JP2004047381A - フレキシブル有機エレクトロ・ルミネッセンス素子、その製造方法及び情報表示装置及び照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、これらの課題を解決するために、プラスチック基板を用いたフレキシブル有機ＥＬ素子において、封止構造を改善し水分および酸素の透過性を減少させることによって、素子発光性能の劣化を抑えることを目的とする。併せて有機ＥＬ素子の各種情報表示装置および照明装置用途への実用化を図ることを目的とする。
【解決手段】フレキシブル・プラスチック基板１０上に透明電極層１１と、有機エレクトロ・ルミネッセンスからなる発光層１３と、金属電極層１４とを順次積層し、発光層１３をプラスチックよりなる封止板１５ａで封止した有機エレクトロ・ルミネッセンス素子であって、フレキシブル・プラスチック基板１０の発光層１３が形成されない面をプラスチックよりなる封止板１５ｂで封止したことを特徴とする有機エレクトロ・ルミネッセンス素子。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示用ディスプレイのバックライトやディスプレイや表示・光通信の光源などに用いられる電気的発光素子である有機エレクトロ・ルミネッセンス素子に係り、特に信頼性向上のために封止構造を最適化したフレキシブル有機エレクトロ・ルミネッセンス素子、その製造方法、及び有機エレクトロ・ルミネッセンス素子を含む情報表示装置、照明装置に関する。
【従来の技術】
【０００２】
エレクトロ・ルミネッセンスとは、固体蛍光性物質の電界発光またはエレクトロ・ルミネッセンスといわれる現象を利用した発光デバイスであり、各種情報表示装置の表示部にはエレクトロ・ルミネッセンス（以下、「ＥＬ」と略記）を利用した有機ＥＬ素子が知られている。また現在無機系材料を発光体として用いた無機ＥＬ素子が実用化され、液晶ディスプレイのバックライトやフラットディスプレイ等への応用展開が図られている。しかし無機ＥＬ素子は素子を発光させるために交流でしかも１００Ｖ程度の高電圧が必要であること、また青色の発光が難しいため、光の三原色Ｒ，Ｇ，Ｂによるフルカラー化が困難であることなどの欠点がある。
【０００３】
一方、有機材料を用いたＥＬ素子に関する研究も古くから行われていたが、非常に効率が悪いため、低い輝度しか得られず本格的な実用化研究には至っていなかった。しかし、１９８７年にコダック社のＣ．Ｗ．Ｔａｎｇ等が提案した構造、すなわち有機物質をホール輸送層および発光層の２層に分けた機能分離型の積層構造を有する有機ＥＬ素子は、１０Ｖ以下の低電圧にもかかわらず１０００ｃｄ／ｍ２以上の高輝度発光を実現した（Ｃ．Ｗ．Ｔａｎｇ　ａｎｄ　Ｓ．Ａ．Ｖａｎｓｌｙｋｅ：Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ，５１（１９８７）９１３）。これにより、有機ＥＬが俄然注目され、近年、同様の構成を有する積層型の有機ＥＬ素子についての研究が盛んに行われてきている。
【０００４】
ここで、従来の有機ＥＬ素子構成について図４により簡単に説明する。
従来はガラス基板上に形成した有機ＥＬ素子の背面側にガラスまた金属製の封止板を貼り合わせた構造が主流であった。図４において、透明なガラス基板３０の上にスパッタリング法や真空蒸着法などを用いて形成されたＩＴＯなどの透明電極膜よりなる正孔注入電極３１が陽極として積層され、この正孔注入電極３１の上にＴＰＤ（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）等の正孔輸送層３２が積層形成されている。そして、正孔輸送層３２の上には、Ａｌｑ３（８−Ｈｙｄｒｏｘｙｑｕｉｎｏｌｉｎｅ　Ａｌｕｍｉｎｕｍ）等を利用した発光層３３が真空蒸着法によって形成され、この発光層３３の上に電子注入電極３４を陰極として積層している。この電子注入電極３４は、主としてＡｌＬｉやＭｇＡｇなどの仕事関数の低い金属膜からなる。この構成の有機ＥＬ素子に、正孔注入電極３１にプラス、電子注入電極３４にマイナスの直流電圧を印加することで再結合、これによる励起子の生成、最後に励起状態から基底状態への移行によって発光が起きる。このような発光原理を持つ有機ＥＬ素子においては、発光材料や層構造を変化させることで、任意の発光波長を容易に制御できるため、各種発光デバイスや照明素子、フルカラーディスプレイへの応用が期待される。
【０００５】
有機ＥＬ素子は、前述したように電子注入電極３４から直接または電子輸送層を介して発光層３３に注入された電子と、正孔注入電極３１から直接または正孔輸送層３２を介して発光層３３に注入された正孔との再結合により発光が生じる。このような発光機構に基づく有機ＥＬ素子において発光特性を向上させるには、主として、１）発光層３３、正孔輸送層３２等の有機膜の改善、２）正孔注入電極３１及び電子注入電極３４の改善が必要となる。これらのうち、２）の電子注入電極３４の陰極材の改良は発光層へ電子を入りやすくすることを目的とするため、電子注入電極３４または発光層３３との障壁を低くしなければならない。よって、電子注入電極３４の陰極材料としては仕事関数が小さく電気伝導性の高いことが必要であり、例えば、ＭｇＡｇ（米国特許明細書第４，８８５，２１１号）やＡｌＬｉ（特開平５−１２１１７２号公報）等の合金が一般に用いられている。
【０００６】
ところで、これら合金は非常に活性で化学的に不安定である。そのため、外部からの水分や酸素によって陰極材が腐食、酸化してしまい、発光面中に存在するダークスポットと呼ばれる未発光部の著しい成長や、輝度低下等の経時的劣化を生じさせ易くなる。また、有機ＥＬ素子に使用される発光層３３や正孔輸送層３２等の有機固体は、一般に水分や酸素に弱く、同様にダークスポットの成長や輝度低下を招く。したがって、実用的な有機ＥＬ素子やそれを用いたデバイスは、有機材料や電極材料への水分及び酸素の進入を防ぐ目的で素子を封止し、信頼性を向上させなければならない。
【０００７】
従来の有機ＥＬディスプレイ素子では、ガラス基板３０に、ガラスまたは金属製またはガラス製の封止板３５を貼り合わせしているため、曲げることが出来ない（フレキシブルで無い）、落下等により衝撃が加わると割れ易い、重量が重い等の欠点があった。これらの欠点を解決する手段として、ガラス基板およびガラスまたは金属製封止板の代わりにプラスチック基板を使用する方法が提案されている。しかしこの方法によると、前記の欠点は解消されるが、前述のとおり有機ＥＬ素子は、外部から浸入した水分や酸素によって素子発光性能の劣化を生じ易いため、一般的にガラスや金属よりも水分および酸素の透過性が大きいとされるプラスチック基板では、実用的な素子寿命が保持出来ないという問題があった。
【０００８】
また、有機ＥＬ素子は発光層に有機物を用いているため、一般的にそれらのガラス点移転温度を超えると有機物の結晶化等が発生し、急激に素子発光特性が劣化するという欠点があった。そのために有機発光層積層以降の製造過程では、温度を８０から１００℃以上にすることが出来ない。したがって封止板を貼付け・接着する工程では、一般に液晶ディスプレイなどに用いられている熱硬化型のエポキシ樹脂ではなく、紫外線硬化樹脂が接着剤に用いられている。しかしながらアクリルやエポキシ樹脂を主剤とする紫外線硬化樹脂は、熱硬化型のエポキシ樹脂等と比較すると水分および酸素透過性が大きい。これも素子寿命改善に対する、重要な課題となっている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、これらの課題を解決するために、プラスチック基板を用いたフレキシブル有機ＥＬ素子において、封止構造を改善し水分および酸素の透過性を減少させることによって、素子発光性能の劣化を抑えることを目的とする。併せて有機ＥＬ素子の各種情報表示装置および照明装置用途への実用化を図ることを目的とする。
【００１０】
これらの目的を達成するためには、プラスチック封止板の部材および構造選択が重要な課題となる。　前述のとおり、有機ＥＬ素子には水分や酸素から保護するための封止板が必須である。しかし有機ＥＬ素子基板と封止板との接着において、ガラス転移点温度以上になることを避けるため、接着剤には紫外線硬化樹脂を使用している。プラスチック基板を用いたフレキシブル有機ＥＬ素子においては、プラスチック基板およびプラスチック封止板の全面および接着面から侵入する水分や酸素を減少させる必要がある。一方有機ＥＬ素子には透明電極（陽極）引き出し端子および金属電極（陰極）引き出し端子があるが、これらを駆動回路と接続するための額縁端子を封止板より外へ引き出すため、額縁端子と封止板の接着方法も重要な課題の一つである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するために、本願の発明は、フレキシブル・プラスチック基板上に透明電極層と、有機エレクトロ・ルミネッセンスからなる発光層と、金属電極層とを順次積層し、該発光層をプラスチックよりなる封止板で封止した有機エレクトロ・ルミネッセンス素子であって、　前記基板の発光層が形成されない面をプラスチックよりなる封止板で封止したことを特徴とする有機エレクトロ・ルミネッセンス素子である。
【００１２】
さらに、本願の発明は、フレキシブル・プラスチック基板上に透明電極層と、有機エレクトロ・ルミネッセンス発光層と、金属電極層とを順次積層し、プラスチックよりなる封止板で封止する有機エレクトロ・ルミネッセンス素子の製造方法であって、前記発光層及び前記基板の発光層が形成されない面を封止板で封止し、該封止板を前記基板に接着するまでの工程を窒素等の不活性ガス雰囲気中、または真空中で行うことを特徴とする有機エレクトロ・ルミネッセンス素子の製造方法である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
請求項１記載の発明は、フレキシブル・プラスチック基板上に透明電極層と、有機エレクトロ・ルミネッセンスからなる発光層と、金属電極層とを順次積層し、該発光層をプラスチックよりなる封止板で封止した有機エレクトロ・ルミネッセンス素子であって、　前記基板の発光層が形成されない面をプラスチックよりなる封止板で封止したことを特徴とする有機エレクトロ・ルミネッセンス素子である。
請求項１記載の発明では、水分及び酸素の透過性が大きいフレキシブル・プラスチック基板を使用した有機エレクトロ・ルミネッセンス素子場合であっても、フレキシブル・プラスチック基板の発光層が形成されない面をプラスチックからなる封止板で封止しているので、外部から浸入した水分や酸素によって素子発光性能の劣化を生じるのを防止することができる。その結果、実用的な素子寿命の長いフレキシブル有機ＥＬ素子を提供することができる。
請求項２記載の発明は、前記発光層を封止する封止板または基板を封止する封止板の少なくとも一方と前記基板を紫外線硬化樹脂で接着したことを特徴とする請求項１に記載の有機エレクトロ・ルミネッセンス素子である。
この方法は１００℃以下の低温で実施可能なため、特に耐熱性の低いＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）などの材料をフレキシブル・プラスチック基板に用いる場合に特に有効である。
請求項３記載の発明は、前記発光層を封止する封止板または基板を封止する封止板の少なくとも一方と前記基板を熱硬化樹脂で接着したことを特徴とする請求項１に記載の有機エレクトロ・ルミネッセンス素子。
この方法は、比較的高い耐熱性を有するＰＥＳ（ポリエーテルスルホン）などを基板に用いる場合に有効であり、ガラスより低い熱伝導性をうまく利用し、接着部のみを局部的に加熱し、熱に弱い有機エレクトロ・ルミネッセンス素子に影響を与えずに素子基板と封止板とを接着することが出来る。また熱硬化後の樹脂は透湿性および酸素透過性が低く、最も信頼性の高い接着方法であり、信頼性の高い有機エレクトロ・ルミネッセンス素子を得ることができる。
請求項４記載の発明は、前記発光層を封止する封止板、または基板を封止する封止板の少なくとも一方と前記基板を主剤および硬化剤を混合することにより硬化を開始させるエポキシ樹脂で接着したことを特徴とする請求項１に記載の有機エレクトロ・ルミネッセンス素子である。
この方法は常温で接着することが可能であるため、耐熱性の低いプラスチック材をフレキシブル・プラスチック基板に使用した場合に特に有効である。
請求項５記載の発明は、前記発光層を封止する封止板の内面または基板を封止する封止板の内面の一方または両方にガス・バリアー層を形成したことを特徴とする請求項１記載の有機エレクトロ・ルミネッセンス素子である。
真空蒸着法等の方法で形成した珪素、または、金属の酸化膜および窒化膜、またはそれらの積層膜およびアルミ等の金属膜とを積層したガス・バリアー層を封止板の内面に形成することで水分の浸入の更に防止をすることができ、長寿命もの有機エレクトロ・ルミネッセンス素子を得ることができる。
請求項６記載の発明は、前記発光層を封止する封止板と前記基板、または前記基板を封止する封止板と前記基板で形成される空間の何れか一方または両方にシリコーンオイル系またはフッ素系不活性液体を充填させたことを特徴とする請求項１に記載の有機エレクトロ・ルミネッセンス素子である。
フレキシブル・プラスチック基板の発光層が形成されない面、すなわち表示面側の封止板の内面にジメチルシリコーンオイルや、また、フッ素系不活性液体を充填することで、光の散乱による外部取り出し効率の低下を抑えると共に、有機ＥＬ素子からの放熱を促すことができる。また、フレキシブル・プラスチック基板の発光層が形成される面、すなわち非表示面側の封止板と有機ＥＬ素子表面の間にも、前述と同様に不活性液体を充填し、有機ＥＬ素子からの放熱を促すと共に、外部からの機械的応力を液体中に分散することにより有機ＥＬ素子を保護することができる。
請求項７記載の発明は、前記発光層を封止する封止板の内面または基板を封止する封止板の内面の一方または両方に吸湿剤、または、酸素吸収剤、またはそれら両方を内包したことを特徴とする請求項１に記載の有機エレクトロ・ルミネッセンス素子である。
封止板の内面に吸湿剤、または、酸素吸収剤、またはそれら両方を内包することで、水分等の影響を極力排除し、劣化が少ない長寿命もの有機エレクトロ・ルミネッセンス素子を得ることができる。
請求項８記載の発明は、前記透明電極層及び金属電極層の引き出し電極端子を、前記発光層を封止する封止板と基板の接合部より外側に取り出したことを特徴とする請求項１乃至７に記載の有機エレクトロ・ルミネッセンス素子である。
電極端子を封止板と基板の接合部より外側に取り出し、電極端子に回路基板が接続される。電極端子と有機エレクトロ・ルミネッセンス素子を制御する駆動ＩＣがこの回路基板を介して電気的に接続される。有機エレクトロ・ルミネッセンス素子に駆動回路が接続されることで情報表示装置及び照明装置用の部品として機能する。
請求項９記載の発明は、フレキシブル・プラスチック基板上に透明電極層と、有機エレクトロ・ルミネッセンス発光層と、金属電極層とを順次積層し、プラスチックよりなる封止板で封止する有機エレクトロ・ルミネッセンス素子の製造方法であって、前記発光層及び前記基板の発光層が形成されない面を封止板で封止し、該封止板を前記基板に接着するまでの工程を窒素等の不活性ガス雰囲気中、または真空中で行うことを特徴とする有機エレクトロ・ルミネッセンス素子の製造方法である。
有機エレクトロ・ルミネッセンスからなる発光層を備えたフレキシブル・プラスチック基板をプラスチック基板よりなる封止し、接着するまでの全てを窒素等の不活性ガス雰囲気中、または真空中で行うことことで、劣化の少ない信頼性の高い有機エレクトロ・ルミネッセンス素子を提供することができる。
請求項１０記載の発明は、請求項１乃至８に記載のいずれかの有機エレクトロ・ルミネッセンス素子を含む、情報表示装置および照明装置。
なお、これらの各構成は限定されるものではなく、可能な限り組み合わせることが出来る。
【００１４】
【実施例】
図１は本発明の実施の形態を説明する有機ＥＬ素子の概略図である。図１において、１５ａ及び１５ｂはプラスチックよりなる封止板である。１０は透明または半透明基板としてのフレキシブル・プラスチック基板であって、ＰＣ（ポリカーボネイト）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）およびＰＥＳ（ポリエーテルスルフォン）などのプラスチック材を用いる。プラスチック基板１０の上面には透明電極１１、正孔輸送層１２、有機ＥＬ材料からなる発光層１３、金属電極１４が順次積層されている。有機ＥＬ素子は、プラスチック基板１０とその上面に積層した透明電極１１と、有機ＥＬ材からなる発光層１３と、金属電極１４とを備える。
【００１５】
透明電極１１はホール注入電極としての機能を有し、有機ＥＬ材料かなる発光層１３で発光した光を透明または半透明のプラスチック基板１０から取り出す構造となっており、ＩＴＯ（錫ドープ酸化インジウム）、ＩＺＯ（亜鉛ドープ酸化インジウム）、ＺｎＯ、ＳｎＯ２　、Ｉｎ２Ｏ３　等が使用される。
【００１６】
有機ＥＬ材料かなる発光層１３は、発光層のみの単層構造の他に、正孔輸送層１２と発光層１３、又は発光層１３と電子輸送層（図示せず）の２層構造や、正孔輸送層１２と発光層１３と電子輸送層の３層構造のいずれの構造でもよい。但し、このような２層構造又は３層構造の場合には、正孔輸送層と正孔注入電極１１が、又は電子輸送層と金属電極１４が接するように積層して形成される。
【００１７】
発光層１３としては、可視領域で蛍光特性を有し、かつ成膜性の良い蛍光体からなるものが好ましく、Ａｌｑ３やＢｅ−ベンゾキノリノール（ＢｅＢｑ２）の他に、２，５−ビス（５，７−ジ−ｔ−ペンチル−２−ベンゾオキサゾリル）−１，３，４−チアジアゾール、４，４’−ビス（５，７−ベンチル−２−ベンゾオキサゾリル）スチルベン、４，４’−ビス〔５，７−ジ−（２−メチル−２−ブチル）−２−ベンゾオキサゾリル〕スチルベン、２，５−ビス（５，７−ジ−ｔ−ベンチル−２−ベンゾオキサゾリル）チオフィン、２，５−ビス（〔５−α，α−ジメチルベンジル〕−２−ベンゾオキサゾリル）チオフェン、２，５−ビス〔５，７−ジ−（２−メチル−２−ブチル）−２−ベンゾオキサゾリル〕−３，４−ジフェニルチオフェン、２，５−ビス（５−メチル−２−ベンゾオキサゾリル）チオフェン、４，４’−ビス（２−ベンゾオキサイゾリル）ビフェニル、５−メチル−２−〔２−〔４−（５−メチル−２−ベンゾオキサイゾリル）フェニル〕ビニル〕ベンゾオキサイゾリル、２−〔２−（４−クロロフェニル）ビニル〕ナフト〔１，２−ｄ〕オキサゾール等のベンゾオキサゾール系、２，２’−（ｐ−フェニレンジビニレン）−ビスベンゾチアゾール等のベンゾチアゾール系、２−〔２−〔４−（２−ベンゾイミダゾリル）フェニル〕ビニル〕ベンゾイミダゾール、２−〔２−（４−カルボキシフェニル）ビニル〕ベンゾイミダゾール等のベンゾイミダゾール系等の蛍光増白剤や、トリス（８−キノリノール）アルミニウム、ビス（８−キノリノール）マグネシウム、ビス（ベンゾ〔ｆ〕−８−キノリノール）亜鉛、ビス（２−メチル−８−キノリノラート）アルミニウムオキシド、トリス（８−キノリノール）インジウム、トリス（５−メチル−８−キノリノール）アルミニウム、８−キノリノールリチウム、トリス（５−クロロ−８−キノリノール）ガリウム、ビス（５−クロロ−８−キノリノール）カルシウム、ポリ〔亜鉛、ビス（８−
【００１８】
ヒドロキシ−５−キノリノニル）メタン〕等の８−ヒドロキシキノリン系金属錯体やジリチウムエピンドリジオン等の金属キレート化オキシノイド化合物や、１，４−ビス（２−メチルスチリル）ベンゼン、１，４−（３−メチルスチリル）ベンゼン、１，４−ビス（４−メチルスチリル）ベンゼン、ジスチリルベンゼン、１，４−ビス（２−エチルスチリル）ベンゼン、１，４−ビス（３−エチルスチリル）ベンゼン、１，４−ビス（２−メチルスチリル）２−メチルベンゼン等のスチリルベンゼン系化合物や、２，５−ビス（４−メチルスチリル）ピラジン、２，５−ビス（４−エチルスチリル）ピラジン、２，５−ビス〔２−（１−ナフチル）ビニル〕ピラジン、２，５−ビス（４−メトキシスチリル）ピラジン、２，５−ビス〔２−（４−ビフェニル）ビニル〕ピラジン、２，５−ビス〔２−（１−ピレニル）ビニル〕ピラジン等のジスチルピラジン誘導体や、ナフタルイミド誘導体や、ペリレン誘導体や、オキサジアゾール誘導体や、アルダジン誘導体や、シクロペンタジエン誘導体や、スチリルアミン誘導体や、クマリン系誘導体や、芳香族ジメチリディン誘導体等が用いられる。さらに、アントラセン、サリチル酸塩、ピレン、コロネン等も用いられる。
【００１９】
正孔輸送層１２としては、正孔移動度が高く、透明で成膜性の良いものが好ましくＴＰＤ等のトリフェニルアミン誘導体の他に、ポルフィン、テトラフェニルポルフィン銅、フタロシアニン、銅フタロシアニン、チタニウムフタロシアニンオキサイド等のポリフィリン化合物や、１，１−ビス｛４−（ジ−Ｐ−トリルアミノ）フェニル｝シクロヘキサン、４，４’，４’’−トリメチルトリフェニルアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラキス（Ｐ−トリル）−Ｐ−フェニレンジアミン、１−（Ｎ，Ｎ−ジ−Ｐ−トリルアミノ）ナフタレン、４，４’−ビス（ジメチルアミノ）−２−２’−ジメチルトリフェニルメタン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラフェニル−４，４’−ジアミノビフェニル、Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’−ジ−ｍ−トリル−４，Ｎ，Ｎ−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−１，１’−４，４’−ジアミン、４’−ジアミノビフェニル、Ｎ−フェニルカルバゾール等の芳香族第三級アミンや、４−ジ−Ｐ−トリルアミノスチルベン、４−（ジ−Ｐ−トリルアミノ）−４’−〔４−（ジ−Ｐ−トリルアミノ）スチリル〕スチルベン等のスチルベン化合物や、トリアゾール誘導体や、オキサジザゾール誘導体や、イミダゾール誘導体や、ポリアリールアルカン誘導体や、ピラゾリン誘導体や、ピラゾロン誘導体や、フェニレンジアミン誘導体や、アニールアミン誘導体や、アミノ置換カルコン誘導体や、オキサゾール誘導体や、スチリルアントラセン誘導体や、フルオレノン誘導体や、ヒドラゾン誘導体や、シラザン誘導体や、ポリシラン系アニリン系共重合体や、高分子オリゴマーや、スチリルアミン化合物や、芳香族ジメチリディン系化合物や、ポリ３−メチルチオフェン等の有機材料が用いられる。また、ポリカーボネート等の高分子中に低分子の正孔輸送層４用の有機材料を分散させた、高分子分散系の正孔輸送層も用いられる。
【００２０】
なお、電子輸送層としては、１，３−ビス（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル−１，３，４−オキサジアゾリル）フェニレン（ＯＸＤ−７）等のオサジアゾール誘導体、アントラキノジメタン誘導体、ジフェニルキノン誘導体等が用いられる。
【００２１】
金属電極１４としては、Ａｌ、Ｉｎ、Ｍｇ、Ｔｉ等の金属や、Ｍｇ−Ａｇ合金、Ｍｇ−Ｉｎ合金等のＭｇ合金や、Ａｌ−Ｌｉ合金、Ａｌ−Ｓｒ合金、Ａｌ−Ｂａ合金等のＡｌ合金等が用いられる。特にＡｌ−Ｍｇ合金あるいはＡｌ−Ｌｉ−Ｍｇ合金は、低仕事関数であってしかも耐食性の優れた金属であり、きわめて有効である。
１６ａ及び１６ｂは駆動回路であって、有機ＥＬ素子の透明電極１１と金属電極１４に駆動信号を供給するＩＣ等が搭載されている。駆動回路１６ａ及び１６ｂの周辺にはチップ抵抗やチップコンデンサ等の回路素子が配置されている。
１７ａ及び１７ｂは電極端子であり、透明電極１１及び金属電極層１４と接続されている。１８ａ及び１８ｂは外部配線としてのフレキシブル回路基板であって、電極端子１７ａ及び１７ｂと駆動回路１６ａ及び１６ｂを電気的に接続する。駆動回路１６ａ及び１６ｂからの電気信号が外部配線１８ａ及び１８ｂを介して透明電極１１及び金属電極層１４に供給され、発光層１３が信号に応じて発光する。
【００２２】
封止板１５ａによって封止された有機ＥＬ素子では、発光層１３を上下に形成される透明電極及び金属電極の引き出し電極端子が、接合部１９ａより外側へ取り出している。
電極端子１７ａ及び１７ｂを封止板１５ａとフレキシブル・プラスチック基板１０の接合部より外側に取り出し、この電極端子１７ａ及び１７ｂに回路基板１６ａ及び１６ｂが接続される。電極端子１７ａ及び１７ｂと有機ＥＬ素子を制御する駆動ＩＣがこの回路基板１８ａ及び１８ｂを介して電気的に接続される。有機ＥＬ素子に駆動回路１８ａ及び１８ｂが接続されることで情報表示装置及び照明装置用の部品として機能する。
【００２３】
発光層１３を保護し水分が侵入するのを防止するため、発光層１３を封止板１５ａで封止する構造が採用されている。発光層１３が形成される面、本発明の実施での非表示面側を封止する封止板１５ａには、フレキシブル・プラスチック基板１０と同等のフレキシブル性を有する、ＰＣ（ポリカーボネイト）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）およびＰＥ（ポリエチレン）等の材料が使用される。
【００２４】
本願の特徴は、発光層１３が形成されない面、本発明の実施での表示面側をプラスチック材からなる封止板１５ｂで封止することで、水分及び酸素の透過性が大きいフレキシブル・プラスチック基板１０を使用した有機ＥＬ素子場合であっても、外部から浸入した水分や酸素によって素子発光性能の劣化を生じるのを防止することができる。その結果、実用的な素子寿命の長いフレキシブル有機ＥＬ素子を提供することができるというものである。封止板１５ｂには、封止板１５ａと同様ＰＣ（ポリカーボネイト）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）およびＰＥ（ポリエチレン）等の材料が使用される。酸素および水分の内部への拡散を抑制するため、使用される材料に応じて複数の封止板が使用される。
【００２５】
本実施例では封止板１５ａ及び１５ｂの２枚を使用し、フレキシブル・プラスチック基板１０を挟み込んで封止する構造としているが、１枚を折り畳んで見かけ上２枚にしたものを用いて、フレキシブル・プラスチック基板１０の表示面側及び非表示面側を封止することでも同様の効果を得ることができる。
【００２６】
非表示面を封止するプラスチック材からなる封止板１５ａは、３００ｎｍ程度の波長の紫外線に対して、紫外線硬化樹脂を硬化させるだけの透明度を有している。封止晩１５ａとフレキシブル・プラスチック基板１０の接合部１９ａに紫外線構成の樹脂を塗布し、封止板側１５ａからマスクなしで紫外線を照射することで、封止晩１５ａとフレキシブル・プラスチック基板１０を接着することができる。表示面側を封止するために用いられる封止板１５ｂは発光層１３からの光を取出せるよう光透過性の性質を有している。この性質を利用し、封止板１５ｂとフレキシブル・プラスチック基板１０との接合部１９ｂに紫外線硬化樹脂を塗布し、封止板１５ｂから紫外線を照射させることで封止板１５ｂとフレキシブル・プラスチック基板１０を接着することができる。
【００２７】
この方法では封止板１５ａ及び１５ｂとフレキシブル・プラスチック基板１０との接合を１００℃以下の低温で接続が可能なため特に耐熱性の低いＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）などの材料をフレキシブル・プラスチック基板１０に用いる場合に特に有効である。
【００２８】
封止板１５ａ及び１５ｂとフレキシブル・プラスチック基板１０とを熱硬化樹脂で接着することで、水分及び酸素の透過性が小さく信頼性が高く長寿命の有機ＥＬ素子を得ることができる。従来のガラス基板を使用した有機ＥＬ素子では熱伝導度が大きいため熱硬化樹脂で接着しようとすると、樹脂を硬化させるために加えられた熱が、熱伝導度が大きいガラス基板を通じて有機ＥＬからなる発光層に伝わり、発光層がガラス点移転温度を超えて有機物の結晶化等が発生し、急激に素子発光特性が劣化してしまうことがあった。
【００２９】
しかし、比較的高い耐熱性を有するＰＥＳ（ポリエーテルスルホン）等をプラスチック・フレキシブル基板１０に用いる場合、その熱伝導性がガラスより低いので、熱に弱い有機ＥＬからなる発光層１３に影響を与えずにプラスチック・フレキシブル基板１０と封止板１５ａを接着することができる。つまり、封止板１５ａ及び１５ｂとプラスチック・フレキシブル基板１０の接合部１９ａ及び１９ｂに熱硬化樹脂を塗布し、接合部１９のみに局部的に加熱しても、プラスチック・フレキシブル基板１０の熱伝導性がガラスより低いので熱が発光層１３に伝わりにくい構造となる。特に、この接合方法は、熱硬化後の樹脂が透湿性および酸素透過性が低く、最も信頼性の高い接着方法であり、信頼性の高い有機ＥＬ素子を得ることができる。
【００３０】
主剤および硬化剤を混合することにより硬化を開始させる２液性エポキシ樹脂を接合部１９ａ及び１９ｂに塗布し、硬化させることで、封止板１５ａ及び１５ｂとフレキシブル・プラスチック基板１０とを接着することができる。この方法は常温で接着することが可能である。特に、耐熱性の低いＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）などの材料をフレキシブル・プラスチック基板１０に使用した場合に有効である。
【００３１】
封止板１５ａの内面または封止板１５ｂの内面の一方または両方に真空蒸着法等の方法で形成した珪素、または、金属の酸化膜および窒化膜、またはそれらの積層膜およびアルミ等の金属膜とを積層したガス・バリア層（図示しない）を形成する。ガス・バリア層を封止板１５ａ及び１５ｂに形成することで、水分の浸入の更に防止をすることができ、長寿命の有機ＥＬ素子を得ることができる。
【００３２】
さらに耐湿性を向上させるためフレキシブル・プラスチック基板１０にもガス・バリア層（図示せず）を形成しても良い。透明電極１１とフレキシブル・プラスチック基板１０と間、若しくはフレキシブル・プラスチック基板１０と封止板１５ｂとの間に設けられる。
【００３３】
封止板１５ａにアルミ膜のガス・バリア層をラミネートした場合は、紫外線に対し不透明となる。この場合は、接合部１９ａのみアルミ膜を無くしておいて、接合部１９ａに紫外線硬化樹脂を塗布しておいて、紫外線を照射し樹脂を硬化させて接着することができる。
【００３４】
なお、表示面側の封止晩１５ｂは発光層１３から光を取出せるよう、光に対し不透明とならないガス・バリア層を形成する必要がある。
また、封止板１５ａ内面にアルミ膜等の紫外線に対し不透明な膜を蒸着した場合であっても、接合部１９ａに熱硬化樹脂を塗布し熱を加えることや、２液性のエポキシ樹脂を塗布することで、封止板１５ａとフレキシブル・プラスチック基板を接着することができる。いずれの場合においても窒素等の不活性ガス雰囲気中または真空中にて実施することが出来る。
【００３５】
封止板１５ａ及び１５ｂとフレキシブル・プラスチック基板１０との接着は、使用する材料等に応じて上記の方法が適宜組み合わされて実現される。
【００３６】
次に、本発明に適するプラスチック材料について検討を行った。表１に各種プラスチックフィルム材の諸物性を示す。表ではソーダガラスと各種プラスチックフィルム材料の諸物性を比較している。ガラスは比重が大きく重いが、吸水率は小さく、耐熱性に優れている。つまり、ガラス転移点が高く、線膨張係数が小さい。
プラスチック材料は、比重が小さく軽いが、吸水率が大きく、耐熱性に乏しい、つまりガラス転移点が低く、線膨張係数が大きい。ガラスとプラスチックは、全光線透過率および屈折率では、ほぼ同様の値を示し、光学的には同じ用途に用いることができる。
プラスチック材料の中でも、吸水率や耐熱性が大きく異なる、吸水率ではＰＰ（ポリプロピレン）が最も優れているが、ガラス転移点が極端に低く有機ＥＬ素子基板１０としては適さない。また耐熱性では、ＰＥＳ（ポリエーテルスルホン）のガラス転移点が最も高く、線膨張係数も小さいので有機ＥＬ素子基板に適しているが、吸水率が大きいので封止板には適さない。封止板１５ａ及び１５ｂには吸水率が比較的小さい、ＰＰ（ポリプロピレン）やＰＣ（ポリカーボネイト）が適している。素材の吸水率とは別に、透湿性を低減させるために、ガス・バリア層を封止板の内面に成膜するか、またはアルミ箔などの金属膜をラミネートする方法がある。
【表１】

【００３７】
表２に従来技術と本発明の効果の比較を示す。表２には、最も基本的な従来例を従来１として表している、従来１は、有機ＥＬ素子基板および封止板にソーダガラス（を用いており、製造過程において３００℃以上の高温が適用できる。酸素透過性および透湿性が、プラスチック基板と比較して無視出来るほど小さいなどの理由により、素子の劣化が最も少ない構成である。しかし、今後有機ＥＬ素子に対し、フレキシブル性が求められると、ガラスは適当ではない。
また、従来２および従来３に示す様に、単純にガラス基板をフレキシブル・プラスチック基板に置き変えた場合、有機ＥＬ素子の劣化が著しくなり実用化が難しい。
本発明では、フレキシブル・プラスチック基板を用いた有機ＥＬ素子において、フレキシブル・プラスチック基板の発光表示面側をプラスチックの封止板で封止する構成とすることにより、フレキシブル有機ＥＬ素子を実用的な信頼性レベルに高めることできた。
本発明の方法としては、複数の封止板を用い、また、各々のプラスチック材質の耐熱性に応じた接着方法を提供し、有機ＥＬ素子の基板、表示面側封止板および非表示面側封止板に適したガス・バリア層を設けることにより、構造的に酸素透過性および透湿性を抑制させた。
本発明の原理としては、空気中の酸素と水分から、有機ＥＬ素子を複数の遮断層（封止板および有機ＥＬ素子基板）で遮り、その拡散速度を低下させることにある。気体から固体、および固体中の酸素および水分の拡散速度（拡散係数）は、その濃度差（分圧差）、圧力および温度に支配される。
しかし、圧力および温度は共通項目であるので、濃度差すなわち気体中の酸素および水分の分圧の差が問題となる。酸素および水の分子は、温度および圧力に従って空気から封止板に侵入し、プラスチック材料毎の拡散係数に従って拡散する。
従来のフレキシブル・プラスチック基板の有機ＥＬ素子であれば、酸素および水の分子が有機ＥＬ素子内部に侵入し素子を劣化させる。本発明ではプラスチックの封止板によって、酸素および水分の内部への拡散を段階的に抑制し、有機ＥＬ素子へ到達する時間を遅らせることができる。よって有機ＥＬ素子内の酸素および水分量は低下し、素子の劣化が抑制される。劣化項目で輝度劣化（発光部全面）とは、水分又は酸素が封止板１５ａおよび１５ｂを通過して水分又は酸素により発光層１３が輝度劣化を生じる場合をいう。輝度劣化（発光部周囲）とは、有機Ｅｌ素子の製造過程で形成されるレジストから発生するガスにより発光層１３が輝度劣化を生じる場合をいう。これを防止するにはレジストに熱を加えて水分等のガスを蒸発させる必要があり、耐熱性の高い基板を使用するほど加えられる熱量が大きくなるので、その効果は大きくなる
【表２】

【００３８】
【実施例２】
図２は本発明の実施の形態を説明する有機ＥＬ素子の概略図である。図２において、２５ａ及び２５ｂは封止板であって、ＰＣ（ポリカーボネイト）、ＴＡＣ（トリアセチルセルロース）などのプラスチック材料よりなる。封止板２５ａ及び２５ｂの表面にはアクリル樹脂製のハードコート膜（図示せず）が施され、外的要因による傷を防止する。
また封止板２５ａおよび２５ｂの内面にはアルミ蒸着膜、酸化珪素膜または酸化窒化珪素膜が各々膜厚数十から数百ｎｍ程度で順次積層（図示せず）されており、外部からの水分および酸素の浸入を阻止する。ただし表示面側の封止板２５ａには不透明とならないようアルミ蒸着膜は施さない。
【００３９】
２０は透明基板としてのプラスチック基板であって、ＰＣ（ポリカーボネイト）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）およびＰＥＳ（ポリエーテルスルフォン）などの厚み５０から３００μｍ程度の透明樹脂フィルムを用いる。プラスチック基板２０の上面には透明電極２１、有機ＥＬからなる発光層２３、金属電極２４、吸湿層としてのカルシウム等の蒸着膜（図示せず）、水分および酸素のガス・バリア層としての酸化窒化珪素蒸着膜（図示せず）が順次積層されている。また、表示面側の封止板２５ｂとプラスチック基板２０との間には、シリコーンオイルまたは弗化炭素系の不活性液体２６ｂが充填されている。
【００４０】
本発明にて用いる不活性液体２６ｂとは熱的化学的に安定性が高い液体で、且つ、不燃性（引火点が無い）、無毒、無臭で、金属やプラスチック、およびその他有機エレクトロ・ルミネッセンス素子の構成材料を侵さず、電気絶縁性が高く（絶縁耐力２．５４ｍｍＧＡＰあたり、１０ＫＶ以上）、浸透性に優れ（表面張力が３０ｍＮ／ｍ（２５℃）以下）、熱伝導性が良く（熱伝導率０．１５Ｗ／ｍ・Ｋ以上）、粘度変化が小さく（流動点−４０℃以下）、沸点が高く（１５０℃以上）、オゾン破壊係数がゼロの液体のこと指す。
【００４１】
シリコーンオイルとしては、トランスの絶縁油などに用いられている、ジメチルシリコーンオイルや、熱媒として用いられている、メチルフェニルシリコーンオイルなどがある。またフッ素系不活性液体としては、米国スリーエム社で開発された、フロリナート（商品名）などがある。
シリコーンオイルまたは弗化炭素系の不活性液体２６ｂが充填させることで、光の散乱による外部取り出し効率の低下を抑えると共に、有機ＥＬからなる発光層２３からの放熱を促す。
また、非表示面側封止板２５ａと有機ＥＬ素子表面のガス・バリア層との間にも、前述と同様に不活性液体２６ａを充填し、有機ＥＬからなる発光層２３の放熱を促すと共に、外部からの機械的応力を液体中に分散することにより有機ＥＬ素子を保護する。２７ａ及び２７ｂは外部配線を接続する電極端子である。
【００４２】
また、表示面側封止板２５ｂの周囲部とプラスチック基板２０の周囲部および非表示面側封止板２５ａとプラスチック基板２０とは、接合部２８ａ及び２８ｂに熱硬化樹脂を塗布し、熱圧着により硬化接着するか、または紫外線硬化樹脂を接合部２８ａ及び２８ｂに塗布形成し、紫外線照射により硬化接着する。いずれの場合においても窒素等の不活性ガス雰囲気中または真空中にて実施することが出来る。
【００４３】
図３は本発明の実施形態を説明する有機ＥＬ素子の製造フローである。図１において、フレキシブル・プラスチック基板１０上に予めＩＴＯからなる透明導電膜２をスパッタリング法、またはイオンプレーティング法などにより形成しておき、ＩＴＯ透明導電膜表面にフォトリソグラフィー法によってフォトレジストパターンを形成する。
フレキシブル・プラスチック基板１０として、ＰＣ（ポリカーボネイト）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）およびＰＥＳ（ポリエーテルスルフォン）などのプラスチック材を用いられる。
【００４４】
次に、多結晶ＩＴＯ膜の場合は、塩酸と塩化第二鉄混合水溶液、または塩酸と硝酸水溶液にて、アモルファスＩＴＯ膜の場合は、クエン酸などの有機酸水溶液、または希薄な塩酸と硝酸水溶液によってＩＴＯ透明導電膜のフォトエッチングを行い、その後不要となったフォトレジストをアセトンなどの有機溶剤、または水酸化カリウム水溶液などによって除去すると、透明電極（正孔注入電極）１１の形成が完了する。
次に、絶縁膜となるフォトレジストをプラスチック基板１０上に塗布しプレベーク後、フォトリソグラフィー法による露光・現像を行い、３の絶縁膜パターンを形成する。
【００４５】
次に、正孔注入電極１１および絶縁膜パターン３が形成されたフレキシブル・プラスチック基板１０を、耐熱性により異なるが、可能な限り高温でベーキングを行い、有機ＥＬからなる発光層１３に悪影響を及ぼす、絶縁膜３中に残存する有機溶媒成分および表面の吸着水分を蒸発させる。
【００４６】
次に、真空蒸着法により正孔輸送層１２、発光層１３およびの電子注入金属電極１４を順次成膜する。正孔輸送層１２および発光層１３は、１０−４Ｐａ台程度の清浄な真空中で、抵抗過熱蒸着源を用いた真空蒸着を行う。
電子注入金属電極１４は前述と同様な真空中で、ＢＮ（窒化ホウ素）ボートを用いた抵抗加熱蒸着、若しくはＥＢ（電子線）ガンを用いたＥＢ蒸着により成膜する。発光層１３は発光色により、ドーピングする色素が異なるため、複数色発光させる有機ＥＬ素子においては、メタルマスクを用いたマスク蒸着法により、発光色毎に塗り分けを行う。
【００４７】
また同様に、電子注入金属電極１４も、発光パターンに応じて、マタルマスクによるマスク蒸着法による塗り分けを行う。
【００４８】
最後に、プラスチックからなる封止板１５ａ及び１５ｂの周囲に、シール接着樹脂４をディスペンサー、またはスクリーン印刷などにより塗布描画する。次に有機ＥＬ素子の表示面側および非表示面側に封止板１５ａ及び１５ｂ貼り合せ、シール接着樹脂の種類に応じ、紫外線照射、または加熱、または常温放置により、シール接着樹脂４を硬化させ封止を完了させる。以上により本発明の有機ＥＬ素子が完成する。
なお以上の説明では便宜上、一個の有機ＥＬ素子の製造方法を述べているが、実際には有機ＥＬ素子のフレキシブル・プラスチック基板、ならびに封止板となるプラスチック基板は、大型で多面取り出来る、シート状、またはロール状のプラスチック基板を用いることが可能である。
【００４９】
この場合、窒素などの不活性雰囲気中で有機ＥＬ素子の表示面側および非表示面側に封止板を貼り合せ、シール樹脂硬化させる。次に大気中に取り出し、有機ＥＬ素子各々を単個に分割する切断（全てのプラスチック板を切り離す）工程と、端子上の不要なプラスチック板を取り除くための切断（周辺取り出し端子部上の封止板のみ切り離す）、工程が行われる。
【００５０】
【発明の効果】
本発明によれば、プラスチック基板を用いたフレキシブル有機ＥＬ素子において、外部からプラスチック基板全面を透過・拡散侵入する酸素および水分を抑制し、ダークスポットの成長や輝度の低下を防ぐことができる。これにより経時変化の少ない長寿命化が可能となり、高い信頼性の求められる動作環境で使用できる実用性の高い表示および照明用素子を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す有機エレクトロ・ルミネッセンス素子の構成断面図
【図２】本発明の一実施例を示す有機エレクトロ・ルミネッセンス素子の構成断面図
【図３】本発明の一実施例を示す有機エレクトロ・ルミネッセンス素子の製造フロー
【図４】従来の有機エレクトロ・ルミネッセンス素子の構成断面図
【符号の説明】
１　フォトレジストパターン
２　ＩＴＯ透明導電膜
３　絶縁膜
４　シール接着樹脂
１０プラスチック基板
１１正孔注入電極
１２正孔輸送層
１３発光層
１４電子注入金属電極
１５プラスチック封止板
１６駆動回路
１７電極端子
１８フレキシブル回路基板
２０プラスチック基板
２１正孔注入電極
２２正孔輸送層
２３発光層
２４電子注入金属電極
２５プラスチック封止板
２６不活性液体
２７電極端子
３０ガラス基板
３１正孔注入電極
３２正孔輸送層
３３発光層
３４電子注入金属電極
３５ガラスまたは金属封止板

Claims (10)

1. フレキシブル・プラスチック基板上に透明電極層と、有機エレクトロ・ルミネッセンスからなる発光層と、金属電極層とを順次積層し、該発光層をプラスチックよりなる封止板で封止した有機エレクトロ・ルミネッセンス素子であって、
   前記基板の発光層が形成されない面をプラスチックよりなる封止板で封止したことを特徴とする有機エレクトロ・ルミネッセンス素子。
2. 前記発光層を封止する封止板または基板を封止する封止板の少なくとも一方と前記基板を紫外線硬化樹脂で接着したことを特徴とする請求項１に記載の有機エレクトロ・ルミネッセンス素子。
3. 前記発光層を封止する封止板または基板を封止する封止板の少なくとも一方と前記基板を熱硬化樹脂で接着したことを特徴とする請求項１に記載の有機エレクトロ・ルミネッセンス素子。
4. 前記発光層を封止する封止板、または基板を封止する封止板の少なくとも一方と前記基板を主剤および硬化剤を混合することにより硬化を開始させるエポキシ樹脂で接着したことを特徴とする請求項１に記載の有機エレクトロ・ルミネッセンス素子。
5. 前記発光層を封止する封止板の内面または基板を封止する封止板の内面の一方または両方にガス・バリアー層を形成したことを特徴とする請求項１記載の有機エレクトロ・ルミネッセンス素子。
6. 前記発光層を封止する封止板と前記基板、または前記基板を封止する封止板と前記基板で形成される空間の何れか一方または両方にシリコーンオイル系またはフッ素系不活性液体を充填させたことを特徴とする請求項１に記載の有機エレクトロ・ルミネッセンス素子。
7. 前記発光層を封止する封止板の内面または基板を封止する封止板の内面の一方または両方に吸湿剤、または、酸素吸収剤、またはそれら両方を内包したことを特徴とする請求項１に記載の有機エレクトロ・ルミネッセンス素子。
8. 前記透明電極層及び金属電極層の引き出し電極端子を、前記発光層を封止する封止板と基板の接合部より外側に取り出したことを特徴とする請求項１乃至７に記載の有機エレクトロ・ルミネッセンス素子。
9. フレキシブル・プラスチック基板上に透明電極層と、有機エレクトロ・ルミネッセンス発光層と、金属電極層とを順次積層し、プラスチックよりなる封止板で封止する有機エレクトロ・ルミネッセンス素子の製造方法であって、
   前記発光層及び前記基板の発光層が形成されない面を封止板で封止し、該封止板を前記基板に接着するまでの工程を窒素等の不活性ガス雰囲気中、または真空中で行うことを特徴とする有機エレクトロ・ルミネッセンス素子の製造方法。
10. 請求項１乃至８に記載のいずれかの有機エレクトロ・ルミネッセンス素子を含む、情報表示装置および照明装置。

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