KR101344576B1 - 유기 전계발광 소자 - Google Patents

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Abstract

종래형 멀티포톤 유기 EL 소자에 비해, 제조 공정을 대폭 간편화하여, 제품의 저비용화를 가능하게 하는 유기 EL 소자의 구조를 제공한다. 종래형 멀티포톤 유기 EL 소자의 전하 발생층내의 강전자 수용성 물질과 전자 수송성층의 사이의 전자 전하의 이동을 부드럽게 행하기 위해서, 저유전율의 절연성 유기물층을 개재시킨다.

Description

유기 전계발광 소자{ORGANIC ELECTROLUMINESCENT ELEMENT}
본 발명은, 평면 광원이나 표시 소자에 이용되는 유기 전계발광 소자(이하, 「유기 EL 소자」라 약기하는 경우가 있다.)에 관한 것이다.
대향하는 양극과 음극 사이에, 유기 화합물로 된 발광층을 가진 유기 EL 소자는, 최근, 저전압 구동의 대면적 표시 소자를 실현하는 것으로서 주목을 받고 있다. 이스트만 코닥사의 Tang 등은, 소자의 고효율화를 위하여, 캐리어 수송성이 다른 유기 화합물을 적층하여, 홀 및 전자가 각각 양극 및 음극으로부터 균형적으로 주입되는 구조를 채택하고, 게다가 음극과 양극에 끼워진 유기층의 층두께를 2000Å이하로 함으로써, 10V 이하의 인가 전압으로 1000cd/mm2와 외부 양자 효율 1%의 실용화에 충분한 고휘도 및 고효율을 얻는 것에 성공하였다.
예를 들면 특허문헌 1∼특허문헌 6에 의하면, 음극과 양극에 끼워진 유기층 전체의 막두께를 1㎛ 이하로 함으로써, 보다 낮은 인가 전압에 의해서 발광할 수 있는 디바이스를 제공할 수 있다고 되어 있으며, 바람직하게는 상기 막두께를 1000Å∼5000Å의 범위로 하면, 25V 이하의 인가 전압으로 발광을 얻기에 유용한 전기장(E=Vcm-1)을 얻을 수 있다고 되어 있다.
유기 EL 소자의 구조는, 상기와 같은 Tang 등이 나타낸 구조를 기초로 하여 발전해 왔지만, 최근에는, 예를 들면 특허문헌 7 및 특허문헌 8에 나타나 있는 바와 같이, 전극에 끼워진 구조를 하나의 단위(발광 유닛)로 하고, 이 발광 유닛을 직렬로 접속할 수 있도록 복수 적층한 구조를 가진 유기 EL 소자가 개발되고 있다. 이러한 기술은, 유기 EL 소자의, 비약적인 장수명화, 광원이나 조명에 요구되는 고휘도의 실현, 및 대면적의 균일 발광을 가능하게 하는 기술로서 주목받고 있다. 전압이 낮은데도 불구하고 큰 전류를 필요로 하는 Tang 등의 유기 EL 소자의 구조에서는, 이들 요구를 만족할 수 없었다.
이어서, 특허문헌 8에 기재된 바와 같이, 본원의 발명자는 직렬형(텐덤형) 구조를 가진 유기 EL 소자를 고안 및 실현하여, 유닛의 접속층 부분에 ITO(Indium Tin Oxide)나 IZO(Indium Zinc Oxide)와 같은 투명 전극 재료를 사용하지 않고, 전하 이동 착체로 이루어진 절연층을 사용함으로써, 복수의 발광 유닛의 직렬 접속을 가능하게 하였다. 이 유기 EL 소자에서는, 종래형 유기 EL 소자와 마찬가지로 음극과 양극의 교차한 영역만이 발광하고, 또한 투명 전극의 성막에 필수로 여겨지는 스퍼터링 공정도 불필요하기 때문에, 현재는, 직렬형의 유기 EL 소자의 구조중에서도 가장 유용하다고 인식되고 있으며, 멀티포톤 유기 EL 소자로 호칭되어 널리 알려지기에 이르렀다. 멀티포톤이라 호칭되는 이유는, 발광 유닛의 수를 소정 이상으로 하면, 유기 EL 소자를 통과하는 전자수를 웃도는 광자수를 발생시킬 수 있기 때문이다(비특허문헌 1).
그러나, 이 멀티포톤 유기 EL 소자는, 종래형 유기 EL 소자에 비해, 수배의 제조 공정이 필요하게 된다고 하는 문제가 있고, 또한, 전하 이동 착체로 된 절연성의 접속층을, 예를 들면 특허문헌 9∼특허문헌 14에 기재된 화학 도핑의 수법을 구사하여 제작해야만 하므로, 그 제조 공정의 제어가 곤란하다고 하는 문제도 있다.
상술한 바와 같이, 직렬형 유기 EL 소자는, 큰 면적을 균일한 강도로 발광시키기에 적합하다. 직렬형 유기 EL 소자에서는, 종래형 유기 EL 소자와 비교할 경우, 동일한 휘도를 얻기 위해서 필요한 전압 V를 거의 유닛 수를 곱한 만큼 크게 할 수 있고, 반대로 전류 I는 거의 유닛 수로 나눈 분만큼 작게 할 수 있다. 그 결과, 소자 저항(전압과 전류의 비：VI-1)이 유닛 수의 대략 제곱분만큼 상승하여, 절연물을 전극으로 끼운 콘덴서와 마찬가지로, 면내에서의 대략 균일한 전위를 실현할 수 있기 때문이다.
이 전위의 균일성, 바꾸어 말하면 휘도의 균일성은, 유닛 수를 증가시키면 증가시킬수록 향상하는 것은 물론이다. 다만, 본 발명자의 지금까지의 지견에 의하면, 조명에 필요한 3000cdm-2 이상의 휘도가 필요한 경우, 대각(對角) 5인치 정도의 발광 면적이라면, 수 유닛 정도의 적층체로 대략 균일한 발광을 실현할 수 있지만, 예를 들면 대각 15인치 이상의 발광 면적이 되면, 수 유닛 정도의 적층체로 그러한 고휘도로의 균일 발광은 불가능하고, 적어도 15유닛 정도는 필요하다고 생각된다. 이 정도의 다수의 유닛의 적층체를 효율적이며 저비용으로 생산하는 것은 거의 불가능하다.
이러한 다수의 유닛의 적층체를 효율적이며 저비용으로 생산하는 것이 불가능한 이유는, 제일 먼저, 제조방법이 복잡한 점에 있다. 즉, 본 발명자들이 특허문헌 8에서 제안하고 있는 바와 같이, 홀 전하와 전자 전하를 생성하기 위해서 형성되는 전하 발생층의 제작이 매우 복잡하기 때문이다.
예를 들면, 특허문헌 8의 청구항 1 또는 2에는, 전자 수용성 물질과 전자 공여성 물질의 혼합 또는 적층에 의한 접촉에 의해서 발생하는 전하 이동 착체에 의해서, 마치 전하 발생층으로부터 발광 유닛에, 발광 물질의 여기에 필요한 전자 전하와 홀 전하가 공급되는 것처럼 기재되어 있다. 그러나, 실제로는, 이 특허문헌 8에 기재되어 있는 전하 이동 착체만으로 발광 물질에 홀 및 전자의 양 전하가 공급되는 것은 아니고, 그 실시예에 구체적으로 나타난 바와 같이, 전하 발생층의 양극측에 접하는 부위에서, 반드시 알칼리 금속 등의 강전자 공여성 물질을 (전자 수송성) 유기물에 작용시켜, 해당 유기물을 래디칼 음이온화시키는 것에 의해서 전자 전하(래디칼 음이온 상태의 분자)를 발생시켜야만 한다.
왜냐하면, 전자 수송성 유기물을 알칼리 금속과 같이 강한 전자 공여성 물질에 의해 강제적으로 래디칼 음이온화하지 않으면, 양극측으로부터 발광층 방향으로 이동해 온 래디칼 양이온 상태의 분자(홀)가, 그대로 전하 발생층 근처에 도달해 버려, 전하 발생층 내에서 발생한 전자는 전자 수송성 분자를 래디칼 음이온화하지 않고, 다만 단순히, 그 래디칼 양이온 상태의 분자(홀 전하)를 전기적으로 중성화하게 되기 때문이다(이 현상은, 「홀이 음극 방향으로 빠진다.」고 표현되는 경우가 있다).
이 경우, 당연히, 발광 물질을 함유하는 발광층 속을 홀만이 이동하여 전자가 주입되는 경우는 없고(즉, 발광 물질의 래디칼 음이온 상태의 생성은 없고), 발광층 부위는 홀 전류의 저항체로서만 존재하며, 발광 물질은 발광하지 않는다. 즉, 특허문헌 8에서의 「전하 이동 착체로 된 전하 발생층」을 형성하여 멀티포톤 유기 EL 소자를 제작해도, 실제로는 아무런 효과도 얻을 수 없다.
막중에의 알칼리 금속의 공급 방법으로서는, 알칼리 금속을 저항 가열에 의해서 직접 증발시키는 방법(저항 가열 증착법)이나, 알칼리 금속 이온을 포함한 화합물을 함유하는 막을 증착에 의해서 형성한 후, 알루미늄 등의 열환원성 금속의 극미량(대략 15옹스트롬의 막두께에 상당하는 양)을, 마찬가지로 증착에 의해서 공급하여, 알칼리 금속 이온을 금속 상태로 환원하는 방법 등이 있으며, 이러한 방법은 특허문헌 8에서 제안되어 있다.
또한, 알칼리 금속 이온을 함유한 산화물, 탄산화물, 복합 산화물, 복합 탄산화물 등을 전자빔 증착법으로 더 증착하면, 그 전자빔 증착법 자체가, 화합물중의 금속을 이온 상태로부터 금속 원자 상태로 환원하는 수단의 하나이기 때문에, 결과적으로 알칼리 금속을 전자 수송성 유기물에 작용시킬 수도 있다. 또 예외적으로는, 탄산 세슘(CsCO3)과 같이, 전자빔 증착법을 사용하지 않고서도, 단순한 진공중에서의 저항 가열에 의해, 환원에 의해 금속 세슘을 생성시킬 수 있는 경우도 있다.
이들과 같은 산화물, 탄산화물, 복합 산화물, 복합 탄산화물 등의 알칼리 금속 화합물에 대해서는, 예를 들면 특허문헌 15 또는 특허문헌 16에, 탄산 리튬이나 산화 리튬을 함유한 전자 주입층이나 중간 음극층(계면층)으로 칭하는 층을, 전하 발생층의 양극측에 접하도록 형성시키는 것이 기재되어 있으며, 이들 문헌에는 증착법이 명기되어 있지 않다. 만약 전자빔 증착법에 의하지 않고 통상적인 저항 가열 증착법에 의해 막을 형성한 경우에는, 화합물 중의 알칼리 금속 이온이 금속으로 환원되지 않기 때문에, 상술한 바와 같이 발광 물질에 전자 전하를 수송할 수 없게 되는 것은, 실험에 의해서 간단하게 확인할 수 있다.
이 알칼리 금속은, 유기 EL 소자의 발광성 유기물에 접촉 작용하면, 그 강한 환원성에 의해서 발광성 유기물의 발광성을 잃게 되기 때문에(이 현상은 발광 켄칭이라 호칭되는 경우가 있다.), 실제의 제조 프로세스에서는, 발광층 등의 유기물로 된 층을 형성하기 위한 제조 챔버와는 격리된 장소에 설치할 필요가 있다. 따라서, 복수의 발광 유닛을 가진 멀티포톤 유기 EL 소자와 같이, 대략 동일한 공정을 몇번이나 반복해서 제조해야만 하는 경우에는, 복수의 증착 챔버를 설치하고, 또한, 그 사이를 몇번이나 왕래할 필요가 생겨, 전하 발생층 및 그에 접하는 층을 형성하는 공정이 번잡하게 되어, 개개의 공정의 제어가 복잡해지는 동시에, 제품 가격을 끌어 올려 버린다고 하는 문제가 있다.
여기서, 상기와 같은 알칼리 금속 이외의 전자 공여성 물질로서는, 예를 들면 특허문헌 17에, 루이코 염기라 불리는 일련의 유기물이 개시되어 있지만, 어쨌든 발광성 유기물질을 환원한다고 하는 성질을 가지고 있으며, 그 발광성을 켄칭한다고 하는 점에서는, 마찬가지로 단점이 있다.
특허문헌 1 : 일본 공개특허공보 소59－194393호 특허문헌 2 : 일본 공개특허공보 소63－264692호 특허문헌 3 : 일본 공개특허공보 평2－15595호 특허문헌 4 : 미국 특허 제 4,539,507호 명세서 특허문헌 5 : 미국 특허 제 4,769,292호 명세서 특허문헌 6 : 미국 특허 제 4,885,211호 명세서 특허문헌 7 : 일본 공개특허공보 평11－329748호 특허문헌 8 : 일본 특허명세서 제3933591호 특허문헌 9 : 일본 공개특허공보 평10－270171호 특허문헌 10 : 일본 공개특허공보 2001－102175호 특허문헌 11 : 일본 공개특허공보 평11－233262호 특허문헌 12 : 일본 공개특허공보 2000－182774호 특허문헌 13 : 일본 공개특허공보 평11－251067호 특허문헌 14 : 일본 공개특허공보 2001－244079호 특허문헌 15 : 일본 공개특허공보 2006－135145호 특허문헌 16 : 일본 공개특허공보 2007－123611호 특허문헌 17 : 미국 특허 제 7,151,007호 명세서
비특허문헌 1 : 자이펙사 간(刊)：유기 EL핸드북, 「멀티포톤 소자」, p.263∼
상기와 같은 종래 기술에 대하여, 본 발명의 주된 목적은, 본 발명자가 종전에 제안, 개발해 온 멀티포톤 유기 EL 소자의 구조에 필수인 알칼리 금속 등의 환원성 물질(강전자 공여성 물질)의 사용을 회피하고, 따라서 제조 공정을 현격히 간소화하면서도, 종래와 대략 동등한 성능을 얻을 수 있는 유기 EL 소자를 제공하는 것에 있다. 즉, 본 발명의 주된 목적은, 종래의 멀티포톤 유기 EL 소자의 제작에 필수인, 알칼리 금속 등의 강전자 공여성 물질을 사용한 래디칼 음이온화 수단을 사용하지 않는 유기 EL 소자를 제공하는 것에 있다.
상기와 같이, 본 발명자는, 상기 특허문헌 8에서의 유기 EL 소자의 전하 발생층을 구성하는 전자 수용성 물질 및 전자 공여성 물질만으로, 전자 전하 및 홀 전하를 각각 상기 전하 발생층의 양극 방향 및 음극 방향에 위치하는 발광층으로 이동할 수 있게 하는 유기 EL 소자를 실현하는 것을 목적으로 하여 예의 연구를 거듭하였다. 그 결과, 알칼리 금속 등의 강전자 공여성 물질을 사용하지 않아도, 전하 발생 부위에서 보아 양극의 방향으로 전자 전하(래디칼 음이온 상태의 전자 수용성 반도체 분자)를 이동시켜 발광층에 주입시킬 수 있는 구조를 찾아내어, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
즉, 본 발명은, 양극과, 음극과, 상기 양극과 상기 음극 사이에 위치하는, 발광층을 포함한 복수의 발광 유닛과, 상기 복수의 발광 유닛의 사이에 위치하는 전하 발생층을 포함한 유기 전계발광 소자로서, 상기 전하 발생층으로부터 상기 발광층에의 전하의 이동에 대한 장벽이 되는 부위에 절연성 유기물층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유기 전계발광 소자를 제공한다.
여기서, 「전하 발생층」이란, 일반적으로는, 전압 인가시에, 다른 2개의 반도체 물질 간에서의 전자의 수수에 의해 발생한 래디칼 양이온 상태의 전자 공여성 반도체 분자(홀 전하)와 래디칼 음이온 상태의 전자 수용성 반도체 분자(전자 전하)를, 각각 음극 방향과 양극 방향으로 이동시켜, 그 이동 상대방향에 존재하는 발광층에 주입하는 역할을 담당하는 층을 말하며, 전자 수용성 물질과 전자 공여성 물질을 포함한다.
이에 대해, 본 발명의 유기 EL 소자에서의, 복수의 발광 유닛 사이에 위치하는 「전하 발생층」이란, 인접하는 층(예를 들면 홀 수송층)과의 계면에서, 전자 전하 및 홀 전하를 발생시키는 부위를 형성할 수 있는 층을 말하며, 반드시 전자 수용성 물질과 전자 공여성 물질의 양방을 포함하지 않아도 좋다. 예를 들면, 본 발명에서는, 「전하 발생층」이 강전자 수용성 물질(예를 들면 HATCN6)로 구성되고, 이 강전자 수용성 물질의 음극측에 인접하는 홀 수송층이 전자 공여성 물질(예를 들면 NPB)로 구성되어 있어도 좋다.
상기의 전자 수용성 물질 및 전자 공여성 물질은, 전압 인가시에 전자의 수수에 의해서 전자 전하(래디칼 음이온)와 홀 전하(래디칼 양이온)를 발생시키는 것이면 되고, 본 발명에서는 전하 이동 착체를 형성하지 않아도 된다. 바람직하게는, 본 발명에서는 전하 이동 착체를 형성하지 않는 전자 수용성 물질 및 전자 공여성 물질을 이용한다. 한편, 전하 이동 착체의 형성은, 전압 인가와는 관계 없이, 전자 수용성 물질과 전자 공여성 물질 사이에서의 화학반응(산화 환원 반응)에 의한 것이다.
또한, 본 발명에서의 「전하 발생층」을 구성하는 물질은, 전하 발생층의 제조의 간편함이라고 하는 관점에서, 모두 유기물로 구성되어 있는 것이 바람직하다. 따라서, 본 발명에서의 「전하 발생층」은 유기 화합물 반도체로 구성되어 있는 것이 바람직하다.
다음에, 본 발명의 유기 EL 소자에서, 전하 발생층과 발광층 사이에 위치하는 「절연성 유기물층」이란, 상기 전하가 전자 전하인 경우는, 전자 전하의 이동에 대해서 절연성을 가진 유기물층이면 좋고, 따라서, 홀 수송성 유기물로 구성되어 있어도 좋다. 홀 수송성 유기물은, 통상적으로, 래디칼 양이온 상태의 생성 소멸의 반복에 의해서 전하를 옮기는 것이 상정되어 사용된다. 본 발명에서, 전하 발생층과 그 양극측에 위치하는 발광층의 사이의 「절연성 유기물층」으로서 홀 수송성 유기물을 사용하는 경우, 해당 홀 수송성 유기물이 래디칼 양이온화하는 경우는 없고, 전하 발생층에서 발생한 래디칼 음이온은, 이 홀 수송성 유기물을 터널하여, 양극측에 인접하는 전자 수송성 유기물로 이동한다. 따라서 이 경우, 홀 수송성 유기물은 어떤 전하를 띠지 않고 단순한 절연성 유기물로서 존재한다.
여기서, 본 발명의 유기 EL 소자의 최대의 특징은, 전하 발생층과 발광층의 사이에 위치하는 「절연성 유기물층」에 있다. 본 발명에서의 절연성 유기물층은, 예를 들면 전하 발생층과 그 양극측에 존재하는 전자 수송층의 사이에 삽입되는 것으로, 전하 발생층 속에 존재하는 강전자 수용성 물질과 전자 수송층을 구성하는 전자 수송성 유기물을 물리적으로 격리하여 양자의 상호작용(바꾸어 말하면, 강전자 수용성 물질의 분자 궤도와 전자 수송성 유기물의 분자 궤도의 겹침)을 회피함으로써, 전자 전하의 부드러운 이동을 가능하게 하는 것이며, 본 발명자는, 이에 따라 본 발명의 유기 EL 소자에서는, 불필요한 전위 소비가 저감되어, 소망의 양자 효율(전류 효율)을 얻을 수 있는 것을 발견하였다.
이러한 본 발명의 절연성 유기물층내의 전하의 이동(통과)은, 말할 것도 없이 터널 전류에 의한 것이다. 따라서, 절연성 유기물층의 비유전율은 낮으면 낮을수록 바람직하고, 5 이하인 것이 바람직하고, 4 이하인 것이 더 바람직하며, 또한 3 이하인 것이 더 바람직하고, 2 이하인 것이 더 바람직하다. 비유전율이 5 이하이면, 터널 전류가 전계 강도(V/cm)에 의존하기 때문에, 절연성 유기물층의 두께를 예를 들면 10옹스트롬 이상으로 할 수 있고, 전하 발생층 중의 강전자 수용성 물질과 전자 수송층 중의 전자 수송성 유기물의 물리적인 격리를 보다 확실하게 실현할 수 있다. 한편, 절연성 무기물은, 비유전율이 3이 넘는 것이 많아, 가열 증착 불가능한 것이 많다.
한편, 본 발명의 유기 EL 소자에서의 절연성 유기물층은, 절연성 유기물만으로 된 단일막이어도 좋고, 또한, 절연성 유기물과 전자 수송층에 이용되는 전자 수송성 유기물 및/또는 전하 발생층에 이용되는 강전자 수용성 물질을 포함한 혼합막 이어도 좋다.
본 발명에 의하면, 본 발명자가 종전에 제안, 개발해 온 멀티포톤 유기 EL 소자의 구조에 필수인 알칼리 금속 등의 환원성 물질(강전자 공여성 물질)의 사용을 회피하고, 따라서 제조 공정을 현격히 간소화하면서도, 종래와 대략 동등한 성능을 얻을 수 있는 유기 EL 소자를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명에 의하면, 종래의 멀티포톤 유기 EL 소자의 제작에 필수인, 알칼리 금속 등의 강전자 공여성 물질을 사용한 래디칼 음이온화 수단을 사용하지 않는 유기 EL 소자를 제공할 수 있다.
보다 구체적으로는, 본 발명에 의하면, 멀티포톤 유기 EL 소자의 전하 발생층과 그에 인접하는 층의 형성 공정이 현격히 간편하게 되어, 발광성 유기물을 켄칭하는 알칼리 금속 등의 강전자 공여성 물질을 사용하지 않고서도 발광층에 전자 전하와 홀 전하를 효율적으로 공급할 수 있기 때문에, 증착 챔버 수를 줄이는 것이 가능하게 되어, 제어가 곤란한 공정을 배제할 수 있다. 그 때문에, 본 발명의 유기 EL 소자는, 종래의 멀티포톤 유기 EL 소자와 비교하여, 현격히 저비용의 공정으로 제작할 수 있다.
[도 1] 본 발명의 유기 EL 소자의 전형적인 구성을 나타내는 개략 단면도이다.
[도 2] 실시예 1에서 제작한 본 발명의 유기 EL 소자를 평가하기 위한 시험 소자의 구조를 나타내는 개략 단면도이다.
[도 3] 비교예 1∼비교예 3 및 실시예 1에서 제작한 유기 EL 소자에 대해서, 전류 효율(cd/A)－전류 밀도(mA/cm2)를 플롯한 그래프이다.
[도 4] 비교예 2 및 실시예 1에서 제작한 유기 EL 소자에 대해서, 전압(V)－전류 밀도(mA/cm2)를 플롯한 그래프이다.
[도 5] 실시예 2 및 비교예 4에서 제작한 유기 EL 소자에 대해서, 전류 효율(cd/A)－전류 밀도(mA/cm2)를 플롯한 그래프이다.
[도 6] 실시예 2 및 비교예 4에서 제작한 유기 EL 소자에 대해서, 전압(V)－전류 밀도(mA/cm2)를 플롯한 그래프이다.
[도 7] 비교예 3 및 실시예에서 제작한 유기 EL 소자에 대해서, 전류 효율(cd/A)－전류 밀도(mA/cm2)를 플롯한 그래프이다.
본 발명의 유기 EL 소자는, 양극과, 음극과, 상기 양극과 상기 음극 사이에 위치하는, 발광층을 포함한 복수의 발광 유닛과, 상기 복수의 발광 유닛 사이에 위치하는 전하 발생층과, 상기 전하 발생층으로부터 상기 발광층에의 전하의 이동에 대한 장벽이 되는 부위에 형성된 절연성 유기물층을 가진다. 이하에, 이러한 본 발명의 유기 EL 소자의 바람직한 실시형태에 대하여 상세하게 설명한다. 한편, 이하의 설명에서는 중복하는 설명은 생략하는 경우가 있다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 유기 EL 소자(1)는, n개의 발광 유닛을 함축(n은 2 이상의 정수이다.), 예를 들면 유리 기판(2) 상에 순서대로 형성된, 양극(4)과, 제1의 발광 유닛(6－1)과, 제1의 절연성 유기물층(8－1)과, 제1의 전하 발생층(10－1)과, 제2의 발광 유닛(6－2)과, 제2의 절연성 유기물층(8－2)과, 제2의 전하 발생층(10－2)과, 제(n－1)의 절연성 유기물층(8－(n－1))과, 제(n－1)의 전하 발생층(10－(n－1))과, 제n의 발광 유닛(6－n)과, 음극(14)을 포함한 구조를 가지고 있다.
이와 같이, 본 발명의 유기 EL 소자는, 발광층을 구성하는 발광성 유기물을 켄칭하는 알칼리 금속 등의 강전자 공여성 물질을 일절 사용하지 않고, 또한, 발광층 속에 효율적으로 전자 전하를 공급하기 위해서, 저유전율의 절연성 유기물층이 전하 발생층과 발광층의 사이에 형성된 구성을 가지고 있다.
본 발명의 유기 EL 소자에서의 「절연성 유기물층」으로서는, 상술한 바와 같이, 비유전율이 낮은 절연성 유기물로 구성되어 있으면 좋고, 이러한 절연성 유기물로서는, 여러 가지 유기 화합물을 사용하는 것이 기대된다. 그 중에서도, 예를 들면, 하기 식：
[식 1]
Figure 112011085492486-pct00001
으로 표현되는 Ca(dpm)2(비스-디-피발로일-메타네이트-칼슘) 등의 β디케톤형 배위자를 가진 금속착체 등을 들 수 있다.
또한, 절연성 유기물층은, 예를 들면, 전자 전하가 이동하는 부위에 형성되는 경우는, 전자 전하의 수송에 대해서 절연성을 가진 층으로서 기능하는 것이면 좋고, 따라서, 홀 수송성 유기물로 형성된 홀 수송성 유기물층이더라도 좋다.
「음극」을 구성하는 재료로서는, 일반적으로는 일 함수가 작은 금속, 또한 그것들을 함유한 합금, 금속 산화물 등이 이용된다. 구체적으로는, Li 등의 알칼리 금속, Mg, Ca 등의 알칼리 토류 금속, Eu 등의 희토류 금속 등으로 이루어지는 금속 단체, 혹은, 이들 금속과 Al, Ag, In 등과의 합금 등을 들 수 있다.
또한, 음극과 유기층과의 계면에 금속 도핑된 유기층을 이용하는 구성(일본 공개특허공보 평10－270171호, 일본 공개특허공보 2001－102175호 참조)을 채용하는 경우에는, 음극은 도전성 재료이면, 그 일 함수 등의 성질은 특별히 제한되지는 않는다.
예를 들면 일본 공개특허공보 평11－233262호 및 일본 공개특허공보 2000－182774호에 개시된 기술을 사용하여, 음극에 접하는 유기층을 알칼리 금속 이온, 알칼리 토류 금속 이온 및 희토류 금속 이온의 적어도 1종을 함유하는 유기 금속착체 화합물에 의해 구성하는 경우에는, 상기 착체 화합물 중에 함유되는 금속 이온을 진공 중에서 금속으로 환원할 수 있는 금속, 예를 들면, Al, Zr, Ti, Si 등의(열환원성) 금속, 또는 이들 금속을 함유한 합금을 음극 재료로서 사용할 수도 있다. 이들 중에서, 특히, 배선 전극으로서 일반적으로 널리 사용되고 있는 알루미늄이 증착의 용이성, 광반사율의 높이, 화학적 안정성 등의 관점에서 바람직하다.
「양극」을 구성하는 재료로서는, 특별히 제한은 없고, 예를 들면, ITO(인듐·주석 산화물), IZO(인듐·아연 산화물) 등의 투명 도전재료를 사용할 수 있다.
예를 들면, 일본 공개특허공보 2002－332567호에 기재된 수법을 이용하여 ITO 성막을 유기막에 손상이 없도록 하는 스퍼터링법에 의해 행하는 경우는, 음극의 경우와 마찬가지로, 일본 공개특허공보 평10－270171호에 기재되어 있는 금속 도핑된 유기층을 전자 주입층에 이용하면, 상술한 ITO나 IZO 등의 투명 도전재료를 음극에 사용할 수도 있다.
따라서, 음극 및 양극의 양방을 투명하게 하여(유기막도 전하 발생층도 마찬가지로 투명하기 때문에) 투명한 발광소자를 만들 수도 있고, 일반적인 유기 EL 소자의 경우와는 반대로, 양극을 금속으로 구성하고 음극을 투명 전극으로 함으로써, 기판측에가 아니라 성막면측으로부터 빛을 내뿜기 시작하는 구조의 유기 EL 소자를 형성하는 것도 가능하다. 또한, 각층의 형성 순서에 관해서는, 반드시 양극의 형성(성막)부터 시작할 필요는 없고, 음극부터 형성을 시작해도 좋다.
본 발명에서의 「전하 발생층」으로서는, 상술한 바와 같이, 인접하는 층(예를 들면 홀 수송층)과의 계면에서, 전자 전하 및 홀 전하를 발생시키는 부위를 형성할 수 있는 층이면 좋다. 예를 들면, 전하 발생층을 강전자 수용성 물질(예를 들면 HATCN6)로 구성하고, 이 강전자 수용성 물질의 음극측에 인접하는 홀 수송층을 전자 공여성 물질(예를 들면 NPB)로 구성하면, 전압을 인가하면, 전하 발생층과 홀 수송층 사이의 계면에서, 전자 전하 및 홀 전하가 발생한다. 여기서는, 무전장시에서는, 전하 이동 착체는 형성되지 않는다.
본 발명에서의 「발광 유닛」은, 종래 공지의 유기 EL 소자와 마찬가지로, 여러 가지 구조를 채택할 수 있고, 예를 들면, 발광층과 홀 수송층 및/또는 전자 수송층의 조합으로 구성하면 좋고, 그 조합으로서도 여러 가지의 형태를 채용하는 것이 가능하다.
「발광층」으로서는, 종래의 유기 EL 소자에 이용되는 종래의 발광층이면 좋고, 발광층을 구성하는 발광재료에 대해서도, 특별히 제한은 없고, 각종의 형광 재료 또는 인광 재료 등의 공지의 임의의 것을 사용할 수 있다. 예를 들면, 하기 식:
[식 2]
Figure 112011085492486-pct00002
로 표현되는 트리스(8－퀴놀리노라토)알루미늄 착체(Alq3) 등을 들 수 있다.
「홀 수송층」은, 종래의 유기 EL 소자의 홀 수송층을 구성하는 홀 수송성 물질을 이용하여 형성하면 좋고, 특별히 제한은 없지만, 예를 들면 이온화 포텐셜이 5.7eV보다 작고, 홀 수송성 즉 전자 공여성을 가진 유기 화합물(전자 공여성 물질)을 들 수 있다. 일반적으로 전자 공여성을 가지는 유기 화합물이 용이하게 래디칼 양이온 상태가 되려면 이온화 포텐셜이 5.7eV보다 작은 것이 바람직하다.
예를 들면, 일반식(I)：
[식 3]
Figure 112011085492486-pct00003
(식(I) 중, Ar1, Ar2 및 Ar3는, 각각 독립하여 치환기를 가져도 좋은 방향족 탄화수소기를 나타낸다.)로 나타나는 아릴 아민 화합물인 것이 바람직하다. 그 중에서도, 4,4＇－비스[N－(2－나프틸)－N－페닐-아미노]비페닐(NPB)이 바람직하다.
또한, 「홀 수송층」에는, 상기 아릴 아민 화합물 이외에도, 종래로부터 유기 EL 소자의 홀 주입 재료로서 이용되어 온 프탈로시아닌 화합물을 포함한 안료계 유기 재료를 이용하여도 좋고, 전압 인가시에 전하가 발생할 수 있는 재료이면, 적절히 선택하여 사용할 수 있다.
「전자 수송층」은, 종래의 유기 EL 소자의 전자 수송층을 구성하는 전자 수송성 물질을 이용하여 형성하면 좋고, 특별히 제한은 없지만, 본 발명에서 사용하는 전자 수송성 물질은, 일반적으로 유기 EL 소자에 이용되는 전자 수송성 물질중에서도 비교적 깊은 HOMO(Highest Occupied Molecular Orbital) 준위를 가지는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 적어도 대체로 6.0eV 이상의 HOMO 준위를 가지는 전자 수송성 물질을 이용하는 것이 바람직하다. 이와 같이 HOMO 준위가 깊은 전자 수송성 물질을 사용하면, 전자 수송성 물질을 향하여 홀 전하가 이동하기 어렵고, 상술한 바와 같이, 전하 발생층 내에서 발생한 전자 전하가 홀 전하를 전기적으로 중화하는 경우 없이, 확실하게 발광 물질을 여기하여 발광시킬 수 있다.
또한, 본 발명에서 사용하는 전자 수송성 물질의 LUMO(Lowest Unoccupied Molecular Orbital) 준위는, 전하 발생층 내에 사용되는 (강)전자 수용성 물질의 LUMO 준위와 발광층을 구성하는 발광성 유기물의 LUMO 준위의 사이에 위치하는 것이 바람직하다. 강전자 수용성 물질의 LUMO 준위는, 물론 홀 수송성 물질의 HOMO 준위와 대략 동등한 위치에 있는 것이 많고, 일반적인 유기 화합물 반도체와 비교해도 깊은 위치에 있으며, 발광성 유기물의 LUMO 준위와의 차이가 크다. 따라서, 상기와 같이 전자 수송성 물질의 LUMO 준위가 전자 수용성 물질의 LUMO 준위와 발광성 유기물의 LUMO 준위의 사이에 있으면, 에너지적으로 전자 수송성 물질이 전자 수용성 물질과 발광성 유기물의 중개 역할을 담당하여, 전자 수용성 물질의 LUMO 준위에 존재하는 전자 전하를 발광성 유기물의 LUMO 준위로 이동시킬 때에, 불필요한 전위 소비를 경감할 수 있으므로, 고효율 발광이 보다 용이하게 된다.
한편, 전자 수송성 물질(유기물)로서는, 예를 들면, 케미프로 화성(주) 제품 KLET02 등을 이용할 수 있다. 한편, 케미프로 화성(주) 제품 전자 수송성 물질(유기물)의 물성치는 이하와 같다(케미프로 화성(주) 홈페이지에서. http://www.chemipro.co.jp/Yuki#EL/Products.html).
Figure 112011085492486-pct00004
무엇보다, 상기의 「전자 수송성 물질의 LUMO 준위가, 전하 발생층의 (강)전자 수용성 물질의 LUMO 준위와 발광층의 발광성 유기물의 LUMO 준위의 사이에 위치하는 것」은, 본 발명의 필수 구성 요건이 아니며, 전자 전하의 이동을 용이하게 하는 것은, 어디까지나 전하 발생층과 발광층의 사이(특히 전하 발생층과 전자 수송층의 사이)에 개재시키는 저유전율의 절연성 유기물층이다. 한편, 상기의 강전자 수용성 물질의 LUMO 준위 및 홀 수송성 물질의 HOMO 준위는, 예를 들면 일본 공표특허공보 2007－518220호에 기재되어 있다.
여기서, 상기 아릴 아민 화합물이나 안료계 유기 재료(전자 공여성 물질)는, 홀 수송성 유기물과 동등한 경우가 많아, 상기 아릴 아민 화합물이나 안료계 유기재료(전자 공여성 물질)로 된 홀 수송성 유기물로 구성되는 홀 수송층을 이용하는 경우, 전하 발생층은, 강전자 수용성 물질로 구성되어 있는 강전자 수용성 물질층이어도 좋다. 이 경우, 발광 유닛 중의 홀 수송층과 전하 발생층인 강전자 수용성 물질층의 사이의 계면에서, 전자 전하 및 홀 전하가 발생한다.
여기서, 본 발명에서의 강전자 수용성 물질층을 형성하는 강전자 수용성 물질로서는, 예를 들면, 하기 식：
[식 4]
Figure 112011085492486-pct00005
로 표시되는 헥사아자트리페닐렌 유도체(HATCN6) 등을 들 수 있다.
이상, 본 발명의 유기 EL 소자의 전형적인 적층 구조(단위)를 가지는 실시형태에 대하여 설명했지만, 본 발명은, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 여러 가지 설계 변경이 가능하고, 이들 설계 변경한 발명도 당연히 본 발명에 포함된다.
또한, 본 발명의 유기 EL 소자에서 절연성 유기물층에 전자 수송층이 인접하고 있는 경우, 절연성 유기물층에는, 전자 수송층을 구성하는 전자 수송성 유기물이 혼합되어 있어도 좋다. 즉, 본 발명의 유기 EL 소자는, 절연성 유기물층에 대신하여, 절연성 유기물·전자 수송성 물질 혼합층을 가지고 있어도 좋다.
또한, 본 발명의 유기 EL 소자에서 절연성 유기물층에 강전자 수용 물질층이 인접하고 있는 경우, 절연성 유기물층에는, 강전자 수용성 물질층을 구성하는 강전자 수용성 물질이 혼합되어 있어도 좋다. 즉, 본 발명의 유기 EL 소자는, 절연성 유기물층 대신에, 절연성 유기물·강전자 수용성 물질 혼합층을 가지고 있어도 좋다. 이러한 구성이더라도, 전자 수송성 물질과 강전자 수용성 물질의 바람직하지 않은 상호작용을 회피할 수 있는 경우가 있으며, 이것은 적절히 실험에 의해서 확인할 수 있다.
또한, 일반적으로, 발광층은, 호스트 재료와, 상기 호스트 재료중에 분산된 발광 물질로 구성되어 있는 경우가 많고, 또한, 상기 호스트 재료는, 전자 수송성 물질과 동일한 재료인 경우도 있다. 따라서, 본 발명의 유기 EL 소자에서 발광층에 전자 수송층이 인접하고 있는 경우, 발광층과 전자 수송층은, 동일한 재료를 이용하여 일체적으로 형성된 단일의 층으로 구성해도 좋다.
또한, 본 발명의 유기 EL 소자에서 발광층에 홀 수송층이 인접하고 있는 경우, 홀 수송성 물질이 발광하거나 발광층의 호스트 재료로서 기능하거나 하기도 하기 때문에, 이 경우는, 발광층과 홀 수송층을 일체적으로 형성된 단일의 층으로 구성해도 좋다. 또한 이 경우, 홀 수송층의 음극 가까이의 부위에만 발광 물질이 분산 혼합되어 있는 경우도 있다.
보다 구체적으로는, 본 발명의 유기 EL 소자는, 예를 들면 다음과 같은 적층 구조를 취할 수도 있다.
a) 양극
b) 홀 주입층(전하 발생층과 동일 물질로 구성되어 있어도 좋다)
c) 홀 수송층
d) 발광층
e) 전자 수송층
f) 절연성 유기물층
g) 전하 발생층
h) 상기 c)∼상기 g)의 반복
i) 음극
또한, 본 발명의 유기 EL 소자는, 하기의 적층 구조를 취하기도 한다.
a) 양극
b) 강전자 수용성 물질층
c) 홀 수송층
d) 발광층
e) 전자 수송층
f) 절연성 유기물층
g) 강전자 수용성 물질층
h) 상기 c)∼상기 g)의 반복
i) 음극
본 발명의 유기 EL 소자는, 하기와 같이, 상기 적층 구조에서, 강전자 수용성 물질과 홀 수송성 물질의 혼합층(강전자 수용성 물질：홀 수송성 물질)을 가지는 적층 구조를 가지고 있어도 좋다. 한편, 혼합층의 형성은 복수의 증착원을 동시에 가열하여 성막하는 수법-공증착-에 의해서 형성하는 것이 일반적이지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
a) 양극
b) 강전자 수용성 물질·홀 수송 물질 혼합층
c) 홀 수송층
d) 발광층
e) 전자 수송층
f) 절연성 유기물층
g) 강전자 수용성 물질·홀 수송 물질 혼합층
h) 상기 c)∼상기 g)의 반복
i) 음극
또한, 상기 적층 구조에 있어서, 전자 수송층과 절연성 유기물층이 인접하는 적층 구성 부분(「전자 수송층/절연성 유기물층」)을, 전자 수송층과 전자 수송성 유기물·절연성 유기물 혼합층이 인접하는 적층 구성 부분(「전자 수송층/전자 수송성 유기물·절연성 유기물 혼합층」)으로 변경해도 좋다. 즉, 전자 수송층을 구성하는 전자 수송성 유기물을, 절연성 유기물층에 혼합하여 사용해도 좋다.
또한, 또 상기 적층 구조에서, 전자 수송층과 절연성 유기물층이 인접하는 적층 구성 부분(「전자 수송층/절연성 유기물층」)을, 전자 수송층과 절연성 유기물·강전자 수용성 물질 혼합층이 인접하는 적층 구성 부분(「전자 수송층/절연성 유기물·강전자 수용성 물질 혼합층」)으로 변경해도 좋다. 즉, 강전자 수용성 물질층을 구성하는 강전자 수용성 물질을, 절연성 유기물층에 혼합하여 사용해도 좋다. 이러한 구성이더라도 전자 수송성 유기물과 강전자 수용성 물질의 바람직하지 않은 상호작용을 회피할 수 있는 경우가 있으며, 이들은 적절히 실험에 의해서 확인할 수 있다.
또한, 일반적으로, 발광층에서는, 발광 물질이 호스트 재료에 분산되어 존재하는 경우가 많고, 상기 호스트 재료는 전자 수송 물질과 동일한 경우도 있다. 따라서, 본 발명의 유기 EL 소자에서는, 발광층과 전자 수송층이 인접하는 적층 구성 부분은, 동일한 재료로 된 1층이어도 좋다.
상기 적층 구조의 홀 수송 재료가, 발광층을 구성하는 경우나, 발광층의 호스트 재료로서 기능하는 경우도 있으므로, 이러한 경우는, 「홀 수송층/발광층/전자 수송층」의 적층 구성 부위가, 「홀 수송층(발광층)/전자 수송층」의 적층 구성 부위로 변경되어도 좋다. 홀 수송층의 음극 가까이의 부위에만 발광 물질이 분산 혼합되고 있는 경우는, 「홀 수송층/발광층/전자 수송층」의 적층 구성 부위가, 「홀 수송층/홀 수송 재료·발광재료 혼합층/전자 수송층」의 적층 구성 부위로 변경되어도 좋다.
즉, 양극, 음극, 양극과 음극 사이에 위치하는, 발광층을 포함한 복수의 발광 유닛, 및 복수의 발광 유닛의 사이에 위치하는 전하 발생층을 포함한 유기 EL 소자에 있어서, 전하 발생층으로부터 발광층에의 전하의 이동에 대한 장벽이 되는 부위에 절연성 유기물층이 형성되어 있는 적층 구조를 포함한 유기 EL 소자는, 본 발명의 유기 EL 소자에 포함된다.
상기에서는, 본 발명의 유기 EL 소자의 기본 단위의 구조를 설명했지만, 본 발명의 유기 EL 소자는, 이들 기본 단위가 복수 적층된 구조를 가지고 있어도 좋다. 그리고, 상기와 같은 본 발명의 유기 EL 소자는, 진공 증착 장치를 이용하여 종래 공지의 방법으로 제조할 수 있다. 특히, 양극 및 음극 이외의 각층이 유기 화합물로 형성된 구성을 가진 유기 EL 소자를 얻는 경우에는, 공정이 번잡하게 되지 않고 간편하게 제조를 실시할 수 있다.
실시예
이하에, 실시예를 들어 본 발명을 더 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이들에 한정되는 것은 아니다.
[제조장치 및 조건 등]
유기 화합물층, 금속층 및 전하 발생층의 형성에는, (주)에이코 제품 진공 증착기를 사용했다. 각 층의 두께는, 촉침식 표면 형상 측정기(DEKTAK3030)를 이용하여 측정하고, 얻어진 유기 EL 소자의 특성 평가에는, 케이스레인스트루먼트(주) 제품 소스 미터 2400 및 탑콘(주) 제품 휘도계 BM－7을 사용했다. 또한, 유기 EL 소자의 양극을 ITO로 형성하고, 음극을 Al로 형성하며, 직류 전압을 0.1V/2초 또는 0.5V/2초의 비율로 단계적으로 인가하여, 전압 상승 1초 후의 휘도 및 전류치를 측정했다.
[제작한 유기 EL 소자의 구조]
본 실시예에서는, 도 2에 나타내는 적층 구조를 가지는 유기 EL 소자(10)을 제작했다. 즉, 유리 기판(22) 상에, 양극(24), 강전자 수용성 물질층(26), 홀 수송층(28), 발광층(30), 전자 수송층(32), 절연성 유기물층(34), 강전자 수용성 물질층(36) 및 음극(38)을, 이 차례로 형성(적층)한 구조를 가진 유기 EL 소자(10)를 제작했다.
이렇게 해서, 본 실시예에서는, 양극 및 음극에 각각 인접하는 층을, 동일한 강전자 수용성 물질에 의해서 형성했다. 이 구조에서는, 양극에 인접하는 강전자 수용성 물질층이, 그 음극측에 인접하는 홀 수송층으로부터 전자를 수용하여 상기 홀 수송층의 홀 수송성 물질을 래디칼 양이온화하고(홀 전하 발생), 반대로 강전자 수용성 물질층의 강전자 수용성 물질 스스로는 래디칼 음이온화한다. 그 한편, 음극에 접하는 강전자 수용성 물질층의 강전자 수용성 물질은, 음극으로부터 주입된 전자에 의해서 래디칼 음이온화한다.
a) 양극
b) 강전자 수용성 물질층
c) 홀 수송층
d) 발광층
e) 전자 수송층
f) 절연성 유기물층
g) 강전자 수용성 물질층
h) 음극
한편, 상기의 구성의 유기 EL 소자가 소망한 효율로 발광 가능하다고 하는 것이 실증되면, 예를 들면,
a) 양극
b) 강전자 수용성 물질층
c) 발광 유닛 홀 수송성층
발광층
전자 수송층
e) 절연성 유기물층
f) 전하 발생층 강전자 수용성 물질층
h) 상기 c)∼상기 f)의 반복
i) 음극
과 같이, 상기 유기 EL 소자의 기본 구조를 제작하는 공정을 반복하여, 상기에서 설명한 멀티포톤 유기 EL 소자와 동등한 성질을 가지는 유기 EL 소자를 얻을 수 있다. 따라서, 본 실시예에서는, 양극 및 음극에 각각 인접하는 층이 동일한 강전자 수용성 물질에 의해서 구성된 유기 EL 소자를 제작했다.
≪실시예 1≫
실시예 1의 유기 EL 소자로서, 이하의 층이 순서로 적층되고, 도 1에 나타내는 구조를 가지는 유기 EL 소자(1)를 제작했다. 각 층의 구성 재료 및 두께는 이하와 같다.
1) 양극
ITO(Indium Tin Oxide), 800옹스트롬
2) 강전자 수용성 물질층
HATCN6(헥사아자트리페닐렌 유도체), 200옹스트롬
3) 홀 수송층
NPB(4,4'－비스[N－(2－나프틸)－N－페닐-아미노]비페닐)
500옹스트롬
4) 발광층
Alq3(트리스(8－퀴놀리노라토)알루미늄 착체), 300옹스트롬
5) 전자 수송층
케미프로 화성(주) 제품 KLET02, 250옹스트롬
6) 절연성 유기물층
Ca(dpm)2(비스-디-피발로일-메타네이트-칼슘)
60옹스트롬
7) 강전자 수용성 물질층
HATCN6(헥사아자트리페닐렌 유도체), 200옹스트롬
8) 음극
알루미늄, 900옹스트롬
≪비교예 1≫
비교예 1의 유기 EL 소자로서, 유리 기판 상에 이하의 층이 순서대로 적층된 구성을 가진 유기 EL 소자를 제작했다.
1) 양극
ITO(Indium Tin Oxide), 800옹스트롬
2) 강전자 수용성 물질층
HATCN6(헥사아자트리페닐렌 유도체), 200옹스트롬
3) 홀 수송층
NPB(4,4'－비스[N－(2－나프틸)－N－페닐-아미노]비페닐)
500옹스트롬
4) 발광층
Alq3(트리스(8－퀴놀리노라토) 알루미늄 착체), 500옹스트롬
5) 강전자 수용성 물질층
HATCN6(헥사아자트리페닐렌 유도체), 200옹스트롬
6) 음극
알루미늄, 900옹스트롬
≪비교예 2≫
비교예 2의 유기 EL 소자로서, 유리 기판상에 이하의 층이 순서대로 적층된 구성을 가진 유기 EL 소자를 제작했다.
1) 양극
ITO(Indium Tin Oxide), 800옹스트롬
2) 강전자 수용성 물질층
HATCN6(헥사아자트리페닐렌 유도체), 200옹스트롬
3) 홀 수송층
NPB(4,4'－비스[N－(2－나프틸)－N－페닐-아미노]비페닐)
500옹스트롬
4) 발광층
Alq3(트리스(8－퀴놀리노라토)알루미늄 착체), 300옹스트롬
5) 전자 수송층
케미프로 화성(주) 제품 KLET02, 250옹스트롬
6) 음극
알루미늄, 900옹스트롬
≪비교예 3≫
비교예 3의 유기 EL 소자로서, 유리 기판상에 이하의 층이 순서대로 적층된 구성을 가진 유기 EL 소자(알칼리 금속 화합물과 열환원성 금속을 사용하는 종래형의 표준 소자)를 제작했다.
1) 양극
ITO(Indium Tin Oxide), 800옹스트롬
2) 강전자 수용성 물질층
HATCN6(헥사아자트리페닐렌 유도체), 200옹스트롬
3) 홀 수송층
NPB(4,4'－비스[N－(2－나프틸)－N－페닐-아미노]비페닐)
500옹스트롬
4) 발광층
Alq3(트리스(8－퀴놀리노라토)알루미늄 착체), 300옹스트롬
5) 전자 수송층
케미프로 화성(주) 제품 KLET02, 400옹스트롬
6) 알칼리 금속 화합물층
LiF(불화리튬), 10옹스트롬
7) 음극 알루미늄, 900옹스트롬
[평가]
실시예 1 및 비교예 1∼비교예 3에서 제작한 유기 EL 소자에서, 양극과 음극의 사이에 직류 전압을 인가하고, 발광층으로부터의 녹색 발광의 여러 특성을 측정했다. 여기서, 도 3에, 전류 효율(cd/A)－전류 밀도(mA/cm2)를 플롯한 그래프를 나타내고, 도 4에, 전압(V)－전류 밀도(mA/cm2)를 플롯한 그래프를 나타냈다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 비교예 1의 유기 EL 소자의 경우, 발광층 중에는 홀 전하만이 공급되고 있으며 전혀 발광하지 않았다. 또한, 비교예 2의 유기 EL 소자의 경우, 6.0eV이상의 깊은 HOMO 준위를 가지는 전자 수송성 물질(KLET02)을 전자 수송층에 이용하는 것에 의해, 일응의 발광이 보였지만, 비교예 3의 알칼리 금속 화합물과 열환원성 금속을 이용한 종래형 표준 소자와 비교해서 대략 1/2 정도의 전류 효율 밖에 얻을 수 없었다.
또한, 실시예 1의 유기 EL 소자는, 알칼리 금속에 의해서 전자 전하를 발생시키지 않아도, 절연성 유기물인 Ca(dpm)2가 존재함으로써, 높은 전류 효율을 얻을 수 있고, 비교예 2의 유기 EL 소자에 비해서도 현격히 저전압으로 구동하는 것을 알 수 있었다.
≪실시예 2≫
실시예 2의 유기 EL 소자로서 유리 기판상에 이하의 층이 순서대로 적층된 구성을 가진 유기 EL 소자를 제작했다.
1) 양극
ITO(Indium Tin Oxide), 800옹스트롬
2) 강전자 수용성 물질층
HATCN6(헥사아자트리페닐렌 유도체), 200옹스트롬
3) 홀 수송층
NPB(4,4'－비스[N－(2－나프틸)－N－페닐-아미노]비페닐)
500옹스트롬
4) 발광층
Alq3(트리스(8－퀴놀리노라토) 알루미늄 착체), 200옹스트롬
5) 전자 수송층
케미프로 화성(주) 제품 KLET02, 250옹스트롬
6) 절연성 유기물층(홀 수송성 유기물층, 전자 수송 부위에서의 절연층으로서 기능하는 층)
NPB(4,4'－비스[N－(2－나프틸)－N－페닐-아미노]비페닐)
60옹스트롬
7) 강전자 수용성 물질층
HATCN6(헥사아자트리페닐렌 유도체), 50옹스트롬
8) 음극
알루미늄, 900옹스트롬
≪비교예 4≫
비교예 4의 유기 EL 소자로서, 유리 기판상에 이하의 층이 순서대로 적층된 구성을 가진 유기 EL 소자를 제작했다. 즉, 실시예 2에서, 6)의 절연성 유기물층이 없는 유기 EL 소자를 제작했다.
1) 양극
ITO(Indium Tin Oxide), 800옹스트롬
2) 강전자 수용성 물질층
HATCN6(헥사아자트리페닐렌 유도체), 200옹스트롬
3) 홀 수송층
NPB(4,4'－비스[N－(2－나프틸)－N－페닐-아미노]비페닐)
500옹스트롬
4) 발광층
Alq3(트리스(8－퀴놀리노라토) 알루미늄 착체), 200옹스트롬
5) 전자 수송층
케미프로 화성(주) 제품 KLET02, 250옹스트롬
6) 강전자 수용성 물질층
HATCN6(헥사아자트리페닐렌 유도체), 50옹스트롬
7) 음극
알루미늄, 900옹스트롬
[평가]
실시예 2 및 비교예 4에서 제작한 유기 EL 소자에서, 양극과 음극 사이에 직류 전압을 인가하여, 발광층(Alq)으로부터의 녹색 발광의 여러 특성을 측정했다. 여기서, 도 5에, 전류 효율(cd/A)－전류 밀도(mA/cm2)를 플롯한 그래프를 나타내고, 도 6에, 전압(V)－전류 밀도(mA/cm2)를 플롯한 그래프를 나타냈다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 비교예 4의 유기 EL 소자의 경우, 일응의 발광이 보였지만, 실시예 2의 유기 EL 소자에 비해, 현저하게 낮은 전류 효율 밖에 얻을 수 없었다. 또한, 실시예 2의 유기 EL 소자는, 실시예 1의 유기 EL 소자와 마찬가지로, 현격히 저전압으로 구동하는 것을 알 수 있었다.
≪실시예 3≫
실시예 3의 유기 EL 소자로서, 유리 기판 상에 이하의 층이 순서대로 적층되어, 2개의 발광층, 즉 2개의 발광 유닛을 가지는 유기 EL 소자를 제작했다.
1) 양극
ITO(Indium Tin Oxide), 800옹스트롬
2) 강전자 수용성 물질층
HATCN6(헥사아자트리페닐렌 유도체), 200옹스트롬
3) 제1 발광 유닛의 홀 수송층
NPB(4,4'－비스[N－(2－나프틸)－N－페닐-아미노]비페닐)
500옹스트롬
4) 제1 발광 유닛의 발광층
Alq3(트리스(8－퀴놀리노라토) 알루미늄 착체), 200옹스트롬
5) 제1 발광 유닛의 전자 수송층
케미프로 화성(주) 제품 KLET02, 250옹스트롬
6) 절연성 유기물층(홀 수송성 유기물층, 전자 수송 부위에서 절연층으로서 기능하는 층)
NPB(4,4'－비스[N－(2－나프틸)－N－페닐-아미노]비페닐)
60옹스트롬
7) 전하 발생층인 강전자 수용성 물질층
HATCN6(헥사아자트리페닐렌 유도체), 50옹스트롬
8) 제2 발광 유닛의 홀 수송성 유기물층(1)
CuPc(구리프탈로시아닌)층, 100옹스트롬
9) 제2 발광 유닛의 홀 수송성 유기물층(2)
NPB(4,4'－비스[N－(2－나프틸)－N－페닐-아미노]비페닐)
600옹스트롬
10) 제2 발광 유닛의 발광층
Alq3(트리스(8－퀴놀리노라토) 알루미늄 착체), 750옹스트롬
11) 전자 주입층으로서의 알칼리 금속 화합물층
LiF(불화 리튬), 10옹스트롬
12) 음극
알루미늄, 900옹스트롬
[평가]
실시예 3에서 제작한 유기 EL 소자에서, 양극과 음극 사이에 직류 전압을 인가하여, 발광층(Alq)으로부터의 녹색 발광의 여러 특성을 측정했다. 여기서, 도 7에, 전류 효율(cd/A)－전류 밀도(mA/cm2)를 플롯한 그래프를 나타냈다. 도 7에 나타낸 바와 같이, 실시예 3의 2개의 발광층(발광 유닛)을 가지는 본 발명의 유기 EL 소자가, 종래형 표준 소자로서 제작한 비교예 3의 유기 EL 소자와 비교해서 대략 2배의 전류 효율을 얻을 수 있는 것을 알 수 있었다.
본 발명의 유기 EL 소자는, 낮은 에너지 소비인 것이 요구되는 각종 광원 및 화상 표시장치 등, 광(光) 발생을 필요로 하는 광범위한 제품 분야에서 사용 가능하다.

Claims (6)

  1. 양극과,
    음극과,
    상기 양극과 상기 음극 사이에 위치하는, 발광층을 포함한 복수의 발광 유닛과,
    상기 복수의 발광 유닛의 사이에 위치하는 전하 발생층을 포함한 탠덤형 유기 전계발광 소자로서,
    상기 전하 발생층으로부터 상기 발광층에의 전하의 이동에 대한 장벽이 되는 부위에 절연성 유기물층이 형성되어 있으되, 상기 절연성 유기물층은, 유기 금속착체로 구성되어 있으며, 상기 유기 금속착체의 배위자가 β디케톤형인 것을 특징으로 하는 탠덤형 유기 전계발광 소자.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 절연성 유기물층이, 상기 전하 발생층에서 발생한 전자 전하의 상기 발광층에의 이동에 대한 장벽이 되는 부위에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 탠덤형 유기 전계발광 소자.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 절연성 유기물층이, 전자 전하에 대한 절연성을 가진 홀 수송성 유기물인 것을 특징으로 하는 탠덤형 유기 전계발광 소자.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 절연성 유기물층의 비유전율이 5 이하인 것을 특징으로 하는 탠덤형 유기 전계발광 소자.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 절연성 유기물층과 상기 발광층의 사이에 홀 블록성을 가진 전자 수송층을 포함하는 것을 특징으로 하는 탠덤형 유기 전계발광 소자.
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