JP2013214397A - 機能層形成用インク、発光素子の製造方法、発光装置及び電子機器 - Google Patents

機能層形成用インク、発光素子の製造方法、発光装置及び電子機器 Download PDF

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Abstract

【課題】塗布方式によりπ共役高分子材料もしくはπ共役低分子材料を含む機能層形成材料を凝集させること無く安定した膜厚や膜形形状を有する機能層を形成可能な機能層形成用インクを提供する。
【解決手段】液体塗布法で機能層を形成する際に用いられる機能層形成用インクであって、高分子材料もしくは低分子材料を含む機能層形成材料と、溶媒Aと溶媒Bとを含む混合溶媒Cとを有し、溶媒Aは粘度が0.01Pa・s以上、0.05Pa・s以下であり、溶媒Bは粘度が0.01Pa・s未満であって、沸点が溶媒Aよりも低く、混合溶媒Cは粘度が0.02Pa・s未満であり、沸点が200℃以上、350℃以下であって、溶媒Aを0.1wt%以上10wt%以下含有していることを特徴とする。
【選択図】図8

Description

本発明は、機能層形成用インク、発光素子の製造方法、発光装置及び電子機器に関するものである。
発光素子としての有機エレクトロルミネッセンス素子(発光素子)は、陽極と陰極との間に少なくとも1層の発光性有機層(発光層)を介挿した構造を有する発光素子である。このような発光素子では、陰極と陽極との間に駆動電圧を印加することにより、発光層に陰極側から電子が注入されるとともに陽極側から正孔が注入され、発光層中で電子と正孔が励起子を形成し、この励起子が消滅する際(電子と正孔とが再結合する際)にエネルギーの一部が蛍光や燐光となって放出される。
一般に、発光素子では、陽極上に正孔注入層が設けられ、その正孔注入層上に正孔輸送層または発光層が設けられている。
これらの層を形成する方法(成膜方法)として、成膜材料を溶解または分散した成膜用インクを用いて塗布する方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。
近年、液滴吐出法などの塗布法で用いられる発光材料としては高分子材料だけでなく低分子材料も使用可能となっている(例えば、特許文献2、3参照)。
特開2008−77958号公報 特開2006−190759号公報 特開2011−108462号公報
しかしながら、特許文献2、3に記載の発光素子では、発光層の成膜過程において低分子であるが故にインク中の分子同士が分子間相互作用により凝集する傾向があるため、膜厚が均一な発光層を得ることが難しいという課題があった。また、凝集により成膜不良が生じる事があるため発光不良になるという課題があった。換言すれば、所望の光学特性を有する発光素子を歩留まりよく製造することが難しいという課題があった。
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
[適用例1]本適用例に係る機能層形成用インクは、液体塗布法で機能層を形成する際に用いられる機能層形成用インクであって、高分子材料もしくは低分子材料を含む機能層形成材料と、溶媒Aと溶媒Bとを含む混合溶媒Cとを有し、前記溶媒Aは粘度が0.01Pa・s以上、0.05Pa・s以下であり、前記溶媒Bは粘度が0.01Pa・s未満であって、沸点が前記溶媒Aよりも低く、前記混合溶媒Cは粘度が0.02Pa・s未満であり、沸点が200℃以上、350℃以下であって、前記溶媒Aを0.1wt%以上10wt%以下含有していることを特徴とする。
本適用例によれば、機能層形成用インクの乾燥過程において溶媒Bが溶媒Aよりも速く蒸発していくため混合溶媒Cの粘度は経時的に増加し溶媒Aの粘度へと近づく。また溶媒Bの蒸発後は溶媒Aの乾燥が支配的になり乾燥速度が遅くなる。この乾燥メカニズムによる増粘と乾燥遅延によって機能層形成材料の分子間相互作用による凝集速度を低下させることが可能となり、機能層形成材料の凝集を抑制することができる。ゆえに、乾燥後に膜厚が均一な機能層を形成することが可能な機能層形成用インクを提供することができる。
[適用例2]上記適用例に係る機能層形成用インクにおいて、前記溶媒A及び前記溶媒Bは非水系溶媒であることを特徴とする。
[適用例3]上記適用例に係る機能層形成用インクにおいて、前記溶媒A及び前記溶媒Bは水系溶媒であるとしてもよい。
[適用例4]上記適用例に係る機能層形成用インクにおいて、前記溶媒Aは非水系溶媒であり、前記溶媒Bは水系溶媒であるとしてもよい。
[適用例5]上記適用例に係る機能層形成用インクにおいて、前記溶媒Aは水系溶媒であり、前記溶媒Bは非水系溶媒であるとしてもよい。
溶媒Aまたは溶媒Bのうち少なくとも一方を水系溶媒とすれば、非水系溶媒を用いた場合に比べて、機能層形成用インクの表面張力を低くすることができる。これにより、膜形成領域に対する機能層形成用インクの濡れ性(充填性)を高められる。
[適用例6]本適用例に係る発光素子の製造方法は、有機発光層を含む機能層を備えた発光素子の製造方法であって、上記適用例の機能層形成用インクを用い、前記機能層のうち少なくとも1層の有機層を形成することを特徴とする。
この方法によれば、乾燥後に膜厚が均一な有機層を形成できるので、所望の光学特性を有する発光素子を歩留まりよく製造することができる。
[適用例7]上記適用例に係る発光素子の製造方法において、前記機能層は、正孔注入層、正孔輸送層、前記有機発光層を含み、上記適用例の機能層形成用インクを用い、前記正孔注入層を形成するとしてもよい。
[適用例8]上記適用例に係る発光素子の製造方法において、前記機能層は、正孔注入層、正孔輸送層、前記有機発光層を含み、上記適用例の機能層形成用インクを用い、前記正孔輸送層を形成するとしてもよい。
[適用例9]上記適用例に係る発光素子の製造方法において、前記機能層は、正孔注入層、正孔輸送層、前記有機発光層を含み、上記適用例の機能層形成用インクを用い、前記有機発光層を形成するとしてもよい。
[適用例10]本適用例に係る発光装置は、上記適用例の発光素子の製造方法を用いて製造された発光素子を備えたことを特徴とする。
これによれば、所望の光学特性を有する発光装置を提供することができる。
[適用例11]本適用例に係る電子機器は、上記適用例の発光装置を備えたことを特徴とする。
これによれば、高い表示品質を有する情報機器や輝度むらが低減され見栄えがよい照明装置などの電子機器を提供することができる。
実施形態に係る吐出装置の構成を示す概略斜視図。 実施形態に係る吐出ヘッドの構造を示す概略図。 実施形態に係るヘッドユニットにおける吐出ヘッドの配置を示す概略平面図。 実施形態に係る吐出装置の制御系を示すブロック図。 実施形態に係る発光装置の構成を示す概略正面図。 実施形態に係る発光装置の構造を示す要部概略断面図。 実施形態に係る発光素子の製造方法を示すフローチャート。 (a)〜(d)は実施形態に係る有機EL素子の製造方法を示す概略断面図。 (e)〜(i)は実施形態に係る有機EL素子の製造方法を示す概略断面図。 実施例1、2、5、6の評価結果を示す表。 実施例3、4、7、8の評価結果を示す表。 比較例1〜8の評価結果を示す表。 電子機器としてのモバイル型(またはノート型)のパーソナルコンピューターの構成を示す斜視図。 電子機器としての携帯電話機(PHSも含む)の構成を示す斜視図。 電子機器としてのディジタルスチルカメラの構成を示す斜視図。 (a)はカラーフィルター基板の構成を示す概略平面図、(b)はカラーフィルター基板の構造を示す概略断面図。
以下、本実施形態について図面に従って説明する。なお、使用する図面は、説明する部分が認識可能な状態となるように、適宜拡大又は縮小して表示している。
(第1実施形態)
<液滴の吐出装置>
まず、機能性材料を含む液状体を液滴として被吐出物に吐出可能な吐出装置について、図1〜図4を参照して説明する。
図1は、本実施形態に係る吐出装置の構成を示す概略斜視図である。本実施形態の吐出装置2は、図1に示すように、被吐出物である平板状のワークWを第1の方向としての主走査方向(Y軸方向)に移動させるワーク移動機構10と、ヘッドユニット12を主走査方向に直交する第2の方向としての副走査方向(X軸方向)に移動させるヘッド移動機構14とを備えている。
ワーク移動機構10は、一対のガイドレール16と、一対のガイドレール16に沿って移動する移動台18と、移動台18上に回転機構20を介して配設されたワークWを載置するステージ22とを備えている。
移動台18は、ガイドレール16の内部に設けられたエアスライダーとリニアモーター(図示省略)により主走査方向(Y軸方向)に移動する。移動台18には、タイミング信号生成部としてのエンコーダー24(図4参照)が設けられている。
エンコーダー24は、移動台18の主走査方向(Y軸方向)への相対移動に伴って、ガイドレール16に並設されたリニアスケール(図示省略)の目盛を読み取って、タイミング信号としてのエンコーダーパルスを生成する。なお、エンコーダー24の配設は、これに限らず、例えば、移動台18を回転軸に沿って主走査方向(Y軸方向)に相対移動するよう構成し、回転軸を回転させる駆動部を設けた場合には、エンコーダー24を駆動部に設けてもよい。駆動部としては、サーボモーターなどが挙げられる。
ステージ22は、ワークWを吸着固定可能であると共に、回転機構20によってワークW内の基準軸を正確に主走査方向(Y軸方向)、副走査方向(X軸方向)に合わせることが可能となっている。
また、ワークW上において液状体が吐出される膜形成領域の配置に応じて、ワークWを例えば90度旋回させることも可能である。
ヘッド移動機構14は、一対のガイドレール26と、一対のガイドレール26に沿って移動する移動台28とを備えている。移動台28には、回転機構30を介して吊設されたキャリッジ32が設けられている。
キャリッジ32には、複数の吐出ヘッド34(図2参照)が搭載されたヘッドユニット12が取り付けられている。
また、吐出ヘッド34に液状体を供給するための液状体供給機構(図示省略)と、複数の吐出ヘッド34の電気的な駆動制御を行うためのヘッドドライバー36(図4参照)とが設けられている。
移動台28がキャリッジ32を副走査方向(X軸方向)に移動させてヘッドユニット12をワークWに対して対向配置する。
吐出装置2は、上記構成の他にも、ヘッドユニット12に搭載された複数の吐出ヘッド34のノズル目詰まり解消、ノズル面の異物や汚れの除去などのメンテナンスを行うメンテナンス機構が、複数の吐出ヘッド34を臨む位置に配設されている。
また、吐出ヘッド34ごとに吐出された液状体を受けて、その重量を計測する電子天秤などの計測器を有する重量計測機構38(図4参照)を備えている。そして、これらの構成を統括的に制御する制御部40を備えている。なお、図1では、メンテナンス機構及び重量計測機構38は、図示省略した。
図2は、本実施形態に係る吐出ヘッドの構造を示す概略図である。図2(a)は、斜視図、図2(b)は、ノズルの配置状態を示す平面図である。
本実施形態の吐出ヘッド34は、図2(a)に示すように、所謂2連のものであり、2連の接続針42を有する液状体の導入部44と、導入部44に積層されたヘッド基板46と、ヘッド基板46上に配置され内部に液状体のヘッド内流路が形成されたヘッド本体48とを備えている。接続針42は、前述した液状体供給機構(図示省略)に配管を経由して接続され、液状体をヘッド内流路に供給する。ヘッド基板46には、フレキシブルフラットケーブル(図示省略)を介してヘッドドライバー36(図4参照)に接続される2連のコネクター50が設けられている。
ヘッド本体48は、駆動手段としての圧電素子で構成されたキャビティを有する加圧部52と、ノズル面54aに2つのノズル列56a,56bが相互に平行に形成されたノズルプレート54とを有している。
2つのノズル列56a,56bは、図2(b)に示すように、それぞれ複数(180個)のノズル56がピッチP1で略等間隔に並べられており、互いにピッチP1の半分のピッチP2ずれた状態でノズル面54aに配設されている。この場合、ピッチP1は、およそ141μmである。よって、ノズル列56cに直交する方向から見ると360個のノズル56がおよそ70.5μmのノズルピッチで配列した状態となっている。また、ノズル56の径は、およそ27μmである。
吐出ヘッド34は、ヘッドドライバー36から電気信号としての駆動信号が圧電素子に印加されると加圧部52のキャビティの体積変動が起こり、これによるポンプ作用でキャビティに充填された液状体が加圧され、ノズル56から液状体を液滴として吐出することができる。
吐出ヘッド34における駆動手段は、圧電素子に限らない。アクチュエーターとしての振動板を静電吸着により変位させる電気機械変換素子や、液状体を加熱してノズル56から液滴として吐出させる電気熱変換素子(サーマル方式)でもよい。
図3は、本実施形態に係るヘッドユニットにおける吐出ヘッドの配置を示す概略平面図である。詳しくは、ワークWに対向する側から見た図である。
本実施形態のヘッドユニット12は、図3に示すように、複数の吐出ヘッド34が配設されるヘッドプレート12aを備えている。ヘッドプレート12aには、3つの吐出ヘッド34からなるヘッド群34Aと、同じく3つの吐出ヘッド34からなるヘッド群34Bの合計6個の吐出ヘッド34が搭載されている。この場合、ヘッド群34AのヘッドR1(吐出ヘッド34)とヘッド群34BのヘッドR2(吐出ヘッド34)とは、同種の液状体を吐出する。他のヘッドG1とヘッドG2、ヘッドB1とヘッドB2においても同様である。すなわち、3種の異なる液状体を吐出可能な構成となっている。
1つの吐出ヘッド34によって描画可能な描画幅をL0とし、これをノズル列56cの有効長とする。以降、ノズル列56cとは、360個のノズル56から構成されるものを指す。
この場合、ヘッドR1とヘッドR2は、主走査方向(Y軸方向)から見て隣り合うノズル列56cが主走査方向と直交する副走査方向(X軸方向)に1ノズルピッチを置いて連続するように主走査方向に並列して配設されている。したがって、同種の液状体を吐出するヘッドR1とヘッドR2の有効な描画幅L1は、描画幅L0の2倍となっている。ヘッドG1とヘッドG2、ヘッドB1とヘッドB2においても同様に主走査方向(Y軸方向)に並列して配置されている。
なお、吐出ヘッド34に設けられるノズル列56cは、2連に限らず、1連でもよい。また、ヘッドユニット12における吐出ヘッド34の配置は、これに限定されるものではない。
次に吐出装置2の制御系について説明する。
図4は、本実施形態に係る吐出装置の制御系を示すブロック図である。
本実施形態の吐出装置2の制御系は、図4に示すように、吐出ヘッド34、ワーク移動機構10、ヘッド移動機構14、重量計測機構38などを駆動する各種ドライバーを有する駆動部58と、駆動部58を含め吐出装置2を統括的に制御する制御部40とを備えている。
駆動部58は、ワーク移動機構10及びヘッド移動機構14の各リニアモーターをそれぞれ駆動制御する移動用ドライバー60と、吐出ヘッド34を駆動制御するヘッドドライバー36と、重量計測機構38を駆動制御する重量計測用ドライバー62とを備えている。この他にもメンテナンス機構を駆動制御するメンテナンス用ドライバーなどを備えているが図示省略した。
制御部40は、CPU64と、ROM66と、RAM68と、P−CON70とを備え、これらは互いにバス72を介して接続されている。P−CON70には、上位コンピューター74が接続されている。ROM66は、CPU64で処理する制御プログラムなどを記憶する制御プログラム領域と、描画動作や機能回復処理などを行うための制御データなどを記憶する制御データ領域とを有している。
RAM68は、ワークWに描画を行うための描画データを記憶する描画データ記憶部、ワークW及び吐出ヘッド34(実際には、ノズル列56c)の位置データを記憶する位置データ記憶部などの各種記憶部を有し、制御処理のための各種作業領域として使用される。P−CON70には、駆動部58の各種ドライバーなどが接続されており、CPU64の機能を補うと共に、周辺回路とのインターフェイス信号を取り扱うための論理回路が構成されて組み込まれている。このため、P−CON70は、上位コンピューター74からの各種指令などをそのままあるいは加工してバス72に取り込むと共に、CPU64と連動して、CPU64などからバス72に出力されたデータや制御信号を、そのままあるいは加工して駆動部58に出力する。
そして、CPU64は、ROM66内の制御プログラムに従って、P−CON70を介して各種検出信号、各種指令、各種データなどを入力し、RAM68内の各種データなどを処理した後、P−CON70を介して駆動部58などに各種の制御信号を出力することにより、吐出装置2全体を制御している。例えば、CPU64は、吐出ヘッド34、ワーク移動機構10、及びヘッド移動機構14を制御して、ヘッドユニット12とワークWとを対向配置させる。そして、ヘッドユニット12とワークWとの相対移動に同期して、ヘッドユニット12に搭載された各吐出ヘッド34の複数のノズル56からワークWに液状体を液滴として吐出するようにヘッドドライバー36に制御信号を送出する。この場合、Y軸方向へのワークWの移動に同期して液状体を吐出することを主走査と呼び、X軸方向にヘッドユニット12を移動させることを副走査と呼ぶ。本実施形態の吐出装置2は、主走査と副走査とを組み合わせて複数回繰り返すことにより液状体を吐出描画することができる。主走査は、吐出ヘッド34に対して一方向へのワークWの移動に限らず、ワークWを往復させて行うこともできる。
エンコーダー24は、ヘッドドライバー36に電気的に接続され、主走査に伴ってエンコーダーパルスを生成する。主走査では、所定の移動速度で移動台18を移動させるので、エンコーダーパルスが周期的に発生する。
例えば、主走査における移動台18の移動速度を200mm/sec、吐出ヘッド34を駆動する駆動周波数(言い換えれば、連続して液滴を吐出する場合の吐出タイミング)を20kHzとすると、主走査方向における液滴の吐出分解能は、移動速度を駆動周波数で除することにより得られるので、10μmとなる。すなわち、10μmのピッチで液滴をワークW上に配置することが可能である。実際の液滴の吐出タイミングは、周期的に発生するエンコーダーパルスをカウントして生成されるラッチ信号に基づいている。
上位コンピューター74は、制御プログラムや制御データなどの制御情報を吐出装置2に送出する。また、ワークW上の膜形成領域ごとに所定量の液状体を液滴として配置する吐出制御データとしての配置情報を生成する配置情報生成部の機能を有している。配置情報は、膜形成領域における液滴の吐出位置(言い換えれば、ワークWとノズル56との相対位置)、液滴の配置数(言い換えれば、ノズル56ごとの吐出数)、主走査における複数のノズル56のON/OFF、吐出タイミングなどの情報を、例えば、ビットマップとして表したものである。上位コンピューター74は、上記配置情報を生成するだけでなく、RAM68に一旦、格納された上記配置情報を修正することも可能である。
<発光装置>
次に、本実施形態の発光素子の製造方法を適用して製造された発光素子を有する発光装置について図5及び図6を参照して説明する。図5は本実施形態に係る発光装置の構成を示す概略正面図、図6は本実施形態に係る発光装置の構造を示す要部概略断面図である。
図5に示すように、本実施形態の有機EL装置100は、R(赤)、G(緑)、B(青)、3色の発光画素107を備えた素子基板101と、素子基板101に所定の間隔を置いて対向配置された封止基板102とを備えている。封止基板102は、複数の発光画素107が設けられた発光領域106を封着するように、高い気密性を有する封着剤を用いて素子基板101に貼り合わされている。
発光画素107は、後述する発光素子としての有機EL素子112(図6参照)を備えるものであって、同色の発光が得られる発光画素107が、図面上の縦方向に配列した所謂ストライプ方式となっている。なお、実際には、発光画素107は微細なものであり、図示の都合上拡大して現している。
素子基板101は、封止基板102よりも一回り大きく、額縁状に張り出した部分には、発光画素107を駆動する2つの走査線駆動回路部103と1つのデータ線駆動回路部104が設けられている。走査線駆動回路部103、データ線駆動回路部104は、例えば、電気回路が集積されたICとして素子基板101に実装してもよいし、走査線駆動回路部103及びデータ線駆動回路部104を素子基板101の表面に直接形成してもよい。
素子基板101の端子部101aには、これらの走査線駆動回路部103やデータ線駆動回路部104と外部駆動回路とを接続するための中継基板105が実装されている。中継基板105は、例えば、フレキシブル回路基板などを用いることができる。
図6に示すように、有機EL装置100において、有機EL素子112は、画素電極としての陽極131と、陽極131を区画する隔壁部133と、陽極131上に形成された有機膜からなる発光層を含む機能層132とを有している。また、機能層132を介して陽極131と対向するように形成された共通電極としての陰極134を有している。
隔壁部133は、例えばCF4を処理ガスとするプラズマ処理により撥液化もしくは後述する機能液に対して撥液性を示す感光性レジストを用いて形成されている。該感光性レジストとしては、例えば特開2008−287251号公報に示された、感光性のアクリル系樹脂にフッ素系ポリマーを含んだ撥液レジスト組成物を挙げることができる。隔壁部133は、発光画素107を構成する陽極131の周囲を一部覆って、複数の陽極131をそれぞれ区画するように設けられている。
陽極131は、素子基板101上に形成されたTFT素子108の3端子のうちの1つに接続しており、例えば、透明電極材料であるITO(Indium Tin Oxide)を厚さ100nm程度に成膜した電極である。
陰極134は、例えばAlやAgなどの光反射性を有する金属材料や、該金属材料と他の金属(例えばMg)との合金などにより形成されている。
本実施形態の有機EL装置100は、所謂ボトムエミッション型の構造となっており、陽極131と陰極134との間に駆動電流を流して機能層132で発光した光を陰極134で反射させて素子基板101側から取り出す。したがって、素子基板101はガラスなどの透明基板を用いる。また、封止基板102は、透明基板及び不透明基板のいずれも用いることができる。不透明基板としては、例えば、アルミナ等のセラミックス、ステンレススチール等の金属シートに表面酸化などの絶縁処理を施したものの他に、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂などが挙げられる。
素子基板101には、有機EL素子112を駆動する回路部111が設けられている。すなわち、素子基板101の表面にはSiO2を主体とする下地保護層121が下地として形成され、その上には例えばポリシリコンなどからなる半導体層122が形成されている。この半導体層122の表面には、SiO2及び/又はSiNを主体とするゲート絶縁膜123が形成されている。
また、半導体層122のうち、ゲート絶縁膜123を挟んでゲート電極126と重なる領域がチャネル領域122aとされている。なお、このゲート電極126は、図示しない走査線の一部である。一方、半導体層122を覆い、ゲート電極126を形成したゲート絶縁膜123の表面には、SiO2を主体とする第1層間絶縁層127が形成されている。
また、半導体層122のうち、チャネル領域122aのソース側には、低濃度ソース領域及び高濃度ソース領域122cが設けられる一方、チャネル領域122aのドレイン側には低濃度ドレイン領域及び高濃度ドレイン領域122bが設けられて、所謂LDD(Light Doped Drain)構造となっている。これらのうち、高濃度ソース領域122cは、ゲート絶縁膜123と第1層間絶縁層127とにわたって開孔するコンタクトホール125aを介して、ソース電極125に接続されている。このソース電極125は、電源線(図示せず)の一部として構成されている。一方、高濃度ドレイン領域122bは、ゲート絶縁膜123と第1層間絶縁層127とにわたって開孔するコンタクトホール124aを介して、ソース電極125と同一層からなるドレイン電極124に接続されている。
ソース電極125及びドレイン電極124が形成された第1層間絶縁層127の上層には、平坦化層128が形成されている。この平坦化層128は、アクリル系やポリイミド系等の、耐熱性絶縁性樹脂などによって形成されたもので、TFT素子108やソース電極125、ドレイン電極124などによる表面の凹凸をなくすために形成された公知のものである。
そして、陽極131が、この平坦化層128の表面上に形成されると共に、該平坦化層128に設けられたコンタクトホール128aを介してドレイン電極124に接続されている。すなわち、陽極131は、ドレイン電極124を介して、半導体層122の高濃度ドレイン領域122bに接続されている。陰極134は、GNDに接続されている。したがって、スイッチング素子としてのTFT素子108により、上記電源線から陽極131に供給され陰極134との間で流れる駆動電流を制御する。これにより、回路部111は、所望の有機EL素子112を発光させカラー表示を可能としている。
なお、有機EL素子112を駆動する回路部111の構成は、これに限定されるものではない。
機能層132は、有機膜からなる正孔注入層、正孔輸送層、発光層を含む複数の薄膜層からなり、陽極131側からこの順で積層されている。本実施形態において、これらの薄膜層は液体塗布法または真空蒸着法を用いて成膜されている。液体塗布法は、前述した吐出装置2を用いる液滴吐出法やスピンコート法などを含む。
正孔注入層の材料としては、特に限定されないが、例えば、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン/スチレンスルホン酸)(PEDOT/PSS)、PEDOT/PSS/Nafion(登録商標)、ポリチオフェン及びその誘導体、ポリアニリン及びその誘導体、ポリピロール及びその誘導体、N,N,N’,N’−テトラフェニル−p−ジアミノベンゼン及びその誘導体等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。また、この正孔注入層は、後に詳述するように、本発明の機能層形成用インクを用いて形成することができる。
このような正孔注入層の平均厚さは、特に限定されないが、10nm〜100nm程度であるのが好ましく、10nm〜50nm程度であるのがより好ましい。
中間層(正孔輸送層)は、正孔注入層と発光層との間に設けられ、発光層に対する正孔の輸送性(注入性)を向上させると共に、発光層から正孔注入層に電子が侵入することを抑制するために設けられている。すなわち、発光層における正孔と電子との結合による発光の効率を改善するものである。
また、この中間層は、後に詳述するように、本発明の機能層形成用インクを用いて形成することができる。
この中間層の構成材料には、各種p型の高分子材料や、各種p型の低分子材料を単独または組み合わせて用いることができる。
p型の高分子材料(有機ポリマー)としては、例えば、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)等のポリアリールアミンのようなアリールアミン骨格を有するもの、フルオレン−ビチオフェン共重合体のようなフルオレン骨格を有するもの、フルオレン−アリールアミン共重合体のようなアリールアミン骨格及びフルオレン骨格の双方を有するもの、ポリ(N−ビニルカルバゾール)、ポリビニルピレン、ポリビニルアントラセン、ポリチオフェン、ポリアルキルチオフェン、ポリヘキシルチオフェン、ポリ(p−フェニレンビニレン)、ポリチニレンビニレン、ピレンホルムアルデヒド樹脂、エチルカルバゾールホルムアルデヒド樹脂またはその誘導体等が挙げられる。
このようなp型の高分子材料は、他の化合物との混合物として用いることもできる。一例として、ポリチオフェンを含有する混合物としては、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン/スチレンスルホン酸)(PEDOT/PSS)等が挙げられる。
一方、p型の低分子材料としては、例えば、1,1−ビス(4−ジ−パラ−トリアミノフェニル)シクロへキサン、1,1’−ビス(4−ジ−パラ−トリルアミノフェニル)−4−フェニル−シクロヘキサンのようなアリールシクロアルカン系化合物、4,4’,4’’−トリメチルトリフェニルアミン、N,N,N’,N’−テトラフェニル−1,1’−ビフェニル−4,4’−ジアミン、N,N’−ジフェニル−N,N’−ビス(3−メチルフェニル)−1,1’−ビフェニル−4,4’−ジアミン(TPD1)、N,N’−ジフェニル−N,N’−ビス(4−メトキシフェニル)−1,1’−ビフェニル−4,4’−ジアミン(TPD2)、N,N,N’,N’−テトラキス(4−メトキシフェニル)−1,1’−ビフェニル−4,4’−ジアミン(TPD3)、N,N’−ビス(1−ナフチル)−N,N’−ジフェニル−1,1’−ビフェニル−4,4’−ジアミン(α−NPD)、TPTEのようなアリールアミン系化合物、N,N,N’,N’−テトラフェニル−パラ−フェニレンジアミン、N,N,N’,N’−テトラ(パラ−トリル)−パラ−フェニレンジアミン、N,N,N’,N’−テトラ(メタ−トリル)−メタ−フェニレンジアミン(PDA)のようなフェニレンジアミン系化合物、カルバゾール、N−イソプロピルカルバゾール、N−フェニルカルバゾールのようなカルバゾール系化合物、スチルベン、4−ジ−パラ−トリルアミノスチルベンのようなスチルベン系化合物、OxZのようなオキサゾール系化合物、トリフェニルメタン、m−MTDATAのようなトリフェニルメタン系化合物、1−フェニル−3−(パラ−ジメチルアミノフェニル)ピラゾリンのようなピラゾリン系化合物、ベンジン(シクロヘキサジエン)系化合物、トリアゾールのようなトリアゾール系化合物、イミダゾールのようなイミダゾール系化合物、1,3,4−オキサジアゾール、2,5−ジ(4−ジメチルアミノフェニル)−1,3,4,−オキサジアゾールのようなオキサジアゾール系化合物、アントラセン、9−(4−ジエチルアミノスチリル)アントラセンのようなアントラセン系化合物、フルオレノン、2,4,7,−トリニトロ−9−フルオレノン、2,7−ビス(2−ヒドロキシ−3−(2−クロロフェニルカルバモイル)−1−ナフチルアゾ)フルオレノンのようなフルオレノン系化合物、ポリアニリンのようなアニリン系化合物、シラン系化合物、1,4−ジチオケト−3,6−ジフェニル−ピロロ−(3,4−c)ピロロピロールのようなピロール系化合物、フローレンのようなフローレン系化合物、ポルフィリン、金属テトラフェニルポルフィリンのようなポルフィリン系化合物、キナクリドンのようなキナクリドン系化合物、フタロシアニン、銅フタロシアニン、テトラ(t−ブチル)銅フタロシアニン、鉄フタロシアニンのような金属または無金属のフタロシアニン系化合物、銅ナフタロシアニン、バナジルナフタロシアニン、モノクロロガリウムナフタロシアニンのような金属または無金属のナフタロシアニン系化合物、N,N’−ジ(ナフタレン−1−イル)−N,N’−ジフェニル−ベンジジン、N,N,N’,N’−テトラフェニルベンジジンのようなベンジジン系化合物等が挙げられる。
このような中間層の平均厚さは、特に限定されないが、10nm〜150nm程度であるのが好ましく、10nm〜100nm程度であるのがより好ましい。
なお、この中間層は、省略することができる。
(赤色発光層)赤色発光層は、赤色に発光する赤色発光材料を含んで構成されている。
なお、この赤色発光層は、後述する本発明の機能層形成用インクを用いて形成することができる。
このような赤色発光材料としては、特に限定されず、各種赤色蛍光材料、赤色燐光材料を1種または2種以上組み合わせて用いることができる。
赤色蛍光材料としては、赤色の蛍光を発するものであれば特に限定されず、例えば、ペリレン誘導体、ユーロピウム錯体、ベンゾピラン誘導体、ローダミン誘導体、ベンゾチオキサンテン誘導体、ポルフィリン誘導体、ナイルレッド、2−(1,1−ジメチルエチル)−6−(2−(2,3,6,7−テトラヒドロ−1,1,7,7−テトラメチル−1H,5H−ベンゾ(ij)キノリジン−9−イル)エテニル)−4H−ピラン−4H−イリデン)プロパンジニトリル(DCJTB)、4−(ジシアノメチレン)−2−メチル−6−(p−ジメチルアミノスチリル)−4H−ピラン(DCM)等を挙げられる。
赤色燐光材料としては、赤色の燐光を発するものであれば特に限定されず、例えば、イリジウム、ルテニウム、白金、オスミウム、レニウム、パラジウム等の金属錯体が挙げられ、これら金属錯体の配位子の内の少なくとも1つがフェニルピリジン骨格、ビピリジル骨格、ポルフィリン骨格等を持つものも挙げられる。より具体的には、トリス(1−フェニルイソキノリン)イリジウム、ビス[2−(2’−ベンゾ[4,5−α]チエニル)ピリジネート−N,C3’]イリジウム(アセチルアセトネート)(btp2Ir(acac))、2,3,101,12,13,17,18−オクタエチル−12H,23H−ポルフィリン−白金(II)、ビス[2−(2’−ベンゾ[4,5−α]チエニル)ピリジネート−N,C3’]イリジウム、ビス(2−フェニルピリジン)イリジウム(アセチルアセトネート)が挙げられる。
また、赤色発光層中には、前述した赤色発光材料の他に、赤色発光材料がゲスト材料として添加されるホスト材料を含んでいてもよい。
ホスト材料は、注入された正孔と電子とにより励起子を生成するとともに、その励起子のエネルギーを赤色発光材料に移動(フェルスター移動またはデクスター移動)させて、赤色発光材料を励起する機能を有する。このようなホスト材料を用いる場合、例えば、ゲスト材料である赤色発光材料をドーパントとしてホスト材料にドープして用いることができる。
このようなホスト材料としては、用いる赤色発光材料に対して前述したような機能を発揮するものであれば、特に限定されないが、赤色発光材料が赤色蛍光材料を含む場合、例えば、ナフタセン誘導体、ナフタレン誘導体、アントラセン誘導体のようなアセン誘導体(アセン系材料)、ジスチリルアリーレン誘導体、ペリレン誘導体、ジスチリルベンゼン誘導体、ジスチリルアミン誘導体、トリス(8−キノリノラト)アルミニウム錯体(Alq3)等のキノリノラト系金属錯体、トリフェニルアミンの4量体等のトリアリールアミン誘導体、オキサジアゾール誘導体、シロール誘導体、ジカルバゾール誘導体、オリゴチオフェン誘導体、ベンゾピラン誘導体、トリアゾール誘導体、ベンゾオキサゾール誘導体、ベンゾチアゾール誘導体、キノリン誘導体、4,4’−ビス(2,2’−ジフェニルビニル)ビフェニル(DPVBi)等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることもできる。
前述したような赤色発光材料(ゲスト材料)及びホスト材料を用いる場合、赤色発光層中における赤色発光材料の含有量(ドープ量)は、0.01wt%〜10wt%であるのが好ましく、0.1wt%〜5wt%であるのがより好ましい。赤色発光材料の含有量をこのような範囲内とすることで、発光効率を最適化することができる。
このような赤色発光層の平均厚さは、特に限定されないが、10nm〜150nm程度であるのが好ましく、10nm〜100nm程度であるのがより好ましい。
(緑色発光層)緑色発光層は、緑色に発光する緑色発光材料を含んで構成されている。
なお、この緑色発光層は、後述する本発明の機能層形成用インクを用いて形成することができる。
このような緑色発光材料としては、特に限定されず、例えば、各種緑色蛍光材料及び緑色燐光材料が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
緑色蛍光材料としては、緑色の蛍光を発するものであれば特に限定されず、例えば、クマリン誘導体、キナクリドン及びその誘導体、9,10−ビス[(9−エチル−3−カルバゾール)−ビニレニル]−アントラセン等が挙げられる。
緑色燐光材料としては、緑色の燐光を発するものであれば特に限定されず、例えば、イリジウム、ルテニウム、白金、オスミウム、レニウム、パラジウム等の金属錯体が挙げられ、具体的には、ファク−トリス(2−フェニルピリジン)イリジウム(Ir(ppy)3)、ビス(2−フェニルピリジネート−N,C2’)イリジウム(アセチルアセトネート)、ファク−トリス[5−フルオロ−2−(5−トリフルオロメチル−2−ピリジン)フェニル−C,N]イリジウム等が挙げられる。
また、緑色発光層中には、前述した緑色発光材料の他に、緑色発光材料がゲスト材料として添加されるホスト材料が含まれていてもよい。
このようなホスト材料としては、前述した赤色発光層で説明したホスト材料と同様のものを用いることができる。
(青色発光層)青色発光層は、青色に発光する青色発光材料を含んで構成されている。
なお、この青色発光層は、後述する本発明の機能層形成用インクを用いて形成することができる。
このような青色発光材料としては、例えば、各種の青色蛍光材料及び青色燐光材料が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上組み合わせて用いることができる。
青色蛍光材料としては、青色の蛍光を発するものであれば、特に限定されず、例えば、ジスチリルジアミン系化合物等のジスチリルアミン誘導体、フルオランテン誘導体、ピレン誘導体、ペリレン及びペリレン誘導体、アントラセン誘導体、ベンゾオキサゾール誘導体、ベンゾチアゾール誘導体、ベンゾイミダゾール誘導体、クリセン誘導体、フェナントレン誘導体、ジスチリルベンゼン誘導体、テトラフェニルブタジエン、4,4’−ビス(9−エチル−3−カルバゾビニレン)−1,1’−ビフェニル(BCzVBi)等が挙げられる。
青色燐光材料としては、青色の燐光を発するものであれば、特に限定されず、例えば、イリジウム、ルテニウム、白金、オスミウム、レニウム、パラジウム等の金属錯体が挙げられ、具体的には、ビス[4,6−ジフルオロフェニルピリジネート−N,C2’]−ピコリネート−イリジウム、トリス[2−(2,4−ジフルオロフェニル)ピリジネート−N,C2’]イリジウム、ビス[2−(3,5−トリフルオロメチル)ピリジネート−N,C2’]−ピコリネート−イリジウム、ビス(4,6−ジフルオロフェニルピリジネート−N,C2’)イリジウム(アセチルアセトネート)等が挙げられる。
また、青色発光層には、前述した青色発光材料の他に、青色発光材料がゲスト材料として添加されるホスト材料が含まれていてもよい。
このようなホスト材料としては、前述した赤色発光層で説明したホスト材料と同様のものを用いることができる。
上記した赤色発光層、緑色発光層、青色発光層を形成するための機能層形成材料は、ゲスト材料とホスト材料とを含む低分子材料であり、一般的には真空蒸着法などの気相成長法により成膜されるが、低分子材料でも液滴吐出法を適用して成膜することもできる。もちろん、液滴吐出法により適した高分子材料の構成とし、機能層形成用インクに適用することもできる。
各色の発光層と陰極134との間には、発光層側から電子輸送層と電子注入層とが形成されている。電子輸送層は、陰極134から電子注入層を介して注入された電子を発光層に輸送する機能を有するものである。
電子輸送層の構成材料(電子輸送材料)としては、例えば、トリス(8−キノリノラト)アルミニウム(Alq3)等の8−キノリノールなしいその誘導体を配位子とする有機金属錯体などのキノリン誘導体、オキサジアゾール誘導体、ペリレン誘導体、ピリジン誘導体、ピリミジン誘導体、キノキサリン誘導体、ジフェニルキノン誘導体、ニトロ置換フルオレン誘導体等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
電子輸送層の平均厚さは、特に限定されないが、0.5nm〜100nm程度であるのが好ましく、1nm〜50nm程度であるのがより好ましい。
なお、この電子輸送層は、省略することができる。
電子注入層は、陰極134からの電子注入効率を向上させる機能を有するものである。
この電子注入層の構成材料(電子注入材料)としては、例えば、各種の無機絶縁材料、各種の無機半導体材料が挙げられる。
このような無機絶縁材料としては、例えば、アルカリ金属カルコゲナイド(酸化物、硫化物、セレン化物、テルル化物)、アルカリ土類金属カルコゲナイド、アルカリ金属のハロゲン化物及びアルカリ土類金属のハロゲン化物等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。これらを主材料として電子注入層を構成することにより、電子注入性をより向上させることができる。特にアルカリ金属化合物(アルカリ金属カルコゲナイド、アルカリ金属のハロゲン化物等)は仕事関数が非常に小さく、これを用いて電子注入層を構成することにより、有機EL素子112は、高い輝度が得られるものとなる。
アルカリ金属カルコゲナイドとしては、例えば、Li2O、LiO、Na2S、Na2Se、NaO等が挙げられる。
アルカリ土類金属カルコゲナイドとしては、例えば、CaO、BaO、SrO、BeO、BaS、MgO、CaSe等が挙げられる。
アルカリ金属のハロゲン化物としては、例えば、CsF、LiF、NaF、KF、LiCl、KCl、NaCl等が挙げられる。
アルカリ土類金属のハロゲン化物としては、例えば、CaF2、BaF2、SrF2、MgF2、BeF2等が挙げられる。
また、無機半導体材料としては、例えば、Li、Na、Ba、Ca、Sr、Yb、Al、Ga、In、Cd、Mg、Si、Ta、Sb及びZnのうちの少なくとも1つの元素を含む酸化物、窒化物または酸化窒化物等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
電子注入層の平均厚さは、特に限定されないが、0.1nm〜1000nm程度であるのが好ましく、0.2nm〜100nm程度であるのがより好ましく、0.2nm〜50nm程度であるのがさらに好ましい。
なお、この電子注入層は、省略することができる。
発光層上に形成される電子輸送層、電子注入層、陰極134の形成は、有機薄膜層である発光層の機能が低下し易い水や酸素などのガスとの接触や熱の影響を避けて、減圧下で成膜する真空蒸着法やスパッタ法を採用することが好ましい。
このような有機EL素子112を有する素子基板101は、熱硬化型エポキシ樹脂等を封着部材として用いた封着層135を介して封止基板102と隙間なくベタ封止されている。
本実施形態の有機EL素子112は、後述する製造方法を用いて製造されており、発光層がほぼ一定の膜厚と安定した膜形状(断面形状)を有しているため、異なる発光色が得られる機能層132R,132G,132Bにおいてそれぞれ所望の発光特性が得られる。
なお、本実施形態の有機EL装置100は、ボトムエミッション型に限定されず、例えば陽極131を光反射性の導電材料を用いて形成し、共通電極としての陰極134を透明な導電材料を用いて形成して、有機EL素子112の発光を陽極131で反射させて、封止基板102側から取り出すトップエミッション型の構造としてもよい。また、トップエミッション型とする場合、有機EL素子112の発光色に対応させたカラーフィルターを封止基板102側に設ける構成としてもよい。さらには、封止基板102側にカラーフィルターを有する場合、有機EL素子112を白色発光が得られる構成としてもよい。
<発光素子の製造方法>
次に、本実施形態の発光素子の製造方法としての有機EL素子112の製造方法について図7〜図9を参照して説明する。図7は、本実施形態に係る有機EL素子の製造方法を示すフローチャート、図8(a)〜(d)及び図9(e)〜(i)は本実施形態に係る有機EL素子の製造方法を示す概略断面図である。
本実施形態の有機EL素子112の製造方法は、図7に示すように、隔壁部形成工程(ステップS10)と、隔壁部が形成された基板に表面処理を施す表面処理工程(ステップS20)と、正孔注入層形成工程(ステップS30)と、中間層形成工程(ステップS40)と、発光層形成工程(ステップS50)と、陰極形成工程(ステップS60)と、有機EL素子が形成された素子基板101と封止基板102とを接合する封止基板接合工程(ステップS70)とを少なくとも備えている。なお、素子基板101上に回路部111を形成する工程や回路部111に電気的に接続した陽極131を形成する工程は、公知の製造方法を用いればよく、本実施形態では詳細の説明は省略する。
図7のステップS10は、隔壁部形成工程である。ステップS10では、図8(a)に示すように、陽極131の周囲の一部を覆って陽極131ごとを区画するように隔壁部133を形成する。形成方法としては、例えば、陽極131が形成された素子基板101の表面に感光性のフェノール樹脂又はポリイミド樹脂をおよそ1μm〜3μm程度の厚みで塗布する。塗布方法としては、転写法、スリットコート法などが挙げられる。そして、発光画素107の形状に対応したマスクを用いて露光し、現像することにより発光画素107に対応させた隔壁部133を形成することができる。以降、隔壁部133により区画された発光画素107の領域を膜形成領域Aと呼ぶ。そして、ステップS20へ進む。
図7のステップS20は、表面処理工程である。ステップS20では、隔壁部133が形成された素子基板101の表面に親液処理と撥液処理とを施す。まず、酸素を処理ガスとするプラズマ処理を行い、主に無機材料からなる陽極131の表面に親液処理を施す。次にCF4などのフッ素系ガスを処理ガスとするプラズマ処理を行い、有機材料からなる隔壁部133の表面にフッ素を導入して撥液処理を施す。そして、ステップS30へ進む。
図7のステップS30は、正孔注入層形成工程である。ステップS30では、まず、図8(b)に示すように、正孔注入層形成材料を含む液状体75を膜形成領域Aに塗布する。液状体75は、本発明の機能層形成用インクの一例であって、後述する成膜用の混合溶媒Cを含み、正孔注入層形成材料として前述したp型の高分子材料もしくは低分子材料を重量比で0.5%程度含んだものを用いた。
液状体75を塗布する方法としては、先に説明した液状体(インク)を吐出ヘッド34のノズル56から吐出可能な吐出装置2を用いる。吐出ヘッド34とワークWである素子基板101とを対向させ、吐出ヘッド34から液状体75を吐出する。吐出された液状体75は、液滴として親液処理された陽極131に着弾して濡れ拡がる。また、乾燥後の正孔注入層の膜厚がおよそ50nm〜70nmとなるように、膜形成領域Aの面積に応じた必要量を液滴として吐出した。そして乾燥工程へ進む。
乾燥工程では、素子基板101を例えば減圧乾燥及びランプアニール等の方法で乾燥加熱することにより、液状体75の溶媒成分を乾燥させて除去し、図8(c)に示すように膜形成領域Aの陽極131上に正孔注入層132aを形成する。なお、本実施形態では、各膜形成領域Aに同一材料からなる正孔注入層132aを形成したが、後に形成される発光層に対応して正孔注入層132aの材料を発光色ごとに変えてもよい。そしてステップS40へ進む。
図7のステップS40は、中間層形成工程である。ステップS40では、図8(d)に示すように、中間層形成材料を含む液状体80を膜形成領域Aに付与する。
中間層上に形成される発光層を液体塗布法で形成する場合、液状体80は、例えば、溶媒としてシクロヘキシルベンゼンを含み、中間層形成材料として、前述したp型の高分子材料もしくは低分子材料を重量比で0.25%程度含んだものを用いた。
また、図9(h)に示すように発光層90(90r,90g,90b)を真空蒸着法で形成する場合、例えば、溶媒として後述する成膜用の混合溶媒Cを含み、中間層形成材料として、前述したp型の高分子材料もしくは低分子材料を重量比で0.25%程度含んだものを用いることができる。言い換えれば、発光層90の形成方法は液体塗布法に限定されず、真空蒸着法を用いてもよい。
液状体80を塗布する方法としては、液状体75を塗布する場合と同様に、吐出装置2を用いる。乾燥後の中間層の膜厚がおよそ10nm〜30nmとなるように、膜形成領域Aの面積に応じた必要量を液滴として吐出した。そして乾燥工程へ進む。
乾燥工程では、素子基板101を例えば減圧乾燥及びランプアニール等の方法で乾燥加熱することにより、液状体80の溶媒成分を乾燥させて除去し、図9(e)に示すように膜形成領域Aの正孔注入層132a上に中間層132cを形成する。そしてステップS50へ進む。
図7のステップS50は、発光層形成工程である。ステップS50では、図9(f)に示すように、発光層形成材料を含む液状体85R,85G,85Bをそれぞれ対応する膜形成領域Aに塗布する。
液状体85R,85G,85Bは、本発明の機能層形成用インクの一例であって、後述する成膜用の混合溶媒Cを含み、前述した高分子もしくは低分子の発光層形成材料を重量比で1.5%含んだものを用いた。
液状体85R,85G,85Bを塗布する方法は、やはり吐出装置2を用い、それぞれ異なる吐出ヘッド34に充填されて吐出される。
発光層の成膜にあたり、液状体85R,85G,85Bを膜形成領域Aに吐出むらなく、且つ必要量を安定的に吐出することができる液滴吐出法を用いた。乾燥後の発光層の膜厚がおよそ50nm〜100nmとなるように、膜形成領域Aの面積に応じた必要量を液滴として吐出した。そして乾燥工程へ進む。
本実施形態における吐出された液状体85R,85G,85Bの乾燥工程は、減圧乾燥及びランプアニール等の方法で乾燥加熱することにより行う。液滴吐出法を用いることにより、膜形成領域Aに満遍なく必要量の液状体85R,85G,85Bが塗布されている。したがって、図9(g)に示すように、乾燥後に形成された発光層132r,132g,132bは、膜形成領域Aごとに略一定の膜厚を有する。そして、ステップS60へ進む。
図7のステップS60は、陰極形成工程である。ステップS60では、図9(i)に示すように、隔壁部133と各機能層132R,132G,132Bとを覆うように陰極134を形成する。これにより有機EL素子112が構成される。
陰極134は、前述した材料を組み合わせて用いるのが好ましい。なお、機能層132R,132G,132Bと陰極134との間に、電子輸送層や電子注入層を必要に応じて導入するのが好ましい。陰極134の形成方法としては、真空蒸着法、スパッタ法、CVD法等が挙げられる。特に機能層132R,132G,132Bの熱による損傷を防止できるという点では、真空蒸着法が好ましい。そして、ステップS70へ進む。
図7のステップS70は、封止基板接合工程である。ステップS70では、有機EL素子112が形成された素子基板101に透明な封着層135を塗布して、透明な封止基板102と隙間なくベタ封止する(図6参照)。さらに封止基板102の外周領域において水分や酸素等の進入を防ぐ接着層を設けて接合することが望ましい。
次に、有機EL素子112の製造方法についてより具体的な実施例と比較例とを挙げて説明する。
(実施例1)まず、陽極層が形成された基板上に層厚50nm〜60nmの正孔注入層をインクジェット法により形成し、真空乾燥後、150℃で加熱する焼成処理を施した。ここで、正孔注入層材料として、分散媒としてのポリスチレンスルフォン酸に、ポリチオフェン誘導体である3,4−ポリエチレンジオキシチオフェンを分散させ、さらにこれを水に分散させたPEDOT/PSS(1/20)を用いた。ここで安定した吐出を可能にする為、高分子材料であるPEDOT/PSSに対して高沸点溶媒を添加した。高沸点溶媒としては芳香族炭化水素、イソプロピルアルコール(IPA)、ノルマルブタノール、γ−ブチロラクトン、N−メチルピロリドン(NMP)、ジメチルホルムアミド(DMF)、ヘキサメチルホスソルアミド(HMPA)、ジメチルスルホキシド(DMSO)、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン(DMI)及びその誘導体、カルビトールアセテート、ブチルカルビトールアセテート等のグリコールエーテル類を挙げることができる。またPEDOT/PSS以外の正孔注入材料としてPEDOT/PSS/Nafion(登録商標)、ポリチオフェン誘導体、ポリアニリン誘導体、ポリピロール誘導体等も用いることができる。
次に中間層(正孔輸送層)として高分子材料であるTFBを0.25wt%含んだシクロヘキシルベンゼン溶液を用いインクジェット法により正孔注入層上へ吐出した。そして減圧乾燥後に膜厚が20nmの中間層(正孔輸送層)を形成した。その後、窒素雰囲気下において180℃、1時間、加熱し塗布膜を焼成し、キシレン溶媒によりTFBの可溶層を除去し、有機溶媒に不溶なTFB層(中間層)を形成した。そして前述した赤色、緑色、青色低分子発光材料を1.5wt%含んだ混合溶媒C(非水系溶媒A+非水系溶媒B)を用いて、液滴吐出法(インクジェット法)により正孔輸送層上へ吐出し、減圧乾燥を経て層厚60nm〜80nmの層を形成した後、これを窒素雰囲気下において160℃、10分の焼成処理を施し、発光層を形成した。
更に真空度が10−6Torr(1.33×10−4Pa)の真空下において、真空蒸着法により、任意の電子輸送層、電子注入層を積層して陰極層を形成した。
(実施例2) 実施例1の赤色、緑色、青色低分子発光材料を1.5wt%含んだ混合溶媒C(水系溶媒A+水系溶媒C)を用いて同様に発光層を形成した。実施例2の有機EL素子の製造方法における他の工程は、実施例1と同じである。
(実施例3) 実施例1の赤色、緑色、青色低分子発光材料を1.5wt%含んだ混合溶媒C(非水系溶媒A+水系溶媒B)を用いて発光層を形成した。実施例3の有機EL素子の製造方法における他の工程は、実施例1と同じである。
(実施例4) 実施例1の赤色、緑色、青色低分子発光材料を1.5wt%含んだ混合溶媒C(水系溶媒A+非水系溶媒B)を用いて発光層を形成した。実施例4の有機EL素子の製造方法における他の工程は、実施例1と同じである。
(実施例5)まず、陽極層が形成された基板上に層厚50nm〜60nmの正孔注入層をインクジェット法により形成し、真空乾燥後、150℃で加熱する焼成処理を施した。
ここで、正孔注入層材料として、分散媒としてのポリスチレンスルフォン酸に、ポリチオフェン誘導体である3,4−ポリエチレンジオキシチオフェンを分散させ、PEDOT/PSS(1/20)を用いた。ここで安定した吐出を可能にする為、高分子材料であるPEDOT/PSSに対して高沸点溶媒を添加した。高沸点溶媒としては芳香族炭化水素、イソプロピルアルコール(IPA)、ノルマルブタノール、γ−ブチロラクトン、N−メチルピロリドン(NMP)、ジメチルホルムアミド(DMF)、ヘキサメチルホスソルアミド(HMPA)、ジメチルスルホキシド(DMSO)、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン(DMI)及びその誘導体、カルビトールアセテート、ブチルカルビトールアセテート等のグリコールエーテル類を挙げることができる。またPEDOT/PSS以外の正孔注入材料としてPEDOT/PSS/Nafion(登録商標)、ポリチオフェン誘導体、ポリアニリン誘導体、ポリピロール誘導体等も用いることができる。
その後、中間層形成材料として前述した低分子材料を0.25wt%含有した混合溶液C(非水系溶媒A+非水系溶媒B)を用い、インクジェット法により正孔注入層上へ吐出した。そして減圧乾燥後に膜厚が20nmの中間層を形成した。その後、窒素雰囲気下において180℃、1時間、加熱し塗布膜を焼成した。
次に赤色、緑色、青色低分子発光材料を真空度が10−6Torr(1.33×10−4Pa)の真空下において、真空蒸着法により、マスク蒸着を行い、発光層を形成した。続いて電子輸送層、電子注入層を積層して陰極層を形成した。
(実施例6) 実施例5の低分子材料の中間層形成材料を0.25wt%含んだ混合溶媒C(水系溶媒A+水系溶媒B)を用いて中間層を形成した。実施例6の有機EL素子の製造方法における他の工程は、実施例5と同じである。
(実施例7) 実施例5の低分子材料の中間層形成材料を0.25wt%含んだ混合溶媒C(非水系溶媒A+水系溶媒B)を用いて、同様に中間層を形成した。実施例7の有機EL素子の製造方法における他の工程は、実施例5と同じである。
(実施例8) 実施例5の低分子材料の中間層形成材料を0.25wt%含んだ混合溶媒C(水系溶媒A+非水系溶媒B)を用いて、同様に中間層を形成した。実施例8の有機EL素子の製造方法における他の工程は、実施例5と同じである。
上記実施例1〜実施例8では、どの機能層形成用インクにおいても混合溶媒Cは溶媒Aを0.1wt%以上10wt%以下の範囲で含んでいる。
(比較例1) 実施例1の赤色、緑色、青色低分子発光材料を1.5wt%含んだB溶液(非水系溶媒B)を用いて発光層を形成した。比較例1の有機EL素子の製造方法における他の工程は、実施例1と同じである。
(比較例2) 実施例1の赤色、緑色、青色低分子発光材料を1.5wt%含んだB溶液(水系溶媒B)を用いて発光層を形成した。比較例2の有機EL素子の製造方法における他の工程は、実施例1と同じである。
(比較例3) 実施例5の低分子材料の中間層形成材料を0.25wt%含んだB溶液(非水系溶媒B)を用いて中間層を形成した。比較例3の有機EL素子の製造方法における他の工程は、実施例1と同じである。
(比較例4) 実施例5の低分子材料の中間層形成材料を0.25wt%含んだB溶液(水系溶媒B)を用いて中間層を形成した。比較例4の有機EL素子の製造方法における他の工程は、実施例1と同じである。
(比較例5) 実施例1の赤色、緑色、青色低分子発光材料を1.5wt%含んだA溶液(非水系溶媒A)を用いて発光層を形成した。比較例5の有機EL素子の製造方法における他の工程は、実施例1と同じである。
(比較例6) 実施例1の赤色、緑色、青色低分子発光材料を1.5wt%含んだA溶液(水系溶媒A)を用いて発光層を形成した。比較例6の有機EL素子の製造方法における他の工程は、実施例1と同じである。
(比較例7) 実施例5の低分子材料の中間層形成材料を0.25wt%含んだA溶液(非水系溶媒A)を用いて中間層を形成した。比較例7の有機EL素子の製造方法における他の工程は、実施例1と同じである。
(比較例8) 実施例5の低分子材料の中間層形成材料を0.25wt%含んだA溶液(水系溶媒A)を用いて中間層を形成した。比較例8の有機EL素子の製造方法における他の工程は、実施例1と同じである。
図10〜図12に実施例及び比較例の評価結果を示す。また、図10及び図11には、実施例1〜実施例8における機能層形成用インクに含まれる混合溶媒Cを構成するところの溶媒Aと溶媒Bの具体例が示されている。また、図12には、比較例1〜比較例8における機能層形成用インクに含まれる非水系溶媒あるいは水系溶媒の具体例が示されている。
実施例1〜実施例8によれば、比較例1〜比較例8に対して、機能層形成用インクの乾燥過程において各種機能性材料の分子間相互作用による凝集速度を低下させることが可能となり、これによって凝集を効果的に抑制することが出来た。従って均一な発光を得る事が出来た。
比較例5〜比較例8では高沸点且つ高粘度である溶媒Aのみでインク化されていることから、材料に対する溶媒Aとの相互作用が強く、減圧乾燥後における脱溶媒性が悪化した。よって、その後の焼成処理において機能層形成材料がマイグレーションし、結果として凝集した。従って均一な発光を得られなかった。更に脱溶媒性の悪化により、素子特性の低下が観測された。
尚、本実施例では低分子材料に対する本発明の機能層形成用インクを適用した結果となっているが、高分子材料に対しても同様に適用する事ができる。
(第2実施形態)
<電子機器>
次に、本実施形態の電子機器について、図13〜図15を参照して説明する。
上記第1実施形態の発光装置としての有機EL装置100は、単色表示であってもよく、また各有機EL素子112に用いる発光材料を選択することにより、カラー表示も可能である。このような有機EL装置100は、各種の電子機器に組み込むことができる。
図13は、電子機器としてのモバイル型(またはノート型)のパーソナルコンピューターの構成を示す斜視図である。
この図において、パーソナルコンピューター1100は、キーボード1102を備えた本体部1104と、表示部を備える表示ユニット1106とにより構成され、表示ユニット1106は、本体部1104に対しヒンジ構造部を介して回動可能に支持されている。
このパーソナルコンピューター1100において、表示ユニット1106が備える表示部が前述の有機EL装置100で構成されている。
図14は、電子機器としての携帯電話機(PHSも含む)の構成を示す斜視図である。
この図において、携帯電話機1200は、複数の操作ボタン1202、受話口1204及び送話口1206とともに、表示部を備えている。
携帯電話機1200において、この表示部が前述の有機EL装置100で構成されている。
図15は、電子機器としてのディジタルスチルカメラの構成を示す斜視図である。なお、この図には、外部機器との接続についても簡易的に示されている。
ディジタルスチルカメラ1300は、被写体の光像をCCD(Charge Coupled Device)などの撮像素子により光電変換して撮像信号(画像信号)を生成する。
ディジタルスチルカメラ1300におけるケース(ボディー)1302の背面には、表示部が設けられ、CCDによる撮像信号に基づいて表示を行う構成になっており、被写体を電子画像として表示するファインダーとして機能する。
ディジタルスチルカメラ1300において、この表示部が前述の有機EL装置100で構成されている。
ケース1302の内部には、回路基板1308が設置されている。この回路基板1308は、撮像信号を格納(記憶)し得るメモリーが設置されている。
また、ケース1302の正面側(図示の構成では裏面側)には、光学レンズ(撮像光学系)やCCDなどを含む受光ユニット1304が設けられている。
撮影者が表示部に表示された被写体像を確認し、シャッタボタン1306を押下すると、その時点におけるCCDの撮像信号が、回路基板1308のメモリーに転送・格納される。
また、このディジタルスチルカメラ1300においては、ケース1302の側面に、ビデオ信号出力端子1312と、データ通信用の入出力端子1314とが設けられている。そして、図示のように、ビデオ信号出力端子1312には例えばテレビモニター1430が、データ通信用の入出力端子1314には例えばパーソナルコンピューター1440が、それぞれ必要に応じて接続される。さらに、所定の操作により、回路基板1308のメモリーに格納された撮像信号が、テレビモニター1430や、パーソナルコンピューター1440に出力される構成になっている。
以上説明したような電子機器によれば、それぞれ、表示部に見栄えのよい有機EL装置100を有しているので、文字や画像などの情報を視認性よく確認することができる。
なお、本発明の電子機器は、図13のパーソナルコンピューター(モバイル型パーソナルコンピューター)1100、図14の携帯電話機1200、図15のディジタルスチルカメラ1300の他にも、例えば、テレビや、ビデオカメラ、ビューファインダー型、モニター直視型のビデオレコーダー、ラップトップ型パーソナルコンピューター、カーナビゲーション装置、ページャー、電子手帳(通信機能付も含む)、電子辞書、電卓、電子ゲーム機器、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニター、電子双眼鏡、POS端末、タッチパネルを備えた機器(例えば金融機関のキャッシュディスペンサー、自動券売機)、医療機器(例えば電子体温計、血圧計、血糖計、心電表示装置、超音波診断装置、内視鏡用表示装置)、魚群探知機、各種測定機器、計器類(例えば、車両、航空機、船舶の計器類)、フライトシュミレーター、その他各種モニター類、プロジェクター等の投射型表示装置等に適用することができる。
また、上記実施形態では、有機EL装置100を表示部に組み込んだ例を説明したが、本発明の発光装置としての有機EL装置100は、これに限定されず、例えば、エレクトロクロミック調光ガラス、電子ペーパー、照明装置、電子写真方式のプリンターの露光装置の光源として用いることも可能である。
本発明は、上記した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨あるいは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う機能層形成用インク及び発光素子の製造方法、発光装置及び電子機器もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。上記実施形態以外にも様々な変形例が考えられる。以下、変形例を挙げて説明する。
(変形例1)上記実施形態の機能層形成用インクは、有機EL素子112の製造方法に用いることに限定されない。図16(a)はカラーフィルター基板の構成を示す概略平面図、同図(b)はカラーフィルター基板の構造を示す概略断面図である。図16(a)及び(b)に示すように、カラーフィルター基板200は、ガラスなどの透明な基材201と、基材201に形成された隔壁202と、隔壁202によって区画された膜形成領域に形成された赤(R)、緑(G)、青(B)の各色に対応した着色層203R,203G,203Bを有している。したがって、色ごとに用意される着色層形成材料を含む機能液を液滴吐出法で塗布する際にも、本実施形態の機能層形成用インクをデバイスとしてのカラーフィルター基板の製造方法に適用できる。これにより、所望の膜厚と膜形状を有する着色層203R,203G,203Bを備えたカラーフィルター基板200を製造することができる。
75,80,85…機能層形成インクとしての液状体、100…発光装置としての有機EL装置、101…基板としての素子基板、112…発光素子としての有機EL素子、131…画素電極としての陽極、132a…正孔注入層、132c…中間層(正孔輸送層)、132r,132g,132b…発光層、132R,132G,132B…機能層、134…陰極、1100…電子機器としてのパーソナルコンピューター、1200…電子機器としての携帯電話機、1300…ディジタルスチルカメラ、A…膜形成領域。

Claims (11)

  1. 液体塗布法で機能層を形成する際に用いられる機能層形成用インクであって、
    高分子材料もしくは低分子材料を含む機能層形成材料と、
    溶媒Aと溶媒Bとを含む混合溶媒Cとを有し、
    前記溶媒Aは粘度が0.01Pa・s以上、0.05Pa・s以下であり、
    前記溶媒Bは粘度が0.01Pa・s未満であって、沸点が前記溶媒Aよりも低く、
    前記混合溶媒Cは粘度が0.02Pa・s未満であり、沸点が200℃以上、350℃以下であって、前記溶媒Aを0.1wt%以上10wt%以下含有していることを特徴とする機能層形成用インク。
  2. 前記溶媒A及び前記溶媒Bが非水系溶媒であることを特徴とする請求項1に記載の機能層形成用インク。
  3. 前記溶媒A及び前記溶媒Bが水系溶媒であることを特徴とする請求項1に記載の機能層形成用インク。
  4. 前記溶媒Aが非水系溶媒であって、前記溶媒Bが水系溶媒であることを特徴とする請求項1に記載の機能層形成用インク。
  5. 前記溶媒Aが水系溶媒であって、前記溶媒Bが非水系溶媒であることを特徴とする請求項1に記載の機能層形成用インク。
  6. 有機発光層を含む機能層を備えた発光素子の製造方法であって、
    請求項1乃至5のいずれか一項に記載の機能層形成用インクを用い、前記機能層のうち少なくとも1層の有機層を形成することを特徴とする発光素子の製造方法。
  7. 前記機能層は、正孔注入層、正孔輸送層、前記有機発光層を含み、
    請求項1乃至5のいずれか一項に記載の機能層形成用インクを用い、前記正孔注入層を形成することを特徴とする請求項6に記載の発光素子の製造方法。
  8. 前記機能層は、正孔注入層、正孔輸送層、前記有機発光層を含み、
    請求項1乃至5のいずれか一項に記載の機能層形成用インクを用い、前記正孔輸送層を形成することを特徴とする請求項6に記載の発光素子の製造方法。
  9. 前記機能層は、正孔注入層、正孔輸送層、前記有機発光層を含み、
    請求項1乃至5のいずれか一項に記載の機能層形成用インクを用い、前記有機発光層を形成することを特徴とする請求項6に記載の発光素子の製造方法。
  10. 請求項6乃至9のいずれか一項に記載の発光素子の製造方法を用いて製造された発光素子を備えたことを特徴とする発光装置。
  11. 請求項10に記載の発光装置を備えたことを特徴とする電子機器。
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