JP4707879B2 - 機能性層を有するｅｌ素子 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子、特にディスプレイ装置に使用される有機薄膜ＥＬ素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＥＬ素子は自発光の面状表示素子としての使用が注目されている。その中でも、有機物質を発光材料として用いた有機薄膜ＥＬディスプレイは、印加電圧が１０Ｖ弱であっても高輝度な発光が実現するなど発光効率が高く、単純な素子構造で発光が可能で、特定のパターンを発光表示させる広告その他低価格の簡易表示用ディスプレイへの応用が期待されている。
【０００３】
このようなＥＬ素子には、製造工程の簡略化のためあるいは各種機能を付与するため、電極とＥＬ層との間に様々な層を設けることができる。このような層としては、例えば、電荷注入を促進する層、濡れ性の違いによるパターンを形成して製造工程を簡略化する層、特に光照射により濡れ性が向上するような機能層などが挙げられる。しかしながら、このような層は、電荷注入層を除き、通常ＥＬ素子の発光効率を下げるものであり、そのような機能を発現するためには、発光性能を犠牲にせざるを得なかった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記のような機能を発揮しつつ、発光性能を向上させる層である機能性層を設けたＥＬ素子を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、第１電極とＥＬ層との間に金属酸化物およびケイ素含有化合物を含む機能性層を設けることで、上記の濡れ性の違いによるＥＬ層のパターニング特性を発現しつつ、予想外にも発光性能を上げることができることを見いだし本発明を完成させた。
【０００６】
したがって、本発明のＥＬ素子は、第１電極と、前記第１電極上に形成されたＥＬ層と、前記ＥＬ層上に形成された第２電極から少なくともなるＥＬ素子であって、前記第１電極と前記ＥＬ層との間または前記第２電極と前記ＥＬ層との間に金属酸化物およびケイ素含有化合物を含有する機能性層が設けられてなり、前記機能性層中にケイ素含有化合物が２６〜５２重量％含まれるものであることを特徴とするものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
ＥＬ素子
本発明のＥＬ素子は、第１電極と、前記第１電極上に形成されたＥＬ層と、前記ＥＬ層上に形成された第２電極から少なくともなるＥＬ素子であって、前記第１電極と前記ＥＬ層との間または前記第２電極と前記ＥＬ層との間に、後述の機能性層が設けられてなるものである。
【０００８】
図１は、このような本発明のＥＬ素子を例示する断面図であり、基材１上に順次、第１電極２、機能性層３、ＥＬ層４、第２電極２’が設けられている。
【０００９】
機能性層
本発明における機能性層とは、様々な機能、例えば濡れ性の違いによるパターンを形成して製造工程を簡略化する層、特に機能性層形成時の光照射により、著しく濡れ性が向上するような特定の機能を発揮しつつ、発光性能を向上させる層を意味する。なお正孔注入層、電荷注入層など発光特性を向上させるだけの層は、本明細書では機能性層とは称しない。
【００１０】
このＥＬ素子の発光特性は、発光開始電圧、同一電圧または同一電流における発光強度などで評価でき、ＥＬ素子の発光特性の向上は、発光開始電圧の低下、同一電圧または同一電流における発光強度の向上などで評価できる。
【００１１】
本発明における機能性層の典型的な好適態様としては、光照射により濡れ性を変化させる機能を有する金属酸化物およびケイ素含有化合物を含有する機能性層が挙げられる。これらの層は、絶縁性の層であるが予想外にも、ＥＬ素子の発光特性が向上する。このＥＬ素子の発光特性は、発光開始電圧、同一電圧または同一電流における発光強度などで評価でき、ＥＬ素子の発光特性の向上は、発光開始電圧の低下、同一電圧または同一電流における発光強度の向上などで評価できる。
【００１２】
機能性層が金属酸化物およびケイ素含有化合物を含有する態様では、濡れ性変化によるパターニングを可能としながらしかも発光特性を向上できる効果ある。なお、この発光特性向上の理由は必ずしも明らかではないが、機能性層のエネルギー準位が、第１電極（あるいは第２電極）のエネルギー準位とＥＬ層のエネルギー準位の間にあることも一因と考えられる。
【００１３】
（金属酸化物）
本発明に用いられる金属酸化物としては、例えば光半導体として知られている酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化すず（ＳｎＯ２）・チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）・酸化タングステン（ＷＯ３）、酸化ビスマス（Ｂｉ２Ｏ３）、酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）のような金属酸化物を挙げることができるが、特に酸化チタンが好ましい。酸化チタンは、バンドギャップエネルギーが高く、化学的に安定であり、毒性もなく、入手も容易である点で有利である。
【００１４】
本発明において用いる酸化チタンにおいては、アナターゼ型とルチル型のいずれも使用することができるが、アナターゼ型酸化チタンが好ましい。具体的には例えば、塩酸解膠型のアナターゼ型チタニアゾル（石原産業（株）、ＳＴＳ−０２、平均結晶子径７ｎｍ）、硝酸解膠型のアナターゼ型チタニアゾル（日産化学、ＴＡ−１５、平均結晶子径１２ｎｍ）を挙げることができる。
【００１５】
機能性層中の金属酸化物の量は、５〜６０重量％であることが好ましく、２０〜４０重量％であることがより好ましい。
【００１６】
（バインダー成分）
本発明の機能性層に用いることのできるバインダーは、好ましくは主骨格が前記金属酸化物の光励起により分解されないような高い結合エネルギーを有するものであり、例えば、（１）ゾルゲル反応等によりクロロまたはアルコキシシラン等を加水分解、重縮合して大きな強度を発揮するオルガノポリシロキサン、あるいは（２）撥水性や撥油性に優れた反応性シリコーンを架橋したオルガノポリシロキサン等を挙げることができる。
【００１７】
前記（１）の場合、一般式ＹｎＳｉＸ４−ｎ（ｎ＝１〜３）で表される珪素化合物の１種または２種以上の加水分解縮合物、共加水分解化合物が主体であることができる。前記一般式では、Ｙは例えばアルキル基、フルオロアルキル基、ビニル基、アミノ基またはエポキシ基であることができ、Ｘは例えばハロゲン、メトキシル基、エトキシル基、またはアセチル基であることができる。
【００１８】
具体的には、メチルトリクロルシラン、メチルトリブロムシラン、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、メチルトリイソプロポキシシラン、メチルトリｔ−ブトキシシラン；エチルトリクロルシラン、エチルトリブロムシラン、エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、エチルトリイソプロポキシシラン、エチルトリｔ−ブトキシシラン；ｎ−プロピルトリクロルシラン、ｎ−プロピルトリブロムシラン、ｎ−プロピルトリメトキシシラン、ｎ−プロピルトリエトキシシラン、ｎ−プロピルトリイソプロポキシシラン、ｎ−プロピルトリｔ−ブトキシシラン；ｎ−ヘキシルトリクロルシラン、ｎ−ヘキシルトリブロムシラン、ｎ−ヘキシルトリメトキシシラン、ｎ−ヘキシルトリエトキシシラン、ｎ−ヘキシルトリイソプロポキシシラン、ｎ−ヘキシルトリｔ−ブトキシシラン；ｎ−デシルトリクロルシラン、ｎ−デシルトリブロムシラン、ｎ−デシルトリメトキシシラン、ｎ−デシルトリエトキシシラン、ｎ−デシルトリイソプロポキシシラン、ｎ−デシルトリｔ−ブトキシシラン；ｎ−オクタデシルトリクロルシラン、ｎ−オクタデシルトリブロムシラン、ｎ−オクタデシルトリメトキシシラン、ｎ−オクタデシルトリエトキシシラン、ｎ−オクタデシルトリイソプロポキシシラン、ｎ−オクタデシルトリｔ−ブトキシシラン；フェニルトリクロルシラン、フェニルトリブロムシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、フェニルトリイソプロポキシシラン、フェニルトリｔ−ブトキシシラン；テトラクロルシラン、テトラブロムシラン、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラブトキシシラン、ジメトキシジエトキシシラン；ジメチルジクロルシラン、ジメチルジブロムシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン；ジフェニルジクロルシラン、ジフェニルジブロムシラン、ジフェニルジメトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン；フェニルメチルジクロルシラン、フェニルメチルジブロムシラン、フェニルメチルジメトキシシラン、フェニルメチルジエトキシシラン；トリクロルヒドロシラン、トリブロムヒドロシラン、トリメトキシヒドロシラン、トリエトキシヒドロシラン、トリイソプロポキシヒドロシラン、トリｔ−ブトキシヒドロシラン；ビニルトリクロルシラン、ビニルトリブロムシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリイソプロポキシシラン、ビニルトリｔ−ブトキシシラン；トリフルオロプロピルトリクロルシラン、トリフルオロプロピルトリブロムシラン、トリフルオロプロピルトリメトキシシラン、トリフルオロプロピルトリエトキシシラン、トリフルオロプロピルトリイソプロポキシシラン、トリフルオロプロピルトリｔ−ブトキシシラン；γ−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリイソプロポキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリｔ−ブトキシシラン；γ−メタアクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ−メタアクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、γ−メタアクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ−メタアクリロキシプロピルトリエトキシシラン、γ−メタアクリロキシプロピルトリイソプロポキシシラン、γ−メタアクリロキシプロピルトリｔ−ブトキシシラン；γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、γ−アミノプロピルメチルジエトキシシラン、γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−アミノプロピルトリイソプロポキシシラン、γ−アミノプロピルトリｔ−ブトキシシラン；γ−メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルメチルジエトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリエトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリイソプロポキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリｔ−ブトキシシラン；β−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン、β−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリエトキシシラン；および、それらの部分加水分解物；およびそれらの混合物を挙げることができる。
【００１９】
また、本発明で用いる、ケイ素含有化合物として、特に好ましくはフルオロアルキル基を含有するポリシロキサンを用いることができ、具体的には、下記のフルオロアルキルシランのの１種または２種以上の加水分解縮合物、共加水分解縮合物が挙げられ、また、一般にフッ素系シランカップリング剤として知られているものを使用してもよい。
【００２０】
ＣＦ３（ＣＦ２）３ＣＨ２ＣＨ２Ｓｉ（ＯＣＨ３）３
ＣＦ３（ＣＦ２）５ＣＨ２ＣＨ２Ｓｉ（ＯＣＨ３）３
ＣＦ３（ＣＦ２）７ＣＨ２ＣＨ２Ｓｉ（ＯＣＨ３）３
ＣＦ３（ＣＦ２）９ＣＨ２ＣＨ２Ｓｉ（ＯＣＨ３）３
（ＣＦ３）２ＣＦ（ＣＦ２）４ＣＨ２ＣＨ２Ｓｉ（ＯＣＨ３）３
（ＣＦ３）２ＣＦ（ＣＦ２）６ＣＨ２ＣＨ２Ｓｉ（ＯＣＨ３）３
（ＣＦ３）２ＣＦ（ＣＦ２）８ＣＨ２ＣＨ２Ｓｉ（ＯＣＨ３）３
ＣＦ３（Ｃ６Ｈ４）Ｃ２Ｈ４Ｓｉ（ＯＣＨ３）３
ＣＦ３（ＣＦ２）３（Ｃ６Ｈ４）Ｃ２Ｈ４Ｓｉ（ＯＣＨ３）３
ＣＦ３（ＣＦ２）５（Ｃ６Ｈ４）Ｃ２Ｈ４Ｓｉ（ＯＣＨ３）３
ＣＦ３（ＣＦ２）７（Ｃ６Ｈ４）Ｃ２Ｈ４Ｓｉ（ＯＣＨ３）３
ＣＦ３（ＣＦ２）３ＣＨ２ＣＨ２ＳｉＣＨ３（ＯＣＨ３）２
ＣＦ３（ＣＦ２）５ＣＨ２ＣＨ２ＳｉＣＨ３（ＯＣＨ３）２
ＣＦ３（ＣＦ２）７ＣＨ２ＣＨ２ＳｉＣＨ３（ＯＣＨ３）２
ＣＦ３（ＣＦ２）９ＣＨ２ＣＨ２ＳｉＣＨ３（ＯＣＨ３）２
（ＣＦ３）２ＣＦ（ＣＦ２）４ＣＨ２ＣＨ２ＳｉＣＨ３（ＯＣＨ３）２
（ＣＦ３）２ＣＦ（ＣＦ２）６ＣＨ２ＣＨ２ＳｉＣＨ３（ＯＣＨ３）２
（ＣＦ３）２ＣＦ（ＣＦ２）８ＣＨ２ＣＨ２ＳｉＣＨ３（ＯＣＨ３）２
ＣＦ３（Ｃ６Ｈ４）Ｃ２Ｈ４ＳｉＣＨ３（ＯＣＨ３）２
ＣＦ３（ＣＦ２）３（Ｃ６Ｈ４）Ｃ２Ｈ４ＳｉＣＨ３（ＯＣＨ３）２
ＣＦ３（ＣＦ２）５（Ｃ６Ｈ４）Ｃ２Ｈ４ＳｉＣＨ３（ＯＣＨ３）２
ＣＦ３（ＣＦ２）７（Ｃ６Ｈ４）Ｃ２Ｈ４ＳｉＣＨ３（ＯＣＨ３）２
ＣＦ３（ＣＦ２）３ＣＨ２ＣＨ２Ｓｉ（ＯＣＨ２ＣＨ３）３
ＣＦ３（ＣＦ２）５ＣＨ２ＣＨ２Ｓｉ（ＯＣＨ２ＣＨ３）３
ＣＦ３（ＣＦ２）７ＣＨ２ＣＨ２Ｓｉ（ＯＣＨ２ＣＨ３）３
ＣＦ３（ＣＦ２）９ＣＨ２ＣＨ２Ｓｉ（ＯＣＨ２ＣＨ３）３
ＣＦ３（ＣＦ２）７ＳＯ２Ｎ（Ｃ２Ｈ５）Ｃ２Ｈ４ＣＨ２Ｓｉ（ＯＣＨ３）３
上記のようなフルオロアルキル基を含有するポリシロキサンをバインダーとして用いることにより、機能性層の非光照射部の撥水性および撥油性が大きく向上する。
【００２１】
前記（２）の反応性シリコーンとしては、下記一般式で表される骨格を持つ化合物を挙げることができる。
【００２２】
−（Ｓｉ（Ｒ１）（Ｒ２）Ｏ）ｎ−
ただし、ｎは２以上の整数、Ｒ１、Ｒ２はそれぞれ炭素数１〜１０の置換もしくは非置換のアルキル、アルケニル、アリールあるいはシアノアルキル基であることができる。好ましくは全体の４０モル％以下がビニル、フェニル、ハロゲン化フェニルであることができる。また、Ｒ１および／またはＲ２がメチル基であるものが表面エネルギーが最も小さくなるので好ましく、好ましくはメチル基が６０モル％以上であり、鎖末端または側鎖には、分子鎖中に少なくとも１個以上の水酸基などの反応性基を有する。
【００２３】
また、前記のオルガノポリシロキサンとともにジメチルポリシロキサンのような架橋反応を起こさない安定なオルガノシリコン化合物をバインダーに混合してもよい。
【００２４】
（機能性層に用いるその他の成分）
本発明に用いられる機能性層には、未露光部の濡れ性を低下させるため界面活性剤を含有させることができる。この界面活性剤は金属酸化物により分解除去されるものであれば限定されないが、具体的には、好ましくは例えば日本サーファクタント工業製：ＮＩＫＫＯＬ ＢＬ、ＢＣ、ＢＯ、ＢＢの各シリーズ等の炭化水素系の界面活性剤、デュポン社製：ＺＯＮＹＬ ＦＳＮ、ＦＳＯ、旭硝子製：サーフロンＳ−１４１、１４５、大日本インキ製：メガファックＦ−１４１、１４４、ネオス製：フタージェントＦ−２００、Ｆ２５１、ダイキン工業製：ユニダインＤＳ−４０１、４０２、スリーエム製：フロラードＦＣ−１７０、１７６等のフッ素系あるいはシリコーン系の非イオン界面活性剤を挙げることができる。また、カチオン系、アニオン系、両性界面活性剤を用いることもできる。
【００２５】
また、本発明に好適に用いられる機能性層には、他の成分、例えば、ポリビニルアルコール、不飽和ポリエステル、アクリル樹脂、ポリエチレン、ジアリルフタレート、エチレンプロピレンジエンモノマー、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリウレタン、メラミン樹脂、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニル、ポリアミド、ポリイミド、スチレンブタジエンゴム、クロロプレンゴム、ポリプロピレン、ポリブチレン、ポリスチレン、ポリ酢酸ビニル、ナイロン、ポリエステル、ポリブタジエン、ポリベンズイミダゾール、ポリアクリロニトリル、エピクロルヒドリン、ポリサルファイド、ポリイソプレン等のオリゴマー、ポリマーを含むことができる。
【００２６】
さらに、本発明に用いられる機能性層には、金属酸化物の光活性を増感させる成分である増感色素を含んでいてもよい。このような増感色素の添加により、低い露光量で濡れ性を変化させるあるいは異なる波長の露光で濡れ性を変化させることができる。
【００２７】
（機能性層の形成方法）
機能性層の形成方法は特に限定されないが、例えば金属酸化物を含んだ塗布液を、スプレーコート、ディップコート、ロールコート、ビードコートなどの方法により基材に塗布して形成することができる。
【００２８】
金属酸化物等を含む塗布液を用いる場合に、塗布液に使用することができる溶剤は、金属酸化物溶液と混合し、ケイ素含有化合物等の各構成物質を溶解するものであり、このような溶剤であれば、白濁その他の現象による成膜特性ならびにパターニング特性の低下を防ぐことができる。このような金属酸化物等を含む塗布溶剤としては、例えばエタノール、イソプロパノール等のアルコール類、アセトン、アセトニトリル、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルフォキシド、ジオキサン、エチレングリコール、ヘキサメチル燐酸トリアミド、ピリジン、テトラヒドロフラン、Ｎ−メチルピロリジノン等およびこれらの混合溶媒を挙げることができる。
【００２９】
（金属酸化物を作用させる照射光線）
金属酸化物を作用させるための照射光線は、金属酸化物を励起することができれば限定されない。このようなものとしては紫外線、可視光線、赤外線の他、これらの光線よりもさらに短波長または長波長の電磁波、放射線であることができる。
【００３０】
例えば金属酸化物として、アナターゼ型チタニアを用いる場合は、励起波長が３８０ｎｍ以下にあるので、金属酸化物の励起は紫外線により行うことができる。このような紫外線を発するものとしては水銀ランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ、エキシマレーザー、その他の紫外線光源を使用することができる。
【００３１】
ＥＬ層
本発明のＥＬ素子に設けられるＥＬ層は、エレクトロルミネッセンスを起こすものであれば限定されない。また、ＥＬ層は第１電極上に機能性層を介してまたは介さないで設けられる。
【００３２】
本発明のＥＬ層はさらに、その構成要素として、必須の層として発光層、任意の層として、発光層に正孔を輸送する正孔輸送層および電子を輸送する電子輸送層（これらはまとめて、電荷輸送層とよぶことがある）、ならびに、発光層または正孔輸送層に正孔を注入する正孔注入層および発光層または電子輸送層に電子を注入する電子注入層（これらはまとめて、電荷注入層とよぶことがある）を設けることができる。
【００３３】
これらＥＬ層を構成する材料としては例えば以下のものが挙げられる。
【００３４】
（発光層）
＜色素系＞
シクロペンタジエン誘導体、テトラフェニルブタジエン誘導体、トリフェニルアミン誘導体、オキサジアゾール誘導体、ピラゾロキノリン誘導体、ジスチリルベンゼン誘導体、ジスチリルアリーレン誘導体、シロール誘導体、チオフェン環化合物、ピリジン環化合物、ペリノン誘導体、ペリレン誘導体、オリゴチオフェン誘導体、トリフマニルアミン誘導体、オキサジアゾールダイマー、ビラゾリンダイマー
＜金属錯体系＞
アルミキノリノール錯体、ベンゾキノリノールベリリウム錯体、ベンゾオキサゾール亜鉛錯体、ベンゾチアゾール亜鉛錯体、アゾメチル亜鉛錯体、ポルフィリン亜鉛錯体、ユーロビウム錯体、等、中心金属にＡｌ、Ｚｎ、Ｂｅ等または、Ｔｂ、Ｅｕ、Ｄｙ等の希土類金属を有し、配位子にオキサジアゾール、チアジアゾール、フェニルピリジン、フェニルベンゾイミダゾール、キノリン構造等を有する金属錯体。
【００３５】
＜高分子系＞
ポリパラフェニレンビニレン誘導体、ポリチオフェン誘導体、ポリパラフェニレン誘導体、ポリシラン誘導体、ポリアセチレン誘導体、ポリビニルカルバゾール等、ポリフルオレン誘導体
（ドーピング材料）
ペリレン誘導体、クマリン誘導体、ルブレン誘導体、キナクリドン誘導体、スクアリウム誘導体、ポルフィリン誘導体、スチリル系色素、テトラセン誘導体、ピラゾリン誘導体、デカシクレン、フェノキサゾン
（正孔注入層（陽極バッファー材料））
フェニルアミン系、スターバースト型アミン系、フタロシアニン系、酸化バナジウム、酸化モリブデン、酸化ルテニウム、酸化アルミニウム等の酸化物、アモルファスカーボン、ポリアニリン、ポリチオフェン誘導体
（電子注入層（陰極バッファー材料））
アルミリチウム、フッ化リチウム、ストロンチウム、酸化マグネシウム、フッ化マグネシウム、フッ化ストロンチウム、フッ化カルシウム、フッ化バリウム、酸化アルミニウム、酸化ストロンチウム、カルシウム、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレンスルホン酸ナトリウム
（ＥＬ層内の隔壁層材料）
ＥＬ層には隔壁を設けることもでき、この隔壁は、異なる色を発光するＥＬ層を組み合わせるときに特に有用である。このような材料としては、感光性ポリイミド樹脂、アクリル系樹脂、他、光硬化型樹脂、熱硬化型樹脂、撥水性樹脂などが挙げられる。
【００３６】
第１電極および第２電極
本発明のＥＬ素子においては、先に設ける電極を第１電極、その後ＥＬ層上に設ける電極を第２電極と称する。これらの電極は、特に限定されないが、好ましくは、電極は陽極と陰極からなり、この場合第１電極は陽極、陰極のいずれであってもよい。陽極と陰極のどちらか一方が、透明または、半透明であり、陽極としては、正孔が注入し易いように仕事関数の大きい導電性材料が好ましく、逆に陰極としては、電子が注入し易いように仕事関数の小さい導電性材料が好ましい。また、複数の材料を混合させてもよい。いずれの電極も、抵抗はできるだけ小さいものが好ましく、一般には、金属材料が用いられるが、有機物あるいは無機化合物を用いてもよい。
【００３７】
具体的には好ましい陽極材料は、ＩＴＯ、酸化インジウム、金、ポリアニリン、陰極材料としては、マグネシウム合金（ＭｇＡｇ他）、アルミニウム合金（ＡｌＬｉ、ＡｌＣａ、ＡｌＭｇ他）、金属カルシウムが挙げられる。
【００３８】
基材
本発明のＥＬ素子には強度保持その他のため基材を設けることができる。本発明の基材には、通常のＥＬ素子に用いられるものを用いることができる。基材上には電極やＥＬ層が設けられ、基材は所望により透明材料からなることができるが、不透明材料であってもよい。本発明のＥＬ素子においては、基材は第１電極そのものであってもよいが、通常は強度を保持する基材の表面に第１電極が、直接または中間層を介して設けられる。
【００３９】
製造方法
本発明のＥＬ素子の製造方法は、機能性層が第１電極とＥＬ層との間に設けられる態様においては、第１電極を形成する工程と、前記第１電極上に、機能性層を形成する工程と、前記機能性層上に、ＥＬ層形成液を塗布してＥＬ層を形成する工程と、前記ＥＬ層上に第２電極を形成する工程とを含む製造方法である。
【００４０】
本発明の機能性層上がＥＬ層と第２電極との間に設けられる態様のＥＬ素子は、上記の方法において、ＥＬ層上に機能性層を形成し、機能性層上に、前記第２電極形成液を塗布して、前記第２電極を形成する工程を含む以外は、上記方法と同様に製造できる。
【００４１】
また、機能性層とその上に形成される層以外は、通常のＥＬ素子の製造法によることができる。
【００４２】
【実施例】
実施例１
（機能性層形成液の調製）
イソプロピルアルコール３重量部とアナターゼ型チタニアゾル（石原産業（株）製ＳＴ−Ｋ０３、固形分濃度１０％）２重量部とを順に混合し、１００℃で２０分間加熱撹拌した後、イソプロピルアルコール１０重量部で希釈したものを機能性層形成液１とした。
【００４３】
イソプロピルアルコール３重量部とフルオロアルコキシシラン（トーケムプロダクツ（株）製 ＭＦ−１６０Ｅ、固形分濃度５０％）を０．０１４重量部とアナターゼ型チタニアゾル（石原産業（株）製ＳＴ−Ｋ０３、固形分濃度１０％）２重量部とを順に混合し、１００℃で２０分間加熱撹拌した後、イソプロピルアルコール１０重量部で希釈したものを機能性層形成液２とした。
【００４４】
同様にフルオロアルコキシシランを０．０７重量部、０．１４重量部、０．２８重量部、０．４２重量部、０．５６重量部を混合したものをそれぞれ機能性層形成液３、４、５、６、７とした。
【００４５】
（ＥＬ層形成液１の調製）
以下の方法で合成したポリフルオレン誘導体１重量部をキシレン６６．７重量部に溶解させたものをＥＬ層形成液１とした。
【００４６】
＜ポリフルオレン誘導体の合成方法＞
乾燥窒素気流下、フルオレン５．０ｇ（３０ｍｍｏｌ）を乾燥テトラヒドロフランに溶解させ、−７８℃でこれに１．６Ｍノルマルブチルリチウムヘキサン溶液２２ｍｌ（３５ｍｍｏｌ）を滴下後、−７８℃で１時間攪拌した。続いてこれにノルマルヘキシルブロミド４．９ ｍｌ（３５ｍｍｏｌ）を滴下し、−７８℃で１時間、さらに室温で１時間攪拌した。続いて同様に−７８℃でこれに１．６Ｍノルマルブチルリチウムヘキサン溶液２２ｍｌ（３５ｍｍｏｌ）を滴下後、−７８℃で１時間攪拌した。続いてこれにノルマルヘキシルブロミド４．９ｍｌ（３５ｍｍｏｌ）を滴下し、−７８℃で１時間、さらに室温で１時間攪拌した。氷零下で水を滴下後、酢酸エチルで抽出し、硫酸マグネシウムで脱水乾燥後溶媒を留去した。これをヘキサンで再結晶することにより９，９−ジヘキシルフルオレン９．５ｇ（９５％）を得た。９，９−ジヘキシルフルオレン２．０ｇ（６．０ｍｍｏｌ）、塩化鉄（III）０．０２ｇ（０．１２ｍｍｏｌ）をクロロホルム９ｍｌに溶解させ、遮光下０℃で攪拌したものにクロロホルム３ｍｌに溶解させた臭素１．２ｇを滴下した。これを室温で１８時間攪拌後、チオ硫酸ナトリウム水溶液で洗浄し、硫酸マグネシウムで脱水乾燥後溶媒を留去した。残存物をカラムクロマトグラフィー（溶離液：ヘキサン）で分離精製することにより、２，７−ジブロモ−９，９−ジヘキシルフルオレン２．４ｇ（９２％）を得た。
【００４７】
乾燥窒素気流下、２，７−ジブロモ−９，９−ジヘキシルフルオレン２．０ｇ（４．０ｍｍｏｌ）を乾燥テトラヒドロフラン４０ｍｌに溶解させ、氷冷下でこれに１．６Ｍノルマルブチルリチウムヘキサン溶液５．３ｍｌ（８．４ｍｍｏｌ）を滴下後、０℃で１時間攪拌した。続いてこれに２−イソプロポキシ−４，４，５，５−テトラメチル−１，３，２−ジオキサボラン２．０ｍｌ（１０ｍｍｏｌ、）を滴下し、０℃で１時間、さらに室温で１２時間攪拌した。氷冷下で水を滴下後、ジエチルエーテルで抽出し、硫酸マグネシウムで脱水乾燥後溶媒を留去した。残存物をエタノールで洗浄後、エタノール／ヘキサン混合溶液で再結晶することにより２，７−ビス（４，４，５，５−テトラメチル−１，３，２−ジオキサボラン−２−イル）−９，９−ジヘキシルフルオレン１．４ｇ（６０％）を得た。乾燥窒素気流下、２，７−ビス（４，４，５，５−テトラメチル−１，３，２−ジオキサボラン−２−イル）−９，９−ジヘキシルフルオレン０．５３ｇと２，７−ジブロモ−９，９−ジヘキシルフルオレン０．４５ｇ、テトラキス（トリスフェニルフォスフィン）パラジウム０．０２ｇを乾燥トルエン１８ｍｌに溶解させ、これに２Ｍ炭酸ナトリウム水溶液２７ｍｌを加えた後、１００℃で４８時間加熱攪拌した。冷却後これをメタノールに注ぎ、固形分を希薄塩酸水溶液で洗浄した後、アセトンを溶媒としてソックスレー還流器で溶解成分を除去し不溶部を分離した。これをクロロホルムに溶解させ、メタノールで再沈殿を行うことにより、目的とするポリフルオレン誘導体を得た。
【００４８】
（ＥＬ素子の製造）
中央に１２ｍｍ幅の帯状にパターニングされたＩＴＯガラス基板に洗浄処理と表面処理を施し、その上に機能性層形成液１をスピンコーターにより塗布して成膜した。これをクリーンオーブンを用いて１５０℃で１０分間加熱し、乾燥と焼成を行うことにより膜厚４０ｎｍの機能性層の薄膜を形成した。この上に、前記ＥＬ層形成液１をスピンコーターにより塗布し、６０ｎｍのＥＬ層の薄膜を形成した。最後にＩＴＯのパターンと直交するように上部電極として、ＬｉＦ０．５ｎｍ、アルミニウム１５０ｎｍをマスク蒸着しＥＬ素子１−１を製造した。
【００４９】
同様に、機能性層形成液１の代わりにそれぞれ機能性層形成液２、３、４、５、６、７を用いて、それぞれＥＬ素子１−２、１−３、１−４、１−５、１−６、１−７を製造した。ただし、各々について、水銀灯を搭載する露光機（主波長３６５ｎｍ）にて、接触角が１０°となる露光量（表１に記載）を照射した。
【００５０】
さらに、機能性層形成液や正孔注入層形成液を塗布せずに直接ＥＬ層形成液１をスピンコーターにより塗布して、機能性層のないＥＬ素子１−８を製造した。
【００５１】
表１に、これらのＥＬ素子について、ＩＴＯ電極および上部Ａｌ電極をアドレス電極として駆動させ、一定電圧下において測定したＥＬ素子の発光効率ならびに接触角、露光量等のデータを示した。表１によれば、フルオロアルコキシシラン（ＦＡＳ）成分を２５．９〜５１．２重量％含有する機能性層を設けることにより、ＥＬ素子の発光特性が向上した。ＥＬ素子１−７については、フルオロアルコキシシラン成分が多く、成膜中に析出してしまったために均質な膜が形成できなかった。その結果リーク電流が大きくなり、発光効率が低下したと考えられる。
【００５２】
【表１】
実施例２
ＥＬ層形成液を以下のものに変更した以外は実施例１と同様にＥＬ素子２−１〜８を製造し、発光特性を測定した。
【００５３】
（ＥＬ層形成液２の調製）
ポリビニルカルバゾール（（株）アナン製、精製ツビコール）７０重量部、２，５−ビス（１−ナフチリル）−１，３，４−オキサジアゾール（ランカスター社製）３０重量部およびペリレン（アルドリッチ社製）１重量部を１，２−ジクロロエタン４８．５重量部に溶解させてＥＬ層形成液２を調製した。
【００５４】
（ＥＬ素子の製造）
実施例１と同様であるが、ＥＬ層形成液１の代わりにＥＬ層形成液２をスピンコーターにより塗布し、１００ｎｍのＥＬ層薄膜を形成しＥＬ素子２−１を製造した。また実施例１と同様にＥＬ素子２−２〜８を製造した。
【００５５】
表２に、これらのＥＬ素子について、ＩＴＯ電極および上部Ａｌ電極をアドレス電極として駆動させ、一定電圧下において測定したＥＬ素子の発光効率ならびに接触角、露光量等のデータを示した。表２によれば、実施例１の結果と同様に、フルオロアルコキシシラン（ＦＡＳ）成分を２５．９〜５１．２重量％含有する機能性層を設けることにより、ＥＬ素子の発光特性が向上した。ＥＬ素子２−７については、フルオロアルコキシシラン成分が多く、成膜中に析出してしまったために均質な膜が形成できなかった。その結果リーク電流が大きくなり、発光効率が低下したと考えられる。
【００５６】
【表２】
【００５７】
【発明の効果】
本発明により、濡れ性の違いによるＥＬ層のパターニング特性といった所望の機能を発現しつつ、発光性能を向上させる機能性層を設けたＥＬ素子が提供できる。
【００５８】
特に本発明の好適態様である機能性層が金属酸化物とケイ素含有化合物とを含有する機能性層では、濡れ性変化によるＥＬ層のパターニングを可能としながら、しかも発光特性を向上できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＥＬ素子の例を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 基材
２ 第１電極
２’ 第２電極
３ 機能性層
４ ＥＬ層
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子、特にディスプレイ装置に使用される有機薄膜ＥＬ素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＥＬ素子は自発光の面状表示素子としての使用が注目されている。その中でも、有機物質を発光材料として用いた有機薄膜ＥＬディスプレイは、印加電圧が１０Ｖ弱であっても高輝度な発光が実現するなど発光効率が高く、単純な素子構造で発光が可能で、特定のパターンを発光表示させる広告その他低価格の簡易表示用ディスプレイへの応用が期待されている。
【０００３】
このようなＥＬ素子には、製造工程の簡略化のためあるいは各種機能を付与するため、電極とＥＬ層との間に様々な層を設けることができる。このような層としては、例えば、電荷注入を促進する層、濡れ性の違いによるパターンを形成して製造工程を簡略化する層、特に光照射により濡れ性が向上するような機能層などが挙げられる。しかしながら、このような層は、電荷注入層を除き、通常ＥＬ素子の発光効率を下げるものであり、そのような機能を発現するためには、発光性能を犠牲にせざるを得なかった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記のような機能を発揮しつつ、発光性能を向上させる層である機能性層を設けたＥＬ素子を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、第１電極とＥＬ層との間に金属酸化物およびケイ素含有化合物を含む機能性層を設けることで、上記の濡れ性の違いによるＥＬ層のパターニング特性を発現しつつ、予想外にも発光性能を上げることができることを見いだし本発明を完成させた。
【０００６】
したがって、本発明のＥＬ素子は、第１電極と、前記第１電極上に形成されたＥＬ層と、前記ＥＬ層上に形成された第２電極から少なくともなるＥＬ素子であって、前記第１電極と前記ＥＬ層との間または前記第２電極と前記ＥＬ層との間に金属酸化物およびケイ素含有化合物を含有する機能性層が設けられてなり、前記機能性層中にケイ素含有化合物が２６〜５２重量％含まれるものであることを特徴とするものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
ＥＬ素子
本発明のＥＬ素子は、第１電極と、前記第１電極上に形成されたＥＬ層と、前記ＥＬ層上に形成された第２電極から少なくともなるＥＬ素子であって、前記第１電極と前記ＥＬ層との間または前記第２電極と前記ＥＬ層との間に、後述の機能性層が設けられてなるものである。
【０００８】
図１は、このような本発明のＥＬ素子を例示する断面図であり、基材１上に順次、第１電極２、機能性層３、ＥＬ層４、第２電極２’が設けられている。
【０００９】
機能性層
本発明における機能性層とは、様々な機能、例えば濡れ性の違いによるパターンを形成して製造工程を簡略化する層、特に機能性層形成時の光照射により、著しく濡れ性が向上するような特定の機能を発揮しつつ、発光性能を向上させる層を意味する。なお正孔注入層、電荷注入層など発光特性を向上させるだけの層は、本明細書では機能性層とは称しない。
【００１０】
このＥＬ素子の発光特性は、発光開始電圧、同一電圧または同一電流における発光強度などで評価でき、ＥＬ素子の発光特性の向上は、発光開始電圧の低下、同一電圧または同一電流における発光強度の向上などで評価できる。
【００１１】
本発明における機能性層の典型的な好適態様としては、光照射により濡れ性を変化させる機能を有する金属酸化物およびケイ素含有化合物を含有する機能性層が挙げられる。これらの層は、絶縁性の層であるが予想外にも、ＥＬ素子の発光特性が向上する。このＥＬ素子の発光特性は、発光開始電圧、同一電圧または同一電流における発光強度などで評価でき、ＥＬ素子の発光特性の向上は、発光開始電圧の低下、同一電圧または同一電流における発光強度の向上などで評価できる。
【００１２】
機能性層が金属酸化物およびケイ素含有化合物を含有する態様では、濡れ性変化によるパターニングを可能としながらしかも発光特性を向上できる効果ある。なお、この発光特性向上の理由は必ずしも明らかではないが、機能性層のエネルギー準位が、第１電極（あるいは第２電極）のエネルギー準位とＥＬ層のエネルギー準位の間にあることも一因と考えられる。
【００１３】
（金属酸化物）
本発明に用いられる金属酸化物としては、例えば光半導体として知られている酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化すず（ＳｎＯ２）・チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）・酸化タングステン（ＷＯ３）、酸化ビスマス（Ｂｉ２Ｏ３）、酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）のような金属酸化物を挙げることができるが、特に酸化チタンが好ましい。酸化チタンは、バンドギャップエネルギーが高く、化学的に安定であり、毒性もなく、入手も容易である点で有利である。
【００１４】
本発明において用いる酸化チタンにおいては、アナターゼ型とルチル型のいずれも使用することができるが、アナターゼ型酸化チタンが好ましい。具体的には例えば、塩酸解膠型のアナターゼ型チタニアゾル（石原産業（株）、ＳＴＳ−０２、平均結晶子径７ｎｍ）、硝酸解膠型のアナターゼ型チタニアゾル（日産化学、ＴＡ−１５、平均結晶子径１２ｎｍ）を挙げることができる。
【００１５】
機能性層中の金属酸化物の量は、５〜６０重量％であることが好ましく、２０〜４０重量％であることがより好ましい。
【００１６】
（バインダー成分）
本発明の機能性層に用いることのできるバインダーは、好ましくは主骨格が前記金属酸化物の光励起により分解されないような高い結合エネルギーを有するものであり、例えば、（１）ゾルゲル反応等によりクロロまたはアルコキシシラン等を加水分解、重縮合して大きな強度を発揮するオルガノポリシロキサン、あるいは（２）撥水性や撥油性に優れた反応性シリコーンを架橋したオルガノポリシロキサン等を挙げることができる。
【００１７】
前記（１）の場合、一般式ＹｎＳｉＸ４−ｎ（ｎ＝１〜３）で表される珪素化合物の１種または２種以上の加水分解縮合物、共加水分解化合物が主体であることができる。前記一般式では、Ｙは例えばアルキル基、フルオロアルキル基、ビニル基、アミノ基またはエポキシ基であることができ、Ｘは例えばハロゲン、メトキシル基、エトキシル基、またはアセチル基であることができる。
【００１８】
具体的には、メチルトリクロルシラン、メチルトリブロムシラン、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、メチルトリイソプロポキシシラン、メチルトリｔ−ブトキシシラン；エチルトリクロルシラン、エチルトリブロムシラン、エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、エチルトリイソプロポキシシラン、エチルトリｔ−ブトキシシラン；ｎ−プロピルトリクロルシラン、ｎ−プロピルトリブロムシラン、ｎ−プロピルトリメトキシシラン、ｎ−プロピルトリエトキシシラン、ｎ−プロピルトリイソプロポキシシラン、ｎ−プロピルトリｔ−ブトキシシラン；ｎ−ヘキシルトリクロルシラン、ｎ−ヘキシルトリブロムシラン、ｎ−ヘキシルトリメトキシシラン、ｎ−ヘキシルトリエトキシシラン、ｎ−ヘキシルトリイソプロポキシシラン、ｎ−ヘキシルトリｔ−ブトキシシラン；ｎ−デシルトリクロルシラン、ｎ−デシルトリブロムシラン、ｎ−デシルトリメトキシシラン、ｎ−デシルトリエトキシシラン、ｎ−デシルトリイソプロポキシシラン、ｎ−デシルトリｔ−ブトキシシラン；ｎ−オクタデシルトリクロルシラン、ｎ−オクタデシルトリブロムシラン、ｎ−オクタデシルトリメトキシシラン、ｎ−オクタデシルトリエトキシシラン、ｎ−オクタデシルトリイソプロポキシシラン、ｎ−オクタデシルトリｔ−ブトキシシラン；フェニルトリクロルシラン、フェニルトリブロムシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、フェニルトリイソプロポキシシラン、フェニルトリｔ−ブトキシシラン；テトラクロルシラン、テトラブロムシラン、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラブトキシシラン、ジメトキシジエトキシシラン；ジメチルジクロルシラン、ジメチルジブロムシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン；ジフェニルジクロルシラン、ジフェニルジブロムシラン、ジフェニルジメトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン；フェニルメチルジクロルシラン、フェニルメチルジブロムシラン、フェニルメチルジメトキシシラン、フェニルメチルジエトキシシラン；トリクロルヒドロシラン、トリブロムヒドロシラン、トリメトキシヒドロシラン、トリエトキシヒドロシラン、トリイソプロポキシヒドロシラン、トリｔ−ブトキシヒドロシラン；ビニルトリクロルシラン、ビニルトリブロムシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリイソプロポキシシラン、ビニルトリｔ−ブトキシシラン；トリフルオロプロピルトリクロルシラン、トリフルオロプロピルトリブロムシラン、トリフルオロプロピルトリメトキシシラン、トリフルオロプロピルトリエトキシシラン、トリフルオロプロピルトリイソプロポキシシラン、トリフルオロプロピルトリｔ−ブトキシシラン；γ−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリイソプロポキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリｔ−ブトキシシラン；γ−メタアクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ−メタアクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、γ−メタアクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ−メタアクリロキシプロピルトリエトキシシラン、γ−メタアクリロキシプロピルトリイソプロポキシシラン、γ−メタアクリロキシプロピルトリｔ−ブトキシシラン；γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、γ−アミノプロピルメチルジエトキシシラン、γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−アミノプロピルトリイソプロポキシシラン、γ−アミノプロピルトリｔ−ブトキシシラン；γ−メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルメチルジエトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリエトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリイソプロポキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリｔ−ブトキシシラン；β−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン、β−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリエトキシシラン；および、それらの部分加水分解物；およびそれらの混合物を挙げることができる。
【００１９】
また、本発明で用いる、ケイ素含有化合物として、特に好ましくはフルオロアルキル基を含有するポリシロキサンを用いることができ、具体的には、下記のフルオロアルキルシランのの１種または２種以上の加水分解縮合物、共加水分解縮合物が挙げられ、また、一般にフッ素系シランカップリング剤として知られているものを使用してもよい。
【００２０】
ＣＦ３（ＣＦ２）３ＣＨ２ＣＨ２Ｓｉ（ＯＣＨ３）３
ＣＦ３（ＣＦ２）５ＣＨ２ＣＨ２Ｓｉ（ＯＣＨ３）３
ＣＦ３（ＣＦ２）７ＣＨ２ＣＨ２Ｓｉ（ＯＣＨ３）３
ＣＦ３（ＣＦ２）９ＣＨ２ＣＨ２Ｓｉ（ＯＣＨ３）３
（ＣＦ３）２ＣＦ（ＣＦ２）４ＣＨ２ＣＨ２Ｓｉ（ＯＣＨ３）３
（ＣＦ３）２ＣＦ（ＣＦ２）６ＣＨ２ＣＨ２Ｓｉ（ＯＣＨ３）３
（ＣＦ３）２ＣＦ（ＣＦ２）８ＣＨ２ＣＨ２Ｓｉ（ＯＣＨ３）３
ＣＦ３（Ｃ６Ｈ４）Ｃ２Ｈ４Ｓｉ（ＯＣＨ３）３
ＣＦ３（ＣＦ２）３（Ｃ６Ｈ４）Ｃ２Ｈ４Ｓｉ（ＯＣＨ３）３
ＣＦ３（ＣＦ２）５（Ｃ６Ｈ４）Ｃ２Ｈ４Ｓｉ（ＯＣＨ３）３
ＣＦ３（ＣＦ２）７（Ｃ６Ｈ４）Ｃ２Ｈ４Ｓｉ（ＯＣＨ３）３
ＣＦ３（ＣＦ２）３ＣＨ２ＣＨ２ＳｉＣＨ３（ＯＣＨ３）２
ＣＦ３（ＣＦ２）５ＣＨ２ＣＨ２ＳｉＣＨ３（ＯＣＨ３）２
ＣＦ３（ＣＦ２）７ＣＨ２ＣＨ２ＳｉＣＨ３（ＯＣＨ３）２
ＣＦ３（ＣＦ２）９ＣＨ２ＣＨ２ＳｉＣＨ３（ＯＣＨ３）２
（ＣＦ３）２ＣＦ（ＣＦ２）４ＣＨ２ＣＨ２ＳｉＣＨ３（ＯＣＨ３）２
（ＣＦ３）２ＣＦ（ＣＦ２）６ＣＨ２ＣＨ２ＳｉＣＨ３（ＯＣＨ３）２
（ＣＦ３）２ＣＦ（ＣＦ２）８ＣＨ２ＣＨ２ＳｉＣＨ３（ＯＣＨ３）２
ＣＦ３（Ｃ６Ｈ４）Ｃ２Ｈ４ＳｉＣＨ３（ＯＣＨ３）２
ＣＦ３（ＣＦ２）３（Ｃ６Ｈ４）Ｃ２Ｈ４ＳｉＣＨ３（ＯＣＨ３）２
ＣＦ３（ＣＦ２）５（Ｃ６Ｈ４）Ｃ２Ｈ４ＳｉＣＨ３（ＯＣＨ３）２
ＣＦ３（ＣＦ２）７（Ｃ６Ｈ４）Ｃ２Ｈ４ＳｉＣＨ３（ＯＣＨ３）２
ＣＦ３（ＣＦ２）３ＣＨ２ＣＨ２Ｓｉ（ＯＣＨ２ＣＨ３）３
ＣＦ３（ＣＦ２）５ＣＨ２ＣＨ２Ｓｉ（ＯＣＨ２ＣＨ３）３
ＣＦ３（ＣＦ２）７ＣＨ２ＣＨ２Ｓｉ（ＯＣＨ２ＣＨ３）３
ＣＦ３（ＣＦ２）９ＣＨ２ＣＨ２Ｓｉ（ＯＣＨ２ＣＨ３）３
ＣＦ３（ＣＦ２）７ＳＯ２Ｎ（Ｃ２Ｈ５）Ｃ２Ｈ４ＣＨ２Ｓｉ（ＯＣＨ３）３
上記のようなフルオロアルキル基を含有するポリシロキサンをバインダーとして用いることにより、機能性層の非光照射部の撥水性および撥油性が大きく向上する。
【００２１】
前記（２）の反応性シリコーンとしては、下記一般式で表される骨格を持つ化合物を挙げることができる。
【００２２】
−（Ｓｉ（Ｒ１）（Ｒ２）Ｏ）ｎ−
ただし、ｎは２以上の整数、Ｒ１、Ｒ２はそれぞれ炭素数１〜１０の置換もしくは非置換のアルキル、アルケニル、アリールあるいはシアノアルキル基であることができる。好ましくは全体の４０モル％以下がビニル、フェニル、ハロゲン化フェニルであることができる。また、Ｒ１および／またはＲ２がメチル基であるものが表面エネルギーが最も小さくなるので好ましく、好ましくはメチル基が６０モル％以上であり、鎖末端または側鎖には、分子鎖中に少なくとも１個以上の水酸基などの反応性基を有する。
【００２３】
また、前記のオルガノポリシロキサンとともにジメチルポリシロキサンのような架橋反応を起こさない安定なオルガノシリコン化合物をバインダーに混合してもよい。
【００２４】
（機能性層に用いるその他の成分）
本発明に用いられる機能性層には、未露光部の濡れ性を低下させるため界面活性剤を含有させることができる。この界面活性剤は金属酸化物により分解除去されるものであれば限定されないが、具体的には、好ましくは例えば日本サーファクタント工業製：ＮＩＫＫＯＬ ＢＬ、ＢＣ、ＢＯ、ＢＢの各シリーズ等の炭化水素系の界面活性剤、デュポン社製：ＺＯＮＹＬ ＦＳＮ、ＦＳＯ、旭硝子製：サーフロンＳ−１４１、１４５、大日本インキ製：メガファックＦ−１４１、１４４、ネオス製：フタージェントＦ−２００、Ｆ２５１、ダイキン工業製：ユニダインＤＳ−４０１、４０２、スリーエム製：フロラードＦＣ−１７０、１７６等のフッ素系あるいはシリコーン系の非イオン界面活性剤を挙げることができる。また、カチオン系、アニオン系、両性界面活性剤を用いることもできる。
【００２５】
また、本発明に好適に用いられる機能性層には、他の成分、例えば、ポリビニルアルコール、不飽和ポリエステル、アクリル樹脂、ポリエチレン、ジアリルフタレート、エチレンプロピレンジエンモノマー、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリウレタン、メラミン樹脂、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニル、ポリアミド、ポリイミド、スチレンブタジエンゴム、クロロプレンゴム、ポリプロピレン、ポリブチレン、ポリスチレン、ポリ酢酸ビニル、ナイロン、ポリエステル、ポリブタジエン、ポリベンズイミダゾール、ポリアクリロニトリル、エピクロルヒドリン、ポリサルファイド、ポリイソプレン等のオリゴマー、ポリマーを含むことができる。
【００２６】
さらに、本発明に用いられる機能性層には、金属酸化物の光活性を増感させる成分である増感色素を含んでいてもよい。このような増感色素の添加により、低い露光量で濡れ性を変化させるあるいは異なる波長の露光で濡れ性を変化させることができる。
【００２７】
（機能性層の形成方法）
機能性層の形成方法は特に限定されないが、例えば金属酸化物を含んだ塗布液を、スプレーコート、ディップコート、ロールコート、ビードコートなどの方法により基材に塗布して形成することができる。
【００２８】
金属酸化物等を含む塗布液を用いる場合に、塗布液に使用することができる溶剤は、金属酸化物溶液と混合し、ケイ素含有化合物等の各構成物質を溶解するものであり、このような溶剤であれば、白濁その他の現象による成膜特性ならびにパターニング特性の低下を防ぐことができる。このような金属酸化物等を含む塗布溶剤としては、例えばエタノール、イソプロパノール等のアルコール類、アセトン、アセトニトリル、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルフォキシド、ジオキサン、エチレングリコール、ヘキサメチル燐酸トリアミド、ピリジン、テトラヒドロフラン、Ｎ−メチルピロリジノン等およびこれらの混合溶媒を挙げることができる。
【００２９】
（金属酸化物を作用させる照射光線）
金属酸化物を作用させるための照射光線は、金属酸化物を励起することができれば限定されない。このようなものとしては紫外線、可視光線、赤外線の他、これらの光線よりもさらに短波長または長波長の電磁波、放射線であることができる。
【００３０】
例えば金属酸化物として、アナターゼ型チタニアを用いる場合は、励起波長が３８０ｎｍ以下にあるので、金属酸化物の励起は紫外線により行うことができる。このような紫外線を発するものとしては水銀ランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ、エキシマレーザー、その他の紫外線光源を使用することができる。
【００３１】
ＥＬ層
本発明のＥＬ素子に設けられるＥＬ層は、エレクトロルミネッセンスを起こすものであれば限定されない。また、ＥＬ層は第１電極上に機能性層を介してまたは介さないで設けられる。
【００３２】
本発明のＥＬ層はさらに、その構成要素として、必須の層として発光層、任意の層として、発光層に正孔を輸送する正孔輸送層および電子を輸送する電子輸送層（これらはまとめて、電荷輸送層とよぶことがある）、ならびに、発光層または正孔輸送層に正孔を注入する正孔注入層および発光層または電子輸送層に電子を注入する電子注入層（これらはまとめて、電荷注入層とよぶことがある）を設けることができる。
【００３３】
これらＥＬ層を構成する材料としては例えば以下のものが挙げられる。
【００３４】
（発光層）
＜色素系＞
シクロペンタジエン誘導体、テトラフェニルブタジエン誘導体、トリフェニルアミン誘導体、オキサジアゾール誘導体、ピラゾロキノリン誘導体、ジスチリルベンゼン誘導体、ジスチリルアリーレン誘導体、シロール誘導体、チオフェン環化合物、ピリジン環化合物、ペリノン誘導体、ペリレン誘導体、オリゴチオフェン誘導体、トリフマニルアミン誘導体、オキサジアゾールダイマー、ビラゾリンダイマー
＜金属錯体系＞
アルミキノリノール錯体、ベンゾキノリノールベリリウム錯体、ベンゾオキサゾール亜鉛錯体、ベンゾチアゾール亜鉛錯体、アゾメチル亜鉛錯体、ポルフィリン亜鉛錯体、ユーロビウム錯体、等、中心金属にＡｌ、Ｚｎ、Ｂｅ等または、Ｔｂ、Ｅｕ、Ｄｙ等の希土類金属を有し、配位子にオキサジアゾール、チアジアゾール、フェニルピリジン、フェニルベンゾイミダゾール、キノリン構造等を有する金属錯体。
【００３５】
＜高分子系＞
ポリパラフェニレンビニレン誘導体、ポリチオフェン誘導体、ポリパラフェニレン誘導体、ポリシラン誘導体、ポリアセチレン誘導体、ポリビニルカルバゾール等、ポリフルオレン誘導体
（ドーピング材料）
ペリレン誘導体、クマリン誘導体、ルブレン誘導体、キナクリドン誘導体、スクアリウム誘導体、ポルフィリン誘導体、スチリル系色素、テトラセン誘導体、ピラゾリン誘導体、デカシクレン、フェノキサゾン
（正孔注入層（陽極バッファー材料））
フェニルアミン系、スターバースト型アミン系、フタロシアニン系、酸化バナジウム、酸化モリブデン、酸化ルテニウム、酸化アルミニウム等の酸化物、アモルファスカーボン、ポリアニリン、ポリチオフェン誘導体
（電子注入層（陰極バッファー材料））
アルミリチウム、フッ化リチウム、ストロンチウム、酸化マグネシウム、フッ化マグネシウム、フッ化ストロンチウム、フッ化カルシウム、フッ化バリウム、酸化アルミニウム、酸化ストロンチウム、カルシウム、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレンスルホン酸ナトリウム
（ＥＬ層内の隔壁層材料）
ＥＬ層には隔壁を設けることもでき、この隔壁は、異なる色を発光するＥＬ層を組み合わせるときに特に有用である。このような材料としては、感光性ポリイミド樹脂、アクリル系樹脂、他、光硬化型樹脂、熱硬化型樹脂、撥水性樹脂などが挙げられる。
【００３６】
第１電極および第２電極
本発明のＥＬ素子においては、先に設ける電極を第１電極、その後ＥＬ層上に設ける電極を第２電極と称する。これらの電極は、特に限定されないが、好ましくは、電極は陽極と陰極からなり、この場合第１電極は陽極、陰極のいずれであってもよい。陽極と陰極のどちらか一方が、透明または、半透明であり、陽極としては、正孔が注入し易いように仕事関数の大きい導電性材料が好ましく、逆に陰極としては、電子が注入し易いように仕事関数の小さい導電性材料が好ましい。また、複数の材料を混合させてもよい。いずれの電極も、抵抗はできるだけ小さいものが好ましく、一般には、金属材料が用いられるが、有機物あるいは無機化合物を用いてもよい。
【００３７】
具体的には好ましい陽極材料は、ＩＴＯ、酸化インジウム、金、ポリアニリン、陰極材料としては、マグネシウム合金（ＭｇＡｇ他）、アルミニウム合金（ＡｌＬｉ、ＡｌＣａ、ＡｌＭｇ他）、金属カルシウムが挙げられる。
【００３８】
基材
本発明のＥＬ素子には強度保持その他のため基材を設けることができる。本発明の基材には、通常のＥＬ素子に用いられるものを用いることができる。基材上には電極やＥＬ層が設けられ、基材は所望により透明材料からなることができるが、不透明材料であってもよい。本発明のＥＬ素子においては、基材は第１電極そのものであってもよいが、通常は強度を保持する基材の表面に第１電極が、直接または中間層を介して設けられる。
【００３９】
製造方法
本発明のＥＬ素子の製造方法は、機能性層が第１電極とＥＬ層との間に設けられる態様においては、第１電極を形成する工程と、前記第１電極上に、機能性層を形成する工程と、前記機能性層上に、ＥＬ層形成液を塗布してＥＬ層を形成する工程と、前記ＥＬ層上に第２電極を形成する工程とを含む製造方法である。
【００４０】
本発明の機能性層上がＥＬ層と第２電極との間に設けられる態様のＥＬ素子は、上記の方法において、ＥＬ層上に機能性層を形成し、機能性層上に、前記第２電極形成液を塗布して、前記第２電極を形成する工程を含む以外は、上記方法と同様に製造できる。
【００４１】
また、機能性層とその上に形成される層以外は、通常のＥＬ素子の製造法によることができる。
【００４２】
【実施例】
実施例１
（機能性層形成液の調製）
イソプロピルアルコール３重量部とアナターゼ型チタニアゾル（石原産業（株）製ＳＴ−Ｋ０３、固形分濃度１０％）２重量部とを順に混合し、１００℃で２０分間加熱撹拌した後、イソプロピルアルコール１０重量部で希釈したものを機能性層形成液１とした。
【００４３】
イソプロピルアルコール３重量部とフルオロアルコキシシラン（トーケムプロダクツ（株）製 ＭＦ−１６０Ｅ、固形分濃度５０％）を０．０１４重量部とアナターゼ型チタニアゾル（石原産業（株）製ＳＴ−Ｋ０３、固形分濃度１０％）２重量部とを順に混合し、１００℃で２０分間加熱撹拌した後、イソプロピルアルコール１０重量部で希釈したものを機能性層形成液２とした。
【００４４】
同様にフルオロアルコキシシランを０．０７重量部、０．１４重量部、０．２８重量部、０．４２重量部、０．５６重量部を混合したものをそれぞれ機能性層形成液３、４、５、６、７とした。
【００４５】
（ＥＬ層形成液１の調製）
以下の方法で合成したポリフルオレン誘導体１重量部をキシレン６６．７重量部に溶解させたものをＥＬ層形成液１とした。
【００４６】
＜ポリフルオレン誘導体の合成方法＞
乾燥窒素気流下、フルオレン５．０ｇ（３０ｍｍｏｌ）を乾燥テトラヒドロフランに溶解させ、−７８℃でこれに１．６Ｍノルマルブチルリチウムヘキサン溶液２２ｍｌ（３５ｍｍｏｌ）を滴下後、−７８℃で１時間攪拌した。続いてこれにノルマルヘキシルブロミド４．９ ｍｌ（３５ｍｍｏｌ）を滴下し、−７８℃で１時間、さらに室温で１時間攪拌した。続いて同様に−７８℃でこれに１．６Ｍノルマルブチルリチウムヘキサン溶液２２ｍｌ（３５ｍｍｏｌ）を滴下後、−７８℃で１時間攪拌した。続いてこれにノルマルヘキシルブロミド４．９ｍｌ（３５ｍｍｏｌ）を滴下し、−７８℃で１時間、さらに室温で１時間攪拌した。氷零下で水を滴下後、酢酸エチルで抽出し、硫酸マグネシウムで脱水乾燥後溶媒を留去した。これをヘキサンで再結晶することにより９，９−ジヘキシルフルオレン９．５ｇ（９５％）を得た。９，９−ジヘキシルフルオレン２．０ｇ（６．０ｍｍｏｌ）、塩化鉄（III）０．０２ｇ（０．１２ｍｍｏｌ）をクロロホルム９ｍｌに溶解させ、遮光下０℃で攪拌したものにクロロホルム３ｍｌに溶解させた臭素１．２ｇを滴下した。これを室温で１８時間攪拌後、チオ硫酸ナトリウム水溶液で洗浄し、硫酸マグネシウムで脱水乾燥後溶媒を留去した。残存物をカラムクロマトグラフィー（溶離液：ヘキサン）で分離精製することにより、２，７−ジブロモ−９，９−ジヘキシルフルオレン２．４ｇ（９２％）を得た。
【００４７】
乾燥窒素気流下、２，７−ジブロモ−９，９−ジヘキシルフルオレン２．０ｇ（４．０ｍｍｏｌ）を乾燥テトラヒドロフラン４０ｍｌに溶解させ、氷冷下でこれに１．６Ｍノルマルブチルリチウムヘキサン溶液５．３ｍｌ（８．４ｍｍｏｌ）を滴下後、０℃で１時間攪拌した。続いてこれに２−イソプロポキシ−４，４，５，５−テトラメチル−１，３，２−ジオキサボラン２．０ｍｌ（１０ｍｍｏｌ、）を滴下し、０℃で１時間、さらに室温で１２時間攪拌した。氷冷下で水を滴下後、ジエチルエーテルで抽出し、硫酸マグネシウムで脱水乾燥後溶媒を留去した。残存物をエタノールで洗浄後、エタノール／ヘキサン混合溶液で再結晶することにより２，７−ビス（４，４，５，５−テトラメチル−１，３，２−ジオキサボラン−２−イル）−９，９−ジヘキシルフルオレン１．４ｇ（６０％）を得た。乾燥窒素気流下、２，７−ビス（４，４，５，５−テトラメチル−１，３，２−ジオキサボラン−２−イル）−９，９−ジヘキシルフルオレン０．５３ｇと２，７−ジブロモ−９，９−ジヘキシルフルオレン０．４５ｇ、テトラキス（トリスフェニルフォスフィン）パラジウム０．０２ｇを乾燥トルエン１８ｍｌに溶解させ、これに２Ｍ炭酸ナトリウム水溶液２７ｍｌを加えた後、１００℃で４８時間加熱攪拌した。冷却後これをメタノールに注ぎ、固形分を希薄塩酸水溶液で洗浄した後、アセトンを溶媒としてソックスレー還流器で溶解成分を除去し不溶部を分離した。これをクロロホルムに溶解させ、メタノールで再沈殿を行うことにより、目的とするポリフルオレン誘導体を得た。
【００４８】
（ＥＬ素子の製造）
中央に１２ｍｍ幅の帯状にパターニングされたＩＴＯガラス基板に洗浄処理と表面処理を施し、その上に機能性層形成液１をスピンコーターにより塗布して成膜した。これをクリーンオーブンを用いて１５０℃で１０分間加熱し、乾燥と焼成を行うことにより膜厚４０ｎｍの機能性層の薄膜を形成した。この上に、前記ＥＬ層形成液１をスピンコーターにより塗布し、６０ｎｍのＥＬ層の薄膜を形成した。最後にＩＴＯのパターンと直交するように上部電極として、ＬｉＦ０．５ｎｍ、アルミニウム１５０ｎｍをマスク蒸着しＥＬ素子１−１を製造した。
【００４９】
同様に、機能性層形成液１の代わりにそれぞれ機能性層形成液２、３、４、５、６、７を用いて、それぞれＥＬ素子１−２、１−３、１−４、１−５、１−６、１−７を製造した。ただし、各々について、水銀灯を搭載する露光機（主波長３６５ｎｍ）にて、接触角が１０°となる露光量（表１に記載）を照射した。
【００５０】
さらに、機能性層形成液や正孔注入層形成液を塗布せずに直接ＥＬ層形成液１をスピンコーターにより塗布して、機能性層のないＥＬ素子１−８を製造した。
【００５１】
表１に、これらのＥＬ素子について、ＩＴＯ電極および上部Ａｌ電極をアドレス電極として駆動させ、一定電圧下において測定したＥＬ素子の発光効率ならびに接触角、露光量等のデータを示した。表１によれば、フルオロアルコキシシラン（ＦＡＳ）成分を２５．９〜５１．２重量％含有する機能性層を設けることにより、ＥＬ素子の発光特性が向上した。ＥＬ素子１−７については、フルオロアルコキシシラン成分が多く、成膜中に析出してしまったために均質な膜が形成できなかった。その結果リーク電流が大きくなり、発光効率が低下したと考えられる。
【００５２】
【表１】
ＥＬ層形成液を以下のものに変更した以外は実施例１と同様にＥＬ素子２−１〜８を製造し、発光特性を測定した。
【００５３】
（ＥＬ層形成液２の調製）
ポリビニルカルバゾール（（株）アナン製、精製ツビコール）７０重量部、２，５−ビス（１−ナフチリル）−１，３，４−オキサジアゾール（ランカスター社製）３０重量部およびペリレン（アルドリッチ社製）１重量部を１，２−ジクロロエタン４８．５重量部に溶解させてＥＬ層形成液２を調製した。
【００５４】
（ＥＬ素子の製造）
実施例１と同様であるが、ＥＬ層形成液１の代わりにＥＬ層形成液２をスピンコーターにより塗布し、１００ｎｍのＥＬ層薄膜を形成しＥＬ素子２−１を製造した。また実施例１と同様にＥＬ素子２−２〜８を製造した。
【００５５】
表２に、これらのＥＬ素子について、ＩＴＯ電極および上部Ａｌ電極をアドレス電極として駆動させ、一定電圧下において測定したＥＬ素子の発光効率ならびに接触角、露光量等のデータを示した。表２によれば、実施例１の結果と同様に、フルオロアルコキシシラン（ＦＡＳ）成分を２５．９〜５１．２重量％含有する機能性層を設けることにより、ＥＬ素子の発光特性が向上した。ＥＬ素子２−７については、フルオロアルコキシシラン成分が多く、成膜中に析出してしまったために均質な膜が形成できなかった。その結果リーク電流が大きくなり、発光効率が低下したと考えられる。
【００５６】
【表２】
【発明の効果】
本発明により、濡れ性の違いによるＥＬ層のパターニング特性といった所望の機能を発現しつつ、発光性能を向上させる機能性層を設けたＥＬ素子が提供できる。
【００５８】
特に本発明の好適態様である機能性層が金属酸化物とケイ素含有化合物とを含有する機能性層では、濡れ性変化によるＥＬ層のパターニングを可能としながら、しかも発光特性を向上できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＥＬ素子の例を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 基材
２ 第１電極
２’ 第２電極
３ 機能性層
４ ＥＬ層
Claims (1)
- 陽極と、前記陽極上に形成された有機ＥＬ層と、前記有機ＥＬ層上に形成された陰極から少なくともなるＥＬ素子であって、
前記陽極と前記有機ＥＬ層との間に酸化チタンおよびフルオロアルコキシシランを含有する機能性層が設けられてなり、前記機能性層中にフルオロアルコキシシランが２５．９〜５１．２重量％含まれるものであることを特徴とする、ＥＬ素子。
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