JP2021077783A - 機能層形成用インクおよび自発光素子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
自発光パネルにおける各自発光素子の機能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。
本開示の一態様に係る機能層形成用インクは、自発光素子における機能層を印刷方式で形成する際に使用される機能層形成用インクであって、沸点の異なる複数の溶媒を含む混合溶媒に、機能性材料を溶解または分散してなり、前記混合溶媒に対する質量比が所定の割合以上となるように沸点の高い順に1以上の溶媒を前記複数の溶媒から選択したとき、前記選択された溶媒は、所定の樹脂材料に対する接触角が5°未満である溶媒群に含まれることを特徴とする。
<機能層形成用インクの組成>
1.溶質
本実施形態に係る機能層形成用インクは、溶質として、正孔輸送性と正孔注入性の少なくとも一方を有する機能材料、発光材料、電子輸送性と電子注入性の少なくとも一方を有する機能材料、のいずれか1つを含む。
本実施形態に係る機能層形成用インクは、溶媒として、複数の有機溶媒を含み、これらを混合溶媒として用いる。
以下、実施の形態に係る機能層形成用インクが奏する効果の説明に先立ち、自発光パネルの概要と、機能層形成用インクが乾燥して機能層が形成される際に膜厚が不均一性となる課題の発生メカニズムについて説明する。
表1は、表1に示す4種類の溶媒を複数組み合わせて混合溶媒として機能層形成用インクを形成した場合の組成と、形成された機能層の膜厚のばらつきとの実験結果を示す表である。なお、A群、B群とは上述の定義に示すとおりであり、結果は機能層の膜厚のばらつきが生じなかったものを〇、機能層の膜厚のばらつきが生じたものを×とした。また、自発光パネルの精細度は150ppiとし、画素規制層141の材料としてアクリル樹脂を用いた。ここで、混合溶媒に含まれる溶媒のうち最も沸点の高い溶媒の沸点は200℃以上が好ましいため、沸点が200℃未満であるEthylenGlycolとanisolとのみを含む混合溶媒については実験を行っていない。
以下、画素規制層に対する接触角が5°未満である溶媒(A群の溶媒)と5°以上である溶媒(B群の溶媒)の差異について、より詳細に説明する。
以下、本開示の一態様に係る機能層形成用インクを使用した自発光素子の一例として、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。
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。
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。
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3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。
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。
隔壁14は、基板11の上方に副画素ごとに配置された複数の画素電極13を、X方向(図2参照)において列毎に仕切るものであって、X方向に並ぶ副画素列CR、CG、CBの間においてY方向に延伸するラインバンク形状である。隔壁14には、絶縁性を備え、少なくとも表面が機能層形成用インクに対して撥液性を有する。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)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。なお、隔壁14は、例えば、フッ素系界面活性剤などの撥液性を備える添加物を含んでいてもよいし、表面処理がなされていてもよい。X方向に隣接する2つの隔壁14で定義される開口部14aに有機EL素子2が形成される。
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、銅フタロシアニン(CuPc)などの低分子量の有機化合物や、ポリエチレンジオキシチオフェン/ポリスチレンスルフォン酸(PEDOT/PSS)などの高分子材料からなる層である。
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の材料は、例えば、アリールアミン誘導体、フルオレン誘導体、スピロ誘導体、カルバゾール誘導体、ピリジン誘導体、ピラジン誘導体、ピリミジン誘導体、トリアジン誘導体、キノリン誘導体、フェナントロリン誘導体、フタロシアニン誘導体、ポルフィリン誘導体、シロール誘導体、オリゴチオフェン誘導体、縮合多環芳香族誘導体、金属錯体などが挙げられる。本実施の形態では、実施の形態に係る機能層形成用インクを用いた塗布成膜により形成される。
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。発光層17の材料としては、公知の材料を利用することができる。
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る。
電子注入層19は、電子輸送層18上に複数の画素に共通して設けられており、対向電極20から発光層17への電子の注入を促進させる機能を有する。
対向電極20は、複数の画素に共通して電子注入層19上に形成されており、陰極として機能する。
対向電極20の上には、封止層21が設けられている。封止層21は、基板11の反対側から不純物(水、酸素)が対向電極20、電子注入層19、電子輸送層18、発光層17等へと侵入するのを防ぎ、不純物によるこれらの層の劣化を抑制する機能を有する。封止層21は、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形成される。また、窒化シリコン(SiN)、酸窒化シリコン(SiON)などの材料を用い形成された層の上に、アクリル樹脂、エポキシ樹脂などの樹脂材料からなる封止樹脂層を設けてもよい。
図3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。
以下、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。
まず、基材111上にTFT層112を成膜して基板11を形成する(図8のステップS1、図9(a))。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、層間絶縁層12上に画素電極13を形成する(図8のステップS3)。
次に、画素規制層141および隔壁14を形成する(図8のステップS4)。
次に、正孔注入層15および正孔輸送層16を形成する(図8のステップS5、図11(a))。
次に、隔壁14により規定される開口部14aに対し、発光層17の構成材料を溶質として含む発光層形成用インクを、印刷装置301のノズル3011より吐出して開口部14a内の正孔輸送層16上に塗布した後、乾燥させて、発光層17を形成する(図8のステップS6、図11(b))。
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8のステップS7、図12(a))。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。
次に、電子輸送層18上に、電子注入層19を形成する(図8のステップS8、図12(b))。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。
次に、電子注入層19上に、対向電極20を形成する(図8のステップS9、図12(c))。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。
次に、対向電極20上に、封止層21を形成する(図8のステップS10、図12(d))。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。
以上、本開示の一態様として、有機EL素子の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。
2 自発光素子(有機EL素子)
10 自発光パネル(有機EL表示パネル)
11 基板
12 層間絶縁層
13 画素電極
14 隔壁
141 画素規制層
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 (11)
- 自発光素子における機能層を印刷方式で形成する際に使用される機能層形成用インクであって、
沸点の異なる複数の溶媒を含む混合溶媒に、機能性材料を溶解または分散してなり、
前記混合溶媒に対する質量比が所定の割合以上となるように沸点の高い順に1以上の溶媒を前記複数の溶媒から選択したとき、前記選択された溶媒は、所定の樹脂材料に対する接触角が5°未満である溶媒群に含まれる
ことを特徴とする機能層形成用インク。 - 前記所定の樹脂材料は、アクリル樹脂である
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。 - 前記溶媒群に含まれる溶媒は、極性溶媒である
ことを特徴とする請求項2に記載の機能層形成用インク。 - 前記溶媒群に含まれる溶媒は、
x+0.04y<2.12
を満たすことを特徴とする請求項2に記載の機能層形成用インク。
但し、xは当該溶媒のハンセン溶解度パラメータにおいて、ロンドン分散力によるエネルギー(δD)が、ロンドン分散力によるエネルギー(δD)と双極子相互作用によるエネルギー(δP)と水素結合によるエネルギー(δH)との総和に対して占める割合であり、y[mN/m]は当該溶媒の表面張力である。 - 前記所定の割合は、0.3以上である
ことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の機能層形成用インク。 - 前記自発光素子の精細度をp[ppi]、前記所定の割合をqとしたとき、
q≧0.00086p+0.27512
を満たすことを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の機能層形成用インク。 - 前記混合溶媒は、沸点が200℃以上である溶媒を含む
ことを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の機能層形成用インク。 - 基板を準備する工程と、
前記基板上方に画素電極を行列状に配する工程と、
前記画素電極を列方向に区画する画素規制層を形成する工程と、
前記画素電極を行方向に区画する隔壁を形成する工程と、
前記画素電極上方に機能層を形成する工程と、
前記機能層の上方に対向電極を形成する工程と
を含み、
前記機能層を形成する工程は、機能層形成用インクを前記隔壁の間隙内に存在する複数の画素電極上方に塗布する塗布工程と、前記塗布された機能層形成用インクを乾燥する乾燥工程とを含み、
前記機能層形成用インクは、沸点の異なる複数の溶媒を含む混合溶媒に、機能性材料を溶解または分散してなり、前記混合溶媒に対する質量比が所定の割合以上となるように沸点の高い順に1以上の溶媒を前記複数の溶媒から選択したとき、前記選択された溶媒は、前記画素規制層に対する接触角が5°未満である溶媒群に含まれる
ことを特徴とする自発光素子の製造方法。 - 前記画素規制層を形成する工程において、前記画素規制層の材料としてアクリル樹脂を用いる
ことを特徴とする請求項8に記載の自発光素子の製造方法。 - 前記溶媒群に含まれる溶媒は、極性溶媒である
ことを特徴とする請求項9に記載の自発光素子の製造方法。 - 前記溶媒群に含まれる溶媒は、
x+0.04y<2.12
を満たすことを特徴とする請求項9に記載の自発光素子の製造方法。
但し、xは当該溶媒のハンセン溶解度パラメータにおいて、ロンドン分散力によるエネルギー(δD)が、ロンドン分散力によるエネルギー(δD)と双極子相互作用によるエネルギー(δP)と水素結合によるエネルギー(δH)との総和に対して占める割合であり、y[mN/m]は当該溶媒の表面張力である。
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