JP2009267299A - インク組成物、有機ｅｌ素子の作製方法 - Google Patents

Abstract

【課題】低分子系材料や分子量の低い非共役系高分子を、インクジェット法を用いて良好に塗布成膜することができるインク組成物、有機ＥＬ素子の作製方法を提供することを目的とする。
【解決手段】インクジェット法により有機ＥＬ素子用の有機薄膜層３を形成するために用いられるインク組成物であって、前記インク組成物は、有機ＥＬ素子用有機材料が０．１以上４質量％未満の濃度でインク用溶媒に溶解されてなり、４〜２０ｍＰａ・ｓの粘度を有しており、前記有機ＥＬ素子用有機材料は質量平均分子量が５０万以下であり、前記インク用溶媒は、前記有機ＥＬ素子用有機材料を溶解する第１溶媒と、２０ｍＰａ・ｓ以上の粘度を有するとともに前記第１溶媒よりも低い沸点を有する第２溶媒と、の少なくとも２種類以上の溶媒を含むインク組成物を用いることによって、上記課題を解決できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、インク組成物および有機ＥＬ素子の作製方法に関する。

有機エレクトロルミネッセンス（以下、有機ＥＬ）は、応答速度の早い自発光素子であり、発光材料の選択により、赤、緑、青、更には白色発光が得られることから、フルカラーディスプレイや照明機器としての応用が期待されている。また、既に、小型のディスプレイなどで実用化も進んでいる。

高精細、大面積の有機ＥＬディスプレイを低コストで製造する方法として、インクジェット法による画素形成法がある。これは、有機ＥＬ素子の発光材料やその他の機能性有機材料を溶剤に溶解または分散してインク組成物を調整し、インクジェット法を用いて画素領域上に塗布し、その後溶剤成分を除去することによって、薄膜を作製して、赤、緑、青の画素を形成する方法である（特許文献１〜３）。

インクジェット法によって、画素を形成する際、一般的に画素の間に一定の厚みを持つ絶縁層を形成して、画素を分離し、さらに絶縁層表面には撥液性を持たせる。撥液性を持つ絶縁層の壁面で画素領域が囲まれることによって、画素領域に塗布された溶液が隣接する画素領域に侵入することを防ぐことができる（特許文献４）。

インクジェット法で良好な塗布を行うためには、インク組成物の粘度の調整が重要であり、インク組成物の他の物性値にもよるが、５〜１０ｍＰａ・ｓ程度の粘度がインクジェット法にとって最も望ましい粘度である。

粘度が高すぎる場合には、ノズル孔の目詰まりが発生するなど円滑な吐出が困難となる。また、粘度が低すぎる場合には、インク組成物のメニスカスの制御が困難となり、液滴が飛散してしまうなど正確な吐出が難しくなる。

有機ＥＬ素子の発光層をインクジェット法で形成する場合、インク組成物にはポリフルオレン誘導体やポリフェニレンビニレン誘導体のような共役系高分子が一般に用いられる。共役系高分子は、その強固な主鎖構造から低濃度でも粘度を上げ易く、容易にインクジェット法に最適な粘度を得ることができる（特許文献５、６）。
特開平１０−１２３７７号公報 特開平１１−４０３５８号公報 特開平１１−５４２７０号公報 特開２００４−８７５０９号公報 特開２００１−１６７８７８号公報 特開２００６−６８５９８号公報

一方、低分子系材料や主鎖にビニル基などを持つ非共役系高分子は、発光効率の高い有機ＥＬ素子を作製することができるが、インク組成物内の濃度を上げても粘度があまり上がらず、インクジェット法で良好な塗布成膜ができないという問題があった。分子量を増加させることにより、粘度もある程度増加させることができるが、その場合、粘弾性が発現し、ノズルからの吐出が困難となった。

本発明は、上記事情を鑑みてなされたもので、低分子系材料や分子量の低い非共役系高分子をインクジェット法により良好に塗布成膜することができるインク組成物、該インク組成物を用いた有機ＥＬ素子の作製方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明は以下の構成を採用した。すなわち、
本発明のインク組成物は、インクジェット法により有機ＥＬ素子用の有機薄膜層を形成するために用いられるインク組成物であって、前記インク組成物は、有機ＥＬ素子用有機材料が０．１質量％以上４質量％未満の濃度でインク用溶媒に溶解されてなり、４〜２０ｍＰａ・ｓの粘度を有しており、前記有機ＥＬ素子用有機材料は質量平均分子量が５０万以下であり、前記インク用溶媒は、前記有機ＥＬ素子用有機材料を溶解する第１溶媒と、２０ｍＰａ・ｓ以上の粘度を有するとともに前記第１溶媒よりも低い沸点を有する第２溶媒と、の少なくとも２種類以上の溶媒を含むことを特徴とする。

本発明のインク組成物は、前記第１溶媒が芳香族化合物であることを特徴とする。

本発明のインク組成物は、前記第２溶媒がアルコール化合物であることを特徴とする。

本発明のインク組成物は、前記第２溶媒がシクロヘキサノールであることを特徴とする。

本発明のインク組成物は、前記有機ＥＬ素子用有機材料が低分子系材料または非共役系高分子であることを特徴とする。

本発明のインク組成物は、前記非共役系高分子がビニル基を主鎖とすることを特徴とする。

本発明のインク組成物は、前記有機ＥＬ素子用有機材料に重原子化合物が含まれていることを特徴とする。

本発明のインク組成物は、前記重原子化合物がイリジウムを中心元素とする金属錯体であることを特徴とする。

本発明の有機ＥＬ素子の作製方法は、先に記載のインク組成物をインクジェット法により素子基板上に塗布する塗布工程と、前記インク組成物に含まれるインク用溶媒を除去することにより有機ＥＬ素子用の有機薄膜層を形成する溶媒除去工程と、を有することを特徴とする。

本発明の有機ＥＬ素子の作製方法は、前記溶媒除去工程が、大気圧下で加熱して予備乾燥する予備乾燥工程と、窒素雰囲気中で前記予備乾燥工程の加熱温度以上の温度で加熱する本乾燥工程と、を有することを特徴とする。

上記の構成によれば、低分子系材料や分子量の低い非共役系高分子をインクジェット法により良好に塗布成膜することができるインク組成物及び該インク組成物を用いた有機ＥＬ素子の作製方法を提供することができる。

以下、本発明の実施形態である有機ＥＬ素子の作製方法について説明する。
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態である有機ＥＬ素子の作製方法を用いて作製された有機ＥＬ素子の一例を示す図である。図１に示すように、有機ＥＬ素子１０は、素子基板１の上に、第１電極２、有機薄膜層３および第２電極４が、この順序で積層されて構成されている。

＜素子基板＞
素子基板１としては、透明な材料が好ましく、たとえば、ガラス、石英、その他プラスチックフィルム等を例示することができる。
＜第１電極＞
スパッタ法などの公知の方法により第１電極２を素子基板１上に形成する。第１電極２としては、インジウム−錫−酸化物（以下、ＩＴＯ）あるいはインジウム−亜鉛−酸化物（以下、ＩＺＯ）などの導電性透明酸化物を用いることができる。

＜有機薄膜層＞
有機薄膜層３は、少なくとも１層の発光層を有してなる。たとえば、有機薄膜層３は発光層のみの単層構造からなる場合がある。また、電荷輸送層と発光層の２層構造からなる場合があり、さらに３層以上の多層構造からなる場合がある。なお、有機薄膜層３の少なくとも一層をインクジェット法で形成すれば良く、有機薄膜層３の他の層は、たとえば、スピンコート法や真空蒸着法など他の成膜方法で形成しても良い。

＜インク組成物＞
本発明の実施形態であるインク組成物は、インクジェット法により有機ＥＬ素子用の有機薄膜層３を形成するために用いられるインク組成物である。前記インク組成物は、有機ＥＬ素子用有機材料がインク用溶媒に溶解されてなる。

前記インク組成物は、室温（２５℃）で４〜２０ｍＰａ・ｓの粘度を有していることが好ましい。これにより、インク組成物を液滴として好適に吐出することができるとともに、インク組成物を乾燥して好適な膜厚の薄膜とすることができ、インクジェット法により有機ＥＬ素子用の有機薄膜層３を容易に形成することができる。さらに、インクジェット法により有機ＥＬ素子の発光層の塗りわけを行うことにより、大面積の有機ＥＬディスプレイを低コストで作製することが出来る。

＜有機ＥＬ素子用有機材料＞
有機ＥＬ素子用有機材料は、電荷輸送材料（正孔輸送材料、電子輸送材料など）、発光材料あるいは正孔阻止材料などのような機能性有機材料である。インク組成物がインクジェット法により素子基板上に吐出された後、前記インク組成物から溶媒が除去されることにより、有機ＥＬ素子用有機材料が素子基板上に残留されて有機薄膜層３を形成する。
たとえば、電荷輸送材料は、電子または正孔を輸送する能力に優れる材料が用いられ、電荷輸送層を形成する。また、発光材料は、発光効率に優れた材料が用いられ、発光層を形成する。これらは、低分子系または高分子系の有機材料のいずれをも選択することができ、低分子系発光材料、高分子系発光材料、低分子系電荷輸送材料、高分子系電荷輸送材料などがある。

さらに、発光層を形成する場合に、たとえば、発光材料と電荷輸送材料とを混合して用いることもできる。また、２種以上の発光材料を混合して用いることもできる。たとえば、高分子系電荷輸送材料に発光色素などを分散させて発光層を形成することにより、発光波長を変えることができるとともに、発光特性を向上させることができる。

有機ＥＬ素子用有機材料は、低分子系材料または非共役系高分子であることが好ましい。低分子系材料または非共役系高分子を用いることにより、有機ＥＬ素子の電荷輸送能を向上させたり、発光効率を向上させることができる。

＜低分子系材料＞
低分子系発光材料としては、有機ＥＬ素子に一般的に使用されるテトラフェニルブタジエン（ＴＰＢ）、クマリン、ナイルレッド、オキサジアゾール誘導体、金属錯体などがある。金属錯体は、蛍光性発光材料のほかに燐光性発光材料があり、燐光性発光材料としては、イリジウム錯体、プラチナ錯体などを挙げることができるが、本発明は、特にこれらに限定されるものではない。

低分子系電荷輸送材料としては、有機ＥＬ素子に一般的に使用されるＴＰＤ、α−ＮＰＤなどのアミン誘導体、ＰＢＤなどのオキサジアゾール誘導体、ＣＢＰ、Ａｌｑ_３、ＴＡＺ、ＴＰＢＩなどを挙げることができるが、本発明は、特にこれらに限定されるものではない。

＜非共役系高分子＞
高分子系材料としては、たとえば、ポリメチルメタククリレート（ＰＭＭＡ）、ポリビニルカルバゾール（ＰＶＣｚ）や、側鎖に電荷輸送能を有する置換基やイリジウム錯体などのような重原子化合物からなる発光性置換基が接合された共重合非共役系高分子などを挙げることができるが、非共役系高分子であれば、本発明は、特にこれらに限定されるものではない。
特に、イリジウム錯体などのような重原子化合物からなる発光性置換基が接合された共重合非共役系高分子を、有機ＥＬ素子の発光材料として用いた場合には、有機ＥＬ素子から高効率な燐光発光を得ることができ、有機ＥＬ素子の発光効率を向上させることができる。

非共役系高分子としては、主鎖がビニル基であるものが好ましい。非共役系高分子の主鎖をビニル基とした有機ＥＬ素子用有機材料を用いた場合には、溶媒に容易に溶解させることができる。

有機ＥＬ素子用有機材料は質量平均分子量が５０万以下であることが好ましく、３０万以下であることがより好ましい。
これにより、インクジェット法で良好な吐出を得ることができ、インクジェット法により有機ＥＬ素子用の有機薄膜層３を良好に形成することができる。

有機ＥＬ素子用有機材料は０．１質量％以上４質量％未満の濃度でインク用溶媒に溶解されることが好ましい。これにより、インクジェット法で有機ＥＬ素子の有機薄膜層３として一般的な膜厚である１０ｎｍ〜１００ｎｍで所望の膜厚を好適に得ることができ、有機ＥＬ素子用の有機薄膜層３を良好に形成することができる。
有機ＥＬ素子用有機材料が０．１質量％未満の場合には、有機ＥＬ素子用有機材料の量が少なすぎるため、インクジェット法によりインク組成物を素子基板上に吐出させて、乾燥させたときに、有機薄膜層３の膜厚が薄すぎるものとなる。
逆に、有機ＥＬ素子用有機材料が４質量％以上の場合には、インク用溶媒に対して有機ＥＬ素子用有機材料の量が多すぎるので、インクジェット法で吐出量を精度良く制御することができない。その結果、膜厚を高精度で制御することができなくなる。

＜インク用溶媒＞
インク用溶媒は、有機ＥＬ素子用有機材料を溶解する第１溶媒と、２０ｍＰａ・ｓ以上の粘度を有するとともに第１溶媒よりも低い沸点を有する第２溶媒と、の少なくとも２種類以上の溶媒を含むことが好ましい。

低分子系材料からなる有機ＥＬ素子用有機材料を芳香族化合物からなる溶媒に溶解させてインク組成物を作成した場合には、一般に、有機ＥＬ素子用有機材料の濃度を上げてもインク組成物の粘度をほとんど上げることができない。
非共役系高分子からなる有機ＥＬ素子用有機材料の場合には、有機ＥＬ素子用有機材料の濃度を増加させることによって多少粘度を増加させることができるがその程度は小さい。また、非共役系高分子からなる有機ＥＬ素子用有機材料の場合には、有機ＥＬ素子用有機材料の分子量を増加させることによって多少粘度を増加させることができるが、インク組成物に粘弾性が発現してしまい、ノズル殻の円滑な吐出が困難となる。

インク用溶媒が先に記載した２種類以上の溶媒を含むことにより、低分子系材料または非共役系高分子からなる有機ＥＬ素子用有機材料であっても十分溶解させて均一なインク用溶媒とすることができるとともに、インク組成物の粘度を４〜２０ｍＰａ・ｓの粘度として、インクジェット法で好適に吐出させることができ、これにより有機ＥＬ素子用の有機薄膜層３を良好に形成することができる。

＜第１溶媒＞
第１溶媒は、有機ＥＬ素子用有機材料の溶解能に優れた材料であることが好ましい。具体的には、第１溶媒１００ｍｌあたり有機ＥＬ素子用有機材料を２ｇ以上溶解させるものがよい。これにより、有機ＥＬ素子用有機材料を析出させることなく十分に溶解することができ、均一なインク組成物を形成することができる。

第１溶媒は、沸点が１４０℃以上であることが望ましく、２００℃以上であることがより望ましい。沸点が１４０℃以上である場合には、ヘッド（ノズル）の目詰まりを発生しにくくすることができ、インクジェット法により有機ＥＬ素子用の有機薄膜層３を良好に形成することができる。また、沸点が２００℃以上である場合には、ヘッド（ノズル）の目詰まりをより解消するとともに、薄膜の平滑性を向上させることができる。

第１溶媒は、芳香族化合物であることが好ましい。芳香族化合物は、有機ＥＬ素子用有機材料の溶解能に優れた溶媒であるためである。
芳香族化合物としては、たとえば、キシレン、アニソール、ｏ−ジクロロベンゼン、１，２，４−トリメチルベンゼン、１，３，５−トリメチルベンゼン、ｏ−ジメトキシベンゼン、トリクロロメチルベンゼン、フェニルシクロヘキサンなどを挙げることができる。これらは、沸点が１４０℃以上であり、有機ＥＬ素子用有機材料の溶解能に優れた溶媒である。
また、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）などの極性溶媒なども、第１溶媒として用いることができる。

さらに、沸点が２００℃以上であり、有機ＥＬ素子用有機材料の溶解能に優れた溶媒としては、ｏ−ジメトキシベンゼン、トリクロロメチルベンゼン、フェニルシクロヘキサン、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）などが挙げられるが、本発明は、特にこれらに限定されるものではない。

＜第２溶媒＞
第２溶媒は、室温（２５℃）で２０ｍＰａ・ｓ以上の粘度を有することが好ましい。
第２溶媒が２０ｍＰａ・ｓ以上の粘度を有する場合、粘度の上がらない有機ＥＬ素子用有機材料を溶解させた場合でも、インク組成物の粘度を４〜２０ｍＰａ・ｓの粘度とインクジェット法に適した粘度にすることができる。これにより、インクジェット法で好適に塗布成膜することができる。

また、第２溶媒は、第１溶媒よりも低い沸点を有するものが好ましい。
第２溶媒が第１溶媒よりも低い沸点を有する場合には、第１溶媒よりも先に第２溶媒が蒸発するので、インク組成物を塗布し溶媒を除去したときに、平滑な有機薄膜層３を形成することができる。また、有機薄膜層３の有機ＥＬ素子用有機材料の純度を向上させることができる。
逆に、第２溶媒が第１溶媒よりも高い沸点を有する場合には、溶媒の除去工程において、有機材料に対して溶解性のある第１溶媒が第２溶媒よりも早く蒸発してしまい、有機ＥＬ素子用有機材料の析出などが発生して、平滑な有機薄膜層３を形成することができない。
なお、第２溶媒は、第１溶媒と容易に混合するものが好ましい。これにより、均一なインク組成物を作製することが出来る。

第２溶媒は、アルコール化合物であることが好ましい。アルコール化合物としては、たとえば、多価アルコール系化合物などを挙げることができる。多価アルコール系化合物は、第１溶媒である芳香族化合物と容易に混合し、２０ｍＰａ・ｓ以上の粘度を有するとともに第１溶媒よりも高い蒸気圧を有する溶媒であるためであり、シクロヘキサノールが特に望ましいが、本発明は、特にこれらに限定されるものではない。

有機薄膜層３は、本発明の実施形態であるインク組成物をインクジェット法により素子基板上に塗布する塗布工程と、前記インク組成物に含まれるインク用溶媒を除去することにより有機ＥＬ素子用の有機薄膜層を形成する溶媒除去工程と、を有することが好ましい。また、前記溶媒除去工程は、大気圧下で加熱して予備乾燥する予備乾燥工程と、窒素雰囲気中で予備乾燥工程の加熱温度以上の温度で加熱する本乾燥工程と、を有することが好ましい。
上記に示した本発明の実施形態であるインク組成物を用いて、第１電極２上に、有機薄膜層３を形成する。有機薄膜層３は発光層単層からなるものとして、以下の説明を行う。

＜塗布工程＞
まず、発光層を構成する有機ＥＬ素子用有機材料をインク用溶媒に溶解してインク組成物を調整した後、このインク組成物を、インクジェット法により第１電極２上に塗布する。
＜溶媒除去工程：予備乾燥工程＞
次に、これを大気圧下で加熱して予備乾燥して、インク組成物に含まれるインク用溶媒を除去する。この段階では、第２溶媒が主に除去される。なお、溶媒除去工程の加熱方法は、オーブン、ホットプレートなど従来公知の方法を使用することができる。
＜溶媒除去工程：本乾燥工程＞
次に、窒素雰囲気中で予備乾燥工程の加熱温度以上の温度で加熱（本乾燥）して、インク組成物に含まれるインク用溶媒を完全に除去することにより有機ＥＬ素子用の有機薄膜層３を形成する。この段階では、第１溶媒が主に除去される。

このように、溶媒除去工程は、大気圧下で加熱して予備乾燥する予備乾燥工程と、窒素雰囲気中で予備乾燥工程の加熱温度以上の温度で加熱する本乾燥工程と、を有することが好ましい。
残留溶媒は、有機薄膜層３における導電性および発光特性に影響するが、予備乾燥工程と本乾燥工程の２つの工程により溶媒除去を行うことにより、溶媒を有機薄膜層３に残留させることなく、溶媒を段階的に確実に有機薄膜層３から除去することができ、有機薄膜層３における有機ＥＬ素子用有機材料の純度を向上させて、有機ＥＬ素子の発光効率を向上させることができる。
特に、真空下で加熱乾燥して溶媒除去を行った場合には、有機薄膜層３の膜密度が変化して、有機ＥＬ素子の発光効率が低下したり、有機ＥＬ素子が高抵抗化する場合があるが、大気圧下で加熱する予備乾燥工程を行った場合には、有機薄膜層３の膜密度を変化させることはない。

＜第２電極＞
最後に、図１に示すように、有機薄膜層３上に、真空蒸着法、スパッタ法などのような公知の方法により第２電極４を形成する。
第２電極４の材料としては、仕事関数の低い金属が好ましく、たとえば、Ｌｉ、Ｎａ、Ｃｓなどのアルカリ金属、Ｃａ、Ｂａ、Ｍｇなどのアルカリ土類金属、ＬｉＦなどのアルカリ金属のハロゲン化物またはアルカリ土類金属のハロゲン化物、アルカリ金属、アルカリ土類金属およびそれらのハロゲン化物とＡｌとの積層構造、または、Ｍｇ−Ａｇ合金などを用いることができるが、本発明は、これらに限られるものではない。これにより、第２電極４と有機薄膜層３との間の電子注入障壁を低くすることができ、第２電極４から有機薄膜層３へ電子を注入させやすくすることができる。

本発明の実施形態である有機ＥＬ素子の作製方法では、第１電極２を陽極、第２電極４を陰極として形成したが、第１電極２と第２電極４の配置は逆にしても良い。その場合、光の取り出し方向は逆となる。
以上のような有機ＥＬ素子の作製方法を用いて、有機ＥＬ素子１０を形成することができ、このような有機ＥＬ素子１０を素子基板上にアレイ状に配列することで有機ＥＬディスプレイを作製することが出来る。

（実施形態２）
図２は、本発明の実施形態である有機ＥＬ素子の作製方法を用いて作製した有機ＥＬ素子の別の一例を示す断面図である。図２に示すように、有機ＥＬ素子１１は、第１電極２上に隔壁５が形成されているほかは実施形態１と同様の構成とされている。なお、実施形態１で用いられた部材と同様の部材には同じ符号を付して示している。
有機薄膜層３は、隔壁５に取り囲まれて形成されている。これにより、有機薄膜層３を明確に区画して高精細な有機ＥＬディスプレイを作製することができる。

本発明の実施形態であるインク組成物は、前記有機ＥＬ素子用有機材料を溶解する第１溶媒と、２０ｍＰａ・ｓ以上の粘度を有するとともに前記第１溶媒よりも低い沸点を有する第２溶媒と、の少なくとも２種類以上の溶媒を含むインク用溶媒を用いる構成なので、有機ＥＬ素子用有機材料を十分溶解させて均一なインク用溶媒とすることができるとともに、インク組成物の粘度を４〜２０ｍＰａ・ｓの粘度として、インクジェット法により有機ＥＬ素子用の有機薄膜層３を良好に形成することができる。

本発明の実施形態であるインク組成物は、有機ＥＬ素子用有機材料が０．１以上４質量％未満の濃度でインク用溶媒に溶解されてなる構成なので、有機ＥＬ素子の有機薄膜層として一般的な膜厚を得ることができ、インクジェット法により有機ＥＬ素子用の有機薄膜層３を良好に形成することができる。

本発明の実施形態であるインク組成物は、４〜２０ｍＰａ・ｓの粘度を有する構成なので、インク組成物を液滴として好適に吐出することができるとともに、インク組成物を乾燥して好適な膜厚の薄膜とすることができ、インクジェット法により有機ＥＬ素子用の有機薄膜層３を良好に形成することができる。

本発明の実施形態であるインク組成物は、質量平均分子量が５０万以下の有機ＥＬ素子用有機材料を含む構成なので、インクジェット法で良好な吐出を得ることができ、インクジェット法により有機ＥＬ素子用の有機薄膜層３を良好に形成することができる。

本発明の実施形態であるインク組成物は、前記第１溶媒が芳香族化合物である構成なので、有機ＥＬ素子用有機材料を十分に溶解することができ、均一なインク用溶媒とすることができる。

本発明の実施形態であるインク組成物は、前記第２溶媒がアルコール化合物である構成なので、２０ｍＰａ・ｓ以上の粘度を有するとともに第１溶媒よりも低い沸点を有し、インク組成物の粘度を４〜２０ｍＰａ・ｓの粘度とすることが容易とするとともに、第１溶媒よりも早く揮発して、有機薄膜層３の均一性および純度を向上させることができる。

本発明の実施形態であるインク組成物は、前記第２溶媒がシクロヘキサノールである構成なので、２０ｍＰａ・ｓ以上の粘度を有するとともに第１溶媒よりも低い沸点を有し、インク組成物の粘度を４〜２０ｍＰａ・ｓの粘度とすることが容易とするとともに、第１溶媒よりも早く揮発して、有機薄膜層３の均一性および純度を向上させることができる。

本発明の実施形態であるインク組成物は、前記有機ＥＬ素子用有機材料が低分子系材料または非共役系高分子である構成なので、発光効率の高い有機ＥＬ素子１０、１１を作製することができる。

本発明の実施形態であるインク組成物は、前記非共役系高分子がビニル基を主鎖とする構成なので、溶媒に容易に溶解させることができ、発光効率の高い有機ＥＬ素子１０、１１を作製することができる。

本発明の実施形態であるインク組成物は、前記有機ＥＬ素子用有機材料に重原子化合物が含まれている構成なので、発光効率の高い有機ＥＬ素子１０、１１を作製することができる。

本発明の実施形態であるインク組成物は、前記重原子化合物がイリジウムを中心元素とする金属錯体である構成なので、有機ＥＬ素子から高効率な燐光発光を得ることができ、発光効率の高い有機ＥＬ素子１０、１１を作製することができる。

本発明の実施形態である有機ＥＬ素子の作製方法は、先に記載のインク組成物をインクジェット法により素子基板上に塗布する塗布工程と、前記インク組成物に含まれるインク用溶媒を除去することにより有機ＥＬ素子用の有機薄膜層を形成する溶媒除去工程と、を有する構成なので、溶媒を残留させること無く除去することができ、有機ＥＬ素子用有機材料の純度を向上させて、有機ＥＬ素子１０、１１の発光効率を向上させることができる。

本発明の実施形態である有機ＥＬ素子の作製方法は、前記溶媒除去工程が、大気圧下で加熱して予備乾燥する予備乾燥工程と、窒素雰囲気中で前記予備乾燥工程の加熱温度以上の温度で加熱する本乾燥工程と、を有する構成なので、溶媒を残留させること無く除去することができ、有機ＥＬ素子用有機材料の純度を向上させて、有機ＥＬ素子１０、１１の発光効率を向上させることができる。
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。しかし、本発明はこれらの実施例にのみ限定されるものではない。

（インク組成物の調整）
本発明のインク組成物を、次にようにして調整した。
まず、表１に示す試験例１〜１５の溶媒を用意した。ここで、試験例１〜６および試験例１２〜１４の溶媒は単一の材料からなる溶媒とし、試験例７〜１１および試験例１５の溶媒は２種の材料からなる混合溶媒とした。
なお、各溶媒の沸点、蒸気圧、粘度および第１溶媒と第２溶媒の混合比を表１にまとめた。

次に、下記構造式（１）で示されるアミン誘導体とオキサジアゾール誘導体の共重合高分子ｐｏｌｙ（ＨＭＴＰＤ−ＰＢＤ）と、下記構造式（２）で示されるイリジウム錯体Ｉｒ（ｐｐｙ）_３を９：１の質量比で、表１に示す各種溶媒に溶解して、試験例１〜１１のインク組成物を調整した。
なお、前記共重合高分子ｐｏｌｙ（ＨＭＴＰＤ−ＰＢＤ）の質量平均分子量、濃度を表２にまとめた。

次に、下記構造式（３）で示されるＰＶＣｚと、下記構造式（４）で示されるＯＸＤ−７と、下記構造式（５）で示されるＦＩｒ６とを、６３：２９：８の質量比で、表１に示す各種混合溶媒に溶解して、試験例１２〜１５のインク組成物を調整した。
なお、下記構造式（３）で示されるＰＶＣｚからなる高分子材料の質量平均分子量、濃度を表２にまとめた。

また、試験例１〜１５のインク組成物の粘度と、実際にインクジェット法で吐出したときの吐出状態を表３にまとめた。なお、吐出不可を×で示し、吐出可を○で示し、良好な吐出を◎で示した。

試験例１〜３のインク組成物は、溶媒としてアニソール１００％を用いたが、粘度が上がらず良好な吐出はできなかった。
試験例４のインク組成物は、溶媒としてｏ−ジクロロベンゼン１００％を用い、材料濃度を４％と高濃度にすることにより、インクジェットに適した粘度が得られ、吐出が可能となった。
試験例５、６のインク組成物は、溶媒としてテトラリン１００％を用いたが、粘度が上がらず良好な吐出はできなかった。

試験例７、８のインク組成物は、溶媒としてアニソールやｏ−ジクロロベンゼンの芳香族化合物溶媒５０％とアルコール系のＩＰＡ５０％の混合溶媒を用いたが、粘度が上がらず良好な吐出はできなかった。
試験例９、１０のインク組成物は、溶媒として沸点２００℃以上のｏ−ジメトキシベンゼンやフェニルシクロヘキサンの芳香族化合物溶媒５０％とシクロヘキサノール５０％の混合溶媒を用いることにより、粘度が上がり、良好な吐出が可能となった。

試験例１１、１２のインク組成物は、粘度が上がらず良好な吐出はできなかった。
試験例１３のインク組成物は、高分子の質量平均分子量が１１０万と非常に高くしたのでインクジェット法に適した粘度１０．２ｍＰａ・ｓが得られたが、高分子の粘弾性によって、ノズルでインクが切れずに目詰まりが発生して、吐出はできなかった。
試験例１４のインク組成物は、粘度が上がらず良好な吐出はできなかった。
試験例１５のインク組成物は、ｏ−ジメトキシベンゼン６０％とシクロヘキサノール４０％の混合溶媒を用いることにより、粘度が上がり、良好な吐出が可能となった。

次に、インクジェット法で吐出が可能であった試験例４、９、１０、１５のインク組成物について、実際に素子基板上に塗布した後、予備乾燥と本乾燥とを行って溶媒を除去して形成した有機薄膜層の状態を観察した。

試験例４のインク組成物の場合は、有機材料の濃度が高かったので膜厚が厚くなり、有機ＥＬ素子に適した膜厚は得られなかった。

一方、試験例９、１０、１５のインク組成物に関しては、有機ＥＬ素子に適した膜厚で平滑な有機膜を形成することができた。
このように、低分子系材料や非共役系高分子を用いる場合、シクロヘキサノールと、これよりも乾燥速度の遅く、有機材料の溶解性がある溶媒を混合することで、インクジェット法で良好に吐出でき、かつ、有機ＥＬ素子に適した平滑な薄膜が得られる。

（有機ＥＬ素子の作製）
まず、所定の方法を用いて洗浄した２５×３５ｍｍ角のガラス基板上に、ＩＴＯ電極（陽極）をパターニングした後、前記ＩＴＯ電極（陽極）上に厚さ２μｍのポリイミド層を形成した。その後、フォトリソグラフィー法により、前記ポリイミド層に、２５０μｍ×９０μｍの楕円形状の開口部を６×９個形成し、ＩＴＯ表面を露出させた。
次に、Ｏ_２プラズマ処理により、前記ポリイミド層および前記ＩＴＯ電極（陽極）の表面をクリーニングした後、ＣＦ_４プラズマ処理により、前記ポリイミド層の表面を撥液性にした。

次に、インクジェット法により、ＰＳＳを含む混合水溶液（Ｈ．Ｃ．スタルク社製（Ｈ．Ｃ．Ｓｔａｒｃｋ）、ＢＡＹＴＲＯＮ Ｐ ＣＨ８０００、固形分３％、以下、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ混合水溶液）を露出したＩＴＯ上に塗布した後、１００℃で１時間乾燥して、正孔注入層を形成した。

次に、上記構造式（１）で示されるアミン誘導体とオキサジアゾール誘導体の共重合高分子ｐｏｌｙ（ＨＭＴＰＤ−ＰＢＤ）と、上記構造式（２）で示されるイリジウム錯体Ｉｒ（ｐｐｙ）_３を９：１の質量比で、ｏ−ジメトキシベンゼンとシクロヘキサノールの混合溶媒（混合比（質量％）５０：５０）に溶解して調整した試験例１０のインク組成物を、インクジェット法により前記正孔注入層上に塗布した後、表４に示す溶媒除去方法を用いて溶媒を除去して発光層（有機薄膜層）を形成した。

次に、ＴＰＢＩとＡｌｑ_３をこの順序で前記発光層上に真空蒸着して電子輸送層を形成した後、ストライプ状の孔部を設けたメタルマスクを用いて、ＬｉＦとＡｌをこの順序で前記電子輸送層上に真空蒸着して、ストライプ状の陰極を形成した。以上のようにして、有機ＥＬ素子を作製した。
最後に、ＵＶ硬化樹脂を用いて、ガラスキャップを基板上に接着することにより、前記有機ＥＬ素子を封止した。

表４に示すように、本試験例では３通りの溶媒除去方法を用いた。溶媒除去方法を変えることにより、有機ＥＬ素子の発光特性は変化した。表４には、印加電圧８Ｖ時の発光効率と電流密度が示されている。

表４に示すように、発光効率は、「大気圧下で加熱予備乾燥後、窒素雰囲気で１６０℃乾燥」して溶媒を除去して作製した有機ＥＬ素子が最も良かった。また、電流密度は、「大気圧下で加熱予備乾燥後、窒素雰囲気で１００℃乾燥」して溶媒を除去して作製した有機ＥＬ素子が最も良かった。
「大気圧下で加熱予備乾燥」して溶媒を除去して作製した有機ＥＬ素子に比べ、「真空環境下で予備乾燥」して溶媒を除去して作製した有機ＥＬ素子は同じ電圧での発光効率や電流密度が低かった。一方、「大気圧下で加熱予備乾燥」して溶媒を除去して作製した有機ＥＬ素子同士を比較すると、電流密度はほとんど変わらないが、本乾燥を高温で行って作製した有機ＥＬ素子の発光効率が高いことが分かった。

本発明は、インク組成物、有機ＥＬ素子の作製方法に関するものであり、有機ＥＬ素子を利用した発光素子、照明機器、ディスプレイ産業において利用可能性がある。

本発明の有機ＥＬ素子の断面図である。 本発明の有機ＥＬ素子の断面図である。

符号の説明

１…基板、２…第１電極、３…有機薄膜層、４…第２電極、５…隔壁。

Claims (10)

1. インクジェット法により有機ＥＬ素子用の有機薄膜層を形成するために用いられるインク組成物であって、
   前記インク組成物は、有機ＥＬ素子用有機材料が０．１質量％以上４質量％未満の濃度でインク用溶媒に溶解されてなり、４〜２０ｍＰａ・ｓの粘度を有しており、
   前記有機ＥＬ素子用有機材料は質量平均分子量が５０万以下であり、
   前記インク用溶媒は、前記有機ＥＬ素子用有機材料を溶解する第１溶媒と、２０ｍＰａ・ｓ以上の粘度を有するとともに前記第１溶媒よりも低い沸点を有する第２溶媒と、の少なくとも２種類以上の溶媒を含むことを特徴とするインク組成物。
2. 前記第１溶媒が芳香族化合物であることを特徴とする請求項１に記載のインク組成物。
3. 前記第２溶媒がアルコール化合物であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のインク組成物。
4. 前記第２溶媒がシクロヘキサノールであることを特徴とする請求項３に記載のインク組成物。
5. 前記有機ＥＬ素子用有機材料が低分子系材料または非共役系高分子であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のインク組成物。
6. 前記非共役系高分子がビニル基を主鎖とすることを特徴とする請求項５に記載のインク組成物。
7. 前記有機ＥＬ素子用有機材料に重原子化合物が含まれていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のインク組成物。
8. 前記重原子化合物がイリジウムを中心元素とする金属錯体であることを特徴とする請求項７に記載のインク組成物。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載のインク組成物をインクジェット法により素子基板上に塗布する塗布工程と、前記インク組成物に含まれるインク用溶媒を除去することにより有機ＥＬ素子用の有機薄膜層を形成する溶媒除去工程と、を有することを特徴とする有機ＥＬ素子の作製方法。
10. 前記溶媒除去工程が、大気圧下で加熱して予備乾燥する予備乾燥工程と、窒素雰囲気中で前記予備乾燥工程の加熱温度以上の温度で加熱する本乾燥工程と、を有することを特徴とする請求項９に記載の有機ＥＬ素子の作製方法。

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