JP5899531B2 - 有機el素子の製造方法 - Google Patents
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Description
しかしながら、機能層の膜形状は、インクの沸点、表面張力、粘度といったインク物性によって変化し易いうえに、これらの物性間の相互関係が不明であるため、機能層の膜形状をコントロールすることは容易ではない。そこで、所望の膜形状を有する機能層を簡便に形成することができる技術が求められている。
したがって、本発明によれば、目標とする発光特性に応じた膜形状の機能層を簡便に形成することが可能な有機EL素子の製造方法の提供することができる。
本発明の一態様に係る有機EL素子の製造方法は、第1電極が形成された素子基板を準備する素子基板準備工程と、機能層を構成する機能層材料と第1溶媒を溶媒として少なくとも含む機能層用インクを、前記第1電極上に塗布し、前記第1溶媒を蒸発乾燥させることにより前記機能層を形成する機能層形成工程と、前記機能層の上方に第2電極を形成する第2電極形成工程と、を含み、前記第1溶媒は、前記機能層材料と第2溶媒を溶媒として少なくとも含む試料用インクを試料用基板に塗布し、前記第2溶媒を蒸発乾燥させることにより試料用機能層を形成し、前記機能層を所望の断面形状とするための粘度が、前記第2溶媒の粘度から上昇させる方向にあるのか又は低下させる方向にあるのかを、前記第2溶媒の粘度、前記試料用機能層の断面形状および前記所望の断面形状との関係に基づき求め、前記第2溶媒と同等の沸点と表面張力であり、かつ、前記求めた方向にある粘度を有する溶媒として選択されたものである。
また、本発明の一態様に係る有機EL素子の製造方法の特定の局面では、前記機能層用インクには、さらに、第3溶媒が含まれ、前記機能層材料は、前記第1溶媒および前記第3溶媒に溶解している。
また、本発明の一態様に係る有機EL素子の製造方法の特定の局面では、前記機能層用インクに含まれる溶媒は、前記第1溶媒のみである。
本発明の一態様に係る有機EL表示装置は、上記本発明の一態様に係る有機EL素子の製造方法により製造された有機EL素子を用いたものである。
本発明の一態様に係る有機EL発光装置は、上記本発明の一態様に係る有機EL素子の製造方法により製造された有機EL素子を用いたものである。
[全体構成]
図1は、実施の態様に係る有機EL表示パネル100の構成を示す部分断面図である。有機EL表示パネル100は、複数の有機EL素子15が配されてなる。本実施の態様における有機EL表示パネル100は、同図上側を表示面とする、いわゆるトップエミッション型である。
基板1は有機EL表示パネル100における背面基板であり、その表面には有機EL表示パネル100をアクティブマトリクス方式で駆動するためのTFT(薄膜トランジスタ)を含むTFT層2が形成されている。TFT層2の上面には、各TFTに対して外部から電力を供給するための給電電極3が形成されている。
平坦化膜4は、TFT層2および給電電極3が配設されていることにより生じる表面段差を平坦に調整するために設けられており、絶縁性に優れる有機材料で構成されている。
<コンタクトホール>
コンタクトホール5は、給電電極3と画素電極6とを電気的に接続するために設けられ、平坦化膜4の表面から裏面にわたって形成されている。コンタクトホール5は、Y方向に配列されている開口部17の間に位置するように形成されており、隔壁層7により覆われた構成となっている。コンタクトホール5が隔壁層7により覆われていない場合には、コンタクトホール5の存在により、有機発光層11が平坦な層とはならず、発光ムラ等の原因となる。これを避けるため、上記のような構成としている。
画素電極6は陽極であり、開口部17に形成される一の有機発光層11毎に形成されている。有機EL表示パネル100はトップエミッション型であるため、画素電極6の材料としては高反射性材料が選択されている。画素電極6は本発明の第1電極に相当し、画素電極6が形成された状態の基板1が本発明の素子基板に相当する。
正孔注入層9は、画素電極6から有機発光層11への正孔の注入を促進させる目的で設けられている。
<隔壁層>
隔壁層7は、有機発光層11を形成する際、赤色(R)、緑色(G)、青色(B)の各色に対応する有機発光層材料(本発明の機能層材料に相当する。)と溶媒を含むインクが互いに混入することを防止する機能を果たす。
図2は有機EL表示パネル100を表示面側から見た隔壁層7の形状を模式的に示す図であり、説明の都合上、正孔輸送層10、有機発光層11、電子輸送層12、電子注入層13、共通電極14を取り除いた状態を示している。また、図1の部分断面図は、図2におけるA−A’断面図に相当する。
<正孔輸送層>
図1の部分断面図に戻り、正孔輸送層10は、画素電極6から注入された正孔を有機発光層11へ輸送する機能を有する。
有機発光層11は、キャリアの再結合による発光を行う部位であり、R,G,Bのいずれかの色に対応する有機発光層材料を含むように構成されている。開口部17RにはRに対応する有機発光層材料、開口部17GにはGに対応する有機発光層材料、開口部17BにはBに対応する有機発光層材料をそれぞれ含む有機発光層11が形成される。
電子輸送層12は、共通電極14から注入された電子を有機発光層11へ輸送する機能を有する。
<電子注入層>
電子注入層13は、共通電極14から有機発光層11への電子の注入を促進させる機能を有する。
共通電極14は陰極であり、本発明における第2電極に相当する。有機EL表示パネル100はトップエミッション型であるため、共通電極14の材料としては光透過性材料が選択されている。
<その他>
図1には図示しないが、共通電極14の上には、有機発光層11が水分や空気等に触れて劣化することを抑制する目的で封止層が設けられる。有機EL表示パネル100はトップエミッション型であるため、封止層の材料としては、例えばSiN(窒化シリコン)、SiON(酸窒化シリコン)等の光透過性材料を選択する。
<各層の材料>
次に、上記で説明した各層の材料を例示する。言うまでもなく、以下に記載した材料以外の材料を用いて各層を形成することも可能である。
平坦化膜4:ポリイミド系樹脂、アクリル系樹脂
画素電極6:Ag(銀)、Al(アルミニウム)、銀とパラジウムと銅との合金、銀とルビジウムと金との合金、MoCr(モリブデンとクロムの合金)、NiCr(ニッケルとクロムの合金)
隔壁層7:アクリル系樹脂、ポリイミド系樹脂、ノボラック型フェノール樹脂
有機発光層11:F8−F6(F8(ポリジオクチルフルオレン)とF6(ポリジヘキシルフルオレン)との共重合体)のほか、特開平5−163488号公報に記載のオキシノイド化合物、ペリレン化合物、クマリン化合物、アザクマリン化合物、オキサゾール化合物、オキサジアゾール化合物、ペリノン化合物、ピロロピロール化合物、ナフタレン化合物、アントラセン化合物、フルオレン化合物、フルオランテン化合物、テトラセン化合物、ピレン化合物、コロネン化合物、キノロン化合物およびアザキノロン化合物、ピラゾリン誘導体およびピラゾロン誘導体、ローダミン化合物、クリセン化合物、フェナントレン化合物、シクロペンタジエン化合物、スチルベン化合物、ジフェニルキノン化合物、スチリル化合物、ブタジエン化合物、ジシアノメチレンピラン化合物、ジシアノメチレンチオピラン化合物、フルオレセイン化合物、ピリリウム化合物、チアピリリウム化合物、セレナピリリウム化合物、テルロピリリウム化合物、芳香族アルダジエン化合物、オリゴフェニレン化合物、チオキサンテン化合物、シアニン化合物、アクリジン化合物、8−ヒドロキシキノリン化合物の金属錯体、2−ビピリジン化合物の金属錯体、シッフ塩とIII族金属との錯体、オキシン金属錯体、希土類錯体等の蛍光物質
正孔注入層9:MoOx(酸化モリブデン)、WOx(酸化タングステン)又はMoxWyOz(モリブデン−タングステン酸化物)等の金属酸化物、金属窒化物又は金属酸窒化物
正孔輸送層10:トリアゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、ポリアリールアルカン誘導体、ピラゾリン誘導体およびピラゾロン誘導体、フェニレンジアミン誘導体、アリールアミン誘導体、アミノ置換カルコン誘導体、オキサゾール誘導体、スチリルアントラセン誘導体、フルオレノン誘導体、ヒドラゾン誘導体、スチルベン誘導体、ポリフィリン化合物、芳香族第三級アミン化合物、スチリルアミン化合物、ブタジエン化合物、ポリスチレン誘導体、ヒドラゾン誘導体、トリフェニルメタン誘導体、テトラフェニルベンジン誘導体(いずれも特開平5−163488号公報に記載)
電子輸送層12:バリウム、フタロシアニン、フッ化リチウム
電子注入層13:ニトロ置換フルオレノン誘導体、チオピランジオキサイド誘導体、ジフェキノン誘導体、ペリレンテトラカルボキシル誘導体、アントラキノジメタン誘導体、フレオレニリデンメタン誘導体、アントロン誘導体、オキサジアゾール誘導体、ペリノン誘導体、キノリン錯体誘導体(いずれも特開平5−163488号公報に記載)
共通電極14:ITO、IZO
[製造方法]
ここでは、先に有機EL素子15および有機EL表示パネル100の全体的な製造方法を例示する。その後、塗布工程により成膜された機能層の膜形状、ならびに塗布工程で用いる機能層用インクについての詳細を説明する。
まず、TFT層2および給電電極3が形成された基板1を準備する(図3(a))。
その後、フォトレジスト法に基づき、TFT層2および給電電極3の上に絶縁性に優れる有機材料を用いて、厚み約4[μm]の平坦化膜4を形成する。このとき、コンタクトホール5をY方向に隣接する各開口部17の間の位置に合わせて形成する(図3(b))。所望のパターンマスクを用いたフォトレジスト法を行うことで、平坦化膜4とコンタクトホール5を同時に形成することができる。なお、当然ながらコンタクトホール5の形成方法はこれに限定されない。例えば、一様に平坦化膜4を形成した後、所定の位置の平坦化膜4を除去して、コンタクトホール5を形成することもできる。
続いて、反応性スパッタ法に基づき、正孔注入層9を形成する(図3(c))。
次に、正孔輸送層10を構成する正孔輸送層材料と溶媒を所定比率で混合し、正孔輸送層用インクを調製する。正孔輸送層材料は本発明の機能層材料に相当し、正孔輸送層用インクは本発明の機能層用インクに相当する。この正孔輸送層用インクをヘッド部301に供給し、塗布工程に基づき、各開口部17に対応するノズル3030から、正孔輸送層用インクからなる液滴18を吐出する(図3(e))。その後、正孔輸送層用インクに含まれる溶媒を蒸発乾燥させ、必要に応じて加熱焼成すると正孔輸送層10が形成される(図4(a))。
以上の工程を経ることにより、有機EL素子15、および有機EL素子15がXY方向に複数配された有機EL表示パネル100が完成する。
<塗布工程により成膜された機能層の膜形状>
図5は、塗布工程における溶媒の蒸発乾燥過程を説明するための模式断面図である。ここでは、機能層として有機発光層を例に挙げて説明する。また、図5においては、簡略化のため、基板1、隔壁層7、有機発光層用インク19A,19B,19C,19D,19Eのみを図示している。
有機発光層の膜形状は、図5(c),(d)で述べた対流において、溶媒がどの方向に流れ易いかに依存する。すなわち、有機発光層の膜形状は、有機発光層用インク内で濃度差が生じた場合に、溶媒を開口部の外側方向に向かって動かそうとする力である駆動力、もしくは、溶媒を開口部の中心方向に向かって動かそうとする力である制動力のどちらがより強く働くかによって決まる。
図6における表の上段は有機発光層用インク19C内部における駆動力と制動力の大小を、下段は有機発光層の膜形状をそれぞれ示している。なお、表の上段には有機発光層用インク19C(図5(c))を示しているが、有機発光層用インク19D(図5(d))でも同様である。
(b)は駆動力と制動力が同程度である場合を示している。この場合、溶媒の蒸発乾燥過程において、有機発光層材料が開口部の中央部もしくは外側へ偏るということはない。その結果、成膜される有機発光層11の膜形状は平坦となる。
このように、駆動力と制動力の大小を調整することで、有機発光層の膜形状を制御することが可能であることがわかる。では、どのような場合に有機発光層の膜形状を制御する必要があるのか、具体例を挙げて説明する。
<機能層用インク>
まず、機能層用インク、すなわち、正孔輸送層用インクおよび有機発光層用インクの構造について説明する。両インクとも基本的な概念は同じであるので、ここでは有機発光層用インクを例に挙げて説明する。
図8は、本実施の態様における有機発光層用インクの構造を模式的に示す図である。
本実施の態様における有機発光層用インクは、図8(a)に示す単一溶媒系と、図8(b),(c)に示す混合溶媒系の2種に大別される。
図8(a)に示す単一溶媒系有機発光層用インク26(以下、単にインク26と記載する。)においては、含まれる溶媒は溶媒αの1種のみであり、言うまでもなく有機発光層材料は溶媒αに溶解している。図8(b)に示す第1の混合溶媒系有機発光層用インク27(以下、単にインク27と記載する。)においては、含まれる溶媒は溶媒S、溶媒Tの2種である。溶媒Sは本発明における第3溶媒に相当し、有機発光層材料は溶媒S、溶媒Tの両方に、すなわち第1溶媒と第3溶媒の両方に溶解している。図8(c)に示す第2の混合溶媒系有機発光層用インク28(以下、単にインク28と記載する。)においては、含まれる溶媒は、溶媒X、溶媒Y、溶媒Zの3種である。溶媒Xと溶媒Yからなる混合溶媒が本発明における第3溶媒に相当し、有機発光層材料および溶媒Zは溶媒Xと溶媒Yからなる混合溶媒に、すなわち、有機発光層材料および第1溶媒は第3溶媒に溶解している。
図9,10は、粘度調整済溶媒を決定するための手順を説明するための図である。図9(a),(a)’,(b),(b)’はインク26の場合、図9(c),(c)’,(d),(d)’はインク27の場合、図10はインク28の場合を示している。図9,10においては、目標とする有機発光層の膜形状が平坦なものである場合を例に挙げて説明する。すなわち、有機発光層の膜形状が平坦となるようなインク26,27,28を得たい場合を例に挙げる。
図9(b)’は、試料用インク26’により形成される試料用有機発光層31の膜形状を示しており、ここでは凹形状としている。試料用有機発光層31は、具体的には、有機発光層材料と溶媒α’を溶媒として少なくとも含む試料用インク26’を、試料用基板29上の試料用隔壁層30により構成される開口部内に塗布し、溶媒α’を蒸発乾燥させることにより形成したものである。試料用インク26’には粘度調整用溶媒が含まれており、溶媒α’がこの粘度調整用溶媒に相当する。粘度調整用溶媒は本発明における第2溶媒に相当する。図9(b)は、インク26により形成される有機発光層11の膜形状を示している。上述のように、ここでは目標とする有機発光層11の膜形状が平坦であるため、ここでは有機発光層11を平坦な膜形状として図示している。
(溶媒の粘度と膜形状との関係)
図11は、溶媒の粘度と膜形状との関係を示す図(以下、膜形状マップと記載する。)である。
図12は、膜形状マップの作成方法を説明するための図である。図12では、粘度xを有する溶媒を用いた場合と、粘度yを有する溶媒を用いた場合を例に挙げて説明する。
次に、図12(a),(b)に示す各溶媒において、Leftで示す地点の膜厚からCenterで示す地点の膜厚を差し引いたもの(Center−Left間の膜厚差)、Rightで示す地点の膜厚からCenterで示す地点の膜厚を差し引いたもの(Center−Right間の膜厚差)、mLeftで示す地点の膜厚からCenterで示す地点の膜厚を差し引いたもの(Center−mLeft間の膜厚差)、mRightで示す地点の膜厚からCenterで示す地点の膜厚を差し引いたもの(Center−mRight間の膜厚差)を算出する。これらの値を、粘度を横軸に膜厚差を縦軸にとったグラフにプロットしたものが図12(c)に示すものである。図12(c)では、各溶媒におけるCenter−Left間の膜厚差およびCenter−Right間の膜厚差の平均値を四角(Left−Right)で、Center−mLeft間の膜厚差およびCenter−mRight間の膜厚差の平均値を丸(mLeft−mRight)で示している。
図11に戻り、当図に示す膜形状マップの作成にあたっては、粘度が約13[mPa・s]、15[mPa・s]、17.5[mPa・s]、18[mPa・s]、20[mPa・s]、22[mPa・s]の溶媒を用いた。膜形状マップに示すように、溶媒の粘度を上昇させるにつれて膜形状が凹形状から凸形状へ変化することがわかる。これは、溶媒の粘度が上昇するほど、有機発光層用インク内で生じる対流において、駆動力よりも制動力が強く働くことが理由として考えられる。
以上、図9(a),(a)’,(b),(b)’を用いて、インク26における粘度調整済溶媒(溶媒α)の決定方法について説明した。インク27における溶媒T、およびインク28における溶媒Zも同様の方法で決定することができる。以下、図9(c),(c)’,(d),(d)’を参照しながらインク27の場合について、図10を参照しながらインク28の場合について簡単に説明する。
粘度調整用溶媒と同等の沸点と表面張力であり、かつ、目標とする方向にある粘度を有する溶媒の探索方法としては、例えば、粘度調整用溶媒が主骨格とこれに結合した置換基からなる場合に、当該主骨格と同一の主骨格を有する溶媒の中から粘度調整済溶媒を選択する方法が挙げられる。
(粘度調整用溶媒と粘度調整済溶媒との沸点差および表面張力差)
本実施の態様においては、粘度調整用溶媒と同等の沸点と表面張力を有する溶媒の中から粘度調整済溶媒を選択することとしている。ここで、「粘度調整済溶媒が粘度調整用溶媒と同等の沸点と表面張力を有する」には、粘度調整用溶媒と粘度調整済溶媒との間で沸点および表面張力が全く変化しない場合だけでなく、沸点および表面張力の差が、有機発光層11の膜形状にさほど影響を与えない程度の差である場合も含まれる。例えば、粘度調整用溶媒と粘度調整済溶媒との間で沸点に差があるものの、この沸点の差によっては両溶媒の蒸発速度に差がさほど変化しないために、有機発光層11の膜形状にさほど影響を与えないといった場合である。
図14は、本発明の一態様に係る有機EL表示装置等を示す斜視図である。図14に示すように、有機EL表示装置1000は有機ELディスプレイであり、上述した有機EL表示パネル100を備える。
図15は、本発明の一態様に係る有機EL表示装置1000の全体構成を示す図である。図15に示すように、有機EL表示装置1000は、有機EL表示パネル100と、これに接続された駆動制御部20とを備える。駆動制御部20は、4つの駆動回路21〜24と制御回路25とから構成されている。なお、実際の有機EL表示装置1000では、有機EL表示パネル100に対する駆動制御部20の配置や接続関係については、これに限られない。
[有機EL発光装置]
図16は、本発明の一態様に係る有機EL発光装置200を示す図であって、図16(a)は縦断面図、図16(b)は横断面図である。図16に示すように、有機EL発光装置200は、本発明の一態様に係る製造方法により形成された複数の有機EL素子210と、有機EL素子210が上面に実装されたベース220と、ベース220にそれら有機EL素子210を挟むようにして取り付けられた一対の反射部材230と、から構成されている。各有機EL素子210は、ベース220上に形成された導電パターン(不図示)に電気的に接続されており、前記導電パターンにより供給された駆動電力によって発光する。各有機EL素子210から出射された光の一部は、反射部材230によって配光が制御される。
[変形例・その他]
以上、実施の態様について説明したが、本発明は上記の実施の態様に限られない。例えば、以下のような変形例等が考えられる。
(3)上記の実施の態様において説明した有機EL素子および有機EL表示パネルの製造方法は単なる一例であり、例えば、真空成膜法を用いて成膜すると説明した層を、例えばインクジェット法等の塗布法によって形成することとしてもよいし、逆に、インクジェット法を用いて成膜すると説明した層を、例えば真空成膜法によって形成することとしてもよい。また、他の構成要素、例えば、正孔阻止層等を形成する工程が含まれていてもよい。
(5)上記の実施の態様においては、隔壁層を井桁状(格子状)に形成し、隔壁層によって各サブピクセルの周囲を囲繞する、いわゆるピクセルバンク方式を例に挙げたが、本発明はこれに限定されない。複数のライン状の隔壁層を並設し、有機発光層をストライプ状に区画するラインバンク方式とすることもできる。
(7)上記の実施の態様における有機EL表示パネルは、RGB各色に対応する有機EL素子を有し、フルカラー表示に適用できるものであるとしたが、本発明はこれに限定されない。いずれか1色のみの有機EL素子を有する単色表示の有機EL表示パネルであってもよい。
2 TFT層
3 給電電極
4 平坦化膜
5 コンタクトホール
6 画素電極(陽極)
7 隔壁層
9 正孔注入層
10 正孔輸送層
11 有機発光層
12 電子輸送層
13 電子注入層
14 共通電極(陰極)
15 有機EL素子(サブピクセル)
17 開口部
18 正孔輸送層用インクからなる液滴
19 有機発光層用インクからなる液滴
19A、19B、19C、19D、19E 有機発光層用インク
20 駆動制御部
21〜24 駆動回路
25 制御回路
26 単一溶媒系有機発光層用インク
27 第1の混合溶媒系有機発光層用インク
28 第2の混合溶媒系有機発光層用インク
29 試料用基板
30 試料用隔壁層
31、32、33 試料用有機発光層
34 主骨格
35、36、37、38、39 置換基
100 有機EL表示パネル
200 有機EL発光装置
210 有機EL素子
220 ベース
230 反射部材
301 ヘッド部
1000 有機EL表示装置
3030 ノズル
Claims (6)
- 第1電極が形成された素子基板を準備する素子基板準備工程と、
機能層を構成する機能層材料と第1溶媒を溶媒として少なくとも含む機能層用インクを、前記第1電極上に塗布し、前記第1溶媒を蒸発乾燥させることにより前記機能層を形成する機能層形成工程と、
前記機能層の上方に第2電極を形成する第2電極形成工程と、を含み、
前記第1溶媒は、
前記機能層材料と第2溶媒を溶媒として少なくとも含む試料用インクを試料用基板に塗布し、前記第2溶媒を蒸発乾燥させることにより試料用機能層を形成し、
前記機能層を所望の断面形状とするための粘度が、前記第2溶媒の粘度から上昇させる方向にあるのか又は低下させる方向にあるのかを、前記第2溶媒の粘度、前記試料用機能層の断面形状および前記所望の断面形状との関係に基づき求め、
前記第2溶媒と同等の沸点または表面張力であり、かつ、前記求めた方向にある粘度を有する溶媒として選択されたものである、
有機EL素子の製造方法。 - 前記第2溶媒は、主骨格とこれに結合した置換基からなり、
前記第1溶媒は、前記第2溶媒の前記主骨格と同一の主骨格を有する溶媒の中から選択される、
請求項1に記載の有機EL素子の製造方法。 - 前記機能層用インクには、さらに、第3溶媒が含まれ、
前記機能層材料は、前記第1溶媒および前記第3溶媒に溶解している、
請求項1に記載の有機EL素子の製造方法。 - 前記機能層用インクには、さらに、第3溶媒が含まれ、
前記機能層材料および前記第1溶媒は前記第3溶媒に溶解している、
請求項1に記載の有機EL素子の製造方法。 - 前記機能層用インクに含まれる溶媒は、前記第1溶媒のみである、
請求項1に記載の有機EL素子の製造方法。 - 前記機能層用インクと前記試料用インクとにおいて前記機能層材料の濃度は一定である請求項1から5の何れか1項に記載の有機EL素子の製造方法。
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