JP2014022158A - 有機elデバイス、および、有機elデバイスの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 カール発生の防止とフレキシブル性とを両立し、かつ、有機EL素子層が十分に封止された、有機ELデバイスおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】 本発明の有機ELデバイス100は、フレキシブル基板層101の上に有機EL素子層102が配置され、有機EL素子層102の上にフレキシブル封止板層104が配置され、有機EL素子層102およびフレキシブル封止板層104の積層体の側面に、側面封止層105が設けられ、かつ、側面封止層105の一部が、フレキシブル基板層101と接着固定されており、側面封止層105は、ポリマーおよび無機粒子を含み、側面封止層105の線膨張係数が、フレキシブル基板層101の線膨張係数とフレキシブル封止板層104の線膨張係数との間の値を有している。
【選択図】 図1
【解決手段】 本発明の有機ELデバイス100は、フレキシブル基板層101の上に有機EL素子層102が配置され、有機EL素子層102の上にフレキシブル封止板層104が配置され、有機EL素子層102およびフレキシブル封止板層104の積層体の側面に、側面封止層105が設けられ、かつ、側面封止層105の一部が、フレキシブル基板層101と接着固定されており、側面封止層105は、ポリマーおよび無機粒子を含み、側面封止層105の線膨張係数が、フレキシブル基板層101の線膨張係数とフレキシブル封止板層104の線膨張係数との間の値を有している。
【選択図】 図1
Description
本発明は、有機ELデバイス、および、有機ELデバイスの製造方法に関する。
有機EL(エレクトロルミネッセンス)素子は、数十nm程度の厚みの有機層を積層して形成される自発光型の素子であり、厚みが薄く、面発光であるという特徴を有するため、ディスプレイまたは照明への展開が期待されている。有機EL素子を用いた有機ELデバイスは、従来、基板上に発光層等を含む有機EL素子層を形成し、前記発光層の水蒸気による劣化を防止するため、前記発光層を封止板(蓋)等で封止することで構成される。前記基板および封止板としては、ガラスや金属等の低透湿性の材料が用いられてきた。近年では、有機EL素子の前記特徴を活かし、軽く割れないフレキシブルデバイスの開発が進められており、基板や封止板として、プラスチックフィルム、金属箔等を使用することが検討されている。
このようなフレキシブルデバイスは、例えば、ロール・トゥー・ロール(roll to roll)での製造が可能である。このため、非常に効率的にデバイスを製造することができる。しかし、この方法で製造した場合、素子等は連続的に形成できる反面で、素子等の形成後に、発光面ごとに切断する工程が必要となる。しかしながら、素子を形成した箇所を切断すると素子側面が露わになり、そこから水分が浸入し素子が劣化する可能性がある。このため、素子側面への封止(側面封止)が必要となる。前記側面封止について、従来のフレキシブルタイプではない有機ELデバイスにおいては、低融点ガラスを用いる方法が知られている(特許文献1)。
しかしながら、前記低融点ガラスを用いた側面封止は、封止箇所の屈曲性が乏しくなるため、フレキシブルデバイスの側面封止には不向きである。さらに、低融点ガラスは、プラスチックフィルムおよび金属箔等のフレキシブル基板層およびフレキシブル封止板層との密着性が低いという欠点がある。また、フレキシブルデバイスでは、フレキシブル基板層およびフレキシブル封止板層として、例えば、金属箔とプラスチックフィルムとを組み合わせて用いるなど、線膨張係数の異なる材料を用いることが多い。この場合、封止箇所の屈曲性を得るために、線膨張係数の高い材料を側面封止に用いると、熱または湿度等によって、前記フレキシブル基板層およびフレキシブル封止板層の線膨張係数が異なることに起因して歪が生じ、カールが発生するという問題がある。また、線膨張係数の低い材料を側面封止に用いると、カールの発生は抑制できるものの、フレキシブル性を確保することが困難となる。このように、フレキシブル性を有する有機ELデバイスにおいて、有機EL素子層の封止は、十分であるとはいえなかった。
本発明の目的は、カール発生の防止とフレキシブル性とを両立し、かつ、有機EL素子層が十分に封止された、有機ELデバイスおよびその製造方法を提供することにある。
本発明の有機ELデバイスは、フレキシブル基板層と、有機EL素子層と、フレキシブル封止板層とを有する有機ELデバイスであって、
前記フレキシブル基板層の上に前記有機EL素子層が配置され、
前記有機EL素子層の上に前記フレキシブル封止板層が配置され、
前記有機EL素子層および前記フレキシブル封止板層の積層体の側面に、側面封止層が設けられ、かつ、前記側面封止層の一部が、前記フレキシブル基板層と接着固定されており、
前記側面封止層は、ポリマーおよび無機粒子を含み、
前記側面封止層の線膨張係数が、前記フレキシブル基板層の線膨張係数と前記フレキシブル封止板層の線膨張係数との間の値を有していることを特徴とする。
前記フレキシブル基板層の上に前記有機EL素子層が配置され、
前記有機EL素子層の上に前記フレキシブル封止板層が配置され、
前記有機EL素子層および前記フレキシブル封止板層の積層体の側面に、側面封止層が設けられ、かつ、前記側面封止層の一部が、前記フレキシブル基板層と接着固定されており、
前記側面封止層は、ポリマーおよび無機粒子を含み、
前記側面封止層の線膨張係数が、前記フレキシブル基板層の線膨張係数と前記フレキシブル封止板層の線膨張係数との間の値を有していることを特徴とする。
また、本発明の有機ELデバイスの製造方法は、
フレキシブル基板層上に有機EL素子層を形成する工程と、
前記有機EL素子層上にフレキシブル封止板層を形成する工程と、
前記有機EL素子層および前記フレキシブル封止板層の積層体の側面に、側面封止層を形成する材料を塗布し側面封止層を形成し、かつ、前記側面封止層の一部を、前記フレキシブル基板層と接着固定する工程とを有し、
前記側面封止層として、ポリマーおよび無機粒子を含み、かつ、前記側面封止層の線膨張係数が、前記フレキシブル基板層の線膨張係数と前記フレキシブル封止板層の線膨張係数との間の値を有している材料を用いることを特徴とする。
フレキシブル基板層上に有機EL素子層を形成する工程と、
前記有機EL素子層上にフレキシブル封止板層を形成する工程と、
前記有機EL素子層および前記フレキシブル封止板層の積層体の側面に、側面封止層を形成する材料を塗布し側面封止層を形成し、かつ、前記側面封止層の一部を、前記フレキシブル基板層と接着固定する工程とを有し、
前記側面封止層として、ポリマーおよび無機粒子を含み、かつ、前記側面封止層の線膨張係数が、前記フレキシブル基板層の線膨張係数と前記フレキシブル封止板層の線膨張係数との間の値を有している材料を用いることを特徴とする。
本発明によれば、カール発生の防止とフレキシブル性とを両立し、かつ、有機EL素子層が十分に封止された有機ELデバイスおよびその製造方法を提供することができる。
本発明の有機ELデバイスにおいて、前記側面封止層における前記無機粒子の含有率が、0体積%を超え、50体積%未満であることが好ましい。
本発明の有機ELデバイスにおいて、前記ポリマーが、ポリビニルアルコール、ポリイミドおよびポリアミドからなる群から選ばれる少なくとも1種を含むことが好ましい。
本発明の有機ELデバイスにおいて、前記無機粒子が、金属酸化物を含むことが好ましい。
つぎに、本発明について詳細に説明する。ただし、本発明は、以下の記載により制限されない。
(全体構成)
本発明の有機ELデバイスは、前述のように、基板および封止板として、フレキシブル基板層およびフレキシブル封止板層を用いた、フレキシブル性を有する有機ELデバイスである。そして、本発明の有機ELデバイスでは、前記有機EL素子層および前記フレキシブル封止板層の積層体の側面に、ポリマーおよび無機粒子を含む、いわゆるハイブリッド材料により形成された側面封止層が設けられ、かつ、前記側面封止層の一部が、前記フレキシブル基板層と接着固定されて、前記有機EL素子層が封止されている。本発明の有機ELデバイスはフレキシブルであるため、例えば、これを丸めるなどして、電子ペーパーのように使用することも可能となる。
本発明の有機ELデバイスは、前述のように、基板および封止板として、フレキシブル基板層およびフレキシブル封止板層を用いた、フレキシブル性を有する有機ELデバイスである。そして、本発明の有機ELデバイスでは、前記有機EL素子層および前記フレキシブル封止板層の積層体の側面に、ポリマーおよび無機粒子を含む、いわゆるハイブリッド材料により形成された側面封止層が設けられ、かつ、前記側面封止層の一部が、前記フレキシブル基板層と接着固定されて、前記有機EL素子層が封止されている。本発明の有機ELデバイスはフレキシブルであるため、例えば、これを丸めるなどして、電子ペーパーのように使用することも可能となる。
図1は、本発明の有機ELデバイスの構成の一例の概略断面図である。図1に示すとおり、この有機ELデバイス100は、フレキシブル基板層101と、フレキシブル基板層101上に設けられた有機EL素子層102と、有機EL素子層102上に設けられたフレキシブル封止板層104と、側面封止層105とを主要な構成要素として含む。有機EL素子層102とフレキシブル封止板層104との間には、他の層を1層以上形成してもよく、本例においては、有機EL素子層102とフレキシブル封止板層104との間に、樹脂層103が配置されている。本例においては、有機EL素子層102、樹脂層103およびフレキシブル封止板層104の積層体の側面に、側面封止層105が設けられ、かつ、側面封止層105の一部が、フレキシブル基板層101と接着固定されて、有機EL素子層102が封止されている。前記他の層は、無機酸化物、無機窒化物等の層を、スパッタリング、蒸着、CVD等により形成したものでもよい。前記他の層の厚みは、0.1〜3μmであることが好ましい。
(フレキシブル基板層)
前記フレキシブル基板層は、可撓性を有する基板である。前記フレキシブル基板層は、例えば、光を透過するものでもよいし、光を透過しないものでもよい。前記フレキシブル基板層は、特に制限されず、例えば、プラスチックフィルム、金属箔、薄板フレキシブルガラス等があげられる。前記フレキシブル基板層は、ガスバリア性を有することが好ましい。
前記フレキシブル基板層は、可撓性を有する基板である。前記フレキシブル基板層は、例えば、光を透過するものでもよいし、光を透過しないものでもよい。前記フレキシブル基板層は、特に制限されず、例えば、プラスチックフィルム、金属箔、薄板フレキシブルガラス等があげられる。前記フレキシブル基板層は、ガスバリア性を有することが好ましい。
前記プラスチックフィルムの形成材料は、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、ポリエチレンサルファイド、ポリフェニルサルファイド、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリアミド、シクロオレフィンポリマー等があげられる。これらの中でも、PETが特に好ましい。前記プラスチックフィルムの線膨張係数(CTE:Coefficient of thermal expansion)は、前記プラスチック材料の種類により適宜設定され、特に制限されない。前記CTEは、例えば、JIS K7197に準拠した熱機械分析法により測定することができる。
前記プラスチックフィルムのCTEは、例えば、10〜100ppm/Kの範囲であり、好ましくは20〜60ppm/Kの範囲である。前記プラスチックフィルムの厚みは、前記プラスチックフィルムが可撓性を示す範囲で適宜設定できる。前記厚みは、例えば、10〜200μmの範囲であり、好ましくは30〜100μmの範囲である。前記プラスチックフィルムは、その表面にガスバリア層が形成された、ガスバリア性フィルムを用いることもできる。前記ガスバリア層は、例えば、スパッタリング法等により、前記プラスチックフィルムの少なくとも一方の面に、酸化ケイ素(SiOX)等の層を形成することで得られる。前記ガスバリア層の厚みは、例えば、30〜500nmの範囲である。
前記金属箔の形成材料は、例えば、ステンレス、アルミニウム、銅等があげられる。これらの中でも、ステンレスが特に好ましい。前記金属箔のCTEは、前記金属材料の種類により適宜設定され、特に制限されない。前記金属箔のCTEは、例えば、5〜50ppm/Kの範囲であり、好ましくは10〜20ppm/Kの範囲である。前記金属箔の厚みは、前記金属箔が可撓性を示す範囲で適宜設定できる。前記厚みは、例えば、10〜100μmの範囲であり、好ましくは20〜60μmの範囲である。前記フレキシブル基板層として前記金属箔を使用する場合、前記金属箔の前記有機EL素子層側の面は、絶縁性を確保する必要がある。このため、前記金属箔上に絶縁層を設ける。前記絶縁層は、公知のものが使用でき、例えば、スパッタリング法等により、前記金属箔の前記有機EL素子層側の面に、酸化ケイ素(SiO2)等の層を形成して得ることができる。前記絶縁層の厚みは、例えば、0.5〜5μmの範囲である。
前記薄板フレキシブルガラスは、湾曲できるほど薄くしたガラス板である。前記薄板フレキシブルガラスのCTEは、前記薄板フレキシブルガラスを形成する材料の種類により適宜設定され、特に制限されない。前記CTEは、例えば、3〜20ppm/Kの範囲であり、好ましくは3〜15ppm/Kの範囲である。前記薄板フレキシブルガラスの厚みは、前記薄板フレキシブルガラスが可撓性を示す範囲で適宜設定できる。前記厚みは、例えば、5〜300μmの範囲であり、好ましくは20〜150μmの範囲である。
(有機EL素子層)
前記有機EL素子層は、前記フレキシブル基板層上に、陽極、有機EL層および陰極が、この順序で設けられた積層体を有するものである。前記陽極として、例えば、透明電極層として使用できる、ITO(Indium Tin Oxide)、IZO(登録商標、Indium Zinc Oxide)の層が形成される。前記有機EL層は、例えば、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層からなる。前記陰極として、例えば、反射層を兼ねてアルミニウム層、マグネシウム/アルミニウム層、マグネシウム/銀層等が形成される。前記有機EL素子層の各構成は、例えば、スパッタリング法、抵抗加熱法等により形成できる。この積層体を大気に曝さないように、この上面および側面から封止を行う。前記側面封止についての詳細は、後述する。
前記有機EL素子層は、前記フレキシブル基板層上に、陽極、有機EL層および陰極が、この順序で設けられた積層体を有するものである。前記陽極として、例えば、透明電極層として使用できる、ITO(Indium Tin Oxide)、IZO(登録商標、Indium Zinc Oxide)の層が形成される。前記有機EL層は、例えば、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層からなる。前記陰極として、例えば、反射層を兼ねてアルミニウム層、マグネシウム/アルミニウム層、マグネシウム/銀層等が形成される。前記有機EL素子層の各構成は、例えば、スパッタリング法、抵抗加熱法等により形成できる。この積層体を大気に曝さないように、この上面および側面から封止を行う。前記側面封止についての詳細は、後述する。
(樹脂層)
前記樹脂層は、任意の構成要件であり、前記有機EL素子層上に設けることで、前記有機EL素子層が大気中の水分に曝されないように被覆する封止層としての機能を有する。
前記樹脂層は、任意の構成要件であり、前記有機EL素子層上に設けることで、前記有機EL素子層が大気中の水分に曝されないように被覆する封止層としての機能を有する。
前記樹脂層の形成材料は、熱硬化型樹脂または光硬化型樹脂等があげられる。具体的には、前記熱硬化型樹脂は、例えば、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂等があげられる。前記光硬化型樹脂は、例えば、アクリレート系樹脂、メタクリレート系樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等があげられる。前記熱硬化型樹脂を使用して前記樹脂層を形成する場合、前記有機EL素子層の前記フレキシブル基板層側とは反対側の面上に、例えば、無溶剤の一液性樹脂を塗布し、この塗膜を、窒素雰囲気下で、所定温度で所定時間硬化させることで、前記樹脂層を形成できる。前記硬化温度および前記硬化時間は、特に制限されず、例えば、前記硬化温度は、50〜120℃の範囲であり、前記硬化時間は、例えば、0.5〜1時間である。前記光硬化型樹脂を使用して前記樹脂層を形成する場合は、前記有機EL素子層の前記フレキシブル基板層側とは反対側の面上に、例えば、前記光硬化型樹脂を塗工し、この塗膜を、光を照射して硬化させることで、前記樹脂層を形成できる。前記光は、UV等があげられる。
(フレキシブル封止板層)
前記フレキシブル封止板層は、可撓性を有し、前記有機EL素子層上に設けられる封止板である。前記フレキシブル封止板層は、例えば、光を透過するものでもよいし、光を透過しないものでもよい。前記フレキシブル封止板層は、例えば、プラスチックフィルム、金属箔、薄板フレキシブルガラス等があげられる。前記プラスチックフィルム、前記金属箔および前記薄板フレキシブルガラスは、前記フレキシブル基板層で説明したものと同様のものが使用できる。前記フレキシブル封止板層は、ガスバリア性を有することが好ましい。
前記フレキシブル封止板層は、可撓性を有し、前記有機EL素子層上に設けられる封止板である。前記フレキシブル封止板層は、例えば、光を透過するものでもよいし、光を透過しないものでもよい。前記フレキシブル封止板層は、例えば、プラスチックフィルム、金属箔、薄板フレキシブルガラス等があげられる。前記プラスチックフィルム、前記金属箔および前記薄板フレキシブルガラスは、前記フレキシブル基板層で説明したものと同様のものが使用できる。前記フレキシブル封止板層は、ガスバリア性を有することが好ましい。
前記フレキシブル基板層と前記フレキシブル封止板層との組み合わせは、例えば、異なる形成材料から形成されたフレキシブル基板層およびフレキシブル封止板層の組み合わせである。また、前記組み合わせは、どちらか一方が光透過性のものである組み合わせでもよいし、両方が光透過性のものである組み合わせでもよい。前者の場合、例えば、光透過性を示す側において、有機EL素子層からの光を取り出すことができる。後者の場合、例えば、透明な有機ELデバイスとすることができる。具体的な組み合わせとしては、例えば、下記表1のA〜Fの組み合わせがあげられる。
また、前記フレキシブル基板層と前記フレキシブル封止板層との組み合わせは、例えば、CTEの異なるプラスチックフィルムの組み合わせでもよい。
(側面封止層)
前記側面封止層は、前述のように、前記有機EL素子層および前記フレキシブル封止板層の積層体の側面に、側面封止層を形成する材料を塗布して形成され、かつ、前記側面封止層の一部は、前記フレキシブル基板層と接着固定され、前記有機EL素子層の側面を封止している。前記側面封止層の形成は、前記積層体の側面の一部または全部であればよいが、側面全部に形成することが好ましい。前記側面封止層での封止は、前記有機EL素子層が大気に曝されない状態となればよく、例えば、図2に示すように、フレキシブル基板層101、有機EL素子層102、樹脂層103およびフレキシブル封止板層104の側面に、側面封止層105を設けてもよい。また、側面封止層105は、有機EL素子層102の側面が封止されるように設けられていればよく、例えば、図3に示すように、側面封止層105は、フレキシブル基板層101の下端部まで設けられていなくてもよい。同様に、側面封止層105は、フレキシブル封止板層104の上端部まで設けられていなくてもよい。
前記側面封止層は、前述のように、前記有機EL素子層および前記フレキシブル封止板層の積層体の側面に、側面封止層を形成する材料を塗布して形成され、かつ、前記側面封止層の一部は、前記フレキシブル基板層と接着固定され、前記有機EL素子層の側面を封止している。前記側面封止層の形成は、前記積層体の側面の一部または全部であればよいが、側面全部に形成することが好ましい。前記側面封止層での封止は、前記有機EL素子層が大気に曝されない状態となればよく、例えば、図2に示すように、フレキシブル基板層101、有機EL素子層102、樹脂層103およびフレキシブル封止板層104の側面に、側面封止層105を設けてもよい。また、側面封止層105は、有機EL素子層102の側面が封止されるように設けられていればよく、例えば、図3に示すように、側面封止層105は、フレキシブル基板層101の下端部まで設けられていなくてもよい。同様に、側面封止層105は、フレキシブル封止板層104の上端部まで設けられていなくてもよい。
前記側面封止層は、ポリマーおよび無機粒子を含む、いわゆるハイブリッド材料で形成される。そして、このハイブリッド材料により形成した側面封止層のCTEが、前記フレキシブル基板層のCTEと前記フレキシブル封止板層のCTEとの間の値であるようにする。
前記ポリマーは、例えば、ポリビニルアルコール、ポリイミド、ポリアミド等が主に用いられる。これらの中でも、ポリビニルアルコールが特に好ましい。前記ポリビニルアルコールは、乾燥状態では高いガスバリア性を有することが知られている。前記無機粒子は、主に金属酸化物の粒子があげられる。前記金属酸化物は、例えば、二酸化ケイ素(SiO2)、酸化アルミ(Al2O3)、酸化チタン(TiO2)、酸化ジルコニウム(ZrO2)等があげられる。前記無機粒子の平均粒径は、特に制限されず、例えば、0.01〜10μmの範囲である。
前記側面封止層を形成する材料は、前記ポリマー中に前記無機粒子を分散させた材料であることが好ましく、特に好ましくは、ナノスケールで分子分散させた材料である。このような材料を用いることで、例えば、前記側面封止層における、機械的強度、ガスバリア性、耐熱性等の特性を向上できる。ここで、「ナノスケールで分子分散させた材料」とは、例えば電子顕微鏡で観察される二次電子像や後方散乱像にて観察でき、ポリマー中に粒径が数μmあるいはサブミクロンのサイズで均一になっている状態である材料であり、例えば、無機ナノ粒子の表面を修飾して無機/有機成分の界面における両者の親和性を向上させるナノ微粒子直接分散法、ポリマー/クレイ(粘土)構成で用いられている層間挿入法等の方法により調製することができる。
前記無機粒子の含有率は、0体積%(vol%)を超え、50体積%(vol%)未満とすることが好ましい。前記含有率が50体積%以上となると、例えば、前記側面封止層のフレキシブル性が損なわれ、フレキシブル性を有する有機ELデバイスにおいて、側面封止が困難となる。前記側面封止層における前記無機粒子の含有率は、例えば、X線光電子スペクトル(XPS)測定装置により、前記側面封止層の元素組成を測定することで、測定できる。前記無機粒子の含有率は、10〜30体積%(vol%)の範囲であることが好ましい。
前記側面封止層は、前記ポリマーおよび前記無機粒子を含む側面封止層形成材料を用いて、例えば、ゾルゲル法によって形成される。具体的には、例えば、前記ポリマーおよび前記無機粒子を溶媒に混合し、前記混合物(ゾル)を、スピンコート法、スプレー法等により、前記フレキシブル基板層等の側面にコーティング(塗布)して塗膜を形成し、この塗膜を加熱等して側面封止層を形成する。前記加熱温度および前記加熱時間は、特に制限されず、前記側面封止層形成材料の構成等により、適宜設定できる。前記溶媒は、前記ポリマーおよび前記無機粒子を、溶解または分散等が可能な溶媒であり、具体的には、例えば、ジメチルスルホキシド(DMSO)、ジメチル酢酸(DMAc)、N−メチルピロリドン(NMP)等があげられる。
本発明の有機ELデバイスには、前述のように、例えば、薄板フレキシブルガラスとプラスチックフィルム、金属箔とプラスチックフィルムのように、CTEの異なるフレキシブル基板層およびフレキシブル封止板層が用いられる。このようなCTEの異なる材料を含むフレキシブルデバイスでは、熱または湿度等によって歪が生じ、カールが発生するという問題があるが、前記側面封止層のCTEを、前記フレキシブル基板層のCTEと前記フレキシブル封止板層のCTEとの間の値に設定することで、前記カールの発生の抑制と、前記側面封止層のフレキシブル性の確保との両立を図ることができる。前記CTEは、前記側面封止層において、例えば、前記無機粒子の含有率を調整することで、調整することができる。一般に、前記無機粒子の含有率が高くなると、前記側面封止層のCTEが小さくなる傾向にある。
以上のように、前記側面封止層は、ポリマーおよび無機粒子を含んでいることで、有機ELデバイスを構成する各層との密着性を高くすることができ、バリア性を向上させることができる。そして、前記側面封止層のCTEを前述の範囲とすることにより、前記側面封止層は、有機ELデバイスにおけるカール発生の防止とフレキシブル性とを両立し、例えば、本発明の有機ELデバイスを屈曲させたり、撓ませたりしても、前記側面封止層による封止状態を、安定して維持することができる。
本発明の有機ELデバイスは、製造効率の観点から、例えば、ロール・トゥー・ロール(roll to roll)で、前記フレキシブル基板層、前記有機EL素子層および前記フレキシブル封止板層を積層することが好ましい。そして、この積層体を所定サイズで切断し、前記側面封止層形成材料を用いて、前記切断面に側面封止層を形成することで、本発明の有機ELデバイスを製造できる。なお、本発明の有機ELデバイスの製造方法は、この例には限定されない。
つぎに、本発明の実施例について比較例と併せて説明する。なお、本発明は、下記の実施例および比較例によってなんら限定および制限されない。また、各実施例および各比較例における各種特性および物性の測定は、下記の方法により実施した。
(側面封止層中のSiO2含有率)
X線光電子スペクトル(XPS)測定装置「PHI 5000」(アルバックファイ社製)により、側面封止層の元素組成を測定することで、SiO2含有率(体積%)を測定した。
X線光電子スペクトル(XPS)測定装置「PHI 5000」(アルバックファイ社製)により、側面封止層の元素組成を測定することで、SiO2含有率(体積%)を測定した。
(線膨張係数)
フレキシブル基板層、フレキシブル封止板層および側面封止層において、それぞれの形成材料から作製した試験片について、JIS K7197に準拠した熱機械分析法により、熱機械分析装置「Thermo Plus EVO−II」(Rigaku製)を用いて、線膨張係数(CTE:ppm/K)を測定した。得られた線膨張係数を、フレキシブル基板層、フレキシブル封止板層および側面封止層の線膨張係数とした。
フレキシブル基板層、フレキシブル封止板層および側面封止層において、それぞれの形成材料から作製した試験片について、JIS K7197に準拠した熱機械分析法により、熱機械分析装置「Thermo Plus EVO−II」(Rigaku製)を用いて、線膨張係数(CTE:ppm/K)を測定した。得られた線膨張係数を、フレキシブル基板層、フレキシブル封止板層および側面封止層の線膨張係数とした。
(電流効率)
作製直後の有機ELデバイス、および、100回の屈曲テスト後の有機ELデバイスについて、それぞれ、輝度1000cd/m2での電流効率(cd/A)を測定した。前記屈曲テストは、JIS C 5016に準拠した屈曲性試験で、前記有機ELデバイスを屈曲半径30mmに曲げて元に戻す往復運動を100回行った。
作製直後の有機ELデバイス、および、100回の屈曲テスト後の有機ELデバイスについて、それぞれ、輝度1000cd/m2での電流効率(cd/A)を測定した。前記屈曲テストは、JIS C 5016に準拠した屈曲性試験で、前記有機ELデバイスを屈曲半径30mmに曲げて元に戻す往復運動を100回行った。
(有機ELデバイスのカール)
作製後の有機ELデバイスを、温度60℃、湿度90%の環境下に24時間放置したときの、有機ELデバイスのカールの有無を次の方法で判定した。有機ELデバイスを水平台に置き、端の一点を固定する。他方の端が水平台より離れた距離が5mm未満であれば「無」、5mm以上であれば「有」と判定した。なお、前記有機ELデバイスの前記端から前記他方の端までの長さは5cmである。
作製後の有機ELデバイスを、温度60℃、湿度90%の環境下に24時間放置したときの、有機ELデバイスのカールの有無を次の方法で判定した。有機ELデバイスを水平台に置き、端の一点を固定する。他方の端が水平台より離れた距離が5mm未満であれば「無」、5mm以上であれば「有」と判定した。なお、前記有機ELデバイスの前記端から前記他方の端までの長さは5cmである。
[実施例1]
下記のようにして、有機ELデバイスを作製した。すなわち、フレキシブル基板層として、ステンレス箔(CTE:10ppm/K、厚み:70μm、新日鉄マテリアルズ社製)を準備した。このステンレス箔上に、スパッタリング法により、SiO2層(厚み:50nm)を形成した。このステンレス箔のSiO2層上に、下記の順序で各層を形成し、有機EL素子層を形成した。
(有機EL素子層)
・ITO層(スパッタリング法、厚み:150nm)
・α−NPD層(抵抗加熱法、厚み:40nm)
・Alq3層(抵抗加熱法、厚み:60nm)
・LiF層(抵抗加熱法、厚み:5nm)
・Al層(抵抗加熱法、厚み:100nm)
下記のようにして、有機ELデバイスを作製した。すなわち、フレキシブル基板層として、ステンレス箔(CTE:10ppm/K、厚み:70μm、新日鉄マテリアルズ社製)を準備した。このステンレス箔上に、スパッタリング法により、SiO2層(厚み:50nm)を形成した。このステンレス箔のSiO2層上に、下記の順序で各層を形成し、有機EL素子層を形成した。
(有機EL素子層)
・ITO層(スパッタリング法、厚み:150nm)
・α−NPD層(抵抗加熱法、厚み:40nm)
・Alq3層(抵抗加熱法、厚み:60nm)
・LiF層(抵抗加熱法、厚み:5nm)
・Al層(抵抗加熱法、厚み:100nm)
つぎに、前記有機EL素子層上に、エポキシ樹脂(ナガセケムテックス社製)を塗工し、窒素雰囲気中で硬化(80℃、1時間)することにより、樹脂層(厚み:10μm)を形成した。前記樹脂層上に、フレキシブル封止板層として、PETフィルム(CTE:50ppm/K、厚み:100μm、三菱樹脂社製)を配置した。前記PETフィルムは、前記樹脂層側となる面に、スパッタリング法によりSiOX層(厚み:100nm)が形成されたものを使用した。
(側面封止層の調製)
前記側面封止層形成材料として、PVA/シリカの混合ゾル(硬化後のSiO2含有率が30体積%(vol%)となるように調製したもの)を準備した。前記側面封止層形成材料から形成される側面封止層のCTEは、20ppm/Kであった。前記側面封止層形成材料を、窒素雰囲気中で、有機ELデバイスの側面、すなわち、前記フレキシブル基板層、前記有機EL素子層、前記樹脂層および前記フレキシブル封止板層の側面に、厚み50μmでスプレー塗布し、ついで、この塗膜を100℃にて硬化させて、SiO2含有率が30体積%(vol%)である側面封止層を形成した。このようにして、本実施例の有機ELデバイスを作製した。前記側面封止層のCTEは、20ppm/Kであり、フレキシブル基板層(ステンレス箔)のCTE(10ppm/K)と、フレキシブル封止板層(PETフィルム)のCTE(50ppm/K)との間の値であった。
前記側面封止層形成材料として、PVA/シリカの混合ゾル(硬化後のSiO2含有率が30体積%(vol%)となるように調製したもの)を準備した。前記側面封止層形成材料から形成される側面封止層のCTEは、20ppm/Kであった。前記側面封止層形成材料を、窒素雰囲気中で、有機ELデバイスの側面、すなわち、前記フレキシブル基板層、前記有機EL素子層、前記樹脂層および前記フレキシブル封止板層の側面に、厚み50μmでスプレー塗布し、ついで、この塗膜を100℃にて硬化させて、SiO2含有率が30体積%(vol%)である側面封止層を形成した。このようにして、本実施例の有機ELデバイスを作製した。前記側面封止層のCTEは、20ppm/Kであり、フレキシブル基板層(ステンレス箔)のCTE(10ppm/K)と、フレキシブル封止板層(PETフィルム)のCTE(50ppm/K)との間の値であった。
[実施例2]
前記フレキシブル基板層を、薄板フレキシブルガラス(CTE:5ppm/K、厚み:50μm、コーニング社製)とし、前記側面封止層形成材料を、硬化後のSiO2含有率が45体積%(vol%)となるように調製したPVA/シリカの混合ゾルとしたこと以外は、前記実施例1と同様にして有機ELデバイスを作製した。前記薄板フレキシブルガラスは、その原材料がTEOS(オルトケイ酸テトラエチル)含有率50体積%のものを使用した。前記側面封止層のCTEは、10ppm/Kであり、フレキシブル基板層(薄板フレキシブルガラス)のCTE(5ppm/K)と、フレキシブル封止板層(PETフィルム)のCTE(50ppm/K)との間の値であった。
前記フレキシブル基板層を、薄板フレキシブルガラス(CTE:5ppm/K、厚み:50μm、コーニング社製)とし、前記側面封止層形成材料を、硬化後のSiO2含有率が45体積%(vol%)となるように調製したPVA/シリカの混合ゾルとしたこと以外は、前記実施例1と同様にして有機ELデバイスを作製した。前記薄板フレキシブルガラスは、その原材料がTEOS(オルトケイ酸テトラエチル)含有率50体積%のものを使用した。前記側面封止層のCTEは、10ppm/Kであり、フレキシブル基板層(薄板フレキシブルガラス)のCTE(5ppm/K)と、フレキシブル封止板層(PETフィルム)のCTE(50ppm/K)との間の値であった。
[実施例3]
前記フレキシブル基板層を、実施例1のフレキシブル封止板層として用いたPETフィルムとし、前記フレキシブル封止板層を、実施例1のフレキシブル基板層として用いたステンレス箔としたこと以外は、前記実施例1と同様にして有機ELデバイスを作製した。前記側面封止層のCTEは、20ppm/Kであり、フレキシブル基板層(PETフィルム)のCTE(50ppm/K)と、フレキシブル封止板層(ステンレス箔)のCTE(10ppm/K)との間の値であった。
前記フレキシブル基板層を、実施例1のフレキシブル封止板層として用いたPETフィルムとし、前記フレキシブル封止板層を、実施例1のフレキシブル基板層として用いたステンレス箔としたこと以外は、前記実施例1と同様にして有機ELデバイスを作製した。前記側面封止層のCTEは、20ppm/Kであり、フレキシブル基板層(PETフィルム)のCTE(50ppm/K)と、フレキシブル封止板層(ステンレス箔)のCTE(10ppm/K)との間の値であった。
[実施例4]
前記フレキシブル基板層を、実施例1のフレキシブル封止板層として用いたPETフィルムとし、前記フレキシブル封止板層を、実施例2のフレキシブル基板層として用いた薄板フレキシブルガラスとしたこと以外は、前記実施例2と同様にして有機ELデバイスを作製した。前記側面封止層のCTEは、10ppm/Kであり、フレキシブル基板層(PETフィルム)のCTE(50ppm/K)と、フレキシブル封止板層(薄板フレキシブルガラス)のCTE(5ppm/K)との間の値であった。
前記フレキシブル基板層を、実施例1のフレキシブル封止板層として用いたPETフィルムとし、前記フレキシブル封止板層を、実施例2のフレキシブル基板層として用いた薄板フレキシブルガラスとしたこと以外は、前記実施例2と同様にして有機ELデバイスを作製した。前記側面封止層のCTEは、10ppm/Kであり、フレキシブル基板層(PETフィルム)のCTE(50ppm/K)と、フレキシブル封止板層(薄板フレキシブルガラス)のCTE(5ppm/K)との間の値であった。
[比較例1]
前記側面封止層を形成しなかったこと以外は、前記実施例1と同様にして有機ELデバイスを作製した。
前記側面封止層を形成しなかったこと以外は、前記実施例1と同様にして有機ELデバイスを作製した。
[比較例2]
前記側面封止層形成材料のSiO2含有率を45体積%としたこと以外は、前記実施例1と同様にして有機ELデバイスを作製した。前記側面封止層のCTEは、10ppm/Kであり、フレキシブル基板層(ステンレス箔)のCTE(10ppm/K)と、フレキシブル封止板層(PETフィルム)のCTE(50ppm/K)との間の値から外れていた。
前記側面封止層形成材料のSiO2含有率を45体積%としたこと以外は、前記実施例1と同様にして有機ELデバイスを作製した。前記側面封止層のCTEは、10ppm/Kであり、フレキシブル基板層(ステンレス箔)のCTE(10ppm/K)と、フレキシブル封止板層(PETフィルム)のCTE(50ppm/K)との間の値から外れていた。
[比較例3]
前記側面封止層形成材料のSiO2含有率を10体積%としたこと以外は、前記実施例1と同様にして有機ELデバイスを作製した。前記側面封止層のCTEは、50ppm/Kであり、フレキシブル基板層(ステンレス箔)のCTE(10ppm/K)と、フレキシブル封止板層(PETフィルム)のCTE(50ppm/K)との間の値から外れていた。
前記側面封止層形成材料のSiO2含有率を10体積%としたこと以外は、前記実施例1と同様にして有機ELデバイスを作製した。前記側面封止層のCTEは、50ppm/Kであり、フレキシブル基板層(ステンレス箔)のCTE(10ppm/K)と、フレキシブル封止板層(PETフィルム)のCTE(50ppm/K)との間の値から外れていた。
[比較例4]
前記側面封止層形成材料のSiO2含有率を50体積%としたこと以外は、前記実施例1と同様にして有機ELデバイスを作製した。前記側面封止層のCTEは、5ppm/Kであり、フレキシブル基板層(ステンレス箔)のCTE(10ppm/K)と、フレキシブル封止板層(PETフィルム)のCTE(50ppm/K)との間の値から外れていた。
前記側面封止層形成材料のSiO2含有率を50体積%としたこと以外は、前記実施例1と同様にして有機ELデバイスを作製した。前記側面封止層のCTEは、5ppm/Kであり、フレキシブル基板層(ステンレス箔)のCTE(10ppm/K)と、フレキシブル封止板層(PETフィルム)のCTE(50ppm/K)との間の値から外れていた。
[比較例5]
前記側面封止層形成材料のSiO2含有率を8体積%としたこと以外は、前記実施例1と同様にして有機ELデバイスを作製した。前記側面封止層のCTEは、60ppm/Kであり、フレキシブル基板層(ステンレス箔)のCTE(10ppm/K)と、フレキシブル封止板層(PETフィルム)のCTE(50ppm/K)との間の値から外れていた。
前記側面封止層形成材料のSiO2含有率を8体積%としたこと以外は、前記実施例1と同様にして有機ELデバイスを作製した。前記側面封止層のCTEは、60ppm/Kであり、フレキシブル基板層(ステンレス箔)のCTE(10ppm/K)と、フレキシブル封止板層(PETフィルム)のCTE(50ppm/K)との間の値から外れていた。
実施例1〜4および比較例1〜5で作製した有機ELデバイスについて、有機ELデバイスの作製直後での電流効率(発光輝度)を測定した。測定の結果、前記各有機ELデバイスの電流効率は、5cd/A程度であった。つぎに、前記各有機ELデバイスについて、前記屈曲テストを実施した後、電流効率(発光輝度)を測定した。下記表2に、前記屈曲テスト後の電流効率測定の結果およびカールの評価結果を、前記フレキシブル基板層のCTE、前記フレキシブル封止板層のCTE、側面封止層のCTE、前記側面封止層形成材料のSiO2含有率とあわせて示す。
実施例1〜4の有機ELデバイスでは、フレキシブル性は良好であって、屈曲テスト後も電流効率の低下はなく、有機ELデバイスの劣化は見られなかった。また、カールの発生も見られなかった。一方、比較例1〜5の有機ELデバイスでは、電流効率は低下した。比較例1の有機ELデバイスは、側面封止層を形成していないことで、有機EL素子層に劣化が生じたと考えられる。比較例2の有機ELデバイスは、側面封止層は形成されているが、側面封止層のCTEがフレキシブル基板層のCTEと同じ値であり、フレキシブル封止板層とのCTEの差から側面封止層にクラックが発生、水分が侵入し、有機EL素子層に劣化が生じたと考えられる。比較例3の有機ELデバイスは、側面封止層は形成されているが、側面封止層のCTEが大きく、また、フレキシブル封止板層のCTEと同じ値であり、フレキシブル基板層と側面封止層とのCTEの差から側面封止層にクラックが発生、水分が侵入し、有機EL素子層に劣化が生じたと考えられる。また、カールの発生も見られた。比較例4の有機ELデバイスは、側面封止層は形成されているが、側面封止層のCTEが小さく、屈曲に追従できずに封止が十分ではなくなり、有機EL素子層に劣化が生じたと考えられる。また、フレキシブル性にも問題があった。比較例5の有機ELデバイスは、側面封止層は形成されているが、側面封止層のCTEが大きく、フレキシブル基板層とフレキシブル封止板層とのCTEの差に起因する歪の緩和ができず側面封止層にクラックが発生し有機EL素子層に劣化が生じたと考えられる。また、カールの発生も見られた。
本発明の有機ELデバイスは、例えば、照明装置、表示装置等の様々な分野に使用することができ、その用途は限定されない。
100 有機EL(エレクトロルミネッセンス)デバイス
101 フレキシブル基板層
102 有機EL素子層
103 樹脂層
104 フレキシブル封止板層
105 側面封止層
101 フレキシブル基板層
102 有機EL素子層
103 樹脂層
104 フレキシブル封止板層
105 側面封止層
Claims (5)
- フレキシブル基板層と、有機EL素子層と、フレキシブル封止板層とを有する有機ELデバイスであって、
前記フレキシブル基板層の上に前記有機EL素子層が配置され、
前記有機EL素子層の上に前記フレキシブル封止板層が配置され、
前記有機EL素子層および前記フレキシブル封止板層の積層体の側面に、側面封止層が設けられ、かつ、前記側面封止層の一部が、前記フレキシブル基板層と接着固定されており、
前記側面封止層は、ポリマーおよび無機粒子を含み、
前記側面封止層の線膨張係数が、前記フレキシブル基板層の線膨張係数と前記フレキシブル封止板層の線膨張係数との間の値を有していることを特徴とする有機ELデバイス。 - 前記側面封止層における前記無機粒子の含有率が、0体積%を超え、50体積%未満であることを特徴とする、請求項1記載の有機ELデバイス。
- 前記ポリマーが、ポリビニルアルコール、ポリイミドおよびポリアミドからなる群から選ばれる少なくとも1種を含むことを特徴とする、請求項1または2記載の有機ELデバイス。
- 前記無機粒子が、金属酸化物を含むことを特徴とする、請求項1から3のいずれか一項に記載の有機ELデバイス。
- フレキシブル基板層上に有機EL素子層を形成する工程と、
前記有機EL素子層上にフレキシブル封止板層を形成する工程と、
前記有機EL素子層および前記フレキシブル封止板層の積層体の側面に、側面封止層を形成する材料を塗布し側面封止層を形成し、かつ、前記側面封止層の一部を、前記フレキシブル基板層と接着固定する工程とを有し、
前記側面封止層として、ポリマーおよび無機粒子を含み、かつ、前記側面封止層の線膨張係数が、前記フレキシブル基板層の線膨張係数と前記フレキシブル封止板層の線膨張係数との間の値を有している材料を用いることを特徴とする有機ELデバイスの製造方法。
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