JP2020191280A - 青色発光層形成用インクおよび青色発光の有機ｅｌ素子の製造方法 - Google Patents

青色発光層形成用インクおよび青色発光の有機ｅｌ素子の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】高精細の青色発光の有機ＥＬ素子の有機発光層を印刷方式で形成するに適した青色発光層形成用インクを提供する。【解決手段】テトラリン系の有機溶媒に、アントラセン系の低分子材料を含む溶質が３％以上１２％以下の濃度で溶解してなる青色発光層形成用インク。【選択図】なし

Description

本発明は、有機ＥＬ素子の発光層を印刷方式で製造する場合における青色発光層形成用インクおよび、当該青色発光層形成用インクを使用した青色発光の有機ＥＬ素子の製造方法に関する。
近年、有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ：電界発光）素子の発光を利用した有機ＥＬ表示パネルの開発が盛んに行われている。有機ＥＬ素子は、基板の上方に、画素ごとの画素電極（第１電極）と、有機発光層を含む有機機能層と、複数の有機ＥＬ素子に共通の対向電極（第２電極）と、をこの順に備え、画素電極及び対向電極から供給された正孔及び電子が有機発光層で再結合することにより有機発光材料が発光する。
有機ＥＬ表示パネルにおける有機発光層の製法例として、蒸着方式と印刷方式（例えば、特許文献１を参照）が存在する。印刷方式では、有機材料を溶媒に溶解させた溶液（以下、単に「インク」という。）とし、そのインクを基板上の目的の箇所に塗布する。塗布後はインクから溶媒を蒸発、乾燥させて有機層を形成する。従って、印刷方式においてはプロセスを真空容器中で行なう必要がなく、量産化の点で好ましいとされている。
印刷方式において、インクの状態が経時的に劣化せず、インクの溶解性の初期状態を長期的に維持することが求められており、一般的に有機溶媒に対して溶解しやすい高分子の発光材料を溶質として使用されてきた。
また、近年では有機ＥＬパネルの高精細化に伴って、印刷方式を用いる場合、印刷装置のノズル径を小さくすることが求められている。さらに、インク滴下の少量化に伴って、要求される膜厚を形成するために、インクを高濃度化することも求められている。
特開２００９−２６７２９９号公報 国際公開第０８／１０５４７２号公報 特開２０１５−１７６６９４号公報 特開２０１４−２１０７７８号公報
ところが、インクの溶質として使用されている高分子材料は、インク濃度を上げると粘度が急激に上昇し、印刷装置のノズル内でインク詰まりが発生し、正常に吐出できなくなる問題がある。
そこで、特許文献２のように、溶質として低分子の発光材料を用いた発光層形成用インクを用いることが提案されているが、有機溶媒に対する溶解性において、高分子材料の場合よりも溶解性が低く、特に、低分子の青色の発光材料は、インク濃度が高くなると溶解安定性の点で問題があり、長期保管によるインクからの析出物の発生により、印刷装置のノズル内でインク詰まりが発生し、正常に吐出できなくなるおそれがある。
本開示は、上記事情に鑑みてなされたものであって、印刷方式により有機発光層を形成する場合に、そのインク濃度が高くなっても粘度が大きく上昇せず、印刷装置のノズル内のインク詰まりを抑制すると共に、低分子ながら溶解安定性にも優れた青色発光層形成用インクおよび当該青色発光層形成用インクを使用した青色発光の有機ＥＬ素子の製造方法を提供することを目的とする。
本開示の一態様に係る発光層形成用インクは、青色発光の有機ＥＬ素子の有機発光層を印刷方式で形成する際に使用される青色発光層形成用インクであって、テトラリン系の有機溶媒に、アントラセン系の低分子材料を含む溶質が、３％以上１２％以下の濃度で溶解していることを特徴とする。
また、本開示の別の態様に係る青色発光の有機ＥＬ素子の製造方法は、基板を準備する第１工程と、基板上方に第１電極を配する第２工程と、前記画素電極上方に有機発光層を形成する第３工程と、前記有機発光層の上方に第２電極を形成する第４工程とを含み、前記第３工程は、青色発光層形成用インクを塗布する塗布工程と、前記塗布された青色発光層形成用インクを乾燥させる乾燥工程とを含み、前記青色発光層形成用インクは、テトラリン系の有機溶媒に、アントラセン系の低分子材料を含む溶質が、３％以上１２％以下の濃度で溶解していることを特徴とする。
上記態様に係る青色発光層形成用インクによれば、高分子の発光材料を使用する場合よりも粘度を十分低く抑えて、印刷装置のノズル内のインク詰まりの発生を回避すると共に、高いインク濃度の溶解性を長期間にわたり維持することができ、高品質・高精細の青色発光の有機ＥＬ素子の製造が可能になる。
アントラセン系発光材料を溶質とした場合に、３％のインク濃度の３ヶ月後の各溶媒種の溶解安定性の実験結果を示す表である。 ハンセン空間おける溶質材料の中心座標とＲ０値、および各溶媒との位置関係を示すＲａとＲＥＤの結果を示す表である。 ４つの溶媒種について、３ヶ月間溶解度を維持できる上限濃度に関する実験結果を示す表である。 溶質が低分子系、高分子系の場合において、インク濃度と粘度との関係を示すグラフである。 溶質が低分子系、高分子系の場合において、インク濃度１０％の溶解性と、印刷装置による吐出の結果を示す表である。 実施の形態に係る青色発光層用インクを用いた有機ＥＬ素子を評価するための有機ＥＬ素子の積層構造を示す模式図である。 上記有機ＥＬ素子における各種特性を示す表である。 （ａ）、（ｂ）は、アントラセン系発光材料の実施例を示す構造式である。 （ａ）、（ｂ）は、アントラセン系発光材料の他の実施例を示す構造式である。 テトラリン系溶媒種の各実施例の構造式を示す表である。 青色発光の有機ＥＬ素子の積層構造を具体的に示す部分断面図である。 （ａ）、（ｂ）は、上記青色発光の有機ＥＬ素子の製造工程のうち発光層の形成工程を示す模式図である。 実施の形態に係る青色発光の有機ＥＬ素子の製造工程を示すフローチャートである。
≪本開示の一態様に至った経緯≫
有機ＥＬ表示パネルにおける各有機ＥＬ素子の発光層の成膜プロセスは、真空蒸着などの成膜よりも、印刷装置などを使用した塗布成膜の方が、製造コストの面で優れている。
一方、最近では有機ＥＬ表示パネルのさらなる高精細化の要請が強く、それに応えるため、発光層形成用インクの開発が急務であるが、そのためには克服すべき課題がある。
第１に、高精細な発光層のパターンを印刷するため、印刷装置におけるノズル径が小さくなり、さらにパターン上へ吐出できるインクの滴下量も減少する。そのため、要求される膜厚を得るためには、インク中の有機発光材料のインク濃度を上げることが望まれている。
特開２０１８−０８５２５７公報の図７に、印刷装置の液滴吐出による発光層において、有機ＥＬ表示パネルの精細度と所定の膜厚を形成するためのインク濃度との関係図が示されている。この図より、精細度が８０ｐｐｉ以上のパターン上に成膜する場合、３％以上のインク濃度が必要とされる事が分かる。
さらに、特開２０１９−１６４５８において、光取り出し効果の最適化により発光層の厚膜化も要求されており、その膜厚は最大で１３０ｎｍが必要とされている。その膜厚を印刷装置による液滴吐出法で得るためには、インク濃度は１２％が必要とされる。
すなわち、精細度が一定以上の有機ＥＬパネルにおいて、例えば、光取り出し効率を高くするような発光層の膜厚を印刷吐出で形成するためには、そのインク濃度が３％以上であって最大で１２％のインクが望まれている。（第１の条件）
第２に、一般にインク濃度が大きくなると粘度も付随して高くなるが、印刷装置のノズル径は微小であり、ノズル内でインク詰まりを生じないためには、インクの粘度が、１２ｍＰａ・ｓ以下であることが望ましい。
反対にインクの粘度が２ｍＰａ・ｓ未満であるとインク吐出時にサテライト（インク滴が分裂する現象）が生じやすくなり、精度良くターゲットパターン上へ塗布するのが難しくなる。
したがって、インクの粘度は、２ｍＰａ・ｓ以上１２ｍＰａ・ｓ以下であることが望ましい（第２の条件）。
第３に、有機ＥＬ素子用のインクとしては、溶質が析出せずに初期のインクの溶解性を安定して維持できる期間（以下、「溶解安定期間」という。）が、少なくとも３ヶ月以上の長期間であることが望ましい（第３の条件）。
調合したインクの溶解安定期間が長いほど、インクからの析出物による印刷装置のノズル内のインク詰まりを回避することができるので、品質管理や製造コスト面で優れている。
上記第１〜第３の条件を全て満足する青色発光層形成用インクは、現時点で存在しておらず、本願発明者らは、上記条件を満たす青色発光層形成用インクを得るべく、鋭意研究の結果、本開示の一態様に至ったものである。
≪本開示の一態様の概要≫
本開示の一態様に係る発光層形成インクは、青色発光の有機ＥＬ素子の有機発光層を印刷方式で形成する際に使用される青色発光層形成用インクであって、テトラリン系の有機溶媒に、アントラセン系の低分子材料を含む溶質が、３％以上１２％以下の濃度で溶解している。
上記態様に係る青色発光層形成用インクによれば、高分子の発光材料を使用する場合よりも粘度を十分低く抑えて、印刷装置のノズル径が小さくなっても、ノズル内のインク詰まりの発生を抑制し、要求される膜厚の青色発光層の形成が可能となる。高いインク濃度で比較的長期間における溶解安定性を確保することができ、高品質・高精細な有機ＥＬ素子における青色発光層の形成が可能になる。
本開示の別の態様として、前記テトラリン系の有機溶媒に、前記アントラセン系の低分子材料を含む溶質が、７％を超えて１２％以下の濃度で溶解しているとしてもよい。
本開示の別の態様として、前記アントラセン系の低分子材料は、重量平均分子量が３０００以下であることとしてもよい。
係る態様により、高いインク濃度においても、その粘度を印刷装置で吐出可能な範囲内に収めることができる。
ここで、前記テトラリン系の有機溶媒は、１，２，３，４−テトラヒドロナフタレンであるとしてもよい。
本開示の別の態様に係る青色発光の有機ＥＬ素子の製造方法は、基板を準備する第１工程と、基板上方に第１電極を配する第２工程と、前記画素電極上方に有機発光層を形成する第３工程と、前記有機発光層の上方に第２電極を形成する第４工程と、を含み、前記第３工程は、青色発光層形成用インクを塗布する塗布工程と、前記塗布された青色発光層形成用インクを乾燥させる乾燥工程とを含み、前記青色発光層形成用インクは、テトラリン系の有機溶媒に、アントラセン系の低分子材料を含む溶質が、３％以上１２％以下の濃度で溶解している。
係る態様により、印刷方式により発光層が形成された高品質・高精細な青色発光の有機ＥＬ素子を製造することができる。
ここで、前記テトラリン系の有機溶媒は、１，２，３，４−テトラヒドロナフタレンであるとしてもよい。
なお、本明細書における有機ＥＬ素子おいて、「上」とは、絶対的な空間認識における上方向（鉛直上方）を指すものではなく、有機ＥＬ素子の積層構造における積層順を基に、相対的な位置関係により規定されるものである。具体的には、基板の主面に垂直な方向であって、基板から積層物側に向かう側を上方向とする。また、「基板の上方」と表現した場合は、基板に直接接する領域のみを指すのではなく、積層物を介した基板の上方の領域も含めるものとする。また、本明細書において、インク濃度［％］は、すべて、溶媒に溶けた溶質の「重量％（ｗｔ％）」を意味する。
≪実施の形態≫
＜発光層形成用インクの組成＞
１．溶質
本実施の形態に係る青色発光層形成用インクは、溶質としてアントラセン系の有機材料であって低分子量のものを用いる。
ここで、アントラセン系の有機材料とは、下記の式（１）で示すアントラセン骨格を含む有機材料をいう。
Figure 2020191280
 式（１）
しかし、あまり大きな分子量になると、インク濃度の増大に連れてインクの粘度が急激に上昇するという傾向にあるので、低分子量であることが望ましい。高分子であると、インク濃度の上昇に連れて、分子同士が絡みやすく、それ故、粘度が上昇しやすいと考えられる。
定量的な観点から言えば、本実施の形態における「低分子」とは、分子量Ｍｗ（重量平均分子量）が３０００以下のものであり、好ましくは１５００以下のものであることが望ましい。
分子量Ｍｗ３０００以下であれば、高分子材料と比較して、インク濃度の増加に対して急激に粘度が上昇することが抑制されていることが観察され得るからである。分子量Ｍｗ１５００以下であれば、さらに粘度の増加が抑制できるため、ノズル径の縮小化によるノズル詰まりの抑制も可能となる。
有機材料の分子量Ｍｗは、公知の低分子ＧＰＣ（ゲル浸透クロマトグラフィー）やＬＣ（液体クロマトグラフィー）を用いて測定することができる。
２．溶媒
また、本実施の形態では、インクの溶媒として、本実施の形態では、次式（２）で示されるテトラリン骨格を有する有機溶媒（テトラリン系有機溶媒）を採用している。
Figure 2020191280
 式（２）
＜溶解安定性の評価＞
図１は、各種溶媒に上記の低分子量のアントラセン系の溶質の各種溶媒に対する溶解安定性の実験結果を示す表である。
本実施の形態ではアントラセン系の溶質として、式（１）に示す基本的な構成（以下、単に「アントラセン」という。）を用いて実験した。
まず、インク化のため、公知の振盪器を用いて、温度６０℃に維持し、１００ｒｐｍで２４時間回転させて、濃度３％のインクを調合した。
その後、Ｎ2デシケータ内で室温（２５℃）に維持して保管し、インク濃度が安定して維持される期間を測定した。インク濃度の変化は溶質の析出の有無を目視して行った。
図１の表に示すように多くの溶媒については、２週間後（２Ｗ）または、１ヶ月後（１Ｍ）には、溶質が析出してインク濃度３％が維持できず、溶解安定性が悪かったが、（２）のテトラヒドロナフタレン、（３）のシクロヘキシルベンゼン、（６）のベンジルメチルエーテル、（１１）のプロピオフェノン、の４つの溶媒種が、３ヶ月（３Ｍ）後も析出せずに、３％のインク濃度を維持することができた。
従来の印刷方式の青色発光層形成用インクの溶質の主流は、高分子材料であり、今回のようにアントラセン系の低分子材料について、インク濃度３％の溶解安定性を試みた例がなく、新たな発見であるといえる。
特に、テトラリン（正式化学名「１，２，３，４−テトラヒドロナフタレン）は、ハンセン溶解度パラメータ（以下、「ＨＳＰ」という。）による解析によれば、アントラセン系の有機材料に対する溶解性はそれほど望ましいものではなかった。
通常、インク開発の分野では、溶媒の溶解度の評価指標としてＨＳＰがよく用いられており、このＨＳＰを参照することにより、インク開発を進めるのが、いわば一般的となっている。
図２は、ハンセン空間おける溶質材料の中心座標とＲ０値および各溶媒との位置関係を示すＲａとＲＥＤの結果を示す表である。
ＨＳＰは、ロンドン分散力によるエネルギー（δＤ）、双極子相互作用によるエネルギー（δＰ）および水素結合によるエネルギー（δＨ）の３つのパラメータで構成される。
ＨＳＰは、（δＤ，δＰ，δＨ）のように表されるベクトル量であり、ＨＳＰの３つのパラメータを座標軸とする３次元空間（ハンセン空間）上にプロットして表される。各パラメータの単位は、（Ｊ／ｃｍ３）1/2である（詳細については、例えば、インターネット＜ＵＲＬ：http://hansen-solubility.com/＞を参照。）。
一般的に使用される物質のＨＳＰは、データベースが構築されているため、当該データベースを参照することによって、所望の物質のＨＳＰを入手することができる。データベースにＨＳＰが登録されていない物質は、例えばHansen Solubility Parameters in Practice（ＨＳＰｉＰ）のようなコンピュータソフトウェアを用いることによって、当該物質の化学構造からＨＳＰを計算することができる。
相対的エネルギー差（ＲＥＤ）は、次式（３）で示される。
ＲＥＤ＝Ｒａ／Ｒ０ （３）
式（３）中、Ｒａは、溶質のＨＳＰと溶媒のＨＳＰとの距離、すなわちＨＳＰ距離であり、Ｒ０は、溶質の相互作用半径である。
Ｒａ（ＨＳＰ距離）は、次式（４）で表される。
Ｒａ＝｛４（δＤＳ−δＤＬ）2＋（δＰＳ-δＰＬ）2＋（δＨＳ-δＨＬ）2｝0.5
・・・（４）
式（４）中、δＤＳは、溶質のロンドン分散力によるエネルギーであり、δＰＳは、溶質の双極子相互作用によるエネルギーであり、δＨＳは、溶質の水素結合によるエネルギーであり、δＤＬは、溶媒のロンドン分散力によるエネルギーであり、δＰＬは、溶媒の双極子相互作用によるエネルギーであり、δＨＬは、溶媒の水素結合によるエネルギーである。
Ｒ０（溶質の相互作用半径）は、例えば次の方法で決定する。最初に、Ｒ０を求めたい溶質と、ＨＳＰが公知の数種の溶媒とを準備し、各溶媒に対する対象の溶質の溶解性試験を行う。前記溶解性試験において、溶解性を示した溶媒のＨＳＰと溶解性を示さなかった溶媒のＨＳＰとを、ハンセン空間上に各々プロットする。プロットされた各溶媒のＨＳＰに基づいて、溶解性を示した溶媒のＨＳＰを包含し、溶解性を示さなかった溶媒のＨＳＰを包含しないような仮想の球体（ハンセン球）をハンセン空間上に作成する。前記ハンセン球の半径が、Ｒ０となる。
なお、Ｒ０は、溶液の濃度に依存する。例えば、ある溶媒に溶質を加えて高濃度の溶液と低濃度の溶液をそれぞれ作製した場合、高濃度の溶液に含まれる溶質のＲ０は、低濃度の溶液に含まれる溶質のＲ０と比較して、相対的に小さくなる。また、溶解期間が長くなるほど、溶質の中心座標から離れた溶媒の溶液から順に析出物が発生し易く、ハンセン球の半径は小さくなる傾向にある。
図２は、インク濃度３％として３ヶ月経過後の条件の下で、求めたアントラセンの溶質に関するハンセン球の中心座標とＲ０（溶質の相互作用半径）と各種溶媒との位置関係を示すＲａ、ＲＥＤの値を示す表である。
ハンセンの解析理論によれば、ＲＥＤが０に近づくに従って、つまり、溶媒のハンセン座標がハンセン球の中心に近いほど、高い溶解安定性を示す。
図２に示す解析結果によれば、テトラリンは、ＨＳＰ空間において、ＲＥＤの値は０．９１であり、ハンセン球の内部に存在しているが、そのほぼ球面近くにあり（ＲＥＤが１に近い）、上記ＨＳＰの解析理論によれば、アントラセンのテトラリンに対する溶解性はそれほど期待できるものではなかった。
一般に、低分子の有機ＥＬ材料は、高分子の有機材料と比べて有機溶媒への溶解性が低い傾向にある。しかしながら、低分子の有機材料と有機溶媒とを含む有機ＥＬ用インクであっても、高分子の有機材料と同様にＲＥＤを０．５未満にすることによって溶解性と溶解安定性が向上するものと解されてきた。
ところが、実際には、図４に示すようにテトラリンのＲＥＤは「１」に近いにも関わらず、図１の実験結果に示すようにアントラセンに対してインク濃度３％で、３ヶ月という長期の溶解安定期間を得ることができた。これは特異な傾向である。
そこで、図１の実験において、３％濃度で３ケ月間の溶解安定期間を維持できた４つの溶媒種について、さらに溶解安定性の効果を確認してみた。
図３は、インク作成後３ヶ月経過しても、溶質（アントラセン）が析出しなかったインク濃度の上限値を各溶媒種について示す表である。
同表に示すように、シクロヘキシベンゼンについては、インク濃度５％が上限であり、プロピオフェノンについては、インク濃度６％が上限であり、ベンジルメチルエーテルについては、インク濃度７％が限界であったが、テトラリンにあっては、実にインク濃度１２％にしても３ヶ月間溶質が析出せず、優れた溶解安定性を示している。
このように溶質が低分子量であるにも関わらず、高度の溶解安定性を示す特異性については、溶質としてのアントラセンと、溶媒としてのテトラリンの化学的な相性によるものと考えられるが、現段階で具体的な原理についてまで解明するのは難しい。
＜インク粘度の評価＞
図４は、インク濃度と粘度との関係を示すグラフであり、横軸がインク濃度（％）、縦軸が、粘度（ｍＰａ・ｓ）を示す。折れ線Ｇ２１は、本実施の形態に係るインク（溶質：アントラセン。溶媒：テトラリン）の粘度の変化を示す。折れ線Ｇ２２は、比較例として国際公開第１２／００１７４４号に記載の高分子材料F8-F6（F8（ポリジオクチルフルオレン）とF6（ポリジヘキシルフルオレン）との共重合体）のインクの粘度の変化を示す。
既述のように、高精細化のため微少容量のインク滴下が可能な印刷装置においては、ノズル詰まりを回避するためインク濃度の上限が１２ｍＰａ・ｓである必要があり、また、サテライト（インク滴がターゲットに到達するまでに分断すること）の発生を抑制して印刷精度を維持するためにはインク濃度の下限が２ｍＰａ・ｓであることが望ましい（以下、この２ｍＰａ・ｓ以上１２ｍＰａ・ｓ以下の粘度の範囲を「最適粘度範囲」という。）。
比較例（折れ線Ｇ２２）では、溶質が高分子材料であるので、粘度が急激に上昇し、インク濃度がわずか１％程度で既に、最適粘度範囲を超えてしまう。
しかし、本実施の形態に係るインク（折れ線Ｇ２１）では、インク濃度が１２％に至るまで最適粘度範囲内にあり、微少容量のインク滴下が可能となる。
図５は、インク濃度が１０％の場合における溶解性と、印刷装置による吐出可否とサテライト発生有無の結果を示す表である。
本実施の形態（本実施品）のように溶質を低分子系（アントラセン）とし、溶媒をＴＨＮ（テトラリン）とした場合には、インク濃度１０％でも良溶であり、最適粘度範囲にあるため液滴吐出が可能であり、サテライトも発生しない。
また、比較例のように溶質が高分子系であれば、インク濃度１０％は溶解するが、粘度が最適粘度範囲を大きく逸脱して、液滴吐出は不可であり、高精細の印刷装置のインクとしては使用が困難であるといえる。
以上のように、溶質がアントラセンであり、かつ、溶媒がテトラリンの場合のみ、今まで実在しなかったインク濃度３％〜１２％で高精細の印刷装置に適した粘度範囲内であり、かつ溶解安定期間の長い青色発光層形成用インクを得ることができるものである。
＜発光層の発光特性＞
次に、本実施の形態に係る青色発光層形成用インクを使用して、青色発光の有機ＥＬ素子の発光層を形成した場合の発光特性について評価する。
図６は、評価の対象となった有機ＥＬ素子の積層構造を示す模式図である。
当該有機ＥＬ素子は、膜厚５０ｎｍの陽極（Ａｎｏｄｅ）の上に、正孔注入層（ＨＩＬ）、正孔輸送層（ＨＴＬ）をそれぞれ２０ｎｍの膜厚で積層し、その上に、溶質がアントラセンで溶媒がテトラリンである濃度３％のインクを塗布して乾燥させて膜厚４０ｎｍの発光層を形成し（図２の表参照）、その上に電子輸送層（ＥＴＬ）を膜厚４０ｎｍで形成し、さらにＩＺＯやＩＴＯなどの透明導電膜からなる陰極（Ｃａｔｈｏｄｅ）を、膜厚１２０ｎｍで形成して製造される。
図７は、上記評価対象となる有機ＥＬ素子において、輝度が１０００ｃｄ／ｍ2の場合における、駆動電圧（Ｖｏｌｔ[Ｖ]）、発光効率（ＥＦＦ．[ｃｄ／Ａ]）、外部量子効率（ＥＱＥ[％]）において、トルエン溶媒のそれぞれの性能を１とした場合のトルエン溶媒に対するテトラリン溶媒のそれぞれの相対値をパーセントで示す表である。
いずれの結果も、トルエンを溶媒として使用した場合と同等もしくはそれ以上のものであった。
以上により、溶質がアントラセンの場合に、溶媒をテトラリンとしてインク濃度をさらに上昇させても、発光材料の発光特性を劣化させるおそれはないと推測され、この点でも優れたインク材料であると言える。
＜他のアントラセン系の発光材料＞
上記では、青色発光層形成用インクの溶質としてアントラセンのみ説明してきたが、式（１）に示すアントラセン骨格を含む発光材料（以下、「アントラセン系の発光材料」という。）であれば、アントラセンのみに限定されない。溶質にアントラセン骨格が含まれてさえいれば、溶媒のテトラリンとの相性がよく良好な溶解特性が得られるからである。
但し、アントラセン系の有機材料の置換基が増加して分子量が増大すれば、高分子に近くなって、インクの粘度が上昇し最適粘度範囲を逸脱するおそれがあるので、上述のように分子量Ｍｗが３０００以下であることが望ましい。
図８（ａ）、（ｂ）および、図９（ａ）、（ｂ）にこのような条件に合うアントラセン系の発光材料の例を挙げる。
なお、上記式（１）のアントラセンと図８、図９に示すアントラセン系発光材料のうち、いずれか２種以上の発光材料を組み合わせて溶質としてもよい。
＜他のテトラリン系の溶媒＞
また、上記では、青色発光層形成用インクの溶媒としてテトラリン（１，２，３，４−テトラヒドロナフタレン）のみを説明してきたが、当該式（２）で示すテトラリン骨格を含む溶媒（以下、「テトラリン系溶媒」という。）であれば、テトラリンのみに限定されない。溶媒にテトラリン骨格が含まれてさえいれば、溶質であるアントラセン系発光材料と相性がよく、良好な溶解特性が得られる。
図１０（ａ）〜（ｆ）に、このようなテトラリン系溶媒の具体例を挙げる。
溶媒についても上記複数のテトラリン系溶媒のうち２種以上のものが混合されていてもかまわない。それらがテトラリン骨格を有する以上、アントラセン系発光材料と親和性を有するからである。
上記では、青色（Ｂ）の発光層用のインクについて説明したが、他の色の発光材料を、テトラヒドロナフタレンに溶解させて、赤色（Ｒ）の発光層用のインクや緑色（Ｇ）の発光層用のインクとしてもよい。
実験により、これらの赤色発光層用インクと緑色発光層用インクについても、次の表1に示すように優れた特性を有することが分かった。
Figure 2020191280
 表１に示すように３ヶ月後の赤色発光用のインクの可溶上限濃度については、青色発光用のインクの可溶上限濃度よりも６％も高い１８％であり、緑色発光用インクについても１４％の可溶上限濃度を示している。
さらに、溶解初期の場合は、各色のインク濃度は１５％とすることも可能なので、その場合の各色のインクの粘度を測定すると、いずれも４．８ｍPa/s以下であった。インク濃度が低くなれば粘度が下がることは明らかであるので、赤色発光用のインク、緑色発光用のインクについてもノズルの詰まりを十分回避することができる粘度範囲となる（図４のグラフ参照）。
また、表１には記載していないが、赤色発光用と緑色発光用のインク濃度が３％のときの粘度は、図４に示す青色発光用のインクと同様、サテライトの発生が抑制できる２ｍPa/s以上であった。
本実験例では、青色発光層形成用インクとして、アントラセン系の有機ＥＬ材料とBCzSB（1,4-Bis(4-(9H -carbazol-9-yl)styryl)benzene）の割合を９：１（重量比）としたものを溶質として含み、溶媒としてテトラリン系のものを使用した。
また、赤色発光層形成用のインクには、カルバゾール系のｍ−ＣＢＰとイリジウム錯体の(ppy)2Ir(acac)の割合を９：１（重量比）としたものを溶質とし、緑色発光層形成用インクとして、カルバゾール系のｍ−ＣＢＰとイリジウム錯体の(btp)2Ir(acac)の割合を９：１（重量比）としたものを溶質とし、どちらの発光色のインクも溶媒として、青色発光用のインクと同様テトラリン系のものを使用した。
これにより、３ヶ月後の可溶上限濃度を１２％に維持できると共に、インク濃度が３％から１２％までの粘度が、印刷装置を使用するに適した各色の発光層形成用インクを調合することができることが分かった。
なお、上記では溶質として具体的な化合物名を列記したが、目的の発光色を得るため、それらに代えて他の適当な溶質を加えるようにしても構わない。但し、青色発光用のインクには溶質としては、アントラセン系の材料が主要材料として含まれている必要がある。
＜有機ＥＬ素子の構成および製造方法＞
以下、上記本開示の一態様に係る発光層形成用インクを使用したトップエミッション型の有機ＥＬ素子の具体的な構成例およびその製造方法について、図面を参照しながら説明する。なお、図面は模式的なものを含んでおり、各部材の縮尺や縦横の比率などが実際とは異なる場合がある。
１．有機ＥＬ素子の構成
一般に有機ＥＬ表示パネルにおいて、一つの画素は、Ｒ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）をそれぞれ発光する３つの副画素からなる。各副画素は、対応する色を発光する有機ＥＬ素子で構成される。
各色の有機ＥＬ素子は、ほぼ同様の構成を有しているので、以下では、青色を発光する有機ＥＬ素子２の構造について説明する。
図１１は、青色発光の有機ＥＬ素子２の積層構造を模式的に示す部分断面図である。同図に示すように、有機ＥＬ素子２は、基板１１、層間絶縁層１２、画素電極１３、隔壁１４、正孔注入層１５、正孔輸送層１６、発光層１７、電子輸送層１８、電子注入層１９、対向電極２０、および、封止層２１とからなる。
基板１１、層間絶縁層１２、電子輸送層１８、電子注入層１９、対向電極２０、および、封止層２１は、副画素ごとに形成されているのではなく、有機ＥＬ表示パネルが備える複数の有機ＥＬ素子に共通して形成されている。
（１）基板
基板１１は、絶縁材料である基材１１１と、ＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）層１１２とを含む。ＴＦＴ層１１２には、副画素ごとに駆動回路が形成されている。基材１１１は、例えば、ガラス基板、石英基板、シリコン基板、硫化モリブデン、銅、亜鉛、アルミニウム、ステンレス、マグネシウム、鉄、ニッケル、金、銀などの金属基板、ガリウム砒素などの半導体基板、プラスチック基板等を採用することができる。
プラスチック材料としては、熱可塑性樹脂、熱硬化樹脂いずれの樹脂を用いてもよい。例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリイミド（ＰＩ）、ポリカーボネート、アクリル系樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート、ポリアセタール、その他フッ素系樹脂、スチレン系、ポリオレフィン系、ポリ塩化ビニル系、ポリウレタン系、フッ素ゴム系、塩素化ポリエチレン系等の各種熱可塑性エラストマー、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル、シリコーン樹脂、ポリウレタン等、またはこれらを主とする共重合体、ブレンド体、ポリマーアロイ等が挙げられ、これらのうち１種、または２種以上を積層した積層体を用いることができる。
フレキシブルな有機ＥＬ表示パネルを製造するためには、基板はプラスチック材料であることが望ましい。
（２）層間絶縁層
層間絶縁層１２は、基板１１上に形成されている。層間絶縁層１２は、樹脂材料からなり、ＴＦＴ層１１２の上面の段差を平坦化するためのものである。樹脂材料としては、例えば、ポジ型の感光性材料が挙げられる。また、このような感光性材料として、アクリル系樹脂、ポリイミド系樹脂、シロキサン系樹脂、フェノール系樹脂が挙げられる。また、図１１の断面図には示されていないが、層間絶縁層１２には、副画素ごとにコンタクトホールが形成されている。
（３）画素電極（第１電極）
画素電極１３は、光反射性の金属材料からなる金属層を含み、層間絶縁層１２上に形成されている。画素電極１３は、副画素ごとに設けられ、コンタクトホール（不図示）を通じてＴＦＴ層１１２と電気的に接続されている。
本実施の形態においては、画素電極１３は、陽極として機能する。
光反射性を具備する金属材料の具体例としては、Ａｇ（銀）、Ａｌ（アルミニウム）、アルミニウム合金、Ｍｏ（モリブデン）、ＡＰＣ（銀、パラジウム、銅の合金）、ＡＲＡ（銀、ルビジウム、金の合金）、ＭｏＣｒ（モリブデンとクロムの合金）、ＭｏＷ（モリブデンとタングステンの合金）、ＮｉＣｒ（ニッケルとクロムの合金）などが挙げられる。
画素電極１３は、金属層単独で構成してもよいが、金属層の上に、ＩＴＯ（酸化インジウム錫）やＩＺＯ（酸化インジウム亜鉛）のような金属酸化物からなる層を積層した積層構造としてもよい。
（４）隔壁
隔壁１４は、画素電極１３と正孔注入層１５の上面の一部の領域を露出させ、その周辺の領域を被覆した状態で正孔注入層１５上に形成されている。正孔注入層１５上面において隔壁１４で被覆されていない領域（開口部１４ａ）がある。
本実施の形態においては、隔壁１４は、画素電極１３が形成されていない部分においては、層間絶縁層１２上に形成されている。すなわち、画素電極１３が形成されていない部分においては、隔壁１４の底面は層間絶縁層１２の上面と接している。隔壁１４は、発光層１７をウエットプロセスで形成する場合に塗布されたインクがあふれ出ないようにするための構造物として機能する。
隔壁１４は、例えば、絶縁性の有機材料（例えば、アクリル系樹脂、ポリイミド系樹脂、シロキサン系樹脂、フェノール系樹脂など）の材料からなる。本実施の形態においては、フェノール系樹脂が用いられている。
（５）正孔注入層
正孔注入層１５は、画素電極１３から発光層１７への正孔の注入を促進させる目的で、画素電極１３上に設けられている。正孔注入層１５は、例えば、Ａｇ（銀）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｃｒ（クロム）、Ｖ（バナジウム）、Ｗ（タングステン）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｉｒ（イリジウム）などの酸化物、あるいは、ＰＥＤＯＴ（ポリチオフェンとポリスチレンスルホン酸との混合物）などの導電性ポリマー材料からなる層である。
本実施の形態では、正孔注入層１５は、ＰＥＤＯＴの材料からなる。
（６）正孔輸送層
正孔輸送層１６は、正孔注入層１５から注入された正孔を発光層１７へ輸送する機能を有する。正孔輸送層１６は、例えば、ポリフルオレンやその誘導体、あるいは、ポリアリールアミンやその誘導体などの高分子化合物であって、親水基を備えないものなどを用いてウエットプロセスにより形成される。
（７）発光層
発光層１７は、開口部１４ａ内に形成されており、正孔と電子の再結合により、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色の光を出射する機能を有する。
本実施の形態において、青色の発光層には、上述の式（１）のアントラセンや、図８（ａ），（ｂ）、図９（ａ），（ｂ）に示すアントラセン系の低分子材料からなる発光材料が使用される。
アントラセン系の材料に加えて他のホスト材料として、例えば、アミン化合物、縮合多環芳香族化合物、ヘテロ化合物などが用いられる。アミン化合物としては、例えば、モノアミン誘導体、ジアミン誘導体、トリアミン誘導体、テトラアミン誘導体が用いられる。縮合多環芳香族化合物としては、例えば、ナフタレン誘導体、ナフタセン誘導体、フェナントレン誘導体、クリセン誘導体、フルオランテン誘導体、トリフェニレン誘導体、ペンタセン誘導体、ペリレン誘導体、等が挙げられる。ヘテロ環化合物としては、例えば、カルバゾール誘導体、フラン誘導体、ピリジン誘導体、ピリミジン誘導体、トリアジン誘導体、イミダゾール誘導体、ピラゾール誘導体、トリアゾール誘導体、オキサゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、ピロール誘導体、インドール誘導体、アザインドール誘導体、アザカルバゾール、ピラゾリン誘導体、ピラゾロン誘導体、フタロシアニン誘導体等が挙げられる。
また、目的の発光色を得るための有機発光層１１３のドーパント材料としては、例えば、ピレン誘導体、フルオランテン誘導体、アリールアセチレン誘導体、フルオレン誘導体、ペリレン誘導体、オキサジアゾール誘導体、または、クリセン誘導体が用いられる。また、有機発光層１１３のドーパント材料としては、金属錯体が用いられてもよい。金属錯体としては、例えば、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）、オスミウム（Ｏｓ）、金（Ａｕ）、レニウム（Ｒｅ）、もしくは、ルテニウム（Ｒｕ）等の金属原子と配位子とを有するものが挙げられる。
（８）電子輸送層
電子輸送層１８は、対向電極２０からの電子を発光層１７へ輸送する機能を有する。電子輸送層１８は、電子輸送性が高い有機材料からなり、アルカリ金属、および、アルカリ土類金属を含まない。
電子輸送層１８に用いられる有機材料としては、例えば、オキサジアゾール誘導体（ＯＸＤ）、トリアゾール誘導体（ＴＡＺ）、フェナンスロリン誘導体（ＢＣＰ、Ｂｐｈｅｎ）などのπ電子系低分子有機材料が挙げられる。
（９）電子注入層
電子注入層１９は、対向電極２０から供給される電子を発光層１７側へと注入する機能を有する。電子注入層１９は、例えば、電子輸送性が高い有機材料に、アルカリ金属、または、アルカリ土類金属から選択されるドープ金属がドープされて形成されている。
アルカリ金属に該当する金属は、リチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、ルビジウム（Ｒｂ）、セシウム（Ｃｓ）、フランシウム（Ｆｒ）であり、アルカリ土類金属に該当する金属は、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）、ラジウム（Ｒａ）である。
本実施の形態では、バリウム（Ｂａ）がドープされている。
また、電子注入層１９に用いられる有機材料としては、例えば、オキサジアゾール誘導体（ＯＸＤ）、トリアゾール誘導体（ＴＡＺ）、フェナンスロリン誘導体（ＢＣＰ、Ｂｐｈｅｎ）などのπ電子系低分子有機材料が挙げられる。
（１０）対向電極（第２電極）
対向電極２０は、透光性の導電性材料からなり、電子注入層１９上に形成されている。対向電極２０は、陰極として機能する。
対向電極２０の材料としては、例えば、銀、銀合金、アルミニウム、アルミニウム合金等の金属を用いてもよい。この場合、対向電極２０は透光性を有する必要があるため、膜厚は、１０ｎｍ〜５０ｎｍが望ましい。
（１１）封止層
封止層２１は、正孔輸送層１６、発光層１７、電子輸送層１８、電子注入層１９などの有機層が外部の水分に晒されたり、空気に晒されたりして劣化するのを防止するために設けられるものである。
封止層２１は、例えば、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）などの透光性材料を用いて形成される。
（１２）その他
図１１には示されてないが、封止層２１上に接着剤を介してガラス基板を基材とするカラーフィルタや偏向シートを貼り合せてもよい。これらを貼り合せることによって、正孔輸送層１６、発光層１７、電子輸送層１８、電子注入層１９を外部の水分および空気などからさらに保護できる。
２．有機ＥＬ素子の製造方法
以下、青色発光の有機ＥＬ素子２の製造方法について、図面を用いて説明する。
図１２（ａ）、（ｂ）は、有機ＥＬ素子２の製造工程のうち、主に発光層１７の形成工程を説明するため概略断面図であり、図１３は、有機ＥＬ素子２の製造工程を示すフローチャートである。
（１）基板１１の形成
まず、基材１１１上にＴＦＴ層１１２を成膜して基板１１を形成する（図１３のステップＳ１）。ＴＦＴ層１１２は、公知のＴＦＴの製造方法により成膜することができる。
次に、基板１１上に層間絶縁層１２を形成する（図１３のステップＳ２）。具体的には、一定の流動性を有する樹脂材料を、例えば、ダイコート法により、基板１１の上面に沿って、ＴＦＴ層１１２による基板１１上の凹凸を埋めるように塗布する。これにより、層間絶縁層１２の上面は、基材１１１の上面に沿って平坦化した形状となる。
層間絶縁層１２における、ＴＦＴ素子の例えばソース電極上の個所にドライエッチング法を行い、コンタクトホールを形成する。コンタクトホールは、その底部にソース電極の表面が露出するようにパターニングなどを用いて形成される。
次に、コンタクトホールの内壁に沿って接続電極層を形成する。接続電極層の上部は、その一部が層間絶縁層１２上に配される。接続電極層の形成は、例えば、スパッタリング法を用いることができ、金属膜を成膜した後、フォトリソグラフィ法およびウエットエッチング法を用いてパターニングすればよい。
（２）画素電極１３、正孔注入層１５の形成
次に、層間絶縁層１２上に画素電極１３、正孔注入層１５を形成する（図１３のステップＳ３）。
まず、層間絶縁層１２上に、画素電極１３の材料からなる画素電極材料層を、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法などを用いて形成する。次に、画素電極材料層上に正孔注入層１５の材料からなる正孔注入材料層１５０を例えば、反応性スパッタ法などを用いて形成する。そして、上記画素電極材料層と正孔注入材料層の積層膜をエッチングによりパターニングして、副画素ごとに区画された複数の画素電極１３と正孔注入層１５とを形成する。
（３）隔壁１４の形成
次に、隔壁用樹脂であるフェノール樹脂を溶媒（例えば、乳酸エチルとＧＢＬの混合溶媒）に溶解させた溶液を正孔注入層１５上および層間絶縁層１２上にスピンコート法などを用いて一様に塗布して、隔壁材料層を形成し、これをパターン露光と現像を施して、隔壁１４を形成する（図１３のステップＳ４）。
（４）正孔輸送層１６の形成
次に、隔壁１４により規定される開口部１４ａに対し、正孔輸送層１６の構成材料を含むインクを、印刷装置により吐出して開口部１４ａ内の正孔注入層１５上に塗布した後、乾燥させて、正孔輸送層１６を形成する（図１２（ａ）参照）（図１３のステップＳ５）。
（５）発光層１７の形成
次に、図１２（ｂ）に示すように、上記実施の形態に係る青色発光層形成用インク（インク濃度３％）を、印刷装置の塗布ヘッド３０１のノズル３０１１から所定量吐出させて開口部１４ａ内の正孔輸送層１６上に塗布し、乾燥させて青色発光用の発光層１７を形成する（図１３のステップＳ６）。
発光層１７の乾燥は、できるだけ発光層１７の膜厚が均一になるように真空乾燥装置内で行うのが望ましい。
（６）電子輸送層１８の形成
次に、発光層１７および隔壁１４上に、電子輸送層１８を形成する（図１３のステップＳ７）。電子輸送層１８は、例えば、電子輸送性の有機材料を蒸着法により各サブピクセルに共通して成膜することにより形成される。
（７）電子注入層１９の形成
次に、電子輸送層１８上に、電子注入層１９を形成する（図１３のステップＳ８）。電子注入層１９は、例えば、電子輸送性の有機材料とドープ金属を共蒸着法により各サブピクセルに共通して成膜することにより形成される。
（８）対向電極２０の形成
次に、電子注入層１９上に、対向電極２０を形成する（図１３のステップＳ９）。対向電極２０は、ＩＴＯ、ＩＺＯ、銀、アルミニウム等を、スパッタリング法、真空蒸着法により成膜することにより形成される。
（９）封止層２１の形成
次に、対向電極２０上に、封止層２１を形成する（図１３のステップＳ１０）。封止層２１は、ＳｉＯＮ、ＳｉＮ等を、スパッタリング法、ＣＶＤ法などにより成膜することにより形成することができる。
これにより、有機ＥＬ素子２が完成する。
≪変形例≫
以上、本開示の一態様として、青色発光層形成用インクの組成および当該インクを使用した青色発光の有機ＥＬ素子の製造方法について説明したが、本発明は、その本質的な特徴的構成要素を除き、以上の説明に何ら限定を受けるものではない。以下では、本発明の他の態様例である変形例を説明する。
（１）上記実施の形態における青色発光層形成用インクについては、低分子のアントラセン系溶質のみをテトラリン系溶媒に溶解させて作成したが、溶解安定性や低粘度特性などインクの特性を大きく変化させない範囲であれば、適当なドーパントを添加してもよい。
（２）上記実施の形態においては、陰極が対向電極であり、かつ、トップエミッション型の有機ＥＬ素子であるとした。しかしながら、例えば、陽極が対向電極であり、陰極が画素電極であってもよい。また、例えば、ボトムエミッション型の有機ＥＬ素子であってもよい。
（３）また、上記実施の形態においては、有機ＥＬ素子２は、電子輸送層１８や電子注入層１９、正孔注入層１５や正孔輸送層１６を有する構成であるとしたが、これに限られない。例えば、電子輸送層１８を有しない有機ＥＬ素子や、正孔輸送層１６を有しない有機ＥＬ素子であってもよい。また、例えば、正孔注入層１５と正孔輸送層１６とに替えて、単一層の正孔注入輸送層を有していてもよい。また、例えば、発光層１７と電子輸送層１８との間に、アルカリ金属からなる中間層を備えてもよい。
（４）ノズルを介して高精細なインクの塗布が可能なものであれば、上記実施の形態における印刷装置に限らず、インクを連続的に基板上に吐出するディスペンサー方式の塗布装置を用いてもよい。
（５）上記実施の形態に係る有機ＥＬ素子は、副画素ごとに隔壁で囲んで格子状に隔壁を形成するいわゆるピクセルバンク方式のみならず、列状に隔壁を形成するラインバンク方式の有機ＥＬ素子であっても構わない。
≪補足≫
以上、本開示の一態様に係る青色発光層形成用インクおよび青色発光の有機ＥＬ素子の製造方法について、実施の形態および変形例に基づいて説明したが、本発明は、上記の実施の形態および変形例に限定されるものではない。上記実施の形態および変形例に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で実施の形態および変形例における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。
本発明は、有機ＥＬ素子の青色発光層を印刷方式で形成する場合の青色発光層形成用インクとして最適である。
２ 有機ＥＬ素子
１１ 基板
１２ 層間絶縁層
１３ 画素電極
１４ 隔壁
１４ａ 開口部
１５ 正孔注入層
１６ 正孔輸送層
１７ 発光層
１８ 電子輸送層
１９ 電子注入層
２０ 対向電極
２１ 封止層

Claims (6)

  1. 青色発光の有機ＥＬ素子の有機発光層を印刷方式で形成する際に使用される青色発光層形成用インクであって、
    テトラリン系の有機溶媒に、アントラセン系の低分子材料を含む溶質が３％以上１２％以下の濃度で溶解している青色発光層形成用インク。
  2. 前記テトラリン系の有機溶媒に、前記アントラセン系の低分子材料を含む溶質が、７％を超えて１２％以下の濃度で溶解している
    ことを特徴とする請求項１に記載の青色発光層形成用インク。
  3. 前記アントラセン系の低分子材料は、重量平均分子量が３０００以下である
    ことを特徴とする請求項１または２に記載の青色発光層形成用インク。
  4. 前記テトラリン系の有機溶媒は、１，２，３，４−テトラヒドロナフタレンである
    ことを特徴とする請求項１から３までのいずれかに記載の青色発光層形成用インク。
  5. 基板を準備する第１工程と、
    基板上方に第１電極を配する第２工程と、
    前記画素電極上方に有機発光層を形成する第３工程と、
    前記有機発光層の上方に第２電極を形成する第４工程と、
    を含み、
    前記第３工程は、
    青色発光層形成用インクを塗布する塗布工程と、前記塗布された青色発光層形成用インクを乾燥させる乾燥工程とを含み、
    前記青色発光層形成用インクは、テトラリン系の有機溶媒に、アントラセン系の低分子材料を含む溶質が、３％以上１２％以下の濃度で溶解している
    ことを特徴とする青色発光の有機ＥＬ素子の製造方法。
  6. 前記テトラリン系の有機溶媒は、１，２，３，４−テトラヒドロナフタレンである
    ことを特徴とする請求項５に記載の青色発光の有機ＥＬ素子の製造方法。
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