KR20050001310A - 유기 ｅｌ 장치와 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
이온성 불순물의 발광층으로의 이동을 간편하게 억제하여, 이것에 의해 발광층에서의 발광 특성의 저하를 방지하여 장기 수명화를 도모한 유기 EL 장치와 그 제조 방법을 제공한다.
제1 전극(3)과 제2 전극(4) 사이에, 적어도 발광층(9)을 가진 기능층(5)을 구비한 유기 EL 장치(1)이다. 기능층(5)중 적어도 일부가 기능층(5)을 구성하는 기능성 재료에 무기 이온 교환 재료가 첨가되어 형성되어 있다.
Description
본 발명은 가동성(mobile)의 이온을 선택적으로 포착 고정함으로써, 발광 특성을 향상시킨 유기 EL 장치와 그 제조 방법에 관한 것이다.
근년, 자발 발광형 디스플레이로서, 발광층으로 유기물을 사용한 유기 일렉트로루미네선스 소자(이하, 유기 EL 소자함)가 제공되어 있다.
이러한 유기 EL 소자를 갖는 유기 EL 장치에서는 특히 그 장기 수명화가 큰 과제로 되어 있고, 따라서 장기 수명화를 도모한 기술의 제공이 요망되고 있다.
이러한 요망에 따른 것으로서, 종래, 양극과 음극 사이에 전압을 인가하는 인가 수단으로, 발광 전계와는 역 방향으로 전압을 인가하는 수단을 설치한 전계 발광 소자(유기 EL 장치)가 알려져 있다(예를 들어, 특허 문헌 1 참조). 이러한 수단을 설치함으로써, 예를 들어 최초로 발광시키기 전에 역 방향으로 전압을 인가함으로써, 발광시의 발광층을 구성하는 유기 화합물 중의 관능기의 배향 분극이나, 이온성 불순물의 이온 분극을 미리 억제하여, 이온성 불순물(가동성 이온)이 이동하여 발광층 중에 확산하는 것을 방지할 수 있다. 그 결과, 이온성 불순물에 기인하는 발광층에서의 발광 특성의 저하를 방지하여, 전계 발광 소자(유기 EL 장치)의 장기 수명화를 도모할 수 있다.
특허 문헌 1
특개평 9-293588호 공보
그러나, 상기의 전계 발광 소자(유기 EL 장치)에서는 그 구동법에 따라서, 이온성 불순물의 이동을 방지하여, 발광층에서의 발광 특성의 저하를 방지하고 있기 때문에, 이러한 전계 발광 소자(유기 EL 장치)에서는 당연히 구동계가 복잡하게 되고, 따라서 장치 자체의 구성이 복잡하게 되는 새로운 과제가 생긴다.
본 발명은 상기 사정을 감안하여 행하여진 것으로, 그 목적으로 하는 바는,이온성 불순물의 발광층으로의 이동을 간편하게 억제하여, 이것에 의해 발광층에서의 발광 특성의 저하를 방지하여 장기 수명화를 도모한 유기 EL 장치와 그 제조 방법을 제공하는 것에 있다.
도 1은 본 발명의 유기 EL 장치의 요부 측단면도.
도 2는 유기 EL 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 공정도.
도 3의 (a)~(c)는 도 2에 뒤따르는 공정의 설명도.
도 4는 본 발명의 다른 유기 EL 장치의 요부 측단면도.
도 5는 본 발명의 또 다른 유기 EL 장치의 요부 측단면도.
부호의 설명
1, 20, 30 … 유기 EL 장치, 2 … 기체, 3 … 투명 전극(제1 전극),
4 … 음극(제2 전극), 5 … 기능층, 8, 21 … 정공 주입/수송층,
9 … 발광층, 22,32 … 무기 이온 교환층, 31 … 전자 주입/수송층
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 유기 EL 장치에서는, 제1 전극과 제2 전극 사이에, 적어도 발광층을 가진 기능층을 구비한 유기 EL 장치에서, 상기 기능층 중 적어도 일부가 그 기능층을 구성하는 기능성 재료에 무기 이온 교환 재료가 첨가되어 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이 유기 EL 장치에 의하면, 상기 기능층 중 적어도 일부가 그 기능층을 구성하는 기능성 재료에 무기 이온 교환 재료가 첨가되어 형성되어 있으므로, 이 무기 이온 교환 재료가 첨가된 기능층 중에 이온성 불순물이 함유되어 있는 경우에, 이것이 무기 이온 교환 재료에 의해 포착 고정됨으로써, 이 이온성 불순물이 발광층 중에 확산함에 의한 발광 특성의 저하가 방지된다. 또한, 각 전극이나 다른 기능층 중에 함유되는 이온성 불순물이 가동 이온으로 되어 확산했을 때, 이것이 상기 무기 이온 교환 재료에 의해 포착 고정됨으로써, 상기 이온성 불순물이 발광층 중에 확산하는 것이 방지된다.
또한, 상기 유기 EL 장치에서는 상기 기능층은 캐리어 주입/수송층을 갖고, 상기 무기 이온 교환 재료가 첨가되어 형성된 기능층이 상기 캐리어 주입/수송층으로서의 정공 주입/수송층이라도 좋다.
이와 같이 하면, 특히 정공 주입/수송층의 형성 재료 중에 존재하는 가동 이온(이온성 불순물)이 상기 무기 이온 교환 재료에 의해 포착 고정되기 때문에, 이 가동 이온에 의한 발광층의 발광 특성의 저하가 방지된다.
또한, 이 경우에, 상기 무기 이온 교환 재료가 오산화 안티몬의 수화물인 것이 바람직하다.
오산화 안티몬의 수화물은 Na 이온에 대한 흡착 선택성이 높기 때문에, 특히 정공 주입/수송층의 형성 재료 중에 Na 이온이 존재하는 경우에, 이 Na 이온을 양호하게 포착 고정하여 그 확산을 방지할 수 있다.
또한, 상기 유기 EL 장치에서는 상기 무기 이온 교환 재료가 첨가되어 형성된 기능층이 발광층이라도 좋다.
이와 같이 하면, 가동 이온(이온성 불순물)이 발광층으로 확산하여 와도, 이것이 상기 무기 이온 교환 재료에 의해 포착 고정되기 때문에, 이 가동 이온에 의한 발광층의 발광 특성의 저하가 방지된다.
또한, 상기 유기 EL 장치에서는, 상기 기능층은 캐리어 주입/수송층을 갖고, 상기 무기 이온 교환 재료가 첨가되어 형성된 기능층이 상기 캐리어 주입/수송층으로서의 전자 주입/수송층이라도 좋다.
이와 같이 하면, 특히 전자 주입/수송층의 형성 재료 중에 존재하는 가동 이온(이온성 불순물)이 상기 무기 이온 교환 재료에 의해 포착 고정되기 때문에, 이 가동 이온에 의한 발광층의 발광 특성의 저하가 방지된다.
본 발명의 다른 유기 EL 장치는, 제1 전극과 제2 전극 사이에, 적어도 발광층을 가진 기능층을 구비한 유기 EL 장치에서, 상기 제1 전극과 제2 전극 사이에무기 이온 교환 재료로 이루어지는 무기 이온 교환층이 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.
이 유기 EL 장치에 의하면, 제1 전극과 제2 전극 사이에 무기 이온 교환층이 설치되어 있으므로, 각 전극이나 정공 주입/수송층 등의 기능층 중에 함유되는 이온성 불순물이 가동 이온으로 되어 확산하였을 때, 이것이 상기 무기 이온 교환층에 포착 고정됨으로써, 상기 이온성 불순물이 발광층 중에 확산함에 의한 발광 특성의 저하가 방지된다.
또한, 상기 유기 EL 장치에서는, 상기 기능층이 상기 제1 전극과 상기 발광층 사이에 정공 주입/수송층을 갖고, 상기 무기 이온 교환층이 상기 정공 주입/수송층과 상기 발광층 사이에 설치되어 있는 것이 바람직하다.
이와 같이 하면, 특히 정공 주입/수송층의 형성 재료 중에 존재하는 가동 이온(이온성 불순물)이 상기 무기 이온 교환층에 포착 고정되기 때문에, 이 가동 이온이 발광층 중에 확산함에 의한 발광 특성의 저하가 방지된다.
또한, 상기 유기 EL 장치에서는 상기 기능층이 상기 제2 전극과 상기 발광층 사이에 전자 주입/수송층을 갖고, 상기 무기 이온 교환층이 상기 전자 주입/수송층과 상기 발광층 사이에 설치되어 있는 것이 바람직하다.
이와 같이 하면, 특히 전자 주입/수송층의 형성 재료 중에 존재하는 가동 이온(이온성 불순물)이 상기 무기 이온 교환층에 포착 고정되기 때문에, 이 가동 이온이 발광층 중에 확산함에 의한 발광 특성의 저하가 방지된다.
본 발명의 유기 EL 장치의 제조 방법은, 제1 전극과 제2 전극 사이에, 발광층과 캐리어 주입/수송층을 가진 기능층을 구비한 유기 EL 장치의 제조 방법에서, 상기 기능층을 구성하는 기능성 재료에 무기 이온 교환 재료를 첨가하여, 얻어진 기능성 재료를 사용하여 상기 기능층 중 적어도 일부를 형성하는 것을 특징으로 한다.
이 유기 EL 장치의 제조 방법에 의하면, 상기 기능층 중 적어도 일부를, 그 기능층을 구성하는 기능성 재료에 무기 이온 교환 재료를 첨가하여 얻어진 기능성 재료를 사용하여 형성하므로, 무기 이온 교환 재료가 첨가된 기능층중에 이온성 불순물이 함유되어 있는 경우에, 이것이 무기 이온 교환 재료에 의해 포착 고정됨으로써, 이 이온성 불순물이 발광층 중에 확산함에 의한 발광 특성의 저하가 방지된다. 또한, 각 전극이나 다른 기능층 중에 함유되는 이온성 불순물이 가동 이온으로 되어 확산했을 때, 이것이 상기 무기 이온 교환 재료에 의해 포착 고정됨으로써, 상기 이온성 불순물이 발광층 중에 확산하는 것이 방지된다.
또한, 상기 유기 EL 장치의 제조 방법에서는, 상기 무기 이온 교환 재료를 첨가한 기능성 재료를, 액적 토출법에 의해서 배치하여, 기능층을 형성하는 것이 바람직하다.
이와 같이 하면, 무기 이온 교환 재료를 첨가한 기능성 재료를 소망 위치에 정밀도 좋게 배치할 수 있게 되어, 따라서, 예를 들어 발광층의 색에 대응하여 선택적으로 무기 이온 교환 재료를 배치할 수 있게 된다.
본 발명의 다른 유기 EL 장치의 제조 방법은, 제1 전극과 제2 전극 사이에, 적어도 발광층을 가진 기능층을 구비한 유기 EL 장치의 제조 방법에서, 상기 제1전극과 제2 전극 사이에 무기 이온 교환 재료를 배치하여, 무기 이온 교환층을 형성하는 것을 특징으로 한다.
이 유기 EL 장치의 제조 방법에 의하면, 제1 전극과 제2 전극 사이에 무기 이온 교환층을 형성하므로, 각 전극이나 정공 주입/수송층 등의 기능층 중에 함유되는 이온성 불순물이 가동 이온으로 되어 확산했을 때, 이것이 상기 무기 이온 교환층에 포착 고정됨으로써, 상기 이온성 불순물이 발광층 중에 확산함에 의한 발광 특성의 저하가 방지된다.
또한, 상기 유기 EL 장치의 제조 방법에서는 상기 무기 이온 교환 재료를, 액적 토출법에 의해서 배치하여, 무기 이온 교환층을 형성하는 것이 바람직하다.
이와 같이 하면, 무기 이온 교환 재료를 소망 위치에 정밀도 좋게 배치할 수 있어, 따라서, 예를 들어 발광층의 색에 대응하여 선택적으로 무기 이온 교환 재료를 배치할 수 있게 된다.
발명의 실시 형태
이하, 본 발명을 자세하게 설명한다.
(제1 실시 형태)
도 1은 본 발명의 유기 EL 장치의 제1 실시 형태를 나타내는 요부 측단면도이고, 도 1중 부호 1은 유기 EL 장치이다. 이 유기 EL 장치(1)는 기체(2)상에 투명 전극(제1 전극)(3)과 음극(제2 전극)(4)을 갖고, 이들 투명 전극(3)과 음극(4) 사이에 기능층(5)을 구비한 것으로, 기능층(5)에서 발광한 광을 기체(2)측으로부터 출사하는, 소위 보텀 에미션이라고 하는 타입의 것이다.
기체(2)는 유리 기판 등의 투명 기판(도시하지 않음) 상에, TFT 소자로 이루어지는 구동 소자(도시하지 않음)나 각종 배선 등을 형성하여 구성된 것으로써, 이들 구동 소자나 각종 배선 위에 절연막이나 평탄화 막을 통하여 투명 전극(3)을 형성한 것이다.
투명 전극(3)은 기체(2)상에 형성되는 단일 도트 영역마다 패터닝되어 형성되며, 또한, TFT 소자로 이루어지는 상기 구동 소자나 상기 각종 배선 등과 접속된 것으로, 본 실시 형태에서는 ITO(인듐주석 산화물: Indium Tin Oxide)에 의해서 형성되어 있다.
이 투명 전극(3)의 주위에는 단일 도트 영역을 구획하는 무기 뱅크(6) 및 유기 뱅크(7)가 형성되어 있고, 이들 무기 뱅크(6) 및 유기 뱅크(7)로 둘러싸인 오목부에는 상기 기능층(5)이 설치되어 있다.
기능층(5)은 특히 적색, 녹색의 발광을 하는 각 도트 영역에서는, 도 1에 나타낸 바와 같이 정공 주입/수송층(8)과 발광층(9)을 구비하여 구성되어 있다. 또한, 청색의 발광을 하는 도트 영역에서는 상기 정공 주입/수송층(8), 발광층(9)에 더하여, 그 발광층(9) 상에 전자 수송/주입층(도시하지 않음)이 설치되어 있다.
정공 주입/수송층(8)은 본래의 정공 주입/수송층 형성 재료에 무기 이온 교환 재료가 첨가되어 얻어진 재료에 의해 형성된 것이다. 즉, 본래의 정공 주입/수송층 형성 재료로는 특히 3,4-폴리에틸렌디옥시티오펜/폴리스티렌설폰산(PEDOT/PSS )[상품명; 바이트론-p(Bytron-p): 바이엘 사제]의 분산액, 즉, 분산매로서의 폴리스티렌설폰산에 3,4-폴리에틸렌디옥시티오펜을 분산시키고, 이것을 물에 더 분산시킨 분산액이 적합하게 사용된다. 여기서, 이 형성 재료에는 이온성 불순물로서 Na 이온이 수백 ppm에 가까운 농도로 함유되어 있어, 이 Na 이온은 가동 이온으로서 확산할 가능성이 있다.
그래서, 본 실시 형태에서는 이러한 재료에 무기 이온 교환 재료를 첨가하여 사용하도록 하고 있다.
무기 이온 교환 재료는 금속 산화물 등 금속염으로 이루어지 것으로, 양이온을 흡착하여 포착 고정하는 타입과 음이온을 흡착하여 포착 고정하는 타입과, 양이온, 음이온을 모두 흡착하여 포착 고정하는 타입이 있다.
양이온을 포착 고정하는 타입의 무기 이온 교환 재료로는 오산화 안티몬(Sb2O5)의 수화물(예를 들어, 토아고세이(주)의 IXE[등록상표]-300)이나 인산 티탄(예를 들어, 토아고세이(주)의 IXE[등록상표]-400), 인산 지르코늄(예를 들어, 토아고세이(주)의 IXE[등록상표]-100) 등이 있다. 특히, 오산화 안티몬의 수화물은 Na 이온에 대한 흡착 선택성이 높기 때문에, 상술한 본래의 정공 주입/수송층 형성 재료에 첨가하는 무기 이온 교환 재료로서 적합하다. 왜냐하면, 상술한 바와 같이 본래의 정공 주입/수송층 형성 재료에는 이온성 불순물로서 Na 이온이 많이 함유되어 있고, 이것이 가동 이온으로 되어 발광층(9)의 발광 특성을 저하시키기 때문이다.
또한, 음이온을 포착 고정하는 타입의 무기 이온 교환 재료로는 함수산화 비스머스(예를 들어, 토아고세이(주)의 IXE[등록상표]-500)이나 수산화 인산납(예를들어, 토아고세이(주)의 IXE[등록상표]-1000) 등이 있다. 특히 함수산화 비스머스는 황산 이온(SO4 2-)에 대한 흡착 선택성이 높기 때문에, 상술한 본래의 정공 주입/수송층 형성 재료에 첨가하는 무기 이온 교환 재료로서, 상기 오산화 안티몬의 수화물과 함께 적합하게 사용된다. 즉, 상술한 본래의 정공 주입/수송층 형성 재료는 분산매로서 폴리스티렌설폰산을 사용하고 있기 때문에, 특히 Na 이온이 상기 오산화 안티몬의 수화물에 포착 고정됨으로서 유리 황산 이온이 증가하고, 이 황산 이온이 가동 이온으로 되어 확산하여, 발광층(9)의 발광 특성을 저하시킬 우려가 있다. 그런데, 상기 함수산화 비스머스를 첨가함으로써, 이 유리 황산 이온을 포착 고정함으로써, 발광층(9)의 발광 특성의 저하를 방지할 수 있다.
또한, 양이온, 음이온을 모두 흡착하여 포착 고정하는 타입으로는 산화 지르코늄이나 함수산화 지르코늄, 함수산화 티탄, 또한 안티몬, 비스머스계의 것(예를 들어, 토아고세이(주)의 IXE[등록상표]-600이나 IXE[등록상표]-633) 등이 있다. 이러한 타입의 것을 사용하면, 상술한 본래의 정공 주입/수송층 형성 재료 중에 함유되는 Na 이온을 포착 고정하는 동시에, 유리 황산 이온을 포착 고정하는 것도 기대할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는 무기 이온 교환 재료로서 오산화 안티몬의 수화물을 사용하여, 이것을 본래의 정공 주입/수송층 형성 재료에 첨가하여 정공 주입/수송층(8)을 형성하고 있다.
발광층(9)의 형성 재료로는, 형광 혹은 인광을 발광할 수 있는 공지의 발광재료가 사용된다. 특히, 본 실시 형태에서는 풀컬러 표시를 행하기 위하여, 상술한 바와 같이 그 발광 파장 대역이 광의 삼원색에 각각 대응한 것이 사용된다. 즉, 발광 파장 대역이 적색에 대응한 발광층, 녹색에 대응한 발광층, 청색에 대응한 발광층의 세개의 발광층(도트)에 의해, 1화소가 구성되고, 이들이 계조해 발광함으로써, 유기 EL 장치(1)가 전체로서 풀컬러 표시를 할 수 있도록 되어 있다.
이 발광층(9)의 형성 재료로서 구체적으로는 (폴리)플루오렌 유도체(PF), (폴리)파라-페닐렌비닐렌 유도체(PPV), 폴리페닐렌 유도체(PP), 폴리파라-페닐렌 유도체(PPP), 폴리비닐 카바졸(PVK), 폴리티오펜 유도체, 폴리메틸페닐실란(PMPS) 등의 폴리실란계 등의 고분자계 재료가 적합하게 사용된다.
또한, 이들 고분자계 재료에, 페릴렌계 색소, 쿠마린계 색소, 로다민계 색소 등의 고분자계 재료나, 루브렌, 페릴렌, 9, 10-디페닐 안트라센, 테트라페닐부타디엔, 나일 레드, 쿠마린 6, 퀴나크리돈 등의 저분자 재료를 도프하여 사용할 수도 있다.
음극(4)은 모든 화소 영역을 덮도록 하여 형성된 것으로, 발광층(9)측으로부터 차려로 Ca층과 Al층이 적층되어, 형성된 것이다.
또한, 음극(4)상에는 밀봉층(11)이 형성되어 있다. 이 밀봉층(11)은 보호층, 접착층 및 밀봉 기판에 의해서 형성된 공지의 구성의 것이다.
이러한 구성의 유기 EL 장치(1)을 제조하기 위해서는, 우선, 종래와 동일하게 하여 투명 기판상에 TFT 소자나 각종 배선 등을 형성하고, 층간 절연막이나 평탄화 막을 더 형성하여 기체(2)를 얻는다.
다음에, 이 기판(2)상에 증착법 등에 의해서 ITO를 성막하고, 패터닝 함으로써 투명 전극(3)을 형성한다.
이어서, 상기 투명 전극(3)의 주위를 둘러싸도록 하여 기체(2)상에 SiO2로 이루어지는 무기 뱅크(6)를 형성하고, 이 무기 뱅크(6)상에 수지로 이루어지는 유기 뱅크(7)를 더 형성하여, 이것에 의해 도 2에 나타내는 바와 같이 투명 전극(3)상에 오목부(12)를 형성한다. 상기 유기 뱅크(7)에 사용되는 재료로는 폴리이미드, 아크릴 수지 등을 들 수 있다. 이들 재료에 미리 불소 원소를 함유한 구조의 것을 사용하여도 좋다.
그 다음에, 도 2에 나타낸 바와 같은 무기 뱅크(6), 유기 뱅크(7)로 둘러싸인 오목부(12)를 갖는 기체를 산소 플라즈마-CF4플라즈마를 연속 처리함으로써 기체 상의 젖음성을 제어하고, 이 오목부(12)내에 잉크젯법 등의 액적 토출법에 의해서 정공 주입/수송층(8)을 형성한다. 여기서, 정공 주입/수송층(8)을 형성하기 위한 재료로는 상술한 바와 같이 본래의 정공 주입/수송층 형성 재료에 무기 이온 교환 재료(오산화 안티몬의 수화물)를 첨가한 것을 사용한다. 단, 이 무기 이온 교환 재료는 분말상이지만, 그 입도를 충분히 작게 하지 않으면 액적 토출 헤드(잉크젯 헤드)에 막힘이 생길 우려가 있으므로, 그 입도를 소정값 이하로 조정하여 두고 사용하도록 한다.
구체적으로는 본래의 정공 주입/수송층 형성 재료(PEDOT/PSS의 분산액)에 오산화 안티몬의 수화물(토아고세이(주)의 IXE[등록상표]-300)을 예를 들어 1wt％가되도록 첨가하고, 소정 시간(예를 들어 18시간) 교반한다. 그 다음에, 얻어진 액상물을 눈의 크기가 1.0㎛의 필터로 여과한다. 이어서, 얻어진 여액을 눈의 크기가 0.5㎛의 필터로 재차 여과하여, 이것에 의해 입경이 0.5㎛이상의 분말을 재료 중에서 제거한다.
또한, 이와 같이 하여 제작한 재료를 사용하여, 도 3의 (a)에 나타내는 바와 같이 액적 토출 헤드(잉크젯 헤드)(13)으로부터 상기 재료를 액적(8a)으로서 상기 오목부(12)내에 선택적으로 토출하고, 이어서 이것을 베이크 함으로써, 도 3의 (b)에 나타내는 바와 같이 상기 투명 전극(3)상에 정공 주입/수송층(8)을 형성한다.
그 다음에, 도 3의 (c)에 나타내는 바와 같이 상기 오목부(12)내의 정공 주입/수송층(8)상에 발광층(9)을 형성한다. 이 발광층(9)의 형성에도, 상기의 액적 토출법(잉크젯법)이 적합하게 채용된다. 즉, 이 발광층(9)의 형성시에는, 적색의 발광층, 녹색의 발광층, 청색의 발광층을 각각 별도로 만들 필요가 있지만, 액적 토출법에 의하면, 각 발광층의 형성 재료를 각각 소망 위치에 별도로 넣는 것만으로, 용이하게 각 발광층을 형성할 수 있기 때문이다.
그 다음에, 종래와 마찬가지로 증착법 등에 의해서 발광층(9) 및 유기 뱅크(7)을 덮은 상태로 Ca(칼슘)을 성막하고, 이 위에 Al(알루미늄)을 더 성막함으로써, Ca/Al의 적층 구조로 되는 음극(4)을 형성한다. 또한, 여기에서는 상술하지 않지만, 특히 청색의 발광층에 대해서는 마스크 등을 사용하여 이것 위에 LiF를 선택적으로 증착함으로써, 전자 주입/수송층을 형성하여 둔다.
그 후, 음극(4)상에 보호층, 접착층을 형성하고, 밀봉 기판을 더 첩설(貼設)함으로써, 도 1에 나타낸 유기 EL 장치(1)를 얻는다.
이와 같이 하여 얻어진 유기 EL 장치(1)에서는 정공 주입/수송층(8)에 무기 이온 교환 재료를 첨가하여 이것을 형성하고 있으므로, 정공 주입/수송층 형성 재료중의 Na 이온이나 황산 이온 등의 가동 이온을 무기 이온 교환 재료로 포착 고정하여 정공 주입/수송층(8) 중에 가두어 둠으로써, 가동 이온이 발광층(9)중에 확산하여 수명이 짧아지는 것을 억제하여, 결과적으로 장기 수명화를 도모할 수 있다.
또한, Na 이온을 무기 이온 교환 재료에 의해 포착 고정하여 정공 주입/수송층(8)중에 가두어 둠으로써, 이것이 기체(2)의 TFT 소자측에 확산하여, TFT 소자 특성이 손상되는 것도 방지할 수 있다.
또한, 예를 들어 투명 전극(3)중의 In 이온이나 Sn 이온이 확산하여 온 경우에도, 이것을 정공 주입/수송층(8)중의 무기 이온 교환 재료에 의해 포착 고정하여, 발광층(9)으로의 확산을 방지함으로써, 발광 특성의 저하, 즉 수명이 짧아지는 것을 방지할 수 있다.
(실험예)
기체(2)상에 ITO로 이루어지는 투명 전극을 형성하고, 이것 위에, 상기의 정공 주입/수송층(8)의 형성에 사용한 재료(2번의 여과에 의해서 무기 이온 교환 재료의 입경을 조정한 재료)를 사용하여 이것을 스핀 코트법으로 성막하여, 정공 주입/수송층을 형성했다.
그 다음에, 이 정공 주입/수송층 위에 녹색을 발광하는 발광 재료를 액적 토출법으로 도포하여 발광층을 형성했다.
그 후, 발광층 위에 증착법으로 Ca와 Al를 이 순서로 각각 성막하여 Ca/Al의 적층 구조로 되는 음극을 형성하고, 또한 밀봉을 행하여, 본 발명의 실시예로 되는 유기 EL 장치를 얻었다.
또한, 비교를 위해서 상기 정공 주입/수송층을, 무기 이온 교환 재료를 첨가하지 않은 본래의 형성 재료로 형성하고, 기타는 모두 상기의 실시예와 동일하게 제조하여, 비교예로 되는 유기 EL 장치를 얻었다.
이와 같이 하여 형성한 유기 EL 장치의 수명을 각각 측정한 결과, 실시예는 비교예에 대해서 1.6배의 수명을 갖고 있고, 따라서 무기 이온 교환 재료를 첨가함으로써, 발광의 장기 수명화가 달성됨이 확인되었다. 또한, 여기서의 수명은 휘도가 초기 휘도에 대해서 반감할 때까지의 시간으로 했다.
또한, 이 휘도가 반감할 때까지의 사이의 구동 전압 상승에 대해서도 조사한 결과, 실시예는 비교예의 0.68배로 억제되어 있었다.
(제2 실시 형태)
도 4는 본 발명의 유기 EL 장치의 제2 실시 형태를 나타내는 요부 측단면도이고, 도 4중 부호 20은 유기 EL 장치이다. 도 4에 나타낸 유기 EL 장치(20)가 도 1에 나타낸 유기 EL 장치(1)과 주로 다른 점은 도 4에 나타낸 유기 EL 장치(20)에서는 정공 주입/수송층(21)과 발광층(9) 사이에 무기 이온 교환층(22)이 형성되어 있는 점이다.
즉, 도 4에 나타낸 유기 EL 장치(20)에서는, 그 정공 주입/수송층(21)은 도 1에 나타낸 정공 주입/수송층(8)과 달리, 상술한 본래의 정공 주입/수송층 형성 재료만으로 형성되어 있다. 따라서, 특히 이것으로 형성된 정공 주입/수송층(21)은 상술한 바와 같이 이온성 불순물로서 Na 이온을 많이 함유하고 있어, 그 때문에 이 Na 이온을 가동 이온으로서 확산하기 쉽게 되어 있다.
그래서, 본 실시 형태에서는 이 정공 주입/수송층(21)과 발광층(9) 사이에 무기 이온 교환층(22)을 형성하고 있다. 이 무기 이온 교환층(22)은 상술한 무기 이온 교환 재료로 이루어지는 것으로, 예를 들어 이 무기 이온 교환 재료를 도전성 수지에 혼합하고, 이것을 액적 토출법 등으로 상기 정공 주입/수송층(21)상에 배치하여 성막함으로써 형성된 것이다. 또한, 무기 이온 교환 재료의 종류에 따라서는 증착법 등을 사용하여 성막할 수도 있다.
이 무기 이온 교환층(22) 위에는 발광층(9)이 형성되고, 또한 발광층(9)상에는 음극(4)이 형성되어 있다. 또한, 상기 제1 실시 형태와 동일하게, 특히 청색의 발광층 상에는 전자 주입/수송층(도시하지 않음)이 형성되어 있다. 또한 음극(4)상에는 밀봉층(11)이 형성되어 있고, 이것에 의해서 유기 EL 장치(20)가 구성되어 있다.
이러한 구성의 유기 EL 장치(20)에서는 정공 주입/수송층(21)과 발광층(9) 사이에 무기 이온 교환층(22)이 설치되어 있으므로, 특히 정공 주입/수송층(21)중에 존재하는, 이온성 불순물인 Na 이온이 가동 이온으로서 확산했을 때, 이것을 상기 무기 이온 교환층(22)에 포착 고정할 수 있어, 따라서 상기 Na 이온이 발광층(9)중에 확산함에 의한 발광 특성의 저하, 예를 들어 그 수명이 짧게 되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 예를 들어 투명 전극(3)중의 Sn 이온이 확산해 온 경우에도, 이것을 포착 고정하여 발광층(9)으로의 확산을 방지함으로써, 발광 특성이 저하하는 것을 방지할 수 있다.
(제3 실시 형태)
도 5는 본 발명의 유기 EL 장치의 제3 실시 형태를 나타내는 요부 측단면도이고, 도 5중 부호 30은 유기 EL 장치이다. 도 5에 나타낸 유기 EL 장치(30)가 도 4에 나타낸 유기 EL 장치(20)와 주로 다른 점은 도 5에 나타낸 유기 EL 장치(30)에서는 발광층(9)과 전자 주입/수송층(31) 사이에 무기 이온 교환층(32)이 형성되어 있는 점이다.
이 무기 이온 교환층(32)은 도 4에 나타낸 무기 이온 교환층(22)과 동일하게, 상기 제1 실시 형태에서 설명한 무기 이온 교환 재료로 이루어진 것이다. 즉, 예를 들어 이 무기 이온 교환 재료를 도전성 수지에 혼합하고 이것을 액적 토출법 등으로 상기 정공 주입/수송층(21)상에 배치하여 성막함으로써 형성된 것이다. 또한, 무기 이온 교환 재료의 종류에 따라서는 증착법 등을 사용하여 성막할 수도 있다.
전자 주입/수송층(31)은 청색 발광층이 특히 고분자계 재료에 의해서 형성되어 있는 경우에 설치되는 것으로, LiF가 마스크 등에 의해서 발광층(청색 발광층)(9) 상에 선택적으로 증착됨으로써 형성된 것이다. 이 LiF로 이루어지는 전자 주입/수송층(31)은 이것 위에 형성된 Ca/Al로 이루어지는 음극(4)으로부터의 전자를 발광층(9)에 효율 좋게 주입/수송하기 위한 것이다.
또한, 이 전자 주입/수송층(31)중의 Li 이온은 전자 주입/수송층(31)이 종래와 같이 발광층(9)에 직접 접하고 있는 경우에, 가동 이온으로 되어 발광층(9)중에 확산한다. 그러면, 이 Li 이온은 발광층(9)의 표면, 즉 전자 주입/수송층(31)과의 계면에 머물러 있는 동안에는 음극(4)으로부터의 전자를 발광층(9)측으로 끌어당기도록 작용하고, 이것에 의해서 전자의 주입/수송성을 향상시키는 것으로 된다.
그런데, 어느 정도의 시간이 경과하면, Li 이온은 발광층(9)의 중심측으로 확산하여 가고, 이것에 의해서 전자를 끌어당기는 작용이 감소하여, 역으로 발광층(9)의 발광 효율이나 그 휘도의 저하를 초래하여, 결과적으로 수명을 짧게하도록 작용한다.
그래서, 본 실시 형태에서는 상술한 바와 같이 발광층(9)과 전자 주입/수송층(31) 사이에, 무기 이온 교환층(32)을 형성하고 있다. 이와 같이 무기 이온 교환층(32)을 형성함으로써, 전자 주입/수송층(31)으로부터의 Li 이온을 무기 이온 교환층(32)에 포착 고정하고, 이것에 의해 Li 이온이 발광층(9)중에 확산함에 의한 발광 특성의 저하, 예를 들어 그 수명이 짧아지는 것을 방지할 수 있다. 또한, 특히 음극(4)중의 Ca 이온 등이 확산하여 온 경우에도, 이것을 포착 고정하여 발광층(9)으로의 확산을 방지함으로써, 발광 특성이 저하하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 특히 무기 이온 교환층(32)의 형성을 액적 토출법(잉크젯법)에 의해서 행하는 것이 바람직하다. 액적 토출법을 채용함으로써, 특히 청색 발광층 위에만 상기 무기 이온 교환 재료를 선택적으로 또한 정밀도 좋게배치할 수 있어, 따라서 청색 발광층에서의 수명 등의 특성의 신뢰성을 양호하게 확보할 수 있다. 또한, 액적 토출법을 채용하는 경우에는, 상술한 바와 같이 무기 이온 교환 재료를 도전성 수지에 혼합하고, 이것을 적당한 용매에 용해시키거나, 혹은 적당한 분산매에 분산시켜서 행한다.
이러한 구성의 유기 EL 장치(30)에서는, 발광층(9)과 전자 주입/수송층(31) 사이에 무기 이온 교환층(32)을 형성하고 있으므로, 전자 주입/수송층(31)으로부터의 Li 이온을 무기 이온 교환층(32)에 포착 고정하여, 이것에 의해 Li 이온이 발광층(9)중에 확산함에 의한 발광 특성의 저하, 예를 들어 그 수명이 짧아지는 것을 방지할 수 있다. 또한, 특히 음극(4)중의 Ca 이온 등이 확산하여 온 경우에도, 이것을 포획하여 발광층(9)으로의 확산을 방지함으로써, 발광 특성이 저하하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 제1 , 제2 , 제3 실시 형태에 한정되지 않고, 본 발명을 일탈하지 않는 한 각종의 변경이 가능하다.
예를 들어, 제1 실시 형태에서는 캐리어 주입/수송층으로서의 정공 주입/수송층(8)에, 상기 무기 이온 교환 재료를 첨가하여 형성했지만, 특히 전자 주입/수송층을 고분자 재료로 형성하는 경우 등에서는, 이 전자 주입/수송층 재료 중에 상기 금속 이온 트랩 재료를 첨가하여, 전자 주입/수송층을 형성하여도 좋다.
이와 같이 하면, 음극(4)측에서의 금속 이온(이온성 불순물)이나, 전자 주입/수송층 재료 중에 존재하는 금속 이온(이온성 불순물)을 무기 이온 교환 재료에 의해 포착 고정하여 전자 주입/수송층 중에 가두어 둠으로써, 금속 이온(이온성불순물)이 발광층(9)중에 확산하여 수명 등의 발광 특성이 저하하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 무기 이온 교환 재료를 직접 발광층 형성 재료에 첨가하고, 이것을 사용하여 발광층을 형성하여도 좋다. 이와 같이 하면, 캐리어 주입/수송층인 정공 주입/수송층이나 전자 주입/수송층, 또 투명 전극(3)이나 음극(4)으로부터 금속 이온이 확산하여 와도, 이것을 무기 이온 교환 재료에 의해서 포착 고정함으로써, 이 금속 이온에 의해서 발광층의 발광 특성이 저하하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 제2 실시 형태나 제3 실시 형태에서는, 무기 이온 교환층(22(32))을 정공 주입/수송층(21)과 발광층(9) 사이 혹은 발광층(9)과 전자 주입/수송층(31) 사이 중 어느 하나에 설치하였지만, 이들 양쪽에 각각 무기 이온 교환층(22)과 무기 이온 교환층(32)을 설치하도록 하여도 좋다.
또한, 상기 실시 형태에서는 발광층(9)의 형성 재료로서 고분자 재료를 사용했지만, 저분자 재료를 사용하여 발광층(9)을 형성해도 좋다. 그 경우에는 전자 주입/수송층을 청색 발광층 상만이 아니고 모든 발광층 상에 설치하고, 또한, 이들 발광층과 전자 주입/수송층 사이 모두에, 무기 이온 교환층을 설치하는 것이 바람직하다.
또한 상기 실시 형태에서는 본 발명을 보텀 에미션 타입의 유기 EL 장치에 적용한 경우에 대해서 설명했지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 기체와는 반대의 측으로부터 발광광을 출사하는, 소위 톱 에미션이라고 하는 타입의 것에도 적용할 수 있다.
이러한 본 발명의 유기 EL 장치는, 예를 들어 워드프로세서, 퍼스널 컴퓨터 등의 휴대형 정보 처리 장치나, 휴대 전화, 손목시계형 전자 기기 등, 각종의 전자 기기에서의 표시부로서 적합하게 사용할 수 있다.
본 발명에 의하면, 이온성 불순물의 발광층으로의 이동을 간편하게 억제하여, 이것에 의해 발광층에서의 발광 특성의 저하를 방지하여 장기 수명화를 도모한 유기 EL 장치와 그 제조 방법을 제공할 수 있다.
Claims (12)
- 제1 전극과 제2 전극 사이에, 적어도 발광층을 가진 기능층을 구비한 유기 EL 장치에 있어서,상기 기능층의 적어도 일부가 그 기능층을 구성하는 기능성 재료에 무기 이온 교환 재료가 첨가되어 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 유기 EL 장치.
- 제1항에 있어서,상기 기능층은 캐리어 주입/수송층을 갖고, 상기 무기 이온 교환 재료가 첨가되어 형성된 기능층이 상기 캐리어 주입/수송층으로서의 정공 주입/수송층인 것을 특징으로 하는 유기 EL 장치.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,상기 무기 이온 교환 재료가 오산화 안티몬의 수화물인 것을 특징으로 하는 유기 EL 장치.
- 제1항에 있어서,상기 무기 이온 교환 재료가 첨가되어 형성된 기능층이 발광층인 것을 특징으로 하는 유기 EL 장치.
- 제1항에 있어서,상기 기능층은 캐리어 주입/수송층을 갖고, 상기 무기 이온 교환 재료가 첨가되어 형성된 기능층이 상기 캐리어 주입/수송층으로서의 전자 주입/수송층인 것을 특징으로 하는 유기 EL 장치.
- 제1 전극과 제2 전극 사이에, 적어도 발광층을 가진 기능층을 구비한 유기 EL 장치에 있어서,상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 무기 이온 교환 재료로 이루어지는 무기 이온 교환층이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 유기 EL 장치.
- 제6항에 있어서,상기 기능층이 상기 제1 전극과 상기 발광층 사이에 정공 주입/수송층을 갖고, 상기 무기 이온 교환층이 상기 정공 주입/수송층과 상기 발광층 사이에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 유기 EL 장치.
- 제6항에 있어서,상기 기능층이 상기 제2 전극과 상기 발광층 사이에 전자 주입/수송층을 갖고, 상기 무기 이온 교환층이 상기 전자 주입/수송층과 상기 발광층 사이에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 유기 EL 장치.
- 제1 전극과 제2 전극 사이에, 발광층과 캐리어 주입/수송층을 가진 기능층을 구비한 유기 EL 장치의 제조 방법에 있어서,상기 기능층을 구성하는 기능성 재료에 무기 이온 교환 재료를 첨가하여 얻어진 기능성 재료를 사용하여 상기 기능층의 적어도 일부를 형성하는 것을 특징으로 하는 유기 EL 장치의 제조 방법.
- 제9항에 있어서,상기 무기 이온 교환 재료를 첨가한 기능성 재료를, 액적(液滴) 토출법에 의해서 배치하여, 기능층을 형성하는 것을 특징으로 하는 유기 EL 장치의 제조 방법.
- 제1 전극과 제2 전극 사이에, 적어도 발광층을 가진 기능층을 구비한 유기 EL 장치의 제조 방법에 있어서,상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 무기 이온 교환 재료를 배치하여, 무기 이온 교환층을 형성하는 것을 특징으로 하는 유기 EL 장치의 제조 방법.
- 제11항에 있어서,상기 무기 이온 교환 재료를, 액적 토출법에 의해서 배치하여, 무기 이온 교환층을 형성하는 것을 특징으로 하는 유기 EL 장치의 제조 방법.
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