KR20050057041A

KR20050057041A - 유기ｅｌ소자

Info

Publication number: KR20050057041A
Application number: KR1020057003467A
Authority: KR
Inventors: 켄이치 나가야마; 사토시 미야구치; 마사히로 시라토리
Original assignee: 파이오니아 가부시키가이샤
Priority date: 2002-08-30
Filing date: 2003-08-13
Publication date: 2005-06-16
Also published as: AU2003255027A1; CN2653833Y; US20060033427A1; EP1549110A1; TW200404480A; WO2004021746A1; JP2004095388A; TWI226206B; EP1549110A4; CN1695403A; KR100714428B1

Abstract

유기EL소자에 있어서, 절연파괴에 의해 양극 및 음극이 쇼트되어 버리는 것을 방지하기 위해, 양극과 음극 사이에 협지되어 광을 방출하는 유기EL층 중에, 온도 상승에 따라 고저항화되는 리크 방지층을 구비하고 있다.

Description

유기ＥＬ소자{ORGANIC EL ELEMENT}

본 발명은, 유기 일렉트로루미네선스 소자에 관한 것이다.

광발광형 박막소자의 하나로서, 유기 기능층을 양극과 음극으로 협지한 구조를 갖는 유기EL(Electroluminescence)소자가 알려져 있다.

도1은, 종래의 유기EL소자(100)의 일례를 나타내는 단면도이다. 유기EL소자(100)는, 기판(110)과, 기판(110)상에 형성된 양극(120)과, 양극(120)상에 적층된 복수의 층으로 구성되는 유기 기능층(140)과, 유기 기능층(140)상에 형성된 음극(130)을 구비하고 있다.

유기 기능층(140)은, 적어도 발광층을 갖는 유기물 층이다. 도1에 있어서, 유기 기능층(140)은, 정공 주입층(141), 정공 수송층(142), 발광층(143), 및 전자주입층(144)을 갖고 있으며, 각 층은 양극(120)상에 순서대로 적층되어 있다.

양극(120)과 음극(130)의 사이에 전압을 인가하면, 양극(120) 또는 정공 주입층(141)으로부터 정공 수송층(142)을 통해 홀이, 또한 동시에, 음극(130) 또는 전자주입층(144)으로부터 전자가, 각각 발광층(143)에 주입된다. 발광층(143) 내에서, 홀과 전자는 재결합하여, 여기자를 형성한다. 여기자는, 매우 짧은 시간 사이에, 하위 에너지 준위로 떨어지는 동시에, 그 일부는 하위 에너지 준위와 여기 상태의 차이 에너지를 광으로서 방출한다. 이 발광층(143) 내에서 방출된 광은, 기판(110)측 또는 음극(130)측으로 출사된다. 이로써, 유기EL소자(100)는, 발광소자로서 기능한다.

그러나, 종래의 유기EL소자의 일부에 핀홀이나 부분적으로 막두께가 얇은 등의 결함 개소가 있는 경우, 타 부분에 비해 결함 개소의 저항이 작아지고, 결함 개소에 전류(전자 또는 홀)가 집중된다. 이 전류의 집중에 의한 줄열의 증대 및 전계 강도의 증가는, 결함 개소를 절연파괴하고, 최종적으로 양극과 음극 사이가 쇼트되어 버리는 문제가 있다.

도2a 및 2b는, 이 결함에 의한 절연파괴를 설명하는 도면이다. 이 유기EL소자(200)는, 기판(210)상에 양극(220)을 형성하고, 유기 기능층(230), 유기 기능층(240)을 성막한 후, 음극(250)을 형성함으로써 제조되어 있다. 도2a의 유기EL소자(200)에서는, 성막 과정에 있어서 유기 기능층(240) 내에 결함인 핀홀(245)이 형성되어 있고, 핀홀(245) 내에는, 음극(250)으로 매립되어 있다.

이와 같은 결함을 갖는 유기EL소자(200)에 전압을 인가하면, 핀홀(245)의 바로 아래에 위치하는 유기 기능층(230) 중의 일부분(235)에 전류가 집중되고, 큰 전계가 발생한다. 이 상태가 계속되면, 도2b에 나타낸 바와 같이, 유기 기능층(220) 중의 일부분(235)에 절연파괴가 발생하고, 양극(220) 및 음극(250)이 쇼트되어, 유기EL소자(200)가 발광소자로서 기능하지 못하게 된다. 디스플레이 패널 등에, 이와 같은 결함을 갖는 유기EL소자를 사용하면, 디스플레이 패널의 표시 품질이 현저하게 나빠지고, 제품으로서의 가치가 저하되어 버린다.

상기 결함은, 특히 유기 기능층을 증착법으로 성막한 경우에 발생하기 쉽다. 일반적으로, 증착법은, 스텝 커버리지(단차의 피막성)가 나쁘기 때문에, 기판의 스크래치나, 기판상의 이물질에 의해 용이하게 막의 결함이 생기기 쉽다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제로서는, 상기한 바와 같이, 절연파괴에 의해 양극 및 음극이 쇼트되어 버리는 문제를 일례로 들 수 있다.

도1은, 유기EL소자의 일례를 나타내는 도면이다.

도2a 및 도2b는, 유기EL소자의 문제점을 나타내는 도면이다.

도3은, 본 발명에 따른 유기EL소자의 실시예를 나타내는 도면이다.

도4a 및 도4b는, 리크 방지층의 작용을 설명하기 위한 개략도이다.

도5a 및 도5b는, 리크 방지층의 저항치의 온도변화를 나타내는 도면이다.

도6a 및 도6b는, 증착법으로 형성된 리크 방지층의 스텝 커버리지를 개선하기 위한 후처리를 나타내는 도면이다.

도7은, 본 발명에 따른 유기EL소자의 실시예의 일 변형례를 나타내는 도면이다.

도8은, 본 발명에 따른 유기EL소자의 실시예의 타 변형례를 나타내는 도면이다.

도9는, 폴리아닐린 막에 있어서의 가열 온도와 비저항의 관계를 나타내는 그래프이다.

도10은, 유기EL소자의 역전압 특성을 나타내는 도면이다.

본 발명의 1 특징에 따른 유기EL소자는, 양극과, 음극과, 상기 양극과 상기 음극 사이에 협지된, 광을 방출하는 유기EL층 구비하고, 온도 상승에 따라 고저항화되는 리크 방지층을 적어도 갖는 유기EL소자이다.

이하, 본 발명에 따른 유기EL소자의 실시예에 대해 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 유기EL소자는, 양극과 음극 사이에 협지된, 광을 방출하는 유기EL층을 구비하고 있다. 이 유기EL층은, 온도 상승에 따라 고저항화되는 리크 방지층을 적어도 갖고 있다. 이하, 첨부 도면을 참조하여, 본 실시예의 유기EL소자에 대해, 상세히 설명한다.

도3은, 본 발명의 실시예로서의 유기EL소자(10)를 나타내는 단면도이다. 유기EL소자(10)는, 기판(11)과, 기판(11)상에 형성된 양극(12)과, 양극(12)상에 적층된 복수의 층으로 구성되는 유기 기능층(14)과, 유기 기능층(14)상에 형성된 음극(13)을 구비하고 있다.

유기 기능층(14)은, 양극(13)측으로부터 순차적으로 적층된 정공 주입부(15), 정공 수송층(16), 발광층(17), 및 전자 주입층(18)을 갖고 있다. 정공 주입층(15)은, 전압의 인가에 의해, 정공 수송층(16)을 통해 홀을 발광층(17)에 주입한다. 전자 주입층(18)은, 전압의 인가에 의해, 전자를 발광층(17)에 주입한다. 발광층(17) 내에서, 홀과 전자는 재결합하여, 여기자를 형성한다. 여기자는 매우 짧은 시간 사이에, 하위 에너지 준위로 떨어지는 동시에, 그 일부는 하위 에너지 준위와 여기 상태의 차이 에너지를 광으로서 방출한다. 이 발광층(17) 내에서 방출된 광은, 기판(11)측 또는 음극(13)측에 의해 출사된다. 이로써, 유기EL소자(10)는, 발광소자로서 기능한다.

정공 주입층(15)은, 통상의 사용 온도 영역에서는, 정공 수송층(16)을 통해 홀을 발광층(17)에 주입하는 정공 주입층으로서 기능한다. 한편, 정공 주입층(15)은, 통상의 사용 온도보다 높은 온도 영역에서는, 과전류를 억제하는 리크 방지층으로서 기능한다. 정공 수송층(15)은, 적어도 제품의 최고 사용온도(최고 동작 온도 또는 최고 보존 온도)를 넘는 고온 영역에서 비저항이 상승하여, 고저항화되는 재료로 구성되어 있다. 따라서, 정공 주입층(15)은, 결함에 기인하는 전류 집중에 의한 줄열의 발생에 의해 고저항화된다. 이로써, 전류가 억제되어, 절연파괴 등의 소자의 손상을 방지한다.

도4a 및 도4b는, 리크 방지층의 작용을 설명하기 위한 개략도이다. 여기서는, 설명의 간략화를 위해, 유기 기능층은, 리크 방지층과 그 외의 층의 2층만으로 구성되어 있는 것으로 하여 설명한다.

도4a에 있어서, 유기EL소자(20)는, 기판(21)상에 양극(22)을 형성하고, 리크 방지층(23), 유기 기능층(24)을 성막한 후, 음극(25)을 형성함으로써 제조되어 있다. 여기서, 리크 방지층(23)은, 적어도 제품의 최고 사용 온도(최고 동작 온도 또는 최고 보존 온도)를 넘는 고온 영역에서 비저항이 상승하여, 고저항화되는 재료로 구성되어 있다. 또한, 이 유기EL소자(20)에서는, 성막 과정에 있어서 유기 기능층(24) 내에 형성된 결함인 핀홀(24a)이 존재해 있고, 핀홀(24a) 내부는, 음극(25)으로 매립되어 있다.

이와 같은 결함을 갖는 유기EL소자(20)에 전압을 인가하면, 핀홀(24a)의 바로 아래에 위치하는 리크 방지층(23) 중의 일부분(23a)에 전류가 집중되고, 큰 전계가 발생한다. 이 전류 집중은 큰 줄열을 발생시켜, 리크 방지층(23)의 온도를 최고 사용 온도 이상으로 상승시킨다. 이 온도 상승은, 도4b에 나타낸 바와 같이, 리크 방지층(23)의 비저항을 상승시켜, 리크 방지층(23)을 고저항화한다. 따라서, 리크 방지층(23)을 흐르는 전류는 감소하여, 리크 방지층의 발열 및 전계는 완화된다(열수선). 이와 같이, 유기 기능층의 한 층에, 리크 방지층으로서 기능하는 층을 제공함으로써, 유기 기능층 중의 어느 1 개소로의 전류의 집중을 방지하여, 유기EL소자(20)의 파괴가 방지된다.

도3에서는, 정공 주입층(15)을 리크 방지층으로 하여 구성했지만, 리크 방지층은, 유기 기능층의 임의의 위치에 제공하는 것이 가능하다. 상기한 대로, 리크 방지층은, 전류 집중을 방지할 뿐만 아니라, 통상의 동작시에는 캐리어(전자 또는 홀)의 주입, 수송 등, 유기EL소자의 일부로서 기능한다. 따라서, 유기EL소자 전체의 소자 효율을 높이기 위해서는, 배치된 장소에 따라 이온화 포텐셜, 캐리어 이동도 등이 적절하게 설정되어 있을 필요가 있다. 예를 들면, 발광층보다도 음극에 가까운 측에 제공된 리크 방지층은, 높은 전자 수송성을 가질 필요가 있고, 발광층보다도 음극에 가까운 측에 제공된 리크 방지층은, 높은 정공 수송성을 가질 필요가 있다.

리크 방지층 이외의 층을 저분자 재료로 제조하고, 또한, 리크 방지층을 스핀 코팅법이나 인쇄법 등의 습식 성막법, 또는, 스퍼터링법 등 기판에 대한 데미지가 큰 성막법으로 제조하는 경우에는, 제일 먼저 리크 방지층을 성막하는 것이 바람직하다. 일반적으로, 저분자의 유기재료는, 내용제성 또는 내열성이 낮다. 따라서, 저분자의 유기재료를 소재로 하여 구성되는 리크 방지층 이외의 유기 기능층을 성막하고, 그 후, 상기 방법 등으로 리크 방지층을 성막하면, 리크 방지층 이외의 유기 기능층에 데미지를 입힐 가능성이 있다.

보다 구체적으로는, 기판상에 양극을 배치한 유기EL소자의 경우에는, 정공 수송성의 리크 방지층을 양극의 바로 위에 성막배치하는 것이 바람직하다. 또한, 기판상에 음극을 배치한 유기EL소자의 경우에는, 전자 수송성의 리크 방지층을 음극의 바로 위에 성막배치하는 것이 바람직하다.

리크 방지층은, 120℃ 이상의 온도에서 고저항화하는 것이 바람직하다. 통상의 유기EL의 사용 온도 범위는 100℃정도까지이기 때문에, 이보다 높은 온도에서 고저항화함으로써, 전류 집중에 의한 소자의 파손을 억제할 수 있다.

또한, 리크 방지층은, 200℃ 이상의 온도에서 고저항화되는 것이 더 바람직하다. 유기EL소자의 사용 온도 범위가 100℃정도까지여도, 유기EL소자 내를 흐르는 전류에 의해 발생하는 줄열, 구동회로 등의 유기EL소자 이외의 개소로부터의 발열에 의해, 사용 중인 유기EL소자는, 120~200℃로 된다. 따라서, 정상동작시의 유기EL소자의 구동을 방해하지 않기 위해서라도, 200℃ 이하에서 고저항화되지 않는 것이 좋다.

또한, 리크 방지층은, 400℃ 이하의 온도에서 고저항화되는 것이 바람직하고, 300℃이하의 온도에서 고저항화되는 것이 더 바람직하다. 종래의 유기EL소자에서 양극-음극 사이가 쇼트된 부분을 관찰하면, 음극에 사용되어 있는 Al이 용해된 모양이 관찰되기 때문에, 결함 부분은 국소적, 일반적으로는 Al의 융점(약 660℃) 이상까지 온도가 상승하고 있는 것으로 생각된다. 일반적으로, 500℃를 넘는 온도 영역에서는, 리크 방지층 자체가 소모되어, 급격하게 중량이 감소되어버리기 때문에, 쇼트를 방지하는 능력을 잃어버리게 된다. 따라서, 리크 방지층의 고저항화가 쇼트 방지에 도움이 되지 않는 고온 하에서 발생하는 것은, 바람직하지 않다. 일반적으로는, 300~400℃정도의 온도 영역에서 발생하면 효과적이다.

이상을 정리하면, 리크 방지층은, 120~400℃의 온도에서 고저항화되는 것이 바람직하고, 또한, 200~300℃의 온도에서 고저항화되는 것이 더 바람직하다.

도5a 및 5b는, 리크 방지층의 저항치의 온도 변화를 나타내는 도면이다. 여기서, 리크 방지층은, 고저항화 온도 근방에서, 저항치의 변화율이 급격한 것이 바람직하다. 도5a와 같이 고저항화 온도 근방(고저항화 영역)에서의 변화가 완만하면, 결함부에 있어서의 전류의 완화가 서서히 진행되고, 줄열에 의한 영향이 결함부 주변에 넓게 확장된다. 결함부에 있어서, 리크 방지층은, 퓨즈와 같이 작용하는 것이 이상적이고, 리크 방지층의 고저항화는, 도5b와 같이, 고저항화 온도 근방에서 급격하게 저항치가 변화되는 것이 바람직하다.

여기서, 리크 방지층이 고저항화된다는 것은, 리크 방지층의 저항치가, 전류 집중에 의한 줄열에 의해, 전극 간의 쇼트를 일으키지 않을 정도까지, 대폭으로 상승하는 것을 의미한다. 결함부가 전류 집중에 의해 고온으로 된 경우, 전류 집중을 완화하기 위해서는, 리크 방지층 단층의 저항은, 적어도, 정상적인 부분의 유기기능층 전체의 저항과 동등 이상으로 될 필요가 있다. 즉, 정상시에 있어서의 양극·음극간 저항과 동등 이상으로 될 필요가 있다. 즉,

(고저항화시의 리크 방지층의 저항치)≥(통상의 온도에서의 유기 기능층의 저항치)가 만족되어야 한다.

리크 방지층이, 통상 온도시로부터 고저항화시에 이르는 과정에서 어느 정도의 저항치가 변화되면 좋은지는, 소자 구조에 의존하기 때문에 일률적으로는 말할 수 없지만, 일반적으로는, 저항치가 한 자리 이상 상승하는, 또는, 고정항화시에 절연체화되는(비저항이 10¹¹Ωcm이상으로 된다) 것이 바람직하다.

리크 방지층은, 타 유기 기능층을 구성하는 층에 비의도적으로 형성된 결함부에 기인하는 유기EL소자의 파괴를 방지하는 것이다. 따라서, 리크 방지층은, 리크 방지층 자체에 결함이 존재하지 않는 것이 좋다. 그러나, 기판상의 스크래치나 이물질 등에 의한 요철 부분이 있으면, 유기 기능층을 구성하는 각 층에서 공통의 결함으로 되기 쉽게 때문에, 리크 방지층 자체에도 결함이 생길 가능성이 있다. 리크 방지층 자체에 결함이 다수 생겨 있는 경우에는, 줄열에 의해 고저항화 되어도 쇼트를 방지할 수 없게 되어 버린다.

이들을 고려하여, 리크 방지층은, 타 유기 기능층에 비해 동등 이상으로 스텝 커버리지가 양호하고, 또한, 핀홀이 적은 것이 바람직하다. 스텝 커버리지가 양호하고, 핀홀이 적은 막을 형성하기 위해서는, 리크 방지층을 스핀 코팅법이나 인쇄법 등의 습식 성막법이나, CVD법 등의 랩어라운드가 양호한 기상 성막법으로 성막하는 것이 바람직하다.

또한, 증착법 등, 방향성이 강하고, 스텝 커버리지가 나쁜 성막법으로 제조한 경우에는, 후처리에 의해, 스텝 커버리지가 양호한 막으로 하는 것이 바람직하다.

여기서, 스핀 코팅법은, 유동성의 재료를 회전시킨 적층면에 적하하여 원심력에 의해 적층면에 균일하게 도포하는 방법을 가리킨다. 또한, 인쇄법은, 플렉소 인쇄 등의 방법을 말한다.

또한, CVD(화학 증착)법은, 반응계 분자의 기체, 또는 이것과 불활성의 운반체의 혼합 기체를 가열한 기판상에 흐르고, 가수분해, 자기분해, 광분해, 산화환원, 치환 등의 반응에 의한 생성물을 기판상에 퇴적시키는 방법을 말한다.

또한, 증착법은, 금속 또는 비금속의 작은 조각을 고진공 중에서 가열 증발시켜, 유리, 수정판, 벽개된 결정 등의 하지 표면에 박막으로서 의착시키는 방법을 말한다.

도6a 및 6b는, 증착법 등으로 형성된 리크 방지층의 스텝 커버리지를 개선하기 위한 후처리 방법의 일례를 나타내는 도면이다. 도6a에 나타낸 바와 같이, 증착법 등의 스텝 커버리지가 나쁜 성막법을 사용하면, 돌출부의 상면이다 함몰부의 저면에는, 리크 방지층이 성막되지만, 돌출 및 함몰의 측면에는, 리크 방지층이 성막되기 어렵다. 이 때문에, 리크 방지층의 하면층이 노출되어 버리고, 하면이 리크 방지층으로 완전하게 피복되기 어렵다.

이러한 불비를 보충하기 위해, 후처리로서, 리크 방지층 구성 재료의 유리 전이점 또는 융점 부근의 온도에서 가열한다. 이러한 가열로써, 리크 방지층이 용융이동하고, 노출된 하면층을 피복한다. 이로써, 리크 방지층의 표면을 매끄럽게 하고, 핀홀 등을 제거하여, 스텝 커버리지를 개선하는 것이 가능해진다.

여기서, 리크 방지층이 두꺼운 경우에는, 핀홀이 적어지고, 또한, 스텝 커버리지가 양호하게 되기 때문에 결함이 적은 막으로 하는 것이 가능하다. 또한, 리크 방지층의 막두께 방향의 저항은, 리크 방지층의 비저항과 막두께의 곱에 비례하기 때문에, 리크 방지층이 두꺼운 경우에는, 결함 부분에서 고온에 의한 고저항화의 효과가 보다 크게 되어 바람직하다.

단, 리크 방지층이 두꺼워지고 막두께 방향의 저항이 커지면, 정상적인 부분에서 소자의 구동 전압이 상승해버린다. 또한, 리크 방지층을 인접하는 화소에서 공통으로 베타상으로 형성할 경우, 리크 방지층의 막두께가 너무 두꺼워지면, 리크 방지층의 기판에 수평 방향의 저항(시트 저항)이 작아지고, 인접하는 화소가 전기적으로 단축되어버릴 가능성이 있다. 리크 방지층의 시트 저항은, (비저항/막두께)에 비례한다.

또한, 리크 방지층이 얇은 경우에는, 리크 방지층의 막두께 방향의 저항이 작아지고, 정상인 부분에서 소자의 구동 전압이 낮아진다. 단, 리크 방지층이 얇은 경우에는, 핀홀이 많아지고, 또한, 스텝 커버리지가 악화되기 때문에 결함이 많은 막으로 되어 버린다. 또한, 리크 방지층의 막두께 방향의 저항이 작아지기 때문에, 결함 부분에서 고온에 의한 고저항화의 효과가 작아질 가능성이 있다.

이상을 고려하면, 리크 방지층의 두께의 하한은, 고온에서 고저항화된 후의 리크 방지층의 막두께 방향의 저항이, 정상부(리크 방지층 이외)의 유기 기능층의 막두께 방향의 저항보다 크게 되도록 설정되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 막에 결함이 생기지 않을 정도의 두께인 것이 바람직하다. 이 조건을 만족하는 범위로서, 리크 방지층의 막두께는, 예컨대 100Å정도인 것이 바람직하다.

또한, 리크 방지층을 인접하는 화소에서 공통으로 베타상으로 형성할 경우, 인접하는 화소가 단락되어, 크로스토크가 발생하지 않는 것이 바람직하다. 이 조건을 만족하는 범위로서는, 인접하는 화소간의 갭의 크기에도 의존하지만, 구체적으로는, 리크 방지층의 시트 저항은, 1(MΩ·cm)이상, 더 바람직하게는 10(MΩ·cm)이상이다.

상기와 같은 조건을 만족하는 리크 방지층용 재료로서는, 산을 도핑함으로써 도전성을 높인 고분자 재료를 사용하는 것이 가능하다. 구체적으로는, 폴리아닐린, 폴리피롤, 폴리티오펜, 폴리퓨란 등의 도전성 고분자를 사용할 수 있다. 이들 고분자에는, 도전성을 높이기 위해 산이 도핑되어 있다. 이들 고분자를, 고온으로 하면, 도핑되어 있던 산이 탈도핑되고, 저항치가 증대되기 때문에 도전성이 저하된다. 이들 재료는, 일반적으로 스핀 코팅법이나 인쇄법에 의해 막을 형성하는 것이 가능하다.

이들 고분자에 도핑되는 산으로서는, 염산, 황산, 질산 등의 무기산, 또는 초산, 포름산, 옥살산을 사용하는 것이 가능하다.

또한, 열분해됨으로써 고저항화되는 유기 반도체를 리크 방지층의 재료로서 사용하는 것이 가능하다. 구체적으로는, TCNQ(7 ·7 ·8 ·8 테트라시아노퀴노메탄) 착물 등의 유기 반도체를 사용하는 것이 가능하다. 이러한 종류의 유기 반도체는, 고온으로 하면, 열분해되어 고저항화된다. 이들 재료는, 증착법에 의해 막을 형성하는 것이 가능하다. 증착으로 막을 형성한 후, 상술한 바와 같이, 가열 처리를 행함으로써, 핀홀 등의 결함이 감소되고, 스텝 커버리지를 향상시키는 것이 가능해진다.

(변형례)

이하에, 본 발명에 따른 유기EL소자의 실시예의 변형례를 나타낸다.

상기한 실시예에서는, 기판상에 양극을 형성하는 구조에 대해 나타냈지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고, 기판상에 음극을 형성하는 구조에 대해서도 적용가능하다. 도7에 예를 나타낸다.

도7의 유기EL소자는, 기판(31)상에 음극(32)을 형성하고, 그 위에 순차적으로 적층된 전자 주입층(35), 발광층(36), 정공 수송층(37) 및 정공 주입층(38)을 갖는 유기 기능층(34)을 형성하고, 전공 주입층(38)상에 양극(33)을 형성하고 있다.

도7의 유기EL소자는 전자 주입층(35)이, 통상의 사용 온도 영역에서 전자를 발광층(36)에 주입하는 전자 주입층으로서 기능하고, 또한, 과전류를 억제하는 리크 방지층으로서 기능한다. 전자 주입층(35)은, 적어도 제품의 최고 사용 온도(최고 동작 온도 또는 최고 보존 온도)를 넘는 고온 영역에서 비저항이 상승하여, 고저항화되는 재료로 구성되어 있다. 따라서, 전자 주입층(35)은, 결함에 기인하는 전류 집중에 의한 줄열의 발생에 의해 고저항화된다. 이로써, 전류가 억제되어, 절연 파괴등의 소자의 손상을 방지한다.

또한, 도8은, 본 발명에 따른 유기EL소자의 실시예의 타 변형례를 나타내는 도면이다. 도8의 유기EL소자는, 기판(41)상에 음극(42)을 형성하고, 그 위에 순차적으로 적층된 전자 주입층(45), 발광층(46), 정공 수송층(47) 및 정공 주입층(48)을 갖는 유기 기능층(44)을 형성하고, 정공 주입층(48)상에 양극(43)을 형성하고 있다.

도8의 유기EL소자는, 전자 주입층(45)이, 통상의 사용 온도 영역에서 전자를 발광층(46)에 주입하는 전자 주입층으로서 기능하고, 또한, 과전류를 억제하는 리크 방지층으로서 기능한다. 또한, 정공 주입층(48)이 통상의 사용 온도 영역에서 전자를 발광층(46)에 주입하는 정공 주입층으로서 기능하고, 또한, 과전류를 억제하는 리크 방지층으로서 기능한다. 전자 주입층(45) 및 정공 주입층(48)은, 적어도 제품의 최고 사용 온도(최고 동작 온도 또는 최고 보존 온도)를 넘는 고온 영역에서 비저항이 상승하여, 고저항화되는 재료로 구성되어 있다. 따라서, 전자 주입층(45) 및 정공 주입층(48)은, 결함에 기인하는 전류 집중에 의한 줄열의 발생에 의해 고저항화된다. 이로써, 전류가 억제되어, 절연 파괴 등의 소자의 손상을 방지한다. 이와 같이, 유기 기능층 중에 2개 이상이 리크 방지층을 제공하도록 해도 된다.

이하에, 본 발명이 실시예의 제조 방법에 대해 설명한다. 단, 본 발명은, 이하의 예로써 한정되는 것은 아니다.

(예1)

예1에서는, 이하와 같은 수순에 기초하여 유기소자를 제조했다.

(1)양극의 형성

유리기판상에 ITO를 1500Å 스퍼터링법에 의해 성막했다. 다음, 포토레지스트 AZ6112(도쿄 오카 고쿄 주식회사 제조)를 ITO막상에 패턴형성했다. 이 기판을 염화 제2철 수용액과 염산의 혼합액 중에 침적하고, 레지스트에 피복되지 않은 부분의 ITO를 에칭했다. 그 후, 유리기판을 아세톤 중에 침적시켜 레지스트를 제거하고, 소정의 ITO 전극 패턴을 얻었다.

(2)리크 방지층의 형성

(1)의 유리기판에, 유기 용매에 용해하고 산을 도핑한 폴리아닐린 유도체의 도포액을 스핀코팅했다. 기판의 표시 부분 이외의 단자 부분에 부착한 도포액을 닦아 제거한 후, 기판을 핫플레이트에서 가열하여 용매를 증발시켜, 450Å의 폴리아닐린막(리크 방지층)을 얻었다.

(3)타 유기 기능층 및 음극의 형성

(2)의 유리기판상에, 리크 방지층 이외의 유기 기능층으로서 NPABP를 250Å, Alq3를 600Å 증착법에 의해 형성했다. 또한 음극으로서, Al-Li 합금을 1000Å 증착법에 의해 형성하여, 유기EL소자를 완성시켰다. 양극과 음극의 교차부에 의해 확정되는 유기EL소자의 크기는 2mm×2mm였다.

(비교예 1)

비교예 1로서, 실시예 1의 (2)를 행하지 않고(즉, 리크 방지층의 형성을 행하지 않고), (3)에서 NPABP의 막두께를 700Å로 한 것 이외에는, 실시예 1과 모두 동일하게 하여 유기EL소자를 완성했다. 실시예 1의 유기EL소자와 비교예 1의 유기EL소자는, 전체 막두께가 동일했다.

(폴리아릴린 유도체막의 비저항)

유리기판상에 실시예 1의 (2)와 모두 동일하게 하여 폴리아닐린막을 형성하고, 샘플을 형성했다. 이 샘플을 핫플레이트에서 5분간, 여러 온도에서 가열했다. 가열한 샘플에 대해, 시트 저항을 2단자법으로, 막두께를 Dektak stylus profilometer로 각각 측정하고, 각 측정 결과로부터 비저항을 구했다.

도9는, 상기 폴리아닐린막에 있어서의 가열 온도와 비저항의 관계를 나타내는 그래프이다. 폴리아닐린 유도체막은, 250~300℃에 걸쳐, 저항치가 100배 정도 상승했다. 이는 도핑된 산이 열에 의해 탈도핑되고, 급격하게 고저항화된 것으로 생각된다. 이 폴리아닐린막은, 250~300℃의 온도 영역에서 급준 또는 대폭으로 고저항화가 발생하여, 리크 방지층으로서 바람직하다는 것을 알 수 있었다.

(소자의 역특성)

예1 및 비교예에서 제조된 소자에, 각각 역전압(양극에 마이너스, 음극에 플러스)을 인가하고, 소자 내를 흐르는 전류를 측정했다. 측정은, 각각의 샘플에 대해 2회씩 행했다. 도10은 측정결과를 나타낸다.

예1의 소자는, 1회째 측정의 3V와 5V 부근에서 양극과 음극의 쇼트가 원인으로 생각되는 전류의 증대를 보이지만, 즉시 정상의 전류치로 되돌아오고 있다. 이는, 일시적으로 결함 부분에 전류가 대량 흘렀지만, 리크 방지층의 효과로 전류 집중이 완화된 것으로 생각된다. 2회째의 측정에서는, 전류의 증대는 보이지 않고, 전류치가 작고 매끄러운 특성이 얻어졌다. 이는, 1회째에 전압을 인가한 때 나타난 결함 부분이 리크 방지층에 의해 수선된 것으로 생각된다.

한편, 비교예 1의 소자는, 1회째 및 2회째 모두 양극과 음극의 쇼트가 원인으로 여겨지는 전류의 증대가 있고, 또한, 결함이 수선된 형태도 보여지지 않았다. 이상에 의해, 리크 방지층을 제공함으로써, 전류 집중에 의한 소자의 파괴가 방지되는 것을 알 수 있었다.

(예2)

이하의 수순으로, 유기EL 표시패널을 제조했다.

(1)양극의 형성

유리기판상에 ITO를 1500Å 스퍼터링법에 의해 성막했다. 다음, 포토 레지스터 AZ6112(도쿄 오카 고쿄 주식회사 제조)를 ITO막상에 패턴형성했다. 이 기판을 염화 제2철 수용액과 염산의 혼합액 중에 침적하고, 레지스트에 피복되지 않은 부분의 ITO를 에칭했다. 그 후, 유리기판을 아세톤 중에 침적시켜 레지스트를 제거하고, 256개의 라인으로 이루어지는 스트라이프상 전극 패턴을 얻었다.

(2)리크 방지층의 형성

(3)타 유기 기능층 및 음극의 형성

(2)의 유리기판상에, 리크 방지층 이외의 유기 기능층으로서 NPABP를 250Å, Alq3를 600Å 증착법에 의해 형성했다. 또한 음극으로서, 64개의 스트라이프 패턴으로 이루어지는 마스크를 사용하고, Al-Li 합금을 1000Å 증착법에 의해 형성했다. 양극과 음극의 교차부에 의해 확정되는 1도트의 크기는 0.3mm×0.3mm, 도트 수는 256×64도트였다.

(4)봉지

건조 질소 분위기 하에 있어서, (3)의 기판에, 함몰 부분에 건조제를 고정한 봉지판을 접착제로 라미네이팅하여, 패시브 구동 유기EL 패널을 제조했다.

(비교예 2)

비교예2로서, 예2의 (2)를 행하지 않고(즉, 리크 방지층의 형성을 행하지 않고), (3)에서 NPABP의 막두께를 700Å으로 한 것 외에는, 예1과 모두 동일하게 하여 256×64 도트의 유기EL 패널을 완성시켰다. 예1의 유기EL과 비교예 1의 유기EL소자는, 전체 막두께가 동일했다.

(고속연속 구동시험)

예2 및 비교예2에서 제조한 패널을 소정의 구동회로에 접속하고, 85℃의 분위기 하에서 500시간 연속 점등한 후, 음극과 양극이 쇼트되어 불량으로 되었다. 도트 수를 조사했다. 이하에 결과를 나타낸다.

·예2의 패널: 불량 도트수 0도트

·비교예2의 패널: 불량 도트수 16도트

따라서, 리크 방지층을 갖는 실시예2의 패널은, 리크 방지층을 갖지 않는 비교예2의 패널보다도, 쇼트에 의한 불량이 적다는 것을 확인했다.

이상, 본 발명에 관한 실시예의 유기EL소자는, 양극과, 음극과, 상기 양극과 상기 음극 사이에 협지된, 광을 방출하는 유기EL소자층을 구비하고, 상기 유기EL층은, 온도 상승에 따라 고저항화되는 리크 방지층을 적어도 갖는다. 따라서, 유기 기능층 중의 결함에 의해 발생되는 과전류가 생겨도, 리크 방지층은, 과전류에 의한 발열에 의해 고저항화되어, 전류를 억제하기 때문에, 유기EL소자의 결함에 기인하는 소자의 파괴를 미연에 방지할 수 있게 된다.

또한, 리크 방지층은, 스텝 커버리지를 타 층과 동등 이상으로 되도록 성막했기 때문에, 유기 기능층의 결함부를 리크 방지층이 커버할 수 있어, 본 발명의 효과를 더 높일 수 있게 된다.

Claims

양극, 음극, 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 협지되어 광을 방출하는 유기EL층을 구비하고,

상기 유기EL층은, 온도 상승에 따라 고저항화되는 리크 방지층을 적어도 갖는 유기EL소자.
제1항에 있어서,

상기 리크 방지층은, 정공 수송성을 갖고, 홀을 상기 양극측으로부터 상기 음극층에 수송하는, 유기EL소자.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 리크 방지층은, 전자 수송성을 갖고, 전자를 상기 음극측으로부터 상기 양극측에 수송하는, 유기EL소자.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 리크 방지층은, 상기 양극에 접하도록 배치된 유기EL소자.
제1항 또는 제3항에 있어서,

상기 리크 방지층은, 상기 음극에 접하도록 배치된 유기EL소자.
제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서,

상기 리크 방지층은, 120℃ 이상의 온도에서 고저항화되는 유기EL소자.
제6항에 있어서,

상기 리크 방지층은, 120~400℃의 온도에서 고저항화되는 유기EL소자.
제7항에 있어서,

상기 리크 방지층은, 200~300℃의 온도에서 고저항화되는 유기EL소자.
제1항 내지 제8항 중 어느 하나의 항에 있어서,

상기 리크 방지층은, 고저항화시에 비저항이, 고저항화 전의 저항치의 10배 이상 크게 되는 유기EL소자.
제1항 내지 제8항 중 어느 하나의 항에 있어서,

상기 리크 방지층은, 고저항화시에 비저항이, 10¹¹Ωcm 이상으로 되는 유기EL소자.
제1항 내지 제10항 중 어느 하나의 항에 있어서,

상기 리크 방지층은, 산이 도핑된 도전성 고분자를 소재로 하고 있는 유기EL소자.
제1항 내지 제11항 중 어느 하나의 항에 있어서,

상기 리크 방지층은, 습식 성막법 또는 기상 성막법에 의해 형성된 유기EL소자.