JP4475957B2 - 湿式工程により製作された有機半導体装置及び有機電界発光装置 - Google Patents

Description

本発明は、有機半導体薄膜の製造方法及びこれにより製造された有機半導体装置、並びに有機電界発光（ｅｌｅｃｔｒｏ ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ；ＥＬ)装置に関して、より詳しくは、湿式方法により有機半導体薄膜を製作する方法、及びこれにより製作された有機電界発光装置のような有機半導体装置（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ)に関する。

一般的に、有機ダイオード装置（ｏｒｇａｎｉｃ ｄｉｏｄｅ ｄｅｖｉｃｅ)及び有機トランジスタ装置（ｏｒｇａｎｉｃ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ ｄｅｖｉｃｅ)を含む有機半導体装置は、有機材料の電子エネルギー準位であるＨＯＭＯ（ｈｉｇｈｅｓｔ ｏｃｃｕｐｉｅｄ ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｏｒｂｉｔａｌ)状態とＬＵＭＯ（ｌｏｗｅｓｔ ｕｎｏｃｃｕｐｉｅｄ ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｏｒｂｉｔａｌ)状態に関連した電気的な半導体性に基づく。有機ダイオード装置の一例として、有機発光ダイオード（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｔｈ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ)又は有機電界発光ダイオード（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｅｌｅｃｔｒｏ ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ Ｄｉｏｄｅ)があり、有機トランジスタ装置の一例として、有機ＦＥＴｓ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ)、有機ＴＦＴｓ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ)、有機ＳＩＴｓ（Ｓｔａｔｉｃ Ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ)、有機トップゲートＳＩＴｓ（Ｔｏｐ Ｇａｔｅ ＳＩＴｓ)、有機トライオード（Ｔｒｉｏｄｅｓ)、有機グリッドトランジスタ（Ｇｒｉｄ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ)、有機サイリスタ（Ｔｈｙｒｉｓｔｏｒ)、有機バイポーラトランジスタ（Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ)がある。このような有機半導体装置において、装置の電気的かつ光学的な特性は、基板上に形成された有機層の薄膜構造に強く依存する。よって、効率的な構造を持つ薄膜の開発は新しい有機物の開発とともに重要な技術的な土台となる。本発明は高効率の新しい構造を持つ有機半導体薄膜の製造方法及び前記有機半導体薄膜を含む装置に関する。本発明は前述した多様な有機半導体装置に広範囲に渡って適用が可能である。

以下、前記の装置らの中で一番単純な構造を持つ有機電界発光装置を参照して、本発明を記述する。

有機ＥＬ装置において、蛍光性有機化合物を含有する薄膜が複数の電極の陽極及び陰極間に挟まれている。駆動電圧が有機ＥＬ装置に印加されれば、電子及び正孔が陰極及び陽極の各々から薄膜の蛍光性有機化合物のＬＵＭＯ状態とＨＯＭＯ状態で注入される。そして、注入された電子及び正孔は再結合されて励起子（ｅｘｃｉｔｏｎ)を生成させ、この励起子が活性を失いながら光を放出（蛍光又は燐光)する。本発明において、発光装置とは有機ＥＬ装置を使用した画像表示装置を称する。また、発光装置は次のモジュールを含む：異方性導電膜、ＦＰＣ（ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｐｒｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ；可撓性印刷回路)、ＴＡＢ（ｔａｐｅ ａｕｔｏｍａｔｅｄ ｂｏｎｄｉｎｇ；テープ自動化実装)テープ又はＴＣＰ（ｔａｐｅ ｃａｒｒｉｅｒ ｐａｃｋａｇｅ；テープキャリアパッケージ)のようなコネクタをＥＬ装置に付着することで得られたモジュール、印刷回路基板が前記ＴＡＢテープ又はＴＣＰの端部に設けられたモジュール、及びＩＣ（集積回路)がＣＯＧ（ｃｈｉｐ ｏｎ ｇｌａｓｓ)方法によってＥＬ装置上に直接装着されたモジュール。

最近、基板上に無機又は有機半導体装置を形成する技法が非常に発展した。かつ、無機又は有機半導体装置を含むアクティブマトリックス表示装置（発光装置)も開発中にある。本発明において、半導体装置とはスイッチング機能付きの単一又は多数の装置を称する。

有機ＥＬ装置（ＥＬ表示装置とも称する)は自発光装置であり、有機ＥＬ装置は単純パッシブマトリックス発光装置又はＴＦＴを使用するアクティブマトリックス発光装置として生成されることができる。有機ＥＬ装置において、図１ａに示すように有機ＥＬ層は電極間に介在される。同図に示すように、一般的に有機ＥＬ層は多層構造を持ち、ここで、各層の境界面又はインターフェースは明確に区分される。多層構造の代表例として、Ｔａｎｇ等によって提案されたもので、正孔輸送層１３、発光層１４及び電子輸送層１５からなる（参照：Ｔａｎｇ，Ｃ等 Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．１９８７，５１，９１３−９１５：非特許文献１)。そのような構造は高い発光効率を持つため、殆どのＥＬ発光装置に採用される。多層構造の他の例として、基板１０の陽極１１上に順次形成される正孔注入層１２、正孔輸送層１３、発光層１４及び電子輸送層１５を持つ構造と、基板１０の陽極１１上に順次形成される正孔注入層１２、正孔輸送層１３、発光層１４、電子輸送層１５及び電子注入層１６を持つ構造とを含む。（図１ａ参照)。前記発光層１４は蛍光ドーパントでドーピングされることもできる。低分子ＥＬ材料単量体の以外に、ポリ（フェニレンビニレン)（ＰＰＶ)のような共役高分子が１９９０年にバローフス（Ｂｕｒｒｏｕｇｈｅｓ)等によってＥＬ材料として導入された（参照：Ｂｕｒｒｏｕｇｈｅｓ，Ｊ．Ｈ．Ｎａｔｕｒｅ １９９０，３４７，５３９−５４１：非特許文献２)。最近、高分子ＥＬ材料の安定性、効率性及び耐久性が相当に改善された。本明細書において、電極間に介在された全ての層は総括してＥＬ層として称される。従って、ＥＬ層２０は正孔注入層１２、正孔輸送層１３、発光層１４、電子輸送層１５及び電子注入層１６を含む。ＥＬ層２０に電極１１、１７から電圧が印加されると、電子−正孔が前記発光層１４で再結合されて発光を起こる。本明細書において、ＥＬ装置とは電極１１、１７とＥＬ層２０を含む発光装置を称する。ＥＬ装置が外部空気により劣化することを防止するために、ＥＬ装置の形成された基板（ＥＬパネル)を密封材料で密封（パッケージング)し、そしてカバー部材に接合する。次に、前記密封したＥＬ装置を外部の駆動回路に接続するためのコネクタ（ＦＰＣ、ＴＡＢ等)を付着させてパッシブ又はアクティブマトリックス発光装置を製作する。

前記ＥＬ層２０は各種の方法によって形成されることができる。その例として、真空蒸着（ｖａｃｕｕｍ ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ)、スパッタリング（ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ)等の乾式方法（ｄｒｙ ｐｒｏｃｅｓｓ)と、スピンコーティング法（ｓｐｉｎ ｃｏａｔｉｎｇ)、キャスト方法（ｃａｓｔ ｍｅｔｈｏｄ)、インクジェット方法（ｉｎｋ−ｊｅｔ ｍｅｔｈｏｄ)、浸漬方法（ｄｉｐｐｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ)、印刷法（ｐｒｉｎｔｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ)等の湿式方法（ｗｅｔ ｐｒｏｃｅｓｓ)とがある。以外にもロールコーティング（ｒｏｌｌ ｃｏａｔｉｎｇ)、ＬＢ方法、イオンプレイティング（ｉｏｎ ｐｌａｔｉｎｇ)等が使用されることができる。良好な熱安定性を持って薄膜フィルムに昇華できる低分子化合物らを使用する場合、図１ａに示すように真空蒸着のような乾式方法が多重積層ＥＬ装置の製作に一般的に使用されている。しかしながら、前記乾式方法は、高真空の環境が必要なので、製作条件が厳しく制御されるべきであり、そして、ＥＬ装置の製造工程が複雑になるため、製造費用の増加を招く。その反面、溶媒に溶解された有機化合物溶液を使用して溶解された化合物の有機層を形成する湿式方法はＥＬ層を容易に形成できるという長所がある。また、湿式方法は、低分子だけでなく有機ポリマー材料にも使用されることができる。しかし、多層構造を形成するための溶液問題のため、湿式方法には問題点がある。即ち、多重ＥＬ層の形成における各々異なる層を形成するには異なる有機化合物複合溶液を使用すべきである。このとき、下部有機層上に上部有機層を形成するには、基板上に予め形成されている下部層を溶解させない溶媒を選択して多重ＥＬ層を形成すべきである。しかし、多重ＥＬ層を形成するために、溶媒の適切な組み合わせを探すのは容易ではない。もし、不適切な溶媒が使用される場合、基板１０に予め形成された有機層が新しい上部層を形成するための溶媒に再溶解されることができ、上部有機層又は下部有機層の有機材料の一部が隣接している層に不規則に拡散される。よって、既存の湿式方法の単純な繰り返しとしては図１ａのような多重層のＥＬ層２０の製作は困難である。従って、図１ｂに示すように、通常の湿式法は単層のＥＬ層２０内で１種又は２種以上の化合物を均一に分散させて単純構造の単層のＥＬ層２０のみを形成するのに使われる。このため、従来の湿式法として製作されたＥＬ装置は、発光効率が低く、高い駆動電圧を要求する。一部の場合には、湿式法と乾式法の組み合わせにより多重層のＥＬ層２０を形成することができる。しかし、この方法により製造された多重層のＥＬ層２０も、発光効率が低く、高い駆動電圧を要求する。
Ｔａｎｇ，Ｃ等 Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．１９８７，５１，９１３−９１５ Ｂｕｒｒｏｕｇｈｅｓ，Ｊ．Ｈ．Ｎａｔｕｒｅ １９９０，３４７，５３９−５４１

発明の概要

したがって、本発明の目的は、既存の湿式法として製作した有機ＥＬ薄膜のような有機半導体薄膜の上述した問題点を解決するための方案を提供することである。

本発明の他の目的は、制作が容易で、作動の信頼性を向上させた有機半導体装置を提供することにある。

本発明のまた他の目的は、改善された表示画像の品位を持つ有機ＥＬ装置を提供することにある。

本発明のまた他の目的は、低価で製作されて経済的で、高効率のＥＬディスプレイ装置を提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明では、常温で異なる揮発性及び異なる有機化合物溶解度を持つ少なくとも２つの有機溶媒を含む混合溶液に少なくとも２つの有機半導体材料を溶解することにより得られた複合溶液を使用して、湿式法にて有機半導体薄膜を形成する方法と、前記方法にて製作された有機半導体装置とを提供する。前記有機半導体装置が有機ＥＬ装置の場合、前記有機半導体材料とは正孔注入又は正孔輸送、発光及び電子輸送、又は電子注入等のための電気及び光学的な特性を持つ有機化合物を含む。

前記複合溶液が印刷法、インクジェット方法、スピンコーティング方法、浸漬方法などにより基板上の装置を形成するのに使用される場合、複合溶液の溶媒らは揮発速度の差により順次揮発され、残っている溶媒に対して低い溶解度を持つ有機材料は溶解度の差により基板上に連続的に析出される。これにより、不明確な境界面を持つ連続的な多層構造として有機層が順次形成される。このとき、各有機層は隣接している有機層の異なる有機化合物種の有機材料の少量を含むことができ、そして、隣接している有機層間の連続的な境界領域には混合された形態の隣接している有機層の少なくとも２つの材料を含む。即ち、本発明の有機半導体層は２個以上の有機半導体材料（化合物)の濃度がその析出方向に沿って所定のグラディエントを持ちながら変化するように形成される。このような本発明の薄膜は、既存の単純な多層薄膜（図１ａ)又は均一に分散された単層薄膜（図１ｂ)とは相違な連続的な多層構造の膜を形成する。

陽極上で正孔注入材料、正孔輸送材料、発光材料、電子輸送材料、電子注入材料が順序塗布されるように複合溶液を使用して、連続的な多層構造を持つＥＬ層を形成する方法を提供する。ＥＬ薄膜を製作するための湿式方法において、単一または単純に混合された有機溶媒を使用するということは公知である。例えば、大韓民国公開特許公報第２００１−０１１０１８３号、大韓民国公開特許公報第２００１−００７８２２７号及び大韓民国公開特許公報第２０００−００６２３０３号には、単一または混合溶媒にＥＬ材料を溶解させてＥＬ層を形成することが開示されている。しかし、前記公報のいずれも本発明で提案している連続的な無境界多層構造を形成する方法については記載されていない。

発明の詳細な説明

本発明に係る湿式工程により製造された有機半導体装置及び有機ＥＬ装置は、添付図面を参照して詳細に説明する。説明の便宜上、同一の機能を持つ部材には同一の図面符号を付与する。

本発明のＥＬ装置において、有機半導体薄膜の連続的な無境界多層構造は、少なくとも２つの層を含む。例えば、以下の何れか一つの構造を持つことができる。ここで、“〜”は、連続的な無境界インターフェースを意味し、“／”は確実なインターフェースを意味する。
（１) 陽極／正孔注入、輸送層〜発光層／陰極
（２) 陽極／発光層〜電子輸送、注入層／陰極
（３) 陽極／正孔注入、輸送層〜発光層〜電子輸送、注入層／陰極

本発明により提案された有機半導体薄膜は、化合物を陽極上に正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層及び電子注入層の順で積層することにより形成される。有機半導体薄膜の厚さは非限定的に０．００１乃至１μｍである。図２ａは本発明の代表的な有機ＥＬ装置を示す図である。図２ａに示すように、有機ＥＬ装置は電極１１、１７間に少なくとも２つの有機半導体材料（化合物)を順次積層することにより形成された有機半導体薄膜、即ちＥＬ層２０を含む。有機半導体材料は、正孔注入層１２、正孔輸送層１３、発光層１４、電子輸送層１５又は電子注入層１６を形成し、材料の濃度はその表面から析出方向に沿って所定のグラディエントを持つように変化する。また、図２ｂに示すように、正孔注入層１２、正孔輸送層１３、発光層１４及び電子輸送層１５は連続的な無境界多層構造で生産されることができ、電子注入層１６は無境界多層上で既存の湿式方法や真空蒸着などの乾式方法にて形成されることができる。本発明において、有機多層を形成するための真空蒸着器は不要なので、全体の製造システムが単純になり、維持が容易である。また、本発明は、パッシブマトリックスＥＬ装置だけではなく、アクティブマトリックスＥＬ装置にも適用可能である。

本発明に係る有機ＥＬ装置は、少なくとも２つの有機化合物を、揮発性が異なると共に、前記有機化合物の溶解度が異なる少なくとも２つの有機溶媒を含む混合溶媒に、溶解させることより得られる複合溶液を、電極が形成された基板上に塗布後、前記塗布した複合溶液から有機溶媒を蒸発させ、有機化合物を順次析出させて製造される。有機ＥＬ装置を製造するのに使用される複合溶液は、赤色、緑色又は青色に発光する少なくとも一つ以上の有機発光半導体化合物を含む。望ましくは、複合溶液は複数の装置が広範囲の色を表現できるように最適化（例えば、青色、緑色及び赤色に対して各々４６０、５２０及び６５０ｎｍの狭ライン)する。本発明の有機ＥＬ装置の発光材料は限定されない。よって、有機ＥＬ装置を製造するための従来の多様な化合物を使用することができる。望ましくは、発光性を持つ低分子蛍光材料や高分子蛍光材料を使用することができ、特に低分子材料と高分子材料を混合して使用することもできる。

緑色発光材で使用される低分子有機化合物の例として、緑領域（５５０ｎｍ)で発光するＡｌｑ_３、ＢｅＢｑ_２（１０−ｂｅｎｚｏ[ｈ]ｑｕｉｎｏｌｉｎｏｌ−ｂｅｒｙｌｌｉｕｍ ｃｏｍｐｌｅｘ)、Ａｌｍｑ（ｔｒｉｓ（４−ｍｅｔｈｙｌ−８−ｑｕｉｎｏｌｉｎｏｌａｔｅ)ａｌｕｍｉｎｕｍ)を含む。また、典型的にはキナクリドン（ｑｕｉｎａｃｒｉｄｏｎｅ)、クマリン（ｃｏｕｍａｒｉｎ)、Ｃ５４５Ｔ（イーストマンコダック社製）、又はＩｒ−複合体（ｃｏｍｐｌｅｘ)を数ｍｏｌ％の濃度で添加（ドーピング)することにより、発光効率及び耐久性を向上できる。また、赤色発光層のドーピング材料の例として、インディゴ（Ｉｎｄｉｇｏ)、ナイルレッド（Ｎｉｌｅ Ｒｅｄ)、ＤＣＭ（４−（ｄｉｃｙａｎｏｍｅｔｈｙｌｅｎｅ)−２−ｍｅｔｈｙｌ−６−（ｐ−ｄｉｍｅｔｈｙｌ ａｍｉｎｏｓｔｙｒｙｌ)−４Ｈ−ｐｙｒａｎ)、ＤＣＪＴＢ（Ｅａｓｔｍａｎ Ｋｏｄａｋ Ｃｏ．)及びＰｔ−複合体（ｃｏｍｐｌｅｘ)を含む。青色発光材の例として、ＺｎＰＢＯ（（Ｂｉｓ[２−（２−ｂｅｎｚｏｘａｚｏｌｙｌ)ｐｈｅｎｏｌａｔｏ]Ｚｉｎｃ（ＩＩ))及びＢａｌｑ（Ｂｉｓ（２−ｍｅｔｈｙｌ−８−ｑｕｉｎｏｌｉｎｏｌａｔｏ)（ｐａｒａ−ｐｈｅｎｙｌ−ｐｈｅｎｏｌａｔｏ)ａｌｕｍｉｎｕｍ)のような金属錯体化合物、又はスチリルアリーレン（ｓｔｙｒｙｌａｒｙｌｅｎｅ)系誘導体であるＤＰＶＢｉ（４，４'−ｂｉｓ（２，２'−ｂｉｐｈｅｎｙｌｖｉｎｙｌ)−１，１'−ｂｉｐｈｅｎｙｌ)、オキサイドゾル（ｏｘａｄｉａｚｏｌｅ)誘導体、ビススチリルアントラセン誘導体、ビススチリルアリーレン誘導体として、ＢｃｚＶＢｉ（４，４'−Ｂｉｓ（２−ｃａｒｂａｚｏｌｅ)ｖｉｎｙｌｅｎｅ)ｂｉｐｈｅｎｙｌ)の非金属錯体化合物を含む。しかし、本発明に係る有機ＥＬ装置の発光材料は特別に制限されず、前記材料らに限定されるものではない。有機ＥＬ装置の発光材として使用される高分子重量の有機化合物の例として、ポリ（ｐ−フェニレン)、ポリフェニレン−ビニレン、ポリアリーレン、ポリアルキルチオフェン及びポリアルキルフルオリンを含む。蛍光高分子材料が本発明に係る有機ＥＬ装置の発光層として使用される場合、蛍光高分子材料はランダム、ブロック又はグラフト共重合体や重合体であることができるが、これらに本発明が限定されるものではない。

本発明に係る有機ＥＬ装置において、正孔注入及び正孔輸送材料として、例えば、可溶性のフタロシアニン（ｐｈｔｈａｌｏｃｙａｎｉｎｅ)化合物、ＴＰＤ（（Ｎ，Ｎ'−ｄｉｐｈｅｎｙｌ−Ｎ，Ｎ'−ｂｉｓ（３−ｍｅｔｈｙｌｐｈｅｎｙｌ)−[１，１'−ｂｉｐｈｅｎｙｌ]−４，４'−ｄｉａｍｉｎｅ：トリフェニルアミン誘導体)等の芳香族ジアミン（ｄｉａｍｉｎｅ)系化合物、ＭＴＤＡＴＡ（４，４'，４'−ｔｒｉｓ[３−ｍｅｔｈｙｌｐｈｅｎｙｌ（ｐｈｅｎｙｌ)ａｍｉｎｏ]ｔｒｉｐｈｅｎｙｌａｍｉｎｅ)、キナクリドン（Ｑｕｉｎａｃｒｉｄｏｎｅ)、ビススチルアントラセン（ｂｉｓｓｔｉｌ ａｎｔｈｒａｃｅｎ)誘導体、ＰＶＫ（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ ｃａｒｂａｚｏｌｅ)、ポルフィン系化合物、α−ＮＰＤ（Ｎ，Ｎ'−ｄｉｐｈｅｎｙｌ−Ｎ，Ｎ'−ｂｉｓ（１−ｎａｐｈｔｈｙｌｐｈｅｎｙｌ)−１，１'−ｂｉｐｈｅｎｙｌ−４，４'−ｄｉａｍｉｎｅ)、ポリアニリン（ｐｏｌｙａｎｉｌｉｎｅ)及び導電性高分子を含み、これらに限定されるものではない。電子注入及び電子輸送材料の例として、アルミニウム原子にハイドロキシキノリンの３分子が配位して形成されたアルミニウム錯体のＡｌｑ_３及びジスチルビフェニル誘導体を含み、これらに限定されるものではない。

本発明に係る有機ＥＬ装置において、発光層及び他の有機層は適切なバインダー樹脂と結合して薄膜形態で形成されることができ、必要に応じて適切なドーパントをその層に含むことができる。バインダー樹脂の例として、ポリビニルカバゾール（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｃａｒｂａｚｏｌｅ、ＰＶＫ)樹脂、ポリカーボネート（ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ)樹脂、ポリエステル（ｐｏｌｙｅｓｔｅｒ)樹脂、ポリアリレート（ｐｏｌｙａｌｌｙｌａｔｅ)樹脂、ブチラール（ｂｕｔｙｒａｌ)樹脂、ポリビニルアセタール（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌａｃｅｔａｌ)樹脂、ジアリフタレート（ｄｉａｌｌｙｐｈｔｈａｌａｔｅ)樹脂、アクリル（ａｃｒｙｌｉｃ)樹脂、メタクリル（ｍｅｔｈａｃｒｙｌｉｃ)樹脂、フェノール（ｐｈｅｎｏｌ)樹脂、エポキシ樹脂（ｅｐｏｘｙ)樹脂、シリコーン（ｓｉｌｉｃｏｎｅ)樹脂、ポリスルホン（ｐｏｌｙｓｕｌｆｏｎｅ)樹脂及び尿素（ｕｒｅａ)樹脂を含む。そのような所定の樹脂は単独または２つ以上の樹脂成分を含む共重合体で利用できるが、これらに限定されるものではない。

本発明の混合溶媒を形成するための溶媒の例として、メチルアルコール、エチルアルコール、ｎ−プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、ｎ−ブチルアルコール、ｓｅｃ−ブチルアルコール（ｓｅｃ−ｂｕｔｙｌ ａｌｃｏｈｏｌ)、ｔｅｒｔ−ブチルアルコール（ｔｅｒｔ−ｂｕｔｙｌ ａｌｃｏｈｏｌ)、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ケトン、アセトン、ジアセトンアルコール、ケトアルコール、ジオキサン、エーテル、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリアルキレングリコール、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブチレングリコール、トリエチレングリコール、ヘキシレングリコール、ジエチレングリコール、グリセロール、エチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールメチルエーテル、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、２−ピロリドン、トルエン、キシレン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、クロロホルム、ジクロロメタン、ジクロロエタン、ガンマブチルラクトン、ブチルセロソルブ、シクロヘキサン、ＮＭＰ（Ｎ−メチル−２−ピロリドン)、シクロヘキサノン、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ)、四塩化炭素、テトラクロロエタン、オクチルベンゼン、ドデシルベンゼン、キノリン、トリクロロベンゼン、ニトロベンズアルデヒド、ニトロベンゼン、二硫化炭素、２−ヘプタノン、ベンゼン、テルピネオール、ブチルカルビトールアセテート及びイオン交換水（純水)が含まれる。しかし、前述の例は単に本発明の溶媒として使用可能な典型的な例に過ぎず、本発明はこれに限定されるものではない。本発明において、異なる揮発性を持つ少なくとも２つの有機溶媒の選定は有機化合物の特性に依存する。一般的に、沸点の差が３℃以上、望ましくは５℃以上、より望ましくは１０℃以上の有機溶媒を使用することができる。もし、有機溶媒の揮発性の差が小さすぎる場合、有機溶媒の蒸発は非常にゆっくり行われるべきである。それでなければ、有機化合物は順次析出されない。また、前記有機溶媒は、前記有機化合物の溶解度の差のため、有機化合物を順次析出されるように選択される。選択された溶解に対して前記有機化合物の溶解度が同一であれば、本発明に係る所定の濃度グラディエントを持つ有機薄膜の形成が不可能になる。

前記複合溶液の粘度はＥＬ層の厚さに影響する。そして、ＥＬ層の厚さは発光強度を最適化するために調節される。前記複合溶液の粘度は溶媒の選択によって調整可能である。望ましい粘度は５０００ｃｐ未満で、前記粘度の下限は本発明では大きい意味はないが、例えば、１００ｃｐ以上、より望ましくは１０００ｃｐ以上である。溶媒でＥＬ材料の濃度は通常の湿式法工程に適切な粘度になるように選択されるべきであり、望ましくは０．００５〜１０ｗｔ％、より望ましくは０．０１〜１０ｗｔ％である。前記粘度及び濃度が前記範囲から逸脱する場合、湿式工程による製膜工程が効率的に行われない恐れがある。

前記複合溶液を利用して、スピンコーティング法、キャスト方法、インクジェット方法、浸漬方法及び印刷方法のような湿式方法によりＥＬ層２０を形成する場合、ＥＬ層２０は大気の水分及び酸素により劣化しやすい。水分及び酸素を除去するために、反応性に乏しいガス、例えば、アルゴン、ヘリウム、窒素のような希ガス又は不活性気体で充満したブースに配置された製膜装置により製作するのが望ましい。その後、ＥＬ層２０を形成するための溶媒は熱処理により順次完全に除去される。溶媒はＥＬ材料のガラス転移温度（Ｔｇ)よりも低い温度で蒸発されるのが望ましい。また、ＥＬ層２０は高分子前駆材料で形成されることができ、前駆材料は加熱又はＵＶ硬化により高分子ＥＬ材料に変換されることもできる。

次に、基板１０の陽極１１（又は陰極１７)上に形成される前記ＥＬ層２０の上部に陰極１７（又は陽極１１)を形成する。一般的に、陽極１１（又はアノード)は大きい仕事関数を持つ材料からなるのが望ましい。陽極１１材料の例として、銀、ニッケル、金、白金、パラジウム、セレニウム（ｓｌｅｎｉｕｍ)、レニウム（ｒｈｅｎｉｕｍ)、イリジウム、それらの所定の合金、酸化錫（ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ)、インジウム錫酸化物（ｉｎｄｉｕｍ−ｔｉｎ−ｏｘｉｄｅ，ＩＴＯ)及びヨウ化銅（ｃｏｐｐｅｒ ｉｏｄｉｄｅ)を含む。加えて、ポリアニリン、ポリ（３−メチルチオフェン、３−ｍｅｔｈｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅ)、ポリフェニレンスルファイド（ｐｏｌｙｐｈｅｎｙｌｅｎｅｓｕｌｆｉｄｅ)及びポリピロール（ｐｏｌｙｐｙｒｒｏｌｅ)のような導電性重合体もアノード用の製造材料として使用されることができる。反面、陰極１７（又はカソード)は小さい仕事関数を持つ材料を利用するのが望ましい。カソード材料の例として、アルミニウム（Ａｌ)、マグネシウム（Ｍｇ)、リチウム（Ｌｉ)、セシウム（Ｃｓ)、バリウム（Ｂａ)、カリウム（Ｋ)、ベリリウム（Ｂｅ)又はカルシウム（Ｃａ)を含む。また、ＭｇＡｇ（Ｍｇ：Ａｇ＝１０：１)を含む電極が使用されるのが望ましい。また、ＭｇＡｇＡｌ電極、ＬｉＡｌ電極及びＬｉＦ／Ａｌ電極も使用されることができる。選択的に、陰極を外部の水分等から保護するための保護電極が形成されることができ、保護電極としてアルミニウム（Ａｌ)又は銀（Ａｇ)を含有する材料が使用されることができる。

前記ＥＬ層２０と電極１１、１７が形成された前記基板１０の例として、ガラス、石英、ポリマーなどのような材料からなる透明基板及びシリコン（ｓｉｌｉｃｏｎ)、ガリウムアルセナイド（ｇａｌｌｉｕｍ ａｒｓｅｎｉｄｅ)からなる無機半導体基板を含むが、本発明ではこれらに限定する必要はない。最後の段階として、ＥＬ装置を外部の酸素と水分から保護するために、ＥＬ装置をガラス、セラミック、プラスチック、金属等の密封部材を使用して不活性雰囲気でカプセル化したり、熱硬化樹脂又は紫外線硬化樹脂を使用してカプセル化する。また、密閉空間の間に吸湿性材料を入れておくのが効果的であるが、そのような吸湿性材料の代表例として酸化バリウムがある。

本明細書では、本発明を説明するために一つのピクセルを持つ装置のみが開示された。しかし、同一の構造を持つ多数のピクセルがマトリックス形態で整列されることができ、本発明の装置を形成し，また、カラーＥＬディスプレイ装置は本発明により製造されることができる。加えて、本発明は、白色ＥＬ装置とカラーフィルタを組み合わせたカラーディスプレイ装置、青色又は青緑色ＥＬ装置と蛍光物質（ＣＣＭ：ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ ｃｏｌｏｒ ｃｏｎｖｅｒｔｉｎｇ ｌａｙｅｒ)を組み合わせたカラーディスプレイ装置及び透明電極が陰極として使用され、ＲＧＢに対応するＥＬ装置が析出されるカラーディスプレイ装置に適用されることができる。また、ＥＬ層上に白色発光層を形成して白黒ディスプレイ装置を製作することもできる。本発明のアクティブマトリックス型有機ＥＬ表示装置の例としては、薄膜トランジスタスイッチ装置を含むが、これに限定されず、他種のスイッチング装置例えばＭＩＭ等の２端子装置を使用することができる。さらに、パッシブ（ｐａｓｓｉｖｅ)駆動、スタチック駆動（ｓｔａｔｉｃ ｄｒｉｖｉｎｇ)及びセグメント表示（ｓｅｇｍｅｎｔ ｄｉｓｐｌａｙ)が本発明で使用されることができる。また、１画素当たりスイッチング装置又は複数のスイッチング装置が形成されることができる。

本発明の有機ＥＬ装置は、以下の実施例を参考してより詳細に説明する。

〔実施例１〕
本実施例では、有機半導体ＥＬ材料として低分子化合物と高分子材料を共に使用した。電荷キャリアバインダー樹脂としてＰＶＫ（ポリ−Ｎ−ビニルカルバゾール（ｖｉｎｙｌｃａｒｂａｚｏｌｅ)、分子量：１５０，０００、Ｔ_ｍｐ＝２７７℃、Ｔｇ＝１５６℃)と、正孔輸送材料としてα−ＮＰＤ（４，４ｂｉｓ[Ｎ−（１−ｎａｐｔｈｙｌ−Ｎ−ｐｈｅｎｙｌ−ａｍｉｎｏ)ｂｉｐｈｅｎｙｌ])と、発光材料及び電子注入材料として緑色発光のＡｌｑ_３（ｔｒｉｓ（８−ｑｕｉｎｏｌｉｎｏｌａｔｏ)ａｌｕｍｉｎｕｍ)とを使用した。混合溶媒として、クロロホルム（ｃｈｌｏｒｏｆｏｒｍ)とジメチルエタン（ｄｉｃｈｌｏｒｏｅｔｈａｎｅ，ＣｌＣＨ_２ＣＨ_２Ｃｌ)を質量比１：１で混合したものを使用した。ここで、クロロホルムとジクロロエタンの沸点は６２℃と８２℃であった。先ず、各有機材料が混合溶媒から析出される速度と順序を調べるために、前記ＥＬ材料らを前記混合溶媒に各々０．０５ｗｔ％の比率で混ぜて溶解させた。前記混合溶媒の揮発により析出されるＥＬ材料らの順序が評価された。揮発が進行することにつれて、混合溶媒の中で最初にクロロホルムが揮発し、ジクロロエタンで低い溶解度を持つα−ＮＰＤがＰＶＫと共に析出されて薄膜を形成する。これと同時に、少量のＡｌｑ_３も析出された。クロロホルムがほぼ完全に揮発された時、α−ＮＰＤの積層が中断された。続いて、ジクロロエタンが揮発し、溶液の中に溶けていたＡｌｑ_３がＰＶＫと共に薄膜の形態で下部のα−ＮＰＤ及びＰＶＫ層上で析出された。α−ＮＰＤとＡｌｑ_３との間の境界面ではα−ＮＰＤとＡｌｑ_３が共存していることが見られ、薄膜全体の厚さの上で均一に分布された。
これにより、前記混合溶媒が連続的な無境界α−ＮＰＤ〜Ａｌｑ_３多層（（１)陽極／正孔注入、輸送層〜発光層／陰極)に有用であり、ＰＶＫは電荷キャリアバインダー樹脂の役割を果たした。

本発明の実施例によるＥＬ装置は以下の方法にて形成された。有機ＥＬ層は有機薄膜フィルムの連続的な積層により形成された。
（ａ)インジウム−錫酸化物（ＩＴＯ)で覆われているガラス基板を市販の洗浄剤で超音波処理し、脱イオン水で洗浄した。
（ｂ)ＰＶＤ、α−ＮＰＤ、Ａｌｑ_３有機物らが溶解された前記複合溶液（クロロホルム：ジクロロエタン＝１：１)を０．２μｍテフロン（Ｔｅｆｌｏｎ)フィルターを通じて濾過した。続いて、複合溶液を３０００ｒｐｍに調節されたスピン速度下で３分間ＩＴＯ上にスピンコートした。
（ｃ)８０℃で３０分間熱処理してＥＬ層に含有されている溶媒を完全に蒸発させた。製作された薄膜の厚さは５００乃至７００Åであった。
（ｄ)ＥＬ層の上部に真空蒸着方法にてＡｌ：Ｌｉの陰極を２０００Åの厚さで蒸着させた。このとき、真空度は５×１０−^６ｔｏｒｒ、蒸着速度は１０Å／秒として、直径４ｍｍの円形有機ＥＬ装置を得た。続いて、周辺の環境からＥＬ装置を保護するために、ＥＬ装置を乾燥グローブ箱に密閉して包装した。

生産された（ＩＴＯ／α−ＮＰＤ（ＰＶＫ)〜Ａｌｑ_３（ＰＶＫ)／Ａｌ：Ｌｉ)ＥＬ装置は、ＥＬ発光開始電圧（Ｖ_{ｏｎｓｅｔ})が〜１３Ｖ、２０Ｖの電圧でＥＬ装置に流れる電流とＥＬの強度は各々３．５ｍＡと〜１９６ｃｄ／ｍ^２であった。ＥＬ装置は均一に緑色光（５４０ｎｍ)を放出した。また、装置が２０Ｖの定電圧で駆動されれば、有機ＥＬ表示パネルは長期間に渡って安定した発光を発揮した。ＥＬ装置の特徴は表１に要約されており、図３ａ及び図３ｂは前記ＥＬ装置の電圧−電流（Ｖ−Ｉ)と電圧−ＥＬ強度（Ｖ−Ｌ)の特徴を示す。

〔実施例２〕
本実施例では実施例１のＥＬ材料と同一の有機材料を使用した。混合溶媒として、ジクロロエタン（ｄｉｃｈｌｏｒｏｅｔｈａｎｅ)とジクロロメタン（ｄｉｃｈｌｏｒｏｍｅｔｈａｎｅ，ＣＨ_２Ｃｌ_２)を質量比１：１で混合したものを使用した。ここで、ジクロロエタンとジクロロメタンの沸点は各々８２℃と４０℃であった。前記ＥＬ材料らに対して、混合溶媒から有機材料が析出される速度と順番が評価された。蒸発が進行されることにつれて、ジクロロエタンが先に揮発され始めて、ジクロロエタンで低い溶解度を持つα−ＮＰＤがＰＶＫと共に薄膜の形態で析出された。これと同時に、少量のＡｌｑ_３も析出された。ジクロロメタンがほぼ完全に揮発される時、α−ＮＰＤの積層が中断される。続いて、ジクロロエタンが揮発され、溶液（ジクロロエタン)中に溶けていたＡｌｑ_３がＰＶＫと共に薄膜の形態で析出された。α−ＮＰＤとＡｌｑ_３との間の境界面にはα−ＮＰＤとＡｌｑ_３が共存することが見られ、ＰＶＫは薄膜全体に均一に分布された。これにより、前記混合溶媒が連続的な無境界多重層α−ＮＰＤ〜Ａｌｑ_３析出に有用であり、ＰＶＫは電荷キャリアバインダー樹脂の役割を果たした。

本発明の実施例によるＥＬ装置は、前記複合溶液（ジクロロエタン：ジクロロメタン＝１：１)を使用することを除いては、実施例１と同一の方法にて製造した。製作されたＥＬ装置は〜１３Ｖの発光開始電圧（Ｖ_{ｏｎｓｅｔ}）を持ち、２０Ｖの電圧でＥＬ装置に流れる電流とＥＬの強度は各々２．９ｍＡと〜２１０ｃｄ／ｍ^２であった。ＥＬ装置は均一に緑色光（５４０ｎｍ)が放出された。また、装置が２０Ｖの定電圧で駆動されれば、この有機ＥＬ表示パネルは長期間に渡って安定した発光を発揮した。表１にＥＬ装置の特徴が要約されている。図４ａ及び図４ｂは前記ＥＬ装置の電圧−電流（Ｖ−Ｉ)と電圧−ＥＬ強度（Ｖ−Ｌ)の特徴を示す。

〔比較例１〕
本比較例では実施例１のＥＬ材料と同一の有機材料を使用した。混合溶媒として、クロロホルムとトルエンを質量比１：１で混合したものを使用した。ここで、クロロホルムとトルエンの沸点は各々６２℃と１１０℃であった。前記混合溶媒から有機材料が析出される速度と順番が評価された。揮発が進行されることにつれて、先にクロロホルムが揮発し、トルエンに対して低い溶解度を持つＡｌｑ_３とα−ＮＰＤがＰＶＫと共に不均一な薄膜の形態で析出され始めた。クロロホルムが全て揮発される時、Ａｌｑ_３とα−ＮＰＤの積層が中断された。次に、トルエンが揮発し、溶液中に溶けていたＰＶＫのみが多量の均一な薄膜として析出され始めた。よって、前記混合溶媒は連続的な無境界多重層蒸着には有用でない。

前記複合溶液（クロロホルム：トルエン＝１：１)を使用したことを除いては、実施例1と同一の方法によりＥＬ装置を形成した。製作されたＥＬ装置は１８Ｖの発光開始電圧（Ｖ_{ｏｎｓｅｔ}）を持ち、２０Ｖの電圧でＥＬ装置に流れる電流とＥＬの強度は各々０．３ｍＡと〜1ｃｄ／ｍ^２未満であった。ＥＬ装置は不均一で不安定な緑色光を放出した。表１に前記ＥＬ装置の特徴が要約されている。図５ａ及び図５ｂは前記ＥＬ装置の電圧−電流（Ｖ−Ｉ)と電圧−ＥＬ強度（Ｖ−Ｌ)の特徴を示す。

〔比較例２〕
本比較例では実施例1のＥＬ材料と同一の有機材料を使用した。溶媒としてはクロロホルムを単独溶媒として使用した。溶媒から有機材料が析出される順番が評価された。クロロホルムが揮発することにより、Ａｌｑ_３とα−ＮＰＤがＰＶＫと共に同時に均一な薄膜の形態で析出された。よって、前記単独溶媒が、α−ＮＰＤとＡｌｑ_３が均一に分布された単層膜の製作には有用であるが、無境界多層には有用でなかった。

前記単一溶液（クロロホルム)を使用したことを除いては、実施例1と同一にＥＬ装置を形成した。製造された有機薄膜は、有機材料が均一に分散されている単一層であった。製作されたＥＬ装置は〜１９Ｖの発光開始電圧（Ｖ_{ｏｎｓｅｔ}）を持ち、２０Ｖの電圧でＥＬ装置に流れる電流とＥＬの強度は各々０．５ｍＡと〜１ｃｄ／ｍ^２未満であった。ＥＬ装置は不均一で不安定な緑色光を放出した。ＥＬ装置の特徴は表１に要約されており、図６ａ及び図６ｂは前記ＥＬ装置の電圧−電流（Ｖ−Ｉ)と電圧−ＥＬ強度（Ｖ−Ｌ)の特徴を示す。実施例１及び２の連続的な無境界多重層のＥＬ装置は、比較例１及び２の単一層ＥＬ装置より優れた動作効率を持つ。製作されたＥＬ装置の特徴らは表１に要約されている。

前述するように、本発明の無境界多層構造を持つ有機半導体薄膜は、既存の均一に分布された単層薄膜又は多層薄膜とは相違であり、簡単に製作することができる、有機ＥＬ装置は単一又は単純混合溶媒を利用して、製作された装置らに比べ、駆動電圧が低く、作動効率が高い。従って、効率的な発光装置の製造費用を節減することと優れた画質を持つ電子装置を作ることが可能である。本発明の有機ＥＬ装置は、各種の表示装置、テレビ、デジタルカメラ、コンピュータ、ノートブックコンピューター、モバイルコンピュータ、携帯用画像記録又はディスプレイ装置、スクリーン、掲示板、広告板、ゴーグル型表示装置、自動車表示装置、ビデオカメラ、プリンタ表示装置、遠隔制御装置、電話機表示装置、携帯電話等に適用可能である。

また、前記実施例から分かるように、本発明による無境界多重層の構造を持つ有機半導体薄膜は、優れた“印加電圧−発光強度（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｖｏｌｔａｇｅ−Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ)“特性及び“印加電圧−電流（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｖｏｌｔａｇｅ−Ｃｕｒｒｅｎｔ)“特性を持つが、これは典型的なダイオード装置の非線形的な電流特性と類似している。その結果として、本発明の有機半導体薄膜は、有機ダイオード装置のような多様な有機半導体装置にも適用することができる。以上、本発明を望ましい実施例らを参照して説明したが、本発明の精神から逸脱しない範囲内では多様に変形及び修正することができる。

通常の多層構造を持つ有機ＥＬ装置の構造ダイヤグラムである。 通常の均一に分散された単層構造を持つ有機ＥＬ装置の構造ダイヤグラムである。 本発明の第１実施例による連続的な無境界多層の有機ＥＬ装置の構造ダイヤグラムである。 本発明の第２実施例による有機ＥＬ装置の構造ダイヤグラムである。 本発明の第１実施例によるＥＬ装置のＶ−Ｉの特性を示すグラフである。 本発明の第１実施例によるＥＬ装置のＶ−Ｌの特性を示すグラフである。 本発明の第２実施例によるＥＬ装置のＶ−Ｉの特性を示すグラフである。 本発明の第２実施例によるＥＬ装置のＶ−Ｌの特性を示すグラフである。 比較例１のＥＬ装置のＶ−Ｉの特性を示すグラフである。 比較例１のＥＬ装置のＶ−Ｌの特性を示すグラフである。 比較例２のＥＬ装置のＶ−Ｉの特性を示すグラフである。 比較例２のＥＬ装置のＶ−Ｌの特性を示すグラフである。

Claims (9)

1. 少なくとも２つの有機化合物を、揮発性が異なると共に、前記有機化合物の溶解度が異なる少なくとも２つの有機溶媒を含む混合有機溶媒に、溶解することにより得られた複合溶液を、基板の上に塗布する工程；及び
   前記塗布した複合溶液から有機溶媒を蒸発させることにより、前記少なくとも２つの有機化合物を連続的に析出させる工程を含む、有機ダイオード装置の製造方法。
2. 前記有機化合物が、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層及び電子注入層を形成する化合物で構成される群から選択された少なくとも２つの有機化合物であり、有機ダイオード装置が有機発光ダイオード装置である、請求項１に記載の有機ダイオード装置の製造方法。
3. 前記有機化合物がドーパント及び／又はバインダー樹脂をさらに含む、請求項１又は２に記載の有機ダイオード装置の製造方法。
4. 前記複合溶液を基板の上に塗布する工程が、印刷工程、インクジェット工程、スピンコーティング工程及び浸漬工程で構成される群から選択された方法により行われる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の有機ダイオード装置の製造方法。
5. 前記有機化合物を析出した後に電極を形成する工程と、前記電極及び析出された有機化合物層を不活性ガス雰囲気下でカプセル化する工程とをさらに含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の有機ダイオード装置の製造方法。
6. 前記有機溶媒が、メチルアルコール、エチルアルコール、ｎ−プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、ｎ−ブチルアルコール、ｓｅｃ−ブチルアルコール、ｔｅｒｔ−ブチルアルコール、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ケトン、アセトン、ジアセトンアルコール、ケトアルコール、ジオキサン、エーテル、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリアルキレングリコール、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブチレングリコール、トリエチレングリコール、ヘキシレングリコール、ジエチレングリコール、グリセロール、エチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールメチルエーテル、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、２−ピロリドン、トルエン、キシレン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、クロロホルム、ジクロロメタン、ジクロロエタン、ガンマブチルラクトン、ブチルセロソルブ、シクロヘキサン、ＮＭＰ（Ｎ−メチル−２−ピロリドン)、シクロヘキサノン、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ)、四塩化炭素、テトラクロロエタン、オクチルベンゼン、ドデシルベンゼン、キノリン、トリクロロベンゼン、ニトロベンズアルデヒド、ニトロベンゼン、二硫化炭素、２−ヘプタノン、ベンゼン、テルピネオール、ブチルカルビトールアセテート及びイオン交換水で構成される群から選択された、請求項１〜５のいずれか一項に記載の有機ダイオード装置の製造方法。
7. 前記複合溶液で前記有機化合物の濃度が約０．００５〜１０ｗｔ％である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の有機ダイオード装置の製造方法。
8. 前記複合溶液の粘度が５０００ｃｐ未満である、請求項１〜７のいずれか一項に記載の有機ダイオード装置の製造方法。
9. 前記有機ダイオード装置は有機発光ダイオード装置であり、前記有機化合物を連続的に析出させる工程は赤色、緑色及び青色の画素に対して各々別個に行われる、請求項１〜８のいずれか一項に記載の有機ダイオード装置の製造方法。