JP7475172B2 - 有機電界発光素子パネル - Google Patents
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Description
有機電界発光素子は、陽極と陰極との間に発光性有機化合物を含んで形成される発光層を含む1種または複数種の層を挟んだ構造を持ち、陽極から注入されたホールと陰極から注入された電子が再結合する時のエネルギーを利用して発光性有機化合物を励起させ、発光を得るものである。
なお、以下において記載する本発明の個々の好ましい形態を2つ以上組み合わせたものもまた、本発明の好ましい形態である。
本発明の有機電界発光素子パネルは、基板、有機電界発光素子、無機成分を含む接着剤層、封止材をこの順に有し、更に有機電界発光素子と無機成分を含む接着剤層との間に無機成分を含まない有機層、及び/又は、無機成分として粒径100nm以下の粒子のみを含む有機層を有することを特徴とする。
有機電界発光素子と封止材との間に無機成分を含む接着剤層を有することでパネル側面の封止性能を高め、更に有機電界発光素子と無機成分を含む接着剤層との間に無機成分を含まない有機層、及び/又は、無機成分として粒径100nm以下の粒子のみを含む有機層を設けることで、有機電界発光素子パネルが曲げや衝撃を受けて無機成分が接着剤層から出た場合でも有機電界発光素子を保護して素子の損傷を効果的に抑制することができる。無機成分を含まない有機層、及び/又は、無機成分として粒径100nm以下の粒子のみを含む有機層の側面から侵入する水分は接着剤層に含まれる無機成分に吸収させることで有機電界発光素子の劣化を防ぐことができる。
以下においては、無機成分を含まない有機層、及び/又は、無機成分として粒径100nm以下の粒子のみを含む有機層を合わせた有機層全体を「本発明の有機電界発光素子パネルが含む有機層」とも記載する。
周期表第1族の金属としては、Li、Na、K、Rb、Csが挙げられ、周期表第2族の金属としてはBe、Mg、Ca、Sr、Baが挙げられる。
また接着剤層に含まれる無機成分は、平均粒子径が0.01~10μm程度のものが好ましい。
接着剤層に含まれる無機成分の平均粒子径は、接着剤層の電子顕微鏡観察により無機成分粒子100個の粒子径を測定し、平均値を算出することで得ることができる。
接着剤層の厚みは、デジタルノギスによって測定することができる。
また、接着剤層は、無機成分と接着性能を有するポリマーとを含む液体組成物によって形成されるものであってもよく、無機成分と接着性能を有するポリマーとを含むフィルム、シート状等の固体状接着剤製品によって形成されるものであってもよい。
無機成分と接着性能を有するポリマーとを含む液体組成物が溶媒を含むものである場合、溶媒としては、後述する有機電界発光素子の層として有機化合物から形成される層を有機化合物溶液を塗布して形成する場合に有機化合物を溶解するために用いる溶媒と同様のものが挙げられる。
本発明の有機電界発光素子パネルが含む有機層の厚みはより好ましくは、1~50μmであり、更に好ましくは、1~25μmである。このような厚みであると、有機電界発光素子パネルが大気安定性にもより優れたものとなる。
本発明の有機電界発光素子パネルが含む有機層の厚みは、デジタルノギスによって測定することができる。
上記粒径100nm以下の無機成分の粒径は、無機成分の形状における最大長さであり、有機層の電子顕微鏡観察により確認することができる。
また、本発明の有機電界発光素子パネルが含む有機層は、有機材料と溶媒とを含む液体組成物によって形成されるものであってもよく、有機材料からなる、又は有機材料を含むフィルム、シート状等の固体状接着剤製品によって形成されるものであってもよい。
有機材料と溶媒とを含む液体組成物が含む溶媒としては、後述する有機電界発光素子の層として有機化合物から形成される層を有機化合物溶液を塗布して形成する場合に有機化合物を溶解するために用いる溶媒と同様のものが挙げられる。
封止材の厚みは、デジタルノギスにより測定することができる。
本発明における有機電界発光素子は、陽極と陰極との間に複数の有機化合物層が積層された構造を有する。本発明における有機電界発光素子の構成は特に制限されないが、陰極、電子注入層及び/又は電子輸送層、発光層、正孔輸送層及び/又は正孔注入層、陽極の各層をこの順に隣接して有する素子であることが好ましい。なお、これらの各層は、1層からなるものであってもよく、2層以上からなるものであってもよい。
上記構成の有機電界発光素子において、素子が電子注入層、電子輸送層のいずれか一方のみを有する場合には、当該一方の層が陰極と発光層とに隣接して積層されることになり、素子が電子注入層と電子輸送層の両方を有する場合には、陰極、電子注入層、電子輸送層、発光層の順にこれらの層が隣接して積層されることになる。また、素子が正孔輸送層、正孔注入層のいずれか一方のみを有する場合には、当該一方の層が発光層と陽極とに隣接して積層されることになり、素子が正孔輸送層と正孔注入層の両方を有する場合には、発光層、正孔輸送層、正孔注入層、陽極の順にこれらの層が隣接して積層されることになる。
逆構造の有機電界発光素子では、陰極に大気安定性の高い材料を用いることで基板上に陽極が形成された順構造の有機電界発光素子に比べて大気安定性の高い素子とすることができ、厳密な封止が必要でなくなるため、素子の厚みを薄くすることができる。
本発明における有機電界発光素子は、基板上に隣接して陰極が形成され、陽極と陰極との間に金属酸化物層を有する有機無機ハイブリッド型の有機電界発光素子であって、発光層と陽極とを有し、陰極と発光層との間に、電子注入層と、必要に応じて電子輸送層とを有し、陽極と発光層との間に正孔輸送層及び/又は正孔注入層を有する構成の素子であることが好ましい。本発明における有機電界発光素子は、これらの各層の間に他の層を有していてもよいが、これらの各層のみから構成される素子であることが好ましい。すなわち、陰極、電子注入層、必要に応じて電子輸送層、発光層、正孔輸送層及び/又は正孔注入層、陽極の各層がこの順に隣接して積層された素子であることが好ましい。なお、これらの各層は、1層からなるものであってもよく、2層以上からなるものであってもよい。
なお、本発明において低分子材料とは、高分子材料(重合体)ではない材料を意味し、分子量が低い有機化合物を必ずしも意味するものではない。
発光層の平均厚さは、低分子化合物の場合は水晶振動子膜厚計により、高分子化合物の場合は接触式段差計により測定することができる。
電子輸送層の材料として用いることができる化合物の例としては、トリス-1,3,5-(3’-(ピリジン-3’’-イル)フェニル)ベンゼン(TmPyPhB)のようなピリジン誘導体、(2-(3-(9-カルバゾリル)フェニル)キノリン(mCQ))のようなキノリン誘導体、2-フェニル-4,6-ビス(3,5-ジピリジルフェニル)ピリミジン(BPyPPM)のようなピリミジン誘導体、ピラジン誘導体、バソフェナントロリン(BPhen)のようなフェナントロリン誘導体、2,4-ビス(4-ビフェニル)-6-(4’-(2-ピリジニル)-4-ビフェニル)-[1,3,5]トリアジン(MPT)のようなトリアジン誘導体、3-フェニル-4-(1’-ナフチル)-5-フェニル-1,2,4-トリアゾール(TAZ)のようなトリアゾール誘導体、オキサゾール誘導体、2-(4-ビフェニリル)-5-(4-tert-ブチルフェニル-1,3,4-オキサジアゾール)(PBD)のようなオキサジアゾール誘導体、2,2’,2’’-(1,3,5-ベントリイル)-トリス(1-フェニル-1-H-ベンズイミダゾール)(TPBI)のようなイミダゾール誘導体、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、ビス[2-(2-ヒドロキシフェニル)ベンゾチアゾラト]亜鉛(Zn(BTZ)2)、トリス(8-ヒドロキシキノリナト)アルミニウム(Alq3)などに代表される各種金属錯体、2,5-ビス(6’-(2’,2’’-ビピリジル))-1,1-ジメチル-3,4-ジフェニルシロール(PyPySPyPy)等のシロール誘導体に代表される有機シラン誘導体等が挙げられ、これらの1種又は2種以上を用いることができる。また、ケミプロ化成社の製品であるKHLHS-04、KHLEI-02等も用いることができる。
これらの中でも、Alq3のような金属錯体、TmPyPhBのようなピリジン誘導体が好ましい。
窒素含有膜からなる層を形成する窒素含有化合物としては、例えば、ポリビニルピロリドンのようなピロリドン類、ポリピロールのようなピロール類又はポリアニリンのようなアニリン類、又はポリビニルピリジンのようなピリジン類、同様に、ピロリジン類、イミダゾール類、ピペリジン類、ピリミジン類、トリアジン類などの含窒素複素環を有する化合物や、アミン化合物が挙げられる。
ポリアミン類としては、塗布により層を形成することができるものが好ましく、低分子化合物であっても高分子化合物であってもよい。低分子化合物としては、ジエチレントリアミン、ペンタメチルジエチレントリアミンのようなポリアルキレンポリアミンが好適に用いられ、高分子化合物では、ポリアルキレンイミン構造を有する重合体が好適に用いられる。特にポリエチレンイミンが好ましい。中でも、窒素含有化合物が、ポリエチレンイミン又はジエチレントリアミンであることは本発明の好適な実施形態の1つである。
なお、ここで低分子化合物とは、高分子化合物(重合体)ではない化合物を意味し、分子量の低い化合物を必ずしも意味するものではない。
発光層の平均厚さは、低分子化合物の場合は水晶振動子膜厚計により測定することができる。
p型の高分子材料(有機ポリマー)としては、例えば、ポリアリールアミン、フルオレン-アリールアミン共重合体、フルオレン-ビチオフェン共重合体、ポリ(N-ビニルカルバゾール)、ポリビニルピレン、ポリビニルアントラセン、ポリチオフェン、ポリアルキルチオフェン、ポリヘキシルチオフェン、ポリ(p-フェニレンビニレン)、ポリチニレンビニレン、ピレンホルムアルデヒド樹脂、エチルカルバゾールホルムアルデヒド樹脂またはその誘導体等が挙げられる。
またこれらの化合物は、他の化合物との混合物として用いることもできる。一例として、ポリチオフェンを含有する混合物としては、ポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン/スチレンスルホン酸)(PEDOT/PSS)等が挙げられる。
電子輸送層や正孔輸送層の平均厚さは、低分子化合物の場合は水晶振動子膜厚計により、高分子化合物の場合は接触式段差計により測定することができる。
これら第1の金属酸化物層は、電子注入層ともいえ、また、電極(陰極)ともいえる。
なお、本発明においては、シート抵抗が100Ω/□より低い物は導電体、シート抵抗が100Ω/□より高い物は半導体または絶縁体として分類される。従って、透明電極として知られているITO(錫ドープ酸化インジウム)、ATO(アンチモンドープ酸化インジウム)、IZO(インジウムドープ酸化亜鉛)、AZO(アルミニウムドープ酸化亜鉛)、FTO(フッ素ドープ酸化インジウム)等の薄膜は、導電性が高く半導体または絶縁体の範疇に含まれないことから上記第1の金属酸化物層を構成する一層に該当しない。
金属酸化物を構成する元素は上記のとおりである。
金属単体の層の材料となる金属としては、銀、パラジウム等が挙げられ、これらの1種又は2種以上を用いることができる。
上記第2の金属酸化物層の平均厚さは、特に限定されないが、1~1000nmであることが好ましい。より好ましくは、5~50nmである。
第1の金属酸化物層の平均厚さは、触針式段差計、分光エリプソメトリーにより測定することができる。
第2の金属酸化物層の平均厚さは、水晶振動子膜厚計により成膜時に測定することができる。
陰極としては、この中でも、ITO、IZO、FTOが好ましい。
陽極としては、これらの中でも、Au、Ag、Alが好ましい。
上記のように、一般に陽極に用いられる金属を陰極及び陽極に用いる事ができる事から、上部電極からの光の取り出しを想定する場合(トップエミッション構造の場合)も容易に実現でき、上記電極を種々選んでそれぞれの電極に用いる事ができる。例えば、下部電極としてAl、上部電極にITOなどである。逆構造の有機電界発光素子では、大気安定性の高いITOを陰極に用いることができるため、大気安定性が高く、素子寿命の長い素子とできる。
上記陽極の平均厚さは、特に限定されないが、10~1000nmであることが好ましい。より好ましくは、30~150nmである。また、不透過な材料を用いる場合でも、例えば平均厚さを10~30nm程度にすることで、トップエミッション型及び透明型の陽極として使用することができる。
陽極の平均厚さは、水晶振動子膜厚計により成膜時に測定することができる。
これらの中でも、溶媒としては、非極性溶媒が好適であり、例えば、キシレン、トルエン、シクロヘキシルベンゼン、ジハイドロベンゾフラン、トリメチルベンゼン、テトラメチルベンゼン等の芳香族炭化水素系溶媒、ピリジン、ピラジン、フラン、ピロール、チオフェン、メチルピロリドン等の芳香族複素環化合物系溶媒、ヘキサン、ペンタン、ヘプタン、シクロヘキサン等の脂肪族炭化水素系溶媒等が挙げられ、これらを単独または混合して用いることができる。
パッシベーション層の平均厚さは、水晶振動子膜厚計により成膜時に測定することができる。
基板に用いられる樹脂材料としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリプロピレン、シクロオレフィンポリマー、ポリアミド、ポリエーテルサルフォン、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、ポリアリレート等が挙げられる。基板の材料として、樹脂材料を用いた場合、柔軟性に優れた有機電界発光素子が得られる。また、上記樹脂材料上にエポキシ樹脂、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン、芳香族ポリマー、ポリイミド等の樹脂層を設けたものを基板として用いてもよい。
基板に用いられるガラス材料としては、石英ガラス、ソーダガラス等が挙げられる。
基板の平均厚さはデジタルノギスにより測定することができる。
本発明はまた、封止材によって有機電界発光素子を封止してなる有機電界発光素子パネルを製造する方法であって、該製造方法は、基板上に形成された有機電界発光素子上に、無機成分を含まない有機層、及び/又は、無機成分として粒径100nm以下の粒子のみを含む有機層を形成する第一工程と、第一工程の後に無機成分を含む接着剤を用いて封止材による封止をする第二工程とを含むことを特徴とする有機電界発光素子パネルの製造方法でもある。
液体組成物を塗布して有機層を形成する場合、塗布する方法としては、上述した有機電界発光素子の製造時に有機化合物から形成される層を成膜する方法や、その他の塗布方法を用いることができる。
また、有機層の材料としてフィルム状等の固体状の材料を用い、当該固体状の有機層材料を有機電界発光素子上に貼り付けることで有機層を形成してもよい。
液体状の接着剤を塗布して接着剤層を形成する場合、塗布する方法としては、上述した有機電界発光素子の製造時に有機化合物から形成される層を成膜する方法や、その他の塗布方法を用いることができる。
また、接着剤としてフィルム状等の固体状の材料を用いる場合は、当該固体状の接着剤を有機層上に張り付け、その上に封止材を張り付ける方法を用いることができる。
不活性ガスとしては、ヘリウム、窒素、アルゴン等を用いることができる。
以下に示す方法により、素子パネル1を作製した。作製した素子パネル1の構造を図1、2に示す。
[工程1]
基板1として、厚さ25μmのバリア層付PETフィルム(尾池工業社製、PT7/25GT3)上に、エポキシ樹脂(日本化薬社製、SU-8)をスピンコートにより塗布し、365nm光を10秒照射し、100℃に加熱されたホットプレート上でベークした。
[工程2]
基板1をスパッタリング装置にセットし、基板1上に、亜鉛金属をターゲットとし、反応ガスとして酸素をキャリアガスとしてアルゴンを用いたスパッタ法により、酸化亜鉛(ZnO)層を形成した。その後、真空蒸着装置にセットし、銀を成膜し、再びスパッタリング装置にセットし、ZnO層を形成した。基板1を大気下に移し、ホットプレートにより100℃30分アニールを行うことで、透明電極層2と酸化物層3を形成した。
[工程3]
次に、ポリエチレンイミン(日本触媒社製、P1000)を酸化物層3の上にスピンコートにより塗布し、電子注入層4を形成した。
[工程4]
次に、電子注入層4までの各層が形成された基板1を、真空蒸着装置の基板ホルダーに固定した。また、ケミプロ化成より購入したKHLHS-04、KHLDR-03、下記式(1)で示されるN,N’-ジ(1-ナフチル)-N,N’-ジフェニル-1,1’-ビフェニル-4,4’-ジアミン(α-NPD)をそれぞれアルミナルツボに入れて蒸着源にセットした。そして、真空蒸着装置内を約1×10-5Paの圧力となるまで減圧して、KHLHS-04を10nm蒸着し、電子輸送層5を形成した。次にKHLHS-04、α-NPDをホスト材料、KHLDR-03を発光ドーパントとして15nm共蒸着し、発光層6を成膜した。次に、α-NPDを40nm蒸着することにより、正孔輸送層7を成膜した。さらに、三酸化モリブデンMoO3を真空一貫で蒸着することにより成膜し、膜厚が10nmの正孔注入層8を形成した。
[工程5]
次に、正孔注入層8まで形成した基板1上に、アルミニウム(陽極9)を膜厚が200nmとなるように蒸着した。
[工程6]
陽極9まで成膜された基板1を大気下に取り出し、厚さ25μmのオレフィン系粘着剤(テサテープ社製、品番61562)を、陽極9まで成膜された有機電界発光素子の外部電源と接続するための電極の端部を残し、他全体及びその周辺の基板を覆うようにハンドローラーを使って貼り付け、有機層10を成膜した。
[工程7]
オレフィン系粘着剤を貼り付けられた基板1上に、厚さ25μmの無機微粒子を含む粘着剤(テサテープ社製、品番61531)を、有機層10全体を覆うようにハンドローラーを使って貼り付け、接着剤層11を製膜した。
[工程8]
接着剤層11の上に、厚さ25μmのバリア層付PETフィルム(尾池工業社製、PT7/25GT3)をハンドローラーを使って貼り付けた後、ラミネーターを通し、バリアフィルム層12を接着剤層11全体を覆うように成膜し、素子パネル1を作製した。
工程6におけるオレフィン系粘着剤(テサテープ社製、品番61562)を、厚さ3μmのアクリル系粘着剤(日栄化工社製、NE-NCP3)に置き換えた以外は実施例1と同様にして素子パネル2を作製した。
工程6におけるオレフィン系粘着剤(テサテープ社製、品番61562)を、厚さ10μmのアクリル系粘着剤(日栄化工社製、Neo Fix 10S2)に置き換えた以外は実施例1と同様にして素子パネル3を作製した。
工程6におけるオレフィン系粘着剤(テサテープ社製、品番61562)を、エポキシ樹脂(日本化薬社製、SU-8)に置き換え、SU-8をスピンコートにより塗布後、ホットプレートで80℃で乾燥し、365nm光を10秒照射し、膜厚1μmの層を形成したこと以外は実施例1と同様にして素子パネル4を作製した。
工程6をなくしたこと以外は実施例1と同様にして、比較素子パネル1を作製した。
素子パネルはそれぞれ10個ずつ作製し、歩留評価、曲げ試験、大気安定性試験をそれぞれ以下の方法で実施した。表1にそれぞれの結果を示した。
<歩留評価>
工程8直後に素子パネルがショートしていないかを確認し、ショートしていない素子パネルの割合を評価した。
<曲げ試験>
歩留まり評価後、ショートしていない素子パネルを用いて、素子を曲率半径7mmで50回曲げたとき、ショートしておらず、かつ発光面に亀裂が入っていない素子パネルの割合を評価した。
<最小曲げ半径>
曲げ試験で素子パネルを曲げた時、発光面に亀裂が入ったときの曲率半径を、最小曲げ半径とした。
<大気安定性試験>
素子パネルを室温で1カ月間保管した後、素子パネルのサイド方向からの空気の侵入距離を、接着剤層11のゲッター剤の色の変化で評価した。ゲッター剤は乾燥状態では乳白色だが、吸湿すると透明となるため、接着剤層の端からどれだけ空気が侵入したかを測定できる。
これらの結果から、本発明の有機電界発光素子パネルは良好な封止性能を有し、かつ、ゲッター剤を原因とする有機電界発光素子の損傷も効果的に抑制された素子であることが確認された。
2:透明電極層(陰極)
3:酸化物層
4:電子注入層
5:電子輸送層
6:発光層
7:正孔輸送層
8:正孔注入層
9:陽極
10:有機層
11:接着剤層
12:バリアフィルム層(封止材)
Claims (6)
- 封止材によって有機電界発光素子を封止してなる有機電界発光素子パネルであって、
該有機電界発光素子パネルは、基板、有機電界発光素子、有機層、無機成分を含む接着剤層、封止材からなり、かつ、基板、有機電界発光素子、有機層、無機成分を含む接着剤層、封止材をこの順に有し、
該有機電界発光素子は、陰極、電子注入層及び/又は電子輸送層、発光層、正孔輸送層及び/又は正孔注入層、陽極の各層をこの順に隣接して有し、更に該有機層と隣接する層としてパッシベーション層を有していてもよい素子であり、
該有機層は、無機成分、グラファイト、シリコンカーバイトを含まない有機層であることを特徴とする有機電界発光素子パネル(有機層、無機成分を含む接着剤層の少なくとも一方が硬化性ホットメルト型接着剤を用いて形成されたものを除く)。 - 前記接着剤層に含まれる無機成分は、周期表第1族、第2族の金属およびそれらの化合物からなる群より選択される少なくとも1種であることを特徴とする請求項1に記載の有機電界発光素子パネル。
- 前記有機層は、厚みが1~100μmであることを特徴とする請求項1又は2に記載の有機電界発光素子パネル。
- 請求項1~3のいずれかに記載の有機電界発光素子パネルを備えることを特徴とする表示装置。
- 請求項1~3のいずれかに記載の有機電界発光素子パネルを備えることを特徴とする照明装置。
- 封止材によって有機電界発光素子を封止してなる有機電界発光素子パネルを製造する方法であって、
該有機電界発光素子パネルは、基板、有機電界発光素子、有機層、無機成分を含む接着剤層、封止材からなり、
該有機電界発光素子は、陰極、電子注入層及び/又は電子輸送層、発光層、正孔輸送層及び/又は正孔注入層、陽極の各層をこの順に隣接して有し、更に該有機層と隣接する層としてパッシベーション層を有していてもよい素子であり、
該製造方法は、基板上に形成された有機電界発光素子上に、無機成分、グラファイト、シリコンカーバイトを含まない有機層(硬化性ホットメルト型接着剤を用いて形成されたものを除く)を形成する第一工程と、
第一工程の後に無機成分を含む接着剤(硬化性ホットメルト型接着剤を除く)を用いて封止材による封止をする第二工程とを含むことを特徴とする有機電界発光素子パネルの製造方法。
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