JP4812602B2 - Organic thin film element and method for manufacturing the same - Google Patents
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Description
本発明は、有機層からなるキャリア輸送性薄膜または発光性薄膜を備える有機薄膜素子及びその製造方法に関するものである。 The present invention relates to an organic thin film element comprising a carrier transporting thin film or a light emitting thin film comprising an organic layer, and a method for producing the same.
近年、従来の無機系材料に代えて、有機材料を活性材料として用いる有機薄膜素子、別の表現で言えば、有機エレクトロニクス素子への注目と期待が集まっている。有機薄膜素子としては、有機EL素子、有機トランジスタ等、さまざまな素子があるが、いずれも有機薄膜部分が、キャリア輸送機能あるいは、発光機能を有していることが特徴である。 In recent years, attention has been focused on organic thin film elements using organic materials as active materials instead of conventional inorganic materials, in other words, organic electronic elements. The organic thin film element includes various elements such as an organic EL element and an organic transistor, all of which are characterized in that the organic thin film portion has a carrier transport function or a light emitting function.
有機薄膜素子用材料としては、大別すれば、低分子系材料と、高分子系材料とがあり、用途により、低分子系有機EL材料、高分子系有機EL材料、低分子系有機トランジスタ材料、高分子系有機トランジスタ材料等に分類される。有機物質は本来絶縁性が高いため、有機エレクトロニクス用に用いることができるのは、ごく限られた種類の物質である。 The organic thin film element materials can be broadly classified into low molecular weight materials and high molecular weight materials. Depending on applications, low molecular weight organic EL materials, high molecular weight organic EL materials, and low molecular weight organic transistor materials can be used. It is classified as a polymer organic transistor material. Since organic materials are inherently highly insulating, only a limited number of types of materials can be used for organic electronics.
低分子系有機EL材料としては、正孔注入材料、正孔輸送材料、発光材料、電子輸送材料、電子注入材料等の有機材料が必要であり、発光材料として、赤色発光材料、緑色発光材料、青色発光材料、白色用の発光材料等が必要とされている。正孔注入材料としてよく用いられるものは、銅フタロシアニンや、フェニルアミン誘導体等であり、場合によっては正孔注入の特性を上げるためのドーピング材料を用いることもある。正孔輸送材料としては、フェニルアミン誘導体がよく用いられる。発光材料としては、アルミキノリノール錯体等の金属錯体に、発光効率を向上させるための発光性低分子材料を少量ドープして用いることが一般的であるが、近年では、金属錯体以外にも、スチリル系やフェニルアミン系の材料をホスト材料として用い、レーザー色素や縮合環芳香族を含む発光性の低分子材料等をゲスト材料として用いて発光効率を向上させる方法等が用いられている。電子輸送材料や電子注入材料としては、金属錯体系材料やその他の有機色素材料、またそれらの材料に電子注入の特性を上げるためのドーピングを行った材料等が用いられている。 As a low molecular weight organic EL material, an organic material such as a hole injection material, a hole transport material, a light emitting material, an electron transport material, and an electron injection material is required. As the light emitting material, a red light emitting material, a green light emitting material, Blue light emitting materials, white light emitting materials, and the like are required. Often used as a hole injection material is copper phthalocyanine, a phenylamine derivative, or the like, and in some cases, a doping material for improving hole injection characteristics may be used. As the hole transport material, a phenylamine derivative is often used. As a light-emitting material, it is common to use a metal complex such as an aluminum quinolinol complex doped with a small amount of a light-emitting low-molecular material for improving light emission efficiency. For example, a method of improving luminous efficiency by using a light emitting material or a phenylamine based material as a host material and a light emitting low molecular weight material including a laser dye or a condensed ring aromatic as a guest material is used. As the electron transporting material and the electron injecting material, metal complex materials, other organic dye materials, materials obtained by doping these materials to improve electron injection characteristics, and the like are used.
低分子系有機EL素子として特徴的なことは、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層、といった多層積層構造を真空蒸着法により作り上げることができたために、正孔と電子の注入バランスを適正に保ち、正孔と電子の再結合サイトを発光層内に閉じ込めることが可能となり、高発光効率で長寿命な有機EL素子の性能を実現できていることである。 What is characteristic as a low molecular weight organic EL element is that a multilayer laminated structure such as a hole injection layer, a hole transport layer, a light emitting layer, an electron transport layer, and an electron injection layer can be formed by a vacuum deposition method. By maintaining the proper injection balance of holes and electrons, confining the recombination sites of holes and electrons in the light-emitting layer, and realizing the performance of organic EL elements with high emission efficiency and long life. is there.
一方、高分子系有機EL素子においては、高価な真空装置による有機薄膜の形成工程の代わりに、大気圧下で高速な成膜が可能な、スピンコート、インクジェット、印刷等の溶液系プロセスを用いることが特徴であり、低価格で大面積な素子の形成に期待が持たれている。 On the other hand, in the polymer organic EL element, a solution process such as spin coating, ink jet, printing, etc., capable of high-speed film formation under atmospheric pressure is used instead of an organic thin film forming process using an expensive vacuum apparatus. Therefore, it is expected to form a large-area element at a low price.
しかし、高分子系有機EL素子においては、上述の低分子系有機EL素子の場合とは異なり、溶剤の問題で、多層積層構造の形成が難しく、発光効率や寿命の面で課題をかかえていた。一般的に高分子系有機EL素子の構造としては、[透明電極/バッファー層/発光層/陰極]という簡単な構造が用いられるが、このような簡単な構造では、発光層内の発光サイトがバッファー層側あるいは陰極側にシフトした場合、界面での失活割合が増えるために、発光効率や寿命の低下を引き起こし易い。またバッファー層内の特定の化学物質が発光層内に拡散することにより、発光効率や寿命が損なわれ易いとも言われており、性能向上を図る上では、より多層の積層構造を形成する手法の登場が渇望されていた。 However, unlike the above-described low-molecular organic EL devices, the polymer organic EL device has a problem in terms of solvent efficiency and difficult to form a multilayer laminated structure, and has problems in terms of luminous efficiency and lifetime. . In general, a simple structure of “transparent electrode / buffer layer / light emitting layer / cathode” is used as the structure of the polymer organic EL element. In such a simple structure, the light emitting sites in the light emitting layer are not present. When shifted to the buffer layer side or the cathode side, the deactivation ratio at the interface increases, so that the light emission efficiency and the lifetime are likely to be reduced. In addition, it is said that specific chemical substances in the buffer layer diffuse into the light emitting layer, so that the light emission efficiency and life are likely to be impaired. Appearance was craving.
一般的な高分子系有機EL素子の製法としては、バッファー層としてはポリチオフェン系の水溶液系材料、発光層はポリフルオレン系あるいはポリパラフェニレンビニレン系の材料等を有機溶剤中に溶解した溶液を用いて形成される。バッファー層は乾燥後には有機溶剤に不溶であるため、層の形状を壊すことなく、上層の発光層を有機溶剤系の溶液を塗布することにより形成することができる。しかし、さらなる多層化を図ろうと、例えば発光層上に、有機溶剤を含む次の溶液を上から塗布すれば、既に成膜されていた発光層を溶かしてしまうことになり、この方法では多層積層化を図ることは困難である。 As a general method for producing a polymer organic EL element, a polythiophene-based aqueous material is used as a buffer layer, and a polyfluorene-based or polyparaphenylenevinylene-based material is dissolved in an organic solvent as a light-emitting layer. Formed. Since the buffer layer is insoluble in an organic solvent after drying, the upper light-emitting layer can be formed by applying an organic solvent-based solution without breaking the shape of the layer. However, in order to further increase the number of layers, for example, if the following solution containing an organic solvent is applied on the light emitting layer from above, the light emitting layer that has already been formed will be dissolved. It is difficult to make it easier.
高分子系有機EL素子で多層化を図る方法として、例えば可溶性の前駆体高分子材料を塗布した後、摂氏200度程度の高温で数時間以上長時間加熱し、高分子材料を変性させて不溶化させ、次の層の成膜を可能とする方法が、ケンブリッジ大学等から報告されているが(非特許文献1、特許文献1)、プロセス温度が高く、加熱時間が長時間に渡るため、実際の製造プロセスとしては不適で、低コスト化を目指している高分子有機EL素子にとってはあまり望ましくない方法である。
As a method of increasing the number of layers in a polymer organic EL element, for example, after applying a soluble precursor polymer material, the polymer material is denatured and insolubilized by heating at a high temperature of about 200 degrees Celsius for several hours or longer. A method for forming the next layer has been reported by the University of Cambridge, etc. (Non-patent
また、高分子有機EL素子を形成した後、低分子系有機EL材料を真空蒸着により形成して、多層積層構造を形成する方法が報告されているが(非特許文献2)、真空蒸着プロセスを含めることで、低分子系有機EL素子との差異化ができなくなり、低コスト化面でのメリットがあまり期待できない。 In addition, a method of forming a multilayer laminated structure by forming a low molecular weight organic EL material by vacuum deposition after forming a polymer organic EL element has been reported (Non-Patent Document 2). By including, it becomes impossible to differentiate from a low molecular organic EL element, and a merit in terms of cost reduction cannot be expected so much.
それらに対し、架橋性の正孔輸送性材料を用いる方法が報告されている(特許文献2)が、正孔注入材料、正孔輸送材料、各色の発光材料、電子輸送材料等について、このような複雑な化学構造を有する架橋性材料を取り揃えることは、材料コストの向上に繋がり、素子の低コスト化には反する方法である。また、架橋性材料の構造によっては、架橋後に収縮して膜のモルフォロジーを損なう場合があり、架橋後にも均一な薄膜を得るための材料の化学構造や配合比を決定するのは容易な作業ではない。膜の均一性、平坦性は、有機薄膜素子においては生命線であり、膜の一部が極端に薄くなっていれば、抵抗値が低くなるため電流がその一部に集中し、膜が焼けたり、リーク電流を生じたりする。逆に膜の均一性が高くモルフォロジーが良好であれば、全面均一に電界がかかり、有機EL素子であれば、全面均一な発光を得ることができ、また素子の信頼性も大きく高めることができる。 On the other hand, a method using a crosslinkable hole transporting material has been reported (Patent Document 2). For hole injection materials, hole transport materials, light emitting materials of various colors, electron transport materials, and the like, Having a crosslinkable material having a complicated chemical structure leads to an increase in material cost and is a method contrary to cost reduction of the device. In addition, depending on the structure of the crosslinkable material, it may shrink after crosslinking to impair the morphology of the film, and it is not easy to determine the chemical structure and compounding ratio of the material to obtain a uniform thin film even after crosslinking. Absent. The uniformity and flatness of the film is a lifeline in the organic thin film element. If a part of the film is extremely thin, the resistance value becomes low, so the current is concentrated on the part and the film is burnt. Or leak current. Conversely, if the film has high uniformity and good morphology, an electric field is applied uniformly over the entire surface. If it is an organic EL device, uniform light emission can be obtained over the entire surface, and the reliability of the device can be greatly enhanced. .
以上述べてきたような問題は、同じ有機薄膜素子である有機トランジスタ素子にも当てはまる。有機トランジスタは、ゲート電極、ゲート絶縁膜、有機半導体からなる有機活性層、ソース電極、ドレイン電極等から形成されており、ゲート絶縁膜としては無機膜を用いる場合と、高分子膜を用いる場合がある。有機活性層として低分子蒸着系材料を用いる場合と、高分子塗布系材料を用いる場合があり、例えばゲート絶縁膜に高分子膜を用い、有機活性層に高分子塗布系材料を用いる場合には、高分子有機EL素子の場合と同様に積層化の問題があり、従来技術では容易に高品質な高分子膜の積層構造を形成することが難しかった。 The problems described above apply to the organic transistor element which is the same organic thin film element. An organic transistor is formed of a gate electrode, a gate insulating film, an organic active layer made of an organic semiconductor, a source electrode, a drain electrode, and the like. In some cases, an inorganic film or a polymer film is used as the gate insulating film. is there. There are cases where low molecular vapor deposition materials are used as the organic active layer and polymer coating materials are used. For example, when a polymer film is used for the gate insulating film and a polymer coating material is used for the organic active layer As in the case of the polymer organic EL element, there is a problem of stacking, and it has been difficult for the prior art to easily form a stacked structure of high-quality polymer films.
次に高分子系有機EL素子の製造方法に関する背景と従来の課題について述べる。高分子系有機EL素子の形成方法としては、スピンコート法の他に、カラー化が可能な方法として、インクジェット法が注目されている。 Next, the background regarding the manufacturing method of the polymer organic EL element and the conventional problems will be described. As a method for forming a polymer organic EL element, in addition to the spin coating method, an ink jet method has attracted attention as a method capable of colorization.
インクジェット法は、真空蒸着法やスピンコート法に比べて大幅に材料利用効率が高く、常圧で大面積に材料の高速な塗布が可能であり、従来の低分子系有機EL素子の製法に比べて低コスト化が可能な製法として期待されている。インクジェット法による塗布の位置精度も、年々精度が高まっており、携帯電話やPDA等への応用が可能な1インチあたり100画素以上の高精度化が可能となってきている。高分子系有機EL素子の製法として以外でも、カラー液晶パネルのカラーフィルターの製造への応用など、フラットパネルディスプレイの製造技術として近年注目が高まっている。 The inkjet method has significantly higher material utilization efficiency than vacuum deposition and spin coating, and allows high-speed application of materials over a large area at normal pressure. Compared with the conventional low molecular organic EL device manufacturing method Therefore, it is expected as a manufacturing method that can reduce costs. The position accuracy of coating by the ink jet method is also increasing year by year, and it has become possible to increase the accuracy of 100 pixels or more per inch that can be applied to mobile phones, PDAs and the like. In addition to the method for producing a polymer organic EL element, attention has been paid in recent years as a technique for producing a flat panel display such as application to production of a color filter of a color liquid crystal panel.
インクジェット技術は、紙系の記録媒体に、水溶液系のインクを塗布する技術が一般的であり、ガラス基板に有機溶剤系のインクを塗布するには特殊なインクジェット技術が必要である。 The ink jet technique is generally a technique for applying an aqueous ink to a paper recording medium, and a special ink jet technique is required to apply an organic solvent ink to a glass substrate.
インクジェット法においては、ハードウェア、インク、印刷用基材の3点について、最適化が必要である。まず、ハードウェアについては、位置決め精度、吐出量精度、吐出角度制御、ノズルの目詰まり対策等、様々な条件があるが、数10μmレベルの画素以下のサイズでは条件が厳しくなる。現在では、最小2pl程度の微小液滴を吐出可能なノズルが開発されている。インクについては、一般的には水溶液系のインクが用いられるが、有機エレクトロニクス素子の場合、有機溶剤、特に、芳香族系の有機溶剤を用いる必要がある場合が多く、インクジェットノズルにも耐溶剤性が求められる等、市販のインクジェットプリンタと異なるハードウェアが必要となる。 In the inkjet method, optimization is required for three points: hardware, ink, and printing substrate. First, the hardware has various conditions such as positioning accuracy, ejection amount accuracy, ejection angle control, and countermeasures against nozzle clogging. However, the condition becomes severe for a pixel size of several tens of micrometers or less. At present, a nozzle capable of ejecting a micro droplet having a minimum size of about 2 pl has been developed. As for the ink, an aqueous ink is generally used. However, in the case of an organic electronics element, it is often necessary to use an organic solvent, particularly an aromatic organic solvent. Therefore, hardware different from a commercially available inkjet printer is required.
またインクについては、まずは沸点や溶解性の考慮が必要である。有機溶剤系インクを用いる場合、クロロホルムやテトラヒドロフラン等のあまり低沸点の溶剤を用いれば、インクジェットノズルの先端での溶剤の乾燥速度が速すぎてインクが固形化し、ノズルの目詰まりを頻繁に生じる原因となる。従ってある程度高沸点の溶剤が望まれるが、高分子材料の溶解性も確保する必要があり、溶剤の沸点や溶解度を考慮しつつ、溶剤を選択する必要がある。場合により2種以上の溶剤を混ぜた混合溶媒が用いられることもある。 As for ink, first, it is necessary to consider the boiling point and solubility. When using an organic solvent-based ink, if a solvent with a very low boiling point such as chloroform or tetrahydrofuran is used, the drying speed of the solvent at the tip of the inkjet nozzle is too fast, causing the ink to solidify and causing nozzle clogging frequently It becomes. Therefore, although a solvent having a certain high boiling point is desired, it is necessary to ensure the solubility of the polymer material, and it is necessary to select the solvent in consideration of the boiling point and solubility of the solvent. In some cases, a mixed solvent in which two or more solvents are mixed may be used.
またインクジェットにおいては、粘度の調整が重要であり、一般的な印刷方式であるオフセット印刷やスクリーン印刷において、インクの粘度が2000cPから30000cP程度のものが用いられるのに比べて、インクジェットでは1cPから50cP程度までの比較的低粘度のインクが用いられる。 In the inkjet, it is important to adjust the viscosity. In the offset printing and the screen printing, which are general printing methods, the viscosity of the ink is about 2000 cP to 30000 cP. In contrast, the inkjet uses 1 cP to 50 cP. A relatively low viscosity ink to the extent is used.
インクの安定性も非常に重要であり、長期保存で粘度が一定に保たれるべきであるのはもとより、保存中にインク内の固形分が析出したり変質したりすることは防がれるべきである。一般の紙への印刷に用いられるインクでは染料や顔料系のインクが用いられるが、有機エレクトロニクス用には、ポリフルオレン系、ポリチオフェン系、ポリパラフェニレンビニレン系といった合成高分子が用いられるため、新たにインクの安定性を高める技術を開発する必要がある。これらの合成高分子は、疎水性が高く、極性の低い芳香族系の有機溶剤に良く溶けるが、疎水性高分子同士は凝集しやすいと言われており、長期保存時の固形成分の析出が懸念される。しかし、添加物を加えれば、有機エレクトロニクス素子上でのキャリア輸送性や発光性を損なう恐れがあり、従来、有機エレクトロニクス素子を形成するためのインクに溶剤以外の混合物を入れるような例はほとんど報告されていない。 The stability of the ink is also very important, and the viscosity should be kept constant during long-term storage, and it should be prevented that solids in the ink precipitate or change during storage. It is. Inks used for printing on general paper use dyes and pigment-based inks, but for organic electronics, synthetic polymers such as polyfluorene-based, polythiophene-based, and polyparaphenylene vinylene-based are used. In addition, it is necessary to develop a technique for improving the stability of ink. These synthetic polymers are highly hydrophobic and dissolve well in low-polarity aromatic organic solvents, but it is said that hydrophobic polymers tend to aggregate with each other, causing solid components to precipitate during long-term storage. Concerned. However, if additives are added, there is a risk that the carrier transport property and light emitting property on the organic electronics element may be impaired, and there have been almost no reports of examples in which a mixture other than a solvent has been added to the ink for forming the organic electronics element. It has not been.
印刷用基材については、インクに応じた表面処理が必須で、塗布面においては、インクが滞りなく濡れて伸びることが望ましい。ガラス面や透明電極上に、有機材料からなる膜を成膜する際には、基材表面をUV−オゾン処理あるいは酸素を含むガスによるプラズマ処理により洗浄する工程がよく用いられる。 For the printing substrate, a surface treatment according to the ink is essential, and it is desirable that the ink is wet and stretched on the coated surface without stagnation. When a film made of an organic material is formed on a glass surface or a transparent electrode, a process of cleaning the substrate surface by UV-ozone treatment or plasma treatment using a gas containing oxygen is often used.
またインクジェットに特有な現象として、インク液滴が乾燥する過程で、液滴周辺部と液滴中央部とで溶媒の蒸発速度に差が出来ることから、乾燥後の膜厚が一定せず、液滴周辺部が盛り上がる場合や、逆に液滴中央部が盛り上がる場合があり、溶質と溶媒の組合せ、溶媒の配合条件や乾燥条件等を最適化する必要がある。 In addition, as a phenomenon peculiar to inkjet, in the process of drying ink droplets, the solvent evaporation rate can be different between the periphery of the droplets and the center of the droplets. There are cases where the periphery of the droplet swells, or conversely, the center of the droplet swells, and it is necessary to optimize the combination of the solute and the solvent, the blending conditions of the solvent, the drying conditions, and the like.
インクジェット法を用いた高分子系の有機EL素子の製造方法としては、使える溶媒系の問題で、上述したように、水溶液系の材料を用いて第1層のバッファー層を形成し、乾燥後に、有機溶剤系に溶解させた発光ポリマー溶液を用いて第2層の発光層を形成する、といった方法が一般的で、積層技術としては、せいぜい2層が最大であった。 As a method for producing a polymer-based organic EL device using an inkjet method, due to the problem of a solvent system that can be used, as described above, an aqueous material is used to form the first buffer layer, and after drying, A method of forming a second light-emitting layer using a light-emitting polymer solution dissolved in an organic solvent system is common, and the maximum number of layering techniques is two layers.
特許文献3には、有機EL素子の製造方法として、ポリチオフェン誘導体とシランカップリング剤、あるいは、ポリパラフェニレンおよびその誘導体の前駆体を含有する液体をインクジェット方式により成膜し、加熱して硬化あるいは共役化して層を形成する方法が開示されている。
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しかし、この方法では、扱える材料が限られており、一般のキャリア輸送性材料あるいは発光材料を用いる場合には、同じ方法を用いることができなかった。また、その製造プロセスにおいて、窒素中200℃で2時間加熱する、といった、非常に長時間でスループットの悪いプロセスが含まれているため、工業的な製造プロセスとして採用するには問題があった。 However, in this method, the materials that can be handled are limited, and the same method cannot be used when a general carrier transporting material or a light emitting material is used. In addition, the manufacturing process includes a process having a very long time and a low throughput, such as heating at 200 ° C. for 2 hours in nitrogen, and thus there is a problem in adopting it as an industrial manufacturing process.
装置面でインクジェット法を用いて高分子系有機EL素子を製造する際の問題として、水溶液系の材料を通したインクジェットヘッドのノズルが乾かないまま、有機溶剤系のインクを通そうとすれば、再沈殿の原理で有機溶剤系のインク中の固形分が析出し、簡単に目詰まりを引き起こしてしまうという問題があった。即ち、ひとつのインクジェットヘッドで水溶液系のインクと有機溶剤系のインクを交互に塗布するということは実際的に無理があり、製造を考えるならば、使う溶剤の種類に応じて1台ずつのインクジェット装置を準備する必要があった。 As a problem when manufacturing a polymer organic EL element using an ink jet method on the device side, if an ink of an ink jet head through an aqueous material is not dried and an organic solvent ink is passed, Due to the principle of reprecipitation, there was a problem that the solid content in the organic solvent-based ink was deposited and could easily cause clogging. In other words, it is practically impossible to apply water-based ink and organic solvent-based ink alternately with a single ink-jet head. If manufacturing is considered, one ink-jet according to the type of solvent used. It was necessary to prepare the equipment.
特許文献4においては、キャリア輸送性または発光性を有するポリマーと、官能基を有する低分子架橋剤とを含有するインクを用いて、塗膜を形成し、この塗膜を光または熱で架橋することにより、その上に溶剤を含む溶液を塗布しても下地層の塗膜が溶解しないようにし、溶液の塗布によって2層以上を積層した積層構造を形成することが提案されている。しかしながら、これらの方法で形成した塗膜は、乾燥及び架橋の際の収縮により膜厚等が不均一になるという問題がある。
本発明の目的は、複数の有機層を積層した構造を有する有機薄膜素子において、異なる溶剤系等を用いることなく積層構造を形成することができ、かつ成膜均一性の高いキャリア輸送性薄膜または発光性薄膜を形成することができる有機薄膜素子及びその製造方法を提供することにある。 It is an object of the present invention to form a laminated structure without using different solvent systems in an organic thin film element having a structure in which a plurality of organic layers are laminated, and a carrier transporting thin film with high film forming uniformity or An organic thin film element capable of forming a light-emitting thin film and a method for manufacturing the same are provided.
本発明の有機薄膜素子は、複数の芳香族環もしくは複素環を有し、キャリア輸送性あるいは発光性を呈する高分子化合物と、複数の架橋性官能基を有し、分子量/架橋性官能基の値が180〜2000の範囲内である反応性オリゴマーもしくはポリマーと、重合開始剤とを含有するインクを架橋させて得られるキャリア輸送性薄膜または発光性薄膜を備えることを特徴としている。 The organic thin film element of the present invention has a plurality of aromatic rings or heterocyclic rings, a polymer compound exhibiting carrier transportability or luminescence, a plurality of crosslinkable functional groups, and a molecular weight / crosslinkable functional group. A carrier transporting thin film or a light emitting thin film obtained by crosslinking an ink containing a reactive oligomer or polymer having a value in the range of 180 to 2000 and a polymerization initiator is provided.
本発明においては、反応性オリゴマーもしくはポリマーをインク中に含有させ、キャリア輸送性薄膜または発光性薄膜を架橋させているので、その上に溶剤を含有するインクを塗布しても、下地層となるキャリア輸送性薄膜または発光性薄膜が溶解することがない。このため、下地層の溶解を考慮することなく、その上に溶剤を含有するインクを用いて薄膜を形成することができる。 In the present invention, the reactive oligomer or polymer is contained in the ink, and the carrier transporting thin film or the light emitting thin film is cross-linked. Therefore, even if an ink containing a solvent is applied thereon, the base layer is formed. The carrier transporting thin film or the light emitting thin film is not dissolved. For this reason, a thin film can be formed using the ink containing a solvent on it, without considering dissolution of a foundation layer.
また、本発明においては、分子量/架橋性官能基の値が180〜2000の範囲内である反応性オリゴマーもしくはポリマーを用いている。分子量/架橋性官能基の値が180未満であると、成膜均一性の高いキャリア輸送性薄膜または発光性薄膜が形成されるという本発明の効果が十分に得られない場合がある。また、2000を超えると、インクの粘度が上昇し、インクジェットヘッド等を用いて塗膜を形成するのが困難になる場合がある。 In the present invention, a reactive oligomer or polymer having a molecular weight / crosslinkable functional group value in the range of 180 to 2000 is used. When the value of molecular weight / crosslinkable functional group is less than 180, the effect of the present invention that a carrier transporting thin film or a light-emitting thin film with high film formation uniformity is formed may not be sufficiently obtained. On the other hand, if it exceeds 2000, the viscosity of the ink increases and it may be difficult to form a coating film using an inkjet head or the like.
本発明によれば、キャリア輸送性薄膜または発光性薄膜が架橋されているので、その上にインクを塗布し成膜することが可能な有機薄膜素子とすることができる。 According to the present invention, since the carrier transporting thin film or the light emitting thin film is cross-linked, an organic thin film element capable of forming a film by applying ink thereon can be obtained.
本発明においては、複数の架橋性官能基を有し、分子量/架橋性官能基の値が180未満である反応性モノマーが、インク中にさらに含有されていてもよい。反応性モノマーを含有することにより、インク粘度などのインク特性を調整することができる。 In the present invention, a reactive monomer having a plurality of crosslinkable functional groups and having a molecular weight / crosslinkable functional group value of less than 180 may be further contained in the ink. By containing the reactive monomer, ink characteristics such as ink viscosity can be adjusted.
反応性オリゴマーもしくはポリマーの粘度は、例えば、10mPas/10000mPasであり、反応性モノマーの粘度は、例えば、1〜10mPasである。 The viscosity of the reactive oligomer or polymer is, for example, 10 mPas / 10000 mPas, and the viscosity of the reactive monomer is, for example, 1 to 10 mPas.
反応性モノマーの分子量/架橋性官能基の値は、さらに90〜170の範囲であることが好ましい。 The molecular weight / crosslinkable functional group value of the reactive monomer is preferably in the range of 90 to 170.
本発明における反応性オリゴマーもしくはポリマーは、疎水部と、エーテル結合またはエステル結合を分子構造内に有し、非イオン性で界面活性を有することが好ましい。このような反応性オリゴマーもしくはポリマーを用いることにより、疎水性を有する高分子化合物との親和性に優れ、かつ溶剤との親和性にも優れるため、インクの安定性を高めることができ、例えば、インクジェットから吐出時の安定性を高めることができる。 The reactive oligomer or polymer in the present invention preferably has a hydrophobic part, an ether bond or an ester bond in the molecular structure, is nonionic and has surface activity. By using such a reactive oligomer or polymer, it is excellent in affinity with a polymer compound having hydrophobicity and excellent in affinity with a solvent, so that the stability of the ink can be increased, for example, Stability at the time of ejection from an inkjet can be improved.
本発明における反応性オリゴマーもしくはポリマーの架橋性官能基としては、ラジカル重合性のアクリロイル基、ビニル基、カチオン重合性のビニルエーテル基、カチオン重合性のオキセタン環、カチオン重合性のオキシラン環などが挙げられる。ラジカル重合性のアクリロイル基またはビニル基を有する反応性オリゴマーもしくはポリマーを用いる場合には、ラジカルを発生させる重合開始剤を少量添加することにより、短時間で架橋反応を行うことができる。カチオン重合性のビニルエーテル基等を有する反応性オリゴマーもしくはポリマーを用い、光架橋を行う場合には、光カチオン重合開始剤をインク中に添加することが好ましい。 Examples of the crosslinkable functional group of the reactive oligomer or polymer in the present invention include a radical polymerizable acryloyl group, a vinyl group, a cationic polymerizable vinyl ether group, a cationic polymerizable oxetane ring, and a cationic polymerizable oxirane ring. . When a reactive oligomer or polymer having a radical polymerizable acryloyl group or vinyl group is used, the crosslinking reaction can be carried out in a short time by adding a small amount of a polymerization initiator that generates radicals. When photocrosslinking is performed using a reactive oligomer or polymer having a cationic polymerizable vinyl ether group or the like, it is preferable to add a photo cationic polymerization initiator into the ink.
本発明の有機薄膜素子は、少なくとも2層の高分子膜が積層された構造を有し、この積層構造の下層が、上記本発明のキャリア輸送性薄膜または発光性薄膜であることが好ましい。 The organic thin film element of the present invention has a structure in which at least two polymer films are laminated, and the lower layer of this laminated structure is preferably the carrier transporting thin film or the light emitting thin film of the present invention.
本発明の有機薄膜素子としては、具体的には、有機エレクトロルミネッセント素子(有機EL素子)及び有機トランジスタ素子などが挙げられる。 Specifically as an organic thin film element of this invention, an organic electroluminescent element (organic EL element), an organic transistor element, etc. are mentioned.
本発明においては、反応性オリゴマーもしくはポリマーの架橋後のバンドギャップが、キャリア輸送性あるいは発光性を呈する高分子化合物のバンドギャップよりも大きいことが好ましい。これにより、有機薄膜素子中で、電子や正孔がトラップされにくくなり、有機薄膜素子における電気・電子的性能や、光性能が低下するのを防止することができる。 In the present invention, the band gap after crosslinking of the reactive oligomer or polymer is preferably larger than the band gap of the polymer compound exhibiting carrier transporting property or light emitting property. This makes it difficult for electrons and holes to be trapped in the organic thin film element, thereby preventing the electrical / electronic performance and optical performance of the organic thin film element from deteriorating.
本発明における高分子化合物は、複数の芳香族環もしくは複素環を有する。芳香族環と複素環の合計が複数であればよい。キャリア輸送性あるいは発光性を呈する高分子化合物としては、従来より有機EL素子においてキャリア輸送性材料または発光材料として用いられている高分子化合物や、有機トランジスタ素子において用いられているキャリア輸送性材料などを用いることができる。 The polymer compound in the present invention has a plurality of aromatic rings or heterocyclic rings. It is sufficient if the total of the aromatic ring and the heterocyclic ring is plural. Examples of the polymer compound exhibiting carrier transport property or light emission property include a polymer compound conventionally used as a carrier transport material or a light emitting material in an organic EL device, a carrier transport material used in an organic transistor device, and the like. Can be used.
本発明において、インクには、高分子化合物と、反応性オリゴマーもしくはポリマーと、重合開始剤とが少なくとも含有される。反応性オリゴマーもしくはポリマーの含有量は、高分子化合物に対し、重量比(高分子化合物:反応性オリゴマーもしくはポリマー)で、1:0.01〜1:2の範囲であることが好ましく、さらに好ましくは1:0.05〜1:1である。また、重合開始剤は、反応性オリゴマー・ポリマー及び反応性モノマーの総量に対し、0.1〜20重量%の割合で用いることが好ましく、より好ましくは1〜10重量%である。 In the present invention, the ink contains at least a polymer compound, a reactive oligomer or polymer, and a polymerization initiator. The content of the reactive oligomer or polymer is preferably in the range of 1: 0.01 to 1: 2 by weight ratio (polymer compound: reactive oligomer or polymer) to the polymer compound, more preferably Is 1: 0.05 to 1: 1. Moreover, it is preferable to use a polymerization initiator in the ratio of 0.1-20 weight% with respect to the total amount of a reactive oligomer polymer and a reactive monomer, More preferably, it is 1-10 weight%.
また、反応性モノマーを用いる場合には、反応性モノマーの含有量は、高分子化合物に対して、重量比(高分子化合物:反応性モノマー)で、1:0.01〜1:2の範囲であることが好ましく、さらに好ましくは1:0.05〜1:1である。 When a reactive monomer is used, the content of the reactive monomer is in the range of 1: 0.01 to 1: 2 in weight ratio (polymer compound: reactive monomer) to the polymer compound. It is preferable that the ratio is 1: 0.05 to 1: 1.
本発明の架橋性インクは、上記本発明の有機薄膜素子のキャリア輸送性薄膜または発光性薄膜を形成するために用いられるインクであり、複数の芳香族環もしくは複素環を有し、キャリア輸送性あるいは発光性を呈する高分子化合物と、複数の架橋性官能基を有し、分子量/架橋性官能基の値が180〜2000の範囲内である反応性オリゴマーもしくはポリマーと、重合開始剤と、溶剤とを含有することを特徴としている。 The crosslinkable ink of the present invention is an ink used for forming a carrier transporting thin film or a light emitting thin film of the organic thin film element of the present invention, and has a plurality of aromatic rings or heterocyclic rings, and has carrier transportability. Alternatively, a polymer compound exhibiting luminescence, a reactive oligomer or polymer having a plurality of crosslinkable functional groups, and having a molecular weight / crosslinkable functional group value in the range of 180 to 2000, a polymerization initiator, and a solvent It is characterized by containing.
本発明の架橋性インクにおける溶剤としては、高分子化合物、反応性オリゴマーもしくはポリマー、及び重合開始剤を溶解または分散させることができるものであればよく、一般には有機溶剤が用いられるが、必要に応じて水系溶剤を用いてもよい。 The solvent in the crosslinkable ink of the present invention is not particularly limited as long as it can dissolve or disperse a polymer compound, a reactive oligomer or polymer, and a polymerization initiator, and an organic solvent is generally used. Accordingly, an aqueous solvent may be used.
架橋性インクにおける溶剤の割合は、インクの粘度を考慮して適宜調整することができる。 The ratio of the solvent in the crosslinkable ink can be appropriately adjusted in consideration of the viscosity of the ink.
本発明の有機薄膜素子の製造方法は、上記本発明の有機薄膜素子を製造する方法であり、上記本発明の架橋性インクをピエゾ方式のインクジェットヘッドを用いて、基板上に吐出する工程と、吐出して形成した基板上の薄膜を、光または熱により架橋して上記キャリア輸送性薄膜または上記発光性薄膜を形成する工程とを備えることを特徴としている。 The method for producing an organic thin film element of the present invention is a method for producing the organic thin film element of the present invention, wherein the crosslinkable ink of the present invention is ejected onto a substrate using a piezo inkjet head, A thin film on the substrate formed by discharging is cross-linked by light or heat to form the carrier transporting thin film or the light emitting thin film.
本発明の製造方法によれば、インクジェットヘッドを用いて、基板上の所定領域にキャリア輸送性薄膜または発光性薄膜を形成することができ、効率良く薄膜を形成することができる。また、本発明においては、基板上の薄膜を、光または熱により架橋しているので、この薄膜を下地層として、さらにその上に溶剤を含有するインクを塗布して、キャリア輸送性薄膜または発光性薄膜などの有機薄膜を積層して形成することができる。 According to the manufacturing method of the present invention, a carrier transporting thin film or a light emitting thin film can be formed in a predetermined region on a substrate using an ink jet head, and the thin film can be formed efficiently. In the present invention, since the thin film on the substrate is crosslinked by light or heat, the thin film is used as an underlayer, and an ink containing a solvent is further applied thereon to form a carrier transporting thin film or light emission. It can be formed by laminating organic thin films such as conductive thin films.
また、本発明においては、分子量/架橋性官能基の値が180〜2000の範囲内である反応性オリゴマーもしくはポリマーを用いているので、従来の反応性モノマーのみを用いる場合に比べ、膜の均一性を高め、良好なモルフォロジーを実現することができる。また、大きな架橋ネットを形成することができるので、膜の品質を高めることができる。 Further, in the present invention, since a reactive oligomer or polymer having a molecular weight / crosslinkable functional group value in the range of 180 to 2000 is used, the film is more uniform than when only a conventional reactive monomer is used. It is possible to improve the properties and realize a good morphology. In addition, since a large crosslinked net can be formed, the quality of the film can be improved.
本発明によれば、有機EL素子、有機トランジスタ素子等の有機エレクトロニクス素子を短時間で、かつ良好な膜質で形成することができる。 According to the present invention, organic electronic elements such as organic EL elements and organic transistor elements can be formed in a short time and with good film quality.
本発明において用いることができる反応性オリゴマーもしくはポリマーの一般式としては、例えば以下のようなものを挙げることができる。 Examples of the general formula of the reactive oligomer or polymer that can be used in the present invention include the following.
以下の一般式において、R、R1、R2、及びRnは、水素、アルキル基、アルコキシ基、エチレングリコール基、エーテル基、フェニル基、並びに、アルキル基やアルコキシ基などの炭化水素基にフェニル基やシクロヘキサン基等を置換したもの、炭化水素基の一部を酸素、窒素、硫黄、リン等で置換したものである。 In the following general formula, R, R 1 , R 2 , and Rn are hydrogen, an alkyl group, an alkoxy group, an ethylene glycol group, an ether group, a phenyl group, and a hydrocarbon group such as an alkyl group or an alkoxy group. In which a group, a cyclohexane group or the like is substituted, or a part of a hydrocarbon group is substituted with oxygen, nitrogen, sulfur, phosphorus or the like.
また、Gは、炭素、メチレン、アルカン、アルケン、エーテル、ベンゼン、シクロヘキサン、ナフタレン、その他の炭化水素、または炭化水素の一部を、酸素、窒素、硫黄、リン等で置換したものである。 G is carbon, methylene, alkane, alkene, ether, benzene, cyclohexane, naphthalene, other hydrocarbons, or a part of hydrocarbons substituted with oxygen, nitrogen, sulfur, phosphorus, or the like.
本発明の反応性オリゴマーもしくはポリマーとしては、架橋性官能基と、柔軟性を有するアルキル鎖またはポリエチレングリコール鎖を有するものが好ましく用いられる。例えば、以下の式で表わされる反応性オリゴマー・ポリマーは、架橋性官能基としてアクリロイル基を有しており、柔軟性を有するポリエチレングリコール鎖を有している。アルキル鎖の炭素数は4以上であることが好ましく、ポリエチレングリコール鎖の繰り返し単位数は2以上であることが好ましい。また、以下に示す反応性オリゴマー・ポリマーでは、芳香族環を有しており、芳香族環は、耐熱性及び強靱性を与える。 As the reactive oligomer or polymer of the present invention, those having a crosslinkable functional group and a flexible alkyl chain or polyethylene glycol chain are preferably used. For example, a reactive oligomer / polymer represented by the following formula has an acryloyl group as a crosslinkable functional group and a flexible polyethylene glycol chain. The alkyl chain preferably has 4 or more carbon atoms, and the polyethylene glycol chain preferably has 2 or more repeating units. The reactive oligomer / polymer shown below has an aromatic ring, and the aromatic ring provides heat resistance and toughness.
本発明によれば、複数の有機層を積層した構造を有する有機薄膜素子において、異なる溶剤系等を用いることなく積層構造を形成することができ、かつ成膜均一性の高いキャリア輸送性薄膜または発光性薄膜を形成することができる。 According to the present invention, in an organic thin film element having a structure in which a plurality of organic layers are laminated, a laminated structure can be formed without using different solvent systems and the like, and a carrier transporting thin film having high film forming uniformity or A luminescent thin film can be formed.
本発明の有機薄膜素子は、低コストで大面積への塗布、カラー化等が可能なインクジェット法を用いて形成することができる。従って、高効率で、かつ長寿命の多層積層型の有機薄膜素子とすることができる。 The organic thin film element of the present invention can be formed using an inkjet method that can be applied to a large area, colored, etc. at low cost. Therefore, it is possible to obtain a multi-layered organic thin film element with high efficiency and long life.
また、材料が溶剤に可溶であれば、キャリア輸送性材料及び発光材料の種類に制限がなく、薄膜の形成において異なるプロセスを用いる必要がないため、製造効率を向上させることができる。 In addition, if the material is soluble in a solvent, there is no limitation on the types of the carrier transporting material and the light emitting material, and it is not necessary to use a different process in forming the thin film, so that the manufacturing efficiency can be improved.
また、本発明においては、光架橋プロセスを用いることができるため、より短時間で膜を不溶化させることができる。また、紫外光等の光に対する耐性が十分でない材料を用いる場合には、熱により架橋を行うこともできる。この場合、従来技術のような前駆体からの熱変性反応を行う必要がないため、溶媒を蒸発させるためのプロセスを兼ねて比較的短時間で架橋させることができる。 In the present invention, since a photocrosslinking process can be used, the film can be insolubilized in a shorter time. In addition, when a material having insufficient resistance to light such as ultraviolet light is used, crosslinking can be performed by heat. In this case, since it is not necessary to carry out the thermal denaturation reaction from the precursor as in the prior art, the crosslinking can be carried out in a relatively short time also serving as a process for evaporating the solvent.
本発明においては、分子量/架橋性官能基の値が180〜2000の範囲内である反応性オリゴマーもしくはポリマーを用いているので、低分子量の架橋剤を用いる場合に比べ、薄膜の均一性を高めることができる。低分子量の架橋剤である反応性モノマーを用いた場合には、リング状に膜厚の厚い部分が生じ、有機EL素子に用いた場合には、画素の中央部と周辺で異なる輝度を示すようになる。これに対し、本発明の反応性オリゴマー・ポリマーを用いた場合には、薄膜の均一性が高まり、画素内でほぼ均一な輝度の発光を得ることができる。 In the present invention, since a reactive oligomer or polymer having a molecular weight / crosslinkable functional group value in the range of 180 to 2000 is used, the uniformity of the thin film is improved as compared with the case of using a low molecular weight crosslinker. be able to. When a reactive monomer, which is a low molecular weight cross-linking agent, is used, a thick portion is formed in a ring shape, and when used in an organic EL element, different brightness is exhibited at the center and the periphery of the pixel. become. On the other hand, when the reactive oligomer / polymer of the present invention is used, the uniformity of the thin film is increased, and light emission with substantially uniform luminance can be obtained within the pixel.
<反応性オリゴマー・ポリマー>
本発明において用いることができる反応性オリゴマー・ポリマーの具体例を、以下に示す。また、化学構造式の下に、化合物名、平均分子量または分子量、架橋性官能基の数、及び分子量/架橋性官能基の値をそれぞれ示す。
<Reactive oligomers and polymers>
Specific examples of the reactive oligomer / polymer that can be used in the present invention are shown below. Further, under the chemical structural formula, the compound name, average molecular weight or molecular weight, number of crosslinkable functional groups, and molecular weight / crosslinkable functional group values are shown.
<反応性モノマー>
本発明において用いることができる反応性モノマーの具体例を、以下に示す。
<Reactive monomer>
Specific examples of the reactive monomer that can be used in the present invention are shown below.
<重合開始剤>
本発明において用いることができる光重合開始剤の具体例を、以下に示す。
<Polymerization initiator>
Specific examples of the photopolymerization initiator that can be used in the present invention are shown below.
本発明において用いることができる光カチオン重合開始剤の具体例を、以下に示す。 Specific examples of the photocationic polymerization initiator that can be used in the present invention are shown below.
本発明において用いることができるキャリア輸送性あるいは発光性を呈する高分子化合物の具体例を、以下に示す。 Specific examples of the polymer compound exhibiting carrier transportability or light emission that can be used in the present invention are shown below.
以下に示す高分子化合物は、化学組成単位に対応するボロン酸エステル化合物とジブロム体を化学組成に相当する配合比で用い、鈴木カップリング法により合成することができる。 The polymer compound shown below can be synthesized by a Suzuki coupling method using a boronic acid ester compound corresponding to a chemical composition unit and a dibromo compound in a blending ratio corresponding to the chemical composition.
<実験1>
(高分子系有機EL素子の作製)
100ミリメートル角、0.7ミリメートル厚のガラス基板上に、ITO(インジウム錫酸化物)膜をスパッタ法にて形成した後、100マイクロメートル幅、50マイクロメートル間隔でストライプ上にパターニングした基板上に、フォトリソグラフィーにより、100マイクロメートル×150マイクロメートルのITO上の開口部を有するような碁盤の目状のパターンを2マイクロメートルの膜厚を有するポリイミド絶縁膜で形成した。
<
(Production of polymer organic EL device)
An ITO (Indium Tin Oxide) film is formed on a 100 mm square, 0.7 mm thick glass substrate by sputtering, and then patterned on a stripe with a width of 100 micrometers and an interval of 50 micrometers. A grid-like pattern having an opening on 100 μm × 150 μm ITO was formed with a polyimide insulating film having a thickness of 2 μm by photolithography.
ポリマーインク1として、ポリ[9,9−ジオクチルフルオレン−アミン−チオフェン]誘導体1g、アクリレートオリゴマー1を200mg、ベンゾインエチルエーテル10mgをキシレン50mLとテトラリン50mLの混合溶媒に溶解し、正孔注入層用のインクとした。
As
ポリマーインク2として、ポリ[9,9−ジオクチルフルオレン−ジアミン]誘導体1g、アクリレートオリゴマー1を200mg、ベンゾインエチルエーテル10mgをキシレン50mLとテトラリン50mLの混合溶媒に溶解し、正孔輸送層用のインクとした。
As
ポリマーインク3として、ポリ[9,9−ジオクチルフルオレン−スチルベン]誘導体1g、アクリレートオリゴマー1を200mg、ベンゾインエチルエーテル10mgをキシレン50mLとテトラリン50mLの混合溶媒に溶解し、青色発光層用のインクとした。
As
ポリマーインク4として、ポリ[9,9−ジオクチルフルオレン−ジアミン−ベンゾチダイアゾール]誘導体1g、アクリレートオリゴマー1を200mg、ベンゾインエチルエーテル10mgをキシレン50mLとテトラリン50mLの混合溶媒に溶解し、緑色発光層用のインクとした。
As polymer ink 4, 1 g of poly [9,9-dioctylfluorene-diamine-benzothidiazole] derivative, 200 mg of
ポリマーインク5として、ポリ[9,9−ジオクチルフルオレン−ジアミン−チオフェン−ベンゾチダイアゾール]誘導体1g、アクリレートオリゴマー1を200mg、ベンゾインエチルエーテル10mgをキシレン50mLとテトラリン50mLの混合溶媒に溶解し、赤色発光層用のインクとした。
As
ポリマーインク6として、ポリ[9,9−ジオクチルフルオレン−ピリジン]誘導体1gをキシレン50mLとテトラリン50mLの混合溶媒に溶解し、電子輸送層用のインクとした。
As
ポリマーインク1〜6に用いたポリフルオレン系材料の分子量は約1万から20万の間のものを用いた。
The molecular weight of the polyfluorene-based material used for the
ポリマーインク1から6については、粘度計を用いて粘度を測定し、粘度が7〜10mPas(7〜10cP)の範囲に入るよう、粘度が高すぎる場合にはキシレンで希釈を行うことによりインク粘度を調整した。
For
ITOとポリイミド絶縁膜がパターンされたガラス基板を、純水、有機溶剤の順で洗浄した後、クリーンオーブンにおいて150℃で1時間ベークし完全に水分を除去した。その後UVオゾン処理装置において、50℃で10分間の処理を行い、ITO上の有機物を完全に除去し、ITO上の接触角が10度以下になるようにして、ポリマーインクの親和性を高めポリマーインクが滴下された後、画素内にインクが滞りなくのびて広がるように前処理を行った。 The glass substrate on which ITO and the polyimide insulating film were patterned was washed with pure water and an organic solvent in this order, and then baked at 150 ° C. for 1 hour in a clean oven to completely remove moisture. Thereafter, in a UV ozone treatment device, treatment is performed at 50 ° C. for 10 minutes to completely remove the organic matter on the ITO, so that the contact angle on the ITO is 10 degrees or less, and the affinity of the polymer ink is increased. After the ink was dropped, pre-processing was performed so that the ink spread in the pixel without spreading.
インクジェット装置として約40pLの滴下が可能なインクジェットヘッドを準備し、移動誤差5マイクロメートル以下の精密なX−Y移動がパーソナルコンピュータから制御できるX−Yステージ上に上記ガラス基板を真空チャックにより吸着させ、CCDカメラにより位置と角度を調整した後、パーソナルコンピュータの制御により、次に記した順番で、ポリマーインクを碁盤の目の中央を狙い滴下した。ポリマーインクの吐出速度が約4〜6m/s程度になるようにインクジェットヘッドにかかる電圧を調整した。吐出周波数は5kHzを用いた。 An ink jet head capable of dropping about 40 pL is prepared as an ink jet device, and the glass substrate is adsorbed by a vacuum chuck on an XY stage where a precise XY movement with a movement error of 5 micrometers or less can be controlled from a personal computer. After adjusting the position and angle with the CCD camera, the polymer ink was dropped at the center of the grid in the following order under the control of a personal computer. The voltage applied to the inkjet head was adjusted so that the discharge speed of the polymer ink was about 4 to 6 m / s. The discharge frequency was 5 kHz.
まずポリマーインク1を全碁盤の目に滴下し、365nmの波長を含むUV光(40mW/cm2)を5分間照射して架橋し硬化させた。
First, the
次にポリマーインク2を全碁盤の目に滴下し、UV光(40mW/cm2)を5分間照射して架橋し硬化させた。
Next, the
次にポリマーインク3を2ラインおきに滴下し、UV光(40mW/cm2)を5分間照射して架橋し硬化させた。
Next, the
次にポリマーインク4をポリマーインク3を滴下した画素の隣の画素に来るように、2ラインおきに滴下し、UV光(40mW/cm2)を5分間照射して架橋し硬化させた。
Next, the polymer ink 4 was dropped every two lines so as to come to the pixel adjacent to the pixel where the
次にポリマーインク5をポリマーインク3と4とを滴下した画素の隣の画素に来るように、2ラインおきに滴下し、UV光(40mW/cm2)を5分間照射して架橋し硬化させた。
Next,
次にポリマーインク6を全碁盤の目に滴下した。
Next, the
次にメタルシャドーマスクを用いて、フッ化リチウムを1nm、カルシウムを5nm、アルミニウムを200nmの膜厚で順に真空蒸着法により成膜した。 Next, using a metal shadow mask, lithium fluoride was deposited in a thickness of 1 nm, calcium was deposited in a thickness of 5 nm, and aluminum was deposited in a thickness of 200 nm by a vacuum deposition method.
最後に乾燥剤をあらかじめ内面に貼り付けたガラスキャップをUV硬化型接着剤により接着して封止した。 Finally, a glass cap having a desiccant previously attached to the inner surface was adhered and sealed with a UV curable adhesive.
素子構造と各層の膜厚は、[ITO(150nm)/正孔注入層(40nm)/正孔輸送層(20nm)/発光層(各色70nm)/電子輸送層(20nm)/LiF(1nm)/Ca(5nm)/Al(200nm)]である。 The device structure and the film thickness of each layer are [ITO (150 nm) / hole injection layer (40 nm) / hole transport layer (20 nm) / light emitting layer (each color 70 nm) / electron transport layer (20 nm) / LiF (1 nm) / Ca (5 nm) / Al (200 nm)].
図1は、作製した有機EL素子を示す概略断面図である。ITOからなる陽極1の上に、正孔注入層2、正孔輸送層3、発光層4、電子輸送層5、及びLiF/Ga/Alの積層構造からなる陰極6が形成されている。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the produced organic EL element. On the
このようにして作製した有機EL素子において、ITO側をプラス、アルミニウム側をマイナスで10Vの電圧を印加したところ、青色部分で400cd/m2、緑色部分が1000cd/m2、赤色部分が100cd/m2の発光を示した。発光効率は、青色部分で1cd/A、緑色部分で6cd/A、赤色部分で0.4cd/Aを示した。 In the organic EL device thus fabricated, when a voltage of 10 V was applied with the ITO side being plus and the aluminum side being minus, the blue portion was 400 cd / m 2 , the green portion was 1000 cd / m 2 , and the red portion was 100 cd / m. It showed m 2 emission. Luminous efficiency was 1 cd / A in the blue part, 6 cd / A in the green part, and 0.4 cd / A in the red part.
(比較例)
上記ポリマーインクにおいて、架橋剤と重合開始剤を含まないインクを調製し、同様の有機EL素子を作製したところ、10Vを印加した場合、発光効率は、青色部分で0.4cd/A、緑色部分で2.5cd/A、赤色部分で0.2cd/Aを示し、いずれの発光色においても、架橋剤を含む場合より低い結果となった。
(Comparative example)
In the above polymer ink, an ink not containing a crosslinking agent and a polymerization initiator was prepared, and a similar organic EL device was produced. When 10 V was applied, the luminous efficiency was 0.4 cd / A in the blue portion, and the green portion. 2.5 cd / A and 0.2 cd / A in the red part, and in any luminescent color, the results were lower than in the case of containing a crosslinking agent.
<実験2>
(有機トランジスタの作製)
ガラス基板上に1mmストライプのタンタル膜を100nmの厚みで形成し、陽極酸化法により、30nmを酸化して表面を五酸化タンタルとした。その上にポリ[3−ヘキシルチオフェン]500mgと、アクリレートオリゴマー1を50mg、ベンゾインエチルエーテル5mgをオルトジクロロベンゼン50mL中に溶解させたインクをインクジェット法により滴下し、その後ホットプレート上100℃で10分間熱を加えた後、UV光を5分間照射し硬化させた。
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(Production of organic transistors)
A tantalum film having a thickness of 1 nm was formed on a glass substrate with a thickness of 100 nm, and 30 nm was oxidized by anodic oxidation to make the surface tantalum pentoxide. On top of that, 500 mg of poly [3-hexylthiophene], 50 mg of
真空蒸着装置にその基板をセットし、五酸化タンタルゲート絶縁膜の直上、ポリチオフェン膜上に、チャネルが形成されるように、金のソース及びドレイン電極を、チャネル幅1ミリメートル、チャネル幅50マイクロメートルとなるように蒸着し形成した。 The substrate is set in a vacuum deposition apparatus, and the gold source and drain electrodes are formed with a channel width of 1 mm and a channel width of 50 μm so that a channel is formed immediately above the tantalum pentoxide gate insulating film and on the polythiophene film. It was vapor-deposited and formed so that it might become.
図2は、作製した有機トランジスタを示す模式的断面図である。図2に示すように、基板1の上に、タンタル膜からなるゲート電極11が設けられており、ゲート電極11の上に、五酸化タンタルからなるゲート絶縁膜12が設けられており、ゲート絶縁膜12の上に、ポリチオフェン膜からなる有機半導体膜13が設けられており、有機半導体膜13の上に、ソース電極14及びドレイン電極15が形成されている。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing the produced organic transistor. As shown in FIG. 2, a
このようにして形成された有機トランジスタにおいて、金のソース−ドレイン電極間に40V、タンタルゲート電極に−40Vの電圧をかけたところ、ソース−ドレイン間に約1マイクロアンペアの電流が流れ、ゲート電圧に応じてソース−ドレイン間に流れる電流が変調し、トランジスタのオンオフ動作を得ることが出来た。 In the organic transistor thus formed, when a voltage of 40 V is applied between the gold source and drain electrodes and a voltage of -40 V is applied to the tantalum gate electrode, a current of about 1 microampere flows between the source and drain, and the gate voltage Accordingly, the current flowing between the source and the drain is modulated, and the on / off operation of the transistor can be obtained.
<実験3>
(高分子系有機EL素子の作製)
ここでは、以下に示す反応性モノマーをさらに加えたインク及び反応性ポリマーを用いたインクを使用して有機EL素子を作製した。
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(Production of polymer organic EL device)
Here, an organic EL element was produced using an ink further added with a reactive monomer shown below and an ink using a reactive polymer.
(反応性モノマーをさらに加えた例)
ポリフルオレン誘導体(キャリア輸送/発光性ポリマー) 1g
アクリレートオリゴマー1(反応性オリゴマー) 200mg
トリメチロールプロパントリメタクリレート(低分子架橋剤)100mg
ベンゾインエチルエーテル(光重合開始剤) 10mg
アニソール(溶媒1) 60mL
キシレン(溶媒2) 60mL
(反応性ポリマーを用いた例)
ポリフルオレン誘導体(キャリア輸送/発光性ポリマー) 1g
アクリレートポリマー1(反応性ポリマー) 200mg
ベンゾインエチルエーテル(光重合開始剤) 10mg
アニソール(溶媒1) 60mL
キシレン(溶媒2) 60mL
ポリフルオレン誘導体として、正孔注入層用に、ポリ[9,9−ジオクチルフルオレン−アミン−チオフェン]誘導体、正孔輸送層用として、ポリ[9,9−ジオクチルフルオレン−ジアミン]誘導体、青色発光層用として、ポリ[9,9−ジオクチルフルオレン−スチルベン]誘導体を用い、上記の配合比に従って、インクを調製した。また、電子輸送層用として、ポリ[9,9−ジオクチルフルオレン−ピリジン]誘導体1gをキシレン50mLとアニソール50mLの混合溶媒に溶解し電子輸送層用インクとした。このようにして調製したインクを粘度が7〜10mPasの範囲内に入るようキシレンで希釈して調整し、前述の実施例と同様の製法により、[ITO(150nm)/正孔注入層(40nm)/正孔輸送層(20nm)/発光層(70nm)/電子輸送層(20nm)/LiF(1nm)/Ca(5nm)/Al(200nm)]の構造を有する有機EL素子を作製した。
(Example in which reactive monomer is further added)
Polyfluorene derivative (carrier transport / light-emitting polymer) 1g
Acrylate oligomer 1 (reactive oligomer) 200mg
Trimethylolpropane trimethacrylate (low molecular crosslinking agent) 100mg
Benzoin ethyl ether (photopolymerization initiator) 10mg
Anisole (solvent 1) 60mL
60 mL of xylene (solvent 2)
(Example using reactive polymer)
Polyfluorene derivative (carrier transport / light-emitting polymer) 1g
Acrylate polymer 1 (reactive polymer) 200 mg
Benzoin ethyl ether (photopolymerization initiator) 10mg
Anisole (solvent 1) 60mL
60 mL of xylene (solvent 2)
As a polyfluorene derivative, a poly [9,9-dioctylfluorene-amine-thiophene] derivative for a hole injection layer, a poly [9,9-dioctylfluorene-diamine] derivative for a hole transport layer, a blue light emitting layer As an example, a poly [9,9-dioctylfluorene-stilbene] derivative was used and an ink was prepared according to the above blending ratio. For the electron transport layer, 1 g of poly [9,9-dioctylfluorene-pyridine] derivative was dissolved in a mixed solvent of 50 mL of xylene and 50 mL of anisole to obtain an ink for an electron transport layer. The ink thus prepared was adjusted by diluting with xylene so that the viscosity was in the range of 7 to 10 mPas, and [ITO (150 nm) / hole injection layer (40 nm) was prepared by the same production method as in the above-mentioned Examples. An organic EL device having a structure of / hole transport layer (20 nm) / light emitting layer (70 nm) / electron transport layer (20 nm) / LiF (1 nm) / Ca (5 nm) / Al (200 nm)] was produced.
このようにして作製した有機EL素子の輝度−電流−電圧特性を測定したところ、いずれも10Vでの発光効率が1cd/A以上を示し、架橋剤を添加しない場合の0.4cd/Aに比べて、高い発光効率を得ることが出来た。 The luminance-current-voltage characteristics of the organic EL devices thus prepared were measured. As a result, the luminous efficiency at 10 V was 1 cd / A or more, compared with 0.4 cd / A when no crosslinking agent was added. As a result, high luminous efficiency was obtained.
<インクの構成例>
インクの主機能材料として、ポリフルオレン誘導体を用いたが、それ以外の例えばポリフェニレンビニレン系材料や、フェニルアミン系材料、ポリチオフェン系材料を用いる場合も同様の配合を用いることができる。
<Ink configuration example>
A polyfluorene derivative was used as the main functional material of the ink, but the same formulation can be used when other materials such as polyphenylene vinylene materials, phenylamine materials, and polythiophene materials are used.
配合比は、機能性ポリマー1に対して、反応性オリゴマーあるいは反応性ポリマーを0.01から2までの範囲で用いる。好ましくは、0.05から1までの範囲である。
As for the compounding ratio, a reactive oligomer or a reactive polymer is used in a range of 0.01 to 2 with respect to the
反応性モノマーの配合比も同様に、機能性ポリマー1に対して、反応性モノマーを0.01から2までの範囲で用いる。好ましくは、0.05から1までの範囲である。重合開始剤は、反応性オリゴマー・ポリマー・モノマーの総量に対し、0.1から20重量%の割合で用いる。より好ましくは、1から10重量%の範囲で用いる。
Similarly, the reactive monomer is used in the range of 0.01 to 2 with respect to the
溶媒としては、芳香族系の溶媒を中心に、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、アルキルベンゼン、シクロヘキシルベンゼン、テトラリン、アニソール等とその混合溶媒を用いることができるが、それに限らず、溶質を溶解できれば良い。 As the solvent, toluene, xylene, ethylbenzene, alkylbenzene, cyclohexylbenzene, tetralin, anisole, and the like and mixed solvents thereof can be used mainly for aromatic solvents, but it is not limited as long as the solute can be dissolved.
粘度としては、インクジェット用では2から20mPas(2から20cP)の範囲で用いる。より好ましくは、3から15mPasの範囲に調整して用いる。 The viscosity is 2 to 20 mPas (2 to 20 cP) for inkjet. More preferably, it is adjusted to a range of 3 to 15 mPas.
その他の印刷用としては、グラビア印刷用では50〜500mPas、活版印刷用では100〜1000mPas、スクリーン印刷用では2000〜30000mPasに調整して用いる。 For other printing, it is adjusted to 50 to 500 mPas for gravure printing, 100 to 1000 mPas for letterpress printing, and 2000 to 30000 mPas for screen printing.
<実験4>
以下では、各インクを表1〜表3に示すように調製し、実験1で準備したポリイミド絶縁膜を碁盤の目状に形成したITO基板上にインクジェットで塗布し、UV光(365nmピーク、40mW)で5分間硬化した後、窒素雰囲気中120℃で10分間乾燥し、膜の形状を観測した。膜の形状観察においては、金の薄膜(数nm以下)を全面にコーティングした後、光学干渉式三次元非接触表面形状計測システムによって、膜厚の状態を測定した。塗布・乾燥後の膜の一般形状として、周辺がカルデラ状に盛り上がっている場合と、中央が盛り上がっている場合があり、多くの場合、周辺の盛り上がりが大きく、周辺と中央の盛り上がりの両方が見られる場合があった。評価としては、画素内での膜厚の最も高い部分と低い部分の比を求めた。膜厚は平均して約70nmとなるように塗布を行った。
<Experiment 4>
In the following, each ink was prepared as shown in Tables 1 to 3, and the polyimide insulating film prepared in
具体的なインク調製例
機能性ポリマー:1(重量比)(以降の実施例では、緑色発光材料であるポリ[9,9−ジオクチルフルオレン−ジアミン−ベンゾチダイアゾール]誘導体を用いた。)
反応性オリゴマー・反応性ポリマー:0.2(重量比)
反応性モノマー:0.1(重量比)
重合開始剤:0.01(重量比)
溶媒:100mL〜200mL、粘度8mPasに調整
混合溶媒の混合比は1:1
インクに用いた機能性ポリマー(高分子化合物)、反応性オリゴマー・反応性ポリマー、反応性モノマー、重合開始剤、溶媒を表1〜表3に示す。また、上記のようにしてインクから形成した膜の均一性についての評価を表1〜表3に示す。
Specific ink preparation example Functional polymer: 1 (weight ratio) (In the following examples, a poly [9,9-dioctylfluorene-diamine-benzothiazole] derivative, which is a green light-emitting material, was used.)
Reactive oligomer / reactive polymer: 0.2 (weight ratio)
Reactive monomer: 0.1 (weight ratio)
Polymerization initiator: 0.01 (weight ratio)
Solvent: 100 mL to 200 mL, adjusted to a viscosity of 8 mPas The mixing ratio of the mixed solvent is 1: 1
Tables 1 to 3 show the functional polymer (polymer compound), reactive oligomer / reactive polymer, reactive monomer, polymerization initiator, and solvent used in the ink. Tables 1 to 3 show the evaluation of the uniformity of the film formed from the ink as described above.
インクジェット液滴の乾燥後の不均一性は、主に、液滴周辺部と液滴中央部の乾燥速度の差に起因すると考えられ、例えば、液滴周辺部の乾燥速度が速く液滴中央部から周辺部へ溶質が移動する際には、液滴周辺部が盛り上がったカルデラ状の形状が得られるとかんが得られる。この形状は、溶媒の沸点や粘度、混合溶媒の混合比、乾燥温度等によっても影響を受けると考えられるが、同じ溶媒を用いた場合、分子量の大きい反応性オリゴマーや反応性ポリマーを用いた場合の方が、低分子量の反応性モノマーを添加した場合よりも膜厚の均一性が得られ易いことが分かった。これは、乾燥時に分子量の大きい反応性オリゴマーや反応性ポリマーは早くゲル化しやすく、周辺部への溶質の移動量が少ないためではないかとこの結果からは推測される。また低分子量の反応性モノマーでは分子量あたりの架橋量が大きいため、体積や分子結合の変化により膜の不均一性を生じる可能性があると考えられる。 The non-uniformity of inkjet droplets after drying is thought to be mainly due to the difference in drying speed between the droplet periphery and the center of the droplet. When the solute moves from the peripheral part to the peripheral part, a candela is obtained when a caldera-like shape in which the peripheral part of the droplet is raised is obtained. This shape is thought to be affected by the boiling point and viscosity of the solvent, the mixing ratio of the mixed solvent, the drying temperature, etc., but when the same solvent is used, a reactive oligomer or reactive polymer with a large molecular weight is used. It was found that the film thickness was easier to obtain than when a low molecular weight reactive monomer was added. From this result, it is presumed that this is because reactive oligomers and reactive polymers having a large molecular weight are likely to gel quickly at the time of drying, and the amount of solute moving to the periphery is small. In addition, since low molecular weight reactive monomers have a large amount of cross-linking per molecular weight, it is considered that there is a possibility that nonuniformity of the film may occur due to a change in volume or molecular bond.
分子量の大きい反応性オリゴマーや反応性ポリマーと、低分子量の反応性モノマーの両方を混合した場合には、膜の均一性と、高い架橋密度との両方が得られることが考えられる。 When both a reactive oligomer or reactive polymer having a large molecular weight and a reactive monomer having a low molecular weight are mixed, it is considered that both film uniformity and high crosslink density can be obtained.
インクジェット塗布膜の均一性は、発光時の輝度の均一性や寿命にも大きく影響する。膜厚の不均一性がある場合、膜の薄い所に集中的に電流が流れ、その部分の輝度が高く、逆に膜の厚い部分の輝度は非常に低くなる。また、電流の多く流れた部分については加速的に劣化が進むため、全体的に素子の寿命が短くなる。反対に、膜厚の均一性が高い場合は、画素内の輝度均一性が上がり、電流密度の均一性が寿命向上にも貢献する。従って、本発明の配合比によるインクで塗布した有機薄膜素子では、高い発光効率を示すだけでなく、発光面の均一性や、寿命の向上を得ることが可能となる。 The uniformity of the ink-jet coating film greatly affects the uniformity of brightness during light emission and the lifetime. When the film thickness is non-uniform, current flows intensively in the thin film area, and the brightness of the portion is high, whereas the brightness of the thick film portion is very low. In addition, since the portion where a large amount of current flows accelerates and deteriorates, the lifetime of the device is shortened as a whole. On the other hand, when the uniformity of the film thickness is high, the luminance uniformity within the pixel is increased, and the uniformity of the current density contributes to the improvement of the lifetime. Therefore, the organic thin film element coated with the ink according to the blending ratio of the present invention can not only exhibit high luminous efficiency but also improve the uniformity of the light emitting surface and the lifetime.
1…陽極
2…正孔注入層
3…正孔輸送層
4…発光層
5…電子輸送層
6…陰極
10…基板
11…ゲート電極
12…ゲート絶縁膜
13…有機半導体膜
14…ソース電極
15…ドレイン電極
DESCRIPTION OF
Claims (9)
請求項8に記載の架橋性インクをピエゾ方式のインクジェットヘッドを用いて、基板上に吐出する工程と、
吐出して形成した基板上の薄膜を、光または熱により架橋して前記キャリア輸送性薄膜または前記発光性薄膜を形成する工程とを備えることを特徴とする有機薄膜素子の製造方法。 A method for producing the organic thin film element according to any one of claims 1 to 7,
Discharging the crosslinkable ink according to claim 8 onto a substrate using a piezoelectric inkjet head;
And a step of forming a carrier transporting thin film or a light emitting thin film by crosslinking a thin film on a substrate formed by discharge with light or heat.
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