JP2008218306A - 光デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】長期にわたり信頼性の高い封止性能を維持することができる有機ＥＬ素子を含む光デバイスを提供すること。
【解決手段】第１基板１の一面に、第１電極２、発光層を含む有機層６、第２電極７を備えた有機ＥＬ素子と、当該有機ＥＬ素子を覆う常温ガラス膜１１とが形成されている。前記第１基板１側に形成された常温ガラス膜１１に対向するようにして、第２基板１２がシール材１３を介して貼り合わされた構成にされている。前記第２基板におけるシール材１３による貼り合わせ面は、少なくともガラス成分により構成されており、前記シール材１３を介した両者の熱膨張係数をほぼ同一に合わせることができる。これにより、有機ＥＬ素子の発熱に伴う応力歪みによりシール材の剥離や、常温ガラス膜１１にクラックを発生させるという問題を効果的に回避することができる。
【選択図】図２

Description

この発明は、第１と第２電極間に少なくとも一層の発光層を含む有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子を一つの画素として利用する光デバイスに関する。

携帯電話機や携帯型情報端末機（ＰＤＡ）などの普及によって、高精細な画像表示機能を有し、薄型かつ低消費電力化を実現することができる表示パネルの需要が増大しており、従来より液晶表示パネルがその要求を満たす表示パネルとして多くの製品に採用されてきた。

一方、昨今においては自発光型素子であり、また高速応答性に優れているという特質を生かした有機ＥＬ素子を画素とした光デバイス、例えばドットマトリクス型表示パネルが実用化され、これが従来の液晶表示パネルに代わる次世代の表示パネルとして注目されている。これは、素子の発光層に良好な発光特性を期待することができる有機化合物を使用することによって実用に耐え得る高効率化および長寿命化が進んだことも背景にある。

また、有機ＥＬ素子は前記した携帯電話機やＰＤＡに使用するドットマトリクス型表示パネルにとどまらず、車載用モニタ、テレビジョン受像機、時計や宣伝用のパネル等の固定表示装置、スキャナやプリンタの光源、液晶のバックライト用光源、照明あるいは光電変換機能を利用した光通信装置等の光デバイスにも利用の範囲が拡大されつつある。

ところで、前記した有機ＥＬ素子は、大気に曝されると大気中の湿気、酸素等の影響を受けて発光特性が劣化することが知られており、発光の安定性および耐久性を高めるためには有機ＥＬ素子を外気から遮断する封止手段が不可欠となっている。

この封止手段としては、その一例として有機ＥＬ素子が形成された基板上に、これを覆うように例えば金属製の封止部材を貼り合わせ、基板と封止部材間に形成される封止空間内に有機ＥＬ素子を配置した構成（気密封止構造）にされている。さらに前記封止空間内に乾燥剤等を封入するなどの対処もなされており、このような手段を施した有機ＥＬ装置が特許文献１に開示されている。
特開平９−１４８０６６号公報

一方、前記した気密封止構造の有機ＥＬ装置によると、乾燥剤等を含めた厚さが問題となり、光導出面を例えば曲面などを含む多様な形態にする場合においては、なおさら有機ＥＬセルを薄くすることが困難となる。そこで、さらなる薄型化に対応するために有機ＥＬ素子を直接ガラスなどの薄膜で覆う封止技術が提案されている。

特許文献２および３においては、ＳｉＯ₂ を主成分とする無機系塗料を塗布し、これを２００℃以下の温度で加熱することでガラス化させたガラス膜により有機ＥＬ素子を封止する構成（固体封止構造）が示されている。
特開２０００−３１１７８３号公報 特開２００２−２８０１７０号公報

ところで、前記した特許文献２および３には、無機系塗料を加熱によりガラス化させることで有機ＥＬ素子を封止するという点についての開示はあるものの、例えば有機ＥＬ素子の発熱に伴う応力歪みによる接着層（シール材）の剥離や被接着側におけるクラックの発生の問題、有機ＥＬ素子を充分な機械的な強度をもってカバーさせることについての課題、さらに外部引き出し配線とシール材との間の封止性能の確保などの具体的な問題点については何等配慮がなされていない。

この発明は、前記した従来の問題点に着目してなされたものであり、一方が気密封止用の基板として機能する第１と第２の基板を貼り合わせることで、前記した固体封止構造を有する光デバイスを容易に形成することができ、光導出面を例えば曲面などを含む多様な形態にする場合においても、長期にわたり信頼性の高い封止性能を維持することができる有機ＥＬ素子を含む光デバイスを提供することを課題の一つとするものである。

前記した課題を解決するためになされたこの発明にかかる光デバイスは、請求項１に示すとおり、第１と第２電極間に少なくとも一層の発光層を含む有機層からなる有機ＥＬ素子を一つの画素として利用する光デバイスであって、第１基板の一面に、前記第１電極、前記有機層、前記第２電極を備えた前記有機ＥＬ素子と、当該有機ＥＬ素子を覆う常温ガラス膜とが形成され、前記第１基板側に形成された前記常温ガラス膜に対向するようにして第２基板がシール材を介して貼り合わされ、前記第２基板における前記シール材による貼り合わせ面が、少なくともガラス成分により構成されている点に特徴を有する。

以下、この発明にかかる光デバイスについて、図に示す実施の形態に基づいて説明する。図１〜図３は、この発明をドットマトリクス表示パネル、特にパッシブマトリクス型表示パネルに採用した例を示しており、図１は表示パネルを透視した状態で示した平面図であり、図２は図１におけるＡ−Ａ線より矢印方向に視た状態の断面図、また図３は図１におけるＢ−Ｂ線より矢印方向に視た状態の断面図である。なお、説明を簡素化するために図１に示す状態におけるパネルの横方向および縦方向には、６×４の画素数が配列された例を示している。

図１〜図３において、符号１は第１基板を示しており、これは例えば光透過性の素材、例えばガラス基板が用いられている。なお、この第１基板はガラス基板に限らず石英もしくは合成樹脂等を用いることもできる。この第１基板１の上面（後述する第２基板に対向する面）には、例えばＩＴＯもしくはＩＺＯ等の光透過性の素材による第１電極２がストライプ状に形成されている。また、前記第１電極２の引き出し配線３も、第１基板１の端部に形成されている。

また、この実施の形態においては、後述する第２電極の引き出し配線４も、前記引き出し配線３に直交する第１基板１上の端部に形成されている。前記したストライプ状の第１電極２、第１電極の引き出し配線３および第２電極の引き出し配線４は、好ましくは共にフォトリソグラフィ法によりパターン形成される。

なお、前記したようにパターン形成させる場合において、第１電極の表面を平滑にするために研磨、エッチング等の処理を施しても良く、第１電極の引き出し配線３もしくは第２電極の引き出し配線４の上部に、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）、銅（Ｃｕ）、モリブデン（Ｍｏ）等の低抵抗金属もしくはその合金を積層してパタ−ニングしても構わない。また、前記第１電極２は、第１基板１上に直接または他の層（例えば非透湿性層、ＴＦＴ、カラーフィルタ等）を介して形成される場合もある。

前記した第１基板１およびこれにストライプ状に形成された第１電極２上には、図１に示されたように第１電極２の上に沿って複数の矩形状の窓を形成するがごとく、開口部Ｗを残して全面に絶縁膜５が形成される。この絶縁膜５を矩形状の開口部Ｗを残して成膜することで、前記開口部Ｗにおいて有機ＥＬ素子による画素の形成位置を画定することができる。なお、前記したとおり開口部Ｗを残して絶縁膜５を形成する場合においても、フォトリソグラフィ法を好適に採用することができる。

前記絶縁膜５を形成するにあたっては、有機材料のポリイミド、無機材料の酸化珪素等を基板の第１電極パタ−ニング側の全面に成膜する。その後、ストライプ状に複数並んでパタ−ニングされている第１電極ライン間と第１電極ラインと垂直に交わる方向に格子状になるように絶縁膜５をフォトリソグラフィによりパタ−ニングする。すなわち、前記したように第１電極２の上に沿って複数の開口部Ｗを形成する。この時、同時に後述する第２電極７と第２電極の引き出し配線４とを接続するコンタクトホール８も形成する。

そして、前記絶縁膜５による開口部Ｗが形成された第１電極２上には、有機ＥＬ材料が例えば真空蒸着法によって成膜され、これにより矩形状の開口部Ｗ内に有機ＥＬ素子の１つの画素として機能する有機層６が形成される。前記有機層６には少なくとも発光層が含まれ、他に電荷輸送層、電荷注入層、電荷発生層、電荷阻止層等が積層される場合もある。この場合、カラー表示パネルを形成する場合においては、シャドーマスクを用いてＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各発光色に対応する有機ＥＬ材料を各開口部Ｗに対応して順に蒸着させる操作が行われる。これにより前記Ｒ，Ｇ，Ｂのサブ画素を組とした１つのカラー表示画素を形成させることができる。

前記した開口部Ｗ内に形成された有機層６の上面を通り、前記第１電極と直交するようにして第２電極７がストライプ状に形成される。この第２電極７としては、仕事関数の低い例えばＬｉ、Ｎａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ａｇ、Ｉｎなどの金属もしくはこれらの１種以上を含む合金の薄膜により構成される。

なお、この実施の形態においては、図１および図２に示すように、第２電極の引き出し配線４側において、絶縁膜５を形成しない前記コンタクトホール８が、第２電極の引き出し配線４にそれぞれ対応して形成されている。このコンタクトホール８の形成部分、すなわち図２の鎖線Ｃで囲まれた部分を図４に拡大断面図で示している。

図４に示すようにコンタクトホール８には、前記した有機層６は成膜されておらず、したがって、前記した第２電極７は、前記各コンタクトホール８を介してそれぞれ第２電極の引き出し配線４に電気的に接続される。

前記絶縁膜５および第２電極７の上面には、バッファ層９が形成されている。このバッファ層９は絶縁材料により構成され、蒸着成膜が可能である例えばＭｏＯ₃ （酸化モリブデン）、ＳｎＯ₂ （酸化スズ）等の金属酸化物、ＣｕＰｕ等の有機材料を用いることができる。このバッファ層９は、この上に成膜される後述する乾燥剤層と前記第２電極７とが接触するのを防止するために形成される。

すなわち、前記第２電極７の上面に前記乾燥剤層が直接形成された場合には、乾燥剤層が吸湿した際の膨張作用により、第２電極７が前記有機層６から剥離するという問題が発生し得る。前記バッファ層９はこのような問題を効果的に阻止するように作用する。

符号１０は、前記バッファ層９の上に成膜された乾燥剤層を示している。この乾燥剤層１０には、例えばＣａＯ、ＢａＯ、ＳｒＯ等のアルカリ金属酸化物が用いられ、これらは蒸着により成膜される。

前記した乾燥剤層１０の上面、すなわち前記した第１電極１、有機層６、第２電極７により構成された有機ＥＬ素子を覆うようにして常温ガラス膜１１が成膜されている。この常温ガラス膜１１は、好ましくはオルガノポリシロキサンを主成分としたコーティング剤を乾燥剤層１０の上面に塗布し、常温（２０℃〜１００℃）の範囲で硬化させることにより得られる。

具体的には、オルガノポリシロキサン等の有機金属化合物、酸化フッ素アンモニウム等のハロゲン触媒、混合溶媒として水、メタノール、エタノール、イソプロパノールを用いたコーディング剤を生成する。そして基板を５０℃〜７０℃で予備乾燥させ、乾燥剤層１０上に前記コーディング剤を塗布し、これを１２０℃で３０分焼成することでガラス膜を形成させることができる。

前記常温ガラス膜１１を形成させる領域は、有機ＥＬパネルの表示領域、前記絶縁膜５および配線領域すなわち、前記した第１と第２の引き出し配線３，４を含み、後述するシール剤が接触する範囲を覆うように形成される。前記常温ガラス膜１１により引き出し配線３，４を第１基板との間で封止することにより、第１および第２の引き出し配線３，４に例えばＡｇを主体とする低抵抗の配線を用いた場合のマイグレーションの発生を効果的に防止することができる。

また、前記常温ガラス膜１１には、ＵＶ吸収剤が含まれていることが望ましい。このＵＶ吸収剤としては、ベンゾフェノン系、ベンゾトリアゾール系の材料を常温ガラス膜に分散させることで達成することができる。前記ＵＶ吸収剤は、後工程において第２基板をＵＶ硬化型のシール材を用いて貼り合わせる際において、ＵＶ光から有機ＥＬ素子等を保護する機能を果たすことができる。

一方、前記第１基板１に対向して貼り合わされる第２基板１２には、好ましくはガラス基板が用いられる。この第２基板１２は、前記第１基板１に対してシール材１３を介して貼り合わされることで、前記常温ガラス膜１１による有機ＥＬ素子の封止状態を補強し、有機ＥＬ素子を充分な機械的な強度をもってカバーすることができる。

前記第２基板１２としては、好ましくはガラス基板が用いられるが、これは常温ガラス膜１１に対する貼り合わせ面が、少なくともガラス成分により構成された積層構造の基板を利用することもできる。すなわち、第２基板１２は前記貼り合わせ面以外においては、例えば合成樹脂等を積層させた構成にすることもできる。

前記のように第２基板１２における常温ガラス膜１１に対する貼り合わせ面を少なくともガラス成分により構成することで、前記シール材１３を介した両者の熱膨張係数をほぼ同一に合わせることができるので、例えば有機ＥＬ素子の発熱に伴う応力歪みによりシール材１３の剥離や、被接着側である常温ガラス膜１１にクラックを発生させるという問題を効果的に回避することができる。

なお、前記したシール材１３を形成させる場合においては、好ましくは第２基板１２の表面に、オゾン処理もしくはプラズマ処理を施して表面の濡れ性を向上させ、その表面にシール材としての接着剤をスクリーン印刷もしくはディスペンサ等により塗布する。なお、前記シール材１３は常温ガラス膜１１側に形成してもよく、この場合においては常温ガラス膜１１に対して前記と同様の前処理が施される。

また、前記常温ガラス膜１１に対して第２基板１２を貼り合わせるシール材１３としては、好ましくはＵＶ硬化型エポキシ樹脂等が用いられる。他にもＵＶ＋熱硬化型、後硬化型ＵＶ接着剤などを用いることができる。

このシール材１３は、前記したとおりＵＶ光を照射することにより硬化させることができ、常温ガラス膜１１のシール効果を高め、また前記第２基板１２が貼り合わされることにより、すでに説明したとおり、有機ＥＬ素子を充分な機械的な強度をもってカバーすることができる。そして、前記シール材１３は前記第２基板１２と共に、有機ＥＬ素子の劣化因子となる水分、酸素、ガス、有機溶剤等の侵入を効果的に防止する機能を果たす。

前記シール材１３は、図２および図３に示されているように第２基板１２と常温ガラス膜１１との間においてのみ介在され、シール材１３は例えば金属製の引き出し配線３，４等に接触しないように構成されていることが望ましい。すなわち、シール材１３が金属製の引き出し配線３，４に接触した状態になされた場合には、両者の接触個所において生ずる応力により封止性能を低下させる問題を招来させることになる。

そして、前記第１基板１に形成された第１電極の引き出し配線３は、図３に示されたように導電性接着剤１４ａを介して外部回路基板１５ａに接続され、また第２電極の引き出し配線４は、図２に示されたように導電性接着剤１４ｂを介して外部回路基板１５ｂに接続される。この構成により、前記各有機層６は第１電極２と第２電極７の間に介在されて、前記一対の電極と共に有機ＥＬ素子を構成している。

したがって、一つの例として前記第１電極２をアノードとし、第２電極７をカソードとして使用し、陰極線走査・陽極線ドライブ方式のパッシブマトリクス型表示装置を実現させる場合には、前記外部回路基板１５ａ側に直流定電流源を備え、前記外部回路基板１５ｂ側に陰極線走査回路が備えられることになる。

図５および図６は、以上説明した構成を備えた有機ＥＬ素子を含む光デバイスの外観構成例を示したものであり、これは表示面に曲面を持たせた表示パネルの例を示している。なお、図５は表示パネルの表示面を斜め上方から視た状態で、図６はパネルを側面から視た状態でそれぞれ示している。そして図６に示した矢印Ｌは、表示面から表示光が投射される様子を模式的に示したものである。

この発明にかかる光デバイスはすでに詳しく説明したとおり、例えば有機ＥＬ素子の発熱に伴う応力歪みによりシール材の剥離や、常温ガラス膜にクラックを発生させるという問題を効果的に回避することができる等の特質を備え、長期にわたり信頼性の高い封止性能を維持することができる。したがって、特に図５および図６に示すよう表示パネルの全体が曲面形状になされた構成においても、充分な強度の封止構造および発光性能を得ることができる。

この発明をパッシブマトリクス型表示パネルに採用した場合の前記パネルを透視した状態で示した平面図である。 図１におけるＡ−Ａ線より矢印方向に視た状態の断面図である。 図１におけるＢ−Ｂ線より矢印方向に視た状態の断面図である。 図２における鎖線Ｃで囲まれた部分の拡大断面図である。 この発明にかかる光デバイスを表示パネルに適用した場合の外観構成例を示した斜視図である。 同じく表示パネルの側面図である。

符号の説明

１ 第１基板
２ 第１電極
３ 第１電極の引き出し配線
４ 第２電極の引き出し配線
５ 絶縁膜
６ 有機層
７ 第２電極
８ コンタクトホール
９ バッファ層
１０ 乾燥剤層
１１ 常温ガラス膜
１２ 第２基板
１３ シール材
１４ａ，１４ｂ 導電性接着剤
１５ａ，１５ｂ 外部回路

Claims (6)

1. 第１と第２電極間に少なくとも一層の発光層を含む有機層からなる有機ＥＬ素子を一つの画素として利用する光デバイスであって、
   第１基板の一面に、前記第１電極、前記有機層、前記第２電極を備えた前記有機ＥＬ素子と、当該有機ＥＬ素子を覆う常温ガラス膜とが形成され、前記第１基板側に形成された前記常温ガラス膜に対向するようにして第２基板がシール材を介して貼り合わされ、前記第２基板における前記シール材による貼り合わせ面が、少なくともガラス成分により構成されていることを特徴とする光デバイス。
2. 前記有機ＥＬ素子を構成する常温ガラス膜側の第２電極と、前記常温ガラス膜との間に乾燥剤層が形成されていることを特徴とする請求項１に記載された光デバイス。
3. 前記シール材がＵＶ硬化型の接着剤であり、前記常温ガラス膜にＵＶ吸収材を含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載された光デバイス。
4. 前記有機ＥＬ素子を構成する前記第２電極と、前記乾燥剤層との間にさらにバッファ層が形成されていることを特徴とする請求項２に記載された光デバイス。
5. 前記有機ＥＬ素子を構成する第１と第２電極にそれぞれ接続された第１と第２の引き出し配線が共に前記第１基板側に形成され、前記第１と第２の引き出し配線が、前記有機ＥＬ素子と共に前記常温ガラス膜と前記第１基板との間で封止されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載された光デバイス。
6. 前記常温ガラス膜の外側に露出された前記第１と第２の引き出し配線が、導電性接着剤を介して外部回路基板に接続されていることを特徴とする請求項５に記載された光デバイス。

Images