JP2007052119A - 発光装置、表示装置及びそれらの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 封止剤と発光材料との接触を防止し得る発光装置を提供する。
【解決手段】 発光材料１９と封止剤１３とが離間した領域における第１の基板１１と第２の基板１２との距離が、発光材料１９が配置される間隙１７における第１の基板１１と第２の基板１２との距離よりも大きく、かつ、発光材料１９と封止剤１３との距離が、発光材料１９が配置される間隙１７における第１の基板１１と第２の基板１２との距離よりも大きい構成とする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、発光装置、表示装置及びそれらの製造方法に関し、液状又はゲル状の発光材料、表示材料を用いた発光装置、表示装置及びそれらの製造方法に関する。

照明装置、信号機、テレビジョン装置や携帯電話機等のディスプレイ、携帯電話機のバックライト等に用いられる発光装置として、電気化学発光（ＥＣＬ）材料を用いたものがある。

この発光装置においては、液状又はゲル状の発光材料を電極付きの透明基板等で挟持し、その電極に電圧を印加することによって発光させるようになされている。

また、それ自体は発光せず、外光を利用した表示装置として、液晶、電気泳動、電気化学（ＥＣ）材料等の表示材料を用いたものもある。

かかる構成の発光装置や表示装置においては、液状又はゲル状の発光材料や表示材料が時間と共に蒸発し、濃度変化によって発光特性、表示特性が変化する問題があった。また、空気中の酸素や水分が、発光材料や表示材料に影響を与えて発光特性、表示特性が変化する問題があった。

これらの問題点を解決するための一つの方策として、基板の周縁を封止剤によって覆い、基板に挟持された表示材料を外界から隔離する方法が考えられている（特許文献１参照）。この方法によると、表示材料が直接空気に触れることを回避することができることにより、外界との接触による表示材料の特性の変化を抑制することができると考えられる。
特開２００２−２８７１７２号公報

しかしながら封止剤を用いて表示材料を封止する構成においては、封止剤が表示材料と接触した場合、表示材料の発光特性の変化が生じる問題があった。例えば、有機溶媒にＥＣＬ等の発光材料が含まれてなる発光材料を用いる場合、封止剤が有機溶媒によって溶けて発光材料に混入し、発光材料の特性を変化させる問題があった。

このような技術的課題を解決するためになされた本発明の目的は、封止剤と発光材料、表示材料との接触を防止し得る発光装置、表示装置及びそれらの製造方法を提供することである。

本発明の実施の形態に係る特徴は、発光装置において、第１の基板と、第１の基板に対向配置される第２の基板と、第１の基板と前記第２の基板との間の間隙に配置される液状又はゲル状の発光材料と、第１の基板に設けられ、発光材料と接触する第１の電極と、第２の基板に設けられ、発光材料と接触する第２の電極と、第１の基板と第２の基板との間において発光材料から離間して設けられ、発光材料を外界から隔離する封止剤と、を備え、発光材料と封止剤とが離間した領域における第１の基板と第２の基板との距離が、発光材料が配置される間隙における第１の基板と第２の基板との距離よりも大きく、かつ、発光材料と封止剤との距離が、発光材料が配置される間隙における第１の基板と第２の基板との距離よりも大きいことである。

また本発明の実施の形態に係る特徴は、表示装置において、第１の基板と、第１の基板に対向配置される第２の基板と、第１の基板と第２の基板との間の間隙に配置される液状又はゲル状の表示材料と、第１の基板に設けられ、表示材料と接触する第１の電極と、第２の基板に設けられ、表示材料と接触する第２の電極と、第１の基板と第２の基板との間において表示材料から離間して設けられ、表示材料を外界から隔離する封止剤と、を備え、表示材料と封止剤とが離間した領域における第１の基板と第２の基板との距離が、表示材料が配置される間隙における第１の基板と第２の基板との距離よりも大きく、かつ、表示材料と封止剤との距離が、表示材料が配置される間隙における第１の基板と第２の基板との距離よりも大きいことである。

また本発明の実施の形態に係る特徴は、発光装置において、第１の基板と、第１の基板に対向配置される第２の基板と、第１の基板と第２の基板との間の間隙に配置される液状又はゲル状の発光材料と、第１の基板に設けられ、発光材料と接触する第１の電極と、第２の基板に設けられ、発光材料と接触する第２の電極と、第１の基板と第２の基板との間において発光材料から離間して設けられ、発光材料を外界から隔離する封止剤と、を備え、発光材料と封止剤とが離間した第１の領域における第１及び第２の基板表面と発光材料との親和性が、発光材料が配置された第２の領域における第１及び第２の基板表面と発光材料との親和性よりも低いことである。

また本発明の実施の形態に係る特徴は、表示装置において、第１の基板と、第１の基板に対向配置される第２の基板と、第１の基板と第２の基板との間の間隙に配置される液状又はゲル状の表示材料と、第１の基板に設けられ、表示材料と接触する第１の電極と、第２の基板に設けられ、表示材料と接触する第２の電極と、第１の基板と第２の基板との間において表示材料から離間して設けられ、表示材料を外界から隔離する封止剤と、を備え、表示材料と封止剤とが離間した第１の領域における第１及び第２の基板表面と表示材料との親和性が、表示材料が配置された第２の領域における第１及び第２の基板表面と表示材料との親和性よりも低いことである。

また本発明の実施の形態に係る特徴は、発光装置の製造方法において、第１の基板の電極が形成される電極形成領域の周囲を研磨して電極が形成される電極形成面に対する段差を形成するステップと、第２の基板の電極が形成される電極形成領域の周囲を研磨して電極が形成される電極形成面に対する段差を形成するステップと、第１の基板の電極形成領域又は第２の基板の電極形成領域にスペーサを散布するステップと、第１の基板の電極形成領域と第２の基板の電極形成領域とがスペーサを介して対向するように第１の基板と第２の基板とを配置するステップと、第１及び第２の基板間を、電極形成領域から離間した電極形成領域周辺部において、一部を残して封止するステップと、残された一部を介して、第１及び第２の基板の電極形成面間の間隙に発光材料を充填するステップと、残された一部を封止するステップとを備えることである。

また本発明の実施の形態に係る特徴は、表示装置の製造方法において、第１の基板の電極が形成される電極形成領域の周囲を研磨して電極が形成される電極形成面に対する段差を形成するステップと、第２の基板の電極が形成される電極形成領域の周囲を研磨して電極が形成される電極形成面に対する段差を形成するステップと、第１の基板の電極形成領域又は第２の基板の電極形成領域にスペーサを散布するステップと、第１の基板の電極形成領域と第２の基板の電極形成領域とがスペーサを介して対向するように第１の基板と第２の基板とを配置するステップと、第１及び第２の基板間を、電極形成領域から離間した電極形成領域周辺部において、一部を残して封止するステップと、残された一部を介して、第１及び第２の基板の電極形成面間の間隙に表示材料を充填するステップと、残された一部を封止するステップとを備えることである。

本発明によれば、封止剤と発光材料、表示材料との接触を防止し得る発光装置、表示装置及びそれらの製造方法を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。以下の図面の記載において、同一の部分には同一の符号を付し、重複する記載は省略する。また、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、比率等は現実のものと異なる。更に、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。

（第１の実施の形態）
図１に示すように、本発明の第１の実施の形態に係る発光装置１０においては、ガラス等でなる透明な基板１１及び１２が対向配置され、基板１１及び１２の周縁部全体が封止剤１３によって封止されている。

図２は、図１の発光装置１０をII―II方向に見て示す縦断面図であり、図３は、発光装置１０の一方の基板１２を示す斜視図である。なお、基板１１も基板１２と同様の構成を有している。図２及び図３に示すように、発光装置１０において、基板１２は、先端面に電極１６が設けられた電極支持部１２Ａと、その基部の周囲にフランジ部１２Ｂが形成されている。電極１６は、基板１２の表面にＩＴＯ（酸化インジウムスズ）でなる透明電極をパターニングすることにより形成されている。

この電極支持部１２Ａとフランジ部１２Ｂとの段差は、１枚の基板を研磨することにより形成することができる。

また基板１１においても同様にして、先端面にＩＴＯでなる透明の電極１５がパターニングにより設けられた電極支持部１１Ａと、その基部の周囲にフランジ部１１Ｂが形成されている。この電極支持部１１Ａとフランジ部１１Ｂとの段差も、基板１２と同様に、１枚の基板を研磨することにより形成することができる。

本実施の形態においては、基板１１、１２としてガラス基板を用いるが、これに代えて、例えばＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＰＥＳ（ポリエーテルスルホン）、ＰＣ（ポリカーボネート）等のプラスチック基板を用いることができる。但し、観測面を第１の基板１１側とする場合、この基板１１として、可視光領域で吸収が少ない材料を用いることが好ましく、逆に観測面を第２の基板１２側とする場合には、この基板１２として、可視光領域で吸収が少ない材料を用いることが好ましい。

基板１１及び１２は、各々の電極１５及び１６が所定の間隙１７を隔てて対向するように設けられる。この実施の形態の場合、間隙１７は、４μｍに設定されており、電極１５、１６が形成された面に４μｍのスペーサを散布して基板１１及び１２を対向させることにより、このスペーサの分（４μｍ）だけ間隙１７が形成された状態で基板１１及び１２を対向配置させることができる。スペーサとしては、ポリスチレン等のプラスチック、又はガラス等を用いることができる。

基板１１側を観測面とする場合、少なくとも基板１１に設けられる電極１５として、透明電極が用いられる。この透明電極としては、金属酸化物半導体では、遷移金属の酸化物、例えば、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、ストロンチウム、亜鉛、錫、インジウム、イットリウム、ランタン、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブデン、タングステンの酸化物、SrTiO_３、CaTiO_３、BaTiO_３、MgTiO_３、SrNb_２O_６のような、ペロブスカイト、あるいはこれらの複合酸化物や酸化物混合物、GaN、等を用いることができる。また、第１の基板１１側を観測面とした場合、反対側の基板１２の電極１６は反射電極を構成し、この反射電極としては、アルミニウム又は銀等を用いることができる。また、電極１５の大きさとしては、開口率を上げるためには大きいほうが好ましく、電極１５及び１６は、同じ材料かつ同じ大きさとすることが好ましい。

電極１５、１６間の間隙１７には、電気化学発光（ＥＣＬ）の特性を示す液状又はゲル状の材料（以下、発光材料と呼ぶ）１９が充填される。ＥＣＬ材料としては、多環芳香族化合物である、ナフタセン誘導体（ルブレン、５，１２−ジフェニルナフタセン）、アントラセン誘導体（９，１０−ジフェニルアントラセン）、ペンタセン誘導体（６，１０−ジフェニルペンタセン）ペリフランテン誘導体（ジベンゾテトラ（メチルフェニル）ペリフランテン）等、π電子共役高分子である、ポリパラフェニレンビニレン誘導体、ポリチオフェン誘導体、ポリパラフェニレン誘導体、ポリフルオレン誘導体等、ヘテロ芳香族化合物である、クマリン等、キレート金属錯体である、Ru(bpy)_３２-等、有機金属化合物である、トリス（２−フェニルピリジン）イリジウム等、キレートランタノイド錯体等が挙げられる。

また、発光材料１９には、ＥＣＬ材料の酸化・還元反応を容易に生じさせるために、支持塩を含むことが望ましく、その際、支持塩をイオンに解離させるために、溶媒（液体電解質用）、又はこの溶媒で膨張したゲル状の高分子（固体電解質用）が共に含まれることが望ましい。この支持塩としては、過塩素酸テトラブチルアンモニウム、ヘキサフルオロりん酸カリウム、トリフッ化メタンスルホン酸リチウム、化塩素酸リチウム、テトラフルオロほう酸テトラ−ｎ−ブチルアンモニウム、トリプロピルアミン、フルオロほう酸テトラ−ｎ−ブチルアンモニウム等が挙げられる。また、前記溶媒としては、アセトニトリル、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、プロピレンカーボネート、o−ジクロロベンゼン、グリセリン、水、エチルアルコール、プロピルアルコール、ジメチルカーボネート、エチレンカーボネート、γ―ブチロラクトン、ＮＭＰ、２−メチルテトラヒドロフラン、トルエン、テトラヒドロフラン、ベンゾニトリル、シクロヘキサン、ノルマルヘキサン、アセトン、ニトロベンゼン、１，３−ジオキソラン、フラン、ベンゾトリフルオリド等が挙げられる。また、ゲル状の高分子としては、ポリアクリルニトリル（ＰＡＮ）、フッ化ビニリデン（ＶＤＦ）と６フッ化プロピレン（ＨＦＰ）の共重合体、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）等が挙げられる。

電極１５、１６間の間隙１７に充填されるＥＣＬ材料１９を含む発光材料の層を液体層とする場合は、上述の溶媒に支持塩及びＥＣＬ材料１９を溶解させて用いればよく、この液体を電極１５、１６間の間隙１７に注入すればよい。

基板１１、１２の周縁部には封止剤１３が設けられている。この基板１１、１２の周縁部は、フランジ部１１Ｂ、１２Ｂが形成されている部分であり、このフランジ部１１Ｂ、１２Ｂの間に封止剤１３が設けられる。封止剤１３としては、光、熱等の物理的な刺激によって硬化する接着剤、時間と共に硬化する接着剤等が挙げられる。接着剤としては、エポキシ樹脂を含むものが挙げられるが、この限りではない。

かくして、封止剤１３と、基板１１、１２の電極支持部１１Ａ、１２Ａの側面部と、基板１１、１２のフランジ部１１Ｂ、１２Ｂとによって囲まれた空隙２１が形成される。この空隙２１には、気体、好ましくは不活性ガスが充填される。不活性ガスとしては、アルゴンガス、窒素ガス等が挙げられ、好ましくはアルゴンガスが用いられる。

また図２のIV―IV線を断面にとって示す図４に示すように、基板１１、１２の電極支持部１１Ａ、１２Ａは、それぞれ反対方向に延設され、この延設部１１Ｃ、１２Ｃの表面に設けられた電極１５、１６が封止剤１３よりも発光装置１０の外部に露出するようになされている。この露出した電極１５、１６に対して外部から信号を印加するようになされている。

電極１５、１６に電圧が印加されると、ＥＣＬ材料において電気化学的な酸化及び還元反応が生じ、これにより励起状態が生成され、励起したＥＣＬ材料が失活する際に発光が起こる。すなわち、電極１５、１６に電圧が印加されると、ＥＣＬ材料が電極近傍で酸化されて酸化種（すなわちカチオンラジカル）となり、また還元されて還元種（すなわちアニオンラジカル）となる。この両者が会合すると、ＥＣＬ材料の励起状態が生成され、その失活過程において発光が起こる。

ここで、封止剤１３と基板１１、１２によって囲まれた空隙２１は、電極１５、１６間に形成された間隙１７に連通しており、この空隙２１の大きさは、電極１５、１６間の間隙１７の大きさｄ（図２）よりも大きくなるように形成されている。これにより、間隙１７に充填された発光材料は、毛細管現象により空隙２１側に移動することがなくなり、封止剤１３との接触が回避される。

図５は、図４のV―V線を断面にとって示す横断面図であり、基板１２の電極１６と基板１１（図４）の電極１５とに挟まれた横断面が方形状である直方体形状の間隙１７に発光材料１９が充填され、電極１５、１６への電圧印加により、この発光材料１９が発光する。

次に、間隙１７に充填された発光材料１９が空隙２１に移動しないための条件について説明する。

本実施の形態においては、図５に示したように、発光材料１９が充填される間隙１７が直方体形状に形成されている。ここでは図６に示すように、体積が小さな内部空間を有する領域αと、領域αに比べて体積が大きな内部空間を有する領域βとを有し、それぞれの領域が鉛直上下方向に向いた状態で互いに連通している構成において、領域αと領域βとの間で液体（発光材料１９）が移動する場合について説明する。

なお図７（ａ）は、図６（ａ）のVIIａ−VIIａ線を断面にとって示す断面図、図７（ｂ）は、図６（ｂ）のVIIｂ−VIIｂ線を断面にとって示す断面図、図７（ｃ）は、図６（ｃ）のVIIｃ−VIIｃ線を断面にとって示す断面図である。

図６（ａ）、図７（ａ）は、領域αに液体が保持されている状態（状態Ａ）を示し、図６（ｂ）、図７（ｂ）は、領域αに保持されていた液体の全てが、領域βの上部に移動した状態（状態Ｂ）を示し、図６（ｃ）、図７（ｃ）は、図６（ｂ）、図７（ｂ）に示される状態Ｂから、さらに、重力によって領域βの底部に移動し溜まった状態を示している。すなわち、図６（ｂ）、図７（ｂ）に示される状態Ｂは、領域αから領域βに液体が移動する際の過度的な状態を示すものである。本実施の形態においては、領域αと領域βとの間で液体１９が移動する際の特に状態Ａと状態Ｂとの間におけるエネルギー変化に着目して、液体が状態Ａから状態Ｂに移行し得ない条件を求めるものである。

まず、液体の位置エネルギーについて説明する。図６及び図７に示すように、領域αにおける間隙１７の体積Ｖ_αは、領域αの高さ（間隙１７の基板１１又は１２に沿う方形形状の第１の辺の長さ）をｈ（図６）、間隙１７における基板１１、１２の距離をｄ（図６）、間隙の横幅（間隙１７の基板１１又は１２に沿う方形形状の第１の辺に続く第２の辺の長さ）をｔ（図７）として、Ｖ_α＝ｄ・ｔ・ｈである。また、領域αに保持されていた液体（状態Ａ）の全てが領域βに移動した場合（状態Ｂ）の液体の体積Ｖ_Ｂは、領域βの幅をｔ及びｍｄ、領域βの上部に移動した液体の高さをＨとして、次式、

となる。これにより、高さＨは、次式、

となる。

ここで液体の密度をρ、重力加速度をｇ、領域αにおける液体の位置（その液体の中心位置）を（１／２）・ｈ＋（１／２）・H＝（１＋１／ｍ）×（ｈ／２）、領域βの液体の位置が原点であるとすると、領域αに液体があるとき（状態Ａ）の位置エネルギーＧは、次式、

となる。

次に、状態Ｂから状態Ａに移行する場合の液面積の変化を説明する。状態Ｂにおける液体と空気との界面の面積Ｓ_ＧＬは、ｍｄ・ｔ＋２・ｍｄ・H＋ｄ・ｔ＝ｄｍｔ＋２ｄｈ＋ｄｔであり、状態Ａにおける液体と空気との界面の面積Ｓ_ＧＬは、２ｄｈ＋２ｄｔである。これにより、状態Ｂから状態Ａに移行する場合の液体と空気との界面の面積の変化ΔＳ_ＧＬは、次式、

となる。

また、状態Ａにおける液体と基板１１、１２との接触面積は、２ｈｔであり、状態Ｂにおける液体と基板１１、１２との接触面積は、２・ｔ・Ｈ＋(ｍｄ−ｄ)・ｔ
である。液体と基板１１、１２との界面の面積をＳ_ＬＳ、この面積Ｓ_ＬＳの状態Ｂから状態Ａへの変化をΔＳ_ＬＳとすると、次式、

となる。なお、この（７）式において、ΔＳ_ＬＳは、基板１１、１２と内部に充満する気体との界面の面積変化ΔＳ_ＳＧの絶対値に等しい。

ここで、表面積をΔＳ_ｉだけ広げようとする仕事Ｗは、表面張力γ_ｉを用いると、次式、

となる。そして、状態Ｂから状態Ａに移行する場合の表面積変化に伴うエネルギー変化（仕事）Ｗは、上述の（６）式より、次式、

となる。但し、（７）式において、γ_ＧＬは、液体と内部に充満する気体との間に働く表面張力を表し、γ_ＬＳは、液体と基板１１、１２との間に働く表面張力を表し、γ_ＳＧは、基板１１、１２と内部に充満する気体との間に働く表面張力を表す。

そして、状態Ａがエネルギー的に安定して存在するためには、総エネルギー変化Ｕが負であること、すなわち、次式、

が成立する。この（８）式において、状態Ａでの位置エネルギーＧ及びエネルギー変化Ｗに上述の（４）式、（５）式及び（７）式を代入すると、次式、

となる。

さらに、この（９）式に上述の（３）式を代入すると、

となる。

この（１０）式を満足するようなｍを用い、発光材料１９が配置される間隙１７（領域α）における基板１１と基板１２との距離ｄに対して、発光材料１９と封止剤１３とが離間した領域βにおける基板１１と基板１２との距離がｍ×ｄとなるように発光装置１０を構成することにより、状態Ａから状態Ｂへの移行はなくなり、ＥＣＬ材料１９（図２、図３、図４）は、電極１５及び１６間に安定して保持されることになる。

次に、以上説明した発光装置１０の動作及び作用について説明する。

発光装置１０において、電極１５、１６間に直流電圧又は交流電圧を印加する。この実施の形態の場合、図８に示すような交流電圧を印加する。図８（ａ）に示すように、第１の電極１５の電位は、交流電圧が印加される期間Ｔ１において、Ｖ_３とＶ_４との間を交互に変化する。電位Ｖ_３は、ＥＣＬ材料１９がアニオンラジカルとなる負の値の還元電位であり、Ｖ_４は、ＥＣＬ材料がカチオンラジカルとなる正の値の酸化電位である。また、第２の電極１６に対しては、発光期間Ｔ１において、第１の電極１５の電位と逆極性となる。

かくして電極１５、１６においては、発光期間Ｔ１にそれぞれ逆極性の電圧が印加され、これにより電極１５、１６でＥＣＬ材料のアニオンラジカル、カチオンラジカルが交互に生成される。そしてこれら生成されたアニオンラジカル、カチオンラジカルが会合すると、ＥＣＬ材料の励起状態が生成され、その失活過程において発光が起こる。因みに、電極１５、１６に印加する電圧の周波数は、この実施の形態の場合、数十Ｈｚとするが、本発明においてはこの限りではない。

かくして発光期間Ｔ１において、電極１５、１６に交流電圧を印加することにより、発光装置１０をその発光期間Ｔ１において発光させることができる。

ここで、基板１１、１２においては、電極支持部１１Ａ、１２Ａにおける電極形成面と、電極支持部１１Ａ、１２Ａの基部に形成されたフランジ部１１Ｂ、１２Ｂとの間に段差が形成されている。基板１１、１２にこの段差が形成されていることにより、基板１１、１２を対向配置した構成において、空隙２１が形成される。

このように段差部が形成されることにより、ＥＣＬ材料１９が充填される基板支持部１１Ａ、１２Ａの間の間隙１７における電極支持部１１Ａと１２Ａとの距離よりも、この空隙２１におけるフランジ部１１Ｂと１２Ｂとの間の距離が大きくなる。かかる構成においては、間隙１７に充填された発光材料１９は、毛細管現象によって空隙２１に移動することが抑制され、間隙１７に留まることになる。

具体的には、上述の（１０）式を満足するように構成することにより、空隙２１にＥＣＬ材料１９が存在する状態（状態Ｂ）からこの発光材料１９が間隙１７に存在する状態（状態Ａ）に移行する際の総エネルギー変化Ｕ（＝Ｇ＋Ｗ）が負である条件を満足することにより、ＥＣＬ材料１９は間隙１７に安定して存在する状態となる。このように、発光材料１９が間隙２１に移動することが抑制されることにより、発光材料１９と封止剤１３との接触が回避される。

発光材料１９と封止剤１３との接触が回避されると、封止剤１３が発光材料１９の有機溶媒によって溶かされることが抑制され、封止剤１３による発光材料１９の隔離状態が保たれる。これにより、発光材料１９の発光素子としての寿命の短縮を防止することができる。

また、発光材料１９と封止剤１３との接触が回避されると、溶媒が封止剤（接着剤）１３に浸透することによる架橋反応の劣化が抑制され、封止剤１３が固まり難くなることを防止することができる。

また、発光材料１９と封止剤１３との接触が回避されると、封止剤１３が発光材料１９の有機溶媒によって溶かされることが抑制され、溶け出した封止剤１３が発光材料１９の発光特性を変化させるといった影響が抑制される。これにより、発光材料１９の発光素子としての寿命の短縮を防止することができる。

また、発光材料１９と封止剤１３とが離間して設けられていることにより、発光装置１０の製造過程において、基板１１、１２間に塗布された封止剤１３が硬化する前に発光材料１９と混合することが回避される。これにより、発光材料１９の発光特性の劣化を防止することができる。

また、発光材料１９と封止剤１３とが離間して設けられていることにより、発光装置１０の製造過程において、塗布された封止剤１３が硬化する際に発生する熱が発光材料１９に伝達されることを回避することができる。これにより、熱による発光材料１９の発光特性の劣化を防止することができる。

また、発光材料１９と封止剤１３とが離間して設けられていることにより、発光装置１０の製造過程において、光硬化性の封止剤１３を用いた場合に、封止剤１３を硬化させるために照射された光が発光材料１９に照射されることを避けることができる。これにより、光による発光材料１９の発光特性の劣化を防止することができる。

また、電極支持部１１Ａと１２Ａとの間の間隙１７にのみ発光材料１９が保持されることにより、基板１１、１２において、電極１５、１６へ引き回された配線と発光材料１９とが接触しないようにすることができ、電極１５、１６の形成領域以外での不要な発光を防止することができる。

（実施例１）
発光装置１０の構成及びその製造方法を具体的に説明する。

ここでは、４ｍｍ四方の画素を１つ有する発光装置１０を以下のように製造する。なお、この実施例では、単色の電気化学反応素子からなる発光装置１０を製造するものとする。

まず、第１の基板１１及び第２の基板１２として、厚さ1.1ｍｍのガラス基板を用い、膜厚１００ｎｍのＩＴＯ（酸化インジウムスズ）透明導電膜をスパッタにより形成し、パターニングして基板１１、１２の表面に電極１５、１６を作成する。

次に、基板１１、１２のＩＴＯ透明導電膜がパターニングされていない部分（電極形成領域の周辺部）を超音波加工機で研磨し、厚さ0.5ｍｍまで薄くする。この部分が図２、図３に示すフランジ部１１Ｂ、１２Ｂとなる。このように研磨加工によって、フランジ部１１Ｂ、１２Ｂと電極支持部１１Ａ、１２Ａとの段差部が形成される。

そして、基板１１の電極支持部１１Ａの表面（電極形成面）に４μｍのスペーサを散布すると共に、基板１２のフランジ部１２Ｂが形成されて周縁部の２辺に熱硬化性の接着剤（封止剤１３）を塗布し、これら２つの基板１１、１２を対向した位置に位置決めした後、貼り合わせる。これにより、電極支持部１１Ａ、１２Ａ間には４μｍの間隙１７が形成されると共に、研磨されたフランジ部１１Ｂと１２Ｂとの間の距離は、1.2ｍｍとなる。このように貼り合わされた基板１１、１２をオーブンで加熱し、接触剤を硬化させる。

この場合、接着剤（封止剤１３）は、基板の２辺に設けられていることにより、封止剤１３が設けられていない他の２辺（残された一部）から電極１５、１６が形成された間隙１７が外部に連通した状態となっている。この部分からシリンジを用いて発光材料１９を間隙１７内に充填させる。発光材料（ＥＣＬ材料）１９としては、アセトニトリルとオルトジクロロベンゼンとが１対２の比で混合された溶液に、発光材料であるルブレン0.1mol/Lの濃度で溶解させてなる発光材料を含む溶液を用い、不活性ガスであるアルゴン雰囲気下でシリンジの針先から必要量を間隙１７に注入する。

間隙１７に発光材料１９が充填されると、この発光材料１９を注入するために開かれていた２辺に光硬化性の樹脂（封止剤）を塗布し、光硬化させる。これにより、基板１１、１２の周囲全体が封止剤１３によって封止される。このように、発光材料１９が充填される前に設けられる封止剤については、熱硬化性の樹脂を用いて全体をオーブンで加熱し、発光材料１９が充填された後に設けられる封止剤については、光硬化性の樹脂を用いることにより、充填された発光材料１９が熱によって劣化することを回避することができる。

またシリンジの針を基板１１、１２間に挿入するために、できるだけ基板１１、１２の開口部が大きく開かれていることが望ましく、電極支持部１１Ａ、１２Ａが延設される側（図４）の封止剤１３を先に設け、電極支持部１１Ａ、１２Ａが延設されていない側からシリンジの針先を挿入することにより、容易にＥＣＬ材料１９を間隙１７に充填させることができる。

かくして発光材料１９と封止剤１３とが接触しない発光装置１０を得ることができる。このような構成の発光装置１０においては、発光材料と封止剤とが接触する発光装置に比べて、発光効率が高くなり、また発光寿命も長くなった。

（第２の実施の形態）
図２との対応部分に同一符号を付して示す図９は、本発明による発光装置３０の第２の実施の形態を示し、平板形状の基板３１、３２が対向配置されている。基板３１には、基板３２と対向する面の一部に、ＩＴＯ透明導電膜でなる電極３５がパターニングされている。また基板３２には、基板３１の電極３５が形成された領域と対向する領域に、ＩＴＯ透明導電膜でなる電極３６がパターニングされている。

基板３１の電極３５が形成された領域と、基板３２の電極３６が形成された領域との間隙３７には、発光材料１９が充填されている。これにより電極３５、３６に直流電圧又は交流電圧を印加することにより、発光を生じさせるようになされている。

ここで、基板３１、３２における互いの対向面の電極３５、３６が形成されていない領域においては、その表面に所定の処理を施すことにより、発光材料１９との親和性が低い層３３、３４が形成されている。この層３３、３４の発光材料１９との親和性は、電極３５、３６が形成されている領域における発光材料１９との親和性よりも低くなるようになされている。具体的には、例えば、電極３５、３６が形成されている領域をマスクした後、基板３１、３２の互いに対向する面のその他の領域にトリメチルシリルクロライドを作用させてトリメチル化処理することにより疎水化し、また、発光材料（ＥＣＬ材料）１９として、Ru(bpy)_３２-ルテニウム錯体を溶解させたアセトニトリル溶液を用いる。これにより発光材料１９を含む液状又はゲル状物質は、電極３５、３６が形成された基板表面以外の層３３、３４からははじかれて、電極３５、３６の間の間隙１７に安定に保持されることになり、発光材料１９が充填されている周囲に空隙２１を介して設けられる封止剤１３と、発光材料１９とが接触することを回避することができる。

因みに、基板表面を疎水化する方法としては、トリメチル化処理に限らず、例えばフッ素プラズマ処理等、他の方法を用いることもできる。

また、発光材料１９に対する親和性が低い層３３、３４の表面を親水性とすると共に、電極３５、３６が形成された基板表面を疎水性とする構成、又は、層３３、３４の表面を疎水性とすると共に、電極３５、３６が形成された基板表面を親水性とする構成とすることが望ましい。親水性の表面を形成する方法としては、基板３１、２３の表面をオゾン処理することにより実現することができる。このようにすることにより、発光材料１９と電極３５、３６が形成された基板表面との間の親和性を高めると、これに反して、電極３５、３６が形成されていない領域に形成された層３３、３４においては発光材料１９との親和性が低くなる。電極３５、３６が形成された領域が親水性であり、層３３、３４が疎水性である場合における、発光材料（ＥＣＬ材料）の具体例としては、ルブレンと呼ばれるＥＣＬ材料がある。このＥＣＬ材料は、ＤＭＦ（N,N-ジメチルホルムアミド）という溶媒に溶解させたものであり、この溶媒は、親水性として知られている。一方、電極３５、３６が形成された領域が疎水性であり、層３３、３４が親水性である場合における、発光材料（ＥＣＬ材料）の具体例としては、ポリフルオレンと呼ばれるＥＣＬ材料がある。このＥＣＬ材料は、オルトジクロロベンゼンという溶媒に溶解させたものであり、この溶媒は、疎水性として知られている
かくして、このように構成された発光装置３０においては、発光材料１９と封止剤１３との接触が回避され、これらの接触による封止能力の劣化、発光材料１９の発光特性の劣化、封止剤１３を硬化させる際の熱や光による発光材料１９の発光特性の劣化、電極３５、３６へ引き回された配線と発光材料１９との接触による不要な発光等を防止することができる。

（他の実施の形態）
上述の第１の実施の形態においては、電極１５、１６間にスペーサを散布することにより、電極１５、１６間の間隙寸法をスペーサの大きさによって決定する場合について述べたが、これに限られるものではなく、封止剤１３にスペーサを含有させて基板間（電極間）に所定の間隙を形成するようにしてもよい。

すなわち図１０に示すように、発光装置４０においては、ガラス等でなる透明な基板４１及び４２が対向配置され、基板４１及び４２の周縁部全体がスペーサを含有した封止剤４３によって封止されている。

図１１は、図１０の発光装置４０をＸＩ−ＸＩ方向に見て示す縦断面図であり、図１２は、発光装置４０の一方の基板４２を示す斜視図である。なお、基板４１も基板４２と同様の構成を有している。図１１及び図１２に示すように、基板４２には、その略中央部に凸設され先端面にＩＴＯでなる透明の電極４６がパターニングにより設けられた電極支持部４２Ａと、基板底面部４２Ｄの周縁部に延設された封止台座部４２Ｃと、電極支持部４２Ａと封止台座部４２Ｃとを連結するように基板底面部から凸設された連結部４２Ｂとを備えている。電極４６は、電極支持部４２Ａの先端面から連結部４２Ｂ及び封止台座部４２Ｃの各々の先端面に引き回され、封止台座部４２Ｃの一部において外部に露出するようになされている（図１）。

また基板４１においても同様にして、先端面にＩＴＯでなる透明の電極４５がパターニングされた電極支持部４１Ａと、基板底面部４１Ｄの周縁部に延設された封止台座部４１Ｃと、電極支持部４１Ａと封止台座部４１Ｃとを連結する連結部４１Ｂとが基板上に凸設されている。電極４５は、電極支持部４１Ａの先端面から連結部４１Ｂ及び封止台座部４１Ｃの各々の先端面に引き回され、封止台座部４１Ｃの一部において外部に露出するようになされている。

かかる構成の発光装置４０においては、封止台座部４１Ｃ、４２Ｃが設けられていることによって、封止剤４３の厚みを薄くすることができる。封止剤４３には、電極４５、４６の間隙を決定するためのスペーサが含有されている。この場合、封止剤４３の厚みを薄くすることができることにより、その封止剤４３に含有させるスペーサとして数μｍ程度の小さなものを用いることができる。これにより、数百μｍ程度の大きなスペーサを用いる場合に比べて、電極４５、４６の間に形成される間隙の精度を一段と高めることができる。

また上述の第１及び第２の実施の形態においては、空隙２１に不活性ガスを充填する場合について述べたが、この空隙２１に吸湿剤を配置するようにしてもよい。吸湿剤としては、シリカゲル、硫酸マグネシウム、モレキュラーシーブズ、炭酸カルシウム等を用いることができる。この吸湿剤は、好ましくは球状であり、その直径は、間隙１７における基板間の距離よりも大きく、空隙２１における基板間の距離よりも小さいことが望ましい。このように空隙２１に吸湿剤を配置することにより、水分が発光材料１９と接することを抑制して、発光材料１９の発光特性の劣化を抑制することができる。

また上述の実施の形態においては、画素を１つ有する発光装置１０、３０、４０に本発明を適用する場合について述べたが、封止剤によって封止された領域に複数の電極を形成して、それぞれの電極を画素として映像信号により発光させるようにすることもできる。このようにすれば、電極形成領域に映像を表示させることができる。

また上述の第１及び第２の実施の形態においては、発光材料１９を用いる場合について述べたが、発光材料１９に代えて、液晶、電気泳動を利用したもの、ＥＣ（電気化学）材料、エレクトロウェッティング（electrowetting）等、それ自体は発光せず、外光を利用するようになされた表示材料を用いるようにしてもよい。電気泳動を利用したものとしては、例えば、帯電したカーボンブラックと呼ばれる黒色微粉末がイソパラフィン等の溶媒に分散した状態のものがある。また、ＥＣ材料としては、電圧印加に伴って発色するタングステン系の材料（ＷＯ_３）があり、これは電極表面に塗布されるものである。この場合、セル内部は、LiClO₄を溶解したプロピレンカーボネート(ＰＣ)溶液で満たされる。エレクトロウェッティングは、ディスプレイの表示方式の一つであり、水と、画素にあたる色付きの油滴（シアン/マゼンタ/イエロー）とを封入したものである。疎水絶縁加工された背面電極より電圧をかけると、表面張力が変化し、油滴を変形させてカラー画像を形成表示するものである。

また上述の第１の実施の形態においては、間隙１７における基板１１、１２の距離よりも空隙２１における基板１１、１２の距離を大きくすることで間隙１７に充填された発光材料１９が封止剤１３に接触することを回避するようにしたが、この構成に加えて、空隙２１における基板１１、１２の表面と発光材料１９との親和性を、電極１５、１６が形成された基板表面と発光材料１９との親和性よりも低くするようにしてもよい。このようにすれば、毛細管現象の利用による効果に加えて、さらに確実に発光材料１９が空隙２１に移動することを防止して、発光材料１９と封止剤１３との接触を回避させることができる。

また上述の第２の実施の形態においては、空隙２１における基板１１、１２の表面と発光材料１９との親和性を、電極１５、１６が形成された基板表面と発光材料１９との親和性よりも低くすることで間隙１７に充填された発光材料１９が封止剤１３に接触することを回避するようにしたが、この構成に加えて、間隙１７における基板１１、１２の距離よりも空隙２１における基板１１、１２の距離を大きくするようにしてもよい。このようにすれば、親和性の差による効果に加えて、毛細管現象の利用による効果により、さらに確実に発光材料１９が空隙２１に移動することを防止して、発光材料１９と封止剤１３との接触を回避させることができる。

第１の実施の形態に係る発光装置を示す斜視図である。 図１の発光装置の縦断面図である。 図１の発光装置の基板を示す斜視図である。 図１の発光装置の縦断面図である。 図１の発光装置の横断面図である。 図１の発光装置の発光材料の安定保持に係る原理の説明に供する縦断面図である。 図１の発光装置の発光材料の安定保持に係る原理の説明に供する横断面図である。 図１の発光装置に印加される電圧波形及び発光強度を示す信号波形図である。 第２の実施の形態に係る発光装置の構成を示す縦断面図である。 他の実施の形態に係る発光装置を示す斜視図である。 図１０の発光装置の縦断面図である。 図１０の発光装置の基板を示す斜視図である。

符号の説明

１０、３０、４０ 発光装置
１１、１２、３１、３２、４１、４２ 基板
１１Ａ、１２Ａ、４１Ａ、４２Ａ 電極支持部
１１Ｂ、１２Ｂ フランジ部
１３ 封止剤
１５、１６、３５、３６、４５、４６ 電極
１７ 間隙
１９ 発光材料
２１ 空隙
３３、３４ 層（低親和性）
４１Ｃ、４２Ｃ 封止台座部

Claims (11)

1. 第１の基板と、
   前記第１の基板に対向配置される第２の基板と、
   前記第１の基板と前記第２の基板との間の間隙に配置される液状又はゲル状の発光材料と、
   前記第１の基板に設けられ、前記発光材料と接触する第１の電極と、
   前記第２の基板に設けられ、前記発光材料と接触する第２の電極と、
   前記第１の基板と前記第２の基板との間において前記発光材料から離間して設けられ、前記発光材料を外界から隔離する封止剤と、を備え、
   前記発光材料と前記封止剤とが離間した領域における前記第１の基板と前記第２の基板との距離が、前記発光材料が配置される前記間隙における前記第１の基板と前記第２の基板との距離よりも大きく、かつ、前記発光材料と前記封止剤との距離が、前記発光材料が配置される前記間隙における前記第１の基板と前記第２の基板との距離よりも大きいことを特徴とする発光装置。
2. 前記発光材料と前記封止剤とが離間した領域には、吸湿剤が配置されることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
3. 前記発光材料が配置される間隙における前記第１の基板と前記第２の基板との距離ｄに対して、前記発光材料と前記封止剤とが離間した前記領域における前記第１の基板と前記第２の基板との距離がｍ×ｄであり、ｍは、
   前記発光材料が配置される間隙の前記第１又は第２の基板に沿う方形形状の第１の辺の長さｈ及びこの第１の辺に続く第２の辺の長さｔ、前記発光材料の密度ρ、前記発光材料と前記封止剤とが離間する前記領域から前記間隙に前記発光材料が移動する場合における、前記発光材料と前記発光装置内部に充満する気体との間に働く表面張力γ_ＧＬ、前記発光材料と前記第１及び第２の基板との間に働く表面張力γ_ＬＳ、前記第１及び第２の基板と前記発光装置内部に充満する気体との間に働く表面張力γ_ＳＧ、前記発光材料と前記第１及び第２の基板との界面の面積Ｓ_ＬＳの変化ΔＳ_ＬＳ、前記発光材料と空気との界面の面積の変化ΔＳ_ＧＬを用いて、次式、
   

   

   を満足するように形成されることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
4. 第１の基板と、
   前記第１の基板に対向配置される第２の基板と、
   前記第１の基板と前記第２の基板との間の間隙に配置される液状又はゲル状の表示材料と、
   前記第１の基板に設けられ、前記表示材料と接触する第１の電極と、
   前記第２の基板に設けられ、前記表示材料と接触する第２の電極と、
   前記第１の基板と前記第２の基板との間において前記表示材料から離間して設けられ、前記表示材料を外界から隔離する封止剤と、を備え、
   前記表示材料と前記封止剤とが離間した領域における前記第１の基板と前記第２の基板との距離が、前記表示材料が配置される前記間隙における前記第１の基板と前記第２の基板との距離よりも大きく、かつ、前記表示材料と前記封止剤との距離が、前記表示材料が配置される前記間隙における前記第１の基板と前記第２の基板との距離よりも大きいことを特徴とする表示装置。
5. 前記表示材料が配置される間隙における前記第１の基板と前記第２の基板との距離ｄに対して、前記表示材料と前記封止剤とが離間した前記領域における前記第１の基板と前記第２の基板との距離がｍ×ｄであり、ｍは、
   前記表示材料が配置される間隙の前記第１又は第２の基板に沿う方形形状の第１の辺の長さｈ及びこの第１の辺に続く第２の辺の長さｔ、前記表示材料の密度ρ、前記表示材料と前記封止剤とが離間する前記領域から前記間隙に前記表示材料が移動する場合における、前記表示材料と前記表示装置内部に充満する気体との間に働く表面張力γ_ＧＬ、前記表示材料と前記第１及び第２の基板との間に働く表面張力γ_ＬＳ、前記第１及び第２の基板と前記表示装置内部に充満する気体との間に働く表面張力γ_ＳＧ、前記表示材料と前記第１及び第２の基板との界面の面積Ｓ_ＬＳの変化ΔＳ_ＬＳ、前記表示材料と空気との界面の面積の変化ΔＳ_ＧＬを用いて、次式、
   

   

   を満足するように形成されることを特徴とする請求項４に記載の表示装置。
6. 第１の基板と、
   前記第１の基板に対向配置される第２の基板と、
   前記第１の基板と前記第２の基板との間の間隙に配置される液状又はゲル状の発光材料と、
   前記第１の基板に設けられ、前記発光材料と接触する第１の電極と、
   前記第２の基板に設けられ、前記発光材料と接触する第２の電極と、
   前記第１の基板と前記第２の基板との間において前記発光材料から離間して設けられ、前記発光材料を外界から隔離する封止剤と、を備え、
   前記発光材料と前記封止剤とが離間した第１の領域における前記第１及び第２の基板表面と前記発光材料との親和性が、前記発光材料が配置された第２の領域における前記第１及び第２の基板表面と前記発光材料との親和性よりも低いことを特徴とする発光装置。
7. 前記第１の領域における前記第１及び第２の基板表面は親水性であり、前記第２の領域における前記第１及び第２の基板表面は疎水性であることを特徴とする請求項６に記載の発光装置。
8. 前記第１の領域における前記第１及び第２の基板表面は疎水性であり、前記第２の領域における前記第１及び第２の基板表面は親水性であることを特徴とする請求項６に記載の発光装置。
9. 第１の基板と、
   前記第１の基板に対向配置される第２の基板と、
   前記第１の基板と前記第２の基板との間の間隙に配置される液状又はゲル状の表示材料と、
   前記第１の基板に設けられ、前記表示材料と接触する第１の電極と、
   前記第２の基板に設けられ、前記表示材料と接触する第２の電極と、
   前記第１の基板と前記第２の基板との間において前記表示材料から離間して設けられ、前記表示材料を外界から隔離する封止剤と、を備え、
   前記表示材料と前記封止剤とが離間した第１の領域における前記第１及び第２の基板表面と前記表示材料との親和性が、前記表示材料が配置された第２の領域における前記第１及び第２の基板表面と前記表示材料との親和性よりも低いことを特徴とする表示装置。
10. 第１の基板の電極が形成される電極形成領域の周囲を研磨して前記電極が形成される電極形成面に対する段差を形成するステップと、
    第２の基板の電極が形成される電極形成領域の周囲を研磨して前記電極が形成される電極形成面に対する段差を形成するステップと、
    前記第１の基板の前記電極形成領域又は前記第２の基板の前記電極形成領域にスペーサを散布するステップと、
    前記第１の基板の前記電極形成領域と前記第２の基板の前記電極形成領域とが前記スペーサを介して対向するように前記第１の基板と前記第２の基板とを配置するステップと、
    前記第１及び第２の基板間を、前記電極形成領域から離間した前記電極形成領域周辺部において、一部を残して封止するステップと、
    前記残された一部を介して、前記第１及び第２の基板の電極形成面間の間隙に発光材料を充填するステップと、
    前記残された一部を封止するステップとを備えることを特徴とする発光装置の製造方法。
11. 第１の基板の電極が形成される電極形成領域の周囲を研磨して前記電極が形成される電極形成面に対する段差を形成するステップと、
    第２の基板の電極が形成される電極形成領域の周囲を研磨して前記電極が形成される電極形成面に対する段差を形成するステップと、
    前記第１の基板の前記電極形成領域又は前記第２の基板の前記電極形成領域にスペーサを散布するステップと、
    前記第１の基板の前記電極形成領域と前記第２の基板の前記電極形成領域とが前記スペーサを介して対向するように前記第１の基板と前記第２の基板とを配置するステップと、
    前記第１及び第２の基板間を、前記電極形成領域から離間した前記電極形成領域周辺部において、一部を残して封止するステップと、
    前記残された一部を介して、前記第１及び第２の基板の電極形成面間の間隙に表示材料を充填するステップと、
    前記残された一部を封止するステップとを備えることを特徴とする表示装置の製造方法。

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