KR100620884B1 - 유기 일렉트로루미네선스 장치, 유기 일렉트로루미네선스장치의 제조 방법 및 전자기기 - Google Patents

유기 일렉트로루미네선스 장치, 유기 일렉트로루미네선스장치의 제조 방법 및 전자기기 Download PDF

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세이코 엡슨 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 간편한 구성으로 모든 색의 유기 발광층에서 고휘도, 고발광 효율, 고수명 특성을 나타낼 수 있고, 또한 열 등에 대한 보존 안정성에도 뛰어난 유기 EL 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.
본 발명의 유기 EL 장치는 양극(23)과 음극(50, 52) 사이에 유기 발광층(60)을 포함하여 이루어지는 적층체(積層體)를 가지며, 상기 유기 발광층(60)이 고분자 발광 재료로 이루어짐과 동시에, 상기 음극(50, 52)이 알칼리 금속의 불화물 또는 산화물, 또는 알칼리토류 금속의 불화물 또는 산화물, 또는 유기물과의 착체(錯體) 또는 화합물로 이루어지는 제 1 층(52)과 마그네슘의 합금으로 이루어지는 제 2 층(50)을 상기 유기 발광층(60) 쪽으로부터 이 순서로 포함하는 것을 특징으로 한다.
LUMO 레벨, 유기 일렉트로루미네선스 장치, 유기 발광층, 유기 발광 소자, 전자 주입층, 일함수

Description

유기 일렉트로루미네선스 장치, 유기 일렉트로루미네선스 장치의 제조 방법 및 전자기기{ORGANIC ELECTROLUMINESCENT DEVICE, METHOD OF MANUFACTURING THE SAME, AND ELECTRONIC APPARATUS}
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 유기 EL 장치의 배선 구조를 나타내는 모식도.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 유기 EL 장치의 구성을 모식적으로 나타내는 평면도.
도 3은 도 2의 A-B 선에 따른 단면도.
도 4는 도 2의 C-D 선에 따른 단면도.
도 5는 도 3의 요부 확대 단면도.
도 6은 발광 소자의 일 변형예를 나타내는 요부 확대 단면도.
도 7은 발광 소자의 알 변형예를 나타내는 요부 확대 단면도.
도 8은 발광 소자의 일 변형예를 나타내는 요부 확대 단면도.
도 9는 본 발명의 일 실시형태에 따른 유기 EL 장치의 제조 방법을 공정 순서로 설명하는 단면도.
도 10은 도 9에 이어지는 공정을 설명하기 위한 단면도.
도 11은 도 10에 이어지는 공정을 설명하기 위한 단면도.
도 12는 도 11에 이어지는 공정을 설명하기 위한 단면도.
도 13은 도 12에 이어지는 공정을 설명하기 위한 단면도.
도 14는 본 발명의 전자기기의 일례를 나타내는 사시도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
1 : 유기 EL 장치
23 : 화소 전극(양극)
50 : 음극 제 2 층
52 : 음극 제 1 층(전자 주입층)
60 : 유기 발광층
20 : 기판
1000 : 휴대 전화(전자기기)
본 발명은 유기 일렉트로루미네선스 장치와 그 제조 방법, 및 이 유기 일렉트로루미네선스 장치를 구비한 전자기기에 관한 것이다.
유기 일렉트로루미네선스 장치(이하, 유기 EL 장치라고 함)로서, 예를 들면 특허문헌 1[일본국 특허공개 2001-332388호 공보]에는 음극과 양극 사이에 유기 발광층이 설치되고, 상기 유기 발광층이 고분자 발광 재료에 의해 형성된 구성이 개시되어 있다.
특허문헌 1에 개시된 유기 EL 장치에서는, 유기 발광층이 고분자 발광 재료에 의해 형성되며, 음극으로서 칼슘 등 일함수가 3.0 eV(일렉트론 볼트) 이하의 재료를 포함하는 것을 사용하고 있다. 한편, 저분자 발광 재료를 사용한 유기 EL 장치에서 일반적으로 유기 발광층은 최저 공분자 궤도(Lowest Unoccupied Molecular Orbital : LUMO) 레벨이 3.0 eV에서 3.5 eV의 전자 수송성의 유기 재료로 구성되며, 음극으로서는 마그네슘 등 일함수가 3.5 eV 정도의 재료가 사용된다. 예를 들면, 유기 발광층은 트리스(8-키노리노라토(quinolinolato)) 알루미늄(이하, Alq3으로 표기)에 각 색에 대응한 도판트(dopant)를 각각 첨가하여 구성되며, Alq3의 LUMO 레벨은 3.1 eV이다. 한편, 고분자 발광 재료를 사용한 유기 EL 장치에 사용되는 고분자 발광 재료의 LUMO 레벨은 같은 발광색의 저분자 발광 재료에 비하여 1.0 eV 정도 낮다. 따라서, 고분자 발광 재료에서는 저분자 발광 재료의 경우와 비교하여, 음극으로서 일함수가 비교적 낮은, 즉 반응성이 높은 재료를 사용할 필요가 있다.
또한, 풀 칼라 유기 EL 장치에 사용되는 고분자 발광 재료의 LUMO 레벨은 발광색마다 다르다. B(청색) 발광을 나타내는 발광 재료에서, 최고 피점(被占) 분자 궤도(Highest Occupied Molecular Orbital : HOMO)가 같다면, 색의 순도를 높이기 위해서 LUMO 레벨을 낮게 할 필요가 있다. 따라서, B(청색) 발광을 나타내는 고분자 발광 재료에서는 LUMO 레벨이 2.0 eV 정도의 재료는 색의 순도가 매우 바람직하 다. 이와 같은 결과로서, B(청색) 발광을 나타내는 발광 재료의 LUMO 레벨은 G(녹색) 발광을 나타내는 발광 재료나 R(적색) 발광을 나타내는 발광 재료의 LUMO 레벨에 비하여 낮게 구성된다. 여기서, 칼슘은 전자 주입을 촉진하는 역할을 담당하고 있지만, 고분자 발광 재료를 사용한 풀 칼라 유기 EL 장치에 칼슘 등 일함수가 3.0 eV(일렉트론 볼트) 이하의 재료를 포함하는 음극 구성을 적용했을 경우에는, 각 색의 발광을 나타내는 유기 발광층의 LUMO 레벨이 크게 다르기 때문에, 각 색의 발광을 나타내는 유기 발광층에 대하여 양호한 특성을 얻을 수 없는 과제가 있었다. 예를 들면, R(적색) 발광을 나타내는 유기 발광층과 G(녹색) 발광을 나타내는 유기 발광층은 LUMO 레벨이 3.3 eV 정도이며 상대적으로 고효율, 고수명의 특성을 나타내지만, B(청색) 발광을 나타내는 유기 발광층은 LUMO 레벨이 2.0 eV 정도이며 효율 및 수명 특성이 상대적으로 낮은 것으로 된다. 즉, 칼슘 등 일함수가 3.0 eV 이하의 재료를 사용하여 공통 음극을 구성하고, 전자 주입의 촉진을 꾀하려고 하면, 각 발광색을 나타내는 유기 발광층과 음극의 일함수 차(差)에 큰 차이가 발생한다. 따라서, 특히 B(청색) 발광을 나타내는 유기 발광층에서 전자와 정공의 주입 밸런스가 무너지고, 모든 색의 유기 발광층에 대하여 고효율화 및 고수명화를 실현하는 것이 곤란하였다. 또한, 칼슘 등과 같이 일함수가 낮은 재료를 음극으로서 사용하면, 산소, 수분이나 유기 발광층 등과 반응하기 쉬워져 고수명화를 실현시키는 것이 곤란하였다.
본 발명은 이와 같은 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 간편한 구성으로 모든 색의 유기 발광층에서 고휘도, 고발광 효율, 고수명 특성을 나타낼 수 있고, 또한 열 등에 대한 보존 안정성에도 뛰어난 유기 EL 장치를 제공하는 것을 목적으로 하며, 또한 이 유기 EL 장치를 구비한 전자기기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 과제를 해결하고 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 양극과 음극 사이에 유기 발광층을 포함하여 이루어지는 적층체(積層體)를 갖는 복수의 유기 발광 소자를 구비한 유기 일렉트로루미네선스 장치로서, 상기 유기 발광층이 고분자 발광 재료로 이루어지고, 상기 복수의 유기 발광 소자는 상기 복수의 유기 발광 소자를 구성하는 유기 발광 재료 중, 가장 LUMO 레벨이 높은 제 1 LUMO 레벨을 갖는 제 1 유기 발광 재료를 구비한 제 1 유기 발광 소자와, 상기 복수의 유기 발광 소자를 구성하는 유기 발광 재료 중, 가장 LUMO 레벨이 낮은 제 2 LUMO 레벨을 갖는 제 2 유기 발광 재료를 구비한 제 2 유기 발광 소자를 포함하며, 상기 음극은 상기 제 1 유기 발광 소자와 상기 제 2 유기 발광 소자에 공통으로 형성되어 있고, 알칼리 금속의 불화물 또는 산화물, 또는 알칼리토류 금속의 불화물 또는 산화물, 또는 유기물과의 착체(錯體) 또는 화합물로 이루어지는 제 1 층과, 그 일함수와 상기 제 1 LUMO 레벨의 차가 0.7 eV 이내인 원자를 포함하는 제 2 층을 상기 유기 발광층 쪽으로부터 이 순서로 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 바람직한 형태에 따르면, 상기의 발명에서 상기 제 1 LUMO 레벨은 3.0 eV에서 3.5 eV의 범위에 있고, 상기 제 2 LUMO 레벨은 2.0 eV에서 2.5 eV의 범위에 있으며, 상기 제 2 층이 일함수가 3.0 eV에서 4.0 eV인 원자를 포함하 는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 바람직한 형태에 따르면, 상기의 발명에서 상기 제 1 층은 불화 리튬이며, 상기 제 2 층을 구성하는 적어도 하나의 원자의 일함수와 상기 제 2 LUMO 레벨의 차가 2.0 eV 이내인 것을 특징으로 한다.
이러한 구성으로 함으로써, 복수의 유기 발광층 중 LUMO 레벨이 가장 높은 유기 발광층에 제 2 층으로부터 전자를 주입할 때의 장벽을 완화시킬 수 있다. 따라서, 고분자 발광 재료를 사용한 풀 칼라 유기 EL 장치에 적용했을 경우에, 각 색의 발광을 나타내는 유기 발광층의 LUMO 레벨이 크게 다르더라도, 각 색의 발광을 나타내는 유기 발광층에서 고휘도, 고발광 효율, 고수명 특성을 나타낼 수 있다.
또한, 이러한 구성으로 함으로써, 고분자 발광 재료를 사용한 유기 EL 장치에서 제 2 층으로서 칼슘 등과 비교하여 반응성이 낮은 마그네슘 등의 재료를 사용할 수 있다. 따라서, 수분, 산소, 유기 발광층 등과의 반응에 의한 유기 EL 장치의 열화(劣化)를 저감할 수 있고, 고휘도, 고발광 효율, 고수명 특성을 나타낼 수 있으며, 또한 열 등에 대한 보존 안정성에도 뛰어난 유기 EL 장치를 실현할 수 있다.
이와 같이, 유기 EL 장치에서 음극을 제 1 층과 제 2 층의 적층 구조로 구성하고, 또한 제 2 층을 일함수가 3.0 eV에서 4.0 eV의 원자를 포함하는 합금, 바람직하게는 일함수가 3.5 eV(일렉트론 볼트)에서 4.0 eV의 원자를 포함하는 합금으로 구성함으로써, 유기 발광층의 색에 관계없이 고휘도, 고발광 효율, 고수명 특성을 나타내는 유기 EL 장치를 제공할 수 있게 된다. 또한, 유기 발광층의 색마다 재료 를 다르게 할 필요도 없고, 각 색에 대하여 공통의 음극 구조로 상기와 같은 양호한 휘도, 효율, 수명 특성을 얻을 수 있으며, 매우 간편한 구성으로 제조 비용의 삭감에도 기여 가능하게 된다. 즉, 유기 발광층이 화소 단위마다 다른 색의 유기 발광층을 포함하는 구성인 경우에, 음극을 각 색의 유기 발광층에 공통의 구성으로 형성한 경우에도 고휘도, 고발광 효율, 고수명 특성을 나타내는 유기 EL 장치를 제공할 수 있게 된다. 일함수가 3.0 eV에서 4.0 eV의 원자로서는 마그네슘(일함수 3.66 eV), 스칸듐(일함수 3.5 eV), 이트륨(일함수 3.1 eV), 란탄(일함수 3.5 eV), 비소(일함수 3.75 eV) 등을 들 수 있으며, 마그네슘이 가장 바람직하다.
또한, 본 발명의 바람직한 형태에 따르면, 상기의 발명에서 상기 음극을 구성하는 제 2 층은 마그네슘과 은의 합금, 마그네슘과 알루미늄의 합금, 마그네슘과 크롬의 합금 중에서 선택된 1 또는 2 이상의 합금으로 이루어지는 것으로 할 수 있다. 이들 합금은 특히 열 안정성에 뛰어나기 때문에, 상기 유기 EL 장치의 보존 안정성을 한층 높일 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 유기 EL 장치에서 상기 음극을 구성하는 제 2 층이 상기 적층체의 최외층을 구성하고 있는 것으로 할 수 있다. 이 경우, 음극의 최외층이 제 2 층으로 구성되기 때문에, 상기 제 2 층의 두께에 따라, 특히 제 2 층을 박막으로 형성한다면 톱(top) 에미션형의 유기 EL 장치를 제공할 수 있고, 후막(厚膜)으로 형성한다면 보텀(bottom) 에미션형의 유기 EL 장치를 제공할 수 있게 된다. 또한, 본 명세서에서는 음극의 유기 발광층 쪽을 내측이라 하고, 이와는 반대 쪽을 외측이라 하고 있다. 또한, 제 2 층이 적층체의 최외층을 구성했을 경우라도, 제 2 층 을 반응성이 낮은 재료로 구성할 수 있기 때문에, 수분, 산소, 유기 발광층 등과 음극의 반응을 저감할 수 있고, 고분자 발광 재료를 사용한 유기 EL 장치의 안정성이나 신뢰성을 한층 향상시킬 수 있다.
또는, 상기 제 2 층의 외층 쪽에 투명 전극을 구비시켜도 좋다. 음극의 제 2 층을 박막으로 하여 톱 에미션형의 유기 EL 장치를 구성할 경우, 상기 음극의 저항이 커져 발광 효율의 저하를 발생시킬 우려가 있으나, 그 외측에 ITO 등의 투명 전극을 구비시킴으로써, 투광성을 구비한 채로 상기 음극의 저(低)저항화를 실현할 수 있게 된다. 또한, 제 2 층으로서 칼슘 등과 비교하여 반응성이 낮은 마그네슘 등의 재료를 사용할 수 있기 때문에, 제 2 층의 외층 쪽에 투명 전극이 구비되어 이루어지는 경우에도, ITO 등의 투명 전극과 음극의 반응을 저감시킬 수 있으며, 고분자 발광 재료를 사용한 유기 EL 장치의 안정성이나 신뢰성을 한층 향상시킬 수 있다.
그 밖에도, 상기 제 2 층의 외층 쪽에 SiOxNy(x, y는 정수)로 표시되는 보호막을 구비시켜도 좋다. 이 경우, 음극에 대한 보호 효과가 있고, 보존 안정성이 한층 향상하게 된다. 또한, 제 2 층으로서 칼슘 등과 비교하여 반응성이 낮은 마그네슘 등의 재료를 사용할 수 있기 때문에, 제 2 층의 외층 쪽에 투명 전극이 구비되어 이루어진 경우에도, SiOxNy(x, y는 정수)로 표시되는 보호막과 음극의 반응을 저감시킬 수 있고, 고분자 발광 재료를 사용한 유기 EL 장치의 안정성이나 신뢰성을 한층 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 제 2 층이 그 외층 쪽을 향하여 마그네슘의 조성비가 감소하는 구배(句配)를 가지고 있는 것으로 할 수 있다. 이와 같이 마그네슘의 조성비가 음극의 외측을 향하여 감소하는 구성을 채용함으로써, 음극의 저항을 그 두께 방향으로 다르게 하는 것이 가능하게 된다. 또한, 제 2 층에서 마그네슘과 그 밖의 금속과의 중량비는 예를 들면 10:1∼1:10 정도로 할 수 있으며, 마그네슘이 너무 많으면 보존 안정성이 떨어지고, 마그네슘이 너무 적으면 음극의 기능이 저하할 우려가 있다.
또한, 본 발명의 전자기기는 상술한 유기 일렉트로루미네선스 장치를 구비한 것을 특징으로 한다. 이에 따라, 수명이 길고 또한 밝은 표시가 가능한 전자기기를 제공할 수 있다.
상술한 문제를 해결하고 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 양극과 음극 사이에 유기 발광층을 포함하여 이루어지는 적층체를 갖는 유기 발광 소자를 구비한 유기 일렉트로루미네선스 장치로서, 상기 유기 발광층이 고분자 발광 재료로 이루어지며, 상기 유기 발광 소자는 LUMO 레벨이 2.0 eV에서 2.5 eV의 범위에 있는 유기 발광층을 갖고, 상기 음극은 불화 리튬으로 이루어지는 제 1 층과, 마그네슘과 은의 합금, 마그네슘과 알루미늄의 합금, 마그네슘과 크롬의 합금 중에서 선택되는 1 또는 2 이상의 합금으로 이루어지는 제 2 층을 상기 유기 발광층 쪽으로부터 이 순서로 포함하는 것을 특징으로 한다.
종래, LUMO 레벨이 2.0 eV에서 2.5 eV의 범위에 있는 유기 발광층에 대하여 음극으로서 칼슘 등의 비교적 반응성이 높은 재료를 사용할 필요가 있었다. 본 발 명에서는 이러한 구성으로 함으로써 고분자 발광 재료를 사용한 유기 EL 장치에서, 제 2 층으로서 칼슘 등과 비교하여 반응성이 낮은 마그네슘 등의 재료를 사용할 수 있다. 따라서, 수분, 산소, 유기 발광층 등과의 반응에 의한 유기 EL 장치의 열화를 저감할 수 있고, 고휘도, 고발광 효율, 고수명 특성을 나타낼 수 있으며, 또한 열 등에 대한 보존 안정성에도 뛰어난 유기 EL 장치를 실현할 수 있다.
상술한 과제를 해결하고 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 기판 상에 양극을 형성하는 공정과, 상기 양극 상에 유기 발광층을 포함하는 기능층을 액상법(液相法)에 의해 형성하는 공정과, 상기 기능층 상에 알칼리 금속의 불화물 또는 산화물, 또는 알칼리토류 금속의 불화물 또는 산화물, 또는 유기물과의 착체 또는 화합물로 이루어지는 음극 제 1 층을 형성하는 공정과, 음극 제 1 층 상에 마그네슘과 은의 합금, 마그네슘과 알루미늄의 합금, 마그네슘과 크롬의 합금 중에서 선택되는 1 또는 2 이상의 합금으로부터 음극 제 2 층을 형성하는 공정을 갖는다.
마그네슘 단체(單體)로 구성하는 경우에 비하여 마그네슘 합금을 사용했을 경우에는, 제 1 층에 사용되는 예를 들면 불화 리튬과의 반응을 저감할 수 있고, 액상법에 의해 형성된 유기 발광층 내에 제 1 층을 구성하는 원자가 확산하는 것을 저감시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 형태에 따르면, 전자기기에 상기 중 어느 하나에 기재된 유기 일렉트로루미네선스 장치를 구비한 것을 특징으로 한다. 이 발명에 의하면, 고휘도, 고발광 효율, 고수명 특성을 나타낼 수 있고, 또한 열 등에 대한 보존 안정성에도 뛰어난 전자기기를 제공할 수 있다.
<유기 일렉트로루미네선스 장치>
이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 유기 일렉트로루미네선스 장치(유기 EL 장치)의 일 실시형태에 대하여 설명한다.
도 1은 본 실시형태의 유기 EL 장치의 배선 구조를 모식적으로 나타내는 도면이다.
유기 EL 장치(1)는 스위칭 소자로서 박막 트랜지스터(Thin Film Tran sistor, 이하에서는 TFT로 약기함)를 사용한 액티브 매트릭스형의 표시 장치이다.
이 유기 EL 장치(1)는 도 1에 나타낸 바와 같이 복수의 주사선(101…)과, 각 주사선(101)에 대하여 직각으로 교차하는 방향으로 연장하는 복수의 신호선(102…), 각 신호선(102)에 병렬로 연장하는 복수의 전원선(103…)이 각각 배선된 구성을 가짐과 동시에, 주사선(101…)과 신호선(102…)의 각 교점 부근에 화소 영역(X…)이 설치되어 있다.
신호선(102)에는 시프트 레지스터, 레벨 시프터, 비디오 라인 및 아날로그 스위치를 구비한 데이터선 구동 회로(100)가 접속되어 있다. 또한, 주사선(101)에는 시프트 레지스터 및 레벨 시프터를 구비한 주사선 구동 회로(80)가 접속되어 있다.
또한, 화소 영역(X) 각각에는 주사선(101)을 통하여 주사 신호가 게이트 전극에 공급되는 스위칭용 TFT(112)와, 이 스위칭용 TFT(112)를 통하여 신호선(102)으로부터 공급되는 화소 신호를 유지하는 유지 용량(113)과, 상기 유지 용량(113)에 의해 유지된 화소 신호가 게이트 전극에 공급되는 구동용 TFT(123)와, 이 구동 용 TFT(123)를 통하여 전원선(103)에 전기적으로 접속했을 때에 상기 전원선(103)으로부터 구동 전류가 흘러 들어가는 화소 전극(양극)(23)과, 음극 제 1 층과 음극 제 2 층(50)으로 이루어지는 음극과, 이 화소 전극(23)과 음극 사이에 협지(挾持)된 기능층(110)이 설치되어 있다. 화소 전극(23)과 음극과 기능층(110)에 의해, 적층체로서 유기 발광 소자(유기 EL 소자)가 구성되어 있다.
이 유기 EL 장치(1)에 의하면, 주사선(101)이 구동되어서 스위칭용 TFT (112)가 온(ON) 상태로 되면, 그 때의 신호선(102)의 전위가 유지 용량(113)에 유지되고, 상기 유지 용량(113)의 상태에 따라 구동용 TFT(123)의 온·오프 상태가 결정된다. 그리고, 구동용 TFT(123)의 채널을 통하여 전원선(103)으로부터 화소 전극(23)에 전류가 흐르고, 또한 기능층(110)을 통하여 음극 제 2 층(50)에 전류가 흐른다. 기능층(110)은 이것을 흐르는 전류량에 따라 발광한다.
다음으로, 본 예의 유기 EL 장치(1)의 구체적인 구성을 도 2∼도 5를 참조하여 설명한다.
우선, 도 2에 의거하여 본 실시형태의 유기 EL 장치의 평면 구조에 대하여 설명한다. 본 예의 유기 EL 장치(1)는 전기 절연성을 구비한 기판(20)과, 스위칭용 TFT(도시 생략)에 접속된 화소 전극이 기판(20) 상에 매트릭스 모양으로 배치되어 이루어지는 화소 전극 영역(도시 생략)과, 화소 전극 영역의 주위에 배치됨과 동시에 각 화소 전극에 접속되는 전원선(도시 생략)과, 적어도 화소 전극 영역 상에 위치하는 평면에서 볼때 거의 사각형인 화소부(3)(도 2 중 1점 쇄선 테두리 내)를 구비하여 구성되어 있다. 또한, 본 발명에서는 기판(20)과 후술하는 바와 같이 이것 위에 형성되는 스위칭용 TFT나 각종 회로, 및 층간 절연막 등을 포함하여 기체(基體)라 칭하고 있다.
화소부(3)는 중앙 부분의 실(實)표시 영역(4)(도 2 중 2점 쇄선 테두리 내)과, 실표시 영역(4)의 주위에 배치된 더미 영역(5)(1점 쇄선 및 2점 쇄선 사이의 영역)으로 구획되어 있다. 실표시 영역(4)에는 각각 화소 전극을 갖는 표시 영역(R, G, B)이 A-B 방향 및 C-D 방향으로 각각 이간(離間)하여 매트릭스 모양으로 배치되어 있다. 또한, 실표시 영역(4)의 도 2 중 양측에는 주사선 구동 회로(80, 80)가 배치되어 있다. 이들 주사선 구동 회로(80, 80)는 더미 영역(5)의 하측에 배치되어 있다.
또한, 실표시 영역(4)의 도 2 중 상측에는 검사 회로(90)가 배치되어 있다. 이 검사 회로(90)는 유기 EL 장치(1)의 동작 상황을 검사하기 위한 회로로써, 예를 들면 검사 결과를 외부로 출력하는 검사 정보 출력 수단(도시 생략)을 구비하고, 제조 도중이나 출하 시의 표시 장치의 품질, 결함을 검사할 수 있게 되어 있다. 또한, 이 검사 회로(90)도 더미 영역(5)의 하측에 배치되어 있다.
주사선 구동 회로(80) 및 검사 회로(90)는 그 구동 전압이 소정의 전원부로부터 구동 전압 도통부(310)(도 3 참조) 및 구동 전압 도통부(340)(도 4 참조)를 통하여 인가된다. 또한, 이들 주사선 구동 회로(80) 및 검사 회로(90)에의 구동 제어 신호 및 구동 전압은 이 유기 EL 장치(1)의 작동 제어를 행하는 소정의 메인 드라이버 등으로부터 구동 제어 신호 도통부(320)(도 3 참조) 및 구동 제어 신호 도통부(350)(도 4 참조)를 통하여 송신 및 인가되도록 되어 있다. 또한, 이 경우 의 구동 제어 신호란 주사선 구동 회로(80) 및 검사 회로(90)가 신호를 출력할 때의 제어에 관련하는 메인 드라이버 등으로부터의 지령 신호이다.
다음으로, 도 3∼도 5에 의거하여 본 유기 EL 장치의 단면 구조에 대하여 설명한다. 도 3, 도 4는 도 2의 Ａ-B 선에 따른 단면도이며, 도 5는 그 요부를 확대하여 나타내는 도면이다. 본 유기 EL 장치(1)는 도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이 기판(20)과 밀봉 기판(30)이 밀봉 수지(40)을 통하여 접합되어 이루어진 것이다.
기판(20)으로서는 소위 보텀 에미션형의 유기 EL 장치의 경우, 기판(20) 쪽으로부터 발광광(光)을 방출하는 구성이므로 투명 또는 반투명의 것이 채용된다. 예를 들면, 글래스, 석영, 수지(플라스틱, 플라스틱 필름) 등을 들 수 있고, 특히 저렴한 소다 글래스(soda glass) 기판이 적합하게 사용된다.
또한, 소위 톱 에미션형의 유기 EL 장치의 경우에는, 이 기판(20)의 대향측인 밀봉 기판(30) 측으로부터 발광광을 방출하는 구성이므로, 기판(20)에는 투명 기판 및 불투명 기판 중 어느 것이든지 사용할 수 있다. 불투명 기판으로서는, 예를 들면 알루미나 등의 세라믹, 스테인레스 스틸 등의 금속 시트에 표면 산화 등의 절연 처리를 실시한 것 이외에, 열경화성 수지, 열가소성 수지 등을 들 수 있다.
밀봉 기판(30)에는, 예를 들면 전기 절연성을 갖는 판형상 부재를 채용할 수 있다. 특히 톱 에미션형의 경우에는, 이 밀봉 기판(30)으로서 글래스, 석영, 수지 등의 투명 기판이 채용된다. 또한, 밀봉 수지(40)는 예를 들면 열경화 수지 또는 자외선 경화 수지로 이루어진 것이며, 특히 열경화 수지의 일종인 에폭시 수지로 이루어진 것이 바람직하다.
또한, 기판(20) 상에는 화소 전극(23)을 구동하기 위한 구동용 TFT(123) 등을 포함하는 회로부(11)가 형성되어 있고, 그 위에 발광 소자가 설치되어 있다. 이 발광 소자는 도 5에 나타낸 바와 같이 화소 전극(23)과, 유기 발광층(60)을 주체(主體)로 하는 기능층(110)(도 1 참조)과, 음극 제 1 층(전자 주입층)(52)과 음극 제 2 층(50)으로 이루어지는 음극이 순서대로 적층되어 이루어지는 것이다.
화소 전극(23)은 유기 발광층(60)에 대하여 정공을 공급하는 양극으로서 기능하는 것이며, 이 화소 전극(23)에는 예를 들면 보텀 에미션형의 경우, ITO(인듐 주석 산화물)이나 산화 인듐·산화 아연계 아모포스(amorphous) 투명 도전막(Indium Zinc Oxide : IZO(등록상표))(이데미츠 코산사 제품) 등의 투명 도전 재료가 이용된다. 또한, 톱 에미션형의 경우에는 이와 같은 투명 도전 재료에 한정되지 않고, 예를 들면 알루미늄(Al)이나 은(Ag) 등의 광반사성 또는 불투명한 도전 재료를 사용할 수도 있다.
유기 발광층(60)에는 형광(螢光) 또는 인광(燐光)을 발광하는 것이 가능한 공지의 고분자 발광 재료를 사용하고 있다. 구체적으로는, 폴리플루오렌 유도체(PF), 폴리파라페닐렌비닐렌 유도체(PPV), 폴리페닐렌 유도체(PP), 폴리파라페닐렌 유도체(PPP), 폴리비닐카르바졸(PVK), 폴리티오펜 유도체, 폴리디알킬플루오렌(PDAF), 폴리플루오렌벤조티아디아졸(PFBT), 폴리알킬티오펜(PAT), 폴리(2,7-(9,9-디-엔-옥틸플루오렌)-(1,4-페닐렌-((4-메틸페닐)이미노)-1,4-페닐렌-((4-메틸페닐)이미노)-1,4-페닐렌))(PFM), 폴리(2,7-(9,9-디-엔-옥틸플루오렌)-(1,4-페닐렌-((4-메톡시페닐)이미노)-1,4-페닐렌-((4-메톡시페닐)이미노)-1,4-페닐렌))(PFMO), 폴리 (2,7-(9,9-디-엔-옥틸플루오렌-3,6-벤조티아디아졸)(F8BT)이나, 폴리메틸페닐실란(PMPS) 등의 폴리실란계 등이 적합하게 이용된다. 또한, 이들 고분자 재료에 페리렌계 색소, 쿠마린계 색소, 로다민계 색소, 루브렌, 페리렌, 9,10-디페닐안트라센, 테트라페닐부타디엔, 나일 레드(Nile red), 쿠마린 6, 퀴나크리돈 등의 저분자 재료를 도핑하여 사용할 수도 있다.
청색으로 발광하는 고분자 발광 재료로서는, 예를 들면 [화학식 1]로 표시되는 PFM이나 [화학식 2]로 표시되는 PFMO가 적합하게 사용되며, LUMO 레벨은 각각 2.1 eV, 2.0 eV이다. 또한, 녹색으로 발광하는 고분자 발광 재료로서는, 예를 들면 [화학식 3]으로 표시되는 F8BT가 적합하게 사용되며, LUMO 레벨은 3.4 eV이다. 또한, 적색으로 발광하는 고분자 발광 재료로서는, 예를 들면 [화학식 4]로 표시되는 PAT나 [화학식 5]로 표시되는 폴리(2,5-디알콕시-피-페닐렌비닐렌)(PO-PPV)가 적합하게 사용되며, LUMO 레벨은 각각 3.3 eV, 3.2 eV이다.
[화학식 1]
Figure 112004054264009-pat00001
[화학식 2]
Figure 112004054264009-pat00002
[화학식 3]
Figure 112004054264009-pat00003
[화학식 4]
Figure 112004054264009-pat00004
[화학식 5]
Figure 112004054264009-pat00005
또한, 「고분자」란 분자량이 수백 정도의 소위 「저분자」보다도 분자량이 큰 중합체(重合體)를 의미하며, 상술한 고분자 재료에는 일반적으로 고분자로 불리우는 분자량 10,000 이상의 중합체 이외에, 분자량이 10,000 이하의 올리고머 (oligomer)로 불리우는 저중합체가 포함된다. 본 실시형태에서는, 풀 칼라 표시를 행하기 위해 R(적), G(녹), B(청)에 대응한 유기 발광층(60)이 1화소 내에 병치(竝置)되어 있다.
또한, 본 실시형태에서는 필요에 따라 화소 전극(23)과 유기 발광층(60) 사이에 정공 주입/수송층(70)(도 5 참조)을 설치할 수 있다. 이 정공 주입/수송층을 설치함으로써, 유기 발광층(60) 내를 이동하는 전자가 효율적으로 블로킹(blocking)되어, 유기 발광층(60) 내에서의 전자와 정공의 재결합 확률이 높아진다. 이 정공 주입/수송층(70)에는 화소 전극(23)으로부터의 주입 장벽이 낮고, 정공 이동도가 높은 재료가 적합하게 이용된다. 이와 같은 재료로서는, 예를 들면 폴리티오펜 유도체, 폴리피롤 유도체 등, 또는 그들의 도핑체 등이 이용된다. 구체적으로는, 3,4-폴리에틸렌디옥시티오펜/폴리스티렌설폰산(PEDOT/PSS)의 분산액, 즉 분산 용매로서의 폴리스틸렌설폰산에 3,4-폴리에틸렌디옥시티오펜을 분산시키고, 또한 이것을 물에 분산시킨 분산액 등이 이용된다.
음극 제 2 층(50)은 도 3∼도 5에 나타낸 바와 같이 실표시 영역(4) 및 더미 영역(5)의 총면적보다 넓은 면적을 구비하고, 각각을 덮도록 형성되어 있다. 이 음극 제 2 층(50)은 일함수가 3.0 eV에서 4.0 eV의 원자를 포함하는 합금으로 구성되며, 본 실시형태에서는 마그네슘(Mg)과 은(Ag)의 합금을 사용하여 구성되어 있다. 또한, 그 밖에도 마그네슘(Mg)과 알루미늄(Al)의 합금, 또는 마그네슘(Mg)과 크롬(Cr)의 합금을 사용하여도 좋으나, 크롬(Cr)과의 합금은 증착이 곤란하기 때문에 안정성 및 제조 효율을 고려하면 마그네슘(Mg)과 은(Ag)의 합금이 적합하다. 또한, 음극 제 2 층(50)의 두께는 50㎚ 이상이 바람직하며, 본 실시형태에서는 200㎚ 정도로 구성되어 있다. 또한, 음극 제 2 층(50)에 사용하는 일함수가 3.0 eV에서 4.0 eV의 원자로서, 스칸듐(일함수 3.5 eV), 이트륨(일함수 3.1 eV), 란탄(일함수 3.5 eV), 비소(일함수 3.75 eV) 등을 사용하여도 좋다.
다음으로, 본 실시형태에서는 음극 제 2 층(50)으로부터 유기 발광층(60)에의 전자 주입 효율을 높이기 위해, 음극 제 2 층(50)과 유기 발광층(60) 사이에 음극 제 1 층(전자 주입층)(52)이 설치되어 있다. 음극 제 1 층(전자 주입층)(52)은 알칼리 금속의 불화물로서, 구체적으로는 불화 리튬(LiF)을 사용하여 구성되어 있으나, 그 밖에도 예를 들면 알칼리 금속의 산화물, 알칼리 금속의 염화물, 또는 알칼리토류 금속의 불화물 또는 산화물, 또는 유기물과의 착체 또는 화합물을 사용하여 구성할 수도 있다.
이들의 일례를 들면, 알칼리 금속의 불화물로서는 불화 나트륨(NaF), 불화 칼륨(KF) 등을, 알칼리 금속의 산화물로서는 산화 리튬(Li2O), 산화 나트륨(Na2O), 산화 칼륨(K2O) 등을, 알칼리토류 금속의 불화물로서는 불화 마그네슘(MgF2), 불화 칼슘(CaF2) 등을, 알칼리토류 금속의 산화물로서는 산화 마그네슘(MgO), 산화 칼슘(CaO) 등을, 유기물과의 착체 또는 화합물로서는 금속 원소로 이루어지는 중심 원자를 M, 유기 재료로 이루어지는 킬레이트 배위자(chelate ligand)를 A, 유기 재료로 이루어지는 중성 배위자를 B로 하여 일반식 MAnBm(n : 중심 원자 M의 원자가, m : 자연수)으로 나타내는 유기 금속 화합물을 예시할 수 있고, 이와 같은 착체로서 는 킬레이트 착체나 크라운 에테르 착체 등, 여러가지 구조의 착체를 사용할 수 있다. 이들의 화합물 등으로 구성되는 음극 제 1 층(전자 주입층)(52)의 두께는 0.1㎚∼10㎚ 정도가 바람직하며, 본 실시형태에서는 2㎚ 정도로 구성되어 있다.
또한, 본 실시형태에서는 상기 음극 제 1 층(전자 주입층)(52)과 음극 제 2 층(50)의 적층 구조로서, 화소 전극(양극)(23)과의 사이에 유기 발광층(60)을 협지하는 음극이 구성되어 있다. 여기서, 보텀 에미션형의 경우에는, 음극 구성은 특별히 문제가 되지 않지만, 톱 에미션형의 경우, 음극 제 1 층(전자 주입층)(52)과 음극 제 2 층(50)으로 이루어지는 음극을 박막화(예를 들면, 막두께 5㎚ 정도)하는 것이 바람직하다.
다음으로, 도 5에 의거하여 이 발광 소자를 구동하기 위한 회로부의 구성에 대하여 설명한다. 상기의 발광 소자의 하방에는 도 5에 나타낸 바와 같이 회로부(11)가 설치되어 있다. 이 회로부(11)는 기판(20) 상에 형성되어 기체를 구성하는 것이다. 즉, 기판(20)의 표면에는 SiO2를 주체로 하는 하지(下地) 보호층(281)이 하지로서 형성되며, 그 위에는 실리콘층(241)이 형성되어 있다. 이 실리콘층(241)의 표면에는 SiO2나 SiN을 주체로 하는 게이트 절연층(282)이 형성되어 있다. 또한, 상기 실리콘층(241) 중, 게이트 절연층(282)을 사이에 끼고 게이트 전극(242)과 겹치는 영역이 채널 영역(241a)으로 되어 있다. 또한, 이 게이트 전극(242)은 도시하지 않은 주사선(101)의 일부이다. 한편, 실리콘층(241)을 덮고, 게이트 전극(242)을 형성한 게이트 절연층(282)의 표면에는 SiO2를 주체로 하는 제 1 층간 절 연층(283)이 형성되어 있다.
또한, 실리콘층(241) 중, 채널 영역(241a)의 소스(source) 측에는 저농도 소스 영역(24lb) 및 고농도 소스 영역(241S)이 설치되는 한편, 채널 영역(241a)의 드레인 측에는 저농도 드레인 영역(241c) 및 고농도 드레인 영역(241D)이 설치되어서, 소위 LDD(Light Doped Drain）구조로 되어 있다. 이들 중, 고농도 소스 영역(241S)은 게이트 절연층(282)과 제 1 층간 절연층(283)에 걸쳐 개구하는 콘택트홀(243a)을 거쳐서 소스 전극(243)에 접속되어 있다. 이 소스 전극(243)은 상술한 전원선(103)(도 1 참조, 도 5에서는 소스 전극(243)의 위치에 지면(紙面) 수직 방향으로 연장한다)의 일부로서 구성되어 있다. 한편, 고농도 드레인 영역(241D)은 게이트 절연층(282)과 제 1 층간 절연층(283)에 걸쳐 개구하는 콘택트홀(244a)을 거쳐서 소스 전극(243)과 동일 층으로 이루어지는 드레인 전극(244)에 접속되어 있다.
소스 전극(243) 및 드레인 전극(244)이 형성된 제 1 층간 절연층(283)의 상층은, 예를 들면 아크릴계의 수지 성분을 주체로 하는 제 2 층간 절연층(284)에 의해 덮여 있다. 이 제 2 층간 절연층(284)에는 아크릴계의 절연막 이외의 재료, 예를 들면 SiN, SiO2 등의 규소 화합물을 사용할 수도 있다. 이와 같이 제 2 층간 절연층(284)에 가스 배리어(gas barrier)성이 높은 규소 화합물, 특히 규소 질소 화합물을 사용하면, 기판 본체(20)를 투습성(透濕性)이 높은 수지 기판으로 한 경우에도, 기판 쪽으로부터 유기 발광층(60)에 산소나 수분 등이 침입하는 것을 방지할 수 있고, 발광 소자의 수명을 길게 할 수 있다. 그리고, 이 제 2 층간 절연층(284)의 표면에는 ITO로 이루어지는 화소 전극(23)이 형성됨과 동시에, 이 화소 전극(23)은 상기 제 2 층간 절연층(284)에 설치된 콘택트홀(23a)을 거쳐서 드레인 전극(244)에 접속되어 있다. 즉, 화소 전극(23)은 드레인 전극(244)을 거쳐서, 실리콘층 (241)의 고농도 드레인 영역(241D)에 접속되어 있다.
또한, 주사선 구동 회로(80) 및 검사 회로(90)에 포함되는 TFT(구동 회로용 TFT), 즉 예를 들면 이들의 구동 회로 중, 시프트 레지스터에 포함되는 인버터를 구성하는 N 채널형 또는 P 채널형의 TFT는 화소 전극(23)과 접속되어 있지 않은 점을 제외하고 상기 구동용 TFT(123)와 같은 구조로 되어 있다.
화소 전극(23)이 형성된 제 2 층간 절연층(284)의 표면에는 화소 전극(23)과, 상기한 친액성 제어층(25) 및 유기 뱅크층(221)으로 이루어지는 뱅크 구조체가 설치되어 있다. 친액성 제어층(25)은 예를 들면 SiO2 등의 친액성 재료를 주체로 하는 것이며, 유기 뱅크층(221)은 예를 들면 아크릴이나 폴리 이미드 등으로 이루어지는 것이다. 그리고, 화소 전극(23) 상에는 친액성 제어층(25)에 설치된 개구부(25a) 및 유기 뱅크층(221)에 둘러싸여 이루어지는 개구부(221a)의 내부에, 정공 주입/수송층(70)과 유기 발광층(60)이 이 순서대로 적층되어 있다. 또한, 본 예에서의 친액성 제어층(25)의 「친액성」이란, 적어도 유기 뱅크층(221)을 구성하는 아크릴, 폴리 이미드 등의 재료와 비교하여 친액성이 높은 것을 의미하는 것으로 한다. 이상에 설명한 기판(20) 상의 제 2 층간 절연층(284)까지의 층이 회로부 (11)를 구성하는 것으로 되어 있다.
이상과 같은 구성의 유기 EL 장치(1)는 음극 제 2 층(50)과 음극 제 1 층(전자 주입층)(52)으로 구성되는 음극과 양극으로서의 화소 전극(23) 사이에, 고분자 발광 재료로 이루어지는 유기 발광층(60)이 협지되어 이루어짐과 동시에, 음극 제 2 층(50)이 마그네슘의 합금으로 구성되어 있다. 이와 같이, 음극을 음극 제 1 층(전자 주입층)(52)과 음극 제 2 층(50)의 적층 구조로서 구성하고, 또한 음극 제 2 층(50)을 마그네슘의 합금으로 구성함으로써, 유기 발광층(60)의 색에 관계없이, 즉 어떤 색의 유기 발광층(60)에서도 고휘도, 고발광 효율, 고수명 특성을 나타내는 것이 된다. 보다 구체적으로는, 이러한 구성으로 함으로써, LUMO 레벨이 2.0 eV 정도인 PFM이나 PFMO로 이루어지는 유기 발광층(60)에의 전자 주입을 양호하게 함과 동시에, LUMO 레벨이 3.3 eV 정도인 F8BT, PAT나 PO-PPV로 이루어지는 유기 발광층(60)에 전자를 주입할 수 있다. 따라서, 각 색의 발광을 나타내는 모든 유기 발광층(60)에서 전자와 정공의 주입 밸런스를 취해, 고휘도, 고발광 효율을 나타낼 수 있다.
또한, 음극 중 음극 제 2 층(50)을 마그네슘 단체로 구성할 경우에 비하여, 본 실시형태에서 사용한 마그네슘 합금은 산화되기 어렵고, 보존 안정성에도 뛰어난 것이 된다. 또한, 유기 발광층(60)의 색마다 재료를 다르게 할 필요도 없으며, 각 색에 대하여 공통의 음극 구성으로, 상기와 같은 양호한 휘도, 효율, 수명 특성을 얻을 수 있고, 매우 간편한 구성으로 제조 비용 삭감에도 기여 가능하게 된다. 즉 , 유기 발광층(60)이 화소 단위마다 다른 색의 유기 발광층(60)을 포함하는 구 성일 경우에도, 음극을 각 색의 유기 발광층(60)에 공통인 구성으로 형성한 간편한 구성에 의해, 고휘도, 고발광 효율, 고수명 특성을 나타낼 수 있는 것으로 되어 있다.
또한, 복수의 발광색으로 각각 발광하는 복수의 유기 발광층을 갖는 유기 EL 장치에서, 복수의 유기 발광층 중 LUMO 레벨이 가장 높은 유기 발광층을 구성하는 재료의 LUMO 레벨과 음극 제 2 층(50)을 구성하는 재료의 일함수가 거의 같고, 유기 발광층(60)과 음극 제 2 층(50) 사이에 음극 제 1 층(전자 주입층)(52)이 형성되며, 음극 제 1 층(전자 주입층)(52)이 알칼리 금속의 불화물, 알칼리 금속의 산화물, 또는 알칼리토류 금속의 불화물 또는 산화물, 또는 유기물과의 착체 또는 화합물로 구성하는 것이 바람직하다. 또한, 복수의 유기 발광층 중 LUMO 레벨이 가장 낮은 유기 발광층을 구성하는 재료의 LUMO 레벨과 음극 제 2 층(50)을 구성하는 재료의 일함수 차가 0.7 eV 이내인 것이 바람직하다. 이러한 구성으로 함으로써, 복수의 유기 발광층 중 LUMO 레벨이 가장 높은 유기 발광층과 가장 낮은 유기 발광층에 대하여 음극 제 2 층(50)로부터 전자를 주입할 때의 장벽을 완화할 수 있다. 특히, 음극 제 1 층(전자 주입층)(52)의 재료로서 밴드 갭을 갖는 반도체, 절연체를 사용함으로써, 상기의 효과를 조장할 수 있다. 음극 제 2 층(50)을 구성하는 재료의 일함수가 복수의 유기 발광층 중 LUMO 레벨이 가장 낮은 유기 발광층을 구성하는 재료의 LUMO 레벨보다 0.7 eV 이상 높을 경우에는, 복수의 유기 발광층 중 LUMO 레벨이 가장 높은 유기 발광층에의 전자 주입을 효율적으로 행할 수 없다. 또한, 음극 제 2 층(50)을 구성하는 재료의 일함수가 복수의 유기 발광층 중 LUMO 레벨이 가장 낮은 유기 발광층을 구성하는 재료의 LUMO 레벨보다 0.7 eV 이상 낮을 경우에는, 수분, 산소, 유기 발광층(60) 등과 음극 제 2 층(50)의 반응에 의해 고분자 발광 재료를 사용한 유기 EL 장치의 안정성이나 신뢰성이 열화된다.
보다 구체적으로는, LUMO 레벨이 가장 높은 유기 발광층의 LUMO 레벨이 3.3 eV 정도이며, LUMO 레벨이 가장 낮은 유기 발광층의 LUMO 레벨은 2.0 eV 정도이므로, 음극 제 2 층(50)은 일함수가 3.66 eV인 마그네슘을 사용하면, 이와 같은 조건을 만족시킨다. LUMO 레벨이 가장 낮은 유기 발광층의 LUMO 레벨과 음극 제 2 층(50)의 일함수 차가 2.0 eV 이내이면, 음극 제 1 층(전자 주입층)(52)으로서 불화 리튬을 사용하여 그 막두께를 최적화함으로써 전자를 음극 제 2 층(50)으로부터 유기 발광층(60)에 주입할 때의 장벽을 완화할 수 있다. 따라서, 각 색의 발광을 나타내는 모든 유기 발광층(60)에서 전자와 정공의 주입 밸런스를 취해, 고휘도, 고발광 효율을 나타낼 수 있다.
또한, 이러한 구성으로 함으로써, 고분자 발광 재료를 사용한 유기 EL 장치에서, 음극 제 2 층(50)으로서 칼슘 등과 비교하여 반응성이 낮은 마그네슘 등의 재료를 사용할 수 있다. 따라서, 수분, 산소, 유기 발광층(60) 등과의 반응에 의한 유기 EL 장치의 열화를 저감할 수 있고, 고휘도, 고발광 효율, 고수명 특성을 나타낼 수 있으며, 또한 열 등에 대한 보존 안정성에도 뛰어난 유기 EL 장치를 실현할 수 있다. 또한, 톱 에미션형의 경우, 음극 제 1 층(전자 주입층)(52)과 음극 제 2 층(50)으로 이루어지는 음극을 박막화(예를 들면, 막두께 5㎚ 정도)했을 경우에도, 음극 제 2 층(50)을 반응성이 낮은 재료로 구성할 수 있기 때문에, 수분, 산 소, 유기 발광층(60) 등과 음극의 반응을 저감할 수 있고, 고분자 발광 재료를 사용한 유기 EL 장치의 안정성이나 신뢰성을 한층 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 실시형태에서는 적층체로 이루어지는 발광 소자의 최상층에 음극 제 2 층(50)을 배열 설치하고 있으나, 상기 음극 제 2 층(50)의 더 외층 쪽에 투명 전극을 구비시켜도 좋다. 즉, 도 6에 나타낸 바와 같이 음극 제 2 층(50)을 박막으로 하여 톱 에미션형의 유기 EL 장치를 구성하는 경우, 상기 음극 제 2 층(50)의 저항이 커져 발광 효율의 저하를 발생시킬 우려가 있으나, 그 외측에 ITO 등의 투명 전극(53)을 구비시킴으로써, 투광성을 구비한 채로 상기 음극측 전극의 저항값의 저하를 실현할 수 있게 된다.
또한, 도 7에 나타낸 바와 같이 음극 제 2 층(50)의 더 외층 쪽에 SiOxNy (x, y는 정수)로 표시되는 절연막(54)을 구비시켜도 좋다. 이 경우, 음극 제 2 층(50)에 대한 보호 효과가 있어, 보존 안정성이 한층 향상하게 된다.
또한, 음극 제 2 층(50)으로서 칼슘 등과 비교하여 반응성이 낮은 마그네슘 등의 재료를 사용할 수 있기 때문에, ITO 등의 투명 전극(53)이나 SiOxNy (x, y는 정수)로 표시되는 절연막(54)과 음극의 반응을 저감시킬 수 있고, 고분자 발광 재료를 사용한 유기 EL 장치의 안정성이나 신뢰성을 한층 향상시킬 수 있다.
또한, 도 8에 나타낸 바와 같이 음극 제 2 층(50)을 그 외층 쪽을 향하여 마그네슘의 조성비가 감소하는 구배를 갖는 구성으로 하여도 좋다. 이와 같이 마그네슘의 조성비가 음극의 외측을 향하여 감소하는 구성을 채용함으로써, 음극의 저 항을 그 두께 방향으로 다르게 하는 것이 가능하게 된다. 또한, 음극 제 2 층(50)에서 마그네슘과 그 밖의 금속의 중량비는, 예를 들면 10:1∼1:10 정도로 할 수 있고, 마그네슘이 너무 많으면 보존 안정성이 떨어지고, 마그네슘이 너무 적으면 음극의 기능이 저하될 우려가 있다.
<유기 일렉트로루미네선스 장치의 제조 방법>
다음으로, 상기 유기 EL 장치(1)의 제조 방법의 일례를 도 9∼도 13을 참조하여 설명한다. 여기서, 도 9∼도 13에 나타내는 각 단면도는 도 2 중의 Ａ-B 선의 단면도에 대응하고 있다.
우선, 도 9(a)에 나타낸 바와 같이 기판(20)의 표면에 하지 보호층(281)을 형성한다. 다음으로, 하지 보호층(281) 상에 ICVD법, 플라즈마 CVD법 등을 사용하여 아모포스 실리콘 층(501)을 형성한 후, 레이저 어닐링법 또는 급속 가열법에 의해 결정 입자를 성장시켜 폴리 실리콘층으로 만든다.
이어서, 도 9(b)에 나타낸 바와 같이 폴리 실리콘층을 포토리소그래피법에 의해 패터닝하여, 섬모양의 실리콘층(241, 251, 261)을 형성한다. 이들 중 실리콘층(241)은 표시 영역 내에 형성되어, 화소 전극(23)에 접속되는 구동용 TFT(123)를 구성하는 것이며, 실리콘층(251, 261)은 주사선 구동 회로(80)에 포함되는 P 채널형 및 N 채널형의 TFT(구동 회로용 TFT)를 각각 구성하는 것이다.
다음으로, 플라즈마 CVD법, 열 산화법 등에 의해 실리콘층(241, 251, 261), 하지 보호층(281)의 전체 면에 두께가 약 30㎚∼200㎚의 실리콘 산화막에 의해, 게이트 절연층(282)을 형성한다. 여기서, 열 산화법을 이용하여 게이트 절연층(282) 을 형성할 때에는, 실리콘층(241, 251, 261)의 결정화도 행하여, 이들 실리콘층을 폴리 실리콘층으로 할 수가 있다.
또한, 실리콘층(241, 251, 261)에 채널 도핑을 행할 경우에는, 예를 들면 이 타이밍에서 약 1×1012 ㎝-2의 도즈(dose)량으로 보론 이온(boron ion)을 주입한다. 그 결과, 실리콘층(241, 251, 261)은 불순물 농도(활성화 어닐링 후의 불순물로 산출)가 약 1×1017㎝-3의 저농도 P형의 실리콘층이 된다.
다음으로, P 채널형 TFT, N 채널형 TFT의 채널층의 일부에 이온 주입 선택
마스크를 형성하고, 이 상태에서 인 이온을 약 1×1015 ㎝-2의 도즈량으로 이온 주입한다. 그 결과, 패터닝용 마스크에 대하여 셀프 얼라인(self alignment)적으로 고농도 불순물이 도입되어, 도 9(c)에 나타낸 바와 같이 실리콘층(241, 261) 중에 고농도 소스 영역(241S, 261S) 및 고농도 드레인 영역(241D, 261D)이 형성된다.
다음으로, 도 9(c)에 나타낸 바와 같이 게이트 절연층(282)의 표면 전체에, 도핑된 실리콘(doped silicon)이나 규소화합물(silicide)막, 또는 알루미늄막이나 크롬막, 탄탈막 등의 금속막으로 이루어지는 게이트 전극 형성용 도전층(502)을 형성한다. 이 도전층(502)의 두께는 대략 500㎚ 정도이다. 그 후, 패터닝법에 의해 도 9(d)에 나타낸 바와 같이 P 채널형의 구동 회로용 TFT를 형성하는 게이트 전극(252), 화소용 TFT를 형성하는 게이트 전극(242), N 채널형의 구동 회로용 TFT를 형성하는 게이트 전극(262)을 형성한다. 또한, 구동 제어 신호 도통부(320(350)), 음극 전원 배선의 제 1 층(121)도 동시에 형성한다. 또한, 이 경우 구동 제어 신 호 도통부(320(350))는 더미 영역(5)에 배열 설치하는 것으로 되어 있다.
이어서, 도 9(d)에 나타낸 바와 같이 게이트 전극(242, 252, 262)을 마스크로서 사용하여, 실리콘층(241, 251, 261)에 대하여 인 이온을 약 4×1013 ㎝-2의 도즈량으로 이온 주입한다. 그 결과, 게이트 전극(242, 252, 262)에 대하여 셀프 얼라인적으로 저농도 불순물이 도입되어, 도 9(d)에 나타낸 바와 같이, 실리콘층 (241, 261) 중에 저농도 소스 영역(24lb, 26lb) 및 저농도 드레인(241c, 261c)가 형성된다. 또한, 실리콘층(251) 중에 저농도 불순물 영역(251S, 251D)이 형성된다.
다음으로, 도 10(e)에 나타낸 바와 같이 P 채널형의 구동 회로용 TFT(252) 이외의 부분를 덮는 이온 주입 선택 마스크(503)를 형성한다. 이 이온 주입 선택 마스크(503)를 사용하여, 실리콘층(251)에 대하여 보론 이온을 약 1.5×1015 ㎝-2의 도즈량으로 이온 주입한다. 결과적으로, P 채널형 구동 회로용 TFT를 구성하는 게이트 전극(252)도 마스크로서 기능하기 때문에, 실리콘층(251) 중에 셀프 얼라인적으로 고농도 불순물이 도핑된다. 따라서, 저농도 불순물 영역(251S, 251D)은 카운터 도핑되어, Ｐ 채널형의 구동 회로용 TFT의 소스 영역 및 드레인 영역이 된다.
다음으로, 도 10(f)에 나타낸 바와 같이 기판(20)의 전체 면에 걸쳐 제 1 층간 절연층(283)을 형성함과 동시에, 포토리소그래피법을 사용하여 상기 제 1 층간 절연층(283)을 패터닝함으로써, 각 TFT의 소스 전극 및 드레인 전극에 대응하는 위치에 콘택트홀(C)을 형성한다.
다음으로, 도 10(g)에 나타낸 바와 같이 제 1 층간 절연층(283)을 덮도록, 알루미늄, 크롬, 탄탈 등의 금속으로 이루어지는 도전층(504)을 형성한다. 이 도전층(504)의 두께는 대략 200㎚ 내지 800㎚ 정도이다. 이 후, 도전층(504) 중 각 TFT의 소스 전극 및 드레인 전극이 형성되어야 할 영역(240a), 구동 전압 도통부(310(340))가 형성되어야 할 영역(310a), 음극 전원 배선의 제 2 층이 형성되어야 할 영역(122a)을 덮도록 패터닝용 마스크(505)를 형성함과 동시에, 상기 도전층(504)을 패터닝하여 도 11(h)에 나타내는 소스 전극(243, 253, 263), 드레인 전극(244, 254, 264)을 형성한다. 다음으로, 도 11(i)에 나타낸 바와 같이, 이들이 형성된 제 1 층간 절연층(283)을 덮는 제 2 층간 절연층(284)을 예를 들면 아크릴계 수지 등의 고분자 재료에 의해 형성한다. 이 제 2 층간 절연층(284)은 약 1∼2㎛ 정도의 두께로 형성되는 것이 바람직하다. 또한, SiN, SiO2에 의해 제 2 층간 절연막을 형성하는 것도 가능하며, SiN의 막두께로서는 200㎚, SiO2의 막두께로서는 800㎚로 형성하는 것이 바람직하다.
다음으로, 도 11(j)에 나타낸 바와 같이, 제 2 층간 절연층(284) 중 구동용 TFT의 드레인 전극(244)에 대응하는 부분을 에칭에 의해 제거하여 콘택트홀(23a)을 형성한다. 그 후, 기판(20)의 전체 면을 덮도록 화소 전극(23)으로 되는 도전막을 형성한다. 그리고, 이 투명 도전막을 패터닝함으로써, 도 12(k)에 나타낸 바와 같이 제 2 층간 절연층(284)의 콘택트홀(23a)를 거쳐서 드레인 전극(244)과 도통하는 화소 전극(23)을 형성함과 동시에, 더미 영역의 더미 패턴(26)도 형성한다. 또한, 도 3, 도 4에서는 이들 화소 전극(23), 더미 패턴(26)을 총칭하여 화소 전극(23)으로 하고 있다.
더미 패턴(26)은 제 2 층간 절연층(284)을 거쳐서 하층의 메탈 배선에 접속하지 않는 구성으로 되어 있다. 즉, 더미 패턴(26)은 섬모양으로 배치되어, 실표시 영역에 형성되어 있는 화소 전극(23)의 형상과 거의 동일한 형상을 갖고 있다. 물론, 표시 영역에 형성되어 있는 화소 전극(23)의 형상과 다른 구조여도 좋다. 또한, 이 경우, 더미 패턴(26)은 적어도 상기 구동 전압 도통부(310(340))의 위쪽에 위치하는 것도 포함하는 것으로 한다.
다음으로, 도 12(l)에 나타낸 바와 같이 화소 전극(23), 더미 패턴(26) 위, 및 제 2 층간 절연막 위에 절연층인 친액성 제어층(25)을 형성한다. 또한, 화소 전극(23)에서는 일부가 개구하는 형태로 친액성 제어층(25)을 형성하고, 개구부(25a)(도 3도 참조)에서 화소 전극(23)으로부터의 정공 이동이 가능하게 되어 있다. 반대로, 개구부(25a)를 설치하지 않은 더미 패턴(26)에서는 절연층(친액성 제어층)(25)이 정공 이동 차폐층이 되어서 정공 이동이 발생하지 않는 것으로 되어 있다. 이어서, 친액성 제어층(25)에서 다른 2개의 화소 전극(23) 사이에 위치하여 형성된 오목 형상부에 BM을 형성한다. 구체적으로는, 친액성 제어층(25)의 상기 오목 형상부에 대하여 금속 크롬을 사용하여 스퍼터링법으로 성막한다.
다음으로, 도 12(m)에 나타낸 바와 같이 친액성 제어층(25)의 소정 위치, 상세하게는 상기 BM을 덮도록 유기 뱅크층(221)을 형성한다. 구체적인 유기 뱅크층의 형성 방법으로서는, 예를 들면 아크릴 수지, 폴리 이미드 수지 등의 레지스트를 용매에 녹인 것을 스핀 코팅법, 딥 코팅법 등의 각종 도포법에 의해 도포하여 유기질층을 형성한다. 또한, 유기질층의 구성 재료는 후술하는 잉크의 용매에 용해되지 않고, 또한 에칭 등에 의해 패터닝하기 쉬운 것이라면 어떤 것이라도 좋다.
다음으로, 유기질층을 포토리소그래피 기술 등에 의해 동시에 에칭하여, 유기질물의 뱅크 개구부(221a)를 형성하며, 개구부(221a)에 벽면을 구비한 유기 뱅크층(221)을 형성한다. 또한, 이 경우, 유기 뱅크층(221)은 적어도 상기 구동 제어 신호 도통부(320)의 위쪽에 위치하는 것을 포함하게 된다.
다음으로, 유기 뱅크층(221)의 표면에 친액성(親液性)을 나타내는 영역과 발액성(撥液性)을 나타내는 영역을 형성한다. 본 실시형태에서는 플라즈마 처리 공정에 의해 각 영역을 형성하는 것으로 하고 있다, 구체적으로는, 상기 플라즈마 처리 공정은 예비 가열 공정과, 유기 뱅크층(221)의 윗면 및 개구부(221a)의 벽면과 화소 전극(23)의 전극면(23c), 친액성 제어층(25)의 윗면을 친액성으로 하는 친잉크화 공정과, 유기 뱅크층의 윗면 및 개구부의 벽면을 발액성으로 하는 발잉크화 공정과, 냉각 공정을 구비하고 있다.
즉, 기재(뱅크 등을 포함하는 기판(20))를 소정의 온도, 예를 들면 70∼80℃ 정도로 가열하고, 이어서 친잉크화 공정으로서 대기 분위기 중에서 산소를 반응 가스로 하는 플라즈마 처리(O2 플라즈마 처리)를 행한다. 다음으로, 발잉크화 공정으로서 대기 분위기 중에서 4불화 메탄을 반응 가스로 하는 플라즈마 처리(CF4 플라즈마 처리)를 행하고, 그 후 플라즈마 처리를 위해 가열된 기재를 실온까지 냉각함 으로써, 친액성 및 발액성이 소정의 개소에 부여되게 된다.
또한, 이 CF4 플라즈마 처리에서는 화소 전극(23)의 전극면(23c) 및 친액성
제어층(25)에 대해서도 다소 영향을 받지만, 화소 전극(23)의 재료인 ITO 및 친액성 제어층(25)의 구성 재료인 SiO2, TiO2 등은 불소에 대한 친화성이 부족하기 때문에, 친잉크화 공정에서 부여된 수산기가 불소기로 치환되는 일이 없이 친액성이 유지된다.
다음으로, 도 13(n)에 나타낸 바와 같이 정공 주입/수송층(70)을 형성하기 위한 정공 주입/수송층 형성 공정을 행한다. 정공 주입/수송층 형성 공정에서는 액적(液滴) 토출법으로서, 특히 잉크젯법이 적합하게 채용된다. 즉, 이 잉크젯법에 의해 정공 주입/수송층 형성 재료를 전극면(23c) 위에 선택적으로 배치하여 이것을 도포한다. 그 후, 건조 처리 및 열처리를 행하여, 화소 전극(23) 위에 정공 주입/수송층(70)을 형성한다. 정공 주입/수송층(70)의 형성 재료로서는, 예를 들면 상기의 PEDOT : PSS를 이소프로필알콜 등의 극성 용매에 용해시킨 것이 이용된다.
여기서, 이 잉크젯법에 의한 정공 주입/수송층(70)의 형성 시에는, 우선 잉크젯 헤드(도시 생략)에 정공 주입/수송층 형성 재료를 충전하고, 잉크젯 헤드의 토출 노즐을 친액성 제어층(25)에 형성된 상기 개구부(25a) 내에 위치하는 전극면(23c)에 대향시켜, 잉크젯 헤드와 기재(기판(20))를 상대 이동시키면서, 토출 노즐로부터 1방울 당의 액량이 제어된 액적을 전극면(23c)에 토출한다. 다음으로, 토 출 후의 액적을 건조 처리하고, 재료 중에 포함되는 분산매나 용매를 증발시킴으로써, 정공 주입/수송층(70)을 형성한다.
이 때, 토출 노즐로부터 토출된 액적은 친액성 처리가 된 전극면(23c) 위에서 퍼져, 친액성 제어층(25)의 개구부(25a) 내에 채워진다. 그 한편으로, 발액 처리된 유기 뱅크층(221)의 윗면에서는 액적이 튀겨 부착되지 않는다. 따라서, 액적이 소정의 토출 위치로부터 벗어나, 액적의 일부가 유기 뱅크층(221)의 표면에 걸쳐 있더라도, 상기 표면이 액적으로 젖는 일이 없고, 튄 액적이 친액성 제어층(25)의 개구부(25a) 내로 인입된다. 또한, 이 정공 주입/수송층 형성 공정 이후에는 각종 형성 재료나 형성된 요소의 산화·흡습을 방지하기 위해 질소 분위기, 아르곤 분위기 등의 불활성 가스 분위기에서 행하는 것이 바람직하다.
다음으로, 유기 발광층(60)을 형성하기 위해 유기 발광층 형성 공정을 행한다. 이 공정에서는 상기의 정공 주입/수송층(70)의 형성과 마찬가지로, 액적 토출법인 잉크젯법이 적합하게 채용된다. 즉, 잉크젯법에 의해 유기 발광층 형성 재료를 정공 주입/수송층(70) 위에 토출하고, 그 후 건조 처리 및 열처리를 행함으로써, 유기 뱅크층(221)에 형성된 개구부(221a) 내, 즉 화소 영역 위에 유기 발광층(60)을 형성한다. 또한, 이 유기 발광층 형성 공정에서는 정공 주입/수송층(70)의 재용해를 방지하기 위해, 유기 발광층 형성 시에 사용하는 재료 잉크의 용매로서, 정공 주입/수송층(70)에 대하여 녹지 않는 무극성 용매를 사용한다. 또한, 유기 발광층(60)의 형성 시에는 각 색마다 행하도록 한다.
다음으로, 유기 발광층(60) 위에 음극 제 1 층(전자 주입층)(52)을 형성하기 위해 음극 제 1 층 형성 공정을 한다. 이 음극 제 1 층(전자 주입층)(52)에는 알칼리 금속의 불화물로서, 구체적으로는 불화 리튬(LiF)을 사용하여 구성되어 있지만, 그 밖에도 예를 들면 알칼리 금속의 산화물, 또는 알칼리토류 금속의 불화물 또는 산화물, 또는 유기물과의 착체 또는 화합물을 사용하여 구성할 수도 있다. 특히, 불화 리튬은 저온에서 형성할 수 있고, 또한 밴드 갭을 갖는 반도체, 절연체이기 때문에 바람직하다. 이 음극 제 1 층(전자 주입층)(52)의 형성 방법으로서는 진공 증착법 등의 공지의 방법을 채용할 수 있다.
이어서, 도 13(o)에 나타낸 바와 같이 음극 제 2 층(50)을 형성하기 위해 증착법에 의해 음극 제 2 층 형성 공정을 행한다. 이 공정에서는 진공 증착법에 의해, 마그네슘의 합금을 상기 음극 제 1 층(전자 주입층)(52)의 노출부의 전체 면에 성막하는 것으로 하고 있다. 마그네슘(Mg)과 은(Ag)의 합금은 제조 도중에 있어서 표면에 석출한 마그네슘이 산소와 반응하여, 수분이나 산소에 대한 가스 배리어성이 향상되는 산화 마그네슘으로 되어 바람직하다. 또한, 음극 제 2 층으로서 사용되는 일함수가 3.0 eV에서 4.0 eV의 원자로서 스칸듐(일함수 3.5 eV), 이트륨(일함수 3.1 eV), 란탄(일함수 3.5 eV), 비소(일함수 3.75 eV) 등을 사용하여도 좋다. 그리고, 최후에 밀봉 기판(30)을 형성하기 위해 밀봉 공정을 행한다. 이 밀봉 공정에서는 밀봉 기판(30)의 내측에 건조제(45)를 삽입하면서, 밀봉 기판(30)과 기판(20)을 접착제(40)로 밀봉한다. 또한, 이 밀봉 공정은 질소, 아르곤, 헬륨 등의 불활성 가스 분위기 중에서 행하는 것이 바람직하다.
또한, 마그네슘 단체로 구성할 경우와 비교하여 마그네슘 합금을 사용했을 경우에는, 음극 내에서의 음극 제 1 층(전자 주입층)(52)에 사용되는, 예를 들면 불화 리튬과의 반응을 저감할 수 있고, 음극 제 1 층(전자 주입층)(52)을 구성하는 원자가 유기 발광층(60) 내에 확산하는 것을 저감시킬 수 있다. 특히, 액적 토출법 등의 액상법으로 유기 발광층(60)을 형성할 경우, 용매를 포함하는 액상의 유기 발광층 형성 재료를 정공 주입/수송층(70) 위에 토출하고, 그 후, 건조 처리 및 열처리에 의해 용매를 제거하여 형성한다. 이와 같이 용매가 제거될 때에, 유기 발광층(60)에 미소 구멍이 형성된다. 이 때문에, 음극 제 1 층(전자 주입층)(52)을 구성하는 원자가 유기 발광층(60) 내에 확산하기 쉬워진다. 이와 같이 형성된 유기 발광층(60)에 대하여, 음극 제 1 층(전자 주입층)(52)으로서 불화 리튬의 박막을 형성한 뒤에 음극 제 2 층(50)을 마그네슘 합금으로 구성함으로써, 액적 토출법 등의 액상법으로 형성한 유기 발광층(60)에 따른 음극 제 1 층(전자 주입층)(52)을 구성하는 원자가 유기 발광층(60) 내에 확산하고, 유기 EL 소자의 특성을 불안정하게 하는 문제를 한층 억제시킬 수 있다.
<실시예>
다음으로, 유기 EL 장치(1)에 대해서 그 발광 효율 및 수명 특성을 평가하였다.
구체적으로는, 음극의 구성으로서, 제 1 층을 칼슘으로, 제 2 층을 알루미늄으로 형성한 비교예 1과, 제 1 층을 불화 리튬/칼슘으로, 제 2 층을 알루미늄으로 형성한 비교예 2와, 제 1 층을 불화 리튬으로, 제 2 층을 마그네슘과 은의 합금으로 형성한 실시예 1에 대하여, 각 색(적색(R), 녹색(G), 청색(B))의 발광 효율 및 수명 특성을 각각 비교하였다. 청색(B)으로 발광하는 고분자 발광 재료로서 PFM을 사용하며, LUMO 레벨은 2.1 eV이다. 또한, 녹색(G)으로 발광하는 고분자 발광 재료로서 F8BT를 사용하며, LUMO 레벨은 3.4 eV이다. 또한, 적색(R)으로 발광하는 고분자 발광 재료로서 PAT를 사용하며, LUMO 레벨은 3.3 eV이다. 그 결과를 표 1(발광 효율) 및 표 2(수명 특성)에 나타낸다. 또한, 각 표에서, 발광 효율에 대해서는 비교예 1의 적색(R)을 「1」이라고 했을 때의 상대값을, 수명 특성에 대해서는 비교예 2의 청색(B)을 「1」이라고 했을 때의 상대값을 나타내었다.
[표 1]
비교예 1 비교예 2 실시예 1
R 1 0.3 1
G 1 1.1 1.3
B 0.2 1 1.1
[표 2]
비교예 1 비교예 2 실시예 1
R 1 1 1.5
G 1 0.8 1.9
B 0.01 1 1
표 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 비교예 1의 음극 구성에서는 청색(B)의 발광 효율이 떨어지고, 비교예 2의 음극 구성에서는 적색(R)의 발광 효율이 떨어지는 반면, 실시예 1의 음극 구성에서는 모든 색에 대하여 뛰어난 발광 효율을 나타내는 것을 알았다. 또한, 표 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 비교예 1의 음극 구성에서는 청색(B)의 수명이 짧고, 비교예 2의 음극 구성에서는 녹색(G)의 수명이 짧은 반면, 실시예 1의 음극 구성에서는 모든 색에 대해서 높은 수명 특성을 나타내는 것을 알았다. 즉, 음극을 불화 리튬(제 1 층)과 마그네슘 및 은의 합금(제 2 층)으로 형성한 본 실시형태의 유기 EL 장치(1)는 각 색 공통의 음극 구성이라도, 상기 각 색에 있어서 뛰어난 발광 효율 및 수명 특성을 나타내는 것을 알았다.
<전자기기>
다음으로, 본 발명의 유기 EL 장치를 구비한 전자기기의 구체적인 예에 대하여 설명한다. 본 발명의 전자기기는 상기의 유기 EL 장치를 표시부로서 가진 것이며, 구체적으로는 도 14에 나타내는 것을 들 수 있다. 도 14는 휴대 전화의 일례를 나타낸 사시도이다. 도 14에서, 부호 1000은 휴대 전화 본체를 나타내고, 부호 1001은 상기의 유기 EL 장치를 사용한 표시부를 나타내고 있다. 도 14에 나타내는 전자기기는 상기 유기 EL 장치를 가진 표시부를 구비하고 있으므로, 수명이 길고 또한 밝은 표시를 얻을 수 있다.
본 발명에 의하면, 간편한 구성으로 모든 색의 유기 발광층에서 고휘도, 고발광 효율, 고수명 특성을 나타낼 수 있고, 또한 열 등에 대한 보존 안정성에도 뛰어난 유기 EL 장치와 이 유기 EL 장치를 구비한 전자기기를 제공할 수 있다.

Claims (12)

  1. 양극과 음극 사이에 유기 발광층을 포함하여 이루어지는 적층체(積層體)를 갖는 복수의 유기 발광 소자를 구비한 유기 일렉트로루미네선스 장치로서,
    상기 유기 발광층이 고분자 발광 재료로 이루어지고,
    상기 복수의 유기 발광 소자는 상기 복수의 유기 발광 소자를 구성하는 유기 발광 재료 중, 가장 LUMO 레벨이 높은 제 1 LUMO 레벨을 갖는 제 1 유기 발광 재료를 구비한 제 1 유기 발광 소자와, 상기 복수의 유기 발광 소자를 구성하는 유기 발광 재료 중, 가장 LUMO 레벨이 낮은 제 2 LUMO 레벨을 갖는 제 2 유기 발광 재료를 구비한 제 2 유기 발광 소자를 포함하며,
    상기 음극은 상기 제 1 유기 발광 소자와 상기 제 2 유기 발광 소자에 공통으로 형성되어 있고, 알칼리 금속의 불화물 또는 산화물, 또는 알칼리토류 금속의 불화물 또는 산화물, 또는 유기물과의 착체(錯體) 또는 화합물로 이루어지는 제 1 층과, 그 일함수(work function)와 상기 제 1 LUMO 레벨의 차이가 0.7eV 이내인 원자를 포함하는 제 2 층을 상기 유기 발광층 쪽으로부터 이 순서로 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 일렉트로루미네선스 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 LUMO 레벨은 3.0eV에서 3.5eV의 범위에 있고,
    상기 제 2 LUMO 레벨은 2.0eV에서 2.5eV의 범위에 있고,
    상기 제 2 층이 일함수가 3.0eV에서 4.0eV인 원자를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 일렉트로루미네선스 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 층은 불화 리튬이며,
    상기 제 2 층을 구성하는 적어도 하나의 원자의 일함수와 상기 제 2 LUMO 레벨의 차이가 2.0eV 이내인 것을 특징으로 하는 유기 일렉트로루미네선스 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 층이 마그네슘과 은의 합금, 마그네슘과 알루미늄의 합금, 마그네슘과 크롬의 합금 중에서 선택되는 1 또는 2 이상의 합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유기 일렉트로루미네선스 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 층이 상기 적층체의 최외층(最外層)을 구성하고 있는 것을 특징으로 하는 유기 일렉트로루미네선스 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 층의 외층 쪽에 투명 전극이 구비되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 유기 일렉트로루미네선스 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 층의 외층 쪽에 SiOxNy(x, y는 정수)로 표시되는 보호막이 구비되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 유기 일렉트로루미네선스 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 층이 그 외층 쪽을 향하여 마그네슘의 조성비가 감소하는 구배를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 유기 일렉트로루미네선스 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 층에서, 마그네슘과 그 밖의 금속과의 중량비가 10:1∼1:10인 것을 특징으로 하는 유기 일렉트로루미네선스 장치.
  10. 기판과,
    양극과 음극 사이에 유기 발광층을 포함하여 이루어지는 적층체를 갖는 유기 발광 소자를 구비한 유기 일렉트로루미네선스 장치로서,
    상기 유기 발광층이 고분자 발광 재료로 이루어지고,
    상기 유기 발광 소자는 LUMO 레벨이 2.0eV에서 2.5eV의 범위에 있는 유기 발광층을 가지며,
    상기 음극은 불화 리튬으로 이루어지는 제 1 층과, 마그네슘과 은의 합금, 마그네슘과 알루미늄의 합금, 마그네슘과 크롬의 합금 중에서 선택되는 1 또는 2 이상의 합금으로 이루어지는 제 2 층을 상기 유기 발광층 쪽으로부터 이 순서로 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 일렉트로루미네선스 장치.
  11. 제 1 항 또는 제 2 항 또는 제 10 항 중 어느 한 항에 기재된 유기 일렉트로루미네선스 장치를 구비한 것을 특징으로 하는 전자기기.
  12. 기판 위에 양극을 형성하는 공정과,
    상기 양극 위에 유기 발광층을 포함하는 기능층을 액상법(液相法)에 의해 형성하는 공정과,
    상기 기능층 위에 알칼리 금속의 불화물 또는 산화물, 또는 알칼리토류 금속의 불화물 또는 산화물, 또는 유기물과의 착체 또는 화합물로 이루어지는 음극 제 1 층을 형성하는 공정과,
    음극 제 1 층 위에 마그네슘과 은의 합금, 마그네슘과 알루미늄의 합금, 마그네슘과 크롬의 합금 중에서 선택되는 1 또는 2 이상의 합금으로부터 음극 제 2 층을 형성하는 공정을 갖는 유기 일렉트로루미네선스 장치의 제조 방법.
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