説明

有機エレクトロルミネッセンス用封止基板及びその製造方法

【課題】 封止安定性及び生産性の高い有機EL用封止基板及びその製造方法を提供する。
【解決手段】 シート基板1、シート基板1上にある密着向上層2、及び密着向上層2上にある隔壁3を有する有機エレクトロルミネッセンス用封止基板10。好ましくは、シート基板1は、金属材料又は合金材料からなる。好ましくは、隔壁3は低融点ガラスと無機フィラーからなる。好ましくは、密着向上層2は無機金属化合物からなる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、有機エレクトロルミネッセンス(EL)用封止基板及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
有機EL表示装置は、互いに対向する陽極と陰極間に、有機発光分子を含む発光層を挟持した有機EL素子から構成されている。有機EL素子の両電極間に電圧を印加すると、陰極から注入された電子と陽極から注入されたホールとが、発光層で再結合する。有機発光分子は、再結合エネルギーによりいったん励起状態となり、その後、励起状態から基底状態に戻る。この際に放出されるエネルギーを光として取り出すことにより、有機EL素子は発光する。
【0003】
このような発光原理を有する有機EL素子から構成された有機EL表示装置は、完全固体素子であり、視認性に優れ、軽量化、薄膜化が図れ、その上、わずか数ボルトという低電圧で駆動させることができる。このため、有機EL表示装置は、カラーディスプレイとしての利用が期待され、現在盛んに研究されている。
【0004】
有機EL素子は熱、水分、酸素により劣化が促進される。有機EL素子の陰極としては、低仕事関数のアルカリ金属又はアルカリ土類金属が用いられるが、これら金属は酸素又は水分と反応し、酸化されやすい。有機EL素子に電子を注入する陰極の酸化は、陰極の材料より電子が失われることになり、表面に酸化膜が形成される。これは、発光輝度の低下やダークスポットの発生の原因となる。このため、有機EL素子自体を外気にふれない封止構造とする必要がある。
【0005】
有機EL素子の封止方法として、主に、金属缶封止とガラス板封止の2種類の方式がある。
金属缶封止として、有機EL素子部分の空間を取る必要があるために、封止基板は金型加工した金属基板又は中刳りしたガラス基板を用いたキャップ構造が用いられている(例えば、特許文献1,2)。特許文献3は、ステンレス製の金属缶を用いて、有機EL素子を封止することを開示している。この方法は、金属缶であるため、水分、酸素の遮蔽性は高い。しかしながら、金属製の封止缶は有機EL素子が形成されるガラス基板のサイズに合わせて加工する必要があるので、作成する数量に関係なく、品種ごとに用意しなければならない。このため、金属を成形するための金型も品種ごとに必要となり、作業性やコスト面で問題がある。また、金型の精度を管理して作製しないと、得られる封止キャップの封止面の平面度が良好に保てず、凹凸が大きくなるため、ガラス基板との接着面における透湿度の増大を招き、有機EL素子の信頼性が著しく低下する恐れがある。さらに接着剤は、金属とガラスの両方に十分な信頼性をもって接着しなければならず、材料の選択が困難である。
ガラス板封止は反り、歪が生じにく封止安定性に優れている。しかしながら、ガラスを中刳りする加工が必要であり、大型の基板に対応するとなると、多大な時間が必要となり、生産性上問題であった。
【特許文献1】特開2002−025763号公報
【特許文献2】特開2002−280169号公報
【特許文献3】特開2002−367772号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
このように有機EL素子部分の封止空間をつくるために、従来の金属缶封止、ガラス封止においては、封止安定性及び生産性の向上が課題であった。本発明の目的は、封止安定性及び生産性の高い有機EL用封止基板及びその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明は上述の問題に鑑みなされたものであり、本発明によれば、以下の有機EL用封止基板及びその製造方法等が提供される。
1.シート基板、前記シート基板上にある密着向上層、及び前記密着向上層上にある隔壁を有する有機エレクトロルミネッセンス用封止基板。
2.前記シート基板が、金属材料又は合金材料からなる1記載の有機エレクトロルミネッセンス用封止基板。
3.前記隔壁が低融点ガラスと無機フィラーからなる1又は2記載の有機エレクトロルミネッセンス用封止基板。
4.前記密着向上層が無機金属化合物からなる1〜3のいずれか記載の有機エレクトロルミネッセンス用封止基板。
5.前記無機金属化合物が少なくともSiを含む酸化物である4記載の有機エレクトロルミネッセンス用封止基板。
6.前記シート基板がガラス基板であり、密着向上層が低融点ガラスであり、隔壁がガラスである1記載の有機エレクトロルミネッセンス用封止基板。
7.隔壁をスクリーン印刷により形成する1〜5のいずれか記載の有機エレクトロルミネッセンス用封止基板の製造方法。
8.密着向上層をスクリーン印刷により形成する6記載の有機エレクトロルミネッセンス用封止基板の製造方法。
9.透光性基板上に有機エレクトロルミネッセンス素子が形成され、さらに1〜6のいずれかに記載の封止基板を用いて封止された、有機エレクトロルミネッセンス発光装置。
【発明の効果】
【0008】
本発明によれば、封止安定性及び生産性の高い有機EL用封止基板及びその製造方法が提供できる。
本発明では、シート基板上に隔壁を形成することにより、キャップ構造を作製する。金属缶封止ではその加工精度により、問題となった封止安定性が向上する。また、大判のシート基板に隔壁を印刷等により一括作製することにより、封止工程が大判基板ごとの一括処理することができ、生産性の向上がはかられる。座刳り加工が必要であったガラス封止の生産性の問題についても解決が図られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0009】
以下、図面を参照して本発明を説明する。全図面において同一部材には同一符号を付してその説明は省略する。
図1は、本発明の有機EL用封止基板の一実施形態を示す断面図であり、図2はその上面図である。
図1に示すように、有機EL用封止基板10は、シート基板1、シート基板1上にある密着向上層2、及び密着向上層2上にある隔壁3からなる。密着向上層2は、シート基板1と隔壁3との接着を助ける。図2に示すように、隔壁3は矩形をしていて、中に有機EL素子を封入できるようになっている。尚、隔壁3の形は矩形に限定されない。
【0010】
好ましくは、シート基板1は金属材料又は合金材料からなる。例えば、アルミニウム、銅、ニッケル、チタン等の金属材料や、ステンレス、アルミニウム合金、チタン合金、鉄−ニッケル−コバルト、鉄−ニッケル、鉄−ニッケル−クロム、鉄−クロム、ニッケル−銅、ニッケル−クロム等の合金材料を用いることができる。箔加工性のある金属又は合金を用いることが好ましい。ステンレスとは、クロムを約12%以上含有する鋼(鉄と炭素の合金)であり、組成上、マルテンサイト系、フェライト系及びオーステナイト系に大別できる。尚、Ti、Nb、Mo、Cu、Ni、又はSiから選ばれた一種又は複数種を添加したステンレス鋼も含まれる。
【0011】
また、有機EL発光装置製造時の取り扱いを容易にするために、ポリエチレンテレフタレート、ナイロン等のフィルムを、隔壁形成後に、シート基板の隔壁形成面と反対側の面に貼付することにより外傷を防止することができる。
【0012】
密着向上層2には、絶縁性の無機金属化合物を用いることができる。無機金属化合物は、酸化物、窒化物、炭化物、窒化酸化物、炭化酸化物、炭化窒化物の何れかであることが好ましい。また、無機金属は、Si,Al、Znから選択された元素の少なくとも一つを含有した化合物であることが好ましい。隔壁との密着性を向上するために、Siを含む酸化物、特にガラスであることがより好ましい。
無機金属化合物からなる密着向上層は、気相成長法、スパッタ法、CVD法等により成膜できる。
【0013】
隔壁3は、好ましくは低融点ガラスと無機フィラーからなる。
低融点ガラスは、軟化点が好ましくは650℃以下、より好ましくは550℃以下のものが用いられる。軟化点が650℃以上のものでは、加熱工程にてシート基板が変形する恐れがある。
【0014】
低融点ガラスとして、PbO−B−SiO系(軟化点380℃)を使用できる。また、環境規制の点から無鉛ガラスの使用が好ましく、Bi−B−SiO系(ビスマス系、特開平9−110466等記載)、ZnO−B−SiO系(亜鉛系、特開平9−102273等記載)、ZnO−SnO−SiO系(リン酸系、特開平9−102273,9−50769等記載)、MnO−SnO−SiO系(マンガン系、特開2004−217516等記載)、Bi−ZnO−B系、SnO−P−MnO系を使用できる。
【0015】
無機フィラーは、機械的強度向上、耐電圧向上、熱膨張及び誘電率を調整するために添加する。好ましくは、アルミナ、チタニア、ジルコニア等を使用する。
【0016】
低融点ガラスと無機フィラーの組成比は、低融点ガラス50〜99重量%に対し、無機フィラー1〜50重量%であることが好ましい。
【0017】
本発明では、例えば、低融点ガラス、無機フィラー、樹脂、及び溶剤からなるペースト状物を作製し、これをシート基板上に施工して隔壁を形成できる。
具体的には、例えば、樹脂を高沸点の溶剤に溶解した溶液中に、所定量の低融点ガラスと無機フィラーからなるガラス組成物を、例えば三本ロール、ボールミル、サンドミル等の分散機で分散させて、スラリー状ないしペースト状物を調製する。これを、シート基板上に施工して、常法に従い隔壁を形成する。
この隔壁の形成は、従来知られている各種の方法、例えば、スクリーン印刷法、サンドブラスト法、フォトリソ埋め込み法、感光性樹脂を利用するフォトリソ法、グリーンシートを転写させる方法等に従って実施できる。
【0018】
樹脂として、主に、セルロース系樹脂、アクリル系樹脂を使用する。スクリーン印刷法により隔壁を形成する場合、セルロース系樹脂が有する擬塑性が印刷に適しており、アクリル系樹脂と比べてより少量ですむことから、セルロース系樹脂が好適に用いられる。
セルロース系樹脂の具体例として、エチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース及びニトロセルロース等が挙げられ、アクリル系樹脂の具体例として、ポリブチルアクリレート、ポリイソブチルメタクリレート等が挙げられる。
【0019】
溶剤としては、樹脂の溶解性に優れ、粘稠性のオイルを形成し得るものが好ましい。具体的には、中沸点及び高沸点のエステル系溶剤や石油系溶剤が好ましい。例えば、ブチルセロソルブアセテート、ブチルカルビトールアセテート等のエステル系溶剤、ブチルカルビトール等のエーテル系溶剤、ナフサ、ミネラルターペン等の石油系溶剤等が挙げられる。これらは、1種単独で用いても、2種以上を併用して用いてもよい。
【0020】
好ましくは、低融点ガラスと無機フィラーからなる隔壁を、密着向上層の上に、スクリーン印刷法、感光性樹脂を用いてフォトリソグラフィ法等により、形成する。
具体的な製法の例について説明する。ガラスを構成する金属酸化物、炭酸塩を混合し、1000〜1500℃で溶融させた後急冷し、ガラスの塊(カレット)を得る。さらにこれを目的の粒径まで粉砕する。平均粒径は印刷性、形成物の表面性、膜厚、パターン幅等により決まるが、通常は1〜5μmである。
次に、上記のガラス粉末、無機フィラー、添加材、樹脂及び溶剤からなるガラスペーストを調製する。このガラスペーストは固形分としてのガラスを主成分とするもので、焼成により粉体が再溶融し、機能性の無機質膜を形成する。
ガラスペーストをパターン塗布し、焼成することにより、隔壁を形成することができる。
【0021】
上述したように、隔壁をシート基板の上に印刷法やフォトリソグラフィ法で形成することにより、従来の金属缶や座刳りガラス板の封止材に必要とされていた金型加工やガラス板の中刳り加工が不要となるのに加えて、一枚の基板より多面取り加工が容易となる。さらに、多品種への対応が可能となり、生産性が向上する。
【0022】
図3は本発明の有機EL用封止基板の製造方法及び有機EL発光装置の一実施形態を示す断面図である。この実施形態においては、シート基板は金属材料又は合金材料、密着向上層は無機金属化合物、隔壁は低融点ガラスと無機フィラーから形成されている。
まず、シート基板1を準備し(図3(a))、その上に、密着向上層2をスパッタ法により形成する(図3(b))。密着向上層2の上に、スクリーン印刷により隔壁3を形成し、有機EL用封止基板10を作製する(図3(c))。有機EL用封止基板10の隔壁間に捕水剤4を取り付け、隔壁3の先端部に接着剤5を塗布する(図3(d))。次に、有機EL素子基板6が形成されている透光性基板8を、有機EL用封止基板10に貼り合わせて、有機EL発光装置を完成する(図3(e))。
【0023】
透光性基板は有機EL素子を支持する基板であり、400〜700nmの可視領域の光の透過率が50%以上で、平滑な基板が好ましい。
具体的には、ガラス板、ポリマー板等が挙げられる。ガラス板としては、特にソーダ石灰ガラス、バリウム・ストロンチウム含有ガラス、鉛ガラス、アルミノケイ酸ガラス、ホウケイ酸ガラス、バリウムホウケイ酸ガラス、石英等が挙げられる。またポリマー板としては、ポリカーボネート、アクリル、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルサルファイド、ポリサルフォン等を挙げることができる。
尚、この実施形態では、基板6を透光性としてボトムエミッションタイプの有機EL発光装置としたが、シート基板を透光性としてトップエミッションタイプとしてもよい。
【0024】
さらに、上記の実施形態では有機EL用封止基板のシート基板に金属材料又は合金材料を用いたが、ガラスを用いることもできる。
【実施例】
【0025】
実施例及び比較例で使用した材料は以下の通りである。
1.シート基板
(1)鉄−ニッケル−クロム合金(住友特殊金属製、成分組成Ni:Cr:Fe=42:6:52)
(2)鉄−クロム合金(住友特殊金属製、成分組成Fe:Cr=82:18)
(3)SUS(住友金属製、ステンレス)
(4)アルミノホウケイ酸ガラス(コーニング社製、1737)
2.密着向上層
(1)アルミノホウケイ酸ガラス(ターゲット:コーニング社製、1737)
(2)SiO1.7(ターゲット:SiO、フルウチ化学社製)
3.隔壁
(1)Bi−ZnO−B系材料(トマテック社製、TMF−101)
(2)SnO−P−MnO系材料(トマテック社製、TMF-201)
【0026】
実施例1
(1)金属シート上に密着向上層形成
鉄−ニッケル−クロム合金(住友特殊金属製、成分組成Ni:Cr:Fe=42:6:52)シート(300mm×300mm×100μm厚)上に、コーニング1737をターゲットとしてマグネトロンスパッタ方式による成膜を行った。スパッタ圧0.7Pa、スパッタ出力500Wで、300nmの厚さで成膜した。これにより、密着向上層付きの金属シートを得た。
【0027】
(2)隔壁の形成
低融点ガラスとして、Bi−ZnO−B系材料(トマテック社製、TMF−101)95重量部と無機フィラーとしてチタニア(テイカ製、MT−500)を5重量部混合し、ガラス組成物とした。α−ターピオネール90重量部にエチルセルロース10重量部の組成からなるビヒクル20重量部を、ガラス組成物80重量部とをバタフライミキサーにて混練し、三本ロールにて固形分をビヒクル中に分散させ、ガラスペーストを得た。
密着向上層付き金属シート上に上記ガラスペーストを、200メッシュステンレススクリーンを用いてスクリーン印刷法により、2.4インチQQVGAの24面取り(1面40mm×36mm)に対応した矩形パターンを塗布し、乾燥させた。これを5回繰り返すことにより、300μm高さのガラスパターンを得た。その後、焼成炉にて処理した。室温から500℃まで、1時間で昇温し、500℃10分間保持した後、室温まで1時間で降温する焼成条件にて、隔壁を得た。
【0028】
2.有機EL素子の作製
300mm×300mm×1.1mmの支持基板(透明基板)(OA2ガラス:日本電気硝子社製)上に、2.4インチQQVGAパターンを24面配置したマスクパターンを設計した。
IZO(インジウム亜鉛酸化物)をスパッタリングにより200nm膜厚で成膜した。
次に、この基板上にポジ型レジスト(HPR204:富士オーリン製)をスピンコートし、2.4インチQQVGA一面のパターンにおいて、ライン/ギャップ=80μm/20μmのストライプ状のパターンになるようなフォトマスクを介して、紫外線露光し、TMAH(テトラメチルアンモニウムヒドロキシド)の現像液で現像し、130℃でベークし、所定のレジストパターンを得た。
次に、5%蓚酸水溶液からなるIZOエッチャントにて、露出している部分のIZOをエッチングした。次に、レジストをエタノールアミンを主成分とする剥離液(N303:長瀬産業製)で処理して、下部電極としてIZOパターンを得た。
次に、第一の層間絶縁膜として、ネガ型レジスト(V259PA:新日鉄化学社製)をスピンコートし、所定のパターンになるようなフォトマスクを介して、紫外線露光し、TMAH(テトラメチルアンモニウムヒドロキシド)の現像液で現像した。次に、160℃でベークして、ITOのエッジを被覆した(IZOの開口部が74μm×260μm)層間絶縁膜を形成した。
次に、第二の層間絶縁膜(隔壁)として、ネガ型レジスト(ZPN1100:日本ゼオン製)をスピンコートし、ライン/ギャップ=20/280μmのストライプパターンになるようなフォトマスクを介して、紫外線露光後、さらに露光後ベークを行なった。次に、TMAH(テトラメチルアンモニウムヒドロキシド)の現像液でネガレジストを現像し、IZOストライプに直交した有機膜の第二の層間絶縁膜(隔壁)を形成した。
このようにして得られた基板を純水およびイソプロピルアルコール中で超音波洗浄し、Airブローにて乾燥後、UV洗浄した。
次に、基板を有機蒸着装置(日本真空技術製)に移動し、基板ホルダーに基板を固定した。なお、あらかじめ、それぞれのモリブテン製の加熱ボートに、正孔注入材料として、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)、4,4’−ビス[N−(1−ナフチル)−N−フェニルアミノ]ビフェニル(NPD)、発光材料として、4,4’−ビス(2,2−ジフェニルビニル)ビフェニル(DPVBi)、電子注入材料として、トリス(8−キノリノール)アルミニウム(Alq)をそれぞれ仕込み、さらに陰極としてAlLi合金(Li濃度:10atm%)をタングステン製フィラメントに装着してある。
その後、真空槽を5×10−7torrまで減圧にしたのち、以下の順序で正孔注入層から陰極まで途中で真空を破らず一回の真空引きで順次積層していった。
まず、正孔注入層としては、MTDATAを蒸着速度0.1〜0.3nm/秒、膜厚60nmおよび、NPDを蒸着速度0.1〜0.3nm/秒、膜厚20nm、発光層としては、DPVBiを蒸着速度0.1〜0.3nm/秒、膜厚50nm、電子注入層としては、Alqを蒸着速度0.1〜0.3nm/秒、膜厚20nm、陰極としては、AlLi合金を蒸着速度0.5〜1.0nm/秒、膜厚を150nmに蒸着した。なお、有機層(正孔注入層〜電子注入層まで)は、所定の範囲にマスク蒸着したが、陰極は先に形成したIZO取り出し電極に接続できるような範囲にマスク蒸着した。陰極(上部電極)は、先に基板上に作製した隔壁により、自動的に分離されたパターンとなっていた。
【0029】
3.封止及び有機EL表示装置の製造
このようにして、基板上に有機EL素子を作製後、乾燥窒素を流通したドライボックスに基板を大気にふれないように移動し、そのドライボックス内にて、上記作製した多面取り封止基板の隔壁にカチオン硬化性の接着剤(TB3102:スリーボンド製)を塗布し、その後、有機EL素子基板の張り合わせを行った。両基板の位置合わせは、予め基板上に設置したアライメントマークを用いて行った。その後、素子基板側より光硬化させて封止した。
その後、ドライボックスから封止した有機EL素子を取りだし、各面の境界に設置したアラインメントを基準に24面に分割した。
このようにして、下部電極と上部電極がXYマトリックスを形成してなる有機EL表示装置を作製した。有機EL表示装置が生産性よく一括して製造することができた。
【0030】
4.有機EL表示装置の評価
製造した有機EL表示装置の下部電極と上部電極にDC7Vの電圧を印加(下部電極:(+)、上部電極:(−))したところ、各電極の交差部分(画素)が発光した。
次に、本装置について、60℃、90%の加湿保存試験を500時間実施し、発光画素領域面積を顕微鏡観察にて測定し、縮小率を算出したところ、3%であり、耐久性に優れた有機EL表示装置が得られたことを確認した。
*縮小率(%)=(試験前の発光画素面積−試験後の発光画素面積)/(試験前の発光画素面積)×100
【0031】
実施例2〜4
シート基板、密着向上層及び隔壁材料を表1にあるとおり変更した以外は実施例1と同様に有機EL表示装置を製造し、評価した。評価結果を表1に示す。
【0032】
比較例1
実施例1において密着向上層を製膜しなかった以外は実施例1と同様に有機EL表示装置を製造し、評価した。評価結果を表1に示す。
【0033】
比較例2
実施例1において作製した有機EL素子に対して封止基板として金属缶を用いた。24個の封止金属缶を逐一接着していく作業が必要となり、実施例1と比較し、生産性において劣った。
【0034】
【表1】

【産業上の利用可能性】
【0035】
本発明の有機EL用封止基板を用いた有機EL発光装置は、民生用及び工業用のディスプレイ、具体的には、携帯電話、PDA、カーナビ、モニター、TV用途への有機ELパネルとして用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【0036】
【図1】本発明の有機EL用封止基板の一実施形態を示す断面図である。
【図2】本発明の有機EL用封止基板の一実施形態を示す上面図である。
【図3】本発明の有機EL用封止基板の製造方法及び有機EL発光装置の一実施形態を示す断面図である。
【符号の説明】
【0037】
1 シート基板
2 密着向上層
3 隔壁
4 捕水剤
5 接着剤
6 透光性基板
8 有機EL素子基板
10 有機EL用封止基板

【特許請求の範囲】
【請求項1】
シート基板、前記シート基板上にある密着向上層、及び前記密着向上層上にある隔壁を有する有機エレクトロルミネッセンス用封止基板。
【請求項2】
前記シート基板が、金属材料又は合金材料からなる請求項1記載の有機エレクトロルミネッセンス用封止基板。
【請求項3】
前記隔壁が低融点ガラスと無機フィラーからなる請求項1又は2記載の有機エレクトロルミネッセンス用封止基板。
【請求項4】
前記密着向上層が無機金属化合物からなる請求項1〜3のいずれか記載の有機エレクトロルミネッセンス用封止基板。
【請求項5】
前記無機金属化合物が少なくともSiを含む酸化物である請求項4記載の有機エレクトロルミネッセンス用封止基板。
【請求項6】
前記シート基板がガラス基板であり、密着向上層が低融点ガラスであり、隔壁がガラスである請求項1記載の有機エレクトロルミネッセンス用封止基板。
【請求項7】
隔壁をスクリーン印刷により形成する請求項1〜5のいずれか記載の有機エレクトロルミネッセンス用封止基板の製造方法。
【請求項8】
密着向上層をスクリーン印刷により形成する請求項6記載の有機エレクトロルミネッセンス用封止基板の製造方法。
【請求項9】
透光性基板上に有機エレクトロルミネッセンス素子が形成され、さらに請求項1〜6のいずれかに記載の封止基板を用いて封止された、有機エレクトロルミネッセンス発光装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【公開番号】特開2006−228647(P2006−228647A)
【公開日】平成18年8月31日(2006.8.31)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2005−43492(P2005−43492)
【出願日】平成17年2月21日(2005.2.21)
【出願人】(000183646)出光興産株式会社 (2,069)
【Fターム(参考)】