JP2003338380A - 有機el正孔注入層用インクおよびその製造方法、有機el表示装置の製造方法、ならびに有機el表示装置 - Google Patents

有機el正孔注入層用インクおよびその製造方法、有機el表示装置の製造方法、ならびに有機el表示装置

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JP2003338380A JP2002146562A JP2002146562A JP2003338380A JP 2003338380 A JP2003338380 A JP 2003338380A JP 2002146562 A JP2002146562 A JP 2002146562A JP 2002146562 A JP2002146562 A JP 2002146562A JP 2003338380 A JP2003338380 A JP 2003338380A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高発光効率、高輝度、かつ長寿命の有機EL
素子を与える有機EL正孔注入層用インクを用いた有機
EL表示装置を提供する。 【解決手段】 透明電極からなるアノードと、カソード
と、前記アノードと前記カソードとの間に配置されたポ
リマー発光層とを有した画素を含み、1種類の発光色の
画素または発光色が異なるよう複数種類含む画素が二次
元的に配列されており、少なくとも1つの発光色を示す
前記画素は正孔注入層を有する有機EL表示装置であ
る。前記正孔注入層はポリチオフェンおよびその誘導体
を含むドナー性分子とポリスチレンスルホン酸およびそ
の誘導体を含むアクセプタ性分子との会合体を含み、前
記正孔注入層は、5.3eVより大きく、ポリマー発光
層のイオン化ポテンシャルより小さいイオン化ポテンシ
ャルを有する有機EL正孔注入層用インクを用いて形成
されていることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、高発光効率、高輝
度、長寿命の有機EL表示装置を作製するために用いら
れる有機EL正孔注入層用インクおよびその製造方法、
このインクを用いた有機EL表示装置の製造方法、なら
びに有機EL表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】最近、有機物の多層膜を用いたエレクト
ロルミネセンス(EL)素子が注目されている(例え
ば、特開昭63−264692号、特開昭63−295
695号、特開平1−243393号、特開平1−24
5087号)。有機EL素子には大きく分けて、低分子
を真空蒸着して作製する方法と、ポリマー溶液を塗布し
て作製する方法の二つがある。ポリマー溶液を塗布する
方法は大面積化が容易であり、特にインクジェットプロ
セスにより高精細、大画面のフルカラーディスプレイを
製造するのに適している。
【0003】ポリマー有機EL素子においては、印加電
圧の低減、発光効率の向上、および長寿命化を図るため
に、正孔注入効率と輸送性能の向上、電子注入効率と輸
送性能の向上、およびそれらのバランスを取ること、さ
らには正孔と電子の再結合効率の向上が要求される。正
孔注入効率と輸送性能の向上させるために、ポリマー有
機EL素子では、ドナー性分子とアクセプタ性分子との
会合体が水中に分散したインクを塗布して正孔注入層が
形成されている。しかしながら、こうして得られた正孔
注入層が不適切な場合、正孔注入効率や正孔輸送性能が
悪化して、電子と正孔とのキャリヤバランスがずれて、
寿命や発光効率が低下するという問題があった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、高発
光効率、高輝度、長寿命の有機EL素子を与える有機E
L正孔注入層用インクおよびその製造方法、このインク
を用いた有機EL表示装置の製造方法、ならびに有機E
L表示装置を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の一態様に係る有
機EL正孔注入層用インクは、水中にポリチオフェンお
よびその誘導体を含むドナー性分子とポリスチレンスル
ホン酸およびその誘導体を含むアクセプタ性分子との会
合体が分散し、イオン化ポテンシャルが5.3eVより
大であることを特徴とする。
【0006】本発明の一態様に係る有機EL正孔注入層
用インクの製造方法は、ポリチオフェンおよびその誘導
体を含むドナー性分子とポリスチレンスルホン酸および
その誘導体を含むアクセプタ性分子との会合体を水中に
分散させ、透析によりイオン化ポテンシャルを5.3e
Vより大とする工程を具備し、前記透析は、セルロース
を主成分とし、分画分子量が8000以上25000以
下の透析膜を使用して行なわれることを特徴とする。
【0007】本発明の一態様に係る有機EL表示装置の
製造方法は、アノードと、カソードと、前記アノードと
前記カソードとの間に配置されたポリマー発光層とを有
した画素を含み、1種類の発光色の画素または発光色が
異なるよう複数種類含む画素を二次元的に配列し、少な
くとも1つの発光色を示す前記画素が正孔注入層を有す
る有機EL表示装置を製造するにあたり、水中にポリチ
オフェンおよびその誘導体を含むドナー性分子とポリス
チレンスルホン酸およびその誘導体を含むアクセプタ性
分子との会合体が分散し、イオン化ポテンシャルが5.
3eVより大である有機EL正孔注入層用インクをイン
クジェット方式によって塗布することにより、前記正孔
注入層を形成することを特徴とする。
【0008】本発明の他の態様に係る有機EL表示装置
の製造方法は、アノードと、カソードと、前記アノード
と前記カソードとの間に配置されたポリマー発光層とを
有した画素を含み、1種類の発光色の画素または発光色
が異なるよう複数種類含む画素を二次元的に配列し、少
なくとも1つの発光色を示す前記画素が正孔注入層を有
する有機EL表示装置を製造するにあたり、前記アノー
ドの上に、ポリチオフェンおよびその誘導体を含むドナ
ー性分子とポリスチレンスルホン酸およびその誘導体を
含むアクセプタ性分子との会合体を含む前記正孔注入層
を形成する工程と、前記正孔注入層の表面に紫外光を照
射する工程とを具備することを特徴とする。
【0009】本発明の一態様に係る有機EL表示装置
は、アノードと、カソードと、前記アノードと前記カソ
ードとの間に配置されたポリマー発光層とを有した画素
を含み、1種類の発光色の画素または発光色が異なるよ
う複数種類含む画素が二次元的に配列されており、少な
くとも1つの発光色を示す前記画素は正孔注入層を有
し、前記アノードは透明電極からなり、前記正孔注入層
はポリチオフェンおよびその誘導体を含むドナー性分子
とポリスチレンスルホン酸およびその誘導体を含むアク
セプタ性分子との会合体を含み、前記正孔注入層は、下
記数式(1)で表わされる範囲内のイオン化ポテンシャ
ルを有する有機EL正孔注入層用インクを用いて形成さ
れていることを特徴とする。
【0010】 5.3<Ip(H)<Ip(E) (1) (上記数式中、Ip(H)は前記正孔注入層のイオン化
ポテンシャル(eV)であり、Ip(E)は前記ポリマ
ー発光層のイオン化ポテンシャル(eV)を表わす。)
【0011】
【発明の実施の形態】従来の正孔注入層用インクを用い
て種々のポリマー有機EL素子を作製したところ、本発
明者らは、使用するインクによって正孔注入層のイオン
化ポテンシャルが変動し、素子の発光効率や特性に重大
な影響を及ぼすことを見出した。従来のインクに含まれ
る不純物イオンや未反応オリゴマーがインクの分散状態
を変化させ、これによりドナー性分子とアクセプタ性分
子との会合体状態が変化し、その結果、正孔注入層のイ
オン化ポテンシャルがばらついて最適な値からずれてい
たことが原因であることがわかった。正孔注入層のイオ
ン化ポテンシャルは正孔注入効率に大きな影響を与え、
これが最適値からずれると素子の特性、特に発光効率や
寿命の低下をもたらすことになる。
【0012】本発明者らは、発光効率の高い有機EL表
示素子を得るには、正孔注入層のイオン化ポテンシャル
を5.3eVより大とする必要があることを見出し、本
発明を成すに至ったものである。
【0013】正孔注入層のイオン化ポテンシャルを5.
3より大とすることによって発光効率の高い有機EL表
示装置が得られる理由は、以下のように説明される。
【0014】有機EL表示装置においては、発光層で発
生した光をアノード側またはカソード側の少なくとも一
方から取り出す必要があるため、アノードおよびカソー
ドの少なくとも一方は透明電極により構成される。透明
電極として最も広く用いられているITO(Indiu
m Tin Oxide)は、仕事関数が5.0と比較
的高く、アノード側(正孔注入側)に用いられることが
多い。この場合、正孔注入層はITOからなる透明電極
とポリマー発光層との間に形成される。
【0015】本発明者らは、ITOの仕事関数、正孔注
入層のイオン化ポテンシャル、およびポリマー発光層の
イオン化ポテンシャルという3つの関係によって、正孔
の注入され方が変化することを見出した。すなわち、I
TOの仕事関数と正孔注入層とのイオン化ポテンシャル
の差が0.3eV以下の場合には、大量の正孔がITO
から正孔注入層に注入される。正孔注入層の材料とし
て、ポリチオフェンおよびその誘導体を含むドナー性分
子とポリスチレンスルホン酸およびその誘導体を含むア
クセプタ性分子との会合体を用いた場合、この材料の正
孔移動度があまり高くないため、正孔注入層内で正孔が
円滑に移動しない。このため、正孔が正孔注入層内に溜
まってしまい、発光効率の低下や正孔注入層の劣化によ
る低寿命化が生じる。
【0016】これを防ぐためには、ITOの仕事関数と
正孔注入層とのイオン化ポテンシャルの差が0.3eV
より大であることが必要となる。ITOの仕事関数は
5.0eVであるから、正孔注入層のイオン化ポテンシ
ャルを5.3eVより大とすることで、発光効率の高い
ポリマー有機EL表示装置を得ることができる。
【0017】ただし、正孔注入層のイオン化ポテンシャ
ルは、ポリマー発光層のイオン化ポテンシャルより小さ
い必要がある。これは、以下のように説明される。上述
したようなITOの仕事関数と正孔注入層のイオン化ポ
テンシャルとの差は、ITOから正孔注入層へ正孔が移
動する際の障壁の大きさを示しており、この差が小さい
ほど障壁が小さい。正孔注入層のイオン化ポテンシャル
がポリマー発光層のイオン化ポテンシャルと同等または
これより大きい場合には、ITO/正孔注入層/ポリマ
ー発光層ではなくITO/ポリマー発光層という2層構
造にした方が、正孔注入障壁が小さくなる。ゆえに、イ
オン化ポテンシャルがこうした関係にある場合は、正孔
注入層が正孔注入を促進させる役割を果たさない。
【0018】これらに基づいて、正孔注入層のイオン化
ポテンシャルIp(H)の値を、ポリマー発光層のイオ
ン化ポテンシャルIp(E)を用いて、下記数式(1)
で表わされる範囲に規定した。
【0019】 5.3<Ip(H)<Ip(E) (1) なお、ポリマー発光層のイオン化ポテンシャルは通常
5.5eV〜6.0eVである。イオン化ポテンシャル
が6.0eVのポリマー発光層に適応できるためには、
(1)式から正孔注入層用インクとしては、5.3より
大で、6.0eV未満であることが好ましい。
【0020】イオン化ポテンシャルは、紫外線光電子分
光(UPS)、サイクリック・ボルタメトリー、エレク
トロアブソープション・スペクトロスコピー、大気圧光
電子分光法などにより測定することができる。特に、大
気圧光電子分光法は、試料の作製および測定が容易で、
測定中のチャージアップの影響もなく、精度良くイオン
化ポテンシャルを測定することができる。
【0021】大気圧光電子分光法の装置としては、例え
ばAC−2(理研計器製)を用いることができる。例え
ば、0.1eV毎に4.2eVから6.2eVまで試料
に照射する紫外線のエネルギーを変化させ、このとき放
出される電子の数を計測する。光電効果により電子が放
出されはじめるエネルギーが、その試料のイオン化ポテ
ンシャルである。イオン化ポテンシャルの測定方法を説
明するための図を図1に示す。図1に示したように、横
軸に設けた紫外線の照射エネルギー(波長)に対して、
規格化光電子収率を0.4乗した数値を縦軸にプロット
する。ベースラインと線形近似した直線との交点から、
イオン化ポテンシャルを精度良く測定することができ
る。本明細書中におけるイオン化ポテンシャルの値は、
この測定法で求めたものである。
【0022】なお、大気圧光電子分光法などで正孔注入
層用インクのイオン化ポテンシャルを測定する場合は、
膜の状態にして測定すればよい。具体的には、ITO膜
を形成したガラス基板上に正孔注入層用インクをスピン
コートなどにより塗布し、これをホットプレート上で加
熱して溶媒(水)を気化させればよい。基板としてはI
TO付きガラス以外に、シリコン基板なども使用するこ
とができる。加熱は空気中あるいは窒素中で行ない、オ
ーブンを用いてもよい。温度は100〜200℃の範囲
内とすることが好ましい。本明細書中におけるイオン化
ポテンシャルの値は、空気中、120℃のホットプレー
ト上で1分間加熱して、溶媒(水)を気化させた試料で
測定した。イオン化ポテンシャルを測定する試料の正孔
注入層の膜厚は、15nmから150nmが好ましい。
15nmより薄いと下地の基板の影響を受ける場合があ
る。
【0023】以下、図面を参照しながら、本発明の実施
形態を説明する。
【0024】図2に本発明の一実施形態に係る有機EL
表示装置の1画素の概略断面図を示す。以下においては
図2を参照して説明するが、本発明の実施形態に係る有
機EL表示装置およびその製造方法はこれに限定される
ものではない。
【0025】図2において、ガラスなどの絶縁性を有す
る透明基板1上に絶縁性材料からなる隔壁4が形成され
ている。隔壁4で分離された各セルは3種の発光色
(R、G、B)のうちいずれかの発光色を示す画素(有
機EL素子)で形成されている。すなわち、基板1表面
にITOなどの透明電極(例えばアノード)3、正孔輸
送層5、6、7、ポリマー発光層8、9または10、バ
ッファ層11、カソード(対向電極)12、銀電極13
が順次形成された3つの有機EL素子が隔壁4によって
分離・形成されている。ポリマー発光層8は発光中心の
色素分子として赤(R)の発光を示す材料が、ポリマー
発光層9は発光中心の色素分子として緑(G)の発光を
示す材料が、ポリマー発光層10は発光中心の色素分子
として青(B)の発光を示す材料が使用されている。こ
れらの有機EL素子は、それぞれ基板1上に形成された
トランジスタ2と接続されており、さらに最上層には封
止膜14が形成されている。
【0026】トランジスタ2によって、適宜いずれかの
有機EL素子の透明電極−対向電極間に電圧を印加する
ことで、ポリマー発光層8、9または10から所望の色
を発光させる。即ち、透明電極3から供給された正孔は
正孔輸送層5、6、7を通してポリマー発光層8、9ま
たは10へ、カソード12から供給された電子はバッフ
ァ層11を通してポリマー発光層8、9または10へ達
する。その結果、ポリマー発光層中で正孔と電子が再結
合することで発光が生じ、透明基板1側からこの所望の
色を観測することが可能になる。このような画素を2次
元的に配列することで、本発明の有機EL表示装置を作
製することができる。
【0027】本発明の実施形態においては、有機EL正
孔注入層用インクとして、水中にポリチオフェンおよび
その誘導体を含むドナー性分子とポリスチレンスルホン
酸およびその誘導体を含むアクセプタ性分子の会合体が
分散したインクが使用される。具体的には、ドナー性分
子としてはポリチオフェン、ポリ(3,4―ジアルコキ
シチオフェン)、ポリエチレンジオキシチオフェンが好
ましい。
【0028】特に、ドナー性分子としてポリエチレンジ
オキシチオフェン(PEDOTと略す)、アクセプタ性
分子としてポリスチレンスルホン酸あるいはポリスチレ
ンスルホン酸塩(ポリスチレンスルホン酸、ポリスチレ
ンスルホン酸塩ともにPSSと略す)の組み合わせが、
熱的および化学的に安定であり、基板上への塗布が容易
で、形成された膜(正孔注入層)の膜厚が均一で、光透
過率が高いため好ましい。
【0029】前述のドナー性分子およびアクセプタ性分
子が分散される水は、純水、イオン交換水、または蒸留
水とすることができる。さらに、メタノール、エタノー
ル、およびイソプロピルアルコールから選択される少な
くとも1種のアルコールが含有されてもよい。アルコー
ルが含有されることによって、低温での熱処理が可能と
なり、水の含有量を低減できる点からも好ましい。ただ
し、アルコールの含有量の上限は、全溶媒中の50wt
%程度とすることが望まれる。50wt%を越えると、
PEDOT・PSSインクの分散性が低下するおそれが
ある。
【0030】上述したようなインクを用いて、次のよう
な手法により正孔注入層を形成することができる。例え
ば、インクジェット・プリンタと同様な方法で行なうイ
ンクジェット方式、インクを入れた容器に基板を浸し、
その後、基板を取り出して過剰なインクを取り除くディ
ップ方式、およびスピナーを使用して基板上にインクを
コートするスピンコート方式などが挙げられる。これら
の塗布を行なった後には、ホットプレートやオーブンを
用いて溶媒(水)を揮発させて、膜の状態とする。
【0031】多色表示を行なう有機EL表示装置の場
合、赤、緑、青といった表示する色の違う画素には、異
なる材料のポリマー発光層が使用されている。ポリマー
発光層のイオン化ポテンシャルは使用する材料によって
異なるため、種類の異なる(赤、緑、青)画素では、各
々最適な正孔注入層のイオン化ポテンシャルの値が異な
る。このとき、正孔注入層用インクの塗布をインクジェ
ット方式で塗布すれば、容易に各種の画素に、各々最適
なイオン化ポテンシャルを示す正孔注入層を形成するこ
とができる。
【0032】ただし、本発明の実施形態においては、正
孔注入層は5.3eVを越えるイオン化ポテンシャルを
有することが必要である。
【0033】5.3eVより大きなイオン化ポテンシャ
ルを有する正孔注入層は、例えば、水中にポリチオフェ
ンおよびその誘導体を含むドナー性分子とポリスチレン
スルホン酸およびその誘導体を含むアクセプタ性分子と
の会合体が分散し、イオン化ポテンシャルが5.3eV
より大である有機EL正孔注入層用インクを用いて作製
することができる。イオン化ポテンシャルが5.3eV
より大に制御された正孔注入層用インクは、例えば、水
中にポリチオフェンおよびその誘導体を含むドナー性分
子とポリスチレンスルホン酸およびその誘導体を含むア
クセプタ性分子との会合体が分散したインクを、特定の
透析膜を用いて透析することにより製造することができ
る。
【0034】具体的には、まず、正孔注入層用インクを
円筒状の透析膜の中に収容して透析膜の両端を閉じる。
これを、大量のイオン交換水を満たした容器に入れ、数
日から数十日間放置することによって、分画分子量以下
の式量を有する不純物イオンや、分画分子量以下の分子
量を有する未反応オリゴマーがインク中から除去され
る。不純物イオンや未反応オリゴマーなどの正孔注入層
用インクに含まれる不純物は種々の不純物準位を形成す
るため、イオン化ポテンシャルの値が低くなる。透析に
よりこうした不純物を除去することによって、5.3e
Vより大きなイオン化ポテンシャルを有する正孔注入層
用インク得ることができる。
【0035】透析に使用する透析膜としては、分画分子
量が8000から25000で再生セルロース(セロハ
ン)を主成分とする透析膜(例えば、SPECTRUM
(登録商標) LABORATORIES INC.の
Spctra/Por(登録商標) 4)が好ましい。
分画分子量が8000より小さい場合には、未反応オリ
ゴマーを十分に除去することが困難となる。一方、分画
分子量が25000より大きい場合、正孔注入層用イン
クのポリマー成分まで流出するおそれがある。特に、分
画分子量が12000から14000の透析膜を用いた
場合には、数日間の透析により所望のイオン化ポテンシ
ャルの値を得ることができるので、量産性の観点から好
ましい。
【0036】再生セルロースは、pH1から2.5程度
の酸に対しても耐性を有し化学的に安定であるので、透
析膜から不純物が溶け出すことがない。したがって、正
孔注入層用インクのイオン化ポテンシャルを所望の範囲
内に制御することができる。しかも、再生セルロース製
の透析膜は、十分な強度を有している。なお、コロジオ
ンおよび硫酸紙は、本発明の実施形態に用いられる透析
膜の材質としては不適切である。こうした材質からなる
透析膜により正孔注入層用インクの透析を行なった場合
には、透析膜中の不純物が溶け出して、不純物準位をつ
くるため、正孔注入層用インクのイオン化ポテンシャル
を所望の範囲内に制御することができない。
【0037】また、透析膜の形状は、作業性の点から円
筒形のものが好ましく、その直径は15mm以上50m
m以下程度であることが望まれる。15mmより小さい
場合には、透析に供される単位長さ当たりの正孔注入層
用インクの量が充分でなく量産性が低下するおそれがあ
る。一方、50mmより大きいと、正孔注入層用インク
の量に対して透析膜の表面積が小さくなるため、充分に
高い透析効率を得ることが困難になる。
【0038】透析を行なうことによりイオン化ポテンシ
ャルの値が5.3eVより大に制御されたインクは、任
意の方法によりアノード上に塗布して正孔注入層を作製
することができる。すでに説明したような理由から、イ
ンクジェット方式により塗布することが好ましい。
【0039】あるいは、正孔注入層を基板上に形成した
後、紫外線を照射することによって、正孔注入層表面の
イオン化ポテンシャルを5.3eVより大とすることが
できる。好ましくは、正孔注入層を形成した基板上に、
ステンレスなど薄い金属板で画素の種類に応じた開口部
を有するマスクを配置し、このマスクを介して紫外線を
照射する。これにより、前述のインクジェット方式によ
り塗布した場合と同様、R、G、Bの各画素における正
孔注入層のイオン化ポテンシャルが最適値となるよう
に、紫外線照射量を変えることができる。
【0040】この場合には、まず、アノードが形成され
た基板上に水中にポリチオフェンおよびその誘導体を含
むドナー性分子とポリスチレンスルホン酸およびその誘
導体を含むアクセプタ性分子との会合体が分散した有機
EL正孔注入層用インクを塗布して、正孔注入層を形成
する。この際の塗布方法は特に限定されないが、ディッ
プ法あるいはスピンコート法を用いても、R、G、Bの
各画素における正孔注入層のイオン化ポテンシャルを最
適値にすることができる。
【0041】形成された正孔注入層に対しては、例え
ば、低圧水銀ランプ(ウシオ電機株式会社製UL0−6
DQ)や、エキシマランプ(ウシオ電機株式会社製Xe
2 *タイプ誘電体バリア放電エキシマランプUER200
−172)等を光源として用いて、主として170nm
から254nmの波長を有する紫外線を照射する。こう
した波長範囲の光は、空気中の酸素を分解してオゾンや
励起酸素原子を生成する。得られたオゾンや励起酸素原
子によって、正孔注入層表面が酸化され、イオン化ポテ
ンシャルが増加する。
【0042】紫外線の照射強度は、使用する光源の分光
特性(放出される紫外線の波長)に応じて適宜選択する
ことができる。例えば、低圧水銀ランプの場合には、1
85nmの光の強度を0.1〜3.0mW/cm2程度
とし、245nmの光の強度を1.0〜30mW/cm
2程度とすることによって、正孔注入層のイオン化ポテ
ンシャルを5.3eVより大きな所望の値に制御するこ
とができる。また、エキシマランプの場合には、172
nmの光の強度を1.0〜10mW/cm2程度とする
ことによって、正孔注入層のイオン化ポテンシャルを
5.3eVより大きな所望の値に制御することができ
る。また、紫外線の照射時間は、30秒〜10分程度と
すれば十分であり、光源と正孔注入層の距離(照射距
離)は、1.0〜50mm程度とすれば十分である。
【0043】本発明の実施形態に係る有機EL表示装置
における正孔注入層は、5.3eVより大きなイオン化
ポテンシャルを有するので、高い発光効率を確保するこ
とができる。また、不純物イオンや未反応オリゴマーの
マイグレーションが少ないため、寿命も長い。このた
め、本発明の実施形態に係る有機EL表示装置は、対角
10インチ以上の大きな表示画面を持つものに特に有効
である。
【0044】本発明の実施形態において、正孔注入層の
厚さは2〜100nmが好ましく、10〜50nmがよ
り好ましい。正孔注入層の厚さが2nmより薄いと均一
な膜が得られず、また100nmより厚いと可視光に吸
収が生じるとともに駆動電圧が若干高くなる。
【0045】正孔注入層上に設けられるポリマー発光層
の厚さは、約10nm〜200nmが望ましい。ポリマ
ー発光層の厚さが200nmよりも厚いと、駆動電圧を
高くしなければならず、また注入された電子または正孔
が失活して電子−正孔の再結合確率が低下し、ポリマー
発光層の発光効率が低下するおそれがある。10nmよ
りも薄いと、均一な製膜が困難となり、素子ごとの発光
性にばらつきが生じるおそれがある。
【0046】また、アノードまたはカソードには導電性
材料が使用されるが、発光面側に配置される電極はIT
Oなどの透明電極が使用される。有機EL素子が形成さ
れる基板は特に限定されないが、基板側を発光面として
使用する場合、ガラスなどの透明性基板が使用される。
【0047】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。
【0048】実施例1 図3に示すように、単色の有機EL素子で各画素(1画
素のサイズは100μm四方)を形成し、2.5インチ
四方の有機EL表示装置を作製した例について説明す
る。
【0049】まず、正孔輸送層用インクについて、以下
のような予備的な実験を行なった。正孔輸送層を形成す
るために用いるインクとして、化学式(1)で示される
PEDOT・PSS化合物を含むインク原料(バイエル
社製、BAYTRON(登録商標)P VP CH80
00)を用いた。
【0050】
【化1】
【0051】このインク原料を表1(A〜F)に示す方
法で処理してインク(A〜F)を製造した。また、比較
のために、上記のインク原料を表1(G〜I)に示す方
法で処理してインク(G〜I)を製造した。
【0052】
【表1】
【0053】上記の各正孔注入層用インクを用い、以下
のようにして表示装置を作製した。ガラス基板1上に常
法によりTFT2を形成し、アノード3として透明性導
電材料であるITO(インジウム−チン−オキサイド)
を膜厚50nmで製膜した。また、フォトレジストプロ
セスにより隔壁4を格子状に形成した。次に、インク
(A〜I)のいずれかを用い、インクジェット方式によ
って膜厚約20nmの正孔輸送層5を製膜した。
【0054】ポリマー発光層8の材料として化学式
(2)で示される赤色発光のポリ(3−アルキルチオフ
ェン)(poly[3−alkylthiophen
e]:PAT)を用い、インクジェット方式によってポ
リマー発光層8を製膜した。
【0055】
【化2】
【0056】バッファ層11として厚さ約3nmのLi
Fをスパッタリングにより形成した。その上に、カソー
ド12として厚さ約100nmのCa(カルシウム)を
形成し、さらにその上に厚さ約300nmの銀電極13
を形成した。最表面に封止膜14を形成して各画素を封
止した。
【0057】以上のようにして作製された有機EL表示
装置を20mA/cm2の電流密度で駆動させた時の初
期および100時間駆動後の発光効率を表2に示す。イ
ンクA〜Fを用いて正孔輸送層を形成したA〜Fの有機
EL表示装置はいずれも、100時間駆動後にも、発光
効率は良好であった。一方、インクG〜Iを用いて正孔
輸送層を形成したG〜Iの有機EL表示装置は、発光効
率が低く、表示素子としての特性は不充分であることが
わかった。
【0058】
【表2】
【0059】なお、正孔注入層のイオン化ポテンシャル
が5.30eVであるIの有機EL発光装置は、寿命が
1000時間と短く、さらに表示ムラの点でも実用に耐
えられないことが確認された。
【0060】実施例2 本実施例では以下のようにして、図2に示す3色の有機
EL表示装置を作製した。ガラス基板1上に常法により
TFT2を形成し、アノード3として透明性導電材料で
あるITO(インジウム−チン−オキサイド)を膜厚5
0nmで製膜した。また、フォトレジストプロセスによ
り隔壁4を格子状に形成した。次に、正孔注入層5には
表1のインクDを、正孔注入層6および7には表1のイ
ンクBを用い、それぞれインクジェット方式により20
nmの膜厚に製膜した。
【0061】ポリマー発光層8の材料として実施例1と
同様に化学式(2)で示される赤色に発光するポリ(3
−アルキルチオフェン)(poly[3−alkylt
hiophene]:PAT)を用い、インクジェット
方式によってポリマー発光層8を製膜した。
【0062】ポリマー発光層9の材料としてホスト分子
である化学式(3)で示される化合物中に、発光中心の
色素分子である化学式(4)で示される化合物を0.5
wt%のドーピングしたものを用い、インクジェット方
式によって緑色発光のポリマー発光層9を製膜した。
【0063】
【化3】
【0064】ポリマー発光層10の材料として化学式
(5)で示される青色に発光するポリ(9,9’−ジア
ルキルフルオレン)(poly[9,9’−dialk
ylfluorene]:PDAF)を用い、インクジ
ェット方式によって青色発光のポリマー発光層10を製
膜した。
【0065】
【化4】
【0066】バッファ層11として厚さ約3nmのLi
Fをスパッタリングにより形成した。その上に、カソー
ド12として厚さ約100nmのCa(カルシウム)を
形成し、さらにその上に厚さ約300nmの銀電極13
を形成した。最表面に封止膜14を形成して各画素を封
止した。
【0067】この有機EL表示装置を20mA/cm2
の電流密度で駆動させたときの発光効率は、2.5cd
/Aであった。
【0068】実施例3 前述の表1に示したインクGを塗布して正孔注入層を形
成し、この正孔注入層に以下の条件で紫外光を照射し、
次いでポリマー発光層を形成した以外は、前述の実施例
1と同様の方法により有機EL表示装置を作製した。
【0069】正孔注入層が形成された基板に対して、主
として185nmおよび254nmの波長の紫外光を、
低圧水銀ランプから5分間照射した。なお、低圧水銀ラ
ンプと基板の距離は30mmとした。照射された紫外光
の照射強度は、185nmの光が1.0mW/cm2
あり、254nmの光が10mW/cm2であった。紫
外線を照射することによって、正孔注入層のイオン化ポ
テンシャルは5.4eVになった。
【0070】得られた表示装置を、20mA/cm2
電流ソースにより駆動させた時の発光効率は2.7cd
/Aであった。なお、紫外線照射が原因で有機EL素子
の特性が劣化したり、寿命が短くなったりすることはな
かった。
【0071】紫外光を照射することによって正孔注入層
のイオン化ポテンシャルの値が増加するのは、紫外光に
170nmから254nmの波長範囲の光が含まれてい
るときであった。170nmから254nmの光は、空
気中の酸素を分解してオゾンや励起酸素原子を生成す
る。ゆえに、イオン化ポテンシャルの値が増加したの
は、オゾンや励起酸素原子によってPEDOT・PSS
の表面が酸化されるためと考えられる。
【0072】実施例4 本実施例では以下のようにして、図2に示す3色の有機
EL表示装置を作製した。ガラス基板1上に常法により
TFT2を形成し、アノード3として透明性導電材料で
あるITO(インジウム−チン−オキサイド)を膜厚5
0nmで製膜した。また、フォトレジストプロセスによ
り隔壁4を格子状に形成した。次に、正孔注入層として
表1のインクGをスピンコートし、120℃のホットプ
レート上に1分間置いて溶媒(水)を揮発させ、20n
mの膜厚に製膜した。
【0073】正孔注入層を形成した基板上に、赤色に発
光する画素に対応する部分に開口部を有するステンレス
製のマスクを固定した。これをエキシマランプから15
mmの距離に配置して、正孔注入層5に波長172n
m、5mW/cm2の紫外光を30秒間照射した。続い
て、緑色に発光する画素に対応する部分に開口部を有す
るステンレス製のマスクを固定し、これをエキシマラン
プから15mmの距離に配置して、正孔注入層6に波長
172nm、5mW/cm2の紫外光を70秒間照射し
た。さらに、青色に発光する画素に対応する部分に開口
部を有するステンレス製のマスクを固定し、これをエキ
シマランプから15mmの距離に配置して、正孔注入層
7に波長172nm、5mW/cm2の紫外光を90秒
間照射した。
【0074】このように照射時間を変えて紫外光を照射
することによって、正孔注入層5、6、および7のイオ
ン化ポテンシャルは、各々5.4eV、5.6eV、お
よび5.7eVとなった。
【0075】イオン化ポテンシャルが制御された正孔注
入層5、6、および7上には、前述の実施例2と同様の
材料を用い、同様の手法によりポリマー発光層8、9、
および10をそれぞれ成膜した。
【0076】バッファ層11として厚さ約3nmのLi
Fをスパッタリングにより形成した。その上に、カソー
ド12として厚さ約100nmのCa(カルシウム)を
形成し、さらにその上に厚さ約300nmの銀電極13
を形成した。最表面に封止膜14を形成して各画素を封
止した。
【0077】この有機EL表示装置を20mA/cm2
の電流密度で駆動させたときの発光効率は、2cd/A
であった。
【0078】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、高
発光効率、高輝度、かつ長寿命の有機EL素子を与える
有機EL正孔注入層用インクおよびその製造方法、有機
EL表示装置の製造方法ならびに有機EL表示装置を提
供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】イオン化ポテンシャルの測定方法を説明するた
めの図。
【図2】本発明の一実施形態にかかる有機EL表示装置
を示す断面図。
【図3】本発明の実施例1における有機EL表示素子を
示す断面図。
【符号の説明】
1・・・基板 2・・・トランジスタ 3・・・透明電極 4・・・隔壁 5・・・正孔注入層 6・・・正孔注入層 7・・・正孔注入層 8・・・ポリマー発光層(R) 9・・・ポリマー発光層(G) 10・・・ポリマー発光層(B) 11・・・バッファ層 12・・・対向電極 13・・・銀電極 14・・・封止膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H05B 33/14 H05B 33/14 A (72)発明者 内藤 勝之 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 山本 和重 埼玉県深谷市幡羅町一丁目9番地2 株式 会社東芝深谷工場内 Fターム(参考) 3K007 AB02 AB03 AB11 DB03 EB00 FA01 4J039 AD03 AE13 CA06 DA00 DA02 EA27 EA48 GA24 GA34

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 水中にポリチオフェンおよびその誘導体
    を含むドナー性分子とポリスチレンスルホン酸およびそ
    の誘導体を含むアクセプタ性分子との会合体が分散し、
    イオン化ポテンシャルが5.3eVより大であることを
    特徴とする有機EL正孔注入層用インク。
  2. 【請求項2】 ポリチオフェンおよびその誘導体を含む
    ドナー性分子とポリスチレンスルホン酸およびその誘導
    体を含むアクセプタ性分子との会合体を水中に分散さ
    せ、透析によりイオン化ポテンシャルを5.3eVより
    大とする工程を具備し、 前記透析は、セルロースを主成分とし、分画分子量が8
    000以上25000以下の透析膜を使用して行なわれ
    ることを特徴とする有機EL正孔注入層用インクの製造
    方法。
  3. 【請求項3】 アノードと、カソードと、前記アノード
    と前記カソードとの間に配置されたポリマー発光層とを
    有した画素を含み、1種類の発光色の画素または発光色
    が異なるよう複数種類含む画素を二次元的に配列し、少
    なくとも1つの発光色を示す前記画素が正孔注入層を有
    する有機EL表示装置を製造するにあたり、 水中にポリチオフェンおよびその誘導体を含むドナー性
    分子とポリスチレンスルホン酸およびその誘導体を含む
    アクセプタ性分子との会合体が分散し、イオン化ポテン
    シャルが5.3eVより大である有機EL正孔注入層用
    インクをインクジェット方式によって塗布することによ
    り、前記正孔注入層を形成することを特徴とする有機E
    L表示装置の製造方法。
  4. 【請求項4】 アノードと、カソードと、前記アノード
    と前記カソードとの間に配置されたポリマー発光層とを
    有した画素を含み、1種類の発光色の画素または発光色
    が異なるよう複数種類含む画素を二次元的に配列し、少
    なくとも1つの発光色を示す前記画素が正孔注入層を有
    する有機EL表示装置を製造するにあたり、 前記アノードの上に、ポリチオフェンおよびその誘導体
    を含むドナー性分子とポリスチレンスルホン酸およびそ
    の誘導体を含むアクセプタ性分子との会合体を含む前記
    正孔注入層を形成する工程と、 前記正孔注入層の表面に紫外光を照射する工程とを具備
    することを特徴とする有機EL表示装置の製造方法。
  5. 【請求項5】 前記前記正孔注入層の表面に紫外光を照
    射することにより、前記正孔注入層表面のイオン化ポテ
    ンシャルを5.3eVより大にすることを特徴とする請
    求項4に記載の有機EL表示装置の製造方法。
  6. 【請求項6】 前記紫外光が170〜254nmの波長
    の光を含むことを特徴とする請求項4または5に記載の
    有機EL表示装置の製造方法。
  7. 【請求項7】 アノードと、カソードと、前記アノード
    と前記カソードとの間に配置されたポリマー発光層とを
    有した画素を含み、1種類の発光色の画素または発光色
    が異なるよう複数種類含む画素が二次元的に配列されて
    おり、少なくとも1つの発光色を示す前記画素は正孔注
    入層を有し、 前記アノードは透明電極からなり、 前記正孔注入層はポリチオフェンおよびその誘導体を含
    むドナー性分子とポリスチレンスルホン酸およびその誘
    導体を含むアクセプタ性分子との会合体を含み、 前記正孔注入層は、下記数式(1)で表わされる範囲内
    のイオン化ポテンシャルを有する有機EL正孔注入層用
    インクを用いて形成されていることを特徴とする有機E
    L表示装置。 5.3<Ip(H)<Ip(E) (1) (上記数式中、Ip(H)は前記正孔注入層のイオン化
    ポテンシャル(eV)であり、Ip(E)は前記ポリマ
    ー発光層のイオン化ポテンシャル(eV)を表わす。)
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