(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【背景技術】
【0002】
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。
【0003】
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。
【0004】
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。
【0005】
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。
【0006】
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。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0007】
【非特許文献1】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.
【非特許文献2】T. Furukawa, N. Kawamura, M. Sakakibara, and M. Koden, “Printed Transparent Electrode for OLED Devices,” IDMC’2015, S4-4, 2015.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
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。
【0009】
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。
【課題を解決するための手段】
【0010】
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。
【0011】
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。
【0012】
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。
【0013】
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。
【0014】
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。
【発明の効果】
【0015】
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。
【発明を実施するための形態】
【0017】
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。
【0018】
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。
【0019】
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。
【0020】
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。
【0021】
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ITO 2を形成し、該ITO 2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。
【0022】
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。
【0023】
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。
【0024】
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。
【0025】
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。
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
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。
【0030】
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。
【0031】
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。
【0032】
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。
【0033】
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。
【0034】
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。
【0035】
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。
【0036】
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。
【0037】
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。
【0038】
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。
【0039】
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。
【0040】
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。
【0041】
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。
【0042】
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。
【0043】
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。
【0044】
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。
【0045】
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/MoO
3(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。
【0046】
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。
【0047】
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。
【0048】
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。
【0049】
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。