JP2010097803A - 有機エレクトロニクス素子の作製方法、有機エレクトロニクス素子および有機エレクトロルミネッセンス素子 - Google Patents

有機エレクトロニクス素子の作製方法、有機エレクトロニクス素子および有機エレクトロルミネッセンス素子 Download PDF

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Abstract

【課題】本発明の目的は、製造コストが低く、ダークスポット発生防止性が良好で性能安定性に優れる有機エレクトロニクス素子の作製方法を提供することにある。
【解決手段】帯状の基材上に配設された、第一電極、該第一電極上に配設された有機層および該有機層上に配設された第二電極を含む複数の有機エレクトロニクス構造体から有機エレクトロニクス素子を複数作製する有機エレクトロニクス素子の作製方法であって、第一電極は、第一電極引き出し部を有し、第二電極は、第二電極引き出し部を有し、該第一電極引き出し部と該第二電極引き出し部とが各々帯状の基材の巾手方向の両端側に配設されていることを特徴とする有機エレクトロニクス素子の作製方法。
【選択図】図2

Description

本発明は、帯状の基材上に有機エレクトロニクス構造体を所定の間隔で連続して形成し、有機エレクトロニクス素子を作製する有機エレクトロニクス素子の作製方法に関する。
近年、有機エレクトロルミネッセンス素子、有機光電変換素子、電子写真用有機感光体、有機トランジスタ、をはじめとした、様々な有機エレクトロニクス素子の開発が検討されている。
有機エレクトロニクス素子は、有機物を用いて電気的な動作を行う素子であり、省エネルギー、低価格、柔軟性といった特長を発揮できると期待され、従来のシリコンを主体とした無機半導体に替わる技術として注目されている。
これらの有機エレクトロニクス素子は、有機物の非常に薄い膜と電極とにより、発光、発電、帯電などの光電変換を行う素子である。
近年、自発光素子として有機エレクトロルミネッセンス(以下、有機ELとも言う)素子が注目されている。
有機EL素子は、ガラス等の基材上に有機化合物の発光層(有機発光層)を含む有機層を陰電極と陽電極の2つの電極で挟持した構成の有機EL構造体を配置し、陰電極および陽電極間に電流を供給することにより有機発光層の発光を行う素子である。
最近では、有機EL素子の用途の拡大等により、樹脂フィルム等の可撓性の基材を用いた有機EL素子も登場しており、このような可撓性基材を用いることにより、ロールツーロール方式にて有機EL素子の製造も行われるようになってきた(例えば、特許文献1参照)。ロールツーロール方式の製造方法とは、ロール状に巻かれた基材を繰り出して基材上に有機EL構造体を形成し、有機EL構造体を形成した基材を再度ロールに巻き取る形態の製造方法を称する。
ロールツーロール方式による製造は、連続生産が可能なので生産効率を向上させることができるというメリットを有する。
ところで、有機発光層は水分や酸素による影響を受けやすく、空気中に放置すると水分や酸素により品質の劣化を招くので、有機EL素子の製造では、封止層と呼ばれる外気の影響を低減するための保護膜を形成する工程を付加している。
有機EL素子の封止技術としては、例えば、窒化物や窒化酸化物等の薄膜を電子ビーム法やスパッタリング法、プラズマCVD法、イオンプレーティング法等により有機EL構造体上に被覆する方法、具体的には、特開2002−332567号公報に記載の対向ターゲット式のスパッタ装置を用いた封止技術や、特開2005−4063号公報に記載のシート状の封止部材を有機EL構造体に貼り合わせて封止を行う封止技術等が挙げられる。
封止部材は有機EL構造体全体を被覆するので、有機EL構造体に通電したときに短絡を招かないように封止部材には絶縁性の素材が選択される。
ところで、有機EL素子は、有機発光層を含む有機層を挟持している陽電極と陰電極間に電流を供給されることにより発光するが、陽電極と陰電極への電流の供給は、通常、陽極と陰極それぞれの引き出し部からなされる。
前述のように、ロールツーロール方式の生産方式においては、封止層と基材とをほぼ同一の幅寸法にすると位置合わせが容易になるため、帯状の基材上に所定の間隔にて連続的に形成された有機EL構造体を帯状の封止部材で連続的に被覆する。
すなわち、陽極と陰極それぞれの引き出し部も絶縁性の素材で形成された封止部材で被覆される。
従って、陽電極と陰電極へ電流を供給するには、それぞれの引き出し部を被覆する絶縁体である封止層を除去して引き出し部を露出する必要がある。
封止層の引き出し部からの除去は、有機EL構造体の引き出し部位置で封止層を切断して、封止層片を除去することによりなされる。
この、封止層の引き出し部からの除去にあたり、有機発光層や基材を傷つけないことが求められるが、有機EL構造体や引き出し部を被覆した封止層を、有機発光層や基材を傷つけることなく、容易に引き出し部から除去し、引き出し部を露出させることは難しかった。
引き出し部を露出させる方法としては、封止部材を、パターン化されて塗布された接着剤層を介して有機EL構造体に添付する方法(特許文献2参照)、分割したり、一部くり抜いた封止部材を有機EL構造体に貼り合わせたりする方法により、有機発光層や基材を傷つけることなく、容易に引き出し部から除去する方法(特許文献3参照)が知られている。
しかしながら、これらの方法においてもまだ、製造コストが高いといった、問題がありまた、封止部材加工時のダストによると思われるダークスポットと呼ばれる故障を発生する場合があるなど性能の安定性が充分ではなかった。
他方、有機光電変換素子は、有機化合物の薄膜からなる発電層を電極で挟持した構成で、光を照射すると発電する素子である。
薄膜の有機光電変換素子を太陽電池として利用すると、小型化、軽量化が容易であるうえ、既存の無機半導体系の太陽電池に比べ、低照度環境や高温環境下でも比較的安定した出力を得られる太陽電池となる。
そして、有機光電変換素子でも有機EL素子と同様に、水分・酸素などの影響で発電層中にキャリアトラップを形成し、電荷分離によって発生したキャリアの集電を阻害してしまう。結果として発電効率の低下を招くだけでなく、素子寿命低下にも影響を及ぼすようになる。
そして、有機光電変換素子においても同様に、水分や酸素などのガス成分に対して、バリア性能を有する封止部材を用いて性能を維持することが知られているが、さらなる性能の安定性を確保することが求められている。
国際公開第01/005194号パンフレット 特開2007−073332号公報 特開2007−179783号公報
本発明の課題は、製造コストが低く、性能安定性に優れる有機エレクトロニクス素子の作製方法を提供することにあり、特に製造コストが低く、ダークスポット発生防止性に優れる有機EL素子の作製方法を提供することにあり、さらに帯状の基材の上に複数の有機EL構造体を有する可撓性の帯状の基材を用い、製造コストが低く、ダークスポット発生防止性に優れる有機EL素子の作製方法を提供することにある。
本発明が解決しようとする課題は、以下の手段により達成される。
1.帯状の基材上に配設された、第一電極、該第一電極上に配設された有機層および該有機層上に配設された第二電極を含む複数の有機エレクトロニクス構造体から有機エレクトロニクス素子を複数作製する有機エレクトロニクス素子の作製方法であって、第一電極は、第一電極引き出し部を有し、第二電極は、第二電極引き出し部を有し、該第一電極引き出し部と該第二電極引き出し部とが各々帯状の基材の巾手方向の両端側に配設されていることを特徴とする有機エレクトロニクス素子の作製方法。
2.前記有機エレクトロニクス構造体が、該有エレクトロニクス構造体上に封止層を有し、該封止層が、前記基材と対向して配設された帯状封止部材からなることを特徴とする1に記載の有機エレクトロニクス素子の作製方法。
3.前記封止層が、前記第一電極引き出し部の少なくとも一部および第二電極引き出し部の少なくとも1部を露出して、配設されていることを特徴とする2に記載の有機エレクトロニクス素子の作製方法。
4.前記封止層が、接着層を介して前記有機エレクトロニクス構造体に接着していることを特徴とする3に記載の有機エレクトロニクス素子の作製方法。
5.前記接着層を形成しうる接着剤層が全面に塗工された封止部材を、前記有機エレクトロニクス構造体上に貼合する貼合工程を有することを特徴とする4に記載の有機エレクトロニクス素子の作製方法。
6.前記接着剤層が、熱または光で硬化可能な接着剤層であり、前記貼合工程の後に、該接着剤層を硬化させる硬化工程を有することを特徴とする5に記載の有機エレクトロニクス素子の作製方法。
7.前記有機エレクトロニクス構造体が配設された前記帯状の基材を、前記有機エレクトロニクス構造体毎に、巾手方向に断裁する断裁工程を有することを特徴とする2〜6のいずれか1項に記載の有機エレクトロニクス素子の作製方法。
8.前記断裁工程において、巾手方向に断裁する断裁線と前記第一電極の引き出し部との距離、および巾手方向に断裁する断裁線と前記第二電極の引き出し部との距離が、1mm以上であることを特徴とする7に記載の有機エレクトロニクス素子の作製方法。
9.前記有機層を前記第一電極上に連続して作製した後、封止層を配設する前に各々の有機エレクトロニクス構造体の間の有機層を除去する工程を有することを特徴とする2〜8のいずれか1項に記載の有機エレクトロニクス素子の作製方法。
10.前記有機エレクトロニクス構造体を形成する工程、前記貼合工程、前記断裁工程および前記硬化工程をこの順に有することを特徴とする7〜9のいずれか1項に記載の有機エレクトロニクス素子の作製方法。
11.1〜10のいずれか1項に記載の有機エレクトロニクス素子の作製方法により作製されたことを特徴とする有機エレクトロニクス素子。
12.1〜10のいずれか1項に記載の有機エレクトロニクス素子の作製方法により作製されたことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
本発明の上記手段により、製造コストが低く、性能安定性に優れる有機エレクトロニクス素子の作製方法が提供でき、特に帯状の基材の上に複数の有機EL構造体を有する可撓性の帯状の基材を用い、製造コストが低く、ダークスポット発生防止性に優れる有機EL素子の作製方法が提供できる。
以下、本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。
本発明は、帯状の基材上に配設された、第一電極、該第一電極上に配設された有機層および該有機層上に配設された第二電極を含む複数の有機エレクトロニクス構造体から有機エレクトロニクス素子を複数作製する有機エレクトロニクス素子の作製方法であって、第一電極は、第一電極引き出し部を有し、第二電極は、第二電極引き出し部を有し、該第一電極引き出し部と該第二電極引き出し部とが各々帯状の基材の巾手方向の両端側に配設されていることを特徴とする。
本発明においては、特に、封止部材を連続的に、帯状の基材に設けられた有機エレクトロルミネッセンス構造体上に貼合し、断裁することで、製造コストが低く、ダークスポット発生防止性に優れる有機エレクトロルミネッセンス素子が得られる。
(有機エレクトロニクス素子)
有機エレクトロニクス素子は、有機エレクトロニクス構造体上に封止層を有する構成を有する。
有機エレクトロニクス構造体は、有機化合物からなる発光体を有する有機発光層、有機化合物からなる発電体を有する有機発電層などを含む有機層とこの有機層に接触する電極とを有する構造体である。
以下、有機エレクトロニクス素子の典型例である有機EL素子を例にして説明する。即ち、有機エレクトロニクス素子として有機EL素子を、有機エレクトロニクス構造体として有機EL構造体を、有機層として有機発光層を含む有機層を例にして本発明を説明するが、これに限られるものではなく、太陽電池など他の有機エレクトロニクス素子にも適用することができる。
(有機EL素子)
有機EL素子は、有機EL構造体上に封止層を有する構成を有する。
図1は、有機EL素子10の構成の例を説明する模式図である。
有機EL構造体は、基材上に配設された第一電極、当該第一電極上に配設された有機発光層を含む有機層および当該有機層上に配設された第二電極を含む構造体である。
図1に示す例では、有機EL素子10は、基材11上に、第一電極12、有機発光層を含む有機層13、第二電極14を形成して有機EL構造体とし、さらに有機EL構造体の上面に接着層15を介して封止層16を積層した構成を有する。
封止層16は、上記の例のように接着層15を介して積層されていてもよいし、接着層を介さず直接積層されていてもよい。本発明においては、接着層を介して積層されている態様が好ましい態様である。
図1に示すように、有機EL素子は、有機EL構造体の上面部が封止層16で被覆されており、封止層16の図示左側に第一電極12の一部が露出し、封止層16の図示右側に第二電極14の一部が露出している。
第一電極の露出している部分(第一電極引き出し部)12aおよび第二電極の露出している部分(第二電極引き出し部)14aから電流を供給することにより有機層13内の有機発光層が発光する。
第一電極12は、陽極であって、透明にする場合はインジウムチンオキサイド(ITO)、インジウムジンクオキサイド(IZO)、金、酸化錫、酸化亜鉛等の仕事関数が4eV以上で透過率が40%以上の導電性材料による電極である。
有機発光層は、有機化合物の発光体を含有する層である。有機発光層は、数nm〜数μmであることが好ましい。両電極と有機発光層との間には、後述のように正孔輸送層などを有していてもよい。
第二電極14は、陰極であって、反射電極とする場合はアルミニウム、ナトリウム、リチウム、マグネシウム、銀、カルシウム等の仕事関数が4eV未満で、反射率が60%以上の金属材料からなる電極である。
有機EL素子は、第一電極(陽極)12、第二電極(陰極)14に外部から供給された電流により、有機発光層において電子および正孔が結合し、結合により生じた励起エネルギーを利用した発光を行う素子である。
有機EL素子10の有機発光層からの発光は、第一電極12、基材11を透過して取り出されるが、第二電極(陰極)を、薄膜の陰極材料と透過率の高い陽極材料を積層して構成し、実質的に透明として、陰極から光を取り出す、所謂トップエミッションの構成にしてもよい。
また、第一電極12と有機発光層の間には、正孔輸送層、正孔注入層などを有することが好ましく、第二電極14と有機発光層の間に電子輸送層、電子注入層などを有することが好ましい。
図2は、有機EL構造体を複数有し、さらに帯状の封止層を有する帯状の基材の平面図である。
帯状の基材11は、基材11の長手方向に複数の有機EL構造体を有しており有機EL構造体上に帯状の封止層16を有する。
本発明においては、封止層はこのように、基材と対向して配設された帯状の封止部材からなることが、製造コスト、ダークスポット発生防止性の面から好ましい。
有機EL構造体の第一電極引き出し部と第二電極引き出し部とは、基材11の巾手方向の両端側に対向して配設されており、第一電極引き出し部および第二電極引き出し部の封止層16に被覆されず露出している部分12bおよび14bが、巾手方向の両端側に配設されている。
(帯状の基材)
有機EL素子の作製方法に用いられる帯状の基材は、有機EL構造体を担持し得る帯状な板状体(シート)である。基材としては、可撓性を有する基材が好ましく、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリエーテルスルホン(PES)、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンスルフィド、ポリアリレート、ポリイミド、ポリカーボネート(PC)、セルローストリアセテート(TAC)、セルロースアセテートプロピオネート(CAP)等が挙げられる。
帯状の基材の厚さとしては、10μm〜1mmが好ましく、50〜300μmがさらに好ましい。
帯状の基材として透明樹脂フィルムを使用する場合、樹脂フィルムの表面にはガスバリア膜が必要に応じて形成されることが好ましい。ガスバリア膜としては無機物、有機物の被膜又はその両者のハイブリッド被膜が挙げられる。ガスバリア膜の特性としては、水蒸気透過度が0.01g/m・day・atm以下であることが好ましい。更には、酸素透過度10−3ml/m/day以下、水蒸気透過度10−5g/m/day以下の高バリア性フィルムであることが好ましい。
ガスバリア膜を形成する材料としては、水分や酸素等素子の劣化をもたらすものの浸入を抑制する機能を有する材料であればよく、例えば、酸化珪素、二酸化珪素、窒化珪素等を用いることが出来る。更に該膜の脆弱性を改良するためにこれら無機層と有機材料からなる層の積層構造を持たせることがより好ましい。無機層と有機層の積層順については特に制限はないが、両者を交互に複数回積層させることが好ましい。バリア膜の形成方法については、特に限定はなく、例えば真空蒸着法、スパッタリング法、反応性スパッタリング法、分子線エピタキシー法、クラスターイオンビーム法、イオンプレーティング法、プラズマ重合法、大気圧プラズマ重合法、プラズマCVD法、レーザーCVD法、熱CVD法、コーティング法等を用いることが出来るが、特開2004−68143号に記載されているような大気圧プラズマ重合法によるものが特に好ましい。
(封止層)
本発明に係る封止層は外気の影響を低減し得る層であり、樹脂などの有機物または窒化物などの無機物の膜である封止部材からなる。
本発明に係る封止層に用いることができる樹脂としては、例えばエチレンテトラフルオロエチル共重合体(ETFE)、高密度ポリエチレン(HDPE)、延伸ポリプロピレン(OPP)、ポリスチレン(PS)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、延伸ナイロン(ONy)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリカーボネート(PC)、ポリイミド、ポリエーテルスチレン(PES)、ポリエチレンナフタレート(PEN)などが挙げられる。
封止層は、複数の層からなってもよく、特にバリア層を有する構成が好ましい。
バリア層としては、無機蒸着膜、金属箔が挙げられる。無機蒸着膜としては薄膜ハンドブックp879〜p901(日本学術振興会)、真空技術ハンドブックp502〜p509、p612、p810(日刊工業新聞社)、真空ハンドブック増訂版p132〜p134(ULVAC 日本真空技術K.K)に記載されている如き無機膜が挙げられる。例えば、In、Sn、Pb、Au、Cu、Ag、Al、Ti、Ni等の金属、MgO、SiO、SiO、Al、GeO、NiO、CaO、BaO、Fe、Y、TiO、Cr、Si(x=1、y=1.5〜2.0)、Ta、ZrN、SiC、TiC、PSG、Si、単結晶Si、アモルファスSi、W、等が用いられる。
又、金属箔の材料としては、例えばアルミニウム、銅、ニッケルなどの金属材料や、ステンレス、アルミニウム合金などの合金材料を用いることが出来るが、加工性やコストの面でアルミニウムが好ましい。膜厚は、1〜100μm程度、好ましくは10μm〜50μm程度が望ましい。
更に、バリア層の上に保護層を設けてもよい。保護層の膜厚は、バリア層の耐ストレスクラッキング性、耐電気的絶縁性、シール剤層として使用する場合は接着性(接着力、段差追従性)等を考慮し、100nm〜200μmが好ましい。保護層としてはJIS K 7210規定のメルトフローレートが5〜20g/10minである熱可塑性樹脂フィルムが好ましく、更に好ましくは、6〜15g/10min以下の熱可塑性樹脂フィルムを用いることが好ましい。
熱可塑性樹脂フィルムは、上記数値を満たすものであれば特に限定されるものではないが、例えば機能性包装材料の新展開株式会社東レリサーチセンター記載の高分子フィルムである低密度ポリエチレン(LDPE)、HDPE、線状低密度ポリエチレン(LLDPE)、中密度ポリエチレン、未延伸ポリプロピレン(CPP)、OPP、ONy、PET、セロハン、ポリビニルアルコール(PVA)、延伸ビニロン(OV)、エチレン−酢酸ビニル共重合体(EVOH)、エチレン−プロピレン共重合体、エチレン−アクリル酸共重合体、エチレン−メタクリル酸共重合体、塩化ビニリデン(PVDC)等の使用が可能である。これらの熱可塑性樹脂フィルムの中で特に各種PEやPETやPENが好ましい。
封止層の形成には、樹脂基材の上にバリア層(必要に応じて保護層)を形成した積層フィルム状を用いることが好ましい。積層フィルムの製造方法としては、無機物を蒸着した熱可塑性樹脂フィルム及びアルミニウム箔をラミネートした熱可塑性樹脂フィルムの無機物層の上に一般的に知られている各種の方法、例えばウェットラミネート法、ドライラミネート法、ホットメルトラミネート法、押出しラミネート法、熱ラミネート法を利用して作ることが可能である。
有機EL構造体上の封止層としては、封止部材が直接ラミネートなどにより熱により貼合されて設けられ態様、封止部材が接着層を介して接着されている態様、蒸着や塗布により直接形成される態様などがあるが、接着層を介して接着されている態様が好ましい態様である。
接着層を介して接着されている封止層は、封止部材と有機EL構造体とを、これらの間に接着剤層を介して貼合することで得られる。
封止部材を、接着層を介して接着する方法に用いられる接着剤層に用いられる接着剤としては、熱または光硬化型の接着剤が好ましく用いられ、封止部材を、接着剤剤を介して貼合した後、接着剤を硬化させて封止部材を有機EL構造体上に設ける方法が好ましい態様である。
接着剤層を介して貼合した後、接着剤を硬化させて封止部材を有機EL構造体上に設ける方法中でも特に、接着層を形成し得る接着剤層が全面に塗工された封止部材を有機EL構造体上に貼合して接着する方法が、製造コスト、ダークスポット発生防止性の面から好ましい態様である。
(有機EL素子の作製方法)
有機EL素子の作製方法では、特に有機EL構造体が有する第一電極引き出し部と第二電極引き出し部とを帯状な基材上に、帯状の基材の巾手方向の両端側に、対向して配設したものを用いる。
第一電極引き出し部と第二電極引き出し部とが、巾手方向の両端側に対向して位置するため、後述の封止部材を基材の巾手方向の中央部のみに設け、これを一つの有機EL素子毎に断裁することで、製造コスト、ダークスポット発生防止性に優れる有機EL素子を提供することができる。
本発明の作製方法において、有機EL構造体を作製するために用いられる方法としては、ロールツーロール方式が好ましく用いられる。
ロールツーロール方式とは、ロールに巻回された帯状の基材を用い、この帯状の基材を繰り出して、搬送しつつ基材上に有機EL構造体を設け、複数の有機EL構造体を有する帯状の基材を再びロールに巻き取る方式であるが、一般的にロールに巻回された帯状の基材を用い、製品まで連続的に加工する方法も含まれる。この方が製造コスト的(収率、生産スペース)に優位な場合がある。
本発明の作製方法の例のブロック図を図3に示す。
本発明の有機EL素子の作製方法は、上記特定の方向に電極引き出し部を有する有機EL構造体を複数有する基材を用い、有機EL構造体形成工程2、封止層形成工程5、断裁工程6を有することにより低コストで、性能安定性に優れる有機EL素子を得ることができる。
有機EL構造体形成工程2は、帯状の基材の上に複数の有機EL構造体を形成する工程である。封止層形成工程5は、上記第一電極引き出し部および第二電極引き出し部の一部を残して、有機EL構造体を封止する工程である。断裁工程6は、有機EL構造体が配置された基材を断裁して、各々の有機EL素子を作製する工程である。
ロールツーロー方式では、ロール送り出し、有機EL構造体形成工程、ロール巻き取りがこの順に行わり、さらに、ロール送り出し、封止層形成工程5、断裁工程6がこの順に行われる。
図4は、有機EL構造体形成工程の1例を示す模式図である。
有機EL構造体形成工程2は、有機発光層を含む有機層形成工程3と、第二電極形成工程4とを有しており、有機発光層を含む有機層形成工程3では、正孔輸送層および有機発光層を形成する工程を有しており、第二電極形成工程4では、電子注入層および第二電極層を形成する工程を有する。
有機発光層を含む有機層形成工程3は、帯状の基材を供給する供給部301と、帯状の基材の洗浄表面改質処理部302と、第一塗布・乾燥部303と、第一加熱処理部304と、第二除電処理部305と、第二塗布・乾燥部306とを有している。
供給部301では、帯状の基材上に第一電極が形成された帯状の基材301bが巻き芯に巻き取られロール状基材301aとして供給される様になっている。
洗浄表面改質処理部302は、正孔輸送層形成用塗布液を塗布する前に供給部301から送られてきた帯状の基材301b上の第一電極の表面を洗浄改質する洗浄表面改質処理手段302aと、第一除電処理手段302bとを有している。
第一塗布・乾燥部303は、帯状の基材301bを保持するバックアップロール303aと、バックアップロール303aに保持された帯状の基材301bに正孔輸送層形成用塗布液を第一電極取り出し部の一部を除いて塗布する第一湿式塗布機303bと、帯状の基材301b上の第一電極の上に形成された有機発光層の溶媒を除去する、第一乾燥装置303cとを有している。304は第一加熱処理部を示す。
305は、形成された正孔輸送層の除電を行う第二除電処理手段を示す。
第二塗布・乾燥部306は、第一アキュームレータ部306aと、パターン塗布部306bと、乾燥部306cと、加熱処理部306dと、除電処理部306eと、第二アキュームレータ部306fと、回収部306gとを有している。
第一アキュームレータ部306aは、ロール306a1aが上下方向(図中の矢印方向)に移動することで、第一塗布・乾燥部303と、第二塗布・乾燥部306との搬送速度の差を調整するために配設されており、速度差に応じてロール306a1aの増設が可能となっている。
パターン塗布部306bは正孔輸送層が形成された帯状の基材の保持台306b2と、正孔輸送層上に第一電極のパターンに合わせ発光層形成用塗布液を大気圧条件下でパターン塗布する湿式パターン形成塗布装置306b1とを有している。発光層乾燥部306cは発光層中の溶媒を大気圧条件下で除去する機能を有しており、第一乾燥装置303cと同じ構成を有している。保持台306b2としては帯状の基材が平面性を保ち固定出来れば特に限定はなく、例えば吸着方式で固定することが好ましい。
パターン塗布部306bで湿式パターン形成塗布装置306b1により塗布が行われる時は、前の工程から搬送されてくる正孔輸送層が形成された帯状の基材のアライメントマーク(図示せず)をパターン塗布部306bに配設されたアライメント検出手段の検出機により検出し、正孔輸送層が形成された帯状の基材を保持台上に吸着固定し、アライメントマークに従って湿式パターン形成塗布装置306b1の位置合わせが行われ、パターン化されて形成された第一電極の引き出し部の一部を除いて第一電極のパターンに合わせて、発光層形成用塗布液が電極上に塗布される。
除電処理部306eは、発光層が形成された帯状の基材の除電を行い、次工程での静電気に伴う故障を防止する機能を有し、必要に応じ配設することが可能となっている。除電処理部306eは第一塗布・乾燥部303に使用した除電処理手段と同じ除電処理手段を使用することが好ましい。
第二アキュームレータ部306fは、ロール306f1が上下方向(図中の矢印方向)に移動することで、パターン塗布・乾燥部306と回収部306gとの搬送速度の差を調整するために配設されており、速度差に応じてロールの増設が可能となっている。第二アキュームレータ部306fは、第一アキュームレータ部306aと同じ構成をしている。尚、回収部306gでは、発光層が形成された帯状の基材301fを室温まで冷却装置(不図示)で冷却した後、巻き取ることが好ましい。
第二電極形成工程4は、材料の供給部401と、電子注入層形成部402と、第二電極形成部403と、第二巻き取り部404とを有しており、供給部401から回収部404迄が減圧条件下で連続的に行われる様になっている。
供給部401では、有機発光層形成工程3で作製され、帯状の基材上に、第一電極と、正孔輸送層と、有機発光層とが形成された、巻き芯に巻き取られたロール状の帯状の基材301fが供給される。
供給部401から巻き出された有機発光層を有する帯状の基材301fの有機発光層上に電子注入層形成部402で電子注入層301gが形成される。402aは蒸着装置を示し、402bは蒸発源容器を示す。
第二電極形成部403では、電子注入層形成部402で形成された電子注入層301g上に第二電極301hが形成される。403aは蒸着装置を示し、403bは蒸発源容器を示す。第二電極形成部403で第二電極301hが第一電極と直交する状態で形成された帯状の基材301iは回収部404で巻き芯に巻き取られロール状の帯状の基材C301jとなる。
有機エレクトロニクス構造体は、上記のように形成されるが、本発明においては、有機層(有機EL素子の場合は有機発光層を含む)が、下記のようにパターニングされて形成されることが好ましい。即ち、有機層を第一電極上に連続して作製した後、第二電極を配設する前に各々の有機エレクトロニクス素子構造体の間の有機層を除去する工程を有する態様が好ましい態様である。
有機層に含まれるリン光性(または蛍光性)有機化合物を含む非常に薄い薄膜(有機発光層)の形成方法としては、蒸着等でもよいが、ウェットプロセスが、大気圧下で形成することができるため、操作が簡便でありコスト的な観点からも好ましい。また、塗布溶液を調製して薄膜にするため、大面積に対してもムラができ難いという特徴があり、コスト、製造技術という面で非常にメリットがある。特に、照明用途にはコスト、製造技術という面で非常にメリットがあると言える。
また、ウェットプロセルでの有機層の精密且つ迅速なパターニング方法として、連続して形成した有機層をパターン状に拭き取り除去する方法が好ましく用いられる。
即ち、帯状基板上の有機エレクトロニクス構造体上の連続した有機層(有機発光層を含む)の一部分を選択的に連続的に除去し、鮮明にパターニングされた有機層を形成することが好ましい。有機層が多層の場合には、各層毎に除去しても良いし、複数層同時に除去しても良い。
除去する方法としては、溶剤により「湿らせた」軟質ヘッドまたテープ状部材等のワイピングヘッドを用いて連続的に、可撓性基材上に均一に設けられた有機層(有機発光層)の膜から、その一部を除去する方法が挙げられる。
図5に、有機発光層を含む有機層が形成された帯状の基材から、ワイピングにより有機層を除去する拭き取り装置の一例をついての概略図を示す。
図5の(a)において、帯状の基材11の電極パターン上に連続塗布形成された有機層は、拭き取り装置の基台111上に搬送される。この拭き取り装置は、拭き取りユニット12を有している。拭き取りユニット12は、テープ状部材15を送り出すための送り出しロール16と巻き取るための巻き取りロール17を含んでいる。送り出しロール16と巻き取りロール17との間において、テープ状部材15に含浸する溶剤を供給するための溶剤供給手段が設けられている。この溶剤供給手段は、溶剤保持タンク18とそこからテープ部材15まで溶剤を導く供給パイプ19を含んでいる。溶剤供給パイプ19と巻き取りロール17との間において、テープ状部材15を有機層に対して押圧するための押圧ロール21が設けられている。この押圧ロール21はシリンダ22に接続されており、所望の圧力でテープ状部材15を帯状の基材上の有機層に対して押圧することができる。拭き取りユニット12はそれを可撓性基材の幅手方向に移動可能にさせる第一の位置調整手段13によって支持されている。
図5(b)は図5(a)の矢印の方向からみた側面図である。
テープ状部材15としては、大凡、幅1〜5mmの多孔質、耐溶剤性、又繊維質の、織布、不織布等から選ばれるものが好ましく、パターンにもよるが、ここでは、幅2mmの綿布テープを用いている。テープ状部材の幅は、拭き取り幅〜拭き取り幅の80%の範囲、好ましくは、拭き取り幅の95%〜80%の範囲であると好ましい。基材に対する溶剤の濡れ性また有機溶媒の有機層への浸透によってテープ状部材に近接した有機層も拭き取られることからである。有機溶剤としては、例えば有機層の除去には、トルエン、キシレン等非極性の溶剤が用いられる。有機層に対するテープ状部材15の押圧力は9.81×10Pa〜4.91×10Paの範囲が選ばれ、例えば、9.81×10に設定する。
そして、各有機エレクトロニクス構造体間の一部の有機層を除去して、第1電極からなる表面を露出させることができる。
尚、拭き取りによるワイピング装置としては上記の例に限定されず、テープ状部材を用いる代わりに、溶剤吸収性且つ弾性がある多孔性の(例えばスポンジ状)材料からなるブレードを用いてこれを基材に押圧して、擦ることで拭き取る方法でもよい。
例えば、別形態のワイピングヘッドとしては略直方体形状で、スポンジ、エラストマー、熱可塑性樹脂、繊維マット、多孔質材料、ポリウレタンゴム、合成ゴム、天然ゴム、シリコーン等の材料またこれらの組み合わせからなる耐溶剤性の材料で構成される。その一形態、例えば、耐溶剤性のある多孔性のウレタンゴム等の材料によって形成される。
ワイピングヘッドの拭きとり部分構造として、台形の断面形状、先端のとがった断面形状、正方形の断面形状、先端の丸い断面形状などの幾何学的断面形状を有していてもよく、掻き取る或いは拭き取る有機層の性質、掻き取り速度等に合わせて設計してよい。所定の厚みをもち先端は弾性をもつため、拭き取り時には、撓み、ブレードとして、基材を擦離、有機層を拭き取ることができる。
溶媒供給は、ワイピングヘッドによる拭き取りに先だって行われ、拭き取り直前に行われることが好ましい。
有機層を除去する工程を経た場合には、この工程の後に、上記のように第二電極を設ける工程を経る。
また、別の方法として、第二電極を形成した後に有機層を除去する方法も考えられる。
図6は、封止層形成工程5および断裁工程の1例を示す模式図である。
封止層形成工程5は、貼合工程52、硬化工程53を有する。
貼合工程52では、接着剤層16Aを有する封止部材16Bを帯状の基材11にローラにより圧着して有機EL構造体上に封止部材16Bからなる封止層16が形成される。
この工程で、封止部材で覆われない、電極引き出し部の一部(図2の12b、14b)が形成される。
接着剤層に用いられる接着剤としては、エポキシ系、アクリル系、アクリルウレタン系等の加熱手段による加熱により硬化する熱硬化型接着剤、紫外線照射手段の紫外線照射により硬化する紫外線硬化型接着剤を用いることができるが、熱硬化型接着剤が好ましく用いられる。
硬化工程53では、加熱手段53Aでの加熱により接着剤層16Aが硬化し、封止層16は有機EL構造体の上面に固着される。尚、接着剤が紫外線硬化を利用したタイプのときには、UV光を照射して硬化させる。
断裁工程は、図5に示すように後述する断裁工程の前にあってもよいし、断裁工程の後にあってもよいが、製造の効率性などの面から断裁工程の後にあることが、好ましい態様である。
断裁工程6は、封止層16が形成された帯状の基材を所定の位置で切断し、各々の有機EL素子を得る工程である。
断裁工程6は断裁手段61Aを有し、帯状基板11は切断工程6にて断裁手段61Aより断裁され有機EL素子が得られる。得られた有機EL素子は、基材上に第一電極、正孔輸送層、有機発光層、第二電極層、電子注入層、封止層を有している。
断裁手段61A、上下動するギロチンカッターでもよいし、振動を抑えた円形の回転カッターを利用してもよい。
断裁する位置は、図2に示す巾手方向に断裁する断裁線Aに沿って行われる。この場合、断裁線Aと、第一電極および第二電極の引き出し部12b、14bとの距離tは、1mm以上であることが接着層のガスバリア性や電極のショート防止の面から、好ましい。断裁線に沿って、断裁されたものが、個々の有機EL素子である。
以下、実施例を挙げて本発明の具体的な効果を示すが、本発明の態様はこれに限定されるものではない。
〈有機EL素子1の作製〉
(第一電極の形成)
厚さ100μm、幅200mm、長さ500mのポリエチレンナフタレートフィルム(帝人・デュポン社製フィルム、以下、PENと略記する)に、ガスバリア膜を形成したもの(特開2007−83644号の実施例1に記載の方法で形成した)を準備した。尚、帯状の基材には、予め第一電極を形成する位置を示すためにアライメントマークを設け、5×10−1Paの真空環境条件で厚さ120nmのITO(インジウムチンオキシド)をスパッタリング法により、マスクパターン成膜を行い、引き出し部を帯状の基材の巾手方向の両端側に有する10mm×10mmの大きさの第一電極を一定間隔に12列を連続的に形成し巻き取った。
(第一正孔輸送層形成)
ポリエチレンジオキシチオフェン・ポリスチレンスルホネート(PEDOT/PSS、Bayer社製 Bytron P AI 4083)を純水で65%、メタノール5%で希釈した溶液を第一正孔輸送層形成用塗布液として、PENの上全面(但し、両端の10mmは除く)に、エクストルージョン塗布機を使用し乾燥後の厚みが30nmになるように塗布した。塗布後、乾燥・加熱処理を行い、第一正孔輸送層を形成した。
塗布条件
第一正孔輸送層形成用塗布液の塗布条件は、温度は25℃、露点温度−20℃以下のNガス環境の大気圧下で、且つ清浄度クラス5以下(JIS B 9920)で行った。
(第一正孔輸送層のパターン化:除去工程1)
第一正孔輸送層が形成された基材に、マイクロ波(2.45GHz)を照射して第一電極を熱パターンとしてその位置を検出して、これを位置決めマークとして用い、第一電極の取り出し電極部分の上および第一電極の周囲の不要の部分に、正孔輸送層に対してこれを膨潤させる良溶媒であるメチルエチルケトンを供給して、図5の拭き取り装置により、装置内温度10℃で1.96×10Pa程度の押圧でワイピングヘッド(押圧ロールおよびテープ状部材)の基材との相対速度が5cm/毎秒となるよう擦って、有機エレクトロニクス構造体の間を連続的に拭き取り除去した。尚、温度は5℃、メチルエチルケトンの蒸気圧は5℃において4173Paである。また、マイクロ波照射機は四国計測工業(株)製 μ−reactorを用いた。
第一正孔輸送層を除去後、基材を乾燥し一旦巻き取った。尚、尚溶剤の供給量は10ml/min、温度10℃で行った。
次いで、以下の通り、第二正孔輸送層、有機発光層、電子輸送層を順次、エクストルージョン塗布機を使用し塗布、乾燥、巻き取りを繰り返すことで形成した。搬送速度は、3m/分とした。
(第二正孔輸送層)
窒素雰囲気下で、50mgの正孔輸送材料1(下記)を10mlのトルエンに溶解した溶液をエクストルージョン塗布法により製膜した。乾燥後、窒素雰囲気下、180秒間紫外光を照射し、光重合・架橋を行い、膜厚約20nmの第二正孔輸送層を形成した。
(有機発光層)
第二正孔輸送層上に、PVK、ドーパント4をそれぞれ1質量%、0.1質量%含むトルエン溶液をエクストルージョン塗布法により製膜した。120℃で乾燥し、膜厚約50nmの発光層とした。
(電子輸送層)
発光層上に、0.5質量%の電子輸送材料1を含有する1−ブタノール溶液を同様にエクストルージョン塗布法により製膜した。60℃で乾燥し、膜厚約15nmの電子輸送層とした。
Figure 2010097803
塗布条件は、同様に、いずれも温度は25℃、露点温度−20℃以下のNガス環境、大気圧下で、且つ清浄度クラス5以下(JIS B 9920)で行った。
(有機層(有機発光層)のパターン化:除去工程2)
巻き取った前記、第一正孔輸送層が形成された基材(PET)を供給して、PET上に形成された第一電極パターンを位置決めマークとして、マイクロ波センサを用いて、位置決めを行い、第一電極の取り出し電極部分の上および第一電極(第一正孔輸送層)の周囲の不要の部分を、図5の拭き取り装置により、第二正孔輸送層、発光層に対し親和性が高い溶剤であるo−キシレン、電子輸送層に対して良溶媒である1−ブタノールをそれぞれ2:1の混合比で混合した溶剤を供給して、温度15℃、前記同様、押圧ロール(テープ状部材)の基材との相対速度が5cm/毎秒となるよう擦って連続的に拭き取り除去した。尚、ワイピングヘッドの押圧は1.96×10Paとした。拭き取り温度は、拭き取り装置内を15℃まで冷却して溶剤のトータルの供給量は20ml/minで行った。
因みに、1−ブタノールの15℃における蒸気圧は368Pa、また、o−キシレンの15℃における蒸気圧は475Paである。
これにより膨潤また溶解された3つの有機層を一度に擦って除去パターニングを行った。パターニング後、乾燥装置で乾燥し、一旦巻き取り1時間保管した。
次いで、以下に示す条件で前記有機層の上に順次陰極バッファ層(電子注入層)、第二電極、封止層を形成し、断裁しさらに熱処理を行い、有機ELパネルを作製し試料No.1とした。
(陰極バッファ層(電子注入層)の形成)
パターン化された有機層が形成されたロール状のPENに付けられた陽極の位置に従って電子輸送層の上および第一電極の引き出し部を除いた部分に蒸着装置で5×10−4Paの真空環境条件にてLiFを用い、マスクパターン蒸着成膜して、厚さ0.5nmの陰極バッファ層(電子注入層)を積層した。
(第二電極の形成)
引き続き、同様に陰極バッファ層(電子注入層)上に第一電極の大きさに合わせ、第一電極の引き出し部と反対側に第二電極の引き出し部が配置されるように、5×10−4Paの真空下にてアルミニウムを使用し蒸着法にてマスクパターン成膜し、厚さ100nmのアルミニウム層からなる第二電極を積層し有機エレクトロニクス構造体(有機EL構造体)を形成した。
(封止部材の貼合)
次いで、有機エレクトロニクス構造体を有する帯状の基材に付けられたアライメントマークを検出し、アライメントマークの位置に従って第一電極および第二電極の引き出し部の一部を除いて、図7に示すように接着剤層を有する帯状封止部材16Bを貼合した(図7中、Bは、帯状の基材の巾手方向を、Cは、長手方向を示す)。
帯状封止部材16Bの貼合には、図6に示す装置を並列して配置した装置を用い、帯状封止部材Bとしては、PET50μmにアルミ箔30μmバリア層をラミネートしたフィルムを用いた。
また、接着剤層の接着剤には、メルティングポイント120℃の熱硬化型接着剤を用い、層厚は30μmとした。
(断裁)
次いで、作製した複数の有機EL素子が連続的に繋がった状態のものを個別の有機ELパネルの大きさに、アライメントマークを検出し、アライメントマークの位置に従って断裁した。まず長手方向に各列毎に断裁し、長手方向に一列で有機エレクトロニクス素子が配置された試料を得、これをさらに巾手方向に断裁して、個々の有機EL素子1を作製した。
(有機EL素子2の作製)
有機EL素子1の作製において、接着剤層を有する封止部材を貼合する方法に変えて、まず接着剤層に用いられた接着剤を塗布した後、接着剤を塗布した部分に封止部材を貼合する方法を用いた他は、有機EL素子1と同様にして、有機EL素子2を作製した。
(有機EL素子3(比較)の作製)
有機EL素子1の作製において、第一電極の引き出し部と第二電極の引き出し部を巾手方向の両端側に対向して配設したことに変えて、第一電極の引き出し部と第二電極の引き出し部を長手方向の両端側に対向して配設し、さらに接着剤層を有する帯状封止部材を用いたことに変えて、接着剤層を有していて、第一電極と第二電極の引き出し部の一部を露出させるための領域をくり抜いた封止部材を用いた他は、有機EL素子1の作製と同様にして有機EL素子3を作製した。
(評価)
作製した有機EL素子1〜3について、終わり5mの箇所から抜き取った試料について、ダークスポット(スポット状の非発光部)を以下に示す試験方法により試験し、以下に示す評価ランクに従って評価した結果を表1に示す。
また、有機EL素子の作製に要した時間を測定し、製造コストの指標とした。尚、製造時間としては、帯状封止部材に接着剤層を設ける時間(素子1)、接着剤層を塗布する時間(素子2)、帯状封止部材に接着剤層を設け、くり抜いたものを作製する時間を各々加え、有機EL素子1の時間を100として相対値で表した。結果を表1に示す。
表1から、本発明の有機エレクトロニクス素子の作製方法は、製造時間が短く製造コストが良好で、ダークスポット発生防止性に優れることが分かる。
Figure 2010097803
ダークスポット(スポット状の非発光部)の評価ランク
◎:ダークスポットの発生が全くない
○:ダークスポット1個以上、5個未満
△:ダークスポット5個以上、20個未満
×:ダークスポット20個以上
有機EL素子の構成を説明する概略断面図である。 複数の有機EL構造体上に帯状封止部材を配設した帯状の基材の概略平面図である。 有機EL素子を作製する作製方法の例の作製プロセスのブロック図である。 有機EL構造体を作製する作製プロセスの模式図である。 有機層の除去に用いられる装置の概略図である。 封止部材の貼合および断裁の製造プロセスの模式図である。 複数の帯状封止部材を配設した帯状の基材の概略平面図である。
符号の説明
2 有機EL構造体形成工程
3 有機層形成工程
4 第二電極形成工程
5 封止層形成工程
6 断裁工程
10 有機EL素子
11 基材
12 第一電極
13 有機層(有機発光層を含む)
14 第二電極
15 接着層
16 封止層
16A 接着剤層
16B 帯状封止部材
111 基台
112 拭き取りユニット
115 テープ状部材15
116 送り出しロール
117 巻き取りロール
119 供給パイプ
121 押圧ロール
122 シリンダ
A 断裁線
B 巾手方向
C 長手方向

Claims (12)

  1. 帯状の基材上に配設された、第一電極、該第一電極上に配設された有機層および該有機層上に配設された第二電極を含む複数の有機エレクトロニクス構造体から有機エレクトロニクス素子を複数作製する有機エレクトロニクス素子の作製方法であって、第一電極は、第一電極引き出し部を有し、第二電極は、第二電極引き出し部を有し、該第一電極引き出し部と該第二電極引き出し部とが各々帯状の基材の巾手方向の両端側に配設されていることを特徴とする有機エレクトロニクス素子の作製方法。
  2. 前記有機エレクトロニクス構造体が、該有エレクトロニクス構造体上に封止層を有し、該封止層が、前記基材と対向して配設された帯状封止部材からなることを特徴とする請求項1に記載の有機エレクトロニクス素子の作製方法。
  3. 前記封止層が、前記第一電極引き出し部の少なくとも一部および第二電極引き出し部の少なくとも1部を露出して、配設されていることを特徴とする請求項2に記載の有機エレクトロニクス素子の作製方法。
  4. 前記封止層が、接着層を介して前記有機エレクトロニクス構造体に接着していることを特徴とする請求項3に記載の有機エレクトロニクス素子の作製方法。
  5. 前記接着層を形成しうる接着剤層が全面に塗工された封止部材を、前記有機エレクトロニクス構造体上に貼合する貼合工程を有することを特徴とする請求項4に記載の有機エレクトロニクス素子の作製方法。
  6. 前記接着剤層が、熱または光で硬化可能な接着剤層であり、前記貼合工程の後に、該接着剤層を硬化させる硬化工程を有することを特徴とする請求項5に記載の有機エレクトロニクス素子の作製方法。
  7. 前記有機エレクトロニクス構造体が配設された前記帯状の基材を、前記有機エレクトロニクス構造体毎に、巾手方向に断裁する断裁工程を有することを特徴とする請求項2〜6のいずれか1項に記載の有機エレクトロニクス素子の作製方法。
  8. 前記断裁工程において、巾手方向に断裁する断裁線と前記第一電極の引き出し部との距離、および巾手方向に断裁する断裁線と前記第二電極の引き出し部との距離が、1mm以上であることを特徴とする請求項7に記載の有機エレクトロニクス素子の作製方法。
  9. 前記有機層を前記第一電極上に連続して作製した後、封止層を配設する前に各々の有機エレクトロニクス構造体の間の有機層を除去する工程を有することを特徴とする請求項2〜8のいずれか1項に記載の有機エレクトロニクス素子の作製方法。
  10. 前記有機エレクトロニクス構造体を形成する工程、前記貼合工程、前記断裁工程および前記硬化工程をこの順に有することを特徴とする請求項7〜9のいずれか1項に記載の有機エレクトロニクス素子の作製方法。
  11. 請求項1〜10のいずれか1項に記載の有機エレクトロニクス素子の作製方法により作製されたことを特徴とする有機エレクトロニクス素子。
  12. 請求項1〜10のいずれか1項に記載の有機エレクトロニクス素子の作製方法により作製されたことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
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