JP2007073403A - 面発光デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】透明基材１の一方の面に自発光素子を形成した面発光デバイス１０１において、環境問題となる水銀を用いず、かつ廃棄時にも容易に分解・分別が可能であり、また自発光素子を用いて任意の形状の曲面を容易に形成できる面発光デバイスを供給する。
【解決手段】面発光デバイス１０１が自発光素子の形成面を内部とし素子の電極部取り出し口を設けられた閉曲面をなし、自発光素子が酸素及び水蒸気を遮蔽する薄膜７で覆われていることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、自発光素子を形成した面発光デバイスに関し、特に曲面をなした面発光デバイスに関する。

従来から有機ＥＬや無機ＥＬ等を用いた自発光素子を利用し、平面のガラス基板に面発光デバイスを形成することが行われてきた。近年では、ディスプレイデバイスとしての開発も活発に行われている。プラスチック基板へ有機ＥＬや無機ＥＬを形成する場合、酸素および水蒸気により発光素子が劣化する問題があり、プラスチック基板上に、それらの遮蔽薄膜を形成して発光寿命を延ばす試みが行われている。

一方、面発光デバイスを曲面化した電球も利用されており、曲面化する技術としては、フレキシブルな基板へ自発光素子を形成した後に丸める等の方法が用いられる。また、特許文献１に挙げられるように電球のバルブ内面に自発光素子を形成し、不活性ガスを封入する例が挙げられる。さらに電球型に関しては特許文献２に挙げられるように発光素子を形成した後、電球バルブ内に封入した例も挙げられる。

以下に上記先行技術文献を示す。
特開２００４−２０７０８１号公報 特開昭６４−１２４９７号公報

現在、照明として最も一般的に使用される蛍光灯は、放電を発生・維持するために内部に水銀の蒸気が封入されており、廃棄時に排出されると環境負荷が大きいという問題がある。

自発光素子の材料として利用される有機ＥＬや無機ＥＬは酸素や水蒸気に対しての耐性が低く、それらのガスに自発光素子がさらされないようにしなければならない。上記のように、電球の内部に有機ＥＬ素子（有機ＥＬを用いた自発光素子）あるいは無機ＥＬ素子を形成する場合、内部を不活性ガスで満たし、口金で完全に密閉しなければならない。このため、発光部と口金部を分別して廃棄することは、一般的に使用される電球や蛍光灯と同様に困難である。

一方、自発光素子上をガスバリア性のあるフィルムや薄膜で封止する場合、封止膜自体に十分なバリア性能があっても、端部からの酸素や水蒸気の侵入によって、次第に素子が劣化してしまう。平面の場合、発光面積を大きくすればするほど、この端部の長さが長くなり、素子劣化の原因となる。

また、従来の電球は、その形状を変え、あるいは電球を着色するなどして、意匠性をもたせている。しかし、自発光素子を電球化した場合、上記のように（特許文献２）、点光源の電球では電球の形状を複雑にしても点灯時にその形状を視認できず、形状による意匠性付与は困難である。また、電球内部に有機ＥＬ素子を形成しても、内部を不活性ガスで満たさなければならず（特許文献１）、形状等による意匠性付与は同様に困難である。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、環境問題となる水銀を用いず、かつ廃棄時にも容易に分解・分別が可能であり、また自発光素
子を用いて任意の形状の曲面を容易に形成できる面発光デバイスを供給することにある。

本発明は係る課題に鑑みなされたもので、本発明の請求項１に係る発明は、透明基材の一方の面に自発光素子を形成した面発光デバイスにおいて、面発光デバイスが自発光素子の形成面を内部とし素子の電極部取り出し口を設けられた閉曲面をなし、自発光素子が酸素及び水蒸気を遮蔽する薄膜で覆われていることを特徴とする面発光デバイスとしたものである。

次に請求項２に係る発明は、面発光デバイスの形状が、電極の取り出し口が１箇所に付いた電球型であることを特徴とする請求項１に記載の面発光デバイスとしたものである。

次に請求項３に係る発明は、面発光デバイスの形状が円筒型であることを特徴とする請求項１に記載の面発光デバイスとしたものである。

次に請求項４に係る発明は、自発光素子が有機ELで形成されていることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の面発光デバイスとしたものである。

次に請求項５に係る発明は、自発光素子が無機ELで形成されていることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の面発光デバイスとしたものである。

次に請求項６に係る発明は、基材が透明プラスチックで、基材と自発光素子の間に酸素および水蒸気を遮蔽する薄膜が形成されていることを特徴とする請求項１から５の何れかに記載の面発光デバイスとしたものである。

次に請求項７に係る発明は、自発光素子の電極部取り出し口には素子の駆動回路が形成され、駆動回路は面発光デバイス内部に組み込まれていることを特徴とする請求項１から６の何れかに記載の面発光デバイスとしたものである。

次に請求項８に係る発明は、電極部取り出し口が、外部電源との接続部である口金で形成されており、口金は簡易的に固定され、必要に応じて容易に取り外しが可能であることを特徴とする請求項１から７の何れかに記載の面発光デバイスとしたものである。

本発明の面発光デバイスは、面発光デバイスが自発光素子の形成面を内部とし素子の電極部取り出し口を設けられた閉曲面をなし、自発光素子が酸素及び水蒸気を遮蔽する薄膜で覆われているため、不活性ガスを充満・密封し、素子を保護する必要が無く、面発光デバイスと外部電源の接続部である口金部分を面発光デバイスに簡易的に固定させ、必要に応じて容易に取り外すことができる。このため廃棄時に発光部と口金の分離が容易になる効果がある。

さらに、面を閉曲面にすることにより、発光面積に比べ、素子端部の長さが相対的に減少し、有機ＥＬや無機ＥＬなどを利用した自発光素子の劣化の起点となる封止膜端（上記の酸素及び水蒸気を遮蔽する薄膜の端）からの酸素や水蒸気の進入を抑制することが可能となる。すなわち、封止膜端を電極部取り出し口のみに減少することが出来、平面状の自発光素子に比べ、はるかに酸素や水蒸気の進入を減少できる。

さらに、内部の自発光素子が酸素及び水蒸気を遮蔽する薄膜で覆われているため、不活性ガスを充満・密封し、素子を保護する必要が無いことから、デバイスの形状を容易に種々の曲面に形成できる。例えばキャラクターを模ったものに成形し、内面全体に自発光素
子を形成することにより、デバイス全体が発光し、点光源とは異なった視覚的効果が得られる。また上記のように、封止膜端を電極部取り出し口のみに減少し、口金部で膜端部を隠すことができるため、これによる意匠性低下も防ぐことが出来る。

また、電圧、直・交流、周波数等、自発光素子の特性に合わせ、適宜、抵抗器、整流器、インバータを組み合わせた素子の駆動回路を組み、自発光素子の電極部取り出し口に駆動回路を形成し、面発光デバイス内部に組み込むことにより、従来の照明機器に直接接続可能となる。

また、形状を電球型、あるいは円筒型とすることで、さらに従来の照明機器に直接可能となる。

また、ガラス基板とガスバリア薄膜、あるいはガスバリア薄膜の間に自発光素子を形成することにより、素子の長寿命化の効果がある。

以下、図面を用いながら、本発明を実施するための最良の形態を説明する。

図１は、本発明の実施の形態例の一つである、円筒型面発光デバイスの外形を斜視で見た説明図である。図の円筒型面発光デバイス１００では、自発光素子が円筒形状の透明基材１に形成されており、素子の電極部は外部との接続部である口金２を経由して、プラグ３と接続されている。図２は、他の実施の形態例である電球型の面発光デバイスを断面で見た説明図である。図の電球型面発光デバイス１０１では、自発光素子５が電球形状の透明基材１に形成されており、素子の電極部４、６の取り出し口は口金１０部に設けられた駆動回路１１に接続され、回路１１の他端子は導線１２で口金１０に接続され、口金１０が外部電源に接続できる。図３から６は本発明の、その他の実施の形態例を断面で見た説明図である。

本発明の実施の形態例では、電力の入力用プラグや面発光デバイスの大きさ、形状はいかなるものでも良いが、図１のように蛍光灯と同様の形状に、あるいは図２にように電球型にすることにより、従来の電気機器をそのまま流用することが可能である。また、意匠性を付与するために、複雑な形状、例えばキャラクターを模った形状にしてもよい。

自発光素子の点灯、維持、そして照度が最適になるように口金１０部等に駆動回路１１を組み込んでもかまわない。例えば、供給電力が商用１００Ｖ５０／６０Ｈｚでは、自発光素子に有機ＥＬを用いる場合、整流回路および抵抗器を用い、直流低電圧化する必要がある。また、交流型の無機ＥＬを用いる場合、整流器、トランス、インバータ、抵抗器等を用い、高電圧高周波数化する。これらを用いた回路を構成し、自発光素子の駆動回路として口金部等に繰り込み、口金部の外部電源接続部に入力部を接続し、出力部を素子の電極取り出し部と接続する。

その他の例を図３に示す。デバイス１０２の構成としては、自発光素子に直流型の自発光素子、例えば有機ＥＬを自発光材料に用いる場合は、透明基材１上に自発光素子として透明電極４、自発光材料（有機ＥＬ）層５、金属電極６を形成し、さらにバリア性薄膜７を形成する。そして外部から電力を供給できるように、透明電極４および金属電極６から取り出した導線に口金、プラグを取り付ける。透明基材１にプラスチック等酸素および水蒸気のバリア性に乏しい材料を用いる場合は、図５に示すように、透明基材１と透明電極の間に適宜バリア性薄膜９を形成する。

また、その他の例を図４に示す。自発光素子に交流型の自発光素子、例えば無機ＥＬを
用いる場合は、透明基材１上に自発光素子として透明電極４、自発光材料（無機ＥＬ）層５を形成し、絶縁のために強誘電性薄膜８を形成し、金属電極６を形成する。強誘電性薄膜８および金属電極６のバリア性が不十分で自発光素子５が劣化してしまう場合は、バリア性薄膜を形成する。透明基材１にプラスチック等酸素および水蒸気のバリア性に乏しい材料を用いる場合は、図６に示すように、透明基材１と透明電極の間に適宜バリア性薄膜９を形成する。

また透明基材１と透明電極４あるいはバリア性薄膜９との密着性を改善するため、前処理としてコロナ処理、低温プラズマ処理、イオンボンバード処理、薬品処理などを施してもよい。

前記電極４、６からバリア性薄膜９等の薄膜の形成方法は特性・膜厚が均一であれば特に限定されないが、薄膜の形成には特に乾式法が優れており、真空蒸着法やスパッタリング法等の物理的気相析出法やＣＶＤ法のような化学的気相析出法を用いることができる。

また、有機物の成膜に関しては蒸着法により形成する方法、例えば、モノマーやオリゴマー混合樹脂溶液を有機物蒸着装置で蒸発させ、基材上に凝縮させ、その後、電子線照射装置にて硬化処理を行うことにより有機物層を形成する方法を用いることができる。また、電子線硬化の替わりに紫外線硬化を用いてもよい。

自発光素子５として代表的なものに有機ＥＬ、無機ＥＬがあり、大別して有機ＥＬには低分子タイプ、高分子タイプが、無機ＥＬには薄膜型、分散型が存在する。有機ＥＬの低分子タイプ、無機ＥＬの薄膜型の場合は蒸着法やスパッタ法に代表される真空成膜により形成される。有機ＥＬの高分子タイプ、無機ＥＬの分散型の場合はディップ法などで形成する。

本発明に用いる透明電極４としては、金属薄膜もしくはインジウム、亜鉛、錫のいずれかの酸化物を主たる原料としたもの、チタンの窒化物を主たる原料等したもの等が挙げられるが、自発光素子に対し、光の取り出し側であるため、透過率の高い酸化物系の薄膜を用いるのが望ましい。

金属電極６としては、アルミニウム、金、銀、銅など一般的に電極材として用いられているものが適用できるが、該金属電極は反射膜としての機能も兼ねることから、反射色が白色のものが望ましい。

バリア性薄膜７としては、バリア性樹脂の塗工、無機薄膜の成膜、樹脂および無機薄膜の積層等により、無機薄膜であればＳｉＯｘやＡｌ₂Ｏ₃等、樹脂膜としてはアクリル系樹脂等を自発光素子の酸素や水蒸気に対する耐性に応じて適宜選択し、形成する。

透明基材１にプラスチックを用いる場合、基材の外側には実用上の強度を高めるためハードコートを施してもかまわない。ハードコート層は、透明性と適度な硬度と機械的強度があれば、特に限定されるものではない。電離放射線や紫外線の照射による硬化樹脂や熱硬化性の樹脂が使用でき、特に紫外線照射硬化型のアクリルや有機珪素系の樹脂や、熱硬化型のポリシロキサン樹脂が好適である。これらの樹脂は透明基材１と屈折率が同等もしくは近似していることがより好ましい。膜厚は３μｍ以上あれば十分な強度となるが、透明性、塗工精度、取り扱いから５〜７μｍの範囲が好ましい。

バリア性薄膜７および９により環境由来の酸素・水蒸気による自発光素子５の劣化は防ぐことができるため、管内、電球内を真空にしたり、不活性ガスを封入する必要がない。したがって口金２部および口金１０部は簡易的な組み付けでよい。デバイス廃棄時の分別
を考慮して、口金部と発光デバイス部を容易に外せる構造にすることが望ましい。

容易に脱着が可能な口金の形態としては、廃棄時に人力で取り外すことが出来れば、特に限定されるものではないが、例えば透明基材と口金の接合部にネジみぞを設け、口金部をねじ込むことにより可能となる。

なお、以上の実施の形態例の図では透明基材の上に自発光素子を全面に形成しているが、本発明はこれにこだわるものではない。たとえば、自発光素子をパターン形成し、意匠性を付与するなどしてよい。ただこの場合、自発光素子から酸素及び水蒸気を遮蔽する薄膜は、全面に形成したほうが望ましい。また、自発光素子を酸素及び水蒸気を遮蔽する薄膜で覆えば、面発光デバイスの基材に開口部を設けてもよい。

本発明の実施の形態例の円筒型面発光デバイスの外形を斜視で見た説明図である。 本発明の他の実施の形態例である電球型の面発光デバイスを断面で見た説明図である。 本発明のその他の実施の形態例を断面で見た説明図である。 本発明のその他の実施の形態例を断面で見た説明図である。 本発明のその他の実施の形態例を断面で見た説明図である。 本発明のその他の実施の形態例を断面で見た説明図である。

符号の説明

１…透明基材
２…口金
３…プラグ
４…透明電極
５…自発光材料
６…金属電極
７…バリア性薄膜
８…強誘電性薄膜
９…バリア性薄膜
１０…口金
１１…駆動回路
１２…導線
１００…円筒型面発光デバイス
１０１…電球型面発光デバイス
１０２…面発光デバイス

Claims (8)

1. 透明基材の一方の面に自発光素子を形成した面発光デバイスにおいて、面発光デバイスが自発光素子の形成面を内部とし素子の電極部取り出し口を設けられた閉曲面をなし、自発光素子が酸素及び水蒸気を遮蔽する薄膜で覆われていることを特徴とする面発光デバイス。
2. 面発光デバイスの形状が、電極の取り出し口が１箇所に付いた電球型であることを特徴とする請求項１に記載の面発光デバイス。
3. 面発光デバイスの形状が円筒型であることを特徴とする請求項１に記載の面発光デバイス。
4. 自発光素子が有機ELで形成されていることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の面発光デバイス。
5. 自発光素子が無機ELで形成されていることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の面発光デバイス。
6. 基材が透明プラスチックで、基材と自発光素子の間に酸素および水蒸気を遮蔽する薄膜が形成されていることを特徴とする請求項１から５の何れかに記載の面発光デバイス。
7. 自発光素子の電極部取り出し口には素子の駆動回路が形成され、駆動回路は面発光デバイス内部に組み込まれていることを特徴とする請求項１から６の何れかに記載の面発光デバイス。
8. 電極部取り出し口が、外部電源との接続部である口金で形成されており、口金は簡易的に固定され、必要に応じて容易に取り外しが可能であることを特徴とする請求項１から７の何れかに記載の面発光デバイス。

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