KR101021049B1 - 유기 발광 소자 - Google Patents

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슈운페이 야마자키
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가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼
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Abstract

유기 발광 소자에서의 층들 사이의 캐리어 충전 품질은 정공(hole) 주입 재료(811) 및 정공 수송 재료(812)를 구비하는 정공 수송 혼합층, 정공 수송 재료(812) 및 전자 수송 재료(813)를 구비하는 쌍극-특성 혼합층, 또는 전자 수송 재료(813) 및 전자 주입 재료(814)를 구비하는 전자 수송 혼합층을 적용하고, 또한 그래프(810)에 도시된 농도 기울기를 형성함으로써 향상된다. 이 방법을 통해, 저전력 소모 및 연장된 수명의 유기 발광 소자가 제공되고, 그 유기 발광 소자는 발광 디바이스 및 전기 제품을 제작하는데 사용된다.
Figure R1020080072674
유기 발광 디바이스, 캐리어 충전질, 주입 재료, 정공 수송 재료, 전자 수송 재료, 쌍극-특성 혼합층, 전자 수송 혼합층

Description

유기 발광 소자{Organic luminescent element}
본 발명은 양극(anode), 음극(cathode) 및, 전계의 인가로 빛을 발하도록 채택된 유기 화합물을 포함하는 막(이후에 유기 화합물층이라 칭해지는)을 갖는 유기 발광 소자(organic luminescent element)를 사용한 발광 디바이스에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 이전보다 낮은 구동 전압 및 더 긴 수명을 갖는 유기 발광 소자를 사용한 발광 디바이스에 관한 것이다. 부가하여, 본 출원의 명세서에서 설명되는 발광 디바이스는 발광 소자로 유기 발광 소자를 사용하는 발광 디바이스 또는 이미지 디스플레이 디바이스를 나타낸다. 또한, 발광 디바이스는 이방성 전도성 막(연성 인쇄 회로(flexible printed circuit: FPC)), 테이프 자동 접착(tape automated bonding: TAB) 테이프, 또는 테이프 캐리어 패키지(tape carrier package: TCP)와 같은 커넥터가 유기 발광 소자에 설치된 모듈, TAB 테이프 또는 TCP의 끝에 프린트 회로 보드가 제공되는 모듈, 및 집적 회로(integrated circuit: IC)가 COG(chip on glass) 시스템에서 유기 발광 소자에 직접 설치되는 모듈을 모두 포함한다.
유기 발광 소자는 전계가 인가될 때 빛을 발하도록 채택된 것이다. 발광 메커니즘은 전극 사이에 유기 화합물층이 삽입되고, 전압이 인가되면, 음극으로부터 채워지는 전자와 양극으로부터 채워지는 정공(hole)이 유기 화합물층의 발광 중심에서 함께 재조합되어 여기 분자(이후에 "분자 여기자(exciton)"라 칭하여지는)를 형성하고, 분자 여기자가 기저 상태로 복귀할 때 발광성을 만들도록 에너지를 방전시키는 것에 있다.
부가하여, 유기 화합물에 의해 형성되는 분자 여기자의 종류는 단일 여기 상태 및 삼중항 여기 상태를 포함할 수 있지만, 반면, 본 발명의 명세서는 여기 상태 중 어느 하나가 발광에 기여하는 경우를 포함한다.
이러한 유기 발광 소자에서, 유기 화합물층은 통상적으로 1 μm 이하의 박막으로 형성된다. 또한, 유기 발광 소자는 유기 화합물층 자체가 빛을 발하는, 자체 발광형 소자이므로, 종래의 액정 디스플레이에서 사용된 백 라이트(back light)가 필요없다. 따라서, 유기 발광 소자는 매우 유리하게 매우 얇고 가볍게 형성될 수 있다.
또한, 유기 화합물층이 예를 들어 약 100 내지 200㎚의 두께일 때, 캐리어의 충전으로부터 재조합까지의 시간 주기는 유기 화합물층에서 캐리어의 이동 정도를 간주하여 약 수십 nsec이고, 캐리어 재조합에서 발광까지의 처리가 포함되더라도, 발광은 약 1μsec 이하로 이루어진다. 따라서, 응답 속도가 매우 큰 것이 특징 중 하나이다.
또한, 유기 발광 소자는 캐리어 충전형(carrier-filling type) 발광 소자이므로, 이는 DC 전압으로 구동될 수 있어 잡음이 거의 발생되지 않는다. 구동 전압에 대해, 100cd/m2의 충분한 휘도는 먼저 유기 화합물층의 두께를 약 100㎚의 균일한 초박막으로 만들고, 유기 화합물층에 대해 캐리어 충전 장벽을 감소시키는 전극 재료를 선택하며, 또한 단일 헤테로(hetero) 구조(이중 구조)를 도입함으로서 5.5 V에서 이루어진다(문헌 1: C.W. Tang 및 S.A. VanSlyke, "유기 전계발광 다이오드(Organic electroluminescent diodes)", 응용 물리학회지, vol. 51, no. 12, 913-915(1987)).
얇고, 가볍고, 고속 응답을 갖고, DC 저전압 등과 같은 성능으로 인해, 유기 발광 소자는 차세대 평면 패널 디스플레이 소자로 관심을 끌고 있다. 또한, 유기 발광 소자는 자체 발광형이고 가시 각도가 크므로, 이는 가시성 면에서 비교적 좋고 휴대용 장비의 디스플레이에 사용되는 소자로 효과적인 것으로 여겨진다.
이에 관해서, 문헌 1에서 설명된 유기 발광 소자의 구성에서, 캐리어 충전 장벽은 전자 주입 품질을 개선시키기 위해 낮은 작업 기능의 비교적 안정된 Mg:Ag 합금을 음극으로 사용하여 유기 화합물층에 비해 작아진다. 이는 매우 많은 양의 캐리어를 유기 화합물층에 충전하는 것을 가능하게 한다.
또한, 다이아민(diamine) 화합물로 구성된 정공 수송층 및 트리스(8-퀴놀레이트) 알루미늄 (tris(8-quinolinolate) aluminium)(약칭: Alq3)으로 구성된 전자 수송 발광층은 유기 화합물층으로서 적층된 단일 헤테로 구조의 응용으로 캐리어의 재조합 효율성이 빠르게 개선되고, 이는 이후 설명된다.
예를 들어, 단일 Alq3층만을 갖는 유기 발광 소자의 경우, 음극으로부터 충전된 대부분의 전자는 정공과 재조합되지 않고 양극에 이르고, Alq3가 전자 수송 품질이므로, 발광 효율성을 매우 낮아지게 한다. 즉, 단일층의 유기 발광 소자가 효과적으로 빛을 발하게 하기 위해(저전압으로 구동하기 위해), 균형 잡힌 방식으로 전자와 정공들 모두를 수송할 수 있는 재료(이후에 "쌍극 재료"이라 칭하여지는)를 사용할 필요가 있고, Alq3는 그러한 요구조건을 만족시키지 못한다.
그러나, 문헌 1에서 설명된 단일 헤테로 구조의 응용은, 음극으로부터 충전되는 전자는 정공 수송층과 전자 수송 발광층 사이의 인터페이스에 의해 블로킹되어, 전자 수송 발광층에서 둘러싸이게 되도록 한다. 따라서, 캐리어는 효율적인 발광을 제공하기 위해 전자 수송 발광층에서 효과적으로 재조합된다.
이러한 캐리어 블로킹 기능의 개념이 전개될 때, 캐리어 재조합 영역을 제어하는 것이 가능하다. 한 예로, 정공 수송층과 전자 수송층 사이에서의 정공들을 블로킹할 수 있는 층(정공 블로킹층)을 삽입함으로써 그 정공들을 정공 수송층에 넣고, 정공 수송층이 빛을 발하게 하는데 성공하였다는 보고가 있다(문헌 2: Yasunori KIJIAM, Nobutoshi ASAI 및 Shin-ichiro TAMURA, "청색 유기 발광 다이오드(A Blue Organic Light Emitting Diode)", 응용 물리학에 대한 일본 저널, vol. 38, 5274-5277(1999)).
또한, 문헌 1에서 설명된 유기 발광 소자는, 말하자면 정공들의 수송이 정공 수송층 및 수송에 의해 실행되고 전자들의 발광은 전자 수송 발광층에 의해 수행됨에 따른 기능 분리에 대한 생각에 기초한다고 말할 수 있다. 기능 분리의 개념은 정공 수송층과 전자 수송층 사이에 발광층이 삽입되는 이중 헤테로 구조(3-층 구조)의 개념으로 더 성장된다(문헌 3: Chihaya ADACHI, Shizuo TOKITO, Tetsuo TSUTSUI, 및 Shogo SAITO, "3층 구조를 갖는 유기체 막에서의 전계 발광(Electroluminescence in Organic Films with Three-layered Structure)", 응용 물리학에 대한 일본 저널, Vol. 27, No. 2, L269-L271(1988)).
이러한 기능 분리는 한 종류의 유기체 재료이 한번에 다양한 기능(발광, 캐리어 수송, 및 전극으로부터의 캐리어 충전 품질 등과 같은)을 가질 필요가 없게 하는 기능 분리에 있어서, 분자 설계 등에서 넓은 자유도를 제공한다는 이점을 갖는다(예를 들어, 비합리적으로 쌍극 재료를 찾을 필요가 없다). 즉, 양호한 발광 품질과 캐리어 수송 품질을 각각 갖는 재료들을 조합함으로서, 높은 발광 효율성이 쉽게 얻어질 수 있다.
이러한 이점들 때문에, 문헌 1에서 설명된 적층 구조의 개념(캐리어 블로킹 기능 또는 기능 분리) 자체는 현재까지 널리 사용되고 있다.
그러나, 상이한 종류의 재료들 사이에 접합이 있으므로(특히, 절연 재료들 사이의 접합), 상술된 적층 구조는 재료들의 인터페이스에 반드시 에너지 장벽을 만들게 될 것이다. 에너지 장벽의 존재는 인터페이스에서 캐리어의 이동을 방지하므로, 다음의 두 가지 문제점을 일으킨다.
그 중 하나의 문제점은 장벽이 구동 전압을 또 감소되게 한다는 점이다. 사 실상, 현재 유기 발광 소자에 대해, 복합 폴리머(conjugate polymer)를 사용하는 단일층 구조의 소자는 구동 전압에 있어서 뛰어나고 전력 효율성(단위: lm/w)에서 상단 데이터를 유지하는 것으로 보고된다(단일 여기 상태로부터의 발광에서 비교)(문헌 4: Tetsuo Tsutsui, 응용 물리학 협회의 소위원회 "분자/바이오 전자에 대한 공보(Journal of Organic Molecular Electronics and Bioelectronics Division of The Japan Society of Applied Physics), vol. 11, no. 1, p.8(2000)).
부가하여, 문헌 4에서 기술된 복합 폴리머는 쌍극 재료로, 캐리어의 재조합 효율성에 대해 적층 구조의 재료와 똑같은 레벨을 이룰 수 있다. 따라서, 더 적은 인터페이스들을 갖는 단일층 구조는, 쌍극 재료를 사용하는 방법이 어떠한 적층 구조의 사용없이 똑같은 캐리어의 재조합 효율성을 이룰 수 있다면, 실제로 구동 전압이 낮다는 것을 설명한다.
이는 유기 화합물층에서의 각 층 사이의 인터페이스에서(예를 들어, 정공 수송층과 발광층 사이, 이후 "유기 인터페이스"라 칭하여지는) 캐리어의 이동이 방지되므로 구동 전압이 필수적으로 더 높아진다는 사실로 설명될 수 있다.
예를 들면, 에너지 장벽을 완화시키는 재료가 전극과 유기 화합물층 사이의 인터페이스에 삽입되어 구동 전압을 낮추도록 캐리어 충전 품질을 증진시키는 방법이 있다(문헌 5: Takeo Wakimoto, Yoshinori Fukuda, Kenichi Nagayama, Akira Yokoi, Hitoshi Nakada, 및 Masami Tsuchida, "전자 주입 재료로 알칼리 금속 화합물을 사용하는 유기 EL 셀(Organic EL Cells Using Alkaline Metal Compounds as Electron Injection Materials)", 전자 디바이스에 대한 전자 공학회 회보(IEE TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES), vol. 44, no. 8, 1245-1248(1997)). 문헌 5에서는 전자 주입층으로써 LiO2의 사용은 구동 전압의 감소에 성공적이었다.
그러나, 유기 인터페이스의 캐리어 이동 품질이 해결되지 않은 분야가 있고, 이는 쌍극 재료를 사용하는 단일층 구조에서 낮은 구동 전압을 갖는 다음의 레벨에 대한 중요한 점을 제시한다.
또한, 에너지 장벽층에 의해 발생되는 다른 문제점은 유기 발광 소자의 사용 기간에 대한 영향으로 생각된다. 즉, 캐리어의 이동이 방해되고, 전하의 축적으로 인해 휘도가 더욱 낮아진다.
이러한 저하의 메커니즘에 대해 수립된 어떠한 명확한 이론은 없지만, 휘도의 저하는 양극과 정공 수송층 사이에서의 정공 주입층을 삽입하고 DC 구동 대신에 사각파의 AC 구동을 채택함으로써 억제될 수 있는 것으로 보고된다(문헌 6: S.A. VanSylke, C.H. Chen, 및 C.W. Tang, "개선된 안정성을 갖는 유기 전계발광 디바이스(Organic electroluminescent devices with improved stability)", 응용 물리학회지, Vol. 69, No. 15, 2160-2162(1996)). 이는 휘도의 저하가 정공 주입층의 삽입 및 AC 구동으로 인하여 전하의 축적을 제거함으로써 억제될 수 있다는 실험적 증거를 제시한 것으로 말할 수 있다.
상기로부터, 적층 구조는 한편으로 캐리어의 재조합 효율성을 용이하게 증진시킬 수 있고, 기능 분리에 의해서 재료의 선택을 넓힐 수 있지만, 다른 한편으로 많은 유기 인터페이스의 형성이(특히, 캐리어의 재조합을 위해 캐리어를 블로킹하는 유기 인터페이스의 형성) 캐리어의 이동을 방해하고 구동 전압 및 휘도의 저하에 영향을 주는 것으로 말할 수 있다.
이 시점에서, 본 발명은 관련 기술에서 사용되었던 적층 구조에서 이점(기능 분리)을 최대로 이용하고 유기 화합물층에 존재하는 에너지 장벽을 완화시킴으로서 캐리어의 이동성을 증진시키며, 관련 기술에서 보다 구동 전압을 낮추고 사용 기간이 연장된 유기 발광 소자를 제공하려는 목적을 갖는다.
특히, 본 발명은 유기 화합물층에 존재하는 유기 인터페이스들을 제거하고, 발광층의 캐리어들이 재조합을 위해 블로킹되는, 종래에 사용된 적층 구조와는 상이한 개념의 소자를 제조함으로써 캐리어들의 이동성을 증진시키며, 동시에 적층 구조에 포함된 기능 분리와 같은 방식으로 다수 개의 다양한 재료들의 기능들을 실현(이하 "기능 실현화"라 칭하여지는)하는데 그 목적을 갖는다.
또한, 본 발명은 이러한 유기 발광 소자를 사용하고, 그것에 의해 종래 기술에서보다 구동 전압을 낮추고 수명이 연장된 발광 디바이스를 제공하는데 그 목적을 갖는다. 또한, 본 발명은 이러한 발광 디바이스의 사용으로 제작되어 관련 기술에서보다 전력 소비를 낮추고, 더 긴 시간 동안 지속되는 전기 제품을 제공하려는 목적을 갖는다.
적층 구조에서의 에너지 장벽의 완화는 문헌 5에서 설명된 바와 같이 캐리어 충전층의 삽입 기술에서 현저하게 발견된다. 정공 주입층은 도 1b의 에너지 대역도를 사용하여 대표적으로 설명된다.
도 1a에서, 양극(101) 및 정공 주입층(102)은 서로 직접 결합되고, 이 경우에 양극(101) 및 정공 주입층(102)과 연관된 에너지 장벽(104)은 크다. 그러나, 에너지 장벽은 양극의 이온화 전위(금속의 경우에서의 작업 기능과 동일한) 및 정공 수송층의 최고 점유 분자 궤도(highest occupied molecular orbital, 이하 HOMO로 칭함) 레벨 사이의 중간에 위치한 HOMO의 레벨을 갖는 재료를 정공 주입층(103)으로 주입함으로써 계단식 방식으로(도 1b) 설계될 수 있다.
도 1b에 도시된 바와 같이 계단식 에너지 장벽을 설계하는 것은, 음극으로부터 캐리어의 충전 품질을 증진시키고 구동 전압을 어느 정도 확실히 낮추는 것을 가능하게 한다. 그러나, 층의 수의 증가는, 유기 인터페이스들의 수의 증가를 야기하는 문제점이 발생된다. 이는 문헌 4에서 설명된 바와 같이 단일층 구조가 구동 전압 및 전력 효율성에서 상단 데이터를 보유한다는 사실을 담당하는 것으로 생각된다.
반대로, 이러한 문제점을 극복함으로써, 적층 구조에서의 이점(다양한 재료가 조합될 수 있고, 복합 분자 설계가 불필요함)을 최대한 사용하면서, 단일층 구조에서의 구동 전압 및 전력 효율성과 같은 레벨로 맞추는 것이 가능하다.
그것에 대한 기본적 개념은 유기 인터페이스의 수를 증가시키지 않고 유기 화합물층에 존재하는 에너지 장벽을 완화시키고 캐리어의 이동을 억제하지 않을 수 있다. 본 발명자는 다음의 방식으로 그 개념을 실현할 수 있는 소자 구조를 고안하였다.
먼저, 정공에 대한 에너지 장벽을 완화시키는 방법은 높은 HOMO 레벨(이온화 전위가 낮은)의 정공 주입 재료와 높은 정공 이동도의 정공 수송 재료를 함께 혼합함으로써 획득된 층(이후 "정공 수송 혼합층"이라 칭하여지는)을 제공하는 것이다. 이 방법은, 단일층이 종래의 정공 주입층 및 종래의 정공 수송층을 포함하는 2개 층의 기능을 실현하는 것을 가능하게 하여, 정공 수송 혼합층에서 정공 주입 재료가 양극 측으로부터 정공을 수신하도록 동작하고 정공 수송 재료가 정공을 운반하도록 동작한다.
또한, 상술된 정공 수송 혼합층에서 농도 기울기(gradient)를 형성하는 것이 바람직하다. 즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 정공 주입 재료의 비율은 양극 쪽으로 증가하고, 정공 수송 재료의 비율은 양극으로부터 멀어짐에 따라 증가한다. 이러한 농도 기울기의 형성으로 인해, 정공은 양극측으로부터 매끄럽게 수신되고, 임의의 큰 에너지 장벽을 발생시키지 않고 운반되며, 이는 구동 전압을 낮추고 사용 기간을 연장하는데 기여한다.
부가하여, 도 2에서는 편의상 농도 기울기를 나타내는데 직선이 사용되지만, 이와 같이 직선에 제한될 필요는 없으며, 농도 기울기가 감소 또는 증가되도록 형성되는 것으로 충분하다. 실제로, 많은 경우에서, 농도 기울기는 제어시 곡선으로 정의되는 것으로 생각된다. 본 출원의 본 명세서에서 설명되는 다른 농도 기울기의 경우도 똑같다.
이어서, 전자에 대한 에너지 장벽을 완화시키는 방법은 최저 비점유 분자 궤도(lowest unoccupied molecular orbit, 이하 LUMO라 칭함)의 저레벨(전자 유사성이 큰)을 갖는 전자 주입 재료와 높은 전자 이동도의 전자 수송 재료를 함께 혼합함으로서 획득된 층(이후 "전자 수송 혼합층"이라 칭하여지는)을 제공하는 것이다. 이 방법은 단일층이 종래의 전자 주입층 및 종래의 전자 수송층을 포함하는 2개 층의 기능을 실현하는 것을 가능하게 하여, 전자 수송 혼합층에서, 전자 주입 재료가 음극측으로부터 전자를 수신하도록 동작하고, 전자 수송 재료가 전자를 운반하도록 동작한다.
또한, 상술된 전자 수송 혼합층에서 농도 기울기를 형성하는 것이 바람직하다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 전자 주입 재료의 비율은 음극 쪽으로 증가하고, 전자 수송 재료의 비율은 음극으로부터 멀어짐에 따라 증가한다. 이러한 농도 기울기의 형성으로 인해, 전자는 음극측으로부터 매끄럽게 수신되고 큰 에너지 장벽을 발생하지 않고 운반되어, 구동 전압의 저하 및 사용 기간의 연장에 기여한다.
또한, 발광층에 대한 에너지 장벽을 완화시키는 방법이 있다. 즉, 발광층은 쌍극층("쌍극-특성의 혼합층"이라 칭하여지는)으로 제공될 수 있고, 이는 높은 정공 이동도의 정공 수송 재료와 높은 전자 이동도의 전자 수송 재료를 함께 혼합함으로써 획득된다. 이 경우, 발광층은 양 끝부분 상에서의 인터페이스의 캐리어 블로킹 기능을 감소시키지만, 캐리어의 재조합 빈도는 전자 수송층과 쌍극-특성의 혼합층 사이 및 정공 수송층과 쌍극-특성의 혼합층 사이의 이동성 차이로 인하여 더욱 높아진다.
또한, 상술된 쌍극-특성의 혼합층에서 농도 기울기를 형성하는 것이 바람직하다. 즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 정공 수송 재료의 비율은 양극 쪽으로 증가하고, 전자 수송 재료의 비율은 음극 쪽으로 증가된다. 이러한 농도 기울기의 형성으로 인해, 정공 및 전자의 운반에서 재조합까지의 단계가 큰 에너지 장벽을 발생시키지 않고 매끄럽게 실행되고, 이는 구동 전압의 저하 및 사용 기간의 연장에 기여한다.
부가하여, 쌍극-특성 혼합 층에서, 더욱 낮은 여기 에너지를 갖는 재료가 더 많은 빛을 발하는 것으로 생각된다. 본 출원의 명세서에서 설명된 여기 에너지는 HOMO와 LUMO 사이의 에너지 차이를 나타낸다. HOMO는 광전자 분광학(photoelectron spectroscopy)에 의해 측정될 수 있고, 이온화 전위와 동일한 것으로 간주된다. 또한, 편의상 흡수 스펙트럼의 끝부분에서 여기 에너지를 정의하면, 여기 에너지 및 HOMO 레벨의 값으로부터 LUMO를 계산하는 것이 가능하다.
또한, 발광을 위해 상기의 쌍극-특성 혼합층에서 발광 재료를 도핑하는 방법이 있다. 이 경우, 도펀트(dopant)인 발광 재료는 쌍극-특성 혼합층에 포함된 전자 수송 재료 및 정공 수송 재료 보다 더 낮은 여기 에너지를 가져야 한다. 특히, 캐리어의 재조합 효율성을 더 증가시키도록 캐리어 트랩형(trap type)의 도펀트(루브린(rubrene))을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 문헌 2에서 설명된 정공 블로킹층은 일반적으로 블로킹 재료로 구성된다. 블로킹 재료는 일반적으로 발광 재료 보다 큰 여기 에너지를 갖는 것으로(즉, 분자 여기의 확산을 방지할 수 있는), 캐리어는 블로킹할 수 있는 재료가다. 많은 경우에서, 정공들은 블로킹된다.
본 출원의 발명자들은 발광층의 재료(또는 발광층의 호스트 재료)와 블로킹 재료를 혼합함으로써 획득된 층(이후 "블로킹-특성 혼합층"이라 칭하여지는)을 형성하는 방법을 고안하였다. 이 경우, 블로킹-특성 혼합층은 또한 발광층으로 동작할 수 있으며, 따라서, 캐리어 및 분자 여기자를 효과적으로 블로킹할 수 있는 발광층으로 간주될 수 있다.
특히, 블로킹-특성 혼합층은 바람직하게는 농도 기울기를 가지고 형성된다. 캐리어(정공 지지 재료의 경우에 전자들)가 블로킹되지 않는 층들의 하나로서, 발광층으로부터 멀어짐에 따라 블로킹 재료의 농도를 점차 증가시킴으로서 매끄럽게 이동될 수 있기 때문이다.
이에 관해서, 최근에는 삼중항 여기 상태에서 기저 상태로 복귀될 때 방전되는 에너지(이후 "삼중항 여기 에너지"라 칭하여지는)를 휘도로 변환할 수 있는 유기 발광 소자가 성공적으로 제시되었고, 발광 효율성이 주목받고 있다(문헌 7: D.F. O'Brien, M.A. Baldo, M.E. Thompson, 및 S.R. Forrest, "전자 인광 디바이스에서 개선된 에너지 전달(Improved energy transfer in electrophosphorescent device)", 응용 물리학 회지, vol. 74, no. 3, 442-444(1999))(문헌 8: Tetsuo TSUTSUI, Moon-Jae YANG, Masayuki YAHIRO, Kenji NAKAMURA, Teruichi WATANABE, Taishi TSUJI, Yoshinori FUKUDA, Takeo WAKIMOTO, 및 Satoshi MUYAGUCHI, "삼중 발광 센터인 이리듐-착체를 갖춘 유기 발광 디바이스에서의 고양자 효율성(High Quantum Efficiency in Organic Light-Emitting Devices with Iridium-Complex as a Triplet Emissive Center)", 응용 물리학에 대한 일본 저널, vol. 38, L1502-L1504(1999)).
문헌 7에서는 중앙 금속이 백금인 금속 착물이 사용되고 문헌 8에서는 중앙 금속이 이리듐인 금속 착체가 사용된다. 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환할 수 있는 이들 유기 발광 소자(이후 "삼중 발광 다이오드"라 칭하여지는)는 관련 기술보다 더 높은 강도의 휘도와 더 높은 발광 효율성을 획득할 수 있다.
그러나, 문헌 8은 예를 나타내고 있으며, 여기에서 휘도의 반감기는 초기 휘도가 500cd/m2로 설정될 경우, 약 170 시간으로, 따라서 소자의 사용 기간에 문제점을 야기한다. 이에 관해서 본 발명을 삼중항 광 다이오드에 적용하면, 매우 기능적인 발광 소자를 제공할 수 있고, 이는 삼중항 여기 상태로부터의 휘도에 기초한 높은 강도의 휘도 및 높은 발광 효율성에 부가하여 사용 기간이 연장된다.
따라서, 본 발명은 삼중 발광 다이오드에 대한 개념의 응용을 커버하고, 그에 따라 캐리어 수송층 및 발광층은 캐리어의 이동을 부드럽게 하기 위해 혼합층이 인터페이스의 수를 감소시키도록 한다(또는 에너지 장벽을 완화시키게 하여).
또한, 본 출원의 발명자는 다음의 두 가지 메커니즘을 하나의 모델로서 생각하고, 여기서 캐리어의 이동은 유기 인터페이스의 형성에 의해 방해된다.
먼저, 메커니즘들 중 하나는 유기 인터페이스의 형태로부터 발생되는 것으로 생각된다. 유기 발광 소자에서의 유기 화합물층은 일반적으로 비결정 상태의 막으로 구성되어, 유기 화합물의 분자들은 주로 쌍극(dipole)-쌍극 상호작용에 기초한 분자 간 힘에 의해 모아진다. 그러나, 이러한 분자 수집이 헤테로 구조(적층 구조)를 형성하는데 사용될 때, 헤테로 구조의 인터페이스(즉, 유기 인터페이스)는 분자 크기 및 분자 구성에서의 차이에 의해 크게 영향을 받을 가능성이 있다.
특히, 매우 상이한 분자 크기를 갖는 재료가 헤테로 구조를 형성하는데 사용되는 경우, 유기 인터페이스에서의 접합은 정렬을 악화시키는 것으로 여겨진다. 그 개념은 도 21에 도시된다. 도 21에서 작은 분자들(2101)로 구성된 제 1 층(2111)과 큰 분자들(2102)로 구성된 제 2 층(2112)이 함께 적층된다. 이 경우, 열악한 정렬의 영역(2114)이 형성된 유기 인터페이스(2113) 위에 만들어진다.
도 21에 도시된 열악한 정렬의 영역(2114)이 캐리어의 이동을 방해하는 장벽(또는 에너지 장벽)을 만들 가능성이 있으므로, 구동 전압을 더 감소시키는 쪽으로 장애물을 만드는 것이 제안된다. 또한, 에너지 장벽을 넘을 수 없는 캐리어는 상술된 발광의 감소를 어떻게든지 유도하도록 전하로서 축적한다.
다른 메커니즘은 적층 구조(즉, 유기 인터페이스)를 형성하는 처리시에 발생되는 것으로 생각된다. 캐리어 블로킹 및 기능 분리의 견지에서, 적층 구조의 유기 발광 소자는 일반적으로 각 층들의 형성시 오염을 방지하기 위해 도 22에 도시된 바와 같이 다중-챔버형(인-라인(in-line)형) 침착 장치를 사용하여 제작된다.
도 22는 정공 수송층, 발광층, 및 전자 수송층으로 구성된 3-층 구조(이중 헤테로 구조)를 형성하기 위한 침착 장치의 예를 도시하는 개념도이다. 먼저, 양극을 갖는 기판(산화 인듐 주석(indium tin oxide, 이하 "ITO"라 칭함) 등)이 내부 운반 챔버로 전달되고, 자외선 방사 챔버에서 진공 대기하의 자외선이 조사되어 양극 표면을 청소한다. 특히, 양극이 ITO와 같은 산화물을 이룰 때, 예비처리 챔버에서는 산화 처리가 행해진다. 또한, 적층 구조의 층들을 형성하기 위해, 정공 수송층은 침착 챔버(2201)에서의 침착이 행해지고, 발광층(도 12에서 적색, 녹색, 및 청색층을 포함하는 3가지 칼라)은 침착 챔버(2202 내지 2204)에서 침착되며, 또한 전자 수송층은 침착 챔버(2205)에서 침착되고, 또한 음극은 침착 챔버(2206)에서 침착된다. 마지막으로, 봉합 챔버에서 행해지고 외부운반 챔버로 꺼내어져 유기 발광 소자가 획득된다.
이러한 인-라인형 침착 장치는 다른 침착 챔버(2201 내지 2205)에서 각각 각 층의 침착을 실행하는 특성을 갖는다. 즉, 그 장치는 각 층의 재료가 서로 거의 혼합되지 않도록 구성된다.
비록 침착 장치의 내부는 통상적으로 약 10-4 내지 10-5 pascal로 감압되더라도, 적은 양의 기체 성분(산소 및 물과 같은)이 있다. 이러한 정도의 진공의 경우에서, 적은 양의 기체 성분조차 수 초 내에 단일 분자 층에 이르도록 용이하게 흡수층을 형성할 것이다.
따라서, 도 22에 도시된 장치가 적층 구조에서 유기 발광 소자를 제작하는데 사용된 경우에 있어서, 각 층들이 형성되는 동안 큰 간격이 형성되는 것이 문제가 된다. 즉, 적은 양의 기체 성분에 의해 야기된 흡수층(이하 불순물층이라 칭하여지는)은 각각의 층을 형성하는 과정에서의 간격 동안, 특히 제 2 외부 운반 챔버를 통해 운반될 때 형성될 수 있다는 두려움이 있다.
도 23은 상술된 개념을 도시한다. 도 23은 제 1 유기 화합물(2301)로 구성된 제 1 층(2311) 및 제 2 유기 화합물(2302)로 구성된 제 2 층(2312)으로 구성된 제 1 층이 함께 적층될 때, 적은 양의 불순물(2303)(물, 산소 등과 같은)로 구성된 불순물층이 제 1 및 제 2 층 사이에 형성된다.
이러한 방법으로 각 층들(유기 인터페이스들) 사이에 형성된 불순물층들은 유기 발광 소자가 완성된 이후, 캐리어를 트랩 처리할 불순물 영역들을 형성하여, 그에 의해 캐리어의 이동을 블로킹하고, 따라서 구동 전압을 상승시킨다. 더욱이, 캐리어를 트랩 처리하는 불순물 영역이 존재할 때, 전하들은 상기된 바와 같이 휘도의 저하를 유도하도록 상기 영역에 축적된다.
이러한 메커니즘메커니즘여, 상술된 유기 인터페이스에서 발생되는 문제점(유기 인터페이스의 형태를 악화시키는 것과 불순물층의 형성)을 극복하기 위해, 소자 구조와 제작 처리 모두가 종래 적층 구조의 소자로부터 자유로워지도록 요구된다. 유기 인터페이스가 완전히 제거되는 유기 발광 소자의 예로, 정공 수송 재료와 전자 수송 재료의 혼합(이후 "단일 혼합층"이라 칭하여지는)으로만 구성된 단일 층만이 두 전극 사이에 제공되는 유기 발광 소자가 보고되었다(문헌 9: Shigeki NAKA, Kazuhisa SHINNO, Hiroyuki OKADA, Hiroshi ONNAGAWA, 및 Kazuo MIYASHITA, "혼합 단일층을 사용하는 유기 전계 발광 디바이스(Organic Electroluminescent Devices Using a Mixed Single Layer)", 응용 물리학에 대한 일본 저널, Vol. 33, No. 12B, L1772-L1774(1994)).
문헌 9에서, 단일층 구조는 정공 수송 재료인 4,4'-bis [N-(3-methylphenyl)-N-phenyl-amino]-biphenyl(이후 "TPD"라 칭하여지는)과 전자 수송 재료인 Alq3를 1:4d의 비율로 혼합하여 형성된다. 그러나, 적층 구조의 단일층 구조와 비교할 때(즉, TPD 및 Alq3로 구성된 유기 인터페이스로 형성된 헤테로 구조), 전자는 발광 효율성에 의해 적층 구조보다 열악한 것으로 설명된다.
그 이유는 단일 혼합층으로는 양극으로부터 채워지는 정공과 음극으로부터 채워지는 전자가 재조합하지 않고 반대 전극으로 빈번하게 전달되기 때문이라 여겨진다. 적층 구조는 캐리어를 블로킹하도록 동작하므로, 이러한 문제점은 일어나지 않는다.
다른 말로 하면, 이는 문헌 9에서 설명된 단일 혼합층에서 기능 실현화가 발생되지 않았다는 사실에서 기인된다고 말할 수 있다. 즉, 유기 화합물층, 정공 수송 동작을 하는 양극 가까이에 있는 영역 및 전자 수송 동작을 하는 음극 가까이에 있는 영역과 같은, 각 기능들을 실현할 수 있는 영역, 및 두 전극으로부터 떨어진 발광 영역(즉, 캐리어가 재조합하는 영역)이 제공되지 않는다면, 유기 인터페이스가 제거되더라도 효과적인 발광은 발생하지 않는다. 전체 유기 화합물층이 발광층으로서 동작하므로, 전극 가까이에서 빛이 방사될 가능성이 있다. 그 결과로, 전극으로의 에너지 전달시 소광(quench)이 일어난다.
이 방식에서, 단일 혼합층이 그 기능을 전부 나타낼 수 없다는 것을 고려하여, 본 출원의 발명자는 도 4에 도시된 쌍극-특성 혼합층이 발광 영역으로 형성될 때, 임의의 유기 인터페이스가 제거되어, 문헌 7의 설명과 다르게 기능 실현화가 가능한 유기 발광 소자를 실현하는 방법을 고안하였다. 도 24는 상술된 개념을 도시한다.
도 24에서, 정공 수송 재료와 전자 수송 재료를 포함한 2가지 종류의 재료들로 구성된 유기 화합물층(2403)에는 정공 수송 재료로 구성된 정공 수송 영역(2405), 전자 수송 재료로 구성된 전자 수송 영역(2406), 및 정공 수송 재료와 전자 수송 재료가 함께 혼합된 혼합 영역(2407)이 제공된다. 기판(2401)에 양극(2402)이 제공되면 역 구조가 채택되어 음극(2404)이 기판상에 제공될 수 있다. 부가하여, 이러한 소자로, 정공 수송층과 같은 명확한 층 구조가 형성되지 않으며, 따라서 각 기능을 나타내는 "영역"이 사용된다.
이러한 소자가 형성된 경우, 정공 수송 재료는 양극측에서 정공을 수신하여 운반하고, 전자 수송 재료는 음극측에서 전자를 수신하여 운반한다. 또한, 혼합 영역(2407)이 쌍극-특성이므로, 정공과 전자 모두는 혼합층(2407)에서 이동될 수 있고, 캐리어는 발광을 위해 혼합 영역(2407)에서 재조합된다. 즉, 문헌 9에서 설명된 단일 혼합층과 다르게, 각 기능들을 나타낼 수 있는 영역들은 유기 화합물층(2403)에 나타내어진다.
또한, 도 24에 도시된 소자로, 기능 실현화가 가능하지만, 종래 적층 구조에서는 유기 인터페이스가 존재하지 않는다. 또한, 발광 영역을 두 전극으로부터 가능한한 멀리 분리시킴으로서 소광이 방지될 수 있다. 따라서, 상술된 유기 인터페이스에서 발생되는 문제점(유기 인터페이스의 형태를 악화시키는 것과 불순물층의 형성)을 해결할 수 있다.
먼저, 도 25와 관련하여 유기 인터페이스의 형태 악화를 해결하기 위한 설명이 주어진다. 도 25는 도 24에서 전형화되고 작은 분자(2501)로 구성된 영역(2511), 큰 분자(2502)로 구성된 영역(2512), 및 작은 분자(2501)와 큰 분자(2502) 모두를 포함하는 혼합 영역(2513)을 포함하는 유기 발광 소자를 도시한다. 도 25로부터 명백한 바와 같이, 도 21에 도시된 유기 인터페이스(2113) 뿐만 아니라 열악한 정렬 영역(2114) 또한 존재하지 않는다.
또한, 불순물층의 형성을 해결하는 방법은 간단하고 명확하다. 도 24에 도시된 유기 발광 소자를 제작할 때, 정공 수송 재료는 양극에 침착되고, 전자 수송 재료는 부가적으로 혼합층을 형성하기 위해 전착(codeposition)의 형태로 중간에 침착되고, 혼합 영역의 형성 이후에, 정공 수송 재료의 침착이 중단되어 전자 수송 재료의 침착을 허용할 수 있다. 따라서, 유기 발광 소자를 제작하도록 도 22에 도시된 침착 장치를 사용할 때 발생되는 간격이 존재하지 않는다. 즉, 임의의 불순물층의 형성 기회가 없다.
이 방식으로, 본 발명에 따른 유기 발광 소자는 유기 인터페이스의 형성으로부터 자유롭고, 따라서, 캐리어의 이동이 매끄럽고 소자의 사용 기간 및 구동 전압에 악영향을 주지 않는다. 또한, 적층 구조와 같이 기능적 분리를 포함함으로써 발광 효율성에 문제가 없다.
또한, 종래의 적층 구조는 상이한 재료들 사이에 간단한 헤테로-접합이고, 반면 본 발명에 따른 구조는 혼합-접합이라 칭해져 새로운 개념에 기초한 유기 발광 소자라 말할 수 있다.
따라서, 본 발명은 양극, 음극, 및 양극과 음극 사이에 제공된 유기 화합물층을 구비하는 유기 발광 소자를 구비하는 발광 디바이스를 제공하고, 여기서 유기 화합물층은 전자 이동도보다 정공 이동도가 더 높은 정공 수송 재료로 구성된 정공 수송 영역, 정공 이동도보다 전자 이동도가 더 높은 전자 수송 재료로 구성된 전자 수송 영역, 전자 수송 영역보다 양극에 더 가깝게 배치된 정공 수송 영역, 및 정공 수송 영역과 전자 수송 영역 사이에 제공되고 정공 수송 재료와 전자 수송 재료를 모두 포함하는 혼합 영역을 구비한다.
부가하여, 도 24에 도시된 구조로, 정공의 캐리어 충전 품질을 증진시키기 위한 재료(이후 "정공 주입 재료"이라 칭하여지는)로 구성된 정공 주입 영역은 양극과 유기 화합물층 사이에 삽입된다. 또한, 전자의 충전 품질을 증진시키는 재료(이후 "전자 주입 재료"이라 칭하여지는)로 구성된 전자 주입 영역은 음극과 유기 화합물층 사이에 삽입된다. 또한, 정공 주입 영역과 전자 주입 영역은 모두 삽입될 수 있다.
이 경우, 정공 주입 재료 또는 전자 주입 재료는 전극들로부터 유기 화합물층으로 캐리어 충전 장벽을 감소시키기 위한 재료가므로, 전극에서 유기 화합물층으로의 캐리어의 이동을 매끄럽게 하여, 전하의 축적을 제거하는데 효과적이다. 그러나, 상술된 불순물층의 형성을 방지할 목적으로, 각 충전 재료들과 유기 화합물층 사이에 간격 없이 침착을 실행하는 것이 바람직하다.
여기서 캐리어 균형의 견지에서 정공 수송 재료 및 전자 수송 재료를 모두 포함하는 혼합 영역에 농도 기울기를 형성하여, 양극으로부터 음극 쪽으로 정공 수송 재료의 농도가 점차 감소되고 전자 수송 재료가 점차 증가되도록 하는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명에서 혼합 영역은 또한 캐리어 재조합 영역이 되므로 10㎚ 이상의 두께를 갖는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 도 26a에 도시된 바와 같이 유기 화합물층(2603)이 정공 수송 재료로 구성된 정공 수송 영역(2605), 전자 수송 재료로 구성된 전자 수송 영역(2606), 및 정공 수송 재료와 전자 수송 재료가 함께 혼합된 혼합 영역(2607)을 제공하고, 휘도를 위한 발광 재료(2608)가 혼합 영역(2607)에 도펀트로서 부가되는 구조를 커버한다. 부가하여, 양극(2602)이 기판(2601)에 제공되지만, 역구조가 채택되어 음극(2604)이 기판에 제공될 수 있다. 또한, 정공 주입 영역 및 전자 주입 영역이 전극과 유기 화합물층 사이에 제공될 수 있다.
발광 재료(2608)가 혼합 영역(2607)에 부가될 때, 발광 재료(2608)는 캐리어를 트랩하여, 재조합 효율성이 증진되고, 높은 발광 효율성이 기대될 수 있도록 한다. 특징들 중 하나는 발광색이 발광 재료(2608)에 의해 제어될 수 있다는 점이다. 그러나, 이 경우에는 발광 재료(2608)는 혼합 영역(2607)에 포함된 화합물 중 여기 에너지가 최소인 것이 바람직하다.
또한, 전극 재료로의 에너지 전달시 일어나는 소광은 두 전극으로부터 가능한 한 멀리 발광 영역을 분리시킴으로서 방지될 수 있다. 따라서, 발광 재료가 도핑되는 영역은 혼합 영역의 전체가 아니라 그 일부(특히, 중심 부분)가 될 수 있다.
또한, 본 발명은 도 26b에 도시된 바와 같이 유기 화합물층(2603)이 정공 수송 재료로 구성된 정공 수송 영역(2605), 전자 수송 재료로 구성된 전자 수송 영역(2606), 및 정공 수송 재료와 전자 수송 재료가 함께 혼합된 혼합 영역(2607)을 제공하고, 블로킹 재료(2609)가 혼합 영역(2607)에 부가되는 구조를 포함한다. 부가하여, 양극(2602)이 기판(2601)에 제공되지만, 역구조가 채택되어 음극(2604)이 기판에 제공될 수 있다. 또한, 정공 주입 영역 및 전자 주입 영역이 전극과 유기 화합물층 사이에 제공될 수 있다.
블로킹 재료(2609)가 혼합 영역(2607)에 부가될 때, 혼합 영역(2607)에서 캐리어 재조합 효율은 증진되고, 분자 여기자의 분산이 방지되므로, 높은 발광 효율성이 기대될 수 있다. 그러나 이 경우에는 블로킹 재료는 혼합 영역(2607)에 포함된 재료 중 여기 에너지 레벨에서 최대가 되는 것이 바람직하다.
또한, 많은 경우에서 블로킹 재료는 정공 및 전자 중 하나를 블로킹하도록 동작하므로, 때때로 전체 혼합 영역에 걸쳐 도핑될 때 혼합 영역에서 캐리어 균형을 파괴시킨다. 따라서, 블로킹 재료가 도핑된 영역은 혼합 영역 전체 영역이 아니라 일부(특히 끝부분)가 될 수 있다.
부가하여, 도 26b의 보다 바람직한 예로, 발광 재료(2608)가 첨가된다. 즉, 이 구성은 도 26a에서의 것과 같은 조합을 구비한다. 블로킹 재료(2609)가 정공 블로킹 품질인 경우, 발광 재료(2608)는, 도 26b에 도시된 바와 같이, 정공 블로킹 재료를 발광 재료(2608)가 부가된 영역보다 음극에 더 가까운 측에 부가함으로서 효과적으로 발광되게 한다.
또한, 삼중 발광 다이오드를 본 발명에 적용하면, 높은 기능적 발광 소자를 제공하여, 삼중항 여기 상태로부터의 휘도에 기초한 높은 강도의 휘도 및 높은 발광 효율성에 부가하여 문헌 8에 설명된 것과 비교해 사용 기간이 연장된다.
부가하여, 삼중항 분자 여기자는 단일 분자 여기자와 비교해 확산 거리가 크므로, 블로킹 블록이 혼합 영역에 포함되는 것이 바람직하다. 즉, 도 26b와 관련하여 설명하면, 삼중항 여기 에너지를 휘도로 변환할 수 있는 재료(이후 "삼중 발광 재료"이라 칭하여지는)가 발광 재료(2608)로 사용되고 블로킹 재료(2609)가 동시에 부가되는 것이 바람직하다.
이어서, 도 26a 및 도 26b에 도시된 바와 같이 발광 재료의 부가를 포함하는 구조에서 제작하기에 적절한 예가 설명될 것이다. 도 27은 이러한 소자 구조를 도시한다.
도 27에 도시된 소자로, 정공 수송 재료 및 전자 수송 재료를 포함하는 유기 화합물층(2703)에 정공 수송 재료로 구성된 정공 수송 영역(2705), 전자 수송 재료로 구성된 전자 수송 영역(2706), 및 정공 수송 재료와 전자 수송 재료가 함께 특정한 비율로 혼합된 혼합 영역(2707)이 제공되고, 휘도를 위한 발광 재료(2708)가 혼합 영역(2707)에 부가되어 발광 영역을 형성한다. 양극(2702)이 기판(2701)에 제공되면, 역구조가 채택되어 음극(2704)이 기판에 제공될 수 있다.
부가하여, 도 28은 혼합 영역에서 정공 수송 재료와 전자 수송 재료의 농도 비율이 x:y인 경우의 농도 프로파일을 도시한다.
이러한 소자가 형성된 경우, 정공 수송 재료는 양극측에서 정공을 수신하여 운반할 수 있고, 전자 수송 재료는 음극측에서 전자를 수신하여 운반할 수 있다. 또한, 혼합 영역(2707)이 쌍극-특성이므로, 정공과 전자들 모두는 혼합 영역(2707)에서 이동할 수 있다. 또한, 혼합 영역(2707)에서 특정 비율 x:y로 인하여, 제작이 쉽다.
여기서, 발광 재료를 포함하는 발광 영역이 혼합 영역(2707)에 형성되는 것이 필수적이다. 즉, 발광 재료를 혼합 영역(2707)에 부가하는 것은 캐리어가 재조합되지 않고 혼합 영역을 통과하는 것을 방지하고, 동시에 전극에 의해 발생된 소광을 방지하도록 발광 영역을 전극으로부터 멀리 유지한다.
따라서, 본 발명은 양극, 음극, 및 양극과 음극 사이에 제공된 유기 화합물층을 구비하는 유기 발광 소자를 포함한 발광 디바이스를 제공하고, 여기서 유기 화합물층은 정공 수송 재료로 구성된 정공 수송 영역, 전자 수송 재료로 구성된 전자 수송 영역, 정공 수송 영역과 전자 수송 영역 사이에 제공되고 특정한 비율로 정공 수송 재료와 전자 수송 재료를 포함하는 혼합 영역을 구비하고, 혼합 영역에 제공되고 발광이 존재하도록 채택된 발광 재료가 첨가된다.
부가하여, 발광 재료는 정공 수송 재료 및 전자 수송 재료와 비교해 여기 에너지가 작은 것이 바람직하다. 이는 분자 여기자에서 에너지 전달을 방지할 목적이다.
또한, 도 27에 도시된 구조로, 정공의 충전 품질을 증진시키기 위한 재료(이후 "정공 주입 재료"이라 칭하여지는)로 구성된 정공 주입 영역은 양극과 유기 화합물층 사이에 삽입될 수 있다. 또한, 전자의 충전 품질을 증진시키기 위한 재료(이후 "전자 주입 재료"이라 칭하여지는)로 구성된 전자 주입 영역은 음극과 유기 화합물층 사이에 삽입될 수 있다. 또한, 정공 주입 영역과 전자 주입 영역이 모두 삽입될 수 있다.
이 경우, 정공 주입 재료 또는 전자 주입 재료는 전극으로부터 유기 화합물층에 캐리어 충전 장벽을 감소시키기 위한 재료가므로, 이는 전극에서 유기 화합물층으로의 캐리어 이동을 매끄럽게 하여 전하 축적을 제거하는데 효과적이다. 그러나, 상술된 임의의 불순물층의 형성을 방지할 목적으로, 각 충전 재료들과 유기 화합물층 사이에서 간격 없이 침착을 실행하는 것이 바람직하다.
또한, 캐리어 재조합을 위한 부분(쌍극-특성이 되므로 실질적으로 중앙에 위치하는)은 실질적으로 혼합 비율에 따라 혼합 영역에서 결정된다. 따라서, 발광 재료는 전체 혼합 영역에 걸쳐 부가되지만(도 29a), 혼합 영역 일부에 부가될 수 있다(도 29b). 부가하여, 도 27의 참조 번호는 도 29a 및 도 29b에서 참조된다.
또한, 본 발명은 도 30a에 도시된 바와 같이 유기 화합물층(2703)이 정공 수송 재료로 구성된 정공 수송 영역(2705), 전자 수송 재료로 구성된 전자 수송 영역(2706), 및 정공 수송 재료와 전자 수송 재료가 함께 혼합된 혼합 영역(2707)을 제공하고, 발광 재료가 부가되며, 블로킹 재료(2709)가 혼합 영역(2707)에 첨가된 구조를 포함한다. 부가하여, 양극(2702)이 기판(2701)에 제공되지만, 역구조가 채택되어 음극(2704)이 기판에 제공될 수 있다. 또한, 정공 주입 영역 및 전자 주입 영역은 전극 및 유기 화합물층 사이에 제공될 수 있다.
이 경우, 블로킹 재료는 혼합 영역(2707)에 포함된 재료 중 여기 에너지 레벨이 최대이고 캐리어를 블로킹하거나 분자 여기자의 확산을 방지하는 기능을 갖는 것이 바람직하다. 블로킹 재료(2709)가 혼합 영역(2707)에 부가될 때, 혼합 영역(2707)에서 캐리어의 재조합 효율성은 증진되고, 분자 여기자의 확산은 방지될 수 있으며, 따라서 높은 발광 효율성이 기대될 수 있다. 그러나, 많은 경우에 블로킹 재료가 정공 및 전자 중 하나를 블로킹하도록 동작하므로, 때때로 전체 혼합 영역에 부가될 때 혼합 영역에서 캐리어 균형을 파괴한다. 따라서, 블로킹 재료가 첨가된 영역은 혼합 영역의 전체 영역이 아닌 혼합 영역 일부가 된다.
또한, 통상적으로 블로킹 재료로 효과적인 것은 HOMO 레벨이 낮은, 즉 정공을 블로킹할 수 있는 재료가다. 따라서, 도 30b에 도시된 바와 같이, 발광 재료(2708)가 첨가된 영역보다 음극측에 블로킹 재료를 부가하는 방법이 유용하다.
또한, 삼중 발광 재료를 이러한 소자 구조에 부가되는 발광 재료로 적용하는 것은 매우 기능적인 발광 소자를 제공하고, 이는 삼중항 여기 상태로부터의 발광에 기초한 높은 강도의 휘도 및 높은 발광 효율성에 부가하여 사용 기간이 연장된다. 부가하여, 삼중항 분자 여기자는 단일 분자 여기자와 비교해 확산 길이가 크므로, 블로킹 재료가 혼합 영역에 포함되는 것이 바람직하다.
여기서, 정공 수송 재료와 전자 수송 재료로 구성된 상기 혼합 영역은 쌍극-특성이 되도록 요구되므로, 혼합 영역에서 정공 수송 재료 및 전자 수송 재료의 총질량에 대한 정공 수송 재료의 질량의 비율이 10% 이상이고 90% 이하인 것이 바람직하다. 그러나, 그 비율은 재료의 조합에 따라 많이 변화되는 것으로 여겨진다.
또한, 정공 수송 재료 및 전자 수송 재료로 구성된 혼합 영역이 발광 영역, 즉 캐리어 재조합 영역을 포함하므로, 캐리어 전달이 허용되지 않도록 일부 두께를 갖도록 요구된다. 따라서, 혼합 영역은 10㎚ 이상의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 또한, 쌍극-특성이 되는 영역은 높은 저항을 갖는 것을 고려하여, 상기 두께는 100㎚ 이하인 것이 바람직하다.
상술된 본 발명을 실시함으로써, 종래의 것 보다 구동 전압이 낮고 사용 기간이 더 긴 발광 디바이스가 제공될 수 있다. 또한, 이러한 발광 디바이스를 사용 하여 제작될 때, 종래의 기술 보다 전력 소모가 낮고 더 오래가는 전기 제품이 제공될 수 있다.
본 발명은 종래에서 사용되었던 적층 구조에서 이점(기능 분리)을 최대로 이용하고 유기체층에 주어지는 에너지 장벽을 완화시킴으로서 캐리어의 이동성을 증진시키고, 종래 기술에서 보다 구동 전압을 낮추고 수명이 연장된 유기 발광 디바이스를 제공할 수 있다. 특히, 본 발명은 발광층의 캐리어가 재조합을 위해 블로킹되는 종래에 사용되던 적층 구조와 다른 개념의 디바이스를 제작함으로서 유기 화합물층에 주어지는 유기 인터페이스를 제거하고, 캐리어의 이동성을 증진시키고, 동시에 적층 구조에 포함되는 기능적 분리와 똑같은 방식으로 다수의 다양한 재료의 기능을 실현할 수 있으며, 또한, 본 발명은 이러한 유기 발광 디바이스를 사용하여 종래 기술에서 보다 구동 전압을 낮추고 수명이 연장된 발광 디바이스를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명은 이러한 발광 디바이스의 사용으로 제작되어 종래 기술에서 보다 더 적은 전력을 소모하고 더 긴 시간 동안 지속되는 전자 제품을 제공할 수 있다.
이후에는 본 발명의 실시예가 설명된다. 부가하여, 유기 발광 소자에서 양극 및 음극 중 적어도 하나가 충분히 투명하여 빛을 발할 수 있고, 반면 실시예는, 소 자 구조에 대해 투명 양극이 기판에 형성되고 양극으로부터 빛이 취해지는 소자 구조와 관련하여 설명될 것이다. 실제로, 음극으로부터 빛이 취해지는 구조 및 기판의 반대측에서 빛이 취해지는 구조가 적용될 수 있다.
먼저, 예시는 도 5와 관련하여 정공 수송 혼합층으로 형성된 유기 발광 소자의 실시예가 주어질 것이다. 도 5에서 정공 수송 혼합층(503), 발광층(504), 전자 수송층(505), 및 음극(506)이 양극(502)을 갖는 기판(501) 상에 적층되는 구조가 도시된다. 부가하여, 발광층(504)이 삽입되지 않지만, 정공 수송 혼합층(503) 또는 전자 수송 혼합층(505)이 발광 전하를 취하는 것이 가능하다. 정공 수송 혼합층(503)은 정공 주입 재료 및 정공 수송 재료 모두를 혼합함으로써 형성된다.
부가하여, 도 2에 도시된 바와 같이, 정공 수송 혼합층(503)이 농도 기울기를 가지고 형성되고, 이는 정공 주입 재료 및 정공 수송 재료로 구성된다. 이 경우에는 산화알루미늄과 같은 절연 재료가 정공 주입 재료로서 사용될 때 정공 주입 재료가 가파른 농도 기울기(양극측으로 신속하게 줄어드는)를 갖는 것이 바람직하다.
이어서, 예시는 도 6과 관련하여, 전자 수송 혼합층을 갖고 형성된 유기 발광 소자의 실시예로 주어진다. 도 6에서 정공 수송층(603), 발광층(604), 전자 수송 혼합층(605), 및 음극(606)이 양극(602)을 갖는 기판(601)상에 적층된 구조가 도시된다. 부가하여, 발광층(604)이 삽입되지 않고, 전자 수송 혼합층(605) 또는 정공 수송층(603)이 발광 전하를 취하는 것이 가능하다. 전자 수송 혼합층(605)은 전자 주입 재료와 전자 수송 재료 모두의 혼합으로 형성된다.
부가하여, 전자 수송 혼합층(605)은 도 3에 도시된 바와 같이, 농도 기울기를 가지고 형성되며, 이는 전자 주입 재료 및 전자 수송 재료로 구성된다. 이 경우 전자 주입 재료는 불화 리튬과 같은 절연 재료가 전자 주입 재료로 사용될 때 가파른 농도 기울기(양극측으로 신속하게 줄어드는)를 갖는 것이 바람직하다.
이어서, 예시는 도 7과 관련하여, 쌍극-특성 혼합층을 가지고 형성된 유기 발광 소자의 실시예로 주어진다. 도 7에서 정공 주입층(703), 쌍극-특성 혼합층(704), 전자 주입층(705), 및 음극(706)이 양극(702)을 갖는 기판(701)상에 적층된 구조가 도시되다. 쌍극-특성 혼합층(704)은 정공 수송 재료 및 전자 수송 재료를 모두 혼합하여 형성된다.
부가하여, 도 4에 도시된 바와 같이, 쌍극-특성 혼합층(704)이 농도 기울기를 가지고 형성되고, 이는 정공 수송 재료 및 전자 수송 재료로 구성된다.
또한, 도 24에 도시된 바와 같이, 혼합 영역(2407), 정공 수송 영역(2405), 및 전자 수송 영역(2406)은 혼합 영역(2407)에 포함된 정공 수송 재료에 대한 정공 수송 영역(2405)의 구성 재료를 사용하고, 혼합 영역(2407)에 포함된 전자 수송 재료에 대한 전자 수송 영역(2406)의 구성 재료를 사용하여 연속적으로 결합될 수 있다. 이 경우에는 2가지 종류의 구성성분(정공 수송 재료 및 전자 수송 재료)이 정공 수송 영역, 발광 영역, 및 전자 수송 영역을 구비하는 종래 기술에서 3개 층으로 동작할 수 있는 이점이 있다. 부가하여, 도 24에서는 도시되지 않았지만, 정공 주입층이 양극(2402) 및 정공 수송 영역(2405) 사이에 삽입될 수 있고, 전자 주입층이 음극(2404)과 전자 수송층(2406) 사이에 삽입될 수 있다.
이러한 소자 구조는 불순물층의 형성을 방지하도록 구체화된다. 이 경우에는 유기 발광 소자를 제작하는 처리가 중요하다. 여기서, 이러한 소자 구조를 제작하는 방법에 적절한 예가 설명된다.
도 31a 및 도 31b는 침착 장치를 도시하는 개념도이다. 도 31a는 그 장치를 도시하는 상면도이다. 침착 장치는 단일 챔버형으로, 단일 진공 챔버(3110)가 침착 챔버로서 설치되고 다수의 침착 소스가 진공관에 제공된다. 다수의 침착 소스에서는 정공 주입 재료, 정공 수송 재료, 전자 수송 재료, 전자 주입 재료, 블로킹 재료, 발광 재료, 및 음극의 구성 재료와 같이 상이한 기능의 다양한 재료가 개별적으로 수신된다.
침착 챔버를 갖는 이러한 침착 장치에서, 양극(ITO 등)을 포함한 기판이 먼저 운반 챔버로 운반되고, 양극이 ITO와 같은 산화물인 경우, 예비처리 챔버에서 산화 처리가 실행된다(부가하여, 비록 도 31a에는 도시되지 않았지만, 양극 표면을 청소하기 위한 자외선 방사 챔버를 설치하는 것이 가능하다). 또한, 유기 발광 소자를 형성하는 모든 재료들은 진공 챔버(3110)에서 침착이 행해진다. 그러나, 음극이 진공 챔버(3110)에서 형성되거나, 분리된 침착 챔버가 음극 형성을 위해 제공될 수 있다. 간략하게, 음극이 형성될 때까지 단일 진공 챔버(3110)에서 침착이 실행되는 것으로 충분하다. 마지막으로, 유기 발광 소자는 봉합 챔버에서 봉합이 행해지고, 캐리어 챔버를 통해 운반 챔버로부터 꺼내어 진 후 획득된다.
예시는 도 31b와 관련하여 이러한 단일 챔버형 침착 장치를 사용하는 본 발명의 유기 발광 소자를 제작하는 절차로 주어질 것이다(진공 챔버(3110)의 단면). 설명을 간략화하도록, 도 31b는 2개의 침착 소스(유기 화합물 침착 소스(a3118) 및 유기 화합물 침착 소스(b3119))를 갖는 진공 챔버(3110)를 사용하여 정공 수송 재료(3116) 및 전자 수송 재료(3117)로 구성된, 유기 화합물층을 형성하는 절차를 도시한다.
먼저, 양극(3102)을 갖는 기판(3101)이 진공 챔버(3110)로 운반되고, 고정 베이스(3111)에 고정된다(일반적으로, 기판은 침착 동안 회전된다). 이어서, 진공 챔버(3110)의 압력이 감소된 이후(바람직하게 10-4 Pa 이하), 도관(a3112)이 가열되어 정공 수송 재료(3116)를 증발시키고, 미리 정해진 침착 비율(단위: [㎚/s])에 이른 이후에 침착의 개시를 위해 셔터(a3114)가 개방된다. 이때, 도관(b3113)은 또한 셔터(b3115)가 닫힌 동안 가열된다.
이어서, 셔터(a3114)가 개방되면, 셔터(b3115)는 정공 수송 재료(3117)에 전착되도록 하고(도 31b에 도시된 상태) 정공 수송 영역(3103) 뒤에 혼합 영역(3104)을 형성할 수 있도록 개방된다. 이 동작은 정공 수송 영역(3103)과 혼합 영역(3104) 사이에서 불순물층의 혼합을 제거한다.
또한, 전자 수송 영역을 형성하기 위해, 셔터(b3115)가 개방되면, 셔터(a3114)는 도관(a3112)의 가열을 종료시키도록 닫힌다. 이 동작은 혼합 영역(3104)과 전자 수송 영역 사이에서 불순물층의 형성을 제거한다.
또한, 똑같은 발광을 이루도록 도 26a에 도시된 혼합 영역(2607)에서 발광 재료를 도핑하는 방법이 있다. 이 경우에, 도펀트인 발광 재료가 혼합 영역(2607)에 포함된 정공 수송 재료 및 전자 수송 재료보다 더 낮은 여기 에너지를 가질 것이 요구된다.
발광 재료가 도핑되는 경우에, 유기 발광 소자를 제작하는 처리는 불순물의 형성을 방지하기 위해 중요하다. 이후에는 제작 절차가 설명된다.
도 32a는 단일 챔버형의 침착 장치를 도시하는 상면도로, 진공 챔버(3210)가 침착 챔버로서 설치되고, 다수의 침착 소스가 진공 챔버에 제공된다. 또한, 다수의 침착 소스에서는 각각 정공 주입 재료, 정공 수송 재료, 전자 수송 재료, 전자 주입 재료, 블로킹 재료, 발광 재료, 및 음극의 구성 재료와 같이 상이한 기능의 다양한 재료가 개별적으로 수신된다.
이러한 침착 챔버를 갖는 침착 장치에서, 양극(ITO 등)을 갖는 기판이 먼저 운반 챔버로 운반되고, 양극이 ITO와 같은 산화물인 경우, 예비처리 챔버에서는 산화가 실행된다(부가하여, 비록 도 32a에는 도시되지 않았지만, 양극 표면을 청소하기 위한 자외선 방사 챔버를 설치하는 것이 가능하다). 또한, 유기 발광 소자를 형성하는 모든 재료에는 진공 챔버(3210)에서 침착이 행해진다. 그러나, 음극이 진공 챔버(3210)에서 형성되거나, 분리된 침착 챔버가 음극 형성을 위해 제공될 수 있다. 간략하게, 음극을 형성될 때까지 단일 진공 챔버(3210)에서 침착이 실행되는 것으로 충분하다. 마지막으로, 유기 발광 소자는 봉합 챔버에서 봉합이 행해지고, 캐리어 챔버를 통해 운반 챔버로부터 꺼내진 후에 얻어진다.
이러한 단일 챔버형 침착 장치를 사용하여 본 발명에 따라 유기 발광 소자를 제작하는 처리 과정이 도 32b와 관련하여 설명된다(진공 챔버(3210)의 단면). 간략한 예로써, 도 32b는 3개의 침착 소스(유기 화합물 침착 소스(a3216), 유기 화합물 침착 소스(b3217), 및 유기 화합물 침착 소스(c3218))를 갖는 진공 챔버(3210)를 사용하여 정공 수송 재료(3221), 전자 수송 재료(3222), 및 발광 재료(3223)로 구성된 유기 화합물층을 형성하는 절차를 도시한다.
먼저, 양극(3202)을 갖는 기판(3201)이 진공 챔버(3210)로 주어지고 고정 베이스(3211)에 의해 고정된다(일반적으로, 기판은 침착 동안 회전된다). 이어서, 진공 챔버(3210)의 압력이 감소된 이후(바람직하게 10-4 Pa 이하), 도관(a3112)이 가열되어 정공 수송 재료(3221)를 증발시키고, 미리 정해진 증발 비율(단위: [㎚/s])에 이른 이후에 침착의 개시를 위해 셔터(a3214)가 개방된다. 이때, 도관 b(3213)은 또한 셔터(b3215)가 닫힌 동안 가열된다.
그 후에, 셔터(a3214)가 개방되면, 셔터(b3215)는 전자 수송 재료(3222)에 전착되어 정공 수송 영역(3203) 뒤에 혼합 영역(3204)을 형성할 수 있도록 개방된다. 이 동작은 정공 수송 영역(3203)과 혼합 영역(3204) 사이에서 불순물의 혼합을 제거한다. 여기서 혼합 영역(3204)의 형성 과정시, 매우 작은 양의 발광 재료(3223)가 첨가된다(도 32b에 도시된 상태).
또한, 전자 수송 영역을 형성하기 위해, 셔터(b3215)가 개방되면, 셔터(a3214)는 도관 a(3212)의 가열을 종료시키도록 닫힌다. 이 동작은 혼합 영역(3204)과 전자 수송 영역 사이에서 불순물층의 형성을 제거한다.
이러한 절차의 적용은, 문제점을 해결하기 위한 방안에 대해 앞서 설명된 모든 유기 발광 소자를 제작하는 것이 가능해진다. 예를 들어, 혼합 영역(3204)에 블로킹 재료를 부가하는 경우, 도 32b에 도시된 바와 같이 블로킹 재료의 침착을 위해 침착 소스를 설치하고 혼합 영역의 형성 과정 시에 이를 증발시키는 것으로 충분하다.
또한, 정공 주입 영역 또는 전자 주입 영역을 형성하는 경우, 각 충전 재료에 대해 똑같은 침착 소스를 진공 도관(3210)에 설치하는 것으로 충분하다. 예를 들면, 도 32b에서, 양극(3202)과 정공 수송 영역(3203) 사이에 침착으로 정공 주입 영역을 제공하는 경우, 불순물층의 형성은 정공 주입 재료가 양극(3202)에 침착되는 시점으로부터 간격을 두지 않고 정공 수송 재료(3221)를 증발시킴으로서 방지될 수 있다.
부가하여, 상술된 혼합 영역에 농도 기울기가 형성될 수 있으므로, 농도 기울기를 형성하기 위해 대표적인 방법으로 참조가 이루어진다. 여기서는 침착이 저항 가열로 인하여 진공 침착으로 이루어질 수 있는 경우가 설명된다. 농도 기울기를 형성하기 위한 방법에 대해, 재료의 증발 온도와 침착 비율(일반적으로, 단위가 ㎚/s) 사이에 상관관계가 설정되는 경우, 온도 제어로 침착 비율을 제어하는 것이 가능하다. 그러나, 특히 입자 형태로 사용되는 유기체 재료는 일반적으로 열전도성 면에서 열악하므로, 온도로 제어할 때 불균일성을 발생시키기 쉽다. 따라서, 분리된 침착 소스에서 농도 기울기의 형성을 위해 2가지 종류의 재료를 준비하고, 셔터를 사용하여 침착 비율을 제어하는 것이 바람직하다(막 두께는 크리스탈 발진기에 의해 모니터된다). 이러한 구성은 도 11에 도시된다.
도 11에서는 도 24에 도시된 소자 구조를 통해 농도 기울기를 형성하는 방법이 설명된다. 따라서, 도 24에서 사용된 참조 번호는 도 11에서 참고된다. 먼저, 양극(1102)을 갖는 기판(1101)이 막 형성 챔버(1110)로 운반되고 고정 베이스(1111)에 고정된다(기판은 일반적으로 침착 동안 회전된다).
이어서, 정공 수송 재료(1116)를 수신하는 샘플 챔버(a1112)가 가열되고, 셔터(a1114)는 개방되어 정공 수송 재료(1116)로 구성된 정공 수송 영역(2405)의 침착을 일으킨다. 이때, 전자 수송 재료(1117)를 수신하는 샘플 챔버(b1113)는 또한 셔터(b1115)가 닫힌 동안 동시에 가열된다.
정공 수송 영역(2405)이 미리 정해진 막 두께에 이른 후, 셔터(a1114)는 점차적으로 닫히고, 동시에 셔터(b1115)는 점차적으로 개방된다. 이때, 개폐 속도는 혼합 영역(2407)에 대한 농도 기울기를 형성한다. 개폐 속도는 셔터(a1114)가 완전히 닫힐 때, 혼합 영역(2407)이 미리 정해진 막 두께에 이르고 전자 수송 재료(1117)가 미리 정해진 침착 비율(전자 수송 영역(2406)의 침착시 비율)에 이르도록 설정될 수 있다. 그 후, 셔터(b1115)가 개방되어 있는 동안, 전자 수송 영역(2406)이 형성되어, 도 24에 도시된 소자 구조에 농도 기울기를 갖고 형성된 소자가 가능해진다.
부가하여, 이 방법은 도 24에 도시된 것 이외의 다른 소자 구조에서 농도 기울기를 형성하는 경우에 모두 적용가능하다. 또한, 발광 재료가 쌍극-특성 혼합층 또는 혼합 영역에 부가되는 경우, 도 11에서 하나 이상의 침착 소스를 증가시키고 도핑 시간 주기 동안에만 도펀트 침착 소스에 대한 셔터를 개방시키는 것으로 충분하다.
그러나, 농도 기울기를 형성하는 방법은 상기 방법에 제한되지 않는다.
여기서, 상술된 몇가지 실시예는 조합되어 사용될 수 있다. 예를 들면, 정공 수송 혼합층, 전자 수송 혼합층, 및 쌍극-특성 혼합층이 조합되어 적용된다. 그에 대한 예는 도 8에 도시된다.
도 8에 도시된 소자 구조에서는 양극(802)을 갖는 기판(801)에 정공 주입 재료(811) 및 정공 수송 재료(812)로 구성된 정공 수송 혼합층(803), 정공 수송 재료(812) 및 전자 수송 재료(813)로 구성된 쌍극-특성 혼합층(804), 전자 수송 재료(813) 및 전자 주입 재료(814)로 구성된 전자 수송 혼합층(805), 및 음극(806)이 적층된다.
부가하여, 본 실시예로, 작은 양의 발광 재료(815)가 도핑된, 발광 영역(807)은 쌍극-특성 혼합층(804)에 제공된다. 또한, 그래프(810)에 도시된 농도 기울기는 각 층에 형성된다. 부가하여, 도 19b는 이러한 농도 기울기가 형성된 경우에 기대되는 대역도를 도시한 도면이다.
소자 구조로, 3층 구조(도 19b)는 종래 기술에서의 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층, 및 전자 주입층으로 구성된 4층 구조(도 19a)를 포함한다. 그 외에, 도 19b에 도시된 바와 같이, 각 혼합층에는 완만한 에너지 장벽만이 존재하고, 각 혼합층은 연속적으로 정공 수송 재료(812) 및 전자 수송 재료(813)에 의해 연속하여 연결되어, 캐리어 이동에 유리하다.
이어서, 상기 방식으로 각 혼합층이 조합된 소자가 삼중 발광 다이오드에 적용되는 경우의 실시예가 설명된다. 일반적으로, 삼중 발광 다이오드의 기본적인 구조는 문헌 8에 나타내어지는 바와 같이, 도 9에 도시된다. 즉, 그 구조는 기판(901), 양극(902), 정공 수송층(903), 호스트 재료에서 삼중 발광 재료를 도핑하여 형성된 발광층(904), 블로킹층(905), 전자 수송층(906), 및 음극(907)으로 구성된다. 블로킹층(905)은 블로킹 재료로 구성되고, 발광층(904)에서 캐리어의 재조합 효율성을 증진시키고 발광층(904)에서 발생된 분자 여기자가 산란되는 것을 방지하게 동작하도록 정공을 블로킹한다. 또한, 그 층은 전자의 운반을 위한 재료가다.
도 9에 도시된 소자 구조에서, 발광 효율성은 정공 주입층과 전자 주입층을 제공함으로서 더 증진될 수 있다. 그러나, 도 9에 도시된 5-층 구조에 층 또는 층들이 부가되면, 인터페이스의 수가 증가된다. 여기서, 본 발명이 적용된다.
즉, 도 9의 정공 수송층(903)이 정공 주입 재료 및 정공 수송 재료로 구성된 정공 수송 혼합층으로 만들어지고, 발광층(904)이 정공 수송 재료 및 발광층의 호스트 재료로 구성된 쌍극-특성 혼합층으로 만들어지며, 전자 수송층(906)이 전자 수송 재료 및 전자 주입 재료로 구성된 전자 수송 혼합층으로 만들어지는 방법이 제안된다. 삼중 발광 재료는 발광층의 호스트 재료가 존재하는 위치에서 도핑될 수 있다. 또한, 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 각 혼합층에 농도 기울기를 형성하는 것이 효과적이다.
부가하여, 블로킹층(905)이 도 9에서 단일층의 형태로 사용되는 동안, 이는 본 발명을 실시할 때 발광층의 호스트 재료와 혼합될 수 있다(즉, 블로킹 혼합층이 형성될 수 있다). 그러나, 분자 여기자의 분산을 방지한다는 견지에서, 블로킹 재료가 음극측에서 높은 농도를 갖도록 농도 기울기를 형성하는 것이 바람직하다.
상기를 고려하여, 도 10은 각 혼합층이 조합된 소자가 삼중 발광 다이오드에 적용되는 실시예를 도시한다. 보다 상세하게는, 양극(1002)을 갖는 기판(1001)에는 정공 주입 재료(1011) 및 정공 수송 재료(1012)로 구성된 정공 수송 혼합층(1003), 정공 수송 재료(1012) 및 호스트 재료(1013)로 구성된 쌍극-특성 혼합층(1004), 호스트 재료(1013) 및 블로킹 재료(1014)로 구성된 블로킹 혼합층(1005), 블로킹 재료(1014)(이 경우에는 전자 수송 재료로도 동작하는) 및 전자 주입 재료(1015)로 구성된 전자 수송 혼합층(1006), 및 음극(1007)이 적층된다. 각 층에는 그래프(1010)에 도시된 농도 기울기가 형성된다.
부가하여, 본 발명은 삼중 발광 다이오드를 구비하므로, 작은 양의 삼중 발광 재료(1016)가 도핑된 발광 영역(1008)이 제공된다. 발광 영역(1008)은 바람직하게 도 10에 도시된 바와 같이 호스트 재료(1013)가 높은 농도인 영역에 배치된다. 또한, 도 20b는 그래프(1010)에 도시된 바와 같이 농도 기울기가 형성된 경우에 기대되는 대역도를 도시하는 개략도이다.
소자 구조로, 4-층 구조(도 20b)는 종래 기술에서의 정공 주입층, 정공 수송층, 발광층, 블로킹층(또한 전자 수송층으로 동작하는), 및 전자 주입층으로 구성된 5-층 구조(도 20a)를 포함한다. 그 외에, 도 20b에 도시된 바와 같이, 각 혼합층에는 완만한 에너지 장벽만이 존재하고, 각 혼합층은 정공 수송 재료(1012), 호스트 재료(1013), 및 블로킹 재료(1014)(또한 전자 수송 재료로 동작하는)에 의해 연속하여 연결되어, 캐리어 이동에 유리하다.
마지막으로, 이후에는 정공 주입 재료, 정공 수송 재료, 전자 수송 재료, 전자 주입 재료, 블로킹 재료, 발광 재료, 및 음극과 같은 구성 재료로 적절한 재료들이 열거된다. 그러나, 본 발명의 유기 발광 소자로 사용되는 재료는 상기의 것에 제한되지 않는다.
정공 주입 재료로서, 유기 화합물들 중에서 포르피린(porphyrin)-계의 화합물이 유효하고, phthalocyanine(약칭: H2Pc), copper phthalocyanine(약칭: CuPc) 등을 포함한다. 또한, 전자전도성 고분자 화합물에 화학적 도핑을 적용함으로써 획득된 재료가 있고, polystyrene sulfonic acid(약칭: PSS)로 도핑된 polyethylene dioxythiophene(약칭: PEDOT), polyaniline(약칭: PAni), polyvinyl carbazole(약칭: PVK) 등을 포함한다. 또한, 절연체인 고분자 화합물은 양극을 평평하게 하는데 효과적이고, polyimide(약칭: PI)가 자주 사용된다. 또한, 비유기 화합물이 사용되고, 산화알루미늄(알루미나(alumina))의 초박막 뿐만 아니라 금, 백금 등의 얇은 금속막을 포함한다.
정공 주입 재료로 가장 널리 사용되는 재료는 방향족 아민계(amine-based) 화합물이다(즉, 벤젠 고리-질소 결합을 포함하는). 널리 사용되는 재료는 상술된 TPD에 부가하여, 그 유도체, 즉 4,4'-bis-[N-(1-naphthyl)-N-phenyl-amino]-biphenyl(약칭: α-NPD) 및 4,4',4"-tris(N,N-diphenyl-amino)-triphenyl amine(약칭: TDATA), 4,4',4"-tris [N-(3-methylphenyl)-N-phenyl-amino]-triphenyl amine(약칭: MTDATA) 등과 같은 성형(star burst type) 방향족 아민 화합물을 포함한다.
전자 수송 재료로는 때로 금속 착물가 자주 사용되고, 상술된 Alq3에 부가하여, tris(4-methyl-8-quinolinolate) aluminum(약칭: Al(mq3)), bis(10-hydroxybenzo [h]-quinolinate) beryllium(약칭: Be(Bq)3)와 같은 퀴놀린(quiniline) 골격 또는 벤조퀴놀린(benzoquinoline) 골격의 금속 착물, 및 bis(2-methyl-8-quinolinolate)-(4-phenylphenolate)-aluminum(약칭: BAlq) 등과 같은 혼합 리간드(ligand) 착체를 포함한다. 또한, 금속 착물 중에는 bis [2-(2-hydroxypheyl)-benzoxazolato] zinc(약칭: Zn(BOX)2), bis [2-(2-hydroxyphenyl)-benzothiazolate] zinc(약칭: Zn(BTZ)2) 등과 같은 옥사졸-계(oxazole-based) 리간드 및 티아졸-계(thiazole-based) 리간드를 갖는 것이 있다. 또한, 금속 착물들에 부가하여, 2-(4-biphenylyl)-5-(4-tert-butylphenyl)-1,3,4-oxadiazole(약칭: PBD), 1,3-bis [5-(p-tert-butylphenyl)-1,3,4-oxadiazole-2-il] benzene(약칭: OXD-7) 등과 같은 옥사디아졸 유도체, 5-(4-biphenylyl)-3-(4-tert-butylphenyl)-4-phenyl-1,2,4-triazole(약칭: TAZ), 5-(4-biphenylyl)-3-(4-tert-butylphenyl)-4-(4-ethylphenyl)-1,2,4-triazole(약칭: p-EtTAZ) 등과 같은 트라이아졸 유도체, 및 bathophenanthroline(약칭: BPhen), bathocupuroine(약칭: BCP) 등과 같은 페난트롤린(phenanthroline) 유도체가 있고, 이들 유도체들은 전자 수송 특성을 갖는다.
상기에 주어진 전자 수송 재료는 전자 주입 재료로 사용될 수 있다. 부가하여, 불화 리튬(lithium fluoride) 등과 같은 알칼리 금속 할로겐화물 및 산화 리튬(lithium oxide)과 같은 알칼리 금속 산화물로 이루어진 절연체의 초박막이 자주 사용된다. 또한, lithium acetyl acetonate(약칭: Li(acac)), 8-quinolinolato-lithium(약칭: Liq)과 같은 알칼리 금속 착물도 또한 효과적이다.
블로킹 재료로서, 상기 언급된 BAlq, OXD-7, TAZ, p-EtTAZ, BPhen, BCP 등은 여기 에너지 레벨에서 높기 때문에 유용하다.
발광재료로는(도펀트로 사용되는 것을 포함하여) 다양한 종류의 형광염료뿐만 아니라 Alq3, Al(mq)3, Be(Bq)2, BAq, Zn(BOX)2, Zn(BTZ)2 등과 같은 상술된 금속 착물 또한 사용 가능하다. 또한, 삼중 발광 재료가 유용하며, 주로 중심 금속이 백금 또는 이리듐인 착체로 구성된다. 삼중 발광 재료로는 tris(2-phenylpyridine) iridium(약칭: Ir(ppy)a), 2,3,7,8,12,13,17,18-octaethyl-21H, 23H-porphyrin-platinum(약칭: PtOEP) 등이 알려져 있다.
각 기능을 갖는 상술된 재료를 각각 조합하고 그 재료를 본 발명의 유기 발광 소자에 적용함으로서, 종래의 것들 보다 구동 전압이 더 낮고 수명이 더 긴 유기 발광 소자를 제작하는 것이 가능하다.
[실시예 1]
본 실시예에서는 도 5에 도시된 정공 수송 혼합층이 적용되는 소자를 구체적으로 설명한다.
먼저, 양극(502)을 제공하기 위해 ITO는 스퍼터링(sputtering)에 의해 유리 기판(501) 상에 약 100nm의 막 두께로 침착된다. 이어서, 정공 주입 재료인 CuPc 및 정공 수송 재료인 α-NPD는 정공 수송 혼합층(503)을 형성하도록 1:1의 침착율 비율로 전착이 행해지고, 이는 50㎚의 막 두께를 갖는다.
또한, Alq3에 5wt%의 루브린(rubrene)을 도핑하여 획득된 층은 발광층(504)을 제공하기 위해 10㎚의 막 두께로 적층된다. 마지막으로, 전자 수송층(505)을 제공하도록 Alq3가 40㎚의 막 두께로 침착되고, 음극(506)을 제공하도록 약 150㎚의 막 두께로 Al:Li 합금(질량 비율로 0.5wt%의 Li)이 침착되어, 루브린으로부터 기인된 노란색 빛의 유기 발광 소자를 제작하는 것이 가능하다.
[실시예 2]
본 실시예에서는 도 6에 도시된 전자 수송 혼합층이 적용되는 소자를 구체적으로 설명한다.
먼저, 양극(602)을 제공하기 위해 ITO는 스퍼터링에 의해 유리 기판(601) 상에 약 100㎚의 막 두께로 침착된다. 이어서, 정공 수송 재료인 α-NPD는 정공 수송층(603)을 형성하도록 50㎚의 막 두께로 침착된다.
또한, 퍼릴린(perylene)은 발광층(604)을 제공하기 위해 10㎚의 막 두께로 적층되고, 그 후 전자 수송 재료인 BPhen 및 전자 주입 재료인 Alq3는 전자 수송 혼합층(605)을 형성하도록 1:1의 침착율 비율로 전착이 행해지며, 이는 40㎚의 막 두께를 갖는다. 마지막으로, 음극(606)을 제공하기 위해 Al:Li 합금(질량 비율로 0.5wt%의 Li)은 약 150㎚의 막 두께로 침착되어, 퍼릴린으로부터 기인된 청색 빛의 유기 발광 소자를 제작하는 것이 가능하다.
[실시예 3]
본 실시예에서는 도 24에 도시된 유기 발광 소자에서 양극(2402)과 유기 화합물층(2403) 사이에 정공 주입 재료로 구성된 정공 주입 영역을 삽입하여 획득된 유기 발광 소자가 구체적으로 설명된다.
먼저, 유리 기판(2401)이 준비되고, 그 위에는 ITO가 양극(2402)을 형성하도록 스퍼터링에 의해 약 100㎚의 막 두께로 침착된다. 양극(2402)을 갖는 유리 기판(2401)은 도 31a 및 도 31b에 도시된 바와 같이 진공 챔버로 운반된다. 본 실시예에서는 4가지 종류의 재료(그 중 3가지 종류는 유기 화합물이고, 1가지 종류는 음극을 형성하는 금속)가 침착되므로, 4개의 침착 소스가 필요하다.
먼저, 정공 주입 재료인 CuPc는 20㎚의 막 두께로 침착되고, 20㎚의 막 두께에 이르는 시점으로부터 CuPC의 침착이 종료될 때까지의 간격 없이, 정공 수송 재료인 α-NPD의 침착이 0.3㎚/sec의 침착 비율로 시작된다. 이러한 간격 없이 침착이 시작되는 이유는 상술된 불순물층의 형성을 방지하기 위한 것이다.
α-NPD 만으로 구성된 정공 수송층(2405)이 30㎚의 막 두께를 갖도록 형성된 이후에, 전자 수송 재료인 Alq3의 침착은 0.3㎚/sec의 침착 비율로 시작되고, α-NPD의 침착 비율이 0.3㎚/sec로 고정되어 유지된다. 즉, α-NPD 및 Alq3의 비율이 1:1인 혼합 영역(2407)이 전착에 의해 형성된다.
혼합 영역(2407)이 30㎚의 막 두께에 이른 이후에, α-NPD에 대한 침착은 종료되고, Alq3만이 전자 수송 영역(2406)을 형성하기 위해 계속해서 침착되며, 이는 40㎚의 막 두께를 갖는다. 마지막으로, Alq3로부터 기인된 녹색 빛의 유기 발광 소자를 얻기 위해, Al:Li 합금은 음극으로서 약 150㎚의 막 두께로 침착된다.
[실시예 4]
본 실시예에서는 도 29a에 도시된 유기 발광 소자에서 양극(2702)과 유기 화합물층(2703) 사이에 정공 주입 재료로 구성된 정공 주입 영역을 삽입하여 획득된 유기 발광 소자가 구체적으로 설명된다.
먼저, 유리 기판(2701)이 준비되고, 그 위에 ITO가 양극(2702)을 형성하도록 스퍼터링에 의해 약 100㎚의 막 두께로 침착된다. 양극(2702)을 갖는 유리 기판(2701)은 도 32a 및 도 32b에 도시된 바와 같이 진공 챔버로 운반된다. 본 실시예에서 5가지 종류의 재료(그 중 4가지 종류는 유기 화합물이고, 1가지 종류는 음극을 형성하는 금속)가 침착되므로, 5개의 침착 소스들이 필요하다.
먼저, 정공 주입 재료인 CuPc는 20㎚의 막 두께로 침착되고, 20㎚의 막 두께에 이르는 시점으로부터 CuPC의 침착이 종료될 때까지의 간격 없이, 정공 수송 재료인 α-NPD의 침착이 0.3㎚/sec의 침착 비율로 시작된다. 이러한 간격 없이 침착이 시작되는 이유는 상술된 불순물층의 형성을 방지하기 위한 것이다.
α-NPD 만으로 구성된 정공 수송층(2705)이 30㎚의 막 두께를 갖도록 형성된 이후에, 전자 수송 재료인 Alq3의 침착은 0.3㎚/sec의 침착 비율로 시작되고, α-NPD의 침착 비율은 0.3㎚/sec로 고정되어 유지된다. 즉, α-NPD 및 Alq3의 비율이 1:1인 혼합 영역(2707)이 전착에 의해 형성된다. 동시에, 형광 염료 4-(dicyanomethylene)-2-methyl-6-(p-dimethylaminostyryl)-4H-pyran(약칭: DCM)이 발광 재료(2708)로서 첨가된다. 침착 비율은 비율이 α-NPD:Alq3:DCM = 50:50:1로 이루어지도록 제어된다.
혼합 영역(2707)이 30㎚의 막 두께에 이른 이후에, α-NPD 및 DCM에 대한 침착은 종료되고, Alq3만이 전자 수송층(2706)을 형성하기 위해 계속해서 침착되며, 이는 40㎚의 막 두께를 갖는다. 마지막으로, DCM로부터 기인된 적색 빛의 유기 발광 소자를 얻기 위해 Al:Li 합금은 음극으로서 약 150㎚의 막 두께로 침착된다.
[실시예 5]
본 실시예에서는 도 29b에 도시된 유기 발광 소자가 구체적으로 설명된다.
먼저, 유리 기판(2701)이 준비되고, 그 위에 ITO가 양극(2702)을 형성하기 위해 스퍼터링에 의해 약 100㎚의 막 두께로 침착된다. 양극(2702)을 갖는 유리 기판(2701)은 도 32a 및 도 32b에 도시된 바와 같이 진공 도관으로 운반된다. 본 실시예에서는 4가지 종류의 재료(그 중 3가지 종류는 유기 화합물이고, 1가지 종류는 음극을 형성하는 금속)가 침착되므로, 4개의 침착 소스들이 필요하다.
정공 수송 재료인 α-NPD 만으로 구성된 정공 수송층(2705)이 40㎚의 막 두께를 갖도록 형성된 이후에, 전자 수송 재료인 Alq3의 침착은 0.3㎚/sec의 침착 비율로 시작되고, α-NPD의 침착 비율은 0.3㎚/sec로 고정되어 유지된다. 즉, α-NPD 및 Alq3의 비율이 1:1인 혼합 영역(2707)이 전착에 의해 형성된다.
혼합 영역(2707)은 30㎚의 막 두께를 갖도록 형성되고, 이때 혼합 영역(2707)에서 10㎚ 막 두께의 중간 영역(즉, 30㎚ 막 두께의 혼합 영역(2707)에서 10㎚ 내지 20㎚ 부분)은 발광 재료(2708)로서 형광 염료 4-(dicyanomethylene)-2-methyl-6-(p-dimethylaminostyryl)-4H-pyran(약칭: DCM)에 대해 1wt%의 비율로 도핑된다.
혼합 영역(2707)이 30㎚의 막 두께에 이른 이후에, α-NPD에 대한 침착은 종료되고, Alq3만이 계속하여 침착되어 전자 수송층(2706)을 형성하고, 이는 40㎚의 막 두께를 갖는다. 마지막으로, DCM으로부터 기인된 적색 빛의 유기 발광 소자를 억기 위해 Al:Li 합금은 음극으로서 약 150nm의 막 두께로 침착된다.
[실시예 6]
본 실시예에서는 도 26b에 도시된 혼합 영역이 적용된 소자에 농도 기울기를 적용함으로써 획득된 소자를 구체적으로 도시한다. 부가하여, 농도 기울기를 형성하기 위해, 도 11에 도시된 장치가 소자를 제작하는데 사용된다. 본 실시예에서 3가지 종류의 침착 소스들이 정공 수송 재료, 전자 수송 재료, 및 발광 재료로 필요하다.
먼저, ITO는 양극(2602)을 형성하기 위해 스퍼터링에 의해 약 100nm의 막 두께를 갖는 박막을 유리 기판(2601) 상에 침착된다. 이어서, 정공 수송 재료인 α-NPD는 정공 수송 영역(2605)을 형성하도록 40㎚의 막 두께로 침착된다.
또한, 본 실시예에 대해 설명된 바와 같이, α-NPD 및 Alq3로 구성되고 농도 기울기를 갖는 혼합 영역(2607)은 정공 수송 재료(α-NPD)의 침착 소스에 대한 셔터를 점차적으로 닫음과 동시에 전자 수송 재료(본 실시예에서는 Alq3)의 침착 소스에 대한 셔터를 점차적으로 개방함으로서 20㎚의 막 두께로 침착된다. 이때, 20㎚ 두께의 혼합 영역(2607)에서 10㎚의 중간 영역은 발광 재료(2608)로서 루브린에 대해 5wt%의 비율로 도핑된다.
혼합 영역이 20㎚의 막 두께에 이른 이후에, Alq3로 구성된 전자 수송 영역(2606)은 전자 수송 재료(Alq3)의 침착 소스에 대한 셔터만이 개방된 상태에서 형성된다. 마지막으로, 루브린으로부터 기인된 노란색 빛의 유기 발광 소자를 억기 위해 Al:Li 합금(무게 비율에서 0.5wt%의 Li)은 음극(2604)으로서 약 150nm의 막 두께로 침착된다.
[실시예 7]
본 실시예에서는 도 26b에 도시된 유기 발광 소자에서 양극(2602)과 유기 화합물층(2603) 사이에 정공 주입 재료로 구성된 정공 주입 영역을 삽입하고 음극(2604)과 유기 화합물층(2603) 사이에 전자 주입 재료로 구성된 전자 주입 영역을 삽입함으로써 획득된 유기 발광 소자가 구체적으로 설명된다.
먼저, 유리 기판(2601)이 준비되고, 그 위에 ITO가 양극(2602)을 형성하도록 스퍼터링에 의해 약 100㎚의 막 두께로 침착된다. 양극(2602)을 갖는 유리 기판(2601)은 도 31a 및 도 31b에 도시된 바와 같이 진공 챔버로 운반된다. 본 실시예에서는 7가지 종류의 재료(그 중 6가지 종류는 유기 화합물이고, 1가지 종류는 음극을 형성하는 금속)가 침착되므로, 7개의 침착 소스들이 필요하다.
먼저, 정공 주입 재료인 CuPc는 20㎚의 막 두께로 침착되고, 20㎚ 이르는 시점으로부터 CuPC의 침착이 종료될 때까지 간격 없이, 정공 수송 재료인 TPD의 침착이 0.2㎚/sec의 침착 비율로 시작된다. 이러한 간격 없이 침착이 시작되는 이유는 상술된 불순물층의 형성을 방지하기 위한 것이다.
TPD 만으로 구성된 정공 수송층(2605)이 30㎚의 막 두께를 갖도록 형성된 이후에, 전자 수송 재료인 BeBq2의 침착은 또한, 0.8㎚/sec의 침착 비율로 시작되고, TPD의 침착 비율은 0.2㎚/sec로 고정되어 유지된다. 즉, TPD 및 BeBq2의 비율이 1:4인 혼합 영역(2607)이 전착에 의해 형성된다.
혼합 영역(2607)은 30㎚의 막 두께를 갖도록 형성되고, 이때 혼합 영역(2607)에서 10㎚의 중간 영역(즉, 30㎚의 혼합 영역(2607)에서 10㎚ 내지 20㎚ 부분)은 5wt%의 비율에서 발광 재료(2608)로서 형광 염료와 같은 루브린에 대해 도핑된다. 또한, 혼합 영역(2607)에서 나머지 10㎚ 영역(즉, 30㎚의 혼합 영역에서 20㎚ 내지 30㎚ 부분)은 블로킹 재료(2609)로서, BCP에 대해 도핑된다. BCP에 대한 도핑 시 각 재료의 침착 비율은 TPD:BeBq2:BCP = 1:4:3 [㎚/s]이다.
혼합 영역(2607)이 30㎚의 막 두께에 이른 이후에, TPD 및 BCP의 침착은 종료되고, BeBq2만이 전자 수송층(2606)을 형성하기 위해 계속해서 침전되고, 이는 40㎚의 막 두께를 갖는다. BeBq2의 침착이 종료될 시점으로부터 간격 없이, 전자 주입 재료인 Li(acac)의 침착은 약 2㎚의 막 두께를 갖도록 시작된다. 이러한 간격 없이 침착이 시작되는 이유는 상술된 불순물층의 형성을 방지하기 위한 것이다.
마지막으로, 루브린으로부터 기인된 노란색 빛의 유기 발광 소자를 얻기 위 해 알루미늄은 음극으로서 약 150nm의 막 두께로 침착된다.
[실시예 8]
본 실시예에서는 도 30b에 도시된 유기 발광 소자가 구체적으로 설명된다.
먼저, 유리 기판(2701)이 준비되고, 그 위에는 ITO가 양극(2702)을 형성하도록 스퍼터링에 의해 약 100㎚의 막 두께로 침착된다. 양극(2702)을 갖는 유리 기판(2701)은 도 32a 및 도 32b에 도시된 바와 같이 진공 챔버로 운반된다. 본 실시예에서는 5가지 종류의 재료(그 중 4가지 종류는 유기 화합물이고, 1가지 종류는 음극을 형성하는 금속)가 침착되므로, 5개의 침착 소스들이 필요하다.
정공 수송 재료인 MTDATA 만으로 구성된 정공 수송층(2705)이 40㎚의 막 두께를 갖도록 형성된 이후에, 전자 수송 재료인 PBD의 침착은 0.3㎚/sec의 침착 비율로 시작되고, MTDATA의 침착 비율은 0.3㎚/sec로 고정되어 유지된다. 즉, MTDATA 및 PBD의 비율이 1:1인 혼합 영역(2707)이 전착에 의해 형성된다.
혼합 영역(2707)은 30㎚의 두께를 갖도록 형성되고, 이때 형광 염료로서 퍼릴린은 혼합 영역(2707)에서 10nm의 중간 영역(즉, 30㎚의 혼합 영역(2707)에서 10㎚ 내지 20㎚ 부분)에 발광 재료(2708)로서 부가되고, 침착 비율은 이러한 부가 비율이 MTDATA:PBD:퍼릴린 = 4:16:1이 되도록 제어된다. 또한, BCP는 혼합 영역(2707)에서 10㎚의 마지막 영역(즉, 30㎚의 혼합 영역에서 20㎚ 내지 30㎚ 부분)에 블로킹 재료(2709)로 부가되고, 그 비율은 MTDATA:PBD:BCP = 1:4:5이다.
혼합 영역이 30㎚의 두께에 이른 이후에, MTDATA 및 BCP의 침착은 종료되고, PBD만이 전자 수송 영역(2706)을 형성하기 위해 침착되며, 이는 40㎚의 두께를 갖는다. 마지막으로, 퍼릴린으로부터 기인된 청색 빛의 유기 발광 소자를 억기 위해 Al:Li 합금은 음극으로서 약 150nm로 침착된다.
[실시예 9]
본 실시예에서는 도 8에 도시된 정공 수송 혼합층, 쌍극-특성 혼합층, 및 전자 수송 혼합층이 조합되어 적용된 소자가 구체적으로 설명된다. 부가하여, 본 실시예에서는 농도 기울기(도 8의 그래프(810))를 형성하기 위해, 도 11에 도시된 셔터들을 갖는 침착 소스가 사용된다.
먼저, ITO는 양극(802)을 형성하기 위해 스퍼터링에 의해 유리 기판(801) 상에 약 100nm로 침착된다. 이어서, 정공 주입 재료(811)인 CuPc 및 정공 수송 재료(812)인 α-NPD로 구성된 정공 수송 혼합층(803)이 40㎚로 침착된다. 이때, 그래프(810)에 도시된 바와 같이 농도 기울기는 셔터들을 개폐함으로써 형성된다.
이때, 농도 기울기를 갖는 쌍극-특성 혼합층(804)은 α-NPD의 침착 소스에 대한 셔터를 점차적으로 닫는 것과 동시에 전자 수송 재료(813)인 Alq3의 침착 소스에 대한 셔터를 점차적으로 개방함으로서 20㎚로 침착된다. 이때, 20㎚의 쌍극-특성 혼합층(804)에서 10㎚의 중간 영역(807)은 발광 재료(815)로서 4-(dicyanomethylene)-2-methyl-6-(p-dimethylaminostyryl)-4H-pyran(약칭: DCM)로 1wt%의 비율로 도핑된다.
쌍극-특성 혼합층(804)이 20㎚의 두께에 이른 이후에, Alq3는 Alq3에 대한 셔터만이 개방된 상태에서 35㎚로 침착된다. 5㎚의 마지막 영역에서 Alq3의 침착 소스에 대한 셔터를 점차적으로 닫는 것과 동시에 전자 주입 재료(814)인 Li(acac)의 침착 소스에 대한 셔터가 점차적으로 개방됨으로서, 총 40㎚인 전자 수송 혼합층(805)이 형성된다. 즉, Li(acac)에 대한 농도 기울기는 가파르게 설정된다(전자 주입 재료(814)가 그래프(810)에서 일정한 기울기로 도시되지만, 본 실시예의 마지막 부분은 갑작스럽게 상승된다).
마지막으로, DCM으로부터 기인된 적색 빛의 유기 발광 소자를 얻기 위해 Al은 음극(806)으로서 약 150nm로 침착된다.
[실시예 10]
본 실시예에서는 도 29b에 도시된 유기 발광 소자에서 양극(2702)과 유기 화합물층(2703) 사이에 정공 주입 재료로 구성된 정공 주입 영역을 삽입하고, 음극(2704)과 유기 화합물층 사이에 전자 주입 재료로 구성된 전자 주입 영역을 삽입하며, 또한 발광 재료로서 삼중 발광 재료를 적용함으로써 획득된 유기 발광 소자의 예가 구체적으로 설명된다. 이러한 소자 구조는 도 33에 도시된다.
먼저, 유리 기판이 준비되고, 그 위에는 ITO가 ITO(양극)를 형성하도록 스퍼터링에 의해 약 100㎚로 침착된다. ITO를 갖는 유리 기판은 도 32a 및 도 32b에 도시된 바와 같이 진공 챔버로 운반된다. 본 실시예에서는 7가지 종류의 재료(5가지 종류는 유기 화합물이고 1가지 종류는 음극을 형성하는 비유기체 재료)가 침착되므로, 7개의 침착 소스들이 필요하다.
먼저, 정공 주입 재료인 CuPc는 20㎚로 침착되고, 20㎚에 이르는 시점으로부터 CuPC의 침착이 종료될 때까지의 간격 없이, 정공 수송 재료인 α-NPD의 침착은 0.3㎚/sec의 침착 비율로 시작된다. 이러한 간격 없이 침착이 시작되는 이유는 상술된 불순물층의 형성을 방지하기 위한 것이다.
α-NPD만으로 구성된 정공 수송층이 30㎚의 두께를 갖도록 형성된 이후에, 전자 수송 재료인 BAlq의 침착은 또한 0.3㎚/sec의 침착 비율로 시작되고, α-NPD의 침착 비율은 0.3㎚/sec로 고정되어 유지된다. 즉, α-NPD 및 BAlq의 비율이 1:1인 혼합 영역(α-NPD + BAlq)이 전착에 의해 형성된다.
혼합 영역은 20㎚의 두께를 갖도록 형성되고, 이때 삼중 발광 재료인 Ir(ppy)3는 혼합 영역에서 10nm의 중간 영역(즉, 20㎚의 혼합 영역에서 5㎚ 내지 15㎚ 부분)에 발광 재료로서 첨가된다. 이러한 부가의 비율은 α-NPD:BAlq:Ir(ppy)3 = 50:50:7이다.
혼합 영역이 20㎚의 두께에 이른 이후에, α-NPD 및 Ir(ppy)3의 침착은 종료되고, BAlq만이 전자 수송 영역을 형성하기 위해 계속해서 침착되며, 전자 수송 영역을 형성하고, 이는 20㎚의 막 두께를 갖는다. BAlq의 침착이 종료될 시점으로부터 간격 없이, 전자 주입 재료인 Alq3의 침착이 약 30㎚로 시작된다. 이러한 간격 없이 침착이 시작되는 이유는 상술된 불순물층의 형성을 방지하기 위한 것이다.
마지막으로, 음극을 형성하고 Ir(ppy)3로부터 기인된 녹색 빛의 삼중 발광 소자를 얻기 위해 LiF는 약 1nm로 침착되고 Al은 약 150nm로 침착된다.
[실시예 11]
본 실시예에서는 도 9에 도시된 삼중 발광 다이오드에 본 발명을 적용하여 획득된 소자가 구체적으로 설명된다. 그 소자 구조는 도 10에 도시된다. 부가하여, 본 실시예에서는 농도 기울기(도 10의 그래프(1010))를 형성하기 위해, 도 11에 도시된 셔터를 갖는 침착 소스가 사용된다.
먼저, 유리 기판(1001) 상에는 ITO가 양극(1002)을 형성하도록 스퍼터링에 의해 약 100㎚로 침착된다. 이어서, 정공 주입 재료(1011)인 CuPc 및 정공 수송 재료(1012)인 α-NPD로 구성된 정공 수송 혼합층(1003)이 40㎚로 침착된다. 이때, 그래프(1010)에 도시된 바와 같은 농도 기울기는 셔터를 개폐함으로써 형성된다.
이어서, α-NPD 및 CBP로 구성되고 농도 기울기를 갖는 쌍극-특성 혼합층(1004)은 α-NPD의 침착 비율을 점차적으로 증가시키고 삼중 발광 재료의 호스트 재료(1013)인 4-4'-N,N'-dicarbazole-biphenyl(이후 "CBP"라 칭하여지는)의 침착 비율을 증가시킴으로서 20㎚의 두께가 형성된다. 이때, CBP 및 BCP로 구성되고 농도 기울기를 갖는 블로킹 혼합층(1005)은 CBP의 침착 비율을 감소시키고 블로킹 재료(1014)인 BCP의 침착 비율을 증가시킴으로써 형성된다. 따라서, 블로킹 혼합층은 10㎚의 막 두께를 갖는다.
본 실시예는 삼중 발광 다이오드에 관련되므로, 삼중 발광 재료(1016)인 tris(2-phenylpyridine)irridium(이후 Ir(ppy)3라 칭하여지는)이 쌍극-특성 혼합층(1004) 및 블로킹 혼합층(1005)을 형성하는 동안 도핑된다. 호스트 재료인 CBP가 고농도인 영역, 즉 쌍극-특성 혼합층(1004)과 블로킹 혼합층(1005) 사이의 경계 가까이 있는 영역이 도핑 영역(1008)으로 가장 적절하다. 본 실시예에서, 경계 부근의 ±5㎚의 영역, 즉 총 10㎚의 폭을 갖는 영역은 6wt%의 도핑이 실시되는 도핑 영역(1008)으로 만들어진다.
또한, 전자 수송 혼합층(1006)은 BCP 및 Alq3로 구성되고, 이는 전자 수송 용량이 높다. 농도 기울기는 BCP의 농도가 양극으로부터 멀어짐에 따라 감소되고, Alq3는 반대로 양극으로부터 멀어짐에 따라 증가되도록 형성된다. 즉, 이 경우, BCP는 블로킹 재료 및 전자 수송 재료로 동작하고, Alq3는 전자 주입 재료(1015)로 동작한다. 전자 수송 혼합층(1006)은 40㎚의 막 두께를 갖는다.
마지막으로, 음극으로써 약 150㎚의 막 두께로 Al:Li 합금(무게로 Li가 0.5wt%인)이 침착되어 Ir(ppy)3로부터 기인된 녹색 삼중 빛을 나타내는 유기 발광 소자를 형성할 수 있다.
[실시예 12]
본 실시예는 본 발명에 따른 유기 발광 소자를 포함하는 발광 디바이스를 설명한다. 도 12a는 본 발명의 유기 발광 소자를 사용하는 활성 매트릭스 발광 디바이스의 단면도이다. 여기서는 활성 매트릭스로 박막 트랜지스터(이후 TFT라 칭하여지는)가 사용되지만, 활성 소자는 MOS 트랜지스터가 될 수 있다.
한 예로 도시된 TFT는 상단 게이트 TFT(특정하게, 평면 TFT)이지만, 하단 게이트 TFT(전형적으로 역스태거(reverse stagger) TFT)가 대신 사용될 수 있다.
도 12a에서,(1201)은 기판을 나타낸다. 여기서 사용된 기판은 가시광선을 전 송할 수 있다. 특히, 유리 기판, 석영 기판, 크리스탈 유리 기판, 또는 플라스틱 기판(플라스틱막을 포함하는)이 사용될 수 있다. 기판(1201)은 기판의 표면에 형성된 절연막 + 기판을 칭한다.
기판(1201) 상에 픽셀 부분(1211) 및 구동 회로(1212)가 제공된다. 먼저, 픽셀 부분(1211)이 설명된다.
픽셀 부분(1211)은 이미지를 디스플레이하기 위한 영역이다. 다수의 픽셀이 기판상에 놓이고, 각 픽셀은 유기 발광 소자에 흐르는 전류를 제어하기 위한 TFT(1202)(이후 전류 제어 TFT라 칭하여지는), 픽셀 전극(양극)(1203), 유기 화합물층(1204), 및 음극(1205)을 제공받는다. 비록 도 12a에서는 전류 제어 TFT만이 도시되지만, 각 픽셀은 전류 제어 TFT(이후 스위칭 TFT라 칭하여지는)의 게이트에 인가되는 전압을 제어하기 위한 TFT를 갖는다.
여기서, 전류 제어 TFT(1202)는 바람직하게는 p-채널 TFT이다. n-채널 TFT가 대신에 사용될 수 있지만, 전류 제어 TFT가 도 12a에 도시된 바와 같이 유기 발광 소자의 양극에 연결되면, 전류 제어 TFT로서 p-채널 TFT는 전류 소모를 줄이는데 보다 성공적이다. 스위칭 TFT는 n-채널 TFT 또는 p-채널 TFT의 어느 하나로 형성될 수 있음을 주목한다.
전류 제어 TFT(1202)의 드레인은 전기적으로 픽셀 전극(1203)에 연결된다. 본 실시예에서는 4.5 내지 5.5 eV의 작업 기능을 갖는 전도성 재료가 픽셀 전극(1203)의 재료로 사용되므로, 픽셀 전극(1203)은 유기 발광 소자의 양극으로서 동작한다. 픽셀 전극(1203)으로는 광투과 재료, 전형적으로 산화인듐, 산화주석, 산화아연, 또는 이들의 화합물(예를 들면, ITO)이 사용된다. 픽셀 전극(1203) 위에는 유기 화합막(1204)이 형성된다.
유기 화합물층(1204)에는 음극(1205)이 제공된다. 음극(1205)의 재료는 바람직하게는 2.5 내지 3.5 eV의 작업 기능을 갖는 전도성 재료가다. 전형적으로, 음극(1205)은 알칼리 금속 원소 또는 알칼리 지토류 금속 원소를 포함하는 전도성막으로, 또는 알루미늄을 포함하는 전도성막으로, 또는 상기 전도성막 중 하나에서의 알루미늄 또는 은막을 층으로 형성함으로써 획득된 적층으로 형성된다.
픽셀 전극(1203), 유기 화합물층(1204), 및 음극(1205)으로 구성된 층은 보호막(1206)으로 덮힌다. 보호막(1206)은 산소 및 습기로부터 유기 발광 소자를 보호하도록 제공된다. 보호막(1206)에 사용될 수 있는 재료는 질화실리콘, 질산화실리콘, 산화알루미늄, 산화탄탈, 및 탄소(특히, 다이어몬드형 탄소)를 포함한다.
이어서, 구동 회로(1212)가 설명된다. 구동 회로(1212)는 픽셀 부분(1211)에 전달되는 신호(게이트 신호 및 데이터 신호)의 타이밍을 제어하기 위한 영역이고, 쉬프트 레지스터, 버퍼, 및 래치(latch) 뿐만 아니라 아날로그 스위치(전달 게이트) 또는 레벨 쉬프트를 제공받는다. 도 12a에서, 이들 회로들의 기본 단위는 n-채널 TFT(1207) 및 p-채널 TFT(1208)로 구성된 CMOS 회로이다.
공지된 회로 구조는 쉬프트 레지스터, 버퍼, 래치, 및 아날로그 스위치(전달 게이트) 또는 레벨 쉬프트에 적용될 수 있다. 비록 픽셀 전극(1211) 및 구동 회로(1212)가 도 12a에서 똑같은 기판상에 제공되지만, IC 또는 LSI는 기판 상에 구동 회로(1212)를 놓는 대신에 기판에 전기적으로 연결될 수 있다.
픽셀 전극(양극)(1203)은 도 12a에서 전류 제어 TFT(1202)에 전기적으로 연결되지만, 음극이 전류 제어 TFT 대신에 연결될 수 있다. 이 경우, 픽셀 전극은 음극(1205)의 재료로부터 형성되고, 반면, 음극은 픽셀 전극(양극)(1203)의 재료로 형성된다. 이 경우의 전류 제어 TFT는 바람직하게는 n-채널 TFT이다.
도 12a에 도시된 발광 디바이스는 픽셀 전극(1203)의 형성이 배선(1209)의 형성에 앞서는 처리에 의해 제작된다. 그러나, 이 처리는 픽셀 전극(1203)의 표면을 거칠게 할 수 있다. 픽셀 전극(1203)의 거칠어진 표면은 전류-구동형 소자이므로 유기 발광 소자의 특성을 저하시킬 수 있다.
그 후, 픽셀 전극(1203)은 도 12b에 도시된 발광 디바이스를 얻기 위해 배선(1209)을 형성한 이후에 형성된다. 이 경우, 픽셀 전극(1203)으로부터의 전류 주입은 도 12a의 구조와 비교해 개선될 수 있다.
도 12a 및 도 12b에서, 전방향-테이퍼 뱅크(bank) 구조(1210)는 픽셀 부분(1211)에 놓인 픽셀들을 서로 분리시킨다. 이러한 뱅크 구조가 역방향-테이퍼라면, 뱅크 구조와 픽셀 전극 사이의 접촉이 방지될 수 있다. 그에 대한 예가 도 34에 도시된다.
도 34에서, 배선은 또한 분리 부분으로 동작하여, 배선 및 분리 부분(3410)을 형성한다. 도 34에 도시된 배선과 분리 부분(3410)의 형성(즉, 처마 구조)은 금속(예를 들면, 질화금속물) 보다 더 낮은 에칭 비율의 재료와 배선을 구성하는 금속을 적층하고, 이어서 그 적층을 에칭함으로써 획득된다. 이 형상은 음극(3405)과 픽셀 전극(3403) 또는 배선 사이의 단락 회로를 방지할 수 있다. 통상적인 활성 매트릭스 발광 디바이스와 다르게, 픽셀의 음극(3405)은 도 34의 디바이스에서 줄무늬가 넣어진다(수동 매트릭스 디바이스의 음극과 유사하게).
도 13a 및 도 13b는 도 12b에 도시된 활성 매트릭스 발광 디바이스의 외형을 도시한다. 도 13a는 그에 대한 상면도이고, 도 13b는 도 13a의 선 P-P'을 따라 취해진 단면도이다. 도 12a 및 도 12b에서의 심볼들은 도 13a 및 도 13b에 사용된다.
도 13a에서,(1301)은 픽셀 부분을 나타내고,(1302)는 게이트 신호측 구동 회로를 나타내며, (1303)은 데이터 신호측 구동 회로를 나타낸다. 게이트 신호측 구동 회로(1302) 및 데이터 신호측 구동 회로(1303)에 전달되는 신호는 입력 배선(1304)을 통해 TAB(tape automated bonding) 테이프(1305)로부터 입력된다. 도면에는 도시되지 않았지만, TAB 테이프(1305)는 IC(integrated circuit)에 TAB 테이프를 제공함으로써 획득되는 TCP(tape carrier package)로 대체될 수 있다.
(1306)은 도 12b에 도시된 발광 디바이스의 상단 부분에 제공되고 수지로 형성된 봉합 멤버(1307)와 결합되는 커버 멤버이다. 커버 멤버(1306)는 산소 및 습기를 투과하지 않는 임의의 재료일 수 있다. 본 실시예에서는 도 13b에 도시된 바와 같이, 커버 멤버(1306)는 플라스틱 멤버(1306a), 및 플라스틱 멤버(1306a)의 전후에 각각 형성된 탄소막(특히, 다이아몬드형 탄소막)(1306b, 1306c)으로 구성된다.
도 13b에 도시된 바와 같이, 봉합 멤버(1307)는 유기 발광 소자가 밀폐 공간(1309)에서 완전히 봉합되도록 수지로 이루어진 봉합 멤버(1308)로 덮힌다. 밀폐 공간(1309)은 불활성 기체(전형적으로, 질소 기체 또는 희귀 기체), 수지, 또는 불활성 액체(예를 들면, 펄플루오로 알칸(perfluoro alkane)의 전형적인 예로 액정 불화탄소)로 채워진다. 공간에 흡습제 또는 탈산소제를 넣는 것 또한 효과적이다.
본 실시예에서는 발광 디바이스의 디스플레이 표면(이미지가 디스플레이되어 시청자에 의해 관찰되는 면)에 편광판(polarizing plate)이 제공될 수 있다. 편광판은 외부로부터 입사광의 반사를 감소시키는 효과를 가지므로, 디스플레이 표면이 시청자에게 반사되어 도시되는 것을 방지한다. 일반적으로, 회전 편광판이 사용된다. 그러나, 유기 화합물층으로부터 방사되는 빛이 편광판에서 반사되어 뒤로 이동하는 것을 방지하기 위해 편광판이 굴절률을 조절하여 더 적은 내부 반사를 갖는 구조를 갖는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 유기 발광 소자의 일부는 본 실시예의 발광 디바이스에 포함된 유기 발광 소자로 사용될 수 있다.
[실시예 13]
본 실시예는 본 발명에 따른 유기 발광 소자를 포함하는 발광 디바이스의 예로 활성 매트릭스 발광 디바이스를 도시한다. 실시예 12와는 달리, 본 실시예의 발광 디바이스에서는 활성 소자가 형성된 기판의 반대측으로부터 빛이 주어진다(이후 상향 방사라 칭하여진다). 도 35은 그에 대한 단면도이다.
여기서는 박막 트랜지스터(이후 TFT라 칭하여지는)가 활성 소자로 사용되지만, 활성 소자는 MOS 트랜지스터일 수 있다. 한 예로서 도시된 TFT는 상단 게이트 TFT(특정하게, 평면 TFT)이지만, 하단 게이트 TFT(전형적으로 역스태거 TFT)가 대신 사용될 수 있다.
본 실시예의 기판(3501), 픽셀 부분에 형성된 전류 제어 TFT(3502), 및 구동 회로(3512)는 실시예 12와 똑같은 구조를 갖는다.
전류 제어 TFT(3502)의 드레인에 연결된 제 1 전극(3503)은 본 실시예에서 양극으로 사용되며, 따라서, 바람직하게는, 큰 작업 기능을 갖는 전도성 재료로 형성된다. 전도성 재료의 전형적인 예는 니켈, 팔라듐, 텅스텐, 금, 및 은과 같은 금속을 포함한다. 본 실시예에서, 제 1 전극(3503)은 바람직하게는 빛을 투과하지 못한다. 보다 바람직하게는, 전극은 빛을 많이 반사하는 재료로 형성된다.
제 1 전극(3503) 위에는 유기 화합물층(3504)이 형성된다. 유기 화합물층(3504)에는 본 실시예에서 음극으로 동작하는 제 2 전극(3505)이 제공된다. 따라서, 제 2 전극(3505)의 재료는 바람직하게는 2.5 내지 3.5 eV의 작업 기능을 갖는 전도성 재료가다. 전형적으로, 알칼리 금속 원소 또는 알칼리-지토류 금속 원소를 포함하는 전도성막, 알루미늄을 포함하는 전도성막, 또는 상기 전도성막 중 하나에 알루미늄이나 은막을 쌓음으로써 획득된 적층이 사용된다. 본 실시예에서는 상향 방사 발광 디바이스가 사용되기 때문에, 제 2 전극(3505)의 재료로는 광투과성이 필수적이다. 그러므로, 제 2 전극으로 사용될 때, 금속은 바람직하게 약 20㎚의 두께로 매우 얇은 박막으로 형성된다.
제 1 전극(3503), 유기 화합물층(3504), 및 제 2 전극(3505)으로 구성된 층은 보호막(3606)으로 덮힌다. 보호막(3506)은 산소 및 습기로부터 유기 발광 소자를 보호하기 위해 제공된다. 본 실시예에서 임의의 재료는 빛을 투과하는 한 보호막을 위해 사용될 수 있다.
제 1 전극(양극)(3503)은 도 35에서 전류 제어 TFT(3502)에 전기적으로 연결되지만, 그 대신에, 음극이 전류 제어 TFT에 연결될 수 있다. 이 경우, 제 1 전극은 음극의 재료로부터 형성되고, 반면 제 2 전극은 양극의 재료로부터 형성된다. 이 경우, 전류 제어 TFT는 바람직하게는 n-채널 TFT이다.
(3507)은 커버 멤버로, 수지로 형성된 봉합 멤버(3508)로 결합된다. 커버 멤버(3507)는 산소와 습기를 제외하고 빛을 투과하는 한 임의의 재료일 수 있다. 본 실시예에서는 유리가 사용된다. 밀폐 공간(3509)은 불활성 기체(전형적으로 질소 기체 또는 희귀 기체), 수지, 또는 불활성 액체(예를 들면, 전형적인 예가 펄플루오로 알칸(perfluoro alkane)인 액정 불화탄소)로 채워진다. 또한, 공간에 흡습제 또는 탈산소제를 넣는 것도 효과적이다.
게이트 신호측 구동 회로 및 데이터 신호측 구동 회로에 전달되는 신호는 입력 배선(3513)을 통해 TAB(tape automated bonding) 테이프(3514)로부터 입력된다. 도면에는 도시되지 않지만, TAB 테이프(3514)는 IC(integrated circuit)에 TAB 테이프를 제공하여 획득된 TCP(tape carrier package)로 대체될 수 있다.
본 실시예에서 도시된 발광 디바이스의 디스플레이 표면(이미지가 디스플레이되어 시청자에 의해 관찰되는 면)에 편광판이 제공될 수 있다. 편광판은 외부로부터 입사광의 반사를 감소시키는 효과를 가지므로, 디스플레이 표면이 시청자에게 반사되어 도시되는 것을 방지한다. 일반적으로, 회전 편광판이 사용된다. 그러나, 유기 화합물층으로부터 방사되는 빛이 편광판에서 반사되어 뒤로 이동하는 것을 방지하기 위해 편광판이 굴절률을 조절함으로써 더 적은 내부 반사를 갖는 구조를 갖는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 유기 발광 소자의 일부는 본 실시예의 발광 디바이스에 포함된 유기 발광 소자로 사용될 수 있다.
[실시예 14]
본 실시예는 본 발명에서 설명된 유기 발광 소자를 포함하는 발광 디바이스의 한 예로 수동 매트릭스 발광 디바이스를 도시한다. 도 14a는 그에 대한 상면도이고, 도 14b는 도 14a의 선 P-P'를 따라 취해진 단면도이다.
도 14a에서,(1401)은 여기서 플라스틱 재료로 형성된 기판을 나타낸다. 사용될 수 있는 플라스틱 재료는 폴리이미드, 폴리아미드, 아크릴 수지, 에폭시 수지(epoxy resin), PES(polyethylene sulfile), PC(polycarbonate), PET(polyethylene terephthalate), 또는 PEN(polyethylene naphthalate)의 판 또는 막이다.
(1402)는 산화전도성막으로 형성된 주사선(양극)을 나타낸다. 본 실시예에서, 산화전도성막은 산화갈륨으로 산화아연을 도핑함으로써 구해진다. (1403)은 본 실시예에서 금속막, 창연(bismuth)막으로 형성된 데이터선(음극)을 나타낸다. (1404)는 아크릴 수지로 형성된 뱅크를 나타낸다. 뱅크는 데이터선(1403)을 서로 분리하는 분할벽으로 동작한다. 다수의 주사선(1402) 및 다수의 데이터선(1403)은 각각 스트라이프 패턴을 형성하고, 그 패턴은 수직으로 서로 교차한다. 도 14a에 도시되지 않았지만, 유기 화합물층은 주사선(1402)과 데이터선(1403) 사이에 샌드위치형으로 위치하고, 교차 부분(1405)은 픽셀로 동작한다.
주사선(1402)과 데이터선(1403)은 TAB 테이프(1407)를 통해 외부 구동 회로 에 연결된다. (1408)은 많은 주사선(1402)으로 구성된 배선 그룹을 나타낸다. (1409)는 데이터선(1403)에 연결된 많은 연결 배선(1406)으로 구성된 배선 그룹을 나타낸다. 비록 도시되지 않았지만, TAB 테이프(1407)은 IC에 TAB 테이프를 제공함으로써 획득되는 TCP에 의해 대체될 수 있다.
도 14b에서,(1410)은 봉합 멤버를 나타내고,(1411)은 봉합 멤버(1410)로 플라스틱 멤버(1401)에 결합된 커버 멤버를 나타낸다. 봉합 멤버(1410)로는 광경화 수지가 사용될 수 있다. 봉합 멤버의 바람직한 재료는 기체 누설을 거의 허용하지 않고 습기를 거의 흡수하지 않는 재료가다. 커버 멤버는 바람직하게는 기판(1401)과 똑같은 재료로 구성되고, 유리(석영 유리를 포함하는) 또는 플라스틱이 사용될 수 있다. 여기서 커버 재료로는 플라스틱 재료가 사용된다.
도 14c는 픽셀 영역의 구조를 확대한 도면이다. (1413)은 유기 화합물층을 나타낸다. 뱅크(1404)의 하단층은 상단층 보다 더 좁고, 뱅크는 데이터선(1403)을 서로 물리적으로 분리시킬 수 있다. 봉합 멤버(1410)로 둘러싸인 픽셀 부분(1414)은 수지로 형성된 봉합 멤버(1415)에 의해 외부 공기로부터 차단되어, 유기 화합물층의 하락이 방지된다.
본 발명에 따라 상기와 같이 구성된 발광 디바이스에서는 픽셀 부분(1414)이 주사선(1402), 데이터선(1403), 뱅크(1404), 및 유기 화합물층(1413)으로 구성된다. 그러므로, 발광 디바이스는 매우 간단한 처리에 의해 제작될 수 있다.
본 실시예에 도시된 발광 디바이스의 디스플레이 표면(이미지가 디스플레이되어 시청자에 의해 관찰되는 면)에 편광판이 제공될 수 있다. 편광판은 외부로부 터 입사광의 반사를 감소시키는 효과를 가지므로, 그에 의해 디스플레이면이 시청자에게 반사되어 도시되는 것을 방지한다. 일반적으로, 원형 편광판이 사용된다. 그러나, 유기 화합물층으로부터 방사되는 빛이 편광판에서 반사되어 뒤로 이동하는 것을 방지하기 위해 편광판이 굴절률을 조절함으로써 더 적은 내부 반사를 갖는 구조를 갖는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 유기 발광 소자의 일부는 본 실시예의 발광 디바이스에 포함된 유기 발광 소자로 사용될 수 있다.
[실시예 15]
본 실시예는 디바이스를 모듈로 만들도록 실시예 14에 도시된 발광 디바이스에 프린트 배선 보드를 부착하는 예를 도시한다.
도 15a에 도시된 모듈에서, TAB 테이프(1504)는 기판(1501)(여기서는 픽셀 부분(1502) 및 배선(1503a, 및 1503b)을 포함하는)에 부착되고, 프린트 배선 보드(1505)는 TAB 테이프(1504)를 통해 기판에 부착된다.
프린트 배선 보드(1505)의 기능적 블록도는 도 15b에 도시된다. 적어도 I/O 포트(입력 또는 출력 부분)(1506, 1509), 데이터 신호측 구동 회로(1507), 및 게이트 신호측 구동 회로(1508)로 동작하는 IC가 프린트 배선 보드(1505) 내에 제공된다.
본 명세서에서, TAB 테이프를 표면 상에 픽셀 부분이 형성된 기판에 부착하고 구동 회로로 동작하는 프린트 배선 보드를 상기와 같이 TAB 테이프를 통해 기판에 부착하여 구성된 모듈은 특별히 외부 구동 회로를 갖춘 모듈이라 칭하여진다.
본 발명에서 설명된 유기 발광 소자의 일부는 본 실시예의 발광 디바이스에 포함된 유기 발광 소자로 사용될 수 있다.
[실시예 16]
본 실시예는 디바이스를 모듈로 만들도록 실시예 12, 13, 또는 14에 도시된 발광 디바이스에 프린트 배선 보드를 부착하는 예를 도시한다.
도 16a에 도시된 모듈에서, TAB 테이프(1605)는 기판(1601)(여기서는 픽셀 부분(1602), 데이터 신호측 구동 회로(1603), 게이트 신호측 구동 회로(1604), 및 배선(1603a, 1603b)을 포함하는)에 부착되고, 프린트 배선 보드(1606)는 TAB 테이프(1605)를 통해 기판에 부착된다. 프린트 배선 보드(1606)의 기능적 블록도는 도 16b에 도시된다.
도 16b에 도시된 바와 같이, 프린트 배선 보드(1606)내에는 적어도 I/O 포트(1607, 1610) 및 제어 유닛(1608)으로 동작하는 IC가 제공된다. 메모리 유닛(1609)은 여기서 제공되지 않지만, 항상 필수적인 것은 아니다. 제어 유닛(1608)은 구동 회로를 제어하고 영상 데이터의 정정을 위한 기능을 갖는다.
본 명세서에서, 제어기로 동작하는 프린트 배선 보드를 유기 발광 소자가 상기와 같이 형성된 기판에 부착함으로써 구성된 모듈은 특별히 외부 제어기를 갖춘 모듈이라 칭하여진다.
본 발명에서 설명된 유기 발광 소자의 일부는 본 실시예의 발광 디바이스에 포함된 유기 발광 소자로 사용될 수 있다.
[실시예 17]
본 실시예는 실시예 10 및 11에 도시된 삼중 발광 다이오드가 디지털 시간 그레이 스케일(gray scale) 디스플레이에 따라 구동되는 발광 디바이스의 예를 도시한다. 본 발명의 발광 디바이스는 삼중항 여기 상태로부터의 발광을 사용함으로서 디지털 시간 그레이 스케일 디스플레이에서 균일한 영상을 제공할 수 있고, 따라서 매우 유용하다.
도 36a는 유기 발광 소자를 사용하는 픽셀의 회로 구조를 도시한다. Tr은 트랜지스터를 나타내고, Cs는 저장 캐패시터를 나타낸다. 이 회로에서는 게이트선이 선택될 때, 전류가 소스선으로부터 Tr1로 흐르고, 그 신호에 대응하는 전압은 Cs에 축적된다. 그 후에 Tr2의 게이트-소스 전압(Vgs)에 의해 제어된 전류가 Tr2 및 유기 발광 소자로 흐른다.
Tr1이 선택된 후, Tr1은 Cs의 전압(Vgs)을 유지하기 위해 OFF 상태가 된다. 따라서, 전류는 Vgs에 의존하는 양으로 계속하여 흐른다.
도 36b는 디지털 시간 그레이 스케일 디스플레이에 따라 이 회로를 구동하기 위한 챠트를 도시한다. 디지털 시간 그레이 스케일 디스플레이에서, 하나의 프레임은 다수의 서브-프레임으로 나뉜다. 도 36b는 하나의 프레임이 6개 서브-프레임으로 나뉘는 6 비트 그레이 스케일을 도시한다. 이 경우, 서브-프레임의 발광 주기 비율은 32:16:8:4:2:1이다.
도 36c는 본 실시예에서 TFT 기판의 구동 회로를 도시한다. 게이트 드라이버 및 소스 드라이버는 똑같은 기판에 제공된다. 본 실시예에서, 픽셀 회로 및 드라이 버는 디지털적으로 구동되도록 설계된다. 따라서, TFT 특성의 변동은 디바이스에 영향을 주지 않고, 디바이스는 균일한 이미지를 디스플레이할 수 있다.
[실시예 18]
상기 실시예에서 설명된 본 발명의 발광 디바이스는 전력 소모가 낮고 수명이 긴 이점을 갖는다. 따라서, 이들 발광 디바이스를 디스플레이 유닛으로 포함하는 전기 제품은 종래의 것 보다 전력을 덜 소모하여 동작될 수 있고, 오래 지속된다. 그 이점은 저전력 소모가 직접적으로 편의성을 제공하기 때문에(배터리가 더 오래 지속되기 때문에), 휴대용 장비와 같이, 전력 소스로서 배터리를 사용하는 전기 제품에 특히 매우 유용하다.
발광 디바이스는 액정 디스플레이와 같은 백 라이트(back light)의 필요성을 제거하고, 두께가 1 μm 이하인 유기 화합물층을 갖기 위해 자체적으로 빛을 발한다. 그러므로, 발광 디바이스는 얇고 가볍게 만들어질 수 있다. 발광 디바이스를 디스플레이 유닛으로 포함하는 전기 제품은 그에 따라 종래의 것 보다 더 얇고 가벼워진다. 이는 직접적으로 편의성을 제공하고(운반시 가벼움과 간편함), 특히 휴대용 장비 및 다른 전기 제품에 매우 유용하다. 더욱이, 얇은 것은(부피가 작아지면), 당연히 수송(많은 수의 제품이 수송될 수 있다) 및 설치(공간 절약)시 모든 전기 제품에 유용하다.
자체적으로 빛을 발하므로, 발광 디바이스는 액정 디스플레이 디바이스 보다 밝은 곳에서 더 나은 가시성 및 더 넓은 시청각을 갖는 것을 특징으로 한다. 그러므로, 발광 디바이스를 디스플레이 유닛으로서 포함하는 전자 제품은 또한 디스플 레이를 시청할 때의 편의성 면에서 매우 유용하다.
요약하면, 본 발명의 발광 디바이스를 사용하는 전기 제품은 종래 유기 발광 소자의 이점, 즉 얇음/가벼움 및 높은 가시성에 부가하여, 저전력 소모 및 수명 연장의 새로운 특성을 가지므로, 매우 유용하다.
본 실시예는 본 발명의 발광 디바이스를 디스플레이 유닛으로 포함하는 전기 제품의 예를 도시한다. 그에 대한 구체적인 예가 도 17a 내지 도 17f와 도 18a 및 도 18b에 도시된다. 본 발명에서 설명된 임의의 금속 착물는 본 실시예의 전기 제품에 포함되는 유기 발광 소자로 사용될 수 있다. 본 실시예의 전기 제품에 포함된 발광 디바이스는 도 12 내지 도 16 및 도 34 내지 도 36에서 설명된 구성 중 임의의 것을 가질 수 있다.
도 17a는 유기 발광 소자를 사용하는 디스플레이 디바이스를 도시한다. 디스플레이 디바이스는 케이스(1701a), 지지 베이스(1702a), 및 디스플레이 유닛(1703a)으로 구성된다. 본 발명의 발광 디바이스를 디스플레이 유닛(1703a)으로 사용함으로서, 디스플레이 디바이스는 얇고 가벼우며 오래 지속될 수 있다. 따라서, 수송이 간편하고, 설치시 공간이 절약되며, 수명이 연장된다.
도 17b는 비디오 카메라를 도시하며, 이는 메인 본체(1701b), 디스플레이 유닛(1702b), 오디오 입력 유닛(1703b), 동작 스위치(1704b), 배터리(1705b), 및 이미지 수신 유닛(1706b)으로 구성된다. 본 발명의 발광 디바이스를 디스플레이 유닛(1702b)으로 사용함으로서, 비디오 카메라는 가볍고, 전력을 덜 소모한다. 따라서, 배터리 소모가 감소되고 비디오 카메라의 운반이 덜 불편하다.
도 17c는 메인 본체(1701c), 디스플레이 유닛(1702c), 접안 유닛(1703c), 및 동작 스위치(1704c)로 구성되는 디지털 카메라를 도시한다. 본 발명의 발광 디바이스를 디스플레이 유닛(1702c)으로 사용함으로써, 디지털 카메라는 가볍고, 전력을 덜 소모한다. 따라서, 배터리 소모가 감소되고 디지털 카메라의 운반이 덜 불편하다.
도 17d는 기록 매체를 갖춘 영상 재생 디바이스를 도시한다. 디바이스는 메인 본체(1701d), 기록 매체(CD, LD, 또는 DVD와 같은)(1702d), 동작 스위치(1703d), 디스플레이 유닛(A)(1704d), 및 디스플레이 유닛(B)(1705d)으로 구성된다. 디스플레이 유닛(A)(1704d)은 주로 이미지 정보를 디스플레이하는 반면, 디스플레이 유닛(B)(1705d)은 주로 텍스트 정보를 디스플레이한다. 본 발명의 발광 디바이스를 디스플레이 유닛(A)(1704d) 및 디스플레이 유닛(B)(1705d)으로 사용함으로서, 이미지 재생 디바이스는 전력을 덜 소모하고, 가벼우며 오래 지속될 수 있다. 재생 매체를 갖춘 이미지 재생 디바이스는 또한 CD 플레이어 및 게임기를 포함한다.
도 17e는(휴대용) 이동 컴퓨터를 도시한 것으로, 이는 메인 본체(1701e), 디스플레이 유닛(1702e), 이미지 수신 유닛(1703e), 스위치(1704e), 및 메모리 슬롯(1705e)으로 구성된다. 본 발명의 발광 디바이스를 디스플레이 유닛(1702e)으로 사용함으로서, 휴대용 컴퓨터는 얇고 가벼우며, 전력을 덜 소모할 수 있다. 따라서, 배터리 소모가 감소되고, 컴퓨터의 운반이 덜 불편하다. 휴대용 컴퓨터는 비휘발성 메모리를 집적함으로써 획득된 기록 매체 또는 플래쉬 메모리(flash memory) 에 정보를 저장할 수 있고, 저장된 정보를 재생할 수 있다.
도 17f는 개인용 컴퓨터를 도시한 것으로, 이는 메인 본체(1701f), 케이스(1702f), 디스플레이 유닛(1703f), 및 키보드(1704f)로 구성된다. 본 발명의 발광 디바이스를 디스플레이 유닛(1703f)으로 사용함으로써, 개인용 컴퓨터는 얇고 가벼우며, 전력을 덜 소모한다. 발광 디바이스는 배터리 소모 및 경량 면에서 운반되는 노트북 개인용 컴퓨터에 특히 많은 장점을 갖는다.
이들 전자 제품들은 이제 인터넷과 같은 전자 통신 회선 및 무선파와 같은 무선 통신을 통해 전달된 주파수 정보, 특히 애니메이션 정보를 디스플레이하는 기회가 증가되고 있다. 유기 발광 소자가 매우 빠른 응답 속도를 가지므로, 발광 디바이스는 애니메이션 디스플레이에 적절하다.
도 18a는 휴대폰을 도시한 것으로, 이는 메인 본체(1801a), 오디오 출력 유닛(1802a), 오디오 입력 유닛(1803a), 디스플레이 유닛(1804a), 동작 스위치(1805a), 및 안테나(1806a)로 구성된다. 본 발명의 발광 디바이스를 디스플레이 유닛(1804a)으로 사용함으로써, 휴대폰은 얇고 가벼워질 수 있으며, 전력을 덜 소모한다. 따라서, 배터리 소모가 감소되고, 휴대폰의 휴대가 간편하며, 메인 본체가 작을 수 있다.
도 18b는 오디오(특정하게, 자동차 오디오)를 도시한 것으로, 이는 메인 본체(1801b), 디스플레이 유닛(1802b), 및 동작 스위치(1803b, 1804b)로 구성된다. 본 발명의 발광 디바이스를 디스플레이 유닛(1802b)으로 사용함으로서, 오디오는 가벼우며, 전력을 덜 소모할 수 있다. 비록 본 실시예에서는 자동차 오디오가 한 예로 취해졌지만, 오디오는 가정용 오디오가 될 수 있다.
주위의 밝기를 측정하는 수단으로 전기 제품에 광센서를 제공하여 전기 제품이 사용되는 경우, 도 17a 내지 도 17f와 도 18a 및 도 18b에 도시된 전기 제품에 주위의 밝기에 따라 조사된 빛의 휘도를 변조시키는 기능이 주어지는 것이 효과적이다. 사용자는 주위 밝기에 대한 조사광의 휘도의 대조 비율이 100 내지 150인 경우 어려움 없이 이미지 또는 텍스트 정보를 인식할 수 있다. 이러한 기능으로, 이미지의 휘도는 주위가 밝을 때 더 나은 시청을 위해 상승될 수 있고, 반면 주위가 어두울 때 전력 소모를 줄이도록 낮추어질 수 있다.
본 발명의 발광 디바이스를 광원으로 사용하는 다양한 전기 제품은 또한 얇고 가벼우며, 전력을 덜 소모하도록 동작할 수 있고, 이것은 전기 제품들을 매우 유용하게 만든다. 전후 라이트와 같은 액정 디스플레이 디바이스의 광원 또는 조명 기구의 광원은 광원으로서 본 발명의 발광 디바이스에 포함된다. 따라서 발광 디바이스는 얇고 가벼우며 전력을 덜 소비할 수 있다.
본 실시예에 따르면 도 17a 내지 도 17f와 도 18a 및 도 18b에 도시된 전자 제품의 디스플레이 유닛으로 액정 디스플레이가 사용될 때, 이들 액정 디스플레이가 전후 라이트로서 본 발명의 발광 디바이스를 사용하는 경우, 전자 제품은 가벼우며, 전력을 덜 소모할 수 있다.
[실시예 19]
본 실시예에서는 활성 매트릭스형 상수-전류 구동 회로의 예가 설명되고, 이는 본 발명의 유기 발광 소자에 상수 전류를 흐르게 함으로써 구동된다. 그에 대한 회로 구조는 도 37에 도시된다.
도 37에 도시된 픽셀(1810)은 신호선 Si, 제 1 주사선 Gj, 제 2 주사선 Pj, 및 전력 소스선 Vi를 갖는다. 부가하여, 픽셀(1810)은 트랜지스터((이하, "Tr"로 칭함) Tr1, Tr2, Tr3, Tr4), 혼합 접합형의 유기 발광 소자(1811), 및 보유 캐패시터(1812)를 갖는다.
Tr3 및 Tr4의 게이트는 모두 제 1 주사선 Gj에 연결된다. Tr3의 소스 및 드레인에 대해, 하나는 신호선 Si에 연결되고, 다른 것은 Tr2의 소스에 연결된다. 또한, Tr4의 소스 및 드레인dp eogo, 하나는 Tr2의 소스에 연결되고, 다른 것은 Tr1의 게이트에 연결된다. Ekfktj, Tr3의 소스 및 드레인 중 어느 하나와 Tr4의 소스 또는 드레인 중 어느 하나가 서로 연결된다.
Tr1의 소스는 전력 소스선 Vi과 연결되고, Tr1의 드레인은 Tr2의 소스와 연결된다. Tr2의 게이트는 제 2 주사선 Pj에 연결된다. 그리고, Tr2의 드레인은 유기 발광 소자(1811)의 픽셀 전극에 연결된다. 유기 발광 소자(1811)는 픽셀 전극, 카운터 전극, 및 픽셀 전극과 카운터 전극 사이에 제공된 유기 발광층을 갖는다. 유기 발광 소자(1811)의 카운터 전극은 발광 패널의 외부에 제공되는 전원에 의해 일정 전압이 인가된다.
Tr3 및 Tr4는 n-채널형 TFT 및 p-채널형 TFT 모두를 채택할 수 있다. 그러나, Tr3 및 Tr4의 극성은 똑같다. 또한, Tr1은 n-채널형 TFT 및 p-채널형 TFT를 모두 채택할 수 있다. Tr2는 n-채널형 TFT 및 p-채널형 TFT 모두를 채택할 수 있다. 극성에 대해, 발광 소자에서 픽셀 전극 및 카운터 전극의 경우, 하나는 양극이고 다른 하나는 음극이다. Tr2가 p-채널형 TFT인 경우, 양극을 픽셀 전극으로 사용하고 음극을 카운터 전극으로 사용하는 것이 바람직하다. 역으로, Tr2가 n-채널형 TFT인 경우, 음극을 픽셀 전극으로 사용하고 양극을 카운터 전극으로 사용하는 것이 바람직하다.
보유 캐패시터(1812)는 Tr1의 게이트와 소스 사이에 형성된다. 보유 캐패시터(1812)는 Tr1의 게이트와 소스 사이에서 보다 특정하게 전압(VGS)을 유지하도록 제공된다. 그러나, 항상 제공될 필요는 없다.
도 37에 도시된 픽셀에서, 신호선 Si에 공급되는 전류는 신호선 구동 회로에서의 전류원에서 제어된다.
상술된 회로 구조를 적용함으로서, 상수-전류 구동이 실현될 수 있고, 그에 의해 유기 발광 소자에 일정한 전류를 흐르게 함으로써 밝기가 유지될 수 있다. 본 발명의 혼합 영역을 갖는 유기 발광 소자는 이전의 유기 발광 소자 보다 더 긴 수명을 갖는다. 그 유기 발광 소자는 상술된 상수-전류 구동을 실시함으로서 훨씬 더 긴 수명이 실현될 수 있기 때문에 효과적이다.
본 발명은 전력 소모가 적고 수명이 뛰어난 발광 디바이스를 제공할 수 있도록 실시된다. 또한, 이러한 발광 디바이스를 광원 또는 디스플레이 유닛으로 사용함으로서, 밝고, 전력 소모가 적으며, 오랜 시간에 걸쳐 지속되는 전기 제품을 얻을 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 홀 주입층의 역할을 도시하는 도면.
도 2는 농도 기울기를 도시하는 도면.
도 3은 농도 기울기를 도시하는 도면.
도 4는 농도 기울기를 도시하는 도면.
도 5는 유기 발광 소자의 구조를 도시하는 도면.
도 6은 유기 발광 소자의 구조를 도시하는 도면.
도 7은 유기 발광 소자의 구조를 도시하는 도면.
도 8은 유기 발광 소자의 구조를 도시하는 도면.
도 9는 유기 발광 소자의 구조를 도시하는 도면.
도 10은 유기 발광 소자의 구조를 도시하는 도면.
도 11은 침착 장치를 도시하는 도면.
도 12a 및 도 12b는 발광 디바이스의 단면 구조를 도시하는 도면.
도 13a 및 도 13b는 발광 디바이스의 상단 표면 구조 및 단면 구조를 도시하는 도면.
도 14a 내지 도 14c는 발광 디바이스의 상단 표면 구조 및 단면 구조를 도시하는 도면.
도 15a 및 도 15b는 발광 디바이스의 구조를 도시하는 도면.
도 16a 및 도 16b는 발광 디바이스의 구조를 도시하는 도면.
도 17a 내지 도 17f는 전기 제품들의 구체적인 예를 도시하는 도면.
도 18a 및 도 18b는 전기 제품의 구체적인 예를 도시하는 도면.
도 19a 및 도 19b는 에너지 대역도를 도시하는 도면.
도 20a 및 도 20b는 에너지 대역도를 도시하는 도면.
도 21은 유기 화합물층의 상태를 도시하는 도면.
도 22는 침착 장치를 도시하는 도면.
도 23은 불순물층의 형성을 도시하는 도면.
도 24는 유기 발광 소자의 구조를 도시하는 도면.
도 25는 유기 화합물층의 상태를 도시하는 도면.
도 26a 및 도 26b는 유기 발광 소자의 구조를 도시하는 도면.
도 27은 유기 발광 소자의 구조를 도시하는 도면.
도 28은 농도 프로파일을 도시하는 도면.
도 29a 및 도 29b는 유기 발광 소자의 구조를 도시하는 도면.
도 30a 및 도 30b는 유기 발광 소자의 구조를 도시하는 도면.
도 31a 및 도 31b는 침착 장치를 도시하는 도면.
도 32a 및 도 32b는 침착 장치를 도시하는 도면.
도 33은 유기 발광 소자의 구조를 도시하는 도면.
도 34는 발광 디바이스의 단면 구조를 도시하는 도면.
도 35는 발광 디바이스의 단면 구조를 도시하는 도면.
도 36a 내지 도 36c는 발광 디바이스의 단면 구조를 도시하는 도면.
도 37은 회로 구조를 도시하는 도면.

Claims (6)

  1. 유기 발광 소자로서,
    양극;
    음극;
    상기 양극에 접하고, 정공 주입 재료 및 정공 수송 재료를 포함하는 제 1 혼합 영역;
    상기 제 1 혼합 영역에 접하고, 상기 정공 수송 재료 및 호스트 재료를 포함하고 쌍극-특성(bipolar-nature)을 갖는 제 2 혼합 영역;
    상기 제 2 혼합 영역에 접하고, 상기 호스트 재료 및 블로킹 재료를 포함하는 제 3 혼합 영역; 및
    상기 제 3 혼합 영역과 상기 음극 사이에 설치되고, 상기 블로킹 재료 및 전자 주입 재료를 포함하는 제 4 혼합 영역을 포함하는, 상기 유기 발광 소자에 있어서,
    상기 양극에서 상기 제 2 혼합 영역으로의 방향으로 상기 정공 주입 재료의 농도가 선형으로 감소되고 상기 양극에서 상기 제 2 혼합 영역으로의 방향으로 상기 정공 수송 재료의 농도가 선형으로 증가되도록, 상기 제 1 혼합 영역에 농도 기울기가 존재하고,
    상기 제 1 혼합 영역에서 상기 제 3 혼합 영역으로의 방향으로 상기 정공 수송 재료의 농도가 선형으로 감소되고 상기 제 1 혼합 영역에서 상기 제 3 혼합 영역으로의 방향으로 상기 호스트 재료의 농도가 선형으로 증가되도록, 상기 제 2 혼합 영역에 농도 기울기가 존재하고,
    상기 제 2 혼합 영역에서 상기 제 4 혼합 영역으로의 방향으로 상기 호스트 재료의 농도가 선형으로 감소되고 상기 제 2 혼합 영역에서 상기 제 4 혼합 영역으로의 방향으로 상기 블로킹 재료의 농도가 선형으로 증가되도록, 상기 제 3 혼합 영역에 농도 기울기가 존재하고,
    상기 제 3 혼합 영역에서 상기 음극으로의 방향으로 상기 블로킹 재료의 농도가 선형으로 감소되고 상기 제 3 혼합 영역에서 상기 음극으로의 방향으로 상기 전자 주입 재료의 농도가 선형으로 증가되도록, 상기 제 4 혼합 영역에 농도 기울기가 존재하고,
    상기 제 2 혼합 영역의 일부분은 발광 재료로 도핑되고,
    상기 제 3 혼합 영역의 일부분은 상기 발광 재료로 도핑되고,
    상기 제 2 혼합 영역의 상기 일부분과 상기 제 3 혼합 영역의 상기 일부분은 서로 접촉하는, 유기 발광 소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 정공 주입 재료, 상기 정공 수송 재료, 상기 호스트 재료, 및 상기 블로킹 재료 중에서 상기 블로킹 재료가 여기 에너지 레벨에서 최대인, 유기 발광 소자.
  3. 유기 발광 소자로서,
    양극;
    음극;
    상기 양극에 접하고, 정공 주입 재료 및 정공 수송 재료를 포함하는 제 1 혼합 영역;
    상기 제 1 혼합 영역에 접하고, 상기 정공 수송 재료 및 호스트 재료를 포함하고, 쌍극-특성을 갖는 제 2 혼합 영역;
    상기 제 2 혼합 영역에 접하고, 상기 호스트 재료 및 전자 수송 재료를 포함하는 제 3 혼합 영역; 및
    상기 제 3 혼합 영역과 상기 음극 사이에 설치되고, 상기 전자 수송 재료 및 전자 주입 재료를 포함하는 제 4 혼합 영역을 포함하는, 상기 유기 발광 소자에 있어서,
    상기 양극에서 상기 제 2 혼합 영역으로의 방향으로 상기 정공 주입 재료의 농도가 선형으로 감소되고 상기 양극에서 상기 제 2 혼합 영역으로의 방향으로 상기 정공 수송 재료의 농도가 선형으로 증가되도록, 상기 제 1 혼합 영역에 농도 기울기가 존재하고,
    상기 제 1 혼합 영역에서 상기 제 3 혼합 영역으로의 방향으로 상기 정공 수송 재료의 농도가 선형으로 감소되고 상기 제 1 혼합 영역에서 상기 제 3 혼합 영역으로의 방향으로 상기 호스트 재료의 농도가 선형으로 증가되도록, 상기 제 2 혼합 영역에 농도 기울기가 존재하고,
    상기 제 2 혼합 영역에서 상기 제 4 혼합 영역으로의 방향으로 상기 호스트 재료의 농도가 선형으로 감소되고 상기 제 2 혼합 영역에서 상기 제 4 혼합 영역으로의 방향으로 상기 전자 수송 재료의 농도가 선형으로 증가되도록, 상기 제 3 혼합 영역에 농도 기울기가 존재하고,
    상기 제 3 혼합 영역에서 상기 음극으로의 방향으로 상기 전자 수송 재료의 농도가 선형으로 감소되고 상기 제 3 혼합 영역에서 상기 음극으로의 방향으로 상기 전자 주입 재료의 농도가 선형으로 증가되도록, 상기 제 4 혼합 영역에 농도 기울기가 존재하고,
    상기 제 2 혼합 영역의 일부분은 발광 재료로 도핑되고,
    상기 제 3 혼합 영역의 일부분은 상기 발광 재료로 도핑되고,
    상기 제 2 혼합 영역의 상기 일부분과 상기 제 3 혼합 영역의 상기 일부분은 서로 접촉하는, 유기 발광 소자.
  4. 삭제
  5. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 발광 재료는 삼중항 여기 상태로부터 발광할 수 있는, 유기 발광 소자.
  6. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 발광 재료는 이리듐을 중심 금속으로 갖는 착체인, 유기 발광 소자.
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