JP5326342B2 - 発光表示装置、及び発光表示装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、内面に一方の電極が形成された収納容器と、この収納容器内に充填された発光体とを備えた発光表示装置に係り、とりわけ、安全性に優れるとともに発光特性が低下することを防止することができる発光表示装置及び発光表示装置の製造方法に関する。

近年、有機ＥＬ等の発光表示装置の開発が急激に進展している。有機ＥＬの発光表示装置に用いられる発光素子は自発光素子であるため、バックライトが必要な液晶の受光素子よりも、薄型化および軽量化が図れる。それに有機ＥＬの発光素子は自発光素子であるため、液晶の受光素子と比べると視認性に優れている。このため、有機ＥＬの発光表示装置は、優れた視認性、高速表示性、低電圧駆動性、薄型化等の特徴を有している。

有機ＥＬの発光表示装置は、一般に、各々の互いに対向する面に電極が形成された一対の基板と、一対の基板間に挟持された発光層とを備え、発光層は電圧が印加されて発光する発光物質を含んでいる。このうち発光層は、数１００ｎｍの厚さを有している。このため、対向する各電極間の距離が短く、各電極が相互に接触し易い。また、有機ＥＬの発光表示装置の発光層は直流電圧が印加される。このため、有機ＥＬの発光表示装置を構成する各電極間の界面に不純物が蓄積され易い。このことにより、有機ＥＬの発光表示装置において用いられる発光層は、動作寿命が短くなる。

このような問題に対して、電気化学反応を利用した液体からなる発光層を用いた発光表示装置の開発が行われている（例えば、特許文献１乃至３並びに非特許文献１および２参照）。このうち特許文献１および２並びに非特許文献１および２における発光表示装置は、一対の電極間の距離がいずれも数μｍ以上となっている。このため、各電極が相互に接触することがない。また、特許文献１乃至３および非特許文献１における発光表示装置の発光層は交流電圧が印加されるため、発光層の動作寿命が短くなる問題は解消される。
特開２００７−１３９８９９号公報 特開２００６−３０１３０２号公報 特開２００５−３０２３３２号公報 「東芝レビュー vol.60, No.9, P33(2005)」 「Journal of the Electrochemical Society, Vol.152(8) pA1677(2005)」

特許文献１乃至２並びに非特許文献１および２における発光表示装置２１は、図２に示すように、互いに対向する面に電極２４が形成された一対の基板２３と、一対の基板２３間に挟持され、有機溶媒２６と支持塩２７とからなる電解質に発光物質２８を溶解させた発光層２５とを有している。このように、発光層２５として可燃性である有機溶媒２６を使用しているため、取り扱い上、安全性に問題がある。

また、有機溶媒２６は揮発性を有しているため、比較的容易に揮発する。このため、発光層２５内の濃度が変化し、発光層２５が劣化して発光層２５の発光特性が低下するという問題もある。

さらに、上述のように、有機溶媒２６を用いる発光層２５においては、発光層２５を十分に発光させるために、有機溶媒２６に支持塩２７を溶解させる必要がある。このため、発光層２５として有機溶媒２６を用いる場合、発光層２５を構成する材料の種類が多くなる。

本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、有機溶媒を用いることがない発光表示装置であって、安全性に優れ、発光特性が低下することを防止することができるとともに、構成材料の種類を少なくすることができる発光表示装置及び発光表示装置の製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、内面に一方の電極が形成された収納容器と、この収納容器内に形成された発光体と、この発光体に接触する他方の電極と、を備え、該発光体は、イオン液体と、このイオン液体中に溶解された発光物質と、イオン液体をゲル化するゲル化材料とを有することを特徴とする発光表示装置である。

本発明は、収納容器の内面に形成された一方の電極は、金、白金、銀、アルミニウム、スズ、ビスマス、および炭素のうちいずれかの材料からなることを特徴とする発光表示装置である。

本発明は、ゲル化材料は、シリカのナノサイズ微粒子、または酸化チタンのナノサイズ微粒子からなることを特徴とする発光表示装置である。

本発明は、発光体は、交流電圧が印加されて発光することを特徴とする発光表示装置である。

本発明は、イオン液体は、脂肪族系、イミダゾリウム系、ピリジウム系のうちいずれかの材料を含むことを特徴とする発光表示装置である。

本発明は、発光物質は、ルテニウム化合物・錯体、ＰＶＢ（ポリビニルブチラール）、ＤＰＡ（９，１０−ジフェニルアントラセン）、ペリレンのうちいずれかの材料を含むことを特徴とする発光表示装置である。

本発明は、内面に一方の電極が形成された収納容器を準備する工程と、イオン液体に発光物質を溶解する工程と、発光物質が溶解されたイオン液体に、このイオン液体をゲル化するゲル化材料を添加する工程と、内面に一方の電極が形成された収納容器内に、発光物質が溶解され、かつゲル化材料が添加されたイオン液体を充填して発光体を形成する工程と、収納容器内に充填された発光体に他方の電極を接触させる工程と、を備えたことを特徴とする発光表示装置の製造方法である。

本発明によれば、発光体は、イオン液体と、このイオン液体中に溶解された発光物質と、イオン液体をゲル化するゲル化材料とを有しているため、可燃性の有機溶媒を用いることなく発光体が形成される。この発光体のイオン液体は難燃性であるため、可燃性の有機溶媒を用いる場合に比べて取り扱い上、比較的安全である。また、有機溶媒は揮発性を有しているために気化され易いが、本発明によれば、発光体のイオン液体は不揮発性を有しているために気化されることがない。このため、発光体が劣化することを防止して、発光体の発光特性が低下することなく安定した性能を維持することができる。また、発光体を形成する際、有機溶媒を用いる場合には有機溶媒に支持塩を溶解させる必要があるが、本発明によれば、発光体はイオン液体を含んでいるため、このイオン液体に更に支持塩を溶解させる必要がない。このため、発光体を構成する材料の種類を少なくすることができる。

また、本発明によれば、発光体は、イオン液体と、このイオン液体中に溶解された発光物質と、イオン液体をゲル化するゲル化材料とからなっているため、発光物質が溶解されたイオン液体をゲル化して、このゲル化されたイオン液体を密封させることなく収納容器内に充填して発光体を形成することができる。このことにより、この発光体の上面を外部に露出させることができる。このため、発光体から発せられた光を容易かつ確実に外部に取り出すことができるとともに、発光体の発光特性が低下することなく安定した性能を長期間に渡って維持することができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。ここで、図１は、本発明による発光表示装置の実施の形態を示す図である。このうち、図１は、本発明の実施の形態における発光表示装置の断面構成を示す図である。

まず、図１により、本発明における発光表示装置１について説明する。ここで、発光表示装置１は、電圧が印加されることにより発光され、各種ディスプレイ等として使用されるものである。

図１に示すように、発光表示装置１は、内面に一方の電極１０が形成された収納容器３と、この収納容器３内に形成された発光体５とを備えている。このうち発光体５は、イオン液体６と、このイオン液体６中に溶解された発光物質７と、イオン液体６をゲル化するゲル化材料８とを有している。

また、この発光体５の上方から発光体５内にワイヤ（他方の電極）１１が挿入されている。この場合、発光体５と、ワイヤ１１のうち発光体５内に挿入された部分とが接触している。

また、図１に示すように、収納容器３の内面に形成された電極１０と、ワイヤ１１との間に、発光体５に対して電圧を印加する交流電源１３が接続されている。

ところで、イオン液体６は溶融塩とも呼ばれ、常温で液体状態を維持するイオンのみからなっている。このイオン液体６は、有機溶媒に支持塩が溶解された液体電解質とは異なり、難燃性、不揮発性等の特徴を有している。このイオン液体６に発光物質７を溶解させ、かつゲル化材料８が添加されて形成された発光体５において、発光体５内を電気化学反応させる場合、発光体５に印加する電圧を低く抑えることができるとともに、高速に酸化還元反応を起させることができる。

また、イオン液体６に用いる材料としては、多種類の発光物質７を高濃度に溶解させるために極性が高い材料が望ましく、例えば、脂肪族系、イミダゾリウム系、ピリジウム系等を用いることができる。このうち、特に、１−アリル―３−アルキルイミダゾリウム系を好適に用いることができる。

発光物質７に用いる材料としては、電気化学発光する材料であれば特に制限はなく、例えば、ＰＶＢ（ポリビニルブチラール）、ＤＰＡ（９，１０−ジフェニルアントラセン）、ペリレン、ＲｕＣｌ_６、ＲｕＰＦ_６、Ｒｕ（ｂｐｙ_３）Ｃｌ_２ 、Ｒｕ（ｄ_８−ｂｐｙ_３）ＰＦ_６等のＲｕ（ルテニウム）化合物・錯体を好適に用いることができる。また、発光物質７の濃度については特に制限はなく、１０ｗｔ％以下が望ましいが、特に、１ｗｔ％から５ｗｔ％の間で好適に用いることができる。

ここで、ゲル化とは、イオン液体６が流動性を失った状態をいい、ゲル化材料８としては、シリカのナノサイズ微粒子、または酸化チタンのナノサイズ微粒子を用いることが好ましい。また、このゲル化材料８を添加する量は１ｗｔ％〜１５ｗｔ％であることが望ましく、特に、３ｗｔ％〜７ｗｔ％であることが好適である。

また、収納容器３に用いる材料としては、透明な材料に限られることはなく、例えば、セラミック等を用いることができる。

また、各収納容器３の内面に設けられた電極１０、およびワイヤ１１に用いる材料としては、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、スズ（Ｓｎ）、ビスマス（Ｂｉ）等の金属材料および炭素材料を用いることができる。この場合、電極１０は発光体５から発せられる光を透過することがない材料により形成されるため、この電極１０により発光体５から発せられる光を収納容器３の内方に反射させて、発光体５から発光されて外部に取り出される光の輝度を高くすることができる。また、この場合、電極１０およびワイヤ１１の材料に、希少金属であるインジウムを含むＩＴＯ（Indium Tin Oxide）を使用することがない。このため、比較的安価な材料を用いて発光体５から発せられる光を外部に取り出すことができる。

次に、本実施の形態における発光表示装置１の製造方法について説明する。

まず、図１に示すように、内面に一方の電極１０が形成された収納容器３を準備する。この場合、まず、所望の大きさおよび厚さからなる収納容器３を準備する。その後、スパッタリングまたはＥＢ蒸着により、収納容器３の内面に全面に渡って電極１０が形成される。

次に、イオン液体６に、発光物質７が溶解される。この場合、イオン液体６に、発光物質７が所望の濃度となるように混合され、所定の温度において所定時間攪拌される。このことにより、イオン液体６に発光物質７が十分に溶解される。

次に、発光物質７が溶解されたイオン液体６に、このイオン液体６をゲル化するゲル化材料８が添加され、所定時間混合され、発光物質７が溶解されたイオン液体６がゲル化される。

次に、内面に一方の電極１０が形成された収納容器３内に、このゲル化されたイオン液体６が充填されて発光体５が形成される。

その後、収納容器３内に形成された発光体５の外方から発光体５内にワイヤ１１が挿入される。このようにして図１に示す発光表示装置１が得られる。

次に、このような構成からなる発光表示装置１の使用形態について説明する。

図１に示す本実施の形態における発光表示装置１において、発光体５を発光させる場合、まず、交流電源１３から収納容器３の内面の電極１０、およびワイヤ１１を介して、発光体５に交流電圧が印加される。この場合、例えば陰極となる収納容器３内の電極１０近傍において電気化学的な還元反応が起こり、イオン液体６および発光物質７からラジカルアニオン１４が生成される。他方、陽極となるワイヤ１１のうち発光体５内に挿入された部分の近傍において、電気化学的な酸化反応が起こり、イオン液体６および発光物質７からラジカルカチオン１５が生成される。

発光体５に交流電圧が印加されている間、収納容器３内面の電極１０、およびワイヤ１１に交流電圧が印加されているため、電極１０およびワイヤ１１において還元反応と酸化反応とが交互に繰り返される。すなわち、電極１０近傍に還元反応により生成されたラジカルアニオン１４は、対向するワイヤ１１のうち発光体５内に挿入された部分に向けて移動する。次に、電極１０およびワイヤ１１の極性が各々反転され、電極１０近傍に酸化反応によりラジカルカチオン１５が生成される。この間、電極１０近傍から対向するワイヤ１１のうち発光体５内に挿入された部分へ向けて移動していたラジカルアニオン１４が、電極１０へ戻ってくる。このことにより、ラジカルアニオン１４とラジカルカチオン１５とが衝突する。次に、衝突したラジカルアニオン１４とラジカルカチオン１５とから、基底状態の中性分子と励起状態の中性分子とが生成される。その後、励起状態の中性分子が失活されて、この中性分子から光が発せられる。

この電極１０の近傍における発光メカニズムと同様にして、ワイヤ１１のうち発光体５内に挿入された部分の近傍において、生成されたラジカルアニオン１４とラジカルカチオン１５とが互いに衝突し、励起状態の分子が生成されて発光する。このように、電極１０の近傍およびワイヤ１１のうち発光体５内に挿入された部分の近傍においてラジカルアニオン１４とラジカルカチオン１５とが衝突して発光するため、電極１０とワイヤ１１の先端との距離が比較的離れている場合においても、発光体５を発光させることができる。

このように本実施の形態によれば、発光体５は、イオン液体６と、このイオン液体６中に溶解された発光物質７と、イオン液体６をゲル化するゲル化材料８とを有しているため、可燃性の有機溶媒を用いることなく発光体５が形成される。可燃性の有機溶媒を用いる場合に比べて、本実施の形態によれば、発光体５が含むイオン液体６は難燃性となっているため、取り扱い上、比較的安全である。また、有機溶媒は揮発性を有しているために気化され易いが、本実施の形態によれば、発光体５が含むイオン液体６は不揮発性を有しているために気化されることがない。このため、発光体５が劣化することを防止して、発光体５の発光特性が低下することなく安定した性能を維持することができる。さらに、本実施の形態によれば、発光体５を形成する際イオン液体６を用いるため、イオン液体６に支持塩を溶解させる必要がない。このため、発光体５を構成する材料の種類を少なくすることができる。

また本実施の形態によれば、発光体５は、イオン液体６と、このイオン液体６中に溶解された発光物質７と、イオン液体６をゲル化するゲル化材料８とからなっているため、発光物質７が溶解されたイオン液体６をゲル化して、このゲル化されたイオン液体６を密封させることなく収納容器３内に充填して発光体５を形成することができる。このことにより、この発光体の上面を外部に露出させることができる。このため、発光体５から発せられた光を容易かつ確実に外部に取り出すことができるとともに、発光体５の発光特性が低下することなく安定した性能を長期間に渡って維持することができる。

また本実施の形態によれば、上述したように、収納容器３内面に形成された電極１０およびワイヤ１１は、発光体５から発せられる光を透過することがない材料により形成されている。このため、この電極１０により、発光体５から発せられる光を収納容器３の内方に反射させて、発光体５から発せられて外部に取り出される光の輝度を高くすることができる。また、この場合、電極１０およびワイヤ１１の材料に、希少金属であるインジウムを含むＩＴＯ（Indium Tin Oxide）を使用することがないため、比較的安価な材料を用いて発光体５から発せられる光を外部に取り出すことができる。

なお、本実施の形態においては、収納容器３内面に形成された電極１０が発光体５から発せられる光を透過することがない材料により形成されている例を示した。しかしながら、このことに限られることはなく、電極１０に用いる材料として、透明電極であるＩＴＯを用いるとともに、収納容器３の外面に反射板（図示せず）を設けてもよい。この場合、この反射板により、発光体５から発せられる光を収納容器３の内方に向けて反射させて、発光体５から発せられて外部に取り出される光の輝度を高くすることができる。

本発明の実施例として以下の方法で図１の発光表示装置１を作製した。

まず、深さが７ｍｍ、開口部の直径が１０ｍｍであるセラミック製の収納容器３を準備、この収納容器３の内面に、厚さが１５０ｎｍとなるように金電極１０をスパッタリングにより形成した。次に、この内面に電極１０が形成された収納容器３を中性洗剤を用いて洗浄し、さらに超音波洗浄し、その後乾燥した。

次に、イオン液体６である１−アリル−３−ブチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメタンサルフォニル）イミド（略称：ＡＢＩｍＴＦＳＩ）に、発光物質７としてのＲｕ（ｂｐｙ_３）Ｃｌ_２を、２ｗｔ％混合し、６５℃、５００ｒｐｍで３時間攪拌して、発光物質７としてのＲｕ（ｂｐｙ_３）Ｃｌ_２を十分に溶解させ、発光溶液を生成した。

次に、この発光溶液にゲル化材料（シリカ微粒子（日本アエロジル社製、アエロジル２００））８を７ｗｔ％添加して所定時間混合して発光溶液をゲル化した。次に、このゲル化された発光溶液を収納容器３内に充填して発光体５を形成した。次に、この発光体５に、直径２ｍｍの金線（ワイヤ）１１を、金線１１の先端と収納容器３内の電極１０との間の距離が２ｍｍとなるように挿入した。

その後、本実施例において得られた発光体５に、６０Ｈｚ、±５Ｖの交流電圧を印加した。その結果、１２０ｃｄ／ｍ^２の輝度を有する発光を得ることができた。

図１は、本発明の実施の形態における発光表示装置の断面構成を示す図である。 図２は、従来の発光表示装置の断面構造を示す図である。

符号の説明

１ 発光表示装置
３ 収納容器
５ 発光体
６ イオン液体
７ 発光物質
８ ゲル化材料
１０ 電極
１１ ワイヤ
１３ 交流電源
１４ ラジカルアニオン
１５ ラジカルカチオン
２１ 発光表示装置
２３ 基板
２４ 電極
２５ 発光層
２６ 有機溶媒
２７ 支持塩
２８ 発光物質

Claims (6)

1. 内面に一方の電極が形成された収納容器と、
   この収納容器内に形成された発光体と、
   この発光体に接触する他方の電極と、を備え、
   該発光体は、イオン液体と、このイオン液体中に溶解された発光物質と、イオン液体をゲル化するゲル化材料とを有し、
   発光体は、交流電圧が印加されて発光し、
   収納容器の上部に、発光体の上面を外部に露出させる開口部が設けられていることを特徴とする発光表示装置。
2. 収納容器の内面に形成された一方の電極は、金、白金、銀、アルミニウム、スズ、ビスマス、および炭素のうちいずれかの材料からなることを特徴とする請求項１に記載の発光表示装置。
3. ゲル化材料は、シリカのナノサイズ微粒子、または酸化チタンのナノサイズ微粒子からなることを特徴とする請求項１または２に記載の発光表示装置。
4. イオン液体は、脂肪族系、イミダゾリウム系、ピリジウム系のうちいずれかの材料を含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の発光表示装置。
5. 発光物質は、ルテニウム化合物・錯体、ＰＶＢ（ポリビニルブチラール）、ＤＰＡ（９，１０−ジフェニルアントラセン）、ペリレンのうちいずれかの材料を含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の発光表示装置。
6. 内面に一方の電極が形成された収納容器を準備する工程と、
   イオン液体に発光物質を溶解する工程と、
   発光物質が溶解されたイオン液体に、このイオン液体をゲル化するゲル化材料を添加する工程と、
   内面に一方の電極が形成された収納容器内に、発光物質が溶解され、かつゲル化材料が添加されたイオン液体を充填して、交流電圧の印加により発光する発光体を形成する工程と、
   収納容器内に充填された発光体に他方の電極を接触させる工程と、を備え、
   収納容器の上部に開口部が設けられ、
   発光体を形成する工程において、発光体の上面は、収納容器の上部に設けられた開口部から外部に露出することを特徴とする発光表示装置の製造方法。

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