JP2006216962A - 有機発光素子及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】有機発光素子及びその製造方法を提供する。
【解決手段】第1電極、第2電極、及び第1電極と第2電極との間に介在して少なくとも多重コーティング単層発光層を備える有機層を備え、多重コーティング単層発光層は、中性発光物質からなる単一膜形態であり、多重コーティング単層発光層の水平方向の屈折率nから垂直方向の屈折率nを引いた差n−nは、1回コーティング発光層のn−nより大きい有機発光素子及び有機発光素子の製造方法である。これにより、長寿命及び高効率を有することができる。
【選択図】図6

Description

本発明は、有機発光素子及びその製造方法に係る。
有機発光素子(Organic Light Emitting Device:OLED)は、蛍光性または燐光性の有機化合物薄膜(以下、有機層という)に電流を印加した際に、電子と正孔とが有機層で結合することで光が発生する現象を利用した自発光型素子であって、軽量であり、部品が簡素であり、製作工程が簡単であり、高画質及び広視野角の実現が可能である。また、動画を表示でき、高色純度の実現が可能であり、低消費電力、低電圧駆動により、携帯用の電子機器にも適した電気的特性を有している。
OLEDは、発光層をなす物質の分子量によって、低分子OLED(以下、SMOLEDという)と高分子OLED(以下、PLEDという)とに区分できる。
SMOLEDにおいて、発光層を備える有機層は、正孔及び電子が効率的に移動できるようにするため、正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層及び/または電子注入層などをさらに備えた多層構造である場合が多い。前記層は、真空熱蒸着法、気象蒸着法、有機蒸気ゼット蒸着法、有機蒸気相蒸着法などを利用して形成される場合がほとんどであるが、このとき、前記層をなす物質の使用効率が比較的低いので、製造コストの上昇の原因となっている。また、大画面への適用のための蒸着装備開発は、まだ満足する程度ではない状態にある。
これに対し、PLEDは、SMOLEDに比べて、第1電極と第2電極との間に介在する有機層の機械的強度及び熱的安定性などが高く、駆動電圧が低く、発光高分子の多様な分子構造による多様な発光色相を有することができるという長所を有する。このようなPLEDの有機層は、発光高分子を適切な有機溶媒に溶解させた溶液をスピンキャスティング、インクジェットプリンティング、ノズルプリンティング、スプレープリンティングのようなコーティング法を利用して形成できる。このようなPLED及びその製造方法についての研究が現在活発に進められている。
特許文献1には、ポリ(p−フェニレンビニレン)(以下、PPVという)系高分子フィルムを備えた発光素子であって、前記PPV系高分子フィルムのうちフェニレン環がアルキル基(望ましくは、メチル基)、アルコキシ基(望ましくは、メトキシ基またはエトキシ基)、ハロゲン(望ましくは、塩素またはブロム)またはニトロ基から選択された一つ以上の置換体を含有した発光素子が開示されている。前記特許文献1には、前記PPV系高分子フィルムの製造方法であって、イオン基を含有したPPV前駆体をメタノールのような有機溶媒に溶解させた後、それを所定の基板にスピンコーティングし、熱処理して不溶性薄膜を形成した後、前記工程を反復して、前記不溶性薄膜を備えた多重膜を形成する方法が開示されている。
一方、非特許文献1には、スピン自己組み立てにより各層を形成する方法が開示されている。しかし、前記方法は、イオン基を含有した高分子についてのみ適用可能な方法であり、1回のコーティング工程により1nm〜2nm程度の厚さしか得られない、実際のPLEDの有機層形成に適用するには、製造コスト及び時間が過度にかかるという短所がある。
このように、従来技術を利用して第1電極と第2電極との間に介在される有機層、特に発光層を製造する場合、満足すべきレベルの特性を有する発光層を得られず、改善が至急必要である。
米国特許第5,247,190号明細書 Cho et al.Adv.Mater.(2001),13,1076
本発明は、寿命および発光効率の向上したOLEDを提供することを目的とする。
前記の課題を解決するために、本発明の第1態様は、第1電極、第2電極、及び前記第1電極と前記第2電極との間に介在して少なくとも多重コーティング単層発光層(multi−coated single emissive layer)を備える有機層を備え、前記多重コーティング単層発光層は、中性発光物質からなる単一膜形態であり、前記多重コーティング単層発光層の水平方向の屈折率nから垂直方向の屈折率nを引いた差n−nは、1回コーティング発光層のn−nより大きいOLEDを提供する。
前記の課題を解決するために、本発明の第2態様は、基板に、有機溶媒と中性(すなわち、非イオン性)発光物質との混合溶液をコーティングする工程を2回以上行うOLEDの製造方法を提供する。
前記課題を解決するために、本発明の第3態様は、OLEDのうち多重コーティング単層発光層が形成される基板に、第1有機溶媒と第1中性発光物質とを含む第1溶液をコーティングする第1工程を含み、少なくとも1回、前工程から得たコーティング層を熱処理して熱処理層を得る第2工程と、前工程から得た熱処理層の上部に第2有機溶媒および第2中性発光物質を混合した第2溶液をコーティングしてコーティング層を得る第3工程と、の反復工程行うことを特徴とするOLEDの製造方法を提供する。
前記の課題を解決するために、本発明の第4態様は、前述したような本発明による第2態様及び第3態様のOLEDの製造方法によって製造されたOLEDを提供する。
前記本発明のOLEDに備えられた多重コーティング単層発光層は、1回コーティング発光層のn−nより大きいn−nを有するため、長寿命及び高効率を有することができる。前記OLEDは、本発明のOLEDの製造方法によって製造されうる。
本発明のOLEDに備えられた多重コーティング単層発光層は、従来の発光層(つまり、1回コーティング発光層)よりも大きなn−nを有する。したがって、本発明のOLEDは、長寿命及び高効率を有しうる。
本発明の第1態様によれば、本発明のOLEDは、第1電極、第2電極及び前記第1電極と前記第2電極との間に介在して少なくとも多重コーティング単層発光層を備える有機層を備え、前記多重コーティング単層発光層は、中性発光物質からなる単一膜形態であり、前記多重コーティング単層発光層のn−nは、1回コーティング発光層のn−nより大きい。
前記本発明による多重コーティング単層発光層は、コーティング法で形成された薄膜が有する、ピンホールなどの欠陥が非常に少ないかまたは実質的に有さない。また、前記多重コーティング単層発光層をなす中性発光物質は、優秀な配向状態及び高い密度を有する。
本発明で使われる“1回コーティング発光層”という用語は、本発明による多重コーティング単層発光層のn−nの定義のために導入されたものである。“1回コーティング発光層”とは、本発明による多重コーティング単層発光層の形成時に使われる中性発光物質及び有機溶媒と同じ中性発光物質及び有機溶媒を混合した溶液を、本発明の多重コーティング単層発光層が形成される基板と同じ物質からなる基板に1回だけコーティングして、本発明の多重コーティング単層発光層の厚さと同一、または近似の厚さを有するように形成した層を意味する。すなわち、本発明による多重コーティング単層発光層の比較対象である“1回コーティング発光層”とは、本発明による多重コーティング単層発光層をなす中性発光物質と同じ物質からなり、本発明による多重コーティング単層発光層の厚さと同一であるか、または類似した厚さを有するが、単に1回のコーティング工程により形成された発光層を示すものであって、前記“1回コーティング発光層”は、本発明による多重コーティング単層発光層をなす中性発光物質とは別個に認識されるべきものである。
本発明による多重コーティング単層発光層をなす中性発光物質は、1回コーティング発光層をなす中性発光物質と同じであり、本発明による多重コーティング単層発光層の厚さは、1回コーティング発光層の厚さと同一であるか、または近似しているが、それらのそれぞれの中性発光物質の配向状態及び密度は相異なる。本発明者は、このような中性発光物質の配向状態及び密度差を表すパラメータとして、水平方向の屈折率nから垂直方向の屈折率nを引いた差n−nを導入した。
−nは、分光エリプソメトリ法により測定されうる。エリプソメトリ法とは、物質に入射された光が媒質の表面から反射または透過後、その媒質の屈折率などによって光の偏光状態が変化する性質を利用して物質の光学的な特性を調べる分析法であって、特に広い波長領域の光学定数スペクトルを測定する技術を分光エリプソメトリ法という。
本発明の多重コーティング単層発光層及び1回コーティング発光層に対して分光エリプソメトリ法を行えば、1次的に二つの角度、デルタ(Δ)とプサイ(Ψ)を得ることができる。それらを数学的に処理して、複素誘電関数(または、複素屈折率)の実数部分と虚数部分とを計算できる。このように計算された複素誘電関数から、物質内に存在する電子のエネルギーバンドの間で起きる転移構造を解釈できる色々な光学定数を得ることができる。前記光学定数には、屈折率nが含まれるが、これは、マクスウェル方程式、スネルの法則、フレネルの反射率など当業者に広く公知された色々な公式を利用して計算できる。
本発明による多重コーティング単層発光層及び1回コーティング発光層の屈折率nは、それぞれn(oは“ordinary plane”を意味する)及びn(eは“extraordinary plane”を意味する)として測定されうる。前記n及びnの方向を図1に示す。図1に示すように、n及びnの測定対象となる層15の平面と垂直な方向の屈折率をnと表示し、n及びnの測定対象となる層15の平面と平行な方向の屈折率をnと表示する。
本発明による多重コーティング単層発光層のn−nは、1回コーティング発光層のn−nより大きい。これは、本発明による多重コーティング単層発光層をなす中性発光物質の配向状態及び密度が1回コーティング発光層をなす中性発光物質の配向状態及び密度と相異なるためである。それを、図2A、図2B、図3A及び図3Bを用いてさらに詳細に説明する。ただし、これらの図は概略図であり、本発明はこれらに限定されない。
図2Aには、中性発光物質25aと有機溶媒25bとを混合した溶液を所定の基板21上にコーティングして得たコーティング層25の断面概略図が示されている。前記コーティング層25のうち中性発光物質25aは、図2Aに示したように固まっているなどの不良な配向状態を有する。また、分子間の空間も相対的に広くて稠密でないので、比較的低い密度を有する。
それを熱処理して得た1回コーティング発光層25´を、図2B(熱処理結果、ほとんど除去される有機溶媒25bは、便宜上図示せず)に示す。前記1回コーティング発光層25´は、図2Aのコーティング層25の熱処理結果物であって、図2Bに示したように、不良な配向状態及び低い密度を有する。
図3Aには、中性発光物質35aと有機溶媒35bとを混合した溶液を所定の基板31上にコーティングして得たコーティング層35の断面概略図が示されている。前記コーティング層35のうち中性発光物質35aは、図3Aに示したようにかたまりが発生する現象がほとんどない優秀な配向状態を有する。また、分子も非常に稠密に配列されて高い密度を有する。
それを熱処理して得た本発明による多重コーティング単層発光層35´を、図3B(熱処理結果、ほとんど除去される有機溶媒35bは、便宜上図示せず)に示す。前記本発明による多重コーティング単層発光層35´は、図3Bに示したような優秀な配向状態及び高い密度を有する。
このような本発明による多重コーティング単層発光層及び1回コーティング発光層をなす中性発光物質の配向状態及び密度をn、n及びn−nで表現することができる。nの増加は、中性発光物質の水平方向への密度増加を意味する。これは、nが平面方向の屈折率を表すためである。nの増加は、平面で垂直方向への密度増加を意味する。これは、nが垂直方向での屈折率を表すためである。また、n−nの増加は、中性発光物質の平面方向への配向状態の改善を意味する。これは、中性発光物質がかたまっているなど配向状態が不良な場合、垂直方向への高分子鎖の配向が増加するのでnが増加する、つまり、n−nが減少するためである。
本発明による多重コーティング単層発光層のn−nは、1回コーティング発光層のn−nより大きい。望ましくは0.001〜0.2、より望ましくは、0.005〜0.2大きい。0.001未満である場合、満足すべきレベルの寿命及び効率の向上を得られないおそれがあり、0.2よりも大きい場合は、同じ物質を使用する場合には物理的に起き難いためである。
本発明による多重コーティング単層発光層は、単一膜の形態を有する。これは、本発明による多重コーティング単層発光層が本発明のOLEDの製造方法によって、複数のコーティング工程または複数のコーティング及び熱処理工程により製造されるか、または相異なる二種以上の中性発光物質からなるとしても、本発明による多重コーティング単層発光層は、多重膜ではない単一膜として観察される。
本発明による多重コーティング単層発光層は、中性発光物質からなる。前記中性発光物質は、イオン基のように電気的に+または−状態となる部分を含有しない、電気的に中性の状態の発光物質を意味するものであって、それを満足する限り公知された発光物質をいずれも含みうる。
前記中性発光物質の非制限的な例には、ポリフェニレンビニレン(PPV)系高分子もしくはその誘導体、ポリフェニレン(PPP)系高分子もしくはその誘導体、ポリチオフェン(PT)系高分子もしくはその誘導体、ポリフルオレン(PF)系高分子もしくはその誘導体、またはポリスピロフルオレン(PSF)系高分子もしくはその誘導体などが含まれるが、これに限定されるものではない。これらのうち、PF系高分子またはその誘導体が特に望ましい。さらに具体的に、本発明の多重コーティング単層発光層をなす中性発光物質の非制限的な例には、ポリ(2−メトキシ−5−(2−エチルへキシルオキシ)−1,4−フェニレンビニレン(MEH−PPV)、電子親和力の強い置換体であるシアノ基−CNを導入したCN−PPV、PPVの共役長を均一に調節したCNMBC(Conjugated−Nonconjugated Multiblock Copolymer、共役−非共役マルチブロックコポリマー)、ポリ(3−アルキル−チオフェン)(PAT)、9−アルキル−フルオレン系高分子、9,9−ジアルキル−フルオレン系高分子、またはスピロフルオレン系高分子などがあるが、これに限定されるものではない。
本発明による多重コーティング単層発光層は、前記多様な中性発光物質のうち一種の物質のみでなってもよい。または、前記多様な中性発光物質のうち二種以上の相異なる物質でなってもよい。
一方、前記中性発光物質としては、2.41eV〜2.80eVのエネルギーバンドギャップを有する青色発光物質、2.21eV〜2.40eVのエネルギーバンドギャップを有する緑色発光物質、または1.90eV〜2.20eVのエネルギーバンドギャップを有する赤色発光物質などを含むことができる。前記青色発光物質の具体的な例としては、ポリ(2,7(9,9´−ジ−n−オクチルフルオレン)−(1,4−フェニレン−((4−sec−ブチルフェニル)イミノ)−1,4−フェニレン))(TFB)を挙げることができ、前記緑色発光物質の例としては、ポリ(2,7(9,9−ジ−n−オクチルフルオレン)−3,6−ベンゾチアジアゾール)(F8BT)を挙げることができ、前記赤色発光物質の具体的な例としては、MEH−PPVを挙げることができるが、これに限定されるものではない。
本発明による多重コーティング単層発光層は、前記多様なエネルギーバンドギャップを有する中性発光物質のうち一種の物質のみからなってもよいし、または、前記多様なエネルギーバンドギャップを有する中性発光物質のうち二種以上の相異なる物質からなってもよい。本発明による多重コーティング単層発光層を、二種以上の相異なるエネルギーバンドギャップを有する物質で構成する場合、エネルギーバンドギャップの制御を通じて色純度などが向上した多重コーティング単層発光層を得ることができる。例えば、相異なるエネルギーバンドギャップを有する二種以上の中性発光物質を使用する場合、前記相異なるエネルギーバンドギャップを有する二種以上の中性発光物質は、第1電極からエネルギーバンドギャップが低い順に配置されうる。または、相異なるエネルギーバンドギャップを有する二種以上の中性発光物質を使用する場合、前記相異なるエネルギーバンドギャップを有する二種以上の中性発光物質は、第1電極からエネルギーバンドギャップが高い順に配置されうるなど多様な変形例が可能である。一方、前記青色発光物質、緑色発光物質及び赤色発光物質をいずれも使用する場合、白色発光素子を得ることもできる。
前記多重コーティング単層発光層の厚さは、望ましくは30nm〜200nm、より望ましくは50nm〜100nm、さらに望ましくは60nm〜80nmでありうる。前記多重コーティング単層発光層の厚さが30nm未満である場合、漏れ電流が多くて効率が低くなり、寿命が短くなるおそれがあり、前記多重コーティング単層発光層の厚さが200nmを超える場合、駆動電圧が上昇するおそれがある。
本発明によるOLEDは、前述したような多重コーティング単層発光層以外にも、正孔注入層、正孔輸送層、正孔抑制層、電子輸送層及び電子注入層からなる群から選択された一種以上をさらに備えることができる。前記正孔注入層、正孔輸送層、正孔抑制層、電子輸送層または電子注入層をなす物質またはこれらの厚さなどは特に限定されず、公知の事項を参照することができる。これと関連したさらに詳細な事項は、例えば韓国特許第0424090号明細書、韓国特許公開第2004−0081528号公報及び韓国特許公開第2004−0070561号公報などを参照することができ、前記特許文献は引用されて本明細書に統合される。
さらに具体的には、前記正孔輸送層をなす物質は、特別に制限されないが、例えば正孔輸送の役割を行うカルバゾール基及びアリールアミン基からなる群から選択された一種以上を含む物質からなる。さらに具体的に、前記正孔輸送層は、1,3,5−トリカルバゾリルベンゼン、4,4´−ビスカルバゾリルビフェニル、ポリビニルカルバゾール、m−ビスカルバゾリルフェニル、4,4´−ビスカルバゾリル−2,2´−ジメチルビフェニル、4,4´,4”−トリ−(N−カルバゾリル)トリフェニルアミン、1,3,5−トリ−(2−カルバゾリルフェニル)ベンゼン、1,3,5−トリス(2−カルバゾリル−5−メトキシフェニル)ベンゼン、ビス(4−カルバゾリルフェニル)シラン、N,N´−ビス(3−メチルフェニル)−N,N´−ジフェニル−[1,1−ビフェニル]−4,4´ジアミン(TPD)、N,N´−ジ(ナフタレン−1−イル)−N,N´−ジフェニルベンジジン(α−NPD)、N,N´−ジフェニル−N,N´−ビス(1−ナフチル)−(1,1´−ビフェニル)−4,4´−ジアミン(NPB)、IDE320(出光社製)、ポリ(9,9−ジオクチルフルオレン−co−N−(4−ブチルフェニル)ジフェニルアミン)(TFB)及びポリ(9,9−ジオクチルフルオレン−co−ビス−(4−ブチルフェニル−ビス)−N,N−フェニル−1,4−フェニレンジアミン(PFB)からなる化合物の群のうちの一種以上からなるが、これに限定されるものではない。
本発明の第2態様によれば、本発明のOLEDの多重コーティング単層発光層部分の製造方法は、多重コーティング単層発光層が形成される基板に、中性発光物質と有機溶媒とを混合した溶液をコーティングする工程を2以上含む。前記OLEDの多重コーティング単層発光層部分の製造方法によって形成された多重コーティング単層発光層は、コーティング法により形成された薄膜に形成されやすい、ピンホールのような欠陥を実質的に含まない。この方法は、コーティングとコーティングとの間に熱処理工程を実施せずに複数回コーティングするものであって、上層のコーティング時に、下層との混合が発生して下層のピンホールを効率的に減少させうる。したがって、前記方法により製造された多重コーティング単層発光層及びこれを備えたOLEDは、長寿命を有することができる。また、前記方法を利用すれば、多重コーティング単層発光層中の中性発光物質の配向状態及び密度を図3Bに概略的に示したように改善できるので、多重コーティング単層発光層の効率向上に寄与できる。
前記コーティングステップは、例えば2回、3回または4回行われうる。これは、製造コスト及び時間などを考慮して調節されうる。
前記中性発光物質については、前記OLEDについての詳細な説明における中性発光物質についての説明を参照することができる。
前記有機溶媒は、16〜24、望ましくは、18〜21のハンセン(Hansen)溶解度パラメータを有する有機溶媒からなる群から選択された一種以上でありうる。前記有機溶媒のハンセン溶解度パラメータが16未満である場合、中性発光物質を満足すべきレベルに溶解できないおそれがあり、前記有機溶媒のハンセン溶解度パラメータが24を超える場合、2度目以降のコーティング時に、あらかじめコーティングされた層が過度に多く溶解されて所定の厚さを有する多重コーティング単層発光層を形成し難くなるおそれがある。本発明では、前記範囲のハンセン溶解度パラメータを有する有機溶媒を二種以上使用することも可能である。
前記有機溶媒のハンセン溶解度パラメータ中の水素結合成分定数(hydrogen bonding component constant、水素結合項)は、望ましくは1〜10、より望ましくは1〜5でありうる。前記有機溶媒のハンセン溶解度パラメータのうち水素結合成分定数が1未満である場合、中性発光物質を満足すべきレベルに溶解できないおそれがあり、前記有機溶媒のハンセン溶解度パラメータのうち水素結合成分定数が10を超える場合、2度目以降のコーティング時に、あらかじめコーティングされた層が過度に多く溶解されて所定の厚さを有する多重コーティング単層発光層を形成し難くなるおそれがある。
本発明のOLEDの多重コーティング単層発光層部分の製造に使用可能な有機溶媒、各有機溶媒のハンセン溶解度パラメータ及びハンセン溶解度パラメータの水素結合成分定数を、下記表1に示す。
これらのうち、トルエンまたはキシレンが望ましく、これらは単独で用いてもよいし、併用してもよい。
前記OLEDの多重コーティング単層発光層部分の製造方法のうち、ハンセン溶解度パラメータが相異なる二種以上の有機溶媒を使用する場合、前記有機溶媒のコーティング順序は多様に変形されうる。例えば、前記二種以上の有機溶媒のうち、ハンセン溶解度パラメータが最も低い有機溶媒を最も先にコーティングすることが好ましい。これは、前記多重コーティング単層発光層が形成される基板が正孔注入層または正孔輸送層のような有機物からなる場合、前記正孔注入層または正孔輸送層が、ハンセン溶解度パラメータが最も低い有機溶媒と接するので、正孔注入層及び正孔輸送層の有機溶媒による損失を最小化できるためである。
前記中性発光物質と有機溶媒とを混合した溶液のうち前記中性発光物質の濃度は、望ましくは0.3質量%〜5.0質量%、より望ましくは、0.5質量%〜2.0質量%でありうる。前記中性発光物質の濃度が0.3質量%未満である場合、形成される薄膜が薄すぎて良好な性能の素子を生成できないおそれがあり、前記中性発光物質の濃度が5.0質量%を超える場合、形成された薄膜が厚すぎて駆動電圧が増加するおそれがある。
前記OLEDの多重コーティング単層発光層部分の製造方法において、2回以上コーティング工程を実施する場合には、最終コーティング工程を除いた残りのコーティング工程後、有機溶媒のコーティングをさらに行うことができる。前記有機溶媒のコーティング工程に使われる有機溶媒は、既に形成されたコーティング層に含まれる有機溶媒と同一であるか、または相異なる。適宜、有機溶媒のコーティング工程を加えることによって、ピンホールのようなコーティング層の欠陥をさらに効果的に減少させることができる。
前記中性発光物質と有機溶媒とを混合した溶液のコーティング法は、特別に限定されず、多様な公知の方法を利用できる。具体的に、スピンコーティング法、ディップコーティング法、スプレーコーティング法及びロールコーティング法からなる群から選択された一種以上を利用できるが、これに限定されるものではない。
以下、前記本発明の第2態様によるOLEDの多重コーティング単層発光層部分の製造方法の具現例を説明する。
本発明によるOLEDの多重コーティング単層発光層部分の製造方法の例を、図4に示す。本手順は、多重コーティング単層発光層が形成される基板41に中性発光物質と有機溶媒とを混合した溶液をコーティングする工程を3回行う場合について説明したものである。
図4の(a)において、前記基板41は、表面に多重コーティング単層発光層が形成される基板であって、形成しようとするOLEDの構造によって適宜選択される。例えば、第1電極、多重コーティング単層発光層及び第2電極を備えたOLEDを製作する場合、前記基板41は第1電極となり、第1電極、正孔輸送層、多重コーティング単層発光層及び第2電極を備えたOLEDを製作する場合、前記基板41は正孔輸送層となる。これは、当業者により容易に認識されうる。
基板41の上部に、前述したような中性発光物質と有機溶媒とを混合した溶液をコーティングして、第1コーティング層45を形成する。前記中性発光物質と有機溶媒とを混合した溶液のうち中性発光物質の濃度は、前述したとおりである。前記第1コーティング層45の厚さは、形成しようとする多重コーティング単層発光層の厚さ及びコーティング反復回数などを考慮して選択されうる。例えば、30nm〜150nmの厚さが好ましい。図4では第1コーティング層45の厚さが80nmである場合を例示する。
次いで、前記コーティング層45の上部に中性発光物質と有機溶媒とを混合した溶液をコーティングして、図4の(b)に示したように第2コーティング層45´を形成する。前記第2コーティングに使われた有機溶媒は、前記第1コーティング層の少なくとも一部を溶解させる。これにより、前記第2コーティング層45´中に存在するピンホールのような欠陥は、第1コーティング層45よりも少ないものとなる。
前記第2コーティングに使われた中性発光物質及び/または有機溶媒は、前記第1コーティングに使われた中性発光物質及び/または有機溶媒と同一であるか、または相異なる。特に、前記第2コーティングに使われた中性発光物質は、形成しようとする多重コーティング単層発光層のエネルギーバンドギャップまたはカラーモジュレーションなどを考慮して選択されうる。例えば、前記第2コーティングに使われた中性発光物質として、前記第1コーティングに使われた中性発光物質より小さいエネルギーバンドギャップを有する中性発光物質を選択できる。または、前記第1コーティングに使われた中性発光物質が青色発光物質である場合、前記第2コーティングに使われる中性発光物質として、緑色発光物質を選択することもできるなど多様な変形が可能である。
このように、本発明によるOLEDの多重コーティング単層発光層部分の製造方法は、コーティング工程を反復することで、共重合体の製造のように多重コーティング単層発光層をなす物質の化学的改質なしにも多重コーティング単層発光層のエネルギーバンドギャップの調節などを行える。
前記第2コーティング層45´の厚さは、前記第2コーティングにより前記第1コーティング層の少なくとも一部が溶解されるという点を考慮して決定されうる。図4の(b)に示すように、第2コーティングを80nmの厚さで行っても、第1コーティング時に生成された第1コーティング層の少なくとも一部が溶解されずに残る。第1コーティング層のうち溶解されずに残っている部分を、破線と基板41とに挟まれた部分として表示する。このとき、その厚さは約5nmであった場合、第2コーティング層45´の総厚は85nmとなる。その理由は、第1コーティング及び第2コーティングにより層間の混合部位が80nmとなるためである。このようにインターミキシングが生じるのは、各コーティング工程の間にベーキングのような熱処理過程がないためである。
次いで、前記第2コーティング層45´の上部に中性発光物質と有機溶媒とを混合した溶液をコーティングして、図4の(c)に示したように第3コーティング層45”を形成する。前記第3コーティングに使われた有機溶媒は、前記第2コーティング層の少なくとも一部を溶解させる。これにより、前記第3コーティング層45”中に存在するピンホールなどの欠陥は、第2コーティング層45´よりも減少する。
前記第3コーティングに使われた中性発光物質及び/または有機溶媒は、前記第2コーティングに使われた中性発光物質及び/または有機溶媒と同一であるか、または相異なる。特に、前記第3コーティングに使われる中性発光物質は、形成しようとする多重コーティング単層発光層のエネルギーバンドギャップまたはカラーモジュレーションなどを考慮して選択されうる。前記第3コーティング層の厚さは、前記第3コーティングにより前記第2コーティング層の一部以上が溶解されるということを考慮して決定されうる。図4の(c)によれば、80nm厚さに第3コーティングを行った場合、第2コーティング層のうち10nmが残って(破線下部を参照)、総厚90nmの第3コーティング層45”が形成されうる。
次いで、前記第3コーティング層45”を熱処理して、本発明による多重コーティング単層発光層を得ることができる。前記熱処理温度は、第3コーティング層をなす中性発光物質及び有機溶媒によって決定され、これは、当業者により容易に選択されうる。
本発明によるOLEDの多重コーティング単層発光層部分の製造方法の例を、図5に示す。図5は、所定の基板51に中性発光物質と有機溶媒とを混合した溶液をコーティングする工程を3回行い、第1コーティングと第2コーティングとの間及び第2コーティングと第3コーティングとの間に有機溶媒のコーティング工程を含む場合を例示する。
図5の(a)において、前記基板51は、表面に多重コーティング単層発光層が形成される基板であって、前述したように形成しようとするOLEDの構造によって選択されうる。基板51の上部に、前述したような中性発光物質と有機溶媒とを混合した溶液をコーティング(例えば、図5の(a)に示したように80nmの厚さでコーティング)した後、第1有機溶媒のスピニングを行って、図5の(b)のように第1コーティング層55を形成する。
前記第1有機溶媒のスピニングに使われる有機溶媒は、前記第1コーティングに使われる有機溶媒と同一であるか、または相異なる。特に、前記第1有機溶媒のスピニングに使われる有機溶媒が前記第1コーティングに使われる中性発光物質を溶解できる溶媒である場合、前記第1コーティング層55のピンホールをさらに減少させることができる。また、前記第1有機溶媒のスピニングを通じて、第1コーティングにより形成された層表面の不純物を除去することもできる。
次いで、前記第1コーティング層55の上部に、中性発光物質と有機溶媒とを混合した溶液を図5の(c)のように第2コーティング(例えば、図5の(c)に示したように第2コーティング後基板51の上層部の層厚さが85nmになるようにコーティング)した後、第2有機溶媒のスピニングを行って、図5の(d)に示したように第2コーティング層55´を形成する。前記第2コーティングに使われた有機溶媒は、前記第1コーティング層55の少なくとも一部を溶解させる。前記第2有機溶媒のスピニングに使われた有機溶媒は、前記第2コーティングに使われた有機溶媒と同一であるか、または相異なる。これにより、前記第2コーティング層55´中に存在するピンホールなどの欠陥は、第1コーティング層55よりも減少する。
次いで、前記第2コーティング層55´の上部に、中性発光物質と有機溶媒とを混合した溶液を第3コーティング(例えば、図5の(e)に示したように第3コーティング後、基板51の上層部の総厚さが90nmになるようにコーティング)して、図5の(e)に示したように第3コーティング層55”を形成する。前記第3コーティングに使われた有機溶媒は、前記第2コーティング層の少なくとも一部を溶解させる。これにより、前記第3コーティング層55”中に存在するピンホールなどの欠陥は、第2コーティング層55´よりも減少する。
前記第3コーティング層55”を熱処理して、本発明による多重コーティング単層発光層を得ることができる。前記熱処理温度は、第3コーティング層55”をなす中性発光物質及び有機溶媒によって決定され、これは、当業者により容易に選択されうる。本発明の効果を向上させるために、中性発光物質の熱処理温度をガラス転移温度以上で行うことが好ましい。
本発明の第3態様によれば、本発明のOLEDの多重コーティング単層発光層部分の製造方法は、基板に、第1中性発光物質及び第1有機溶媒を混合した第1溶液をコーティングしてコーティング層を得る第1工程を含み、少なくとも1回、前工程で得たコーティング層を熱処理して熱処理層を得る第2工程と、前工程で得た熱処理層の上部に、第2中性発光物質及び第2有機溶媒を混合した第2溶液をコーティングしてコーティング層を得る第3工程と、の反復工程を含む。前記第2工程及び第3工程は繰り返し行ってもよい。熱処理工程をコーティング工程同士の間に導入することによって、熱処理工程を行わない場合に比べて、上層のコーティング時に、下層を多く溶かしつつ混合の発生を低下させることができる。
前記本発明の第3態様によるOLEDの多重コーティング単層発光層部分の製造方法は、2回以上のコーティング工程を含むが、これにより形成された多重コーティング単層発光層は、既存のコーティング法により形成された、ピンホールのような薄膜に形成されやすい欠陥を実質的に含まない。したがって、前記方法により製造された多重コーティング単層発光層及びこれを備えたOLEDは、長寿命を有することができる。また、前記方法を利用すれば、多重コーティング単層発光層中の中性発光物質の配向状態及び密度を図3Bに概略的に示したように改善できるので、多重コーティング単層発光層の効率向上に寄与できる。
前記第2工程及び第3工程は、例えば1回、2回または3回行われる。これは、製造コスト及び時間などを考慮して調節されうる。
前記本発明の第3態様によるOLEDの多重コーティング単層発光層部分の製造方法に使われる中性発光物質及び有機溶媒は、本発明の第1態様及び第2態様のうち中性発光物質及び有機溶媒に関する詳細な説明(ただし、濃度に関連した部分は除外)を参照することができる。
例えば、前記第1中性発光物質のエネルギーバンドギャップが前記第2中性発光物質のエネルギーバンドギャップより低くなるようにしてもよい。または、前記第1中性発光物質のエネルギーバンドギャップが前記第2中性発光物質のエネルギーバンドギャップより高くなるようにしてもよい。また、前記第1有機溶媒のハンセン溶解度パラメータが前記第2有機溶媒のハンセン溶解度パラメータより低くなるようにしてもよい。この場合、特に、第1有機溶媒としてハンセン溶解度パラメータが低い有機溶媒を使用して、多重コーティング単層発光層が形成される基板が正孔輸送層または正孔注入層のように有機物からなる場合、正孔輸送層または正孔注入層の第1有機溶媒による損失を最小化できる。
前記中性発光物質と有機溶媒とを混合した溶液のうち前記中性発光物質の濃度は、望ましくは0.1質量%〜1.5質量%、より望ましくは、0.2質量%〜0.7質量%である。前記中性発光物質と有機溶媒とを混合した溶液の中性発光物質の濃度が0.1質量%未満である場合、下層を溶かす量が下層の厚さと近似してしまい、薄膜を複数層積んでも十分に厚く形成されなくなるおそれがあり、前記濃度が1.5質量%を超える場合、過度に厚くなるおそれがある。
前記第2工程である熱処理工程は、多重コーティング単層発光層の厚さ増加に寄与できる。前記熱処理方式は、熱処理対象となる中性発光物質のガラス転移温度を基準として、次のような第1熱処理方式及び第2熱処理方式が可能である。前記第1熱処理方式及び第2熱処理方式は、選択された中性発光物質及び形成しようとする多重コーティング単層発光層の厚さによって選択されうる。前記第1熱処理方式及び第2熱処理方式の任意の組み合わせを使用することも可能である。
まず、第1熱処理方式によれば、前記第2工程の熱処理温度は、熱処理対象となる中性発光物質のガラス転移温度以上であることが望ましい。このように第2工程の熱処理温度が熱処理対象となる中性発光物質のガラス転移温度以上である場合、熱処理後に中性高分子発光物質の鎖モーフォロジーが変更されうる。その結果、熱処理後に中性発光物質の鎖間の相互作用が向上して、屈折率及び有効共役長が増加し、高分子薄膜の内部の自由空間を減少させることができる。これにより、多重コーティング単層発光層をなす中性発光物質の配向状態が改善され、密度が増加する。
さらに具体的に、前記第1熱処理方式の熱処理温度は、熱処理対象となる中性発光物質のガラス転移温度以上であり、熱処理対象となる中性発光物質の熱分解温度以下であることが望ましい。前記第1熱処理方式の熱処理温度が熱処理対象となる中性発光物質の熱分解温度を超える場合、中性発光物質が熱分解されて発光物質としての機能を行えなくなるおそれがある。
前記第1熱処理方式の熱処理時間は、望ましくは10分〜2時間、より望ましくは30分〜1時間である。前記熱処理時間が10分未満である場合、熱処理が十分でなく下層との混合が多くなるおそれがあり、前記熱処理時間が2時間を超える場合、薄膜の表面の酸化が進行するおそれがある。
一方、第2熱処理方式によれば、前記第2工程の熱処理温度は、熱処理対象となる中性発光物質のガラス転移温度未満である。このように第2工程の熱処理温度が熱処理対象となる中性発光物質のガラス転移温度未満である場合、熱処理後に中性発光物質の鎖モーフォロジーの変更なしに多重コーティング単層発光層の厚さ増加に寄与できる。
さらに具体的には、前記第2熱処理方式の熱処理温度は、20℃以上であり、熱処理対象となる中性発光物質のガラス転移温度未満である。前記第2熱処理方式の熱処理温度が20℃未満である場合、溶媒が蒸発されにくい場合がある。
前記第2熱処理方式の熱処理時間は、望ましくは10分〜24時間、より望ましくは30分〜2時間である。前記熱処理時間が30分未満である場合、溶媒が蒸発されにくい場合があり、前記熱処理時間が24時間を超える場合、素子の製作時間が長すぎて実用性が低下するおそれがある。
前記中性発光物質と有機溶媒とを混合した溶液のコーティング法は、特別に限定されず、多様な公知の方法を利用できる。具体的には、スピンコーティング法、ディップコーティング法、スプレーコーティング法及びロールコーティング法からなる群から選択された一種以上を利用できるが、これらに限定されるものではない。
以下、前記本発明の第3態様によるOLEDの多重コーティング単層発光層部分の製造方法の例を説明する。
本発明によるOLEDの多重コーティング単層発光層部分の製造方法の一具現例を、図6に例示する。前記一具現例は、所定の基板61に中性発光物質と有機溶媒とを混合した溶液をコーティングする工程を3回行うが、2回の熱処理工程を各コーティング工程の間に伴った方法を説明したものである。
図6の(a)において、前記基板61は、表面に多重コーティング単層発光層が形成される基板であって、形成しようとするOLEDの構造によって選択されうる。例えば、第1電極、多重コーティング単層発光層及び第2電極を備えたOLEDを製作する場合、前記基板61は第1電極となり、第1電極、正孔注入層、多重コーティング単層発光層及び第2電極を備えたOLEDを製作する場合、前記基板61は正孔注入層となるなど当業者により容易に認識されうる。
基板61の上部に、前述したような中性発光物質と有機溶媒とを混合した溶液を第1コーティングして、第1コーティング層を形成した後、前記第1コーティング層の形成に使われた中性発光物質のガラス転移温度より高く、前記第1コーティング層の形成に使われた中性発光物質の熱分解温度より低い温度(つまり、第1熱処理方式)、または常温より高く、前記第1コーティング層の形成に使われた中性発光物質のガラス転移温度より低い温度(つまり、第2熱処理方式)で前記第1コーティング層を第1熱処理して、第1熱処理層65を形成する。
前記第1コーティング層のうち、前記中性発光物質と有機溶媒とを混合した溶液に含まれる中性発光物質の濃度は、前述したとおりである。前記第1熱処理層65の厚さは、形成しようとする多重コーティング単層発光層の厚さ及びコーティングと熱処理との反復回数などを考慮して選択されうる。厚さは例えば、30nm〜150nmが好ましい。図6では第1コーティング層65の厚さが80nmである場合を例示する。
次いで、前記第1熱処理層65の上部に中性発光物質と有機溶媒とを混合した溶液を第2コーティングした後、前記第2コーティング層の形成に使われた中性発光物質のガラス転移温度より高くて、前記第2コーティング層の形成に使われた中性発光物質の熱分解温度より低い温度(つまり、第1熱処理方式)、または常温より高くて、前記第2コーティング層の形成に使われた中性発光物質のガラス転移温度より低い温度(つまり、第2熱処理方式)で前記第2コーティング層を第2熱処理して、図6の(b)に示したように第2熱処理層65´を形成する。このとき、第2コーティングを80nmの厚さに行う場合、第2熱処理層65´の総厚は95nmでありうる。これは、第1熱処理工程により、第1熱処理層の一部が溶解されるためである。
前記第2コーティングに使われた有機溶媒は、前記第1熱処理層65の少なくとも一部を溶解させるが、熱処理工程を経ない場合に比べて溶解の程度は小さい。すなわち、前記本発明の第2態様によるOLEDの多重コーティング単層発光層部分の製造方法の一具現例に比べて、第2コーティングに使われた有機溶媒が前記第1熱処理層65の少なくとも一部を溶解させる程度が小さい。このような過程を経て、第2熱処理層65´のうち中性発光物質の配向状態が改善され、密度が増加するだけでなく、第2熱処理層65´中に存在するピンホールなどの欠陥は、第1熱処理層65よりも減少する。
前記第2コーティングに使われた中性発光物質及び/または有機溶媒は、前記第1コーティングに使われた中性発光物質及び/または有機溶媒と同一であるか、または相異なる。特に、前記第2コーティングに使われた中性発光物質は、形成しようとする多重コーティング単層発光層のエネルギーバンドギャップまたはカラーモジュレーションなどを考慮して選択されうる。例えば、前記第2コーティングに使われた中性発光物質として、前記第1コーティングに使われた中性発光物質より小さいエネルギーバンドギャップを有する中性発光物質を選択できる。または、例えば、前記第1コーティングに使われた中性発光物質が青色発光物質である場合、前記第2コーティングに使われる中性発光物質として緑色発光物質を選択することもできるなど多様な変形が可能である。
このように、本発明によるOLEDの多重コーティング単層発光層部分の製造方法は、コーティング工程を反復することで、共重合体の製造のように多重コーティング単層発光層をなす物質の化学的改質なしにも多重コーティング単層発光層のエネルギーバンドギャップを調節できる。
次いで、前記第2熱処理層65´の上部に中性発光物質と有機溶媒とを混合した溶液を第3コーティングして、図6の(c)に示したように第3コーティング層65”を形成する。前記第3コーティングに使われた有機溶媒は、前記第2熱処理層65´の少なくとも一部を溶解させる。これにより、前記第3コーティング層65”中に存在するピンホールなどの欠陥は、第2熱処理層65´に存在したピンホールなどの欠陥より減少し、中性発光物質の配向がさらに改善され、密度がさらに増加する。
前記第3コーティング層の厚さは、前記第3コーティングにより前記第2コーティング層の一部以上が溶解されるということを考慮して決定されうる。図6の(c)では第3コーティング層65”の総厚が111nmである場合が例示されている。
前記第3コーティングに使われた中性発光物質及び/または有機溶媒は、前記第2コーティングに使われた中性発光物質及び/または有機溶媒と同一であるか、または相異なる。特に、前記第3コーティングに使われた中性発光物質は、形成しようとする多重コーティング単層発光層のエネルギーバンドギャップまたはカラーモジュレーションなどを考慮して選択されうる。前記第3コーティング層の厚さは、前記第3コーティングにより前記第2コーティング層の一部以上が溶解されるということを考慮して決定されうる。前記第3コーティング層65”の中性発光物質の配向状態及び密度の概略的な例として、図3Bを例示することができる。
前記第3コーティング層65”を熱処理して、本発明による多重コーティング単層発光層を得ることができる。前記熱処理温度は、第3コーティング層をなす中性発光物質及び有機溶媒によって決定され、これは、当業者により容易に選択されうる。
一方、本発明の第3態様によるOLEDの多重コーティング単層発光層部分の製造方法は、コーティング工程後、第2態様によるOLEDの製造方法と同様に、有機溶媒のスピニング工程を選択的にさらに含むことができるなど多様な変形例が可能である。
本発明の第4態様は、前記本発明の多重コーティング単層発光層の製造方法によって製造された多重コーティング単層発光層を含むOLEDを提供する。まず、基板を準備する。基板とは、前述したように多重コーティング単層発光層が形成される基板であって、製作しようとするOLEDの構造によって、第1電極であってもよく、あるいは第1電極の上部に備えられた正孔注入層または正孔輸送層であってもよい。次いで、前述したように多重コーティング単層発光層を形成する。このように形成された多重コーティング単層発光層をなす中性発光物質は、前記特徴的な本発明のOLEDの多重コーティング単層発光層部分の製造方法によって優秀な配向状態及び密度を有することができる。次いで、選択的に正孔抑制層、電子輸送層及び/または電子注入層などをさらに形成した後で第2電極を形成して、OLEDを完成する。前記多重コーティング単層発光層の形成工程を除いた残りの層の製造工程は、適宜、公知技術を適用することができる。
次に実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、これらの実施例は何ら本発明を制限するものではない。
(実施例1:マルチコーティング方式による高分子薄膜の製造(エリプソメトリ測定用の試料))
ネイティブオキサイド(厚さ2.0nm)のみが積層されたシリコンウェーハを30mm×30mmの大きさにカットして、純水とイソプロピルアルコール内で各5分間超音波洗浄した後、オーブンで乾燥した。
ポリフルオレン系の青色発光物質である分子量150万のスピロフルオレン系の高分子を0.4質量%の濃度でキシレンに溶解させた、ポリフルオレン系の青色発光物質とキシレンとの混合物を準備した。前記混合物をマイクロピペットで取り移して、前記シリコンウェーハの上部に80nmの厚さにスピンコーティングして第1コーティング層を形成した後、220℃の温度で30分間熱処理して第1熱処理層を形成した。次いで、前記混合物をマイクロピペットで取り移して、前記第1熱処理層の上部にスピンコーティングして第2コーティング層を形成した後、220℃の温度で20分間熱処理した後、スピンコーティングと熱処理とを3回さらに反復して第5コーティング層まで形成した後、総厚98nmの多重コーティング単層発光層を完成した。これをサンプル1という。
(比較例A)
ネイティブオキサイド(厚さ2.0nm)のみが積層されたシリコンウェーハを30mm×30mmの大きさにカットして、純水とイソプロピルアルコール内で各5分間超音波洗浄した後、オーブンで乾燥した。
ポリフルオレン系の青色発光物質である分子量150万のスピロポリフルオレン系の高分子とキシレンとの混合物(前記混合物のうち、ポリフルオレン系の青色発光物質の濃度は1.1質量%である)を準備して1回スピンコーティングした後、それを50℃の温度で1時間熱処理して111nmの厚さの1回コーティング発光層を形成した。これをサンプルAという。
(比較例B)
ネイティブオキサイド(厚さ2.0nm)のみが積層されたシリコンウェーハを30mm×30mmの大きさにカットして、純水とイソプロピルアルコール内で各5分間超音波洗浄した後、オーブンで乾燥した。
ポリフルオレン系の青色発光物質である分子量150万のスピロポリフルオレン系の高分子とキシレンとの混合物(前記混合物のうち、ポリフルオレン系の青色発光物質の濃度は1.1質量%である)を準備して1回スピンコーティングした後、それを220℃の温度で1時間熱処理して111nmの厚さの1回コーティング発光層を形成した。これをサンプルBという。
(評価例1:サンプル1、A及びBのn及びn−n評価)
前記サンプル1、A及びBのn及びn−nを評価した結果を図7及び図8にそれぞれ示した。n及びn−nは、分光エリプソメトリ法をサンプル1、A及びBに対してそれぞれ行って評価した。分光エリプソメトリ法の実行には、J.A.Woollam社のVariable Angle Spectroscopic Ellipsomer(VASE)VD−250を利用し、分析は、WVASE 32 Version 3.45(J.A.Woollam.CO.Inc製品)を利用して行った。前記分光エリプソメトリ法の実行に必要な分光エリプソメータは、基本的に白色光原であるランプ、光の偏光状態を変化させることができる偏光器、前記白色光原から短波長の光を分離させることができるモノクロメータ及びシグナルを読み取るディテクターから構成されている。
図7は、2.58eV下での分光エリプソメトリ法の実行結果で得たn値を示す図面である。図7中、サンプルAのnは約1.680程度であり、サンプルBのnは約1.698程度であるが、サンプル1のnは約1.7025であって、サンプルAに対しては約0.023、サンプルBに対しては0.013大きい。これにより、本発明によるサンプル1は、他のサンプルに比べて水平方向の密度が増加することを確認できる。
図8は、フォトンエネルギーによるサンプルA、B及び1のn−nを示す図面である。フォトンエネルギーの範囲は、1.0eV〜2.5eVであった。このとき、サンプル1のn−nは、サンプルAのn−nより全体のフォトンエネルギー範囲にわたって約0.02程度大きく、サンプルBのn−nより全体のフォトンエネルギー範囲にわたって約0.01程度大きいことが分かる。これにより、本発明によるサンプル1が従来のサンプルA及びBに比べて配向状態が改善されていることが分かる。
(評価例2:光発光(PL)強度の評価)
前記サンプル1及びサンプルBに対してPL強度を測定した結果を図9に示した。本発明によるサンプル1は、サンプルBに比べてその厚さが約10%程度薄いが、図9からはPL強度は約10%程度増加したことを確認できる。
(実施例2)
15Ω/cm(1200Å)のITOガラス基板(コーニング社製)を50mm×50mm×0.7mmの大きさにカットして、純水とイソプロピルアルコール内で各5分間超音波洗浄した後、30分間UV(Ultra Violet)、オゾン洗浄した。次いで、PEDOT/PSS(バイエル社製のBaytron P AI4083)を2,000rpmで50nmをコーティングして200℃で10分間熱処理して、正孔注入層を形成した。
前記正孔注入層の上部にPFB(ダウケミカル社製の正孔輸送物質)をスピンコーティングした後、220℃で1時間熱処理して10nm厚さの正孔輸送層を形成した。
次いで、重量平均分子量30万のスピロポリフルオレン系の青色発光物質を1.4質量%の濃度でキシレンに溶解させて、スピロポリフルオレン系の青色発光物質とキシレンとの混合物を準備した。前記混合物をマイクロピペットで取り移して、第1部分を前記正孔輸送層の上部に85nmの厚さにスピンコーティングして第1コーティング層を形成した後、前記混合物もマイクロピペットで取り移して、前記第1コーティング層の上部にスピンコーティングして第2コーティング層を形成した。次に、220℃の温度で30分間熱処理し、総80nm厚さの多重コーティング単層発光層(青色発光層)を完成した。前記青色発光層の上部に第2電極としてCaの層を2.7nm、Alの層を250nmを形成して、OLEDを製作した。これをサンプル2という。
(比較例C)
実施例2において、多重コーティング単層発光層の形成のための工程の代わりに、ポリフルオレン系の青色発光物質とキシレンとの混合物(前記混合物のうち、ポリフルオレン系の青色発光物質の濃度は1.1質量%である)を準備して1回スピンコーティングした後、それを220℃の温度で1時間熱処理して80nm厚さの1回コーティング発光層を形成したという点を除いては、前記実施例2と同じ方法でOLEDを製作した。これをサンプルCという。
(評価例3:サンプル2及びCの寿命及び効率の評価)
前記サンプル2及びCに対して寿命及び効率特性を評価した結果を図10に示した。寿命及び効率特性の評価は、フォトダイオードを利用して測定した。寿命の評価は、経時的に輝度を測定することによって評価するが、最初の発光輝度が50%まで減少する時間として表すことができる。
図10に示すように、サンプル2の場合、最初の発光輝度(800cd/m)が50%まで減少する時間が約200時間であることに対し、サンプルCの場合、最初の発光輝度(800cd/m)が50%まで減少する時間が約155時間しかもたないことから、本発明によるOLEDであるサンプル2は、従来のOLEDであるサンプルCに比べて約25%向上した寿命を有することが分かる。
(評価例4)
15Ω/cm(1200Å)のITOガラス基板(コーニング社製)を50mm×50mm×0.7mmの大きさにカットして、純水とイソプロピルアルコール内で各5分間超音波洗浄した後、30分間UV、オゾン洗浄して使用した。次いで、PEDOT/PSS(バイエル社製のBaytron P AI4083)を2,000rpmで50nmコーティングして200℃で10分間熱処理して、正孔注入層を形成した。
前記正孔注入層の上部にPFB(ダウケミカル社製の正孔輸送物質)をスピンコーティングした後、220℃で1時間窒素雰囲気で熱処理して、10nm厚さの正孔輸送層を形成した。
次いで、重量平均分子量150万のスピロポリフルオレン系の青色発光物質を0.4質量%の濃度でキシレンに溶解させて、ポリフルオレン系の青色発光物質とキシレンとの混合物を準備した。前記混合物をマイクロピペットで取り移して、前記正孔輸送層の上部に28nmの厚さにスピンコーティングして第1コーティング層を形成した後、220℃で30分間熱処理して、熱処理された第1コーティング層の表面をAFM(Atomic Force Microscopy)で観察した。前記熱処理された第1コーティング層の上部に、前記混合物の残りをマイクロピペットで取り移してスピンコーティングして第2コーティング層を形成した後、220℃の温度で30分間熱処理し、熱処理された第2コーティング層の表面をAFMで観察した。もう一度第3コーティング層を形成した後、同じ条件で熱処理し、総70nm厚さの発光層を完成した後、その表面をAFMで観察した。
第1コーティング層ないし第3コーティング層のAFM写真を図11Aないし図11Cに示した。図11Aの表面粗度はrms 0.751nmであり、図11Bの表面粗度はrms 0.708nmであり、図11Cの表面粗度はrms 0.755nmであった。これにより、第1コーティング層、第2コーティング層及び第3コーティング層は、3回のコーティング工程を反復したが、表面粗度にほとんど変化がないことが分かる。
一方、各層の厚さをいずれも示したグラフを図12に示した。図12に示すように、コーティング工程を3回反復したにもかかわらず、コーティング工程の回数が増加するほど層厚さが増加することが分かる。
(実施例3)
15Ω/cm(1200Å)のITOガラス基板(コーニング社製)を50mm×50mm×0.7mmの大きさにカットして、純水とイソプロピルアルコール内で各5分間超音波洗浄した後、30分間UV、オゾン洗浄して使用した。次いで、PEDOT/PSS(バイエル社製のBaytron P AI4083)を2,000rpmで50nmをコーティングして200℃で10分間熱処理して、正孔注入層を形成した。
前記正孔注入層の上部にPFB(ダウケミカル社製の正孔輸送物質)をスピンコーティングした後、220℃で1時間窒素雰囲気で熱処理して、10nm厚さの正孔輸送層を形成した。
次いで、重量平均分子量150万のスピロポリフルオレン系の青色発光物質を0.4質量%の濃度でキシレンに溶解させて、スピロポリフルオレン系の青色発光物質とキシレンとの混合物を準備した。前記混合物をマイクロピペットで取り移して、前記正孔輸送層の上部にスピンコーティングして第1コーティング層を形成した後、220℃で30分間熱処理して約28nmの厚さを形成した後、熱処理された第1コーティング層の上部に、前記混合物の残りをマイクロピペットで取り移してスピンコーティングして第2コーティング層を形成した後、220℃の温度で30分間熱処理して約45nm厚さを形成し、もう一度第3コーティング層を形成した後、同じ条件で熱処理し、総70nm厚さの多重コーティング単層発光層(青色発光層)を完成した。前記青色発光層の上部に第2電極としてBaF 3.1nm、Ca 2.2nm、Al 250nmを形成して、OLEDを製作した。それをサンプル3という。
(実施例4ないし8)
前記実施例3において、正孔輸送層をなす物質、第2電極をなす物質及び厚さを下記表2に示したように変化させたという点を除いては、前記実施例3と同じ方法でOLEDを製作した。これらをサンプル4ないし8という。
(比較例D)
実施例3において、多重コーティング単層発光層の形成のための工程の代わりに、スピロポリフルオレン系の青色発光物質とキシレンとの混合物(前記混合物のうち、ポリフルオレン系の青色発光物質の濃度は1.1質量%である)を準備して1回スピンコーティングした後、それを220℃の温度で1時間熱処理する工程を利用して70nm厚さの1回コーティング発光層を形成したという点を除いては、前記実施例3と同じ方法でOLEDを製作した。これをサンプルDという。
(比較例EないしI)
前記比較例D中、正孔輸送層をなす物質、第2電極をなす物質及び厚さを下記表2に示したように変化させたという点を除いては、前記比較例Dと同じ方法でOLEDを製作した。これらをサンプルEないしIという。
(評価例5:サンプル3ないし8及びサンプルDないしIの寿命評価)
前記サンプル3ないし8及びDないしIに対して寿命特性を評価した結果を下記表3に示した。寿命及び効率特性の評価は、フォトダイオードを利用して経時的に輝度を測定することによって評価した。
前記表3から、本発明によるOLEDは、従来のOLEDに比べて1.7倍ないし3.4倍程度寿命が延長するということを確認できる。
(実施例9)
15Ω/cm(1200Å)のITOガラス基板(コーニング社製)を50mm×50mm×0.7mmの大きさにカットして、純水とイソプロピルアルコール内で各5分間超音波洗浄した後、30分間UV、オゾン洗浄して使用した。次いで、PEDOT/PSS(バイエル社製のBaytron P AI4083)を2,000rpmで50nmをコーティングして、200℃で10分間熱処理を行った。
前記正孔注入層の上部にPFB(ダウケミカル社製の正孔輸送物質)をスピンコーティングした後、220℃で1時間窒素雰囲気で熱処理して、10nm厚さの正孔輸送層を形成した。
次いで、スピロポリフルオレン系の青色発光物質を1.4質量%の濃度でキシレンに溶解させて、キシレンとの混合物を準備した。前記混合物を前記正孔輸送層の上部に80nmの厚さにスピンコーティングして、第1コーティング層を形成した。次いで、ポリフルオレン系の緑色発光物質であるDow Greeen K2(ダウコーニング社製の緑色発光物質)を1.4質量%の濃度でキシレンに溶解させて、Dow Greeen K2とキシレンとの混合物を準備した。それを前記第1コーティング層の上部にコーティングして、第2コーティング層を形成した。それを180℃の温度で60分間熱処理して、多重コーティング単層発光層(青色発光層)を完成した。前記青色発光層の上部に第2電極としてCa 5nm、Al 250nmを形成して、OLEDを製作した。それをサンプル9という。
(実施例10)
前記実施例9中、第2電極としてBaF 1nm、Ca 5nm、Al 250nmを形成したという点を除いては、前記実施例9と同じ方法でOLEDを製作した。それをサンプル10という。
(実施例11)
前記実施例9中、第2電極としてBaF 6nm、Ca 5nm、Al 250nmを形成したという点を除いては、前記実施例9と同じ方法でOLEDを製作した。それをサンプル11という。
(実施例12)
前記実施例9中、第2電極としてBaF 10nm、Ca 5nm、Al 250nmを形成したという点を除いては、前記実施例9と同じ方法でOLEDを製作した。それをサンプル12という。
(評価例6:サンプル9ないし12のカラーチューニングの評価)
前記サンプル9ないし12のカラーチューニングをSpectrScan PR650輝度測定装備を利用して評価して、その結果を図13に示した。図13に示すように、第2電極を多様に変更させても、サンプル9ないし12のカラーが青色側にシフトされたことが分かる。これにより、本発明によるOLEDの製造方法によれば、発光層をなす有機物を改質させずにもカラーチューニングを行えるということを確認できる。
前記本願発明の詳細な説明で多くの事項が具体的に記載されているが、それらは、発明の範囲を限定するものというより、望ましい実施形態の例示として解釈されねばならない。したがって、本発明の範囲は、説明された実施形態により決まるものではなく、特許請求の範囲に記載された技術的思想により決まらねばならない。
本発明は、有機発光素子及びその製造方法関連の技術分野に適用可能である。
及びnの方向を説明する模式図である。 1回コーティング発光層の、中性発光物質の配向状態及び密度を説明する図式図である。 1回コーティング発光層の、中性発光物質の配向状態及び密度を説明する図式図である。 本発明による多重コーティング単層発光層の、中性発光物質の配向状態及び密度を説明する図式図である。 本発明による多重コーティング単層発光層の、中性発光物質の配向状態及び密度を説明する図式図である。 本発明によるOLEDの多重コーティング単層発光層部分の製造方法の一具現例を説明する図面である。 本発明によるOLEDの多重コーティング単層発光層部分の製造方法の一具現例を説明する図面である。 本発明によるOLEDの多重コーティング単層発光層部分の製造方法の一具現例を説明する図面である。 従来の1回コーティング発光層及び本発明による多重コーティング単層発光層の一具現例のnを比較したグラフである。 従来の1回コーティング発光層及び本発明による多重コーティング単層発光層の一具現例のn−nを比較したグラフである。 従来のOLED及び本発明のOLEDのPL強度を比較したグラフである。 従来のOLED及び本発明のOLEDの一具現例の輝度及び効率を示すグラフである。 本発明によるOLEDの多重コーティング単層発光層の製造時、第1コーティング後に形成された第1コーティング層のAFM写真である。 本発明によるOLEDの多重コーティング単層発光層の製造時、第1熱処理及び第2コーティング後に形成された第2コーティング層のAFM写真である。 本発明によるOLEDの多重コーティング単層発光層の製造時、第2熱処理及び第3コーティング後に形成された第3コーティング層のAFM写真である。 本発明によるOLEDの多重コーティング単層発光層の製造時、第1コーティング後に形成された第1コーティング層、第1熱処理及び第2コーティング後に形成された第2コーティング層、及び第2熱処理及び第3コーティング後に形成された第3コーティング層それぞれの厚さを示すグラフである。 本発明によるOLEDの電界発光強度を示す図面である。
符号の説明
15 n及びnの測定対象となる層、
21 基板、
25 コーティング層
25a 中性発光物質
25b 有機溶媒
25´ 1回コーティング発光層
31 基板
35 コーティング層
35a 中性発光物質
35b 有機溶媒
35´ 多重コーティング単層発光層
41 基板
45 第1コーティング層
45´ 第2コーティング層
45” 第3コーティング層
51 基板
55 第1コーティング層
55´ 第2コーティング層
55” 第3コーティング層
61 基板
65 第1熱処理層
65´ 第2熱処理層
65” 第3コーティング層

Claims (33)

  1. 第1電極と、
    第2電極と、
    前記第1電極と前記第2電極との間に介在して少なくとも多重コーティング単層発光層を備える有機層と、を備え、
    前記多重コーティング単層発光層は、中性発光物質からなる単一膜形態であり、
    前記多重コーティング単層発光層の水平方向の屈折率nから垂直方向の屈折率nを引いた差n−nは、1回コーティング発光層のn−nより大きいことを特徴とする有機発光素子。
  2. 前記多重コーティング単層発光層のn−nは、前記1回コーティング発光層のn−nより0.001〜0.2大きいことを特徴とする請求項1に記載の有機発光素子。
  3. 前記中性発光物質は、ポリフェニレンビニレン系高分子及びその誘導体、ポリフェニレン系高分子及びその誘導体、ポリチオフェン系高分子及びその誘導体、ポリフルオレン系高分子及びその誘導体、ならびにポリスピロフルオレン系高分子及びその誘導体からなる群から選択された一種以上であることを特徴とする請求項1に記載の有機発光素子。
  4. 前記中性発光物質は、
    2.41eV〜2.80eVのエネルギーバンドギャップを有する青色発光物質、
    2.21eV〜2.40eVのエネルギーバンドギャップを有する緑色発光物質、及び
    1.90eV〜2.20eVのエネルギーバンドギャップを有する赤色発光物質からなる群から選択された一種以上であることを特徴とする請求項1に記載の有機発光素子。
  5. 相異なるエネルギーバンドギャップを有する二種以上の前記中性発光物質を利用する場合、
    前記相異なるエネルギーバンドギャップを有する二種以上の前記中性発光物質は、第1電極側からエネルギーバンドギャップが低い順に配置されたことを特徴とする請求項4に記載の有機発光素子。
  6. 相異なるエネルギーバンドギャップを有する二種以上の前記中性発光物質を利用する場合、
    前記相異なるエネルギーバンドギャップを有する二種以上の前記中性発光物質は、第1電極側からエネルギーバンドギャップが高い順に配置されたことを特徴とする請求項4に記載の有機発光素子。
  7. 前記有機層は、正孔注入層、正孔輸送層、正孔抑制層、電子輸送層及び電子注入層からなる群から選択された一種以上をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の有機発光素子。
  8. 基板に、中性発光物質及び有機溶媒を混合した溶液をコーティングする工程を2回以上行うことを特徴とする有機発光素子の製造方法。
  9. 前記中性発光物質は、ポリフェニレンビニレン系高分子及びその誘導体、ポリフェニレン系高分子及びその誘導体、ポリチオフェン系高分子及びその誘導体、ポリフルオレン系高分子及びその誘導体、ならびにポリスピロフルオレン系高分子及びその誘導体からなる群から選択された一種以上であることを特徴とする請求項8に記載の有機発光素子の製造方法。
  10. 前記中性発光物質は、
    2.41eV〜2.80eVのエネルギーバンドギャップを有する青色発光物質、
    2.21eV〜2.40eVのエネルギーバンドギャップを有する緑色発光物質、及び
    1.90eV〜2.20eVのエネルギーバンドギャップを有する赤色発光物質からなる群から選択された一種以上であることを特徴とする請求項8に記載の有機発光素子の製造方法。
  11. 相異なるエネルギーバンドギャップを有する相異なる二種以上の前記中性発光物質を利用する場合、
    前記相異なる二種以上の前記中性発光物質のうち、エネルギーバンドギャップが低い中性発光物質から順次にコーティングすることを特徴とする請求項10に記載の有機発光素子の製造方法。
  12. 相異なるエネルギーバンドギャップを有する相異なる二種以上の前記中性発光物質を利用する場合、
    前記相異なる二種以上の前記中性発光物質のうち、エネルギーバンドギャップが高い中性発光物質から順次にコーティングすることを特徴とする請求項10に記載の有機発光素子の製造方法。
  13. 前記有機溶媒は、16〜24のハンセン溶解度パラメータを有する、1種以上の有機溶媒であることを特徴とする請求項8に記載の有機発光素子の製造方法。
  14. 前記有機溶媒のハンセン溶解度パラメータの、水素結合成分の定数が1〜10であることを特徴とする請求項13に記載の有機発光素子の製造方法。
  15. 前記有機溶媒は、トルエン、キシレン、クロロベンゼンまたはこれらの二種以上の混合物であることを特徴とする請求項8に記載の有機発光素子の製造方法。
  16. ハンセン溶解度パラメータが相異なる二種以上の有機溶媒を利用する場合、
    ハンセン溶解度パラメータが最も低い有機溶媒を最も先にコーティングに利用することを特徴とする請求項13に記載の有機発光素子の製造方法。
  17. 前記中性発光物質と有機溶媒とを混合した溶液の、前記中性発光物質の濃度が0.3質量%〜5.0質量%であることを特徴とする請求項8に記載の有機発光素子の製造方法。
  18. 前記コーティング工程と前記コーティング工程との間に有機溶媒によるスピニングをさらに行うことを特徴とする請求項8に記載の有機発光素子の製造方法。
  19. 基板に、第1中性発光物質及び第1有機溶媒を混合した第1溶液をコーティングしてコーティング層を得る第1工程を含み、
    少なくとも1回、
    前工程で得たコーティング層を熱処理して熱処理層を得る第2工程と、
    前工程で得た熱処理層の上部に、第2中性発光物質及び第2有機溶媒を混合した第2溶液をコーティングしてコーティング層を得る第3工程と、の反復工程を行うことを特徴とする有機発光素子の製造方法。
  20. 前記中性発光物質は、ポリフェニレンビニレン系高分子及びその誘導体、ポリフェニレン系高分子及びその誘導体、ポリチオフェン系高分子及びその誘導体、ポリフルオレン系高分子及びその誘導体、ならびにポリスピロフルオレン系高分子及びその誘導体からなる群から選択された一種以上であることを特徴とする請求項19に記載の有機発光素子の製造方法。
  21. 前記中性発光物質は、
    2.41eV〜2.80eVのエネルギーバンドギャップを有する青色発光物質、
    2.21eV〜2.40eVのエネルギーバンドギャップを有する緑色発光物質、及び
    1.90eV〜2.20eVのエネルギーバンドギャップを有する赤色発光物質からなる群から選択された一種以上であることを特徴とする請求項19に記載の有機発光素子の製造方法。
  22. 前記第1中性発光物質のエネルギーバンドギャップは、前記第2中性発光物質のエネルギーバンドギャップより低いことを特徴とする請求項19に記載の有機発光素子の製造方法。
  23. 前記第1中性発光物質のエネルギーバンドギャップは、前記第2中性発光物質のエネルギーバンドギャップより大きいことを特徴とする請求項19に記載の有機発光素子の製造方法。
  24. 前記第1中性発光物質及び前記第2中性発光物質が同一であることを特徴とする請求項19に記載の有機発光素子の製造方法。
  25. 前記有機溶媒は、16〜24のハンセン溶解度パラメータを有する1種以上の有機溶媒であることを特徴とする請求項19に記載の有機発光素子の製造方法。
  26. 前記有機溶媒のハンセン溶解度パラメータの、水素結合成分の定数が1〜10であることを特徴とする請求項25に記載の有機発光素子の製造方法。
  27. 前記有機溶媒は、トルエン、キシレン、クロロベンゼンまたはこれらの二種以上の混合物であることを特徴とする請求項19に記載の有機発光素子の製造方法。
  28. 前記第1有機溶媒は、前記第2有機溶媒よりハンセン溶解度パラメータが低いことを特徴とする請求項19に記載の有機発光素子の製造方法。
  29. 前記中性発光物質及び有機溶媒を混合した溶液の、前記中性発光物質の濃度が0.1質量%〜1.5質量%であることを特徴とする請求項19に記載の有機発光素子の製造方法。
  30. 前記第2工程の熱処理温度は、
    前記コーティングされた中性発光物質のガラス転移温度以上であり、前記コーティングされた中性発光物質の熱分解温度以下であることを特徴とする請求項19に記載の有機発光素子の製造方法。
  31. 前記第2工程の熱処理温度は、20℃以上であり、前記コーティングされた中性発光物質のガラス転移温度未満であることを特徴とする請求項19に記載の有機発光素子の製造方法。
  32. 前記中性発光物質及び有機溶媒を混合した溶液をスピンコーティング法、ディップコーティング法、インクジェットプリンティング、ノズルプリンティング、スプレーコーティング法及びロールコーティング法からなる群から選択された一種以上を利用してコーティングすることを特徴とする請求項8または31に記載の有機発光素子の製造方法。
  33. 請求項8ないし31のうちいずれか一項に記載の方法によって製造されたことを特徴とする有機発光素子。
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