JP2014159030A - 吸湿剤及びこれを含む光学素子用保護膜 - Google Patents

吸湿剤及びこれを含む光学素子用保護膜 Download PDF

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Abstract

【課題】吸湿剤及びこれを含む光学素子用保護膜を提供する。
【解決手段】本発明の吸湿剤及びこれを含む光学素子用保護膜は、水分の浸透を抑えながら光を遮断せず、軟性基材に適用可能であり、光学素子の劣化を防止して長期間発光特性を維持することができるようにする。
【選択図】図2

Description

本発明は、光学素子に用いられる吸湿剤及びこれを含む光学素子用保護膜に関する。
一般に、発光素子は、外部光源を必要とせず、自ら発光する発光素子であって、高い発光効率を有し、輝度及び視野角に優れ且つ応答速度が速いという利点があるが、大気中の水分又は酸素が発光素子内に浸透して電極が酸化し或いは素子自体の劣化が進んで寿命が短縮されるという欠点がある。よって、水分及び酸素に安定な発光素子を製作するための多様な研究が行われている。
また、有機EL素子は、一定の期間駆動したとき、例えば発光輝度、発光効率及び発光均一性などの発光特性が初期段階の場合と比較して顕著に劣化するという問題点がある。このような発光特性劣化の原因には、有機EL素子内に浸透した酸素による電極の酸化、駆動中の発熱により引き起こされた有機材料の酸化分解、及び有機材料の変性が含まれる。また、発光特性劣化の原因には、構造の機械的劣化がさらに含まれる。例えば、構造の界面の剥離は、酸素及び水分の影響により発生し、また、駆動中の発熱及び高温環境に応じて各構成要素の熱膨張係数が異なるため構造の界面で誘発された応力により発生する。
このような問題点を防止するために、水分及び酸素との接触を抑えるために有機EL素子を密封する多様な技術が研究された。例えば、図1に示すように、基材1と、この基材1上に形成された透明電極3、有機機能層4及び金属カソード電極5を含む有機EL素子の画素領域(picture element area)上に、吸湿剤6が内壁に接着された密封キャップ2を置き、その内部を窒素気体9で充填し、接着剤7を用いて密封キャップ2を基材1に固定させることにより、有機EL素子への水分到達を防止する方法が開示されている。
この際、吸湿剤6としては多様な物質が研究されてきたが、酸化バリウム(BaO)又は酸化カルシウム(CaO)などのアルカリ土金属酸化物は、例えばシリカゲル又はゼオライトなどの、物理的に水を吸着する水吸湿剤とは異なり、化学反応によって確実に水分子を捕獲することができ且つ高温で水分子を放出させないから、広く研究されてきた。
ところが、これらの吸湿剤6は、無機化合物の粒子からなり、素子内に接着されるために凹形の基材を必要とし、生成された素子が厚くなる欠点がある。
また、アルカリ土金属酸化物は、不透明なものであるから、基材1側から光を放出する、いわゆる下部発光型ディスプレイ素子に適用できる。これに対し、アルカリ土金属酸化物が、基材1と反対側の密封キャップ2へ光を放出する、いわゆる上部発光型ディスプレイ素子に適用される場合、吸湿剤6によって発光が遮断できるので、吸湿剤6はイメージ画素領域(image picture area)に入らないように配置されなければならず、設置場所が提供されなければならない。
上部発光型ディスプレイ素子に吸湿剤を適用するためには、例えば、透明で吸水特性を有するポリビニルアルコール及びナイロンなどの重合体を水吸湿剤として適用することを容易に考えることができる。ところが、これらの重合体は水を物理的に吸着し、上述した十分な吸水特性を有しない。
また、特許文献1には、上部発光型構造において光透過特性に不利に影響を及ぼさないように配置される微粒子型水吸湿剤を使用することが開示されており、特許文献2には、有機EL素子の発光波長より小さい粒子サイズを有する水吸湿剤が分散しているプラスチック基材を使用することが記載されている。ところが、無機粒子は配置することが難しいうえ、1次粒子として均一に分散し難いので、光散乱による透過性の低下を回避することができない。
特開2001−357973号公報 特開2002−56970号公報
そこで、本発明は、光学素子に対する水分の浸透を抑えるための、吸湿剤及び光学素子用保護膜を提供しようとする。
また、本発明は、光を遮断しないため光透過率に優れて両面発光型ディスプレイ素子に適用することが可能な、吸湿剤及び光学素子用保護膜を提供しようとする。
また、本発明は、軟性ディスプレイに適用可能な、吸湿剤及び光学素子用保護膜を提供しようとする。
また、本発明は、長期間発光特性を維持するように光学素子の劣化を防止する、光学素子の保護膜を提供しようとする。
本発明の好適な第1具現例は、下記化学式1で表される化合物又は下記化学式2で表される化合物を含む吸湿剤を提供する。
式中、R、R及びRは互いに同一でも異なってもよく、それぞれ独立にアルキル基、シクロアルキル基及びアリール基の中から選ばれ、Mは3価金属の中から選ばれ、Xは1〜1000の整数である。
前記具現例に係る吸湿剤は、550nmで測定した光透過率が50%以上であってもよい。
本発明の好適な第2具現例は、下記化学式1で表される化合物又は下記化学式2で表される化合物を含む、光学素子用保護膜を提供する。
式中、R、R及びRは互いに同一でも異なってもよく、それぞれ独立にアルキル基、シクロアルキル基及びアリール基の中から選ばれ、Mは3価金属の中から選ばれ、Xは1〜1000の整数である。
前記具現例に係る光学素子用保護膜は、熱可塑性樹脂をさらに含んでもよい。
前記具現例において、熱可塑性樹脂は100ppm以下の水分含量を有してもよい。
前記具現例において、熱可塑性樹脂は50〜200℃の軟化点を有してもよい。
前記具現例に係る光学素子用保護膜は、550nmで測定した光透過率が50%以上であってもよい。
前記具現例において、光学素子は、有機発光素子(OLED)、半導体、液晶表示装置(LCD)、プラズマディスプレイ装置(PDP)、及び太陽電池の中から選ばれてもよい。
本発明の好適な第3具現例は、前記第1具現例の吸湿剤を含む光学素子を提供する。
本発明の好適な第4具現例は、前記第2具現例の光学素子用保護膜を含む光学素子を提供する。
従来の光学素子用保護膜が含まれたOLEDを示す概略断面図である。 本発明の一具現例に係る光学素子用保護膜が含まれたOLEDを示す概略断面図である。
以下、本発明をより詳細に説明する。
本発明は、下記化学式1で表される化合物又は下記化学式2で表される化合物を含む吸湿剤を提供する。
式中、R、R及びRは互いに同一でも異なってもよく、それぞれ独立にアルキル基、シクロアルキル基及びアリール基の中から選ばれ、Mは3価金属の中から選ばれ、Xは1〜1000の整数である。
式中、R、R及びRは互いに同一でも異なってもよいだけでなく、対称的に位置付けられた2つのR及びRも互いに同一でも異なってもよいが、分子間の極性又は立体障害を考慮し、対称的に位置付けられた2つのR及びRが互いに同一である場合がさらに好ましい。
前記アルキル基の具体例としては、メチル基、エチル基礎、プロピル基、ブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基、ヘキサデシル基、ヘプタデシル基、オクタデシル基、ノナデシル基、イコシル基、ヘンイコシル基、ドコシル基などを挙げることができる。
また、前記アリール基の具体例としては、フェニル基、トリル基、4−シアノフェニル基、ビフェニル基、o、m、p−テルフェニル基、ナフチル基、アントラニル基、フェナントレニル基、フルオレニル基、9−フェニルアントラニル基、9,10−ジフェニルアントラニル基、ピレニル基などを挙げることができる。
一方、前記シクロアルキル基の具体例としては、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、ノルボルナン基、アダマンタン基、4−メチルシクロヘキシル基、4−シアノシクロヘキシル基などを挙げることができる。
また、前記化学式2で表される化合物は下記化学式4のように具現できる。
式中、R、R及びRは互いに同一でも異なってもよく、アルキル基、シクロアルキル基及びアリール基の中から選ばれ、Mは3価金属の中から選ばれる。
前記化学式1で表される化合物及び前記化学式2で表される化合物は、液相タイプであって、従来の粉末タイプの吸湿剤に比べて速く水分と反応して捕水能力が向上できる。
また、化学式1で表される化合物及び前記化学式2で表される化合物は、長期間にわたって水分の影響を受けないため、発光素子に適用したときに安定的な発光特性を保つことができる。
しかも、本発明の吸湿剤は、550nmで測定した光透過率が50%以上であることが素子上部にも発光できるため、両面発光型OLEDなどのディスプレイに適用できる。
本発明は、上述した前記化学式1で表される化合物又は前記化学式2で表される化合物を含む、光学素子用保護膜を提供する。図2を参照すると、基板10上に陽極20、有機層30及び光透過型陰極40が積層され、その上部に無機水分バリア層50が形成されて素子部が形成される。前記無機水分バリア層50上の、前記有機層30と陰極40を取り囲む位置に本発明の吸湿剤60が形成され、その上部には密封基板80が、その周囲にはUV硬化型シール剤70が設置できる。
前記光学素子用保護膜を形成するとき、前記化学式1で表される化合物又は前記化学式2で表される化合物と熱可塑性樹脂とを混合して前記無機水分バリア層50に直接コートし、或いは密封基板80の下部にコートして無機水分バリア層50とラミネートすることができる。前記熱可塑性樹脂は、素子部と密封基板80との間の空間を充填することにより外部の物理的な衝撃を防止することができるように、100ppm以下の水分含量及び50〜200℃の軟化点を有する。このような熱可塑性樹脂としてはEVA、PS、PP、PE、パラフィンなどを挙げることができる。
しかも、前記光学素子用保護膜は、550nmで測定した光透過率が50%以上であることから素子上部にも発光できるため、両面発光型OLEDなどのディスプレイに適用できる。
前記基板10、陽極20、有機層30、光透過型陰極40、無機水分バリア層50、UV硬化型シール剤70及び密封基板80は、特に限定されるものではなく、OLEDに適用される公知の材料を使用することができる。
前述した本発明の光学素子用保護膜は、高い水分吸湿率を有するため発光素子の寿命を向上させることができるとともに、軟性を阻害しないため軟性ディスプレイにも無理なく適用できる。
本発明の保護膜は、有機発光素子(OLED)だけでなく、半導体、液晶表示装置(Liquid Crystal Display、LCD)、プラズマディスプレイ装置(Plasma Display panel、PDP)及び太陽電池の封止工程に適用することができる。
以下、本発明を実施例によってより詳細に説明するが、これらの実施例は本発明を限定するものではない。
吸湿剤;化学式1で表される化合物
<実施例1>
トルエン(ALDRICH)300gをアルミニウムブトキシド(ALDRICH)0.2mol重量及びB−locton(ALDRICH)0.6mol重量と混合して800rpmにて強く24時間攪拌した後、蒸発器を用いて150℃で2時間減圧することにより、吸湿剤(R:シクロペンチル基、X:400〜600、M:Al)を収得した。
<実施例2>
トルエン300gをアルミニウムブトキシド0.2mol重量及びテトラヒドロ無水フタル酸(ALDRICH)0.6mol重量と混合して800rpmにて強く24時間攪拌した後、蒸発器を用いて150℃で2時間減圧することにより、吸湿剤(R:フェニル基、X:400〜600、M:Al)を収得した。
<実施例3>
トルエン300gをアルミニウムブトキシド0.2mol重量及び無水フタル酸(ALDRICH)0.6mol重量と混合して800rpmにて強く24時間攪拌した後、蒸発器を用いて150℃で2時間減圧することにより、吸湿剤(R:シクロヘキシル基、X:400〜600、M:Al)を収得した。
<実施例4>
トルエン300gをアルミニウムイソプロポキシド(ALDRICH)0.2mol重量及びエチルヘキサン酸(ALDRICH)0.6mol重量と混合して800rpmにて強く24時間攪拌した後、蒸発器を用いて150℃で2時間減圧することにより、吸湿剤(R:オクチル基、X:400〜600、M:Al)を収得した。
吸湿剤;化学式2で表される化合物
<実施例5>
トルエン(ALDRICH)300gをアルミニウムブトキシド(ALDRICH)0.2mol重量及びピペリジンプロピオン酸0.6mol重量と混合して80℃で800rpmにて強く24時間攪拌した後、蒸発器を用いて150℃で2時間減圧することにより、吸湿剤(R:ヘキセル基、R:フェニル基、R:ペンチル基、M:Al)を収得した。
<実施例6>
トルエン300gをアルミニウムブトキシド0.2mol重量及びN,N−ジイソプロピル−[2,6−ビス(2,4,6−トリイソプロピルフェニル)]−ベンズアミジナト0.6mol重量と混合して80℃で800rpmにて強く24時間攪拌した後、蒸発器を用いて150℃で2時間減圧することにより、吸湿剤(R:ヘキセル基、R:フェニル基、R:フェニル基、M:Al)を収得した。
保護膜及びOLED
<実施例7>
実施例1から得られた吸湿剤100重量部とトルエン60重量部にEVA(DUPONT社)40重量部を溶解させて混合した後、密封基板に20μmの厚さにコートし、しかる後に、90℃で30分間溶媒を除去して100℃でEVAを軟化させた後、OLED素子部とラミネートした。
<実施例8>
実施例1から得られた吸湿剤100重量部とパラフィン20重量部を60℃で加熱して混合した後、密封基板に20μmの厚さにコートし、しかる後に、80℃でパラフィンを軟化させた後、OLED素子部とラミネートした。
<実施例9>
実施例5から得られた吸湿剤100重量部とトルエン60重量部にEVA(DUPONT社)40重量部を溶解させて混合した後、密封基板(ガラス)に20μmの厚さにコートし、しかる後に、90℃で30分間溶媒を除去して100℃でEVAを軟化させた後、OLED素子部とラミネートした。
<実施例10>
実施例5から得られた吸湿剤100重量部とパラフィン20重量部を60℃で加熱して混合した後、密封基板(ガラス)に20μmの厚さにコートし、80℃でパラフィンを軟化させた後、OLED素子部とラミネートした。
<比較例1>
CaOから得られた吸湿剤(ALDRICH)100重量部とパラフィン20重量部を60℃で加熱して混合した後、密封基板に20μmの厚さにコートし、80℃でパラフィを軟化させた後、OLED素子部とラミネートした。
前記実施例と比較例で製造された吸湿剤及びOLEDの物性を、下記のとおり測定した。その結果は下記表1に示す。
吸湿剤に対する物性は、収得された吸湿剤を密封基板(ガラス)に20μmの厚さにコートした後、90℃で30分間溶媒を除去した状態で評価した。素子寿命の場合、収得された吸湿剤を密封基板(ガラス)に20μmの厚さにコートした後、90℃で30分間溶媒を除去し、素子とラミネートした後、下記のとおり測定した。
(1)水分吸収率
25℃RH90%の恒温恒湿器に、前記実施例及び比較例で製造された吸湿剤及びOLEDを保管しながら、時間経過による水分吸収量を測定し、下記式1で吸収率を計算した。
<式1>
(時間経過後の重量−初期重量)/初期重量×100
(2)光透過率
25℃RH90%の恒温恒湿器に、前記実施例及び比較例で製造された吸湿剤及びOLEDを2時間保管した後、550nmで水分吸収前後の光透過率を測定した。
(3)素子寿命
70℃RH80%の恒温恒湿器に、前記実施例及び比較例で製造された吸湿剤及びOLEDを保管した後、時間経過による発光強さが50%に減少した時間を示した。
以上、本発明の好適な実施例について説明の目的で開示したが、当業者であれば、添付した請求の範囲に開示された本発明の精神と範囲から逸脱することなく、様々な変形、追加又は置換を加え得ることを理解するであろう。

Claims (10)

  1. 下記化学式2で表される化合物を含む吸湿剤。
    (式中、R、R及びRは互いに同一でも異なってもよく、それぞれ独立にアルキル基、シクロアルキル基及びアリール基の中から選ばれ、Mは3価金属の中から選ばれ、Xは1〜1000の整数である。)
  2. 550nmで測定した光透過率が50%以上である、請求項1に記載の吸湿剤。
  3. 請求項1又は2記載の吸湿剤を含む、光学素子用保護膜。
  4. 熱可塑性樹脂をさらに含む、請求項3に記載の光学素子用保護膜。
  5. 熱可塑性樹脂が100ppm以下の水分含量を有する、請求項4に記載の光学素子用保護膜。
  6. 熱可塑性樹脂が50〜200℃の軟化点を有する、請求項4又は5に記載の光学素子用保護膜。
  7. 550nmで測定した光透過率が50%以上である、請求項3から6いずれかに記載の光学素子用保護膜。
  8. 光学素子が有機発光素子(OLED)、半導体、液晶表示装置(LCD)、プラズマディスプレイ装置(PDP)、及び太陽電池の中から選ばれる、請求項3から7いずれかに記載の光学素子用保護膜。
  9. 請求項1又は請求項2の吸湿剤を含む、光学素子。
  10. 請求項3〜8のいずれか1項の保護膜を含む、光学素子。
JP2014077215A 2009-08-21 2014-04-03 吸湿剤及びこれを含む光学素子用保護膜 Active JP5922694B2 (ja)

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