JP2009266744A - 発光表示装置、及び発光表示装置の製造方法 - Google Patents

発光表示装置、及び発光表示装置の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】有機溶媒を用いることなく、安全性に優れ、発光特性が低下することを防止することができるとともに、構成材料の種類を少なくすることができる発光表示装置を提供する。
【解決手段】本発明による発光表示装置1は、表面に対向する一対の電極10、11が形成された基板3を備えている。この基板3表面に発光体5が形成されている。この発光体5は、イオン液体6と、このイオン液体6中に溶解された発光物質7と、イオン液体6をゲル化するゲル化材料8とを有している。
【選択図】図1

Description

本発明は、表面に対向する一対の電極が形成された支持基材と、この支持基材表面に形成された発光体とを備えた発光表示装置に係り、とりわけ、安全性に優れるとともに発光特性が低下することを防止することができる発光表示装置及び発光表示装置の製造方法に関する。
近年、有機EL等の発光表示装置の開発が急激に進展している。有機ELの発光表示装置に用いられる発光素子は自発光素子であるため、バックライトが必要な液晶の受光素子よりも、薄型化および軽量化が図れる。それに有機ELの発光素子は自発光素子であるため、液晶の受光素子と比べると視認性に優れている。このため、有機ELの発光表示装置は、優れた視認性、高速表示性、低電圧駆動性、薄型化等の特徴を有している。
有機ELの発光表示装置は、一般に、各々の互いに対向する面に電極が形成された一対の基板と、一対の基板間に挟持された発光層とを備え、発光層は電圧が印加されて発光する発光物質を含んでいる。このうち発光層は、数100nmの厚さを有している。このため、対向する各電極間の距離が短く、各電極が相互に接触し易い。また、有機ELの発光表示装置の発光層は直流電圧が印加される。このため、有機ELの発光表示装置を構成する各電極間の界面に不純物が蓄積され易い。このことにより、有機ELの発光表示装置において用いられる発光層は、動作寿命が短くなる。
このような問題に対して、電気化学反応を利用した液体からなる発光層を用いた発光表示装置の開発が行われている(例えば、特許文献1乃至3並びに非特許文献1および2参照)。このうち特許文献1および2並びに非特許文献1および2における発光表示装置は、一対の電極間の距離がいずれも数μm以上となっている。このため、各電極が相互に接触することがない。また、特許文献1乃至3および非特許文献1における発光表示装置の発光層は交流電圧が印加されるため、発光層の動作寿命が短くなる問題は解消される。
特開2007−139899号公報 特開2006−301302号公報 特開2005−302332号公報 「東芝レビュー vol.60, No.9, P33(2005)」 「Journal of the Electrochemical Society, Vol.152(8) pA1677(2005)」
特許文献1乃至2並びに非特許文献1および2における発光表示装置21は、図3に示すように、互いに対向する面に電極24が形成された一対の基板23と、一対の基板23間に挟持され、有機溶媒26と支持塩27とからなる電解質に発光物質28を溶解させた発光層25とを有している。このように、発光層25として可燃性である有機溶媒26を使用しているため、取り扱い上、安全性に問題がある。
また、有機溶媒26は揮発性を有しているため、比較的容易に揮発する。このため、発光層25内の濃度が変化し、発光層25が劣化して発光層25の発光特性が低下するという問題もある。
さらに、上述のように、有機溶媒26を用いる発光層25においては、発光層25を十分に発光させるために、有機溶媒26に支持塩27を溶解させる必要がある。このため、発光層25として有機溶媒26を用いる場合、発光層25を構成する材料の種類が多くなる。
本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、有機溶媒を用いることがない発光表示装置であって、安全性に優れ、発光特性が低下することを防止することができるとともに、構成材料の種類を少なくすることができる発光表示装置及び発光表示装置の製造方法を提供することを目的とする。
本発明は、表面に対向する一対の電極が形成された支持基材と、支持基材表面に形成された発光体と、を備え、該発光体は、イオン液体と、このイオン液体中に溶解された発光物質と、イオン液体をゲル化するゲル化材料とを有することを特徴とする発光表示装置である。
本発明は、発光体は、塊状に成形されていることを特徴とする発光表示装置である。
本発明は、一対の電極は、各々櫛歯状に形成されることを特徴とする発光表示装置である。
本発明は、支持基材の表面に形成された各電極は、金、白金、銀、アルミニウム、スズ、ビスマス、および炭素のうちいずれかの材料からなることを特徴とする発光表示装置である。
本発明は、支持基材は透明な材料からなり、支持基材の裏面に、支持基材表面に形成された発光体から発光する光を反射する反射板が設けられることを特徴とする発光表示装置である。
本発明は、ゲル化材料は、シリカのナノサイズ微粒子、または酸化チタンのナノサイズ微粒子からなることを特徴とする発光表示装置である。
本発明は、発光体は、交流電圧が印加されて発光することを特徴とする発光表示装置である。
本発明は、イオン液体は、脂肪族系、イミダゾリウム系、ピリジウム系のうちいずれかの材料を含むことを特徴とする発光表示装置である。
本発明は、発光物質は、ルテニウム化合物・錯体、PVB(ポリビニルブチラール)、DPA(9,10−ジフェニルアントラセン)、ペリレンのうちいずれかの材料を含むことを特徴とする発光表示装置である。
本発明は、表面に対向する一対の電極が形成された支持基材を準備する工程と、イオン液体に発光物質を溶解する工程と、発光物質が溶解されたイオン液体に、このイオン液体をゲル化するゲル化材料を添加する工程と、表面に対向する一対の電極が形成された支持基材表面に、発光物質が溶解され、かつゲル化材料が添加されたイオン液体が設けられて発光体を形成する工程と、を備えたことを特徴とする発光表示装置の製造方法である。
本発明によれば、発光体は、イオン液体と、このイオン液体中に溶解された発光物質と、イオン液体をゲル化するゲル化材料とを有しているため、可燃性の有機溶媒を用いることなく発光体が形成される。この発光体のイオン液体は難燃性であるため、可燃性の有機溶媒を用いる場合に比べて取り扱い上、比較的安全である。また、有機溶媒は揮発性を有しているために気化され易いが、本発明によれば、発光体のイオン液体は不揮発性を有しているために気化されることがない。このため、発光体が劣化することを防止して、発光体の発光特性が低下することなく安定した性能を維持することができる。また、発光体を形成する際、有機溶媒を用いる場合には有機溶媒に支持塩を溶解させる必要があるが、本発明によれば、発光体はイオン液体を含んでいるため、このイオン液体に更に支持塩を溶解させる必要がない。このため、発光体を構成する材料の種類を少なくすることができる。
また、本発明によれば、発光体は、イオン液体と、このイオン液体中に溶解された発光物質と、イオン液体をゲル化するゲル化材料とからなっているため、発光物質が溶解されたイオン液体をゲル化して、このゲル化されたイオン液体を密封させることなく支持基材表面に設けて発光体を形成することができる。このことにより、この発光体を外部に露出させて、発光体の形状を維持することができる。このため、発光体から発せられた光を容易かつ確実に外部に取り出すことができるとともに、発光体の発光特性が低下することなく安定した性能を長期間に渡って維持することができる。
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。ここで、図1および図2は、本発明による発光表示装置の実施の形態を示す図である。このうち、図1は、本発明の実施の形態における発光表示装置を示す斜視図であり、図2は、図1におけるX−X線断面を示す図である。
まず、図1により、本発明における発光表示装置1について説明する。ここで、発光表示装置1は、電圧が印加されることにより発光され、各種ディスプレイ等として使用されるものである。
図1に示すように、発光表示装置1は、表面に対向する一対の電極10、11が形成された基板(支持基材)3と、この基板3表面に形成された発光体5とを備えている。このうち発光体5は、イオン液体6と、このイオン液体6中に溶解された発光物質7と、イオン液体6をゲル化するゲル化材料8とを有し、塊状に成形されている。本実施の形態においては、発光体5は直方体状に成形されている。
また、基板3の表面に形成された一対の電極10、11は、各々櫛歯状に形成されている。すなわち、一対の電極10、11のうちの一方の電極10は、長方形状を有するベース部10aと、このベース部10aに対して直交するように一端が接続されるとともに他端が他方の電極11側に延び、所定間隔を隔てて配置された複数の櫛部10bとを含み、全体として櫛歯状に形成されている。また、他方の電極11は、長方形状を有するベース部11aと、このベース部11aに対して直交するように一端が接続されるとともに他端が一方の電極10側に向かって一方の電極10の各櫛部10b間に延び、各櫛部10bと対向するように所定間隔を隔てて配置された複数の櫛部11bとを含み全体として櫛歯状に形成されている。
一方の電極10の各櫛部10bおよび他方の電極11の各櫛部11bの幅は、それぞれ10μm以上かつ2mm以下であれば良く、特に100μmから500μmの範囲とすることが好適である。また、一方の電極10の櫛部10bとこれに対向する他方の電極11の櫛部11bとの間の距離は5μm以上かつ1mm以下であれば良く、特に50μmから200μmの範囲とすることが好適である。
図1において、一対の電極10の櫛部10bは、他方の電極11の櫛部11b間の中央に位置し、同様に他方の電極11の櫛部11bは、一方の電極の櫛部10b間の中央に位置している。
また、基板3の裏面に、基板3表面に形成された発光体5から発光する光を反射する反射板9が設けられている。
また、図1に示すように、基板3表面に形成された一方の電極10のベース部10aと他方の電極11のベース部11aとの間に、発光体5に対して電圧を印加する交流電源13が接続されている。
ところで、イオン液体6は溶融塩とも呼ばれ、常温で液体状態を維持するイオンのみからなっている。このイオン液体6は、有機溶媒に支持塩が溶解された液体電解質とは異なり、難燃性、不揮発性等の特徴を有している。このイオン液体6に発光物質7を溶解させ、かつゲル化材料8が添加されて形成された発光体5において、発光体5内を電気化学反応させる場合、発光体5に印加する電圧を低く抑えることができるとともに、高速に酸化還元反応を起させることができる。
また、イオン液体6に用いる材料としては、多種類の発光物質7を高濃度に溶解させるために極性が高い材料が望ましく、例えば、脂肪族系、イミダゾリウム系、ピリジウム系等を用いることができる。このうち、特に、1−アリル―3−アルキルイミダゾリウム系を好適に用いることができる。
発光物質7に用いる材料としては、電気化学発光する材料であれば特に制限はなく、例えば、PVB(ポリビニルブチラール)、DPA(9,10−ジフェニルアントラセン)、ペリレン、RuCl、RuPF、Ru(bpy)Cl 、Ru(d−bpy)PF等のRu(ルテニウム)化合物・錯体を好適に用いることができる。また、発光物質7の濃度については特に制限はなく、10wt%以下が望ましいが、特に、1wt%から5wt%の間で好適に用いることができる。
ここで、ゲル化とは、イオン液体6が流動性を失った状態をいい、ゲル化材料8としては、シリカのナノサイズ微粒子、または酸化チタンのナノサイズ微粒子を用いることが好ましい。また、このゲル化材料8を添加する量は1wt%〜15wt%であることが望ましく、特に、3wt%〜7wt%であることが好適である。
また、基板3に用いる材料としては、透明な材料であれば特に制限はなく、例えば、ガラスまたはフィルム等を用いることができる。この場合、基板3の裏面に設けられた反射板9により、発光物質7から基板3の裏面に向けて発せられた光を上方へ反射させて、発光体5から発光されて外部に取り出される光の輝度を高くすることができる。
また、各基板3の表面に設けられた各電極10、11に用いる材料としては、透明な材料に限られることはなく、金(Au)、白金(Pt)、銀(Ag)、アルミニウム(Al)、スズ(Sn)、ビスマス(Bi)等の金属材料および炭素材料を用いることができる。このことにより、希少金属であるインジウムを含むITO(Indium Tin Oxide)を使用することなく、比較的安価な材料を用いて発光体5から発せられる光を外部に取り出すことができる。
次に、本実施の形態における発光表示装置1の製造方法について説明する。
まず、図1に示すように、表面に対向する一対の電極10、11が形成された基板3を準備する。この場合、まず、所望の大きさおよび厚さからなる基板3を準備する。次に、基板3上に上記金属材料からなる金属箔が設けられ、この金属箔に対してレジストパターンを形成した後エッチングすることにより一対の電極10、11が基板3上に形成される。
なお、基板3上に炭素材料により一対の電極10、11を形成する場合、各電極10、11は、基板上にカーボンインクを用いてスクリーン印刷等により形成される。あるいは他の方法として、基板上に、板状の焼結炭素が切断されること等により得られた細長状の焼結炭素部材が載置されることにより形成される。
このようにして、基板3の表面に、ベース部10aと複数の櫛部10bとを含む一方の電極10と、ベース部11aと櫛部11bとを含む他方の電極11とが形成され、櫛歯状の一対の電極10、11が得られる。
次に、この基板3の裏面に、基板3表面に形成された発光体5から発光する光を反射する反射板9が接合される。
次に、イオン液体6に、発光物質7が溶解される。この場合、イオン液体6に、発光物質7が所望の濃度となるように混合され、所定の温度において所定時間攪拌される。このことにより、イオン液体6に発光物質7が十分に溶解される。
次に、発光物質7が溶解されたイオン液体6に、このイオン液体6をゲル化するゲル化材料8が添加され、所定時間混合され、発光物質7が溶解されたイオン液体6がゲル化される。
その後、表面に対向する一対の電極10、11が形成された基板3表面に、ゲル化されたイオン液体6が設けられて発光体5が形成される。この場合、印刷法により、基板3表面に、ゲル化されたイオン液体6が直方体状に成形される。このようにして発光表示装置1が得られる。
次に、このような構成からなる発光表示装置1の使用形態について説明する。
図1に示す本実施の形態における発光表示装置1において、発光体5を発光させる場合、まず、交流電源13から一対の電極10、11を介して、発光体5に交流電圧が印加される。この場合、例えば一対の電極10、11のうち陰極となる一方の電極10の各櫛部10b近傍において電気化学的な還元反応が起こり、図2に示すように、イオン液体6および発光物質7からラジカルアニオン14が生成される。他方、陽極となる他方の電極11の各櫛部11b近傍において、電気化学的な酸化反応が起こり、イオン液体6および発光物質7からラジカルカチオン15が生成される。
発光体5に交流電圧が印加されている間、一方の電極10および他方の電極11に交流電圧が印加されているため、一方の電極10および他方の電極11において還元反応と酸化反応とが交互に繰り返される。すなわち、一方の電極10の各櫛部10b近傍に還元反応により生成されたラジカルアニオン14は、対向する他方の電極11の各櫛部11bに向けて移動する。次に、一方の電極10および他方の電極11の極性が各々反転され、一方の電極10の各櫛部10b近傍に酸化反応によりラジカルカチオン15が生成される。この間、一方の電極10の各櫛部10b近傍から対向する他方の電極11の各櫛部11bへ向けて移動していたラジカルアニオン14が、一方の電極10の各櫛部10bへ戻ってくる。このことにより、ラジカルアニオン14とラジカルカチオン15とが衝突する。次に、衝突したラジカルアニオン14とラジカルカチオン15とから、基底状態の中性分子と励起状態の中性分子とが生成される。その後、励起状態の中性分子が失活されて、この中性分子から光が発せられる。
この一方の電極10の各櫛部10bの近傍における発光メカニズムと同様にして、他方の電極11の各櫛部11bの近傍において、生成されたラジカルアニオン14とラジカルカチオン15とが互いに衝突し、励起状態の分子が生成されて発光する。このように、一方の電極10の各櫛部10bの近傍および他方の電極11の各櫛部11bの近傍においてラジカルアニオン14とラジカルカチオン15とが衝突して発光するため、一方の電極10の櫛部10bと他方の電極11の櫛部11bとの間の距離が比較的離れている場合においても、発光体5を発光させることができる。
このように本実施の形態によれば、発光体5は、イオン液体6と、このイオン液体6中に溶解された発光物質7と、イオン液体6をゲル化するゲル化材料8とを有しているため、可燃性の有機溶媒を用いることなく発光体5が形成される。可燃性の有機溶媒を用いる場合に比べて、本実施の形態によれば、発光体5が含むイオン液体6は難燃性となっているため、取り扱い上、比較的安全である。また、有機溶媒は揮発性を有しているために気化され易いが、本実施の形態によれば、発光体5が含むイオン液体6は不揮発性を有しているために気化されることがない。このため、発光体5が劣化することを防止して、発光体5の発光特性が低下することなく安定した性能を維持することができる。さらに、本実施の形態によれば、発光体5を形成する際イオン液体6を用いるため、イオン液体6に支持塩を溶解させる必要がない。このため、発光体5を構成する材料の種類を少なくすることができる。
また本実施の形態によれば、発光体5は、イオン液体6と、このイオン液体6中に溶解された発光物質7と、イオン液体6をゲル化するゲル化材料8とからなっているため、発光物質7が溶解されたイオン液体6をゲル化して、このゲル化されたイオン液体6を密封させることなく基板3表面に設けて発光体5を形成することができる。このことにより、この発光体5の上面および側面を外部に露出させ、発光体5の形状を維持することができる。このため、発光体5から発せられた光を容易かつ確実に外部に取り出すことができるとともに、発光体5の発光特性が低下することなく安定した性能を長期間に渡って維持することができる。
また本実施の形態によれば、基板3は透明な材料からなるとともに、基板3の裏面に反射板9が設けられている。このため、発光体5から基板3の裏面に向けて発せられた光を上方へ反射させて、発光体5から発せられる光の輝度を高くして外部に取り出すことができる。
さらに本実施の形態によれば、発光体5は一対の電極10、11が形成された基板3表面に載置されて外部に露出しているため、一対の電極10、11に用いる材料として、透明電極であるITOを用いることなく、発光体5から発せられる光を上方あるいは側方から外部に取り出すことができる。このことにより、希少金属であるインジウムを含むITOを使用することなく、比較的安価な材料を用いて発光体5から発せられる光を外部に取り出すことができる。
なお、本実施の形態においては、基板3が透明な材料からなるとともに、基板3の裏面に反射板9が設けられている例を示した。しかしながら、このことに限られることはなく、基板3に用いる材料が発光体5から発せられる光を透過することがない材料であってもよい。この場合、基板3の裏面に反射板9を設けることなく、発光体5から発せられる光の輝度を高くして外部に取り出すことができる。
また本実施の形態においては、発光体5が直方体状に形成されている例を示した。しかしながら、このことに限られることはなく、発光体5は任意の形状に塊状に成形して、発光体5を発光させることもできる。
本発明の実施例として以下の方法で図1の発光表示装置1を作製した。
まず、ガラス基板3上に、一方の電極10の各櫛部10bおよび他方の電極11の各櫛部11bの幅が100μm、一方の電極10の櫛部10bとこれに対向する他方の電極11の櫛部11bとの間の距離が50μm、各櫛部10b、11bの厚さが100mmとなる対向する各櫛部10b、11bを1000組形成するとともに、各ベース部10a、1aを形成し、櫛歯状の一対の金電極10、11を得た。次に、この一対の電極10、11が形成されたガラス基板3を中性洗剤を用いて洗浄し、さらに超音波洗浄し、その後乾燥した。
次に、イオン液体6である1−アリル−3−ブチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメタンサルフォニル)イミド(略称:ABImTFSI)に、発光物質7としてのRu(bpy)Clを、2wt%混合し、65℃、500rpmで3時間攪拌して、発光物質7としてのRu(bpy)Clを十分に溶解させ、発光溶液を生成した。
次に、この発光溶液にゲル化材料(シリカ微粒子(日本アエロジル社製、アエロジル200))8を7wt%添加して所定時間混合して発光溶液をゲル化した。次に、このゲル化された発光溶液を塊状に成形して発光体5を形成し、この発光体5をガラス基板3上に載置した。
その後、本実施例において得られた発光体5に、60Hz、±5Vの交流電圧を印加した。その結果、50cd/mの輝度を有する発光を得ることができた。
図1は、本発明の実施の形態における発光表示装置を示す斜視図である。 図2は、図1におけるX−X線断面を示す図である。 図3は、従来の発光表示装置の断面構造を示す図である。
符号の説明
1 発光表示装置
3 基板
5 発光体
6 イオン液体
7 発光物質
8 ゲル化材料
9 反射板
10 一方の電極
10a ベース部
10b 櫛部
11 他方の電極
11a ベース部
11b 櫛部
13 交流電源
14 ラジカルアニオン
15 ラジカルカチオン
21 発光表示装置
23 基板
24 電極
25 発光層
26 有機溶媒
27 支持塩
28 発光物質

Claims (10)

  1. 表面に対向する一対の電極が形成された支持基材と、
    支持基材表面に形成された発光体と、を備え、
    該発光体は、イオン液体と、このイオン液体中に溶解された発光物質と、イオン液体をゲル化するゲル化材料とを有することを特徴とする発光表示装置。
  2. 発光体は、塊状に成形されていることを特徴とする請求項1に記載の発光表示装置。
  3. 一対の電極は、各々櫛歯状に形成されることを特徴とする請求項1または2に記載の発光表示装置。
  4. 支持基材の表面に形成された各電極は、金、白金、銀、アルミニウム、スズ、ビスマス、および炭素のうちいずれかの材料からなることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の発光表示装置。
  5. 支持基材は透明な材料からなり、
    支持基材の裏面に、支持基材表面に形成された発光体から発光する光を反射する反射板が設けられることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の発光表示装置。
  6. ゲル化材料は、シリカのナノサイズ微粒子、または酸化チタンのナノサイズ微粒子からなることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の発光表示装置。
  7. 発光体は、交流電圧が印加されて発光することを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の発光表示装置。
  8. イオン液体は、脂肪族系、イミダゾリウム系、ピリジウム系のうちいずれかの材料を含むことを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の発光表示装置。
  9. 発光物質は、ルテニウム化合物・錯体、PVB(ポリビニルブチラール)、DPA(9,10−ジフェニルアントラセン)、ペリレンのうちいずれかの材料を含むことを特徴とする請求項1乃至8のいずれかに記載の発光表示装置。
  10. 表面に対向する一対の電極が形成された支持基材を準備する工程と、
    イオン液体に発光物質を溶解する工程と、
    発光物質が溶解されたイオン液体に、このイオン液体をゲル化するゲル化材料を添加する工程と、
    表面に対向する一対の電極が形成された支持基材表面に、発光物質が溶解され、かつゲル化材料が添加されたイオン液体が設けられて発光体を形成する工程と、を備えたことを特徴とする発光表示装置の製造方法。
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