KR20050001312A - 유기 ｅｌ 장치와 그 제조 방법, 및 전자 기기 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 가동성의 금속 이온을 선택적으로 포획함으로써 발광 특성을 향상시킨 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. 제1 전극(3)과 제2 전극(4) 사이에 금속 이온 트랩층(10)이 설치되어 있다. 금속 이온 트랩층(10)은 환상부를 갖고, 환상부가 적어도 두개의 탄소 원자에 결합하는 루이스 염기성 원소를 복수 가져서 구성되어 이루어지는 금속 이온 트랩 재료에 의해서 형성되어 있다.
Description
본 발명은 가동성의 금속 이온을 선택적으로 포획함으로써 발광 특성을 향상시킨 유기 EL 장치와 그 제조 방법, 및 전자 기기에 관한 것이다.
근년, 자발 발광형 디스플레이로서, 발광층에 유기물을 사용한 유기 일렉트로루미네선스 소자(이하, 유기 EL 소자라 함)의 개발이 진행되고 있다. 이러한 유기 EL 소자를 갖는 유기 EL 장치의 제조에서, 발광층이나 캐리어 주입/수송층, 즉 정공 주입/수송층이나 전자 주입/수송층 등의 기능층을 형성하기 위한 기능성 재료는 얻어지는 유기 EL 장치의 특성 등을 결정하는데 중요한 요소의 하나로 되어 있다.
그런데, 이러한 유기 EL 장치(전기 광학 장치)에서는 TFT 소자를 구동 소자로서 갖는 것이 종래부터 알려져 있다. 그러나, 이 유기 EL 장치에서는 기능층의 형성 재료중 등에 알칼리 금속이나 알칼리 토류 금속으로 이루어지는 가동 이온이 들어가면, 이것이 불순물로서 TFT 소자측으로 확산함으로써, TFT 소자 특성이 대폭 저하하는 문제를 갖고 있다.
이러한 문제를 해소하는 것으로서, 종래, TFT 소자를 형성한 측과 기능층측 사이에 절연층(패시베이션막)을 형성하고, 이 절연층에 의해서 상기 가동 이온의 TFT 소자측으로의 확산을 방지한 것이 알려져 있다(예를 들어, 특허 문헌 1 참조).
특허 문헌 1
특개 2001-52864호 공보
그러나, 상기의 절연층을 형성한 유기 EL 장치(전기 광학 장치)에서는 가동 이온의 TFT 소자측으로의 확산을 방지함으로써 TFT 소자 특성의 저하를 방지할 수 있지만, 가동 이온이 발광층으로 확산함에 의한 발광 특성의 저하를 방지할 수 없었다.
즉, 예를 들어 기능층으로서 정공 주입/수송층을 갖고 있는 경우에, 이 정공 주입/수송층의 형성 재료 중에, 예를 들어 Na 이온이 존재하고, 이것이 가동 이온으로 되어 발광층 중에 확산함으로써, 발광층의 발광 특성을 저하시키는 경우가 있지만, 상기의 절연층에서는 상기 Na 이온의 발광층 중으로의 확산을 방지할 수 없어, 따라서 발광 특성의 저하를 방지할 수 없었다.
또한, 전극으로부터 그 금속 이온이 가동 이온으로서 발광층 중에 확산하는 것도 생각되지만, 상기의 절연층에서는 역시 이 가동 이온의 확산도 방지할 수 없어, 따라서 역시 발광 특성의 저하를 방지할 수 없다.
본 발명은 상기 사정을 감안하여 행하여진 것으로, 그 목적으로 하는 바는 가동성의 금속 이온을 선택적으로 포획함으로써 발광 특성을 향상시킨 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), (b)는 도 2에 뒤따르는 공정의 설명도.
도 4의 (a), (b)는 도 3에 뒤따르는 공정의 설명도.
도 5는 본 발명의 다른 유기 EL 장치의 요부 측단면도.
도 6은 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, 31 … 정공 주입/수송층,
9 … 발광층, 10, 21 … 금속 이온 트랩층, 22 … 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 제1 전극과 제2 전극 사이에 금속 이온 트랩층이 설치되고, 상기 금속 이온 트랩층은 환상부를 갖고, 그 환상부가 적어도 두개의 탄소 원자에 결합하는 루이스 염기성 원소를 복수 가져서 구성되어 이루어지는 금속 이온 트랩 재료에 의해서 형성된 것을 특징으로 한다.
이 유기 EL 장치에 의하면, 제1 전극과 제2 전극 사이에 금속 이온 트랩층이설치되어 있으므로, 각 전극이나 정공 주입/수송층 등의 기능층 중에 포함되는 금속 이온이 가동 이온으로 되어 확산했을 때, 이것이 상기 금속 이온 트랩층에서 포획됨으로써, 상기 금속 이온이 발광층 중에 확산함에 의한 발광 특성의 저하가 방지된다.
또한, 금속 이온 트랩층은 환상부를 가져서 이루어지므로, 이 환상부의 크기를 미리 적당히 선택하여 둠으로써, 포획하는 금속에 대한 선택성을 발휘시킬 수 있게 된다.
또한, 상기 유기 EL 장치에서는, 상기 금속 이온 트랩 재료가 상기 루이스 염기성 원소간에, 적어도 두개의 탄소 원자가 개재되어 이루어지고, 이들 탄소 원자간의 단결합을 포함하여 이루어지는 구조인 것이 바람직하다.
이와 같이 하면, 루이스 염기성 원소의 루이스 염기성이 강하게 됨으로써 상기 금속 이온 트랩 재료에 의한 금속 이온 트랩성이 향상되어, 이것에 의해 발광 특성의 저하가 보다 확실히 방지된다.
또한, 상기 유기 EL 장치에서는 상기의 루이스 염기성 원소가 산소 또는 질소인 것이 바람직하다.
이와 같이 하면, 산소 원자나 질소 원자가 마이너스 전기를 띠고 있음으로, 상기 금속 이온 트랩 재료는 플러스 전하를 가진 금속 이온을 보다 포획하기 쉬워진다. 따라서, 금속 이온 트랩층의 가동 이온(금속 이온) 포획성이 향상되어, 이것에 의해 발광 특성의 저하가 보다 확실히 방지된다.
또한, 상기 유기 EL 장치에서는 상기 금속 이온 트랩 재료가 크라운 에테르인 것이 바람직하다.
이와 같이 하면, 크라운 에테르는 그 환의 크기에 따라 포획하는 금속 이온의 선택성이 있으므로, 예상되는 불순물(금속 이온)에 대응한 크기의 환을 선택함으로써, 보다 양호한 포획성을 발휘하게 된다.
또한, 상기 유기 EL 장치에서는 상기 금속 이온 트랩 재료가 크라운 에테르 유도체의 중합체인 것이 바람직하다.
크라운 에테르 자체는 비교적 분자량이 낮기 때문에, 불순물(금속 이온)을 포획해도 그 상태로 분자가 금속 이온 트랩층 중을 이동하여, 포획한 불순물(금속 이온)을 결과적으로 발광층으로 이송할 우려가 있다. 그러나, 상기 금속 이온 트랩 재료를 크라운 에테르 유도체의 중합체로 함으로써, 이 중합체는 분자량이 높아져서 금속 이온 트랩층 중을 이동하기 어렵게 되어, 따라서 포획한 불순물(금속 이온)을 결과적으로 발광층으로 이송할 우려가 없어진다.
또한, 상기 유기 EL 장치에서는 상기 금속 이온 트랩 재료가 크라운 에테르 유도체와 상기 발광층을 구성하는 발광층 형성 재료의 공중합체인 것이 바람직하다.
이러한 공중합체를 사용한 경우에도, 분자량이 높아지기 때문에 분자가 금속 이온 트랩층 중을 이동하기 어렵게 되어, 따라서 포획한 불순물(금속 이온)을 결과적으로 발광층으로 이송할 우려가 없어진다.
또한, 금속 이온 트랩층 중에 발광층 형성 재료와 동일 구조의 유닛이 존재하므로, 이 금속 이온 트랩층이 발광층에 접해 배치되는 경우에, 이 금속 이온 트랩층의 발광층과의 친화력이 높아져서, 이들 층간의 밀착성이 높아져서 캐리어가 주입되기 쉬워진다.
또한, 상기 유기 EL 장치에서는, 상기 기능층이 상기 제1 전극과 발광층 사이에 정공 주입/수송층을 갖고, 상기 금속 이온 트랩층이 상기 정공 주입/수송층과 발광층 사이에 설치되어 있는 것이 바람직하다.
이와 같이 하면, 특히 정공 주입/수송층의 형성 재료 중에 존재하는 가동 이온(금속 이온)이 상기 금속 이온 트랩층에서 포획되므로, 이 가동 이온이 발광층 중에 확산함에 의한 발광 특성의 저하가 방지된다.
또한, 상기 유기 EL 장치에서는 상기 금속 이온 트랩층이 제2 전극과 발광층 사이에 설치되어 있는 것이 바람직하다.
이와 같이 하면, 특히 상기 제2 전극으로부터의 가동 이온(금속 이온)이 상기 금속 이온 트랩층에서 포획되므로, 이 가동 이온이 발광층 중에 확산함에 의한 발광 특성의 저하가 방지된다.
또한, 상기 유기 EL 장치에서는 상기 기능층이 상기 제2 전극과 발광층 사이에 전자 주입/수송층을 갖고, 상기 금속 이온 트랩층이 상기 전자 주입/수송층과 발광층 사이에 설치되어 있는 것이 바람직하다.
이와 같이 하면, 특히 전자 주입/수송층 또는 상기 제2 전극의 형성 재료 중에 존재하는 가동 이온(금속 이온)이 상기 금속 이온 트랩층에서 포획되므로, 이 가동 이온이 발광층 중에 확산함에 의한 발광 특성의 저하가 방지된다.
본 발명의 다른 유기 EL 장치는 제1 전극과 제2 전극 사이에, 발광층과 캐리어 주입/수송층을 가진 기능층을 구비한 유기 EL 장치에서, 상기 기능층의 적어도 일부가 그 기능층을 구성하는 기능성 재료에 금속 이온 트랩 재료가 첨가되어 형성되어 이루어지고, 상기 금속 이온 트랩 재료는 환상부를 갖고, 그 환상부가 적어도 두개의 탄소 원자에 결합하는 루이스 염기성 원소를 복수 가져서 구성되어 이루어지는 것인 것을 특징으로 한다.
이 유기 EL 장치에 의하면, 상기 기능층의 적어도 일부가 그 기능층을 구성하는 기능성 재료에 금속 이온 트랩 재료가 첨가되어 형성되어 있으므로, 각 전극이나 다른 기능층 중에 포함되는 금속 이온이 가동 이온으로 되어 확산했을 때, 이것이 상기 금속 이온 트랩 재료에 포획됨으로써, 상기 금속 이온이 발광층 중에 확산함에 의한 발광 특성의 저하가 방지된다. 또한, 금속 이온 트랩 재료가 첨가된 기능층 중에 금속 이온이 포함되어 있는 경우에도, 이것이 금속 이온 트랩 재료에 포획됨으로써, 이 금속 이온이 발광층 중에 확산하는 것이 방지된다.
또한, 금속 이온 트랩층은 환상부를 가져서 이루어지므로, 이 환상부의 크기를 미리 적당히 선택하여 둠으로써, 포획하는 금속에 대한 선택성을 발휘시킬 수 있게 된다.
또한, 상기 유기 EL 장치에서는 상기 금속 이온 트랩 재료가 상기 루이스 염기성 원소간에, 적어도 두개의 탄소 원자가 개재되어 이루어지고, 이들 탄소 원자간의 단결합을 포함하여 이루어지는 구조인 것이 바람직하다.
이와 같이 하면, 상술한 바와 같이 루이스 염기성 원소의 루이스 염기성이 강하게 됨으로써 상기 금속 이온 트랩 재료에 의한 금속 이온 트랩성이 향상되어,이것에 의해 발광 특성의 저하가 보다 확실히 방지된다.
또한, 상기 유기 EL 장치에서는 상기의 루이스 염기성 원소가 산소 또는 질소인 것이 바람직하다.
이와 같이 하면, 상술한 바와 같이 산소 원자나 질소 원자가 마이너스 전기를 띠고 있으므로, 상기 금속 이온 트랩 재료는 플러스 전하를 가진 금속 이온을 보다 포획하기 쉬워진다. 따라서, 금속 이온 트랩 재료의 가동 이온(금속 이온) 포획성이 향상하여, 이것에 의해 발광 특성의 저하가 보다 확실히 방지된다.
또한, 상기 유기 EL 장치에서는 상기 금속 이온 트랩 재료가 크라운 에테르인 것이 바람직하다.
이와 같이 하면, 상술한 바와 같이 크라운 에테르는 그 환의 크기에 따라 포획하는 금속 이온의 선택성이 있으므로, 예상되는 불순물(금속 이온)에 대응한 크기의 환을 선택함으로써, 보다 양호한 포획성을 발휘하게 된다.
또한, 상기 유기 EL 장치에서는 상기 금속 이온 트랩 재료가 크라운 에테르 유도체의 중합체인 것이 바람직하다.
이와 같이 하면, 예를 들어 크라운 에테르 유도체의 중합체가 가동 이온(금속 이온)을 포획했을 때, 크라운 에테르 이외의 중합을 이루는 부위가 전자를 수용하기 쉬워져서, 따라서 전자 수송성이 향상된다. 따라서, 특히 음극측으로부터의 전자가 보다 발광층 내로 수용되기 때문에, 발광층에서의 발광 효율이 향상된다.
또한, 상기 유기 EL 장치에서는 상기 금속 이온 트랩 재료가 첨가되어 형성된 기능층이 발광층이라도 좋다.
이와 같이 하면, 가동 이온(금속 이온)이 발광층으로 확산하여 와도, 이것이 상기 금속 이온 트랩 재료에 의해 포획되므로, 이 가동 이온에 의한 발광층의 발광 특성의 저하가 방지된다.
또한, 상기 유기 EL 장치에서는 상기 금속 이온 트랩 재료가 첨가되어 형성된 기능층이 캐리어 주입/수송층으로서의 정공 주입/수송층이라도 좋다.
이와 같이 하면, 특히 정공 주입/수송층의 형성 재료 중에 존재하는 가동 이온(금속 이온)이 상기 금속 이온 트랩 재료에 의해 포획되므로, 이 가동 이온에 의한 발광층의 발광 특성의 저하가 방지된다.
또한, 상기 유기 EL 장치에서는 상기 금속 이온 트랩 재료가 첨가되어 형성된 기능층이 캐리어 주입/수송층으로서의 전자 주입/수송층이라도 좋다.
이와 같이 하면, 특히 전자 주입/수송층의 형성 재료 중에 존재하는 가동 이온(금속 이온)이 상기 금속 이온 트랩 재료에 의해 포획되므로, 이 가동 이온에 의한 발광층의 발광 특성의 저하가 방지된다.
본 발명의 다른 유기 EL 장치는 제1 전극과 제2 전극 사이에, 적어도 발광층을 갖고 기능층을 구비한 유기 EL 장치에서, 상기 발광층이 크라운 에테르 유도체와 고분자계 발광 재료의 유도체의 공중합체로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이 유기 EL 장치에 의하면, 가동 이온(금속 이온)이 발광층으로 확산하여 와도, 이것이 발광층 중의 크라운 에테르 유도체에 의해 포획되므로, 이 가동 이온에 의한 발광층의 발광 특성의 저하가 방지된다.
또한, 크라운 에테르의 환구성을 미리 적당히 선택하여 둠으로써, 포획하는 금속에 대한 선택성을 발휘시킬 수 있게 된다.
본 발명의 유기 EL 장치의 제조 방법은, 제1 전극과 제2 전극 사이에, 적어도 발광층을 가진 기능층을 구비한 유기 EL 장치의 제조 방법에서, 상기 제1 전극과 제2 전극 사이에, 환상부를 갖고, 그 환상부가 적어도 두개의 탄소 원자에 결합하는 루이스 염기성 원소를 복수 가져서 구성되어 이루어지는 금속 이온 트랩 재료를 배치하여 금속 이온 트랩층을 형성하는 것을 특징으로 한다.
이 유기 EL 장치의 제조 방법에 의하면, 제1 전극과 제2 전극 사이에 금속 이온 트랩층을 형성하므로, 각 전극이나 정공 주입/수송층 등의 기능층 중에 포함되는 금속 이온이 가동 이온으로 되어 확산했을 때, 이것이 상기 금속 이온 트랩층에서 포획됨으로써, 상기 금속 이온이 발광층 중에 확산함에 의한 발광 특성의 저하가 방지된다.
또한, 금속 이온 트랩 재료로서 환상부를 가진 것을 사용하므로, 이 환상부의 크기를 미리 적당히 선택하여 둠으로써, 포획하는 금속에 대한 선택성을 발휘시킬 수 있게 된다.
또한, 상기 유기 EL 장치의 제조 방법에서는 상기 금속 이온 트랩 재료를, 액적 토출법에 의해서 배치하여 금속 이온 트랩층을 형성하는 것이 바람직하다.
이와 같이 하면, 금속 이온 트랩 재료를 소망 위치에 정밀도 좋게 배치할 수 있게 되어, 따라서, 예를 들어 발광층의 색에 대응하여 선택적으로 금속 이온 트랩 재료를 배치할 수 있게 된다.
본 발명의 다른 유기 EL 장치의 제조 방법은 전극간에, 발광층과 캐리어 주입/수송층을 가진 기능층을 구비한 유기 EL 장치의 제조 방법에서, 환상부를 갖고, 그 환상부가 적어도 두개의 탄소 원자에 결합하는 루이스 염기성 원소를 복수 가져서 구성되어 이루어지는 금속 이온 트랩 재료를, 상기 기능층을 구성하는 기능성 재료에 첨가하여 상기 기능층의 적어도 일부를 형성하는 것을 특징으로 한다.
이 유기 EL 장치의 제조 방법에 의하면, 상기 기능층 중 적어도 일부를, 그 기능층을 구성하는 기능성 재료에 금속 이온 트랩 재료를 첨가하여 형성하므로, 각 전극이나 다른 기능층 중에 포함되는 금속 이온이 가동 이온으로 되어 확산했을 때, 이것이 상기 금속 이온 트랩 재료에 의해 포획됨으로써, 상기 금속 이온이 발광층 중에 확산함에 의한 발광 특성의 저하가 방지된다. 또한, 금속 이온 트랩 재료가 첨가된 기능층 중에 금속 이온이 포함되어 있는 경우에도, 이것이 금속 이온 트랩 재료에 의해 포획됨으로써, 이 금속 이온이 발광층 중에 확산하는 것이 방지된다.
또한, 금속 이온 트랩 재료로서 환상부를 가진 것을 사용하므로, 이 환상부의 크기를 미리 적당히 선택하여 둠으로써, 포획하는 금속에 대한 선택성을 발휘시킬 수 있게 된다.
또한, 상기 유기 EL 장치의 제조 방법에서는, 상기 금속 이온 트랩 재료를 첨가한 기능성 재료를 액적 토출법에 의해서 배치하여, 기능층을 형성하는 것이 바람직하다.
이와 같이 하면, 금속 이온 트랩 재료를 첨가한 기능성 재료를 소망 위치에정밀도 좋게 배치할 수 있게 되어, 따라서, 예를 들어 발광층의 색에 대응하여 선택적으로 금속 이온 트랩 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, 크라운 에테르 유도체와 고분자계 발광 재료의 유도체의 공중합체를 함유하는 액상 재료를 액적 토출법에 의해서 배치하여, 상기 발광층을 형성하는 것을 특징으로 한다.
이 유기 EL 장치의 제조 방법에 의하면, 크라운 에테르 유도체와 고분자계 발광 재료의 유도체의 공중합체에 의해서 발광층을 형성하므로, 각 전극이나 정공 주입/수송층 등의 기능층 중에 포함되는 금속 이온이 가동 이온으로 되어 발광층에 확산해도, 이것이 발광층 중의 크라운 에테르 유도체에 의해 포획되므로, 이 가동 이온에 의한 발광층의 발광 특성의 저하가 방지된다.
또한, 크라운 에테르의 환구성을 미리 적당히 선택하여 둠으로써, 포획하는 금속에 대한 선택성을 발휘시킬 수 있게 된다.
또한, 공중합체를 함유하는 액상 재료를 액적 토출법에 의해서 배치하도록 했으므로, 그 액상 재료를 소망 위치에 정밀도 좋게 배치할 수 있게 되어, 따라서, 예를 들어 발광층의 색에 대응하여 선택적으로 상기 액상 재료를 배치할 수 있게 된다.
본 발명의 전자 기기는 상기의 유기 EL 장치를 구비한 것을 특징으로 한다.
이 전자 기기에 의하면, 상기의 발광 특성이 향상된 유기 EL 장치를 구비함으로써, 표시의 신뢰성이 높아지게 된다.
발명을 실시하기 위한 최량의 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 양극으로서 기능하는 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 에미션이라 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 것으로, 이들 구동 소자나 각종 배선 위에 절연막이나 평탄화막을 통하여 투명 전극(3)을 형성한 것이다.
투명 전극(3)은 기체(2)상에 형성되는 단일 도트 영역마다 패터닝되어 형성되고, 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)는 특히 적색, 녹색의 발광을 하는 각도트 영역에서는, 도 1에 나타낸 바와 같이 정공 주입/수송층(8)과 발광층(9)을 구비하고, 이들 정공 주입/수송층(8)과 발광층(9) 사이에 금속 이온 트랩층(10)을 가져 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 설치된다.
정공 주입/수송층(8)의 형성 재료로는 특히 3,4-폴리에틸렌디옥시티오펜/폴리스티렌설폰산(PEDOT/PSS)의 분산액, 즉, 분산매로서의 폴리스티렌설폰산에 3,4-폴리에틸렌 디옥시티오펜을 분산시키고, 이것을 물에 분산시킨 분산액이 적합하게 사용된다. 여기서, 이 형성 재료에는 Na 이온이 500ppm에 가까운 농도로 함유되어 있고, 이 Na 이온은 가동 이온으로서 확산한다.
발광층(9)의 형성 재료로는 형광 혹은 인광을 발광할 수 있는 공지의 발광 재료가 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 계조하여 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 색소등의 고분자계 재료나, 루브렌, 페릴렌, 9, 10-디페닐 안트라센, 테트라페닐부타디엔, 나일 레드, 쿠마린 6, 퀴나크리돈 등의 저분자 재료를 도프 하여 사용할 수도 있다.
이들 정공 주입/수송층(8)과 발광층(9) 사이에 설치된 금속 이온 트랩층(10)은 광학적, 전기적으로 불활성인 금속 이온 트랩 재료에 의해서 형성된 것이다. 금속 이온 트랩 재료는 환상부를 갖고, 그 환상부가 적어도 두개의 탄소 원자에 결합하는 루이스 염기성 원소를 복수 가져서 구성된 것이다. 여기서, 루이스 염기성 원소란 루이스 염기성을 갖는 원소이고, 루이스 염기성이란 G.N.Lewis에 의해서 정의된 염기를 말한다. 즉, G.N.Lewis는 전자쌍 공여체(electron-pair donor), 소위 전자 공여체(electron donor)를 염기, 전자쌍 수용체(electron-pair acceptor), 소위 전자 수용체(electron acceptor)을 산으로 정의하여, 이 산, 염기의 개념을 모든 용매계에서의 반응에 적용할 수 있음을 나타내고 있다. 또한, 본 발명에서는 전자 공여체로 되는 원소를 루이스 염기성 원소라고 정의하고 있다.
이러한 루이스 염기성을 갖는 원소로는, 예를 들어 산소(O), 질소(N), 황(S), 인(P) 등을 들 수 있지만, 특히 산소, 질소인 것이 바람직하다.
또한, 이 금속 이온 트랩 재료로는, 상기 루이스 염기성 원소간에, 적어도 두개의 탄소 원자가 개재되어 이루어지고, 이들 탄소 원자간의 단결합을 포함한 것인 것이 바람직하다.
또한, 이러한 조건을 만족하는 것으로서, 크라운 에테르를 들 수 있다. 특히 본 실시 형태에서는 이하의 화합물(1)로서 나타내는 15-크라운-5 (15-crown-5-ether)가 적합하게 사용된다.
이러한 15-크라운-5 등의 크라운 에테르는 이것 자체를 금속 이온 트랩 재료로 하여도 좋고, 또 금속 이온 트랩 재료에서의 상기의 환상부(골격부)를 구성하는 화합물로서 크라운 에테르를 사용하여도 좋다. 즉, 이하의 화합물(2)과 같이, 크라운 에테르를 구성하는 산소 원자를 질소 원자로 치환하고, 이 질소 원자에 알킬기 등의 측쇄를 부가한 구조로 하여도 좋다.
이러한 크라운 에테르로 이루어지는 금속 이온 트랩 재료에서는, 특히 루이스 염기성 원소가 산소, 질소이므로, 산소 원자(질소 원자)가 마이너스 전기를 띠고 있으므로 플러스 전하를 가진 금속 이온(Na 이온)을 보다 포획하여, 착체를 형성하기 쉬워진다.
또한, 크라운 에테르는 상기 루이스 염기성 원소간에 두개의 탄소 원자가 개재되고, 이들 탄소 원자간이 단결합으로 결합되어 있으므로, 루이스 염기성 원소의 루이스 염기성이 강하게 됨으로써 금속 이온 트랩성이 향상된 것으로 되어 있다.
또한, 크라운 에테르는 그 환의 크기에 따라 포획하는 금속 이온의 선택성이있으므로, 예상되는 불순물(금속 이온)에 대응한 크기의 환을 선택함으로써, 보다 양호한 포획성을 발휘하여 착체를 형성하게 된다. 본 실시 형태에서는 특히 상기 정공 주입/수송층(8)에 존재하는 Na 이온을 포획하는 것으로, 상기 한 화합물(1) (15-크라운-5), 또는 화합물(2)이 적합하게 사용된다.
또한, 이러한 크라운 에테르로 이루어지는 금속 이온 트랩 재료에 의해서 금속 트랩층(10)을 형성하는 경우, 통상 이것을 용제에 용해하여 액상체로 하고, 이 액상체를 정공 주입/수송층(8)상에 배치하여 건조함으로써 금속 트랩층(10)을 형성하지만, 특히 상기의 화합물(2)에 나타낸 바와 같이 측쇄를 가진 것을 사용하는 경우, 이 측쇄의 크기(예를 들어 알킬기(-CnH2n+1)를 측쇄로 하는 경우에 그 n의 수)를 조정함으로써, 용매에 대한 용해성(가용성)을 조정하고, 또 그 친유성 혹은 친수성을 조정할 수 있다. 또한, 측쇄에 대해서는 알킬기에 한정되지 않고, 벤젠계의 기 등 각종의 기를 부가할 수 있다.
또한, 크라운 에테르의 용매에 대한 용해성(가용성)을 조정하기 위해서는, 화합물(2)에 나타낸 루이스 염기성 원소인 질소 원자에 측쇄를 부가하는 방법 이외에도, 예를 들어 루이스 염기성 원소간에 위치하는 탄소 원자에 알킬기 등의 측쇄를 부가하여 행할 수도 있다.
또한, 금속 이온 트랩 재료으로 되는 크라운 에테르 등의 재료에 대해서는, 예를 들어 포획하는 금속 이온의 선택성이 다른 복수종의 재료를 혼합하여 사용하여, 이것에 의해 다른 금속 이온을 각각 포획할 수 있도록 구성해도 좋다.
또한, 금속 이온 트랩 재료로는 상기의 크라운 에테르에 한정되지 않고, 그외에 예를 들어 디시클로헥사노-18-크라운-6, 디벤조-24-크라운-8이나 사이크람(cyclam: 1, 4, 8, 11-tetrazacyclotetradecane), 시클로덱스트린, 크리프탄드를 사용할 수도 있다. 이 크프프탄드도, 크라운 에테르와 마찬가지로 유기 용매에 가용이고, 또 금속 이온을 포획하여 착체를 형성한다.
이러한 금속 이온 트랩 재료에 의해서 형성되는 금속 트랩층(10)의 두께로는, 상술한 바와 같이 정공 주입/수송층(8)의 형성 재료 중에 존재하는 가동 이온(Na 이온)을 확실히 포획할 수 있는 두께이고, 또한 정공 주입/수송층(8)으로부터 발광층(9)으로의 정공의 이동을 방해하지 않는 두께, 구체적으로는 0.1nm~5nm 정도로 한다.
음극(4)은 모든 화소 영역을 덮도록 하여 형성된 것으로, 발광층(9)측으로부터 차례로 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 공지 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 기체(2)상에 증착법 등에 의해서 ITO를 성막하고, 패터닝함으로써 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 형성하고, 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.
도 2에 나타낸 바와 같은, 무기 뱅크(6), 유기 뱅크(7)로 둘러싸인 오목부(12)를 갖는 기체를 산소 플라즈마-CF4플라즈마 연속 처리함으로써 기체 상의 젖음성을 제어하고, 그 다음에, 이 오목부(12) 내에 잉크젯법 등의 액적 토출법에 의해서 정공 주입/수송층(8)을 형성한다. 즉, 도 3의 (a)에 나타내는 바와 같이 액적 토출 헤드(잉크젯 헤드)(13)로부터 정공 주입/수송층(8)의 형성 재료(8a)를 상기 오목부(12)내에 선택적으로 토출하고, 이어서 이것을 건조, 베이크 함으로써, 도 3의 (b)에 나타내는 바와 같이 상기 투명 전극(3)상에 정공 주입/수송층(8)을 형성한다.
그 다음에, 상기 오목부(12)내의 정공 주입/수송층(8)상에 금속 이온 트랩층(10)을 형성한다. 이 금속 이온 트랩층(10)의 형성에도, 상기의 액적 토출법(잉크젯법)이 적합하게 채용된다. 즉, 상기 금속 이온 트랩 재료를, 액적 토출 헤드(13)로부터 상기 오목부(12)내의 정공 주입/수송층(8)상에 선택적으로 토출하고, 이것을 건조함으로써, 도 4의 (a)에 나타내는 바와 같이 상기 정공 주입/수송층(8)상에 금속 이온 트랩층(10)을 형성한다.
여기서, 금속 이온 트랩 재료를 액적 토출법으로 토출하기 위해서는, 금속 이온 트랩 재료를 용매에 용해하여 소망한 점도의 액상체로 할 필요가 있지만, 이 액상화를 위한 용매로는, 예를 들어 시클로헥실벤젠(CHB)과 에탄올(EtOH)의 혼합 용매가 사용된다. 또한, 이 혼합 용매에 금속 이온 트랩 재료(예를 들어 15-크라운-5)를, 예를 들어 0.001~0.01wt％ 정도의 농도가 되도록 용해함으로써, 액적 토출법으로 토출 가능한 액상체로 된다. 상기와 같은 혼합 용매를 사용함에 의하여, 친수성인 상기의 정공 주입/수송층(8)을 재용해시키지 않고, 따라서 정공 주입/수송층(8)을 양호한 상태로 유지한 채로 금속 이온 트랩층(10)을 양호하게 형성할 수 있다. 단, 후술하는 바와 같이 금속 이온 트랩 재료를 정공 주입/수송층 형성 재료에 첨가하여, 정공 주입/수송층을 형성해도 좋기 때문에, 이 금속 이온 트랩층(10)의 형성시에 정공 주입/수송층(8)의 재용해가 생겨도, 특히 정공 주입/수송층(8)에 의한 정공 주입/수송성이 손상되지 않을 정도이면, 문제로 되지 않는다. 또한, 상기의 혼합 용매 대신에, 가온한 톨루엔을 용매로서 사용할 수도 있다.
그 다음에, 도 4의 (b)에 나타내는 바와 같이 상기 오목부(12)내의 금속 이온 트랩층(10)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. 또한, 이 발광층(9)의 형성시에는, 특히 발광층 형성 재료를 용해하는 용매로서, 상기 금속 이온 트랩층(10)을 재용해시키지 않은 것을 사용하는 것이 금속 이온 트랩층(10)을 양호한 상태로 유지할 수 있기 때문에 바람직하다. 단, 후술하는 바와 같이 금속 이온 트랩 재료를 발광층 형성 재료에 첨가하여, 발광층을 형성해도 좋기 때문에, 이 발광층(9)의 형성시에 금속 이온 트랩층(10)의 재용해가 생겨도, 특히 금속 이온 트랩 재료에 의한 금속 이온의 포획 효과가 손상되는 경우는 없다.
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 이루어지는 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 접착시킴으로써, 도 1에 나타낸 유기 EL 장치(1)를 얻는다.
이와 같이 하여 얻어진 유기 EL 장치(1)에서는 정공 주입/수송층(8)과 발광층(9) 사이에 금속 이온 트랩층(10)이 설치되어 있으므로, 특히 정공 주입/수송층(8)중에 존재하는 Na 이온이 가동 이온으로 되어 확산했을 때, 이것을 상기 금속 이온 트랩층(10)에서 포획할 수 있어, 따라서 상기 Na 이온이 발광층(9)중에 확산함에 의한 발광 특성의 저하, 예를 들어 그 수명이 짧아지는 것을 방지할 수 있다. 또한, 예를 들어 투명 전극(3)중의 Sn 이온이 확산하여 오는 경우에도,이것을 포획하여 발광층(9)으로의 확산을 방지함으로써, 발광 특성이 저하하는 것을 방지할 수 있다.
(제2 실시 형태)
도 5는 본 발명의 유기 EL 장치의 제2 실시 형태를 나타내는 요부 측단면도이고, 도 5중 부호 20은 유기 EL 장치이다. 또한, 이 도 5는 특히 유기 EL 장치(20)에서의 청색 발광층의 부분을 나타내는 단면도이다. 이 유기 EL 장치(20)가 도 1으로 나타낸 유기 EL 장치(1)과 주로 다른 점은 금속 이온 트랩층(21)을 정공 주입/수송층(8)과 발광층(9) 사이가 아니고, 발광층(9)과 전자 주입/수송층(22) 사이에 설치한 점에 있다. 여기서, 본 실시 형태에서는 전자 주입/수송층(22)을 청색 발광층 위에만 형성하고, 적색 발광층, 녹색 발광층 위에는 전자 주입/수송층(22)을 형성하지 않는다. 따라서, 금속 이온 트랩층(21)에 대해서도, 청색 발광층 위에만 형성하고 있다.
도 5에 나타낸 유기 EL 장치(20)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, 소위 보텀 에미션 타입의 것으로, 기능층(5)을 구성하는 발광층(9)(청색 발광층)과 전자 주입/수송층(22) 사이에, 금속 이온 트랩층(21)을 형성한 것이다.
이 금속 이온 트랩층(21)은 도 1에 나타낸 금속 이온 트랩층(10)을 형성하기 위한 금속 이온 트랩 재료와 동일 재료에 의해서 형성된 것이다. 즉, 이 금속 이온 트랩층(21)을 형성하기 위한 금속 이온 트랩 재료도, 환상부를 갖고, 그 환상부가 적어도 두개의 탄소 원자에 결합하는 루이스 염기성 원소를 복수 가져서 구성된것으로, 구체적으로는 상술한 크라운 에테르나 크리프탄드 등, 유기용매에 가용이고, 또한 금속 이온을 포획하여 착체를 형성하는 것이 사용된다.
단, 본 실시 형태에서는 포획하는 금속 이온이 상기 제1 실시 형태의 Na 이온이 아니고, 후술하는 바와 같이 상기 전자 주입/수송층(22)을 구성하는 Li 이온이므로, 이 Li 이온을 선택적으로 포획하기 위하여, 이하의 화합물(3)로서 나타내는 12-크라운-4 (12-crown-4-erher)가 적합하게 사용된다.
이 화합물(3)은 상기 화합물(1)에 비해서 환(환상부)이 작으므로, Na 이온보다 작은 Li 이온에 대한 포획에 대해서 보다 높은 선택성을 갖고, 따라서 Li 이온을 보다 양호하게 포획하여, 착체를 형성하게 된다.
또한, 여기서의 금속 이온 트랩 재료에 대해서도, 상기 화합물(1)의 경우와 동일하게, 화합물(3)의 크라운 에테르를 구성하는 산소 원자를 질소 원자로 치환하고, 이 질소 원자에 알킬기 등의 측쇄를 부가한 구조의 것을 사용하여도 좋다. 또한, 포획하는 금속 이온의 선택성이 다른 복수종의 재료를 혼합하여 사용하여도 좋다.
이러한 금속 이온 트랩 재료에 의하여 형성되는 금속 트랩층(21)의 두께로는, 후술하는 바와 같이 전자 주입/수송층(22)의 형성 재료 중에 존재하는 가동 이온(Li 이온)을 확실히 포획할 수 있는 두께이고, 또한 전자 주입/수송층(22)로부터발광층(9)으로의 전자의 이동을 방해하지 않은 두께, 구체적으로는 0.1nm~5nm 정도로 한다.
전자 주입/수송층(22)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(22)은 이것 위에 형성된 Ca/Al로 이루어지는 음극(4)으로부터의 전자를 발광층(9)으로 효율 좋게 주입/수송하기 위한 것이다.
또한, 이 전자 주입/수송층(22)중의 Li 이온은 전자 주입/수송층(22)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(22)과의 계면에 머물러 있는 동안에는 음극(4)으로부터의 전자를 발광층(9)측으로 끌어당기도록 작용하여, 이것에 의해서 전자의 주입/수송성을 향상시키게 된다. 그런데, 어느 정도의 시간이 경과하면, Li 이온은 발광층(9)의 중심측으로 확산하여 오고, 이것에 의해서 전자를 끌어들이는 작용이 감소하여, 역으로 발광층(9)의 발광 효율이나 그 휘도의 저하를 초래하여, 결과적으로 수명을 짧아지도록 작용한다.
그래서, 본 실시 형태에서는 상술한 바와 같이 발광층(9)과 전자 주입/수송층(22) 사이에, 금속 이온 트랩층(21)을 형성하고 있다. 이와 같이 금속 이온 트랩층(21)을 형성함으로써, 전자 주입/수송층(22)으로부터의 Li 이온을 금속 이온 트랩층(21)에서 포획하고, 이것에 의해 Li 이온이 발광층(9)중에 확산함에 의한 발광 특성의 저하, 예를 들어 그 수명이 짧아지는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는 특히 금속 이온 트랩층(21)의 형성을 액적 토출법(잉크젯법)에 의해서 행하는 것이 바람직하다. 액적 토출법을 채용함으로써, 특히 청색 발광층 위에만 상기 금속 이온 트랩 재료를 선택적으로 또한 정밀도 좋게 배치할 수 있어, 따라서 청색 발광층에서의 수명 등의 특성의 신뢰성을 양호하게 확보할 수 있다. 또한, 액적 토출법을 채용하는 경우의, 금속 이온 트랩 재료를 소망 점도의 액상체로 하기 위한 용매로는, 예를 들어 상술한 시클로헥실벤젠(CHB)과 에탄올(EtOH)의 혼합 용매나, CHB와 이소프로필비페닐 (IPBP)의 혼합 용매 등이 사용된다. 또한, 이러한 용매에 금속 이온 트랩 재료(예를 들어 12-크라운-4)가, 예를 들어 0.001wt％ 정도의 농도로 되도록 용해시켜 사용된다.
또한, 본 발명은 상기 제1 , 제2 실시 형태에 한정되지 않고, 본 발명을 일탈하지 않는 한 각종의 변경이 가능하다.
예를 들어, 상기 실시 형태에서는 금속 이온 트랩층(10(21))을 정공 주입/수송층(8)과 발광층(9) 사이 혹은 발광층(9)과 전자 주입/수송층(22) 사이의 어느 하나에 설치했지만, 이들 양쪽에 각각 금속 이온 트랩층(10)과 금속 이온 트랩층(21)을 설치하여도 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, 금속 이온 트랩층을 설치하는 것이 바람직하다.
(제3 실시 형태)
도 6은 본 발명의 유기 EL 장치의 제3 실시 형태를 나타내는 요부 측단면도이고, 도 6중 부호 30은 유기 EL 장치이다. 이 유기 EL 장치(30)가 도 1에 나타낸 유기 EL 장치(1)와 주로 다른 점은 금속 이온 트랩층을 독립층으로서 형성하지 않고, 기능층(5)을 구성하는 층의 일부, 본 실시 형태에서는 캐리어 주입/수송층으로서의 정공 주입/수송층(31)에, 상기 금속 이온 트랩 재료를 첨가하여 형성한 점에 있다.
즉, 도 6에 나타낸 유기 EL 장치(30)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, 소위 보텀 에미션 타입의 것으로, 특히 기능층(5)을 구성하는 정공 주입/수송층(31)이 정공 주입/수송층 형성 재료에 금속 이온 트랩 재료가 첨가된 재료에 의해서 형성된 것이다.
정공 주입/수송층 형성 재료로는 예를 들어 상술한 3,4-폴리에틸렌디옥시티오펜/폴리스티렌설폰산(PEDOT/PSS)이 사용된다.
이것에 첨가되는 금속 이온 트랩 재료로는, 상술한 바와 같이, 환상부를 갖고, 그 환상부가 적어도 두개의 탄소 원자에 결합하는 루이스 염기성 원소를 복수 가져서 구성된 것이 사용된다. 특히, 이 실시 형태에서는 정공 주입/수송층 형성 재료에 첨가하기 때문에, Na 이온을 선택적으로 포획할 수 있는 것으로서, 상기의 화합물(1) 또는 화합물(2)이 적합하게 사용된다.
이러한 금속 이온 트랩 재료의, 정공 주입/수송층 형성 재료에 대해서 첨가하는 비율로는, 예를 들어 0.01wt％~0.1wt％ 정도로 한다. 금속 이온 트랩 재료의 첨가가 0.01wt％미만이면, 이 재료를 첨가한 효과가 충분히 얻어지지 않기 때문이며, 또한, 0.1wt％을 초과하여 첨가하면, 정공 주입/수송층(31)의 정공 주입/수송성이 저하할 우려가 있기 때문이다.
이와 같이 금속 이온 트랩 재료가 첨가되어 형성된 정공 주입/수송층 형성 재료를, 상기 투명 전극(3)상에 배치할 때에는, 상술한 액적 토출법(잉크젯법)을 채용하는 것이 바람직하다. 액적 토출법을 채용함으로써, 상기 정공 주입/수송층 형성 재료를 소망 위치에 정밀도 좋게 배치할 수 있어, 따라서 발광 특성 등의 신뢰성을 양호하게 확보할 수 있다.
또한, 이러한 구성의 유기 EL 장치(30)에서는, 정공 주입/수송층(31)에 금속 이온 트랩 재료를 첨가하여 이것을 형성하고 있으므로, 정공 주입/수송층 형성 재료 중의 Na 이온을 금속 이온 트랩 재료에 의해 포획하여 정공 주입/수송층(31)중에 가두어 둠으로써, Na 이온이 발광층(9)중에 확산하여 수명 등의 발광 특성이 저하하는 것을 방지할 수 있다.
또한, Na 이온을 금속 이온 트랩 재료에 의해 포획하여 정공 주입/수송층(31)중에 가두어 둠으로써, 이것이 기체(2)의 TFT 소자측으로 확산하여, TFT 소자 특성이 손상되는 것도 방지할 수 있다.
또한, 예를 들어 투명 전극(3)중의 Sn 이온이 확산하여 오는 경우에도, Sn를 포획할 수 있는 금속 이온 트랩 재료를 정공 주입/수송층(31)중에 혼합하여 두면,정공 주입/수송층(31)중의 가동 이온을 금속 이온 트랩 재료에 의해 포획하여, 발광층(9)으로의 확산을 방지함으로써, 발광 특성이 저하하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 이 제3 실시 형태에서는 캐리어 주입/수송층으로서의 정공 주입/수송층(31)에, 상기 금속 이온 트랩 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)측으로부터의 금속 이온이나, 전자 주입/수송층 재료 중에 존재하는 금속 이온을 금속 이온 트랩 재료에 의해 포획하여 전자 주입/수송층 중에 가두어 둠으로써, 금속 이온이 발광층(9)중에 확산하여 수명 등의 발광 특성이 저하하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 금속 이온 트랩 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 금속 이온 트랩 재료에 의해 포획하여 착체로 되어 수용되므로, 이 금속 이온에 의해서 발광층의 발광 특성이 저하하는 것을 방지할 수 있다.
또한 상기의 발광층 형성 재료에 금속 이온 트랩 재료를 첨가하여 되는 재료를 사용하고, 이것에 의해서 도 1에 나타낸 금속 이온 트랩층(10)을 형성해도 좋고, 또, 도 5에 나타낸 금속 이온 트랩층(21)을 형성해도 좋다. 이와 같이 해도, 발광층 형성 재료에 첨가된 금속 이온 트랩 재료에 의해, 금속 이온이 발광층 중에확산하여 수명 등의 발광 특성이 저하하는 것을 방지할 수 있다.
(제4 실시 형태)
다음에, 본 발명의 유기 EL 장치의 제4 실시 형태를 설명한다. 이 실시 형태는 전체의 기본 구성은 도 5에 나타낸 유기 EL 장치(20)와 거의 같고, 도 5에 나타낸 제2 실시 형태와 다른 점은 금속 이온 트랩층(21)을 구성하는 금속 이온 트랩 재료가 다른 점이다.
즉, 본 실시 형태에서는 금속 이온 트랩층(21)을 구성하는 금속 이온 트랩 재료로서, 크라운 에테르 유도체의 중합체가 사용된다. 구체적으로는 12-크라운-4(12-crown-4-ether)의 유도체로 이루어지는 중합체, 즉 이하의 화합물(4)로서 나타내는 [폴리(크라운에테르)티오펜-2,5-디일]이 적합하게 사용된다.
이 화합물(4)은 상기 화합물(3)과 같은 환(환상부)을 갖고 있고, 따라서 Li 이온을 보다 양호하게 포획하여 착체를 형성하는 것으로 되어 있다.
따라서, 본 실시 형태와 같이 전자 주입/수송층(22)을 LiF로 형성한 경우라도, 이와 같이 금속 이온 트랩층(21)을 형성함으로써, 전자 주입/수송층(22)으로부터의 Li 이온을 금속 이온 트랩층(21)에서 포획하여, 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, 상기 화합물(3)의 경우, 크라운 에테르 자체는 비교적 분자량이 낮기 때문에, 불순물(Li 이온)을 포획하여도 그 상태로 분자가 금속 이온 트랩층(21)중을 이동하여, 포획한 불순물(Li 이온)을 결과적으로 발광층(9)으로 이송할 우려가 있다.
그러나, 상기 화합물(4)의 경우, 중합체이기 때문에 분자량이 높아, 따라서 금속 이온 트랩층(21)중을 분자가 이동하기 어렵게 되어, 따라서 포획한 불순물(금속 이온)을 결과적으로 발광층으로 이송할 우려가 없어진다.
또한, 상기 화합물(4)에서는 그 환상부(크라운 에테르)로 금속 이온(Li 이온)을 포획하면, 티오펜(티오펜)기로부터 전자가 환상부(크라운 에테르)측으로 이동함으로써, 이 티오펜기측에 전자가 수용되기 쉬워진다. 또한, 티오펜기측에 전자가 수용되면, 이 티오펜기는 중합되어 있으므로 다수의 티오펜기가 쇄상으로 연결되어 있어, 이 중합된 방향으로 전자가 흐르기 쉬워진다.
따라서, 본 실시 형태의 금속 이온 트랩층(21)은 단지 불순물(Li 이온)을 포획할 뿐만 아니라, 불순물(Li 이온)을 포획함으로써 전자 수송성을 발휘하게 되어, 따라서 발광층에서의 발광 효율을 높일 수 있다.
이러한 금속 이온 트랩 재료에 의해서 형성되는 금속 트랩층(21)의 두께는 5nm~10nm 정도로 할 수 있다. 이것은 상술한 바와 같이 본 실시 형태의 금속 트랩층(21)이 전자 수송성을 발휘하므로, 제2 실시 형태에서의 금속 트랩층(21)과 같이, 전자의 이동을 방해하지 않도록 두께를 0.1nm~5nm 정도로 억제할 필요가 없기 때문이다. 이와 같이 금속 트랩층(21)의 두께를 제2 실시 형태에 비하여 두껍게 함으로써, 그 만큼 발광층(9)을 음극(11)으로부터 이간할 수 있어, 이것에 의해서 발광층(9)중의 여기자가 음극(11)의 영향으로 실활하여, 발광 효율이 저하하는 것을 억제할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서도, 금속 이온 트랩층(21)을 구성하는 금속 이온 트랩 재료로는 상기 화합물(4)에 한정되지 않고, 크라운 에테르 유도체의 중합체이면 다른 화합물(중합체)을 사용할 수 있다. 예를 들어, 화합물(4)에서의 크라운 에테르 부분에 대해서, 상기 화합물(3)로 나타낸 12-크라운-4(12-crown-4-ether) 대신에, 상기 화합물(1)로 나타낸 15-크라운-5(15-crown-5-ether)을 가진 것을 사용할 수도 있다. 이것은 특히 전자 주입/수송층(22)으로서 NaF를 사용한 경우에, 불순물(가동 이온)로서의 Na 이온을 포획하는데 유리하게 된다.
또한, 티오펜기의 부분에 대해서도, 1개의 크라운 에테르에 대해서 1개의 티오펜기를 갖는 것 대신에, 예를 들어 1개의 크라운 에테르에 대해서 2개의 티오펜기를 갖는 중합체를 사용할 수도 있다.
또한, 본 실시 형태에서는 크라운 에테르 유도체의 중합체로 이루어지는 금속 이온 트랩층을 발광층(9)과 전자 주입/수송층(22) 사이에 설치했지만, 도 1에 나타낸 제1 실시 형태와 같이, 이 금속 이온 트랩층을 정공 주입/수송층(8)과 발광층(9) 사이에 설치하여도 좋다.
(제5 실시 형태)
다음에, 본 발명의 유기 EL 장치의 제5 실시 형태를 설명한다. 이 실시 형태도, 제4 실시 형태와 마찬가지로, 전체의 기본 구성은 도 5에 나타낸 유기 EL 장치(20)와 거의 같고, 도 5에 나타낸 제2 실시 형태와 다른 점은 금속 이온 트랩층(21)을 구성하는 금속 이온 트랩 재료가 다른 점이다.
즉, 본 실시 형태에서는 금속 이온 트랩층(21)을 구성하는 금속 이온 트랩 재료로서, 크라운 에테르 유도체와 상기 발광층(9)을 구성하는 발광층 형성 재료(고분자계 발광 재료)의 공중합체가 사용된다. 구체적으로는 크라운 에테르 유도체로서 상기의 화합물(4)로 나타낸 [폴리(크라운에테르)티오펜-2,5-디일]이 사용되며, 발광층을 구성하는 발광층 형성 재료(고분자계 발광 재료)로서, (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 재료가 적합하게 사용된다.
이러한 크라운 에테르 유도체와 폴리플루오렌계 공중합체(발광층 형성 재료)의 공중합체라도, 상기 화합물(3)과 같은 환(환상부)을 갖고 있고, 따라서 Li 이온을 보다 양호하게 포획하여 착체를 형성하는 것으로 되어 있다.
따라서, 본 실시 형태에서도, 이와 같이 금속 이온 트랩층(21)을 형성함으로써, 전자 주입/수송층(22)으로부터의 Li 이온을 금속 이온 트랩층(21)에서 포획하여, 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 실시 형태에서도 금속 이온 트랩 재료가 공중합체이므로 분자량이 높고, 이 때문에 금속 이온 트랩층(21)중을 분자가 이동하기 어렵게 되어 있어, 따라서 포획한 불순물(금속 이온)을 결과적으로 발광층으로 이송할 우려가 없어진다.
또한, 금속 이온 트랩(21)층 중에 발광층 형성 재료가 존재하기 때문에, 이 금속 이온 트랩층(21)의 발광층(9)과의 친화력이 높아져서, 이들 층간의 밀착성이 높아져 캐리어(전자)의 이송 효율이 향상된다.
또한, 본 실시 형태에서도, 금속 이온 트랩층(21)을 구성하는 금속 이온 트랩 재료로는, 상기의 공중합체에 한정되는 것은 아니고, 예를 들어, 크라운 에테르 유도체에 대해서는 그 크라운 에테르 부분으로서, 상기 화합물(3)로 나타낸 12-크라운-4 (12- crown-4-ether) 대신에, 상기 화합물(1)로 나타낸 15-크라운-5 (15-crown-5-ether)을 가진 것을 사용할 수도 있다. 이것도, 특히 전자 주입/수송층(22)으로서 NaF를 사용한 경우에, 불순물(가동 이온)로서의 Na 이온을 포획하는데 유리하게 된다.
또한, 본 실시 형태에서는 크라운 에테르 유도체와 발광층(9)을 구성하는 발광층 형성 재료의 공중합체로 이루어지는 금속 이온 트랩층을 발광층(9)과 전자 주입/수송층(22) 사이에 설치했지만, 도 1에 나타낸 제1 실시 형태와 같이, 이 금속 이온 트랩층을 정공 주입/수송층(8)과 발광층(9) 사이에 설치하여도 좋다.
또한, 이들 제 4, 제5 실시 형태에 대해서도, 상기 제1 , 제2 실시 형태와 마찬가지로, 금속 이온 트랩층(21)을 정공 주입/수송층(8)과 발광층(9) 사이, 및발광층(9)과 전자 주입/수송층(22) 사이의 양쪽에 각각 설치하여도 좋다.
또한, 특히 제4 실시 형태에서 사용한 금속 이온 트랩 재료로서의 크라운 에테르 유도체의 중합체를, 직접 기능층 형성 재료에 첨가하고, 이것을 사용하여 기능층, 특히 발광층을 형성하여도 좋다. 이와 같이 하면, 특히 발광층 형성 재료에 첨가하여 발광층을 형성한 경우, 캐리어 주입/수송층인 정공 주입/수송층이나 전자 주입/수송층, 또 투명 전극(3)이나 음극(4)으로부터 금속 이온이 확산하여 와도, 이것을 금속 이온 트랩 재료에 의해 포획하여 착체로 되어 수용함으로써, 이 금속 이온에 의해서 발광층(9)의 발광 특성이 저하하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 크라운 에테르 유도체의 중합체가 금속 이온을 포획했을 때, 크라운 에테르 이외의 중합 부위가 전자를 수용하기 쉬워져서, 따라서 전자 수송성이 향상된다. 따라서, 음극 측에서의 전자가 보다 발광층 내로 수용되기 때문에, 발광층(9)에서의 발광 효율이 향상된다.
또한, 특히 제5 실시 형태에서 사용한 금속 이온 트랩 재료로서의, 크라운 에테르 유도체와 발광층(9)을 구성하는 발광층 형성 재료(고분자계 발광 재료)의 공중합체를, 그대로 발광층(9)의 형성 재료로 하고, 이것을 사용하여 발광층(9)을 형성해도 좋다. 그 경우에, 이 공중합체를 적당한 용매에 용해 혹은 분산매에 분산시킴으로써 액상 재료로 하고, 이 액상 재료를 액적 토출법에 의해서 소정 위치에 배치함으로써, 발광층(9)을 형성하는 것이 바람직하다.
이와 같이 하여 얻어지는 유기 EL 장치에서는, 가동 이온(금속 이온)이 발광층(9)으로 확산하여 와도, 이것이 발광층(9)중의 크라운 에테르 유도체에 의해 포획되므로, 이 가동 이온에 의한 발광층(9)의 발광 특성의 저하를 방지할 수 있다. 또한, 크라운 에테르의 환구성을 미리 적당히 선택하여 둠으로써, 포획하는 금속에 대한 선택성을 발휘시킬 수 있다.
또한, 공중합체를 함유하는 액상 재료를 액적 토출법에 의해서 배치하도록 했으므로, 그 액상 재료를 소망 위치에 정밀도 좋게 배치할 수 있고, 따라서, 예를 들어 발광층(9)의 색에 대응하여 선택적으로 상기 액상 재료를 정밀도 좋게 배치할 수 있다.
또한, 상기 실시 형태에서는 본 발명을 보텀 에미션 타입의 유기 EL 장치에 적용한 경우에 대해서 설명했지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 기체와는 반대측으로부터 발광광을 출사하는, 소위 톱 에미션이라고 하는 타입에도 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. 이와 같이 함으로써, 신뢰성이 좋은 전자 기기를 실현할 수 있다.
본 발명에 의하면, 가동성의 금속 이온을 선택적으로 포획함으로써 발광 특성을 향상시킨 유기 EL 장치와 그 제조 방법을 제공할 수 있다.
Claims (24)
- 제1 전극과 제2 전극 사이에, 적어도 발광층을 가진 기능층을 구비한 유기 EL 장치에 있어서,상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 금속 이온 트랩층이 설치되고,상기 금속 이온 트랩층은 환상부를 갖고, 그 환상부가 적어도 두개의 탄소 원자에 결합하는 루이스 염기성 원소를 복수 가져서 구성되어 이루어지는 금속 이온 트랩 재료에 의해서 형성된 것인 것을 특징으로 하는 유기 EL 장치.
- 제1항에 있어서,상기 재료는 상기 루이스 염기성 원소간에, 적어도 두개의 탄소 원자가 개재되어 이루어지고, 이들 탄소 원자간의 단결합을 포함하여 이루어지는 구조인 것을 특징으로 하는 유기 EL 장치.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,상기의 루이스 염기성 원소가 산소 또는 질소인 것을 특징으로 하는 유기 EL 장치.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,상기 금속 이온 트랩 재료가 크라운 에테르인 것을 특징으로 하는 유기 EL장치.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,상기 금속 이온 트랩 재료가 크라운 에테르 유도체의 중합체인 것을 특징으로 하는 유기 EL 장치.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,상기 금속 이온 트랩 재료가 크라운 에테르 유도체와 상기 발광층을 구성하는 발광층 형성 재료의 공중합체인 것을 특징으로 하는 유기 EL 장치.
- 제1항에 있어서,상기 기능층이 상기 제1 전극과 발광층 사이에 정공 주입/수송층을 갖고, 상기 금속 이온 트랩층이 상기 정공 주입/수송층과 발광층 사이에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 유기 EL 장치.
- 제1항에 있어서,상기 금속 이온 트랩층이 상기 제2 전극과 발광층 사이에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 유기 EL 장치.
- 제1항에 있어서,상기 기능층이 상기 제2 전극과 발광층 사이에 전자 주입/수송층을 갖고, 상기 금속 이온 트랩층이 상기 전자 주입/수송층과 발광층 사이에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 유기 EL 장치.
- 제1 전극과 제2 전극 사이에, 발광층과 캐리어 주입/수송층을 가진 기능층을 구비한 유기 EL 장치에 있어서,상기 기능층의 적어도 일부가 그 기능층을 구성하는 기능성 재료에 금속 이온 트랩 재료가 첨가되어 형성되어 이루어지고,상기 금속 이온 트랩 재료는 환상부를 갖고, 그 환상부가 적어도 두개의 탄소 원자에 결합하는 루이스 염기성 원소를 복수 가져서 구성되어 이루어지는 것인 것을 특징으로 하는 유기 EL 장치.
- 제10항에 있어서,상기 재료는 상기 루이스 염기성 원소간에, 적어도 두개의 탄소 원자가 개재되어 이루어지고, 이들 탄소 원자간의 단결합을 포함하여 이루어지는 구조인 것을 특징으로 하는 유기 EL 장치.
- 제10항 또는 제11항에 있어서,상기의 루이스 염기성 원소가 산소 또는 질소인 것을 특징으로 하는 유기 EL 장치.
- 제10항 또는 제11항에 있어서,상기 금속 이온 트랩 재료가 크라운 에테르인 것을 특징으로 하는 유기 EL 장치.
- 제10항 또는 제11항에 있어서,상기 금속 이온 트랩 재료가 크라운 에테르 유도체의 중합체인 것을 특징으로 하는 유기 EL 장치.
- 제10항에 있어서,상기 금속 이온 트랩 재료가 첨가되어 형성된 기능층이 발광층인 것을 특징으로 하는 유기 EL 장치.
- 제10항에 있어서,상기 금속 이온 트랩 재료가 첨가되어 형성된 기능층이 캐리어 주입/수송층으로서의 정공 주입/수송층인 것을 특징으로 하는 유기 EL 장치.
- 제10항에 있어서,상기 금속 이온 트랩 재료가 첨가되어 형성된 기능층이 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 발광층이 크라운 에테르 유도체와 고분자계 발광 재료의 유도체의 공중합체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유기 EL 장치.
- 제1 전극과 제2 전극 사이에, 적어도 발광층을 가진 기능층을 구비한 유기 EL 장치의 제조 방법에 있어서,상기 제1 전극과 제2 전극 사이에, 환상부를 갖고, 그 환상부가 적어도 두개의 탄소 원자에 결합하는 루이스 염기성 원소를 복수 가져서 구성되어 이루어지는 금속 이온 트랩 재료를 배치하여 금속 이온 트랩층을 형성하는 것을 특징으로 하는 유기 EL 장치의 제조 방법.
- 제19항에 있어서,상기 금속 이온 트랩 재료를, 액적 토출법에 의해서 배치하여 금속 이온 트랩층을 형성하는 것을 특징으로 하는 유기 EL 장치의 제조 방법.
- 제1 전극과 제2 전극 사이에, 발광층과 캐리어 주입/수송층을 가진 기능층을 구비한 유기 EL 장치의 제조 방법에 있어서,환상부를 갖고, 그 환상부가 적어도 두개의 탄소 원자에 결합하는 루이스 염기성 원소를 복수 가져서 구성되어 이루어지는 금속 이온 트랩 재료를, 상기 기능층을 구성하는 기능성 재료에 첨가하여 상기 기능층의 적어도 일부를 형성하는 것을 특징으로 하는 유기 EL 장치의 제조 방법.
- 제21항에 있어서,상기 금속 이온 트랩 재료를 첨가한 기능성 재료를, 액적 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,크라운 에테르 유도체와 고분자계 발광 재료의 유도체의 공중합체를 함유하는 액상 재료를, 액적 토출법에 의해서 배치하여 상기 발광층을 형성하는 것을 특징으로 하는 유기 EL 장치의 제조 방법.
- 제1항 또는 제10항 기재의 유기 EL 장치를 구비한 전자 기기.
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| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20140530 Year of fee payment: 9 |
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| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20150518 Year of fee payment: 10 |
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