JP4491942B2

JP4491942B2 - エレクトロルミネッセンス素子およびその製造方法

Info

Publication number: JP4491942B2
Application number: JP2000283089A
Authority: JP
Inventors: 彰男中村; 輝彦甲斐; 孝夫湊
Original assignee: Toppan Inc
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2000-09-19
Filing date: 2000-09-19
Publication date: 2010-06-30
Anticipated expiration: 2020-09-19
Also published as: JP2002093574A

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幅広い用途が期待されるエレクトロルミネッセンス素子（以下、ＥＬ素子と表記する）に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＥＬ素子は、広視野角、応答速度が速い、低消費電力などの利点から、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】
ＥＬ素子は、少なくとも一方が透明な２枚の電極の間に有機又は無機の発光媒体層を挟持した構造であり、両電極間に電圧を印可することにより発光媒体層で発光が生じるものである( 以下、有機の発光媒体層に電圧を印可する例で説明する) 。
【０００４】
ＥＬ素子は、発光媒体層や陰極層を大気暴露させた状態で放置すると、大気中の水分や酸素により劣化する。一つの具体例として、ダークスポットと呼ばれる非発光領域が発生し、時間の経過と共に拡大するといった現象がある。
【０００５】
この問題を解決する方法として、特開平５−１８２７５９号公報、特開平５−３６４７５号公報等に記載がある。これらは、透明陽極層を形成したガラス基板上に発光媒体層、陰極層を真空下で連続成膜し、金属製やガラス製の封止缶により乾燥窒素雰囲気下でＥＬ素子を被覆封止する方法である。
【０００６】
しかし、このようなＥＬ素子を作製するためには、真空下でガラス基板を搬送できる複数の真空蒸着装置および、窒素下封止装置が必要であるため、生産性が低い、製造コストが高いなどの問題点があった。また、ガラス基板や金属製の封止缶を用いるため、素子を薄型・軽量化するのに限界があった。
【０００７】
この問題を解決する手段として、プラスチックフィルム上に発光媒体層や陰極層を、蒸着法や印刷法などにより巻き取り成膜し、耐湿性フィルムでＥＬ素子を被覆封止する方法が提案されている。これにより、薄型・軽量のＥＬ素子を低コストで製造することが可能となる。
【０００８】
耐湿性フィルムは、ＥＬ光取り出し面と反対側に配置するために、透光性である必要が無く、特に耐湿性に優れた金属箔からなる耐湿性フィルムを使用することができる。一方、ＥＬ光取り出し面側のプラスチックフィルムは、耐湿性かつ透光性が求められるため、プラスチックフィルムに透明無機薄膜を蒸着したり、透明無機薄膜蒸着フィルムをラミネートするといった手法が取られている。しかし、現状の透明無機薄膜蒸着フィルムでは、長期にわたりＥＬ素子の劣化を抑制することはできない。
【０００９】
【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、フィルム巻き取りによりＥＬ素子を作製した後に、ガラス基板と耐湿性フィルムにより封止することにより、外部からの水分を遮断でき、長期にわたりＥＬ素子の劣化を抑制し、かつ生産性を向上させることにより安価なＥＬ素子及びその製造方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するため、まず請求項１においては、プラスチック基材の一方の面に、少なくとも透明陽極層、発光媒体層、陰極層が順次積層され、耐湿性フィルムで前記積層体を被覆封止してなるエレクトロルミネッセンス素子において、前記プラスチック基材の他方の面にガラス基板が積層され、前記耐湿性フィルムが前記ガラス基板に熱圧着されていることを特徴とするエレクトロルミネッセンス素子である。
また、請求項２においては、プラスチック基材の一方の面に、少なくとも透明陽極層、発光媒体層、陰極層を順次積層する工程、ガラス基板上に取り出し電極を形成する工程、ガラス基板をプラスチック基材の他方の面に積層する工程、取り出し電極を透明陽極層および陰極層に電気的に接続する工程、取り出し電極が形成されたガラス基板と耐湿性フィルムとを熱圧着することにより被覆封止する工程、を少なくとも含むことを特徴とするエレクトロルミネッセンス素子の製造方法である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のＥＬ素子及びその製造工程の一例を、図１に基づいて説明する。
【００１２】
本実施の形態において、プラスチック基材１としては、ポリエチレンテレフタレート、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などからなる延伸または未延伸のフィルムやシートを用いることができる。また、これらのプラスチックフィルムに透明陽極層を成膜する前に、コロナ処理、プラズマ処理、ＵＶオゾン処理などの表面処理を施しても良い。
【００１３】
まず、プラスチック基材１上に、スパッタリング法や真空蒸着法などにより、透明陽極層２を巻き取り成膜した後に、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、フィルムを巻き取りながら透明陽極層をパターニングし、陽極引き出し電極２a を兼ねた透明陽極層２と陰極引き出し電極２ｂとを形成する。もしくは、マスク蒸着により、透明陽極層をパターン形成してもよい。
【００１４】
本発明における透明陽極層２の材料としては、ＩＴＯ（インジウムスズ複合酸化物）やインジウム亜鉛複合酸化物、亜鉛アルミニウム複合酸化物などを使用することができる。また、透明陽極層の配線抵抗を低くするために、銅やアルミニウムなどの金属材料を補助電極として、透明陽極層に併設してもよい。
【００１５】
次に、透明陽極層２の上に発光媒体層３を巻き取り成膜する。本発明における発光媒体層３は、蛍光物質を含む単層膜、あるいは多層膜で形成することができる。多層膜で形成する場合の発光媒体層の構成例は正孔輸送層、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層構成等がある。さらにより多層で形成することも可能であり、各層を基板上に順に成膜する。
【００１６】
正孔輸送材料の例としては、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。
【００１７】
発光材料の例としては、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。
【００１８】
電子輸送材料の例としては、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。
【００１９】
発光媒体層３の形成方法としては、低分子材料の場合は、抵抗加熱法などの真空蒸着法により巻き取り成膜することができる。また、高分子材料の場合は、フレキソ、グラビア、マイクログラビア、グラビアオフセット、ダイコート、凹版オフセット、ロールコートなどの湿式コーティング法を用いて、巻き取り成膜することができる。発光媒体層の膜厚は、単層または積層により形成する場合においても１０００ｎｍ以下であり、好ましくは５０〜１５０ｎｍである。
【００２０】
次に、発光媒体層３の上に、陰極層４を形成する。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。具体的にはＭｇ，Ａｌ, Ｙｂ等の金属単体を用いたり、発光媒体層と接する界面に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。
【００２１】
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。
【００２２】
陰極層４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を用いて巻き取り成膜することが可能である。また、アルミニウム箔などの金属箔をプラスチック基材１上に作製した発光媒体層３と重ね合せ、ロール間に通し熱圧着することにより両者をラミネートすることも可能である。巻き取り成膜する場合の陰極の厚さは、１０ｎｍ〜１０００ｎｍ程度が望ましい。金属箔をラミネートする場合の厚みは、取り扱いが容易な５μｍ以上が望ましく、さらに言えば箔のピンホールを防止するために１５μｍ以上が好ましい。また、さらに取り扱いを容易にするために、金属箔にポリエチレンテレフタレートなどのプラスチックフィルムを予めＥＬ素子と接する面と反対側の面にラミネートしておいても良い。
【００２３】
次に、ガラス基板５上（プラスチック基材と接する面）に、ＥＬ素子給電用の陽極取り出し電極６ａと陰極取り出し電極６ｂを形成する。取り出し電極の材料としては、アルミニウム、銅、銀、ニッケル、クロムなどの金属材料、もしくはこれらの金属材料を1 成分以上含む合金材料、インジウムスズ複合酸化物、インジウム亜鉛複合酸化物、亜鉛アルミニウム複合酸化物などの金属酸化物などを、単独もしくは組み合わせて使用することができる。また、ガラス基板５上にカラーフィルタを形成し、取り出し電極を有するカラーフィルターとして使用しても良い。
【００２４】
取り出し電極６ａ、６ｂ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を用いることができる。また、膜形成時にマスキングしたり、膜形成後にフォトリソグラフィ・エッチング法やドライエッチング法などを用いて、所定のパターンに加工することが好ましい。
【００２５】
次に、取り出し電極６ａ、６ｂを形成したガラス基板５をプラスチック基材１に積層し、ガラス基板上の陽極取り出し電極６ａと陰極取り出し電極６ｂを、導電性材料７を介して、ＥＬ素子の陽極取り出し電極２ａと陰極取り出し電極２ｂにそれぞれ電気的に接続する。この時、ガラス基板５とプラスチック基材１は、導電性材料７による電気的接続と同時に、接着固定される。また、より強固に接着固定するために、ガラス基板とプラスチック基材との層間や端部などにＵＶ硬化型接着性樹脂や電子線硬化型接着性樹脂などを塗布し、硬化させることにより補強しても良い。
【００２６】
導電性材料７としては、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｎｉなどの金属微粒子、ＳｎＯ₂、Ｉｎ₂Ｏ₃などの酸化物微粒子、カーボン微粒子、などの導電性微粒子とポリエステル樹脂、アクリル樹脂、変性ウレタン樹脂、エポキシ樹脂などのバインダー樹脂とを主成分とする導電性樹脂材料や、アルミニウム、銅、銀などの金属材料や、錫、鉛、銀などからなる合金材料や、ＳｎＯ₂、Ｉｎ₂Ｏ₃などの金属酸化物、などを単独もしくは組み合わせて使用することができる。特に、フィルム基材とガラス基板とを容易に接着固定することができ、低温度で成形可能な導電性樹脂材料を少なくとも使用することが望ましい。
【００２７】
導電性材料７の形成方法としては、材料に応じて、ノズル吐出法やスクリーン印刷法などのコーティング法や、蒸着法やスパッタ法などの成膜法や、熱圧着法、はんだ付け、などを用いることができる。例えば、ペースト状の導電性樹脂材料の場合は、スクリーン印刷法などで形成することが可能である。また、金属材料からなるフィルム電極の場合は、フィルム状の導電性樹脂材料を介して熱圧着することにより接着することができる。
【００２８】
最後に、外部からの水分を遮断し、長期にわたりＥＬ素子の劣化を抑制するために、耐湿性フィルム８を熱圧着することによりＥＬ素子を被覆封止する。熱圧着する際には、耐湿性フィルムの端部を熱圧着しても良いし、熱ロール間を通すことにより、耐湿性フィルム全体を熱圧着しても良い。
【００２９】
耐湿性フィルム８は、少なくともバリア層とシーラント層とを有する必要がある。バリア層としては、基材に酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化クロム、酸化マグネシウム等の金属酸化物、弗化アルミニウム、弗化マグネシウム等の金属弗化物、窒化珪素、窒化アルミニウム、窒化クロムなどの金属窒化物を単層または積層したフィルムや、アルミニウム、銅、ニッケル、ステンレス、アルミニウム合金などを蒸着したフィルムや、これら材料の金属箔、合金箔を用いることができる。特に、ガスバリア性に優れる金属箔や合金箔を用いることが好ましい。また、製造時の取り扱いを容易にするために、基材としてポリエチレンテレフタレート、ナイロンなどのフィルムをラミネートしても良い。
【００３０】
シーラント層としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン・プロピレン共重合体などのポリオレフィンの酸変性物、エチレン・酢酸ビニル共重合体の酸変性物、エチレン・アクリル酸共重合体、エチレン・メタクリル酸共重合体、アイオノマーなどの熱可塑性接着性樹脂を用いることができる。
【００３１】
耐湿性フィルム８を熱圧着する箇所は、プラスチック基材１よりもガラス基板５と行う方が好ましい。この理由として、プラスチック基材１に熱圧着した場合、プラスチック基材１の端部から水分が侵入し、素子が劣化するといった点や、プラスチック基材よりもガラス基板との接着強度が強いといった点や、ガラス基板に比べ、プラスチック基材上に形成された透明陽極層の膜強度が弱いといった点、などが挙げられる。
【００３２】
【実施例】
以下、本発明に係わるＥＬ素子及びその製造方法を説明する。図１は、本発明のＥＬ素子の断面説明図である。図２は、比較例のＥＬ素子の断面説明図である。
【００３３】
［実施例１］
まず、プラスチック基材１として、ポリエチレンテレフタレートフィルム（１００μｍ) を使用し、スパッタリング法で透明陽極層２としてＩＴＯ膜（１５０ｎｍ）を巻き取り成膜した（図１（ａ）参照）。
【００３４】
次に、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、フィルムを巻き取りながら透明陽極層２をパターニングし、陽極引き出し電極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（ａ）参照）。
【００３５】
次に、発光媒体層３として、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）を用い、フィルムを巻き取りながらダイレクトグラビア法により１００ｎｍの塗膜を形成した。次に、陰極層４として、ＭｇＡｇを２元共蒸着により２００ｎｍ巻き取り蒸着した（図１（ｂ）参照）。
【００３６】
次に、ガラス基板５上に、スパッタリング法でＩＴＯ膜（１５０ｎｍ）を成膜した後に、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膜をパターニングし、陽極引き出し電極６ａと陰極取り出し電極６ｂを形成した（図１（ｃ）参照）。
【００３７】
次に、ガラス基板５とプラスチック基材１とを積層した。次に、ガラス基板上に形成した陽極取り出し電極６ａをＥＬ素子の陽極取り出し電極２ａに、またガラス基板上に形成した陰極取り出し電極６ｂをＥＬ素子の陰極取り出し電極２ｂにそれぞれ電気的に接続するように、変性ウレタン樹脂と銀微粒子からなる導電性樹脂材料７（スリーボンド社製３３２０Ｄ）をスクリーン印刷により２００μｍ形成し、それと同時にプラスチック基材１をガラス基板５に接着固定した。（図１（ｃ）参照）。
【００３８】
次に、耐湿性フィルム８として、ポリエチレンテレフタレート（２０μｍ）、アルミニウム箔（２０μｍ）、ポリプロピレンの酸変性物（３０μｍ）を順にドライラミネートおよび押し出しラミネートした。次に、乾燥窒素雰囲気中で、ＥＬ素子を耐湿性フィルムで被覆し、耐湿性フィルム端部をガラス基板１と熱圧着することにより封止した（図１（ｄ）参照）。得られたＥＬ素子を、４０℃９０％ＲＨの恒温槽で１０００時間保存した結果、発光面積は初期面積の９０％であった。
【００３９】
［実施例２］
実施例１の発光媒体層３を低分子材料に変えて、実施例１と同様の工程で、ガラス基板と耐湿性フィルムによりＥＬ素子を被覆封止した。低分子材料としては、銅フタロシアニン、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、トリス（８−キノリノラート) アルミニウム錯体を順に、１０ｎｍ、４０ｎｍ、５０ｎｍの膜厚で真空蒸着により形成した。得られたＥＬ素子を、４０℃９０％ＲＨの恒温槽で１０００時間保存した結果、発光面積は初期面積の９０％であった。
【００４０】
［比較例１］
実施例１で使用したガラス基板を貼り合せずに、ポリエチレンテレフタレートフィルム１と耐湿性フィルム８とを熱圧着することにより、ＥＬ素子を被覆封止した（図２参照）。得られたＥＬ素子を、４０℃９０％ＲＨの恒温槽で１０００時間保存した結果、ＥＬ素子は発光しなくなった。
【００４１】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、プラスチック基材の一方の面に、少なくとも透明陽極層、発光媒体層、陰極層が順次積層され、耐湿性フィルムで前記積層体を被覆封止してなるエレクトロルミネッセンス素子において、前記プラスチック基材の他方の面にガラス基板が積層されていることにより、外部からの水分を遮断し、長期にわたりＥＬ素子の劣化を抑制し、かつ薄型・軽量のＥＬ素子を提供することができる。
【００４２】
請求項２記載の発明によれば、プラスチックフィルム上の透明陽極層に比べ、膜強度が優れたガラス基板上の取り出し電極からＥＬ素子に給電することができるため、請求項１記載の発明の実施形態として好ましい。
【００４３】
請求項３記載の発明によれば、プラスチックフィルム端部からの水分の侵入を防ぎ、かつ十分な接着強度が得られるため、請求項１〜３記載の発明の実施形態として好ましい。
【００４４】
請求項４記載の発明によれば、請求項１記載のＥＬ素子を、低コストで製造することができるため、請求項１記載の発明の実施形態として好ましい。
【００４５】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＥＬ素子の断面構造の一例を示す説明図である。
【図２】比較例のＥＬ素子の断面構造の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
１プラスチック基材
２透明陽極層
２ａ陽極取り出し電極
２ｂ陰極取りだし電極
３発光媒体層
４陰極層
５ガラス基板
６ａガラス基板上の陽極取り出し電極
６ｂガラス基板上の陰極取りだし電極
７導電性材料
８耐湿性フィルム

Claims

プラスチック基材の一方の面に、少なくとも透明陽極層、発光媒体層、陰極層が順次積層され、耐湿性フィルムで前記積層体を被覆封止してなるエレクトロルミネッセンス素子において、前記プラスチック基材の他方の面にガラス基板が積層され、前記耐湿性フィルムが前記ガラス基板に熱圧着されていることを特徴とするエレクトロルミネッセンス素子。
プラスチック基材の一方の面に、少なくとも透明陽極層、発光媒体層、陰極層を順次積層する工程、ガラス基板上に取り出し電極を形成する工程、ガラス基板をプラスチック基材の他方の面に積層する工程、取り出し電極を透明陽極層および陰極層に電気的に接続する工程、取り出し電極が形成されたガラス基板と耐湿性フィルムとを熱圧着することにより被覆封止する工程、を少なくとも含むことを特徴とするエレクトロルミネッセンス素子の製造方法。