JP6572885B2 - 有機エレクトロルミネッセンス素子、及び、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、及び、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、封止基板により封止された有機エレクトロルミネッセンス素子、及び、有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法に係わる。
有機物質を用いた有機エレクトロルミネッセンス(EL)素子(有機ELデバイス及び有機EL装置)は、最適な有機材料を選択することで特定の波長による面発光と、薄型、且つ、固体形状で発光ができるため、薄型大面積フルカラーディスプレイや、電子写真用光源デバイス、液晶ディスプレイ用バックライト、静脈センサー等の生体認識用光源、面発光照明用等において商品化が急がれている。また、用途を拡大するため、さらなる低コスト化と信頼性向上に向けて、材料開発、構造最適化、生産プロセス効率化等の品質向上開発が活発に進められている。
有機EL素子は、一般にベース基板上に、少なくとも第1電極、多層の有機化合物からなる有機機能層(発光層)、及び、第2電極を備える薄膜固体発光素子である。なお、第1電極及び第2電極は、一方が陽極を構成し、他方が陰極を構成する。また、有機機能層は、少なくとも1つの有機発光物質を含有し、多数の有機化合物から構成される。
このような構成の有機EL素子において、第1電極及び第2電極間に電圧を印加すると、一方の電極(陽極)から発光層に正孔が注入され、かつ、他方の電極(陰極)から発光層に電子が注入される。そして、発光層に注入された正孔及び電子が発光層において再結合することにより、有機発光物質のエネルギー準位が伝導帯から価電子帯に戻り、この際に生じるエネルギーが光として発光層から放出される。
近年、有機EL素子の技術分野では、有機EL素子パネルの薄型化、軽量化、大型化、生産性向上、耐衝撃性などの要求から、可撓性のある透明フィルム基板をベースとして、ロール供給による一貫生産をおこなう大規模生産技術の確立が求められている。透明フィルム基板に有機EL素子を形成する場合、時間とともに大気中から透明フィルム基板又は封止基板を浸透する、酸素や水蒸気によって電極や発光材料が劣化し、非発光化するダークスポット現象が起こる。このため、ガスバリア層及び無機封止層を設け、さらに樹脂接着剤で金属箔などの封止基板を貼り合わせることにより、素子表面及び周辺を密封する必要がある。
また、有機EL素子では、第1電極及び第2電極から樹脂接着剤で接着された封止基板の外部まで引出された配線に、異方性導電フィルム(ACF)等を用いて、フレキシブルプリント回路フィルム(FPC)等が接続される。この接続では、100〜200℃の加熱圧着工程が必要となる。このため、加熱圧着工程に用いる接着剤が、金属配線及びACF圧着部分にはみ出さないようにしなければならない。さらに、防湿性及び放熱性を得るために封止基板に設ける金属は、導電性があるため、接着時に金属配線と金属との端部が一部でも接触すると短絡漏電を起こし、発光不良が発生する。
このようなに課題に対して、シート状封止部材を介して封止基板を貼り合わせた構造において、端子接続辺にスペーサーや接着層を配置することにより、シート状封止部材のはみ出しを防止することが提案されている(例えば、特許文献1、特許文献2参照)。
国際公開第2010/024006号 特開2008−10211号公報
しかしながら、端子接続辺にスペーサーや接着層を配置する構成では、樹脂製スペーサーでACF圧着工程に耐えるだけの耐熱性を得るため、高価なガラス製やセラミック製の無機粒子を多く添加する必要がある。また、これらの無機粒子は、封止基板の圧着時に無機封止層の損傷やクラックを招きやすい問題もある。
上述のように、有機エレクトロルミネッセンス素子においては、外部取り出し電極とFPC(フレキシブルプリント回路フィルム)等の外部機器との接続において、電気的な接続信頼性の向上が求められている。
上述した問題の解決のため、本発明においては、外部機器との接続信頼性の向上が可能な有機エレクトロルミネッセンス素子を提供するものである。
本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子は、基板と、基板上に設けられたガスバリア層と、ガスバリア層上に設けられた、第1電極、有機機能層、及び、第2電極からなる発光部と、発光部を被覆する無機封止層と、第1電極、又は、第2電極に接続されて、無機封止層の外部に延在する取り出し配線と、無機封止層上に、樹脂接着層を介して貼り合わされた金属層と絶縁層とからなる封止基板とを備える。そして、少なくとも取り出し配線の上方において、封止基板が基板側に折り曲げられ、金属層、及び、絶縁層の少なくともいずれか一方が、無機封止層に接触している。
また、本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法は、基板上にガスバリア層を形成する工程と、ガスバリア層上に、第1電極、有機機能層、及び、第2電極からなる発光部を形成する工程とを有する。そして、第1電極、又は、第2電極に接続する取り出し配線を形成する工程と、発光部及び取り出し配線の発光部側の一部を被覆する無機封止層を形成する工程とを有する。さらに、無機封止層上に、樹脂接着層を介して貼り合わされた金属層と絶縁層とからなる封止基板を接合し、金属層、及び、絶縁層の少なくともいずれか一方が、無機封止層に接触するように、少なくとも取り出し配線の上方の封止基板の端部を折り曲げる、封止基板の圧着工程とを有する。
本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子、及び、有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法によれば、発光部が無機封止層により封止され、この無機封止層上に封止基板が樹脂接着層により接合される。
そして、取り出し配線の上方において、封止基板が折り曲げられて無機封止層上に接触する。このため、取り出し配線の上方において、樹脂接着層の端面が封止基板により覆われる。従って、取り出し配線上への樹脂接着層の露出、流出を防ぐことができる。
この結果、有機エレクトロルミネッセンス素子の取り出し配線と、外部機器との接続信頼性が向上する。
本発明によれば、外部機器との接続信頼性の向上が可能な有機エレクトロルミネッセンス素子を提供することができる。
第1実施形態の有機EL素子の概略構成を示す平面図である。 図1に示す第1実施形態の有機EL素子のX−X線断面図である。 図1に示す第1実施形態の有機EL素子のY−Y線断面図である。 第2実施形態の有機EL素子の概略構成を示す平面図である。 図4に示す第2実施形態の有機EL素子のX−X線断面図である。 図4に示す第2実施形態の有機EL素子のY−Y線断面図である。 第2実施形態の有機EL素子の圧着工程を示す図である。 第2実施形態の有機EL素子の圧着工程を示す図である。 第2実施形態の有機EL素子の圧着工程を示す図である。 第2実施形態の有機EL素子の圧着工程を示す図である。 第2実施形態の有機EL素子の圧着工程を示す図である。 第2実施形態の有機EL素子の圧着工程を示す図である。 圧着工程を行なうロールラミネート装置の構成例を示す図である。 圧着工程を行なうロールラミネート装置の構成例を示す図である。 有機EL素子を、素子毎に切断する工程を説明する図である。 有機EL素子を、素子毎に切断する工程を説明する図である。 フレキシブル印刷配線フィルム(FPC)が接続された状態の有機EL素子モジュールの構成を示す図である。 図17に示す有機EL素子モジュールのX−X線断面図である。 フレキシブル印刷配線フィルム(FPC)が接続された状態の有機EL素子モジュールの構成を示す図である。 図19に示す有機EL素子モジュールのX−X線断面図である。 フレキシブル印刷配線フィルム(FPC)が接続された状態の有機EL素子モジュールの構成を示す図である。 図21に示す有機EL素子モジュールのX−X線断面図である。 ケーシングされた有機EL素子モジュールの構成を示す平面配置図である。 ケーシングされた有機EL素子モジュールの構成を示す図である。 ケーシングされた有機EL素子モジュールの構成を示す図である。 ケーシングされた有機EL素子モジュールの構成を示す図である。
以下、本発明を実施するための形態の例を説明するが、本発明は以下の例に限定されるものではない。
なお、説明は以下の順序で行う。
1.有機エレクトロルミネッセンス素子(第1実施形態)
2.有機エレクトロルミネッセンス素子(第2実施形態)
3.有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法(第3実施形態)
4.有機エレクトロルミネッセンス素子モジュール(第4実施形態)
〈1.有機エレクトロルミネッセンス素子(第1実施形態)〉
以下、本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子(有機EL素子)の具体的な実施の形態について説明する。図1〜3に、第1実施形態の有機EL素子の構成を示す。図1は、有機EL素子の概略構成を示す平面図である。図2は、図1に示す有機EL素子のX−X線断面図である。図3は、図1に示す有機EL素子のY−Y線断面図である。
[有機EL素子の構成]
図1に示すように、有機EL素子10は、基板11と封止基板19との間に発光部20が封止された構成を有している。そして、有機EL素子10は、発光部20から封止基板19の外部に引き出された取り出し配線14を有している。
また、図2に示すように、有機EL素子10は、基板11を浸透する大気中の酸素や水蒸気を防ぐために、基板11上の全面にガスバリア層12が形成されている。
そして、この基板11上において、第1電極21、有機機能層22、及び、第2電極23が積層され、有機EL素子10の発光部20が形成されている。有機EL素子10は、有機機能層22に、少なくとも発光性の有機材料を含む。例えば、有機EL素子10は、発光性の有機材料として、青(B)、緑(G)、及び、赤(R)の各色の発光ドーパントを有する、白色発光素子である。
第1電極21は、ガスバリア層12上の下地層13上に形成されている。この下地層13と第1電極21上を覆って、有機機能層22が形成されている。さらに、有機機能層22上を覆って、第2電極23が形成されている。そして、第1電極21、有機機能層22、及び、第2電極23からなる発光部20の全面を覆って、無機封止層15が形成されている。また、無機封止層15上に、樹脂接着層16を介して、金属層17と絶縁層18とからなる封止基板19が接合されている。
また、図3に示すように、基板11上において、取り出し配線14は第2電極23に接続するように設けられている。そして、この取り出し配線14が、基板11上において、無機封止層15及び封止基板19の外部に引出されている。このため、無機封止層15は、取り出し配線14の発光部20側の一部のみを被覆するように設けられ、基板11の端部側では取り出し配線14が露出するように設けられている。
なお、図3には示していないが、第1電極21と接続する取り出し配線14が設けられ、無機封止層15及び封止基板19の外部に引出されている。
これにより、発光部20は、ガスバリア層12と無機封止層15、及び、取り出し配線14とによって全面が封止された構成となる。そして、無機封止層15上に、樹脂接着層16を介して、封止基板19が接合された構成となる。
図3に示すように、有機EL素子10は、無機封止層15が発光部20の全体を覆うように形成されている。このため、基板11上において、無機封止層15は、発光部20よりも広い面積に渡って形成され、発光部20が形成されている領域の外側に外縁部(ベゼル部)を有している。この無機封止層15の外縁部では、無機封止層15と基板11との間に、発光部20を構成する第1電極21、有機機能層22、及び、第2電極23は形成されておらず、取り出し配線14、及び、ガスバリア層12のみが形成されている。
また、有機EL素子10において、第1電極21又は第2電極23に接続されている取り出し配線14は、基板11上の一方向側に引出されている。このように、有機EL素子10では、取り出し配線14が引出されている一辺方向において外部機器に実装される。有機EL素子10の取り出し配線14が配置されている外部機器に実装される辺(実装辺)においては、封止基板19から、取り出し配線14が露出することにより、この封止基板19の露出した部分が外部機器との接続用の電極となる。
図3に示すように、取り出し配線14が形成されている実装辺においては、封止基板19の端部が、基板11側に折り曲げられている。そして、封止基板19の端部が無機封止層15の上面に接触している。このように、実装辺側において、封止基板19が折り曲げられ、無機封止層15と接触することにより、樹脂接着層16の端面が、実装辺側に露出しない構成となる。
また、図2及び図3に示すように、有機EL素子10の実装辺以外では、封止基板19の端部は折り曲げられず、樹脂接着層16の端面が有機EL素子10の端面に露出している。つまり、封止基板19が曲げられずに、封止基板19の端部と樹脂接着層16の端部とが同じ位置に形成されている。
有機EL素子10の実装辺において樹脂接着層16が露出しないことにより、実装辺側への樹脂接着層16の流出を防ぐことができる。このため、取り出し配線14の外部機器との接続用の電極となる部分への、樹脂接着層16の汚染を無くすことができる。これにより、有機EL素子10と外部機器との電気的な接続信頼性を向上させることができる。
また、有機EL素子10の実装辺以外では、取り出し配線14が設けられていないため、樹脂接着層16の流出による電極の汚染が問題とならない。このため、樹脂接着層16の端面が有機EL素子10の端面に露出した状態にしてもよい。
封止基板19は、少なくとも、実装辺において、取り出し配線14が形成されている領域上では、封止基板19が無機封止層15と接触している必要がある。また、封止基板19は、金属層17と絶縁層18の少なくともいずれか一方が、実装辺のすべての領域において、無機封止層15と接触していることが好ましい。
封止基板19を構成する金属層17と絶縁層18との少なくともいずれか一方が、無機封止層15と接触していることにより、樹脂接着層16を露出しない構成とすることができる。
また、好ましくは、金属層17と絶縁層18との両方が無機封止層15と接触していることが好ましい。
金属層17のみが接触する構成では、実装辺の端部に金属層17が露出する部分を有する構成となる。
金属層17が露出している場合には、外部機器との電気的な接続の際に、外部機器の電極と金属層17との電気的な接触が起こると、短絡、リーク等の原因となる。このため、金属層17が露出しないように、絶縁層18が金属層17を覆う構成、つまり、絶縁層18が無機封止層15に接触する構成とすることが好ましい。
また、絶縁層18のみが接触している構成では、金属層17が樹脂接着層16と接触する面の一部に形成されない構成となる。この場合、絶縁層18のみでは、強度的な問題がある。さらに、封止基板19の端部では、金属層17を有することで、金属の持つ塑性(延性、展性)により、封止基板19を折り曲げた状態を維持しやすくなる。つまり、絶縁層18のみでは、絶縁層18を構成する樹脂フィルム等の復元力により、折り曲げた状態を維持することが難しくなり、信頼性に影響を与える。
また、封止基板19は、金属層17が絶縁層18よりも厚さが大きいことが好ましい。上述のように、封止基板19を折り曲げた部分では、絶縁層18を構成する樹脂等によって、折り曲げられる前の状態に復元する力が働く。このため、封止基板19を折り曲げた状態で維持するためには、塑性変形させた金属により絶縁層18の復元力を吸収する必要がある。
従って、金属層17を絶縁層18よりも厚く形成し、塑性変形させた金属の強度を高めることにより、封止基板19が折り曲げた状態を維持しやすくなる。
また、封止基板19が無機封止層15に接触する位置は、無機封止層15の外縁部の上面であることが好ましい。封止基板19を折り曲げる際には、封止基板19から基板11側に応力を加える必要がある。この封止基板19を折り曲げる際に発生する応力が発光部20に加わると、発光部20を構成する各素子構成が損傷する可能性がある。このため、封止基板19を折り曲げる際に発生する応力が、発光部20に加わり難い構成とすることが好ましい。従って、無機封止層15の外縁部に封止基板19の折り曲げ部を配置することが好ましい。
無機封止層15は、硬度が高い方が好ましい。封止基板19の折り曲げる際に発生する応力による損傷を防ぐため、また、無機封止層15下に形成されている発光部20を保護するため、無機封止層15は、表面硬度がビッカース硬度で400HV以上であることが好ましい。さらに、無機封止層15は、最も薄い箇所で200nm以上の厚さを有していることが好ましい。
[有機EL素子の構成]
以下に有機EL素子10の各構成の詳細について説明する。なお、以下に説明する有機EL素子10の各構成は、有機EL素子10を構成するための一例であってその他の構成を適用することも可能である。
[基板]
基板11(基体、基板、基材、支持体)は、例えば、薄型ガラス、薄型セラミック、樹脂フィルム、ガラス繊維や炭素繊維を含む樹脂フィルム等の透明性を有するフィルムである。特に、軽量化と耐外部衝撃性、コストの点から、透明樹脂フィルムを用いることが好ましい。
透明樹脂フィルムの形成材料としては、例えば、ポリエチレンやポリプロピレン、環状オレフィン共重合体(COP)などのポリオレフィン、ポリアミド、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)等のポリエステル、セロファン、セルロースジアセテート、セルロースアセテートブチレート、セルロースアセテートプロピオネート(CAP)、トリアセチルセルロース(TAC)、セルロースナイトレート等のセルロースエステル類、ポリ塩化ビニリデン、ポリビニルアルコール、ポリエチレンビニルアルコール共重合体(EVOH)、シンジオタクティックポリスチレン、ポリカーボネート、ノルボルネン樹脂、ポリメチルペンテン、ポリエーテルケトン、ポリイミド、ポリエーテルスルホン(PES)、ポリフェニレンスルフィド、ポリスルホン類、ポリエーテルイミド、ポリエーテルケトンイミド、フッ素樹脂、ポリメチルメタクリレート(PMMA)等のアクリル樹脂、ポリアリレート類等の材料とそれらの誘導体を透明樹脂フィルムの形成材料として用いることができる。さらに、例えば、アートン(登録商標:JSR社製)、又は、アペル(登録商標:三井化学社製)と呼ばれるシクロオレフィン系樹脂を透明樹脂フィルムの形成材料として用いることもできる。
厚さは、50〜300μmが好適である。50μm未満では十分な保持強度が得られず、300μm以上では可撓性が低下する。
[ガスバリア層]
ガスバリア層12は、基板11の片面又は両面において、少なくとも発光部20が形成される側の全面に形成される。ガスバリア層12は、第1電極21と有機機能層22及び第2電極23に対して、大気中の水蒸気や酸素の浸透防止と電気絶縁性の確保を目的として形成されている。ガスバリア層12は、無機材料被膜だけでなく、無機材料と有機材料との複合材料からなる被膜、又は、これらの被膜を積層したハイブリッド被膜であってもよい。
ガスバリア層12の性能としては、水蒸気透過度(環境条件:25±0.5℃、相対湿度(90±2)%RH)が約0.01g/[m・day・atm]以下、酸素透過度が約0.01cm/[m・day・atm]以下、抵抗率が1×1012Ω・cm以上、光線透過率は可視光領域で約80%以上であり、ガスバリア性を有する透明絶縁膜であることが好ましい。特に、酸素透過度が0.0001cm/[m・day・atm]以下の値であり、かつ、水蒸気透過度が約0.0001g/[m・day・atm]以下の値となるようなハイバリア性の多層膜で構成されていることが好ましい。なお、「水蒸気透過度」とは、JIS(日本工業規格)−K7129(1992年)に準拠した赤外センサー法により測定された値であり、「酸素透過度」とは、JIS−K7126(1987年)に準拠したクーロメトリック法により測定された値である。
上述したガスバリア層12の形成材料としては、有機EL素子10の劣化を招く、例えば水や酸素等のガスが有機EL素子10への浸入を抑制できる材料であれば、任意の材料を用いることができる。
例えば、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、炭化ケイ素、酸炭化ケイ素、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化ニオブ、酸化モリブデン等の無機材料からなる被膜で構成することができる。有機EL素子10では、ガスバリア性や透明性、分割時の割断性などを考慮して、ガスバリア層12が窒化ケイ素や酸化ケイ素などの珪素化合物を主原料とする無機材料被膜で構成されていることが好ましい。
なお、ガスバリア層12の脆弱性を改良するためには、上記無機材料被膜だけでなく、有機材料との複合材料からなる被膜、又は、これらの被膜を積層したハイブリッド被膜を併せて構成してもよい。この場合、無機材料からなる被膜及び有機材料からなる被膜の積層順序は任意であるが、有機材料/無機材料でも、両者を交互に複数積層してもよい。ガスバリア層12の最表面は、無機材料となっている方が、絶縁性やガスバリア性、後述の無機封止層15と接触させて密閉させる点からより好ましい。さらに、ガスバリア層12の欠陥・ピンホール対策として、基板11とガスバリア層12をそれぞれ2層以上積層された構成とすることもできる。
ガスバリア層12の膜厚は上記性能を満たせば任意で設定できるが、可撓性を考慮して、総厚で50〜1000nmの範囲内が好ましい。50nm以下ではピンホールが発生しやすく十分なガスバリア性能が得られにくく、1000nm以上では屈曲時のクラックなどが発生しやすくなる。
[下地層]
下地層13は、ガスバリア層12と第1電極21の間に形成される層で、第1電極21を形成する前に、ガスバリア層12の表面の平坦化と、第1電極21の密着性を向上させるために形成する。特に、第1電極21に銀等の薄膜金属を使用する際には好適に用いられる。下地層13は、水蒸気を透過しやすい材料であるため、ガスバリア層12と無機封止層15で保護された構造であることが好ましい。
膜厚は50〜500mmの範囲で用いられる。50nm以下では平坦性が十分得られず、500nm以上では経済面から好ましくない。
下地層13の材料としては、透明な樹脂材料が好ましく、例えば、ポリアニリンやポリフェニルアミン、PEDOT/PSS(ポリエチレンジオキシチオフェン/ポリスチレンスルホン酸)、PPV(ポリフェニレンビニレン)、3級アミン等の導電性ポリマーも好適である。また、光散乱性を付与するため、これらの樹脂バインダー成分に、屈折率の高いアクリル樹脂粒子や酸化ニオブ系無機粒子などを添加して、光散乱性を上げる効果を付与することもできる。
[第1電極]
第1電極21(陽極)は、発光層に正孔を供給(注入)する電極膜であり、仕事関数の大きい(4eV以上)、例えば、金属、合金、導電性化合物、及び、これらの混合物等の電極材料で形成される。
具体的には、有機EL素子10において、第1電極21側から光を取り出す場合には、第1電極21は、例えば、金や銀、アルミニウム等の薄膜金属や、ITO(インジウム錫酸化物)、酸化錫(SnO)、酸化亜鉛(ZnO)、ガリウム亜鉛酸化物(GZO)、インジウムガリウム亜鉛酸化物(IGZO)等の光透過性を有する金属酸化物材料で形成することができる。
なお、有機EL素子10において、第1電極21側から光を取り出す場合には、第1電極21の光線透過率は可視光領域で約50%以上であることが好ましい。また、第1電極21のシート抵抗(表面抵抗)は300Ω/sq.以下の値であることが好ましい。また、第1電極21は多層であってもよい。例えば、上述の下地層13や酸化ニオブなどの高屈折率材料層を設ける構成としてもよい。
第1電極21の膜厚は、層構成や形成材料の電気抵抗、光透過性によって適時設定依存して変化するが、好ましくは5〜200nmの範囲内の値で設定される。
[有機機能層]
有機EL素子10は、電極間に発光性を有する有機機能層22を備える構成である。有機機能層22は、少なくとも発光層を有し、さらに、発光層と各電極との間に他の層を備えていてもよい。
有機機能層22の代表的な素子構成としては、以下の構成を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。
(1)発光層
(2)発光層/電子輸送層
(3)正孔輸送層/発光層
(4)正孔輸送層/発光層/電子輸送層
(5)正孔輸送層/発光層/電子輸送層/電子注入層
(6)正孔注入層/正孔輸送層/発光層/電子輸送層
(7)正孔注入層/正孔輸送層/(電子阻止層/)発光層/(正孔阻止層/)電子輸送層/電子注入層
上記の中で(7)の構成が好ましく用いられるが、これに限定されるものではない。
上記構成において、発光層は、単層又は複数層で構成される。発光層が複数の場合は、各発光層の間に非発光性の中間層を設けてもよい。
また、必要に応じて、発光層と陰極との間に正孔阻止層(正孔障壁層)や電子注入層(陰極バッファー層)等を設けてもよい。そして、発光層と陽極との間に電子阻止層(電子障壁層)や正孔注入層(陽極バッファー層)等を設けてもよい。
電子輸送層は、電子を輸送する機能を有する層である。電子輸送層には、広い意味で電子注入層、及び、正孔阻止層も含まれる。また、電子輸送層は、複数層で構成されていてもよい。
正孔輸送層は、正孔を輸送する機能を有する層である。正孔輸送層には、広い意味で正孔注入層、及び、電子阻止層も含まれる。また、正孔輸送層は、複数層で構成されていてもよい。
(タンデム構造)
また、有機EL素子10は、少なくとも1層の発光層を含む有機機能層22を複数積層した、いわゆるタンデム構造の素子であってもよい。タンデム構造の代表的な素子構成としては、例えば以下の構成を挙げることができる。
(1)陽極/第1有機機能層/中間コネクタ層/第2有機機能層/陰極
(2)陽極/第1有機機能層/中間コネクタ層/第2有機機能層/中間コネクタ層/第3有機機能層/陰極
ここで、上記第1有機機能層、第2有機機能層及び第3有機機能層は全て同じであっても、異なっていてもよい。また、2つの有機機能層が同じであり、残る1つが異なっていてもよい。
また、各有機機能層は直接積層されていても、中間コネクタ層を介して積層されていてもよい。中間コネクタ層は、例えば、中間電極、中間導電層、電荷発生層、電子引抜層、接続層、又は、中間絶縁層等から構成され、陽極側の隣接層に電子を、陰極側の隣接層に正孔を供給する機能を持った層であれば、公知の材料や構成を用いることができる。
中間コネクタ層に用いられる材料としては、例えば、ITO(インジウム・錫酸化物)、IZO(インジウム・亜鉛酸化物)、ZnO、TiN、ZrN、HfN、TiO、VO、CuI、InN、GaN、CuAlO、CuGaO、SrCu、LaB、RuO、Al等の導電性無機化合物層や、Au/Bi等の2層膜や、SnO/Ag/SnO、ZnO/Ag/ZnO、Bi/Au/Bi、TiO/TiN/TiO、TiO/ZrN/TiO等の多層膜、またC60等のフラーレン類、オリゴチオフェン等の導電性有機物層、金属フタロシアニン類、無金属フタロシアニン類、金属ポルフィリン類、無金属ポルフィリン類等の導電性有機化合物層等が挙げられるが、これらに限定されない。
タンデム型有機EL素子の具体例としては、例えば、米国特許第6,337,492号、米国特許第7,420,203号、米国特許第7,473,923号、米国特許第6,872,472号、米国特許第6,107,734号、米国特許第6,337,492号、国際公開第2005/009087号、特開2006−228712号公報、特開2006−24791号公報、特開2006−49393号公報、特開2006−49394号公報、特開2006−49396号公報、特開2011−96679号公報、特開2005−340187号公報、特許第4711424号、特許第3496681号、特許第3884564号、特許第4213169号、特開2010−192719号公報、特開2009−076929号公報、特開2008−078414号公報、特開2007−059848号公報、特開2003−272860号公報、特開2003−045676号公報、国際公開第2005/094130号等に記載の素子構成や構成材料等が挙げられるが、これらに限定されない。
(正孔注入層)
有機EL素子10では、第1電極21と発光層との間、又は、第2電極23と正孔輸送層との間に、正孔注入層(陽極バッファー層)を設けてもよい。なお、正孔注入層は、有機EL素子10の駆動電圧の低下や発光輝度の向上を図るために、第1電極21と、発光層又は正孔輸送層との間に設けられる。正孔注入層(陽極バッファー層)の形成材料としては、特開2000−160328号公報に記載されている化合物を用いることができる。
(正孔輸送層)
正孔輸送層は、第1電極21から供給された正孔を発光層に輸送(注入)する層である。また、正孔輸送層は、第2電極23側からの電子の流入を阻止する障壁としても作用する。このため、正孔輸送層という用語は、広い意味で、正孔注入層及び/又は電子阻止層を含む意味で用いられることもある。
正孔輸送材料としては、上述した正孔を輸送(注入)する作用、及び、電子の流入を阻止する作用を発現可能な材料であれば、有機材料及び無機材料のいずれの材料も用いることができる。具体的には、正孔輸送材料として、例えば、トリアゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、ポリアリールアルカン誘導体、ピラゾリン誘導体、ピラゾロン誘導体、フェニレンジアミン誘導体、アリールアミン誘導体、アミノ置換カルコン誘導体、オキサゾール誘導体、スチリルアントラセン誘導体、フルオレノン誘導体、ヒドラゾン誘導体、スチルベン誘導体、シラザン誘導体、アニリン系共重合体、導電性高分子オリゴマー(特に、チオフェンオリゴマー)等の化合物を用いることができる。
また、正孔輸送材料としては、例えば、ポルフィリン化合物、芳香族第3級アミン化合物(スチリルアミン化合物)等の化合物を用いることができる。特に、本実施形態では、芳香族第3級アミン化合物を正孔輸送材料として用いることが好ましい。
芳香族第3級アミン化合物としては、N,N,N′,N′−テトラフェニル−4,4′−ジアミノフェニル、N,N′−ジフェニル−N,N′−ビス(3−メチルフェニル)−〔1,1′−ビフェニル〕−4,4′−ジアミン(TPD)、2,2−ビス(4−ジ−p−トリルアミノフェニル)プロパン、1,1−ビス(4−ジ−p−トリルアミノフェニル)シクロヘキサン、N,N,N′,N′−テトラ−p−トリル−4,4′−ジアミノビフェニル、1,1−ビス(4−ジ−p−トリルアミノフェニル)−4−フェニルシクロヘキサン、ビス(4−ジメチルアミノ−2−メチルフェニル)フェニルメタン、ビス(4−ジ−p−トリルアミノフェニル)フェニルメタン、N,N′−ジフェニル−N,N′−ジ(4−メトキシフェニル)−4,4′−ジアミノビフェニル、N,N,N′,N′−テトラフェニル−4,4′−ジアミノジフェニルエーテル、4,4′−ビス(ジフェニルアミノ)クオードリフェニル、N,N,N−トリ(p−トリル)アミン等の化合物を用いることができる。また、芳香族第3級アミン化合物として、4−(ジ−p−トリルアミノ)−4′−〔4−(ジ−p−トリルアミノ)スチリル〕スチルベン、4−N,N−ジフェニルアミノ−(2−ジフェニルビニル)ベンゼン、3−メトキシ−4′−N,N−ジフェニルアミノスチルベンゼン等のスチリルアミン化合物を用いることができる。さらに、芳香族第3級アミン化合物として、米国特許第5,061,569号明細書に記載されているような2個の縮合芳香族環を分子内に有するもの、例えば、4,4′−ビス〔N−(1−ナフチル)−N−フェニルアミノ〕ビフェニル(NPD)や、特開平4−308688号公報に記載されているようなトリフェニルアミンユニットが3つ、スターバースト型に連結された4,4′,4″−トリス〔N−(3−メチルフェニル)−N−フェニルアミノ〕トリフェニルアミン(MTDATA)などの化合物を用いてもよい。
また、正孔輸送材料としては、例えば、上述した各種正孔輸送材料を高分子鎖に導入した高分子材料、又は、上述した各種正孔輸送材料を高分子の主鎖とした高分子材料を用いることもできる。なお、p型−Si、p型−SiC等の無機化合物もまた、正孔輸送材料及び正孔注入層の形成材料として使用することができる。
さらに、正孔輸送材料として、例えば、特開平11−251067号公報、J.Huang et.al.著文献(Applied Physics Letters 80(2002),p.139)等の文献に記載されているような、いわゆるp型正孔輸送材料と呼ばれる材料を用いてもよい。なお、このような材料を正孔輸送材料として用いた場合には、より高効率の発光素子を得ることができる。
また、本実施形態では、正孔輸送層に不純物をドープして、p性の高い(正孔リッチ)の正孔輸送層を形成してもよい。その一例は、例えば、特開平4−297076号公報、特開2000−196140号公報、特開2001−102175号公報、J.Appl.Phys.,95,5773(2004)等の文献に記載されている。このような正孔リッチの正孔輸送層を用いた場合には、より低消費電力の有機EL素子10を作製することができる。
(発光層)
発光層は、第1電極21から直接、又は、第1電極21から正孔輸送層等を介して注入される正孔と、第2電極23から直接、又は、第2電極23から電子輸送層等を介して注入される電子とが再結合して発光する層である。なお、発光する部分は、発光層の内部であってもよいし、発光層とこれに隣接する層との間の界面であってもよい。
また、発光層は、1層だけ設けてもよいし、複数層設けてもよい。なお、発光層を複数設ける場合には、互いに発光色の異なる複数の発光層を積層した構成にしてもよい。また、発光層を複数設ける場合には、隣り合う発光層間に、非発光性の中間層を設けてもよい。この場合、中間層は、発光層内の後述するホスト化合物と同様の材料で形成することができる。
本実施形態では、発光層を、ホスト化合物(発光ホスト)と、発光材料(発光ドーパント)とを含む有機発光性材料で形成する。このような構成の発光層では、発光材料の発光波長や含有させる発光材料の種類等を適宜調整することにより任意の発光色を得ることができる。
(1.ホスト化合物)
発光層に含まれるホスト化合物としては、室温(25℃)におけるリン光発光のリン光量子収率が約0.1未満の値である化合物を用いることが好ましい。特に、リン光量子収率が約0.01未満の値である化合物をホスト化合物として用いることが好ましい。また、発光層中のホスト化合物の体積比は、発光層に含まれる各種化合物の中で約50%以上の値とすることが好ましい。
また、ホスト化合物としては、公知のホスト化合物を用いることができる。その際、1種類のホスト化合物を用いてもよいし、複数種のホスト化合物を併用してもよい。複数種のホスト化合物を用いることにより、電荷(正孔及び/又は電子)の移動度(移動量)を調整することができ、有機EL素子10の発光効率を向上させることができる。
上述のような特性を有するホスト化合物としては、例えば、公知の低分子化合物、繰り返し単位をもつ高分子化合物、ビニル基やエポキシ基のような重合性基を有する低分子化合物(蒸着重合性発光ホスト)等の化合物を用いることができる。なお、ホスト化合物としては、正孔輸送機能、電子輸送機能、発光の長波長化を防止する機能、及び、高Tg(ガラス転移温度)を有する化合物を用いることが好ましい。ただし、ここでいう、「ガラス転移温度(Tg)」とは、DSC(Differential Scanning Calorimetry:示差走査熱量)法を用いて、JIS−K7121に準拠した手法により求められる値である。
具体的には、ホスト化合物として、例えば、特開2001−257076号公報、同2002−308855号公報、同2001−313179号公報、同2002−319491号公報、同2001−357977号公報、同2002−334786号公報、同2002−8860号公報、同2002−334787号公報、同2002−15871号公報、同2002−334788号公報、同2002−43056号公報、同2002−334789号公報、同2002−75645号公報、同2002−338579号公報、同2002−105445号公報、同2002−343568号公報、同2002−141173号公報、同2002−352957号公報、同2002−203683号公報、同2002−363227号公報、同2002−231453号公報、同2003−3165号公報、同2002−234888号公報、同2003−27048号公報、同2002−255934号公報、同2002−260861号公報、同2002−280183号公報、同2002−299060号公報、同2002−302516号公報、同2002−305083号公報、同2002−305084号公報、同2002−308837号公報等の文献に記載されている化合物を用いることができる。
なお、本実施形態では、ホスト化合物は、カルバゾール誘導体であることが好ましく、特に、カルバゾール誘導体であって、かつ、ジベンゾフラン化合物であることが好ましい。
(2.発光材料)
発光材料(発光ドーパント)としては、例えば、リン光発光材料(リン光性化合物、リン光発光性化合物)、蛍光発光材料等を用いることができる。ただし、発光効率の向上の観点では、発光材料としてリン光発光材料を用いることが好ましい。
リン光発光材料は、励起三重項からの発光が得られる化合物である。具体的には、リン光発光材料は、室温(25℃)においてリン光発光する化合物であり、リン光量子収率が、25℃において約0.01以上の値の化合物である。ただし、本実施形態では、リン光量子収率が約0.1以上の値であるリン光発光材料を用いることが好ましい。なお、リン光量子収率は、例えば、「第4版実験化学講座7・分光II」(1992年版、丸善)の398頁に記載されている手法により測定することができる。また、溶液中でのリン光量子収率は種々の溶媒を用いて測定できるが、本実施形態では、リン光発光材料が、任意の溶媒において、約0.01以上の値のリン光量子収率が得られる発光材料であればよい。
また、発光層には、1種類の発光材料を含有させてもよいし、発光極大波長の異なる複数種の発光材料を含有させてもよい。複数種の発光材料を用いることにより、発光波長の異なる複数の光を混ぜることができ、これにより、任意の発光色の光を得ることができる。例えば、青色ドーパント、緑色ドーパント、及び、赤色ドーパント(3種類の発光材料)を発光層に含有させることにより白色光を得ることができる。
上述したホスト化合物及びリン光発光材料を含む発光層における発光(リン光発光)の過程(原理)としては、次の2種類の過程が挙げられる。
第1の発光過程は、エネルギー移動型の発光過程である。このタイプの発光過程では、まず、キャリア(正孔及び電子)が輸送される発光層内のホスト化合物上において、キャリアが再結合し、これにより、ホスト化合物の励起状態が生成される。そして、この際に発生するエネルギーがホスト化合物からリン光発光材料に移動し(励起状態のエネルギー準位がホスト化合物の励起準位から発光材料の励起準位(励起三重項)に移動し)、この結果、リン光発光材料から発光が生じる。
第2の発光過程は、キャリアトラップ型の発光過程である。このタイプの発光過程では、発光層において、リン光発光材料がキャリア(正孔及び電子)をトラップする。この結果、リン光発光材料上でキャリアの再結合が起こり、リン光発光材料から発光が生じる。上述したいずれの発光過程においても、リン光発光材料の励起状態のエネルギー準位は発光ホストの励起状態のエネルギー準位より低くする必要がある。
上述のような発光過程を生じさせるリン光発光材料としては、従来の有機EL素子で用いられる公知の各種リン光発光材料(リン光性化合物)の中から所望のリン光発光材料を適宜選択して用いることができる。例えば、リン光発光材料としては、元素の周期表で8族〜10族の金属元素を含有する錯体系化合物を用いることができる。そのような錯体系化合物の中でも、イリジウム化合物、オスミウム化合物、白金化合物(白金錯体系化合物)、及び、希土類錯体のいずれかをリン光発光材料として用いることが好ましい。本実施形態では、特に、リン光発光材料として、イリジウム化合物を用いることが好ましい。
また、蛍光発光材料(蛍光発光体、蛍光性ドーパント)としては、例えば、クマリン系色素、ピラン系色素、シアニン系色素、クロコニウム系色素、スクアリウム系色素、オキソベンツアントラセン系色素、フルオレセイン系色素、ローダミン系色素、ピリリウム系色素、ペリレン系色素、スチルベン系色素、ポリチオフェン系色素、又は希土類錯体系蛍光体等を用いることができる。
なお、有機EL素子10から発光する光を分光放射輝度計(コニカミノルタセンシング社製、CS−2000)で測定し、その測定結果を、CIE(国際照明委員会)色度座標(例えば、「新編色彩科学ハンドブック」(日本色彩学会編、東京大学出版会、1985)の108頁の図4.16参照)に当て嵌めた時の色を、有機EL素子10から発光する光の色とする。具体的には、ここでいう「白色」とは、2度視野角正面輝度を上記手法により測定した際に、1000cd/mでのCIE1931表色系における色度がX=0.33±0.07、Y=0.33±0.07の領域内にある色のことを言う。
また、白色発光を得る手法としては、ホスト化合物に、発光波長の異なる複数の発光材料を含有させる手法に限定されない。例えば、青色発光層、緑色発光層及び赤色発光層を積層して発光層を構成し、各色の発光層からそれぞれ発光される光を混ぜることにより白色発光を得てもよい。
(電子輸送層)
電子輸送層は、第2電極23から供給された電子を発光層に輸送(注入)する層である。また、電子輸送層は、第1電極21側からの正孔の流入を阻止する障壁としても作用する。このため、電子輸送層という用語は、広い意味で、電子注入層及び/又は正孔阻止層を含む意味で用いられることもある。
発光層の第2電極23側に隣接する電子輸送層(電子輸送層を一層構造とする場合には当該電子輸送層、電子輸送層を複数設ける場合には最も発光層側に位置する電子輸送層)に用いられる電子輸送材料(正孔阻止材料を兼ねる)としては、第2電極23より注入された電子を発光層に伝達(輸送)する機能を有する材料であれば任意の材料を用いることができる。例えば、電子輸送材料として、従来の有機EL素子で用いられる公知の各種化合物の中から任意のものを適宜選択して用いることができる。
より具体的には、電子輸送材料として、例えば、フルオレン誘導体、カルバゾール誘導体、アザカルバゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、トリゾール誘導体、シロール誘導体、ピリジン誘導体、ピリミジン誘導体、8−キノリノール誘導体等の金属錯体を用いることができる。その他の電子輸送材料としては、例えば、メタルフタロシアニンもしくはメタルフリーフタロシアニン、又は、それらの末端基をアルキル基やスルホン酸基等で置換した化合物を用いることもできる。また、本実施形態では、例えば、ジベンゾフラン誘導体を電子輸送材料として用いることもできる。
また、本実施形態では、電子輸送層に不純物をゲスト材料としてドープして、n性の高い(電子リッチ)電子輸送層を形成してもよい。このような構成の電子輸送層の具体例は、例えば、特開平4−297076号公報、同10−270172号公報、特開2000−196140号公報、同2001−102175号公報、J.Appl.Phys.,95,5773(2004)等の文献に記載されている。具体的には、ゲスト材料(ドープ材)として、有機物のアルカリ金属塩を用いることができる。
有機物のアルカリ金属塩をドープ材として用いる場合、有機物の種類は任意であるが、例えば、ギ酸塩、酢酸塩、プロピオン酸塩、酪酸塩、吉草酸塩、カプロン酸塩、エナント酸塩、カプリル酸塩、シュウ酸塩、マロン酸塩、コハク酸塩、安息香酸塩、フタル酸塩、イソフタル酸塩、テレフタル酸塩、サリチル酸塩、ピルビン酸塩、乳酸塩、リンゴ酸塩、アジピン酸塩、メシル酸塩、トシル酸塩、ベンゼンスルホン酸塩等の化合物を有機物として用いることができる。これらの中でも、特に、ギ酸塩、酢酸塩、プロピオン酸塩、酪酸塩、吉草酸塩、カプロン酸塩、エナント酸塩、カプリル酸塩、シュウ酸塩、マロン酸塩、コハク酸塩、又は、安息香酸塩を有機物として用いることが好ましい。さらに好ましい有機物は、ギ酸塩、酢酸塩、プロピオン酸塩、酪酸塩等の脂肪族カルボン酸であり、この脂肪族カルボン酸を用いる場合には、その炭素数が4以下であることが好ましい。なお、有機物として最も好ましい化合物は、酢酸塩である。
また、有機物のアルカリ金属塩を構成するアルカリ金属の種類は任意であり、例えば、Li、Na、K、又は、Csを用いることができる。これらのアルカリ金属の中でも、好ましいアルカリ金属は、K、又は、Csであり、さらに好ましいアルカリ金属は、Csである。
このため、電子輸送層のドープ材として用い得る有機物のアルカリ金属塩は、上記有機物と上記アルカリ金属とを組み合わせた化合物になる。具体的には、ドープ材として、例えば、ギ酸Li、ギ酸K、ギ酸Na、ギ酸Cs、酢酸Li、酢酸K、酢酸Na、酢酸Cs、プロピオン酸Li、プロピオン酸Na、プロピオン酸K、プロピオン酸Cs、シュウ酸Li、シュウ酸Na、シュウ酸K、シュウ酸Cs、マロン酸Li、マロン酸Na、マロン酸K、マロン酸Cs、コハク酸Li、コハク酸Na、コハク酸K、コハク酸Cs、安息香酸Li、安息香酸Na、安息香酸K、又は、安息香酸Csを用いることができる。これらの中でも、酢酸Li、酢酸K、酢酸Na、又は、酢酸Csが好ましいドープ材であり、最も好ましいドープ材は、酢酸Csである。なお、これらのドープ材の好ましい含有量は、ドープ材を添加する電子輸送層に対して、約1.5〜35質量%の範囲内の値であり、より好ましい含有量は、約3〜25質量%の範囲内の値であり、最も好ましい含有量は、約5〜15質量%の範囲内の値である。
(電子注入層)
有機EL素子10では、第2電極23と発光層との間、又は、第2電極23と電子輸送層との間に、電子注入層(電子バッファー層)を設けてもよい。電子注入層は、正孔注入層と同様に、有機EL素子10の駆動電圧の低下や発光輝度の向上を図るために、第2電極23と有機化合物層(発光層又は電子輸送層)との間に設けられる。
ここでは、電子注入層の構成の詳細な説明を省略するが、例えば、「有機EL素子とその工業化最前線」(1998年11月30日エヌ・ティー・エス社発行)の第2編第2章「電極材料」(123−166頁)に電子注入層の構成が詳細に記載されている。
[第2電極]
第2電極23(陰極)は、発光層に電子を供給(注入)する導電性の膜であり、通常、仕事関数の小さい(4eV以下)、例えば、金属(電子注入性金属)、合金、電気伝導性化合物、及び、これらの混合物等の電極材料で形成される。
具体的には、有機EL素子10において、第2電極23側から光を取り出さない場合には、第2電極23は、例えば、アルミニウム、ナトリウム、リチウム、銀、インジウム、希土類などの金属、ナトリウム−カリウム合金、マグネシウム−銀合金、マグネシウム−銅合金、マグネシウム−銀合金、マグネシウム−アルミニウム合金、マグネシウム−インジウム合金、リチウム−アルミニウム合金などの金属又は金属合金が、電気抵抗が低いため好ましいが、ITO(インジウム錫酸化物)、酸化錫(SnO)、酸化亜鉛(ZnO)、ガリウム亜鉛酸化物(GZO)、インジウムガリウム亜鉛酸化物(IGZO)等の透明性のある金属酸化物材料を用いてもよい。
第2電極23の膜厚は、層構成や形成材料の電気抵抗、光透過性によって適時設定依存して変化するが、好ましくは5〜500nmの範囲内の値で設定される。5nm以下では導電性が得られず、500nm以上では経済性・生産性の点で好ましくない。また、第2電極23側から光を取り出す場合には、透明性の高い金属酸化物を用いるか、金属や合金の膜厚を5〜50nmと薄膜で用いる。
[取り出し配線]
取り出し配線14は、第1電極21及び第2電極23が耐湿性に欠ける金属等であるため、電極腐食を避けるために無機封止層15の外側に取り出す耐熱性・耐湿性を有する導電性の配線である。合計膜厚としては、50〜1000nmが好ましい。50nm以下では配線抵抗が大きくなってしまい、1000nm以上では屈曲時のクラックなどが発生しやすくなる。
取り出し配線14の材質としては、アルミニウム、チタン、モリブデン、銅、タンタルなどの金属、またはITO(インジウム錫酸化物)、インジウムガリウム亜鉛酸化物(IGZO)、酸化錫(SnO)、酸化亜鉛(ZnO)、GZO(ガリウム亜鉛酸化物)などの透明性のある金属酸化物が挙げられるが、導電性に有利である金属材料がより好適である。これらを単層または、3層構造からなるMAM電極(Mo/Al・Nd合金/Mo)等の金属多層膜で用いてもよい。
[無機封止層]
無機封止層15は、第1電極21、有機機能層22、及び、第2電極23の吸湿・変質を防止するために設けられる。なお、無機封止層15は、取り出し配線14と金属層17との短絡を防止すること、及び、切断時に端部が露出しても側面の耐水性が確保できるように、絶縁性の無機化合物からなることが好ましい。無機封止層15は、第2電極23を覆うように設けられ、さらに、有機機能層22及び第2電極23の側面を覆いながらその周囲でガスバリア層12と接することにより、無機封止層15、ガスバリア層12、及び、取り出し配線14からなる密封形態を形成している。
無機封止層15の形成材料としては、有機EL素子10の劣化を招く、例えば水分や酸素等から有機EL素子10を隔離することが可能な、緻密で絶縁性の高い無機化合物であれば、任意の材料を用いることができる。
無機封止層15の特性として、水蒸気透過度が約0.01g/[m・day・atm]以下、好ましくは水蒸気透過度が約0.0001g/[m・day・atm]以下、及び、抵抗率が1×1012Ω・cm以上のガスバリア性と絶縁性とを両立するような被膜であることが好ましい。
上述のような特性を有する無機封止層15の形成材料としては、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、酸炭化ケイ素、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化チタン、酸化ニオブ、酸化ジルコニウムなどの無機化合物や、DLC(ダイヤモンドライクカーボン)などの炭素化合物を用いることができる。本実施形態では、ガスバリア性や透明性、切断時の割断性などを考慮して、無機封止層15は窒化ケイ素や酸化ケイ素などのケイ素化合物を主原料とする構成が好ましい。
さらに、金属層17と取り出し配線14との短絡を防ぐため、押圧に対する耐久性も必要である。このため、無機封止層15は、ビッカース硬度(JISZ2244)でHV400以上であることが好ましい。無機封止層15を、金属層17に好適に用いられるアルミニウム(HV約50)、ジュラルミン(HV150)、チタン箔(HV100〜150)、銅箔(HV50〜100)、リン青銅箔(HV210)、SUS304(HV200〜300)、インバー材(HV130〜250)よりも高くすることで、電気短絡を確実に防止することができる。
なお、無機封止層15の膜厚は、条件に応じて適宜設定されるが、少なくとも200nm以上が好ましい。200nmよりも薄すぎると、封止基板19の端部を折り曲げる際に、取り出し配線14との電気短絡しやすくなるだけでなく、パーティクルや各層の段差などによる無機封止層15のピンホールやカバーレッジ不良が発生しやすくなる。また、ピンホールを介して樹脂接着層16が、軟化する際に第2電極23や有機機能層22に浸透すると、樹脂接着層16の成分が第2電極23や有機機能層22を酸化・変質するなどして、ダークスポット増大の要因にもなる。一方、無機封止層15の膜厚上限としては絶縁性及び押し込み耐性が確保されていれば特に規定は無いが、フレキシブル性や生産性を考慮して1000nm以下が好ましい。
[樹脂接着層]
樹脂接着層16に用いる接着剤としては、アクリル酸系オリゴマー又はメタクリル酸系オリゴマーの反応性ビニル基を有する光硬化性又は熱硬化性接着剤等が挙げられる。また、アミン系や酸無水物系、カチオン重合系硬化剤を用いた熱硬化型エポキシ接着剤、イソシアネート硬化剤を有するウレタン樹脂系接着剤、シアノアクリレートなどの湿気硬化型接着剤、酸性基や金属イオン塩含有基を有するイオン架橋性接着剤等を用いてもよい。さらに、高温で軟化するポリアミド、ポリエステル、ポリエチレン等のポリオレフィン、熱可塑性樹脂等のホットメルト系接着剤、室温で初期タック性を有する粘着剤、加圧により軟化するような感圧性接着剤を用いてもよい。この他にも、カチオン硬化タイプの紫外線硬化型エポキシ樹脂接着剤を、接着剤として用いてもよい。
樹脂接着層16の膜厚としては、5〜50μmが好ましい。5μm未満では各層の段差被覆不足と接着力不足が起こりやすく、50μmを超えると経済性が悪くなる。
また、樹脂接着層16の含水率は、ラミネート時に発生するアウトガス低減化と有機EL素子10の長寿命化等を考慮して、約1.0%以下の値とすることが好ましい。なお、ここでいう含水率は、ASTM(米国材料試験協会)−D570に準拠した手法で測定された値である。
樹脂接着層16は添加剤として、界面接着力を向上させるシランカップリング剤や、剛直性や防湿性を向上させる有機樹脂ビーズや無機化合物粒子などのフィラー粒子が添加されていてもよい。添加するフィラー粒子の粒径は、突起物として飛び出して無機封止層15を破壊しないように直径10μm以下のサイズが好ましい。より好ましくは粒径10〜1000nm範囲のナノサイズ粒子を用いることにより、ガス浸透性の遅延効果が期待できる。
[金属層]
金属層17は、無機封止層15の保護、及び防湿性付与、有機EL素子10の発光時の放熱・熱拡散性付与、樹脂接着層16の保護の役割を持つ。また、樹脂接着層16の端部を覆うように変形・保持する必要があるため、適度な剛性・硬さが必要である。金属層17の材料特性を、ヤング率(JISZ2241)が30〜200GPa、ビッカース硬度(JISZ2244)がHV10〜250の範囲とすることで、無機封止層15を貫通せずに電気短絡を確実に防止し、さらに、ラミネート時の変形を保持して樹脂接着層16の端部被覆を確実に得ることができる。また、放熱性を得るため、金属層17の熱伝導率は5W/m・k以上が好ましい。
金属層17の具体的な材料としては、アルミニウム箔、ジュラルミン箔、チタン箔、銅箔、リン青銅箔、SUS304箔、インバー箔、マグネシウム合金箔などが挙げられる。下記表1に、金属層17として好適な材料とその物性値を示す。
Figure 0006572885
金属層17の厚さとしては、20〜50μmが好適である。20μm未満では変形状態が保持できず、50μm以上では可撓性が低下するため、容易に変形させることができなくなる。
[絶縁層]
絶縁層18は、封止基板19において金属層17の樹脂接着層16と反対側の面に形成され、有機EL素子10では基板11に対向して配置される。絶縁層18は、金属層17と、有機EL素子10の取り出し配線14や、この取り出し配線14に接続される外部機器との絶縁性の確保を目的として形成されている。このため、絶縁層18は、抵抗率が1×1012Ω・cm以上の絶縁性を有することが好ましい。また、金属層17に追従して変形・保持する必要があるため、可撓性及び金属層17よりも低いヤング率、具体的にはヤング率が10GPa以下であることが好ましい。
絶縁層18の具体的な材料としては、可撓性のある樹脂が好適であり、例えば、ポリエチレンやポリプロピレン、環状オレフィン共重合体(COP)等のポリオレフィン、ポリアミド、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)等のポリエステル、セロファン、セルロースジアセテート、セルロースアセテートブチレート、セルロースアセテートプロピオネート(CAP)、トリアセチルセルロース(TAC)、セルロースナイトレート等のセルロースエステル類、ポリ塩化ビニリデン、ポリビニルアルコール、ポリエチレンビニルアルコール共重合体(EVOH)、シンジオタクティックポリスチレン、ポリカーボネート、ノルボルネン樹脂、ポリメチルペンテン、ポリエーテルケトン、ポリイミド、ポリエーテルスルホン(PES)、ポリフェニレンスルフィド、ポリスルホン類、ポリエーテルイミド、ポリエーテルケトンイミド、フッ素樹脂、ポリメチルメタクリレート(PMMA)等のアクリル樹脂、ポリアリレート類等の材料とそれらの誘導体を用いることができる。さらに、例えば、アートン(登録商標:JSR社製)、又は、アペル(登録商標:三井化学社製)と呼ばれるシクロオレフィン系樹脂を用いることもできる。
絶縁層18の厚さは、金属層17の変形状態を保持する必要があるため、金属層17よりも薄くすることが好適である。具体的には、4〜30μmの範囲が好適である。4μm未満では十分な絶縁性が確保できず、30μm以上では剛性が上がってしまうため封止基板19の変形を保持しにくくなる。
〈有機エレクトロルミネッセンス素子(第2実施形態)〉
次に、有機エレクトロルミネッセンス素子(有機EL素子)の第2実施形態について説明する。図4〜6に、第2実施形態の有機EL素子の構成を示す。図4は、有機EL素子の概略構成を示す平面図である。図5は、図4に示す有機EL素子のX−X線断面図である。また、図6は、図4に示す有機EL素子のY−Y線断面図である。
[有機EL素子の構成]
図4に示すように、有機EL素子10Aは、基板11と封止基板19との間に有機EL素子10Aの発光部となる第1発光部20A、第2発光部20Bが封止された構成を有している。そして、第1発光部20A及び第2発光部20Bから封止基板19の外部に引き出された取り出し配線14を有している。
図4に示す有機EL素子10Aでは、素子内に2つの第1発光部20A、第2発光部20Bを有し、基板11のそれぞれ対向する実装辺に取り出し配線14が配置されている。
そして、図6に示すように、基板11上において、それぞれの取り出し配線14が、第1発光部20A及び第2発光部20Bの第2電極23に接続されている。そして、この取り出し配線14が、基板11上において、無機封止層15及び封止基板19の外部に引出されている。
上述のように、第2実施形態の有機EL素子10Aでは、第1発光部20A、第2発光部20Bを有し、それぞれ取り出し配線14が配置されていること以外は、上述の第1実施形態と同様の構成を適用することができる。このため、図5に示すように、実装辺を含まない有機EL素子10Aの断面は、上述の第1実施形態の図2に示す構成と同様の構成となる。
また、図6においては、図3に示す第1実施形態の断面図から、第1発光部20A、第2発光部20B、及び、取り出し配線14の配置、並びに、封止基板19の端部の形状のみが異なる。このため、第2実施形態の有機EL素子10Aの構成は、上述の第1実施形態の有機EL素子と同様の構成を適用することができる。
取り出し配線14は、基板11上において、無機封止層15及び封止基板19の外部に引出されている。なお、図6には示していないが、第1電極21と接続する取り出し配線14が設けられ、無機封止層15及び封止基板19の外部に引出されている。
そして、図4及び図6に示すように、取り出し配線14は、基板11上の両方向に引出されている。このように、有機EL素子10Aは、取り出し配線14が引出されている両実装辺方向において、外部機器に実装される。この、有機EL素子10Aの取り出し配線14が配置されている実装辺においては、封止基板19から、取り出し配線14が露出することにより、外部機器との接続用電極となる。
さらに、図6に示すように、取り出し配線14が形成されている実装辺においては、封止基板19の端部が、基板11側に折り曲げられている。つまり、図6では、取り出し配線14が形成されている方向の両端において、封止基板19が基板11側に折り曲げられている。
また、封止基板19の両端部が無機封止層15の上面に接触している。このように、実装辺となる両端において、封止基板19が折り曲げられ、無機封止層15と接触することにより、樹脂接着層16の端面が、実装辺に露出しない構成となる。
第2実施形態のように、発光部が複数設けられている場合においても、取り出し配線14が形成されている実装辺において、封止基板19の端部が折り曲げられて無機封止層15と接触することにより、樹脂接着層16を実装辺に露出しない構成とすることができる。このため、実装辺側への樹脂接着層16の流出を防ぎ、外部機器との接続用の電極の汚染を無くし、有機EL素子10Aと外部機器との電気的な接続信頼性を向上させることができる。
このように、発光部を複数有し、取り出し配線が複数箇所に設けられている有機EL素子においても、取り出し配線が設けられている箇所に応じて、封止基板の端部を折り曲げて樹脂接着層が露出しない構成とすることにより、上述の第1実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、上述の第1実施形態と同様の構成を適用することにより、同様の効果を有する有機EL素子を構成することができる。
〈3.有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法(第3実施形態)〉
次に、上述の第1実施形態及び第2実施形態の有機EL素子の製造方法について説明する。
図7〜16に、上述の第1実施形態及び第2実施形態の有機EL素子の製造工程図を示す。
図7〜9、及び、図10〜12は、無機封止層まで形成した有機EL素子に、樹脂接着層を介して封止基板を接合する圧着工程を示す図である。
また、図13及び図14は、圧着工程を行なうロールラミネート装置の構成例を示す図である。
図15及び図16は、ロール状の基板に形成した複数の有機EL素子を、素子毎に切断する工程を説明する図である。
[ガスバリア層〜発光部〜無機封止層]
(ガスバリア層)
まず、基板11上にガスバリア層12を形成する。ガスバリア層12の形成は、基板11上に形成できる手法であれば、公知の手法を適用することができる。例えば、真空蒸着法、スパッタ法、マグネトロンスパッタ法、分子線エピタキシー法、クラスタ−イオンビーム法、イオンプレーティング法、プラズマ重合法、大気圧プラズマ重合法(特開2004−68143号公報参照)、プラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)法、レーザーCVD法、熱CVD法、ALD(原子層堆積)法、又は、湿式塗布等の手法を用いることができる。
(下地層)
次に、第1電極21を形成する部分において、ガスバリア層12上に下地層13を形成する。下地層13の形成は、蒸着等のドライプロセス、又は、スプレー塗布やグラビアコーター、コンマコーター、ダイコーター、インクジェット法等のウェットプロセスを用いることができる。そして、下地層13は、第1電極21と同じ形状にパターン形成する。
(第1電極)
次に、下地層13上に、第1電極21を形成する。第1電極21の形成は、例えば真空蒸着やスパッタ法、マグネトロンスパッタ法、分子線エピタキシー法、クラスタ−イオンビーム法、イオンプレーティング法、プラズマ重合法、湿式塗布等の手法により行なうことができる。
また、第1電極21は、所望の形状パターンで開口されたパターンマスクを用いて、所望のパターンに形成する。第1電極21は1つ以上の取り出し配線14と接続を有するパターンに形成する。
(有機機能層)
次に、下地層13及び第1電極21を覆う有機機能層22を形成する。有機機能層22は、上述のように複数の層から形成され、以下の説明では有機機能層22の一例として、正孔輸送層、発光層、電子輸送層の順に積層して形成する方法について説明する。
正孔輸送層は、真空蒸着法により形成することができる。正孔輸送層の膜厚は、例えば用いる正孔輸送材料等の条件に応じて適宜設定されるが、5〜500nmの範囲内の値に設定されることが好ましい。なお、正孔輸送層は、1層だけ設けてもよいし、複数層設けてもよい。正孔輸送層を1層構造とする場合には、上述した正孔輸送材料のうちの1種又は2種以上の材料が正孔輸送層に含まれるようにする。
発光層は、真空蒸着法を用いて形成することができる。なお、発光層の膜厚は、任意に設定することが可能であるが、例えば、構成膜の均質性、発光時における不必要な高電圧の印加の防止、及び、駆動電流に対する発光色の安定性向上等の観点では、発光層の膜厚を5nm〜200nmの範囲内の値に設定することがより好ましい。
電子輸送層は、真空蒸着法により形成することができる。また、電子輸送層の膜厚は、例えば用いる電子輸送材料等の条件に応じて適宜設定されるが、5〜200nmの範囲内の値に設定されることが好ましい。なお、電子輸送層は、1層だけ設けてもよいし、複数層設けてもよい。電子輸送層を1層構造とする場合には、上述した電子輸送材料のうちの1種又は2種以上の材料が電子輸送層に含まれるようにする。
(第2電極)
次に、有機機能層22を覆う第2電極23を形成する。第2電極23は、上述の第1電極21と同様に形成することができる。例えば真空蒸着やスパッタ法、マグネトロンスパッタ法、分子線エピタキシー法、クラスタ−イオンビーム法、イオンプレーティング法、プラズマ重合法、湿式塗布等などの手法により形成することができる。
また、第2電極23は、所望の形状パターンで開口されたパターンマスクを用いて、所望のパターンに形成する。第2電極23は1つ以上の取り出し配線14と接続を有するパターンに形成する。
(取り出し配線)
次に、上述の第1電極21、及び、第2電極23に接続する取り出し配線14を形成する。取り出し配線14は、例えば、真空蒸着法、スパッタ法、イオンプレーティング法等により形成する。また、取り出し配線14は、第1電極21、又は、第2電極23と接続するパターンに形成する。そして、無機封止層15の外部まで延在し、外部機器との接続用電極となるパターンに形成する。
なお、取り出し配線14の形成工程は、第2電極23の形成後に限られず、例えば、第1電極21を形成する前に、予め基板11上に形成しておいてもよい。この場合にも、上記製法を適用することができる。また、第1電極21の形成前に、予め取り出し電極14を形成する場合には、この取り出し配線14と電気的に接続するパターンに第1電極21及び第2電極23を形成する。
(無機封止層)
次に、発光部20A,20Bを覆う無機封止層15を形成する。
無機封止層15は、公知の手法を用いることができ、例えば、真空蒸着法、スパッタ法、マグネトロンスパッタ法、分子線エピタキシー法、クラスタ−イオンビーム法、イオンプレーティング法、プラズマ重合法、大気圧プラズマ重合法、プラズマCVD法、レーザーCVD法、熱CVD法等の手法を用いることができる。
無機封止層15は、第2電極23を覆うパターンに形成し、さらに、有機機能層22と第1電極21の側面を覆うパターンに形成する。そして、第1電極21、有機機能層22及び第2電極23の周囲で、取り出し配線14及びガスバリア層12と接するパターンに形成する。これにより、無機封止層15、ガスバリア層12、及び、取り出し配線14からなる密封構造を形成する。
[封止基板の作製]
次に、無機封止層15まで形成した有機EL素子に、封止基板19を接合する。
まず、封止基板19を形成する。封止基板19は、金属層17の一方の面上に絶縁層18を直接塗布して形成することができる。また、加熱溶融押出法によってカーテン状に垂れ流しながら、金属層17上に押出成形して絶縁層18を形成してもよい。また、あらかじめフィルム状にした絶縁層18を接着層(図示なし)によって金属層17と貼り合わせてもよい。
次に、封止基板19上に樹脂接着層16を形成する。樹脂接着層16は、金属層17の表面に樹脂接着層16を直接塗布して形成する、或いは、事前にフィルム状に形成した樹脂接着層16を金属層17の表面に貼り合わせて形成する。
有機EL素子の製造プロセスの簡易性の観点から、樹脂接着層16は、熱重合開始剤を含有する熱硬化性接着剤で形成することが好ましい。
また、封止基板19は、取り出し配線14が形成される実装辺においては、金属層17が露出するように、金属層17よりも樹脂接着層16の面積を小さく形成する。
[封止基板の圧着工程]
次に、封止基板19を無機封止層15上に、樹脂接着層16を介して圧着する。図7〜9、及び、図10〜12に、無機封止層15上に封止基板19を圧着する工程の概略図を示す。
図7〜9は、絶縁層18と金属層17とを同じ幅で形成し、樹脂接着層16のみをこれらよりも小さい面積(例えば、両端それぞれ約0.1mm小さい幅)で形成した場合を示している。
図10〜12は、金属層17を絶縁層18よりも小さい面積(例えば、両端それぞれ約0.1mm小さい幅)で形成し、さらに、樹脂接着層16を金属層17よりも小さい面積(例えば、両端それぞれ約0.1mm小さい幅)で形成し、金属層17の端部を絶縁層18で完全に覆った場合を示している。
具体的には、図7〜9に示す形状の場合は、絶縁層18及び金属層17上に、樹脂接着層16をひと回り小さく塗布形成することで得られる。また、3層を積層後にそれぞれ波長の異なるレーザー照射によって各層ごとにカットして各層の幅を変えてもよい。
また、図10〜12に示す形状の場合には、生産性を考慮して、樹脂接着層16側からレーザーや機械刃を入れて切断することで、各層ごとに徐々に幅広のパターンにすることも可能である。例えば、炭酸ガスレーザーやYAGレーザー等で焦点角度を付けて照射するか、テーパー角度の付いた刃を押し込むことで各層の端部が徐々に広がるように形成することができる。
まず、図7及び図10に示すように、無機封止層15まで形成した有機EL素子に対して、樹脂接着層16を形成した封止基板19を所定の位置に正対させる。
次に、封止基板19を、無機封止層15上に圧着する。この圧着工程は、2段階に分けて行なうことが好ましい。
第1圧着工程では、図8及び図11に示すように、樹脂接着層16を無機封止層15の表面に接触させる。
第2圧着工程では、図9及び図12に示すように、取り出し配線14が形成されている実装辺上において、封止基板19の端部を基板11側に折り曲げる。これにより、封止基板19が樹脂接着層16の側面を被覆する形状となる。
このように圧着工程を2段階に分けて行なうことにより、第1圧着工程では樹脂接着層16が封止基板19からはみ出さない程度に低温・低圧力で貼り合わせて、第2圧着工程では封止基板19を変形させて樹脂接着層16の側面を被覆することで、樹脂接着層16を流出させずに、十分な流動性を得るように高温・高圧力で貼り合わせることができる。
[ラミネート装置]
次に、上述の2段階の圧着工程を行なうための装置について説明する。図13及び図14に、2段階の圧着工程を行なうためのロールラミネート装置の例を示す。
図13及び図14に示すロールラミネート装置30は、有機EL素子を挟んで対となる第1圧着ロール31が工程の上流側に設けられ、有機EL素子を挟んで対となる第2圧着ロール32が工程の下流側に設けられている。
ロールラミネート装置30は、封止基板19と樹脂接着層16とをあらかじめ所定の形状に断裁してセパレーター33に仮固定した状態で連続ロール供給する。そして、第1圧着ロール31で上述の第1圧着工程を行い、第2圧着ロール32で上述の第2圧着工程を行なう。
第1圧着工程では、第1圧着ロール31において、樹脂接着層16が封止基板19からはみ出さない程度に低温・低圧力で貼り合わせる。そして、第2圧着工程では、第2圧着ロール32により、封止基板19の端部を基板11側に折り曲げるとともに、樹脂接着層16が十分な流動性を得るように高温・高圧力で貼り合わせる。封止基板19の端部を基板11側に折り曲げるために、第2圧着ロール32は、表面が弾性を有することが好ましい。
上記ロールラミネート装置30は、連続ロールラミネートを行なうことができるため、生産性が高い。ロールラミネート装置30の圧着環境としては、大気や水分の混入を抑えるため窒素等の不活性ガス雰囲気下がよいが、より好ましくは減圧雰囲気下の方が気泡の無い理想的な圧着が得られる。
なお、上記ロールラミネート装置30以外にも、例えば、ダイヤフラム方式の圧着ラミネートを用いることができる。ダイヤフラム方式は、ゴムシート等のダイヤフラムを圧力差で変形させることで、金属製のホットプレート上で圧着することができる。この場合には、ダイヤフラム側に絶縁層18、ホットプレート側に基板11が接するように配置し、減圧雰囲気下で無機封止層15に樹脂接着層16を接着するとともに、封止基板19の端部を変形させて折り曲げる。この場合でもロール基板での供給は可能だが、圧着工程中は基板搬送を止めて実施される。このため、ロールラミネートよりも生産性が劣るが、第1圧着工程と第2圧着工程を分けずに、同時に圧着工程をすることが可能となる。すなわち、樹脂接着層16を圧着しながら同時に封止基板19の折り曲げを行なうことが可能となるため、生産性を損なわずに圧着工程を行なうことが可能となる。
このようにして圧着工程が終了し、基板11同士が繋がった状態の有機EL素子に対し、熱硬化等の工程を行なうことにより樹脂接着層16の硬化を行なう。
[切断]
次に、基板11同士が繋がった状態の有機EL素子を切断し、素子毎に個片化する。
図15〜16に、素子毎に切断する工程の概略図を示す。図15は、上述の第1実施形態の有機EL素子を製造するための切断方法である。図16は、上述の第2実施形態の有機EL素子を製造するための切断方法である。
切断工程では、図15〜16に示す切断線34に沿って、基板11上に積層された各構成を切断し、素子毎に切り離すことにより、個片化された有機EL素子10,10Aとなる。
このとき、図15〜16に示すように、取り出し配線14が形成されてFPC実装が行なわれる実装辺を向かい合わせて面付けをすることにより、面積効率のよい素子取りができる。さらに、封止基板19及び樹脂接着層16をストライプ状のロール状態で準備することができるため、ロール状態での準備とラミネ−ト時の貼り合せ位置精度が取りやすくなる。
具体的な切断方法としては、金属製やセラミック製の機械刃による押圧切断やレーザー光を用いた切断方法が挙げられる。機械刃の切断としては、直線刃やロール刃をスキャンさせる方法、ギロチンカッターによる油圧切断、トムソン刃やピナクル刃等の型抜きによる切断等が挙げられる。
レーザー光を用いた切断方法としては、エキシマレーザー、炭酸ガス(CO)レーザー、YAGレーザー、Nd:YAGレーザー、ルビーレーザー、YVOレーザー、半導体レーザー等を光源とした方法を、波長は0.1〜50μmの範囲の中で1種類又は複数種類を組み合わせて用いることができる。これらのヘッドを1つまたは複数並べてスキャンすることで切断を行なう。また、樹脂や金属箔など材料の異なる積層物であるため、各層の吸収しやすい波長のレーザー光を順次スキャンさせて切断してもよい。
〈4.有機エレクトロルミネッセンス素子モジュール(第4実施形態)〉
次に、有機エレクトロルミネッセンス素子(有機EL素子)の第4実施形態について説明する。第4実施形態では、上述の第1実施形態、第2実施形態の有機EL素子に、外部機器を接続した、有機EL素子モジュールについて説明する。
[フレキシブル印刷配線フィルム(FPC)]
図17〜18、図19〜20、及び、図21〜22に、外部機器としてフレキシブル印刷配線フィルム(FPC)が接続された状態の有機EL素子モジュールを示す。図17、図19、及び、図21は、有機EL素子モジュールの平面図であり、図18、図20、及び、図22は、図17、図19、及び、図21に示す有機EL素子モジュールのX−X線断面図である。
図17〜18に、上述の第1実施形態の有機EL素子に、FPCが接続されている状態の有機EL素子モジュールの構成を示す。
図19〜20に、上述の第2実施形態の有機EL素子に、単一のFPCが接続されている状態の有機EL素子モジュールの構成を示す。
図21〜22に、上述の第2実施形態の有機EL素子に、複数のFPCが接続されている状態の有機EL素子モジュールの構成を示す。
[FPC圧着・実装]
図17及び図18では、上述の第1実施形態の有機EL素子10の取り出し配線14にFPC40による外部機器が接続されている。本例では、基板11の一方向(実装辺)に引出された取り出し配線14に、同じ方向(実装辺側)からFPC40が実装されている。そして、FPC40に設けられた金属配線43と、有機EL素子10の取り出し配線14とが、異方性導電フィルム(ACF)41により接続されている。
FPC40は、接続コネクタを介して制御回路ボード基板や電源ユニット(給電部)と接続される。このように、有機EL素子10は、取り出し配線14、FPC40の金属配線43、及び、接続コネクタを通じて外部の制御回路や電源等と導通し、照明デバイスや発光デバイスとして使用される。
FPC40とACF41の圧着方法は一般的な加熱加圧による圧着方法を用いることができる。ACF41を溶融接続させる圧着温度は、100〜200℃の加熱が行なわれるため、比較的耐熱性の低い樹脂接着層16に温度負荷がかからないようにすることが好ましい。
FPC40とACF41の接着面積は非常に少ないため、さらにACF41を被覆するように絶縁性モールド剤(図示なし)を設ける構成や、FPC40と基板11や封止基板19間に橋を架けるように、補強テープ42で固定された構成とすることが好ましい。
図19及び図20では、上述の第2実施形態の有機EL素子10Aの基板11の両端(両実装辺)に引出された取り出し配線14に対し、有機EL素子10Aの一方向側からFPC40が実装されている。FPC40は、有機EL素子10Aの一方向側から、この一方の端部の取り出し配線14に接続され、さらに封止基板19上に沿って他方の端部側に延在し、他端の取り出し配線14に接続されている。そして、それぞれの取り出し配線14に、ACF41を介してFPC40に設けられた金属配線43が接続されている。
さらに、FPC40と有機EL素子10Aとは、上記一方向側においてFPC40と基板11との間が補強テープ42で固定され、他方側では、FPC40と基板11、及び、FPC40と封止基板19との間が補強テープ42で固定された構成である。
このように、単一のFPC40を用いて、異なる実装辺に設けられた複数の取り出し配線14に外部機器を接続する構成としてもよい。
図21及び図22では、上述の第2実施形態の有機EL素子10Aの基板11の両端(両実装辺)に引出された取り出し配線14に対し、有機EL素子10Aの両実装辺側から2つのFPC40が実装されている。
本例では、基板11の両方向(両実装辺側)に引出された取り出し配線14に対し、正対する方向(各実装辺側)からFPC40が実装されている。そして、各FPC40に設けられた金属配線43と、有機EL素子10Aのそれぞれの取り出し配線14とが、異方性導電フィルム(ACF)41により接続されている。
さらに、FPC40と有機EL素子10Aとは、両実装辺においてFPC40と基板11、及び、FPC40と封止基板19との間が補強テープ42で固定された構成である。
このように、複数のFPC40を用いて、異なる実装辺に設けられた複数の取り出し配線14に、それぞれ外部機器を接続する構成としてもよい。
[ケーシング]
また、上述のように外部機器が接続された有機EL素子モジュールは、ケーシングされた発光モジュール部品とすることが好ましい。
図23〜24、図25、及び、26に、ケーシングされた有機EL素子モジュール(発光モジュール部品)の構成を示す。
図23は、有機EL素子10Aがケーシングされた状態の有機EL素子モジュールの平面配置図である。
図24は、図23に示す有機EL素子モジュールのX−X線断面図に相当し、FPC40が接続される実装辺側を除く各面に設けられた金属枠44により、有機EL素子モジュールがケーシングされている構成を示している。
図25は、図23に示す有機EL素子モジュールのX−X線断面図に相当し、封止基板19上に設けられた金属板46により、有機EL素子モジュールがケーシングされている構成を示している。
図26は、図25に示す有機EL素子モジュールが、基板11側を外側(山側)にして屈曲保持された状態の構成を示している。
図23及び図24に示す有機EL素子モジュールは、基板11面(裏面側)を除く全面に固定用の接着樹脂45が設けられている。そして、この接着樹脂45により金属枠44が有機EL素子モジュールに接合されている。
接着樹脂45は、有機EL素子モジュールとFPC40との実装部の周囲にも形成され、有機EL素子10AとFPC40との接続部から、FPC40側にも形成されている。また、金属枠44は、有機EL素子10Aの実装辺側には設けられず、有機EL素子10Aの実装辺側を除く他の面と、封止基板19上に設けられている。
図25に示す有機EL素子モジュールは、封止基板19上のみに固定用の接着樹脂45が設けられている。そして、封止基板19上のみに、金属板46が有機EL素子モジュールに接合されて、有機EL素子モジュールがケーシングされている。このため、有機EL素子の基板11面(裏面側)や、実装辺を含む各側面には接着樹脂45及び金属板46が設けられていない。
図26に示す有機EL素子モジュールは、上述の図25に示す有機EL素子モジュールと同様に、封止基板19上のみに接着樹脂45及び金属板46が設けられている。そして、このようにケーシングされた有機EL素子モジュールが、基板11を外側(山側)にして、屈曲保持された状態である。
このように、有機EL素子10Aを屈曲させた状態で保持することも可能である。
以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
〈有機EL素子の作製〉
試料101〜109の各有機EL素子モジュールを作製した。以下に、試料101〜109の有機EL素子モジュールの構成、及び、作製手順を示す。
[試料101の有機EL素子の作製]
まず、公知の方法によって図1〜3及び図15に示す構成となるように、基板11上にガスバリア層12、下地層13、発光部20、及び、取り出し配線14まで形成した有機EL素子10を、連続した基板11上に複数作製した。
次に、発光部20を覆う無機封止層15として、プラズマCVD法により膜厚200nmの窒化珪素(SiN、ビッカース硬度HV900)を形成した。
そして、図7〜9に示すように、同じ面積の絶縁層18(PETフィルム25μm)と金属層17(アルミニウム箔30μm、ビッカース硬度HV50)とからなる封止基板19上に、引き出し配線14側(実装辺側)のみが約0.1mm小さくなるようにエポキシ系熱硬化接着剤からなる樹脂接着層16を20μmで塗布形成した。そして、この封止基板19を用いて、1000Paの減圧雰囲気下で、70℃加熱ロール、圧力0.2MPa、搬送速度0.1m/minで第1圧着工程を行い、樹脂接着層16を無機封止層15上に接着した。さらに、90℃加熱ロール、圧力0.5MPa、搬送速度0.1m/minの条件にて第2圧着工程を行い、封止基板19の端部を折り曲げた。
そして、樹脂接着層16を熱硬化して、試料101の有機EL素子10を作製した。
次に、テーパー角度20度の直線超硬刃からなるギロチンカッターを用いて、図15に示すように有機EL素子10を個片に切断した。
さらに、図17及び図18に示すように、有機EL素子10の取り出し配線14に、ACF41を介してFPC40の実装をおこなった。
以上の工程により、試料101の有機EL素子モジュールを作製した。
[試料102の有機EL素子の作製]
図10〜12に示すように、金属層17及び樹脂接着層16が、引き出し配線14側(実装辺側)のみにおいて、それぞれ絶縁層18及び樹脂接着層16から約0.05mmずつ小さくなるように形成した以外は、上述の試料101と同様の方法で、試料102の有機EL素子モジュールを作製した。
封止基板19、及び、樹脂接着層16の形成は、以下のように行なった。
まず、絶縁層18(PETフィルム25μm)と金属層17(アルミニウム箔30μm、ビッカース硬度HV50)、樹脂接着層16(エポキシ系熱硬化接着剤シート、膜厚20μm)の積層体を形成した。そして、テーパー角度45度のロール刃により、樹脂接着層16側から刃を入れて一括カットした。これにより、金属層17及び樹脂接着層16が、それぞれ絶縁層18及び樹脂接着層16から約0.05mmずつ小さくなるように切断して封止基板19を作製した。
[試料103の有機EL素子の作製]
まず、公知の方法によって図4〜6及び図16に示す構成となるように、基板11上にガスバリア層12、下地層13、発光部20A,20B、及び、取り出し配線14まで形成した有機EL素子10Aを、連続した基板11上に複数作製した。そして、上述の試料101と同様の方法により、無機封止層15の形成から有機EL素子10Aの個片化までを行なった。
次に、図19及び図20に示すように、FPC40を、有機EL素子10Aの一方向側から、この一方の端部の取り出し配線14に接続させ、さらに封止基板19上に沿って他方の端部側に延在し、他端の取り出し配線14に接続させた。
これ以外は、上述の試料101と同様の工程により、試料103の有機EL素子モジュールを作製した。
[試料104の有機EL素子の作製]
無機封止層15を、イオンプレーティング法により膜厚200nmの酸窒化珪素(SiON、ビッカース硬度HV700)とした以外は、上述の試料101と同様の工程により、試料104の有機EL素子モジュールを作製した。
[試料105の有機EL素子の作製]
無機封止層15を、真空蒸着法により膜厚200nmの酸化珪素(SiO、ビッカース硬度HV450)とした以外は、上述の試料101と同様の工程により、試料105の有機EL素子モジュールを作製した。
[試料106の有機EL素子の作製]
封止基板19を接合する工程において、テーパー角度45度のロール刃により、絶縁層18側から刃を入れて一括カットし、金属層17及び樹脂接着層16が、引き出し配線14側(実装辺側)のみにおいて、それぞれ絶縁層18及び樹脂接着層16から約0.05mmずつ大きくなるように切断し、第2圧着工程において封止基板19の端部を折り曲げなかった以外は、上述の試料101と同様の工程により、試料106の有機EL素子モジュールを作製した。
試料106は、封止基板19よりも樹脂接着層16の形成面積が大きいため、第2圧着工程後において、取り出し配線14上の封止基板19と無機封止層15との間に、樹脂接着層16が露出する部分を有する構成である。
[試料107の有機EL素子の作製]
無機封止層15を、真空蒸着法により膜厚200nmのフッ化カルシウム(CaF、ビッカース硬度HV200)とした以外は、上述の試料101と同様の工程により、試料107の有機EL素子モジュールを作製した。
[試料108の有機EL素子の作製]
無機封止層15を、真空蒸着法により膜厚100nmの酸化珪素(SiO、ビッカース硬度HV450)とした以外は、上述の試料101と同様の工程により、試料108の有機EL素子モジュールを作製した。
[試料109の有機EL素子の作製]
無機封止層15を設けなかったこと以外は、上述の試料101と同様の工程により、試料109の有機EL素子モジュールを作製した。
[評価]
作製した試料101〜109の有機EL素子モジュールについて、初期点灯試験、及び、85℃85%RHの環境下に500時間の放置した後の点灯試験を行なった。
上記試料101〜109の有機EL素子モジュール子の各評価結果を表2に示す。
Figure 0006572885
試料101〜105は、無機封止層とガスバリア層とにより発光部が封止され、さらに、端部が折り曲げられた封止基板により樹脂接着層が実装辺に露出しない構成であるため、FPCと取り出し配線との電気的な接続が良好に行なわれ、全ての有機EL素子モジュールで発光状態が確認され、耐湿試験後も点灯状態が維持された。
これに対し、封止基板よりも樹脂接着層の形成面積が大きい試料106では、樹脂接着層が取り出し配線上にはみ出し、有機EL素子とFPCの接続不良が発生したため、FPCと取り出し配線との電気的な接続を阻害し、有機EL素子モジュールが点灯しなかった。
また、試料109では、無機封止層を有していないため、取り出し配線と封止基板の金属層との間で電気短絡が発生し、有機EL素子モジュールが点灯しなかった。
さらに、試料107〜108では、無機封止層が設けられていることにより、初期は有機EL素子モジュールの発光が確認された。しかし、試料107〜108では、試料101〜105と比較して、投入した電流に対して十分な発光が得られなかった。これは、試料107では無機封止層のビッカース硬度が低いため、また、試料108では無機封止層の膜厚が小さいため、封止基板の押し込みにより無機封止層が部分的に損傷し、金属層と取出し配線が近接したことで、通電した電流の一部が金属層に漏洩したためと考えられる。
また、試料107〜108では、無機封止層が部分的に損傷したことにより、85℃85%RH500時間後では、この損傷個所からの水分等の浸透により、有機EL素子モジュールが非点灯となった。
なお、本発明は上述の実施形態例において説明した構成に限定されるものではなく、その他本発明構成を逸脱しない範囲において種々の変形、変更が可能である。
10,10A・・・有機EL素子、11・・・基板、12・・・ガスバリア層、13・・・下地層、14
・・・取り出し配線、15・・・無機封止層、16・・・樹脂接着層、17・・・金属層、18・・・絶縁層、19・・・封止基板、20・・・発光部、20A・・・第1発光部、20B・・・第2発光部、21・・・第1電極、22・・・有機機能層、23・・・第2電極、30・・・ロールラミネート装置、31・・・第1圧着ロール、32・・・第2圧着ロール、33・・・セパレーター、34・・・切断線、40・・・フレキシブル印刷配線フィルム(FPC)、41・・・異方性導電フィルム(ACF)、42・・・補強テープ、43・・・金属配線、44・・・金属枠、45・・・接着樹脂、46・・・金属板

Claims (11)

  1. 基板と、
    基板上に設けられたガスバリア層と、
    前記ガスバリア層上に設けられた、第1電極、有機機能層、及び、第2電極からなる発光部と、
    前記発光部を被覆する無機封止層と、
    前記第1電極、又は、前記第2電極に接続されて、前記無機封止層の外部に延在する取り出し配線と、
    前記無機封止層上に、樹脂接着層を介して貼り合わされた封止基板と、を備え、
    前記封止基板は、絶縁層と前記絶縁層よりも前記樹脂接着層側に配置された金属層とを有し、
    少なくとも前記取り出し配線の上方において、前記封止基板が前記基板側に折り曲げられ、前記金属層、及び、前記絶縁層の少なくともいずれか一方が、前記無機封止層に接触している
    有機エレクトロルミネッセンス素子。
  2. 前記封止基板は、前記絶縁層の厚さが前記金属層よりも薄い請求項1に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
  3. 前記無機封止層の表面硬度が、ビッカース硬度でHV400以上である請求項1に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
  4. 前記無機封止層の最も薄い箇所が200nm以上である請求項1に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
  5. 前記樹脂接着層が、前記金属層よりも小さい面積で形成されている請求項1に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
  6. 前記封止基板が、前記無機封止層の外縁部の上面に接触している請求項1に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
  7. 前記無機封止層の外部に引出された前記取り出し配線に、外部機器が接続されている請求項1に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
  8. 基板上にガスバリア層を形成する工程と、
    前記ガスバリア層上に、第1電極、有機機能層、及び、第2電極からなる発光部を形成する工程と、
    前記第1電極、又は、前記第2電極に接続する取り出し配線を形成する工程と、
    前記発光部及び前記取り出し配線の前記発光部側の一部を被覆する無機封止層を形成する工程と、
    前記無機封止層上に、金属層と絶縁層とからなる封止基板の前記金属層側を樹脂接着層を介して接合し、前記金属層、及び、前記絶縁層の少なくともいずれか一方が、前記無機封止層に接触するように、少なくとも前記取り出し配線の上方の前記封止基板の端部を折り曲げる、封止基板の圧着工程と、を有する
    有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法。
  9. 前記封止基板の圧着工程を、減圧雰囲気下で行なう請求項8に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法。
  10. 前記基板及び前記封止基板をロール状態で供給して、前記封止基板の圧着工程を行なう請求項8に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法。
  11. 前記封止基板の圧着工程が、前記樹脂接着層を前記無機封止層の表面に接触させる第1圧着工程と、前記封止基板の端部を折り曲げる第2圧着工程とを有する請求項8に記載の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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