JP5662586B2 - 有機el素子及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、有機発光部を封止した有機EL素子及びその製造方法に関する。
有機EL素子は、低電圧で高輝度の発光が可能であり、有機発光層に用いられる有機材料の種類によって様々な発光色が得られ、また、平面状の発光パネルとしての製造が容易である。そのため、近年では、光源として有機EL素子を用いた発光パネルを備えた照明装置が注目されている。
一般に、有機発光部に用いられる有機材料は、水分や酸素等の影響を受けて劣化し、発光性能や寿命が低下する。そのため、有機EL素子においては、有機材料を水分や酸素等から保護するため、有機発光部を封止する封止構造が採用されている。このような封止構造を備えた有機EL素子を図5に示す。有機EL素子101は、図5(a)(b)に示すように、透光性基板102の一面に形成された有機発光部103を有する有機EL基板104と、有機EL基板104上に設けられて有機発光部103を封止する封止キャップ基板105と、を備える。透光性基板102上には、ITO等の透光性導電材料から成る下部電極131がパターニングされている。有機発光部103は、下部電極131と透光性基板102の一部を跨ぐように形成され、有機発光部103上及び有機発光部103が設けられていない下部電極131上に、光反射性を有する上部電極132が形成される。封止キャップ基板105は、有機発光部103と対応する位置に凹部151が形成され、この凹部151の周縁部において、接着性の樹脂材料140を介して有機EL基板104と接合される。
ところが、この構成においては、有機発光部103に給電するために、下部電極131の一部を素子外に延設して、電極取出し部(正電極131a及び負電極131bを設ける必要がある。また、これら正電極131a及び負電極131bは、互いに絶縁されるように、所定の間隔を空けて形成されている。そのため、有機EL基板104上には、正電極131a及び負電極131bが形成されている部分とそれが形成されていない部分との間に段差がある。図5(c)に示すように、樹脂材料140がこれらの段差を跨ぐように一定膜厚で配されると、図5(d)に示すように、樹脂材料140と封止キャップ基板105との間に隙間Gが生じて、気密を保った状態でそれらを接合することができない。
そこで、フレキシブルなキャップ基板を用いて有機発光部を封止すると共に、キャップ基板を貫通する貫通配線を設けることによって、透光性基板とキャップ基板との接合面における段差を無くした有機ELデバイスが知られている(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、上記特許文献1の有機ELデバイスにおいては、透光性基板と封止用のキャップ基板とが樹脂によって接合されているので機密性が悪く、樹脂と各基板との界面から水分や酸素が侵入して、有機発光部の外周部から有機材料が劣化する虞がある。また、樹脂の種類によっては、基板の接合時に、熱による硬化処理が必要となり、この熱によって有機材料が劣化する虞もある。
本発明は、上記課題を解決するものであり、有機発光部を気密状態で封止することができ、有機発光部が劣化し難い有機EL素子及びその製造方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明に係る有機EL素子は、透光性基板の一面に設けられた有機発光部を有する有機EL基板と、前記有機EL基板上に設けられて前記有機発光部を封止する封止キャップ基板と、を備えた有機EL素子であって、前記有機EL基板は、前記有機発光部に給電する下部電極及び上部電極と、これら電極自体に設けられた第1の電極取出しパッドと、前記透光性基板の周縁部に設けられた第1の接合部と、を有し、前記封止キャップ基板は、前記有機発光部に対向する位置に設けられた凹部と、前記第1の電極取出しパッドと対向する位置に設けられた第2の電極取出しパッドと、前記第2の電極取出しパッドから前記有機EL基板とは反対側へ該封止キャップ基板を貫通するように設けられた貫通配線と、前記第1の接合部と対向する位置に設けられた第2の接合部と、を有し、前記第1の電極取出しパッド及び第2の電極取出しパッドの接続面が、前記第1の接合部及び第2の接合部の接合界面と同一平面に存在しており、前記第1の接合部及び第2の接合部は、表面活性化接合によって接合されていることを特徴とする。
上記有機EL素子において、前記第1の接合部は、前記下部電極及び上部電極のいずれか一方又は両方を用いていることが好ましい。
上記有機EL素子において、前記第1の接合部は、前記第1の電極取出しパッドと一体的に形成され、前記第2の接合部は、前記第2の電極取出しパッドと一体的に形成されていることが好ましい。
上記有機EL素子は、透光性基板上に有機発光部に給電するための正電極及び負電極の夫々に対応する下部電極を形成する工程と、前記透光性基板上及び下部電極上に跨るように有機発光部を形成する工程と、前記下部電極上及び有機発光部上に、上部電極を形成し、且つ該上部電極における前記有機発光部が設けられていない部分を第1の電極取出しパッドとする工程と、前記透光性基板の周縁部に、前記上部電極と同一平面となるように、第1の接合部を形成する工程と、前記有機発光部を封止する封止キャップ基板の、前記有機発光部と対向する位置に凹部を形成する工程と、前記封止キャップ基板の、前記第1の電極取出しパッドと対向する位置に貫通孔を形成する工程と、前記貫通孔に貫通配線を形成する工程と、前記封止キャップ基板の、前記第1の接合部及び第1の電極取出しパッドと対向する位置に、夫々第2の接合部及び第2の電極取出しパッドを形成する工程と、前記第1の電極取出しパッドと第2の電極取出しパッドとが接した状態で、前記第1の接合部と第2の接合部とを表面活性化接合によって接合する工程と、を含む製造方法によって製造されることが好ましい。
本発明によれば、有機EL基板における透光性基板の周縁部に設けられた第1の接合部と、封止キャップ基板の第2の接合部とが、表面活性化接合によって接合されるので、有機発光部を気密状態で封止することができ、有機発光部が劣化し難くなる。
本発明の一実施形態に係る有機EL素子の構成について、図1及び図2を参照して説明する。図1(a)に示すように、本実施形態の有機EL素子1は、透光性基板2の一面に形成された有機発光部3を有する有機EL基板4と、この有機EL基板4上に設けられて有機発光部3を封止する封止キャップ基板5と、を備える。
透光性基板2は、透光性を有する平面矩形状の板材であり、例えば、ソーダガラスや無アルカリガラス等のリジッドなガラス板、又はポリカーボネートやポリエチレンテレフタレート等のフレキシブルなプラスチック板等が用いられる。透光性基板2上には、下部電極31がパターニングされ、透光性基板2の一部と下部電極31を跨ぐように有機発光部3が形成され、有機発光部3上、及び下部電極31において有機発光部3が形成されていない部分の上に上部電極32が夫々形成される。
下部電極31は、有機発光部3の正孔注入サイド及び電子注入サイドに夫々接続された正電極31a及び負電極31bから構成される。正電極31aは、図1(b)に示すように、透光性基板2の中央部を含む比較的広い領域に形成されている。負電極31bは、透光性基板2上において、正電極31aと絶縁されるように、正電極31aから所定間隔を空けて形成されている。また、正電極31a及び負電極31bは、透光性基板2の周縁から一定の間隔を空けて形成される。これら正電極31a及び負電極31bから成る下部電極31は、ITO、IZO、酸化スズ又は酸化亜鉛等の透光性を有する導電性材料から形成される。
有機発光部3は、正電極31a上、及び正電極31aと負電極31bとの間に位置する透光性基板2上に跨るように形成される。このとき、正電極31aのうち、負電極31bと近接する端部と反対側の端部には、有機発光部3が形成されない。有機発光部3は、例えば、正電極31a側から、正孔注入層、正孔輸送層、有機発光材料を含む発光層、電子輸送層、及び電子注入層が、この順で積層された多層膜として形成される。これら各層を構成する材料には、有機EL素子の技術分野において汎用される有機材料等が適宜に用いられる。
上部電極32もまた、有機発光部3の正孔注入サイド及び電子注入サイドに夫々接続された正電極32a及び負電極32bから成る。正電極32aは、下部電極31の正電極31aのうち、有機発光部3が形成されていない部分の上に、有機発光部3と接触しないように形成される。負電極32bは、有機発光部3上、及び下部電極31の負電極31b上にこれらを跨ぐように形成される。これら正電極32a及び負電極32bから成る上部電極32は、アルミニウム、銀又はマグネシウム等の光反射性を有する導電性金属材料から形成される。
下部電極31、有機発光部3及び上部電極32が上述した形状に形成されることにより、有機EL基板4の中央領域は、下部電極31、有機発光部3及び上部電極32が積層された構成となる。また、有機発光部3が形成されていない領域、すなわち上記中央領域の両側は、正電極31a,32a及び負電極31b,32bが夫々積層された構成となる。そして、封止キャップ基板5と対向する正電極32a及び負電極32bの電極自体が、有機EL基板4の第1の電極取出しパッド7a,7bとして機能する(図1(b)も参照)。第1の電極取出しパッド7a,7bは、下部電極31上に上部電極32を積層した構造となっているので、例えば、これらを真空蒸着法等により形成すれば、透光性基板2の上面からの高さが等しく、各上面が同一平面上に存在することになる(図1(a)も参照)。
透光性基板4の周縁部には、有機発光部3を囲うように、下部電極31と所定間隔を空けて、第1の接合部40が形成されている。この第1の接合部40は、下部電極31及び上部電極32が積層された厚みと同じ厚みになるように形成される。こうすれば、第1の電極取出しパッド7a,7b及び第1の接合部40の各上面が同一平面上に存在することになる。第1の接合部40は、金、プラチナ、アルミニウム、銀、銅、マグネシウム等の金属材料から形成される。
封止キャップ基板5は、図1(c)(d)に示すように、透光性基板2と略同形状の封止基板6と、第1の電極取出しパッド7a,7bと夫々対向する位置に設けられた第2の電極取出しパッド8a,8bと、を有する。封止基板6は、有機発光部3と対向する位置に形成された凹部61を有する。凹部61は、有機発光部3の厚みによって突出した上部電極32(負電極32b)が、有機EL基板4と封止キャップ基板5とが接合された状態で、封止基板6に接触することを防止する。また、封止基板6は、第2の電極取出しパッド8a,8bから有機EL基板4とは反対側へ夫々貫通するように形成された貫通孔62を有する。封止キャップ基板5は、各貫通孔62に配されて第2の電極取出しパッド8a,8bと夫々電気的に接続された貫通配線9a,9bと、第1の接合部40と対向する位置に設けられた第2の接合部50と、を有する。第2の電極取出しパッド8a,8bは、第1の電極取出しパッド7a,7b(上部電極32)と同様、アルミニウム、銀又はマグネシウム等の導電性金属材料から形成される。また、貫通配線9a,9b及び第2の接合部50は、第1の接合部40と同様、金、プラチナ、アルミニウム、銀、銅又はマグネシウム等の金属材料から形成される。
これら第2の電極取出しパッド8a,8b及び第2の接合部50は、同じ材料を用いて、同時にパターニング形成される。こうすれば、第2の電極取出しパッド8a,8b及び第2の接合部50の上面が同一平面上に存在することになる。また、第2の電極取出しパッド8a,8b及び第2の接合部50を個別に形成する場合よりも、製造効率を向上することができる。
そして、第1の接合部40と第2の接合部40とが、表面活性化接合によって接合されることにより、有機EL基板4上に封止キャップ基板5が固定され、封止基板6によって有機発光部3が封止される。表面活性化接合は、真空チャンバー内で、接合表面をイオンビームやプラズマ(アルゴンガス等の不活性ガス)等によってスパッタエッチングし、接合表面を他の原子との結合力が大きい活性な状態として、原子の結合手同士を直接結合させる接合方法である。この表面活性化接合によれば、例えば、常温でも強固な接合を得ることができる。
有機EL素子1においては、封止キャップ基板5に設けられた第2の電極取出しパッド8a,8b及び貫通配線9a,9bを介して有機発光部3に対して給電するための配線がなされる。そのため、第1の接合部40及び第2の接合部40の接合界面には取出し電極や配線等が存在せず、表面活性化接合によって有機EL基板4と封止キャップ基板5との気密接合を行なうことができる。従って、封止キャップ基板を有機EL基板に樹脂接合した場合に比べて、有機発光部3をより確実に封止することができ、有機発光部3に用いられる有機材料の劣化を抑制することができる。また、有機EL基板4と封止キャップ基板5との接合を常温でも行なうことができるので、接合時に有機発光部3が熱に曝されず、製造工程における有機材料の変性等を抑制することができ、有機発光部3が劣化し難くなる。
また、有機EL素子1においては、第1の電極取出しパッド7a,7b及び第1の接合部40の各上面が同一平面上に存在し、第2の電極取出しパッド8a,8b及び第2の接合部50の各上面が同一平面上に存在する。そのため、第1の電極取出しパッド7a,7b及び第2の電極取出しパッド8a,8bの接続面が、第1の接合部40及び第2の接合部50の接合界面と同一平面上に存在する。そのため、第1の接合部40と第2の接合部40とを接合させれば、接合と同時に第1の電極取出しパッド7a,7b及び第2の電極取出しパッド8a,8bの接続面が電気的に接続される。また、有機EL基板4の第1の電極取出しパッド7a,7bと、封止キャップ基板5の第2の電極取出しパッド8a,8bとを、第1の接合部40と第2の接合部50と同様、表面活性化接合により接合することができる。こうすれば、第1の電極取出しパッド7a,7b及び第2の電極取出しパッド8a,8b間の接続が強固となり、また、有機EL基板4及び封止キャップ基板5の接合もより強固にすることができる。
次に、有機EL素子1の製造方法について、図2を参照して説明する。まず、図2(a)に示したような平面状の透光性基板2上に、図2(b)に示すように、有機発光部3に給電するための正電極31a及び負電極31bの夫々に対応する下部電極31を形成する。下部電極31は、真空蒸着法やスパッタリング法、塗布等の手法を用いて、透光性基板2上に導電層を成膜した後、フォトリソグラフィ技術を用いたリフトオフ法又はエッチング法等によりパターニングすることより形成される。次に、図2(c)に示すように、透光性基板2上及び下部電極31上に跨るように有機発光部3を形成する。有機発光部3は、上述した正孔輸送層や発光層等を、真空蒸着法や塗布等の手法を用いて、所定のメタルマスクを用いて所定形状に成膜することによって形成される。続いて、図2(d)に示すように、下部電極31上及び有機発光部3上に、上部電極32(正電極32a及び負電極32b)を形成し、これら上部電極32における有機発光部3が設けられていない部分を第1の電極取出しパッド7a,7bとする。この上部電極32は、真空蒸着法、スパッタリング法等の手法を用いて形成される。そして、図2(e)に示すように、透光性基板2の周縁部に、上部電極32と同一平面となるように、第1の接合部40を形成する。第1の接合部40は、真空蒸着法、スパッタリング法等の手法に基づき、メタルマスク又はフォトリソグラフィ等を用いたパターニングにより形成される。これらの工程により有機EL基板4が作製される。
次に、封止キャップ基板5について、まず、図2(f)に示すような透光性基板2と略同形状の封止基板6を用いて、図2(g)に示すように、有機発光部3と対向する位置に凹部61を形成する。次に、図2(h)に示すように、封止基板6の、第1の電極取出しパッド7a,7bと対向する位置に貫通孔62を形成する。これら凹部61及び貫通孔62は、例えばフォトブラスト等の手法を用いて加工される。続いて、図2(i)に示すように、これら貫通孔62に貫通配線9a,9bを形成する。貫通配線9a,9bは、真空蒸着法、スパッタリング法等の手法を用いて成膜した後に、めっきで充填することにより形成される。そして、図2(j)に示すように、封止基板6の、第1の接合部40及び第1の電極取出しパッド7a,7bと対向する位置に、夫々第2の接合部50及び第2の電極取出しパッド8a,8bを形成する。第2の接合部50及び第2の電極取出しパッド8a,8bは、真空蒸着法、スパッタリング法等の手法に基づき、メタルマスク又はフォトリソグラフィ等を用いたパターニングにより形成される。これらの工程により封止キャップ基板5が作製される。
そして、図2(k)に示すように、有機EL基板4と封止キャップ基板5とを、第1の電極取出しパッド7a,7bと第2の電極取出しパッド8a,8bとが接した状態で、第1の接合部40と第2の接合部50とを表面活性化接合によって接合する。これらの工程により有機EL素子1が作製される。
次に、本実施形態の変形例に係る有機EL素子について、図3(a)乃至(d)を参照して説明する。この変形例に係る有機EL素子1は、第1の接合部40aとして、有機発光部3に給電するための下部電極31及び上部電極32のいずれか一方又は両方を用いたものである。本例において具体的には、第1の接合部40aが、下部電極31(正電極31a及び負電極31b)と同じ構成の下部部材41、及び上部電極32(正電極32a及び負電極32b)と同じ構成の上部部材42によって形成される。これら下部部材41及び上部部材42は、下部電極31及び上部電極32と同時に形成される。他の構成は、上記実施形態と同様である。
この変形例によれば、第1の接合部40aを別途形成する工程が不要となり、製造効率を向上させることができる。また、例えば、上述した実施形態では、透光性基板2からの第1の接合部40の高さが高過ぎると、第1の接合部40及び第2の接合部50の接合時に、第1の電極取出しパッド7a,7bが第2の電極取出しパッド8a,8bと接触しない。一方、第1の接合部40の高さが低すぎると、第1の接合部40と第2の接合部50とを接合させることができない。これに対して、本変形例によれば、封止キャップ基板5の第2の接合部50との接合界面である上部部材42の上面の高さを、精密に第1の電極取出しパッド7a,7bと同じ高さにすることができる。従って、表面活性化接合によって有機EL基板4と封止キャップ基板5との気密接合をより確実に行なうことができる。
次に、本実施形態の他の変形例に係る有機EL素子について、図4(a)乃至(d)を参照して説明する。この変形例に係る有機EL素子1においては、第1の接合部40bが、第1の電極取出しパッド7a,7bと一体的に形成されている。また、第2の接合部50aは、第2の電極取出しパッド8a,8bと一体的に形成されている。本例において具体的には、図4(a)(b)に示すように、第1の接合部40bが、第1の電極取出しパッド7b(負電極31b,32b)と一体的に形成されている。また、図4(c)に示すように、第2の接合部50aが、第1の電極取出しパッド7bと電気的に接続される第2の電極取出しパッド8bと一体的に形成されている。他の構成は、上記変形例と同様である。
上記変形例においては、下部部材41及び上部部材42は、下部電極31及び上部電極32と同時に形成されるが、それの間には所定の間隔が設けられていた。これに対して、本変形例においては、負電極31b,32bと第1の接合部40bとが一体的に形成され、それらの間に間隔が設けられていない。すなわち、正電極31a,32aと負電極31b,32bとの間が絶縁されていれば、第1の接合部40bが負電極31b,32b又は正電極31a,32aのいずれか一方の電極に接続されていても、有機発光部3に適切な電流を流すことができる。そして、本変形例によれば、第1の接合部40bと、負電極31b,32b又は正電極31a,32aのいずれか一方の電極との間に間隔を設けなくてもよいので、その分、有機EL基板4における有機発光部3が形成されていない領域の面積を小さくすることができる。封止キャップ基板5も同様に、第2の接合部50aと、第2の電極取出しパッド8bとの間に間隔を設けなくてよいので、サイズを小さくすることができる。従って、有機発光部3の大きさを変えることなく素子全体の小型化が可能となる。
なお、本発明は、上記実施形態に限らず、種々の変形が可能である。例えば、上述した実施形態においては、有機EL基板4及び封止キャップ基板5において、一の有機発光部3に接続された正電極及び負電極に夫々対応する1対の電極取出しパッドを備えた構成を示したが、電極取出しパッドは複数対設けられていてもよい。また、封止キャップ基板5の凹部61には、光反射層が形成されていてもよい。こうすれば、有機発光部3のうち、上部電極32が設けられていない箇所から封止キャップ基板5側へ出射された光を、凹部61によって透光性基板2側へ反射して、素子外へ取り出すことができる。また、凹部61と上部電極32との間には、乾燥剤等が充填されてもよい。
1 有機EL素子
2 透光性基板
3 有機発光部
31 上部電極
31a 正電極
31b 負電極
32 下部電極
32a 正電極
32b 負電極
4 有機EL基板
40 第1の接合部
40a 第1の接合部
40b 第1の接合部
5 封止キャップ基板
50 第2の接合部
50a 第2の接合部
61 凹部
62 貫通孔
7a 第1の電極取出しパッド(正電極)
7b 第1の電極取出しパッド(負電極)
8a 第2の電極取出しパッド(正電極)
8b 第2の電極取出しパッド(負電極)
9a 貫通配線(正電極)
9b 貫通配線(負電極)
2 透光性基板
3 有機発光部
31 上部電極
31a 正電極
31b 負電極
32 下部電極
32a 正電極
32b 負電極
4 有機EL基板
40 第1の接合部
40a 第1の接合部
40b 第1の接合部
5 封止キャップ基板
50 第2の接合部
50a 第2の接合部
61 凹部
62 貫通孔
7a 第1の電極取出しパッド(正電極)
7b 第1の電極取出しパッド(負電極)
8a 第2の電極取出しパッド(正電極)
8b 第2の電極取出しパッド(負電極)
9a 貫通配線(正電極)
9b 貫通配線(負電極)
Claims (4)
- 透光性基板の一面に設けられた有機発光部を有する有機EL基板と、前記有機EL基板上に設けられて前記有機発光部を封止する封止キャップ基板と、を備えた有機EL素子であって、
前記有機EL基板は、前記有機発光部に給電する下部電極及び上部電極と、これら電極自体に設けられた第1の電極取出しパッドと、前記透光性基板の周縁部に設けられた第1の接合部と、を有し、
前記封止キャップ基板は、前記有機発光部に対向する位置に設けられた凹部と、前記第1の電極取出しパッドと対向する位置に設けられた第2の電極取出しパッドと、前記第2の電極取出しパッドから前記有機EL基板とは反対側へ該封止キャップ基板を貫通するように設けられた貫通配線と、前記第1の接合部と対向する位置に設けられた第2の接合部と、を有し、
前記第1の電極取出しパッド及び第2の電極取出しパッドの接続面が、前記第1の接合部及び第2の接合部の接合界面と同一平面に存在しており、
前記第1の接合部及び第2の接合部は、表面活性化接合によって接合されていることを特徴とする有機EL素子。 - 前記第1の接合部は、前記下部電極及び上部電極のいずれか一方又は両方を用いていることを特徴とする請求項1に記載の有機EL素子。
- 前記第1の接合部は、前記第1の電極取出しパッドと一体的に形成され、
前記第2の接合部は、前記第2の電極取出しパッドと一体的に形成されていることを特徴とする請求項2に記載の有機EL素子。 - 透光性基板上に有機発光部に給電するための正電極及び負電極の夫々に対応する下部電極を形成する工程と、
前記透光性基板上及び下部電極上に跨るように有機発光部を形成する工程と、
前記下部電極上及び有機発光部上に、上部電極を形成し、且つ該上部電極における前記有機発光部が設けられていない部分を第1の電極取出しパッドとする工程と、
前記透光性基板の周縁部に、前記上部電極と同一平面となるように、第1の接合部を形成する工程と、
前記有機発光部を封止する封止キャップ基板の、前記有機発光部と対向する位置に凹部を形成する工程と、
前記封止キャップ基板の、前記第1の電極取出しパッドと対向する位置に貫通孔を形成する工程と、
前記貫通孔に貫通配線を形成する工程と、
前記封止キャップ基板の、前記第1の接合部及び第1の電極取出しパッドと対向する位置に、夫々第2の接合部及び第2の電極取出しパッドを形成する工程と、
前記第1の電極取出しパッドと第2の電極取出しパッドとが接した状態で、前記第1の接合部と第2の接合部とを表面活性化接合によって接合する工程と、を含むことを特徴とする有機EL素子の製造方法。
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