JP2009242601A - 有機ｅｌ用インクの製造方法、及び、有機ｅｌ用インク、並びに、有機ｅｌ素子 - Google Patents

Abstract

【課題】湿式法で設ける有機ＥＬ素子において、近年開発され複雑な構成を有する有機高分子を、溶媒を用いて溶解する際、溶解に優れたインクが簡易に得られ、かつ発光効率に優れた素子を設けること。
【解決手段】発光層を含む複数の有機層の少なくとも一層を、有機高分子材料を溶媒に溶解して形成されるインクを塗布することで得る際に、前記溶媒は前記有機高分子材料との光散乱強度法から測定される第２ビリアル係数が１×１０^-3ｃｍ³・ｍｏｌ／ｇ²以上であり、前記溶媒に前記有機高分子材料を溶解にインクを製造することで解決する。
【選択図】図１

Description

本発明は、有機ＥＬ用インクの製造方法、及び、有機ＥＬ用インク、並びに、有機ＥＬ素子に関する。具体的には、有機ＥＬの有機層が、有機高分子を溶媒に溶解し、それを所定の塗布方法で塗布／乾燥して設ける有機ＥＬ素子、インク、及びその製造方法に関するものである。

近年、情報機器の小型化や多様化が進みそれに応じる表示デバイスにおいても、より小型で低消費電力、かつ、高輝度でしかも高コントラストとなるデバイスの性品質の向上が強く望まれており、自発光型表示デバイスとしての広視野角、高コントラスト、低消費電力を有する有機ＥＬデバイスにおける要望が高まっている。有機ＥＬ素子は、発光材料の種類により、低分子材料を用いる低分子型と高分子材料を用いる高分子型に分類される。一般に低分子化合物は何れも真空蒸着法によって成膜されてきた。

しかしながら、真空蒸着法は大型の設備を必要とする高真空プロセスであるため、製造コストが高く、大画面基板に適用するのが困難であり、量産に難があるなどの欠点を有していた。一方、高分子材料は、有機ＥＬ用高分子を溶媒に溶解が可能である性質を生かし、有機溶媒に溶解して有機ＥＬ用インクを作製し、それをインクジェットやスピンコートなどの所定の湿式塗布方法で塗布／乾燥して、低い製造コストで有機ＥＬ素子を得ることができるものである。

有機ＥＬ材料の発光特性は、インクの作製方法によって大きく左右されることから、数多くの作製方法が提唱されている。具体的には、溶解度パラメーターを規定する方法（特許文献１に記載の発明）、溶質の濃度を規定する方法（特許文献２に記載の発明）、濃度と沸点または蒸気圧を規定する方法（特許文献３に記載の発明）、濃度と沸点または蒸気圧と表面張力を規定する方法（特許文献４に記載の発明）、及び、濃度と粘度と沸点と表面張力を規定する方法（特許文献５に記載の発明）がその一例である。
特開２０００−０７７１８７号公報 特開２００５−２５９５２３号公報 特開２００６−０５４０６３号公報 特開２００６−０６６２９４号公報 特開２００５−３２８０３０号公報

しかしながら、前記従来の技術では何れの場合でも、溶解性が不十分で発光効率が悪いという問題が生じているのが実状である。

例えば、溶解性が悪いと高分子粒子間でのインク溶液中での晶析などが起こり易くなり、形成される有機薄膜の平坦性や高分子間の配位などを阻害し、電子輸送効率や発光効率を損なってしまうことになる。また、粘度特性も不安定となり、その結果、所定の湿式法にてインクの塗布を行うと、有機薄膜の膜厚や平坦性などに不具合（例えば、膜厚均一性が低くなるなど）を生じ、所定の発光効率が得られないという問題を生じる場合が見受けられた。更に、溶解する手段として、溶媒中に有機高分子材料を投入し、その後、一定温度に加温後、浸透／攪拌を行うが、溶解性が悪いと、十分に高分子が溶液中に広がるまでの溶解終了までの処理時間が大幅に長くなり、生産性の向上に困難が生じるという問題があった。

本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、有機薄膜層を形成する有機高分子材料を溶媒に溶解してインクを得る際、溶解に時間を掛けず十分な溶解性を実現することが可能な有機ＥＬ用インクの製造方法を提供することと、そのインクを用いて得られる有機ＥＬ素子において、塗布方式を用いた低製造コストかつ高発光効率な特性を得ることが可能な有機ＥＬ用インク並びに有機ＥＬ素子を提供することを目的とする。

本願の請求項１に記載のインクの製造方法は、発光層を含む複数の有機層の少なくとも一層を、有機高分子材料を溶媒に溶解して形成されるインクを塗布することで得る際に、前記溶媒は前記有機高分子材料との光散乱強度法から測定される第２ビリアル係数が１×１０^-3ｃｍ³・ｍｏｌ／ｇ²以上であり、前記溶媒に前記有機高分子材料を溶解にインクを製造することで、溶解に時間を掛けず十分な溶解性を実現することを可能とする。

また、本願の請求項２に記載の有機ＥＬ素子用インクは、溶媒は第２ビリアル係数が１×１０^-3ｃｍ³・ｍｏｌ／ｇ²以上の液体であり、前記溶媒に有機高分子材料を溶解してなることで、高発光効率な特性を得ることが可能な有機ＥＬ用インクを提供することを可能とする。このとき、溶媒として、キシレン、メトキシトルエン、トルエンから選択される液体であると好適である（本願の請求項３に記載の内容）。更に、本願の請求項４に記載の有機ＥＬ素子は、上記本願の請求項１に記載のインクを用いて、湿式法で形成することで、高発光効率な特性を得ることを可能とするものである。

本発明は、第２ビリアル係数に着目することで、溶媒に対する有機高分子材料の溶解性を確実に把握することができる。当該係数に着目する理由は、第２ビリアル係数は光散乱の濃度依存から得られるものであるため、溶媒中での溶質の広がりに対応するためである。更に、第２ビリアル係数が１×１０^-3ｃｍ³・ｍｏｌ／ｇ²以上である溶媒を選択してインクを作製するため、溶解性が高く、粘度の安定したインクを作製することができる。その結果、任意の有機ＥＬ材料のインクにおいて、溶解に時間を掛けず十分な溶解性を実現し、そのインクを用いて得られる有機ＥＬ素子において、塗布方式を用いた低製造コストかつ高発光効率な特性を得ることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図を用いて具体的に説明する。

図１は、本発明の有機ＥＬ素子の陰極と陽極の電極間に有機層を２層以上積層した断面を示すものである。具体的には、基板１０上に、陽極２０，正孔注入層３０，中間層４０、発光層５０、電子輸送層６０、陰極７０が形成されている。

発光高分子インクの作成としては、ポリフルオレン骨格の高分子発光材料を用い、その高分子材料に対して、使用する溶媒の第２ビリアル係数については、１重量％の溶液を、以下の手順で作成したものを、標準濃度から１／２，１／４，１／８の希釈を行い、ワイアット社製、多角度光散乱検出器 ＤＡＷＮ ＨＥＬＥＯＳと示差屈折率計Ｏｐｔｉｌａｂ ｒＥＸを用いて、ＺＩＭＭプロットにより求めた。下表（表１）はその結果を示すものである。

一般に、高分子に光が当たると分子の電子がエネルギーを吸収し、それによって、振動している電子から電磁波からあらゆる方向に放出され散乱される。その際、示差屈折率との組み合わせで絶対分子量の測定が可能となっている。また、溶液中の高分子は、溶媒と分子及び分子間相互作用により理想状態からのずれがあるため、濃度に対する影響があり、散乱の濃度依存性を測定することで第２ビリアル係数が測定できる。そのため、有機ＥＬ高分子材料の溶媒に対する散乱の濃度依存性を測定することで、溶解性に優れた溶媒の選択が直接的に選択可能となる。

インクの作製は、表１に示す溶媒中にポリフルオレン骨格の高分子発光材料を規定濃度で添加し、それを６０℃、回転数１００ｒｐｍで浸透攪拌を行った。溶媒に対してそれぞれ浸透攪拌時間を振り、浸透攪拌後、３０分後２３度での粘度を基準に２４ｈ放置後の粘度変化を調査し、その差が５％以下になる時間を調査した（表２）。

本発明では、基板１０上に、陽極２０としてＩＴＯをパターン化した基板を使用し、それをＩＰＡ洗浄後、ＵＶオゾン洗浄を１０分間行った。その上に正孔注入層３０として、ＰＥＤＯＴ（ポリエチレンジオキシチオフェン）をスピンコーター塗布乾燥して設け、その上に中間層を設けたのち、発光層をスピンコーティング法により形成した。その後、電子輸送層６０としてバリウム、陰極としてアルミニウムを真空蒸着法により成膜し、有機ＥＬ素子を作製後、封止（図１には図示せず）を行うことで有機ＥＬ素子を作製した。得られた素子に６Ｖの電圧を印加し、その際の電流密度、色純度を測定すると共に発光輝度を測定し、６Ｖでの発光効率を求めた（表３）。

表２に示すように、比較例１のシクロへキシルベンゼン（第２ビリアル係数：７．９６×１０−４（ｃｍ³・ｍｏｌ／ｇ²）、比較例２のフェノキシトルエン（第２ビリアル係数：７．３４×１０−４（ｃｍ³・ｍｏｌ／ｇ²））では、それぞれ１６時間、２４時間を要しているが、実施例１に示す第２ビリアル係数が１．０８×１０−３（ｃｍ³・ｍｏｌ／ｇ²）であるｍ−キシレンや実施例２に示す第２ビリアル係数が１．５９×１０−３（ｃｍ³・ｍｏｌ／ｇ²）であるメトキシトルエン、実施例３に示す第２ビリアル係数が１．２１×１０−３（ｃｍ³・ｍｏｌ／ｇ²）であるトルエンでは、溶解時の粘度安定性にかかる時間が８時間程度であり約１／２〜１／３の時間での安定した溶解が可能となっている。

また、表３に示されるように、比較例１のシクロへキシルベンゼンでは、１．５ｗｔ％では、発光効率が８（ｃｄ／Ａ）まで低下し、１０以下と非常に低くなっている。また、比較例２のフェノキシトルエンでは９〜１２（ｃｄ／Ａ）と低い値になっている。更には、第２ビリアル係数が４．３１×１０−４（ｃｍ³・ｍｏｌ／ｇ²）まで低い、フェノールでは、大幅な発光効率の低下が見られている。それに対して、第２ビリアル係数が１．０×１０−３以上である、実施例１に示す第２ビリアル係数：１．０８×１０−３（ｃｍ³・ｍｏｌ／ｇ²）であるｍ−キシレンや実施例２に示す第２ビリアル係数：１．５９×１０−３（ｃｍ³・ｍｏｌ／ｇ²）であるメトキシトルエン、実施例３に示す第２ビリアル係数が１．２１×１０−３（ｃｍ³・ｍｏｌ／ｇ²）であるトルエンでは、発光効率は２種類の濃度において、ともに１６〜１８ｃｄ／Ａの高い値を示しており、良好な結果となっている。

以上のように、第２ビリアル係数が１×１０^-3ｃｍ³・ｍｏｌ／ｇ²以上である溶媒を用いることで、溶解時間の短縮と発光効率の向上が見られている。

本発明による第２ビリアル係が１×１０^-3ｃｍ³・ｍｏｌ／ｇ²以上である溶媒を用いて、任意の有機ＥＬ素子の材料を溶解することで、溶解時間の短縮、インク粘度の安定性、塗布形成された有機Ｅ Ｌ 素子の高効率化を行うことが可能となり、有機ＥＬ素子によるフラットパネルディスプレイや液晶ディスプレイのバックライト又は照明光源にて適用可能である。

本発明の実施の形態１における有機ＥＬ素子の形態を断面より示す図

符号の説明

１０ 基板
２０ 陽極
３０ 正孔注入層
４０ 中間層
５０ 発光層
６０ 電子輸送層
７０ 陰極

Claims (4)

1. 発光層を含む複数の有機層の少なくとも一層を、有機高分子材料を溶媒に溶解して形成されるインクを塗布することで得る際に、前記溶媒は前記有機高分子材料との光散乱強度法から測定される第２ビリアル係数が１×１０^-3ｃｍ³・ｍｏｌ／ｇ²以上であり、前記溶媒に前記有機高分子材料を溶解にインクを製造すること
   を特徴とするインクの製造方法。
2. 溶媒は第２ビリアル係数が１×１０^-3ｃｍ³・ｍｏｌ／ｇ²以上の液体であり、前記溶媒に有機高分子材料を溶解してなること
   を特徴とする有機ＥＬ素子用インク。
3. 前記溶媒は、キシレン、メトキシトルエン、トルエンから選択される液体であることを特徴とする請求項２に記載の有機ＥＬ素子用インク。
4. 請求項１記載のインクを用いて、湿式法で形成される有機ＥＬ素子。

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