JPWO2010093013A1 - 画像表示装置および有機エレクトロルミネッセンス素子 - Google Patents

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Abstract

ポリイミドフィルム基板と、この基板上に形成されたITO電極とを少なくとも備えて構成され、ITO電極が、多結晶ITO電極であり、ポリイミドフィルムが、式[1]で表される繰り返し単位を少なくとも10モル%以上含有する画像表示装置および有機EL素子。これにより、フレキシブルなポリイミドフィルムを備えるとともに、発光輝度等の素子特性に優れた画像表示装置および有機EL素子が提供できる。(式中、R1およびR2は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、または炭素数1〜5のアルキル基、R3、R4およびR5は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数2〜5のアルケニル基、炭素数1〜5のアルコキシル基、炭素数3〜7のシクロアルキル基、ニトリル基、またはカルボキシル基を表し、nは整数を表す。)

Description

本発明は、画像表示装置および有機エレクトロルミネッセンス素子に関する。
従来、各種電子デバイスにおける電気絶縁膜、有機エレクトロルミネッセンス(以下、有機ELと略記する)ディスプレー用基板、液晶ディスプレー用基板、電子ペーパー用基板および太陽電池用基板には、ガラスが用いられてきた。
しかし、最近、それらの装置の大画面化に伴ってガラス基板を用いることによる重量増大化の問題や、携帯電話、電子手帳、ラップトップ型パソコン等の携帯情報端末などの移動型情報通信機器用表示装置の薄膜化に伴ってガラス基板の破損の問題などが深刻になってきている。
そこで、より軽量かつ柔軟であるとともに、耐衝撃性を有し、成型加工も容易なプラスチック基板の採用が求められている。
透明で柔軟かつ強靭なプラスチック基板は、曲げたり丸めたりして収納可能なフレキシブル表示パネルの実現を可能にする。
有機ELディスプレー用基板分野では、ポリエチレンナフタレート(PEN)を使用した例が知られている(特許文献1)。PENの耐熱温度は150℃であり、低温成膜が必要になるが、未だその実用的な製造法確立までには至っていない。
ところで、ポリイミド樹脂は、高い機械的強度、耐熱性、絶縁性、耐溶剤性を有しているため、液晶表示素子や半導体における保護材料、絶縁材料、カラーフィルタなどの電子材料用薄膜として広く用いられている。
しかし、従来の全芳香族ポリイミド樹脂は、濃い琥珀色を呈して着色するため、高い透明性が要求される電子デバイス分野の厚膜においては問題が生じる。
透明性を実現する一つの方法として、3,4−ジカルボキシ−1,2,3,4−テトラヒドロ−1−ナフタレンコハク酸二無水物(以下、TDAと略す)のような脂環式テトラカルボン酸二無水物と芳香族ジアミンとの重縮合反応によりポリイミド前駆体を得て、当該前駆体をイミド化してポリイミドを製造すれば、比較的着色が少なく、高透明性のポリイミドが得られることが知られている(特許文献2および3)。
しかし、これらのポリイミドは、液晶配向膜の厚みが1μm以下の特定分野に適用される膜であるうえに、100μm前後の厚膜を製膜することが難しいという問題がある。
また、式[5]で表されるTDA化合物と、式[6]で表される置換ビス(アミノフェノキシ)ベンゼン化合物(以下、BAPB化合物と略記する)との重縮合により得られるTDA−BAPB化合物ポリイミドは、具体的な記載がなく、その物性は未知であり、さらに、その用途面において、どのような特性を発揮するかも知られていなかった。
Figure 2010093013
(式中、R1およびR2は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、または炭素数1〜5のアルキル基を表し、R3、R4およびR5は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数2〜5のアルケニル基、炭素数1〜5のアルコキシル基、炭素数3〜7のシクロアルキル基、ニトリル基、またはカルボキシル基を表す。)
さらに、ポリイミド基板および多結晶ITO電極を備える有機エレクトロルミネッセンス素子は既に報告されているが、その素子特性は、電圧14Vで電流密度100A/m2、および電流密度100A/m2で発光効率11m/Wと極めて低く、実用性の乏しいものであった(非特許文献1)。
特開2006−73636号公報 特開2004−37962号公報 特開2005−120343号公報
Adv. Mater., 2002, 14, (18) 127
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、フレキシブルなポリイミドフィルムを備えるとともに、発光輝度等の素子特性に優れた画像表示装置および有機EL素子を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記式[5]で表されるTDA化合物と、式[6]で表されるBAPB化合物との重縮合およびイミド化によって得られるTDA−BAPB化合物ポリイミドを含むフィルムが、高光透過性、高耐熱性、高靭性かつ低吸水率で、フレキシブルであり、有機ELディスプレーや液晶ディスプレー等の画像表示装置用基板(光学フィルム)として有用であることを既に見出している(特願2008−271947)が、このフィルムを備えた素子の特性については改善の余地があった。
そこで、本発明者らは、このTDA−BAPB化合物ポリイミドフィルムを基板として備える素子の特性をさらに向上させるべく鋭意検討を重ねた結果、この基板上に積層して陽極として用いるITOを多結晶化させることで、発光輝度をはじめとした素子特性が、アモルファスITO電極を用いた場合よりも向上することを見出し、本発明を完成した。
すなわち、本発明は、
1. ポリイミドフィルム基板と、この基板上に形成されたITO電極とを少なくとも備えて構成され、前記ITO電極が、多結晶ITO電極であり、前記ポリイミドフィルムが、式[1]で表される繰り返し単位を少なくとも10モル%以上含有することを特徴とする画像表示装置、
Figure 2010093013
(式中、R1およびR2は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、または炭素数1〜5のアルキル基、R3、R4およびR5は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数2〜5のアルケニル基、炭素数1〜5のアルコキシル基、炭素数3〜7のシクロアルキル基、ニトリル基、またはカルボキシル基を表し、nは整数を表す。)
2. 前記ポリイミドフィルムが、式[2]で表される繰り返し単位を少なくとも10モル%以上含有する1の画像表示装置、
Figure 2010093013
(式中、nは、前記と同じ意味を表す。)
3. ポリイミドフィルム基板と、この基板上に形成されたITO電極とを少なくとも備えて構成され、前記ITO電極が、多結晶ITO電極であり、前記ポリイミドフィルムが、式[1]で表される繰り返し単位を少なくとも10モル%以上含有することを特徴とする有機EL素子、
Figure 2010093013
(式中、R1〜R5、およびnは前記と同じ意味を表す。)
4. 前記ポリイミドフィルムが、式[2]で表される繰り返し単位を少なくとも10モル%以上含有する3の有機EL素子、
Figure 2010093013
(式中、nは、前記と同じ意味を表す。)
5. 前記多結晶ITO電極上に、次の順序で積層された、ホール注入層、ホール輸送層、有機物からなる発光層、電子注入層および陰極を備える3または4の有機EL素子、
6. 前記ホール注入層が、ポリ(スチレンスルホネート)/ポリ[2,3−ジハイドロチエノ(3,4b)−1,4−ジオキシン)を含み、前記ホール輸送層が、ビス[N−(1−ナフチル)−N−フェニル]ベンジジンを含み、前記有機物からなる発光層および電子注入層が、トリス(8−ハイドロキノリン)アルミニウムを含み、前記陰極が、Al−LiおよびAlの積層電極である5の有機EL素子、
7. 前記多結晶ITO電極が、前記ポリイミドフィルム基板上にアモルファスITO膜を積層後、このアモルファスITO膜を加熱処理して形成された4〜6のいずれかの有機EL素子、
8. 前記加熱処理が、104〜10-4Paの減圧下で行われる7の有機EL素子、
9. 前記加熱処理が、100〜300℃で行われる7または8の有機EL素子、
10. 前記加熱処理が、120〜240℃で行われる9の有機EL素子、
11. 前記ポリイミドフィルム基板上に、アモルファスITO膜を積層し、このアモルファスITO膜を加熱処理して多結晶ITO電極を作製した後、ホール注入層、ホール輸送層、有機物からなる発光層、電子注入層および陰極を、この順序で積層することを特徴とする5の有機EL素子の製造方法、
12. 前記加熱処理を、104〜10-4Paの減圧下で行う11の有機EL素子の製造方法、
13. 前記加熱処理を、100〜300℃で行う11または12の有機EL素子の製造方法、
14. 前記加熱処理を、120〜240℃で行う13の有機EL素子の製造方法
を提供する。
本発明によれば、フレキシブルなポリイミドフィルムを備えるとともに、発光輝度等の素子特性に優れた画像表示装置および有機エレクトロルミネッセンス素子を提供できる。
実施例1および比較例1で作製したポリイミド基板上ITOのX線回折パターンを示す図である。 実施例1,2および比較例1で作製したポリイミド基板上ITOの光透過率を示す図である。 実施例1で作製した有機EL素子の発光時の外観を示す図である。 実施例1および比較例1で作製した有機EL素子の発光輝度−電圧特性を示す図であり、●は実施例1の結果を、○は比較例1の結果を示す。 実施例1および比較例1で作製した有機EL素子の電流密度−電圧特性を示す図であり、●は実施例1の結果を、○は比較例1の結果を示す。 実施例1および比較例1で作製した有機EL素子の発光効率−電流密度特性を示す図であり、●は実施例1の結果を、○は比較例1の結果を示す。 実施例2で作製した有機EL素子の発光時の外観を示す図である。 実施例2で作製した有機EL素子の発光輝度−電圧特性を示す図である。 実施例2で作製した有機EL素子の電流密度−電圧特性を示す図である。 実施例2で作製した有機EL素子の発光効率−電流密度特性を示す図である。
以下、本発明についてさらに詳しく説明する。
まず、本発明の素子の基板を構成するポリイミドフィルムについて説明する。
本発明において、ポリイミドフィルム基板を構成するポリイミドフィルムは、上記式[1]で表される繰り返し単位を少なくとも10モル%以上含有するものである。
ここで、式[1]において、ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子が挙げられる。
炭素数1〜10のアルキル基は、直鎖、分岐のいずれでもよく、その具体例としては、メチル、エチル、n−プロピル、i−プロピル、n−ブチル、i−ブチル、s−ブチル、t−ブチル、n−ペンチル、i−アミル、t−アミル、neo−ペンチル、n−ヘキシル、ヘプチル、オクチル、ノニル、デシル基等が挙げられる。
炭素数2〜5のアルケニル基としては、例えば、ビニル、プロペニル、ブテニル、ペンテニル基等が挙げられる。
炭素数1〜5のアルコキシル基としては、例えば、メトキシ、エトキシ、n−プロポキシ、i−プロポキシ、n−ブトキシ、s−ブトキシ、t−ブトキシ、n−ペントキシ基等が挙げられる。
炭素数3〜7のシクロアルキル基としては、シクロプロピル、シクロブチル、シクロペンチル、シクロヘキシル、シクロヘプチル基等が挙げられる。
なお、以上において、nはノルマルを、iはイソを、sはセカンダリーを、tはターシャリーをそれぞれ表す。
本発明において、ポリイミドの数平均分子量は、フィルムにした場合の柔軟性等を考慮すると、5,000以上が好ましく、6,000〜100,000がより好ましい。
このため、上記式[1]および[2]におけるnは、ポリイミドの数平均分子量が5,000以上となる整数が好ましい。具体的には8〜180が好ましく、特に10〜100が好適である。
本発明で用いられるポリイミドフィルムは、上記式で表される繰り返し構造を10モル%以上含有すればよいが、特に、高い耐熱性および透明性を有し、柔軟性に優れたポリイミドフィルムとするためには、上記構造を50モル%以上含有することが好ましく、70モル%以上含有することがより好ましく、90モル%以上含有することが最適である。
上記式[1]および[2]で表される繰り返し単位を有するポリイミドは、下記式[3]および[4]で表される繰り返し単位を有するポリアミック酸をイミド化することで得ることができる。
Figure 2010093013
(式中、R1〜R5、およびnは上記と同じ意味を表す。)
Figure 2010093013
これら式[3]および[4]で表されるポリアミック酸は、上述したように、式[5]で表されるTDA化合物と、式[6]で表されるBAPB化合物との重縮合により合成できる。
本発明において、TDA化合物としては、3,4−ジカルボキシ−1,2,3,4−テトラヒドロ−1−ナフタレンコハク酸二無水物(TDA)、2−メチル−3,4−ジカルボキシ−1,2,3,4−テトラヒドロ−1−ナフタレンコハク酸二無水物、2−エチル−3,4−ジカルボキシ−1,2,3,4−テトラヒドロ−1−ナフタレンコハク酸二無水物、2−n−プロピル−3,4−ジカルボキシ−1,2,3,4−テトラヒドロ−1−ナフタレンコハク酸二無水物、2−n−ブチル−3,4−ジカルボキシ−1,2,3,4−テトラヒドロ−1−ナフタレンコハク酸二無水物、2−n−ペンチル−3,4−ジカルボキシ−1,2,3,4−テトラヒドロ−1−ナフタレンコハク酸二無水物、5−メチル−3,4−ジカルボキシ−1,2,3,4−テトラヒドロ−1−ナフタレンコハク酸二無水物、6−メチル−3,4−ジカルボキシ−1,2,3,4−テトラヒドロ−1−ナフタレンコハク酸二無水物、7−メチル−3,4−ジカルボキシ−1,2,3,4−テトラヒドロ−1−ナフタレンコハク酸二無水物、8−メチル−3,4−ジカルボキシ−1,2,3,4−テトラヒドロ−1−ナフタレンコハク酸二無水物、5,8−ジメチル−3,4−ジカルボキシ−1,2,3,4−テトラヒドロ−1−ナフタレンコハク酸二無水物、5−クロロ−3,4−ジカルボキシ−1,2,3,4−テトラヒドロ−1−ナフタレンコハク酸二無水物、6−クロロ−3,4−ジカルボキシ−1,2,3,4−テトラヒドロ−1−ナフタレンコハク酸二無水物等が挙げられる。これらの中でも、入手面からTDAが好ましい。
一方、BAPB化合物としては、1,3−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン(以下、1,3−BAPBと略記する)、1,4−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、1,3−ビス(4−アミノ−3−メチルフェノキシ)ベンゼン、1,3−ビス(4−アミノフェノキシ)−5−メチルベンゼン、3−ビス(4−アミノフェノキシ)−5−デシルベンゼン、1,3−ビス(4−アミノフェノキシ)−5−エイコシルベンゼン、3−ビス(4−アミノ−3−ドデシルフェノキシ)−5−ベンゼン、1,3−ビス(4−アミノフェノキシ)−5−シアノベンゼン、1,3−ビス(4−アミノフェノキシ)−5−クロロベンゼン、1,3−ビス(4−アミノフェノキシ)−5−デシルベンゼン、1,3−ビス(4−アミノフェノキシ)−5−メトキシベンゼン、1,3−ビス(4−アミノフェノキシ)−5−ビニルベンゼン、1,3−ビス(4−アミノフェノキシ)−5−アリルベンゼン、1,3−ビス(4−アミノフェノキシ)−5−カルボキシベンゼン、1,3−ビス(4−アミノフェノキシ)−5−シクロプロピルベンゼン、3−ビス(4−アミノフェノキシ)−5−シクロヘキシルベンゼン、1,3−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、1,4−ビス(3−アミノフェノキシ)ベンゼン、1,3−ビス(3−アミノ−4−メチルフェノキシ)ベンゼン、3−ビス(3−アミノフェノキシ)−5−メチルベンゼン、1,3−ビス(3−アミノフェノキシ)−5−デシルベンゼン、1,3−ビス(3−アミノフェノキシ)−5−エイコシルベンゼン、3−ビス(3−アミノ−4−ドデシルフェノキシ)−5−ベンゼン、1,3−ビス(3−アミノフェノキシ)−5−シアノベンゼン、1,3−ビス(3−アミノフェノキシ)−5−クロロベンゼン、3−ビス(3−アミノフェノキシ)−5−デシルベンゼン、1,3−ビス(3−アミノフェノキシ)−5−メトキシベンゼン、1,3−ビス(3−アミノフェノキシ)−5−ビニルベンゼン、1,3−ビス(3−アミノフェノキシ)−5−アリルベンゼン、1,3−ビス(3−アミノフェノキシ)−5−カルボキシベンゼン、1,3−ビス(3−アミノフェノキシ)−5−シクロプロピルベンゼン、3−ビス(3−アミノフェノキシ)−5−シクロヘキシルベンゼン等が挙られる。これらの中でも、得られるフィルムの物性面から1,3−BAPBが好ましい。
なお、本発明に用いられるポリイミドフィルムでは、上述した式[1]および[2]のいずれかの繰り返し単位が10モル%以上含まれるとともに、得られるポリイミドフィルムの物性に影響を与えない限りにおいて、上記TDA化合物以外の通常のポリイミドの合成に使用されるテトラカルボン酸化合物およびその誘導体を同時に用いてもよい。
その具体例としては、1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸、2,3,4,5−テトラヒドロフランテトラカルボン酸、1,2,4,5−シクロヘキサン酸、3,4−ジカルボキシ−1−シクロヘキシルコハク酸、3,4−ジカルボキシ−1,2,3,4−テトラヒドロ−1−ナフタレンコハク酸、ビシクロ[3.3.0]オクタン−2,4,6,8−テトラカルボン酸などの脂環式テトラカルボン酸、およびこれらの二無水物並びにこれらのジカルボン酸ジ酸ハロゲン化物などが挙げられる。
また、ピロメリット酸、2,3,6,7−ナフタレンテトラカルボン酸、1,2,5,6−ナフタレンテトラカルボン酸、1,4,5,8−ナフタレンテトラカルボン酸、2,3,6,7−アントラセンテトラカルボン酸、1,2,5,6−アントラセンテトラカルボン酸、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸、2,3,3’,4−ビフェニルテトラカルボン酸、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)エーテル、3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)メタン、2,2−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)プロパン、1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロ−2,2−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)プロパン、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)ジメチルシラン、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)ジフェニルシラン、2,3,4,5−ピリジンテトラカルボン酸、2,6−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)ピリジンなどの芳香族テトラカルボン酸およびこれらの酸二無水物、並びにこれらのジカルボン酸ジ酸ハロゲン化物なども挙げられる。なお、これらのテトラカルボン酸化合物は、1種単独で用いても、2種以上混合して用いてもよい。
一方、ジアミンとしても、上述した式[1]および[2]のいずれかの繰り返し単位が10モル%以上含まれるとともに、得られるポリイミドフィルムの物性に影響を与えない限りにおいて、上記BAPB化合物以外のその他のジアミン化合物を用いてもよい。
その具体例としては、p−フェニレンジアミン、m−フェニレンジアミン、2,5−ジアミノトルエン、2,6−ジアミノトルエン、4,4’−ジアミノビフェニル、3,3’−ジメチル−4,4’−ジアミノビフェニル、3,3’−ジメトキシ−4,4’−ジアミノビフェニル、ジアミノジフェニルメタン、ジアミノジフェニルエーテル、2,2’−ジアミノジフェニルプロパン、ビス(3,5−ジエチル−4−アミノフェニル)メタン、ジアミノジフェニルスルホン、ジアミノベンゾフェノン、ジアミノナフタレン、1,4−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、1,4−ビス(4−アミノフェニル)ベンゼン、9,10−ビス(4−アミノフェニル)アントラセン、1,3−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、4,4’−ビス(4−アミノフェノキシ)ジフェニルスルホン、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、2,2’−トリフルオロメチル−4,4’−ジアミノビフェニル等の芳香族ジアミン;ビス(4−アミノシクロヘキシル)メタン、ビス(4−アミノ−3−メチルシクロヘキシル)メタン、4,4’−メチレンビス(2−メチルシクロヘキシルアミン)等の脂環式ジアミン化合物;テトラメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン等の脂肪族ジアミン化合物等が挙げられ、これらのジアミン化合物は、1種単独で、または2種以上を混合して使用することができる。
上述したポリアミック酸を合成する際の全テトラカルボン酸二無水物化合物のモル数と全ジアミン化合物のモル数との比はカルボン酸化合物/ジアミン化合物=0.8〜1.2であることが好ましい。通常の重縮合反応と同様に、このモル比が1に近いほど生成する重合体の重合度は大きくなる。重合度が小さすぎるとポリイミド塗膜の強度が不十分となり、また重合度が大きすぎるとポリイミド塗膜形成時の作業性が悪くなる場合がある。
したがって、本反応における生成物の重合度は、ポリアミック酸溶液の還元粘度換算で、0.05〜5.0dl/g(30℃のN−メチル−2−ピロリドン中、濃度0.5g/dl)が好ましい。
ポリアミック酸合成に用いられる溶媒としては、例えば、m−クレゾール、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)、N,N−ジメチルアセトアミド(DMAc)、N−メチルカプロラクタム、ジメチルスルホキシド、テトラメチル尿素、ピリジン、ジメチルスルホン、ヘキサメチルホスホルアミド、γ−ブチロラクトンなどが挙げられる。これらは、単独で使用しても、混合して使用してもよい。さらに、ポリアミック酸を溶解しない溶媒であっても、均一な溶液が得られる範囲内で上記溶媒に加えて使用してもよい。
重縮合反応の温度は、−20〜150℃、好ましくは−5〜100℃の任意の温度を選択することができる。
本発明で用いるポリイミドは、以上のようにして合成したポリアミック酸を、加熱により脱水閉環(熱イミド化)して得ることができる。なお、この際、ポリアミック酸を溶媒中でイミドに転化させ、溶剤可溶性のポリイミドとして用いることも可能である。
また、公知の脱水閉環触媒を使用して化学的に閉環する方法も採用することができる。
加熱による方法は、100〜300℃、好ましくは120〜250℃の任意の温度で行うことができる。
化学的に閉環する方法は、例えば、ピリジンやトリエチルアミンなどと、無水酢酸などとの存在下で行うことができ、この際の温度は、−20〜200℃の任意の温度を選択することができる。
このようにして得られたポリイミド溶液は、そのまま使用することもでき、また、メタノール、エタノールなどの貧溶媒を加えて沈殿させ、これを単離したポリイミドを粉末として、あるいはそのポリイミド粉末を適当な溶媒に再溶解させて使用することができる。
再溶解用溶媒は、得られたポリイミドを溶解させるものであれば特に限定されるものではなく、例えば、m−クレゾール、2−ピロリドン、NMP、N−エチル−2−ピロリドン、N−ビニル−2−ピロリドン、DMAc、DMF、γ−ブチロラクトンなどが挙げられる。
また、単独ではポリイミドを溶解しない溶媒であっても、溶解性を損なわない範囲であれば上記溶媒に加えて使用することができる。その具体例としては、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、エチルカルビトール、ブチルカルビトール、エチルカルビトールアセテート、エチレングリコール、1−メトキシ−2−プロパノール、1−エトキシ−2−プロパノール、1−ブトキシ−2−プロパノール、1−フェノキシ−2−プロパノール、プロピレングリコールモノアセテート、プロピレングリコールジアセテート、プロピレングリコール−1−モノメチルエーテル−2−アセテート、プロピレングリコール−1−モノエチルエーテル−2−アセテート、ジプロピレングリコール、2−(2−エトキシプロポキシ)プロパノール、乳酸メチルエステル、乳酸エチルエステル、乳酸n−プロピルエステル、乳酸n−ブチルエステル、乳酸イソアミルエステルなどが挙げられる。
本発明で用いるポリイミドフィルムは、重合で得られたポリアミック酸溶液やこれを化学イミド化した後、再沈殿させて得られたポリイミドの有機溶媒溶液を、ガラス板等の基材上に塗布し、溶媒を蒸発させることにより作製することができる。
その際、好ましくは、1〜1,000Paの減圧下で、50〜100℃で1〜5時間予備焼成した後、100℃超〜160℃で1〜5時間、次いで160℃超〜200℃で1〜5時間、さらに200℃超〜300℃で1〜5時間焼成する多段階昇温法を採用することにより、着色が少なく均一な表面平滑性の高いポリイミドフィルムを作製することができる。
このようにして作製されたポリイミドフィルムは、膜厚50〜500μm、400nmでの光透過率70%以上、10%重量減少温度300℃以上、吸水率1%以下、ヤング率1.5GPa以上、最大伸率5%以上の高透明性、高機械的強度、高耐熱性、低吸水性、かつ、柔軟性を兼ね備えたものである。
このポリイミドフィルムは、有機ELディスプレー用基板、液晶ディスプレー用基板等の画像表示装置用基板として好適に用いることができる。
本発明の画像表示装置および有機EL素子は、上記ポリイミドフィルムおよび陽極として多結晶ITO電極を用いることにその特徴があるため、その他の構成部材としては、従来公知のものから適宜選択して用いればよい。
代表例として、有機ELディスプレー装置への応用例を以下に述べる。
本発明の有機EL素子は、上述したポリイミドフィルムからなる基板と、この基板上に形成された多結晶ITO電極とを有するものであり、その具体的構成の一例としては、ポリイミドフィルム基板上に、多結晶ITO電極(陽極)、ホール注入層、ホール輸送層、有機物からなる発光層、電子注入層、透明陰極を、この順で積層したものが挙げられる。
上記多結晶ITO電極としては、特に限定されるものではないが、本発明においては、ポリイミドフィルム基板上に、一旦、アモルファスITO膜を積層した後、このアモルファスITO膜を加熱処理してITOを多結晶化させたものを用いることが好ましい。
ここで、加熱処理温度としては、結晶化度をより高めることを考慮すると、最終到達温度として、100〜300℃が好ましく、120〜270℃がより好ましく、120〜240℃がより一層好ましい。
加熱処理時間は、上記最終到達温度にて、0.1〜30時間が好ましく、0.2〜20時間がより好ましい。
また、加熱処理は、104〜10-4Paの減圧下で行うことが好ましい。
なお、アモルファスITO膜は、一般的な、スパッタ法またはイオンプレーティング法によって作製することができる。
上記ホール注入層を構成する材料としては、例えば、CuPc、H2Pc等のフタロシアニン系材料;4,4’,4”−トリス[N−(3−メチルフェニル)−N−フェニルアミノ]トリフェニルアミン(m−MTDATA)、TPTE、FTPD1〜7、OTPAC1〜5、OTPAC6等の芳香族アミン系材料、ポリ(スチレンスルホネート)/ポリ[2,3−ジハイドロチエノ(3,4b)−1,4−ジオキシン)(PEDOT−PSS)等の高分子系材料などが挙げられるが、本発明においては、特に、PEDOT−PSSが好適である。
上記ホール輸送層を構成する材料としては、例えば、ビス[N−(1−ナフチル)−N−フェニル]ベンジジン(NPB)[別名:4,4’−ビス[N−(1−ナフチル)−N−フェニル−アミノ]−ビフェニル](α−NPD)]、TPD、2Me−TPD、PDA、TPAC、PAA、Diamine、TPM等の芳香族アミン系材料などが挙げられるが、本発明においては、特に、NPBが好適である。
上記発光層を構成する有機物材料としては、低分子発光材料、高分子発光材料のいずれを用いることもできる。
低分子発光材料としては、蛍光材料、燐光材料のいずれでもよい。
蛍光材料としては、例えば、トリス(8−ハイドロキノリン)アルミニウム(Alq3)、トリス(4−メチル−8−キノリノレート)アルミニウム(Almq3)、Bebq2、DPVBi、H2Pc、N,N’−ビス(2,5−ジターシャリーブチルフェニル)−3,4,9,10−ペリレンジカルボキシイミド(BPPC)、QD、4−(ジシアノメチレン)−2−メチル−6−(p−ジメチルアミノスチリル)−4H−ピラン(DCM)、(1,10−フェナンスロリン)−トリス−(4,4,4−トリフルオロ−1−(2−チエニル)−ブタン−1,3−ジオネート)ユーロピウム[Eu(TTA)3(phen)]、PPCP、ルブレン、Zn(BQOEH)等が挙げられる。
燐光材料としては、例えば、ファク−トリス(2−フェニルピリジル)イリジウム(III)(Ir(ppy)3)、Ir(ppy)3(acac)、Ir(Fppy)3(acac)、btp2Ir(acac)、FIrpic、G1Ir、PtOEP等が挙げられる。
一方、高分子発光材料としては、例えば、PPV,MEH−PPV等のポリパラフェニレンビニレン系材料;PPP、RO−PPP等のポリパラフェニレン系材料;PAT、PCHMT、PDCHT、POPT等のポリチオフェン系材料;PDAF、PFBT等のポリフルオレン系材料;PMP等のポリシラン系材料;PVK等のカルバゾール系材料などが挙げられる。
これらの中でも、本発明においては、特に、Alq3が好適である。
上記電子注入層を構成する材料としては、例えば、2−(4−ビフェニルイル)−5−(4−ターシャリーブチルフェニル)−1,3,4−オキサジアゾール(PBD)、BND、BMD、MBSQ、MBDQ、BDD、BBOT、BAPD、Alq3等が挙げられ、本発明においては、特に、発光材料と兼ねた性能を発揮し得るAlq3が好適である。
上記陰極を構成する材料としては、例えば、Al−Li、Al−LiF、Al−Ce、Al、Mg−Ag等が挙げられるが、本発明においては、特に、Al−LiとAlとの積層体が好適である。
上記各層の作製法は任意であり、一般的なスパッタ法またはイオンプレーティング法を用いることができる。また、ホール注入層については、溶液や分散液を用い、スピンコート法などの塗布法により作製してもよい。
上述したホール注入層、ホール輸送層、有機物からなる発光層、および電子注入層を、多結晶ITO陽極および陰極間に積層した素子を、ポリイミドフィルム基板上にマトリックス状に形成し、陽極および陰極間に電圧を印加して有機EL層に電流を流すことによって画素を発光させる。発生した光は、陽極電極側から外部に取り出される。
以下、製造例、実施例および比較例を挙げて、本発明をより具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。実施例における各物性の測定装置は以下のとおりである。
[1]分子量
装置:常温GPC測定装置(SSC−7200,(株)センシュー科学製)
溶離液:DMF
[2]TG/DTA(示差熱熱量同時測定装置)
装置:Thermoplus TG8120((株)理学電機製)
[3]FT−IR
装置:NICOLET 5700(Thermo ELECTRON CORPORATION)
[4]膜厚
測定器:マイクロメーター((株)サントップ製)
[5]UV−Visスペクトル
装置:UV−VIS−NIR SCANNING SPECTROPHOTOMETER(自記分光光度計)((株)島津製作所製)
[6]X線回折
装置:RINT−2000(Rigaku社製)
[7]導電性
装置:Loresta−GP MCP−T610(三菱化学(株)製)
[製造例1]TDA/1,3−BAPBポリアミック酸およびポリイミドの合成、並びにポリイミドフィルムの作製
Figure 2010093013
25℃の水浴中に設置した撹拌機付き50mL四つ口反応フラスコに、1,3−BAPB1.95g(7.0mmol)およびDMAc16.0gを仕込み、1,3−BAPBをDMAcに溶解させた。続いて、その溶液を撹拌しつつ、TDA2.10g(7.0mmol)を溶解させながら徐々に添加した。さらに、26℃で24時間撹拌して重合反応を行い、固形分20質量%のポリアミック酸溶液を得た。
この溶液を75mm×100mmのガラス板上に流延した後、減圧乾燥機(圧力100Pa)に入れ、80℃/4時間、140℃/1.5時間、190℃/1.5時間および240℃/2時間の段階的焼成を行った。その後、フィルム付ガラス基板を80℃の湯浴に1時間浸漬し、ガラス板からフィルムを剥がした。剥離したフィルムを再び減圧乾燥機に入れ、減圧下で100℃/2時間乾燥した。得られたフィルムは、着色が少ない高透明・フレキシブルで且つ強靭な平滑性に優れたフィルムであり、諸物性値は以下のとおりであった。
膜厚:101μm
光透過率(400nm):75%
5%重量減少温度(Td5:℃):374.4
[比較例1]有機EL素子の作製および評価
製造例1で作製したTDA/1,3−BAPBポリイミドフィルムを基板として、以下の諸条件にて高分子型有機EL素子を作製した。なお、以下の陽極成膜プロセスで作製されたITOは、成膜後に高温焼成をしない、低温、低ダメージプロセスで成膜されたアモルファス膜である。
(a)洗浄プロセス:UVオゾン洗浄
(b)陽極成膜プロセス
装置:RFコニカルターゲットスパッタ(エイエルエステクノロジー社製)
基板温度:室温(25℃)
到達真空度:≦5.0×10-4Pa
成膜真空度:≦1.0×10-1Pa
出力:200W
プリスパッタ時間:5min.
スパッタ時間:120min.
ガス流量:Ar(10.0sccm)
(c)有機蒸着膜プロセス
真空度:≦7.0×10-4Pa
蒸着速度:≦0.2nm/sec
(d)陰極成膜条件
真空度:≦7.0×10-4Pa
蒸着速度:≦0.7nm/sec
(e)有機EL素子構造
フィルム基板/ITO(300nm)/PEDOT−PSS(70nm)/NPB(30nm)/Alq3(40nm)/Al−Li(40nm)/Al(100nm)
なお、PEDOT−PSS(Aldrich製)はスピンコート法にて成膜した。
成膜条件:2750rpm,30sec
成膜後乾燥条件:大気中、焼成温度:200℃、焼成時間:10分間
なお、このプロセスの焼成条件ではITOの結晶化ピークは観測されない。
[実施例1]
製造例1で作製したTDA/1,3−BAPBポリイミドフィルムを基板として、比較例1(b)陽極成膜プロセスで作製したITOを、下記条件にて加熱処理した以外は、比較例1と同様の諸条件にて有機EL素子を作製した。
〈加熱処理条件〉
陽極成膜プロセスで作製したアモルファスITO膜付きポリイミド基板を、真空(ロータリーポンプで連続排気、圧力4.0Pa)にした炉心管中に入れ、以下の条件で加熱処理を行い、アモルファスITOを結晶化させた。
室温〜200℃まで(2.3℃/分)
200℃〜250℃(1.3℃/分)
250℃(120分保持)
250℃〜室温(8時間、自然冷却)
上記実施例1および比較例1で作製したITO膜について、X線回折(CuKα)による結晶化の判定、光透過率および導電性を測定・評価した。X線回折パターンを図1に、UV−VISスペクトル(光透過率)を図2にそれぞれ示す。
図1に示されるように、比較例1で作製したアモルファスITO素子では、結晶状態(格子の規則配列)を示す、鋭いピークが見られない。低角度側にアモルファス特有のブロードな山型のピークのみが観測され、このITOはアモルファスであることを明確に示している。
一方、実施例1で作製した加熱処理後のX線回折パターンは、ITO固有の明確なピーク(222)、(400)、(440)、(622)が観測されており、このITOは結晶化していることを明確に示している。
これらのシート抵抗は、アモルファスITO(加熱前)で約150Ω/□、多結晶ITO(加熱後)で約30Ω/□で、加熱処理を施すことで、導電性が向上した。
また、図2に示されるように、平均透過率は、ポリイミド基板で82%、比較例1のアモルファスITOで68%、実施例1の多結晶ITOで55%を示した。
次に、上記実施例1および比較例1で作製した有機EL素子の特性を、有機EL発光効率測定装置(EL1003、プレサイスゲージ(株)製)を用いて測定し、それらの性能を評価した。
[評価結果]
(1)素子の外観
実施例1で作製した素子の輝度測定時の発光の様子を図3に示す。輝度は2,000cd/m2であった。
(2)発光輝度−電圧特性
発光輝度−電圧の関係を図4に示す。電圧10Vで、比較例1の素子では、発光輝度610cd/m2を、実施例1の素子では、発光輝度2,000cd/m2を示した。
(3)電流密度−電圧特性
電流密度−電圧の関係を図5に示す。電圧10Vで、比較例1の素子では、電流密度11mA/cm2を、実施例1の素子では、電流密度70mA/cm2を示した。
(4)発光効率−電流密度特性
発光効率−電流密度の関係を図6に示す。電流密度10mA/cm2で、比較例1の素子では、発光効率5.7cd/Aを、実施例1の素子では、発光効率4.0cd/Aを示した。
また、電流密度20mA/cm2で、比較例1の素子では、発光効率4.2cd/Aを、実施例1の素子では、発光効率4.5cd/Aを示した。
[実施例2]
以下の条件で加熱処理を行った以外は、実施例1と同様にしてアモルファスITOを結晶化させ、有機EL素子を作製した。
室温〜200℃まで(2.3℃/分)
200℃〜240℃(1.3℃/分)
240℃(120分保持)
240℃〜室温(8時間、自然冷却)
上記実施例2で作製したITO膜について、光透過率を測定・評価した。UV−VISスペクトル(光透過率)を図2に併せて示す。
図2に示されるように、実施例2の多結晶ITOでは、平均透過率80%を示した。
次に、上記実施例2で作製した有機EL素子の特性を、上記と同様の手法で測定し、その性能を評価した。
[評価結果]
(1)素子の外観
実施例2で作製した素子の輝度測定時の発光の様子を図7に示す。
(2)発光輝度−電圧特性
発光輝度−電圧の関係を図8に示す。電圧10Vで、発光輝度2,000cd/m2を示した。
(3)電流密度−電圧特性
電流密度−電圧の関係を図9に示す。電圧0.8〜2V間で電流密度約4mA/cm2を示し、電圧10Vでは電流密度約70mA/cm2に達した。
(4)発光効率−電流密度特性
発光効率−電流密度の関係を図10に示す。電流密度15mA/cm2で、発光効率5cd/Aを示した。
以上のように、多結晶ITO電極を用いた実施例1,2の素子では、電圧10Vで2,000cd/m2の高い発光輝度、電圧10Vで70mA/cm2(実施例1)または電圧0.8〜2V間で約4mA/cm2(実施例2)の高い電流密度、および電流密度20mA/cm2で4.5cd/Aの高い発光効率(実施例1)または電流密度15mA/cm2で5cd/Aの高い発光効率(実施例2)を実現でき、アモルファスITO電極を用いた比較例1の素子に比べて諸性能に優れており、特に、最高発光輝度は2,000cd/m2と格段に優れていることがわかる。

Claims (14)

  1. ポリイミドフィルム基板と、この基板上に形成されたITO電極とを少なくとも備えて構成され、
    前記ITO電極が、多結晶ITO電極であり、
    前記ポリイミドフィルムが、式[1]で表される繰り返し単位を少なくとも10モル%以上含有することを特徴とする画像表示装置。
    Figure 2010093013
    (式中、R1およびR2は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、または炭素数1〜5のアルキル基、R3、R4およびR5は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数2〜5のアルケニル基、炭素数1〜5のアルコキシル基、炭素数3〜7のシクロアルキル基、ニトリル基、またはカルボキシル基を表し、nは整数を表す。)
  2. 前記ポリイミドフィルムが、式[2]で表される繰り返し単位を少なくとも10モル%以上含有する請求項1記載の画像表示装置。
    Figure 2010093013
    (式中、nは、前記と同じ意味を表す。)
  3. ポリイミドフィルム基板と、この基板上に形成されたITO電極とを少なくとも備えて構成され、
    前記ITO電極が、多結晶ITO電極であり、
    前記ポリイミドフィルムが、式[1]で表される繰り返し単位を少なくとも10モル%以上含有することを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
    Figure 2010093013
    (式中、R1およびR2は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、または炭素数1〜5のアルキル基、R3、R4およびR5は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数2〜5のアルケニル基、炭素数1〜5のアルコキシル基、炭素数3〜7のシクロアルキル基、ニトリル基、またはカルボキシル基を表し、nは整数を表す。)
  4. 前記ポリイミドフィルムが、式[2]で表される繰り返し単位を少なくとも10モル%以上含有する請求項3記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
    Figure 2010093013
    (式中、nは、前記と同じ意味を表す。)
  5. 前記多結晶ITO電極上に、次の順序で積層された、ホール注入層、ホール輸送層、有機物からなる発光層、電子注入層および陰極を備える請求項3または4記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
  6. 前記ホール注入層が、ポリ(スチレンスルホネート)/ポリ[2,3−ジハイドロチエノ(3,4b)−1,4−ジオキシン)を含み、
    前記ホール輸送層が、ビス[N−(1−ナフチル)−N−フェニル]ベンジジンを含み、
    前記有機物からなる発光層および電子注入層が、トリス(8−ハイドロキノリン)アルミニウムを含み、
    前記陰極が、Al−LiおよびAlの積層電極である請求項5記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
  7. 前記多結晶ITO電極が、前記ポリイミドフィルム基板上にアモルファスITO膜を積層後、このアモルファスITO膜を加熱処理して形成された請求項4〜6のいずれか1項記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
  8. 前記加熱処理が、104〜10-4Paの減圧下で行われる請求項7記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
  9. 前記加熱処理が、100〜300℃で行われる請求項7または8記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
  10. 前記加熱処理が、120〜240℃で行われる請求項9記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
  11. 前記ポリイミドフィルム基板上に、アモルファスITO膜を積層し、このアモルファスITO膜を加熱処理して多結晶ITO電極を作製した後、ホール注入層、ホール輸送層、有機物からなる発光層、電子注入層および陰極を、この順序で積層することを特徴とする請求項5記載の有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法。
  12. 前記加熱処理を、104〜10-4Paの減圧下で行う請求項11記載の有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法。
  13. 前記加熱処理を、100〜300℃で行う請求項11または12記載の有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法。
  14. 前記加熱処理を、120〜240℃で行う請求項13記載の有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法。
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