KR20060042177A

KR20060042177A - 유기전계발광소자

Info

Publication number: KR20060042177A
Application number: KR1020050015577A
Authority: KR
Inventors: 다케시 나카다
Original assignee: 가부시끼가이샤 아이메스
Priority date: 2004-03-01
Filing date: 2005-02-24
Publication date: 2006-05-12
Also published as: JP2005251398A; EP1571709A2; JP4276109B2; US20050189875A1; TW200531586A; CN1665360A; EP1571709A3

Abstract

유기전계발광소자는 유기전계발광구조들의 수가 전극층들의 수보다 하나 작은 적어도 3개의 전극층들과 유기전계발광구조들을 기판 상에 구비한다. 전극층과 유기전계발광구조는 이 순서대로 기판 상에 번갈아 형성된다. 기판으로부터 홀수번째 층위치에 형성된 일 군의 전극층들과 기판으로부터 짝수번째 층위치에 형성된 일 군의 전극층들은 각각 동일한 전위로 전기 접속된다. 2 군들의 전극층들 간의 교류전압의 인가 하에, 기판으로부터 홀수번째 층위치에 형성된 일 군의 유기전계발광구조들과 기판으로부터 짝수번째 층위치에 형성된 일 군의 유기전계발광구조들에서 광이 번갈아 방출된다. 따라서, 플리커의 문제가 없고 개선된 내구성을 보여주는 유기전계발광소자를 얻는 것이 가능하다.

유기전계발광구조, 플리커, 교류전압

Description

유기전계발광소자{Organic electroluminescent devices}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기EL소자의 구조를 개략적으로 보여주는 단면도,

도 2는 이 출원의 실시예 1에 따른 유기EL소자의 구조를 개략적으로 보여주는 단면도,

도 3은 이 출원의 실시예 1에 따른 유기EL소자에서 기판 상의 제1전극층의 레이아웃을 개략적으로 보여주는 단면도,

도 4는 이 출원의 실시예 1에 따른 유기EL소자의 제조에 사용되는 마스킹수단의 구조를 개략적으로 보여주는 평면도로서, 도 4a는 유기EL발광구조들의 형성용의 영역제어마스크를 보여주며, 도 4b는 짝수번째 전극층들의 형성용의 영역제어마스크를 보여주고, 도 4c는 홀수번째 전극층들의 형성용의 영역제어마스크를 보여주는 도면들,

도 5는 이 출원의 실시예 1에 따른 유기EL소자의 구조를 개략적으로 보여주는 평면도,

도 6은 도 5의 VI-VI선을 따라 취해진 유기EL소자의 단면도,

도 7은 이 출원의 실시예 1에 따른 유기EL소자에서 제1유기EL발광구조 및 제2유기EL발광구조에 관한 DC전압(V)-전류밀도(㎃/㎠)의 특성곡선을 보여주는 그래 프,

도 8은 이 출원의 실시예 1에 따른 유기EL소자에서 제1유기EL발광구조 및 제2유기EL발광구조에 관한 DC전압(V) - 휘도(㏅/㎡)의 특성곡선을 보여주는 그래프,

도 9는 이 출원의 실시예 1에 따른 50㎐의 AC에서의 유효전압(V) - 휘도(㏅/㎡)의 특성곡선을 보여주는 그래프,

도 10은 이 출원의 실시예 1에 따른 유기EL소자의 발광스펙트럼을 보여준 그래프로서, 제1유기EL발광구조, 제2유기EL발광구조 및 교류전압에 의해 구동될 때의 유기EL소자로부터의 스펙트럼을 보여주는 그래프,

도 11은 이 출원의 실시예 1에 따른 유기EL소자의 발광상태를 보여주는 사진도면,

도 12는 이 출원의 실시예 1에 따른 유기EL소자의 도 11에 상응하는 구조를 개략적으로 보여주는 평면도.

본 발명은 교류의 인가 하에 발광을 하는 2개 이상의 유기발광구조들을 포함하는 유기전계발광소자(이하 줄여서 "유기EL소자"라 함)에 관한 것이다.

최근에 유기반도체들과 유기도전성재료들이 활발히 연구되고 있고, 특히 유기반도체를 사용하는 발광소자인 유기EL디바이스는 상당히 발전되어 있다.

이러한 유기EL소자들에서, Tang 등은, 정공들 및 전자들의 애노드 및 캐소드 각각으로부터의 균형 잡힌 주입이 달성되도록 다른 캐리어수송성들을 가지는 적층구조의 유기화합물들(즉, 유기정공수송화합물들 및 유기전자수송화합물들)이 디바이스들에 적용되고 또 캐소드 및 애노드 사이에 끼어 있는 유기층의 두께가 2,000옹스트롬 이하로 제어된다면, 10V이하의 인가된 DC전압에서 1,000㏅/㎡의 휘도 및 1%의 외부양자효율과 같은 EL소자들의 실사용에 충분한 고휘도 및 고효율이 달성될 수 있다는 것을 성공적으로 발견하였다(참조. Tang et al., Appl. Phys. Lett., Vol.51 p913 (1987); 일본공개특허 소59-194393호, 소63-264692호 및 평2-15595호; 및 미국등록특허 제4,539,507호, 제4,769,292호 및 제4,885,211호).

게다가, 최근에, 2개 이상의 발광부들(기존 구조에서 전극들 사이에 끼어 있는 부분에 상응함)을 회로적으로 직렬로 적층하여 디바이스들의 효율을 증가시키려는 발상들이 많은 기술논문들 및 특허문헌들에서 제시되고 있다(참조. 일본공개특허 평11-329748호; 미국등록특허 제6,337,492호; 일본공개특허 제2003-264085호; 및 Appl/ Phys. Lett., Vol.84, p167 (2004)).

특히, 일본공개특허 제2003-272860호에서는, 이 출원의 출원인 등이 10²Ω㎝ 이상의 저항률(비저항)을 갖는 전기절연성 전하발생층을 사용하여 2개 이상의 유기발광EL유닛들의 회로들을 직렬로 접속하는 방법을 발명하였다. 그들은 결과로서 얻어진 디바이스를 MPE(Multi-Photon Emission)유기EL소자라 명명하였고, 많은 회의, 박람회 등에서 높은 평가를 받으면서 개시 및 출품하였다(참조. 제49회 응용물리학회관련 연합강연회, 강의예고집 27p-YL-3, p.1308; 제63회 응용물리학회학술강연 회, 강의예고집 27a-ZL-12, p.1165; Proceedings of EL2002 (International Conference on the Science and Technology of Emissive Device and Lighting) p.539; Proceeding of IDMC'03 (International Display Manufacturing Conference), Fr-21-01, p.413; SID03 DIGEST, Vol. XXXIV, BOOKII, p979; 제13회 플랫패널디스플레이 제조기술전에서의 강연회D-4 (2003); LCD/PDP International 2002에서의 IMES Co., Ltd.의 배색발광체의 전시 및 배포자료; EExpress (2002년11월15일); 및 Flat Panel Display 2004, 전락편, Part 6-2, p.158).

이 MPE형 EL소자에서, 전하발생층은 전극들에 인접하게 배치된 전하(예컨대, 전자들 및 정공들)주입층들을 순서대로 적층함으로써 얻어진 본 출원인 등에 의해 계속적으로 개량되어 왔던 것들과 유사한 구조를 가진다. 더 상세하게는, 전하발생층은, 예컨대 일본공개특허 평10-270171호(미국등록특허 제6,013,384호) 및 제2001-102175호(미국등록특허 제6,589,673호)와 J. Kido 및 T. Matsumoto, Appl. Phys. Lett., Vol.73, p.286 (1998))에 개시된 알칼리금속들과 같은 환원재("전자공여재" 또는 루이스염기(Lewis base)라고도 부름)로써 전자수용성 화합물을 환원하여 생성된 전자수용성(전자수송성) 유기화합물의 라디칼음이온분자들을 담고 있는 층, 또는 일본공개특허 평11-233262호(유럽등록특허 제0936844B1호)와 제2000-182774호(미국등록특허 제6,396,209호 및 유럽등록특허 제1011155B1호) 및 J. Endo, T. Matsumoto 및 J. Kido, Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 41 (2002) pp. L800-L803에 상세히 개시된 방법을 이용한 열환원반응으로 생성된 전자수용성 유기화합물의 라디칼음이온분자들을 담고 있는 열환원반응발생층과, 예컨대, 일본공개특허 평11-251067호(미국등록특허 제6,423,429호), 제2001-244079호(미국등록특허 제6,589673호), 제2003-272860호, 일본특허출원 제2003-358402호, 및 J. Endo, T. Matsumoto 및 J. Kido, Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 41 (2002) L358에 개시된 V₂O₅, 다음의 화학식 1과 2로 표현되는 F₄-TCNQ 및 다음 화학식 2로 표현되는 PNB와 같은

산화재("전자수용재" 또는 "루이스산"이라고도 부름)로써 전자공여성 화합물을 산화하여 생성된 전자공여성(정공수송성) 유기화합물의 라디칼음이온분자들을 담고 있는 층을 순서대로 적층함으로써 생성된다. 참고문헌: K.L.T. Dao and J. Kido, J. Photopolym. sci. Technol., 15, 261 (2002)).

기존 구조의 캐소드 및 애노드 사이에 끼어 있는 부분들(발광부들)이 전술한 전하발생층을 개재하여 적층되는 경우의 위에서 언급된 유기EL소자구조에서는, 전압의 인가 중에는 전하발생층에서 발생된 정공들이 캐소드의 방향으로 움직이고 전자들이 애노드의 방향으로 움직이기 때문에, 각 부에서의 정공들과 전자들의 재결합의 결과로 다수의 발광부들에서 광자들은 생성될 수 있다. 결과적으로, EL소자에 들어 있는 전하발생층들의 수가 "n"일 때, 주입된 전류밀도 당 발광강도(예컨대, "양자효율" 또는 "전류효율")은 대략 (n+1)배 증가될 수 있다.

위에서 설명한 것과는 별도로, 위에서 언급된 특허출원의 출원일 전에, 본 출원인 등은 투명전극으로서 널리 알려진 ITO(Indium tin oxide)를 사용하여 일본공개특허 제2003-45676호의 전하발생층과 유사한 구조를 개시하였다.

이 경우, 잘 이해되듯이, 전하발생층으로서 사용된 ITO는 전압의 인가 중에 캐리어들, 즉, 전자들과 정공들의 양 쪽을 반대방향들로 각각 주입하는 역할을 할 수 있다. 그런데, 유기EL소자들의 애노드 및 캐소드의 형성에 적당한 재료들이 위에 언급된 코닥의 미국등록특허 제4,885,211호에 개시되어 있으므로, 적당한 캐소드재료는 4.0eV 이하의 낮은 일함수를 가지는 금속인 반면, 애노드전극의 형성에 적합한 재료는 약 5.0eV의 일함수를 갖는 ITO만큼 높은 일함수를 가지는 재료라고 통상 알려져 있다.

그러나, ITO가 캐소드전극으로서 사용되는 경우에도, 일본공개특허 평10-270171호(미국등록특허 제6,013,384호) 및 제2001-102175호(미국등록특허 제6,589,673호)에서 본 출원인 등에 의해 개시된 전자공여금속도핑층 또는 일본공개특허 평11-233262호(유럽등록특허 제0936844B1호) 및 제2000-182774호(미국등록특 허 제6,396,209호 및 유럽등록특허 제1011155B1호)에 개시된 열환원반응발생층이 전자주입층으로서 사용된다면, 전자주입은 주입장벽의 형성 없이 용이하게될 수 있다는 것이 밝혀졌다. 따라서, ITO로부터 애노드전극 및 캐소드전극 둘 다의 형성의 결과로 그리고 본래 투명한 유리기판 및 유기층들을 사용하기 때문에, 광을 방출하면서도 비발광조건들 하의 유리에서와 같이 투명한 상태를 보장할 수 있는 투명발광소자를 제공하는 것이 가능하다. 이러한 투명발광소자의 작동(working)예는 본 출원인 등에 의해 일본공개특허 제2002-332567호에 첨부된 실시예 부분에 개시되어 있다. 또, 이와 반대로, 본 출원인 등에 의해 일본공개특허 평11-251067호(미국등록특허 제6,423,429호), 제2001-244079호(미국등록특허 제6,589,673호) 및 제2003-272860호, 및 일본특허출원 제2003-358402호에 개시된 바와 같이, 전자수용층재가 정공주입층에 도핑된다면, 알루미늄(일함수 4.2eV)과 같이 ITO의 일함수보다 낮은 일함수를 가지며 따라서 지금까지는 정공주입전극으로서는 부적합하다고 여겨져 왔던 금속은 주입장벽 없이 정공주입을 위해 사용될 수 있다. 알루미늄을 이 방법에 따른 애노드재료로서 사용하는 실사용의 예는 일본특허출원 제2003-358402호의 실시예 3 및 4에 개시되어 있다.

즉, 전극재료의 일함수와 또 투명도 또는 불투명도와 같은 광학적 성질들에 무관하게, 전술한 특허문헌들에 개시된 전자주입층들 또는 정공주입층들을 사용하여, 정공들과 전자들 모두는 임의의 주입장벽 없이 EL소자들에 주입될 수 있다는 것이 이미 밝혀져 있다.

전술한 유기EL소자들에서, 발광은 일반적으로 직류전류를 소자들에 인가함으 로써 발생된다. 다르게는, 교류전류를 EL소자들에 인가하여 발광을 얻는 것도 시도되고 있다. 코닥의 미국등록특허 제5,552,678호에 개시된 바와 같이, 교류로써 유기EL소자들을 구동함으로써 얻어지는 이점으로는 직류구동으로 얻어지는 것에 비해 소자들의 내구성이 연장된다는 것이 있다. 그러나, 정류기능을 갖는 유기EL소자들에서는, 당연히, EL소자들은 전압을 순방향으로 거는 것에 의해서만 발광될 수 있고 역으로 전압을 걸어서는 발광하지 않는다. 따라서, 방출된 광의 깜박임(flicker)은 상업적 전기소스들에서처럼 약 50㎐의 주파수에서 사람의 눈에 감지된다.

본 발명은 이러한 기술적 배경에 기초한 것이고, 본 발명의 목적은 직류전류로써 구동되도록 본래 설계된 유기EL소자들을 교류전류로써 구동할 수 있게 함으로써, 사람의 눈이 깜박임을 감지하지 않게 연속 발광할 수 있는 유기EL소자들의 신규한 구조를 제공하는 것이다.

본 발명의 한 양태에 따르면, 적어도 3개의 전극층들과 이 전극층들의 수보다 하나가 작은 수의 유기전계발광구조들이 기판 상에 제공되는 유기전계발광소자가 제공된다. 전극층과 발광구조는 이 순서로 기판 상에 번갈아 형성된다. 기판으로부터 홀수번째의 층위치에 형성된 전극층들의 군(group)과 기판으로부터 짝수번째의 층위치에 형성된 전극층들의 군은 각각 동일 전위로 전기 접속된다. 전술한 2군의 전극층들 사이에 교류전압을 번갈아 인가하여, 기판으로부터 홀수번째의 층위 치에 형성된 유기전계발광구조들의 군과 기판으로부터 짝수번째의 층위치에 형성된 유기전계발광구조들의 군에서 광은 번갈아 방출된다.

유기전계발광소자에서 유기전계발광구조는 적어도 하나의 발광층을 각각 가지고 있는 2개 이상의 발광부들의 적층물이며, 2개 이상의 발광부들은 전하발생층에 의해 구획되고, 전하발생층은 적어도 1.0×10²Ω㎝의 저항률을 갖는 전기절연층인 것도 바람직하다.

유기전계발광소자에서 전극층들 각각은 투명전극층인 것이 바람직하다.

유기전계발광소자에서 전극층들 중의 임의의 층은 불투명 전극층인 것이 바람직하다.

유기전계발광소자에서 불투명 전극층은 금속층을 포함하는 것이 바람직하다.

유기전계발광소자에서 불투명 전극층은 하나만이고 불투명전극층은 기판으로부터 첫번째 층위치 또는 기판으로부터 가장 먼 층위치에 형성된다.

이하 본 발명은 첨부 도면들을 참조한 발명의 바람직한 실시예들에 관하여 설명될 것이다.

여기에 기재된 실시예에 따른 유기전계발광(EL)소자는 3개 이상의 전극층들의 군을 포함하며, 이 EL소자는 다음의 순서로

(1) 제1전극층;

(1') 제1유기EL발광구조;

(2) 제2전극층;

(2') 제2유기EL발광구조;

(3) 제3전극층

(3') 제3유기EL발광구조;

(4) 제4전극층;

(4') 제4유기EL발광구조;

- - - - -

(n-1) 제n-1전극층

(n-1') 제n-1유기EL발광구조; 및

(n) 제n전극층

기판 상에 번갈아 형성된 기판, 전극층들 및 유기EL발광구조들을 포함한다.

유기EL발광구조들의 각각은 정공들이 기판 쪽에서부터 주입되고 전자들은 기판으로부터 먼 쪽에서부터 주입되는 구조를 가진다. 즉, 모든 유기EL발광구조들은 동일한 바이어싱방향을 가진다. 따라서, 발광구조를 사이에 끼우고 있는 전극층들에서는 양(+)의 전압이 기판 쪽에 있는 전극층에 인가되고 음(-)의 전압이 기판으로부터 먼 쪽에 있는 전극층에 인가되는 조건 하에 광 방출이 유기EL발광구조에서 행해진다. 이 구조에서는 음(-)의 전압이 기판쪽 전극층에 인가되고 양(+)의 전압이 기판으로부터 먼 전극층에 인가되는 때에는 광 방출이 발생되지 않는다.

다르게는, 전자들이 기판 쪽에서부터 주입되고 정공들이 기판으로부터 먼 쪽에서부터 주입되도록 구성하는 것도 가능하다. 이 구성의 EL발광구조에서는, 광 방출은 위에서 설명된 방식에 따라 얻어질 수 있다. 즉, 이 발광구조에서는 동일한 바이어싱방향이 이 발광구조에 적용될 때 그리고 음(-)의 전압이 기판쪽 전극층에 인가되고 양(+)의 전압이 기판으로부터 먼 전극층에 인가될 때 광 방출이 발생된다. 양(+)의 전압이 기판쪽 전극층에 인가되고 음(-)의 전압이 기판으로부터 먼 전극층에 인가될 때 광 방출은 발생되지 않는다.

본 발명의 유기EL소자에서, 전극층들이 기판으로부터 홀수번째 층위치, 즉 제1전극층(1), 제3전극층(3) 등에 형성된 일 군의 전극층들은 동일한 전위가 되도록 전기적으로 서로 접속된다. 마찬가지로, 전극층들이 기판으로부터 짝수번째 층위치, 즉 제2전극층(2), 제4전극층(4) 등에 형성된 일 군의 전극층들은 동일한 전위가 되도록 전기적으로 서로 접속된다.

전술한 2 군들의 전극층들에 교류전압을 인가함으로써, 기판으로부터 홀수번째 층위치에 형성된 일 군의 유기EL발광구조들, 즉 제1유기EL발광구조(1'), 제3유기EL발광구조(3') 등과, 기판으로부터 짝수번째 층위치에 형성된 일 군의 유기EL발광구조들, 즉 제2유기EL발광구조(2'), 제4유기EL발광구조(4') 등에서 광이 번갈아 방출된다.

도 1은 층위치번호(n)가 8인 본 발명의 유기EL발광소자의 일 예를 도시한다. 유기EL발광소자(1)는 기판(1)을 가지고, 전극층들과 유기EL발광구조들은 기판(10) 상에 제1전극층(11a), 제1유기EL발광구조(11b), 제2전극층(12a), 제2유기EL발광구조(12b), 제3전극층(13a), 제3유기EL발광구조(13b), 제4전극층(14a), 제4유기EL발광구조(14b), 제5전극층(15a), 제5유기EL발광구조(15b), 제6전극층(16a), 제6유기EL발광구조(16b), 제7전극층(17a), 제7유기EL발광구조(17b), 및 제8전극층(18a)의 순서로 번갈아 적층된다.

도시된 EL 소자(1)에서, 기판(1)으로부터 홀수번째 층위치에 형성된 일 군의 전극층들, 즉 제1전극층(11a), 제3전극층(13a), 제5전극층(15a) 및 제7전극층(17a)은 이 전극층들이 동일한 전위로 서로 전기 접속되도록 교류전원(19)에 도 1에서 실선으로 보여진 것처럼 접속된다. 마찬가지로, 기판(1)으로부터 짝수번째 층위치에 형성된 일 군의 전극층들, 즉 제2전극층(12a), 제4전극층(14a) 및 제6전극층(16a)은 이 전극층들이 동일한 전위로 서로 전기 접속되도록 교류전원(19)에 도 1에서 파선으로 보여진 것처럼 접속된다.

유기EL발광구조들(11b, 12b, 13b, 14b, 15b, 16b 및 17b) 각각은 정공들이 기판(10) 쪽에서부터 주입되고 전자들이 기판(10)에서 먼 쪽부터 주입되는(각 유기EL발광구조의 바이어싱방향이 서로 동일한) 방식으로 EL소자(1)에 배치된다. 따라서, 발광구조를 끼우고 있는 2개의 전극층들에서 양(+)의 전압이 기판(10) 쪽의 전극층에 인가되고 음(-)의 전압이 기판(10)에서 먼 쪽의 전극층에 인가되는 조건 하에 EL발광구조들(11b 내지 17b)로부터 광이 방출된다. 이 구조에서 음(-)의 전압이 기판(10) 쪽의 전극층에 인가되고 양(+)의 전압이 기판(10)에서 먼 쪽의 전극층에 인가되는 때에는 광의 방출은 없다.

전술한 구조를 갖는 유기EL발광소자(1)에서 기판(10)으로부터 홀수번째 층위치에 형성된 전극층들의 군과 기판(10)으로부터 짝수번째 층위치에 형성된 전극층들의 군 사이에 교류전원(19)에 의해 교류전압이 인가될 때, 기판(10)으로부터 홀수번째 층위치에 형성된 일 군의 전극층들(유기EL발광구조들(11b, 13b, 15b 및 17b)로부터 그리고 기판(10)으로부터 짝수번째 층위치에 형성된 일 군의 전극층들(유기EL발광구조들(12b, 14b 및 16b)로부터 번갈아 광이 방출된다.

이 유기EL소자(1)에서는, 전극층들(11a 내지 18a)의 모두가 투명전극으로 구성되고 기판(10)이 유리기판과 같이 투명한 경우, 유기EL발광구조들(11b 내지 17b)도 투명하므로, 유기EL소자(1)의 기판(10) 쪽 또는 제8전극층(18a) 쪽에서 광 방출을 얻는 것이 가능하다. 다르게는, 제1전극층(11a)과 제8전극층(18a) 중의 어느 하나가 불투명한 전극(금속의 광반사층을 포함)으로 구성되고 제2전극층(12a) 내지 제7전극층(17a) 각각이 투명한 전극으로 구성되는 경우, 유기EL발광구조들(11b 내지 17b)에서 발생된 광은 EL소자(1)의 기판(1)쪽과 제8전극층(18a)쪽 중의 어느 하나로부터 방출될 수 있다. 불투명 전극은 제1전극층(11a) 내지 제8전극층(18a) 중의 어느 하나일 수 있다.

본 발명의 실사용에서, 유기EL발광구조들(11b 내지 17b)은 예컨대 전술한 코닥 특허들과 다른 문헌들에 개시된 전형적인 구조들, 즉 층구조가 전형적으로 "애노드/정공수송층/발광층/전자수송층/캐소드"인 하나의 유기EL발광부만을 포함하는 구조를 가질 수 있거나, 또는 그것들은 본 출원인에 의해 제안되고 위에서 언급된 이른바 MPE(multi-photon emission)형 유기EL소자구조, 즉 유기EL발광부들(각 발광부는 전형적으로 "정공수송층/발광층/전자수송층"의 층구조부분을 포함함)이 절연성(즉, 부유상태) 전하발생층(CGL)을 개재하여 연속적으로 적층되어 발광부들에서 광이 동시에 방출되는 2개 이상의 유기EL발광부들의 조합물일 수 있다.

본 발명에 따른 교류구동형 유기EL소자는 조명광원으로 또는 표시장치에 이 용하는 것이 이롭다. 특히 조명광원 분야에서는 사용되는 상업적 전원이 교류전원이므로 본 발명의 EL소자는 그것의 구조가 인버터 없이 구동될 수 있기 때문에 종래기술의 EL소자들에도 필연적으로 바람직하다는 것이 이해될 것이다. 그러나, 그런 경우라면, EL소자들에 인가되는 주파수는 EL소자들의 사용에 따라 적절히 바뀔 수 있다.

실시예

본 발명은 이것의 작동실시예들을 참조하여 더 설명된다. 그러나 본 발명은 이러한 예들로 제한되지 않을 것이고, 종래기술의 유기EL소자들의 제조에 사용되는 임의의 재래식 재료들도 본 발명의 실사용에 이용될 수 있다.

다음의 실시예들에서, 막 또는 층으로서의 유기화합물, 금속산화물, 금속 및 ITO투명전극의 형성은 Vieetech Japan Co., Ltd.로부터 구입 가능한 진공증착장치 또는 FTS Corporation에서 구입 가능한 스퍼터링장치를 사용하여 행해졌다. 또, 기상증착재료들의 증착속도와 증착되는 층들의 두께의 제어는 기상증착장치에 부착된 수정발진기인 ULVAC Co.의 "CRTM-8000"을 가진 두께모니터를 사용하여 행해졌다. 게다가, 층 형성 후의 실제 층두께를 판단하기 위해, Tencor Co.의 스틸러스스텝메터 "P10"이 사용되었다. 소자들의 특성들은 KEITHLEY Co의 소스메타 "2400)와 TOPCON Co.의 휘도메타 "BM-8"로 평가되었다. EL소자들에 인가된 교류전압은 50㎐로 동작하는 슬라이드식 전압제어기(Slidac)를 사용하여 제어되었다. 더욱이, EL소자들의 발광스펙트럼은 정전류로 구동되는 Hamamatsu Photonics Co.의 광다중채널분석기(optical multi-channel analyzer) "PMA-11"를 사용하여 측정되었다.

실시예 1

이 실시예는 본 발명에 따른 교류구동 유기EL소자를 그것의 동작원리를 간단히 도시하는 가장 단순화된 소자구조(전극층들의 수 n = 3)를 참조하여 설명하도록 의도된다.

이 실시예의 고류전류구동 유기EL소자는 도 2에 도시된 구조를 가진다. 도시된 바와 같이, 유기EL소자(20)는 유리기판(21)과 제3전극층(26)을 포함하며 이것들 사이에는 제1전극층(22), 제1유기EL발광구조(23), 제2전극층(24) 및 제2유기EL발광구조(25)가 그 순서대로 기판(21) 상에 적층되었다.

3cm×3cm의 크기를 갖는 유리기판이 준비되었다. 도 3에 도시된 것처럼, 유리기판(21)은 그 위에 제1전극층(22)으로서 코팅된 약 10Ω/sq의 시트저항을 갖는 2㎜폭의 패턴의 ITO(indium-tin oxide; Nippon Sheet Glass Co., Ltd.)를 가진다. 기판(21)은 깨끗한 물과 이소프로필알코올(IPA)로 계속해서 주의 깊게 세척된 후 UV오존장치 (SAMCO International Co.의 "UV-300" 제품)에서 건조 세척된다. 다음에, 도 2에 보인 제1유기EL발광구조(23)의 형성을 위한 유기코팅물이 도 4a에 보인 유기EL발광구조의 형성을 위한 영역제어마스크(31)를 사용하여 형성된다. 유기EL발광구조의 형성용의 영역제어마스크(31)는 그것의 중앙부에 직사각형 개구부(31a)를 가지고 개구부(31a)를 둘러싸는 주변부는 차폐 또는 마스크부(31b)를 구성한다.

제1유기EL발광구조(23)의 층들은 다음의 방법에 따라 형성된다. 먼저, 제1전극층(22) 상에, 아릴라민화합물이며 Idemitsu Kosan Co., Ltd.로부터 상업적으로 입수가능한 "HI-406"(미지의 분자구조)의 층이 정공주입층(23a)으로서 약 800Å 두 께로 증착되었다. 다음에, 정공주입층(23a) 상에, 아릴라민화합물이며 Idemitsu Kosan Co., Ltd.로부터 상업적으로 입수가능한 "HI-320"(미지의 분자구조)의 층이 정공수송층(23b)으로서 약 200Å 두께로 증착되었다.

그 후, 정공수송층(23b) 상에, 유기발광재료인 Idemitsu Kosan Co., Ltd.로부터 상업적으로 입수가능한 "RD-001X"(미지의 분자구조)와 발광층의 주재료(host material)이며 Idemitsu Kosan Co., Ltd.로부터 상업적으로 입수가능하기도 한 "BH-140"(미지의 분자구조)을 포함하는 층이 발광층(23c)으로서 약 500Å 두께로 증착되었다.

다음에, 발광층(23c) 상에, 다음의 화학식 3에 의해 표현되는

트리스(8-퀴놀리놀라토)(이하, "Alq"라 함)의 알루미늄착체로 된 층이 전자수송층(23d)로서 약 100Å의 두께로 증착되었다.

끝으로, 전자주입층(23e), 즉 본 출원인 등에 의해 일본공개특허 제2000-182774(미국등록특허 6,396,209호; 유럽등록특허 제1011155B1)에 개시된 (현장(in-situ))열환원반응발생층을 형성하기 위해, 전술한 알루미늄착체 "Alq"와 다음의 화 학식 4에 의해 표현되는

(8-퀴놀리나토)리튬착체(이하, "Liq"라 함)가 전자수송층(23d) 상에 1:1의 몰비율로 공증착되었다. 따라서 약 50Å 두께의 전자주입층(23e)이 얻어진다. Alq : Liq의 공증착층이 전자주입층(23e)으로서 형성된 후, "현장(in-situ)"열환원반응발생층(도면에는 미도시)을 형성하기 위해 약 15Å의 두께에 상응하는 양으로 열환원성 금속인 알루미늄의 층이 증착되었다. 따라서 제1유기EL발광구조(23)가 형성된다. 결과적인 제1유기EL발광구조(23)의 구조는 HI-406/HT-320/RD-001X:BH-140/Alq/Alq:Liq+Al로 간단히 표시될 수 있다.

다음에, 제1유기EL발광구조(23) 상에, 도 4b에 보인 제2전극층의 형성용의 영역제어마스크(32)(짝수번째 전극층들의 형성용의 영역제어마스크)의 존재 하에 본 출원인 등에 의해 일본공개특허 제2002-332567호에 개시된 스퍼터링법에 따라 IZO(indium-zinc oxide)의 층이 제2전극층(24)으로서 약 1000Å의 두께로 증착되었다. 도시된 바와 같이, 제2전극층의 형성용의 영역제어마스크(32)는 2개의 평행하고 긴 직사각형 개구부들(32a)을 가지며, 그것들의 각각은 마스크(32)의 2개의 대향 측면(변)들에서부터 그것들의 중앙부분의 끝 쪽으로 연장된다. 개구부들(32a)을 구성하지 않는 마스크영역은 차폐 또는 마스킹부(32b)를 구성한다. 4개 이상의 전 극층들을 갖는 EL소자들의 제조 시에는 전술한 제2전극층의 형성용의 영역제어마스크(32)가 기판으로부터 짝수번째 층위치에 전극들을 형성할 때에 사용된다는 점에 주의한다.

제2전극층(24) 위에, 도 2에 보인 제2유기EL발광구조(25)의 형성용의 유기재료막이 도 4a에 보인 유기EL발광구조의 형성용의 영역제어마스크(31)를 사용하여 형성된다.

제2유기EL발광구조(25)의 층들은 다음의 방법에 따라 형성된다. 먼저, 제1정공주입층(25a)이 본 출원인 등에 의해 일본특허출원 제2003-358402호에 개시된 방법으로 형성된다. 즉, HI-406과 5산화바나듐(V₂O₅)으로 된 혼합층이 1:1의 몰비로 증착되어 약 100Å의 두께를 갖는 제1정공주입층(25a)이 형성된다. 제1정공주입층(25a)은 에너지장벽의 유발 없이 제2전극층(24)을 구성하는 IZO로부터 정공주입을 가능하게(즉, 층들 간의 오믹접촉을 가능하게) 하기 위해 제2유기EL발광구조(25)에 도입된다.

다음에, 제1정공주입층(25a) 상에, HI-405의 층이 제2정공주입층(25b)으로서 1,400Å의 두께로 증착되었다. 또, 제2정공주입층(25b) 상에, HT-320의 층이 정공수송층(25c)으로서 200Å의 두께로 증착되었다. 게다가, 정공수송층(25c) 상에, 청색발광재인 Idemitsu Kosan Co., Ltd.로부터 상업적으로 입수가능한 "BD-102"(미지의 분자구조)와 발광층의 주재료인 Idemitsu Kosan Co., Ltd.로부터 상업적으로 입수가능한 "BH-140"(미지의 분자구조)을 포함하는 층이 발광층(25d)으로서 약 400Å 두께로 증착되었다(즉, "BD-102"의 4wt%의 비율로 "BD-102"와 "BH-140"이 공증착됨). 다음에, 제1유기EL발광구조(23)의 형성에서처럼, Alq가 증착되어 약 100Å의 두께를 갖는 전자수송층(25e)이 형성되었고, 끝으로 Ala와 Liq가 공증착되어 약 50Å의 두께를 갖는 Alq:Liq의 공증착층을 전자주입층(25f)으로서 형성하였다.

제2유기EL발광구조(25)의 형성 후, ALq:Liq의 공증착층 상에, 열환원성 금속과 "제3전극층"을 형성하기 위한 재료 둘 다로서 역할을 하는 알루미늄의 층이 도 4c에 보인 제3전극층의 형성용의 영역제어마스크(33)(홀수번째 전극층들의 형성용의 영역제어마스크)의 존재 하에 1,000Å의 두께로 증착되어 "현장"열환원반응발생층(도면들에 미도시)과 제3전극층(26)을 동시에 형성하였다. 도 4c에 도시된 바와 같이, 제3전극층의 형성용의 영역제어마스크(33)는 그것의 중앙부에 2개의 평행하고 긴 직사각형 개구부들(33a) 2쌍을 가진다. 개구부들(33a)을 구성하지 않는 마스크영역은 차폐 또는 마스킁부(33b)를 구성한다. 4개 이상의 전극층들을 갖는 EL소자들의 제조 시에 전술한 제3전극층의 형성용의 영역제어마스크(33)는 기판으로부터 홀수번째 층위치에 전극들을 형성할 때에 사용된다는 점에 주의한다.

전술한 일련의 제조공정의 결과로, 도 2에 도시된 구조를 가지며 "ITO/HI-406/HT-320/RD-001X:BH-140/Alq/Alq:Liq+Al/IZO/V₂O₅:HI-406/HI-406/HT-320/BD-102:BH-140/Alq/Alq:Liq/Al"로 간단히 표시되는 유기EL소자가 완성된다. 이 구조에서 "V₂O₅:HI-406/HI-406/HT-320/BD-102:BH-140/Alq/Alq:Liq"는 제2유기EL발광구조(25)에 해당한다.

결과적인 유기EL소자(2)에서, 도 5와 도 6에 보인 것처럼, 제3전극층(26)과 제1전극층(22)은 유리기판(21)의 상부에서 보았을 때 실질적으로 동일한 영역에 형성되고 그것들의 끝들은 서로 접촉하고 있다. 따라서, 이러한 홀수번째 전극층들(제1전극층(22)과 제3전극층(26))은 동일한 전위로 있다. 이 EL소자(20)에서 제1전극층(22) 및 제2전극층(24)에 의해 끼여있는 부분(29)과 제2전극층(24) 및 제3전극층(26)에 의해 끼여있는 부분(29)의 각각에서 광이 방출된다.

특성들의 측정 예들

DC전압 또는 AC전압이 전술한 실시예 1에서 제조된 유기EL소자(20)에 아래에 언급된 측정조건들 하에서 인가되어 다음의 결과들이 얻어졌다. 먼저, 제1유기EL발광구조(23)의 발광특성을 판단하기 위해, 전술한 바와 같이 동일한 전위에 있는 제1전극층(22) 및 제3전극층(26)은 애노드(+)로 바이어스 되었고 제2전극층(24)은 캐소드(-)로 바이어스되어 소자(20)에 DC전압을 인가함으로써, 제1유기EL발광구조(23)에서만 발광이 발생하였다. 이 상황에서는, 제2유기EL발광구조(25)에 역바이어싱이기 때문에 이 구조에서는 광이 방출되지 않았다. 제1유기EL발광구조(23)의 발광특성들은 도 7과 도 8에 흰 원(○)으로 그려졌다. 또, 제1유기EL발광구조(23)의 (8.0V의 전압에서 10㎃/㎠의 DC전류밀도에서의) 발광스펙트럼은 도 10에 점선으로 그려졌다. 게다가, 제1유기EL발광구조(23)의 겉보기발광(light emission appearance)은 도 11과 도 12에 보여진다(발광부(43) 참조).

다음에, 제2유기EL발광구조(25)의 발광특성을 판단하기 위해, 제1전극층(22)과 제3전극층(26)은 캐소드(-)로 바이어스되고 제2전극층(24)은 애노드(-)로 바이 어스 되어 소자(20)에 DC전압을 인가함으로써, 제2유기EL발광구조(25)에서만 발광이 발생되었다. 이 상황에서는, 제1유기EL발광구조(23)에 역바이어싱되었기 때문에 이 구조에서는 광이 방출되지 않았다. 제2유기EL발광구조(25)의 발광특성은 도 7과 도 8에서 검은 원(●)으로 그려졌다. 또, 제2유기EL발광구조(25)의 (8.0V의 전압에서 10㎃/㎠의 DC전류밀도에서의) 발광스펙트럼은 도 10에 파선으로 그려졌다. 게다가, 제2유기EL발광구조(25)의 겉보기발광은 도 11과 도 12에 보여진다(발광부(45) 참조).

그 후, 실시예 1로 제조된 유기EL소자(20)를 교류전류 조건 하에서 구동하여 제1유기EL발광구조(23)와 제2유기EL발광구조(25)에서 교류발광을 발생함으로써 측정들이 행해졌다. 이 측정 예에서, 인가된 유효전압당 휘도를 판단하기 위해 50㎐의 AC전압이 AC전원(27)으로부터 서로 동일한 전위를 가지는 제1전극층(22) 및 제3전극층(26)과 제2전극층(24) 사이에 인가되었다. AC구동되는 유기EL소자의 10V의 유효AC전압의 인가 하에 얻어진 발광스펙트럼은 도 10에서 실선으로 그려졌다. 발광스펙트럼을 측정하기 위해 요구된 경과시간은 약 0.2초로 설정되었다. 게다가, EL소자의 겉보기발광은 도 11과 도 12에 보여진다(발광부(47) 참조).

도 10의 발광스펙트럼과 도 11의 겉보기발광으로부터 알 수 있듯이, 유기EL소자가 교류전압으로 구동될 때, 오렌지광을 방출할 수 있는 제1유기EL발광구조(23)와 청색광을 방출할 수 있는 제2유기EL발광구조(25)에서 번갈아 광이 방출되기 때문에, 백색광이 사람의 눈에 감지된다. 따라서, 유기EL소자(20)는 이 소자가 교류전압으로 구동되는 경우에도 중단없이 연속적으로 광을 방출할 수 있다.

위의 예들에서는, 다른 발광색들을 갖는 유기EL발광구조들이 의도적으로 사용되었다. 그러나, 본 발명의 요건들, 즉 사람의 눈에 대한 깜박임이 없고 연속적인 발광을 만족할 수 있는 AC구동형 유기EL소자들을 동일한 발광스펙트럼을 각각 나타내는 유기EL발광구조들을 사용하여 제공하는 것이 가능하다.

지금까지, 본 발명은 그것의 실시예들에 관련하여 설명되었으나, 본 발명은 이러한 실시예들로 한정되지 않고 본 발명의 범위와 사상 내에서의 개선을 위해 개량 또는 변형될 수 있다.

본 발명에 의하면, 유기전계발광소자가 적어도 3 군들의 유기층들을 포함하며 2 군들의 전극층들 간에 끼여있는 2개 이상의 유기전계발광구조들에서 광이 번갈아 방출될 수 있으므로, 종래기술의 유기전계발광소자에서 관측되는 플리커의 문제가 없고 개선된 내구성을 보여주는 유기전계발광소자를 얻는 것이 가능하다.

Claims

유기전계발광구조들의 수는 전극층들의 수보다 하나 작은 적어도 3개의 전극층들과 유기전계발광구조들을 기판 상에 포함하며,

전극층과 유기전계발광구조는 이 순서대로 기판 상에 번갈아 형성되며,

기판으로부터 홀수번째 층위치에 형성된 일 군의 전극층들과 기판으로부터 짝수번째 층위치에 형성된 일 군의 전극층들은 각각 동일한 전위로 전기 접속되고,

상기 2 군들의 전극층들 간의 교류전압의 인가 하에, 기판으로부터 홀수번째 층위치에 형성된 일 군의 유기전계발광구조들과 기판으로부터 짝수번째 층위치에 형성된 일 군의 유기전계발광구조들에서 광이 번갈아 방출되는 유기전계발광소자.
제1항에 있어서, 상기 유기전계발광구조는, 적어도 하나의 발광층을 각각 가지는 2개 이상의 발광부들의 적층구조이며, 2개 이상의 발광부들은 전하발생층으로 구획되고, 전하발생층은 적어도 1.0×10²Ω㎝의 저항률을 갖는 전기절연층인 유기전계발광소자.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전극층들 각각은 투명전극층인 유기전계발광소자.
제1항에 있어서, 상기 전극층들 중의 임의의 한 층은 불투명전극층인 유기전계발광소자.
제2항에 있어서, 상기 전극층들 중의 임의의 한 층은 불투명전극층인 유기전계발광소자.
제4항에 있어서, 상기 불투명전극층은 금속층을 포함하는 유기전계발광소자.
제5항에 있어서, 상기 불투명전극층은 금속층을 포함하는 유기전계발광소자.
제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 불투명전극층은 하나의 불투명전극층만을 구비하고, 불투명전극층은 기판으로부터 첫 번째 층위치 또는 기판으로부터 가장 먼 층위치에 형성되는 유기전계발광소자.