JP2016126963A - 有機ｅｌパネルの製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】発光輝度の不均一（発光ムラ）を低減することが可能な有機ＥＬパネルの製造方法を提供する。【解決手段】本発明の一実施形態に係る有機ＥＬパネルの製造方法は、有機材料を含む発光層を少なくとも含む機能層を有する有機ＥＬパネルの製造方法であって、ロールツーロール方式を用いて、可撓性を有する基材１１０を水平搬送し、基材１１０の上方に配置されたインクジェット塗布器３０によって、有機材料を含む塗布液を基材１１０に塗布して、機能層を形成する塗布工程を有し、塗布工程では、基材１１０の下方に配置されたエア浮上ステージ２０によって、基材１１０をエア浮上させて、塗布液を基材に塗布する。【選択図】図１

Description

本発明は、有機ＥＬパネルの製造方法に関するものである。
一対の電極層間に、有機ＥＬ（Electro Luminescence）材料を含む発光層（機能層）を有する有機ＥＬパネルが知られている。この種の有機ＥＬパネルは、一対の電極層間に、有機材料を含む正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層、電子注入層などの種々の機能層をも有することがある。また、この種の有機ＥＬパネルは、フィルム状の基板（可撓性を有する基板、フレキシブル基板）上に形成されて、フィルム状をなすことがある。
フィルム状の有機ＥＬパネルの製造方法として、ロールツーロール方式を用いて、インクジェット塗布法、ダイコータ塗布法などの塗布法によって、各種機能層を形成する方法が知られている。非特許文献１には、ダイコータ塗布法（スリットコート塗布法）が開示されている。
このスリットコート塗布法を用いて、上記した有機ＥＬパネルにおける発光層を形成する場合について、図６を参照して説明する。図６に示すスリットコート塗布法では、巻き出しローラ１０と巻き取りローラ１３とからなるロールツーロール構成、及び、搬送ローラ１１，１２，１４，１５によって、基板と電極とを含むフィルム状の基材を搬送し、スリットコート塗布器３０Ｘによって、有機ＥＬ材料を含む塗布液を基材に塗布して、発光層薄膜を形成する。その際、下地基材を安定させるために、バックアップロール１５を用いて、基材を固定し、安定させている。
なお、バックアップロール１５に代えて吸着ステージを用いて、下地基材を固定し、安定させることも知られている。
（株）テクノスマート、多層ダイコーター、[online]、[平成26年11月17日検索]、インターネット<URL:http://www.ctiweb.co.jp/soran/products/410>
非特許文献１に記載のスリットコート塗布法は、高粘度な塗布液を用いる場合に適している。ところで、より薄い薄膜を形成するためには、低粘度な塗布液を用いることが考えられる。しかしながら、非特許文献１に記載のスリットコート塗布法において低粘度な塗布液を用いると、液だれが生じてしまう。
また、非特許文献１に記載のスリットコート塗布法のように、バックアップロールを使用する場合、バックアップロールの機械振動に起因して、膜厚が不均一となり、発光輝度が不均一となってしまう（発光ムラ）。一方、吸着ステージを使用する場合、一旦吸着させるので間欠搬送となり、生産性が低下してしまう。
液だれに関しては、基材を水平搬送し、基材の上方に配置された塗布器によって基材の上面に塗布液を塗布することが考えられる。また、機械振動及び間欠搬送に関しては、バックアップロール及び吸着ステージを使用しないことが考えられる。例えば、所定距離だけ離間した２つの搬送ロールによって基板を水平搬送し、バックアップロール及び吸着ステージを使用せずに、２つの搬送ロール間において上方から基材の上面に塗布液を塗布する。
しかしながら、フィルム状の基材の場合、水平搬送においてバックアップロール及び吸着ステージを使用しない構成では、２つの搬送ロール間において自重により基材が垂れ下がり、基材が上下振動してしまう。この振動に起因して、塗布膜の膜厚が不均一となってしまい、その結果、発光輝度が不均一となってしまう（発光ムラ）。
そこで、本発明は、発光輝度の不均一（発光ムラ）を低減することが可能な有機ＥＬパネルの製造方法を提供することを目的とする。
本発明の有機ＥＬパネルの製造方法は、有機材料を含む発光層を少なくとも含む機能層を有する有機ＥＬパネルの製造方法であって、ロールツーロール方式を用いて、可撓性を有する基材を水平搬送し、基材の上方に配置されたインクジェット塗布器によって、有機材料を含む塗布液を基材に塗布して、機能層を形成する塗布工程を有し、塗布工程では、基材の下方に配置されたエア浮上ステージによって、基材をエア浮上させて、塗布液を基材に塗布する。この塗布工程は、有機ＥＬ材料を含む発光層（機能層）の形成のみならず、有機材料を含む正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層、電子注入層などの機能層の形成にも適用可能である。
この有機ＥＬパネルの製造方法によれば、基材をエア浮上させるので、基材が自重により垂れ下がることを抑制することができ、基材が上下振動することを抑制することができる。したがって、基材の上下振動に起因する塗布膜の膜厚の不均一を低減することができ、その結果、発光輝度の不均一（発光ムラ）を低減することができる。
また、この有機ＥＬパネルの製造方法によれば、基材を水平搬送し、上方から塗布液（低粘度）を基材に塗布するので、液だれを防止することができる。
また、この有機ＥＬパネルの製造方法によれば、ロールツーロール方式において連続的にかつ安定的に塗布膜（機能層）を形成することができるので、発光輝度の不均一（発光ムラ）がない高品位の有機ＥＬパネルをハイスループットで連続して生産することができる。
上記したエア浮上ステージは、多孔質材料からなる形態であってもよい。エア浮上ステージは、基材を搬送することではなく、基材が自重により垂れ下がる分を浮上させることを目的とする。よって、加工によって形成される比較的に大きな孔によって生成される比較的に多量のエアでは強過ぎる。しかしながら、この形態によれば、多孔質材料が有する比較的に小さな孔によって生成される比較的に少量のエアによって、基材が自重により垂れ下がる分を浮上させることができる。
また、上記した基材の上下の振動量（変位量）は、７０μｍ（±３５μｍ）以下である形態であってもよい。この形態によれば、基材の上下振動量が７０μｍ（変位量±３５μｍ）以下と小さいので、基材の上下振動に起因する塗布膜の膜厚の不均一を低減することができ、その結果、発光輝度の不均一（発光ムラ）を低減することができる。
また、上記したエア浮上ステージと上記した基材との間隔は、３０μｍ以上１ｍｍ以下である形態であってもよい。この形態によれば、エア浮上ステージと基材との間の吹き出しエアに起因するフィルムの上下振動を適性に抑制することが可能である。当該間隔が３０μｍ以下であると、エア浮上ステージと基材との接触により基材裏面にキズを生じるおそれがあり、逆に１ｍｍ以上であると、エア浮上ステージと基材との間のエア層が不均一になり、上下振動抑制効果は小さくなってしまう。
また、上記した塗布液の粘度は、１ｃｐ以上２０ｃｐ以下である形態であってもよい。この形態によれば、１ｃｐ以上２０ｃｐ以下のような低粘度の塗布液であっても、基材の上下振動に起因する塗布膜の膜厚の不均一を低減することができ、その結果、発光輝度の不均一（発光ムラ）を低減することができる。また、上記したように液だれを防止することができる。
また、上記した基材の引張力（テンション）は、２０Ｎ以上１５０Ｎ以下である形態であってもよい。この形態によれば、エア浮上ステージに侵入する際の搬送中のフィルム自体に搬送方向のしわや、たるみが発生しないため、上下振動を抑制された状態で安定かつ均一な塗布膜の形成が可能となる。
また、上記したエア浮上ステージによるエアの風速は、０．００１ｍ／ｓｅｃ．以上０．３ｍ／ｓｅｃ.以下である形態であってもよい。上記したように、エア浮上ステージは、基材を搬送することではなく、基材が自重により垂れ下がる分を浮上させることを目的とする。よって、加工によって形成される比較的に大きな孔によって生成される比較的に多量のエアでは強過ぎる。しかしながら、この形態によれば、エアの風速が０．００１ｍ／ｓｅｃ．以上０．３ｍ／ｓｅｃ.以下と小さいので、基材が自重により垂れ下がる分を浮上させることができる。
本発明によれば、有機ＥＬパネルの発光輝度の不均一（発光ムラ）を低減することができる。
本発明の一実施形態に係る有機ＥＬパネルの製造方法を示す図である。 図１に示す加工領域Ａを上からみた図である。 一実施形態に係る有機ＥＬパネルの断面図である。 検証結果を示す図である。 一変形例に係る有機ＥＬパネルの断面図である。 従来の有機ＥＬパネルの製造方法を示す図である。
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。
図１は、本発明の一実施形態に係る有機ＥＬパネルの製造方法を示す図であり、図２は、図１に示す加工領域Ａを上からみた図である。また、図３は、一実施形態に係る有機ＥＬパネルの断面図である。
図３に示すように、本実施形態の有機ＥＬパネル１００は、フィルム状の基板（可撓性を有する基板、フレキシブル基板）１０１上に、陽極層１０２と、発光層（機能層）１０３と、陰極層１０４とが順に積層されてなる。フィルム状の基板１０１の材料としては、例えば透明性を有するプラスティック、より具体的にはＰＥＮ（Polyethylene Naphthalate）が挙げられる。フィルム状の基板１０１としては、典型的には厚さ１００μｍ程度のものが挙げられる。陽極層１０２としては、例えば光透過性を示す電極、より具体的にはＩＴＯ（Tin-doped Indium Oxide）、ＩＺＯ（indium zincoxide）等の比較的透明な材料からなる導電性金属酸化物薄膜が挙げられる。発光層１０３は、低分子型、高分子型などの種々の公知の有機ＥＬ材料を含む。陰極層１０４としては、例えば光反射性を示す電極、より具体的には金属材料からなる導電性金属薄膜が挙げられる。
以下に示す有機ＥＬパネルの製造方法では、基板１０１と陽極層１０２とを含むフィルム状の基材１１０上に発光層１０３を形成する工程（塗布工程）について説明し、公知の電極層１０２，１０４を形成する工程については省略する。
まず、図１及び図２に示すように、ロールツーロール方式を用いて、フィルム基材１１０を水平搬送する。具体的には、巻き出しローラ１０からフィルム基材１１０を巻き出し、加工領域Ａにおいて搬送ローラ１１，１２によってフィルム基材１１０を水平搬送し、巻き取りローラ１３によって巻き取る。
例えば、厚さ１２５μｍ、幅Ｗｆ＝３２０ｍｍのＰＥＮフィルム基材１１０を想定し、フィルム基材１１０の搬送速度は、例えば、２ｍ／ｍｉｎ．以上６ｍ／ｍｉｎ．以下に設定され、フィルム基材１１０の搬送方向に加えられるテンションは、例えば、２０Ｎ以上１５０Ｎ以下、好ましくは３０Ｎ以上１００Ｎ以下に設定される。なお、フィルム基材１１０の搬送方向に加えられるテンション（引張力）は、テンション調整機構（図示せず）によって調整されてもよい。
また、フィルム基材１１０が水平搬送される加工領域Ａにおいて、フィルム基材１１０の下方に配置された３つのエア浮上ステージ２０によって、フィルム基材１１０をエア浮上させる。エア浮上ステージ２０それぞれは、多孔質カーボンからなり、複数の微小な孔からエアを吹き出す。例えば、エア浮上ステージ２０におけるフィルム基材１１０と対向する上面の幅Ｗａは約１００ｍｍであり、長さＬａは約５００ｍｍである。また、エア浮上ステージ２０は、Ｓａ＝１００ｍｍ間隔で搬送方向に配列されている。
例えば、上記した厚さ１２５μｍ、幅Ｗｆ＝３２０ｍｍのＰＥＮフィルム基材１１０を想定し、エア吹き出し流量は、１×１０−４Ｌ／ｃｍ２・ｓｅｃ．以上３×１０−２Ｌ／ｃｍ２・ｓｅｃ．以下（風速換算：０．００１ｍ／ｓｅｃ．以上０．３ｍ／ｓｅｃ．以下）、好ましくは１×１０−４Ｌ／ｃｍ２・ｓｅｃ．以上１×１０−２Ｌ／ｃｍ２・ｓｅｃ．以下に設定される。
これにより、エア浮上ステージ２０とフィルム基材１１０との間隔が、３０μｍ以上１ｍｍ以下、好ましくは５０μｍ以上５００μｍ以下に設定される。その結果、フィルム基材１１０の振動量（最大位値−最少位値）が、７０μｍ未満、好ましくは４０μｍ未満となる。換言すれば、フィルム基材１１０の変位量が、±３５μｍ未満、好ましくは±２０μｍ未満となる。
エア浮上ステージ２０は、フィルム基材１１０を搬送することではなく、フィルム基材１１０が自重により垂れ下がる分を浮上させることを目的とする。よって、加工によって形成される比較的に大きな孔によって生成される比較的に多量のエアでは強過ぎる。本実施形態のエア浮上ステージ２０によれば、多孔質材料が有する比較的に微小な孔によって生成される比較的に少量のエアによって、フィルム基材１１０が自重により垂れ下がる分を浮上させることができる。
また、加工によって形成される比較的に大きな孔によって生成される比較的に多量のエアでは、後述するインクジェット塗布器３０のノズルにおけるインクを乾燥させてしまうことがあるが、本実施形態の多孔質材料が有する比較的に微小な孔によって生成される比較的に少量のエアでは、そのようなことがない。
また、フィルム基材１１０が水平搬送される加工領域Ａにおいて、フィルム基材１１０及びエア浮上ステージ２０の上方に配置されたインクジェット塗布器３０によって、有機ＥＬ材料を含むインク（塗布液）をフィルム基材１１０に塗布して、発光層１０３を形成する。発光層１０３としては、典型的には乾燥後厚さ２０ｎｍ〜１００ｎｍ（例えば、塗布時厚さ０．４μｍ〜２μｍ）のものが挙げられる。
インクジェット塗布器３０は、フィルム基材１１０の幅Ｗｆ方向に配列された複数のノズルを有する。例えば、インクジェット塗布器３０としては、解像度６００ｄｐｉのものが挙げられる。
インクとしては、粘度１ｃＰ以上２０ｃＰ以下、好ましくは２ｃＰ以上１０ｃＰ以下の比較的に低粘度のものが用いられる。例えば、インクとしては、有機ＥＬ材料と有機溶媒とを含む溶液が用いられる。有機ＥＬ材料としては、低分子系材料でも高分子材料でもよく、あるいは両者の混合系でもよい。有機溶媒としては、有機ＥＬ材料を溶解する溶媒であればよく、溶媒の蒸発速度、溶液の表面張力、粘度等を考慮して適宜選択される。有機溶媒としては、単一の溶媒でも混合溶媒でもよい。
本実施形態の有機ＥＬパネルの製造方法によれば、フィルム基材１１０をエア浮上させるので、フィルム基材１１０が自重により垂れ下がることを抑制することができ、フィルム基材１１０が上下振動することを抑制することができる。したがって、フィルム基材１１０の上下振動に起因する発光層（塗布膜）１０３の膜厚の不均一を低減することができ、その結果、発光輝度の不均一（発光ムラ）を低減することができる。
また、本実施形態の有機ＥＬパネルの製造方法によれば、フィルム基材１１０を水平搬送し、上方からインク（塗布液）をフィルム基材１１０に塗布するので、液だれを防止することができる。
また、本実施形態の有機ＥＬパネルの製造方法によれば、ロールツーロール方式において連続的にかつ安定的に塗布膜（発光層）１０３を形成することができるので、発光輝度の不均一（発光ムラ）がない高品位の有機ＥＬパネルをハイスループットで連続して生産することができる。
以下では、上記した効果について検証する。
［検証１］
上記したインクジェット塗布器３０を用いて、上記したフィルム基材１１０に代えてガラス基材上に、有機ＥＬ材料を含むインク（塗布液）を塗布して、発光層を形成した。インクとして住友化学製高分子白色発光材料ＳＣＷ１４０（固形分濃度７％、粘度５ｃｐ）を用い、乾燥後の発光層の膜厚を７０ｎｍとした。インクを塗布する際、ガラス基材に上下振動を与えた。本検証では、発光層に紫外線ランプを照射し、発光輝度の不均一（発光ムラ）を目視確認した。
本検証によれば、上下の振動量（最大位値−最少位値）１３０μｍ（変位量±６５μｍでは発光輝度が不均一であり、上下の振動量７０μｍ（変位量±３５μｍ）、及び、上下の振動量４０μｍ（±２０μｍ）では発光輝度が均一であった。これより、上下の振動量７０μｍ以下、好ましくは４０μｍ以下で、換言すれば、上下の変位量±３５μｍ以下、好ましくは±２０μｍ以下で、発光輝度の不均一が低減されることが推察される。
［検証２］
図１，２に示す製造方法によって、上記した厚さ１２５μｍ、幅Ｗｆ＝３２０ｍｍのＰＥＮフィルム基材１１０を水平搬送させる。その際、エア浮上ステージ２０によってエア浮上を行う場合と行わない場合とについて比較検証する。エア浮上を行う場合の検証条件は以下の通りである。
エア吹き出し流量：３×１０−４Ｌ／ｃｍ２・ｓｅｃ．（風速換算：０．００３ｍ／ｓｅｃ．）
エア浮上ステージ２０とフィルム基材１１０との間隔：５０μｍ
また、その他の共通の検証条件は以下の通りである。
フィルム基材１１０の搬送速度：６ｍ／ｍｉｎ．
フィルム基材１１０の搬送方向に加えられるテンション：３０Ｎ
本検証では、インクジェット塗布器３０に代えてレーザ変位センサを用い、フィルム基材１１０の上下位置を１ｍｓｅｃ．間隔で２０秒間測定し、フィルム基材１１０の上下変位量を測定した。検証結果を図４に示す。
図４によれば、エア浮上ステージ２０によってエア浮上を行わない場合、曲線５１に示すように、上下の振動量（最大位値−最少位値）が３１５μｍであった。これに対し、エア浮上ステージ２０によってエア浮上を行った場合、曲線５０に示すように、上下の振動量が１７μｍに低減した。
これらの検証１及び検証２を総合すると、エア浮上ステージ２０によってエア浮上を行うことにより、発光輝度の不均一を低減できることが検証された。
なお、本発明は上記した本実施形態に限定されることなく種々の変形が可能である。例えば、本実施形態では、一対の電極間に発光層（機能層）を有する有機ＥＬパネルにおける発光層塗布工程を例示したが、本発明の特徴は、以下に示すような種々の有機ＥＬパネルにおける正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層、電子注入層などの種々の有機材料を含む機能層の塗布工程にも適用可能である。
ａ）陽極／発光層／陰極
ｂ）陽極／正孔注入層／発光層／陰極
ｃ）陽極／正孔注入層／発光層／電子注入層／陰極
ｄ）陽極／正孔注入層／発光層／電子輸送層／電子注入層／陰極
ｅ）陽極／正孔注入層／正孔輸送層／発光層／陰極
ｆ）陽極／正孔注入層／正孔輸送層／発光層／電子注入層／陰極
ｇ）陽極／正孔注入層／正孔輸送層／発光層／電子輸送層／電子注入層／陰極
ｈ）陽極／発光層／電子注入層／陰極
ｉ）陽極／発光層／電子輸送層／電子注入層／陰極
ここで、記号「／」は、記号「／」を挟む各層が隣接して積層されていることを示す。
例えば、図５に示す正孔注入層１０５の塗布工程の場合、上記した発光層の塗布工程において、有機ＥＬ材料を含むインク（塗布液）を、有機材料を含むインク（塗布液）に置き換えればよい。また、図５に示す正孔輸送層１０６の塗布工程の場合、上記した発光層の塗布工程において、有機ＥＬ材料を含むインク（塗布液）を、有機材料を含むインク（塗布液）に置き換え、更に、フィルム基材１１０を、基板１０１と、陽極層１０２と、正孔注入層１０５とを含むフィルム基材に置き換えればよい。また、図５に示す発光層１０３の塗布工程の場合、フィルム基材１１０を、基板１０１と、陽極層１０２と、正孔注入層１０５と、正孔輸送層１０６とを含むフィルム基材に置き換えればよい。また、図５に示す電子輸送層１０７の塗布工程の場合、上記した発光層の塗布工程において、有機ＥＬ材料を含むインク（塗布液）を、有機材料を含むインク（塗布液）に置き換え、更に、フィルム基材１１０を、基板１０１と、陽極層１０２と、正孔注入層１０５と、正孔輸送層１０６と、発光層１０３とを含むフィルム基材に置き換えればよい。また、図５に示す電子注入層１０８の塗布工程の場合、上記した発光層の塗布工程において、有機ＥＬ材料を含むインク（塗布液）を、有機材料を含むインク（塗布液）に置き換え、更に、フィルム基材１１０を、基板１０１と、陽極層１０２と、正孔注入層１０５と、正孔輸送層１０６と、発光層１０３と、電子輸送層１０７とを含むフィルム基材に置き換えればよい。
なお、本実施形態では、有機ＥＬパネルとして、発光層に対して基板側に陽極層が配置され、発光層に対して基板と反対側に陰極層が配置される形態の製造方法を例示したが、発光層に対して基板側に陰極層が配置され、発光層に対して基板と反対側に陽極層が配置される形態の製造方法にも適用可能である。
また、フィルム基材のうちの何れか一方の表面、又は、両方の表面にバリア層が形成される形態の製造方法にも適用可能である。
また、本実施形態では、エア浮上ステージの材料として多孔質カーボンを例示したが、エアを吹き出すことができる様々な多孔質材料が適用可能である。
また、本実施形態では、エア浮上ステージのエア吹き出し流量、個数、大きさ、間隔、エア浮上ステージとフィルム基材との間隔、フィルム基材の搬送方向に加えられるテンションなどの様々な条件を例示したが、これらは厚さ１２５μｍ、幅３２０ｍｍのＰＥＮフィルム基材を想定したものである。フィルム基材のサイズ、材料が大きく変わる場合には、フィルム基材の上下の振動量が７０μｍ以下になるように、換言すれば、上下の変位量を±３５μｍ以下になるように、これらの条件を適宜変更すればよい。
１０…巻き出しローラ、１１，１２，１４…搬送ローラ、１３…巻き取りローラ、１５…バックアップロール（搬送ローラ）、２０…エア浮上ステージ、３０…インクジェット塗布器、３０Ｘ…スリットコート塗布器、１００…有機ＥＬパネル、１０１…基板、１０２…陽極層、１０３…発光層、１０４…陰極層、１０５…正孔注入層、１０６…正孔輸送層、１０７…電子輸送層、１０８…電子注入層、１１０…フィルム基材（基材）。

Claims (7)

  1. 有機材料を含む発光層を少なくとも含む機能層を有する有機ＥＬパネルの製造方法であって、
    ロールツーロール方式を用いて、可撓性を有する基材を水平搬送し、前記基材の上方に配置されたインクジェット塗布器によって、前記有機材料を含む塗布液を前記基材に塗布して、前記機能層を形成する塗布工程を有し、
    前記塗布工程では、前記基材の下方に配置されたエア浮上ステージによって、前記基材をエア浮上させて、前記塗布液を前記基材に塗布する、
    有機ＥＬパネルの製造方法。
  2. 前記エア浮上ステージは、多孔質材料からなる、請求項１に記載の有機ＥＬパネルの製造方法。
  3. 前記基材の上下の振動量は、７０μｍ以下である、請求項１又は２に記載の有機ＥＬパネルの製造方法。
  4. 前記エア浮上ステージと前記基材との間隔は、３０μｍ以上１ｍｍ以下である、請求項３に記載の有機ＥＬパネルの製造方法。
  5. 前記塗布液の粘度は、１ｃｐ以上２０ｃｐ以下である、請求項３に記載の有機ＥＬパネルの製造方法。
  6. 前記基材の引張力は、２０Ｎ以上１５０Ｎ以下である、請求項３に記載の有機ＥＬパネルの製造方法。
  7. 前記エア浮上ステージによるエアの風速は、０．００１ｍ／ｓｅｃ．以上０．３ｍ／ｓｅｃ.以下である、請求項３に記載の有機ＥＬパネルの製造方法。
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