JP4655266B2

JP4655266B2 - 電気光学装置及び電子機器

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Publication number: JP4655266B2
Application number: JP2005032181A
Authority: JP
Inventors: 俊紀田中; 浩志平山
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2005-02-08
Filing date: 2005-02-08
Publication date: 2011-03-23
Anticipated expiration: 2025-02-08
Also published as: JP2006221875A

Description

本発明は、有機ＥＬ素子等の発光素子からなる画素を複数を備える電気光学装置に関する。

薄型、軽量、かつ高品質な画像を表示し得る電気光学装置として、有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）表示装置が注目されている。一般的な有機ＥＬ装置は、発光を担う有機ＥＬ素子とこれを駆動する駆動回路などがガラス基板上に形成された構造を有する。また最近では、有機ＥＬ素子を支持する基板と、駆動回路等を支持する基板とを貼り合わせた構造を採用した有機ＥＬ装置が知られている。

有機ＥＬ素子は、熱に対する耐性が低いという性質がある。このため、有機ＥＬ素子の発光時における温度を低く抑えるための放熱対策が有機ＥＬ装置を長寿命化するための重要な課題となっている。このような課題について、例えば、特開２００４−１９５９６３号公報（特許文献１）には、ペルチェ素子等からなる冷却手段を用いて有機ＥＬ素子を冷却することにより、有機ＥＬ素子の熱による劣化を抑制する技術が開示されている。

しかし、上記の従来技術は、ペルチェ素子等の部品を取り付けることにより、薄型化が容易であるという有機ＥＬ装置の特長を損なうおそれがあり、特に有機ＥＬ装置を表示デバイスに応用する場合を考えると好ましくない。また、このような不都合は、有機ＥＬ装置に限らず、他の発光素子を用いる電気光学装置にも共通するものである。

特開２００４−１９５９６３号公報

そこで、本発明は、上記従来技術の不都合を回避し、発光素子から発生する熱を効率よく外部へ逃がして発光素子の長寿命化を図ることを可能とする技術を提供することを目的とする。

第１の態様の本発明は、透光性を有する第１の基板と、上記第１の基板の一面に形成され、当該第１の基板を介して発光が取り出されるように構成された複数の発光素子と、上記第１の基板の一面と対向するようにして配置される第２の基板と、上記第２の基板上であって上記発光素子のそれぞれと対向する位置に形成され、当該発光素子のそれぞれを駆動する複数の回路チップと、上記第１の基板と上記第２の基板の間に介在し、上記発光素子と上記駆動回路との相互間をそれぞれ電気的に接続する導電性部材と、全数より少ない所定数の上記発光素子ごとにその全体を囲むようにして上記第１の基板と上記第２の基板の間に設けられ、上記発光素子から発生する熱を吸収して上記第１の基板又は上記第２の基板の少なくとも一方へ伝達する熱伝導体と、を備える電気光学装置である。

第２の態様の本発明は、第１の基板と、透光性を有し、上記第１の基板の一面と対向して配置される第２の基板と、上記第１の基板の一面に形成され、上記第２の基板と介して発光が取り出されるように構成された複数の発光素子と、上記第１の基板の一面に形成され、上記発光素子のそれぞれを駆動するための回路部と、全数より少ない所定数の上記発光素子ごとにその全体を囲むようにして上記第１の基板と上記第２の基板との相互間に設けられ、上記発光素子から発生する熱を吸収して上記第１の基板又は上記第２の基板の少なくとも一方へ伝達する熱伝導体と、を備える電気光学装置である。

ここで、本明細書において「電気光学装置」とは、電気的作用によって発光する発光素子を備えた装置一般をいい、例えば、発光素子として有機ＥＬ又は無機ＥＬ素子、あるいは電界の印加により発生した電子を発光板に当て発光させる電子放出素子などを備えた装置をいう。

上述した各態様の本発明の構成によれば、発光素子に近接し、かつ第１の基板及び第２の基板に接するように設けられた熱伝導体を介して、発光素子からの発熱が第１の基板及び／又は第２の基板へ伝達される。したがって、発光素子から発生する熱を効率よく外部へ逃がすことが可能となり、発光素子の長寿命化を図ることができる。また、熱伝導体は、基本的に発光素子から発生した熱を第１の基板又は第２の基板へ伝える機能が果たせればよいので、それほど多くの量が必要とされない。したがって、第１の基板等の外部に冷却手段を設けて発光素子を冷却する場合に比べて、電気光学装置を薄型化することができる。

次に、上述した第１及び第２の本発明についての更なる好適な実施態様について説明する。

上述した熱伝導体は、良熱伝導性のプラスチックを用いて形成することが好ましい。ここで本明細書において「良熱伝導性のプラスチック」とは、一般的なプラスチックの熱伝導率（０．１〜０．３Ｗ／ｍｋ程度）の数倍から数百倍程度の熱伝導率を有するプラスチックをいう。このような良熱伝導性のプラスチックとしては、ナノ構造制御型エポキシ樹脂と呼ばれるプラスチック（熱伝導率：０．９６Ｗ／ｍｋ程度）や、特殊な分子構造を有する熱可塑性プラスチック（熱伝導率：２５Ｗ／ｍｋ程度）などが知られている。なお、金属、半導体、セラミックス等、プラスチック以外の材料を用いて熱伝導体を形成してもよい。

これにより、軽量、薄型、安価な熱伝導体を容易に得ることができる。また、スクリーン印刷法などの手法によって容易に熱伝導体を形成することができる。

好ましくは、上記発光素子は、有機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）素子である。

これにより、熱に対する耐性の高い有機ＥＬ装置が得られる。

また、電気光学装置が複数のサブ画素からなる基本画素を複数備えるものである場合には、上記熱伝導体は、上記基本画素のそれぞれに対応する上記発光素子ごとに設けられることが好ましい。

これにより、基本画素ごとにその周囲が熱伝導体で囲まれるので発熱部位と熱伝導体との距離がより短くなり、熱伝導体により効率よく熱を吸収させることが可能となる。

また、上記熱伝導体は、個々の上記発光素子ごとに設けられることも好ましい。

これにより、各発光素子ごとにその周囲が熱伝導体で囲まれるので発熱部位と熱伝導体との距離が更に短くなる。したがって、熱伝導体により効率よく熱を吸収させることが可能となる。

好ましくは、上記発光素子及び上記熱伝導体の全体を囲むようにして、上記第１の基板と上記第２の基板との相互間に設けられ、上記気体状の異物の通過を抑制する封止材を更に備える。

これにより、外部からの気体性の異物の侵入が抑制されるので、内部に形成された熱伝導体との相乗効果によって、水分等と発熱との相互作用による発光素子の劣化を抑制することができる。また、気体性の異物による熱伝導体の劣化を回避することもできる。

好ましくは、所定の径を有し、上記封止材に混入して配置されるスペーサを更に含む。

これにより、最低限、スペーサ径に相当する間隔を確保して熱伝導体を設けることができるので、熱伝導体が場所によって極端に薄くなることを回避し、必要十分な放熱性を確保することが可能となる。

第３の態様の本発明は、上述した電気光学装置を備える電子機器である。ここで「電子機器」とは、電気回路や表示部などを備えた機器一般をいい、その構成に特に限定はない。かかる電子機器としては、例えば、ＩＣカード、携帯電話、ビデオカメラ、パーソナルコンピュータ、ヘッドマウントディスプレイ、リア型またはフロント型のプロジェクター、テレビジョン（ＴＶ）、ロールアップ式ＴＶ、ファクシミリ、デジタルカメラ、ＰＤＡ、電子手帳等が含まれる。

これにより、耐熱性の高い表示部を備える電子機器が得られる。

以下、本発明が適用された電気光学装置の実施の態様について詳細に説明する。以下の説明では、電気光学装置の一例として有機ＥＬ装置を採り上げる。

図１は、本実施形態の有機ＥＬ装置の各画素の構成について概略的に示す平面図である。図１に示すように、本実施形態の有機ＥＬ装置１は、Ｒ、Ｇ、Ｂの３つの色画素（サブ画素）を含んで構成される基本画素２をマトリクス状に複数配列して構成されている。各色画素はそれぞれ１つの発光素子を含んで構成されている。なお、図１では説明の便宜上、構造を簡素化して表現し、基本画素２を１２個のみ示している。本実施形態の有機ＥＬ装置１では、全数より少ない所定数の有機ＥＬ素子（発光素子）ごと、より具体的には各基本画素２に対応する３つの有機ＥＬ素子ごとに、その全体を囲むようにして熱伝導体１４１が設けられている。熱伝導体また、周囲には封止材１４２が設けられている。

図２は、図１に示すII−II線方向における有機ＥＬ装置１の模式断面図である。図２に示すように、本実施形態の有機ＥＬ装置１は、一面に複数の有機ＥＬ素子が形成されてなる発光素子基板（第１の基板）１００と、各有機ＥＬ素子を駆動する駆動回路等を含む回路基板（第２の基板）１２０とを対向配置し、両者間を導電性ペースト材（導電性部材）１４０によって電気的に接続して構成されている。本例の有機ＥＬ装置１は、発光層からの発光が発光素子基板１００を介して外部へ取り出される構造が採用されている。

発光素子基板１００は、基材１０１、透明電極（アノード）１０２、バンク（隔壁）１０３、発光層１０４、電極（カソード）１０５、セパレータ１０６、を含んで構成されている。

基材１０１は、ガラス、プラスチック等の材料からなり、透光性を有する。

アノード１０２は、ＩＴＯ（Indium-Tin-Oxide）等の材料からなり、基材１０１上に形成される。

バンク１０３は、透明電極１０２上にアクリル樹脂等の絶縁物を用いて形成されており、所定位置に開口を有する。

発光層１０４は、バンク１０３の開口内に形成されており、アノード１０２とカソード１０５を介して電流を供給することによって発光する。この発光層１０４は、例えばポリジアルキルフルオレン誘導体を用いて形成される。また、この発光層１０４と各電極（アノード、カソード）との間に、正孔輸送層や電子輸送層が介在していてもよい。正孔輸送層は、例えばポリエチレンジオキシチオフェンとポリスチレンスルフォン酸の混合体（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）を用いて形成される。電子輸送層は、例えばカルシウム、リチウム、これらの酸化物、フッ化物などの膜を用いて形成される。

カソード１０５は、アルミニウム等の導電部材からなり、発光層１０４の上面に形成される。

セパレータ１０６は、各発光層１０４に対応する範囲ごとにカソード１０５を画定するためのものであり、ポリイミド等の絶縁物を用いて形成されている。

上述したアノード１０２、発光層１０４及びカソード１０５を含んで有機ＥＬ素子が構成されており、アノード１０２及びカソード１０５を介して発光層１０４に電流を供給することにより発光層１０４が発光し、当該発光がアノード１０２及び基材１０１を介して外部に取り出される。

回路基板１２０は、基材１２１、絶縁層１２２、回路チップ１２３、配線１２４、を含んで構成されている。

基材１２１は、ガラス、プラスチック等の材料からなる。

絶縁層１２２は、酸化硅素等の絶縁物からなり、基材１２１上に形成されている。この絶縁層１２２は、各配線１２４の相互間を絶縁する機能を担う。

回路チップ１２３は、絶縁層１２２上の所定位置に形成されており、発光素子基板１００側の各有機ＥＬ素子を駆動する。この回路チップ１２３は、有機ＥＬ素子の駆動に用いられる薄膜トランジスタやその他の回路素子を含んでいる。

配線１２４は、絶縁層１２２の内部に形成されるとともに一部が表面に露出しており、回路チップ１２３と有機ＥＬ素子との相互間を電気的に接続する機能や、外部から供給される各種信号を回路チップ１２３へ伝達する機能などを担う。

導電性ペースト材１４０は、発光素子基板１００側のカソード１０５と回路基板１２０側の配線１２４の双方に接するように設けられており、有機ＥＬ素子と回路チップ１２３とを電気的に接続する機能を担う。この導電性ペースト材１４０としては、例えば銀ペースト材などが好適に用いられる。

熱伝導体１４１は、１画素に対応する３つの有機ＥＬ素子ごとにその全体を囲み、発光素子基板１００及び回路基板１２０と接するようにようにして、発光素子基板１００と回路基板１２０との相互間に設けられている。この熱伝導体１４１は、有機ＥＬ素子から発生する熱を吸収して発光素子基板１００（第１の基板）又は回路基板１２０（第２の基板）の少なくとも一方へ伝達するものである。この熱伝導体１４１は、良熱伝導性のプラスチックを用いて形成することが好ましい。ここで「良熱伝導性のプラスチック」とは、一般的なプラスチックの熱伝導率（０．１〜０．３Ｗ／ｍｋ程度）の数倍から数百倍程度の熱伝導率を有するプラスチックをいう。このような良熱伝導性のプラスチックとしては、ナノ構造制御型エポキシ樹脂と呼ばれるプラスチック（熱伝導率：０．９６Ｗ／ｍｋ程度）や、特殊な分子構造を有する熱可塑性プラスチック（２５Ｗ／ｍｋ程度）などが知られている。このような熱伝導体１４１は、例えばスクリーン印刷法、ディスペンス法などの手法によって形成することができる。

なお、熱伝導体１４１の中に所定の径を有するスペーサを混入しておくことも好ましい。それにより、最低限、スペーサ径に相当する間隔を確保して熱伝導体１４１を設けることができるので、熱伝導体１４１が場所によって極端に薄くなることを回避し、必要十分な放熱性を確保することが可能となる。

封止材１４２は、有機ＥＬ素子及び熱伝導体１４１の全体を囲むようにして、発光素子基板１００と回路基板１２０との相互間に設けられ、有機ＥＬ装置１の全体を封止して気体状の異物の通過を抑制する。封止材１４２としては、例えば、アクリル又はエポキシ系樹脂シール材が好適に用いられる。このような封止材１４２は、例えばスクリーン印刷法、ディスペンス法などの手法によって形成することができる。

図３は、有機ＥＬ装置の他の構成例を説明する模式断面図である。なお、本例の有機ＥＬ装置の各画素の構造については上述した図１に示したものと同様であり、図３は、図１におけるII−II線方向の断面を示している。

図３に示す有機ＥＬ装置１ａは、基材（第１の基板）２０１、透明電極（アノード）２０２、バンク（隔壁）２０３、発光層２０４、電極（カソード）２０５、正孔輸送層２０７、基材（第２の基板）２２１、絶縁層２２２、回路部２２３、熱伝導体２４１、封止材２４２を含んで構成されている。これらの要素のうち、上述した図２に示した有機ＥＬ装置１におけるものと同じ名称の要素については、それぞれ同じ機能を果たすものであり、ここでは詳細な説明を省略する。

本例の有機ＥＬ装置１ａは、透光性を有する基材２２１を用い、当該基材２２１を介して基材２０１の一面に形成された有機ＥＬ素子からの発光が取り出されるように構成されている。すなわち、本例の有機ＥＬ装置１ａではトップエミッション構造が採用されている。回路部２２３は、上述した回路チップ１２３と同様に、有機ＥＬ素子子のそれぞれを駆動する機能を果たす。また図示しないが、絶縁層２２２内には当該回路部２２３に各種信号を伝達するための配線も形成されている。

図３に示すように、本例の有機ＥＬ装置１ａは、発光素子、駆動回路等の構成要素が形成された第１の基板（基材２０１）と、透光性を有する第２の基板（基材２２１）とを対向配置するタイプのものであり、上記図２に示した有機ＥＬ装置１と同様にして、各基本画素に対応する発光素子ごとにその周囲に熱伝導体２４１が設けられている。また、封止材２４２は、有機ＥＬ素子及び熱伝導体２４１の全体を囲むようにして、基材２０１と基材２２１との相互間に設けられ、有機ＥＬ装置１ａの全体を封止して気体状の異物の通過を抑制する。

このように本実施形態によれば、有機ＥＬ素子に近接し、かつ第１の基板及び第２の基板に接するように設けられた熱伝導体を介して、有機ＥＬ素子からの発熱が第１の基板及び／又は第２の基板へ伝達される。したがって、有機ＥＬ素子から発生する熱を効率よく外部へ逃がして有機ＥＬ素子の長寿命化を図ることが可能となる。

また、熱伝導体は、基本的に発光素子から発生した熱を第１の基板又は第２の基板へ伝える機能が果たせればよいので、それほど多くの量が必要とされない。したがって、第１の基板等の外部に冷却手段を設けて発光素子を冷却する場合に比べて有機ＥＬ装置を薄型化することができる。

また、本実施形態によれば、有機ＥＬ素子の形成エリアの全面を熱伝導体で覆う構造（いわゆる面封止構造）を採用した場合に比べて熱伝導体の形成面積が格段に小さいので、内部応力の影響もほとんどない。更に、全面に熱伝導体を形成する場合に比べて材料使用量が少ないことから、コスト削減が可能となる。

また、本実施形態によれば、第１の基板と第２の基板との相互間の全体に渡って格子状に熱伝導体が設けられることにより、有機ＥＬ装置１（又は１ａ）の端部と中央部における両基板間のギャップ差、強度差を少なくする効果も得られる。

また、本実施形態によれば、従来のように、ペルチェ素子等の比較的に高価な部品を用いる必要がないため、有機ＥＬ装置のコスト削減が可能となる。更に、薄型化が可能であるという有機ＥＬ装置の特長を損なうこともない。

次に、上述した有機ＥＬ装置を適用可能な電子機器について例示する。

図４は、上述した有機ＥＬ装置（電気光学装置）を適用可能な電子機器の例を示す図である。図４（Ａ）は携帯電話への適用例であり、当該携帯電話５３０はアンテナ部５３１、音声出力部５３２、音声入力部５３３、操作部５３４、表示部５３５を備えており、当該表示部５５３が上述した有機ＥＬ装置１（又は１ａ）を用いて構成されている。図４（Ｂ）はビデオカメラへの適用例であり、当該ビデオカメラ５４０は受像部５４１、操作部５４２、音声入力部５４３、表示部５４４を備えており、当該表示部５４４が上述した有機ＥＬ装置１（又は１ａ）を用いて構成されている。図４（Ｃ）はテレビジョンへの適用例であり、当該テレビジョン５５０はその表示部５５１が上述した有機ＥＬ装置１（又は１ａ）を用いて構成されている。図４（Ｄ）はロールアップ式テレビジョンへの適用例であり、当該ロールアップ式テレビジョン５６０はその表示部５６１が上述した有機ＥＬ装置１（又は１ａ）を用いて構成されている。また、本実施形態にかかる有機ＥＬ装置は、上述した例に限らず表示機能を有する各種の電子機器に適用可能である。例えばこれらの他に、表示機能付きファックス装置、デジタルカメラのファインダ、携帯型ＴＶ、電子手帳、電光掲示盤、宣伝公告用ディスプレイなどにも活用することができる。

また、上述した実施形態では、画像表示を行うための装置としての有機ＥＬ装置に対して本発明を適用する場合について説明したが、本発明はこれ以外にも多様な適用範囲を有する。例えば、本発明を適用して、プリンタ等の画像形成装置（電子写真装置）に用いられる露光ヘッドを構成することが可能である。すなわち、本発明にかかる電気光学装置としての露光ヘッドは、各々が感光体に光を照射する発光素子と、各発光素子を個別に駆動する駆動回路とを備える。より望ましい態様において、Ａ４サイズやＡ３サイズといった各種の記録材の幅に合わせてライン露光が可能な構成が採用される。以下、この場合の構成例について説明する。

図５は、本発明を適用した露光ヘッドを含んで構成される電子写真装置の光学エンジン部分を示す概略構成図である。図５に示す電子写真装置６００は、画像データ出力装置６０１、露光ヘッド（ラインヘッド）６０２、集束性ロッドレンズ６０３、感光体ドラム６０４、帯電器６０５、現像器６０６、転写器６０７を含んで構成されている。この電子写真装置６００における印刷は以下のように行われる。まず、感光体ドラム６０４（あるいはベルト）上に形成された感光体の表面を帯電器６０５によって一様に帯電させる。そして、露光ヘッド６０２を用いて、帯電させた感光体ドラム６０４上に画像データ出力装置６０１から出力される画像データの内容に応じた光を照射する。これにより、光の照射された部分が除電され、感光体ドラム６０４上に静電荷による潜像が書き込まれる。次に、感光体ドラム６０４上に静電荷を帯びたトナー（着色微粒子）を現像器６０６によって散布することにより、静電荷による潜像をトナーによる画像として顕在化させる。次に、この感光体ドラム６０４上に用紙６０８を押し当てて、例えば電界を印加してトナーを用紙６０８に転写する。次に、転写器６０７によって、例えば熱を与える等の手段によってトナーを用紙６０８に融着させる。転写後の感光体ドラム６０４の表面から、例えば交流電界や全面光照射を加えることによって電荷を消去する。その後、転写後に残ったトナーを取り除く。

なお、本発明は上述した実施形態の内容に限定されることなく、本発明の要旨の範囲内で種々に変形実施が可能である。

例えば、上述した実施形態では、１画素分に対応する３つの有機ＥＬ素子ごとにその全体を囲むようにして熱伝導体１４１（又は２４１）を設けていたが、図６に示す有機ＥＬ装置１ｂのように、隣接する複数の画素分（図示の例では２画素分）に対応する数の有機ＥＬ素子ごとに封止材１４１を設けるようにしてもよく、図７に示す有機ＥＬ装置１ｃのように、各色画素２ａ、２ｂ、２ｃにそれぞれ対応する個々の有機ＥＬ素子ごとに熱伝導体１４１を設けてもよい。

また、図３に例示した有機ＥＬ装置１ａは、各有機ＥＬ素子の相互間が隔壁によって区切られる構造のものであったが、このような隔壁を有さない構造の有機ＥＬ装置に対しても同様にして本発明を適用可能である。

また、上述した説明では発光素子の一例として有機ＥＬ素子を採り上げて説明していたが、これ以外にも種々の発光素子（例えば、無機ＥＬ素子や電子放出素子など）を採用することが可能である。

一実施形態の有機ＥＬ装置の各画素の構成について概略的に示す平面図である。図１に示すII−II線方向における有機ＥＬ装置の模式断面図である。有機ＥＬ装置の他の構成例を説明する模式断面図である。有機ＥＬ装置を適用可能な電子機器の例を示す図である。本発明を適用した露光ヘッドを含んで構成される電子写真装置の光学エンジン部分を示す概略構成図である。熱伝導体の他の構成例を説明する図である。熱伝導体の他の構成例を説明する図である。

符号の説明

１…有機ＥＬ装置、１００…発光素子基板、１０１…基材、１０２…透明電極（アノード）１０２、１０３…バンク、１０４…発光層、１０５…電極（カソード）１０５、１０６…セパレータ１０６、１２０…回路基板、１２１…基材、１２２…絶縁層、１２３…回路チップ、１２４…配線、１４０…導電性ペースト材、１４１…熱伝導体、１４２…封止材

Claims

透光性を有する第１の基板と、
前記第１の基板の一面に形成され、当該第１の基板を介して発光が取り出されるように構成された複数の発光素子と、
前記第１の基板の一面と対向するようにして配置される第２の基板と、
前記第２の基板上であって前記発光素子のそれぞれと対向する位置に形成され、当該発光素子のそれぞれを駆動する複数の回路チップと、
前記第１の基板と前記第２の基板の間に介在し、前記発光素子と前記駆動回路との相互間をそれぞれ電気的に接続する導電性部材と、
全数より少ない所定数の前記発光素子ごとにその全体を囲むようにして前記第１の基板と前記第２の基板の間に格子状に設けられ、前記発光素子から発生する熱を吸収して前記第１の基板及び前記第２の基板のうち少なくともいずれか一方へ伝達する熱伝導体と、を備え、
前記熱伝導体は良熱伝導性のプラスチックであり、該プラスチックにはスペーサが含まれる、電気光学装置。
前記発光素子は、有機エレクトロルミネッセンス素子である、請求項１に記載の電気光学装置。
前記電気光学装置は、複数のサブ画素からなる基本画素を複数備えるものであり、
前記熱伝導体は、前記基本画素のそれぞれに対応する前記発光素子ごとに設けられる、請求項１に記載の電気光学装置。
前記熱伝導体は、個々の前記発光素子ごとに設けられる、請求項１に記載の電気光学装置。
前記発光素子及び前記熱伝導体の全体を囲むようにして、前記第１の基板と前記第２の基板との相互間に設けられ、前記気体状の異物の通過を抑制する封止材を更に備える、請求項１に記載の電気光学装置。
請求項１乃至５のいずれかに記載の電気光学装置を備える電子機器。