JP2006086084A - 自発光パネルの製造方法 - Google Patents

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芳生 免田
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Abstract

【課題】 パターニングされた封止材料で自発光素子を直接覆う場合に、パネルの生産性を悪化させない製造方法を提供する。
【解決手段】 基板上に、一対の電極間に挟持された発光層を含む自発光素子からなる自発光素子領域を形成する工程S01、封止基板上に、自発光素子領域に対応する開口を形成するように剥離部材のパターンを形成する工程S11A、封止基板上に、少なくとも剥離部材の開口を覆うように、封止材料を付着し(S11B)、剥離部材を封止基板から剥離して(S11C)、封止基板上に自発光素子領域に応じた封止材料のパターンを形成するS11工程、基板と封止基板とを貼り合わせて、自発光素子領域を前記封止材料で覆うことで自発光素子の封止を行う工程S02とを有する。
【選択図】図2

Description

本発明は、自発光パネルの製造方法に関するものである。
有機EL(Electroluminescence)パネルに代表される自発光パネルは、携帯電話や薄型テレビ、情報端末等のディスプレイは勿論のこと、車載用機能表示、例えばスピードメータ等のインパネや電化製品の機能表示部、フィルム状ディスプレイへの応用、屋外案内表示または照明への応用が期待され、盛んに開発・研究が進められている。
このような自発光パネルは基板上に自発光素子を複数又は単数配置して形成されるものであり、自発光素子としては、有機EL素子の他に、LED(Light Emitting Diode)、FED(Field Emission Display)等の発光素子を挙げることができる。
自発光素子の構造は、有機EL素子を例にすると、アノード(陽極、正孔注入電極)とカソード(陰極、電子注入電極)との間に有機層(発光層を含み、低分子又は高分子有機材料からなる層)を挟み込んだ構造になっており、アノード,カソードの両電極間に電圧を印加することにより、アノードから有機層内に注入・輸送された正孔とカソードから有機層内に注入・輸送された電子が再結合して、この有機層(発光層)内での再結合によって所望の発光が得られるものである。
このような自発光パネルにおいては、自発光素子の発光特性を維持するために、自発光素子を外気から遮断する封止構造が一般に採用されている。特に有機ELパネルでは、有機層及び電極が大気中の水分や酸素に曝されると有機EL素子の発光特性が劣化することから、有機EL素子を外気から遮断する封止手段を設けることが現状の開発段階では不可欠になっている。
有機ELパネルの封止構造としては、有機EL素子の周囲に乾燥剤を配備できる封止空間を形成する構造が一般に採用されてきたが、パネルの更なる薄型化や基板上の有機EL素子に対して基板と逆側から光を取り出すトップエミッション方式の採用が検討されるようになり、基板上の有機EL素子を直接封止材料で覆う構造が開発されている。
下記特許文献1には、基板上の有機EL素子をコーティング法又は架橋法によって含有フッ素エラストマーからなる封止層で覆い、その上にUV硬化性樹脂層からなる封止層外層及びガラス保護基板を設けることが記載されている。
また、下記特許文献2には、パネル基板上の表示領域に発光素子を形成すると共に、パネル基板上の外部電極領域に外部電極を形成した後、パネル基板と封止基板とを表示領域を封止する封止樹脂を介して貼り合わせる表示装置の製造方法において、外部電極を形成した後でかつパネル基板と封止基板とを貼り合わせる前に、外部電極領域を覆うマスクパターンをパネル基板上に形成し、その後、パネル基板上の表示領域を封止樹脂で覆って、パネル基板と封止基板とを貼り合わせ、更にその後に、マスクパターンを除去して外部電極を露出させることが記載されている。
特開2004−39317号公報 特開2003−187969号公報
前述した従来技術のように、基板上に形成された自発光素子(有機EL素子)を直接封止材料で覆うものでは、自発光素子が形成された基板(以下、素子側基板という)に対して、封止材料で自発光素子を覆う工程が加わることになるので、素子側基板に対する工程が増えることでパネルの生産性が悪化する問題が生じる。これを詳しく説明すると、従来技術の前段で説明した有機EL素子の周囲に乾燥剤を配備できる封止空間を形成する封止構造を採用する場合には、封止基板に乾燥剤を装備する工程等は素子側基板に対する工程とは別の工程ラインで並行して行うことが可能で、素子側基板に対しての封止工程は、単純に封止基板を貼り合わせるだけの工程でよい。これに対して、従来技術の後段で説明した有機EL素子を直接封止材料で覆う場合には、素子側基板の封止工程は、素子側基板に封止材料を塗布する等の工程と更にその上に封止基板を貼り合わせる工程が加わることになって、素子側基板に対する封止工程の工程数が増加し、パネルの生産性が悪化することになる。
特に、特許文献2に示した従来技術のように、封止材料(封止樹脂)をパターニングする場合には、更に、素子側基板にマスクパターンの形成やマスクパターンを除去する工程が加わることになるので、更に生産性が悪化することが懸念される。
本発明は、このような問題に対処することを課題の一例とするものである。すなわち、基板上の自発光素子を直接封止材料で覆う封止構造を採用した自発光パネルの製造方法において、パネルの生産性を悪化させない製造方法を提供すること、特に、パターニングされた封止材料で自発光素子を直接覆う場合にも、パネルの生産性を悪化させない製造方法を提供することが本発明の目的である。
このような目的を達成するために、本発明による自発光パネルの製造方法は、以下の各独立請求項に係る構成を少なくとも具備するものである。
[請求項1]基板上に、一対の電極間に挟持された発光層を含む自発光素子からなる自発光素子領域を形成する工程と、封止基板上に、封止材料のパターンを前記自発光素子領域に応じて形成する工程と、前記基板と前記封止基板とを貼り合わせて、前記自発光素子領域を前記封止材料で覆うことで前記自発光素子の封止を行う工程とを有することを特徴とする自発光パネルの製造方法。
[請求項2]基板上に、一対の電極間に挟持された発光層を含む自発光素子からなる自発光素子領域を形成する工程と、封止基板上に、前記自発光素子領域に対応する開口を形成するように剥離部材のパターンを形成する工程と、前記封止基板上に、少なくとも前記剥離部材の開口を覆うように、封止材料を付着し、前記剥離部材を前記封止基板から剥離して、該封止基板上に前記自発光素子領域に応じた前記封止材料のパターンを形成する工程と、前記基板と前記封止基板とを貼り合わせて、前記自発光素子領域を前記封止材料で覆うことで前記自発光素子の封止を行う工程とを有することを特徴とする自発光パネルの製造方法。
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図1は本発明の一実施形態に係る自発光パネルの製造方法を説明する説明図(フロー図)である。この製造方法によると、自発光素子が形成される基板(素子側基板)に対して、前処理工程S00(基板準備、下部電極及び引出配線パターン形成、絶縁膜パターン形成、陰極隔壁形成、基板洗浄等の工程)が施され、更に、例えば発光層を含む有機層及び上部電極の成膜を含み、一対の電極間に挟持された発光層を含む自発光素子からなる自発光素子領域を形成する工程(自発光素子領域形成工程)が施される。
この工程は、従来から知られた自発光素子の形成工程を採用することができる。有機EL素子の場合には、低分子有機材料を真空蒸着にて成膜する方法、高分子有機材料を印刷法にて成膜する方法、予め形成した有機ELフィルムをレーザで基板側に転写させるレーザ熱転写法等を採用することができる。
そして、素子側基板と貼り合わせられ自発光素子の封止を行う封止基板に対して、必要に応じて、封止基板準備工程(封止基板の洗浄,加工等)S10が施され、その後、自発光素子領域を覆って封止する封止材料を自発光素子領域に応じてパターン形成する工程(封止材料パターン形成工程)S11が施される。
その後に、素子側基板と封止基板を貼り合わせて自発光素子領域を封止材料で覆うことで自発光素子の封止を行う工程(貼り合わせ封止工程)が施され、最終的に形成されたパネルに対してパネル検査工程等が施されることになる。
このような自発光パネルの製造方法によると、封止基板側に封止材料を付着させた後に自発光素子領域が形成された基板と封止基板を貼り合わせて自発光素子を封止させるので、素子側基板に対する形成工程に影響を与えることなく、封止材料のパターン形成を行うことできる。これによって、生産性の高いパネル形成を行うことが可能になる。
また、封止基板に形成される封止材料のパターンは素子基板側の自発光素子領域に応じて形成されているので、一つの自発光素子領域を独立した封止材料のパターンで覆うことができ、余分な箇所に封止材料を付着させることなしに、自発光素子の封止を行うことができる。
図2は、前述の実施形態に係る製造方法において、封止材料パターン形成工程S11の具体例を示した説明図(フロー図)である。この実施形態によると、封止基板に封止材料をパターン形成する工程S11は、封止基板上に、自発光素子領域に対応する開口を形成するように剥離部材のパターンを形成する工程(剥離部材のパターン形成工程)S11A、封止基板上に、少なくとも剥離部材の開口を覆うように封止材料を付着する工程(封止材料付着工程)S11B、剥離部材を封止基板から剥離して、封止基板上に自発光素子領域に応じた封止材料のパターンを形成する工程(剥離部材剥離工程)S11Cを有している。
このような実施形態を図3〜図7によって更に詳細に説明する。図3は、前処理工程S00,自発光素子領域形成工程S01を経て、基板11上に複数の自発光素子領域12を形成した状態を示している。前処理工程S00では、基板11上に自発光素子の下部電極(図示省略)と引出配線13A,13Bのパターンが形成され、必要に応じて基板洗浄等の工程が施され、自発光素子領域形成工程S01では、例えば有機EL素子の場合には、下部電極上に絶縁膜、発光層を含む有機層及び上部電極を成膜する等して、単数又は複数の自発光素子からなる自発光素子領域12が形成される。
一方、図4(同図(a)は平面図、同図(b)はx−x断面図)に示すように、ガラス基板等からなる封止基板21側では、剥離部材22のパターンが形成される。この剥離部材22の例としては、封止基板21のガラス表面との接着性が低い材料(例えば、ポリイミド等)からなるポジ型のフォトレジスト材が用いられ、フォトリソグラフィ法によって前述の自発光素子領域12に対応する開口22Aを有するパターンが形成される。また、必要に応じて、剥離部材22のパターン形成時に、封止基板21の端部22B等に、端部22B拡大図に示すようなアライメントマーク22Cを形成してもよい。剥離部材22としては、これに限らず、開口22Aに合わせた成膜用マスクを介して剥離部材の材料を蒸着することもできる。
次に、封止基板21側では、図5に示すように(同図(a)は平面図、同図(b)はx−x断面図)開口22Aを覆うように、例えば熱硬化性樹脂,光硬化性樹脂,エラストマー等からなる封止材料23が付着される。ここでは、封止基板21の全面を覆うように封止材料23をフィルムラミネートする例を示しているが、これに限らず、開口22A毎に封止材料を塗布するようにしてもよい。この際には、封止材料23は、剥離部材22のエッジ部で分断されて封止基板21上に付着するので、開口22A内にパターニングされた封止材料23の層が形成されることになる。ここで、剥離部材22の厚さを封止材料23の厚さより厚く形成する(例えば、剥離部材の厚さ:10μm,封止材料の厚さ:5μm)ことで、確実に開口22A内の封止材料23を区画形成することができ、封止材料23のパターニング精度を向上させることができる。封止材料23には、自発光素子の劣化因子を排除する性能を向上させるために、乾燥剤成分を分散させるようにしてもよい。
その後に、封止基板21側では、図6に示すように、剥離部材22の剥離がなされる。剥離部材22は、封止基板21の四隅の端部等から剥離して、切断しないように順次全体を封止基板21から剥離する。これによって、パターニングされた封止材料23が封止基板21の表面に付着した状態で残されることになる。
貼り合わせ封止工程S02においては、図7(a)に示すように、パターニングされた封止材料23と自発光素子領域12とが互いに向き合うように封止基板21と基板11とを対面させ、封止基板21上のアライメントマーク(剥離部材によって形成)と基板11上のアライメントマーク(下部電極材料等で形成)とを合わせることで両基板の位置合わせを行い、同図(b)に示すように、自発光素子領域12の上に封止材料23の層を接触させて更に押圧或いは押圧及び加温することで、自発光素子領域12が完全に封止材料23内に包まれた状態になり、且つ封止材料23から引出配線13A(13B)が露出した状態になる。
そして、基板11と封止基板21とを接合・封止が完了すると、自発光素子領域12単位で基板11と封止基板21とが切断され、自発光素子領域12に応じた発光領域Sを有する分割された自発光パネル10を得る。前述した図3〜図7に記載の実施形態では、一枚の基板11上に複数の自発光素子領域12を形成した例を示したが、これに限らず、一枚の基板11上に単独の自発光素子領域12を形成したものに対して、パターン形成された封止材料23が付着された封止基板21を貼り合わせるものであってもよい。
このような実施形態によると、剥離部材22の開口22Aによって封止材料23のパターン形成を行うことで、封止材料を塗布又はフィルムラミネートするだけで簡単且つ確実に所望のパターンに形成することができ、フィルム状又は液状封止材料等、材料の種類に関わらずパターン形成を容易に行うことができる。また、封止材料のパターン位置精度は剥離部材のパターン精度に依存することになり、レジスト材を用いたフォトレジスト法によるパターン形成によって高精度のパターンを容易に形成することができる。
更には、剥離部材22に対して、剥離部材22のパターン形成時に貼り合わせ用のアライメントマークを形成することができ、別途アライメントマークを形成する工程を設けることなく、貼り合わせの精度をアライメントマークによって高めることができる。
図8は、本発明の製造方法によって製造された自発光パネルの実施例であって、自発光素子が少なくとも一層の有機発光機能層を有する有機EL素子によって形成された例を示す説明図(断面図)である。
ここでは、有機EL素子からなる自発光素子部によって形成された表示面100aが基板101側に形成されたボトムエミッション方式の例を示しているが、これに限らず、封止基板121側から光を取り出すトップエミッション方式にすることもできる。
自発光素子領域12は、下部電極31と上部電極32との間に発光層を含む有機層33を挟持して基板101上に複数の有機EL素子を形成したものである。図示の例では、有機EL素子は、支持基板101上に酸化シリコン被覆層101Aを形成し、その上に形成される下部電極31をITO等の透明電極からなる陽極に設定し、下部電極31上に発光領域30R,30G,30Bを開放するように絶縁膜34を形成して、発光領域30R,30G,30Bにおける下部電極31上に、正孔輸送層33a,発光層33b,電子輸送層33cを積層させ、その上にAl等の金属材料からなる上部電極32を形成して、これを陰極に設定している。
陽極と陰極の設定に関しては、陽極側は陰極側より仕事関数の高い材料で構成され、クロム(Cr)、モリブデン(Mo)、ニッケル(Ni)、白金(Pt)等の金属膜やITO、IZO等の酸化金属膜等の透明導電膜が用いられる。逆に陰極側は陽極側より仕事関数の低い材料で構成され、アルカリ金属(Li,Na,K,Rb,Cs)、アルカリ土類金属(Be,Mg,Ca,Sr,Ba)、希土類金属等、仕事関数の低い金属、その化合物、又はそれらを含む合金、ドープされたポリアニリンやドープされたポリフェニレンビニレン等の非晶質半導体、Cr、NiO、Mn等の酸化物を使用できる。したがって、材料の選択によって下部電極31を陰極に設定して、上部電極32を陽極に設定することも当然可能であり、その場合には、有機層の積層順が前述した例とは逆になって、下部電極31側から、電子輸送層、発光層、正孔輸送層が積層されることになる。ボトムエミッション方式にするかトップエミッション方式にするかは、光を取り出す側の電極を透明電極にするか否かで設定され、下部電極31,上部電極32をともに透明な材料により構成した場合には、光の放出側と反対の電極側に反射膜を設けた構成にすることもできる。
また、基板101上には引出配線41が形成されており、上部電極32の端部32aが引出配線41に接続されている。引出配線41は、下部電極31と同材料,同工程で形成される第1の電極層41aが第1電極31とは絶縁層34で絶縁された状態でパターン形成されており、第1の電極層41aの上には、低抵抗配線部分を形成する第2の電極層41bが形成されている。
ここでは、パッシブ駆動方式を前提にした自発光素子領域12を示しているが、これに限らずアクティブ駆動方式によって自発光素子領域12を構成することもできる。
そして、この自発光素子領域12を直接覆うように封止材料123の層が形成され、この封止材料123を介して基板101と封止基板121との貼り合わせがなされている。
有機層33は、前述したように、正孔輸送層33a,発光層33b,電子輸送層33cの組み合わせが一般的であるが、正孔輸送層33a,発光層33b,電子輸送層33cはそれぞれ1層だけでなく複数層積層して設けても良く、正孔輸送層33a,電子輸送層33bについてはどちらかの層を省略しても、両方の層を省略しても構わない。また、正孔注入層,電子注入層,ホールブロッキング層等の有機材料層を用途に応じて挿入することも可能である。正孔輸送層33a,発光層33b,電子輸送層33cは従来の使用されている材料(高分子材料、低分子材料を問わない)を適宜選択可能である。
また、発光層33bを形成する発光材料としては、一重項励起状態から基底状態に戻る際の発光(蛍光)を呈するもの、三重項励起状態から基底状態に戻る際の発光(りん光)を呈するもののいずれであっても構わない。
また、この実施例では、有機EL素子からなる自発光素子部は、単色表示であっても複数色表示(例えば、図示のように赤(R)、緑(G)、青(B)の発光色からなるもの)であっても良く、複数色表示を実現するためには、塗り分け方式を含むことは勿論のこと、白色や青色等の単色の発光機能層にカラーフィルタや蛍光材料による色変換層を組み合わせた方式(CF方式、CCM方式)、単色の発光機能層の発光エリアに電磁波を照射する等して複数発光を実現する方式(フォトブリーチング方式)、2色以上の単位表示領域を縦に積層し一つの単位表示領域を形成した方式(SOLED(transparent Stacked OLED)方式)等を採用することができる。
現在の材料開発、製造プロセスの開発状況では、フルカラーの表示パネルとしては、有機層33の材料に低分子材料を用いたものが製品化されている。この際の有機層の構造としては、下部電極(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/上部電極(陽極)という層構造が採用されている。各層は共に単一の有機材料で形成することもできるし、複数の材料を混ぜ合わせたもの(混合層)、高分子バインダーの中に有機材料や無機材料の機能材料(電荷輸送機能,発光機能,電荷ブロッキング機構,光学機能等)を分散させたものにすることもできる。また各層には、上部電極など、上方に形成する層をスパッタ法により形成する際に、下層に形成する有機層がダメージを受けないようにバッファ機能を有する層を設けることもできる。また、成膜プロセスによる凹凸を防ぐために平坦化機能を設けることもできる。
有機EL素子の構造としては、有機EL素子を複数積層させたもの(SOLED素子)、陽極と陰極の間に電荷発生層を介在させたもの(マルチフォトン素子)、有機層1層のみの素子構成のもの(各機能層を連続的に形成させ層境界をなくしたもの)等であっても良い。
以下、このような自発光素子の製造方法の具体例を示すが、本発明は特にこれに限定されるものではない。
前処理工程:
ガラス製の基板101上に透明導電膜のインジウム錫酸化膜(ITO)をスパッタ法にて成膜し、フォトリソグラフィ法にてパターニングすることで、陽極となる下部電極31及び引出配線41(第1の電極層41a)のパターンを形成する。また、下部電極31上に発光領域が開口するようにポリイミドによる絶縁膜34をパターニングする。その後に、ITO付きの基板101に対してUVオゾン洗浄が施される。
自発光素子領域形成工程(成膜工程):
前処理工程の後、基板101を10−4Paまで真空排気した真空成膜装置内に搬入し、正孔注入層としてCuPcを50nm積層し、次いで正孔輸送層としてNPDを50nm積層し、白色有機EL層を青発光層とオレンジ色発光層を積層させたものを用いる。先に青色EL発光層として、DPVBiのホスト材に1重量%ドーパントとしてBCzVBiを50nm共蒸着し、Alqのホスト材に1重量%ドーパントとしてDCMを50nm共蒸着させる。その上部に電子輸送層としてAlqを20nm、陰極としてAlを150nm蒸着させる。
このような成膜工程の後、基板101側に発光検査工程を施し、その後、真空雰囲気からNの不活性ガス雰囲気化にした封止室に基板101を搬入する。
封止材料パターン形成工程:
一方、封止基板121に対しては、封止基板121上にポリイミド前駆体を含むポジ型フォトレジストをスピンコート法にて塗布・成膜し、パターンを有する露光マスクにより露光処理、引き続き現像処理・キュア処理を行って、前述した開口22Aがパターニングされた剥離部材22の層を形成する。そして、この開口22Aに封止部材である熱硬化性樹脂をスリットコータにより塗布し、乾燥及び脱気処理により封止材料123の層を形成し、その後、剥離部材22の層を剥がして、封止基板121表面に封止材料123のパターンを形成する。
貼り合わせ封止工程:
その後に、有機EL素子が形成された基板101と封止材料123の層がパターニングされた封止基板121とを互いに対向させ、有機EL素子が封止材料123に直接覆われるように基板101と封止基板121とを基板101及び封止基板121を加熱(70℃程度)しながら貼り合わせる。貼り合わせた後、基板101及び封止基板121を更に加熱(100℃程度)して封止材料123を硬化させることによって、有機EL素子の封止及び基板101と封止基板123との接合を完了させる。また、封止材料123による封止性能を高めるために、封止材料123の層の周りに封止シールを別途設けてもよい。
このような本発明の実施形態によると、基板上の自発光素子を直接封止材料で覆う封止構造を採用した自発光パネルの製造方法において、パネルの生産性を悪化させない製造方法を提供するができ、特に、パターニングされた封止材料で自発光素子を直接覆うことができるので、引出配線部分等を除いて効果的に自発光素子形成領域のみを封止することができる。
本発明の一実施形態に係る自発光パネルの製造方法を説明する説明図(フロー図)である。 本発明の一実施形態に係る自発光パネルの製造方法を説明する説明図(フロー図)である。 本発明の実施形態に係る製造方法を更に詳細に説明する説明図である。 本発明の実施形態に係る製造方法を更に詳細に説明する説明図である。 本発明の実施形態に係る製造方法を更に詳細に説明する説明図である。 本発明の実施形態に係る製造方法を更に詳細に説明する説明図である。 本発明の実施形態に係る製造方法を更に詳細に説明する説明図である。 本発明の製造方法によって製造された自発光パネルの実施例である。
符号の説明
10 自発光パネル
11 基板
12 自発光素子領域
13A,13B 引出配線
21 封止基板
22 剥離部材
22A 開口
22B 端部
22C アライメントマーク
23 封止材料

Claims (7)

  1. 基板上に、一対の電極間に挟持された発光層を含む自発光素子からなる自発光素子領域を形成する工程と、
    封止基板上に、封止材料のパターンを前記自発光素子領域に応じて形成する工程と、
    前記基板と前記封止基板とを貼り合わせて、前記自発光素子領域を前記封止材料で覆うことで前記自発光素子の封止を行う工程とを有することを特徴とする自発光パネルの製造方法。
  2. 基板上に、一対の電極間に挟持された発光層を含む自発光素子からなる自発光素子領域を形成する工程と、
    封止基板上に、前記自発光素子領域に対応する開口を形成するように剥離部材のパターンを形成する工程と、
    前記封止基板上に、少なくとも前記剥離部材の開口を覆うように、封止材料を付着し、前記剥離部材を前記封止基板から剥離して、該封止基板上に前記自発光素子領域に応じた前記封止材料のパターンを形成する工程と、
    前記基板と前記封止基板とを貼り合わせて、前記自発光素子領域を前記封止材料で覆うことで前記自発光素子の封止を行う工程とを有することを特徴とする自発光パネルの製造方法。
  3. 前記剥離部材はフォトレジスト材が用いられ、フォトリソグラフィ法によってパターン形成がなされることを特徴とする請求項2に記載された自発光パネルの製造方法。
  4. 前記剥離部材の厚さは、前記封止基板上の封止材料の厚さより厚く形成されることを特徴とする請求項2又は3に記載された自発光パネルの製造方法。
  5. 前記剥離部材のパターン形成時に、前記剥離部材によって前記封止基板と前記基板との位置合わせを行うアライメントマークを形成することを特徴とする請求項2〜4のいずれかに記載された自発光パネルの製造方法。
  6. 前記自発光素子領域は前記基板上に複数個形成され、前記封止基板と前記基板との貼り合わせの後、各自発光素子領域毎に前記封止基板及び前記基板の分割がなされることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載された自発光パネルの製造方法。
  7. 前記自発光素子は有機EL素子であることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載された自発光パネルの製造方法。
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