JP5136865B2 - 有機ｅｌパネルの封止方法及び封止装置 - Google Patents
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Description
本発明は有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子を用いた有機ＥＬパネルの封止方法及びその封止方法に用いられる封止装置に関するものである。
従来、発光素子として、ガラス材料からなる透光性の支持基板上に、陽極となるＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）等からなる透明電極と、正孔注入層、正孔輸送層、発光層及び電子輸送層等からなる有機層と、陰極となるアルミニウム（Ａｌ）等からなる非透光性の背面電極と、を順次積層形成して構成される有機ＥＬ素子が知られている。有機ＥＬ素子を用いた有機ＥＬパネルは、自発光型平面表示装置として近年脚光を浴びており、液晶表示装置と比較して視野角依存性が少ない、コントラスト比が高い、薄膜化が可能であるなどの利点から各所で研究開発が行われている。
一般に有機層は水分や酸素で劣化するため、有機ＥＬパネルの製造に際しては、有機ＥＬ素子を気密的に覆うべく支持基板とガラスや金属からなる封止基板とを紫外線硬化型接着剤を介して接合する封止工程が行われる（例えば特許文献１参照）。
支持基板と封止基板との接合は、封止装置に備えられる載置台に封止基板を配設し、載置台を上昇させて支持基板に対して所定の圧力を加えた状態で封止基板を当接させ、その後支持基板側から紫外線を照射して接着剤を硬化させることでなされる。このとき、支持基板は所定の遮光パターンを有する遮光マスクと接するように配設される。遮光マスクは有機ＥＬ素子に紫外線が照射されて劣化することを防止し、接着剤のみに紫外線が照射されるようにするためのものである。支持基板が接する遮光マスクと封止基板が接する載置台とは、封止工程が連続して行われることにより紫外線照射が繰り返されると初期状態から徐々に温度が上昇し、熱の出入りのバランスがとれた温度で安定する。両基板は、熱膨張による伸びが異なる状態で接合されるとその後に有機ＥＬパネルに湾曲が生じるため、遮光マスク及び載置台は支持基板及び封止基板の熱膨張率の違いも考慮して両者の温度差が安定した状態で接合された場合に有機ＥＬパネルに湾曲が生じないようそれぞれの材質や厚さ等が設計される。通常遮光マスクに対して載置台が２〜１０℃程度高い状態で両者の温度差が安定する。
しかしながら、生産初期（封止工程の実施回数が少ない状態）では熱容量の違いから遮光マスクの方が載置台より温度が速く上昇するため両者の温度差が安定状態とは異なり、かかる状態で接合された有機ＥＬパネルは熱膨張による両基板の伸びが異なるため湾曲が生じるという問題点があった。湾曲した有機ＥＬパネルには熱収縮による残存応力があり、僅かな衝撃でも破損するおそれがある。また、特許文献１には、載置台にヒータ等の加熱手段を設けて封止基板の温度を調整する方法が開示されているが、かかる方法では遮光マスクの温度が安定するまでは封止工程の実施毎に載置台の温度調整をする必要があり、生産性が低下するため更なる改良の余地があった。
本発明は、このような問題に鑑み、封止工程における生産性を低下させることなく湾曲のない有機ＥＬパネルを得ることが可能な有機ＥＬパネルの封止方法及び封止装置を提供することを目的とする。
本発明は、前記課題を解決するために、有機ＥＬ素子が形成された支持基板を所定の遮光パターンを有する遮光マスクと接するように配設し、前記有機ＥＬ素子を気密的に覆うための封止基板が配設された載置台を移動させて前記封止基板を紫外線硬化型の接着剤を介して前記支持基板に重ね合わせ、前記遮光マスク側から紫外線を照射して前記接着剤を硬化させて前記支持基板と前記封止基板とを接合する有機ＥＬパネルの封止方法であって、前記支持基板及び前記封止基板を配設する前に、前記遮光マスクと前記載置台とを同時に加熱し、さらに前記遮光マスクと前記載置台との温度差が安定状態となるまで放置冷却することを特徴とする。
本発明は、前記課題を解決するために、所定の遮光パターンを有する遮光マスクと、前記遮光マスクに向けて移動可能な載置台と、紫外線を照射する紫外線照射手段と、を有し、有機ＥＬ素子が形成された支持基板を前記遮光マスクと接するように配設し、封止基板を前記載置台上に配設し、前記載置台を移動させて前記封止基板と紫外線硬化型の接着剤を介して前記支持基板に重ね合わせ、前記紫外線照射手段により前記遮光マスク側から紫外線を照射して前記接着剤を硬化させて前記支持基板と前記封止基板とを接合する封止装置であって、前記支持基板及び前記封止基板を配設する前に、前記遮光マスクと前記載置台とを同時に加熱し、さらに前記遮光マスクと前記載置台との温度差が安定状態となるまで放置冷却してなることを特徴とする。
本発明は有機ＥＬパネルの封止方法及び封止装置において、封止工程における生産性を低下させることなく湾曲のない有機ＥＬパネルを得ることが可能となる。
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づき説明する。
図１から図３を用いて有機ＥＬパネルの構造の一例について説明する。有機ＥＬパネル１は、支持基板２，透明電極３，絶縁層４，有機層５，背面電極６及び封止基板７とから構成されている。
支持基板２は、例えばガラス材料からなる長方形状の透光性基板であり、有機ＥＬ素子を形成するための支持基板である。
透明電極３は、支持基板２上にＩＴＯ等の導電性材料によって構成され、日の字型の表示セグメント部３ａと、個々のセグメントからそれぞれ引き出し形成されたリード部３ｂと、リード部３ｂの終端部に設けられる電極部３ｃとを備えている。電極部３ｃ群は、支持基板２の一辺に集中的に配設される。
絶縁層４は、ポリイミド系等の絶縁材料からなり、表示セグメント部３ａに対応した窓部４ａと、背面電極６の後述する電極部に対応する切り欠き部４ｂとを有し、発光領域の輪郭を鮮明に表示するため、透明電極３の表示セグメント部３ａの周縁部と若干重なるように窓部４ａが形成され、また、透明電極３と背面電極６との絶縁を確保するためにリード部３ｂ上を覆うように配設される。
有機層５は、少なくとも有機発光層を有するものであれば良いが、本発明の実施の形態においては正孔注入層，正孔輸送層，発光層及び電子輸送層を順次積層形成してなるものである。有機層５は、絶縁層４における各窓部４ａの形成箇所に対応するように所定の大きさをもって配設される。
背面電極６は、アルミ等の非透光性の導電性材料から構成され、有機層５上に配設される。背面電極６は、透明電極３における各電極部３ｃが形成される支持基板２の一辺に設けられるリード部６ａと電気的に接続される。尚、リード部６ａの終端部には、電極部６ｂが設けられ、リード部６ａ及び電極部６ｂは透明電極３と同材料により形成される。
封止基板７は、ガラス材料からなるもので、透明電極３，絶縁層４，有機層５及び背面電極６からなる有機ＥＬ素子８を収納するための凹部形状の収納部７ａを有し、透明電極３の電極部３ｃ及び背面電極６の電極部６ｂが露出するように支持基板２よりも若干小さめに構成されるとともに、支持基板２と接着剤９を介して接合するため収納部７ａの全周を取り巻くように形成される接合部７ｂが設けられている。封止基板７は、成形，エッチング法，サンドブラスト法及び切削の適宜手段によって得られるものである。
紫外線硬化型の接着剤９は、紫外線照射で硬化するエポキシ系樹脂やアクリル系樹脂等からなり、グラスファイバーからなるスペーサが含有されている。
以上の各部によって有機ＥＬパネル１が構成される。
次に、図４から図８を用いて有機ＥＬパネル１の封止方法について説明する。
まず、透明電極３，絶縁層４，有機層５及び背面電極６からなる有機ＥＬ素子８を、蒸着もしくはスパッタリング法等の手段により複数形成した多数個取り用の支持基板２０を用意する。また、各有機ＥＬ素子８に対応し、各有機ＥＬ素子８を収納する凹部形状の複数の収納部７０ａ（７ａ）と、各収納部７０ａの周縁を取り巻くとともに、支持基板２０に接合するための複数の接合部７０ｂ（７ｂ）とを備えた多数個取り用の封止基板７０を用意する（図４（ａ）参照）。
封止基板７０の接合部７０ｂの形成個所には、接着剤９がディスペンス方式もしくは印刷方式により塗布される（図４（ａ））。接着剤９の塗布について、図６を用いて詳述する。図６は封止基板７０を示す平面図であり、収納部７０ａが縦，横方向に列状に形成されている。収納部７０ａの周縁には、支持基板２０と接着剤９を介して接合するための接合部７０ｂがぞれぞれ形成されており、各収納部７０ａ間の接合部７０ｂは、後述する切断工程によって個々の有機ＥＬパネル１を得るための切断位置が確保され、広域部７１が形成されている。
接着剤９は、図６に示す配設パターン７２に沿って封止基板７０の接合部７０ｂ及び広域部７１に塗布されるものである。接着剤９は、各収納部７０ａの取り巻くように環状に全周に渡って塗布されるものであるが、広域部７１においては、略Ｘ字状の塗布パターン７２となっている。即ち、支持基板２０と封止基板７０との接着工程において、所定の圧力が付与される状態となるが、接着剤９は、広域部７１における配設パターン７２の交差領域から外方に向かって広がることになり、両部材の良好な接合が得られることから、収納部７０ａ内への外気の侵入を阻止することができる。また、ディスペンス方式によって接着剤９を塗布する場合において、ディスペンサを用いた一筆書きにて接着剤９を接合部７０ｂ及び広域部７１に供給できることから、接着剤９の塗布時の生産性を向上させることができる。尚、接着剤９の塗布には、ディスペンス方式もしくは印刷方式が用いられが、多数機種少量生産に対応させる製造ラインの場合ではディスペンス方式が望ましく、また少数機種大量生産に対応させる製造ラインでは印刷方式が望ましい。なお、接着剤９の塗布膜の厚さは、０．２ｍｍから０．４ｍｍ程度である。
次に、図７に示すような封止装置１００の封止室１０１にて支持基板２０と封止基板７０との接合を行う。
封止室１０１は、排気ポート１０２を介して図示しない真空ポンプで封止室１０１内が略真空状態になるように排気され、その後窒素導入口１０３から所定の酸素濃度を有する窒素が導入されることで、例えば酸素の濃度が１００ｐｐｍ以下で露点が−７０℃以下の窒素雰囲気が確保される。その場合の封止室１０１内の気圧は、１．０ａｔｍに保たれている。
封止室１０１の略中央には、支持基板２０と封止基板７０とを配設し、両部材２０，７０を重ね合わせるための重ね合わせ機構１０４が備えられている。封止室１０１の上方には、接着剤９に紫外線（ＵＶ）を照射するＵＶ照射手段１０５が備えられている。ＵＶ照射手段１０５は、例えば紫外線を照射するＵＶランプとこのＵＶランプを囲うボックスとからなる。また、ＵＶ照射手段１０５と重ね合わせ機構１０４との間には、ホルダー部１０６を介して配設され、ＵＶ照射手段１０５からの紫外線を部分的に遮断する遮光マスク１０７を配設するためのマスク配設部１０８が備えられている。遮光マスク１０７は、ガラスあるいは樹脂材料からなる平板部材にクロム（Ｃｒ）等の金属材料によって紫外線を部分的に遮光する遮光パターンを形成してなる。
重ね合わせ機構１０４は、支持基板２０を配設するための基板配設部１０４ａと、封止基板７０を配設するためのステージ（載置台）１０４ｂと、ステージ１０４ｂを例えばシリンダーからなる駆動手段によって上方に移動可能とする上昇機構１０４ｃとを備えている。基板配設部１０４ａ及びステージ１０４ｂは例えばＳＵＳ（ステンレス鋼）等の金属材料からなる。ステージ１０４ｂと上昇機構１０４ｃとの間には、バネ等からなる弾性部材１０４ｄが配設され、この弾性部材１０４ｄによって、上昇機構１０４ｃを上方に動作させて封止基板７０を支持基板２０に重ね合わせる際の支持基板２０及び封止基板７０の破損を防止している。
支持基板２０と封止基板７０との接合に際し、まず、封止室１０１内の遮光マスク１０７とステージ１０４ｂとの温度差を安定状態とする温度安定化工程Ｓ１を行う。温度安定化工程Ｓ１において、ＵＶ照射手段１０５は、図８に示すように、遮光マスク１０７及びステージ１０４ｂに向けて紫外線を照射し、遮光マスク１０７及びステージ１０４ｂを加熱する。このとき熱容量の違いから遮光マスク１０７はステージ１０４ｂよりも急激に温度が上昇し、遮光マスク１０７の温度がステージ１０４ｂの温度よりも高くなる。ここで、遮光マスク１０７及びステージ１０４ｂは、支持基板２０と封止基板７０との接合時にステージ１０４ｂの温度が遮光マスク１０７の温度よりも２〜１０℃高い状態で安定するように設計されている。したがって、加熱時においては遮光マスク１０７とステージ１０４ｂとの温度差は所望の温度差と異なる（逆転している）状態となっている。なお、紫外線照射よる加熱は、遮光マスク１０７及びステージ１０４ｂの温度が両者の温度差が安定する温度よりも高くなるまで行う。加熱後、紫外線照射を停止して遮光マスク１０７及びステージ１０４ｂを放置冷却する。このとき熱容量の違いから遮光マスク１０７はステージ１０４ｂよりも急激に温度が低下し、所定時間経過すると遮光マスク１０７の温度がステージ１０４ｂの温度よりも低くなり、その後両者の温度差は安定状態に至る。放置冷却は、遮光マスク１０７とステージ１０４ｂとの温度差が安定状態となるまで行う。
次に、封止室１０１内に支持基板２０及び封止基板７０を投入し、支持基板２０と封止基板７０とをそれぞれ基板配設部１０４ａ及びステージ１０４ｂに配設して、重ね合わせ機構１０４にて重ね合わせる第１の重ね合わせ工程Ｓ２を行う（図４（ｂ））。第１の重ね合わせ工程Ｓ２において、重ね合わせ機構１０４は、支持基板２０を基準位置とし、封止基板７０を支持基板２０へ上昇機構１０４ｃによって移動させ、封止基板７０に塗布した接着剤９が支持基板２０に接触した状態で上昇機構１０４ｃを停止させる。なお、基板配設部１０４ａは図示しない上昇機構によって遮光マスク１０７に向けて移動可能に設けられており、支持基板２０は遮光マスク１０７と接するように配設される。
次に、第１の重ね合わせ工程Ｓ２の終了後、もしくは封止基板７０と支持基板２０との重ね合わせ中に、封止室１０１内の気圧を前記真空ポンプによって減圧する第１の室内気圧調整工程Ｓ３を行う。封止室１０１は、減圧前の気圧値（１．０ａｔｍ）から第１の気圧値Ｐ１である、例えば０．７ａｔｍまで減圧される。この第１の気圧値Ｐ１からの減圧分（０．３ａｔｍ）は、封止基板７０の各収納部７ａの大きさと、広域部７１を含む接合部７ｂに塗布される接着剤９の厚みとにより定まる有機ＥＬ素子８を収納する凹部の体積（有機ＥＬ素子８を収納する収納空間の体積）に基づいて定まる内圧（内気圧）変化、即ち後述する第２の重ね合わせ工程Ｓ４における圧着時において、前記収納空間内の内圧の圧力上昇分を考慮して設定されるものである。
次に、封止室１０１を第１の気圧値Ｐ１に減圧した後に、封止基板７０を配設したステージ１０４ｂを上昇機構１０４ｃによって所定量上昇（移動量としては数ｍｍ程度）させて接着剤９を押しつぶし、支持基板２０と封止基板７０とを密着させる第２の重ね合わせ工程Ｓ４を行う（図４（ｃ））。
そして、前述の第２の重ね合わせ工程Ｓ４と同時に、封止室１０１内の気圧を前記第２の気圧値から減圧前の気圧である、第２の気圧値（１．０ａｔｍ）に昇圧するべく、所定の酸素濃度を有する窒素ガスを窒素導入口１０３から導入する第２の室内気圧調整工程Ｓ５を行う。
次に、ＵＶ照射手段１０５により遮光マスク１０７側から紫外線を所定時間照射して支持基板２０と封止基板７０との間に配設される接着剤９を硬化させる接着剤硬化工程Ｓ６を行う。なお、遮光マスク１０７により支持基板２０に形成される各有機ＥＬ素子８への紫外線が遮られ、接着剤９にのみ紫外線が照射される。その後封止室１０１内の上昇機構１０４ｃを下降させて重ね合わされた重合基板（有機ＥＬパネル）を封止室１０１から取り出す。
そして、前記重合基板の所定個所を例えばスクライブ法によって切断することで個々の有機ＥＬパネル１を得る（図４（ｄ））。
かかる有機ＥＬパネル１の封止方法及び封止装置は、遮光マスク１０７と接する支持基板２０とステージ１０４ｂと接する封止基板７０とをそれぞれの配置位置に配設する前に、遮光マスク１０７とステージ１０４ｂとを同時に加熱し、さらに両者の温度差が安定状態となるまで放置冷却するものである。
図９は、本実施形態における遮光マスク１０７及びステージ１０４ｂの温度推移を示す図である。図９に示すように、遮光マスク１０７及びステージ１０４ｂは初期状態から温度安定化工程Ｓ１で紫外線照射により加熱する期間においては、温度が上昇している。特に遮光マスク１０７は温度上昇が急激でありステージ１０４ｂよりも温度が高くなっている。そして、温度安定化工程Ｓ１で加熱後に放置冷却する期間において遮光マスク１０７の温度は急激に低下し、ステージ１０４ｂは緩やかに温度が低下する。そして所定時間経過後には遮光マスク１０７と徐々に温度が低下するステージ１０４ｂとの温度差が安定する。そして遮光マスク１０７とステージ１０４ｂとの温度差が安定した状態で生産（支持基板２０と封止部材７０とを接合するための工程Ｓ２〜Ｓ６）が開始されている。図９では、生産を繰り返し実行しており生産中の紫外線が照射されない期間（接着剤硬化工程Ｓ６以外の工程中）には遮光マスク１０７の温度低下が見られるもののその変化量は低く生産中に所望の温度差（２〜１０℃）を保つことが可能となっている。したがって、本発明によれば生産全体を通して湾曲のない有機ＥＬパネルを得ることができ、また、温度安定化工程Ｓ１の実行後はその都度温度調整を行うことなく連続して支持基板２０と封止基板７０との接合を行うことができることから生産性が低下することがない。
また、接着剤９を硬化させるためのＵＶ照射手段１０５によって遮光マスク１０７及びステージ１０４ｂに紫外線を照射して加熱することによって、容易に遮光マスク１０７及びステージ１０４ｂを同時加熱することができ、また専用の加熱手段が不要であるため製造コスト増加を抑制することができる。
なお、前述した実施形態では、セグメント型の有機ＥＬパネル１の封止方法及び封止装置を示したが、ドットマトリクス型の有機ＥＬパネルの封止方法に本発明を適用しても良い。
また、本発明の実施形態では、複数の有機ＥＬパネルを得るためのマルチ取り基板となる支持基板２０と封止基板７０を例に挙げて説明したが、本発明は、単一の有機ＥＬパネルを得るための支持基板と封止基板とを封止する方法に適用しても良いことは言うまでもない。
また、本発明の実施形態では、封止基板７０の接合部７０ｂに接着剤９が塗布され、支持基板２０を基準として、封止基板７０を支持基板２０側へ移動させることで両部材２０，７０を接合するものであったが、支持基板２０の封止基板７０との接合個所に接着剤９を塗布して支持基板２０と封止基板７０とを接合するものであっても良い。
本発明は、有機ＥＬパネルの封止方法及び封止装置に好適である。
１ 有機ＥＬパネル
２ 支持基板
３ 透明電極
４ 絶縁層
５ 有機層
６ 背面電極
７ 封止基板
７ａ 収納部
７ｂ 接合部
２０ 支持基板
７０ 封止基板
７０ａ 収納部
７０ｂ 接合部
１００ 封止装置
１０１ 封止室
１０２ 排出ポート
１０３ 窒素導入口
１０４ 重ね合わせ機構
２ 支持基板
３ 透明電極
４ 絶縁層
５ 有機層
６ 背面電極
７ 封止基板
７ａ 収納部
７ｂ 接合部
２０ 支持基板
７０ 封止基板
７０ａ 収納部
７０ｂ 接合部
１００ 封止装置
１０１ 封止室
１０２ 排出ポート
１０３ 窒素導入口
１０４ 重ね合わせ機構
Claims (6)
- 有機ＥＬ素子が形成された支持基板を所定の遮光パターンを有する遮光マスクと接するように配設し、前記有機ＥＬ素子を気密的に覆うための封止基板が配設された載置台を移動させて前記封止基板を紫外線硬化型の接着剤を介して前記支持基板に重ね合わせ、前記遮光マスク側から紫外線を照射して前記接着剤を硬化させて前記支持基板と前記封止基板とを接合する有機ＥＬパネルの封止方法であって、
前記支持基板及び前記封止基板を配設する前に、前記遮光マスクと前記載置台とを同時に加熱し、さらに前記遮光マスクと前記載置台との温度差が安定状態となるまで放置冷却することを特徴とする有機ＥＬパネルの封止方法。 - 前記遮光マスクと前記載置台とに紫外線を照射して加熱することを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬパネルの封止方法。
- 前記遮光マスクと前記載置台とを加熱し、放置冷却した後に、連続して前記支持基板と前記封止基板との接合を行うことを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬパネルの封止方法。
- 所定の遮光パターンを有する遮光マスクと、前記遮光マスクに向けて移動可能な載置台と、紫外線を照射する紫外線照射手段と、を有し、
有機ＥＬ素子が形成された支持基板を前記遮光マスクと接するように配設し、封止基板を前記載置台上に配設し、前記載置台を移動させて前記封止基板と紫外線硬化型の接着剤を介して前記支持基板に重ね合わせ、前記紫外線照射手段により前記遮光マスク側から紫外線を照射して前記接着剤を硬化させて前記支持基板と前記封止基板とを接合する封止装置であって、
前記支持基板及び前記封止基板を配設する前に、前記遮光マスクと前記載置台とを同時に加熱し、さらに前記遮光マスクと前記載置台との温度差が安定状態となるまで放置冷却してなることを特徴とする封止装置。 - 前記紫外線照射手段は、前記遮光マスクと前記載置台とに紫外線を照射して加熱することを特徴とする請求項４に記載の封止装置。
- 前記遮光マスクと前記載置台とを加熱し、放置冷却した後に、連続して前記支持基板と前記封止基板との接合を行うことを特徴とする請求項４に記載の封止装置。
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