JP2006244806A

JP2006244806A - 発光素子の製造方法

Info

Publication number: JP2006244806A
Application number: JP2005057118A
Authority: JP
Inventors: Takashi Ishii; 隆司石井
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2005-03-02
Filing date: 2005-03-02
Publication date: 2006-09-14

Abstract

【課題】液相法による発光素子の製造方法において、特別の装置を必要とせず、しかも特段の手間も必要としないで、溶液の増粘又はゲル化を防止ないし抑制することができる好適な手法を提供する。
【解決手段】本発明の発光素子の製造方法は、発光層８を構成する高分子発光材料を溶媒に溶解した溶液を塗布する塗布工程と、前記溶液を乾燥させて、前記発光層８を形成する乾燥工程と、を有し、前記溶媒として、前記高分子発光材料との間で分子間相互作用を生じるものを用いることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光素子の製造方法に関するものである。

有機エレクトロルミネッセンス（以下、ＥＬと略す）素子に代表される発光素子として、陰極と陽極との間に発光層等の機能層を有してなるものがある。このような構成の発光素子では、各電極から発光層に電子及び正孔を注入することで、蛍光性化合物の励起子を生成し、この励起子が基底状態に戻る際に放出する光を利用するものである。発光素子としては高分子材料からなるものが知られており、当該高分子材料からなる発光素子の製造工程においては液相法が主体として用いられている。

このような液相法で高分子材料膜を形成する際、例えば分子間同士が相互作用し易い高分子材料を選択した場合には、当該高分子材料の溶液においては増粘やゲル化が生じ易いものとなる。液相法による成膜時において、溶液の増粘やゲル化が生じると、形成される膜の厚さが不均一となる場合がある。
そこで、特許文献１では、例えば架橋可能な官能基を含む高分子材料を用いた場合に、外部エネルギー（熱、光など）によって高分子鎖を架橋乖離状態にし、成膜時、架橋可能な官能基の架橋可能部位が架橋乖離状態になるよう、外部エネルギーを適切に調節することで高分子溶液の粘度上昇を抑えている。
特開２００３−２２１４４７号公報

上記特許文献１に開示された技術のように、外部エネルギーを付与することで粘度上昇を抑制する場合には、何らかのエネルギー発生装置が必要で、またエネルギー付与に手間が掛かることがある。本発明は、液相法による発光素子の製造方法において、特別の装置を必要とせず、しかも特段の手間も必要としないで、溶液の増粘又はゲル化を防止ないし抑制することができる好適な手法を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明の発光素子の製造方法は、発光層を構成する高分子発光材料を溶媒に溶解または分散した溶液を塗布する塗布工程と、前記溶液を乾燥させて、前記発光層を形成する乾燥工程と、を有し、前記溶媒として、前記高分子発光材料との間で分子間相互作用を生じるものを用いることを特徴とする。

このような製造方法によると、高分子発光材料と溶媒との間で分子間相互作用が生じるため、高分子発光材料同士の間での相互作用が相対的に小さくなる。したがって、溶液が増粘又はゲル化するような現象が生じにくく、ひいては円滑な成膜と、形成される膜の均一性向上を実現することができるようになる。しかも、本発明では溶媒の選択のみで上記効果を実現でき、特別の装置、特段の手間を掛けなくても良い利点がある。

なお、前記溶媒は、その双極子モーメントが０．５Ｄ以上であるのが良い。双極子モーメントが０．５Ｄ未満のものでは上記効果が十分に発現されない場合があるからである。なお、前記高分子発光材料は、双極子モーメントが０．５Ｄ以下の溶媒中で分子間同士が相互作用し、増粘又はゲル化を生じるものを用いることができる。なお、双極子モーメントとは、分子内で電荷＋ｑと電荷−ｑがｒだけ離れているとすると、μ＝ｑｒで表されるベクトル量のことである。

（有機ＥＬ素子）
以下、本発明の発光素子たる有機ＥＬ素子の第１実施形態を、図面を参照して説明する。図１は、本実施形態の有機ＥＬ素子の断面構成図である。図１において、有機ＥＬ素子１０は、基板２と、基板２の一方の面側に設けられた陽極（第１の電極）４、陰極（第２の電極）７と、これらの電極４、７間に狭持された有機ＥＬ層（有機機能層）３とを備えて構成されている。また、前記陽極４と陰極７とには、素子制御部ｃｏｎが接続され、両電極に任意の電圧を印加可能になっている。有機ＥＬ層３は、正孔注入／輸送層５と、発光層８とを主体として構成されている。

ここで、図１に示す有機ＥＬ素子１０は、発光層８からの出力光を基板２側から装置外部に取り出す形態であり、基板２が光を透過可能な透明あるいは半透明材料から構成されている。そのような材料としては、例えば、透明なガラス、石英、サファイア、あるいはポリエステル、ポリアクリレート、ポリカーボネート、ポリエーテルケトンなどの透明な合成樹脂などが挙げられる。特に、基板２の形成材料としては、安価なソーダガラスが好適に用いられる。なお、本実施形態では図示を省略したが、基板２上には、配線や薄膜トランジスタ等の素子を形成することができる。

また、陽極４についても同様に、光を透過可能な透明あるいは半透明の導電材料から構成されている。具体的には、インジウム錫酸化物（Indium Tin Oxide：ＩＴＯ）からなるものを採用している。

一方、基板２とは反対の側から発光光を取り出す形態の場合には、基板２を構成する材料は不透明であってもよく、その場合、アルミナ等のセラミック、ステンレス等の金属シートに表面酸化などの絶縁処理を施したもの、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂などを用いることができる。この場合、陽極４は遮光性や光反射性の材料で形成することができる。

正孔注入／輸送層５は、発光層８の発光効率、寿命などの素子特性を向上させる機能を提供する。つまり、正孔注入／輸送層５を設けることで、発光層８内を移動する電子が効率よくブロッキングされ、発光層８内での正孔と電子との再結合確率を高める効果を得られる。正孔注入／輸送層を形成するための材料（形成材料）としては、例えば、チオフェン系化合物（ポリチオフェン（ＰＥＤＯＴ）等）、ピロール系化合物（ポリピロール等）、アニリン系化合物（ポリアニリン等）、アセチレン系化合物（ポリアセチレン等）や、それらの誘導体などを用いることができる。

発光層８の形成材料としては、低分子の有機発光色素や高分子発光体、即ち、各種の蛍光物質や燐光物質などの発光物質、Ａｌｑ３（アルミキレート錯体）などの有機エレクトロルミネッセンス材料が使用可能である。発光物質となる共役系高分子の中ではアリーレンビニレン又はポリフルオレン構造を含むものなどが特に好ましい。低分子発光体では、例えばナフタレン誘導体、アントラセン誘導体、ペリレン誘導体、ポリメチン系、キサテン系、クマリン系、シアニン系などの色素類、８−ヒドロキノリンおよびその誘導体の金属錯体、芳香族アミン、テトラフェニルシクロペンタジエン誘導体等、又は特開昭５７−５１７８１、同５９−１９４３９３号公報等に記載されている公知のものが使用可能である。本実施形態では、トリフェニルアミンメチルアクリレートモノマーとＮ−イソプロピルアクリルアミドモノマーの共重合体ポリマー（分子量Ｍｗ＝５０，０００（ポリスチレン換算））を用いた。

陰極７はアルミニウム（Ａｌ）やカルシウム（Ｃａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）等からなる金属電極である。なお、有機ＥＬ素子１０では、陰極７を覆う封止部材を設けることが好ましく、さらには、陽極４と基板２との間に、基板２側から陽極４、陰極７を含む有機ＥＬ層３に対して大気が侵入するのを遮断するための封止層を設けることもできる。光取り出し側に設ける封止層は、例えばセラミックや窒化珪素、酸化窒化珪素、酸化珪素などの透明な材料により形成し、この中でも酸化窒化珪素が透明性、ガスバリア性の観点から好ましい。なお、封止層の厚さは発光層８から射出される光の波長より小さくすることが好ましい（例えば０．１μｍ）。

本実施形態の有機ＥＬ素子１０は、その駆動方式として、アクティブマトリクス型、パッシブマトリクス型のいずれも適用可能であり、電極４，７を介して有機ＥＬ層３に電流を供給することで発光層８を発光させ、基板２の外面側に光を放射できるようになっている。

（有機ＥＬ素子の製造方法）
次に、図１の有機ＥＬ素子１０の製造方法について説明する。
まず、ガラス等からなる透光性の基板２を用意し、該基板２上にＩＴＯからなる陽極４を形成する。続いて、正孔注入／輸送層形成用材料を含む液状体組成物を用いて、スピンコート法により正孔注入／輸送層５を形成する。

続いて、形成した正孔注入／輸送層５上に、発光層８を形成する。ここでは、発光層形成用材料たる高分子発光材料を含む液状組成物を用いて、スピンコート法により形成するものとしている。具体的には、高分子発光材料としてのトリフェニルアミンメチルアクリレートモノマーとＮ−イソプロピルアクリルアミドモノマーの共重合体ポリマー（分子量Ｍｗ＝５０，０００（ポリスチレン換算））を、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミドに溶解させた液状組成物（１ｗｔ％）をスピンコート法により塗布し、その後、真空乾燥（１０^−４Ｔｏｒｒで３０ｍｉｎ）を行い、１００℃のホットプレート上で６０ｍｉｎアニールすることで目的の発光層８を得るものとしている。

続いて、形成した発光層８上にカルシウムを１０ｎｍ、次にアルミニウムを２００ｎｍを真空蒸着法により成膜して、陰極７を得る。その後、素子制御部ｃｏｎ等との所定の配線形成を行って、図１に示す有機ＥＬ素子１０を得るものとしている。

以上のような製造方法によると、トリフェニルアミンメチルアクリレートモノマーとＮ−イソプロピルアクリルアミドモノマーの共重合体ポリマー（高分子発光材料）とＮ，Ｎ−ジメチルアセトアミド（溶媒）との間で分子間相互作用が生じるため、高分子発光材料同士の間での相互作用が相対的に小さくなる。したがって、成膜工程中、溶液が増粘又はゲル化するような現象が生じにくく、その結果、円滑な成膜と、形成される膜の均一性向上を実現することができた。

本発明の効果を確認するために、以下の実施例を行った。

（実施例１）
Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド（双極子モーメント３．７２Ｄ）にトリフェニルアミンメチルアクリレートモノマーとＮ−イソプロピルアクリルアミドモノマーの共重合体ポリマー（分子量Ｍｗ＝５０，０００（ポリスチレン換算））を１ｗｔ％の濃度で溶解させた。

（実施例２）
ジメチルスルホキシド（双極子モーメント４．３Ｄ）にトリフェニルアミンメチルアクリレートモノマーとＮ−イソプロピルアクリルアミドモノマーの共重合体ポリマー（分子量Ｍｗ＝５０，０００（ポリスチレン換算））を１ｗｔ％の濃度で溶解させた。

（実施例３）
ベンゼンとＮ，Ｎ−ジメチルアセトアミドを５：５の割合で混合した溶媒に、トリフェニルアミンメチルアクリレートモノマーとＮ−イソプロピルアクリルアミドモノマーの共重合体ポリマー（分子量Ｍｗ＝５０，０００（ポリスチレン換算））を１ｗｔ％の濃度で溶解させた。

（実施例４）
ベンゼンとＮ，Ｎ−ジメチルアセトアミドを８：２の割合で混合した溶媒に、トリフェニルアミンメチルアクリレートモノマーとＮ−イソプロピルアクリルアミドモノマーの共重合体ポリマー（分子量Ｍｗ＝５０，０００（ポリスチレン換算））を１ｗｔ％の濃度で溶解させた。

（実施例５）
１，２−ジクロロエタン（双極子モーメント１．８６Ｄ）にトリフェニルアミンメチルアクリレートモノマーとＮ−イソプロピルアクリルアミドモノマーの共重合体ポリマー（分子量Ｍｗ＝５０，０００（ポリスチレン換算））を１ｗｔ％の濃度で溶解させた。

（比較例１）
ベンゼン（双極子モーメント０Ｄ）にトリフェニルアミンメチルアクリレートモノマーとＮ−イソプロピルアクリルアミドモノマーの共重合体ポリマー（分子量Ｍｗ＝５０，０００（ポリスチレン換算））を１ｗｔ％の濃度で溶解させた。

（比較例２）
トルエン（双極子モーメント０．３７Ｄ）にトリフェニルアミンメチルアクリレートモノマーとＮ−イソプロピルアクリルアミドモノマーの共重合体ポリマー（分子量Ｍｗ＝５０，０００（ポリスチレン換算））を１ｗｔ％の濃度で溶解させた。

以上のような実施例１〜５及び比較例１〜２の溶液について、それぞれ粘度の経時変化を観察した。結果を表１に示す。

実施例１と２では、高分子材料を相対的に極性の高い溶媒に溶解させてなるため、高分子発光材料と溶媒との間に相互作用が生じ、その結果、溶液の保存安定性を確保することができた。

実施例３と４では、比較例１でゲル化した溶媒に極性の高い溶媒を任意の割合で加えたところ、この場合も、高分子発光材料と溶媒間で相互作用が生じ、溶液の保存安定性を確保することができた。

なお、高分子発光材料と溶媒との間の相互作用は、溶液の蛍光スペクトルのシフト量を測定することで確認することができる。本実施例では、図２に示すように、比較例１と２の蛍光スペクトルに比べ、実施例１と２では相対的に大きなピークシフトが生じており、一方、実施例３と４では相対的に小さなピークシフトが生じている。このことから、実施例１と２では、高分子発光材料と溶媒との間に強い相互作用が生じており、溶液の増粘を抑制していることが分かる。

なお、溶媒としては、例えばＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、ジクロロエタン等を例示することができるが、高分子発光材料と溶媒間で相互作用するものであれば特に限定されるものではない。また、本実施形態では、架橋可能な官能基を導入したポリマー同士の相互作用により、増粘現象やゲル化現象を生じる例を示したが、これ以外にも、例えば分子間相互作用（水素結合、イオン間相互作用など）、ランダム重合体特有の擬引力的相互作用などを要因とする溶液の増粘現象やゲル化現象を抑制する場合にも本発明を適用することが可能である。

本実施形態の有機ＥＬ素子の断面構成図。本実施例の各溶液の蛍光スペクトル。

符号の説明

３…有機ＥＬ層（機能層）、４…陽極（第１の電極）、７…陰極（第２の電極）、８…発光層、１０…有機ＥＬ素子（発光素子）

Claims

発光層を構成する高分子発光材料を溶媒に溶解または分散した溶液を塗布する塗布工程と、
前記溶液を乾燥させて、前記発光層を形成する乾燥工程と、を有し、
前記溶媒として、前記高分子発光材料との間で分子間相互作用を生じるものを用いることを特徴とする発光素子の製造方法。
前記溶媒は、その双極子モーメントが０．５Ｄ以上であることを特徴とする請求項１に記載の発光素子の製造方法。
前記高分子発光材料は、双極子モーメントが０．５Ｄ以下の溶媒中で分子間同士が相互作用し、増粘又はゲル化を生じるものであることを特徴とする請求項２に記載の発光素子の製造方法。