JP5785853B2 - 有機elデバイスの製造方法 - Google Patents
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Description
先ず、基板の一方の主面上にアノードを形成し、その上に、ホール注入層およびホール輸送層を順に積層形成する。次に、ホール輸送層の上に有機発光層を形成し、その上に、電子注入層およびカソードを順に積層形成する。
図9(a)に示すように、特許文献1に開示の技術を用い形成した電子注入層を備える有機ELデバイスでは、Baからなる電子注入層を備える有機ELデバイスに対し、駆動電圧および電流効率の両特性において遜色がないことが分かる。
本発明は、問題の解決を図ろうとなされたものであって、電子注入層の形成に際し、ウェットプロセスを用いることで製造に際しての煩雑さを回避しながら、輝度ムラの発生が抑制される有機ELデバイスの製造方法を提供することを目的とする。
本発明者等は、上記特許文献1に開示された技術を用い形成した電子注入層を備える有機ELデバイスにおいて、輝度ムラが生じるという問題を確認した。この原因について、本発明者等は、上記特許文献1に開示された技術を用い形成した電子注入層においては、図9(b)に示すように、その製造時において、TiO2のナノ粒子が十分に溶解できず、凝集することに起因するものであることを突き止めた。
本発明の一態様に係る有機ELデバイスの製造方法は、対向するアノードおよびカソードと、アノードとカソードとの間に挿設される有機発光層と、有機発光層と前記カソードとの間に挿設される電子注入層とを備える有機ELデバイスを製造する方法であって、電子注入層を、TiOXゾルまたはTiOXゲルと、炭酸セシウムとの混合溶液を用いたウェットプロセスを経て形成する、ことを特徴とする。
これに対して、本発明の一態様に係る有機ELデバイスの製造方法では、TiOXゾルまたはTiOXゲルと、炭酸セシウムとの混合溶液を用い、電子注入層の形成を行うので、駆動電圧および電流効率の両特性が、Baからなる電子注入層を備える有機ELデバイスに比べても遜色のないレベルとなる。データについては、後で示す。
本発明の一態様に係る有機ELデバイスの製造方法は、具体的に、電子注入層を次に工程を経て形成する、ことを特徴とする。
(第2工程) 大気雰囲気下で、混合溶液(TiOXゾルまたはTiOXゲルと、炭酸セシウムとの混合溶液)からなる膜をベークする。
(第3工程) 第2工程でベークされた上記膜を、さらに、窒素雰囲気下でベークする。
本発明の一態様に係る有機ELデバイスの製造方法は、電子注入層の形成を、有機発光層の形成の後に行い、上記下地となる層が有機発光層であり、第2工程におけるベーク、および第3工程におけるベークが、有機発光層の耐熱温度以下で実行される、ことを特徴とする。
これに対して、本発明の一態様に係る有機ELデバイスの製造方法では、上記のように、第2工程におけるベーク、および第3工程におけるベークが、有機発光層の耐熱温度以下で実行されるので、デバイス構造や工程順序が制約されることがない。なお、本発明の一態様に係る有機ELデバイスの製造方法では、TiOXゾルまたはTiOXゲルと、炭酸セシウムとの混合溶液を用いるので、上記のようなベーク温度を採用しても駆動電圧および電流効率の両特性が優れた有機ELデバイスを製造することができる。
このような方法を採用することによって、低駆動電圧・高電流効率であって、輝度ムラの少ない有機ELデバイスを確実に製造することができる。
本発明の一態様に係る有機ELデバイスの製造方法では、有機発光層とアノードとの間にホール輸送層が挿設され、ホール輸送層および有機発光層についても、ともにウェットプロセスを経て形成される、ことを特徴とする。このように、ホール輸送層および有機発光層がウェットプロセスを経て形成される場合、その後に続く電子注入層の形成についてもウェットプロセスで行う本発明の一態様に係る製造方法では、有機発光層まで形成したワークを再度、真空チャンバー内へと戻す必要がなく、製造工程の簡易化を図ることができる。よって、製造コストの低減を図ることが可能である。
[実施の形態]
1.有機ELデバイス1の構成
先ず、本実施の形態に係る製造方法で製造する有機ELデバイス1の構成について、図1を用い説明する。図1は、本実施の形態に係る有機ELデバイス1の構成を示す模式断面図である。
2.有機ELデバイス1の製造方法
有機ELデバイス1の製造方法の概略について、図2(a)を用い説明する。
基板10は、例えば、無アルカリガラス、ソーダガラス、無蛍光ガラス、燐酸系ガラス、硼酸系ガラス、石英、アクリル系樹脂、スチレン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリエチレン、ポリエステル、シリコーン系樹脂、又はアルミナ等の絶縁性材料をベースとして形成されている。
ボトムエミッション型のデバイスを一例とする本実施の形態では、アノード11の構成材料としては、ITO(酸化インジウムスズ)若しくはIZO(酸化インジウム亜鉛)などを採用することができる。ボトムエミッション型のデバイスの場合においては、アノード11について、透過率が80[%]以上の光透過性を有するようにすることが好ましい。
次に、ホール注入層12の上に、ホール輸送層13を形成する(ステップS4)。ホール輸送層13は、例えば、ポリフルオレンやその誘導体、あるいはポリアリールアミンやその誘導体などの、親水基を備えない高分子化合物を用い、スピンコート法で成膜した後、焼成することで形成される(ウェットプロセス)。
次に、電子注入層15の上に、カソード16を形成する(ステップS7)。カソード16は、アルミニウム(Al)やその合金、あるいは、銀(Ag)やその合金を用い、スパタリング法や真空蒸着法を用い形成される。なお、カソード16の形成に用いる材料については、その表面部が高い光反射特性を有することが望ましい。
また、窒化シリコン(SiN)、酸窒化シリコン(SiON)などの材料を用い形成された封止層の上に、アクリル樹脂、シリコーン樹脂などの樹脂材料からなる封止樹脂層を設けてもよい。
電子注入層15の形成方法について、図2(b)を用い説明する。
図2(b)に示すように、先ず、TiOXゾルまたはTiOXゲルと、炭酸セシウムとの混合溶液を、有機発光層14の上に滴下し、例えば、スピンコートなどで成膜する(ステップS61)。なお、本実施の形態では、TiOXゾルおよびTiOXゲルのうち、一例としてTiOXゾルを用いている。
次に、大気雰囲気下でベークしたワークを、窒素雰囲気のグローブボックス(GB)内に移し、ホットプレート上で、130[℃]、10[min.]ベークする(ステップS63)。
電子注入層15の形成に用いるTiOX:Cs2CO3混合溶液150の調整方法について、図3を用い説明する。なお、以下では、TiOXゾル溶液1501の調整とCs2CO3溶液1502の調整とを説明した後、TiOX:Cs2CO3混合溶液150の調整について説明する。TiOXゾル溶液1501の調整とCs2CO3溶液1502の調整との先後については、以下の説明順に限定されるものではない。
先ず、TiOXゾル原液から1[mL]秤量する(ステップS611)。そして、秤量したTiOXゾル原液を、9[mL]のイソプロピルアルコール(IPA)に加え、スターラーで攪拌する(ステップS612)。
次に、上記攪拌後の溶液から1[mL]をとり、これを更に9[mL]のイソプロピルアルコール(IPA)に加えた後、再度スターラーで攪拌する(ステップS613)。これにより、TiOX(0.6wt%)ゾル溶液1501が完成する。
Cs2CO3溶液1502の調整では、先ず、炭酸セシウム37.2[mg]を秤量する(ステップS615)。
次に、秤量した炭酸セシウムを、10[mL]の2−エトキシエタノールに加えて、スターラーで攪拌する(ステップS616)。これにより、Cs2CO3(0.4wt%)溶液1502が完成する。
TiOX:Cs2CO3混合溶液150の調整では、上記のように調整したTiOXゾル溶液1501から2[mL]を秤量する(ステップS614)。また、Cs2CO3溶液1502から2[mL]を秤量する(ステップS617)。
次に、2[mL]のTiOXゾル溶液1501と、同じく2[mL]のCs2CO3溶液1502とを、スターラーで攪拌混合する(ステップS618)。
ここで、図3に示す各材料の使用量については、絶対的な量を示すものではなく、TiOXゾルと炭酸セシウムとの相対的な混合比を実現するために例示した値である。よって、実際のTiOX:Cs2CO3混合溶液150の調整においては、有機ELデバイス1のサイズなどを考慮の上、その作成する量から換算して、各材料の使用量を決定することとなる。
(i)特性
特性面における効果について、図4から図6を用い説明する。なお、図4から図6におけるサンプルA〜Fの各々は、次表に示す構成を有する。
[表1]において、サンプルFが、上記実施の形態に係る有機ELデバイス1と同一の構成を有するサンプルである。また、サンプルEは、TiOX:Cs2CO3混合溶液を用い電子注入層を形成する点でサンプルFと同じであるが、TiOXゾルと炭酸セシウムとの混合比が、10:6(重量比)である点が異なる。
先ず、図4(a)は、各サンプル毎の駆動電圧と電流密度との関係を示すグラフであり、図4(b)は、電流密度を10[mA/cm2]とするときの各サンプル毎の駆動電圧を示すグラフである。
図4(a)に示すように、サンプルA〜Cは、高い駆動電圧を印加することが必要であるのに対し、サンプルD〜Fは、低い駆動電圧の印加で発光駆動することが分かる。
ここで、サンプルE,Fは、サンプルDに対し、略同等の値の電圧を印加すればよく、具体的には、サンプルEは8.7[V]、サンプルFは9.5[V]である。
(b)電流効率
次に、図5(a)は、各サンプル毎の駆動電圧と輝度との関係を示すグラフであり、図5(b)は、電流密度を10[mA/cm2]とするときの各サンプル毎の電流効率を示すグラフである。
図5(b)に示すように、電子注入層を形成していないサンプルA、およびTiOXからなる層を電子注入層とするサンプルCでは、電流効率がそれぞれ6.6[cd/A]、1.7[cd/A]と低い値となっている。Cs2CO3からなる層を電子注入層として備えるサンプルBでは、サンプルA,Cに比べて高い約23.5[cd/A]の電流効率となる。
(c)視感効率
次に、図6(a)は、サンプル毎の電流密度と電流効率との関係を示すグラフであり、図6(b)は、電流密度を10[mA/cm2]とするときのサンプル毎の視感効率を示すグラフである。
一方、サンプルBとサンプルD〜Fは、比較的高い電流効率を有する。ただし、サンプルD〜Fは、電流密度が低い領域で急峻に曲線が立ち上がっているのに対して、サンプルBでは、緩やかな曲線を以って立ち上がっている。
図6(b)に示すように、電子注入層を備えていないサンプルA、およびTiOXからなる層を電子注入層とするサンプルCでは、視感効率がそれぞれ1[lm/W]、0.2[lm/W]と低い値となっている。また、Cs2CO3からなる層を電子注入層として備えるサンプルBでは、視感効率が、サンプルA,Cよりも高い5.3[lm/W]の値となっている。
以上より、TiOX:Cs2CO3混合溶液を用い形成された電子注入層を備えるサンプルE,Fは、Baからなる電子注入層を備えるサンプルDに対し、略同等の視感効率に係る優れた特性を有する。
TiOX:Cs2CO3混合溶液を用い形成される電子注入層でのTiOXゾルと炭酸セシウムとの混合比と、有機ELデバイスにおける駆動電圧および電流効率との関係について、図7を用い説明する。なお、図7(a)および図7(b)では、Baからなる電子注入層を備える有機ELデバイスの駆動電圧および電流効率を、それぞれ破線で示している。
次に、図7(b)に示すように、混合比が10:6〜10:8の範囲では、電流効率が38[cd/A]であるBaからなる電子注入層を備える有機ELデバイスに対して、電流効率の低下が20[%]未満に抑えられる。具体的には、混合比が10:6の場合には、30.6[cd/A]の電流効率となり、Baからなる電子注入層を備える有機ELデバイスに対して約80.5[%]の電流効率を得ることができ、また、混合比が10:8の場合には、34.3[cd/A]の電流効率となり、Baからなる電子注入層を備える有機ELデバイスに対して約90.2[%]の電流効率を得ることができる。
(iii)電子注入層15を用いたデバイスの発光面の模様
本実施の形態に係る方法により形成した電子注入層15を用いたデバイスの発光面の模様について、図8を用い説明する。図8(a)は、本実施の形態に係る方法を用い形成した電子注入層15を用いたデバイスの発光面の模様を示す図であり、図8(b)は、比較例として、TiO2ナノ粒子と炭酸セシウムの混合分散液を用い形成した電子注入層を用いたデバイスの発光面の模様を示す図である。
[その他の事項]
上記実施の形態では、電子注入層15の形成において、TiOXゾルと炭酸セシウムとの混合溶液150を用いることとしたが、TiOXゲルと炭酸セシウムとの混合溶液を用いることもできる。その場合においても、上記同様の効果を得ることができる。
10.基板
11.アノード
12.ホール注入層
13.ホール輸送層
14.発光層
15.電子注入層
16.カソード
150.TiOX:Cs2CO3混合溶液
1501.TiOX(0.6wt%)ゾル溶液
1502.Cs2CO3(0.4wt%)溶液
Claims (6)
- 対向するアノードおよびカソードと、前記アノードと前記カソードとの間に挿設される有機発光層と、前記有機発光層と前記カソードとの間に挿設される電子注入層とを備える有機ELデバイスの製造方法であって、
前記電子注入層は、TiO X ゾルおよび炭酸セシウム溶液を各々準備し、前記TiO X ゾルと前記炭酸セシウム溶液とを混合して混合溶液を作製し、当該混合溶液を用いたウェットプロセスを経て形成される
ことを特徴とする有機ELデバイスの製造方法。 - 前記電子注入層は、
大気雰囲気下で、下地となる層の上に、前記混合溶液を滴下し成膜する第1工程と、
大気雰囲気下で、前記混合溶液からなる膜をベークする第2工程と、
前記第2工程でベークされた前記膜を、さらに、窒素雰囲気下でベークする第3工程と、
を経て形成される
ことを特徴とする請求項1に記載の有機ELデバイスの製造方法。 - 前記電子注入層の形成は、前記有機発光層の形成の後になされ、
前記下地となる層は、前記有機発光層であり、
前記第2工程でのベーク、および前記第3工程でのベークは、前記有機発光層の耐熱温度以下で実行される
ことを特徴とする請求項2に記載の有機ELデバイスの製造方法。 - 前記第2工程でのベークは、前記第3工程でのベークよりも低い温度で、且つ、長時間なされる
ことを特徴とする請求項2または請求項3に記載の有機ELデバイスの製造方法。 - 前記混合溶液におけるTiO X ゾルと、炭酸セシウム溶液との混合比は、重量比において、10:6〜10:8の範囲内である
ことを特徴とする請求項1から請求項3の何れかに記載の有機ELデバイスの製造方法。 - 前記有機発光層と前記アノードとの間には、ホール輸送層が挿設され、
前記ホール輸送層および前記有機発光層についても、ともにウェットプロセスを経て形成される
ことを特徴とする請求項1から請求項5の何れかに記載の有機ELデバイスの製造方法。
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