JP2006156417A - Polymeric el element and manufacturing method of the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、有機薄膜のエレクトロルミネセンス(以下単にELという)現象を利用した有機薄膜EL素子、特に有機発光層が高分子蛍光体からなる高分子EL素子に関するものである。 The present invention relates to an organic thin film EL element utilizing the electroluminescence (hereinafter simply referred to as EL) phenomenon of an organic thin film, and more particularly to a polymer EL element having an organic light emitting layer made of a polymeric fluorescent substance.
有機薄膜EL素子は、一般的には陽極、有機発光層、陰極とが積層されてなる。また、有機発光層は、正孔注入層、正孔輸送層、蛍光体層、電子注入層などが積層された多層構造とすることもできる。この陽極、陰極間に電流を流すことにより有機蛍光体層で発光が生じ、一方の電極を透明にすることで外部に光を取り出すことができる。 In general, an organic thin film EL element is formed by laminating an anode, an organic light emitting layer, and a cathode. The organic light emitting layer may have a multilayer structure in which a hole injection layer, a hole transport layer, a phosphor layer, an electron injection layer, and the like are stacked. When an electric current is passed between the anode and the cathode, light emission occurs in the organic phosphor layer, and light can be extracted outside by making one of the electrodes transparent.
有機発光層の典型的な例としては、正孔注入層に銅フタロシアニン、正孔輸送層に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、蛍光体層にトリス(8−キノリノール)アルミニウムをそれぞれ用いた用いたものが挙げられる。これらの有機層はいずれも低分子の化合物であり、各層は0.01〜0.1μm程度の厚みで抵抗加熱方式などの真空蒸着法などによって積層される。このため、低分子材料を用いる有機薄膜EL素子の製造のためには、複数の蒸着釜を連結した真空蒸着装置を必要とし、蒸着時の加熱による材料劣化のために生じる発光特性の低下や生産性が低い、製造コストが高いなどの問題点があった。 Typical examples of the organic light emitting layer include copper phthalocyanine for the hole injection layer and N, N′-di (1-naphthyl) -N, N′-diphenyl-1,1′-biphenyl- for the hole transport layer. Examples include 4,4′-diamine and tris (8-quinolinol) aluminum used for the phosphor layer. These organic layers are all low molecular weight compounds, and each layer is laminated by a vacuum deposition method such as a resistance heating method with a thickness of about 0.01 to 0.1 μm. For this reason, in order to manufacture an organic thin-film EL device using a low molecular material, a vacuum vapor deposition apparatus in which a plurality of vapor deposition kettles are connected is required, and the emission characteristics are deteriorated or produced due to material deterioration due to heating during vapor deposition. There are problems such as low performance and high manufacturing cost.
さらに有機層は低分子の蒸着物であるため膜の強度が弱く、そのため陰極となるアルミニウム、マグネシウム、銀などの金属材料も真空蒸着またはスパッタリングなどの真空製膜装置を必要とし、装置面から生産性、コスト面で実用化の障害となっていた。また、真空製膜では陰極層にピンホールなどの欠陥が発生しやすく、このピンホールから水分や酸素などが侵入し素子の劣化が生じるなど、素子の寿命低下の一因となっていた。 In addition, the organic layer is a low-molecular deposit, so the strength of the film is weak. Therefore, metal materials such as aluminum, magnesium, and silver, which are used as cathodes, require vacuum deposition equipment such as vacuum deposition or sputtering, and are produced from the equipment surface. It was an obstacle to practical use in terms of performance and cost. Further, in vacuum film formation, defects such as pinholes are likely to occur in the cathode layer, and moisture, oxygen, etc. invade from the pinholes and cause deterioration of the device, which contributes to a reduction in device life.
これに対し、近年、有機層として高分子を用いた高分子EL素子が提案されてきている。有機層として高分子を用いるもので、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリビニルカルバゾールなどの高分子中に低分子の蛍光色素を溶解させたものや、ポリチオフェン誘導体、ポリパラフェニレン誘導体、ポリフェニレンビニレン誘導体(PPV)、ポリアルキルフルオレン誘導体(PAF)などの高分子蛍光体が用いられる。これら高分子発光体は、溶液に可溶とすることでスピンコート、フレキソ印刷などの湿式法で製膜することができる。しかしながら、陰極として用いる金属は、真空蒸着、スパッタなどの方法により真空製膜されており、前述の低分子の有機EL素子の場合と同様に、陰極層のピンホールなどの問題や生産性、コストの問題を生じていた。 In contrast, in recent years, polymer EL elements using polymers as organic layers have been proposed. A polymer is used as the organic layer, in which a low-molecular fluorescent dye is dissolved in a polymer such as polystyrene, polymethyl methacrylate, or polyvinyl carbazole, a polythiophene derivative, a polyparaphenylene derivative, or a polyphenylene vinylene derivative (PPV). Polymer fluorescent substances such as polyalkylfluorene derivatives (PAF) are used. These polymer light emitters can be formed into a film by a wet method such as spin coating or flexographic printing by making them soluble in a solution. However, the metal used as the cathode is vacuum-deposited by a method such as vacuum deposition or sputtering, and problems such as pinholes in the cathode layer, productivity, and cost are the same as in the case of the low-molecular organic EL element described above. Was causing problems.
また、上述の如く、陰極を真空製膜により行う場合、その蒸着層は実質的に高々1μm程度の厚みのため、素子の水蒸気、酸素などの侵入を防ぐことができず、金属蓋、ガラス蓋などの封止を行う必要があり、素子全体が厚くなる、重くなるなどの問題点があり、特にプラスチックフィルムを基材として用いる場合にはこれらの方法も実質的に採用することができなかった。 Further, as described above, when the cathode is formed by vacuum film formation, the vapor deposition layer has a thickness of about 1 μm at most, so that entry of water vapor, oxygen, etc. into the element cannot be prevented. It is necessary to perform sealing, etc., and there is a problem that the whole element becomes thick and heavy. Especially when a plastic film is used as a base material, these methods cannot be substantially employed. .
本発明は、上記のとおり、従来の有機EL素子の欠陥の発生や短寿命の問題を解決し、素子の生産性を向上させ、安価な有機EL素子を提供することを目的とする。 As described above, an object of the present invention is to solve the problems of defects and short lifetime of conventional organic EL elements, improve the productivity of the elements, and provide an inexpensive organic EL element.
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、請求項1は、基材上に透明または半透明の導電層、高分子発光層、陰極層が順次積層されてなる高分子EL素子であって、陰極層が厚さ1μm以上の金属箔からなることを特徴とする高分子EL素子であり、請求項2は、高分子発光層が少なくとも正孔輸送層と高分子蛍光体層とからなることを特徴とする請求項1に記載の高分子EL素子であり、請求項3は、基材がプラスチックフィルムからなることを特徴とする請求項1、2に記載の高分子EL素子であり、請求項4は、金属箔がアルミニウム箔上にアルカリ金属またはアルカリ土類金属またはそれらを含む合金が蒸着されている金属箔であることを特徴とする請求項1ないし3に記載の高分子EL素子である。また、請求項5は、透明または半透明の導電層が積層されたプラスチックフィルムの前記導電層側に高分子発光層をコーティングした後、金属箔と圧着させることを特徴とする高分子EL素子の製造方法であり、請求項6は、透明または半透明の導電層が積層されたプラスチックフィルムの前記導電層側に正孔輸送層をコーティングした第1の積層フィルムを作製し、また、金属箔上に高分子発光層をコーティングした第2の積層フィルムを作製し、前記第1の積層フィルムと前記第2の積層フィルムのそれぞれコーティング面を圧着することを特徴とする高分子EL素子の製造方法である。
The present invention has been made in view of the above problems, and
本発明により金属箔を陰極として用いることにより、より簡便に高分子EL素子を製造することが可能となり、また、陰極の金属箔が水分、酸素などのバリア層となることで素子の封止工程を省略または簡便化することが可能となった。 By using the metal foil as the cathode according to the present invention, it becomes possible to produce a polymer EL element more easily, and the cathode metal foil becomes a barrier layer of moisture, oxygen, etc., and the element sealing step Can be omitted or simplified.
本発明による基材としては、ガラス基板やプラスチック製のフィルムまたはシートを用いることができる。プラスチック製のフィルムを用いれば、巻き取りにより高分子EL素子の製造が可能となり、安価に素子を提供することができる。プラスチックフィルムとしては、ポリエチレンテレフタレート、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、ポリカーボネートなどを用いることができる。また、導電層を製膜しない側にセラミック蒸着フィルムやポリ塩化ビニリデン、ポリ塩化ビニル、エチレン−酢酸ビニル共重合体鹸化物などの他のガスバリア性フィルムを積層したり、カラーフィルター層を印刷により設けたりしても良い。 As the base material according to the present invention, a glass substrate or a plastic film or sheet can be used. If a plastic film is used, a polymer EL element can be produced by winding, and the element can be provided at low cost. As the plastic film, polyethylene terephthalate, polypropylene, cycloolefin polymer, polyamide, polyether sulfone, polymethyl methacrylate, polycarbonate and the like can be used. Also, other gas barrier films such as ceramic vapor-deposited film, polyvinylidene chloride, polyvinyl chloride, ethylene-vinyl acetate copolymer saponified product, etc. are laminated on the side where the conductive layer is not formed, or a color filter layer is provided by printing. You may do it.
透明導電層としては、インジウムと錫の複合酸化物(以下ITOという)を用いることができ、前記基板上に蒸着またはスパッタリング法により製膜することができる。また、オクチル酸インジウムやアセトンインジウムなどの前駆体を基材上に塗布後、熱分解により酸化物を形成する塗布熱分解法などにより形成することもできる。あるいは、アルミニウム、金、銀などの金属が半透明状に蒸着されたものを用いることができる。 As the transparent conductive layer, a composite oxide of indium and tin (hereinafter referred to as ITO) can be used, and can be formed on the substrate by vapor deposition or sputtering. Alternatively, a precursor such as indium octylate or indium acetone can be applied on a substrate and then formed by an application pyrolysis method in which an oxide is formed by thermal decomposition. Alternatively, a material in which a metal such as aluminum, gold, or silver is vapor-deposited in a translucent state can be used.
上記、透明または半透明導電層が積層されたガラスまたはプラスチック基材は、本発明のために特別に製造する必要はなく、導電層の抵抗率や光線透過率に合わせて市販の基材を用いることができる。 The glass or plastic substrate on which the transparent or translucent conductive layer is laminated does not need to be produced specifically for the present invention, and a commercially available substrate is used according to the resistivity and light transmittance of the conductive layer. be able to.
透明または半透明の導電層は、必要に応じてエッチングによりパターニングを行ったり、UV処理、プラズマ処理などにより表面の活性化を行ってもよい。また、エッチングの代わりにニトロセルロース、ポリアミド、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体、アクリル樹脂、ウレタン樹脂などを絶縁層として印刷してもよい。 The transparent or translucent conductive layer may be patterned by etching as necessary, or may be activated by UV treatment, plasma treatment, or the like. Further, instead of etching, nitrocellulose, polyamide, vinyl chloride-vinyl acetate copolymer, ethylene-vinyl acetate copolymer, acrylic resin, urethane resin, or the like may be printed as an insulating layer.
本発明に用いることのできる高分子発光層は、高分子蛍光体の単層であっても、正孔輸送層、高分子蛍光体層などからなる多層構造であってもよい。正孔輸送層を設ける場合は、銅フタロシアニンやその誘導体、1,1−ビス(4−ジ−p−トリルアミノフェニル)シクロヘキサン、N,N’−ジフェニル−N,N’−ビス(3−メチルフェニル)−1,1’−ビフェニル−4,4’−ジアミン、N,N’−ジ(1−ナフチル)−N,N’−ジフェニル−1,1’−ビフェニル−4,4’−ジアミン等の芳香族アミン系などの低分子も用いることができるが、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリビニルカルバゾール、ポリ(3,4−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の混合物などが、湿式法による製膜が可能であり、より好ましい。 The polymer light-emitting layer that can be used in the present invention may be a single layer of a polymer phosphor or a multilayer structure composed of a hole transport layer, a polymer phosphor layer, and the like. When a hole transport layer is provided, copper phthalocyanine or a derivative thereof, 1,1-bis (4-di-p-tolylaminophenyl) cyclohexane, N, N′-diphenyl-N, N′-bis (3-methyl) Phenyl) -1,1′-biphenyl-4,4′-diamine, N, N′-di (1-naphthyl) -N, N′-diphenyl-1,1′-biphenyl-4,4′-diamine, etc. Although low molecular weight compounds such as aromatic amines can be used, polyaniline, polythiophene, polyvinylcarbazole, a mixture of poly (3,4-ethylenedioxythiophene) and polystyrene sulfonic acid, etc. can be formed by a wet method. Possible and more preferred.
高分子蛍光体層としては、クマリン系、ペリレン系、ピラン系、アンスロン系、ポルフィレン系、キナクリドン系、N,N’−ジアルキル置換キナクリドン系、ナフタルイミド系、N,N’−ジアリール置換ピロロピロール系などの蛍光性色素をポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリビニルカルバゾールなどの高分子中に溶解させたものや、ポリアリールビニレン系やポリフルオレン系などの高分子蛍光体を用いることができる。 As polymeric fluorescent substance layers, coumarin-based, perylene-based, pyran-based, anthrone-based, porphyrin-based, quinacridone-based, N, N'-dialkyl-substituted quinacridone-based, naphthalimide-based, N, N'-diaryl-substituted pyrrolopyrrole-based Or a polymer fluorescent material such as polyarylvinylene or polyfluorene can be used, such as those obtained by dissolving a fluorescent dye such as polystyrene, polymethyl methacrylate, or polyvinyl carbazole.
これらの高分子蛍光体層は、トルエン、キシレン、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、酢酸エチル、酢酸ブチル、水などの単独または混合溶媒に高分子蛍光体材料を溶解させ、スピンコート、スプレーコート、フレキソ、グラビア、マイクログラビア、凹版オフセットなどのコーティング、印刷方法を用いて製膜することができる。 These polymer phosphor layers are made of a polymer phosphor material in a single or mixed solvent such as toluene, xylene, acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, cyclohexanone, methanol, ethanol, isopropyl alcohol, ethyl acetate, butyl acetate, and water. It can be dissolved and formed into a film using a coating or printing method such as spin coating, spray coating, flexo, gravure, micro gravure, or intaglio offset.
陰極材料には、アルミニウム、銅、ニッケル、などの金属箔を用いることができる。また、アルミニウムなどの金属箔にカルシウム、マグネシウム、銀、金などを蒸着またはスパッタリングまたはメッキしたものを用いることもできる。金属箔の厚みは、1μm以下では取り扱いが困難であり、5μm以上が好ましく、さらに箔のピンホールを防止するために15μm以上がさらに好ましい。箔のピンホールを防止することにより素子内部への水分や酸素の侵入を防止することができ、簡単な構成で素子の寿命を長くすることが可能となる。金属箔の裏面には製造時の取り扱いを容易にするために、ポリエチレンテレフタレート、ナイロンなどのフィルムをあらかじめラミネートしておいても良い。 As the cathode material, a metal foil such as aluminum, copper, or nickel can be used. Alternatively, a metal foil such as aluminum obtained by depositing, sputtering, or plating calcium, magnesium, silver, gold, or the like can be used. The thickness of the metal foil is difficult to handle at 1 μm or less, preferably 5 μm or more, and more preferably 15 μm or more in order to prevent pinholes in the foil. By preventing pinholes in the foil, it is possible to prevent moisture and oxygen from entering the element, and it is possible to extend the lifetime of the element with a simple configuration. A film such as polyethylene terephthalate or nylon may be laminated in advance on the back surface of the metal foil in order to facilitate handling during production.
本発明における高分子EL素子は、透明または半透明導電層が積層された基材上に高分子発光層をコーティングする。基材がガラスの場合は、スピンコート、ロールコート、スプレーコート、スロットコート、フレキソ、オフセット、凹版オフセットなどの方法を用いることができる。基材として巻き取りのフィルムを用いる場合には、フレキソ、グラビア、グラビアオフセット、マイクログラビア、フレキソ、ダイコート、ロールコートなどの各種コーティング方法を用いることができる。特に、フレキソ、オフセット、凹版オフセット、グラビアなどのパターニングがコーティングと同時に可能な方法が好ましい。また、高分子発光層を2層以上の複数層とする場合には、各層を構成する材料の溶解性を鑑み、例えば、水溶性と油溶性の樹脂を選択するなどの溶解性の差を利用したり、コーティングから乾燥までの時間を短くして、実質的に下層に影響を与えないようにコーティング条件を選定しても良い。コーティングの厚みは、素子の構造によるが0.01から10μm、好ましくは0.05から0.5μmが好適である。 In the polymer EL device of the present invention, a polymer light emitting layer is coated on a substrate on which a transparent or semitransparent conductive layer is laminated. When the substrate is glass, methods such as spin coating, roll coating, spray coating, slot coating, flexo, offset, and intaglio offset can be used. When a wound film is used as the substrate, various coating methods such as flexo, gravure, gravure offset, micro gravure, flexo, die coating, and roll coating can be used. In particular, a method in which patterning such as flexography, offset, intaglio offset, and gravure can be performed simultaneously with coating is preferable. In addition, when the polymer light-emitting layer is composed of two or more layers, taking into account the solubility of the materials constituting each layer, for example, use a difference in solubility such as selecting a water-soluble and oil-soluble resin. Alternatively, the coating conditions may be selected so that the time from coating to drying is shortened and the lower layer is not substantially affected. The coating thickness is 0.01 to 10 μm, preferably 0.05 to 0.5 μm, depending on the structure of the element.
次いで前記高分子発光層をコーティングした導電性基板と金属箔とを金属ロールまたはゴムロール間で圧着または熱圧着してラミネートにより素子を構成する。また、外装用の袋中に前記高分子発光層をコーティングした導電性基板と金属箔とを挿入し、外装用袋を真空包装して圧着させてもよい。この際、外装用袋として、ガスバリア性の袋を用いることで、素子の封止を同時に行うことができ、なお好適である。また、圧着または熱圧の前処理として高分子発光層の表面を紫外線、電子線、コロナなどの表面処理を行い、金属箔との密着性を向上させるなどの処理を行っても良い。 Next, the conductive substrate coated with the polymer light emitting layer and the metal foil are pressure-bonded or thermo-compressed between a metal roll or a rubber roll to form an element by lamination. Alternatively, a conductive substrate coated with the polymer light emitting layer and a metal foil may be inserted into an exterior bag, and the exterior bag may be vacuum-packed and pressure bonded. At this time, by using a gas barrier bag as the exterior bag, it is preferable that the element can be sealed at the same time. Further, as a pretreatment for pressure bonding or hot pressing, the surface of the polymer light emitting layer may be subjected to a surface treatment such as ultraviolet ray, electron beam, corona, etc. to improve the adhesion to the metal foil.
また、高分子発光層を透明または半透明導電基板と金属箔との両面にコーティングを行い、前記圧着または熱圧着または真空包装などの方法によりラミネートしてもよい。特に、高分子EL素子を正孔輸送層と高分子発光層とにより構成する際には、それぞれ透明または半透明導電基板と金属箔とにコーティングしてラミネートすることにより、正孔輸送材料と高分子発光材料との溶解性が同一であっても、各層に何ら不具合を与えることなく積層することが可能となる。 Alternatively, the polymer light emitting layer may be coated on both sides of a transparent or translucent conductive substrate and a metal foil, and laminated by a method such as pressure bonding, thermocompression bonding, or vacuum packaging. In particular, when a polymer EL device is composed of a hole transport layer and a polymer light-emitting layer, a transparent or semi-transparent conductive substrate and a metal foil are coated and laminated, respectively. Even if the solubility with the molecular light-emitting material is the same, the layers can be stacked without causing any problems.
以下、実施例により本発明を具体的に述べるが、本発明はこれらに限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be specifically described by way of examples, but the present invention is not limited thereto.
(実施例1)
以下図1を用いて説明する。ITO付きガラス基板1上に高分子発光層3として、下記化学式1で表されるポリ[2−メトキシ−5−(2’−エチル−ヘキシロキシ)−1,4−フェニレン ビニレン(Poly [2−methoxy−5−(2’−ethyl−hexyloxy)−1,4−phenylene vinylene] 以下MEH−PPVという)を用い、スピンコート法により厚み0.1μmのコーティングを行った。また、厚さ25μmのアルミニウム箔5に0.01μmのカルシウムを真空蒸着により製膜した。次いで、前記ガラス基板上の高分子発光層とアルミニウム箔のカルシウム蒸着層4とを減圧下で圧着した。さらに、前記アルミニウム箔とガラス基板とを紫外線硬化樹脂6により固着させ、図1に示すような本発明からなる高分子EL素子を作製した。この高分子EL素子に5Vの電圧を印加したところ50cd/m2 の均一な発光を得ることができた。
Example 1
This will be described below with reference to FIG. As a polymer light-emitting
(実施例2)
以下図2を用いて説明する。ポリ塩化ビニリデンがされたポリエステルフィルム7(12μm)のポリ塩化ビニリデンのコート層8とITO付きポリエステルフィルム10(75μm)のポリエステル面とをウレタン系接着剤9にてドライラミネートした。次いで、該積層フィルムのITO面にウレタン樹脂を絶縁層11としてダイレクトグラビアにて厚さ2μmでパターン印刷し、さらにMEH−PPVを高分子発光層3としてダイレクトグラビアにて厚さ0.1μmでパターンで印刷し、第1の積層フィルム13を作製した。また、ポリエステルフィルム12(12μm)とアルミニウム箔5(20μm)とをウレタン系接着剤9でドライラミネートし第2の積層フィルム14を作製した。前記第2の積層フィルムのアルミ箔面にウレタン系接着剤9をパターン状に印刷し、前記第1の積層フィルムの高分子発光層面とドライラミネートし、図2に示すような本発明からなる高分子EL素子を作製した。この高分子EL素子に5Vの電圧を印加したところ30cd/m2 の均一な発光を得ることができた。
(Example 2)
This will be described below with reference to FIG. Polyvinylidene chloride coated polyester film 7 (12 μm) coated with polyvinylidene chloride coating layer 8 and ITO-coated polyester film 10 (75 μm) polyester surface were dry laminated with
(実施例3)
以下図3を用いて説明する。実施例2の第1の積層フィルムにおいてMEH−PPVを正孔輸送層15としてポリ(3,4−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の混合物(バイエル社製Baytron P TPAI4083)に代えて第1の積層フィルムを作製した。次いで実施例2の第2の積層フィルム14に高分子発光層3として、下記化学式2で表されるポリジヘキシルフルオレンをパターン状に印刷し、次いでウレタン系接着剤9にて前記第1の積層フィルムとドライラミネートすることにより、図3に示すような本発明からなる高分子EL素子を作製した。この高分子EL素子に5Vの電圧を印加したところ30cd/m2 の均一な発光を得ることができた。
(Example 3)
This will be described below with reference to FIG. In the first laminated film of Example 2, MEH-PPV was used as the
1・・・ガラス基板
2・・・透明導電膜
3・・・高分子発光層
4・・・カルシウム蒸着層
DESCRIPTION OF
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JP2010525520A (en) * | 2007-04-20 | 2010-07-22 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | Fabrication of organic light-emitting diodes by vapor deposition combined with vacuum lamination |
-
2006
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