JP4328486B2 - エレクトロルミネッセント装置 - Google Patents
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Description
本発明は、電導性ポリマ−、特に3、4−ポリアルキレンジオキシチオフェンを補助層として含むエレクトロルミネッセント装置、及び3、4−ポリアルキレンジオキシチオフェン分散液に関する。
【0002】
エレクトロルミネッセント(EL)装置は、電圧を印加した時に電流が流れて光を発することが特徴である。この種の装置は、「発光ダイオード(LED)」の名で長い間知られている。この発光は、正荷電(正孔)と負荷電(電子)が発光しつつ再結合することによって起こる。
【0003】
工業的なすべての普通のLEDは、主に無機半導体材料からなる。しかしながら、本質的な成分が有機材料であるEL装置が数年来知られるようになった。
【0004】
これらの有機EL装置は、一般に有機電荷輸送化合物の1層またはそれ以上を含む。
【0005】
主な層構造は以下の通りである:
1.支持基材
2.ベース電極
3.正孔注入層
4.正孔輸送層
5.エミッタ層
6.電子輸送層
7.電子注入層
8.トップ電極
9.接点
10.被覆材、封入材
この構造は、最も一般的な例であり、1つの層に多くの機能を持たせて個々の層を省略することによって簡略化できる。最も簡単な場合、EL装置は2つの電極と、その間に位置する、発光機能を含めてすべての機能を担う有機層とからなる。この種のシステムは、例えばWO第90/13148号に、ポリ(p−フェニレンビニレン)に基づいて記述されている。
【0006】
大面積のエレクトロルミネッセント表示要素の製造の場合、電流輸送電極2または8の少なくとも1つは透明で電導性の材料からならなくてはいけない。
【0007】
基材1として適当なものは、透明な支持体、例えばガラスまたはプラスチックフィルム(例えばポリエステル例えばポリエチレンテレフタレ−トまたはポリエチレンナフタレ−ト、ポリカ−ボネ−ト、ポリアクリレ−ト、ポリスルホンまたはポリイミドフィルム)である。
【0008】
適当な透明で、電導性の材料は、
a)金属酸化物、例えば酸化インジウム錫(ITO)、酸化錫(NESA)など、
b)半透明性金属フィルム、例えばAu、Pt、Ag、Cuなど、
である。
【0009】
適当なエミッタ層5は、例えばDE−A19627071に記述されている。
【0010】
しかしながら、実際的には、輝度を増大させるために、電子または正孔注入層(3、4及び/または6、7)を、エレクトロルミネッセントス−パ−ストラクチャ−(superstructure)中に導入しなければならないことが見出された。
【0011】
EP−A686662は、電導性有機ポリマ−電導体、例えば3、4−ポリエチレンジオキシチオフェン及びポリヒドロキシル化合物またはラクタムの特別な混合物を、エレクトロルミネッセント表示具の電極2として使用することを開示している。しかしながら、実際的には、これらの電極は特に大面積表示具に対する適当な電導性を持たないことが発見された。これに対して、この電導性は小表示具(ピクセルの寸法<1mm2)には十分である。
【0012】
DE−A19627071は、ポリマ−有機伝導体、3、4−ポリエチレンジオキシチオフェンを正孔注入層として使用することを開示している。これらは、エレクトロルミネッセント表示具の発光性を、ポリマ−有機中間層なしにスーパーストラクチャーと対比できるほどかなり増大させることができる。しかしながら、これらの表示具の耐用寿命は依然実用上不適当である。
【0013】
EP−A991303は、<250nmの粒径と0.5Ωcmの抵抗に相当する<2S/cmの乾燥ポリマ−の電導性とを有する3、4−ポリアルキレンジオキシチオフェンを開示している。しかしながら、これを受動マトリックス表示具に使用するには、これらの3、4−ポリアルキレンジオキシチオフェンは依然電導性すぎる。この高い電導性は、隣る電導体トラック間のいわゆる漏話(cross talk)をもたらす[参照、例えばD.ブラウン(Braun)、シント・メタルズ(Synth.Metals)、92(1998)107−113]。
【0014】
驚くべきことに今回、粒径を更に減ずると、EP−A991303に記述されている3、4−ポリアルキレンジオキシチオフェンの抵抗が、所望の正孔注入作用を失うことなしにかなり増大できることが発見された。
【0015】
それゆえに本発明は、粒子の少なくとも90重量%が<50nmであり、且つそれから作られたコーティングの抵抗が好ましくは>5000Ωcmである、3、4−ポリアルキレンジオキシチオフエン分散液に関する。粒子の少なくとも90重量%が<40nmの分散液は好適である。
【0016】
更に本発明は、本発明の分散液から作った正孔注入層を含むエレクトロルミネッセント装置に関する。
【0017】
粒径は遠心分離を用いて膨潤状態で測定した。この一般的な方法は、コロイド・ポリム・サイ(Colloid Polym.Sci.)、267,1113−1116(1989)に記述されている。これらの分散液は、ヨーロッパ特許第991303号による分散液から始め、次いで粒子を粉砕することによって製造した。
【0018】
適当な粉砕法は、例えばボ−ルミルまたは撹拌ミル、高速撹拌、超音波処理、及び高圧ホモゲナイゼ−ションによる粉砕である。
【0019】
分散液を高圧下、強制的に1回ないし多数回金属またはセラミックのノズルに通す高圧ホモゲナイゼ−ションは好適である。ノズルの直径は1−0.1mmであり、或いはスロットノズルの場合にはその幅が0.1−1mmである。ホモゲナイゼ−ションは1−2000、好ましくは100−1000バールの圧力で行われる。
【0020】
所望の結果を達成させるためには、複数回の通過も必要である。
【0021】
本発明による分散液は、好ましくはポリアニオン及び式I
【0022】
【化1】
【0023】
[式中、nは3−100、好ましくは4−15の整数であり、そして
Xは−(CH2)x−CR1R2−(CH2)y−であり、但し
R1及びR2 は、互いに独立にH、炭素数1−20の随時置換されたアルキル基、炭素数6−14のアリ−ル基、または−CH2−OR3であり、なお R3はH、アルキルまたは−CH2−CH2−CH2−SO3Hであり、そしてx及びyは互いに独立にそれぞれ0−9の整数である]
のカチオン性の、可溶性または不溶性3、4−ポリアルキレンジオキシチオフェンを含んでなる。
【0024】
対応する化合物はEP−A440957及びDE−A4211459に記述されている。
【0025】
本発明による3、4−ポリアルキレンジオキシチオフェンの分散液は、好ましくはコ−ティング操作前に濾過される。
【0026】
特にカチオン形の式Iの電導性ポリマ−を、ポリアニオン、好ましくはヨーロッパ特許第440957号と同様にして製造できるポリスチレンスルホン酸のポリアニオンと組み合わせて使用する場合、式Iの3、4−ポリアルキレンジオキシチオフェン1重量部に基づいて6−30重量部、好ましくは8−25重量部のポリアニオンを使用するならば、容易に濾過できる分散液の得られることが発見された。かくしてポリカチオンとポリアニオンの重量比は好ましくは1:8−1:25である。
【0027】
この3、4−ポリアルキレンジオキシチオフェンのポリアニオンに対する比は、その製造中に直接設定できる。しかしながら、3、4−ポリアルキレンジオキシチオフェンを高含量で有する溶液または分散液から初め、続いてポリアニオンの添加によって本発明の3、4−ポリアルキレンジオキシチオフェンとポリアニオンの比を設定することもできることが発見された。
【0028】
本発明の分散液の固体含量は、0.01−20重量%、好ましくは0.2−5重量%である。
【0029】
分散液の20℃における粘度は、純水または溶媒混合物の粘度ないし200mPas、好ましくは<100mPasである。
【0030】
所望の固体含量と必要な粘度を設定するために、水性分散液からは、所望の量の水を、好ましくは減圧下での蒸留により或いは他の方法、例えば遠心分離により除去することができる。
【0031】
本発明によるエレクトロルミネッセント装置は本発明の分散液から作られた正孔注入層を含む。
【0032】
正孔注入層(3)は、公知の技術で調製される。この目的のために、本発明の分散液はフィルムの形でベース電極上に広げられる。用いる溶媒は好ましくは水または水/アルコール混合物である。適当なアルコールの例は、メタノール、エタノール、プロパノ−ル、イソプロパノ−ル及びブタノ−ルである。
【0033】
これらの溶媒の使用は、更なる層または有機溶媒、例えば芳香族または脂肪族炭化水素混合物を、層(3)を損傷することなく適用できるという利点を持つ。
【0034】
更に本発明の分散液には、有機ポリマ−結合剤及び/または有機低分子量架橋材が添加できる。対応する結合剤は例えばEP−A564911に記述されている。
【0035】
該分散液は、好ましくは、EP−A991303に記載の限度でイオン性不純物を少量だけ含んでいる。
【0036】
本発明による分散液は、例えばコ−ティング、キャスティング、ナイフコ−ティング、印刷、カ−テンコ−ティングなどのような技術によって基材上に均一に広げることができる。続いてこの層を室温でまたは300℃までの温度で、好ましくは100−200℃で乾燥できる。
【0037】
正孔注入層(3)の電導性は、層の表面抵抗を測定することによって決定できる。この目的には次の実験的手順が特に適当であることが分かった:正孔注入層を、電気絶縁性支持体、例えばガラス上に例えば200nmの層厚さdでコ−ティングし、続いて100−300℃で注意深く乾燥する。次いで金属帯(strip)を電極として層上に蒸着させる。蒸着装置中約10-6ミリバールの圧力で、マスク(mask)を用いて平行な帯として蒸着した金電極は非常に適当である。この帯は例えば20mmの長さl、3mmの幅b、及び1.0mmの隔離で付与される。この層の電気抵抗は、2極または4極法を用いて2つの隣る電極間で測定される。大気の水分の影響を避けるために、抵抗の測定は乾燥雰囲気中または真空中で行う。表面抵抗R□はR□=R・l/aに従って、伝導度はσ=l/ (R□・d)に従って、また比抵抗RspecはRspec=R□・dに従って計算できる。
【0038】
蒸着した金属電極の代替物としては、ITO電極を用いて測定手順を行ってもよい。この目的のために、ITO層をガラスの上に例えば平行な帯として適用し、続いて正孔注入層をコ−ティングする。ついで隣るITO電極間の抵抗を上述したように測定する。
【0039】
正孔注入層のある電導度を設定するためには、驚くべきことに正孔注入ポリマ−の2つの溶液を正確な比で混合する簡単な方法で達成できる。この第1の溶液は層として所望よりも高い電導度を有していなければならず、他の溶液はそれより低い電導度を有さねばならない。溶液混合物に由来する電導性は、2つの個々の溶液の容量割合に直線的に従う。
【0040】
更に本発明による分散液は、好ましくはインクジェット印刷のような技術により模様的に適用することもできる。水溶性ポリチオフェン、例えば3、4−ポリアルキレンジオキシチオフェンを用いる技術は、例えばサイエンス(Science)、289、1135(1998)及びDE−A19841804に記述されている。
【0041】
このコーティング技術を使用する時、好ましくは更なる正孔輸送層4を使用しないで、ポリ−p−フェニレン−ビニレン誘導体及び/またはポリフルオレン誘導体が利用できる。これは、全表面が酸化インジウム錫で被覆され且つ電導性ポリマ−が模様的に適用されている支持体を使用する場合、続いて全表面に同様に適用された全体の層が電導性ポリマ−で被覆された点で発光するだけであるという発見に由来する。この方法は、例えばエッチング法によって電導性ベース電極を模様化することなく簡単な方法で、模様的エレクトロルミネッセント表示具の製造を可能にする。
【0042】
正孔注入層(3)の厚さは、約3−500nm、好ましくは10−200nmである。
【0043】
続いて更なる層を、溶液からまたは蒸着により正孔注入層(3)に適用する。ここに使用するエミッタ層5は、好ましくは更なる正孔輸送層4なしにポリ−p−フェニレン−ビニレン誘導体及び/またはポリフルオレン誘導体を、或いはアルミニウム錯体、例えばアルミニウムキノレ−トを正孔輸送層4と組み合わせて含んでなる。
【0044】
正孔注入中間層の機能は、特別な手順で試験される[(参照、シント・メト (Synth.Met.)、111、139(2000)]。この目的のためは、湿式化学法できれいにしたITOに、正孔注入中間層をスピンコ−タ−で適用する。続いてこの層を5分間120℃に加熱する。層の厚さは60nmである。次いで正孔輸送分子
【0045】
【化2】
【0046】
の1.5重量%テトラヒドロフラン溶液を、スピンコ−タ−で適用する。この時全層の厚さは160nmである。アルミニウムキノレ−ト(Alq)は、エミッタ層として蒸着により厚さ60nmを有する層の形で適用される。続いてMg及びAgの合金を蒸着により陰極として適用する。酸化インジウム錫(ITO)陽極及び金属陰極に接点を適用することにより、特徴的なラインプロッタ−(line plotter)と補正フォトダイオードを用いて電流−電圧−発光特性ラインを記録する。
【0047】
本発明で製造される有機発光ダイオードは、長耐用寿命、高光度、低運転電位及び高整流比が特徴である。
【0048】
【実施例】
実施例1
3、4−ポリエチレンジオキシチオフェン及びポリスチレンスルホン酸を重量比1:8で有する1.4重量%3、4−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分散液1リットルを、ヨーロッパ特許第991303号の実施例2に従って3、4−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分散液を蒸発させることによって調製し、高圧ホモゲナイザ−を700バール及びノズル直径0.1mmで用いて2回均質化した。
【0049】
続いてスピンコ−タ−でガラス上にコーティングを適用し、120℃で乾燥し、層の抵抗を約10-6ミリバールの減圧下に決定した。
【0050】
次いでこの正孔注入層Aの、有機発光ダイオードでの使用を、次の多層積層からなる配置で試験した:
ITO//層A(60nm)//TDAPB(100nm)//Alq(60nm)//MgAg。
【0051】
実施例2
3、4−ポリエチレンジオキシチオフェン及びポリスチレンスルホン酸ヲ重量比1:8で有する1.4重量%3、4−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分散液1700gを、ヨーロッパ特許第991303号の実施例2に従って3、4−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分散液を蒸発させることによって調製し、これを4.8重量%ポリスチレンスルホン酸水溶液659.4gと、溶液中の3、4−ポリエチレンジオキシチオフェン及びポリスチレンスルホン酸の重量比が1:20となるように撹拌しながら混合した。得られた溶液を、高圧ホモゲナイザ−を400バール及びノズル直径0.2mmで用いて4回均質化した。
【0052】
続いてスピンコ−タ−でガラス上にコーティングを適用し、120℃で乾燥し、層の抵抗を約10-6ミリバールの減圧下に決定した。
【0053】
次いでこの正孔注入層Bの、有機発光ダイオードでの使用を、次の多層積層からなる配置で試験した:
ITO//層B(60nm)//TDAPB(100nm)//Alq(60nm)//MgAg。
【0054】
実施例3
3、4−ポリエチレンジオキシチオフェン及びポリスチレンスルホン酸を重量比1:8で有する1.4重量%3、4−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分散液2000gを、ヨーロッパ特許第991303号の実施例2に従って3、4−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分散液を蒸発させることによって調製し、これを4.8重量%ポリスチレンスルホン酸水溶液259gと、溶液中の3、4−ポリエチレンジオキシチオフェン及びポリスチレンスルホン酸の重量比が1:12となるように撹拌しながら混合した。得られた溶液を、高圧ホモゲナイザ−を400バール及びノズル直径0.2mmで用いて4回均質化した。
【0055】
続いてスピンコ−タ−でガラス上にコーティングを適用し、120℃で乾燥し、層の抵抗を約10-6ミリバールの減圧下に決定した。
【0056】
次いでこの正孔注入層Cの、有機発光ダイオードでの使用を、次の多層積層からなる配置で試験した:
ITO//層C(60nm)//TDAPB(100nm)//Alq(60nm)//MgAg。
【0057】
得られた結果を次の表に示す:
【0058】
【表1】
【0059】
効率=印加電圧5Vで測定したエレクトロルミネッセント表示具の光度(カンデラ/アンペア)
耐用寿命=一定電流8mA/cm2におけるエレクトロルミネッセント表示具の光度が半分に低下するまでの期間(時)
隣るライン間の漏話を避けるための中間層による抵抗の増加は、発光ダイオードの効率及び耐用寿命に悪影響を及ぼさないことは明白である。
【0060】
本発明の特徴及び態様は以下の通りである。
【0061】
1.分散液の粒子の少なくとも90重量%が<50nmである、ポリアニオン及びカチオン性3、4−ポリアルキレンジオキシチオフエンを含んでなる該分散液。
【0062】
2.粒子の少なくとも90重量%が<40nmである、上記1の分散液。
【0063】
3.分散液から作られたコ−ティングの抵抗が>5000Ωcmである、上記1の分散液。
【0064】
4.3、4−ポリアルキレンジオキシチオフェンが式I
【0065】
【化3】
【0066】
[式中、nは3−100、好ましくは4−15の整数であり、そして
Xは−(CH2)x−CR1R2−(CH2)y−であり、但し
R1及びR2は、互いに独立にH、炭素数1−20の随時置換されたアルキル基、炭素数6−14のアリ−ル基、または−CH2−OR3であり、なおR3はH、アルキルまたは−CH2−CH2−CH2−SO3Hであり、そしてx及びyは互いに独立にそれぞれ0−9の整数である]
の化合物である、上記1の分散液。
【0067】
5.3、4−ポリエチレンジオキシチオフェン/ポリスチレンスルホネ−ト分散液である、上記1の分散液。
【0068】
6.カチオン性3、4−ポリアルキレンジオキシチオフェンとポリアニオンの比が1:8−1:25である、上記1の分散液。
【0069】
7.上記1の分散液から正孔注入層が作られている、正孔注入層を含むエレクトロルミネッセント装置。
【0070】
8.ポリフルオレン及び/またはポリ−p−フェニレンビニレンを、発光層として使用する、上記7のエレクトロルミネッセント装置。
Claims (2)
- 分散液の粒子の少なくとも90重量%が50nmより小さい粒径を有する、ポリスチレンスルホン酸及び3、4−ポリエチレンジオキシチオフエンを含んでなる該分散液。
- 請求項1の分散液から正孔注入層が作られている、正孔注入層を含むエレクトロルミネッセント装置。
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