JP2020181738A - 有機デバイス及び製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】有機機能層の劣化を抑制可能とした有機デバイス及び製造方法を提供する。【解決手段】有機デバイス１は、ガスバリアフィルム２と、ガスバリアフィルム２上に積層された電極３とを有している。電極３上には、有機機能層４、及び電極３と対になる他の電極５が積層される。ガスバリアフィルム２は、基材フィルム１０と、基材フィルム１０の上に交互に積層された無機層１３及び有機層１２からなるバリア層１１を備えている。有機デバイス１は、無機層１３に設けられ、無機層１３を積層方向に貫通する孔部１４と、孔部１４を塞ぐように設けられた閉塞部１５とを備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、有機機能層を備えた有機デバイス及びその製造方法に関する。

従来、有機機能層を有した有機デバイスが周知である。特許文献１には、有機機能層を外気から遮断するためのバリア性を有するバリア層を備えた有機デバイスが開示されている。バリア層には、無機層と有機層とを交互に積層した層群からなる。

特開２００４−１１９１３８号公報

ところで、バリア層の有機層は、水分を吸収する。デバイス作成前に、有機層が吸収した水分が、デバイス作製後にデバイス内に拡散すると、有機機能層を劣化させるという問題があった。

本発明の目的は、有機機能層の劣化を抑制可能とした有機デバイス及び製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するための有機デバイスは、基材上に、無機層及び有機層が交互に積層されたバリア層と、前記バリア層上に積層された電極とを有し、前記電極上に有機機能層が積層される有機デバイスであって、前記無機層に設けられ、前記無機層を積層方向に貫通する孔部と、前記孔部を塞ぐように設けられた閉塞部と、を備える。

上記課題を解決するための製造方法は、基材上に、無機層及び有機層が交互に積層されたバリア層と、前記バリア層上に積層された電極とを有し、前記電極上に有機機能層が積層される有機デバイスの製造方法であって、前記無機層を積層方向に貫通する孔部を設けるステップと、前記孔部が露出した状態で、前記バリア層を乾燥させるステップと、前記孔部を、前記電極と同一面上に並ぶ閉塞部によって塞ぐステップと、を備える。

本発明の有機デバイス及び製造方法によれば、有機機能層の劣化を抑制可能となる。

有機デバイスの断面構造を示した概略図。 孔部と電極との位置関係を示した概略図。 （ａ）〜（ｆ）の順に、第１実施形態の有機デバイス製造手順を示した概略図。 （ａ）〜（ｄ）の順に、第２実施形態の有機デバイス製造手順を示した概略図。 第３実施形態における有機デバイスを示した概略図。 （ａ）〜（ｄ）の順に、第３実施形態の有機デバイス製造手順を示した概略図。

＜第１実施形態＞
以下、有機デバイス及び製造方法の第１実施形態を、図１〜図３に従って説明する。
図１に示すように、有機デバイス１は、有機デバイス１の最下層に設けられたガスバリアフィルム２と、ガスバリアフィルム２の上に積層された電極３と、を備えている。電極３の上には、有機機能層４、電極３と対になる他の電極５、及びガスバリアフィルム６が順に積層される。

電極３は、例えば陽極であり、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）などの透明電極である。他の電極５は、例えば陰極であり、公知の電極を用いることができる。電極３及び他の電極５は、電源に接続される。有機機能層４は、例えば発光層を含む。有機デバイス１は、例えば、電極３と他の電極５との間で電圧印加することにより、有機機能層４が発光する有機ＥＬデバイス（EL:Electroluminescence）である。

ガスバリアフィルム２は、基材フィルム１０と、基材フィルム１０の上に積層されたバリア層１１とを備えている。基材フィルム１０は、バリア層１１を支持する。バリア層１１は、有機機能層４を、外気に含まれる酸素や水分などから遮断するために設けられている。バリア層１１には、有機層１２及び無機層１３が交互に積層されている。本例の場合、バリア層１１は、下層から順に、有機層１２、無機層１３、有機層１２、無機層１３の順に積層されている。本例のガスバリアフィルム２の最上層は、無機層１３となっている。

ガスバリアフィルム２は、例えば可視光を透過する光透過性、及び曲げられる可撓性を有していることが好ましい。基材フィルム１０は、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などの樹脂フィルムである。有機層１２は、例えばエポキシ樹脂やシリコーン樹脂などの熱硬化性樹脂である。無機層１３は、例えばケイ素やアルミニウムの酸化物、又は窒化物などの無機材料である。これらは、仕様に応じた層厚で形成されている。

ガスバリアフィルム６は、例えばガスバリアフィルム２と同様の積層構造を有する。本例のガスバリアフィルム６は、バリア層１１が、有機デバイス１において積層方向下側に向くように、ガスバリアフィルム２と反対向きに貼り合わされる。なお、ガスバリアフィルム２とガスバリアフィルム６との間には、電極３、有機機能層４、及び他の電極５に加えて、絶縁体からなる絶縁層や、層同士を接着するための接着層などが形成されていてもよい。

ガスバリアフィルム２において、バリア層１１の最上層にある無機層１３は、この無機層１３を積層方向に貫通する孔部１４を備えている。本例の孔部１４は、無機層１３に複数設けられている。孔部１４は、有機デバイス１の外部から視認できないように、小口径に形成されることが好ましい。孔部１４の口径は、例えば１００μｍ以下である。なお、孔部１４の口径は、積層方向において不均一であってもよい。例えば、上方に向かって口径が広がるようになっていてもよい。

有機デバイス１は、孔部１４を塞ぐ閉塞部１５を備えている。本例の閉塞部１５は、ガスバリアフィルム２上で、電極３と同一面上に設けられている。また、閉塞部１５は、孔部１４内に設けられていてもよい。閉塞部１５は、有機層１２から孔部１４を通じて有機機能層４へ水分が侵入することを抑制することが好ましい。閉塞部１５は、例えば水蒸気透過度が、有機層１２よりも低い材料により形成されている。また、閉塞部１５は、例えば光透過性、及び可撓性を有していることが好ましい。閉塞部１５は、例えば無機化合物によって形成されている。閉塞部１５に用いられる無機化合物の一例は、ケイ素やアルミニウムの酸化物や窒化物、又はチタンの酸化物である。閉塞部１５は、仕様に応じた層厚で形成されている。例えば、閉塞部１５は、電極３と同程度の層厚であることが好ましい。

ガスバリアフィルム２及びガスバリアフィルム６の間において、閉塞部１５の周辺には、周辺部１６が設けられている。周辺部１６は、例えば絶縁層及び接着層などであることが好ましい。

図２に示すように、本例の場合、孔部１４は、ガスバリアフィルム２の面において、電極３と離間して配置されている。本例の場合、孔部１４の上側には、電極３が設けられない。孔部１４の直上において、電極３と同一面上には、閉塞部１５が形成されている。

次に、図３を用いて、有機デバイス１の製造手順について、作用とともに説明する。
図３（ａ）に示すように、有機デバイス１の作製前に、ガスバリアフィルム２が準備される。ガスバリアフィルム２は、公知の成膜方法によって形成される。本例のガスバリアフィルム２において、基材フィルム１０の上に設けられたバリア層１１は、有機層１２及び無機層１３が交互に積層され、かつ最上層が無機層１３となるように設けられる。

図３（ｂ）に示すように、バリア層１１の最上層の無機層１３に孔部１４が形成される。孔部１４は、例えばエッチング法により形成される。これにより、最上層の無機層１３には、複数の孔部１４が設けられる。孔部１４は、無機層１３を積層方向に貫通する。

ガスバリアフィルム２は、孔部１４が設けられた後、孔部１４が露出した状態で乾燥処理される。乾燥処理では、有機層１２に吸収された水分を除去する。乾燥処理は、例えば加熱乾燥である。仮に、孔部１４が無い場合、無機層１３が水分を通過させ難いことを前提とすれば、無機層１３に挟まれた有機層１２内の水分が除去できないといった事態が発生する。一方、本例の場合、水分は、有機層１２から孔部１４を通って、ガスバリアフィルム２の外へ放出される。従って、有機層１２中に水分が残留するのを抑制できる。

図３（ｃ）に示すように、乾燥処理の後、ガスバリアフィルム２の上に、閉塞部１５が形成される。本例の場合、まずガスバリアフィルム２の面を覆うように閉塞部１５の原形となる薄膜１５ａが成膜される。薄膜１５ａは、例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法、スパッタリング法、及びコーティング法などによって成膜される。

そして、図３（ｄ）のように、薄膜１５ａから、不要な部分を除去して閉塞部１５がパターニングされる。閉塞部１５は、孔部１４の上で、孔部１４を塞ぐように形成される。閉塞部１５は、例えばエッチングによりパターニングされる。なお、閉塞部１５の形成方法は、成膜及びエッチングに限定されず、例えばメタルマスクを用いたマスク蒸着などにより行われてもよい。

図３（ｅ）に示すように、閉塞部１５が形成された後、ガスバリアフィルム２上に、電極３が形成される。本例の場合、まずガスバリアフィルム２の面を覆うように電極３の原形となる薄膜３ａが成膜される。

そして、図３（ｆ）に示すように、薄膜３ａから、不要な部分を除去して電極３がパターニングされる。電極３は、例えばエッチングによりパターニングされる。なお、電極３の成膜方法、及びパターニング方法には、公知の方法を用いることができる。また、電極３の形成方法は、成膜及びエッチングに限定されず、マスク蒸着などにより行われてもよい。

有機デバイス１は、電極３の形成の後、有機機能層４及び他の電極５が積層される。また、さらに絶縁層や接着層が積層されてもよい。これらの積層方法には、公知の方法を用いることができる。各層が積層されると、ガスバリアフィルム６が、ガスバリアフィルム２と対向するように貼り合わされる。

上記のように作製された有機デバイス１は、ガスバリアフィルム２，６によって有機機能層４を外気から遮断する。また、閉塞部１５は、孔部１４を通じて水分が有機機能層４へ侵入するのを抑制する。

以下、本実施形態の効果について説明する。
本例では、バリア層１１の無機層１３に設けられ、無機層１３を積層方向に貫通する孔部１４と、孔部１４を塞ぐ閉塞部１５とを備える。この構成によれば、バリア層１１を乾燥させる処理において、孔部１４からバリア層１１中の水分を放出することができる。また、有機デバイス１を作製した後は、閉塞部１５が孔部１４から水分が通過することを抑制する。これにより、有機機能層４の劣化を抑制できる。

本例では、孔部１４は、バリア層１１の最上層に位置する無機層１３に設けられている。この構成によれば、乾燥処理において、孔部１４を露出させた状態で乾燥させることができる。これは、有機層１２からの残留水分の除去に有利である。

本例では、閉塞部１５は、電極３と同一面に設けられている。この構成によれば、電極３と閉塞部１５とを積み重ねる場合と比較して、有機デバイス１全体の厚さを薄くできる。

本例では、孔部１４は、バリア層１１の面上において、電極３から離間した位置に設けられている。この構成によれば、電極３の上に有機機能層４が積層されることを前提とすれば、孔部１４から有機機能層４を離間することができる。そのため、仮に孔部１４を通じて水分が侵入したとしても、侵入した水分が有機機能層４に到達しにくくなる。これは、有機機能層４の劣化抑制に寄与する。

本例では、閉塞部１５は、水分を透過し難い無機化合物によって形成されている。この構成によれば、水分の侵入抑制に好適な材質となる。これは、有機機能層４の劣化抑制に寄与する。

本例では、孔部１４が露出した状態でバリア層１１を乾燥させる乾燥処理を行う。この構成によれば、孔部１４を通じて、有機デバイス１の外部へ残留水分を放出させることができる。

＜第２実施形態＞
次に、有機デバイス及び製造方法の第２実施形態を図４に従って説明する。第２実施形態は、第１実施形態と同一構成であり、製造方法が異なるだけである。従って、各部材には第１実施形態と同一の符号を付し、異なる部分のみ詳述する。

以下、図４を用いて、第２実施形態における有機デバイス１の製造方法を説明する。
図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、有機デバイス１の作製前に、ガスバリアフィルム２が準備されている。そして、バリア層１１の最上層の無機層１３に孔部１４が形成される。

図４（ｃ）に示すように、孔部１４が設けられた後、ガスバリアフィルム２の上に電極３が形成される。電極３は、成膜及びエッチングによって形成されてもよいし、マスク蒸着などによって形成されてもよい。

有機デバイス１は、電極３が形成された後、孔部１４が露出した状態で乾燥処理が行われる。乾燥処理により、有機層１２に吸収された水分は、孔部１４を通じて除去される。
図４（ｄ）に示すように、乾燥処理の後、孔部１４を塞ぐように閉塞部１５が形成される。閉塞部１５は、成膜及びエッチングによって形成されてもよいし、マスク蒸着などによって形成されてもよい。また、有機デバイス１には、有機機能層４、他の電極５、及びガスバリアフィルム６などが積層される。

上記の製造方法においても、乾燥処理において、孔部１４からバリア層１１中の水分を放出することができる。また、閉塞部１５を設けた後は、孔部１４を水分が通過することを抑制できる。

＜第３実施形態＞
次に、有機デバイス及び製造方法の第３実施形態を図５及び図６に従って説明する。第３実施形態では、電極３と孔部１４との位置関係の点で主に第１実施形態及び第２実施形態と異なる。従って、第１実施形態と同一の部材構成については、同一の符号を付し、その詳細な説明を省略し、異なる部分のみ詳述する。

図５に示すように、電極３は、ガスバリアフィルム２上において孔部１４の上に設けられている。すなわち、孔部１４は、電極３と接する位置に設けられている。孔部１４は、バリア層１１の面方向において、電極３の中央付近に設けられている。電極３の中央付近とは、例えば電極３の周縁から所定の距離以上離間した位置である。

本例の場合、閉塞部１５は、電極３と同材質で形成されたダミー電極３ｂである。ダミー電極３ｂは、例えば電源に接続されない。また、例えば、ダミー電極３ｂの上には、有機機能層４及び他の電極５が積層されない。

次に、図６を用いて本実施形態の有機デバイス１の製造手順を説明する。
図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、有機デバイス１の作製前に、ガスバリアフィルム２が準備されている。そして、バリア層１１の最上層の無機層１３に孔部１４が形成される。孔部１４が形成された後、孔部１４が露出した状態で乾燥処理が行われる。

図６（ｃ）に示すように、乾燥処理が終わると、ガスバリアフィルム２を覆うように、電極３及びダミー電極３ｂの原形となる薄膜３ａが成膜される。
図６（ｄ）に示すように、薄膜３ａが成膜された後、薄膜３ａから電極３及びダミー電極３ｂが形成される。また、有機デバイス１には、有機機能層４、他の電極５、及びガスバリアフィルム６などが積層される。

ここで、仮に有機層１２中の残留水分が孔部１４を通じて侵入する場合を考える。電極３が水分を透過しないことを前提とすれば、水分は、有機層１２から電極３に接する孔部１４を通って、電極３及びバリア層１１の間の境界に至る。そして、水分は、電極３及びバリア層１１の間の境界に沿って、平面方向に移動し、電極３の周縁を回りこんで有機機能層４に到達する。図中の矢印３１は、水分の移動方向を示している。これは、例えば電極３及びバリア層１１の間の境界に、微小な隙間がある場合に生じる。本例の場合、電極３の下に位置する孔部１４は、平面方向において、電極３の中央付近に設けられている。そのため、有機層１２から孔部１４を通って有機機能層４へ繋がる経路が長くなる。よって、それだけ水分が、有機機能層４へ到達し難くなる。

以下、本実施形態の効果について説明する。
本例では、孔部１４は、バリア層１１の平面方向において、電極３の中央付近に設けられている。この構成によれば、仮に有機層１２から孔部１４を通って、水分が侵入した場合でも、電極３の周縁を回り込むため、水分の移動経路が長い。よって、それだけ水分が、有機機能層４に到達し難い。これは、有機機能層４の劣化抑制に寄与する。

本例では、閉塞部１５は、電極３と同じ材料によって形成されるダミー電極３ｂである。この構成によれば、電極３の積層と同じ工程で閉塞部１５を設けることができる。これは、製造工程の簡略化に寄与する。

なお、本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
［ガスバリアフィルム２について］
・各実施形態において、基材フィルム１０の材質は、特に限定されない。例えば、ＰＥＴなどの合成樹脂を用いてもよいし、ガラスフィルムでもよい。
・各実施形態において、無機層１３の材質は、特に限定されない。例えば、金属酸化物、金属窒化物、ケイ素酸化物、及びケイ素窒化物などの無機化合物を用いてもよい。
・各実施形態において、有機層１２の材質は、特に限定されない。例えば、エポキシ樹脂や、シリコーン樹脂などの熱硬化性樹脂を用いてもよい。
・各実施形態において、基材フィルム１０、有機層１２、及び無機層１３の層厚は特に限定されない。それぞれ異なっていても良いし、同じでもよい。
・各実施形態において、ガスバリアフィルム２が可視光に対して光透過性を有していることは、必須ではない。また、各材質自体が無色透明でなくてもよく、可視光の吸収を小さくするような層厚で形成されていてもよい。
・各実施形態において、ガスバリアフィルム２が可撓性を有していることは、必須ではない。また、各材質自体の弾性が低くなくてもよく、曲げられるような層厚で形成されていてもよい。
・各実施形態において、ガスバリアフィルム２の成膜方法は、特に限定されず、公知の成膜方法によって作製できる。
・各実施形態において、バリア層１１の積層構造の層数は、特に限定されない。

［孔部１４について］
・各実施形態において、孔部１４の口径は特に限定されない。また、積層方向で口径が不均一でもよい。
・各実施形態において、孔部１４の形状は限定されない、円柱状でも、四角注状でも、多角注状でもよい。
・各実施形態において、孔部１４の形成方法は、特に限定されない。例えばエッチング法により設けられてもよいし、機械的な方法で設けられてもよい。また、無機層１３を成膜する際に、マスク蒸着などによってパターニングされて設けられてもよい。
・各実施形態において、孔部１４は、バリア層１１において最上層以外の無機層１３に設けられてもよい。

［閉塞部１５について］
・各実施形態において、閉塞部１５の材質は、特に限定されない。例えば、金属酸化物、金属窒化物、ケイ素酸化物、ケイ素窒化物などの無機化合物でもよい。
・各実施形態において、ひとつの閉塞部１５が、複数の孔部を塞ぐように設けられていてもよい。
・各実施形態において、閉塞部１５の層厚は特に限定されない。
・各実施形態において、閉塞部１５の周辺の周辺部１６には、絶縁層、接着層、電極３、有機機能層４、他の電極５及びこれらの組み合わせが設けられていてもよい。
・各実施形態において、閉塞部１５の上に電極３及び他の電極５が積層されてもよい。
・各実施形態において、バリア層１１と閉塞部１５との間に別の層があってもよい。
・各実施形態において、閉塞部１５の形成方法は、特に限定されない。例えば、エッチング法、マスク蒸着法、フォトリソグラフィ法、及び印刷法及びこれらの組み合わせを用いて形成されてもよい。また、形成方法は、ウェットプロセスでもドライプロセスでもよい。

［その他］
・各実施形態において、電極３の材質は、特に限定されない。例えば、ＩＴＯなどの透明電極など、公知の導電性材料を用いることができる。
・各実施形態において、他の電極５の材質は、特に限定されない。公知の導電性材料を用いることができる。また、ＩＴＯなどの透明電極であってもよい。
・各実施形態において、有機機能層４の構成は特に限定されない。例えば、単層構造でも、多層構造であってもよい。例えば、有機機能層４は、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層などを含んでいてもよい。
・各実施形態において、有機機能層４は電圧印加で発光するものに限定されない。例えば、トランジスタとして機能するものや、太陽電池として機能するものであってもよい。
・各実施形態において、電極３、有機機能層４、及び他の電極５の積層構造は、実施例に限定されない。
・各実施形態において、電極３が陰極で、他の電極５が陽極でもよい。
・各実施形態において、他の電極５とガスバリアフィルム６との間に、別の層が形成されていてもよい。例えば、接着層が形成されていてもよい。
・各実施形態において、ガスバリアフィルム２とガスバリアフィルム６とは、同じでもよいし、異なっていてもよい。
・各実施形態において、各層の表面に化学修飾が行われてもよい。例えば、各層の間の密着性を高めるためや、親和性を高めるため、又は親和性を低くするために化学修飾が行われてもよい。
・各実施形態において、有機デバイス１は、有機ＥＬデバイスであってもよいし、有機トランジスタであってもよいし、有機太陽電池であってもよい。

１…有機デバイス、２…ガスバリアフィルム、３…電極、４…有機機能層、５…電極、６…ガスバリアフィルム、１０…基材フィルム、１１…バリア層、１２…有機層、１３…無機層、１４…孔部、１５…閉塞部、１６…周辺部、３１…矢印。

Claims (8)

1. 基材上に、無機層及び有機層が交互に積層されたバリア層と、前記バリア層上に積層された電極とを有し、前記電極上に有機機能層が積層される有機デバイスであって、
   前記無機層に設けられ、前記無機層を積層方向に貫通する孔部と、
   前記孔部を塞ぐように設けられた閉塞部と、を備える有機デバイス。
2. 前記孔部は、前記バリア層の最上層に位置する前記無機層に設けられている
   請求項１に記載の有機デバイス。
3. 前記閉塞部は、前記電極と同一面上に配置されている
   請求項１又は請求項２に記載の有機デバイス。
4. 前記孔部は、前記バリア層の平面方向において、前記電極から離間した位置に設けられている
   請求項１から請求項３のうちいずれか一項に記載の有機デバイス。
5. 前記孔部は、前記バリア層の平面方向において、前記電極の中央付近に設けられている
   請求項１から請求項３のうちいずれか一項に記載の有機デバイス。
6. 前記閉塞部は、無機化合物によって形成されている
   請求項１から請求項５のうちいずれか一項に記載の有機デバイス。
7. 前記閉塞部は、前記電極と同材料で形成されている
   請求項１から請求項６のうちいずれか一項に記載の有機デバイス。
8. 基材上に、無機層及び有機層が交互に積層されたバリア層と、前記バリア層上に積層された電極とを有し、前記電極上に有機機能層が積層される有機デバイスの製造方法であって、
   前記無機層を積層方向に貫通する孔部を設けるステップと、
   前記孔部が露出した状態で、前記バリア層を乾燥させるステップと、
   前記孔部を、前記電極と同一面上に並ぶ閉塞部によって塞ぐステップと、を備える製造方法。