JP2013214427A - 表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ポリシラザン等の吸水性を有する珪素含有ポリマーが有する吸湿能力を生かしつつ表示性能の信頼性が高い有機ＥＬ表示装置を提供する。
【解決手段】基板１０と、基板１０上に形成される有機ＥＬ素子２０と、有機ＥＬ素子２０を被覆する吸湿層４０と、吸湿層４０上に設けられる保護部材５０と、を備え、吸湿層４０が、珪素含有セラミック前駆体ポリマーを含む層であり、吸湿層４０の端部が、外気に露出していることを特徴とする、表示装置１。
【選択図】図１

Description

本発明は、表示装置、特に、有機ＥＬ素子を備えた表示装置（有機ＥＬ表示装置）に関する。

近年、フラットパネルディスプレイとして、自発光型デバイスである有機ＥＬ素子を備えたディスプレイが注目されている。有機ＥＬ素子は、自発光型のデバイスであることからバックライトを必要としないという点で、他のデバイスを使用したディスプレイよりも有利である。また有機ＥＬ素子は、薄型化が可能であり、かつ視認性や色再現範囲も広いという特長があることから、製品化に向けて複数の企業が研究開発を進めている。現在、有機ＥＬ素子は、車載用コンポや携帯電話等のディスプレイの表示素子として既に実用化がなされている。

有機ＥＬ素子は、対向する一対の電極である陽極と陰極と、これら一対の電極間に設けられ発光層を含む有機化合物層と、が設けられている電子素子である。また有機ＥＬ素子は、発光層の光を外部に取り出せるようにするために、光取り出し側の電極としてＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）等の透明電極が使用される。そして外部駆動回路を用いて陽極と陰極との間に電圧を印加することにより有機ＥＬ素子は発光する。

ところで有機ＥＬ素子は、基板（例えば、ガラス基板やフィルム状の基板）上に設けられる電子素子であるが、一般に大気中に含まれる水分に極めて弱いことが知られている。例えば、有機ＥＬ素子に水分が浸入すると、基板上の有機ＥＬ素子が設けられている領域においては非発光領域（ダークスポット）が発生したり、非発光状態にまでは至らないものの発光特性が変化した領域が発生したりする。このことから、有機ＥＬ素子には、外部環境に起因する発光輝度の低下等の寿命の課題が存在する。

ここで有機ＥＬ素子の外表面に、セラミックスや金属等からなる薄膜を成膜して保護膜を設ければ、有機ＥＬ素子への水分の侵入を防止することは可能である。しかし、有機ＥＬ素子の外表面上に異物等が存在する場合、上記保護膜を有機ＥＬ素子の外表面上に形成するとピンホール欠陥が生じやすく、局所的なダークスポットを完全に抑えることは困難であった。

そこで、特許文献１のように保護膜と保護膜との間にポリシラザンからなる吸湿膜を設けて、ピンホールから侵入する水分を吸着し、局所的なダークスポットを抑制する提案がなされている。

特開２００９−２５９７８８号公報

ところでポリシラザンは、下記式（１）に示される繰り返し構造を有する高分子化合物であって、下記式（１）に示されるように、Ｓｉ−Ｎ結合、Ｓｉ−Ｈ結合及びＮ−Ｈ結合を有するポリマーである。

また式（１）のポリシラザンは、下記反応式に示されるように水と反応するポリマーである。

このためポリシラザンは、有機ＥＬ素子への水分の侵入に起因するダークスポットを抑制するのに有効な材料であるといえる。

しかし上記反応式に示されるように、吸湿後、ポリシラザンからはアンモニア及び水素が放出される。このため特許文献１のようにポリシラザン膜の表面全体を保護膜で覆う構成である場合、保護膜にピンホール欠陥が生じた部分の近傍では、ピンホール欠陥を通って水分が浸入し、ポリシラザンと水との反応で生じたガスが溜まって気泡に成長する。そしてこの気泡が発光時の外観を損ねるという課題が生じていた。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的は、ポリシラザン等の吸水性を有する珪素含有ポリマーが有する吸湿能力を生かしつつ表示性能の信頼性が高い有機ＥＬ表示装置を提供することにある。

本発明の表示装置は、基板と、
前記基板上に形成される有機ＥＬ素子と、
前記有機ＥＬ素子を被覆する吸湿層と、
前記吸湿層上に設けられる保護部材と、を備え、
前記吸湿層が、珪素含有セラミック前駆体ポリマーを含む層であり、
前記吸湿層の端部が、外気に露出していることを特徴とする。

本発明によれば、ポリシラザン等の吸水性を有する珪素含有ポリマーが有する吸湿能力を生かしつつ表示性能の信頼性が高い有機ＥＬ表示装置を提供することができる。

即ち、本発明の表示装置は、吸湿層が水分を吸収したときに吸湿層からガスが発生したとしても、吸湿層の端部が外気に露出している。このため、吸湿層から発生したガスは吸湿層及び吸湿層の端部を介して外気に放出され、吸湿層において発生したガスが溜まり気泡に成長するのを抑制することが可能となる。

従って、本発明によれば、ダークスポットを発生させることなく、かつ気泡による表示時の外観低下がない表示装置を提供することができる。

本発明の表示装置における第一の実施形態を示す断面模式図である。 本発明の表示装置における第二の実施形態を示す断面模式図である。

本発明の表示装置は、基板と、有機ＥＬ素子と、吸湿層と、保護部材と、を備えている。本発明の表示装置において、有機ＥＬ素子は、基板上に形成される部材である。本発明の表示装置において、吸湿層は、有機ＥＬ素子を被覆する部材である。本発明の表示装置において、保護部材は、吸湿層上に設けられる部材である。

また本発明において、表示装置を構成する吸湿層は、珪素含有セラミック前駆体ポリマーを含む層であり、層の端部は外気に露出している。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施例に係る表示装置について、図面を参照しながら説明する。

［第一の実施形態］
図１は、本発明の表示装置における第一の実施形態を示す断面模式図である。

図１の表示装置１は、基板１０上に、陽極２１と、有機化合物層２２と、陰極２３と、がこの順に積層してなる有機ＥＬ素子２０が設けられている。図１の有機ＥＬ表示装置１において、有機ＥＬ素子２０は、保護層３０に被覆されており、また保護層３０は、吸湿層４０に被覆されている。吸湿層４０の上には、保護部材５０が設けられているが、吸湿層４０の端部は外気に露出している。ところで、図１の表示装置１には、基板１０上に有機発光素子２０が１基設けられているが、本発明においては、図１の態様に限定されず、基板１０に有機発光素子２０が複数基設けられていてもよい。

また図１の表示装置１は、陽極２１及び陰極２３に任意の電圧を印加することにより、有機ＥＬ素子２０から出力される光を有機ＥＬ素子２０の上面から（基板１０とは反対側の方向へ）取り出すトップエミッション型の表示装置である。

表示装置１の構成部材である基板１０は、例えば、ガラス基板、合成樹脂等からなる絶縁性基板、表面に酸化シリコンや窒化シリコン等の絶縁層が形成した導電性基板、半導体基板等が挙げられる。また基板１０自体は、透明であっても不透明であってもよい。

陽極２１は、例えば、Ａｇ等の高い反射率を持つ導電性の金属材料から形成される電極層である。また、陽極２１は、高い反射率を持つ導電性の金属材料からなる層と、ホール注入特性に優れたＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ−Ｔｉｎ−Ｏｘｉｄｅ）等の透明導電性材料からなる層との積層体から構成されていてもよい。

陽極２１上に設けられる有機化合物層２２は、少なくとも発光層を有する単層あるいは複数の層で構成される積層体である。有機化合物層２２が複数の層から構成される積層体である場合、有機化合物層２２を構成する層としては、発光層の他に、正孔注入・輸送層、電子輸送層、電子注入層等が挙げられるが、本発明はこれらに限定されるものではない。例えば、正孔注入・輸送層と発光層との間に、電子を正孔注入・輸送層へ流入させないようにするための層（電子ブロック層）を形成してもよい。また電子輸送層と発光層との間に、正孔を電子輸送層へ流入させないようにするための層（正孔ブロック層）を形成してもよい。

また有機化合物層２２に含まれる発光層の発光色は、白色でもよいし、赤色、緑色、青色のいずれかであってもよい。発光層の発光色を白色にする場合、発光層は、赤色発光材料、緑色発光材料及び青色発光材料が含まれる単一の層として構成されていてもよい。また赤色発光材料を含む層と、緑色発光材料を含む層と、青色発光材料を含む層と、が積層されてなる積層体として構成されていてもよい。発光層が複数の層からなる積層体である場合、積層体の構成として、例えば、黄色発光材料からなる層とシアン発光材料からなる層との積層体、オレンジ発光材料からなる層とシアン発光材料からなる積層体、黄色発光材料からなる層と青色発光材料からなる層の積層体等が挙げられる。尚、発光層の構成材料としては、公知の材料を使用することができる。

有機化合物層２２に正孔注入・輸送層が含まれる場合、正孔注入・輸送層は、正孔を注入し、かつ輸送する機能を備える単層又は複数の層からなる積層体である。正孔注入・輸送層は、具体的には、正孔注入層又は正孔輸送層として形成される単層や、正孔注入層として機能する層と正孔輸送層として機能する層とが積層してなる積層体等が挙げられる。また正孔注入・輸送層の構成材料としては、公知の正孔注入・輸送性を有する材料を使用することができる。

有機化合物層２２に電子輸送層が含まれる場合、電子輸送層は、電子を発光層へ輸送する機能を備える層である。また電子注入層が含まれる場合、電子注入層は、陰極から注入された電子を他の層へ注入する機能を有する層である。電子輸送層や電子注入層は、単層であってもよいし複数の層からなる積層体であってもよい。また電子輸送層や電子注入層を構成する材料は、公知の電子注入・輸送性材料を使用することができる。

有機化合物層２２上に設けられる陰極２３は、有機化合物層２２から出力された光を外部に取り出せるように、半反射性あるいは光透過性の層として設けられている。尚、本発明において、光透過性とは、可視光に対して８０％以上の透過率を有することをいう。また半反射性とは、素子内部で発光した光の一部を反射し、一部を透過する性質を意味するが、「一部を反射する」とは、具体的には、可視光に対する反射率が２０％〜８０％であることをいう。

陰極２３として、光透過性の電極層を設ける場合、陰極２３の構成材料としては、インジウム錫酸化物やインジウム亜鉛酸化物等の光透過性に優れた導電性材料が挙げられる。また陰極２３が光透過性の電極層である場合、陰極２３の膜厚は、好ましくは、１０ｎｍ〜１０００ｎｍである。

また陰極２３として、半反射性の電極層を設ける場合、陰極２３の構成材料としては、例えば、Ａｇ、Ａｌ等の反射率の高い材料が挙げられる。また陰極２３が半反射性の電極層である場合、陰極２３の膜厚は、好ましくは、１ｎｍ〜２０ｎｍである。

陰極２３上には、必要に応じて保護層３０が形成される。保護層３０は、外気（大気中）の水分から有機ＥＬ素子２０を保護すると共に、吸湿層４０を形成する際に使用される材料や溶媒等から有機ＥＬ素子２０を保護するために設けられる。保護層３０の構成材料としては、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、ＳｉＯ等の無機絶縁性材料が挙げられる。また保護層３０が上記無機絶縁性材料からなる場合、保護層３０の形成方法としては、ＣＶＤ等が挙げられる。

図１の表示装置１では、保護層３０上に吸湿層４０が設けられる。本発明において、吸湿層４０は、珪素含有セラミック前駆体ポリマーである。ここで珪素含有セラミック前駆体ポリマーとは、分子内に珪素原子を有し、かつ吸湿に伴う化学反応によりシリカ等のセラミックスに転化する高分子化合物をいう。珪素含有セラミック前駆体ポリマーとして、特に好ましくは、ポリシラザンである。尚、既に説明したが、ポリシラザンは、大気中の水分を吸収すると下記反応式によりシリカに転化する高分子化合物である。

吸湿層４０の形成方法としては、珪素含有セラミック前駆体ポリマーと有機溶媒とを混合して調製した塗布液を用いたスピンコート等の塗布方法により形成可能である。またポリシラザンを用いる場合、例えば、ＡＺエレクトロニックマテリアルズ（株）製、アクアミカを使用することができる。具体的には、アクアミカ ＮＡＸ１２０−２０、ＮＮ１１０、ＮＮ３１０、ＮＮ３２０、ＮＬ１１０Ａ、ＮＬ１２０Ａ、ＮＬ１５０Ａ、ＮＰ１１０、ＮＰ１４０、ＳＰ１４０等を用いることが可能である。

保護部材５０は、特に、有機ＥＬ素子２０が設けられている領域（表示領域）に形成されている吸湿層４０が直接大気に曝されないようにするための部材であって、吸湿層４０上に設けられる。このように、吸湿層４０上（の表示領域の相当する領域）に保護部材５０を設けることで、吸湿層４０が外気に曝される面積を小さくし吸湿層４０に浸入する水分の量を制限することができる。これにより、長期にわたって吸湿層４０の機能を保つことができる。保護部材５０は、基板（封止基板）であってもよいし膜状の部材であってもよい。ただし、保護部材５０は光透過性を有する部材である。保護部材５０が基板（封止基板）である場合、保護部材５０となる基板としては、ガラス基板等が挙げられる。特に好ましくは、珪酸ガラスからなる基板である。また保護部材５０が膜状の部材である場合、その構成材料としては、保護層３０の構成材料と同様に、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、ＳｉＯ等の無機絶縁膜が挙げられる。尚、保護部材５０は、例えば、吸湿膜４０を形成するのと同時に吸湿膜４０に固着されている状態で設けられていてもよい。

図１の表示装置１は、二種類の保護部材（保護層３０、保護部材５０）と吸湿層４０とからなる構成により、有機ＥＬ素子２０に水分が浸入するのを防止することができる。

また図１の表示装置１は、吸湿層４０の表面は保護部材５０に覆われているが、吸湿膜４０の端部は保護部材５０に覆われておらず外気に露出している。このため図１の表示装置１は、外気（大気中）から侵入した水分を吸湿層４０が吸収すると共に、吸湿層４０が水分を吸収する際に生じたアンモニア及び水素は吸湿層４０の端部から放出される。尚、この反応（例えば、上記化３に示される反応）によって吸湿層４０は端部から徐々にシリカへ転化するが、シリカはアンモニア及び水素を透過するため、ガスの放出経路を塞ぐことはない。このため、表示装置、特に、有機ＥＬ素子２０が設けられている表示領域内においてダークスポット及び気泡の発生を抑制することが可能となる。

［第二の実施形態］
図２は、本発明の表示装置における第二の実施形態を示す断面模式図である。以下、第一の実施形態との相違点を中心に説明する。

図２の表示装置２は、吸湿層４０上の有機ＥＬ素子２０が設けられている領域（表示領域）内において保護部材５０が設けられている点で共通するが、保護部材５０を設ける領域が吸湿層を設ける領域よりも小さいという点で図１の表示装置１と相違する。図２の表示装置２のように、保護部材５０を設ける領域を吸湿層４０を設ける領域よりも小さくすることにより、吸湿層４０の端部だけでなく縁部の表面も外気に露出することになる。これにより図２の表示装置２についても図１の表示装置１と同様に、有機ＥＬ素子２０が設けられている表示領域内においてダークスポット及び気泡の発生を抑制することが可能となる。尚、吸湿層４０の縁部の表面において、外気（大気中）に含まれる水分を吸収した場合、吸湿層４０の縁部の表面で気泡が発生する。ただし、吸湿層４０の縁部は表示領域から離れているので、発生した気泡が図２の表示装置２の表示性能に影響を与えることはない。

以下に、図１の有機ＥＬ表示装置１の作製例を説明する。

（１）陽極の形成工程
スパッタリング法により、基板１０上に、Ａｇを成膜してＡｇ膜を形成した。このときＡｇ膜の膜厚を１００ｎｍとした。次に、Ａｇ膜上に、ＩＴＯを成膜してＩＴＯ膜を形成した。このときＩＴＯ膜の膜厚を２０ｎｍとした。尚、Ａｇ膜とＩＴＯ膜とがこの順で積層してなる積層薄膜は陽極２１として機能する。次に、フォトリソプロセスを利用して、複数存在する有機ＥＬ素子２０を設ける領域に陽極２１が設けられるように上記積層薄膜を加工した。

（２）有機化合物層の形成工程
真空蒸着法により、陽極２１上に、正孔注入・輸送層、白色発光層、電子輸送層及び電子注入層がこの順に設けられている有機化合物層２２を、以下に説明する方法により形成した。

まず正孔注入・輸送性材料を成膜して正孔注入・輸送層を形成した。このとき正孔注入・輸送層の膜厚を１５０ｎｍとした。次に、正孔注入・輸送層上に、シアン発光材料を成膜してシアン発光層を形成した。このときシアン発光層の膜厚を１０ｎｍとした。次に、シアン発光層上に、黄色発光材料を成膜して黄色発光層を形成した。このとき黄色発光層の膜厚を１０ｎｍとした。尚、シアン発光層と黄色発光層とからなる積層体は白色発光層として機能する。

次に、白色発光層上に電子輸送層を形成した。このとき電子輸送層の膜厚を１０ｎｍとした。次に、電子輸送層上に電子注入層を形成した。このとき、電子注入層の膜厚を８０ｎｍとした。以上の工程により、有機化合物層２２を形成した。

（３）陰極の形成工程
次に、有機化合物層２２上に、ＩＴＯを成膜して陰極２３を形成した。このとき陰極２３の膜厚を１００ｎｍとした。

（４）保護層の形成工程
次に、ＣＶＤ法により、陰極２３及び基板１０上にＳｉＮを成膜して保護層３０を形成した。このとき保護層３０の膜厚は１μｍであった。

（５）吸湿層の形成工程
次に、ポリシラザン（ＡＺエレクトロニックマテリアルズ（株）製、アクアミカ ＮＡＸ１２０−２０）とジブチルエーテルとを混合することで調製した塗布液を保護層３０上に滴下した後、スピンコート法により成膜した。尚、ポリシラザン膜は常温でも水分と反応しシリカに転化するためスピンコート法を用いた塗布を行う際には窒素雰囲気中で行った。次に、真空乾燥炉内に基板１０を搬送した後、真空乾燥炉内を６０℃に保持してジブチルエーテルを蒸発させることにより吸湿層４０を形成した。

（６）保護部材を設ける工程
次に、吸湿層４０まで形成した基板１０を、内部を窒素雰囲気にしたアライメント装置に搬送した後、吸湿層４０上に無アルカリガラスからなる板状の保護ガラス（保護部材５０）を載置して仮固定した。次に、保護ガラスを仮固定した基板１０と真空乾燥炉に搬送した後、真空乾燥炉内を１１０℃に保持して、ポリシラザンの硬化及び保護ガラスとの固着を行った。以上の工程により表示装置を得た。

（７）表示装置の評価
得られた表示装置を、温度８５℃湿度８５％の環境に曝したところ、５００時間経過しても有機ＥＬ素子が設けられている表示領域上にダークスポット及び気泡の発生は認められなかった。

１（２）：表示装置、１０：基板、２０：有機ＥＬ素子、２１：陽極、２２：有機化合物層、２３：陰極、３０：保護層、４０：吸湿層、５０：保護部材

Claims (6)

1. 基板と、
   前記基板上に形成される有機ＥＬ素子と、
   前記有機ＥＬ素子を被覆する吸湿層と、
   前記吸湿層上に設けられる保護部材と、を備え、
   前記吸湿層が、珪素含有セラミック前駆体ポリマーを含む層であり、
   前記吸湿層の端部が、外気に露出していることを特徴とする、表示装置。
2. 前記保護部材が、少なくとも前記基板の前記有機ＥＬ素子が設けられた領域に形成された前記吸湿層を覆うことを特徴とする、請求項１に記載の表示装置。
3. 前記保護部材が、ガラス基板であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の表示装置。
4. 前記珪素含有セラミック前駆体ポリマーが、ポリシラザンであ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表示装置。
5. 前記有機ＥＬ素子と前記吸湿層との間に、無機絶縁性材料からなり前記有機ＥＬ素子を保護する保護層が形成され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表示装置。
6. 前記無機絶縁性材料が、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ又はＳｉＯであることを特徴とする、請求項５に記載の表示装置。

Images