JP2004071551A - ドナー要素及びその使用方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】有機発光ダイオードデバイス製造用のドナー要素を提供する。
【解決手段】有機発光ダイオードデバイス製造用のドナー要素であって、
a) ドナー支持体基板;
b) 該基板の上に配置された、光に応答して発熱する吸光層;
c) 該吸光層の上に配置された発光層;並びに
d) 該発光層の上に配置された正孔輸送層であって、該ドナー要素を該有機発光ダイオードデバイスと転写関係をなすように配置して該吸光層が光を吸収した時に、該有機発光ダイオードデバイスに対して正孔輸送性材料及び発光材料が間隙を越えて気化転写する原因となる熱が発生するように配置された正孔輸送層
を含んで成るドナー要素。
【選択図】 図1
【解決手段】有機発光ダイオードデバイス製造用のドナー要素であって、
a) ドナー支持体基板;
b) 該基板の上に配置された、光に応答して発熱する吸光層;
c) 該吸光層の上に配置された発光層;並びに
d) 該発光層の上に配置された正孔輸送層であって、該ドナー要素を該有機発光ダイオードデバイスと転写関係をなすように配置して該吸光層が光を吸収した時に、該有機発光ダイオードデバイスに対して正孔輸送性材料及び発光材料が間隙を越えて気化転写する原因となる熱が発生するように配置された正孔輸送層
を含んで成るドナー要素。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機発光ダイオード(OLED)としても知られる有機電場発光(EL)デバイスに、さらにはそのようなOLEDデバイスを製造するためのドナー要素及びその方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
赤、緑及び青の色画素のような着色画素(通常RGB画素という。)を配列したカラー又はフルカラー有機電場発光(EL)ディスプレイ(有機発光ダイオードデバイス又はOLEDデバイスとしても知られている)においては、RGB画素を形成するため発色性有機EL媒体を精密にパターン化する必要がある。基本的なOLEDデバイスは、共通要素として、アノード、カソード、及び該アノードと該カソードとに挟まれた有機EL媒体を含む。有機EL媒体は1又は2層以上の有機薄膜からなることができ、その層の一つが主として発光、すなわち電場発光を担う。この特定の層を、一般に有機EL媒体の発光層と称する。有機EL媒体中に存在する他の有機層は、主として電子輸送機能を提供することができ、(正孔輸送のための)正孔輸送層又は(電子輸送のための)電子輸送層と呼ばれる。フルカラーOLEDディスプレイパネルのRGB画素を形成する際には、有機EL媒体の発光層又は有機EL媒体全体を精密にパターン化する方法を工夫する必要がある。
【0003】
高解像度有機OLEDディスプレイをパターン化するのに好適な方法が、米国特許第5851709号(Grandeら)に記載されている。この方法は、(1)対向する第1表面及び第2表面を有する基板を用意し、(2)該基板の第1表面の上に透光性断熱層を形成し、(3)該断熱層の上に吸光層を形成し、(4)該基板に、該第2表面から該断熱層にまで延在する開口部の配列を設け、(5)該吸光層の上に転写可能な発色性有機ドナー層を形成し、(6)該基板の開口部とデバイス上の対応するカラー画素とが配向するように該ドナー基板をディスプレイ基板に対して精密にアラインし、そして(7)該ドナー基板上の有機層を該ディスプレイ基板に転写させるに十分な熱を該開口部上の吸光層に発生させるための輻射線源を使用する、という工程序列を含む。
【0004】
Littman及びTangは、パターン化されていないドナーシートからEL基板へ有機EL材料をパターン様式で転写する方法を教示している(米国特許第5688551号)。Wolkらの一連の特許(米国特許第6114088号、同第6140009号、同第6214520号及び同第6221553号)は、ドナー要素の選ばれた部分をレーザービームで加熱することによりドナー要素から基板へELデバイスの発光層を転写することができる方法を教示している。
【0005】
譲受人共通の米国特許第5937272号(Tang)に、EL材料の蒸着によって、薄膜トランジスタ(TFT)アレイ基板の上に、多色画素(例、赤色、緑色、青色の各二次画素)をパターン化する方法が教示されている。このようなEL材料は、支持体上のドナー被膜及び開口マスクを使用して、基板上に選ばれたパターンをなすように堆積される。開口マスクは、ドナー層と基板との間に配置される独立体であってもよいし(上記特許の図1にあるように)、またドナー層に内臓されていてもよい(上記特許の図4、図5及び図6にあるように)。
【0006】
【特許文献1】
米国特許第3180730号明細書
【特許文献2】
米国特許第3567450号明細書
【特許文献3】
米国特許第3658520号明細書
【特許文献4】
米国特許第4356429号明細書
【特許文献5】
米国特許第4539507号明細書
【特許文献6】
米国特許第4720432号明細書
【特許文献7】
米国特許第4768292号明細書
【特許文献8】
米国特許第4769292号明細書
【特許文献9】
米国特許第4885221号明細書
【特許文献10】
米国特許第5059861号明細書
【特許文献11】
米国特許第5059862号明細書
【特許文献12】
米国特許第5061569号明細書
【特許文献13】
米国特許第5141671号明細書
【特許文献14】
米国特許第5150006号明細書
【特許文献15】
米国特許第5151629号明細書
【特許文献16】
米国特許第5276380号明細書
【特許文献17】
米国特許第5294870号明細書
【特許文献18】
米国特許第5405709号明細書
【特許文献19】
米国特許第5484922号明細書
【特許文献20】
米国特許第5578416号明細書
【特許文献21】
米国特許第5593788号明細書
【特許文献22】
米国特許第5645948号明細書
【特許文献23】
米国特許第5677572号明細書
【特許文献24】
米国特許第5683823号明細書
【特許文献25】
米国特許第5688551号明細書
【特許文献26】
米国特許第5755999号明細書
【特許文献27】
米国特許第5776623号明細書
【特許文献28】
米国特許第5851709号明細書
【特許文献29】
米国特許第5928802号明細書
【特許文献30】
米国特許第5935720号明細書
【特許文献31】
米国特許第5935721号明細書
【特許文献32】
米国特許第5937272号明細書
【特許文献33】
米国特許第6020078号明細書
【特許文献34】
米国特許第6114088号明細書
【特許文献35】
米国特許第6140009号明細書
【特許文献36】
米国特許第6140763号明細書
【特許文献37】
米国特許第6194119号明細書
【特許文献38】
米国特許第6208075号明細書
【特許文献39】
米国特許第6214520号明細書
【特許文献40】
米国特許第6221553号明細書
【特許文献41】
国際公開第98/55561号パンフレット
【特許文献42】
国際公開第00/18851号パンフレット
【特許文献43】
国際公開第00/57676号パンフレット
【特許文献44】
国際公開第00/70655号パンフレット
【特許文献45】
欧州特許出願公開第0732868号明細書
【特許文献46】
欧州特許出願公開第0891121号明細書
【特許文献47】
欧州特許出願公開第1009041号明細書
【特許文献48】
欧州特許出願公開第1029909号明細書
【非特許文献1】
Handbook of Conductive Molecules and Polymers, Vols. 1−4, H.S.Nalwa, ed., John Wiley and Sons, Chichester (1977)
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
これまでのドナーによるレーザー感熱転写法には、得られるOLEDデバイスの効率及び光出力安定性が所望の水準に達しないという問題がある。出力強度が時間と共に低下し、このため色相がシフトしたりコントラストが低下したりすることになりかねない。
したがって、本発明の目的は、輻射線転写型OLEDデバイスの効率を高めることにある。
本発明のさらなる目的は、デバイスの光出力の安定性を高めることにある。
本発明のさらに別の目的は、発光層をOLEDデバイスへ転写する方法を改良することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記の目的は、有機発光ダイオードデバイス製造用のドナー要素であって、
a) ドナー支持体基板;
b) 該基板の上に配置された、光に応答して発熱する吸光層;
c) 該吸光層の上に配置された発光層;並びに
d) 該発光層の上に配置された正孔輸送層であって、該ドナー要素を該有機発光ダイオードデバイスと転写関係をなすように配置して該吸光層が光を吸収した時に、該有機発光ダイオードデバイスに対して正孔輸送性材料及び発光材料が間隙を越えて気化転写する原因となる熱が発生するように配置された正孔輸送層
を含んで成るドナー要素によって達成される。
【0009】
さらに上記の目的は、有機発光ダイオードデバイスの製造工程における上記のドナー要素の使用方法であって、
a) 該ドナー要素を、有機発光ダイオード基板と転写関係をなすように、かつ、該有機発光ダイオード基板から間隙により一定の間隔を置いて配置し、そしてb) 該正孔輸送材料と該発光材料との界面において該正孔輸送材料が該発光材料に混入しつつ該有機発光ダイオード基板上に該正孔輸送材料と該発光材料とをそれぞれ付着せしめるに十分な熱を発生させるに十分な光を該ドナー要素に当てる
ことを特徴とする方法によって達成される。
【0010】
転写されるべき発光層を堆積することによりレーザー転写用ドナーが製造される。最上部には正孔輸送材料層が堆積される。レーザーを使用して、発光層をドナー要素からOLED基板へ転写する。まったく意外なことに、得られるOLEDデバイスは、当該正孔輸送層なしで得られたものよりも、効率及び安定性が高くなることが判明した。
【0011】
【発明の実施の形態】
デバイスの構成要素の寸法、例えば層の厚さは、マイクロメートル以下の領域にある場合が多く、このため、図面の拡大割合は、寸法的な正確さよりも、むしろ見やすさを優先してなされていることに留意されたい。
【0012】
用語「ディスプレイ」又は「ディスプレイパネル」は、ビデオ画像又はテキストを電子的に表示することができるスクリーンをさす。用語「画素」は、当該技術分野で認識されている意味で使用され、ディスプレイパネルの一領域であって、他の領域とは独立に発光するように刺激され得る領域をさす。用語「OLED」は、当該技術分野で認識されている意味で使用され、有機発光ダイオードを画素として含む表示装置をさす。カラーOLEDデバイスは、少なくとも2色の光を発する。用語「多色」は、異なる領域で異なる色相の光を発することができるディスプレイパネルをさし、具体的には、異なる色の画像を表示することができるディスプレイパネルをさす。これらの領域は必ずしも隣接しなくてもよい。用語「フルカラー」は、可視スペクトルの赤、緑及び青の各色域で発光し、任意の組合せの色相で画像を表示することができる多色ディスプレイパネルをさす。赤、緑及び青の各色は三原色を構成し、この三原色を適宜混合することにより他のすべての色を発生させることができる。用語「色相」は、可視スペクトル内の発光強度プロファイルをさし、異なる色相は視覚的に識別できる色差を示す。画素又は二次画素とは、一般に、ディスプレイパネルにおいてアドレス可能な最小単位をさす。モノクロディスプレイの場合、画素又は二次画素の間に区別はない。用語「二次画素」は、多色ディスプレイパネルにおいて使用され、特定の色を発光するために独立にアドレスすることができる画素の部分をさす。例えば、青色二次画素は、青光を発するためにアドレスすることができる画素の当該部分である。フルカラーディスプレイの場合、一つの画素が、三原色の二次画素、すなわち青、緑及び赤で構成されることが一般的である。用語「ピッチ」は、ディスプレイパネルにおける2つの画素又は二次画素を隔てる距離をさす。したがって、二次画素ピッチは、2つの二次画素間の分離を意味する。
【0013】
図1(a)に、ドナー要素10の構造の一態様を横断面図にて示す。ドナー10要素は、最低限、軟質のドナー支持体基板14を含み、それがドナー要素10の非転写面32を構成する。ドナー支持体基板14は、少なくとも以下の要件を満たす数種の材料のいずれでできていてもよい。ドナー支持体基板は、片面が加圧された状態での光熱誘導式転写工程に際して、また水蒸気のような揮発性成分を除去するために企図されるいかなる予備加熱工程に際しても、構造的団結性を維持できることが必要である。さらに、ドナー支持体基板は、片面上に比較的薄い有機ドナー材料のコーティングを受容し、このコーティングを、被覆された支持体の予想される保存期間内に劣化させることなく保持することができる必要もある。これらの要件を満たす支持体材料の例として、金属箔、当該支持体上のコーティングの転写性有機ドナー材料を転写させるために予測される支持体温度値よりも高いガラス転移温度を示す特定のプラスチック箔、及び繊維強化プラスチック箔が挙げられる。好適な支持体材料の選定は既知の工学的手法によることができるが、本発明の実施に有用なドナー支持体として構成されるときに、選ばれた支持体材料の特定の側面がさらなる検討に値することが認識されている。例えば、当該支持体が、転写性有機材料による予備コーティングの前に、多段階洗浄及び表面調製工程を必要とすることもあり得る。当該支持体材料が輻射線透過性材料である場合には、当該支持体の内部又は表面に輻射線吸収材料を含めると、適当なフラッシュランプからの輻射線フラッシュ又は適当なレーザーからのレーザー光を使用する時の当該ドナー支持体の加熱効果が高くなり、これに応じて転写性有機ドナー材料の当該支持体から基板への転写性が向上することとなり有利となり得る。
【0014】
ドナー支持体基板14は、スペクトルの所定の部分の光を吸収して熱を発生させることができる輻射線吸収性材料を含む輻射線吸収層16によって均一に被覆される。輻射線吸収性材料16は、米国特許第5578416号明細書に記載されている色素のような色素、カーボンのような顔料又はニッケル、クロム、チタン、等のような金属を含むことができる。
【0015】
ドナー要素10は、さらに、有機発光材料を含む発光層18を含む。有用な発光性有機材料は周知である。米国特許第4769292号及び同第5935721号に詳述されているように、有機EL要素の発光層は発光材料又は蛍光材料を含み、その領域において電子−正孔対が再結合する結果として電場発光が生じる。発光層は、単一材料で構成することもできるが、より一般的には、ホスト材料にゲスト化合物、すなわちドーパント、をドーピングしてなり、そこで主として当該ドーパントから発光が生じ、その発光色にも制限はない。発光層に含まれるホスト材料は、後述する電子輸送性材料、後述する正孔輸送性材料、又は正孔−電子再結合を支援する別の材料、であることができる。ドーパント材料は、通常は高蛍光性色素の中から選ばれるが、リン光性化合物、例えば、国際公開第98/55561号、同第00/18851号、同第00/57676号及び同第00/70655号に記載されているような遷移金属錯体も有用である。ドーパントは、ホスト材料に対して0.01〜10質量%の範囲内で塗被されることが典型的である。
【0016】
ドーパントとしての色素を選定するための重要な関係は、当該分子の最高被占軌道と最低空軌道との間のエネルギー差として定義されるバンドギャップポテンシャルの対比である。ホストからドーパント分子へのエネルギー伝達の効率化を図るためには、当該ドーパントのバンドギャップがホスト材料のそれよりも小さいことが必須条件となる。
【0017】
有用性が知られているホスト及び発光性分子として、米国特許第4769292号、同第5141671号、同第5150006号、同第5151629号、同第5294870号、同第5405709号、同第5484922号、同第5593788号、同第5645948号、同第5683823号、同第5755999号、同第5928802号、同第5935720号、同第5935721号及び同第6020078号に記載されているものが挙げられるが、これらに限定はされない。
【0018】
8−ヒドロキシキノリン及び類似の誘導体の金属錯体(下記構造式E)は、電場発光を支援することができる有用なホスト化合物の一種であり、特に、500 nmよりも長い波長の光(例、緑色、黄色、橙色及び赤色)を放出させるのに適している。
【0019】
【化1】
【0020】
上式中、Mは金属を表わし、nは1〜3の整数であり、そしてZは、各々独立に、縮合芳香族環を2個以上有する核を完成する原子群を表わす。
上記より、当該金属は1価、2価又は3価になり得ることが明白である。当該金属は、例えば、リチウム、ナトリウムもしくはカリウムのようなアルカリ金属、マグネシウムもしくはカルシウムのようなアルカリ土類金属、又はホウ素もしくはアルミニウムのような土類金属であることができる。一般に、有用なキレート化金属であることが知られているものであれば、1価、2価又は3価のいずれの金属でも使用することができる。
【0021】
Zは、その少なくとも一つがアゾール環又はアジン環である2個以上の縮合芳香族環を含有する複素環式核を完成する。必要であれば、当該2個の必須環に、脂肪族環及び芳香族環の双方を含む追加の環を縮合させてもよい。分子の嵩高さが機能向上を伴うことなく増大することを避けるため、通常は環原子の数を18以下に維持する。
【0022】
以下、有用なキレート化オキシノイド系化合物の例を示す。
CO−1:アルミニウムトリスオキシン〔別名、トリス(8−キノリノラト)アルミニウム(III)〕
CO−2:マグネシウムビスオキシン〔別名、ビス(8−キノリノラト)マグネシウム(II)〕
CO−3:ビス[ベンゾ{f}−8−キノリノラト]亜鉛(II)
CO−4:ビス(2−メチル−8−キノリノラト)アルミニウム(III)−μ−オキソ−ビス(2−メチル−8−キノリノラト)アルミニウム(III)
CO−5:インジウムトリスオキシン〔別名、トリス(8−キノリノラト)インジウム〕CO−6:アルミニウムトリス(5−メチルオキシン)〔別名、トリス(5−メチル−8−キノリノラト)アルミニウム(III)〕
CO−7:リチウムオキシン〔別名、(8−キノリノラト)リチウム(I)〕
【0023】
9,10−ジ−(2−ナフチル)アントラセンの誘導体(下記構造式F)は、電場発光を支援することができる有用なホスト化合物の一種であり、特に、400 nmよりも長い波長の光(例、青色、緑色、黄色、橙色及び赤色)を放出させるのに適している。
【0024】
【化2】
【0025】
上式中、R1、R2、R3、R4、R5及びR6は、各環上の1又は2以上の置換基であってそれぞれ下記のグループから独立に選ばれるものを表わす。
第1グループ:水素、又は炭素原子数1〜24のアルキル;
第2グループ:炭素原子数5〜20のアリール又は置換アリール;
第3グループ:アントラセニル、ピレニルまたはペリレニルの縮合芳香族環の完成に必要な4〜24個の炭素原子;
第4グループ:フリル、チエニル、ピリジル、キノリニルその他の複素環式系の縮合芳香族環の完成に必要な炭素原子数5〜24のヘテロアリール又は置換ヘテロアリール;
第5グループ:炭素原子数1〜24のアルコキシルアミノ、アルキルアミノ又はアリールアミノ;及び
第6グループ:フッ素、塩素、臭素又はシアノ
【0026】
ベンズアゾール誘導体(下記構造式G)は、電場発光を支援することができる有用なホスト化合物の一種であり、特に、400 nmよりも長い波長の光(例、青色、緑色、黄色、橙色及び赤色)を放出させるのに適している。
【0027】
【化3】
【0028】
上式中、nは3〜8の整数であり、
ZはO、NR又はSであり、
R’は、水素、炭素原子数1〜24のアルキル(例えば、プロピル、t−ブチル、ヘプチル、等)、炭素原子数5〜20のアリールもしくはヘテロ原子置換型アリール(例えば、フェニル及びナフチル、フリル、チエニル、ピリジル、キノリニルその他の複素環式系)、ハロ(例、クロロ、フルオロ)、又は縮合芳香族環の完成に必要な原子群、であり、
Lは、アルキル、アリール、置換アルキル又は置換アリールからなる結合ユニットであって、当該ベンズアゾール同士を共役的又は非共役的に連結させるものである。
有用なベンズアゾールの一例として2,2’,2”−(1,3,5−フェニレン)トリス[1−フェニル−1H−ベンズイミダゾール]が挙げられる。
【0029】
望ましい蛍光性ドーパントには、アントラセン、テトラセン、キサンテン、ペリレン、ルブレン、クマリン、ローダミン、キナクリドン、ジシアノメチレンピラン、チオピラン、ポリメチン、ピリリウム及びチアピリリウムの各化合物の誘導体並びにカルボスチリル化合物が包含される。以下、有用なドーパントの具体例を挙げるが、これらに限定はされない。
【0030】
【化4】
【化5】
【化6】
【化7】
【0031】
その他の有機発光性材料として、高分子物質、例えば、譲受人共通の米国特許第6194119号B1(Wolkら)及びその中の文献に記載されているポリフェニレンビニレン誘導体、ジアルコキシ−ポリフェニレンビニレン、ポリ−パラ−フェニレン誘導体及びポリフルオレン誘導体、を使用することもできる。
【0032】
図示されていないが、得られるOLEDデバイスの発光特性の適正化にとって望ましい場合には、発光層18は、2以上の発光層をさらに含むことができる。
【0033】
ドナー要素10は、正孔輸送性材料を含む正孔輸送層20をさらに含み、これは有機発光層18の上に配置される。正孔輸送層20は、発光層18の上に直接配置されてもよいし、中間層の上に配置されてもよい。有用な正孔輸送性材料は、芳香族第三アミンのような化合物を含むことがよく知られている。芳香族第三アミンとは、その少なくとも一つが芳香族環の環員である炭素原子にのみ結合している3価窒素原子を1個以上含有する化合物であると解される。一つの形態として、芳香族第三アミンはアリールアミン、例えば、モノアリールアミン、ジアリールアミン、トリアリールアミン又は高分子アリールアミンであることができる。トリアリールアミン単量体の例が、米国特許第3180730号(Klupfelら)に示されている。1以上のビニル基で置換された、及び/又は少なくとも一つの活性水素含有基を含む、その他の好適なトリアリールアミンが、米国特許第3567450号及び同第3658520号(Brantleyら)に記載されている。
【0034】
より好ましい種類の芳香族第三アミンは、米国特許第4720432号及び同第5061569号に記載されているような芳香族第三アミン部分を2個以上含有するものである。このような化合物には、下記構造式(A)で表わされるものが含まれる。
【0035】
【化8】
【0036】
上式中、Q1及びQ2は各々独立に選ばれた芳香族第三アミン部分であり、そしてGは、アリーレン、シクロアルキレン又は炭素−炭素結合のアルキレン基のような結合基である。一つの実施態様において、Q1及びQ2の少なくとも一方は、多環式縮合環構造体(例、ナフタレン)を含有する。Gがアリール基である場合、それはフェニレン部分、ビフェニレン部分又はナフタレン部分であることが便利である。
構造式(A)を満たし、かつ、2つのトリアリールアミン部分を含有する有用な種類のトリアリールアミンは、下記構造式(B)で表わされる。
【0037】
【化9】
【0038】
上式中、R1及びR2は、各々独立に、水素原子、アリール基もしくはアルキル基を表わすか、又は、R1及びR2は一緒にシクロアルキル基を完成する原子群を表わし、そして
R3及びR4は、各々独立に、アリール基であってそれ自体が下記構造式(C)で示されるようなジアリール置換型アミノ基で置換されているものを表わす。
【0039】
【化10】
【0040】
上式中、R5及びR6は各々独立に選ばれたアリール基である。一つの実施態様において、R5及びR6の少なくとも一方は、多環式縮合環構造体(例、ナフタレン)を含有する。
別の種類の芳香族第三アミンはテトラアリールジアミンである。望ましいテトラアリールジアミンは、構造式(C)で示したようなジアリールアミノ基を2個含む。有用なテトラアリールジアミンには、下記構造式(D)で表わされるものが含まれる。
【0041】
【化11】
【0042】
上式中、Areは各々独立に選ばれたアリーレン基、例えば、フェニレン又はアントラセン部分であり、
nは1〜4の整数であり、そして
Ar、R7、R8及びR9は各々独立に選ばれたアリール基である。
典型的な実施態様では、Ar、R7、R8及びR9の少なくとも一つが多環式縮合環構造体(例、ナフタレン)である。
【0043】
上記構造式(A)、(B)、(C)、(D)の各種アルキル、アルキレン、アリール及びアリーレン部分も、各々それ自体が置換されていてもよい。典型的な置換基として、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、アリールオキシ基、並びにフッ化物、塩化物及び臭化物のようなハロゲンが挙げられる。各種アルキル及びアルキレン部分は、典型的には約1〜6個の炭素原子を含有する。シクロアルキル部分は3〜約10個の炭素原子を含有し得るが、典型的には、シクロペンチル、シクロヘキシル及びシクロヘプチルの環構造体のように、5個、6個又は7個の環炭素原子を含有する。アリール部分及びアリーレン部分は、通常はフェニル部分及びフェニレン部分である。
【0044】
OLEDデバイスの正孔輸送層は、芳香族第三アミン化合物の単体又は混合物で形成することができる。具体的には、構造式(B)を満たすトリアリールアミンのようなトリアリールアミンを、構造式(D)が示すようなテトラアリールジアミンと組み合わせて使用することができる。トリアリールアミンをテトラアリールジアミンと組み合わせて使用する場合、後者を、トリアリールアミンと電子注入及び輸送層との間に挿入された層として配置する。以下、有用な芳香族第三アミンを例示する。
1,1−ビス(4−ジ−p−トリルアミノフェニル)シクロヘキサン
1,1−ビス(4−ジ−p−トリルアミノフェニル)−4−フェニルシクロヘキサン
4,4’−ビス(ジフェニルアミノ)クアドリフェニル
ビス(4−ジメチルアミノ−2−メチルフェニル)−フェニルメタン
N,N,N−トリ(p−トリル)アミン
4−(ジ−p−トリルアミノ)−4’−[4(ジ−p−トリルアミノ)−スチリル]スチルベン
N,N,N’,N’−テトラ−p−トリル−4,4’−ジアミノビフェニル
N,N,N’,N’−テトラフェニル−4,4’−ジアミノビフェニル
N−フェニルカルバゾール
ポリ(N−ビニルカルバゾール)
N,N’−ジ−1−ナフタレニル−N,N’−ジフェニル−4,4’−ジアミノビフェニル
4,4’−ビス[N−(1−ナフチル)−N−フェニルアミノ]ビフェニル
4,4”−ビス[N−(1−ナフチル)−N−フェニルアミノ]−p−ターフェニル
4,4’−ビス[N−(2−ナフチル)−N−フェニルアミノ]ビフェニル
4,4’−ビス[N−(3−アセナフテニル)−N−フェニルアミノ]ビフェニル
1,5−ビス[N−(1−ナフチル)−N−フェニルアミノ]ナフタレン
4,4’−ビス[N−(9−アントリル)−N−フェニルアミノ]ビフェニル
4,4”−ビス[N−(1−アントリル)−N−フェニルアミノ]−p−ターフェニル
4,4’−ビス[N−(2−フェナントリル)−N−フェニルアミノ]ビフェニル
4,4’−ビス[N−(8−フルオルアンテニル)−N−フェニルアミノ]ビフェニル
4,4’−ビス[N−(2−ピレニル)−N−フェニルアミノ]ビフェニル
4,4’−ビス[N−(2−ナフタセニル)−N−フェニルアミノ]ビフェニル
4,4’−ビス[N−(2−ペリレニル)−N−フェニルアミノ]ビフェニル
4,4’−ビス[N−(1−コロネニル)−N−フェニルアミノ]ビフェニル
2,6−ビス(ジ−p−トリルアミノ)ナフタレン
2,6−ビス[ジ−(1−ナフチル)アミノ]ナフタレン
2,6−ビス[N−(1−ナフチル)−N−(2−ナフチル)アミノ]ナフタレン
N,N,N’,N’−テトラ(2−ナフチル)−4,4”−ジアミノ−p−ターフェニル
4,4’−ビス{N−フェニル−N−[4−(1−ナフチル)−フェニル]アミノ}ビフェニル
4,4’−ビス[N−フェニル−N−(2−ピレニル)アミノ]ビフェニル
2,6−ビス[N,N−ジ(2−ナフチル)アミン]フルオレン
1,5−ビス[N−(1−ナフチル)−N−フェニルアミノ]ナフタレン
【0045】
別の種類の有用な正孔輸送性材料として、欧州特許第1009041号に記載されているような多環式芳香族化合物が挙げられる。さらに、ポリ(N−ビニルカルバゾール)(PVK)、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアニリン及びPEDOT/PSSとも呼ばれているポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)/ポリ(4−スチレンスルホネート)のようなコポリマー、といった高分子正孔輸送性材料を使用することもできる。
【0046】
このように、ドナー支持体要素14が非転写面32を構成し、そして正孔輸送層20がドナー要素10の転写面34を構成する。正孔輸送層の厚さは、0.1nm〜5.0nmの範囲内である。
【0047】
図1(b)に、ドナー要素12の構造の別の態様を横断面図で示す。この態様では、ドナー支持体基板14が、最初に、スペクトルの所定の部分の光を吸収して発熱することができるパターン化された吸光層22で被覆され、次いで、発光層18で被覆され、最後に、正孔輸送層20で被覆されている。この場合、ドナー支持体基板14が非転写面32を構成し、そして正孔輸送層20が転写面34を構成する。パターン化吸光層22は、スペクトルの所定の部分の光を吸収して発熱することができる輻射線吸収性材料を含む。
【0048】
図2(a)に、1つの光処理法でドナー要素10から基板36の一部へ有機材料30を転写する方法の横断面図を示す。ドナー要素10は、基板36と転写関係をなすように配置される。すなわち、ドナー要素10は基板36に接触するように配置されるか、又は基板36から一定の間隔を維持しながら保持される。基板36は、ドナーから発光材料を受容する表面を提供する有機固体、無機固体又は有機固体と無機固体の混合物であることができる。基板36は、硬質であっても軟質であってもよく、シートやウェハのような独立片として又は連続ロールとして処理されることができる。典型的な基板材料として、ガラス、プラスチック、金属、セラミック、半導体、金属酸化物、半導体酸化物、半導体窒化物又はこれらの組合せが挙げられる。基板36は、材料の均質混合物、材料の複合材、又は材料の多層であることができる。基板36は、OLED基板、すなわちOLEDデバイス製造用の一般的な基板、例えば、アクティブ型低温ポリシリコンTFT基板であることができる。基板36は、所期の発光方向に依存して、透光性又は不透明であることができる。当該基板を通してEL発光を観察する場合には、透光性が望まれる。このような場合には、一般に、透明なガラス又はプラスチックが用いられる。上部電極を通してEL発光を観察する用途の場合には、底部支持体の透過性は問題とならないので、透光性であっても、吸光性であっても、また光反射性であってもよい。このような場合に用いられる基板として、ガラス、プラスチック、半導体材料、セラミックス、回路基板材料その他のOLEDデバイス(パッシブ型又はアクティブ型のいずれでもよい)の形成に汎用されているものが挙げられるが、これらに限定はされない。本工程の前に、基板36に他の層を被覆してもよい。例えば、基板36に予め正孔輸送層43を被覆しておくことができる。この層は、第1電極41とも呼ばれるTFTの上に被覆される。
【0049】
この態様では、ドナー要素10は輻射線吸収層16を具備して調製されており、OLED基板36から間隙44により一定の間隔を置いて配置される。該間隙は、薄膜トランジスタ40と介在する隆起表面部分42との構造により、ドナー要素10とOLED基板36との間に維持される。別の態様として、間隙44を他の方法で、例えば、ドナー要素10の転写面34の上にスペーサ要素を使用する方法で維持できることを理解されたい。間隙44には、圧力1トル以下の真空又は減圧雰囲気を設ける。その際、平均自由行程、すなわち気体分子が他の気体分子と衝突する間に移動する平均距離、が間隙の距離よりも大きくなる。このことは、当該間隙を横断する材料が何らかの残留気体と衝突する確率が低くなることを意味する。レーザー源28からのレーザー光48のパターンが、非転写面32を照明する。レーザー源28は、可視光レーザー又は赤外レーザーであることができる。レーザー光48が輻射線吸収層16に吸収され、レーザー光48に応じた熱50が発生する。このため、レーザー光48の近傍にある有機材料30が加熱される。この態様では、ドナー10に当たる光の大部分が熱に変換されるが、これは、ドナー10の選択的に照射された部分においてのみ起こることである。有機材料30の加熱された部分の一部又は全部が気化転写を経て、OLED基板36の受容面46の上に転写有機材料52として堆積し、パターン化転写をなす。気化転写とは、材料が個別分子又は小さな分子クラスターとして間隙を横断して輸送されるプロセスとして定義される。これには、昇華、気化及びアブレーションのようなプロセスが含まれ得る。有機材料30は、明瞭化のため、単一層として図示されているが、それが本明細書に記載した多層コーティングを代表し得ることを理解されたい。具体的には、有機材料30は、先に記載したような発光層18及び正孔輸送層20を含むことができる。基板の正孔輸送層43が、ドナーの正孔輸送層20よりも厚いことが好ましい。ドナー要素上に多層コーティングが存在する場合には、正孔輸送材料と発光材料との界面24において正孔輸送材料が発光材料中に混入することとなる。
【0050】
図2(b)に、別の光処理法により、ドナー要素12から、OLED基板38の一部に有機材料30を転写する方法の横断面図を示す。ドナー要素12は、基板38と転写関係をなすように配置される。この態様では、ドナー要素12は、パターン化層をなす吸光層22を具備して調製されており、OLED基板38から間隙54により一定の間隔を置いて配置される。該間隙は、外的手段、例えばスペーサによって設けられる。フラッシュ光56が非転写面32を照射する。フラッシュ光56が吸光性材料22を照明し、これにより熱50が発生する。このため、パターン化層をなしている吸光層22の近傍にある有機材料30が加熱される。この態様では、ドナー要素12に当たる光の一部(すなわち、吸光層22に直接当たる光)のみが熱に変換される。有機材料30の加熱された部分の一部又は全部が昇華し、気化し又はアブレートされ、そしてOLED基板38の受容面46の上に転写有機材料52として堆積し、パターン化転写をなす。有機材料30は、明瞭化のため、単一層として図示されているが、それが本明細書に記載した多層コーティングを代表していることを理解されたい。ドナー要素上に多層コーティングが存在する場合には、正孔輸送材料と発光材料との界面24において正孔輸送材料が発光材料中に混入することとなる。
【0051】
図3に、OLEDデバイスの発光部分の構造の一例を横断面図で示す。OLEDデバイス58は基板36の上に形成されている。基板36は、重要な領域において、アノード層60で被覆されている。導電性アノード層は基板上に形成され、そしてEL発光を当該アノードを介して観察する場合には、当該発光に対して透明又は実質的に透明であることが必要である。本発明に用いられる一般的な透明アノード材料はインジウム錫酸化物及び酸化錫であるが、例示としてアルミニウム又はインジウムをドープした酸化亜鉛、マグネシウムインジウム酸化物及びニッケルタングステン酸化物をはじめとする他の金属酸化物でも使用することができる。これらの酸化物の他、アノード材料として、窒化ガリウムのような金属窒化物、セレン化亜鉛のような金属セレン化物、及び硫化亜鉛のような金属硫化物を使用することもできる。EL発光を上部電極を介して観察する用途の場合には、アノード材料の透過性は問題とならず、透明、不透明又は反射性を問わずいずれの導電性材料でも使用することができる。このような用途向けの導体の例として、金、イリジウム、モリブデン、パラジウム及び白金が挙げられるが、これらに限定はされない。典型的なアノード材料は、透過性であってもそうでなくても、4.1 eV以上の仕事関数を有する。望ましいアノード材料は、一般に、蒸発法、スパッタ法、化学的気相成長(CVD)法又は電気化学法のような適当な手段のいずれによっても付着することができる。アノードは、周知のフォトリソグラフ法によってパターン化することもできる。
【0052】
OLEDデバイス58は、さらに、正孔注入層62を含むことができる。常に必要であるものではないが、有機発光ディスプレイに正孔注入層を設けることが有用となる場合が多い。正孔注入層は、後続の有機層の薄膜形成特性を改良し、かつ、正孔を正孔輸送層に注入し易くするように機能し得る。正孔注入層に使用するのに適した材料として、米国特許第4720432号に記載されているようなポルフィリン系化合物や、米国特許第6208075号に記載されているようなプラズマ蒸着フルオロカーボンポリマーが挙げられるが、これらに限定はされない。有機ELデバイスにおいて有用であることが報告されている別の正孔注入性材料が、欧州特許出願公開第0891121号A1及び同第1029909号A1に記載されている。
【0053】
OLEDデバイス58は、さらに、正孔輸送層64を含む。正孔輸送層64は、上述した正孔輸送性材料のいずれでも含むことができる。望ましい正孔輸送性材料は、蒸発法、スパッタ法、化学的気相成長(CVD)法又は電気化学法のような適当な手段のいずれによっても付着することができる。正孔輸送性材料は、周知のフォトリソグラフ法によってパターン化することもできる。
【0054】
OLEDデバイス58は、さらに、発光層66を含む。発光層は、本明細書中に記載した発光性材料及び正孔輸送性材料のいずれを含むこともできる。発光層66は、本発明の技法により堆積される。
【0055】
OLEDデバイス58は、さらに、電子輸送層68を含む。望ましい電子輸送性材料は、蒸発法、スパッタ法、化学的気相成長(CVD)法又は電気化学法のような適当な手段のいずれによっても付着することができる。電子輸送性材料は、周知のフォトリソグラフ法によってパターン化することもできる。本発明の有機ELデバイスに使用するのに好ましい電子輸送性材料は、オキシン(通称8−キノリノール又は8−ヒドロキシキノリン)それ自体のキレートをはじめとする金属キレート化オキシノイド系化合物である。このような化合物は、電子の注入及び輸送を助長し、しかも高い性能レベルを示すと共に、薄膜への加工が容易である。企図されるオキシノイド系化合物の例は、既述の構造式(E)を満たす化合物である。
【0056】
その他の電子輸送性材料として、米国特許第4356429号に記載されている各種ブタジエン誘導体、及び米国特許第4539507に記載されている各種複素環式蛍光増白剤が挙げられる。既述の構造式(G)を満たすベンズアゾールも有用な電子輸送性材料となる。
【0057】
その他の電子輸送性材料として、高分子物質、例えば、ポリフェニレンビニレン誘導体、ポリ−パラ−フェニレン誘導体、ポリフルオレン誘導体、ポリチオフェン、ポリアセチレンその他の導電性高分子有機材料、例えば、譲受人共通の米国特許第6221553号及びその中の文献に記載されているもの、を使用することもできる。
【0058】
OLEDデバイス58は、さらに、カソード70を含む。アノードを介して発光させる場合には、カソード材料は、ほとんどすべての導電性材料を含んでなることができる。望ましい材料は、下部の有機層との良好な接触が確保されるよう良好なフィルム形成性を示し、低電圧での電子注入を促進し、かつ、良好な安定性を有する。有用なカソード材料は、低仕事関数金属(<3.0eV)又は合金を含むことが多い。好適なカソード材料の1種に、米国特許第4885221号明細書に記載されているMg:Ag合金(銀含有率1〜20%)を含むものがある。別の好適な種類のカソード材料として、低仕事関数金属又は金属塩の薄層に、これより厚い導電性金属の層をキャップしてなる二層形が挙げられる。このようなカソードの一つに、米国特許第5677572号明細書に記載されている、LiF薄層にこれより厚いAl層を載せてなるものがある。その他の有用なカソード材料として、米国特許第5059861号、同第5059862号及び同第6140763号明細書に記載されているものが挙げられるが、これらに限定はされない。
【0059】
カソードを介して発光を観察する場合には、当該カソードは透明又はほぼ透明でなければならない。このような用途の場合、金属が薄くなければならないか、又は透明導電性酸化物もしくはこれら材料の組合せを使用しなければならない。米国特許第5776623号明細書に透光性カソードが詳述されている。カソード材料は、蒸発法、スパッタ法又は化学的気相成長法により付着させることができる。必要な場合には、例えば、マスク介在蒸着法、米国特許第5276380号及び欧州特許出願公開第0732868号明細書に記載の一体型シャドーマスク法、レーザーアブレーション法及び選択的化学的気相成長法をはじめとする多くの周知の方法により、パターンを形成させてもよい。
【0060】
図2を参照しながら図4について説明する。図5に、本発明の方法により処理された後の基板82の平面図を示す。有機材料30の所定の部分が基板36に転写されて転写パターン80をなしている。転写パターン80は処理後基板82の最終用途に合致するように形成される(例えば、転写パターン80は、基板36上の薄膜トランジスタの存在位置に転写されたOLED発光材料のものとなる)。転写パターン80は、それを調製するのに用いた方法を反映する(例えば、図2(b)のパターン化層をなす輻射線吸収性材料22又は図2(a)のレーザー光48の照射パターン)。
【0061】
【実施例】
本発明とその利点を以下の実施例で説明する。
例1
以下のように、比較用ドナー要素からOLEDデバイスを構築した。
1)厚さ104μmのポリイミド系ドナー支持体要素の上に、厚さ60nmのクロム金属からなるコーティングを蒸着した。
2)上記ドナー支持体要素の上に、厚さ20nmの2−t−ブチル−9,10−ビス(2−ナフチル)アントラセン(TBADN)からなるコーティングを蒸着した。次いで、そのTBADN層の上に、厚さ0.15nmの緑色ドーパントIからなるコーティングをさらに蒸着した。
3)清浄なガラス基板に、マスクを介してインジウム錫酸化物(ITO)を真空蒸着させて厚さ40〜80nmの透明電極のパターンを形成した。
4)得られたITO面にプラズマ酸素エッチング処理を施し、次いで、米国特許第6208075号に記載されているように厚さ0.1nmのフルオロカーボンポリマー(CFx)をプラズマ蒸着した。
5)得られた基板に、厚さ75nmの4,4’−ビス[N−(1−ナフチル)−N−フェニルアミノ]ビフェニル(NPB)からなる正孔輸送層を真空蒸着した。
6)第2工程で調製したドナー要素の被覆面を、第5工程で調製した基板の処理面と接触させ、真空を適用して両者を密接に保持した。75μmのスペーサを利用して小さな間隙を維持した。
7)ドナー要素に赤外レーザー光線を照射することによりドナー要素から基板へ発光層を転写した。光線の大きさは、強度点1/e2に対して約16μm×80μmとした。走査は、幅広光線方向に対して平行とした。保持時間は、出力密度〜0.53J/cm2につき27マイクロ秒とした。転写は、所望の発光領域のみを選択的に照射することによって行った。
8)その基板の上に、加熱タンタルボート源を含むコーティングステーションにおいて、厚さ35nmのトリス(8−ヒドロキシキノリン)アルミニウム(III)(ALQ)からなる電子輸送層を真空蒸着した。
9)その受容体要素の上に、一方に銀を含み、他方にマグネシウムを含む別個のタンタルボートを備えたコーティングステーションにおいて、厚さ220nmのカソード層を蒸着した。カソード層のマグネシウムと銀の原子比は10:1とした。
【0062】
緑色ドーパントI
【化12】
【0063】
例2
第2工程後に、当該ドナー要素の上に厚さ0.8nmのNPBからなる層をさらに蒸着させたことを除き、例1に記載したように、本発明の要件を満たすドナー要素からOLEDを構築した。この追加のコーティング工程に続き、例1の後続工程において当該ドナー要素を使用した。
【0064】
例3
第2工程を下記のように実施したことを除き、例1に記載したように、比較用ドナー要素からOLEDを構築した。
2)上記ドナー支持体要素の上に、厚さ8.5nmのALQからなるコーティングを蒸着した。次いで、そのALQ層の上に、厚さ0.2nmの4−(ジシアノメチレン)−2−t−ブチル−6−(1,1,7,7−テトラメチルジュロリジル−9−エニル)−4H−ピラン(DCJTB)からなるコーティングを蒸着した。さらに、そのDCJTB層の上に、厚さ8.5nmのTBADNからなるコーティングを蒸着した。
【0065】
例4
第2工程後に、当該ドナー要素の上に厚さ0.8nmのNPBからなる層をさらに蒸着させたことを除き、例3に記載したように、本発明の要件を満たすドナー要素からOLEDを構築した。この追加のコーティング工程に続き、例3の後続工程において当該ドナー要素を使用した。
【0066】
例5
第2工程後に、当該ドナー要素の上に厚さ0.8nmの正孔輸送性材料1(HTM−1)からなる層をさらに蒸着させたことを除き、例3に記載したように、本発明の要件を満たすドナー要素からOLEDを構築した。この追加のコーティング工程に続き、例3の後続工程において当該ドナー要素を使用した。
【0067】
【化13】
【0068】
例6
第2工程後に、当該ドナー要素の上に厚さ5.0nmのHTM−1からなる層をさらに蒸着させたことを除き、例3に記載したように、本発明の要件を満たすドナー要素からOLEDを構築した。この追加のコーティング工程に続き、例3の後続工程において当該ドナー要素を使用した。
【0069】
例7
第2工程を下記のように実施したことを除き、例1に記載したように、比較用ドナー要素からOLEDを構築した。
2)上記ドナー支持体要素の上に、厚さ20nmのTBADNからなるコーティングを蒸着した。次いで、そのTBADN層の上に、厚さ0.25nmのテトラ(t−ブチル)ペリレン(TBP)からなるコーティングをさらに蒸着した。
【0070】
例8
第2工程後に、当該ドナー要素の上に厚さ0.8nmのNPBからなる層をさらに蒸着させたことを除き、例7に記載したように、本発明の要件を満たすドナー要素からOLEDを構築した。この追加のコーティング工程に続き、例7の後続工程において当該ドナー要素を使用した。
【0071】
結果
デバイスの試験を、電極間に20mA/cm2の電流を流して当該スペクトルを測定することによって行った。次いで、電流を一定にした場合の強度の経時変化をモニターした。結果を以下の表に示す。
【0072】
【表1】
【0073】
正孔輸送層によって被検試料の安定性が常に高められたことが明白である。薄い正孔輸送層を適用したことにより、放射輝度が通常は高くなり、そして駆動電圧が一般に低下する。安定性の向上は最重要であるが、駆動電圧の低下又は放射輝度の増加による高効率化も望まれ、それが本発明により達成され得る。本効果は材料の選択に依存する。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)本発明により製造されたドナー要素の構造の一態様を示す略横断面図である。(b)本発明により製造されたドナー要素の構造の別の態様を示す略横断面図である。
【図2】(a)1つの光処理法によりドナーから基板へ有機材料を転写することを示す略横断面図である。(b)別の光処理法によりドナーから基板へ有機材料を転写することを示す略横断面図である。
【図3】一例としてのOLEDデバイスの構造を示す略横断面図である。
【図4】本発明により製造された基板を示す平面図である。
【符号の説明】
10、12…ドナー要素
14…ドナー支持体基板
16…輻射線吸収層
18…発光層
20…正孔輸送層
22…パターン化吸光層
24…界面
30…有機材料
32…非転写面
34…転写面
36、38…基板
40…薄膜トランジスタ
41…第1電極
42…隆起表面部分
44、54…間隙
46…受容面
48…レーザー光
49…レーザー源
50…熱
52…転写有機材料
56…フラッシュ光
58…OLEDデバイス
60…アノード層
64…正孔輸送層
66…発光層
68…電子輸送層
70…カソード
80…転写パターン
82…処理後基板
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機発光ダイオード(OLED)としても知られる有機電場発光(EL)デバイスに、さらにはそのようなOLEDデバイスを製造するためのドナー要素及びその方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
赤、緑及び青の色画素のような着色画素(通常RGB画素という。)を配列したカラー又はフルカラー有機電場発光(EL)ディスプレイ(有機発光ダイオードデバイス又はOLEDデバイスとしても知られている)においては、RGB画素を形成するため発色性有機EL媒体を精密にパターン化する必要がある。基本的なOLEDデバイスは、共通要素として、アノード、カソード、及び該アノードと該カソードとに挟まれた有機EL媒体を含む。有機EL媒体は1又は2層以上の有機薄膜からなることができ、その層の一つが主として発光、すなわち電場発光を担う。この特定の層を、一般に有機EL媒体の発光層と称する。有機EL媒体中に存在する他の有機層は、主として電子輸送機能を提供することができ、(正孔輸送のための)正孔輸送層又は(電子輸送のための)電子輸送層と呼ばれる。フルカラーOLEDディスプレイパネルのRGB画素を形成する際には、有機EL媒体の発光層又は有機EL媒体全体を精密にパターン化する方法を工夫する必要がある。
【0003】
高解像度有機OLEDディスプレイをパターン化するのに好適な方法が、米国特許第5851709号(Grandeら)に記載されている。この方法は、(1)対向する第1表面及び第2表面を有する基板を用意し、(2)該基板の第1表面の上に透光性断熱層を形成し、(3)該断熱層の上に吸光層を形成し、(4)該基板に、該第2表面から該断熱層にまで延在する開口部の配列を設け、(5)該吸光層の上に転写可能な発色性有機ドナー層を形成し、(6)該基板の開口部とデバイス上の対応するカラー画素とが配向するように該ドナー基板をディスプレイ基板に対して精密にアラインし、そして(7)該ドナー基板上の有機層を該ディスプレイ基板に転写させるに十分な熱を該開口部上の吸光層に発生させるための輻射線源を使用する、という工程序列を含む。
【0004】
Littman及びTangは、パターン化されていないドナーシートからEL基板へ有機EL材料をパターン様式で転写する方法を教示している(米国特許第5688551号)。Wolkらの一連の特許(米国特許第6114088号、同第6140009号、同第6214520号及び同第6221553号)は、ドナー要素の選ばれた部分をレーザービームで加熱することによりドナー要素から基板へELデバイスの発光層を転写することができる方法を教示している。
【0005】
譲受人共通の米国特許第5937272号(Tang)に、EL材料の蒸着によって、薄膜トランジスタ(TFT)アレイ基板の上に、多色画素(例、赤色、緑色、青色の各二次画素)をパターン化する方法が教示されている。このようなEL材料は、支持体上のドナー被膜及び開口マスクを使用して、基板上に選ばれたパターンをなすように堆積される。開口マスクは、ドナー層と基板との間に配置される独立体であってもよいし(上記特許の図1にあるように)、またドナー層に内臓されていてもよい(上記特許の図4、図5及び図6にあるように)。
【0006】
【特許文献1】
米国特許第3180730号明細書
【特許文献2】
米国特許第3567450号明細書
【特許文献3】
米国特許第3658520号明細書
【特許文献4】
米国特許第4356429号明細書
【特許文献5】
米国特許第4539507号明細書
【特許文献6】
米国特許第4720432号明細書
【特許文献7】
米国特許第4768292号明細書
【特許文献8】
米国特許第4769292号明細書
【特許文献9】
米国特許第4885221号明細書
【特許文献10】
米国特許第5059861号明細書
【特許文献11】
米国特許第5059862号明細書
【特許文献12】
米国特許第5061569号明細書
【特許文献13】
米国特許第5141671号明細書
【特許文献14】
米国特許第5150006号明細書
【特許文献15】
米国特許第5151629号明細書
【特許文献16】
米国特許第5276380号明細書
【特許文献17】
米国特許第5294870号明細書
【特許文献18】
米国特許第5405709号明細書
【特許文献19】
米国特許第5484922号明細書
【特許文献20】
米国特許第5578416号明細書
【特許文献21】
米国特許第5593788号明細書
【特許文献22】
米国特許第5645948号明細書
【特許文献23】
米国特許第5677572号明細書
【特許文献24】
米国特許第5683823号明細書
【特許文献25】
米国特許第5688551号明細書
【特許文献26】
米国特許第5755999号明細書
【特許文献27】
米国特許第5776623号明細書
【特許文献28】
米国特許第5851709号明細書
【特許文献29】
米国特許第5928802号明細書
【特許文献30】
米国特許第5935720号明細書
【特許文献31】
米国特許第5935721号明細書
【特許文献32】
米国特許第5937272号明細書
【特許文献33】
米国特許第6020078号明細書
【特許文献34】
米国特許第6114088号明細書
【特許文献35】
米国特許第6140009号明細書
【特許文献36】
米国特許第6140763号明細書
【特許文献37】
米国特許第6194119号明細書
【特許文献38】
米国特許第6208075号明細書
【特許文献39】
米国特許第6214520号明細書
【特許文献40】
米国特許第6221553号明細書
【特許文献41】
国際公開第98/55561号パンフレット
【特許文献42】
国際公開第00/18851号パンフレット
【特許文献43】
国際公開第00/57676号パンフレット
【特許文献44】
国際公開第00/70655号パンフレット
【特許文献45】
欧州特許出願公開第0732868号明細書
【特許文献46】
欧州特許出願公開第0891121号明細書
【特許文献47】
欧州特許出願公開第1009041号明細書
【特許文献48】
欧州特許出願公開第1029909号明細書
【非特許文献1】
Handbook of Conductive Molecules and Polymers, Vols. 1−4, H.S.Nalwa, ed., John Wiley and Sons, Chichester (1977)
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
これまでのドナーによるレーザー感熱転写法には、得られるOLEDデバイスの効率及び光出力安定性が所望の水準に達しないという問題がある。出力強度が時間と共に低下し、このため色相がシフトしたりコントラストが低下したりすることになりかねない。
したがって、本発明の目的は、輻射線転写型OLEDデバイスの効率を高めることにある。
本発明のさらなる目的は、デバイスの光出力の安定性を高めることにある。
本発明のさらに別の目的は、発光層をOLEDデバイスへ転写する方法を改良することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記の目的は、有機発光ダイオードデバイス製造用のドナー要素であって、
a) ドナー支持体基板;
b) 該基板の上に配置された、光に応答して発熱する吸光層;
c) 該吸光層の上に配置された発光層;並びに
d) 該発光層の上に配置された正孔輸送層であって、該ドナー要素を該有機発光ダイオードデバイスと転写関係をなすように配置して該吸光層が光を吸収した時に、該有機発光ダイオードデバイスに対して正孔輸送性材料及び発光材料が間隙を越えて気化転写する原因となる熱が発生するように配置された正孔輸送層
を含んで成るドナー要素によって達成される。
【0009】
さらに上記の目的は、有機発光ダイオードデバイスの製造工程における上記のドナー要素の使用方法であって、
a) 該ドナー要素を、有機発光ダイオード基板と転写関係をなすように、かつ、該有機発光ダイオード基板から間隙により一定の間隔を置いて配置し、そしてb) 該正孔輸送材料と該発光材料との界面において該正孔輸送材料が該発光材料に混入しつつ該有機発光ダイオード基板上に該正孔輸送材料と該発光材料とをそれぞれ付着せしめるに十分な熱を発生させるに十分な光を該ドナー要素に当てる
ことを特徴とする方法によって達成される。
【0010】
転写されるべき発光層を堆積することによりレーザー転写用ドナーが製造される。最上部には正孔輸送材料層が堆積される。レーザーを使用して、発光層をドナー要素からOLED基板へ転写する。まったく意外なことに、得られるOLEDデバイスは、当該正孔輸送層なしで得られたものよりも、効率及び安定性が高くなることが判明した。
【0011】
【発明の実施の形態】
デバイスの構成要素の寸法、例えば層の厚さは、マイクロメートル以下の領域にある場合が多く、このため、図面の拡大割合は、寸法的な正確さよりも、むしろ見やすさを優先してなされていることに留意されたい。
【0012】
用語「ディスプレイ」又は「ディスプレイパネル」は、ビデオ画像又はテキストを電子的に表示することができるスクリーンをさす。用語「画素」は、当該技術分野で認識されている意味で使用され、ディスプレイパネルの一領域であって、他の領域とは独立に発光するように刺激され得る領域をさす。用語「OLED」は、当該技術分野で認識されている意味で使用され、有機発光ダイオードを画素として含む表示装置をさす。カラーOLEDデバイスは、少なくとも2色の光を発する。用語「多色」は、異なる領域で異なる色相の光を発することができるディスプレイパネルをさし、具体的には、異なる色の画像を表示することができるディスプレイパネルをさす。これらの領域は必ずしも隣接しなくてもよい。用語「フルカラー」は、可視スペクトルの赤、緑及び青の各色域で発光し、任意の組合せの色相で画像を表示することができる多色ディスプレイパネルをさす。赤、緑及び青の各色は三原色を構成し、この三原色を適宜混合することにより他のすべての色を発生させることができる。用語「色相」は、可視スペクトル内の発光強度プロファイルをさし、異なる色相は視覚的に識別できる色差を示す。画素又は二次画素とは、一般に、ディスプレイパネルにおいてアドレス可能な最小単位をさす。モノクロディスプレイの場合、画素又は二次画素の間に区別はない。用語「二次画素」は、多色ディスプレイパネルにおいて使用され、特定の色を発光するために独立にアドレスすることができる画素の部分をさす。例えば、青色二次画素は、青光を発するためにアドレスすることができる画素の当該部分である。フルカラーディスプレイの場合、一つの画素が、三原色の二次画素、すなわち青、緑及び赤で構成されることが一般的である。用語「ピッチ」は、ディスプレイパネルにおける2つの画素又は二次画素を隔てる距離をさす。したがって、二次画素ピッチは、2つの二次画素間の分離を意味する。
【0013】
図1(a)に、ドナー要素10の構造の一態様を横断面図にて示す。ドナー10要素は、最低限、軟質のドナー支持体基板14を含み、それがドナー要素10の非転写面32を構成する。ドナー支持体基板14は、少なくとも以下の要件を満たす数種の材料のいずれでできていてもよい。ドナー支持体基板は、片面が加圧された状態での光熱誘導式転写工程に際して、また水蒸気のような揮発性成分を除去するために企図されるいかなる予備加熱工程に際しても、構造的団結性を維持できることが必要である。さらに、ドナー支持体基板は、片面上に比較的薄い有機ドナー材料のコーティングを受容し、このコーティングを、被覆された支持体の予想される保存期間内に劣化させることなく保持することができる必要もある。これらの要件を満たす支持体材料の例として、金属箔、当該支持体上のコーティングの転写性有機ドナー材料を転写させるために予測される支持体温度値よりも高いガラス転移温度を示す特定のプラスチック箔、及び繊維強化プラスチック箔が挙げられる。好適な支持体材料の選定は既知の工学的手法によることができるが、本発明の実施に有用なドナー支持体として構成されるときに、選ばれた支持体材料の特定の側面がさらなる検討に値することが認識されている。例えば、当該支持体が、転写性有機材料による予備コーティングの前に、多段階洗浄及び表面調製工程を必要とすることもあり得る。当該支持体材料が輻射線透過性材料である場合には、当該支持体の内部又は表面に輻射線吸収材料を含めると、適当なフラッシュランプからの輻射線フラッシュ又は適当なレーザーからのレーザー光を使用する時の当該ドナー支持体の加熱効果が高くなり、これに応じて転写性有機ドナー材料の当該支持体から基板への転写性が向上することとなり有利となり得る。
【0014】
ドナー支持体基板14は、スペクトルの所定の部分の光を吸収して熱を発生させることができる輻射線吸収性材料を含む輻射線吸収層16によって均一に被覆される。輻射線吸収性材料16は、米国特許第5578416号明細書に記載されている色素のような色素、カーボンのような顔料又はニッケル、クロム、チタン、等のような金属を含むことができる。
【0015】
ドナー要素10は、さらに、有機発光材料を含む発光層18を含む。有用な発光性有機材料は周知である。米国特許第4769292号及び同第5935721号に詳述されているように、有機EL要素の発光層は発光材料又は蛍光材料を含み、その領域において電子−正孔対が再結合する結果として電場発光が生じる。発光層は、単一材料で構成することもできるが、より一般的には、ホスト材料にゲスト化合物、すなわちドーパント、をドーピングしてなり、そこで主として当該ドーパントから発光が生じ、その発光色にも制限はない。発光層に含まれるホスト材料は、後述する電子輸送性材料、後述する正孔輸送性材料、又は正孔−電子再結合を支援する別の材料、であることができる。ドーパント材料は、通常は高蛍光性色素の中から選ばれるが、リン光性化合物、例えば、国際公開第98/55561号、同第00/18851号、同第00/57676号及び同第00/70655号に記載されているような遷移金属錯体も有用である。ドーパントは、ホスト材料に対して0.01〜10質量%の範囲内で塗被されることが典型的である。
【0016】
ドーパントとしての色素を選定するための重要な関係は、当該分子の最高被占軌道と最低空軌道との間のエネルギー差として定義されるバンドギャップポテンシャルの対比である。ホストからドーパント分子へのエネルギー伝達の効率化を図るためには、当該ドーパントのバンドギャップがホスト材料のそれよりも小さいことが必須条件となる。
【0017】
有用性が知られているホスト及び発光性分子として、米国特許第4769292号、同第5141671号、同第5150006号、同第5151629号、同第5294870号、同第5405709号、同第5484922号、同第5593788号、同第5645948号、同第5683823号、同第5755999号、同第5928802号、同第5935720号、同第5935721号及び同第6020078号に記載されているものが挙げられるが、これらに限定はされない。
【0018】
8−ヒドロキシキノリン及び類似の誘導体の金属錯体(下記構造式E)は、電場発光を支援することができる有用なホスト化合物の一種であり、特に、500 nmよりも長い波長の光(例、緑色、黄色、橙色及び赤色)を放出させるのに適している。
【0019】
【化1】
【0020】
上式中、Mは金属を表わし、nは1〜3の整数であり、そしてZは、各々独立に、縮合芳香族環を2個以上有する核を完成する原子群を表わす。
上記より、当該金属は1価、2価又は3価になり得ることが明白である。当該金属は、例えば、リチウム、ナトリウムもしくはカリウムのようなアルカリ金属、マグネシウムもしくはカルシウムのようなアルカリ土類金属、又はホウ素もしくはアルミニウムのような土類金属であることができる。一般に、有用なキレート化金属であることが知られているものであれば、1価、2価又は3価のいずれの金属でも使用することができる。
【0021】
Zは、その少なくとも一つがアゾール環又はアジン環である2個以上の縮合芳香族環を含有する複素環式核を完成する。必要であれば、当該2個の必須環に、脂肪族環及び芳香族環の双方を含む追加の環を縮合させてもよい。分子の嵩高さが機能向上を伴うことなく増大することを避けるため、通常は環原子の数を18以下に維持する。
【0022】
以下、有用なキレート化オキシノイド系化合物の例を示す。
CO−1:アルミニウムトリスオキシン〔別名、トリス(8−キノリノラト)アルミニウム(III)〕
CO−2:マグネシウムビスオキシン〔別名、ビス(8−キノリノラト)マグネシウム(II)〕
CO−3:ビス[ベンゾ{f}−8−キノリノラト]亜鉛(II)
CO−4:ビス(2−メチル−8−キノリノラト)アルミニウム(III)−μ−オキソ−ビス(2−メチル−8−キノリノラト)アルミニウム(III)
CO−5:インジウムトリスオキシン〔別名、トリス(8−キノリノラト)インジウム〕CO−6:アルミニウムトリス(5−メチルオキシン)〔別名、トリス(5−メチル−8−キノリノラト)アルミニウム(III)〕
CO−7:リチウムオキシン〔別名、(8−キノリノラト)リチウム(I)〕
【0023】
9,10−ジ−(2−ナフチル)アントラセンの誘導体(下記構造式F)は、電場発光を支援することができる有用なホスト化合物の一種であり、特に、400 nmよりも長い波長の光(例、青色、緑色、黄色、橙色及び赤色)を放出させるのに適している。
【0024】
【化2】
【0025】
上式中、R1、R2、R3、R4、R5及びR6は、各環上の1又は2以上の置換基であってそれぞれ下記のグループから独立に選ばれるものを表わす。
第1グループ:水素、又は炭素原子数1〜24のアルキル;
第2グループ:炭素原子数5〜20のアリール又は置換アリール;
第3グループ:アントラセニル、ピレニルまたはペリレニルの縮合芳香族環の完成に必要な4〜24個の炭素原子;
第4グループ:フリル、チエニル、ピリジル、キノリニルその他の複素環式系の縮合芳香族環の完成に必要な炭素原子数5〜24のヘテロアリール又は置換ヘテロアリール;
第5グループ:炭素原子数1〜24のアルコキシルアミノ、アルキルアミノ又はアリールアミノ;及び
第6グループ:フッ素、塩素、臭素又はシアノ
【0026】
ベンズアゾール誘導体(下記構造式G)は、電場発光を支援することができる有用なホスト化合物の一種であり、特に、400 nmよりも長い波長の光(例、青色、緑色、黄色、橙色及び赤色)を放出させるのに適している。
【0027】
【化3】
【0028】
上式中、nは3〜8の整数であり、
ZはO、NR又はSであり、
R’は、水素、炭素原子数1〜24のアルキル(例えば、プロピル、t−ブチル、ヘプチル、等)、炭素原子数5〜20のアリールもしくはヘテロ原子置換型アリール(例えば、フェニル及びナフチル、フリル、チエニル、ピリジル、キノリニルその他の複素環式系)、ハロ(例、クロロ、フルオロ)、又は縮合芳香族環の完成に必要な原子群、であり、
Lは、アルキル、アリール、置換アルキル又は置換アリールからなる結合ユニットであって、当該ベンズアゾール同士を共役的又は非共役的に連結させるものである。
有用なベンズアゾールの一例として2,2’,2”−(1,3,5−フェニレン)トリス[1−フェニル−1H−ベンズイミダゾール]が挙げられる。
【0029】
望ましい蛍光性ドーパントには、アントラセン、テトラセン、キサンテン、ペリレン、ルブレン、クマリン、ローダミン、キナクリドン、ジシアノメチレンピラン、チオピラン、ポリメチン、ピリリウム及びチアピリリウムの各化合物の誘導体並びにカルボスチリル化合物が包含される。以下、有用なドーパントの具体例を挙げるが、これらに限定はされない。
【0030】
【化4】
【化5】
【化6】
【化7】
【0031】
その他の有機発光性材料として、高分子物質、例えば、譲受人共通の米国特許第6194119号B1(Wolkら)及びその中の文献に記載されているポリフェニレンビニレン誘導体、ジアルコキシ−ポリフェニレンビニレン、ポリ−パラ−フェニレン誘導体及びポリフルオレン誘導体、を使用することもできる。
【0032】
図示されていないが、得られるOLEDデバイスの発光特性の適正化にとって望ましい場合には、発光層18は、2以上の発光層をさらに含むことができる。
【0033】
ドナー要素10は、正孔輸送性材料を含む正孔輸送層20をさらに含み、これは有機発光層18の上に配置される。正孔輸送層20は、発光層18の上に直接配置されてもよいし、中間層の上に配置されてもよい。有用な正孔輸送性材料は、芳香族第三アミンのような化合物を含むことがよく知られている。芳香族第三アミンとは、その少なくとも一つが芳香族環の環員である炭素原子にのみ結合している3価窒素原子を1個以上含有する化合物であると解される。一つの形態として、芳香族第三アミンはアリールアミン、例えば、モノアリールアミン、ジアリールアミン、トリアリールアミン又は高分子アリールアミンであることができる。トリアリールアミン単量体の例が、米国特許第3180730号(Klupfelら)に示されている。1以上のビニル基で置換された、及び/又は少なくとも一つの活性水素含有基を含む、その他の好適なトリアリールアミンが、米国特許第3567450号及び同第3658520号(Brantleyら)に記載されている。
【0034】
より好ましい種類の芳香族第三アミンは、米国特許第4720432号及び同第5061569号に記載されているような芳香族第三アミン部分を2個以上含有するものである。このような化合物には、下記構造式(A)で表わされるものが含まれる。
【0035】
【化8】
【0036】
上式中、Q1及びQ2は各々独立に選ばれた芳香族第三アミン部分であり、そしてGは、アリーレン、シクロアルキレン又は炭素−炭素結合のアルキレン基のような結合基である。一つの実施態様において、Q1及びQ2の少なくとも一方は、多環式縮合環構造体(例、ナフタレン)を含有する。Gがアリール基である場合、それはフェニレン部分、ビフェニレン部分又はナフタレン部分であることが便利である。
構造式(A)を満たし、かつ、2つのトリアリールアミン部分を含有する有用な種類のトリアリールアミンは、下記構造式(B)で表わされる。
【0037】
【化9】
【0038】
上式中、R1及びR2は、各々独立に、水素原子、アリール基もしくはアルキル基を表わすか、又は、R1及びR2は一緒にシクロアルキル基を完成する原子群を表わし、そして
R3及びR4は、各々独立に、アリール基であってそれ自体が下記構造式(C)で示されるようなジアリール置換型アミノ基で置換されているものを表わす。
【0039】
【化10】
【0040】
上式中、R5及びR6は各々独立に選ばれたアリール基である。一つの実施態様において、R5及びR6の少なくとも一方は、多環式縮合環構造体(例、ナフタレン)を含有する。
別の種類の芳香族第三アミンはテトラアリールジアミンである。望ましいテトラアリールジアミンは、構造式(C)で示したようなジアリールアミノ基を2個含む。有用なテトラアリールジアミンには、下記構造式(D)で表わされるものが含まれる。
【0041】
【化11】
【0042】
上式中、Areは各々独立に選ばれたアリーレン基、例えば、フェニレン又はアントラセン部分であり、
nは1〜4の整数であり、そして
Ar、R7、R8及びR9は各々独立に選ばれたアリール基である。
典型的な実施態様では、Ar、R7、R8及びR9の少なくとも一つが多環式縮合環構造体(例、ナフタレン)である。
【0043】
上記構造式(A)、(B)、(C)、(D)の各種アルキル、アルキレン、アリール及びアリーレン部分も、各々それ自体が置換されていてもよい。典型的な置換基として、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、アリールオキシ基、並びにフッ化物、塩化物及び臭化物のようなハロゲンが挙げられる。各種アルキル及びアルキレン部分は、典型的には約1〜6個の炭素原子を含有する。シクロアルキル部分は3〜約10個の炭素原子を含有し得るが、典型的には、シクロペンチル、シクロヘキシル及びシクロヘプチルの環構造体のように、5個、6個又は7個の環炭素原子を含有する。アリール部分及びアリーレン部分は、通常はフェニル部分及びフェニレン部分である。
【0044】
OLEDデバイスの正孔輸送層は、芳香族第三アミン化合物の単体又は混合物で形成することができる。具体的には、構造式(B)を満たすトリアリールアミンのようなトリアリールアミンを、構造式(D)が示すようなテトラアリールジアミンと組み合わせて使用することができる。トリアリールアミンをテトラアリールジアミンと組み合わせて使用する場合、後者を、トリアリールアミンと電子注入及び輸送層との間に挿入された層として配置する。以下、有用な芳香族第三アミンを例示する。
1,1−ビス(4−ジ−p−トリルアミノフェニル)シクロヘキサン
1,1−ビス(4−ジ−p−トリルアミノフェニル)−4−フェニルシクロヘキサン
4,4’−ビス(ジフェニルアミノ)クアドリフェニル
ビス(4−ジメチルアミノ−2−メチルフェニル)−フェニルメタン
N,N,N−トリ(p−トリル)アミン
4−(ジ−p−トリルアミノ)−4’−[4(ジ−p−トリルアミノ)−スチリル]スチルベン
N,N,N’,N’−テトラ−p−トリル−4,4’−ジアミノビフェニル
N,N,N’,N’−テトラフェニル−4,4’−ジアミノビフェニル
N−フェニルカルバゾール
ポリ(N−ビニルカルバゾール)
N,N’−ジ−1−ナフタレニル−N,N’−ジフェニル−4,4’−ジアミノビフェニル
4,4’−ビス[N−(1−ナフチル)−N−フェニルアミノ]ビフェニル
4,4”−ビス[N−(1−ナフチル)−N−フェニルアミノ]−p−ターフェニル
4,4’−ビス[N−(2−ナフチル)−N−フェニルアミノ]ビフェニル
4,4’−ビス[N−(3−アセナフテニル)−N−フェニルアミノ]ビフェニル
1,5−ビス[N−(1−ナフチル)−N−フェニルアミノ]ナフタレン
4,4’−ビス[N−(9−アントリル)−N−フェニルアミノ]ビフェニル
4,4”−ビス[N−(1−アントリル)−N−フェニルアミノ]−p−ターフェニル
4,4’−ビス[N−(2−フェナントリル)−N−フェニルアミノ]ビフェニル
4,4’−ビス[N−(8−フルオルアンテニル)−N−フェニルアミノ]ビフェニル
4,4’−ビス[N−(2−ピレニル)−N−フェニルアミノ]ビフェニル
4,4’−ビス[N−(2−ナフタセニル)−N−フェニルアミノ]ビフェニル
4,4’−ビス[N−(2−ペリレニル)−N−フェニルアミノ]ビフェニル
4,4’−ビス[N−(1−コロネニル)−N−フェニルアミノ]ビフェニル
2,6−ビス(ジ−p−トリルアミノ)ナフタレン
2,6−ビス[ジ−(1−ナフチル)アミノ]ナフタレン
2,6−ビス[N−(1−ナフチル)−N−(2−ナフチル)アミノ]ナフタレン
N,N,N’,N’−テトラ(2−ナフチル)−4,4”−ジアミノ−p−ターフェニル
4,4’−ビス{N−フェニル−N−[4−(1−ナフチル)−フェニル]アミノ}ビフェニル
4,4’−ビス[N−フェニル−N−(2−ピレニル)アミノ]ビフェニル
2,6−ビス[N,N−ジ(2−ナフチル)アミン]フルオレン
1,5−ビス[N−(1−ナフチル)−N−フェニルアミノ]ナフタレン
【0045】
別の種類の有用な正孔輸送性材料として、欧州特許第1009041号に記載されているような多環式芳香族化合物が挙げられる。さらに、ポリ(N−ビニルカルバゾール)(PVK)、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアニリン及びPEDOT/PSSとも呼ばれているポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)/ポリ(4−スチレンスルホネート)のようなコポリマー、といった高分子正孔輸送性材料を使用することもできる。
【0046】
このように、ドナー支持体要素14が非転写面32を構成し、そして正孔輸送層20がドナー要素10の転写面34を構成する。正孔輸送層の厚さは、0.1nm〜5.0nmの範囲内である。
【0047】
図1(b)に、ドナー要素12の構造の別の態様を横断面図で示す。この態様では、ドナー支持体基板14が、最初に、スペクトルの所定の部分の光を吸収して発熱することができるパターン化された吸光層22で被覆され、次いで、発光層18で被覆され、最後に、正孔輸送層20で被覆されている。この場合、ドナー支持体基板14が非転写面32を構成し、そして正孔輸送層20が転写面34を構成する。パターン化吸光層22は、スペクトルの所定の部分の光を吸収して発熱することができる輻射線吸収性材料を含む。
【0048】
図2(a)に、1つの光処理法でドナー要素10から基板36の一部へ有機材料30を転写する方法の横断面図を示す。ドナー要素10は、基板36と転写関係をなすように配置される。すなわち、ドナー要素10は基板36に接触するように配置されるか、又は基板36から一定の間隔を維持しながら保持される。基板36は、ドナーから発光材料を受容する表面を提供する有機固体、無機固体又は有機固体と無機固体の混合物であることができる。基板36は、硬質であっても軟質であってもよく、シートやウェハのような独立片として又は連続ロールとして処理されることができる。典型的な基板材料として、ガラス、プラスチック、金属、セラミック、半導体、金属酸化物、半導体酸化物、半導体窒化物又はこれらの組合せが挙げられる。基板36は、材料の均質混合物、材料の複合材、又は材料の多層であることができる。基板36は、OLED基板、すなわちOLEDデバイス製造用の一般的な基板、例えば、アクティブ型低温ポリシリコンTFT基板であることができる。基板36は、所期の発光方向に依存して、透光性又は不透明であることができる。当該基板を通してEL発光を観察する場合には、透光性が望まれる。このような場合には、一般に、透明なガラス又はプラスチックが用いられる。上部電極を通してEL発光を観察する用途の場合には、底部支持体の透過性は問題とならないので、透光性であっても、吸光性であっても、また光反射性であってもよい。このような場合に用いられる基板として、ガラス、プラスチック、半導体材料、セラミックス、回路基板材料その他のOLEDデバイス(パッシブ型又はアクティブ型のいずれでもよい)の形成に汎用されているものが挙げられるが、これらに限定はされない。本工程の前に、基板36に他の層を被覆してもよい。例えば、基板36に予め正孔輸送層43を被覆しておくことができる。この層は、第1電極41とも呼ばれるTFTの上に被覆される。
【0049】
この態様では、ドナー要素10は輻射線吸収層16を具備して調製されており、OLED基板36から間隙44により一定の間隔を置いて配置される。該間隙は、薄膜トランジスタ40と介在する隆起表面部分42との構造により、ドナー要素10とOLED基板36との間に維持される。別の態様として、間隙44を他の方法で、例えば、ドナー要素10の転写面34の上にスペーサ要素を使用する方法で維持できることを理解されたい。間隙44には、圧力1トル以下の真空又は減圧雰囲気を設ける。その際、平均自由行程、すなわち気体分子が他の気体分子と衝突する間に移動する平均距離、が間隙の距離よりも大きくなる。このことは、当該間隙を横断する材料が何らかの残留気体と衝突する確率が低くなることを意味する。レーザー源28からのレーザー光48のパターンが、非転写面32を照明する。レーザー源28は、可視光レーザー又は赤外レーザーであることができる。レーザー光48が輻射線吸収層16に吸収され、レーザー光48に応じた熱50が発生する。このため、レーザー光48の近傍にある有機材料30が加熱される。この態様では、ドナー10に当たる光の大部分が熱に変換されるが、これは、ドナー10の選択的に照射された部分においてのみ起こることである。有機材料30の加熱された部分の一部又は全部が気化転写を経て、OLED基板36の受容面46の上に転写有機材料52として堆積し、パターン化転写をなす。気化転写とは、材料が個別分子又は小さな分子クラスターとして間隙を横断して輸送されるプロセスとして定義される。これには、昇華、気化及びアブレーションのようなプロセスが含まれ得る。有機材料30は、明瞭化のため、単一層として図示されているが、それが本明細書に記載した多層コーティングを代表し得ることを理解されたい。具体的には、有機材料30は、先に記載したような発光層18及び正孔輸送層20を含むことができる。基板の正孔輸送層43が、ドナーの正孔輸送層20よりも厚いことが好ましい。ドナー要素上に多層コーティングが存在する場合には、正孔輸送材料と発光材料との界面24において正孔輸送材料が発光材料中に混入することとなる。
【0050】
図2(b)に、別の光処理法により、ドナー要素12から、OLED基板38の一部に有機材料30を転写する方法の横断面図を示す。ドナー要素12は、基板38と転写関係をなすように配置される。この態様では、ドナー要素12は、パターン化層をなす吸光層22を具備して調製されており、OLED基板38から間隙54により一定の間隔を置いて配置される。該間隙は、外的手段、例えばスペーサによって設けられる。フラッシュ光56が非転写面32を照射する。フラッシュ光56が吸光性材料22を照明し、これにより熱50が発生する。このため、パターン化層をなしている吸光層22の近傍にある有機材料30が加熱される。この態様では、ドナー要素12に当たる光の一部(すなわち、吸光層22に直接当たる光)のみが熱に変換される。有機材料30の加熱された部分の一部又は全部が昇華し、気化し又はアブレートされ、そしてOLED基板38の受容面46の上に転写有機材料52として堆積し、パターン化転写をなす。有機材料30は、明瞭化のため、単一層として図示されているが、それが本明細書に記載した多層コーティングを代表していることを理解されたい。ドナー要素上に多層コーティングが存在する場合には、正孔輸送材料と発光材料との界面24において正孔輸送材料が発光材料中に混入することとなる。
【0051】
図3に、OLEDデバイスの発光部分の構造の一例を横断面図で示す。OLEDデバイス58は基板36の上に形成されている。基板36は、重要な領域において、アノード層60で被覆されている。導電性アノード層は基板上に形成され、そしてEL発光を当該アノードを介して観察する場合には、当該発光に対して透明又は実質的に透明であることが必要である。本発明に用いられる一般的な透明アノード材料はインジウム錫酸化物及び酸化錫であるが、例示としてアルミニウム又はインジウムをドープした酸化亜鉛、マグネシウムインジウム酸化物及びニッケルタングステン酸化物をはじめとする他の金属酸化物でも使用することができる。これらの酸化物の他、アノード材料として、窒化ガリウムのような金属窒化物、セレン化亜鉛のような金属セレン化物、及び硫化亜鉛のような金属硫化物を使用することもできる。EL発光を上部電極を介して観察する用途の場合には、アノード材料の透過性は問題とならず、透明、不透明又は反射性を問わずいずれの導電性材料でも使用することができる。このような用途向けの導体の例として、金、イリジウム、モリブデン、パラジウム及び白金が挙げられるが、これらに限定はされない。典型的なアノード材料は、透過性であってもそうでなくても、4.1 eV以上の仕事関数を有する。望ましいアノード材料は、一般に、蒸発法、スパッタ法、化学的気相成長(CVD)法又は電気化学法のような適当な手段のいずれによっても付着することができる。アノードは、周知のフォトリソグラフ法によってパターン化することもできる。
【0052】
OLEDデバイス58は、さらに、正孔注入層62を含むことができる。常に必要であるものではないが、有機発光ディスプレイに正孔注入層を設けることが有用となる場合が多い。正孔注入層は、後続の有機層の薄膜形成特性を改良し、かつ、正孔を正孔輸送層に注入し易くするように機能し得る。正孔注入層に使用するのに適した材料として、米国特許第4720432号に記載されているようなポルフィリン系化合物や、米国特許第6208075号に記載されているようなプラズマ蒸着フルオロカーボンポリマーが挙げられるが、これらに限定はされない。有機ELデバイスにおいて有用であることが報告されている別の正孔注入性材料が、欧州特許出願公開第0891121号A1及び同第1029909号A1に記載されている。
【0053】
OLEDデバイス58は、さらに、正孔輸送層64を含む。正孔輸送層64は、上述した正孔輸送性材料のいずれでも含むことができる。望ましい正孔輸送性材料は、蒸発法、スパッタ法、化学的気相成長(CVD)法又は電気化学法のような適当な手段のいずれによっても付着することができる。正孔輸送性材料は、周知のフォトリソグラフ法によってパターン化することもできる。
【0054】
OLEDデバイス58は、さらに、発光層66を含む。発光層は、本明細書中に記載した発光性材料及び正孔輸送性材料のいずれを含むこともできる。発光層66は、本発明の技法により堆積される。
【0055】
OLEDデバイス58は、さらに、電子輸送層68を含む。望ましい電子輸送性材料は、蒸発法、スパッタ法、化学的気相成長(CVD)法又は電気化学法のような適当な手段のいずれによっても付着することができる。電子輸送性材料は、周知のフォトリソグラフ法によってパターン化することもできる。本発明の有機ELデバイスに使用するのに好ましい電子輸送性材料は、オキシン(通称8−キノリノール又は8−ヒドロキシキノリン)それ自体のキレートをはじめとする金属キレート化オキシノイド系化合物である。このような化合物は、電子の注入及び輸送を助長し、しかも高い性能レベルを示すと共に、薄膜への加工が容易である。企図されるオキシノイド系化合物の例は、既述の構造式(E)を満たす化合物である。
【0056】
その他の電子輸送性材料として、米国特許第4356429号に記載されている各種ブタジエン誘導体、及び米国特許第4539507に記載されている各種複素環式蛍光増白剤が挙げられる。既述の構造式(G)を満たすベンズアゾールも有用な電子輸送性材料となる。
【0057】
その他の電子輸送性材料として、高分子物質、例えば、ポリフェニレンビニレン誘導体、ポリ−パラ−フェニレン誘導体、ポリフルオレン誘導体、ポリチオフェン、ポリアセチレンその他の導電性高分子有機材料、例えば、譲受人共通の米国特許第6221553号及びその中の文献に記載されているもの、を使用することもできる。
【0058】
OLEDデバイス58は、さらに、カソード70を含む。アノードを介して発光させる場合には、カソード材料は、ほとんどすべての導電性材料を含んでなることができる。望ましい材料は、下部の有機層との良好な接触が確保されるよう良好なフィルム形成性を示し、低電圧での電子注入を促進し、かつ、良好な安定性を有する。有用なカソード材料は、低仕事関数金属(<3.0eV)又は合金を含むことが多い。好適なカソード材料の1種に、米国特許第4885221号明細書に記載されているMg:Ag合金(銀含有率1〜20%)を含むものがある。別の好適な種類のカソード材料として、低仕事関数金属又は金属塩の薄層に、これより厚い導電性金属の層をキャップしてなる二層形が挙げられる。このようなカソードの一つに、米国特許第5677572号明細書に記載されている、LiF薄層にこれより厚いAl層を載せてなるものがある。その他の有用なカソード材料として、米国特許第5059861号、同第5059862号及び同第6140763号明細書に記載されているものが挙げられるが、これらに限定はされない。
【0059】
カソードを介して発光を観察する場合には、当該カソードは透明又はほぼ透明でなければならない。このような用途の場合、金属が薄くなければならないか、又は透明導電性酸化物もしくはこれら材料の組合せを使用しなければならない。米国特許第5776623号明細書に透光性カソードが詳述されている。カソード材料は、蒸発法、スパッタ法又は化学的気相成長法により付着させることができる。必要な場合には、例えば、マスク介在蒸着法、米国特許第5276380号及び欧州特許出願公開第0732868号明細書に記載の一体型シャドーマスク法、レーザーアブレーション法及び選択的化学的気相成長法をはじめとする多くの周知の方法により、パターンを形成させてもよい。
【0060】
図2を参照しながら図4について説明する。図5に、本発明の方法により処理された後の基板82の平面図を示す。有機材料30の所定の部分が基板36に転写されて転写パターン80をなしている。転写パターン80は処理後基板82の最終用途に合致するように形成される(例えば、転写パターン80は、基板36上の薄膜トランジスタの存在位置に転写されたOLED発光材料のものとなる)。転写パターン80は、それを調製するのに用いた方法を反映する(例えば、図2(b)のパターン化層をなす輻射線吸収性材料22又は図2(a)のレーザー光48の照射パターン)。
【0061】
【実施例】
本発明とその利点を以下の実施例で説明する。
例1
以下のように、比較用ドナー要素からOLEDデバイスを構築した。
1)厚さ104μmのポリイミド系ドナー支持体要素の上に、厚さ60nmのクロム金属からなるコーティングを蒸着した。
2)上記ドナー支持体要素の上に、厚さ20nmの2−t−ブチル−9,10−ビス(2−ナフチル)アントラセン(TBADN)からなるコーティングを蒸着した。次いで、そのTBADN層の上に、厚さ0.15nmの緑色ドーパントIからなるコーティングをさらに蒸着した。
3)清浄なガラス基板に、マスクを介してインジウム錫酸化物(ITO)を真空蒸着させて厚さ40〜80nmの透明電極のパターンを形成した。
4)得られたITO面にプラズマ酸素エッチング処理を施し、次いで、米国特許第6208075号に記載されているように厚さ0.1nmのフルオロカーボンポリマー(CFx)をプラズマ蒸着した。
5)得られた基板に、厚さ75nmの4,4’−ビス[N−(1−ナフチル)−N−フェニルアミノ]ビフェニル(NPB)からなる正孔輸送層を真空蒸着した。
6)第2工程で調製したドナー要素の被覆面を、第5工程で調製した基板の処理面と接触させ、真空を適用して両者を密接に保持した。75μmのスペーサを利用して小さな間隙を維持した。
7)ドナー要素に赤外レーザー光線を照射することによりドナー要素から基板へ発光層を転写した。光線の大きさは、強度点1/e2に対して約16μm×80μmとした。走査は、幅広光線方向に対して平行とした。保持時間は、出力密度〜0.53J/cm2につき27マイクロ秒とした。転写は、所望の発光領域のみを選択的に照射することによって行った。
8)その基板の上に、加熱タンタルボート源を含むコーティングステーションにおいて、厚さ35nmのトリス(8−ヒドロキシキノリン)アルミニウム(III)(ALQ)からなる電子輸送層を真空蒸着した。
9)その受容体要素の上に、一方に銀を含み、他方にマグネシウムを含む別個のタンタルボートを備えたコーティングステーションにおいて、厚さ220nmのカソード層を蒸着した。カソード層のマグネシウムと銀の原子比は10:1とした。
【0062】
緑色ドーパントI
【化12】
【0063】
例2
第2工程後に、当該ドナー要素の上に厚さ0.8nmのNPBからなる層をさらに蒸着させたことを除き、例1に記載したように、本発明の要件を満たすドナー要素からOLEDを構築した。この追加のコーティング工程に続き、例1の後続工程において当該ドナー要素を使用した。
【0064】
例3
第2工程を下記のように実施したことを除き、例1に記載したように、比較用ドナー要素からOLEDを構築した。
2)上記ドナー支持体要素の上に、厚さ8.5nmのALQからなるコーティングを蒸着した。次いで、そのALQ層の上に、厚さ0.2nmの4−(ジシアノメチレン)−2−t−ブチル−6−(1,1,7,7−テトラメチルジュロリジル−9−エニル)−4H−ピラン(DCJTB)からなるコーティングを蒸着した。さらに、そのDCJTB層の上に、厚さ8.5nmのTBADNからなるコーティングを蒸着した。
【0065】
例4
第2工程後に、当該ドナー要素の上に厚さ0.8nmのNPBからなる層をさらに蒸着させたことを除き、例3に記載したように、本発明の要件を満たすドナー要素からOLEDを構築した。この追加のコーティング工程に続き、例3の後続工程において当該ドナー要素を使用した。
【0066】
例5
第2工程後に、当該ドナー要素の上に厚さ0.8nmの正孔輸送性材料1(HTM−1)からなる層をさらに蒸着させたことを除き、例3に記載したように、本発明の要件を満たすドナー要素からOLEDを構築した。この追加のコーティング工程に続き、例3の後続工程において当該ドナー要素を使用した。
【0067】
【化13】
【0068】
例6
第2工程後に、当該ドナー要素の上に厚さ5.0nmのHTM−1からなる層をさらに蒸着させたことを除き、例3に記載したように、本発明の要件を満たすドナー要素からOLEDを構築した。この追加のコーティング工程に続き、例3の後続工程において当該ドナー要素を使用した。
【0069】
例7
第2工程を下記のように実施したことを除き、例1に記載したように、比較用ドナー要素からOLEDを構築した。
2)上記ドナー支持体要素の上に、厚さ20nmのTBADNからなるコーティングを蒸着した。次いで、そのTBADN層の上に、厚さ0.25nmのテトラ(t−ブチル)ペリレン(TBP)からなるコーティングをさらに蒸着した。
【0070】
例8
第2工程後に、当該ドナー要素の上に厚さ0.8nmのNPBからなる層をさらに蒸着させたことを除き、例7に記載したように、本発明の要件を満たすドナー要素からOLEDを構築した。この追加のコーティング工程に続き、例7の後続工程において当該ドナー要素を使用した。
【0071】
結果
デバイスの試験を、電極間に20mA/cm2の電流を流して当該スペクトルを測定することによって行った。次いで、電流を一定にした場合の強度の経時変化をモニターした。結果を以下の表に示す。
【0072】
【表1】
【0073】
正孔輸送層によって被検試料の安定性が常に高められたことが明白である。薄い正孔輸送層を適用したことにより、放射輝度が通常は高くなり、そして駆動電圧が一般に低下する。安定性の向上は最重要であるが、駆動電圧の低下又は放射輝度の増加による高効率化も望まれ、それが本発明により達成され得る。本効果は材料の選択に依存する。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)本発明により製造されたドナー要素の構造の一態様を示す略横断面図である。(b)本発明により製造されたドナー要素の構造の別の態様を示す略横断面図である。
【図2】(a)1つの光処理法によりドナーから基板へ有機材料を転写することを示す略横断面図である。(b)別の光処理法によりドナーから基板へ有機材料を転写することを示す略横断面図である。
【図3】一例としてのOLEDデバイスの構造を示す略横断面図である。
【図4】本発明により製造された基板を示す平面図である。
【符号の説明】
10、12…ドナー要素
14…ドナー支持体基板
16…輻射線吸収層
18…発光層
20…正孔輸送層
22…パターン化吸光層
24…界面
30…有機材料
32…非転写面
34…転写面
36、38…基板
40…薄膜トランジスタ
41…第1電極
42…隆起表面部分
44、54…間隙
46…受容面
48…レーザー光
49…レーザー源
50…熱
52…転写有機材料
56…フラッシュ光
58…OLEDデバイス
60…アノード層
64…正孔輸送層
66…発光層
68…電子輸送層
70…カソード
80…転写パターン
82…処理後基板
Claims (8)
- 有機発光ダイオードデバイス製造用のドナー要素であって、
a) ドナー支持体基板;
b) 該基板の上に配置された、光に応答して発熱する吸光層;
c) 該吸光層の上に配置された発光層;並びに
d) 該発光層の上に配置された正孔輸送層であって、該ドナー要素を該有機発光ダイオードデバイスと転写関係をなすように配置して該吸光層が光を吸収した時に、該有機発光ダイオードデバイスに対して正孔輸送性材料及び発光材料が間隙を越えて気化転写する原因となる熱が発生するように配置された正孔輸送層
を含んで成るドナー要素。 - 該発光層がホスト材料及びドーパントを含む、請求項1に記載のドナー要素。
- 該正孔輸送層が該発光層の上に直接配置されている、請求項2に記載のドナー要素。
- 該正孔輸送層の厚さが0.1nm〜5.0nmの範囲内にある、請求項3に記載のドナー要素。
- 該正孔輸送層が4,4’−ビス[N−(1−ナフチル)−N−フェニルアミノ]ビフェニルである、請求項1に記載のドナー要素。
- 有機発光ダイオードデバイス製造用のドナー要素であって、
a) ドナー支持体基板;
b) 該基板の上に配置された、光に応答して発熱する吸光層;
c) 該吸光層の上に配置された2以上の発光層;並びに
d) 該発光層の上に配置された正孔輸送層であって、該ドナー要素を該有機発光ダイオードデバイスと転写関係をなすように配置して該吸光層が光を吸収した時に、該有機発光ダイオードデバイスに対して正孔輸送性材料及び発光材料が間隙を越えて気化転写する原因となる熱が発生するように配置された正孔輸送層
を含んで成るドナー要素。 - 有機発光ダイオードデバイスの製造工程における請求項1に記載のドナー要素の使用方法であって、
a) 該ドナー要素を、有機発光ダイオード基板と転写関係をなすように、かつ、該有機発光ダイオード基板から間隙により一定の間隔を置いて配置し、そしてb) 該正孔輸送材料と該発光材料との界面において該正孔輸送材料が該発光材料に混入しつつ該有機発光ダイオード基板上に該正孔輸送材料と該発光材料とをそれぞれ付着せしめるに十分な熱を発生させるに十分な光を該ドナー要素に当てる
ことを特徴とする方法。 - 有機発光ダイオードデバイスの製造工程における請求項6に記載のドナー要素の使用方法であって、
a) 該ドナー要素を、有機発光ダイオード基板と転写関係をなすように、かつ、該有機発光ダイオード基板から間隙により一定の間隔を置いて配置し、そしてb) 該正孔輸送材料と該発光材料との界面において該正孔輸送材料が該発光材料に混入しつつ該有機発光ダイオード基板上に該正孔輸送材料と該発光材料とをそれぞれ付着せしめるに十分な熱を発生させるに十分な光を該ドナー要素に当てる
ことを特徴とする方法。
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