JP5335190B2 - 有機ｅｌパネル - Google Patents

Description

本発明は、ＥＬ（ElectoLuminescence）素子を備えたＥＬパネルに関する。

有機ＥＬ素子等のＥＬ素子は、水分の影響により発光特性が低下し易い性質を有する。より具体的には、環境中の水分の影響を受けて部分的に又は全体的に輝度が低下したり、いわゆるダークスポットが発生したりする場合がある。そのため、例えば、有機ＥＬ素子が形成された素子基板と、これと対向配置された対向基板とを封止用シール（接着剤）によって貼り合わせて中空の封止空間を形成し、封止用シールの外表面を覆うバリア膜を設けた構造を有する有機ＥＬパネルが提案されている。
特開２００６−１８５６７９号公報

しかし、ＥＬ素子を備えたＥＬパネルにおいて、長期にわたって使用したときのダークスポットの発生、発光輝度の低下等の発光特性の低下を、従来よりも更に抑制することが強く求められている。

そこで、本発明は、長期に使用したときの発光特性の低下が十分に抑制されたＥＬパネルを提供することを目的とする。

本発明に係るＥＬパネルは、基板と、該基板上に設けられたＥＬ素子と、該ＥＬ素子を間に挟んで基板と対向配置された封止板と、ＥＬ素子と封止板との間に介在する中間層と、該中間層及びＥＬ素子が外部に露出しないように中間層及びＥＬ素子からなる部分の外周面を覆って形成された封止層と、を備える。中間層は接着層を有しており、封止層は中間層よりも低い透湿率を有する。

上記本発明に係るＥＬパネルにおいては、中間層及びＥＬ素子からなる部分の外周面が、中間層よりも低い透湿率を有する封止層によって覆われている。これにより、水分の中間層への浸入が抑制され、中間層が高い透湿率を有していたとしても水分がＥＬ素子まで到達し難くなる。ここで、封止層は塗布法によって形成することも可能であるが、中間層が基板と封止板との間に介在しているため、透湿率が極めて低い封止層を真空成膜によって形成することも可能になる。一方、基板と封止板を接着層を介して接着し、基板と封止板との間に中空空間が形成された構造を有する従来のＥＬパネルの場合、真空圧下では封止板又は基板が撓んで接着層が著しく変形してしまうため、接着層の外周に真空成膜によって封止層を形成することは実質的に不可能である。

また、低い透湿率を有する封止層でＥＬ素子全体を直接覆い、基板と封止板とを接着層を介して接着した構造を採用した場合も、理論上はＥＬ素子への水分の到達が防止され得ると考えられる。しかしこの場合、封止層のうちＥＬ素子の主面を覆う部分と封止板との間に比較的透湿率が高い接着層が存在するため、ＥＬ素子の主面全体にわたって水分の透過を封止層によって確実に防止する必要がある。ところが、そのような広い面積を有する封止層は欠陥を含んでいる可能性が高く、また、封止層表面からＥＬ素子までの距離が短いため、その欠陥部分から水分が浸入してしまうという問題がある。特に、ＥＬパネルの小型化や薄型化の観点から封止層の厚みをできるだけ薄くすることが望まれるが、薄い膜を広い面積にわたって欠陥なく形成することは極めて困難である。これに対して本発明の場合、中間層及びＥＬ素子からなる部分の外周面を覆う部分の封止層において欠陥が存在しなければ、中間層への水分の侵入を十分に抑制することができる。中間層及びＥＬ素子からなる部分の外周面のような微小な面積であれば、欠陥を実質的に含まない封止層を容易に形成することができる。また、例え封止層に欠陥が存在した場合であってもその面積は微小であり、中間層又はＥＬ素子の外周面にまで到達する水分の総量は非常に微量である。

以上のように、上記本発明に係るＥＬパネルによれば、環境中の水分がＥＬ素子に到達することが防止され、長期に使用したときの発光特性の低下が十分に抑制される。

本発明に係るＥＬパネルにおいて、中間層が、ＥＬ素子と封止板との間に介在するとともにＥＬ素子の外周面を覆って一体に形成され、封止層が、中間層の外周面を覆って形成されていてもよい。この場合、例えば封止層に欠陥が存在し、その欠陥部分を通って微量の水分が内部に浸入したときであっても、欠陥部分とＥＬ素子との間に中間層が存在しているので、内部に侵入した微量な水分は中間層内部に拡散されて、ＥＬ素子の発光に影響する程度にまで水分濃度が上昇するのには長時間を要する。そのため、封止層の欠陥の影響を受け難くなり、発光特性低下抑制の効果がより一層顕著なものとなる。

水分の侵入をより効果的に防止するため、封止層の透湿率は中間層の透湿率の１／５以下であることが好ましい。また、同様の観点から、封止層の透湿率は０．１ｇ／ｍ^２・ｄａｙ以下であることが好ましい。

封止層は、無機材料からなることが好ましい。無機材料としてはＡｌ_２Ｏ_３が特に好ましい。これにより、封止層の透湿率を中間層よりも低くすることが容易になる。

同様の観点から、封止層は、真空成膜により形成された膜であることが好ましい。より具体的には、封止層がＡＬＤ法（原子層吸着堆積法）によって成膜されたＡｌ_２Ｏ_３膜であることが好ましい。この場合、成膜の際の熱が有機ＥＬ素子に与える悪影響を少なくするために、基板を２０℃〜１４０℃に加熱しながら成膜することが好ましい。一般に塗布法によって形成された膜の場合、形成された膜自体が水分や溶剤を多く含んでおり、この水分や溶剤に起因してＥＬパネルの発光特性の低下を招く場合がある。これに対して、真空成膜により形成された膜は水分や溶剤をほとんど含まないため、より一層良好な発光特性が得られる。

本発明によれば、長期に使用したときの発光特性の低下が十分に抑制されたＥＬパネルが提供される。

以下、本発明の好適な実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。

図１は、ＥＬパネルの一実施形態を模式的に示す断面図である。図１に示すＥＬパネル１は、基板３と、基板３上に設けられたＥＬ素子５と、ＥＬ素子５側で基板３と対向配置された封止板１０と、ＥＬ素子５を覆うように基板３と封止板１０との間に介在するとともにＥＬ素子５の外周面を覆って一体に形成された中間層７と、封止層２０とから構成される。中間層７全体が接着層から構成されており、封止層２０は中間層７（接着層）よりも低い透湿率を有する。

封止層２０は、中間層７が外部に露出しないようにその外周面Ｓを覆うとともに、封止板１０の表面のうち中間層７と接していない部分全体も覆っている。言い換えると、中間層７は封止板１０及び封止層２０によって封止されている。なお、「中間層７が外部に露出しない」とは、中間層７が外観上実質的に外部に露出しないこと意味し、中間層７に生じた微小な欠陥部分等において発光特性低下抑制の効果が著しく損なわれない程度に外周面Ｓが僅かに露出している場合も含まれる。封止層２０は中間層７が外部に露出しないように外周面Ｓを覆っていればよく、封止板１０表面の一部又は全体が封止層２０に覆われることなく外部に露出していてもよい。封止層２０の厚さは特に制限はないが、例えば封止層２０が真空成膜により形成されたＡｌ_２Ｏ_３膜である場合、通常は５〜１００００ｎｍ程度である。封止層２０の厚さが５ｎｍ未満であると欠陥が生じ易くなる傾向がある。封止層２０は単層でもよいし、複数の層から構成された積層構造を有していてもよい。

ＥＬパネル１は、例えば、基板３上にＥＬ素子５を形成する工程と、ＥＬ素子５側で基板３と対向配置された封止板１０を中間層７を間に挟んで接着する工程と、中間層７の外周面Ｓを覆う封止層２０を真空成膜により形成する工程と、を備える製造方法により製造することができる。

基板３は、ＥＬ素子用の基板として一般に用いられているものから適宜選択されるが、透湿率が低く光の透過性が高いガラス基板が好ましく用いられる。あるいは、樹脂フィルムを他の吸湿性の低い層と組合わせた積層体を基板３として用いてもよい。

ＥＬ素子５としては有機ＥＬ素子が用いられる。特に有機ＥＬ素子は水分の影響を受け易いため、本発明は有機ＥＬ素子を用いる場合に特に有用である。基板３上へのＥＬ素子５の形成は、ＥＬ素子の分野で通常採用されている方法により行うことができる。

ＥＬ素子５の形成の後、例えば、未硬化の接着剤を間に挟んで基板３と封止基板１０とを貼り合わせ、接着剤を硬化させて中間層７としての接着層を形成させる。これにより、基板３と封止板１０が接着層を介して接着される。

中間層７を構成する接着層を形成するために用いられる接着剤としては、熱硬化性樹脂組成物及び光硬化性樹脂組成物等の硬化性樹脂が用いられる。すなわち、接着層は硬化性樹脂が硬化して形成された硬化物からなる。特に、良好な接着性を有し、また、接着層の透湿率を低くできる点で、エポキシ樹脂を含む硬化性樹脂からなる接着剤が好ましく、エポキシ樹脂を含む光カチオン硬化型の硬化性樹脂からなる接着剤が、硬化にともなう温度上昇が小さい点からより好ましい。この場合、硬化性樹脂はエポキシ樹脂及びフィラーを含むことがより好ましい。フィラーを含有させることにより、基板と封止板間の距離の制御を行い易くなる。

図１に示す実施形態の場合、中間層７を構成する接着層は単一の層から構成されているが、本発明はこれに限られるものではなく、接着層が互いに異なる組成を有する複数の部分から構成されていてもよい。この場合、封止層２０は、中間層７の外周部分を構成している部分の接着層よりも低い透湿率を有する。例えば、中間層７の外周部分が比較的透湿性が低い第１の接着層によって形成され、第１の接着層の内側の部分が第１の接着層よりも透湿性が高い第２の接着層によって形成されている場合、封止層２０は第１の接着層よりも低い透湿率を有する。この場合、第２の接着層は第１の接着層の熱膨張を吸収できるような材料から形成されるとより好ましい。また、接着層に乾燥機能を付与してもよい。

封止板１０は、ＥＬ素子用の封止板として一般に用いられているものから適宜選択されるが、透湿率が低いガラス基板又は金属板が好ましく用いられる。あるいは、樹脂フィルムを他の吸湿性の低い層と組合わせて構成された積層体を封止板１０として用いてもよい。

接着剤の硬化の後、真空成膜により封止層２０を形成して、ＥＬパネル１が得られる。基板３と封止板１０との間に中間層７が介在する構造であることから真空圧下でも変形が生じ難く、真空成膜により安定して封止層２０を形成することが可能である。一方、上述のように、基板と封止板とを接着層を介して接着し、基板と封止板との間に中空空間が形成された構造を有する従来のＥＬパネル（以下「中空封止型ＥＬパネル」という。）の場合、以下に検討するように真空圧下で封止層を形成することは実質的に不可能である。

中空封止型ＥＬパネルのモデルとして、４５ｍｍ×３０ｍｍのサイズを有するＳＵＳ３０４平板（板厚０．２ｍｍ）を封止板として用いた場合を想定し、接着層の厚さ及びその幅を無視して下記計算式に基づいて応力計算を行った。下記式中、ｑは等分布荷重（Ｐａ）、ｂは長辺の長さ（ｍ）、Ｅは縦弾性係数である。
最大たわみ量ωｍａｘ＝α・（ｑ・ｂ^４）／（Ｅ・ｔ^３）
応力σｍａｘ＝β・（ｑ・ｂ^２）／ｔ^２

上記モデルについて、真空圧下での応力計算を行ったところ、封止板の最大たわみ量は０．４５１ｍｍであり、封止板端部により接着層に加えられる最大応力は２．０３ＧＰａであった。エポキシ樹脂等を含む接着剤により形成された接着層のヤング率は１〜２ＧＰａ程度であるから、このような応力がかかったときに接着層は完全に伸張してしまうこととなる。この結果から、中空封止型ＥＬパネルにおいて真空成膜により封止層を形成することは実質的に不可能であると言うことができる。

実際、本発明者らが中空封止型ＥＬパネルにおいて封止層２０に相当する層を真空成膜により形成することを試みたところ、チャンバー内で接着層が延びてしまい、ＥＬパネルを正常に得ることができなかった。このとき、基板及び封止板としてガラス板を用い、接着剤として光カチオン硬化型エポキシ樹脂を用いて、封止板面積が４０×１５ｍｍ、シールエリアが外周から１．２ｍｍの条件で真空成膜の実験を行った。投入した真空チャンバの圧力は８．０×１０^−５Ｐａであった。

封止層２０は、中間層７よりも低い透湿率を有する。好ましくは、封止層２０の透湿率が中間層７の透湿率の１／５以下である。封止層２０の透湿率は、例えば、封止層２０を構成する封止材料を、封止層２０と同様の方法で同様の厚さに成膜した膜について膜厚方向の透湿率を測定することにより求められる。中間層７の透湿率は、例えば、中間層７としての接着層を形成するために用いた接着剤を用いて接着層（中間層７）と同様の厚さを有する膜を形成し、その膜について膜厚方向の透湿率を測定することにより求められる。そして、同様の条件で測定された封止層２０及び中間層７の透湿率を比較したときに、封止層２０の透湿率のほうが相対的に低くなるように封止材料が選択される。もっとも、封止層２０が無機材料から構成される場合、一般に、封止層２０の透湿率は有機系の接着剤を用いて形成された接着層の透湿率よりも低いことは、実際に測定するまでもなく明らかである。

封止層２０は、中間層７より明らかに低い透湿率を有することが好ましい。具体的には、封止層２０は、好ましくは０．１ｇ／ｍ^２・ｄａｙ未満、より好ましくは０．００１ｇ／ｍ^２・ｄａｙ未満の透湿率を有する。封止層２０が実質的に無機材料から構成される場合、通常その透湿率は０．００１ｇ／ｍ^２・ｄａｙ未満である。ただし、これら透湿率は、６０℃、９０％ＲＨの空気を用いて測定される値により定義される。

下記表１に、封止層２０又は中間層７（接着層）に用いられ得る材料とその透湿率の例を示す。表１には異なる２種類の条件で測定された透湿率が示されているが、この程度の差異であれば、封止層と中間層での透湿率の大小関係に対してほとんど影響しないとみなすことができる。

封止層２０を構成する封止材料は、金属及び金属酸化物のうち少なくとも一方を含む無機材料であることが好ましい。金属酸化物としては、Ａｌ_２Ｏ_３及びＳｉＯ_２が挙げられる。封止層２０は、Ａｌ_２Ｏ_３をＡＬＤ法により成膜して形成されたＡＬＤ膜であることが特に好ましい。ＡＬＤ法によれば、基板温度を有機ＥＬ素子がダメージを受けにくい温度に設定しながら、欠陥の少ない膜を成膜することが可能である。具体的には、基板温度が２０℃〜１４０℃となるように加熱しながらＡＬＤ法によって成膜することが可能である。Ａｌ_２Ｏ_３を成膜したＡＬＤ膜の透過率は表１に示すように極めて低く、実質的に水分を透過しないと考えられる。これにより、本発明による発光特性低下抑制の効果がより一層顕著に奏される。

図１の実施形態のように中間層７がＥＬ素子５の外周面を覆って形成されている場合、中間層７の外周面ＳとＥＬ素子５との間の最短距離は、２ｍｍ以下であってもよい。この距離が２ｍｍ以下であっても、封止層２０が存在することによりＥＬ素子５に対する環境中の水分の影響が十分に抑制される。また、この距離を短くすることにより、表示領域を囲む額縁部分の面積が小さくなり、ＥＬパネルの小型化が容易になる。中空空間が形成された従来のＥＬパネルの場合、本実施形態と比較して額縁部分の面積を小さくすることは困難であり、本実施形態はこの点でも有利である。最短距離の下限は特に制限はないが、通常０．１ｍｍ程度である。この最短距離が０ｍｍである場合、すなわち中間層７がＥＬ素子５の外周面の部分には形成されていない場合、微量の水分が封止層２０を通過したときに水分がＥＬ素子５に直接拡散するため、中間層７がＥＬ素子５の外周面を覆って形成される場合と比較して、水分の影響による発光特性の低下を抑制する効果が相対的に小さくなる。

図２は、ＥＬパネルの他の実施形態を模式的に示す断面図である。図２に示すＥＬパネル１においては、中間層７の外周部分が接着層１５から構成されており、接着層１５の内側に位置する中心部分が充填層１６から構成されている。言い換えると、中間層７が、ＥＬ素子５と封止板１０との間に介在する充填層１６と、充填層１６の外周を囲んで形成された接着層１５とを有する。このように、中間層が接着層と充填層とから構成されている場合、封止層は、中間層の外周部分を構成している層（図２の実施形態の場合は接着層１５）よりも、膜厚方向において低い透湿率を有する。

充填層１６は接着剤以外の材料から形成された層であり、基板３と封止板１０とを接着する機能を実質的に有しない点で接着層１５と異なる。充填層１６を形成する材料としては、例えば、フッ素系不活性液体が用いられる。フッ素系不活性液体の市販品としては、フロリナート（登録商標）が入手可能である。

図２に示す実施形態の場合、充填層１６はＥＬ素子５と封止板１０との間に介在するとともにＥＬ素子５の外周面を覆って一体に形成されているが、本発明はこれに限られず、充填層がＥＬ素子５と封止板１０との間にのみ設けられ、接着層が充填層の外周を囲みながらＥＬ素子５と封止板１０との間に介在するとともにＥＬ素子５の外周面を覆って形成されていてもよい。

本発明者らは、図１に示す実施形態と同様の構造を有するＥＬパネルを作製し、その発光特性の経時変化を評価した。具体的には、接着層（中間層）をエポキシ樹脂及びフィラーを含有する接着剤を用いて形成し、基板温度２０〜１４０℃となるように加熱しながらＡＬＤ法によりＡｌ_２Ｏ_３を成膜して膜厚５００Åの封止層を形成して、設計値で一画素が０．２×０．２ｍｍの発光面積でドットピッチを有するパッシブマトリックスパネルを作製した。接着層（中間層）の外周面とＥＬ素子との間の最短距離は２．０ｍｍであった。これを６０℃、９０％ＲＨの環境下で貯蔵したときの発光面積の変化を測定した（実施例）。また、比較のため、封止層を形成しなかったこと以外は実施例と同様にしてＥＬパネルを作製した（比較例）。

図３は、ＥＬパネルの発光面積の経時変化を示すグラフである。図３では初期の発光面積を１００％として示した。図３に示されるように、比較例のＥＬパネルの発光面積が貯蔵時間の経過とももに急激に低下した。これに対して、実施例のＥＬパネルは比較例と比較して発光面積の低下が顕著に抑制された。この実験結果からも、本発明によれば、長期に使用したときの発光特性の低下が十分に抑制されたＥＬパネルを提供できることが確認された。

本発明は以上説明したような実施形態に限定されないことは言うまでもない。例えば、本実施形態のように基板上にＥＬ素子が直接設けられた構成に代えて、基板とＥＬ素子との間にカラーフィルタ、蛍光変換層、ＴＦＴ素子等の他の層が設けられていてもよい。また、中間層がＥＬ素子の外周面を覆うことなく、又は一部を覆うように形成されていてもよい。この場合、ＥＬ素子外周面のうち中間層によって覆われていない部分は封止層によって覆われる。

ＥＬパネルの一実施形態を示す断面図である。 ＥＬパネルの他の実施形態を示す断面図である。 ＥＬパネルの発光面積の経時変化を示すグラフである。

符号の説明

１…ＥＬパネル、３…基板、５…ＥＬ素子、７…中間層（接着層）、１０…封止板、１５…接着層、１５…充填層、２０…封止層。

Claims (10)

1. 基板と、
   該基板上に設けられた有機ＥＬ素子と、
   該有機ＥＬ素子を間に挟んで前記基板と対向配置された封止板と、
   前記有機ＥＬ素子を覆うように前記有機ＥＬ素子と前記封止板との間に介在するとともに前記有機ＥＬ素子の外周面を覆って形成され、前記基板及び前記封止板と接する中間層と、
   該中間層及び前記有機ＥＬ素子が外部に露出しないように前記中間層の外周面を覆って形成された封止層と、
   を備え、
   前記中間層が前記基板と前記封止板とを接着する接着層を有し、
   前記封止層が、無機材料からなり、真空成膜により形成された膜であり、前記封止板、前記基板及び前記中間層と接し、前記封止板の外周面よりも前記有機ＥＬ素子側において前記中間層の外周面と接し、前記封止板の表面のうち前記中間層と接していない部分全体を覆っており、前記中間層よりも低い透湿率を有する、有機ＥＬパネル。
2. 前記封止層の厚さが５〜１００００ｎｍである、請求項１記載の有機ＥＬパネル。
3. 前記中間層の外周面と前記ＥＬ素子の外周面との間の最短距離が２ｍｍ以下である、請求項１又は２記載の有機ＥＬパネル。
4. 前記封止板が、樹脂フィルムと該樹脂フィルム以外の層とから構成される積層体である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の有機ＥＬパネル。
5. 前記中間層全体が前記接着層から構成されている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の有機ＥＬパネル。
6. 前記封止層の透湿率が前記中間層の透湿率の１／５以下である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の有機ＥＬパネル。
7. 前記封止層の透湿率が０．１ｇ／ｍ^２・ｄａｙ以下である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の有機ＥＬパネル。
8. 前記無機材料がＡｌ_２Ｏ_３を含む、請求項１〜７のいずれか一項に記載の有機ＥＬパネル。
9. 前記封止層がＡＬＤ法により成膜された膜である、請求項１〜８のいずれか一項に記載の有機ＥＬパネル。
10. 前記封止層が前記基板を２０℃〜１４０℃に加熱しながら成膜された膜である、請求項９記載の有機ＥＬパネル。

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