WO2012046742A1 - 有機el装置 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to an organic EL device, a lighting device, a planar light source, and a display device.
- An organic EL (Electro Luminescence) element has a structure in which a plurality of thin films are stacked. Flexibility can be imparted to the element itself by appropriately setting the thickness and material of each thin film.
- the entire apparatus on which the organic EL element is mounted can be a flexible apparatus.
- the organic EL element deteriorates when exposed to the outside air. Therefore, the organic EL element is usually hermetically sealed by a predetermined sealing member. However, the organic EL element may deteriorate even after the organic EL element is formed and before the sealing member is provided. In order to prevent this deterioration, in the invention described in Patent Document 1, the organic EL element is covered with a protective film immediately after the organic EL element is formed.
- Patent Document 1 discloses a protective film made of SiO 2 , SiN x , SiO x Ny, MgF, In 2 O 3 , polyparaxylylene, or the like.
- the protective film does not have sufficient characteristics to block oxygen and moisture, that is, gas barrier properties, and even if a protective film is provided, the organic EL element deteriorates.
- the protective film is not suitable for a method of manufacturing an organic EL device by, for example, a roll-to-roll method.
- an object of the present invention is to provide an organic EL device having a protective film that has a high gas barrier property and suppresses a decrease in the gas barrier property due to bending.
- the present invention provides an organic EL device comprising: a first film; an organic EL element provided on the first film; and a protective film that covers a surface of the organic EL element opposite to the first film.
- the protective film contains silicon (silicon atoms), oxygen (oxygen atoms), and carbon (carbon atoms), and the ratio of the number (number) of silicon atoms to the total amount of silicon atoms, oxygen atoms, and carbon atoms (silicon atoms) Ratio), the ratio of oxygen atom quantity (number) (oxygen atom ratio), and the ratio of carbon atom quantity (number) (carbon atom ratio), and the protection in the thickness direction (film thickness direction) of the protective film.
- a silicon distribution curve, an oxygen distribution curve, and a carbon distribution curve, each representing a relationship with the distance from one surface of the film are as follows: (I) Of the ratio of the number of silicon atoms, the ratio of the number of oxygen atoms, and the ratio of the number of carbon atoms in the region of 90% or more in the thickness direction (film thickness direction) of the protective film, The ratio is the second largest value, (Ii) the carbon distribution curve has at least one extreme value; and (iii) the difference (absolute value) between the maximum value and the minimum value of the ratio of the number of carbon atoms in the carbon distribution curve is 5 atomic% (at %) Or more, Meet.
- the organic EL device may further include a second film that is disposed to face the first film and seals the organic EL element together with the first film.
- An organic EL element and a protective film are disposed between the second film and the first film.
- the present invention is arranged on the first film with the organic EL element and the protective film interposed between the first film, and seals the organic EL element together with the first film.
- the present invention relates to an organic EL device having a second film to be stopped.
- this invention includes the process of forming an organic EL element on a 1st film, and the process of forming the protective film which covers the surface on the opposite side to the said 1st film of an organic EL element, and organic EL.
- the invention relates to a method of manufacturing a device.
- the formed protective film contains silicon atoms, oxygen atoms and carbon atoms, and the ratio of the number of silicon atoms to the total amount of silicon atoms, oxygen atoms and carbon atoms, the ratio of the number of oxygen atoms and the number of carbon atoms.
- a silicon distribution curve, an oxygen distribution curve, and a carbon distribution curve representing the relationship between the ratio and the distance from one surface of the protective film in the thickness direction of the protective film are as follows: (I) In the region of 90% or more in the thickness direction of the protective film, the ratio of the number of silicon is the second among the ratio of the number of silicon atoms, the ratio of the number of oxygen atoms, and the ratio of the number of carbon atoms. A large value, (Ii) the carbon distribution curve has at least one extreme value; and (iii) the difference between the maximum value and the minimum value of the ratio of the number of carbon atoms in the carbon distribution curve is 5 atomic% or more. Meet.
- the second film is formed so that the organic EL element and the protective film are disposed between the second film and the first film.
- the process of bonding to 1 film may further be included.
- the organic EL element and the protective film are interposed between the first film and the second film on the first film.
- the process of bonding a film may be included. In this case, the second film may be bonded to the first film under an air atmosphere.
- the first film is wound into a roll together with the organic EL element and the protective film, and the wound first film, organic EL element, and protective film are stored.
- the process may further be included.
- the wound first film, organic EL element, and protective film may be stored in an air atmosphere.
- the present invention relates to an illumination device, a surface light source device, and a display device having the organic EL device.
- the organic EL element can be covered with a protective film that has a high gas barrier property and is unlikely to deteriorate even when bent. Therefore, after forming a protective film, it can suppress that an organic EL element deteriorates by sealing an organic EL element with a sealing member etc.
- the organic EL device includes a first film, an organic EL element provided on the first film, and a protective film formed so as to cover the organic EL element.
- a protective film covers the whole surface on the opposite side to the 1st film of an organic EL element.
- Organic EL elements mounted on organic EL devices can be broadly classified into the following three types of elements. That is, the organic EL element (I) emits light toward a support substrate on which the organic EL element is mounted, a so-called bottom emission type element, and (II) emits light toward the opposite side of the support substrate. And so-called top emission type elements, and (III) a dual emission type element that emits light toward the support substrate and emits light toward the opposite side of the support substrate. .
- the organic EL element mounted on the organic EL device according to this embodiment may be any type of element.
- the organic EL device further includes a second film as necessary.
- This 2nd film is arrange
- the organic EL element and the protective film are sealed with the first film and the second film.
- FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the organic EL device of this embodiment.
- the organic EL device 13 according to the embodiment shown in FIG. 1 includes a first film 1, an organic EL element 2 mounted on the first film 1, and a protective film 3 that protects the organic EL element 2.
- the protective film 3 has high gas barrier properties by satisfying conditions (i), (ii), and (iii) described later, and can further suppress a decrease in gas barrier properties when bent.
- the protective film can maintain a high gas barrier property even when the organic EL device 13 is rolled up, and the gas barrier property is high.
- the wound organic EL device can be stored in an air atmosphere. Since a high gas barrier property can be maintained even if the protective film is bent, a roll-to-roll method can be suitably applied as a method for manufacturing an organic EL device.
- the bonding can be performed by a roll-to-roll method. Furthermore, this bonding can also be performed in an air atmosphere.
- the protective film contains silicon atoms, oxygen atoms, and carbon atoms.
- the ratio of the number of silicon atoms (the atomic ratio of silicon), the ratio of the number (quantity) of oxygen atoms (the atomic ratio of oxygen) and the ratio of the number of carbon atoms (carbon) to the total amount of silicon atoms, oxygen atoms and carbon atoms.
- the atomic ratio of each atom is measured while changing the distance from one surface of the protective film in the thickness direction (thickness direction) of the protective film, whereby the relationship between the atomic ratio of each atom and the distance from the surface of the protective film Can be obtained silicon distribution curve, oxygen distribution curve and carbon distribution curve, respectively.
- the silicon atomic ratio is the second largest value among the silicon atomic ratio, oxygen atomic ratio, and carbon atomic ratio.
- the carbon distribution curve has at least one extreme value.
- the difference (absolute value) between the maximum value and the minimum value of the atomic ratio of carbon in the carbon distribution curve is 5 at% or more.
- condition (i) means that the following formula (1) or the following formula (2) is satisfied in a region of 90% or more in the thickness direction of the protective film.
- the organic EL device may have another layer that does not satisfy at least one of the conditions (i) to (iii).
- the protective film or other layer may further contain nitrogen atoms, aluminum atoms, and the like.
- the gas barrier property of the protective film is lowered. It is preferable that the region satisfying the above formula (1) or (2) occupies 90% or more of the thickness of the protective film. This ratio is more preferably 95% or more, and still more preferably 100%.
- the carbon distribution curve needs to have at least one extreme value as the condition (ii).
- the carbon distribution curve preferably has two extreme values, and more preferably has three or more extreme values.
- the gas barrier property is lowered when the obtained protective film is bent.
- the distance in the thickness direction between adjacent extreme values of the carbon distribution curve is preferably 200 nm or less, and more preferably 100 nm or less.
- the extreme value means a maximum value or a minimum value in a distribution curve obtained by plotting an atomic ratio of an element with respect to a distance from the surface of the protective film in the thickness direction of the protective film.
- the maximum value is a point where the value of the atomic ratio of the element changes from increasing to decreasing with the change of the distance from the surface of the protective film, and the atomic ratio value of the element at that point.
- the atomic ratio of an element at a point where the atomic ratio of the element at a position where the distance from the surface of the protective film in the thickness direction of the protective film from the point is further changed by 20 nm is reduced by 3 at% or more.
- the minimum value is a point where the value of the atomic ratio of the element changes from decreasing to increasing with a change in the distance from the surface of the protective film, and compared with the value of the atomic ratio of the element at that point,
- the atomic ratio of the element at the point where the value of the atomic ratio of the element at a position where the distance from the surface in the thickness direction of the protective film from the point is further changed by 20 nm further increases by 3 at% or more.
- the difference between the maximum value and the minimum value of the atomic ratio of carbon in the carbon distribution curve needs to be 5 at% or more.
- the difference between the maximum value and the minimum value of the atomic ratio of carbon is more preferably 6 at% or more, and further preferably 7 at% or more. If this difference is less than 5 at%, the gas barrier property of the protective film is lowered when the second film is bent.
- the upper limit of the difference is not particularly limited, but is usually about 30 at%.
- the oxygen distribution curve of the protective film preferably has at least one extreme value, more preferably has at least two extreme values, and more preferably has at least three extreme values.
- the oxygen distribution curve has an extreme value, the gas barrier property tends to be less likely to occur due to the bending of the protective film.
- the oxygen distribution of the protective film has at least three extreme values, the protective film in the thickness direction of each protective film between one extreme value of the oxygen distribution curve and the extreme value adjacent to the extreme value.
- the difference in distance from the surface is preferably 200 nm or less, and more preferably 100 nm or less.
- the difference between the maximum value and the minimum value of the oxygen atomic ratio in the oxygen distribution curve of the protective film is preferably 5 at% or more, more preferably 6 at% or more, and further preferably 7 at% or more. If this difference is equal to or greater than the lower limit, the gas barrier property tends to be less likely to occur due to the bending of the protective film.
- the upper limit of this difference is not particularly limited, but is usually about 30 at%.
- the difference between the maximum value and the minimum value of the atomic ratio of silicon in the silicon distribution curve of the protective film is preferably less than 5 at%, more preferably less than 4 at%, and even more preferably less than 3 at%. If this difference is less than the upper limit, the gas barrier property of the protective film tends to be particularly high.
- Oxygen carbon distribution curve difference between maximum and minimum values Expresses the relationship between the distance from the surface of the layer in the thickness direction of the protective film and the ratio of the total amount of oxygen atoms and carbon atoms to the total amount of silicon atoms, oxygen atoms and carbon atoms (atomic ratio of oxygen and carbon)
- the difference between the maximum value and the minimum value of the total atomic ratio of oxygen and carbon is preferably less than 5 at%, more preferably less than 4 at%, and more preferably less than 3 at%. Further preferred. If this difference is less than the upper limit, the gas barrier property of the protective film tends to be particularly high.
- the silicon distribution curve, oxygen distribution curve, carbon distribution curve, and oxygen carbon distribution curve are obtained by combining X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) measurement with rare gas ion sputtering such as argon. It can be created by so-called XPS depth profile measurement in which surface composition analysis is sequentially performed while being exposed.
- XPS depth profile measurement in which surface composition analysis is sequentially performed while being exposed.
- a distribution curve obtained by such XPS depth profile measurement can be created, for example, with the vertical axis as the atomic ratio (unit: at%) of each element and the horizontal axis as the etching time (sputtering time).
- the etching time generally correlates with the distance from the surface of the protective film in the thickness direction of the protective film.
- the distance from the surface of the gas barrier layer calculated from the relationship between the etching rate and the etching time adopted in the XPS depth profile measurement is Can be adopted.
- an argon (Ar +) rare gas ions sputter method using the adopted as an etching ion species the etching rate (etching rate) was 0.05 nm / sec ( It is preferable to set the value in terms of SiO 2 thermal oxide film.
- the protective film is substantially uniform in the film surface direction (direction parallel to the main surface (surface) of the protective film).
- the protective film is substantially uniform in the film surface direction
- “the protective film is substantially uniform in the film surface direction” means that an oxygen distribution curve and a carbon distribution curve are measured at any two measurement points on the film surface of the protective film by XPS depth profile measurement.
- the oxygen carbon distribution curve is created, the number of extreme values of the carbon distribution curve obtained at any two measurement points is the same, and the maximum value of the carbon atomic ratio in each carbon distribution curve The difference from the minimum value is the same as each other, or the difference is within 5 at%.
- the carbon distribution curve is preferably substantially continuous.
- “the carbon distribution curve is substantially continuous” means that a portion in which the atomic ratio of carbon in the carbon distribution curve changes discontinuously is not included. Specifically, this is because the distance (x, unit: nm) from the surface of the layer in the thickness direction of the protective film calculated from the etching rate and etching time, and the atomic ratio of carbon (c, unit: at) %) In relation to the following formula (F1): ⁇ 1.0 ⁇ (dc / dx) ⁇ 1.0 (F1) It means that the condition represented by is satisfied.
- the protective film according to the present embodiment only needs to include at least one film that satisfies all of the above conditions (i) to (iii), and the protective film includes a film that satisfies all of the above conditions (i) to (iii). Two or more layers may be provided. When the protective film includes two or more such films, the materials of the plurality of films may be the same or different.
- silicon atoms and oxygen in the protective film when the atomic ratio of silicon, the atomic ratio of oxygen, and the atomic ratio of carbon satisfy the condition expressed by the formula (1), silicon atoms and oxygen in the protective film
- the atomic ratio of the silicon atom content to the total amount of atoms and carbon atoms is preferably 25 to 45 at%, more preferably 30 to 40 at%.
- the atomic ratio of the oxygen atom content to the total amount of silicon atoms, oxygen atoms and carbon atoms in the protective film is preferably 33 to 67 at%, more preferably 45 to 67 at%.
- the atomic ratio of the carbon atom content to the total amount of silicon atoms, oxygen atoms and carbon atoms in the protective film is preferably 3 to 33 at%, and more preferably 3 to 25 at%.
- silicon in the protective film when the silicon atomic ratio, oxygen atomic ratio, and carbon atomic ratio satisfy the condition expressed by the above formula (2), silicon in the protective film
- the atomic ratio of the content of silicon atoms with respect to the total amount of atoms, oxygen atoms and carbon atoms is preferably 25 to 45 at%, more preferably 30 to 40 at%.
- the atomic ratio of the oxygen atom content to the total amount of silicon atoms, oxygen atoms and carbon atoms in the protective film is preferably 1 to 33 at%, more preferably 10 to 27 at%.
- the atomic ratio of the carbon atom content to the total amount of silicon atoms, oxygen atoms and carbon atoms in the protective film is preferably 33 to 66 at%, and more preferably 40 to 57 at%.
- the thickness of the protective film is preferably 5 to 3000 nm, more preferably 10 to 2000 nm, and particularly preferably 100 to 1000 nm. When the thickness of the protective film is within these numerical ranges, more excellent gas barrier properties such as oxygen gas barrier properties and water vapor barrier properties are obtained, and a decrease in gas barrier properties due to bending tends to be more effectively suppressed.
- the total thickness of the plurality of films is usually 10 to 10000 nm, preferably 10 to 5000 nm, more preferably 100 to 3000 nm, More preferably, it is 200 to 2000 nm.
- a superior gas barrier property such as oxygen gas barrier property and water vapor barrier property can be obtained, and a decrease in gas barrier property due to bending tends to be more effectively suppressed. is there.
- the protective film is preferably a layer formed by a plasma chemical vapor deposition method.
- the protective film formed by the plasma chemical vapor deposition method is a plasma in which the first film and the organic EL element provided thereon are disposed on a pair of film forming rolls and discharged between the pair of film forming rolls. More preferably, the layer is formed by a plasma enhanced chemical vapor deposition method for generating methane. When discharging between the pair of film forming rolls, it is preferable to reverse the polarity of the pair of film forming rolls alternately.
- the film forming gas used for such plasma chemical vapor deposition preferably includes an organosilicon compound and oxygen.
- the oxygen content in the film forming gas is preferably less than or equal to the theoretical oxygen amount necessary for complete oxidation of the entire amount of the organosilicon compound in the film forming gas.
- the protective film is preferably a layer formed by a continuous film forming process. Details of a method for forming a protective film using such a plasma chemical vapor deposition method will be described in a method for manufacturing a protective film described later.
- a protective film is formed so that the organic EL element previously formed on the 1st film may be covered with a 1st film.
- plasma chemical vapor deposition plasma chemical vapor deposition
- This plasma chemical vapor deposition method may be a plasma chemical vapor deposition method using a Penning discharge plasma method.
- the first film is disposed on the surface and discharged between a pair of film forming rolls to generate plasma.
- the other film forming roll is formed while forming a protective film on the first film and the organic EL element existing on one film forming roll during film formation.
- a protective film can be simultaneously formed on the first film and the organic EL element existing on the upper film.
- a film having the same structure can be simultaneously formed at a double film formation rate.
- An apparatus that can be used when manufacturing a protective film by such plasma chemical vapor deposition is not particularly limited, and includes at least a pair of film forming rolls and a plasma power source, and the pair of film forming rolls. It is preferable that the device is capable of discharging in between. For example, by using the manufacturing apparatus shown in FIG. 2, it is possible to manufacture a protective film by a roll-to-roll method using a plasma chemical vapor deposition method.
- FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of a manufacturing apparatus that can be suitably used for manufacturing the protective film according to the present embodiment.
- the same or corresponding elements are denoted by the same reference numerals, and overlapping descriptions are omitted as appropriate.
- the manufacturing apparatus shown in FIG. 2 includes a feed roll 701, transport rolls 21, 22, 23, and 24, a pair of film forming rolls 31 and 32 disposed opposite to each other, a gas supply pipe 41, and a plasma generation power source. 51, magnetic field generators 61 and 62 installed inside the film forming rolls 31 and 32, and a winding roll 702.
- a vacuum chamber (not shown).
- This vacuum chamber is connected to a vacuum pump (not shown), and the pressure in the vacuum chamber can be appropriately adjusted by such a vacuum pump.
- each film forming roll has a plasma generation power source so that a pair of film forming rolls (film forming roll 31 and film forming roll 32) can function as a pair of counter electrodes.
- 51 is connected.
- a discharge is generated in the space between the film forming roll 31 and the film forming roll 32, and thereby plasma is generated in the space between the film forming roll 31 and the film forming roll 32.
- the material and design may be changed as appropriate so that they can also be used as electrodes.
- the pair of film forming rolls are preferably arranged so that their central axes are substantially parallel on the same plane.
- a pair of film-forming rolls (film-forming rolls 31 and 32) are arranged, and a protective film is formed on each film-forming roll, so that the film is formed on one film-forming roll.
- the film formation rate can be doubled.
- the films having the same structure can be stacked, it is possible to at least double the number of extreme values in the carbon distribution curve. According to such a manufacturing apparatus, it is possible to form a protective film on the surface of the first film 1 and the organic EL element by the CVD method, and the first film 1 and the organic EL are formed on the film forming roll 31.
- the film component While depositing the film component on the surface of the element, the film component can also be deposited on the surface of the first film 1 and the organic EL element on the film forming roll 32. Therefore, a protective film can be efficiently formed on the surfaces of the first film 1 and the organic EL element.
- magnetic field generators 61 and 62 are provided inside the film forming roll 31 and the film forming roll 32.
- the magnetic field generators 61 and 62 are fixed so as not to rotate even if the film forming roll rotates.
- the diameters of the film forming rolls 31 and 32 are preferably substantially the same from the viewpoint of forming a thin film more efficiently.
- the diameters of the film forming rolls 31 and 32 are preferably 5 to 100 cm from the viewpoint of discharge conditions, chamber space, and the like.
- the first film is disposed on a pair of film forming rolls (film forming roll 31 and film forming roll 32) so that the surfaces of the first film face each other.
- the first film existing between the pair of film-forming rolls is generated when the plasma is generated by performing discharge between the film-forming roll 31 and the film-forming roll 32.
- the film component is deposited on the surface of the first film and the organic EL element on the film forming roll 31 by the CVD method, and further, the first component is formed on the film forming roll 32.
- Film components can be deposited on the surface of the film and the organic EL element. Therefore, it is possible to efficiently form a gas barrier layer on the surfaces of the first film and the organic EL element.
- the winding roll 702 is not particularly limited as long as it can wind the first film 1 on which the protective film is formed, and is appropriately selected from commonly used rolls.
- the gas supply pipe 41 only needs to be able to supply or discharge the raw material gas or the like at a predetermined speed.
- a power source of a normal plasma generating apparatus can be used as appropriate.
- the plasma generating power supply 51 supplies power to the film forming roll 31 and the film forming roll 32 connected to the power supply 51, and makes it possible to use these as counter electrodes for discharge.
- a power source such as an AC power source
- a power source that can alternately reverse the polarity of a pair of film forming rolls is used. Is preferred.
- the plasma generation power source 51 can set the applied power to 100 W to 10 kW and the AC frequency to 50 Hz to 500 kHz in order to perform plasma CVD more efficiently.
- the magnetic field generators 61 and 62 normal magnetic field generators can be used as appropriate.
- a base material sent out from the feed roll in addition to the first film and the organic EL element, a base material having a protective film previously formed thereon can be used. As described above, the protective film can be further thickened by forming the protective film in multiple times.
- the manufacturing apparatus shown in FIG. 2 for example, by appropriately adjusting the type of source gas, the power of the electrode drum of the plasma generator, the pressure in the vacuum chamber, the diameter of the film forming roll, and the film transport speed Can be a protective film.
- the manufacturing apparatus shown in FIG. 2 By using the manufacturing apparatus shown in FIG. 2 to generate a discharge between a pair of film-forming rolls (film-forming rolls 31 and 32) while supplying a film-forming gas (such as a raw material gas) into the vacuum chamber,
- a film-forming gas such as a raw material gas
- the film gas is decomposed by plasma, and a protective film is formed on the surface of the first film on the film forming roll 31 and on the surface of the first film on the film forming roll 32 by the plasma CVD method. Is done.
- the first film 1 is conveyed by the delivery roll 701, the film formation roll 31, and the like, respectively. Therefore, the first film 1 is formed by a roll-to-roll continuous film formation process.
- a protective film covering the organic EL element is formed on the surface.
- the source gas in the film forming gas used for forming the protective film is appropriately selected according to the material of the protective film to be formed.
- the source gas for example, an organosilicon compound containing silicon can be used.
- the source gas may contain monosilane as a silicon source in addition to the organosilicon compound.
- the source gas is, for example, hexamethyldisiloxane, 1,1,3,3-tetramethyldisiloxane, vinyltrimethylsilane, methyltrimethylsilane, hexamethyldisilane, methylsilane, dimethylsilane, trimethylsilane, diethylsilane, propylsilane, At least one organosilicon compound selected from the group consisting of phenylsilane, vinyltriethoxysilane, vinyltrimethoxysilane, tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, phenyltrimethoxysilane, methyltriethoxysilane, and octamethylcyclotetrasiloxane including.
- organosilicon compounds hexamethyldisiloxane and 1,1,3,3-tetramethyldisiloxane are preferable from the viewpoints of handling properties of the compound and gas barrier properties of the resulting gas barrier layer.
- organosilicon compounds can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.
- the film forming gas may contain a reactive gas in addition to the source gas.
- a gas that reacts with the raw material gas to form an inorganic compound such as oxide or nitride can be appropriately selected and used.
- a reaction gas for forming an oxide for example, oxygen or ozone can be used.
- the reaction gas for forming the nitride for example, nitrogen or ammonia can be used. These reaction gases are used alone or in combination of two or more. For example, when oxynitride is formed, a reaction gas for forming an oxide and a reaction gas for forming a nitride can be combined.
- a carrier gas may be used as necessary in order to supply a source gas into the vacuum chamber.
- a discharge gas may be used as necessary in order to generate plasma discharge.
- a carrier gas and a discharge gas known ones can be used as appropriate.
- a rare gas such as helium, argon, neon, and xenon, or hydrogen can be used as the carrier gas or the discharge gas.
- the ratio of the source gas and the reactive gas is greater than the ratio of the amount of the reactive gas that is theoretically necessary to completely react the source gas and the reactive gas. However, it is preferable not to make the ratio of the reaction gas excessive.
- a thin film (protective film) satisfying all the above conditions (i) to (iii) can be formed particularly efficiently.
- the deposition gas contains an organosilicon compound and oxygen
- the amount of oxygen in the deposition gas is less than or equal to the theoretical oxygen amount required to fully oxidize the entire amount of the organosilicon compound in the deposition gas. Is preferred.
- a gas containing hexamethyldisiloxane organosilicon compound: HMDSO: (CH 3 ) 6 Si 2 O :) as a source gas and oxygen (O 2 ) as a reaction gas is used as a film forming gas
- organosilicon compound: HMDSO: (CH 3 ) 6 Si 2 O :) as a source gas
- oxygen (O 2 ) as a reaction gas
- a film-forming gas containing hexamethyldisiloxane (HMDSO, (CH 3 ) 6 Si 2 O) as a source gas and oxygen (O 2 ) as a reaction gas is reacted by plasma CVD to form a silicon-oxygen-based material.
- HMDSO hexamethyldisiloxane
- O 2 oxygen
- the following reaction formula (3) in the film-forming gas (CH 3 ) 6 Si 2 O + 12O 2 ⁇ 6CO 2 + 9H 2 O + 2SiO 2 (3)
- the reaction represented by this occurs and silicon dioxide is formed.
- the amount of oxygen necessary to completely oxidize 1 mol of hexamethyldisiloxane is 12 mol.
- a uniform silicon dioxide film can be formed when 12 moles or more of oxygen is contained in 1 mole of hexamethyldisiloxane and completely reacted in the film forming gas.
- the oxygen amount is set to a stoichiometric ratio of 12 with respect to 1 mol of hexamethyldisiloxane so that the reaction of the above formula (3) does not proceed completely. It is preferable to make it less than a mole.
- the raw material hexamethyldisiloxane and the reaction gas oxygen are supplied from the gas supply unit to the film formation region to form a film, so the molar amount (flow rate) of oxygen in the reaction gas
- the molar amount (flow rate) is 12 times the molar amount (flow rate) of the raw material hexamethyldisiloxane
- the reaction does not proceed completely, and oxygen is compared to the stoichiometric ratio. It is thought that the reaction is often completed only when a large excess is supplied.
- the molar amount (flow rate) of oxygen may be about 20 times or more the molar amount (flow rate) of hexamethyldisiloxane as a raw material. Therefore, the molar amount (flow rate) of oxygen with respect to the molar amount (flow rate) of the raw material hexamethyldisiloxane is preferably an amount of 12 times or less (more preferably 10 times or less) which is the stoichiometric ratio. .
- the molar amount (flow rate) of oxygen with respect to the molar amount (flow rate) of hexamethyldisiloxane in the film forming gas is greater than 0.1 times the molar amount (flow rate) of hexamethyldisiloxane. It is preferable that the amount is more than 0.5 times.
- the pressure in the vacuum chamber (degree of vacuum) can be adjusted as appropriate according to the type of source gas, but is preferably in the range of 0.1 Pa to 50 Pa.
- an electrode drum connected to the plasma generating power supply 51 (in this embodiment, the film forming rolls 31 and 32 are installed).
- the conveyance speed (line speed) of the first film can be appropriately adjusted according to the type of source gas, the pressure in the vacuum chamber, etc., but is preferably 0.1 to 100 m / min. More preferably, it is 5 to 20 m / min.
- line speed is less than the lower limit, wrinkles due to heat tend to occur in the film, and when the line speed exceeds the upper limit, the thickness of the protective film formed tends to be thin.
- the first film can be wound into a roll together with the organic EL element and the protective film and stored until the second film described later is bonded.
- This storage step is performed, for example, in a vacuum, in an inert gas atmosphere, or in an air atmosphere. In view of simplicity of the process, an inert gas atmosphere or an air atmosphere is preferable, and an air atmosphere is more preferable. Even when the storage step is performed in an inert gas atmosphere or an atmospheric atmosphere, the gas barrier property of the protective film wound up in a roll is not easily lowered, and the protective film has a high gas barrier property. Deterioration of the organic EL element can be suppressed.
- FIG. 3 shows a form in which a top emission type organic EL element is provided as an example
- FIG. 4 shows a form in which a bottom emission type organic EL element is provided.
- FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing the organic EL device of this embodiment.
- the organic EL element 2 is mounted on the first film 1, and the protective film 3 is formed so as to cover the organic EL element 2.
- the second film 11 is disposed on the first film 1 with the organic EL element 2 and the protective film 3 interposed between the second film 11 and the first film 1.
- the second film 11 seals the organic EL element 2 together with the first film 1.
- the 1st film 1 and the 2nd film 11 are bonded together via the contact bonding layer 4 provided between them.
- the organic EL element 2 of the present embodiment shown in FIG. 3 is a top emission type element, and emits light toward the second film 11. Therefore, the second film 11 needs to be formed by a member that transmits light.
- the first film 1 corresponding to the support substrate in the present embodiment may be formed of an opaque member that does not transmit light.
- the first film 1 a plastic film or a metal film can be used, and a metal film is preferable. Since the metal film has a higher gas barrier property than a plastic film or the like, the gas barrier property of the organic EL device can be improved.
- the metal film for example, a thin plate of Al, Cu or Fe and a thin plate of an alloy such as stainless steel can be used.
- the second film 11 a film having a high gas barrier property is preferably used.
- the 2nd film 11 is provided on the main surface by the side of the organic EL element 2 of the base material 6 of the base material 6, and is comprised from the gas barrier layer 5 which has high gas barrier property.
- the gas barrier layer 5 may be composed of alternately stacked organic layers and inorganic layers, or the same thin film as the protective film 3 described above may be used as the gas barrier layer 5.
- the gas barrier layer 5 is preferably a film similar to the thin film described as the protective film. That is, the second film 11 preferably has a predetermined base material 6 and a thin film similar to the above-described protective film formed on the base material 6 as the gas barrier layer 5.
- FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing an organic EL device 13 according to another embodiment of the present invention.
- the organic EL device 13 of the embodiment shown in FIG. 4 is different from the embodiment shown in FIG. 3 in the organic EL element and the first film 1. That is, the organic EL element 2 of the present embodiment is a bottom emission type element, and emits light toward the first film 1 corresponding to the support substrate. Therefore, the 1st film 1 needs to be a film which shows a light transmittance.
- the first film 1 of this embodiment is not particularly limited as long as it is a light transmissive film.
- the second film 11 contains silicon, oxygen, and carbon in the same manner as the second film 11. It is preferable to have the gas barrier layer 8.
- the first film 1 includes a base material 7 and a second gas barrier layer 8 provided on the base material 7.
- the second gas barrier layer 8 has high gas barrier properties by satisfying the conditions (i) to (iii), and can further suppress a decrease in gas barrier properties when bent.
- the base material of the first film or the second film described above includes a colorless and transparent resin film or resin sheet.
- the resin used for such a substrate include polyester resins such as polyethylene terephthalate (PET) and polyethylene naphthalate (PEN); polyolefin resins such as polyethylene (PE), polypropylene (PP), and cyclic polyolefin; Resin; Polycarbonate resin; Polystyrene resin; Polyvinyl alcohol resin; Saponified ethylene-vinyl acetate copolymer; Polyacrylonitrile resin; Acetal resin; and Polyimide resin.
- PET polyethylene terephthalate
- PEN polyethylene naphthalate
- Resin Polycarbonate resin
- Polystyrene resin Polyvinyl alcohol resin
- Saponified ethylene-vinyl acetate copolymer Polyacrylonitrile resin
- Acetal resin and Polyimide resin.
- polyester-based resins and polyolefin-based resins are preferable, and PET and PEN are particularly preferable from the viewpoint of high heat resistance, low coefficient of linear expansion, and low manufacturing cost.
- These resin may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 or more type.
- the thickness of the base material can be appropriately set in consideration of, for example, stability when a protective film is produced on the first film.
- the thickness of the substrate is preferably in the range of 5 to 500 ⁇ m from the viewpoint that the film can be conveyed even in a vacuum.
- the gas barrier layer is formed by the plasma CVD method, the protective film is formed while discharging through the base material of the first film. Therefore, the thickness of the base material of the first film is more preferably 50 to 200 ⁇ m. Preferably, the thickness is 50 to 100 ⁇ m.
- the substrate it is preferable to subject the substrate to a surface activation treatment for cleaning the surface.
- a surface activation treatment include corona treatment, plasma treatment, and flame treatment.
- the first film and / or the second film may further include a primer coat layer, a heat-sealable resin layer, an adhesive layer, and the like as necessary.
- the primer coat layer can be formed using a primer coat agent that can improve the adhesion between the substrate or the gas barrier layer and the substrate.
- the heat-sealable resin layer can be appropriately formed using a normal heat-sealable resin.
- the adhesive layer can be appropriately formed using a normal adhesive, and a plurality of first or second films may be bonded to each other by such an adhesive layer.
- a double-sided light emitting organic EL element may be provided in place of the bottom emission organic EL element.
- an additional film may be further bonded to the first film and / or the second film.
- Additional films include a protective film that protects the surface of the organic EL device, an antireflection film that prevents reflection of external light incident on the organic EL device, a light extraction film that has an effect of increasing the light extraction efficiency, and a phase of light.
- the additional film is bonded to one side or both sides of the first film and / or the second film.
- the adhesive layer is a layer that adheres the first film and the second film in a state where the organic EL element is disposed between them.
- the adhesive used for the adhesive layer preferably has a high gas barrier property.
- the light transmittance of the adhesive layer 4 is preferably high. In this case, from the viewpoint of light extraction efficiency, the absolute value of the difference in refractive index between the layer in contact with the adhesive layer 4 and the adhesive layer 4 is preferably small.
- a curable adhesive such as a thermosetting adhesive and a photocurable adhesive is suitable.
- thermosetting resin adhesives examples include epoxy adhesives and acrylate adhesives.
- the epoxy adhesive examples include an adhesive containing an epoxy compound selected from bisphenol A type epoxy resin, bisphenol F type epoxy resin, and phenoxy resin.
- acrylate adhesive for example, a monomer as a main component selected from acrylic acid, methacrylic acid, ethyl acrylate, butyl acrylate, 2-hexyl acrylate, acrylamide, acrylonitrile, hydroxyl acrylate, and the like, and copolymerizable with the main component And an adhesive containing a simple monomer.
- photo-curable adhesive examples include radical adhesives and cationic adhesives.
- radical adhesives include adhesives containing epoxy acrylate, ester acrylate, ester acrylate, and the like.
- cationic adhesives examples include adhesives containing epoxy resins, vinyl ether resins, and the like.
- FIG. 5 schematically shows an apparatus for manufacturing an organic EL device.
- the first film 1 and the second film 11 are bonded together, and an additional film 820 is bonded to the second film 11.
- an organic EL element and a protective film are formed in advance.
- the unwinding roll 500 sends out the 1st film 1 in which the organic EL element and the protective film were previously formed on it.
- the unwinding roll 510 sends out the second film 11.
- the adhesive agent is apply
- the first film 1 and the second film 11 supplied via the transport roll 513 are bonded via the first adhesive layer by the first bonding rolls 511 and 512, and further for the first adhesive layer.
- the first adhesive layer is cured (solidified) by the curing device 611.
- an adhesive is applied by a second adhesive layer coating device 620 provided on the downstream side of the curing device 611, and a second adhesive layer is further formed.
- the second bonding rolls 521 and 522 cause the second film 11 and the additional film 820 fed from the unwinding roll 520 and supplied via the transporting roll 523 to pass through the second adhesive layer.
- the second adhesive layer is cured (solidified) by the curing device 621 for the second adhesive layer.
- the formed organic EL device is wound up by a winding roll 530.
- the additional film for example, the above-described film is used.
- one additional film is bonded, but two or more additional films may be bonded sequentially.
- the order of bonding is appropriately changed according to the stacking order of the organic EL devices.
- a protective film that has excellent gas barrier properties and suppresses deterioration of the gas barrier property due to bending is formed in advance on the organic EL device.
- the step of bonding the films can be performed in any atmosphere.
- the step of bonding the second film in a vacuum, an inert gas atmosphere, or an air atmosphere can be performed.
- an inert gas atmosphere or an air atmosphere is preferable, and an air atmosphere is more preferable. This is because a device for manufacturing the organic EL device is not complicated, and the organic EL device can be manufactured by a simple process.
- the first film is once wound up, and the roll of the laminate having the first film, the organic EL element, and the protective film is stored.
- the wound roll of the laminate can be stored in an arbitrary atmosphere.
- the laminate can be stored in a vacuum, an inert gas atmosphere, or an air atmosphere.
- the said laminated body containing a 1st film in inert gas atmosphere or air
- Organic EL device (Organic EL device) Next, the configuration of the organic EL element will be described.
- the organic EL element is formed on the first film before the step of bonding the first film and the second film.
- the organic EL element is composed of a pair of electrodes composed of an anode and a cathode, and a light emitting layer provided between the electrodes.
- a predetermined layer may be provided between the pair of electrodes as necessary.
- the light emitting layer is not limited to one layer, and a plurality of layers may be provided.
- Examples of the layer provided between the cathode and the light emitting layer include an electron injection layer, an electron transport layer, and a hole blocking layer.
- the layer in contact with the cathode is referred to as an electron injection layer, and the layer excluding this electron injection layer is referred to as an electron transport layer.
- the electron injection layer has a function of improving the electron injection efficiency from the cathode.
- the electron transport layer has a function of improving electron injection from the layer in contact with the surface on the cathode side.
- the hole blocking layer has a function of blocking hole transport. When the electron injection layer and / or the electron transport layer has a function of blocking hole transport, these layers may also serve as the hole blocking layer.
- the hole blocking layer has a function of blocking hole transport can be confirmed, for example, by fabricating a device that allows only the hole current to flow and reducing the current value.
- Examples of the layer provided between the anode and the light emitting layer include a hole injection layer, a hole transport layer, and an electron block layer.
- the layer in contact with the anode is called a hole injection layer, and the layers other than the hole injection layer are positive. It is called a hole transport layer.
- the hole injection layer has a function of improving the hole injection efficiency from the anode.
- the hole transport layer has a function of improving hole injection from a layer in contact with the surface on the anode side.
- the electron blocking layer has a function of blocking electron transport. When the hole injection layer and / or the hole transport layer have a function of blocking electron transport, these layers may also serve as the electron block layer.
- the electron blocking layer has a function of blocking electron transport can be confirmed, for example, by producing an element that allows only an electron current to flow and reducing the current value.
- the electron injection layer and the hole injection layer may be collectively referred to as a charge injection layer, and the electron transport layer and the hole transport layer may be collectively referred to as a charge transport layer.
- anode / light emitting layer / cathode b) anode / hole injection layer / light emitting layer / cathode c) anode / hole injection layer / light emitting layer / electron injection layer / cathode d) anode / hole injection layer / light emitting layer / Electron transport layer / cathode e) anode / hole injection layer / light emitting layer / electron transport layer / electron injection layer / cathode f) anode / hole transport layer / light emitting layer / cathode g) anode / hole transport layer / light emitting layer / Electron injection layer / cathode h) anode / hole transport layer / light emitting layer / electron transport layer / cathode i) anode / hole transport layer / light emitting layer / electron transport layer
- the organic EL element of the present embodiment may have two or more light emitting layers.
- structural unit A when the laminate sandwiched between the anode and the cathode is referred to as “structural unit A”, the configuration of an organic EL element having two light emitting layers is obtained. And the layer structure shown in the following q).
- the two (structural unit A) layer structures may be the same or different.
- Examples of the configuration of the organic EL device having three or more light emitting layers include the layer configuration shown in the following r).
- x represents an integer of 2 or more
- (Structural unit B) x is a stacked layer of the structural units B stacked in x stages. Represents the body.
- a plurality of (structural unit B) layer structures may be the same or different.
- the charge generation layer is a layer that generates holes and electrons by applying an electric field.
- Examples of the charge generation layer include vanadium oxide and indium tin oxide (Indium).
- a thin film containing Tin Oxide (abbreviation ITO), molybdenum oxide, and the like can be given.
- the order of the layers to be laminated, the number of layers, and the thickness of each layer can be appropriately set in consideration of the light emission efficiency and the element lifetime.
- an electrode exhibiting light transmittance is used as the anode.
- an electrode exhibiting light transmittance a thin film of metal oxide, metal sulfide, metal, or the like can be used, and an electrode having high electrical conductivity and light transmittance is preferable.
- indium oxide, zinc oxide, tin oxide, ITO, indium zinc oxide (Indium A thin film containing Zinc Oxide (abbreviation IZO), gold, platinum, silver, copper, or the like is used.
- a thin film made of ITO, IZO, or tin oxide is preferable.
- the method for producing the anode include a vacuum deposition method, a sputtering method, an ion plating method, and a plating method.
- an organic transparent conductive film such as polyaniline or a derivative thereof and polythiophene or a derivative thereof may be used.
- the thickness of the anode is appropriately set in consideration of required characteristics and process simplicity, and is, for example, 10 nm to 10 ⁇ m, preferably 20 nm to 1 ⁇ m, and more preferably 50 nm to 500 nm.
- the hole injection material constituting the hole injection layer includes oxides such as vanadium oxide, molybdenum oxide, ruthenium oxide, and aluminum oxide, phenylamine compounds, starburst amine compounds, phthalocyanines, amorphous carbon, polyaniline And polythiophene derivatives.
- Examples of the method for forming the hole injection layer include film formation from a solution containing a hole injection material.
- a hole injection layer can be formed by applying a solution containing a hole injection material by a predetermined application method to form a film, and solidifying the formed solution.
- the solvent used for film formation from a solution is not particularly limited as long as it dissolves the hole injection material.
- Chlorine solvents such as chloroform, methylene chloride and dichloroethane, ether solvents such as tetrahydrofuran, toluene and xylene
- aromatic hydrocarbon solvents such as acetone, ketone solvents such as acetone and methyl ethyl ketone, ester solvents such as ethyl acetate, butyl acetate and ethyl cellosolve acetate, and water.
- coating methods spin coating method, casting method, micro gravure coating method, gravure coating method, bar coating method, roll coating method, wire bar coating method, dip coating method, spray coating method, screen printing method, flexographic printing method, offset Examples thereof include a printing method and an ink jet printing method.
- the thickness of the hole injection layer is appropriately set in consideration of required characteristics and process simplicity, and is, for example, 1 nm to 1 ⁇ m, preferably 2 nm to 500 nm, and more preferably 5 nm to 200 nm.
- ⁇ Hole transport layer> As the hole transport material constituting the hole transport layer, polyvinylcarbazole or a derivative thereof, polysilane or a derivative thereof, a polysiloxane derivative having an aromatic amine in a side chain or a main chain, a pyrazoline derivative, an arylamine derivative, a stilbene derivative, Triphenyldiamine derivative, polyaniline or derivative thereof, polythiophene or derivative thereof, polyarylamine or derivative thereof, polypyrrole or derivative thereof, poly (p-phenylenevinylene) or derivative thereof, and poly (2,5-thienylenevinylene) or Examples thereof include derivatives thereof.
- hole transport materials include polyvinyl carbazole or derivatives thereof, polysilane or derivatives thereof, polysiloxane derivatives having aromatic amine compound groups in the side chain or main chain, polyaniline or derivatives thereof, polythiophene or derivatives thereof, poly Polymeric hole transport materials such as arylamines or derivatives thereof, poly (p-phenylene vinylene) or derivatives thereof, and poly (2,5-thienylene vinylene) or derivatives thereof are preferred. More preferable hole transport materials are polyvinyl carbazole or a derivative thereof, polysilane or a derivative thereof, and a polysiloxane derivative having an aromatic amine in a side chain or a main chain.
- the low molecular hole transport material is preferably used by being dispersed in a polymer binder.
- the method for forming the hole transport layer is not particularly limited, but in the case of a low molecular hole transport material, film formation from a mixed solution containing a polymer binder and a hole transport material can be exemplified.
- molecular hole transport materials include film formation from a solution containing a hole transport material.
- the solvent used for film formation from a solution is not particularly limited as long as it can dissolve a hole transport material.
- Chlorine solvents such as chloroform, methylene chloride and dichloroethane, ether solvents such as tetrahydrofuran, toluene and xylene
- aromatic hydrocarbon solvents such as ketone solvents such as acetone and methyl ethyl ketone, and ester solvents such as ethyl acetate, butyl acetate and ethyl cellosolve acetate.
- the polymer binder combined with the hole transport material does not extremely impede charge transport, and that absorption with respect to visible light is weak.
- the polymer binder is selected from, for example, polycarbonate, polyacrylate, polymethyl acrylate, polymethyl methacrylate, polystyrene, polyvinyl chloride, and polysiloxane.
- the thickness of the hole transport layer varies depending on the material used, and is appropriately set so that the drive voltage and the light emission efficiency are appropriate.
- the hole transport film must have at least a thickness that does not cause pinholes. If the hole transport film is too thick, the drive voltage of the device increases. Therefore, the thickness of the hole transport layer is, for example, 1 nm to 1 ⁇ m, preferably 2 nm to 500 nm, more preferably 5 nm to 200 nm.
- the light emitting layer is usually formed of an organic substance (light emitting material) that mainly emits fluorescence and / or phosphorescence, or the organic substance and a dopant that assists the organic substance.
- the dopant is added, for example, to improve the luminous efficiency or to change the emission wavelength.
- the organic substance contained in the light emitting layer may be a low molecular compound or a high molecular compound.
- the light emitting layer preferably contains a polymer compound.
- the light emitting layer preferably contains a high molecular compound having a polystyrene-reduced number average molecular weight of 10 3 to 10 8 .
- Examples of the light emitting material constituting the light emitting layer include the following dye materials, metal complex materials, polymer materials, and dopant materials.
- dye-based materials include cyclopentamine derivatives, tetraphenylbutadiene derivative compounds, triphenylamine derivatives, oxadiazole derivatives, pyrazoloquinoline derivatives, distyrylbenzene derivatives, distyrylarylene derivatives, pyrrole derivatives, thiophene ring compounds. Pyridine ring compounds, perinone derivatives, perylene derivatives, oligothiophene derivatives, oxadiazole dimers, pyrazoline dimers, quinacridone derivatives, and coumarin derivatives.
- Metal complex materials examples include rare earth metals such as Tb, Eu, and Dy, and a central metal selected from Al, Zn, Be, Ir, Pt, and the like, oxadiazole, thiadiazole, phenylpyridine, phenylbenzimidazole, and the like.
- a metal complex having a ligand selected from a quinoline structure and the like can be given.
- Metal complex materials include, for example, metal complexes that emit light from triplet excited states such as iridium complexes and platinum complexes, aluminum quinolinol complexes, benzoquinolinol beryllium complexes, benzoxazolyl zinc complexes, benzothiazole zinc complexes, azomethyl zinc Selected from complexes, porphyrin zinc complexes, and phenanthroline europium complexes.
- Polymer material As polymer materials, polyparaphenylene vinylene derivatives, polythiophene derivatives, polyparaphenylene derivatives, polysilane derivatives, polyacetylene derivatives, polyfluorene derivatives, polyvinylcarbazole derivatives, the above dye materials or metal complex light emitting materials are polymerized. Materials etc. can be mentioned.
- examples of materials that emit blue light include distyrylarylene derivatives, oxadiazole derivatives, and polymers thereof, polyvinylcarbazole derivatives, polyparaphenylene derivatives, and polyfluorene derivatives. .
- polymer materials such as polyvinyl carbazole derivatives, polyparaphenylene derivatives, and polyfluorene derivatives are preferred.
- Examples of materials that emit green light include quinacridone derivatives, coumarin derivatives, and polymers thereof, polyparaphenylene vinylene derivatives, and polyfluorene derivatives. Of these, polymer materials such as polyparaphenylene vinylene derivatives and polyfluorene derivatives are preferred.
- Examples of materials that emit red light include coumarin derivatives, thiophene ring compounds, and polymers thereof, polyparaphenylene vinylene derivatives, polythiophene derivatives, and polyfluorene derivatives. Of these, polymer materials such as polyparaphenylene vinylene derivatives, polythiophene derivatives, and polyfluorene derivatives are preferred.
- the material that emits white light may be a mixture of the materials that emit light in the above-described blue, green, or red colors, or a component (monomer) that forms a material that emits light in each color may be mixed and polymerized. It may be a polymer material to be formed. A plurality of light emitting layers formed using materials that emit light of each color may be stacked to form an element that emits white light as a whole.
- Dopant material examples include perylene derivatives, coumarin derivatives, rubrene derivatives, quinacridone derivatives, squalium derivatives, porphyrin derivatives, styryl dyes, tetracene derivatives, pyrazolone derivatives, decacyclene, and phenoxazone.
- the thickness of the light emitting layer is usually about 2 nm to 200 nm.
- a method for forming the light emitting layer a method of applying a solution containing a light emitting material, a vacuum deposition method, a transfer method, or the like can be used.
- the solvent used for film formation from a solution include the same solvents as those described above used for forming a hole injection layer from a solution.
- coating methods such as coating methods, spray coating methods, and nozzle coating methods
- printing methods such as gravure printing methods, screen printing methods, flexographic printing methods, offset printing methods, reversal printing methods, and inkjet printing methods.
- a printing method such as a gravure printing method, a screen printing method, a flexographic printing method, an offset printing method, a reverse printing method, and an ink jet printing method is preferable in that pattern formation and multicolor coating are easy.
- a vacuum deposition method can be used in the case of a low molecular compound exhibiting sublimability.
- a method of forming a light emitting layer only at a desired portion by laser transfer or thermal transfer can also be used.
- an electron transport material constituting the electron transport layer a commonly used material can be used, such as an oxadiazole derivative, anthraquinodimethane or a derivative thereof, benzoquinone or a derivative thereof, naphthoquinone or a derivative thereof, anthraquinone or a derivative thereof, Tetracyanoanthraquinodimethane or derivatives thereof, fluorenone derivatives, diphenyldicyanoethylene or derivatives thereof, diphenoquinone derivatives, or metal complexes of 8-hydroxyquinoline or derivatives thereof, polyquinoline or derivatives thereof, polyquinoxaline or derivatives thereof, and polyfluorene or Examples thereof include derivatives thereof.
- electron transport materials include oxadiazole derivatives, benzoquinone or derivatives thereof, anthraquinones or derivatives thereof, or metal complexes of 8-hydroxyquinoline or derivatives thereof, polyquinoline or derivatives thereof, polyquinoxaline or derivatives thereof, and poly Fluorene or its derivatives are preferred, 2- (4-biphenylyl) -5- (4-tert-butylphenyl) -1,3,4-oxadiazole, benzoquinone, anthraquinone, tris (8-quinolinol) aluminum, and polyquinoline Is more preferable.
- the method for forming the electron transport layer is not particularly limited.
- a vacuum deposition method from powder, or film formation from a solution or a molten state can be exemplified
- film formation from a solution or a melt state can be exemplified. be able to.
- a polymer binder may be used in combination. Examples of the method for forming an electron transport layer from a solution include the same film formation method as the method for forming a hole injection layer from a solution described above.
- the thickness of the electron transport layer varies depending on the material used, and is appropriately set so that the drive voltage and the light emission efficiency are appropriate.
- the electron transport layer needs to have at least a thickness that does not generate pinholes, and if it is too thick, the drive voltage of the device increases. Accordingly, the thickness of the electron transport layer is, for example, 1 nm to 1 ⁇ m, preferably 2 nm to 500 nm, and more preferably 5 nm to 200 nm.
- ⁇ Electron injection layer> As a material constituting the electron injection layer, an optimum material is appropriately selected according to the type of the light emitting layer. As a material constituting the electron injection layer, an alloy containing one or more kinds of metals selected from alkali metals, alkaline earth metals, alkali metals and alkaline earth metals, oxides of alkali metals or alkaline earth metals, halides, Mention may be made of carbonates and mixtures of these substances.
- alkali metals, alkali metal oxides, halides, and carbonates include lithium, sodium, potassium, rubidium, cesium, lithium oxide, lithium fluoride, sodium oxide, sodium fluoride, potassium oxide, potassium fluoride , Rubidium oxide, rubidium fluoride, cesium oxide, cesium fluoride and lithium carbonate.
- alkaline earth metal, alkaline earth metal oxides, halides and carbonates include magnesium, calcium, barium, strontium, magnesium oxide, magnesium fluoride, calcium oxide, calcium fluoride, barium oxide, fluoride Examples thereof include barium, strontium oxide, strontium fluoride and magnesium carbonate.
- the electron injection layer may be composed of a laminate in which two or more layers are laminated.
- An example of a laminate of electron injection layers is LiF / Ca.
- the electron injection layer is formed by vapor deposition, sputtering, printing, or the like.
- the thickness of the electron injection layer is preferably about 1 nm to 1 ⁇ m
- a material for the cathode is preferably a material having a low work function, easy electron injection into the light emitting layer, and high electrical conductivity.
- a material having a high visible light reflectivity is preferable as the cathode material in order to reflect light emitted from the light emitting layer to the anode side at the cathode.
- the material of the cathode for example, alkali metal, alkaline earth metal, transition metal, and Group 13 metal of the periodic table can be used.
- cathode materials include lithium, sodium, potassium, rubidium, cesium, beryllium, magnesium, calcium, strontium, barium, aluminum, scandium, vanadium, zinc, yttrium, indium, cerium, samarium, europium, terbium, ytterbium, and the like. And an alloy containing two or more metals selected from these metals, one or more selected from the above metals, and one selected from gold, silver, platinum, copper, manganese, titanium, cobalt, nickel, tungsten and tin Alloys with seeds or more, or graphite or graphite intercalation compounds are used.
- alloys include magnesium-silver alloys, magnesium-indium alloys, magnesium-aluminum alloys, indium-silver alloys, lithium-aluminum alloys, lithium-magnesium alloys, lithium-indium alloys, and calcium-aluminum alloys.
- a transparent conductive electrode made of a conductive metal oxide, a conductive organic material, or the like can be used as the cathode.
- the conductive metal oxide include indium oxide, zinc oxide, tin oxide, ITO, and IZO
- examples of the conductive organic substance include polyaniline or a derivative thereof and polythiophene or a derivative thereof.
- the cathode may be composed of a laminate in which two or more layers are laminated. In some cases, the electron injection layer is used as a cathode.
- the thickness of the cathode is appropriately designed in consideration of required characteristics and process simplicity, and is, for example, 10 nm to 10 ⁇ m, preferably 20 nm to 1 ⁇ m, more preferably 50 nm to 500 nm.
- Examples of the method for producing the cathode include a vacuum deposition method, a sputtering method, and a lamination method in which a metal thin film is thermocompression bonded.
- the above organic EL device can be used as a lighting device, a surface light source device, or a display device by adding predetermined components.
- a protective film was formed directly on the base material on which the organic EL element was not formed using the manufacturing apparatus shown in FIG. That is, a biaxially stretched polyethylene naphthalate film (PEN film, thickness: 100 ⁇ m, width: 350 mm, manufactured by Teijin DuPont Films, trade name “Teonex Q65FA”) was used as a base material, and this was mounted on a feed roll 701. . And while applying a magnetic field between the film-forming roll 31 and the film-forming roll 32 and supplying electric power to each of the film-forming roll 31 and the film-forming roll 32, Was discharged to generate plasma.
- PEN film thickness: 100 ⁇ m, width: 350 mm
- Teijin DuPont Films trade name “Teonex Q65FA”
- a film-forming gas (mixed gas of hexamethyldisiloxane (HMDSO) as a source gas and oxygen gas (which also functions as a discharge gas) as a source gas) is supplied to the formed discharge region under the following conditions
- a thin film was formed by plasma CVD, and a protective film was formed on the substrate.
- ⁇ Film formation conditions Supply amount of source gas: 50 sccm (Standard Cubic Centimeter per Minute converted to zero and 1 atm. The same applies hereinafter) Supply amount of oxygen gas: 500 sccm Degree of vacuum in the vacuum chamber: 3Pa Applied power from the power source for plasma generation: 0.8 kW Frequency of power source for plasma generation: 70 kHz Film conveyance speed: 0.5 m / min.
- the thickness of the protective film formed on the base material was 0.3 ⁇ m.
- the water vapor permeability of the substrate on which the protective film is formed is 3.1 ⁇ 10 ⁇ 4 g / (under conditions of a temperature of 40 ° C., a low humidity side humidity of 0% RH, and a high humidity side humidity of 90% RH. m 2 ⁇ day), which was below the detection limit under the conditions of a temperature of 40 ° C., a humidity of 10% RH on the low humidity side, and a humidity of 100% RH on the high humidity side.
- the water vapor transmission rate under the conditions of a temperature of 40 ° C., a humidity of 10% RH on the low humidity side, and a humidity of 100% RH on the high humidity side after bending the substrate together with the protective film under the condition of a curvature radius of 8 mm is below the detection limit. It was confirmed that even when the protective film was bent, the decrease in gas barrier properties was sufficiently suppressed.
- XPS depth profile measurement was performed on the protective film on the substrate under the following conditions to obtain a silicon distribution curve, an oxygen distribution curve, a carbon distribution curve, and an oxygen carbon distribution curve.
- Etching ion species Argon (Ar + ) Etching rate (SiO 2 thermal oxide equivalent value): 0.05 nm / sec Etching interval (SiO 2 equivalent value): 10 nm
- X-ray photoelectron spectrometer Model “VG Theta Probe”, manufactured by Thermo Fisher Scientific Irradiation X-ray: Single crystal spectroscopy AlK ⁇ X-ray spot and size: 800 ⁇ 400 ⁇ m oval.
- the obtained silicon distribution curve, oxygen distribution curve and carbon distribution curve are shown in FIG. Regarding the obtained silicon distribution curve, oxygen distribution curve, carbon distribution curve, and oxygen-carbon distribution curve, the atomic ratio (atomic concentration) and the distance from the surface of the protective film (atomic concentration) and the relationship between the etching time and the ratio (atomic concentration).
- nm is shown in the graph of FIG. “Distance (nm)” described on the horizontal axis of the graph of FIG. 7 is a value obtained by calculation from the etching time and the etching rate.
- the obtained carbon distribution curve has a plurality of distinct extreme values, and the difference between the maximum value and the minimum value of the atomic ratio of carbon is 5 at. %, And in the region of 90% or more in the thickness direction of the protective film, the atomic ratio of silicon, the atomic ratio of oxygen, and the atomic ratio of carbon satisfy the conditions represented by the above formula (1). It was confirmed.
- Reference Example A2 The base material on which the protective film having a thickness of 0.3 ⁇ m obtained in Reference Example A1 was formed was further attached to the feed roll 701, and a protective film was newly formed on the surface of the protective film. Except this, it carried out similarly to Reference Example A1, and obtained the base material (A) in which the protective film was formed.
- the thickness of the protective film on the base material (PEN film) in the base material (A) on which the protective film was formed was 0.6 ⁇ m.
- the base material (A) on which the protective film was formed was mounted on the feed roll 701, and a protective film was newly formed on the surface of the protective film. Except this, it carried out similarly to Reference Example A1, and obtained the base material (B) in which the protective film was formed.
- the thickness of the protective film of the base material (B) on which the protective film was formed was 0.9 ⁇ m.
- the water vapor permeability of the base material (B) on which the protective film is formed is 6.9 ⁇ 10 ⁇ 4 g / g under the conditions of a temperature of 40 ° C., a humidity of 0% RH on the low humidity side, and a humidity of 90% RH on the high humidity side. (M 2 ⁇ day), which was a value below the detection limit under conditions of a temperature of 40 ° C., a humidity of 10% RH on the low humidity side, and a humidity of 100% RH on the high humidity side.
- the water vapor transmission rate under the conditions of a temperature of 40 ° C., a humidity of 10% RH on the low humidity side, and a humidity of 100% RH on the high humidity side after bending the substrate together with the protective film under the condition of a curvature radius of 8 mm is below the detection limit. It was confirmed that even when the protective film was bent, the decrease in gas barrier properties was sufficiently suppressed.
- a silicon distribution curve, an oxygen distribution curve, a carbon distribution curve and an oxygen carbon distribution curve were prepared by the same method as in Reference Example A1.
- the obtained result is shown in FIG. Regarding the silicon distribution curve, oxygen distribution curve, carbon distribution curve and oxygen-carbon distribution curve, the relationship between the atomic ratio (atomic concentration) and etching time, as well as the atomic ratio (atomic concentration) and the distance (nm) from the surface of the protective film.
- the relationship is also shown in the graph of FIG. “Distance (nm)” indicated on the horizontal axis of the graph of FIG. 9 is a value obtained by calculation from the etching time and the etching rate.
- the obtained carbon distribution curve has a plurality of distinct extreme values, and the difference between the maximum value and the minimum value of the atomic ratio of carbon is 5 at. %, And in the region of 90% or more in the thickness direction of the protective film, the atomic ratio of silicon, the atomic ratio of oxygen, and the atomic ratio of carbon satisfy the conditions represented by the above formula (1). It was confirmed.
- Reference Example A3 A base material on which a protective film was formed was obtained in the same manner as in Reference Example A1, except that the supply amount of the source gas was 100 sccm.
- the thickness of the protective film on the substrate was 0.6 ⁇ m.
- the water vapor permeability of the substrate on which the protective film is formed is 3.2 ⁇ 10 ⁇ 4 g / (m 2) under the conditions of a temperature of 40 ° C., a humidity of 0% RH on the low humidity side, and a humidity of 90% RH on the high humidity side. Day), which was below the detection limit under the conditions of a temperature of 40 ° C., a humidity of 10% RH on the low humidity side, and a humidity of 100% RH on the high humidity side.
- the water vapor transmission rate under the conditions of a temperature of 40 ° C., a humidity of 10% RH on the low humidity side, and a humidity of 100% RH on the high humidity side after bending the substrate together with the protective film under the condition of a curvature radius of 8 mm is below the detection limit. It was confirmed that even when the protective film was bent, the decrease in gas barrier properties was sufficiently suppressed.
- a silicon distribution curve, an oxygen distribution curve, a carbon distribution curve, and an oxygen carbon distribution curve were prepared by the same method as in Reference Example A1.
- the obtained silicon distribution curve, oxygen distribution curve and carbon distribution curve are shown in FIG. Regarding the obtained silicon distribution curve, oxygen distribution curve, carbon distribution curve and oxygen-carbon distribution curve, the atomic ratio (atomic concentration) and the distance from the surface of the protective film (nm) as well as the relationship between the atomic ratio (atomic concentration) and etching time. 11 is also shown in the graph of FIG.
- the “distance (nm)” described on the horizontal axis of the graph of FIG. 11 is a value obtained by calculation from the etching time and the etching rate.
- the obtained carbon distribution curve has a plurality of distinct extreme values, and the difference between the maximum value and the minimum value of the atomic ratio of carbon is 5 at. %, And in the region of 90% or more in the thickness direction of the protective film, the atomic ratio of silicon, the atomic ratio of oxygen, and the atomic ratio of carbon satisfy the conditions represented by the above formula (1). It was confirmed.
- the thickness of the protective film on the substrate was 100 nm. Further, the water vapor permeability of the substrate on which the protective film is formed is 1.3 g / (m 2 ⁇ day) under the conditions of a temperature of 40 ° C., a humidity of 10% RH on the low humidity side, and a humidity of 100% RH on the high humidity side. The gas barrier property was insufficient.
- a silicon distribution curve, an oxygen distribution curve, a carbon distribution curve, and an oxygen carbon distribution curve were prepared by the same method as in Reference Example A1.
- the obtained silicon distribution curve, oxygen distribution curve and carbon distribution curve are shown in FIG. Regarding the obtained silicon distribution curve, oxygen distribution curve, carbon distribution curve and oxygen-carbon distribution curve, the atomic ratio (atomic concentration) and the distance from the surface of the protective film (nm) as well as the relationship between the atomic ratio (atomic concentration) and etching time.
- the graph of FIG. “Distance (nm)” described on the horizontal axis of the graph of FIG. 13 is a value obtained by calculation from the etching time and the etching rate. As is clear from the results shown in FIGS. 12 and 13, it was confirmed that the obtained carbon distribution curve did not have an extreme value.
- the protective film used in the organic EL device according to the present invention has a sufficient gas barrier property, and even when bent, it can sufficiently suppress a decrease in the gas barrier property. It is.
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Abstract
第1のフィルムと、第1のフィルム上に設けられた有機EL素子と、有機EL素子を覆う保護膜とを備える有機EL素子。保護膜は、珪素原子、酸素原子及び炭素原子を含有する。保護膜から得られる珪素分布曲線、酸素分布曲線及び炭素分布曲線が、下記条件: (i)保護膜の厚み方向の90%以上の領域において、珪素原子の数の比率、酸素原子の数の比率及び炭素原子の数の比率のうちで、珪素原子の数の比率が2番目に大きい値である、 (ii)炭素分布曲線が少なくとも1つの極値を有する、及び (iii)炭素分布曲線における炭素原子の数の比率の最大値と最小値との差が5原子%以上である、 を満たす。
Description
本発明は有機EL装置、照明装置、面状光源、及び表示装置に関する。
有機EL(Electro Luminescence)素子は複数の薄膜が積層された構成を有している。各薄膜の厚さや材料などを適宜設定することによって、素子自体に可撓性を付与することができる。このような有機EL素子をフレキシブルなフィルム上に設けた場合、有機EL素子が搭載された装置全体が、フレキシブルな装置となり得る。
有機EL素子は外気に曝されることによって劣化する。そのため有機EL素子は、通常、所定の封止部材によって気密に封止される。しかしながら、有機EL素子は、有機EL素子が形成された後、封止部材が設けられるまでの間にも劣化することがある。この劣化を防ぐために、特許文献1記載の発明では、有機EL素子が形成された直後に有機EL素子を保護膜で覆っている。特許文献1にはSiO2、SiNx、SiOxNy、MgF、In2O3、ポリパラキシリレンなどからなる保護膜が開示されている。
しかしながら、上記保護膜は、酸素及び水分を遮断する特性、すなわちガスバリア性が十分ではなく、たとえ保護膜を設けたとしても有機EL素子が劣化するため、封止部材を設ける際に必要な搬送工程及び封止工程を、真空雰囲気又は不活性ガス雰囲気で行う必要があった。そのため有機EL装置を製造するために、ガス置換又は真空置換などの複雑な工程が必要となり、製造装置が大型化するという問題があった。また、上記保護膜は、屈曲されたときにガスバリア性が低下するため、例えばロール・ツー・ロール法で有機EL装置を作製する方法には適していなかった。
したがって、本発明の目的は、高いガスバリア性を備え、屈曲によるガスバリア性の低下が抑制された保護膜を備える有機EL装置を提供することにある。
本発明は、第1のフィルムと、第1のフィルム上に設けられた有機EL素子と、有機EL素子の前記第1のフィルムとは反対側の面を覆う保護膜と、を備える有機EL装置に関する。保護膜は、珪素(珪素原子)、酸素(酸素原子)及び炭素(炭素原子)を含有し、珪素原子、酸素原子及び炭素原子の合計量に対する珪素原子の量(数)の比率(珪素の原子比)、酸素原子の量(数)の比率(酸素の原子比)及び炭素原子の量(数)の比率(炭素の原子比)と、前記保護膜の厚み方向(膜厚方向)における前記保護膜の一方の表面からの距離との関係をそれぞれ表す珪素分布曲線、酸素分布曲線及び炭素分布曲線が、下記条件:
(i)前記保護膜の厚み方向(膜厚方向)の90%以上の領域において、珪素原子の数の比率、酸素原子の数の比率及び炭素原子の数の比率のうちで、珪素の数の比率が2番目に大きい値である、
(ii)前記炭素分布曲線が少なくとも1つの極値を有する、及び
(iii)前記炭素分布曲線における炭素原子の数の比率の最大値と最小値との差(絶対値)が5原子%(at%)以上である、
を満たす。
(i)前記保護膜の厚み方向(膜厚方向)の90%以上の領域において、珪素原子の数の比率、酸素原子の数の比率及び炭素原子の数の比率のうちで、珪素の数の比率が2番目に大きい値である、
(ii)前記炭素分布曲線が少なくとも1つの極値を有する、及び
(iii)前記炭素分布曲線における炭素原子の数の比率の最大値と最小値との差(絶対値)が5原子%(at%)以上である、
を満たす。
有機EL装置は、第1のフィルムと対向して配置され、第1のフィルムとともに有機EL素子を封止する第2のフィルムを更に備えていてもよい。第2のフィルムと第1のフィルムとの間に有機EL素子及び保護膜が配置される。言い換えると、本発明は、前記第1のフィルムとの間に前記有機EL素子および前記保護膜を介在させて、第1のフィルム上に配置され、前記第1のフィルムとともに前記有機EL素子を封止する第2のフィルムとを有する、有機EL装置に関する。
また本発明は、第1のフィルム上に有機EL素子を形成する工程と、有機EL素子の前記第1のフィルムとは反対側も面を覆う保護膜を形成する工程と、を含む、有機EL装置を製造する方法に関する。形成される保護膜は、珪素原子、酸素原子及び炭素原子を含有し、珪素原子、酸素原子及び炭素原子の合計量に対する珪素原子の数の比率、酸素原子の数の比率及び炭素原子の数の比率と、前記保護膜の厚み方向における前記保護膜の一方の表面からの距離との関係をそれぞれ表す珪素分布曲線、酸素分布曲線及び炭素分布曲線が、下記条件:
(i)前記保護膜の厚み方向の90%以上の領域において、珪素原子の数の比率、酸素原子の数の比率及び炭素原子の数の比率のうちで、珪素の数の比率が2番目に大きい値である、
(ii)前記炭素分布曲線が少なくとも1つの極値を有する、及び
(iii)前記炭素分布曲線における炭素原子の数の比率の最大値と最小値との差が5原子%以上である、
を満たす。
(i)前記保護膜の厚み方向の90%以上の領域において、珪素原子の数の比率、酸素原子の数の比率及び炭素原子の数の比率のうちで、珪素の数の比率が2番目に大きい値である、
(ii)前記炭素分布曲線が少なくとも1つの極値を有する、及び
(iii)前記炭素分布曲線における炭素原子の数の比率の最大値と最小値との差が5原子%以上である、
を満たす。
上記方法は、保護膜を形成する工程の後、第2のフィルムを、前記第2のフィルムと前記第1のフィルムとの間に前記有機EL素子及び前記保護膜が配置されるように、第1のフィルムに貼合する工程を更に含んでいてもよい。言い換えると、本発明に係る方法は、保護膜を形成する工程の後、前記第1のフィルムとの間に前記有機EL素子及び前記保護膜を介在させて、第1のフィルム上に第2のフィルムを貼合する工程を含んでいてもよい。この場合、第2のフィルムを、大気雰囲気下で第1のフィルムに貼合してもよい。
上記方法は、保護膜を形成する工程の後、第1のフィルムを、有機EL素子及び保護膜とともにロール状に巻き取り、巻き取られた第1のフィルム、有機EL素子及び保護膜を保管する工程を更に含んでいてもよい。この場合、巻き取られた第1のフィルム、有機EL素子及び保護膜を大気雰囲気下で保管してもよい。
別の側面において、本発明は、前記有機EL装置を有する照明装置、面光源装置及び表示装置に関する。
本発明によれば、高いガスバリア性を備え、屈曲されたときにもガスバリア性が低下しにくい保護膜で有機EL素子を覆うことができる。そのため、保護膜を形成したのち、封止部材などによって有機EL素子を封止するまでに有機EL素子が劣化することを抑制することができる。
以下、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
本実施形態に係る有機EL装置は、第1のフィルムと、第1のフィルム上に設けられる有機EL素子と、有機EL素子を覆うように形成される保護膜とを有する。保護膜は、有機EL素子の第1のフィルムとは反対側の面全体を覆う。
有機EL装置に搭載される有機EL素子は、次の3つの型の素子に大別することができる。すなわち、有機EL素子は、(I)当該有機EL素子が搭載される支持基板に向けて光を出射する、いわゆるボトムエミッション型の素子、(II)支持基板とは反対側に向けて光を出射する、いわゆるトップエミッション型の素子、及び、(III)支持基板に向けて光を出射するとともに、支持基板とは反対側に向けて光を出射する両面発光型の素子に大別することができる。本実施形態に係る有機EL装置に搭載される有機EL素子は、いずれの型の素子であってもよい。
有機EL装置は、必要に応じて第2のフィルムをさらに有する。この第2のフィルムは、第1のフィルムとの間に有機EL素子及び保護膜を挟んだ状態で、第1のフィルム上に配置される。有機EL素子及び保護膜は第1のフィルムと第2のフィルムとによって封止される。
以下ではまず図1を参照して、第2のフィルムが設けられていない有機EL装置について説明する。その後、図3および図4を参照して、第2のフィルムがさらに設けられた有機EL装置について説明する。
図1は本実施形態の有機EL装置を模式的に示す断面図である。図1に示す実施形態の有機EL装置13は、第1のフィルム1と、第1のフィルム1上に搭載された有機EL素子2と、有機EL素子2を保護する保護膜3とを有する。
保護膜3は、後述の条件(i)、(ii)及び(iii)を満たすことによって、高いガスバリア性を備え、さらに、屈曲されたときのガスバリア性の低下を抑制することができる。このような保護膜3を有機EL素子上に形成することによって、有機EL装置13をロール状に巻き取ったとしても、保護膜は高いガスバリア性を維持することができ、またガスバリア性が高いため、巻き取られた有機EL装置を大気雰囲気において保管することもできる。保護膜が屈曲しても高いガスバリア性を維持することができるため、有機EL装置の製造方法としてロール・ツーロール法を好適に適用することができる。後述する第2のフィルムを貼り合せる際にも、ロール・ツーロール法によって貼り合わせを行うことができる。さらにこの貼り合わせも大気雰囲気において行うことができる。
(保護膜)
保護膜について説明する。
保護膜について説明する。
本実施形態の有機EL装置の特徴の一つは、保護膜3にある。保護膜は、保護膜は、珪素原子、酸素原子及び炭素原子を含有する。珪素原子、酸素原子及び炭素原子の合計量に対する、珪素原子の数の比率(珪素の原子比)、酸素原子の数(量)の比率(酸素の原子比)及び炭素原子の数の比率(炭素の原子比)を、保護膜の厚み方向(膜厚方向)における保護膜の一方の表面からの距離を変えながら測定することにより、各原子の原子比と保護膜の表面からの距離との関係をそれぞれ表す珪素分布曲線、酸素分布曲線及び炭素分布曲線を得ることができる。本実施形態に係る保護膜から得られるこれらの曲線は、下記条件(i)、(ii)及び(iii)を満たす。
(i)保護膜の厚み方向の90%以上の領域において、珪素の原子比、酸素の原子比及び炭素の原子比のうちで、珪素の原子比が2番目に大きい値である。
(ii)炭素分布曲線が少なくとも1つの極値を有する。
(iii)炭素分布曲線における炭素の原子比の最大値と最小値との差(絶対値)が5at%以上である。
(i)保護膜の厚み方向の90%以上の領域において、珪素の原子比、酸素の原子比及び炭素の原子比のうちで、珪素の原子比が2番目に大きい値である。
(ii)炭素分布曲線が少なくとも1つの極値を有する。
(iii)炭素分布曲線における炭素の原子比の最大値と最小値との差(絶対値)が5at%以上である。
(i)の条件は、換言すると、保護膜の厚み方向の90%以上の領域において、下記式(1)又は下記式(2)が満たされることを意味する。
(酸素の原子比)>(珪素の原子比)>(炭素の原子比)・・・(1)
(炭素の原子比)>(珪素の原子比)>(酸素の原子比)・・・(2)
(炭素の原子比)>(珪素の原子比)>(酸素の原子比)・・・(2)
有機EL装置は、上記保護膜に加えて、上記条件(i)~(iii)の少なくともいずれかを満たさない他の層を有していてもよい。保護膜又は他の層は、窒素原子及びアルミニウム原子等を更に含有していてもよい。
珪素の原子比、酸素の原子比及び炭素の原子比が条件(i)を満たさない場合、保護膜のガスバリア性が低下する。上記式(1)又は(2)を満たす領域が、保護膜の厚みの90%以上を占めることが好ましい。この割合は、より好ましくは95%以上であり、更に好ましくは100%である。
本実施形態に係る保護膜において、上記条件(ii)として炭素分布曲線が少なくとも1つの極値を有することが必要である。このような保護膜においては、炭素分布曲線が2つの極値を有することがより好ましく、3つ以上の極値を有することが更に好ましい。炭素分布曲線が極値を有さない場合には、得られる保護膜が屈曲されたときに、ガスバリア性が低下する。炭素分布曲線が少なくとも3つの極値を有する場合、炭素分布曲線の隣接する極値間の厚み方向における距離が200nm以下であることが好ましく、100nm以下であることがより好ましい。
本明細書において、極値とは、保護膜の厚み方向における保護膜の表面からの距離に対して元素の原子比をプロットして得られる分布曲線における極大値又は極小値のことをいう。極大値とは、上記分布曲線において、保護膜の表面からの距離の変化にともなって元素の原子比の値が増加から減少に変わる点であって、且つその点における元素の原子比の値と比較して、該点から保護膜の厚み方向における保護膜の表面からの距離を更に20nm変化させた位置における元素の原子比の値が3at%以上減少する点における元素の原子比のことをいう。極小値とは、保護膜の表面からの距離の変化にともなって元素の原子比の値が減少から増加に変わる点であって、且つその点における元素の原子比の値と比較して、該点から保護膜の厚み方向における保護膜の表面からの距離を更に20nm変化させた位置における元素の原子比の値が3at%以上増加する点における元素の原子比のことをいう。
本実施形態に係る保護膜は、上記条件(iii)として、炭素分布曲線における炭素の原子比の最大値と最小値との差が5at%以上であることが必要である。このような保護膜においては、炭素の原子比の最大値と最小値との差が6at%以上であることがより好ましく、7at%以上であることが更に好ましい。この差が5at%未満では、第2のフィルムを屈曲させたときに保護膜のガスバリア性が低下する。上記の差の上限は、特に制限されないが、通常、30at%程度である。
(酸素分布曲線、極値)
保護膜の酸素分布曲線は、少なくとも1つの極値を有することが好ましく、少なくとも2つの極値を有することがより好ましく、少なくとも3つの極値を有することが更に好ましい。酸素分布曲線が極値を有する場合、保護膜の屈曲によるガスバリア性の低下が更に生じ難い傾向にある。保護膜の酸素分布が少なくとも3つの極値を有する場合、酸素分布曲線の有する一つの極値と、該極値に隣接する極値との間で、それぞれの保護膜の厚み方向における保護膜の表面からの距離の差が、いずれも200nm以下であることが好ましく、100nm以下であることがより好ましい。
保護膜の酸素分布曲線は、少なくとも1つの極値を有することが好ましく、少なくとも2つの極値を有することがより好ましく、少なくとも3つの極値を有することが更に好ましい。酸素分布曲線が極値を有する場合、保護膜の屈曲によるガスバリア性の低下が更に生じ難い傾向にある。保護膜の酸素分布が少なくとも3つの極値を有する場合、酸素分布曲線の有する一つの極値と、該極値に隣接する極値との間で、それぞれの保護膜の厚み方向における保護膜の表面からの距離の差が、いずれも200nm以下であることが好ましく、100nm以下であることがより好ましい。
(酸素分布曲線、最大値と最小値との差)
保護膜の酸素分布曲線における酸素の原子比の最大値と最小値との差が5at%以上であることが好ましく、6at%以上であることがより好ましく、7at%以上であることが更に好ましい。この差が前記下限以上であると、保護膜の屈曲によるガスバリア性の低下が更に生じ難い傾向にある。この差の上限は、特に制限されないが、通常、30at%程度である。
保護膜の酸素分布曲線における酸素の原子比の最大値と最小値との差が5at%以上であることが好ましく、6at%以上であることがより好ましく、7at%以上であることが更に好ましい。この差が前記下限以上であると、保護膜の屈曲によるガスバリア性の低下が更に生じ難い傾向にある。この差の上限は、特に制限されないが、通常、30at%程度である。
保護膜の珪素分布曲線における珪素の原子比の最大値と最小値との差が5at%未満であることが好ましく、4at%未満であることがより好ましく、3at%未満であることが更に好ましい。この差が前記上限未満であると、保護膜のガスバリア性が特に高くなる傾向にある。
(酸素炭素分布曲線、最大値と最小値との差)
保護膜の厚み方向における該層の表面からの距離と、珪素原子、酸素原子及び炭素原子の合計量に対する酸素原子及び炭素原子の合計量の比率(酸素及び炭素の原子比)との関係を表す酸素炭素分布曲線において、酸素及び炭素の原子比の合計の最大値と最小値との差が5at%未満であることが好ましく、4at%未満であることがより好ましく、3at%未満であることが更に好ましい。この差が前記上限未満であると、保護膜のガスバリア性が特に高くなる傾向にある。
保護膜の厚み方向における該層の表面からの距離と、珪素原子、酸素原子及び炭素原子の合計量に対する酸素原子及び炭素原子の合計量の比率(酸素及び炭素の原子比)との関係を表す酸素炭素分布曲線において、酸素及び炭素の原子比の合計の最大値と最小値との差が5at%未満であることが好ましく、4at%未満であることがより好ましく、3at%未満であることが更に好ましい。この差が前記上限未満であると、保護膜のガスバリア性が特に高くなる傾向にある。
珪素分布曲線、酸素分布曲線、炭素分布曲線及び酸素炭素分布曲線は、X線光電子分光法(XPS:Xray Photoelectron Spectroscopy)の測定とアルゴン等の希ガスイオンスパッタとを併用することにより、試料内部を露出させつつ順次表面組成分析を行う、いわゆるXPSデプスプロファイル測定により作成することができる。このようなXPSデプスプロファイル測定により得られる分布曲線は、例えば、縦軸を各元素の原子比(単位:at%)とし、横軸をエッチング時間(スパッタ時間)として作成することができる。エッチング時間は、保護膜の厚み方向における保護膜の表面からの距離に概ね相関する。したがって、「保護膜の厚み方向におけるガスバリア層の一方の表面からの距離」として、XPSデプスプロファイル測定の際に採用したエッチング速度とエッチング時間との関係から算出されるガスバリア層の表面からの距離を採用することができる。このようなXPSデプスプロファイル測定に際して採用するスパッタ法においては、エッチングイオン種としてアルゴン(Ar+)を用いた希ガスイオンスパッタ法を採用し、そのエッチング速度(エッチングレート)を0.05nm/sec(SiO2熱酸化膜換算値)とすることが好ましい。
膜面全体において均一で且つ優れたガスバリア性を有するガスバリア層を形成するという観点から、保護膜が、膜面方向(保護膜の主面(表面)に平行な方向)において実質的に一様であることが好ましい。本明細書において、「保護膜が膜面方向において実質的に一様である」とは、XPSデプスプロファイル測定により保護膜の膜面の任意の2箇所の測定箇所について酸素分布曲線、炭素分布曲線及び酸素炭素分布曲線を作成した場合に、その任意の2箇所の測定箇所において得られる炭素分布曲線が持つ極値の数が互いに同じで、それぞれの炭素分布曲線における炭素の原子比の最大値と最小値との差が、互いに同じであるかもしくはそれらの差が5at%以内であることをいう。
炭素分布曲線は実質的に連続であることが好ましい。本明細書において、「炭素分布曲線が実質的に連続である」とは、炭素分布曲線における炭素の原子比が不連続に変化する部分を含まないことを意味する。具体的には、これは、エッチング速度とエッチング時間とから算出される保護膜の厚み方向における該層の表面からの距離(x、単位:nm)と、炭素の原子比(c、単位:at%)との関係において、下記数式(F1):
-1.0 ≦(dc/dx)≦ 1.0 ・・・(F1)
で表される条件が満たされることをいう。
-1.0 ≦(dc/dx)≦ 1.0 ・・・(F1)
で表される条件が満たされることをいう。
本実施形態に係る保護膜は、上記条件(i)~(iii)を全て満たす膜を少なくとも1層備えていればよく、保護膜は、上記条件(i)~(iii)を全て満たす膜を2層以上備えていてもよい。保護膜がこのような膜を2層以上備える場合には、それら複数の膜の材質は、同一であってもよく、異なっていてもよい。
珪素分布曲線、酸素分布曲線及び炭素分布曲線において、珪素の原子比、酸素の原子比及び炭素の原子比が、式(1)で表される条件を満たす場合、保護膜中における珪素原子、酸素原子及び炭素原子の合計量に対する珪素原子の含有量の原子比率は、25~45at%であることが好ましく、30~40at%であることがより好ましい。保護膜中における珪素原子、酸素原子及び炭素原子の合計量に対する酸素原子の含有量の原子比率は、33~67at%であることが好ましく、45~67at%であることがより好ましい。保護膜中における珪素原子、酸素原子及び炭素原子の合計量に対する炭素原子の含有量の原子比率は、3~33at%であることが好ましく、3~25at%であることがより好ましい。
珪素分布曲線、酸素分布曲線及び炭素分布曲線において、珪素の原子比、酸素の原子比及び炭素の原子比が、前記式(2)で表される条件を満たす場合には、保護膜中における珪素原子、酸素原子及び炭素原子の合計量に対する珪素原子の含有量の原子比率は、25~45at%であることが好ましく、30~40at%であることがより好ましい。保護膜中における珪素原子、酸素原子及び炭素原子の合計量に対する酸素原子の含有量の原子比率は、1~33at%であることが好ましく、10~27at%であることがより好ましい。保護膜中における珪素原子、酸素原子及び炭素原子の合計量に対する炭素原子の含有量の原子比率は、33~66at%であることが好ましく、40~57at%であることがより好ましい。
保護膜の厚みは、5~3000nmであることが好ましく、10~2000nmであることより好ましく、100~1000nmであることが特に好ましい。保護膜の厚みがこれら数値範囲内にあると、より優れた酸素ガスバリア性、水蒸気バリア性等のガスバリア性が得られるとともに屈曲によるガスバリア性の低下が更に効果的に抑制される傾向にある。
保護膜が複数の膜から構成される場合には、それら複数の膜の厚みの合計値は、通常10~10000nmであり、10~5000nmであることが好ましく、100~3000nmであることより好ましく、200~2000nmであることが更に好ましい。保護膜の厚みの合計値がこれら数値範囲内にあると、より優れた酸素ガスバリア性、水蒸気バリア性等のガスバリア性が得られるとともに屈曲によるガスバリア性の低下が更に効果的に抑制される傾向にある。
保護膜は、プラズマ化学気相成長法により形成される層であることが好ましい。プラズマ化学気相成長法により形成される保護膜は、第1のフィルム及びその上に設けられた有機EL素子を一対の成膜ロール上に配置し、一対の成膜ロール間に放電してプラズマを発生させるプラズマ化学気相成長法により形成される層であることがより好ましい。一対の成膜ロール間に放電する際には、一対の成膜ロールの極性を交互に反転させることが好ましい。このようなプラズマ化学気相成長法に用いる成膜ガスは、有機ケイ素化合物と酸素とを含むことが好ましい。成膜ガス中の酸素の含有量は、成膜ガス中の有機ケイ素化合物の全量を完全酸化するのに必要な理論酸素量以下であることが好ましい。保護膜は、連続的な成膜プロセスにより形成された層であることが好ましい。このようなプラズマ化学気相成長法を利用して保護膜を形成する方法の詳細は、後述の保護膜を製造する方法において説明される。
<保護膜の製造方法>
次に、保護膜を製造する方法について説明する。保護膜は、第1のフィルム上に予め形成された有機EL素子を、第1のフィルムとともに覆うように形成される。保護膜を有機EL素子及び第1のフィルムの表面上に形成させる方法としては、ガスバリア性の観点から、プラズマ化学気相成長法(プラズマCVD)が好ましい。このプラズマ化学気相成長法はペニング放電プラズマ方式のプラズマ化学気相成長法であってもよい。
次に、保護膜を製造する方法について説明する。保護膜は、第1のフィルム上に予め形成された有機EL素子を、第1のフィルムとともに覆うように形成される。保護膜を有機EL素子及び第1のフィルムの表面上に形成させる方法としては、ガスバリア性の観点から、プラズマ化学気相成長法(プラズマCVD)が好ましい。このプラズマ化学気相成長法はペニング放電プラズマ方式のプラズマ化学気相成長法であってもよい。
プラズマ化学気相成長法においてプラズマを発生させる際には、複数の成膜ロールの間の空間にプラズマ放電を発生させることが好ましく、一対の成膜ロールを用い、その一対の成膜ロールのそれぞれに第1のフィルムを配置して、一対の成膜ロール間に放電してプラズマを発生させることがより好ましい。このように一対の成膜ロールを用いることにより、成膜時に、一方の成膜ロール上に存在する第1のフィルム及び有機EL素子上に保護膜を成膜しつつ、もう一方の成膜ロール上に存在する第1のフィルム及び有機EL素子上にも同時に保護膜を成膜することが可能である。これにより、効率よく保護膜を製造できるだけでなく、2倍の成膜レートで、同じ構造の膜を同時に成膜できる。その結果、炭素分布曲線における極値を少なくとも倍増させて、効率よく上記条件(i)~(iii)を全て満たす保護膜を形成することが可能となる。生産性の観点から、ロールツーロール方式で第1のフィルム及び有機EL素子の表面上に保護膜を形成させることが好ましい。このようなプラズマ化学気相成長法により保護膜を製造する際に用いることが可能な装置は、特に制限されないが、少なくとも一対の成膜ロールと、プラスマ電源とを備え、前記一対の成膜ロール間において放電することが可能な装置であることが好ましい。例えば、図2に示す製造装置を用いることにより、プラズマ化学気相成長法を利用しながらロールツーロール方式で保護フィルムを製造することが可能である。
以下、図2を参照しながら、保護膜を製造する方法についてより詳細に説明する。図2は、本実施形態に係る保護膜を製造するために好適に利用することが可能な製造装置の一例を示す模式図である。以下の説明及び図面中、同一又は相当する要素には同一の符号が付され、重複する説明は適宜省略される。
図2に示す製造装置は、送り出しロール701と、搬送ロール21、22、23、24と、対向して配置された一対の成膜ロール31、32と、ガス供給管41と、プラズマ発生用電源51と、成膜ロール31及び32の内部に設置された磁場発生装置61、62と、巻取りロール702とを備えている。この製造装置においては、少なくとも、成膜ロール31、32と、ガス供給管41と、プラズマ発生用電源51と、磁場発生装置61、62とは、図示を省略した真空チャンバー内に配置されている。この真空チャンバーは図示を省略した真空ポンプに接続されており、かかる真空ポンプにより真空チャンバー内の圧力を適宜調整することが可能である。
図2の製造装置においては、一対の成膜ロール(成膜ロール31と成膜ロール32)を一対の対向電極として機能させることが可能となるように、各成膜ロールがそれぞれプラズマ発生用電源51に接続されている。プラズマ発生用電源51から電力を供給することにより、成膜ロール31と成膜ロール32との間の空間に放電し、これにより成膜ロール31と成膜ロール32との間の空間にプラズマを発生させることができる。成膜ロール31と成膜ロール32を電極としても利用する場合には、電極としても利用可能なようにその材質及び設計を適宜変更すればよい。一対の成膜ロール(成膜ロール31及び32)は、その中心軸が同一平面上において略平行となるようにして配置されることが好ましい。このように一対の成膜ロール(成膜ロール31及び32)を配置して、それぞれの成膜ロール上で保護膜を成膜することにより、1つ成膜ロール上で成膜する場合と比較して、成膜レートを倍にできる。なおかつ、同じ構造の膜を重ねて成膜できるので、炭素分布曲線における極値の数を少なくとも倍増させることが可能である。このような製造装置によれば、CVD法により第1のフィルム1及び有機EL素子の表面上に保護膜を形成することが可能であり、成膜ロール31上において第1のフィルム1及び有機EL素子の表面上に膜成分を堆積させつつ、更に成膜ロール32上においても第1のフィルム1及び有機EL素子の表面上に膜成分を堆積させることもできる。そのため、第1のフィルム1及び有機EL素子の表面上に保護膜を効率よく形成することができる。
成膜ロール31及び成膜ロール32の内部には、磁場発生装置61及び62が設けられている。この磁場発生装置61及び62は、たとえ成膜ロールが回転したとしても、それ自体は回転しないようにして固定されている。
成膜ロール31及び成膜ロール32として、適宜通常のロールを用いることができる。成膜ロール31及び32の直径は、より効率よく薄膜を形成せしめるという観点から、実質的に同一であることが好ましい。成膜ロール31及び32の直径は、放電条件、チャンバーのスペース等の観点から、5~100cmであることが好ましい。
図2の製造装置においては、第1のフィルムの表面が互いに対向するように、一対の成膜ロール(成膜ロール31と成膜ロール32)上に、第1のフィルムが配置されている。このように第1のフィルムを配置することにより、成膜ロール31と成膜ロール32との間に放電を行ってプラズマを発生させる際に、一対の成膜ロール間に存在する第1のフィルムのそれぞれの表面に同時に成膜することが可能である。すなわち、このような製造装置によれば、CVD法により、成膜ロール31上にて第1のフィルム及び有機EL素子の表面上に膜成分を堆積させ、更に成膜ロール32上にて第1のフィルム及び有機EL素子の表面上に膜成分を堆積させることができる。そのため、第1のフィルム及び有機EL素子の表面上にガスバリア層を効率よく形成することが可能である。
送り出しロール701及び搬送ロール21、22、23、24としては適宜、通常のロールを用いることができる。巻取りロール702は、保護膜を形成した第1のフィルム1を巻き取ることが可能なものであれば特に制限されず、適宜、通常用いられるロールから選択される。
ガス供給管41は、原料ガス等を所定の速度で供給又は排出することが可能であればよい。プラズマ発生用電源51としては、適宜、通常のプラズマ発生装置の電源を用いることができる。プラズマ発生用電源51は、これに接続された成膜ロール31と成膜ロール32に電力を供給して、これらを放電のための対向電極として利用することを可能とする。プラズマ発生用電源51としては、より効率よくプラズマCVDを実施することが可能であることから、一対の成膜ロールの極性を交互に反転させることが可能な電源(交流電源など)を利用することが好ましい。プラズマ発生用電源51は、より効率よくプラズマCVDを実施するために、印加電力を100W~10kWに、交流の周波数を50Hz~500kHzに設定することが可能であることがより好ましい。磁場発生装置61、62としては適宜、通常の磁場発生装置を用いることができる。送り出しロールから送り出される基材としては、第1のフィルム及び有機EL素子の他に、それらの上に予め形成された保護膜を有する基材を用いることができる。このように、このように、複数回にわけて保護膜を形成することにより保護膜をさらに厚くすることが可能である。
図2に示す製造装置を用いて、例えば、原料ガスの種類、プラズマ発生装置の電極ドラムの電力、真空チャンバー内の圧力、成膜ロールの直径、並びに、フィルムの搬送速度を適宜調整することにより、保護膜することができる。
図2に示す製造装置を用いて、成膜ガス(原料ガス等)を真空チャンバー内に供給しつつ、一対の成膜ロール(成膜ロール31及び32)間に放電を発生させることにより、成膜ガス(原料ガス等)がプラズマによって分解され、成膜ロール31上の第1のフィルムの表面上並びに成膜ロール32上の第1のフィルムの表面上に、保護膜がプラズマCVD法により形成される。このような成膜に際しては、第1のフィルム1が送り出しロール701及び成膜ロール31等により、それぞれ搬送されることから、ロールツーロール方式の連続的な成膜プロセスにより第1のフィルム1の表面上に、有機EL素子を覆う保護膜が形成される。
保護膜の形成に用いられる成膜ガス中の原料ガスは、形成される保護膜の材質に応じて適宜選択される。原料ガスとしては、例えば、ケイ素を含有する有機ケイ素化合物を用いることができる。原料ガスは、有機ケイ素化合物の他に、ケイ素源としてのモノシランを含有してもよい。
原料ガスは、例えば、ヘキサメチルジシロキサン、1,1,3,3-テトラメチルジシロキサン、ビニルトリメチルシラン、メチルトリメチルシラン、ヘキサメチルジシラン、メチルシラン、ジメチルシラン、トリメチルシラン、ジエチルシラン、プロピルシラン、フェニルシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、及びオクタメチルシクロテトラシロキサンからなる群より選ばれる少なくとも1種の有機ケイ素化合物を含む。これらの有機ケイ素化合物の中でも、化合物の取り扱い性及び得られるガスバリア層のガスバリア性等の特性の観点から、ヘキサメチルジシロキサン及び1,1,3,3-テトラメチルジシロキサンが好ましい。これらの有機ケイ素化合物は、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて使用することができる。
成膜ガスは、原料ガスの他に反応ガスを含んでいてもよい。この反応ガスとしては、原料ガスと反応して酸化物、窒化物等の無機化合物を形成するガスを適宜選択して使用することができる。酸化物を形成するための反応ガスとしては、例えば、酸素又はオゾンを用いることができる。窒化物を形成するための反応ガスとしては、例えば、窒素又はアンモニアを用いることができる。これらの反応ガスは、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて使用される。例えば、酸窒化物を形成する場合には、酸化物を形成するための反応ガスと窒化物を形成するための反応ガスとを組み合わせることができる。
成膜ガスとして、原料ガスを真空チャンバー内に供給するために、必要に応じて、キャリアガスを用いてもよい。成膜ガスとして、プラズマ放電を発生させるために、必要に応じて、放電用ガスを用いてもよい。このようなキャリアガス及び放電用ガスとしては、適宜公知のものを使用することができる。例えば、ヘリウム、アルゴン、ネオン及びキセノン等の希ガス又は水素をキャリアガス又は放電用ガスとして用いることができる。
成膜ガスが原料ガスと反応ガスを含有する場合には、原料ガスと反応ガスの比率は、原料ガスと反応ガスとを完全に反応させるために理論上必要となる反応ガスの量の比率よりも、反応ガスの比率を過剰にし過ぎないことが好ましい。反応ガスの比率を適切に制御することにより、上記条件(i)~(iii)を全て満たす薄膜(保護膜)を特に効率的に形成することができる。成膜ガスが有機ケイ素化合物と酸素とを含有する場合には、成膜ガスの酸素量は、成膜ガス中の有機ケイ素化合物の全量を完全酸化するのに必要な理論酸素量以下であることが好ましい。
以下、成膜ガスとして、原料ガスとしてのヘキサメチルジシロキサン(有機ケイ素化合物:HMDSO:(CH3)6Si2O:)と、反応ガスとしての酸素(O2)を含有するガスを用い、ケイ素-酸素系の保護膜を製造する場合を例に挙げて、成膜ガス中の原料ガスと反応ガスの好適な比率等についてより詳細に説明する。
原料ガスとしてのヘキサメチルジシロキサン(HMDSO、(CH3)6Si2O)と、反応ガスとしての酸素(O2)とを含有する成膜ガスをプラズマCVDにより反応させてケイ素-酸素系の保護膜を作製する場合、その成膜ガス中で下記反応式(3):
(CH3)6Si2O+12O2→6CO2+9H2O+2SiO2 (3)
で表される反応が起こり、二酸化ケイ素が形成される。この反応においては、ヘキサメチルジシロキサン1モルを完全酸化するのに必要な酸素量は12モルである。そのため、成膜ガス中に、ヘキサメチルジシロキサン1モルに対して酸素を12モル以上含有させて完全に反応させた場合には、均一な二酸化ケイ素膜が形成され得る。その場合、上記条件(i)~(iii)を全て満たす保護膜を形成することができない可能性が高い。そのため、本実施形態に係る保護膜を形成する際には、上記(3)式の反応が完全には進行しないように、ヘキサメチルジシロキサン1モルに対して酸素量を化学量論比の12モルより少なくすることが好ましい。実際のプラズマCVDチャンバー内の反応では、原料のヘキサメチルジシロキサンと反応ガスの酸素は、ガス供給部から成膜領域へ供給されて成膜されるので、反応ガスの酸素のモル量(流量)が原料のヘキサメチルジシロキサンのモル量(流量)の12倍のモル量(流量)であったとしても、現実には反応が完全には進行せず、酸素を化学量論比に比して大過剰に供給して初めて反応が完結することが多いと考えられる。例えば、CVDにより完全酸化させて酸化ケイ素を得るために、酸素のモル量(流量)が原料のヘキサメチルジシロキサンのモル量(流量)の20倍以上程度とされる場合もある。そのため、原料のヘキサメチルジシロキサンのモル量(流量)に対する酸素のモル量(流量)は、化学量論比である12倍量以下(より好ましくは、10倍以下)の量であることが好ましい。このような比でヘキサメチルジシロキサン及び酸素を成膜ガスに含有させることにより、完全に酸化されなかったヘキサメチルジシロキサン中の炭素原子及び水素原子が保護膜中に取り込まれる。その結果、上記条件(i)~(iii)を全て満たす保護膜を形成することができる。これにより、得られる保護膜に優れたバリア性及び耐屈曲性を発揮させることが可能となる。成膜ガス中のヘキサメチルジシロキサンのモル量(流量)に対する酸素のモル量(流量)が少なすぎると、酸化されなかった炭素原子及び水素原子が保護膜中に過剰に取り込まれる。この場合は保護膜の透明性が低下するため、保護膜を、有機ELデバイス及び有機薄膜太陽電池などのような透明性を必要とするデバイス用のフレキシブル基板として利用することが困難になる。このような観点から、成膜ガス中のヘキサメチルジシロキサンのモル量(流量)に対する酸素のモル量(流量)は、ヘキサメチルジシロキサンのモル量(流量)の0.1倍より多い量であることが好ましく、0.5倍より多い量であることがより好ましい。
(CH3)6Si2O+12O2→6CO2+9H2O+2SiO2 (3)
で表される反応が起こり、二酸化ケイ素が形成される。この反応においては、ヘキサメチルジシロキサン1モルを完全酸化するのに必要な酸素量は12モルである。そのため、成膜ガス中に、ヘキサメチルジシロキサン1モルに対して酸素を12モル以上含有させて完全に反応させた場合には、均一な二酸化ケイ素膜が形成され得る。その場合、上記条件(i)~(iii)を全て満たす保護膜を形成することができない可能性が高い。そのため、本実施形態に係る保護膜を形成する際には、上記(3)式の反応が完全には進行しないように、ヘキサメチルジシロキサン1モルに対して酸素量を化学量論比の12モルより少なくすることが好ましい。実際のプラズマCVDチャンバー内の反応では、原料のヘキサメチルジシロキサンと反応ガスの酸素は、ガス供給部から成膜領域へ供給されて成膜されるので、反応ガスの酸素のモル量(流量)が原料のヘキサメチルジシロキサンのモル量(流量)の12倍のモル量(流量)であったとしても、現実には反応が完全には進行せず、酸素を化学量論比に比して大過剰に供給して初めて反応が完結することが多いと考えられる。例えば、CVDにより完全酸化させて酸化ケイ素を得るために、酸素のモル量(流量)が原料のヘキサメチルジシロキサンのモル量(流量)の20倍以上程度とされる場合もある。そのため、原料のヘキサメチルジシロキサンのモル量(流量)に対する酸素のモル量(流量)は、化学量論比である12倍量以下(より好ましくは、10倍以下)の量であることが好ましい。このような比でヘキサメチルジシロキサン及び酸素を成膜ガスに含有させることにより、完全に酸化されなかったヘキサメチルジシロキサン中の炭素原子及び水素原子が保護膜中に取り込まれる。その結果、上記条件(i)~(iii)を全て満たす保護膜を形成することができる。これにより、得られる保護膜に優れたバリア性及び耐屈曲性を発揮させることが可能となる。成膜ガス中のヘキサメチルジシロキサンのモル量(流量)に対する酸素のモル量(流量)が少なすぎると、酸化されなかった炭素原子及び水素原子が保護膜中に過剰に取り込まれる。この場合は保護膜の透明性が低下するため、保護膜を、有機ELデバイス及び有機薄膜太陽電池などのような透明性を必要とするデバイス用のフレキシブル基板として利用することが困難になる。このような観点から、成膜ガス中のヘキサメチルジシロキサンのモル量(流量)に対する酸素のモル量(流量)は、ヘキサメチルジシロキサンのモル量(流量)の0.1倍より多い量であることが好ましく、0.5倍より多い量であることがより好ましい。
真空チャンバー内の圧力(真空度)は、原料ガスの種類等に応じて適宜調整することができるが、0.1Pa~50Paの範囲であることが好ましい。
このようなプラズマCVD法において、成膜ロール31及び32間に放電するために、プラズマ発生用電源51に接続された電極ドラム(本実施形態においては成膜ロール31及び32に設置されている。)に印加する電力は、原料ガスの種類及び真空チャンバー内の圧力等に応じて適宜調整されるが、好ましくは0.1~10kWである。印加電力が前記下限未満ではパーティクルが発生し易くなる傾向にあり、印加電力が前記上限を超えると成膜時に発生する熱量が多くなり、成膜時の基材表面の温度が上昇する。温度が上昇しすぎると、基材が熱によって損傷し、成膜時に皺が発生する可能性がある場合によっては、熱によってフィルムが溶け、成膜ロールが露出し、成膜ロール間に大電流の放電が発生して成膜ロール自体が損傷するおそれがある。
第1のフィルムの搬送速度(ライン速度)は、原料ガスの種類及び真空チャンバー内の圧力等に応じて適宜調整することができるが、0.1~100m/minであることが好ましく、0.5~20m/minであることがより好ましい。ライン速度が前記下限未満では、フィルムに熱に起因する皺の発生しやすくなる傾向にあり、ライン速度が前記上限を超えると、形成される保護膜の厚みが薄くなる傾向にある。
以上のように保護膜を形成した後、後述する第2のフィルムを貼り合せるまでの間、第1のフィルムを有機EL素子及び保護膜とともにロール状に巻き取り、これらを保管することができる。この保管の工程は、例えば真空中、不活性ガス雰囲気中、又は大気雰囲気中で行われる。工程の簡易さからは不活性ガス雰囲気中、又は大気雰囲気中が好ましく、大気雰囲気中がさらに好ましい。このように保管する工程を不活性ガス雰囲気中又は大気雰囲気中で行ったとしても、ロール状に巻き取られた状態の保護膜のガスバリア性が低下しにくく、また保護膜のガスバリア性が高いため、有機EL素子の劣化を抑制することができる。
図3及び図4を参照して、保護膜上に第2のフィルムが設けられた態様の有機EL装置について説明する。図3は一例としてトップエミッション型の有機EL素子が設けられた形態を示し、図4はボトムエミッション型の有機EL素子が設けられた形態を示す。
図3は本実施形態の有機EL装置を模式的に示す断面図である。図3に示す実施形態の有機EL装置13においては、第1のフィルム1上に有機EL素子2が搭載され、この有機EL素子2を覆うように保護膜3が形成されている。第2のフィルム11は、この有機EL素子2及び保護膜3を第1のフィルム1との間に介在させながら、第1のフィルム1上に配置されている。第2のフィルム11は、第1のフィルム1とともに有機EL素子2を封止する。第1のフィルム1と第2のフィルム11とは、それらの間に設けられた接着層4を介して貼り合わされている。
図3に示す本実施形態の有機EL素子2は、トップエミッション型の素子であり、光を第2のフィルム11に向けて出射する。そのため第2のフィルム11は光を透過する部材によって形成される必要がある。他方、本実施形態において支持基板に相当する第1のフィルム1は、光を透過しない不透明な部材によって形成されていてもよい。
第1のフィルム1として、プラスチックフィルム又は金属フィルムを使用することができ、金属フィルムが好ましい。金属フィルムは、プラスチックフィルムなどに比べると高いガスバリア性を有するため、有機EL装置のガスバリア性を高めることができる。金属フィルムとしては、例えば、Al、Cu又はFeの薄板、及びステンレス鋼などの合金の薄板を用いることができる。
第2のフィルム11として、ガスバリア性の高いフィルムが好適に用いられる。例えば、本実施形態では第2のフィルム11は、基材6と、基材6の有機EL素子2側の主面上に設けられ、高いガスバリア性を有するガスバリア層5とから構成される。
ガスバリア層5は、交互に積層された有機層及び無機層から構成されていてもよいし、上述の保護膜3として説明した薄膜と同じ薄膜を、ガスバリア層5として用いてもよい。
製造の容易さとバリア性能の観点からは、ガスバリア層5は、保護膜として説明した薄膜と同様の膜であることが好ましい。すなわち、第2のフィルム11は、所定の基材6と、基材6上にガスバリア層5として形成された、上述の保護膜と同様の薄膜とを有することが好ましい。
このような第1のフィルム1と第2のフィルムとによって有機EL素子2を封止することにより、フレキシブルで、十分な耐久性とガスバリア性を兼ね備えた有機EL装置を実現することができる。とくに第1のフィルム1に金属フィルムを用いた場合には、第1のフィルム1と第2のフィルム11の両方が高いガスバリア性を示すので、より高い耐久性とガスバリア性を兼ね備えた有機EL装置を実現することができる。
図4は本発明の他の実施形態の有機EL装置13を模式的に示す断面図である。図4に示す実施形態の有機EL装置13は、図3に示す実施形態とは有機EL素子と、第1のフィルム1とが異なる。すなわち本実施形態の有機EL素子2は、ボトムエミッション型の素子であり、支持基板に相当する第1のフィルム1に向けて光を出射する。そのため第1のフィルム1は光透過性を示すフィルムである必要がある。
本実施形態の第1のフィルム1は光透過性を示すフィルムであればとくに制限はないが、ガスバリア性の観点から、第2のフィルム11と同様に、珪素、酸素及び炭素を含有する第2のガスバリア層8を有することが好ましい。本実施形態では第1のフィルム1は、基材7と、この基材7上に設けられる第2のガスバリア層8から構成される。この第2のガスバリア層8は、上述したように、条件(i)~(iii)を満たすことによって、高いガスバリア性を備え、さらに屈曲したさいのガスバリア性の低下を抑制することができる。
このような第1のフィルム1と第2のフィルムとによって有機EL素子2を封止することにより、フレキシブルで、十分な耐久性とガスバリア性を兼ね備えた有機EL装置を実現することができる。
上述の第1のフィルム又は第2のフィルムの基材としては、無色透明な樹脂フィルム又は樹脂シートが挙げられる。このような基材に用いる樹脂は、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)及びポリエチレンナフタレート(PEN)等のポリエステル系樹脂;ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)及び環状ポリオレフィン等のポリオレフィン系樹脂;ポリアミド系樹脂;ポリカーボネート系樹脂;ポリスチレン系樹脂;ポリビニルアルコール系樹脂;エチレン-酢酸ビニル共重合体のケン化物;ポリアクリロニトリル系樹脂;アセタール系樹脂;並びにポリイミド系樹脂から選ばれる。これらの樹脂の中でも耐熱性が高く線膨張率が小さく製造コストが低いという観点から、ポリエステル系樹脂及びポリオレフィン系樹脂が好ましく、PET及びPENが特に好ましい。これらの樹脂は1種を単独で用いられてもよく、また2種以上を組み合わせて用いられてもよい。
上記基材の厚みは、例えば第1のフィルム上に保護膜を製造する際の安定性を考慮して適宜に設定することができる。基材の厚みは、真空中においてもフィルムの搬送が可能であるという観点から、5~500μmの範囲であることが好ましい。プラズマCVD法によりガスバリア層を形成する場合には、第1のフィルムの基材を通して放電しつつ保護膜を形成することから、第1のフィルムの基材の厚みが50~200μmであることがより好ましく、50~100μmであることが更に好ましい。
基材に対して、保護膜又はガスバリア層との密着性の観点から、表面を清浄するための表面活性処理を施すことが好ましい。このような表面活性処理としては、例えば、コロナ処理、プラズマ処理、及びフレーム処理が挙げられる。
第1のフィルム及び/又は第2のフィルムは、必要に応じて、更にプライマーコート層、ヒートシール性樹脂層、接着剤層等を備えていてもよい。プライマーコート層は、基材又はガスバリア層と基材との接着性を向上させることが可能なプライマーコート剤を用いて形成することができる。ヒートシール性樹脂層は、適宜通常のヒートシール性樹脂を用いて形成することができる。接着剤層は、適宜通常の接着剤を用いて形成することができ、このような接着剤層により複数の第1又は第2のフィルム同士が接着されていてもよい。
図4に示す実施形態の有機EL装置において、ボトムエミッション型の有機EL素子にかえて、両面発光型の有機EL素子を設けてもよい。
例えば、図3及び図4に示す実施形態において、第1のフィルム及び/又は第2のフィルムに対して、付加的なフィルムがさらに貼合されていてもよい。付加的なフィルムとしては、有機EL装置の表面を保護する保護フィルム、有機EL装置に入射する外光の反射を防止する反射防止フィルム、光取出し効率を高める作用を有する光取出しフィルム、光の位相及び偏光を調整するための光学機能性フィルム、並びに、これらから選ばれる複数のフィルムが積層された構成を有する光学フィルムなどが挙げられる。付加的なフィルムは第1のフィルム及び/又は第2のフィルムの片面又は両面に貼合される。
(接着層)
接着層は、第1のフィルムと第2のフィルムとを、それらの間に有機EL素子が配置された状態で接着する層である。接着層に用いられる接着剤は、高いガスバリア性を有することが好ましい。図3に示すような、有機EL素子2から出射する光が、接着層4を通って外界に出射される有機EL装置では、接着層4の光透過率が高いことが好ましい。この場合、光取出し効率の観点からは、接着層4に接する層と、接着層4との屈折率の差の絶対値は小さいほうが好ましい。
接着層は、第1のフィルムと第2のフィルムとを、それらの間に有機EL素子が配置された状態で接着する層である。接着層に用いられる接着剤は、高いガスバリア性を有することが好ましい。図3に示すような、有機EL素子2から出射する光が、接着層4を通って外界に出射される有機EL装置では、接着層4の光透過率が高いことが好ましい。この場合、光取出し効率の観点からは、接着層4に接する層と、接着層4との屈折率の差の絶対値は小さいほうが好ましい。
接着層に利用可能な接着剤としては、熱硬化性接着剤及び光硬化性接着剤などの硬化性接着剤が好適である。
熱硬化性樹脂接着剤としては、エポキシ系接着剤、及びアクリレート系接着剤などを挙げることができる。
エポキシ系接着剤としては、例えば、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、及びフェノキシ樹脂から選ばれるエポキシ化合物を含む接着剤を挙げることができる。
アクリレート系接着剤としては、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、エチルアクリレート、ブチルアクリレート、2-ヘキシルアクリレート、アクリルアミド、アクリロニトリル及びヒドロキシルアクリレートなどから選ばれる主成分としてのモノマーと、該主成分と共重合可能なモノマーとを含む接着剤を挙げることができる。
光硬化性接着剤としては、ラジカル系接着剤、及びカチオン系接着剤などを挙げることができる。
ラジカル系接着剤としては、エポキシアクリレート、エステルアクリレート、及びエステルアクリレートなどを含む接着剤を挙げることができる。
カチオン系接着剤としては、エポキシ系樹脂、ビニルエーテル系樹脂などを含む接着剤を挙げることができる。
(有機EL装置の製造方法)
以下、図5を参照して有機EL装置の製造方法について説明する。図5は有機EL装置を製造する装置を概略的に示す図である。図5に示す装置では、第1のフィルム1と、第2のフィルム11とが貼り合わせられ、さらに付加的なフィルム820が第2のフィルム11に貼り合わせられる。第1のフィルム1上には有機EL素子及び保護膜が予め形成されている。
以下、図5を参照して有機EL装置の製造方法について説明する。図5は有機EL装置を製造する装置を概略的に示す図である。図5に示す装置では、第1のフィルム1と、第2のフィルム11とが貼り合わせられ、さらに付加的なフィルム820が第2のフィルム11に貼り合わせられる。第1のフィルム1上には有機EL素子及び保護膜が予め形成されている。
巻き出しロール500は、有機EL素子及び保護膜が予めその上に形成された第1のフィルム1を送り出す。巻き出しロール510は、第2のフィルム11を送り出す。巻き出しロール500から送り出された第1のフィルム1上には、第1接着層用の塗布装置610によって接着剤が塗布され、第1接着層が形成される。その後、第1貼り合せロール511,512によって、第1のフィルム1と、搬送ロール513を経て供給された第2のフィルム11とが第1接着層を介して貼り合わされ、さらに第1接着層用の硬化装置611によって、第1接着層が硬化(固化)される。
第2のフィルム11上に、硬化装置611の下流側に設けられた第2接着層用の塗布装置620によって接着剤が塗布され、第2接着層がさらに形成される。続いて、第2貼り合わせロール521,522によって、第2のフィルム11と、巻き出しロール520から送り出され、搬送ロール523を経て供給された付加的なフィルム820とが第2接着層を介して貼り合わされ、さらに第2接着層用の硬化装置621によって、第2接着層が硬化(固化)される。その後、形成された有機EL装置は巻き取りロール530によって巻き取られる。
付加的なフィルムとしては、例えば前述のフィルムが用いられる。本実施形態では1枚の付加的なフィルムが貼り合わされるが、2枚以上の付加的なフィルムが順次貼合されてもよい。3枚以上のフィルムが貼り合せられる場合、貼り合せの順序は有機EL装置の積層順に応じて適宜変更される。
第2のフィルムにより有機EL素子が封止される前に、ガスバリア性にすぐれ、屈曲によるガスバリア性の低下が抑制された保護膜が予め有機EL素子上に形成されているため、上述の第2のフィルムを貼り合せる工程は、任意の雰囲気で行うことができる。例えば真空中、不活性ガス雰囲気中、又は大気中雰囲気中において第2のフィルムを貼り合わせる工程を行うことができる。なかでも不活性ガス雰囲気中又は大気中雰囲気中が好ましく、大気中雰囲気がさらに好ましい。有機EL装置を作製するための装置が複雑にならず、簡易な工程で有機EL装置を製造することができるためである。
図2及び図5に示す実施の形態では、保護膜を形成した後に、一旦第1のフィルムを巻き取って、第1のフィルム、有機EL素子及び保護膜を有する積層体のロールが保管される。このような形態に限らず、保護膜を形成した後に連続してそのまま第2のフィルムを貼合してもよい。有機EL素子は、ガスバリア性にすぐれ、屈曲によるガスバリア性の低下が抑制された保護膜により保護されているため、巻き取られた上記積層体のロールを、任意の雰囲気で保管することができる。例えば真空中、不活性ガス雰囲気中、又は大気中雰囲気中において上記積層体を保管することができる。なかでも不活性ガス雰囲気中または大気中雰囲気中で第1のフィルムを含む上記積層体を保管することが好ましく、大気中雰囲気で上記積層体を保管することがさらに好ましい。保管のための設備が複雑にならず、上記積層体を簡易に保管することができるためである。
(有機EL素子)
次に有機EL素子の構成について説明する。有機EL素子は、第1のフィルムと第2のフィルムとが貼合される工程の前に、第1のフィルム上に形成される。
次に有機EL素子の構成について説明する。有機EL素子は、第1のフィルムと第2のフィルムとが貼合される工程の前に、第1のフィルム上に形成される。
有機EL素子は、陽極及び陰極からなる一対の電極と、該電極間に設けられる発光層とから構成される。一対の電極間には、発光層に加えて、必要に応じて所定の層が設けられることがある。発光層は1層に限らず複数層設けられることがある。
陰極と発光層との間に設けられる層としては、電子注入層、電子輸送層及び正孔ブロック層などを挙げることができる。陰極と発光層との間に電子注入層と電子輸送層との両方の層が設けられる場合、陰極に接する層を電子注入層といい、この電子注入層を除く層を電子輸送層という。
電子注入層は、陰極からの電子注入効率を改善する機能を有する。電子輸送層は陰極側の表面に接する層からの電子注入を改善する機能を有する。正孔ブロック層は、正孔の輸送を堰き止める機能を有する。電子注入層、及び/又は電子輸送層が正孔の輸送を堰き止める機能を有する場合には、これらの層が正孔ブロック層を兼ねることがある。
正孔ブロック層が正孔の輸送を堰き止める機能を有することは、例えばホール電流のみを流す素子を作製し、その電流値の減少に基づいて確認することが可能である。
陽極と発光層との間に設けられる層としては、正孔注入層、正孔輸送層及び電子ブロック層などを挙げることができる。陽極と発光層との間に、正孔注入層と正孔輸送層との両方の層が設けられる場合、陽極に接する層を正孔注入層といい、この正孔注入層を除く層を正孔輸送層という。
正孔注入層は、陽極からの正孔注入効率を改善する機能を有する。正孔輸送層は陽極側の表面に接する層からの正孔注入を改善する機能を有する。電子ブロック層は、電子の輸送を堰き止める機能を有する。正孔注入層、及び/又は正孔輸送層が電子の輸送を堰き止める機能を有する場合には、これらの層が電子ブロック層を兼ねることがある。
電子ブロック層が電子の輸送を堰き止める機能を有することは、例えば、電子電流のみを流す素子を作製し、その電流値の減少に基づいて確認することが可能である。
電子注入層及び正孔注入層を総称して電荷注入層ということがあり、電子輸送層及び正孔輸送層を総称して電荷輸送層ということがある。
本実施の形態の有機EL素子が有し得る層構成の一例を以下に示す。
a)陽極/発光層/陰極
b)陽極/正孔注入層/発光層/陰極
c)陽極/正孔注入層/発光層/電子注入層/陰極
d)陽極/正孔注入層/発光層/電子輸送層/陰極
e)陽極/正孔注入層/発光層/電子輸送層/電子注入層/陰極
f)陽極/正孔輸送層/発光層/陰極
g)陽極/正孔輸送層/発光層/電子注入層/陰極
h)陽極/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/陰極
i)陽極/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/電子注入層/陰極
j)陽極/正孔注入層/正孔輸送層/発光層/陰極
k)陽極/正孔注入層/正孔輸送層/発光層/電子注入層/陰極
l)陽極/正孔注入層/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/陰極
m)陽極/正孔注入層/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/電子注入層/陰極
n)陽極/発光層/電子注入層/陰極
o)陽極/発光層/電子輸送層/陰極
p)陽極/発光層/電子輸送層/電子注入層/陰極
(ここで、記号「/」は、記号「/」を間に挟んで記載された2つの層が隣接して積層されていることを示す。以下同じ。)
a)陽極/発光層/陰極
b)陽極/正孔注入層/発光層/陰極
c)陽極/正孔注入層/発光層/電子注入層/陰極
d)陽極/正孔注入層/発光層/電子輸送層/陰極
e)陽極/正孔注入層/発光層/電子輸送層/電子注入層/陰極
f)陽極/正孔輸送層/発光層/陰極
g)陽極/正孔輸送層/発光層/電子注入層/陰極
h)陽極/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/陰極
i)陽極/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/電子注入層/陰極
j)陽極/正孔注入層/正孔輸送層/発光層/陰極
k)陽極/正孔注入層/正孔輸送層/発光層/電子注入層/陰極
l)陽極/正孔注入層/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/陰極
m)陽極/正孔注入層/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/電子注入層/陰極
n)陽極/発光層/電子注入層/陰極
o)陽極/発光層/電子輸送層/陰極
p)陽極/発光層/電子輸送層/電子注入層/陰極
(ここで、記号「/」は、記号「/」を間に挟んで記載された2つの層が隣接して積層されていることを示す。以下同じ。)
本実施の形態の有機EL素子は2層以上の発光層を有していてもよい。上記a)~p)の層構成のうちのいずれか1つにおいて、陽極と陰極とに挟持された積層体を「構造単位A」とすると、2層の発光層を有する有機EL素子の構成として、下記q)に示す層構成を挙げることができる。2つある(構造単位A)の層構成は互いに同じでも、異なっていてもよい。
q)陽極/(構造単位A)/電荷発生層/(構造単位A)/陰極
q)陽極/(構造単位A)/電荷発生層/(構造単位A)/陰極
「(構造単位A)/電荷発生層」を「構造単位B」とすると、3層以上の発光層を有する有機EL素子の構成として、下記r)に示す層構成を挙げることができる。
r)陽極/(構造単位B)x/(構造単位A)/陰極
記号「x」は、2以上の整数を表し、(構造単位B)xは、x段積層された構造単位Bからなる積層体を表す。複数ある(構造単位B)の層構成は同じでも、異なっていてもよい。
r)陽極/(構造単位B)x/(構造単位A)/陰極
記号「x」は、2以上の整数を表し、(構造単位B)xは、x段積層された構造単位Bからなる積層体を表す。複数ある(構造単位B)の層構成は同じでも、異なっていてもよい。
電荷発生層とは電界を印加することにより正孔と電子を発生する層である。電荷発生層としては、例えば酸化バナジウム、インジウムスズ酸化物(Indium
Tin Oxide:略称ITO)、及び酸化モリブデンなどを含む薄膜を挙げることができる。
Tin Oxide:略称ITO)、及び酸化モリブデンなどを含む薄膜を挙げることができる。
積層する層の順序、層数、及び各層の厚さは、発光効率及び素子寿命を勘案して適宜設定することができる。
次に有機EL素子を構成する各層の材料及び形成方法について、より具体的に説明する。
<陽極>
発光層から放射される光が陽極を通って外に出射される構成を有する有機EL素子の場合、陽極として光透過性を示す電極が用いられる。光透過性を示す電極としては、金属酸化物、金属硫化物及び金属などの薄膜を用いることができ、電気伝導度及び光透過率の高い電極が好適である。具体的には酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化スズ、ITO、インジウム亜鉛酸化物(Indium
Zinc Oxide:略称IZO)、金、白金、銀、及び銅などを含む薄膜が用いられる。これらの中でもITO、IZO、または酸化スズから成る薄膜が好適である。陽極の作製方法としては、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法及びメッキ法などを挙げることができる。該陽極として、ポリアニリンもしくはその誘導体、及びポリチオフェンもしくはその誘導体などの有機の透明導電膜を用いてもよい。
発光層から放射される光が陽極を通って外に出射される構成を有する有機EL素子の場合、陽極として光透過性を示す電極が用いられる。光透過性を示す電極としては、金属酸化物、金属硫化物及び金属などの薄膜を用いることができ、電気伝導度及び光透過率の高い電極が好適である。具体的には酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化スズ、ITO、インジウム亜鉛酸化物(Indium
Zinc Oxide:略称IZO)、金、白金、銀、及び銅などを含む薄膜が用いられる。これらの中でもITO、IZO、または酸化スズから成る薄膜が好適である。陽極の作製方法としては、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法及びメッキ法などを挙げることができる。該陽極として、ポリアニリンもしくはその誘導体、及びポリチオフェンもしくはその誘導体などの有機の透明導電膜を用いてもよい。
陽極の厚みは、要求される特性及び工程の簡易さなどを考慮して適宜設定され、例えば10nm~10μmであり、好ましくは20nm~1μmであり、さらに好ましくは50nm~500nmである。
<正孔注入層>
正孔注入層を構成する正孔注入材料としては、酸化バナジウム、酸化モリブデン、酸化ルテニウム、及び酸化アルミニウムなどの酸化物、フェニルアミン系化合物、スターバースト型アミン系化合物、フタロシアニン系、アモルファスカーボン、ポリアニリン、並びにポリチオフェン誘導体などを挙げることができる。
正孔注入層を構成する正孔注入材料としては、酸化バナジウム、酸化モリブデン、酸化ルテニウム、及び酸化アルミニウムなどの酸化物、フェニルアミン系化合物、スターバースト型アミン系化合物、フタロシアニン系、アモルファスカーボン、ポリアニリン、並びにポリチオフェン誘導体などを挙げることができる。
正孔注入層の成膜方法としては、例えば正孔注入材料を含む溶液からの成膜を挙げることができる。例えば、正孔注入材料を含む溶液を所定の塗布法によって塗布して成膜し、成膜された溶液を固化することによって正孔注入層を形成することができる。
溶液からの成膜に用いられる溶媒としては、正孔注入材料を溶解させるものであれば特に制限はなく、クロロホルム、塩化メチレン及びジクロロエタンなどの塩素系溶媒、テトラヒドロフランなどのエーテル系溶媒、トルエン及びキシレンなどの芳香族炭化水素系溶媒、アセトン及びメチルエチルケトンなどのケトン系溶媒、酢酸エチル、酢酸ブチル及びエチルセルソルブアセテートなどのエステル系溶媒、並びに水を挙げることができる。
塗布法としてはスピンコート法、キャスティング法、マイクログラビアコート法、グラビアコート法、バーコート法、ロールコート法、ワイアーバーコート法、ディップコート法、スプレーコート法、スクリーン印刷法、フレキソ印刷法、オフセット印刷法及びインクジェットプリント法などを挙げることができる。
正孔注入層の厚みは、求められる特性及び工程の簡易さなどを考慮して適宜設定され、例えば1nm~1μmであり、好ましくは2nm~500nmであり、さらに好ましくは5nm~200nmである。
<正孔輸送層>
正孔輸送層を構成する正孔輸送材料としては、ポリビニルカルバゾール若しくはその誘導体、ポリシラン若しくはその誘導体、側鎖若しくは主鎖に芳香族アミンを有するポリシロキサン誘導体、ピラゾリン誘導体、アリールアミン誘導体、スチルベン誘導体、トリフェニルジアミン誘導体、ポリアニリン若しくはその誘導体、ポリチオフェン若しくはその誘導体、ポリアリールアミン若しくはその誘導体、ポリピロール若しくはその誘導体、ポリ(p-フェニレンビニレン)若しくはその誘導体、及びポリ(2,5-チエニレンビニレン)若しくはその誘導体などを挙げることができる。
正孔輸送層を構成する正孔輸送材料としては、ポリビニルカルバゾール若しくはその誘導体、ポリシラン若しくはその誘導体、側鎖若しくは主鎖に芳香族アミンを有するポリシロキサン誘導体、ピラゾリン誘導体、アリールアミン誘導体、スチルベン誘導体、トリフェニルジアミン誘導体、ポリアニリン若しくはその誘導体、ポリチオフェン若しくはその誘導体、ポリアリールアミン若しくはその誘導体、ポリピロール若しくはその誘導体、ポリ(p-フェニレンビニレン)若しくはその誘導体、及びポリ(2,5-チエニレンビニレン)若しくはその誘導体などを挙げることができる。
これらの中で正孔輸送材料としては、ポリビニルカルバゾール若しくはその誘導体、ポリシラン若しくはその誘導体、側鎖若しくは主鎖に芳香族アミン化合物基を有するポリシロキサン誘導体、ポリアニリン若しくはその誘導体、ポリチオフェン若しくはその誘導体、ポリアリールアミン若しくはその誘導体、ポリ(p-フェニレンビニレン)若しくはその誘導体、及びポリ(2,5-チエニレンビニレン)若しくはその誘導体などの高分子正孔輸送材料が好ましい。さらに好ましい正孔輸送材料は、ポリビニルカルバゾール若しくはその誘導体、ポリシラン若しくはその誘導体、及び側鎖若しくは主鎖に芳香族アミンを有するポリシロキサン誘導体である。低分子の正孔輸送材料は、好ましくは、高分子バインダーに分散させて用いられる。
正孔輸送層の成膜方法としては、特に制限はないが、低分子の正孔輸送材料では、高分子バインダーと正孔輸送材料とを含む混合液からの成膜を挙げることができ、高分子の正孔輸送材料では、正孔輸送材料を含む溶液からの成膜を挙げることができる。
溶液からの成膜に用いられる溶媒としては、正孔輸送材料を溶解させるものであれば特に制限はなく、クロロホルム、塩化メチレン及びジクロロエタンなどの塩素系溶媒、テトラヒドロフランなどのエーテル系溶媒、トルエン及びキシレンなどの芳香族炭化水素系溶媒、アセトン及びメチルエチルケトンなどのケトン系溶媒、酢酸エチル、酢酸ブチル及びエチルセルソルブアセテートなどのエステル系溶媒などを挙げることができる。
溶液からの成膜方法としては、前述した正孔注入層の成膜法と同様の塗布法を挙げることができる。
正孔輸送材料と組み合わせられる高分子バインダーは、電荷輸送を極度に阻害しないことが好ましく、また可視光に対する吸収が弱いことが好ましい。この高分子バインダーは、例えばポリカーボネート、ポリアクリレート、ポリメチルアクリレート、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル及びポリシロキサンから選ばれる。
正孔輸送層の厚みは、用いる材料によって最適値が異なり、駆動電圧と発光効率が適度な値となるように適宜設定される。正孔輸送膜は、少なくともピンホールが発生しないような厚さを有することが必要であり、あまり厚いと、素子の駆動電圧が高くなる。従って、該正孔輸送層の厚みは、例えば1nm~1μmであり、好ましくは2nm~500nmであり、さらに好ましくは5nm~200nmである。
<発光層>
発光層は、通常、主として蛍光及び/又はりん光を発光する有機物(発光材料)、または該有機物とこれを補助するドーパントとから形成される。ドーパントは、例えば発光効率を向上させるため、又は発光波長を変化させるために加えられる。発光層に含まれる有機物は、低分子化合物でも高分子化合物でもよい。一般的に低分子よりも溶媒への溶解性の高い高分子化合物は塗布法に好適に用いられるため、発光層は高分子化合物を含むことが好ましい。発光層は、ポリスチレン換算の数平均分子量が103~108の高分子化合物を含むことが好ましい。発光層を構成する発光材料としては、例えば以下の色素系材料、金属錯体系材料、高分子系材料、及びドーパント材料を挙げることができる。
発光層は、通常、主として蛍光及び/又はりん光を発光する有機物(発光材料)、または該有機物とこれを補助するドーパントとから形成される。ドーパントは、例えば発光効率を向上させるため、又は発光波長を変化させるために加えられる。発光層に含まれる有機物は、低分子化合物でも高分子化合物でもよい。一般的に低分子よりも溶媒への溶解性の高い高分子化合物は塗布法に好適に用いられるため、発光層は高分子化合物を含むことが好ましい。発光層は、ポリスチレン換算の数平均分子量が103~108の高分子化合物を含むことが好ましい。発光層を構成する発光材料としては、例えば以下の色素系材料、金属錯体系材料、高分子系材料、及びドーパント材料を挙げることができる。
(色素系材料)
色素系材料としては、例えば、シクロペンダミン誘導体、テトラフェニルブタジエン誘導体化合物、トリフェニルアミン誘導体、オキサジアゾール誘導体、ピラゾロキノリン誘導体、ジスチリルベンゼン誘導体、ジスチリルアリーレン誘導体、ピロール誘導体、チオフェン環化合物、ピリジン環化合物、ペリノン誘導体、ペリレン誘導体、オリゴチオフェン誘導体、オキサジアゾールダイマー、ピラゾリンダイマー、キナクリドン誘導体、及びクマリン誘導体を挙げることができる。
色素系材料としては、例えば、シクロペンダミン誘導体、テトラフェニルブタジエン誘導体化合物、トリフェニルアミン誘導体、オキサジアゾール誘導体、ピラゾロキノリン誘導体、ジスチリルベンゼン誘導体、ジスチリルアリーレン誘導体、ピロール誘導体、チオフェン環化合物、ピリジン環化合物、ペリノン誘導体、ペリレン誘導体、オリゴチオフェン誘導体、オキサジアゾールダイマー、ピラゾリンダイマー、キナクリドン誘導体、及びクマリン誘導体を挙げることができる。
(金属錯体系材料)
金属錯体系材料としては、例えばTb、Eu及びDyなどの希土類金属、並びに、Al、Zn、Be、Ir及びPtなどから選ばれる中心金属と、オキサジアゾール、チアジアゾール、フェニルピリジン、フェニルベンゾイミダゾール及びキノリン構造などから選ばれる配位子とを有する金属錯体を挙げることができる。金属錯体系材料は、例えば、イリジウム錯体及び白金錯体などの三重項励起状態からの発光を有する金属錯体、アルミニウムキノリノール錯体、ベンゾキノリノールベリリウム錯体、ベンゾオキサゾリル亜鉛錯体、ベンゾチアゾール亜鉛錯体、アゾメチル亜鉛錯体、ポルフィリン亜鉛錯体、並びにフェナントロリンユーロピウム錯体から選ばれる。
金属錯体系材料としては、例えばTb、Eu及びDyなどの希土類金属、並びに、Al、Zn、Be、Ir及びPtなどから選ばれる中心金属と、オキサジアゾール、チアジアゾール、フェニルピリジン、フェニルベンゾイミダゾール及びキノリン構造などから選ばれる配位子とを有する金属錯体を挙げることができる。金属錯体系材料は、例えば、イリジウム錯体及び白金錯体などの三重項励起状態からの発光を有する金属錯体、アルミニウムキノリノール錯体、ベンゾキノリノールベリリウム錯体、ベンゾオキサゾリル亜鉛錯体、ベンゾチアゾール亜鉛錯体、アゾメチル亜鉛錯体、ポルフィリン亜鉛錯体、並びにフェナントロリンユーロピウム錯体から選ばれる。
(高分子系材料)
高分子系材料としては、ポリパラフェニレンビニレン誘導体、ポリチオフェン誘導体、ポリパラフェニレン誘導体、ポリシラン誘導体、ポリアセチレン誘導体、ポリフルオレン誘導体、ポリビニルカルバゾール誘導体、上記色素系材料又は金属錯体系発光材料を高分子化した材料などを挙げることができる。
高分子系材料としては、ポリパラフェニレンビニレン誘導体、ポリチオフェン誘導体、ポリパラフェニレン誘導体、ポリシラン誘導体、ポリアセチレン誘導体、ポリフルオレン誘導体、ポリビニルカルバゾール誘導体、上記色素系材料又は金属錯体系発光材料を高分子化した材料などを挙げることができる。
上記発光性材料のうち、青色に発光する材料としては、ジスチリルアリーレン誘導体、オキサジアゾール誘導体、及びそれらの重合体、ポリビニルカルバゾール誘導体、ポリパラフェニレン誘導体、並びにポリフルオレン誘導体などを挙げることができる。なかでも高分子材料のポリビニルカルバゾール誘導体、ポリパラフェニレン誘導体及びポリフルオレン誘導体などが好ましい。
緑色に発光する材料としては、キナクリドン誘導体、クマリン誘導体、及びそれらの重合体、ポリパラフェニレンビニレン誘導体、並びにポリフルオレン誘導体などを挙げることができる。なかでも高分子材料のポリパラフェニレンビニレン誘導体及びポリフルオレン誘導体などが好ましい。
赤色に発光する材料としては、クマリン誘導体、チオフェン環化合物、及びそれらの重合体、ポリパラフェニレンビニレン誘導体、ポリチオフェン誘導体、並びにポリフルオレン誘導体などを挙げることができる。なかでも高分子材料のポリパラフェニレンビニレン誘導体、ポリチオフェン誘導体及びポリフルオレン誘導体などが好ましい。
白色に発光する材料は、上述の青色、緑色又は赤色の各色に発光する材料の混合物であってもよいし、各色に発光する材料を形成する成分(モノマー)を混合し、それらを重合して形成される高分子材料であってもよい。各色に発光する材料をそれぞれ用いて形成される複数の発光層を積層して、全体として白色を発光する素子を構成してもよい。
(ドーパント材料)
ドーパント材料としては、例えばペリレン誘導体、クマリン誘導体、ルブレン誘導体、キナクリドン誘導体、スクアリウム誘導体、ポルフィリン誘導体、スチリル系色素、テトラセン誘導体、ピラゾロン誘導体、デカシクレン及びフェノキサゾンを挙げることができる。発光層の厚さは、通常約2nm~200nmである。
ドーパント材料としては、例えばペリレン誘導体、クマリン誘導体、ルブレン誘導体、キナクリドン誘導体、スクアリウム誘導体、ポルフィリン誘導体、スチリル系色素、テトラセン誘導体、ピラゾロン誘導体、デカシクレン及びフェノキサゾンを挙げることができる。発光層の厚さは、通常約2nm~200nmである。
<発光層の成膜方法>
発光層の成膜方法としては、発光材料を含む溶液を塗布する方法、真空蒸着法、及び転写法などを用いることができる。溶液からの成膜に用いる溶媒としては、溶液から正孔注入層を成膜する際に用いられる前述の溶媒と同様の溶媒を挙げることができる。
発光層の成膜方法としては、発光材料を含む溶液を塗布する方法、真空蒸着法、及び転写法などを用いることができる。溶液からの成膜に用いる溶媒としては、溶液から正孔注入層を成膜する際に用いられる前述の溶媒と同様の溶媒を挙げることができる。
発光材料を含む溶液を塗布する方法としては、スピンコート法、キャスティング法、マイクログラビアコート法、グラビアコート法、バーコート法、ロールコート法、ワイアーバーコート法、ディップコート法、スリットコート法、キャピラリーコート法、スプレーコート法及びノズルコート法などのコート法、並びに、グラビア印刷法、スクリーン印刷法、フレキソ印刷法、オフセット印刷法、反転印刷法、及びインクジェットプリント法などの印刷法を挙げることができる。パターン形成及び多色の塗分けが容易であるという点で、グラビア印刷法、スクリーン印刷法、フレキソ印刷法、オフセット印刷法、反転印刷法及びインクジェットプリント法などの印刷法が好ましい。昇華性を示す低分子化合物の場合には、真空蒸着法を用いることができる。レーザーによる転写又は熱転写により、所望の部分のみに発光層を形成する方法も用いることができる。
<電子輸送層>
電子輸送層を構成する電子輸送材料としては、通常用いられている材料を使用でき、オキサジアゾール誘導体、アントラキノジメタン若しくはその誘導体、ベンゾキノン若しくはその誘導体、ナフトキノン若しくはその誘導体、アントラキノン若しくはその誘導体、テトラシアノアンスラキノジメタン若しくはその誘導体、フルオレノン誘導体、ジフェニルジシアノエチレン若しくはその誘導体、ジフェノキノン誘導体、又は8-ヒドロキシキノリン若しくはその誘導体の金属錯体、ポリキノリン若しくはその誘導体、ポリキノキサリン若しくはその誘導体、及びポリフルオレン若しくはその誘導体などを挙げることができる。
電子輸送層を構成する電子輸送材料としては、通常用いられている材料を使用でき、オキサジアゾール誘導体、アントラキノジメタン若しくはその誘導体、ベンゾキノン若しくはその誘導体、ナフトキノン若しくはその誘導体、アントラキノン若しくはその誘導体、テトラシアノアンスラキノジメタン若しくはその誘導体、フルオレノン誘導体、ジフェニルジシアノエチレン若しくはその誘導体、ジフェノキノン誘導体、又は8-ヒドロキシキノリン若しくはその誘導体の金属錯体、ポリキノリン若しくはその誘導体、ポリキノキサリン若しくはその誘導体、及びポリフルオレン若しくはその誘導体などを挙げることができる。
これらのうち、電子輸送材料としては、オキサジアゾール誘導体、ベンゾキノン若しくはその誘導体、アントラキノン若しくはその誘導体、又は8-ヒドロキシキノリン若しくはその誘導体の金属錯体、ポリキノリン若しくはその誘導体、ポリキノキサリン若しくはその誘導体、及びポリフルオレン若しくはその誘導体が好ましく、2-(4-ビフェニリル)-5-(4-t-ブチルフェニル)-1,3,4-オキサジアゾール、ベンゾキノン、アントラキノン、トリス(8-キノリノール)アルミニウム、及びポリキノリンがさらに好ましい。
電子輸送層の成膜法は特に制限されない。低分子の電子輸送材料の場合、粉末からの真空蒸着法、または溶液若しくは溶融状態からの成膜を挙げることができ、高分子の電子輸送材料の場合、溶液または溶融状態からの成膜を挙げることができる。溶液または溶融状態からの成膜の場合には、高分子バインダーを併用してもよい。溶液から電子輸送層を成膜する方法としては、前述の溶液から正孔注入層を成膜する方法と同様の成膜法を挙げることができる。
電子輸送層の厚みは、用いる材料によって最適値が異なり、駆動電圧と発光効率が適度な値となるように適宜設定される。電子輸送層は、少なくともピンホールが発しないような厚さを有することが必要であり、あまり厚いと、素子の駆動電圧が高くなる。従って該電子輸送層の厚みは、例えば1nm~1μmであり、好ましくは2nm~500nmであり、さらに好ましくは5nm~200nmである。
<電子注入層>
電子注入層を構成する材料としては、発光層の種類に応じて最適な材料が適宜選択される。電子注入層を構成する材料として、アルカリ金属、アルカリ土類金属、アルカリ金属及びアルカリ土類金属から選ばれる1種類以上の金属を含む合金、アルカリ金属若しくはアルカリ土類金属の酸化物、ハロゲン化物、炭酸化物、並びにこれらの物質の混合物などを挙げることができる。アルカリ金属、アルカリ金属の酸化物、ハロゲン化物、及び炭酸化物の例としては、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、酸化リチウム、フッ化リチウム、酸化ナトリウム、フッ化ナトリウム、酸化カリウム、フッ化カリウム、酸化ルビジウム、フッ化ルビジウム、酸化セシウム、フッ化セシウム及び炭酸リチウムなどを挙げることができる。アルカリ土類金属、アルカリ土類金属の酸化物、ハロゲン化物及び炭酸化物の例としては、マグネシウム、カルシウム、バリウム、ストロンチウム、酸化マグネシウム、フッ化マグネシウム、酸化カルシウム、フッ化カルシウム、酸化バリウム、フッ化バリウム、酸化ストロンチウム、フッ化ストロンチウム及び炭酸マグネシウムなどを挙げることができる。電子注入層は、2層以上を積層した積層体で構成されてもよい。電子注入層の積層体として、例えばLiF/Caを挙げることができる。電子注入層は、蒸着法、スパッタリング法又は印刷法などにより形成される。電子注入層の厚みは、1nm~1μm程度が好ましい。
電子注入層を構成する材料としては、発光層の種類に応じて最適な材料が適宜選択される。電子注入層を構成する材料として、アルカリ金属、アルカリ土類金属、アルカリ金属及びアルカリ土類金属から選ばれる1種類以上の金属を含む合金、アルカリ金属若しくはアルカリ土類金属の酸化物、ハロゲン化物、炭酸化物、並びにこれらの物質の混合物などを挙げることができる。アルカリ金属、アルカリ金属の酸化物、ハロゲン化物、及び炭酸化物の例としては、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、酸化リチウム、フッ化リチウム、酸化ナトリウム、フッ化ナトリウム、酸化カリウム、フッ化カリウム、酸化ルビジウム、フッ化ルビジウム、酸化セシウム、フッ化セシウム及び炭酸リチウムなどを挙げることができる。アルカリ土類金属、アルカリ土類金属の酸化物、ハロゲン化物及び炭酸化物の例としては、マグネシウム、カルシウム、バリウム、ストロンチウム、酸化マグネシウム、フッ化マグネシウム、酸化カルシウム、フッ化カルシウム、酸化バリウム、フッ化バリウム、酸化ストロンチウム、フッ化ストロンチウム及び炭酸マグネシウムなどを挙げることができる。電子注入層は、2層以上を積層した積層体で構成されてもよい。電子注入層の積層体として、例えばLiF/Caを挙げることができる。電子注入層は、蒸着法、スパッタリング法又は印刷法などにより形成される。電子注入層の厚みは、1nm~1μm程度が好ましい。
<陰極>
陰極の材料としては、仕事関数が小さく、発光層への電子注入が容易で、電気伝導度の高い材料が好ましい。陽極側から光を取り出す構成の有機EL素子の場合、発光層から放射される光を陰極において陽極側に反射するために、陰極の材料として可視光反射率の高い材料が好ましい。陰極の材料として、例えば、アルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属及び周期表の13族金属を用いることができる。陰極の材料としては、例えば、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、アルミニウム、スカンジウム、バナジウム、亜鉛、イットリウム、インジウム、セリウム、サマリウム、ユーロピウム、テルビウム、イッテルビウムなどの金属、及びこれらから選らばれる2種以上の金属を含む合金、前記金属から選ばれる1種以上と、金、銀、白金、銅、マンガン、チタン、コバルト、ニッケル、タングステン及び錫から選ばれる1種以上との合金、またはグラファイト若しくはグラファイト層間化合物が用いられる。合金の例としては、マグネシウム-銀合金、マグネシウム-インジウム合金、マグネシウム-アルミニウム合金、インジウム-銀合金、リチウム-アルミニウム合金、リチウム-マグネシウム合金、リチウム-インジウム合金、及びカルシウム-アルミニウム合金などを挙げることができる。陰極として、導電性金属酸化物及び導電性有機物などからなる透明導電性電極を用いることができる。具体的には、導電性金属酸化物として酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化スズ、ITO、及びIZOを挙げることができ、導電性有機物としてポリアニリンもしくはその誘導体、及びポリチオフェンもしくはその誘導体などを挙げることができる。陰極は、2層以上を積層した積層体で構成されていてもよい。電子注入層が陰極として用いられる場合もある。
陰極の材料としては、仕事関数が小さく、発光層への電子注入が容易で、電気伝導度の高い材料が好ましい。陽極側から光を取り出す構成の有機EL素子の場合、発光層から放射される光を陰極において陽極側に反射するために、陰極の材料として可視光反射率の高い材料が好ましい。陰極の材料として、例えば、アルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属及び周期表の13族金属を用いることができる。陰極の材料としては、例えば、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、アルミニウム、スカンジウム、バナジウム、亜鉛、イットリウム、インジウム、セリウム、サマリウム、ユーロピウム、テルビウム、イッテルビウムなどの金属、及びこれらから選らばれる2種以上の金属を含む合金、前記金属から選ばれる1種以上と、金、銀、白金、銅、マンガン、チタン、コバルト、ニッケル、タングステン及び錫から選ばれる1種以上との合金、またはグラファイト若しくはグラファイト層間化合物が用いられる。合金の例としては、マグネシウム-銀合金、マグネシウム-インジウム合金、マグネシウム-アルミニウム合金、インジウム-銀合金、リチウム-アルミニウム合金、リチウム-マグネシウム合金、リチウム-インジウム合金、及びカルシウム-アルミニウム合金などを挙げることができる。陰極として、導電性金属酸化物及び導電性有機物などからなる透明導電性電極を用いることができる。具体的には、導電性金属酸化物として酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化スズ、ITO、及びIZOを挙げることができ、導電性有機物としてポリアニリンもしくはその誘導体、及びポリチオフェンもしくはその誘導体などを挙げることができる。陰極は、2層以上を積層した積層体で構成されていてもよい。電子注入層が陰極として用いられる場合もある。
陰極の厚みは、求められる特性及び工程の簡易さなどを考慮して適宜設計され、例えば10nm~10μmであり、好ましくは20nm~1μmであり、さらに好ましくは50nm~500nmである。
陰極の作製方法としては、真空蒸着法、スパッタリング法、及び金属薄膜を熱圧着するラミネート法などを挙げることができる。
以上の有機EL装置は、所定の構成要素を追加することによって、照明装置、面光源装置又は表示装置として用いることができる。
(参考例A1)
前述の図2に示す製造装置を用いて、有機EL素子が形成されていない基材上に直接、保護膜を形成した。すなわち、2軸延伸ポリエチレンナフタレートフィルム(PENフィルム、厚み:100μm、幅:350mm、帝人デュポンフィルム(株)製、商品名「テオネックスQ65FA」)を基材として用い、これを送り出しロール701に装着した。そして、成膜ロール31と成膜ロール32との間に磁場を印加すると共に、成膜ロール31と成膜ロール32それぞれに電力を供給して、成膜ロール31と成膜ロール32との間に放電してプラズマを発生させた。形成された放電領域に、成膜ガス(原料ガスとしてのヘキサメチルジシロキサン(HMDSO)と反応ガスとしての酸素ガス(放電ガスとしても機能する)の混合ガス)を供給して、下記条件にてプラズマCVD法による薄膜形成を行い、基材上に保護膜を形成させた。
前述の図2に示す製造装置を用いて、有機EL素子が形成されていない基材上に直接、保護膜を形成した。すなわち、2軸延伸ポリエチレンナフタレートフィルム(PENフィルム、厚み:100μm、幅:350mm、帝人デュポンフィルム(株)製、商品名「テオネックスQ65FA」)を基材として用い、これを送り出しロール701に装着した。そして、成膜ロール31と成膜ロール32との間に磁場を印加すると共に、成膜ロール31と成膜ロール32それぞれに電力を供給して、成膜ロール31と成膜ロール32との間に放電してプラズマを発生させた。形成された放電領域に、成膜ガス(原料ガスとしてのヘキサメチルジシロキサン(HMDSO)と反応ガスとしての酸素ガス(放電ガスとしても機能する)の混合ガス)を供給して、下記条件にてプラズマCVD法による薄膜形成を行い、基材上に保護膜を形成させた。
〈成膜条件〉
原料ガスの供給量:50sccm(零度、1atmに換算したStandard Cubic Centimeter per Minute。以下同じ。)
酸素ガスの供給量:500sccm
真空チャンバー内の真空度:3Pa
プラズマ発生用電源からの印加電力:0.8kW
プラズマ発生用電源の周波数:70kHz
フィルムの搬送速度;0.5m/min。
原料ガスの供給量:50sccm(零度、1atmに換算したStandard Cubic Centimeter per Minute。以下同じ。)
酸素ガスの供給量:500sccm
真空チャンバー内の真空度:3Pa
プラズマ発生用電源からの印加電力:0.8kW
プラズマ発生用電源の周波数:70kHz
フィルムの搬送速度;0.5m/min。
基材上に形成された保護膜の厚みは0.3μmであった。また、保護膜が形成された基材の水蒸気透過度は、温度40℃、低湿度側の湿度0%RH、高湿度側の湿度90%RHの条件において3.1×10-4g/(m2・day)であり、温度40℃、低湿度側の湿度10%RH、高湿度側の湿度100%RHの条件において検出限界以下の値であった。さらに、曲率半径8mmの条件で基材を保護膜とともに屈曲させた後の温度40℃、低湿度側の湿度10%RH、高湿度側の湿度100%RHの条件における水蒸気透過度は検出限界以下の値であり、保護膜を屈曲させた場合においてもガスバリア性の低下が十分に抑制されることが確認された。
基材上の保護膜について、下記条件にてXPSデプスプロファイル測定を行い、珪素分布曲線、酸素分布曲線、炭素分布曲線及び酸素炭素分布曲線を得た。
エッチングイオン種:アルゴン(Ar+)
エッチングレート(SiO2熱酸化膜換算値):0.05nm/sec
エッチング間隔(SiO2換算値):10nm
X線光電子分光装置:Thermo Fisher Scientific社製、機種名「VG Theta Probe」
照射X線:単結晶分光AlKα
X線のスポット及びそのサイズ:800×400μmの楕円形。
エッチングイオン種:アルゴン(Ar+)
エッチングレート(SiO2熱酸化膜換算値):0.05nm/sec
エッチング間隔(SiO2換算値):10nm
X線光電子分光装置:Thermo Fisher Scientific社製、機種名「VG Theta Probe」
照射X線:単結晶分光AlKα
X線のスポット及びそのサイズ:800×400μmの楕円形。
得られた珪素分布曲線、酸素分布曲線及び炭素分布曲線をそれぞれ図6に示す。得られた珪素分布曲線、酸素分布曲線、炭素分布曲線及び酸素炭素分布曲線に関して、原子比(原子濃度)とエッチング時間との関係とともに、原子比(原子濃度)と保護膜の表面からの距離(nm)との関係を併せて図7のグラフに示す。図7のグラフの横軸に記載の「距離(nm)」はエッチング時間とエッチング速度とから計算して求められた値である。
図6及び図7に示す結果からも明らかなように、得られた炭素分布曲線が複数の明確な極値を有していること、炭素の原子比の最大値と最小値との差が5at%以上であること、並びに、保護膜の厚み方向の90%以上の領域において、珪素の原子比、酸素の原子比及び炭素の原子比が前記式(1)で示された条件を満たしていることが確認された。
(参考例A2)
参考例A1で得られた厚み0.3μmの保護膜が形成された基材をさらに送り出しロール701に装着し、保護膜の表面上に新たに保護膜を形成した。これ以外は参考例A1と同様にして、保護膜が形成された基材(A)を得た。保護膜が形成された基材(A)における基材(PENフィルム)上の保護膜の厚みは0.6μmであった。
参考例A1で得られた厚み0.3μmの保護膜が形成された基材をさらに送り出しロール701に装着し、保護膜の表面上に新たに保護膜を形成した。これ以外は参考例A1と同様にして、保護膜が形成された基材(A)を得た。保護膜が形成された基材(A)における基材(PENフィルム)上の保護膜の厚みは0.6μmであった。
保護膜が形成された基材(A)を送り出しロール701に装着し、保護膜の表面上に新たに保護膜を形成した。これ以外は参考例A1と同様にして、保護膜が形成された基材(B)を得た。
保護膜が形成された基材(B)の保護膜の厚みは0.9μmであった。保護膜が形成された基材(B)の水蒸気透過度は、温度40℃、低湿度側の湿度0%RH、高湿度側の湿度90%RHの条件において6.9×10-4g/(m2・day)であり、温度40℃、低湿度側の湿度10%RH、高湿度側の湿度100%RHの条件において検出限界以下の値であった。さらに、曲率半径8mmの条件で基材を保護膜とともに屈曲させた後の温度40℃、低湿度側の湿度10%RH、高湿度側の湿度100%RHの条件における水蒸気透過度は検出限界以下の値であり、保護膜を屈曲させた場合においてもガスバリア性の低下が十分に抑制されることが確認された。
保護膜が形成された基材(B)について、珪素分布曲線、酸素分布曲線、炭素分布曲線及び酸素炭素分布曲線を参考例A1における方法と同様の方法により作成した。得られた結果を図8に示す。珪素分布曲線、酸素分布曲線、炭素分布曲線及び酸素炭素分布曲線に関して、原子比(原子濃度)とエッチング時間の関係とともに、原子比(原子濃度)と保護膜の表面からの距離(nm)との関係を併せて図9のグラフに示す。図9のグラフの横軸に記載の「距離(nm)」はエッチング時間とエッチング速度とから計算して求められた値である。
図8及び図9に示す結果からも明らかなように、得られた炭素分布曲線が複数の明確な極値を有していること、炭素の原子比の最大値と最小値との差が5at%以上であること、並びに、保護膜の厚み方向の90%以上の領域において、珪素の原子比、酸素の原子比及び炭素の原子比が前記式(1)で示された条件を満たしていることが確認された。
(参考例A3)
原料ガスの供給量を100sccmとした以外は参考例A1と同様にして保護膜が形成された基材を得た。
原料ガスの供給量を100sccmとした以外は参考例A1と同様にして保護膜が形成された基材を得た。
基材上の保護膜の厚みは0.6μmであった。保護膜が形成された基材の水蒸気透過度は、温度40℃、低湿度側の湿度0%RH、高湿度側の湿度90%RHの条件において3.2×10-4g/(m2・day)であり、温度40℃、低湿度側の湿度10%RH、高湿度側の湿度100%RHの条件において検出限界以下の値であった。さらに、曲率半径8mmの条件で基材を保護膜とともに屈曲させた後の温度40℃、低湿度側の湿度10%RH、高湿度側の湿度100%RHの条件における水蒸気透過度は検出限界以下の値であり、保護膜を屈曲させた場合においてもガスバリア性の低下が十分に抑制されることが確認された。
基材上に形成された保護膜について、珪素分布曲線、酸素分布曲線、炭素分布曲線及び酸素炭素分布曲線を参考例A1における方法と同様の方法により作成した。得られた珪素分布曲線、酸素分布曲線及び炭素分布曲線を図10に示す。得られた珪素分布曲線、酸素分布曲線、炭素分布曲線及び酸素炭素分布曲線に関して、原子比(原子濃度)とエッチング時間の関係とともに、原子比(原子濃度)と保護膜の表面からの距離(nm)との関係を併せて図11のグラフに示す。図11のグラフの横軸に記載の「距離(nm)」はエッチング時間とエッチング速度とから計算して求められた値である。
図10及び図11に示す結果からも明らかなように、得られた炭素分布曲線が複数の明確な極値を有していること、炭素の原子比の最大値と最小値との差が5at%以上であること、並びに、保護膜の厚み方向の90%以上の領域において、珪素の原子比、酸素の原子比及び炭素の原子比が前記式(1)で示された条件を満たしていることが確認された。
(参考比較例A1)
2軸延伸ポリエチレンナフタレートフィルム(PENフィルム、厚み:100μm、幅:350mm、帝人デュポンフィルム株式会社製、商品名「テオネックスQ65FA」)の表面上に、シリコンターゲットを用い、酸素含有ガス雰囲気中において、反応スパッタ法により酸化ケイ素からなる保護膜を形成して、比較のための保護膜が形成された基材を得た。
2軸延伸ポリエチレンナフタレートフィルム(PENフィルム、厚み:100μm、幅:350mm、帝人デュポンフィルム株式会社製、商品名「テオネックスQ65FA」)の表面上に、シリコンターゲットを用い、酸素含有ガス雰囲気中において、反応スパッタ法により酸化ケイ素からなる保護膜を形成して、比較のための保護膜が形成された基材を得た。
基材上の保護膜の厚みは100nmであった。また保護膜が形成された基材の水蒸気透過度は、温度40℃、低湿度側の湿度10%RH、高湿度側の湿度100%RHの条件において1.3g/(m2・day)であり、そのガスバリア性は不十分であった。
保護膜が形成された基材について、珪素分布曲線、酸素分布曲線、炭素分布曲線及び酸素炭素分布曲線を参考例A1における方法と同様の方法により作成した。得られた珪素分布曲線、酸素分布曲線及び炭素分布曲線を図12に示す。得られた珪素分布曲線、酸素分布曲線、炭素分布曲線及び酸素炭素分布曲線に関して、原子比(原子濃度)とエッチング時間の関係とともに、原子比(原子濃度)と保護膜の表面からの距離(nm)との関係を併せて図13のグラフに示す。図13のグラフの横軸に記載の「距離(nm)」はエッチング時間とエッチング速度とから計算して求められた値である。図12及び図13に示す結果からも明らかなように、得られた炭素分布曲線は極値を有していないことが確認された。
以上説明したように、本発明に係る有機EL素子において利用される保護膜は、十分なガスバリア性を有しており、しかも屈曲された場合においてもガスバリア性の低下を十分に抑制することが可能である。
1 第1のフィルム
2 有機EL素子
3 保護膜
4 接着層
5 ガスバリア層
6 第2のフィルムの基材
7 第1のフィルムの基材
8 第2のガスバリア層
11 第2のフィルム
13 有機EL装置
500、510、520 巻き出しロール
511、512 第1貼り合せロール
513、523 搬送ロール
521、522 第2貼り合せロール
530 巻き取りロール
820 付加的フィルム
610、620 塗布装置
611、621 硬化装置
701 送り出しロール
21,22,23,24 搬送ロール
31,32 一対の成膜ロール
41 ガス供給管
51 プラズマ発生用電源
61,62 磁場発生装置
702 巻き取りロール
2 有機EL素子
3 保護膜
4 接着層
5 ガスバリア層
6 第2のフィルムの基材
7 第1のフィルムの基材
8 第2のガスバリア層
11 第2のフィルム
13 有機EL装置
500、510、520 巻き出しロール
511、512 第1貼り合せロール
513、523 搬送ロール
521、522 第2貼り合せロール
530 巻き取りロール
820 付加的フィルム
610、620 塗布装置
611、621 硬化装置
701 送り出しロール
21,22,23,24 搬送ロール
31,32 一対の成膜ロール
41 ガス供給管
51 プラズマ発生用電源
61,62 磁場発生装置
702 巻き取りロール
Claims (10)
- 第1のフィルムと、
前記第1のフィルム上に設けられた有機EL素子と、
前記有機EL素子の前記第1のフィルムとは反対側の面を覆う保護膜と、
を備え、
前記保護膜は、珪素原子、酸素原子及び炭素原子を含有し、
珪素原子、酸素原子及び炭素原子の合計量に対する、珪素原子の数の比率、酸素原子の数の比率及び炭素原子の数の比率と、前記保護膜の厚み方向における前記保護膜の一方の表面からの距離と、の関係をそれぞれ表す珪素分布曲線、酸素分布曲線及び炭素分布曲線が、下記条件:
(i)前記保護膜の厚み方向の90%以上の領域において、珪素原子の数の比率、酸素原子の数の比率及び炭素原子の数の比率のうちで、珪素原子の数の比率が2番目に大きい値である、
(ii)前記炭素分布曲線が少なくとも1つの極値を有する、及び
(iii)前記炭素分布曲線における炭素原子の数の比率の最大値と最小値との差が5原子%以上である、
を満たす、有機EL装置。 - 当該有機EL装置が、前記第1のフィルムと対向して配置され、前記第1のフィルムとともに前記有機EL素子を封止する第2のフィルムを更に備え、
前記第2のフィルムと前記第1のフィルムとの間に前記有機EL素子及び前記保護膜が配置される、請求項1記載の有機EL装置。 - 第1のフィルム上に有機EL素子を形成する工程と、
前記有機EL素子の前記第1のフィルムとは反対側の面を覆う保護膜を形成する工程と、を含み、
前記保護膜は、珪素原子、酸素原子及び炭素原子を含有し、
珪素原子、酸素原子及び炭素原子の合計量に対する、珪素原子の数の比率、酸素原子の数の比率及び炭素原子の数の比率と、前記保護膜の厚み方向における前記保護膜の一方の表面からの距離と、の関係をそれぞれ表す珪素分布曲線、酸素分布曲線及び炭素分布曲線が、下記条件:
(i)前記保護膜の厚み方向の90%以上の領域において、珪素原子の数の比率、酸素原子の数の比率及び炭素原子の数の比率のうちで、珪素の数の比率が2番目に大きい値である、
(ii)前記炭素分布曲線が少なくとも1つの極値を有する、及び
(iii)前記炭素分布曲線における炭素原子の数の比率の最大値と最小値との差が5原子%以上である、
を満たす、有機EL装置を製造する方法。 - 前記保護膜を形成する工程の後、第2のフィルムを、前記第2のフィルムと前記第1のフィルムとの間に前記有機EL素子及び前記保護膜が配置されるように、第1のフィルムに貼合する工程を更に含む、請求項3記載の方法。
- 前記第2のフィルムを、大気雰囲気下で前記第1のフィルムに貼合する、請求項4記載の方法。
- 前記保護膜を形成する工程の後、前記第1のフィルムを、前記有機EL素子及び前記保護膜とともにロール状に巻き取り、巻き取られた前記第1のフィルム、前記有機EL素子及び前記保護膜を保管する工程を更に含む、請求項3~5のいずれか一項に記載の方法。
- 巻き取られた前記第1のフィルム、前記有機EL素子及び前記保護膜を大気雰囲気下で保管する、請求項6記載の方法。
- 請求項1又は2に記載の有機EL装置を有する照明装置。
- 請求項1又は2に記載の有機EL装置を具備する面光源装置。
- 請求項1又は2に記載の有機EL装置を有する表示装置。
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Cited By (1)
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