JP2009238593A - 発光素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】良好に成膜された有機層を有する発光素子の製造方法を提供する。
【解決手段】ポリエチレンジオキシチオフェンとポリスチレンスルホン酸と界面活性剤とを含有した界面活性剤含有塗布液を用いて、有機層を形成する。有機層は、正孔輸送層である。有機層は、前記界面活性剤含有塗布液をスピンコート法で塗布することにより形成される。前記界面活性剤は、前記塗布液の表面張力の低下が飽和状態になるまで含有させることが好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光素子及びその製造方法に関する。

有機エレクトロルミネセンス発光素子の一般的な構造は、例えば特許文献１に示されるように、陽極電極と、正孔輸送層等の有機層と、発光層と、陰極電極と、をこの順序で積層して形成される。

正孔輸送層を形成する正孔輸送材料としては、例えば、ポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）とポリスチレンスルホン酸（ＰＳＳ）との混合物が用いられる。

しかし、ＰＥＤＯＴとＰＳＳとの混合物は表面張力が強い。そのため塗布液を塗布する際に、塗布対象面の上に凹凸や異物等が存在すると、それらの影響を受けることにより、正孔輸送層にダークスポットの原因となりうるピンホール等が発生する。

特開２００３−２９７５８５号公報

本発明は、このような課題に鑑みなされたものであり、ピンホール等が発生しにくい有機層を有する発光素子及びその発光素子の製造方法を提供することを目的とするものである。
また、本発明は、良好に成膜された有機層を有する発光素子及びその発光素子の製造方法を提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するため、この発明の第１の観点に係る発光素子の製造方法は、
ポリエチレンジオキシチオフェンとポリスチレンスルホン酸と界面活性剤とを含有した界面活性剤含有塗布液を用いて、有機層を形成する有機層形成工程を有する、ことを特徴とする。

また、前記有機層は、正孔輸送層である、ことも可能である。

また、前記有機層形成工程では、前記界面活性剤含有塗布液をスピンコート法で塗布する、ことも可能である。

また、前記界面活性剤は、前記塗布液の表面張力の低下が飽和状態になるまで含有させる、ことも可能である。

また、前記界面活性剤が、非イオン界面活性剤である、ことも可能である。

また、上記目的を達成するため、この発明の第２の観点に係る発光素子は、
第１電極と、
前記第１電極の上に配置され、ポリエチレンジオキシチオフェンとポリスチレンスルホン酸と界面活性剤とを含有した界面活性剤含有塗布液を用いて塗布形成された有機層と、
前記有機層の上に配置された発光層と、
前記発光層の上に配置された第２電極と、を有する、ことを特徴とする。

本発明に係る発光素子の製造方法で形成された発光素子は、良好に成膜された有機層を有する。

〔発光素子〕
まず、本実施形態に係る発光素子８００を、図１を参照して説明する。

本実施形態に係る発光素子８００は、図１に示されるように、絶縁基板１１０と、陽極電極１２０と、有機層としての正孔輸送層１９０と、有機エレクトロルミネセンス（ＥＬ）発光層１４０と、陰極電極１６０と、封止ガラス１７０と、を有する。ここで有機層とは、発光層１４０の発光を補助する発光補助層であり、有機材料からなる層である。発光素子８００の発光方式は、ボトムエミッション型である。

正孔輸送層１９０は、後述するように、ポリエチレンジオキシチオフェンとポリスチレンスルホン酸とを含有する塗布液に、界面活性剤を含有させた界面活性剤含有塗布液を用いて形成される。また、後述するように塗布液は、スピンコート法で塗布することができる。

絶縁基板１１０の上には、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）からなる複数の陽極電極１２０が設けられている。陽極電極１２０に対応する領域がそれぞれ画素となる。各陽極電極１２０の周囲には絶縁膜１３０が形成されており、絶縁膜１３０で囲まれた各陽極電極１２０の上に、それぞれ正孔輸送層１９０と、有機ＥＬ発光層１４０とが堆積されており、各有機ＥＬ発光層１４０及び絶縁膜１３０上に、陰極電極１６０が積層されている。さらに、絶縁基板１１０は、その周縁に設けられたシール部材１５０によって封止ガラス１７０と接合し、絶縁基板１１０と封止ガラス１７０との間の空間を封止している。

〔発光素子の製造方法〕
次に、上述した発光素子８００の製造方法について説明する。

まず、絶縁基板１１０の上に均一的な厚さでスパッタや蒸着等によりＩＴＯを成膜する。そして、そのＩＴＯ成膜に、レジストとしてフェノールノボラック樹脂等を使用して、フォトリソグラフィー処理により、絶縁基板１１０の上に所定の間隔で縦方向及び横方向にそれぞれ複数配列されるように陽極電極１２０をパターニングして形成する。陽極電極１２０の厚さは３０ｎｍ〜１００ｎｍである。そして、感光性樹脂を塗布後、露光、現像を行う。その後、焼成して、各陽極電極１２０上を開口する絶縁膜１３０を形成する。

次に、酸素プラズマ処理若しくはＵＶオゾン処理により陽極電極１２０の洗浄及び親液化を行う。この酸素プラズマ処理若しくはＵＶオゾン処理をすることで、陽極電極１２０に塗布を行う界面活性剤含有塗布液が陽極電極１２０全体に広がり、均一な膜厚を形成しやすくなる。

次に、界面活性剤含有塗布液を、親液化された陽極電極１２０の上に、例えばスピンコート法、複数の分離した液滴を吐出するインクジェット法、連続した液流を吐出するノズルプリンティング法で塗布する。

界面活性剤含有塗布液は、化学式１に示される、ポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）とポリスチレンスルホン酸（ＰＳＳ）とを含有する塗布液に界面活性剤を含有させたものである。

界面活性剤は、種々のものを使用することができ、例えば、陰イオン界面活性剤、陽イオン界面活性剤、両性界面活性剤、非イオン界面活性剤等を使用することができる。

中でも、非イオン界面活性剤を好適に使用することができる。非イオン界面活性剤は、水の硬度や電解質の影響を受けにくく使いやすい性質を有するからである。ここで、非イオン界面活性剤とは、水に溶けたとき、イオン化しない親水基を持っている界面活性剤のことである。
そのため非イオン性界面活性剤は遊離イオンが発生せず、イオン性界面活性剤と比較して発光特性を低下しうるイオン性不純物の有機層への混入を避けることができる。

非イオン界面活性剤としては、例えば、エステル型、エーテル型、エステル・エーテル型等の種々のものを使用することができる。エステル型としては、例えば、グリセリン脂肪酸エステル、ソルビタン脂肪酸エステル、ショ糖脂肪酸エステル等を使用できる。また、エーテル型としては、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレングリコール等を使用できる。また、エステル・エーテル型としては、脂肪酸ポリエチレングリコール、脂肪酸ポリオキシエチレンソルビタン等を使用できる。

界面活性剤が含有された界面活性剤含有塗布液を、親液化された陽極電極１２０の上に吐出後は、ホットプレート上で１００℃以上の温度条件で乾燥を行うことで、正孔輸送層１９０が形成される。

ポリエチレンジオキシチオフェンとポリスチレンスルホン酸とを含有する塗布液に界面活性剤を含有させることで、界面活性剤含有塗布液の表面張力が低下する。そのため、仮に塗布対象面上に凹凸があったとしても、その凹凸の影響を受けにくく、膜表面はなだらかとなり、ピンホール等が発生しにくくなるのである。

次に、形成された正孔輸送層１９０の上に有機ＥＬ発光層形成用塗布液が塗布される。塗布は、窒素ガス雰囲気中で行うことが望ましい。有機ＥＬ発光材料は酸素や水蒸気等に接触すると特性変化を生じることがありうる。そのため、窒素ガス雰囲気中で塗布することで、有機ＥＬ発光材料の特性変化を起こりにくくすることが可能となる。

有機ＥＬ発光層形成用塗布液が塗布された後は、窒素雰囲気中でホットプレートによる乾燥、あるいは、真空中でのシーズヒータによる乾燥を行い、残留液体の除去をすることで、有機ＥＬ発光層１４０が形成される。

その後は、有機ＥＬ発光層１４０の上に、膜厚が例えば１００ｎｍの陰極電極１６０が設けられる。陰極電極１６０は、例えば、抵抗加熱蒸着法、電子ビーム蒸着法、スパッタリング法等で形成される。

そして、上部電極１６０の上に封止ガラス１７０を形成する。これにより、上述の実施形態に示した発光素子８００が形成される。

なお、上述の実施形態では、有機層として正孔輸送層１９０を設ける構成を示したが、本発明は係る実施形態に限定されることはない。有機層として正孔輸送層を設けることも可能であり、さらには、有機層として、正孔輸送層と正孔注入層との双方を形成することも可能である。なお、絶縁膜１３０内に陽極電極１２０に接続されたトランジスタを含む画素回路が設けられていてもよい。また、各画素毎に正孔輸送層１９０を分離する必要もなく、絶縁膜１３０を跨いで連続して形成されてもよい。特にスピンコート法によって複数の画素に連続して正孔輸送層１９０を成膜する場合、絶縁膜１３０は必ずしも必要ない。
また、発光素子８００は、表示装置や印刷装置の露光機等に応用することができる。

（表面張力の低下）
実施例１として、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ（ポリエチレンジオキシチオフェンとポリスチレンスルホン酸とを含有する塗布液）に、ポリオキシエチレンラウリルエーテルを含む界面活性剤としての花王エマルゲン１０５（非イオン界面活性剤）を含有させて、界面活性剤含有塗布液を準備した。なお、花王エマルゲン１０５のＨＬＢは９．７であった。
実施例２として、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ（ポリエチレンジオキシチオフェンとポリスチレンスルホン酸とを含有する塗布液）に、界面活性剤としての花王エマルゲン１０９Ｐ（非イオン界面活性剤）を含有させて、界面活性剤含有塗布液を準備した。なお、花王エマルゲン１０９ＰのＨＬＢは１３．６であった。

実施例１において、花王エマルゲン１０５の添加量が０ｗｔ％、０．００５ｗｔ％、０．０２５ｗｔ％、０．０５ｗｔ％、０．１ｗｔ％、０．５ｗｔ％の場合のそれぞれについて、界面活性剤含有塗布液の表面張力を調べた。
また、同様に、実施例２において、花王エマルゲン１０９Ｐの添加量が０ｗｔ％、０．００５ｗｔ％、０．０２５ｗｔ％、０．０５ｗｔ％、０．１ｗｔ％、０．５ｗｔ％の場合のそれぞれについて、界面活性剤含有塗布液の表面張力を調べた。これらの結果を表１に示す。

実施例１及び実施例２において、表面張力と界面活性剤添加量（花王エマルゲンの添加量）との関係を図２に示す。実施例１及び実施例２のいずれにおいても、添加量が増加するにつれて表面張力の低下がみられた。しかしながら、添加量が約０．０５ｗｔ％以上になれば表面張力の低下はほとんどみられず、表面張力の低下は飽和状態となり、これ以上界面活性剤を含有させても表面張力の低下はほとんどなかった。このことから、界面活性剤は、塗布液の表面張力の低下が飽和状態になるまで含有させることが好ましいとわかった。

（ダークスポットの個数）
次に、実施例３として、花王エマルゲン１０５を０．０５ｗｔ％含有させた界面活性剤含有塗布液を準備し、親液化された陽極電極の上にスピンコート法で吐出し、１００℃以上で乾燥させ、正孔輸送層を形成した。そして、形成した正孔輸送層の上に、青色、緑色、赤色の各色の有機ＥＬ発光層を形成して、発光素子８００を形成した。
実施例４として、花王エマルゲン１０９Ｐを０．０５ｗｔ％含有させた界面活性剤含有塗布液を準備し、実施例３と同様にして、発光素子８００を形成した。
また、比較例として、界面活性剤を添加していないＰＥＤＯＴ／ＰＳＳについても、実施例３と同様にして、発光素子８００を形成した。

そして、実施例３、実施例４、比較例において、２×２ｍｍの発光領域におけるダークスポットの個数を調べた。結果を表２に示す。

実施例３は、比較例と比べて、青色、緑色、赤色の各色において、ダークスポットの数が減少していた。また、実施例４は、実施例３と比べて、青色、赤色の各色において、ダークスポットの数が減少していた。このとこから、界面活性剤を含有させたＰＥＤＯＴ／ＰＳＳは、表面張力が低下しており、例え塗布対象面上に凹凸があったとしても、ダークスポットが発生しにくいと考えられる。

実施形態に係る発光素子の断面を説明する断面図である。 界面活性剤の添加量と、界面活性剤含有塗布液の表面張力と、の関係を説明する図である。

符号の説明

１１０…絶縁基板、１２０…陽極電極、１４０…有機ＥＬ発光層、１６０…陰極電極、１７０…封止ガラス、１９０…正孔輸送層、８００…発光素子

Claims (6)

1. ポリエチレンジオキシチオフェンとポリスチレンスルホン酸と界面活性剤とを含有した界面活性剤含有塗布液を用いて、有機層を形成する有機層形成工程を有する、
   ことを特徴とする発光素子の製造方法。
2. 前記有機層は、正孔輸送層である、
   ことを特徴とする請求項１記載の発光素子の製造方法。
3. 前記有機層形成工程では、前記界面活性剤含有塗布液をスピンコート法で塗布する、
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の発光素子の製造方法。
4. 前記界面活性剤は、前記塗布液の表面張力の低下が飽和状態になるまで含有させる、
   ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の発光素子の製造方法。
5. 前記界面活性剤が、非イオン界面活性剤である、
   ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の発光素子の製造方法。
6. 第１電極と、
   前記第１電極の上に配置され、ポリエチレンジオキシチオフェンとポリスチレンスルホン酸と界面活性剤とを含有した界面活性剤含有塗布液を用いて塗布形成された有機層と、
   前記有機層の上に配置された発光層と、
   前記発光層の上に配置された第２電極と、を有する、
   ことを特徴とする発光素子。

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