JP5228078B2

JP5228078B2 - 発光装置

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Publication number: JP5228078B2
Application number: JP2011092908A
Authority: JP
Inventors: 慶一小倉; 毅西; 純矢丸山; 寿雄池田; 祥美足立
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 2000-09-08
Filing date: 2011-04-19
Publication date: 2013-07-03
Anticipated expiration: 2021-09-10
Also published as: JP2012079705A; JP5520921B2; JP2011146404A

Description

本発明は、電極間に発光性材料を挟んだ素子（以下、発光素子という）を用いた発光装置に関する。特に、ＥＬ（Electro Luminescence）が得られる発光性材料（以下、ＥＬ材料という）を用いた発光装置に関する。

近年、ＥＬ現象を利用した発光素子（以下、ＥＬ素子という）を用いた発光装置（以下、ＥＬ表示装置という）の開発が進んでいる。ＥＬ表示装置は発光素子自体に発光能力があるため、液晶ディスプレイのようなバックライトが不要である。さらに視野角が広いため、屋外での用途に適している。

ＥＬ表示装置にはパッシブ型（単純マトリックス型）とアクティブ型（アクティブマトリックス型）の２種類があり、どちらも盛んに開発が行われている。特に現在はアクティブ型ＥＬ表示装置が注目されている。また、ＥＬ素子の発光層となるＥＬ材料は、有機材料と無機材料があり、さらに有機材料は低分子系（モノマー系）有機材料と高分子系（ポリマー系）有機材料とに分けられる。両者とも盛んに研究されており、低分子系有機材料は主に真空蒸着法、高分子系有機材料は主にスピンコート法によって成膜される。

有機材料は無機材料と比べて発光効率が高く、低電圧で駆動することが可能であるという特徴がある。また、有機化合物であるので、様々な新しい物質を設計し、作成することが可能である。よって、将来の材料設計の進展によって、より高い効率で発光する素子が発見される可能性がある。

ＥＬ素子は陽極、発光層および陰極から成り、陽極と陰極で発光層を挟み込むように形成される。基板の上に形成するのは、陽極でも陰極でも良いが、作製上の容易さから、基板の上に陽極を形成するのが一般的である。

ＥＬ素子は発光層もしくは陰極が水と反応すると素子の劣化が起こる。素子の劣化により素子内に発光しない領域、通称黒点（ダークスポットとも呼ばれる）
が形成される。素子の劣化を防ぐため、従来のＥＬ表示装置は図３のように封止が行われる。基板３０１の上にＥＬ素子３０２が形成され、基板３０１は封止材３０３と接着剤３０５によって固着される。封止材３０３はＥＬ素子３０２の外寸よりも内寸が大きい凹部を有する形状をしており、そこに吸湿性物質３０４が配置されている。ＥＬ素子３０２は基板３０１、封止材３０３および接着剤３０５で囲まれた密閉空間にある。密閉空間は不活性ガス（窒素もしくは希ガス）により満たされている。本明細書中において、封止材とは水に弱いＥＬ素子を守るために接着剤を介して基板に貼り合わせるものを言う。

図３に示すように、ＥＬ素子は基板、封止材および接着剤で囲まれた密閉空間に封止されている。ＥＬ素子は発光層もしくは陰極が水と反応すると素子の劣化が起こる。よって、密閉空間は不活性ガスで充満されており、水分濃度は低く抑えられている。しかし、接着剤として通常用いられる樹脂は一定の割合で水を透過する。従来の封止の方法では、密閉空間に吸湿性物質が混入されているが、接着剤を透過した水が密閉空間内に入ったときに、水が吸湿性物質に吸着される前にＥＬ素子と反応してしまう可能性がある。

上面出射のＥＬ表示装置を作製する場合、従来の方法では、封止材に吸湿性物質を散布すると、封止材側から出射しようとする光を吸湿性物質が遮ってしまうという問題がある。

本発明で提案するＥＬ表示装置の構造を図１および図２に示す。図１および図２に示すように、ＥＬ素子１０２が存在する領域の周りに閉曲線の形に接着剤Ａ１０５が形成され、更に接着剤Ａ１０５の周りに閉曲線の形に接着剤Ｂ１０６が形成される。接着剤Ａ１０５と接着剤Ｂ１０６の間に吸湿性物質１０６が散布されている。この構成にすると、接着剤Ｂを透過した水は、ＥＬ素子の入っている密閉空間内に入る前に、吸湿性物質１０４が散布されている空間を通るので、そこで吸着される可能性がある。よって、ＥＬ素子の入っている密閉空間内に入る水の量を減少させることができる。

基板１０１、封止材１０３もしくは基板１０１および封止材１０３の吸湿性物質の散布されている領域に溝が形成されると基板と封止材の間の隙間（以下、セルギャップと呼ぶ）が小さくなるので良い。

図１および図２のような構成にすると、上面出射のＥＬ表示装置を作成する場合でも、光の出射を遮らない位置に吸湿性物質を散布することができる。

本発明のＥＬ表示装置では、接着剤を透過した水がＥＬ素子の入っている密閉空間内に入る前に吸湿性物質によって吸着される。よって、ＥＬ素子の入っている密閉空間内に入る水の量を大幅に減少させることができる。

本発明のＥＬ表示装置の断面構造を示す図本発明のＥＬ表示装置の上面構造を示す図従来のＥＬ表示装置の断面構造を示す図下面出射素子を用いた本発明のＥＬ表示装置の断面構造を示す図下面出射素子を用いた本発明のＥＬ表示装置の断面構造を示す図上面出射素子を用いた本発明のＥＬ表示装置の断面構造を示す図本発明のアクティブ型ＥＬ表示装置の断面構造を示す図本発明のパッシブ型ＥＬ表示装置の断面構造を示す図本発明のＥＬ表示装置の断面構造を示す図本発明のＥＬ表示装置の断面構造を示す図本発明の電気器具を示す図本発明の電気器具を示す図

本発明のＥＬ表示装置の封止方法について説明する。本発明のＥＬ表示装置の断面図を図１に、上面図を図２に示す。なお、図２では封止材は省略されている。

封止材１０３に接着剤を塗布する。塗布の方法はディスペンサー方式、もしくはスクリーン印刷によって行われる。塗布パターンは図２のようにＥＬ素子１０２が存在する領域の周りに閉曲線の形に接着剤Ａ１０５が形成され、更に接着剤Ａ１０５の周りに閉曲線の形に接着剤Ｂ１０６が形成される。

封止材１０３の材質としては、ガラス、ポリマー等の絶縁性物質が好ましい。例えば、非晶質ガラス（ホウケイ酸塩ガラス、石英等）、結晶化ガラス、セラミックスガラス、有機系樹脂（アクリル系樹脂、スチレン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂もしくはエポキシ系樹脂）、シリコーン系樹脂が挙げられる。また、セラミックスを用いてもよい。また、接着剤１０５が絶縁物であるならステンレス合金等の金属材料を用いることも可能である。

接着剤の材質としては、エポキシ系樹脂、アクリレート系樹脂等の接着剤を用いる事が可能である。熱硬化性樹脂や光硬化性樹脂を接着剤として用いる事もできる。但し、接着剤は可能な限り水を透過しない材質であることが望ましい。

接着剤Ａ１０５と接着剤Ｂ１０６の間に粉末状の吸湿性物質１０４が散布される。散布の際、吸湿性物質１０４が接着剤の塗布されている領域に入らないように注意する。吸湿性物質１０４が接着剤の塗布されている領域に入ると、接着剤が基板もしくは封止材と接触しなくなる事がある。なお、接着剤の塗布と吸湿性物質の散布はどちらの工程を先に行っても良い。

吸湿性物質の材質としては、例えばアルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物、硫酸塩、金属ハロゲン化物もしくは過塩素酸塩が用いられる。

吸湿性物質の散布の方法としては、例えば、ディスペンサー方式により塗布する方法、真空蒸着法、スパッタ法を用いて封止材に成膜する方法、封止材の上にマスクを置き、吸湿性物質と窒素ガスを混合させたものを上方より噴霧する方法などを採用することができる。吸湿性物質の粉末を乳鉢および乳棒などの道具で細かく砕く事が好ましい。また、粉末を０．０３〜０．０５ｍｍメッシュのふるいにかけ、粒径の小さい粒子だけを選別して用いる事が好ましい。接着剤Ａ１０５と接着剤Ｂ１０６の間に吸湿性物質を散布するので、セルギャップは粒径の数倍となる。

吸湿性物質を散布する方法として、内側に吸湿性物質を有する容器を封止材に貼り付けても良い。容器は水蒸気を通すが吸湿性物質は通さない物質でできているものを用いる。

封止材１０５とＥＬ素子１０３の形成された基板１０１を貼り合わせる。貼り合わせの方法は、封止材１０３および基板１０１に印を付けておき、ＣＣＤ（チャージカップルドデバイス）カメラによって位置を合わせ、貼り合わせを行う。ＥＬ素子の封止される密閉空間を不活性ガスで満たすために、貼り合わせは不活性ガス（窒素もしくは希ガス）雰囲気中で行われる。雰囲気中の水分濃度は可能な限り低く抑える。具体的には、水分濃度が１ｐｐｍ以下であることが望ましい。

基板１０１と封止材１０３が貼り合わされた後、接着剤を硬化させる。接着剤が熱硬化性樹脂の場合クリーンオーブン中での熱プレスによって、接着剤が光硬化性樹脂の場合紫外線ランプによる紫外線照射によって、接着剤を硬化させる。いずれの場合も、硬化の際ＥＬ素子にダメージがかかってしまう恐れがあるので注意する。

接着剤が完全に硬化したら、スクライバーによって、基板１０１および封止材１０３の分断線に切れ目を付ける。その後、切れ目を入れた面の反対面から力を加えることによって分断を行う。この際、ブレイカーと呼ばれる圧力を加える装置を用いてもよい。

本発明を下面出射素子に適用したＥＬ表示装置を図４に示す。基板４０１上に陽極４０２が形成される。基板４０１の材質としては、ガラス基板、石英基板もしくはプラスチック基板が用いられる。陽極４０２の材質としては、仕事関数の大きな導電膜、代表的には透明導電膜（酸化インジウムと酸化スズの化合物など）、白金、金、ニッケル、パラジウム、イリジウムもしくはコバルトを用いる。
陽極は、スパッタ法、真空蒸着法などの方法で形成され、フォトリソグラフィによってパターニングが行われる。

陽極４０２の上に発光層４０３が形成される。発光層４０３は単層又は積層構造で用いられるが、積層構造で用いられた方が発光効率は良い。一般的には陽極４０２上に正孔注入層／正孔輸送層／発光層／電子輸送層の順に形成されるが、正孔輸送層／発光層／電子輸送層、または正孔注入層／正孔輸送層／発光層／電子輸送層／電子注入層のような構造でも良い。本発明では公知のいずれの構造を用いても良いし、発光層４０３に対して蛍光性色素をドーピングしても良い。発光層４０３に用いられるＥＬ材料は高分子系有機材料、低分子系有機材料のいずれを用いても良い。

発光層４０３の上に陰極４０４が形成される。陰極４０４はメタルマスクを用いた真空蒸着法によって成膜される。陰極４０４の材質としては、仕事関数の小さな金属、代表的には周期表の１族もしくは２族に属する元素（マグネシウム，リチウム，カリウム，バリウム、カルシウム、ナトリウムもしくはベリリウム）またはそれらに近い仕事関数を持つ金属を用いる。また、陰極の材料として、アルミニウムを用い、陰極のバッファー層としてアルミニウムの下にフッ化リチウムもしくはリチウムアセチルアセトネート錯体を形成しても良い。

その後は本発明により、ＥＬ素子の封止が行われる。ＥＬ素子が存在する領域の周りに閉曲線の形に接着剤Ａ４０７が形成され、更に接着剤Ａ４０７の周りに閉曲線の形に接着剤Ｂ４０８が形成される。接着剤Ａ４０７と接着剤Ｂ４０８の間に吸湿性物質４０６が散布されている。図４のＥＬ表示装置は封止材４０５がシート状である。しかし、従来の技術と同じように、封止材４０５がＥＬ素子の外寸よりも内寸が大きい凹部を有する形状であるＥＬ表示装置も可能であり、その凹部に吸湿性物質を充填することは効果的である。図５にそのようなＥＬ表示装置を示す。

本発明を上面出射素子に適用したＥＬ表示装置を図６に示す。基板６０１の上に陰極６０４が形成され、陰極６０４の上に発光層６０３が形成され、発光層６０３の上に陽極６０２が形成される。光は封止材６０５を透過して出射するので、封止材６０５は透明でなければならない。図４に示されるような構成の場合も、光を取り出すために陰極を薄くすることによって、上面出射のＥＬ表示装置となる。光は封止材４０５を透過して出射するので、封止材４０５は透明でなければならない。その他の素子構成は実施例１と同じである。

従来の封止方法では、吸湿性物質は封止材の中央部に散布されているが、吸湿性物質は一般的には透明ではないので、光の出射を妨げてしまう。本発明の方法により、上面より光が出射する場合にも吸湿性物質を散布することができ、密閉空間の水分濃度を低く抑えることができる。

本発明はアクティブ型のＥＬ表示装置にも適用することができる。本発明をアクティブ型のＥＬ表示装置に適用した例を図７に示す。７０１は基板、７０２はスイッチング用のＴＦＴ（Thin Film Transistor）、７０３は電流制御用のＴＦＴ、７０４および７０５は絶縁膜、７０６は陽極、７０７は発光層、７０８は陰極、７０９は封止材、７１０は接着剤Ａ、７１１は接着剤Ｂ、７１２は吸湿性物質である。

本発明はパッシブ型のＥＬ表示装置にも適用することができる。本発明をパッシブ型のＥＬ表示装置に適用した例を図８に示す。８０１は基板、８０２は陽極、８０３は発光層、８０４は陰極、８０５は絶縁膜、８０６は封止材、８０７は接着剤Ａ，８０８は接着剤Ｂ、８０９は吸湿性物質である。

実施例１、実施例２、実施例３及び実施例４において、基板、封止材もしくは基板および封止材に溝が形成されており、その溝は吸湿性物質が散布されている領域に形成されている本発明のＥＬ表示装置を図９に示す。実施例１、実施例２、実施例３及び実施例４では、吸湿性物質の入る容積を確保するために、セルギャップの大きさは吸湿性物質の粒径の数倍必要であったが、この構成にすると、溝の深さを深くすればするほど、セルギャップをより小さくする事ができる。セルギャップが小さい程、樹脂の外気に曝される面積は小さくなり、透過する水の量は少なくなる。

実施例１、実施例２、実施例３及び実施例４において、溝の深さを十分大きくし、フィルム１０１０で蓋をすることで吸湿性物質を溝の中に充填する本発明のＥＬ表示装置を図１０に示す。吸湿性物質を真空蒸着法もしくはスパッタ法で形成する場合にはフィルムは特に必要ではない。フィルムは、水蒸気を通すが吸湿性物質は通さない物質を用いる。よって、吸湿性物質は溝の中に充填され、水蒸気は溝の中へも入っていくので、接着剤Ａ１００７と接着剤Ｂ１００８の間に存在する水蒸気の量を減らすことができる。フィルムの材質は４−フッ化エチレンなどを用いる。この構成では、セルギャップの大きさは吸湿性物質の量と無関係となり、接着剤の種類あるいはフィラーの大きさ等で決まる。

図９および図１０は図４のＥＬ表示装置に上記の内容を適用した物であるが、図５のように封止材が凹部を有する形状である場合にも、図６のような上面出射素子の場合にも、図７のようなアクティブ型のＥＬ表示装置にも、図８のようなパッシブ型のＥＬ表示装置にも上記の内容を適用する事は可能である。

本発明の自発光装置は、自発光型であるため液晶ディスプレイに比べて明るい場所での視認性に優れ、しかも視野角が広い。従って、様々な電気器具の表示部として用いることが出来る。例えば、ＴＶ放送等を大画面で鑑賞するには対角３０インチ以上（典型的には４０インチ以上）のＥＬディスプレイの表示部において本発明の自発光装置を用いると良い。

なお、ＥＬディスプレイには、パソコン用表示装置、ＴＶ放送受信用表示装置、広告表示用表示装置等の全ての情報表示用表示装置が含まれる。また、その他にも様々な電気器具の表示部に本発明の自発光装置を用いることが出来る。

その様な本発明の電気器具としては、ビデオカメラ、デジタルカメラ、ゴーグル型表示装置（ヘッドマウントディスプレイ）、ナビゲーションシステム、音響再生装置（カーオーディオ、オーディオコンポ等）、ノート型パーソナルコンピュータ、ゲーム機器、携帯情報端末（モバイルコンピュータ、携帯電話、携帯型ゲーム機または電子書籍等）、記録媒体を備えた画像再生装置（具体的にはデジタルビデオディスク（ＤＶＤ）等の記録媒体を再生し、その画像を表示しうるディスプレイを備えた装置）などが挙げられる。特に、斜め方向から見ることの多い携帯情報端末は視野角の広さが重要視されるため、ＥＬディスプレイを用いることが望ましい。それら電気器具の具体例を図１１および図１２に示す。

図１１（Ａ）はＥＬディスプレイであり、筐体１１０１、支持台１１０２、表示部１１０３等を含む。本発明の自発光装置は表示部１１０３にて用いることが出来る。なお、本発明の自発光装置は自発光型であるためバックライトが必要なく、液晶ディスプレイよりも薄い表示部とすることが出来る。

図１１（Ｂ）はビデオカメラであり、本体１１１１、表示部１１１２、音声入力部１１１３、操作スイッチ１１１４、バッテリー１１１５、受像部１１１６等を含む。本発明の自発光装置は表示部１１１２にて用いることが出来る。

図１１（Ｃ）はヘッドマウントＥＬディスプレイの一部（右片側）であり、本体１１２１、信号ケーブル１１２２、頭部固定バンド１１２３、表示部１１２４、光学系１１２５、表示装置１１２６等を含む。本発明の自発光装置は表示装置１１２６にて用いることが出来る。

図１１（Ｄ）は記録媒体を備えた画像再生装置（具体的にはＤＶＤ再生装置）
であり、本体１１３１、記録媒体（ＤＶＤ等）１１３２、操作スイッチ１１３３、表示部（ａ）１１３４、表示部（ｂ）１１３５等を含む。表示部（ａ）１１３４は主として画像情報を表示し、表示部（ｂ）１１３５は主として文字情報を表示するが、本発明の自発光装置はこれら表示部（ａ）１１３４、表示部（ｂ）１１３５にて用いることが出来る。なお、記録媒体を備えた画像再生装置には家庭用ゲーム機器なども含まれる。

図１１（Ｅ）はゴーグル型表示装置（ヘッドマウントディスプレイ）であり、本体１１４１、表示部１１４２、アーム部１１４３を含む。本発明の自発光装置は表示部１１４２にて用いることが出来る。

図１１（Ｆ）はパーソナルコンピュータであり、本体１１５１、筐体１１５２、表示部１１５３、キーボード１１５４等を含む。本発明の自発光装置は表示部１１５３にて用いることが出来る。

なお、将来的にＥＬ材料の発光輝度が高くなれば、出力した画像情報を含む光をレンズ等で拡大投影してフロント型あるいはリア型のプロジェクターに用いることも可能となる。

また、上記電気器具はインターネットやＣＡＴＶ（ケーブルテレビ）などの電子通信回線を通じて配信された情報を表示することが多くなり、特に動画情報を表示する機会が増してきている。ＥＬ材料の応答速度は非常に高いため、本発明の自発光装置は動画表示に好ましい。

図１２（Ａ）は携帯電話であり、表示用パネル１２０１、操作用パネル１２０２、接続部１２０３、表示部１２０４、音声出力部１２０５、操作キー１２０６、電源スイッチ１２０７、音声入力部１２０８、アンテナ１２０９を含む。本発明の自発光装置は表示部１２０４にて用いることが出来る。なお、表示部１２０４は黒色の背景に白色の文字を表示することで携帯電話の消費電力を抑えることが出来る。

図１２（Ｂ）は音響再生装置、具体的にはカーオーディオであり、本体１２１１、表示部１２１２、操作スイッチ１２１３、１２１４を含む。本発明の自発光装置は表示部１２１２にて用いることが出来る。また、本実施例では車載用オーディオを示すが、携帯型や家庭用の音響再生装置に用いても良い。なお、表示部１２１４は黒色の背景に白色の文字を表示することで消費電力を抑えられる。これは携帯型の音響再生装置において特に有効である。

図１２（Ｃ）はデジタルカメラであり、本体１２２１、表示部（Ａ）１２２２、接眼部１２２３、操作スイッチ１２２４、表示部（Ｂ）１２２５、バッテリー１２２６を含む。本発明の自発光装置は、表示部（Ａ）１２２２、表示部（Ｂ）
１２２５にて用いることが出来る。また、表示部（Ｂ）１２２５を、主に操作用パネルとして用いる場合、黒色の背景に白色の文字を表示することで消費電力を抑えることが出来る。

また、本実施例にて示した携帯型電気器具においては、消費電力を低減するための方法としては、外部の明るさを感知するセンサ部を設け、暗い場所で使用する際には、表示部の輝度を落とすなどの機能を付加するなどといった方法が挙げられる。

以上の様に、本発明の適用範囲は極めて広く、あらゆる分野の電気器具に用いることが可能である。また、本実施例の電気器具は実施例１〜実施例５に示したいずれの構成を適用しても良い。

Claims

ＥＬ素子が形成された基板と、
前記ＥＬ素子と対向する封止材と、
前記基板と前記封止材との間に設けられた環状の接着剤Ａ、環状の接着剤Ｂ及び環状の吸湿性物質と、を有し、
前記ＥＬ素子は前記環状の接着剤Ａに囲まれ、
前記環状の接着剤Ａは前記環状の吸湿性物質に囲まれ、
前記環状の吸湿性物質は前記環状の接着剤Ｂに囲まれており、
前記吸湿性物質は、前記封止材が有する環状の溝及び前記基板が有する環状の溝に設けられており、
前記環状の溝を覆うようにフィルムが設けられていることを特徴とする発光装置。
請求項１又は請求項２において、
前記吸湿性物質は、アルカリ金属の酸化物、アルカリ土類金属の酸化物、硫酸塩、金属のハロゲン化物、又は過塩素酸塩を含んでいることを特徴とする発光装置。
請求項１乃至請求項３のいずれか一項において、
前記接着剤Ａは、光照射により処理されたものであることを特徴とする発光装置。