JP4600880B2

JP4600880B2 - 有機ｅｌ素子の封止キャップ及びその製法

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Publication number: JP4600880B2
Application number: JP2004262970A
Authority: JP
Inventors: 寄壹友
Original assignee: 東北デバイス株式会社
Priority date: 2004-09-09
Filing date: 2004-09-09
Publication date: 2010-12-22
Anticipated expiration: 2024-09-09
Also published as: JP2006079947A

Description

本発明は、有機ＥＬ素子の封止キャップに係り、特に、複合吸湿機能を備えた有機ＥＬ素子の封止キャップとその製法に関するものである。

有機エレクトロルミネッセンス素子（以下、略して「有機ＥＬ素子」という。）は、近年の薄膜形成技術の進歩により、厚さｎｍクラスの高純度、良質の積層膜が形成できるようになり、５Ｖ程度の低電圧動作が可能となった。
このようにして有機ＥＬ素子は、低消費電力、高品質で、薄型で、さらには曲面表示も可能な、次世代表示システム用の素子として注目されている。

有機ＥＬ素子では、所定の有機分子成分からなる複数の膜を上下に順次積層して有機ＥＬ層とし、その上下両側に各々電極層を付着してＯＬＥＤ（有機発光ダイオード）を形成し、両電極を通じて所定の電圧又は電流を印加して電子とホールを有機ＥＬ層に注入し、電子とホールが再結合する際に発光する現象を利用する。
従って、上記の発光を外部に導いて表示機能を果たさせるためには、上下に備えた電極の内、少なくとも一方の電極は透明でなければならない。

この透明電極膜としては、電気伝導度と透明度の両立を図ることができる材質としてＩＴＯ（酸化インジウム錫）が普及しているが、一般にはＩＴＯの電気抵抗を下げるためアニールが必要であり、且つ、ＩＴＯの表面の平滑度を上げるため（粗度を下げるため）研磨が必要である。

有機ＥＬ層はＩＴＯのアニールの際に高温になると変質してしまうので、有機ＥＬ層は、ＩＴＯより後に形成する必要があった。
即ち、積層順が［基板−第１電極（ＩＴＯ）−有機ＥＬ層−第２電極（不透明電極でもよい）］となり、基板側から発光させる（ボトムエミッション）構造が採用され、基板も透明でなければならない。

さらにこの透明基板としては、外部からの物理的化学的刺激に対して有機ＥＬ層などを保護できるように、ある程度丈夫で気密性があることが求められるので、通常ガラス基板を用いている。
また、有機ＥＬ層などを第２電極側から保護するために封止キャップが必要であるが、同様の理由から通常、ガラスキャップが用いられ、透明基板（ガラス基板）に封止し、基板と封止キャップでケースを形成する。

特に有機ＥＬ層は微量の酸素又は水分があっても変質して発光能力が低下するので、上記のように透明基板（ガラス基板）とガラスキャップにより封止して外部からの酸素及び水分を遮断するだけではなく、ＯＬＥＤの各層、あるいはＯＬＥＤに伴う隔壁、絶縁層や駆動ユニットから発出されてケース内部に残存する水分を除去しなければならない。
そのため、ケース内に吸湿材を挿入することが従来から行われている。

例えば特許文献１には、カラー変換方式の有機ＥＬ素子に関して、その構造の細部にわたり、吸湿材層を備えさせる技術が開示されている。
吸湿材料としては、酸化カルシウム、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、硫酸カルシウム、五酸化二リン、ゼオライト、シリカゲル、又は酸化アルミニウムなどが列挙されている。

また特許文献２には、通気性シートとキャップの内面に囲まれた空間に粘着性支持シートを設け、そこに粉体の吸湿材を備えさせる技術が開示されている。
吸湿材料としては、酸化カルシウム、酸化バリウム、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、酸化リン、ゼオライト、シリカゲル、活性炭などが列挙されている。

しかしながらこれらの方法によると、ケース内の吸湿能力はすべて挿入した吸湿材に依存しており、これらの吸湿材を設置する別途の工程が必要であり、かつ吸湿材が設置されて後、封止までの工程中で吸湿材が吸湿して劣化してしまわないよう工程に制限が加えられるので、コスト高になるだけでなく、吸湿材の量を増やし吸湿材のミクロ形状を改善しても十分な吸湿能力を得ることが困難な場合がある。
特開２００３−２５７６６６号公報特開２００２−３１３５５７号公報

本発明は、有機ＥＬ素子の抱える上記の問題を解決するために、簡明な構造で、有機ＥＬ素子の製造中に別途の工程を要しないで、通常の封止工程だけで、十分な吸湿能力を得ることができる複合吸湿機能を備えた、有機ＥＬ素子の封止キャップとその製法を提供することを目的とする。

請求項１に記載のとおり、上記目的を達成するために本発明による有機ＥＬ素子の封止キャップは、少なくとも透明電極膜、有機ＥＬ層、陰極用電極からなる複数個の有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）のアレイを搭載した透明基板に対応するサイズを備え、縁辺部に脚部を有し前記脚部の先端が前記透明基板の縁辺部に気密接着される有機ＥＬ素子の封止キャップであって、前記ＯＬＥＤのアレイに面する内表面が吸湿性を有し、さらに前記内表面に通水性を有する吸湿材が設置され、前記内表面がマグネシウム合金からなり、外表面及び前記脚部の表面が酸化されたマグネシウム合金からなることを特徴とする。

また、請求項２、４に記載のとおり、前記吸湿材はゼオライトからなることを特徴とする。

また、請求項３に記載のとおり、上記目的を達成するために本発明による有機ＥＬ素子の封止キャップの製法は、
少なくとも透明電極膜、有機ＥＬ層、陰極用電極からなる複数個の有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）のアレイを搭載した透明基板に対して、対応するサイズの、マグネシウム合金からなる金属板を用意するステップ１と、
前記金属板の片面の所定の箇所をレジストにより選択的にマスクするステップ２と、
前記金属板を、所定の溶液に浸漬して、前記金属板の全表面のうち前記レジストに被覆されていない部分に水酸化マグネシウムＭｇ（ＯＨ）_２の層を形成するステップ３と、
前記金属板の片面から前記レジストを除去するステップ４と、
前記金属板の片面の所定の箇所に、ペースト状の吸湿材をスクリーン印刷する、もしくは吸湿材の懸濁液をディスペンサで選択的に塗布して吸湿材の膜を形成する、ステップ５と、
前記吸湿材が選択的に付着された金属板を、所定の温度でベークすることにより、前記吸湿材を焼成すると共に、前記金属板の表面のうち水酸化マグネシウムＭｇ（ＯＨ）_２の層を酸化マグネシウムＭｇＯの層に化学変化させるステップ６と、
前記金属板をプレス加工して、蓋部と、蓋部の周縁の脚部からなる、有機ＥＬ素子の封止キャップを形成するステップ７と、
を含むことを特徴とする。

本発明による有機ＥＬ素子の封止キャップによれば、気密ケース内で、有機ＥＬ層を含むＯＬＥＤないしはその画素駆動ユニットなどから発出される水分は、吸湿材だけではなく、封止キャップの内表面により複合的に吸着されるので、吸湿作用が効果的に行われ、有機ＥＬ層などの水分による変質が最小限に抑えられる。

有機ＥＬ素子の封止キャップは有機ＥＬ素子のケースの気密性を確保するために元来必要なものであるので、本発明による有機ＥＬ素子の封止キャップによれば、複合的な吸湿効果が簡明で経済的に得られる。

以下、本発明に係る実施の形態を、図面を参照して具体的に説明する。
図１は、本実施例における有機ＥＬ素子の封止キャップと、これと用いて有機ＥＬ基板を封止して形成した有機ＥＬ素子を示す断面模式図、図２は、本実施例における有機ＥＬ素子の封止キャップの製法を示す断面模式図、図３は、本実施例における有機ＥＬ素子の封止キャップの製法、及び、これを用いて有機ＥＬ基板を封止する手順を示すフローチャート、図４は、本実施例における、吸湿材として設置されたゼオライトの例を示す立体構造模式図である。

図１を参照すると、本発明による有機ＥＬ素子の封止キャップを用いた、ボトムエミッション型の有機ＥＬ素子は次の手順で形成される。

図１（Ｂ）は、ボトムエミッション型の有機ＥＬ素子の基板であり、第１に、透明基板（ガラス基板）１０の上面に例えばＩＴＯ（酸化インディウム錫）からなる透明電極膜２０が形成される。
透明基板１０は、現在は通常、ガラス基板であるが、物理的、化学的に必要な強度を備えた、透明なプラスチックなどの基板であってもよい。
透明電極膜２０は、パッシブマトリクス駆動型の場合、複数のストリップからなり、図の奥行き方向に平行して左右に走るように配置される。

第２に、透明電極膜２０の上表面に、３原色Ｒ、Ｇ、Ｂに対応する有機ＥＬ層３０Ｒ、３０Ｇ、３０Ｂの組からなる画素が複数個形成され、さらにその上表面に陰極用電極４０が形成される。
陰極用電極４０は、通常Ｍｇ−Ａｇ合金からなり、図の左右方向に平行して奥行き方向に走るように配置される。
有機ＥＬ層３０Ｒ、３０Ｇ、３０Ｂは、透明電極膜２０と陰極用電極４０の両ストリップの各交点に配置されてＯＬＥＤ（有機発光ダイオード）を形成する。

図１（Ａ）は、本発明による、ボトムエミッション型の有機ＥＬ素子の封止キャップであり、蓋部５１とその縁辺に脚部５２を備えた金属母体を含む。
金属母体の材質としては、加工性、熱伝導性が高く、表面の水分吸着効率が高く、経済的に入手できることが望ましいので、マグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム（Ａｌ）もしくはそれらを含む合金が好適であり、特に、リチウム（Ｌｉ）を含むＭｇ合金が好適である。

封止キャップの表面は、蓋部５１の外表面、脚部５２の内外表面及び蓋部の内表面の一部に至るまで絶縁層５０ｃ、５０ｂで覆われ、蓋部の内表面の大部分は水分吸着効率の高い、金属母体露出面５０ａである。
なお、金属母体露出面５０ａは、表面積を増加して後述の吸湿効率、即ち水分吸着効率を上げるため、粗面にしておいてもよい。

次に、金属母体露出面５０ａに接するように、多結晶膜にした、又は粉体を集めてシート状にした吸湿材６０が設置されて、有機ＥＬの封止キャップが完成する。
吸湿材６０は、印刷又は塗布により接着されるか、接着剤（図示せず）により接着されるか、脚部の内側面に設けたフック（図示せず）により係合されるか、いずれかの手段で金属母体露出面５０ａに接して配置され、ＯＬＥＤなどに直接接触してＯＬＥＤなどを傷つけないようにしてある。
図１（Ａ）では、吸湿材６０は金属母体露出面５０ａを丁度覆っているが、吸湿材が金属母体露出面より大きく覆う場合も、逆に小さく覆う場合もあってよい。

最後に図１（Ｃ）に示すように、吸湿材６０を備えた封止キャップ（図１（Ａ））の脚部５２の先端と、ＯＬＥＤなどを搭載したボトムエミッション型の有機ＥＬ素子基板（図１（Ｂ））の透明基板１０の縁辺部が、接着部７０を介して気密接着され、有機ＥＬ素子が完成する。

ここで、吸湿材６０はマクロ的には図示したように金属母体露出面５０ａを被覆しているが、ミクロ的には、吸湿材６０を構成する、粉末の隙間、多結晶の粒界、又は結晶内の複数の原子あるいは分子で構成される孔を通じて、ＯＬＥＤなどから金属母体露出面５０ａに達する通水性がある。

完成した有機ＥＬ素子は気密封止されているので、外部からの水分の侵入は無いが、内部のＯＬＥＤなどからの特に水分の放散があり、放置しておくと、有機ＥＬ層の劣化を招いてしまう。
本実施例では、吸湿材６０による物理的吸着と、金属母体露出面５０ａによる化学的吸着の２種類の吸着機能が働くので、従来のように吸湿材のみに頼る場合よりも、放散された水分を効率的に吸収できる。

次に、本発明の実施例による、有機ＥＬ素子の封止キャップの具体的な製法について、封止キャップの金属母体の材質としてＬｉを含むＭｇ合金を、そして吸湿材としてゼオライトを用いた場合に特に好適な製法を、封止キャップと有機ＥＬ素子の基板との封止手順を含めて、図２（封止キャップの製法を示す断面模式図）と図３（封止キャップの製法、及び、これを用いて有機ＥＬ素子基板を封止する手順を示すフローチャート）を用いて説明する。

ステップ１（図３（Ｓ１））では、図２（Ａ）を参照すると、少なくとも透明電極膜、有機ＥＬ層、陰極用電極からなる複数個の有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）のアレイを搭載した透明基板に対応するサイズの、所定量のＬｉを含むＭｇ合金からなる金属板５０を用意する。

ステップ２（図３（Ｓ２））では、図２（Ａ）を参照すると、金属板５０の片面の金属母体露出面５０ａとなるべき所定の箇所を耐アルカリ性のレジスト１１０により選択的にマスクする。

ステップ３（図３（Ｓ３））では、図２（Ｂ）を参照すると、上記の金属板５０を、ＮａＯＨとＮａＣｌを所定の比率で混合し溶解させた溶液に浸漬して、金属板の全表面のうち上記レジストに被覆されている金属母体露出面５０ａ以外の部分に水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ）_２）層５１ｂ、５１ｃを形成する。

ステップ４（図３（Ｓ４））では、図２（Ｂ）において、金属板５０の片面からレジスト１１０を除去する。

ステップ５（図３（Ｓ５））では、図２（Ｃ）を参照すると、金属板５０の片面の内、所定の箇所である金属母体露出面５０ａ以外の部分にスクリーンマスク１２０をかけ、ペースト状のゼオライトを金属母体露出面５０ａ上にスクリーン印刷して吸湿材６０をなすゼオライト膜を形成する。
もしくはゼオライトの懸濁液をディスペンサで所定の箇所５０ａに選択的に塗布してゼオライト膜を形成してもよい。

ステップ６（図３（Ｓ６））では、図２（Ｃ）において、スクリーンマスク１２０を取り外し、ゼオライト膜が選択的に形成された金属板５０を、３９０℃以上４１０℃以下の温度でベークする。
このベークにより、図２（Ｄ）を参照すると、吸湿材６０をなすゼオライト膜を焼成すると共に、金属板５０の表面のうち水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ）_２）層５１ｂ、５１ｃを化学変化させて酸化マグネシウム（ＭｇＯ）層からなる絶縁層５０ｂ、５０ｃとする。

ステップ７（図３（Ｓ７））では、図２（Ｅ）を参照すると、上記金属板５０をプレス型１３０、１３５を用いてプレス加工して、蓋部５１と、その周縁の脚部５２からなり、蓋部の内面にゼオライト膜からなる吸湿剤６０が付着された、Ｌｉを含むＭｇ合金からなる金属母体露出面５０ａを備え、金属母体露出面以外の部分が酸化Ｍｇで覆われた、本発明による有機ＥＬ素子の封止キャップが得られる。

なおプレス型１３５のストッパ１３６は、プレス加工の際にプレス型１３０に当接して、プレス型１３５がそれ以上押し込まれて吸湿材６０などを痛めるのを防止する。

ステップ８（図３（Ｓ８））では、完成した有機ＥＬ素子の封止キャップが一旦、乾燥保存される。

ステップ９（図３（Ｓ９））では、使用直前に有機ＥＬ素子の封止キャップが再ベークされる。
即ち、３９０℃以上４１０℃以下の温度で加熱、乾燥される。

ステップ１０（図３（Ｓ１０））では、有機ＥＬ素子の封止キャップ高純度窒素ガスで満たされたグローブボックス内に搬入される。

ステップ１１（図３（Ｓ１１））では、再び図１（Ｃ）を参照すると、有機ＥＬ素子の封止キャップの脚部５２の先端と有機ＥＬ素子基板の透明基板１０の縁辺部が、接着部７０を介して気密接着され、有機ＥＬ素子が完成する。

このようにして、有機ＥＬ素子の内部の吸湿材と封止キャップの金属母体露出面は、共に脱水され、乾燥しているので、封止完成後に有機ＥＬ素子内部から発生する水分を効率よく吸収できる。

本実施例では、吸湿材６０は模式的に封止キャップの金属母体露出面５０ａにのみ接するように配置されているが、これに加えて吸湿材を透明基板１０の縁辺部など他の場所に配置してもよい。
例えば、吸湿材をＯＬＥＤの間に直接、又は適切な絶縁性保護層を介して分散配置してもよい。

またＯＬＥＤに付随して実際には、例えば、カラー変換用などの場合にはフィルタが追加して設けられ、アクティブマトリクス駆動型の場合にはＴＦＴトランジスタなどからなる画素駆動ユニットが追加して設けられるが、それらの形成の際、吸湿材を必要な箇所に分散配置してもよい。

また、封止キャップの金属母体露出面５０ａの一部が吸湿材６０に被覆されず、露出していてもよく、その場合、封止キャップの金属母体露出面は当然、水分を直接吸着できる。

次に、本実施例（実施例２）において、封止キャップの金属母体の材質としてＬｉを含むＭｇ合金を、そして吸湿材としてゼオライトを各々選んで用いた理由をさらに詳しく説明する。

封止キャップの金属母体の材質として、アルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）等の合金を選ぶと、金属母体露出面は、好適な水分吸着材として機能するだけでなく、それ以外の表面に必要な絶縁層は、金属母体の酸化によって形成することができる。

その際、Ａｌの場合は、アルミナを形成するためには陽極酸化、即ち電気化成を要するのに対し、Ｍｇの場合は、例えば２塩化マグネシウムＭｇＣｌ_２の２〜５％溶液にディップ（浸す）し、焼成するだけでよく、安価、簡明に製造できる。
形成された酸化Ｍｇの膜厚は５０〜１００ｎｍと薄いが安定であり、有機ＥＬ素子に要求される耐圧１５Ｖを十分クリアできる。

ＭｇＣｌ_２液浸の場合、表面にムラ、アレを生ずる場合があるが、この問題は、適切な濃度のＮａＯＨ＋ＮａＣｌにディップ（浸漬）し焼成することにより解決できることが報告されている。
（Ａ．ＹａｍａｍｏｔｏａｎｄＨ．Ｔｓｕｂａｋｉｎｏ，ＭａｔｅｒｉａｌｓＴｒａｎｓ．，４４−４（２００３），ｐｐ５１１−５１７，Ｊｐｎ．Ｉｎｓｔ．Ｍｅｔａｌｓ）

また、金属母体として、Ｍｇに適量のリチウム（Ｌｉ）を混ぜて合金とすると、さらに優れた吸湿性能が安価、簡明に得られる。

吸湿材の材質としては、従来挙げられている多種多様な例が可能であるが、本実施例によれば、ゼオライトが好適である。
それは最近の技術の進歩により、安定、高純度、均質で、有機ＥＬ層に有害な物質を排出せず、水分を効率よく吸着できるようコントロールされたミクロ構造を有するゼオライトが安価に製造できるようになって来ているという知見に基づく。

図４を参照すると、ゼオライトの立体構造の一例を示す模式図である。
周知のように、ゼオライトでは、頂点にＡｌ又はＳｉが配され、頂点間の稜は酸素原子Ｏを介した結合を示す。
通常３稜、４稜の集まる頂点には各々、Ａｌ、Ｓｉが配されるが、４稜の頂点にＳｉではなく、例えばＡｌ⁻Ｎａ^＋が配される場合があり、その場合は、Ｎａ^＋イオンはある程度自由に移動できるといわれる。

ここで特徴的なのは、図の中央前面に示された８角形を通り、図で後方向（奥行き方向）に延びる比較的大きい孔と、図の前方右端に示された２つの４角形を通り、図で各々左方向に延びる比較的小さい孔であって、両者は、各々が上下、前後及び左右方向に延びる、互いに隔離された空間を形成する。
両孔のサイズは各々数オングストロームであるが、その差、形状の差、さらには、上記のＡｌ⁻イオンの配置位置の差により、水分子の選択的吸着と、水分子の吸入方向が決まると言われる。

従って、図１（Ｃ）において、適切な構造のゼオライトの、例えば多結晶粉末を選ぶと、ＯＬＥＤなどから発出された水分子は、ゼオライト６０に物理的に吸着されるだけでなく、ゼオライト６０を構成する、粉末の隙間、多結晶の粒界、又は結晶内の複数の原子で構成される前記大きい孔又は小さい孔を通じて、封止キャップの金属母体露出面５０ａに到達し、そこで化学的に吸着される。

本実施例における有機ＥＬ素子の封止キャップと、これと用いて有機ＥＬ基板を封止して形成した有機ＥＬ素子を示す断面模式図である。本実施例における有機ＥＬ素子の封止キャップの製法を示す断面模式図である。本実施例における有機ＥＬ素子の封止キャップの製法、及び、これを用いて有機ＥＬ基板を封止する手順を示すフローチャートである。本実施例における、吸湿材として設置されたゼオライトの例を示す立体構造模式図である。

符号の説明

１０透明基板（ガラス基板）
２０透明電極膜
３０Ｒ、３０Ｇ、３０Ｂ有機ＥＬ層
４０陰極用電極
５０金属板
５０ａ金属母体露出面
５０ｂ、５０ｃ絶縁層
５１蓋部
５１ｂ、５１ｃ水酸化マグネシウム層
５２脚部
６０吸湿材
７０接着部
１１０レジスト
１２０スクリーンマスク
１３０、１３５プレス型
１３６ストッパ

Claims

少なくとも透明電極膜、有機ＥＬ層、陰極用電極からなる複数個の有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）のアレイを搭載した透明基板に対応するサイズを備え、縁辺部に脚部を有し前記脚部の先端が前記透明基板の縁辺部に気密接着される有機ＥＬ素子の封止キャップであって、前記ＯＬＥＤのアレイに面する内表面が吸湿性を有し、さらに前記内表面に通水性を有する吸湿材が設置され、
前記内表面がマグネシウム合金からなり、外表面及び前記脚部の表面が酸化されたマグネシウム合金からなることを特徴とする有機ＥＬ素子の封止キャップ。
前記吸湿材はゼオライトからなることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ素子の封止キャップ。
少なくとも透明電極膜、有機ＥＬ層、陰極用電極からなる複数個の有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）のアレイを搭載した透明基板に対して、対応するサイズの、マグネシウム合金からなる金属板を用意するステップ１と、
前記金属板の片面の所定の箇所をレジストにより選択的にマスクするステップ２と、
前記金属板を、所定の溶液に浸漬して、前記金属板の全表面のうち前記レジストに被覆されていない部分に水酸化マグネシウムＭｇ（ＯＨ）_２の層を形成するステップ３と、
前記金属板の片面から前記レジストを除去するステップ４と、
前記金属板の片面の所定の箇所に、ペースト状の吸湿材をスクリーン印刷する、もしくは吸湿材の懸濁液をディスペンサで選択的に塗布して吸湿材の膜を形成する、ステップ５と、
前記吸湿材が選択的に付着された金属板を、所定の温度でベークすることにより、前記吸湿材を焼成すると共に、前記金属板の表面のうち水酸化マグネシウムＭｇ（ＯＨ）_２の層を酸化マグネシウムＭｇＯの層に化学変化させるステップ６と、
前記金属板をプレス加工して、蓋部と、蓋部の周縁の脚部からなる、有機ＥＬ素子の封止キャップを形成するステップ７と、
を含むことを特徴とする有機ＥＬ素子の封止キャップの製法。
前記吸湿材はゼオライトからなることを特徴とする請求項３に記載の有機ＥＬ素子の封止キャップの製法。