JP2006527909A - 電子発光素子に対するバリア・ラミネート - Google Patents

Abstract

本発明は、バリア・ラミネート及びかかるラミネートを有する電子発光素子を開示する。バリア・ラミネートは、少なくとも１つの平坦化材料からなる不連続層を有する。該層は、平面に沿って割り当てられた非接続範囲に分割される。非接続範囲は、バリア材料からなる領域によって分割される。更に本発明は、バリア・ラミネートにおける不連続層の製造方法、及び、水及び／又は酸素の不浸透層としてのかかる不連続層の使用法を開示する。

Description

本発明は、バリア・ラミネート、及びかかるラミネートを有する電子発光素子に係る。ラミネートは、平坦化及びバリアの材料を有する。本発明はまた、バリア・ラミネートの製造方法、及びかかるバリア・ラミネートの使用法に係る。

ディスプレイ、特にはフレキシブル・ディスプレイの製造において、基板の殆どが、高分子層及びバリア材料の層によって作り上げられる。

フレキシブル・ディスプレイは、フレキシブル基板及びフレキシブルカバーを使用して、有機発光ディスプレイ工程同様にフラット・パネル・ディスプレイ工程等で製造され得る。カバー及び基板はいずれも、セルの内容を物理的及び／又は化学的な劣化から保護するよう、酸素及び水に対して不浸透性である１つ又はそれ以上のバリア層を有さなければならない。酸化は、有機電子発光素子、及び特には高分子電子発光素子が酸化に対して敏感である場合に起きる。他のディスプレイに関しては、水の存在によって漏れ電流等の物理的劣化があり得る。望ましくは、複数のバリア層は、可能な限り水と酸素の拡散を阻止するよう使用される。

高分子電子発光素子は、非常に高品質のバリア層を必要とする。現時点では、高品質のバリア層に対する最善の選択肢は、非常に高品質の多層の堆積である。多層の堆積は、二者択一的にバリア層及び平坦化層から構成される。多層は、大きな面上で無欠陥の無機層を蒸着することができる工程がないため、必要とされる。しかしながら、電流の（ｃｕｒｒｅｎｔ）有機／無機バリアのシステムは、根本的に損なわれる。

多層は、交互のバリア層と平坦化層で構成される。しかしながら、これらの層に対する蒸着工程は、完全ではなく小さな孔を与える。堆積中の平坦化層は、前の層における小さな孔が次の層に継続されることを防ぐよう、面を平滑にする必要がある。

電流バリアのシステムの一例は、複数の薄い無機及び有機層を有する多層構造である。各無機層は、非密閉である。有機層は、表面を平滑にし、無機層における欠陥を基本的に分断する。

水及び／又は酸素の拡散は、バリア層における小さな孔を介して起きる。各層は、複数の小さな孔を有するため、拡散は蛇行して起きる。かかるフォイルの一例は、Ｖｉｔｅｘ Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｇｌａｓｓ（ｂａｒｉｘ^ＴＭ）である。

バリアの堆積に更に層を追加することによって、欠陥の分断は、原理上は漏れる封印を与えるが、（所謂「ラビリンス・シール」として既知である）非常に長い拡散経路を有する。複数の五無機層は、適当なバリアの特性を与えるよう求められる。

システムは、無限板に対しては動作するが、基板の端部近くで動作を停止する。これらの端部は、個別のディスプレイがより大きな処理済のフォイルと分離される際に自然と発生する。バリア・ラミネートの側面のバリア特性は、主要面によって与えられたバリアの特性より大きく劣る。

フレキシブル・ディスプレイの製造工程において、複数の素子は、その後分離される単一のフォイル上に作り上げられる。有機（平滑化）層は、基板の側面で周囲に露出され、拡散の「ショートカット」が生じる。最終素子の端部では、フォイルが切断され、水及び酸素の拡散が、高分子の最上層を介して素子へと直接起こり得る。拡散経路は、ディスプレイ範囲の端部の間の距離まで低減され、拡散は、最後の１つを除く全ての無機層を回避する。最上層のみが、活動層に到達するよう通過される必要がある。その結果、最上バリア層の小さな孔の密度は、これらフォイルの浸透耐性を決定付ける。

故に、品質は、最後の単一の無機層の品質まで低減され、残りの層は機能しなくなる。五無機層は、適当な特性を有するよう必要とされるため、このバリアは分離後、ハイ・バリアとしてはそれ以上機能しない。

米国特許第６，２６８，６９５号明細書（特許文献１）において、有機発光素子に対する環境バリアが開示される。バリアの機能は、水及び酸素等である環境的構成物質がＯＬＥＤに達することから防ぐことである。バリアは、多層構造からなり、少なくとも高分子及びセラミックからなる３つの層を交互に有する。バリアは、基板上の基礎及びＯＬＥＤの上方に置かれたカバーとして使用され得る。バリアは、フレキシブルにされ得る。

しかしながら、小さい部分へと切断される際のバリア・ラミネートの側面の弱められたバリア特性に関する問題は、全く言及されていない。
米国特許第６，２６８，６９５号明細書

本発明は、電子発光素子に対するバリア・ラミネートを与えることを目的とする。該ラミネートは、酸素及び／又は水に対して不浸透性であり、端部で不浸透性の特性を損なわずに小さい部分へと切断され得る。

この目的は、バリア・ラミネートにおいて少なくとも１つの平坦化材料からなる不連続層を有することによって達成される。該層は、平面に沿って割り当てられた非接続範囲へと分割される。望ましくは、非接続範囲は、バリア材料からなる領域によって分割される。

従って、小さな孔を介する又は端部での拡散経路を遮るよう、横方向の気体及び／又は水のバリアは、ラミネートの平坦化層の内部に有される。横断バリアの導入はまた、チャンバ毎の小さな孔が１つより少ない際は特に、通常の方向においてバリア特性を増加させる。

全ての材料は、平坦化する限りは平坦化層において使用され得る。主に、有機材料、又は有機及び無機材料の組合せは、平坦化材料として使用される。

バリア層は、可能な限り低い固有の不浸透性を適切に有する。バリア層は通常、無機材料で作られるが、有機及び無機材料の組合せで作られてもよい。

例えば、バリア材料からなる領域は、格子パターンを形成し、互いに対して平坦化材料の範囲をはっきりと区切ることを可能にする。

更に、バリア・ラミネートは、少なくとも１つの平坦化材料からなる連続層、及び、少なくとも１つのバリア材料からなる連続層を有する。例えば、ラミネートは、平坦化材料からなる５層、及びバリア材料からなる６層を有する。従って、ラミネートにおける小さな孔を介する拡散経路は引き延ばされ、バリア特性が強化される。層の数は、上述された数の前後であってよい。層の数は、ラミネート中のバリア層の品質に依存する。即ち、小さな孔が多ければ、より多くの層が求められる。不連続層は、バリア材料からなる２つの連続層の間に適切に配置される。続いて、バリアが接触し、側方バリアを形成する。

バリア・ラミネートにおける不連続層は、平坦化材料からなる連続層を蒸着することによって製造され得、平坦化材料からなる前述の層の領域を除去し、バリア材料で前記領域を充填する。平坦化材料の領域を除去する他の技術は、エッチングを露出及び展開する等のリトグラフィック技術、又はレーザ切除を有する。

バリア・ラミネートにおける不連続層はまた、平坦化材料からなるパターン化された層を蒸着することによって製造され得、それによって平坦化材料が蒸着されていない領域が形成され、また、バリア材料で前述の領域を充填することによって製造され得る。平坦化層のパターン化された蒸着に対する他の技術は、スクリーン印刷、インクジェット印刷、噴霧等の印刷技術、又はシャドーマスクを介する蒸発等のパターン化された真空蒸着を有する。

適切には、バリア材料での領域の充填は、不連続層の最上部上に連続バリア層の蒸着と同一の工程段階で（同時に）行われる。従って製造工程は、より効果的にされる。

平坦化層を液体相から作ることの１つの利点は、傾斜した端部を有する「液滴形状」を形成することであり、これは、次のバリア層の平滑な蒸着を可能にする（垂直な端部を有する際より望ましい）。

本発明はまた、酸素及び／又は水の不浸透フィルムとしてのバリア・ラミネートの使用法に係る。

本発明はまた、電子素子、特には電子発光素子に係る。該素子は、活動層、及び活動層にわたって位置付けられた本発明に従ったバリア・ラミネートを有する。ラミネートは、不連続層（４）を有し、該層は、平坦化材料を有するラミネート層の間で、前述の電子発光素子の活動層に最も近い。

適切には、最上層を介した側方の拡散を防ぐよう、素子に最も近いバリア層がある。最上層はまた、平坦化材料で作られ得るが、電子発光素子の端部密閉において干渉され得る。

不連続層は、望ましくは、平坦化材料を有する複数の層の層であり、前述の電子発光素子の活動層に最も近く配置される。

本発明のこれらの及び他の面は、以下に説明される実施例を参照して、明らかに及び説明される。

本発明に繋がる研究において、バリア・ラミネートにおける平坦化層の内部に側方気体バリアを有することによって、側面を介する非拡散に対するバリア特性が強化されることがわかった。側方バリアは、不連続平坦化層を作ること、平坦化材料からなる個々の島（非接続範囲）を形成すること、及び、平坦化材料の島の間にバリア材料を組み入れることによって有される。

図１では、本発明に従ったバリア・ラミネート（１）の一実施例が図示される。バリア・ラミネート（１）は、連続平坦化層（２）及び連続バリア層（３）を有する。層の堆積において、不連続層（４）は、電子発光素子の活動層（図示せず）に可能な限り近く配置される。該層は、平坦化材料からなる範囲（５）及びバリア材料からなる領域（６）を有する。

バリア材料からなる領域は、側方バリアを形成し、全ての平坦化層内に位置付けられ得るが、素子に対して最も近くの平坦化層において最適である。側方バリアは、側面に沿って延び、平坦化層に直接隣接する層に接続する。

望ましくは、不連続平坦化層に直接隣接する層は、バリア材料で作られる。バリア材料からなる層は、小さな孔を有し、それらの孔を覆うようバリア材料からなる１つより多い層が必要とされる。バリア材料からなる層の中間には、平坦化層が配置され、第１の層における小さな孔を介しての第２のバリア層における小さな孔への拡散を防止するよう配置される。平坦化層における横断するバリアは、最上部上又は最下部上にバリアを有する場合に最適に動作する。従って、バリアは接触し、所望された側方バリアを形成する。

故に、バリア層は、水平方向においてだけではなく、適切な距離にて垂直方向においても適用される。垂直方向のバリアは、酸素及び／又は湿気が平坦化層へと拡散することを効率的に防ぎ、ラミネート中の他の層への拡散のリスクを最小限に抑える。続く層における横断するバリアは、（望ましくは）整列され得るか、又は（例えば、任意に、より処理し易く）整列され得ない。

これが十分に動作するよう、バリア材料からなる領域は、ある種のグリッドを形成するべきである。平面図中、バリアのパターンは、四角、又は（閉じられたパッケージにおいては六角形である）壁のレンガ状に見え得る。パターンの密度は、適用に対して調節され得る。毎１センチメートルのバリア層の数は、ラミネートを介する水平方向での水等の拡散に対する抵抗を決定付ける。

１つより多い不連続平坦化層を有するラミネートを作る際、交互にずらされた（互いに重ならない）側方バリアを有する有利点がある。小さな孔が側方バリアの範囲に存在する際、次の層での連続が防がれる。

また、不連続層のみを有するバリア・ラミネートを作ることが可能である。

本発明に従って使用された平坦化材料は、適切には高分子材料である。本発明において使用されるべき平坦化材料の例は、パリレン、アクリラート、エポキシド、ウレタン、スピンオン誘電体、及びシロキサン等である。

本発明で使用されるべきバリア材料の例は、ＳｉＯ_２,ＳｉＣ，Ｓｉ_３Ｎ_４，ＴｉＯ_２，ＨｆＯ_２、Ｙ_２Ｏ_３，Ｔａ_２Ｏ_５、Ａｌ_２Ｏ_３等である。

１つのバリア・ラミネートにおいて異なる種類の有機及び無機材料を混合することは、可能である。続いて、堆積における異なる層は、最適な結果を与えるよう最適化され得る。しかしながら、処理の観点からすると、材料の数を制限することは有利であり得る。

側方バリア、即ちバリア材料からなる領域は、平坦化層のパターン化された蒸着によって作られ得る。平坦化材料が蒸着されないところは、バリア材料が蒸着される。

不連続層を製造する他の方法は、シャドーマスクを介して蒸着された単量体（オリゴマ）を蒸発させ、続いて空間をバリア材料で充填することである。空間のバリア材料での充填は、次のバリア層の蒸着と同時に行われ得る。

不連続層はまた、平坦化層でパターンをエッチングすること及び空間をバリア材料で充填することによって製造され得る。

製造する方法の例は、気体相又は液体からの蒸着（インクジェット、フレキソ、グラビア又はコーティング等の印刷、及びリトパターニング）か、固体からの転写（熱転写、スクリーン印刷等）のいずれかである。

本発明に従ったバリア・ラミネートは、電子発光素子に対する基板上の酸素及び／又は水のバリアとして使用され得る。ラミネートは、フレキシブル基板に特に適している。

本発明に従ったバリア・ラミネートはまた、電子発光素子に対するカバーに使用され得、素子の最上部上で密閉コーティングを有し、基板の一部ではない。ラミネートは、フレキシブルカバーに特に適している。

本発明に従ったバリア・ラミネートは、ＰＣ，ＰＥＣ，ＰＡＲ，ＰＮＢ，ＰＥＴ，ＰＥＮ等の高分子フィルム等である、非密閉の基板上でバリア・フィルムとして使用され得る。また、素子の最上部上のコーティングとしても使用され得る。例えば、堆積は、ベース基板、バリア・ラミネート、素子、バリア・ラミネートを有し、基板上のバリア・ラミネートの最下部は、基板自体が密閉されている際には省かれ得る。

本願で使用される「バリア・ラミネート」という語は、平坦化及びバリアの材料を有する多層構造に関連する。一般的には、ラミネートは、平坦化及びバリアの層を交互に有する。

本願で使用される「電子発光素子」という語は、ディスプレイ及び照明素子のいずれをも有して、特に有機ＬＥＤ及び高分子ＬＥＤ等である発光ダイオード（ＬＥＤ）に基づく素子を有する。素子は、活動型又は受動型であってよい。

本発明に従ったバリア・ラミネートは、非常に薄く軽量で、フレキシブル／巻上げディスプレイに使用されるよう特別に適している。本発明に従ったバリア・ラミネートはまた、照明素子（ランプ）での使用に対して適している。

本願で使用される「不連続層」という語は、非接続範囲に分割された層に関連する。望ましくは、非接続範囲は、平坦化材料で構成され、これらの範囲はバリア材料からなる領域によって分離される。

横断するバリアは、不連続である（平坦化材料の島（ｉｓｌａｎｄｓ）を完全に取り囲まない）場合にバリア特性に加える。これは、横断するバリアが、通常のラビリンス・シールのように（ラビリンス内へと入る距離と同様に）拡散経路を引き伸ばすためである。

本願で使用される「連続層」という語は、全体平面に沿って途絶することなく割り当てられる層に関連する。

本願で使用される「格子パターン」という語は、接触不可能である、個別の範囲に平面を分割するパターンに関連する。例えば、格子パターンは、グリッド状の構造を形成する。

本願で使用される電子発光素子の「活動層」という語は、かかる素子の陰極、陽極、及び電子発光材料等を示す。

本願で使用される「酸素及び／又は水の不浸透フィルム」という語は、酸素及び／又は水に対するバリアである材料、即ち酸素及び／又は水を通過させない材料に関連する。

本発明は故に、電子発光素子において酸素及び／又は水に対する不浸透性の層として使用する新しいバリア・ラミネートを与える。ラミネートは、その全体の面に沿って優れたバリア特性を有する。端部での質の悪いバリア特性のリスクを負わずに、単一のフォイルとして製造され得、後により小さい部分へと切断され得る。

本発明に従ったバリア・ラミネートの交差図である。

Claims (17)

1. バリア及び平坦化の材料を有するバリア・ラミネートであって、
   前記バリア・ラミネートは、少なくとも１つの平坦化材料からなる不連続層を有し、前記不連続層は、平面に沿って割り当てられる非接続範囲に分割される、ことを特徴とする、
   バリア・ラミネート。
2. 前記非接続範囲は、バリア材料からなる領域によって分離される、
   請求項１記載のバリア・ラミネート。
3. 前記平坦化材料は、有機材料である、
   請求項１又は２記載のバリア・ラミネート。
4. 前記平坦化材料は、有機材料と無機材料との組合せである、
   請求項１又は２記載のバリア・ラミネート。
5. 前記バリア材料は、無機材料である、
   請求項１乃至４のうちいずれか一項記載のバリア・ラミネート。
6. バリア材料からなる前記領域は、格子パターンを形成する、
   請求項２乃至５のうちいずれか一項記載のバリア・ラミネート。
7. 少なくとも１つのバリア材料からなる連続層を更に有する、
   請求項１乃至６のうちいずれか一項記載のバリア・ラミネート。
8. 前記不連続層は、バリア材料からなる２つの連続層の間に配置される、
   請求項１乃至７のうちいずれか一項記載のバリア・ラミネート。
9. 少なくとも１つの平坦化材料からなる連続層を更に有する、
   請求項１乃至８のうちいずれか一項記載のバリア・ラミネート。
10. 前記平坦化材料は、高分子材料である、
    請求項１乃至９のうちいずれか一項記載のバリア・ラミネート。
11. 前記平坦化材料は、パリレン、アクリラート、エポキシド、ウレタン、スピンオン誘電体、及びシロキサンで構成される群から選択される、
    請求項１乃至１０のうちいずれか一項記載のバリア・ラミネート。
12. 前記バリア材料は、ＳｉＯ_２,ＳｉＣ，Ｓｉ_３Ｎ_４，ＴｉＯ_２，ＨｆＯ_２、Ｙ_２Ｏ_３，Ｔａ_２Ｏ_５、及びＡｌ_２Ｏ_３で構成される群から選択される、
    請求項１乃至１１のうちいずれか一項記載のバリア・ラミネート。
13. 酸素及び／又は水の不浸透フィルムとして請求項１乃至１２のうちいずれか一項記載のバリア・ラミネートを使用する方法。
14. バリア・ラミネートにおける不連続層を製造する方法であって、
    平坦化材料からなる連続層を蒸着する段階と、
    平坦化材料からなる前記層の領域を取り除く段階と、
    前記領域をバリア・マテリアルで充填する段階と、
    を有する方法。
15. バリア・ラミネートにおける不連続層を製造する方法であって、
    平坦化材料のパターン層を蒸着し、それによって平坦化材料が蒸着されていない領域が形成される段階と、
    前記領域をバリア材料で充填する段階と、
    を有する方法。
16. バリア材料による前記領域の前記充填は、前記不連続層上のバリア材料の連続層の前記蒸着と同時に実行される、
    請求項１５又は１６記載の方法。
17. 電子素子、又はより特には電子発光素子であって、
    活動層と、前記活動層の上方に位置付けられた請求項１乃至１２のうちいずれか一項記載のバリア・ラミネートとを有し、
    前記ラミネートは、平坦化材料を有する前記ラミネートの層の間に不連続層を有し、
    前記不連続層は、前記電子発光素子の前記活動層に最も近い、
    電子発光素子。

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