JP2014215309A

JP2014215309A - 表示素子

Info

Publication number: JP2014215309A
Application number: JP2013089603A
Authority: JP
Inventors: 都甲　康夫; Yasuo Toko; 康夫都甲; 岩本　宜久; Nobuhisa Iwamoto; 宜久岩本; 宙人福嶋; Hiroto Fukushima; 範久小林; Norihisa Kobayashi
Original assignee: Chiba University NUC; Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Chiba University NUC; Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2013-04-22
Filing date: 2013-04-22
Publication date: 2014-11-17
Anticipated expiration: 2033-04-22
Also published as: JP6205551B2

Abstract

【課題】高品位の表示を行う。【解決手段】第１の基板上に形成された表示電極、及び、表示電極上に形成された絶縁膜を備える表示用基板と、第２の基板上に形成された対向電極を備え、表示用基板に対向して配置される対向基板と、表示用基板と対向基板の間の、シール材に囲まれた領域内に配置され、発光材料を含む発光層とを含み、シール材に囲まれた領域の内側に存在する表示電極上には、表示部を除いて絶縁膜が形成されている表示素子を提供する。【選択図】図１

Description

本発明は、発光材料を含む表示素子に関する。

電気化学的な酸化還元反応によって発光する電気化学発光 (electrochemicalluminescence ;ECL)材料を用い、交流電圧を印加することでＥＣＬ材料による発光表示（エレクトロケミカル表示）が可能な素子が知られている（たとえば特許文献１参照）。

特許第４３６６５０５号公報

図５は、特許文献１記載の電気化学発光素子による表示の一例を示す写真である。特許文献１記載の発光素子においては、本写真に示されるように、たとえば「：」のドット間の引き回し線が観察される。また、「：」部分が他の発光部に比べて明るいといった、表示面積の違いによる輝度ムラ（表示ムラ）や、大きな画素（電極）において周辺部分が明るいというような輝度ムラが見られる。これらは表示上好ましいものではなく、特に、本来表示されるべきではない引き回し線部分の発光は大きな問題である。

本発明の目的は、高品位の表示を実現可能な表示素子を提供することである。

本発明の一観点によると、第１の基板上に形成された表示電極、及び、該表示電極上に形成された絶縁膜を備える表示用基板と、第２の基板上に形成された対向電極を備え、前記表示用基板に対向して配置される対向基板と、前記表示用基板と前記対向基板の間の、シール材に囲まれた領域内に配置され、発光材料を含む発光層とを含み、前記シール材に囲まれた領域の内側に存在する前記表示電極上には、表示部を除いて前記絶縁膜が形成されている表示素子が提供される。

本発明によれば、高品位の表示を実現可能な表示素子を提供することができる。

図１Ａ〜図１Ｃは、第１の実施例による表示素子の製造方法を示す概略図である。図２Ａは、表示電極５３ａの電極パターン、及び、表示電極５３ａ上におけるＳｉＯ_２膜５４ａ形成パターンを示す概略的な平面図であり、図２Ｂは、対向電極５３ｂの電極パターンを示す概略的な平面図である。図３は、第１の実施例による表示素子の表示部分の外観写真である。図４は、第２の実施例による表示素子の表示部分の外観写真である。図５は、特許文献１記載の電気化学発光素子による表示の一例を示す写真である。

図１Ａ〜図１Ｃは、第１の実施例による表示素子（ＥＣＬ表示素子）の製造方法を示す概略図である。

図１Ａに示すように、一対のＩＴＯ膜５２ａ、５２ｂ付ガラス基板（透明基板）５１ａ、５１ｂを準備する。

図１Ｂを参照する。ＩＴＯ膜５２ａ、５２ｂをフォトリソ工程にてパターニングし、ガラス基板５１ａ、５１ｂ上に、それぞれＩＴＯ（透明導電材）で形成される表示電極５３ａ及び対向電極５３ｂを形成する。

たとえば後述するように引き回し線を太幅に形成することができるため、パターニングは、ＩＴＯ膜５２ａ、５２ｂを多く残存させるようなパターンを形成して行うのが好ましい。また、基板間における引き回し線の重なり状態を考慮する必要はない。エッチングは、王水系混酸の水溶液を用いたウェットエッチにて実施した。たとえば第二酸化鉄を、エッチャントとして用いることもできる。レーザを使用し、ＩＴＯ膜５２ａ、５２ｂをアブレーションして除去することで、パターニングを行ってもよい。パターニングにおいては、電極５３ａ、５３ｂの各々におけるＩＴＯ間の距離を、おおむね数十μｍから数百μｍとする。実施例においては、最も狭い部分のＩＴＯ間距離を１００μｍとした。

なお実施例においては、透明基板５１ａ、５１ｂ上に透明電極５３ａ、５３ｂを形成するが、基板５１ａ、５１ｂの一方は不透明基板でもよく、その上に形成される電極も不透明電極とすることができる。不透明電極を形成する材料として、銀合金、金、銅、アルミニウム、ニッケル、モリブデン等をあげることができる。また、ＩＴＯ以外の透明導電性材料を使用して透明電極５３ａ、５３ｂを形成することも可能である。

続いて、表示電極５３ａ上の一部を含む領域に、絶縁膜（透明絶縁膜）として、厚さ３０００Å〜４０００ÅのＳｉＯ_２膜５４ａを形成する。ＳｉＯ_２膜５４ａの成膜はマグネトロンスパッタで行い、リフトオフ法でパターン形成をした。膜厚はこれに限られない。表示電極５３ａ上に形成する絶縁膜の厚さは、数百ｎｍ〜数μｍ、たとえば５００ｎｍ〜４μｍとすることができる。また、成膜方法もスパッタに限定されない。パターン形成は、簡易的には、所定形状の開口部を有するＳＵＳマスクを用いて行ってもよい。フォトリソ工程にてパターニングを行うことも可能である。この場合は、ＩＴＯ電極５３ａにダメージを与えないウェットエッチング条件、もしくはドライエッチング条件を用いる。

ＳｉＯ_２膜５４ａは、表示電極５３ａが形成されていないガラス基板５１ａ上の領域、少なくとも製造後の表示素子のシールに囲まれた表示エリア内について、ガラス基板５１ａ上の表示電極５３ａ不形成領域全域にも形成されることが望ましい。なお、表示電極５３ａの取り出し端子部にはＳｉＯ_２膜５４ａが形成されないように、パターン形成を行った。

このようにして、ガラス基板５１ａ上に表示電極５３ａを備え、少なくとも表示電極５３ａ上の一部を含む領域に、ＳｉＯ_２膜５４ａが形成されている表示用基板５０ａ、及び、ガラス基板５１ｂ上に対向電極５３ｂを備える対向基板５０ｂが作製される。

図１Ｃを参照する。たとえば２０μｍ〜数百μｍ径、実施例においては５０μｍ径のギャップコントロール剤を、表示用基板５０ａ、対向基板５０ｂの一方上に、一例として、１個〜３個／ｍｍ^２となるように散布する。ギャップコントロール剤の径に応じ、表示に影響を与えにくい散布量とすることが望ましい。なお、ＥＣＬ表示素子の場合、多少ギャップムラがあっても表示への影響は少ないため、ギャップコントロール剤の散布量の重要性は高くない。また実施例においては、ギャップコントロール剤を用いたギャップコントロールを行ったが、リブなどを用いてギャップコントロールを行うことも可能である。

表示用基板５０ａ、対向基板５０ｂの他方上に、メインシールパターンを形成した。実施例では、紫外線＋熱硬化タイプのシール材５６を用いた。シール材として、光硬化タイプ、または熱硬化タイプを使用してもよい。ＥＣＬ表示素子に用いる電解液に耐えるシール材料（腐食されないシール材料）が好ましい。なお、ギャップコントロール剤の散布とメインシールパターンの形成は同一基板側に行ってもよい。

次に、ＥＣＬ材料（発光材料）含む電解液を、両基板５０ａ、５０ｂ間に封入した。

実施例ではＯＤＦ工程を用いた。ＥＣＬ材料を含む電解液を、表示用基板５０ａ、対向基板５０ｂの片方基板上に適量滴下する。滴下方法として、ディスペンサやインクジェットを含む各種印刷方式が適用できる。ここではディスペンサを用いて、電解液を適量滴下した。

真空中で両基板５０ａ、５０ｂの重ね合わせを行った。大気中、もしくは窒素雰囲気中で行ってもよい。

紫外線を、たとえば２１Ｊ／ｃｍ^２のエネルギ密度でシール材５６に照射し、シール材５６を硬化した。なお、紫外線がシール部のみに照射されるように、ＳＵＳマスクを使用した。

ＥＣＬ材料を含む電解液は、ＥＣＬ材料、支持電解質、溶媒などにより構成される。

ＥＣＬ材料は、電圧の印加により、電極近傍で酸化されてカチオンラジカル（酸化種）、還元されてアニオンラジカル（還元種）となる。この両者が会合するとＥＣＬ材料の励起状態が生成し、その失活過程において発光が起きる。

使用するＥＣＬ材料は、電気化学的な酸化還元反応によって発光する材料であれば、特段の制限はない。たとえば「ビピリジン誘導体やフェナントロリン誘導体等の配位子を有するルテニウム錯体及び希土類錯体（対イオンとしてヘキサフルオロリン酸、ハロゲン等を有する）」や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）、過塩素酸テトラ−ｎ−ブチルアンモニウムのようなものを含むＴＢＡＰ（過塩素酸テトラブチルアンモニウム）等を好適に用いることができる。

支持電解質は、溶媒中でイオンを効率的に生成できるものであれば限定されない。たとえば、過塩素酸テトラ−ｎ−ブチルアンモニウムのようなものを含む過塩素酸テトラブチルアンモニウム、過塩素酸テトラ−ｎ−アルキルアンモニウム、過塩素酸リチウム（ＬｉＣｌＯ_４）、ヨウ化テトラ−ｎ−アルキルアンモニウム、ハロゲン化テトラ−ｎ−アルキルアンモニウム、及び、陽イオンがアルカリ金属イオン、アルキルアンモニウムイオンで、陰イオンがトリフルオロメタンスルホン酸イオン、テトラフルオロホウ酸イオンからなる塩を用いることができる。支持電解質の濃度は、たとえば１０ｍＭ以上１Ｍ以下であることが好ましいが、これも特に限定されるものではない。

溶媒は、発光材料等を安定的に保持することができるものであれば限定されない。水や炭酸プロピレン等の極性溶媒、極性のない有機溶媒、更には、イオン性液体、イオン導電性高分子、高分子電解質等を使用することが可能である。具体的には、炭酸プロピレン、ジメチルスルホキシド、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、テトラヒドロフラン、アセトニトリル、ポリビニル硫酸、ポリスチレンスルホン酸、ポリアクリル酸等を用いることができる。

図１Ｃは、第１の実施例による表示素子の概略的な断面図である。第１の実施例による表示素子は、略平行に離間して対向配置された表示用基板５０ａ、対向基板５０ｂ、及び、両基板５０ａ、５０ｂ間に配置された発光層５５を含む。

表示用基板５０ａは、ガラス基板５１ａ、ガラス基板５１ａ上に形成された表示電極５３ａ、及び、少なくとも表示電極５３ａ上の一部を含む領域に形成されたＳｉＯ_２膜（絶縁膜）５４ａを含む。第１の実施例においては、ＳｉＯ_２膜５４ａは、シール材５６に囲まれた領域内の、表示電極５３ａが形成されていないガラス基板５１ａ上の全領域にも形成されている。

対向基板５０ｂは、ガラス基板５１ｂ、及びガラス基板５１ｂ上に形成された対向電極５３ｂを含む。

発光層５５は、ＥＣＬ材料を含む電解液で構成され、表示用基板５０ａ、対向基板５０ｂ間の、シール材５６に囲まれた領域内に画定される。

図２Ａは、表示電極５３ａの電極パターン、及び、表示電極５３ａ上におけるＳｉＯ_２膜（絶縁膜）５４ａ形成パターンを示す概略的な平面図である。本図においては、表示電極５３ａ上のＳｉＯ_２膜５４ａ形成範囲に斜線を付して示した。また、シール材５６の形成位置を一点鎖線で表した。

表示電極５３ａは、互いに電気的に独立（隔離）し、異なる取り出し端子部を備える複数の表示電極５３ａ_１〜５３ａ_１５で構成される。表示電極５３ａ_１〜５３ａ_１５上には、それぞれ表示部５９ａ_１〜５９ａ_１５が画定される。表示部５９ａ_１〜５９ａ_１５は、実際に行いたい表示の形状に対応する形状、実施例においては同形状に形成されている。表示電極５３ａは、表示部の形状が相互に異なる複数の表示電極を含む。

各表示電極５３ａ_１〜５３ａ_１５は、シール材５６に囲まれた領域の外側に存在する取り出し端子部と、シール材５６に囲まれた領域の内側に存在する電極部分とを有し、シール材５６に囲まれた領域の内側に存在する電極部分は、表示部５９ａ_１〜５９ａ_１５に対応する電極領域とそれ以外の引き回し線領域とからなる
表示電極５３ａ_１〜５３ａ_７上には、表示部５９ａ_１〜５９ａ_７が、７セグメント表示可能に画定されている。表示電極５３ａ_８上には、「：」形状の表示部５９ａ_８が画定される。また、表示電極５３ａ_９〜５３ａ_１５上には、表示部５９ａ_９〜５９ａ_１５が、７セグメント表示可能に画定されている。第１の実施例による表示素子においては、セグメント表示及びキャラクター表示が行われる。

ＳｉＯ_２膜５４ａは、取り出し端子部を除く、表示部５９ａ_１〜５９ａ_１５以外の表示電極５３ａ_１〜５３ａ_１５上に形成されている。すなわち、シール材５６に囲まれた領域の内側に存在する表示電極５３ａ_１〜５３ａ_１５上には、表示部５９ａ_１〜５９ａ_１５を除いてＳｉＯ_２膜５４ａが形成されている。換言すれば、表示部５９ａ_１〜５９ａ_１５は、シール材５６に囲まれた領域の内部において、ＳｉＯ_２膜５４ａの不形成領域として、表示電極５３ａ_１〜５３ａ_１５上に規定されている。ＳｉＯ_２膜５４ａが形成された領域が引き回し線領域である。

図２Ｂは、対向電極５３ｂの電極パターンを示す概略的な平面図である。対向電極５３ｂは、シール材５６に囲まれた領域の外側に存在する取り出し端子部を備えるベタ電極である。平面視上（表示用基板５０ａ及び対向基板５０ｂの法線方向から見たとき）、表示電極５３ａ_１〜５３ａ_１５の表示部５９ａ_１〜５９ａ_１５と対向する位置には、対向電極５３ｂのベタ電極部分が存在する。対向電極５３ｂ上には、絶縁膜は形成されていない。

なお、シール材５６に囲まれた領域の内部において、対向電極５３ｂ上にもＳｉＯ_２膜等の絶縁膜を形成することができる。その場合、平面視上、表示電極５３ａ_１〜５３ａ_１５の表示部５９ａ_１〜５９ａ_１５と対向する位置には、絶縁膜を形成しない。したがって、一例として、シール材５６に囲まれた領域内部において、表示部５９ａ_１〜５９ａ_１５と対向する位置以外の対向電極５３ｂ上のすべての位置に絶縁膜を形成することが可能である。更に、絶縁膜は、シール材５６に囲まれた領域内の、対向電極５３ｂが形成されていないガラス基板５１ｂ上の領域に形成されてもよい。

第１の実施例による表示素子においては、表示用基板５０ａ、対向基板５０ｂ（表示電極５３ａ、対向電極５３ｂ）間に交流電圧を印加し、発光層５５で発光を生じさせて表示を行う。スタティック駆動により、表示部５９ａ_１〜５９ａ_１５を独立に表示可能である。７セグメントによる数字、「：」、７セグメントによる数字からなる表示を行うことができる。表示は表示用基板５０ａ側から観察される。発光は、たとえば電極５３ａ、５３ｂ近傍で生じ、電極５３ａ近傍で生じた発光が観察者に視認される。

図３は、第１の実施例による表示素子の表示部分の外観写真である。表示電極５３ａ_１〜５３ａ_１５と対向電極５３ｂとの間に交流電圧を印加した。表示部５９ａ_１〜５９ａ_１５（ＳｉＯ_２膜５４ａが形成されていない、すなわち発光層５５と直接接している、表示電極５３ａ_１〜５３ａ_１５上の領域）で発光し、その他の領域（ＳｉＯ_２膜５４ａが形成されている領域）では発光していない。引き回し線はまったく観察されない。また、発光部分の輝度は均一で、輝度ムラも認められない。

第１の実施例による表示素子は、ＳｉＯ_２膜（絶縁膜）５４ａの形成領域と不形成領域とに対応して、非表示部と表示部とが規定され、高品位の表示が可能な表示素子である。

次に、第２の実施例による表示素子について説明する。第１の実施例においては絶縁膜としてＳｉＯ_２膜（無機系の絶縁膜）を使用したが、第２の実施例では有機系の絶縁膜（透明絶縁膜）を用いる。ここではアクリル系絶縁材料を使用して、絶縁膜を形成した。

まず、２０００ｒｐｍ、３０秒の条件でスピンコートを行うことにより、厚さ１．８μｍの有機絶縁膜を形成し、その後ホットプレートでのプリベーク（１００℃、１２０秒）、露光（照度５．７９ｍＷ／ｃｍ^２で５秒。５．７９×５＝２８．９５ｍＪ／ｃｍ^２）、現像（ＴＭＡＨ１％溶液にて６０秒のシャワー現像）を行い、最後にポストベーク（２２０℃、３０分）して絶縁膜パターンを得た。

なお、第２の実施例においては、第１の実施例と異なり、「：」を表示する電極５３ａ_８を形成しなかった。その点、及び、絶縁膜材料、絶縁膜形成工程以外は、第１の実施例と同様の方法で、第２の実施例による表示素子を作製した。表示電極５３ａ_１〜５３ａ_７、５３ａ_９〜５３ａ_１５上における有機絶縁膜形成範囲は、第１の実施例におけるＳｉＯ_２膜５４ａ形成範囲と等しい。

図４は、第２の実施例による表示素子の表示部分の外観写真である。表示電極５３ａ_１〜５３ａ_７、５３ａ_９〜５３ａ_１５と対向電極５３ｂとの間に交流電圧を印加した。第１の実施例と同様に、表示部で発光し、有機絶縁膜が形成されている領域は発光していない。引き回し線や、輝度ムラも認められない。

第２の実施例による表示素子は、有機絶縁膜の形成領域と不形成領域とに対応して、非表示部と表示部とが規定され、高品位の表示が可能な表示素子である。

なお、第１の実施例のＳｉＯ_２膜も第２の実施例の有機絶縁膜も、メインシール５６が形成される位置のガラス基板５１ａ、５１ｂ上に存在していてもよい。密着性などに問題はみられなかった。

実施例による表示素子によると、たとえば引き回し線部分の発光が抑制され、また発光部分の輝度ムラが低減された、高品位の発光表示を行うことができる。更に、たとえば表示電極の引き回し線上に絶縁膜を形成するので、引き回し線の幅に制限がなく、引き回し線を太幅に形成することができる。対向基板上の電極パターンに対する干渉（重なり合い）を考慮して大きく引き回したり、線幅を補足する必要がない。このため、たとえば取り出し端子部から離れた位置の画素（表示部）に対する場合であっても、十分な電流値を与えることができ、画素やラインごとの駆動電圧のムラ、発色濃度のムラを低減することができる。また、引き回し抵抗を低くすることができるため、大きな表示素子でなければ、表示電極、対向電極の双方をＩＴＯ電極などの透明電極とすることが可能である。したがって透明ディスプレイを容易に実現することができる。

以上、実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。

たとえば、実施例においては、ＥＣＬ材料（発光材料）を含む電解液で構成される発光層を有する表示素子としたが、更に、エレクトロクロミック(electrochromic ;EC)材料（発色材料）をも含む電解液で構成される発光・発色層を有する表示素子としてもよい。ＥＣ材料は、電圧が印加されると電気化学的な酸化または還元反応を起こし、それにより発色または消色等の変色を生じる材料である。交流駆動でＥＣＬ材料の発光・消光を制御し、直流駆動でＥＣ材料の発色・消色を制御する、いわゆるデュアルモードの表示素子とすることが可能である。

デュアルモードの表示素子とする場合、電解液にＥＣ材料を加える構成のほか、たとえばＥＣ材料膜が表示電極５３ａ上に形成される構成等、表示用基板５０ａと対向基板５０ｂとの間の、シール材５６に囲まれた領域内に配置される発光層５５がＥＣ材料を含む構成とすることができる。

また、図２Ａ及び図２Ｂに示す例は、スタティック駆動により、形状が異なる表示部を独立に表示可能に、表示電極５３ａ、対向電極５３ｂ、及び絶縁膜５４ａが形成された表示素子であったが、デューティ駆動（単純マトリクス駆動）で、形状が異なる表示部を独立に表示可能とするように、表示電極５３ａ、対向電極５３ｂ、及び絶縁膜５４ａが形成されていてもよい。

なお、シール材５６に囲まれた領域の内部において、表示部の面積は、シール材５６に囲まれた領域の面積に対し、０％より大きく５０％以下とすることができる。具体的には、たとえば表示部５９ａ_１〜５９ａ_１５の面積の総和は、シール材５６にて囲まれた領域内の面積に対して、３０％〜４０％とされる。セグメント表示、キャラクター表示等の非ドットマトリクス表示の電極パターンにおいて、絶縁膜が形成されない、表示を行う領域の面積の総和を、シール材５６に囲まれた領域の面積に対し１０％〜５０％とすることで、非ドットマトリクス表示の表示パターンを良好なコントラストで表示し、表示品位を高めることができる。

その他、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者には自明であろう。

たとえば単純マトリクス駆動を行うディスプレイ製品全般、一例としてキャラクター表示を中心に行う単純マトリクス駆動ディスプレイ製品に利用することができる。また、広い視角特性、低価格等が求められるディスプレイ製品全般に利用可能である。具体的には、家電用表示機器、車載用表示機器等に利用することができる。

５０ａ表示用基板
５０ｂ対向基板
５１ａ、５１ｂガラス基板
５２ａ、５２ｂＩＴＯ膜
５３ａ、５３ａ_１〜５３ａ_１５表示電極
５３ｂ対向電極
５４ａＳｉＯ_２膜
５５発光層
５６シール材
５９ａ_１〜５９ａ_１５表示部

Claims

第１の基板上に形成された表示電極、及び、該表示電極上に形成された絶縁膜を備える表示用基板と、
第２の基板上に形成された対向電極を備え、前記表示用基板に対向して配置される対向基板と、
前記表示用基板と前記対向基板の間の、シール材に囲まれた領域内に配置され、発光材料を含む発光層と
を含み、
前記シール材に囲まれた領域の内側に存在する前記表示電極上には、表示部を除いて前記絶縁膜が形成されている表示素子。
前記絶縁膜は、前記シール材に囲まれた領域内の、前記表示電極が形成されていない前記第１の基板上の全領域にも形成されている請求項１に記載の表示素子。
前記表示部の面積は、前記シール材に囲まれた領域の面積に対し、０％より大きく５０％以下である請求項１または２に記載の表示素子。
前記表示電極、前記対向電極、及び、前記絶縁膜は、スタティック駆動またはデューティ駆動により、形状が異なる表示部を独立に表示可能とするように、形成されている請求項１〜３のいずれか１項に記載の表示素子。
前記絶縁膜は、厚さが５００ｎｍ〜４μｍの無機系または有機系の絶縁膜である請求項１〜４のいずれか１項に記載の表示素子。
前記発光層が、更に発色材料を含む請求項１〜５のいずれか１項に記載の表示素子。
前記対向電極上には、前記シール材に囲まれた領域内において、前記表示電極の前記表示部と対向する位置以外の位置に、絶縁膜が形成されている請求項１〜６のいずれか１項に記載の表示素子。