JP2005216636A - Sealing cover and electroluminescence apparatus - Google Patents
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- Electroluminescent Light Sources (AREA)
Abstract
Description
本発明は、各種情報産業機器のディスプレイや発光素子等に用いられるエレクトロルミネッセンス装置のエレクトロルミネッセンス素子を封止するのに好適な封止用カバーに関し、特に長期間にわたって良好な発光特性を維持することができるエレクトロルミネッセンス装置用の封止用カバーとそれを用いたエレクトロルミネッセンス装置に関するものである。 The present invention relates to a sealing cover suitable for sealing an electroluminescent element of an electroluminescent device used for displays, light emitting elements and the like of various information industrial equipment, and particularly to maintain good light emitting characteristics over a long period of time. The present invention relates to a sealing cover for an electroluminescent device that can be used and an electroluminescent device using the same.
一対の電極とその電極間に挟まれた発光層とからなり、電極間に電圧を印加することによって自発光するエレクトロルミネッセンス素子は、薄型ディスプレイとして現在広く普及している液晶ディスプレイに比較して、高輝度,高コントラスト,広視野角,薄型,少部品数等の長所を持つ次世代のディスプレイ用発光素子として注目されている。 Composed of a pair of electrodes and a light-emitting layer sandwiched between the electrodes, the electroluminescence element that emits light by applying a voltage between the electrodes is compared to a liquid crystal display that is currently widely used as a thin display, It is attracting attention as a next-generation display light-emitting device that has advantages such as high brightness, high contrast, wide viewing angle, thinness, and small number of parts.
エレクトロルミネッセンス素子には大別して、発光層が無機物からなる無機エレクトロルミネッセンス素子と、発光層が有機物からなる有機エレクトロルミネッセンス素子とがある。発光体に無機材料を用いた無機エレクトロルミネッセンス素子としては、透明絶縁性基板の表面にITO(Indium Tin Oxide:以下、ITOと記す。)による透明電極と、SiO2およびSi3N4等の第1の誘電体層と、硫化亜鉛・硫化カルシウム・硫化ストロンチウム・セレン化亜鉛・セレン化ストロンチウム等のII−VI族化合物半導体に発光中心となる元素としてマンガン・テルビウム・サマリウム・ツリウム・ユーロピウム・セリウム等の希土類元素を添加した発光層と、Al2O3等による第2の誘電体層、およびアルミニウム等による背面電極が形成されたものがある。このような構成の無機エレクトロルミネッセンス素子は、透明性電極と背面電極との間に100V程度以上の交流電圧を印加することにより、この2つの電極間に挟まれた発光層が発光するものである。 The electroluminescence element is roughly classified into an inorganic electroluminescence element whose light emitting layer is made of an inorganic material and an organic electroluminescence element whose light emitting layer is made of an organic material. As an inorganic electroluminescent element using an inorganic material as a light emitter, a transparent electrode made of ITO (Indium Tin Oxide: hereinafter referred to as ITO) on the surface of a transparent insulating substrate, a second electrode such as SiO 2 and Si 3 N 4, etc. 1) Dielectric layer and elements that are the emission center in II-VI group compound semiconductors such as zinc sulfide, calcium sulfide, strontium sulfide, zinc selenide, strontium selenide, etc. Manganese, terbium, samarium, thulium, thulium, europium, cerium, etc. In which a light emitting layer to which a rare earth element is added, a second dielectric layer made of Al 2 O 3 or the like, and a back electrode made of aluminum or the like are formed. The inorganic electroluminescent element having such a configuration is such that a light emitting layer sandwiched between two electrodes emits light by applying an AC voltage of about 100 V or more between the transparent electrode and the back electrode. .
また近年、有機エレクトロルミネッセンス素子が、発光効率の向上と寿命の向上が図られ実用領域に入りつつある。有機エレクトロルミネッセンス素子は、ガラスやプラスチック等の基板の表面に第1の電極を設け、この第1の電極上に有機エレクトロルミネッセンス層および第2の電極薄膜を堆積することにより作製される。第1の電極および第2の電極の少なくともどちらか一方は透明な電極とされる。第1および第2の電極間に電圧を印加して電流を供給すると、陽極側からホール,陰極側から電子が有機エレクトロルミネッセンス層に注入される。それにより、有機エレクトロルミネッセンス層中でのホールと電子との再結合によって発光体分子が励起され、励起された発光体分子が失活する際に発生した光が透明電極側から外部へ取り出される。 In recent years, organic electroluminescence devices have been put into practical use because they have improved luminous efficiency and lifetime. The organic electroluminescence element is manufactured by providing a first electrode on the surface of a substrate such as glass or plastic, and depositing an organic electroluminescence layer and a second electrode thin film on the first electrode. At least one of the first electrode and the second electrode is a transparent electrode. When a voltage is applied between the first and second electrodes to supply a current, holes are injected from the anode side and electrons are injected from the cathode side into the organic electroluminescence layer. Thereby, the luminescent molecule is excited by recombination of holes and electrons in the organic electroluminescence layer, and the light generated when the excited luminescent molecule is deactivated is extracted from the transparent electrode side to the outside.
これらのエレクトロルミネッセンス素子は水分や酸素により特性が劣化するので、ディスプレイに用いるのに実用的な発光寿命を得るためには、水分や酸素等のエレクトロルミネッセンス素子に有害な雰囲気からエレクトロルミネッセンス素子を遮蔽する封止技術は必須である。 Since these electroluminescent elements deteriorate in characteristics due to moisture and oxygen, in order to obtain a practical light emitting lifetime for use in displays, the electroluminescent elements are shielded from an atmosphere harmful to the electroluminescent elements such as moisture and oxygen. A sealing technique is essential.
次に、従来の封止方法を用いたエレクトロルミネッセンス装置の例を説明する。 Next, an example of an electroluminescence device using a conventional sealing method will be described.
特許文献1において提案されているエレクトロルミネッセンス装置は、図5に断面図で示すように、有機EL素子51は、ガラス基板52上に、ITO電極53、有機発光材料層54、陰極55がこの順に積層された積層体56が形成され、この積層体56から隔離して乾燥手段58が配置され、積層体56と乾燥手段58とは、ガラス基板52とガラス封止缶57とが封止材59により気密的に接着されて形成された気密性容器内に封止されている。そして、この気密性容器内には乾燥した不活性ガスが封入されている。この有機EL素子51においては、化学的に水分を吸着するとともに吸湿しても固体状態を維持する化合物により乾燥手段58が形成されている。そして、アルカリ金属酸化物,アルカリ土類金属酸化物,硫酸塩,金属ハロゲン化物,過塩素酸塩,有機物等から成る化学的に水分を吸着するとともに吸湿しても固体状態を維持する化合物を用いて乾燥手段58とするとともに、この乾燥手段58を、互いに対向する一対の電極53・55間に有機発光材料層54が挟持されてなる積層体56から隔離して気密性容器内に封入する構成としたので、乾燥手段58が吸湿した後も素子51に悪影響を及ぼすことがないとともに、封入の際の取扱いが容易であり、しかもリーク電流やクロストークの発生を招かないことから、この有機EL素子51においては、長期にわたって安定した発光特性が維持されるというものである。
In the electroluminescence device proposed in
この特許文献1には、乾燥手段58に用いる化合物について、アルカリ金属酸化物として、酸化ナトリウム・酸化カリウムを挙げ、アルカリ土類金属酸化物としては、酸化カルシウム・酸化バリウム・酸化マグネシウムを挙げている。また、硫酸塩としては、硫酸リチウム・硫酸ナトリウム・硫酸カルシウム・硫酸マグネシウム・硫酸コバルト・硫酸ガリウム・硫酸チタン・硫酸ニッケルを挙げている。そして、金属ハロゲン化物としては、塩化カルシウム・塩化マグネシウム・塩化ストロンチウム・塩化イットリウム・塩化銅・ふっ化セシウム・ふっ化タンタル・ふっ化ニオブ・臭化カルシウム・臭化セリウム・臭化セレン・臭化バナジウム・臭化マグネシウム・よう化バリウム・よう化マグネシウム等を挙げている。さらに、過塩素酸塩としては、過塩素酸バリウム・過塩素酸マグネシウムを挙げている。
In this
一方、乾燥手段58の封入方法としては、例えば、上記の化合物を固形化して成形体とし、この成形体をガラス封止缶57に固定する方法や、上記の化合物を通気性を有する袋に入れてガラス封止缶57に固定する方法や、ガラス封止缶57に仕切りを設け、この仕切りの中に上記の化合物を入れる方法や、さらには真空蒸着法,スパッタ法あるいはスピンコート法等を用いてガラス封止缶57内に成膜する方法等の種々の方法を採用することができるとしている。近年では、より薄型化の要求から、成型体を固定するよりも薄型化が容易な膜形成が注目されている。 On the other hand, as a method for enclosing the drying means 58, for example, the above compound is solidified to form a molded body, and this molded body is fixed to the glass sealing can 57, or the above compound is placed in a breathable bag. The glass sealing can 57 is fixed to the glass sealing can 57, a partition is provided in the glass sealing can 57, and the above compound is put into the partition, and further, a vacuum deposition method, a sputtering method, a spin coating method, or the like is used. Various methods such as a method of forming a film in the glass sealing can 57 can be adopted. In recent years, attention has been paid to film formation that can be made thinner than fixing a molded body because of a demand for thinner thickness.
エレクトロルミネッセンス素子を封止するための封止カバーとしては、特許文献1に記載されたガラス缶のものの他、金属缶も使用される。また、缶状ではなく、ガラス板等の板状のものや高分子フィルム等も封止カバーに使用される。
As a sealing cover for sealing the electroluminescence element, a metal can is used in addition to the glass can described in
次に、板状の封止カバーを使用したエレクトロルミネッセンス装置の例を示す。特許文献2では、化学的に水分を捕水する捕水剤層67aを捕水剤保持層67bに設けることによりダークスポットの成長を抑えることができる乾燥剤を有した有機EL素子を提案している。これは、有機EL材料層(ホール注入層64a,ホール輸送層64b,発光層兼電子輸送層64c)が互いに対向する一対の電極(陽極65,陰極66)間に積層された構造を有する発光部と、この発光部を配設するガラス基板62および発光部を覆いガラス基板62に封止する封止キャップ63からなる気密容器と、この気密容器内に設けられた捕水手段を有する有機EL素子において、捕水手段が気密容器の内面に設けた捕水剤保持層67bと、この捕水剤保持層67bの表面に設けた捕水剤層67aとで構成された有機EL素子である。
吸水剤,保水剤,乾燥剤,吸湿剤等の乾燥手段は物理的な水分子の吸着や化学反応による水の消費によって封止雰囲気中の水分量を減少させるものであるが、それによる乾燥は反応面積が大きいほど効率的である。しかしながら、乾燥剤は、有効面積を大きくするため粒状にして封止容器内に固定したものもあるが、吸水剤として十分機能させつつ薄型化することが容易ではないことや、封止後にゴミの発生源とならないように封止容器内に固着することが難しいといった問題点がある。 Drying means such as water-absorbing agents, water-retaining agents, desiccants, and moisture-absorbing agents reduce the amount of water in the sealed atmosphere by physical water molecule adsorption or water consumption by chemical reaction. The larger the reaction area, the more efficient. However, some desiccants are granulated and fixed in a sealed container to increase the effective area. However, it is not easy to reduce the thickness while sufficiently functioning as a water-absorbing agent. There is a problem that it is difficult to be fixed in the sealed container so as not to be a generation source.
また、特許文献1の提案のように乾燥手段58を真空蒸着法,スパッタ法あるいはスピンコート法等を用いてガラス封止缶57内に成膜した場合は、緻密な膜となり有効面積が大きいとは言えないものとなるという問題点がある。さらに、アルカリ土類金属酸化物等を使用した場合には、吸湿によって水酸化物が生成されるために体積膨張を伴い、緻密な膜状である場合には膜が破壊されて、発塵や透明性の低下等を引き起こす可能性があるという問題点もある。
Further, when the drying means 58 is formed in the glass sealing can 57 by using a vacuum deposition method, a sputtering method, a spin coating method, or the like as proposed in
本発明は以上のような従来の技術における問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、薄型化が可能で、吸水性に優れた乾燥手段を有した封止用カバーと、それを用いて長期間にわたって良好な発光特性を維持できるエレクトロルミネッセンス装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the problems in the conventional technology as described above, and an object of the present invention is to provide a sealing cover having a drying means that can be thinned and has excellent water absorption, and It is an object of the present invention to provide an electroluminescent device that can be used and maintain good light emission characteristics over a long period of time.
本発明の封止用カバーは、表面にエレクトロルミネッセンス素子が配設された基板に前記エレクトロルミネッセンス素子を覆って取着されるカバー本体の前記エレクトロルミネッセンス素子側の表面に多孔質層が形成されていることを特徴とするものである。 In the sealing cover of the present invention, a porous layer is formed on the surface of the cover body attached on the surface of the cover body which covers the electroluminescence element on the substrate on which the electroluminescence element is disposed. It is characterized by being.
また、本発明の封止用カバーは、上記構成において、前記多孔質層は、金属の酸化物から成ることを特徴とするものである。 The sealing cover of the present invention is characterized in that, in the above configuration, the porous layer is made of a metal oxide.
また、本発明の封止用カバーは、上記構成において、前記多孔質層は、アルカリ土類金属の酸化物からなることを特徴とするものである。 Moreover, the sealing cover of the present invention is characterized in that, in the above structure, the porous layer is made of an oxide of an alkaline earth metal.
また、本発明の封止用カバーは、上記構成において、前記多孔質層は、ウェットゲル層を超臨界乾燥して形成されたものであることを特徴とするものである。 The sealing cover according to the present invention is characterized in that, in the above configuration, the porous layer is formed by supercritical drying of a wet gel layer.
また、本発明の封止用カバーは、上記構成において、前記ウェットゲル層は、金属のアルコキシドまたは塩化物を含有することを特徴とするものである。 Moreover, the sealing cover of the present invention is characterized in that, in the above configuration, the wet gel layer contains a metal alkoxide or chloride.
また、本発明の封止用カバーは、上記構成において、前記カバー本体および前記多孔質層は、前記エレクトロルミネッセンス素子の発光に対して透光性であることを特徴とするものである。 The sealing cover of the present invention is characterized in that, in the above configuration, the cover main body and the porous layer are translucent with respect to light emitted from the electroluminescence element.
そして、本発明のエレクトロルミネッセンス装置は、表面にエレクトロルミネッセンス素子が配設された基板に、上記各構成の本発明の封止用カバーを取着してなることを特徴とするものである。 The electroluminescent device of the present invention is characterized in that the sealing cover of the present invention having the above-described configuration is attached to a substrate having an electroluminescent element disposed on the surface thereof.
本発明の封止用カバーによれば、エレクトロルミネッセンス素子を覆って取着されるカバー本体のエレクトロルミネッセンス素子側の表面に多孔質層が形成されていることから、多孔質層は単なる層と比較して、雰囲気と接する表面積が大きくなるため水分子の吸着や化学反応に伴う水の消費、すなわち、吸水の効率が高く、発塵や透明性の低下等を引き起こすことなく吸水性に優れた乾燥手段(吸水剤)として機能するので、封止するエレクトロルミネッセンス素子を長期間にわたって良好な発光特性を維持できるものとすることができる。 According to the sealing cover of the present invention, since the porous layer is formed on the surface of the cover body attached to cover the electroluminescent element on the electroluminescent element side, the porous layer is compared with a simple layer. In addition, since the surface area in contact with the atmosphere increases, water consumption due to water molecule adsorption and chemical reaction, that is, high water absorption efficiency, and excellent water absorption without causing dust generation or reduced transparency, etc. Since it functions as a means (water-absorbing agent), the electroluminescent device to be sealed can maintain good light emission characteristics over a long period of time.
また、本発明の封止用カバーによれば、多孔質層が金属の酸化物から成る場合には、水との接触により加水分解して金属水酸化物を生成する化学反応を起こしたり、化学的な反応速度が遅かったりする場合であっても、親水性の表面となり水の吸着が良好であり、80℃程度以下の通常のエレクトロルミネッセンス装置の使用温度域においてはほぼ不可逆的であるので、有効な水分吸着剤として使用できるものとなる。 Further, according to the sealing cover of the present invention, when the porous layer is made of a metal oxide, it causes a chemical reaction to generate a metal hydroxide by hydrolysis by contact with water, Even if the reaction rate is slow, it becomes a hydrophilic surface and has good water adsorption, and is almost irreversible in the operating temperature range of a normal electroluminescence device of about 80 ° C. or less. It can be used as an effective moisture adsorbent.
また、本発明の封止用カバーによれば、多孔質層がアルカリ土類金属の酸化物から成る場合には、アルカリ土類金属の酸化物は、水との反応により水酸化物を生成することによって不可逆的に水分を吸着するとともに、吸湿しても固体状態を維持するため、より良好な吸水剤として機能するものとなる。さらに、多孔質であることで、表面積が大きくなり吸水効率がより高いものとなる。また、多孔質層内に空孔が無数に存在していることによって、吸水反応に伴う体積増加が緩和されるので、発塵や透光性の低下を抑制することができる。 According to the sealing cover of the present invention, when the porous layer is made of an alkaline earth metal oxide, the alkaline earth metal oxide generates a hydroxide by reaction with water. As a result, moisture is irreversibly adsorbed and a solid state is maintained even when moisture is absorbed, so that it functions as a better water-absorbing agent. Furthermore, by being porous, the surface area is increased and the water absorption efficiency is higher. Moreover, since the volume increase accompanying a water absorption reaction is relieved by the infinite number of pores in the porous layer, it is possible to suppress dust generation and a decrease in translucency.
さらに、本発明の封止用カバーによれば、多孔質層がウェットゲル層を超臨界乾燥して形成されたものである場合には、ウェットゲル層を超臨界乾燥して多孔質性とすることによって、空孔率が高く、また、形成時の残留水分量を少なくした多孔質層を容易に形成することができ、より良好な吸水効果が得られるものとなる。 Furthermore, according to the sealing cover of the present invention, when the porous layer is formed by supercritical drying of the wet gel layer, the wet gel layer is supercritically dried to be porous. As a result, a porous layer having a high porosity and a small amount of residual moisture at the time of formation can be easily formed, and a better water absorption effect can be obtained.
また、本発明の封止用カバーによれば、カバー本体および多孔質層が透光性であるものである場合には、この封止用カバーを用いてエレクトロルミネッセンス素子を封止してエレクトロルミネッセンス装置を作製したときに、エレクトロルミネッセンス素子から発光した光を封止用カバー側から取り出すことができ、いわゆるトップエミッション型のエレクトロルミネッセンス素子を封止するための封止用カバーとして有効なものとなる。 Further, according to the sealing cover of the present invention, when the cover main body and the porous layer are translucent, the electroluminescent element is sealed by using the sealing cover. When the device is manufactured, the light emitted from the electroluminescence element can be taken out from the sealing cover side, which is effective as a sealing cover for sealing a so-called top emission type electroluminescence element. .
さらに、以上の様な本発明の封止用カバーで基板の表面に配設されたエレクトロルミネッセンス素子を封止したエレクトロルミネッセンス装置によれば、薄型とすることができ、多孔質層によって効率よく吸水することができ、また、発塵や透光性の低下が抑制され、エレクトロルミネッセンス素子の発光特性を長期にわたって良好に維持することができるものとなる。 Furthermore, according to the electroluminescence device in which the electroluminescence element disposed on the surface of the substrate is sealed with the sealing cover of the present invention as described above, the electroluminescence device can be made thin and efficiently absorb water by the porous layer. In addition, the reduction of dust generation and translucency can be suppressed, and the light emission characteristics of the electroluminescence element can be favorably maintained over a long period of time.
以下、本発明の封止用カバーおよびそれを用いたエレクトロルミネッセンス装置について図面を参照しつつ詳細に説明する。 Hereinafter, a sealing cover of the present invention and an electroluminescence device using the same will be described in detail with reference to the drawings.
図1および図2は、それぞれ本発明の封止用カバーの実施の形態の一例および他の例を示す断面図である。図1および図2において、11,21はカバー本体、12,22はカバー本体11,21の表面に形成された多孔質層である。
1 and 2 are cross-sectional views showing an example of an embodiment of the sealing cover of the present invention and another example, respectively. 1 and 2, reference numerals 11 and 21 denote cover bodies, and
また、図3および図4は、それぞれ本発明のエレクトロルミネッセンス装置の実施の形態の一例および他の例を示す断面図である。図3および図4において、13,23は基板、14,24は基板13,23の表面に配設されたエレクトロルミネッセンス素子、15,25はシール材である。また、基板13,23にはエレクトロルミネッセンス素子14,24を覆って封止用カバーが取着されており、11,21は封止用カバーのカバー本体、12,22はカバー本体11,21のエレクトロルミネッセンス素子14,24側に形成された多孔質層である。
FIGS. 3 and 4 are cross-sectional views showing an example of the electroluminescent device according to the present invention and another example, respectively. 3 and 4,
カバー本体11,21の材質としては、アルカリガラス・無アルカリガラス・石英ガラス等のガラス、SUS・アルミニウム等の金属、ポリカーボネート・ポリエチレン・アクリル・ポリオレフィン等の樹脂、アルミナ・ジルコニア・窒化アルミニウム等のセラミックスが用いられる。 Cover bodies 11 and 21 are made of glass such as alkali glass / non-alkali glass / quartz glass, metal such as SUS / aluminum, resin such as polycarbonate / polyethylene / acrylic / polyolefin, and ceramics such as alumina / zirconia / aluminum nitride. Is used.
また、カバー本体11,21の形状としては、図1に示すような板状や、図2に示すような凹形状等、所望の形状とすればよい。図2に示すカバー本体21の凹形状は、図4に示すように、基板23にこの封止用カバーを取着してエレクトロルミネッセンス素子24を封止する際に、内部に収容されるエレクトロルミネッセンス素子24に接触して破壊することを避けるためのものである。この凹形状の凹部の深さは、例えば表面が平坦な基板23に取着する場合は、内部に収容されるエレクトロルミネッセンス素子24の厚さよりも十分大きく設定する。また、凹形状の凹部の大きさ(幅,長さ)は、エレクトロルミネッセンス素子24が接触することなく内部に収容されるように設定する。その場合、封止工程の際に発生するカバー本体21の位置ずれも考慮する必要がある。
Further, the shape of the cover main bodies 11 and 21 may be a desired shape such as a plate shape as shown in FIG. 1 or a concave shape as shown in FIG. As shown in FIG. 4, the concave shape of the cover main body 21 shown in FIG. 2 is the electroluminescence housed when the sealing cover is attached to the
カバー本体11,21のエレクトロルミネッセンス素子14,24を覆う側の表面に形成された多孔質層12,22は、バルク状態に比べて低密度で空孔率が大きい状態であり、原子間に隙間が多く、水分子が通過したり水分子と接触したりし易い状態となっている。また、原子間の距離が大きい部分では、原子間の結合が弱かったり、未結合手となっていたりするため、化学反応が起き易い状態となっている。多孔質層12,22が化学的に安定な材料である場合には、ファンデルワールス力や水素結合等によって水分子を吸着する。また、水との接触によって加水分解等の化学反応を起こし易い材料である場合には、より多くの水を消費して吸水することができる。
The
この多孔質層12,22が金属の酸化物から成る場合には、水との接触により加水分解して金属水酸化物を生成する化学反応を起こしたり、化学的な反応速度が遅かったりする場合であっても、親水性の表面となり水の吸着が良好であり、80℃程度以下の通常のエレクトロルミネッセンス装置の使用温度域においてはほぼ不可逆的であるので、有効な水分吸着剤として使用できるものとなる。
When the
特に、多孔質層12,22がアルカリ土類金属の酸化物から成る場合には、アルカリ土類金属の酸化物は、水との反応により水酸化物を生成することによって不可逆的に水分を吸着するとともに、吸湿しても固体状態を維持するため、多孔質であることで、表面積が大きくなり吸水効率がより高いものとなり、また、多孔質層12,22内に空孔が無数に存在していることによって、吸水反応に伴う体積増加が緩和されるので、発塵や透光性の低下を抑制することができることから、より良好な吸水剤として機能するものとなる。
In particular, when the
また、このような多孔質層12,22は、カバー本体11,21の表面にウェットゲル層を形成し、これを超臨界乾燥して形成されたものであることが好ましい。
The
ここで、超臨界乾燥について説明する。 Here, supercritical drying will be described.
超臨界流体の機能物質には三態と称される気相(気体),液相(液体),固相(固体)の3つの存在状態がある。物質の相状態を温度を横軸、圧力を縦軸にとって表した状態図は、気相と液相との境界を示す蒸気圧曲線,気相と固相との境界を示す昇華曲線,固相と液相との境界を示す溶解曲線からなる。これら3つの相が重なったところが三重点である。この三重点から蒸気圧曲線が高温側に延びると気相と液相が共存する限界である臨界点に達する。この臨界点では気相と液相の密度が等しくなり、気液共存状態の界面が消失する。臨界点以上では気相、液相の区別がないため超臨界流体と呼ばれる。超臨界流体とは、この臨界温度以上で高密度に圧縮された流体である。溶媒分子の拡散力が支配的である点においては気体と類似しているが、分子の凝集力の影響が無視できない点においては液体と類似しているため種々の物質を溶解する性質を有している。しかも、温度や圧力により密度を連続的に変化させることができるため、理想気体の状態から液体に匹敵する大きさまで密度を任意に調整することができる。特に、臨界点近傍ではわずかな温度、圧力変化で密度の調整が可能である。そして、超臨界流体は、液体に比べ非常に高い浸潤性を有し、微細な構造にも容易に浸透する特徴がある。また、臨界状態から直接気層に転移するように乾燥させることで、気体と液体の界面が存在しないようにして毛管力が働かないようにして、微細構造を破壊することなく乾燥することができる。また、微細構造から特定物質の抽出・除去をするために利用することができる。 There are three types of supercritical fluid functional substances, the three states, gas phase (gas), liquid phase (liquid), and solid phase (solid). The phase diagram showing the phase state of a substance with temperature on the horizontal axis and pressure on the vertical axis is a vapor pressure curve showing the boundary between the gas phase and the liquid phase, a sublimation curve showing the boundary between the gas phase and the solid phase, It consists of a dissolution curve indicating the boundary between the liquid phase and the liquid phase. The triple point is where these three phases overlap. When the vapor pressure curve extends from this triple point to the high temperature side, it reaches a critical point where the gas phase and the liquid phase coexist. At this critical point, the gas phase and liquid phase densities are equal, and the gas-liquid coexistence interface disappears. Above the critical point, it is called supercritical fluid because there is no distinction between gas phase and liquid phase. A supercritical fluid is a fluid compressed at a high density above this critical temperature. It is similar to gas in that the diffusion force of solvent molecules is dominant, but it is similar to liquid in that the influence of molecular cohesion cannot be ignored, so it has the property of dissolving various substances. ing. Moreover, since the density can be continuously changed by temperature and pressure, the density can be arbitrarily adjusted from the ideal gas state to a size comparable to the liquid. In particular, the density can be adjusted with a slight change in temperature and pressure near the critical point. A supercritical fluid has a very high infiltration property compared to a liquid and has a feature of easily penetrating a fine structure. In addition, by drying so as to transfer directly from the critical state to the gas layer, it is possible to dry without destroying the fine structure by preventing the capillary force from acting so that there is no gas-liquid interface. . It can also be used to extract and remove specific substances from the microstructure.
超臨界乾燥とは、このような超臨界流体を用いて超臨界状態を利用して乾燥することである。これには、溶媒を超臨界状態にした後に乾燥させる方法と、超臨界状態にした超臨界流体で溶媒を置換した後に乾燥させる方法がある。 Supercritical drying is drying using a supercritical fluid using such a supercritical fluid. In this method, there are a method in which the solvent is brought into a supercritical state and then dried, and a method in which the solvent is replaced with a supercritical fluid in a supercritical state and then dried.
超臨界乾燥を行なう際の超臨界流体としては、二酸化炭素・エタノール・メタノール・プロパノール・ブタノール・メタン・エタン・プロパン・水・アンモニア・メタン・エタン・エチレン・フルオロメタン等を用いることができる。中でも、二酸化炭素は臨界点が温度31.1℃,圧力7.38MPaと比較的低温・低圧であるので容易に処理が可能である。 Carbon dioxide, ethanol, methanol, propanol, butanol, methane, ethane, propane, water, ammonia, methane, ethane, ethylene, fluoromethane, and the like can be used as the supercritical fluid for supercritical drying. Among them, carbon dioxide has a critical point of 31.1 ° C. and a pressure of 7.38 MPa.
このような超臨界乾燥を利用してカバー本体11,21の表面に多孔質層12,22を形成する方法としては、カバー本体11,21上にウェットゲルからなる層を形成した後に、このウェットゲル層を超臨界乾燥を利用して乾燥させれば、湿潤したウェットゲルの構造を破壊することなく乾燥させることができ、エアロゲルからなる多孔質層12,22を得ることができる。
As a method for forming the
カバー本体11,21の表面にウェットゲル層を形成するには、金属アルコキシドや金属塩化物を有機溶媒に溶解させた後に、これをスプレー法・スピンコート法・ディップコート法・ロールコート法・インクジェット法・スクリーン印刷法等によってカバー本体11,21の表面に塗布する。このうち、スプレー法・ディップコート法・ロールコート法・インクジェット法・スクリーン印刷法を用いた場合には、カバー本体11,21の所定の位置に所望の形状で塗布することができ好適である。スピンコート法・ディップコート法を用いた場合には、カバー本体11,21全面に塗布されるので、封止接合部等の多孔質12,22が不要な部分に形成された多孔質層12,22を後で除去する必要がある。
In order to form a wet gel layer on the surface of the cover body 11, 21, after dissolving a metal alkoxide or metal chloride in an organic solvent, this is sprayed, spin coated, dip coated, roll coated, inkjet Apply to the surface of the cover body 11, 21 by the method or screen printing method. Among these, the spray method, dip coating method, roll coating method, ink jet method, and screen printing method are preferable because they can be applied in a desired shape to predetermined positions of the cover main bodies 11 and 21. When the spin coat method or dip coat method is used, it is applied to the entire surface of the cover body 11, 21, so that the
次に、この塗布した層をアンモニア等の触媒と水との蒸気下で加水分解および脱水重合させることによりゲル化してウェットゲル層とする。加水分解および脱水重合させる際の触媒としては、アンモニア・水酸化ナトリウム等のアルカリ触媒や塩酸・硝酸・リン酸等の酸触媒を用いればよいが、酸触媒を用いた場合には比較的重合度の低い直鎖状の重合体が得られるのに対し、アルカリ触媒を用いると、比較的重合度の高い3次元的な重合体が得られ、多孔質のエアロゲルを得るために適当なウェットゲルとなるので好適である。 Next, the applied layer is gelled by hydrolysis and dehydration polymerization under a steam of a catalyst such as ammonia and water to form a wet gel layer. As a catalyst for hydrolysis and dehydration polymerization, an alkali catalyst such as ammonia or sodium hydroxide or an acid catalyst such as hydrochloric acid, nitric acid or phosphoric acid may be used. However, when an acid catalyst is used, the degree of polymerization is relatively high. In contrast, a linear polymer having a low degree of polymerization can be obtained, and when an alkali catalyst is used, a three-dimensional polymer having a relatively high degree of polymerization is obtained. In order to obtain a porous aerogel, This is preferable.
ウェットゲル層を形成した後、超臨界乾燥を行なう。例えば、カバー本体11,21を超臨界点が比較的低いエタノール中に浸漬させてウェットゲル層内のアンモニア等の触媒と水とを全てエタノールで置換し、このまま高圧容器内に保持させ、二酸化炭素の超臨界流体を流通させる。この場合、エタノールと二酸化炭素との二相状態となるが、十分臨界点以上となるような条件、例えば、温度80℃,圧力16MPaの条件で処理する。超臨界二酸化炭素とエタノールとは互いに相溶するので,超臨界二酸化炭素を連続的に流通させることでウェットゲル層内のエタノールをほぼ完全に抽出除去することができる。エタノールで置換することによってアンモニアの除去が行なえ、次に超臨界二酸化炭素でエタノールをほぼ完全に除去することができ、これによって吸水性に優れた多孔質層12,22が得られる。
After forming the wet gel layer, supercritical drying is performed. For example, the cover main bodies 11 and 21 are immersed in ethanol having a relatively low supercritical point, and the catalyst such as ammonia in the wet gel layer and water are all replaced with ethanol, and are kept in the high pressure vessel as they are. Of supercritical fluid. In this case, a two-phase state of ethanol and carbon dioxide is obtained, but the treatment is performed under conditions that are sufficiently higher than the critical point, for example, a temperature of 80 ° C. and a pressure of 16 MPa. Since supercritical carbon dioxide and ethanol are compatible with each other, ethanol in the wet gel layer can be almost completely extracted and removed by continuously circulating supercritical carbon dioxide. Ammonia can be removed by substituting with ethanol, and then ethanol can be almost completely removed with supercritical carbon dioxide, whereby
多孔質層12,22が形成される面積は大きいほどよいが、少なくとも、封止用カバーにより封止されて収容されるエレクトロルミネッセンス素子14,24の配設面積よりも大きくするとよい。通常、エレクトロルミネッセンス素子14,24に用いられる陰極電極は軽金属であり、電子注入効率を良くするためにアルカリやアルカリ土類系の金属が含まれ、水や酸素によって劣化し易い。こうした金属電極が水や酸素と反応することを抑制する役割を多孔質層12,22が十分に果たすためには、多孔質層12,22が形成される面積がこの電極の面積と同程度以上であることが望まれる。好ましくは、エレクトロルミネッセンス素子14,24が形成された基板13,23にエレクトロルミネッセンス素子14,24を覆って取着されるカバー本体11,21のエレクトロルミネッセンス素子14,24側の表面に、取着の際に接合される部分を除いた領域の全面に、多孔質層12,22を形成すればよい。
The larger the area in which the
ウェットゲル層を形成するのに用いる金属アルコキシドや金属塩化物としては、アルミニウム・バリウム・カルシウム・セレン・銅・クロム・エルビウム・鉄・インジウム・マグネシウム・ニオブ・マンガン・錫・シリコン・チタン・タンタル・亜鉛・バナジウム・ジルコニア等の金属のアルコキシドや塩化物を用いればよい。また、これらの金属のキレートを用いることができる。これらは単一でもよく、複数の金属からなる多成分系でもよい。有機溶媒に可溶で、カバー本体11,21上に塗布した後、加水分解および脱水重合等の反応によってゲル化させることができるものを用いればよい。 The metal alkoxide and metal chloride used to form the wet gel layer include aluminum, barium, calcium, selenium, copper, chromium, erbium, iron, indium, magnesium, niobium, manganese, tin, silicon, titanium, tantalum, An alkoxide or chloride of a metal such as zinc, vanadium, or zirconia may be used. Further, chelates of these metals can be used. These may be single or a multicomponent system composed of a plurality of metals. What is soluble in an organic solvent and that can be gelled by a reaction such as hydrolysis and dehydration polymerization after coating on the cover main bodies 11 and 21 may be used.
金属アルコキシドや金属塩化物に対する溶媒に用いる有機溶媒としては、アルコール・エーテル・グリコール・アミン等の、金属アルコキシドや金属塩化物が可溶で、混合溶液の粘度調整が容易に行なえるようなものを用いればよい。また、ポリエチレングリコールモノメチルエーテル・ポリ酢酸ビニル・ヒドロキシプロピルセルロース等の高分子を添加した場合には、粘度の調整がより容易になるとともに、層厚みが厚いゲルが得られ易くなる。 Organic solvents used as solvents for metal alkoxides and metal chlorides are those that are soluble in metal alkoxides and metal chlorides, such as alcohols, ethers, glycols, and amines, and can easily adjust the viscosity of the mixed solution. Use it. Further, when a polymer such as polyethylene glycol monomethyl ether, polyvinyl acetate, or hydroxypropyl cellulose is added, the viscosity can be easily adjusted and a gel having a thick layer can be easily obtained.
加水分解・脱水重合反応を促進するための酸触媒やアルカリ触媒、水、カバー本体11,21への濡れ性を良くするための界面活性剤等を加えてもよい。 An acid catalyst or an alkali catalyst for promoting the hydrolysis / dehydration polymerization reaction, water, a surfactant for improving the wettability to the cover main bodies 11 and 21, and the like may be added.
中でもカルシウム・マグネシウム・バリウム等のアルカリ土類金属のアルコキシドや塩化物を用いた場合には、吸水性に優れ、かつ吸水しても固体状態を維持できる多孔質層12,22を得ることができ好適である。
In particular, when alkoxides and chlorides of alkaline earth metals such as calcium, magnesium, and barium are used,
また、多孔質層12,22を形成する別の方法としては、樹脂から成る層をカバー本体11,21の表面に形成した後に、二酸化炭素の超臨界流体を溶解させ、その後、急激に圧力を下げることによって樹脂内に気泡を発生させて多孔質層12,22とすることができる。このような樹脂としては、アクリル樹脂・ポリエステル・エポキシ樹脂等を用いることができ、これらを有機溶媒に溶解させた後に、スプレー法・スピンコート法・ディップコート法・ロールコート法・インクジェット法・スクリーン印刷法等によってカバー本体11,21の表面に塗布し、樹脂から成る層をカバー本体11,21の表面に形成する。その際には、これらの樹脂のモノマーやオリゴマー等の前駆体を用いてもよい。
Another method for forming the
超臨界乾燥で得られる多孔質層12,22中の空孔は直径が0.1〜10μmで数密度が109〜1015個/cm3であるようなものが得られ、吸水性に優れたものとなる。さらに、超臨界乾燥の処理条件を適当に設定することにより、空孔のサイズが可視光線の波長と同等以下である場合には空孔による光散乱が小さくなるので、多孔質層12,22の厚さが十分薄いか、または多孔質層12,22の材料自体が本来透明である場合には、空孔が多数存在する多孔質層12,22であってもエレクトロルミネッセンス素子14,24の発光に対してほぼ透明な透光性のものとすることができる。従って、カバー本体11,21をエレクトロルミネッセンス素子14,24の発光に対して透明な透光性の材料として、さらに多孔質層12,22も同様の透光性を有するものとすれば、封止用カバー側からエレクトロルミネッセンス素子14、24の発光を取り出すことができ、いわゆるトップエミッション型のエレクトロルミネッセンス素子14,24を封止するための吸水性に優れた乾燥手段を有する封止用カバーとして用いることができる。
The pores in the
なお、多孔質層12,22の厚さは1〜200μm程度とすればよい。多孔質層12,22の材料がシリカ等の水との反応速度がやや小さいものである場合には、表面吸着による吸水となるので、十分な吸水能を得るには厚さは20μm程度以上が望ましい。また、アルカリ土類金属の酸化物等の水との反応速度が大きいものである場合には、20μm以下の厚みで十分な吸水能を得ることができる。
The thickness of the
次に、本発明のエレクトロルミネッセンス装置について説明する。図3および図4に示すように、本発明のエレクトロルミネッセンス装置は、表面にエレクトロルミネッセンス素子14,24が配設された基板13,23に、以上のような、カバー本体11,21のエレクトロルミネッセンス素子14,24側の表面に多孔質層12,22が形成されている本発明の封止用カバーを取着してなるものである。
Next, the electroluminescence device of the present invention will be described. As shown in FIGS. 3 and 4, the electroluminescence device of the present invention has the above-described electroluminescence of the cover main bodies 11 and 21 on the
基板13,23は、その表面にエレクトロルミネッセンス素子14,24を配設するための基板であり、材質としては、例えばアルカリガラス・無アルカリガラス・石英ガラス等のガラス,SUS・アルミニウム等の金属,ポリカーボネート・ポリエチレン・アクリル・ポリオレフィン等の樹脂,アルミナ・ジルコニア・窒化アルミニウム等のセラミックスが用いられる。基板13,23には、ディスプレイ用のエレクトロルミネッセンス装置である場合には、アクティブマトリクス表示装置とするためのTFT素子等からなる駆動回路が形成されているものが好適に用いられる。
The
基板13,23の表面に配設されたエレクトロルミネッセンス素子14,24は、有機エレクトロルミネッセンス材料層または無機エレクトロルミネッセンス材料層が一対の電極間に積層された構造の発光体として構成された発光機能を有するものである。なお、図3および図4には図示していないが、エレクトロルミネッセンス素子14,24の電極はそれぞれ外部の駆動回路と電気的に接続されている。
The
また、シール材15,25は基板13,23と封止用カバーのカバー本体11,21とを接合するものであり、十分な接着性と気密性が確保できる材料からなる封止用部材である。シール材15,25は、カバー本体11,21および基板13,23の形状に応じて、例えば図3に示すように内側に多孔質層12およびエレクトロルミネッセンス素子14を収容できる厚みを持った枠状のシール材15を用いたり、図4に示すように中央部に多孔質層22およびエレクトロルミネッセンス素子24を収容可能な凹部を有するカバー本体21の枠状部と基板23との間に層状に配置されるシール材25を用いたりすればよい。このシール材15,25には、例えば、熱硬化型や光硬化型のエポキシ系・アクリル系等の樹脂系接着剤や半田等を用いればよい。また、基板13,23とカバー本体11,21との間に適当な隙間を確保したり、基板13,23およびカバー本体11,21との間で熱膨張係数を調整したりするためのガラスや金属等から成る粒(フィラー)を含有していてもよい。
Further, the sealing
そして、エレクトロルミネッセンス素子24,25が配設された基板13,23は、多孔質層12,22が表面に形成されたカバー本体11,21が多孔質層12,22およびエレクトロルミネッセンス素子14,24を内部に収容するようにしてシール材15,25で接合されることにより、内部にエレクトロルミネッセンス素子14,24が封止されてエレクトロルミネッセンス装置となる。この封止作業は乾燥雰囲気下や真空下で行ない、エレクトロルミネッセンス素子14,24および多孔質層12,22が封止された内部空間は、乾燥した希ガスや樹脂を充填したり、真空としたりする。ここで、内部空間に大気圧以上の希ガスを封入した場合には、外部からの水分や酸素等の侵入を効果的に抑制できるものとなる。
The
次に、本発明の具体例を説明する。 Next, specific examples of the present invention will be described.
テトラメトキシシランとポリエチレングリコールとエタノールとを適当な粘度が得られるように混合した溶液を平坦な無アルカリガラス基板の表面にスクリーン印刷法により塗布した。次いで、この基板をアンモニア水蒸気で満たされた容器内で放置して加水分解および脱水重合反応によるゲル化を行ない、基板の表面にウェットゲル層を形成した。その後、この基板をエタノール中に浸漬して、ウェットゲル層内のアンモニアおよび水を全てエタノールで置換した。このエタノールに浸漬させた状態の薄膜を、温度80℃,圧力16MPaの条件下の高圧容器内で二酸化炭素の超臨界流体を流通させてウェットゲル層内のエタノールを完全に抽出除去した後に乾燥して、厚さ2μmのシリカエアロゲルから成る多孔質層を有する図1に示すような封止用カバーを作製した。 A solution obtained by mixing tetramethoxysilane, polyethylene glycol, and ethanol so as to obtain an appropriate viscosity was applied to the surface of a flat alkali-free glass substrate by a screen printing method. Subsequently, this substrate was left in a container filled with ammonia water vapor to carry out gelation by hydrolysis and dehydration polymerization reaction to form a wet gel layer on the surface of the substrate. Thereafter, this substrate was immersed in ethanol, and ammonia and water in the wet gel layer were all replaced with ethanol. The thin film immersed in ethanol is dried after the ethanol in the wet gel layer is completely extracted and removed by circulating a supercritical fluid of carbon dioxide in a high-pressure vessel at a temperature of 80 ° C and a pressure of 16 MPa. Thus, a sealing cover as shown in FIG. 1 having a porous layer made of silica airgel having a thickness of 2 μm was prepared.
一方、無アルカリガラス基板の表面の一部に、ITO(Indium Tin Oxide)から成る陽極,銅フタロシアニン(CuPc)有機膜から成るホール注入層,α−NPD(Bis(N−(1−naphtyl−N−phneyl)benzidine)有機膜から成るホール輸送層,トリス(8−キノリノラト)アルミニウム(Alq3)有機膜から成る発光・電子輸送層およびAlLiから成る陰極を順次積層した有機エレクトロルミネッセンス素子を形成して配設した。 On the other hand, an anode made of ITO (Indium Tin Oxide), a hole injection layer made of a copper phthalocyanine (CuPc) organic film, α-NPD (Bis (N- (1-naphtyl-N -Phneyl) benzidine) organic electroluminescent device in which a hole transport layer composed of an organic film, a light-emitting / electron transport layer composed of a tris (8-quinolinolato) aluminum (Alq 3 ) organic film, and a cathode composed of AlLi were sequentially formed. Arranged.
次に、無アルカリガラス基板の表面の有機エレクトロルミネッセンス素子の周囲に紫外線硬化型のエポキシ系接着剤をシール材として厚さ20μm程度に塗布して、乾燥した窒素雰囲気下で、先に作製した封止用カバーを多孔質層が内側になるようにかぶせ、エポキシ系接着剤の部分に紫外線を照射して硬化させて、図3に示すような本発明のエレクトロルミネッセンス装置を作製した。なお、エレクトロルミネッセンス素子の陽極および陰極にそれぞれ接続された外部取り出し用配線がエポキシ系接着剤によるシール部を通して外部へ導出されている。 Next, an ultraviolet curable epoxy adhesive is applied as a sealing material to a thickness of about 20 μm around the organic electroluminescence element on the surface of the alkali-free glass substrate, and the sealing previously prepared in a dry nitrogen atmosphere. The stopper cover was placed so that the porous layer was on the inside, and the epoxy adhesive portion was irradiated with ultraviolet rays and cured to produce the electroluminescence device of the present invention as shown in FIG. Note that external lead wires connected to the anode and the cathode of the electroluminescence element are led out through a seal portion made of an epoxy adhesive.
このようにして作製した本発明のエレクトロルミネッセンス装置について、温度85℃にてエレクトロルミネッセンス素子に100時間通電して発光させた後の発光の状態を観察したところ、多孔質層によって封止空間内の水分が吸着されることによって、封止空間内の乾燥状態が維持されてエレクトロルミネッセンス素子の有機膜および電極層が水によって劣化することが抑制されたことから、試験開始直後に比べてダークスポットの新たな発生や拡大はほとんど見られなかった。 With respect to the electroluminescent device of the present invention thus produced, the state of light emission after the electroluminescent element was made to emit light for 100 hours at a temperature of 85 ° C. was observed. Since moisture is adsorbed, the dry state in the sealed space is maintained and the organic film and electrode layer of the electroluminescence element are suppressed from being deteriorated by water. Few new outbreaks and expansions were seen.
一方、多孔質層を形成しない比較例のエレクトロルミネッセンス装置を作製して行なった同様の試験では、エレクトロルミネッセンス素子の製作プロセス中に絶縁材料等に含まれた水分や外部から浸入した水分によってエレクトロルミネッセンス素子の有機膜および電極層が劣化したことから、著しいダークスポットの拡大が見られた。 On the other hand, in a similar test conducted by producing a comparative electroluminescence device that does not form a porous layer, electroluminescence is caused by moisture contained in an insulating material or the like or moisture entering from the outside during the production process of the electroluminescence element. Since the organic film and the electrode layer of the device were deteriorated, the dark spot was greatly enlarged.
なお、本発明は以上の実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることは何ら差し支えない。例えば、外光の反射を抑制するためや視野角依存性を抑えるために表面に微小な凹凸を形成した封止用カバーを用いたり、無機系材料を用いたエレクトロルミネッセンス素子を封止するために用いたりしても構わない。 In addition, this invention is not limited to the example of the above embodiment, A various change may be added in the range which does not deviate from the summary of this invention. For example, to suppress the reflection of external light or to suppress the viewing angle dependency, to use a sealing cover with minute irregularities on the surface, or to seal an electroluminescent element using an inorganic material You may use it.
11,21・・・カバー本体
12,22・・・多孔質層
13,23・・・基板
14,24・・・エレクトロルミネッセンス素子
15,25・・・シール材
11, 21 ... Cover body
12, 22 ... porous layer
13, 23 ... Substrate
14, 24 ... Electroluminescence element
15, 25 ... Sealing material
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