JP6317429B2 - 有機発光素子に含まれる機能層を形成するための溶液、および、有機発光素子の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、有機発光素子に含まれる機能層を形成するための溶液の物性に関する。
近年、有機発光素子の研究開発が進んでいる。有機発光素子は、有機材料の電界発光現象を利用した発光素子であり、陽極と陰極とからなる一対の電極と、電極間に挟まれた発光層とを有する。また、陽極と発光層との間には、例えば、必要に応じてホール注入層、ホール輸送層またはホール注入兼輸送層が介挿され、陰極と発光層との間には、必要に応じて電子注入層、電子輸送層または電子注入兼輸送層が介挿される。発光層、ホール注入層、ホール輸送層、ホール注入兼輸送層、電子注入層、電子輸送層、および電子注入兼輸送層は、各々発光、電荷の注入と輸送といった固有の機能を果たすので、これらの層を総称して「機能層」と称する。
フルカラー表示の有機表示装置においては、このような有機発光素子が、ＲＧＢ各色のサブピクセルに相当し、隣り合うＲＧＢのサブピクセルが合わさって一画素が形成され、この画素がマトリックス状に配列されて画像表示領域が形成されている。
このような有機表示装置において、高精細な画像を得るために、各画素の一辺の長さを５００μｍ程度以下の微小サイズで形成することが要請されている。このように画素サイズが微小のものでは各素子における機能層の膜厚も数十〜数百ｎｍと薄く設定する必要がある。
そして、有機表示装置を製造する際には、電極の上方に機能層を形成する工程がある。この工程において、機能性材料と溶媒とを含む溶液を電極の上方に塗布し、塗布された溶液を乾燥させることにより機能層を形成するウェット方式が提案されている。
ところで、有機発光素子の発光特性は、機能層の膜厚に敏感であるため、機能層をウェット方式で形成する際には、機能層を平坦に形成することが要求される。しかしながら、ウェット方式で機能層を形成すると、機能層の端部の膜厚が中央部の膜厚よりも厚くなる、あるいは、機能層の端部の膜厚が中央部の膜厚よりも薄くなり、機能層の平坦性を確保しにくい場合がある。
本発明は、上記課題に鑑み、機能層の端部と中央部の膜厚差を低減できる溶液、および、有機発光素子の製造方法を提供することを目的とする。
本発明の一態様に係る溶液は、有機発光素子に含まれる機能層を形成するための溶液である。溶液は、機能層を構成する機能性材料と、溶媒とを含む。溶媒は、200℃以上の沸点を有する１または複数の溶媒成分から構成される高沸点溶媒を含む。高沸点溶媒は、13mPa・s以上25mPa・s以下の粘度と、33mN/m以上37mN/m以下の表面張力とを有する。
溶液中の高沸点溶媒の粘度と表面張力を上記範囲内とすることで、機能層の端部と中央部の膜厚差を低減することができる。
＜１＞ 本発明の一態様に至った経緯
図１に、ウェット方式で機能層を形成した場合の溶液の乾燥過程を示す。溶液１３は、機能層を構成する機能性材料と、機能性材料を溶解または分散するための溶媒とを含む。溶液１３は、基板１１上の隔壁１２で区画された領域に塗布される（図１（ａ））。
図１に、ウェット方式で機能層を形成した場合の溶液の乾燥過程を示す。溶液１３は、機能層を構成する機能性材料と、機能性材料を溶解または分散するための溶媒とを含む。溶液１３は、基板１１上の隔壁１２で区画された領域に塗布される（図１（ａ））。
塗布された溶液１３は、溶液１３の表面張力により中央部が膨らんだ形状となる。溶液１３中の溶媒は、溶液１３の表面から次第に蒸発する。このとき、図１（ａ）に示すように、溶液１３の端部の溶媒の蒸発速度が中央部の溶媒の蒸発速度よりも大きい。これは、中央部上空では蒸発した溶媒が逃げにくく溶媒の蒸気圧が高く維持されやすいのに対し、端部上空では蒸発した溶媒が周囲に逃げやすく溶媒の蒸気圧が低くなりやすいからである。この蒸発速度の違いにより、溶液１３の表層部では中央部から端部に向かう方向に溶液の流れ１４が生じ、これに伴い、溶液１３の深層部では端部から中央部に向かう方向に溶液の流れ１５が生じる。溶液１３の乾燥が進むと、溶液１３の量が次第に減り（図１（ｂ））、その分、機能性材料の濃度が高くなる。最終的には、溶液１３中の溶媒が全て蒸発することで、機能性材料から構成される機能層１６が形成される（図１（ｃ））。
機能層１６の形状は、溶液１３の乾燥過程の序盤（図１（ａ））よりも終盤（図１（ｂ））での溶液の形状や溶液中での機能性材料の振る舞いに大きく依存すると考えられる。発明者らは、機能層１６の端部と中央部の膜厚差を低減するには、溶液１３の乾燥過程の終盤での溶液１３の形状や機能性材料の振る舞いを決定付けるパラメータを適切に調整すればよいと考えた。さらに、発明者らは、これらのパラメータとして、200℃以上の沸点を有する高沸点溶媒の粘度と表面張力に着目した。まず、高沸点溶媒に着目したのは、溶液の乾燥過程の終盤の溶液１３の物性は高沸点溶媒の物性に大きく依存すると考えられるからである。例えば、溶液１３が高沸点溶媒と低沸点溶媒を含む場合、溶液１３の乾燥過程では低沸点溶媒が高沸点溶媒よりも先に蒸発し、溶液１３の乾燥過程の終盤では高沸点溶媒が多く残存することになる。また、溶液１３が高沸点溶媒を含み低沸点溶媒を含まない場合は、溶液１３の乾燥過程の序盤でも終盤でも高沸点溶媒しか存在しない。従って、溶液１３が高沸点溶媒を含む場合、溶液１３の乾燥過程の終盤の溶液１３の物性は高沸点溶媒の物性に大きく依存すると言える。また、高沸点溶媒の物性の中でも粘度と表面張力に着目したのは、粘度が溶液中での機能性材料の振る舞いに影響を与え、表面張力が溶液の形状に影響を与えると考えられるからである。
発明者らは、１または複数の溶媒成分を選択し、選択した溶媒成分を１または複数の体積比で混合することで、複数の溶媒を得た。そして、各溶媒を用いて機能層１６を形成し、各々の機能層１６の形状を観察した。この結果、溶液に含まれる高沸点溶媒の粘度と表面張力が特定の範囲内であれば、機能層１６の端部と中央部との膜厚差を低減できることが判明した。
＜２＞ 本発明の一態様の概要
本発明の一態様に係る溶液は、有機発光素子に含まれる機能層を構成する機能性材料と、溶媒とを含む。溶媒は、200℃以上の沸点を有する１または複数の溶媒成分から構成される高沸点溶媒を含む。高沸点溶媒は、13mPa・s以上25mPa・s以下の粘度と、33mN/m以上37mN/m以下の表面張力とを有する。
本発明の一態様に係る溶液は、有機発光素子に含まれる機能層を構成する機能性材料と、溶媒とを含む。溶媒は、200℃以上の沸点を有する１または複数の溶媒成分から構成される高沸点溶媒を含む。高沸点溶媒は、13mPa・s以上25mPa・s以下の粘度と、33mN/m以上37mN/m以下の表面張力とを有する。
溶液中の高沸点溶媒の粘度と表面張力を上記範囲内とすることで、機能層の端部と中央部の膜厚差を低減することができる。
なお、高沸点溶媒が複数の溶媒成分から構成される場合、高沸点溶媒の粘度は、溶媒成分の体積比とその溶媒成分の室温での粘度の積を溶媒成分毎に算出し、算出された各溶媒成分の積を足し合わせることにより得られる。高沸点溶媒の表面張力も、同様に、溶媒成分の体積比とその溶媒成分の室温での表面張力の積を溶媒成分毎に算出し、算出された各溶媒成分の積を足し合わせることにより得られる。
また、高沸点溶媒の粘度が、15mPa・sより大きいこととしてもよい。
また、高沸点溶媒を構成する１または複数の溶媒成分の少なくとも１つは、20mPa・s以上の粘度を有する高粘度溶媒であり、高沸点溶媒に占める高粘度溶媒の割合が35vol%以上であることとしてもよい。これにより、機能層における平坦領域の割合を高めることができる。
また、高沸点溶媒に占める高粘度溶媒の割合が50vol%以上であることとしてもよい。これにより、機能層における平坦領域の割合をより一層高めることができる。
また、溶媒は、さらに、200℃未満の沸点を有する１または複数の溶媒成分から構成される低沸点溶媒を含み、溶液の粘度が、5mPa・s以上15mPa・s以下であることとしてもよい。溶液を塗布する場合、塗りやすさの観点から溶液の粘度には適切な範囲が存在する。ところが、上述の通り、高沸点溶媒の粘度は機能層の形状の平坦性の観点で決められるので、溶液の粘度が塗布に適切な範囲から外れる場合がある。そのため、溶液に低沸点溶媒を含めることで、溶液の粘度を適切な範囲に調整してもよい。溶液の粘度を5mPa・s以上15mPa・s以下とすることで、例えば、インクジェット方式の塗布方法に好適に利用することができる。
また、低沸点溶媒を構成する１または複数の溶媒成分は、何れも160℃より高い沸点を有することとしてもよい。これにより、溶液の塗布前に低沸点溶媒の一部が蒸発し、溶液の濃度や溶媒組成比が変化してしまうという事態を防止することができる。
また、溶媒は、さらに、200℃未満の沸点を有する１または複数の溶媒成分から構成される低沸点溶媒を含み、溶媒に占める高沸点溶媒の割合が80%以下であることとしてもよい。これにより、コーヒーステイン現象の発生を抑制して良好な膜形状を得ることができる。
さらに、溶媒に占める前記高沸点溶媒の割合が60%以下であることしてもよい。
本発明の一態様の有機発光素子の製造方法は、第１電極を形成し、第１電極の上方に機能性材料と溶媒とを含む溶液を塗布し、塗布された溶液を乾燥させることにより機能性材料から構成される機能層を第１電極の上方に形成し、機能層の上方に第２電極を形成する。ここで、溶媒が、200℃以上の沸点を有する１または複数の溶媒成分から構成される高沸点溶媒を含む。高沸点溶媒は、13mPa・s以上25mPa・s以下の粘度と、33mN/m以上37mN/m以下の表面張力とを有する。
これにより、機能層の端部と中央部の膜厚差を低減でき、その結果、良好な有機発光素子の発光特性を得ることができる。
＜３＞ 第１実施形態（溶液）
＜３．１＞ 機能性材料
溶液は、機能性材料を含む。機能性材料は、有機発光素子に含まれる機能層を構成する材料である。前述の通り、機能層は、例えば、発光層、ホール注入層、ホール輸送層、ホール注入兼輸送層、電子注入層、電子輸送層、および電子注入兼輸送層である。
＜３．１＞ 機能性材料
溶液は、機能性材料を含む。機能性材料は、有機発光素子に含まれる機能層を構成する材料である。前述の通り、機能層は、例えば、発光層、ホール注入層、ホール輸送層、ホール注入兼輸送層、電子注入層、電子輸送層、および電子注入兼輸送層である。
ホール注入層、ホール輸送層、ホール注入兼輸送層の材料としては、例えば、特許文献２に記載の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、ピラゾリン誘導体及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及び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を利用である。
発光層の材料としては、例えば、特許文献２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、キノロン化合物及びアザキノロン化合物、ピラゾリン誘導体及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、アンスラセン化合物、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を利用できる。
電子注入層、電子輸送層、電子注入兼輸送層の材料としては、例えば、特許文献２に記載の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を利用できる。
＜３．２＞ 溶媒
溶液は、機能性材料に加えて溶媒を含む。溶媒は、高沸点溶媒を含み、必要に応じて低沸点溶媒も含む。本明細書では、便宜上、高沸点と低沸点の境界を200℃とする。高沸点溶媒は、200℃以上の沸点を有する１または複数の溶媒成分から構成される。また、低沸点溶媒は、200℃未満の沸点を有する１または複数の溶媒成分から構成される。
溶液は、機能性材料に加えて溶媒を含む。溶媒は、高沸点溶媒を含み、必要に応じて低沸点溶媒も含む。本明細書では、便宜上、高沸点と低沸点の境界を200℃とする。高沸点溶媒は、200℃以上の沸点を有する１または複数の溶媒成分から構成される。また、低沸点溶媒は、200℃未満の沸点を有する１または複数の溶媒成分から構成される。
さらに、必要に応じて、高沸点溶媒を構成する１または複数の溶媒成分の少なくとも１つを高粘度溶媒とする。本明細書では、便宜上、高粘度と低粘度の境界を20mPa・sとする。
溶媒成分としては、例えば、メタノール（Methanol）、エタノール（Ethanol）、プロパノール（Propanol）、イソプロピルアルコール（Isopropyl Alcohol）、ブタノール（Butanol）、イソブチルアルコール（Isobutyl Alcohol）、２−ブチルアルコール（sec-Butyl Alcohol）、ｔｅｒｔ−ブチルアルコール（tert-Butyl Alcohol）、エチレングリコール（Ethylene Glycol）、１，２−ジメトキシエタン（1,2-Dimethoxyethane）、ジエチルエーテル（Diethyl Ether）、ジイソプロピルエーテル（Diisopropyl Ether）、酢酸（Acetic Acid）、酢酸エチル（Ethyl Acetate）、無水酢酸（Acetic Anhydride）、テトラヒドロフラン（Tetrahydrofuran）、１，４−ジオキサン（1,4-Dioxane）、アセトン（Acetone）、エチルメチルケトン（Ethyl Methyl Ketone）、四塩化炭素（Carbon Tetrachloride）、クロロホルム（Chloroform）、ジクロロメタン（Dichloromethane）、１，２−ジクロロエタン（1,2-Dichloroethane）、ベンゼン（Benzene）、トルエン（Toluene）、キシレン（Xylene）、シクロヘキサン（Cyclohexane）、ペンタン（Pentane）、ヘキサン（Hexane）、ヘプタン（Heptane）、アセトニトリル（Acetonitrile）、ニトロメタン（Nitromethane）、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（N,N-Dimethylformamide）、ヘキサメチルリン酸トリアミド（Hexamethylphosphoric Triamide）、トリエチルアミン（Triethylamine）、ピリジン（Pyridine）、ジメチルスルホキシド（Dimethyl Slufoxide）、二硫化炭素（Carbon Disulfide）、１，３−ジメチル−２−イミダゾリジノン（1,3-Dimethyl-2-Imidazolidinone）、ジプロピレングリコール（Dipropylene Glycol）、ジエチレングリコールモノブチルエーテル（Diethylene glycol monobutyl ether）、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート（Ethylene glycol monoethyl ether acetate）、プロピレングリコール（Propylene Glycol）、２，３−ブタンジオール（2,3-Butanediol）、シクロヘキサノール（Cyclohexanol）、シクロヘキシルベンゼン（Cyclohexylbenzene）、エチレングリコールモノフェニルエーテル（Ethylene Glycol Monophenyl Ether）、エチレングリコールモノブチルエーテル（Ethylene Glycol Monobutyl Ether）を利用できる。
＜３．３＞ 実験および考察
まず、機能層の端部と中央部の膜厚差を低減するための溶媒の物性を求める実験について説明する。
まず、機能層の端部と中央部の膜厚差を低減するための溶媒の物性を求める実験について説明する。
発明者らは、溶媒成分として、図２に示す溶媒を用意した。図２に、各溶媒成分の沸点、蒸気圧、粘度、表面張力を示す。発明者らは、これらの溶媒成分の中から１または複数の溶媒成分を選択し、選択した溶媒成分を適宜の体積比で混合することで、溶媒Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈを得た。
発明者らは、得られた溶媒Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈを用いて基板上に機能層を形成した。機能層を構成する機能性材料は、各溶媒で共通とした。実験に用いた基板の平面図を図３（ａ）に示し、そのＡ−Ａ断面図を図３（ｂ）に示す。隔壁１２は、ガラス製の基板１１の機能層を形成する領域を囲む。隔壁１２で区画された領域の長手方向の幅は約２５４μｍ、短手方向の幅は約６０μｍである。本実験では、機能層１６の目標の膜厚を３０ｎｍとする。
発明者らは、さらに、形成された機能層の形状を「平坦」、「凸状」または「凹状」に分類した。図４を用いて機能層の形状の分類手法を説明する。図４（ａ）は平坦を示し、図４（ｂ）は凸状を示し、図４（ｃ）は凹状を示す。
図４（ａ）に示すように、隔壁１２の内周面は斜面になっているため、機能層１６の長手方向両側が隔壁１２に乗り上げた形となる。ここでは、機能層１６の上面の基板１１からの高さが２００ｎｍになる位置を基準位置と定義する。図４（ａ）の断面では、基準位置が２箇所存在する。これらの基準位置に挟まれる領域を機能層１６の発光領域と定義する。そして、機能層１６の発光領域の中心の位置を、機能層１６の中央部Ｃと定義する。また、それぞれの基準位置から機能層１６の発光領域の幅の１２．５％だけ中央部Ｃ寄りの位置を、それぞれ機能層１６の端部Ｌ、端部Ｒと定義する。そして、機能層１６の中央部Ｃの膜厚をｄC、端部Ｌの膜厚をｄL、端部Ｒの膜厚ｄRとし、機能層１６の端部と中央部との膜厚差Δｄを以下の数式を用いて算出し、膜厚差Δｄを用いて機能層１６の形状を分類する。
Δｄ＝（ｄL＋ｄR）／２−ｄC
「平坦」は、膜厚差Δｄの絶対値が中央部Ｃの膜厚ｄCの２０％以下の場合とする。
「平坦」は、膜厚差Δｄの絶対値が中央部Ｃの膜厚ｄCの２０％以下の場合とする。
「凸状」は、膜厚差Δｄの絶対値が中央部Ｃの膜厚ｄCの２０％より大きく、且つ、膜厚差Δｄが負の場合とする。
「凹状」は、膜厚差Δｄの絶対値が中央部Ｃの膜厚ｄCの２０％より大きく、且つ、膜厚差Δｄが正の場合とする。
図５に、各溶媒を用いて形成した機能層の写真の一例と、機能層の形状の評価結果とを示す。これにより、機能性材料が共通していても溶媒が異なれば、機能層の形状が異なることが分かる。
図６に、機能層の形状の評価結果、溶液中の高沸点溶媒の粘度、溶液中の高沸点溶媒の表面張力を示し、図７に、各溶媒の高沸点溶媒の粘度と高沸点溶媒の表面張力をプロットしたグラフを示す。
図７において、溶媒Ａ、Ｂを含むグループと溶媒Ｃ、Ｅを含むグループに着目すると、高沸点溶媒の粘度が概ね同じ場合、高沸点溶媒の表面張力が大きくなれば凸状となり、高沸点溶媒の表面張力が小さくなれば凹状となる傾向が読み取れる。また、図７において、溶媒Ｃ、Ｅを含むグループと溶媒Ｄ、Ｆ、Ｇを含むグループに着目すると、高沸点溶媒の表面張力が概ね同じ場合、高沸点溶媒の粘度が大きくなるほど平坦化する傾向が読み取れる。このことから、機能層の形状を平坦にするには、溶液中の高沸点溶媒の粘度と表面張力を適切な範囲に調整することが重要であると言える。
本実験では、溶媒Ｄ、Ｆ、Ｇを含むグループを用いると、機能層の形状が平坦になることが判明した。このことから、機能層の形状を平坦にするには、溶液中の高沸点溶媒の粘度を13mPa・s以上25mPa・s以下とし、溶液中の高沸点溶媒の表面張力を33mN/m以上37mN/m以下とすればよいことが分かる。また、高沸点溶媒の粘度が大きくなるほど平坦化する傾向があるので、溶液中の高沸点溶媒の粘度を15mPa・sより大きくするとより好ましい。また、溶液中の高沸点溶媒の表面張力の範囲の下限を33mN/mに代えて34mN/mにしてもよい。溶液中の高沸点溶媒の表面張力の範囲の上限を、37mN/mに代えて36mN/mにしてもよい。なお、溶液中の高沸点溶媒の粘度を25mPa・s以下とすることで、インクジェット方式の塗布方法に好適に利用することができる。
発明者らは、さらに、撥液性を有する平坦な基板上に機能層を形成し、形成された機能層の形状を観察した。実験は、溶液を１０滴基板上に滴下し、滴下した溶液を真空乾燥させ、形成された機能層の形状をレーザー顕微鏡（ＶＫ−９７００、キーエンス社）により測定した。図８に溶媒毎の機能層の平面形状と断面形状とを示す。平面形状の画像のスケールは各溶媒で共通である。また、断面形状の画像のスケールは各溶媒で共通である。これによると、溶媒Ｄ、Ｆ、Ｇを含むグループ（図７で機能層の形状が平坦）と溶媒Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｅを含むグループ（図７で機能層の形状が凸状または凹状）とで、機能層の形状が異なることが分かる。溶媒Ｄ、Ｆ、Ｇを含むグループでは、いわゆるコーヒーステイン現象が生じており、溶媒Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｅを含むグループでは、コーヒーステイン現象が生じていない。これらの差異の原因は、溶媒中に占める高沸点溶媒の割合によるものと考えられる。高沸点溶媒の割合は、溶媒Ａで33%、溶媒Ｂで33%、溶媒Ｃで60%、溶媒Ｄで100%、溶媒Ｅで53%、溶媒Ｆで83%、溶媒Ｇで83%である。高沸点溶媒の割合が大きいと、溶液の乾燥過程において対流が発生しやすく、その結果、コーヒーステイン現象が生じると考えられる。一般には、コーヒーステイン現象が生じないほうが良好な膜形状が得られると考えられている。従って、高沸点溶媒の粘度および表面張力については、溶媒Ｄ、Ｆ、Ｇを含むグループと同程度（13mPa・s以上25mPa・s以下、33mN/m以上37mN/m以下）としつつ、さらに、高沸点溶媒の割合を溶媒Ｄ、Ｆ、Ｇを含むグループよりも下げることが好ましい（80%以下）。さらには、溶媒Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｅと同程度まで下げてもよい（60%以下）。これにより、より良好な膜形状を得ることができる。なお、高沸点溶媒の割合は、低沸点溶媒の添加により容易に下げることができる。
次に、機能層の発光領域に占める平坦領域の割合を大きくするための溶媒の物性を求める実験について説明する。
発明者らは、複数の溶媒を用意し、各溶媒を用いて機能層を形成し、形成された機能層の発光領域に占める平坦領域の割合を調べた。ここで、平坦領域は、図３（ａ）の断面において、機能層の膜厚が目標の膜厚（この例では３０ｎｍ）から±２０％の範囲内に収まる領域の長さとする。
図９に、各溶媒の高沸点溶媒に占める高粘度溶媒と、発光領域に占める平坦領域の平坦領域の割合をプロットしたグラフを示す。高粘度溶媒の割合が0vol%の溶媒のグループでは、発光領域に占める平坦領域の割合が40%〜60%の範囲に分布している。高粘度溶媒の割合が35vol%付近の溶媒のグループでは、発光領域に占める平坦領域の割合が60%〜70%の範囲に分布している。高粘度溶媒の割合が50vol%の溶媒のグループでは、発光領域に占める平坦領域の割合が75%〜85%の範囲に分布している。このように、高粘度溶媒の割合が35vol%付近の溶媒のグループは、高粘度溶媒の割合が0vol%の溶媒のグループよりも発光領域に占める平坦領域の割合が大きい。また、高粘度溶媒の割合が50vol%の溶媒のグループは、発光領域に占める平坦領域の割合がさらに大きく、概ね75%〜85% 程度となる。従って、高沸点溶媒に占める高粘度溶媒の割合を35vol%以上とすることで機能層の平坦性を高めることができる。また、高粘度溶媒の割合を50vol%以上とするのがより好ましい。
次に、機能性材料の分子量について検討する。図１０に、溶液の粘度における溶液中の機能性材料の濃度の依存性を示す。溶媒を共通として機能性材料を異ならせた４種類の溶液を用意し、各溶液について溶液中の機能性材料の濃度を異ならせた場合の溶液の粘度の変化を測定した。これによると、機能性材料の濃度が大きいほど溶液の粘度が大きくなることが分かる。さらに詳細に見ると、機能性材料が低分子材料の場合は高分子材料の場合に比べて機能性材料の濃度の変化に対する溶液の粘度の変化の割合が小さいことが分かる。
溶液を基板上に塗布し、塗布された溶液を乾燥させて機能層を形成する工程では、溶液の乾燥の過程で溶媒の蒸発に伴い機能性材料の濃度が大きくなる。図１０は、溶液の乾燥の過程で機能性材料の濃度の上昇によっても、溶液の粘度が大きくなることを示している。溶液の粘度が大きくなると、溶液の流れが弱くなり、機能性材料の振る舞いに与える影響が小さくなる。ところで、図１０によると、機能性材料が低分子材料の場合は高分子材料の場合に比べて機能性材料の濃度の変化に対する溶液の粘度の変化の割合が小さい。そのため、機能性材料が高分子材料の場合は、溶液の流れが弱くなりやすく、機能性材料の振る舞いに与える影響が小さい。これに対し、機能性材料が低分子材料の場合は、溶液の流れが弱くなりにくく、機能性材料の振る舞いに与える影響が大きい。即ち、機能層の形状を平坦にするのは、機能性材料が高分子材料の場合も低分子材料の場合も困難性があるが、低分子材料の場合に特に困難性が高いと言える。従って、高沸点溶媒の粘度と表面張力を適切な範囲に設定した溶媒は、機能性材料が高分子材料の場合も低分子材料の場合も適用可能であるが、低分子材料の場合に特に有用である。なお、本明細書では、低分子材料とは、Mark-Houwink-Sakurada式が成り立たないものを言う。分子量としては、数千以下である。
＜４＞ 第２実施形態（有機発光素子の製造方法）
図１１に有機発光素子の製造方法を説明するための断面図を示す。
図１１に有機発光素子の製造方法を説明するための断面図を示す。
まず、基板１０１を用意し、基板１０１上に第１電極１０２を形成する（図１１（ａ））。
次に、基板１０１上に隔壁層１０３を形成する（図１１（ｂ））。隔壁層１０３は、電気絶縁性であり、第１電極１０２の上方に開口を有する。隔壁層１０３の開口の周囲の部分が隔壁として機能する。図１２に、隔壁層１０３の形状を示す。
次に、第１電極の上方の隔壁層１０３により区画された領域に溶液１０４を塗布する。溶液１０４は、機能性材料と溶媒とを含む。本例では、機能性材料は、ホール注入兼輸送層を形成するための材料として説明する。溶媒は、200℃以上の沸点を有する１または複数の溶媒成分から構成される高沸点溶媒を含む。高沸点溶媒は、13mPa・s以上25mPa・s以下の粘度と、33mN/m以上37mN/m以下の表面張力とを有する。
次に、塗布された溶液１０４を乾燥させることにより、第１電極１０２の上方にホール注入兼輸送層１０５を形成する（図１１（ｄ））。乾燥は、大気圧中または真空中において、加熱または非加熱で行なわれる。
次に、ホール注入兼輸送層１０５の上方に発光層１０６を形成し（図１１（ｅ））、発光層１０６の上方に電子注入兼輸送層１０７を形成し（図１１（ｆ））、電子注入兼輸送層１０７の上方に第２電極１０８を形成する（図１１（ｇ））。
これにより、ホール注入兼輸送層１０５の端部と中央部の膜厚差を低減でき、その結果、良好な有機発光素子の発光特性を得ることができる。
なお、溶媒は、上記の特徴だけでなく、第１実施形態に開示された他の特徴を有していてもよい。例えば、高沸点溶媒の粘度が、15mPa・sより大きくてもよい。また、高沸点溶媒に占める高粘度溶媒の割合が35vol%以上、あるいは、50vol%以上としてもよい。
なお、溶媒は、200℃未満の沸点を有する１または複数の溶媒成分から構成される低沸点溶媒を含み、溶液の粘度が、5mPa・s以上15mPa・s以下であることとしてもよい。溶液の粘度をこの範囲にすることで、インクジェット方式の塗布方法に好適に利用することができる。また、低沸点溶媒を構成する１または複数の溶媒成分は、何れも160℃より高い沸点を有することとしてもよい。これにより、溶液の塗布前に低沸点溶媒の一部が蒸発し、溶液の濃度や溶媒組成比が変化してしまうという事態を防止することができる。
なお、上記の例では、溶液の塗布により形成される機能層として、ホール注入兼輸送層１０５を例示しているが、これに限られない。ホール注入兼輸送層１０５に代えて、発光層１０６または電子注入兼輸送層１０７が溶液の塗布により形成されてもよい。あるいは、これらのうちの複数の機能層が溶液の塗布により形成されていてもよい。
また、上記の例では、第１電極、ホール注入兼輸送層、発光層、電子注入兼輸送層、第２電極の積層構造であるが、これに限られない。
また、上記の例では、隔壁層１０３が図１２に示す形状であるが、これに限れない。例えば、図１３に示す形状の隔壁層２０３を利用してもよい。隔壁層２０３は、複数の第１バンク２０３ａと複数の第２バンク２０３ｂとを含む。第１バンク２０３ａは、発光領域の長手方向に沿う。第２バンク２０３ｂは、隣り合う第１バンク２０３ａ間に存在し、発光領域の短手方向に沿う。第２バンク２０３ｂの高さは第１バンク２０３ａの高さよりも低い。
図１４に、図１３の隔壁層を利用した場合の溶液の乾燥過程を示す。
隔壁層２０３を利用した場合、隔壁層２０３により区画された領域（以下、「区画領域」という）に塗布された溶液２０４は、第２バンク２０３ｂを超えて隣りの区画領域まで達している（図１４（ａ））。溶液２０４の乾燥の過程で、溶液２０４が区画領域に収まり（図１４（ｂ））、さらなる乾燥を経て、第１電極１０２の上方の区画領域に機能層２０５が形成される。隔壁層２０３を利用した場合でも、溶液２０４の乾燥過程の終盤（図１４（ｂ））は、隔壁層１０３を利用した場合と同様の状況となる。従って、隔壁層２０３を利用した場合でも、隔壁層１０３を利用した場合と同様の効果を得ることができる。
＜５＞ 第３実施形態（有機表示装置）
上記の有機発光素子は、有機表示装置に利用可能である。図１５に、有機表示装置の機能ブロックを示す。図１６に、有機表示装置の外観を例示する。有機表示装置２０は、有機表示パネル２１と、これに電気的に接続された駆動制御部２２とを備える。有機表示パネル２１は、図１１（ｇ）に示す有機発光素子を有する。駆動制御部２２は、第１電極１０２と第２電極１０８の間に電圧を印加する駆動回路２３と、駆動回路２３の動作を制御する制御回路２４とを含む。
上記の有機発光素子は、有機表示装置に利用可能である。図１５に、有機表示装置の機能ブロックを示す。図１６に、有機表示装置の外観を例示する。有機表示装置２０は、有機表示パネル２１と、これに電気的に接続された駆動制御部２２とを備える。有機表示パネル２１は、図１１（ｇ）に示す有機発光素子を有する。駆動制御部２２は、第１電極１０２と第２電極１０８の間に電圧を印加する駆動回路２３と、駆動回路２３の動作を制御する制御回路２４とを含む。
本発明の一態様は、例えば、有機発光素子に利用可能である。
１１ 基板
１２ 隔壁
１３ 溶液
１６ 機能層
２０ 有機表示装置
２１ 有機表示パネル
２２ 駆動制御部
２３ 駆動回路
２４ 制御回路
１０１ 基板
１０２ 第１電極
１０３ 隔壁
１０３ 隔壁層
１０４ 溶液
１０５ ホール注入兼輸送層
１０６ 発光層
１０７ 電子注入兼輸送層
１０８ 第２電極
２０３ 隔壁層
２０３ａ バンク
２０３ｂ バンク
２０４ 溶液
２０５ 機能層
１２ 隔壁
１３ 溶液
１６ 機能層
２０ 有機表示装置
２１ 有機表示パネル
２２ 駆動制御部
２３ 駆動回路
２４ 制御回路
１０１ 基板
１０２ 第１電極
１０３ 隔壁
１０３ 隔壁層
１０４ 溶液
１０５ ホール注入兼輸送層
１０６ 発光層
１０７ 電子注入兼輸送層
１０８ 第２電極
２０３ 隔壁層
２０３ａ バンク
２０３ｂ バンク
２０４ 溶液
２０５ 機能層
Claims (16)
- 有機発光素子に含まれる機能層を形成するための溶液であって、前記機能層を構成する機能性材料と、溶媒とを含み、前記溶媒が、200℃以上265℃以下の沸点を有する１または複数の溶媒成分から構成される高沸点溶媒を含み、前記高沸点溶媒が、13mPa・s以上25mPa・s以下の粘度と、33mN/m以上37mN/m以下の表面張力とを有する溶液。
- 前記高沸点溶媒の粘度が、15mPa・sより大きい、請求項１に記載の溶液。
- 前記高沸点溶媒を構成する前記１または複数の溶媒成分の少なくとも１つは、20mPa・s以上の粘度を有する高粘度溶媒であり、前記高沸点溶媒に占める前記高粘度溶媒の割合が35vol%以上である、請求項１に記載の溶液。
- 前記高沸点溶媒に占める前記高粘度溶媒の割合が50vol%以上である、請求項３に記載の溶液。
- 前記溶媒は、さらに、82℃以上200℃未満の沸点を有する１または複数の溶媒成分から構成される低沸点溶媒を含み、前記溶液の粘度が、5mPa・s以上15mPa・s以下である、請求項１に記載の溶液。
- 前記低沸点溶媒を構成する前記１または複数の溶媒成分は、何れも160℃より高い沸点を有する、請求項５に記載の溶液。
- 前記溶媒は、さらに、200℃未満の沸点を有する１または複数の溶媒成分から構成される低沸点溶媒を含み、前記溶媒に占める前記高沸点溶媒の割合が80%以下である、請求項１に記載の溶液。
- 前記溶媒に占める前記高沸点溶媒の割合が60%以下である、請求項７に記載の溶液。
- 第１電極を形成し、
前記第１電極の上方に、機能性材料と溶媒とを含む溶液を塗布し、
前記塗布された溶液を乾燥させることにより前記機能性材料から構成される機能層を前記第１電極の上方に形成し、
前記機能層の上方に第２電極を形成し、
前記溶媒が、200℃以上265℃以下の沸点を有する１または複数の溶媒成分から構成される高沸点溶媒を含み、前記高沸点溶媒が、13mPa・s以上25mPa・s以下の粘度と、33mN/m以上37mN/m以下の表面張力とを有する、
有機発光素子の製造方法。 - 前記高沸点溶媒の粘度が、15mPa・sより大きい、請求項９に記載の有機発光素子の製造方法。
- 前記高沸点溶媒を構成する前記１または複数の溶媒成分の少なくとも１つは、20mPa・s以上の粘度を有する高粘度溶媒であり、前記高沸点溶媒に占める前記高粘度溶媒の割合が35vol%以上である、請求項９に記載の有機発光素子の製造方法。
- 前記高沸点溶媒に占める前記高粘度溶媒の割合が50vol%以上である、請求項１１に記載の有機発光素子の製造方法。
- 前記溶媒は、さらに、82℃以上200℃未満の沸点を有する１または複数の溶媒成分から構成される低沸点溶媒を含み、前記溶液の粘度が、5mPa・s以上15mPa・s以下である、請求項９に記載の有機発光素子の製造方法。
- 前記低沸点溶媒を構成する前記１または複数の溶媒成分は、何れも160℃より高い沸点を有する、請求項１３に記載の有機発光素子の製造方法。
- 前記溶媒は、さらに、200℃未満の沸点を有する１または複数の溶媒成分から構成される低沸点溶媒を含み、前記溶媒に占める前記高沸点溶媒の割合が80%以下である、請求項９に記載の有機発光素子の製造方法。
- 前記溶媒に占める前記高沸点溶媒の割合が60%以下である、請求項１５に記載の有機発光素子の製造方法。
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