KR100699966B1

KR100699966B1 - 유기 일렉트로루미네선스 소자 및 유기 일렉트로루미네선스디스플레이

Info

Publication number: KR100699966B1
Application number: KR1020057004469A
Authority: KR
Inventors: 마사야 나까야마; 유이찌로 이따이; 마사루 기노시따; 준 고다마
Original assignee: 후지필름 가부시키가이샤
Priority date: 2005-03-16
Filing date: 2003-03-13
Publication date: 2007-03-28
Also published as: KR20050054945A

Abstract

유기 EL 소자(30)는, 투명한 기판(31)과, 기판(31) 상에, 양극(32), 정공 주입층(33), 정공 수송층(34), 발광층(35), 전자 수송 적층체(36), 음극측 전자 수송층(37), 음극(38)이 순차적으로 형성된 구성을 갖고, 전자 수송 적층체(36)는 전자 친화력이 서로 상이한 2종의 전자 수송층(34A, 36B)이 교대로 적층된 구성을 갖는다. 음극(38)으로부터 주입되는 전자 전류량을 증가시켜 정공 전류량과 균형을 취하여 발광 효율을 높인다.

유기 EL 소자, 정공 주입층, 정공 수송층, 발광층, 전자 수송 적층체, 음극측 전자 수송층

Description

유기 일렉트로루미네선스 소자 및 유기 일렉트로루미네선스 디스플레이{ORGANIC ELECTROLUMINESCENCE DEVICE AND ORGANIC ELECTROLUMINESCENCE DISPLAY}

본 발명은 일반적으로 광전자 소자 및 광전자 소자를 이용한 플랫 패널 디스플레이에 관한 것으로, 특히 유기 일렉트로루미네선스 소자 및 유기 일렉트로루미네선스 디스플레이에 관한 것이다.

근년, 종래의 대형·중량의 CRT(브라운관) 디스플레이로부터 박형·경량의 플랫 디스플레이로 점차로 시장 니즈가 이행되고 있다. 플랫 디스플레이로서는 액정 디스플레이, 플라즈마 디스플레이가 실용화되어 가정용 텔레비전 수상기, 퍼스널 컴퓨터용 모니터 등으로서 실용화되어 있다.

최근, 차세대의 플랫 디스플레이로서 일렉트로루미네선스 디스플레이(이하, 「EL 디스플레이」라고 칭함), 특히 유기 EL 디스플레이가 주목받고 있다. 유기 EL 디스플레이를 구성하는 유기 EL 소자는 정공 수송성과 전자 수송성의 각각의 유기 박막을 적층한 적층형 소자의 보고(C. W. Tang and S.A. VanSlyke, Applied Physics Letters vol.51, 913(1987)) 이래, 10V 이하의 저전압에서 발광하는 대면적 발광 소자로서 관심을 모아, 활발히 연구가 이루어지고 있다. 유기 EL 디스플레이는 액정 모니터와 비교하여, 자연 발광형이므로 백 라이트를 필요로 하지 않고 박형화가 가능하고, 구조가 심플하며 가요성이 있는 디스플레이가 제작 가능하므 로, 응용 범위가 확대되는 것이 기대되고 있다. 한편, 실용화에서는, 유기 EL 디스플레이는 긴 수명화에 과제를 남기고 있다.

도 1은 종래의 유기 EL 소자의 개략 단면도이다. 도 1에 도시하는 바와 같이, 유기 EL 소자(10)는 투명성 절연 기판(11) 상에 투명 양극(12), 정공 주입층(13), 정공 수송층(14), 발광층(15), 전자 수송층(16), 음극(18)이 순차적으로 형성된 구성으로 되어 있다. 유기 EL 소자(10)는, 정공이 투명 양극(11)으로부터 정공 주입층(13)으로 주입되고, 한쪽 음극(19)으로부터 전자가 주입되고, 정공 및 전자가 발광층(15)에서 재결합하여 방출된 에너지에 의해, 발광층(15)에 포함되는 유기 형광체 등이 여기되어 발광한다. 휘도는 재결합하는 정공 및 전자의 시간당 재결합량으로 결정되고, 또한 발광 효율은 소비 전류에 대한 휘도로 표시되므로, 발광에 기여하는 전자량 및 정공량의 균형이 양호할수록 발광 효율은 높게 된다.

유기 EL 소자(10)는, 투명 양극(12)은 ITO(Indium Tin Oxide)로 형성되어 있고, 그 ITO의 표면을 UV 오존이나 산소 플라즈마 등에 의해 산화 처리를 실시하여, 일함수를 정공 주입층의 이온화 포텐셜과 정합시킴으로써, 투명 양극(12)으로부터 정공 주입층(13)으로의 정공 주입 장벽을 저감하여 정공 전류량을 증가시키고 있다.

한편, 음극(18)에는, 전자 수송층(16)으로의 전자 주입 장벽이 작은 낮은 일함수를 갖는 금속인 Li, Mg 또 이들의 합금 Al-Li, Mg-Ag 등이 이용되고 있다. 최근 들어, LiF/Al과 같은 금속 불화물을 전자 주입층으로서 도입함으로써, 단체 Al 을 음극(18)에 이용하여도, Li, Mg 등의 낮은 일함수 금속의 단체 또는 이들의 합금을 음극으로서 이용한 소자와 동등한 유기막으로의 전자 주입 능력을 나타내어, 발광 효율 등의 소자 특성도 낮은 일함수 금속을 음극으로서 이용한 것과 동등 또는 그 이상의 값을 나타낸다는 것이 알려져 있다(L. S. Hung, C. W. Tang Tang, and M. G. Mason, Applied Physics Letters vol.70(2), 152(1997)).

그러나, 음극(18)에 이러한 낮은 일함수 금속의 단체 또는 합금, 또는 LiF 등의 전자 주입층을 도입하여도, 발광층(15)에 도달하는 전자 전류량은 정공 전류량에 비교하여 적어, 전자 전류량과 정공 전류량의 불균형에 의해, 발광에 기여하지 않는 정공 전류가 낭비되어, 발광 효율을 충분히 향상시킬 수 없다고 하는 문제가 있다.

또한, 발광 효율이 낮은 경우, 충분한 휘도를 얻기 위해서는, 인가하는 전압을 늘려, 보다 많은 전류량을 흘릴 필요가 있는데, 전압을 과도하게 인가하면 양극(12)과 정공 주입층(13), 및 음극(18)과 전자 수송층(16)의 계면에서 화학 반응이 생기기 쉽게 되어, 정공 주입층(13), 전자 수송층(16)이 변질되어 기능이 저하되고, 나아가서는 소자 파괴로 이어지기 쉽다. 따라서, 소자 수명을 충분히 확보할 수 없다고 하는 문제가 있다.

또한, 일본특허공개 2002-43063호 공보에는, 다층 전자 수송 영역을 형성함으로써 캐리어의 발광층으로의 주입의 향상 또는 동작 전압을 저하시키거나 하는 것이 개시되어 있다. 그러나, 본 공보에서는 다층 전자 수송 영역의 구성에 대해서는 구체적인 구성은 개시되어 있지 않다.

[특허 문헌 1] 일본특허공개 2002-43063호 공보

[특허 문헌 2] 일본특허공개 2001-357975호 공보

그래서, 본 발명은, 상기의 과제를 해결한 신규하면서도 유용한 유기 일렉트로루미네선스 소자 및 유기 일렉트로루미네선스 디스플레이를 제공하는 것을 개괄 과제로 한다.

본 발명의 보다 구체적인 과제는, 발광 효율이 우수하고, 긴 수명화가 가능한 유기 일렉트로루미네선스 소자를 제공하는 것이다.

본 발명의 한 관점에 따르면,

양극과, 양극 상에 형성된 발광층과, 발광층 상에 형성된 캐리어 수송 적층체와, 캐리어 수송 적층체 상에 형성된 음극을 포함하고,

상기 캐리어 수송 적층체는 제1 캐리어 수송층과 제2 캐리어 수송층이 교대로 적층되어 이루어지며,

상기 제1 캐리어 수송층과 제2 캐리어 수송층은 서로 전자 수송성이 상이한 것을 특징으로 하는 유기 일렉트로루미네선스 소자가 제공된다.

여기서, 전자 수송성은 제1 캐리어 수송층 및 제2 캐리어 수송층을 형성하는 유기 재료의 전자 친화력, 이온화 포텐셜, 에너지 갭 등에 의해 결정된다.

본 발명에 따르면, 발광층과 음극 사이에, 서로 전자 수송성이 상이한 제1 캐리어 수송층과 제2 캐리어 수송층이 교대로 적층된 캐리어 수송 적층체가 형성됨으로써, 발광층에 주입되는 전자 전류량을 증가시킬 수 있다. 그 결과, 본 발명의 유기 일렉트로루미네선스 소자는 전자 전류량과 정공 전류량이 균형을 이룸으로써, 높은 발광 효율을 가지며, 또한 긴 수명을 갖는다.

상기 제1 캐리어 수송층과 제2 캐리어 수송층은 서로 전자 친화력이 상이하다. 제1 캐리어 수송층과 제2 캐리어 수송층의 전자 친화력이 서로 상이함으로써, 다중 양자 웰이 형성되어 전자 전류량을 증가시킬 수 있다. 또, 전자 친화력은, 캐리어 수송층 등을 구성하는 재료의 전도체 하단의 에너지와 진공 준위의 에너지 차로 표현되며, 포지티브값으로 표시된다.

본 발명의 다른 관점에 따르면, 상기 어느 하나의 유기 일렉트로루미네선스 소자를 구비한 유기 일렉트로루미네선스 디스플레이가 제공된다.

본 발명에 따르면, 높은 발광 효율과 긴 수명을 갖는 유기 일렉트로루미네선스 디스플레이를 실현할 수 있다.

도 1은 종래의 유기 EL 소자의 단면도.

도 2는 본 발명에 따른 소자 구조체의 단면도.

도 3은 도 2에 도시하는 소자 구조체의 Ⅰ-Ⅴ 특성도.

도 4는 본 발명의 제1 실시 형태의 유기 EL 소자의 단면도.

도 5는 제1 실시 형태의 유기 EL 소자의 에너지 다이어그램.

도 6은 에너지 갭을 구하는 방법을 설명하기 위한 도면.

도 7은 이온화 포텐셜을 구하는 방법을 설명하기 위한 도면.

도 8은 실시예 및 비교예에 따른 유기 EL 소자에 사용한 전자 수송층 및 정 공 수송층의 특성값을 도시하는 도면.

도 9는 제1∼제3 실시예 및 제1∼제2 비교예에 따른 유기 EL 소자의 층 구성과 평가 결과를 도시하는 도면.

도 10은 제4∼제5 실시예 및 제3∼제4 비교예에 따른 유기 EL 소자의 층 구성과 평가 결과를 도시하는 도면.

도 11은 본 발명의 제2 실시 형태의 유기 EL 디스플레이의 분해 사시도.

<부호의 설명>

31 : 기판

32 : 양극

33 : 정공 주입층

34 : 정공 수송층

35 : 발광층

36 : 전자 수송 적층체

37 : 음극측 전자 수송층

38 : 음극

36A1·36A2 : 제1 전자 수송층

36B1·36B2 : 제2 전자 수송층

50 : 유기 EL 디스플레이

먼저, 본원 발명자가 본 발명을 이루어내기에 이른 경위에 대하여 설명한다. 본원 발명자는 이하에 나타내는 실험을 행하여, 본원의 특징인, 발광층과 음극 사이에 상이한 전자 수송성을 갖는 전자 수송층을 교대로 적층한 전자 수송 적층체를 형성함으로써, 주입 가능한 전류 밀도를 증가시킬 수 있다는 사실을 얻었다.

도 2는 본 실험에 사용한 본 발명에 따른 소자 구조체의 단면도이다. 도 2를 참조하면, 소자 구조체(20)는, 기판(21)과, 기판(21) 상에 형성된 양극(22)과, 양극(22) 상에 2개의 상이한 전자 수송층(26A, 26B)이 교대로 적층된 전자 수송 적층체(26)와, 전자 수송 적층체(26) 상에 적층된 음극측 전자 수송층(27)과, 음극측 전자 수송층(27) 상에 형성된 음극(28)으로 구성되어 있다. 양극(22)에는 Al을, 음극(28)에는 LiF/Al을 이용하고 있다. 또한, 음극측 전자 수송층(27)에는 TYE704(도요잉크사제 상품명)를 이용하고 있다. 전자 수송 적층체(26)는 양극측으로부터 제1 전자 수송층(26A1), 제2 전자 수송층(26B1), 또한 이 순서로 교대로 제1 전자 수송층(26A2), 제2 전자 수송층(26B2)이 적층되어 있다. 여기서는, 제1 전자 수송층(26A)에는 TYE704, 제2 전자 수송층(26B)에는 TYG201(도요잉크사제 상품명)을 이용하고 있다. TYG201(도요잉크사제 상품명)은 녹색 발광 재료로서 알려져 있지만, 전자 수송층으로서도 이용할 수 있다. 적층의 반복수를 N=1, 3, 4의 소자 구조체, 비교를 위해 전자 수송 적층체를 제외한 것 이외에는 동일한 소자, 즉 반복수 N=0의 소자 구조체를 제조하였다. 전자 수송 적층체(26)({} 내에 나타냄) 및 음극측 전자 수송층(27)의 두께를 이하에 나타낸다. 또, 음극측 전자 수송층(27)은, 각각의 소자 구조체에서, 음극으로부터의 전자 주입 장벽을 동일한 조건으로 하기 위해 형성하였다.

N=0 : TYG201(80㎚)

N=1 : {[TYG201(30㎚)/TYE704(30㎚)]₁}/TYG201(20㎚)

N=3 : {[TYG201(10㎚)/TYE704(10㎚)]₃}/TYG201(20㎚)

N=4 : {[TYG201(7.5㎚)/TYE704(7.5㎚)]₄}/TYG201(20㎚)

전자 수송 적층체(26)에 흐르는 전류량을 측정하기 위하여, 양극(22)과 음극(28) 사이에 직류 0∼10V를 0.5V마다 인가하여, 전류계로 소자에 흐르는 전류량을 측정하였다.

도 3은 도 2에 도시하는 소자 구조체의 Ⅰ-Ⅴ 특성을 도시하는 도면이다. 도 3을 참조하면, N=0 및 N=1의 소자를 비교하면 거의 동등한 전류량이거나, N=1이 약간 작다. 한편, N=3, 및 N=4에서는, 전류량이 대폭 증가되어, 반복수가 많을수록 증가되고 있음을 알 수 있다. 따라서, 서로 상이한 전자 수송성을 갖는 2개의 전자 수송층(26A, 26B)을 반복하여 적층함으로써 전자 전류량을 증가시킬 수 있고, 적층수를 많게 함으로써 정공 전류량과 밸런스를 취한 충분한 전자 전류량을 흘릴 수 있다. 이것은, 전자 친화력이 상이한, 전자 수송층을 교대로 적층함으로써 다중 양자 웰이 형성되어, 다중 양자 웰 효과에 의해 전자 전류량이 증가된 것이라고 추찰된다. 또, N=1의 경우에 전류량이 증가되지 않은 이유는, N=1에서는 다중 양자 웰이 형성되어 있지 않기 때문이라고 추찰된다.

이상에 의해, 본원 발명자는, 상이한 전자 수송층을 적층한 전자 수송 적층체를 구비한 유기 EL 소자의 발명에 이른 것이다.

(제1 실시 형태)

이하, 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 실시 형태의 유기 EL 소자에 대하여 설명한다.

도 4는 본 발명의 실시 형태에 따른 유기 EL 소자의 단면도이다. 도 5는 도 4에 도시하는 본 실시 형태의 유기 EL 소자의 에너지 다이어그램의 일례이다. 도 5 중, Ea는 전자 친화력을, Eg는 에너지 갭을, Ip는 이온화 포텐셜을 나타낸다. 도 4 및 도 5를 참조하면, 본 실시 형태의 유기 EL 소자(30)는, 투명한 기판(31)과, 기판(31) 상에 양극(32), 정공 주입층(33), 정공 수송층(34), 발광층(35), 전자 수송 적층체(36), 음극측 전자 수송층(37), 음극(38)이 순차적으로 형성된 구성으로 되어 있다.

기판(31)에는, 예를 들면, 글래스, 석영 등의 투명성 절연 기판, Si 등의 반도체 기판, PET나 PEN 등의 필름, PVA 등의 수지 기판 등을 이용할 수 있다. 또는, 이들 기판 상에 유기 EL 소자의 온 오프를 제어하는 TFT(박막 트랜지스터)가 매트릭스 형상으로 형성되어 있어도 된다. 기판(31)의 두께는 이들 기판의 재료에 따라 적절히 선택되는데, 대략 200㎛∼1000㎛이다.

양극(32)은, 기판(31) 상에 증착법이나 스퍼터법에 의해 Al 등의 도전 재료로 형성되고, 정공 주입성의 관점으로부터는 일함수가 큰 Au, Cr, Mo 등이 적합하다. 단, 양극측으로부터 광이 방사되는 경우에는 ITO나 산화 인듐 등의 투명 재료로 형성된다.

정공 주입층(33) 및 정공 수송층(34)은 HOMO가 높은, 즉 이온화 포텐셜이 작 은 재료가 사용된다. 대표적인 것으로서, 구리프탈로시아닌(CuPc), 스타버스트형 아민의 m-MTDATA, 2-TNATA, TPD, α-NPD 등을 들 수 있다. 또, 양극과 정공 수송층 사이에 보다 많은 정공 주입을 행하기 위해서, 정공 주입층을 형성하여도 된다. 정공 주입층에는, 상술한 구리프탈로시아닌(CuPc), 스타버스트형 아민의 m-MTDATA, 2-TNATA를 이용할 수 있다.

또한, 정공 수송층(34)은 발광층(35)에 대하여 전자 친화력이 작은 편이 바람직하다. 발광층에 전자를 축적할 수 있어, 발광층에서의 공간 전자 밀도를 증가시킬 수 있다. 구체적으로는, 도 5에 도시하는 바와 같이, 정공 수송층(34)의 전자 친화력 Ea₃₄와 발광층의 전자 친화력 Ea₃₅의 관계를 Ea₃₄<Ea₃₅로 하고, 높이 BR₃₄(= Ea₃₅-Ea₃₄)의 에너지 배리어를 형성한다.

또, 이온화 포텐셜이 상이한 정공 수송층을 교대로 적층하여 형성하여도 된다. 정공에 대하여 에너지 배리어를 형성함으로써 정공 전류량을 억제하여, 전자 전류량과의 균형을 도모할 수 있다.

발광층(35)에는, Alq3(tris(8-hydroxyquinolio)aluminium), Znq2, Balq2 등의 금속 착체계 재료, PZ10, EM2 등의 색소계 재료 등이 사용된다. 또한, 루브렌, TPB 등의 색소를 Alq3 등의 호스트재에 도핑한 것을 이용할 수 있다.

음극측 전자 수송층(37)은, 후술하는 전자 수송 적층체(36)를 구성하는 전자 수송층과 동일한 재료로 구성된다. 특히, 음극측 전자 수송층(37)은, 전자 수송 적층체(36)를 구성하는 전자 수송층과 비교하여, 에너지 갭의 크기가 동등하거나 보다 큰 것이 바람직하다. 음극측 전자 수송층(37)에서의 발광을 방지할 수 있다.

음극(38)에는, 일함수가 작은, Li 등의 금속이나 그 합금 Mg-Ag, Al-Li 등을 이용할 수 있다. 또한, LiF/Al과 같이 금속 불화물 등의 전자 주입층을 도입한 음극을 이용하여도 된다.

전자 수송 적층체(36)는, 상이한 전자 수송성을 갖는 제1 전자 수송층(36A) 및 제2 전자 수송층(36B)이 교대로 적층된 구성으로 되어 있다. 여기서, 상이한 전자 수송성이란, 예를 들면 HOMO나 LUMO(최저 공분자 오비탈), 도전성 등이 상이한 것을 말한다. 본 실시 형태에서는 이하 제1 전자 수송층(36A) 및 제2 전자 수송층(36B)은 전자 친화력이 서로 상이한 것에 대하여 설명한다.

제1 전자 수송층(36A) 및 제2 전자 수송층(36B)에는, 8-히드록시퀴놀린의 금속 킬레이트, 금속 티옥시노이드 화합물, 옥사디아졸 금속 킬레이트, 트리아진, 4, 4'-비스(2, 2-디페닐비닐)비페닐 등을 이용할 수 있다. 8-히드록시퀴놀린의 금속 킬레이트 중에서 적합한 것은 Alq3(트리스(8-히드록시퀴놀리네이트)알루미늄, Balq(비스(8-히드록시퀴놀라토)-(4-페닐페놀라토)알루미늄, 비스 PBD 등을 들 수 있다. 또한, 금속 티옥시노이드 화합물 중에서 적합한 것은 비스(8-퀴놀린티올라토)아연, 비스(8-퀴놀린티올라토)카드뮴, 트리스(8-퀴놀린티올라토)갈륨, 트리스(8-퀴놀린티올라토)인듐 등을 들 수 있다. 또한, 옥사디아졸 금속 킬레이트 중에서 적합한 것은 비스[2-(2-히드록시페닐)-5-페닐-1, 3, 4-옥사디아졸라토]아연, 비스[2-(2-히드록시페닐)-5-페닐-1, 3, 4-옥사디아졸라토]베릴륨, 비스[2-(2-히드록시페닐)-5-(1-나프틸)-1, 3, 4-옥사디아졸라토]아연, 비스[2-(2-히드록시페닐)-5- (1-나프틸)-1, 3, 4-옥사디아졸라토]베릴륨 등을 들 수 있다.

제1 전자 수송층(36A)과 제2 전자 수송층(36B)은, 상술한 전자 수송층의 재료로부터 제1 전자 수송층(36A)의 전자 친화력을 Ea_A, 제2 전자 수송층(36B)의 전자 친화력을 Ea_B로 하였을 때, 전자 친화력의 관계가 Ea_A<Ea_B로 되도록 선택한다. 이러한 관계를 갖는 재료의 선택에서는 후술하는 측정법을 이용하여 전자 친화력을 구하면 된다.

전자는 음극(38)으로부터 발광층(35)을 향하여 유통되는데, 전자 수송 적층체(36)에는, 예를 들면 제2 전자 수송층(36B2)으로부터 제1 전자 수송층(36A2)의 계면에서 이들 2개층의 전자 친화력의 차 E_B2-E_A2에 의해 에너지 배리어 BR₂가 형성되어, 웰형 포텐셜이 형성되어 있다. 제2 전자 수송층(36B1)으로부터 제1 전자 수송층(36A1)에도 마찬가지로, 에너지 배리어 BR₁이 형성되어 웰형 포텐셜이 형성되어 있다. 따라서, 다중 양자 웰이 형성되어 전자 전류량이 증가된다고 추찰된다.

제1 전자 수송층(36A) 및 제2 전자 수송층(36B)의 막 두께는 제1 전자 수송층(36A) 및 제2 전자 수송층(36B)의 반복수에 따라 적절히 선택되는데, 2㎚∼50㎚(바람직하게는 5㎚∼20㎚)의 범위로 설정된다. 50㎚보다 두껍게 되면 유기 EL 소자 전체의 두께가 과도하게 되어, 적절한 인가 전압이 과도하게 크게 되고, 양극 또는 음극과 이들에 접하는 정공 주입층 또는 음극측 전자 수송층의 계면에서 전기 화학 반응이 생기기 쉽게 되어, 유기 EL 소자의 수명에 악영향을 미친다. 또한, 2㎚보다 얇으면 연속막이 형성되기 어렵게 되어, 웰형 포텐셜의 주기성이 흐트러지게 된 다.

제1 전자 수송층(36A) 및 제2 전자 수송층(36B)의 막 두께는 상기 범위의 소정의 막 두께로 각각 설정된다. 다중 양자 웰의 주기성이 양호하게 된다. 또, 제1 전자 수송층(36A) 및 제2 전자 수송층(36B)의 막 두께는 동일한 막 두께이어도 되고, 상이하여도 된다.

또한, 제1 전자 수송층(36A)은 박막이 제2 전자 수송층(36B)보다 얇아도 무방하다. 제1 전자 수송층(36A)은 전자 친화력이 작으므로 배리어층으로서 기능하고 있는데, 배리어층을 박층화함으로써 더욱 전자 전류량을 늘릴 수 있다.

또한, 제1 전자 수송층(36A) 및 제2 전자 수송층(36B)의 반복수는 2∼10(바람직하게는 2∼4)으로 설정된다. 10보다 크면 유기 EL 소자의 두께가 과도하게 되고, 2보다 작으면 다중 양자 웰을 형성할 수 없다.

또, 전자 수송층, 정공 수송층 등의 에너지 갭, 이온화 포텐셜, 및 전기 친화력을 이하의 측정 조건 및 측정 방법에 의해 구하였다.

에너지 갭 Eg는, 광 흡수 스펙트럼을 측정하고, 광 흡수 스펙트럼의 장파장단의 에너지를 에너지 갭 Eg로 하였다. 구체적으로는, 상기 유기 EL 소자의 각 층을 형성하는 조건과 동일한 조건에서, 측정 대상의 전자 수송층 등을 단독으로 두께 50㎚ 정도의 박막으로 형성하였다. 광 흡수 스펙트럼을 측정 가능한 분광 광도계 장치(히다찌 세이사꾸쇼제, 상품명 : 스펙트로포토미터 U-4100)를 이용하여 대기 중에서 자외선 내지 가시 영역의 광을 후막에 조사하여, 광 흡수 스펙트럼(파장 의존성)을 측정하였다.

도 6은 광 흡수 스펙트럼을 도시하는 특성도이다. 도 6을 참조하면, 광 흡수 스펙트럼의 장파장측의 가장자리의 직선 부분 LN1을 장파장측으로 직선 근사에 의해 외삽한 직선과, 백그라운드의 직선 부분 BG1을 단파장측으로 직선 근사에 의해 외삽한 직선의 교점 CP1의 파장을 에너지로 환산하여 에너지 갭 Eg로 하였다.

이온화 포텐셜 Ip는 자외선 광전자 분석법에 의해 측정한 광전자 방출의 임계값 에너지를 이온화 포텐셜 Ip로 하였다. 구체적으로는, 에너지 갭 Eg의 측정에 이용한 후막과 동일하게 형성된 후막을 사용하고, 대기 분위기형 자외선 광전자 분석 장치(리껜 게이끼사제, 상품명 : AC-1)를 이용하여, 대기 중에서 자외선을 박막에 조사하고, 방출되는 광전자수를 측정하여, 입사 자외선의 에너지와 광전자수의 관계로부터 구하였다. 측정 조건은, 입사 자외선의 에너지 범위가 3.8∼6.2eV, 자외선 강도가 20㎻이다.

도 7은 광전자수의 평방근과 입사 자외선의 에너지의 관계의 일례를 도시하는 특성도이다. 도 7을 참조하면, 특성선의 상승의 직선 부분 LN2를 저에너지측으로 직선 근사에 의해 외삽한 직선과, 또한 백그라운드의 직선 부분보다 고에너지측으로 직선 근사에 의해 외삽한 직선의 교점 CP2의 에너지를 이온화 포텐셜 Ip로 하였다.

또한, 전자 친화력 Ea는 상기에 의해 구한 이온화 포텐셜 Ip와 에너지 갭 Eg의 차(Ea=Ip-Eg)에 의해 구하였다.

이러한 방법을 이용하여, 에너지 갭, 이온화 포텐셜, 및 전기 친화력을 개개의 전자 수송 재료에 대하여 측정하여, 전자 수송 적층체를 구성하는 전자 수송층 의 조합을 선택할 수 있다.

도 8은 이하에 설명하는 본 발명에 따른 실시예 및 본 발명을 따르지 않는 비교예의 유기 EL 소자를 구성하는 전자 수송층 및 정공 수송층의 에너지 갭, 이온화 포텐셜, 및 전기 친화력의 측정값을 도시하는 도면이다. 도 8에 도시하는 측정값에 기초하여 행한 실시예 및 비교예를 이하에 나타낸다.

[제1 실시예]

글래스 기판 상에, ITO를 이용하여 스퍼터법에 의해 두께 150㎚의 양극을 형성하고, 양극 표면을 산소 분위기 중에서 UV광을 20분간 조사하여 UV 오존 처리를 행하였다. 이어서, 정공 주입층으로서 2-TNATA(두께 40㎚), 정공 수송층으로서 α-NPD(두께 10㎚), 발광층으로서 TYG201(두께 20㎚)을 순차적으로 형성하였다.

이어서, 전자 수송 적층체로서, TYE704(두께 15㎚)와 TYG201(두께 15㎚)의 조를, TYE704부터 시작하여 2회 반복하여 형성하였다. 또한, 전자 수송 적층체 상에 TYE704(두께 20㎚)를 한층 형성하고, 마지막으로 LiF/Al로 이루어지는 음극을 형성하였다.

본 실시예의 유기 EL 소자는 전압 3V 이상에서 녹색 발광이 관측되었다. 전압 10V 인가 시에서 휘도 913㏅/㎡, 발광 효율 8.40㏅/A가 얻어졌다.

[제2 실시예]

본 실시예의 유기 EL 소자는, 전자 수송 적층체로서 TYE704(두께 10㎚)와 TYG201(두께 10㎚)의 조를 3회 반복한 것 이외에는 제1 실시예와 마찬가지이다.

본 실시예의 유기 EL 소자는 전압 3V 이상에서 녹색 발광이 관측되었다. 전 압 10V 인가 시에는 휘도 1075㏅/㎡, 발광 효율 9.70㏅/A가 얻어졌다.

[제3 실시예]

본 실시예의 유기 EL 소자는, 전자 수송 적층체로서 TYE704(두께 7.5㎚)와 TYG201(두께 7.5㎚)의 조를 4회 반복한 것 이외에는 제1 실시예와 마찬가지이다.

본 실시예의 유기 EL 소자는 전압 3V 이상에서 녹색 발광이 관측되었다. 전압 10V 인가 시에는 휘도 1017㏅/㎡, 발광 효율 8.89㏅/A가 얻어졌다.

[제1 비교예]

본 비교예의 유기 EL 소자는, 발광층으로서 TYG201(두께 50㎚)을 형성하고, 전자 수송 적층체 대신에 전자 수송층을 TYG201(두께 50㎚)에 의한 1층으로 한 것 이외에는 제1 실시예와 마찬가지이다.

본 비교예의 유기 EL 소자는 전압 3V 이상에서 녹색 발광이 관측되었다. 전압 10V 인가 시에 휘도 967㏅/㎡, 발광 효율 8.25㏅/A가 얻어졌다.

[제2 비교예]

본 비교예의 유기 EL 소자는, 전자 수송 적층체로서 TYE704(두께 30㎚)와 TYG201(두께 30㎚)의 조를 1조 형성한 것 이외에는 제1 실시예와 마찬가지이다.

본 비교예의 유기 EL 소자는 전압 4V 이상에서 녹색 발광이 관측되었다. 전압 10V 인가 시에는 휘도 750㏅/㎡, 발광 효율 7.48㏅/A가 얻어졌다.

도 9는 제1∼제3 실시예, 및 제1∼제2 비교예의 층 구성과 평가 결과를 도시하는 도면이다. 도 9를 참조하면, 전자 수송 적층체인 TYE704 및 TYG201의 적층의 반복수를 2 이상으로 함으로써, 제1 비교예와 같이 전자 수송 적층체가 전자 수송 층 1층인 경우나, 제2 비교예와 같이 반복수가 1인 경우와 비교하여, 발광 효율이 증가되어 있음을 알 수 있다. 또한, 제2 실시예의 유기 EL 소자는 발광 효율이 최대로 되어 있어, 전자 전류량과 정공 전류량이 균형을 이루었다고 추찰된다. 발광 휘도의 관점으로부터도, 제2 실시예의 유기 EL 소자가 최대로 되어 있음을 알 수 있다.

이어서, 전자 수송 적층체를 구성하는 TYE704와 TYG201 중, TYG201을 Alq3로 치환한 실시예 및 비교예에 대하여 설명한다.

[제4 실시예]

본 실시예의 유기 EL 소자는, 전자 수송 적층체로서 TYG201(두께 10㎚) 대신에 Alq3(두께 10㎚)를 이용한 것 이외에는 제2 실시예와 마차가지이고, 반복수는 3이다.

본 실시예의 유기 EL 소자는 전압 5V 이상에서 녹색 발광이 관측되었다. 전압 10V 인가 시에는 휘도 994㏅/㎡, 발광 효율 7.52㏅/A가 얻어졌다.

[제5 실시예]

본 실시예의 유기 EL 소자는, 전자 수송 적층체의 각 층의 두께를 7.5㎚로 하고, 반복수를 4로 한 것 이외에는 제4 실시예와 마찬가지이다.

본 실시예의 유기 EL 소자는 전압 5V 이상에서 녹색 발광이 관측되었다. 전압 10V 인가 시에는 휘도 1021㏅/㎡, 발광 효율 7.44㏅/A가 얻어졌다.

[제3 비교예]

본 비교예의 유기 EL 소자는, 전자 수송 적층체 대신에 전자 수송층을 Alq3( 두께 30㎚)에 의한 1층으로 하고, 음극과 접하는 전자 수송층을 TYG201(두께 50㎚)으로 한 것 이외에는 제4 실시예와 마찬가지이다.

본 비교예의 유기 EL 소자는 전압 5V 이상에서 녹색 발광이 관측되었다. 전압 10V 인가 시에는 휘도 1058㏅/㎡, 발광 효율 6.68㏅/A가 얻어졌다.

[제4 비교예]

본 비교예의 유기 EL 소자는, 전자 수송 적층체의 각 층의 두께를 30㎚로 하고, 반복수를 1로 한 것 이외에는 제4 실시예와 마찬가지이다.

본 비교예의 유기 EL 소자는 전압 5V 이상에서 녹색 발광이 관측되었다. 전압 10V 인가 시에는 휘도 1005㏅/㎡, 발광 효율 6.75㏅/A가 얻어졌다.

도 10은 제4∼제5 실시예, 및 제3∼제4 비교예의 층 구성과 평가 결과를 도시하는 도면이다. 도 10을 참조하면, 전자 수송 적층체인 TYE704 및 Alq3의 적층의 반복수를 3 이상으로 함으로써, 제3 비교예와 같이 전자 수송 적층체가 전자 수송층 1층인 경우나, 제4 비교예와 같이 반복수가 1인 경우와 비교하여 발광 효율이 증가되었음을 알 수 있다.

또한, 제2∼제3 실시예와 제4∼제5 실시예의 유기 EL 소자의 동일한 반복수의 실시예끼리를 비교하면, TYG201층과 TYE704층을 적층한 제2∼제3 실시예의 유기 EL 소자쪽이, Alq3층과 TYE704층을 적층한 제4∼제5 실시예에 따른 유기 EL 소자와 비교하여, 반복수가 1인 비교예(각각 제2 비교예, 제4 비교예)에 대한 발광 효율의 향상율이 높음을 알 수 있다. 그 이유로서는, 도 8에 도시하는 바와 같이, Alq3층과 TYE704층의 전자 친화력의 차는 0.10eV인 데 대하여, TYG201층과 TYE704층의 전 자 친화력의 차는 0.23eV로서, TYG201층과 TYE704층의 조합쪽이, 다중 양자 웰이 보다 충분히 형성되고, 그 결과, 보다 현저한 다중 양자 웰 효과가 생긴 것이라고 추찰된다.

(제2 실시 형태)

도 11은 본 발명의 제2 실시 형태의 유기 EL 디스플레이의 분해 사시도이다. 도 11을 참조하면, 유기 EL 디스플레이(50)는, 글래스 기판(51)과, 글래스 기판 상에 스트라이프 형상으로 형성된 음극(51)과, 음극(51)에 대향하여 수직으로 스트라이프 형상으로 형성된 양극(54)과, 음극(52)과 양극(54) 사이에 형성된 적층체(53) 등으로 구성되어 있다. 또한, 유기 EL 디스플레이(50)는, 도시되어 있지 않지만, 음극 및 양극 사이에 인가하는 전압을 구동하는 구동 회로, 수증기나 산소에의 폭로를 방지하는 밀봉 재료 등으로 구성되어 있다.

유기 EL 디스플레이(50)는, 원하는 영역의 음극(52) 및 양극(54)에 전압을 인가함으로써, 원하는 영역을 발광시킬 수 있다. 유기 EL 디스플레이(50)의 특징은, 음극(52), 적층체(53), 및 양극(54)이 상술한 본 발명의 유기 EL 소자로 구성되어 있다는 것이다. 따라서, 발광 효율이 우수하고, 긴 수명화가 가능한 유기 EL 디스플레이를 실현할 수 있다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만, 본 발명은 이러한 특정 실시 형태에 한정되는 것이 아니고, 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위 내에서 여러 가지의 변형·변경이 가능하다.

예를 들면, 본 실시 형태에서, 유기 EL 소자를 기판 상에 양극측으로부터 순 차적으로 퇴적하여 형성하여도 되고, 음극측으로부터 형성하여도 된다.

본 발명에 따르면, 유기 일렉트로루미네선스 소자에 있어서, 전자 수송성이 상이한 전자 수송층을 교대로 적층한 전자 수송 적층체를 발광층의 음극측에 형성함으로써, 발광 효율이 우수하고, 긴 수명화가 가능한 유기 일렉트로루미네선스 소자를 제공할 수 있다.

Claims

양극과, 양극 상에 형성된 발광층과, 발광층 상에 형성된 캐리어 수송 적층체와, 캐리어 수송 적층체 상에 형성된 음극을 포함하고,

상기 캐리어 수송 적층체는 제1 캐리어 수송층과 제2 캐리어 수송층이 교대로 적층되어 이루어지며,

상기 제1 캐리어 수송층과 제2 캐리어 수송층은 서로 전자 수송성이 상이한 것을 특징으로 하는 유기 일렉트로루미네선스 소자.
제1항에 있어서,

상기 제1 캐리어 수송층과 제2 캐리어 수송층은 서로 전자 친화력이 상이한 것을 특징으로 하는 유기 일렉트로루미네선스 소자.
제1항에 있어서,

상기 캐리어 수송 적층체는 제1 캐리어 수송층과 제2 캐리어 수송층의 반복수가 2∼10의 범위에서 교대로 적층되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 유기 일렉트로루미네선스 소자.
제1항에 있어서,

제1 캐리어 수송층 및 제2 캐리어 수송층은 각각이 2㎚∼50㎚의 막 두께로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유기 일렉트로루미네선스 소자.
제1항에 있어서,

상기 제1 캐리어 수송층은 전자 친화력이 제2 캐리어 수송층보다 작고, 또한 막 두께가 상기 제2 캐리어 수송층과 동등하거나 작은 것을 특징으로 하는 유기 일렉트로루미네선스 소자.
제1항에 있어서,

상기 제1 캐리어 수송층 및 제2 캐리어 수송층 중 어느 한쪽이 발광층과 동일 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유기 일렉트로루미네선스 소자.
제1항에 있어서,

상기 캐리어 수송 적층체와 음극 사이에 전자 수송층을 더 포함하고,

상기 전자 수송층은 에너지 갭이 제1 캐리어 수송층 및 제2 캐리어 수송층 중 큰 쪽과 동등하거나 큰 것을 특징으로 하는 유기 일렉트로루미네선스 소자.
양극과, 양극 상에 형성된 발광층과, 발광층 상에 형성된 캐리어 수송 적층체와, 캐리어 수송 적층체 상에 형성된 음극을 포함하고,

상기 캐리어 수송 적층체는 제1 캐리어 수송층, 제2 캐리어 수송층 및 제3 캐리어 수송층이 순차적으로 반복하여 적층되어 이루어지며,

상기 제1 캐리어 수송층과 제2 캐리어 수송층은 서로 전자 수송성이 상이한 것을 특징으로 하는 유기 일렉트로루미네선스 소자.
양극과, 양극 상에 형성된 발광층과, 발광층 상에 형성된 캐리어 수송 적층체와, 캐리어 수송 적층체 상에 형성된 음극을 포함하고,

상기 캐리어 수송 적층체는 서로 전자 수송성이 상이한 제1 캐리어 수송층과 제2 캐리어 수송층이 교대로 적층되어 이루어지며,

상기 양극과 발광층 사이에 정공 수송층을 포함하고,

상기 정공 수송층은 전자 친화력이 발광층보다 큰 것을 특징으로 하는 유기 일렉트로루미네선스 소자.
제9항에 있어서,

상기 양극과 발광층 사이에 다른 정공 수송층을 더 포함하고,

상기 정공 수송층과 상기 다른 정공 수송층이 교대로 적층되어 이루어지며,

상기 정공 수송층과 상기 다른 정공 수송층은 서로 이온화 포텐셜이 상이한 것을 특징으로 하는 유기 일렉트로루미네선스 소자.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항의 유기 일렉트로루미네선스 소자를 구비한 유기 일렉트로루미네선스 디스플레이.