JPWO2008105336A1 - 有機ｅｌ表示装置 - Google Patents

Abstract

有機発光素子が形成された封止ガラス基板と対向して配置された透光性ガラス基板の内側に透明乾燥材を塗付によって形成し、封止ガラス基板と透光性ガラス基板とを封止する。透光性ガラス基板の外側に偏光フィルムを設置する。透明乾燥材の表面凹凸の法線と透光性ガラス基板の法線とのなす角度を５３度以下とすることによって、画面の輝度斑を防止する。

Description

本発明は、有機発光素子を用いた有機ＥＬ表示装置に係り、特に有機発光素子を外部雰囲気から遮蔽する封止基板の内面に吸湿性を有する透光性乾燥剤が成膜されたトップエミッション型の有機ＥＬ表示装置に関し、詳細には透光性乾燥材の膜構造に関するものである。

表示装置に用いられる電流制御型の発光装置として、エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）や注入型発光ダイオードを用いた構造が知られている。その中でも、有機の蛍光材料を発光層とした電流制御型ＥＬ（電荷注入型ＥＬ、以下有機発光素子または有機ＥＬとも称する）は、高輝度で大面積、製造コストが安価、且つフルカラー表示を実現可能なディスプレイデバイスとして注目されつつある。

図７は、有機発光素子の一構造例を模式的に説明する要部拡大断面図である。図７では説明を簡単にするため、１画素のみを示している。この有機発光素子ＥＬＤは、透光性ガラス基板ＳＵＢの内面上にＩＴＯなどの透明導電性薄膜で形成した陽極ＡＤを備え、この陽極ＡＤ上に有機材料の薄膜からなる正孔輸送層ＨＴＬと発光層ＬＵＬと発光制御電極となる陰極ＫＤとを順次積層して構成される。

このように構成される有機発光素子ＥＬＤは、陰極ＫＤと陽極ＡＤとの間に所定の電圧を印加することによる正孔輸送層ＨＴＬから発光層ＬＵＬへの正孔の移送で発光層ＬＵＬが発光し、その発光光Ｌがガラス基板ＳＵＢ側から出射する。これはボトムエミッションの場合であるが、トップエミッションの場合は、発光光Ｌがガラス基板ＳＵＢと反対側に出射する。

図８は、有機発光素子の他の構造例を模式的に説明する要部拡大断面図である。この有機発光素子ＥＬＤでは、上記と同様の透光性ガラス基板ＳＵＢの内面上にＩＴＯなどの透明導電膜（薄膜）で形成した陽極ＡＤを備え、この陽極ＡＤ上に有機材料の薄膜からなる正孔注入層ＨＴＬと発光層ＬＵＬと電子注入層ＥＩＬと発光制御電極となる陰極ＫＤとを順次積層して構成される。

このように構成される有機発光素子ＥＬＤは、陰極ＫＤと陽極ＡＤとの間に所定の電圧を印加することによる正孔注入層ＨＴＬから発光層ＬＵＬへの正孔の移送と、電子注入層ＥＩＬから注入される電子とで発光層ＬＵＬを発光させ、その発光光Ｌを透光性基板ＳＵＢから出射する。

これらの積層構造の有機発光素子ＥＬＤは、発光効率を向上させるために正孔を注入する陽極ＡＤ側には正孔注入層ＨＴＬを設けたり、電子を注入する陰極ＫＤ側には電子注入層ＥＩＬを設けたりする構成が採られている。

図９は、この種の有機発光素子ＥＬＤを用いたトップエミッション型の有機ＥＬ表示装置の従来の構造例を模式的に説明する要部断面図である。なお、図９では説明を簡単にするために１画素のみを示し、その画素を選択するスイッチング素子及び発光輝度を制御する制御素子等は省略されている。

図９に示すようにこの有機発光素子ＥＬＤを用いた有機ＥＬ表示装置は、主面上に有機発光素子ＥＬＤを形成した封止ガラス基板ＳＵＢ１と、この有機発光素子ＥＬＤを保護する透光性ガラス基板ＳＵＢ２とを対向させ、両基板の周縁部にシール材ＳＥＡを塗布して硬化させ、貼り合わせることによってその内部を外部から隔離して封止される。

また、透光性ガラス基板ＳＵＢ２の内面（封止ガラス基板ＳＵＢ１の主面と対向する面）には、主として有機発光素子ＥＬＤが湿度での劣化を制御するための透明乾燥剤ＤＥＳが取り付けられることが一般的である。この透明乾燥材ＤＥＳの他の取り付け方法として、例えば透光性ガラス基板ＳＵＢ２内面に凹部を加工し、この凹部内に接着剤を用いて貼り付けるか、ガラス板の凹部に透明乾燥材ＤＥＳを塗布したガラスキャップＧＣＰを貼り付けることにより設置するような構成も存在する。この種の従来技術に関しては、例えば下記特許文献１を挙げることができる。

特開２００１−３４５１７５号公報

このように構成されるトップエミッション型の有機ＥＬ表示装置においては、有機発光素子ＥＬＤを製作する際に有機発光素子ＥＬＤの発光部材が空気中の水分やその他酸素等のガス成分の吸着によって劣化することから、製作時に有機発光素子ＥＬＤ内部の除湿を行う目的で透明乾燥材ＤＥＳを搭載させることが通常行われている。

この透明乾燥材ＤＥＳは、シール材ＳＥＡを透過して間隙内に入ってくる水分を捕獲して有機発光素子ＥＬＤの寿命まで乾燥状態を保つ必要がある。このために透明乾燥材ＤＥＳとしては、シール材ＳＥＡの材質及びシール部の長さ、シール幅により定まる透過量以上の捕水能力が必要である。この透過量の値により、透明乾燥材ＤＥＳの絶対量が算出でき、塗布面積からその厚みが定まる。したがって、透明乾燥材ＤＥＳは、その吸光度と厚さとからトップエミッション型有機ＥＬ表示装置の封止材料として相応しいか否かが判断される。

また、トップエミッション型の有機ＥＬ表示装置は、有機発光素子ＥＬＤの表示映像を透明乾燥材ＤＥＳを通して見ることになる。このために透明乾燥材ＤＥＳの光透過率が低いと、映像が暗くなり、また、その表面の平坦性が低いと、レンズ効果により、映像が歪んで見えたり、映像が乱れて見えたりするなどの課題があった。これらの現象は画面サイズの大型化に伴って特に顕著となる。

したがって、本発明は前述した従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、透明乾燥材の表面を平坦化させることにより、映像の歪み及び映像の乱れ等の発生を抑制し、鮮明な映像を得ることができるトップエミッション型有機ＥＬ表示装置を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明による有機ＥＬ表示装置は、透光性基板と対向して周縁部に封止部材を介在させて気密封止された封止基板の主面内に複数の有機発光素子が配設され、当該複数の有機発光素子と対向する透光性基板の内面に透明乾燥材が成膜され、この透明乾燥剤の表面粗さは、透光性基板の法線と透明乾燥材の表面の法線とのなす角度を５３度以下とすることにより、映像の歪み及び乱れ等が吸収されるので、背景技術の課題が解決される。

なお、本発明は、上記各構成及び後述する実施の形態に記載される構成に限定されるものではなく、本発明の技術思想を逸脱することなく、種々の変更が可能であることは言うまでもない。

本発明による有機ＥＬ表示装置によれば、透明乾燥材の表面粗さを、透光性基板の法線と透明乾燥材の表面の法線とのなす角度を５３度以下に平坦化させることにより、透明乾燥材の表面粗さに起因する映像の歪み及び乱れ等が吸収されるので、鮮明な映像が得られる等の極めて優れた効果を有する。

また、本発明によれば、透明乾燥材を使用したトップエミッション型有機ＥＬ表示装置の封止が容易に実現可能となる等の極めて優れた効果が得られる。

また、本発明によれば、平板封止構造で有機ＥＬ表示装置を製造できるので、掘り込みガラスキャップを用いる構造よりも低コスト化できる。さらに、固体封止と比較してボトムエミッション型有機ＥＬ表示装置を製作していた方法に近似しているので、生産設備の変更が少なくて済む等の極めて優れた効果が得られる。

以下、本発明の具体的な実施の形態について、実施例の図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明による有機ＥＬ表示装置の一実施例による構成を模式的に示す要部断面図であり、前述した図と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。図１において、この有機ＥＬ表示装置ＥＬＤＤは、互いに平行に上下に重ねて対向配置された平板状の封止ガラス基板ＳＵＢ１及び透光性ガラス基板ＳＵＢ２と、封止ガラス基板ＳＵＢ１上に例えば陽極ＡＤ，正孔輸送層ＨＴＬ，発光層ＬＵＬ，電子注入層ＥＩＬ，陰極ＫＤが順次積層形成された複数の有機発光素子ＥＬＤと、透光性ガラス基板ＳＵＢ２の内面に成膜された透明乾燥材ＤＥＳと、複数の有機発光素子ＥＬＤの周囲を取り囲むように両基板の最外周部を接着固定するシール材ＳＥＡとから構成されている。さらに、透光性ガラス基板ＳＵＢ２の上には偏光フィルムＰＯＬが貼り付けられている。偏光フィルムＰＯＬの存在によって、透光性ガラス基板ＳＵＢ２の上方から画面を視認する場合、たとえ、透明乾燥材ＤＥＳに後に示すような凹凸が存在していても、反射光による画面の斑が生ずることは無い。

この有機ＥＬ表示装置は、透光性ガラス基板ＳＵＢ２の表示領域内の内側周囲にエポキシ樹脂材により土手状に枠ＦＲＭを形成し、固化した後にその内側に透明乾燥材ＤＥＳを塗布し、乾燥した後、この透光性ガラス基板ＳＵＢ２の最外周部に紫外線硬化型のシール材ＳＥＡを塗布し、内面上に複数の有機発光素子ＥＬＤを形成した封止ガラス基板ＳＵＢ１を重ね合わせ、外周部のシール材ＳＥＡに紫外線を照射し、加熱固化して完成される。なお、土手状の枠ＦＲＭが表示領域に存在する場合でも、先に述べた偏光フィルムの効果によって枠ＦＲＭが輝度斑となることは無い。

また、透光性ガラス基板ＳＵＢ２に形成される透明乾燥材ＤＥＳは、アルコラートまたはシリカゲルを溶媒に溶解して粘度が約１８ｃｐの透明乾燥材溶液を透光性ガラス基板ＳＵＢ２の内面上にディスペンサ法により塗布し、スキージーにて一方向に塗布した後、約１５０℃にて１０分間放置して乾燥することにより、その表面が平坦化されて形成される。なお、透明乾燥材溶液の粘度は１５ｃｐ〜４０ｃｐのものを使用することが出来る。

完成時のシール材ＳＥＡの膜厚は、約４０μｍ、膜幅は約２ｍｍであった。シール材ＳＥＡの透湿性は、約１０ｇ／ｍ²・２４ｈｒ（厚さ約１０μｍ）であり、この場合の透湿量は約０．２８μｇ／２４ｈｒとなる。封止ガラス基板ＳＵＢ１と透光性ガラス基板ＳＵＢ２との内部を約１０年間に亘って乾燥状態を保つためには、約１ｍｇの水分を吸収できる量の透明乾燥材ＤＥＳが必要である。透明乾燥材ＤＥＳの平均厚さは約２０μｍで最大約３５μｍ、最小約１０μｍであり、約２ｍｇの水分を吸収できるので、透明乾燥材ＤＥＳの量としては充分である。

この透明乾燥材ＤＥＳの膜厚については、屈折率が約１．５として約２０μｍで光学的な干渉縞が人の目の分解能０．１ｍｍ程度になるので、それよりも厚くする必要がある。吸湿性能の観点からは、周辺シール材ＳＥＡの塗布幅が約１．５ｍｍ、膜厚が約３０μｍで対角約５０ｍｍの表示パネルを想定すると、シール材ＳＥＡの透湿性が約１０ｇ／ｍ²・２４ｈｒ（厚さ約１０μｍ）程度であるので、これより１日当りの透湿量は約０．２μｇ／２４ｈｒとなり、１０年間で約０．７３ｍｇとなる。これだけの水分を吸収できる量の透明乾燥材ＤＥＳが必要となる。したがって、透明乾燥材ＤＥＳの膜厚は約２０μｍであれば、約２ｍｇの水分を吸収することができる。シール材ＳＥＡの膜厚が３０μｍの場合、透明乾燥材ＤＥＳの膜厚ムラにより、一部、乾燥材が有機ＥＬ素子に接触している。

また、透明乾燥材ＤＥＳの表面平坦性に関しては、画素の極近傍数１０μｍ以内に透明乾燥材ＤＥＳの表面が存在する構造では、透明乾燥材ＤＥＳの表面が滑らかな曲線である限り、映像が歪んで見えることがない。言い換えれば、膜厚斑によるレンズ効果によって像が歪んだりすることが無い。また、透明乾燥材ＤＥＳの表面には傷、異物または段差等が存在してはならないが、二次微分が連続であるような曲面であれば、映像の歪みに関して全く問題がない。

このように構成されたトップエミッション型有機ＥＬ表示装置では、透明乾燥材ＤＥＳを通して映像を見ることになるので、光学的な問題について検討を行った。この結果、図２に拡大断面図で示すように透明乾燥材ＤＥＳの表面粗さ（凹凸）ＵＮＥは、なだらかとなり、透光性ガラス基板ＳＵＢ２の法線と透明乾燥材ＤＥＳの表面の法線とのなす角度θは、約１０度以内であった。また、映像の歪みについては特に問題はなかった。

また、透明乾燥材ＤＥＳは、有機発光素子ＥＬＤから数１０μｍ程度しか離れていないので、透明乾燥材ＤＥＳの膜厚斑によるレンズ効果で歪む量は、最大約１０度であり、有機発光素子ＥＬＤの発光面から透明乾燥材ＤＥＳの表面までの距離が最大の約４０μｍの場合で約７μｍ以下であって肉眼で見ても認識できない。また、干渉色については、約２０μｍの厚みがあると、瞳に入る光の角度差によりできる縞の間隔が約１００μｍ以下になり、認識できなくなる。なお、透明乾燥材ＤＥＳの光の透過率は約９５％であり、輝度斑はない。

図３は、図２に示した透光性ガラス基板ＳＵＶ２の法線と透明乾燥材ＤＥＳの表面の法線とのなす角度θと、反射率との関係を示したものである。図３から明らかなように０度から５３度まで反射率は約１０％以下であり、殆んど変わらず、この範囲内であれば、輝度斑にはならない。ここで、図３に示す反射率は、図１の封止ガラス基板ＳＵＢ１の側から入射した光が再び封止ガラス基板ＳＵＢ１側に反射される量をいう。

また、透明乾燥材ＤＥＳの表面反射により入射角が約５３度以上になると、透過光量が約２％以上低下するので、透明乾燥材ＤＥＳの表面の発光面に対する角度は約５３度以下である必要がある。なお、透明乾燥剤ＤＥＳに入射する光は、透明乾燥剤ＤＥＳに直角に入射した場合でも、屈折率の差によって透過率は約９２％となる。したがって、透過光量が２％以上低下するとは、透過光量が９０％以下となることを意味する。また、外光の映り込みに関しては、透明乾燥材ＤＥＳの表面の起伏が反射方向を変えるので、透明乾燥材ＤＥＳの表面の凹凸が見える。この凹凸は、透光性ガラス基板ＳＵＶ２の表面に例えば保護フィルム、偏光板フィルム、色付きフィルム、カラーフィルタ等を貼り付けるなどの手段により、容易に吸収することができるので、透明乾燥材ＤＥＳの表面粗さは見え難くすることができる。なかでも偏光フィルムは最も効果がある。

このような構成によれば、平板封止構造で有機ＥＬ表示装置を製作することができるので、掘り込みガラスキャップを用いる必要がなくなり、現行に比較してパネル厚さを低減できるので、有機ＥＬ表示装置の薄型化及び低コスト化が可能となる。

図４は、本発明を適用したトップエミッション型有機ＥＬ表示装置の画素に構成例を説明する回路図である。この画素ＰＸはカラー表示では副画素（サブピクセル）となる。画素ＰＸは、走査線ＧＬとデータ線ＤＬとに接続したスイッチング用の薄膜トランジスタジスタＴＦＴ１と、走査線ＧＬで選択されたスイッチング用薄膜トランジスタＴＦＴ１のオンでデータ線ＤＬから供給される表示データを電荷として蓄積する蓄積容量ＣＰＲと、有機発光素子１５の駆動用薄膜トランジスタＴＦＴ２と、電流供給線ＣＳＬとで構成される。

薄膜トランジスタＴＦＴ１のゲート電極は走査線ＧＬに接続され、ドレイン電極はデータ線ＤＬに接続されている。また、薄膜トランジスタＴＦＴ２のゲート電極は薄膜トランジスタＴＦＴ１のソース電極に接続され、この接続点に蓄積容量ＣＰＲの一方の電極（＋極）が接続されている。薄膜トランジスタＴＦＴ２のドレイン電極は電流供給線ＣＳＬに接続され、ソース電極は有機発光素子１５の陽極１４に接続されている。

画素ＰＸが走査線ＧＬで選択されて薄膜トランジスタＴＦＴ１がオンとなると、データ線ＤＬから供給される表示データが蓄積容量ＣＰＲに蓄積される。そして、薄膜トランジスタＴＦＴ１がオフした時点で薄膜トランジスタＴＦＴ２がオンとなり、電流供給線ＣＳＬから有機発光素子１５に流れ、ほぼ１フレームの期間（または１フィールド期間）にわたってこの電流を持続させる。この時に流れる電流は、蓄積容量ＣＰＲに蓄積されているデータ信号に対応する電荷で規定される。この回路は最も単純な構成であり、他に種々の回路構成が知られている。

図５は、図４に示した画素の回路を基板上で実現した構成例を説明する画素付近の平面図である。図中、図４と同一の符号は同一部分に対応し、ＤＥは画素の開口部である。薄膜トランジスタＴＦＴ１と薄膜トランジスタＴＦＴ２とは画素の開口部ＤＥに隣接する非表示部に配置される。

図６は、有機ＥＬ表示装置の駆動回路を含めた等価回路である。画素ＰＸはマトリクス状に配列されて表示領域ＡＲを形成する。データ線ＤＬはデータ線駆動回路ＤＤＲにより駆動される。また、走査線ＧＬは走査線駆動回路ＧＤＲで駆動される。電流供給線ＣＳＬは電流供給バスラインＣＳＬＢを介して図示しない電流供給回路に接続している。なお、ＴＭは外部入力端子を示す。

本発明による有機ＥＬ表示装置の一実施例による構成を模式的に説明する要部断面図である。 透光性乾燥材の表面の粗さを示す拡大断面図である。 透光性ガラス基板の法線と透光性乾燥材の表面の法線とのなす角度θと透過率との関係を示す図である。 本発明を適用したトップエミッション型有機ＥＬ表示装置の１つの有機ＥＬ発光素子すなわち１画素付近の構成を示す回路図である。 図４に示した画素を基板上で実現した構成例を説明する画素付近の平面図である。 有機ＥＬ表示装置の駆動回路を含めた等価回路を示す図である。 有機発光素子の一構造例を模式的に説明する要部拡大断面図である。 有機発光素子の他の構造例を模式的に説明する要部拡大断面図である。 トップエミッション型の有機ＥＬ表示装置の構造例を模式的に説明する要部断面図である。

符号の説明

ＳＵＢ１・・・封止ガラス基板、ＳＵＢ２・・・透光性ガラス基板、ＥＬＤ・・・有機発光素子、ＳＥＡ・・・シール材、ＤＥＳ・・・透明乾燥材、ＦＲＭ・・・枠、ＵＮＥ・・・表面粗さ、ＰＯＬ・・・偏光フィルム。

Claims (10)

1. 有機ＥＬ素子を内面に有する第１基板と、前記第１基板に対して周縁部にシール材を介在させて前記有機ＥＬ素子を気密封止する第２基板とを備え、前記第２基板の内面に透明乾燥材を備え、前記透明乾燥材は、前記第２基板の法線と前記透明乾燥材の表面の法線とのなす角度が０度乃至５３度の範囲で変化する表面を備えており、前記第２基板の外面には偏光フィルムが設置されていることを特徴とする有機ＥＬ表示装置。
2. 前記透明乾燥材は、アルコラートであることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ表示装置。
3. 前記透明乾燥材は、シリカゲルであることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ表示装置。
4. 前記透明乾燥材は、アルコラートを溶媒に溶解して粘度が１５ｃｐ〜４０ｃｐの透明乾燥材溶液を透光性基板の内面上に塗布し、一方向に成膜した後に乾燥して形成された透明薄膜であることを特徴とする請求項２に記載の有機ＥＬ表示装置。
5. 前記透明乾燥材は、シリカゲルを溶媒に溶解して粘度が１５ｃｐ〜４０ｃｐの透明乾燥材溶液を透光性基板の内面上に塗布し、一方向に成膜した後に乾燥して形成された透明薄膜であることを特徴とする請求項３に記載の有機ＥＬ表示装置。
6. 有機ＥＬ素子を内面に有する第１基板と、前記第１基板に対して周縁部にシール材を介在させて前記有機ＥＬ素子を気密封止する第２基板とを備え、前記第２基板の内面に透明乾燥材を備え、
   前記第２基板の外面にはカラーフィルタ、色付きフィルム又は偏光フィルムが設置されていることを特徴とする有機ＥＬ表示装置。
7. 前記第２基板の外面には偏光フィルムが設置されていることを特徴とする請求項６に記載の有機ＥＬ表示装置。
8. 有機ＥＬ素子を内面に有する第１基板と、前記第１基板に対して周縁部にシール材を介在させて前記有機ＥＬ素子を気密封止する第２基板とを備え、前記第２基板の内面に透明乾燥材を備え、前記透明乾燥材は前記第２基板の内側に形成された土手状の枠内に塗付によって形成されており、
   前記第２基板の法線と前記透明乾燥材の表面の法線とのなす角度が０度乃至５３度の範囲で変化する表面を備えており、前記第２基板の外面には偏光フィルムが設置されていることを特徴とする有機ＥＬ表示装置。
9. 有機ＥＬ素子を内面に有する第１基板と、前記第１基板に対して周縁部にシール材を介在させて前記有機ＥＬ素子を気密封止する第２基板とを備え、前記第２基板の内面に透明乾燥材を備え、透明乾燥材と有機ＥＬ素子の間隔が０〜４０μｍであることを特徴とする有機ＥＬ表示装置。
10. 透明乾燥材と有機ＥＬ素子は、一部または全面で互いに接触していることを特徴とする請求項９に記載の有機ＥＬ表示装置。

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