説明

有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法及び製造装置

【課題】凸版印刷法によって有機EL素子の有機発光層を設ける際の混入異物を減少させ、有機ELディスプレイでの発光不良を改善する有機EL素子の製造方法とその製造装置を提供する。
【解決手段】陽極が形成された基板上に、少なくとも、発光領域を有する1層以上の有機層を備え、有機層を挟んで陽極と対向するように陰極とを有し、有機層のうち少なくとも1層は、高分子系有機発光材料を溶剤に溶解又は分散させてインキ化し、そのインキは金属アニロックスロールに供給され、金属ドクターによりアニロックスロール表面に均一に保持されたインキは、パターン形成された印刷用凸版の凸部パターンに転移され、その後陽極上に転写形成される有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法において、アニロックスロールは内部に磁石または電磁石を備え、表面に磁気吸着力を有する。

【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素子の製造方法及び製造装置に関するものであり、詳しくは、凸版印刷法を利用して作製する有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法及び製造装置に関する。
【背景技術】
【0002】
有機エレクトロルミネッセンス素子(以下、有機EL素子と略称する)を発光素子とする有機エレクトロルミネッセンスパネル(有機ELパネル)は、テレビやパソコンモニタ、モバイル機器等に使用されるフラットパネルディスプレイ、照明などとして、幅広い用途が期待されている。有機ELパネルは、液晶ディスプレイなどとは異なり、自発光型である。そのため、構造的に極薄化できること、表示画像が広視野角で見え、その表示画像の応答速度が速く、低消費電力であり、高コントラストが期待できるなどの利点から、ブラウン管や液晶ディスプレイに替わるフラットパネルディスプレイとして期待されている。
【0003】
有機EL素子は、少なくともどちらか一方が透光性を有する二つの対向する電極(陽極と陰極)との間に、有機発光材料からなる有機発光層が挟持された構造をもつ発光素子で、両電極間に電圧を印加することにより陽極から正孔、陰極から電子が注入され、この正孔と電子の対が有機発光層表面あるいは内部で再結合することによって発生したエネルギーを光として取り出す自発光型の表示素子である。発光層に有機物を用いた有機EL素子は古くから研究されていたが発光効率の問題で実用化が進展しなかった。これに対し、1987年にC.W.Tangにより有機発光層を発光層と正孔輸送層の2層に分けた積層構造の有機EL素子が提案され、低電圧で高効率の発光が確認され、それ以降有機EL素子に関する研究が盛んに行われている(非特許文献1参照)。
【0004】
有機EL素子の発光層に用いられる有機発光材料は、低分子の材料と高分子の材料とに分類されている。発光層の形成方法は材料によって異なり、一般に低分子材料は抵抗加熱蒸着法等の乾式成膜法により薄膜形成させる方法が用いられている。また高分子材料は溶剤に溶解あるいは分散させて塗工液にし、これを湿式成膜法で基板上に塗布して薄膜形成する方法が行われている。
【0005】
また、有機EL素子をフルカラー化するためには、例えば、発光層として赤、青、緑の三色に光る材料を用いてパターニングすることでディスプレイとして表現することができ、薄膜構造で極薄のディスプレイを製造することが可能である。
【0006】
低分子系材料を用いる場合は、所望の画素形状に応じたパターンが形成されたマスクを用いて、異なる発光色の発光材料を所望の画素に対応した部分に蒸着し形成する方法が行われている。この方法は所望の形状に薄膜を均一に形成するには優れた方法であるが、マスクの精度の点から、蒸着される基板が大型になるとパターンの形成が困難になるという問題点がある。
【0007】
一方、高分子系材料を用いる場合は、主にインクジェット法によるパターン形成と、印刷によるパターン形成方法が提案されている。インクジェット法によるパターン形成方法は、インクジェットノズルから溶剤に溶かした発光層形成用材料を基板上に噴出させ、基板上で乾燥させることで所望のパターンを得る方法である(例えば特許文献1参照)。しかしながら、ノズルから噴出されたインキ液滴は球状をしている為、基板上に着弾する際にインキが円形状に広がり、形成されたパターンの形状が直線性に欠けたり、あるいは着弾精度が悪くなってパターンの直線性が得られないという問題点がある。
【0008】
これに対し、例えば特許文献2には、予め基板上にフォトリソグラフィなどにより撥インキ性のある材料でバンクを形成し、そこにインキ液滴を着弾させることで、バンクの部分でインキをはじかせ、直線性のパターンを得られるようにした方法が開示されている。しかし、バンクの部分ではじかれたインキが画素内に戻るときに画素内部で盛り上がり、画素内の有機発光層の膜厚にばらつきができてしまうという問題がある。
【0009】
そこで、高分子系有機発光材料を溶剤に溶解あるいは分散させてインキ化し、このインキを用い、凸版印刷法、反転印刷法、スクリーン印刷法などの印刷方式によりパターニングする方法が提案されている。特に凸版印刷法はパターン形成精度、膜厚均一性などに優れ、印刷方式による有機EL素子の製造方法として適している。
【0010】
凸版印刷法による有機EL素子の作製において、高分子系有機発光材料は溶剤に溶解あるいは分散させてインキ化され、アニロックスロールと呼ばれる微細な正方あるいは六方格子のマトリクス状に配列された均一で規則的な凹孔を有するロール面に塗布される。さらにドクターによって表面の余分なインキを除去することで、アニロックスロールの単位面積あたりのインキの塗布量を均一にする。ついで、画素の形状に応じた凸版にアニロックス上のインキを転移させる。最後にこの凸版上のインキを基板上に転写することで有機EL素子の有機発光層が形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0011】
【特許文献1】特開平10−12377号公報
【特許文献2】特開2002−305077号公報
【非特許文献】
【0012】
【非特許文献1】C.W.Tang、S.A.VanSlyke : Applied Physics Letters、Vol.51(1987)p.913
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0013】
しかしながら、凸版印刷法によって有機発光層を形成する場合、アニロックスロールとドクターとは印刷プロセス中常時擦れあっているために、アニロックスロールあるいはドクターの摩耗が発生し、摩耗によって発生した異物がインキ中に混入して、印刷された有機発光層の膜中に取り込まれる。通常、有機EL素子は、二つの対向する電極との間の厚さが1μm程度しかないため、この厚みと同程度の有機発光層中に取り込まれた異物は素子発光時にショートや非発光点(ダークスポット)あるいは画素の他の部分よりも強く光ってしまう点(ブライトスポット)の原因となり、異物の量が多いと非点灯画素の大量発生などの発光不良の問題があった。
【0014】
本発明は上記した事情に鑑みてなされたものであり、凸版印刷法によって有機EL素子の有機発光層を設ける際のアニロックスロールとドクターの磨耗による混入異物を減少させ、有機ELディスプレイでの発光不良を改善する有機EL素子の製造方法とその製造装置を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【0015】
本発明の請求項1に係る発明は、陽極が形成された基板上に、少なくとも、発光領域を
有する1層以上の有機層を備え、前記有機層を挟んで前記陽極と対向するように陰極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であって、
前記有機層のうち少なくとも1層は、高分子系有機発光材料を溶剤に溶解又は分散させてインキ化し、前記インキは金属アニロックスロールに供給され、金属ドクターにより前記アニロックスロール表面に均一に保持された前記インキは、パターン形成された印刷用凸版の凸部パターンに転移され、その後前記凸部パターン上の前記インキは前記陽極上に転写形成される有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法において、
前記アニロックスロールは内部に磁石または電磁石を備え、表面に磁気吸着力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である。
【0016】
また、本発明の請求項2に係る発明は、前記アニロックスロール表面の磁気吸着力は49N以上であることを特徴とする請求項1に記載する有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法である。
【0017】
次に、本発明の請求項3に係る発明は、陽極が形成された基板上に、少なくとも、発光領域を有する1層以上の有機層を備え、前記有機層を挟んで前記陽極と対向するように陰極とを有する有機エレクトロルミネッセンス素子を製造する製造装置であって、
少なくとも、高分子系有機発光材料を溶剤に溶解又は分散させたインキが供給される金属アニロックスロールと、前記インキを前記アニロックスロール表面に均一に保持する金属ドクターと、凸部パターンが形成され、前記アニロックスロール表面のインキが前記凸部パターンに転移される印刷用凸版と、前記凸部パターン上の前記インキを前記陽極上に転写形成する機構とを備える有機エレクトロルミネッセンス素子の製造装置において、
前記アニロックスロールは内部に磁石または電磁石を備え、表面に磁気吸着力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装置である。
【0018】
また、本発明の請求項4に係る発明は、前記アニロックスロール表面の磁気吸着力は49N以上であることを特徴とする請求項3に記載する有機エレクトロルミネッセンス素子の製造装置である。
【発明の効果】
【0019】
本発明の有機EL素子の製造方法では、金属ドクターを備えた金属アニロックスロールが、その表面に磁気吸着力を有しているため、磨耗によって発生した微細金属片等がアニロックスロール側に吸引される。そのため、アニロックスロールから印刷用凸版への異物の転移及び転写薄膜への混入異物が減少され、ショートやダークスポット等の発光不良が減少し、有機EL素子の表示性能が改善される。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【図1】本発明に係る、有機EL素子の一例を断面で示す模式図である。
【図2】本発明の製造方法に係る、有機発光層の形成に用いる一例の製造装置を断面で示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0021】
本発明の有機EL素子の製造方法を、一実施形態に基いて、図面を参照しながら以下に詳細に説明する。なお、従来の有機EL素子の製造法と本発明の有機EL素子の製造法について、同一機能の構成部については同じ符号を用いて説明する。
【0022】
本発明は、陽極が形成された基板上に、少なくとも、発光領域を有する1層以上の有機層を備え、前記有機層を挟んで前記陽極と対向するように陰極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であり、その有機発光層の形成に好適に用いられる製造方法である。
【0023】
図1は、本発明に係る有機EL素子の一例を断面で示す模式図である。有機EL素子の駆動方法としては、パッシブマトリックス方式とアクティブマトリックス方式があるが、本発明の有機EL素子の製造方法はパッシブマトリックス方式の有機EL素子、アクティブマトリックス方式の有機EL素子のどちらにも適用可能である。パッシブマトリックス方式とはストライプ状の電極を直交させるように対向させ、その交点を発光させる方式であるのに対し、アクティブマトリックス方式は画素毎にトランジスタを形成した、いわゆる薄膜トランジスタ(TFT)基板を用いることにより、画素毎に独立して発光する方式である。
【0024】
図1に示すように、本発明に係る有機EL素子は、透光性基板201の上に、陽極としてストライプ状に第一電極としての透明導電層202を有している。隔壁203は第一電極間に設けられ、第一電極端部のバリ等よるショートを防ぐことを目的として第一電極端部を覆うことがましい。
【0025】
そして、本発明に係る有機EL素子は、透明導電層202上であって、隔壁203で区画された領域(発光領域、画素部)に、有機発光層及び発光補助層からなる有機EL層204を有している。電極間に挟まれる有機EL層204は、有機発光層単独から構成されたものであってもよいし、有機発光層と発光補助層との積層構造から構成されたものでもよい。発光補助層としては正孔輸送層、正孔注入層、電子輸送層、電子注入層、電荷発生層が挙げられる。透明導電層202上に正孔注入層204aと正孔輸送層204bが設けられ、正孔輸送層204b上に赤色(R)有機発光層、緑色(G)有機発光層、青色(B)有機発光層からなる有機発光層204cがそれぞれ設けられている。
【0026】
次に、有機発光媒体層上に陽極である第一電極の透明導電層202と対向するように陰極として第二電極205が配置される。パッシブマトリックス方式の場合、ストライプ状を有する第一電極と直交する形で第二電極はストライプ状に設けられる。アクティブマトリックス方式の場合、第二電極は、有機EL素子全面に形成される。更に、図示していないが、環境中の水分、酸素の第一電極、有機発光層、発光補助層、第二電極への侵入を防ぐために有効画素全面に対してガラスキャップ等による封止体が設けられ、接着剤を介して透光性基板201と貼りあわされる。
【0027】
次に、本発明の有機EL素子の製造方法を説明する。なお、本説明においては、用いる製造方法を凸版印刷法、印刷装置を凸版印刷装置と呼称する。図2は、本発明の製造方法(凸版印刷法)に係る、有機発光層の形成に用いる一例の製造装置(凸版印刷装置)を断面で示す模式図である。
【0028】
図2に示すように、定盤107には被印刷基板101が固定されており、パターン形成された印刷用凸版105は版胴106に固定され、印刷用凸版105はインキ供給体であるアニロックスロール104と接しており、アニロックスロール104の中には磁石または電磁石108が取り付けられている。アニロックスロール104にはドクター機能を兼ねたインキ補充装置(チャンバードクター)103が接触しており、インキ補充装置(チャンバードクター)103にはインキつぼ102を通過して、高分子系有機発光材料を溶剤に溶解又は分散させたインキが供給されている。
【0029】
アニロックスロールには104、一定量に規制されたインキを供給するための微細で均一な凹パターンが形成されている。アニロックスロール104の表面に形成されている微細で均一な凹パターンは通常正方や菱形あるいは六方格子のマトリクス状に配列されたも
のが一般的であるが、アニロックスロール由来のモアレが発生する場合は不規則な凹孔(ただし単位面積あたりの孔の合計体積(セル容積)は一定)が形成されているものを用いることもある。また凹パターンの大きさは通常単位長さあたりのマトリクスのライン数の値で表され線数と呼ばれる。また、線数が大きいほどアニロックス上の凹パターンは小さくなりセル容積は減少する。
【0030】
まず、インキ補充装置103の図示しない通液部から、アニロックスロール104へインキが補充される。アニロックスロール104に供給されたインキのうち余分なインキは、アニロックスロールの接線とある一定角度で接するインキ補充装置103に付属した図示しないドクター装置によって掻き落とされ、セル容積によって適切に規制されたインキ量の均一な液膜になる。なお、インキ補充装置には、滴下型のインキ補充装置、ファウンテンロール、スリットコータ、ダイコータ、キャップコータなどのコータやそれらを組み合わせたものなどを用いることもできる。ドクタリングするにはドクターブレードの他にドクターロールといった公知の物を用いることもできる。ただし、本発明の有機EL素子の製造方法に用いる場合には、密閉系で環境からの異物混入の恐れが少ないチャンバードクターが好ましく用いることができる。
【0031】
印刷用凸版105へのインキ供給体であるアニロックスロール104表面にドクタリングによって均一に保持されたインキは、版胴106に取り付けられた印刷用凸版105の凸部パターンに転移、供給される。そして、版胴106の回転に合わせて印刷用凸版105の凸部パターンと被印刷基板101は接しながら相対的に移動し、インキは定盤上107にある被印刷基板101の所定位置に転移し被印刷基板にインキパターンを形成する。被印刷基板に有機発光層のインキパターンが設けられた後は、必要に応じてオーブンなどによる乾燥工程を設けることができる。
【0032】
しかしながら、上記した凸版印刷装置では回転するアニロックスロール104とインキ補充装置103は常時こすれあっているために、アニロックスロールあるいはインキ補充装置103の摩耗が発生する。そのため摩耗によって発生した異物がインキ中に混入して印刷された有機発光層の膜中に取り込まれる。この有機発光層中に取り込まれた異物は素子発光時にショートや非発光点(ダークスポット)あるいは画素の他の部分よりも強く光ってしまう点(ブライトスポット)の原因となり、異物の量が多いと画素が点灯しなくなってしまうことがあった。
【0033】
特にアニロックスロールはその性質上表面に無数の微細な凹面が存在しており、粗面とみなすことができる。一般的に粗面との摩擦による摩耗は平滑面同士の摩擦による摩耗よりも大きくなるため、アニロックスロールのセルはなるべく細かく平滑な(線数が多い)方が好ましいが、線数が大きすぎるとセル容積が不足して、得られるパターンの膜厚が不足する。そのため均一な有機発光層の印刷膜を得るためにはアニロックスロールの線数は六角形(ハニカム)の場合1インチあたり300線乃至900線が適切である。
【0034】
異物の対策として、印刷に用いる発光層インキを頻繁に新液に交換することで発光層インキの異物の濃度を高めないようにすることが最も好ましくはあるが、この場合、液の交換に手間がかかるばかりか、高価な有機発光層材料が溶解しているインキのロスが大きくなってしまう。
【0035】
そこで、本発明では、凸版印刷法による有機EL素子の製造において、印刷装置のアニロックスロール104の中に磁石または電磁石108を取り付け、アニロックスロール104とインキ補充装置103に付属するドクターとの摩擦による金属片を磁力によりアニロックスロール104に留めて、アニロックスロール104から印刷用凸版105への異物の転移、及び印刷基板101の転写薄膜への異物の混入を軽減させる。
【0036】
アニロックスロール104は、金属製やセラミックス製のものが用いられるが、本発明の印刷装置のアニロックスロールは、その表面が鉄、コバルト、ニッケル、ガドリニウムまたはそれらを含む合金であることが好ましい。
【0037】
また、本発明の印刷装置のドクターは鉄、コバルト、ニッケル、ガドリニウム製またはそれらを含む合金であることが好ましい。
【0038】
図2に示す、アニロックスロール104の中に取り付けられている磁石または電磁石108で、磁石としては、アルニコ磁石、フェライト磁石、ネオジム磁石、サマリウムコバルト磁石、プラセオジム磁石などが好ましい。また、電磁石のように磁力を発生できる装置であっても良い。
【0039】
また、図2に示す、アニロックスロール104の中に取り付けられている磁石または電磁石108は、アニロックスロール表面にて49N以上の吸着力を計測出来る物質が好ましい。さらにいえばアニロックスロール表面の吸着力が98N以上のほうがなお良い。前記アニロックスロール表面の吸着力が49N未満の場合、吸着力が弱く、素子特性に影響が及ぶほど有機EL素子へ異物が混入してしまう。
【実施例】
【0040】
以下に、本発明の具体的実施例について説明する。
【0041】
<実施例1>
図1に示すように、厚さが0.7mm、対角1.8型サイズのガラス基板を透光性基板201として用い、この透光性基板201上に、スパッタリング法を用いてITO(酸化インジウムすず)を形成し、フォトリソ法と酸溶液によるエッチングでITO膜をパターニングして陽極としての透明導電層202を設けた。画素電極のラインパターンは、線幅136μm、スペース30μmでラインが約32mm角の中に192ライン形成されるパターンとした。
【0042】
次に隔壁203を以下のように形成した。画素電極を形成したガラス基板上にアクリル系のフォトレジスト材料を全面スピンコートした。スピンコートの条件を150rpmで5秒間回転させた後500rpmで20秒間回転とし、1回コーティングにより、隔壁層の高さを1.5μmとした。全面に塗布したフォトレジスト材料に対し、フォトリソ法により画素電極の間にラインパターンを有する隔壁203を形成した。以上のようにして被印刷基板を作製した。
【0043】
次に、正孔注入層インキとして濃度が1%であるPEDOT水溶液を用い、本発明の凸版印刷法にて、先に作成した被印刷基板の隔壁間に高分子膜正孔注入層204aを形成した。このとき、アニロックスロール104の中の108にはネオジム磁石を入れた。また、使用したアニロックスロール表面凹部パターンは180線/2.54cmで、ドクターは材質がSUS430のものをを使用した。このとき、印刷用凸版には水現像タイプの感光性樹脂版を使用した。乾燥後の正孔注入層の膜厚は50nmとなった。
【0044】
次に、正孔輸送材料であるトリフェルアミン誘導体を1%になるようにシクロヘキサノールに溶解させたインキを用い、前記した隔壁に挟まれた画素電極の真上にそのラインパターンに合わせて正孔輸送層204bを本発明の凸版印刷法で印刷を行った。このとき、アニロックスロール中の108にはネオジム磁石を入れた。使用したアニロックスロール表面凹部パターンは150線/2.54cmで、ドクターは材質がSUS430のものを使用した。このとき、印刷用凸版には水現像タイプの感光性樹脂版を使用した。印刷後の
膜厚は30nmとなった。
【0045】
次に、有機発光材料であるPPV誘導体1質量%、キシレン85%、アニソール15%を用い、上記と同様の本発明の凸版印刷法により、厚さ80nmの有機発光層204cをパターン形成した。このとき、アニロックスロール104の中の108にはネオジム磁石を入れた。
【0046】
次に、Baを真空蒸着法により厚さ0.5nmの電子注入層204dとして成膜形成した。
【0047】
最後に、Alを真空蒸着法により厚さ150nmの陰極となる対向電極層205として成膜形成した。そしてガラスキャップと接着剤を用いて密閉封止し、実施例1のパッシブ駆動型の有機EL表示装置を作成した。
【0048】
<比較例1>
アニロックスロール中の108にネオジム磁石を入れない以外は全て実施例1と同様にして、比較例1のパッシブ駆動型の有機EL表示装置を作成した。
【0049】
得られた比較例1のパッシブ型有機EL表示装置は、画素を観察した結果、非発光箇所が多数箇所確認された。また、点灯はショートにより困難であった。それに対して、本発明の凸版印刷法を用いた実施例1のパッシブ型有機EL表示装置は、非発光箇所は数箇所確認されたが、比較例1にような非点灯は起こらず、品質的に大幅な改善が認められた。
【符号の説明】
【0050】
101・・被印刷基板 102・・インキつぼ
103・・インキ補充装置(チャンバードクター) 104・・アニロックスロール

105・・印刷用凸版 106・・版胴 107・・定盤
108・・磁石または電磁石 109・・インキ層
201・・透光性基板 202・・透明導電層(第1電極、陽極) 203 隔壁

204・・有機EL層 204a・・正孔注入層 204b・・正孔輸送層
204c・・有機発光層 204d・・電子注入層 205・・対向電極層(陰極)

【特許請求の範囲】
【請求項1】
陽極が形成された基板上に、少なくとも、発光領域を有する1層以上の有機層を備え、前記有機層を挟んで前記陽極と対向するように陰極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であって、
前記有機層のうち少なくとも1層は、高分子系有機発光材料を溶剤に溶解又は分散させてインキ化し、前記インキは金属アニロックスロールに供給され、金属ドクターにより前記アニロックスロール表面に均一に保持された前記インキは、パターン形成された印刷用凸版の凸部パターンに転移され、その後前記凸部パターン上の前記インキは前記陽極上に転写形成される有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法において、
前記アニロックスロールは内部に磁石または電磁石を備え、表面に磁気吸着力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。
【請求項2】
前記アニロックスロール表面の磁気吸着力は49N以上であることを特徴とする請求項1に記載する有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法。
【請求項3】
陽極が形成された基板上に、少なくとも、発光領域を有する1層以上の有機層を備え、前記有機層を挟んで前記陽極と対向するように陰極とを有する有機エレクトロルミネッセンス素子を製造する製造装置であって、
少なくとも、高分子系有機発光材料を溶剤に溶解又は分散させたインキが供給される金属アニロックスロールと、前記インキを前記アニロックスロール表面に均一に保持する金属ドクターと、凸部パターンが形成され、前記アニロックスロール表面のインキが前記凸部パターンに転移される印刷用凸版と、前記凸部パターン上の前記インキを前記陽極上に転写形成する機構とを備える有機エレクトロルミネッセンス素子の製造装置において、
前記アニロックスロールは内部に磁石または電磁石を備え、表面に磁気吸着力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装置。
【請求項4】
前記アニロックスロール表面の磁気吸着力は49N以上であることを特徴とする請求項3に記載する有機エレクトロルミネッセンス素子の製造装置。

【図1】
image rotate

【図2】
image rotate


【公開番号】特開2012−74275(P2012−74275A)
【公開日】平成24年4月12日(2012.4.12)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−218570(P2010−218570)
【出願日】平成22年9月29日(2010.9.29)
【出願人】(000003193)凸版印刷株式会社 (10,630)
【Fターム(参考)】