JP6252469B2 - 有機エレクトロルミネセンスデバイス - Google Patents

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Description

本発明はエレクトロルミネセンス(以下、EL)を利用した有機ELデバイス及びその製造方法に関するものである。
有機ELデバイスは、二つの対向する電極の間に有機発光材料からなる有機発光層が形成され、有機発光層に電流を流すことで発光させるものである。
図3に一般的な有機エレクトロルミネセンスディスプレイデバイス300の模式図を示した。一つのピクセル(画素)301は、3原色のR(赤色)、G(緑色)、B(青色)それぞれのサブピクセル302からなる。サブピクセル302にはそれぞれの発光色の有機ELデバイスが形成されており、アクティブ駆動の場合には更に薄膜トランジスタ(以下、TFTとも呼ぶ)が形成されている。
一般的に、ディスプレイ用の基板として、パターニングされた感光性ポリイミド等の絶縁物がサブピクセル302を区画するように隔壁状に形成されているものを用いる。その際、隔壁パターンは陽極として成膜されている透明電極のエッジ部を覆うように形成され、隔壁パターンがサブピクセル302領域を規定している。
そして、透明電極及び隔壁パターン上に正孔注入層を形成する。正孔キャリアを注入するための正孔注入層を成膜する方法として、ドライ成膜とウェット成膜法の2種類がある。ウェット成膜法を用いる場合一般的に水に分散されたポリチオフェンの誘導体等が用いられる。正孔注入層の上に正孔輸送層を形成する場合もある。
有機発光層を形成する方法も同様にドライ成膜とウェット成膜法の2種類があるが、均一な成膜が容易なドライ成膜である真空蒸着法を用いる場合、微細パターンのマスクを用いてパターニングする必要があり、大型基板や微細パターニングが非常に困難である。
それに対して高分子材料又は低分子材料を溶剤に溶かして塗工液にし、これをウェット成膜法で薄膜形成する方法が可能である。高分子材料又は低分子材料の塗液を用いてウェット成膜法で有機発光層を含む発光媒体層を形成する場合の層構成は、陽極側から正孔輸送層、有機発光層と積層する2層構成が一般的である。このとき、有機発光層はカラーデバイス化するために赤(R)、緑(G)、青(B)のそれぞれの発光色をもつ有機発光材料を溶剤中に溶解又は安定して分散してなる有機発光インキを用いて塗り分けることができる(特許文献1、2)。
有機層を真空蒸着によって形成する場合、上記のように大面積、高精細が難しく、また装置コストが高いのに対して、ウェット成膜法では真空設備を用いないため装置コストが比較的低く、マスクを用いないため大面積化においてもメリットがある。
ウェット成膜法によるパターニング成膜には、インクジェット法、印刷法、ノズルプリント法によるパターン形成が提案されている。インクジェット法は、インクジェットノズルから溶剤に溶かした発光層材料を基板上に噴出させ、基板上で乾燥させることで所望のパターンを得る方法である(特許文献3)。
有機ELデバイスは積層構造にして機能分離することで高効率、長寿命化が図られているが、ウェット成膜法では有機膜の積層化が難しいという課題がある。有機膜の上に更に別の有機膜を塗布するときに、下層の有機膜が溶けてしまうからである。下層の有機膜が溶けない溶媒を選択することが一つの方法であるが、下層の材料、及びその上に塗布する有機材料の組合せは限られたものとなり、有機材料の選択幅が狭くなってしまうためにデバイス特性が低いものとなってしまう(特許文献4、5)。
また、下層に架橋性の材料を用い、成膜後に架橋させることで不溶化することもできる。この場合、反応性の高い架橋基を導入することでデバイス特性への悪影響が懸念され、また、材料合成が難しく高価になってしまう。
これに対して、良溶媒と貧溶媒とからなる混合溶媒を用いた湿式法で形成することで積層構造にする方法が開示されている。しかし、この方法では良溶媒が下層を溶解してしまい、また、良溶媒比率を小さくすることでインキの溶解度が低くなるために薄い膜厚でしか形成できないという問題があった(特許文献6)。
また、塗布時に成膜面の温度を溶媒の沸点以上に上昇させることで下層の溶解を防ぐ方法が開示されている。しかし、この方法では溶媒が極めて速く乾燥するために塗布膜に不均一な析出が起きやすく、またレベリングがされないために基板内での膜厚分布が大きくなってしまうという問題があった(特許文献7)。
特開2001−93668号公報 特開2001−155858号公報 特開平10−12377号公報 特開2002−299061号公報 特開2002−319488号公報 特開2005−259523号公報 特開2006−172987号公報
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、有機ELデバイスの製造方法において、塗布方式は生産性に優れているが、下層を塗液が溶かすという問題があり、効率や安定性に欠ける。これを解決し発光層を塗布形成しても、塗工面に位置する正孔輸送層を溶かすことなく、高効率で長寿命の有機ELデバイスを製造する方法を提供することである。
上記の課題を解決するための手段として、本発明の第1の態様は、基板上に形成された第一電極と、少なくとも有機発光層を含む発光媒体層と、前記発光媒体層を挟むように前記第一電極と対向して形成された第二電極を少なくとも備える有機エレクトロルミネセンスデバイスであって、
前記発光媒体層の中に少なくとも有機発光層と前記有機発光層に隣接する正孔輸送層とを有し、前記正孔輸送層に少なくとも低分子正孔輸送材料と重量平均分子量が20万以上5000万以下の絶縁性マトリクスポリマーとを含むことを特徴とする有機エレクトロルミネセンスデバイスである。
また、本発明の第2の態様は、発光領域を区画するように隔壁が形成されていることを特徴とする本発明の第1の態様の有機エレクトロルミネセンスデバイスである。
また、本発明の第3の態様は、前記絶縁性マトリクスポリマーの重量平均分子量が100万以上5000万以下であることを特徴とする本発明の第1又は2の態様の有機エレクトロルミネセンスデバイスである。
また、本発明の第4の態様は、前記有機発光層に、少なくとも低分子発光材料と重量平均分子量が20万以上5000万以下の絶縁性マトリクスポリマーとを含むことを特徴とする本発明の第1〜3のいずれかの態様の有機エレクトロルミネセンスデバイスである。
また、本発明の第5の態様は、前記有機発光層に、少なくとも低分子発光材料と重量平均分子量が100万以上5000万以下の絶縁性マトリクスポリマーとを含むことを特徴とする本発明の第4の態様の有機エレクトロルミネセンスデバイスである。
また、本発明の第6の態様は、前記正孔輸送層と前記有機発光層に同じ絶縁性マトリクスポリマーを含むことを特徴とする本発明の第1〜5のいずれかの態様の有機エレクトロルミネセンスデバイスである。
また、本発明の第7の態様は、前記正孔輸送層及び前記有機発光層を塗布法により形成することを特徴とする本発明の第1〜6のいずれかの態様の有機エレクトロルミネセンスデバイスの製造方法である。
また、本発明の第8の態様は、前記有機発光層を塗布する工程において基板を加熱することを特徴とする本発明の第7の態様の有機エレクトロルミネセンスデバイスの製造方法である。
また、本発明の第9の態様は、基板を加熱する温度が前記有機発光層を形成するインキの溶媒の沸点以下であることを特徴とする本発明の第8の態様の有機エレクトロルミネセンスデバイスの製造方法である。
また、本発明の第10の態様は、前記有機発光層を塗布する工程がノズルプリント法であることを特徴とする本発明の第1〜9のいずれかの態様の有機エレクトロルミネセンスデバイスの製造方法である。
また、本発明の第11の態様は、前記有機発光層を塗布する工程が凸版印刷法であることを特徴とする本発明の第1〜9のいずれかの態様の有機エレクトロルミネセンスデバイスの製造方法である。
本発明の、低分子正孔輸送材料と巨大分子量絶縁性高分子との組合せにより、ELデバイスを構成する正孔輸送層上に発光層を塗布形成しても、正孔輸送層が犯されることなく、性能を維持できるため、簡便で、生産性の高い塗布方式を用いることができ、高効率で、長寿命の有機ELデバイスを得ることができる。
本発明の有機ELデバイスの一実施形態例を示した概念図である。 本発明に用いることができる隔壁付きTFT基板の一実施形態例を示した概念図である。 一般的な有機ELデバイスを示した概念図である。
以下本発明を実施するための形態を、図面を用いて詳細に説明する。本発明の有機ELデバイスの実施形態の一例を図1に示す。まず、a)基板100上に第一電極101を形成する。次に、b)第一電極101上に正孔注入層102を形成する。次に、c)正孔注入層102上に正孔輸送層103を塗布法にて形成する。正孔輸送層103には少なくとも正孔輸送材料と重量平均分子量が20万以上のマトリクスポリマーとを含んでいる。次に、d)正孔輸送層103上に有機発光層104を塗布法にて形成する。
有機ELデバイスにおいて、正孔輸送層103、有機発光層104、電子輸送層105等に適用される有機材料のほとんどは溶媒に対する溶解性が似通っている。このため、例えば正孔輸送層102を形成した後に有機発光層104を塗布にて形成するときに有機発光層材料のインキの溶媒に対して正孔輸送層103が溶出してしまう。このため、正孔輸送層103が溶解、膜減りしてしまうという問題が起こる。
本発明では、正孔輸送層103にマトリクスポリマーを含むことにより正孔輸送層103に含まれる有機材料の流動性を低下させることで、正孔輸送層103の上に有機発光層104を塗布したときの正孔輸送層103と有機発光層104との混合を抑制している。 溶液状態での流動性を十分に低下させるためにマトリクスポリマーは重量平均分子量が20万以上5000万以下であることが必須である。更にマトリクスポリマーの重量平均分子量が100万以上であれば好ましい。マトリクスポリマーを正孔輸送層103に混合することにより一般に正孔移動度は低下するが、マトリクスポリマーの重量平均分子量が100万以上であると、マトリクスポリマーの混合比率が低くても流動性低下の効果を得ることができるため移動度の低下を抑制することができる。マトリクスポリマーの重量平均分子量が5000万より大きいと溶媒に溶解しなくなる。
正孔輸送層103に含むマトリクスポリマーは絶縁性であることが必須である。絶縁性とは導電性も電荷輸送性もないことである。マトリクスポリマーが導電性又は電荷輸送性であるとキャリアが低分子正孔輸送材料だけでなくマトリクスポリマーにも注入してしまって特性低下の要因になる。
正孔輸送層103には、低分子正孔輸送材料が含まれる。低分子正孔輸送材料は高分子正孔輸送材料よりも材料設計の自由度が高く、バンドギャップを大きくしやすいため励起子ブロック性、電子ブロック性が高くデバイス効率が高くなり、また耐久性も高い。
正孔輸送層103に含むマトリクスポリマーの混合比は5%〜70%が好ましく、10%〜50%がより好ましい。混合比が低すぎると流動性低下の効果を十分に得ることができず、混合比が高すぎると正孔輸送層の正孔輸送能が大きく低下してしまうためである。また、有機発光層104に少なくとも低分子発光材料と重量平均分子量が20万以上のマトリクスポリマーとを含むことが好ましい。マトリクスポリマーを含むことで有機発光層に含まれる材料の流動性を低下させ、正孔輸送層103の上に有機発光層104を塗布したときの正孔輸送層103と有機発光層104との混合を抑制できる。
更にマトリクスポリマーの重量平均分子量が100万以上であれば好ましい。マトリクスポリマーを有機発光層に混合することにより一般に正孔移動度、電子移動度は低下するが、マトリクスポリマーの重量平均分子量が100万以上であると、マトリクスポリマーの混合比率が低くても流動性低下の効果を得ることができるため移動度の低下を抑制することができる。また、正孔輸送層103と有機発光層104とで同じマトリクスポリマーを含むことが好ましい。正孔輸送層103と有機発光層104とに同じマトリクスポリマーを含むことで正孔輸送層103と有機発光層104との界面の接合が良くなりキャリア注入が良好になる。
有機発光層104に含むマトリクスポリマーの混合比は5%〜70%が好ましく、10%〜50%がより好ましい。混合比が低すぎると流動性低下の効果を十分に得ることができず、混合比が高すぎると有機発光層の電荷輸送能が大きく低下し、さらに発光効率が低下してしまうためである。また、有機発光層104を塗布する工程において基板を加熱することが好ましい。基板を加熱することで溶媒の乾燥を促進し、有機発光層104を塗布したときの正孔輸送層103と有機発光層104との混合を抑制できる。この時の基板加熱温度は、有機発光層104を形成するインキの溶媒の沸点以下であることが好ましい。沸点以上で加熱すると、溶媒が極めて速く乾燥するために塗布膜に不均一な析出が起きやすく、またレベリングがされないために基板内での膜厚分布が大きくなってしまうからである。
次に、e)有機発光層104上に電子輸送層105を例えば真空蒸着法にて形成する。次に、f)電子輸送層105上に第二電極106を形成する。以上の工程で有機エレクトロルミネセンスデバイスが形成される。
有機ELデバイスは発光領域を区画するように隔壁が形成されていることが好ましい。隔壁を形成することによって有機発光層塗布時の基板面方向の溶液の流動を抑制することができ、より均一に有機発光層104を形成できる。
本発明における有機ELデバイスはパッシブ駆動、アクティブ駆動のいずれにも適用することができる。
また、本発明はデバイス300、及び照明デバイス、等に適用が可能である。
以下、本発明の詳細な構成について説明する。
<基板>
本発明の実施の形態に用いられる基板200としては、有機ELデバイスを担持できるものであればよいが、アクティブマトリクス方式の場合には薄膜トランジスタを形成したTFT基板を用いる。図2は本発明に用いることができる隔壁付きTFT基板の例である。TFTと有機EL表示装置の画素電極(第一電極)207が設けられており、かつ、TFTと第一電極207とが電気接続している。
TFTや、その上方に構成されるアクティブマトリクス駆動型有機ELデバイスは支持体で支持される。支持体としては機械的強度、絶縁性を有し寸法安定性に優れた支持体であれば如何なる材料も使用することができる。
例えば、ガラスや石英、ポリプロピレン、ポリエーテルサルフォン、ポリカーボネート、シクロオレフィンポリマー、ポリアリレート、ポリアミド、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等のプラスチックフィルムやシート、又は、これらプラスチックフィルムやシートに酸化珪素、酸化アルミニウム等の金属酸化物や、弗化アルミニウム、弗化マグネシウム等の金属弗化物、窒化珪素、窒化アルミニウムなどの金属窒化物、酸窒化珪素などの金属酸窒化物、アクリル樹脂やエポキシ樹脂、シリコン樹脂、ポリエステル樹脂などの高分子樹脂膜を単層もしくは積層させた透光性基材や、アルミニウムやステンレスなどの金属箔、シート、板や、前記プラスチックフィルムやシートにアルミニウム、銅、ニッケル、ステンレスなどの金属膜を積層させた非透光性基材などを用いることができる。
光取出しをどちらの面から行うかに応じて支持体の透光性を選択すればよい。これらの材料からなる支持体は、有機ELでデバイス装置内への水分の侵入を避けるために、無機膜を形成したり、フッ素樹脂を塗布したりして、防湿処理や疎水性処理を施してあることが好ましい。特に、有機発光層への水分の侵入を避けるために、支持体における含水率及びガス透過係数を小さくすることが好ましい。
支持体上に設ける薄膜トランジスタは、公知の薄膜トランジスタを用いることができる。具体的には、主として、ソース/ドレイン領域及びチャネル領域が形成される活性層201、ゲート絶縁膜202及びゲート電極205から構成される薄膜トランジスタが挙げられる。薄膜トランジスタの構造としては、特に限定されるものではなく、例えば、スタガ型、逆スタガ型、トップゲート型、コプレーナ型等が挙げられる。
活性層201は、特に限定されるものではなく、例えば、非晶質シリコン、多結晶シリコン、微結晶シリコン、セレン化カドミウム等の無機半導体材料、ZnO、IGZO等の金属酸化物半導体材料、又はチオフエンオリゴマー、ポリ(p−フェリレンビニレン)等の有機半導体材料により形成することができる。
これらの活性層は、例えば、
アモルファスシリコンをプラズマCVD法により積層し、
イオンドーピングする方法;SiHガスを用いてLPCVD法によりアモルファスシリコンを形成し、固相成長法によりアモルファスシリコンを結晶化してポリシリコンを得た後、
イオン打ち込み法によりイオンドーピングする方法;Siガスを用いてLPCVD法により、また、SiHガスを用いてPECVD法によりアモルファスシリコンを形成し、エキシマレーザー等のレーザーによりアニールし、アモルファスシリコンを結晶化してポリシリコンを得た後、
イオンドーピング法によりイオンドーピングする方法(低温プロセス);減圧CVD法又はLPCVD法によりポリシリコンを積層し、1000℃以上で熱酸化してゲート絶縁膜を形成し、その上にn+ポリシリコンのゲート電極を形成し、その後、イオン打ち込み法によりイオンドーピングする方法(高温プロセス)等が挙げられる。
ゲート絶縁膜202としては、通常、ゲート絶縁膜として使用されているものを用いることができ、例えば、PECVD法、LPCVD法等により形成されたSiOや、ポリシリコン膜を熱酸化して得られるSiO等を用いることができる。
ゲート電極205としては、通常、ゲート電極として使用されているものを用いることができ、例えば、アルミ、銅等の金属;チタン、タンタル、タングステン等の高融点金属;ポリシリコン;高融点金属のシリサイド;ポリサイド;等が挙げられる。
薄膜トランジスタは、シングルゲート構造、ダブルゲート構造、ゲート電極が3つ以上のマルチゲート構造であってもよい。また、LDD(Lightly Doped Drain)構造、オフセット構造を有していてもよい。更に、1つの画素中に2つ以上の薄膜トランジスタが配置されていてもよい。
本発明の表示デバイスは薄膜トランジスタが有機ELデバイスのスイッチングデバイスとして機能するように接続されている必要があり、トランジスタのドレイン電極204と有機EL表示装置の画素電極が電気的に接続されている。
<画素電極>
基板の上に画素電極(第一電極)207を成膜し、必要に応じてパターニングを行う。画素電極の材料としては、ITO(インジウムスズ複合酸化物)やインジウム亜鉛複合酸化物、亜鉛アルミニウム複合酸化物などの金属複合酸化物や、金、白金などの金属材料や、これら金属酸化物や金属材料の微粒子をエポキシ樹脂やアクリル樹脂などに分散した微粒子分散膜を、単層もしくは積層したものをいずれも使用することができる。
画素電極207を陽極とする場合にはITOなど仕事関数の高い材料を選択することが好ましい。下方から光を取り出す、いわゆるボトムエミッション構造の場合は透光性のある材料を選択する必要がある。画素電極の形成方法としては、材料に応じて、抵抗加熱蒸着法、電子ビーム蒸着法、反応性蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタリング法などの乾式成膜法や、グラビア印刷法、スクリーン印刷法などの湿式成膜法などを用いることができる。画素電極のパターニング方法としては、材料や成膜方法に応じて、マスク蒸着法、フォトリソグラフィー法、ウェットエッチング法、ドライエッチング法などの既存のパターニング法を用いることができる。本発明においては、フォトリソグラフィー法が好ましい。
<隔壁>
隔壁208は画素に対応した発光領域を区画するように形成する。塗布法により有機層を形成する際に有機材料を溶かした溶液を入れるための開口を形成するために隔壁は形成される。
隔壁208の形成方法としては、基体上に無機膜を一様に形成し、レジストでマスキングした後、ドライエッチングを行う方法や、基体上に感光性樹脂を積層し、フォトリソ法により所定のパターンとする方法が挙げられる。隔壁の好ましい高さは0.1μm〜10.0μmであり、より好ましくは0.5μm〜4.0μm程度である。高すぎると対向電極の形成及び封止を妨げ、低すぎると発光媒体層形成時に隣接する画素と混色してしまうからである。隔壁としては、感光性樹脂が好適に用いることができる。感光性樹脂としてはポジ型レジスト、ネガ型レジストのどちらでもよく、具体的にはポリイミド系、アクリル樹脂系、ノボラック樹脂系の感光性樹脂が挙げられる。必要に応じて撥水剤を添加したり、プラズマやUVを照射して形成後にインクに対する撥液性を付与することもできる。
<有機ELデバイス>
有機ELデバイスの一例として、第一電極101上に、発光媒体層として正孔注入層102、正孔輸送層103、有機発光層104、電子輸送層105が順次設けられ、更に第二電極106が形成された構成が挙げられる。電極間に挟まれたこれらの層は一部省略することも可能であり、また、更に正孔ブロック層等の層を追加することも可能であり、公知のものから適宜選択される。
<正孔注入層>
正孔注入層102は第一電極から正孔を注入する機能を有する。正孔注入層102の物性値としては、画素電極207の仕事関数と同等以上の仕事関数を有することが好ましい。これは画素電極から効率的に正孔注入を行うためである。画素電極207の材料により異なるが4.5eV以上6.5eV以下を用いることができ、画素電極がITOやIZOの場合、5.0eV以上6.0eV以下が好適に用いることが可能である。正孔注入層の比抵抗に関しては、膜厚30nm以上の状態で、1×103〜2×106Ω・mであることが好ましく、より好ましくは5×103〜1×106Ω・mである。また、ボトムエミッション構造では画素電極側から放出光を取り出すため、光透過性が低いと取り出し効率が低下してしまうため、可視光波長領域の全平均で75%以上が好ましく、85%以上ならば好適に用いることが可能である。
正孔注入層102を構成する材料としては、例えば、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリビニルカルバゾール、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)とポリスチレンスルホン酸との混合物等の高分子材料を用いることができる。この他にも、導電率が10−2S/cm以上10−6S/cm以下である導電性高分子を好ましく用いることができる。高分子材料は、湿式法による成膜工程に使用可能である。このため、正孔注入層を形成する際に高分子材料を用いることが好ましい。このような高分子材料は、水又は溶剤によって分散あるいは溶解され、分散液又は溶液として使用される。
また、正孔輸送材料103として無機材料を用いる場合、CuO、Cr、Mn、FeO(X〜0.1)、NiO、CoO、Bi、SnO、ThO、Nb、Pr、AgO、MoO、ZnO、TiO、V、Nb、Ta、MoO、WO、MnO等を用いることができる。
正孔注入層102を形成する方法としては、画素電極207上の表示領域全面にスリットコート法、スピンコート法、ダイコート法、ディッピング法、ブレードコート法、又はスプレー法等の簡便な方法で一括形成することもできるが、凸版印刷法、グラビア印刷法、スクリーン印刷法などの湿式成膜法など既存の成膜法を用いることもできる。
正孔注入層102を形成する際には、上記正孔輸送材料が水、有機溶剤、あるいはこれらの混合溶剤に溶解されたインキ(液体材料)が用いられる。有機溶剤としては、トルエン、キシレン、アニソール、メシチレン、テトラリン、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、酢酸エチル、酢酸ブチル等が使用できる。また、インキには、界面活性剤、酸化防止剤、粘度調整剤、紫外線吸収剤等を添加してもよい。
正孔注入層102が無機材料である場合には抵抗加熱蒸着法、電子ビーム蒸着法、反応性蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタリング法等のドライプロセスを用いて形成することができる。
<正孔輸送層>
上記正孔輸送層103は、有機発光層104と正孔注入層102の間に積層することで、デバイスの発光寿命を向上させる機能を有する。
正孔輸送層103の材料としては、低分子正孔輸送材料が好適に用いることができ、例例えば、芳香族アミン、(トリフェニルアミン)ダイマー誘導体(TPD)、(α−ナフチルジフェニルアミン)ダイマー(α−NPD)、[(トリフェニルアミン)ダイマー]スピロダイマー(Spiro−TAD)、化式1に示すTPTE、化式2に示すTPT1等のトリアリールアミン類、4,4',4''−トリス[3−メチルフェニル(フェニル)アミノ]トリフェニルアミン(m−MTDATA)、4,4',4''−トリス[1-ナフチル(フェニル)アミノ]トリフェニルアミン(1−TNATA)等のスターバーストアミン類及び5,5'−α−ビス−{4−[ビス(4−メチルフェニル)アミノ]フェニル}−2,2':5',2'−αターチオフェン(BMA−3T)等のオリゴチオフェン類、等が挙げられるが本発明ではこれらに限定されるわけではない。
Figure 0006252469
Figure 0006252469
正孔輸送層103には、重量平均分子量が20万以上5000万以下のマトリクスポリマーを含む。マトリクスポリマーとしては、例えば、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリプロピレン、ポリエーテルサルフォン、シクロオレフィンポリマー、ポリアリレート、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等を好適に用いることができる。
これらの有機材料は、溶媒に溶解又は安定に分散させ有機正孔輸送層103のインキとなる。有機正孔輸送層材料を溶解又は分散する溶媒としては、トルエン、キシレン、アセトン、アニソール、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノンなどの単独又はこれらの混合溶媒が上げられる。中でもトルエン、キシレン、アニソールといった芳香族有機溶媒が有機正孔輸送層材料の溶解性の面から好適である。また、有機正孔輸送層インキには必要に応じて、界面活性剤、酸化防止剤、粘度調整剤、紫外線吸収剤等が添加されてもよい。
これら正孔輸送層材料としては、正孔注入層103よりも仕事関数が同等以上の材料を選択することが好ましく、更に有機発光層104よりも仕事関数が同等以下であることがより好ましい。これは正孔注入層103から有機発光層104へのキャリア注入時に不必要な注入障壁を形成しないためである。また有機発光層104から発光に寄与できなかった電荷を閉じ込める効果を得るため、バンドギャップが3.0eV以上であることが好ましく、より好ましくは3.5eV以上であると好適に用いることができる。
正孔輸送層103の形成法としては、画素電極207上の表示領域全面にスリットコート法、スピンコート法、ダイコート法、ディッピング法、ブレードコート法、又はスプレー法等の簡便な方法で一括形成することもできるが、凸版印刷法、インクジェット法、ノズルプリント法、グラビア印刷法、スクリーン印刷法などの湿式成膜法など既存の成膜法を用いることもできる。
<有機発光層>
正孔輸送層形成後、有機発光層104を形成する。有機発光層104は電流を通すことにより発光する層であり、有機発光層104から放出される表示光が単色の場合、正孔輸送層103を被覆するように形成するが、多色の表示光を得るには必要に応じてパターニングを行うことにより好適に用いることができる。
有機発光層104を形成する有機発光材料は、例えば、9,10−ジアリールアントラセン誘導体、ピレン、コロネン、ルブレン、1,1,4,4−テトラフェニルブタジエン、トリス(8−キノラート)アルミニウム錯体、トリス(4−メチル−8−キノラート)アルミニウム錯体、ビス(8−キノラート)亜鉛錯体、トリス(4−メチル−5−トリフルオロメチル−8−キノラート)アルミニウム錯体、トリス(4−メチル−5−シアノ−8−キノラート)アルミニウム錯体、ビス(2−メチル−5−トリフルオロメチル−8−キノリノラート)[4−(4−シアノフェニル)フェノラート]アルミニウム錯体、ビス(2−メチル−5−シアノ−8−キノリノラート)[4−(4−シアノフェニル)フェノラート]アルミニウム錯体、トリス(8−キノリノラート)スカンジウム錯体、ビス[8−(パラ−トシル)アミノキノリン]亜鉛錯体及びカドミウム錯体、1,2,3,4−テトラフェニルシクロペンタジエン、クマリン系、ペリレン系、ピラン系、アンスロン系、ポルフィレン系、キナクリドン系、N,N’−ジアルキル置換キナクリドン系、ナフタルイミド系、N,N’−ジアリール置換ピロロピロール系、イリジウム錯体系などの低分子系発光材料が使用できるが、本発明ではこれらに限定されるわけではない。
また、ポリアリーレン系、ポリアリーレンビニレン系やポリフルオレン系の高分子材料が挙げることができる。
有機発光層104には、マトリクスポリマーを含むことができる。マトリクスポリマーとしては、例えば、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリプロピレン、ポリエーテルサルフォン、シクロオレフィンポリマー、ポリアリレート、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等を好適に用いることができる。
これらの有機発光材料は溶媒に溶解又は安定に分散させ有機発光インキとなる。有機発光材料を溶解又は分散する溶媒としては、トルエン、キシレン、アセトン、アニソール、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノンなどの単独又はこれらの混合溶媒が上げられる。中でもトルエン、キシレン、アニソールといった芳香族有機溶媒が有機発光材料の溶解性の面から好適である。また、有機発光インキには必要に応じて、界面活性剤、酸化防止剤、粘度調整剤、紫外線吸収剤等が添加されてもよい。
有機発光層104の形成法としては、ウェット成膜法が好ましく、パターニング成膜にはインクジェット法、ノズルプリント法、凸版印刷法、グラビア印刷法、スクリーン印刷法などのウェット成膜法など既存の成膜法を用いることができる。特に、ノズルプリント法、又は凸版印刷法が好ましい。
また、単色の有機ELデバイスや照明デバイス等で有機発光層104のパターニング成膜が必要ない場合は、画素電極207上の表示領域全面にスリットコート法、スピンコート法、ダイコート法、ディッピング法、ブレードコート法、又はスプレー法等の簡便な方法で一括形成することができる。
<電子注入層>
有機発光層を形成した後、正孔ブロック層や電子注入層等を形成することができる。正孔ブロック層及び電子注入層に用いる材料としては、一般に電子輸送材料として用いられているものであれば良く、トリアゾール系、オキサゾール系、オキサジアゾール系、シロール系、ボロン系等の低分子系材料、フッ化リチウムや酸化リチウム等のアルカリ金属やアルカリ土類金属の塩や酸化物等を用いて真空蒸着法による成膜が可能である。
また、これらの電子輸送材料又はこれら電子輸送材料をポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリビニルカルバゾール等の高分子中に混合したものをトルエン、キシレン、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、酢酸エチル、酢酸ブチル、水等の単独又は混合溶媒に溶解又は分散させて電子注入塗布液とし、印刷法により成膜できる。
<対向電極>
次に、対向電極(第二電極)106を形成する。対向電極を陰極とする場合には、有機発光層への電子注入効率の高い、仕事関数の低い物質を用いる。具体的にはMg、Al、Yb等の金属単体を用いたり、発光媒体層と接する界面にLiや酸化Li、LiF等の化合物を1nm程度挟んで、安定性・導電性の高いAlやCuを積層して用いてもよい。又は電子注入効率と安定性を両立させるため、仕事関数が低いLi、Mg、Ca、Sr、La、Ce、Er、Eu、Sc、Y、Yb等の金属1種以上と、安定なAg、Al、Cu等の金属元素との合金系を用いてもよい。具体的にはMgAg、AlLi、CuLi等の合金が使用できる。
対向電極106の形成方法は、材料に応じて、抵抗加熱蒸着法、電子ビーム蒸着法、反応性蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタリング法を用いることができる。
<封止>
有機EL表示装置としては電極間に発光材料を挟み、電流を流すことで発光させることが可能であるが、有機発光材料は大気中の水分や酸素によって容易に劣化してしまうため通常は外部と遮断するための封止をする。
<缶封止>
封止は例えば封止缶を基板上に接着しても良い。封止缶としては、ガスの透過性の低いものである必要があり、その材質は、ガラス、あるいはステンレス等の金属、等を用いることができる。接着剤としては、UV硬化性の接着剤が好ましい。
<パッシベーション層>
有機ELデバイスを外部からの酸素や水分から保護するために、対向電極上にパッシベーション層を形成しても良い。パッシベーション層としては、酸化珪素、酸化アルミニウム等の金属酸化物、弗化アルミニウム、弗化マグネシウム等の金属弗化物、窒化珪素、窒化アルミニウム、窒化炭素などの金属窒化物、酸窒化珪素などの金属酸窒化物、炭化ケイ素などの金属炭化物、必要に応じて、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、シリコン樹脂、ポリエステル樹脂などの高分子樹脂膜との積層膜を用いてもよいが、特に、バリア性と透明性の面から、酸化ケイ素、酸窒化ケイ素、窒化ケイ素を用いることが好ましく、更には、膜密度を可変した積層膜や勾配膜を使用することにより、段差被覆性とバリア性を両立する膜となる。
パッシベーション層の形成方法としては、材料に応じて、抵抗加熱蒸着法、電子ビーム蒸着法、反応性蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタリング法、CVD法を用いることができるが、特に、バリア性や段差被覆性の面、更には成膜条件により膜密度や膜組成を容易に可変できることから、CVD法を用いることが好ましい。CVD法としては、熱CVD法、プラズマCVD法、触媒CVD法、VUV−CVD法などを用いることができる。また、CVD法における反応ガスとしては、モノシランや、ヘキサメチルジシラザン(HMDS)やテトラエトキシシランなどの有機シリコン化合物に、N、O、NH、H、NOなどのガスを必要に応じて添加してもよく、必要に応じて、シランなどのガス流量や、プラズマ電力を変えることにより膜密度を変化させてもよく、使用する反応性ガスにより膜中に水素や炭素が含有させることもできる。
パッシベーション層の膜厚としては、5μm以下、より好ましくは1μm以下とすることが好ましい。
<封止体>
封止のために、封止材上に樹脂層を設けてこれを貼り合わせることもできる。
封止材としては、水分や酸素の透過性が低い基材である必要がある。また、材料の一例として、アルミナ、窒化ケイ素、窒化ホウ素等のセラミックス、無アルカリガラス、アルカリガラス等のガラス、石英、耐湿性フィルムなどを挙げることができる。耐湿性フィルムの例として、プラスチック基材の両面にSiOをCVD法で形成したフィルムや、透過性の小さいフィルムと吸水性のあるフィルム又は吸水剤を塗布した重合体フィルムなどがあり、耐湿性フィルムの水蒸気透過率は、10−6g/m/day以下であることが好ましい。
樹脂層の材料の一例として、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、シリコン樹脂などからなる光硬化型接着性樹脂、熱硬化型接着性樹脂、2液硬化型接着性樹脂や、エチレンエチルアクリレート(EEA)ポリマー等のアクリル系樹脂、エチレンビニルアセテート(EVA)等のビニル系樹脂、ポリアミド、合成ゴム等の熱可塑性樹脂や、ポリエチレンやポリプロピレンの酸変性物などの熱可塑性接着性樹脂を挙げることができる。
樹脂層を封止材の上に形成する方法の一例として、溶剤溶液法、押出ラミ法、溶融・ホットメルト法、カレンダー法、ノズル塗布法、スクリーン印刷法、真空ラミネート法、熱ロールラミネート法などを挙げることができる。必要に応じて吸湿性や吸酸素性を有する材料を含有させることもできる。封止材上に形成する樹脂層の厚みは、封止する有機EL表示装置の大きさや形状により任意に決定されるが、5〜500μm程度が望ましい。なお、ここでは封止材上に樹脂層として形成したが直接有機ELデバイス側に形成することもできる。
最後に、有機EL表示装置と封止体との貼り合わせを封止室で行う。封止体を、封止材と樹脂層の2層構造とし、樹脂層に熱可塑性樹脂を使用した場合は、加熱したロールで圧着のみ行うことが好ましい。熱硬化型接着樹脂を使用した場合は、加熱したロールで圧着した後、更に硬化温度で加熱硬化を行うことが好ましい。光硬化性接着樹脂を使用した場合は、ロールで圧着した後、更に光を照射することで硬化を行うことができる。
以下、本発明の実施例について説明する。
基板100として厚さが0.7mm、一辺が40mm四方のガラスを用いた。この上に、第一電極(陽極)101としてITOを膜厚150nmでスパッタリングにより形成し、ライン状にパターニングした。次にITOライン上に2mm角の開口を有する形状で隔壁パターンを形成した。
次に正孔注入層102としてポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)とポリスチレンスルホン酸との混合物をスピンコート法により60nmの膜厚で形成した。
次に、正孔輸送層103を形成した。正孔輸送材料である化式2に示すTPT1を重量平均分子量20万のポリスチレンと7:3の比率で混合してトルエンに溶解させたインキを用いスピンコート法により塗布した。溶媒を乾燥させた後の膜厚は20nmであった。
次に、有機発光層を形成した。ホスト材として2,2′,2″‐(1,3,5‐ベンゼントリイル)トリス(1-フェニル‐1H‐ベンゾイミダゾール)(TPBi)、ドープ材としてトリス(2‐(p‐トリル)ピリジン)イリジウムIII(Ir(mppy)3)を94:6の比率で混合してトルエンに溶解させたインキを用いブレードコート法により塗布した。塗布時に基板を70℃に加熱した。溶媒を乾燥させた後の膜厚は60nmであった。
次に、電子輸送層105として、TPBiを真空蒸着法により20nmの膜厚で形成した。次に、第二電極(陰極)106として真空蒸着法でLiFを0.5nm成膜し、その後アルミニウム膜を150nm成膜した。ITOライン上の隔壁パターンの開口部分に成膜されるようなライン状のメタルマスクを用い、このメタルマスクをITOラインと直交するように設置して成膜した。こうして隔壁パターンの開口部分には有機EL発光領域が形成された。
その後、これらの有機EL構成体を、外部の酸素や水分から保護するために、ガラスキャップと接着剤を用いて密閉封止した。こうして得られた有機ELデバイスを駆動したところ、緑色発光が得られた。最大発光効率は32cd/Aであった。
正孔輸送層に重量平均分子量が50万のポリスチレンを用い、他の条件は実施例1と同様にして有機ELデバイスを作製した。得られた有機ELデバイスを駆動したところ、緑色発光が得られ、最大発光効率は33cd/Aであった。
正孔輸送層に重量平均分子量が100万のポリスチレンを用い、他の条件は実施例1と同様にして有機ELデバイスを作製した。得られた有機ELデバイスを駆動したところ、緑色発光が得られ、最大発光効率は39cd/Aであった。
正孔輸送層に重量平均分子量が200万のポリスチレンを用い、他の条件は実施例1と同様にして有機ELデバイスを作製した。得られた有機ELデバイスを駆動したところ、緑色発光が得られ、最大発光効率は41cd/Aであった。
有機発光層の形成に、ホスト材として2,2′,2″-(1,3,5-ベンゼントリイル)トリス(1-フェニル-1H-ベンゾイミダゾール)(TPBi)、ドープ材としてトリス(2−(p−トリル)ピリジン)イリジウムIII(Ir(mppy)3)と、重量平均分子量100万のポリスチレンを75.2:4.8:20の比率で混合してトルエンに溶解させたインキを用いた以外は、実施例3と同様にして有機ELデバイスを作製した。得られた有機ELデバイスを駆動したところ、緑色発光が得られた。最大発光効率は45cd/Aであった。
有機発光層を塗布するときに基板を加熱しなかった以外は、実施例3と同様にして有機ELデバイスを作製した。得られた有機ELデバイスを駆動したところ、緑色発光が得られた。最大発光効率は29cd/Aであった。
正孔輸送層に重量平均分子量が700万のポリスチレンを用い、他の条件は実施例1と同様にして有機ELデバイスを作製した。得られた有機ELデバイスを駆動したところ、緑色発光が得られ、最大発光効率は41cd/Aであった。
正孔輸送層に重量平均分子量が2000万のポリスチレンを用い、他の条件は実施例1と同様にして有機ELデバイスを作製した。得られた有機ELデバイスを駆動したところ、緑色発光が得られ、最大発光効率は38cd/Aであった。
正孔輸送層に重量平均分子量が3000万のポリスチレンを用い、他の条件は実施例1と同様にして有機ELデバイスを作製した。得られた有機ELデバイスを駆動したところ、緑色発光が得られ、最大発光効率は39cd/Aであった。
<比較例1>
正孔輸送層として正孔輸送材料であるTPT1をトルエンに溶解させたインキを用いて塗布した以外は実施例1と同様にして有機ELデバイスを作製した。得られた有機ELデバイスを駆動したところ、緑色発光が得られたが、最大発光効率は17cd/Aと低いものであった。
<比較例2>
正孔輸送層に重量平均分子量が1万のポリスチレンを用い、他の条件は実施例1と同様にして有機ELデバイスを作製した。得られた有機ELデバイスを駆動したところ、緑色発光が得られたが、最大発光効率は17cd/Aと低いものであった。
<比較例3>
正孔輸送層に重量平均分子量が10万のポリスチレンを用い、他の条件は実施例1と同様にして有機ELデバイスを作製した。得られた有機ELデバイスを駆動したところ、緑色発光が得られたが、最大発光効率は22cd/Aと低いものであった。
<比較例4>
正孔輸送層に重量平均分子量が15万のポリスチレンを用い、他の条件は実施例1と同様にして有機ELデバイスを作製した。得られた有機ELデバイスを駆動したところ、緑色発光が得られたが、最大発光効率は22cd/Aと低いものであった。
<比較例5>
有機発光層を塗布するときに基板を、有機発光層を形成するインキに使用されている溶媒であるトルエンの沸点、110℃より高い130℃に加熱した以外は、実施例3と同様にして有機ELデバイスを作製した。得られた有機ELデバイスを駆動したところ、緑色発光が得られた。最大発光効率は25cd/Aであった。発光は不均一であった。有機発光層が不均一な膜になったためと考えられる。
それぞれの最大発光効率を表1に示した。
Figure 0006252469
正孔輸送層に重量平均分子量が20万以上のポリスチレンを用いたものは32cd/A以上の発光効率が得られ、更にその重量平均分子量を上げていくと発光効率が高くなった。
100・・・基板
101・・・画素電極(第一電極)
102・・・正孔注入層
103・・・正孔輸送層
104・・・有機発光層
105・・・電子輸送層
106・・・対向電極(第二電極)
200・・・基板
201・・・活性層
202・・・ゲート絶縁膜
203・・・ソース電極
204・・・ドレイン電極
205・・・ゲート電極
206・・・絶縁膜
207・・・画素電極(第一電極)
208・・・隔壁
209・・・走査線
300・・・有機ELディスプレイデバイス
301・・・ピクセル
302・・・サブピクセル

Claims (5)

  1. 基板上に形成された第一電極と、少なくとも有機発光層を含む発光媒体層と、前記発光媒体層を挟むように前記第一電極と対向して形成された第二電極を少なくとも備える有機エレクトロルミネセンスデバイスであって、
    前記発光媒体層の中に少なくとも有機発光層と前記有機発光層に隣接する正孔輸送層とを有し、前記正孔輸送層に少なくとも低分子正孔輸送材料と重量平均分子量が20万以上5000万以下の絶縁性マトリクスポリマーとを含み、
    前記有機発光層に、少なくとも低分子発光材料と重量平均分子量が20万以上5000万以下の絶縁性マトリクスポリマーとを含むことを特徴とする有機エレクトロルミネセンスデバイス。
  2. 発光領域を区画するように隔壁が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の有機エレクトロルミネセンスデバイス。
  3. 前記絶縁性マトリクスポリマーの重量平均分子量が100万以上5000万以下であることを特徴とする請求項1又は2に記載の有機エレクトロルミネセンスデバイス。
  4. 前記有機発光層に、少なくとも低分子発光材料と重量平均分子量が100万以上5000万以下の絶縁性マトリクスポリマーとを含むことを特徴とする請求項1〜のいずれか一項に記載の有機エレクトロルミネセンスデバイス。
  5. 前記正孔輸送層と前記有機発光層に同じ絶縁性マトリクスポリマーを含むことを特徴とする請求項1〜のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネセンスデバイス。
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