JP6182354B2 - ディスプレイ用多孔性ガラス基板及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ディスプレイ用多孔性ガラス基板及びその製造方法に係り、より詳しくは、有機発光素子（ＯＬＥＤ）といったディスプレイの光学特性を向上することができる多孔性ガラス基板及びその製造方法に関する。

図６は、従来技術に係る有機発光素子の断面図及び光取り出し効率を説明するための概念図である。図６に示すように、従来技術に係る有機発光素子では、その発光量の約２０％のみが外部に放出され、８０％程度の光は、ガラス基板１０とアノード２０及び正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層などを含む有機発光層３０との屈折率の差による導波管（ｗａｖｅ ｇｕｉｄｉｎｇ）効果やガラス基板１０と空気との屈折率の差による全反射効果により損失される。すなわち、内部有機発光層３０の屈折率は１．７〜１．８であり、アノード２０に一般に用いられるＩＴＯの屈折率は１．９〜２．０である。このとき、二層の厚さは略１００〜４００ｎｍと極めて薄く、ガラス基板１０に用いられるガラスの屈折率は１．５程度であるので、有機発光素子内には平面導波路が自然に形成される。計算によれば、前記原因による内部導波モードで損失される光の割合が約４５％に達する。そして、ガラス基板１０の屈折率は約１．５であり、外部空気の屈折率は１．０であるので、ガラス基板１０から外部へ光が出るとき、臨界角以上で入射する光は全反射を起こしてガラス基板１０内部に閉じ込められ、このように閉じ込められた光の割合は約３５％に達するため、発光量の２０％程度の僅かしか外部に放出されない。ここで、図面符号３１、３２、３３は、有機発光層３０を構成する構成要素であって、３１は正孔注入層と正孔輸送層、３２は発光層、３３は電子注入層と電子輸送層をそれぞれ示す。

従来、前記した問題を解決するために、低屈折率フィルムであるシリカエアロゲル（ｓｉｌｉｃａ ａｅｒｏｇｅｌ）フィルムをガラス基板とＩＴＯとの間にコートし、全反射して出られない光を放出させていた（図７）。しかしながら、このシリカエアロゲルは、製造工程が煩わしく且つ難しく、さらには高コストであるため、実製品には適用できていない。また、このようなシリカエアロゲルは薄膜であってその形成に限界があり、基板の厚さの増大を招くという問題があった。

一方、図８に示すように、従来では、アノード２０の下（図面基準）、すなわち、アノード２０とガラス基板１０との間の境界面に凹凸構造物６０を形成して光取り出し効率を向上させようとしていた。

ここで、上述したように、アノード２０と有機発光層３０は、一般に、カソード４０とガラス基板１０との間で一つの光導波路の役割を担う。したがって、アノード２０と有機発光層３０への導波モードの存在下、アノード２０に隣接した境界面に光散乱を起こす凹凸構造物６０を形成すれば、導波モードが撹乱することで外部に取り出される光が増加するようになる。しかし、アノード２０の下に凹凸構造物６０が形成されていると、その上のアノード２０の形状が下の凹凸構造物６０の形状に倣い、局所的に凸状の部分が生じる可能性が高くなる。有機発光素子は極めて薄い薄膜の積層構造からなるものであるので、アノード２０に凸状の部分があると、その部分に電流が集中し、大きなリーク電流の原因になったり、電力効率の低下を招いたりする。このため、このような電気的特性の低下を防止するために、アノード２０の下に凹凸構造物６０を形成する場合は、平坦膜７０を必ず一緒に用いる。このとき、平坦膜７０は、凹凸構造物６０の凹凸を平坦化させる役割を果たす。平坦膜７０が平坦ではなく凸状の部分があると、アノード２０にも凸状の部分が形成され、リーク電流が発生する原因になる。したがって、平坦膜７０の平坦度は、極めて重要であって、約Ｒｐｖ＝３０ｎｍ以下であることが求められる。

また、平坦膜７０には、アノード２０と同等な屈折率を有する素材を用いる必要があり、もし、アノード２０よりも平坦膜７０の屈折率が低いと、光が凹凸構造物６０によって撹乱する前にアノード２０／平坦膜７０の境界面で大半が反射され、アノード２０／有機発光層３０に閉じこめられる導波モードになる。ここで、平坦膜７０の厚さは、極力薄くてよい。平坦膜７０が厚すぎると、不要な光吸収が増加することがあり、且つ凹凸構造物６０と有機発光層３０との距離が遠すぎて散乱効果が減少することがある。

しかしながら、凸凹状の凹凸構造物６０を数百ｎｍの薄い平坦膜７０で完璧に平坦化することは工程的に至難である。また、凹凸構造物６０を覆って平坦化するための方法としては、蒸着コーティング法と溶液コーティング法があり、蒸着コーティング法では、その特性上、凹凸構造物６０の形状に倣って膜を形成するため、蒸着コーティング法よりは溶液コーティング法によるコーティングを通じて平坦膜７０を形成した方が好ましい。しかし、屈折率がＩＴＯアノード２０の屈折率以上であり、有機発光素子基板の表面に求められる厳しい条件と高温工程が伴われる多結晶シリコン薄膜トランジスタ（ｐｏｌｙｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）工程を満たす高屈折溶液コーティング素材を入手することは、現状としてとても難しい。

一方、従来、有機発光素子の発光効率を増大させるために、マイクロキャビティ（ｍｉｃｒｏ−ｃａｖｉｔｙ）構造を有機発光素子に適用していた。具体的には、透明電極であるＩＴＯアノード２０をＩＴＯ／金属／ＩＴＯで構成し、アノード２０で一部の光が反射してアノード２０と金属カソード４０との間にマイクロキャビティを形成し、発光する光を補強干渉及び共振を用いて発光効率を増大させていた。しかしながら、このようなマイクロキャビティ構造は、視野角が増大するに伴い色相が変化するカラーシフト現象を招くという不具合があった。

本発明は、上述したような従来技術の問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、有機発光素子のようなディスプレイの光学特性を向上することができる多孔性ガラス基板及びその製造方法を提供することである。

このために、本発明は、ガラス基板、及び前記ガラス基板の片面の少なくとも一部分に前記ガラス基板の内側方向に形成され、前記ガラス基板よりも相対的に低い屈折率を有する多孔性層を含み、前記多孔性層は、前記ガラス基板をなす成分のうち酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）を除くその他の成分の少なくとも一種が溶出し、前記ガラス基板に形成された複数の気孔を含むことを特徴とする多孔性ガラス基板を提供する。

ここで、前記多孔性層は、前記ガラス基板の内側に向かう面に凹凸パターンを有していてよい。凹凸パターンは、複数の半オーバル（ｓｅｍｉ−ｏｖａｌ）形状を含んでいてよい。

このとき、前記凹凸パターンのピッチｐは、１μｍ以上または２００ｎｍ以下であってよい。または、前記凹凸パターンのピッチは、ランダムに互いに異なる大きさを有していてよい。

また、前記多孔性層を含む前記ガラス基板の片面に積層され、多孔性ガラスからなるバッファ層を含んでいてよい。

このとき、前記バッファ層は、ＳｉＯ_２、ＳｉＮ_ｘ、ＭｇＯまたはＺｒＯ_２を含んでいてよい。

一方、本発明は、ガラス基板を用意する第１のステップ、及び前記ガラス基板の片面において、前記ガラス基板をなす成分のうち酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）を除くその他の成分の少なくとも一種を溶出し、前記基板の片面の少なくとも一部分に前記基板よりも屈折率が相対的に低い多孔性層を形成する第２のステップを含むことを特徴とする多孔性ガラス基板の製造方法を提供する。

ここで、前記多孔性層は、前記ガラス基板の内側に向かう面に凹凸パターンを有していてよい。

また、前記凹凸パターンは、リソグラフィ工程により形成されていてよい。

このとき、前記リソグラフィ工程は、フォトリソグラフィ工程で行なわれ、前記ガラス基板の表面にフォトレジストを塗布するステップと、マスクを介して前記フォトレジストをパターニングして、前記ガラス基板の片面の複数の領域を露出するステップと、前記複数の領域に対する溶出を施して、前記複数の領域から内側方向に前記多孔性層を形成させるステップ、及びパターニングされた前記フォトレジストを除去するステップと、を含んでいてよい。

また、前記リソグラフィ工程は、前記ガラス基板の表面にコーティング物質をコートするステップと、前記コーティング物質の溶融温度の付近でアニールして半球状のナノ粒子を形成させるステップと、前記ナノ粒子をマスクとして前記ガラス基板の片面に多孔性層が形成されるようにパターニングするステップ、及び前記ナノ粒子を除去するステップと、を含んでいてよい。

さらに、前記コーティング物質は、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｎ及びＣｒからなる金属群より選ばれる少なくとも一つの金属またはこれらの合金であってよい。

また、前記コーティング物質は、高分子または酸化物であってよい。

さらには、前記第２のステップの実施後、前記多孔性層を含む前記ガラス基板の片面に多孔性ガラスからなるバッファ層を形成するステップをさらに含んでいてよい。

本発明は、第１のガラス基板と；前記第１のガラス基板上に順に積層されるアノードと、有機発光層、及びカソードとを含む素子層と、前記第１のガラス基板と対向するように前記素子層上に配置され、前記素子層から発光した光が外部に放出する通路になる第２のガラス基板と；前記第２のガラス基板の片面の少なくとも一部分に前記第２のガラス基板の内側方向に形成され、前記第２のガラス基板よりも相対的に低い屈折率を有する多孔性部；及び前記素子層と前記第２のガラス基板との間に配置され、前記素子層と前記第２のガラス基板とを貼り合わせる貼り合わせ層と；を含むことを特徴とするトップ・エミッション型有機発光素子を提供する。

好ましくは、前記第２のガラス基板の片面は、前記素子層と向き合う面である。

前記多孔性部は、前記第２のガラス基板の片面に全体的に分布されて多孔性層をなし、または、前記第２のガラス基板の片面に部分的に分布されて凹凸パターンをなしていてよい。

前記トップ・エミッション型有機発光素子は、前記第２のガラス基板と前記貼り合わせ層との間に配置されるバッファ層をさらに含んでいてよい。

本発明によれば、ガラス基板にガラスよりも屈折率が低い多孔性層を形成することで、ＯＬＥＤの光取り出し層への適用時に光取り出し効率を向上させることができる。これにより、有機発光素子の消費電力を低減させることができ、これは、発熱の最小化につながり、結局、有機発光素子を長寿命化することができる。

また、本発明によれば、従来の別途の構成で形成されていたシリカエアロゲル形成工程よりも工程的に容易である。

さらには、本発明によれば、従来技術におけるＯＬＥＤに隣接する境界面への光散乱を起こす凹凸構造物の形成工程や該構造物により生じる段差を平坦化するために形成する平坦膜の形成工程を省略することができるため、製造コストを削減することができ、また工程及び構造の単純化を図ることができるため、リーク電流の発生に関する憂慮も解消することができ、さらには、厚さの増大を防止することができるため、ＯＬＥＤへの適用時に素子のスリム化及びコンパクト化を実現することができる。

また、本発明によれば、複数の半オーバル（ｓｅｍｉ−ｏｖａｌ）形状からなる凹凸パターンで構成される多孔性層を形成させることで、色混合を誘導してＯＬＥＤのカラーシフトを改善させることができる。

本発明の一実施例に係る多孔性ガラス基板を示す断面図である。 本発明の一実施例に係る多孔性ガラス基板を適用したＯＬＥＤ特性結果を示すグラフであって、電流密度の変化による電圧及び輝度特性を示すグラフである。 本発明の一実施例に係る多孔性ガラス基板を適用したＯＬＥＤ特性結果を示すグラフであって、電流密度の変化による電力効率及び電流効率特性を示すグラフである。 本発明の他の実施例に係る多孔性ガラス基板の断面図であり、且つ光の屈折及び散乱を示す模式図である。 本発明の他の実施例に係る多孔性ガラス基板の製造方法を示す工程図である。 従来技術に係る有機発光素子の断面図及び光取り出し効率を説明するための概念図である。 従来技術に係るまた他の有機発光素子を示す部分分解斜視図である。 従来技術に係るまた他の有機発光素子を示す部分分解斜視図である。 本発明の他の実施例に係るトップ・エミッション型有機発光素子を示す断面図である。 本発明の他の実施例に係るトップ・エミッション型有機発光素子を示す断面図である。

以下、添付の図面を参照して、本発明の実施例に係るディスプレイ用多孔性ガラス基板及びその製造方法について詳しく説明することにする。

なお、本発明を説明するにあたって、関連公知機能あるいは構成についての具体的な説明が本発明の要旨を不要に曖昧にし得ると判断される場合、その詳細な説明は省略することにする。

図１に示すように、本発明の一実施例に係るディスプレイ用多孔性ガラス基板１００は、例えば、有機発光素子に用いられる相対向する基板のうち有機発光素子の片面に貼り合わされ、有機発光素子を外部環境から保護すると共に、有機発光素子から発光した光を外部に放出させる通路の役割をする光取り出し基板であってよい。

ここで、有機発光素子は、本発明の一実施例に係るディスプレイ用多孔性ガラス基板１００とこれに対向する封止基板（図示せず）との間に配置されるアノード１１、有機発光層１２、及びカソード１３の積層構造からなるものである。このとき、アノード１１は、正孔注入が起こりやすいように仕事関数の大きいＡｕ、Ｉｎ、ＳｎまたはＩＴＯのような金属または酸化物からなるものであってよく、カソード１３は、電子注入が起こりやすいように仕事関数の小さいＡｌ、Ａｌ：ＬｉまたはＭｇ：Ａｇの金属薄膜からなるものであってよく、また、トップ・エミッション（ｔｏｐ ｅｍｉｓｓｉｏｎ）構造である場合、有機発光層１２から発光した光が透過しやすいようにＡｌ、Ａｌ：ＬｉまたはＭｇ：Ａｇの金属薄膜の半透明電極（ｓｅｍｉｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）とインジウムスズ酸化物（ｉｎｄｉｕｍ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ；ＩＴＯ）のような酸化物透明電極（ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）薄膜の多層構造からなるものであってよい。そして、有機発光層１２は、アノード１１上に順に積層される正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層及び電子注入層を含んで形成される。このような構造により、アノード１１とカソード１３との間に順方向電圧が印加されると、カソード１３から電子が電子注入層及び電子輸送層を介して発光層に移動し、アノード１１から正孔が正孔注入層及び正孔輸送層を介して発光層に移動するようになる。そして、発光層内に注入された電子と正孔は、発光層で再結合して励起子を生成し、該励起子が励起状態から基底状態に遷移しながら光を放出し、このとき、放出される光の明るさは、アノード１１とカソード１３との間に流れる電流量に比例するようになる。

このように、ＯＬＥＤの光取り出し層の役割をする多孔性ガラス基板１００は、ガラス基板１０１、多孔性層１１０を含んでなる。

ガラス基板１０１は、適用されるＯＬＥＤ１を外部環境から保護する役割をする。該ガラス基板１０１は、ソーダライムガラス（ｓｏｄａ ｌｉｍｅ ｇｌａｓｓ）またはアルミノシリケート（ａｌｕｍｉｎｏ−ｓｉｌｉｃａｔｅ）系ガラスからなるものであってよい。このとき、照明用ＯＬＥＤへの適用時は、ソーダライムガラスからなることが好ましく、また、ディスプレイ用ＯＬＥＤへの適用時は、アルミノシリケート系ガラスからなることが好ましい。このようなガラス基板１０１の片面、より具体的には、ＯＬＥＤ１のアノード１１に貼り合わされる片面には少なくともその一部分に多孔性層１１０が形成される。

多孔性層１１０は、ガラス基板１０１の内側方向にガラス基板１０１の片面に形成される。この多孔性層１１０は、ＯＬＥＤ１への適用時は内部に形成された導波モードを撹乱させ、外部に取り出される光量を増大させる役割をする。また、多孔性層１１０は、ガラス基板１０１よりも相対的に低い屈折率を形成してガラス基板１０１と空気との界面における全反射が生じる臨界角で放出される光の向きを臨界角よりも小さく変えて、外部に取り出される光量を増大させる役割をする。このために、多孔性層１１０は、ガラス基板１０１よりも相対的に屈折率が低い層として形成され、これは、多孔性層１１０内に存在する気孔により実現される。

そして、多孔性層１１０は、ガラス基板１０１を溶出液に浸漬させる方法で実現されていてよい。このとき、溶出工程に用いられる溶出液としては、酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）を添加して飽和させたフッ化ケイ酸（Ｈ_２ＳｉＦ_６）が挙げられ、ホウ酸水溶液が添加されていてよい。フッ化ケイ酸（Ｈ_２ＳｉＦ_６）溶液に酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）を過飽和させるとＨ_２ＳｉＦ_６・ＳｉＦ_４を生成し、これにより、ガラス基板１０１構造中における結合力の強い≡Ｓｉ-Ｏ-Ｓｉ≡を除くその他の成分の少なくとも一種を溶出させ、多孔性シリカ（ｐｏｒｏｕｓ ｓｉｌｉｃａ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）構造、すなわち、多孔性層１１０がガラス基板１０１の表面から内側方向に形成される。

そして、多孔性層１１０の形状は、前記原理に基づく酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）を除くその他の成分の少なくとも一種を溶出することにより作られ、これについては、下記の有機発光素子用基板の製造方法においてより詳しく説明することにする。

このように、ガラス基板１０１の表面に形成された多孔性層１１０は、その表面が例えば、有機発光素子１の表面、すなわち、アノード１１との境界面と水平をなし、気孔径が２０ｎｍ以下と微細であるため表面粗さが本来のガラス表面とほぼ同じである。これにより、従来技術における別途の構成で生じていた問題、例えば、凹凸構造物によるリーク電流の発生、発光均一度の劣化などを基本的に抑えることができ、凹凸構造物を平坦化するための平坦膜の形成といった煩わしい追加工程なども省略可能となる。

また、アノード下の凹凸構造物と平坦膜の存在により生じる問題、例えば、低い平坦度によるリーク電流の発生、平坦度を向上するための厚肉化による不要な光吸収増大及びコストアップ、散乱効果の減少なども解決することができる。これは、光電池への適用時にも同様である。

一方、本発明の一実施例に係るディスプレイ用多孔性ガラス基板１００は、バッファ層（図示せず）を含んでいてよい。ここで、バッファ層は、多孔性ガラス基板１００から拡散してＯＬＥＤ、ＴＦＴのような素子に影響し得るアルカリなどのような元素を遮断する役割をする層である。バッファ層（図示せず）は、多孔性層１１０を含むガラス基板１０１の片面に積層される。そして、該バッファ層（図示せず）は、多孔性ガラスからなるものであってよく、例えば、ＳｉＯ_２、ＳｉＮ_ｘ、ＭｇＯ、及びＺｒＯ_２のような酸化物からなるものであってよい。なお、本発明において、必ずしもバッファ層（図示せず）の構成物質を酸化物に限定することではない。

図２は、本発明の一実施例に係る多孔性ガラス基板を適用したＯＬＥＤ特性結果を示すグラフであって、電流密度の変化による電圧及び輝度特性を示すグラフである。図２に示すように、既存のガラス基板（ｎｏｒｍａｌ ｇｌａｓｓ）よりも多孔性ガラス基板（ｐｏｒｏｕｓ ｇｌａｓｓ）を適用した場合のほうが、電流密度の変化による電圧特性はほぼ同じであるが、輝度は４３％まで増加し、光取り出し効果があることが確認された。

また、図３は、本発明の一実施例に係る多孔性ガラス基板を適用したＯＬＥＤ特性結果を示すグラフであって、電流密度の変化による電力効率及び電流効率特性を示すグラフである。図３に示すように、既存のガラス基板（ｎｏｒｍａｌ ｇｌａｓｓ）よりも多孔性ガラス基板（ｐｏｒｏｕｓ ｇｌａｓｓ）を適用した場合のほうが、電力効率及び電流効率がそれぞれ４３％、４５％増加したことが確認された。これは、多孔性ガラス基板のＯＬＥＤ光取り出し効果により素子特性が改善されたことを示す。

以下、本発明の他の実施例に係る多孔性ガラス基板について、図４を参照して説明する。

図４は、本発明の他の実施例に係る多孔性ガラス基板を示す断面図、及び光の屈折及び散乱を示す模式図である。

図４に示すように、本発明の他の実施例に係る多孔性ガラス基板２００は、ガラス基板２０１及び多孔性層２１０を含んでなる。

本発明の他の実施例は、本発明の一実施例と比べて、多孔性層のパターン形状のみが異なり、他の構成要素は同一であるので、同一の構成要素についての詳細な説明は省略することにする。

本発明の他の実施例に係る多孔性層２１０は、ガラス基板の内側に向かう面に凹凸パターンを有する。凹凸パターンは、複数の半オーバル形状を含む。

本発明の他の実施例に係る凹凸パターンを有する多孔性層２１０は、本発明の一実施例に係る多孔性層１１０と同様に溶出によりガラス基板２０１の内側方向に気孔を生成させることで形成されていてよく、これにより、ガラス基板２０１よりも相対的に低い屈折率を有することで、複数の半オーバル形状の多孔性層の凹凸パターン境界面においてＯＬＥＤ１のアノードと有機発光層によって形成された導波モードを撹乱させ、ガラス基板２０１と空気との界面における全反射が起こる臨界角で放出される光の向きを臨界角よりも小さく変えて、外部に取り出される光量をさらに増大させることができる。

このとき、複数の半オーバル形状の多孔性層２１０の凹凸パターンのピッチｐは、ｉ）有機発光素子から放出された光の波長よりも大きい略１μｍ水準以上であるか、または放出された光の波長よりも小さい略２００ｎｍ以下であることが好ましく、ｉｉ）放出された光の波長水準のパターンが形成される場合は、前記範囲内でパターンのピッチがランダムであることが好ましい。

その理由は、ＯＬＥＤ１から放出された光の波長と類似した周期的なパターンが形成される場合、ブラッググレーティング（Ｂｒａｇｇ ｇｒａｔｉｎｇ）やフォトニック結晶（ｐｈｏｔｏｎｉｃ ｃｒｙｓｔａｌ）現象によって放出された光のスペクトラムが変化すると共に視野角が変化するに伴って色変化が発生するためである。

また、図４に示すように、本発明の他の実施例に係る多孔性層２１０は、ＯＬＥＤ１から入射する光を屈折、散乱させることができる。すなわち、半オーバル形状の凹凸パターンは、ＯＬＥＤ１とガラス基板２０１との境界面に法線方向に発光する光の向きを法線方向から外れる方向に変更させると共に、境界面の法線方向から外れる方向に出る光の一部を法線方向に変更させる。すなわち、半オーバル形状の凹凸パターンは、視野角に応じて発光する光の向きを変化させることにより、色混合（ｃｏｌｏｒ ｍｉｘｉｎｇ）を誘導して発光効率を増大させるためにマイクロキャビティ（ｍｉｃｒｏ−ｃａｖｉｔｙ）構造を適用したＯＬＥＤ１において発生するカラーシフト（ｃｏｌｏｒ ｓｈｉｆｔ）を改善することができる。

以下、本発明の実施例に係る多孔性ガラス基板の製造方法について図５を参照して説明する。

本発明の実施例に係る多孔性ガラス基板の製造方法では、先ず、ガラス基板２０１を用意する。次いで、ガラス基板２０１の片面を酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）を除くその他の成分の少なくとも一種を溶出し、ガラス基板２０１の片面の少なくとも一部分にガラス基板２０１よりも屈折率が相対的に低い多孔性層２１０を形成させる。

このとき、図５に示すように、リソグラフィ（ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）工程を用いて多孔性層２１０の内側面を半オーバル形状の散乱パターンで形成することができる。このとき、このような凹凸パターンは、多様な方法で形成することができるところ、本発明では特に多孔性層２１０のパターン形成方法をリソグラフィ工程と限定しない。

多様なリソグラフィ工程のうち周知のフォトリソグラフィ工程により、このような多孔性層２１０のパターンを形成する場合、先ず、ガラス基板２０１の表面にレジスト（ＰＲ）２を塗布する。次いで、多孔性層２１０が形成されるガラス基板２０１表面の複数の領域を露出するために、マスク（図示せず）を介してレジスト２をパターニングする。次いで、これに対して溶出が進められると、パターニングされたレジスト２の隙間から露出したガラス基板２０１の表面から内側方向に多孔性パターン２１０’が形成され、溶出がさらに進むと、レジスト２の下方も溶出して、図４に示すような内側面に半オーバル形状の凹凸パターンを有する多孔性層２１０が形成される。次いで、パターニングされたレジスト２をストリップ（ｓｔｒｉｐ）工程により除去すると、ガラス基板２０１よりも屈折率が低い半オーバル形状の凹凸パターンを内側面に有する多孔性層２１０が形成される。

なお、図示していないが、他のリソグラフィ工程では、ランダムなパターンを形成するために数十ｎｍ厚さのＡｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｃｒなどといった金属及び合金をガラス基板にコーティングした後、溶融温度（ｍｅｌｔｉｎｇ ｐｏｉｎｔ）の付近でアニールすれば、金属薄膜がディウェッティング（ｄｅｗｅｔｔｉｎｇ）され、半球状のナノ粒子を形成する。これをマスクとして用いてガラス基板に多孔性層をパターニングして金属ナノ粒子を除去して、多孔性層が形成されたガラス基板を形成することができる。前記金属の代わりに高分子薄膜や酸化物を用いることもできる。

最後に、図示していないが、本発明の実施例では、多孔性層２１０を含むガラス基板２０１の片面に多孔性ガラスからなるバッファ層（図示せず）を積層していてもよい。

図９に示すように、本発明の他の実施例に係る有機発光素子３００は、カソード３２３側に光を放出するトップ・エミッション型の構造からなる。このとき、有機発光素子３００は、駆動のために薄膜トランジスタ（図示せず）に接続される。このような有機発光素子３００は、第１のガラス基板３１０、素子層３２０、第２のガラス基板３３０、多孔性部３４０、及び貼り合わせ層３５０を含んでなる。

トップ・エミッション型有機発光素子は、ボトム・エミッション型（ｂｏｔｔｏｍ ｅｍｉｓｓｉｏｎ）有機発光素子とは異なり、仕事関数の低い透明物質からなるカソード側に光を放出する構造である。このとき、このような有機発光素子を駆動するための薄膜トランジスタが有機発光素子の下方に形成されることにより、トップ・エミッション型有機発光素子の場合、ボトム・エミッション型有機発光素子よりも相対的に高い開口率を有していてよい。

第１のガラス基板３１０は、素子層３２０が蒸着されるベース基板である。また、第１のガラス基板３１０は、素子層３２０を外部環境から保護する基板である。

素子層３２０は、第１のガラス基板３１０をベース基板として第１のガラス基板３１０上に形成される。このような素子層３２０は、アノード３２１、有機発光層３２２、及びカソード３２３を含む。このとき、アノード３２１、有機発光層３２２、及びカソード３２３は、第１のガラス基板３１０上に順に積層される。

ここで、本発明の他の実施例に係る有機発光素子３００は、トップ・エミッション型構造であるため、第１のガラス基板３１０上に蒸着されるアノード３２１は、有機発光層３２２から発光した光をトップ、すなわち、カソード３２３側に反射させる物質で形成されなければならない。また、アノード３２１は、有機発光層３２２への正孔注入が生じやすいように仕事関数の大きい物質で形成されなければならない。例えば、アノード３２１は、Ａｕ、Ｉｎ、Ｓｎのような金属物質で形成されていてよく、金属層とインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）のような酸化物透明電極薄膜の多層構造で形成されていてもよい。

また、カソード３２３は、有機発光層３２２への電子注入が生じやすいように仕事関数の小さい物質で形成されるが、特に、本発明の一実施例に係る有機発光素子３００がトップ・エミッション型構造であるため、有機発光層３２２から発光した光が透過しやすいように、Ａｌ、Ａｌ：ＬｉまたはＭｇ：Ａｇの金属薄膜の半透明電極とＩＴＯのような酸化物透明電極薄膜の多層構造で構成されていてよい。

第２のガラス基板３３０は、第１のガラス基板３１０と対向するように素子層３２０上に配置され、内部の素子層３２０を外部環境から保護及び遮断させる封止ガラスである。そして、本発明の一実施例では、第２のガラス基板３３０が素子層３２０から発光した光が外部に放出される通路となる。このような第２のガラス基板３３０は、第１のガラス基板３１０と同じ組成のガラスからなるものであってよい。

このとき、第２のガラス基板３３０は、貼り合わせ層３５０を介して素子層３２０に貼り合わされていてよい。本発明の一実施例において、素子層３２０から発光した光を、第２のガラス基板３３０側に透過しやすくする必要があるため、貼り合わせ層３５０は、例えば、ＯＣＡ（ｏｐｔｉｃａｌ ｃｌｅａｒ ａｄｈｅｓｉｖｅ）フィルムで形成されていてよい。

多孔性部３４０は、第２のガラス基板３３０の片面から内側方向に形成される。このとき、図示したように、多孔性部３４０は、素子層３２０と向き合う第２のガラス基板３３０の片面から内側方向に形成される。

このような多孔性部３４０は、第２のガラス基板３３０内部に形成された複数の気孔３４１からなる。このとき、本発明の一実施例では、複数の気孔３４１が第２のガラス基板３３０の片面の全域に分布する。これにより、このような複数の気孔３４１からなる多孔性部３４０は、気孔３４１が形成されていない第２のガラス基板３３０と貼り合わせ層３５０との間で多孔性層をなすようになる。

このような多孔性部３４０を備えることにより、本発明の一実施例に係るトップ・エミッション型有機発光素子３００の光抽出効率が改善すると共に輝度が向上し、これにより、消費電力が低減し、これは、発熱の最小化につながり、結局、当該素子が長寿命化する。また、本発明の一実施例では、封止ガラスの第２のガラス基板３３０自体に、従来は別個に形成されていた光抽出層の役割をする多孔性部３４０が形成されることにより、従来の有機発光素子よりも構造を単純化することができ、この結果、構造的な安定性を確保することができ、且つ、このような有機発光素子３００を採用したディスプレイ装置の小型化及びコンパクト化を実現することができるようになる。

一方、本発明の一実施例では、第２のガラス基板３３０と貼り合わせ層３５０との間、より詳しくは、第２のガラス基板３３０の下方（図面基準）に層をなす多孔性部３４０と貼り合わせ層３５０との間にバッファ層３６０が形成されていてよい。バッファ層３６０は、多孔性部３４０が形成されている第２のガラス基板３３０で拡散しており、素子層３２０及び素子層３２０を駆動させるために有機発光素子３００の下方（図示せず）に形成される薄膜トランジスタなどの素子に影響を与え得るアルカリなどのような元素を遮断する役割や、貼り合わせ層３５０を構成する物質が多孔性部３４０に浸透することを防止する役割をする層である。

図１０は、本発明の他の実施例に係るトップ・エミッション型有機発光素子を示す断面図である。

図１０に示すように、本発明の他の実施例に係るトップ・エミッション型有機発光素子４００は、第１のガラス基板３１０、素子層３２０、第２のガラス基板３３０、多孔性部４４０、及び貼り合わせ層３５０を含んでなる。

本発明の他の実施例に係る多孔性部４４０は、第２のガラス基板３３０に形成された複数の気孔４４１からなる。このとき、多孔性部４４０をなす複数の気孔４４１は、第２のガラス基板３３０の片面の全体に分布して層をなす図９の実施例に係る複数の気孔３４１とは異なり、第２のガラス基板３３０の片面に部分的に分布している。図示したように、本発明の他の実施例では、多孔性部４４０が複数の半オーバル形状の凹凸パターンをなす。

このとき、多孔性部４４０をなす複数の半オーバルパターンのピッチは、素子層３２０から放出した光の波長よりも大きい略１μｍ水準以上であるか、放出した光の波長よりも小さい略２００ｎｍ以下であることが好ましく、または放出した光の波長水準のパターンが形成される場合は、その範囲内でパターンのピッチがランダムであることが好ましい。

複数の半オーバル形状の凹凸パターンは、フォトリソグラフィ、インターフェレンス・リソグラフィ（ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）、Ｅ−ビームリソグラフィ（Ｅ−ｂｅａｍ ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）、ディウェッティング・マスク（ｄｅｗｅｔｔｉｎｇ ｍａｓｋ）などの方法により形成されていてよい。

以上のように、本発明を限定された実施例や図面に基づいて説明したが、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、本発明の属する分野における通常の知識を有する者であれば、このような記載から種々の修正及び変形が可能である。

したがって、本発明の範囲は前述の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲や特許請求の範囲と均等なものなどによって決められるべきである。

１００、２００ 多孔性ガラス基板
１０１、２０１ ガラス基板
１１０、２１０ 多孔性層
２１０’ 多孔性パターン
２ レジスト

Claims (16)

1. ガラス基板、及び
   前記ガラス基板の片面の少なくとも一部分に前記ガラス基板の内側方向に形成され、前記ガラス基板よりも相対的に低い屈折率を有する多孔性層、
   を含み、
   前記多孔性層は、前記ガラス基板の内側に向かう面に凹凸パターンを有し、
   前記多孔性層を含む前記ガラス基板の片面に積層され、多孔性ガラスからなるバッファ層を含むことを特徴とすることを特徴とする多孔性ガラス基板。
2. 前記凹凸パターンは、複数の半オーバル（ｓｅｍｉ−ｏｖａｌ）形状を含むことを特徴とする請求項１に記載の多孔性ガラス基板。
3. 前記凹凸パターンのピッチｐは、１μｍ以上または２００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の多孔性ガラス基板。
4. 前記凹凸パターンのピッチは、ランダムに互いに異なる大きさを有することを特徴とする請求項１または２に記載の多孔性ガラス基板。
5. 前記バッファ層は、ＳｉＯ_２、ＳｉＮ_ｘ、ＭｇＯまたはＺｒＯ_２を含むことを特徴とする請求項１に記載の多孔性ガラス基板。
6. ガラス基板を用意する第１のステップ、及び
   前記ガラス基板の片面において、前記ガラス基板をなす成分のうちの少なくとも一種の成分を溶出し、前記基板の片面の少なくとも一部分に前記基板よりも屈折率が相対的に低い多孔性層を形成する第２のステップ
   を含み、
   前記多孔性層は、前記ガラス基板の内側に向かう面に凹凸パターンを有することを特徴とする多孔性ガラス基板の製造方法。
7. 前記凹凸パターンは、リソグラフィ工程により形成されることを特徴とする請求項６に記載の多孔性ガラス基板の製造方法。
8. 前記リソグラフィ工程は、フォトリソグラフィ工程で行なわれ、
   前記ガラス基板の表面にフォトレジストを塗布するステップと、
   マスクを介して前記フォトレジストをパターニングして、前記ガラス基板の片面の複数の領域を露出するステップと、
   前記複数の領域に対する溶出を施して、前記複数の領域から内側方向に前記多孔性層を形成させるステップ、及び
   パターニングされた前記フォトレジストを除去するステップと、
   を含むことを特徴とする請求項７に記載の多孔性ガラス基板の製造方法。
9. 前記リソグラフィ工程は、
   前記ガラス基板の表面にコーティング物質をコートするステップと、
   前記コーティング物質の溶融温度の付近でアニールして半球状のナノ粒子を形成させるステップと、
   前記ナノ粒子をマスクとして前記ガラス基板の片面に多孔性層が形成されるようにパターニングするステップ、及び
   前記ナノ粒子を除去するステップと、
   を含むことを特徴とする請求項７に記載の多孔性ガラス基板の製造方法。
10. 前記コーティング物質は、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｎ及びＣｒからなる金属群より選ばれる少なくとも一つの金属またはこれらの合金であることを特徴とする請求項９に記載の多孔性ガラス基板の製造方法。
11. 前記コーティング物質は、高分子または酸化物であることを特徴とする請求項９に記載の多孔性ガラス基板の製造方法。
12. 第１のガラス基板と、
    前記第１のガラス基板上に順に積層されるアノードと、有機発光層、及びカソードとを含む素子層と、
    前記第１のガラス基板と対向するように前記素子層上に配置され、前記素子層から発光した光が外部に放出する通路になる第２のガラス基板と、
    前記第２のガラス基板の片面の少なくとも一部分に前記第２のガラス基板の内側方向に形成され、前記第２のガラス基板よりも相対的に低い屈折率を有する多孔性部、及び
    前記素子層と前記第２のガラス基板との間に配置され、前記素子層と前記第２のガラス基板とを貼り合わせる貼り合わせ層と、
    を含み、
    前記多孔性部は、前記第２のガラス基板の片面に部分的に分布されて凹凸パターンをなすことを特徴とするトップ・エミッション型有機発光素子。
13. 前記第２のガラス基板の片面は、前記素子層と向き合う面であることを特徴とする請求項１２に記載のトップ・エミッション型有機発光素子。
14. 前記多孔性部は、前記第２のガラス基板の片面に全体的に分布されて多孔性層をなすことを特徴とする請求項１２または１３に記載のトップ・エミッション型有機発光素子。
15. 前記第２のガラス基板と前記貼り合わせ層との間に配置されるバッファ層をさらに含むことを特徴とする請求項１２乃至１４の何れか一項に記載のトップ・エミッション型有機発光素子。
16. 前記バッファ層は、ＳｉＯ_２、Ｓｉ_ｘＮ_ｙ、Ｎｂ_２Ｏ_５、ＭｇＯ、及びＺｒＯ_２のいずれか一種からなることを特徴とする請求項１５に記載のトップ・エミッション型有機発光素子。