JP4972094B2 - フレキシブル基板を備えた素子の製造方法及びこれによって製造されたフレキシブル基板を備えた素子 - Google Patents

Description

本発明は、フレキシブル基板を備えた素子の製造方法及びこれによって製造されたフレキシブル基板を備えた素子に関する。

通常、有機発光素子（ＯＬＥＤ）は二つの電極（陽極及び陰極）及びこれら電極の間に位置する１層以上の有機層を含む。この構造を有する有機発光素子において、二つの電極の間に電圧を印加すれば、陽極からは正孔が、陰極からは電子が各々有機層に流入する。前記電子と前記正孔は、前記有機層において再結合して励起子を形成する。この励起子が再び基底状態に落ち、エネルギー差に対応する光子が放出される。このような原理によって、有機発光素子は可視光線を発する。これを利用して情報表示素子又は照明素子を製造することができる。

有機発光素子は、例えば、携帯電話の外部ウィンドウなどの５インチ以下の小型ディスプレイに広く応用されている。有機発光素子をさらに大きいディスプレイ製品に応用しようと試みられている。しかし、この応用分野には液晶表示装置（ＬＣＤ）が広く利用されている。価格や性能面で有機発光素子がＬＣＤに比べて優れているわけではない。従って、有機発光素子は市場へ参入するのが難しい。研究者らは、ＬＣＤと差別化できる有機発光素子に関して多くの研究を行っており、その一つがフレキシブル（ｆｌｅｘｉｂｌｅ）有機発光素子である。有機発光素子は自発光型であるため、その厚さは一般的に０．２μｍ以下である。したがって、基板の材質と厚さを適切に選択することにより、薄いフレキシブルディスプレイ素子を製作可能である。

従来の技術によるフレキシブル有機発光素子は、大きく３つの方法を用いて製造される。

第１に、プラスチックのような曲げられる基板上に直接有機発光素子を製造する方法である。この場合、基板が工程中で曲がりうるため、大面積基板を使うのが難しいという短所がある。

第２に、前記第１の方法を補うための方法として、有機発光素子の製造に従来用いられるガラスを母基板として利用する方法である。母基板上に薄いプラスチックなどの曲げうる基板を接合して、有機発光素子をその上に製造する。その後、ガラス基板からプラスチック基板を分離させる方法である。この場合にはガラス基板の硬質な性質のため、大面積の基板を用いることが可能である。

しかし、前記の方法などはプラスチック基板を射出又は積層工程を利用して製造するため、前記プラスチック基板の表面が荒い。また、前記プラスチック基板を母基板と接合する時に発生するホコリなどの欠陥によって、その後、真空蒸着を用いて製造される有機発光素子の寿命に致命的な影響を与える。

第３の方法は、ロール−トゥ−ロール（ｒｏｌｌ−ｔｏ−ｒｏｌｌ）工程であり、曲がりうるプラスチックなどの基板を使う点では第１の方法と同一である。しかしながら、この方法は、長い基板を巻きながら工程を行う点で第１の方法と違いがある。この方法は大量産性が可能であるという長所がある。しかし、この方法は、有機発光素子の製造に適用するのに十分な技術的水準には達していない。

前記理由のため、フレキシブル有機発光素子に関する研究が活発に進められているにもかかわらず、明確な商品化の成果は報告されていない。

そこで、本発明者らは前記問題点を解決できる新しい構造のフレキシブル発光素子の製造方法について研究していたところ、ガラスを母基板として利用し、基板として用いられるポリマー膜を化学気相蒸着法又は真空蒸着法によって前記母基板の上に形成し、素子をその上に形成し、最終的に素子がその上に形成された基板を母基板から分離することによって、フレキシブル基板を備えた大型の素子を製造できることを見出した。その結果、本発明者らは、本発明を完成した。

従って、本発明は、フレキシブル基板を備えた素子を製造する方法を提供することを目的とする。

本発明は、前記方法に従い製造されたフレキシブル基板を備えた素子を提供することを別の目的とする。

本発明の一形態によれば、フレキシブル基板を備えた素子の製造方法は、
１）母基板上に第１ポリマー膜層を化学気相蒸着法又は真空蒸着法によって形成するステップ、
２）前記第１ポリマー膜層上に、光学素子、電子素子及び、光学素子と電子素子との組み合わせからなる群から選択された素子を形成するステップ、
３）前記素子上に第２ポリマー膜層を化学気相蒸着法又は真空蒸着法によって形成するステップ、及び
４）前記素子の外縁部に沿って前記第１ポリマー膜層及び前記第２ポリマー膜層を切断し、前記第１ポリマー膜層、前記素子及び前記第２ポリマー膜層が順次積層された構造の前記素子を前記母基板から分離するステップを含む。

本発明に係るフレキシブル基板を備えた素子の製造方法によれば、ガラスを母基板として利用し、基板として用いられるポリマー膜を化学気相蒸着法又は真空蒸着法によって前記母基板の上に形成し、素子を形成し、最終的に前記素子が形成された前記基板を前記母基板から分離し、その結果、フレキシブル基板を備えた大型の素子を製造できる。さらに、有機発光素子を形成する基板と封止用物質とを同じ材質の物質で形成することによって、素子製造後に素子自体から生じるストレスにより前記素子は曲がらない。

以下、本発明について詳細に説明する。

本発明の一形態に係るフレキシブル基板を備えた素子の製造方法の１）ステップにおいて、母基板はアセトンとメタノールを用いて最初に洗浄される。その後、前記母基板を真空チャンバーに入れて、化学気相蒸着法又は真空蒸着法によって第１ポリマー膜層を形成する。

前記母基板は、ガラス基板、金属板及びセラミックからなる群から選択された１種を含む。特にガラス基板を用いるのが好ましい。

真空気相蒸着法で製造され得るすべての種類の物質が、前記第１ポリマー膜層のポリマー用に使用可能である。ただし、素子の製造後、母基板から容易に分離できる物質である必要がある。前記ポリマーとしてはペリレンＮ、Ｃ、Ｄなどが好ましく、特にペリレンＣが蒸着速度の面で有利である。ペリレンＮ、Ｃ、及びＤの分子式は図１に示す。ペリレンは可視光領域で透明で、湿気や酸素を遮断する点で他のいかなるポリマー物質よりも優れていることが知られている。

第１ポリマー膜層は、母基板であるガラス基板を支持するための３つのピンの接触点を除いたガラス基板の面全体に蒸着される。第１ポリマー膜層はガラス基板との接着力が非常に弱いため、前記第１ポリマー膜層がガラス基板の面全体を覆わずに素子が製造される面だけ蒸着する場合、素子を製造する工程中に第１ポリマー膜層とガラス基板が分離され得る。従って、前記第１ポリマー膜層は、ガラス基板の面全体に蒸着される必要がある。第１ポリマー膜層とガラス基板の接着力が弱いため、素子製造工程後、ガラス基板から第１ポリマー膜層を容易に分離することができる。一方、ガラス基板に所定の表面処理を行い、第１ポリマー膜層とガラス基板との接着力を改善する場合、ガラス基板の面全体に第１ポリマー膜層を蒸着する必要はない。しかしながら、この場合、素子製造後にガラス基板と第１ポリマー膜層を互いに分離する際に問題が生じるかもしれない。したがって、第１ポリマー膜層をガラス基板の面全体に蒸着させるのが好ましい。この時、第１ポリマー膜層の厚さは５〜１０００μｍ、好ましくは１０〜１００μｍである。

上記のように、有機発光素子を製造するために用いられ、かつ曲げられうる基板を母基板上に真空気相蒸着法を利用して形成するため、射出、圧出などの加工によって発生するプラスチック基板上のホコリ発生が防止される。表面粗さも有機発光素子の製造に十分なほど良好である。

２）ステップにおいて、前記第１ポリマー膜層上に、光学素子、電子素子及び、光学素子と電子素子との組み合わせからなる群から選択された素子が形成される。

前記素子は、第１ポリマー膜層上に形成された陽極電極、多層構造の有機物、及び陰極電極を備える有機発光素子であってもよい。

前記素子は、有機発光素子の他に、有機／無機薄膜トランジスタ、シリコン薄膜トランジスタ及び液晶からなる群から選択された１種であってもよい。

３）ステップにおいて、前記２）ステップで製造された、母基板上に第１ポリマー膜層、及び素子が順次積層された構造の素子を真空チャンバーに入れる。化学気相蒸着法又は真空蒸着法によって第２ポリマー膜層を形成する。これは外部空気から素子を保護するための封止工程である。この時、第２ポリマー膜層の厚さは５〜１０００μｍ、好ましくは１０〜１００μｍである。

第２ポリマー膜層に用いたポリマーは、第１ポリマー膜層に用いたポリマーと同一の材質のポリマーを使用するのが、ポリマーの熱膨張係数差によるストレスがないので望ましい。しかし、第１ポリマー膜層のポリマー以外の他のポリマーを使用してもよい。また、第１ポリマー膜層と第２ポリマー膜層を同一の材質で形成する場合、第１ポリマー膜層と第２ポリマー膜層との厚さの差を２０％以下にすれば自発的に発生するストレスを防止することができる。

４）ステップにおいて、刃物などを利用して素子の外縁部に沿って第１ポリマー膜層及び第２ポリマー膜層を切断し、第１ポリマー膜層、素子及び第２ポリマー膜層が順次積層された構造の素子を母基板から分離する。母基板から第１ポリマー膜層を容易に分離するために、母基板と第１ポリマー膜層は、気相蒸着で得られる前記第１ポリマー膜層と前記母基板との間で、例えば、化学的に互いに結合せず、又は互いに強く接着しないように、互いに弱く物理的に付着しているのが好ましい。特に第１ポリマー膜層がペリレンから形成される場合、ペリレンと母基板を形成するガラスとの接合力が非常に弱いため、母基板と第１ポリマー膜層が容易に分離できる。

本発明の一実施形態の素子の製造方法により、母基板上に第１ポリマー膜層を真空気相蒸着法で形成し、それにより、曲げられうる基板を形成し、光学素子または電子素子をその上に製造し、製造された素子上に第２ポリマー膜層を真空気相蒸着法で蒸着し、母基板をそこから分離させることによって、曲げられうる多様な素子を製造することができる。

本発明の一実施形態に係る、フレキシブル基板を備えた有機発光素子の製造過程を図３に示す。

一方、前記４）ステップにおいて、素子の外縁部に沿って第１ポリマー膜層及び第２ポリマー膜層を切断した後、切断された領域内部の第２ポリマー膜層に粘着剤を塗布し、フレキシブルポリマーフィルムまたは金属フィルムを付着するステップを、素子を母基板から分離する前に、さらに含んでもよい。

また、第１ポリマー膜層が積層された素子の反対面に粘着剤を塗布し、フレキシブルポリマーフィルムや金属フィルムを付着するステップを、母基板から素子を分離した後、さらに含んでもよい。

前記フレキシブルポリマーフィルムとしては、光透過性のフィルムであればいかなるフィルムも使用可能である。ＰＥＴフィルムを用いるのが好ましい。金属フィルムの場合、光が発光される反対面にだけ金属フィルムを付着させる必要がある。

以下、本発明の理解を助けるために好ましい実施形態を提示する。しかし、下記の実施形態は本発明をよりよく理解するために提供されるだけで、これによって本発明の内容が限定されるものではない。

第１の実施形態：本発明の第１の実施形態に係るフレキシブル基板を備えた有機発光素子の製造
母基板としてはガラス基板を、有機発光素子製造のための基板及び封止物質としてはペリレンＣを使用する。

母基板の１００×１００ｍｍ²サイズのガラス基板をアセトンとメタノールを用いてまず洗浄する。その後、洗浄されたガラス基板をペリレン（Ｐａｒｙｌｅｎｅ）蒸着装置に入れる。ペリレン蒸着装置内で気相蒸着法を用いて第１ペリレン層を３０μｍの厚さで蒸着する。ペリレンは、母基板であるガラス基板を支持するための３つのピンの接触点を除いたガラス基板の面全体に蒸着する。ペリレン蒸着工程の概念図を図２に示す。母基板に第１ペリレン層を蒸着した後、陽極電極、多層構造の有機物、及び陰極電極を形成してその上に有機発光素子を製造する。その後、外部空気から有機発光素子を保護するための封止工程として、第１ペリレン層及び有機発光素子が母基板上に順次積層された構造の前記製造された素子をペリレン蒸着装置に入れる。さらに、気相蒸着法で第２ペリレン層を３０μｍの厚さで蒸着する。母基板から有機発光素子を分離するために、有機発光素子の外縁部に沿って刃物などを用いて二層のペリレン膜を切断する。その後、第１ペリレン層、有機発光素子層及び第２ペリレン層を含む構造の素子を母基板から分離して、素子を製造する。

前記製造された有機発光素子は、全体の厚さが約６０μｍ程度で、容易に曲げることができ、かつ、正常に動作する。

本発明の第１の実施形態に係るフレキシブル基板を備えた有機発光素子の製造過程を図３に示す。

前記製造されたフレキシブル基板を備えた有機発光素子の発光及び非発光時の写真を図４に示す。

図４に示すとおり、本発明の第１の実施形態に係るフレキシブル基板を備えた有機発光素子は、曲率半径１ｃｍ以内で曲げた状態でも光が放出されていることが分かる。

第２の実施形態：本発明の第２の実施形態に係るフレキシブル基板を備えた素子の製造
前記第１の実施形態に従えば、第１及び２ペリレン層の厚さは各々３０μｍである。合計６０μｍの厚さの素子は非常に容易に曲げられ、むしろ損傷しやすい。このような短所を補完すると同時に厚いペリレン層の蒸着時間を減らすための方法として、フレキシブルポリマーフィルムまたは金属フィルムを素子の一面又は両面にさらに付着させてもよい。

この実施形態による素子の製造方法は、母基板上に第１ペリレン層、有機発光素子及び第２ペリレン層を形成し、その後、２つのペリレン層を切断する工程までは第１の実施形態の方法と同一である。この時、第１及び２ペリレン層の厚さが各々１０μｍである。さらなるフィルムが付着されるので、ペリレン層の厚さを厚くする必要がない。

前記第１の実施形態に従い製造された素子から第１ペリレン層及び第２ペリレン層を切断した後、切断された領域内部の第２ペリレン層に粘着剤を塗布し、ＰＥＴフィルムを付着させる。その後、第１ペリレン層と母基板を分離して素子を製造する。

また、前記第１ペリレン層が付着された素子の反対面に粘着剤を塗布し、その後、ＰＥＴフィルムを付着させてもよい。

ＰＥＴフィルムの厚さは約１００μｍであり、製造された有機発光素子の物理的強度は優れている。

ＰＥＴが片面に付着した、フレキシブル基板を備えた有機発光素子の製造過程を図５に示す。ＰＥＴが両面に付着した、フレキシブル基板を備えた有機発光素子の製造過程を図６に示す。ＰＥＴフィルムは、光透過性があるフィルムであれば他のどのようなフィルムと置き換えてもよい。金属フィルムも前記のＰＥＴフィルムと置き換えてもよく、しかし、光が発光される反対面にのみ金属フィルムを付着させる必要がある。

第３の実施形態及び第４の実施形態
封止物質としてペリレンＣの代わりにペリレンＮを使用したのを除き、第１の実施形態および第２の実施形態と同一の工程により、フレキシブル基板を備えた有機発光素子を製造する。第１の実施形態および第２の実施形態と同じ結果を得た。

ペリレンＮ、Ｃ、及びＤの分子式を示した図である。 ペリレン蒸着工程を示す概念図である。 本発明の一実施形態に係るフレキシブル基板を備えた有機発光素子の製造工程を示した図である。 本発明の一実施形態に係るフレキシブル基板を備えた有機発光素子の発光及び非発光時の写真を示した図である。 本発明の一実施形態に係るフレキシブル基板を備えた有機発光素子であって、その片面にＰＥＴを付着させた有機発光素子の製造工程を示した図である。 本発明の一実施形態に係るフレキシブル基板を備えた有機発光素子であって、その両面にＰＥＴを付着させた有機発光素子の製造工程を示した図である。

Claims (10)

1. １）母基板上に第１ポリマー膜層を化学気相蒸着法又は真空蒸着法によって形成するステップ、
   ２）前記第１ポリマー膜層上に、光学素子、電子素子及び、光学素子と電子素子との組み合わせからなる群から選択された素子を形成するステップ、
   ３）前記素子上に第２ポリマー膜層を化学気相蒸着法又は真空蒸着法によって形成するステップ、及び
   ４）前記素子の外縁部に沿って前記第１ポリマー膜層及び前記第２ポリマー膜層を切断し、前記第１ポリマー膜層、前記素子及び前記第２ポリマー膜層が順次積層された構造の前記素子を、前記母基板から分離するステップ
   を含み、
   前記第１ポリマー膜層と前記第２ポリマー膜層が同じ材料で形成され、かつ、前記２つのポリマー膜層の厚み差が２０％以内である
   フレキシブル基板を備えた素子の製造方法。
2. 前記１）ステップにおいて、前記母基板が、ガラス基板、金属板、およびセラミックからなる群から選択された１種を含む請求項１に記載のフレキシブル基板を備えた素子の製造方法。
3. 前記１）ステップにおいて、前記第１ポリマー膜層が、前記母基板の面全体に蒸着されている請求項１に記載のフレキシブル基板を備えた素子の製造方法。
4. 前記２）ステップで形成された前記素子が、有機発光素子、有機／無機薄膜トランジスタ、シリコン薄膜トランジスタ、および液晶からなる群から選択される請求項１に記載のフレキシブル基板を備えた素子の製造方法。
5. 前記第１ポリマー膜層のポリマー及び前記第２ポリマー膜層のポリマーが、同一であり、かつポリパラキシレン、ポリモノクロロパラキシレンおよびポリジクロロパラキシレンの中から選択される請求項１に記載のフレキシブル基板を備えた素子の製造方法。
6. 前記第１ポリマー膜層及び前記第２ポリマー膜層の厚さが、５〜１０００μｍである請求項１に記載のフレキシブル基板を備えた素子の製造方法。
7. 前記４）ステップにおいて、前記素子の外縁部に沿って前記第１ポリマー膜層及び前記第２ポリマー膜層を切断した後、前記第１ポリマー膜層、前記素子及び前記第２ポリマー膜層が順次積層された構造の前記素子を前記母基板から分離する前に、切断された領域内部の前記第２ポリマー膜層に粘着剤を塗布し、フレキシブルポリマーフィルムまたは金属フィルムを付着させるステップをさらに含む請求項１に記載のフレキシブル基板を備えた素子の製造方法。
8. 前記母基板から前記素子を分離した後、前記素子の反対面であり、かつ前記第１ポリマー膜層が積層された面に粘着剤を塗布し、フレキシブルポリマーフィルムまたは金属フィルムを付着させるステップをさらに含む請求項７に記載のフレキシブル基板を備えた素子の製造方法。
9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載の製造方法によって製造された素子。
10. 前記素子が、有機発光素子、有機／無機薄膜トランジスタ、シリコン薄膜トランジスタ、および液晶からなる群から選択される請求項９に記載の素子。

Images