JP4819946B2 - 有機発光素子およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、基材棒上に連続して接触される複数の有機発光単位体を含む有機発光素子およびその製造方法に関するものである。

本出願は２００６年５月４日に韓国特許庁に提出された韓国特許出願第１０−２００６−００４０６４１号の出願日の利益を主張し、その内容の全ては本明細書に含まれる。

有機発光現象を用いる有機発光素子は低電圧で高輝度を実現することができるという長所があるために各種照明装置への適用が活発であり、また、低電圧駆動、軽量薄型、広視野角、および高速応答性などの長所があるためにディスプレイ装置への適用も活発である。

有機発光現象とは有機物質を用いて電気エネルギーを光エネルギーに転換させる現象をいう。すなわち、正極と負極との間に有機物層を位置させた時、２つの電極の間に電圧を印加すれば、正極からは正孔が、負極からは電子が有機物層に注入される。このように注入された正孔と電子が結合した時に励起子（ｅｘｃｉｔｏｎ）が形成され、該励起子が再び基底状態に落ちる時に光が出る。

一例として、特許文献１には棒状の第１電極または支持棒の表面に形成された第１電極、第１電極の表面に形成された有機層、および有機層の表面に形成された第２電極からなる有機発光素子について記載されている。

ここで、支持棒上に周縁方向に沿って全体的に第１電極が形成され、第１電極上に周縁方向に沿って全体的に有機層が形成され、有機層上に周縁方向に沿って全体的に第２電極が形成されている。

このような構成を有する有機発光素子は電流注入によって発光される素子であり、第１電極が支持棒上に全体的に形成され、第２電極が支持棒上に全体的に形成されることによって、すなわち、支持棒上に第１電極と第２電極が１つの大きな単位セル形態で形成されていることによって、単位面積当たり注入される電流量が多いという短所がある。

このように、支持棒上に第１電極と第２電極が１つの大きな単位セル形態で形成されたり、第１電極と第２電極が並列に連結されていたりする場合、必要とされる輝度を提供するために低電圧駆動は可能であるが、その代わりに注入しなければならない電流量は増加する。例えば、１０ ｌｍ／Ｗの素子を作って１０００ｌｍを出すためには１００Ｗのパワーが必要であり、５Ｖで駆動するとしたら２０Ａの大きな注入電流が必要となる。
特開２００５−１０８６４３号公報

本発明は、基材棒上に連続して接触される複数の有機発光単位体を形成し、複数の有機発光単位体を直列に連結することによって高電圧低電流の電源供給部に連結できる有機発光素子およびその製造方法を提供することをその目的とする。

前記目的を達成するために、本発明は、基材棒と、各々前記基材棒上に形成された第１電極、前記第１電極上に形成された有機物層、および前記有機物層上に形成された第２電極を有し、前記基材棒上で前記基材棒の長さ方向に沿って連続して接触される複数の有機発光単位体であって、前記複数の有機発光単位体のうちのいずれか１つの有機発光単位体の第１電極は前記いずれか１つの有機発光単位体に隣接した他の１つの有機発光単位体の第２電極と相互接触するように配置されている複数の有機発光単位体と、を含むことを特徴とする有機発光素子を提供する。

また、本発明は、（ａ）基材棒を準備するステップ、（ｂ）前記基材棒の外周面に前記基材棒の長さ方向に沿って複数の第１電極を所定間隔をおいて形成するステップ、（ｃ）前記複数の第１電極の外周面に前記基材棒の長さ方向に沿って複数の有機物層を所定間隔をおいて形成するステップ、および（ｄ）各々前記第１電極、前記有機物層、および前記有機物層上に形成された第２電極を有する複数の有機発光単位体を形成するために、前記複数の有機物層の外周面に前記基材棒の長さ方向に沿って前記複数の第２電極を所定間隔をおいて形成するが、前記複数の有機発光単位体のうちのいずれか１つの有機発光単位体の第２電極が前記いずれか１つの有機発光単位体に隣接した他の１つの有機発光単位体の第１電極に接触するように形成するステップを含むことを特徴とする有機発光素子の製造方法を提供する。

本発明によれば、複数の有機発光単位体が直列に１つの電源供給部に連結されていることによって、複数の有機発光単位体を発光させるために、有機発光単位体ごとに電源供給部を設けることなく、１つの電源供給部によって複数の有機発光単位体を発光させることができる。ここで、駆動電圧は有機発光単位体数の倍ぐらい増加するが、注入される電流量は単一有機発光単位体のレベルに維持することができ、且つ高輝度の有機発光素子を提供することができる。

また、複数の有機発光単位体が形成される基材が棒状に形成されることによって、プレート状の基材より蒸着面積が３倍以上大きくなり得るため、単位面積当たり輝度が大きい必要のある照明器具に適用すれば高輝度を提供することができる。

また、本発明に係る有機発光素子の製造方法によれば、基材棒を回転させながら、蒸着セルと１つのシャドウマスク（図示せず）を用いて、複数の第１電極、複数の有機物層、および複数の第２電極を形成できることによって、工程を単純化し、製造時間を短縮させることができるので、生産効率を向上させることができる。

本発明の一実施形態として、有機発光素子は基材棒および前記基材棒上に連続して接触するように形成された複数の有機発光単位体を含む。

前記基材棒はプラスチックまたは金属からなってもよく、基材棒の内部は空いていても満たされていてもよい。

前記基材棒がプラスチックからなる場合、プラスチック基材棒上に第１電極を直ちに形成することもでき、プラスチック基材棒と第１電極との間に光を反射できる金属反射層を形成することもできる。

前記金属反射層は有機物層から発散されてプラスチック基材棒に向かう光を反射させ、有機発光素子の外部に放出させる役割をする。ここで、光の放出効率が向上されることができる。

前記基材棒が金属からなっている場合、金、銀、およびアルミニウムとこれらの合金のうちから選択された金属で形成することができる。

ここで、高い反射度を提供できる金属で基材棒を形成する場合、有機物層から発散されて基材棒に向かう光を金属基材棒から反射させ、有機発光素子の外部に効率的に放出するようにすることができる。

一方、前述したように、プラスチック基材棒上に金属反射層を形成する場合または金属基材棒を用いる場合、有機発光素子に適切な平坦度を提供するために金属反射層上にまたは金属基材棒上に平坦化層をさらに形成することもできる。勿論、プラスチック基材棒上に、前記金属反射層を形成することなく、プラスチック基材棒上に直接平坦化層を形成することもできる。

ここで、平坦化層はポリイミド系高分子、フォトアクリル系高分子、オーバーコート（ｏｖｅｒｃｏａｔ）材、ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）、およびＳＯＧ（ｓｐｉｎ−ｏｎ−ｇｌａｓｓ）のうちから選択された１種以上の物質を用いて形成することができる。

前記各有機発光単位体は基材棒の外周面に沿って形成された第１電極、前記第１電極の外周面に沿って形成された有機物層、および前記有機物層の外周面に沿って形成された第２電極を含む。

前記複数の有機発光単位体は基材棒上で連続して接触した状態となる。すなわち、直列に連結される。この状態においては、いずれか１つの有機発光単位体の第１電極が隣接した他の１つの有機発光単位体の第２電極と接触する状態が繰り返される。

前記第１電極と第２電極のうちのいずれか１つは正極であり、他の１つは負極である。

前記第１電極と第２電極のうちのいずれか１つはインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ：Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ：Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、および亜鉛酸化物（ＺｎＯ）のような透明金属酸化物（Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ Ｏｘｉｄｅ）で形成することができる。

第１電極と第２電極のうちの他の１つはマグネシウム、カルシウム、ナトリウム、カリウム、チタニウム、インジウム、イットリウム、リチウム、ガドリニウム、アルミニウム、銀、スズ、鉛のような金属、およびこれらの合金；またはＬｉＦ／ＡｌまたはＬｉＯ_２／Ａｌのような多層構造物質で形成することができる。

前記第１電極はＬｉＦ／Ａｌからなる負極であり、前記第２電極は透明なインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ：Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）からなる正極であることが好ましい。

前記有機物層は正孔注入層、正孔輸送層、発光層、および電子輸送層で構成され得るが、これらに限定されるものではない。

ここで、第１および第２電極の間に電圧を印加すれば、正極からは正孔が、負極からは電子が有機物層に注入され、注入された正孔と電子が発光層において結合して励起子になった後、該励起子の非活性化過程で光を発生させるようになり、発光層の種類に応じて白色を含む可視光を発生させる。

このように、複数の有機発光単位体が連続して接触していることによって、電源を印加すれば複数の有機発光単位体を発光させることができる。

特に、複数の有機発光単位体が連続して接触している時、前記複数の有機発光単位体のうちのいずれか１つの有機発光単位体の第１電極が隣接した他の１つの有機発光単位体の第２電極と接触する状態が繰り返される場合、最初の有機発光単位体の第２電極と最後の有機発光単位体の第１電極を電源供給部に連結して、複数の有機発光単位体を１つの電源供給部によって発光させることができる。

ここで、各有機発光単位体を発光させるために、有機発光単位体ごとに電源供給部を設けることなく、１つの電源供給部に直列に連結された複数の有機発光単位体を発光させることができるため、駆動電圧は有機発光単位体数の倍ぐらい増加するが、注入される電流量は単一有機発光単位体のレベルに維持することができ、且つ高輝度の有機発光素子を実現することができる。

本発明の他の一実施形態として、有機発光素子の製造方法は、（ａ）基材棒を準備するステップと、（ｂ）前記基材棒の外周面に前記基材棒の長さ方向に沿って複数の第１電極を所定間隔をおいて形成するステップと、（ｃ）前記複数の第１電極の外周面に前記基材棒の長さ方向に沿って複数の有機物層を所定間隔をおいて形成するステップ、および（ｄ）各々前記第１電極、前記有機物層、および前記有機物層上に形成された第２電極を有する複数の有機発光単位体を形成するために、前記複数の有機物層の外周面に前記基材棒の長さ方向に沿って前記複数の第２電極を所定間隔をおいて形成するが、前記複数の有機発光単位体のうちのいずれか１つの有機発光単位体の第２電極が前記いずれか１つの有機発光単位体に隣接した他の１つの有機発光単位体の第１電極に接触するように形成するステップを含む。

ここで、前記基材棒上には各々前記第１電極、前記有機物層、および前記第２電極を有する複数の有機発光単位体が形成される。

前記ｂ）ステップでは、基材棒を回転させながら、１つ以上の蒸着セルと基材棒上に位置した円筒状のシャドウマスク（ｓｈａｄｏｗ ｍａｓｋ）を用いて、基材棒上に複数の第１電極を形成する。基材上に所定間隔をおいて所定パターンを形成する方法として、当技術分野に知られている方法であれば様々に適用することができる。

その後、前記ｃ）ステップおよび前記ｄ）ステップにおいては同じ方法を用いて複数の有機物層および複数の第２電極を順次形成することができる。

すなわち、本発明では１つのシャドウマスクを基材棒上でパターニングしなければならない位置に移動させ、基材棒を回転させながら、蒸着セルを用いて複数の第１電極、複数の有機物層、および複数の第２電極を形成することができる。ここでは１つのシャドウマスクを用いるが、２つ以上のシャドウマスクを用いることもできる。

前記製造工程において、棒状の基材に蒸着物質を蒸着することにより、プレート状の基材より蒸着面積が３倍以上大きくなり得るため、それにより、製造された本発明に係る有機発光素子を単位面積当たり輝度が大きい必要のある照明器具に適用する場合に高輝度を提供することができる。

前記製造工程では基材棒を回転させると説明したが、基材棒を固定して蒸着セルを回転させながら製造工程を行うこともできる。

また、前記製造工程に用いられる蒸着セルは１つ以上であれば充分であるが、基材棒を中心に置いて３つの蒸着セルを三角形構図に配置することもできる（図２参照）。

このように、本発明に係る有機発光素子の製造方法においては、基材棒を回転させながら、蒸着セルと１つのシャドウマスク（図示せず）を用いて、複数の第１電極、複数の有機物層、および複数の第２電極を形成できることによって、工程を単純化し、製造時間を短縮させることができるので、生産効率を向上させることができる（図１〜図６参照）。

以下では添付図面に基づいて本発明をより詳細に説明する。

本発明に係る有機発光素子は、図６および図７に示すように、基材棒２０と、基材棒２０上に連続して接触するように形成された複数の有機発光単位体１０とを含む。また、複数の有機発光単位体１０は直列に電源供給部６０に連結されている。

基材棒２０はプラスチックまたは金属からなってもよく、基材棒の内部は空いていても満たされていてもよい。

各有機発光単位体１０は、基材棒２０の外周面に沿って形成された第１電極３０、第１電極３０の外周面に沿って形成された有機物層４０、および有機物層４０の外周面に沿って形成された第２電極５０を含む。

第１電極３０と第２電極５０のうちのいずれか１つは正極であり、他の１つは負極である。

ここで、第１電極３０はＬｉＦ／Ａｌからなる負極であり、第２電極５０は透明なインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ：Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）からなる正極であることが好ましい。

有機物層３０は図６および図７に具体的に図示してはいないが、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、および電子輸送層で構成することができる。そこで、第１および第２電極（３０，５０）の間に電圧を印加すれば、正極からは正孔が、負極からは電子が有機物層に注入され、注入された正孔と電子が発光層において結合して励起子になった後、該励起子の非活性化過程で光を発生させるようになり、発光層の種類に応じて白色を含む可視光を発生させる。

このような構成を有する有機発光単位体１０を含む有機発光素子１の製造方法は図１〜図５に基づいて説明する。

図１の基材棒２０を図２に示すように矢印方向に回転させながら、３方向に配置された３つの蒸着セル７０と基材棒２０上に位置した円筒状のシャドウマスク（ｓｈａｄｏｗ ｍａｓｋ）を用いて、図３に示すように複数の第１電極３０を形成する。同じ方法により、図４に示すように複数の第１電極３０上に複数の有機物層４０を形成し、図５に示すように複数の有機物層４０上に複数の第２電極５０を形成する。そこで、図６および図７に示すように、基材棒２０上に基材棒２０の長さ方向に沿って連続して接触される複数の有機発光単位体１０が形成される。

前述した方法によって製造された複数の有機発光単位体１０は、図６および図７に示すように、基材棒２０上で連続して接触した状態となり、この状態ではいずれか１つの有機発光単位体１０の第１電極３０が隣接した他の１つの有機発光単位体１０の第２電極５０と接触する状態が繰り返される。

基材棒２０上に連続して接触された複数の有機発光単位体１０を含む本発明に係る有機発光素子１において、図６および図７に示された状態を基準に右側端に位置した有機発光単位体１０の第２電極５０と左側端に位置した有機発光単位体１０の第１電極３０を１つの電源供給部６０によって連結すれば、複数の有機発光単位体１０が直列に連結されるため、１つの電源供給部６０によって複数の有機発光単位体１０を全て発光させることができる。

本発明に係る有機発光素子の製造工程図である。 本発明に係る有機発光素子の製造工程図である。 本発明に係る有機発光素子の製造工程図である。 本発明に係る有機発光素子の製造工程図である。 本発明に係る有機発光素子の製造工程図である。 図５の有機発光素子に電源供給部を連結した状態を示す図である。 図６の断面図である。

符号の説明

１０ 有機発光単位体
２０ 基材棒
３０ 第１電極
４０ 有機物層
５０ 第２電極
６０ 電源供給部
７０ 蒸着セル

Claims (10)

1. 円柱形の基材棒と、
   各々前記基材棒の外周面全周に沿って形成された第１電極、前記第１電極の外周面全周に沿って形成された有機物層、および前記有機物層の外周面全周に沿って形成された第２電極を有し、前記基材棒上で前記基材棒の長さ方向に沿って連続して接触される複数の有機発光単位体であって、前記複数の有機発光単位体のうちのいずれか１つの有機発光単位体の第１電極は前記いずれか１つの有機発光単位体に隣接した他の１つの有機発光単位体の第２電極と直接接触するように配置されている複数の有機発光単位体と、
   を含むことを特徴とする有機発光素子。
2. 前記複数の有機発光単位体のうちの前記基材棒の長さ方向に沿って一側端に配置された有機発光単位体の第２電極と他側端に配置された有機発光単位体の第１電極が電源供給部に連結されることによって、前記複数の有機発光単位体は前記電源供給部に直列に連結されることを特徴とする、請求項１に記載の有機発光素子。
3. 前記基材棒はプラスチックからなることを特徴とする、請求項１に記載の有機発光素子。
4. 前記基材棒は、金、銀、およびアルミニウムとこれらの合金のうちから選択され、前記基材棒と前記複数の有機発光単位体の第１電極との間に形成された平坦化層をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の有機発光素子。
5. 前記平坦化層は、ポリイミド系高分子、ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）、およびＳＯＧ（ｓｐｉｎ−ｏｎ−ｇｌａｓｓ）のうちから選択された１種以上の物質からなることを特徴とする、請求項４に記載の有機発光素子。
6. （ａ）円柱形の基材棒を準備するステップ、
   （ｂ）前記基材棒の外周面全周に前記基材棒の長さ方向に沿って複数の第１電極を所定間隔をおいて形成するステップ、
   （ｃ）前記複数の第１電極の外周面全周に前記基材棒の長さ方向に沿って複数の有機物層を所定間隔をおいて形成するステップ、および
   （ｄ）各々前記第１電極、前記有機物層、および前記有機物層上に形成された第２電極を有する複数の有機発光単位体を形成するために、前記複数の有機物層の外周面全周に前記基材棒の長さ方向に沿って前記複数の第２電極を所定間隔をおいて形成するが、前記複数の有機発光単位体のうちのいずれか１つの有機発光単位体の第２電極が前記いずれか１つの有機発光単位体に隣接した他の１つの有機発光単位体の第１電極に直接接触するように形成するステップ、
   を含むことを特徴とする有機発光素子の製造方法。
7. 前記（ｂ）ステップないし前記（ｄ）ステップにおいては前記基材棒を回転させることを特徴とする、請求項６に記載の有機発光素子の製造方法。
8. 前記（ｂ）ステップないし前記（ｄ）ステップにおいては円筒状のシャドウマスク（ｓｈａｄｏｗ ｍａｓｋ）を用いることを特徴とする、請求項６に記載の有機発光素子の製造方法。
9. 前記（ｂ）ステップないし前記（ｄ）ステップにおいては１つ以上の蒸着セルを用いることを特徴とする、請求項６に記載の有機発光素子の製造方法。
10. 前記（ｂ）ステップないし前記（ｄ）ステップにおいては前記蒸着セルを３つ用い、前記３つの蒸着セルは前記基材棒を中心に置いて三角形構図に配置されていることを特徴とする、請求項９に記載の有機発光素子の製造方法。

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