KR20040036624A - 유기 ｅｌ 소자 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 유기 EL 소자는 기판, 애노드, 발광층을 갖는 유기층, 및 광을 투과시킬 수 있는 캐소드를 포함한다. 캐소드는 칼슘으로 이루어지는 전자 주입층 및 은으로 이루어지는 피복층을 갖는다. 피복층은 전자 주입층의 표면을 피복한다.

Description

유기 ＥＬ 소자 {ORGANIC ELECTROLUMINESCENT DEVICE}
본 발명은 유기 EL (electroluminescent) 장치에 관한 것이다.
통상적인 유기 EL 소자는 기판, 기판 상에 배치되는 애노드; 애노드 상에 배치되는 발광층을 포함하는 유기층; 및 유기층 상에 배치되는 캐소드를 포함한다. 발광층으로부터 발광되는 광이 유기 EL 소자의 기판 단부에서 외부로 발광되는 유기 EL 장치를 하부 발광형이라 하며, 광이 기판 단부와 반대되는 유기 EL 소자의 단부로부터 발광되는 유기 EL 장치를 상부 발광형이라 한다.
통상, 유기 EL 소자의 캐소드는 리튬, 마그네슘, 칼슘, 및 알루미늄 등과 같은 일 함수 (work function) 가 비교적 낮은 순금속 (pure metal), 그 금속 옥사이드, 또는 그 금속 합금으로 형성된다. 캐소드는 발광층으로부터 발광되는 광을 유기 EL 장치의 기판 단부에서 발광하기 위해, 광을 투과할 수 있을 필요는 없다. 일본 공개 특허 공보 제 4-212287 호 및 제 9-232079 호에는, 개선된 캐소드를 포함하는 하부 발광형 유기 EL 소자가 개시되어 있다.
일본 공개 특허 공보 제 4-212287 호는 합금층과 이 합금층 상에 배치되는 금속층을 포함한다. 합금층은 6 mol% 이상의 알칼라인 금속을 함유하는 합금으로 형성된다. 금속층은 어떠한 알칼라인 금속을 함유하지 않고 내식성을 갖는 금속으로 형성되며 50 nm 이상의 두께를 갖는다.
또한, 일본 공개 특허 공보 제 9-232079 호에 개시된 캐소드는 금속층과 이 합금층 상에 배치되는 금속층을 포함한다. 합금층은 2.9 eV 이상의 일 함수를 가지고, 알칼라인 금속 및 알칼라인 토류 금속 중 하나 이상을 0.5 내지 5 at% 를 함유하는 합금으로 형성되며, 5 내지 50 nm 의 두께를 갖는다. 금속층은 3.0 eV 이상의 일 함수를 가지고 50 내지 300 nm 의 두께를 갖는 금속으로 형성된다. 합금층은 금속층보다 유기층 가까이에 배치된다. 캐소드에 함유된 산소 농도는1 at% 보다 크지 않다.
한편, 일본 공개 특허 공보 제 2001-43980 호에서는, 상부 발광형 유기 EL 소자가 개시되어 있다. 유기 EL 소자의 캐소드는 전자 주입층과, 이 전자 주입층 상에 배치되는 투명 전도층을 포함한다. 전자 주입층은 금속으로 형성되고 0.5 내지 20 nm 의 두께를 갖는다. 전도층은 인듐-아연-산소계 재료로 형성되고, 200 nm 의 두께를 갖는다.
본 발명의 목적은 신규한 캐소드를 포함하는 유기 EL 소자를 제공하는데 있다.
도 1 은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 유기 EL 소자의 개략도.
도 2 는 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 유기 EL 소자의 개략도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
10, 20 : 유기 EL 소자
11 : 기판
12 : 애노드
13, 21 : 유기층
14 : 캐소드
17, 22 : 발광층
18 : 전자 주입층
19 : 피복층
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 유기 EL 소자를 제공한다. 유기 EL 소자는 기판, 애노드, 캐소드, 및 유기층을 포함한다. 애노드와 캐소드 각각은 기판에 또는 그 상부에 위치된다. 애노드와 캐소드 중 하나는 둘 중 나머지 상부에 위치된다. 유기층은 애노드와 캐소드 사이에 위치된다. 유기층은 적어도 발광층을 갖는다. 캐소드는 전자 주입층 및 피복층을 갖는다. 전자 주입층은 제 1 표면 및 제 2 표면을 갖는다. 제 1 표면 및 제 2 표면은 전자 주입층의 반대 단부 상에 있다. 제 1 표면은 유기층에 대향된다. 제 2 표면은 유기층으로부터 멀리 대향된다. 피복층은 제 2 표면을 피복하여 전자 주입층을 보호한다. 전자 주입층은 순금속, 금속 합금, 또는 금속 화합물로 이루어진다. 피복층은 순금속 또는 금속 합금으로 이루어진다. 캐소드는 광을 투과하 수 있다.
이하, 본 발명의 다른 태양 및 이점을 첨부된 도면을 통해 일 예로 본 발명의 원리를 나타낸다.
본 발명은 그 목적 및 그 이점과 함께, 첨부된 도면과 함께 다음의 바람직한 실시형태의 설명을 참조하여 설명한다.
도 1 을 참조하여 본 발명의 제 1 실시형태를 설명한다.
도 1 에 나타낸 바와 같이, 유기 EL 소자 (10) 는 기판 (11), 기판 (11) 상에 배치되는 애노드 (12), 애노드 (12) 상에 배치되는 유기층 (13), 및 유기층 (13) 상에 배치되는 캐소드 (14) 를 포함한다. "상부 발광형" 유기 EL 소자인 유기 EL 소자 (10) 는 기판 (11) 과 반대 단부 상에 위치되는 유기 EL 소자 (10) 의 부분을 통해 광을 방출한다.
기판 (11) 은 글라스로 형성되며 가시광을 투과할 수 있다. 애노드 (12) 는 크롬으로 형성되고 200 nm 의 두께를 가지며, 가시광을 반사한다.
유기층 (13) 은 홀 주입층 (15), 홀 전송층 (16) 및 발광층 (17) 을 포함한다. 이러한 층들 (15, 16, 17) 은 애노드 (12) 에 대향하는 단부에서 캐소드 (14) 를 향해 순서대로 배열된다. 홀 주입층 (15) 은 CuPc (copper phthalocyanine) 으로 형성되며 10 nm 의 두께를 갖는다. 홀 전송층 (16) 은 말단 페닐의 메타 포지션에 메틸기를 갖는 TPTE (tetramer of triphenylamine) 으로 형성되고 10 nm 의 두께를 갖는다. 발광층 (17) 은 8-퀴놀리놀 유도체의 알루미늄 착물 또는 Alq3 (트리스(8-퀴놀리놀)알루미늄) 으로 형성되고 65 nm 의 두께를 갖는다.
캐소드 (14) 는 가시광을 투과시킬 수 있으며, 전자 주입층 (18) 및 피복층 (19) 을 갖는다. 전자 주입층 (18) 은 칼슘으로 형성되고 50 nm 보다 크지 않은 두께를 갖는다. 피복층 (19) 은 은으로 형성되고 50 nm 보다 크지 않은 두께를 갖는다. 피복층 (19) 은 전자 주입층 (18) 의 표면을 피복하여, 유기층 (13) 과 멀리 대향하며, 전자 주입층 (18) 을 보호한다. 전자 주입층 (18) 및 피복층 (19) 각각은 50 % 이상의 가시광 투과율을 갖는다. 이는 여기서 전자 주입층 (18) 과 피복층 (19) 이 투명한 것을 의미한다.
전자 주입층 (18) 의 두께는 5 내지 50 nm 인 것이 바람직하다. 이 경우, 전자 주입층 (18) 은 가시광을 매우 많이 투과시키고, 전자 주입층 (18) 의 면저항이 매우 크지 않다. 피복층 (19) 의 두께는 5 내지 20 nm 인 것이 바람직하고, 7 내지 11 nm 인 것이 더 바람직하다. 두께가 5 nm 보다 작은 경우, 만족스러운 피복층 (19) 을 형성하는 것이 어려운 반면, 두께가 20 nm 보다 큰 경우, 피복층 (19) 이 가시광을 매우 많이 투과시키지 못한다. 피복층 (19) 의 두께가 7 내지 11 nm 일 때, 피복층 (19) 은 가시광을 매우 많이 투과시키고 피복층 (19) 의 면저항이 매우 높지 않게 된다.
칼슘의 일함수는 2.9 eV 이며, Alq3 의 LUMO (lowest unoccupied molecular orbital) 레벨은 약 -3.1 eV 이다. 즉, 전자 주입층 (18) 을 형성하는 재료의 일함수는 전자 주입층 (18) 에 인접하는 유기층 (13) 의 인접부 및 인접층인 발광층 (17) 을 형성하는 재료의 LUMO 레벨의 절대값보다 크지 않다.
피복층 (19) 으로 형성되는 은은 금속 원소 중 최소 면저항을 갖는 원소이다. 즉, 은은 전자 주입층 (18) 으로 형성되는 칼슘의 저항율보다 작은 저항율을 갖는다. 따라서, 피복층 (19) 을 형성하는 재료의 저항율은 전자 주입층 (18) 을 형성하는 재료의 저항율보다 낮다.
피복층 (19) 은 전자 주입층 (18) 의 산화 등의 열화를 방지하는 층이다. 통상, 전자 주입층 (18) 용으로 바람직한 재료는 저항율이 높은 것이다. 오직 전자 주입층 (18) 만으로 캐소드 (14) 를 구성할 때에는, 산화 등의 열화가 쉽게 진행된다. 그러나, 피복층 (19) 으로 인해, 열화가 방지된다.
유기층 (13) 이 산소 또는 수분과 접촉하는 것을 방지하기 위해, 글라스 커버 (미도시) 를 기판 (11) 과 반대되는 유기 EL 소자 (10) 의 단부 상에 배치한다.
유기 EL 소자 (10) 의 제조 방법을 설명한다.
유기 EL 소자 (10) 를 제조할 때, 먼저, 애노드 (12) 를 기판 (11) 상에 형성한다. 애노드 (12) 에 대해, 기판 (11) 상에 크롬을 스퍼터링법에 의해 200 nm 의 두께를 갖는 막으로 형성한 후, 이 막을 포토리소그래피 프로세스의 에칭으로 패턴화한다.
다음으로, 홀 주입층 (15), 홀 전송층 (16), 및 발광층 (17) 을 연속으로 형성하여 유기층 (13) 을 제공한다. 이러한 층 (15, 16, 17) 은 5×10-5Pa 보다 크지 않은 압력 하에서 기상 증착으로 형성된다. 다음으로, 전자 주입층 (18) 및 피복층 (19) 을 유기층 (13) 상에 연속으로 형성하여 캐소드 (14) 를 제공한다.층 (18, 19) 은 둘 다 5×10-5Pa 보다 크지 않은 압력 하에서 기상 증착으로 형성된다. 각각의 층 (15 내지 19) 은 동일한 기상 증착 장치에서 형성된다. 마지막으로, 예를 들면, 질소 가스 분위기에서 기판 (11) 에 글라스 커버를 부착하여, 이 글라스 커버를 사용하여 애노드 (12), 유기층 (13) 및 캐소드 (14) 를 봉합한다.
유기 EL 소자 (10) 의 동작을 설명한다.
직류 전압을 유기 EL 소자 (10) 의 애노드 (12) 와 캐소드 (14) 사이에 인가할 때, 홀을 애노드 (12) 에서 홀 주입층 (15) 을 통해 홀 전송층 (16) 에 주입하고, 주입된 홀을 발광층 (17) 에 전송한다. 반면, 전자를 캐소드 (14) 의 전자 주입층 (18) 에서 발광층 (17) 으로 주입한다. 발광층 (17) 에서는, 홀과 전자를 상호 재결합시킴으로써, 발광층 (17) 의 Alq3 가 여기 상태가 된다. Alq3 는 기저 (basis) 단계로 되돌아올 때 발광한다.
도 1 의 유기 EL 소자 (10)(예 1) 및 통상의 유기 EL 소자 (비교예 1) 에 대해, 발광 특성을 측정하였다. 11 mA/cm2의 전류 밀도에서의 결과를 표 1 에 나타낸다. "하부 발광형" 인 통상의 유기 EL 소자는 200 nm 의 두께를 갖는 ITO 의 애노드 및 150 nm 의 두께를 갖는 알루미늄 캐소드를 갖는다.
표 1 에 나타낸 바와 같이, 통상의 유기 EL 소자와 비교하면, 유기 EL 소자 (10) 는 인가 전압이 더 낮으며, 휘도, 전력 효율 및 전류 효율이 더 우수하다. 따라서, 유기 EL 소자 (10) 는 통상의 유기 EL 소자의 발광 특성과 동일하거나 더 큰 광 발광 특성을 갖는다.
본 발명의 제 1 실시형태는 다음의 이점을 제공한다.
캐소드 (14) 는 ITO 등의 금속 옥사이드로 형성되지 않고 금속으로 형성된다. 따라서, 금속 옥사이드를 형성함으로써 유발되는 단점이 방지된다.
전자 주입층 (18) 및 피복층 (19) 은 얇다. 따라서, 기상 증착으로 층 (18, 19) 이 형성될 때에도, 생산성은 매우 많이 감소되지 않는다. 기상 증착으로 층 (18, 19) 을 형성할 때, 캐소드 형성 시에 많은 양의 열이 유기층 (13) 으로 인가되지 않으므로, 유기층 (13) 이 캐소드 (14) 형성 시 열화, 특성 변화 또는 손상될 가능성이 현저하게 감소된다.
캐소드 (14) 는 충분한 실제 저항율을 가지므로 어닐링될 필요가 없다. 캐소드 (14) 가 어닐링되지 않으면, 지금까지 수행되어 왔던 어닐링 처리에 의한 유기층 (13) 손상이 발생되지 않는다.
캐소드 (14) 형성 시 유기층 (13) 이 손상되는 것을 방지하기 위해 유기층 (13) 과 캐소드 (14) 사이에 층 (손상 방지층) 이 배치될 필요가 없다. 이는 유기층 (13) 이 손상 방지층 형성 시에 열화되는 것을 방지한다. 또한, 손상 방지층 출현에 의한 광 투과율의 저하가 방지된다. 또한, 손상 방지층이 제공되지 않으므로, 장치 (10) 는 통상의 유기 EL 소자보다 얇게될 수 있도록 형성된다.
전자 주입층 (18) 을 형성하는 재료의 일함수가 발광층 (17) 을 형성하는 재료의 LUMO 레벨의 절대값보다 크지 않기 때문에, 전자는 전자 주입층 (18) 에서 발광층 (17) 으로 주입된다. 따라서, 발광층 (17) 의 광 발광 효율이 향상된다.
전자 주입층 (18) 을 형성하는 재료가 칼슘이기 때문에, 전자 주입층 (18) 의 유기층 (13) 으로의 전자 주입 효율은 비교적 높다.
전자 주입층 (18) 을 형성하는 재료가 칼슘이기 때문에, 전자 주입층 (18) 으로부터 가시광 투과율은 비교적 크다. 이는 유기 EL 소자 (10) 의 휘도를 향상시킨다.
피복층 (19) 은 전자 주입층 (18) 보다 두껍게 형성된다. 따라서, 피복층 (19) 은 전자 주입층 (18) 이 피복층 (19) 보다 두껍게 형성된 구조에 비해 전자 주입층 (18) 을 효율적으로 보호한다.
피복층 (19) 은 전자 주입층 (18) 을 형성하는 재료의 저항율보다 낮은 저항율을 갖는 재료로 형성되고, 전자 주입층 (18) 보다 두껍게 형성된다. 따라서, 전체 캐소드 (14) 의 저항율은 전자 주입층 (18) 을 피복층 (19) 보다 두껍게 형성하는 구성에 비해 더욱 낮다.
금속 중 최소 저항율을 갖는 은이 피복층 (19) 의 재료로서 이용되기 때문에, 유기 EL 소자 (10) 를 구동시키기 위해 필요한 인가 전압은 다른 금속을 이용한 경우에 비해 더욱 낮다.
유기 EL 소자 (10) 는 유기층 (13) 또는 캐소드 (14) 가 동일한 기상 증착 장치에서 기상 증착에 의해 형성되기 때문에 통상의 유기 EL 소자에 비해 높은 생산성을 갖는다. 또한, 유기층 (13) 을 형성한 후, 중간 생성물은 캐소드 (14) 를 형성하기 위한 다른 장치로 이송되지 않고, 이송 시 주변의 입자들이 유기층 (13) 의 표면에 들러붙지 않게 된다.
본 발명의 제 2 실시형태를 도 2 를 참조하여 설명한다.
도 2 의 유기 EL 소자 (20) 는 도 1 의 유기 EL 소자 (10) 와 유기층의 구성이 상이하고, 다른 구성요소의 구성이 동일하다. 도 1 의 유기 EL 소자 (10) 의 구성요소와 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호로 표시되며 상세한 설명은 생략한다.
도 2 에 나타낸 바와 같이, 유기 EL 소자 (20) 는 기판 (11), 기판 (11) 상에 배치되는 애노드 (12), 애노드 (12) 상에 배치되는 유기층 (21), 및 유기층 (21) 상에 배치되는 캐소드 (14) 를 포함한다.
유기층 (21) 은 홀 주입층 (15), 홀 전송층 (16), 및 발광층 (22) 을 포함한다. 발광층 (22) 은 적색광 발광층 (22a), 청색광 발광층 (22b), 및 녹색광 발광층 (22c) 을 포함한다. 이러한 층 (15, 16, 22a, 22b, 22c) 들은 애노드(12) 에 대향하는 단부으로부터 캐소드 (14) 를 향해 순서대로 배열된다.
적색광 발광층 (22a) 은 호스트 (host) 는 TPTE 로 도펀트 (dopant) 로 DCJT 로 형성된다. DCJT 는 다음의 [화학식 1] 로 나타낸다. 적색광 발광층 (22a) 은 TPTE 에 대해 0.5 wt% 의 DCJT 를 포함한다. 적색광 발광층 (22a) 은 5 nm 의 두께를 갖는다.
청색광 발광층 (22b) 은 호스트로서 4,4-비스(2,2-디페닐-에텐-1-yl)-비페닐 (DPVBi) 로 형성되고, 도펀트로서 4,4'-(비스(9-에틸-3-카르바졸비닐렌)-1,1'-비페닐)(BCzVBi) 로 형성된다. 청색광 발광층 (22b) 은 DPVBi 에 대해 5.0 wt% 의 BCzVBi 를 함유한다. 청색광 발광층 (22b) 은 30 nm 의 두께를 갖는다.
녹색광 발광층 (22c) 은 호스트로서 Alq3 로 형성되고, 도펀트로서 10-(2-벤조티라졸릴)-2,3,6,7-테트라히드로-1,1,7,7-테트라메틸-1H,5H,11H-[1]벤조피라노[6,7,8-ij]퀴놀리리진-11-one (C545T) 로 형성된다. 녹색광 발광층 (22c) 은 Alq3 에 대해 1.0 wt% 의 C545T 를 함유한다. 녹색광 발광층 (22c) 은 20 nm 의 두께를 갖는다.
홀 주입층 (15), 홀 전송층 (16), 및 적색광 발광층 (22a), 청색광 발광층(22b) 및 녹색광 발광층 (22c) 은 애노드 (12) 상에 연속으로 형성되어 유기층 (21) 을 제공한다. 이들 층 (15, 16, 22a, 22b, 22c) 은 5×10-5Pa 보다 크지 않은 압력 하에서 기상 증착에 의해 형성된다.
도 2 의 유기 EL 소자 (20)(예 2) 와 통상의 유기 EL 소자 (비교예) 에 대해, 발광 특성을 측정하였다. 11 mA/cm2의 전류 밀도에서의 결과를 [표 2] 에 나타낸다. "하부 발광형" 인 통상의 유기 EL 소자는 200 nm 의 두께를 갖는 ITO 애노드 및 200 nm 의 두께를 갖는 알루미늄 캐소드를 갖는다.
[표 2] 에 나타낸 바와 같이, 통상의 유기 EL 소자에 비해, 이 유기 EL 소자 (20) 는 인가 전압이 더 높고, 휘도, 전력 효율성, 및 전류 효율성이 더 우수하다. 따라서, 유기 EL 소자 (20) 는 통상의 유기 EL 소자의 발광 특성과 비슷하거나 더 우수한 발광 특성을 갖는다.
본 발명의 제 2 실시형태는 제 1 실시형태의 이점과 함께 다음의 이점을 제공한다.
유기 EL 소자 (20) 를 컬러 필터와 조립할 때 풀-컬러 디스플레이 (full-color display) 에 이용할 수 있다. 이는 발광층 (22) 이 백색광을 발광하기 때문이다.
당업자는 본 발명을 본 발명의 정신 또는 범위로부터 벗어나지 않는다면 다양한 다른 특정 형식으로 구현할 수 있다는 것을 알 수 있다. 특히, 본 발명은 다음의 형식으로도 구현될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
캐소드 (14) 는 캐소드 (14) 와 형상 및 크기가 유사한 ITO 전극으로 교체됨으로써 ITO 전극의 저항율보다 크지 않은 저항율을 가질 수 있게 된다. 다른 방법으로, 캐소드 (14) 의 면저항율은 0 Ω/sheet 이상이고 10 Ω/sheet 보다 크지 않을 수 있다. 이 경우, 캐소드 (14) 는 파손없이 어닐링할 필요가 없다.
본 발명은 "상부 발광형" 유기 EL 소자로 구현되는 것에 한정되지 않으며, "하부 발광형" 의 유기 EL 소자로 구현될 수도 있다.
하부 발광형의 유기 EL 소자는 기판; 기판 상에 배치되는 캐소드; 발광층을 포함하고 캐소드 상에 배치되는 유기층; 및 유기층 상에 배치되는 애노드를 포함한다. 기판 및 캐소드는 광을 투과시킬 수 있으므로, 발광층에 의해 발광된 광이 캐소드와 기판을 통해 방출된다. 도 1 및 도 2 의 유기 EL 소자 (10, 20) 와 같은 경우, 하부 발광형의 캐소드는 전자 주입층 및 피복층을 갖는다.
하부 발광형의 캐소드는 캐소드와 형상 및 크기가 유사한 ITO 전극으로 교체되어, ITO 전극의 저항율보다 크지 않은 저항율을 갖게 할 수 있다. 다른 방법으로, 하부 발광형의 캐소드의 면저항율은 0 Ω/sheet 이상이고 10 Ω/sheet 보다 크지 않을 수 있다.
하부 발광형 애노드는 광을 투과시킬 수 있다. 이 경우 발광층에 의해 발광된 광은 캐소드와 기판을 통해 방출되는 것과 같이 애노드를 통해 방출된다.
전극 주입층 (18) 은 칼슘과 다른 순금속 또는 금속 합금이나 금속 화합물로 형성될 수 있다. 통상, 순금속 및 금속 합금의 저항율이 금속 화합물의 저항율보다 작기 때문에, 전자 주입층 (18) 은 순금속 또는 금속 합금으로 형성되는 것이 바람직하다.
전자 주입층 (18) 은 리튬, 나트륨, 칼륨, 루비듐 및 세슘 등의 알칼라인 금속 또는 칼슘, 바륨, 스트론튬, 및 라듐 등의 알칼라인 토류 금속을 함유하는 것이 바람직하다. 즉, 전자 주입층 (18) 은 알칼라인 금속, 알칼라인 토류 금속, 이러한 알칼라인 금속이나 알칼라인 토류 금속을 함유하는 합금, 또는, 이러한 알칼라인 금속이나 알칼라인 토류 금속을 함유하는 금속 화합물로 구성되는 것이 바람직하다. 전자 주입층 (18) 은 알칼라인 금속이나 알칼라인 토류 금속으로 구성되는 것이 바람직하다. 그 이유는 알칼라인 금속과 알칼라인 토류 금속이 다른 금속에 비해 일함수가 작기 때문이다.
예를 들면, 알칼라인 금속 및 알칼라인 토류 금속의 일함수는 리튬이 2.93 eV, 칼륨이 2.28 eV, 세슘이 1.95 eV, 칼슘이 2.9 eV 이며, 다른 금속의 일함수는 알루미늄이 4.28 eV, 은이 4.26 eV, 크롬이 4.5 eV, 구리가 4.65 eV, 마그네슘이 3.36 eV, 몰리브덴이 4.6 eV 이다. 바람직한 알칼라인 금속 및 알칼라인 토류 금속은 가용성의 관점에서 볼 때 리튬, 칼륨, 세슘, 및 칼슘이다.
전자 주입층 (18) 을 구성하는 금속 화합물은 낮은 일함수를 갖는 것이 보다바람직하다. 금속 화합물은 일함수의 값에서 큰 폭을 갖는다. 바람직한 금속 화합물의 일함수는 비교적 작은 일함수를 갖는 것으로, 네오디뮴 카바이드가 2.24 eV 내지 4.10 eV, 탄탈륨 카바이드가 3.05 eV 내지 3.98 eV, 토륨 디옥사이드가 1.66 eV 내지 6.32 eV, 티타늄 카바이드가 2.35 eV 내지 4.09 eV, 지르코늄 카바이드가 2.18 eV 내지 4.22 eV 이다.
전자 주입층 (18) 이 칼슘이외의 재료로 형성되는 경우, 전자 주입층 (18) 을 형성하는 재료의 일함수는 발광층 (17) 또는 녹색광 발광층 (22c) 의 LUMO 레벨의 절대값보다 크지 않은 것이 바람직하다.
전자 주입층 (18) 이 칼슘 대신 금속 합금으로 형성되는 경우, 전자 주입층 (18) 의 화학적 안정성은 대부분의 경우 증가된다.
전자 주입층 (18) 이 칼슘과 다른 금속으로 형성되는 경우, 전자 주입층 (18) 을 형성하는 재료는 높은 전자 주입 특성을 갖는 것이 바람직하다. 높은 전자 주입 특성을 갖는 재료는, 예를 들면, 순금속이다.
전자 주입층 (18) 은 균일한 두께를 갖는 것이 필요하지 않고 핀홀을 가질 수 있다. 전자 주입층 (18) 은 피복층 (19) 으로 피복된다. 따라서, 피복층 (19) 이 핀홀을 갖지 않을 때, 전자 주입층 (18) 이 핀홀을 갖더라도 어떠한 문제가 발생되지 않는다. 피복층 (19) 이 7 내지 11 nm 의 두께를 가질 때, 전자 주입층 (18) 의 핀홀이 만족스럽게 보상된다.
전자 주입층 (18) 은 섬형상으로 형성될 수 있다. 섬형상을 갖는 전자 주입층 (18) 은 전자 주입층 (18) 의 평균 두께가 전자 주입층 (18) 을 구성하는화합물의 일분자막의 두께보다 크지 않은 것을 나타낸다. 전자 주입층 (18) 이 복수개의 화합물로 구성될 때, 평균 두께는 각 화합물의 일분자막 두께의 평균값보다 크지 않게 될 수 있다.
피복층 (19) 이 은이외의 재료로 형성되는 경우, 피복층 (19) 을 형성하는 재료의 저항율은 전자 주입층 (18) 을 형성하는 재료의 저항율보다 작은 것이 바람직하다. 알칼라인 금속을 알칼라인 토류 금속과 비교하면, 알칼라인 토류 금속이 보다 작은 저항율을 갖는다. 예를 들면, 칼슘의 저항율은 3.91×10-6Ωm이고, 칼륨의 저항율은 6.15×10-6Ωm 이며, 리튬의 저항율은 8.55×10-6Ωm 이다. 작은 저항율을 갖는 금속의 예로, 은 (1.59×10-6Ωm), 구리 (1.67×10-6Ωm), 알루미늄 (2.65×10-6Ωm) 및 금 (2.35×10-6Ωm) 이 있다.
애노드 (12) 는 유기층 (13 또는 21) 에 홀을 주입하는 전극이다. 따라서, 애노드 (12) 를 형성하기 위한 재료로 특성이 애노드 (12) 에 부여되는 것으로 한정되지 않는다. 애노드 (12) 를 형성하기 위한 재료의 예에는 ITO, IZO, 주석 옥사이드, 아연 옥사이드, 아연 알루미늄 옥사이드, 및 티타늄 니트라이드 등의 금속 옥사이드 또는 금속 니트라이드; 금, 백금, 은, 구리, 알루미늄, 니켈, 코발트, 리드, 몰리브덴, 텅스텐, 탄탈륨, 니오븀 등의 금속; 이러한 금속의 합금 또는 구리 요오드화물의 합금; 폴리아닐린, 폴리티오핀, 폴리피롤, 폴리페닐렌 비닐렌, 폴리(3-메틸티오핀), 및 폴리페닐렌 설파가드 등의 전도성 중합체가 있다. 애노드 (12) 는 전술한 재료들 중 한가지 타입으로만 형성되거나 또는 복수개의 재료의 혼합물로도 형성될 수 있다. 또한, 동일한 조성 또는 상이한 조성의 복수개의 층으로 구성되는 다층 구조가 형성될 수 있다.
애노드 (12) 를 형성하기 위한 재료는 홀을 용이하게 주입하기 위해 더 큰 일함수를 갖는 것이 바람직하다. 크롬은 4.5 eV 의 일함수를 가지며, 니켈은 5.15 eV 의 일함수를 가지고, 금은 5.1 eV 의 일함수를 가지고, 팔라듐은 5.55 eV 의 일함수를 가지며, ITO 는 4.8 eV 의 일함수를 가지며, 구리는 4.65 eV 의 일함수를 갖는다. 애노드 (12) 의 홀 주입층 (15) 와 접촉하는 표면의 일함수는 4 eV 이상인 것이 바람직하다.
애노드 (12) 가 발광층 (17) 으로부터 광 인출 단부 상에 배치될 때, 인출되는 광에 대한 투과율은 10 % 보다 작지 않은 것이 바람직하다. 발광층 (17 또는 22) 로부터 발광된 광이 가시광 영역에 있을 때, ITO 는 기시광 영역에서 높은 투과율을 갖기 때문에 애노드 (12) 를 형성하는데 바람직하다.
애노드 (12) 는 발광층 (17 또는 22) 으로부터 발광된 광을 반사하는 능력을 가질 수 있다. 광을 반사하는 애노드 (12) 를 형성하기 위한 재료의 예는 금속, 합금, 및 금속 화합물을 포함한다.
다른 방법으로, 애노드 (12) 는 발광층 (17 또는 22) 로부터 발광되는 광을 반사하지 않을 수도 있다. 그러나, 애노드 (12) 가 반사 특성을 가질 때, 캐소드 (14) 를 통해 방출된 광 량은 애노드 (12) 가 반사 특성을 갖지 않는 방식에 비해 증가한다. 이는 발광층 (17 또는 22) 으로부터 애노드 (12) 를 향하는 광이 애노드 (12) 에 반사된 후 캐소드 (14) 를 통해 방출되기 때문이다. 따라서, 발광층 (17 또는 22) 으로부터 발광되는 광은 캐소드 (14) 를 통해 효과적으로 방출되어 전력 소모가 감소될 수 있다.
애노드 (12) 의 저항이 커질 때, 저항율을 더욱 낮추도록 보조 전극을 배치할 수 있다. 보조 전극은 구리, 크롬, 알루미늄, 타티늄, 알루미늄 합금, 및 은 합금 등의 금속 또는 금속 적층체가 애노드 (12) 에 부분적으로 배치되는 전극이다.
애노드 (12) 는 스퍼터링 프로세스, 이온 도금법, 진공 기상 증착법, 스핀 코팅법, 및 전자 빔 기상 증착법 등의 공지된 박막 형성법으로 형성될 수 있다. 또한, 애노드 (12) 의 표면을 세정하기 위해, UV 오존 세정 또는 플라즈마 세정이 수행될 수 있다. 플라즈마 세정이 수행될 때, 애노드 (12) 표면의 일함수가 변화될 수 있다. 유기 EL 소자 (10 또는 20) 의 단락-회로 또는 결함 생성을 방지하기 위해, 파 (par) 직경을 최소화하는 방법 또는 형성된 막을 연마하는 방법에 의해, 애노드 (12) 표면의 거칠기가 제곱 평균 값이 20 nm 보다 크지 않게 제어될 수 있다.
애노드 (12) 의 두께는 바람직하게는 5 nm 내지 1 ㎛, 특히 바람직하게는 10 nm 내지 1 ㎛, 더욱 바람직하게는 10 nm 내지 500 nm, 보다 더욱 바람직하게는 10 nm 내지 300 nm, 가장 바람직하게는 10 nm 내지 200 nm 이다.
애노드 (12) 의 면저항율은 바람직하게는 수백 Ω/sheet 이하, 더욱 바람직하게는 5 내지 50 Ω/sheet 인 것이 바람직하다.
기판 (11) 은 투명하지 않아도 무방하다. 그러나, 기판 (11) 이 발광층 (17 또는 22) 로부터 광 인출 단부 상에 배치하는 경우에는, 기판 (11) 은 발광층 (17 또는 22) 로부터 발광되는 광에 대해 투과성을 갖도록 형성한다.
기판 (11) 은 금속 및 세라믹과 같은 단단한 재료 또는 수지와 같은 가요성 재료로 형성될 수 있다. 통상, 기판 (11) 은 판형 부재이다. 유기 EL 소자 (10 또는 20) 을 구성하는 각각의 층이 매우 얇기 때문에, 기판 (11) 은 유기 EL 소자 (10 또는 20) 를 지지하도록 배치된다. 기판 (11) 은 그 상부에 층이 적층되는 부재이므로, 평탄한 평평도를 갖는 것이 바람직하다. 기판 (11) 의 예는 글라스 기판, 실리콘 기판, 쿼츠 기판과 같은 세라믹 기판, 풀라스틱 기판, 금속 기판, 및 지지 부재 상에 금속 호일이 형성되는 기판과 같은 복합 기판을 포함한다.
유기층 (13 또는 21) 의 구성은 도 1 및 도 2 의 유기 EL 소자 (10, 20) 에서와 같은 홀 주입층 (15), 홀 전송층 (16), 및 발광층 (17 또는 22) 를 포함하는 구성으로 한정되지 않는다. 예를 들면, 홀 주입층 (15) 및 홀 전송층 (16) 중 하나 또는 둘 다를 제거할 수 있다. 다른 방법으로, 홀 주입 재료 및 홀 전송 재료의 혼합층은 애노드 (12) 와 발광층 (17 또는 22) 사이에 배치될 수 있다. 또 다른 방법으로, 전자 전송층은 또한 발광층 (17 또는 22) 와 전자 주입층 (18) 사이에 배치될 수도 있다.
보다 구체적으로, 유기층 (13) 은 예를 들어 다음의 층 구성을 가질 수 있다.
(1) 홀 주입층/홀 전송층/발광층/전자 전송층/전자 주입층;
(2) 홀 주입층/홀 전송층/발광층/전자 주입층;
(3) 홀 주입층/발광층/전자 전송층/전자 주입층;
(4) 홀 주입 전송층/발광층/전자 주입층;
(5) 홀 전송층/홀 발광층/전자 전송층/전자 주입층;
(6) 홀 전송층/발광층/전자 주입 전송층;
(7) 발광층/전자 전송층/전자 주입층;
(8) 발광층/전자 주입 전송층; 또는
(9) 발광층
유기층 (13) 의 예의 각각의 층들은 애노드 (12) 에 대향하는 단부로부터 캐소드 (14) 를 향하는 순서로 배열된다. 유기층 (13) 의 예에서 전자 주입층은 캐소드 (14) 의 전자 주입층과 상이하다. 유기층 (13) 의 전자 주입층은 전자가 캐소드 (14) 로부터 주입되는 층이다.
유기층 (13) 에 대해 요구되는 각각의 기능은 유기층 (13) 의 단일층 또는 복수개의 층으로 구현될 수 있다. 그 기능에는 캐소드 (14) 로부터의 전자가 주입되는 기능, 애노드 (12) 로부터 홀이 주입되는 기능, 하나 이상의 전자 및 홀을 전송하는 기능, 및 발광하는 기능을 포함한다.
물론, 홀 주입층 (15), 홀 전송층 (16), 및 발광층 (17, 22) 을 형성하는 유기 재료는 제 1 및 제 2 실시형태에서 개시된 것으로 한정되지 않는다.
홀 주입층 (15) 은 CuPc 대신, TPD 또는 2 개의 TPD 의 페닐기가 나프틸기와치환되는 화합물로 형성될 수 있다.
홀 전송층 (16) 은 TPTE 대신, TNF 또는 옥사디아졸 또는 트리아졸 구조를 갖는 화합물로 형성될 수 있다.
발광층 (17 또는 22) 은 전술한 실시형태의 재료와 상이한 재료로 형성될 수 있다.
이하, 유기층 (13 또는 21) 이 홀 주입층, 발광층, 및 전자 주입 전송층으로 구성되는 예와 다른 구성이 채택된 예를 설명한다.
<<홀 주입 전송층>>
애노드로부터 홀이 주입되고 주입된 홀을 발광층으로 전송하는 홀 주입 전송층이 애노드와 발광층 사이에 배치된다. 홀 주입 전송층의 이온화 전위는 애노드의 일 함수와 발광층의 이온화 전위 사이로 설정되고 통상 5.0 내지 5.5 eV 로 설정된다.
홀 주입 전송층을 포함하는 유기 EL 소자는 다음의 특성을 갖는다.
(1) 구동 전압이 낮다.
(2) 애노드에서 발광층으로의 홀 주입이 안정적이다. 따라서 장치의 수명이 연장된다.
(3) 애노드와 발광층 사이의 접착력이 증가한다. 따라서, 발광층 표면의 균일성이 향상된다.
(4) 애노드의 표면 상의 돌기가 피복된다. 따라서, 장치 결함이 감소될 수 있다.
홀 주입 전송층은 발광층에 의해 발광된 광이 홀 주입 전송층을 통해 방출될 때, 발광된 광을 전송하도록 형성된다. 홀 주입 전송층을 형성할 수 있는 재료 중에서, 발광된 광을 전송하는 재료가 박막으로 형성되는 것으로 적절하게 선택된다. 통상, 발광된 광에 대한 홀 주입 전송층의 투과율은 10 % 보다 큰 것이 바람직하다. 홀 주입 전송층을 형성하기 위한 재료는 전술한 특성이 홀 주입 전송층에 부여된다면 특별하게 한정되지 않는다. 재료는 임의로 선택될 수 있고, 광전도성 장치의 홀 주입 재료로서 이용되는 공지된 재료 및 통상의 유기 EL 소자의 홀 주입 전송층에 이용되는 공지된 재료를 이용할 수 있다.
홀 주입 전송층을 형성하기 위한 재료의 예는 하기 내용을 포함한다: 프탈로시아닌 유도체, 트리아졸 유도체, 트리아릴메탄 유도체, 트리아릴아민 유도체, 옥사졸 유도체, 옥사디아졸 유도체, 스틸벤 유도체, 피라졸린 유도체, 피라졸론 유도체, 폴리실란 유도체, 이미다졸 유도체, 페닐렌디아민 유도체, 아미노 치환 칼콘 유도체, 스티릴안트라센 유도체, 플루오레논 유도체, 히드라존 유도체, 실라잔 유도체, 아닐린 공중합체, 포르피린 화합물, 폴리아릴알칸 유도체, 폴리페닐렌 비닐렌 및 그 유도체, 폴리티오펜 및 그 유도체, 폴리-N-비닐카르바졸 유도체, 전도성 중합성 올리고머, 예컨대 티오펜 올리고머, 카르바졸 유도체, 퀸아크리돈 화합물, 방향족 3차 아민 화합물, 스티릴아민 화합물, 및 방향족 디메틸리덴계 화합물.
트리아릴아민 유도체의 예는 하기 내용을 포함한다: 트리페닐아민, 4,4'-비스[N-페닐-N-(4"-메틸페닐)아미노]비페닐, 4,4'-비스[N-페닐-N-(3"-메틸페닐)아미노]비페닐, 4,4'-비스[N-페닐-N-(3"-메톡시페닐)아미노]비페닐, 4,4'-비스[N-페닐-N-(l"-나프틸)아미노]비페닐, 3,3'-디메틸-4,4'-비스[N-페닐-N-3"-메틸페닐)아미노]비페닐, 1,1-비스[4'-N,N-디(4"-메틸페닐)아미노]페닐]시클로헥산, 9,1O-비스[N-(4'-메틸페닐)-N-(4"-n-부틸페닐)아미노]펜안트렌, 3,8-비스(N,N-디페닐아미노)-6-페닐펜안트리딘, 4-메틸-N,N-비스[4",4"'-비스[N',N"-디(4-메틸페닐)아미노]비페닐 -4-일]아닐린, N,N"-비스[4-(디페닐아미노)페닐]-N,N'-디페닐-l,3-디아민벤젠, N,N'-비스[4-(디페닐아미노)페닐]-N,N'-디페닐-l,4-디아미노벤젠, 5,5"-비스[4-(비스[4-메틸페닐]아미노)페닐]-2,2':5',2"-테르티오펜), 1,3,5-트리스(디페닐아미노)벤젠, 4,4',4"-트리스(N-카르바졸릴)트리페닐아민, 4,4',4"-트리스[N-(3"'-메틸페닐)-N-페닐아미노]트리페닐아민, 4,4',4"-트리스[N,N-비스(4'"-tert-부틸비페닐-4""-일)아미노]트리페닐아민, 및 1,3,5-트리스[N-(4'-디페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]벤젠의 이량체 내지 삼량체.
포르피린 화합물의 예는 하기 내용을 포함한다: 포르핀, 1,l0,15,20-테트라페닐-21H,23H-포르핀 구리(II), 1,l0,15,20-테트라페닐-21H,23H-포르핀 아연(II), 및 5,10,l5,20-테트라키스(펜타플루오로페닐)-21H,23H-포르핀.
프탈로시아닌 유도체의 예는 하기 내용을 포함한다: 실리콘 프탈로시아닌 옥사이드, 알루미늄 프탈로시아닌 클로라이드, 프탈로시아닌(금속 유리됨), 디리튬 프탈로시아닌, 구리 테트라메틸 프탈로시아닌, 구리 프탈로시아닌, 크로뮴 프탈로시아닌, 아연 프탈로시아닌, 납 프탈로시아닌, 티타늄 프탈로시아닌 옥사이드, 마그네슘 프탈로시아닌, 및 구리 옥타메틸 프탈로시아닌.
방향족 3차 아민 화합물 및 스티릴아민 화합물의 예는 하기 내용을 포함한다: N,N,N',N'-테트라페닐-4,4'-디아미노페닐, N,N'-디페닐-N,N'-비스-(3-메틸페닐)-[l,1'-비페닐]-4,4'-디아민, 2,2-비스(4-디-p-톨릴아미노페닐)프로판, 1,l-비스(4-디-p-톨릴아미노페닐)시클로헥산, N,N,N',N'-테트라-p-톨릴-4,4-디아미노페닐, 1,l-비스(4-디-p-톨릴아미노페닐)-4-페닐시클로헥산, 비스(4-디메틸아미노-2-메틸페닐)페닐메탄, 비스(4-디-p-톨릴아미노페닐)페닐메탄, N,N'-디페닐-N,N'-디(4-메톡시페닐)-4,4'-디아미노비페닐, N,N,N',N'-테트라페닐-4,4'-디아미노페닐 에테르, 4,4'-비스(디페닐아미노)쿠아드리페닐, N,N,N-트리(p-톨릴)아민, 4-(디-p-톨릴아미노)-4'-[4(디-p-톨릴아미노)스티릴]스틸벤, 4-N,N-디페닐아미노-(2-디페닐비닐)벤젠, 3-메톡시-4'-N,N-디페닐아미노스틸벤젠, 및 N-페닐카르바졸.
카르바졸 유도체의 예는 카르바졸 비페닐, N-메틸-N-페닐히드라존-3-메틸리덴-9-에틸카르바졸, 폴리비닐카르바졸, N-이소프로필카르바졸, 및 N-페닐카르바졸을 포함한다.
홀 주입 전송층은 상기 재료 중 하나로 형성되거나 또는 복수의 상기 재료의 혼합물로 형성될 수도 있다. 또한, 홀 주입 전송층은 동일한 조성 또는 상이한 조성물의 복수층으로 이루어진 다층 구조를 가질 수 있다.
홀 주입 전송층은 공지된 박막 형성 방법, 예컨대 진공 증착법, 스핀 코팅법, 캐스팅법 및 LB 법으로 애노드 상에서 형성된다. 홀 주입 전송층의 두께는 바람직하게는 5 nm ∼ 5 ㎛ 이다.
《발광층》
발광층은 주로 유기 재료로 구성된다. 홀과 전자는 애노드 및 캐소드의 한 단부 상의 발광층에 각각 주입된다. 발광층은 적어도 홀과 전자 중 적어도 하나를 전송하여 홀과 전자를 재결합시키고, 여기를 형성하여 여기 상태를 획득하며, 기저 상태로 되돌아갈 때 발광한다.
따라서, 발광층을 형성하기 위한 유기 재료는 하기 기능을 포함한다:
(1) 홀 주입 전송층 또는 애노드로부터 홀을 주입할 수 있는 기능;
(2) 전자 주입 전송층 또는 캐노드로부터 전자를 주입할 수 있는 기능;
(3) 전기장의 힘에 의해 주입된 홀 및 전자 중의 하나 이상을 전송하는 기능;
(4) 전자 및 홀을 재결합하여 여기 상태를 형성하는 기능; 및
(5) 여기 상태로부터 기저 상태로 되돌아 갈 때 발광하는 기능.
상기 기능을 갖는 재료의 대표적인 예는 A1q3 및 Be-벤조퀴놀리놀 (BeBq2) 을 포함한다. 재료의 기타 예는 하기 내용을 포함한다: 벤족사졸계 형광증백제, 예컨대 2,5-비스(5,7-디-t-펜틸-2-벤족사졸릴)-l,3,4-티아디아졸, 4,4'-비스(5,7-펜틸-2-벤족사졸릴)스틸벤, 4,4'-비스[5,7-디-(2-메틸-2-부틸)-2-벤졸사졸릴]스틸벤, 2,5-비스(5,7-디-t-펜틸-2-벤족사졸릴]티오핀, 2,5-비스([5-α,α-디메틸벤질]-2-벤족사졸릴)티오펜, 2,5-비스[5,7-디-(2-메틸-2-부틸)-2-벤족사졸릴]-3,4-디페닐티오펜, 2,5-비스(5-메틸-2-벤족사졸릴)티오펜, 4,4'-비스(2-벤족사졸릴)베페닐, 5-메틸-2-[2-[4-(5-메틸-2-벤족사졸릴)페닐]비닐]벤족사졸릴, 및 2-[2-(4-클로로페닐)비닐]나프토[1,2-d]옥사졸; 벤조티아졸계 형광증백제, 예컨대2,2'-(p-페닐렌디비닐렌)-비스벤조티아졸; 벤즈이미다졸계 형광증백제, 예컨대 2-[2-[4-(2-벤즈이미다졸릴)페닐]비닐]벤즈이미다졸 및 2-[2-(4-카르복시페닐)비닐]벤즈이미다졸; 8-히드록시퀴놀린계 금속 착물, 예컨대 비스(8-퀴놀리놀)마그네슘, 비스(벤조-8-퀴놀리놀)아연, 비스(2-메틸-8-퀴놀리놀레이토)알루미늄 옥사이드, 트리스(8-퀴놀리놀)인듐, 트리스(5-메틸-8-퀴놀리놀)알루미늄, 8-퀴놀리놀 리튬, 트리스(5-클로로-8-퀴놀리놀)갈륨, 비스(5-클로로-8-퀴놀리놀)칼슘, 및 폴리[아연-비스(8-히드록시-5-퀴놀리노닐)메탄]; 금속 킬레이트 옥시노이드 화합물, 디리튬 에핀드리디온; 스티릴 벤젠계 화합물, 예컨대 l,4-비스(2-메틸스티릴)벤젠, l,4-(3-메틸스티릴)벤젠, 1,4-비스(4-메틸스티릴)벤젠, 디스티릴벤젠, l,4-비스(2-에틸스티릴)벤젠, 1,4-비스(3-에틸스티릴)벤젠, 및 l,4-비스(2-메틸스티릴)2-메틸벤젠; 디스티릴피라진 유도체, 예컨대 2,5-비스(4-메틸스티릴)피라진, 2,5-비스(4-에틸스티릴)피라진, 2,5-비스[2-1-나프틸)비닐]피라진, 2,5-비스(4-메톡시스티릴)피라진, 2,5-비스[2-(4-비페닐)비닐]피라진 및 2,5-비스[2-(1-피레닐)비닐]피라진; 나프탈이미드 유도체; 페릴렌 유도체; 옥사디아졸 유도체; 알다진 유도체; 시클로펜타디엔 유도체; 스티릴아민 유도체; 쿠마린계 유도체; 방향족 디메틸리딘 유도체; 안트라센; 살리실레이트; 피렌; 코로넨; 및 인광 재료, 예컨대 팩-트리스(2-페닐피리딘)이리듐, 비스(2-페닐피리디네이토-N,C2')이리듐(아세틸 아세토네이트), 6-디(플루오로페닐)-피리디네이트-N,C2')이리듐(아세틸 아세토네이트), 이리듐(III)비스[4,6-디(플루오로페닐)-피리디네이트-N,C2']피콜레이트, 백금(II)(2-(4',6'-디(플루오로페닐)-피리디네이트-N,C2'](2,4-펜타디오네이트),백금(II)(2-(4',6'-디플루오로페닐)피리디네이트- N,C2')(6-메틸-2,4-헵타디오네이트-O,O) 및 비스(2-(2'-벤조[4,5-a]티에닐)피리디네이트-백금(II) (2-(4',6'-디플루오로페닐)피리디네이트-N,C3')이리듐(아세틸 아세토네이트).
발광층은 호스트 및 도펀트를 함유할 수 있다. 호스트는 캐리어에 의해 주입되고, 홀 및 전자의 재결합에 의해 여기 상태를 발생시킨다. 여기 상태로 된 호스트 재료는 여기 에너지를 도펀트로 이동시킨다. 도펀트는 기저 상태로 되돌아 갈 때 발광한다. 다른 방법으로, 호스트는 캐리어를 도펀트로 전송하고, 홀과 전자의 재결합이 도펀트에서 수행되며 도펀트가 기저 상태로 되돌아 갈 때 광을 생성한다.
호스트에 함유되는 재료의 예는 하기 내용을 포함한다: 디스티릴아릴렌 유도체, 디스티릴벤젠 유도체, 디스티릴아민 유도체, 퀴놀리놀레이토계 금속 착물, 트리아릴아민 유도체, 아조메틴 유도체, 옥사디아졸 유도체, 피라졸로퀴놀린 유도체, 실롤 유도체, 나프탈렌 유도체, 안트라센 유도체, 디카르바졸 유도체, 페릴렌 유도체, 올리고티오펜 유도체, 쿠마린 유도체, 피렌 유도체, 테트라페닐 부타디엔 유도체, 벤조피란 유도체, 유로퓸 착물, 루브렌 유도체, 퀸아크리돈 유도체, 트리아졸 유도체, 벤족사졸 유도체, 및 벤조티아졸 유도체.
통상, 도펀트는 형광 재료 또는 인광 재료로 구성된다.
형광 재료는 형광 특성을 갖는 재료이고, 여기 상태로부터 기저 상태로 이동 시에 발광한다. 형광 재료는 호스트로부터 에너지를 획득할 때 기저 상태로 이동하고, 실온에서 여기 상태에서 단일체로부터 발광을 이끌어 낼 수 있다. 다른 방법으로, 형광 재료는 호스트로부터 전송된 홀과 전자가 함께 재결합할 때 여기 상태로 이동하고, 기저 상태로 되돌아 갈 때 발광한다. 형광 재료가 높은 형광량 효율을 갖는 것이 바람직하다. 호스트의 양에 대한 형광 재료의 양은 바람직하게는 0.01 wt% 이상이고, 더욱 바람직하게는 20 wt% 이하이다.
형광 재료의 예는 하기 내용을 포함한다: 유로퓸 착물, 벤조피란 유도체, 로드아민 유도체, 벤즈티옥산텐 유도체, 포르피린 유도체, 쿠마린 유도체, 유로퓸 착물, 루브렌 유도체, 나일레드, 2-(1,1-디메틸에틸)-6-(2-(2,3,6,7-테트라히드로-1,1,7,7-테트라메틸-1H,5H-벤조(ij)퀴놀리딘-9-일)에테닐)-4H-피란-4H-일리덴)프로판디니트릴(DCJTB), DCM, 쿠마린 유도체, 퀸아크리돈 유도체, 디스티릴아민 유도체, 피렌 유도체, 페릴렌 유도체, 안트라센 유도체, 벤족사졸 유도체, 벤조티아졸 유도체, 벤즈이미다졸 유도체, 크리센 유도체, 펜안트렌 유도체, 디스티릴벤젠 유도체, 테트라페닐부타디엔 유도체, 및 루브렌 유도체.
쿠마린 유도체의 예는 하기 화학식 2 로 표시되는 화합물을 포함한다:
상기 화학식 2 에서, R1∼ R5각각은 독립적으로 수소 원자 또는 탄화수소기를 나타내고, 탄화수소기는 1 개 또는 복수개의 치환기를 포함할 수 있다. R1∼ R5중 바람직한 탄화수소기의 예는 하기 내용을 포함한다: 탄소수 5 이하의, 단쇄 지방족 탄화수소기, 예컨대 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 이소프로페닐기, 1-프로페닐기, 2-프로페닐기, 부틸기, 이소부틸기, sec-부틸기, tert-부틸기, 2-부테닐기, 1,3-부타디에닐기, 펜틸기, 이소펜틸기, 네오펜틸기, tert-펜틸기, 및 2-펜테닐기; 지환족 탄화수소기, 예컨대 시클로프로필기, 시클로부틸기, 시클로펜틸기, 시클로헥실기 및 시클로헥세닐기; 방향족 탄화수소기, 예컨대 페닐기, o-톨릴기, m-톨릴기, p-톨릴기, 크실릴기, 메시틸기, o-쿠메닐기, m-쿠메닐기, p-쿠메닐기, 및 비페닐릴기. 탄화수소기 중 1 개 또는 복수개의 수소 원자는 예를 들어 하기에 의해 치환될 수 있다: 에테르기, 예컨대 메톡시기, 에톡시기, 프로폭시기, 이소프로폭시기, 부톡시기, 이소부톡시기, sec-부톡시기, tert-부톡시기, 펜틸옥시기, 이소펜틸옥시기, 페녹시기, 및 벤질옥시기; 에스테르기, 예컨대 아세톡시기, 벤조일옥시기, 메톡시카르보닐기, 에톡시카르보닐기, 및 프로폭시카르보닐기; 할로겐기, 예컨대 플루오로기, 클로로기, 브로모기, 및 요오드기. 유기 EL 소자의 적용에 따라, 바람직한 쿠마린 유도체는 R2∼ R5가 모두 지방족 탄화수소기인 것이다. 특히, R2∼ R5가 모두 메틸기인 쿠마린 유도체는 물리적인 특성 및 경제적인 효율성 모두가 우수하다.
상기 화학식 2 에서, R6∼ R13각각은 독립적으로 수소 원자 또는 치환기를 나타낸다. R6∼ R13중 치환기의 예는 하기 내용을 포함한다: 탄소수 20 이하의 지방족 탄화수소기, 예컨대 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 이소프로페닐기, 1-프로페닐기, 2-프로페닐기, 부틸기, 이소부틸기, sec-부틸기, tert-부틸기, 2-부테닐기, 1,3-부타디에닐기, 펜틸기, 이소펜틸기, 네오펜틸기, tert-펜틸기, 1-메틸펜틸기, 2-메틸펜틸기, 2-펜테닐기, 헥실기, 이소헥실기, 5-메틸헥실기, 헵틸기, 옥틸기, 노닐기, 데실기, 운데실기, 도데실기, 및 옥타데실기; 지환족 탄화수소기, 예컨대 시클로프로필기, 시클로부틸기, 시클로펜틸기, 시클로헥실기, 시클로헥세닐기, 및 시클로헥틸기; 방향족 탄화수소기, 예컨대 페닐기, o-톨릴기, m-톨릴기, p-톨릴기, 크실릴기, 메시틸기, o-쿠메닐기, m-쿠메닐기, p-쿠메닐기, 벤질기, 펜에틸기, 및 비페닐릴기; 에테르기, 예컨대 메톡시기, 에톡시기, 프로폭시기, 이소프로폭시기, 부톡시기, 이소부톡시기, sec-부톡시기, tert-부톡시기, 펜틸옥시기, 페녹시기, 및 벤질옥시기; 에스테르기, 예컨대 메톡시카르보닐기, 에톡시카르보닐기, 프로폭시카르보닐기, 아세톡시기, 및 벤조일옥시기; 할로겐기, 예컨대 플루오로기, 클로로기, 브로모기, 및 요오드기;. 히드록시기; 카르복시기; 시아노기; 및 니트로기.
쿠마린 유도체의 보다 상세한 예는 다음의 [화학식 3] 내지 [화학식 23] 으로 표현되는 화합물을 포함한다. 통상, [화학식 3] 내지 [화학식 23] 으로 표현되는 화합물을 포함하는 쿠마린 유도체는 용융점이 높고 유기 전이 온도가 높다. 그 결과, 쿠마린 유도체는 높은 열 안정성을 갖는다.
인광성 재료는 인광 특성을 갖는 재료이며, 여기된 상태에서 기저 상태로 변화될 때 발광한다. 인광 재료는 호스트에서 에너지를 획득할 때 기저 상태로 변화하고, 실온에서 여기된 상태에서 싱글릿 (singlet) 및 트리플릿 (triplet) 로부터 광 발광을 인출할 수 있다. 다른 방법으로, 인광성 재료는 호스트에서 전송된 홀 및 전자가 서로 재결합될 때 여기된 상태로 변화한다. 호스트의 양에 대한 인광 재료의 양은 0.01 wt% 이상인 것이 바람직하며, 30 wt% 를 초과하지 않는 것이 바람직하다.
인광 재료의 예는 하기 내용을 포함한다: 팩-트리스(2-페닐피리딘)이리듐, 비스(2-페닐피리디네이토-N,C2')이리듐(아세틸 아세토네이트), 6-디(플루오로페닐) -피리디네이트-N,C2')이리듐(아세틸 아세토네이트), 이리듐(III)비스[4,6-디(플루오로페닐)-피리디네이트-N,C2']피콜리네이트, 백금(II)(2-(4',6'-디플루오로페닐)피리디네이트-N,C2')(2,4-펜타디오네이트), 백금(II)(2-(4',6'-디플루오로페닐)피리디네이트-N,C2')(6-메틸-2,4-헵타디오네이트-O,O) 및 비스(2-(2'-벤조[4,5-a]티에닐)피리디네이트-백금(II)(2-(4',6'-디플루오로페닐)피리디네이트-N,C3')이리듐(아세틸 아세토네이트).
통상, 인광 중금속 착물은 많은 경우에 형성 재료로서 사용된다. 예를 들어, 녹색 인광 재료를 갖는 트리스(2-페닐피리딘) 이리듐 및 적색 인광 재료를 갖는 2,3,7,8,12,13,17,18-옥타에틸-21H23H-프로스핀 백금(II) 을 또한 인광 재료로서 사용할 수 있다. 이들 재료 중 중심 금속은 또 다른 금속 또는 비금속으로 바뀔 수 있다.
발광층은 진공 기상 증착법, 스핀 코팅법, 캐스팅법, 및 LB법 등의 공지된 박막 형성 방법에 의해 홀 주입 전송층 상에 형성될 수 있다.
발광층을 형성하는 재료의 타입에 따라, 발광층의 두께는 1 내지 100 nm 인것이 바람직하고, 2 내지 50 nm 인 것이 보다 바람직하다.
단일층의 발광층이 복수개의 도펀트를 포함할 때, 발광층은 혼합된 컬러를 갖는 발광하거나, 2 개 이상의 광 빔을 발광한다. 단일층의 발광층이 호스트의 에너지 레벨에 비해 더 낮은 에너지 레벨을 갖는 제 1 도펀트와 제 1 도펀트의 에너지에 비해 더 낮은 에너지 레벨을 갖는 제 2 도펀트를 포함할 때, 에너지는 호스트에서 제 1 도펀트로 이동하고, 계속하여, 제 1 도펀트에서 제 2 도펀트로 이동한다.
호스트가 캐리어를 도펀트로 전송하고 도펀트내에서의 전송된 캐리어의 결합을 유발하는 메커니즘을 이용하면, 캐리어 이동의 효율이 향상될 수 있다.
발광층으로부터 발광되는 빛의 색도, 채도, 밝기, 휘도 등은 발광층을 형성하는 재료 타입의 선택, 도펀트의 추가량 조절, 및 발광층의 두께 조절에 의해 조절될 수 있다.
전술한 바와 같이, 발광층은 적층 구조를 가질 수 있고, 각각의 층은 적어도 다른 층의 파장과 상이한 파장을 갖는 광을 발광할 수 있다. 발광층이 다음의 적층 구조를 가질 때, 발광층은 백색광을 발광할 수 있다.
(1) 적색광 발광층/청색광 발광층/녹색광 발광층;
(2) 적색광 발광층/녹색광 발광층/청색광 발광층;
(3) 녹색광 방출층/청색광 발광층/적색광 발광층;
(4) 녹색광 발광층/적색광 발광층/청색광 발광층;
(5) 청색광 발광층/적색광 발광층/녹색광 발광층;
(6) 청색광 발광층/녹색광 발광층/적색광 발광층;
(7) 적색 및 녹색광 발광층/청색광 발광층;
(8) 청색광 발광층/적색 및 녹색광 발광층;
(9) 적색광 발광층/녹색 및 청색광 발광층;
(10) 녹색 및 청색광 발광층/적색광 발광층;
(11) 적색 및 청색광 발광층/녹색광 발광층;
(12) 녹색광 발광층/적색 및 청색광 발광층; 및
(13) 적색, 녹색 및 청색광 발광층 (백색광 발광층)
발광층 예에서의 각 층들은 애노드에 대향하는 단부로부터 캐소드를 향해 순서대로 배열된다.
발광층은 청색과 황색, 단청색과 오렌지색, 및 녹색과 보라색 등의 보색 관계의 색을 갖는 광을 발광하도록 구성될 수 있다. 이 경우, 발광층은 전체적으로 백색광을 발광한다. 또한, 발광층은 백색과 다른 색을 갖는 광을 발광하도록 구성될 수 있다.
청색 발광층에 대해, 발광색이 청색인 도펀트와 호스트가 예를 들면 동시-기상 증착 (co-vapor deposition) 에 의해 혼합되고, 청색광 발광층은 적색 및 녹색 발광층으로부터 캐소드 단부 상에 형성되는 것이 바람직하다.
발광색이 청색인 도펀트의 예는 하기 내용을 포함한다: 디스티릴아민 유도체, 피렌 유도체, 페릴렌 유도체, 안트라센 유도체, 벤족사졸 유도체, 벤조티아졸 유도체, 벤즈이미다졸 유도체, 크리센 유도체, 펜안트렌 유도체, 디스티릴 벤젠 유도체, 및 테트라페닐 부타디엔.
청색 발광층용 호스트의 예는 하기 내용을 포함한다: 디스티릴아릴렌 유도체, 스틸벤 유도체, 카르바졸 유도체, 트리아릴아민 유도체, 안트라센 유도체, 피렌 유도체, 코로넨 유도체, 및 비스(2-메틸-8-퀴놀리놀레이토)(p-페닐페놀레이토) 알루미늄(BA1q).
발광색이 적색인 도펀트의 예는 하기 내용을 포함한다: 유로퓸 착물, 벤조피란 유도체, 로드아민 유도체, 벤조티옥산텐 유도체, 포르피린 유도체, 나일레드, 2-(1,1-디메틸에틸)-6-(2-(2,3,6,7-테트라히드로-1,1,7,7-테트라메틸-1H,5H-벤조(ij)퀴놀리딘-9-일)에테닐)-4H-피란-4H-일리덴)프로판디니트릴(DCJTB), 및 DCM.
발광색이 녹색인 도펀트의 예는 쿠마린 유도체 및 퀸아크리돈 유도체를 포함한다.
적색 발광층 및 녹색 발광층용 호스트의 예는 하기 내용을 포함한다: 디스티릴아릴렌 유도체, 디스티릴벤젠 유도체, 디스티릴아민 유도체, 퀴놀리놀레이토계 금속 착물, 트리아릴아민 유도체, 옥사디아졸 유도체, 실롤 유도체, 디카르바졸 유도체, 올리고티오펜 유도체, 벤조피란 유도체, 트리아졸 유도체, 벤족사졸 유도체, 및 벤조티아졸 유도체. 호스트의 바람직한 예는 Alq3, 트리페닐아민의 4량체 및 4,4'-비스(2,2'-디페닐비닐)비페닐(DPVBi) 이다.
적색 및 청색 광과 같은 복수개의 색을 발광하는 발광층에 대해, 각각의 컬러를 발광하는 도펀트와 호스트가 동시-기상 증착에 의해 혼합될 수 있다.
발광층의 발광 색상을 조절하는 기술은 다음의 (1) 내지 (3) 을 포함한다.이들 중 하나 또는 복수개의 기술은 발광 색상을 조절하기 위해 이용될 수 있다.
(1) 컬러 필터를 증착하는 기술. 컬러 필터는 발광 색상을 조절하기 위해 투과되는 파장을 제한한다. 컬러 필터로서, 예를 들면 공지된 재료가 이용된다; 코발트 옥사이드는 청색 필터로서 이용되고, 코발트 옥사이드과 크롬 옥사이드의 혼합 재료는 녹색 필터로 이용되며, 철 옥사이드는 적색 필터로서 이용된다. 이 방법에서, 컬러 필터는 진공 기상 증착법 등의 공지된 박막 형성 방법을 이용하여 형성될 수 있다.
(2) 발광층에 발광을 촉진 또는 억제하기 위한 재료를 추가하는 기술. 예를 들면, 소위, 호스트로부터 에너지를 획득하고 이 에너지를 도펀트로 이동시키는 보조 도펀트가 첨가될 때, 에너지는 용이하게 호스트에서 도펀트로 이동한다. 보조 도펀트는 호스트 및 도펀트의 예로서 설명되는 재료로 선택될 수 있다.
(3) 발광층에 의해 발광되는 광의 파장을 변환하는 재료를 추가하는 기술. 이 재료의 예는 광을 낮은 에너지 파장을 갖는 다른 광으로 변환하기 위한 형광 변환 재료를 포함한다. 이러한 타입의 형광 변환 재료는 유기 EL 소자로부터 발광될 광의 목적하는 파장 및 발광층으로부터 발광되는 광의 파장에 따라 적절하게 선택된다. 추가되는 형광 변환 재료량은 이러한 타입의 재료에 따라 집중 흡광이 발생하지 않는 범위로 적절하게 선택되지만, 미경화된 투명 수지에 대해 약 10-5내지 10-4mol/liter 인 것이 바람직하다. 1 개 타입의 형광 변환 재료만이 이용되거나, 복수개의 타입의 형광 변환 재료가 이용될 수 있다. 복수개의 타입의 결합된 이용에 의해, 그 결합물을 청색, 녹색 및 적색광에 추가하여, 백색 또는 중간색 광을 발광시킬 수 있다. 형광 변환 재료의 예는 다음의 (a), (b), (c) 재료를 포함한다.
(a) 청색광을 발광하기 위해 자외선에 의해 여기된 형광 변환 재료의 구체적인 예는 하기 내용을 포함한다: 스틸벤계 안료, 예컨대 1,4-비스(2-메틸스티렌) 벤젠 및 트랜스-4,4'-디페닐 스틸벤; 쿠마린계 안료, 예컨대 7-히드록시-4-메틸 쿠마린; 및 방향족 디메틸리딘계 안료, 예컨대 4,4-비스(2,2-디페닐비닐)비페닐.
(b) 녹색광을 발광하기 위해 청색광에 의해 여기된 형광 변환 재료의 구체적인 예는 하기 내용을 포함한다: 쿠마린 안료, 예컨대 2,3,5,6-1H,4H-테트라히드로-8-트리플루오로메틸 퀴놀리디노(9,9a,1-gh)쿠마린 (쿠마린153).
(c) 오렌지색광에서 적색광의 파장을 갖는 광을 발광하기 위해 청색에서 녹색의 파장을 갖는 광에 의해 여기되는 형광 변환 재료의 구체적인 예는 하기 내용을 포함한다: 시아닌계 안료, 예컨대 4-(디시아노메틸렌)-2-메틸-6-(p-디메틸아미노스티릴)-4H-피란, 4-(디시아노메틸렌)-2-페닐-6-(2-(9-줄롤리딜)에테닐)-4H-피란, 4-(디시아노메틸렌)-2,6-디(2-(9-줄롤리딜)에테닐-4H-피란, 4-(디시아노메틸렌)-2-메틸-6-(2-(9-줄롤리딜)에테닐)-4H-피란, 및 4-(디시아노메틸렌)-2-메틸-6-(2-(9-줄롤리딜)에테닐)-4H-티오피란; 피리딘계 안료, 예컨대 1-에틸-2-(4-(p-디메틸아미노페닐)-1,3-부타디에닐)-피리듐-퍼클로레이트 (피리딘 1); 크잔틴계 안료, 예컨대 로드아민 B 및 로드아민 6G; 및 옥사진계 안료.
<<전자 주입 전송층>>
전자 주입 전송층은 캐소드와 발광층 사이에 배치되고, 캐소드로부터 주입되는 전자를 발광층으로 전송한다.
전자 주입 전송층은 다음의 특징을 유기 EL 소자에 부여한다.
(1) 구동 전압 저하
(2) 캐소드로부터 발광층으로의 전자의 주입을 안정화한다. 따라서, 장치의 수명이 연장된다.
(3) 캐소드와 발광층 사이의 접착성이 증가한다. 따라서, 발광층 표면의 균일성이 향상된다.
(4) 캐소드의 표면 상의 돌기가 피복된다. 따라서, 장치 결함이 감소될 수 있다.
전자 주입 전송층을 형성하기 위한 재료는 광전도성 장치의 전자 주입 재료로서 이용될 수 있는 공지된 재료와 통상의 유기 EL 소자의 전자 주입 전송층에 이용되는 공지된 재료에서 임의로 선택된다. 통상, 재료는 그 전자 친화도가 캐소드의 일함수와 발광층의 전자 친화도 사이인 것이 이용된다.
전자 주입 전송층을 형성하기 위한 재료의 구체적인 예는 하기 내용을 포함한다: 옥사디아졸 유도체, 예컨대 1,3-비스[5'-(p-tert-부틸페닐)-1,3,4-졸-2'-일]벤젠 및 2-(4-비페닐릴)-5-(4-t-부틸페닐)-1,3,4-옥사디아졸; 트리아졸 유도체, 예컨대 3-(4'-tert-부틸페닐)-4-페닐-5-(4"-비페닐)-1,2,4-트리아졸; 트리아진 유도체; 페릴렌 유도체; 퀴놀린 유도체; 퀸옥살린 유도체; 디페닐퀴논 유도체; 니트로 치환 플루오레논 유도체; 티오피란 디옥사이드 유도체; 안트라퀴노디메탄 유도체;티오피란 디옥사이드 유도체; 헤테로시클릭 테트라카르복실산 무수물, 예컨대 나프탈렌 페릴렌; 카르보디이미드; 플루오레닐리덴 메탄 유도체; 안트라퀴노디메탄 유도체; 안트론 유도체; 디스티릴 피라진 유도체; 실롤 유도체; 펜안트롤린 유도체; 이미다조피리딘 유도체; 유기 금속 착물, 예컨대 비스(10-벤조[h]퀴놀리놀레이트)베릴륨, 5-히드록시플라본의 베릴륨 염, 및 5-히드록시플라본의 알루미늄 염; 및 8-히드록시퀴놀린 또는 그 유도체의 금속 착물, 예컨대 옥신의 킬레이트를 함유하는 금속 킬레이트 옥시노이드 화합물 (예를 들어, 8-퀴놀리놀 또는 8-히드록시퀴놀린). 금속 킬레이트 옥시노이드 화합물의 예는 트리스(8-퀴놀리놀) 알루미늄, 트리스(5, 7-디클로로-8-퀴놀리놀)알루미늄, 트리스(5,7-디브로모-8-퀴놀리놀)알루미늄, 및 트리스(2-메틸-8-퀴놀리놀)알루미늄. 예는 또한 상기 금속 착물의 중심 금속이 인듐, 마그네슘, 구리, 칼슘, 주석, 아연, 또는 납으로 대체되는 금속 착물을 포함한다. 또한, 금속 유리 착물, 금속 프탈로시아닌, 또는 말단이 알킬기 또는 술폰기에 의해 치환되는 착물을 사용하는 것이 바람직하다.
전자 주입 전송층은 전술한 재료 중 오직 한가지 또는 복수개의 재료의 혼합물로 형성될 수 있다. 전자 주입 전송층은 또한 동일한 조성 또는 상이한 조성의 복수개의 층으로 이루어지는 다층 구조를 가질 수 있다.
전자 주입 전송층은 스퍼터링 프로세스, 이온 도금법, 진공 기상 증착법, 스핀 코팅법, 및 전자 빔 기상 증착법 등의 공지된 박막 형성 방법에 의해 형성될 수 있다. 전자 주입 전송층의 두께는 5 nm 내지 5 ㎛ 인 것이 바람직하다.
전자 주입 전송층이 발광층으로부터 광 여기 단부 상에 배치될 때, 이 층은여기될 광에 대해 투과성을 가질 필요가 있다. 여기될 광에 대한 투과성은 10 % 보다 큰 것이 바람직하다.
<<다른 층 및 첨가물>>
본 실시형태에 따른 유기 EL 소자에서, 전술한 층이외의 공지된 층도 또한 배치될 수 있고, 또는 도펀트와 같은 공지된 첨가물도 또한 이 구성 층에 첨가될 수 있다.
예를 들면, 전자 전송층, 홀 전송층, 및 홀 주입 층과 같은 이러한 층 구성 예은 전술된 층이 배치될 때, 이러한 층에 의해 생성될 기능 (캐리어 전송 기능, 캐리어 주입 기능) 에 주목하여, 전술한 재료로부터 적절한 재료를 선택하고, 이들층을 전술한 층과 동일한 방법으로 준비할 수 있다.
층들 사이의 접착성을 향상시키고 전자 또는 홀 주입 특성을 향성시키기 위한 층을 또한 배치할 수 있다. 예를 들면, 캐소드를 형성하는 재료 및 전자 주입 전송층을 형성하는 재료의 동시-기상 증착에 의해 획득되는 캐소드 인터페이스층 (혼합된 전극) 이 또한 이 층들 사이에 배치될 수 있다. 따라서, 발광층과 캐소드 사이에 존재하는 전자 주입의 에너지 장벽이 완화된다. 캐소드와 전자 주입 전송층 사이의 접착성 또한 향상된다.
캐소드 인터페이스층을 형성하기 위한 재료는, 그 재료가 전술된 능력을 캐소드 인터페이스층에 부여한다면 특별히 한정되지 않는다. 이러한 재료의 예는 알칼라인 금속의 플루오라이드, 옥사이드, 클로라이드, 및 설파이드, 및 리튬 플루오라이드, 리튬 옥사이드, 망간 플루오라이드, 칼슘 플루오라이드, 스트론튬플루오라이드, 및 바륨 플루오라이드 등의 알칼라인 토류 금속을 포함한다. 캐소드 인터페이스층은 단일 재료 또는 복수개의 재료로 형성될 수 있다.
캐소드 인터페이스층의 두께는 0.1 nm 내지 10 nm 인 것이 바람직하고, 0.3 nm 내지 3 nm 인 것이 보다 바람직하다. 캐소드 인터페이스층의 두께에 대해, 이 층은 균일하거나, 불균일하거나, 또는 절연성을 갖도록 형성될 수 있고, 진공 기상 증착 방법과 같은 공지된 박막 필터 형성 방법으로 형성될 수 있다.
또한, 전술한 인터레이어들 중 적어도 하나에서, 홀, 전자의 이동 또는 여기를 방지하기 위한 층을 사용될 수 있다. 예를 들면, 홀 차단층은 발광층을 통한 홀의 통과를 방지하고 발광층 내부의 전자를 효과적으로 재결합하기 위한 목적으로 발광층의 캐소드 단부에 근접하여 배치될 수 있다. 홀 차단층을 형성하기 위한 재료의 예는 트리아졸 유도체, 옥시디아졸 유도체, BAlq, 및 페난트롤라인 유도체와 같은 공지된 재료를 포함하지만, 이 재료는 이들로 한정되지 않는다.
다른 방법으로 또는 부가적으로, 홀 및 전자의 주입 장벽을 완화하기 위한 층 (버퍼층) 이 하나 이상의 인터레이어에 배치될 수 있다. 예를 들면, 버퍼층은 또한 홀 주입에 대한 주입 장벽을 완화시키기 위한 목적으로 애노드와 홀 주입 전송층 사이, 또는 애노드에 근접하여 적층되는 유기층들 사이에 삽압될 수 있다. 버퍼층을 형성하기 위한 재료로서, 구리 프탈로시아닌 등의 공지된 재료가 이용되지만, 이는 특별히 한정되지 않는다.
유기층 (13) 이 산소 또는 수분에 접촉되는 것을 방지하는 목적을 위해 글라스 커버를 대신하여 봉합층 또는 패시베이션막이 기판 (11) 에 반대되는 유기 EL소자 (10) 의 단부 상에 배치될 수 있다. 봉합층을 형성하기 위한 재료 예는 유기 중합성 재료, 무기 재료, 및 광-세팅 수지를 포함하며, 이들 재료는 단독으로 또는 복수개의 재료들의 결합물로 이용될 수 있다. 전술한 형광 변환 재료는 봉합층을 형성하기 위한 재료에 추가될 수 있다. 봉합층은 또한 단일층 구조 또는 다층 구조를 가질 수 있다.
유기 중합성 재료의 예는 클로로트리플루오로에틸렌 중합체, 디클로로디플루오로에틸렌 중합체와 같은 공중합체, 및 플로로트리플루오로에틸렌 및 디클로로디플루오로에틸렌의 공중합체의 플로라인계 수지, 폴리메틸메타크릴레이트 및 폴리아크릴레이트와 같은 아크릴릭 수지; 에폭시 수지; 실리콘 수지; 에폭기 실리콘 수지; 폴리스틸렌 수지; 폴리에스테르 수지; 폴리카르보네이트 수지; 폴리아미드 수지; 폴리이미드 수지; 폴리아미드이미드 수지; 폴리파락실렌 수지; 폴리에틸렌 수지; 및 폴리페닐렌 옥사이드 수지를 포함한다. 무기 재료의 예는 폴리실라자인, 다이아몬드 박막, 비정질 실리카, 전기적 절연 글라스, 금속 옥사이드, 금속 니트라이드, 금속 카바이드, 및 금속 설파가드를 포함한다.
또한, 유기 EL 소자는 파라핀, 액상 파라핀, 실리콘 오일, 플루오로카본 오일, 및 제올라이트 첨가된 플루오로카본 오일과 같은 비활성 재료로 봉합 및 보호된다.
또한, 유기 EL 소자는 캔 봉합에 의해 보호될 수 있다. 상세하게는, 외부로부터의 수분 또는 산소를 차단하기 위한 목적으로, 유기층은 봉합판 및 봉합 컨테이너 등의 봉합 부재에 의해 봉합될 수 있다. 봉합 부재는 유기 EL 소자의배면측 (전극 측) 상에만 배치될 수 있고, 또는, 유기 EL 소자 전체가 봉합 부재로 피복될 수 있다. 유기층을 봉합할 수 있고 외부 공기를 차단될 수 있다면, 봉합 부재의 형상, 크기 또는 두께는 특별하게 제한되지 않는다. 봉합 부재를 형성하기 위한 재료의 예는 글라스; 스테인레스 스틸 및 알루미늄과 같은 금속; 폴리클로로트리플루오로에틸렌, 폴리에스테르, 폴리카보네이트와 같은 플라스틱; 및 세라믹을 포함한다.
또한, 봉합 부재를 유기 EL 소자에 배치할 때, 봉합제 (sealant) 또한 접착제를 이용할 수 있다. 유기 EL 소자 전체를 봉합제를 이용하는 대신 봉합 부재로 피복할 때, 봉합 부재를 상호 열접착할 수 있다. 봉합제의 예는 자외선 세팅 수지, 열 세팅 수지, 및 2-액상형 세팅 수지를 포함한다.
또한, 수분 흡습제 또는 비활성 용액이 봉합된 컨테이너와 유기 EL 소자 사이의 공간에 삽입될 수 있다. 수분 흡습제의 예는 바륨 옥사이드, 나트륨 옥사이드, 칼륨 옥사이드, 칼슘 옥사이드, 나트륨 설파가트, 칼슘 설파가트, 마그네슘 설파가트, 인 펜톡사이드, 칼슘 클로라이드, 니오븀 플루오라이드, 칼슘 브로마이드, 바나듐 브로마이드, 분자체 (molecular sieve), 제올라이트, 및 마그네슘 옥사이드를 포함한다. 비활성 용액의 예는 파라핀; 액상 파라틴; 퍼플루오로알카인, 퍼플루오로아민, 및 퍼플루오로에테르 등의 플루오린계 용매; 클로라인계 용매; 및 실리콘 오일이 있다.
홀 주입 전송층 또는 전자 주입 전송층은 발광하기 위한 형광 재료 및 인광성 재료 등의 도펀트 또는 유기 발광 재료로 도핑될 수 있다.
캐소드가 알루미늄 등의 금속으로 형성될 때, 캐소드에 근접하여 배치되는 유기층의 부분은 캐소드와 유기층 사이의 에너지 장벽을 완화하기 위해 알칼라인 금속 또는 알칼라인 금속 화합물로 도핑될 수 있다. 음이온을 생성하기 위해 첨가된 금속 또는 금속 화합물에 의해 음이온이 감소되기 때문에, 전자 주입 특성이 향상되고 인가 전압이 저하된다. 알칼라인 금속 화합물의 예는 옥사이드, 플루오라이드, 및 리튬 킬레이트를 포함한다.
본 예 및 실시형태는 설명으로 주어진 것일 뿐 한정하려는 것이 아니며, 본 발명은 여기에 주어진 상세한 설명으로 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 및 그 등가 범위 이내에서 변형을 가할 수 있다.
본 발명에 따르면, 신규한 캐소드를 포함하는 유기 EL 소자를 제공할 수 있다.

Claims (16)

  1. 기판;
    상기 기판에 또는 그 상부에 각각 위치되고, 둘 중 하나는 다른 하나의 상부에 위치되는 애노드 및 캐소드; 및
    상기 애노드 및 상기 캐소드 사이에 위치되고, 하나 이상의 발광층을 갖는 유기층을 포함하며,
    상기 캐소드는 전자 주입층 및 피복층을 가지고, 상기 전자 주입층은 제 1 표면 및 제 2 표면을 가지며, 상기 제 1 및 제 2 표면은 상기 전자 주입층의 반대 단부 상에 있고, 상기 제 1 표면은 상기 유기층과 대향하고, 상기 제 2 표면은 상기 유기층으로부터 멀리 떨어져 대향하고, 상기 피복층은 상기 제 2 표면을 피복하여 상기 전자 주입층을 보호하고, 상기 전자 주입층은 순금속, 금속 합금 또는 금속 화합물로 이루어지고, 상기 피복층은 순금속 또는 금속 합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유기 EL 소자.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 캐소드는, 인듐 주석 옥사이드로 이루어지고 상기 캐소드와 형상과 크기가 유사한 다른 캐소드의 저향율보다 크지 않은 저항율을 갖는 것을 특징으로 하는 유기 EL 소자.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 캐소드는 0 Ω/sheet 보다 크고 10 Ω/sheet 보다크지 않은 면저항을 갖는 것을 특징으로 하는 유기 EL 소자.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 캐소드는 상기 애노드 상에 위치되고, 상기 캐소드는 광을 투과시킬 수 있으며, 상기 발광층에 의해 발광되는 광은 상기 유기 EL 소자로부터 상기 캐소드를 통해 방출되는 것을 특징으로 하는 유기 EL 소자.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 애노드는 상기 캐소드 상에 위치되고, 상기 기판 및 상기 캐소드는 광을 투과시킬 수 있으며, 상기 발광층에 의해 발광되는 광은 상기 유기 EL 소자로부터 상기 캐소드와 상기 기판을 통해 방출되는 것을 특징으로 하는 유기 EL 소자.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전자 주입층 및 상기 피복층은 투명한 것을 특징으로 하는 유기 EL 소자.
  7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유기층은 상기 전자 주입층과 인접하는 인접부를 포함하고, 상기 전자 주입층은 상기 인접부의 LUMO (lowest unoccupied molecular orbital) 레벨의 절대값보다 크지 않은 일함수를 갖는 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유기 EL 소자.
  8. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유기층은 상기 전자 주입층에 인접하는 인접층을 포함하는 복수개의 층을 가지며, 상기 전자 주입층은 상기 인접층의 LUMO 레벨의 절대값보다 크지 않은 일함수를 갖는 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유기 EL 소자.
  9. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전자 주입층은 알칼라인 금속 또는 알칼라인 토류 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 EL 소자.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 전자 주입층은 칼슘으로 형성되는 것을 특징으로 하는 유기 EL 소자.
  11. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 피복층은 상기 전자 주입층을 형성하는 재료의 저항율보다 낮은 저항율을 갖는 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유기 EL 소자.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 피복층은 은으로 형성되는 것을 특징으로 하는 유기 EL 소자.
  13. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 피복층은 7 nm 내지 11 nm 의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 유기 EL 소자.
  14. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유기층은, 서로 상이한 색상의 광의 발광이 가능한 2 개 이상의 발광층을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 EL 소자.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 발광층의 개수는 3 개인 것을 특징으로 하는 유기 EL 소자.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 색상은 녹색, 청색 및 적색인 것을 특징으로 하는 유기 EL 소자.
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