JP2005339863A

JP2005339863A - フィルム有機ｅｌ素子

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Publication number: JP2005339863A
Application number: JP2004154324A
Authority: JP
Inventors: Koji Takeshita; 耕二竹下
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2004-05-25
Filing date: 2004-05-25
Publication date: 2005-12-08

Abstract

【課題】フィルム有機ＥＬ素子に対して、フレキシブル性を損なわずに、十分に高度なバリアを実現できる封止手段を提供すること。
【解決手段】バリア層を有するフィルム基板３０と、透明電極（陽極）、正孔輸送層、発光層、金属電極（陰極）で構成される発光機能層６と、発光機能層の封止手段２０とからなるフィルム有機ＥＬ素子において、封止手段が、発光機能層の全体を覆うように形成したバリア性の無機薄膜からなる封止膜７と、封止膜上に接着剤８を介して貼り合せた、バリア層を有するプラスチックフィルムからなる封止フィルム９の組み合せであること。
【選択図】図１

Description

本発明は、フレキシブルなフィルム有機エレクトロルミネッセンス素子（以下フィルム有機ＥＬ素子という）に関するものであり、特に、封止手段が封止膜と封止フィルムの組合わせからなるフィルム有機ＥＬ素子に関する。

有機ＥＬ素子は、電界発光する機能を有する有機材料を用いて、例えば、ガラス基板の上に透明電極（陽極）、有機発光層（正孔輸送層等含む）、金属電極等（陰極）を積層し、さらにガラスキャップ等を発光層全体を覆うよう被せ、接着剤で密封封止するなどして構成され、各種情報端末やモニター、テレビ等の表示装置に利用できる。
一方、各種表示装置について、多様な機能が要求されるようになり、薄型化、軽量化、曲面表示、フレキシブル性などもその要求のひとつである。しかし、ガラス基板を用いた表示装置では、これらの機能を満たすには限界があり、フィルム基板を用いた表示装置への期待が高まりつつある。

有機ＥＬ素子を用いた表示装置において、フィルム化する最大の問題点は、有機層や陰極に対する酸素や水蒸気のバリアである。一般に、有機ＥＬ素子中に酸素や水分が進入すると、有機層や陰極がダメージを受け、非発光部分が広がるなどの悪影響がある。
ガラス基板を用いてガラスキャップで封止する場合には、ガラス自体は酸素や水分を全く透さないため、基板や封止体自体をとおして進入する酸素や水分はほとんど無視して良いが、フィルム自体はある程度酸素や水分を透すため、フィルム基板を用いる場合には、如何にして酸素や水分の進入を防ぐ手段を講じるかが重要な課題となる。

フィルム有機ＥＬ素子における、酸素や水分の進入を防止する手段としては、一つには基板となるフィルムのバリアを高めることが重要であり、フィルム上に無機薄膜等のバリア層を設ける等の手段が一般的である。しかし、基材フィルムのバリア性をいくら高めたとしても、封止部分のバリアが不十分では意味がない。しかもフレキシブル性を損なわずにバリアを確保する必要があり、このような手段として光硬化型の樹脂塗膜による膜封止や樹脂塗膜と無機薄膜との積層膜による膜封止等が提案されている（特許文献１、特許文献２参照）。
特開２００３−２５７６１５号公報特開２００１−１７６６５３号公報

しかし、本発明らが鋭意実験を重ねた結果、まず、光硬化型の樹脂塗膜による膜封止だけでは、有機ＥＬ素子の非発光部の拡大抑制には不十分であることがわかった。光硬化型の樹脂として、撥水性の高いエポキシ樹脂を用いたが、エポキシ樹脂でも多少は水分の透過があり、また発光機能層と樹脂層の界面からの水分等の進入も考えられる。

つぎに、無機薄膜を直接有機ＥＬの発光機能層の上に形成して封止膜とする方法では、酸化珪素（ＳｉＯｘ）膜、酸窒化珪素（ＳｉＯｘＮｙ）膜、窒化珪素（ＳｉＮｘ）膜等で試したが、窒化珪素膜では比較的良好な結果が得られたものの、やはりこれらの膜封止単独では不十分であった。これらの単膜では、無機薄膜に存在するピンホールの影響や応力によるクラックの発生や膜がむき出しになっていることによる傷つきなどの影響があるも
のと考えられる。

さらに、無機薄膜と光硬化型の樹脂塗膜との積層膜での封止も試したが、それぞれ単独の膜として用いた場合よりは良好な結果であったが、やはり非発光部の拡大はみられ、フィルム有機ＥＬの封止手段としては不十分であった。無機薄膜の上に樹脂を塗膜することで、ピンホールやクラック、傷つき等の問題はかなり解消されると思われる。しかし、高度なバリア性を要求される有機ＥＬ素子に対してはもっと高度なバリアが必要であった。本発明は、フィルム有機ＥＬ素子に対して、フレキシブル性を損なわずに、十分に高度なバリアを実現できる封止手段を提供することを課題とする。

本発明は、バリア層を有するプラスチックフィルムからなるフィルム基板と、該フィルム基板上に形成された透明電極（陽極）、正孔輸送層、発光層、金属電極（陰極）で構成される発光機能層と、該発光機能層を封止する封止手段とからなるフィルム有機ＥＬ素子において、該封止手段が、発光機能層の全体を覆うように形成したバリア性の無機薄膜からなる封止膜と、該封止膜上に接着剤を介して貼り合せた、バリア層を有するプラスチックフィルムからなる封止フィルムの組み合せであることを特徴とするフィルム有機ＥＬ素子である。

また、本発明は、上記発明によるフィルム有機ＥＬ素子において、前記封止膜が、窒化珪素膜（ＳｉＮｘ）または酸窒化珪素膜（ＳｉＯｘＮｙ）であることを特徴とするフィルム有機ＥＬ素子である。

また、本発明は、上記発明によるフィルム有機ＥＬ素子において、前記封止フィルムのバリア層が、窒化珪素膜（ＳｉＮｘ）または酸窒化珪素膜（ＳｉＯｘＮｙ）であることを特徴とするフィルム有機ＥＬ素子である。

また、本発明は、上記発明によるフィルム有機ＥＬ素子において、前記フィルム基板のバリア層が、少なくとも発光機能層を形成する側に形成されており、該バリア層と封止膜が同一組成の材料であることを特徴とするフィルム有機ＥＬ素子である。

本発明は、バリア層を有するフィルム基板と、発光機能層と、発光機能層の封止手段とからなるフィルム有機ＥＬ素子において、封止手段が、発光機能層の全体を覆うように形成したバリア性の無機薄膜からなる封止膜と、封止膜上に接着剤を介して貼り合せた、バリア層を有するプラスチックフィルムからなる封止フィルムの組み合せであるので、フレキシブル性を損なわずに、十分に高度なバリアを実現できるフィルム有機ＥＬ素子となる。

以下に、本発明によるフィルム有機ＥＬ素子を具体的に説明する。
図１は、本発明によるフィルム有機ＥＬ素子の一実施例の断面図である。図１に示すように、本発明によるフィルム有機ＥＬ素子は、バリア層２を有するプラスチックフィルム１をフィルム基板３０とし、フィルム基板３０上に陽極となる透明電極３、正孔輸送層３’、発光層４、陰極となる金属電極５が順次積層して形成され、これらの発光に機能する層（発光機能層６）全体を覆うように無機薄膜からなる封止膜７が形成され、さらに封止膜７上に接着剤８を介してバリア層１０を有するプラスチックフィルム１１が封止フィルム９として貼り合せされている。封止手段２０は、封止膜７と、接着剤を介して貼り合せたバリア層を有するプラスチックフィルムからなる封止フィルム９との組み合せである。

フィルム基板３０用のプラスチックフィルムとしては、透明で比較的耐熱性の高いフィルムが適するが、ポリカーボネートフィルム、ポリアクリレートフィルム、ポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリエーテルスルフォンフィルム等を用いることができる。

フィルム基板３０のバリア層としては、要求されるバリアレベルや透明性から、酸化珪素（ＳｉＯｘ）、酸窒化珪素（ＳｉＯｘＮｙ）、窒化珪素（ＳｉＮｘ）等のスパッタまたはＣＶＤ等で付けた薄膜が適当である。

透明電極３、正孔輸送層３’、発光層４、金属電極５等からなる発光機能層６は一般的な有機ＥＬの素子構成で良く、上記以外に正孔注入層、電子注入層、電子輸送層等を有してもよい。正孔輸送層や発光層等の有機層の材料は、低分子材料でも良く、高分子材料でも良い。

封止膜７としては、やはり酸化珪素（ＳｉＯｘ）、酸窒化珪素（ＳｉＯｘＮｙ）、窒化珪素（ＳｉＮｘ）等の無機薄膜が適するが、中でも酸窒化珪素（ＳｉＯｘＮｙ）および窒化珪素（ＳｉＮｘ）が好ましい。
封止膜７の上に接着剤８を介して貼り付けるプラスチックフィルム１１は、やはりバリア層１０を有するフィルムで、バリア層１０としては酸化珪素（ＳｉＯｘ）、酸窒化珪素（ＳｉＯｘＮｙ）、窒化珪素（ＳｉＮｘ）等の無機薄膜が好ましく、中でも酸窒化珪素（ＳｉＯｘＮｙ）および窒化珪素（ＳｉＮｘ）が好ましい。

このように、本発明におけるフィルム有機ＥＬ素子では、封止手段として封止膜７と封止フィルム９を組合せたことで、無機薄膜からなる封止膜におけるピンホールの問題は封止膜の上に塗布する熱硬化型樹脂からなる接着剤により軽減でき、同じく封止膜が受ける応力によるクラックの発生もフィルムを貼り合せることで軽減され、封止膜が露出していることによる傷つきの恐れも軽減できる。さらに、封止フィルム自体もバリア性の高いフィルムを用いるので二重のバリア効果も期待でき、封止性能が格段に向上する。

また、フィルム基板３０上のバリア層が形成されている側に、発光機能層を形成し、その上から封止膜を形成するが、このときフィルム基板上のバリア層を構成する無機薄膜と封止膜を構成する無機薄膜を同一の組成にすることで、両方の膜が接する界面における密着性が向上し、界面からの水分の進入を抑えることが可能となる。

以下、本発明の実施例について具体的に説明するが、本発明はこれに限定される物ではない。
実施例１から５、及び比較するための例として実施例６から９、におけるフィルム有機ＥＬ素子は次のようにして作成した。フィルム基板３０は、プラスチックフィルム１としての、膜厚２００μｍのポリエーテルスルフォンフィルムに、バリア層２として無機薄膜（ＳｉＮｘ）を形成したフィルム基板を用い、そのバリア層２上にＩＴＯ膜をスパッタリング法で成膜し、エッチングによりパターンニングして透明電極（陽極）３を形成した。この上に蒸着法により正孔輸送層３’、発光層４、および金属電極（陰極）５を順次形成した。

正孔輸送層の材料としてはα−ナフチルフェニルジアミン（α−ＮＰＤ）を、発光層の材料としてはトリス（８−キノリノール）アルミニウム（Ａｌｑ）を、金属電極（陰極）の材料としてカルシウムおよび銀を用いた。
最後に発光機能層６全体を覆うように封止膜７を形成して膜封止を行うか、接着剤８を介して封止フィルム９を貼り合せるフィルム封止を行うか、その両方を行うかの各種封止手段を講じてフィルム有機ＥＬ素子とした。

封止膜の形成は、酸化珪素、酸窒化珪素、窒化珪素膜の何れかをＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）を用いた成膜により行った。封止フィルムには、無機薄膜層を有する膜厚１００μｍのポリエチレンテレフタレートフィルムを用い、熱硬化型のエポキシ樹脂等からなる接着剤を使って、封止膜上または発光機能層上に直接貼り合せた。

フィルム基板は、バリア層として膜厚２００ｎｍの窒化珪素膜（ＳｉＮｘ）を形成したフィルムを用い、封止手段は、膜厚２００ｎｍ酸化珪素膜（ＳｉＯｘ）からなる封止膜と、膜厚１００ｎｍの窒化珪素膜（ＳｉＮｘ）を有するフィルムを用いた封止フィルムとの組合わせで行い、その他は上記素子作成法に従ってフィルム有機ＥＬ素子を作成した。

フィルム基板は、バリア層として膜厚２００ｎｍの窒化珪素膜（ＳｉＮｘ）を形成したフィルムを用い、封止手段は、膜厚２００ｎｍ酸窒化珪素膜（ＳｉＯｘＮｙ）からなる封止膜と、膜厚１００ｎｍの窒化珪素膜（ＳｉＮｘ）を有するフィルムを用いた封止フィルムとの組合わせで行い、その他は上記素子作成法に従ってフィルム有機ＥＬ素子を作成した。

フィルム基板は、バリア層として膜厚２００ｎｍの窒化珪素膜（ＳｉＮｘ）を形成したフィルムを用い、封止手段は、膜厚２００ｎｍ窒化珪素膜（ＳｉＮｘ）からなる封止膜と、膜厚１００ｎｍの窒化珪素膜（ＳｉＮｘ）を有するフィルムを用いた封止フィルムとの組合わせで行い、その他は上記素子作成法に従ってフィルム有機ＥＬ素子を作成した。

フィルム基板は、バリア層として膜厚２００ｎｍの窒化珪素膜（ＳｉＮｘ）を形成したフィルムを用い、封止手段は、膜厚２００ｎｍ窒化珪素膜（ＳｉＮｘ）からなる封止膜と、膜厚１００ｎｍの酸化珪素膜（ＳｉＯｘ）を有するフィルムを用いた封止フィルムとの組合わせで行い、その他は上記素子作成法に従ってフィルム有機ＥＬ素子を作成した。

フィルム基板は、バリア層として膜厚２００ｎｍの窒化珪素膜（ＳｉＮｘ）を形成したフィルムを用い、封止手段は、膜厚２００ｎｍ窒化珪素膜（ＳｉＮｘ）からなる封止膜と、膜厚１００ｎｍの酸窒化珪素膜（ＳｉＯｘＮｙ）を有するフィルムを用いた封止フィルムとの組合わせで行い、その他は上記素子作成法に従ってフィルム有機ＥＬ素子を作成した。

フィルム基板は、バリア層として膜厚２００ｎｍの窒化珪素膜（ＳｉＮｘ）を形成したフィルムを用い、封止手段は、膜厚２００ｎｍ窒化珪素膜（ＳｉＮｘ）からなる封止膜と、バリア層を持たないフィルムを用いた封止フィルムとの組合わせで行い、その他は上記素子作成法に従ってフィルム有機ＥＬ素子を作成した。

フィルム基板は、バリア層として膜厚２００ｎｍの窒化珪素膜（ＳｉＮｘ）を形成したフィルムを用い、封止手段は、膜厚２００ｎｍ窒化珪素膜（ＳｉＮｘ）からなる封止膜のみで行い、その他は上記素子作成法に従ってフィルム有機ＥＬ素子を作成した。

フィルム基板は、バリア層として膜厚２００ｎｍの窒化珪素膜（ＳｉＮｘ）を形成したフィルムを用い、封止手段は、膜厚１００ｎｍの窒化珪素膜（ＳｉＮｘ）を有するフィルムを用いた封止フィルムのみで行い、その他は上記素子作成法に従ってフィルム有機ＥＬ素子を作成した。

フィルム基板は、バリア層として膜厚２００ｎｍの窒化珪素膜（ＳｉＮｘ）を形成したフィルムを用い、封止手段は、バリア層を持たないフィルムを用いた封止フィルムのみで行い、その他は上記素子作成法に従ってフィルム有機ＥＬ素子を作成した。

上記実施例１から５、及び比較するための例として実施例６から９、のように作成したフィルム有機ＥＬ素子を、６０℃湿度９０％の促進条件下で保存試験を行い、非発光部（ダークスポット）の拡大を観察して、バリア性能を評価した。その結果を表１に示す。表１中、ＤＳはダークスポット（非発光部）を、また、ＤＳ面積拡大率は、初期のＤＳ面積に対する、６０℃・９０％・５００時間保存後のＤＳ面積の倍率を表している。

（評価）
実施例１から５は、いずれも無機薄膜による封止膜とバリア層を有するフィルムを用いた封止フィルムとの組合わせによる封止手段をとったものだが、これらは何れも温度６０℃、湿度９０％で５００時間の保存においてもＤＳの拡大が少なく、良好な性能を示した。封止膜に用いる無機薄膜は窒化珪素（ＳｉＮｘ）、酸窒化珪素（ＳｉＯｘＮｙ）、酸化珪素（ＳｉＯｘ）の順で良好であり、封止フィルムのバリア層として用いる無機薄膜としても同じ順でバリア性能は良好であった。よって、両方の薄膜に窒化珪素（ＳｉＮｘ）を用いた実施例３のバリア性能が最も優れたものであった。

無機薄膜による封止膜と封止フィルムとの組合わせであっても、フィルムがバリア層を有しない実施例６の場合や、無機薄膜による封止膜のみの実施例７では、各実施例１から５のものに比べてＤＳの拡大が大きく、バリア性能は良くなかった。
また、無機薄膜による封止を行わずにバリア層を有するフィルムを用いた封止フィルムのみの実施例８でもＤＳの拡大が大きくバリア性能は不良であった。バリア層を持たないフィルムのみによる封止の実施例９では６０℃湿度９０％で５００時間の保存後にはすでに非発光となった。

上記の結果からみても、無機薄膜による封止膜とバリア層を有するフィルムを用いた封止フィルムの組合わせによる封止手段が、フィルム有機ＥＬ素子には有効であることがわかる。

本発明によるフィルム有機ＥＬ素子の一実施例の断面図である。

符号の説明

１、１１・・・プラスチックフィルム
２、１０・・・バリア層
３・・・透明電極（陽極）
３’・・・正孔輸送層
４・・・発光層
５・・・金属電極（陰極）
６・・・発光機能層
７・・・封止膜
８・・・接着剤
９・・・封止フィルム
２０・・・封止手段
３０・・・フィルム基板

Claims

バリア層を有するプラスチックフィルムからなるフィルム基板と、該フィルム基板上に形成された透明電極（陽極）、正孔輸送層、発光層、金属電極（陰極）で構成される発光機能層と、該発光機能層を封止する封止手段とからなるフィルム有機ＥＬ素子において、該封止手段が、発光機能層の全体を覆うように形成したバリア性の無機薄膜からなる封止膜と、該封止膜上に接着剤を介して貼り合せた、バリア層を有するプラスチックフィルムからなる封止フィルムの組み合せであることを特徴とするフィルム有機ＥＬ素子。
前記封止膜が、窒化珪素膜（ＳｉＮｘ）または酸窒化珪素膜（ＳｉＯｘＮｙ）であることを特徴とする請求項１記載のフィルム有機ＥＬ素子。
前記封止フィルムのバリア層が、窒化珪素膜（ＳｉＮｘ）または酸窒化珪素膜（ＳｉＯｘＮｙ）であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のフィルム有機ＥＬ素子。
前記フィルム基板のバリア層が、少なくとも発光機能層を形成する側に形成されており、該バリア層と封止膜が同一組成の材料であることを特徴とする請求項１、請求項２、又は請求項３記載のフィルム有機ＥＬ素子。