JP2003323985A

JP2003323985A - 可撓性を有する有機ｅｌ素子

Info

Publication number: JP2003323985A
Application number: JP2002131441A
Authority: JP
Inventors: Ritsuo Inaba; 律夫稲葉; Harutoshi Niwa; 晴俊丹羽; Tomoko Kawamura; 倫子川村
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-05-07
Filing date: 2002-05-07
Publication date: 2003-11-14

Abstract

(57)【要約】有機ＥＬディスプレーにおいて、発光素子構成を最適化
することにより可撓性を持たせた薄型のディスプレーを
実現した。定量的に比較すると従来の最も薄いといわれ
ている素子構成に比較しても厚み及び重量でほぼ３分の
１程度になる。【課題】有機ＥＬデバイスはその発光原理から薄型の
自発光素子の実現が期待されて多くの努力がなされてい
る。しかし水分等の影響を受けるため、寿命を考慮する
と封止構造が複雑になるため、液晶デバイス等に較べて
極端に薄型になることは無かった。【解決手段】有機ＥＬ素子構成を最適化することによ
り、寿命の低減あるいは効率の低下を招くことも無く従
来の構成と同等の特性を維持して薄型軽量化を実現し
た。薄型化をすることにより素子の可撓性を持たせるこ
とが可能となった。解決手段は基板ガラスの破損を防止
することで基板厚を薄くすることで可能となった。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】<発明の分野> 本発明は有機ＥＬ素子にお
いてその構成を最適化することによって、従来構造の薄
型化に伴う寿命あるいは効率の低下を招くことない、軽
量化と薄型化を目指した有機ＥＬ表示素子に関するもの
である。発明の解決しようとする課題有機ＥＬ素子はガ
ラス基板上に、ＩＴＯ透明電極、ホール注入層、ホール
輸送層、電子輸送層（発光層を兼ねる）その上にカソー
ド電極を基板ガラス上にそれぞれ設けて構成されるが、
すべての層を合わせても発光体の厚みは０．５ミクロン
以下であることと自発光デバイスであるため、ブラウン
管に代わる軽量薄型化デバイスの実現性が高いものと思
われてきた。液晶あるいはプラズマディスプレーも勿論
同様の機能を持っているが有機ＥＬ素子はより可能可能
性が高いと思われるため多くの注目を浴びて研究開発が
進んでいる。軽量薄型化の極限として、研究室段階で寿
命等を問わなければ、基板層として１００ミクロン内外
のプラスティックフィルムの上に上記の電極及び発光体
を設けることによって全体の厚みが１００ミクロン内外
のフレキシブルフィルム発光体が１９９５年にすでに発
表されている。その後多くの研究者が同様の実験を行っ
て確認している。

【０００２】一方有機ＥＬ素子は空気中の水分あるいは
酸素等によって極端に寿命の低下を招くため上記のよう
に基板に材料を構成しただけでは実用化は出来ないこと
が分かってきた。現在実用化している有機ＥＬ素子のガ
ラス基板上に上記構成の電極及び発光体を設けた基本構
成は変わらないが、基板上の発光層の上部にある隙間を
介してその上に金属あるいはガラスの蓋を設けて酸素、
水分の浸入を防止する。さらに有機ＥＬ素子劣化を防止
するために素子外部から進入する水分、あるいは素材か
ら発生する水分を吸収するために、素子内部（封止蓋の
裏側）に水分の吸収剤を入れるのが一般的である。もち
ろんこのような封止蓋構造は有機ＥＬ素子の薄型化及び
軽量化には望ましくないため取り除く努力は行われてい
るが、現時点では成功していない。一方可撓性を持たせ
たプラスティックフィルム上の有機ＥＬの実現には水分
の透過しないフィルムが求められる。水分の透過しない
フィルムの実現は非常に難しい。ガラス基板とプラステ
ィックフィルムの両者で水分の透過量を比較すると、プ
ラスティックフィルムの上に水分透過の防止処理を行っ
たものでもガラスに比較して数桁大きい。フィルムその
ままでは有機ＥＬ素子の信頼性が確保できない事がわか
っているため改善方法としてプラスティックフィルム上
にガスバリアー性の薄膜を設けることが試みられている
が現時点では成功していない。

【０００３】現在実用化されている実際の有機ＥＬ素子
構成は基板ガラスが１ｍｍ内外の厚みであり、その上の
封止蓋もガラスの厚みに較べれば少ないが、内部に水分
吸収剤を入れる必要があるためほぼ同等の厚みで構成さ
れる。発光体としての本質的な発光層は０．５ミクロン
以下であるが全体の厚みは２ｍｍ−３ｍｍ程度が最も薄
い構成となり、しかも両面の基板はガラスあるいは金属
の剛性の高い材料であるため、発光体は０．５ミクロン
の薄い柔軟なフレキシブルな構造であるにもかかわらず
この構成では可撓性を有するフレキシブル構造とはなら
ない。現在の有機ＥＬ素子開発の流れとして、いかにし
て全体の厚みを薄くするか、軽くするかが求められてい
る。その理由は応用の一つが携帯電話を中心とした携帯
用のディスプレーデバイスとしての応用が盛んなため
で、さらに発光素子全体をフレキシブな構成にすること
が求められている。

【０００４】本発明が解決するための手段本発明は薄型
軽量化フレキシブル有機ＥＬ素子を作製するものであ
る。基本構成は従来から知られている素子構成を踏襲
し、薄型化とフレキシブル化のために素子構成とその構
成材料を最適化することで実現するものである。以下に
可撓性を持たせた薄型有機ＥＬ素子構成について詳細に
記す。素子の基本構成を図１に示す。図１で１１は素子
基板を示し、１２はＩＴＯ膜示し、１３はホール注入材
料を示し、１４はホール輸送材料、１５は電子輸送材料
（発光材料）、１６はカソード電極、１７は封止材料、
１８は水分吸収材、１９ガラス保護膜兼外光反射防止膜
を示す。本発明の基本構成では、１１の素子基板、１８
の水分吸収材料、１９の封止材料が従来の素子構成材料
と異なる。１１の素子基板は極薄いガラスを用いるもの
である。本発明で用いたガラスは硼珪酸ガラスの、５０
ミクロン、１００ミクロン、１５０ミクロンのガラス基
板を実験の検討用に用いた。素子作製はガラス基板を十
分洗浄してその上にＩＴＯ透明電極をスパッタリング
で、１５００オングストローム設ける。さらに通常のフ
ォトリゾグラフィーでＩＴＯ電極をパターニングして、
再度基板を洗浄して、プラズマアッシングを行う。基板
準備を終えた後真空蒸着装置で通常の有機ＥＬ作製方法
に準じて、その上に図１の１３銅フタロシアニン（ホ
ール注入層）、１４ α―ＮＰＤ（ホール輸送層）、１
５ＡｌＱ３（電子輸送層兼発光層）、１６フッ化
Ｌｉ（電子注入電極層）、１６Ａｌ（カソード電極兼
素子保護層）を設けた。本発明で重要な点は基板のガラ
ス厚みとそのガラス材料の選択で、ガラス厚みは素子全
体の可撓性の程度を示す重要な要素となる。さらにガラ
ス厚みはそのガス透過性も重要な要素となる。ガラス厚
みが０．５ｍｍ以上では０．５ｍｍでも１ｍｍでも可撓
性に関しては従来の有機ＥＬ素子と全く同じで有機ＥＬ
素子がフレキシブル素子とはいえなくなる。ガラスの厚
さは単に重量が軽くなるだけである。一方ガラス厚みを
薄くするのに伴って、可撓性は増すが薄さの欠点がすぐ
に目立ってくる。欠点の一つはガラス基板の破損の問
題である。素子作製中あるいは、素子完成後でもわずか
の外力によってガラスの破損が生じて、そのままでは実
用化は困難となる。本発明人等はガラスの破損防止のた
め、破損に対して比較的耐性のあるガラス材料を使用す
ることによって破損の欠点の一部を克服した。具体的な
実施例は一般的に高質ガラスに属する硼珪酸ガラスが強
度の点で優れていることが分かった。さらにコストの点
あるいはガラス基板作製技術の完成度からもこの材料が
最適であることを見出した。さらに硼珪酸ガラスの利点
は無アルカリガラスで、現在有機ＥＬ用に用いられてい
るガラスのように表面にＳｉＯ２のコーティングを行い
基板ガラスに含まれているアルカリイオンの防止層の必
要が無いことであり、これはＴＦＴを用いたアクティブ
タイプの有機ＥＬ基板として非常に有用である。

【０００５】ガラスの厚みをどの程度にするかは基板の
柔軟性を何処まで要求するかによって決まるが、１００
ミクロンの厚みの基板を用いた有機ＥＬ素子構成では通
常の使い方の範囲内で十分な柔軟性を持っていることが
確認できた（封止材料も含めた状態で）。さらに薄い５
０ミクロンの基板では機械的な強度の弱さが極端に目立
ってくる。従来の素子作製装置では、一例として基板洗
浄あるいは基板の搬送等での作業性が極端に落ちること
である。他方有機ＥＬ素子は現時点では封止基板を外側
に設けねばならないが、封止基板との厚さの兼ね合い
で、ガラス基板の薄さの特長がそれほど発揮できない事
がわかったため５０ミクロンが薄さの下限であることが
分かった（１００ミクロン厚さの基板に対しての相対比
較ではあるが、もちろん注意深く作れば５０ミクロンで
も良い）。有機ＥＬ素子では水分のガラス表面を通って
の侵入が問題となるが、５０ミクロンの厚さは水分の透
過性に対しては問題が無いことも分かった。

【０００６】有機ＥＬ基板としてガラスが一般的に用い
られているが、本発明のように薄型化を行うとガラスの
限界が出てくる。一方透明で強度の高い基板として、サ
ファアイア、水晶、酸化チタン等の結晶材料が挙げられ
る。これらの結晶材料はへきかい性にさえ注意すればガ
ラスに較べてはるかに強度は高い。もう一つの利点は耐
熱性に優れていることと熱伝導性が良いことで、これら
の基板を用いたＴＦＴ基板の上の有機ＥＬ素子素子には
最も適している。ガラスに較べてのコスト上昇の欠点を
気にしなければ軽量でかつ可撓性を有するディスプレー
には最も適している。

【０００７】次にガラス基板を用いた可撓性を有する有
機ＥＬ素子構成について記す。基板の薄板化は外力によ
る破壊の可能性は従来の０．７ｍｍのガラス板厚に比べ
て非常に高い。本発明人等はこの欠点を克服するため
に、ガラス基板上に破壊につながる応力を少なくするた
めと、ガラス基板上の破壊につながる微細な傷の防止の
ためにガラス表面に、保護フィルムを設けることによっ
てガラス基板の破損の問題を克服した。図２にその構成
を示す。図２で２１は基板ガラス、２２はガラス強化
層、２３は保護膜、２４はＩＴＯ電極、をそれぞれ示
す。この構成で保護フィルムのガラスの破損防止効果は
大きく、封止基板層と合わせてガラスの破損の恐れは殆
ど無くなる。フィルムは破損防止の点では殆どの有機フ
ィルムで同一の効果を発揮する。本発明人等は有機フィ
ルムの導入を第一にガラス基板の保護を目的として、さ
らに有機ＥＬ素子の紫外線の侵入に因る劣化防止と、外
光の反射によるコントラストの低下、以上３つの効果を
同一のフィルムで満足させることを目的とした。

【０００８】フィルムの厚みの増大は有機ＥＬ素子の柔
軟性に大きく影響を与えるため、その厚みは出来る限り
薄くする必要がある。具体的には５０ミクロンの厚みが
あれば上記の３つの目的を達することが出来保護フィル
ム厚みは５０ミクロン以下に抑えた。さらに可撓性を持
たせた有機ＥＬ素子作製には、封止基板（カバー）の構
成も重要な要素となる。現在実用化している有機ＥＬ素
子の封止構造は０．１−０．２ｍｍ厚のステンレス金属
あるいは、１ｍｍ程度のガラス板を封止材料に使われて
いるが、このような材料ではガラス基板を以下に薄くし
ても可撓性は全く失われる。

【０００９】本発明の可撓性を持たせた封止基板の実施
例を以下に示す。最も単純な構成は基板に柔軟性を持た
せた金属材料として、ステンレス、銅、Ｎｉ、Ａｌ等の
金属箔を用いる。厚みは最も薄い場合には３０ミクロン
程度から１００ミクロン程度で十分である。金属単体で
は外部からの力が加わったときに破損の恐れがある場合
は金属膜の補強と基板と封止蓋との接着性の向上のた
め、図３に示す金属膜とプラスティックフィルムの二重
構造とすることも有効である。図３（a）において３１
はプラスティックフィルム、３２は金属箔、３３は水分
吸収膜を、３４は接着層を示す。図３（ｂ）では金属膜
とフィルムの関係を反対にとったものである。二重構造
の場合でも柔軟性を確保するためには封止板の全体の厚
みは１００ミクロン以下に抑えることが望ましい。

【００１０】本発明の封止構造の利点は単に有機ＥＬ素
子が薄いだけではなく、図４に示すように電極構造をか
ねることが出来ることである。図４において４１は金属
箔で、金属箔自身が取り出し電極を兼ねていて、４２の
部分で基板のＩＴＯ電極と４３の異方性導電ゴムを用い
て電極接続を行う。４４はポリイミド等のプラスティッ
クフィルムで、さらに上部４５はＩＴＯ電極又はカソー
ド電極の金属箔で構成される。３層構造の封止材料構成
では上下間の金属を電気的に接続することで、上部にＩ
Ｃ等の取り付け等も可能となる。

【００１１】本発明の構造では柔軟性を持たせるために
は、素子全体の厚みを薄くしなければならないことは前
にも記したが、封止用の蓋にも同様のことが言える。本
発明では従来の吸水材料である、酸化バリウムあるいは
ゼオライト等の材料を素子内にそのまま用いることは、
上記材料が粉体であるため粉体を固定しなければならな
い。そのことは封止蓋部の厚みを増加させるため、結果
として素子全体の柔軟性を失うるために用いることが出
来ない。本発明では可撓性を維持するために出来る限り
薄い構造の吸水材料を用いなければ成らないため、吸水
材料としてアルカリ金属箔あるいは蒸着膜を用いること
を特長とする。箔構造を用いる場合にはＬｉ等の金属は
柔軟性が大きいため薄い箔にしやすく、さらに封止基材
が容易に取り付けることが可能なため適している。蒸着
膜を用いる場合には金属の選択性は特に無くどのアルカ
リ金属材料も容易に蒸着できる。通常１０ミクロン程度
の厚みを設ければ十分であることが分かった。

【００１２】上記構成に依る有機ＥＬ素子は全体の厚み
が２００ミクロンから３５０ミクロン程度の厚みとな
り、従来最も薄い有機ＥＬ素子構造と思われている構造
すなわちガラス基板に設けた素子にガラス封止構造を取
る構造の３分の１の厚みで構成される。２００ミクロン
から３００ミクロンの厚みは通常のディスプレーの使用
状態では十分な可撓性を有する柔軟構造のディスプレー
ということが出来る。

【００１３】有機ＥＬ素子は従来ガラス基板上に発光素
子を設け、さらにその上に封止基板を取り付け、ＩＴＯ
電極から駆動用信号と電力を素子に供給するのが普通で
あり、ガラス基板を中心にしてそのガラス基板を装置に
固定するのが普通であった。本発明は有機ＥＬ発光素子
の固定の中心を封止基板に置き、封止基板上に発光素子
を設けて素子構成することを特長とするものであること
を図５に示す。５１は封止材料で５２は発光部を示す。
この構成は封止材料を金属材料で取るとき外部装置に半
田で発光素子を固定することが出来ることを意味してい
て、従来の構成のガラス基板を固定する方法よりは固定
用の特別な枠等を必要としない。

【００１４】本発明の構造の大きな特長の一つは薄型化
とともにディスプレーの軽量化である。重量に関しても
従来構造に較べてやはり３分の１程度に成る。柔軟性を
有しかつ軽量化した有機ＥＬ素子はその応用範囲は広い
ものと思われる。

【図面の簡単な説明】

【図１】有機ＥＬ素子構成

【図２】有機ＥＬ素子基板

【図３】封止基板構成

【図４】取り出し電極構造

【図５】素子取り付け方法

【符号の説明】

１１素子基板１２ＩＴＯ透明電極１３ホール注入材料１４ホール輸送材料１５電子輸送材料１６カソード電極１７封止材料１８水分吸収材１９ガラス保護膜兼反射防止膜２１基板ガラス２２ガラス強化層２３ガラス保護層２４ＩＴＯ電極（ａ）３１プラスティックフィルム３２金属箔３３水分吸収膜３４接着剤（ｂ）裏返し構造４１銅箔４２電気的接続部分４３異方性導電ゴム４４プラスティックフィルム４５ＩＴＯ電極又は取り出し金属５１封止材料（取り出し電極と発光素子取り付け部を
兼ねる）５２発光部５３取り出し電極５４水分吸収剤５５ＩＴＯ電極（又はカソード取り出し電極）５６ガラス基板５７反射防止膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】有機ＥＬ素子の素子基板である透明電極ガ
ラス基板の厚みを、特に５０ミクロンから２５０ミクロ
ンに取ることを特長とし、発光素子の封止構造をあわせ
て、発光素子構成全体で可撓性を持たせたことを特長と
する有機ＥＬ素子。
【請求項２】有機ＥＬ素子の素子基板である基板材料に
サファイア、水晶、マグネシア等の結晶材料を用いてそ
の上に透明電極を設けて、特にその厚みを５０ミクロン
から２５０ミクロンに取ることを特長とし、発光素子の
封止構造をあわせて発光素子構成全体で可撓性を持たせ
たことを特長とする有機ＥＬ素子。
【請求項３】有機ＥＬ素子の素子基板である透明電極ガ
ラス基板を、その基板ガラス厚みを特に５０ミクロンか
ら２５０ミクロンに取ることを特長とし、用いる基板ガ
ラス材料を特に硼珪酸ガラスあるいは燐酸ガラスを用い
たことを特長として、発光素子の封止構造をあわせて発
光素子構成全体で可撓性を持たせたことを特長とする有
機ＥＬ素子。
【請求項４】有機ＥＬ素子の素子基板である透明電極ガ
ラス基板を、その基板ガラス厚みを特に５０ミクロンか
ら２５０ミクロンに取ることを特長としてさらに基板ガ
ラス材料の表面処理を行って強化ガラスとして用いたこ
とを特長とし、発光素子の封止構造をあわせて発光素子
構成全体で可撓性を持たせたことを特長とする有機ＥＬ
素子。
【請求項５】請求項１から４項の請求範囲の有機ＥＬ素
子の透明電極を特にＩＴＯ又はＺｎＯに取る事を特長と
する有機ＥＬ素子。
【請求項６】請求項１から５項の請求範囲の有機ＥＬ素
子において、基板ガラス上にガラスの破損防止のための
保護膜を設けたことを特長とする可撓性を有する有機Ｅ
Ｌ素子。
【請求項７】請求項６項の請求範囲の有機ＥＬ素子で、
基板ガラス上にガラスの破損防止のための保護膜を設け
たことを特長とする可撓性を有する有機ＥＬ素子を破損
防止するために用いる保護膜を外光の反射防止又は入射
光の偏向板あるいは外部からの素子内への紫外線の侵入
防止用の保護膜としての機能を兼ね備えることを特長と
する有機ＥＬ素子。
【請求項８】可撓性を有する有機ＥＬ素子構成におい
て、特に素子封止用の材料に可撓性を有する材料とし
て、１００ミクロン以下の厚みの金属箔、あるいは金属
箔と有機フィルムの複合膜を用いたことを特長とする有
機ＥＬ素子。
【請求項９】可撓性を有する有機ＥＬ素子構成におい
て、特に素子封止用の材料に可撓性を有する材料とし
て、１００ミクロン以下の厚みの金属箔、あるいは金属
箔と有機フィルムの複合膜を用いて、有機ＥＬ素子のカ
ソード及びアノード電極の外部への取り出し電極と封止
用の材料とを兼ね備えたことを特長とする有機ＥＬ素
子。
【請求項１０】特許請求項８及び９の有機ＥＬ素子に
おいて素子封止材料の上に有機ＥＬ素子の駆動用のＩＣ
あるいは他の電気部品を設けたことを特長とする有機Ｅ
Ｌ素子。
【請求項１１】可撓性を有する有機ＥＬ素子の内部に設
ける吸湿材において特にアルカリ金属の箔あるいはアル
カリ金属の蒸着膜を用いて成ることを特長とする有機Ｅ
Ｌ素子。
【請求項１２】可撓性を有する有機ＥＬ素子の内部に設
ける吸湿材において特にその材料をアルカリ金属の箔あ
るいはアルカリ金属の蒸着膜を用いて成ることを特長と
する有機ＥＬ素子において、アルカリ金属の厚みを１０
０ミクロン以下に取る事を特長とする有機ＥＬ素子。
【請求項１３】有機ＥＬ素子の素子基板である透明電極
ガラス基板の厚みを、特に５０ミクロンから２５０ミク
ロンに取ることを特長とし、その基板上に薄膜トランジ
スターを形成してなるＴＦＴアクティブドライブ有機Ｅ
Ｌ素子において、発光素子の封止構造をあわせて、発光
素子構成全体で可撓性を持たせたことを特長とする有機
ＥＬ素子。
【請求項１４】有機ＥＬ素子の装置への固定方法におい
て、封止基板上に有機ＥＬ発光素子を設けて封止基板に
固定し、封止基板を外部の装置に固定して用いることを
特長とする有機ＥＬ素子とその固定方法。