KR100750462B1 - 다색발광소자 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 의하면, 2색이상의 다른 발광색을 각각 지닌 복수의 유기EL소자를 포함하는 다색발광소자에 있어서, 간단한 구성에 의해서 각 색의 발광의 인출효율을 최적화할 수 있고, 저렴하게 효율 높은 다색발광소자가 제공된다. 상기 다색발광소자는, 반사전극(11)과 투명전극(14)과의 사이에 발광층(12)을 포함하는 유기화합물층을 각각 지닌 유기EL소자를 복수개 구비하고, 상기 복수개의 유기EL소자는, 각각 2색 이상의 다른 발광스펙트럼을 지니는 다색발광소자에 있어서, 다른 발광스펙트럼을 각각 지닌 유기 일렉트로루미네선스 소자의 발광층내에서의 발광영역이, 상기 다른 발광스펙트럼에 대응해서 해당 층의 두께방향으로 다른 위치에 위치하는 것을 특징으로 하고, 제 1전하전송층(16), 제 2전하전송층(13), 전극 등의 재료, 두께 등을 동일하게 하면서 각 색의 유기EL소자의 광인출효율을 최적화하는 것이 가능해진다.
Description
본 발명은, 플랫 패널 디스플레이, 프로젝션 디스플레이, 프린터 등에 이용되는 다색발광소자에 관한 것이다.
근년, 플랫 패널 대응의 자체 발광 디바이스가 주목되고 있다. 자체 발광 디바이스로서는, 플라스마 발광표시소자, 필드 에미션 소자, 일렉트로루미네선스(EL)소자 등이 있다.
이들 중에서, 특히, 유기EL소자에 관해서는, 1987년에 T. W. Tang 등에 의해 형광성 금속킬레이트 착체와 디아민계 분자로 이루어진 박막을 적층한 구조를 이용한 저전압 DC구동에 의해 고휘도의 발광을 얻을 수 있는 것이 실증되어, 그의 연구개발이 정력적으로 진행되어 왔다. 이들 저분자계 유기EL소자에 있어서는, 녹색의 단색 및 이 녹색과 청색, 적색 등의 부가색으로 이루어진 에어리어 컬러 타입의 디스플레이가 상용화되어, 현재는 풀 컬러화에 대한 개발이 활발해지고 있다.
유기EL소자로서는, 발광층에 도달한 전자와 정공이 재결합할 때에 생기는 발광을 이용한, 캐리어 주입형의 자체 발광디바이스가 있다. 도 1은 전형적인 유기EL소자의 구성을 표시하고 있다. 음극(11)에는 금속 전극을 이용하고, 발광한 광을 인출하기 위해 양극(14)에는 투명전극을 이용한다. 이들 전극사이에 유기화합 물층이 끼여 있다. 도 1에 있어서는, 유기화합물층이 발광층(12)과 정공전송층(13)으로 구성되어 있다.
유기화합물층을 구성하는 각 유기층은 일반적으로 수십 ㎚정도의 두께를 지닌다. 음극의 금속재료로서는, 알루미늄이나 알루미늄과 리튬의 합금, 마그네슘과 은의 합금 등의 일함수가 작은 금속이 전형적으로 이용된다. 또, 양극에는 인듐주석산화물(ITO) 등의 일함수가 큰 투명도전성 재료가 이용된다.
유기화합물층은 도 1에 표시한 바와 같은 발광층(12)과 정공전송층(13)으로 이루어진 2층 구조, 혹은 전자전송층(22), 발광층(23) 및 정공전송층(24)으로 이루어진 3층 구조를 지닌다. 정공전송층은 양극으로부터의 정공을 효율좋게 발광층에 주입시키는 기능을 지니고, 또, 전자전송층은 음극으로부터의 전자를 효율좋게 발광층에 주입시키는 기능을 지니고 있다. 또, 정공전송층 및 전자전송층은 각각 전자 및 정공을 발광층에 블로킹시키는 (캐리어블로킹)기능을 지녀, 발광효율을 높이는 데 효과적이다.
풀 컬러의 플랫 패널 디스플레이로서 이미 상용화되어 있는 액정 디스플레이는, 컬러 필터 등을 이용해서 풀 컬러화를 실현하고 있다. 하지만, 유기EL소자는, 발광층을 구성하는 재료를 적절하게 선택함으로써, 적색, 녹색 및 청색의 원색을 자체 발광시키는 것이 가능하며, 액정 디스플레이보다도 고속응답 및 광시야각이라고 하는 우수한 장점을 지니고 있다.
이와 같은 적색, 녹색 및 청색의 각 색의 발광시, 단독의 발광재료로 이루어진 발광층에 의해서는 충분한 휘도 및 색순도를 얻는 것이 곤란하기 때문에, 전형 적으로는 호스트재료에 형광색소를 도핑한 색소도핑형 유기EL소자가 이용되고 있다. 이것은 도 1이나 도 2의 정공전송층, 전자전송층 혹은 발광층을 구성하는 재료를 호스트로서 이용해서, 매우 소량의 형광색소를 도핑함으로써, 그 형광색소로부터의 루미네선스를 발광색으로서 인출해내는 수법이다. 이 방법의 장점은, 형광수율이 높은 색소가 이용가능하므로 효율의 향상이 기대될 수 있는 점과, 발광색의 선택이 대폭 향상되는 점에 있다.
일반적으로 유기EL소자에 있어서 이용되고 있는 발광은, 발광중심의 분자의 1중항 여기자가 기저상태로 변화될 때 생기는 형광으로부터 인출되고 있다. 한편, 1중항 여기자를 경유한 형광발광을 이용하지 않고, 3중항 여기자를 경유한 인광발광을 이용하는 소자의 검토가 행해지고 있다. 발표되어 있는 대표적인 문헌에는, 예를 들면, 비특허문헌 1 및 비특허문헌 2가 있다.
이들 문헌에서는, 유기층이 4층을 지닌 구성이 주로 이용되고 있다. 이것은, 정공전송층, 발광층, 여기자 확산방지층 및 전자전송층으로 이루어진다. 이용되고 있는 재료는, 하기 표시된 캐리어 전송재료와 인광발광재료이다.
각 재료의 약칭을 하기에 표시한다.
Alq3: 알루미늄-퀴놀리놀 착체
α-NPD: N4,N4'-Di-나프탈렌-1-일-N4,N4'-디페닐-비페닐-4,4'-디아민
CBP: 4,4'-N,N'-디카르바졸-비페닐
BCP: 2,9-디메틸-4,7-디페닐-1,10-페난트롤린
PtOEP: 백금-옥타에틸포르피린 착체
Ir(ppy)3: 이리듐-페닐피리미딘 착체
상기 비특허문헌 1 및 2는 모두, 호스트로서, 정공전송층에 α-NPD, 전자전송층에 Alq3, 여기자확산방지층에 BCP, 발광층에 CBP를 이용하고, 6%정도의 농도로 인광발광성 재료인 PtOEP 또는 Ir(ppy)3를 혼입시킴으로써 형성한 소자에 대해서 높은 효율이 얻어졌다.
인광성 발광 재료가 특히 주목을 받고 있는 이유는, 원리적으로 고발광효율이 기대될 수 있기 때문이다. 캐리어 재결합에 의해 형성되는 여기자는 1중항 여 기자와 3중항 여기자로 이루어지고, 그 발생 확률은 1:3이다. 종래의 유기EL소자는, 1중항 여기자가 기저상태로 천이할 때의 인광을 인출하고 있었으나, 원리적으로 그 발광수율은 형성된 여기자수에 대해서 25%인 것이 원리상 상한이었다. 그러나, 3중항으로부터 형성된 여기자로부터의 인광을 이용하면, 원리적으로 적어도 3배의 수율이 기대되고, 또한, 에너지적으로 높은 1중항으로부터의 3중항으로의 항간 교차에 의한 전이를 고려하면, 원리적으로는 4배의 100%의 발광수율이 기대될 수 있다.
3중항으로부터의 발광을 요하는 그 밖의 문헌에는, 유기EL소자 및 그 제조방법(특허문헌 1), 발광재료 및 그것을 이용한 유기EL소자(특허문헌 2), 유기 일렉트로루미네선스소자(특허문헌 3) 등이 있다.
또, 상기와 같은 EL소자는, 광간섭 효과에 의해서, 소자를 구성하는 각 기능막의 두께에 의존해서, 외부로 인출하는 것이 가능한 광량이 변화하는 것이 비특허문헌 3에 보고되어 있다.
상기 비특허문헌 3에 의하면, 발광파장에 대해서 최적인 전하전송층의 두께가 존재하기 때문에, 2색이상의 발광을 지닌 EL패널에서는, 각 색에 대해서 EL소자를 구성하는 각 층의 두께를 최적화할 필요가 있다. 그래서, 이것을 최적화하기 위해서, 전하전송층의 두께를 조정해서, 광의 인출효율을 최적화하는 방법이 특허문헌 4에 개시되어 있다.
특허문헌 1: 일본국 공개특허 평11-329739호 공보
특허문헌 2: 일본국 공개특허 평11-256148호 공보
특허문헌 3: 미국 특허 제 5,698,858호 및 미국특허 제 5,756,224호
특허문헌 4: 미국 특허 제 6,541,130호
비특허문헌 1: D.F. O'Brien et al., "Improved energy transfer in electrophosphosrescent device", Applied Physics Letters(미국), 1999, Vol.74, No.3, p.422
비특허문헌 2: M.A. Baldo et al., "Very high-efficiency green organic light-emitting devices based on electrophosphorescence", Applied Physics Letters(미국), 1999, Vol.75, No.1, p.4
비특허문헌 3: Yoshinori Fukuda et al., "An Organic LED display exhibiting pure RGB colors", Synthetic Metals, 2000, 111-112, p.1-6.
그러나, 저렴하게 고효율의 소자를 실현하기 위해서, 보다 공정수가 적은 프로세스를 이용해서, 광인출효율이 높은 소자를 작성하는 것이 요망되어 왔다.
발명의 개요
본 발명은, 상기 과제를 감안해서 이루어진 것으로, 각각 2색이상의 다른 발광색을 지닌 복수의 유기EL소자를 갖춘 다색발광소자에 있어서, 보다 간이한 구성으로 각 색의 발광인출효율을 최적화할 수 있고, 저렴하게 효율 높은 유기EL소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
따라서, 본 발명은, 제 1전극과 제 2전극과의 사이에 발광층을 포함하는 유기화합물층을 각각 지닌 유기 일렉트로루미네선스 소자를 복수개 구비하고,
상기 복수개의 유기 일렉트로루미네선스 소자가, 2색 이상의 다른 발광스펙트럼을 지니는 다색발광소자에 있어서,
다른 발광스펙트럼을 지닌 유기 일렉트로루미네선스 소자의 발광층내에서의 발광영역이, 상기 다른 발광스펙트럼에 대응해서 발광층의 층두께방향으로 다른 위치에 위치하는 것을 특징으로 하는 다색발광소자를 제공한다.
또, 본 발명에 의한 다색발광소자는, 바람직한 실시형태로서 다음과 같은 것을 포함한다.
상기 유기화합물층은, 적어도 제 1전하전송층과 제 2전하전송층사이에 발광층이 끼여 있는 적층구조를 지닌다.
상기 제 1전극은 광을 반사하는 반사전극이고;
상기 제 2전극은 투명전극이고;
상기 제 1전하전송층이 발광층의 상기 제 1전극쪽에 위치하고 있다.
다른 2색의 발광중, 단파장쪽의 광을 발광하는 유기 일렉트로루미네선스 소자의 발광층인 단파장쪽 발광층내에서의 발광영역의 위치가, 장파장쪽의 광을 발광하는 유기 일렉트로루미네선스 소자의 발광층인 장파장쪽 발광층내에서의 발광영역의 위치보다도 제 1전극쪽에 가깝다.
또, 다른 2색의 발광중,
단파장쪽의 광을 발광하는 유기 일렉트로루미네선스 소자의 발광층인 단파장쪽 발광층은, 정공을 우선적으로 전송하는 특성을 지니고;
장파장쪽의 광을 발광하는 유기 일렉트로루미네선스 소자의 발광층인 장파장쪽 발광층은, 전자를 우선적으로 전송하는 특성을 지니고;
상기 제 1전하전송층은, 전자를 우선적으로 전송하는 전자전송층이고;
상기 제 2전하전송층은, 정공을 우선적으로 전송하는 정공전송층이고,
또는,
다른 2색의 발광중,
단파장쪽의 광을 발광하는 유기 일렉트로루미네선스 소자의 발광층인 단파장쪽 발광층은, 전자를 우선적으로 전송하는 특성을 지니고;
장파장쪽의 광을 발광하는 유기 일렉트로루미네선스 소자의 발광층인 장파장쪽 발광층은, 정공을 우선적으로 전송하는 특성을 지니고;
상기 제 1전하전송층은, 정공을 우선적으로 전송하는 정공전송층이고;
상기 제 2전하전송층은, 전자를 우선적으로 전송하는 전자전송층이다.
또한, 상기 발광층의 두께가 10 내지 35㎚의 범위에 있다.
상기 제 1전하전송층의 재료 및 두께가, 모든 유기 일렉트로루미네선스 소자에 있어서 동일하다.
또, 상기 제 2전하전송층의 재료 및 두께가, 모든 유기 일렉트로루미네선스 소자에 있어서 동일하다.
또한, 본 발명은 바람직한 실시형태로서 다음과 같은 것을 포함한다.
상기 제 1전극이 광을 반사하는 반사전극이고;
상기 제 2전극이 투명전극이고;
상기 유기화합물층은, 제 1전하전송층을 포함하고, 해당 제 1전하전송층은 발광층의 상기 제 1전극쪽에 위치하고 있다.
다른 2색의 발광중, 단파장쪽의 광을 발광하는 유기 일렉트로루미네선스 소자의 발광층인 단파장쪽 발광층내에서의 발광영역의 위치가, 장파장쪽의 광을 발광하는 유기 일렉트로루미네선스 소자의 발광층인 장파장쪽 발광층내에서의 발광영역의 위치보다도 제 1전극쪽에 가깝다.
또, 다른 2색의 발광중,
단파장쪽의 광을 발광하는 유기 일렉트로루미네선스 소자의 발광층인 단파장쪽 발광층은, 정공을 우선적으로 전송하는 특성을 지니고;
장파장쪽의 광을 발광하는 유기 일렉트로루미네선스 소자의 발광층인 장파장쪽 발광층은, 전자를 우선적으로 전송하는 특성을 지니고;
상기 제 1전하전송층은, 전자를 우선적으로 전송하는 전자전송층이고,
또는,
다른 2색의 발광중,
단파장쪽의 광을 발광하는 유기 일렉트로루미네선스 소자의 발광층인 단파장쪽 발광층은, 전자를 우선적으로 전송하는 특성을 지니고;
장파장쪽의 광을 발광하는 유기 일렉트로루미네선스 소자의 발광층인 장파장쪽 발광층은, 정공을 우선적으로 전송하는 특성을 지니고;
상기 제 1전하전송층은, 정공을 우선적으로 전송하는 정공전송층이다.
또, 상기 발광층의 두께가 10 내지 35㎚의 범위에 있다.
상기 제 1전하전송층의 재료 및 두께가, 모든 유기 일렉트로루미네선스 소자에 있어서 동일하다.
본 발명의 다색발광소자를 지닌 디스플레이.
또한, 본 발명은, 그 바람직한 실시형태로서, 상기 2색이상의 다른 발광스펙트럼이 적색, 녹색 및 청색을 나타내는 발광스펙트럼인 것을 포함한다.
발명을 수행하기 위한 최량의 형태
도 3을 참조해서 본 발명의 다색발광소자의 구체적인 일실시형태에 대해서 설명하나, 본 발명은 이 실시형태로 한정되는 것은 아니다.
도 3에 표시한 다색발광소자(10)에서는, 투명기판(기재)(15)상에, 순차로, 양극으로서 투명전극(제 2전극)(14); 유기화합물층으로서 제 2전하전송층(13), 발광층(12)(12R, 12G 또는 12B) 및 제 1전하전송층(16); 및 음극으로서 반사전극(제 1전극)(11)이 형성되어 있다. 도 3에 있어서, 발광층(12)은, 적색, 녹색 및 청색에 대응해서 각각 (12R), (12G), (12B)처럼 개별적으로 도포되어 있고, 3색의 다른 발광스펙트럼의 각각을 지닌 유기EL소자가 3개 나란히 위치되어 있다. 이와 같이 해서, 본 명세서중의 다색발광소자의 도면은, 3개(2개)의 유기EL소자의 일부만을 표시하고 있으나, 다색발광소자가 구비하는 유기EL소자의 수는 이들로 한정되는 것은 아니다.
제 1전극과 제 2전극사이에 발광층을 포함하는 유기화합물층을 지닌 유기 일렉트로루미네선스 소자를 상부에 복수개 형성하는 데 이용되는 기재는, 해당 기재쪽으로부터 광을 인출하고자 할 경우에는 투명한 것이 필요하므로, 투명전극을 이용하는 것이 바람직하다. 적합하게 사용가능한 구체적인 기판으로서는, 각종 유리기판이나, poly-Si로 TFT 등의 구동회로를 형성한 유리기판, 상부에 구동회로를 설치한 실리콘웨이퍼 등을 들 수 있다.
제 1전극과 제 2전극중, 한쪽은 양극, 다른 한쪽은 음극이다. 이들 전극의 재료에 대해서는, 어느 것인가 한쪽이 투명한 재료로 이루어지고, 다른 한쪽이 반사율이 높은 재료로 이루어진 것이 바람직하다. 양극에는 일함수가 높은 재료를 이용하는 것이 바람직하고, 또한, 음극으로서는 일함수가 낮은 재료를 이용하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 적합하게 이용되는 음극의 금속재료로서는, 알루미늄이나, 알루미늄과 리튬의 합금, 마그네슘과 은의 합금 등의 일함수가 낮은 금속을 들 수 있다. 또한, 양극에는 인듐주석산화물(ITO) 등의 일함수가 높은 투명도전성 재료가 바람직하게 사용된다. 그런데, 음극을 투명한 전극으로서 사용하는 경우에는, 상기와 같은 일함수가 낮은 음극에 적합하게 사용가능한 금속재료의 층을, 유기화합물층과 접하는 쪽에 1 내지 10㎚정도의 두께로 설치해 놓고, 또한, 그 바깥쪽에 ITO 등의 투명도전성 층의 층을 설치한다고 하는 방법이 있다.
유기화합물층을 구성하는 제 1전하전송층, 발광층 및 2전하전송층 등의 유기층은, 증착법 등에 의해 형성된다. 제 1 및 2전하전송층중, 한쪽은 정공을 우선적으로 전송하는(정공전송성이 높은) 재료로 이루어지고, 다른 쪽이 전자를 우선적으로 전송하는(전자전송성이 높은) 재료로 이루어져 있다. 이들은, 사용하는 제 1전극의 극성 및 제 2전극의 극성에 따라서 선택하면 된다.
또, 사용될 발광층으로서는, 소망의 발광을 얻을 수 있는 단일의 재료, 혹은 게스트 재료를 도핑한 호스트 재료를 들 수 있다. 그 도핑방법으로서는, 호스트 재료와 게스트 재료를 동시에 진공증착해서, 각각의 증착속도를 조정함으로써 임의의 도핑농도를 지닌 발광층을 얻는다. 이 때, 형광색에 따라서, 발광층의 재료, 혹은 발광층을 구성하는 호스트와 게스트의 조합을 바꾸어서, 각각의 유기EL소자에 대해서 임의의 발광을 얻는 것이 가능하다.
본 발명에 있어서는, 다른 발광스펙트럼(도 3에 표시한 형태에서는 3색의 다른 발광스펙트럼)을 지닌 유기 일렉트로루미네선스 소자의 발광층내에서의 발광영역이, 상기 다른 발광스펙트럼에 대응해서 층두께 방향으로 다른 위치에 있다.
이것에 의해, 다색발광소자(10)가 지닌 다른 발광색(발광스펙트럼)을 각각 지닌 복수의 유기EL소자간에 있어서, 발광층 이외의 구성요소, 즉, 유기화합물층에 포함되는 발광층 이외의 유기층(도 3에 있어서의 제 1전하전송층이나 제 2전하전송층)이나 전극이 동일한 재료, 두께 등을 지닌 경우에도, 각 색의 유기EL소자의 광인출효율을 최적화하는 것이 가능해진다.
다음에, 이와 같은 본 발명의 작용을, 도 4A, 도 4B, 도 5, 도 6A 및 도 6B를 참조해서 상세하게 설명한다.
일반적으로 유기EL소자에서는, 발광층내의 국소적인 영역에서 발광하고 있는 것이 알려져 있다. 예를 들면, 정공전송층과 전자전송층사이에 발광층이 끼여 있는 구성에서, 도 4A에 표시한 바와 같이 발광층에 전자전송능이 높은 재료를 이용한 경우에는, 발광층에 주입된 전자는, 발광층내를 전계에 의해서 정공전송층과의 계면 부근까지 이동한다. 한편, 이동도가 낮은 정공은, 발광층에 주입된 후, 장거리를 이동할 수 없고, 전자와 재결합되므로, 발광영역은 정공전송층 근방으로 될 것이다. 또, 도 4B에 표시한 바와 같이 발광층에 정공전송능이 높은 재료를 이용한 경우에는, 정공이 전자전송층과의 계면까지 도달해서, 전자전송층과의 계면에서 국소적으로 발광하는 것으로 여겨진다.
일반적으로, 유기EL소자를 형성하는 각 층의 두께는, 수십 ㎚ 내지 200㎚정도이므로, 이와 같이, 국소적으로 발광이 일어날 경우에는, 광의 인출효율은 광간섭효과에 의해, 층두께에 의해 강하게 영향을 받는다.
다음에, 도 5를 참조해서, 유기EL소자내로부터 직접 외부로 나가는 광(1)과, 반사전극에서 반사되어, 외부로 인출되는 광(2)간의 간섭을 고려한다. 위상차는 다음 식으로 표현된다:
(식중, d는 반사전극(11)과 발광영역(17)과의 사이의 층의 두께; n은 굴절률; λ는 발광파장임).
(1)+(2)의 값이 최대치를 부여하는 조건은, 하기 식으로 표현되는 바와 같이 최대치를 cosφ로 부여함으로써 얻어질 수 있다:
또, 실제의 유기EL소자에서는, 복수의 유기층이 적층되어 있고, 많은 경우, 유기층/유기층의 계면에서 발광을 일으키는 것이 보고되어 있다. 도 6A에서처럼 발광층(12)내에서의 발광영역(17)이 반사전극(11)에 가까운 경우의 최적조건은 다음 식으로 표현된다:
(식중, λa는 발광피크파장; n1 및 da1은, 각각 도 6A에 있어서 제 1전하전송층(16)의 굴절률 및 두께임). 또한, 도 6B에서처럼 발광영역(17)이 투명전극(14)에 가까운 경우의 최적조건은, 다음 식으로 표현된다:
(식중, λb는 발광피크파장, nb1 및 db1은, 각각 도 6B에 있어서 제 1전하전송층(16)의 굴절률 및 두께이고, nb3 및 db3은 각각 도 6B에 있어서 발광층(12)의 굴절률 및 두께임).
여기서, λb > λa의 경우에, 각각의 발광에 대한 인출효율의 최적화를 고려하면, 상기 식(c) 및 식(d)로부터 이하의 식:
을 얻기 위해, da1 = db1로 한다. nb3과 db3을 선택함으로써 da1 = db1을 얻는 것, 즉, 제 1전하전송층의 공통화를 실현해서 각 파장에 대해서 광인출효율을 최적화하는 것이 가능하다.
또한, 실제의 다색발광소자의 경우에는, 광학적인 인출효율 이외에도, 구동전압, 유기막의 특성 등도 고려할 필요가 있으므로, 반드시 상기와 같은 계산상의 최적치와 실제의 소자의 두께를 일치시킬 필요는 없다.
예를 들면, 도 6A 및 도 6B에 표시한 바와 같은 2종류의 유기EL소자(굴절률: n1 = n2 = n3 = 1.8, 발광피크파장: λa = 520㎚, λb = 620㎚)를 구비한 다색발광소자를 고려하면, d1 = 72㎚, d3 = 14㎚로 함으로써, λa, λb의 발광에 대해서 인출효율을 최적화시키는 것이 가능하다.
발광층내에서의 발광영역을, 다른 발광스펙트럼에 대응해서 두께방향으로 다른 위치로 하기 위해서, 먼저 상기 설명중에도 있는 바와 같이, 발광층의 전하전송성을 이용하는 방법이 있다. 즉, 이 방법은, 다른 2색의 발광중, 단파장쪽의 광을 발광하는 유기EL소자의 발광층인 단파장쪽 발광층과, 장파장쪽의 광을 발광하는 유기EL소자의 발광층인 장파장쪽 발광층과의 사이에 정공의 전송성과 전자의 전송성이 다르도록 재료를 선택하는 공정을 구비한다.
유기층의 두께는, 전형적으로, 상기와 같이 수십 ㎚ 내지 200㎚정도로 가시광의 파장보다도 얇으므로, 상기와 같은 광인출효율의 최적화를 행하기 위해, 다른 2색의 발광중, 단파장쪽 발광층내에서의 발광영역의 위치가, 장파장쪽 발광층내에서의 발광영역의 위치보다도 제 1전극(반사전극)쪽에 가까운 것이 바람직하다.
따라서, 제 1전극(반사전극)이 음극인 경우에는, 단파장쪽 발광층은, 정공을 우선적으로 전송하는 특성을 지니고, 장파장쪽 발광층은, 전자를 우선적으로 전송하는 특성을 지니는 것이 바람직하다. 한편, 제 1전극(반사전극)이 양극인 경우에는, 단파장쪽 발광층은, 전자를 우선적으로 전송하는 특성을 지니고, 장파장쪽 발광층은, 정공을 우선적으로 전송하는 특성을 지니는 것이 바람직하다.
발광층내에서의 발광위치를 두께방향으로 변화시키는 다른 방법은, 발광층내의 임의의 영역에만, 발광게스트재료를 도핑하는 방법이다.
또, 가시파장영역에 있어서의 두께의 최적화를 고려하면, 상정되는 파장은 650㎚ 내지 450㎚ 정도, 굴절률은 1.5 내지 2.0정도이므로, 발광층의 두께는 10 내지 35㎚의 범위에 있는 것이 바람직하다.
또한, 이상 설명한 바와 같이 해서 작성한 소자는, 산소 및 수분으로부터 보호할 목적으로, 금속이나 유리 커버로 덮어 외기를 차단하는 것이 바람직하다(도시생략).
도 1은 전형적인 유기EL소자의 구성을 표시한 개략 단면도;
도 2는 다른 전형적인 유기EL소자의 구성을 표시한 개략 단면도;
도 3은 본 발명의 다색발광소자의 일실시형태의 구성을 표시한 개략 단면도;
도 4A 및 도 4B는 발광층의 전하전송특성과 발광영역간의 관계를 설명하는 개략도로서, 도 4A는 발광층에 전자전송능이 높은 재료를 이용한 경우를 표시한 도면이고, 도 4B는 발광층에 정공전송능이 높은 재료를 이용한 경우를 표시한 도면;
도 5는 유기EL소자내의 광학간섭을 설명하는 개략도
도 6A 및 도 6B는 유기EL소자내의 광학간섭을 설명하는 개략도로서, 도 6A는 발광영역이 제 1전하전송층과의 계면에 위치하는 경우를 표시한 도면이고, 도 6B는 발광영역이 제 2전하전송층과의 계면에 위치하는 경우를 표시한 도면;
도 7은 본 발명의 실시예 1의 다색발광소자의 개략 단면도;
도 8은 본 발명의 실시예 2의 다색발광소자의 개략 단면도;
도 9는 본 발명의 실시예 3의 다색발광소자의 개략 단면도;
도 10A 및 도 10B는 소자 A의 층두께의 휘도에 대한 의존성을 표시한 그래프로, 도 10A는 소자 A가 제공하는 녹색의 발광색을 지닌 유기EL소자에 관한 의존성을 표시한 그래프이고, 도 10B는 소자 A가 제공하는 적색의 발광색을 지닌 유기EL소자에 관한 의존성을 표시한 그래프;
도 11A 및 도 11B는 소자 B의 층두께의 휘도에 대한 의존성을 표시한 그래프로, 도 11A는 소자 B가 제공하는 녹색의 발광색을 지닌 유기EL소자에 관한 의존성을 표시한 그래프이고, 도 11B는 소자 B가 제공하는 적색의 발광색을 지닌 유기EL소자에 관한 의존성을 표시한 그래프;
도 12는 소자 C의 층두께의 휘도에 대한 의존성을 표시한 그래프.
(실시예 1)
도 3에 표시한 것과 마찬가지인 도 7의 구성을 지닌 다색발광소자를 작성하였다. 본 실시예에 있어서, 작성한 발광층(12)은 녹색과 적색의 2색의 발광스펙트럼을 지녔다.
유리기판(코닝사: 1737)(투명 기판(15))상에 100㎚의 ITO를 형성함으로써 얻어진 기판을 이용해서, 포토리소그라피법에 의해 패터닝해서 음극(투명전극(14))을 형성함으로써, ITO기판을 형성하였다.
상기 ITO기판상에, 이하의 유기화합물층과 전극층(반사전극(11))을 10-4㎩의 진공실내에서 저항가열을 이용한 진공증착에 의해 연속적으로 증착해서, 소자 A를 얻었다.
사용한 재료 및 그 두께는 이하의 표 1에 표시되어 있다. 본 실시예에 있어서는, 정공전송층이 제 2전하전송층(13)에 대응하고, 전자전송층이 제 1전하전송층(16)에 대응한다.
| 각 기능층 | 재료명 | 두께 | |
| 정공전송층 | FL03 | 40㎚ | |
| 발광층 (적색) | 호스트 | Alq3 | 20㎚ |
| 게스트 | Ir(piq)3 9% | ||
| 발광층 (녹색) | 호스트 | CBP | 20㎚ |
| 게스트 | Ir(piq)3 9% | ||
| 전자전송층 | 바쏘페난트롤린 | 70㎚ | |
| 전자주입층 | AlLi | 10㎚ | |
| 음극 | Al | 150㎚ | |
또, 소자 A에서 이용된 발광층은, 호스트재료에 게스트재료를 도핑해서 이루어진 것이다.
상기에 표시한 재료를 이용해서, 각각의 색에 대응하는 발광층을 형성하는 부분에 개구부를 지닌 마스크를 차례로 사용한 공증착에 의해 소자 A를 형성하였다. 도핑농도는, 공증착시의 각각의 재료의 퇴적속도를 제어함으로써 소정의 농도로 조정하였다. 또, Alq3는 높은 전자전송성을 지니고, CBP는 높은 정공전송성을 지니는 것이 알려져 있다.
또, 본 실시예를 포함한 모든 실시예에 있어서, 상기 종래의 기술의 란에 기재한 재료 이외에 다색발광소자의 작성시 사용한 재료의 화학식은 이하에 표시한다:
도 10A 및 도 10B에는, 각각 상기 구성을 지닌 적색의 발광색을 지닌 유기EL소자 및 녹색의 발광색을 지닌 유기EL소자의 각각에 대해서, 발광효율의 전자전송층두께에 대한 의존성의 측정결과를 표시한다.
도 10A 및 도 10B에 의하면, 상기 본 실시예의 구성에 있어서, 녹색의 유기EL소자와 적색의 유기EL소자의 양쪽에 대해서 전자전송층의 두께가 70㎚부근인 경우 발광효율이 가장 높은 것을 알 수 있다.
(실시예 2)
본 실시예에 있어서, 도 8에 표시한 바와 같이, 녹색과 적색의 2색의 발광스펙트럼을 지니는 발광층(12)을 형성하고, 또, 투명기판(15) 쪽에 반사전극(11)을 형성한 다색발광소자를 작성하였다.
유리기판(코닝사: 1737)(투명기판(15))상에 100㎚의 두께를 지닌 Cr막을 스퍼터링법을 이용해서 형성하고, 이 막에, 리프트오프법에 의해 패터닝해서 광을 반사하는 양극(반사전극(11))을 형성함으로써, Cr기판을 형성하였다.
이 Cr기판상에, 상기 유기화합물층과 전극층(투명전극(14))을 10-4㎩의 진공실내에서 저항가열을 이용한 진공증착에 의해 연속적으로 증착해서, 소자 B를 얻었다.
사용한 재료 및 그 두께는 이하의 표 2에 표시되어 있다. 본 실시예에 있어서는, 정공전송층이 제 1전하전송층(16)에 대응하고, 전자전송층이 제 2전하전송층(13)에 대응한다.
| 각 기능층 | 재료명 | 두께 | |
| 정공전송층 | FL03 | 70㎚ | |
| 발광층 (적색) | 호스트 | CBP | 20㎚ |
| 게스트 | Ir(piq)3 9% | ||
| 발광층 (녹색) | 호스트 | Alq3 | 20㎚ |
| 게스트 | 쿠마린 6 1% | ||
| 전자전송층 | 바쏘페난트롤린 | 50㎚ | |
| 전자주입층 | AlLi | 1㎚ | |
| 음극 | ITO | 150㎚ | |
본 실시예의 소자 B에서 이용된 발광층도, 호스트재료에 게스트재료를 도핑해서 이루어진 것이다. 또, 본 발명의 소자 B는, 음극으로서 ITO를 사용함으로써, 막을 형성한 쪽으로부터 광을 인출하도록 적합화되어 있다.
또한, 도 11A 및 도 11B에는, 각각 상기 구성을 지닌 적색의 발광색을 지닌 유기EL소자 및 녹색의 발광색을 지닌 유기EL소자의 각각에 대해서, 발광효율의 정공전송층 두께에 대한 의존성의 측정결과를 표시한다.
도 11A 및 도 11B에 의하면, 상기 본 실시예의 구성에 있어서, 녹색의 유기EL소자와 적색의 유기EL소자의 양쪽에 대해서 정공전송층의 두께가 70㎚부근인 경우 발광효율이 가장 높은 것을 알 수 있다.
(실시예 3)
본 실시예에 있어서는, 도 9에 표시한 바와 같이, 발광층(12)으로서 적색, 청색 및 녹색의 3색의 발광스펙트럼을 지닌 것을 형성하고, 또, 투명기판(15)쪽에 반사전극(11)을 형성한 다색발광소자를 작성하였다.
유리기판(코닝사: 1737)(투명기판(15))상에 100㎚의 두께를 지닌 Cr막을 스퍼터링법을 이용해서 형성하고, 이 막에, 리프트오프법에 의해 패터닝해서 광을 반사하는 양극(반사전극(11))을 형성함으로써, Cr기판을 형성하였다.
이 Cr기판상에, 상기 유기화합물층과 전극층(투명전극(14))을 실시예 2와 마찬가지로 작성해서, 소자 C를 얻었다.
사용한 재료 및 그 두께는 이하의 표 3에 표시되어 있고, 청색의 발광층을 설치한 이외에는 실시예 2와 마찬가지이다. 또, 본 실시예에 있어서는, 정공전송층이 제 1전하전송층(16)에 대응하고, 전자전송층이 제 2전하전송층(13)에 대응한다.
| 각 기능층 | 재료명 | 두께 | |
| 정공전송층 | FL03 | 70㎚ | |
| 발광층 (적색) | 호스트 | CBP | 20㎚ |
| 게스트 | Ir(piq)3 9% | ||
| 발광층 (녹색) | 호스트 | Alq3 | 20㎚ |
| 게스트 | 쿠마린 6 1% | ||
| 발광층 (청색) | 호스트 | BAlq | 20㎚ |
| 게스트 | 페릴렌 | ||
| 전자전송층 | 바쏘페난트롤린 | 50㎚ | |
| 전자주입층 | AlLi | 1㎚ | |
| 음극 | ITO | 150㎚ | |
또, BAlq는, 높은 전자전송성을 지닌 것이 알려져 있다.
도 12에는, 상기 구성을 지닌 청색의 발광색을 지닌 유기EL소자의 발광효율의 정공전송층 두께에 대한 의존성의 측정결과를 표시한다.
도 12로부터, 청색의 유기EL소자는, 정공전송층의 두께가 50㎚부근일 때 발광효율이 가장 높고, 70㎚부근에서도 높은 발광효율을 나타내고 있는 것을 알 수 있다.
상기와 같이 작성한 소자 C를, 각각 이하의 조건에 따라 구동한 바, 휘도 약 300cd/㎡에서 발광을 일으켜, 양호한 특성을 나타내었다:
R: 3mA/㎠
G: 6mA/㎠
B: 3mA/㎠.
아상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 2색이상의 발광색을 지닌 복수의 유기EL소자를 지닌 다색발광소자에 있어서, 각 색의 전하전송층의 두께를 동일하게 부여해도, 각 색의 발광의 인출효율을 최적화할 수 있어, 저렴하게 효율 높은 유기EL소자를 제공하는 것이 가능하다.
Claims (18)
- 다른 색의 광을 발광하는 복수개의 유기 일렉트로루미네선스 소자를 구비하고, 상기 유기 일렉트로루미네선스 소자가 각각 적어도,기판에 가까운 쪽에 배치된 반사전극인 제 1전극과,상기 제 1전극과는 반대쪽에 배치된 투명전극인 제 2전극과,상기 제 1전극과 제 2전극과의 사이에 배치된 유기화합물층을 지니는 다색발광소자에 있어서,상기 유기 일렉트로루미네선스 소자중, 장파장을 지닌 색의 광을 발광하는 적어도 하나의 유기 일렉트로루미네선스 소자의 발광영역이, 단파장을 지닌 색의 광을 발광하는 적어도 또 다른 유기 일렉트로루미네선스 소자의 발광영역의 위치보다도 상기 제 1전극으로부터 먼 위치에 위치되어 있는 것을 특징으로 하는 다색발광소자.
- 제 1항에 있어서, 상기 유기화합물층은, 적어도 제 1전하전송층과 제 2전하전송층사이에 발광층이 끼여 있는 적층구조를 지니고, 상기 제 1전하전송층은, 상기 제 2전하전송층보다도 기판에 가까운 쪽에 위치되어 있는 것을 특징으로 하는 다색발광소자.
- 제 2항에 있어서,상기 반사전극인 제1전극은 양극이고;상기 장파장을 지닌 색의 광을 발광하는 하나의 유기 일렉트로루미네선스 소자의 발광층은, 정공을 우선적으로 전송하는 특성을 지니고;상기 단파장을 지닌 색의 광을 발광하는 또 다른 유기 일렉트로루미네선스 소자의 발광층은, 전자를 우선적으로 전송하는 특성을 지니고;상기 제 1전하전송층은 정공을 우선적으로 전송하는 정공전송층이고;상기 제 2전하전송층은 전자를 우선적으로 전송하는 전자전송층인 것을 특징으로 하는 다색발광소자.
- 제 2항에 있어서, 상기 발광층의 두께가 10 내지 35㎚의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 다색발광소자.
- 제 2항에 있어서, 상기 제 1전하전송층의 재료 및 두께가, 모든 유기 일렉트로루미네선스 소자에 있어서 동일한 것을 특징으로 하는 다색발광소자.
- 제 5항에 있어서, 상기 제 1전극으로부터 상기 또 다른 유기 일렉트로루미네선스 소자의 발광영역까지의 거리(da1)가 다음 식:i=0, 1, 2, ....... (c)
(식중, n1은 상기 제 1전하전송층의 굴절률을 나타내고, λa는 상기 또 다른 유기 일렉트로루미네선스 소자의 발광피크파장을 나타냄)에 의해 얻어진 거리인 것을 특징으로 하는 다색발광소자. - 제 6항에 있어서, 상기 제 1전극으로부터 상기 하나의 유기 일렉트로루미네선스 소자의 발광영역까지의 거리(db1+db3)가, 다음 식:i=0, 1, 2, ....... (d)
(식중, nb1은 n1을 나타내고, db1 = da1, nb3은 상기 하나의 유기 일렉트로루미네선스 소자의 발광층의 굴절률을 나타내고, λb는 상기 하나의 유기 일렉트로루미네선스 소자의 발광피크파장을 나타냄)에 의해 얻어진 거리인 것을 특징으로 하는 다색발광소자. - 제 1항에 있어서, 상기 하나의 유기 일렉트로루미네선스 소자가, 적색의 광을 발광하는 유기 일렉트로루미네선스 소자인 것을 특징으로 하는 다색발광소자.
- 제 1항에 있어서, 상기 복수개의 유기 일렉트로루미네선스 소자가, 각각 적색, 녹색 및 청색의 광을 발광하는 적어도 3개의 유기 일렉트로루미네선스 소자인 것을 특징으로 하는 다색발광소자.
- 제 1항에 의한 다색발광소자를 지닌 디스플레이.
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