KR20040014370A - 전계발광 소자 및 그를 이용한 발광 장치 - Google Patents

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KR20040014370A
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가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼
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Abstract

본 발명은 억셉터 또는 도너의 도핑 없이 종래의 EL 소자보다 더 두껍고 더 낮은 전압으로 구동되는 EL 소자이다. 전계발광을 제공할 수 있는 유기 화합물을 함유하는 전계발광막(103)과, 부유 전극(104)과, 전자수송 보조층(105) 및 음극(102)이 양극(101) 위에 상기 순서로 적층된 EL 소자이다. 전계발광막(103)의 막 두께는 종래의 막 두께 정도(약 100nm 정도)이며, 전자수송 보조층(105)은 또한 전계발광막(103) 정도의 막 두께를 가질 수 있다. EL 소자는 전자수송 보조층에 홀 차단성 재료를 도입함으로써 종래의 EL 소자보다 낮은 전압으로 구동될 수 있다.

Description

전계발광 소자 및 그를 이용한 발광 장치{Electroluminescence element and a light emitting device using the same}
발명의 배경
1. 발명의 분야
본 발명은 전기장을 인가함으로써 빛을 방출하는 유기 화합물(이하, 전계발광막)을 포함하는 막과, 양극과 음극을 갖는 전계발광 장치(이하, EL 소자)에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 양호한 수율들(yields). 높은 신뢰도, 및 낮은 구동 전압을 갖는 EL 소자, 및 EL 소자를 포함하는 발광 장치에 관한 것이다. 본 명세서의 발광 장치는 EL 소자를 포함하는 화상 표시 장치를 포함하고, 또한 커넥터(connector), 유동가능 프린트된 회로보드(flexible printed circuit board: FPC), TAB(tape automated bonding), 또는 TCP(tape carrier package)가 EL 소자에 부착되는 모듈, 또는 TAB 또는 TCP의 팁(tip)에 부착되는 모듈, 또는 IC(integrated circuit)가 COG(Chip On Glass)에 의해 EL 소자 상에 직접 실장(mount)되는 모듈을 포함한다.
2. 관련 기술의 설명
EL 소자는 인가되는 전기장 및 전류에 의해 발광체가 빛을 방출하는 것과 같은 유기 화합물을 포함한다. 발광 메커니즘이 다음과 같이 설명된다: 전극들 사이에 샌드위치된 전계발광막에 전압을 인가함으로써, 음극으로부터 주입된 전자들과 양극으로부터 주입된 홀들은 여기 상태의 분자들(이하, "분자 여기자(molecular excitation)"이라 함)을 형성하기 위해 전계발광막에서 조합되고, 에너지는 분자 여기자가 기저 상태로 되돌아갈 때 방출된다.
유기 화합물로 만들어진 분자 여기자의 종류는 단일 여기 상태 또는 삼중항(triplet) 여기 상태일 수 있다. 본 명세서에서, 발광은 두 개중 어느 하나에 기초할 수 있다.
이러한 EL 소자에서, 전계발광막은 일반적으로 대략 100nm의 두께를 갖도록 박막으로 형성된다. EL 소자에서, 전계발광막은 동시에 빛을 방출함으로, 종래의 액정 표시장치에서 사용되는 백라이트(backlight)가 불필요하다. 결국, EL 소자가 얇고 가볍게 제조된다는 큰 이점을 갖는다.
또한, 예를 들어, 대략 100nm 두께를 갖는 전계발광막의 재조합에 캐리어를 주입하는 시간이 캐리어 이동도를 고려하면 약 수 십 나노세컨드(ns)이다. 캐리어 재조합에서 빛 방출까지의 과정이 주기적으로 포함될 때조차, 빛은 마이크로세컨드(μs) 내에서 방출된다. 그러므로, 극히 높은 응답 속도가 특징들 중 하나 이다.
또한, EL 소자는 발광체가 캐리어 주입형 장치로서 유기 화합물을 포함하므로, 직류 전압에 의해 구동될 수 있으며, 그에 의해 잡음이 거의 발생하지 않는다.구동 전압에 대하여, 전계발광막은 대략 100nm의 두께를 갖는 균일한 초박막으로 제조되고, 전계발광막에 대한 캐리어 주입 장벽이 감소되도록 전극 재료가 선택되고, 헤테로(hetero) 구조(2 층 구조)가 소개된다. 그러므로, 5.5V에서 100cd/m2의 상당한 발광이 달성된다(참조문헌1 : C.W. Tang and S.A. VanSlyke, Applied Physics Letters, vol.51, No.12, pp.913-915(1987)).
EL 소자는 발광체가 얇은 형태의 가볍고 고속 응답성 및 직류의 낮은 구동전압과 같은 특성들을 갖는 유기 화합물을 포함한다. 이 때문에, EL 소자는 차세대 평면 패널 표시장치용 발광 장치로서 주목된다. 그러므로, EL 소자가 차량에 실장된 전자기기 또는 모바일기기의 표시 스크린으로 선호되는 것으로 여겨진다. 실제로, EL 소자는 실장형 차량 오디오의 표시 스크린용으로 사용된다.
참조문헌1에 개시된 EL 소자는 홀수송층이 홀을 수송하고 전자 수송 발광층이 전자를 수송하고 빛을 방출하는 소위 "기능의 분할"에 적응된다. 기능 분할의 개념은 발광층이 홀수송층 및 전자 수송층 사이에 샌드위치된 듀얼 헤테로 구조의 개념으로 개발된다(참조문헌 2: C. Asachi, S.Tokito, T. Tsuisui and S.Saito, Jnpanese Journal of Applied Physics. vol.27, No.2, L.269-271(1988))
기능 분할의 이점들 중 하나는 한 종류의 유기 물질에 다양한 기능들(발광, 캐리어 전송, 전극으로부터의 캐리어 주입 등)을 제공할 필요가 없어, 결국, 분자 설계상의 자유 등이 광범위할 수 있다(예컨대, 이중극자 물질을 찾을 필요가 없음)는 것이다.
기능 분할에 대해서, 양극 또는 음극 버퍼층의 개념은 구동 전압을 줄이기 위해 캐리어들을 주입하기 위해 제안된다. 예를 들어, 음극과 전계발광막 사이의 계면에 에너지 장벽을 완화시키는 재료들을 삽입함으로서 캐리어의 주입을 강화하여 구동 전압이 주어들 수 있다는 논문이 있다(참조문헌 3: Takeo Wakimoto, Yoshinori Fukuda, Kenichi Nagayama, Akiraa Yokoi, Hitoshi Nakada, and Masami Tsuchida, "Organic EL Cells Using Alkaline Metal Compounda as Electron Injection Materials", IEEE TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES, VOL.44, NO. 8, 1245-1248(1997)). 참조문헌 3에는, Wakimoto 등이 음극 버퍼층으로서 Li20을 사용함으로써 구동 전압을 줄이는데 성공한 것으로 개시되어 있다.
버퍼층에 대하여, 폴리머(이하, 폴리머 버퍼층)를 포함하는 버퍼층은 특히, 최근에 관심을 끌고 있다(참조문헌 4: Yoshiharu Physics, vol.11, No.1, 86-99(2000)). 참조문헌 4에는, 폴리머 양극 버퍼층을 이용하여 저전압들, 보다긴 수명, 및 보다 높은 열저항을 개선한 것이 개시되어 있다. 단락회로를 방지하기 위한 효과가 보고되고 있다.
폴리머 버퍼층의 전도도가 적합한 억셉터 또는 도너를 소개함으로써 개선되므로, 폴리머 버퍼층을 포함하는 EL 소자는 보통 약 100nm의 두께를 갖지 않는다면, 빛을 방출하지 않게 두껍게 형성될 수 있다. 결국, 참조문헌 4의 전극 상에 오염물질들이나 돌출물들의 악영향을 줄여 전계발광막이 평평해 질 수 있다는 것이 개시되어 있다. 그러므로, 통상적으로 전극 상의 오염물질들이나 돌출물들로 인해단락 회로가 될 위험성이 존재하지만, 폴리머 버퍼층은 이 위험성을 줄이는데 효과적이다. 이에 따라, 수율 향상이 예상될 수 있는 이점이 또한 존재한다.
따라서, 상술한 폴리머 버퍼층은 EL 소자에 대해 심각한 딜레마였던 구동 전압을 줄이면서 막을 두껍게하는 상충하는 두 가지 목적들을 동시에 해소할 수 있다.
막을 두껍게 하도록 폴리머 버퍼층을 사용하기 위해, 물이 종종 용매로 사용된다. 하지만, 물 용매는 유기 화합물이 습기에 의해 쉽게 손상되므로 유기 화합물을 가지고 있는 EL 소자에는 바람직하지 않다. 참조문헌 4에 따라, 일부 유기 용매가 사용될 수 있지만, 불순물들의 생성은 웨트(wet) 공정이 사용되는 한 피할 수 없다. 이것은 EL 소자를 열화시킬 수 있다.
이러한 재료들로 만들어진 상기 버퍼층을 포함하는 EL 소자가 표시장치의 매트릭스의 각 화소들용으로 사용될 때, 크로스토크(crosstalk)의 문제가 발생한다. 더 세부적으로는, 대부분의 폴리머 버퍼층이 도전성을 얻고 일반적으로 전체 표면 상에 스핀 코팅(spin coated)되므로, 누설 전류가 폴리머 버퍼층과 배선들(또는 화소들) 사이의 위치들에서 발생한다.
예를 들면, 크로스토크가 억셉터와 함께 부가된 도전성 폴리머인 폴리에틸렌 디옥시티오펜/폴리스티렌 설폰네이트(polyethylene dioxythiophene/polystyrene sulfonate)(이하, "PEDOT/PSS"라 함)로 만들어진 양극 버퍼층을 갖는 수동 매트릭스 표시장치를 제조하여 발생할 수 있는 것으로 보고되고 있다(A. Elschner, F. Jonas, S. Kirchmeyer, K. Wussow, Asia Display/IDW '01, 1427-1430)(2001)). 참조문헌 5에는, 크로스토크가 임의로 PEDOT/PSS의 저항성을 증가시킴으로써 방지되는 것으로 보고되고 있다. 하지만, 저항성이 증가하면, 폴리머 버퍼층은 두껍게되도록 형성될 수 없다(즉, 전류가 EL 소자에 인가되는데 어렵게됨). 그러므로, 전계발광막을 두껍게하는 결과로서 전극 표면을 평평하게 함으로써 단락회로를 방지하는 이점을 잃게된다. 또한, 저항성의 증가가 높은 구동 전압을 야기하므로 낮은 구동 전압의 이점 또한 잃게된다.
한편, 일관되게 진공에서 공동-증착(co-evaporation)에 의해 유기 화합물 및 억셉터(또는 도너)로부터 두꺼운 EL 소자를 제조하기 위한 수단이 제안되어 있다(참조문헌6: J. Blochwiz, M. Pfeiffer, T. Fritz, and K.Leo, Applied Physics Letter, vol. 73, No.6, pp. 729-731(1998)). 참조문헌6에는, 낮은 구동 전압에서 구동된 두꺼운 EL 소자가 홀수송 재료로서의 VoPc와 공통-증착으로서의 F4-TCNQ로부터 제조될 수 있다는 것이 개시되어 있다.
이 방법으로써, 불순물들의 생성은 감소될 수 있으며, 더욱이, 패터닝이 쉐도우 마스크들(shadow masks)을 사용하여 수행될 수 있으므로 크로스토크의 문제가 방지될 수 있다. 하지만, 도핑될 억셉터 또는 도너의 화학적인 안정성 및 EL 소자의 수명에 영향을 미치는 문제점이 있다. 상기와 실질적으로 다른 개념이 막을 두껍게하는 것이 전류 효율을 높이게 하는 새로운 EL 소자 구조가 보고되고 있다(참조문헌7: J. Kido, J. Endo, T. Nakada, K. Mori, A. Yokoi, T. Matsumoto, 49th Japan Society of Applied Physics and Related Societies, p. 1308, 27p-YL-3, (March 2003)). 참조문헌7에 개시된 수단에는, 전류 효율이 향상될 수 있는 이점을가지고 있지만, 종래 EL 소자에 비하여 더 많은 전압이 인가되어야 한다.
(발명의 요약)
참조문헌7에 개시된 장치구조가 사용되면, 전류 효율의 무한정한 개선이 이론적으로는 가능하다. 하지만, 전류 효율이 2배, 3배, 그 이상 향상되면, 구동 전압 또한 2배,3배, 그 이상 높아진다. 그러므로, 참조문헌7에 개시된 장치 구조는 빛을 방출하는데 사용하는 것은 바람직하지만, 저전압으로 구동될 필요가 있는 휴대기기용으로 사용하기에는 바람직하지 않다.
그러므로, 양호한 수율, 높은 신뢰도를 가지며, 두껍게 하여 저저항에서 구동되는 EL 소자의 제조가 요구된다.
이상의 견지에서, 본 발명의 목적은 종래의 것보다 더 억셉터나 도너를 도핑하지 않고 보다 두껍고 낮은 구동전압의 EL 소자를 제공하는 것이다. 특히, 본 발명의 목적은 양호한 수율, 긴 수명, 및 낮은 구동 전압을 갖는 EL 소자를 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 EL 소자를 사용하여 내구성이 크고 양호한 수율의 발광 장치를 제공하는 것이다.
본원의 발명자들은 열성적인 연구의 결과로서 새로운 장치 구조가 형성되는 상기의 목적에 대한 해결책을 제안한다. 도 1,2 및 12에는, 새로운 장치 구조의 기본적인 구조들이 도시되어 있다.
도 1은 전계발광을 생성할 수 있는 유기 화합물, 부유 전극(104), 전자수송보조층(electron transport supporting layer:105) 및 음극(102)을 포함하는 전계발광막(103)이 양극(101) 상에 순차로 적층(laminate)되어 있는 EL 소자를 도시한다. 전계발광막(103)의 막 두께는 종래 막 두께 정도(대략 100nm 정도)이고, 전자수송 보조층(105) 또한 전계발광막(103) 정도의 막 두께를 가질 수 있다.
이러한 장치 구조로, 종래 EL 소자(즉, 전계발광막(103)만이 양극과 음극 사이에 샌드위치되는 구조)와 거의 동일한 구동 전압으로 동작할 수 있다는 것이 본 발명자들에 의해 밝혀졌다. 이것은 EL 소자가 억셉터나 도너를 부가하지 않고 제조된다 할지라도 낮은 저항으로 두꺼운 막 두께를 갖는 EL 소자가 동작한다는 것을 의미하며 즉, 양호한 수율에 부가하여 장치 수명 및 구동 전압에 대해 뛰어난 EL 소자를 이끌어낸다.
따라서, 본 발명에 따른 EL 소자는 양극, 전계발광을 생성할 수 있는 유기 화합물을 포함하는 전계발광막, 부유 전극, 전자수송 보조층 및 음극이 순차로 적층되는 것을 특징으로 한다.
최근에, 스퍼터링에 의한 음극 막을 형성하는 방법이 연구되고 있다. 하지만, 스퍼터링에서의 유기 화합물에 대한 손상, 특히 발광 영역의 손상이 고려된다(손상을 방지하기 위해서, 스퍼터링이 주로 CuPc 막이 형성된 후에 행해짐). 도 1의 본 발명에서, 전자수송 보조층(105)의 막 두께가 비교적 두껍게 만들어 질 수 있으므로 전계발광막(103)에 대한 손상이 거의 없다. 그러므로, 본 발명은 스퍼터링에 의해 음극(192)을 형성하는 경우에 더 효과적이다.
따라서, 본 발명은 음극이 도 1의 구조에서 스퍼터링으로 형성되는 도전 막을 포함하는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명은 스퍼터링으로 음극으로서 투명한 전극을 형성하고 음극의 측으로부터 빛을 끌어내는 경우에 적합하다. 따라서, 본 발명은 도 1의 구조에서 음극이 투광성을 가지고, 스퍼터링으로 형성되는 도전막을 포함하는 것을 특징으로 한다.
더욱이, 본 발명의 효과로는 도 1의 구조가 위쪽을 턴다운(turn down)되는 역 방향으로 적층하는 구조(도2), 즉 전자수송 보조층(205), 부유 전극(204), 전계발광막(203), 및 양극(201)이 순차로 음극(202)상에 적층되는 구도를 얻을 수 있다. 또한, 이 경우에, 전계발광막(203)의 막 두께는 종래 막 두께 정도(100nm 정도)이고, 전자수송 보조층(205) 또한 전계발광막(203) 정도의 막 두께를 가질 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 EL 소자는 음극, 전자수송 보조층, 부유 전극, 전계발광을 생성할 수 있는 유기 화합물을 포함하는 전계발광막, 및 양극이 순차로 적층되는 것을 특징으로 한다.
또한, 도 12는 전계발광을 생성하는 유기 화합물을 포함하는 전계발광막(603), 전자 수송층(606), 부유 전극(604), 전자수송 보조층(605), 및 음극(602)이 양극(601) 상에 순차로 적층되는 EL 소자를 도시한다. 부유 전극(604)이 전자 수송층과 전자수송 보조층(605) 사이에 샌드위치되는 이러한 구조가 이용될 수 있다. 부유 전극(604)과 전계발광막(603)이 전자 수송층(606)에 의해 서로 이격되어 있을 때, 부유 전극(604)으로 인한 꺼짐(quenching)이 효과적으로 방지된다. 물론, 본 발명의 효과로는 도 12의 구조가 위쪽이 턴다운되는 역 방향으로 적층되는 구조를 얻을 수 있다.
홀수송층 및 전자 수송층의 적층 구조, 폴리머 화합물의 단일 층 구조, 삼중항 여기 상태로부터의 방출을 이용하는 고효율 장치와 같은 전계발광막의 구조에 있어서 다양한 변형들이 존재한다. 또한, 전자 수송층 및 전자수송 보조층 각각은 단일 층 구조와 적층 구조 어느 구조를 가질 수 있다.
유기 화합물로 형성된 분자 여기들로서 단일 여기 및 삼중항 여기 상태가 고려되며, 본 명세서는 빛을 방출에 대한 여기 상태들의 어떠한 기여를 포함한다는 것에 유의한다.
상기 전자수송 보조층에 대하여, 전자수송 보조층이 개념적으로 전자들만이 통과하게 하는 층이므로 홀 이동도보다는 큰 전자 이동도를 갖는 전자 수송 재료를 갖는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 더 바람직한 구조는 전계발광막과 전자수송 보조층 중 적어도 하나에 포함되는 홀 차단 재료(hole blocking material)를 갖는다. 이러한 구조로, 종래 EL 소자(즉, 전계발광막(103)만이 양극과 음극 사이에서 샌드위치되는 구조)와 거의 동일한 구동 전압으로 구동이 시도할 수 있다. 이 경우에, 홀 차단 재료가 전자수송 보조층에 포함되는 것이 더 바람직하다.
홀 차단 재료가 5.8eV 보다 큰 이온화 전위를 갖는 것이 바람직하다는 것에 유의한다. 바람직한 재료들로서는, 페난트로린 골격(phenanhtroline skeleton), 및 중심 금속으로서 주기율표의 13족에 속하는 원소를 갖는 5배위형 금속 복합체를 포함하는 유기 화합물이 제공된다.
이하, 음극으로서, 작은 일함수를 갖는 재료, 즉 산화되는 불안정한 재료를 사용하는 것이 필요하다. 양극에서 음극으로 순차로 적층되는 경우에, 대부분의 구조에서 불안정한 음극이 노출된다(예컨대, 도 1). 하지만, 본 발명에 따른 EL 소자는 음극이 전자수송 보조층에 홀 차단 재료를 적용하는 경우에 3.5eV보다 큰 일함수를 갖는 도체로 구성되더라도 충분히 기능하는 이점이 있다. 따라서, 본 발명은 음극이 전자수송 보조층에 홀 차단 재료를 적용하는 경우에 3.5eV 이상의 일함수를 갖는 도체로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 전계발광막에 전자를 주입할 필요가 있으므로 3.5eV 이하의 일함수를 갖는 도체로 부유 전극이 구성되는 것이 바람직하다. 3.5eV 이하의 일함수를 갖는 도체가 산화되고 불안정하더라도, 본 발명은 부유 전극이 부유하므로, 즉 그 주변이 다른 재료들로 덮여지므로 열화를 억제하는 것이 가능하다.
더욱이, 부유 전극의 또 다른 구조로서, 전계발광막에 접촉하여 그 측에 제공되는 절연막 및 전자수송 보조막에 접촉하여 그 측에 제공되는 도전막으로 형성된 구조가 있을 수 있다. 이 경우에, 리튬 플루오르화물(lithium fluoride)과 칼슘 플루오르화물(calcium fluoride)이 절연막으로서 효과적이다.
본 발명에 따른 상술한 EL 소자에서, 막 두께가 10nm 보다 크고보다 작도록 전자 수송 보조층을 제조하는 것이 가능하다. 따라서, EL 소자 자체의 막 두께를 효율적으로 두껍게 만들 수 있다.
본 발명에 따른 상술한 EL 소자는 억셉터 또는 도너를 부가하지 않고 두꺼운 막 두께를 갖도록 제조함에도 불구하고 낮은 전압으로 동작하며, 양호한 수율에 부가하여 장치 수명 및 구동 전압에 대해서 뛰어나다. 따라서, 본 발명에 따른 EL 소자를 사용한 발광 장치 및 발광 장치를 사용한 전기기기는 오랫동안 지속되는 이점 및 양호한 수율을 갖는다.
본 발명은 본 발명에 따른 EL 소자를 사용한 발광 장치 및 발광 장치를 사용한 전기기기를 포함한다는 것에 유의한다.
또한, 본 명세서의 발광 장치는 EL 소자를 포함하는 화상 표시장치를 포함하며, 또한 커넥터, FPC(flexible print circuit board), TAB(tape automated bonding), 또는 TCP(tape carrier package)가 EL 소자에 부착되는 모듈, 또는 인쇄 회로판이 TAB 또는 TCP의 팁에 부착되는 모듈, 또는 집적회로(IC)가 COG(Chip On Glass)에 의해 EL 소자 상에 직접 실장되는 모듈을 포함한다는 것에 유의한다.
도 1은 본 발명의 기본적인 구조를 보여주는 도면.
도 2는 본 발명의 기본적인 구조를 보여주는 도면.
도 3a 내지 3c는 본 발명의 동작 메커니즘을 보여주는 도면.
도 4a 내지 4c는 본 발명의 동작 메커니즘을 보여주는 도면,
도 5는 EL 소자의 제조 시스템 및 EL 소자를 이용한 발광 장치를 보여주는 도면.
도 6a 내지 6c는 실시예 1 및 비교예 2의 데이터를 보여주는 도면.
도 7a 내지 7c는 실시예 2 및 비교예 2의 데이터를 보여주는 도면.
도 8a 및 8b는 발광 장치의 상면도 및 단면도를 보여주는 도면.
도 9a 및 9b는 발광 장치의 상면도 및 단면도를 보여주는 도면.
도 10a 내지 10e는 전자기기들의 특정 예를 보여주는 도면.
도 11a 내지 11c는 전자기기들의 특정 예를 보여주는 도면.
도 12는 본 발명의 기본적인 구조를 보여주는 도면.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
101 : 양극102 : 음극
103 : 전계발광막104 : 부유 전극
105 : 전자수송 보조층303 : 유기 화합물 층
양호한 실시예들의 상세한 설명
이하, 본 발명의 실시형태가 동작 메커니즘 및 구조의 특정 예를 들어 상세히 설명될 것이다. EL 소자가 방사되는 빛을 밖으로 보내기 위해 하나의 투명 전극을 갖는 것으로 충분할 것이다. 그러므로, 기판 측으로부터 빛을 밖으로 보내기 위해 기판상에 형성되는 투명 전극을 갖는 종래의 장치 구조 뿐만 아니라 반대측으로부터 기판 측으로 빛을 밖으로 보내기 위한 기판과 전극의 양측으로부터 빛을 밖으로 보내기 위한 기판을 적용하는 것이 가능하다.
먼저, 본 발명에 따른 EL 소자의 동작 메커니즘이 도면들 3a 내지 4c와 같이 설명될 것이다. 도 3에서, 유기 화합물층(303)이 전극들(301 및 302) 사이에 샌드위치되고, 여기서는 전자수송 재료로 구성된다. 또한, 전극들(301 및 302)은 전자 전류 흐름만을 만들기 위해 설계되고, 전기 전류 밀도(J1)를 갖는 전기 전류는 전압(V)에 유기 화합물층(303)의 막두께(d)가 적용될 때 흐른다.
전기 전류 밀도(J1)는 공간 전하 제한 전류(SCLC ; Space Charge Limited Current)로 불리는 전기 전류이다. SCLC는 공간 전하가 외측으로부터 주입되고 이동될 때 흐르는 전기 전류이다. SCLC의 전기 전류 밀도는 다음의 식1인 챠일드의 법칙(Child's law)에 이해 표현된다. 식1에서,는 상대적 유전율을 나타내고,은 진공 유전율을 나타내며,는 캐리어 이동도를 나타낸다:
[식 1]
식 1이 일반화될 때, 다음 식2가 얻어진다. 식 2에서는 재료 고유의 정수를 나타낸다:
[식 2]
여기서, 상당히 동일한 재료의 막이 두배 두께 즉 2d를 갖도록 형성되고 전압(V)이 인가된다(도 3b)고 가정된다. 이 때, 전기 전류 밀도(J2)는 다음 식 3으로 표현된다:
[식 3]
식 1 및 2로부터임이 이해된다. 말하자면, SCLC의 식에 간단한 응용으로, 흐르는 전기 전류의 양이 막 두께가 증가될 때 갑자기 감소됨이 이해된다.
여기서, 도 3c에 도시된 바와 같이, 부유 전극(304)이, 유기 화합물 층(303)을 제 1 유기 화합물 층(303a) 및 제 2 유기 화합물 층(303b)으로 분할하기 위해 도 3b의 중심에 단지 샌드위치된다고 가정된다. 이 때, 부유 전극(304)이, 제 1 유기 화합물 층(303a)에 전자 주입 장벽이 거의 없다면 상기 도면에 도시된 바와 같이 전자를 통과시키기 만을 위한 층이며, 그 동안 제 2 유기 화합물 층(303b)에 홀주입 장벽은 극단적으로 높다.
제 1 유기 화합물 층(303a) 및 제 2 유기 화합물 층(303b)이 상당히 동일한 재료로 구성되기 때문에, 이 경우에 전기 전류 밀도(J3)는 다음 식 4에 의해 표현된다:
[식 4]
위에 설명된 바와 같이, 가장 간단한 모델이 고려되는 경우에서도, 부유 전극(304) 만이 샌드위치되면 도 3b에 비해 전기 전류 흐름을 두배로 만드는 것이 가능하다. 다시 말해, 동일 전압(v)이 도면들 3a-3c의 각 구조에 인가되면, J1>J2>J3의 관계는 식들 2-4에 따라 얻어진다.
도면들 4a-4c에서, 종래의 EL 소자, 종래의 EL 소자보다 두배 막 두께를 갖는 EL 소자, 및 본 발명에 따른 EL 소자가 이와 같은 개념을 기초로 비교된다. 도 4a는 홀수송층(403), 전자수송 층(404), 및 음극(402)이 양극(401) 상에 적층되는(laminated) 종래의 EL 소자를 도시한다. 홀수송(403) 또는 전자수송 층(404)은 빛의 발산에 공헌할 수 있을 것이다.
반면에, 도 4b의 EL 소자는 도 4a의 두배 막 두께를 가지며 도 4a와 다른 유일한 것은 나중에 도 4c와 비교되기 위해 형성된 전자수송 층(404)의 여분의 100nm이다. 도 4(b)의 막 두께 때문에, 거의 없는 전기 전류 흐름과, 단지 미약한 발광밖에 얻어지지 않는다(전자수송층만이 두텁게 되기 때문에, 캐리어-발란스가 무너지거나, 광경로의 변경이 발광을 미약하게 하는 현상이 자연히 존재하지만, 여기서는 고려되지 않는다. 전기 전류 흐름의 감소가 위의 현상보다 발광에 심각한 영향을 미치는 것으로 고려된다.).
여기서, 도 4c는 본 발명의 EL 소자(도 1의 구조)를 나타낸 것이며, 도 4b의 전자수송층(404)에 부유 전극(405)을 삽입하여, 제 1 전자수송층(404-1)과 제 2 전자수송층(404-2)으로 분할된다. 다시 말해, 도 4a의 소자의 위에 제 2 전자수송층과 전극이 더 적층된다.
이 때, 부유전극(405)에, 도 3c에 기술된 부유전극(304)과 같은 기능을 갖게될 때, 제 2 전자수송층(404-2)이 하는 것은 전자를 수송하여 발광에는 기여하지 않도록 하는 것이다. 그리고, 도 3c로 설명한 내용의 유추에 의해, 도 4b에 비교하여 더 많은 전기 전류가 흐른다. 따라서, 막 두께를 두텁게 하더라도 어느 정도의전기 전류를 흘려, 발광을 확보할 수가 있는 것이다. 이 때 제 2 전자수송층(404-2)이, 본 발명의 전자수송 보조층에 대응한다.
물론, 이 가장 단순한 모델을 고려한 경우에 있어서는, 도 4a의 종래의 소자에 흐르는 전기 전류량에 비교하면, 도 4c의 본 발명의 소자에 흐르는 전기 전류량은 훨씬 적다. 따라서 발광은 전기 전류의 작은 양에 따라 미약하게 된다. 그렇지만 실제는, 후술하는 실시예에 기술된 바와 같이 도 4c는 도 4b에 비해 도 4a의 특성들에 상당히 근접하게 한다는 것이 발견된다. 이것은, 실제의 EL 소자에 흐르는 전기 전류가, 단순한 챠일드의 법칙에 따르는 전기 전류가 아니라, 보다 복잡한 전기 전류(구체적으로는, 캐리어의 트랩에 의해서 제한되는 TCLC : Trap Charge Limited Current)이기 때문이 라고 고려된다.
이러한 개념은, 홀수송층측에서도 적절히 적용할 수 있는데, 즉, 양극/홀수송보조층/부유 전극/전계발광막/음극과 같은 구조라는 것에 유의한다. 그렇지만, 일반적으로 유기 화합물 내의 전자를 수송하는 것이 더 어렵기 때문에, 본 발명의 도 4c와 같이 전자수송층 속에 부유전극을 넣는 것이 더욱 효과적이다.
이상으로 말한 원리를 바탕으로 더욱 개량을 가하는 것에 의해, 도 4c의 소자의 막 두께가 두꺼움에도 불구하고 도 4a 보다 도 4c의 소자에서 전기 전류가 흐르기 더 쉽게 되는 (즉, 낮은 전압으로 동작할 수 있다) 말하자면 역전현상이 일어날 수 있는 것을 발견하였다. 이 현상은, 도 4c의 소자구조의 안에 양극401과 음극402의 간의 어딘가에 홀 차단성재료를 도입함으로써 달성된다. 구동전압이 가장 내려가는 것은, 제 2 전자수송층(404-2)(즉, 본 발명에 있어서의 전자수송 보조재료)에 홀 차단성재료를 도입하는 경우이다.
이 현상을 용이하게 설명하는 것은 곤란하지만, 본원의 발명자들은 아래와 같이 생각하고 있다. 홀 차단성재료가 도입될 때, 홀캐리어는 효과적으로 블록되어 국소적으로 축적된다. 특히 전자수송 보조층에 홀 차단성재료를 도입하는 경우는, 부유전극(405)가 도전체이기 때문에 대량의 홀캐리어들이 국소적으로 축적된다. 이 축적된 홀캐리어가 원인으로 생기는 내부전계에 의해, 전자들이 효과적으로 수송되거나 전계발광막에 주입된다. 그 결과, 도 4a의 종래의 소자보다 더 두꺼운 막 두께를 도 4c의 소자가 갖는다 해도, 도 4a의 종래의 소자보다 더 구동전압을 내릴 수 있다.
이상, 본 발명의 기본적인 동작원리를 말하였다. 이하는, 본 발명에 사용하는 전자수송 보조층, 부유전극, 그리고 전계발광막을 구성하기에 바람직한 재료들이 주어진다. 본 발명은 아래에 주어지는 재료들에 한정되지 않음을 주지해야 한다.
우선, 전자수송 보조층의 구성재료로서는 전자수송성재료가 바람직한 것은 먼저 말하였지만, 전자수송성재료로서는 금속 복합체가 종종 사용된다. 그 예들은 다음을 포함한다: 트리스(8-키노리노레이트)알루미늄(약칭: Alq), 트리스(4-메틸8-키노리노레이트)알루미늄(약칭: Almq), 및 비스(10-하이드록시벤조[h]-키노리네이트)베릴륨(약칭: Bebq)인 어떤 키노린 골격 또는 벤조키노린 골격을 갖는 금속 복합체들; 및 혼합 배위자 복합체인 비스(2-메틸8-키노리노레이트)-(4-하이드록시-비페니릴)-알루미늄(약칭: BAlq). 또한, 비스[2-(2-하이드록시페닐)-벤조오키사조레이트]아연(약칭: Zn(BOX)2), 및 비스[2-(2-하이드록시페닐)-벤조치아조레이트]아연 (약칭: Zn(BTZ)2)인 어떤 오키사졸-계 또는 치아졸계 배위자를 갖는 금속복합체들을 포함한다. 금속 복합체들 이외에도, 2-(4-비페니릴)-5-(4-털트-부틸페닐)-1,3,4-옥사디아졸(약칭: PBD), 및 1,3-비스[5-(p-털트-부텔페닐)-1,3,4-옥사디아졸2-일] 벤젠(약칭: OXD-7)등의 옥사디아졸 유도체들; 3-(4-털트-부틸페닐)-4-페닐5-(4-바이페니릴)-1,2,4-트리아졸(약칭: TAZ) 및 3-(4-털트-부틸페닐)-4-(4-에틸페닐)-5-(4-바이페니릴)-1,2,4-트리아졸(약칭: p-EtTAZ)등의 트리아졸 유도체들; 및 바소페난트로린(약칭: BPhen) 및 바소큐프로인(약칭: BCP)인 페난트로린 유도체들이 전자들을 수송할 수 있는 다른 재료들이다.
또한, 전자수송 보조층의 구성재료로서는 홀 차단성재료가 바람직하고, PBD, OXD-7, TAZ, p-EtTAZ, Bphen, 및 BCP와 같은 위에 언급한 재료들이 주어진다. 특히 Bphen 및 BCP와 같은 페난트로린 골격을 갖는 유기 화합물들은 높은 홀 차단성을 갖는다. 또한, 상술의 BAlq로 나타나는 13족 원소를 중심금속으로 하는 5배위형의 금속복합체는, 막품질의 안정성의 관점에서 선호된다.
부유전극으로서, 금속박막, 금속산화물박막, 및 유기 도전체 박막, 또는 이들의 조합 중 하나를 사용하는 것이 가능하다. 특히, 전계발광막에 전자를 주입하는 필요가 있기 때문에, 부유 전극이 일함수가 3.5 eV 보다 작은 도전체로 이루어지는 것이 바람직하고, 알칼리금속, 알칼리-토금속, 및 희토금속(a rare earth metal), 또는 그 금속원소를 포함하는 합금이 이용할 수 있다. 예로서, Mg:Ag합금,Al:Li합금, Ba, Ca, Yb, 및 Er 등이 주어진다. 부유 전극은 리듐 플루오르화물과 같은 무기 유전체의 박막, 리듐 산화물과 같은 금속산화물의 박막, 또는 알칼리금속이나 알칼리 토금속을 포함하는 유기물박막과, Al과 같은 금속막으로 이루어지는 구조일 수 있다. 또한, 부유전극은 막이 아니라 클러스터일 수 있다.
전계발광막에 대해, 일반적으로 이용되어 있는 EL 소자의 구조 및 재료가 사용될 수 있다. 구체적으로는, 문헌1에서 설명되는 바와 같은 홀수송층과 전자수송층의 적층구조, 고분자화합물의 단층구조, 3중 여기상태로부터의 발광을 이용한 고효율소자와 같은 전계발광막의 구조에 다양한 변경들이 있다.
양극재료로서, 양극측에서 빛을 집어내는 것이면, ITO(인듐 주석 산화물) 및 IZO(인듐 아연 산화물)과 같은 투명 도전성 무기 화합물이 자주 사용된다. 금과 같은 초박막도 사용될 수 있다. 비투명 재료를 사용하는 경우(음극측에서 빛을 집어내는 경우)는, 빛을 투과하지 않지만 일함수가 어느 정도 큰 금속, 합금이나 도전체와 같은 재료가 사용될 수 있으며, W, Ti, 및 TiN이 주어진다. 또한, 융점이 높은 재료가 사용되면, 스퍼터링법에 의해 형성되는 것이 좋다.
음극재료는 일함수가 3.5 eV 보다 적은 도전체로 이루어지는 것이 바람직하고, 알칼리금속, 알칼리토금속, 및 희토금속, 또는 그 금속원소를 포함하는 합금 중 한 원소가 음극 재료로 사용될 수 있다. 예로서, Mg:Ag합금, Al:Li합금, Ba, Ca, Yb, 및 Er이 주어진다. 음극은 리듐 플루오르화물과 같은 무기 유전체의 박막, 리듐 산화물과 같은 금속산화물의 박막, 또는 알칼리금속이나 알칼리토금속을 포함하는 유기물 박막과, Al과 같은 금속의 막으로 이루어지는 구조를 가질 수 있다. 전자수송 보조층에 홀 차단성재료를 적용하는 경우는, A1과 같은 범용금속이 사용될 수 있다. 또한, 음극은 스퍼터링법에 의해 형성될 수 있다.
음극측에서 빛을 집어내는 경우, 상기 음극재료의 초박막이 사용될 수 있고, 또한, 도 1과 같이 음극으로서의 막이 최후에 형성되는 구조에 있어서는 스퍼터링으로 형성된 ITO 막이 특별히 사용될 수 있다. 이 때, CuPc의 막이 형성되고 나서 ITO를 스퍼터링하는 것이 바람직하지만, CuPc가 없더라도, 전자수송 보조층이 두껍기 때문에 발광영역에의 위험은 적다.
이상, 본 발명의 EL 소자에 사용하는 재료들에 관해서 설명하였다. 다음에, EL 소자 또는 EL 소자를 사용하는 발광장치를, 침착으로부터 봉지(sealing)까지의 모든 처리를 전자동화 하는 다중-실(chamber) 제조 시스템으로 제작하는 구체예를 예시한다.
도 5는 다중-실 제조 시스템을 도시하며, 이는, 게이트들(500a∼500y), 반송실들(502,504a,508,514, 및 518), 분배실(505,507, 및 511), 준비실(501), 제1침착실(506H), 제 2침착실(506B)과, 제 3침착실(506G), 제4침착실(506R), 제5침착실(506E), 그 밖의 침착실들(509,510,512,513, 및 532), 증착원들을 셋팅하는 셋팅실들(526R, 526G, 526B, 526E, 및 526H), 선처리실들(503a, 및 503b), 봉지실(516), 마스크 스톡실(524), 봉지기판 스톡실(530), 카세트실들(520a, 및 520b), 트레이 상에 넣기 위한 스테이지(521), 반출실(takeout chambers ; 519)을 갖는다. 반송실(504a)에는 기판(504c)을 반송하기 위한 반송기구(504b)가 제공되고, 다른 반송실들의 각각에도 유사하게 반송기구가 제공된다.
이하, 미리 양극과 상기양극의 끝부를 덮는 절연물(격벽)이 제공되는 기판을 도 5에 도시된 제조 시스템에 반입하여, EL 소자 또는 EL 소자를 사용한 발광장치를 제작하는 순서를 예시한다. EL 소자를 사용한 발광장치의 경우의 예로서는, 예를 들면, 양극에 접속하고 있는 복수의 박막트랜지스터(전기 전류 제어용 TFT들), 스위칭 TFT들과 같은 그 밖의 복수의 박막트랜지스터, 및 박막 트랜지스터들로 구성된 구동 회로가 미리 제공되는 액티브 매트릭스 발광 장치를 위한 기판이 사용될 수 있다.
우선, 카세트실(520a) 또는 카세트실(520b)에 상기 기판을 셋팅한다. 대형기판(예를 들면 300 mm × 360 mm)인 경우는, 기판이 카세트실(520b)에 셋팅된다. 통상의 기판(예를 들면, 127 mm × 127 mm)인 경우에는, 카세트실(520a)에 셋팅한 후 트레이(예를 들면 300 mm × 360 mm)내에 복수의 기판들을 셋팅하기 위해 트레이(521)에 넣기 위한 스테이지로 기판이 반송된다.
셋팅된 기판(양극과, 상기양극의 끝부를 덮는 절연체가 제공됨)은 반송실(518)에 반송된다.
또한, 카세트실에 셋팅하기 전에 점 결함들을 저감하기 위해서 양극의 표면을 계면활성제(약 알칼리성)에 젖은 다공질인 스폰지, 대표적으로는 PVA(폴리비닐 알콜) 또는 나일론과 같은 재료로 세정하여 표면의 먼지를 제거하는 것이 바람직하다. 세정기구로서, 기판의 표면에 평행한 축선주위에 회전하여 기판의 표면에 접촉하는 PVA의 롤 브러시를 갖는 세정장치, 또는 기판의 표면에 수직축선주위에 회전하면서 기판의 표면에 접촉하는 PVA의 디스크 브러시를 갖는 세정장치가 사용될 수있다. 또한, 유기 화합물을 포함하는 막을 형성하기 전에, 상기기판에 포함되는 수분이나 그 밖의 가스를 제거하기 위해서, 탈기(degassing)를 위한 어닐링을 진공속에서 행하는 것이 바람직하고, 어닐링은 반송실(518)에 연결된 베이킹실(baking chamber ; 523)에서 수행될 수 있다. UV 조사 메커니즘은 양극의 표면의 처리로서 UV광의 조사를 수행하기 위해 베이킹실(523)에 제공될 수 있다.
또한, 침착실(512)에서 잉크젯이나 스핀코팅으로 고분자재료의 홀주입층을 형성할 수 있다. 기판을 세로로 둠으로서 진공속에서 잉크젯에 의해 홀주입층이 형성될 수 있다. 홀주입층(양극 버퍼 층)으로서 작용하는 재료인 폴리(에틸렌디옥시티펜)/폴리스티렌술포닉 산(PEDOT/PSS), 폴리아니린의 켐폴 술포닉(PANI/CSA), PTPDES, Et-PTPDEK, 또는 PPBA가 양극 상에 전면에 코팅되고 구워질 수 있다. 구워지는 것은 베이킹실 내에서 행해지는 것이 바람직하다. 스핀코팅과 같은 코팅방법으로 고분자재료로 이루어지는 홀주입층을 형성하는 경우, 평탄성이 향상되고, 그 위에 형성되는 막에 대한 적용범위 및 막 두께의 균일성을 만들 수 있다. 특히 발광층의 막 두께가 균일하게 되기 때문에 균일한 발광이 얻어질 수 있다. 이 경우, 홀주입층을 코팅법으로 형성한 후 증착법으로 침착하기 직전에 진공가열(100∼200℃)을 하는 것이 바람직하다. 진공가열은 선처리실(503b)에서 수행될 수 있다. 예를 들면, 양극의 표면을 스폰지로 세정한 후 카세트실에 기판이 반입될 수 있으며, 침착실(512)에 반송하여 스핀코팅법으로 폴리(에틸렌디옥시티펜)/폴리스티렌술폰 산(PEDOT/PSS)을 전면에 막 두께60 nm을 갖도록 코팅한 후, 베이킹실(523)에 반송하여 80℃로 10분간 미리 굽고, 200℃에서 1시간 구워, 선처리실(503b)에 반송하고증착직전에 진공가열(170℃에서 가열30분, 냉각30분)하고, 침착실(506R, 506G, 및 506B)에 반송하여 대기에 노출 없이 증착법으로 발광층을 형성한다. 특히, ITO 막을 양극재료로서 사용하여 표면에 요철이나 미소한 입자들이 존재하는 경우, PEDOT/PSS의 두께를 3Onm 보다 크게 설정하면 이 영향을 저감할 수가 있다.
ITO 막상에 코팅된 PEDOT/PSS는 좋은 젖음성(wettability)을 갖지 않기 때문에, PEDOT/PSS 용액을 스핀코팅법으로 1회째 코팅을 한 후 일단 순수 물로 세정함으로써 젖음성을 향상시키고, PEDOT/PSS 용액을 스핀코팅법으로 2회째의 코팅을 하고 구워서 균일성 막을 형성하는 것이 바람직하다. 1회째의 코팅을 한 후 일단 순수 물로 세정할 때 개선된 표면에 부가하여, 미소한 입자들 등도 제거되는 효과가 얻어질 수 있다는 것이 주목된다.
이어서, 기판이 반송기구가 마련된 반송실(518)로부터 준비실(501)에 반송된다. 본 실시예 유형의 제조장치에서, 준비실(501)에 기판반전기구가 갖춰지고 있고, 기판을 적절히 반전시킬 수 있다.
그후, 기판은 준비실(501)에 연결된 반송실(502)에 반송된다. 기판을 반송실(502)에 반송하기 위해 진공배기를 수행한 후 진공배기처리실과 연결된 준비실(501) 내에 불활성 가스가 대기 압력으로 되도록 도입하는 것이 바람직하다. 불순물이 장비의 내부에 도입되는 것을 방지하기 위해, 미리 가스 순수화 기계로 더욱 높게 순수하게된 질소 또는 동류의 가스와 같은 불활성 가스가 장치의 내부에 도입되는 가스로 사용된다. 그러므로, 매우 순수한 가스가 장비 내에 도입되기 위해 가스 순수화 기계가 제공되는 것이 필요하다. 위의 내용으로, 장비 내에 도입되는 것을 방지하기 위해 가스 내에 포함된 산소와 수분 및 다른 불순물들을 미리 제거하는 것이 가능하다. 또한, 반송실(502)내에는 수분 및 산소를 가능한한 제거하기 위해 미리 진공배기하여 진공을 유지하는 것이 바람직하다.
상기의 진공배기처리실에 대해, 자기부상형의 터보 분자 펌프, 크라이오-펌프, 또는 드라이 펌프가 제공된다. 따라서, 준비실과 연결된 반송실의 도달진공도를 1O-5-1O-6Pa로 하는 것이 가능하고, 펌프측 및 배기계에서의 불순물의 역확산을 제어할 수가 있다.
스핀 코팅으로 홀수송층을 완전히 형성하는 경우에, 기판의 주변 및 끝상의 층의 부분, 단자 부분, 음극과 하부 배선의 연결 영역이 선처리실(503a) 내에서 O2-에싱(ashing), 레이저 등으로 선택적으로 제거되는 것이 바람직하다.
또한, 화소주변부에서 비발광영역이 확대하는 현상(찌그러짐)을 막기 위해서, 전계발광막의 증착직전에 진공가열을 하는 것이 바람직하고, 기판이 선처리실(503b)에 반송되고, 상기 기판에 포함되는 수분이나 그 밖의 가스를 철저히 제거하기 위해서, 탈기를 위한 어닐링이 진공에서 5 ×10-3Torr(0.665 Pa)보다 작게, 바람직하게는 10-4-10-6Pa로 수행된다. 선처리실(503a)에서, 평판히터(통상적으로, 히터)가 사용되어 복수의 기판을 균일히 가열한다. 특히, 층간 절연막이나 격벽의 재료로서 유기수지막을 사용한 경우, 수분이 흡수되기 쉽고 탈기를 발생하는 위협이 있기 때문에, 전계발광막을 형성하기 전에 진공가열을 수행하는 것이 효과적이다. 진공가열에서, 100-250℃ 바람직하게는 150-200℃에서 예를 들면 30분 보다 많이 가열된 후, 30분의 자연냉각을 하여 흡착수분을 제거한다.
위의 진공가열을 수행한 후, 기판은 침착실(506H)로 반송되어 홀주입층의 막 또는 홀반송층을 형성한다.
다음으로, 기판은 반송실(502)로부터 분배실(505)에 반송되고, 그 다음에 대기에 닿게 하는 일없이 분배실(505)로부터 반송실(504a)에 반송된다.
그 후, 기판이 침착실들(506R, 506G, 506B, 및 506E)로 적절히 반송되어, 발광층, 전자수송층, 및 전자주입층과 같은 층들로 구성되는 전계발광막을 형성한다.
여기서, 침착실(506R, 506G, 506B, 506E 및 506H)에 대해 설명한다.
각각의 침착실(506R, 506G, 506B, 및 506E)에서, 복수의 이동가능 증착원 홀더들이 셋팅된다. EL 재료가 봉입된 용기(도가니)가 복수의 이동 가능한 증착원 홀더들의 각각에 대해 적절히 제공된다. 침착을 선택적으로 수행하기 위해, 기판이 얼굴을 아래로 셋팅되고, 증착 마스크의 위치적 배열이 CCD 등으로 수행되고, 증착이 저항가열법으로 수행된다. 증착 마스크는 마스크 스톡실(stock chamber ; 524)에 스톡되고, 증착을 할 때에 침착실에 적절히 반송된다.
이들 침착실들에 EL 재료들의 셋팅을 위해 이하에 제시되는 제조 시스템을 사용하는 것이 바람직하다. 즉, EL 재료가 미리 재료 메이커로 수납되는 용기(통상적으로, 도가니)를 사용하여 침착을 수행하는 것이 바람직하다. 또한, 셋팅할 때는 대기에 닿는 일없이 행하는 것이 바람직하고, 재료 메이커로부터 반송할 때 도가니를 용기에 밀폐한 상태로 침착실에 도입하는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 각각의 침착실들(506R, 506G, 506B, 506H, 및 506E)에 연결된 진공배기수단을 갖는 셋팅실들(526R, 526G, 526B, 526H, 및 526E)이 진공 또는 불활성 가스 분위기내에서 만들어 진다. 도가니가 셋팅실 내의 밀폐 용기로부터 끄집어내어 침착실에 셋팅된다. 도가니 및 도가니에 수납된 EL 재료를 오염으로부터 막을 수 있다. 또, 셋팅실(526R, 526G, 526B, 526H, 및 526E)의 각각에는, 금속 마스크가 스톡될 수 있다.
침착실들(506R, 506G, 506B, 506H, 및 506E)의 각각에 셋팅되는 EL 재료가 적절히 선택될 때, 단색(구체적으로는 백색) 또는 전체색(구체적으로는 적색, 녹색, 및 청색)의 빛을 발광하는 EL 소자를 형성할 수가 있다. 예를 들면, 녹색의 EL 소자를 형성하는 경우, 침착실(506H)에서 형성되는 홀수송층 또는 홀주입층, 침착실(506G)에서 형성되는 발광층(G), 및 침착실(506E)에서 형성되는 전자수송층 또는 전자주입층이 순차 적층되어, 음극이 형성되어 녹색의 EL 소자를 얻을 수 있다. 또한, 예를 들면, 전체색의 EL 소자를 형성하는 경우, 침착실(506R)에서 적색용의 증착 마스크를 사용하여, 홀수송층 또는 홀주입층, 발광층(R), 및 전자수송층 또는 전자주입층이 순차 적층될 수 있으며, 침착실(506G)에서 녹색용의 증착 마스크를 사용하여, 홀수송층 또는 홀주입층, 발광층(G), 및 전자수송층 또는 전자주입층이 순차 적층될 수 있으며, 침착실(506B)에서 청색용의 증착 마스크를 사용하여, 홀수송층 또는 홀주입층, 발광층(B), 및 전자수송층 또는 전자주입층이 순차 적층될 수 있고, 그후 음극이 형성되어 전체색의 EL 소자를 얻을 수 있다.
다른 발광색들을 위한 발광층들을 적층하는 경우에 있어서, 백색의 발광을하는 전계발광층은, 적색, 녹색, 및 청색의 3원색을 함유하는 3파장 타입과, 청색/노란색 또는 파랑같은 녹색/오렌지색과 같은 보색의 관계를 사용한 2파장 타입으로 대별된다. 하나의 침착실에서 백색 EL 소자를 형성하는 것도 가능하다. 예를 들면, 3파장 타입을 사용하여 백색 EL 소자를 얻는 경우, 하나의 침착실에 증착원 홀더들을 복수준비하고, 제 1 증착원 홀더에는 방향족디아민(TPD)이, 제 2 증착원 홀더에는 p-EtTAZ가, 제 3 증착원 홀더에는 Alq3이, 제4의 증착원 홀더에는 (Alq3에 적색발광을 위한 색소가 부가된) EL재료가, 제5의 증착원 홀더에는 Alq3이 봉입되어, 이들이 침착실에 셋팅된다. 그후, 제1로부터 제5의 증착원 홀더들이 순차로 이동을 개시하여, 기판에 대하여 증착을 하고, 층들이 적층된다. 구체적으로는, 제 1 증착원 홀더로부터 TPD가 가열과 승화를 겪어 기판전면에 증착된다. 그후, 유사하게, 제 2 내지 제 5 증착원 홀더들로부터 p-EtTAZ, A1q3, Alq3:NileRed, 및 Alq3이 각각 승화되어 기판전면에 증착된다. 그 후, 음극을 형성하여 백색 EL 소자를 얻는다.
상기 공정에 의해 전계발광 층이 적절히 적층된 후, 기판이 반송실(504a)에서 분배실(507)에 반송되고, 대기에 닿는 일없이 분배실(507)로부터 반송실(508)에 반송된다.
다음으로, 기판이 반송실(508)내에 셋팅되어 있는 반송기구에 의해 침착실(510)에 반송되어 부유전극을 형성하며, 이 부유전극은 저항가열을 사용한 증착법에 의해 형성되는 금속막(MgAg, MgIn, CaF2, LiF, 또는 Ca3N2등의 합금, 주기율표의 1족 또는 2족에 속하는 원소와 알루미늄의 공증착법(co-evaporation)에 의해 형성한 막, 또는 이들의 적층막)이다.
또한, 기판이 침착실(532)에 기판을 반송되어 전자수송 보조층을 형성한다. 이 때 사용되는 재료로서는, BCP나 BAlq 같은 홀 차단성재료가 바람직하다. 전자수송 보조층의 형성 후, 음극과 같은 막이 형성된다. 음극은 먼저 말한 침착실(510)에서 증착법으로 형성되거나, 침착실(509)에서 스퍼터링으로 형성될 수 있다.
상면출사형의 발광장치를 제작하는 경우에는, 음극은 투명 또는 반투명한 것이 바람직하고, 상기 금속막의 박막(1nm-1Onm) 또는 상기금속막의 박막(1nm-1Onm)과 투명도전막과의 적층은 음극이 되는 것이 바람직하다. 이 경우, 투명도전막의 막(ITO : 산화인듐 및 산화주석의 합금, In2O3-ZnO : 산화인듐 및 산화아연의 합금, 또는 ZnO : 산화아연)이 스퍼터링으로 침착실(509)에 형성될 수 있다.
이상의 공정에서 본 발명의 EL 소자가 형성된다.
또한, 기판이 반송실(508)에 연결된 침착실(513)에 반송되어 질화규소 보호막, 또는 질화산화규소막을 형성하여 봉지할 수 있다. 여기서는, 침착실(513)에 규소, 산화규소, 또는 질화규소로 이루어지는 타깃(target)이 제공된다. 예를 들면, 규소로 이루어지는 타깃이 사용되고 침착실의 분위기가 질소분위기 또는 질소와 아르곤을 포함하는 분위기로 만들어질 때, 음극상에 질화규소막이 형성될 수 있다. 또한, 탄소를 주성분으로 하는 박막(DLC막, CN막, 또는 비정질 탄소 막)이 보호막으로서 형성될 수 있으며, CVD 법을 사용한 다른 침착실이 제공될 수 있다. 다이아몬드-유사-탄소(DLC 막이라고도 불림)는, 플라스마 CVD 법(대표적으로는, RF 플라스마 CVD법, 마이크로파 CVD법, 전자 사이클로트론 공명(ECR) CVD법, 또는 열 필라멘트 CVD 법), 연소화염법, 스퍼터링법, 이온 빔 증착법, 또는 레이저 증착법등으로 형성될 수 있다. 수소가스와 탄화수소 가스(예를 들면 CH4, C2H2, 또는 C6H6)로 구성되는 침착에 사용하는 반응가스는, 글로우 방전에 의해 이온화되어, 이온들이 네거티브 자기-바이어스가 인가되는 음극에 대항하여 충돌하기 위해 가속되어 침착을 수행한다. CN 막은 반응가스로서 C2H4가스와 N2가스를 사용하여 형성될 수 있다. DLC 막 및 CN 막은 가시광에 대하여 투명 또는 반투명한 절연막들임이 주목된다. 가시광에 대하여 투명한 것은 가시광의 투과율이 80-100% 인 것을 나타내며, 가시광에 대하여 반투명하다는 것은 가시광의 투과율이 50-80% 인 것을 나타낸다.
이어서, EL 소자가 형성된 기판이 대기에 닿는 일없이 반송실(508)로부터 분배실(511)에 반송되며, 그 후 반송실(514)로부터 봉지실(516)에 반송된다.
봉지기판은 로드실(517)에 셋팅되어 준비된다. 수분등의 불순물들을 제거하기 위해서 미리 진공중에서 어닐링을 수행하는 것이 바람직하다. 봉지기판에 EL 소자가 마련된 기판과 붙여 합치기 위한 씨일재(sealant)를 형성하는 경우에는, 봉지실에서 씨일재가 형성되며, 씨일재를 형성한 봉지기판은 봉지기판 스톡실(530)에 반송된다. 건조제가 봉지실의 봉지기판에 제공될 수 있다. 여기서 봉지기판에 씨일재를 형성한 예를 게시하였지만, 한정하고 있는 것이 아니다. 씨일재는 EL 소자가 형성된 기판에 형성될 수 있다.
다음으로, 봉지실(516)에서 기판과 봉지기판이 붙여지고, 봉지실(516)에 마련된 자외선 조사 기구로 붙여진 한 쌍의 기판들에 UV 광을 조사하여 씨일재를 경화시킨다. 여기서 씨일재로서 자외선 경화수지를 사용하였지만, 씨일재가 접착재이면 본발명은 특히 한정되지 않는다.
이어서, 붙여진 한 쌍의 기판들이 봉지실로부터 반송실(514)로 반송되고, 반송실(514)로부터 반출실(519)로 반송되어 꺼집어 낸다.
이상과 같이, 도 5에 도시된 제조 시스템이 밀폐 공간에서 완전히 봉입될 때까지 EL 소자가 대기에 노출되는 것을 피하는데 사용되기 때문에 높은 신뢰성을 갖는 발광 소자를 제조할 수 있다. 비록 반송실(514 및 518)에서 진공과 질소의 대기압에서 되풀이하지만, 반송실(502,504a, 및 508)에는 항상 진공이 유지되는 것이 바람직하다.
여기서는 도시하지 않지만, 기판을 개개의 처리실에 이동시키는 경로의 자동제어화를 실현하는 제어장치가 제공된다는 것을 주지하라.
또한, 양극으로서 투명도전막 또는 금속막(TiN)이 마련된 기판이 반송되고 전계발광막, 부유 전극, 및 전자수송 지원층을 형성한 후 투명 또는 반투명한 음극(예를 들면, A1 또는 Ag와 같은 엷은 금속막과 투명도전막의 적층)이 형성된다면, 도 5에 도시되는 제조장치로 상면출사(또는 양면출사)형의 EL 소자를 형성하는 것도 가능하다. 상면출사형의 EL 소자는 전계발광막에서 생긴 발광이 음극을 투과하여 꺼집어내어지는 소자를 나타낸다.
또한, 양극으로서 투명도전막이 마련된 기판이 반송되고 전계발광막, 부유 전극, 및 전자수송 지원층을 형성한 후 금속막(A1 또는 Ag)의 음극이 형성된 다면,도 5에 도시되는 제조장치로 하면출사형 EL 소자를 형성하는 것도 가능하다. 하면출사형의 EL 소자는 전계발광막에서 생긴 발광이 양극에서 꺼내어져 TFT 쪽으로 가고 기판으로 반송되는 소자를 나타낸다.
실시예 1
도 1에 도시된 본 발명에 따른 EL 소자가 이 실시예에서 구체적으로 설명될 것이다.
먼저, ITO가 양극(101)으로서 110nm를 가지고 침착되는 기판상에 순서대로, 홀주입 재료로서 구리 프탈로시아닌(copper phthalocyanined : 약어 CuPc)이 20nm의 두께를 가지도록 침착되고 4,4'-bis(N-(1-naphthyl)-N-phenyl-amino)-biphenyl(약어 : α-NPD)는 30nm의 두께로 침착되며, 전자 수송 재료로서 Alq가 50nm의 두께를 가지도록 침착된다. 이상은 전계발광막(103)이다.
두 번째로, 2nm의 두께를 가진 칼슘 플루오르화물(calcium fluoride)과 20nm의 두께를 가진 알루미늄(aluminum)이 부유 전극(floating electrode)(104)을 만들도록 침착된다. 또한, Alq는 전자수송 보조층(105)으로서 100nm의 두께를 가지도록 침착된다. 마지막으로, 2nm의 두께를 가진 칼슘 플루오르화물과 100nm의 두께를 가진 알루미늄은 음극(102)으로서 침착된다. 그 후, 본 발명에 따른 EL 소자가 완성될 수 있다. 이하 소자(C)로 불리는 소자는 도 4c에서의 예시된 소자 구조에 대응된다. 또한, 화소의 크기는 2mm2이다.
도 6a 내지 6c는 소자(C)의 초기 특성(위에서 부터 휘도-전류 밀도; 휘도-전압; 및 전류-전압)을 보인다. 전류의 어느 정도는 소자(C)의 두께에도 불구하고 적용될 수 있고 광이 발광될 수 있음을 보인다.
비교예 1
실시예 1과 비교하여, 2 종류의 소자들이 만들어진다. 먼저, "ITO(110nm), CuPc(20nm), α-NPD(30nm), Alq(50nm), CaF2(2nm), Al(100nm)"의 구조를 가진 종래의 EL 소자가 만들어진다. 소자는 도 4a에 도시 소자 구조에 대응되고 이하의 장치와 같이 설명된다. 또한, 화소의 크기는 2nm2이다.
부유 전계가 구조 "ITO(110nm), CuPc(20nm), α-NPD(30nm), Alq(150nm), CaF2(2nm), Al(100nm)"를 가진 실시예 1에 따른 소자 구조와 상이하게 침착되지 않는 EL 소자가 만들어진다. 소자는 도 4b에 도시된 소자 구조에 대응되고 이하의 장치와 같이 설명된다. 또한, 화소의 크기는 2nm2이다.
소자 A 및 소자 B의 초기 특성들이 도 6 에 소자 C 의 특성에 부가하여 도시되어 있다. 소자 C는 소자 A보다 열등하지만 소자 B와 비교하여 그것의 특성을 크게 개선할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따라서, 본 발명에 따른 소자는 두껍지만 어느 정도의 전압에서 구동될 수 있다는 것이 이해된다.
실시예 2
이 실시예에 있어서, 도 1에 도시된 본 발명에 따른 EL 소자가 명확하게 설명될 것이다. 이 실시예는 홀 차단성 재료가 전계발광막(이하, 소자 D)에 도입되는 본 발명에 따른 EL 소자와 홀 차단성 재료가 전자수송 보조층(이하, 소자 E)에 도입되는 본 발명에 따른 EL 소자인 두 개의 예들이 설명될 것이다.
소자 D의 구조는 "ITO(110nm), CuPc(20nm), α-NPD(30nm), Alq(40nm), BCP(10nm), CaF2(2nm), Al(20nm), Au(20nm), Alq(100nm), CaF2(2nm), Al(100nm)"이다, 소자 E의 구조는 "ITO(110nm), CuPc(20nm), α-NPD(30nm), Alq(50nm), CaF2(2nm), Al(20nm), BCP(100nm), Al(100nm)"이다. 소자 D와 소자 E에 대한 홀 차단성 재료들은 BCP이다. 또한, 어느 소자에서나, 화소의 크기는 2nm2이다.
도 7a 내지 7c는 이들 초기 특성들(위에서 부터 휘도-전류 밀도; 휘도-전압; 및 전류-전압)을 보인다. 둘 다의 소자들이 대략 200nm의 두꺼운 두께에 상관없이 충분한 전류가 거기에 인가되고 빛이 충분히 낮은 구동 전압에 의해 발광될 수 있다. 소자 E의 특성이 소자 D의 특성보다 더 크기 때문에, 홀 차단성 재료는 전계발광막보다는 전자수송 보조층에 도입되는 것이 더 낫다는 것이 이해된다.
비교예 2
비교를 위해, 소자 A의 데이터가 도 7에 도시된다. 본 발명에 따라 EL 소자에 홀 차단성 재료를 도입함으로써 종래의 EL 소자보다 2 배 더 두껍게 되는 것에 상관없이 종래의 EL 소자에 비하여 구동 전압이 감소되는 것을 도면으로부터 볼 수 있다. 특히, 높은 휘도 측에서의 구동 전압이 크게 감소된다. 전류-전압 특성들에서 나타난 바와 같이, 다이오드 특성의 기울기(gradient)가 가파르게 올라간다(전류가 높은 전압 영역에 쉽게 인가한다.)
따라서, 소자가 두껍게 형성되더라도, 본 발명에 의해 구현됨으로써 종래의소자보다 낮은 전압에서 구동될 수 있다.
실시예 3
도 2에 도시된 EL 소자가 이 실시예에서 명확하게 설명될 것이다.
기본적으로, 도 2에 도시된 소자는 도 1 중에 역처리(reverse process)를 통해 만들어질 수 있다. 먼저, BCP는 Al이 음극(202)으로서 100nm의 두께를 가지도록 침착되고 Al:Li 합금이 그것 위에 부유 전극(204)으로서 20nm의 두께를 가지도록 침작되는 기판 위의 전자수송 보조층으로서 100nm의 두께를 가지도록 침착된다.
다음으로, 전계발광막(203)을 만들기 위해 다음 순서로, 전자수송 발광 재료로서 Alq는 50nm의 두께를 가지도록 침착되고, 홀수송 재료로서 α-NPD는 30nm의 두께를 가지도록 침착되고, 홀주입 재료로서 CuPc는 20nm의 두께를 가지도록 침착된다. 마지막으로, Au는 양극(201)으로 20nm의 두께를 가지도록 침착되고, 본 발명에 따른 EL 소자가 얻어진다. 광은 이 실시예에 따른 구조에서 상부면(Au 측)으로부터 제거된다.
실시예 4
하부 방출 구조의 광 방출 소자의 예가 이 실시예에서 설명될 것이다. 그것의 개략도가 도 8a 및 도 8b에 도시된다.
도 8a는 광 발광 소자의 상면도를 도시한다. 도 8b는 라인 A-A'를 따라 취해진 도 8a의 단면도를 도시한다. 도트 라인에 의해 도시된 참조 번호 801은 소스 신호 라인 구동 회로이고, 802는 화소 부분이고, 803은 게이트 신호 라인 구동 회로이다. 또한, 참조 번호 804는 봉지(sealing) 기판이고, 805는 밀봉되어 봉지된 공간을 유지하기 위한 갭 에이전트(gap agent)를 포함하는 씨일재(sealant)이다. 씨일재(805)에 의해 밀봉된 내부 공간은 불활성 공기(통상적으로, 질소)로 채워진다. 씨일재(805)에 의해 밀봉된 내부 공간에서의 미량의 수분은 내부 공간이 충분히 건조하도록 건조제 (807)에 의해 제거된다.
참조 번호(808)는 소스 신호 라인 구동 회로(801)와 게이트 신호 라인 구동 회로(803)에 입력되는 신호를 전송하기 위한 배선이다. 그것들은 FPC(flexible print circuit)(809)로부터 클락 신호 또는 비디오 신호를 받아 취한다.
다음으로, 단면 구조가 도 8b를 참조하여 설명된다. 구동 회로 및 화소 부분은 기판(810) 위에 형성된다. 여기서, 소스 신호 라인 구동 회로(801)와 화소 부분(802)이 구동 회로로서 도시된다. 또한, 소스 신호 라인 구동 회로(801)로서, n-채널 TFT(823)와 p-채널 TFT(824)를 가진 CMOS 회로가 형성된다.
화소 부분(802)은 스위칭 TFT(811), 전류 제어 TFT(812), 및 전류제어 TFT(812)의 드레인에 접속된 투명 도전막으로부터 형성된 제 1 전극(양극)(813)을 포함하는 복수의 화소들로부터 형성된다.
여기서, 제 1 전극(813)은 접속 전극과 부분적으로 중첩되도록 형성되고 접속 전극을 통해 TFT의 드레인 영역에 전기적으로 결합된다. 제 1 전극(813)이 광에 투명하고 큰 일함수를 가진 도전막(인듐 산화물 주석 산화물 합금(ITO), 인듐 산화물 아연 산화물 합금(In2O3-ZnO), 아연 산화물(ZnO) 등)으로부터 만들어 지는 것이 바람직하다.
제 1 전극(양극)(813)의 둘 다의 부분들에서, 절연물(격벽, 장벽 등으로 불림)(814)이 형성된다. 커버리지를 개선하기 위해서, 절연물(814)의 상단부 또는 하단부는 곡면을 가지고 곡률을 가지고 형성된다. 절연물(814)은 알루미늄 질화막, 알루미늄 산화질화막, 탄화물을 주성분으로 하는 박막, 또는 실리콘 질화막으로부터 만들어진 보호막으로 코팅될 수 있다.
유기 화합물(815)을 포함하는 층은 증착 마스크 또는 잉크젯을 사용하는 증착에 의해 제 1 전극(양극)(813) 위에 선택적으로 형성된다. 또한, 이 실시예에 다른 유기 화합물(815)을 포함하는 층은 전계발광막(103), 부유 전극(104), 및 전자 수송 보조층(015)으로부터 만들어 진다. 특히, 실시예 2에서 설명된 구조가 형성될 수 있다. 부유 전극이 크로스토크(crosstalk)를 방지하기 위해 각각의 화소들 위에서 패턴화되는 것이 바람직하다는 것을 유의하라.
제 2 전극(음극)(816)은 유기 화합물(815)을 포함하는 층위에 형성된다. 작은 일함수를 가진 재료들(Al, Ag, Li, Ca, 또는 MgAg, MgIn, AlLi, CaFa2, 또는 Ca3N2와 같은 이들 재료들의 합금)이 음극으로 사용될 수 있다. 따라서, 제 1 전극(양극)(813), 유기 화합물(815)을 포함한 층, 및 제 2 전극(음극)(816)을 포함하는 본 발명의 EL 소자(818)가 형성될 수 있다. EL 소자(818)는 도 8에 도시된 화살표에 의해 나타낸 방향으로 외부로 광을 방출한다. EL 소자(818)는 단일 발광 R, G, 또는 B를 생성하는 종류이다. 모든 색은 유기 화합물을 포함하는 각각의 층이 각각 형성된 R, G, 또는 B의 발광을 얻는 3 개의 소자들을 함께 형성함으로써 달성될 수 있다.
보호층(817)은 EL 소자(818)를 봉지하도록 형성된다. 보호층(817)은 스퍼터링(sputtering)(DC 방식 또는 RF 방식) 또는 PCVD에 의해 주성분들로서 실리콘 질화물 또는 실리콘 산화질화물로부터 만들어지는 절연막, 박막(DCL막, CN막 등), 또는 그것의 적층으로부터 만들어지는 것이 바람직하다. 실리콘 질화막이 실리콘 타겟을 사용하여 아르곤 및 질화물을 포함하는 분위기에서 형성되면, 수분 또는 알칼리 금속들과 같은 불순물들에 대한 높은 차단 효과를 가진 실리콘 질화막이 형성될 수 있다. 또한, 질화물 실리콘 타겟이 또한 사용될 수 있다. 또한, 보호층은 리모트 플라즈마를 사용한 막 형성 시스템을 사용하여 형성될 수 있다.
봉지 기판(804)은 EL 소자를 봉지하도록 비활성 가스 분위기에서 씨일재(805)를 사용하여 보호층(817)에 부착된다. 돌출 부분은 미리 샌드 블라스트(sand blast)에 의해 봉지 기판(804) 위에 형성된다. 그리고 건조제는 그것 위에 부착된다. 또한, 씨일재(805)에 대한 바람직한 재료는 에폭시 수지(epoxy resine)이다. 씨일재(805)가 수분과 산소에 가능한 한 많이 투과하지 않는 재료로 만들어지는 것이 바람직하다.
봉지 기판(804)의 재료에 대해, 금속 기판, 유리 기판, 석영 기판, FRP(Fiberglass-Reinforced-Plastic), PVF(polyvinyl fluoride), Myler, polyester, acryl 등으로부터 만들어지는 플라스틱 기판이 사용될 수 있다. 또한, 그것이 내면 위에 건조제가 부착된 금속이 EL 소자를 봉지하기 위해 사용될 수 있다.
실시예 5
상면 발광 구조를 가진 발광 소자의 예가 이 실시예에 설명된다. 그것의 개략적인 도면은 도 9에 도시된다.
도 9a는 발광 소자의 상면도이다. 도 9b는 라인 A-A'을 따라 취해진 도 9a의 단면도이다. 도트 라인에 의해 도시된 참조 번호 901은 소스 신호 구동 회로이고, 902는 화소 부분이며, 903은 게이트 신호 구동 회로이다. 참조 번호 904는 투명한 봉지 기판이고 905는 제 1 씨일재이다. 제 1 씨일재(905)에 의해 둘러싸인 내부 공간은 제 2 투명한 씨일재(907)로 채워진다. 갭 에이전트는 기판들 사이에 거리를 유지하도록 제 1 씨일재(905)에 포함된다.
또한, 참조 번호 908은 외부 입력 단자인 FPC(909)로부터 클락 신호 또는 비디오 신호를 받아들여 취하고 소스 신호 라인 구동 회로(901)와 게이트 신호 라인 구동 회로(903)에 신호들을 전송하기 위한 배선이다. 여기서 FPC는 단지 예시적이지만, 프린트 배선기반(PWB)이 FPC에 설치될 수 있다.
단면 구조가 도 9b를 참조하여 설명된다. 구동 회로와 화소 부분이 기판(910) 위에 형성된다. 여기서, 구동 회로로서 소스 신호 라인 구동 회로(901)와 화소 부분(902)이 도시된다.
소스 신호 구동 회로(901)에 대해, n-채널 TFT(923)와 p-채널 TFT(924)로 구성된 CMOS 회로기가 형성된다. 구동 회로를 형성하는 TFT는 알려진 CMOS 회로, PMOS 회로, 및 NMOS 회로를 사용하여 형성될 수 있다. 이 실시예에 있어서, 기판 위에 구동 회로를 형성하는 구동기 일체형 만이 도시되지만, 이것은 그것에 한정되지 않으며, 구동 회로는 회부에 형성될 수 있다.
화소 부분(902)은 스위칭 TFT(911), 전류 제어 TFT(912), 및 전류 제어 TFT(912)의 드레인에 결합되는 제 1 전극(양극)(913)을 포함하는 복수의 화소들로 형성된다. 전류 제어 TFT(912)는 n-채널 TFT 또는 p-채널 TFT일 수 있고, 그러나, 그것이 양극에 결합될 때, p-채널 TFT가 되는 것이 바람직하다. 또한, 저장 캐패시터(미도시)가 적절하게 제공되는 것이 바람직하다. 여기서, 제공된 다수의 화소들 중 하나의 화소만의 단면 구조가 예로서 하나의 화소에 두 개의 TFT들을 제공하는 것을 보이도록 도시되었지만, 세 개 또는 그보다 많은 TFT들이 적절하게 사용될 수 있다.
제 1 전극(913)이 TFT의 드레인에 직접 접촉하기 때문에, 제 1 전극(913)의 하부층은 실리콘으로 만들어지는 드레인에 저항적으로 접촉하는 재료로 형성된다. 유기 화합물을 포함하는 층에 접촉하는 제 1 전극(913)의 표면은 큰 일함수를 가진 재료로부터 만들어지는 것이 바람직하다. 제 1 전극이 세 개의 적층된 구조, 예를 들어, 티타늄 질화막, 알루미늄이 기초된 막, 및 티타늄 질화막으로 형성될 때, 제 1 전극은 배선으로서 저항을 낮게 억제할 수 있고, 드레인에 좋은 저항성 접촉이 될 수 있으며, 양극으로서 동작할 수 있다. 또한, 제 1 전극(913)은 티타늄 질화물, 크롬막, 텅스텐막, 아연막, 또는 Pt막과 같은 단층, 또는 세 개 또는 그보다 많은 층들의 적층된 구조로 형성될 수 있다.
또한, 절연물(격벽, 장벽 등으로 불림)(914)이 제 1 전극(양극)(913)의 양 단부들 위에 형성된다. 절연물(914)은 실리콘을 포함하는 절연막 또는 유기 수지막으로부터 만들어질 수 있다. 여기서, 포지티브 광감성 아크릴 수지막이 도 9에 도시된 바와 같이 절연물(914)을 형성하기 위해서 사용된다.
커버리지를 개선하기 위해서, 절연물(914)의 상단부 또는 하단부가 곡률 반경을 가진 만곡된 표면을 가지도록 형성된다. 예를 들어, 포지티브 감광성 아크릴 수지막이 절연물(914)을 형성하기 위해 사용될 때, 절연물(914)의 상단부 만이 곡률 반경(0.2㎛ 내지 0.3㎛)을 가진 만곡된 표면을 가지도록 형성되는 것이 바람직하다. 절연물(914)에 대한 재료들로서, 광감성 광에 의존하여 에천트에서 용해될 수 없는 네거티브 광감성 아크릴 수지막, 또는 광감성 광에 의존하여 에천트에서 용해될 수 있는 포지티브 광감성 아크릴 수지막이 사용될 수 있다.
절연물(914)은 알루미늄 질화막, 알루미늄 산화질화막, 카본으로 주성분들로 만들어진 박막, 또는 실리콘 질화막으로 만들어진 보호막에 의해 커버될 수 있다.
제 1 전극(양극)(913) 위에, 유기 화합물(915)을 포함하는 층이 증착 마스크 또는 잉크젯을 사용하는 증착에 의해 선택적으로 형성된다. 본 실시예에 따른 유기 화합물(915)을 포함하는 층은 도 1에 도시된 전계발광막(103), 부유 전극(104), 및 전자수송 보조층(105)을 포함하는 적층된 층이다. 특히, 유기 화합물(915)을 포함하는 층은 실시예 2에 도시된 구조를 가지도록 형성될 수 있다. 부유 전극이 크로스토크를 방지하기 위해 각각의 화소들에 코팅되는 것이 바람직하다는 것을 유의하라.
제 2 전극(음극)(916)은 유기 화합물(915)에 포함되는 층위에 형성된다. 음극을 형성하기 위해, 작은 일함수를 가진 재료들(Al, Ag, Li, Ca, 또는 MgAg,MgIn, AlLi, CaFa2, 또는 Ca3N2와 같은 이들 재료들의 합금)이 사용될 수 있다. 여기서, 얇은 두께를 가진 금속 박막, 투명한 도전막(ITO(인듐 틴 산화물), In2O3-Zn0(인듐 산화물 아연 산화물 합금), 및 아연 산화물(ZnO))을 포함하는 적층된 층은 거기를 통하는 휘도 통과를 위해 제 2 전극(음극)(916)에 대해 사용된다. 따라서, 유기 화합물(915), 및 제 2 전극(음극)(916)을 포함하는 층을 포함하는 본 발명에 따른 EL 소자(918)가 완성된다. 여기서는, EL 소자(918)의 백색 발광이 예시되었기 때문에, 착색층(931)과 차광층(BM)(932)을 포함하는 컬러 필터(오버 코딩된 층은 명료함을 위해 도시되지 않음)가 형성된다.
또한, R, G, 및 B의 발광을 생성하는 유기 화합물을 포함하는 층들이 각각 형성되면, 전체 컬러 디스플레이는 컬러 필터 없이 실현될 수 있다.
투명한 보호층(917)이 EL 소자(916)를 봉지하도록 형성된다. 주성분으로서 실리콘 산화질화물 또는 실리콘 질화물이 포함된 절연막, 주성분으로 카본(다이아몬드형 카본막(DLC막), 카본 질화막(CN막)등) 이 포함된 박막, 또는 이들 막들을 포함하는 적층된 층은 투명한 보호막(917)으로서 작용하도록 스퍼터링(sputtering)(DC 방식 또는 RF 방식) 또는 PCVD에 의해 침착되는 것이 바람직하다. 수분 또는 알칼리 금속들과 같은 불순물들에 대해 높은 차단 효과를 가지는 실리콘 질화막은 실리콘 타겟을 사용하여 아르곤과 질화물을 포함하는 분위기 하에서 형성되면 형성될 수 있다. 또한, 투명한 보호막은 리모트 플라즈마를 사용하여 막 형성 장비에 의해 형성될 수 있다. 또한, 투명한 보호막이 거기를 통해 발광하는 발광을 위해 가능한 한 얇게 형성되는 것이 바람직하다.
봉지 기판(904)은 EL 소자(918)를 봉지하도록 제 1 씨일재(905)와 제 2 씨일재(907)를 사용하여 부착된다. 제 1 씨일재(905)와 제 2 씨일재(907)에 대한 바람직한 재료들을 위해, 에폭시 수지가 바람직하다. 또한, 제 1 씨일재(905)와 제 2 씨일재(907)가 가능한 한 수분 또는 산소를 침투시키지 않는 것이 바람직하다.
봉지 기판(904)을 형성하기 위해서, FRP(Fiberglass-Reinforced-Plastic), PVF(polyvinyl fluoride), Myler, 폴리에스테르(polyester), 아크릴(acryl) 등과 같은 재료들이 이 실시예에서 석영 기판 또는 유리 기판외에 사용되는 것이 바람직하다. 또한, 제 3 씨일재는 제 1 씨일재(905)와 제 2 씨일재(907)를 사용하여 봉지 기판(904)이 부착된 후 봉지 기판의 측면(노출된 면)을 코팅하도록 에지들 주위에 사용될 수 있다.
따라서, EL 소자는 제 1 씨일재(905)과 제 2 씨일재(907)을 사용하여 외부로부터 완전히 차단시킬 수 있고 유기 화합물 층의 저하를 야기하는 수분 또는 산소가 침투하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 높은 신뢰할 수 있는 발광 소자를 얻을 수 있다.
투명한 도전막이 제 1 전극(913)으로 사용되면, 상부 및 하부 발광형 발광 소자가 만들어질 수 있다.
실시예 6
실시예 4 및 실시예 5에 설명된 발광 소자는 좋은 수율들, 긴 수명, 및 낮은 구동 전압을 가진다. 따라서, 본 발명에 따른 발광 소자를 사용하는 전기 기구는좋은 수율들을 가지고 내구성을 자기는 이점들이 가진다. 특히, 전력원으로서 배터리를 사용하는 포터블 애플리언스와 관련하여, 낮은 전력 소모는 편리함으로 직결된다(배터리 수명을 연장함). 따라서, 낮은 구동 전압을 가진 본 발명에 따른 발광 소자는 매우 유용하다.
다음은 전자 애플리언스와 같이 주어질 수 있다 : 비디오 카메라들 ; 디지털 카메라들; 헤드 장착 디스플레이들(고글형 디스플레이들); 차 네비게이션 시스템들; 프로젝터들; 차 스테레오들; 개인용 컴퓨터들; 포터블 정보 단말들(랩탑 컴퓨터, 셀 폰들 또는 전자책 등) 등. 이들 예들이 도 10 a 내지 10e 및 도 11a 내지 11c에 도시된다.
도 10a는 본체(1001), 이미지 입력부(1002), 표시부(1003), 및 키보드(1004) 등을 포함하는 개인용 컴퓨터이다.
도 10b는 본체(1101), 표시부(1102), 음성 입력부(1103), 조작 스위치들(1104), 배터리(1105) 및 이미지 수신부(1106) 등을 포함하는 비디오 카메라이다.
도 10c는 본체(1201), 카메라부(1202), 이미지 수신부(1203), 조작 스위치들(1204), 및 표시부(1205) 등을 포함하는 모바일 컴퓨터이다.
도 10d는 본체(1401). 표시부(1402), 스피커부(1403), 기록 매체(1404), 및 조작 스위치들(1405)을 포함하는 프로그램이 기록되는 기록 매체(이하 기록 매체로 불림)를 사용하는 플레이어이다, 이 애플라이언스는 기록 매체로 DVD(Digital Versatile Disc), CD등을 사용하고 음악 감상, 영화 감상, 게임들을 실행할 수 있고 인터넷을 위해 사용될 수 있다.
도 10e는 본체(1501); 표시부(1502); 접안부(1503); 조작스위치들(1504); 및 수상부(도시안됨)등을 포함하는 디지털 카메라이다.
도 11a는 본체(1601), 음성 출력부(1602), 음성 입력부(1603), 표시부(1604), 조작 스위치들(1605), 안테나(1606), 및 이미지 입력부(CCD, 이미지 센서 등)(1607) 등을 포함하는 셀 폰이다.
도 11b는 본체(1701), 표시부(1702 및 1703), 기록 매체(1704), 조작 스위치들(1705) 및 안테나(1706) 등을 포함하는 포터블 책(전자책)이다.
도 11c는 본체(1801), 보조부(1802) 및 표시부(1803) 등을 포함하는 디스플레이이다.
또한, 도 11c에 도시된 디스플레이는 소형 및 중형 또는 대형 스크린, 예를 들어 5 내지 20인치의 크기를 가진다. 또한, 이런 크기들을 가진 디스플레이를 제조하기 위해서, 측면이 1 미터인 기판을 사용함으로써 다면을 취해 양산하는 것이 바람직하다.
위에 설명된 바와 같이, 본 발명의 응용 범위는 매우 넓고, 본 발명은 다양한 영역들의 전기 애플리언스들에 적용될 수 있다.
종래보다 액셉터 또는 도너의 도핑 없이 낮은 전압으로 구동되고 두께가 두꺼운 EL 소자가 본 발명을 구현함으로써 제공될 수 있다. 따라서, 좋은 수율들, 긴 수명을 가지고 낮은 전압으로 구동될 수 있는 EL 소자가 제공될 수 있다. 또한, 좋은 수율을 가지고 내구성이 있는 발광 소자가 EL 소자를 사용함으로써 제공될 수있다.
본 발명은 종래의 것보다 더 억셉터나 도너를 도핑하지 않고 보다 두껍고 낮은 구동전압의 EL 소자를 제공한다. 따라서, 본 발명은 양호한 수율, 긴 수명, 및 낮은 구동 전압을 갖는 EL 소자를 제공하고, EL 소자를 사용하여 내구성이 크고 양호한 수율의 발광 장치를 제공한다.

Claims (72)

  1. 전계발광 소자에 있어서,
    양극과,
    상기 양극 위의, 전계발광(electroluminescence)을 생성할 수 있는 유기 화합물을 함유하는 전계발광막과,
    상기 전계발광막 위의 부유 전극과,
    상기 부유 전극 위의 전자수송 보조층, 및
    상기 전자수송 보조층 위의 음극을 포함하고,
    상기 전계발광막과 상기 전자수송 보조층 중 적어도 하나는 홀 차단성 재료를 함유하는, 전계발광 소자.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 음극은 스퍼터링에 의해 형성된 도전막을 포함하는, 전계발광 소자.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 음극은 스퍼터링에 의해 형성된 투광성의 도전막(translucent conductive film)을 포함하는, 전계발광 소자.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 홀 차단성 재료는 이온화 퍼텐셜이 5.8eV 이상인, 전계발광 소자.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 홀 차단성 재료는 페난트로린 골격(phenanthroline skeleton)을 포함하는 유기 화합물 또는 주기율표의 13족 원소에 속하는 원소를 중심 금속으로서 가지는 5배위형 금속 복합체인, 전계발광 소자.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 음극은 일함수가 3.5eV 이상인 도전재료를 포함하는, 전계발광 소자.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 전자수송 보조층은 홀 이동도보다 큰 전자 이동도를 가진 전자수송가능 재료를 포함하는, 전계발광 소자.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 부유 전극은 일함수가 3.5eV 이하인 도전 재료를 포함하는, 전계발광 소자.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 부유 전극은 상기 전계발광막과 접촉되어 형성된 절연막 및 상기 전자수송 보조층과 접촉된 도전막을 포함하는, 전계발광 소자.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 전자수송 보조층은 10nm 내지 1㎛ 범위의 막 두께를 가지는, 전계발광 소자.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 전계발광 소자는 발광 장치에 통합되는, 전계발광 소자.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 전계발광 소자는 개인용 컴퓨터, 비디오 카메라, 모바일 컴퓨터, 플레이어, 디지털 카메라, 셀 전화, 포터블 북(portable book), 및 디스플레이로 이루어지는 군(group)에서 선택된 전자 제품에 통합되는, 전계발광 소자.
  13. 전계발광 소자에 있어서,
    음극과,
    상기 음극 위의, 전계발광을 생성할 수 있는 유기 화합물을 함유하는 전계발광막과,
    상기 전계발광막 위의 부유 전극과,
    상기 부유 전극 위의 전자수송 보조층, 및
    상기 전자수송 보조층 위의 양극을 포함하고,
    상기 전계발광막과 상기 전자수송 보조층 중 적어도 하나는 홀 차단성 재료를 함유하는, 전계발광 소자.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 음극은 스퍼터링에 의해 형성된 도전막을 포함하는, 전계발광 소자.
  15. 제 13 항에 있어서, 상기 음극은 스퍼터링에 의해 형성된 투광성의 도전막을 포함하는, 전계발광 소자.
  16. 제 13 항에 있어서, 상기 홀 차단성 재료는 이온화 퍼텐셜이 5.8eV 이상인, 전계발광 소자.
  17. 제 13 항에 있어서, 상기 홀 차단성 재료는 페난트로린 골격을 포함하는 유기 화합물 또는 주기율표의 13족 원소에 속하는 원소를 중심 금속으로서 가지는 5배위형 금속 복합체인, 전계발광 소자.
  18. 제 13 항에 있어서, 상기 음극은 일함수가 3.5eV 이상인 도전재료를 포함하는, 전계발광 소자.
  19. 제 13 항에 있어서, 상기 전자수송 보조층은 홀 이동도보다 큰 전자 이동도를 가진 전자수송가능 재료를 포함하는, 전계발광 소자.
  20. 제 13 항에 있어서, 상기 부유 전극은 일함수가 3.5eV 이하인 도전 재료를 포함하는, 전계발광 소자.
  21. 제 13 항에 있어서, 상기 부유 전극은 상기 전계발광막과 접촉되어 형성된 절연막 및 상기 전자수송 보조층과 접촉된 도전막을 포함하는, 전계발광 소자.
  22. 제 13 항에 있어서, 상기 전자수송 보조층은 10nm 내지 1㎛ 범위의 막 두께를 가지는, 전계발광 소자.
  23. 제 13 항에 있어서, 상기 전계발광 소자는 발광 장치에 통합되는, 전계발광 소자.
  24. 제 13 항에 있어서, 상기 전계발광 소자는 개인용 컴퓨터, 비디오 카메라, 모바일 컴퓨터, 플레이어, 디지털 카메라, 셀 전화, 포터블 북, 및 디스플레이로 이루어지는 군에서 선택된 전자 제품에 통합되는, 전계발광 소자.
  25. 전계발광 소자에 있어서,
    음극과,
    상기 음극 위의, 전계발광을 생성할 수 있는 유기 화합물을 함유하는 전계발광막과,
    상기 전계발광막 위의 부유 전극과,
    상기 부유 전극 위의 전자수송 보조층, 및
    상기 전자수송 보조층 위의 양극을 포함하고,
    상기 전계발광막과 상기 전자수송 보조층 중 적어도 하나는 홀 차단성 재료를 함유하는, 전계발광 소자.
  26. 제 25 항에 있어서, 상기 음극은 스퍼터링에 의해 형성된 도전막을 포함하는, 전계발광 소자.
  27. 제 25 항에 있어서, 상기 음극은 스퍼터링에 의해 형성된 투광성의 도전막을 포함하는, 전계발광 소자.
  28. 제 25 항에 있어서, 상기 홀 차단성 재료는 이온화 퍼텐셜이 5.8eV 이하인, 전계발광 소자.
  29. 제 25 항에 있어서, 상기 홀 차단성 재료는 페난트로린 골격을 포함하는 유기 화합물 또는 주기율표의 13족 원소에 속하는 원소를 중심 금속으로서 가지는 5배위형 금속 복합체인, 전계발광 소자.
  30. 제 25 항에 있어서, 상기 음극은 일함수가 3.5eV 이상인 도전재료를 포함하는, 전계발광 소자.
  31. 제 25 항에 있어서, 상기 전자수송 보조층은 홀 이동도보다 큰 전자 이동도를 가진 전자수송가능 재료를 포함하는, 전계발광 소자.
  32. 제 25 항에 있어서, 상기 부유 전극은 일함수가 3.5eV 이하인 도전 재료를 포함하는, 전계발광 소자.
  33. 제 25 항에 있어서, 상기 부유 전극은 상기 전계발광막과 접촉되어 형성된 절연막 및 상기 전자수송 보조층과 접촉된 도전막을 포함하는, 전계발광 소자.
  34. 제 25 항에 있어서, 상기 전자수송 보조층은 10nm 내지 1㎛ 범위의 막 두께를 가지는, 전계발광 소자.
  35. 제 25 항에 있어서, 상기 전계발광 소자는 발광 장치에 통합되는, 전계발광 소자.
  36. 제 25 항에 있어서, 상기 전계발광 소자는 개인용 컴퓨터, 비디오 카메라, 모바일 컴퓨터, 플레이어, 디지털 카메라, 셀 전화, 포터블 북, 및 디스플레이로 이루어지는 군에서 선택된 전자 제품에 통합되는, 전계발광 소자.
  37. 전계발광 소자에 있어서,
    양극과,
    상기 양극 위의, 전계발광을 생성할 수 있는 유기 화합물을 함유하는 전계발광막과,
    상기 전계발광막 위의 전자수송층과,
    상기 전자수송층 위의 부유 전극과,
    상기 부유 전극 위의 전자수송 보조층, 및
    상기 전자수송 보조층 위의 음극을 포함하고,
    상기 전계발광막과 상기 전자수송 보조층 중 적어도 하나는 홀 차단성 재료를 함유하는, 전계발광 소자.
  38. 제 37 항에 있어서, 상기 음극은 스퍼터링에 의해 형성된 도전막을 포함하는, 전계발광 소자.
  39. 제 37 항에 있어서, 상기 음극은 스퍼터링에 의해 형성된 투광성의 도전막을 포함하는, 전계발광 소자.
  40. 제 37 항에 있어서, 상기 홀 차단성 재료는 이온화 퍼텐셜이 5.8eV 이상인, 전계발광 소자.
  41. 제 37 항에 있어서, 상기 홀 차단성 재료는 페난트로린 골격을 포함하는 유기 화합물 또는 주기율표의 13족 원소에 속하는 원소를 중심 금속으로서 가지는 5배위형 금속 복합체인, 전계발광 소자.
  42. 제 37 항에 있어서, 상기 음극은 일함수가 3.5eV 이상인 도전재료를 포함하는, 전계발광 소자.
  43. 제 37 항에 있어서, 상기 전자수송 보조층은 홀 이동도보다 큰 전자 이동도를 가진 전자수송가능 재료를 포함하는, 전계발광 소자.
  44. 제 37 항에 있어서, 상기 부유 전극은 일함수가 3.5eV 이하인 도전 재료를 포함하는, 전계발광 소자.
  45. 제 37 항에 있어서, 상기 부유 전극은 상기 전계발광막과 접촉되어 형성된 절연막 및 상기 전자수송 보조층과 접촉된 도전막을 포함하는, 전계발광 소자.
  46. 제 37 항에 있어서, 상기 전자수송 보조층은 10nm 내지 1㎛ 범위의 막 두께를 가지는, 전계발광 소자.
  47. 제 37 항에 있어서, 상기 전계발광 소자는 발광 장치에 통합되는, 전계발광 소자.
  48. 제 37 항에 있어서, 상기 전계발광 소자는 개인용 컴퓨터, 비디오 카메라, 모바일 컴퓨터, 플레이어, 디지털 카메라, 셀 전화, 포터블 북, 및 디스플레이로 이루어지는 군에서 선택된 전자 제품에 통합되는, 전계발광 소자.
  49. 전계발광 소자에 있어서,
    음극과,
    상기 음극 위의 전자수송 보조층과,
    상기 전자수송 보조층 위의 부유 전극과,
    상기 부유 전극 위의 전자수송층과,
    상기 전자수송층 위의, 전계발광을 생성할 수 있는 유기 화합물을 함유하는 전계발광막과,
    상기 전계발광막 위의 양극을 포함하는, 전계발광 소자.
  50. 제 49 항에 있어서, 상기 음극은 스퍼터링에 의해 형성된 도전막을 포함하는, 전계발광 소자.
  51. 제 49 항에 있어서, 상기 음극은 스퍼터링에 의해 형성된 투광성의 도전막을 포함하는, 전계발광 소자.
  52. 제 49 항에 있어서, 상기 홀 차단성 재료는 이온화 퍼텐셜이 5.8eV 이상인,전계발광 소자.
  53. 제 49 항에 있어서, 상기 홀 차단성 재료는 페난트로린 골격을 포함하는 유기 화합물 또는 주기율표의 13족 원소에 속하는 원소를 중심 금속으로서 가지는 5배위형 금속 복합체인, 전계발광 소자.
  54. 제 49 항에 있어서, 상기 음극은 일함수가 3.5eV 이상인 도전재료를 포함하는, 전계발광 소자.
  55. 제 49 항에 있어서, 상기 전자수송 보조층은 홀 이동도보다 큰 전자 이동도를 가진 전자수송가능 재료를 포함하는, 전계발광 소자.
  56. 제 49 항에 있어서, 상기 부유 전극은 일함수가 3.5eV 이상인 도전 재료를 포함하는, 전계발광 소자.
  57. 제 49 항에 있어서, 상기 부유 전극은 상기 전계발광막과 접촉되어 형성된 절연막 및 상기 전자수송 보조층과 접촉된 도전막을 포함하는, 전계발광 소자.
  58. 제 49 항에 있어서, 상기 전자수송 보조층은 10nm 내지 1㎛ 범위의 막 두께를 가지는, 전계발광 소자.
  59. 제 49 항에 있어서, 상기 전계발광 소자는 발광 장치에 통합되는, 전계발광 소자.
  60. 제 49 항에 있어서, 상기 전계발광 소자는 개인용 컴퓨터, 비디오 카메라, 모바일 컴퓨터, 플레이어, 디지털 카메라, 셀 전화, 포터블 북, 및 디스플레이로 이루어지는 군에서 선택된 전자 제품에 통합되는, 전계발광 소자.
  61. 전계발광 소자에 있어서,
    음극과,
    상기 음극 위의 전자수송 보조층과,
    상기 전자수송 보조층 위의 부유 전극과,
    상기 부유 전극 위의 전자수송층과,
    상기 전자수송층 위의, 전계발광을 생성할 수 있는 유기 화합물을 함유하는 전계발광막을 포함하고,
    상기 전계발광막과 상기 전자수송 보조층 중 적어도 하나는 홀 차단성 재료를 함유하는, 전계발광 소자.
  62. 제 61 항에 있어서, 상기 음극은 스퍼터링에 의해 형성된 도전막을 포함하는, 전계발광 소자.
  63. 제 61 항에 있어서, 상기 음극은 스퍼터링에 의해 형성된 투광성의 도전막을 포함하는, 전계발광 소자.
  64. 제 61 항에 있어서, 상기 홀 차단성 재료는 이온화 퍼텐셜이 5.8eV 이상인, 전계발광 소자.
  65. 제 61 항에 있어서, 상기 홀 차단성 재료는 페난트로린 골격을 포함하는 유기 화합물 또는 주기율표의 13족 원소에 속하는 원소를 중심 금속으로서 가지는 5배위형 금속 복합체인, 전계발광 소자.
  66. 제 61 항에 있어서, 상기 음극은 일함수가 3.5eV 이상인 도전재료를 포함하는, 전계발광 소자.
  67. 제 61 항에 있어서, 상기 전자수송 보조층은 홀 이동도보다 큰 전자 이동도를 가진 전자수송가능 재료를 포함하는, 전계발광 소자.
  68. 제 61 항에 있어서, 상기 부유 전극은 일함수가 3.5eV 이하인 도전 재료를 포함하는, 전계발광 소자.
  69. 제 61 항에 있어서, 상기 부유 전극은 상기 전계발광막과 접촉되어 형성된 절연막 및 상기 전자수송 보조층과 접촉된 도전막을 포함하는, 전계발광 소자.
  70. 제 61 항에 있어서, 상기 전자수송 보조층은 10nm 내지 1㎛ 범위의 막 두께를 가지는, 전계발광 소자.
  71. 제 61 항에 있어서, 상기 전계발광 소자는 발광 장치에 통합되는, 전계발광 소자.
  72. 제 61 항에 있어서, 상기 전계발광 소자는 개인용 컴퓨터, 비디오 카메라, 모바일 컴퓨터, 플레이어, 디지털 카메라, 셀 전화, 포터블 북, 및 디스플레이로 이루어지는 군에서 선택된 전자 제품에 통합되는, 전계발광 소자.
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