JP2007095412A - トップエミッション型有機エレクトロルミネッセンス素子 - Google Patents

Abstract

【課題】端部から侵入する水分の影響を長期にわたり抑制し、長寿命な薄型・軽量化のトップエミッション型有機ＥＬ素子を提供することを目的とする。
【解決手段】トップエミッション型有機ＥＬ素子１００は、図２（ｂ）に示す基板１１上に第１電極２１と、発光層含む機能層３１と、透明な第２電極４１とからなる発光部と、隔壁６１とが形成された有機ＥＬ素子基材１０と、図２（ａ）に示す基板１２上に酸素又は水分を吸着または除去するゲッター層６１と、パターン状の接着層７１ａとが形成された透明かつ平面性を有する封止基材６０とを貼り合わせて一体構造としたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、情報表示端末などのディスプレイや面発光光源として幅広い用途が期待されるトップエミッション型有機エレクトロルミネッセンス素子（以下、トップエミッション型有機ＥＬ素子と称す）に関する。

従来より、携帯電話やＰＤＡ等の携帯機器やパーソナルコンピュータ等の表示部に、エレクトロルミネッセンス（以下、単にＥＬともいう）表示装置を用いたものが開発されている。
ＥＬ表示装置は、ＥＬ層（発光層）を有する発光部を基板面内に複数備えて構成され、各発光部を独立に駆動することで所望の表示を行っている。このＥＬ表示装置は、発光層からの光の取り出し方向の違いにより、例えば素子基板側から光を取り出すボトムエミッション型と、封止部材側から光を取り出すトップエミッション型のものとに分類できるが、材料選択の自由度等の理由から、これまで主にボトムエミッション型の構造について研究されてきた。

一方、表示装置の分野では、大型化、高精細化、高輝度化に対するニーズが高く、ＥＬ表示装置についても大型化を目指した研究開発が盛んに行われている。
しかし、上述のボトムエミッション型のＥＬ表示装置を大型化した場合、電極に信号を供給する配線電極を制御するかトランジスタを太くする必要があり、これにより画素の開口率が低下するという問題があった。
また、このように開口率が低下した場合、画素の輝度を確保するために発光層に大きな電流を流す結果、製品寿命が短くなるという問題も生じる。
このため、近年、画素の開口率が配線等の構造に影響されないトップエミッション型の構造が注目され、盛んに研究されている。

有機ＥＬ素子は、どちらか一方が透光性を有する２枚の電極（陽極と陰極）の間に、有機発光媒体層を挟持した構造であり、両電極間に電流を流すことにより有機発光媒体層で発光が生じる自発光型の表示素子である。
有機発光媒体層は、通常機能分離された複数の層から構成され、その典型的な例としては、正孔注入層に銅フタロシアニン、正孔輸送層にＮ，Ｎ‘-ジ（１-ナフチル）-Ｎ，Ｎ’-ジフェニル-１，１‘-ビフェニル-４，４’-ジアミン、蛍光体層にトリス（８-キノリノール）アルミニウムをそれぞれ積層した低分子型ＥＬ素子や、正孔輸送層にポリチオフェン誘導体、発光層にポリアルキルフルオレン誘導体を積層した高分子型ＥＬ素子がある
有機ＥＬ素子は、発光媒体層や陰極層を大気暴露させた状態で放置すると、大気中の水分や酸素により劣化することが知られている。具体的な代表例として、ダークスポットと呼ばれる非発光領域が発生し、時間の経過と共に拡大するといった現象がある。

この問題を解決する方法として、乾燥剤を内包したガラス製もしくは金属製の封止キャップにより、乾燥窒素雰囲気下で有機ＥＬ素子を被覆封止する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
しかし、この方法では、乾燥剤を内包する空間を設けるために封止キャップを加工するコストが高いといった問題や、有機ＥＬ素子を薄型・軽量化する際に障害となる等の問題を有している。
特開平５−３６４７５号公報

本発明は、上記問題点に鑑み考案されたもので、端部から侵入する水分の影響を長期にわたり抑制し、長寿命な薄型・軽量化のトップエミッション型有機ＥＬ素子を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を達成するために、まず請求項１においては、基板上に第１電極と、発光層を含む機能層と、透明な第２電極とからなる発光領域と隔壁とが複数形成された有機ＥＬ素子基材と、封止基材とを貼り合わせてなる有機エレクトロルミネッセンス素子において、前記封止基材の基板上の所定位置に酸素または水分を吸着又は除去するゲッター層と、接着層とが形成されていることを特徴とするトップエミッション型有機エレクトロルミネッセンス素子としたものである。

また、請求項２においては、前記有機ＥＬ素子基材と前記封止基材とを対向配置させたとき、前記封止基材のゲッター層は、前記有機ＥＬ素子基材の隔壁に相当する位置に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のトップエミッション型有機エレクトロルミネッセンス素子としたものである。

また、請求項３においては、前記ゲッター層は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、アルカリ土類金属の酸化物、アルカリ金属又はアルカリ土類金属の水酸化物、シリカゲル、ゼオライト系化合物から選ばれる少なくとも一つの材料を含むことを特徴とする請求項１または２に記載のトップエミッション型有機エレクトロルミネッセンス素子としたものである。

また、請求項４においては、前記ゲッター層は真空蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法のいずれかのプロセスにより形成されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のトップエミッション型有機エレクトロルミネッセンス素子としたものである。

また、請求項５においては、前記接着層は、熱硬化性または可視光硬化性、かつ透明性に優れた樹脂からなり、常温では固体で、５０〜１００℃の範囲で流動性を発現することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のトップエミッション型有機エレクトロルミネッセンス素子としたものである。

また、請求項６においては、前記封止基材の接着層はパターン状に形成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のトップエミッション型有機エレクトロルミネッセンス素子としたものである。

また、請求項７においては、前記有機ＥＬ素子基材と前記封止基材とを対向配置させたとき、前記封止基材の接着層は、少なくとも前記有機ＥＬ素子基材の発光領域に形成されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載のトップエミッション型有機エレクトロルミネッセンス素子としたものである。

本発明のトップエミッション型有機エレクトロルミネッセンス素子は、ゲッター層を封止基材に設けているので、酸素や水分吸着による有機発光媒体層の劣化を防止することができ、薄型・軽量化のトップエミッション型有機ＥＬ素子を提供することが可能となる。また、ゲッター層が有機発光媒体層の上面（光取り出し面）に存在しないので、発光効率の良いトップエミッション型有機ＥＬ素子を得ることができる。

以下に、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１は、本発明のトップエミッション型有機ＥＬ素子の一実施例を示す部分模式構成断面図である。
本発明のトップエミッション型有機ＥＬ素子１００は、図２（ｂ）に示す基板１１上に第１電極２１と、発光層含む機能層３１と、透明な第２電極４１とからなる発光部と、隔壁６１とが形成された有機ＥＬ素子基材１０と、図２（ａ）に示す基板１２上に酸素又は水分を吸着または除去するゲッター層６１と、パターン状の接着層７１ａとが形成された透明かつ平面性を有する封止基材６０とを貼り合わせ、接着封止して一体構造としたものである。
基板１１上に形成された第１電極２１と、発光層含む機能層３１と、透明な第２電極４１とからなる発光領域は、隔壁５１にて仕切られている。

以下、有機ＥＬ素子基材１０の作製法について説明する。
まず、基板１１上にＩＴＯ（インジウムスズ複合酸化物）やインジウム亜鉛複合酸化物、亜鉛アルミニウム複合酸化物などの金属複合酸化物や、金、白金などの金属材料等を抵抗加熱蒸着法、電子ビーム蒸着法、反応性蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタリング法などの乾式成膜法で成膜してパターニング処理するか、金属酸化物や金属材料の微粒子をエポキシ樹脂やアクリル樹脂などに分散した微粒子分散溶液をグラビア印刷法、スクリーン印刷法などの湿式成膜法などを用いてパターン印刷して第１電極２１を形成する。

基板１１は、ガラスや石英、プラスチックシート等の透光性基材の他に、アルミニウムやステンレスなどの金属箔やシート、シリコン基板、前記プラスチックフィルムやシートにアルミニウム、銅、ニッケル、ステンレスなどの金属膜を積層させた非透光性基材などを用いることができる。
また、基板１１上には必要に応じて、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を形成し、駆動用基板として用いても良い。該ＴＦＴの材料としては、ポリチオフェンやポリアニリン、銅フタロシアニンやペリレン誘導体等の有機ＴＦＴを用いてもよく、アモルファスシリコンやポリシリコンＴＦＴを用いてもよい。

次に、第１電極２１が形成された基板１１上にアクリル樹脂あるいはポリイミド樹脂をベース樹脂とした感光性樹脂溶液をロールコート、スピンコート、スクリーン印刷、スプレーコート等のコーティング法を用いて所定厚の感光層を形成し、パターン露光、現像等のパターニング処理を行って、第１電極２１間の所定位置に隔壁５１を形成する。
ここで、隔壁５１の高さは１μｍ前後である。

次に、発光物質を含む単層膜、あるいは多層膜を形成して機能層３１を形成する。
機能層３１を多層膜で形成する場合の構成例としては、正孔注入輸送層、電子輸送性発光層または正孔輸送性発光層、電子輸送層からなる２層構成や正孔注入輸送層、発光層、電子注入輸送層からなる３層構成、さらには、注入層と輸送層を分けたり、電子ブロック層や正孔ブロック層などを挿入することにより、さらに多層で形成することも可能である。なお、発光層含む機能層３１は、例えば、発光層と、この発光層に電子や正孔を輸送／注入するための電子輸送／注入層や正孔輸送／注入層等との積層体として構成される。また、発光層単体で機能層を構成してもよい。

さらに、機能層３１上に第２電極４１を形成して、有機ＥＬ素子基材１０を得る。
第２電極４１の材料としては電子注入効率の高い物質を用いる。具体的にはＭｇ，Ａｌ，Ｙｂ等の金属単体を用いたり、機能層３１と接する界面にＬｉや酸化Ｌｉ，ＬｉＦ等の化合物を１ｎｍ程度挟んで、安定性・導電性の高いＡｌやＣｕを積層して用いる。
または、電子注入効率と安定性を両立させるため、仕事関数が低いＬｉ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｓ
ｒ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｅｒ，Ｅｕ，Ｓｃ，Ｙ，Ｙｂ等の金属１種以上と、安定なＡｇ，Ａｌ，Ｃｕ等の金属元素との合金系が用いられる。具体的にはＭｇ，Ａｇ，Ａｌ，Ｌｉ，Ｃｕ，Ｌｉ等の合金が使用できる。

第２電極４１の形成方法は、材料に応じて、抵抗加熱蒸着法、電子ビーム蒸着法、反応性蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタリング法を用いることができる。
第２電極４１の厚さは、１０ｎｍ〜１０００ｎｍ程度が望ましいが、透光性電極として用いる場合には、これら金属材料を１〜１０ｎｍ程度の薄膜として積層した後に、ＩＴＯ（インジウムスズ複合酸化物）やインジウム亜鉛複合酸化物、亜鉛アルミニウム複合酸化物などの金属複合酸化物を１０〜１５０ｎｍ積層し、電子注入性と透光性の両立を図ることが好ましい。

請求項１に係わる発明は、基板１２上の所定位置に酸素または水分を吸着又は除去するゲッター層６１と、接着層７１ａとを形成して封止基材６０を作製し、上記有機ＥＬ素子基材１０と貼り合わせてトップエミッション型有機ＥＬ素子を構成したもので、ゲッター層６１は表示に寄与しない非発光領域（隣接する発光部の間の領域）に配置しているため、表示品質を損なうことはない。
また、ゲッター層を有効画素領域の周辺部に配置した場合でも、ゲッター層６１の配置面積を一定以上に確保できるため、発光部への酸素や水分の浸入を防止でき、トップエミッション型有機ＥＬ素子の高輝度化及び長寿命化を図ることが出来る。

封止基材６０の基板１２は、透明性かつ平面性を有する透光性基材を用いる必要があり、例えば、ガラスや石英、ポリプロピレン、ポリエーテルサルフォン、ポリカーボネート、シクロオレフィンポリマー、ポリアリレート、ポリアミド、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等のプラスチックフィルムやシート、または、これらプラスチックフィルムやシートに酸化珪素、酸化アルミニウム等の金属酸化物や、弗化アルミニウム、弗化マグネシウム等の金属弗化物、窒化珪素、窒化アルミニウムなどの金属窒化物、酸窒化珪素などの金属酸窒化物、アクリル樹脂やエポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリエステル樹脂などの高分子樹脂膜を単層もしくは積層させた透光性基材を用いることができる。

請求項２に係わる発明は、有機ＥＬ素子基材１０と封止基材６０とを対向配置させたとき、封止基材６０のゲッター層６１が、有機ＥＬ素子基材１０の隔壁５１上に形成されるようにしたもので、有機ＥＬ素子基材１０と封止基材６０とを貼り合わせてトップエミッション型有機ＥＬ素子を作製したとき、封止基材６０のゲッター層６１は有機ＥＬ素子基材１０の発光領域と重ならないため、明るい表示を実現できる。
また、ゲッター層６１に透明な材料を用いた場合、発光領域が狭くなることを抑えることができる。

請求項３に係わる発明は、封止基材６０の基板１２に形成されたゲッター層６１がアルカリ金属、アルカリ土類金属、アルカリ土類金属の酸化物、アルカリ金属又はアルカリ土類金属の水酸化物、シリカゲル、ゼオライト系化合物から選ばれる少なくとも一つを含む材料から形成されているため、薄膜で酸素または水分を吸着又は除去する効果が得られるようにしたものである
請求項４に係わる発明は、封止基材６０の基板１２上のゲッター層６１が、上記アルカリ金属、アルカリ土類金属、アルカリ土類金属の酸化物、アルカリ金属又はアルカリ土類金属の水酸化物、シリカゲル、ゼオライト系化合物から選ばれる少なくとも一つを含む材料をマスクを用いた真空蒸着法あるいはスパッタリング法、ＣＶＤ法等によりパターン形成するようにしたもので、ゲッター層６１の配置精度を高めることが出来るようにしたものである。

請求項５に係わる発明は、封止基材６０の接着層７１ａが、熱硬化性または可視光硬化性、かつ透明性に優れた樹脂からなり、常温では固体で、５０〜１００℃の範囲で流動性を発現する材料を用いるようにしたものである。
接着層７１ａの材料としては、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコーン、フェノール樹脂、ポリプロピレン樹脂などの熱硬化型接着性樹脂、光硬化型接着性樹脂などを用いることができ、特に、常温では非流動性を示し、かつ、５０〜１００℃の範囲で流動性を発現する樹脂を使用する。

請求項６に係わる発明は、封止基材６０の基板１２上の接着層７１ａをパターン状に形成するようにしたものである。
接着層７１ａの形成方法としては、材料に応じて、ロールコート、スピンコート、スクリーン印刷法、スプレーコートなどのコーティング法にて感光層を形成し、パターニング処理するか、スクリーン印刷法等にてパターン形成する等の方法を適用することができる。接着層７１ａは、ゲッター層６１の形成前に行うことが好ましい。
また、接着層７１ａ内部には、硬化時の残留応力を緩和し接着性を向上するために、プラスチック微粒子、アクリルゴム、ニトリルゴムなどのゴム微粒子を、単成分もしくは多成分のフィラーを混入しても良い。
接着層７１ａの厚みとしては、特に制限はないが、なるべく薄膜であることが好ましく、１〜１００μｍ程度、より好ましくは５〜２０μｍである。

接着層７１ａの形成方法について説明する。パターン化された接着層７１ａの形成方法の一例を図３（ａ）〜（ｃ）に示す。
まず、透明性かつ熱硬化性樹脂または可視光硬化性樹脂からなる接着剤をロールコート、スピンコート、スクリーン印刷、スプレーコートなどのコーティング法を用いて、基板１２上に所定厚の接着剤層７１を形成する(図３（ａ）参照)。

次に、接着剤層７１が形成された基板１２をホットプレート９１上に載置し、８０℃前後に加熱する。一方、凸版８２が形成されたシリンダー８１を対向配置し、押圧、回転しながら接着剤層７１上を移動すると、接着剤層７１の一部は凸版８２で掻き取られ(図３（ｂ）参照)、基板１２上の所定位置にパターン化された接着層７１ａが形成される(図３（ｃ）参照)。

請求項７に係わる発明は、有機ＥＬ素子基材１０と封止基材６０とを対向配置させたとき、封止基材６０の接着層７１ａが、少なくとも有機ＥＬ素子基材１０の発光領域に形成されることにより、隔壁６１上にあるゲッター層７１ａを露出させることができるため、トップエミッション型有機ＥＬ素子内の酸素または水分の除去効果を保持することができるようにしたものである。

最後に、有機ＥＬ素子基材１０と封止基材６０とを貼り合わせて、熱圧着ロール、真空ラミネータ等を用いて加圧、加熱し、接着層７１ａにて接着封止してトップエミッション型有機エレクトロルミネッセンス素子１００を得る(図１参照)。

まず、ガラスからなる基板１１上にインジウム・錫合金酸化物をスパッタリングして１５０ｎｍ厚のＩＴＯ膜を成膜し、パターニング処理して第１電極２１を形成した。
次に、第１電極２１が形成された基板１１上にポリイミド樹脂からなる感光性樹脂溶液をスピンコーターにて塗布して感光層を形成し、パターン露光、現像等の一連のパターニング処理を行って、１μｍ厚の隔壁５１を形成した。

次に、第１電極２１上にポリ（３，４エチレンジオキシチオフェン）とポリスチレンスルホン酸との混合物からなる２０ｎｍ厚の正孔輸送層と、ポリ［２−メトキシ−５−（２’−エチル−ヘキシロキシ）―１，４−フェニレンビュレン］（ＭＥＭＰＰＶ）からなる１００ｎｍ厚の蛍光体層とからなる２層構成の１２０ｎｍ厚の機能層３１を形成した。

次に、インジウム・錫合金化合物をスパッタリングして６０ｎｍ厚のＩＴＯ膜を成膜し、パターニング処理して機能層３１上に第２電極４１を形成し、有機ＥＬ素子基材１０を作製した（図２（ｂ）参照）。

次に、ガラスからなる基板１２上にエポキシ樹脂ペーストをスクリーン印刷し、３０μｍ厚の接着材層７１を形成した（図３（ａ）参照）。
次に、接着材層７１が形成された基板１２をホットプレート上に載置し、８０℃に加熱し接着材層７１を溶融させた。

次に、凸版８２が形成されたシリンダー８１を対向配置し、押圧、回転しながら溶融した接着剤層７１上を移動することにより（図３（ｂ）参照）、基板１２上の所定位置にパターン化された接着層７１ａを形成した（図３（ｃ）参照)。

次に、カルシウムを真空蒸着にてマスク成膜し、接着層７１ａ間に０．１μｍ厚のゲッター層６１を形成し、基板１２上の所定位置に接着層７１ａとゲッター層６１が形成された封止基材６０を作製した（図２（ａ）参照）。

最後に、有機ＥＬ素子基材１０と封止基材６０とを真空ラミネーターにて、温度９０℃、圧力５ｋｇ／ｃｍ２、加圧時間３分の条件で接着封止して、トップエミッション型有機エレクトロルミネッセンス素子１００を得た（図１参照）。

本発明のトップエミッション型有機エレクトロルミネッセンス素子の一実施例を示す模式構成断面図である。 （ａ）は、封止基材の一実施例を示す模式構成断面図である。（ｂ）は、有機ＥＬ素子基材の一実施例を示す模式構成断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、パターン状の接着層の形成方法の一実施例を示す模式構成断面図である。

符号の説明

１０……有機ＥＬ素子基材
１１、１２……基板
２１……第１電極
３１……機能層
４１……第２電極
５１……隔壁
６０……封止基材
６１……ゲッター層
７１……接着剤層
７１ａ……接着層
７１ｂ……掻き取られた接着層
８１……シリンダー
８２……凸版
９１……ホットプレート
１００……トップエミッション型有機エレクトロルミネッセンス素子

Claims (7)

1. 基板上に第１電極と発光層を含む機能層と透明な第２電極とからなる発光領域と、隔壁とが複数形成された有機ＥＬ素子基材と、封止基材とを貼り合わせてなる有機エレクトロルミネッセンス素子において、前記封止基材の基板上の所定位置に酸素または水分を吸着又は除去するゲッター層と、接着層とが形成されていることを特徴とするトップエミッション型有機エレクトロルミネッセンス素子。
2. 前記有機ＥＬ素子基材と前記封止基材とを対向配置させたとき、前記封止基材のゲッター層は、前記有機ＥＬ素子基材の隔壁に相当する位置に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のトップエミッション型有機エレクトロルミネッセンス素子。
3. 前記ゲッター層は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、アルカリ土類金属の酸化物、アルカリ金属又はアルカリ土類金属の水酸化物、シリカゲル、ゼオライト系化合物から選ばれる少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項１または２に記載のトップエミッション型有機エレクトロルミネッセンス素子。
4. 前記ゲッター層は真空蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法のいずれかのプロセスにより形成されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のトップエミッション型有機エレクトロルミネッセンス素子。
5. 前記接着層は、熱硬化性または可視光硬化性、かつ透明性に優れた樹脂からなり、常温では固体で、５０〜１００℃の範囲で流動性を発現することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のトップエミッション型有機エレクトロルミネッセンス素子。
6. 前記封止基材上の接着層はパターン状に形成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のトップエミッション型有機エレクトロルミネッセンス素子。
7. 前記有機ＥＬ素子基材と前記封止基材とを対向配置させたとき、前記封止基材の接着層は、少なくとも前記有機ＥＬ素子基材の発光領域に形成されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載のトップエミッション型有機エレクトロルミネッセンス素子。

Images