KR20060035741A - 발광소자 및 발광장치 - Google Patents

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KR20060035741A
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가부시키가이샤 이디알 스타
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Abstract

표시장치나 조명장치에 사용되는 유기 EL 발광소자의 발광막을 구성하는 전자수송층 또는 전자주입층으로서 종래 사용되고 있던 알칼리금속을 도프한 유기재료는, 알칼리금속이, 반응성이 높고 수산화물로 되기 쉬우며, 엄밀한 프로세스 관리가 필요하며, 발광소자 또는 발광장치의 밀봉을 완전한 것으로 해야 하며, 또 발광소자의 수명이 충분히 길어지지 않는다는 문제가 있었다. 유기 EL 발광소자의 발광막을 구성하는 전자수송층 또는 전자주입층으로서, 알칼리금속 내포 플러렌 또는 알칼리금속 내포 플러렌을 도프한 유기재료를 사용하는 것으로 하였다. 알칼리금속 내포 플러렌 또는 알칼리금속 내포 플러렌을 도프한 유기재료는 대기 중의 수분이나 다른 불순물과의 반응성이 낮아 프로세스 관리가 용이하며, 또 간이한 밀봉 구조를 사용해도 발광소자의 수명을 충분히 길게 할 수 있다.
발광소자, 발광장치

Description

발광소자 및 발광장치 {LIGHT-EMITTING ELEMENT AND LIGHT-EMITTING DEVICE}
본 발명은 표시장치 또는 조명장치 등에 사용되는 유기 EL 을 발광재료로 하는 발광소자 및 발광장치에 관한 것이다.
비특허문헌 1 : AMD Application Note Vol.1 Dec., 2002 p.1∼p.19 Alkali Metal Dispenser for OLED
특허문헌 1 : 일본 공개특허공보 2001-6878호 박막 EL 소자 및 그 구동방법
현재, 박형이고 플랫하다는 특징이 있는 액정 디스플레이나 플라즈마 디스플레이 등 여러 가지 표시장치가 브라운관을 대신하는 표시장치로서 광범위하게 보급되어 있다. 또한, 최근에는 차세대 디스플레이의 제 1 주자로 기대되는 유기 EL 을 사용한 표시장치의 연구, 개발이 진행되고 있다. 유기 EL 은, 일렉트로루미네슨스를 이용하여 전기를 광으로 변환하고 있기 때문에, 열을 거의 발생시키지 않으며 소비전력이 작다. 또, 액정 디스플레이와 달리 시야각에 상관없이 선명한 화상을 표시할 수 있다는 특징이 있다.
도 8 은 종래의 발광소자의 단면도이다. 종래의 발광소자는 유리기판 (101) 상에 양극 (102), 정공주입층 (103), 정공수송층 (104), 발광층 (105), 전자수송층 (106), 전자주입층 (107), 음극 (108) 을 차례로 적층하여 형성된다. 양극에는 일함수가 큰 투명한 전극재료로서 ITO (Indium Tin Oxide) 가 사용되고, 음극에는 일함수가 작은 알루미늄이 사용된다. 발광층 (105) 으로는, Alq3, NPB 등의 저분자계 유기 EL 이나, PPV, 폴리(3-알킬티오펜) 등의 고분자계 유기 EL 이 사용된다. 무기재료의 양극, 음극과 유기재료 발광층의 접합성을 좋게 하기 위해, 통상 발광층과 양극 사이에 정공수송층, 정공주입층을 개재시키고, 또한 발광층과 음극 사이에 전자수송층, 전자주입층을 개재시킴으로써 발광소자를 다층 구조로 한다. 종래, 정공수송층 또는 정공주입층의 재료로는 TPD, PEDOT 등의 유기재료가 사용되고, 전자수송층 또는 전자주입층의 재료로는 알칼리금속을 도프한 유기재료가 사용되고 있었다. 음극 계면의 유기층에 알칼리금속을 도프함으로써 유기분자의 라디칼 음이온이 생성되어, 전장 인가시에 내부 캐리어로서 작용하기 때문에, 유기 EL 의 구동전압을 저감시킬 수 있다 (비특허문헌 1).
그러나 전자수송층, 전자주입층의 재료로 사용되고 있던 알칼리금속을 도프한 유기재료는, 알칼리금속이 반응성이 높고 수산화물로 되기 쉽다는 문제가 있었다. 그래서 발광소자의 제조공정에서 알칼리금속을 도프한 유기재료 또는 형성한 박막이, 대기 중의 수분이나 다른 불순물과 반응하지 않도록 프로세스를 엄밀하게 관리해야 하며, 제작한 발광소자에 외기가 새어 들어 수증기 등과 반응하지 않도록 발광소자 또는 발광장치의 밀봉을 완전하게 해야 한다는 등의 문제가 있었다. 또한, 수명이 충분히 긴 발광소자를 제작하는 것이 곤란하였다.
또, 전자수송층으로서 C60, C70 등의 빈 (空) 플러렌을 함유하는 재료를 사용 한 EL 소자가 알려져 있다 (특허문헌 1). 그러나, 빈 플러렌은 전자 친화력이 비교적 작고 전자주입 효율이 나빠, 따라서 발광 효율이 높지 않다는 문제가 있었다.
발명의 개시
발명이 해결하고자 하는 과제
본 발명은 발광소자의 제조 프로세스 관리를 용이하게 하여 발광소자 또는 발광장치의 밀봉을 간단하게 하여, 발광 효율이 높고 수명이 긴 발광소자를 제작하는 것을 목적으로 한다.
과제를 해결하기 위한 수단
전자수송층 또는 전자주입층의 재료에 알칼리금속 내포 플러렌류, 또는 알칼리금속 내포 플러렌류를 도프한 유기재료를 사용하기로 하였다.
본 발명 (1) 은, 양극, 발광층 및 음극을 포함하고, 또 음극과 발광층 사이에 전자주입층 및/또는 전자수송층을 개재하는 발광소자에 있어서, 상기 전자주입층 및/또는 전자수송층이, 알칼리금속 내포 플러렌류 또는 알칼리금속 내포 플러렌류를 도프한 유기재료인 것을 특징으로 하는 발광소자이다.
여기에서 「전자수송층」은, 음극으로부터 전자를 발광층까지 수송하고, 양극 측으로부터 이동해 온 홀을 블록킹 (blocking) 하여 음극으로 보내지 않는 층을 말하며, 「전자주입층」은, 음극으로부터 수송층 (수송층이 없는 경우에는 발광층) 으로 스무스 (smooth) 하게 전자가 들어갈 수 있게 하는 층을 말한다. 이들 기능이 있는 한, 다른 표기라 해도 본 명세서에서 말하는 「전자수송층 및/또는 전자주입층」에 포함된다. 따라서, 예를 들어, 양쪽 기능을 갖는 1층이 존재하는 경우, 그 층은 「전자수송층 및 전자주입층」에 상당한다.
본 발명 (2) 는, 전자수송층이, 알칼리금속 내포 플러렌류 또는 알칼리금속 내포 플러렌류를 도프한 유기재료인, 상기 발명 (1) 의 발광소자이다.
본 발명 (3) 은, 양극과 발광층 사이에 정공주입층 및/또는 정공수송층을 개재하는, 상기 발명 (1) 또는 (2) 의 발광소자이다.
본 발명 (4) 는, 상기 발명 (1)∼(3) 중 어느 하나에 기재된 발광소자를 복수 사용하여 어레이상 또는 매트릭스상으로 배치한 발광장치이다.
본 발명 (5) 는, 상기 발명 (4) 의 발광장치를 포함하는 표시장치이다.
본 발명 (6) 은, 상기 발명 (4) 의 발광장치를 포함하는 조명장치이다.
발명의 효과
1. 알칼리금속 내포 플러렌류는, 알칼리금속이 구형 탄소 클러스터인 플러렌 속에 갇혀 있기 때문에 알칼리금속 내포 플러렌류 또는 알칼리금속 내포 플러렌류를 도프한 유기재료로 형성한 전자수송층 또는 전자주입층은 대기 중의 수분이나 다른 불순물과의 반응성이 낮다. 그 때문에, 프로세스 관리가 용이해지고, 발광소자 또는 발광장치의 밀봉에 간이형 밀봉구조를 사용할 수 있다. 또한, 발광소자의 수명을 길게 할 수 있다.
2. 알칼리금속 내포 플러렌류 또는 알칼리금속 내포 플러렌류를 도프한 유기재료는 알칼리금속을 도프한 유기재료에 비하여 전자이동도가 크다. 그 때문에, 발광소자의 발광 효율이 향상된다. 또한, 발광소자의 내부저항이 작아지기 때문에 저전압구동이 가능해진다.
3. 알칼리금속 내포 플러렌류 또는 알칼리금속 내포 플러렌류를 도프한 유기재료는 빈 플러렌에 비하여 전자 친화력이 크다. 그 때문에, 전자주입 효율이 높고 발광 효율이 향상된다.
도 1 은 본 발명의 제 1 구체예에 관련된 발광소자의 단면도이다.
도 2 는 본 발명의 제 2 구체예에 관련된 발광소자의 단면도이다.
도 3 은 본 발명의 제 3 구체예에 관련된 발광소자의 단면도이다.
도 4 는 본 발명의 제 4 구체예에 관련된 발광소자의 단면도이다.
도 5 는 본 발명의 제 5 구체예에 관련된 발광소자의 단면도이다.
도 6 은 본 발명의 제 6 구체예에 관련된 발광소자의 단면도이다.
도 7(a) 는 본 발명의 제 7 구체예에 관련된 발광소자의 단면도이고, (b) 는 본 발명의 제 7 구체예에 관련된 발광소자를 나타내는 회로기호이다.
도 8 은 종래의 발광소자의 단면도이다.
도 9 는 본 최선형태의 패시브ㆍ매트릭스 구동방식의 발광장치의 평면도이다.
도 10(a) 는 본 최선형태의 액티브ㆍ매트릭스 구동방식의 발광장치의 평면도이다. (b) 는 본 최선형태의 액티브ㆍ매트릭스 구동방식의 발광장치의 회로도이다.
도 11 은 본 발명의 제 8 구체예에 관련된 발광소자의 단면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
1, 17, 25, 32, 38, 48, 59, 101 : 유리기판
9 : 플라스틱 기판
2, 10, 18, 26, 33, 53, 60, 102 : 양극
3, 11, 19, 27, 42, 51, 103 : 정공주입층
4, 12, 20, 28, 34, 43, 52, 104 : 정공수송층
5, 13, 21, 29, 35, 54, 44, 61, 105 : 발광층
6, 14, 22, 36, 45, 55, 62, 106 : 전자수송층
7, 15, 23, 30, 46, 56, 107 : 전자주입층
8, 16, 24, 31, 37, 57, 63, 108 : 음극
39 : 소스전극
40 : 반도체층
41, 49 : 게이트전극
47 : 드레인전극
50 : 게이트절연막
58 : 보호절연막
201 : 칼럼 드라이버
202 : 로우 드라이버
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
본 최선형태에 대하여, 먼저 각 층마다 설명한다. 처음에, 양극은 발광층의 HOMO 준위와 비교하여 일함수가 같은 정도이거나 더 큰 전극재료를 사용하는 것이 바람직하다. 또, 발광소자라는 용도와의 관계상, 양극 또는 음극 중 적어도 일방은 투명 내지는 반투과성인 것이 바람직하다. 이러한 전극재료로서, 금 (예를 들어, 반투과막의 형태) 이나 ITO (Indium Tin Oxide) 를 들 수 있다.
다음으로, 음극은 양극의 일함수와 비교하여 일함수가 더욱 작고, 또한 안정적인 전극재료를 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 알루미늄, 은, Mg-In, Mg-Ag 등의 합금을 들 수 있다. 또, 상기한 바와 같이, 발광소자라는 용도와의 관계상, 양극 또는 음극 중 적어도 일방은 투명 내지는 반투과성인 것이 바람직하다.
전자주입층은, 바람직하게는 비교적 일함수가 높은 음극을 사용하였을 때 그 음극의 일함수를 보충하는 정도의 일함수가 작은 재료이며, 예를 들어, LiF 나 Mg 를 사용할 수 있다.
전자수송층은, 바람직하게는 전자 친화력이 크고 홀 블로킹성능을 가지며, 또한 전자이동도가 큰 재료이고, 예를 들어 BND, PBD, p-EtTAZ, BCP 등의 유기재료를 사용할 수 있다.
여기에서, 본 발명의 특징은, 전자수송층 및/또는 전자주입층 (바람직하게는 적어도 전자수송층) 은 알칼리금속 내포 플러렌류 또는 알칼리금속 내포 플러렌류를 도프한 유기재료라는 점이다.
여기에서 말하는 「플러렌류」란 플러렌, 헤테로플러렌, 화학수식 플러렌 뿐 만 아니라 플러렌 다이머와 같은 플러렌끼리의 반복 결합체 (이온결합, 공유결합 등) 를 포함하는 개념이다. 여기에서, 「플러렌」이란, Cn (n 은 50 이상의 정수: 예를 들어 n＝60, 70, 76, 78, …) 으로 나타내는 탄소 클러스터 물질이고, 예를 들어 C60 을 들 수 있다. 또, 반복 결합체의 경우, 모든 플러렌 단위 중에 알칼리금속이 내포되어 있지 않아도 된다. 예를 들어, 다이머의 경우, 일방의 플러렌에만 알칼리금속이 내포되어 있는 양태를 들 수 있다. 금속 내포 플러렌류의 도프량은 유기재료에 대하여 0.1wt% 이상이 바람직하다. 1wt% 를 초과하면 본 발명의 효과는 급격히 향상된다.
유기재료는 특별히 한정되지 않고, 도전성 유기재료, 예를 들어, 알루미늄 착물, 옥사디아졸류, 트리아졸류, 페난트롤린류, 도전성 고분자 (바람직하게는 N 형 도전성 고분자) 를 사용할 수 있다. 예를 들어, PBD, 폴리아닐린, 폴리파라페닐렌, 폴리티오펜, 폴리(3-메틸티오펜) 을 들 수 있다. 또, 전자수송층 및/또는 전자주입층을 구성하는 것으로서 모두 알칼리금속 내포 플러렌류일 필요는 없으며, 본 발명의 효과를 나타내는 한, 예를 들어, 다른 재료 (예를 들어, 빈 플러렌, 도너로서 알칼리금속, 알킬암모늄 이온 등) 를 함유하고 있어도 된다.
정공주입층은, 바람직하게는 비교적 일함수가 낮은 양극을 사용하였을 때, 그 양극의 일함수를 보충하는 정도의 일함수 또는 이온화 포텐셜이 큰 재료이고, 그 층의 관용재료, 예를 들어, TPD, 구리프탈로시아닌, PEDOT, 폴리티오펜, 폴리아닐린을 사용할 수 있다.
정공수송층은, 전자 블로킹능을 갖고, 또한 정공이동도가 큰 재료이며, 예를 들어, NPD, TPD, PEDOT, TPAC 등의 유기재료를 사용할 수 있다.
발광층은 전자와 홀의 재결합에 의해 발광을 일으키는 재료인 한 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어 Alq3, NPB 등의 저분자계 유기 EL, PPV, 폴리(3-알킬티오펜) 등의 고분자계 유기 EL 을 사용할 수 있다.
다음으로 상기 층의 조합을 적층한 발광소자에 대하여 설명한다. 먼저, 발광소자에서, 상기 층 내에 양극, 발광층 및 부극은 필수적이다. 그리고, 전자수송층 및 전자주입층 중 적어도 어느 일방은 필수이고, 나머지 층의 존재는 임의이다. 이하, 상기 층의 조합의 구체예를 도면을 참조하면서 설명한다.
도 1 은 제 1 구체예에 관련된 발광소자의 단면도이다. 본 발명의 제 1 구체예에 관련된 발광소자는 외부의 구동소자로 발광소자를 제어하는 이른바 패시브ㆍ매트릭스 구동의 발광소자이고, 전극간의 다층막이 5층 구조인 발광소자이다. 유리기판 (1) 상에 양극 (2), 정공주입층 (3), 정공수송층 (4), 발광층 (5), 전자수송층 (6), 전자주입층 (7), 음극 (8) 을 순서대로 적층하여 형성되어 있다.
도 2 는 제 2 구체예에 관련된 발광소자의 단면도이다. 플라스틱 기판 (9) 상에 양극 (10), 정공주입층 (11), 정공수송층 (12), 발광층 (13), 전자수송층 (14), 전자주입층 (15), 음극 (16) 을 순서대로 적층하여 형성되어 있다. 경량이고 플렉시블한 플라스틱 기판을 사용함으로써 휴대전화, 전자 페이퍼 등에 대한 응용이 확대된다. 또, PET 등의 저가 플라스틱 기판을 사용함으로써 발광소자 의 코스트 다운이 가능해진다. 외부의 구동회로에 의해 음극 (16) 에 대하여 양극 (10) 에 정 (正) 의 구동전압을 인가하면, 음극 (16) 에서 주입된 전자와 양극 (10) 에서 주입된 정공이 발광층 (13) 에서 재결합함으로써 발광층 (13) 이 발광한다.
도 3 은 제 3 구체예에 관련된 발광소자의 단면도이다. 제 3 구체예에 관련된 발광소자는, 유리기판 (17) 상에 양극 (18), 정공주입층 (19), 정공수송층 (20), 발광층 (21), 전자수송층 (22), 전자주입층 (23), 음극 (24) 을 순서대로 적층하여 형성되어 있다.
도 4 는 제 4 구체예에 관련된 발광소자의 단면도이다. 제 4 구체예에 관련된 발광소자는, 유리기판 (25) 상에 양극 (26), 정공주입층 (27), 정공수송층 (28), 발광층 (29), 전자주입층 (30), 음극 (31) 을 순서대로 적층하여 형성되어 있다.
도 5 는 제 5 구체예에 관련된 발광소자의 단면도이다. 제 5 구체예에 관련된 발광소자는, 유리기판 (32) 상에 양극 (33), 정공주입층 (34), 발광층 (35), 전자수송층 (36), 음극 (37) 을 순서대로 적층하여 형성되어 있다.
도 11 은 제 8 구체예에 관련된 발광소자의 단면도이다. 제 8 구체예에 관련된 발광소자는, 유리기판 (59) 상에 양극 (60), 발광층 (61), 전자수송층 (62), 음극 (63) 을 순서대로 적층하여 형성되어 있다.
도 6 은 제 6 구체예에 관련된 발광소자의 단면도이다. 제 6 구체예에 관련된 발광소자는, 각 발광소자가 구동소자를 갖는 액티브ㆍ매트릭스 구동의 발광 소자이며, 구동소자로서 SIT 를 사용하고 있다. 유리기판 (38) 상에 소스전극 (39), 반도체층 (40), 정공주입층 (42), 정공수송층 (43), 발광층 (44), 전자수송층 (45), 전자주입층 (46), 드레인전극 (47) 을 순서대로 적층하여 형성되어 있다. 게이트전극 (41) 은 반도체층 (40) 내에 빗살형으로 배치되어 있다. 반도체층 (40) 은, 예를 들어 P 형의 도전성 유기재료로 이루어지고, 알루미늄 등으로 이루어지는 게이트전극 (41) 에 정 (正) 의 바이어스 전압을 인가하고, 소스전극 (39) 으로부터 발광층 (44) 을 향해 흐르는 정공을 캐리어로 하는 전류를 제어하여 발광소자의 발광강도를 제어한다.
도 7(a) 는 제 7 구체예에 관련된 발광소자의 단면도이다. 제 7 구체예에 관련된 발광소자도 액티브ㆍ매트릭스 구동의 발광소자이며, 구동소자로는 MOS 형의 전류제어 구조를 사용하고 있다. 유리기판 (48) 상에, 게이트전극 (49), 게이트절연막 (50) 이 적층 형성되어 있다. 게이트절연막 (50) 상에 형성된 양극 (53) 상에 정공주입층 (51), 정공수송층 (52), 발광층 (54), 전자수송층 (55), 전자주입층 (56) 으로 이루어지는 다층막을 배치하고, 전자주입층 (56) 상에 음극 (57) 을 배치하고 있다. 음극 (57) 과 양극 (53) 은 가로방향으로 어긋난 위치에 배치되어 있다. 예를 들어, 음극 (57) 을 접지전위로 하고 양극 (53) 에 정 (正) 의 바이어스 전압을 인가하여, 양극 (53) 으로부터 정공을 캐리어로 하는 전류를 주입한다. 게이트전극 (49) 에 부 (負) 의 제어전압을 인가하여 양극으로부터 주입되는 정공의 일부를 포착함으로써 전류를 제어한다. 음극 (57) 으로부터 주입되는 전자와 양극 (53) 으로부터 주입되는 정공이 발광층 (54) 에서 재결 합함으로써 발광층이 발광한다. 발광강도는 게이트전극 (49) 에 인가하는 제어전압으로 제어할 수 있다.
도 7(b) 는 제 7 구체예에 관련된 발광소자를 나타내는 회로기호이며, 본 명세서 내에서 도 7(a) 에 나타내는 MOS 형의 전류제어 구조를 사용한 발광다이오드를 나타내는 것으로 정의한 것이다. A 로 나타내는 단자는 양극 (53), K 로 나타내는 단자는 음극 (57), G 로 나타내는 단자는 게이트전극 (49) 에 대응한다.
도 9 는 본 최선형태의 패시브ㆍ매트릭스 구동방식의 발광장치의 평면도이다. 필름상의 발광소자를, 격자상으로 배치한 칼럼전극 C1∼C6 과 로우전극 R1∼R7 사이에 두고, 전극의 끝에 배치한 칼럼ㆍ드라이버 (201) 와 로우ㆍ드라이버 (202) 로 바이어스 전압을 인가하여, 칼럼전극과 로우전극으로부터 동시에 바이어스 전압을 인가한 부분의 발광층을 발광시킨다.
도 10(a) 는 본 최선형태의 액티브ㆍ매트릭스 구동방식의 발광장치의 평면도이고, 도 10(b) 는 본 최선형태의 액티브ㆍ매트릭스 구동방식의 발광장치의 회로도이다. 도 10(a) 에 나타내는 어레이상으로 배치된 발광소자에 있어서, 각 발광소자는 각각 MOS 구조에 의한 제어를 하는 구동소자를 갖고 있다. 도 10(b) 에 나타내는 바와 같이, 각 칼럼배선 C1∼C3 은 구동소자의 게이트전극과 접속되고, 각 로우배선 R1∼R3 은 구동소자의 양극에 접속되어 있다. 구동소자의 음극은 접지전위와 접속되어 있다. 로우배선에 바이어스 전압을 인가하여 제어할 발광소자의 행을 선택하고, 각 칼럼배선에 인가하는 제어전압을 제어하여 선택된 행에서의 각 열의 발광소자의 발광강도를 제어한다. 도 10 에서는, 발광소자를 구 동하는 소자로서 MOS 구조에 의한 제어를 하는 구동소자를 예로 들어 설명하였으나, 다른 구동소자를 사용하더라도 본 발명의 효과가 마찬가지로 얻어지는 것은 분명하다.
이하, 본 발명을 실시예를 참조하면서 구체적으로 설명한다. 또, 본 발명의 기술적 범위는 본 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실제로 발광소자를 제작하여 평가한 결과에 대하여 설명한다. 비교예에 관련된 발광소자로는, 전자수송층에 알칼리금속을 도프한 유기재료막을 사용한 발광소자를 평가하였다. 실시예에 관련된 발광소자로는, 전자수송층에 내포 플러렌막을 사용한 발광소자와, 전자수송층에 내포 플러렌을 도프한 유기재료막을 사용한 발광소자를 평가하였다. 평가용 발광소자로서 각각의 제작방법에 대하여 각 10개의 소자를 제작하였다.
(비교예에 관련된 발광소자의 제조)
투명 유리기판 (코닝 1713, 30㎜×30㎜, 두께 0.8㎜) 을 준비하고, 유리기판 상에 ITO 로 이루어지는 박막을 스퍼터법에 의해 두께 340Å 퇴적하여 양극을 형성하였다. 또, 양극 상에 도쿄화성 제조 구리프탈로시아닌 (상품명 P1005) 으로 이루어지는 박막을 증착법에 의해 두께 10Å 퇴적하여 정공주입층을 형성하였다. 다음으로, 정공주입층 상에 알드리치 제조 NPD (상품명 55,669-6) 로 이루어지는 박막을 증착법에 의해 두께 1000Å 퇴적하여 정공수송층을 형성하였다. 다음으 로, 도진화학 제조 Alq3 (상품명 T203) 을 승화 정제하였다. 그리고, 정공주입층 상에 정제한 Alq3 으로 이루어지는 박막을 증착법에 의해 두께 500Å 퇴적하여 발광층을 형성하였다. 다음으로, 알드리치 제조 PBD (상품명 25,785-0) 을 승화 정제하였다. 그리고, 발광층 상에 정제한 PBD 와 Na 를 증착원으로 하는 공증착법에 의해, Na 를 도프한 PBD 로 이루어지는 박막을 두께 500Å 퇴적하여 전자수송층을 형성하였다. 다음으로, 전자수송층 상에 LiF 로 이루어지는 박막을 증착법에 의해 두께 5Å 퇴적하여 전자주입층을 형성하였다. 그리고, 전자주입층 상에 Al 로 이루어지는 박막을 증착법에 의해 두께 1000Å 퇴적하여 음극을 형성하였다. 다음으로, 음극 상에 투명 유리기판 (코닝 1713, 30㎜×30㎜, 두께 0.8㎜) 을 점착하여 비교예에 관련된 발광소자를 얻었다.
(실시예 1 에 관련된 발광소자의 제조)
먼저, 투명 유리기판 (코닝 1713, 30㎜×30㎜, 두께 0.8㎜) 을 준비하고, 유리기판 상에 ITO 로 이루어지는 박막을 스퍼터법에 의해 두께 340Å 퇴적하여 양극을 형성하였다. 다음으로, 양극 상에 도쿄화성 제조 구리프탈로시아닌 (상품명 P1005) 으로 이루어지는 박막을 증착법에 의해 두께 10Å 퇴적하여 정공주입층을 형성하였다. 그리고, 정공주입층 상에 알드리치 제조 NPD (상품명 55,669-6) 로 이루어지는 박막을 증착법에 의해 두께 1000Å 퇴적하여 정공수송층을 형성하였다. 다음으로, 도진화학 제조 Alq3 (상품명 T203) 을 승화 정제하였다. 정공주입층 상에 정제한 Alq3 으로 이루어지는 박막을 증착법에 의해 두께 500Å 퇴적 하여 발광층을 형성하였다. 그리고, 이디알 스타 제조 Na@C60 50㎎ 을 니라코 제조 몰리브덴 보트 (SS-1-10) 에 세팅한 후 기판을 10㎝ 상방에 설치하고, 진공도 10-6 Torr 하에서 상기 보트에 100mA 를 인가하여, Na@C60 을 600℃, 60초간 가열하여 승화시키고 기판 상에 퇴적시킴으로써, 두께 500Å 의 박막으로 이루어지는 전자수송층을 형성하였다. 다음으로, 전자수송층 상에 LiF 로 이루어지는 박막을 증착법에 의해 두께 5Å 퇴적하여 전자주입층을 형성하였다. 그리고, 전자주입층 상에 Al 로 이루어지는 박막을 증착법에 의해 두께 1000Å 퇴적하여 음극을 형성하였다. 다음으로, 음극 상에 투명 유리기판 (코닝 1713, 30㎜×30㎜, 두께 0.8㎜) 을 점착하여 실시예 1 에 관련된 발광소자를 얻었다.
(실시예 2 에 관련된 발광소자의 제조)
먼저, 투명 유리기판 (코닝 1713, 30㎜×30㎜, 두께 0.8㎜) 을 준비하고, 유리기판 상에 ITO 로 이루어지는 박막을 스퍼터법에 의해 두께 340Å 퇴적하여 양극을 형성하였다. 다음으로, 양극 상에 도쿄화성 제조 구리프탈로시아닌 (상품명 P1005) 으로 이루어지는 박막을 증착법에 의해 두께 10Å 퇴적하여 정공주입층을 형성하였다. 그리고, 정공주입층 상에 알드리치 제조 NPD (상품명 55,669-6) 로 이루어지는 박막을 증착법에 의해 두께 1000Å 퇴적하여 정공수송층을 형성하였다. 다음으로, 도진화학 제조 Alq3 (상품명 T203) 을 승화 정제하였다. 정공주입층 상에 정제한 Alq3 으로 이루어지는 박막을 증착법에 의해 두께 500Å 퇴적 하여 발광층을 형성하였다. 그리고, 알드리치 제조 PBD (상품명 25,785-0) 20㎎ 을 승화 정제하였다. 이디알 스타 제조 Na@C60 을 10㎎ 준비하고, 발광층 상에 실시예 1 에 관련된 발광소자의 제조에 준하여, 정제한 PBD 와 Na@C60 을 증착원으로 하는 공증착법에 의해, Na@C60 을 도프한 PBD 로 이루어지는 박막을 두께 500Å 퇴적하여 전자수송층을 형성하였다. 전자수송층의 형성조건으로서, PBD 의 가열온도를 700℃, Na@C60 의 가열온도를 600℃ 로 하였다. 다음으로, 전자수송층 상에 LiF 로 이루어지는 박막을 증착법에 의해 두께 5Å 퇴적하여 전자주입층을 형성하였다. 그리고, 전자주입층 상에 Al 로 이루어지는 박막을 증착법에 의해 두께 1000Å 퇴적하여 음극을 형성하였다. 다음으로, 음극 상에 투명 유리기판 (코닝 1713, 30㎜×30㎜, 두께 0.8㎜) 을 점착하여 실시예 2 에 관련된 발광소자를 얻었다.
(발광소자의 평가방법)
이상의 방법에 의해 제작한 실시예 1 및 2 와 비교예에 관련된 발광소자의 발광 효율 (cd/A) 과 최저구동전압 (V) 을 음극 형성 후 5시간 이내에 상온상압의 통상의 실험실 환경에서 측정하였다. 최저구동전압은 200cd/㎡ 의 발광개시전압으로 정의하였다. 이하에 나타내는 측정데이터는 각 제작방법에 의해 제작된 10개의 발광소자 측정값의 평균값이다.
발광소자 발광 효율 (cd/A) 최저구동전압 (V)
비교예 4.2 4.5
실시예 1 9.5 3.8
실시예 2 8.2 4.3
상기 측정데이터에서 알 수 있는 바와 같이, 실시예 1 및 2 의 발광소자는, 발광 효율에 대해서는 모두 비교예의 발광소자에 비하여 향상된 것을 알 수 있다. 또, 최저동작전압에 관해서는 실시예 1, 실시예 2 모두 종래의 발광소자에 비하여 개선된 것을 알 수 있지만, 특히 실시예 1 에서 크게 개선된 것을 알 수 있다.
알칼리금속 내포 플러렌류는 알칼리금속이 구형 탄소 클러스터인 플러렌 속에 갇혀 있기 때문에, 알칼리금속 내포 플러렌류 또는 알칼리 금속 내포 플러렌류를 도프한 유기재료로 형성한 전자수송층, 또는 전자주입층은 대기 중의 수분이나 다른 불순물과의 반응성이 낮다. 그 때문에 프로세스 관리가 용이해지는, 발광소자 또는 발광장치의 밀봉에 간이형 밀봉구조를 사용할 수 있다. 또 발광소자의 수명을 길게 할 수 있다.
알칼리금속 내포 플러렌류 또는 알칼리금속 내포 플러렌류를 도프한 유기재료는 알칼리금속을 도프한 유기재료에 비하여 전자이동도가 크다. 그 때문에, 발광소자의 발광 효율이 향상된다. 또, 발광소자의 내부저항이 작아지기 때문에 저전압구동이 가능해진다.
알칼리금속 내포 플러렌류 또는 알칼리금속 내포 플러렌류를 도프한 유기재료는 빈 플러렌에 비하여 전자 친화력이 크다. 그 때문에, 전자주입 효율이 높아 발광 효율이 향상된다.

Claims (6)

  1. 양극, 발광층 및 음극을 포함하고, 또 음극과 발광층 사이에 전자주입층 및/또는 전자수송층을 개재하는 발광소자로서,
    상기 전자주입층 및/또는 전자수송층 중 하나 이상의 층이, 알칼리금속 내포 플러렌류 또는 알칼리금속 내포 플러렌류를 도프한 유기재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 발광소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    전자수송층이, 알칼리금속 내포 플러렌류, 또는 알칼리금속 내포 플러렌류를 도프한 유기재료인, 발광소자.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    양극과 발광층 사이에 정공주입층 및/또는 정공수송층을 개재하는, 발광소자.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 기재된 발광소자를 복수 사용하여 어레이상 또는 매트릭스상으로 배치한, 발광장치.
  5. 제 4 항에 기재된 발광장치를 포함하는, 표시장치.
  6. 제 4 항에 기재된 발광장치를 포함하는, 조명장치.
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