JP5864585B2 - 可撓性の被覆層を持つｏｌｅｄ - Google Patents

Description

本発明は、有機エレクトロルミネセンス素子であって、基板、第１の電極層、有機エレクトロルミネセンス材料を有する層のパッケージ、第２の電極層、スペーサ層、及びカバーを有し、前記カバーは封止材料を介して前記基板に封止される素子の分野に関する。斯かる素子は一般にＯＬＥＤと呼ばれる。本発明はまた、これらＯＬＥＤを製造する方法に関する。

冒頭のパラグラフに示された素子は、本出願人の名義で出願された未公開の特許文献EP10166885.3に記載されている。ここで説明されるＯＬＥＤはガラスの基板を持ち、該基板上に、ＩＴＯの第１の電極層、エレクトロルミネセンス物質（ＥＬＰ）を有する層のパッケージ、及びＡｌの第２の電極層が積層されている。前記ＥＬＰは、少なくとも発光層及び導電層を含む、幾つかの種々の副層から成る。両電極層間に適切な電圧を印加すると、該ＥＬＰが光を発する。該ＥＬＰにおいて使用されるエレクトロルミネセンス物質のタイプに依存して、種々の光スペクトル（「色」）が生成され得る。該記載される層のパッケージは、ボウル状のカバーにより形成される空洞に収容される。当該カバーは、該カバーの縁部において、封止材料によってガラス基板に固定される。

該記載されるＯＬＥＤは更に、該カバーと該第２の電極層との間に緩く存在するスペーサ層（前述の出願においては「分離箔」と呼ばれる）を含む。当該スペーサ層は、該カバーとＥＬＰとの間の直接の接触を防ぐ柔軟な保護層として機能する。斯かる接触は、電極の一方に対する力学的な損傷又は短絡を引き起こし得る。このことは、吸湿手段が該カバーの内側表面に備えられる場合に、特に起こり得る。該スペーサ層は、弾力性のある材料（例えばポリエチレン又はＳｉ含有高分子）からつくられる。

ここで記載されたＯＬＥＤは、いわゆる「空洞蓋（cavity-lid）」型のものであり、ＥＬＰがボウル状のカバーに含まれる。他のタイプのＯＬＥＤは一般に、「平坦蓋（flat-lid）」型と呼ばれる。この型においては、基板の一方が通常ガラス又はプラスチックであり、他方の基板（しばしば「カバー」と呼ばれる）がガラス材料又は金属の比較的薄い層によりつくられ得る。

該記載されたＯＬＥＤは一般的に優れた特性を示すが、更なる改善の必要性も依然として存在する。このことは、特にカバーと基板との間の封止に当てはまる。ＯＬＥＤの長い機能的な寿命のためには、優れた封止が必須である。ＯＬＥＤ材料は水分によって容易に劣化させられるため、斯かる封止は特にＯＬＥＤセルへの水分の侵入を防ぐべきである。大型のＯＬＥＤセルを製造しようという一般的な要求は、基板に対するカバーの封止において新たな手法を必要としている。

本発明の目的は、特にカバーと基板との間の封止の品質を改善することにより、上述したＯＬＥＤの耐湿性を増強することにある。本発明の他の目的は、カバーと電極層の１つとの間に信頼性の高い電気的接触を持つＯＬＥＤを提供することにある。本発明はまた、本パラグラフに記載されたＯＬＥＤの製造のための方法を提供することを目的とする。

当該目的及び／又は他の目的は、有機エレクトロルミネセンス素子であって、（１）第１の電極層が備えられた基板と、（２）有機エレクトロルミネセンス材料を有する、前記第１の電極層上に備えられた、層のパッケージと、（３）前記パッケージ上に備えられた第２の電極層と、（４）前記第２の電極層上に備えられたスペーサ層と、（５）前記スペーサ層上に備えられ、封止材料を介して前記基板に封止されたカバーと、を有し、前記カバーは、前記スペーサ層の少なくとも一部に永続的に固定された可撓性の材料の層として形成された、有機エレクトロルミネセンス素子により達成される。

本発明は特に、ＯＬＥＤセルの製造の間の封止処理の深い洞察及び適切な理解に基づくものである。封止材料はしばしば、印刷工程により、ＯＬＥＤの基板上に又はカバー上に閉じた線の形で塗布される。塗布された封止材料の高さの変動は、該封止材料とカバー又は基板との間の接着が最適ではない封止線における領域の原因と考えられる。特にこれら領域において水分の侵入が発生し得る。可撓性材料のカバー層の塗布は、封止工程を改善すると考えられる。本発明者は、改善された封止が、可撓性のカバー層の撓みにより得られ、該カバー層による封止線に対する力学的な力の印加に帰着すると考察した。最終的に、封止工程の間のカバー層と封止材料との間の毛細管力の作用と組み合わせて、封止材料とカバーとの間の優れた接着が、封止線の長さの略全体にわたって得られる。カバー層は永続的にスペーサ層に固定されるため、最終的なＯＬＥＤは堅固な構造を持つ。

本発明の興味深い実施例は、該カバーの曲げ剛性が０．０００１Ｎｍよりも高いことを特徴とする。当該範囲内の曲げ剛性の値に対しては、封止材料とカバーとの間の優れた接触が得られる。当該最小値を下回ると、封止線の長さの略全体にわたって封止材料とカバーとの間に優れた力学的接触を実現するためには、封止線に掛かる力が不十分となる。好適には、該カバーの曲げ剛性が０．００１Ｎｍよりも高く、更に好適には０．０１Ｎｍよりも高く、より好適には０．１Ｎｍよりも高い。曲げ剛性は、S. Timoshenko及びS. Woinowsky-Kriegerによる「Theory of Plates and Shells」（第２版、McGraw-Hill、1959年）における式（３）により算出される。

本発明のＯＬＥＤの更なる実施例は、該カバーが金属層を有するという特徴を持つ。当該金属層は、ポリエチレン（ＰＥ）やポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等のような樹脂の１つ以上の更なる層を有する層のパッケージの一部であっても良い。アルミニウム（Ａｌ）及びＰＥＴの積層を有するカバーを持つＯＬＥＤを用いて、優れた結果が得られている。しかしながら、該カバーは、Ａｌ又は鋼のような金属又は金属合金（他の金属で被覆されていても良い）の単一層から成っても良い。金属層は、これら層を本発明によるＯＬＥＤにおけるカバーとしての使用に適したものとする所望の可撓性を持ち、水分に対する比較的低い透過性を持つ。

本発明のＯＬＥＤの他の好適な実施例は、前記カバーが、前記素子から離れる方向に該カバーの周縁に沿って曲げられているという特徴を持つ。この種のＯＬＥＤは、製造の間に、封止材料の高さが、ＥＬＰ、電極層及びスペーサ層の層構造の高さよりも高くされた場合に得られる。封止部材の硬化の間の曲げ応力のため、カバー層と封止材料との間で封止線の長さの略全体にわたって特に優れた力学的接触が得られる。

該封止材料がはんだ材料及びガラスフリット（glass frit）材料の一方を有する、本発明によるＯＬＥＤの実施例も興味深いものである。一般的に利用されるＵＶ硬化性接着材料とは異なり、はんだ及びガラスフリット封止材料は、均一な高さを持つ封止線の作製において使用することは困難である。しかしながら、可撓性のカバーを用いる場合には、これらの材料であっても、水分不透過性のＯＬＥＤ封止材を得るために利用されることができる。可撓性のため、該カバーは封止線に沿った高さの変動、及び硬化処理の間の封止線における高さ変化に追従することが可能である。

本発明のＯＬＥＤの更なる実施例は、スペーサ層の周縁部に非固定領域が存在するという特徴を持つ。当該手法は、カバーに対して更なる可撓性をもたらす。その結果、封止材料の硬化工程の間に封止線において大きな高さの差がある場合であっても、改善された封止が得られる。しかしながら、スペーサ層に対するカバーの固定は依然として必須である。当該固定は、封止材料の硬化工程の間に、封止線に対するカバーの曲げ力を引き起こす。非固定領域の幅が０．５ｍｍと２０．０ｍｍとの間であることが好適である。１．０ｍｍと１０．０ｍｍとの間の非固定領域の範囲が好適である。

前記カバーが電気的接点により前記電極層の１つと接続される金属層を有する、本発明によるＯＬＥＤは非常に興味深い。この種の電気的接点は、大きな発光面積を持つＯＬＥＤにおいて利用され得る。斯かる接点は、金属のカバー層と第１の電極層との間のものであっても良いし、又は金属のカバー層と第２の電極層との間のものであっても良い。該接点が第１の電極層とのものである場合には、該接点が第２の電極層と短絡しないようにする対策がとられるべきである。可撓性のカバー層の存在は、カバー層と電極層との間の信頼性高い電気的接触を可能とする。ＯＬＥＤは循環温度条件の下で適切に機能すべきであるため、斯かる電気的接触の信頼性は、接触金属と周囲の層の物質との膨張係数の差に直面する。斯くして、斯かる熱的循環の間、接触材料の大きさの小さな変化が、金属のカバー層に対する応力又は引っ張り力を引き起こし得る。金属のカバー層の可撓性は、これら力を吸収することができる。その結果、電気的接触の信頼性が向上させられる。

また、該電気的接点が該カバー及び該スペーサ層が固定されていない領域により囲まれる、本発明によるＯＬＥＤも特に興味深い。斯かる非固定領域の存在は、金属のカバー層の可撓性を向上させる。該向上させられたカバー層の可撓性により、接触材料の大きさの大きな変化が吸収されることができる。好適には、該非固定領域は０．５乃至１０．０ｍｍの範囲内である。１．０乃至５．０ｍｍの非固定領域が更に好適である。

本発明はまた、エレクトロルミネセンス素子のカバーを前記素子の基板に装着するための方法であって、前記素子は、第１の電極層と、有機エレクトロルミネセンス材料を有する層のパッケージと、第２の電極層と、スペーサ層と、を含む層構造が蒸着された基板を有する方法に関する。本発明によれば、前記方法は、（１）硬化性の封止材料の閉じた線を前記基板及び前記カバーのうちの一方に塗布するステップと、（２）前記カバーを前記スペーサ層に固定するステップと、（３）前記封止材料を硬化し、前記カバーを前記基板に装着して、それにより前記カバーが可撓性の材料のシートから形成されるステップと、を有する。該スペーサ層は、接着剤によって該カバーに固定されても良い。

本発明の好適な実施例においては、硬化性封止材料の線は、はんだ又はガラスフリットを有し、層構造（ＥＬＰ、電極及びスペーサ）全体の厚さよりも大きな平均厚さを持つ。スペーサ層に対するカバーの固定の間、該層が硬化性封止材料と接触する瞬間に、カバーの縁が該素子から離れるように曲がる。該カバーの曲げ力により、該縁が（幾分か可変な）封止線の高さに追従し、該材料を該基板の方向に幾分か押圧する。このことは、硬化工程の間に、封止材料と可撓性カバーとの間の密な接触を改善する。このことは基板とカバーとの間の優れた封止に帰着し、それ故封止が低い水分透過性を持つこととなる。

本発明による方法の他の好適な実施例においては、封止材料の硬化が、封止線に沿って熱を導くことにより実行される。カバーの可撓性により、同時に封止線全体を硬化させる必要はない。非可撓性のカバーが利用される場合には、封止線全体の瞬間的な加熱が必要とされる。しかしながら後者の加熱は非常に困難なものであり、更には、斯かる封止線全体の瞬間的且つ均一な加熱を実現するためには比較的大型の設備が必要とされる。本発明の方法を用いる場合には、熱がレーザにより生成されることが好適である。透明基板を利用する場合には、レーザにより生成された光が、当該基板を介して封止線に沿って導かれ得る。その結果、ＯＬＥＤの製造のために、あまり高価でない工具しか必要とされないこととなる。

本発明の方法の他の好適な実施例は、電気的接点により前記電極層の１つと接続される金属層を有するという特徴を持つ。斯かる電気的接点は、金属のカバー層から、スペーサ層における穴（第２の電極層までの）を介して又はスペーサ層、第２の電極層及びＥＬＰにおける穴（第１の電極層までの）を介して、電極層へと延在する。該電気的接点は導電性材料を有し、はんだ又は導電性粒子で満たされた樹脂から成るものであっても良い。

本発明のこれらの及び他の態様は、以下に説明される実施例を参照しながら説明され明らかとなるであろう。

明確さのため、図面は模式的なものであって定縮尺のものではない点に留意されたい。

本発明によるＯＬＥＤの第１の実施例の断面図を示す。 本発明によるＯＬＥＤの第２の実施例の断面図を示す。

図１において、本発明によるＯＬＥＤの第１の実施例の断面図が示されている。該ＯＬＥＤは、例えば５００マイクロメートルの厚さを持つガラスの基板１を有し、該基板上に、例えば１００ｎｍの厚さを持つ薄いＩＴＯの第１の電極層２がスパッタリングされている。第１の電極層２上には、良く知られたエレクトロルミネセンス材料（ＥＬＰ）を有する層のパッケージ３が、既知の手法により塗布されている。該材料の特性、及び基板１と第１の電極層２との透過性ウィンドウは、相互に調節される。ＥＬＰ３は、導電層及び発光層を含む幾つかの副層から成る。正孔遮断層及び電子遮断層のような更なる層も、ＥＬＰ３に存在していても良い。ＥＬＰ３の上には、Ａｌの第２の電極層４が、金属蒸着により備えられる。層４は、約１００ｎｍの厚さを持ち、ＥＬＰ３の表面を完全に被覆する。電極層２、４の両方に導線１０が装着され、該導線は封止材料８を通って外界へと延在する。該ＯＬＥＤは、約１０ｃｍの長さ及び幅を持つ。

該ＯＬＥＤは更に、高分子材料のスペーサ層５を有する。本実施例においては、スペーサ層５は、封止材料８に面する第２の電極層４の端部において第２の電極層４を完全に被覆し、スペーサ層５は第２の電極層４に固定される。代替実施例においては、第２の電極層４は、封止材料８に面する第２の電極層４の端部においてスペーサ層５によって完全には被覆されない。この状況においては、フッ化側基を有するＵＶ硬化性高分子層が使用される。該ＵＶ硬化性高分子は、（メタ）アクリレート及び／又はエポキシ単量体を有する混合物から調整されても良い。スペーサ層５の厚さは２００マイクロメートルである。本実施例においては、単一のスペーサ層が利用される。異なる材料から成る複合層が利用されても良い。

該ＯＬＥＤは、可撓性材料の層として形成されるカバー６を有する。本実施例においては、カバー６は、１００マイクロメートルの厚さを持つ薄い金属層（鋼）である。例えば鋼のような金属のカバー層の最も一般的な厚さは、本発明の範囲から逸脱することなく、２０マイクロメートルと４００マイクロメートルとの間に亘り得る。例えば、２００μｍの厚さを持つカバー６の曲げ剛性は０．１５Ｎｍであり、１００μｍの厚さを持つカバー６の曲げ剛性は０．０１９Ｎｍであり、５０μｍの厚さを持つカバー６の曲げ剛性は０．００２４Ｎｍであり、４０μｍの厚さを持つカバー６の曲げ剛性は０．００１２Ｎｍであり、２０μｍの厚さを持つカバー６の曲げ剛性は０．０００１５Ｎｍである。カバー６は、接着剤によってスペーサ層５に永続的に固定される。該スペーサ層の周囲には、約３ｍｍの幅を持つ非固定領域７が存在する。

カバー６は、該カバー６の縁部に沿って、封止材料８を用いて基板１に固定されている。封止材料８としてＵＶ硬化性の接着剤が用いられる場合、優れた結果が得られる。水分の侵入に関しては、はんだ材料又はガラスフリット材料を有する密封型の封止材料８を用いる場合、より優れた結果が得られる。本実施例においては、ガラスフリット材料が利用されている。カバー６は、該カバー６の周縁部９において該素子から離れるように曲げられている。このことは、封止材料８の線の厚さの特定の選択により引き起こされ、該厚さは電極層２、４とＥＬＰ３とスペーサ層５との全体の厚さよりも大きい。カバー６の曲率の度合いは、カバー層の可撓性及び非固定領域７のサイズ、封止材料の線とスペーサ層との距離、並びに上述した厚さの差に依存する。非固定領域７は、カバー６がもはやスペーサ層５と接触しなくなる位置と、カバー６が封止材料８の中心（該ＯＬＥＤに略平行な方向における）と接触する位置との間の距離として定義される。何らかの計算及び実験作業が、封止材料を通る水分の侵入が最小となる最適な設計へと当業者を導くであろう。

該ＯＬＥＤはまた、カバー６と第２の電極層４とを電気的に接続する電気的接点１１を備える。本実施例においては、電気的接点１１は、電気を導通させることが可能な金属粒子で満たされた高分子材料からできたものである。電気的接点１１の材料とスペーサ層５との間の膨張係数の差により、カバー６と電気的接点１１との間、及び電極層４と電気的接点１１との間の接続面に、圧縮性又は伸張性の負荷が掛かり得る。このことは、該ＯＬＥＤが温度循環条件において使用される場合に特に当てはまる。カバー６の可撓性のため、これら負荷は低減される。これら負荷の低減の度合いは、接点１１の材料とスペーサ層５との間の膨張係数の差、カバー６の可撓性、及びスペーサ層５と電気的接点１１との間の自由距離に依存する。何らかの計算及び実験作業が、エレクトロルミネセンス材料を有する層のパッケージ３に対する損傷を最小化しつつ、カバー６と第２の電極層４との間の安定した電気的接触が保持されるように、該電気的接点に対する該圧縮性の負荷が最適化され得るような、最適な設計へと当業者を導くであろう。

図１に示されるＯＬＥＤにおいては、非固定領域１２が接点１１のまわりに配置されており、該領域においては、カバー６はスペーサ層５に固定されていない。この手法は特に、図１に示されるように、該ＯＬＥＤが電気的接点１１において圧縮性の負荷の下で機能する場合に、電気的接点１１の信頼性を向上させる。図示されたＯＬＥＤ設計において、１．５ｍｍの非固定領域１２が配置されている。

図２において、本発明によるＯＬＥＤの第２の実施例の断面図が示されている。図１におけるものと同一の参照番号で示される構成要素は、同一の構造的特徴及び同一の機能を持つ。本実施例においては、スペーサ層１３は、封止部材８に面するスペーサ層１３の端部１６における一部を除いて互いに固定された、第１の副層１４及び第２の副層１５を有する。端部１６において、第１の副層１４は第２の副層１５とは接触しないが、第２の副層１５はカバー６と接触している。本実施例においては、非固定領域７は、第１の副層１４が第２の副層１５ともはや接触しなくなる位置と、カバー６が封止材料８の中心（該ＯＬＥＤに略平行な方向における）に接触する位置との間の距離として定義される。本実施例の利点は、（接着性の）副層１５を用いてカバー蓋が塗布され固定される場合に、本ＯＬＥＤ素子構造が、第１の副層（１４）により既に力学的に保護される点である。

可撓性材料の層を有するカバーの塗布は、説明された設計のＯＬＥＤを著しく改善する。この手法は、ＯＬＥＤセルへの水分の侵入を著しく低減させると考えられる。なぜなら、該カバーが異なる位置において異なる高さ調節を持つことを可能とすることにより、略閉じた封止線が形成されるからである。加えて、斯かる可撓性のカバーの使用は、該カバーと電極層の一方との間の電気的接触の信頼性を改善すると考えられる。このことは全て、より長い平均寿命を持つＯＬＥＤへと導く。

本発明によるＯＬＥＤは、以下のように製造されることができる。適切な基板（好適にはガラス）上に、良く知られた蒸着手法を用いて層構造が蒸着される。当該層構造は、第１の電極層、有機エレクトロルミネセンス材料を有する層のパッケージ、第２の電極層、及び（任意に）スペーサ層を含む。次のステップにおいて、硬化性封止材料の閉じた線が、該基板か又はカバー上に備えられる。該封止材料を伴う線の寸法は、該層構造の寸法に基づいて決定される。続いて、例えば熱硬化性接着剤を用いて、カバーがスペーサ層に固定される。代替の手法においては、スペーサ層は最初にカバーに固定され、このとき第２の電極層に対するスペーサ層の固定が、該カバーを該基板に装着するときに実行されるようにする。後者の方法は、カバーと第２の電極層との間に電気的な接触が実現されるべきである場合に好適である。

好適には、封止材料の線の厚さは、カバーの可撓性層が該カバーを層構造に固定するときに基板から離れるように曲がるように選択される。該封止材料の線は続いて、封止線に沿って導かれる熱の源により硬化される。ガラス材料のもののような透明な基板を利用する場合には、熱生成源としてレーザを用いることが有利である。

明確さの理由のため、本発明による単一のＯＬＥＤの製造が説明された。勿論、本発明をＯＬＥＤセルの大量生産において適用することも可能である。当該状況においては、大きな寸法の単一の基板に、多数の層構造が蒸着される。カバーを塗布し封止材を硬化した後、斯かる基板は、それぞれが単一のＯＬＥＤセルを有する小さな部分に分割される。

吸湿手段の使用は、本発明を適用するために必須のものではない点に留意されたい。
しかしながら、斯かる手段は、本発明によるＯＬＥＤセルに組み込まれ得る。

本発明は図面及び以上の記述において詳細に説明され記載されたが、斯かる説明及び記載は説明するもの又は例示的なものであって限定するものではないとみなされるべきであり、本発明は開示された実施例に限定されるものではない。図面、説明及び添付される請求項を読むことにより、請求される本発明を実施化する当業者によって、開示された実施例に対する他の変形が理解され実行され得る。請求項において、「有する（comprising）」なる語は他の要素又はステップを除外するものではなく、「１つの（a又はan）」なる不定冠詞は複数を除外するものではない。特定の手段が相互に異なる従属請求項に列挙されているという単なる事実は、これら手段の組み合わせが有利に利用されることができないことを示すものではない。請求項におけるいずれの参照記号も、請求の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。

Claims (13)

1. 有機エレクトロルミネセンス素子であって、
   第１の電極層が備えられた基板と、
   有機エレクトロルミネセンス材料を有する、前記第１の電極層上に備えられた、層のパッケージと、
   前記パッケージ上に備えられた第２の電極層と、
   前記第２の電極層上に備えられたスペーサ層と、
   前記スペーサ層上に備えられ、封止材料を介して前記基板に封止されたカバーと、
   を有し、前記カバーは、前記スペーサ層の少なくとも一部に永続的に固定された、０．０００１Ｎｍ乃至０．１５Ｎｍの曲げ剛性を持つ可撓性の材料の層として形成され、
   前記カバーが、前記素子から離れる方向に前記カバーの周縁部に沿って曲げられた、
   有機エレクトロルミネセンス素子。
2. 前記カバーは金属層を有する、請求項１に記載の有機エレクトロルミネセンス素子。
3. 前記封止材料は、はんだ材料及びガラスフリット材料のうちの１つを有する、請求項１又は２のいずれか一項に記載の有機エレクトロルミネセンス素子。
4. 前記スペーサ層の周縁部に非固定領域が存在する、請求項１に記載の有機エレクトロルミネセンス素子。
5. 前記非固定領域の幅は０．５ｍｍと２０．０ｍｍとの間である、請求項４に記載の有機エレクトロルミネセンス素子。
6. 前記カバーは、電気的な接点により前記電極層の一方と接続される金属層を有する、請求項１に記載の有機エレクトロルミネセンス素子。
7. 前記電気的な接点は非固定領域により囲まれ、前記非固定領域においては、前記カバーと前記スペーサ層とが互いに接触しない、請求項６に記載の有機エレクトロルミネセンス素子。
8. 前記非固定領域は０．５ｍｍ乃至２０．０ｍｍに亘る、請求項７に記載の有機エレクトロルミネセンス素子。
9. エレクトロルミネセンス素子のカバーを前記素子の基板に装着するための方法であって、前記素子は、第１の電極層と、有機エレクトロルミネセンス材料を有する層のパッケージと、第２の電極層と、スペーサ層と、を含む層構造が蒸着された基板を有し、前記方法は、
   前記層構造の厚さよりも大きな平均厚さを持つ硬化性の封止材料の閉じた線を前記基板及び前記カバーのうちの一方に塗布するステップと、
   前記カバーを前記スペーサ層に固定するステップと、
   前記封止材料を硬化し、前記カバーを前記基板に装着して、それにより前記カバーが曲げられ可撓性の材料のシートから形成されるステップと、
   を有する方法。
10. 前記硬化性の封止材料の線は、はんだ又はガラスフリットを有する、請求項９に記載の方法。
11. 前記封止材料の硬化は、封止線に沿って熱を導くことにより実行される、請求項１０に記載の方法。
12. 前記熱はレーザにより生成される、請求項１１に記載の方法。
13. 前記カバーは、電気的な接点により前記電極層の一方と接続される金属層を有する、請求項９に記載の方法。

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