JP2000268954A - 発光素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 有機発光素子は耐湿性が非常に低いため、プ
ラスチックフィルムからなるフレキシブルディスプレイ
の実現には、寿命の点で課題があった。 【解決手段】 ゼオライトと着色粉体と有機樹脂からな
る捕水フィルム１２を封止内部に具備することにより、
高コントラストで高寿命特性のフレキシブルな有機発光
パネルを実現する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、発光ディスプレイ
や液晶ディスプレイ用バックライト等として用いられる
表示素子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）パネ
ルは視認性が高く、表示能力に優れ、高速応答も可能と
いう特徴を持っている。近年、有機化合物を構成材料と
する有機発光素子について報告がなされた（例えば、関
連論文 アプライド・フィジックス・レターズ、第５１
巻９１３頁１９８７年(Applied Physics Letters,51,19
87,P.913.)、）。

【０００３】この報告には有機発光層及び電荷輸送層を
積層した構造の有機発光素子が記載されている。発光材
料としてトリス（８ーキノリノール）アルミニウム錯体
（以下Ａｌｑ）を開発しており、高い発光効率と、電子
輸送を合わせ持つ優れた発光物質である。また、ジャー
ナル・オブ・アプライド・フィジックス、第６５巻３６
１０頁１９８９年(Journal of Applied Physics,65,198
9,p.3610.)には有機発光層を形成するＡｌｑにクマリン
誘導体やＤＣＭ１等の蛍光色素をドープした素子を作成
し、色素の適切な選択により発光色が変わることを見い
だした。さらに、発光効率も非ドープに比べ上昇するこ
とを明らかにした。一方、有機発光素子は水分に対して
非常に弱く、寿命が短いという課題があった。

【０００４】しかしながら、昨今では最大の課題とされ
ていた寿命の改善も進み、次世代のフレキシブルディス
プレイ（ペーパーディスプレイ）として有望視されてい
る。フレキシブルディスプレイは、薄く、軽く、柔軟な
フィルム状のディスプレイであり、自発光型という有機
発光素子の特徴を生かすことができる。フィルムディス
プレイの開発において、基板用または封止用として用い
られるフィルムのガスバリヤー性は重要課題であり、特
に耐湿性の極めて低い有機発光素子は透湿性が最重要課
題となる。既に、液晶パネルまたは分散型無機ＥＬパネ
ル等の分野においては開発が進み、フッ素フィルムの透
湿性は金属並とも言われている。

【０００５】中でも成型性、防湿性の両面から三フッ化
塩化エチレン樹脂フィルムが優れている。例えば、特開
平７−１５３５７１号公報には、フィルム状に形成した
有機発光素子の両側を、吸湿フィルムで挟み、さらにそ
の両側を防湿フィルムで挟む構造とすることで、薄型、
軽量かつ自由形状の光源等の効果が得られると記載され
ている。また吸湿フィルムにはナイロン６、防湿フィル
ムには３フッ化塩化エチレンが用いられ、分散型無機Ｅ
Ｌパネルと同様の構成になっているが、有機ＥＬ素子は
水分に対して非常に弱いため、吸湿性ナイロンフィルム
は９０℃の熱処理では十分な脱水効果が得られず、吸湿
フィルムとしての機能を果たせない。

【０００６】しかも、記載されている有機発光素子は、
有機発光体層と電極層をそれぞれ別途に成膜した後、張
り合わせて形成されており、この方法では電荷の注入に
とって最も重要な界面部分の劣化を招くため、十分な輝
度が得られないかもしくは光らない。

【０００７】また、特開平８−１６７４７５号公報に
は、プラスチックフィルムの片面または両面に無機物か
らなる薄膜層を形成し、さらに接着層を介して熱融着性
プラスチックを積層したＥＬ素子封止用積層体によって
ガスバリヤー性、水蒸気バリヤー性、高透明性を同時に
付加したＥＬ素子封止構造体について記載されている。
熱融着性プラスチックどうしを重ね合わせた間に有機Ｅ
Ｌ素子を挟み込む構造となっている。

【０００８】しかしながら、実際には熱融着性プラスチ
ック同士を重ね合わせた接着面からの水分の進入、また
はフィルム表面や素子表面に付着する水分も重要であ
り、プラスチックフィルムの膜透湿性の抑制だけでは十
分な寿命特性が得られない。

【０００９】侵入してくる水分に対しては、例えば、特
開平１０―２７５６８２号公報に記載の素子構成におい
て、有機層及び陰極上に保護層を形成した上で、封止部
内を酸素吸収剤、脱水剤と共に不活性媒体で満たすこと
により黒点の発生及び成長を抑制している。

【００１０】保護層によって、水分からの保護及び不活
性媒体特には不活性液体からの保護及び酸素吸収剤、脱
水剤からの保護を目的としているが、フィルム化におい
て保護層は応力が発生しやすく素子にダメージを与えて
しまう恐れがある。また、作製プロセスが増すため、量
産化におけるコストの増加にもつながる。

【００１１】また、特開昭６０−９７号公報では、ゼオ
ライトと光吸収性の粉末の混合体を厚膜状またはセラミ
ック状にして、シールキャップ内壁に固定することによ
り、耐湿性が向上し、同時にコントラストの向上と、製
造の簡便化を実現した。

【００１２】特に、特開昭６１−９６６９５号公報では
ゼオライト、カーボン粉末及び有機樹脂の複合体をフィ
ルム状とし、ＥＬパネルのシールキャップ内壁に固定す
ることにより耐湿性の向上を実現している。

【００１３】特に上記複合体をフィルム状とする利点に
ついて、カッターで容易に切断加工でき、破損しにくい
という扱い安さが挙げられている。ここに記載されるＥ
Ｌパネルとは蛍光体層母体としてＺｎＳが用いられるこ
とから明らかなように無機ＥＬパネルに関するものであ
り、また前述の通り、有機ＥＬ素子の開発は１９８７年
に端を発しており、当時はＥＬパネルとは無機ＥＬパネ
ルのことを指す。

【００１４】無機ＥＬパネルは製造過程において６００
℃程度の高温処理を施すため、ＥＬ層を形成する基板に
はプラスチック等を使用できず、フレキシブルなパネル
は実現不可能であった。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、ディス
プレイのフィルム化において、接着面からの水分の進入
に対しては依然課題が残されており、また長期的な保存
に対しては無機化合物からなるガラス基板等の保存安定
性と比較して、有機物からなる基板または保護層等は膜
の透湿性に対して未だ寿命安定性が十分とはいえない。

【００１６】また、捕水剤を封入するにあたって、捕水
剤の形態が粉末または固形状であると、フレキシブルデ
ィスプレイが湾曲したときの接触によって有機発光素子
に損傷を与え、ショート等の発生によりデバイスとして
の機能を失うという課題があった。

【００１７】

【課題を解決するための手段】そこで我々は、フィルム
状の保湿剤を封止部内に設けることにより、フィルム形
状の有機発光素子を実現し、かつ封止後も侵入する水分
を捕らえることにより有機発光素子の劣化を防止し、前
記課題を解決するに至った。

【００１８】具体的には、本発明（請求項１）の発光素
子によれば、少なくとも有機発光層を有する有機発光素
子をフレキシブル基板上に構成し、防湿フィルムで封止
し，ゼオライトと着色粉体と有機樹脂からなる捕水フィ
ルムを封止内部に具備することを特徴とする。

【００１９】また，前記有機発光素子は、陽電極と陰電
極との間に有機発光層を形成した構成としたもの，また
は、陽電極と陰電極との間に正孔輸送層及び有機発光層
を積層した構成としたもの，または，陽電極と陰電極と
の間に正孔輸送層及び有機発光層及び電子輸送層を積層
した構成としたものである。また、前記封止内部を真空
状態としたものである。

【００２０】また，本発明（請求項６）の発光素子によ
れば、少なくとも有機発光層を有する有機発光素子をフ
レキシブル基板上に構成し、防湿フィルムで封止し、ゼ
オライトと着色粉体と有機樹脂からなる捕水フィルムを
前記防湿フィルムの封止内面に固定したことを特徴とす
る。

【００２１】また、前記有機発光素子は、陽電極と陰電
極との間に有機発光層を形成した構成としたもの，正孔
輸送層及び有機発光層を積層した構成としたもの，正孔
輸送層及び有機発光層及び電子輸送層を積層した構成と
したものである。

【００２２】また、捕水フィルムを、ホットメルト型樹
脂フィルムで防湿フィルムの封止内面に固定する構成と
したものである。

【００２３】また、捕水フィルムを、吸湿性を有するホ
ットメルト型樹脂フィルムで防湿フィルムの封止内面に
固定する構成としたものである。

【００２４】また、前記有機発光素子の封止内に、不活
性ガスを充填する構成としたものである。

【００２５】また、前記有機発光素子の捕水フィルムに
含まれる着色粉体を、黒色粉末としたものである。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態について
説明する。有機発光素子は有機層の膜厚が、低分子系で
１０００オングストローム（Å）程度、高分子系で数千
Å程度の薄膜であり、電極層を加えても１μｍ程度の薄
膜デバイスである。従って、基板の厚み、形状に依存し
たデバイスとなる。薄くて軽い基板を使えば、薄型、軽
量のデバイスを提供できる。さらに、フレキシブルな基
板を用いることにより、自発光型という特徴を生かし
て、液晶ディスプレイでは視野角の問題から困難であっ
た曲面表示を実現可能にする。

【００２７】基板は透明または半透明のガラス基板もし
くはプラスチックのフィルムまたはシートを使用する。
ガラスの場合は、５０〜５００μｍの板厚の薄い基板を
用いることにより、湾曲できる。プラスチックの場合
は、光学特性、耐熱性、寸法安定性、表面平坦性などを
考慮して選択する。

【００２８】これらの要求を満たす材料としては、ポリ
カーボネート、ポリアクリレート、ポリエーテルスルホ
ン、環状非晶質ポリオレフィンなどの非晶性の熱可塑性
樹脂や、多官能アクリレート、多官能ポリオレフィン、
不飽和ポリエステル、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂が
好ましい。

【００２９】また、有機発光素子は水分に対して非常に
弱いが、プラスチックフィルム・シートは酸素や水蒸気
のバリア性が本質的にガラスより劣るため、選択したプ
ラスチックフィルム・シートに，特に水蒸気バリア膜の
コーティングが必要となる。バリア膜の材料としては、
エチレンビニルアルコール共重合体、ポリアクリロニト
リル、ポリ塩化ビニリデン、ポリシラザン、酸化珪素蒸
着膜、窒化珪素蒸着膜等が好ましい。

【００３０】また、有機発光素子の作製過程において、
特に溶液塗布法、ラングミュア・ブロジェット（ＬＢ）
法等有機溶剤を含んだ処理が行われる場合は、プラスチ
ックフィルム・シートを保護するための耐溶剤膜をコー
ティングする。耐溶剤膜の加工方法としては、湿式コー
ティングが挙げられる。

【００３１】さらに有機発光素子は、少なくとも一方の
電極を透明ないし半透明にすることにより、面発光を取
り出すが、透明電極膜の形成・加工においても耐熱性、
放出ガス等を考慮に入れる必要がある。通常、正孔注入
電極としての陽極にはＩＴＯ（インジウム錫酸化物）膜
を用いることが多い。他に、酸化錫、Ｎｉ，Ａｕ，Ｐ
ｔ，Ｐｄ等が挙げられる。

【００３２】ＩＴＯ膜はその透明性を向上させ、または
抵抗率を低下させる目的で、スパッタ、エレクトロンビ
ーム蒸着、イオンプレーティング等の成膜方法が採用さ
れている。

【００３３】また、膜厚は必要とされるシート抵抗値と
可視光透過率から決定されるが、有機発光素子では比較
的駆動電流密度が高いため、シート抵抗値を小さくする
ため１００ｎｍ以上の厚さで用いられることが多い。

【００３４】特にプラスチック基板の場合は、インジウ
ム・スズ合金ターゲットを用いる反応性スパッタ法か、
インジウム・スズ酸化物ターゲットを用いるスパッタ法
により、透明電極膜を形成する。

【００３５】次に、本発明における有機発光層は、電子
輸送性発光材料であるトリス（８−ヒドロキシキノリ
ン）アルミニウムが好ましい。他の例としてトリス（４
−メチルー８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム等の
金属錯体が挙げられる。また同時に、様々な発光色を有
する色素を含有してもよく、各色の色素を同一層内に混
合あるいは各色素を有する層を積層もしくは並列に並べ
ても良い。

【００３６】正孔輸送層の構成材料としては、トリフェ
ニルアミンを基本骨格として持つ誘導体が好ましい。例
えば、特開平７−１２６６１５号公報に記載のテトラフ
ェニルベンジジン化合物、トリフェニルアミン３量体、
ベンジジン２量体が挙げられる。また、特開平８−４８
６５６号公報に記載の種々のトリフェニルジアミン誘導
体、または特開平７−６５９５８号公報に記載のＭＴＰ
Ｄ（通称ＴＰＤ）でもよい。特には、特願平９−３４１
２３８号に記載のトリフェニルアミン４量体が好まし
い。

【００３７】電子輸送層の構成材料としては、トリス
（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウムが好ましい。
他の例としてトリス（４−メチルー８−ヒドロキシキノ
リン）アルミニウム等の金属錯体が挙げられる。電子輸
送層の膜厚は、１０〜１０００ｎｍとすることが好まし
い。上述の正孔輸送層、発光層、電子輸送層の有機層に
ついては、アモルファス状態の均質な膜を形成すること
が望ましく、真空蒸着法による成膜が好ましい。

【００３８】さらに、真空中で連続して各層を形成する
ことにより、各層間の界面に不純物が付着するのを防ぐ
ことによって、動作電圧の低下、高効率化、長寿命化と
いった特性の改善を図ることができる。

【００３９】また、これら各層を真空蒸着法により形成
するにあたり、１層に複数の化合物を含有させる場合、
化合物を入れた各ボートを個別に温度制御して共蒸着す
ることが好ましいが、予め混合したものを蒸着しても良
い。

【００４０】さらに，この他の成膜方法として、溶液塗
布法、ラングミュア・ブロジェット（ＬＢ）法等を用い
ることもできる。溶液塗布法ではポリマー等のマトリク
ス物質中に、色素や電荷輸送性物質等の機能性材料を分
散させる構成としても良く、さらに熱的安定性を高める
ため、機能性材料をポリマーの主鎖あるいは側鎖に組み
込んだ重合体、共重合体、ブロック共重合体等で構成し
ても良い。

【００４１】電子注入電極としての陰極には、Ｔａｎｇ
らの提案したＭｇＡｇ合金またはＡｌＬｉ合金など、仕
事関数が低く電子注入障壁の低い金属と、比較的仕事関
数が大きく安定な金属との合金が用いられることが多
い。また、仕事関数の低い金属を有機層側に成膜し、こ
の低仕事関数金属を保護する目的で、仕事関数の大きな
金属を厚く積層してもよく、Ｌｉ／Ａｌ、ＬｉＦ／Ａｌ
のような積層電極を用いることができる。これら陰極の
形成には蒸着法やスパッタ法が好ましい。

【００４２】防湿フィルムとしては、前述の基板となる
プラスチックフィルム・シートのようにバリア膜をコー
ティングしたもの、またはフッ素樹脂が挙げられる。特
に、水蒸気バリア性、透明性、成型性の全てを満たす三
フッ化塩化エチレンが好ましい。

【００４３】捕水フィルムは、比較的水分を透過しやす
い有機樹脂を用いるのがよく、適度な水分透過性と耐熱
性があれば使用可能であり、ウレタンやポリビニルアル
コール系が好ましい。有機発光素子の寿命特性の維持に
ついて検討した結果、ゼオライトの脱水には２００℃以
上の熱処理が必要であるので、特に耐熱性に優れたウレ
タン樹脂が好ましい。ウレタンは柔軟性が高いため緩衝
剤の役目も果たし、有機発光素子に直接接触してもデバ
イスをショートさせる等の損傷を何ら与えない。従っ
て、有機発光素子表面への保護層が不要となる。

【００４４】また混合する着色粉体として、酸化マンガ
ン、酸化クロム、酸化ニッケル、酸化銅、酸化鉄等の光
吸収性酸化物粉末等が挙げられる。通常、ディスプレイ
分野ではコントラスト向上のため、画素間にブラックマ
トリックスを配するように、着色粉体としては，特にカ
ーボン粉末等の黒色粉末が好ましい。

【００４５】一例として、ウレタンとゼオライトを重量
比で１：３に混合し、さらにこの全量に対し４重量％の
カーボン粉末を加えて厚さ０．３ｍｍのフィルム状とし
たものを捕水フィルムとしてパネルを作製した。

【００４６】（実施例１）図１は，本発明の有機発光パ
ネルの一実施例を示すもので，有機発光素子を防湿層で
挟んだ封止内部に捕水フィルムを具備した構造の一部の
断面図である。

【００４７】図１に示すように，ＩＴＯを短冊状に成膜
したポリカーボネートフィルム（図示せず）上に、Ｎ，
Ｎ′−ビス（４′−ジフェニルアミノー４−ビフェニリ
ル）−Ｎ，Ｎ′−ジフェニルベンジジンからなる５０ｎ
ｍの膜厚のホール輸送層（図示せず）を形成する。引き
続き発光層として、トリス（８−ヒドロキシキノリン）
アルミニウムを５０ｎｍ蒸着して電子輸送性発光層（図
示せず）とした。

【００４８】最後にＡｌＬｉ合金からなる短冊状の陰電
極をＩＴＯに直交するように形成し，有機発光素子１１
を得た。この上に上記の捕水フィルム１２を２００℃の
大気中で２時間加熱乾燥した後、素子面を覆うようにの
せ、さらにこの両面を防湿層１３で挟み、内部を真空に
保持した状態で周辺部を封じ、フレキシブルな有機発光
パネルを得た。

【００４９】このパネルに文字や絵などの画像を表示さ
せながら湾曲させたところ、視認性よく、またコントラ
ストも高かった。さらに、８０℃、９０％の恒温高湿層
内で無付加放置したところ、１０００時間後も黒点径は
１０μｍ以下で、良好な発光状態を示した。

【００５０】（実施例２）実施例１と同様の組成で有機
発光素子を作製後、この両面を防湿層で挟む際、捕水フ
ィルムを陰極側の防湿層の封止内面にエポキシ樹脂で固
定した後、窒素ガスを充填した状態で周辺部を封じ、フ
レキシブルな有機発光パネルを得た。

【００５１】この素子を８０℃、９０％の恒温高湿層内
で無付加放置したところ、１０００時間後も黒点径は１
０μｍ以下で、良好な発光状態を示した。

【００５２】（実施例３）上記実施例２のエポキシ樹脂
をナイロン６フィルムとして、捕水フィルムと防湿層の
間に挟み、１５０℃で加熱して融着させた以外は実施例
２と同様の方法で有機発光素子を作製した。

【００５３】この素子を８０℃、９０％の恒温高湿層内
で無付加放置したところ、１０００時間後も黒点径は１
０μｍ以下で、良好な発光状態を示した。

【００５４】（実施例４）実施例２のエポキシ樹脂をナ
イロン６フィルムとして、捕水フィルムの上にひとまわ
り大きなナイロンフィルムを置き、１５０℃で加熱して
防湿層に融着させた以外は実施例２と同様の方法で有機
発光素子を作製した。

【００５５】この素子を８０℃、９０％の恒温高湿層内
で無付加放置したところ、１０００時間後も黒点径は１
０μｍ以下で、良好な発光状態を示した。

【００５６】（比較例１）ＩＴＯを成膜したポリカーボ
ネートフィルム上に、Ｎ，Ｎ′−ビス（４′−ジフェニ
ルアミノー４−ビフェニリル）−Ｎ，Ｎ′−ジフェニル
ベンジジンからなる５０ｎｍの膜厚のホール輸送層を形
成する。

【００５７】引き続き発光層として、トリス（８−ヒド
ロキシキノリン）アルミニウムを５０ｎｍ蒸着して電子
輸送性発光層とした。最後にＡｌＬｉ合金からなる陰電
極を形成した。

【００５８】この上にナイロン６フィルムを１２０℃で
５時間真空乾燥した後、素子面を覆うようにのせ、さら
にこの両面を防湿層で挟み、内部を真空に保持した状態
で周辺部を封じた。

【００５９】この素子を８０℃、９０％の恒温高湿層内
で無付加放置したところ、１００時間後には黒点径が１
００μｍを越え、ほとんど発光しなかった。

【００６０】

【発明の効果】以上のように本発明は、フィルム状基板
に作製した有機発光素子を防湿フィルムで封止する際、
封止内部にゼオライトと着色粉体と有機樹脂からなる捕
水フィルムを封止内部に具備することにより、高コント
ラストで高寿命特性のフレキシブルディスプレイを提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態における有機発光素子を
防湿層で挟んだ封止内部に捕水フィルムを具備した構造
の一部を示す断面図

【符号の説明】

１１ 有機発光素子 １２ 捕水フィルム １３ 防湿層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 徹哉 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 川瀬 透 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 杉浦 久則 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 3K007 AB00 AB13 AB17 BA07 BB00 BB01 BB02 BB05 CA01 CA05 CA06 CB01 DA00 DB03 EB00 FA01 FA03

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも有機発光層を有する有機発光素
   子をフレキシブル基板上に構成し、防湿フィルムで封止
   した発光素子であって、ゼオライトと着色粉体と有機樹
   脂からなる捕水フィルムを封止内部に具備することを特
   徴とする発光素子。
2. 【請求項２】有機発光素子は，陽電極と陰電極との間に
   有機発光層を形成した構成であることを特徴とする請求
   項１記載の発光素子。
3. 【請求項３】有機発光素子は，陽電極と陰電極との間に
   正孔輸送層及び有機発光層を積層した構成であることを
   特徴とする請求項１記載の発光素子。
4. 【請求項４】有機発光素子は，陽電極と陰電極との間に
   正孔輸送層及び有機発光層及び電子輸送層を積層した構
   成であることを特徴とする請求項１記載の発光素子。
5. 【請求項５】封止内部が真空状態であることを特徴とす
   る請求項１〜４のいずれかに記載の発光素子。
6. 【請求項６】少なくとも有機発光層を有する有機発光素
   子をフレキシブル基板上に構成し、防湿フィルムで封止
   した発光素子であって、ゼオライトと着色粉体と有機樹
   脂からなる捕水フィルムを前記防湿フィルムの封止内面
   に固定したことを特徴とする発光素子。
7. 【請求項７】有機発光素子は，陽電極と陰電極との間に
   有機発光層を形成した構成であることを特徴とする請求
   項６記載の発光素子。
8. 【請求項８】有機発光素子は，陽電極と陰電極との間に
   正孔輸送層及び有機発光層を積層した構成であることを
   特徴とする請求項６記載の発光素子。
9. 【請求項９】有機発光素子は，陽電極と陰電極との間に
   正孔輸送層及び有機発光層及び電子輸送層を積層した構
   成であることを特徴とする請求項６記載の発光素子。
10. 【請求項１０】捕水フィルムをホットメルト型樹脂フィ
    ルムで防湿フィルムに固定したことを特徴とする請求項
    ６〜９のいずれかに記載の発光素子。
11. 【請求項１１】ホットメルト型樹脂フィルムが吸湿性を
    有することを特徴とする請求項６〜１０のいずれかに記
    載の発光素子。
12. 【請求項１２】有機発光素子の封止内に不活性ガスを充
    填することを特徴とする請求項６〜１１のいずれかに記
    載の発光素子。
13. 【請求項１３】着色粉体が、黒色粉末であることを特徴
    とする請求項１〜１２のいずれかに記載の発光素子。