JPWO2005107335A1 - 良溶媒及び貧溶媒を含有するワニス - Google Patents
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Abstract
Description
有機エレクトロルミネッセンス(以下、ELと略す)素子においては、正孔輸送層(バッファ層)、電荷注入層に、ポリマー及びオリゴマー等からなる電荷輸送性薄膜が使用されている(例えば、特許文献1参照)。
この異物の問題は、電子デバイス用薄膜に限らず、薄膜を使用するその他の技術分野においても重要である。
以上のような理由から、異物の存在しない薄膜、及びその作製方法の開発が望まれている。
また、本発明は、電子デバイス用途として、異物のほとんど存在しない電荷輸送性薄膜を備える有機EL素子を提供することを他の目的とする。
具体的には、良溶媒及び良溶媒よりも少なくとも20℃低い沸点(760mmHg下)を有する貧溶媒の組み合わせとすることにより、薄膜中の異物の発生を効果的に抑制できることを見出し、本発明を完成した。
〔1〕 分子量200〜1000の有機化合物又は分子量200〜50万のオリゴマー若しくはポリマーからなる基質と、良溶媒及び良溶媒よりも少なくとも20℃低い沸点(760mmHg下)を有する貧溶媒を含む溶剤を含有し、前記基質が前記溶剤中に溶解していることを特徴とするワニス。
〔2〕 前記基質が、電荷輸送性モノマー、若しくは数平均分子量200〜50万の電荷輸送性オリゴマー若しくはポリマーからなる電荷輸送物質、又はこの電荷輸送物質及び電子受容性ドーパント物質若しくは正孔受容性ドーパント物質からなる電荷輸送性有機材料である〔1〕の電荷輸送性ワニス。
〔3〕 前記電荷輸送物質が、共役単位を有する電荷輸送性モノマー又は共役単位を有する数平均分子量200〜5000の電荷輸送性オリゴマーであり、かつ、単一の前記共役単位が連続している、又は相異なる2種以上の前記共役単位が任意の順序の組み合わせで連続している〔2〕の電荷輸送性ワニス。
〔4〕 前記共役単位が、置換若しくは非置換、かつ、2〜4価の、アニリン、チオフェン、ジチイン、フラン、ピロール、エチニレン、ビニレン、フェニレン、ナフタレン、アントラセン、イミダゾール、オキサゾール、オキサジアゾール、キノリン、キノキザリン、シロール、シリコン、ピリジン、ピリミジン、ピラジン、フェニレンビニレン、フルオレン、カルバゾール、トリアリールアミン、金属−若しくは無金属−フタロシアニン、及び金属−若しくは無金属−ポルフィリンから選ばれる少なくとも1種である〔3〕の電荷輸送性ワニス。
〔5〕 前記電荷輸送物質が、一般式(1)で表されるオリゴアニリン誘導体、又は一般式(1)の酸化体であるキノンジイミン誘導体であることを特徴とする〔3〕の電荷輸送性ワニス。
〔6〕 前記電荷輸送物質が、一般式(4)で表されるオリゴアニリン誘導体、又は一般式(4)の酸化体であるキノンジイミン誘導体であることを特徴とする〔5〕の電荷輸送性ワニス。
〔7〕 前記電子受容性ドーパント物質が一般式(5)で表されるスルホン酸誘導体であることを特徴とする〔2〕〜〔6〕のいずれかの電荷輸送性ワニス。
〔8〕 前記電子受容性ドーパント物質が一般式(6)で表されるスルホン酸誘導体であることを特徴とする〔2〕〜〔6〕のいずれかの電荷輸送性ワニス。
〔9〕 〔1〕のワニスを使用して作製されることを特徴とする薄膜。
〔10〕 〔2〕〜〔8〕のいずれかの電荷輸送性ワニスを使用して作製されることを特徴とする電荷輸送性薄膜。
〔11〕 固形分1.0%の電荷輸送性ワニスから作製され、KLA−Tencor社製 表面異物検査装置 Surfscan(商標)6220を用いて、0.5μmまでの異物を80%の捕獲率で検出できる条件で測定したディフェクト数が、30nmの膜厚の場合に100以下であることを特徴とする〔10〕の電荷輸送性薄膜。
〔12〕 〔10〕又は〔11〕の電荷輸送性薄膜を備える有機エレクトロルミネッセンス素子。
〔13〕 前記電荷輸送性薄膜が、正孔注入層又は正孔輸送層である〔12〕の有機エレクトロルミネッセンス素子。
〔14〕 〔1〕のワニスを使用することを特徴とする薄膜の作製方法。
〔15〕 〔2〕〜〔8〕のいずれかの電荷輸送性ワニスを使用することを特徴とする電荷輸送性薄膜の作製方法。
〔16〕 固形分1.0%の電荷輸送性ワニスから作製され、KLA−Tencor社製 表面異物検査装置 Surfscan(商標)6220を用いて、0.5μmまでの異物を80%の捕獲率で検出できる条件で測定したディフェクト数が、30nmの膜厚の場合に100以下であることを特徴とする電荷輸送性薄膜。
これは、本発明者らによる有機EL素子の電荷輸送性薄膜における異物の定量により証明された。これまで電荷輸送性薄膜の異物の評価は、個人差が生じやすい目視による顕微鏡観察や、原子間力顕微鏡(AFM)あるいは電子顕微鏡(SEM)など、基板のごく一部の観察に限られ、基板全体の異物を定量的に評価してきたとは言い難く、客観性に乏しいものであった。実際に、電荷輸送性薄膜を使用して有機EL素子を製造する際に、基板の一部分における異物の発生は少なくても、基板全体では異物の発生が多い場合、製造の歩留まりの低下から生産効率が著しく低下してしまう。
本発明者らは、異物の発生を半定量的に、かつ、大面積の基板で評価するため、KLA−Tencor社製 表面異物検査装置 Surfscan(商標)6220を使用して異物の定量を実施した。この測定により、本発明のワニスにより得られた薄膜が、平坦化性及び均一性が高く、異物の発生が著しく抑制された膜であることが確認された。
有機EL素子に使用される電荷輸送性ワニスの塗布方法では、素子の歩留まり、生産効率の点からスピンコート法よりも印刷法、インクジェット法又はスプレー法などが工業的プロセスとして現実性が高い。本発明の電荷輸送性ワニスは、これら工業的プロセスに対応し、再現性良く、信頼性の高い電荷輸送性薄膜を得ることができる。
本発明の電荷輸送性ワニスを使用して得た電荷輸送性薄膜は、外部からの異物が原因で発生する電気短絡を防止するのと同時に、薄膜自体の異物が非常に少ないことから、電気短絡が非常に発生しにくい。このため、本発明はパッシブマトリクスのみならず、アクティブマトリクス作製にも当然効果を発揮する。さらに本発明の電荷輸送性薄膜を使用することにより、有機EL素子の工業化において、歩留まり及び生産効率の高いデバイスを安定的に製造することが可能となる。
したがって、本発明の電荷輸送性ワニスを用いることにより、EL素子の発光開始電圧の低下、電流効率の向上、素子の長寿命化が達成され、安価で生産効率の高いEL素子を歩留まり良く、作製することが可能である。
本発明に係るワニスは、分子量200〜1000の有機化合物又は分子量200〜50万のオリゴマー若しくはポリマーからなる基質と、良溶媒及び良溶媒よりも少なくとも20℃低い沸点(760mmHg下)を有する貧溶媒を含む溶剤を含有し、基質が溶剤中に溶解しているものである。
また、このワニスのうち、基質が、電荷輸送性モノマー又は数平均分子量200〜50万の電荷輸送性オリゴマー若しくはポリマーからなる電荷輸送物質、又はこの電荷輸送物質及び電子受容性ドーパント物質若しくは正孔受容性ドーパント物質からなる電荷輸送性有機材料であるものは、電荷輸送性ワニスである。
電荷輸送性ワニスの製造法は、特には限定されない。一般的には、各材料を混合することにより製造できる。
本発明で用いる電荷輸送性モノマー、電荷輸送性オリゴマー又はポリマーも、溶剤に溶解するものであれば、特に限定されないが、少なくとも一種類の共役単位が連続した構造であることが望ましい。
オルガノアミノ基の具体例としては、フェニルアミノ基、メチルアミノ基、エチルアミノ基、プロピルアミノ基、ブチルアミノ基、ペンチルアミノ基、ヘキシルアミノ基、ヘプチルアミノ基、オクチルアミノ基、ノニルアミノ基、デシルアミノ基、ラウリルアミノ基等のアルキルアミノ基;ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基、ジプロピルアミノ基、ジブチルアミノ基、ジペンチルアミノ基、ジヘキシルアミノ基、ジヘプチルアミノ基、ジオクチルアミノ基、ジノニルアミノ基、ジデシルアミノ基等のジアルキルアミノ基;シクロヘキシルアミノ基、モルホリノ基などが挙げられる。
オルガノチオ基の具体例としては、メチルチオ基、エチルチオ基、プロピルチオ基、ブチルチオ基、ペンチルチオ基、ヘキシルチオ基、ヘプチルチオ基、オクチルチオ基、ノニルチオ基、デシルチオ基、ラウリルチオ基などのアルキルチオ基が挙げられる。
アルキル基、アルコキシ基、チオアルキル基、アルキルアミノ基、オルガノシロキシ基、オルガノシリル基などにおける炭素数は特に限定されるものではないが、一般に炭素数1〜20、好ましくは1〜8である。
好ましい置換基としては、フッ素、スルホン酸基、置換若しくは非置換のオルガノオキシ基、アルキル基、オルガノシリル基等が挙げられる。
共役単位が連結して形成される共役鎖は、環状である部分を含んでいてもよい。
電荷輸送性ポリマーの数平均分子量は、5000〜50万である。数平均分子量が50万を超えると溶剤に対する溶解性が低すぎて使用に適さない可能性が高い。
電荷輸送性オリゴマーの数平均分子量は、材料の揮発の抑制及び電荷輸送性発現のために、下限として通常200以上、好ましくは400以上であり、また溶解性向上のために、上限として通常5000以下、好ましくは2000以下である。さらに、好ましくは、分子量分布のない電荷輸送性オリゴマーであり、その分子量は材料の揮発の抑制及び電荷輸送性発現という点から、下限として通常200以上、好ましくは400以上であり、また溶解性向上という点から、上限として通常5000以下、好ましくは2000以下である。
なお、数平均分子量は、ゲル浸透クロマトグラフィー(ポリスチレン換算)による測定値である。
さらに分子内のπ共役系をなるべく拡張させた方が、得られる電荷輸送性薄膜の電荷輸送性が向上することから、特に、一般式(4)で表されるオリゴアニリン誘導体、又はその酸化体であるキノンジイミン誘導体を用いることが好ましい。
これらの電荷輸送物質は1種類のみを使用してもよく、また2種類以上の物質を組み合わせて使用しても良い。
このような化合物の具体例としては、フェニルテトラアニリン、フェニルペンタアニリン、テトラアニリン(アニリン4量体)、オクタアニリン(アニリン8量体)等の有機溶媒に可溶なオリゴアニリン誘導体が挙げられる。
ここで、電荷受容性ドーパント物質としては、正孔輸送性物質に対しては電子受容性ドーパント物質を、電子輸送性物質に対しては正孔受容性ドーパント物質を用いることができ、いずれも高い電荷受容性を有することが望ましい。
さらに、電荷輸送性オリゴアニリンが一般的に正孔輸送性を示すことから、電荷受容性ドーパント物質としては、電子受容性ドーパント物質を用いることが好ましい。
これらの電子受容性ドーパント物質は1種類のみを使用してもよく、また2種類以上の物質を組み合わせて使用しても良い。
特に、電荷輸送物質又は電荷受容性ドーパント物質の少なくとも一方が、結晶性固体の場合、少なくとも一方の物質はランダムな分子間相互作用を有する物質であることが好ましく、電荷受容性ドーパントとして低分子化合物を使用する場合、例えば、同一分子内に3種類以上の異なった極性官能基を持つ化合物が良い。
このような化合物としては、特に限定されるものではなく、例えば、タイロン、ジヒドロキシベンゼンスルホン酸、一般式(5)で示されるスルホン酸誘導体が挙げられるが、特に一般式(5)で示されるスルホン酸誘導体が好ましい。このスルホン酸誘導体の具体例としては、スルホサリチル酸誘導体、例えば、5−スルホサリチル酸などが挙げられる。
ワニスに使用する溶剤全体に対する良溶媒の含有割合は、特に限定されないが、通常、1〜90重量%の割合である。良溶媒によって基質が溶解することが好ましい。
芳香族炭化水素としては、ベンゼン(80℃)、トルエン(111℃)、エチルベンゼン(136℃)、p−キシレン(138℃)、o−キシレン(138℃)、スチレン(145℃)等が挙げられる。
ケトン類としては、アセトン(56℃)、メチルエチルケトン(80℃)、メチルイソプロピルケトン(94℃)、ジエチルケトン(102℃)、メチルイソブチルケトン(117℃)、メチルノーマルブチルケトン(127℃)、シクロヘキサノン(155℃)、エチルノーマルアミルケトン(167℃)等が挙げられる。
エステル類としては、酢酸エチル(77℃)、酢酸イソプロピルケトン(85℃)、酢酸ノーマルプロピル(101℃)、酢酸イソブチル(116℃)、酢酸ノーマルブチル(125℃)、酢酸ノーマルアミル(142℃)、カプロン酸メチル(151℃)、酢酸−2−メチルペンチル(162℃)、乳酸ノーマルブチル(186℃)等が挙げられる。
エーテル類及びカルボン酸類としては、イソプロピルエーテル(68℃)、1,4−ジオキサン(101℃)、酢酸(117℃)、γ−ブチルラクトン(204℃)等が挙げられる。
これらの貧溶媒の中でも、ケトン類、グリコールエーテル類、アルコール類が好ましく、グリコールエーテル類、アルコール類がより好ましい。
ただし、良溶媒に貧溶媒を混合したときに、均一な溶液とならず、分液またはエマルション状態となってしまう良溶媒及び貧溶媒の組み合わせは、好ましくない。
そのような組み合わせの例としては、良溶媒N,N−ジメチルアセトアミド、貧溶媒ノーマルペンタン、ノーマルヘキサン、ノーマルオクタン及びシクロヘキサン等の組み合わせが挙げられる。
これらの溶媒組成の中でも、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン(225℃)とイソブタノール(108℃)、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン(225℃)とシクロヘキサノール(161℃)、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン(225℃)とプロピレングリコールモノエチルエーテル(132℃)が好ましく、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン(225℃)とシクロヘキサノール(161℃)がより好ましい。
溶剤の蒸発法としては、特に限定されるものではないが、ホットプレート、プロキシミティホットプレートやオーブンなどを用いて、適切な雰囲気下、即ち大気、窒素等の不活性ガス、又は真空中で蒸発を行い、均一な成膜面を有する薄膜が得られる。
焼成温度としては、溶剤を蒸発できる温度であれば、特に限定されないが、40〜250℃が好ましい。また、薄膜の高平坦化性及び高均一性を発現させるため、又は基材上で反応を進行させるために、成膜時に2段階以上の温度変化をつけてもよい。
なお、ウェハに照射されたレーザーが、ウェハ上のディフェクト(異物やムラ)で反射された場合、その光の角度及び強度は、ディフェクトの無いウェハで反射されたそれと異なっている。この異なる角度及び強度を有する光を検出器で観察するのが、表面異物検査装置の基本原理であるが、この反射光の検出は基本的には確率論であって、上記「80%の捕獲率」とは、ウェハ上のディフェクトを少なくとも80%は観察できることを意味している(すなわち、残りの20%は捕捉することができないかも知れない領域である)。
使用する電極基板は、洗剤、アルコール、純水等による液体洗浄を予め行って浄化しておき、陽極基板では使用直前にオゾン処理、酸素−プラズマ処理等の表面処理を行うことが好ましい。ただし陽極材料が有機物を主成分とする場合、表面処理は行わなくともよい。
すなわち、正孔輸送性ワニスを上記の塗布方法により陽極基板に塗布し、陽極上に正孔輸送性薄膜を作製する。これを真空蒸着装置内に導入し、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層、陰極金属を順次蒸着してOLED素子とする。発光領域をコントロールするために任意の層間にキャリアブロック層を設けてもよい。
陽極材料としては、インジウム錫酸化物(ITO)、インジウム亜鉛酸化物(IZO)に代表される透明電極が挙げられ、平坦化処理を行ったものが好ましい。高電荷輸送性を有するポリチオフェン誘導体や、ポリアニリン類を用いることもできる。
電子注入層を形成する材料としては、例えば、酸化リチウム(Li2O)、酸化マグネシウム(MgO)、アルミナ(Al2O3)、フッ化リチウム(LiF)、フッ化マグネシウム(MgF2)、フッ化ストロンチウム(SrF2)、Liq、Li(acac)、酢酸リチウム、安息香酸リチウム等が挙げられる。
陰極材料としては、例えば、アルミニウム、マグネシウム−銀合金、アルミニウム−リチウム合金、リチウム、ナトリウム、カリウム、セシウム等が挙げられる。
キャリアブロック層を形成する材料としては、例えば、PBD、TAZ、BCP等が挙げられる。
すなわち、電子輸送性ワニスを上記の塗布方法により陰極基板に塗布し、陰極基板上に電子輸送性薄膜を作製する。これを真空蒸着装置内に導入し、上記と同様の材料を用いて電子輸送層、発光層、正孔輸送層、正孔注入層を形成した後、陽極材料をスパッタリング等の方法により成膜してOLED素子とする。
OLED素子作製で行った正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層の真空蒸着操作の代わりに、発光性電荷輸送性高分子層を形成することで、本発明の電荷輸送性ワニスからなる電荷輸送性薄膜を含むPLED素子を作製することができる。
あるいは、OLED素子と同様の方法により陰極基板上に電子輸送性薄膜を作製し、その上部に発光性電荷輸送性高分子層を形成し、さらに、スパッタリング、蒸着、スピンコート等の方法により陽極電極を作製してPLED素子とする。
発光性電荷輸送性高分子層の形成法としては、発光性電荷輸送性高分子材料又はこれに発光性ドーパントを加えた材料に対し、溶剤を加えて溶解又は分散し、正孔注入層を予め形成した電極基板に塗布した後に、溶剤を蒸発させて成膜する方法が挙げられる。
発光性電荷輸送性高分子材料としては、例えば、ポリ(9,9−ジアルキルフルオレン)(PDAF)等のポリフルオレン誘導体、ポリ(2−メトキシ−5−(2’−エチルヘキソキシ)−1,4−フェニレンビニレン)(MEH−PPV)等のポリフェニレンビニレン誘導体、ポリ(3−アルキルチオフェン)(PAT)などのポリチオフェン誘導体、ポリビニルカルバゾール(PVCz)等が挙げられる。
塗布方法としては、特に限定されるものではなく、例えば、ディップ法、スピンコート法、転写印刷法、ロールコート法、インクジェット法、スプレー法、刷毛塗り等が挙げられ、窒素、アルゴン等の不活性ガス下で塗布することが望ましい。
溶剤の蒸発法としては、例えば、不活性ガス下又は真空中、オーブン又はホットプレートで加熱する方法が挙げられる。
[実施例1]
式(7)に示すフェニルテトラアニリン(以下PTAと略す)は、ブレティン・オブ・ケミカル・ソサエティ・オブ・ジャパン(Bulletin of Chemical Society of Japan)、1994年、第67巻、p.1749−1752に従って、p−ヒドロキシジフェニルアミンとp−フェニレンジアミンとから合成した(収率85%)。
図1に実施例1のワニスを、シリコンウェハ上にて成膜、焼成した電荷輸送性薄膜の表面異物検査測定結果を示す。
実施例1と同様に、PTA 0.0500g(0.1130mmol)と、5−SSA 0.0986g(0.4520mmol)とを窒素雰囲気下、N,N-ジメチルアセトアミド(DMAc)5.8846gに完全に溶解させた。
得られた溶液にc−HexOH 8.8268gを加えて攪拌し、電荷輸送性ワニスを調製した(固形分1.0%)。図2に比較例1のワニスをシリコンウェハ上にて成膜、焼成した電荷輸送性薄膜の表面異物検査測定結果を示す。
実施例1と同様に、PTA 0.0500g(0.1130mmol)と、5−SSA 0.0986g(0.4520mmol)とを窒素雰囲気下、DMAc 5.8846gに完全に溶解させた。
得られた溶液に2−フェノキシエタノール(2−PhEt)8.8268gを加えて攪拌し、電荷輸送性ワニスを調製した(固形分1.0%)。図3に比較例2のワニスをシリコンウェハ上に成膜、焼成した電荷輸送性薄膜の表面異物検査測定結果を示す。
実施例1と同様に、PTA 0.0500g(0.1130mmol)と、5−SSA 0.0986g(0.4520mmol)とを窒素雰囲気下、DMI 5.8846gに完全に溶解させた。
得られた溶液にジエチレングリコール(DEG)8.8268gを加えて攪拌し、電荷輸送性ワニスを調製した(固形分1.0%)。図4に比較例3のワニスをシリコンウェハ上にて成膜、焼成した電荷輸送性薄膜の表面異物検査測定結果を示す。
実施例1と同様に、PTA 0.1000g(0.2260mmol)と、5−SSA 0.1972g(0.9040mmol)とを窒素雰囲気下、DMI 4.1775gに完全に溶解させた。
得られた溶液にc−HexOH 6.2662gを加えて攪拌し、電荷輸送性ワニスを調製した(固形分3.0%)。
実施例1と同様に、PTA 0.1000g(0.2260mmol)と、5−SSA 0.1972g(0.9040mmol)とを窒素雰囲気下、N−メチルピロリドン(NMP)4.1775gに完全に溶解させた。
得られた溶液にc−HexOH 6.2662gを加えて攪拌し、電荷輸送性ワニスを調製した(固形分3.0%)。
実施例1と同様に、PTA 0.1000g(0.2260mmol)と、5−SSA 0.1972g(0.9040mmol)とを窒素雰囲気下、DMAc 4.1775gに完全に溶解させた。
得られた溶液にc−HexOH 6.2662gを加えて攪拌し、電荷輸送性ワニスを調製した(固形分3.0%)。
実施例1と同様に、PTA 0.0500g(0.1130mmol)と、5−SSA 0.0986g(0.4520mmol)とを窒素雰囲気下、DMAc 5.8846gに完全に溶解させた。
得られた溶液にプロピレングリコールモノエチルエーテル(PGME)8.8268gを加えて攪拌し、電荷輸送性ワニスを調製した(固形分1.0%)。
実施例1と同様に、PTA 0.0500g(0.1130mmol)と、5−SSA 0.0986g(0.4520mmol)とを窒素雰囲気下、DMI 5.8846gに完全に溶解させた。
得られた溶液にプロピレングリコールモノエチルエーテル(PGME) 8.8268gを加え攪拌し、電荷輸送性ワニスを調製した(固形分1.0%)。
実施例1と同様に、PTA 0.0500g(0.1130mmol)と、5−SSA 0.0986g(0.4520mmol)とを窒素雰囲気下、DMI 1.4711gに完全に溶解させた。
得られた溶液にc−HexOH 13.2403gを加えて攪拌し、電荷輸送性ワニスを調製した(固形分1.0%)。
実施例1と同様に、PTA 0.0500g(0.1130mmol)と、5−SSA 0.0986g(0.4520mmol)とを窒素雰囲気下、DMI 10.2980gに完全に溶解させた。
得られた溶液にc−HexOH 4.4134gを加えて攪拌し、電荷輸送性ワニスを調製した(固形分1.0%)。
実施例1と同様に、PTA 0.0500g(0.1130mmol)と、5−SSA 0.0986g(0.4520mmol)とを窒素雰囲気下、DMI 4.4134gに完全に溶解させた。
得られた溶液にc−HexOH 10.2980gを加えて攪拌し、電荷輸送性ワニスを調製した(固形分1.0%)。
実施例1と同様に、PTA 0.0500g(0.1130mmol)と、5−SSA 0.0986g(0.4520mmol)とを窒素雰囲気下、DMAc 5.8846gに完全に溶解させた。
得られた溶液にシクロヘキサノン(CHN)8.8268gを加え攪拌し、電荷輸送性ワニスを調製した(固形分1.0%)。
実施例1と同様に、PTA 0.0500g(0.1130mmol)と、5−SSA 0.0986g(0.4520mmol)とを窒素雰囲気下、DMAc 5.8846gに完全に溶解させた。
得られた溶液にエチレングリコールモノプロピルエーテル(EGMPE)8.8268gを加え攪拌し、電荷輸送性ワニスを調製した(固形分1.0%)。
実施例1と同様に、PTA 0.0500g(0.1130mmol)と、5−SSA 0.0986g(0.4520mmol)とを窒素雰囲気下、DMAc 5.8846gに完全に溶解させた。
得られた溶液に2−メチル−1−ペンタノール(2Me1PeOH)8.8268gを加え攪拌し、電荷輸送性ワニスを調製した(固形分1.0%)。
実施例1と同様に、PTA 0.0500g(0.1130mmol)と、5−SSA 0.0986g(0.4520mmol)とを窒素雰囲気下、DMAc 5.8846gに完全に溶解させた。
得られた溶液にエチレングリコールメチルエーテルアセテート(EGMEA)8.8268gを加え攪拌し、電荷輸送性ワニスを調製した(固形分1.0%)。
実施例1と同様に、PTA 0.0500g(0.1130mmol)と、5−SSA 0.0986g(0.4520mmol)とを窒素雰囲気下、DMAc 5.8846gに完全に溶解させた。
得られた溶液に酢酸−n−アミル(MPeEst)8.8268gを加え攪拌し、電荷輸送性ワニスを調製した(固形分1.0%)。
実施例1と同様に、PTA 0.0500g(0.1130mmol)と、5−SSA 0.0986g(0.4520mmol)とを窒素雰囲気下、DMAc 5.8846gに完全に溶解させた。
得られた溶液に1−ペンタノール(1PeOH)8.8268gを加え攪拌し、電荷輸送性ワニスを調製した(固形分1.0%)。
実施例1と同様に、PTA 0.0500g(0.1130mmol)と、5−SSA 0.0986g(0.4520mmol)とを窒素雰囲気下、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン(DMI)14.7114gに完全に溶解させ、電荷輸送性ワニスを調製した(固形分1.0%)。
実施例1と同様に、PTA 0.0500g(0.1130mmol)と、5−SSA 0.0986g(0.4520mmol)とを窒素雰囲気下、N−メチルピロリドン(NMP)14.7114gに完全に溶解させ、電荷輸送性ワニスを調製した(固形分1.0%)。
実施例1と同様に、PTA 0.0500g(0.1130mmol)と、5−SSA 0.0986g(0.4520mmol)とを窒素雰囲気下、N,N−ジメチルアセトアミド(DMAc)14.7114gに完全に溶解させ、電荷輸送性ワニスを調製した(固形分1.0%)。
実施例1と同様に、PTA 0.0500g(0.1130mmol)と、5−SSA 0.0986g(0.4520mmol)とに窒素雰囲気下、シクロヘキサノール(c−HexOH)14.7114gを加えた。PTAはc−HexOHに全く溶解せず、固形分が分散した電荷輸送性ワニスを調製した(理論固形分1.0%)。
実施例1と同様に、PTA 0.0500g(0.1130mmol)と、5−SSA 0.0986g(0.4520mmol)とに窒素雰囲気下、メタノール(MeOH)14.7114gを加えた。PTAはMeOHに全く溶解せず、固形分が分散した電荷輸送性ワニスを調製した(理論固形分1.0%)。
実施例1と同様に、PTA 0.0500g(0.1130mmol)と、5−SSA 0.0986g(0.4520mmol)とに窒素雰囲気下、グリセリン(Gly)14.7114gを加えた。PTAはGlyに全く溶解せず、固形分が分散した電荷輸送性ワニスを調製した(理論固形分1.0%)。
実施例1と同様に、PTA 0.0500g(0.1130mmol)と、5−SSA 0.0986g(0.4520mmol)とに窒素雰囲気下、メタノール(MeOH) 10.2980gとシクロヘキサノール(c−HexOH)4.4134g(MeOH:c−HexOH=7:3)を加えた。PTAはMeOH:c−HexOH=7:3の混合溶媒に全く溶解せず、固形分が分散した電荷輸送性ワニスを調製した(理論固形分1.0%)。
実施例1と同様に、PTA 0.0500g(0.1130mmol)と、5−SSA 0.0986g(0.4520mmol)とに窒素雰囲気下、メタノール(MeOH) 10.2980gとグリセリン(Gly)4.4134g(MeOH:Gly=7:3)を加えた。PTAはMeOH:Gly=7:3の混合溶媒に全く溶解せず、固形分が分散した電荷輸送性ワニスを調製した(理論固形分1.0%)。
膜厚は、日本真空技術社製 表面形状測定装置 DEKTAK3STを、Ipは、理研計器社製 光電子分光装置 AC−2を使用して測定した。異物の定量は、KLA−Tencor社製 表面異物検査装置 Surfscan(商標)6220を使用して測定した。
デジタル化された異物は、0.5〜0.6、0.6〜0.7、0.7〜0.8、0.8〜0.9、0.9〜1.0、1.0〜3.0、3.0〜5.0、5.0〜28.0μmに分類され、各々のカウントの合計が測定できる。なお、異物をカウントできる上限はディフェクト数が30000と設定した。
ディフェクト数は上述した通り、厳密には光学補正された数値であることから、異物以外の基板上の傷なども収集してしまう。そこで、表面異物検査は、基板上の傷などの影響に細心の注意を払って行い、傷由来のデータは除いた。
実施例1は、混合溶媒の組成が良溶媒と良溶媒よりも少なくとも20℃低い沸点(760mmHg下)を有する貧溶媒とで構成された系であり、良溶媒のDMIの沸点が225℃で、貧溶媒のc−HexOHの沸点が161℃である。
一方、比較例1は、混合溶媒の組成が良溶媒とほぼ同じ沸点(760mmHg下)を有する貧溶媒とで構成された系であり、良溶媒のDMAcの沸点が165℃で、貧溶媒のc−HexOHの沸点が161℃である。
また、比較例2及び3は、混合溶媒の組成が良溶媒と良溶媒よりも高沸点(760mmHg下)の貧溶媒とで構成された系であり、比較例2は良溶媒のDMAcの沸点が165℃で、貧溶媒の2−PhEtの沸点が237℃、比較例3は良溶媒のDMIの沸点が225℃で、貧溶媒のDEGの沸点が244℃である。
ここで、図1及び図2を比較すると、図1(実施例1)の方が異物を抑制できていることが分かる。これに対して、図3及び図4では、ディフェクト数が上限の30000を超える結果となった。このような電荷輸送性薄膜上の異物は、有機EL素子とした場合、電気短絡の原因となり、歩留まりと生産効率の低下を促す要因となる。
実施例2、3及び比較例4は、良溶媒の沸点のみを変えて調製したワニスである。実施例2は、良溶媒に沸点が225℃のDMIを、実施例3は、良溶媒に沸点が202℃のNMPを、比較例4は、良溶媒に沸点が165℃のDMAcを選択した。各々の混合溶媒の貧溶媒としては沸点が161℃のc−HexOHを選択し、固定した。
表2に示されるように、良溶媒の沸点が大きくなり、貧溶媒の沸点とのコントラストが大きい溶媒組成の方が、基板上のディフェクトの抑制に効果的であり、より良好な薄膜表面が得られることがわかる。
ここでは、これまでに示したc−HexOH以外の貧溶媒でも良好な薄膜表面を与えるかどうかを検討した。
実施例4及び5は貧溶媒に沸点が132℃のPGMEを選択した。表3に示されるように、貧溶媒の種類が変わったとしても、良好な薄膜表面が得られることがわかる。
実施例1では、良好な薄膜表面を得られたことを先に示した。これまでに示した良溶媒と貧溶媒の溶媒組成比は全て良溶媒:貧溶媒が4:6(wt%)であったため、この溶媒組成比以外の組成比でも良好な薄膜表面を与えるかどうかを検討した。
実施例6は良溶媒:貧溶媒が1:9、実施例7は良溶媒:貧溶媒が7:3、実施例8は良溶媒:貧溶媒が3:7として、ワニスを調製した。表4に示したように、混合溶媒組成比が変わったとしても、良好な薄膜表面が得られることがわかる。
これまで、良溶媒と貧溶媒との混合溶媒において、760mmHg下で、良溶媒の沸点が貧溶媒よりも高い溶媒組成が表面異物検査測定の結果、良好な薄膜表面を得られることを示してきた。そこで、良溶媒と貧溶媒との沸点の差(ΔT)が実際にX℃離れていると異物の抑制に効果的であるか、閾値を明確化するために検討を行った。
比較例5〜7は良溶媒に沸点が165℃のDMAcを選択し、貧溶媒にそれぞれ、沸点が148℃の2Me1PeOH(ΔT=17℃)、155℃のCHN(ΔT=10℃)、150℃のEGMPE(ΔT=15℃)を選択し、混合溶媒とした。なお、貧溶媒は良溶媒であるDMAcの沸点165℃を固定化したときに、ΔTが10,15,17,20,23,28℃となる溶媒を選択した。このとき、前述したように、良溶媒と混合しない貧溶媒であるノーマルペンタン、ノーマルヘキサン、ノーマルオクタン、ノーマルノナンおよびシクロヘキサン等は選択しなかった。
実施例12の結果と併せて考えると、良溶媒と貧溶媒との沸点の差ΔTが17℃では異物が発生し、20℃では異物を抑制できることから、異物の出現を抑制できる良溶媒と貧溶媒との沸点差の閾値は20℃であること見出した。
表6の結果から、良溶媒のみの電荷輸送性ワニスから得られた薄膜表面の異物は比較的に少ないことか分かった。しかし、良溶媒のみで構成されている電荷輸送性ワニスは、焼成前あるいは焼成時のレベリング効果が低く、均一な成膜表面とならずにモヤムラが出現した。モヤムラは目視で確認できるほどのムラであり、特にエッジ部分に出現場所が集中していた。このモヤムラは表面異物検査測定でディテクトされるため、合計で200〜300程度のディフェクトとして確認された。異物が出現しなくても、均一で平坦化性の高い薄膜表面を得るためには、レベリング機能を有した貧溶媒の添加をすることが効果的であり、この例として実施例1あるいは4などが挙げられる。
表7の結果から、貧溶媒のみの電荷輸送性ワニスから得られた薄膜表面の異物は非常に多く、測定限界を越える異物が確認された。
また、本発明のワニスは、固形分が有機溶媒に完全に溶解していることを前提としているが、固形分の一方が溶解していない系の場合、薄膜表面のラフネスが著しく大きくなることがわかった。
なお、表面異物検査測定のディフェクト範囲でディテクトすることができないほど大きい異物が目視で多数確認された。
特に、比較例11のc−HexOHを電荷輸送性ワニスの溶媒に選択した場合、c−HexOHの融点が21〜25℃であり、融点以下になると固化してしまい、ハンドリング性および保存安定性が悪く、実際のプロセスに適合できる可能性が著しく低い。
実施例1の電荷輸送性ワニスを用いてITO付きガラス基板上に30nmの正孔輸送性薄膜を形成した後、真空蒸着装置内に導入し、α−NPD、Alq3、LiF、及びAlを順次蒸着した。膜厚は、それぞれ40nm、60nm、0.5nm、100nmとして、それぞれ8×10-4Pa以下の圧力となってから蒸着操作を行った。その際の蒸着レートはLiF以外の材料については0.3〜0.4nm/s、またLiFについては0.02〜0.04nm/sとした。一連の蒸着操作は全ての層を蒸着するまで真空下で行った。導電率はITO付きガラス基板上に正孔輸送性薄膜を形成した後、真空蒸着装置内に導入し、Alを100nm蒸着し、膜厚30nm、100mA/cm2通電時の電流−電圧特性から算出した。
実施例4の電荷輸送性ワニスを使用した以外は、実施例12と同様にして、OLED素子を作製し、特性を評価した。
[実施例14]
実施例5の電荷輸送性ワニスを使用した以外は、実施例12と同様にして、OLED素子を作製し、特性を評価した。
比較例1の電荷輸送性ワニスを使用した以外は、実施例12と同様にして、OLED素子を作製し、特性を評価した。
[比較例17]
比較例2の電荷輸送性ワニスを使用した以外は、実施例12と同様にして、OLED素子を作製し、特性を評価した。
[比較例18]
比較例3の電荷輸送性ワニスを使用した以外は、実施例12と同様にしてOLED素子を作製し、特性を評価した。
ITOガラス基板を40分間オゾン洗浄した後、真空蒸着装置内に導入し、真空蒸着装置内でITOガラス基板上に銅フタロシアニン(CuPC)を30nm蒸着した。蒸着後、実施例12に記載の方法と同条件でα−NPD、Alq3、LiF、Alを順次蒸着した。得られたOLED素子の特性を評価した。
ポリエチレンジオキシチオフェン−ポリスチレンスルホン酸水溶液をスピンコート法によりITOガラス基板上に塗布し、空気中120℃1時間焼成し、30nmの薄膜を得た。この薄膜を用いて、実施例12に記載の方法を用いてOLED素子を作製し、OLEDの素子特性を評価した。
なお、OLED素子の特性は、有機EL発光効率測定装置(EL1003、プレサイスゲージ社製)を使用して測定した。
また、貧溶媒にPGMEを用いて混合溶媒としたワニスから作成した薄膜のOLED素子である実施例13及び14も均一発光であった。
ドライプロセスにおいて、通常使用される正孔輸送性材料であるCuPCを使用した比較例19及びポリエチレンジオキシチオフェン−ポリスチレンスルホン酸を使用した比較例20のOLED素子特性は、10mA/cm2及び50mA/cm2の閾値において、本発明の電荷輸送性薄膜を使用した場合よりも低発光効率となった。
Claims (16)
- 分子量200〜1000の有機化合物又は分子量200〜50万のオリゴマー若しくはポリマーからなる基質と、良溶媒及び良溶媒よりも少なくとも20℃低い沸点(760mmHg下)を有する貧溶媒を含む溶剤を含有し、前記基質が前記溶剤中に溶解していることを特徴とするワニス。
- 前記基質が、電荷輸送性モノマー、若しくは数平均分子量200〜50万の電荷輸送性オリゴマー若しくはポリマーからなる電荷輸送物質、又はこの電荷輸送物質及び電子受容性ドーパント物質若しくは正孔受容性ドーパント物質からなる電荷輸送性有機材料である請求項1記載の電荷輸送性ワニス。
- 前記電荷輸送物質が、共役単位を有する電荷輸送性モノマー又は共役単位を有する数平均分子量200〜5000の電荷輸送性オリゴマーであり、かつ、単一の前記共役単位が連続している、又は相異なる2種以上の前記共役単位が任意の順序の組み合わせで連続している請求項2記載の電荷輸送性ワニス。
- 前記共役単位が、置換若しくは非置換、かつ、2〜4価の、アニリン、チオフェン、ジチイン、フラン、ピロール、エチニレン、ビニレン、フェニレン、ナフタレン、アントラセン、イミダゾール、オキサゾール、オキサジアゾール、キノリン、キノキザリン、シロール、シリコン、ピリジン、ピリミジン、ピラジン、フェニレンビニレン、フルオレン、カルバゾール、トリアリールアミン、金属−若しくは無金属−フタロシアニン、及び金属−若しくは無金属−ポルフィリンから選ばれる少なくとも1種である請求項3記載の電荷輸送性ワニス。
- 前記電荷輸送物質が、一般式(1)で表されるオリゴアニリン誘導体、又は一般式(1)の酸化体であるキノンジイミン誘導体であることを特徴とする請求項3記載の電荷輸送性ワニス。
- 前記電荷輸送物質が、一般式(4)で表されるオリゴアニリン誘導体、又は一般式(4)の酸化体であるキノンジイミン誘導体であることを特徴とする請求項5記載の電荷輸送性ワニス。
- 前記電子受容性ドーパント物質が一般式(5)で表されるスルホン酸誘導体であることを特徴とする請求項2〜6のいずれか1項に記載の電荷輸送性ワニス。
- 前記電子受容性ドーパント物質が一般式(6)で表されるスルホン酸誘導体であることを特徴とする請求項2〜6のいずれか1項に記載の電荷輸送性ワニス。
- 請求項1記載のワニスを使用して作製されることを特徴とする薄膜。
- 請求項2〜8のいずれかに記載の電荷輸送性ワニスを使用して作製されることを特徴とする電荷輸送性薄膜。
- 固形分1.0%の電荷輸送性ワニスから作製され、
KLA−Tencor社製 表面異物検査装置 Surfscan(商標)6220を用いて、0.5μmまでの異物を80%の捕獲率で検出できる条件で測定したディフェクト数が、30nmの膜厚の場合に100以下であることを特徴とする請求項10記載の電荷輸送性薄膜。 - 請求項10又は11記載の電荷輸送性薄膜を備える有機エレクトロルミネッセンス素子。
- 前記電荷輸送性薄膜が、正孔注入層又は正孔輸送層である請求項12記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
- 請求項1記載のワニスを使用することを特徴とする薄膜の作製方法。
- 請求項2〜8のいずれかに記載の電荷輸送性ワニスを使用することを特徴とする電荷輸送性薄膜の作製方法。
- 固形分1.0%の電荷輸送性ワニスから作製され、
KLA−Tencor社製 表面異物検査装置 Surfscan(商標)6220を用いて、0.5μmまでの異物を80%の捕獲率で検出できる条件で測定したディフェクト数が、30nmの膜厚の場合に100以下であることを特徴とする電荷輸送性薄膜。
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