JP4211277B2

JP4211277B2 - 有機エレクトロルミネッセンス素子及び面発光光源、並びにディスプレイ、液晶ディスプレイ

Info

Publication number: JP4211277B2
Application number: JP2002123661A
Authority: JP
Inventors: 彰男中村; 貴央清水; 初美古牧
Original assignee: Toppan Inc
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2002-04-25
Filing date: 2002-04-25
Publication date: 2009-01-21
Anticipated expiration: 2022-04-25
Also published as: JP2003317937A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、情報表示端末などのディスプレイや面発光光源として用いられる有機エレクトロルミネッセンス素子（以下有機ＥＬ素子と略記する）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
有機ＥＬ素子は、視野角が広い、応答速度が速い、消費電力が低いなどの利点から、ブラウン管や液晶ディスプレイに変わるフラットパネルディスプレイとして期待されている。
【０００３】
有機ＥＬ素子は、少なくとも一方が透明な２枚の電極間に、有機発光媒体層を挟持した構造であり、両電極から電流を注入することにより、有機発光媒体層で光が生じるものである。
【０００４】
２枚の電極とそれに挟まれた有機発光媒体層の総厚は、数１００ｎｍ程度の薄膜であるため、有機ＥＬ素子の厚みは、ほぼ透光性基材と背面封止材の厚みである。このため、薄型・軽量化が期待される携帯電話等小型、薄型のディスプレイやバックライト部材、可撓性のあるプラスチックを基材としたフレキシブルディスプレイなどへの応用が期待されている。
【０００５】
一方、携帯電話などの小型パネルに多用されている液晶ディスプレイは、パネル背面に半透過反射板を配置し、明るい場所では外光を利用し、暗い場所ではバックライトの光が利用されている。しかし、現在用いられているバックライトユニットは、ＬＥＤ点光源を拡散板により面光源化しているため、拡散板を薄くすると面内の輝度むらが大きくなるといった問題がある。
【０００６】
有機ＥＬ素子を、液晶ディスプレイのバックライトに利用した例としては、特開平５−３４６９２号公報や特開平８−８３６８８号公報などに開示されている。が、有機ＥＬ素子の薄型化で発生する反りや耐久性の問題を解決するためのものではない。
【０００７】
有機ＥＬ素子の薄型化を検討するために、例えば０．４ｍｍ厚のガラス基材上に、２枚の電極とその間の有機発光媒体層から成る有機ＥＬ素子を作製し、ついで接着性樹脂を用いて５０μｍ厚のアルミニウム箔を貼り合せて封止することで、総厚０．５ｍｍ以下の有機ＥＬ素子を作製した場合、接着性樹脂の硬化収縮により、透光性基材に反りが生じ、液晶パネルへの密着貼り合せができないといった問題が生じた。
このように、今までは、有機ＥＬ素子の封止方法として一般的に用いられている金属箔等の接着による封止法は、薄型バックライト用有機ＥＬ素子に用いることはできなかった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明では、上記の問題点を解決するためになされたものであり、その課題とするところは、金属箔等の接着による封止法を用いた有機ＥＬパネルの薄型化に伴う基板の反りを防止することにより、液晶パネルへの密着張り合わせが容易で、液晶ディスプレイのバックライトに用いることのできる、薄型有機ＥＬ素子を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る第１の発明は、透光性基材の一方の面上に、少なくとも透明陽極層、有機発光媒体層、陰極層を有し、陰極層上にバインダー樹脂を含む接着層を介して封止層が積層されてなる有機エレクトロルミネッセンス素子において、前記透光性基材の他方の面上に、前記接着層と同じバインダー樹脂を含む前記反り防止層が設けられ、且つ、前記接着層又は反り防止層の内部に、前記各層の厚みに相当する粒径の光拡散性の微粒子を含むことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子である。
請求項２に係る第２の発明は、前記接着層及び反り防止層の内部に、前記各層の厚みに相当する粒径の光拡散性の微粒子を含むことを特徴とする請求項１に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子である。
請求項３に係る第３の発明は、前記封止層が、金属箔または合金箔を含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子である。
請求項４に係る第４の発明は、前記バインダー樹脂が、エポキシ樹脂系であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の有機エレクトロルミネッセンス素子である。
請求項５に係る第５の発明は、前記透光性基材が、光散乱粒子を含むことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の有機エレクトロルミネッセンス素子である。
請求項６に係る第６の発明は、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の有機エレクトロルミネッセンス素子を有することを特徴とする面発光光源である。
請求項７に係る第７の発明は、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の有機エレクトロルミネッセンス素子をバックライトに有することを特徴とするディスプレイである。
請求項８に係る第８の発明は、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の有機エレクトロルミネッセンス素子をバックライトに有することを特徴とする液晶ディスプレイである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の有機ＥＬ素子及びその製造工程の一例を、図１および図２に基づいて説明する。本発明の有機ＥＬ素子は、透光性基材１の一方の面上に、少なくとも透明陽極層２、有機発光媒体層３、陰極層４を有し、陰極層４上に接着層５を介して封止層７が積層されてなるものであり、透光性基材１の他方の面上に反り防止層６が設けられている構成の有機エレクトロルミネッセンス素子である。
【００１１】
透光性基材１としては、透光性と絶縁性を有する基板であれば如何なる基板も使用することができる。例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリプロピレン、ポリエーテルサルフォン、ポリカーボネート、シクロオレフィンポリマー、ポリアリレート、ポリアミド、ポリメチルメタクリレート等のプラスチックフィルムやシート、もしくはガラスや石英などを用いることができる。これらの基材には、必要に応じて、無機薄膜などの透明バリア膜や透明バリアフィルムなどを積層しても良い。
また透光性基材１上に光散乱効果のある層を形成したり、透光性基材１形成樹脂に光散乱粒子を含ませ、光散乱効果を持たせることもできる。
【００１２】
次いで透光性基材１の一方の面上に、透明陽極層２を形成する。透明陽極層２の形成方法は、パターン成膜もしくは、透明陽極層２を一面に形成した（図１（ａ））後にパターニングし、陽極用引き出し電極２ａを兼ねた透明陽極層２と陰極用引き出し電極２ｂとを形成する（図１（ｂ））。透明陽極層２の材料としては、インジウムスズ酸化物、インジウム亜鉛酸化物、亜鉛アルミニウム酸化物などの金属酸化物や、金、白金などの金属薄膜や、これら金属酸化物や金属の微粒子をバインダー樹脂に分散させた透明導電性インキなどを使用することができる。
【００１３】
透明陽極層２の形成方法としては、材料に応じて、抵抗加熱蒸着法、電子ビーム蒸着法、反応性蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタリング法などの乾式成膜法や、グラビア印刷法、スクリーン印刷法などの湿式成膜法などを用いることができる。
【００１４】
透明陽極層２のパターニング方法としては、材料や成膜方法に応じて、マスク蒸着法、フォトリソグラフィー法、ウェットエッチング法、ドライエッチング法、などを用いることができる。
【００１５】
また、透光性基材１と透明陽極層２との密着性を向上させるために、あらかじめ透光性基材１表面に、コロナ放電処理、プラズマ処理、ＵＶオゾン処理などの表面処理を施してもよく、さらには酸化珪素、窒化珪素、酸窒化珪素、酸化アルミニウムなどの無機絶縁膜や、クロム、チタンなどの金属膜や、アクリル系樹脂やエポキシ系樹脂などの高分子樹脂膜を１またはそれ以上積層してもよい。
【００１６】
この上に有機発光媒体層３を形成する（図１（ｃ））。ここで、有機発光媒体層３を形成する前に、透明陽極層２の表面洗浄や表面改質を目的として、コロナ放電処理、プラズマ処理、ＵＶオゾン処理などの表面処理を施すことが好ましい。
【００１７】
本発明における有機発光媒体層３としては、少なくとも発光層を含む、単層もしくは多層膜を用いることができる。有機発光媒体層を多層にした場合の構成例としては、正孔輸送層、電子輸送性発光層または正孔輸送性発光層、電子輸送層からなる２層構成や、正孔輸送層、発光層、電子輸送層からなる３層構成や、パターニングの為の絶縁層などを形成してさらに多層化することも可能である。
【００１８】
正孔輸送層の材料としては、銅フタロシアニン、テトラ（ｔ−ブチル）銅フタロシアニン等の金属フタロシアニン類及び無金属フタロシアニン類、キナクリドン化合物、１，１−ビス（４−ジ−ｐ−トリルアミノフェニル）シクロヘキサン、Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−１，１’−ビフェニル−４，４’−ジアミン、Ｎ，Ｎ’−ジ（１−ナフチル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−１，１’−ビフェニル−４，４’−ジアミン等の芳香族アミンなどの低分子材料や、ポリチオフェン、ポリアニリン等の高分子材料、ポリチオフェンオリゴマー材料、その他既存の正孔輸送材料の中から選ぶことができる。
【００１９】
発光層の材料としては、９，１０−ジアリールアントラセン誘導体、ピレン、コロネン、ペリレン、ルブレン、１，１，４，４−テトラフェニルブタジエン、トリス（８−キノリノラート）アルミニウム錯体、トリス（４−メチル−８−キノリノラート）アルミニウム錯体、ビス（８−キノリノラート）亜鉛錯体、トリス（４−メチル−５−トリフルオロメチル−８−キノリノラート）アルミニウム錯体、トリス（４−メチル−５−シアノ−８−キノリノラート）アルミニウム錯体、ビス（２−メチル−５−トリフルオロメチル−８−キノリノラート）［４−（４−シアノフェニル）フェノラート］アルミニウム錯体、ビス（２−メチル−５−シアノ−８−キノリノラート）［４−（４−シアノフェニル）フェノラート］アルミニウム錯体、トリス（８−キノリノラート）スカンジウム錯体、ビス〔８−（パラ−トシル）アミノキノリン〕亜鉛錯体及びカドミウム錯体、１，２，３，４−テトラフェニルシクロペンタジエン、ペンタフェニルシクロペンタジエン、ポリ−２，５−ジヘプチルオキシ−パラ−フェニレンビニレン、クマリン系蛍光体、ペリレン系蛍光体、ピラン系蛍光体、アンスロン系蛍光体、ポルフィリン系蛍光体、キナクリドン系蛍光体、Ｎ，Ｎ’−ジアルキル置換キナクリドン系蛍光体、ナフタルイミド系蛍光体、Ｎ，Ｎ’−ジアリール置換ピロロピロール系蛍光体等の低分子材料や、ポリフルオレン、ポリパラフェニレンビニレン、ポリチオフェンなどの高分子材料、その他既存の発光材料を用いることができる。
【００２０】
電子輸送層の材料としては、２−（４−ビフィニルイル）−５−（４−ｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール、２，５−ビス（１−ナフチル）−１，３，４−オキサジアゾール、およびオキサジアゾール誘導体やビス（１０−ヒドロキシベンゾ［ｈ］キノリノラート）ベリリウム錯体、トリアゾール化合物等が挙げられる。
【００２１】
また、有機発光媒体層３の形成方法としては、材料に応じて、抵抗加熱法、電子ビーム法などの真空蒸着法や、スピンコート、スプレーコート、フレキソ、グラビア、ロールコート、凹版オフセットなどのコーティング法、印刷法を用いることができる。複数の層から構成される有機発光媒体層３のいずれかの層をパターンニングしてもよい。有機発光媒体層３の膜厚としては、単層または多層においても１０００ｎｍ以下であり、好ましくは５０〜１５０ｎｍである。
【００２２】
次に、陰極層４を形成する（図１（ｃ））。陰極層４の材料としては、電子注入効率の高い物質を用いることが好ましい。具体的には、Ｍｇ、Ａｌ、Ｙｂ等の金属単体を用いたり、発光媒体と接する界面にＬｉや酸化Ｌｉ、ＬｉＦ等の化合物を１ｎｍ程度挟んで、安定性・導電性の高いＡｌやＣｕを積層して用いる。または電子注入効率と安定性を両立させるため、仕事関数が低いＬｉ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｅｒ、Ｅｕ、Ｓｃ、Ｙ、Ｙｂ等の金属１種以上と、安定なＡｇ、Ａｌ、Ｃｕ等の金属元素との合金系が用いられる。具体的にはＭｇＡｇ、ＡｌＬｉ、ＣｕＬｉ等の合金が使用できる。
【００２３】
陰極層４の形成方法には、材料に応じて、抵抗加熱蒸着法、電子ビーム蒸着法、反応性蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタリング法、ラミネート法などを用いることができる。陰極の厚さは、１０ｎｍ〜１０００ｎｍ程度が望ましい。
【００２４】
次に、陰極層４上に接着層５を介して封止層７を積層すると同時に、透光性基材１の他方の面上に反り防止層６を形成する（図１（ｄ）または図２）。接着層５を積層する前に、陰極層４と接着層５との密着性向上のために、あらかじめ陰極層４上に、酸化珪素、窒化珪素、酸窒化珪素、酸化アルミニウムなどの無機絶縁膜や、クロム、チタンなどの金属膜や、アクリル系樹脂やエポキシ系樹脂などの高分子樹脂膜を単層もしくは多層形成してもよい。
【００２５】
接着層５を主に構成するバインダー樹脂としては、エポキシ樹脂系、アクリル樹脂系、シリコーン系、フェノール樹脂系などからなる熱硬化型接着性樹脂、光硬化型接着性樹脂、熱可塑型接着性樹脂などを用いることができる。特に、耐湿性、耐水性に優れ、硬化時の収縮が少ないエポキシ樹脂系接着剤を用いることが好ましい。
【００２６】
接着層５および反り防止層６の形成方法としては、構成材料に応じて、ロールコート、スピンコート、スクリーン印刷法、スプレーコートなどのコーティング法、印刷法を用いることができる。また、シート状に成形した材料を張り合わせてもよい。
【００２７】
接着層５の膜厚は、０．００１ｍｍ〜０．１ｍｍであることが好ましい。これは、接着層５の厚みが０．１ｍｍよりも厚いと、端部からの透湿量の増加により有機ＥＬ素子が劣化するといった問題が生じたり、硬化収縮力が大きくなることにより透光性基材１を薄板にした場合に反り量が大きくなるといった問題が生じるからである。逆に０．００１ｍｍよりも薄いと、有機ＥＬ素子が封止層７と接触することがあり、封止層７として金属箔などの導電性物質を用いた場合に、有機ＥＬ素子が短絡するといった問題が生じるからである。
【００２８】
また、透光性基材１の他方の面上に形成した反り防止層６は、接着層５と同じ硬化収縮力となるよう材料と層厚を調整すれば、特に材料や厚みに制限はないが、接着層５と同じバインダー樹脂を用い、同じ層厚、同じ層形成方法とすると硬化収縮力を調整しやすいため好ましい。
【００２９】
接着層５および反り防止層６を構成するバインダー樹脂に、所定の粒径を有する透明または不透明な微粒子を加え、分散させると、それぞれの層の層厚を簡便かつ正確にそろえることができ、特に接着層５においては素子の短絡も防ぐことができる（図２）。また反り防止層６においては、光拡散性の微粒子を選択することで、反り防止層が拡散層としても機能するようになる。
【００３０】
微粒子８の材料としては、シリカ、ガラス、アルミナ、酸化チタンなどの無機微粒子や、プラスチック微粒子、アクリルゴム、ニトリルゴムなどの有機微粒子を、単成分もしくは多成分混入することができる。微粒子の粒径で最大のものは、０．００１ｍｍ〜０．１ｍｍであることが好ましい。最大となる微粒子の粒径は、所望の接着層または反り防止層の厚みに相当するものを選択すると良い。ここで「所望の接着層または反り防止層の厚みに相当する」とは、微粒子の粒径が各層の厚みに等しいかやや小さいことを意味する。接着層５と反り防止層６を構成するバインダー樹脂に混入される微粒子８について、最大となる微粒子の粒径が同じであれば、接着層５と反り防止層６の層厚を容易にそろえることができ、同じバインダー樹脂を用いた場合には特に、有機ＥＬ素子の反り防止に効果的である。このとき微粒子の材料や含有量は同じでなくても良く、またそれぞれに光拡散などの機能を有する粒子を混合したり、含有水分を除去する為に酸化バリウムや酸化カルシウムなどの乾燥剤を混入しても良い。混入する微粒子８の量は、光の透過を妨げず、層厚を均等に形成できる範囲なら特に問題はないが、好ましくは接着層５および反り防止層６の１〜３０重量％である。
【００３１】
封止層７の材料としては、ポリエチレンテレフタレートやポリエチレンナフタレート、ポリカーボネートなどのプラスチックフィルム上に、酸化珪素、酸化アルミニウムなどの金属酸化物や、窒化珪素、窒化アルミニウムなどの金属窒化物、または弗化アルミニウムなどの金属弗化物、もしくはアルミニウム、ニッケル、銅などの金属や合金を蒸着した複合フィルムや、これら金属材料からなる金属箔や合金箔、その他、ガラス、金属板などを用いることができる。特に、有機ＥＬ素子を薄型にでき、かつガスバリア性に優れている金属箔や合金箔が望ましく、取り扱いの容易な、金属箔や合金箔にポリエチレンテレフタラートなどのプラスチックフィルムをラミネートしたものを用いてもよい。
【００３２】
反り防止層６に微粒子８分散させた際には、反り防止層６上に、離型剤としてシリコーン系ポリマー等を塗布したプラスチックフィルムなどの離型シート９を張り合わせると、反り防止層６の層厚制御がより容易となる（図２）。封止層７と離型シート９で挟まれた有機ＥＬ素子にロール等で圧力をかけることで、接着層５と反り防止層６の層厚が、分散した微粒子８の粒径に揃う。この工程の後にそれぞれの層を硬化させ、離型シート９を有機ＥＬ素子から取り除くことで、本発明の反りのない薄型有機ＥＬ素子を得ることができる。
【００３３】
【実施例】
以下、本発明に係わるＥＬ素子及びその製造方法の実施例の一例を説明する。実施例１、２および比較例１を、図１〜図３に従って説明する。
【００３４】
（実施例１）
まず、透光性基材１として０．３ｍｍ厚のガラス基板（５０ｍｍ×５０ｍｍ）の一方の面に、スパッタリング法を用いて透明陽極層２としてインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）膜を１５０ｎｍ形成した（図１（ａ））。
次いで、フォトリソグラフィー法及びウェットエッチング法を用いて、ＩＴＯ膜をパターンニングし、引き出し電極２ａを兼ねた透明陽極層２と陰極引き出し電極２ｂとを形成した（図１（ｂ））。
ＩＴＯ膜表面をＵＶオゾン処理した後に、ポリ［２−メトキシ−５−（２'−エチル−ヘキシロキシ）−１，４−フェニレンビニレン］（ＭＥＨＰＰＶ）をスピンコート法によりコーティングし、有機発光媒体層３を１００ｎｍ形成した（図１（ｃ））。
次に、陰極層４として、真空蒸着法によりＣａ（２０ｎｍ）とＡｇ（２００ｎｍ）をこの順に積層形成した（図１（ｃ））。
この陰極層４上に、接着層５としてエポキシ樹脂系熱硬化型接着剤を０．０１ｍｍの厚みで積層し、さらに封止層７としてアルミニウム箔（５０μｍ）を積層した。また、これと同時に、透光性基材１の他方の面に反り防止層６として接着層５に用いたのと同じエポキシ樹脂系熱硬化型接着剤を０．０１ｍｍの厚みで積層し、接着層５および反り防止層６を同時に熱硬化した（図１（ｄ））。
得られたＥＬ素子は、接着層５の硬化収縮量が多少大きくなり、平らな面に有機ＥＬ素子を置いたところ、透光性基材１の両端が平面からそれぞれ１ｍｍずつ浮いているのが確認できた。
【００３５】
（実施例２）
実施例１のＥＬ素子において、接着層５および反り防止層６の形成材料として、エポキシ樹脂系熱硬化型接着剤にアクリルゴムの微粒子８（粒径０．０１ｍｍ）を樹脂全体に対して５重量％加えたものを用いた。さらに反り防止層６上に、離型シート９（剥離剤（シリコーン系ポリマー）を塗布したポリエチレンテレフタレートフィルム）を貼り合せ、有機ＥＬ素子の厚さが均等になるようにゴムロールに通した（図２）。
この有機ＥＬ素子の接着層５および反り防止層６を熱硬化した後に、反り防止層６から剥離シート８を剥がしたところ、反りの無い有機ＥＬ素子が得られた。
【００３６】
（比較例１）
実施例１のＥＬ素子において、反り防止層６を形成せずに、接着層５のみを形成し熱硬化した（図３）。得られた有機ＥＬ素子を平らな面に置いたところ、接着層５の硬化収縮により、透光性基材１の両端が平面からそれぞれ５ｍｍずつ浮いているのが確認できた。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、反り防止層を形成することで反りがほとんどなく、また封止に金属箔を用いることができるので耐久性に優れた有機エレクトロルミネッセンス素子を提供することができる。さらに、接着層および反り防止層を形成する樹脂に微粒子を混合し厚さを調整しやすくすることで、反りのない有機エレクトロルミネッセンス素子を制作することが可能である。この発明によれば透光性基材としてポリエチレンテレフタレートなどの可撓性の基材を選択しても反りを抑えることができる。
この有機エレクトロルミネッセンス素子は全厚１ｍｍ以下の薄型にしても反らないので、液晶パネルへの密着張り合わせが容易であり、薄型ディスプレイ、特に液晶ディスプレイのバックライトに用いるのに好適である。
【００３８】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子の実施例１を説明した断面図である。
【図２】本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子の実施例２を説明した断面図である。
【図３】本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子の比較例１を説明した断面図である。
【符号の説明】
１透光性基材
２透明陽極層
２ａ陽極用引き出し電極
２ｂ陰極用引き出し電極
３有機発光媒体層
４陰極層
５接着層
６反り防止層
７封止層
８微粒子
９離型シート

Claims

透光性基材の一方の面上に、少なくとも透明陽極層、有機発光媒体層、陰極層を有し、陰極層上にバインダー樹脂を含む接着層を介して封止層が積層されてなる有機エレクトロルミネッセンス素子において、前記透光性基材の他方の面上に、前記接着層と同じバインダー樹脂を含む前記透明性基材の反り防止層が設けられ、且つ、前記反り防止層の内部に、前記各層の厚みに相当する粒径の光拡散性の微粒子を含むことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
前記接着層及び反り防止層の内部に、前記各層の厚みに相当する粒径の光拡散性の微粒子を含むことを特徴とする請求項１に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
前記封止層が、金属箔または合金箔を含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
前記バインダー樹脂が、エポキシ樹脂系であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
前記透光性基材が、光散乱粒子を含むことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の有機エレクトロルミネッセンス素子を有することを特徴とする面発光光源。
請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の有機エレクトロルミネッセンス素子をバックライトに有することを特徴とするディスプレイ。
請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の有機エレクトロルミネッセンス素子をバックライトに有することを特徴とする液晶ディスプレイ。