JP2009272073A - 有機ｅｌ装置及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】有機ＥＬ素子の発光時に生じる熱を効率良く放熱することができる冷却構造を提供する。
【解決手段】本発明の有機ＥＬ装置１Ａは、基板１０Ａと、前記基板１０Ａ上に形成された有機ＥＬ素子（素子層１５Ａ）と、前記基板１０Ａの前記有機ＥＬ素子が配置された側とは反対側に設けられた放熱板４と、を備え、前記有機ＥＬ素子で発生した光を前記放熱板４が配置された側とは反対側に射出させるトップエミッション型の有機ＥＬ装置であって、前記放熱板４は、前記基板１０Ａよりも輻射率の大きい物質により形成されていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、有機ＥＬ素子を備えた有機ＥＬ装置の冷却構造に関するものである。

従来、有機ＥＬ素子は、高温で動作させると熱の影響により劣化し、寿命が著しく低下することが知られている。したがって、有機ＥＬ素子の寿命を高めるためには、有機ＥＬ素子が発光する際に生じる熱を素子外部に効率よく放熱することが重要になる。特に、有機ＥＬ素子の放熱板としては、例えばガラス基板上の有機ＥＬ素子の配置された側とは反対側にアルミニウム、銅などの熱伝導率の高い材料を設置することが挙げられる。

しかしながら、有機ＥＬ素子は、自発光の性質から表示画像の輝度変化で発熱量が変わることにより、常時一定量の発熱量が生じる液晶バックライトに対し、より効率的な熱移動が要求されるため、熱伝導だけでは有機ＥＬ素子で生じた熱を十分に放熱することが困難である。

このような問題点を解決するための技術が各種検討されており、例えば特許文献1は、有機ＥＬ素子から効率良く放熱するために、有機ＥＬ素子が発光することによって生じた熱を、熱伝導性を有する下地材を介して十分な熱伝導性を有する有機ＥＬ装置を収容する筐体に連結して、周囲の大気中に放熱する技術を開示している。

特許文献2は、光を発光する発光面とは反対側の電極の表面に酸化膜の輻射層を形成して、熱伝導に併せて輻射という方法で放熱する技術を開示している。
特開2006-84977号公報 特開2006-128023号公報

しかしながら、特許文献1に開示された技術は、熱伝導による放熱方法であり、有機ＥＬ素子を収容する熱伝導性を有する筐体に連結していることから、製品の設計上コンパクトにする際に問題が生じる場合がある。

特許文献2に開示された技術は、輻射による放熱方法であり、酸化膜を輻射層としていることから、酸化膜形成のために金属が必要であり、電極の表面に酸化膜を形成するために工数がかかる上、酸化膜は薄いため品質管理にも限界がある。また、電極の表面や回路の内部に新たな層を形成するため、有機ＥＬ素子の発光特性に影響を与える場合もある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、有機ＥＬ素子の発光時に生じる熱を効率良く放熱することができる冷却構造を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明の有機ＥＬ装置は、基板と、前記基板上に形成された有機ＥＬ素子と、前記基板の前記有機ＥＬ素子が配置された側とは反対側に設けられた放熱板と、を備え、前記有機ＥＬ素子で発生した光を前記放熱板が配置された側とは反対側に射出させるトップエミッション型の有機ＥＬ装置であって、前記放熱板は、前記基板よりも輻射率の大きい物質により形成されていることを特徴とする。
この構成によれば、高温に曝されることによって起こりうる有機ＥＬ素子の動作時の劣化を抑制することができる。より具体的には、トップエミッション型のほうがボトムエミッション型の有機ＥＬ装置に対して、構造上放熱板が熱の発生源となる有機ＥＬ素子に近いところに位置し、放熱板と有機ＥＬ素子の間に伝熱を遮る物質が少なく、赤外線のやりとりを阻害する物質が少ないため、発光時に生じた熱を熱伝導に加え輻射による放熱方法により効率良く放熱することができ、有機ＥＬ素子の寿命を延ばすことが可能になる。また、有機ＥＬ素子から直接輻射する場合に比べてより多くの熱量を輻射によって放熱することができる。輻射率の大きい物質としては、例えば、基板に比べて放射率の高い色の物質、或いは放熱板に比べて赤外線の放射率が高い物質を用いることができる。より具体的には、放熱板は、例えば放熱板の表面に黒色アルマイト処理を施したもの、或いはカーボンブラックを黒色顔料として用いたものであってもよい。

本発明においては、前記放熱板は、前記有機ＥＬ素子と平面視で重なる部分において、前記基板の前記有機ＥＬ素子が配置された側とは反対側の面に直接接触していることが望ましい。
この構成によれば、放熱板と熱の発生源である有機ＥＬ素子が離れている場合、或いは伝熱を遮る物質がある場合に比べて、より多くの熱量を熱伝導によって放熱することができる。

本発明においては、前記基板上に、複数の前記有機ＥＬ素子がマトリクス状に配置されてなる表示領域が設けられ、前記放熱板は、前記表示領域以外の部分に設けられた接着剤または止め具によって前記基板に固定されていることが望ましい。
この構成によれば、放熱板が基板に表示領域内の部分で固定される場合に比べて、有機ＥＬ素子からの放熱を妨げる接着剤または止め具が無いほうが、より多くの熱量を効率良く放熱することができる。

本発明においては、前記放熱板の前記基板と対向する面には、前記表示領域と対向する部分に、前記表示領域と同じか又はそれよりも大きな面積を有する凹部が形成され、前記凹部以外の部分に前記接着剤が配置されていることが望ましい。
この構成によれば、放熱板と基板を接着する際に凹部による段差により、表示領域の外周に接着剤が回り込み、接着剤が表示領域内には回り込まないため、接着剤により放熱を妨げられることを防止することが可能になる。例えば、放熱板と基板を接着するときの面合わせにより、接着剤が表示領域の方向に引き伸ばされても凹部による段差で進行が止まり、接着剤の表示領域への侵入を防ぐことができる。

本発明においては、前記基板上において前記表示領域の周囲には、前記有機ＥＬ素子を駆動する駆動回路が設けられ、前記接着剤又は前記止め具は、前記駆動回路が配置された駆動回路配置領域において前記基板と前記放熱板とを固定していることが望ましい。
この構成によれば、表示領域の周囲の面積が小さくなり、狭額縁な有機ＥＬ装置が提供できる。この場合、駆動回路から発せられる赤外線は、接着剤や止め具によって反射される可能性があるが、駆動回路の発熱量は有機ＥＬ素子の発熱量に比べて小さいため、大きな問題とはならない。

本発明においては、前記有機ＥＬ素子は、前記基板上に設けられた画素電極と、前記画素電極上に設けられた有機発光層と、前記有機発光層上に設けられた共通電極とを有してなり、前記画素電極と前記基板との間には、前記画素電極と接続された画素スイッチング素子を含む回路層が設けられ、前記基板及び前記回路層において、前記画素電極と重なる部分は、輻射率が０．８以上の材料によって形成されていることが望ましい。
この構成によれば、高い放熱効率を有する有機ＥＬ装置が提供できる。

本発明の電子機器は、前述した本発明の有機ＥＬ装置を備えていることを特徴とする。
この構成によれば、表示画像の乱れが少なく、長寿命な電子機器が提供できる。

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。かかる実施の形態は、本発明の一態様を示すものであり、この発明を限定するものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。また、以下の図面においては、各構成をわかりやすくするために、実際の構造と各構造における縮尺や数等が異なっている。

以下の説明においては、ＸＹＺ直交座標系を設定し、前記ＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。この際、水平面内における所定方向をＸ軸方向、水平面内においてＸ軸方向と直交する方向をＹ軸方向、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれに直交する方向（すなわち鉛直方向）をＺ軸方向とする。本実施形態の場合、Ｘ軸方向を走査線の延在方向、Ｙ軸方向をデータ線の延在方向、Ｚ軸方向を観察者による有機ＥＬパネルの観察方向としている。

（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態に係る有機ＥＬ装置１Ａの分解斜視図である。有機ＥＬ装置１Ａは、有機ＥＬパネル２と、配線基板３と、有機ＥＬパネル２の背面側（素子基板１０の有機ＥＬ素子層が配置された側とは反対側）に設けられた放熱板４とを備えている。なお、有機ＥＬ装置１Ａには、フレームその他の付帯機器が必要に応じて付設されるが、図１ではそれらの図示は省略している。

有機ＥＬパネル２は、素子層１５Ａを有する素子基板１０と、素子基板１０上に接着されたカラーフィルタ基板２０とを備えている。素子基板１０はガラスや石英、プラスチック等からなる基板本体１０Ａを有し、基板本体１０Ａ上に、複数の有機ＥＬ素子を含む素子層１５Ａが形成されている。本実施形態の場合、有機ＥＬパネル２は、素子層１５Ａで発光した光を基板本体１０Ａとは反対側に射出させるトップエミッション型のものであるため、基板本体１０Ａの材料としては、透明基板及び不透明基板のいずれを用いることもできる。

有機ＥＬ素子は、画素電極（陽極）と共通電極（陰極）との間に有機機能層が挟持された構造を有する。有機機能層は有機発光層を含んで構成され、有機発光層以外に、正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層、電子注入層等が必要に応じて設けられる。素子層１５Ａには、有機ＥＬ素子の他、有機ＥＬ素子に接続される画素スイッチング素子や、画素スイッチング素子を介して複数の有機ＥＬ素子をマトリクス駆動する駆動回路が形成されているが、図１ではそれらの図示は省略している。

なお、「駆動回路」とは、有機ＥＬ装置が一定の機能を奏するように駆動させる電気的な信号を供給、制御する半導体装置及び関連する配線等が集積され配線された回路の全般を指す。例えば、走査線２１に接続される走査線駆動回路や、データ線１１に接続されるデータ線駆動回路等がこれに該当する。基板本体１０Ａ上には、ＴＦＴ等の画素スイッチング素子を含む回路層が設けられ、前記回路層上に、画素スイッチング素子と接続された画素電極と、前記画素電極上に設けられた有機機能層と、前記有機機能層上に設けられた共通電極とからなる有機ＥＬ素子が形成されている。有機ＥＬ素子をマトリクス駆動する駆動回路と、画素スイッチング素子を含む回路層とは、共通のプロセスで形成される。

素子基板１０の中央部には、表示領域Ａｄが設けられている。表示領域Ａｄには、Ｘ軸方向に延びる複数の走査線２１とＹ軸方向に延びる複数のデータ線１１とが平面視格子状に設けられている。走査線２１とデータ線１１との交差部には、赤色、緑色又は青色のいずれかの色に対応したサブ画素が設けられている。それぞれのサブ画素には、画素電極と画素スイッチング素子が形成されており、１サブ画素毎に１つの有機ＥＬ素子が配置されている。第１基板１０上には、このようなサブ画素がマトリクス状に配置されており、これら複数のサブ画素によって、平面視矩形状の表示領域Ａｄが形成されている。

表示領域Ａｄの周囲には、走査線駆動回路やデータ線駆動回路等の駆動回路が形成された駆動回路配置領域３０が設けられている。駆動回路配置領域３０は、表示領域Ａｄを囲むように平面視矩形枠状に設けられている。

素子基板１０の素子層１５Ａが形成された面には、カラーフィルタ基板２０が接着されている。カラーフィルタ基板２０は、封止基板としての機能を備えており、素子基板１０の表示領域Ａｄ及び駆動回路配置領域３０の上部を覆っている。

素子基板１０には、カラーフィルタ基板２０の外側へ張り出す張出し部１０ｃが設けられている。張出し部１０ｃには、上述した走査線駆動回路やデータ線駆動回路等の駆動回路と電気的に接続された複数の外部接続端子１９が設けられている。外部接続端子１９には、異方性導電膜（Anisotropic Conductive Film；ＡＣＦ）等の導電部材を介して配線基板３の端子６１が電気的に接続されている。

有機ＥＬパネル２の背面側には、放熱板本体４０と、放熱板本体４０の表面から突出した複数の薄板状の放熱フィン４１とを含む放熱板４が設けられている。本実施形態の場合、放熱板本体４０と放熱フィン４１とは同一材料で一体に形成されているが、それぞれを別の部材で構成することもできる。

放熱板４の材料としては、有機ＥＬパネル２から放射（輻射）された赤外線を効率良く吸収することのできる材料が望ましい。伝熱の形態としては、対流、伝導、輻射の３形態があるが、本実施形態では、輻射による伝熱の形態を利用して、有機ＥＬパネル２の自発光に起因する発熱を効率良く防止することを目的としている。有機ＥＬパネルは、常時一定量の発熱がある液晶バックライトと異なり、表示画像の内容に応じて消費電力及び発熱量が変動するため、対流や接触による熱の伝導では、その変動に追従しきれないからである。そのため、放熱板４の輻射率（吸収率）は、有機ＥＬパネル２の基板本体１０Ａの輻射率よりも大きいことが望ましく、例えば、０．８以上が望ましい。

放熱板４の輻射率は、放熱板４の表面を黒体化処理することによって高めることができる。黒体化処理としては、例えば、放熱板４の表面を黒色アルマイト処理するもの、或いはカーボンブラックを黒色顔料として塗布するもの等が使用可能である。

また、有機ＥＬ素子から放射された赤外線を放熱板４に向けて効率良く放射するためには、基板本体１０Ａ、及び、基板本体１０Ａと画素電極との間に配置される層間絶縁膜等の層（すなわち、有機ＥＬ素子の画素電極と基板本体１０Ａとの間に配置される回路層において画素電極と重なる部分の層）は、全て輻射率の大きい材料（例えば、輻射率が０．８以上の材料）で形成されることが望ましい。輻射率の高い材料としては、ガラスや石英等が挙げられる。したがって、基板本体１０Ａとしては、ガラス基板や石英基板を用いることが望ましく、画素電極と基板本体１０Ａとの間に配置される層間絶縁膜等の層としては、酸化シリコン等の材料からなる層が望ましい。

放熱板４による冷却効果は、基板本体１０Ａを介した直接の熱伝導によって高めることができる。例えば、基板本体１０Ａと放熱板本体４０とを接着剤等を介さずに直接接触させ、基板本体１０Ａから放熱板４に熱を放出させることもできる。この場合、放熱板４の材料として、熱伝導の良いアルミニウム、銅等の金属材料を用いることが望ましい。

接触による熱の伝導を利用する場合、基板本体１０Ａと放熱板４との接触面積を大きくするために、放熱板４と基板本体１０Ａの表面には鏡面加工等の平坦化処理を施す必要があるが、本実施形態の場合は、赤外線の輻射によって放熱が行われるため、平坦化処理が十分でなくても、十分な放熱効果を得ることができる。

なお、冷却方法としては、放熱フィン４１や空冷ファン（不図示）による空冷タイプだけでなく、冷却水を循環させる水冷タイプ、ペルチェ素子等の熱電変換素子による冷却タイプ等を実施することもできる。

図２は、輻射率の異なる２種類の放熱板（Ａ：鏡面化アルミニウム、Ｂ：Ａを黒色化したもの）で、加熱と冷却を繰り返した場合の加熱回数と基板温度との関係を示すグラフである。図２において、横軸は加熱回数、縦軸は基板温度である。
記号○、△、□は、放熱板Ａ（鏡面化アルミニウム）において、それぞれ冷却時間２分、冷却時間３分、冷却時間５分で加熱を繰り返したものである。また、記号−、＊は、放熱板Ｂ（Ａを黒色化したもの）において、それぞれ冷却時間１分、冷却時間２分で加熱を繰り返したものを示している。

放熱板Ａと放熱板Ｂを冷却時間が同一の条件（２分）の下で、加熱回数による基板温度の変化を見ると、放熱板Ａ（図２において、記号○）が加熱１回目で基板温度８５℃、加熱２回目で基板温度９０℃、加熱３回目で基板温度１００℃、加熱４回目で基板温度１１０℃、と加熱を繰り返す毎に基板温度の温度が上昇しているのに対し、放熱板Ｂ（図２において、記号＊）は加熱１回目で基板温度７５℃、加熱３回目まで基板温度７５℃を維持し、加熱４回目で基板温度８５℃、さらにその後の加熱８回目でも基板温度は９５℃であり、放熱板Ａより放熱板Ｂの方が加熱による基板温度の上昇が小さい。したがって、輻射率のより大きい材料を放熱板に用いることによって、基板からの放熱効率を高めることができる。

（第２実施形態）
図３は本発明の第２実施形態に係る有機ＥＬ装置１Ｂの分解斜視図である。なお、第１実施形態の有機ＥＬ装置１Ａと同様の構成については、同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

本実施形態の有機ＥＬ装置１Ｂでは、放熱板４と素子基板１０とが、表示領域Ａｄの周囲に配置された接着剤４２によって接着されている。放熱板４の素子基板１０と対向する面には、表示領域Ａｄと対向する部分に、表示領域Ａｄと同じか又はそれよりも大きな面積を有する凹部４０Ｈが形成されている。接着剤４２は、凹部４０Ｈ以外の額縁部４０Ｆに配置されている。本実施形態の場合、接着剤４２は駆動回路配置領域３０と重なる位置に設けられているが、駆動回路配置領域３０の外周を囲む位置に設けても良い。また、放熱板４の４辺全てに矩形枠状の接着剤４２を配置したが、４つの辺のうちの１辺、２辺若しくは３辺のみに接着剤４２を設けても良い。

ここで、凹部４０Ｈの内部は空気層とされているが、空気以外の媒体を凹部４０Ｈに充填しても良く、真空状態としても良い。空気以外の媒体としては、気体、液体を問わないが、受熱効果の高い冷却媒体を流通させることで、冷却効果を高めることができる。この場合、凹部４０Ｈに充填する媒体によって放熱板４への赤外線の吸収が妨げられないように、輻射率の大きい媒体（例えば、輻射率が０．８以上の媒体）を選択することが望ましい。

このように、放熱板４に凹部４０Ｈを形成した場合、放熱板４と素子基板１０を接着する際に、表示領域Ａｄ内への接着剤４２の回り込みが防止され、表示領域Ａｄ内に接着剤４２が配置されないようにすることができる。例えば、放熱板４と素子基板１０を接着するときの面合わせにより、接着剤４２が表示領域Ａｄの方向に引き伸ばされても、凹部４０Ｈによる段差で進行が止まり、接着剤４２の表示領域Ａｄへの侵入を防ぐことができる。そのため、接着剤４２によって放熱板４への赤外線の放射が妨げられることがなく、放熱効率の高い有機ＥＬ装置が提供される。

（第３実施形態）
図４は本発明の第３実施形態に係る有機ＥＬ装置１Ｃの分解斜視図である。なお、第１実施形態の有機ＥＬ装置１Ａと同様の構成については、同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

本実施形態の有機ＥＬ装置１Ｃでは、放熱板４と有機ＥＬパネル２とが一対の止め具７０，７０によって固定されている。止め具７０は、有機ＥＬパネル２の張り出し部１０ｃと隣接する２つの辺に設けられている。止め具７０は、断面コの字型に屈曲した一対の屈曲部７１，７１を有しており、この一対の屈曲部７１，７１の間に有機ＥＬパネル２と放熱板４とを挟み込んでいる。

止め具７０のはめ合い代は、表示領域Ａｄの外周側（すなわち表示領域Ａｄと重ならない位置）に配置されている。本実施形態の場合、屈曲部７１は駆動回路配置領域３０と重なる位置に配置されているが、駆動回路配置領域３０よりも外側に配置しても良い。これにより、有機ＥＬ素子から放射された赤外線が止め具７０で反射して再び有機ＥＬ素子側に戻されないようにすることができる。

放熱フィン４１の端部は、止め具７０のはめ合い代を考慮して、放熱板本体４０の内側に後退されている。これにより、屈曲部７１で固定される部分の放熱板４の表面が略平坦部になり、止め具７０による固定を確実に行うことができる。放熱フィン４１は、表示領域Ａｄと重なる部分に形成されていれば良く、表示領域Ａｄと同じか又はそれよりも大きな面積で形成される。

本実施形態によれば、放熱板４と素子基板１０とを接着剤で固定する第２実施形態の構成と比較して、接着剤の表示領域Ａｄへの回りこみの問題が無く、安定した放熱効率を確保することができる

（電子機器）
図５は、本発明の有機ＥＬ装置を用いた電子機器の一例である薄型大画面テレビ１３００の斜視図である。薄型大画面テレビ１３００は、テレビ本体（筐体）１３０２と、スピーカーなどの音声出力部１３０４と、上述した本発明の有機ＥＬ装置を用いた表示部１３０６とを備えている。これにより、表示品質に優れた薄型大画面テレビ１３００を提供することができる。

上記各実施の形態の有機ＥＬ装置は、上記薄型大画面テレビに限らず、携帯電話、電子ブック、プロジェクタ、パーソナルコンピュータ、ディジタルスチルカメラ、テレビジョン受像機、ビューファインダ型あるいはモニタ直視型のビデオテープレコーダ、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳、電卓、ワードプロセッサ、ワークステーション、テレビ電話、ＰＯＳ端末、タッチパネルを備えた機器等々の画像表示手段として好適に用いることができる。かかる構成とすることで、表示品質が高く、信頼性に優れた表示部を備えた電子機器を提供できる。

第１実施形態の有機ＥＬ装置の概略構成図である。 本発明の効果を説明するための実験データである。 第２実施形態の有機ＥＬ装置の概略構成図である。 第３実施形態の有機ＥＬ装置の概略構成図である。 電子機器の一例である薄型大画面テレビの概略構成図である。

符号の説明

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…有機ＥＬ装置、２…有機ＥＬパネル、４…放熱板、１０…素子基板、１０Ａ…基板本体、１５Ａ…素子層、３０…駆動回路配置領域、４０Ｈ…凹部、４０Ｆ…額縁部、４２…接着剤、７０…止め具、１３００…薄型大画面テレビ（電子機器）、Ａｄ…表示領域

Claims (7)

1. 基板と、前記基板上に形成された有機ＥＬ素子と、前記基板の前記有機ＥＬ素子が配置された側とは反対側に設けられた放熱板と、を備え、前記有機ＥＬ素子で発生した光を前記放熱板が配置された側とは反対側に射出させるトップエミッション型の有機ＥＬ装置であって、
   前記放熱板は、前記基板よりも輻射率の大きい物質により形成されていることを特徴とする有機ＥＬ装置。
2. 前記放熱板は、前記有機ＥＬ素子と平面視で重なる部分において、前記基板の前記有機ＥＬ素子が配置された側とは反対側の面に直接接触していることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ装置。
3. 前記基板上に、複数の前記有機ＥＬ素子がマトリクス状に配置されてなる表示領域が設けられ、
   前記放熱板は、前記表示領域以外の部分に設けられた接着剤または止め具によって前記基板に固定されていることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ装置。
4. 前記放熱板の前記基板と対向する面には、前記表示領域と対向する部分に、前記表示領域と同じか又はそれよりも大きな面積を有する凹部が形成され、前記凹部以外の部分に前記接着剤が配置されていることを特徴とする請求項３に記載の有機ＥＬ装置。
5. 前記基板上において前記表示領域の周囲には、前記有機ＥＬ素子を駆動する駆動回路が設けられ、
   前記接着剤又は前記止め具は、前記駆動回路が配置された駆動回路配置領域において前記基板と前記放熱板とを固定していることを特徴とする請求項３に記載の有機ＥＬ装置。
6. 前記有機ＥＬ素子は、前記基板上に設けられた画素電極と、前記画素電極上に設けられた有機発光層と、前記有機発光層上に設けられた共通電極とを有してなり、
   前記画素電極と前記基板との間には、前記画素電極と接続された画素スイッチング素子を含む回路層が設けられ、
   前記基板及び前記回路層において、前記画素電極と重なる部分は、輻射率が０．８以上の材料によって形成されていることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ装置。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の有機ＥＬ装置を備えていることを特徴とする電子機器。

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