JP6796853B2

JP6796853B2 - Ｏｌｅｄ照明素子の製造方法

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Publication number: JP6796853B2
Application number: JP2016189299A
Authority: JP
Inventors: 古川　忠宏; 忠宏古川; 充浩向殿
Original assignee: Yamagata University NUC
Current assignee: Yamagata University NUC
Priority date: 2016-09-28
Filing date: 2016-09-28
Publication date: 2020-12-09
Anticipated expiration: 2036-09-28
Also published as: JP2018055908A

Description

本発明は、ロール・ツー・ロール方式で製造可能なＯＬＥＤ照明素子に関する。

ＯＬＥＤ（有機ＥＬ）照明は、それ自体が面で発光するデバイスであり、広範囲を均一に照らす照明技術として注目されている。

デバイスの作製方法を大別すると、真空装置を用いる蒸着型と、塗布装置を用いる塗布型とがある。これらのうち、蒸着型では、装置導入コストや製造コストの面で課題があるものの、発光特性に優れるという利点がある。一方、塗布型は、照明器具に適用可能な大面積デバイスを、高い材料使用効率で製造できる技術として期待されている。しかしながら、１０ｃｍ角〜１５ｃｍ角を超える大面積のデバイスでは、透明電極の電位降下が問題となるため、これを低減できる補助配線が必要となる。また、塗布型でこれを実現するには、補助配線付きの基板上に有機薄膜を高精度に製膜する塗布技術の開発も必要である。

ところで、ＯＬＥＤ照明素子の有機層などを形成する際には、蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ、ＰＶＤ、溶剤を用いた塗布法等、様々な方法が使用できるが、これらの方法の中で、製造工程の簡略化、製造コストの低減、加工性の改善、バックライトや照明光源等のフレキシブルな大面積素子への応用等の観点から、塗布法等の湿式成膜法が有利であることが知られている。また、固体発光型の大面積フルカラー表示素子や書き込み光源アレイとしての用途が有望視されている方法として、有機物質からなる一つ又は複数の発光層のパターニング及び陰極のパターニングを真空蒸着方式でロール・ツー・ロール方式により作製する方法が知られている。

例えば、ＯＬＥＤ照明素子の製造において、発光層その他の有機層、補助配線、又は電極などの蒸着源をそれぞれ、蒸着装置の１つのチャンバー内に設け、該チャンバー内においてロール・ツー・ロール方式でシート状の基板を間欠的又は連続的に移動させながら、該発光層その他の有機層や、電極を順に形成させ、再びロールに巻き取り、該ロールにその他の成分、絶縁被膜などを塗布法によって別途形成することで、効率的にＯＬＥＤ照明素子を製造できると考えられる。

非特許文献１には、ロール・ツー・ロール方式による薄膜ガラス基板上へのＩＴＯパターンの形成方法が報告されている。また、非特許文献２には、印刷による透明電極の作製法が報告されている。これらの報告はいずれもプロセスに重点を置いたものであって、この技術を応用展開することで、安価なＯＬＥＤ照明素子を作製する試みがなされている。

T. Furukawa, K. Mitsugi, S, Akiyama, H, Itoh, D, Kobayashi, T. Suzuki, H, kuroiwa, M, Sakakibara, K, Tanaka, M, Kawamura, and M, Koden, "Patterned ITO Film by Roll-to-Roll Process on Ultra-thin Glass," IDW’14, FLX3-4, 2014. T. Furukawa, N. Kawamura, M. Sakakibara, and M. Koden, "Printed Transparent Electrode for OLED Devices," IDMC’2015, S4-4, 2015.

しかしながら、これらの報告に基づき、印刷による透明電極の作製をロール・ツー・ロール方式により形成する場合、印刷ロールの流れ方向に直交する位置に配置された部材を連続的に形成することができず、位置合わせなどの技術が必要となる。その結果、製造装置の複雑化、大型化及び高額化という問題を生じることとなる。

本発明は、ロール・ツー・ロール方式により製造可能なＯＬＥＤ照明素子であって、大面積、かつ、低コストで作製可能なＯＬＥＤ照明素子及びその製造方法を提供することを課題とする。

本発明は、上記した従来技術における課題を解決するものであり、以下の事項からなる。

本発明のＯＬＥＤ照明素子は、陽極及び陰極のうちのいずれか一方の電極である第１電極と、前記第１電極に接して設けられた補助電極と、前記補助電極上に設けられた絶縁被膜と、前記第１電極上に設けられた、発光層を含む有機層と、前記有機層上に設けられた、前記陽極及び陰極のうちの他方の電極である第２電極とを含み、前記補助電極の一部が、前記第１電極の外周側に延設されて、前記第１電極の電極取り出し部を構成し、前記第２電極が、前記電極取り出し部に対向する位置に配置されていることを特徴とする。

前記第１電極が、陽極の透明電極であることが好ましい。
前記透明電極は、無機酸化物又は透明導電性高分子からなることが好ましい。

本発明のＯＬＥＤ照明素子の製造方法は、陽極及び陰極のうちのいずれか一方の電極である第１電極を形成する工程と、前記第１電極に接するように補助電極を形成し、前記補助電極の一部が、前記第１電極の外周側に延設されるように、前記第１電極の電極取り出し部を形成する工程と、前記補助電極上に絶縁被膜を形成する工程と、前記第１電極上に、発光層を含む有機層を形成する工程と、前記有機層上に、前記陽極及び陰極のうちの他方の電極である第２電極を形成する工程とを含む方法であって、少なくとも、前記第１電極及び第２電極を、ロール・ツー・ロール方式で形成することを特徴とする。

前記第１電極の電極取り出し部は、幅方向に帯状に形成されることが好ましい。
前記補助電極は、印刷により形成されることが好ましい。

本発明によれば、ロール・ツー・ロール方式により、大面積のＯＬＥＤ照明素子を効率良く、かつ、低コストで製造することができる。

図１は、３０ｃｍ幅のロール状基材フィルムに、陽極２、補助電極３及び陰極６を形成した例を示す図である。図２は、陽極にＩＴＯを使用し、該ＩＴＯ上に補助電極が直接形成された実施形態を表す概略正面図である。図３は、陽極自体が陽極端子となっている実施形態を表す概略正面図である。図４は、図３の他の実施形態を表す図であり、陽極の末端部に陽極端子が付いた実施形態を表す概略断面図である。図５は、陽極に透明導電性高分子を使用し、基板上に補助電極が直接形成された実施形態を表す概略断面図である。

以下、本発明について図面を参照しながら詳細に説明する。
ＯＬＥＤ照明素子は、陽極１及び陰極６のうちのいずれか一方の電極である第１電極と、前記第１電極に接して設けられた補助電極４と、前記補助電極４上に設けられた絶縁被膜と、前記第１電極上に設けられた、発光層を含む有機層５と、前記有機層５上に設けられた、前記陽極１及び陰極６のうちの他方の電極である第２電極とを含み、前記補助電極の一部が、前記第１電極の外周側に延設されて、前記第１電極の電極取り出し部を構成し、前記第２電極が、前記電極取り出し部に対向する位置に配置されている。

第１電極及び第２電極はそれぞれ陽極２及び陰極６であり、第１電極が陽極２である場合、第２電極は陰極６となり、第１電極が陰極６である場合、第２電極は陽極２となる。ただし、第１電極が光透過率の高い陽極、具体的には、無機酸化物又は透明導電性高分子からなる陽極であることが好ましい。その理由は、無機酸化膜はスパッタや高温での成膜が必要で、有機発光層にダメージを与えやすく、また、透明導電高分子は塗工する際の含有する溶剤（水を含む）で有機発光層にダメージを与えやすいためである。また、透明電極は透明性を保持するため、単独で十分な低抵抗の電極を形成するのが難しいことが挙げられる。

前記無機酸化物には、例えば、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）及び酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）が挙げられる。
前記透明導電性高分子には、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ、又は、銀ナノワイヤーとＰＥＤＯＴ／ＰＳＳとの積層膜等が挙げられる。

図２は、透明ガラス基板等の透光性基板１上に陽極２を設け、該陽極２の上に補助電極３が直接形成された実施形態を表す概略正面図である。また、陽極２は、電極取り出し部を別に有していてもよい。図３は、陽極２に、電極取り出し部である陽極端子７を設け、陽極２上に補助電極３が直接形成された実施形態を表す概略正面図である。また、第１電極の電極取り出し部は、ＯＬＥＤ照明素子を作製するに際して、ロール・ツー・ロール方式の幅方向に帯状に形成されることが好ましい。
陽極端子７は、陽極２と同じ材料でもよいし、異なる材料でもよい。

陽極２がＩＴＯ等の無機酸化物からなる場合、図４に示すように、透明ガラス基板１にＩＴＯ２を形成し、該ＩＴＯ２の上に補助電極３を形成し、さらに補助電極３の上に絶縁被膜４を形成した形態が好適である。

一方、陽極２が透明導電性高分子からなる場合、図５に示すように、透明ガラス基板１に補助電極３を形成し、該補助電極３の周囲に透明導電性高分子を形成し、さらに絶縁被膜４を形成した形態が好適である。

ここで、補助電極３は、電流のパスルートを作製することで大面積に形成された透明電極に電流均一に供給する役割を有するものであり、第１電極に接するように設けられる。また、補助電極３は、広く、補助配線をも含むものとする。

補助電極３は、例えば、導電性金属粒子を含む。
導電性金属粒子は、金、銀、銅、アルミニウム、ニッケル、ニッケル及びこれらの合金のうちのいずれかからなることが好ましい。

金粒子としては、例えば、ＴＡ−２（（株）徳力化学研究所製、平均粒径０．３〜０．６μｍ）、ＴＡＵ−１００（同、平均粒径１μｍ）、Ｇ−２００（大研化学工業（株）製、平均粒径０．５μｍ）、Ｇ−２１０（同、平均粒径０．８μｍ）、Ｇ−４００（同、平均粒径１．８μｍ）等が挙げられる。

銀粒子としては、例えば、ＡＹ−６０８０（田中貴金属工業（株）製、平均粒径０．２〜１．０μｍ）、ＹＭＳ−６１（山本貴金属地金（株）製、平均粒径０．９μｍ）、ＹＭＳ−２３（同、平均粒径１．４μｍ）、ＹＳＰ−０１（同、平均粒径１．７μｍ）、ＹＳＰ−０２（同、平均粒径１．８μｍ）、ＹＳＰ−０７（同、平均粒径１．３μｍ）、ＳＰＱ０３Ｓ（三井金属鉱山（株）製、平均粒径０．５μｍ）、ＥＨＤ（同、平均粒径０．５μｍ）、ＡＧ２−１（ＤＯＷＡエレクトロニクス（株）製、平均粒径１．３μｍ）、ＡＧ２−１Ｃ（同、平均粒径０．８μｍ）、シルベストＣ−３４（（株）徳力化学研究所製、平均粒径０．３５μｍ）、シルベストＡｇＳ−０５０（同、平均粒径１．４μｍ）等が挙げられる。

銅粒子としては、例えば、Ｃｕ１０３０Ｙ（三井金属鉱業（株）製、平均粒径０．５２μｍ）、Ｃｕ１０５０Ｙ（同、平均粒径０．７５μｍ）、Ｃｕ１１００Ｙ（同、平均粒径１．２μｍ）、ＭＡ−Ｃ０１５Ｋ（同、平均粒径１．５μｍ）、ＭＡ−Ｃ０２Ｋ（同、平均粒径１．８μｍ）、ＨＸＲ−Ｃｕ（日本アトマイズ加工（株）製、平均粒径１．０μｍ）等が挙げられる。

アルミニウム粒子としては、例えば、ＴＦＨ−Ａ０２Ｐ（東洋アルミニウム（株）製、平均粒径２μｍ）、ＪＴＦ５（Hunan Goldsky Aluminum Industry Hightech Co.,Ltd製、平均粒径１〜２μｍ）等が挙げられる。

ニッケル粒子としては、例えば、超微粉ニッケル３００ナノ品（東邦チタニウム（株）製、平均粒径０．３μｍ）、４００ナノ品（同、平均粒径０．４μｍ）等が挙げられる。

前記導電性粒子の粒径は、外部に取り出される光を多くする観点から、通常０．１〜２μｍ、好ましくは０．２〜１．５μｍである。粒径が０．１μｍ未満では、光の波長よりも著しく小さいため、光が充分に散乱されないことがある。一方、２μｍ超の場合、粒子同士の接触が小さくなり、抵抗が大きくなることがあり、また、絶縁パターンにより被膜されない箇所が発生しやすく、ショートの原因となることがある。

このような導電性粒子を含む補助電極３は、ロール・ツー・ロール方式により、例えば、スクリーン印刷又はグラビアオフセット印刷により形成することができる。また、補助電極３の薄膜化が可能という観点から、グラビアオフセット印刷が好ましい。

このような印刷方式によれば、微細なパターン形状であっても、透光性基板１上に補助電極３及び絶縁被膜４を正確かつ効率的に形成することができる。

補助電極３の線幅は、通常１〜２００μｍ、好ましくは１〜６０μｍであり、より好ましくは１〜３０μｍである。線幅が１μｍ未満では、補助電極３として充分な導電性が得られないことがある。一方、線幅が２００μｍを超えると、補助電極３が目立ちやすくなるとともに、発光面の面積が小さくなる。

前記補助電極３の膜厚は、充分な導電性を得る観点、及び絶縁被膜４、さらには有機層５を補助電極３上に欠陥なく積層する観点から、通常０．１〜１０μｍであり、好ましくは０．２〜４μｍである。

補助電極３上に形成される絶縁被膜４は、通常は、高分子材料と、該高分子材料とは屈折率が異なり、粒径が約０．１〜２μｍの透明絶縁性粒子とを含む。前記絶縁被膜４をこのような透明絶縁性粒子を含む構成とすることにより、該透明絶縁性粒子による光の散乱効果により、補助電極３のパターンをより目立たなくなるようにするとともに、光の取り出し効率を向上させることができる。

前記高分子材料としては、例えば、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、ポリスチレン、ポリエステル、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリビニルフェノール、メラミン樹脂、尿素樹脂、塩化ビニル樹脂、酢酸ビニル樹脂、アセタール樹脂、ブチラール樹脂、ポリビニルアルコール、ブロックイソシアネート樹脂、フッ素樹脂、シリコン樹脂、ポリイミド及びこれらの共重合樹脂等を単独で、又は２種以上を混合して用いることができる。

これらのうち、エポキシ樹脂（屈折率約１．６）が好ましく、常温で固体であり、分子長鎖末端以外にもエポキシ基を有する固形多官能型変性エポキシ樹脂がより好ましい。市販品としては、ＪＥＲ１５４、１５７Ｓ７０、１０３１Ｓ、１０３２Ｈ６０（以上、ジャパンエポキシレジン（株）製）、オンコートＥＸシリーズ（長瀬産業（株）製）エピクロンＮ７４０、Ｎ７７０−７０Ｍ、Ｎ８６５、Ｎ６００シリーズ、ＨＰ７２００シリーズ、５１００、５５００、５８００（ＤＩＣ（株）製）等が好適に用いられる。

また、前記透明絶縁性粒子には、前記高分子とは屈折率が異なるものが用いられる。例えば、酸化チタン（屈折率２．７２（ルチル）、２．５２（アナターゼ））、酸化ケイ素（屈折率１．４５）、硫酸バリウム（屈折率１．６４）、酸化亜鉛（屈折率２．０）、アルミナ（屈折率１．７６）、酸化ジルコニウム（屈折率２．４）、炭酸カルシウム（屈折率１．５８）、硫酸カルシウム（屈折率１．５９）、酸化マグネシウム（屈折率１．７２）、リトポン（白色顔料の一種であり、硫酸バリウム及び酸化亜鉛の混合物）、タルク（屈折率１．５７）、カオリン粘土（屈折率１．５６）、合成スメクタイト等の無機粒子、ポリアクリル粒子、ポリアクリルウレタン粒子等の有機粒子又は無機−有機ハイブリッド材料粒子等が好適に用いられる。これらのうち、酸化チタン、酸化ケイ素、硫酸バリウムが好ましく、酸化チタン、硫酸バリウムがより好ましく、ルチル型の酸化チタンが特に好ましい。
前記透明絶縁性粒子としては、絶縁被膜４を構成する高分子との屈折率の差が大きいほど光散乱の程度が増大することから、屈折率が１．６を超えるものが好ましい。

前記透明絶縁性粒子の形状は、粒状、板状及び針状のいずれでもよいが、球状である場合、その粒径は、通常０．１〜２μｍ、好ましくは０．２〜１．５μｍである。粒径が０．１μｍ未満の場合、光の波長よりも著しく小さいため光が充分に散乱されないことがある。一方、２μｍ超の場合、絶縁被膜４の薄膜化が困難なことがある。

上記のような透明絶縁性粒子を含む絶縁被膜４は、ロール・ツー・ロール方式により、例えば、スクリーン印刷、グラビアオフセット印刷又はインクジェット印刷により形成することができる。特に、スクリーン印刷を用いて、絶縁パターンで補助電極３を覆うように形成することが好ましい。

透光性基板１は、ガラス、セラミックス及び樹脂のいずれでもよい。ただし、樹脂を用いる場合には、フレキシブルなＯＬＥＤ照明素子を作製することが可能である。

有機層５は、発光層を含み、第１電極及び絶縁被膜４の上に形成される。
発光層に用いられる発光材料には、例えば、トリス（８−ヒドロキシキノリナト）アルミニウム（Ａｌｑ3）等のアルミニウム錯体、ベリリウム錯体、及び、ユーロピウム錯体等が挙げられる。

有機層５の膜厚は、発光層その他の層同士の適応性や要求される全体の層厚等を考慮して、適宜状況に応じて定められるが、通常０．５ｎｍ〜５μｍである。

有機層５上に、第２電極が形成される。上記のとおり、第２電極は、第１電極に対して対向する位置に設けられる。第２電極が発光面ではない場合、すなわち、陰極６である場合、一般に、Ａｌ等の仕事関数の小さい（４ｅＶ以下）金属又はその合金が用いられる。陰極６の厚みは、約１００ｎｍである。

ここで、ロール・ツー・ロール方式により作製した、本発明のＯＬＥＤ照明素子の実施形態の一例を示す。
素子構成は、透光性基板１／陽極２／ホール注入層／ホール輸送層／有機層５（発光層を含む）／電子輸送層／陰極６であり、具体的には、ガラス基板／透明陽極／ＭｏＯ₃（３０ｎｍ）／ホール輸送層（４０ｎｍ）／Ａｌｑ3：Ｇドーパント（３０ｎｍ）／ＤＰＢ：Ｌｉｑ（２５ｗｔ％）（４３．５ｎｍ）／Ａｌ（１００ｎｍ）である。なお、Ｇドーパントは緑色発光ドーパントであり、ＤＰＢは１，４−ビス（１，１０−フェナントロリン−２−イル）ベンゼンであり、Ｌｉｑは８−ヒドロキシキノリナトリチウムである。

本発明のＯＬＥＤ照明素子の製造方法は、陽極２及び陰極６のうちのいずれか一方の電極である第１電極を形成する工程と、前記第１電極に接するように補助電極３を形成し、前記補助電極３の一部が、前記第１電極の外周側に延設されるように、前記第１電極の電極取り出し部７を形成する工程と、前記補助電極３上に絶縁被膜４を形成する工程と、前記第１電極上に、発光層を含む有機層５を形成する工程と、前記有機層５上に、前記陽極２及び陰極６のうちの他方の電極である第２電極を形成する工程とを含み、かつ、少なくとも、前記第１電極及び第２電極を、ロール・ツー・ロール方式で形成する方法である。すなわち、本発明では、上記した各層をロール・ツー・ロール方式で形成することができ、少なくとも第１電極及び第２電極をロール・ツー・ロール方式で形成する。

このロール・ツー・ロール方式では、通常、３０ｃｍ幅のロール状の基材フィルムが用いられる。図１は、３０ｃｍ幅のロール状の基材フィルムに、陽極２、補助電極３、及び陰極６を形成した一例を示している。
３０ｃｍ幅のロール状の基材フィルムを用いて、ＩＴＯによる陽極２を成膜する場合には、幅方向の片側をマスクして陰極と重ならない領域を設けておくことが好ましい。
また、発光層及び陰極６は通常、蒸着により基材フィルム上に形成するが、その際、陰極６はＩＴＯの引き出し線の領域をマスクで成膜されないようにし、逆側に長く成膜することが好ましい。

一方、３０ｃｍ幅のロール状の基材フィルムを用いて、透明導電性高分子による陽極２を成膜する場合は、グラビアオフセット印刷又はインクジェット印刷で補助電極３を形成する。その際、補助電極３は、幅方向引き出し側にも配置するが、逆側の陰極引き出し側には形成しない。次いで、透光性基板１及び補助電極３の上に、例えば、フレキソ印刷又はスリットダイコートにより、透明導電性高分子を成膜して陽極２を形成する。
発光層及び陰極６は、ＩＴＯ電極の場合と同様に、蒸着により基材フィルム上に形成するが、陰極６は補助電極３の引き出し線の領域をマスクで成膜されないようにし、逆側に長く成膜することが好ましい。

その他、ロール・ツー・ロール方式で製造可能な方法であれば、インクジェット法、バーコート法、ブレードコート法、及びロールコート法等を用いることができ、これらの方法を適切に組み合わせることで、より簡便で効率的にＯＬＥＤ照明素子を製造することができる。

本発明のＯＬＥＤ照明素子は、面発光素子（照明装置）の用途に好適である。

１透光性基板
２陽極（ＩＴＯ又は透明導電性高分子）
３補助電極
４絶縁被膜
５有機層
６陰極
７陽極端子

Claims

陽極及び陰極のうちのいずれか一方の電極である第１電極を形成する工程と、
前記第１電極に接するように補助電極を形成し、前記補助電極の一部が、前記第１電極の外周側に延設されるように、前記第１電極の電極取り出し部を幅方向に帯状に形成する工程と、
前記補助電極上に絶縁被膜を形成する工程と、
前記第１電極上に発光層を含む有機層を形成する工程と、
前記有機層上に、前記陽極及び陰極のうちの他方の電極である第２電極を形成する工程と、を含むＯＬＥＤ照明素子の製造方法であって、
少なくとも、前記第１電極及び第２電極を、ロール・ツー・ロール方式で形成し、
前記補助電極を印刷により形成することを特徴とするＯＬＥＤ照明素子の製造方法。