JP2007052987A - エレクトロルミネッセンス装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 有機層に対して蒸着法やスパッタ法を施すことなく電極層を形成するようにしたエレクトロルミネッセンス装置の製造方法を提供する。
【解決手段】 シート基板１６の一側面に陽極層を蒸着あるいはスパッタ成膜し、その陽極層上に、正孔輸送層と発光層を順次塗布成膜するようにした。また、支持棒１１の外周面に陰極層を蒸着あるいはスパッタ成膜するようにした。そして、支持棒１１（陰極層の外周面）をシート基板１６（発光層）に押圧しながら回転させて、陰極層の外周面の全体にわたり、シート基板１６に形成した発光層を巻き付けて貼り合せるようにした。
【選択図】 図３

Description

本発明は、エレクトロルミネッセンス装置の製造方法に関する。

従来、棒状の発光装置には、ガラス管内に封入された希ガス等の放電現象を利用する蛍光灯やネオン管等が知られている。しかし、これら放電現象を利用した発光装置は、その小型化や低消費電力化が困難であるといった問題を有していた。そこで、近年では、小型化と低消費電力化の双方を解決可能にする棒状の発光装置として、棒状部材の外周面にエレクトロルミネッセンス（以下単に、「ＥＬ」という。）素子を有した棒状のエレクトロルミネッセンス装置（以下単に、「ＥＬ装置」という。）が注目されている。

こうした棒状ＥＬ装置の製造方法には、可撓性のシート基板上に、第１電極（陽極）、有機層、第２電極（陰極）を順次積層して、そのシート基板を支持棒に巻付ける巻付け法や、棒状の陰極に、順次有機層、陽極、封止層を蒸着する蒸着法が知られている（例えば、特許文献１及び特許文献２）。
特開平１１−２６５７８５号公報 特開２００５−１０８６４３号公報

しかしながら、上記するＥＬ装置の製造方法では、シート状あるいは棒状に形成した有機層上に陽極層を形成するため、その有機層上に、蒸着法あるいはスパッタ法による成膜を施していた。そのため、蒸着粒子やスパッタ粒子の運動エネルギーによるダメージが、下地となる有機層に蓄積されて、有機層の電気的特性の劣化を招き、ひいてはＥＬ装置の発光不良を招く問題があった。

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、その目的は、有機層に対して蒸着法やスパッタ法を施すことなく電極層を形成するようにしたエレクトロルミネッセンス装置の製造方法を提供することである。

本発明のエレクトロルミネッセンス装置（以下単に、「ＥＬ装置」という。）の製造方法は、一対の電極層と、前記一対の電極層の間に設けられた有機層とからなるＥＬ装置の製造方法において、一方の前記電極層上に前記有機層を形成した後に、他方の前記電極層を前記有機層に貼り合せるようにした。

本発明のＥＬ装置の製造方法によれば、他方の電極層を有機層に貼り合せるため、他方の電極層を形成するための蒸着法やスパッタ法を有機層に施すことがない。従って、電極層形成に伴う有機層のダメージを回避して、ＥＬ装置を製造することができる。

このＥＬ装置の製造方法において、シート基板に形成した前記一方の前記電極層上に前記有機層を形成し、棒状部材の外側面に前記他方の前記電極層を形成し、前記棒状部材に前記シート基板を巻き付けることによって、前記他方の前記電極層を前記有機層に貼り合せるようにした。

このＥＬ装置の製造方法によれば、電極層形成に伴う有機層のダメージを回避して、棒状のＥＬ装置を製造することができる。
このＥＬ装置の製造方法において、支持基板の一側面に形成した前記一方の前記電極層上に前記有機層を形成し、貼着基板の一側面に前記他方の前記電極層を形成し、前記貼着基板を前記支持基板に貼り合せることによって、前記他方の前記電極層を前記有機層に貼り合せるようにした。

このＥＬ装置の製造方法によれば、電極形成に伴う有機層のダメージを回避して、支持基板と貼着基板で貼り合わされた板状のＥＬ装置を製造することができる。
このＥＬ装置の製造方法において、前記一方の前記電極層上に、前記有機層を塗布成膜するようにした。

このＥＬ装置の製造方法によれば、有機層を塗布成膜するため、高分子系の有機材料からなる有機層を成膜することができる。その結果、有機材料の選択範囲を拡大することができ、低分子系の有機材料よりも、機械的に安定な有機材料を選択することができる。従って、他方の電極層への有機層の貼り合せを、より容易に行うことができる。

このＥＬ装置の製造方法において、前記有機層は、発光層と正孔輸送層とを備えた。
このＥＬ装置の製造方法によれば、電極形成に伴う発光層あるいは正孔輸送層のダメージを回避して、発光層と正孔輸送層とを有したＥＬ装置を製造することができる。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図１〜図８に従って説明する。図１に示すように、エレクトロルミネッセンス装置（以下単に、「ＥＬ装置」という。）１０は、円柱状に形成された絶縁材料からなる棒状部材としての支持棒１１を有している。支持棒１１は、例えば各種ガラス材料等の無機材料、あるいはポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリプロピレン、ポリメチルメタクリレート等の樹脂材料で形成される円柱部材であって、内径が約５ｍｍ、長さが約２００ｍｍで形成されている。

支持棒１１の外側面（外周面１１ａ）には、支持棒１１の軸心から径方向外側に向かって、順に電極層を構成する陰極層１２、有機層を構成する発光層１３、有機層を構成する正孔輸送層１４、電極層を構成する陽極層１５、及びシート基板１６が備えられている。

陰極層１２は、前記外周面１１ａの全体にわたって均一な膜厚で形成される電極であって、仕事関数の低い導電性材料（陰極層材料：例えば、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｅｒ、Ｅｕ、Ｓｃ、Ｙ、Ｙｂ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｃｓ、Ｒｂの金属元素単体等）によって形成されている。そして、陰極層１２は、ＥＬ装置１０を駆動するための駆動電源を供給する電源装置Ｇの一端に電気的に接続されて、発光層１３に電子を注入するようになっている。

発光層１３は、前記陰極層１２の外周面１２ａの全体にわたって均一な膜厚で形成されている。発光層１３の膜厚は、その発光効率を向上させるために、１０〜１５０ｎｍ程度であるのが好ましく、５０〜１００ｎｍ程度であるのがより好ましい。発光層１３を構成する発光層材料は、前記陰極層１２と前記陽極層１５との間の電圧印加時に、陰極層１２側からの電子と、陽極層１５側からの正孔を注入することができものである。そして、発光層１３は、正孔と電子が再結合するときの放出するエネルギーによってエキシトン（励起子）を生成し、このエキシトンが基底状態に戻るときのエネルギー放出によって、蛍光や燐光を発する（発光する）ようになっている。

本実施形態の発光層材料は、フルオレン−ジチオフェンコポリマー（以下単に、「Ｆ８Ｔ２」という。）であるが、これに限らず、以下に示すような、公知の各種高分子の発光層材料や各種低分子の発光層材料を利用することができ、これらのうちの１種又は２種以
上を組み合わせて用いることもできる。

高分子の発光層材料としては、例えば、ポリパラフェニレンビニレン誘導体、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、ポリチオフェン誘導体、ポリビニルカルバゾール、ポリフルオレノン誘導体、ポリキノキサリン誘導体、ポリビニレンスチレン誘導体、及びそれらの共重合体、トリフェニルアミンやエチレンジアミン等を分子核とした各種デンドリマー等を利用することができる。

低分子の発光層材料としては、例えば、シクロペンタジエン誘導体、テトラフェニルブタジエン誘導体、トリフェニルアミン誘導体、オキサジアゾール誘導体、ジスチリルベンゼン誘導体、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、クマリン誘導体物、アルミキノリノール錯体、ベンゾキノリノールベリリウム錯体、ベンゾオキサゾール亜鉛錯体、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、ユーロピウム錯体等の金属錯体等を利用することができる。

正孔輸送層１４は、前記発光層１３の外周面１３ａの全体にわたって均一な膜厚で形成されている。正孔輸送層１４の膜厚は、ピンホールの形成や発光色の色度（色相）の変化を抑制させるために、１０〜１５０ｎｍ程度が好ましく、５０〜１００ｎｍ程度がより好ましい。正孔輸送層１４を構成する正孔輸送層材料は、共役系の有機化合物で形成されて、その電子雲の広がりによる性質上、陽極層１５から注入される正孔を後述する発光層１３まで輸送するようになっている。

本実施形態の正孔輸送層材料は、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）（以下単に、「ＰＥＤＯＴ」という。）であるが、これに限らず、以下に示すような、公知の各種高分子の正孔輸送層材料や各種低分子の正孔輸送層材料を利用することができ、これらのうちの１種又は２種以上を組み合わせて利用することもできる。
高分子の正孔輸送層材料としては、上記低分子構造を一部に含む（主鎖あるいは側鎖にする）高分子化合物、あるいはポリアニリン、ポリチオフェンビニレン、ポリチオフェン、α−ナフチルフェニルジアミン、「ＰＥＤＯＴ」とポリスチレンスルホン酸との混合物（Ｂａｙｔｒｏｎ Ｐ、バイエル社商標）、トリフェニルアミンやエチレンジアミン等を分子核とした各種デンドリマー等を利用することができる。
低分子の正孔輸送層材料としては、例えば、ベンジジン誘導体、トリフェニルメタン誘導体、フェニレンジアミン誘導体、スチリルアミン誘導体、ヒドラゾン誘導体、ピラゾリン誘導体、カルバゾール誘導体、ポルフィリン化合物等を利用することができる。

上記する低分子の正孔輸送材料を用いる場合、正孔輸送層材料の中には、必要に応じて、バインダー（高分子バインダー）を添加するようにしてもよい。バインダーとしては、電荷輸送を極度に阻害せず、かつ、可視光の吸収率が低いものを用いるのが好ましく、具体的には、ポリエチレンオキサイド、ポリビニリデンフロライド、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、ポリシロキサン等のうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。また、このバインダーには、上記する高分子系の正孔輸送材料を用いてもよい。

陽極層１５は、前記正孔輸送層１４の外周面１４ａの全体にわたって均一な膜厚で形成される光透過性の電極であって、仕事関数の大きい導電性材料（陽極層材料：例えば、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ−Ｔｉｎ−Ｏｘｉｄｅ）、ＳｎＯ_２、Ｓｂ含有ＳｎＯ_２、Ａｌ含有ＺｎＯ等の無機酸化物、あるいはポリチオフェンやポリピロール等の透明導電樹脂等）によって形成されている。そして、陽極層１５は、前記電源装置Ｇの他端に電気的に接続されて、正孔輸送層１４に正孔を注入するようになっている。
シート基板１６は、陽極層１５の外周面１５ａの全体にわたって配設されたガスバリヤ性を有する光透過性の可撓性シートであって、前記陰極層１２、前記発光層１３、前記正孔輸送層１４、及び陽極層１５に対して、径方向外側からの水分や酸素等の侵入を遮断するようになっている。

支持棒１１の上下方向両端面１１ｂ，１１ｃには、図２の２点鎖線で示すように、前記陰極層１２、前記発光層１３、前記正孔輸送層１４、陽極層１５、及びシート基板１６の上下方向両端面を覆う封止層１７が形成されている。封止層１７は、ガスバリヤ性を有した樹脂によって形成されて、前記陰極層１２、前記発光層１３、前記正孔輸送層１４、及び陽極層１５に対して、両端面１１ｂ，１１ｃ側からの水分や酸素等の浸入を遮断するようになっている。

そして、電源装置Ｇを駆動して陽極層１５と陰極層１２との間に電圧を印加すると、陰極層１２からの電子が発光層１３に移動し、陽極層１５からの正孔が正孔輸送層１４を介して発光層１３に移動し、発光層１３において、正孔と電子とが再結合する。正孔と電子とが再結合すると、発光層１３は、再結合に際して放出されたエネルギーによりエキシトン（励起子）を生成し、生成したエキシトンの基底状態への遷移によって発光する。

次に、上記するＥＬ装置１０の製造方法について、図３〜図７に従って説明する。
まず、図３に示すように、シート基板１６の一側面（図１における内周面：上面１６ａ（図４参照））に前記陽極層１５を形成する陽極層形成工程Ｓ１を行う。すなわち、図４に示すように、平面板状に配置されたシート基板１６の上面１６ａ全体に、前記陽極層材料である「ＩＴＯ」の蒸着成膜あるいはスパッタ成膜を施して、陽極層１５を形成する。

陽極層１５を形成すると、図３に示すように、陽極層１５の上面１５ｂ（図１における内周面（図５参照））に前記正孔輸送層１４を形成する正孔輸送層形成工程Ｓ２を行なう。すなわち、図５に示すように、平面板状に配置されたシート基板１６上の陽極層１５（上面１５ｂ）全体に、前記正孔輸送層材料の「ＰＥＤＯＴ」を水系溶媒（例えば、水、メタノール等の低級アルコール、エトキシエタノール等のセロソルブ系溶媒等）に溶解させた液状体（正孔輸送層形成液１４Ｌ）を塗布する。正孔輸送層形成液１４Ｌを塗布すると、シート基板１６を乾燥炉に搬入して前記正孔輸送層形成液１４Ｌを乾燥し、上面１５ｂの全体に、均一な膜厚の正孔輸送層１４を形成する。

正孔輸送層１４を形成すると、図３に示すように、正孔輸送層１４の上面１４ｂ（図１における内周面（図６参照））に前記発光層１３を形成する発光層形成工程Ｓ３を行なう。すなわち、図６に示すように、上面１４ｂの全体に、前記発光層材料の「Ｆ８Ｔ２」を無極性有機溶媒（例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン、シクロへキシルベンゼン、ジハイドロベンゾフラン、トリメチルベンゼン、テトラメチルベンゼン等）に溶解させた液状体（発光層形成液１３Ｌ）を塗布する。発光層形成液１３Ｌを塗布すると、シート基板１６を乾燥炉に搬入して発光層形成液１３Ｌを乾燥し、上面１４ｂの全体に、均一な膜厚の発光層１３を形成する。

発光層１３を形成すると、図３に示すように、支持棒１１の外周面１１ａに陰極層１２を形成する陰極層形成工程Ｓ４を行なう。すなわち、図７に示すように、支持棒１１の軸心を回転軸にして回転させながら、前記陰極層材料のＡｌの蒸着成膜あるいはスパッタ成膜を行い、支持棒１１の外周面１１ａ略全体に、前記陰極層材料のＡｌからなる陰極層１２を形成する。
陰極層１２を形成すると、図３に示すように、発光層１３と陰極層１２を貼り合わせる貼り合せ工程Ｓ５を行う。すなわち、図８に示すように、支持棒１１とシート基板１６を窒素等の不活性ガスの雰囲気下に載置し、支持棒１１（陰極層１２の外周面１２ａ）をシ
ート基板１６（発光層１３の上面１３ｂ）に押圧しながら矢印方向に回転させる。そして、陰極層１２の外周面１２ａの全体にわたり、シート基板１６（発光層１３）を巻き付けて、その上面１３ｂを前記外周面１２ａに貼り合せる。この際、発光層１３及び正孔輸送層１４を高分子系の材料である「Ｆ８Ｔ２」及び「ＰＥＤＯＴ」によって形成するため、その機械的安定性を向上することができ、上記する貼り合せ工程を容易に行うことができる。

尚、上記する発光層形成工程Ｓ３、陰極層形成工程Ｓ４及び貼り合せ工程Ｓ５では、大気解放による陰極層１２あるいは発光層１３の酸化等の劣化を回避するために、各種工程Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５を、それぞれ１つの閉空間で行うことが好ましい。

貼り合せ工程Ｓ５を終了すると、図３に示すように、前記上下方向両端面１１ｂ，１１ｃに封止層１７を形成する封止層形成工程Ｓ６を行う。すなわち、シート基板１６の貼り合わされた支持棒１１の両端面１１ｂ，１１ｃに、ガスバリヤ性を有した熱硬化性樹脂を塗布し、塗布した熱硬化性樹脂を所定の温度下で硬化して封止層１７を形成する。

これによって、スパッタ成膜や蒸着成膜を発光層１３に施すことなく、陰極層１２と陽極層１５との間に挟まれた発光層１３を有するＥＬ装置１０を製造することができる。
次に、上記のように構成した本実施形態の効果を以下に記載する。

（１）上記実施形態によれば、シート基板１６の上面１６ａに陽極層１５を蒸着あるいはスパッタ成膜し、その陽極層１５の上面１５ｂに、順次正孔輸送層１４及び発光層１３を形成するようにした。また、支持棒１１の外周面１１ａに陰極層１２を蒸着あるいはスパッタ成膜するようにした。そして、支持棒１１（陰極層１２の外周面１２ａ）をシート基板１６（発光層１３の上面１３ｂ）に押圧しながら回転させて、陰極層１２の外周面１２ａの全体にわたり、シート基板１６（発光層１３）を巻き付けて、その上面１３ｂを外周面１２ａに貼り合せるようにした。

従って、発光層１３及び正孔輸送層１４からなる有機層に対して、蒸着法やスパッタ法を施すことなく陰極層１２及び陽極層１５を形成することができる。その結果、スパッタ粒子や蒸着粒子のエネルギーに起因した発光層１３や正孔輸送層１４のダメージを回避してＥＬ装置１０を製造することができる。
（２）上記実施形態によれば、高分子系の有機材料（「Ｆ８Ｔ２」及び「ＰＥＤＯＴ」）からなる発光層形成液１３Ｌ及び正孔輸送層形成液１４Ｌをシート基板１６上に塗布して、それぞれ発光層１３及び正孔輸送層１４を成膜するようにした。従って、発光層１３及び正孔輸送層１４の機械的安定性を向上している分だけ、上記する貼り合せ工程を容易に行うことができる。

尚、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、陰極層１２及び陽極層１５を、それぞれ支持棒１１及びシート基板１６に形成する構成にした。これに限らず、例えば、シート基板１６に光透過性の陰極層１２を形成し、支持棒１１に陽極層１５を形成する構成にしてもよい。

あるいは、図９に示すように、陽極層１５及び陰極層１２を、それぞれ光透過性のガラス基板（支持基板２１及び貼着基板２２）に形成し、支持基板２１の陽極層１５上に正孔輸送層１４及び発光層１３を形成する、あるいは貼着基板２２の陰極層１２上に発光層１３及び正孔輸送層１４を形成する構成にしてもよい。そして、貼着基板２２を支持基板２１に貼り合わせることによって、平面板状のＥＬ装置１０を製造する構成にしてもよい。・上記実施形態では、発光層形成液１３Ｌの乾燥によって形成した発光層１３を、陰極層１２に貼り合せる構成にした。これに限らず、例えば発光層形成液１３Ｌの乾燥温度を低
くする、あるいは乾燥時間を短くして発光層形成液１３Ｌを仮乾燥し、仮乾燥状態の発光層１３と陰極層１２を貼り合せる構成にしてもよい。そして、貼り合わせた状態の発光層１３を徐々に本乾燥する構成にしてもよい。これによれば、発光層１３と陰極層１２との間の密着性を向上することができ、ＥＬ装置１０の電気的安定性を向上することができる。
・上記実施形態では、棒状部材を断面円形の支持棒１１に具体化したが、これに限らず、例えば支持棒１１を断面楕円形や断面矩形の棒部材で構成してもよい。
・上記実施形態では、シート基板１６に陽極層１５、正孔輸送層１４及び発光層１３を形成し、そのシート基板１６を、支持棒１１に巻付ける構成にした。これに限らず、例えば支持棒１１の外周面１１ａに、陰極層１２、発光層１３及び正孔輸送層１４を順次積層し、陽極層１５のみを有するシート基板１６を、支持棒１１に巻付ける構成にしてもよい。・上記実施形態では、各層の形成位置が、支持棒１１の外周面１１ａ側から順に、陰極層１２、発光層１３、正孔輸送層１４、及び陽極層１５の順序となるように配置した。これに限らず、例えば支持棒１１の外周面１１ａ側から順に、陽極層１５、正孔輸送層１４、発光層１３及び陰極層１２の順序となるように配置してもよい。
・上記実施形態では、陽極層１５に正孔輸送層１４を積層する構成にした。これに限らず、例えば正孔輸送層１４を省略する構成してもよく、あるいは陽極層１５と正孔輸送層１４との間に、発光層１３への正孔の注入効率を高めるための正孔注入層を形成する構成にしてもよい。
・上記実施形態では、正孔輸送層１４に発光層１３を積層する構成にした。これに限らず、例えば正孔輸送層１４と発光層１３との間に、電子の移動を抑制する電子障壁層を形成する構成にしてもよい。
・上記実施形態では、発光層１３に陰極層１２を貼り合せる構成にした。これに限らず、例えば発光層１３の上面１３ｂに、陰極層１２から注入された電子を発光層１３まで輸送する電子輸送層を形成して、前記電子輸送層に陰極層１２を貼り合せる構成にしてもよい。この際、発光層１３と前記電子輸送層との間に、正孔の移動を抑制する正孔障壁層を形成する構成にしてもよい。

本発明を具体化したエレクトロルミネッセンス装置を示す概略斜視図。 同じく、エレクトロルミネッセンス装置を示す概略断面図。 同じく、エレクトロルミネッセンス装置の製造方法を説明する説明図。 同じく、エレクトロルミネッセンス装置の製造方法を説明する説明図。 同じく、エレクトロルミネッセンス装置の製造方法を説明する説明図。 同じく、エレクトロルミネッセンス装置の製造方法を説明する説明図。 同じく、エレクトロルミネッセンス装置の製造方法を説明する説明図。 同じく、エレクトロルミネッセンス装置の製造方法を説明する説明図。 変更例におけるエレクトロルミネッセンス装置の製造方法を説明する説明図。

符号の説明

１０…エレクトロルミネッセンス装置、１１…棒状部材としての支持棒、１２…電極層を構成する陰極層、１３…有機層を構成する発光層、１４…有機層を構成する正孔輸送層、１５…電極層を構成する陽極層、１６…シート基板、２１…支持基板、２２…貼着基板。

Claims (5)

1. 一対の電極層と、前記一対の電極層の間に設けられた有機層とからなるエレクトロルミネッセンス装置の製造方法において、
   一方の前記電極層上に前記有機層を形成した後に、他方の前記電極層を前記有機層に貼り合せるようにしたことを特徴とするエレクトロルミネッセンス装置の製造方法。
2. 請求項１に記載のエレクトロルミネッセンス装置の製造方法において、
   シート基板に形成した前記一方の前記電極層上に前記有機層を形成し、棒状部材の外側面に前記他方の前記電極層を形成し、前記棒状部材に前記シート基板を巻き付けることによって、前記他方の前記電極層を前記有機層に貼り合せるようにしたことを特徴とするエレクトロルミネッセンス装置の製造方法。
3. 請求項１に記載のエレクトロルミネッセンス装置の製造方法において、
   支持基板の一側面に形成した前記一方の前記電極層上に前記有機層を形成し、貼着基板の一側面に前記他方の前記電極層を形成し、前記貼着基板を前記支持基板に貼り合せることによって、前記他方の前記電極層を前記有機層に貼り合せるようにしたことを特徴とするエレクトロルミネッセンス装置の製造方法。
4. 請求項１〜３のいずれか１つに記載のエレクトロルミネッセンス装置の製造方法において、
   前記一方の前記電極層上に、前記有機層を塗布成膜するようにしたことを特徴とするエレクトロルミネッセンス装置の製造方法。
5. 請求項１〜３のいずれか１つに記載のエレクトロルミネッセンス装置の製造方法において、
   前記有機層は、発光層と正孔輸送層とを備えたことを特徴とするエレクトロルミネッセンス装置の製造方法。

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