JP4663537B2 - 有機電界発光素子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、有機電界発光素子の製造方法に係り、特に、自己バッファ層を用いて寿命と色純度を向上させた高分子有機電界発光素子の製造方法に関する。

カラー表示素子への応用に注目を浴びている素子のうちの一つに有機電界発光素子(ＯＬＥＤ：Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｅｖｉｃｅ)がある。有機化合物を使用して自発光する能動発光ディスプレイである有機電界発光素子は、ＴＦＴ−ＬＣＤに比べて構造と製造工程が簡単なので、製造コストが安い、消費電力が低い、厚さが薄い、応答速度が速いといった数々の特長を有する。

ＯＬＥＤは、有機材料によって電気エネルギーを光エネルギーに変換する素子であって、正極及び負極からそれぞれ注入された正孔と電子とが有機材料内で再結合し励起子が発生することによって発光する素子である。

このようなＯＬＥＤの基本的な構成には、順次に積層された正極、発光層(ＥＭＬ：Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｌａｙｅｒ)、負極が含まれる。このようなＯＬＥＤの性能は、多層薄膜構造の変化によって大いに影響を受け、多様な機能層を基本構造に追加することによってＯＬＥＤの発光効率及び寿命を向上させることができる。

また、ＯＬＥＤは、乾式工程である有機分子線蒸着法(ＯＭＢＤ：Ｏｒｇａｎｉｃ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ)によって製作されることもあるが、高分子系ＯＬＥＤは、多層薄膜を形成するために湿式工程であるスピンコーティング法またはインクジェット方式によって主に製作される。

図１は、従来技術によるＯＬＥＤの一例を示す。

図１を参照すると、従来技術によるＯＬＥＤは、透明基板１１０上に順次に積層された透明電極１２０、正孔注入層１３０、正孔輸送層１４０、発光層１５０、及び上部電極１６０を備える。前記従来のＯＬＥＤは、多層薄膜が形成されており、各層の相補的な機能によって素子の寿命を向上させることができる。

しかし、前記従来のＯＬＥＤの製造時には、正孔輸送層１４０上に発光層１５０を形成させるために一般的にスピンコーティング法が用いられるが、スピンコーティング時に用いられる発光層１５０の主成分である溶質と高い溶解度を有するクロロベンゼン、クロロホルム、ＴＨＦなどの溶媒を含む溶液は、下部層である正孔注入層１３０と正孔輸送層１４０とを溶解させ、それが原因で欠陥が生じることがある。

すなわち、多層薄膜を形成するために湿式工程時に用いられる溶液は、一般的に溶解度の高い溶媒を含むために既に積層された物質をも溶解しうるのである。この時に生じた下部層の欠陥は、素子の寿命を短縮させ色純度を落とすという問題を発生させる。一方、溶解度の低い溶媒を用いれば、各層が一定のレベル以上の厚さに形成されないという問題を発生させる。

本発明が達成しようとする技術的課題は、ＯＬＥＤにおいて、自己バッファ層を挿入して素子内部の欠陥を減少させることによって、素子の寿命を向上させることと色純度の改善を行なうことである。

本発明が達成しようとする他の技術的課題は、このようなＯＬＥＤの製造方法を提供することである。

本発明の一類型による電界発光素子の製造方法は、基板上に正極を形成する段階と、前記正極上に正孔輸送層を形成する段階と、前記正孔輸送層上に自己バッファ層を形成する段階と、前記自己バッファ層上に前記自己バッファ層と同じ物質で発光層を形成する段階と、前記発光層上に負極を形成する段階と、を含み、前記自己バッファ層が形成される段階において、前記発光層の形成時に使われる溶媒に比べて相対的に正孔輸送層に低い溶解度を呈するバッファ層溶媒を使う。

前記本発明による電界発光素子の製造方法において、前記自己バッファ層と発光層とは同じ導電性高分子物質より形成される。

本発明の他の類型による電界発光素子の製造方法は、基板上に正極を形成する段階と、前記正極上に正孔輸送層を形成する段階と、前記正孔輸送層上に発光層を形成する段階と、前記発光層上に自己バッファ層を形成する段階と、前記自己バッファ層上に前記自己バッファ層と同じ物質で電子輸送層を形成する段階と、前記電子輸送層上に負極を形成する段階と、を含み、前記自己バッファ層の形成段階において、前記電子輸送層の形成に使われる溶媒に比べて相対的に前記発光層に低い溶解度を呈する溶媒を使う。

前記本発明の他の類型による電界発光素子の製造方法において、前記自己バッファ層と電子輸送層とは同じ導電性高分子物質より形成される。

本発明によれば、発光層の形成前に自己バッファ層を挿入することによって、下部層の欠陥が減少して素子の寿命が向上する。また、発光層上部の電子輸送層の形成前に自己バッファ層を挿入することによって、発光層の欠陥が減少して素子の色純度が向上する。

以下、本発明によるＯＬＥＤ及びその製造方法を添付された図面を参照して詳細に説明する。図面において、本発明の各実施形態におけるＯＬＥＤの厚さは、説明を明確にするために誇張して示した。そして、本発明に係るＯＬＥＤの製造に使われる物質は、一般的に知られた材料を利用しているため、ここでの具体的な言及は行なわない。

図２は、本発明によるＯＬＥＤを説明するための望ましい第１実施形態に係る断面図である。

図２を参照すると、本発明の望ましい第１実施形態に係るＯＬＥＤは、基板２１０上に順次に積層された正極２２０、正孔輸送層２３０、自己バッファ層２４０、発光層２５０、及び負極２６０を備える。

基板２１０は、透明な素材が望ましく、例えば、ガラス、石英及び有機高分子化合物などよりなる。正極２２０は、透明度と仕事関数とが高い物質が望ましく、例えば、ＩＴＯ(Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ)またはＩＺＯ(Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ)よりなりうる。

前記正孔輸送層２３０は、正孔注入層(ＨＩＬ)、正孔移送層(ＨＴＬ)、電子防止層(ＥＢＬ)のうち少なくともいずれか一つ以上の層よりなる。また、正孔輸送層２３０は、正極２２０から正孔を容易に注入するためにイオン化ポテンシャルが少ない電子供与性分子物質を用いて形成され、例えば、トリフェニルアミンを基にしたジアミン、トリアミン及びテトラアミン誘導体よりなりうる。

前記自己バッファ層２４０は、正孔輸送層２３０にあまり損傷を与えない溶媒では溶解されるが、発光層２５０の形成時に用いられる溶解度の高い溶媒、例えば、クロロベンゼン系溶媒からは正孔輸送層２３０を保護できる導電性高分子物質よりなりうる。ここで、前記自己バッファ層２４０は、前記発光層２５０と同じ物質より形成される。

前記発光層２５０は、負極２６０を通じて注入された電子と正極２２０を通じて注入された正孔との結合エネルギーにより発光する層であって、特に、導電性高分子系物質より形成される。負極２６０は、低い駆動電圧で電子が円滑に供給できるように低い仕事関数及び高い導電性を有する物質が望ましく、例えばＭｇ−Ａｇ合金よりなりうる。

また、自己バッファ層２４０の厚さは、保護膜の役割と光の透過を助けるために薄いことが望ましく、例えば、５ｎｍ〜３０ｎｍであることが望ましい。発光層２５０の厚さは、素子の小型化のために５０ｎｍ〜１５０ｎｍであることが望ましく、７０ｎｍ〜１２０ｎｍであることがさらに望ましい。

図３は、本発明の第１実施形態によるＯＬＥＤにおいて、自己バッファ層２４０のない素子とある素子との寿命を比較したグラフである。

図３を参考にすると、インターレイヤーの条件を変化させたにもかかわらず自己バッファ層が形成されていない素子の寿命は、２５０時間以内であるが、自己バッファ層とインターレイヤーとを共に形成させれば、素子の寿命が３５０時間以上に増加することが分かる。

図４は、本発明に係るＯＬＥＤを説明するための望ましい第２実施形態に係る断面図である。ここで、図２に示した図面の符号と同じ参照符号は同じ機能をする同じ部材を示し、前記の説明と実質的に同じなので、その詳細な説明は省略する。

図４を参照すると、本発明の望ましい第２実施形態に係るＯＬＥＤは、基板２１０上に順次に積層された正極２２０、正孔輸送層２３０、発光層２５０、自己バッファ層２４０、電子輸送層４１０、及び負極２６０を備える。

前記電子輸送層４１０は、電子移送層（ＥＴＬ）、電子注入層（ＥＩＬ）、正孔防止層（ＨＢＬ）のうち少なくともいずれか一つ以上の層より形成される。ここで、前記自己バッファ層２４０は、電子輸送層４１０と同じ物質より形成される。前記電子輸送層４１０は、負極２６０から供給された電子を発光層２５０に円滑に輸送し、発光層２５０で結合されなかった正孔の移動を抑制して発光層２５０内の再結合の機会を増加させる層であって、電子親和性と電子を注入する負極２６０との接着性に優れた材料が望ましく、例えば、ＰＢＤ、Ａｌｑ３よりなる。

図５は、本発明の第２実施形態に係るＯＬＥＤにおいて、自己バッファ層のない素子とある素子との波長領域における強度を比較したグラフである。図５を参照すると、自己バッファ層のない素子に比べて発光層の上部に自己バッファ層が形成された素子の色純度が向上することが分かる。すなわち、自己バッファ層の形成時には、色純度が(０.１６、０.３９)から（０.１５、０.３１)に改善されたことが分かる。

図６は、本発明によるＯＬＥＤを説明するための望ましい第１実施形態に係る製造方法を示すフローチャートである。

図６を参照すると、本発明の望ましい第１実施形態に係るＯＬＥＤの製造方法は、基板上に正極を形成する段階（６１０）と、前記正極上に正孔輸送層を形成する段階（６２０）と、前記正孔輸送層上に設けられて前記正孔輸送層を保護する自己バッファ層を形成する段階（６３０）と、前記自己バッファ層上にバッファ層と同じ物質より形成された発光層を形成する段階（６４０）と、前記発光層上に負極を形成する段階（６５０）と、を含む。前記自己バッファ層は、導電性高分子物質より形成されたことが望ましい。

前記第１実施形態に係るＯＬＥＤの製造方法は、湿式工程、例えばスピンコーティング方法により製作される。特に、湿式工程によりバッファ層が形成される段階６３０において、後述する発光層が積層される段階６４０で用いられる溶媒に比べて相対的に正孔輸送層に少ない欠陥しか発生させることのない低い溶解度を有するバッファ層溶媒、例えば、キシレンまたはトルエン系の溶媒が用いられる。前記バッファ層溶媒とバッファ層の主成分である導電性高分子溶質とを含むバッファ層の溶液が正孔輸送層上にコーティングされた後、素子をベークさせると、導電性高分子物質が正孔輸送層上に積層されて自己バッファ層が形成される。次に、自己バッファ層上に発光層が形成される段階６４０において、一般的に溶解度の高い物質、例えばクロロベンゼン系溶媒が用いられるが、正孔輸送層上に設けられた導電性高分子の自己バッファ層は、クロロベンゼン系溶媒による正孔輸送層の損傷を保護することができる。

また、自己バッファ層の厚さは、保護膜の役割と光の透過を助けるために薄いことが望ましく、例えば５ｎｍ〜３０ｎｍでありうる。発光層の厚さは、小型化のために５０ｎｍ〜１５０ｎｍであることが望ましく、７０ｎｍ〜１２０ｎｍがさらに望ましい。

図７は、本発明によるＯＬＥＤを説明するための望ましい第２実施形態に係る製造方法を示すフローチャートである。ここで、図２に示した図面の符号と同じ参照符号は同じ機能をする同じ部材を示し、前記の説明と実質的に同じなので、その詳細な説明は省略する。

図７を参照すると、本発明の望ましい第２実施形態に係るＯＬＥＤの製造方法は、基板上に正極を形成する段階（７１０）と、前記正極上に正孔輸送層を形成する段階（７２０）と、前記正孔輸送層に発光層を形成する段階（７３０）と、前記発光層上に設けられて前記発光層を保護する自己バッファ層を形成する段階（７４０）と、前記自己バッファ層上にバッファ層と同じ物質より形成された電子輸送層を形成する段階（７５０）と、前記電子輸送層上に負極を形成する段階（７６０）と、を含む。前記自己バッファ層は、導電性高分子物質より形成されたことが望ましい。

前記第２実施に係るＯＬＥＤの製造方法は、湿式工程、例えばスピンコーティング方法により製作される。湿式工程により自己バッファ層が形成される段階７４０において、後述する電子輸送層が積層される段階７５０が行われる時に用いられる溶媒に比べて相対的に発光層に少ない欠陥しか発生させることのない程度の低い溶解度を有するバッファ層溶媒、例えばキシレンまたはトルエン系の溶媒が用いられる。前記バッファ層溶媒とバッファ層の主成分である導電性高分子溶質とを含むバッファ層溶液が発光層上にコーティングされた後、素子をベークさせると、バッファ層に該当する導電性高分子物質が発光層上に積層される。次に、自己バッファ層上に電子輸送層が積層される段階７５０において、一般的に溶解度の高い、例えばクロロベンゼン系溶媒が用いられるが、発光層上に設けられた導電性高分子バッファ層は、クロロベンゼン系溶媒による発光層の損傷を保護することができる。

以上、本願発明の方法及び装置は理解を助けるために図面に示された実施形態に基づいて説明したが、これは例示的なものに過ぎず、当業者であれば、これから多様な変形及び均等な他の実施形態に発展させることが可能であるという点が理解できる。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は特許請求の範囲により決定されなければならない。

本発明は、有機電界発光素子の関連技術分野に好適に用いられる。

従来のＯＬＥＤの一例を示す概略的な断面図である。 本発明の第１実施形態に係るＯＬＥＤの概略的な断面図である。 本発明の第１実施形態に係るＯＬＥＤにおいて、自己バッファ層のない素子とある素子との寿命を比較したグラフである。 本発明の第２実施形態に係るＯＬＥＤの概略的な断面図である。 本発明の第２実施形態に係るＯＬＥＤにおいて、自己バッファ層のない素子とある素子との波長領域における強度を比較したグラフである。 本発明によるＯＬＥＤの第１実施形態に係る製造方法を示したフローチャートである。 本発明によるＯＬＥＤの第２実施形態に係る製造方法を示したフローチャートである。

符号の説明

２１０ 基板、
２２０ 正極、
２３０ 正孔輸送層、
２４０ 自己バッファ層、
２５０ 発光層、
２６０ 負極。

Claims (4)

1. 基板上に正極を形成する段階と、
   前記正極上に正孔輸送層を形成する段階と、
   前記正孔輸送層上に自己バッファ層を形成する段階と、
   前記自己バッファ層上に前記自己バッファ層と同じ物質で発光層を形成する段階と、
   前記発光層上に負極を形成する段階と、を含み、
   前記自己バッファ層が形成される段階において、前記発光層の形成時に使われる溶媒に比べて相対的に正孔輸送層に低い溶解度を呈するバッファ層溶媒を使うことを特徴とする有機電界発光素子の製造方法。
2. 前記自己バッファ層及び発光層は、導電性高分子物質より形成することを特徴とする請求項１に記載の有機電界発光素子の製造方法。
3. 基板上に正極を形成する段階と、
   前記正極上に正孔輸送層を形成する段階と、
   前記正孔輸送層上に発光層を形成する段階と、
   前記発光層上に自己バッファ層を形成する段階と、
   前記自己バッファ層上に前記自己バッファ層と同じ物質で電子輸送層を形成する段階と、
   前記電子輸送層上に負極を形成する段階と、を含み、
   前記自己バッファ層の形成段階において、前記電子輸送層の形成に使われる溶媒に比べて相対的に前記発光層に低い溶解度を呈する溶媒を使うことを特徴とする有機電界発光素子の製造方法。
4. 前記自己バッファ層及び電子輸送層は、導電性高分子物質より形成することを特徴とする請求項３に記載の有機電界発光素子の製造方法。