JP5982937B2 - 有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法 - Google Patents

有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法 Download PDF

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本発明は、有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法に関する。
近年、携帯電話や携帯音楽プレーヤ等の電子機器の表示デバイスとして、有機エレクトロルミネッセンス素子(以下、「有機EL素子」と略記する)等の発光素子を二次元配列した表示パネル(発光素子型表示パネル)を適用したものが知られている。特に、アクティブマトリクス型の駆動方式を適用した発光素子型表示パネルは、広く普及している液晶表示装置に比較して、表示応答速度が速く、視野角依存性も小さく、また、高輝度・高コントラスト化、表示画質の高精細化等が可能であるという特長を有している。加えて、発光素子型表示パネルは、液晶表示装置のようにバックライトや導光板を必要としないために、一層の薄型軽量化が可能であるという特長も有している。
一般に有機EL素子は、低分子型と高分子型に大別できる。低分子型の標準的な構造は、アノード電極の上に正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層、カソード電極が積層された構造となる。高分子型の標準的な構造は、アノード電極の上に正孔注入層、インターレイヤー、発光層、カソード電極が積層された構造となる。アノード電極とカソード電極との間に順バイアス電圧が印加されると、カソード電極から電子が、アノード電極から正孔が注入され、発光層内で電子と正孔が互いに局所的に束縛され、その電子と正孔の励起状態から基底状態なる際に光を発生することを原理とする。
発光層や正孔注入層は有機化合物からなり、カソード電極は、例えば、アルカリ金属やアルカリ土類金属、またはそれらの化合物等の陰極界面層とアルミニウム等による低抵抗な電気伝導層との積層からなる。陰極界面層に用いる材料は、酸素や水により腐食されやすく、電気伝導層により被覆しただけでは保護が不十分である。このため、パッケージ封止などが行われる(例えば、特許文献1参照)。
ところで、有機EL素子をパッケージに封入する場合には、内部の残留水分、あるいは外部から進入する水分を除去するための乾燥剤をパッケージに入れる必要がある。そのため、乾燥剤設置のための特別なスペースを設ける必要がある。例えば、有機EL素子が形成された基板と対向して貼り合わされる基板は、深さ0.2〜0.4mmの箱型に加工する必要がある。これには、パッケージ全体が厚くなる他、コストアップに繋がる等の問題がある。又、これらの有機EL素子をTV向けなどに大型用途に使用する場合、大きな中空部ができる上記封止方法は向いていない。
上述した問題を解決する手段として、図4に示す構造の有機EL素子が提案されている(特許文献2参照)。この有機EL素子は有機EL素子基板6および対向基板3を具備し、対向基板3は有機EL素子基板6の表面上に形成された有機EL素子層7と対向している。
また、図4に示される有機EL素子は吸湿剤とシリコ−ングリース又はシリコーンゲルとの混合物からなるゲル吸湿剤4を具備し、このゲル吸湿剤4は対向基板3の表面に塗布されているとともに、対向基板3の周辺部に塗布されたシール剤1により有機EL素子基板6と対向基板3との間に封止されている。
特開2003−163076号公報 国際公開第2009/139292号パンフレット
有機EL素子基板と対向基板との間にゲル吸湿剤を封止する方法としては、図5〜図7に示す方法が考えられる。しかしながら、図5に示す方法は、シリコ−ングリース又はシリコーンゲル(以下、ゲル剤という)と吸湿剤を秤量する秤量工程S51、ゲル剤と吸湿剤を攪拌混合してゲル吸湿剤4を得る攪拌混合工程S52、ゲル吸湿剤4を対向基板3に塗布するゲル吸湿剤塗布工程S53、対向基板3の周辺部にシール剤1を塗布するシール剤塗布工程S54、対向基板3と有機EL素子基板6とを貼り合わせる基板貼り合わせ工程S55、シール剤1を硬化処理するシール剤硬化工程S56を経てゲル吸湿剤4を有機EL素子基板6と対向基板3との間に封止する方法であり、工程S51〜工程S55までの封止プロセスは乾燥雰囲気で行われる。このため、工程管理や設備の面で製造負荷が増大するという問題がある。
図6に示す方法は、秤量工程S61、攪拌混合工程S62、ゲル吸湿剤4を脱水加熱処理するゲル吸湿剤脱水工程63、ゲル吸湿剤塗布工程S64、シール剤塗布工程S65、基板貼り合わせ工程S66、シール剤硬化工程S67を経てゲル吸湿剤4を封止する方法であり、工程S63〜工程S66までの封止プロセスは乾燥雰囲気で行われる。このため、ゲル吸湿剤塗布工程S64を例えばスクリーン印刷などで行う場合、工程管理や設備の面で製造負荷が増大する。また、ゲル吸湿剤4の脱水加熱を表面積の少ない状況下で行うため、水分除去に十分な時間が必要となる。
図7に示す方法は、秤量工程S71、攪拌混合工程S72、ゲル吸湿剤塗布工程S73、ゲル吸湿剤4を脱水加熱処理するゲル吸湿剤脱水工程S74、シール剤塗布工程S75、基板貼り合わせ工程S76、シール剤硬化工程S77を経てゲル吸湿剤4を封止する方法であり、ゲル吸湿剤塗布工程S73を乾燥雰囲気中で行う必要がないため、工程管理や低コスト化の面で望ましい。しかし、有機EL素子基板6と対向基板3との貼り合わせが極めて困難となる。
図8は、図7に示す方法で有機EL素子を製造したときのシール剤の状態を示している。図7に示す方法で有機EL素子基板と対向基板との間にゲル吸湿剤を封止すると、図8に示すように、対向基板3の周辺部に塗布されたシール剤1がはじかれ、シール剤1の存在しない領域2が対向基板3に発生する。シール剤1がこのように振る舞う場合、密閉が大変困難になる。故に、図7に示す方法は実用的でない。
本発明は、上記の問題点に鑑み成されたもので、その目的は、有機EL素子基板と対向基板との間にゲル吸湿剤を簡便かつ確実に封止することのできる有機EL素子の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に、請求項1の発明は、有機EL素子基板と、該有機EL素子基板の表面上に形成された有機EL素子層と対向する対向基板とを具備し、前記EL素子基板と前記対向基板との間に吸湿剤とシリコーン系材料との混合物からなるゲル吸湿剤が封止された有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法であって、前記対向基板の表面に前記ゲル吸湿剤を塗布する工程と、前記対向基板に塗布した前記ゲル吸湿剤を予備加熱する工程と、前記予備加熱した前記ゲル吸湿剤を備えた前記対向基板の周辺部をCFでエッチングした後、前記ゲル吸湿剤を脱水加熱する工程と、前記脱水加熱した前記ゲル吸湿剤を備えた前記対向基板の周辺部にシール剤を塗布する工程と、前記有機EL素子基板と、前記シール剤を塗布した前記対向基板とを貼り合わせて前記ゲル吸湿剤を前記シール剤により封止する工程とを有することを特徴とする。
請求項2の発明は、有機EL素子基板と、該有機EL素子基板の表面上に形成された有機EL素子層と対向する対向基板とを具備し、前記EL素子基板と前記対向基板との間に吸湿剤とシリコーン系材料との混合物からなるゲル吸湿剤が封止された有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法であって、前記対向基板の表面に前記ゲル吸湿剤を塗布する工程と、前記対向基板に塗布した前記ゲル吸湿剤を予備加熱する工程と、前記予備加熱した前記ゲル吸湿剤を備えた前記対向基板の周辺部をCでエッチングした後、前記ゲル吸湿剤を脱水加熱する工程と、前記脱水加熱した前記ゲル吸湿剤を備えた前記対向基板の周辺部にシール剤を塗布する工程と、前記有機EL素子基板と、前記シール剤を塗布した前記対向基板とを貼り合わせて前記ゲル吸湿剤を前記シール剤により封止する工程とを有することを特徴とする。
請求項3の発明は、有機EL素子基板と、該有機EL素子基板の表面上に形成された有機EL素子層と対向する対向基板とを具備し、前記EL素子基板と前記対向基板との間に吸湿剤とシリコーン系材料との混合物からなるゲル吸湿剤が封止された有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法であって、前記対向基板の表面に前記ゲル吸湿剤を塗布する工程と、前記対向基板に塗布した前記ゲル吸湿剤を予備加熱する工程と、前記予備加熱した前記ゲル吸湿剤を備えた前記対向基板の周辺部をSFでエッチングした後、前記ゲル吸湿剤を脱水加熱する工程と、前記脱水加熱した前記ゲル吸湿剤を備えた前記対向基板の周辺部にシール剤を塗布する工程と、前記有機EL素子基板と、前記シール剤を塗布した前記対向基板とを貼り合わせて前記ゲル吸湿剤を前記シール剤により封止する工程とを有することを特徴とする。
本発明によれば、対向基板の表面に塗布されたゲル吸湿剤によってシール剤がはじかれることを抑制することが可能となる。従って、有機EL素子基板と対向基板との間にゲル吸湿剤を簡便かつ確実に封止することができる。
本発明に係る有機EL素子の製造方法を説明するための図である。 図1に示す方法で有機EL素子基板と対向基板との間にゲル吸湿剤を封止したときのシール剤の状態を示す図である。 ゲル吸湿剤が塗布された対向基板を加熱したときの対向基板の状態を示す図である。 有機EL素子基板と対向基板との間にゲル吸湿剤が封止された有機EL素子の断面図である。 有機EL素子基板と対向基板との間にゲル吸湿剤を封止する場合の第1の従来例を示す図である。 有機EL素子基板と対向基板との間にゲル吸湿剤を封止する場合の第2の従来例を示す図である。 有機EL素子基板と対向基板との間にゲル吸湿剤を封止する場合の第3の従来例を示す図である。 図7に示す方法で有機EL素子基板と対向基板との間にゲル吸湿剤を封止したときのシール剤の状態を示す図である。
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図1は、図4に示す構造の有機EL素子を本発明により製造する場合の封止工程を示している。本発明の一実施形態では、有機EL素子基板6と対向基板3との間にゲル吸湿剤4を封止する場合、図1に示すように、ゲル剤と吸湿剤を秤量する秤量工程S11、ゲル剤と吸湿剤を攪拌混合してゲル吸湿剤4を得る攪拌混合工程S12、ゲル吸湿剤4を対向基板3の表面に塗布するゲル吸湿剤塗布工程S13、対向基板3を加熱処理する基板加熱工程S14、対向基板3の周辺部をCF4(四フッ化炭素)でプラズマ処理(エッチング)するエッチング工程S15、対向基板3に塗布されたゲル吸湿剤4を脱水加熱処理するゲル吸湿剤脱水工程S16、対向基板3の周辺部にシール剤1を塗布するシール剤塗布工程S17、対向基板3と有機EL素子基板6とを貼り合わせる基板貼り合わせ工程S18、シール剤1を硬化処理するシール剤硬化工程S19を経て、ゲル吸湿剤4が有機EL素子基板6と対向基板3との間に封止される。
ゲル吸湿剤脱水工程S16〜基板貼り合わせ工程S18は、乾燥雰囲気で行われる。また、エッチング工程S15はシリコーンのエッチングプロセスであり、基板加熱工程S14とエッチング工程S15は低分子のシリコーンを取り除くことが主な目的となる。
ゲル剤としてはシリコーングリースやUV硬化シリコーンゲル剤を用いることができ、吸湿剤としては物理吸着性を有するもの、例えばゼオライトやシリカゲルなどを用いることが望ましい。
攪拌混合工程S12でゲル剤と吸湿剤を攪拌混合するときには、高粘度材料の攪拌・分散と脱泡を同時に行うことのできる自公転ミキサーを用いることが望ましい。混合時の吸湿剤の割合は、ゼオライトの場合、33質量%から67質量%とすることが望ましい。
ゲル吸湿剤塗布工程S13でゲル吸湿剤4を対向基板3の表面に塗布するときには、スクリーン印刷などを用いることができる。
ゲル剤としてUV硬化シリコーンゲルを使用した場合には、ゲル剤をUV硬化した後、ゲル吸湿剤が塗布された対向基板3を加熱炉に入れ、約250℃でベーキングすることが望ましい。
エッチング工程S15では、プラズマエッチング装置内でCF4によるプラズマ処理を行い、対向基板3の周辺部に塗布されたゲル剤をエッチングする。また、基板エッチング工程S15では、吸湿剤とゲル剤の混合物が塗布された部分もエッチングされるが、そのエッチング層の厚みが薄いために、特にマスクの必要性はない。
ゲル吸湿剤脱水工程S16では、例えばグローブボックス中などの水分が十分に少ない雰囲気で対向基板3を200℃〜250℃に加熱して水分除去(脱水加熱)を行う。
シール剤塗布工程S17では、グローブボックス中などの水分が十分に少ない雰囲気にて、対向基板3の周辺部にディスペンサーでシール剤1を塗布する。ここでは、例えば紫外線硬化型エポキシ樹脂からなる封止樹脂に、無機あるいは樹脂系からなる球状スペーサーを混入したものをシール剤1として塗布する。
基板貼り合わせ工程S18では、グローブボックス中などの水分が十分に少ない雰囲気にて行う。ここで、対向基板3の周辺部に塗布されたシール剤1は、有機EL素子基板6の有機EL素子層7を取り囲む外方の領域に接合される。そして、雰囲気を減圧した状態で、有機EL素子基板6と対向基板3とを貼り合せ、その後、雰囲気を大気に戻し所定の圧力で加圧した状態で、シール剤1に紫外線を照射して封止樹脂を硬化させる。以上により、図4に示す構造の有機EL素子が製造される。
図2に、CF4のプラズマエッチング処理が周辺部に施された対向基板3を有機EL基板6に貼り合わせたときのシール剤1の状態を示す。図1に示す工程S11〜S17を経て有機EL基板6と対向基板3とを貼り合わせると、シール剤1がはじかれていないことが図2からわかる。以下、その理由について説明する。
図3は、ゲル吸湿剤4が塗布された対向基板3を加熱したときの対向基板3の状態を示している。図として明示していないが、吸湿剤、ゲル剤、ゲル吸湿剤の示差熱重量分析の結果から、脱水処理温度は約250℃で十分であること、その温度でゲル剤の一部が分離することなどが判明した。すなわち、対向基板3に塗布したゲル吸湿剤4を加熱除湿すると、ゲル剤は、分解して、あるいは、元々存在する一部の分子量の小さいものは気化し、それより少し大きい分子量のものは対向基板の周囲に流れ出す。このように流れ出した対向基板上の比較的低分子のシリコーン5(図3参照)は、エポキシなどのシール剤1をはじく原因となっている。
したがって、ゲル吸湿剤の加熱後、この低分子シリコーン5を除去すればシール剤1がはじかれるという問題は解決する。除去方法を検討するために有機EL素子基板として80×90mmの硝子基板を使用すると共に、対向基板として70×90mmの硝子基板を使用して、対向基板へのゲル吸湿剤の塗布と加熱処理をした後に、各種条件で基板周囲の処理を行ってからシール剤を塗布して封止を試みた。表1に試みた処理方法と結果をまとめた。
Figure 0005982937
表1の欄にある処理方法1は有機溶剤や研磨剤によるウエット洗浄処理、処理方法2はO2(酸素)やCF4プラズマによるドライ処理を示している。
表1の試料番号1,2,6,7,8,9,10,11を見るとエタノールやシリコーンを溶かすといわれているソルベントによる洗浄(処理方法1)及O2プラズマによる処理(処理方法2)も効果として十分では無く、4辺すべてが図2に示すような良好な封止とはならなかった。僅かに、研磨を組み合わせた処理が効果を有するが(試料番号4,5)、それとて十分な処理とは言い難い。
試料番号12のCF4によるプラズマ処理が極めて有効であることが判る。これはゲル剤から周囲に流れ出した対向基板上の低分子のシリコーンがCF4によってエッチングされたためと考えられる。
試料番号1〜12の処理は、通常の大気雰囲気にて行われた。そこで、実用的な封止を行うためには、CF4によるプラズマ処理をした後に乾燥雰囲気での再加熱が必要となる。試料番号13の試料では再加熱後でも良好な接合が確認された。これは、二度目の加熱では周囲に流れ出す低分子シリコーンが減少するためと考えられる。
上述した本発明の一実施形態では、ゲル剤から対向基板の周辺部に流れ出た低分子のシリコーンをプラズマエッチングするエッチング工程S15でプラズマ処理するときに用いる反応ガスとしてCF4を用いた場合を例示したが、シリコーンあるいはシリコーン化合物をエッチング可能なフッ素系のガスであれば良く、例えばC46(ヘキサフルオロ1,3ブタジエン)やSF6(六フッ化硫黄)を用いても良い。
1…シール剤(封止材)
2…シール剤のあるべき領域
3…対向基板
4…ゲル吸湿剤
5…流れ出した比較的分子量の小さいシリコーン
6…有機EL素子基板
7…有機EL素子層
S11,S51,S61,S71…秤量工程
S12,S52,S62,S72…攪拌混合工程
S13,S53,S64,S73…ゲル吸湿剤塗布工程
S14…基板加熱工程
S15…エッチング工程
S16,S63,S74…ゲル吸湿剤脱水工程
S17,S54,S65,S75…シール剤塗布工程
S18,S55,S66,S76…基板貼り合わせ工程
S19,S56,S67,S77…シール剤硬化工程

Claims (3)

  1. 有機EL素子基板と、該有機EL素子基板の表面上に形成された有機EL素子層と対向する対向基板とを具備し、前記EL素子基板と前記対向基板との間に吸湿剤とシリコーン系材料との混合物からなるゲル吸湿剤が封止された有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法であって、
    前記対向基板の表面に前記ゲル吸湿剤を塗布する工程と、前記対向基板に塗布した前記ゲル吸湿剤を予備加熱する工程と、前記予備加熱した前記ゲル吸湿剤を備えた前記対向基板の周辺部をCFでエッチングした後、前記ゲル吸湿剤を脱水加熱する工程と、前記脱水加熱した前記ゲル吸湿剤を備えた前記対向基板の周辺部にシール剤を塗布する工程と、前記有機EL素子基板と、前記シール剤を塗布した前記対向基板とを貼り合わせて前記ゲル吸湿剤を前記シール剤により封止する工程とを有することを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法。
  2. 有機EL素子基板と、該有機EL素子基板の表面上に形成された有機EL素子層と対向する対向基板とを具備し、前記EL素子基板と前記対向基板との間に吸湿剤とシリコーン系材料との混合物からなるゲル吸湿剤が封止された有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法であって、
    前記対向基板の表面に前記ゲル吸湿剤を塗布する工程と、前記対向基板に塗布した前記ゲル吸湿剤を予備加熱する工程と、前記予備加熱した前記ゲル吸湿剤を備えた前記対向基板の周辺部をCでエッチングした後、前記ゲル吸湿剤を脱水加熱する工程と、前記脱水加熱した前記ゲル吸湿剤を備えた前記対向基板の周辺部にシール剤を塗布する工程と、前記有機EL素子基板と、前記シール剤を塗布した前記対向基板とを貼り合わせて前記ゲル吸湿剤を前記シール剤により封止する工程とを有することを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法。
  3. 有機EL素子基板と、該有機EL素子基板の表面上に形成された有機EL素子層と対向する対向基板とを具備し、前記EL素子基板と前記対向基板との間に吸湿剤とシリコーン系材料との混合物からなるゲル吸湿剤が封止された有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法であって、
    前記対向基板の表面に前記ゲル吸湿剤を塗布する工程と、前記対向基板に塗布した前記ゲル吸湿剤を予備加熱する工程と、前記予備加熱した前記ゲル吸湿剤を備えた前記対向基板の周辺部をSFでエッチングした後、前記ゲル吸湿剤を脱水加熱する工程と、前記脱水加熱した前記ゲル吸湿剤を備えた前記対向基板の周辺部にシール剤を塗布する工程と、前記有機EL素子基板と、前記シール剤を塗布した前記対向基板とを貼り合わせて前記ゲル吸湿剤を前記シール剤により封止する工程とを有することを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法。
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