JP2011071023A

JP2011071023A - 有機ｅｌ素子の製造方法

Info

Publication number: JP2011071023A
Application number: JP2009222546A
Authority: JP
Inventors: Takashi Kaneko; 高志金子
Original assignee: Harison Toshiba Lighting Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2009-09-28
Filing date: 2009-09-28
Publication date: 2011-04-07

Abstract

【課題】ロール・トゥ・ロール方式でも確実にバリアフィルムを密着することができる有機ＥＬの製造方法を提供する。
【解決手段】可撓性を有する基板２の表面に、複数の第１の電極４を形成する第１の電極形成工程と、第１の電極４の上に有機層５を形成する有機層形成工程と、有機層５の上に第２の電極６を形成する第２の電極形成工程と、複数形成された第１の電極４、有機層５、第２の電極６および基板２の全表面を覆うようにバリアフィルム７を形成するバリアフィルム形成工程と、バリアフィルム７の端部７ａのうち、基板２、第１の電極４あるいは前記第２の電極６の表面に対して平行に形成された端部をレーザー照射により除去するバリアフィルム除去工程とを有する。
【選択図】図４

Description

本発明は、一般照明に用いられる有機ＥＬ素子の製造方法に関する。

従来より、一般照明として、有機ＥＬ（ＯＬＥＤ）素子が注目されている。有機ＥＬ素子の中でも特に可撓性を有する有機ＥＬ素子、いわゆるフレキシブル有機ＥＬ素子が注目されている。フレキシブル有機ＥＬ素子は基板がしなやかであり、巻き取り可能であることから、連続した基板の表面に有機ＥＬ素子部分を形成する、いわゆるロール・トゥ・ロール方式と呼ばれる製造方法を適用することが可能である。

また、フレキシブル有機ＥＬ素子は、有機ＥＬ素子外部から侵入する水分やガスによって劣化するため、信頼性が低下する。フレキシブル有機ＥＬの信頼性を確保するため、有機ＥＬ素子を、水分やガスの透過を抑制するバリアフィルムで覆う必要がある。

バリアフィルムを有する有機ＥＬ素子をロール・トゥ・ロール方式で製造する模式図を、図８ないし図１０を用いて説明する。有機ＥＬ素子１００は、可撓性を有する基板１０１の表面に、有機ＥＬ素子部分１０２が形成される。有機ＥＬ素子部分１０２は、基板１０１の表面に、第１の電極１０３が形成され、第１の電極１０３の上に有機層１０４、有機層１０４の上に第２の電極１０５が形成され、第１の電極１０３、有機層１０４および第２の電極１０５の全表面を覆うようにバリアフィルム１０６が積層して構成される。バリアフィルムは無機層１０７、樹脂層１０８より構成される。この有機ＥＬ素子１００は、図９（ａ）に示す状態で、例えばレーザー照射によって所望の大きさに切断することにより、図９（ｂ）に示すように単一の有機ＥＬ素子１００が形成される。

また、バリアフィルムが用いられた有機ＥＬ素子の一例として、特開２００９−３８００３公報（以下、特許文献１）には、基板、基板上に設けられた被封止物と、被封止物を覆うように設けられたガスバリア性シートとを有する封止体であって、ガスバリア性シートが、被封止物の上面及び側面を被覆するガスバリア膜と、ガスバリア膜を支持する基材、をこの順に有し、基材２におけるガスバリア膜が形成されていない領域と、基板と、を接着する封止体が記載されている。

特開２００９−３８００３号公報

上記従来技術のバリアフィルムを有する有機ＥＬ素子を、ロール・トゥ・ロール方式による製造方法で連続して製造し、レーザー照射によって単一の有機ＥＬ素子１００を形成すると、信頼性が低下することが判明した。これは、図９の破線部および図１０に示すように、単一の有機ＥＬ素子１００を形成するためにレーザー照射によって切断すると、その切断面が露出するため、基板１０１およびバリアフィルム１０６との間、あるいは、バリアフィルム１０６を形成する無機層１０７および樹脂層１０８間に隙間が生じやすくなる。そしてこれらの隙間を介して有機ＥＬ素子１００外部からの水分やガスが有機ＥＬ素子１００内部に透過しやすくなり、水分やガスによって有機ＥＬ素子１００が劣化するためである。

本発明の目的は、ロール・トゥ・ロール方式でも確実にバリアフィルムを密着することができる有機ＥＬの製造方法を提供することにある。

本発明に係る有機ＥＬ素子の製造方法は、可撓性を有する基板の表面に、複数の第１の電極を形成する第１の電極形成工程と、第１の電極の上に有機層を形成する有機層形成工程と、前記有機層の上に第２の電極を形成する第２の電極形成工程と、前記第１の電極、前記有機層、前記第２の電極および前記基板の全表面を覆うようにバリアフィルムを形成するバリアフィルム形成工程と、前記バリアフィルムの前記基板、前記第１の電極あるいは前記第２の電極の表面に対して平行に形成された端部をレーザー照射により除去するとともに、前記バリアフィルムの前記基板の表面に接する端面部を溶解して前記基板に密着するバリアフィルム密着工程と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、ロール・トゥ・ロール方式でも確実にバリアフィルムを密着することができる有機ＥＬの製造方法を提供することができる。

本発明により製造される有機ＥＬ素子の構造を示す斜視図。図１の一点鎖線Ｘ−Ｘ’に沿った断面図。図１の一点鎖線Ｙ−Ｙ’に沿った断面図。図３の破線部の拡大図。本発明の第１の実施の形態である有機ＥＬ素子１の製造方法を示す工程図。図５（ａ）（ｂ）は第１の電極形成工程、同図（ｃ）は有機層形成工程、同図（ｄ）は第２の電極形成工程、同図（ｅ）は無機物層形成工程、同図（ｆ）は無機物層除去工程、同図（ｈ）は樹脂層形成工程、同図（ｈ）は成形工程、同図（ｉ）は基板切断工程。本発明の第１の実施の形態である有機ＥＬ素子１の製造方法の変形例を示す工程図。図６（ａ）（ｂ）は第１の電極形成工程、同図（ｃ）は有機層形成工程、同図（ｄ）は第２の電極形成工程、同図（ｅ）は無機物層形成工程、同図（ｆ）は樹脂層形成工程、同図（ｇ）は成形工程、（ｈ）は基板切断工程。本発明の他の実施の形態を示す図。従来技術を説明するための斜視図。図８の一点鎖線Ｚ−Ｚ’に沿った断面図。図９（ａ）は図８の断面図、図９（ｂ）は有機ＥＬ素子１００を切断した状態図。図９（ｂ）の破線部の拡大図。

以下、本発明の実施の形態を説明する。

（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態を図１ないし図６を参照して説明する。図１は、本発明により製造される有機ＥＬ素子の構造を示す斜視図である。

有機ＥＬ素子１は、図１ないし図３に示すように、例えばＰＥＴやＰＥＮのような透光性や可撓性を有する基板２を主要部として有する。この基板２の表面には、有機ＥＬ素子部分３が形成される。

有機ＥＬ素子部分３は、例えば略立方体であり、図２および図３に示すように、複数の部材が積層することで構成される。有機ＥＬ素子部分３は、基板２の表面に、第１の電極４が形成され、第１の電極４の上に有機層５、有機層５の上に第２の電極６が形成され、第１の電極４、有機層５および第２の電極６を全体的に覆うようにバリアフィルム７が積層して構成される。

第１の電極４は、有機層５に正孔を供給する。第１の電極４は、透明電極であればよく、例えばＩＴＯや酸化亜鉛などで構成される。第１の電極４は、図２および図３に示すように、基板２の表面に、略平面に形成される。第１の電極４は、例えばスパッタ法によって形成される。

有機層５は、第１の電極４および後述する第２の電極６から供給された正孔や電子によって発光する。有機層は例えばα−ＮＰＤやＡｌｑ_３より構成される。有機層５は、図２および図３に示すように、第１の電極４の側面を含めて大部分を覆うように、略平面に形成される。有機層５は、例えば真空蒸着法によって形成される。

第２の電極６は、有機層５に電子を供給する。第２の電極は、導電性を有していればよく、例えばアルミニウムやマグネシウム−銀の合金により構成される。第２の電極６は、図２および図３に示すように、一部分が基板２の表面と接触して形成される。また、第２の電極６は、有機層５の側面を含めて大部分を覆うように、略平面に形成される。第２の電極６は、例えば真空蒸着法により形成される。

バリアフィルム７は、第１の電極４、有機層５および第２の電極６に水分や酸素などが到達しないようにするためのものであり、具体的にはバリアフィルム７で水分や酸素などを閉じこめる。バリアフィルム７は、図３に示すように、基板との界面からの距離Ｌ１、Ｌ２が、例えば１ｍｍ以上であればよい。バリアフィルム７は、無機物層８、樹脂膜９より構成される。

無機物層８は、有機ＥＬ素子１外部から侵入しようとする水分や酸素が、有機ＥＬ素子１の内部に透過するのを抑制する。無機物層８は、例えば窒化ケイ素により構成される。無機物層８は、図２および図３に示すように、第１の電極４、有機層５、第２の電極６の側面を含めて大部分を覆うように形成される。無機物層８は、例えばＣＶＤ法により形成される。

樹脂膜９は、無機物層８と同様に、有機ＥＬ素子１外部から侵入しようとする水分や酸素が、有機ＥＬ素子１の内部に透過するのを抑制する。また、樹脂膜９は、無機物層８のみでバリアフィルム７を形成すると、無機物層８が固いためにクラックが生じやすい。そこで、樹脂膜９は、無機物層８に柔軟性を与え、無機物層８のクラックを抑制する。樹脂膜９は、高分子材料により構成される。樹脂膜９は、図２および図３に示すように、無機物層８の側面を含めて覆うように、形成される。樹脂膜９は、例えば塗布法により形成される。

ここで、第１の電極４および第２の電極６について、更に詳しく説明する。

第１の電極４は、一部分が有機ＥＬ素子部分３、すなわち、有機層５、第２の電極６およびバリアフィルム７から露出して形成されている。また、第２の電極６は、一部分が有機ＥＬ素子部分３、すなわち、バリアフィルム７から露出して形成されている。第１の電極４および第２の電極６が有機ＥＬ素子部分３から露出して形成されている理由は、第１の電極４および第２の電極６が有機ＥＬ素子部分３外部と容易に接続することを可能とするためである。第１の電極４および第２の電極６が有機ＥＬ素子部分３の外部と電気的に接続可能なようにあらかじめ形成されることで、有機ＥＬ素子１を形成後に電気的に接続する経路を設けるために有機ＥＬ素子１に配線経路を形成する必要がなくなる。また有機ＥＬ素子１形成後に配線経路を設けると、有機ＥＬ素子１の配線経路を設けた部分から水分やガスが透過しやすくなるため、第１の電極４および第２の電極６が有機ＥＬ素子部分３から露出して形成されるのが望ましい。

ここで、基板２およびバリアフィルム７の密着状態について、図４を用いて更に詳しく説明する。図４は、図３の破線部の拡大図である。

バリアフィルム７の端部７ａはその端面が外気に露出することなく、基板２の表面に密着していることが望ましい。また、バリアフィルム７の端部７ａは第１の電極４あるいは第２の電極６の表面に密着しているのが望ましい。バリアフィルム７の端部７ａを基板２の表面に密着させる具体的な構成として、図４に示すように、無機物層８の端部８ａおよび樹脂膜９の端部９ａのうち、基板２の表面に対して平行に形成された端部をレーザー照射により除去するとともに、前記バリアフィルムの前記基板の表面に接する端面部を溶解して基板２に密着させる。

次に、有機ＥＬ素子１の製造方法について、図５を用いて更に詳しく説明する。なお、図５（ｅ）〜（ｇ）はバリアフィルム配設工程、同図（ｈ）は成形工程である。

第１の電極形成工程は、図５（ａ）に示すように、連続した細長い帯状の基板２を用意し、その表面上に、図５（ｂ）に示すように第１の電極４を例えばスパッタ法により形成する。この場合、第１の電極４は図２に示すように、基板２の幅方向（Ｘ−Ｘ´）の一方の端部を除いて、幅方向のほぼ前面に形成される。

有機層形成工程は、図５（ｃ）に示すように、第１の電極４の上に、有機層５を例えば真空蒸着法により形成する。このとき、有機層５は、基板２の幅方向に関しては、図２に示すように、両端部を除いた部分の第１の電極４上および基板２上に形成する。第１の電極４の端部が露出するように有機層５を形成することで、第１の電極４が外部と容易に電気的に接続することができる。

第２の電極形成工程は、図５（ｄ）に示すように、有機層５の表面および前記第１の電極４が形成されていない基板２の表面に、第２の電極６を例えば真空蒸着法により形成する。このとき、第２の電極６は、図２に示すように、基板２の幅方向（Ｘ−Ｘ´）の前記第１の電極４が形成されている側の端部を除いて、幅方向のほぼ前面に形成される。第２の電極６を基板２の端部まで形成することにより、第１の電極４と同様に第２の電極６が外部と容易に電気的に接続することができる。

無機物層形成工程は、図５（ｅ）に示すように、複数の第１の電極４、有機層５および第２の電極６の側面も含めて大部分を覆うように、連続した無機物層８を例えばＣＶＤ法により形成する。このとき、第１の電極４、有機層５ならびに第２の電極６および基板２の界面に例えば圧力をかけることで、第１の電極４、有機層５、第２の電極６ならびに基板２および無機物層８の接着をより強固としてもよい。

無機物層除去工程は、図５（ｆ）に示すように、第１の電極４、有機層５および第２の電極６が形成されていない部分に形成された無機物層８を、例えばレーザーを照射することにより除去する。このとき、無機物層８の端部８ａのうち、基板２の表面に対して平行に形成された端部をレーザー照射により除去する。このとき更に、レーザーを照射することで、無機物層８を溶融させることで基板２および無機物層８の端面との接触をより強固としてもよい。同様に、図２に示すように、無機物層８の端部８ａのうち、第１の電極４あるいは第２の電極６の表面に対して平行に形成された端部をレーザー照射により除去する。また、このとき更に、レーザーを照射することで、無機物層８を溶融させることで第１の電極４あるいは第２の電極６の表面および無機物層８の端面との接触をより強固としてもよい。

樹脂膜形成工程は、図５（ｇ）に示すように、無機物層８の側面も含めて覆うように、連続した樹脂膜９を例えば塗布法によって形成する。このとき、無機物層８ならびに基板２および樹脂膜９の界面に例えば圧力をかけることで、無機物層８ならびに基板２および樹脂膜９の接触をより強固としてもよい。

樹脂膜除去工程は、図５（ｈ）に示すように、無機物層８が形成されていない部分に形成された樹脂膜９を、例えばレーザーを照射することにより除去する。このとき、樹脂膜９の端部９ａのうち、基板２の表面に対して平行に形成された端部をレーザー照射により除去する。このとき更に、レーザーを照射することで、樹脂膜９を溶融させることで基板２および樹脂膜９の端面との接触をより強固としてもよい。同様に、図２に示すように、樹脂膜９の端部９ａのうち、第１の電極４あるいは第２の電極６の表面に対して平行に形成された端部をレーザー照射により除去する。また、このとき更に、レーザーを照射することで、樹脂膜９を溶融させることで第１の電極４あるいは第２の電極６の表面および樹脂膜９の端面との接触をより強固としてもよい。

基板切断工程は、図５（ｉ）に示すように、第１の電極４、有機層５、第２の電極６、無機物層８および樹脂膜９が形成されていない部分の基板２に例えばレーザーを照射することで、有機ＥＬ素子１が切断される。これにより、バリアフィルム７が形成された有機ＥＬ素子１を形成することができる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、複数形成された第１の電極４、有機層５および第２の電極６に連続したバリアフィルム７を形成して、不要な部分に形成されたバリアフィルム７を除去するため、基板２の位置出しに特別の機構を要することなく、位置精度よくバリアフィルム７を形成することができる。また、バリアフィルム７は基板２を連続的に移動しながら形成することができるため、ロール・トゥ・ロール方式にバリアフィルムを形成する製造方法を適用することができる。

また、本実施の形態では、無機物層８および樹脂膜９を形成する際に都度無機物層８ならびに樹脂膜９および基板２を密着することができるため、有機ＥＬ素子１に水分や酸素が無機物層８ならびに樹脂膜９および基板２を接触した部分から進入することを防止することができるため、有機ＥＬ素子１の信頼性を向上させることができる。

なお、無機物層８および樹脂膜９がどのような方法によって封着されたかどうかは判断することが可能である。例えば、本実施の形態のような製造方法で得られた有機ＥＬ素子１においては、例えば有機ＥＬ素子部分３が形成された側の基板２の炭素量と、有機ＥＬ素子部分３が形成されていない側の基板２の炭素量とを、例えばＥＰＭＡやＸＰＳにより分析することで判断することができる。これは、基板２および樹脂膜９の封着部分が、少なくとも樹脂膜９をレーザー照射により除去しているためである。樹脂膜９にレーザーを照射して除去することで、少なくとも樹脂膜９の残渣である有機化合物が基板２に付着する。このことより、どのような製造方法を用いて製造したかを客観的に推定できる。

したがって、上記製造方法によれば、ロール・トゥ・ロール方式でも確実にバリアフィルムを密着することができる有機ＥＬの製造方法を提供することができる。

なお、図５に示す有機ＥＬ素子１の製造方法の変形例について、図６に示す。この製造方法では、バリアフィルム７を形成して除去するバリアフィルム形成工程およびバリアフィルム除去工程のみが異なり、他は同一であるため、同一部分には同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。

有機物層形成工程は、図６（ｅ）（ｆ）に示すように、無機物層８の側面も含めて覆うように、連続した樹脂膜９を形成する。このとき、基板２および無機物層８ならびに樹脂膜９の界面に例えば圧力をかけることで、基板２および無機物層８ならびに樹脂膜９の接着をより強固としてもよい。

バリアフィルム除去工程は、図６（ｇ）に示すように、第１の電極４、有機層５および第２の電極６が形成されていない部分に形成された無機物層８および樹脂膜９を、例えばレーザー照射することにより除去する。このとき、基板２および樹脂膜９の界面９ａに、更にレーザー照射することで、樹脂膜９を溶融させて、基板２および樹脂膜９の接触をより強固としてもよい。

したがって、本変形例でも、同様の効果を得ることができる。

また、本実施の形態では、無機物層８および樹脂膜９を同じ工程で除去しているため、第１の実施の形態よりも工程数を削減することができ、生産性を向上させることが可能である。

なお、本発明は上記構成に限定されるものではなく、例えば以下の通りにしてもよい。

基板２の材料は限定されない。要は、透光性や可撓性を有する基板であればどのような材料を用いてもよい。また、基板２のガス透過量を抑制するため、基板２にガスバリア性を有するバリアフィルムを形成してもよい。

また、第１の電極４の材料は限定されない。要は、有機層５から放出される光を透過する導電性の物質であればよい。

また、有機層５の構成や材料は限定されない。例えば、有機層５が正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層から形成されていてもよい。

また、第２の電極６の材料は限定されない。要は、導電性の物質であればよい。

また、バリアフィルム７は、無機物層８、樹脂膜９が一体形成されてもよい。

また、無機物層８ならびに樹脂膜９および基板２の接触様式は限定されない。例えば、無機物層８ならびに樹脂膜９および基板２の接着をより強固とするため、図７に示すように、無機物層８を構成する平面ならびに樹脂膜９を構成する平面および基板２が接触していてもよい。

１有機ＥＬ素子
２基板
３有機ＥＬ素子部分
４第１の電極
５有機層
６第２の電極
７バリアフィルム
８無機物層
９樹脂膜

Claims

可撓性を有する基板の表面に、複数の第１の電極を形成する第１の電極形成工程と、
第１の電極の上に有機層を形成する有機層形成工程と、
前記有機層の上に第２の電極を形成する第２の電極形成工程と、
複数形成された前記第１の電極、前記有機層、前記第２の電極および前記基板の全表面を覆うようにバリアフィルムを形成するバリアフィルム形成工程と、
前記バリアフィルムの前記基板、前記第１の電極あるいは前記第２の電極の表面に対して平行に形成された端部をレーザー照射により除去するバリアフィルム除去工程と、を有することを特徴とする有機ＥＬ素子の製造方法。
前記バリアフィルム除去工程は、前記バリアフィルムの前記基板の表面に接する端面部を溶解して前記基板に密着するバリアフィルム密着工程とを含むことを特徴とする請求項１記載の有機ＥＬ素子の製造方法。
前記バリアフィルムは無機物層および樹脂膜を含むことを特徴とする請求項１記載の有機ＥＬ素子の製造方法。