JP5690578B2 - 有機電界発光素子及びその製造方法 - Google Patents
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Description
例えば、紫外線を発光材料からなる発光層に照射し、該照射部分を非発光領域とする有機電界発光素子のパターン化方法が提案されている(特許文献1参照)。
また、アリールアミンを含有する少なくとも一層のホール輸送層及び電子輸送性発光層を有する積層型有機電界発光素子を製造する方法において、ホール輸送層を電磁波照射により特性を変化させて、有機電界発光素子の発光部の明るさを部分的に、かつ任意に調整することが提案されている(特許文献2参照)。
しかしながら、有機電界発光素子の駆動電圧と輝度とは、比例関係ではなく、かつ、電磁波の照射時間と駆動電圧の上昇量とも単純な比例関係ではないため、所望のパターンに合わせた濃淡のつけ方を有機電界発光素子の電圧−電流密度特性及び電磁波照射量−電圧上昇量から補正しなければならず、作業が煩雑であった。また、これらの提案のように照射する電磁波の強度を濃淡で変えて画像の階調を表現する場合には、露光マスクの濃淡のズレによって画像にボケが生じることがあり、また、得られた有機電界発光素子の画像が発光輝度によっては正確に表現できないという問題があった。
<1> 陽極と陰極との間に発光層を有してなり、
発光面内の少なくとも一部に輝度を変化させた輝度変化パターンからなる面積階調を有することを特徴とする有機電界発光素子である。
<2> 輝度変化パターンの形成が、電磁波照射である前記<1>に記載の有機電界発光素子である。
<3> 電磁波照射が、電磁波の透過率の変化を2値で表示したパターンを有する露光マスクを介して行われる前記<2>に記載の有機電界発光素子である。
<4> 電磁波照射が、2値で変化され、有機電界発光素子上を走査して行われる前記<2>に記載の有機電界発光素子である。
<5> 輝度変化パターンの解像度が、100dpi以上である前記<1>から<4>のいずれかに記載の有機電界発光素子である。
<6> 電磁波が照射された部分の駆動電圧が上昇し、電流量が低下してなる前記<2>から<5>のいずれかに記載の有機電界発光素子である。
<7> 電磁波が照射された部分に特定の電圧を印加した場合の面積あたりに流れる電流量(A)と、電磁波が照射されていない部分に前記電圧と同じ電圧を印加した場合の面積あたりに流れる電流量(B)との比(B/A)が、3以上である前記<2>から<6>のいずれかに記載の有機電界発光素子である。
<8> 陽極及び陰極の少なくともいずれかが、金属酸化物電極である前記<1>から<7>のいずれかに記載の有機電界発光素子である。
<9> 可視光透過率が、20%以上である前記<1>から<8>のいずれかに記載の有機電界発光素子である。
<11> 電磁波照射で使用された波長の電磁波を吸収する電磁波吸収層を発光面上に更に有してなる前記<2>から<10>のいずれかに記載の有機電界発光素子である。
<12> 電磁波を照射して発光面内の輝度ムラを補正してなる前記<1>から<10>のいずれかに記載の有機電界発光素子である。
<13> 陽極と陰極との間に発光層を有してなる有機電界発光素子を作製する有機電界発光素子作製工程と、
前記有機電界発光素子の発光面の少なくとも一部に輝度の変化パターンが面積階調となるように電磁波を照射する輝度変化パターン形成工程とを含むことを特徴とする有機電界発光素子の製造方法である。
<14> 電磁波照射が、電磁波の透過率の変化を2値で表示したパターンを有する露光マスクを介して行われる前記<13>に記載の有機電界発光素子の製造方法である。
<15> 電磁波照射が、2値で変化され、有機電界発光上素子を走査して行われる前記<13>に記載の有機電界発光素子の製造方法である。
<16> 電磁波を照射して発光面内の輝度ムラを補正する輝度ムラ補正工程を更に含む前記<13>から<15>のいずれかに記載の有機電界発光素子の製造方法である。
<17> 輝度変化パターン形成工程において、有機電界発光素子の発光面内の輝度ムラ補正と、輝度変化パターンからなる面積階調の形成とを同時に行う前記<13>から<15>のいずれかに記載の有機電界発光素子の製造方法である。
本発明の有機電界発光素子は、陽極と陰極との間に発光層を有してなり、発光面内の少なくとも一部に輝度を変化させた輝度変化パターンからなる面積階調を有する。
前記輝度変化パターンは、有機電界発光素子の発光面内の少なくとも一部において輝度を変化させることにより形成されるパターンであり、有機電界発光素子を発光させた場合に、そのパターンを表示できるものである。
輝度を変化させる方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、作業が簡易である点及び電力効率を低下させない点で、電磁波照射が好ましい。前記電磁波照射により、発光面内において部分的に駆動電圧を上昇させ、輝度を低下させることで輝度の変化パターンを形成することができる。
電磁波照射の装置の光源としては、例えば、高圧水銀ランプ、低圧水銀ランプ、水素(重水素)ランプ、希ガス(例えば、キセノン、アルゴン、ヘリウム、ネオン等)放電ランプ、窒素レーザー、エキシマレーザー(例えば、XeCl、XeF、KrF、KrCl等)、水素レーザー、ハロゲンレーザー、各種可視−赤外レーザーの高調波などが挙げられる。
これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
なお、前記2値化の方法としては、例えば、誤差拡散法、ディザマトリクス法などを用いることができる。
また、前記走査の方法としては、例えば、自動制御のxyステージ(中央精機株式会社製、ALD−220−C2P)に電磁波を照射するレーザーを設置し、xy方向にレーザーを移動させる方法が挙げられる。
前記輝度ムラ補正の方法としては、特に制限はなく、公知の方法を使用することができるが、濃淡階調で補正しないと通電中に劣化が不均一に進んで逆方向の輝度ムラができるため、濃淡階調で輝度ムラを補正してから、面積階調で輝度変化パターンを形成することが好ましい。
ここでは、有機電界発光素子の素子構成が、陽極から順に、ITO(100)/0.3質量%F4TCNQをドープした2−TNATA(5)/2−TNATA(115)/NPD(4)/HTL−1(3)/mCP(3)/40質量%PT−1をドープしたmCP(30)/BAlq(39)/BCP(1)/LiF(1)/Al(100)であり、これを封止ガラスで封止した白色有機電界発光素子を一例として説明する。なお、前記括弧内は、層の平均厚みを表し、その単位は「nm」である。また、前記構成成分のうちF4TCNQ、2−TNATA、NPD、HTL−1、mCP、PT−1、BAlq、及びBCPは、下記構造式で表される。
前記有機電界発光素子は、一対の電極、即ち陽極と陰極と、両電極の間に発光層を含む有機層を有し、更に必要に応じて、正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層、正孔ブロック層、電子ブロック層、電子注入層等の各種機能層、基板、保護層などのその他の成分を有していてもよい。
これらの各層は、通常、積層構造を形成しており、前記陽極上に前記正孔注入層を設けた積層構造を有する。前記積層構造と発光層との間に正孔輸送層を有することが好ましく、陰極と発光層との間に電子輸送層を有することが好ましい。また、電子輸送層と陰極との間に電子注入層を設けてもよい。更に、発光層と正孔輸送層との間に正孔輸送性中間層(電子ブロック層)を設けてもよく、発光層と電子輸送層との間に電子輸送性中間層(正孔ブロック層)を設けてもよい。前記各層は、複数の二次層に分かれていてもよい。
なお、透過率としては、可視光透過率として、少なくとも20%以上であり、40%以上が好ましく、60%以上がより好ましい。
前記有機電界発光素子は、一対の電極、即ち陽極と陰極とを含む。前記有機電界発光素子の性質上、陽極及び陰極のうち少なくとも一方の電極は透明であることが好ましい。通常、陽極は有機化合物層に正孔を供給する電極としての機能を有していればよく、陰極は有機化合物層に電子を注入する電極としての機能を有していればよい。
前記電極としては、その形状、構造、大きさ等については特に制限はなく、有機電界発光素子の用途、目的に応じて公知の電極材料の中から適宜選択することができる。
前記電極を構成する材料としては、例えば、金属、合金、金属酸化物、導電性化合物、これらの混合物などが挙げられる。
前記陽極を構成する材料としては、例えば、アンチモンやフッ素などをドープした酸化錫(ATO、FTO)、酸化錫、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化インジウム錫(ITO)、酸化亜鉛インジウム(IZO)等の導電性金属酸化物;金、銀、クロム、ニッケル等の金属;これらの金属と導電性金属酸化物との混合物又は積層物;ヨウ化銅、硫化銅等の無機導電性物質;ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピロール等の有機導電性材料、これらとITOとの積層物などが挙げられる。これらの中でも、導電性金属酸化物が好ましく、生産性、高導電性、透明性等の観点から、ITOが特に好ましい。
前記陰極を構成する材料としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、アルカリ金属(例えばLi、Na、K、Cs等)、アルカリ土類金属(例えばMg、Ca等)、金、銀、鉛、アルミニウム、ナトリウム−カリウム合金、リチウム−アルミニウム合金、マグネシウム−銀合金、インジウム、イッテルビウム等の希土類金属などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいが、安定性と電子注入性とを両立させる観点からは、2種以上を併用することが好ましい。
これらの中でも、電子注入性の点で、アルカリ金属及びアルカリ土類金属が好ましく、保存安定性に優れる点で、アルミニウムを主体とする材料が好ましい。
前記アルミニウムを主体とする材料とは、アルミニウム単独、アルミニウムと0.01質量%〜10質量%のアルカリ金属、又はアルカリ土類金属との合金若しくはこれらの混合物(例えば、リチウム−アルミニウム合金、マグネシウム−アルミニウム合金等)をいう。
前記表面処理としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、プラズマ処理、イオンビームスパッタリング等の各種スパッタリング、紫外線照射処理、ラジカルビーム処理など、公知の表面処理方法が挙げられる。これらの中でも、短時間で処理でき、さまざまなガス雰囲気下で行なうことができる点で、プラズマ処理が好ましい。
前記発光層は、電界印加時に、陽極、正孔注入層、又は正孔輸送層から正孔を受け取り、陰極、電子注入層、及び電子輸送層のいずれかから電子を受け取り、正孔と電子の再結合の場を提供して発光させる機能を有する層である。
前記発光層は、発光材料を含む。該発光層は発光材料のみで構成されていてもよいし、ホスト材料と発光材料の混合層でもよい(後者の場合、発光材料を「発光性ドーパント」もしくは「ドーパント」と称する場合がある)。
更に、前記発光層中に電荷輸送性を有さず、発光しない材料を含んでいてもよい。
また、前記発光層は1層であっても2層以上であってもよく、それぞれの層が異なる発光色で発光してもよい。
前記発光材料としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、蛍光発光材料であってもよいし、燐光発光材料であってもよい。また、これらは、1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
前記発光性ドーパントは、ホスト化合物との間で、イオン化ポテンシャルの差(ΔIp)と電子親和力の差(ΔEa)が、1.2eV>ΔIp>0.2eV、及び/又は1.2eV>ΔEa>0.2eVの関係を満たすドーパントであることが、駆動耐久性の観点から好ましい。
前記発光層中の発光性ドーパントの含有量としては、発光層中に一般的に発光層を形成する全化合物質量に対して、0.1質量%〜50質量%が好ましく、耐久性、外部量子効率の観点から1質量%〜50質量%がより好ましく、2質量%〜40質量%が特に好ましい。
前記燐光発光材料としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、遷移金属原子又はランタノイド原子を含む錯体などが挙げられる。
前記遷移金属原子としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えばルテニウム、ロジウム、パラジウム、タングステン、レニウム、オスミウム、イリジウム、金、銀、銅、白金などが挙げられる。これらの中でも、レニウム、イリジウム、白金が好ましく、イリジウム、白金が特に好ましい。
これらの中でも、Ir錯体、Pt錯体、Cu錯体、Re錯体、W錯体、Rh錯体、Ru錯体、Pd錯体、Os錯体、Eu錯体、Tb錯体、Gd錯体、Dy錯体、Ce錯体が好ましく、Ir錯体、Pt錯体、Re錯体がより好ましく、金属−炭素結合、金属−窒素結合、金属−酸素結合、金属−硫黄結合の少なくとも一つの配位様式を含むIr錯体、Pt錯体、Re錯体が更に好ましく、発光効率、駆動耐久性、色度等の観点から、3座以上の多座配位子を含むIr錯体、Pt錯体、Re錯体が特に好ましい。
前記蛍光発光材料としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ベンゾオキサゾール、ベンゾイミダゾール、ベンゾチアゾール、スチリルベンゼン、ポリフェニル、ジフェニルブタジエン、テトラフェニルブタジエン、ナフタルイミド、クマリン、ピラン、ペリノン、オキサジアゾール、アルダジン、ピラリジン、シクロペンタジエン、ビススチリルアントラセン、キナクリドン、ピロロピリジン、チアジアゾロピリジン、シクロペンタジエン、スチリルアミン、芳香族ジメチリディン化合物、縮合多環芳香族化合物(例えば、アントラセン、フェナントロリン、ピレン、ペリレン、ルブレン、又はペンタセン等)、8−キノリノールの金属錯体;ピロメテン錯体や希土類錯体に代表される各種金属錯体;ポリチオフェン、ポリフェニレン、ポリフェニレンビニレン等のポリマー化合物;有機シラン、これらの誘導体などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
前記ホスト材料は、電荷輸送材料であることが好ましい。該ホスト材料は、1種であっても2種以上であってもよい。
前記電荷輸送材料としては、正孔輸送性に優れる正孔輸送性ホスト材料、及び電子輸送性に優れる電子輸送性ホスト材料を用いることができる。
前記正孔輸送性ホスト材料としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ピロール、インドール、カルバゾール、アザインドール、アザカルバゾール、トリアゾール、オキサゾール、オキサジアゾール、ピラゾール、イミダゾール、チオフェン、ポリアリールアルカン、ピラゾリン、ピラゾロン、フェニレンジアミン、アリールアミン、アミノ置換カルコン、スチリルアントラセン、フルオレノン、ヒドラゾン、スチルベン、シラザン、芳香族第三級アミン化合物、スチリルアミン化合物、芳香族ジメチリディン系化合物、ポルフィリン系化合物、ポリシラン系化合物、ポリ(N−ビニルカルバゾール)、アニリン系共重合体、チオフェンオリゴマー、ポリチオフェン等の導電性高分子オリゴマー、有機シラン、カーボン膜、又はそれらの誘導体、などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
これらの中でも、インドール誘導体、カルバゾール誘導体、芳香族第三級アミン化合物、チオフェン誘導体が好ましく、分子内にカルバゾール基を有するものがより好ましく、t−ブチル置換カルバゾール基を有する化合物が特に好ましい。
前記電子輸送性ホスト材料としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ピリジン、ピリミジン、トリアジン、イミダゾール、ピラゾール、トリアゾ−ル、オキサゾ−ル、オキサジアゾ−ル、フルオレノン、アントラキノジメタン、アントロン、ジフェニルキノン、チオピランジオキシド、カルボジイミド、フルオレニリデンメタン、ジスチリルピラジン、フッ素置換芳香族化合物、ナフタレンペリレン等の複素環テトラカルボン酸無水物;フタロシアニン又はこれらの誘導体(他の環と縮合環を形成してもよい)、8−キノリノ−ル誘導体の金属錯体、メタルフタロシアニン、ベンゾオキサゾ−ル、ベンゾチアゾ−ルを配位子とする金属錯体に代表される各種金属錯体などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
これらの中でも、耐久性の観点から、金属錯体化合物が好ましく、金属に配位する少なくとも1つの窒素原子又は酸素原子又は硫黄原子を有する配位子をもつ金属錯体がより好ましい。
前記金属錯体化合物としては、例えば、特開2002−235076号公報、特開2004−214179号公報、特開2004−221062号公報、特開2004−221065号公報、特開2004−221068号公報、特開2004−327313号公報等に記載の化合物などが挙げられる。
本発明の有機電界発光素子は、その他の成分として、正孔注入層、正孔輸送層、正孔輸送性中間層(電子ブロック層)、電子輸送性中間層(正孔ブロック層)、電子輸送層、及び電子注入層の各機能層、基板、保護層などを更に有してもよい。
前記正孔注入層は、陽極又は陽極側から正孔を受け取り陰極側に輸送する機能を有する層である。前記正孔注入層は、単層構造であってもよいし、同一組成又は異種組成の複数層からなる多層構造であってもよい。
前記正孔注入材料としては、低分子化合物であってもよく、高分子化合物であってもよく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ピロール誘導体、カルバゾール誘導体、トリアゾール誘導体、オキサゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、ポリアリールアルカン誘導体、ピラゾリン誘導体、ピラゾロン誘導体、フェニレンジアミン誘導体、アリールアミン誘導体、アミノ置換カルコン誘導体、スチリルアントラセン誘導体、フルオレノン誘導体、ヒドラゾン誘導体、スチルベン誘導体、シラザン誘導体、芳香族第三級アミン化合物、スチリルアミン化合物、芳香族ジメチリディン系化合物、フタロシアニン系化合物、ポルフィリン系化合物、チオフェン誘導体、有機シラン誘導体、カーボンなどが挙げられる。これらの中でも、アリールアミン骨格を有する材料を正孔注入層に用いた有機電界発光素子で電磁波露光により駆動電圧が上昇しやすくなる点で、アリールアミン誘導体が好ましい。
これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
前記pドープされた正孔注入層は、正孔注入材料と、電子受容性化合物を共蒸着することで形成することができる。
前記無機化合物としては、例えば、塩化第二鉄、塩化アルミニウム、塩化ガリウム、塩化インジウム、五塩化アンチモン等のハロゲン化金属;五酸化バナジウム、三酸化モリブデン等の金属酸化物などが挙げられる。
前記有機化合物としては、例えば、置換基としてニトロ基、ハロゲン、シアノ基、トリフルオロメチル基等を有する化合物;キノン系化合物、酸無水物系化合物、フラーレンなどが挙げられる。
これらの電子受容性化合物は、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
前記使用量が、前記好ましい範囲内であると、正孔注入層内のキャリヤ数が増加するために正孔注入性、輸送性が改善する。一方、前記含有量が50質量%を超えると、逆にキャリヤ数が減少したりして結果的に正孔注入性、輸送性が低下する可能性があり、好ましくない。
前記正孔輸送層は、前記正孔注入層とともに、陽極又は陽極側から正孔を受け取り陰極側に輸送する機能を有する層である。
前記正孔輸送層としては、単層構造であってもよいし、同一組成又は異種組成の複数層からなる多層構造であってもよい。
前記正孔輸送層の材料及び含有される電子受容性化合物としては、例えば、前記正孔注入層と同様のものが挙げられる。
前記電子注入層、及び電子輸送層は、陰極又は陰極側から電子を受け取り陽極側に輸送する機能を有する層である。これらの層に用いる電子注入材料及び電子輸送材料としては、低分子化合物であっても高分子化合物であってもよく、具体的には、ピリジン誘導体、キノリン誘導体、ピリミジン誘導体、ピラジン誘導体、フタラジン誘導体、フェナントロリン誘導体、トリアジン誘導体、トリアゾール誘導体、オキサゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、フルオレノン誘導体、アントラキノジメタン誘導体、アントロン誘導体、ジフェニルキノン誘導体、チオピランジオキシド誘導体、カルボジイミド誘導体、フルオレニリデンメタン誘導体、ジスチリルピラジン誘導体、ナフタレン、ペリレン等の芳香環テトラカルボン酸無水物、フタロシアニン誘導体、8−キノリノール誘導体の金属錯体及びメタルフタロシアニン、ベンゾオキサゾール乃至ベンゾチアゾールを配位子とする金属錯体に代表される各種金属錯体、シロールに代表される有機シラン誘導体などが好ましい。
前記電子注入層及び電子輸送層に導入される電子供与性ドーパントとしては、電子供与性で有機化合物を還元する性質を有していれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、Li等のアルカリ金属、Mg等のアルカリ土類金属、希土類金属を含む遷移金属、還元性有機化合物などが好ましい。前記金属としては、仕事関数が4.2eV以下の金属が特に好ましく、具体的には、Li、Na、K、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Y、Cs、La、Sm、Gd、Ybなどが挙げられる。また、還元性有機化合物としては、例えば、含窒素化合物、含硫黄化合物、含リン化合物などが挙げられる。
これらの電子供与性ドーパントは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
前記電子供与性ドーパントの含有量としては、材料の種類によって異なるが、電子輸送層材料に対して0.1質量%〜99質量%であることが好ましく、1.0質量%〜80質量%であることが更に好ましく、2.0質量%〜70質量%であることが特に好ましい。
前記正孔ブロック層は、陽極側から発光層に輸送された正孔が陰極側に通り抜けることを防止する機能を有する層であり、通常、発光層と陰極側で隣接する有機化合物層として設けられる。
前記電子ブロック層は、陰極側から発光層に輸送された電子が陽極側に通り抜けることを防止する機能を有する層であり、通常、発光層と陽極側で隣接する有機化合物層として設けられる。
前記正孔ブロック層を構成する化合物としては、例えば、BAlq等のアルミニウム錯体、トリアゾール誘導体、BCP等のフェナントロリン誘導体などが挙げられる。
前記電子ブロック層を構成する化合物としては、例えば、前述の正孔輸送材料として挙げたものが利用できる。
前記正孔ブロック層及び電子ブロック層の平均厚みとしては、1nm〜500nmが好ましく、5nm〜200nmがより好ましく、10nm〜100nmが特に好ましい。また、正孔ブロック層及び電子ブロック層は、上述した材料の1種又は2種以上からなる単層構造であってもよいし、同一組成又は異種組成の複数層からなる多層構造であってもよい。
前記有機電界発光素子は、基板上に設けられていることが好ましく、電極と基板とが直接接する形で設けられていてもよいし、中間層を介在する形で設けられていてもよい。
前記基板の材料としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、イットリア安定化ジルコニア(YSZ)、ガラス(無アルカリガラス、ソーダライムガラス等)等の無機材料;ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンフタレート、ポリエチレンナフタレート等のポリエステル;ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリエーテルスルホン、ポリアリレート、ポリイミド、ポリシクロオレフィン、ノルボルネン樹脂、ポリ(クロロトリフルオロエチレン)等の有機材料などが挙げられる。
前記透湿防止層(ガスバリア層)の材料としては、例えば、窒化珪素、酸化珪素等の無機物などが挙げられる。
前記透湿防止層(ガスバリア層)は、例えば、高周波スパッタリング法などにより形成することができる。
前記有機電界発光素子は、全体が保護層によって保護されていてもよい。
前記保護層に含まれる材料としては、水分や酸素等の素子劣化を促進するものが素子内に入ることを抑止する機能を有しているものであれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、In、Sn、Pb、Au、Cu、Ag、Al、Ti、Ni等の金属;MgO、SiO、SiO2、Al2O3、GeO、NiO、CaO、BaO、Fe2O3、Y2O3、TiO2等の金属酸化物;SiNx、SiNxOy等の金属窒化物;MgF2、LiF、AlF3、CaF2等の金属フッ化物;ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルメタクリレート、ポリイミド、ポリウレア、ポリテトラフルオロエチレン、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリジクロロジフルオロエチレン、クロロトリフルオロエチレンとジクロロジフルオロエチレンとの共重合体、テトラフルオロエチレンと少なくとも1種のコモノマーとを含むモノマー混合物を共重合させて得られる共重合体、共重合主鎖に環状構造を有する含フッ素共重合体、吸水率1%以上の吸水性物質、吸水率0.1%以下の防湿性物質などが挙げられる。
前記有機電界発光素子は、封止容器を用いて素子全体が封止されていてもよい。更に、前記封止容器と有機電界発光素子の間の空間には、水分吸収剤又は不活性液体を封入してもよい。
前記水分吸収剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、酸化バリウム、酸化ナトリウム、酸化カリウム、酸化カルシウム、硫酸ナトリウム、硫酸カルシウム、硫酸マグネシウム、五酸化燐、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、塩化銅、フッ化セシウム、フッ化ニオブ、臭化カルシウム、臭化バナジウム、モレキュラーシーブ、ゼオライト、酸化マグネシウムなどが挙げられる。
前記不活性液体としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、パラフィン類、流動パラフィン類;パーフルオロアルカン、パーフルオロアミン、パーフルオロエーテル等のフッ素系溶剤;塩素系溶剤、シリコーンオイル類などが挙げられる。
前記有機電界発光素子は、大気からの酸素や水分による素子性能劣化を樹脂封止層により封止することで抑制することが好ましい。
前記樹脂封止層の樹脂素材としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、フッ素系樹脂、シリコーン系樹脂、ゴム系樹脂、エステル系樹脂、などが挙げられる。これらの中でも、水分防止機能の観点から、エポキシ樹脂が特に好ましい。前記エポキシ樹脂の中でも熱硬化型エポキシ樹脂、又は光硬化型エポキシ樹脂が好ましい。
前記有機電界発光素子に用いられる封止接着剤は、端部よりの水分や酸素の侵入を防止する機能を有する。
前記封止接着剤の材料としては、前記樹脂封止層で用いる材料と同じものを用いることができる。これらの中でも、水分防止の点からエポキシ系の接着剤が好ましく、光硬化型接着剤あるいは熱硬化型接着剤が特に好ましい。
前記封止接着剤には、フィラーを添加することが好ましい。前記フィラーとしては、例えば、SiO2、SiO(酸化ケイ素)、SiON(酸窒化ケイ素)、SiN(窒化ケイ素)等の無機材料が好ましい。該フィラーの添加により、封止接着剤の粘度が上昇し、加工適正が向上し、及び耐湿性が向上する。
前記封止接着剤は、乾燥剤を含有してもよい。前記乾燥剤としては、例えば、酸化バリウム、酸化カルシウム、酸化ストロンチウムなどが挙げられる。前記乾燥剤の添加量は、前記封止接着剤に対し0.01質量%〜20質量%が好ましく、0.05質量%〜15質量%がより好ましい。前記添加量が、0.01質量%未満であると、乾燥剤の添加効果が薄れることになり、20質量%を超えると、封止接着剤中に乾燥剤を均一分散させることが困難になることがある。
本発明においては、前期乾燥剤の入った封止接着剤をディスペンサー等により任意量塗布し、塗布後第2基板を重ねて、硬化させることにより封止することができる。
前記電磁波照射によって露光された有機電界発光素子は、照射された電磁波の波長に対し感受性が上昇するため、前記有機電界発光素子の発光面に外部からの特定の波長を含む光に曝された場合に輝度が低下してしまうことがある。そこで、意図しない露光を防止するため、電磁波照射工程で照射した波長の電磁波を吸収する電磁波吸収層を有機電界発光素子の発光面上に設けることが好ましい。
前記電磁波吸収層を設置する方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、有機電界発光素子全体を包んでもよいし、有機電界発光素子の発光面を覆うように被せてもよい。
前記有機電界発光素子は、陽極と陰極との間に直流(必要に応じて交流成分を含んでもよい)電圧(通常、2ボルト〜15ボルト)、又は直流電流を印加することにより、発光を得ることができる。
前記有機電界発光素子は、薄膜トランジスタ(TFT)によりアクティブマトリックスへ適用することができる。薄膜トランジスタの活性層としては、例えば、アモルファスシリコン、高温ポリシリコン、低温ポリシリコン、微結晶シリコン、酸化物半導体、有機半導体、カーボンナノチューブなどを適用することができる。
前記有機電界発光素子は、例えばWO2005/088726号パンフレット、特開2006−165529号公報、米国特許出願公開2008/0237598A1明細書などに記載の薄膜トランジスタを適用することができる。
本発明の有機電界発光素子の製造方法は、少なくとも、陽極と陰極との間に発光層を有してなる有機電界発光素子を作製する有機電界発光素子作製工程と、前記有機電界発光素子の発光面の少なくとも一部に輝度の変化パターンが面積階調となるように電磁波を照射する輝度変化パターン形成工程とを含み、更に必要に応じて、その他の工程を含む。
前記有機電界発光素子作製工程は、上述した前記有機電界発光素子の構成成分を上述のように積層して有機電界発光素子を製造する工程である。この工程では、上述したすべての構成、方法などを適用することができる。
前記輝度変化パターン形成工程は、上述した輝度変化パターンを電磁波照射により形成する工程である。前記電磁波照射は、上述した手段及び方法によって行うことができ、電磁波の透過率の変化を2値で表示したパターンを有する露光マスクを介して行う方法、電磁波照射を2値で変化させ、有機電界発光上素子を走査して行う方法などにより行うことが好ましい。
また、前記輝度変化パターン形成工程においては、有機電界発光素子の発光面内の輝度ムラ補正と、輝度変化パターンからなる面積階調の形成とを同時に行うことが、作業効率及びコストの点で好ましい。
本発明の有機電界発光素子の製造方法は、その他の工程として、発光面内の輝度ムラを補正する輝度ムラ補正工程を含んでもよい。
前記輝度ムラ補正は、上述のように、前記輝度変化パターン形成工程の前後に行ってもよく、前記輝度変化パターン形成工程時に同時に行ってもよい。
<有機電界発光素子の作製>
100nm厚のITO付きガラス基板(基板平均厚み:0.7mm、ジオマテック株式会社製スーパーフラットITO)を洗浄して十分に乾燥した後、ITO表面を酸素プラズマ処理した。次いで、真空蒸着装置に基板を投入し、2−TNATAを厚みが120nmとなるように蒸着させた。次いで、NPDを厚みが4nmとなるように、次いで、HTL−1を厚みが3nmとなるように、次いで、mCPを厚みが3nmとなるように蒸着させた。次いで、発光層として40質量%のPT−1をドープしたmCPを厚みが30nmとなるように蒸着させた。更に、Balqを厚みが39nmとなるように、BCPを厚みが1nmとなるように蒸着させた。蒸着レートは、いずれも0.2nm/sとした。次いで、LiFを厚みが1nmとなるように蒸着させ、最後に陰極としてアルミニウム(Al)を厚みが100nmとなるように蒸着させた。LiFの蒸着レートは、0.02nm/sとし、Alの蒸着レートは、1nm/sとした。次に、封止ガラスを、UV硬化接着剤(ナガセケムテックス株式会社製XNR5516Z)を用いて接着し、発光面積が15cm×15cmの白色有機電界発光素子を得た。最終的に得られた素子の構成は、ITO(100)/2−TNATA(120)/NPD(4)/HTL−1(3)/mCP(3)/mCP+40%PT−1(30)/BAlq(39)/BCP(1)/LiF(1)/Al(100)である。なお、括弧内は、平均厚みを表し、単位は、「nm」である。
図4に示す画像をAdobe社製Photshop elements3.0を用いて、誤差拡散法にて2値化処理して白黒反転した画像(図5)を、OHPシート(コクヨ株式会社製、VF−1100N)にインクジェットプリンター(ヒューレットパッカード社製インクジェットプリンター、OFFICEJET6000)で、解像度200dpiで印刷した。このようにして作製された露光マスクは、面積階調で明暗を表現している。これを露光マスクとして、上記で得られた15cm角の白色有機電界発光素子に被せて、新東科学株式会社製の褪色試験機(光源:キセノンランプ)にいれて3時間電磁波照射した。得られた有機電界発光素子に6Vを印加すると図4のパターンで発光することが確認できた。露光されたパターンを確認後、外光でさらに露光されるのを防止する目的で、発光を観測する基板表面に紫外線カットフィルター(富士フイルム株式会社製、SC−42)を貼り付けた。
得られた有機電界発光素子に4V、6V及び8Vの電圧を順次印加してパターンを表示させ、10名の評価者に下記の5段階で画質の評価を行わせた。4V印加時、6V印加時、及び8V印加時のそれぞれの評価点数の平均値を画像評価の評価点数とした。結果を表1に示す。
〔評価基準〕
5:非常に良い
4:良い
3:普通
2:悪い
1:非常に悪い
実施例1において、OHPシートへの画像印刷時の解像度を200dpiから50dpiに変更したこと以外は、実施例1と同様にして、有機電界発光素子を作製し、評価を行った。
実施例1において、図5の画像をOHPシートにインクジェットプリンターで、解像度200dpiで印刷することに代えて、図5の画像をPETフィルムに倉敷紡績株式会社(クラボウ)製GP−10を用いてグラビア印刷したこと以外は、実施例1と同様にして、有機電界発光素子を作製し、評価を行った。
実施例1と同様にして、白色有機電界発光素子を作製した。自動制御のxyステージ(中央精機株式会社製、ALD−220−C2P)に405nmに発光ピークを持つ半導体レーザ(キコー技研社製、青紫色半導体レーザーKLX−120mWタイプ)を設置した。xy方向にレーザーを移動しながら、405nmの電磁波を15cm角の白色有機電界発光素子の発光面に照射し、図4の画像パターンとなるように露光した。この時、露光部分では、レーザー照射時間を25秒間とした。発光を強めたい部分ではレーザーを全く照射しなかった。レーザー照射された部分は素子が高電圧化し、流れる電流量が少なくなって輝度が低下した。露光されたパターンを確認後に、外光でさらに露光されるのを防止する目的で、発光を観測する基板表面に紫外線カットフィルター(富士フイルム社製、SC−42)を貼り付けた。得られた有機電界発光素子は、実施例1と同様に評価を実施した。
実施例1と同様にして、白色有機電界発光素子を作製した。実施例3と同様に白色有機電界発光素子の発光面上をレーザーを照射しながら走査した。このとき、レーザーの照射時間を64階調に変化させて、図4の画像となるように露光を行なった。露光されたパターンを確認後に、外光でさらに露光されるのを防止する目的で、発光を観測する基板表面に紫外線カットフィルター(富士フイルム株式会社製、SC−42)を貼り付けた。なお、ここでの電磁波露光は、レーザーの強度に階調をつけてを行っているため、濃淡階調によるパターン形成である。得られた有機電界発光素子は、実施例1と同様に評価を実施した。
<有機電界発光素子の作製>
100nm厚のIZO付きフィルム基板(基板:PET、平均厚み0.1mm)を洗浄して十分に乾燥した後、IZO表面を酸素プラズマ処理した。次いで、真空蒸着装置に基板を投入し、有機層部分を実施例1と同様にして、蒸着させた。蒸着レートは、いずれも0.2nm/sとした。次いで、LiFを厚みが1nmとなるように蒸着させ、Alを厚みが0.5nmとなるように蒸着させ、更にAgを厚みが20nmとなるように蒸着させた。LiFの蒸着レートは0.02nm/sとし、Al及びAgの蒸着レートは、0.5nm/sとした。次に、封止ガラスを、UV硬化接着剤を用いて接着し、発光面積が15cm×15cmのフレキシブル半透明白色有機電界発光素子を得た。なお、得られた素子の500nmの透過率を測定したところ46%であった。
実施例1と同様にして、得られたフレキシブル半透明白色有機電界発光素子に露光マスクを貼り付けて電磁波を照射した。露光されたパターンを確認後に、外光でさらに露光されるのを防止する目的で、基板表面と封止基板表面に紫外線カットフィルター(富士フイルム社製、SC−42)を貼り付けた。得られた有機電界発光素子の画像は、実施例1と同様にして評価した。
実施例4において、図5の画像をOHPシートにインクジェットプリンターで、解像度200dpiで印刷することに代えて、図5の画像をPETフィルムに倉敷紡績株式会社(クラボウ)製GP−10を用いてグラビア印刷(解像度:200dpi)したこと以外は、実施例4と同様にして、有機電界発光素子を作製し、評価を行った。
実施例1と同様にして、白色有機電界発光素子を作製した後、以下の輝度ムラ補正を行った。
得られた白色有機電界発光素子にケースレーインスツルメンツ社(Keithley Instruments Inc.)製ソースメジャーユニットSMU−1を用いて7Vの電圧を印加し、15cm×15cmの発光面内の輝度分布を、コニカミノルタ社製CS−1000により5mm間隔で測定した結果を図2に示す。電源接続部から遠い部分ほどITOの配線抵抗に起因した輝度ムラが観測され、面内の(最大輝度/最小輝度)値は約3.5であった。
検出された輝度ムラを白黒画像に画像処理し、輝度が弱いところほど黒が濃くなる画像とした。PETフィルム上にグラビア印刷で画像を印刷し、輝度ムラ補正用露光マスクを作製した。なお、グラビア印刷は、印刷濃度を、インクを保持するセルの深さ乃至大きさを変えてインクの量でコントロールする方式であり、このマスクは濃淡階調で明暗を表現している。この露光マスクを、上記で作製した15cm×15cmの白色有機電界発光素子に貼り付け、新東科学株式会社製の褪色試験機(光源:キセノンランプ)にいれて2時間電磁波照射した。前記露光マスクを透過して電磁波が照射された部分は、素子が高電圧化し、流れる電流量が少なくなって輝度が低下した。電磁波照射後の発光面内の輝度分布を前述したのと同様に測定したところ、発光面内の輝度ムラが補正され、(最大輝度/最小輝度)が1.3であった(図3参照)。
実施例5において、OHPシートへの画像印刷時の解像度を200dpiから50dpiに変更したこと以外は、実施例5と同様にして、有機電界発光素子を作製し、評価を行った。
実施例5において、図5の画像をOHPシートにインクジェットプリンターで、解像度200dpiで印刷することに代えて、図5の画像をPETフィルムに倉敷紡績株式会社(クラボウ)製GP−10を用いてグラビア印刷したこと以外は、実施例5と同様にして、有機電界発光素子を作製し、評価を行った。
実施例5と同様にして、輝度ムラ補正済みの白色有機電界発光素子を作製した。自動制御のxyステージ(中央精機株式会社製、ALD−220−C2P)に405nmに発光ピークを持つ半導体レーザ(キコー技研社製、青紫色半導体レーザーKLX−120mWタイプ)を設置した。xy方向にレーザーを移動しながら、405nmの電磁波を15cm角の白色有機電界発光素子の発光面に照射し、図4の画像パターンとなるように露光した。この時、露光部分では、レーザー照射時間を25秒間とした。発光を強めたい部分ではレーザーを全く照射しなかった。レーザー照射された部分は素子が高電圧化し、流れる電流量が少なくなって輝度が低下した。露光されたパターンを確認後に、外光でさらに露光されるのを防止する目的で、発光を観測する基板表面に紫外線カットフィルター(富士フイルム社製、SC−42)を貼り付けた。得られた有機電界発光素子は、実施例1と同様に評価を実施した。
実施例5と同様にして、輝度ムラ補正済みの白色有機電界発光素子を作製した。実施例3と同様に白色有機電界発光素子の発光面上をレーザーを照射しながら走査した。このとき、レーザーの照射時間を64階調に変化させて、図4の画像となるように露光を行なった。露光されたパターンを確認後に、外光でさらに露光されるのを防止する目的で、発光を観測する基板表面に紫外線カットフィルター(富士フイルム株式会社製、SC−42)を貼り付けた。なお、ここでの電磁波露光は、レーザーの強度に階調をつけてを行っているため、濃淡階調によるパターン形成である。得られた有機電界発光素子は、実施例1と同様に評価を実施した。
実施例4と同様にして、フレキシブル半透明白色有機電界発光素子を作製した後、以下の輝度ムラ補正を行った。
得られた白色有機電界発光素子に9Vの電圧を印加し、15cm×15cm内の面内輝度ムラを、コニカミノルタ社製CS−1000により、5mm間隔で、IZO付きフィルム基板側から測定した結果、電源接続部から遠い部分ほどITOの配線抵抗に起因した輝度ムラが観測され、発光面内の(最大輝度/最小輝度)値は、5.1であった。フレキシブル性を持たせるために導電性の低いIZOを電極に用いたために実施例1の素子以上に輝度ムラが発生したものと思われる。
検出された輝度ムラを白黒画像に画像処理し、輝度が弱いところほど黒が濃くなる画像としたPETフィルムに倉敷紡績株式会社(クラボウ)製GP−10を用いてグラビア印刷で画像を印刷し、輝度ムラ補正用露光マスクを作製した。このマスクを、作製した15cm角のフレキシブル半透明白色有機電界発光素子に貼り付け、新東科学株式会社製の褪色試験機(光源:水銀ランプ)にいれて3.1時間電磁波照射した。電磁波が照射された部分は素子が高電圧化し、流れる電流量が少なくなって部分的に輝度が低下した。電磁波照射後の発光面内の輝度分布を測定したところ、発光面内の輝度ムラが補正され、(最大輝度/最小輝度)が1.3であった。
実施例8において、図5の画像をOHPシートにインクジェットプリンターで、解像度200dpiで印刷することに代えて、図5の画像をPETフィルムに倉敷紡績株式会社(クラボウ)製GP−10を用いてグラビア印刷(解像度:200dpi)したこと以外は、実施例8と同様にして、有機電界発光素子を作製し、評価を行った。
実施例5と同様にして白色有機電界発光素子を作製し、輝度ムラを測定した。白色有機電界発光素子に図4の画像を露光するため、PETフィルムに倉敷紡績株式会社(クラボウ)製GP−10を用いてグラビア印刷で画像(図6)を印刷し、輝度ムラ補正用露光マスク兼画像露光用マスクを作製した。このマスクは、有機電界発光素子の輝度ムラを補正するための濃淡階調のパターンと所望の固定表示画像を表示させるための面積階調パターンの両方が印刷してあり、一度の露光で、輝度ムラ補正とパターン露光との両方が行なえるように設計されている。このマスクを、前記白色有機電界発光素子に貼り付け、新東科学株式会社製の褪色試験機(光源:キセノンランプ)にいれて2時間電磁波照射した。前記露光マスクを透過して電磁波が照射された部分は、素子が高電圧化し、流れる電流量が少なくなって部分的に輝度が低下した。得られた画像は、実施例1と同様にして評価した。
実施例9において、輝度ムラを補正するための濃淡階調パターンと所望の固定表示画像を表示させるための面積階調パターンの両方をグラビア印刷することに代えて、輝度ムラを補正するための濃淡階調パターンと所望の固定表示画像を表示させるための濃淡階調パターンの両方をグラビア印刷して輝度ムラ補正用露光マスク兼画像露光用マスクを作製した以外は、実施例9と同様にして評価した。
実施例1において、発光面が2mm×2mmとなるように基板、封止ガラス等の大きさを変えた以外は、実施例1と同様にして、白色有機電界発光素子を作製した。また、OHPシート(コクヨ株式会社製、VF−1100N)にインクジェットプリンター(ヒューレットパッカード社製インクジェットプリンター、OFFICEJET6000)を用いて200dpiで印刷した面積階調マスク(開口面積比50%)を作製した。得られた素子の発光面2mm×2mmの全体を覆うように、前記面積階調マスクを設置し、実施例1の電磁波照射手順と同様にして電磁波照射(露光テスト)を行なった。この素子の作製及び露光テストは、独立に5回行なった。露光前後で7V又は10V印加時の素子の輝度を測定した。結果を表2に示す。なお、表2中の「平均輝度の低下率」は、等電圧印加条件において電磁波未照射の素子の平均輝度を1としたときの電磁波照射後の素子の平均輝度の比率を表す。
実施例1において、発光面が2mm×2mmとなるように基板、封止ガラス等の大きさを変えた以外は、実施例1と同様にして、白色有機電界発光素子を作製した。また、PETフィルムに倉敷紡績株式会社(クラボウ)製GP−10を用いてグラビア印刷した200dpi相当の濃淡階調マスク(波長365nmの光透過率が約50%)を発光面2mm×2mmの全体が覆われるように設置し、キセノンランプからの電磁波を15分間照射した。この素子作製及び露光テストは、独立に5回行なった。露光前後で7V又は10V印加時の素子の輝度を測定した。結果を表2に示す。なお、濃淡階調の露光時間は、2,000cd/m2が1,000cd/m2程度に低下する時間とした。
実施例4の結果から、可撓性を有する半透明の素子においても上記と同様の効果が得られた。
実施例3及び比較例2の結果から、輝度変化パターンが面積階調になるようにレーザー照射を2値で変化させ、発光面を走査して露光を行うことで、有機電界発光素子の画質を高めることができた。
実施例5〜8では、輝度ムラ補正を行うことにより、輝度ムラ補正を行わなかった場合(実施例1〜4)に比べ、更に画質を高めることができた。
実施例9では、輝度ムラ補正と面積階調の輝度変化パターン形成とを同時に行う露光マスクを用いることにより、一度の露光により輝度ムラが少なく、かつ、良質の画像パターンが表示される有機電界発光素子が得られた。
Claims (14)
- 陽極と陰極との間に発光層を有してなり、
発光面内の少なくとも一部に輝度を変化させた輝度変化パターンからなる面積階調を有し、
前記輝度変化パターンの解像度が、100dpi以上であり、
電磁波を照射して前記発光面内の輝度ムラが補正されていることを特徴とする有機電界発光素子。 - 輝度変化パターンの形成方法が、電磁波照射である請求項1に記載の有機電界発光素子。
- 輝度変化パターンの形成における電磁波照射が、電磁波の透過率の変化を2値で表示したパターンを有する露光マスクを介して行われる請求項2に記載の有機電界発光素子。
- 輝度変化パターンの形成における電磁波照射が、2値で変化され、有機電界発光素子上を走査して行われる請求項2に記載の有機電界発光素子。
- 輝度変化パターンの形成における電磁波が照射された部分の駆動電圧が上昇し、電流量が低下してなる請求項2から4のいずれかに記載の有機電界発光素子。
- 輝度変化パターンの形成における電磁波が照射された部分に特定の電圧を印加した場合の面積あたりに流れる電流量(A)と、電磁波が照射されていない部分に前記電圧と同じ電圧を印加した場合の面積あたりに流れる電流量(B)との比(B/A)が、3以上である請求項2から5のいずれかに記載の有機電界発光素子。
- 陽極及び陰極の少なくともいずれかが、金属酸化物電極である請求項1から6のいずれかに記載の有機電界発光素子。
- 可視光透過率が、20%以上である請求項1から7のいずれかに記載の有機電界発光素子。
- 可撓性を有する請求項1から8のいずれかに記載の有機電界発光素子。
- 輝度変化パターンの形成における電磁波照射で使用された波長の電磁波を吸収する電磁波吸収層を発光面上に更に有してなる請求項2から9のいずれかに記載の有機電界発光素子。
- 陽極と陰極との間に発光層を有してなる有機電界発光素子を作製する有機電界発光素子作製工程と、
前記有機電界発光素子の発光面の少なくとも一部に輝度の変化パターンが面積階調となり、前記輝度変化パターンの解像度が100dpi以上となるように電磁波を照射する輝度変化パターン形成工程と、
電磁波を照射して前記発光面内の輝度ムラを補正する工程とを含むことを特徴とする有機電界発光素子の製造方法。 - 輝度変化パターンの形成工程における電磁波照射が、電磁波の透過率の変化を2値で表示したパターンを有する露光マスクを介して行われる請求項11に記載の有機電界発光素子の製造方法。
- 輝度変化パターンの形成工程における電磁波照射が、2値で変化され、有機電界発光上素子を走査して行われる請求項11に記載の有機電界発光素子の製造方法。
- 輝度変化パターン形成工程において、有機電界発光素子の発光面内の輝度ムラ補正と、輝度変化パターンからなる面積階調の形成とを同時に行う請求項11から13のいずれかに記載の有機電界発光素子の製造方法。
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