とするのが標準となっているが、この量を調整して屈折率を制御することができる。ただし、Ｓｎ濃度の増加に伴いキャリア濃度は増加するが、移動度、透過率が低下するため、要求する性能との間でバランスをとる必要がある。
【００２７】
透光性電極層の形成方法としては、まず、基板上にＩＴＯを成膜して、そのＩＴＯ膜にエッチングを施すことによって形成する。ＩＴＯはスパッタや蒸着等によって、散乱層を形成した後の透光性基板全体に均一性良く成膜することができる。成膜したＩＴＯ膜について、フォトリソグラフィー及びエッチングによりＩＴＯパターンを形成する。このＩＴＯパターンが透光性電極層となる。なお、フォトリソグラフィーの際に、レジストとして、例えばフェノールノボラック樹脂を使用することができる。また、エッチングはウェットエッチング、ドライエッチングいずれでも良いが、例えば、塩酸と硝酸の混合水溶液を用いて行うことができる。さらに、レジスト剥離剤としては、例えばモノエタノールアミンを使用することができる。
【００２８】
ここで、本実施の形態においては、上記のように、透光性電極層１、第１の散乱層２、第２の散乱層３、透光性基板４の順番に屈折率が低くなるように構成されている。
【００２９】
例えば、透光性電極層１として１．９の屈折率を有するものを用い、透光性基板４として屈折率が１．５のガラスを用いた場合、２つの散乱層は１．９よりも小さく、１．５よりも大きい屈折率である必要がある。さらに、係る範囲内で、発光層側の第１の散乱層２の方が光取り出し面側の第２の散乱層３よりも屈折率が大きくなるように材料を選択する必要がある。散乱層としては上記条件を充足していれば足りるが、透光性電極層１、第１の散乱層２、第２の散乱層３、透光性基板の間の屈折率の差が均等になるように材料を選択することがより好ましい。
【００３０】
以上のように、電子デバイス用基板を構成する各部材の屈折率を所定のものとすることによって、層間の屈折率の差異を小さくし、臨界角を大きくすることができる。このため、全反射を抑制し、光の外部取り出し効率を高めることができる。
【００３１】
［第２の実施形態］
第２の実施形態を、図２を用いて説明する。本実施形態は、第１の実施形態において、第２の散乱層３内に散乱物質５を加えたものである。散乱物質を散乱層に添加することによって、散乱物質表面でも光を散乱し、その角度が変わるため、外部取り出し効率を高めることが期待できる。散乱層３から基板４に向かう光の多くが、散乱層３と基板４との界面で全反射される角度をもつが、散乱物質表面で散乱され、一部は、界面で全反射されずに通過できる角度に変えられるため、外部取り出し効率を高めることが期待できる。さらに、基板４から外部空気層に向かう光が、基板４と外部空気層との界面で全反射される光も散乱物質表面で散乱され、一部は、基板４と外部空気層界面で全反射されずに通過できる角度に変えられるため、外部取り出し効率を高めることが期待できる。この散乱による光の進行方向を変える効果は、光が減衰するまで、多重反射と多重散乱が繰り返されるため結果的に、外部出射できる進行角度を持つ光を増やすことができる。この点について以下に説明する。
【００３２】
散乱物質５としては、気泡、析出結晶、ベース材とは異なる材料粒子、分相ガラスを挙げることができる。ここで、気泡とは、空気もしくはガスがベース材中に分散して存在しているものをいう。また、粒子とは固体の小さな物質をいい、例えばフィラーやセラミックスがある。また、分相ガラスとは、２種類以上のガラス層により構成されるガラスをいう。
【００３３】
散乱物質の具体的な添加方法について以下に説明する。
【００３４】
まず、散乱物質として気泡を用いた場合を説明する。散乱層を形成する際にフリットペースト法を使用した場合、その焼成条件を調整することによって、その層内に気泡からなる散乱物質を含有させることができる。具体的には、基板上に配置したガラス粒子を加熱していくと、まず、ガラスの粒子同士が融着し始める。ガラス粒子同士が融着すると、ガラス粒子間に存在した隙間はガラスが軟化することで変形し、ガラス中に閉空間を形成する。更に温度を上げていくとガラスの軟化、流動が進み、前記閉空間は球形の気泡となる。また、隙間によるものだけではなく、加熱中に発生したガスも気泡となってガラス中に存在することがある。ガラスの粘度は、軟化温度で１０７．６ポアズ程度と高いため、気泡の大きさが数μｍ以下であれば浮上せず層内に留まる。なお、ガラス最表面では、ガラスが軟化しているため、ガラス粒子の隙間に起因する凹みは平滑化されていく。従って、小さな気泡を発生させるように材料組成を調整するとともに、焼成条件を選択することによって、層表面の平滑性、層内の散乱物質の分布の程度を調整することができる。
【００３５】
次に、散乱物質として析出結晶を用いた場合を説明する。これは、散乱層を作製する際に結晶化しやすいガラスを原料として用いることによって、散乱層（ガラス層）内部に結晶を析出させる方法である。このときの結晶のサイズが０．１μｍ以上であれば、散乱物質として機能することができる。このため、焼成条件を適切に選択することによって、層表面での結晶の析出を抑制しつつも、層内に結晶を析出させることが可能となる。具体的にはガラス転移温度よりも６０℃〜１００℃程度高い温度で焼成することが考えられる。温度が高すぎる場合には、ガラス層最表面でも結晶が析出してしまい、最表面の平滑性が損なわれてしまうため、好ましくない。従って、焼成温度はガラス転移温度よりも６０〜８０℃高くすることがより好ましく、６０〜７０℃とすることが更に好ましい。このような手法により、ガラス相中に、気泡や析出結晶を散乱物質として存在させつつも、散乱層最表面ではそれらの発生を抑制することができる。
【００３６】
また、ベース材とは異なる材料粒子等を散乱物質として用いる場合には、散乱層の原料中にこれらの材料を予め添加し散乱層を形成することによって、散乱物質を有する散乱層を形成することができる。具体的には、酸化物、酸窒化物、窒化物、硫化物、酸硫化物、ハロゲン化物、アルミン酸塩化物、ハロリン酸塩化物などの無機蛍光体粉末等を散乱物質として使用することができる
散乱層内に散乱物質を具備する場合、散乱層内におけるその分布は、散乱層内部から最表面に向かって小さくなっていることが好ましい。これは、散乱層の最表面側に散乱物質が存在すると、散乱層の表面に凹凸が生じやすくなるためである。また、散乱物質の添加方法で述べたように、散乱物質を添加する場合、散乱層として、ガラス層を用いることが好ましい。これは、優れた散乱特性を有しつつも表面の平滑性を維持することができるからであり、これを発光デバイスなどの光出射面側に用いることで、光の取り出し効率を向上させることができる。
【００３７】
散乱物質は散乱層積層体を形成する全ての散乱層中に配置することができるが、透光性電極層と接している散乱層中に添加する場合、その表面からは散乱物質が突出していることは好ましくない。つまり、散乱物質は、散乱層内部に存在し、かつ透光性電極層と接する散乱層の表面には存在しないことが好ましい。これは、散乱層表面から散乱物質が突出していると、その上面に透光性電極層を形成した時に電極間の短絡を生じる恐れがあるためである。また、散乱層表面が平滑でないと、平坦な透光性電極層が作製することができないためでもある。このため、係る層に散乱物質を配置する場合には、散乱物質として、気泡を用いることが好ましく、散乱物質は散乱層の主表面から０．２μｍ以内に存在していないことが好ましい。さらに、透光性電極層と接している散乱層の表面のＪＩＳ Ｂ０６０１−１９９４に規定される算術平均粗さ（Ｒａ）は３０ｎｍ以下が好ましく、１０ｎｍ以下であることがより好ましく、１ｎｍ以下が特に望ましい。
【００３８】
さらに、散乱物質は、ベース材の屈折率との差（Δｎ）が、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以上になるように選択することが好ましい。特に、十分な散乱特性を得るために、屈折率の差（Δｎ）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。
［第３の実施形態］
本実施形態は、散乱層積層体を構成する複数の散乱層間の界面のうち、少なくとも１つの界面が凹凸形状になっているものである。つまり、散乱層間の界面に凹凸形状を設けた点で第１の実施形態と相違しており、この点について説明する。
【００３９】
散乱層界面の凹凸形状としては各種考えられるが、具体的な例として、図３に第１の散乱層２が半球形状の突起物を有している場合を示す。これは第１の散乱層２の表面がマイクロレンズアレイのように凸レンズ形状の突起物が複数個配置された形態となっている。そして、これにあわせて第２の散乱層３の上部が前記第１の散乱層２と嵌合するような形態となっており、両散乱層を合わせたものである。
【００４０】
図３の上図は基板を上面から見た図を示しており、図中に丸で示しているのは、第１の散乱層２に設けた半球状の突起物を示している。そして、図３の下図は、上図のＡ−Ａ断面図を示しており、散乱層の界面に曲線状の凹凸を有することとなる。
【００４１】
このように、散乱層積層体を構成する複数の散乱層のうち、隣接する少なくとも１組の散乱層において、第１の散乱層２（上層の散乱層）が、第２の散乱層３（下層の散乱層）に向かって複数の半球形状の突起物を有しており、第２の散乱層３に、前記第１の散乱層２に設けられた前記突起物の形状に対応した位置にこれを受容するように凹部が形成されている。このため、第１の散乱層２と第２の散乱層３とが組み合わされることによって、その界面に連続した曲面による凹凸形状が形成されていることになる。なお、半球形状の突起物は図３に示すように規則的に配置している場合に限定されるものではなく、ランダムに配置することもできる。また、大きさについても一律なものとする必要はなく、設置する数も限定されるものではない。
【００４２】
係る形状とすることによる効果を、図４を用いて説明する。図４（Ａ）、（Ｂ）は共に、第１の散乱層２と第２の散乱層３及びその界面の部分を拡大して示したものである。図４（Ａ）は界面部分になんら加工していない場合を示している。この場合、第１の実施形態でも述べたように、界面を形成する隣接する２層の屈折率によって臨界角が決まっており、臨界角よりも大きな角度ｃ１で入射した光ａ１はその界面を透過せずｂ１に示すように全反射することになる。これに対して、本実施形態の場合、第１の散乱層２に下に凸状の半球を複数個設けているため、界面部分に凹凸形状を有する。この場合、図４（Ｂ）に示すように、界面が入射光に対して様々な角度で存在しているため、水平面に対して図４（Ａ）の場合と同じ角度を有する入射光ａ２であったとしても、界面との関係でその入射角ｃ２は臨界角を超えておらず、ｂ２に示すように透過できることとなる。
【００４３】
この他の形状としては例えば、図５、図６に示すようにギザギザ形状や、井げた形状とすることが考えられる。中でも、上記したような半球形状としている場合、その表面で面の角度が連続的に変化し、様々な角度を有する面が存在することとなるため、対応できる入射光の角度が広くなるので、特に好ましいといえる。
【００４４】
係る形状とする方法としては、公知の各種方法を採用できる。具体的には、例えば、平坦な表面を有する第２の散乱層３を形成した後にその表面をサンドブラスト等によって研削、加工し、その上に第１の散乱層２を形成する方法が挙げられる。また、第２の散乱層３を形成する際に所定の形状となるように、透光性基板４上にペーストを塗布、印刷し、その上に第１の散乱層２を形成する方法などが考えられる。
【００４５】
以上のように、本実施例では、まず、電子用デバイス用基板を構成する各層の屈折率を選択することにより、臨界角が大きくなり光の取り出し効率が向上している。これに加えて、散乱層積層体を構成する複数の散乱層のうち、隣接する少なくとも１組の散乱層、すなわち上下に並んだ２つの散乱層の形状を所定のものとして、その界面に凹凸形状を形成することによって、界面を透過できる光の量をさらに大きくすることができる。本実施の形態では２つの散乱層の界面について説明を行ったが、隣接する層間の屈折率の差が大きい界面で同様の方法を適用することができ、同じ基板内の複数の界面に同時にこのような形態を設けることもできる。
【００４６】
なお、本実施形態においても、散乱層について第２の実施形態のように散乱物質を加えることができる。この場合、光取り出し効率がより向上するため、好ましい。
【００４７】
以上、実施の形態を挙げながら説明を行った。本発明の電子デバイス用基板は、透光性電極層上にさらに発光層を配置し、例えば、有機ＬＥＤ、無機ＬＥＤ等とすることができる。
【符号の説明】
【００４８】
１ 透光性電極層
２ 第１の散乱層
３ 第２の散乱層
４ 透光性基板
５ 散乱物質
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子などの電子デバイス用基板、及び、これを用いた有機ＬＥＤに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）、電界放出ディスプレイ（ＦＥＤ）、有機ＬＥＤ素子、無機ＥＬ素子など、新規発光デバイスの研究、開発が進められている。中でも、有機ＬＥＤ素子（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）は次世代の発光素子の一つとして着目されている。これは、有機層を電極間に挟んだ構造を有しており、発光のメカニズムとしては、まず、電極間に電圧を印加することによって、それぞれの電極から正孔、電子を注入し、次いでこれらが有機層内で結合し、有機層内の発光材料を励起状態にする。その後、発光材料が励起状態から基底状態に至る過程で発生する光を取り出すものである。具体的な用途としては、ディスプレイやバックライト、照明などが挙げられる。
【０００３】
しかしながら、有機ＬＥＤ素子においては、素子自体の発光効率は向上しているものの、素子から外部に光を取り出す際に、光路上にある各部材の界面、例えば、素子と透明電極、透明基板と空気等の界面で光が全反射されてしまい、外部取り出し効率が低下するため、その改善が求められていた。
【０００４】
特許文献１においては、透光性基板上に、散乱層、被覆層を積層し、これらの層に散乱物質を所定の条件を満たすように配置することによって外部取り出し効率を最大で８０％まで向上させる旨記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２００９／１１６５３１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１においては、被覆層、散乱層の材料として透光性電極層と同じかそれよりも大きな屈折率を有する材料を用いている。このため、散乱層よりも、散乱層上に設けられた透光性基板の屈折率のほうが小さくなる。従って、材料の組み合わせ、光の入射角によっては、両者の界面で全反射が生じてしまう。その結果デバイス内で多重反射が生じ、蛍光体の材料によってはその光を吸収してしまうため、外部取り出し効率が十分に大きくできない場合があった。
【０００７】
本発明は上記従来技術が有する問題に鑑み、発光素子などの電子デバイス用基板において、光取り出し効率を高めることができる電子デバイス用基板を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため本発明は、透光性基板と、前記透光性基板上に設けられ、屈折率が異なる複数の散乱層からなる散乱層積層体と、前記散乱層積層体上に設けられる透光性電極層とが積層され、前記透光性電極層、前記散乱層積層体、前記透光性基板の順に屈折率が低くなっており、前記散乱層積層体を構成する複数の散乱層は、透光性電極層側から順に、散乱層毎に屈折率が漸次低減するように構成されていることを特徴とする電子デバイス用基板を提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、透光性電極層、複数の散乱層からなる散乱層積層体、透光性基板が積層された電子デバイス用基板に関するものである。本発明の電子デバイス用基板においては、透光性電極層側から順に、光取り出し面である透光性基板側にむかって、各層毎に漸次屈折率が低くなるように配置されている。従って、隣接する層間での屈折率の差を従来よりも小さなものとできるので、臨界角が大きくなり全反射を抑制することができる。その結果、光取り出し効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る第１の実施形態の説明図
【図２】本発明に係る第２の実施形態の説明図
【図３】本発明に係る第３の実施形態の説明図
【図４】本発明に係る第３の実施形態における散乱層界面部分の説明図
【図５】本発明に係る第３の実施形態の変形例についての説明図
【図６】本発明に係る第３の実施形態の変形例についての説明図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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が、本発明は、下記の実施形態に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、下記の実施形態に種々の変形および置換を加えることができる。
【００１２】
［第１の実施形態］
本発明に係る電子デバイス用基板について、図１を用いて説明を行う。
【００１３】
まず、図１の構造について説明する。図１は電子用デバイス基板の断面図を示しており、図中最上部から順に、透光性電極層１、第１の散乱層２、第２の散乱層３、透光性基板４が積層されていることを示している。なお、例えば有機ＬＥＤ素子に使用する場合には、図中の透光性電極層上にさらに、有機ＬＥＤ素子層、陰極が積層されることとなる。また、本実施の形態においては、説明の都合上、散乱層の数を２層としたが、屈折率が所定の条件を満たすように複数層設けることもできる。
【００１４】
ここで、本実施の形態においては、透光性電極層１、第１の散乱層２、第２の散乱層３、透光性基板４の順番に屈折率が低くなるように各材料が選択されている。また、各層の屈折率は異なっている。すなわち、透光性電極層側（発光素子側）から透光性基板側（光取り出し面側）にいくに従い、各層毎に漸次屈折率が低くなっている。このように構成することによって、隣接した層間の屈折率の違いを小さくすることが可能となり、臨界角を大きくすることができる。
【００１５】
光は、屈折率が大きい物質から、屈折率の小さい物質へ進む場合、その入射角が臨界角よりも大きいと、入射光が境界面を透過せず、全て反射されてしまう全反射が起こる。ここで、臨界角はスネルの法則により導くことができ、具体的には以下の式で表される。
【００１６】
θｍ＝ｓｉｎ−１（ｎＡ／ｎＢ）
式中、θｍが臨界角、ｎＡ、ｎＢが屈折率（ｎＢ＞ｎＡ）を表わしている。本願発明では、屈折率の大きい透光性電極層側から、屈折率の小さい透光性基板側に光が通るように構成されている。このため、屈折率ｎＢの層から、屈折率ｎＡの層へ光が進行することとなる。上記式によれば、屈折率ｎＡとｎＢとの差が小さくなると、臨界角は９０度に近づくため、全反射が起こりにくくなる。従って、本願発明のように透光性電極層と、透光性基板の間に、屈折率の変化を緩和できるように散乱層を複数層有する構成とすることにより、層内での多重反射が低減し、光取り出し効率を高めることができる。
【００１７】
各部材について以下に説明する。
【００１８】
透光性基板４としては、可視光に対する透過率が高い材料が用いられる。透過率の高い材料として具体的には、ガラス基板やプラスチック基板が挙げられる。ガラス基板の材料としては、アルカリガラス、無アルカリガラス又は石英ガラスなどの無機ガラスがある。
【００１９】
またプラスチック基板の材料としては、例えば、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリエーテル、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリビニルアルコール、ならびにポリフッ化ビニリデンなどのフッ素含有ポリマーが挙げられる。
【００２０】
透光性基板の厚さは、デバイスを保護するため、十分な強度をもつように選択されていれば足りる。具体的には例えばガラスを用いた場合、０．１ｍｍ〜２．０ｍｍが好ましい。ただし薄すぎると強度が落ちること、厚すぎるとデバイスの大きさが大きくなり使用場所が限定されること、また重量が大きくなり使いにくくなることから、０．５〜１．０ｍｍであることが特に好ましい。
【００２１】
なお、散乱層をガラスフリットで作製する場合、歪みの問題等が生じる場合がある。このため、透光性基板の熱膨張係数は５０×１０−７／℃以上が好ましい。更に好ましくは７０×１０−７／℃以上であり、より好ましくは８０×１０−７／℃以上である。また、これに合わせて、散乱層としては、１００〜４００℃における平均熱膨張係数が７０〜９５×１０−７／℃であり、かつガラス転移温度が４５０〜５５０℃であることが好ましい。
【００２２】
第２の散乱層３としては、所定の屈折率を有する光透過率の高い材料（ベース材）が用いられる。具体的には、ベース材としては、ガラス、結晶化ガラス、透光性樹脂、透光性セラミックスが挙げられる。ガラスの材料としては、ソーダライムガラス、ホウケイ酸塩ガラス、無アルカリガラス、石英ガラスなどの無機ガラスがある。ガラス組成については所望の屈折率を有する材料であれば特に限定されるものではない。具体的には例えば、Ｓｉ−Ｂ系ガラス、Ｂｉ系ガラス、Ｐｂ系ガラス、Ｌａ−Ｔｉ系ガラスが挙げられる。例示すると、酸化物基準のモル％表示で、ＳｉＯ２を６２％、Ｂ２Ｏ３を１０％、ＺｎＯを１１％、Ｌｉ２Ｏを４％、Ｎａ２Ｏを３％、Ｋ２Ｏを６％、ＢａＯを１％、Ａｌ２Ｏ３を３％含有するガラスである。このガラスは、１００〜４００℃における平均熱膨張係数は７５×１０−７／℃であり、かつガラス転移温度が５０５℃、屈折率ｎｄ＝１．５３である。基板材がソーダライムガラスの場合屈折率ｎｄ＝１．５２であり、基板材との間で、屈折率差が非常に小さいガラスである。更に例示すると、酸化物基準のモル％表示で、ＳｉＯ２を２１％、Ｂ２Ｏ３を３１％、ＺｎＯを２％、Ｌｉ２Ｏを１６％、ＭｇＯを９％、ＣａＯを５％、ＢａＯを２％、Ａｌ２Ｏ３を１４％含有するガラスである。１００〜４００℃における平均熱膨張係数は７５×１０−７／℃であり、かつガラス転移温度が４９５℃、屈折率ｎｄ＝１．５８である。更に例示すると、酸化物基準のモル％表示で、ＳｉＯ２を１５％、Ｂ２Ｏ３を３１％、ＺｎＯを３４％、ＢａＯを１１％、Ｂｉ２Ｏ３を９％含有するガラスである。１００〜４００℃における平均熱膨張係数は７６×１０−７／℃であり、かつガラス転移温度が４９０℃、屈折率ｎｄ＝１．８０である。
【００２３】
第２の散乱層３はゾル−ゲル法、蒸着法、スパッタ法など公知の成膜手段によって形成することができる。しかし、第２の散乱層３の厚さとしては１０〜１００μｍであることが好ましく、このような厚膜を大面積に均一且つ迅速に形成するという観点から、フリットペースト法により作製することが好ましい。具体的には、まず、ベース材である粒径が１〜１０μｍのガラス粉末を樹脂、界面活性剤、溶剤、フィラー等と混合し、均一に分散させることによってフリットペースト化する。その後、塗布、印刷などにより作製したフリットペーストを透光性基板上に配置し、所望の温度（例えば５３０〜６００℃）で焼成することで第２の散乱層３を形成する。
【００２４】
第２の散乱層３は透光性基板４に直接形成されることが好ましい。しかしながら、透光性基板として、アルカリ成分を含有するガラス基板を用いた場合、ガラス基板中のアルカリ成分が拡散し、散乱層内の散乱物質等の特性に影響を与える場合がある。そのため、透光性基板と散乱層との間に１層以上からなるバリア層を形成してもいい。バリア層としては、酸化珪素膜や窒化珪素膜、酸化インジウム膜等のように酸素、珪素の少なくともどちらか一方を含む薄膜が好ましい。この場合、バリア層もその屈折率が第２の散乱層３と透光性基板４の間の値になるように選択することが好ましい。バリア層は、特にアルカリ成分を含有するガラスフリットのペーストを用いて、焼成膜を作製する時に、ガラス基板のアルカリ成分が焼成膜層との間で、相互拡散する事を抑制することに効果が期待できる。
【００２５】
第１の散乱層２についても第２の散乱層３と同様の材料を使用することができ、所望の屈折率となるように、各種材料を選択できる。また、その形成方法についても、第２の散乱層３上に同様の方法によって形成することができる。
【００２６】
透光性電極層１は、これに隣接する有機ＬＥＤ層等の発光層で発生した光を外部に取り出す必要があるため、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）、ＳｎＯ２、ＺｎＯ、ＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、ＡＺＯ（ＺｎＯ−Ａｌ２Ｏ３：アルミニウムをドープした亜鉛酸化物）、ＧＺＯ（ＺｎＯ−Ｇａ２Ｏ３：ガリウムがドープされた亜鉛酸化物）、ＮｂドープＴｉＯ２、ＴａドープＴｉＯ２などの材料が用いられる。透光性電極層の厚さは、１００ｎｍ以上であることが好ましい。なお、透光性電極層の屈折率は一般的に１．９〜２．２程度である。透光性電極層の屈折率を調整する方法として、例えばＩＴＯの場合、キャリア濃度を増加させると屈折率が低下することが知られている。具体的には、市販されているＩＴＯは、ＳｎＯ２含有量を１０ｗｔ％とするのが標準となっているが、この量を調整して屈折率を制御することができる。ただし、Ｓｎ濃度の増加に伴いキャリア濃度は増加するが、移動度、透過率が低下するため、要求する性能との間でバランスをとる必要がある。
【００２７】
透光性電極層の形成方法としては、まず、基板上にＩＴＯを成膜して、そのＩＴＯ膜にエッチングを施すことによって形成する。ＩＴＯはスパッタや蒸着等によって、散乱層を形成した後の透光性基板全体に均一性良く成膜することができる。成膜したＩＴＯ膜について、フォトリソグラフィー及びエッチングによりＩＴＯパターンを形成する。このＩＴＯパターンが透光性電極層となる。なお、フォトリソグラフィーの際に、レジストとして、例えばフェノールノボラック樹脂を使用することができる。また、エッチングはウェットエッチング、ドライエッチングいずれでも良いが、例えば、塩酸と硝酸の混合水溶液を用いて行うことができる。さらに、レジスト剥離剤としては、例えばモノエタノールアミンを使用することができる。
【００２８】
ここで、本実施の形態においては、上記のように、透光性電極層１、第１の散乱層２、第２の散乱層３、透光性基板４の順番に屈折率が低くなるように構成されている。
【００２９】
例えば、透光性電極層１として１．９の屈折率を有するものを用い、透光性基板４として屈折率が１．５のガラスを用いた場合、２つの散乱層は１．９よりも小さく、１．５よりも大きい屈折率である必要がある。さらに、係る範囲内で、発光層側の第１の散乱層２の方が光取り出し面側の第２の散乱層３よりも屈折率が大きくなるように材料を選択する必要がある。散乱層としては上記条件を充足していれば足りるが、透光性電極層１、第１の散乱層２、第２の散乱層３、透光性基板の間の屈折率の差が均等になるように材料を選択することがより好ましい。
【００３０】
以上のように、電子デバイス用基板を構成する各部材の屈折率を所定のものとすることによって、層間の屈折率の差異を小さくし、臨界角を大きくすることができる。このため、全反射を抑制し、光の外部取り出し効率を高めることができる。
【００３１】
［第２の実施形態］
第２の実施形態を、図２を用いて説明する。本実施形態は、第１の実施形態において、第２の散乱層３内に散乱物質５を加えたものである。散乱物質を散乱層に添加することによって、散乱物質表面でも光を散乱し、その角度が変わるため、外部取り出し効率を高めることが期待できる。散乱層３から基板４に向かう光の多くが、散乱層３と基板４との界面で全反射される角度をもつが、散乱物質表面で散乱され、一部は、界面で全反射されずに通過できる角度に変えられるため、外部取り出し効率を高めることが期待できる。さらに、基板４から外部空気層に向かう光が、基板４と外部空気層との界面で全反射される光も散乱物質表面で散乱され、一部は、基板４と外部空気層界面で全反射されずに通過できる角度に変えられるため、外部取り出し効率を高めることが期待できる。この散乱による光の進行方向を変える効果は、光が減衰するまで、多重反射と多重散乱が繰り返されるため結果的に、外部出射できる進行角度を持つ光を増やすことができる。この点について以下に説明する。
【００３２】
散乱物質５としては、気泡、析出結晶、ベース材とは異なる材料粒子、分相ガラスを挙げることができる。ここで、気泡とは、空気もしくはガスがベース材中に分散して存在しているものをいう。また、粒子とは固体の小さな物質をいい、例えばフィラーやセラミックスがある。また、分相ガラスとは、２種類以上のガラス層により構成されるガラスをいう。
【００３３】
散乱物質の具体的な添加方法について以下に説明する。
【００３４】
まず、散乱物質として気泡を用いた場合を説明する。散乱層を形成する際にフリットペースト法を使用した場合、その焼成条件を調整することによって、その層内に気泡からなる散乱物質を含有させることができる。具体的には、基板上に配置したガラス粒子を加熱していくと、まず、ガラスの粒子同士が融着し始める。ガラス粒子同士が融着すると、ガラス粒子間に存在した隙間はガラスが軟化することで変形し、ガラス中に閉空間を形成する。更に温度を上げていくとガラスの軟化、流動が進み、前記閉空間は球形の気泡となる。また、隙間によるものだけではなく、加熱中に発生したガスも気泡となってガラス中に存在することがある。ガラスの粘度は、軟化温度で１０７．６ポアズ程度と高いため、気泡の大きさが数μｍ以下であれば浮上せず層内に留まる。なお、ガラス最表面では、ガラスが軟化しているため、ガラス粒子の隙間に起因する凹みは平滑化されていく。従って、小さな気泡を発生させるように材料組成を調整するとともに、焼成条件を選択することによって、層表面の平滑性、層内の散乱物質の分布の程度を調整することができる。
【００３５】
次に、散乱物質として析出結晶を用いた場合を説明する。これは、散乱層を作製する際に結晶化しやすいガラスを原料として用いることによって、散乱層（ガラス層）内部に結晶を析出させる方法である。このときの結晶のサイズが０．１μｍ以上であれば、散乱物質として機能することができる。このため、焼成条件を適切に選択することによって、層表面での結晶の析出を抑制しつつも、層内に結晶を析出させることが可能となる。具体的にはガラス転移温度よりも６０℃〜１００℃程度高い温度で焼成することが考えられる。温度が高すぎる場合には、ガラス層最表面でも結晶が析出してしまい、最表面の平滑性が損なわれてしまうため、好ましくない。従って、焼成温度はガラス転移温度よりも６０〜８０℃高くすることがより好ましく、６０〜７０℃とすることが更に好ましい。このような手法により、ガラス相中に、気泡や析出結晶を散乱物質として存在させつつも、散乱層最表面ではそれらの発生を抑制することができる。
【００３６】
また、ベース材とは異なる材料粒子等を散乱物質として用いる場合には、散乱層の原料中にこれらの材料を予め添加し散乱層を形成することによって、散乱物質を有する散乱層を形成することができる。具体的には、酸化物、酸窒化物、窒化物、硫化物、酸硫化物、ハロゲン化物、アルミン酸塩化物、ハロリン酸塩化物などの無機蛍光体粉末等を散乱物質として使用することができる
散乱層内に散乱物質を具備する場合、散乱層内におけるその分布は、散乱層内部から最表面に向かって小さくなっていることが好ましい。これは、散乱層の最表面側に散乱物質が存在すると、散乱層の表面に凹凸が生じやすくなるためである。また、散乱物質の添加方法で述べたように、散乱物質を添加する場合、散乱層として、ガラス層を用いることが好ましい。これは、優れた散乱特性を有しつつも表面の平滑性を維持することができるからであり、これを発光デバイスなどの光出射面側に用いることで、光の取り出し効率を向上させることができる。
【００３７】
散乱物質は散乱層積層体を形成する全ての散乱層中に配置することができるが、透光性電極層と接している散乱層中に添加する場合、その表面からは散乱物質が突出していることは好ましくない。つまり、散乱物質は、散乱層内部に存在し、かつ透光性電極層と接する散乱層の表面には存在しないことが好ましい。これは、散乱層表面から散乱物質が突出していると、その上面に透光性電極層を形成した時に電極間の短絡を生じる恐れがあるためである。また、散乱層表面が平滑でないと、平坦な透光性電極層が作製することができないためでもある。このため、係る層に散乱物質を配置する場合には、散乱物質として、気泡を用いることが好ましく、散乱物質は散乱層の主表面から０．２μｍ以内に存在していないことが好ましい。さらに、透光性電極層と接している散乱層の表面のＪＩＳ Ｂ０６０１−１９９４に規定される算術平均粗さ（Ｒａ）は３０ｎｍ以下が好ましく、１０ｎｍ以下であることがより好ましく、１ｎｍ以下が特に望ましい。
【００３８】
さらに、散乱物質は、ベース材の屈折率との差（Δｎ）が、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以上になるように選択することが好ましい。特に、十分な散乱特性を得るために、屈折率の差（Δｎ）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。
［第３の実施形態］
本実施形態は、散乱層積層体を構成する複数の散乱層間の界面のうち、少なくとも１つの界面が凹凸形状になっているものである。つまり、散乱層間の界面に凹凸形状を設けた点で第１の実施形態と相違しており、この点について説明する。
【００３９】
散乱層界面の凹凸形状としては各種考えられるが、具体的な例として、図３に第１の散乱層２が半球形状の突起物を有している場合を示す。これは第１の散乱層２の表面がマイクロレンズアレイのように凸レンズ形状の突起物が複数個配置された形態となっている。そして、これにあわせて第２の散乱層３の上部が前記第１の散乱層２と嵌合するような形態となっており、両散乱層を合わせたものである。
【００４０】
図３の上図は基板を上面から見た図を示しており、図中に丸で示しているのは、第１の散乱層２に設けた半球状の突起物を示している。そして、図３の下図は、上図のＡ−Ａ断面図を示しており、散乱層の界面に曲線状の凹凸を有することとなる。
【００４１】
このように、散乱層積層体を構成する複数の散乱層のうち、隣接する少なくとも１組の散乱層において、第１の散乱層２（上層の散乱層）が、第２の散乱層３（下層の散乱層）に向かって複数の半球形状の突起物を有しており、第２の散乱層３に、前記第１の散乱層２に設けられた前記突起物の形状に対応した位置にこれを受容するように凹部が形成されている。このため、第１の散乱層２と第２の散乱層３とが組み合わされることによって、その界面に連続した曲面による凹凸形状が形成されていることになる。なお、半球形状の突起物は図３に示すように規則的に配置している場合に限定されるものではなく、ランダムに配置することもできる。また、大きさについても一律なものとする必要はなく、設置する数も限定されるものではない。
【００４２】
係る形状とすることによる効果を、図４を用いて説明する。図４（Ａ）、（Ｂ）は共に、第１の散乱層２と第２の散乱層３及びその界面の部分を拡大して示したものである。図４（Ａ）は界面部分になんら加工していない場合を示している。この場合、第１の実施形態でも述べたように、界面を形成する隣接する２層の屈折率によって臨界角が決まっており、臨界角よりも大きな角度ｃ１で入射した光ａ１はその界面を透過せずｂ１に示すように全反射することになる。これに対して、本実施形態の場合、第１の散乱層２に下に凸状の半球を複数個設けているため、界面部分に凹凸形状を有する。この場合、図４（Ｂ）に示すように、界面が入射光に対して様々な角度で存在しているため、水平面に対して図４（Ａ）の場合と同じ角度を有する入射光ａ２であったとしても、界面との関係でその入射角ｃ２は臨界角を超えておらず、ｂ２に示すように透過できることとなる。
【００４３】
この他の形状としては例えば、図５、図６に示すようにギザギザ形状や、井げた形状とすることが考えられる。中でも、上記したような半球形状としている場合、その表面で面の角度が連続的に変化し、様々な角度を有する面が存在することとなるため、対応できる入射光の角度が広くなるので、特に好ましいといえる。
【００４４】
係る形状とする方法としては、公知の各種方法を採用できる。具体的には、例えば、平坦な表面を有する第２の散乱層３を形成した後にその表面をサンドブラスト等によって研削、加工し、その上に第１の散乱層２を形成する方法が挙げられる。また、第２の散乱層３を形成する際に所定の形状となるように、透光性基板４上にペーストを塗布、印刷し、その上に第１の散乱層２を形成する方法などが考えられる。
【００４５】
以上のように、本実施例では、まず、電子用デバイス用基板を構成する各層の屈折率を選択することにより、臨界角が大きくなり光の取り出し効率が向上している。これに加えて、散乱層積層体を構成する複数の散乱層のうち、隣接する少なくとも１組の散乱層、すなわち上下に並んだ２つの散乱層の形状を所定のものとして、その界面に凹凸形状を形成することによって、界面を透過できる光の量をさらに大きくすることができる。本実施の形態では２つの散乱層の界面について説明を行ったが、隣接する層間の屈折率の差が大きい界面で同様の方法を適用することができ、同じ基板内の複数の界面に同時にこのような形態を設けることもできる。
【００４６】
なお、本実施形態においても、散乱層について第２の実施形態のように散乱物質を加えることができる。この場合、光取り出し効率がより向上するため、好ましい。
【００４７】
以上、実施の形態を挙げながら説明を行った。本発明の電子デバイス用基板は、透光性電極層上にさらに発光層を配置し、例えば、有機ＬＥＤ、無機ＬＥＤ等とすることができる。
【符号の説明】
【００４８】
１ 透光性電極層
２ 第１の散乱層
３ 第２の散乱層
４ 透光性基板
５ 散乱物質
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性基板と、
前記透光性基板上に設けられ、屈折率が異なる複数の散乱層からなる散乱層積層体と、
前記散乱層積層体上に設けられる透光性電極層とが積層され、
前記透光性電極層、前記散乱層積層体、前記透光性基板の順に屈折率が低くなっており、
前記散乱層積層体を構成する複数の散乱層は、透光性電極層側から順に、散乱層毎に屈折率が漸次低減するように構成されていることを特徴とする電子デバイス用基板。
【請求項２】
前記散乱層内部に存在し、かつ前記透光性電極層と接する散乱層の表面には存在しない散乱物質を備えた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。
【請求項３】
前記散乱層積層体を構成する複数の散乱層間の界面のうち、少なくとも１つの界面が凹凸形状になっていることを特徴とする請求項１または２に記載の電子デバイス用基板。
【請求項４】
前記散乱層積層体を構成する複数の散乱層のうち、隣接する少なくとも１組の散乱層において、
上層の散乱層が下層の散乱層に向かって少なくとも１つの半球形状の突起物を有しており、
下層の散乱層が前記上層の散乱層に設けられた前記突起物の形状に対応した位置にこれを受容するように凹部を有しており、
前記上層の散乱層と下層の散乱層とが組み合わされることによって、その界面に凹凸形状が形成されていることを特徴とする請求項３に記載の電子デバイス用基板。
【請求項５】
請求項１乃至４いずれか１項に記載の電子デバイス用基板を用いたことを特徴とする有機ＬＥＤ。
【請求項１】
透光性基板と、
前記透光性基板上に設けられ、屈折率が異なる複数の散乱層からなる散乱層積層体と、
前記散乱層積層体上に設けられる透光性電極層とが積層され、
前記透光性電極層、前記散乱層積層体、前記透光性基板の順に屈折率が低くなっており、
前記散乱層積層体を構成する複数の散乱層は、透光性電極層側から順に、散乱層毎に屈折率が漸次低減するように構成されていることを特徴とする電子デバイス用基板。
【請求項２】
前記散乱層内部に存在し、かつ前記透光性電極層と接する散乱層の表面には存在しない散乱物質を備えた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。
【請求項３】
前記散乱層積層体を構成する複数の散乱層間の界面のうち、少なくとも１つの界面が凹凸形状になっていることを特徴とする請求項１または２に記載の電子デバイス用基板。
【請求項４】
前記散乱層積層体を構成する複数の散乱層のうち、隣接する少なくとも１組の散乱層において、
上層の散乱層が下層の散乱層に向かって少なくとも１つの半球形状の突起物を有しており、
下層の散乱層が前記上層の散乱層に設けられた前記突起物の形状に対応した位置にこれを受容するように凹部を有しており、
前記上層の散乱層と下層の散乱層とが組み合わされることによって、その界面に凹凸形状が形成されていることを特徴とする請求項３に記載の電子デバイス用基板。
【請求項５】
請求項１乃至４いずれか１項に記載の電子デバイス用基板を用いたことを特徴とする有機ＬＥＤ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−１０９９２２（Ｐ２０１３−１０９９２２Ａ）
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５３０８６（Ｐ２０１１−２５３０８６）
【出願日】平成２３年１１月１８日（２０１１．１１．１８）
【出願人】（０００００００４４）旭硝子株式会社 (2,665)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月１８日（２０１１．１１．１８）
【出願人】（０００００００４４）旭硝子株式会社 (2,665)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]