JPWO2006022273A1 - Organic EL element, protective film for organic EL element and method for producing the same - Google Patents
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Abstract
キャップと一体化可能なマイクロレンズアレイを備え、有機EL層の両面からの発光を片面に集中することが可能で、透明度が高い保護膜が可能になることにより、消費電力当たりの実効的発光量を増加した、特にトップエミッション型の有機EL素子を提供する。保護膜と、透明電極膜・有機EL層・対向電極層を含む有機EL発光ダイオード(OLED)と、前記OLEDを搭載した基板と、前記OLEDを覆うように設けられたキャップとを含む有機EL素子において、前記キャップの外面もしくは内面に、又は前記透明電極膜の表面側に、例えばシリコーン樹脂からなるマイクロレンズアレイを備え、好ましくは前記基板に光反射面を備え、さらに好ましくは前記保護膜がシリカ膜とケイ素含有有機フッ素高分子の膜を含む。Equipped with a microlens array that can be integrated with the cap, it is possible to concentrate light emission from both sides of the organic EL layer on one side, and a protective film with high transparency is possible, so effective light emission per power consumption In particular, a top-emission type organic EL device having an increased number of dots is provided. An organic EL element comprising a protective film, an organic EL light emitting diode (OLED) including a transparent electrode film, an organic EL layer, and a counter electrode layer, a substrate on which the OLED is mounted, and a cap provided so as to cover the OLED A microlens array made of, for example, a silicone resin on the outer surface or inner surface of the cap or on the surface side of the transparent electrode film, preferably a light reflecting surface on the substrate, and more preferably the protective film is silica. Including a film and a silicon-containing organic fluoropolymer film.
Description
本発明は有機EL素子に係り、特にトップエミッション型の場合に、実効的に高い発光効率を呈する有機EL素子に関するものである。 The present invention relates to an organic EL element, and more particularly to an organic EL element that effectively exhibits high light emission efficiency in the case of a top emission type.
有機エレクトロルミネッセンス素子(以下、略して「有機EL素子」という。)は、近年の薄膜形成技術の進歩により、厚さnmクラスの高純度、良質の積層膜が形成できるようになり、5V程度の低電圧動作が可能となった。
このようにして有機EL素子は、低消費電力、高品質で、薄型で、さらには曲面表示も可能な、次世代表示システム用の素子として注目されている。Organic electroluminescence elements (hereinafter referred to as “organic EL elements” for short) have become possible to form high-purity, high-quality laminated films with a thickness of nm class due to recent advances in thin film formation technology, and have a thickness of about 5V. Low voltage operation is possible.
In this way, organic EL elements are attracting attention as elements for next-generation display systems that have low power consumption, high quality, are thin, and can display curved surfaces.
有機EL素子では、所定の有機分子成分からなる複数の膜を上下に積層して有機EL層とし、その上下両側に各々電極層を付着してOLED(有機発光ダイオード)を形成し、両電極を通じて所定の電圧又は電流を印加して電子とホールを有機EL層に注入し、電子とホールが再結合する際に発光する現象を利用する。
従って、この発光を外部に導いて表示機能を果たさせるためには、上下に備えた電極の内、少なくとも一方の電極は透明でなければならない。In an organic EL element, a plurality of films composed of predetermined organic molecular components are stacked one above the other to form an organic EL layer, and an electrode layer is attached to each of the upper and lower sides to form an OLED (organic light emitting diode). A phenomenon in which light is emitted when electrons and holes are recombined by applying a predetermined voltage or current to inject electrons and holes into the organic EL layer is used.
Accordingly, in order to guide the emitted light to the outside and perform the display function, at least one of the electrodes provided on the upper and lower sides must be transparent.
この透明電極としては、電気伝導度と透明度の両立を図ることができる材質としてITO(酸化インジウム錫)が普及しているが、一般にはITOの電気抵抗を下げるためアニールが必要であり、且つ、ITOの表面の平滑度を上げるため(粗度を下げるため)研磨が必要である。 As this transparent electrode, ITO (indium tin oxide) is widely used as a material capable of achieving both electrical conductivity and transparency, but in general, annealing is required to reduce the electrical resistance of ITO, and Polishing is necessary to increase the smoothness of the ITO surface (to reduce the roughness).
ITOのアニールの際などに高温にすると有機EL層が変質してしまうので、ITOの形成に際しては、有機EL層の形成より先に実行する必要があった。
即ち、ITOを先に形成する場合は、積層順が[基板−第1電極膜(ITO)−有機EL層−第2電極膜(不透明電極膜)]となり、基板側から発光させる(ボトムエミッション)ため、基板も透明でなければならず、通常、ガラス基板を用いている。Since the organic EL layer is deteriorated when the temperature is increased during the annealing of ITO or the like, it is necessary to perform the formation of the ITO prior to the formation of the organic EL layer.
That is, when ITO is formed first, the stacking order is [substrate-first electrode film (ITO) -organic EL layer-second electrode film (opaque electrode film)], and light is emitted from the substrate side (bottom emission). For this reason, the substrate must be transparent, and a glass substrate is usually used.
しかしながら、ガラス基板は熱伝導性が悪く、作動中の発熱に対し放熱が不十分で高温になり有機EL層の劣化を招き易い。 However, the glass substrate has poor thermal conductivity, and the heat dissipation during operation is insufficient to dissipate heat, resulting in a high temperature and easily deteriorating the organic EL layer.
さらに、高速高精細の表示システムを得るためには、アクティブマトリクス(TFT)駆動にしなければならないが、その場合、TFTトランジスタを基板とITO電極の間に形成しなければならないので、TFTトランジスタの存在する分だけ開口率が低下し、発光の外部変換効率が低下する。
即ち、所要の発光量を確保するためには消費電力が増大し、従って消費電力に比例する発熱量が増大し、さらに高温になってしまい、有機EL層の劣化を一層招き易い。Furthermore, in order to obtain a high-speed and high-definition display system, it is necessary to drive the active matrix (TFT). In that case, since the TFT transistor must be formed between the substrate and the ITO electrode, the presence of the TFT transistor As a result, the aperture ratio decreases, and the external conversion efficiency of light emission decreases.
That is, in order to ensure the required amount of light emission, the power consumption increases, and accordingly, the amount of heat generated in proportion to the power consumption increases, resulting in a higher temperature, and the organic EL layer is more likely to deteriorate.
そこで、第2電極を透明化して[基板―TFT−第1電極−有機EL層−第2電極(ITO)]とし、基板の反対側から発光させる(トップエミッション)方式が研究されている。
その際は、ITOの形成に際しては、有機EL層を変質させないよう特に留意する必要がある。
例えば、非特許文献1には、この変質を防ぐため有機EL層までを形成した基板と、第2電極(ITO)を形成した基板を貼り合わせる、などの製法上の工夫が開示されている。
In that case, it is necessary to pay particular attention not to alter the organic EL layer when forming the ITO.
For example, Non-Patent
さて、有機発光ダイオード(OLED)の発光強度は有機EL層に直角な方向に最大であるが、それ以外の方向に対しても分散しており、その相対値は理論的には直角方向からの角度をθとしてcosθで表されるθの関数となる。
従って、この発光を直角方向に集光すると輝度を増すことができ、即ち、直角方向の一定の輝度を得るために、消費電力を抑えてもよく、有機EL層の劣化を防ぐことができる。Now, the emission intensity of the organic light emitting diode (OLED) is maximum in the direction perpendicular to the organic EL layer, but is also dispersed in other directions, and the relative value is theoretically from the perpendicular direction. It is a function of θ represented by cos θ where the angle is θ.
Therefore, when the emitted light is condensed in a right angle direction, the luminance can be increased. That is, in order to obtain a constant luminance in the right angle direction, the power consumption may be suppressed and the deterioration of the organic EL layer can be prevented.
そこで、このOLEDの集光を達成するために、各種のマイクロレンズアレイの導入が研究されている。
例えば特許文献1には、透明電極6の上をガラス基板(ガラスキャップ)7で封止し、その外表面側からのイオン注入で形成したレンズ層を備える技術が開示されている。Therefore, in order to achieve the condensing of this OLED, introduction of various microlens arrays has been studied.
For example,
また、特許文献2には、有機フィルム10に、ガスバリア層11と酸化ケイ素膜13を形成し、その上に微細透明ビーズを混合した紫外線硬化樹脂を塗り、ロール金型でマイクロレンズ12を形成した後、別に形成した有機EL基板にラミネート接着する技術が開示されている。
In
また、特許文献3には、有機EL画素の陽極15の上の保護膜16のさらに上に、好ましくは光硬化性透明樹脂からなるマイクロレンズアレイ17を設ける技術が開示されている。
このように、マイクロレンズアレイを形成する位置は多様であるが、その形成方法はガラスに対するイオン注入または紫外線硬化樹脂もしくは光硬化性樹脂を利用するとしており、透明性の確保など安定した安価な製造条件を得るのが容易ではない。
さらに注目すべきは、有機EL層自身は両面から、前記の関数cosθに従う強度で発光していること、即ち、注目している透明電極膜側の表面からだけでなく、その反対面側からも同量の発光があることである。
従来の技術では、ボトムエミッション、トップエミッションを問わず、この反対面側からの発光は不透明電極膜に遮られて浪費されており、発光量/消費電力の比を上げることができなかった。Further, it should be noted that the organic EL layer itself emits light from both sides with an intensity according to the function cos θ, that is, not only from the surface on the transparent electrode film side of interest but also from the opposite side. There is the same amount of light emission.
In the conventional technique, light emission from the opposite surface side is obstructed by the opaque electrode film regardless of bottom emission and top emission, and the ratio of light emission / power consumption cannot be increased.
非特許文献2には、ガラス基板上に有機EL層の両面に透明電極膜を備えた有機EL素子を形成する技術が具体的に開示されており、両面発光の利用が可能になったが、有機EL素子の用途としては片面だけの受光(視認)が優勢であり、その場合の発光量/消費電力の比は依然として上げられない。
このようにして形成した有機EL素子は、そのままでは、OLED、特に有機EL層やITO膜が水分や酸素により時間と共に変質劣化してしまうので、何らかの保護膜が不可欠であり、しかもトップエミッション型の場合、この保護膜は可視光に対してなるべく透明でなければならない。
さらに、この保護膜形成に当たっても、再びOLEDを物理的、化学的に変質させないような、低温プロセスが必要である。The organic EL element formed in this way is left as it is, and the OLED, in particular, the organic EL layer and the ITO film are deteriorated and deteriorated over time by moisture and oxygen. Therefore, some kind of protective film is indispensable, and top emission type In some cases, the protective film must be as transparent as possible to visible light.
Furthermore, a low-temperature process is required so that the OLED is not physically and chemically altered again when forming the protective film.
従来、シリコン半導体などに対する水分や酸素に対する保護膜(パッシベーション)としては、窒化シリコン系の膜が最適とされているが、窒化シリコン系の膜は、一般に成膜に際して高温を要する上に、硬いので有機EL素子にストレスを与えるなど、単独では不適当であったので、様々な工夫がなされてきた。 Conventionally, a silicon nitride-based film is optimal as a protective film (passivation) against moisture and oxygen for silicon semiconductors and the like, but a silicon nitride-based film generally requires a high temperature during film formation and is hard. Various approaches have been made because it was inappropriate by itself, such as applying stress to the organic EL element.
例えば、ポリシラザン、特にPHPS(PerHydroPolySilazane)を有機溶媒に溶解して塗布し焼成するだけで、高純度のシリカ(SiO2)膜を得る技術が半導体産業で実用化されていたが、最近の触媒技術の進歩により、100℃以下の比較的低温で焼成できるようになったので、有機EL素子への適用が可能になった。For example, a technology for obtaining a high-purity silica (SiO 2 ) film by simply dissolving polysilazane, in particular PHPS (PerHydroPolySilazane), in an organic solvent, and baking it has been put into practical use in the semiconductor industry. As a result of this advancement, it has become possible to perform firing at a relatively low temperature of 100 ° C. or lower, which makes it possible to apply to organic EL elements.
しかしながら、このポリシラザン焼成によるシリカ膜は、巨視的には緻密な保護膜を形成するが、微視的には、上記窒化シリコン系膜ほどの緻密さがなく、単独では保護能力が劣る。
そこで、ポリシラザンと他の種類の膜を組み合わせて多層膜を形成して所要の保護能力を得る試みがなされている。However, the silica film formed by firing the polysilazane forms a dense protective film macroscopically, but microscopically, it is not as dense as the silicon nitride film, and the protective ability alone is inferior.
Therefore, an attempt has been made to obtain a required protective capability by forming a multilayer film by combining polysilazane and other types of films.
例えば特許文献4には、中間膜(ポリシラザン膜)を上下から窒化シリコン系膜で挟み、OLEDを覆い、外周部分のみをレーザ加熱して、中間膜をシリカに変成する技術が開示されている。 For example, Patent Document 4 discloses a technique in which an intermediate film (polysilazane film) is sandwiched between silicon nitride films from above and below, the OLED is covered, only the outer peripheral portion is laser-heated, and the intermediate film is converted to silica.
また、多層膜の一部にフッ素系高分子膜を適用する試みがなされている。
フッ素は電気陰性度が最も大きく、高分子骨格の炭素と最も強く結合しているので、フッ素系高分子膜は一般に堅牢で疎水性、疎油性を兼ね備える、即ち撥水性、防汚性を呈するからである。Attempts have also been made to apply a fluorine polymer film to a part of the multilayer film.
Fluorine has the highest electronegativity and the strongest bond with carbon in the polymer skeleton, so fluorine-based polymer membranes are generally robust, hydrophobic, and oleophobic, that is, exhibit water repellency and antifouling properties. It is.
例えば特許文献5には、4層からなる透明保護膜の1例として、フッ素系高分子膜、窒化シリコン系膜、エポキシ系高分子膜、PET又はフッ素系高分子膜、の4層が列挙された構造が開示されている。 For example, Patent Document 5 lists four layers of a fluoropolymer film, a silicon nitride film, an epoxy polymer film, PET, or a fluorine polymer film as an example of a four-layer transparent protective film. A different structure is disclosed.
しかしながら、これらの複合膜は製造手順が複雑で高価につく反面、特に多層膜の一部として窒化シリコン系膜を使っている場合、OLEDを変質させずに所要の保護能力を得るのが必ずしも容易ではない。
また、無機系膜と有機系高分子膜、特にフッ素系高分子膜との密着性が必ずしも確保されず、剥離により保護能力が劣化する場合があった。
また、これらの多層膜の場合、透明度が必ずしも確保されなかった。
Further, the adhesion between the inorganic film and the organic polymer film, particularly the fluorine polymer film, is not always ensured, and the protective ability may be deteriorated by peeling.
Moreover, in the case of these multilayer films, transparency was not necessarily ensured.
本発明は、上記の諸問題を解決するために、安定して安価に製造できるマイクロレンズアレイを備えた有機EL素子を提供することを目的とする。 In order to solve the above-described problems, an object of the present invention is to provide an organic EL element including a microlens array that can be manufactured stably and inexpensively.
本発明は、又、キャップとマイクロレンズアレイを一体にすることにより、さらに安定で安価に製造できる有機EL素子を提供することを目的とする。 Another object of the present invention is to provide an organic EL element that can be manufactured more stably and inexpensively by integrating a cap and a microlens array.
本発明は、又、キャップと基板の確実な接着方法を提供することにより、さらに安定で安価に製造できる有機EL素子を提供することを目的とする。 Another object of the present invention is to provide an organic EL element that can be manufactured more stably and inexpensively by providing a reliable method for bonding a cap and a substrate.
本発明は、又、有機EL素子の保護と、キャップ及び基板の確実な接着とを同時に実現して封止することにより、さらに安定で安価に製造できる有機EL素子を提供することを目的とする。 Another object of the present invention is to provide an organic EL device that can be manufactured more stably and inexpensively by simultaneously realizing and sealing the protection of the organic EL device and the reliable adhesion of the cap and the substrate. .
本発明は、上記の諸問題を解決するために、有機EL層の両面からの発光を片面に集中することにより、発光量/消費電力の比を上げた有機EL素子を提供することを目的とする。 In order to solve the above-described problems, an object of the present invention is to provide an organic EL element in which the light emission / power consumption ratio is increased by concentrating light emission from both surfaces of the organic EL layer on one surface. To do.
本発明は、又、基板として金属基板を用いることにより、有機EL層の両面からの発光を片面に集中する機構が安定で安価に製造できる有機EL素子を提供することを目的とする。 Another object of the present invention is to provide an organic EL device that can stably and inexpensively produce a mechanism that concentrates light emission from both sides of an organic EL layer on one side by using a metal substrate as a substrate.
本発明は、上記の諸問題を解決するために、構造・製法が簡単で、有機EL層が変質・劣化する恐れのない、しかも透明度の確保された、従って特にトップエミッション型の有機EL素子に適した保護膜とその製法を提供することを目的とする。 In order to solve the above problems, the present invention has a simple structure and manufacturing method, and there is no fear that the organic EL layer is deteriorated or deteriorated, and transparency is ensured. Therefore, in particular, a top emission type organic EL element. An object is to provide a suitable protective film and a method for producing the same.
上記目的を達成するために、本発明による有機EL素子は請求項1に記載のとおり、透明電極膜と有機EL層と対向電極層を含む有機EL発光ダイオード(OLED)と、前記OLEDを搭載した基板と、前記OLEDを覆うように設けられ、前記透明電極膜に対向する部分が透明であるキャップと、を含む有機EL素子において、前記キャップの外面もしくは内面に、又は前記透明電極膜の表面側に、マイクロレンズアレイを備えることを特徴とする。
To achieve the above object, an organic EL device according to the present invention includes an organic EL light emitting diode (OLED) including a transparent electrode film, an organic EL layer, and a counter electrode layer, and the OLED as described in
また、請求項2に記載のとおり、前記キャップがシリコーン樹脂からなり、前記マイクロレンズが前記キャップと一体に形成されて備えられていることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, the cap is made of silicone resin, and the microlens is formed integrally with the cap.
また、請求項3に記載のとおり、前記キャップと前記基板の接着に際して、前記基板の、前記キャップとの接着部にプライマー処理がなされることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, when the cap and the substrate are bonded, a primer treatment is performed on the bonded portion of the substrate with the cap.
また、請求項4に記載のとおり、透明電極膜と有機EL層と対向電極層を含む有機EL発光ダイオード(OLED)と、前記OLEDを搭載した基板と、前記OLEDを覆うように設けられ、前記透明電極膜に対向する部分が透明であるキャップと、を含む有機EL素子において、前記キャップの外面もしくは内面にマイクロレンズアレイが前記キャップと一体に設けられ、前記キャップの内面と、前記OLEDの上面を含む前記基板の上面との間の空隙に、前記キャップと前記基板との接着面の間の空隙を含めて、シリコーン樹脂が充填されていることを特徴とする。 Further, as described in claim 4, the organic EL light emitting diode (OLED) including a transparent electrode film, an organic EL layer, and a counter electrode layer, a substrate on which the OLED is mounted, and the OLED are provided so as to cover the OLED. An organic EL element including a cap having a transparent portion facing the transparent electrode film, wherein a microlens array is provided integrally with the cap on the outer surface or inner surface of the cap, and the inner surface of the cap and the upper surface of the OLED And a gap between the upper surface of the substrate including a gap between the bonding surface of the cap and the substrate is filled with silicone resin.
また、請求項5に記載のとおり、前記キャップと前記基板の接着に際して、前記基板の接着部と前記キャップの接着部の双方にプライマー処理がなされることを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, when the cap and the substrate are bonded, primer treatment is performed on both the bonded portion of the substrate and the bonded portion of the cap.
また、請求項6に記載のとおり、前記シリコーン樹脂が、ポリジメチルシロキサン(Poly−Di−Methyl−Siloxane、PDMS)であることを特徴とする。 In addition, as described in claim 6, the silicone resin is polydimethylsiloxane (Poly-Di-Methyl-Siloxane, PDMS).
上記目的を達成するために、本発明による有機EL素子は請求項7に記載のとおり、第1の透明電極膜と有機EL層と第2の透明電極膜とを含む有機EL発光ダイオード(OLED)からなるOLEDと、前記OLEDを前記第1の透明電極膜が接するように搭載した基板とを含む有機EL素子において、前記基板の、前記OLEDを搭載した側に光反射面を備えることを特徴とする。 In order to achieve the above object, an organic EL device according to the present invention includes an organic EL light emitting diode (OLED) including a first transparent electrode film, an organic EL layer, and a second transparent electrode film as described in claim 7. An organic EL element including an OLED comprising: a substrate on which the OLED is mounted so that the first transparent electrode film is in contact with the substrate; and a light reflecting surface is provided on a side of the substrate on which the OLED is mounted. To do.
本発明によれば、有機EL層からの発光のうち、従来と同様に第1の透明電極膜を経たものは直接外部に発射され、これに加えて、第2の透明電極膜を経たものは基板に備えた光反射面で反射されて第1の透明電極膜を経たものに重畳して外部に発射されるので、外部への発光量/消費電力の比は略、倍増できることになる。 According to the present invention, light emitted from the organic EL layer that has passed through the first transparent electrode film as in the conventional case is directly emitted to the outside, and in addition to this, the light that has passed through the second transparent electrode film Since the light is reflected by the light reflecting surface provided on the substrate and superimposed on the first transparent electrode film and emitted to the outside, the ratio of the amount of emitted light to the outside / power consumption can be substantially doubled.
また、請求項8に記載のとおり、前記基板が、例えば、マグネシウム、アルミニウム、又はそれらを含む合金からなり、その表面に絶縁膜が形成された金属基板であることを特徴とする。 According to an eighth aspect of the present invention, the substrate is a metal substrate made of, for example, magnesium, aluminum, or an alloy containing them, and having an insulating film formed on the surface thereof.
金属基板は、表面を鏡面になるように滑らかに仕上げるだけで、光反射面とすることができる。
特にマグネシウム基板は鏡面仕上げが容易であり、良質の光反射面を安価に得ることができる。
なお、これらの金属基板、特にマグネシウム基板は、加工性に富み、表面酸化により丈夫で薄い絶縁膜の形成が容易であるので安価に製造でき、その上に熱伝導率が大きく消費電力の熱放散が容易であるが、本発明による有機EL素子はこれらの特徴を合わせ備えることができる。The metal substrate can be used as a light reflecting surface simply by finishing the surface smoothly so as to be a mirror surface.
In particular, a magnesium substrate can be easily mirror-finished, and a high-quality light reflecting surface can be obtained at a low cost.
These metal substrates, particularly magnesium substrates, are rich in workability and can be manufactured inexpensively because a strong and thin insulating film can be easily formed by surface oxidation. On top of that, the thermal conductivity is large and heat dissipation of power consumption is high. However, the organic EL device according to the present invention can be provided with these characteristics.
また、請求項9に記載のとおり、前記光反射面が複数の凹面鏡からなる凹面鏡アレイを含むことを特徴とする。 According to a ninth aspect of the present invention, the light reflecting surface includes a concave mirror array including a plurality of concave mirrors.
本発明により基板に備えるべき凹面鏡アレイは、特に金属基板の場合は、原基板の表面を予め、モールド、研削、又はプレスにより凹面のアレイの形状に仕上げた後で表面酸化し、凹部にシリコーンなどの透明樹脂を充填して最終表面を平坦にすることにより容易に備えることができる。 The concave mirror array to be provided on the substrate according to the present invention, particularly in the case of a metal substrate, surface is oxidized in advance after the surface of the original substrate is finished into a concave array shape by molding, grinding, or pressing, and the concave portion is made of silicone or the like. It can be easily prepared by filling the transparent resin and flattening the final surface.
各凹面鏡のサイズとピッチは、なるべく多くの側方発光を捕らえて反射するため、OLEDのサイズ(以下dとする)とピッチ(以下Dとする、D>d)のうち、Dに等しくとる、即ち、OLEDに一対一で対応してなるべく隙間なく並べることが望ましい。 The size and pitch of each concave mirror capture and reflect as much lateral light emission as possible, so that the OLED size (hereinafter referred to as d) and pitch (hereinafter referred to as D, D> d) is set equal to D. In other words, it is desirable to line up the OLEDs in a one-to-one correspondence without gaps.
各凹面鏡の平面形状は通常円形であるが、集光量を上げるため、OLEDの縦横のピッチに合わせた正方形又は長方形であってもよい。
各凹面鏡の焦点距離(以下f1とする)は、OLEDのピッチDの略、0.5倍以上、2倍以下が望ましい。
凹面鏡アレイとOLEDの距離(以下s1とする)は凹面鏡の焦点距離f1の略、0.5倍以上、2倍以下が望ましい。
各凹面鏡の断面形状は、略、放物線が望ましい。The planar shape of each concave mirror is usually a circle, but may be a square or a rectangle that matches the vertical and horizontal pitches of the OLEDs in order to increase the amount of light collected.
The focal length (hereinafter referred to as f1) of each concave mirror is preferably approximately 0.5 times to 2 times the pitch D of the OLED.
The distance between the concave mirror array and the OLED (hereinafter referred to as s1) is preferably approximately 0.5 times to 2 times the focal length f1 of the concave mirror.
In general, the cross-sectional shape of each concave mirror is preferably a parabola.
以上の諸パラメータの詳細は、反射光を有機EL素子面に直角な方向に最大集光できるように、発光の通過媒体での減衰、凹面鏡の各種収差による歪み、隣接OLEDの発光への干渉などを考慮して決定される。 The details of the above parameters are such that the reflected light is attenuated by the passing medium, the distortion due to various aberrations of the concave mirror, the interference with the light emission of the adjacent OLED, etc. so that the reflected light can be focused at maximum in the direction perpendicular to the organic EL element surface. Is determined in consideration of
また、請求項10に記載のとおり、さらに前記OLEDを覆うように設けられ、前記第2の透明電極膜に対向する部分が透明であるキャップを備え、前記キャップの外面もしくは内面に、又は前記第2の透明電極膜の表面側に、複数のマイクロレンズからなるマイクロレンズアレイを備えることを特徴とする。 In addition, as described in claim 10, a cap is further provided so as to cover the OLED, and a portion facing the second transparent electrode film is transparent, and is provided on an outer surface or an inner surface of the cap, or the first A microlens array comprising a plurality of microlenses is provided on the surface side of the second transparent electrode film.
本発明によりキャップ側、即ち、第1電極膜に近接して備えるべきマイクロレンズアレイは、各種の方法で設けることができる。
特に、例えばシリコーン樹脂を用いてキャップと一体に成形することにより、キャップと基板の封止を含めて、安定した性能が安価に得られる。According to the present invention, the microlens array to be provided on the cap side, that is, close to the first electrode film, can be provided by various methods.
In particular, stable performance including sealing of the cap and the substrate can be obtained at a low cost by integrally molding with the cap using, for example, silicone resin.
各マイクロレンズのサイズとピッチは、なるべく多くの側方発光を捕らえて反射するため、OLEDのサイズ(以下dとする)とピッチ(以下Dとする、D>d)のうち、Dに等しくとる、即ち、OLEDに一対一で対応してなるべく隙間なく並べることが望ましい。 The size and pitch of each microlens captures and reflects as much lateral light as possible, and therefore is equal to D out of the OLED size (hereinafter referred to as d) and pitch (hereinafter referred to as D, D> d). That is, it is desirable that the OLEDs are arranged in a one-to-one correspondence without gaps.
各マイクロレンズの平面形状は通常円形であるが、集光量を上げるため、OLEDの縦横のピッチに合わせた正方形又は長方形であってもよい。
各マイクロレンズの焦点距離(以下f2とする)は、OLEDのピッチDの略、0.5倍以上、2倍以下が望ましい。
マイクロレンズとOLEDの距離(以下s2とする)はマイクロレンズの焦点距離f2の略、0.5倍以上、2倍以下が望ましい。
各マイクロレンズの断面形状は、略、放物線が望ましい。The planar shape of each microlens is usually circular, but it may be square or rectangular according to the vertical and horizontal pitches of the OLEDs in order to increase the amount of light collected.
The focal length (hereinafter referred to as f2) of each microlens is preferably approximately 0.5 times or more and 2 times or less of the pitch D of the OLED.
The distance between the microlens and the OLED (hereinafter referred to as s2) is preferably approximately 0.5 times or more and 2 times or less of the focal length f2 of the microlens.
The cross-sectional shape of each microlens is preferably a parabola.
以上の諸パラメータの詳細は、屈折光を有機EL素子面に直角な方向に最大集光できるように、発光の通過媒体での減衰、マイクロレンズの各種収差による歪み、隣接OLEDの発光への干渉などを考慮して決定される。 The details of the above parameters are such that the refracted light can be condensed in the direction perpendicular to the surface of the organic EL element so that the light is attenuated by the passing medium, the distortion caused by various aberrations of the microlens, and the interference with the light emission of the adjacent OLED. Determined in consideration of
上記目的を達成するために、本発明による有機EL素子の保護膜は請求項11に記載のとおり、ポリシラザン(PHPS)を焼成して得られるシリカ膜と、その上に積層されたケイ素含有有機フッ素高分子膜を含み、前記ケイ素含有有機フッ素高分子膜のケイ素含有有機フッ素高分子は、ペルフルオロ炭化水素部と炭化水素部とケイ素含有基とからなることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the protective film of the organic EL device according to the present invention is a silica film obtained by firing polysilazane (PHPS) and a silicon-containing organic fluorine laminated thereon, as described in
また、請求項12に記載のとおり、前記ペルフルオロ炭化水素部は、直鎖のみ又は側鎖つきの、ペルフルオロアルカン又はペルフルオロアルケン、からなることを特徴とする。
In addition, as described in
また、請求項13に記載のとおり、前記ペルフルオロ炭化水素部は、直鎖のみ又は側鎖つきであり、かつ、飽和結合のみ又は不飽和結合を含む、ペルフルオロポリエーテル(ペルフルオロポリオキタセン)からなることを特徴とする。
In addition, as described in
また、請求項14に記載のとおり、前記炭化水素部は、飽和結合のみを含み、直鎖のみ又は側鎖つきであり、水素原子の内少なくとも一つが前記ケイ素含有基に置換されていることを特徴とする。
Further, as described in
また、請求項15に記載のとおり、前記水素原子の内、さらに単数または複数個がハロゲンにより置換されていることを特徴とする。
In addition, as described in
また、請求項16に記載のとおり、前記珪素含有基は、1個又は複数個の直鎖ケイ素からなるシランにおいて、1個又は複数個の水素原子が、アルコキシル基またはハロゲンにより置換されていることを特徴とする。
In addition, according to
また、上記目的を達成するために、本発明による有機EL素子の保護膜の製法は請求項17に記載のとおり、
ポリシラザン(PHPS)をシクロヘキサン溶媒で希釈し、所定の金属触媒を添加したポリシラザン溶液を得るステップと、
前記ポリシラザン溶液を有機EL素子のITO膜の上に塗布するステップと、
20℃以上100℃以下の所定の温度と所定の湿度で、所定の時間、加湿乾燥してシリカ膜を形成するステップと、
ペルフルオロ炭化水素部と炭化水素部とケイ素含有基とからなるケイ素含有有機フッ素系高分子をペルフルオロヘキサンで希釈して前記ケイ素含有有機フッ素系高分子の溶液を得るステップと、
前記ケイ素含有有機フッ素系高分子溶液を前記シリカ膜上に塗布するステップと、
20℃以上100℃以下の所定の温度と所定の湿度で、所定の時間、加湿乾燥して、前記ケイ素含有有機フッ素系高分子を、シリカのケイ素原子と分子レベルで結合させるステップと、を含むことを特徴とする。In order to achieve the above object, a method for producing a protective film of an organic EL element according to the present invention is as described in claim 17.
Diluting polysilazane (PHPS) with a cyclohexane solvent to obtain a polysilazane solution to which a predetermined metal catalyst is added;
Applying the polysilazane solution on the ITO film of the organic EL element;
Forming a silica film by humidifying and drying at a predetermined temperature of 20 ° C. to 100 ° C. and a predetermined humidity for a predetermined time;
Diluting a silicon-containing organofluorine polymer composed of a perfluorohydrocarbon part, a hydrocarbon part, and a silicon-containing group with perfluorohexane to obtain a solution of the silicon-containing organofluorine polymer;
Applying the silicon-containing organofluorine polymer solution onto the silica film;
And humidifying and drying at a predetermined temperature of 20 ° C. or higher and 100 ° C. or lower for a predetermined time to bond the silicon-containing organic fluorine-based polymer to a silicon atom of silica at a molecular level. It is characterized by that.
本発明による有機EL素子は、安定で安価に製造することができるシリコーン樹脂からなるマイクロレンズアレイを備えているので、発光面に直角な方向の輝度を高めて、有機EL層の劣化を招く消費電力の増加を抑えることができる。 Since the organic EL device according to the present invention includes a microlens array made of a silicone resin that can be manufactured stably and inexpensively, consumption is increased by increasing the luminance in a direction perpendicular to the light emitting surface and deteriorating the organic EL layer. An increase in power can be suppressed.
また、本発明による有機EL素子は、キャップとマイクロレンズアレイが一体に形成されるので、さらに安定で安価に製造できる。 In addition, the organic EL element according to the present invention can be manufactured more stably and inexpensively because the cap and the microlens array are integrally formed.
また、本発明による有機EL素子は、シリコーン樹脂からなるキャップと基板の接着に際して、基板にプライマー処理をなすことで、堅固な封止接着ができるので、さらに安定で安価に製造できる。 In addition, the organic EL device according to the present invention can be manufactured more stably and inexpensively because the sealing treatment can be performed firmly by applying a primer treatment to the substrate when the cap made of silicone resin is bonded to the substrate.
また、本発明による有機EL素子は、キャップと基板の接着と同時に、低温でキュアできるシリコーン樹脂により封止されて保護されるので、劣化がなく、安定で安価に製造できる。 In addition, since the organic EL device according to the present invention is sealed and protected by a silicone resin that can be cured at a low temperature simultaneously with the adhesion between the cap and the substrate, it can be manufactured stably and inexpensively without deterioration.
本発明による有機EL素子は、基板に備えた光反射面により、OLEDの両面からの発光を外部に片面発射できるので、発光量、従って発光量/消費電力の比を略、倍増することができ、有機EL層の劣化を招く消費電力の増加を抑えることができる。 The organic EL device according to the present invention can emit light from both sides of the OLED to the outside by the light reflecting surface provided on the substrate, so that the light emission amount, and hence the light emission amount / power consumption ratio can be substantially doubled. In addition, an increase in power consumption that causes deterioration of the organic EL layer can be suppressed.
また、本発明による有機EL素子は、特に基板としてマグネシウムなどの金属基板を用いて、光反射面を一体成形により安定で安価に製造することができる。 In addition, the organic EL device according to the present invention can be manufactured stably and inexpensively by integrally forming the light reflecting surface using a metal substrate such as magnesium as the substrate.
また、本発明による有機EL素子は、第1透明電極膜側に備えた光反射面、及び/又は第2電極膜側、即ちキャップ側に備えたマイクロレンズと組み合わせることにより、有機EL素子面に直角な方向に最大集光することができるので、表示装置としての有効発光量/消費電力の比をさらに上げることができる。 In addition, the organic EL device according to the present invention is combined with the light reflecting surface provided on the first transparent electrode film side and / or the microlens provided on the second electrode film side, that is, the cap side, so that the organic EL device surface is provided. Since the maximum light condensing can be performed in a perpendicular direction, the ratio of the effective light emission amount / power consumption as the display device can be further increased.
本発明による有機EL素子の保護膜によれば、緻密なシリカ膜と、前記シリカ膜に分子レベルで強固に結合されたケイ素含有有機フッ素高分子膜の2層からなる撥水性、撥油性に富む保護膜を提供することができ、水分、酸素、高温、そして物理的打撃に関して、製造工程中及び製造後の保管又は使用中を通じて、脆弱な有機EL素子(OLED、及びその駆動回路)を保護することができ、特にトップエミッション型有機EL素子を高信頼度で経済的に提供できる。 The protective film of the organic EL device according to the present invention is rich in water repellency and oil repellency comprising two layers of a dense silica film and a silicon-containing organic fluoropolymer film firmly bonded to the silica film at a molecular level. A protective film can be provided to protect fragile organic EL devices (OLEDs and their drive circuits) during the manufacturing process and during storage or use after manufacturing with respect to moisture, oxygen, high temperature, and physical impact. In particular, a top emission type organic EL element can be provided economically with high reliability.
また、本発明による有機EL素子の保護膜の製法によれば、水分、酸素、高温、そして物理的打撃に対して、脆弱な有機EL素子(OLED、及びその駆動回路)が物理的又は化学的にダメージを受けることなく、緻密なシリカ膜と、前記シリカ膜に分子レベルで強固に結合されたケイ素含有有機フッ素高分子膜の2層からなる撥水性、撥油性に富む保護膜を形成する、高信頼度で経済的な製法を提供できる。 In addition, according to the method for manufacturing a protective film for an organic EL device according to the present invention, an organic EL device (OLED and its driving circuit) that is vulnerable to moisture, oxygen, high temperature, and physical blow is physically or chemically. Forming a protective film rich in water repellency and oil repellency consisting of two layers of a dense silica film and a silicon-containing organic fluoropolymer film firmly bonded to the silica film at a molecular level without being damaged. A highly reliable and economical manufacturing method can be provided.
11、12、13、14、15、16 光線
21、22、23、24、25、26 光線
51、52、53、54、55、56 光線
61、62、63、64、65、66 光線
71、76 光線
100 キャップ
102 キャップの下面
110 マイクロレンズアレイ
115 マイクロレンズ
105 キャップの脚部
120 接着部
130 充填部
200 基板
201 金属基板(マグネシウム基板)
205 境界(光反射面)
215 透明層
210、225 絶縁膜
220 ポリシリコン層又はアモルファスシリコン層(TFT層)
230 画素駆動ユニット(TFTトランジスタ回路)
231 ソース
233 ソース配線
235 ドレーン
237 ゲート絶縁膜
239 ゲート配線
240 陰極用電極(第1電極)
250R、250G、250B 有機EL層
260 透明電極膜(第2電極)
270 保護膜
300、301、302 有機EL層
305 鏡像
310 第1透明電極膜(ドレーン配線)
320 第2透明電極膜
322 Mg−Ag層
401 境界
410 ポリシラザンを焼成して得られるシリカ膜
420 ケイ素含有有機フッ素系高分子膜
430、440、450 ケイ素含有有機フッ素系高分子の主部
432 ペルフルオロアルカン部
434、454 炭化水素部
439、459 ケイ素含有基
442 ペルフルオロポリオキセタン部
490、490a、490b 汚れ11, 12, 13, 14, 15, 16
205 boundary (light reflecting surface)
215
230 Pixel drive unit (TFT transistor circuit)
231
250R, 250G, 250B
270
320 Second
以下、本発明に係る実施の形態を、トップエミッション型で、かつアクティブマトリクス駆動型の場合について、図面を参照して具体的に説明する。
本発明はボトムエミッション型あるいはパッシブマトリクス駆動型の場合についても適宜変形するならば適用できる。Hereinafter, embodiments according to the present invention will be specifically described with reference to the drawings in the case of a top emission type and an active matrix driving type.
The present invention can be applied to a bottom emission type or a passive matrix drive type as long as it is appropriately modified.
図1(A)、(B)、(C)は、各々実施例1、2、3における有機EL素子を示す断面模式図、図2(A)、(B)、(C)は、各々実施例4、5、6における有機EL素子を示す断面模式図、図3は実施例7における有機EL素子を示す断面図である。 1A, 1B, and 1C are schematic cross-sectional views showing organic EL elements in Examples 1, 2, and 3, respectively. FIGS. 2A, 2B, and 2C are respectively implemented. FIG. 3 is a cross-sectional view showing the organic EL element in Example 7, and FIG.
図1(A)を参照すると、本発明による有機EL素子を示す断面模式図であって、有機EL素子本体は、基板200上に形成されて、例えばガラス製の透明なキャップ100に覆われ、キャップの縁辺部において下方に延伸された脚部105が接着部120を介して基板200に接着されることにより封止され、外界から遮断される。
Referring to FIG. 1A, a cross-sectional schematic view showing an organic EL element according to the present invention, wherein the organic EL element body is formed on a
有機EL素子本体は、パネル1つ分の有機EL発光ダイオード(OLED)と、対応する画素駆動ユニット230からなり、基板200の上表面に例えばポリシリコン層又はアモルファスシリコン層220を堆積し、画素駆動ユニット230が形成される。
The organic EL element body is composed of an organic EL light emitting diode (OLED) for one panel and a corresponding
個々の画素駆動ユニット230は、原理的には1個のTFTトランジスタからなり、そのゲートとソースは各々行・列をなす駆動配線(図示せず)に接続され、そのドレーンは(必要ならば、導電性金属層を介して)、OLEDの陰極用電極240に接続される。
Each
個々のOLEDは、上記陰極用電極240と共通の透明電極膜260と、両電極に挟まれた、3原色に対応する有機EL層250R、250G、又は250Bからなり、透明電極膜260の上には保護膜270が形成されている。
Each OLED is composed of the
このようにして、有機EL素子本体が形成される。
上記封止完成後に、有機EL素子本体の画素駆動ユニットに時間と共に変化する所定の信号電圧が与えられると、OLEDは信号電圧に対応して変化する光量を有する3原色光を発光する。
3原色光は各々、透明電極膜260、保護膜270、透明なキャップ100を経て上方から外部に発光され、各画素は所望の色調を呈色し、表示装置としての機能を果たすことになる。In this way, the organic EL element body is formed.
When a predetermined signal voltage that changes with time is applied to the pixel drive unit of the organic EL element body after the sealing is completed, the OLED emits light of three primary colors having a light amount that changes in accordance with the signal voltage.
The three primary color lights are emitted from the upper side through the
さて本発明によれば、キャップ100の内面にシリコーン樹脂からなるマイクロレンズアレイ110が接着されて備えられ、個々のマイクロレンズ115は凸レンズの形状をなして、OLEDの上面に対向している。
Now, according to the present invention, the
個々のOLEDの発光強度は、上述のように発光角度に依存し、図1(A)で垂直上方を最大とし、垂直上方からの角度をθに対してcosθに比例している。
従って、マイクロレンズ115はOLEDからの発光を垂直上方方向に向かった集光する。The light emission intensity of each OLED depends on the light emission angle as described above. In FIG. 1A, the vertical upper direction is maximized, and the angle from the vertical upper direction is proportional to cos θ with respect to θ.
Accordingly, the
図1(A)では、マイクロレンズ115のサイズ、ピッチは有機EL層250R、250G、250B、従ってOLED1個のサイズ、ピッチに合わせてあるが、これに限定されるものではない。
いずれにしても、マイクロレンズ115のサイズ、ピッチは、最近の高精細表示の場合、画素のサイズ、ピッチに合わせる必要があり、μm(ミクロン)級である。In FIG. 1A, the size and pitch of the
In any case, the size and pitch of the
本発明は、このようなミクロン級の精密加工が最近の技術の進歩により、初めて実用化の目処が立ったという事実に基づくものであり、例えば非特許文献3には、素材としてシリコーン樹脂、中でもその一種PDMS(Poly−Di−Methyl−Siloxane)を適用すると、基板のソリに対する順応性がよく、化学的に不活性で、等方、等質、透明で、エラストマとしての耐久性が高く、プラズマ処理とこれに続く化学的処理によって制御可能な表面状態が形成できる、旨が記述されている。
従って、このPDMS材を使うと、例えばシリコンで作ったミクロン級の母型から、例えばエンボス加工により、所望のマイクロレンズアレイが離型性よく安価に得られる。
シリコンの最先端加工技術は0.1ミクロン級であり、上記ミクロン級の母型が安価に得られる。Therefore, when this PDMS material is used, a desired microlens array can be obtained with good releasability at low cost from, for example, embossing from a micron-class master made of silicon.
The state-of-the-art processing technology of silicon is 0.1 micron class, and the above micron class matrix can be obtained at low cost.
なお、マイクロレンズ115の突端とOLEDの上面保護膜270との距離は、集光効率を上げるためにはなるべく小さい方が望ましいが、基板200やキャップ100の反りなどがあっても、マイクロレンズの一部が保護膜に押し付けられて変形しない程度の値に設定される。
The distance between the protruding end of the
図1(B)を参照すると、本発明による有機EL素子を示す断面模式図であって、上記実施例1との差異は、マイクロレンズアレイ110がキャップ100の内面ではなく、外面に備えられていることである。
FIG. 1B is a schematic cross-sectional view showing an organic EL device according to the present invention. The difference from the first embodiment is that the
このようにすると、有機EL層がキャップにより封止されてマイクロレンズアレイから隔てられているので、仮にマイクロレンズアレイに水、酸素などが僅かに付着していても、有機EL層を痛める恐れがない。 In this case, since the organic EL layer is sealed by the cap and separated from the microlens array, there is a risk that even if a slight amount of water, oxygen, or the like is attached to the microlens array, the organic EL layer may be damaged. Absent.
図1(C)を参照すると、本発明による有機EL素子を示す断面模式図であって、上記実施例1、2との差異は、マイクロレンズアレイ110がキャップ100の内面または外面にではなく、OLEDの透明電極膜260の上表面側に保護膜270を介して接着されて、備えられていることである。
Referring to FIG. 1C, which is a schematic cross-sectional view showing an organic EL device according to the present invention, the difference from the first and second embodiments is that the
このようにすると、マイクロレンズ115による集光を最も効率的に行うことができる上に、マイクロレンズアレイ110がOLEDを最も効果的に保護する。
In this way, the light condensing by the
図2(A)を参照すると、本発明による有機EL素子を示す断面模式図であって、上記実施例1〜3との差異は、シリコーン樹脂からなるキャップ100の内面にマイクロレンズ115がキャップ100と一体に形成されている、即ち、シリコーン樹脂からマイクロレンズ115とキャップ100を一体に成形して得ている点である。
Referring to FIG. 2 (A), it is a schematic cross-sectional view showing an organic EL device according to the present invention. The difference from the first to third embodiments is that a
従って上記実施例1と同じくシリコーン樹脂であるPDMS材を使うと、例えばシリコンで作ったミクロン級の母型から、例えばエンボス加工により、所望のマイクロレンズアレイとキャップを一体したものが離型性よく安価に得られる。 Therefore, when the PDMS material, which is a silicone resin, is used in the same manner as in the first embodiment, a desired microlens array and a cap are integrated from a micron-type mother die made of silicon, for example, by embossing, for example, with good releasability. It can be obtained inexpensively.
シリコーン樹脂PDMSは、上記のように透明であるのでOLEDの発光を外部に通す一方、化学的に不活性であるので内部のOLEDを保護し、かつ基板の反りに対する順応性があり、キャップとして理想的な性能を備える。 Since the silicone resin PDMS is transparent as described above, the OLED emits light to the outside, while it is chemically inactive, so it protects the internal OLED and adapts to the warp of the substrate, making it ideal as a cap. With typical performance.
さらに、一般にシリコーン樹脂の表面のSi原子のダングリングボンドは、例えば酸素プラズマ処理によりOH基と安定に結合した状態にしておける。
基板200と、キャップ100の脚部105との接着・封止に際しては、予め、基板200の接着面(接着部120)をプライマー処理をしておくと、キャップ100の前記OH基が脱水反応により除去されて、シリコーン樹脂の表面のSi原子が接着部120の分子と化学的に結合され、強固な接着・封止が得られる。Furthermore, generally, the dangling bonds of Si atoms on the surface of the silicone resin can be stably bonded to OH groups by, for example, oxygen plasma treatment.
When adhering / sealing the
図2(B)を参照すると、マイクロレンズのサイズ・ピッチが上記実施例4では有機EL層250R、250G、250B、従ってOLEDのサイズ・ピッチと1対1に対応しているのに対し、本実施例では、1対2で対応している。 Referring to FIG. 2B, the size / pitch of the microlens corresponds to the organic EL layers 250R, 250G, 250B, and thus the size / pitch of the OLED in Example 4 above, whereas In the embodiment, there is a one-to-two correspondence.
また図2(C)を参照すると、マイクロレンズのサイズ・ピッチがOLEDのサイズ・ピッチと2対1で対応している。 Referring to FIG. 2C, the size / pitch of the microlens corresponds to the size / pitch of the OLED on a two-to-one basis.
マイクロレンズは一般に小サイズであるほど、短い焦点距離のものが得られるが、収差歪みが甚だしくなるので、OLEDのサイズ・ピッチ、OLEDの上面とマイクロレンズの距離とそのばらつきなどを考慮して、パネル全面で安定した集光率が得られるように、マイクロレンズのサイズ・ピッチを決定しなければならない。
このことは、他の実施例である上記実施例1、2、3、及び下記実施例7についても当然成り立つ。In general, the smaller the microlens, the shorter the focal length is obtained. However, since aberration distortion increases, considering the size and pitch of the OLED, the distance between the OLED upper surface and the microlens and their variations, The size and pitch of the microlens must be determined so that a stable light collection rate can be obtained over the entire panel.
This naturally holds true for the above-described Examples 1, 2, and 3, and Example 7 below, which are other examples.
図3を参照すると、本発明による有機EL素子を示す断面模式図であって、マイクロレンズ115を内面に備えた、例えばガラス製の透明なキャップ100が、OLEDを搭載した基板200の上面の全体を覆い、双方の間の空隙は、キャップ100の脚部105と基板200の接着部120を含めて、シリコーン樹脂PDMS、で充填されて充填部130となる。
Referring to FIG. 3, which is a schematic cross-sectional view showing an organic EL device according to the present invention, a
このようにすると、一回の工程でPDMSがOLEDを効果的に保護すると共に、同時に基板200とキャップ100を接着部120で効果的に接着することができ、PDMSは例えば、室温で48時間、65℃で4時間程度の低温でキュアできるので、有機EL層にダメージを与えない。
In this way, PDMS effectively protects the OLED in a single process, and at the same time, the
基板200と、キャップ100の脚部105との接着・封止に際しては、予め、基板の接着面と、脚部の接着面を予めプライマー処理をしておくと、接着部120に充填されたシリコーン樹脂の表面の前記OH基が脱水反応により除去されて、シリコーン樹脂の表面のSi原子が基板、キャップの接着表面の分子と化学的に結合され、強固な接着、封止が得られる。
When adhering / sealing the
また、図4、図5、図6、図7は各々、実施例8、9、10、11における有機EL素子の構造を示す断面模式図、図8、図10、図12は各々、実施例8、9、10における有機EL素子の光学的等価断面図、図9、図11、図13は各々、実施例8、9、10における有機EL素子の発光量の分布図である。 4, 5, 6, and 7 are schematic cross-sectional views showing the structures of the organic EL elements in Examples 8, 9, 10, and 11, and FIGS. 8, 10, and 12 are examples. Optical equivalent cross-sectional views of the organic EL elements in 8, 9, and 10, FIGS. 9, 11, and 13 are distribution diagrams of light emission amounts of the organic EL elements in Examples 8, 9, and 10, respectively.
図4は、実施例8における有機EL素子の構造を示す断面模式図である。
有機EL素子本体は、金属基板、例えばマグネシウム基板201上に形成されて、例えばガラス製の透明なキャップ100に覆われ、キャップの縁辺部において下方に延伸された脚部(図示せず)が基板の対応する縁辺部に接着されることにより封止され、外界から遮断される。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing the structure of the organic EL element in Example 8.
The organic EL element body is formed on a metal substrate, for example, a
有機EL素子本体は、例えばパネル1つ分にあたる、複数の有機EL発光ダイオード(OLED)と、対応する画素駆動ユニットからなり、基板201の上表面に形成された絶縁膜210の上に例えばポリシリコン層又はアモルファスシリコン層220を堆積し、その中に画素駆動ユニットが形成される。
The organic EL element body is composed of, for example, a plurality of organic EL light emitting diodes (OLEDs) corresponding to one panel and a corresponding pixel driving unit. For example, polysilicon is formed on an insulating
個々の画素駆動ユニットは原理的には1個のTFTトランジスタであり、ソース231、ゲート絶縁膜237、ドレーン235と、ソース配線233、ゲート配線239、ドレーン配線310からなる。
ソース配線233とゲート配線239は、各々行、列をなしており、画素駆動ユニットアレイの縁辺部に設けた行・列駆動回路により駆動され、選択電位が与えられたゲート配線に繋がる画素駆動ユニットのドレーンの電位は、各々のソース配線に与えられた画素信号電位に等しくなり、このようにして各画素駆動ユニットのドレーン配線には任意の信号電位が順次与えられる。In principle, each pixel driving unit is a single TFT transistor, and includes a
The
ドレーン配線310は必要ならば適当なバリア金属層を介してドレーン235に接続される。
ポリシリコン(アモルファスシリコン)層の上面のうち、隣接する画素駆動ユニットの間の領域は窒化酸化シリコン系の絶縁膜225で覆われており、ドレーン配線310は、その上に延伸されてOLEDの第1透明電極膜となる。The
Of the upper surface of the polysilicon (amorphous silicon) layer, a region between adjacent pixel driving units is covered with a silicon nitride
個々のOLEDは、第1透明電極膜310と、共通の第2透明電極膜320と、両電極膜に挟まれた有機EL層300からなり、通常3つの隣接する有機EL層301、300、302が3原色R、G、Bに対応する。
なお第2透明電極膜と有機EL層300の間には、電子注入効率を上げるため、低ワークファンクションの合金、例えばMg−Ag層322を介在させる。
Mg−Ag層の厚さは透明性を損なわないように薄く、例えば10nm程度にとる。
また、第2透明電極膜320の上には保護膜(図示せず)を形成する。Each OLED includes a first
A low work function alloy, for example, an Mg—
The thickness of the Mg—Ag layer is thin so as not to impair the transparency, for example, about 10 nm.
Further, a protective film (not shown) is formed on the second
このようにして、有機EL素子本体が形成される。
ここで本有機EL素子の発光部に関係する各膜、層の典型的膜圧を列挙すると、
基板絶縁膜210: 10nm、 ポリシリコン(アモルファスシリコン)層220(絶縁膜225を含む): 500nm、 第1透明電極膜310: 100nm、 有機EL層300: 60nm、 Mg−Ag層: 10nm、 第2透明電極膜320: 40nm、である。In this way, the organic EL element body is formed.
Here, the typical film pressure of each film and layer related to the light emitting part of the organic EL element is enumerated.
Substrate insulating film 210: 10 nm, polysilicon (amorphous silicon) layer 220 (including insulating film 225): 500 nm, first transparent electrode film 310: 100 nm, organic EL layer 300: 60 nm, Mg—Ag layer: 10 nm, second Transparent electrode film 320: 40 nm.
上記のキャップによる封止完成後に、有機EL素子本体の画素駆動ユニットの行・列配線に時間と共に変化する所定の信号電圧が与えられると、各有機EL層300は信号電圧に対応して変化する光量を有する3原色光のいずれかを発光する。
3原色光は各々、Mg−Ag膜322、第2透明電極膜320、保護膜、透明なキャップ100を経て上方から外部に発光され、各画素は所望の色調を呈色し、表示装置としての機能を果たすことになる。
有機EL素子の輝度を決定するのは、信号電圧が最大の場合のOLEDの発光量であり、以下において、「発光量」はこの場合に限定する。When a predetermined signal voltage that changes with time is applied to the row / column wiring of the pixel driving unit of the organic EL element body after the sealing with the cap is completed, each
The three primary color lights are respectively emitted from the upper side through the Mg-
The luminance of the organic EL element is determined by the light emission amount of the OLED when the signal voltage is maximum. Hereinafter, the “light emission amount” is limited to this case.
さて有機EL層の発光量は、上記のように図1において上下方向で最大になり、水平方向でゼロとなり、上方向を基線として計った角度θに対してcosθ分布をなす。
従って、本実施例の場合、図4で下方向、即ち90°≦θ≦180°の範囲の発光は、第1透明電極膜310、ポリシリコン(アモルファスシリコン)層220、絶縁層210を透過して、絶縁層210と基板201の母体金属の境界205に至り、光は金属基板201内を透過できないので、反射される。As described above, the light emission amount of the organic EL layer becomes maximum in the vertical direction in FIG. 1, becomes zero in the horizontal direction, and forms a cos θ distribution with respect to the angle θ measured with the upward direction as the base line.
Therefore, in the case of the present embodiment, light emission in the downward direction in FIG. 4, that is, in the range of 90 ° ≦ θ ≦ 180 °, is transmitted through the first
即ち、境界205が光反射面として機能し、反射された光は、あたかも有機EL層300の鏡像305(2点鎖線で示す)からの発光のように、上方に向かう。(以下、光反射面も「205」で示す。)
図4において、直接光と反射光の光線の例を各々、11及び16と、61及び66で示す。
次に、直接光と反射光の合計強度の分布を近似的に見積もる。That is, the
In FIG. 4, examples of direct light and reflected light are indicated by 11 and 16, 61 and 66, respectively.
Next, the distribution of the total intensity of the direct light and the reflected light is approximately estimated.
図8は、本実施例における有機EL素子の光学的等価断面図である。
有機EL層300の平面方向の寸法dとピッチD、及びキャップの下面102との間隔s1が、0.1mm〜1mmであるのに対して、有機EL層と光反射面205の間隔は上記の典型的膜厚の場合でも高々700nm、即ち1μm(ミクロン)未満であるので、有機EL層、光反射面、鏡像305は密着してすべてキャップ下面からs1の距離にあると見なす。
本図では、s1=D=2×d、にとってある。FIG. 8 is an optical equivalent cross-sectional view of the organic EL element in this example.
The dimension d and pitch D in the planar direction of the
In this figure, s1 = D = 2 × d.
従って、有機EL層300からの発光は、上方への直接光と下方からの反射光が重畳しており、有機EL層の、本図における左端、中央、右端の各々から左右π/2(=45°)への発光光線、11と12、13と14、15と16、で代表して示す。
Therefore, the light emitted from the
図9は、本実施例における有機EL素子の発光量の分布図である。
有機EL層300の発光強度Y(相対値)は、図において垂直上方からの角度をθとして、破線で示すようにcosθであるが、下方発光にあたる負値のYの部分が反射されて上方発光に重畳され、合計発光強度は実線で示すように2×cosθ(−π/2≦θ≦π/2)となり、反射がない従来の場合に比較して倍増できる。FIG. 9 is a distribution diagram of the light emission amount of the organic EL element in this example.
The light emission intensity Y (relative value) of the
図5は、実施例9における有機EL素子の構造を示す断面模式図である。
上記実施例8と比べると、金属基板201に対して、予め図で上面に凹部のアレイを形成しておき、同様に表面を酸化して絶縁膜210を形成すると、凹面鏡として機能する光反射面205が得られる。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing the structure of the organic EL element in Example 9.
Compared to Example 8 above, when an array of recesses is formed on the upper surface of the
このような金属基板201の上に透明層215を形成して上面を平坦化した後、上記実施例8と同様にポリシリコン層又はアモルファスシリコン層220以降の各層を形成する。
本実施例のようにアクティブマトリクス駆動型の場合は、ポリシリコン層又はアモルファスシリコン層220とその中にTFTトランジスタを形成するプロセスにおいて、高温を要する場合があるので、透明層215の素材としては例えば低融点ガラスを適用する。
パッシブマトリクス駆動型の場合で後のプロセスに高温を要しない場合は、透明層215の素材としては例えばシリコーン樹脂、中でもその一種PDMS(Poly−Di−Methyl−Siloxane)が適用できる。
PDMSは、基板のソリに対する順応性がよく、化学的に不活性で、等方、等質、透明である上に、エラストマとしての耐久性が高く、プラズマ処理とこれに続く化学的処理によって制御可能な表面状態が形成できるので、第1透明電極膜などと密着し、しかも温度係数の差によるストレスを吸収することができる。
次に本実施例における合計発光強度の分布を見積もる。After forming the
In the case of the active matrix drive type as in this embodiment, the process for forming the polysilicon layer or
In the case of the passive matrix drive type, when the subsequent process does not require high temperature, the
PDMS is highly adaptable to substrate warpage, is chemically inert, isotropic, homogeneous, and transparent, and has high durability as an elastomer, and is controlled by plasma treatment and subsequent chemical treatment. Since a possible surface state can be formed, it can be in close contact with the first transparent electrode film and the like, and can absorb stress due to a difference in temperature coefficient.
Next, the distribution of the total light emission intensity in this example is estimated.
図10は、実施例9における有機EL素子の光学的等価断面図である。
上方への直接発光を、上記実施例1の場合と同じように光線11〜16で示す。
一方、下方への発光は凹面鏡により反射されるが、本実施例の場合、凹面鏡アレイをなす光反射面205と有機EL層300との間隔s2は、凹面鏡の焦点距離f1に等しくとってあるので、有機EL層上の各点光源ごとに平行な反射光となる。
一般には透明層215の屈折率が1より大きいので、透明層215は下方発光と反射光の各々に対して凸レンズとして機能するので、正確には、f1は凹面鏡単独の焦点距離ではなく、凹面鏡と透明層215による2つの凸レンズとの合成系の焦点距離である。
また、光反射面は、厳密には凹面鏡の凹面に沿って変化する(光反射面205の、図で下方の円弧状破線)が、ここでは簡単のため平面で代表する。
なお、凹面鏡の直径は、本実施例では、有機EL層のピッチDに等しくとってある。FIG. 10 is an optical equivalent cross-sectional view of an organic EL element in Example 9.
Direct upward light emission is indicated by light rays 11-16 as in Example 1 above.
On the other hand, light emitted downward is reflected by the concave mirror, but in this embodiment, the distance s2 between the
In general, since the refractive index of the
Strictly speaking, the light reflecting surface changes along the concave surface of the concave mirror (the arc-shaped broken line below the
In this embodiment, the diameter of the concave mirror is equal to the pitch D of the organic EL layer.
即ち、図で有機EL層の左端、中央、右端から下方に発射された光線のうち、51と52の間φ4、53と54の間φ5、55と56の間φ6の範囲の光線は、反射されて各々、平行な光線、61と62、63と64、65と66、の間の光線となる。 That is, among the light rays emitted downward from the left end, the center, and the right end of the organic EL layer in the figure, the light rays in the range of φ4 between 51 and 52, φ5 between 53 and 54, and φ6 between 55 and 56 are reflected. And parallel rays, 61 and 62, 63 and 64, and 65 and 66, respectively.
図11は、本実施例における有機EL素子の発光量の分布図である。
上方発光の強度分布は、破線で示したcosθ(−π/2≦θ≦π/2)に従うが、下方発光は、上記φ4〜φ6の範囲、即ち、約0.1π≦θ≦約π/4の部分の一部又は全部が、反射光では、0≦θ≦0.1πに集中することになる。
この結果、合計発光強度は実線で示すように、約−0.1π〜+0.1πに集中し、そのピーク値はθ=0で、約2.8となり、反射がない従来の場合に比較して3倍増に近くなり、上記実施例8の場合の約2.0と比較してもさらに改善される。
このようにして、有機EL表示装置を正面から見た場合(θ〜0)の発光強度/消費電力比を改善できる。FIG. 11 is a distribution diagram of the light emission amount of the organic EL element in this example.
The intensity distribution of the upper light emission follows cos θ (−π / 2 ≦ θ ≦ π / 2) indicated by a broken line, but the lower light emission is in the range of φ4 to φ6, that is, about 0.1π ≦ θ ≦ about π / Part or all of the portion 4 is concentrated to 0 ≦ θ ≦ 0.1π in the reflected light.
As a result, as shown by the solid line, the total emission intensity is concentrated at about −0.1π to + 0.1π, and the peak value is about 2.8 at θ = 0, which is compared with the conventional case where there is no reflection. 3 times, which is further improved compared to about 2.0 in the case of Example 8 above.
In this way, the emission intensity / power consumption ratio can be improved when the organic EL display device is viewed from the front (θ to 0).
図6は、実施例10における有機EL素子の構造を示す断面模式図である。
上記実施例8に対して、例えば図6に示すようにキャップ100の下面102に、有機EL層に対向する凸面のマイクロレンズ115をさらに設ける。
有機EL層からの上方発光光線11、16はマイクロレンズにより屈折されて外部光線21、26となる。
一方、下方発光光線は光反射面205で反射されて反射光線61、66となり、マイクロレンズにより屈折されて外部光線71、76となる。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing the structure of the organic EL element in Example 10.
For example, as shown in FIG. 6, for example, a
Upper emitted light rays 11 and 16 from the organic EL layer are refracted by the microlens to become external
On the other hand, the lower emission light beam is reflected by the
マイクロレンズアレイの素材としては、例えばシリコーン樹脂、中でもその一種PDMS(Poly−Di−Methyl−Siloxane)を適用すると、キャップのソリに対する順応性がよく、化学的に不活性で、等方、等質、透明である上に、エラストマとしての耐久性が高いので、温度係数の差によるストレスを吸収することができる。
次に本実施例における合計発光強度の分布を見積もる。As a material for the microlens array, for example, when silicone resin, especially PDMS (Poly-Di-Methyl-Siloxane), is applied, it has good adaptability to the warping of the cap, is chemically inert, isotropic, and is homogeneous. In addition to being transparent, it has high durability as an elastomer, so that stress due to a difference in temperature coefficient can be absorbed.
Next, the distribution of the total light emission intensity in this example is estimated.
図12は、実施例10における有機EL素子の光学的等価断面図である。
( マイクロレンズ115の両面又は片面は、厳密には所定の曲率を持って変化する(マイクロレンズ115の図で下方の円弧状破線)が、ここでは簡単のため平面で代表する。
また、有機EL層300とマイクロレンズ115との距離s1は、本実施例ではマイクロレンズの焦点距離f2に等しくとってある。)FIG. 12 is an optical equivalent cross-sectional view of the organic EL element in Example 10.
(Strictly speaking, both surfaces or one surface of the
Further, the distance s1 between the
従って、図で有機EL層の左端、中央、右端から上方から発射された光線と、下方に発射されて光反射面205で反射された光線は重畳され、そのうち、11と12の間φ1、13と14の間φ2、15と16の間φ3の範囲の光線は、反射されて各々、平行な光線、21と22、23と24、25と26、の間の平行な光線となる。
Accordingly, in the figure, the light beam emitted from the upper side from the left end, the center, and the right end of the organic EL layer and the light beam emitted downward and reflected by the
図13は、本実施例における有機EL素子の発光量の分布図である。
本実施例の場合、上方、下方発光は重畳され、cosθ(−π/2≦θ≦π/2)分布のうち、上記φ1〜φ3の範囲、即ち、約0.1π≦θ≦約π/4の部分の一部又は全部が、外部への発射光では、0≦θ≦0.1πに集中することになる。
この結果、合計発光強度は実線で示すように、約−0.1π〜+0.1πに集中し、そのピーク値はθ=0で、約3.6となり、反射がない従来の場合に比較して4倍増に近くなり、上記実施例8の場合の約2.0と比較してもさらに改善される。FIG. 13 is a distribution diagram of the light emission amount of the organic EL element in this example.
In the case of this example, the upper and lower light emission are superimposed, and the range of φ1 to φ3 in the cos θ (−π / 2 ≦ θ ≦ π / 2) distribution, that is, about 0.1π ≦ θ ≦ about π / Part or all of the portion 4 is concentrated to 0 ≦ θ ≦ 0.1π in the light emitted to the outside.
As a result, as shown by the solid line, the total emission intensity is concentrated at about −0.1π to + 0.1π, and the peak value is about 3.6 at θ = 0, which is compared with the conventional case without reflection. 4 times increase, which is further improved compared with about 2.0 in the case of Example 8.
図7は、実施例11における有機EL素子の構造を示す断面模式図である。
上記実施例8と比べると、金属基板201に対して、予め図で上面に凹部のアレイを形成しておき、同様に表面を酸化して絶縁膜210を形成すると、凹面鏡として機能する光反射面205が得られる。
それとともに、例えばキャップ100の下面102に、有機EL層に対向する凸面のマイクロレンズ115をさらに設ける。FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing the structure of the organic EL element in Example 11.
Compared to Example 8 above, when an array of recesses is formed on the upper surface of the
In addition, for example, a
有機EL層からの上方発光光線11、16はマイクロレンズ115により屈折されて外部光線21、26となる。
一方、下方発光光線51、56は凹面鏡状の光反射面205で反射されて反射光線61、66となり、マイクロレンズ115により屈折されて外部光線71、76となる。Upper emitted light rays 11 and 16 from the organic EL layer are refracted by the
On the other hand, the lower emitted light beams 51 and 56 are reflected by the concave mirror-like
即ち、上方発光光線はマイクロレンズにより1回集光され、下方発光光線はマイクロレンズと凹面鏡により2回集光されるので、マイクロレンズと凹面鏡の位置、サイズ、焦点距離を適切に選ぶことにより、さらに集光効率を上げることができる。 That is, the upper emission light beam is collected once by the microlens and the lower emission light beam is collected twice by the microlens and the concave mirror. Therefore, by appropriately selecting the position, size, and focal length of the microlens and the concave mirror, Furthermore, the light collection efficiency can be increased.
また、図14は、実施例12〜15に係る有機EL素子の断面模式図、図15は、実施例12における有機EL層素子の保護膜の分子構造を示す模式図、図16は、実施例13における有機EL層素子の保護膜の分子構造を示す模式図、図17は、実施例12〜15に係るケイ素含有有機フッ素系高分子の様々な態様を示す分子構造模式図、そして、図18は、実施例15における有機EL層の保護膜の形成手順を示すフローチャートである。 14 is a schematic cross-sectional view of the organic EL elements according to Examples 12 to 15, FIG. 15 is a schematic view showing the molecular structure of the protective film of the organic EL layer element in Example 12, and FIG. 13 is a schematic diagram showing the molecular structure of the protective film of the organic EL layer element in FIG. 13, FIG. 17 is a molecular structure schematic diagram showing various aspects of the silicon-containing organic fluorine-based polymer according to Examples 12 to 15, and FIG. These are the flowcharts which show the formation procedure of the protective film of the organic EL layer in Example 15.
図14を参照すると、本発明に係るトップエミッション型の有機EL素子の断面模式図であって、基板200の上にTFT層220が形成され、TFT層220内には、複数個のTFTトランジスタ回路230とこれらを選択的に駆動するための図示しない行・列配線が形成される。
14 is a schematic cross-sectional view of a top emission type organic EL device according to the present invention, in which a
TFTトランジスタ回路230の出力は、第1電極240に接続されており、第1電極240の上に有機EL層250R、250G、又は250Bが形成され、さらにそれらの上に、ITO透明膜からなる第2電極260が形成されて、第1電極・有機EL層・第2電極の3者により有機電界発光ダイオード(以下OLEDという)が構成される。
The output of the
通常、第2電極に基準電位(接地電位)を与えておき、選択された行配線に選択電圧を与えると、選択された行配線に接続されたTFTトランジスタ回路がすべて活性化し、列配線に与えた電圧又はそれに対応する電圧が第1電極に印加され、有機EL素子は印加された電圧に応じた光度で発光する。カラー表示の場合は、赤、緑、青の有機EL層のセット250R、250G、250Bを含むOLEDが選択される。 Normally, when a reference potential (ground potential) is applied to the second electrode and a selection voltage is applied to the selected row wiring, all TFT transistor circuits connected to the selected row wiring are activated and applied to the column wiring. Or a voltage corresponding thereto is applied to the first electrode, and the organic EL element emits light at a luminous intensity corresponding to the applied voltage. In the case of color display, an OLED including a set of red, green, and blue organic EL layers 250R, 250G, and 250B is selected.
ここまでに説明した有機EL素子の、行・列配線及びその駆動回路、TFTトランジスタ回路、第1電極、有機EL層、第2電極の各々に関する構造と作用については、これ以上の詳細な説明を省略する。
第2電極の上には、本発明による保護膜が形成されており、ポリシラザンを焼成して得られるシリカ膜410とケイ素含有有機フッ素系高分子膜420からなる。Regarding the structure and operation of the organic EL element described so far, with respect to each of the row / column wiring and its driving circuit, TFT transistor circuit, first electrode, organic EL layer, and second electrode, more detailed description will be given. Omitted.
A protective film according to the present invention is formed on the second electrode, and includes a
図15を参照すると、本発明の実施例12における有機EL層素子の保護膜の分子構造を示す模式図である。
図において、保護膜はポリシラザンを焼成して得られるシリカ膜410とケイ素含有有機フッ素系高分子膜420からなり、両者は、一点鎖線401を境界として、分子的に結合している。Referring to FIG. 15, it is a schematic diagram showing the molecular structure of the protective film of the organic EL layer element in Example 12 of the present invention.
In the figure, the protective film comprises a
最初に、ポリシラザンを焼成して得られるシリカ膜について説明する。
ポリシラザンPHPS(PerHydroPolySilazane)は「−SiH2−NH−」を基本ユニットとする有機溶剤に可溶な無機高分子(ポリマー)であるが、有機溶剤で希釈して塗布した後、加湿乾燥して焼成すると脱水素及び脱アンモニア反応などの結果、緻密な高純度シリカ(SiO2)膜410となる。
シリカのバルクは「−Si−O−」を基本ユニットとする多結晶からなるが、多結晶の表面のSi原子は通常水酸基「−OH」で終端されている。First, a silica film obtained by firing polysilazane will be described.
Polysilazane PHPS (PerHydroPolySilazane) is an inorganic polymer (polymer) that is soluble in an organic solvent with “—SiH 2 —NH—” as the basic unit. Then, as a result of dehydrogenation and deammonia reaction, a dense high-purity silica (SiO 2 )
The bulk of silica consists of a polycrystal having “—Si—O—” as a basic unit, but Si atoms on the surface of the polycrystal are usually terminated with a hydroxyl group “—OH”.
次に、ケイ素含有有機フッ素系高分子について説明する。
図17を参照すると、ケイ素含有有機フッ素系高分子の様々な態様を示す分子構造模式図である。Next, the silicon-containing organic fluorine-based polymer will be described.
Referring to FIG. 17, it is a schematic diagram of the molecular structure showing various aspects of the silicon-containing organofluorine polymer.
図17(A)は、最も基本的な有機フッ素系高分子であって、ペルフルオロアルカンと呼ばれ、非環式・飽和型炭化水素(アルカン)の水素原子をすべてフッ素原子で置換したものである。
ペルフルオロアルカンは、構造が単純で、撥水性、撥油性に富むが、保護すべき有機EL素子との密着性が確保できない。
ペルフルオロアルカンに非飽和結合を導入し(ペルフロオロアルケン)、又は/及び側鎖を導入しても、撥水性、撥油性と密着性の両立は容易ではない。FIG. 17A is the most basic organic fluorine-based polymer, which is called a perfluoroalkane, in which all the hydrogen atoms of an acyclic saturated hydrocarbon (alkane) are substituted with fluorine atoms. .
Perfluoroalkane has a simple structure and is rich in water repellency and oil repellency, but it cannot ensure adhesion with an organic EL element to be protected.
Even if an unsaturated bond is introduced into perfluoroalkane (perfluoroalkene) or / and a side chain is introduced, it is not easy to achieve both water repellency, oil repellency and adhesion.
図17(B)は、ケイ素含有有機フッ素系高分子の一例であって、ペルフルオロアルカン部432の末端にケイ素含有基439を導入、結合したものである。
この場合、ケイ素含有基439は、トリメチロキシシラン基「−Si(OCH3)3」からなり、ペルフルオロアルカン部432とは炭化水素部434を介して結合されている。FIG. 17B is an example of a silicon-containing organic fluorine-based polymer, in which a silicon-containing
In this case, the silicon-containing
炭化水素部434は、ケイ素含有基439をペルフルオロアルカン部432に結合するために、ケイ素含有基のキャリアとして導入されたものであり、炭化水素部の分子量が大きくなると付随水素原子の数が増え、撥水、撥油性を損ねる恐れがあるので小分子量であることが望ましい場合がある。その場合は、ケイ素原子1個あたり炭素数2とし、そのため、ケイ素含有基のキャリア分子としてはビニルシラン誘導体が用いられる。
ペルフルオロアルカン432と炭化水素部434とを合わせてケイ素含有有機フッ素系高分子の主部430と名づける。The
The
ここで再び図15を参照すると、上記ポリシラザンを焼成して得られるシリカ膜410の上面に図17(B)に示すケイ素含有有機フッ素系高分子からなる膜420を形成したものである。
ケイ素含有有機フッ素系高分子は、ケイ素含有基439側でシリカの表面の水酸基と反応し、ケイ素含有基439のケイ素原子からメチロキシ基がはずれて、シリカ410の表面のケイ素原子及び隣接するケイ素含有基のケイ素原子と酸素原子を介して結合し、ケイ素含有有機フッ素系高分子の母体430は、シリカ表面に対して分子レベルで結合される。Referring again to FIG. 15, a
The silicon-containing organic fluorine-based polymer reacts with the hydroxyl group on the surface of the silica on the silicon-containing
このように、特にポリシラザンを焼成して得られる高純度シリカの場合は、その表面の殆どが水酸基で終端された2酸化ケイ素であるので、その後から塗布し焼成したケイ素含有有機フッ素系高分子は、ケイ素含有基側でシリカと、シリカ自身と同じ2酸化ケイ素結合により一体化され、分子レベルでの強固な密着が確保できる。 Thus, particularly in the case of high-purity silica obtained by firing polysilazane, since most of its surface is silicon dioxide terminated with a hydroxyl group, the silicon-containing organic fluorine-based polymer coated and fired thereafter is The silicon-containing base side is integrated with silica and the same silicon dioxide bond as the silica itself, and strong adhesion at the molecular level can be ensured.
その上、ケイ素含有有機フッ素系高分子の主部430は、その大部分を占めるペルフルオロアルカンが剛直で配向しやすいので、上方に整列し、全体として優れた撥水性、撥油性を呈するので、本実施例による、シリカ膜410とケイ素含有有機フッ素系高分子膜420からなる2層膜は、有機EL素子に対して優秀な保護膜となる。
In addition, the
図15に戻ると、上記のように整列したケイ素含有有機フッ素系高分子の上面には、一般には撥水性、撥油性により汚れ490が付着しにくく、仮に付着しても容易に排除できる。
しかしながら、高純度シリカにおいても結晶粒界、結晶欠陥などにより、結晶不整が存在し、例えば図2の中央部に示すように、そこではケイ素含有有機フッ素系高分子が結合できず整列にギャップが生じ、そのギャップに汚れ490(水性又は油性分子)が侵入すると、特にその侵入部分490aは、物理的化学的に除去し切れない場合があり、OLEDの経年品質劣化をもたらす恐れがある。Returning to FIG. 15,
However, even in high-purity silica, crystal irregularities exist due to crystal grain boundaries, crystal defects, etc., for example, as shown in the central part of FIG. If dirt 490 (aqueous or oily molecules) enters into the gap, the
図16を参照すると、実施例13においては、ケイ素含有有機フッ素系高分子の主部440として柔軟性のある分子構造を有するものを導入する。
具体的には、図17(C)に示すように、有機フッ素系高分子として、ペルフロオロポリオキセタンを適用し、ペルフルオロオキセタン部442とする。
ペルフルオロオキセタンは、より一般にはペルフルオロ(ポリ)エーテルと呼ばれ、数個(ペルフルオロポリオキセタンの場合は3個)の「−CF2−」からなる直鎖のみ又は側鎖を有するペルフルオロアルカンが酸素原子Oを介して結合(エーテル結合)されたものである。Referring to FIG. 16, in Example 13, a silicon-containing organic fluorine-based polymer
Specifically, as shown in FIG. 17C, perfluoropolyoxetane is applied as the organic fluorine-based polymer to form a
Perfluorooxetane is more commonly referred to as perfluoro (poly) ether, and a perfluoroalkane having only a straight chain consisting of several “—CF 2 —” or three side chains (or three in the case of perfluoropolyoxetane) is an oxygen atom. Those bonded through O (ether bond).
酸素原子によるエーテル結合部が複数箇所存在するので、ケイ素含有有機フッ素系高分子の主部440は柔軟性に富み、図16の中央部に示すように、シリカの表面の結晶不整によるギャップが存在しても、ギャップの周辺のケイ素含有有機フッ素系高分子の主部が曲がりながらギャップを埋め、汚れ分子490を撥いてしまうので、上記実施例12に比べて、さらに汚れの撥水性、撥油性を向上することができる。
Since there are a plurality of ether bond portions due to oxygen atoms, the
上記の実施例12、13においては、ペルフロオロアルカン、ペルフルオロポリオキセタン(ペルフルオロポリエーテル)からなる有機フッ素系高分子部、炭化水素部、そしてケイ素含有基として、典型的、基本的な場合のみを示した。
本発明によるケイ素含有有機フッ素系高分子において、有機フッ素系高分子部における側鎖又は/及び不飽和結合の導入、炭化水素部における主鎖炭素数の変更、側鎖の導入、修飾水素のハロゲン又は炭化水素による置換、及びケイ素含有基におけるメチロキシ基の、水素、炭化水素、水酸基、又はアルコキシ基による置換などにより、様々な誘導体の形成が可能であり、それらの選択的導入と全体の重合分子量の設定により、対応するシリカ表面の結晶不整特性と汚れ物質の特性にマッチした高い防汚特性を備えた、しかも塗布、焼成がしやすく生産性の高い保護膜を得ることができる。In Examples 12 and 13 described above, only typical and basic cases are used as the organic fluoropolymer part, hydrocarbon part, and silicon-containing group comprising perfluoroalkane, perfluoropolyoxetane (perfluoropolyether). showed that.
In the silicon-containing organofluorine polymer according to the present invention, introduction of side chains or / and unsaturated bonds in the organofluorine polymer part, change of the main chain carbon number in the hydrocarbon part, introduction of side chains, halogen of modified hydrogen Alternatively, various derivatives can be formed by substitution with hydrocarbons and substitution of methyloxy groups in silicon-containing groups with hydrogen, hydrocarbons, hydroxyl groups, or alkoxy groups, and their selective introduction and overall polymerization molecular weight. With this setting, it is possible to obtain a protective film having high antifouling characteristics that match the crystal irregularity characteristics of the corresponding silica surface and the characteristics of the fouling substance, and that is easy to apply and fire and has high productivity.
一例として、図17(D)に示すように、実施例13に対して、2炭素原子のかわりに4炭素原子からなる炭化水素部454を導入し、その第1と第3炭素原子にトリメチロキシシランを結合する。
本実施例では、ケイ素含有有機フッ素系高分子の主部450が、2個の「−Si−O−」結合により、シリカ表面に結合されるので、分子レベルでの密着強度がさらに向上し、主部450の根本での配向方向がシリカ面に対して略並行になるので、シリカ面の結晶不整が、さらに効率的に被覆され、防汚特性がさらに向上する。As an example, as shown in FIG. 17D, a
In this example, since the
図18を参照すると、実施例15として、上記実施例12〜14に共通する、有機EL層の保護膜の形成手順を示すフローチャートである。 Referring to FIG. 18, as Example 15, it is a flowchart illustrating a procedure for forming a protective film for an organic EL layer, which is common to Examples 12 to 14 described above.
ステップS1では、ポリシラザン(PHPS)をシクロヘキサン溶媒で希釈しポリシラザン(PHPS)溶液を得る。
後のステップS3で比較的低温での加湿乾燥を可能にするため、所定の金属触媒を添加しておく。In step S1, polysilazane (PHPS) is diluted with a cyclohexane solvent to obtain a polysilazane (PHPS) solution.
In order to enable humid drying at a relatively low temperature in the subsequent step S3, a predetermined metal catalyst is added.
ステップS2では、PHPS溶液を有機EL素子のITO膜の上に塗布する。 In step S2, a PHPS solution is applied on the ITO film of the organic EL element.
ステップS3では、温度60℃、湿度90%で1時間、加湿乾燥する。
これにより緻密で高純度のシリカ膜が形成される。In step S3, humidification drying is performed for 1 hour at a temperature of 60 ° C. and a humidity of 90%.
Thereby, a dense and high-purity silica film is formed.
ステップS4では、ペルフルオロ炭化水素部と炭化水素部とケイ素含有基とからなるケイ素含有有機フッ素系高分子をペルフルオロヘキサンで希釈して前記ケイ素含有有機フッ素系高分子の溶液を得る。 In step S4, a silicon-containing organic fluorine-based polymer composed of a perfluorohydrocarbon portion, a hydrocarbon portion, and a silicon-containing group is diluted with perfluorohexane to obtain a solution of the silicon-containing organic fluorine-based polymer.
ステップS5では、前記ケイ素含有有機フッ素系高分子の溶液をシリカ膜の上に塗布する。 In step S5, the silicon-containing organic fluoropolymer solution is applied onto the silica film.
ステップS6では、室温放置1時間で乾燥させる。又は、温度60℃、湿度90%で1時間、加湿乾燥させる。
これにより、ケイ素含有有機フッ素系高分子が、ケイ素含有基を介して、シリカのケイ素と分子レベルで結合される。In step S6, it is dried at room temperature for 1 hour. Alternatively, it is humidified and dried at a temperature of 60 ° C. and a humidity of 90% for 1 hour.
As a result, the silicon-containing organic fluorine-based polymer is bonded to the silicon of silica at the molecular level via the silicon-containing group.
上記のステップS2、S3、S5、S6を通じ、工程は低温、常圧下で静的に進めることができ、有機EL素子に対して物理的、化学的ダメージを与えないので、水分、酸素、物理的打撃に関して脆弱な有機EL素子に対して好適である。 Through the above steps S2, S3, S5, and S6, the process can be performed statically at low temperature and normal pressure, and does not cause physical or chemical damage to the organic EL element. Therefore, moisture, oxygen, physical It is suitable for organic EL elements that are fragile with respect to impact.
有機EL素子は、低消費電力、高品質で、薄型で、さらには曲面表示も可能な、次世代表示システム用の素子として注目されているが、実用化に際しては、同じ消費電力、同じ表示面積において、実効的な発光効率をより一層向上する必要がある。
本発明によれば、有機EL層として同じものを使っても、実効的な発光効率を上げることができる、安価で信頼度の高い周辺構造が提供されるので、次世代表示システムの発達に大いに寄与できる。Organic EL elements are attracting attention as elements for next-generation display systems that have low power consumption, high quality, low profile, and can also display curved surfaces. Therefore, it is necessary to further improve the effective luminous efficiency.
According to the present invention, an inexpensive and highly reliable peripheral structure that can increase the effective luminous efficiency even when the same organic EL layer is used is provided. Can contribute.
Claims (17)
前記ポリシラザン溶液を有機EL素子のITO膜の上に塗布するステップと、
20℃以上100℃以下の所定の温度と所定の湿度で、所定の時間、加湿乾燥してシリカ膜を形成するステップと、
ペルフルオロ炭化水素部と炭化水素部とケイ素含有基とからなるケイ素含有有機フッ素系高分子をペルフルオロヘキサンで希釈して前記ケイ素含有有機フッ素系高分子の溶液を得るステップと、
前記ケイ素含有有機フッ素系高分子溶液を前記シリカ膜上に塗布するステップと、
20℃以上100℃以下の所定の温度と所定の湿度で、所定の時間、加湿乾燥して、前記ケイ素含有有機フッ素系高分子を、シリカのケイ素原子と分子レベルで結合させるステップと、
を含むことを特徴とする有機EL素子の保護膜の製法。Diluting polysilazane (PHPS) with a cyclohexane solvent to obtain a polysilazane solution to which a predetermined metal catalyst is added;
Applying the polysilazane solution on the ITO film of the organic EL element;
Forming a silica film by humidifying and drying at a predetermined temperature of 20 ° C. to 100 ° C. and a predetermined humidity for a predetermined time;
Diluting a silicon-containing organofluorine polymer composed of a perfluorohydrocarbon part, a hydrocarbon part, and a silicon-containing group with perfluorohexane to obtain a solution of the silicon-containing organofluorine polymer;
Applying the silicon-containing organofluorine polymer solution onto the silica film;
Humidifying and drying at a predetermined temperature of 20 ° C. to 100 ° C. for a predetermined time to bond the silicon-containing organic fluorine-based polymer to the silicon atoms of silica at a molecular level;
The manufacturing method of the protective film of the organic EL element characterized by including.
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