JP2008066115A - 有機電子デバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 極薄の基板を用いた有機電子デバイスを簡便な方法で製造すること。
【解決手段】 基板の表面に第一高分子膜を積層する第一工程と、第一表面の裏側の第二表面をエッチングして基板の厚みを薄くする第二工程と、エッチングされた第二表面に第二高分子膜を積層する第三工程と、第一高分子膜の表面に有機電子デバイスを形成する第四工程と、第二基板の表面に第三高分子膜を積層する第五工程と、第一表面の裏側の第二表面をエッチングする第六工程と、エッチングされた第二基板の第二表面に第四高分子膜を積層する第七工程と、第一〜四工程により作成したデバイス基板と第五〜七工程により作成した封止基板を相対向させ、接着剤で貼り合わせる第八工程を備えることとした。
【選択図】 図１

Description

この発明は、可撓性基板を用いた有機電子デバイスの製造方法に関し、例えば、有機ＥＬ発光デバイスや有機半導体デバイスに関するものである。

可撓性基板を用いた有機電子デバイスは、ユビキタス社会が提唱され、それを支えるユビキタス電子機器への応用が期待されるようになってきている。その中でも有機ＥＬ発光デバイスは、無機ＥＬ素子より低電圧で発光させることができる。また、自己発光型であるため、視認性も高く、可撓性基板を用いることで、ユビキタス電子機器用のディスプレイや発光源としての応用が期待されている。しかし、可撓性基板として多く用いられる高分子材料の場合、構成材料が有機物であるため、わずかながらも透湿性を有する場合がほとんどである。有機ＥＬ発光デバイス等の有機電子デバイスは微量の水分でも劣化を起こし特性を失う場合が多い。このように、有機電子デバイスの基板に高分子材料を使おうとした場合、基板が通過する水分を遮断することが実用化への大きな課題となっている。

そこで、この課題を解決するために、極薄いガラス基板と高分子フィルムを複合化した基板を用いることが知られている（例えば、特許文献１を参照）。ガラス基板は透湿性は全く無いが、可撓性に欠け、少しの曲げ応力でも破壊してしまう。しかし、ガラスの破壊はガラス材料そのものの強度の問題ではなく、表面にある無数のキズが破壊起点となり弱い力でも破壊してしまうというのが定説となっている。そのキズを特許文献１に開示されているようにガラスの片面を高分子フィルムで覆うことによってガラスの曲げに対する強度を格段に向上させることが出来る。しかし、このような複合基板の具体的製造方法になると、特許文献１には「ＤＥＳＡＧ ＡＧ（ドイツ国）等から入手できる３０μｍ程度のガラスはなお極めて取り扱いが困難であり、極めて注意深く取り扱わない限り、極めて容易に破損し得る」（４ページ３１−３４行目）という記述があるだけで、複合化した後は充分な強度が得られるが、その複合材料をどのようにして確実に製造するかについての記述は見られず、薄く壊れ易いガラスを製造工程中にどのように扱うかの開示も見られない。
特開平１１−３２９７１５号公報

上述したように、最初から極薄のガラス基板を用い、高分子との複合材料を作製する場合は、かなり注意深くガラスを取り扱ったとしてもガラス基板の破損は避けられず、期待される製造歩留まりは、かなり低いものに止まってしまう。

また、大画面ディスプレイや生産効率を向上させるための多数個取り等のため基板を大型化しようとすると、極薄ガラス自体を大面積で製造することは困難となり、製造できたとしても、工程での取り扱いの困難さは容易に予想される。

このような課題を抱えていては、折角の優れた性能も、市場に見合ったコストで提供することは困難で大きな問題であった。

また、特許文献１のような単なるガラスと高分子フィルムの貼り合せ基板では、ガラスと高分子フィルムの熱や吸湿による膨張係数の違いにより基板に反りが生じ、電子デバイス形成の妨げになったり、後のデバイス信頼性を低下させる原因となったりしていた。そこで、本発明は、基板に反りを生じさせないガラスと高分子との複合された可撓性基板を簡便に製造することを目的とする。

本発明の有機電子デバイスの製造方法は、基板の第一表面に第一高分子膜を積層する第一工程と、前記第一表面の裏側にある前記基板の第二表面をエッチングして前記基板の厚みを薄くする第二工程と、エッチングされた前記第二表面に第二高分子膜を積層する第三工程と、前記第一高分子膜の表面に有機電子デバイスを形成する第四工程と、第二基板の第一表面に第三高分子膜を積層する第五工程と、前記第二基板の第一表面の裏側にある第二表面をエッチングして厚みを薄くする第六工程と、エッチングされた前記第二基板の第二表面に第四高分子膜を積層する第七の工程と、前記第一工程から前記第四工程により作成したデバイス基板と前記第五工程から前記第七工程により作成した封止基板を相対向させ、前記デバイス基板と前記封止基板を接着剤で貼り合わせる第八工程と、を備えることとした。

ここで、第一高分子膜と第二高分子膜には熱膨張率の等しい材料を用いることが好ましい。さらに、第三高分子膜と第四高分子膜の熱膨張率が第一高分子膜の熱膨張率と等しくなるように構成することが望ましい。または、第一の高分子膜と第二の高分子膜、及び、第三の高分子膜と第四の高分子膜の材料を同じとすることが望ましい。

さらに、第三工程の後に、第一高分子膜上に無機物質からなるオーバーコート層を設ける工程を付加することとした。これにより、有機電子デバイスの密着性が向上する。

上述した方法で製造された可撓性を有する有機電子デバイスは、基板の両面が高分子膜でサンドイッチされているため、熱や吸湿という外的ストレスに曝されても表裏の膨張係数に差が生じず、基板が反ることはない。そのため、有機電子デバイス形成時の洗浄による薬液暴露や温度変化によって基板の反りは見受けられず、さらには高温高湿といった外的環境にも強く、且つ、基板が可撓性を有するため、曲げても破壊されない強度の強いデバイスが実現できた。

本発明の有機電子デバイスの製造方法は、基板の第一表面上に第一高分子膜を積層する第一工程と、基板の第一表面の裏側にある第二表面をエッチングして基板の厚みを薄くする第二工程と、基板の第二表面に第二高分子膜を積層する第三工程と、第一高分子膜の表面に有機電子デバイスを形成する第四工程と、第二基板の第一表面上に第三高分子膜を積層する第五工程と、前記第二基板の第一表面の裏側にある第二表面をエッチングにより厚みを薄くする第六工程と、前記第二基板の第二表面に第四高分子膜を積層する第七の工程と、第一工程〜第四工程により作成したデバイス基板と第五工程〜第七工程により作成した封止基板を相対向させ、デバイス基板と封止基板を接着剤で貼り合わせる第八工程を備えている。

本発明の第一工程では、基板表面に高分子膜を積層させ、基板の表側に高分子膜を一体形成している。第二工程では基板厚を薄くするため、高分子膜とは反対側のガラス基板表面をエッチングしている。高分子膜はガラスのエッチングに用いる薬液であるフッ酸等には侵されないものを選択するため、本工程では基板の片面のみがエッチングされる。本発明に用いるガラス基板の厚みは、有機電子デバイスを多数個取りにより十分低いコストで作製できるマザー基板サイズの大きさとの兼ね合いで決まる。現在、一般的に用いられている、３００ｍｍ角以上の基板サイズを考慮すると、実用的な基板厚みは０．３ｍｍが限度であり、基板には、大面積基板が可能で且つ工程上破損しないように取り扱える、０．３ｍｍ以上の厚みの基板を選択した。

また、エッチングして薄くする板厚は可撓性が出てくる程度が望ましい。可撓性が発現するガラス厚は、ガラスの材質によって異なるが、０．１ｍｍより薄くなればかなり可撓性が現れる。全ての種類のガラスを考えても、０．２ｍｍより薄くなれば可撓性が発現すると考えられる。この状態、すなわちガラスと高分子が複合化された状態で、本発明の可撓性があり且つ高い強度を持つ基材を使った有機電子デバイスが実現されるが、ガラスをあまり薄くエッチングしてしまうと、エッチングのバラツキによりピンホールなどが起き易くなってしまう。本発明による方法では、ピンホールが生じない限界は５μｍ程度であり、エッチングした最終的なガラス基板の板厚の範囲を、５μｍ以上０．２ｍｍ以下とすることが望ましい。

第三工程では、基板の裏側を表側と同じ膨張係数とするため、ガラス基板のエッチング面に高分子膜を積層する。この際、表側に形成した高分子膜と同じ材質が好ましい。有機電子デバイスを形成する基板の表面は平坦である必要がある。しかし、通常、熱や吸湿により基板材料は変形を受けてしまう。熱変形を示す熱膨張係数は、ガラスは通常、１０^−５〜１０^−６／℃である。しかし、ガラス基板と複合化して用いる高分子材料の場合、１０^−４〜５×１０^−５／℃程度となり差を生じる。この結果、ガラスと高分子を単に積層した場合は熱による伸びの差により反りを生じてしまう。そこで、この問題を解消するために、基板の表と裏での膨張係数が等しくなるような構成とした。

第四工程では平滑な高分子膜表面に有機電子デバイスが形成される。この際、有機電子デバイスを構成する膜と高分子膜表面の密着性を向上するために、無機物等からなるオーバーコート層を高分子表面に設けても良い。このオーバーコート層は突起のない平滑な高分子膜表面を崩すことの無いように形成されることが望ましい。

第五工程と第六工程と第七工程によって、複合された基板上に形成された有機電子デバイスを、水分や酸素等の劣化雰囲気より保護するための封止基板を作製する。封止基板は本発明では有機電子デバイスを形成した基板と同様の方法で作製される。そして、、有機電子デバイスを形成した基板と封止基板を貼り合わせる第八工程により、耐久性に優れた有機電子デバイスが出来上がる。

本発明による有機電子デバイスの製造方法によれば、簡便な方法にも関わらず、薄く、軽く、可撓性を持ったデバイスが実現でき、尚且つ、外部からの劣化原因の侵入を阻止することができ、また熱や吸湿といった外的ストレスにも耐久性の高いデバイスを提供するものである。

これらの工程の中で、高耐久性を有するガラスと高分子との複合された可撓性基板を製造する上で重要となるのは、ガラス基板と高分子基板を積層した後、エッチングでガラス基板を薄くし、更に高分子膜を積層する工程である。この工程ではその後の基板強度、反りの防止などを勘案して各層の厚み、積層方法、接着材料の最適化等を行う必要がある。

以下に本発明の有機電子デバイスの製造方法について、さらに詳細に説明する。

本実施例による有機電子デバイスの製造方法を図１に模式的に示す。図１（ａ）は厚みが０．５ｍｍの無アルカリガラスであるガラス基板１１を示す断面図である。図１（ｂ）はこのガラス表面上に第一高分子膜１２を積層した断面図である。高分子膜には、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリエーテルサルフォン樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、透明ポリイミド樹脂、透明エポキシ樹脂のいずれかを主成分とする膜を用いることができる。この高分子膜を接着剤によりガラス基板に接着して作製される。この際、接着剤に要求される特性は、高分子膜とガラス表面の密着性が高いことと、柔軟性を有することである。接着剤は液状でもシート状でも良く、その硬化形態は、常温硬化、熱硬化、紫外線硬化のいずれからでも適宜選択できる。本実施例では、第一高分子膜１２の膜厚を１００μｍとした。

次に、第一高分子膜１２が形成されたガラス基板１１を、フッ酸等のエッチング液に浸漬し、ガラスエッチングを行い、図１（ｃ）に示すようにガラス基板１１の厚みを０．１５ｍｍまで薄くした。このとき、第一高分子膜は強酸に曝されるので耐酸性が要求され、さらに、ガラスと強く密着できることが要求される。

次に、図１（ｄ）に示すように、ガラス基板１１のエッチング面に、第一高分子膜と同じ材料の第二高分子膜１３が接着剤を介して接着される。

以上の工程により有機電子デバイス用の可撓性基板が作成される。この可撓性基板は軽く、曲げなどにも強く、且つ、ガラスを同じ材料の高分子膜で挟んでいる構造なので、熱や吸湿等の外的ストレスでも反りがない平坦な表面を維持していた。

次に、図１（ｅ）に示すように、上述の工程で作製した可撓性基板の上に、有機電子デバイスの一例である有機ＥＬデバイスの発光部となる有機ＥＬ層１４を作製した。具体的には、可撓性基板の表面上に、スパッタや蒸着，ＣＶＤ等の方法でＩＴＯやＩＺＯ等から成る透明導電膜で形成された陽極、銅フタロシアニンや芳香族アミンからなるホール注入層、同じく芳香族アミンであるα−ＮＰＤやＴＰＤ誘導体等からなるホール輸送層、Ａｌｑ３，ＢＡｌｑ３，Ｂｅｂｑ２等の８−ヒドロキシキノリン誘導体の金属錯体等からなるホスト材料に、ペリレン，キナクリドン，クマリン，ルブレン，ＤＣＪＴＢ等の蛍光発光色素をドーパントとして含有する層が共蒸着によって形成された発光層、Ａｌｑ３やＢｅｂｑ２等からなる電子輸送層、さらに、ＬｉＦ薄膜上にＡｌを積層した陰極をそれぞれ真空蒸着によって形成し、有機ＥＬ層１４となる。

次に、封止方法について説明する。封止基板も有機ＥＬ層を形成したデバイス基板と同じように作製する。ガラスより成る第二基板１５に第三高分子膜１６を積層し、ガラス面をエッチングにより薄板化し、このエッチング面に第四高分子膜１７を積層して封止基板を作製する。その後、図１（ｆ）に示すように、有機ＥＬ層が形成されたデバイス基板と封止基板を相対向させ、樹脂封入剤１８を間隙に充填させ両基板を接着し、有機ＥＬ発光デバイスを作製した。ここでは、エッチングしていないガラス基板の表面上に形成された第一高分子膜１２と第三高分子膜１６が向き合うように二つの基板が対向されている。このとき、樹脂封入剤層の厚みは薄い方が可撓性には好ましく、本実施例では２０μｍ程度とした。第三高分子膜と第四高分子膜は同じ材料が望ましい。また、第三高分子膜、第四高分子膜には第一高分子膜、第二の高分子膜に使用した高分子膜を用いることができる。

このような方法で作製された有機ＥＬ発光デバイスは、有機ＥＬ作成時の洗浄剤への暴露や熱工程にも反りを生ぜず平滑な表面を保ち、簡便に製造でき、且つ、複合基板による高いバリヤー性のため、水分侵入による劣化のない安定した発光特性を示し、熱ストレスにも強い可撓性がある携帯性に優れたデバイスであった。

実施例１における、ガラス基板１１と第二基板１５を厚みが０．４ｍｍのホウケイ酸ガラスとして、実施例１と同様な工程によりガラス厚を０．０５ｍｍまで薄くし、以降、実施例１と同様に有機ＥＬ発光デバイスを作製したところ、実施例１と同様の効果が得られた。

比較例

実施例１において、ガラス基板１１と第二の基板１５のエッチング後の厚みを１μｍまで薄くしてみたところ、均一なエッチング厚みが得られず、所々にピンホールが生成してしまった。以降、実施例１と同様に有機ＥＬ発光デバイスを作製したところ、ピンホールの部分から水分等の侵入が原因と思われるダークスポットが生じ、良好な均一発光が得られなかった。

実施例１と同様にガラス基板１１と第一高分子膜１２を貼り合わせた後、エッチングにより基板を薄くし、エッチング面に第二高分子膜１３を積層した図１（ｄ）の後に、有機ＥＬ発光デバイスとガラス基板との密着性向上及び有機ＥＬ発光デバイス形成時の基板ダメージを防止する目的で、ＳｉＯ２等の無機膜からなるオーバーコート層を第一高分子膜の表面に形成した。その後、このオーバーコート層上に有機ＥＬ発光デバイスを実施例１と同様に作製したところ実施例１と同様の効果が得られた。本実施例では、第一高分子膜と有機ＥＬ発光デバイスの間にオーバーコート層が形成されているので、温度変化により高分子膜が伸縮して有機ＥＬ発光デバイスにストレスを与える影響がさらに軽減でき、より高信頼性の有機ＥＬ発光デバイスが実現できる。

以上、実施例で示した有機電子デバイスの一例である、有機ＥＬ発光デバイスは、自動車のダッシュボードの曲面光源や、軽量性・薄型を生かして、携帯型のユビキタスディスプレー、例えば、地上波デジタル受信装置や携帯型ブラウザやデジタルカメラ・ビデオカメラのモニタ等、今後の電子機器用マンマシーンインターフェースの主役となり得るものである。

本発明の有機電子デバイスの製造方法を示す模式図である。

符号の説明

１１ ガラス基板
１２ 第一高分子膜
１３ 第二高分子膜
１４ 有機ＥＬ層
１５ 第二基板
１６ 第三高分子膜
１７ 第四高分子膜
１８ 樹脂封入剤

Claims (6)

1. 基板の第一表面に第一高分子膜を積層する第一工程と、前記第一表面の裏側にある前記基板の第二表面をエッチングして前記基板の厚みを薄くする第二工程と、エッチングされた前記第二表面に第二高分子膜を積層する第三工程と、前記第一高分子膜の表面に有機電子デバイスを形成する第四工程と、
   第二基板の第一表面に第三高分子膜を積層する第五工程と、前記第二基板の第一表面の裏側にある第二表面をエッチングして厚みを薄くする第六工程と、エッチングされた前記第二基板の第二表面に第四高分子膜を積層する第七工程と、
   前記第一工程から前記第四工程により作成したデバイス基板と前記第五工程から前記第七工程により作成した封止基板を相対向させ、前記デバイス基板と前記封止基板を接着剤で貼り合わせる第八工程と、を備えることを特徴とする有機電子デバイスの製造方法。
2. 前記第一高分子膜と前記第二高分子膜の熱膨張率が等しいことを特徴とする請求項１に記載の有機電子デバイスの製造方法。
3. 前記第三高分子膜と前記第四高分子膜の熱膨張率が前記第一高分子膜の熱膨張率と等しいことを特徴とする請求項２に記載の有機電子デバイスの製造方法。
4. 前記第一高分子膜と第二高分子膜、及び、第三高分子膜と第四高分子膜の材料が同じであることを特徴とする請求項１に記載の有機電子デバイスの製造方法。
5. 前記第三工程の後に、前記第一高分子膜上に無機物質からなるオーバーコート層を設ける工程を付加したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の有機電子デバイスの製造方法。
6. 前記基板は厚さ０．３ｍｍ以上のガラス基板であり、前記第二工程と第六工程により５μｍ以上０．２mm以下の厚みになることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の有機電子デバイスの製造方法。

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