TWI498043B - 親液及疏液圖案之形成方法及有機電致發光元件之製造方法 - Google Patents

親液及疏液圖案之形成方法及有機電致發光元件之製造方法 Download PDF

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Description

親液及疏液圖案之形成方法及有機電致發光元件之製造方法
本發明是有關親液及疏液圖案之形成方法及有機電致發光元件(以下也稱為有機EL元件)之製造方法。
使用有機EL元件之顯示裝置用的顯示平板,係在基板上配置複數個的有機EL元件而成矩陣狀的結構。如此之顯示平板,係藉由首先在基板上形成各有機EL元件之電極,其次形成配置成格子狀的隔板,接著在以隔板所圍成之各區域將例如發光層用的塗布液分別滴下形成發光層等,再形成電極而製成。
在基板上形成的電極顯示疏液性時,由於塗布液凝集而有不能在電極上均勻塗布塗布液之情形。又隔板顯示親液性時,由於在隔板內不能容納之塗布液有被擠出到隔板外之狀態下乾燥之情況,而有在隔板內不能形成膜厚均勻層的情形。於是在基板上進行選擇性地形成顯示親液性區域與顯示疏液性區域的處理,使電極顯示親液性而使隔板顯示疏液性。在CF4 電漿處理中,由於有機物比無機物容易氟化,故對已形成以銦錫氧化物(Indium Tin Oxide:略稱ITO)等無機物構成的電極以及以有機樹脂構成的隔板之基板施行CF4 電漿處理,則電極將顯示親液性,隔板將顯示疏液性(例如參照專利文獻1及2)。
[專利文獻1]日本特開2007-035550號公報
[專利文獻2]日本特開2002-222695號公報
利用與以往技術不同的方法,嘗試選擇性形成顯示親液性區域以及比該顯示親液性區域更顯示疏液性的區域之方法。
因此本發之目的為提供選擇性形成顯示親液性區域以及顯示疏液性區域之新穎親液及疏液圖案的形成方法,以及利用此方法製造有機電致發光元件的製造方法。
本發明是一種親液及疏液圖案的形成方法,含有下述步驟:第1親液化步驟:將第1構材與設置在第1構材上並形成有到達該第1構材表面為止之貫通孔的第2構材的表面予以親液化;疏液層形成步驟:在該第1及第2構材的表面上,形成疏液層;第2親液化步驟:將該疏液層予以親液化而形成親液及疏液圖案,該第1構材與第2構材是由相異之材料構成,該疏液層在第1構材形成之部位含有在第3親液化步驟中比在第2構材表面上所形成的部位更親液化的材料。
又,本發明之親液及疏液圖案的形成方法,係前述第1構材之至少表面部分由無機物所構成,前述第2構材之至少表面部分由有機物所構成。
又,本發明之親液及疏液圖案的形成方法,係在疏液層形成步驟中形成之疏液層,包含具有氟烷基的矽烷偶合劑材料。
又,本發明之親液及疏液圖案的形成方法,係在前述疏液層形成步驟中,以使用含有構成疏液層之材料的塗布液之塗布法形成疏液層。
又,本發明之親液及疏液圖案的形成方法,係在前述第1及第2之親液化步驟中,藉由紫外線臭氧處理予以親液化。
又,本發明之親液及疏液圖案的形成方法,係在前述第2親液化步驟之後,實施電漿處理。
又,本發明之親液及疏液圖案的形成方法,係在前述第1及第2親液化步驟中,至少一方的步驟藉由氧氣電漿處理進行親液化,且在前述第2親液化步驟後,實施電漿處理。
又,本發明之親液及疏液圖案的形成方法,係使前述電漿處理在含有含氟氣體之環境下進行。
又,本發明是一種有機電致發光元件之製造方法,係至少具備第1電極、第2電極、以及位在第1電極與第2電極間之發光層之有機電致發光元件之製造方法,其含有下述步驟:準備基板:該基板設置有作為第1電極而運作之第1構材,與設置在該第1構材上並形成有到達該第1構材之表面為止的貫通孔之第2構材;形成親液及疏液圖案:進行前述親液及疏液圖案的形成方法以形成之;形成發光層:將含有成為發光層之材料之塗布液,塗布在前述貫通孔內形成之;以及形成第2電極。
依本發明,以在第1構材表面顯示親液性、在第2構材顯示疏液性之方式,可以選擇性地形成顯示親液性區域與顯示疏液性區域。
發明實施之最佳形態:
第1圖表示本發明之一實施形態的親液及疏液圖案形成方法之各步驟(a)至(i)的模式圖。本實施形態的親液及疏液圖案的形成方法,係含有:使第1構材與設置在該第1構材的表面上並形成有到達該第1構材表面為止之貫通孔的第2構材之表面予以親液化之第1親液化步驟;在該第1及第2構材的表面上,形成疏液層的疏液層形成步驟;以及將該疏液層予以親液化而形成親液及疏液圖案之第2親液化步驟。此外,前述第1構材與第2構材是由相異之材料構成,前述疏液層在第1構材形成之部位含有在第2親液化步驟中比在第2構材的表面上所形成的部位更親液化的材料。
首先,準備由第1構材與第2構材所形成之基板。如第1圖(a)所示,首先在基板1上形成第1構材2。
此第1構材係作為後述有機EL元件之第1電極使用。作為基板者,以使用在製造後述有機EL元件步驟中不會產生變化者為適合,可以使用例如:玻璃、塑膠、高分子薄膜、矽基板、以及此等之積層物。
第1構材與第2構材係由相異之材料所構成,在本實施形態中至少表面部分是由無機物構成。
第1之構材可由例如構成後述陽極或陰極的材料所構成,具體上可由銦錫氧化物(Indium Tin Oxide,簡稱ITO)等透明導電性材料、金屬材料、金屬氧化物材料等構成。第1構材可藉由例如濺鍍法、蒸鍍法等,在基板之表面上形成預定之形狀。
其次,如第1圖(b)至(e)所示,形成第2構材7。第2構材7是設置在第1構材2的表面上,並形成達到前述第1構材2表面為止的貫通孔。
然而,第2構材之全部也可以不設置在第1構材的表面上,由基材之厚度方向觀察,至少第1構材之周緣部分只要被第2構材所覆蓋就可以。第2構材至少表面部分是由有機物構成。
第2構材只要由有機物構成就可以,無特別限定,但使用光阻劑等感光性材料形成者,製造上簡單而較佳。作為該材料者,例如可列舉:酚醛清漆系正型光阻劑、丙烯系負型光阻劑、以及感光性聚醯亞胺等。
首先,如第1圖(b)所示,將含有感光性樹脂之塗布液3塗布在基板1上。在本實施形態中係說明使用正型感 光性樹脂之情形。其次,如第1圖(c)所示,隔著光罩4對預定之區域照光5。具體上,對形成前述貫通孔之區域照光。其次,如第1圖(d)所示,進行顯像處理使已照光之區域形成貫通孔6,形成第2構材7。此第2構材7係作為隔板功能。
如第1圖(e)所示,進行使第1構材2與第2構材7表面親液化的第1親液化步驟。作為第1親液化步驟者,可以列舉如紫外線臭氧處理以及氧氣電漿處理等,在本實施形態中係對基板全面進行紫外線臭氧處理8。藉由實施此第1親液化步驟,使第1構材2與第2構材7之表面被親液化。
其次,如第1圖(f)所示,在第1及第2之構材2、7的表面上進行形成疏液層9之疏液層形成步驟。在本步驟成膜之疏液層9,在第1構材2形成之部位9a係含有在第2親液化步驟中比在第2構材7的表面形成的部位9b更親液化的材料所構成。
疏液層是以使用具有氟烷基之矽烷偶合劑材料來製造為宜,作為該矽烷偶合劑材料者,可以列舉如:九氟己基三氯矽烷、九氟己基二甲基氯矽烷、九氟己基三甲氧基矽烷、九氟己基三乙氧基矽烷、十七氟-1,1,2,2-四氫癸基三乙氧基矽烷、十七氟-1,1,2,2-四氫癸基三甲氧基矽烷、十七氟-1,1,2,2-四氫癸基三氯矽烷、十七氟-1,1,2,2-四氫癸基甲基二氯矽烷、以及十七氟-1,1,2,2-四氫癸基二甲基氯矽烷等。
形成疏液層之方法,可列舉使用含有形成疏液層材料之溶液作為塗布液之旋轉塗布法、印刷法、狹縫塗布法、棒塗布法等。其中從成膜之容易度考量,以使用旋轉塗布法為佳。
為了形成疏液層之塗布液的溶劑,可列舉例如水、甲醇、或此等之混合液。疏液層之膜厚,例如為0.1nm至100nm,以0.1nm至20nm為佳。
其次,如第1圖(g)所示,進行使疏液層9親液化之第2親液化步驟。第2親液化步驟,可列舉如:紫外線臭氧處理以及氧氣電漿處理等。同時,電漿處理可列舉在真空下之電漿處理以及大氣壓下之電漿處理等。在本實施形態中係與第1親液化步驟同樣對基板全面進行紫外線臭氧處理8。
如前述,疏液層9,由於在第1構材2形成之部位9a,係含有在第2親液化步驟中比在第2構材7的表面上形成的部位9b更親液化的材料所構成,故由第2親液化步驟之進行,在疏液層之中,位於鄰接第1構材2之部位9a顯示相對的親液性,位於鄰接第2構材7之部位9b則顯示相對的疏液性。
使表面(層)親液化,係指使表面(層)對液體之親和性提高。作為液體者,可列舉如為了在表面(層)之上再藉由塗布法形成層的塗布液。疏液是指不沾液體之意。
表面(層)具有疏液性之情形,通常在表面之液體的接觸角是在20°以上,較佳是在30°以上。表面層具有親液性之情形,通常在表面之液體的接觸角是不足20°,較佳是在15°以下。
在如此之基板上,將比第2構材7所圍成之區域容量更多量之塗布液10塗布在第2構材7之貫通孔6的狀態,在第1圖(h)表示。孔洞6之底面因為顯示親液性,故塗布液在孔洞6底面擴散之同時,在第2構材7形成之疏液層因為顯示疏液性,故塗布液10在第2構材7不能擴散,而以孔洞6為中心膨起。在此狀態下使塗布液10乾燥,於乾燥過程中,全部塗布液10在孔洞6中收縮,結果可以形成均勻膜厚的膜11(第1圖(i))。
依照以上說明之本實施形態的親液及疏液圖案之形成方法,因為是以紫外線臭氧處理8進行第1及第2疏液處理,與使用電漿處理形成親液及疏液圖案之情形相比,可以簡易地形成親液及疏液圖案。再者,如後述,在第1構材2上形成之疏液層9具有作為有機EL元件之電荷注入層或電荷輸送層等之機能。以如此進行親液及疏液圖案之形成方法,由於附帶形成有機EL元件之電荷注入層或電荷輸送層等,故本親液及疏液圖案之形成方法,可以作為適用於有機EL元件用基板之製作方法。
第2圖是表示本發明其他實施形態之親液及疏液圖案形成方法之各步驟模式圖。本實施形態的親液及疏液圖案的形成方法,係在前述之實施形態的親液及疏液圖案的形成方法中,復加入實施前述電漿處理之處理方法。實施電漿處理之處理,係在第2親液化步驟之後進行。
第2圖(a)至第2圖(g)為止之處理,因為分別與第1圖(a)至第1圖(g)為止之處理相同,故省略重複之說明。
第2圖(h)係在疏液層9實施電漿處理12。該電漿處理,以在含有氟氣體之環境下進行為佳。含氟氣體可列舉如含有SF6 及CF4 等氟化合物之氣體。此等之中作為電漿處理者,在反應性氣體中以使用CF4 之CF4 電漿處理為佳。
如此藉由在疏液層實施電漿處理12,使疏液層9被疏液化。疏液層9在第1構材2之表面上形成之部位9a與在第2構材7形成之部位9b,被疏液化之情形不同,在第2構材7形成之部位9b藉由電漿處理12,由更疏液化材料所構成。加上如此之電漿處理,在第1構材2之表面上形成之部位9a的接觸角,與在第2構材7形成之部位9b的接觸角之差變大。使用已加上電漿處理之基板在貫通孔6塗布塗布液10時(第2圖(i)、(j)),可以形成膜厚更均勻之膜11。
然而,在前述第1及第2親液化步驟之至少一個步驟中,以氧氣電漿處理使親液化之情形,如本實施形態,係在第2親液化步驟之後以在疏液層實施電漿處理為佳。
前述之各實施形態是在基板上設置第1構材,第1構材與基板是不同構材。若使基板作為第1構材,在相當於基板之第1構材上設置形成貫通孔之第2構材,則在如此之基板上也可以適用本發明之親液及疏液圖案的形成方法。
其次,藉由在第1及第2圖中說明之親液及疏液圖案的形成方法,說明有關使用親液及疏液圖案之有機EL元件之製造方法。
在本實施形態之有機EL元件之製造方法,係準備基板,在該基板上設置有作為第1電極而運作之第1構材,與設置在該第1構材上並形成有到達該第1構材表面為止之貫通孔的第2構材;進行前述親液及疏液圖案的形成方法,形成親液及疏液圖案;將含有構成發光層之材料之塗布液塗布在前述貫通孔內,形成發光層;以及形成第2電極。
有機EL元件,至少含有發光層及挾持該發光層之陽極及陰極而構成。第1與第2電極中之一方相當於陽極,第1與第2電極中之另一方則相當於陰極。此外,本實施形態之有機EL元件,係在親液及疏液圖案之形成方法中復含有形成之疏液層。此疏液層相當於後述之電荷注入層或電荷輸送層。然而在陰極及陽極之間設置之層,並不限於發光層及疏液層。
在陰極及發光層之間設置之層,可以列舉如:電子注入層、電子輸送層、電洞阻擋層等。在陰極及發光層之間設置電子注入層與電子輸送層等兩層之情形,接近陰極之層稱為電子注入層,接近發光層之層稱為電子輸送層。
電子注入層,係具有改善從陰極之電子注入效率的機能之層。電子輸送層係具有改善從陰極、電子注入層、或比極接近之電子輸送層之電子注入效率的機能之層。電洞阻擋層,係具有阻擋電洞輸送的機能之層。然而,電子注入層、及/或電子輸送層具有阻擋電洞輸送之機能時,此等層可兼具為電洞阻擋層。
電洞阻擋層具有阻擋電洞輸送之機能,例如可製作只有孔洞(hole)電流流動之元件,以此電流值的減少可以確認阻擋之效果。
在陽極及發光層間設置之層,可以列舉如:電洞注入層、電洞輸送層、電子阻擋層等。設置有電洞注入層與電洞輸送層等兩層的情形,接近陽極之層稱為電洞注入層,接近發光層之層稱為電洞輸送層。
電洞注入層是具有改善從陽極之電洞注入效率的機能之層。電洞輸送層係具有改善從陽極、電洞注入層、或比陽極接近之電洞輸送層之電洞注入機能之層。電子阻擋層係具有阻擋電子輸送機能之層。然而,電洞注入層、及/或電洞輸送層具有阻擋電子之輸送機能時,此等層可兼具為電子阻擋層。
電子阻擋層具有阻擋電子輸送之機能,例如可製作只有電子電流流動之元件,以此電流值的減少可以確認阻擋之效果。
電子注入層與電洞注入層有時候總稱為電荷注入層,電子輸送層與電洞輸送層有時候總稱為電荷輸送層。
將成為本實施形態之有機EL元件之層結構的一例在以下表示。
a)陽極/電洞輸送層/發光層/陰極
b)陽極/發光層/電子輸送層/陰極
c)陽極/電洞輸送層/發光層/電子輸送層/陰極
d)陽極/電荷注入層/發光層/陰極
e)陽極/發光層/電荷注入層/陰極
f)陽極/電荷注入層/發光層/電荷注入層/陰極
g)陽極/電荷注入層/電洞輸送層/發光層/陰極
h)陽極/電洞輸送層/發光層/電荷注入層/陰極
i)陽極/電荷注入層/電洞輸送層/發光層/電荷注入層/陰極
j)陽極/電荷注入層/發光層/電荷輸送層/陰極
k)陽極/發光層/電子輸送層/電荷注入層/陰極
l)陽極/電荷注入層/發光層/電子輸送層/電荷注入層/陰極
m)陽極/電荷注入層/電洞輸送層/發光層/電荷輸送層/陰極
n)陽極/電洞輸送層/發光層/電子輸送層/電荷注入層/陰極
o)陽極/電荷注入層/電洞輸送層/發光層/電子輸送層/陰極
(在此,記號「/」是表示挾此記號「/」的各層為鄰接而積層之意,以下相同。)
本實施形態之有機EL元件,亦可以有2層以上之發光層。具有2層發光層的有機EL元件,可以列舉以下在p)所示之層結構。
p)陽極/電荷注入層/電洞輸送層/發光層/電子輸送層/電荷注入層/電荷發生層/電荷注入層/電洞輸送層/發光層/電子輸送層/電荷注入層/陰極
此外,具有3層以上之發光層的有機EL元件,具體上係將(電荷發生層/電荷注入層/電洞輸送層/發光層/電子輸送層/電荷注入層)作為一個重覆單元,可以列舉以下q)所示含有2個以上前述重覆單元之層結構。
q)陽極/電荷注入層/電洞輸送層/發光層/電子輸送層/電荷注入層/(該重覆單元)/(該重覆單元)/…/陰極
在上述層結構p)及q)中,陽極、陰極、發光層以外之各層,可以因應必要而削除。
在此,電荷發生層是指藉由外加電場而產生電洞與電子之層。電荷發生層可列舉如:由氧化釩、氧化銦鍚(Indium Tin Oxide:略稱ITO)、氧化鉬等所成之薄膜。
本實施形態之有機EL元件,為了自有機EL元件向外放出源自發光層之光,通常,以發光層作為基準,將射出光之側配置的全部層作成透明。說明作為一例之具有基板/陽極/電荷注入層/電洞輸送層/發光層/電子輸送層/電荷注入層/陰極/封止構材之層結構的有機EL元件時,在自基板側射出源自發光層之光的所謂底部發光型有機EL元件之情形,將基板、陽極、電荷注入層、以及電洞輸送層全部作成透明。在自封止構材側射出源自發光層之光的所謂頂部發光型有機EL元件之情形,將電子輸送層、電荷注入層、陰極、以及封止構材全部作成透明。又以具有基板/陰極/電荷注入層/電子輸送層/發光層/電洞輸送層/電荷注入層/陽極/封止構材之層結構的有機EL元件作為一例加以說明時,在底部發光型之元件之情形,將基板、陰極、電荷注入層、以及電子輸送層全部作成透明。頂部發光型之有機EL元件之情形,將電洞輸送層、電荷注入層、陽極、以及封止構材全部作成透明。在此之透明程度,以光射出有機EL元件外的最表面到發光層為止之可見光透過率為40%以上者較佳。求取紫外區域或紅外區域發光的有機EL元件,以在該區域中有40%以上之光透過率者為佳。
本實施形態之有機EL元件,為了更提高與電極之密著性或改善來自電極之電荷注入,亦可以設置與電極鄰接之膜厚2nm以下的絕緣層。此外,為了提高在界面之密著性或防止混合等,在前述各層的至少任意1層之界面亦可以插入薄的緩衝層。
關於積層之順序、層數、以及各層之厚度,可以斟的發光效率或元件壽命而適當設定。
說明有關具備陽極/電荷注入層/發光層/陰極之元件結構的有機EL元件之製造方法作為一例。
首先準備基板,此基板設置有作為第1電極而運作之第1構材,以及設置在該第1構材上並形成有到達該第1構材表面為止之貫通孔的第2構材。此步驟係與前述第1圖(a)至(d)或第2圖(a)至(d)所示之處理相同,省略其說明。該第1構材在本實施形態中相當於陽極。
其次,使用前述親液及疏液圖案的形成方法,製作選擇性地形成顯示親液性區域、以及比該顯示親液性區域更顯示疏液性之區域的基板。藉由親液及疏液圖案的形成方法,如前述形成疏液層,該疏液層具有作為電荷注入層(電洞注入層)之功能。接著將含有形成發光層之材料的塗布液,藉由例如噴墨裝置滴到疏液層上,形成發光層(相當第1圖(h)、(i)或第2圖(i)、(j))。其次在發光層上形成陰極,製得有機EL元件。
以塗布法形成電洞注入層之情形,在以往技術中係對相當於隔板之第2構材的貫通孔內滴下含有形成電洞注入層之材料的塗布液而形成電洞注入層,但在本實施形態以旋塗法的簡易方法可以形成電洞注入層。例如在形成複數畫素的情形,使用噴墨裝置有必要在每個畫素中滴下含有形成電洞注入層材料之塗布液,但使用旋塗法可以一次在全部之畫素中形成電洞注入層,可以簡易地形成電洞注入層。再者,自複數個畫素所成的顯示平板,雖有必要設立親液及疏液圖案的形成步驟,但在本發明經過親液及疏液圖案的形成步驟,必定可以形成電洞注入層,故親液及疏液圖案的形成步驟之外不必要另設立電洞注入層形成步驟,可以簡化製造步驟。
其次,有關構成有機EL元件之各層材料及形成方法,更具體地說明。
<陽極>
在經過陽極射出源自發光層之光的結構之有機EL元件的情形,陽極係使用透明或半透明之電極。透明電極或半透明電極,可以使用導電度高之金屬氧化物、金屬硫化物、以及金屬等之薄膜,光透過率高者適合使用。具體上可使用:氧化銦、氧化鋅、氧化錫、ITO、銦鋅氧化物(Indium Zinc Oxide:簡稱IZO)、金、鉑、銀、及銅等所成之薄膜,其中ITO、IZO、或氧化錫所成之薄膜較為適合使用。製作陽極的方法,可以列舉如:真空蒸鍍法、濺鍍法、離子電鍍法、電鍍法等。
陽極亦可以使用反射光之材料,該材料以功能係數3.0eV以上之金屬、金屬氧化物、金屬硫化物為宜。
陽極之膜厚,考慮光之透過性與導電度,可以適當選擇。例如為10nm至10μm,較佳為20nm至1μm,更佳為50nm至500nm。
<電洞注入層及輸送層>
電洞注入層可以使用前述之疏液層,可以使用如前述之親液及疏液圖案的形成方法來形成。
在前述疏液層與發光層之間,亦可以另外再形成電洞注入層及/或電洞輸送層。如此之電洞注入層或電洞輸送層之構成材料,只要由溶液藉由塗布法可以形成即可以,無特別限制,可以列舉如:聚乙烯基咔唑或其衍生物、聚矽烷或其衍生物、在側鏈或主鏈有芳香族胺之聚矽氧烷衍生物、吡唑啉衍生物、芳基胺衍生物、二苯乙烯衍生物、三苯基二胺衍生物、聚苯胺或是其衍生物、聚噻吩或其衍生物、聚芳基胺或其衍生物、聚吡咯或其衍生物、聚(對-苯伸基亞乙烯基)或其衍生物、聚(2,5-伸噻吩基亞乙烯基)或其衍生物、苯基胺系化合物、星爆型胺系化合物、酞菁系、無定晶碳、聚苯胺等。
其中作為電洞輸送材料者,以聚乙烯基咔唑或其衍生物、聚矽烷或其衍生物、在側鏈或主鏈有芳香族胺化合物之聚矽氧烷衍生物、聚苯胺或其衍生物、聚噻吩或其衍生物、聚芳基胺或其衍生物、聚(對-苯伸基亞乙烯基)或其衍生物、聚(2,5-伸噻吩基亞乙烯基)或其衍生物等之高分子電洞輸送材料為宜,更佳者為聚乙烯基咔唑或其衍生物、聚矽烷或其衍生物、在側鏈或主鏈有芳香族胺之聚矽氧烷衍生物。在低分子之電洞輸送材料之情形,以分散在高分子黏著劑中使用為宜。
又,在前述之疏液層與基板上之電極間,亦可在疏液層之外另形成電洞注入層。此時,形成該電洞注入層之方法無特別限制,在藉由上述塗布法形成之材料之外,也可以將氧化釩、氧化鉬、氧化銣、及氧化鋁等無機材料藉由蒸鍍法、濺鍍法、離子電鍍法等方法來形成。
此外,自溶液成膜所使用之溶劑,只要能溶解電洞注入材料或電洞輸送材料者即可,無特別限制,可以列舉如:氯仿、二氯甲烷、二氯乙烷等氯系溶劑、四氫呋喃等之醚系溶劑、甲苯、二甲苯等之芳香族烴系溶劑、丙酮、甲乙酮等酮系溶劑、乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙基纖維素乙酸酯等酯系溶劑,以及水。
由溶液成膜之方法,可以列舉如:微凹版塗膜法、凹版塗膜法、噴霧塗膜法、網版印刷法、軟版印刷法、平版印刷法、噴墨印刷法、噴嘴塗膜法等塗膜法。
電洞注入層及電洞輸送層之膜厚,係隨使用之材料不同而有不同之最適值,以使驅動電壓與發光效率成為適度值之方式適當設定,至少必需要有不產生針孔之厚度,太厚時,元件之驅動電壓變高而不佳,因此,電洞注入層之膜厚,例如為1nm至1μm,而以2nm至500nm為佳,更佳為5nm至200nm。
<發光層>
發光層通常主要是由能發出螢光及/或磷光之有機物、或是該有機物與補助其之摻配物(dopant)所形成。摻配物是以提高發光效率或變更發光波長等目的而添加。有機物可以為低分子化合物亦可以為高分子化合物。構成發光層之發光材料,可以列舉例如以下之色素系材料、金屬配位體系材料、高分子系材料、摻配材料。
(色素系材料)
色素系材料可以列舉如:環戊丙甲胺衍生物、四苯基丁二烯衍生化合物、三苯基胺衍生物、噁二唑衍生物、吡唑喹啉衍生物、二苯乙烯基苯衍生物、二苯乙烯基伸芳香基(distyryl arylene)衍生物、吡咯衍生物、噻吩環化合物、吡啶環化合物、紫環酮(perinone)衍生物、苝衍生物、寡聚噻吩衍生物、噁二唑二聚物、吡唑啉二聚物、喹吖酮(quinacridone)衍生物、香豆素(cumarin)衍生物等。
(金屬錯體系材料)
金屬錯體系材料可以列舉:在中心金屬有Al、Zn、Be等或是Tb、Eu、Dy等之稀土族金屬,在配位基有:噁二唑、噻二唑、苯基吡啶、苯基苯併咪唑、喹啉結構等之金屬錯體,例如可列舉具有從銥錯體、鉑錯體等之三重項激起狀態之發光的金屬錯體、鋁喹啉酚錯體、苯併喹啉酚鈹錯體、苯併噁唑啉鋅錯體、苯併噻唑鋅錯體、偶氮基甲基鋅錯體、卟啉鋅錯體、銪錯體等。
(高分子系材料)
高分子系材料可列舉聚(對-伸苯基亞乙烯)衍生物、聚噻吩衍生物、聚(對-伸苯基)衍生物、聚矽烷衍生物、聚乙炔衍生物、聚芴衍生物、聚乙烯基咔唑衍生物、使上述色素系材料或金屬錯體系之發光材料經高分子化之物質等。
上述發光性材料之中,青色發光材料可列舉二苯乙烯基伸芳香基衍生物、噁唑二唑衍生物、此等之聚合物、聚乙烯基咔唑衍生物、聚(對-伸苯基)衍生物、聚芴衍生物等。其中以高分子材料的聚乙烯基咔唑衍生物、聚(對-伸苯基)衍生物、或聚芴衍生物等為佳。
綠色發光材料可列舉喹吖酮衍生物、香豆素衍生物、此等之聚合物、聚(對-伸苯基亞乙烯)衍生物、聚芴衍生物等。其中以高分子材料之聚(對-伸苯基亞乙烯)衍生物、聚芴衍生物等為佳。
紅色發光材料可列舉香豆素衍生物、噻吩環化合物、此等之聚合物、聚(對-伸苯基亞乙烯)衍生物、聚噻吩衍生物、聚芴衍生物等,其中以高分子材料的聚(對-伸苯基亞乙烯)衍生物、聚噻吩衍生物、聚芴衍生物等為佳。
(摻配材料)
摻配材料可列舉例如苝衍生物、香豆素衍生物、紅螢烯衍生物、喹吖酮衍生物、四方內鎓(squalium)衍生物、卟啉衍生物、苯乙烯基系色素、稠四苯(tetracene)衍生物、吡唑啉酮(pyrazolone)衍生物、十環烯、吩噁嗪酮等。如此之發光層的厚度,通常約2nm至200nm。
<發光層之成膜方法>
發光層的成膜方法可以使用塗佈含有發光材料之溶液的方法、真空蒸鍍法、複印法等。由溶液成膜用的溶劑,可以列舉與由前述溶液形成電洞輸送層膜時所使用之相同溶劑。
塗佈含有發光材料溶液的方法,可列舉凹版塗膜法、噴霧塗膜法、噴嘴塗膜法等塗膜法,以及凹版印刷法、網版印刷法、軟版印刷法、平版印刷法、逆轉印刷法、噴墨印刷法等塗佈法。從圖案形成或多色分塗之容易觀點而言,以凹版印刷法、網版印刷法、軟版印刷法、平版印刷法、逆轉印刷法、噴墨印刷法、噴嘴塗膜法等印刷法為佳。同時,在顯示昇華性之低分子化合物之場合,可以使用真空蒸鍍法。再者,也可以使用藉由雷射複印或熱複印,只在期望之處形成發光層之方法。
<電子輸送層>
在基板上設置陰極之元件結構的情形,疏液層變成在陰極之上層形成。此情形,可以將前述疏液層作為電子輸送層使用,該電子輸送層可以用親液及疏液圖案的形成方法來形成。
如在基板上設置陽極之結構,在前述之疏液層不作為電子輸送層使用的情形,構成電子輸送層之電子輸送材料可以使用習知物質,可列舉噁二唑(oxadiazole)衍生物、蒽醌二甲烷或其衍生物、苯醌或其衍生物、萘醌或其衍生物、蒽醌或其衍生物、四氰基蒽醌二甲烷或其衍生物、芴衍生物、二苯基二氰基乙烯或其衍生物、聯對苯醌衍生物、或是8-羥基喹啉或其衍生物之金屬錯體、聚喹啉或其衍生物、聚喹喔啉或其衍生物、聚芴或其衍生物等。
其中,電子輸送材料以噁二唑衍生物、苯醌或其衍生物、蒽醌或其衍生物、8-羥基喹啉或其衍生物之金屬錯體、聚喹啉或其衍生物、聚喹喔啉或其衍生物、聚芴或其衍生物為佳,以2-(4-聯苯基)-5-(4-第三-丁基苯基)-1,3,4-噁二唑、苯醌、蒽醌、參(8-喹啉醇)鋁、聚喹啉更佳。
電子輸送層之成膜法,可以列舉由溶液或是熔融狀態之成膜,對高分子之電子輸送材料可以列舉由溶液或是熔融狀態之成膜。由溶液或是熔融狀態進行成膜之情形,也可以併用高分子黏著劑。由溶液形成電子輸送層膜之方法,可以列舉與由前述之溶液形成電洞輸送層膜之方法的相同成膜方法。
在基板上設置陰極之元件結構的情形,於疏液層與發光層之間,亦可以用前述方法進一步形成電子輸送層。
電子輸送層之膜厚,依所使用之材料而有不同之最適值,以成為具有適當驅動電壓與發光效率之值的方式來適當設定,至少必需有不會產生針孔之厚度。過厚時,元件之驅動電壓變高而不佳,因此,該電子輸送層之膜厚,例如為1nm至1μm,以2nm至500nm為佳,更佳為5nm至200nm。
<電子注入層>
在基板上設置陰極之元件結構的情形,疏液層變成在陰極之上層形成。此時,前述之疏液層是可以作為電子注入層使用,作為該電子注入層之機能的疏液層,可以如前述以親液及疏液圖案的形成方法來形成。
如在基板上設置陽極之元件結構,前述之疏液層不作為電子注入層使用的情形,構成電子注入層之材料,係對應發光層之種類而適當選擇最適當之材料,可以列舉鹼金屬、鹼土族金屬、含有鹼金屬及鹼土族金屬中之1種類以上之合金、鹼金屬或鹼土族金屬之氧化物、鹵化物、碳酸化物、或此等物質之混合物等。鹼金屬、鹼金屬之氧化物、鹵化物、以及碳酸化物之例子,可以列舉鋰、鈉、鉀、銣、銫、氧化鋰、氟化鋰、氧化鈉、氟化鈉、氧化鉀、氟化鉀、氧化銣、氟化銣、氧化銫、氟化銫、碳酸鋰等。鹼土族金屬、鹼土族金屬之氧化物、鹵化物、碳酸化物之例子,可以列舉鎂、鈣、鋇、鍶、氧化鎂、氟化鎂、氧化鈣、氟化鈣、氧化鋇、氟化鋇、氧化鍶、氟化鍶、碳酸鎂等。電子注入層也可以由積層2層以上之積層體所構成,可列舉例如LiF/Ca等。電子注入層可藉由蒸鍍法、濺鍍法、印刷法等形成。電子注入層之膜厚以1nm至1μm左右為佳。
<陰極>
陰極之材料以功能係數小、對發光層之電子注入容易、導電度高之材料為佳。自陽極側射出光之有機EL元件,為了將源自發光層之光以陰極反射到陽極側,陰極之材料以可見光反射率高之材料為佳。在陰極,可以使用例如:鹼金屬、鹼土族金屬、過渡金屬以及III-B族金屬等。陰極的材料可以使用例如鋰、鈉、鉀、釕、銫、鈹、鎂、鈣、鍶、鋇、鋁、鈧、釩、鋅、釔、銦、鈰、釤、銪、鋱、鐿等金屬,前述金屬中之2種以上的合金,前述金屬中之1種以上與金、銀、鉑、銅、錳、鈦、鈷、鎳、鎢、錫中之1種以上之合金,以及石墨或石墨層間化合物等。合金之例可列舉鎂-銀合金、鎂-銦合金、鎂-鋁合金、銦-銀合金、鋰-鋁合金、鋰-鎂合金、鋰-銦合金、鈣-鋁合金等。陰極可使用由導電性金屬氧化物及導電性有機物等所成的透明導電性電極,可具體列舉氧化銦、氧化鋅、氧化錫、ITO、以及IZO。導電性有機物可以列舉聚苯胺或其衍生物、聚噻吩或其衍生物等。陰極也可由積層2層以上之積層體構成。電子注入層也有作為陰極使用之情形。
陰極之膜厚,宜考慮導電度與耐久性而適當設定,例如為10nm至10μm,較佳為20nm至1μm,更佳為50nm至500nm。
製作陰極的方法可以列舉真空蒸鍍法、濺鍍法、以及熱壓著金屬薄膜之積層法等。
<絕緣層>
絕緣層之材料可以列舉金屬氟化物、金屬氧化物、有機絕緣材料等。設置膜厚2nm以下之絕緣層的有機EL元件,可以列舉鄰接陰極設置膜厚2nm以下之絕緣層者、以及鄰接陽極設置膜厚2nm以下之絕緣層者。
本實施形態之有機EL元件,可以作為面狀光源、區段顯示裝置及點矩陣顯示裝置之光源、以及液晶顯示裝置之背光使用。
本實施形態的有機EL元件作為面狀光源使用之場合,例如由積層方向之一方看去,只要面狀之陽極與陰極配置成疊合方式即可。在作為區段顯示裝置之光源構成圖案狀發光之有機EL元件中,有使光通過形成圖案狀的遮罩窓而設置在前述面狀光源表面之方法、將消光之全部位的有機物層形成極厚而實質上為非發光之方法、使陽極及陰極中至少任意一方之電極形成圖案狀之方法。以此等方法形成圖案狀發光之有機EL元件,同時,以對於幾個電極可以選擇性地施加電壓之方式實施配線,即可實現顯示數字、文字、或簡單記號等的區段型顯示裝置。本實施形態的有機EL元件,為了作為點矩陣顯示裝置之光源,將陽極及陰極各別形成條狀,只要由積層方向之一方看去,配置成互相垂直方式就可以。為了實現可顯示部分彩色、顯示多彩之點矩陣顯示裝置,可使用分開塗布發光色不同之複數種類發光材料之方法,以及使用利用彩色濾光片及螢光變換濾光片等之方法。點矩陣顯示裝置亦可以是被動驅動,也可以與TFT等組合作成主動驅動。此等之顯示裝置,可以作為電腦、電視、携帶端末、行動電話、車導航器、影像照像機之視窗等顯示裝置使用。
再者,前述面狀光源可以適用為薄型自發光源、液晶顯示裝置之背光、或面狀之照明用光源。若使用軟性基板,也可以作為曲面狀之光源或顯示裝置使用。
(實施例) 實施例1
在基板上,製作具有ITO薄膜(正極)/疏液層(電洞注入層)/中間層/發光層/陰極(Ba層/Al層)之層結構的有機EL元件。
準備在透明玻璃基板上ITO薄膜(第1電極)被圖案化之基板。其次,藉由旋轉塗佈法將感光性聚醯亞胺(PI)全面塗布,乾燥後形成膜厚1μm之光阻層。接著使用光罩藉由對準(alignment)曝光機,使紫外線照射預定之區域,使用光阻顯像液(長瀨產業社製:NPD-18)去除曝光區域,藉此在光阻層形成寬100μm、長度300μm的長方形開口部。第2構材是將ITO薄膜之周邊部分覆蓋而形成。
其次,在230℃無塵烘箱(clean oven)進行1小時之加熱處理,使聚醯亞胺完全加熱硬化形成有機絕緣層(第2構材),如此製成設置寬100μm、長度300μm的長方形開口部的第2構材以及由開口部露出ITO薄膜表面的第1構材之圖案評估用基板。
其次,在甲醇與水以重量比5:95的比率混合之溶劑中,混入1重量%之九氟己基三甲氧基矽烷,在室溫下攪拌15小時,作成疏液層用溶液。接著,使用紫外線臭氧洗淨裝置(Techno Vision公司製:UV312),將前述圖案評估用基板在基板表面進行20分鐘紫外線臭氧處理,在圖案評估用基板之全面進行親液化處理(第1親液化步驟)。
其次,在前述圖案評估用基板上藉由旋轉法塗布前述疏液層用溶液,在熱板上進行110℃、30分鐘之加熱處理,形成疏液層。
其次,使用紫外線臭氧洗淨裝置(Techno Vision公司製:UV312)對已形成疏液層之圖案評估用基板,在已形成疏液層之表面進行20分鐘之紫外線臭氧處理,在前述基板全面上實施親液化處理(第2親液化步驟)。
接著,以下述方法合成高分子化合物1。其次,在苯甲醚與四氫化萘以重量比1:1混合之溶劑中,溶解0.5重量%之高分子化合物1,製成中間層用溶液。使用噴墨裝置,將中間層用溶液塗布在第2構材形成的開口內。接著在熱板上乾燥10分鐘,再於氮氣中200℃之熱板上進行20分鐘之加熱處理,形成膜厚20nm之中間層。
(高分子化合物1之合成例)
首先,在具備攪拌葉片、通氣管、可調整長度之氮氣導入管、冷卻管、以及溫度計的可分離燒瓶內,放入2,7-雙(1,3,2-二氧硼雜環戊烷-2-基)-9,9-二辛基芴156.29重量分、雙(4-溴苯基)-4-(1-甲基丙基)-苯胺136.11重量分、氯化三辛基甲基銨(Henkel公司製Aliquat 336)27重量分、以及甲苯1800重量分,從氮氣導入管一面導入氮氣一面攪拌下昇溫到90℃。加入醋酸鈀(II)0.066重量分與三(鄰-甲苯基)膦0.45重量分後,使17.5%碳酸鈉水溶液573重量分經1小時滴下。滴下終了後,自液面拉起氮氣導入管,在迴流下保溫7小時後,加入硼酸苯3.6重量分,在迴流下保溫14小時,冷卻到室溫為止。除去反應液水層後,以甲苯稀釋反應液油層,用3%醋酸水溶液、離子交換水洗淨。在分液油層中加入N,N-二乙基二硫代胺基甲酸鈉三水合物13重量分,攪拌4小時後,將溶液通過活性氧化鋁與二氧化矽之混合管柱,以甲苯通過並洗淨管柱。混合濾液及洗液後,滴下甲醇使聚合物沉澱。過濾所得之聚合沉澱物,以甲醇洗淨沉澱物後,以真空乾燥機乾燥聚合物,可得192重量分之聚合物。所得之聚合物稱為高分子化合物1。高分子化合物1之聚苯乙烯換算重量平均分子量是3.7x105 ,數平均分子量是8.9x104
(GPC分析法)
聚苯乙烯換算重量平均分子量及數平均分子量,係藉由凝膠滲透層析分析法(GPC)求得。GPC檢量線的製作是使用Polymer Laboratories公司製標準聚苯乙烯。測定之聚合物是溶解在四氫呋喃中成為約0.02重量%濃度之溶液,將10μL注入到GPC中。GPC裝置是使用島津製作所製造的LC-10ADVP 。管柱是使用串聯連接2枝Polymer Laboratories公司製PLgel 10μm MIXED-B管柱(300×7.5mm),作為移動相之四氫呋喃以25℃流速1.0mL/min流動。檢出器是使用UV檢出器,測定228nm之吸光度。
接著在中間層上形成發光層。首先,在苯甲醚與四氫化萘以重量比1:1比率混合之溶劑中,溶解1.0重量%之高分子發光有機材料(BP361:Sumation公司製)製成發光層用溶液。將發光層用溶液塗布在第2構材形成的開口內。塗布後在100℃熱板上乾燥10分鐘,製成發光層。
其次,將基板在真空中(真空度為1×10-4 Pa以下)以基板溫度約100℃使基板加熱60分鐘。然後基板在不曝露於大氣下蒸鍍形成陰極。具體而言,首先以電阻加熱法加熱Ba金屬,以蒸鍍速度約0.1nm/sec形成膜厚5nm之Ba層,再使用電子束蒸鍍法以蒸鍍速度約0.2nm/sec形成膜厚150nm之Al層。其次,製成陰極後,由蒸鍍室不曝露於大氣中將基板移入惰性環境之手套箱(Glove Box)內,保持真空狀態下貼合周邊已塗布UV硬化樹脂之封止玻璃,然後回復大氣壓,照射UV使固定,製成高分子有機EL元件。
實施例2
實施例1中,除了在疏液層形成後實施紫外線、臭氧處理(第2親液化步驟)後進行電漿處理之外,其餘與實施例1同樣製作有機EL元件。電漿處理係使用反應性氣體CF4 ,使用真空乾蝕刻裝置(Samco公司製反應性離子蝕刻裝置Model RIE-200 NL),於CF4 流量:10sccm、氣體壓力:40Pa、電力:40W之條件下,進行120秒鐘(以下,稱為CF4 電漿處理)。
實施例3
實施例1中,除了使疏液層形成後之第2親液化步驟以氧氣電漿處理進行、再進行CF4 電漿處理之外,其餘與實施例1同樣製作有機EL元件。氧氣電漿處理係在反應性氣體中使用氧氣來進行。氧氣電漿處理係使用真空乾蝕刻裝置(Samco公司製 反應性離子蝕刻裝置Model RIE-200 NL),於O2 流量:40sccm、氣體壓力:10Pa、電力:40W之條件下進行120秒鐘。CF4 電漿處理是在與實施例2相同條件下進行。
實施例4
實施例1中,除了第1親液化步驟進行氧氣電漿處理、第2親液化步驟之後進行CF4 電漿處理之外,其餘與實施例1同樣製作有機EL元件。氧氣電漿處理及CF4 電漿處理,係分別在與實施例3相同條件下進行。
實施例5
實施例1中,除了第1及第2親液化步驟進行氧氣電漿處理、第2親液化步驟之後進行CF4 電漿處理之外,其餘與實施例1同樣製作有機EL元件。氧氣電漿處理及CF4 電漿處理,係分別在與實施例3相同條件下進行。
(評估1)
實施例1於第2親液化步驟之後,實施例2至5於CF4 電漿處理之後,測定於第1構材(ITO薄膜)上形成之疏液層與苯甲醚(表面張力35dyn/cm)之接觸角、以及在第2構材(PI)上形成之疏液層與苯甲醚之接觸角。接觸角之測 定,係使用自動接觸角測定裝置(英弘精機公司製:OCA20)。
(評估2)
在實施例1至5中,塗布發光層用溶液,再在100℃之熱板上乾燥10分鐘後,使用光學顯微鏡觀察發光層,確認在長方形之開口內的一面上形成發光層膜、在長方形之開口外並沒有形成發光層。
(評估3)
將在實施例1至5中製成的各有機EL元件的ITO薄膜及陰極,分別連接電源電錶(Source Meter)之正極及負極,自電源電錶注入直流電流,觀察發光部之狀態時,確認可得良好之發光狀態。
實施例1至5進行之評估1至評估3的評估結果在表1中表示。
如表1所示,經由進行本發明之親液及疏液圖案之形成方法,在ITO上之疏液層的接觸角與在PI上之疏液層的 接觸角可以產生有義意的差別。藉由使用如此之基板,可以形成膜厚均勻之發光層,進一步可以製作發光狀態良好之有機EL元件。
[產業上之可利用性]
製造有機EL元件時、利用本發明可以在基板上形成親液及疏液圖案。
1‧‧‧基板
2‧‧‧第1構材
3‧‧‧塗布液
4‧‧‧光罩
5‧‧‧光
6‧‧‧貫通孔
7‧‧‧第2構材
8‧‧‧紫外線臭氧處理
9‧‧‧疏液層
9a、9b‧‧‧部位
10‧‧‧塗布液
11‧‧‧膜
12‧‧‧電漿處理
第1圖(a)至(i)係表示本發明之一實施形態的親液及疏液圖案形成方法之各步驟模式圖。
第2圖(a)至(j)係表示本發明其他實施形態之親液及疏液圖案形成方法之各步驟模式圖。
1...基板
2...第1構材
3...塗布液
4...光罩
5...光
6...貫通孔
7...第2構材
8...紫外線臭氧處理
9...疏液層
9a、9b...部位
10...塗布液
11...膜

Claims (11)

  1. 一種親液及疏液圖案之形成方法,係含有下述步驟:第1親液化步驟:將第1構材與設置在該第1構材上並形成有到達該第1構材表面為止之貫通孔的第2構材之表面予以親液化;疏液層形成步驟:在該第1及第2構材的表面上,形成疏液層;以及第2親液化步驟:將該疏液層予以親液化而形成親液及疏液圖案,該第1構材與第2構材是由相異之材料構成,該疏液層在第1構材形成之部位含有在第2親液化步驟中比在第2構材表面上形成的部位更親液化的材料。
  2. 如申請專利範圍第1項之親液及疏液圖案之形成方法,其中,前述第1構材之至少表面部係由無機物構成,前述第2構材之至少表面部係由有機物構成者。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之親液及疏液圖案之形成方法,其中,在前述疏液層形成步驟中形成之疏液層係包含具有氟化烷基之矽烷偶合劑材料者。
  4. 如申請專利範圍第1或2項之親液及疏液圖案之形成方法,其中,在前述疏液層形成步驟中,係以使用含有構成疏液層之材料的塗布液之塗布法形成疏液層者。
  5. 如申請專利範圍第1或2項之親液及疏液圖案之形成方法,其中,在第1及第2親液化步驟中,係藉由紫外線 臭氧處理予以親液化者。
  6. 如申請專利範圍第1或2項之親液及疏液圖案之形成方法,其中,在前述第2親液化步驟後實施電漿處理者。
  7. 如申請專利範圍第1或2之親液及疏液圖案之形成方法,其中,在前述第1及第2親液化步驟中,至少一方之步驟係藉由氧氣電漿處理進行親液化,在前述第2親液化步驟後實施電漿處理者。
  8. 如申請專利範圍第6項之親液及疏液圖案之形成方法,其中,前述電漿處理係在含有含氟氣體之環境下進行者。
  9. 如申請專利範圍第7項之親液及疏液圖案之形成方法,其中,前述電漿處理係在含有含氟氣體之環境下進行者。
  10. 如申請專利範圍第1項之親液及疏液圖案之形成方法,其中,前述第2親液化步驟係對第1構材及第2構材之全面進行親液化步驟。
  11. 一種有機電致發光元件之製造方法,係至少具備第1電極、第2電極、以及位在第1及第2電極間之發光層之有機電致發光元件之製造方法,係含有下述步驟:準備基板:該基板設置有作為第1電極而運作之第1構材,以及設置在該第1構材上並形成有到達該第1構材表面為止之貫通孔的第2構材;形成親液及疏液圖案:進行申請專利範圍第1至10項中任一項之親液及疏液圖案之形成方法以形成 之;形成發光層:將含有構成發光層之材料之塗布液塗布在前述貫通孔內形成之;以及形成第2電極。
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