(57)【要約】【課題】湿気による素子劣化を生じる表示装置において、吸湿材を用いなくても優れた耐湿寿命が得られる表示装置の提供。【解決手段】表示装置は、発光素子が形成された素子基板１と、素子基板１に対向する対向基板７と、素子基板１および対向基板７の間隙に充填された充填材１０とを有する。充填材１０は、２５℃かつ相対湿度６０％の雰囲気中において、体積抵抗率が１×１０９  Ω・ｃｍ以上である変性シリコーンオイルを含む。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子が形成された素子基板と、前記素子基板に対向する対向基板と、前記素子基板および前記対向基板の間隙に充填された充填材とを有する表示装置であって、
前記充填材は、２５℃かつ相対湿度６０％の雰囲気中において、体積抵抗率が１×１０９  Ω・ｃｍ以上である変性シリコーンオイルを含む表示装置。
【請求項２】
前記変性シリコーンオイルは、２５℃かつ相対湿度６０％の雰囲気中において、含有水分量が５００ｐｐｍ以上である、請求項１に記載の表示装置。
【請求項３】
前記変性シリコーンオイルは、フェノール変性シリコーンオイルである、請求項１または２に記載の表示装置。
【請求項４】
前記対向基板は、透明基板である、請求項１から３のいずれか１項に記載の表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無機または有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）表示装置などの表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＥＬ表示パネルとしては、無機ＥＬ表示パネルと有機ＥＬ表示パネルとが挙げられる。いずれのＥＬ表示パネルも、湿気により発光素子が劣化する問題があるので、防湿を目的として、発光素子を封止することが不可欠となっている。
【０００３】
図５は、従来の薄膜ＥＬ表示パネルを模式的に示す断面図である。図５を参照しながら薄膜ＥＬ表示パネルの製造方法を説明する。ガラス基板１上に第一電極２２、第一絶縁層３、発光層４、第二絶縁層５および第二電極２６を順次積層して、薄膜ＥＬ素子を形成する。注入孔９を有する背面板（対向基板）７を接着剤８で貼り合わせる。注入孔９から充填材を注入した後、封止金属１１により注入孔９を封止し、さらに接着剤１２でキャップガラス１３を貼り合わせて、ＥＬ表示パネルが製造される。
【０００４】
充填材としては、絶縁オイル、シリコーンオイル、吸湿材を混入したシリコーンオイル（特許文献１参照）、弗素化合物絶縁油（特許文献２参照）などが挙げられる。図５に示す表示パネルでは、吸湿材１５が混入されたシリコーンオイル１４が充填されている。吸湿材１５が混入されたシリコーンオイル１４を用いた薄膜ＥＬパネルは、耐湿寿命が非常に優れているので、ＦＡ（ファクトリーオートメーション）用など高信頼性が要求される用途にも使用されている。
【０００５】
【特許文献１】
特公昭５９−８０３９号公報
【０００６】
【特許文献２】
特開平１０−１３４９５９号公報
【０００７】
また、有機ＥＬ表示パネルでは、無機ＥＬ表示パネルと同様に、有機ＥＬ素子が形成された素子基板と対向基板とを貼り合わせ、両基板間に充填材を充填して、有機ＥＬ素子が封止される。封止方法としては、不活性ガスを充填する方法（特許文献３参照）、五酸化二リンを含む乾燥手段を配置する方法（特許文献４参照）、オイルを充填する方法（特許文献５参照）が挙げられる。
【０００８】
【特許文献３】
特開平４−２４９０９２号公報
【０００９】
【特許文献４】
特開平３−２６１０９１号公報
【００１０】
【特許文献５】
特開平１０−７４５８２号公報
【００１１】
一方、薄膜ＥＬ素子が形成されたガラス基板側から光を取り出す一般的なＥＬパネルに加えて、最近では、第一電極と第二電極を透明電極で形成した透明なＥＬパネルが考案されている。また、セラミック基板等の非透明基板を素子基板に用い、厚膜または薄膜の絶縁膜と発光層を形成し、第二電極を透明電極として、対向基板側から光を取り出す構造の厚膜−薄膜混合型（ハイブリッドＥＬパネルと呼ばれている。）が考案されている。
【００１２】
少なくとも対向基板側から光を取り出す構造のＥＬパネルの場合、素子基板と対向基板の間に配置される充填材は、透明である必要がある。吸湿材を表示パネルの表示領域内に配置した場合、吸湿材が非透明性または光の散乱性を有するので、表示品位が低下する。この課題を解決するために、表示パネルの表示領域外に乾燥剤が配置されたＥＬパネルが考案されている（特許文献６参照）。しかし、構造が複雑になること、パネルの外形が大きくなることなどの問題がある。
【００１３】
したがって、吸湿材を用いないことが望まれるが、吸湿材を用いないと、耐湿寿命が著しく低下して、ディスプレイとしての製品寿命を低下させることになる。
【００１４】
【特許文献６】
特開平９−１３４７８１号公報
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、湿気による素子劣化を生じる表示装置において、吸湿材を用いなくても優れた耐湿寿命が得られる表示装置の提供を目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
薄膜ＥＬパネルの充填材としては、主にシリコーンオイルが用いられる。シリコーンオイルには、絶縁油として用いられるストレートシリコーンオイルと、他の物質に添加して、物質の改質を目的とした変性シリコーンオイルとがある。絶縁油としての機能を重視するために、ジメチルシリコーンオイル、メチルフェニルシリコーンオイル、メチルハイドロジェンシリコーンオイル等のストレートシリコーンオイルが用いられる。
【００１７】
ストレートシリコーンオイルは、絶縁性が良い。具体的には、含有水分量１００ｐｐｍ以下では、体積抵抗率が１×１０１４Ω・ｃｍ以上であり、２５℃かつ６０％ＲＨ（相対湿度）雰囲気下では、体積抵抗率が１×１０１３Ω・ｃｍ以上である。また、ストレートシリコーンオイルは、透明で、化学的に安定であるので、薄膜ＥＬパネルの充填材として優れている。しかしながら、吸湿材を用いず単独で使用した場合、耐湿寿命が十分でないという欠点がある。この理由は次の通りである。
【００１８】
湿気による発光素子の劣化を詳しく解析したところ、ＥＬ素子が接する雰囲気の相対湿度が劣化に大きく影響し、雰囲気温度や雰囲気絶対湿度の依存度はそれと比較してかなり小さいことが分かった。図３は、雰囲気温度を一定（４０℃）としたときの発光素子の劣化部、つまり非発光部の広がりの速度と、相対湿度との関係を示すグラフである。図３に示すように、非発光部の広がりの速度と相対湿度とは、強い相関が見られる。図４は、雰囲気相対湿度を一定（５０％ＲＨ）としたときの発光素子の劣化部、つまり非発光部の広がりの速度と、温度（温度および絶対湿度が変化する）との関係を示すグラフである。図３と図４を対比すると、非発光部の広がりの速度は、相対湿度依存性が温度依存性よりも高いことが分かる。
【００１９】
したがって、充填材中の水分の相対湿度を低くすることによって、耐湿寿命を延ばすことができる。充填材中の水分の相対湿度は、下記式で表される。
【００２０】
充填材中の水分の相対湿度＝（充填材中の残留水分量＋外部から進入する水分量）／充填材の飽和含有水分量
【００２１】
なお、「充填材中の残留水分量」とは、ＥＬパネル製造完了時点で充填材中に残留している水分量を表す。「外部から進入する水分量」とは、ＥＬ製造完了時点以降に外部から充填材に進入する水分量のことである。例えば、素子基板および対向基板をガラスで構成した場合、ガラスの透湿はほぼゼロであるので、両基板の貼り合わせに用いた接着剤の部分を通して、外部から充填材に進入した水分量がこれに相当する。
【００２２】
上記式から、残留水分量と外部から進入する水分量との和を小さくすることによって、耐湿寿命を延ばすことができることが分かる。
【００２３】
しかし、残留水分量と外部から進入する水分量との和を小さくすることは、製造上またはＥＬパネルの設計上制約があるので、充填材の飽和含有水分量を大きくすることが有効になる。充填材中に吸湿材を配合した場合、吸湿材に水分が吸着されるので、吸湿材を含めた充填材の飽和含有水分量が大きく上昇する。したがって、吸湿材を用いることで、耐湿寿命が大幅に向上する。この事実は、上記の解析結果と一致している。
【００２４】
しかしながら、一般に用いられているストレートシリコーンオイルは、飽和含有水分量が大きくない。具体的には、２５℃かつ１００％ＲＨにおける飽和含有水分量が２４０ｐｐｍ程度であり、２５℃かつ６０％ＲＨにおける含有水分量が１７０ｐｐｍ程度である。
【００２５】
本発明者は、飽和含有水分量が高い充填材を見いだし、さらに鋭意研究の結果、本発明の表示装置を完成するに至った。
【００２６】
本発明の表示装置は、発光素子が形成された素子基板と、前記素子基板に対向する対向基板と、前記素子基板および前記対向基板の間隙に充填された充填材とを有する表示装置であって、前記充填材は、２５℃かつ相対湿度６０％の雰囲気中において、体積抵抗率が１×１０９  Ω・ｃｍ以上、好ましくは１×１０１０Ω・ｃｍ以上である変性シリコーンオイルを含む。
【００２７】
前記変性シリコーンオイルは、２５℃かつ相対湿度６０％の雰囲気中において、含有水分量が好ましくは５００ｐｐｍ以上、より好ましくは８００ｐｐｍ以上である。但し、２５℃かつ相対湿度６０％の雰囲気中において、含有水分量が２０００ｐｐｍ以下であることが好ましく、さらに３０００ｐｐｍ以下であることがより好ましい。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら、本発明による実施形態の表示装置を説明する。以下では、無機ＥＬ表示装置を例に本発明の実施形態を説明するが、本発明はこれに限定されず、本発明を有機ＥＬ表示装置に適用することもできる。また、ＥＬ表示装置に限らず、湿気により素子劣化を示す他の発光型の表示装置についても、本発明を適用することができる。例えば、ポリフルオレン系高分子などのＬＥＰ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｐｏｌｙｍｅｒ）を用いた表示装置が挙げられる。さらに、以下の実施形態では、パッシブ（マルチプレックス）駆動型の表示装置について説明するが、ＴＦＴ（Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などの三端子素子を用いたアクティブマトリクス駆動型の表示装置にも適用することができる。
【００２９】
図１は、本実施形態のＥＬ表示装置を模式的に示す断面図であり、図２は、図１中の発光素子（ＥＬ素子）を模式的に示す断面図である。
【００３０】
図１に示すＥＬ表示装置は、発光素子が形成された素子基板１と、素子基板１に対向する対向基板７と、素子基板１および対向基板７の間隙に充填された充填材１０とを有する。発光素子は、第一透明電極２、第一絶縁層３、発光層４、第二絶縁層５および第二透明電極６から構成される。発光素子は、発光層４が絶縁層３，５で挟持されたいわゆる二重絶縁構造を有する。それぞれが行方向に延びる第一透明電極２のパターンと、それぞれが列方向に延びる第二透明電極６のパターンとが交差する領域が画素領域（ドット）を形成する。両電極２，６の選択ライン間に挟まれた発光層４に、絶縁層３，５を通して交流電圧を印加することで、選択ドットのみを発光させて、ドットマトリックス表示を実現させることができる。交流電圧の印加は、両電極２，６に接続された駆動回路１６により制御される。
【００３１】
本実施形態のＥＬ表示装置は、一対の電極２，６がいずれも透明電極であり、かつ一対の基板１，７がいずれも透明であるので、素子基板１側および対向基板７側の両側から光を取り出すことができる。
【００３２】
図１および図２を参照しながら、本実施形態のＥＬ表示装置を製造する工程について説明する。ガラス基板１上に、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）やＩＺＯ（インジウム亜鉛酸化物）などからなる第一透明電極２のパターンを配線する。その上に、スパッタリング法を用いて、ＳｉＯ２  、Ｓｉ３  Ｎ４  、ＳｉＯＮ、Ｙ２  Ｏ３  、Ａｌ２  Ｏ３  、Ｔａ２  Ｏ５  などからなる第一絶縁層３を形成する。第一絶縁層３上に、ＺｎＳ：Ｍｎなどの材料からなる黄色発光層４を形成し、その上に、第一絶縁層３と同種の材料からなる第二絶縁層５を形成して、発光層４を絶縁層３，５で挟持する。さらに、第二絶縁層５上に、ＩＴＯやＩＺＯなどからなる第二透明電極６を第一透明電極２と交差させて配置する。
【００３３】
図１に示すように、ＥＬ素子を形成したガラス基板（素子基板）１と、掘り込み処理を行なった対向基板７とをエポキシ系接着剤８で貼り合わせる。対向基板７は、少なくとも表示領域が透明なガラス基板であり、対向基板７側から光を取り出すことができる。注入孔９から充填材１０を注入して、ガラス基板（素子基板）１と対向基板７との間隙を充填材１０で充填する。
【００３４】
充填材１０を充填する前に、１Ｐａ以下の真空度において、１００℃〜１６０℃、例えば１３０℃に充填材１０を加熱し攪拌しながら、少なくとも１時間以上、例えば２時間以上脱水処理を施す。また、貼り合わせ後のガラス基板１と対向基板７を、１Ｐａ以下の真空度において、５０℃〜１００℃、例えば７０℃に加熱し、少なくとも１時間以上、例えば２時間以上脱水処理を施す。このような脱水処理を施すことによって、充填材１０を充填した後の充填材１０の水分量を十分に低く抑えることができる。
【００３５】
封止用金属１１により、注入孔９を一次封止した後、キャップガラス用エポキシ系接着剤１２でキャップガラス１３を貼り合わせて、注入孔９を二次封止する。これにより、ＥＬパネルの防湿封止が完了するとともに、本実施形態のＥＬ表示装置が製造される。
【００３６】
充填材は、１）飽和含有水分量が高いこと、２）ＥＬ素子に影響がないレベルの絶縁性を有すること、３）化学的に安定であること、４）環境的に安全であること、５）適切な価格レベルにあること、６）水分子を吸湿あるいは含有できる特性を有することが要求される。これらの要求を満たす材料として、変性シリコーンオイルを含む充填材が選定される。変性シリコーンオイルとしては、アルキル変性シリコーンオイル、フッ素変性シリコーンオイル、ポリエーテル変性シリコーンオイル、アルコール変性シリコーンオイル、アミノ変性シリコーンオイル、エポキシ変性シリコーンオイル、フェノール変性シリコーンオイル、カルボキシ変性シリコーンオイル、メルカプト変性シリコーンオイル等が挙げられる。これらの変性シリコーンオイルの中でも、フェノール変性シリコーンオイルが好適なものとして挙げられる。フェノール変性シリコーンオイルは、例えば下記化１に示す構造式で表される。
【００３７】
【化１】
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【００３８】
表１に、ポリエーテル変性シリコーンオイル、ポリエーテル変性シリコーンオイル（親水基含有品）、フェノール変性シリコーンオイルのそれぞれについて具体例を挙げて、これらのオイル品番、メーカーおよびオイル品種をそれぞれ示す。なお、対照として、ストレートシリコーンオイルに属するメチルフェニルシリコーンオイルの具体例を表１に併せて示す。
【００３９】
【表１】
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【００４０】
表１に示す各シリコーンオイルについて、２５℃かつ６０％ＲＨの雰囲気中における含有水分量および体積抵抗率、オイル色、化学的安定性、環境安全性をそれぞれ表２に示す。表２から、変性シリコーンオイルは、ストレートシリコーンオイルのＳＨ５５０と比べて、含有水分量がかなり多く、体積抵抗率が低い傾向にあることが分かる。但し、各変性シリコーンオイル間で、含有水分量および体積抵抗率にかなりの差がある。しかし、色、化学的安定性および環境安定性については、特に問題となるものはない。
【００４１】
【表２】
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【００４２】
本実施形態では、発光層４を挟む一対の電極２，６がそれぞれ透明電極であるが、一方の基板側からのみ光を取り出す場合には、一対の電極２，６のうち一方の電極を金属電極などの反射電極としても良い。例えば、素子基板１側からのみ光を取り出す場合には、素子基板１側の第一電極２を透明電極とし、対向基板７側の第二電極６をアルミニウム、タングステン、モリブデンなどからなる反射電極としても良い。
【００４３】
発光層４としては、本実施形態で示した黄色発光層だけでなく、白色発光層、青色発光層や緑色発光層が用いられ得る。白色発光層および赤，緑，青の各カラーフィルタを組み合わせるか、あるいは青色発光層、緑色発光層、黄色発光層および赤色フィルタを組み合わせることによって、フルカラー表示のＥＬ表示装置を作成することができる。
【００４４】
本実施形態では、素子基板１および対向基板７として透明なガラス基板を用いているが、両基板１，７のうち少なくとも一方の基板として、プラスチック基板やシリコン基板を用いても良い。プラスチック基板の材料としては、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルスルホンなどが挙げられる。なお、両基板１，７のいずれもが透明であることを要せず、光を取り出す側の基板が透明であれば良い。また、基板全体が透明であることを要せず、少なくとも表示領域部分が透明であれば良い。
【００４５】
（試験例）
表１に記載の各シリコーンオイルを充填材として用いて、下記の評価試験を行った。なお、ＥＬパネルとして、画素数が３２０×２４０ドット、画素ピッチが０．３ｍｍ、電極幅が０．２２ｍｍ、貼り合わせ樹脂幅が３．５ｍｍ、貼り合わせ樹脂厚が４μｍ、充填材領域が１１４×８９ｍｍ、充填材厚が０．３ｍｍのパネルを用いた。
【００４６】
評価１：充填材によるＥＬ素子への影響
２５℃かつ６０％ＲＨ雰囲気において、５００Ｈｚ、動作電圧＝閾値電圧＋４０Ｖ（閾値電圧よりも４０Ｖ高い電圧を動作電圧とする）、パネル表面温度７５℃でエージングを行って、動作安定性を評価した。
【００４７】
評価２：湿気による劣化特性の評価
８５℃かつ８５％ＲＨ雰囲気において、１００Ｈｚ、動作電圧＝閾値電圧＋４０Ｖ、パネル表面温度９０℃でのエージングを行って、非発光部が確認されるまでの時間を計測した。
【００４８】
評価３：充填材の膨張によるＥＬ素子への影響
−４０℃〜９０℃の冷熱温度サイクル試験を行った。上昇および下降をそれぞれ１時間、最高温度（９０℃）および最低温度（−４０℃）での保持をそれぞれ２時間（総計６時間）とし、これを１サイクルとして、ＥＬパネルの損傷の有無を確認した。なお、ＥＬパネルは非動作とした。
【００４９】
表３に上記評価１〜３の結果をそれぞれ示す。表３から、フェノール変性シリコーンオイル（ＢＹ１６−７９９）は、優れた特性を示すことが分かる。一方、ポリエーテル変性シリコーンオイル（ＳＦ８４１９）は、メチルフェニルシリーコンオイル（ＳＨ５５０）と比較して、湿気による劣化特性（評価２）については優れているが、動作安定性（評価１）の点であまり優れているとは言えない。但し、評価１は、加速試験であり、評価１における８０００時間は、実時間換算では約１２倍の９６０００  時間に相当する。実時間換算で９６０００  時間後に、表示に影響がないレベルの軽い素子破壊が発生しても、十分使用可能なレベルであると判断できる。ポリエーテル変性シリコーンオイル（親水基含有品、ＫＦ９４５）は、ＥＬ素子への悪影響があり、充填材には適さない。
【００５０】
【表３】
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【００５１】
表３の結果と表２に示すオイル特性とを考慮すると、２５℃かつ６０％ＲＨの雰囲気中における体積抵抗率が１×１０９  Ω・ｃｍ以上である変性シリコーンオイルであれば、充填材としてＥＬパネルに使用可能であるといえる。充填材として絶縁オイルレベルの高い絶縁特性が必要とされているが、１×１０９  Ω・ｃｍ以上の変性シリコーンオイルであれば、充填材として使用することができる。
【００５２】
また、含有水分量は、より高い方が耐湿寿命の点で有利である。ほとんど全てのストレートシリコーンオイルは、２５℃かつ６０％ＲＨの雰囲気中における含有水分量が５００ｐｐｍ未満である。これに対して、変性シリコーンオイルの多くは、２５℃かつ６０％ＲＨの雰囲気中における含有水分量が５００ｐｐｍ以上であるので、ストレートシリコーンオイルよりも耐湿寿命の点で有利である。
【００５３】
本実施形態の無機ＥＬ表示装置は、２５℃かつ相対湿度６０％の雰囲気中において、体積抵抗率が１×１０９  Ω・ｃｍ以上である変性シリコーンオイルが充填材に含まれているので、優れた耐湿寿命が得られる。特に、２５℃かつ６０％ＲＨの雰囲気中において、含有水分量が５００ｐｐｍ以上の変性シリコーンオイル、例えばフェノール変性シリコーンオイルを充填材に用いることで、耐湿寿命がさらに優れた表示装置を実現することが可能となる。
【００５４】
また、充填材中に吸湿材を混合させる必要がないので、素子基板側からだけでなく、対向基板側からも光を取り出す構造のＥＬパネルに適用することにより、耐湿寿命が優れた透明ＥＬパネルを実現できる。素子基板側から光を取り出す従来の方式においても、吸湿材が不要になることによるコストダウンが可能となる。さらに、素子基板としてセラミック基板等の非透明基板を用い、第一電極、第一絶縁層（厚膜高誘電）、発光層、第二絶縁層（薄膜）、第二電極を基本構造として、対向ガラス基板側から光を取り出す形のハイブリッドＥＬパネルにおいても、優れた耐湿寿命と低コストを実現できる。
【００５５】
実施形態では無機ＥＬ表示装置について効果を示したが、本発明を有機ＥＬ表示装置に適用しても同様の効果が得られる。例えば、吸湿材を用いないことによる透明パネルの実現やコストダウンが可能となる。さらに、ＥＬ表示装置に限らす、湿気により素子劣化を示す他の発光型の表示装置、例えばＬＥＰディスプレイについても、本発明を適用することによる効果は同様である。
【００５６】
【発明の効果】
本発明によれば、湿気による素子劣化を生じる表示装置において、吸湿材を用いなくても優れた耐湿寿命が得られる。また、吸湿材を用いなくても良いので、対向基板側から光を取り出す構造の表示装置において、表示品位が損なわれない。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態のＥＬ表示装置を模式的に示す断面図である。
【図２】図１中の発光素子（ＥＬ素子）を模式的に示す断面図である。
【図３】雰囲気温度を一定（４０℃）としたときの発光素子の劣化部、つまり非発光部の広がりの速度と、相対湿度との関係を示すグラフである。
【図４】雰囲気相対湿度を一定（５０％ＲＨ）としたときの発光素子の劣化部、つまり非発光部の広がりの速度と、温度（温度および絶対湿度が変化する）との関係を示すグラフである。
【図５】従来の薄膜ＥＬ表示パネルを模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
１  ガラス基板（素子基板）
２  第一透明電極
３  第一絶縁層
４  発光層
５  第二絶縁層
６  第二透明電極
７  対向基板
８  接着剤
９  注入孔
１０  充填材
１１  封止金属
１２  接着剤
１３  キャップガラス
１４  吸湿材が混入されたシリコーンオイル
１５  吸湿材
１６  駆動回路
２２  第一電極
２６  第二電極
【図１】
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【図２】
2004362848.tif 000008
【図３】
2004362848.tif 000009
【図４】
2004362848.tif 000010
【図５】
2004362848.tif 000011