KR20040014353A

KR20040014353A - 유기 전계발광 소자

Info

Publication number: KR20040014353A
Application number: KR1020030054925A
Authority: KR
Inventors: 츠츠이테츠오
Original assignee: 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼
Priority date: 2002-08-09
Filing date: 2003-08-08
Publication date: 2004-02-14
Also published as: TW200409563A; EP2065950B1; EP1388904A2; US8339036B2; CN1474633A; TWI272874B; CN101442108A; EP1388904A3; US20040027059A1; US20120193616A1; EP1388904B1; EP2065950A2; KR101065597B1; US8154193B2; US20150137100A1; EP2065950A3; US9209419B2; DE60327024D1; KR101215280B1; CN100459207C

Abstract

본 발명의 유기 EL 소자는, 그 구성에 신규 개념을 도입함으로써, 효율의 증대와, 높은 신뢰성 및 양호한 수율을 달성한다. 전계 발광을 초래할 수 있는 유기 재료를 포함하는 전계 발광막을 제 1 전극 및 제 2 전극 사이에 설치한 유기 EL 소자에 있어서, 전계 발광막 중에 플로팅 전극인 전하 발생층이 매립되고, 또한, 제 1 전극과 전계 발광막 사이, 및 제 2 전극과 전계 발광막 사이에 각각 절연층을 설치하며, 상기 유기 전계발광 소자는 교류 바이어스에 의해 구동된다.

Description

유기 전계발광 소자{Organic electroluminescent device}

본 발명은 전계를 가하면 광을 발하는 유기 화합물 층을 갖는 유기 전계발광(electroluminescent) 소자에 관한 것이다. 본 발명은 특히, 교류 바이어스를 사용하여 광을 발하는 유기 전계발광 소자에 관한 것이다.

무기 화합물과 비교하여, 유기 화합물은 재료 시스템이 다양하고, 적합한 분자 설계를 통해 여러가지 기능을 갖는 재료를 합성할 수 있는 가능성이 있다. 또한, 유기 화합물로 제조된 것들은 유연성이 있고, 또한 고분자화에 의해 가공성도 뛰어나다는 특징을 갖는다. 이러한 장점들을 감안하여, 최근에는 기능성 유기 재료를 사용한 포토닉스(photonics)나 일렉트로닉스 기술이 주목되고 있다.

유기 재료의 광 물성을 이용한 포토닉스 기술은 현재의 산업 기술에서 이미 중요한 역할을 하고 있다. 예를 들면, 포토레지스트 등의 감광 재료는 반도체의 미세 가공에 사용되는 포토리소그래피 기술에 있어서 필수적인 재료이다. 더우기, 유기 화합물 자체는, 광의 흡수 및 그것에 수반되는 발광(형광이나 인광)의 성질을 갖고 있기 때문에, 레이저 색소(pigments) 등의 발광 재료에 매우 적합하다.

한편, 유기 화합물은 그 자체가 캐리어를 갖지 않기 때문에, 본질적으로 우수한 절연성을 갖는다. 따라서, 유기 재료의 전기 물성을 이용한 일렉트로닉스 기술에 관해서, 대부분의 유기 화합물은 종래에는, 절연 재료, 보호 재료, 또는 피복 재료와 같은 절연체로서 사용되어 왔다.

그러나, 본질적으로 절연체인 유기 재료에 대량의 전류를 흘리는 수단이 존재한다. 이 수단은 일렉트로닉스 분야에서 지속적으로 실용되고 있다. 이 수단은 크게 구분하여 2가지 카테고리로 나누어진다.

그 중의 하나는 도전성 고분자(conductive polymers)로 대표되는 바와 같이, π공역계 유기 화합물에 억셉터(acceptor: 전자 수용체) 또는 도너(doner: 전자 공급체)를 도핑(dope)하여 상기 π공역계 유기 화합물에 캐리어를 갖게 하는 수단이다(참조문헌 1: Hideki Shirakawa, Edwin J. Louis, Alan G. MacDiarmid, Chwan K. Chiang, and Alan J. Heeger, “Synthesis of Electrically Conducting Organic Polymers: Halogen Derivatives of Polyacetyrene, (CH)_x", Chem. Comm., 1977, 16, 578-580). 도핑 량을 늘림으로써 캐리어가 어느 정도의 영역까지 증가해가기 때문에, 암(暗) 도전율(dark conductivity)도 그에 따라 상승하여, 많은 양의 전류가 유기 재료에 흐르게 된다.

이와 같이, 암 도전율을 향상시키기 위해 억셉터 또는 도너를 도핑함으로써 유기 재료에 전류를 흘리는 수단의 일부는, 이미 일렉트로닉스 분야, 예를 들면, 폴리아닐린이나 폴리아센을 사용한 충전가능한 이차 전지나, 폴리피롤을 사용한 전계 콘덴서 등에 적용되고 있다.

유기 재료에 대량의 전류를 흘리는 다른 수단은 SCLC(Space Charge LimitedCurrent; 공간 전하 제한 전류)를 이용하는 것이다. SCLC란 외부로부터 공간 전하를 주입하여 이동시킴으로써 흐르기 시작하는 전류이다. 상기 SCLC의 전류 밀도는 차일드 법칙(Child's law), 즉 하기 식 1로 나타난다. 이 식에서, J는 전류 밀도이고, ε는 비유전율(relative permitivity)이며, ε₀는 진공 유전율이고, μ은 캐리어 이동도이며, V는 전압이고, d는 전압 V 가 인가되는 간격이다.

J = 9/8·εε_Oμ·V²/d³

상기 SCLC 를 표현하는 식 1은, SCLC가 흐를 때 발생하는 캐리어 트랩(carrier-trap)을 전혀 가정하지 않고 있음에 주목해야 한다. 캐리어 트랩에 의해 제한되는 전류는 TCLC(Trap Charge Limited Current)라고 지칭되고, 이는 전압의 거듭제곱에 비례한다. SCLC 및 TCLC 의 속도는 벌크로 정해지기 때문에 이하에서 SCLC 는 TCLC 와 동일하게 취급된다.

여기서, 대비를 위해서, 오옴(ohm) 전류가 오옴의 법칙에 따라 흐를 때의 전류 밀도를 하기 식 2에 나타낸다. σ는 도전율(conductivity)이고, E는 전계 강도이다.

J = σE = σ·V/d

식 2 에서 도전율(σ)은 σ= neμ(여기서, n은 캐리어 밀도이며, e는 전하임)로 표시되기 때문에, 캐리어 밀도는 흐르는 전류량의 지배 인자에 포함된다.따라서, 어느 정도의 캐리어 이동도를 갖는 유기 재료에 대하여, 앞서 언급한 바와 같은 도핑에 의한 캐리어 밀도의 증대를 도모하지 않는 한, 통상 캐리어가 거의 존재하지 않는 유기 재료에는 오옴 전류가 흐르지 않는다.

그런데, 식 1에서 알 수 있는 바와 같이, SCLC를 결정하는 인자는 유전율, 캐리어 이동도, 전압, 및 전압이 인가되는 간격이고, 캐리어 밀도는 관계없다. 즉, 캐리어를 가지지 않는 절연체인 유기 재료라도, 전압이 인가되는 간격(d)을 충분히 작게 하고, 캐리어 이동도(μ)가 큰 재료를 사용하므로써, 외부로부터 캐리어를 주입하여 전류를 흘릴 수 있다.

이 수단을 사용한 경우, 유기 재료내의 전류량은 통상의 반도체의 전류량과 같거나 그 이상이다. 따라서, 캐리어 이동도(μ)가 큰 유기 재료, 즉 잠재적으로 캐리어를 수송할 수 있는 유기 재료는 "유기 반도체"라고 지칭할 수 있다.

그런데, 이러한 SCLC를 이용하는 유기 반도체 소자 중에서도 기능성 유기 재료의 광 물성(photonics) 및 전기 물성(electrical qualities) 양쪽을 이용하는 포토일렉트로닉스 디바이스로서, 유기 전계발광 소자(이하, 유기 EL 소자라고 함)가 최근 놀라운 발전을 보이고 있다.

유기 EL 소자의 가장 기본적인 구조는 1987년에 C. W. Tang 등에 의해서 보고되어 있다 (참조문헌 2: C. W. Tang and S. A. Vanslyke, "Organic electroluminescent diodes", Applied Physics Letters, Vol. 51, No. 12, 913-915(1987)).

참조문헌 2에 보고되어 있는 소자는 홀(hole: 정공) 수송성의 유기 화합물과전자 수송성의 유기 화합물을 적층시켜 형성된 합계 약 100 nm 정도 두께의 유기 박막을 전극 사이에 개재한 다이오드 소자의 일종이다. 전자 수송성의 화합물로는 발광성 재료(형광 재료)를 사용하고 있다. 이러한 소자에 전압을 인가함으로써, 발광 다이오드처럼 외부로 발광을 취출(extract)할 수 있다.

상기 발광 기구는 다음과 같을 것으로 생각된다. 전극사이에 개재된 유기 박막에 전압을 가함으로써, 전극으로부터 주입된 홀 및 전자가 유기 박막 중에서 재결합하여 여기(excited) 상태의 분자(이하, "분자 여기자(molecular exciton)"라고 기재한다)를 형성하고, 이후 상기 분자 여기자(勵起子)가 그 기저(base) 상태로 되돌아갈 때에 광이 방출된다.

주목할 것은, 유기 화합물에 의해 형성된 1중항 및 3중항 여기자(singlet and triplet excitons)가 사용될 수 있다는 것이다. 기저 상태가 보통 1중항 상태이므로, 1중항 여기 상태로부터의 발광(light emission)은 형광(fluorescent light)이라고 불리며, 3중항 여기 상태로부터의 발광은 인광(phosphorescent)이라고 불린다. 본 명세서 중에서는 어느쪽 여기 상태로부터의 발광을 기술할 것이다.

이러한 유기 EL 소자에 있어서, 유기 박막은 통상 100 내지 200 nm 정도의 박막으로 형성된다. 또한, 유기 EL 소자는 유기 박막 그 자체가 광을 방출하는 자발 발광형의 소자이기 때문에, 종래의 액정 디스플레이에 사용되고 있는 백라이트도 필요없다. 따라서, 유기 EL 소자는 극히 박형의 경량으로 제작될 수 있다는 큰 장점을 갖는다.

또한, 예를 들면 100 내지 200 nm 두께의 유기 박막에 있어서, 캐리어를 주입하고 나서 재결합에 도달하기까지의 시간은 유기 박막의 캐리어 이동도를 생각하면 수십 나노초 정도이다. 캐리어의 재결합으로부터 발광까지의 과정을 포함하더라도, 마이크로초(백만분의 1초) 오더 이내로 발광에 도달한다. 따라서, 응답 속도가 매우 빠른 것도 유기 박막의 장점에 포함될 수 있다.

이와 같은 박형 경량, 및 고속 응답성 등의 특성으로부터, 유기 EL 소자는 차세대 플랫 패널 디스플레이 소자로서 주목되고 있다. 또한, 자발 발광 특성으로 인한 고도의 시인성(visibility) 및 넓은 시야각을 갖기 때문에, 유기 EL 소자는 휴대 기기의 표시 화면에 사용될 것으로 기대된다.

유기 EL 소자는 유기 반도체에 SCLC를 흘리는 것을 이용한 디바이스이지만, SCLC은 그 유기 반도체의 기능 열화를 촉진시킨다. 유기 EL 소자에서는, 초기 휘도에 거의 반비례하는, 즉 전류 유동 양에 반비례하는 형태로 소자 수명(발광 휘도의 반감기)이 나빠지는 것으로 알려져 있다(참조문헌 3: 사토 요시하루, "일본 응용 물리학회/유기 분자 일렉트로닉스 및 바이오일렉트로닉스 분과회 회지", Vo1. 11, No. 1,(2000), 86-99).

전술한 내용을 감안하면, 전류 효율(전류에 따라 발생하는 휘도)을 향상시킴으로써, 어떤 휘도를 달성하기에 필요한 전류량을 작게 할 수 있기 때문에, 상술한 열화도 줄어들 수 있다. 따라서, 소비 전력의 관점은 물론, 소자 수명의 관점에서도, 전류 효율은 유기 소자에 있어서 중요한 요소이다.

그러나, 유기 EL 소자는 그 전류 효율에 대해서 문제를 안고 있다. 앞서 언급한 바와 같이, 유기 EL 소자의 발광 기구는 주입된 홀과 전자가 재결합함으로써광으로 변환된다. 따라서 이론적으로는 한 개의 홀과 한 개의 전자의 재결합으로부터, 최대 한 개의 광자(photon)를 취출할 수 있게 되고, 복수의 광자를 취출할 수는 없다. 결국, 내부 양자 효율(주입된 캐리어의 수에 대하여 방출되는 광자의 수)은 최대 1이다.

그러나 현실적으로는 내부 양자 효율을 1 에 근접시키는 것조차 곤란하다. 예를 들면 발광체로서 형광 재료를 사용한 유기 EL 소자의 경우, 1중항 여기 상태(S^*)와 3중항 여기 상태(T^*)의 통계적인 생성 비율이 S^*:T^*=1:3이라고 생각되기 때문에, 내부 양자 효율의 이론적 한계는 0.25가 된다(참조문헌 4: 츠츠이 테츠오, "일본 응용 물리학회, 유기 분자 일렉트로닉스 및 바이오일렉트로닉스 분과회, 제 3 회 세미나 텍스트북」, (1993) P. 31). 또한, 형광 재료로부터의 형광 양자 수율(Φ_f) 이 1이 아닌 한, 내부 양자 효율은 0.25 보다도 더 내려간다.

최근에는, 3중항 여기 상태로부터의 발광으로부터 얻어진 인광 재료를 사용하므로써, 내부 양자 효율의 이론적 한계를 0.75 내지 1 에 근접시키려는 시도가 이루어지고 있다. 실제로 형광 재료를 넘는 효율이 달성되고 있다. 그러나, 인광 양자 효율(Φ_p)이 높은 인광 재료를 사용해야 하기 때문에, 재료의 선택 폭이 불가피하게 한정된다. 이는 실온에서 인광을 방출할 수 있는 유기 화합물이 극히 드물기 때문이다.

그래서, 디바이스의 전류 효율이 나쁜 것을 극복하는 방법으로서, 최근, 전하 발생층의 개념이 보고되었다(참조문헌 5: M. Herrmann, Junji KIDO, 제 49 회일본 응용 물리학회 관계 연합강연회 강연 예고집(2002.3), p.1308, 27p-YL-3).

전하 발생층의 개념은 도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같이 설명된다. 도 7a 및 도 7b는 양극, 제 1 전계 발광층, 전하 발생층, 제 2 전계 발광층, 및 음극을 순차로 적층하여 형성된 참조문헌 5에 개시된 유기 EL 소자의 모식도이다. 또, 전계 발광층(이하, "EL 층"이라 함)은 전계 발광 가능하거나, 혹은 캐리어 주입에 의해 발광 가능한 유기 화합물을 포함하는 층이다. 또한, 전하 발생층은 외부 회로와 접속되어 있지 않고, 플로팅(floating) 전극으로서 작용한다.

이러한 유기 EL 소자에 있어서, 양극과 음극 사이 영역에 전압(V)을 인가하면, 전하 발생층으로부터 제 1 EL 층에 대해서 전자가 주입되고, 전하 발생층으로부터 제 2 EL 층에 대해서 홀이 각각 주입된다. 외부 회로에서 보면, 양극에서 음극을 향하여 홀이 흐르고, 음극으로부터 양극을 향하여 전자가 흐르고 있다(도 6a). 전하 발생층으로부터 전자와 홀 양자가 역방향으로 흘러나올 수도 있으므로(도 6b), 제 1 EL 층 및 제 2 EL 층의 양쪽에서 캐리어의 재결합이 일어나고, 발광이 이루어진다. 이 경우, 전류(I)가 흐르고 있다고 하면, 제 1 EL 층 및 제 2 EL 층 모두, 전류(I) 양에 대응하는 만큼의 광자를 방출할 수 있다. 따라서, 단일 층만을 갖는 유기 EL 소자와 비교하여, 동일한 전류로 두배의 양의 광을 방출할 수 있다는 이점이 있다. (그러나, 전압은 그 만큼, 단일 층만을 갖는 유기 EL 소자와 비교하여 두배 이상 필요하게 된다).

이러한 전하 발생층을 도입한 유기 EL 소자에서는 다수의 EL 층을 적층함으로써, 전류 효율이 현저히 향상될 수 있다. (그러나, 구조적으로 그만큼 몇 배의 전압이 필요하게 된다). 따라서, 이론상에 있어서, 전류 효율의 향상은 물론이며, 소자 수명에 대해서도 큰 향상이 기대될 수 있다.

그러나, 전하 발생층을 사용하여 보다 전류 효율을 향상시키고자 하면, 다수의 EL 층을 적층해야 하고 작업이 번잡해진다. 따라서, 부분적으로 핀홀(pinhole)과 같은 결함이 생길 가능성이 높아진다. 따라서, 소자간 격차나, 소자의 단락 등과 같은 다른 결함이 생기기 쉽다. 즉, 전류 효율이 향상함으로써 소자의 본질적인 신뢰성은 향상되지만, 소자의 수율에 문제가 생겨난다.

도 1은 본 발명의 기본적 구성을 도시하는 도면.

도 2는 본 발명의 기본적 구성을 도시하는 도면.

도 3은 본 발명의 유기 EL 소자를 도시하는 도면.

도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 동작 원리를 도시하는 도면.

도 5는 본 발명의 유기 EL 소자를 도시하는 도면.

도 6a 내지 도 6c는 바이폴라성 전하 발생층의 구성예를 도시하는 도면.

도 7a 및 도 7b는 종래의 전하 발생층을 채용한 유기 EL 소자를 도시하는 도면.

도 8은 실시예 4에서의 전압과 휘도 관계를 나타내는 도면.

도 9는 실시예 4에서의 교류 구동 특성을 나타내는 도면.

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

101 : 제 1 전극102 : 제 2 전극

103 : 전계발광 막104, 601 : 바이폴라성 캐리어 발생층

105a, 105b : 절연층602 : 도전막

603 : 진성 반도체605 : 전자 주입 영역

610, 611 : 전계 발광층

본 발명자는 예의 검토를 거듭한 결과, 전하 발생층을 사용한 유기 EL 소자를 개선함으로써, 상기 과제를 해결할 수 있는 수단을 고안하였다(본 발명자는 전하 발생층을 바이폴라성 캐리어 발생층으로 지칭한다). 그 기본적인 구성을 도 1에 도시한다.

도 1은 제 1 전극(101) 및 제 2 전극(102) 사이에 전계 발광막(103)을 설치한 유기 EL 소자이다. 상기 전계 발광막(103)은 전계 발광을 초래할 수 있는 유기 화합물을 포함한다. 본 유기 EL 소자에서는, 전계 발광막(103)중에 플로팅 전극인 전하 발생층(104)이 매립되고, 상기 제 1 전극(101)과 상기 전계 발광막(103) 사이에 절연층(105a)(제 1 절연층)이 형성된다. 또한, 상기 제 2 전극(102)과 상기 전계 발광막(103) 사이에는 다른 절연층(105b)(제 2 절연층)이 형성된다. 도 1의 경우는, 바이폴라성 캐리어 발생층(104)이 단일 층으로만 제공된다. 따라서, 전계 발광막(103)은 바이폴라성 캐리어 발생층(104)에 의해 제 1 전계 발광층(103-1)과 제 2 전계 발광층(103-2)으로 분할되어 있으며, 전계 발광막(103) 전체는 절연층(105a)과 절연층(105b) 사이에 개재되어 있는 구조이다.

또한, 도 1에 도시한 유기 EL 소자는 바이폴라성 캐리어 발생층(104)을 1층만 설치하고 있지만, 2층 이상 설치해도 된다. 예를 들면, 도 2에 도시한 바와 같이, 유기 EL 소자는 전계 발광층(103-1 내지 103-n)과 바이폴라성 캐리어 발생층(104-1 내지 104-m)(단, m은 1이상의 정수, 또한, n = m+1)을 교대로 설치한 구조라도 좋다.

이 때, 도 1 및 도 2에 도시한 소자는 상기 절연층들이 상기 제 1 및 제 2 전극으로부터의 캐리어 주입을 각각 방지하기에 충분히 두껍도록 설계될 수 있다. 이 경우, 유기 EL 소자는 캐리어가 바이폴라성 캐리어 발생층으로부터만 주입됨에 따라 교류 구동에 의해 활성화된다. 이 경우, 따라서, 소자의 단락이 매우 효과적으로 방지될 수 있고 수율 및 구동 안정성이 우수한 소자를 제공할 수 있다.

따라서, 본 발명의 제 1 특징에서, 제 1 전극과, 제 2 전극, 및 전계 발광 가능한 유기 화합물을 포함하고 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극 사이에 설치되는 전계 발광막을 구비하는 유기 전계발광 소자는, 상기 전계 발광막 중에 매립되는 플로팅 전극인 바이폴라성 캐리어 발생층과, 상기 제 1 전극과 상기 전계 발광막 사이에 설치되어 상기 제 1 전극으로부터 상기 전계 발광막으로의 캐리어 주입을 방지하는 절연층, 및 상기 제 2 전극과 상기 전계 발광막 사이에 설치되어 상기 제 2 전극으로부터 상기 전계 발광막으로의 캐리어 주입을 방지하는 절연층을 포함한다.

본 발명의 제 2 특징에서, 전계 발광 가능한 유기 화합물을 포함하고 제 1 전극 및 제 2 전극 사이에 설치되는 전계 발광막을 구비한 유기 전계발광 소자는, 상기 전계 발광막 중에 매립되는 플로팅 전극인 바이폴라성 캐리어 발생층과, 상기 제 1 전극과 상기 전계 발광막 사이의 절연층, 및 상기 제 2 전극과 상기 전계 발광막 사이의 절연층을 포함하며, 상기 유기 전계발광 소자는 교류 바이어스에 의해 구동된다.

또한, 유기 전계발광 소자가 교류 바이어스에 의해 구동되는 것을 고려하면, 전계 발광막은 바이폴라성 층을 포함하는 것이 바람직하다. 그와 달리, 전계 발광막이 전자 수송성 유기 화합물과 홀 수송성 유기 화합물이 혼합된 바이폴라성 혼합층을 갖고 있어도 된다. 또한, 바이폴라성 유기 화합물로서는, 막형성법의 간편함 측면에서, π공역계 혹은 σ공역계를 갖는 고분자 화합물이 바람직하다.

더욱이, 바이폴라성 캐리어 발생층으로서는, 투명성 관점에서 유기 화합물을 포함하는 것이 바람직하다. 이 경우, 바이폴라성 캐리어 발생층으로서 보다 높은 기능을 발현시키기 위해, 바이폴라성 캐리어 발생층에는 상기 유기 화합물에 대한 억셉터 또는 도너 중 적어도 하나가 포함되어 있는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 상기 유기 화합물에 대한 억셉터 및 도너 양자가 포함되어 있는 경우가 적합하다.

상술한 본 발명의 유기 EL 소자에 있어서, 바이폴라성 캐리어 발생층은 충분한 캐리어를 가져야 한다. 따라서 본 발명의 다른 특징에서, 유기 전계발광 소자는 바이폴라성 캐리어 발생층의 도전율이 10^-10S/m 이상인 바이폴라성 캐리어 발생층을 포함할 수 있다.

실시예

이하에서는, 본 발명의 실시예에 대해서, 동작 원리 및 구체적인 구성예를 들어 상세하게 설명한다. 본 실시예의 유기 전계발광 소자(이하에서는 간단히 유기 EL 소자라 함)에서는, 유기 EL 소자로부터 발광을 취출하기 위해 어느 한쪽의 전극이 투명하면 된다. 따라서, 본 발명은 기판 상에 투명한 전극을 형성하여, 기판 측으로부터 투명 전극을 통해 광을 취출하는 종래의 소자 구조 뿐만 아니라, 실제는, 기판과는 반대 측으로부터 광을 취출하는 구조나 전극 양측에서 광을 취출하는 구조도 적용 가능하다.

우선, 본 발명의 유기 EL 소자의 동작 원리를 도 3 및 도 4a 내지 4c 를 참조하여 설명한다. 도 3은 도 1에 도시한 유기 EL 소자의 제 1 전극(101) 및 제 2 전극(102)에 교류 전원을 설치한 본 발명의 유기 EL 소자이다. 또한, 도 3에서는, 도 1의 것과 동일한 구성 요소들에 대해 도 1에서의 것과 동일한 부호를 붙인다. 또한, 제 1 전계 발광층(103-1) 및 제 2 전계 발광층(103-2)은 모두 바이폴라성 발광체를 사용하고 있는 것으로 한다. 또한, 제 1 전극의 전위를 V₁, 제 2 전극의 전위를 V₂로 정의한다.

이 소자에 교류 전압을 인가한 경우, 우선 V₁> V₂의 바이어스가 인가된 순간에는, 바이폴라성 캐리어 발생층(104)으로부터 제 1 전극(101) 방향으로 전자가 이동하며, 제 2 전극(102) 방향을 향하여 홀이 이동한다. 각각의 경우에, 이들은 최종적으로 전계 발광막(103)에 주입된다(도 4a).

한편, 절연층(105a, 105b)이 존재하기 때문에, 제 1 전극(101) 및 제 2 전극(102)으로부터 전계 발광막(103)에 캐리어를 주입할 기회가 전혀 없다. 따라서, 바이폴라성 캐리어 발생층으로부터 주입된 캐리어들은 재결합하지 않고 절연층(105a)과 전계 발광막(103)의 계면, 및 절연층(105b)과 전계 발광막(103)의 계면에 각각 축적된다(도 4b).

인가하고 있는 전압이 교류 바이어스이기 때문에, 그 직후에는, V₁< V₂의 전압이 소자에 인가된다. 이 때, 바이폴라성 캐리어 발생층(104)으로부터는, 도 4a 의 경우와는 역방향으로 캐리어가 주입되는 한편, 도 4b에서 축적된 캐리어는 바이폴라성 캐리어 발생층(104)을 향하여 흐른다(도 4c). 그 결과, 종래의 바이폴라성 캐리어 발생층을 사용하는 유기 EL 소자(참조문헌 5의 소자)와 마찬가지로, 제 1 전계 발광층(103-1) 및 제 2 전계 발광층(103-2) 양쪽에서 캐리어가 재결합하여 발광에 이른다.

이 유기 EL 소자가 참조문헌 5의 소자와 다른 점은 절연층(105a, 105b)이 존재하고 있기 때문에, 외부 전극으로부터 캐리어가 주입되지 않고, 캐리어 주입은모두 내부에 매립된 바이폴라성 캐리어 발생층으로부터만 이루어지고 있다는 점이다. 결국, 외관 상의 교류 전류만 흐른다(외관 상으로는 마치 진성(眞性) EL과 같은 거동을 나타낸다). 이로써, 소자 단락 등을 용이하게 막을 수 있어 극히 유용하다.

또한, 본 발명의 소자는 절연층(105a, 105b) 존재에 의해 누설 전류를 발생하지 않는다. 따라서, 효율의 향상이 더욱 예상되는 것도 특징의 하나이다.

또한, 본 발명은 도 2에 도시한 바와 같은 다층(multilayer)으로 하는 것도 가능하다. 바이폴라성 캐리어 발생층을 2층 삽입한 예(즉 m=2, n=3의 예)를 도 5에 도시한다. 도 5에서는 도 2와 동일한 도면부호를 인용한다. 또한, 본 예의 동작 원리는 이전의 도 3, 도 4와 거의 같지만, 다른 점은 제 2 전계 발광막(203-2)에 있어서, 초기 동작시(무바이어스(unbias) 상태에서 바이어스가 인가된 순간)에 이미 캐리어가 재결합하여, 발광한다는 점이다(한편, 이전의 도 3의 소자에서는, 초기 동작시에 캐리어가 축적될 뿐이다).

또한, 전술한 교류 바이어스의 파형은 사인파, 구형파, 또는 삼각파가 바람직하지만, 본 발명은 이들 파형에 제한되지 않는다. 최대 전압치가 300 V 이상이면 바람직하다.

이상에서, 본 발명의 기본적인 동작 원리를 서술하였다. 이하에서는, 본 발명에 사용하는 바이폴라성 캐리어 발생층의 구성으로서 바람직한 것과, 전계 발광막의 구성 재료로서 바람직한 것을 열거한다. 그러나, 본 발명은 이들에 한정되지 않는다.

바이폴라성 캐리어 발생층으로서는, 금속 박막, 금속 산화물 박막, 유기 도전체 박막 또는 그 조합 등을 이용할 수 있다. 예를 들면 참조문헌 5에서는, 유기 도전체 박막(Cs 도핑된 BCP)에 금속 산화물(ITO)을 적층하여 준비된 적층체를 사용하고 있다. 또한, 바이폴라성 캐리어 발생층 양측에는, 음극 측 버퍼층으로서, LiF 와 같은 무기 유전체 박막, Li 산화물과 같은 금속 산화물, 알칼리 금속, 또는 알칼리토류 금속 이온을 포함하는 유기물 박막층 등이 제공된다. 한편, 양극측 버퍼층으로서, 구리 프탈로시아닌을 사용하는 경우도 있다.

또한, 본 발명의 소자를 교류 바이어스로 구동하는 것을 고려하면, 바이폴라성 캐리어 발생층은 홀 및 전자의 양 캐리어를 주입할 수 있도록 설계되어야 한다. 그러한 구성의 한가지 예를 도 6에 도시한다.

도 6a에 도시하듯이, 단일 재료로 바이폴라성 캐리어 발생층(601)을 형성할 경우, 홀을 가전자대(價電子帶:valence band)에 갖고 전자를 전도체에 갖는 밴드 갭이 넓은 반도체(예를 들면 진성 반도체)나 혹은 산화, 환원 양쪽을 할 수 있는 레독스(redox) 중합체 등을 생각할 수 있다. 또한, 도 6a 내지 도 6c 중의 도면부호 610 및 611은 전계 발광층을 지칭한다.

밴드 갭이 넓은 반도체의 구체예로서는, GaN, AlN, BN, AlGaN, InGaN, InAlGaN 과 같은 III족-N화합물, ZnS, MgS, ZnSe, MgSe, ZnMgSSe, CdS, Zn0, Be0 와 같은 II-VI족 화합물 외에, 다이아몬드, SiC, ZnGaSSe, CaF₂, AlP 등을 들 수 있다. 또한, 레독스 중합체로서는, 에메랄딘 염기 폴리아닐린(EB-PAni) 등이 있다.

여기서, 바이폴라성 캐리어 발생층(601)으로서 유기 도전체를 사용하는 것도 유효하다. 예를 들면, p형 유기 반도체와 n형 유기 반도체를 혼합하는 수법이 있다. p형 유기 반도체의 대표예로서는, 하기 구조식 (1)로 표현되는 구리 프탈로시아닌(약칭: CuPc) 외에, 다른 금속 프탈로시아닌이나 무금속 프탈로시아닌 등도 적용할 수 있다. n형 유기 반도체의 대표예로서는, 하기 구조식 (2)로 표현되는 F₁₆-CuPc 외에, 하기 구조식 (3)(약칭: PV), 구조식 (4)(약칭: Me-PTC), 구조식 (5)(약칭: PTCAD)로 표현되는 바와 같은 3, 4, 9, 10-페릴렌 테트라카본산 유도체 등을 들 수 있다.

또한, 유기 화합물의 억셉터(전자 수용체)와 유기 화합물의 도너(전자 공급체)를 혼합하여 전하 이동 착체(錯體:complex)를 형성함으로써 도전성을 갖는 유기 도전체를 사용하는 수법도 있다. 전하 이동 착체는 결정화하기 쉬워 막형성성이 나쁜 것도 있다. 그러나, 본 발명의 바이폴라성 캐리어 발생층은 (캐리어를 주입할 수 있도록) 박층 또는 클러스터형으로 형성되어도 되기 때문에, 큰 문제는 생기지 않는다.

억셉터의 대표예로서는, 하기 구조식 (6)으로 표현되는 TCNQ 및 그 유도체나, 하기 구조식 (7)로 표현되는 니켈 착체 등이 있다. 또한, 도너의 대표예로서는, 하기 구조식 (8)로 표현되는 TTF 및 그 유도체가 있다.

유기 도전체의 다른 예로서, 유기 반도체에 억셉터나 도너를 도핑하여 암도전성을 부여하는 수법도 있다. 유기 반도체로서는 도전성 고분자 등으로 대표되는 ð공역계를 갖는 유기 화합물을 사용하면 된다. 또한, 상기에서 서술한 예 외에, 억셉터로서는, 염화철(III)이나 할로겐 화합물과 같은 루이스산(Lewis acid)을 사용하여도 된다(루이스산은 억셉터로서 작용할 수 있다). 도너로서는, 상기에서 서술한 예 외에, 알칼리 금속이나 알칼리토류 금속과 같은 루이스 염기를 사용하여도 된다(루이스 염기는 도너로서 작용할 수 있다).

이상에서는, 바이폴라성 캐리어 발생층을 단층으로 구성하는 예를 서술하였지만, 보다 바람직하게는, 둘 이상의 재료로 바이폴라성 캐리어 발생층을 구성하는 수법으로, 예를 들면 도 6b나 도 6c와 같은 구성을 생각할 수 있다.

도 6b는 전계 발광층(610, 611) 사이에 도전막(602)을 진성 반도체(603)를 통해 삽입한 구조의 바이폴라성 캐리어 발생층(601)을 설치한 구성이다. 이러한 소자 구조에서, 캐리어는 플러스 또는 마이너스 어느쪽 바이어스라도 적용되어 주입될 수 있다. 여기서, 진성 반도체(603)는 도전막(602)과 오옴 접촉하는 것이 바람직하다. 또한, 도전막(602)은 금속이거나, 또는 각종 무기 화합물 도전체나 상술한 바와 같은 유기 도전체여도 된다. 또한, 진성 반도체(603) 대신 레독스 중합체나 유기 도전체를 사용하여도 된다.

도 6c는 일함수가 큰 도전막(604)의 상하에 클러스터형 전자 주입 영역(605)을 설치한 바이폴라성 캐리어 발생층(601)의 구조이다. 이러한 구성으로 함으로써, 도전막(604)으로부터 홀이 주입되고 전자 주입 영역으로부터 전자가 주입되기때문에, 어느쪽 바이어스로도 캐리어를 주입할 수 있다. 일함수가 큰 도전막(604)으로서는, ITO, Au 등을 생각할 수 있지만, 상술한 바와 같은 유기 도전체를 사용해도 된다. 클러스터형 전자 주입 영역(605)은 종래의 전자 주입 재료를 클러스터형으로 형성하면 된다. 이 경우, 종래의 전자 주입 재료는 Al:Li 합금, Ca 와 같은 금속, LiF 와 같은 무기 전자 주입 재료, LiF, 전자 친화력이 큰 유기 화합물이 될 수 있다.

도 6c의 구성을 전술한 것과 반대로 하는 것도 가능하다. 즉, 일함수가 작은 도전막(604)의 상하에 클러스터형 홀 주입 영역(605)을 설치한 구성이다. 이 경우, 일함수가 작은 도전막(604)으로는, Al:Li 합금, Ca 등을 생각할 수 있지만, 상술한 바와 같은 다른 유기 도전체중 하나를 사용해도 된다. 클러스터형 홀 주입 영역(605)은 종래의 홀 주입 재료를 클러스터형으로 형성하면 된다. 이 경우, 종래의 홀 주입 재료는 Au, ITO 등의 금속이나, 무기 화합물 도전체, 또는 비교적 작은 이온화 퍼텐셜을 갖는 유기 화합물이 될 수 있다.

다음으로, 이하에서는, 전계 발광층의 구성을 예시한다. 통상, 전계 발광층의 구조로서는, 일반적으로 이용되고 있는 유기 EL 소자 구성 재료를 이용하면 된다. 그러나, 교류 바이어스로 소자를 동작시키는 것을 고려하면, 바이폴라성 전계 발광층을 형성하는 것이 바람직하다.

바이폴라성의 전계 발광층을 얻는 수법으로서 한가지는, 홀 수송 재료와 전자 수송 재료를 혼합하여, 바이폴라성 층을 형성하는 것이다. 홀 수송성 재료로서는 방향족 아민계(즉, 벤젠환-질소의 결합을 갖는) 화합물이 널리 사용되고 있고,4, 4'-비스(디페닐 아미노)-비페닐(약칭: TAD)이나, 그 유도체인 4, 4'-비스[N-(3-메틸페닐)-N-페닐-아미노]-비페닐(약칭: TPD), 4, 4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐-아미노]-비페닐(약칭 α'-NPD)이 있다. 추가로, 4, 4', 4"-트리스(N, N-디페닐-아미노)-트리페닐아민(약칭: TDATA), 4, 4', 4" -트리스[N-(3-메틸페닐)-N-페닐-아미노]-트리페닐아민(약칭 MTDATA) 등의 스타 버스트(star burst)형 방향족 아민 화합물이 사용될 수도 있다. 또한, 전자 수송성 재료로서는 금속 착체가 일반적으로 사용되고, 트리스(8-퀴놀리노레이토) 알루미늄(약칭: Alq), 트리스(4-메틸-8-퀴놀리노레이토) 알루미늄(약칭: Almq), 비스(10-하이드록시벤조 [h]-퀴놀리네이트) 베릴륨(약칭: Bebq) 등의 퀴놀린 골격 또는 벤조퀴놀린 골격을 갖는 금속 착체, 및 혼합 배위자 착체인 비스(2-메틸-8-퀴놀리노레이토)-(4-하이드록시-비페닐)-알루미늄(약칭 BAlq) 등이 있다. 또한, 비스[2-(2-하이드록시페닐)-벤조옥사조레이토] 아연 (약칭:Zn(BOX)₂), 비스[2-(2-하이드록시페닐)-벤조티아조레이토] 아연 (약칭: Zn(BTZ)₂) 등의 옥사졸계 또는 티아졸계 배위자를 갖는 금속 착체도 있다. 또한, 금속 착체 이외에도, 2-(4-비페닐)-5-(4-tert-부틸페닐)-1, 3, 4-옥사디아졸(약칭: PBD), 1,3-비스[5-(p-tert-부틸페닐)-1, 3, 4-옥사디아졸-2-일(il)] 벤젠(약칭 OXD-7) 등의 옥사디아졸 유도체, 3-(4-tert-부틸페닐)-4-페닐-5-(4-비페닐)-1, 2, 4-트리아졸(약칭: TAZ), 3-(4-tert-부틸페닐)-4-(4-에틸페닐)-5-(4-비페니릴)-1, 2, 4-트리아졸(약칭:p-EtTAZ) 등의 트리아졸 유도체, 바소페난트롤린(약칭: BPhen), 바소-큐프로인(약칭: BCP) 등의 페난트롤린 유도체가 전자 수송성을 갖는다.

또한, 고분자 화합물을 사용하는 EL 소자용의 재료는 대부분이 바이폴라성을 나타내며, 따라서 적합하게 사용될 수 있고, 구체적으로는, 폴리(2, 5-디알콕시-1, 3-페닐렌)(약칭: RO-PPP)와 같은 폴리파라페닐렌계 중합체, 폴리(2, 5-디알콕시-1, 4-페닐렌 비닐렌)(약칭: RO-PPV)와 같은 폴리파라페닐렌 비닐렌계 중합체, 및 폴리(9, 9-디알킬플루오렌)(약칭: PDAF)와 같은 폴리플루오렌계 중합체가 있다.

제 1 전극 및 제 2 전극으로서는, 통상의 도체이면 무엇이든 되며, 알루미늄, 크롬, 티타늄 등이 있지만, 적어도 한쪽이 투광성을 가질 필요가 있기 때문에, ITO 등의 투명 도전막을 적어도 한쪽 전극에 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 절연층으로서는 산화알루미늄이나 불화칼슘 등의 무기 절연체나 폴리파라크실렌과 같은 절연성 유기 재료를 적용할 수 있다. 이 경우, 발광 측의 절연층은 적어도 투광성을 가져야 함에 주의해야 한다.

각 전계 발광층의 색 혼합은 백색 발광이 가능하도록 다른 발광색으로서 이루어진다. 또한, 따라서, 본 발명의 유기 EL 소자는 고효율이고 소자 수명이 긴 백색 발광에도 적용될 수 있으며, 디스플레이 용도 뿐만 아니라, 조명 등에의 응용도 생각할 수 있다.

[실시예 1]

본 실시예에서는, 증착으로 제작하는 본 발명의 유기 EL 소자를 구체적으로 예시한다. 우선, 유리 기판상에 제 1 전극으로서 ITO를 증착에 의해 100 nm 두께로 막형성하고, 그 위에 산화 알루미늄을 절연층으로서 EB 증착에 의해 300 nm 두께로 증착한다.

다음으로, 홀 수송재료인 N, N′-비스(3-메틸페닐)-N, N′-디페닐-벤지딘(약칭: TPD)과 전자 수송 재료인 트리스(8-퀴놀리노레이토) 알루미늄(약칭: Alq)을 1:4 의 중량비로 공(共)증착하여 바이폴라성 제 1 전계 발광층을 100 nm 의 두께로 형성한다. 여기에서, 중앙부에는 형광 색소인 4-(디시아노메틸렌)-2-메틸-6-(p-디메틸아미노스티릴)-4H-피란(약칭: DCM)을 TPD : Alq : DCM = 1 : 4 : 0.05 의 중량비가 되도록 60 nm (두께의 바닥으로부터 20 내지 80 nm 사이)로 도핑된다.

이와 같이 하여, 제 1 전계 발광층을 형성한 후, 바이폴라성 캐리어 발생층으로서 금속 알루미늄을 30 nm 두께로 증착한다.

그 후, 진공을 파괴하지 않는 채로 하여, 계속하여 제 1 전계 발광층과 완전히 같은 방식으로 제 2 전계 발광층을 형성한다. 더욱이, 절연층으로서 산화알루미늄을 EB 증착으로 300 nm 두께로 증착한다. 마지막으로, 제 2 전극으로서 알루미늄을 100 nm 두께로 증착한다. 이후, 본 발명의 유기 EL 소자를 얻을 수 있다.

[실시예 2]

본 실시예에서는, 습식 도포를 이용하여 제작하는 본 발명의 유기 EL 소자를 구체적으로 예시한다. 먼저, 제 1 전극으로서 ITO를 대략 100 nm 두께로 막형성한 유리 기판상에 절연층으로서 폴리(비닐 페놀)를 스핀 코팅에 의해 200 nm 두께로 코팅한다. 또한, 용매 재료로는 이소프로판올을 사용하면 된다.

두번째로, 폴리[2-메톡시-5-(2′-에틸-헥속시)-1, 4-페닐렌비닐렌] (약칭: MEH-PPV)를 디클로로에탄에 용해하고, 스핀 코팅에 의해 80 nm 두께로 코팅하므로써, 제 1 전계 발광층을 형성한다.

이렇게 제 1 전계 발광층을 형성한 후, 폴리스티렌 설폰산을 도핑한 폴리(에틸렌 디옥시티오펜)(약칭: PEDOT/PSS)의 수용액을 스핀 코팅하여, 바이폴라성 캐리어 발생층을 100 nm 의 두께로 형성한다.

그 후, 제 1 전계 발광층과 완전히 같은 방식으로, 제 2 전계 발광층을 형성한다. 또한 절연층으로서, 폴리(비닐 페놀)을 스핀 코팅에 의해 200 nm 두께로 코팅한다. 마지막으로, 제 2 전극으로서 알루미늄을 100 nm 두께로 형성한다. 이후, 본 발명의 유기 EL 소자를 얻을 수 있다.

[실시예 3]

본 실시예에서는 도포법을 이용하여, 발광 색소를 포함하는 중합체 복합막을 사용하는 코팅과, 증착을 일체 사용하지 않는 접착에 의해 제작하는 본 발명의 유기 EL 소자를 구체적으로 예시한다.

우선, ITO가 제 1 전극으로서 100 nm 두께로 형성된 플라스틱 기판(폴리에스테르 기판 또는 폴리이미드 기판)상에 절연층으로서 폴리(비닐 페놀)을 스핀 코팅에 의해 200 nm 두께를 갖도록 코팅한다. 또한, 용매 재료로서는 이소프로판올을 사용한다.

다음으로, 결합제로서의 폴리카보네이트 50 wt%, 홀 수송 재료로서의 TPD 29wt%, 전자 수송 재료로서의 2, 5-비스(1-나프틸)-1, 3, 4-옥사디아졸(약칭: BND) 20 wt%, 발광 색소로서의 쿠마린6 1.0 wt% 로 조제한 디클로로메탄 용액을 절연층 상에 스핀 코팅하여 100 nm의 제 1 전계 발광층을 형성한다.

이렇게 하여 제 1 전계 발광층을 형성한 후, 캄포르-10-설폰산을 도핑한 폴리아닐린(약칭: PAni(CSA)_0.5)을, 그 1, 1, 1, 3, 3, 3-헥사플루오로-2-프로판올(약칭: HFIP) 용액을 스핀 코팅하여, 50 nm 두께의 바이폴라성 캐리어 발생층으로서 형성한다.

이후, 결합제로서의 폴리카보네이트 50 wt%, 홀 수송 재료로서의 TPD 29 wt%, 전자 수송 재료로서의 2, 5-비스(1-나프틸)-1, 3, 4-옥사디아졸(약칭: BND) 20 wt%, 발광 색소로서의 쿠마린6 1.0 wt% 로 조제한 디클로로메탄 용액을 절연층 상에 스핀 코팅하여 100 nm 두께의 제 2 전계 발광층을 형성한다. 이하에서는, 여기까지 막형성된 기판을 "제 1 전극측 기판" 이라고 지칭한다.

전술한 기판에 추가적으로, 같은 사이즈의 ITO가 막형성된 플라스틱 기판에 절연층으로서의 폴리비닐페놀을 200 nm 두께로 코팅한다. 이하에서는, 이 기판을 "제 2 전극측 기판" 이라고 지칭한다. 또한, 폴리비닐페놀의 증착을 위해서는, 이전과 마찬가지로 이소프로판올 용액을 스핀 코팅하면 된다.

여기서, 앞서 준비한 제 1 전극측 기판의 주변부에 650 nm 의 두께를 갖는 스페이서 필름을 배치하고, 제 2 전극측 기판을 제 2 전극이 기판의 내측이 되도록 하여 접합한다.

접합된 필름형 기판을 핫 플레이트상의 스테인리스판 상에 놓고, 그위에 스테인리스판을 중첩하여 가중하며, 이후 이 상태로 80℃까지 가열한다. 상기 필름 기판은 가중을 가한 채로 냉각되고 나서 스테인리스 판으로부터 취출되고, 이후 리드선이 조립되며, 이렇게 해서 본 발명의 유기 EL 소자를 완성한다.

[실시예 4]

유리 기판상에 폴리(4-비닐 페놀)의 이소-프로판올 용액을 200 nm 의 두께로 스핀 코팅한다. 이 막을 60℃ 에서 진공하에 30분 동안 건조시킨다. 이후 폴리(4-비닐 페놀)을 포함하는 절연막이 형성된다.

다음으로, 홀 수송 재료로서의 폴리비닐카바졸(64.3 mol.%), 전자 수송 재료로서의 2, 5-비스(1-나프틸)-1, 3, 4-옥사디아졸(BND)(35.1 mol.%), 발광 색소로서의 쿠마린6 색소(0.6 mol.%)가 용해된 디클로로메탄 용액이 상기 절연막상에 200 nm 의 두께로 스핀 코팅되고, 60℃ 에서 진공하에 30분 동안 건조된 후, 중합체 층이 형성된다.

그 위에, ITO 입자의 이소-프로판올 서스펜션(평균 입자 직경 50 nm)이 스핀 코팅에 의해 균일하게 분산된다. 또한, 홀 수송 재료로서의 폴리비닐카바졸(64.3 mol.%), 전자 수송 재료로서의 2, 5-비스(1-나프틸)-1, 3, 4-옥사디아졸(BND)(35.1 mol.%), 발광 색소로서의 쿠마린6 색소(0.6 mol.%)가 용해된 디클로로메탄 용액이 200 nm 의 두께로 스핀 코팅되고, 60℃ 에서 진공하에 1시간 동안 건조된 후, 중합체 층이 형성된다. 그 위에 폴리(4-비닐 페놀)의 이소-프로판올 용액이 200 nm 의두께로 스핀 코팅된다. 이 막을 60℃ 에서 진공하에 30분 동안 건조시킨다. 이후, 폴리(4-비닐 페놀)를 포함하는 절연막이 형성된다. 마지막으로, 그 위에 알루미늄 전극이 증착에 의해 60 nm 의 두께로 형성된다.

상기 전극들 사이에는 교류 전력 발생 사인파가 접속된다. 상기 전극에는 교류 전압이 인가된다(구동 주파수 범위는 1 kHz 내지 100 kHz 임). 교류 전압이 100 kHz 의 구동 주파수로 인가되는 경우, ITO 전극측에서 볼 때 정확히 직사각형 전극 형상을 갖는 쿠마린 색소의 균일한 녹색 발광이 60 V 의 전압(피크 전압)에서 관측될 수 있다. 휘도 측정기(Topcon BM-5A)의 측정에 의해, 180 V 의 인가 전압에서 30 cd/m²의 휘도가 나타났다. 소자에 계속해서 180 V 가 인가되면, 교류 전력의 한계로 인해 180 V 이상의 전압이 인가될 수 없으므로, 소자는 1시간 동안 휘도가 거의 감소되지 않은 채로 지속적으로 광을 발할 수 있다. 구동 주파수가 1 kHz 로 저하될 때에도, 휘도는 관측될 수 있다.

도 8은 구동 주파수 100 kHz 에서의 전압(피크 전압으로 도시됨)과 휘도 사이의 관계를 나타낸다. 도 9는 오실로스코프를 사용하여 전압을 인가하는 것과 동시에 측정되는, 포토멀티미터를 사용하여 검출된 휘도 강도의 타임 프로파일의 결과를 도시한다. 이 측정 결과는 휘도가 플러스 및 마이너스 피크 전압과 동기하여 발생됨을 보여준다.

[실시예 5]

다음으로, 홀 수송 재료로서의 폴리비닐카바졸(64.3 mol.%), 전자 수송 재료로서의 2, 5-비스(1-나프틸)-1, 3, 4-옥사디아졸(BND)(35.1 mol.%), 발광 색소로서의 쿠마린6 색소(0.6 mol.%)가 용해된 디클로로메탄 용액이 상기 절연막상에 200 nm 의 두께로 스핀 코팅되고, 60℃ 에서 진공하에 1시간 동안 건조된 후, 중합체 복합막 층이 형성된다.

그 위에, ITO 입자의 이소-프로판올 서스펜션(평균 입자 직경 50 nm)이 스핀 코팅에 의해 균일하게 분산된다.

또한, 홀 수송 재료로서의 폴리비닐카바졸(64.3 mol.%), 전자 수송 재료로서의 2, 5-비스(1-나프틸)-1, 3, 4-옥사디아졸(BND)(35.1 mol.%), 발광 색소로서의 쿠마린6 색소(0.6 mol.%)가 용해된 디클로로메탄 용액이 그 위에 200 nm 의 두께로 스핀 코팅되고, 60℃ 에서 진공하에 1시간 동안 건조된 후, 중합체 복합막 층이 형성된다.

이후, ITO 입자의 이소-프로판올 서스펜션을 스핀 코팅하고 디클로로메탄 용액을 스핀 코팅하여 중합체 복합막 층을 형성하는 단계를 각각 두번 반복한다.

그 위에 폴리(4-비닐 페놀)의 이소-프로판올 용액이 200 nm 의 두께로 스핀 코팅된다. 이 막을 60℃ 에서 진공하에 30분 동안 건조시킨다. 이후, 폴리(4-비닐 페놀)를 포함하는 절연막이 형성된다. 마지막으로, 그 위에 알루미늄 전극이증착에 의해 60 nm 의 두께로 형성된다.

상기 전극들 사이에는 교류 전력 발생 사인파가 접속된다. 상기 전극에는 교류 전압이 인가된다(구동 주파수 범위는 1 kHz 내지 100 kHz 임). 교류 전압이 100 kHz 의 구동 주파수로 인가되는 경우, ITO 전극측에서 볼 때 정확히 직사각형 전극 형상을 갖는 쿠마린 색소의 균일한 녹색 발광이 70 V 의 전압(피크 전압)에서 관측될 수 있다. 휘도 측정기(Topcon BM-5A)의 측정에 의해, 180 V 의 인가 전압에서 25 cd/m²의 휘도가 나타났다.

[실시예 6]

본 발명에 따른 유기 EL 소자 전체는, 발광 색소를 포함하는 중합체 복합막을 사용하는 습식 프로세스와, 증착을 일체 사용하지 않는 접착에 의해 제조된다.

ITO가 바닥 전극으로서 100 nm 두께로 형성된 폴리에스테르 기판상에 폴리(4-비닐 페놀)의 이소-프로판올 용액을 200 nm 의 두께를 갖도록 스핀 코팅한다. 이후, 폴리(4-비닐 페놀)를 포함하는 절연막이 형성된다.

다음으로, 홀 수송 재료로서의 폴리비닐카바졸(64.3 mol.%), 전자 수송 재료로서의 2, 5-비스(1-나프틸)-1, 3, 4-옥사디아졸(BND)(35.1 mol.%), 발광 색소로서의 쿠마린6 색소(0.6 mol.%)가 용해된 디클로로메탄 용액이 200 nm 의 두께로 스핀 코팅되고, 60℃ 에서 진공하에 1시간 동안 건조된 후, 중합체 복합막 층이 형성된다.

상기 기판에 추가하여, ITO 가 바닥 기판으로서 100 nm 의 두께로 형성되는 폴리에스테르 기판이 준비되고, 그 위에 폴리(4-비닐 페놀)의 이소-프로판올 용액이, 폴리(4-비닐 페놀)를 포함하는 절연막으로서, 200 nm 의 두께로 스핀 코팅된다. 또한, 홀 수송 재료로서의 폴리비닐카바졸(64.3 mol.%), 전자 수송 재료로서의 2, 5-비스(1-나프틸)-1, 3, 4-옥사디아졸(BND)(35.1 mol.%), 발광 색소로서의 쿠마린6 색소(0.6 mol.%)가 용해된 디클로로메탄 용액이 그 위에 200 nm 의 두께로 스핀 코팅되고, 60℃ 에서 진공하에 1시간 동안 건조된 후, 중합체 복합막 층이 형성된다.

제작된 두 개의 폴리에스테르 기판을 기판상의 스핀 코팅된 재료들이 서로 마주하게 하여 접합한다. 이 후, 접합된 기판을 두개의 유리 기판사이에 끼우고, 가중하며, 이후 그 상태로 오븐에서 30분 동안 80℃ 까지 가열한다.

상기 전극들 사이에는 교류 전력 발생 사인파가 접속된다. 상기 전극에는 교류 전압이 인가된다(구동 주파수 범위는 1 kHz 내지 100 kHz 임). 교류 전압이 100 kHz 의 구동 주파수로 인가되는 경우, ITO 전극측에서 볼 때 정확히 직사각형 전극 형상을 갖는 쿠마린 색소의 균일한 녹색 발광이 60 V 의 전압(피크 전압)에서 관측될 수 있다. 이 경우, 상면과 하면에서 동일한 휘도의 발광이 관측될 수 있다. 기판이 만곡되는 경우에도, 휘도는 전혀 변화하지 않는다.

본 발명에 따르면, 전류 효율이 향상될 수 있고, 양호한 수율과 높은 신뢰성을 갖는 유기 EL 소자를 제공할 수 있다.

Claims

제 1 전극과, 제 2 전극, 및 발광을 초래할 수 있는 유기 화합물을 함유하고 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 제공되는 전계 발광막을 포함하는 유기 전계발광 소자에 있어서,

상기 전계 발광막 중에 플로팅 전극인 캐리어 발생층이 매립되고,

상기 제 1 전극과 상기 전계 발광막 사이에는 제 1 절연막이 제공되어 상기 제 1 전극으로부터 상기 전계 발광막으로의 캐리어 주입을 방지하며,

상기 제 2 전극과 상기 전계 발광막 사이에는 제 2 절연막이 제공되어 상기 제 2 전극으로부터 상기 전계 발광막으로의 캐리어 주입을 방지하는 유기 전계발광 소자.
제 1 항에 있어서, 교류 바이어스에 의해 구동되는 유기 전계발광 소자.
제 1 항에 있어서, 상기 전계 발광막은 바이폴라성 층을 포함하는 유기 전계발광 소자.
제 1 항에 있어서, 상기 전계 발광막은 전자 수송성을 갖는 유기 화합물과 홀 수송성을 갖는 유기 화합물을, 바이폴라성 혼합층을 형성하도록 조합하여 구비하는 유기 전계발광 소자.
제 1 항에 있어서, 상기 전계 발광막은 π공역계 또는 σ공역계를 구비한 바이폴라성 중합체(polymer)를 포함하는 유기 전계발광 소자.
제 1 항에 있어서, 상기 캐리어 발생층은 유기 화합물을 포함하는 유기 전계발광 소자.
제 6 항에 있어서, 상기 캐리어 발생층에는 상기 유기 화합물에 대한 억셉터 및 도너중 적어도 하나가 포함되어 있는 유기 전계발광 소자.
제 6 항에 있어서, 상기 캐리어 발생층에는 상기 유기 화합물에 대한 억셉터 및 도너 양자가 포함되어 있는 유기 전계발광 소자.
제 1 항에 있어서, 상기 캐리어 발생층은 10^-10S/m 이상의 도전율을 갖는 유기 전계발광 소자.