JP4667999B2 - 有機エレクトロルミネッセント素子用基板、および有機エレクトロルミネッセント素子 - Google Patents
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まず、本発明の有機EL素子用基板について説明する。本発明の有機EL素子用基板は、その構成の違いにより、2つの実施態様がある。以下、それぞれの実施態様ごとに説明する。
まず、本発明の有機EL素子用基板の第1実施態様について説明する。本発明の有機EL素子用基板の第1実施態様は、基材と、上記基材上にパターン状に形成された電極層と、上記電極層を覆うように形成され、光触媒およびバインダを含有し、エネルギー照射に伴う光触媒の作用により濡れ性が変化する光触媒含有層とを有する有機エレクトロルミネッセント素子用基板であって、上記光触媒含有層に、所定の高圧水銀ランプから、紫外線を照射しながら電子スピン共鳴スペクトルを測定した際、上記高圧水銀ランプから照射された積算エネルギー量が所定の値となる時の、ヒドロキシラジカル由来の電子スピンの濃度が上記光触媒1g当たり1.0×1018スピン以上であることを特徴とするものである。
まず、本実施態様に用いられる光触媒含有層について説明する。本実施態様に用いられる光触媒含有層は、後述する電極層を覆うように形成されるものであり、光触媒およびバインダを含有するものであって、エネルギー照射に伴う光触媒の作用により濡れ性が変化するものである。また、この光触媒含有層は、照度550ルクスの高圧水銀ランプから紫外線を照射しながら電子スピン共鳴スペクトルを測定した際、上記高圧水銀ランプから照射される積算エネルギー量が2000mJ/m2となる時の、ヒドロキシラジカル由来の電子スピンの濃度が上記光触媒1g当たり1.0×1018スピン以上であり、本実施態様においては、上記の中でも5.0×1018スピン以上であることが好ましい。これにより、光触媒含有層中での光触媒の活性を高いものとすることができ、短時間で効率よく表面の濡れ性を変化させることが可能な光触媒含有層とすることができるからである。
上記洗浄方法としては、例えば、光触媒含有層を傷つけないよう注意しながら、表面を純水で洗浄する方法が好ましく用いられる。ここで、表面を洗浄する際、圧力の高い流水を用いてしまうと、逆に光触媒含有層の膜質劣化や光触媒活性低下を引き起こすので、純水槽に1分間程浸漬させた後、軽く純水でリンスする方法が好ましい。上記洗浄方法を用いることにより、光触媒表面に吸着し、活性酸素種をトラップしてしまう不純物や有機EL素子に用いた際、有機EL素子特性に悪影響を及ぼす不純物を除去することができるからである。
また、上記乾燥方法としては、例えば、光触媒含有層形成用塗工液を塗布後室温下でしばらく静置した後、ホットプレート上で除々に加温しながら水の沸点以上まで温度を上げ、そのまま1時間加熱乾燥させ、上述の洗浄を行った後、さらに1時間加熱乾燥させる方法を用いることが好ましい。これにより、光触媒が凝集せずに水分を取り除くことができるからである。
次に、本実施態様に用いられる電極層について説明する。本実施態様に用いられる電極層は、後述する基材上にパターン状に形成されるものである。本実施態様に用いられる電極層は、陽極であっても陰極であってもよいが、通常は陽極として形成される。
本実施態様に用いられる基材は、上述した電極層および光触媒含有層を支持するものであり、所定の強度を有するものであれば特に限定されない。本実施態様においては、上記電極層が所定の強度を有する場合には、電極層が基材を兼ねるものであってもよいが、通常は所定の強度を有する基材上に電極層が形成される。
次に、本実施態様の有機EL素子用基板について説明する。本実施態様の有機EL素子用基板は、上記基材、電極層、および光触媒含有層を有するものであれば、特に限定されるものではなく、例えば必要に応じて適宜絶縁層やバリア層等を有していてもよい。
上記光触媒含有層上に形成される濡れ性変化パターンとしては、光触媒含有層上に形成される有機EL層の形状に合わせて適宜選択されるものであり、そのパターンは特に限定されるものではない。
次に、本発明における有機EL素子用基板の第2実施態様について説明する。本発明における有機EL素子用基板の第2実施態様は、基材と、上記基材上にパターン状に形成された電極層と、上記電極層を覆うように形成され、少なくとも光触媒を含有する光触媒処理層と、上記光触媒処理層上に形成され、エネルギー照射に伴う光触媒の作用により濡れ性が変化する濡れ性変化層とを有する有機エレクトロルミネッセント素子用基板であって、上記光触媒処理層に、所定の高圧水銀ランプから、紫外線を照射しながら電子スピン共鳴スペクトルを測定した際、上記高圧水銀ランプから照射された積算エネルギー量が所定の値となる時の、ヒドロキシラジカル由来の電子スピンの濃度が上記光触媒1g当たり1.0×1018スピン以上であることを特徴とするものである。
本実施態様に用いられる光触媒処理層は、上記電極層上に形成されるものであって、少なくとも光触媒を含有するものであれば、特に限定されるものではないが、本実施態様においては特に、電子または正孔を輸送する機能を有することが好ましい。これにより、本実施態様の有機EL素子用基板を用いて有機EL素子を形成した際に、有機EL素子の電気特性を向上させることが可能となるからである。
本実施態様に用いられる濡れ性変化層は、エネルギー照射に伴う光触媒の作用により濡れ性が変化する材料を含有するものであれば特に限定されない。なお、光触媒の作用により濡れ性が変化する材料については、上記第1実施態様の光触媒含有層中に含有されるバインダと同様とすることができるので、ここでの説明は省略する。
次に、本実施態様の有機EL素子用基板について説明する。本実施態様の有機EL素子用基板は、上記基材、電極層、光触媒処理層、および濡れ性変化層を有するものであれば、特に限定されるものではなく、例えば必要に応じて絶縁層や遮光部、バリア層等を有していてもよい。
なお、このような濡れ性変化パターンの形成方法としては、第1実施態様と同様とすることができるので、ここでの詳しい説明は省略する。
次に、本発明の有機EL素子について説明する。本発明の有機EL素子についても、その構成の違いにより2つの実施態様がある。以下、それぞれの実施態様ごとに詳しく説明する。
まず、本発明の有機EL素子の第1実施態様について説明する。本発明の有機EL素子の第1実施態様は、上述した第1実施態様の有機エレクトロルミネッセント素子用基板の光触媒含有層上に形成された有機エレクトロルミネッセント層と、上記有機エレクトロルミネッセント層上に形成された対向電極層とを有することを特徴とする有機エレクトロルミネッセント素子を提供する。
本実施態様に用いられる有機EL層は、少なくとも発光層を含む1層もしくは複数層の有機層から構成されるものである。すなわち、有機EL層とは、少なくとも発光層を含む層であり、その層構成が有機層1層以上の層をいう。通常、塗布によるウェットプロセスで有機EL層を形成する場合は、溶媒との関係で多数の層を積層することが困難であることから、1層もしくは2層の有機層で形成される場合が多いが、有機材料を工夫したり、真空蒸着法を組み合わせたりすることにより、さらに多数層とすることも可能である。
以下、このような有機EL層の各構成について説明する。
本実施態様における有機EL層の必須構成である発光層としては、例えば色素系発光材料、金属錯体系発光材料、高分子系発光材料等の発光材料を用いることができる。
本実施態様においては、電極層または対向電極層と発光層との間に電荷注入輸送層が形成されていてもよい。ここでいう電荷注入輸送層とは、上記発光層に電極層または対向電極層からの電荷を安定に輸送する機能を有するものであり、このような電荷注入輸送層を発光層と電極層または対向電極層との間に設けることにより、発光層への電荷の注入が安定化し、発光効率を高めることができる。
本実施態様に用いられる正孔注入輸送層としては、発光層に正孔を注入する正孔注入層、および正孔を輸送する正孔輸送層のいずれか一方であってもよく、正孔注入層および正孔輸送層が積層されたものであってもよく、または、正孔注入機能および正孔輸送機能の両機能を有する単一の層であってもよい。
本実施態様に用いられる電子注入輸送層としては、発光層に電子を注入する電子注入層、および電子を輸送する電子輸送層のいずれか一方であってもよく、電子注入層および電子輸送層が積層されたものであってもよく、または、電子注入機能および電子輸送機能の両機能を有する単一の層であってもよい。
本実施態様に用いられる対向電極層は、上記有機EL層上に形成されるものであり、有機EL素子用基板の電極層に対向する電極である。本実施態様に用いられる対向電極層は、陽極であっても陰極であってもよいが、通常は陰極として形成される。
本実施態様の有機EL素子は、上記基材、電極層、光触媒含有層、有機EL層、および対向電極層を有するものであれば、特に限定されるものではなく、例えば絶縁層やバリア層等、必要に応じて適宜有していてもよい。
本発明の有機EL素子の第2実施態様は、上述した第2実施態様の有機エレクトロルミネッセント素子用基板の濡れ性変化層上に形成された有機エレクトロルミネッセント層と、上記有機エレクトロルミネッセント層上に形成された対向電極層とを有することを特徴とする有機エレクトロルミネッセント素子を提供する。
(ヒドロキシラジカル由来の電子スピン濃度の測定)
二酸化チタンゾル液(商品名STK−01、石原産業社製)を、洗浄済みの無アルカリガラス基板上にスピンコーティング法によりコートし、室温下で3分間乾燥させた。その後、ホットプレート上にコーティング物を移し、室温から除々に150℃まで温度を上げ、150℃に達してから1時間加熱乾燥させた。乾燥させた膜を、純水を満たしたガラス容器中に1分間浸漬した後、取り出し、純水で洗浄し、150℃ホットプレート上でさらに1時間加熱乾燥させ、光触媒含有層とした。
本光触媒含有層を、液体窒素を用いた77Kの低温下、高圧水銀ランプにより紫外線を照射しながら電子スピン共鳴スペクトル測定を行い、積算エネルギー量2000mJ/m2の紫外線照射に対するヒドロキシラジカル由来の電子スピン濃度を、書籍(電子スピン共鳴;株式会社講談社1991年発行)記載の方法に従って求めたところ、光触媒固形分1gあたり6.6×1018スピンであった。
3gのイソプロピルアルコール、0.1gのテトラエトキシシラン、0.5gの二酸化チタンゾル液(商品名STK−01、石原産業社製)、さらに濡れ性変化特性を付与するために、0.005gのフルオロアルキルシランを混合し、100℃で30分間攪拌して、濡れ性変化特性を有する光触媒組成物の分散液を調製した。調製した分散液を、洗浄済みのITOガラス基板上にスピンコーティング法によりコートし、室温から除々に150℃まで温度を上げ、150℃に達してから1時間加熱乾燥させた。乾燥させた膜を、純水を満たしたガラス容器中に1分間浸漬した後、取り出し、純水で洗浄し、150℃ホットプレート上でさらに1時間加熱乾燥させ、厚さ80nmの濡れ性変化特性を有する透明な光触媒含有層(正孔輸送層)を得た。この光触媒含有層に対し、マスクを介して、高圧水銀ランプにより紫外線を、積算露光量2000mJ/m2照射することによって、照射部(親液性領域)と非照射部(撥液性領域)とで接触角差のあるパターンを形成した。
次に、上記光触媒含有層の親液性領域に、予めろ過をしたEL発光層用インキ(商品名ADS100TS、ADS社製)を、インクジェット法により吐出し、100℃で1時間乾燥させることにより、赤色発光層を形成した。この際、赤色発光層のパターン幅は、設計通りに濡れ広がって仕上がり、上記光触媒として、電子スピン共鳴スペクトルにより活性の高い光触媒が選定されている効果が得られた。
続いて、上記赤色発光層上に、Caを500オングストロームの厚みで蒸着し、さらに保護層としてAgを2500オングストロームの厚みで蒸着し、赤色発光有機EL素子を作成した。ITO電極側を陽極、Ag電極側を陰極に接続し、ソースメーターにより、直流電流を印加した結果、10V印加時に良好な赤色発光が認められた。
(ヒドロキシラジカル由来の電子スピン濃度の測定)
純水洗浄および純水洗浄後の乾燥を行わないこと以外は、全て実施例と同様にして光触媒含有層を形成した。同様に電子スピン共鳴スペクトル測定を行った結果、積算エネルギー量2000mJ/m2の紫外線照射に対するヒドロキシラジカル由来の電子スピン濃度は、光触媒固形分1g当たり5.4×1017スピンであり、洗浄しないことで、求める活性種の生成が抑制されてしまうことが分かった。
さらに、接触角計による感度測定の結果、照射部(親液性領域)と非照射部(撥液性領域)とで接触角差のあるパターンを形成するためには、高圧水銀ランプでの紫外線積算露光量が3000mJ/m2必要であることが分かった。
純水洗浄および純水洗浄後の乾燥を行わないこと、高圧水銀ランプによる紫外線積算露光量を3000mJ/m2としたこと以外は、全て実施例と同様にして、濡れ性変化特性を有する透明な光触媒含有層(正孔輸送層)を形成し、さらに同様にして赤色発光有機EL素子を作成した。
ITO電極側を陽極、Ag電極側を陰極に接続し、ソースメーターにより、直流電流を印加した結果、10V印加時に赤色発光が認められたが、発光パターン幅は設計よりも太く、所望の発光ライン&スペースが確保できなかった。また、不純物の影響と思われる発光面のムラも確認された。
2 …電極層
3 …光触媒含有層
5 …光触媒処理層
6 …濡れ性変化層
7 …有機EL層
8 …対向電極層
Claims (2)
- 基材と、前記基材上にパターン状に形成された電極層と、前記電極層を覆うように形成され、光触媒およびバインダを含有し、エネルギー照射に伴う光触媒の作用により濡れ性が変化する光触媒含有層とを有する有機エレクトロルミネッセント素子用基板を準備し、
前記光触媒含有層に、照度550ルクスの高圧水銀ランプから紫外線を照射しながら電子スピン共鳴スペクトルの測定を行い、
前記電子スピン共鳴スペクトルの測定の結果、前記高圧水銀ランプから照射された積算エネルギー量が2000mJ/m2となる時の、ヒドロキシラジカル由来の電子スピンの濃度が前記光触媒1g当たり1.0×1018スピン以上である高活性有機エレクトロルミネッセント素子用基板を用い、
前記高活性有機エレクトロルミネッセント素子用基板の光触媒含有層上に、有機エレクトロルミネッセント層を形成し、
前記有機エレクトロルミネッセント層上に対向電極層を形成することを特徴とする有機エレクトロルミネッセント素子の製造方法。 - 基材と、前記基材上にパターン状に形成された電極層と、前記電極層を覆うように形成され、少なくとも光触媒を含有する光触媒処理層と、前記光触媒処理層上に形成され、エネルギー照射に伴う光触媒の作用により濡れ性が変化する濡れ性変化層とを有する有機エレクトロルミネッセント素子用基板を準備し、
前記光触媒処理層に、照度550ルクスの高圧水銀ランプから紫外線を照射しながら電子スピン共鳴スペクトルの測定を行い、
前記電子スピン共鳴スペクトルの測定の結果、前記高圧水銀ランプから照射された積算エネルギー量が2000mJ/m2となる時の、ヒドロキシラジカル由来の電子スピンの濃度が前記光触媒1g当たり1.0×1018スピン以上である高活性有機エレクトロルミネッセント素子用基板を用い、
前記高活性有機エレクトロルミネッセント素子用基板の濡れ性変化層上に、有機エレクトロルミネッセント層を形成し、
前記有機エレクトロルミネッセント層上に対向電極層を形成することを特徴とする有機エレクトロルミネッセント素子の製造方法。
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