KR20060132783A - 유기 발광소자와 그 제조방법, 표시장치 및 조명장치 - Google Patents

Abstract

기판과, 상기 기판상에 형성된, 적어도 상기 기판과 반대측의 면이 다차원 사행면 형상인 제1의 전극과, 상기 제1의 전극의 다차원 사행면 형상을 한 면을 따라 형성된, 상기 제1의 전극측의 면과 상기 제1의 전극과 반대측의 면의 양면이 다차원 사행면 형상인 유기발광물질을 포함하는 유기발광층과, 상기 유기 발광층상에 형성된 제2의 전극을 포함하는 유기 발광소자로 한다. 또한, EL형 표시장치가 독립적으로 발광제어된 화소로서 상기 본 발명에 관한 유기 발광소자를 이용한다. 또한, EL형 조명 장치의 광원으로서 상기 본 발명에 관한 유기 발광소자를 이용한다. 이들에 의해, 발광 휘도가 높은 유기 발광소자 및 수명이 긴 유기발광소자 및 이들을 이용한 EL형 표시장치 및 EL형 조명장치를 제공한다.

유기 발광소자, 조명장치, 표시장치

Description

유기 발광소자와 그 제조방법, 표시장치 및 조명장치{ORGANIC LIGHT-EMITTING DEVICE, METHOD FOR MANUFACTURING SAME, DISPLAY DEVICE AND ILLUMINATOR}

본 발명은, 유기 발광소자 및 유기 발광소자를 이용한 표시장치 및 조명장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 유기 발광소자에서의 유기발광층의 형상에 관한 것이다.

유기 발광소자(유기EL 소자)는, 10V 이하의 저전압에서도 동작하고, 또한, 결합 구조가 다른 유기 화합물을 이용하는 것으로 여러 가지 발색(發色)을 얻을 수 있으며, 또한, 발광 효율도 높기 때문에, 차세대의 표시소자로서 유망시되고 있다. 최근, 유기 발광소자의 개발이 진행하고, 발광 휘도나 발광 효율에 관해서는 표시장치로서 이용할 수 있는 정도로 되어 왔다.

이러한 유기EL 소자의 전형적인 제조방법은, 유리 등의 기판상에 스퍼터법 등을 적용해서 그 표면이 평활한 투명전극(양극)을 형성하는 공정, 이 투명전극상에 유기발광물질을 포함하는 유기발광층을 성막하는 공정, 마그네슘, 칼슘 등의 금속전극(음극)을 유기발광층상에 증착하는 공정을 구비하고 있다. 이 제조방법에 있어서, 고분자가 아닌 발광물질(저분자 발광물질이라고도 칭한다)을 유기발광층의 재료에 이용하는 경우에는, 증착법을 적용해서 이 유기발광층이 증착 성막되어 있다. 다른 한편, 고분자의 발광물질(고분자 발광물질이라고도 칭한다)을 유기발광층의 재료에 이용하는 경우에는, 발광물질을 포함하는 용액을 도포해서 이 유기발광층이 성막되어 있다.

그런데, 유기EL 소자에 있어서는, 종래, 발광 휘도나 발광 효율을 향상시키기 위해서, 유기 발광물질 자체의 개량이나, 양극과 음극과의 전극간에 발광물질층이외의 기능층을 설치하는 등의 구조적인 개량이 행해지고 있다. 이하에, 공지의 적층 구조예에 대해서 설명한다. 고분자 발광물질을 그 재료에 이용한 유기발광층으로서는, 발광물질층과, 발광물질층과 양극과의 사이에 설치된 홀 수송층을 갖는 2층 구조의 유기발광층이 알려져 있다. 또한, 저분자 발광물질을 그 재료에 이용한 유기발광층으로서는, 발광물질층과, 발광물질층과 양극과의 사이에 설치된 홀 수송층과, 발광물질층과 음극과의 사이에 설치된 전자수송층을 구비한 3층 구조의 유기발광층이 알려져 있다. 더욱이, 양극과 음극의 사이에 4층 이상의 기능층을 설치한 유기발광층을 갖는 유기 발광소자도 개발되어 있다.

그러나, 유기EL 소자를 발광시키기 위해서는, 원리적으로 발광층에 캐리어(전자 및 정공)를 주입(전류의 주입)하지 않으면 안되고, 발광층을 구성하는 유기 화합물 자체를 분해하거나, 발광층과 다른 층과의 계면이 화학적 또는 물리적으로 열화하거나 하는 것이 일어나기 쉽다. 따라서, 무기물질을 발광층에 이용한 발광 다이오드(LED)와 비교해서, 유기EL 소자를 장수명화시키는 것은 용이하지 않다. 또한, 발광 휘도를 올리기 위해서는 소자에 거는 구동 전압을 크게 할 필요가 있지 만, 이 구동 전압을 크게 하면 할 수록 수명이 짧아져버린다. 따라서, 높은 발광 휘도가 요구되는 텔레비전이나 극히 높은 발광 휘도가 요구되는 조명장치로서, 종래의 유기 발광물질 및 종래의 구성에 의한 유기 발광소자를 이용하는 것은 실용상 곤란했다.

발명의 개시

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위한 것이며, 그 제1의 목적은, 구조적인 개량을 시행함으로써, 유기 발광소자를 고휘도화 및/또는 장수명화시키는 것에 있다. 또한, 본 발명의 제2의 목적은, 상기 고휘도 및/또는 장수명인 유기 발광소자의 제조방법을 제공하는 것에 있다. 또한, 본 발명의 제3의 목적은, 고휘도 및/또는 장수명인 표시장치를 제공하는 것에 있고, 본 발명의 제4의 목적은 고휘도 및/또는 장수명인 조명장치를 제공하는 것에 있다.

본 명세서에서는, 이들 일군의 본 발명을 밀접하게 관련된 발명마다 제1의 발명군 및 제2의 발명군으로서 구분해서, 이하에, 각각의 구분(발명군)마다 그 내용을 설명한다.

(제1의 발명군)

상기의 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 제1의 발명군에 속하는 유기 발광소자는, 기판과, 상기 기판상에 형성된, 적어도 상기 기판과 반대측의 면이 다차원 사행(蛇行)면 형상인 제1의 전극과, 상기 제1의 전극의 다차원 사행면 형상을 한 면을 따라 형성된 유기 발광물질을 포함하는 층으로서, 상기 제1의 전극측의 면과 상기 제1의 전극과 반대측의 면의 양면이 다차원 사행면 형상인 유기발광층과, 상기 유기발광층상에 형성된 제2의 전극을 구비하는 것을 특징으로 한다.

이 구성이면, 다차원 사행면 형상을 갖는 제1의 전극의 표면을 따라 유기발광층이 형성되어, 유기 발광소자에서의 단위 면적당 실효 발광면적이 증가하기 때문에, 유기 발광소자의 발광 휘도를 향상시킬 수 있다. 또한, 종래의 유기 발광소자로부터의 취출광의 휘도를 유지하기 위한 구동전압을 저감시킬 수도 있으므로, 유기 발광소자를 장수명화시킬 수 있다.

여기에서, 상기 실효 발광면적이란, 유기발광층 중의 발광면의 면적을 의미한다. 또한, 다차원이란, 2차원 또는 3차원을 의미한다. 또한, 2차원 사행면 형상이란, 기판과 수직한 절단면에서의 단면형상이 꼬불꼬불 구부러져 있고, 또한, 단면형상의 꼬불꼬불 구부러진 쪽이, 서로 평행한 절단면에서 동일하게 되는 형상을 의미하고, 3차원 사행면 형상이란, 기판과 수직한 절단면에서의 단면형상이 꼬불꼬불 구부러져 있고, 또한, 서로 평행한 절단면에서, 단면형상의 꼬불꼬불 구부러진 쪽이 다른 형상을 의미한다. 이 단면형상의 꼬불꼬불 구부러진 쪽은, 곡선상일 뿐만 아니라, 꺽어진 선 모양이라도 좋다. 또한, 이 꼬불꼬불 구부러진 쪽은, 불규칙 내지 무질서한 형상, 혹은 예를 들면, 크랭크 형상 등의 규칙적인 기하학 형상 등도 포함된다.

본 발명의 제1의 발명군에 속하는 유기 발광소자는, 또한, 상기 유기발광층의 층 두께가 대략 균일한 구성으로 할 수 있다. 이 구성이면, 실효 발광면적을 증가시키면서, 유기발광층에 걸리는 전위차를 대략 균일하게 할 수 있기 때문에, 유기발광층의 국소적인 열화를 방지할 수 있다. 따라서, 유기 발광소자의 발광 휘도가 극히 높고, 또는, 그 수명이 극히 길어진다.

본 발명의 제1의 발명군에 속하는 유기 발광소자는, 또한, 상기 제1의 전극의 기판과 반대측의 다차원 사행면은, 상기 기판에 수직한 방향에서의 단면형상에 만입(灣入)형상을 포함하는 형상이며, 상기 유기발광층은, 상기 만입형상을 따라 대략 균일하게 형성되어 있는 구성으로 할 수 있다. 이 구성이면, 제1의 전극의 표면에 복잡하게 형성되어 있는 만입형상을 따라 유기발광층이 대략 균일하게 형성되어 있기 때문에, 유기 발광소자에서의 단위 면적당 실효 발광면적을 극히 크게 하면서, 유기발광층에 걸리는 전위차를 대략 균일하게 할 수 있다. 따라서, 유기 발광소자의 발광 휘도가 극히 한층 더 높고, 또는, 그 수명이 극히 한층 더 길어진다.

여기에서, 기판에 수직한 방향에서의 다차원 사행면의 단면형상에 포함되는 만입형상이란, 기판과 수직한 절단면에서의 단면형상이, 기판과 수직한 방향 이외의 방향으로 꼬불꼬불 구부러져 있는 형상을 의미한다. 이 꼬불꼬불 구부러져 있는 형상은, 곡선 모양 뿐만 아니라, 꺽어진 선 모양이라도 좋다. 이하에서는 설명을 간단히 하기 위해서, 이러한 기판과 수직한 방향 이외의 방향에 연속해 있는 부분을 갖는 개공(開孔)을 만입구멍이라 부른다. 또한, 이 만입구멍은, 그 바닥이 닫혀 있는 함몰 구멍이나, 바닥이 빠져서 연통하고 있는 관통 구멍 등을 포함하는 것이다.

본 발명의 제1의 발명군에 속하는 유기 발광소자는, 또한, 상기 제2의 전극의 상기 유기발광층측의 면이 다차원 사행면 형상인 구성으로 할 수 있다. 이 구성이면, 유기발광층의 표면 형상에 대응한 제2의 전극을 형성할 수 있으므로, 제1의 전극 및 제2의 전극의, 표면 형상에 의존하는 전계 집중을 방지할 수 있다. 따라서, 유기 발광소자의 실효발광부에서의 발광 휘도가 커지고, 또한 발광 휘도가 발광 부위에 의존하지 않게 된다.

본 발명의 제1의 발명군에 속하는 유기 발광소자는 또한, 상기 유기 발광소자를 상기 기판상의 임의의 점을 교점으로 하여 서로 60도의 각도로 교차하는 상기 기판에 수직한 3개의 평면으로 절단했을 때, 6개의 절단면에 있어서의 각각의 유기발광층의 사행형상선의 실제 길이와, 그 사행형상선을 상기 기판과 수직한 방향으로부터 상기 기판에 평행하는 평면에 투영한 투영길이와의 사이에 이하의 부등식(1)이 성립하는 구성으로 할 수 있다.

여기에서, 상기 부등식(1)의 좌변은 2배 이상이며, 3배 이상인 것이 바람직하고, 5배 이상인 것이 보다 바람직하고, 10배 이상인 것이 더욱 바람직하고, 20배 이상인 것이 특히 바람직하다. 이 구성이면, 유기 발광소자에 있어서의 단위면적당의 실효 발광면적이, 평활한 기판이나 조면화(粗面化)된 기판을 단순하게 이용하는 경우보다도 확실하게 또한 현저하게 커진다. 따라서, 유기 발광소자의 발광 휘도가 극히 높거나, 또는, 그 수명이 극히 길어지게 된다.

또한, 본 발명의 제1의 발명군에 속하는 유기 발광소자의 제조방법은, 기판상에, 상기 기판과 반대측의 면이 다차원 사행면 형상인 제1의 전극을 형성하는 제1의 전극 형성공정과, 상기 제1의 전극의 다차원 사행면 형상을 한 면을 따라 유기발광물질을 대략 균일하게 퇴적시켜, 상기 제1의 전극측의 면과 상기 제1의 전극과 반대측의 면의 양면이 다차원 사행면 형상인 유기발광층을 형성하는 유기발광층 형성공정과, 상기 유기발광층상에 제2의 전극을 형성하는 제2의 전극 형성공정을 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 유기발광층 형성공정에서는, 상기 기판과 반대측의 면이 다차원 사행면 형상인 제1의 전극상에, 유기발광물질을 대략 균일하게 퇴적시킴으로써, 복잡하게 만곡한 균일한 유기발광층이 형성된다. 즉, 이 구성이면, 실효 발광 면적을 증가시키면서, 유기발광층에 걸리는 전위차를 대략 균일하게 할 수 있다. 이것에 의해. 그 발광 휘도가 극히 높고, 또는, 그 수명이 극히 긴 유기 발광소자를 제조할 수 있다. 여기에서, 이 유기발광층 형성공정에서는, 층 두께가 대략 균일한 유기발광층을 형성하기 위해서 전착법이나 흡착법 등을 적용할 수 있다.

(제2의 발명군)

또한, 본 발명의 제2의 발명군에 속하는 표시장치는, 기판과, 상기 기판에 형성된 전자회로와, 상기 전자회로를 통해서 발광이 제어되는 적어도 1개의 유기 발광소자를 갖춘 표시장치로서, 상기 유기 발광소자는, 기판과, 상기 기판상에 형성된, 적어도 상기 기판과 반대측의 면이 다차원 사행면 형상인 제1의 전극과, 상기 제1의 전극의 다차원 사행면 형상을 한 면을 따라 형성된, 상기 제1의 전극측의 면과 상기 제1의 전극과 반대측의 면의 양면이 다차원 사행면 형상인, 유기발광물질을 포함하는 유기발광층과, 상기 유기발광층상에 형성된 제2의 전극을 구비하는 것을 특징으로 한다.

이 구성이면, 저전압에서 발광을 제어할 수 있고, 또한 내구성이 우수한 유기 발광소자를 화소로 하여, 이 화소를 독립적으로 발광 제어할 수 있으므로, 저전압 구동으로 고내구성의 EL형 표시장치를 실현할 수 있다.

또한, 본 발명의 제2의 발명군에 속하는 조명장치는, 기판과, 상기 기판에 형성된 전압인가 배선과, 상기 전압인가 배선과 전기접속된 적어도 1개의 유기 발광소자를 구비한 조명장치로서, 상기 유기 발광소자는, 기판과, 상기 기판상에 형성된, 적어도 상기 기판과 반대측의 면이 다차원 사행면 형상인 제1의 전극과, 상기 제1의 전극의 다차원 사행면 형상을 한 면을 따라 형성된, 상기 제1의 전극측의 면과 상기 제1의 전극과 반대측의 면의 양면이 다차원 사행면 형상인, 유기발광물질을 포함하는 유기발광층과, 상기 유기발광층상에 형성된 제2의 전극을 구비하는 것을 특징으로 한다.

이 구성에 의하면, 발광 휘도 및 내구성이 우수한 유기 발광소자를 구비함으로써, 내구성이 높은 고휘도 EL형 조명장치가 실현된다.

도 1은 본 발명의 일예에 관한 유기 발광소자를 모식적으로 나타내는 단면도이다.

도 2는 본 발명의 다른 예에 관한 유기 발광소자를 모식적으로 나타내는 단면도이다.

도 3은 본 발명의 다른 예에 관한 유기 발광소자를 모식적으로 나타내는 단면도이다.

도 4는 본 발명의 다른 예에 관한 유기 발광소자를 모식적으로 나타내는 단면도이다.

도 5는 본 발명의 다른 예에 관한 유기 발광소자를 모식적으로 나타내는 단면도이다.

도 6은 본 발명의 다른 예에 관한 유기 발광소자를 모식적으로 나타내는 단면도이다.

도 7은 전착방법을 모식적으로 나타내는 도면이다.

도 8은 유기발광층의 투영길이를 나타내는 도면이다.

도 9는 유기발광층의 실제 길이를 나타내는 도면이다.

도 10은 본 발명의 유기 발광소자를 이용한 표시장치의 일예를 나타내는 모식도이다.

도 11은 본 발명의 유기 발광소자를 이용한 조명장치의 일예를 나타내는 모식도이다.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

(제1의 발명군에 있어서의 실시의 형태)

이하에, 본 발명의 제1의 발명군에 관한 내용을 설명함과 동시에. 바람직한 실시의 형태를 기술한다.

본 발명의 제1의 발명군에 관한 실시의 형태인 유기 발광소자 및 그 제조방 법에 대해서, 도 1을 참조하면서 설명한다. 도 1은, 본 발명에 관한 유기 발광소자(1)의 단면도이다.

<제1의 전극의 형성>

다차원 사행면 형상을 갖는 제1의 전극을, 이하 (A)~(D)에 나타내는 어느 하나의 방법에 따라 형성하였다. 또, 이하에 나타내는 예는, 제1의 전극의 형성 방법을 한정하는 것이 아닌 것은 물론이다.

(A) 고압고주파 용해장치 및 개량형 초크랄스키법을 이용하고, 불활성 가스 분위기 하에서 금속을 용해, 응고시켜서, 금속괴의 표면을 다차원 사행면 형상(후술한다)으로 가공했다. 이하에 이 방법을 설명한다. 질소 등의 불활성 가스 분위기하(압력: 101324.72Pa)에서, 예를 들면, 리튬 등의 알칼리 금속, 마그네슘, 칼슘 등의 알칼리토류금속, 유로피움 등의 희토류금속 등으로 이루어지는 금속 단체(單體), 또는, 이들 금속과 알루미늄, 은, 인듐 등과의 합금 등의, 일함수가 작은 금속, 또는 그들을 포함하는 합금 등을, 장치내의 도가니 안에서 용융시켰다. 그 후, 사용하는 불활성 가스와 금속과의 공정점(共晶点)에까지 가열하여, 불활성 가스를 금속중에 용해시켰다. 여기에서, 또한, 장치내의 압력을 상승시키고, 장치내의 도가니로부터 0.1mm/sec~1mm/sec정도의 속도로 수십~수백 마이크로미터의 두께의 금속을 인상하고, 자연방냉에 의해 서냉하여 금속을 고정화했다. 이 때, 불활성 가스가 금속내부로부터 취출하여 금속의 표면에 취출한 흔적을 형성하기 때문에, 금속의 표면이 다차원 사행면 형상으로 가공된다.

(B) 소실성 섬유를 혼초시킨 금속괴로부터 이 소실성 섬유를 소실시켜서, 표 면을 다차원 사행면 형상으로 가공했다. 이하에 이 방법을 설명한다. 소실성 섬유로서, 예를 들면, 펄프, 천연섬유, 합성섬유 등의 고온의 가열로 소실하는 섬유를, 폴리아크릴아미드 등의 고분자 정착제와 함께, 상술한 일함수가 작은 금속의 분체 등에 초입하여, 두께 수십~수백 마이크로미터의 혼초체를 작성했다. 그 후, 이 혼초체를 가열하여, 소실성 섬유를 소실시키는 동시에, 금속분끼리를 소결시켰다. 이에 의해 금속괴에 섬유가 소실한 흔적이 형성되기 때문에, 금속의 표면이 다차원 사행면 형상으로 가공된다.

(C) 금속괴표면을 에칭해서 표면을 다차원 사행면 형상으로 가공했다. 이하에 이 방법을 설명한다. 기판상에, 예를 들면, 진공증착법, 스퍼터법, CVD(Chemical Vapor Deposition)법 등의 방법에 의해, 상술한 칼슘 금속 등의 일함수가 작은 금속 등으로 이루어지는 도전막(막두께: 수십~수백 마이크로미터)을 형성했다. 그 후, 미소한 관통 구멍이나 광의 투과율이 연속적 혹은 단계적으로 다른 차폐부를 다수 갖는 레지스트 막을 마스크로 하여, 이 도전막의 표면을 드라이 에칭하고, 이 표면을 2차원 사행면 형상이나 3차원 사행면 형상으로 가공했다. 이에 의해, 다차원 사행면 형상을 갖는 제1의 전극을 형성했다.

여기에서, 이와 같이 하여 도전막의 표면을 에칭하면, 도 3 또는 도 4에 나타낸 바와 같이, 제1의 전극(3)에는, 기판에 대하여 대략 수직방향으로 함몰한 사행 형상의 표면이 형성된다. 이 때, 유기 발광소자의 실효 발광면적을 현저하게 향상시키는 목적으로부터는, 이 함몰부의 깊이를, 그 함몰부에 있어서의 최대 개구폭보다도 길게 하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 함몰부의 개구단이 정방형 또는 원 형이면, 이 정방형의 한변의 길이 또는 이 원의 지름보다도 깊이 방향의 길이가 긴 개공을 형성하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 수십~수백 마이크로미터의 막두께의 도전막에, 한변이 수백~수천 나노미터인 정방형 또는 직경이 수백~수천 나노미터인 원형의 개구단을 갖는 개공이 형성되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 도 5 및 도 6에 나타낸 바와 같이, 이 제1의 전극(3)은, 기판과 반대측의 면 뿐만아니라, 기판과 동일측의 면을 다차원 사행면 형상으로 할 수 있는 것은 물론이다. 이 경우에는, 드라이 에칭 등에 의해 미리 기판면을 다차원 사행면 형상으로 해두고, 그 면상에 제1의 전극을 퇴적시킨다. 또한, 그 후, 레지스트 막을 이용한 드라이 에칭에 의해, 상술한 바와 같이 하여, 제1의 전극표면의 형상을 더 가공할 수도 있다.

(D) 금속 미분말의 가압 성형법에 의해 다차원 사행면 형상을 갖는 제1의 전극을 형성했다. 이하에 이 방법을 설명한다. 진공중에 있어서, 체적평균 입경이 약 5㎛인 칼슘분체(도전성 분체)를 기판(2)상에 퇴적시켰다. 퇴적시킨 칼슘분체를 프레스 가공에 의해 집적시켜서, 다차원 사행면 형상을 갖는 칼슘제의 전극(3)(제1의 전극)을 형성한다. 이 때, 프레스 가공에서의 압력을 약 9.8×10²kPa(10kgf/cm²)로 설정하는 것에 의해, 그 밀도가 0.1g/cm²~0.8g/cm²이 되도록 하여 제1의 전극을 형성시켰다.

〔제1의 전극에 있어서의 다차원 사행면 형상의 확인〕

상기 방법 등에 의해 형성한 제1의 전극(3)에 있어서의 기판과 반대측의 표 면을 주사형 전자현미경(SEM)에 의해 관측하고, 그 표면이 이하로 정의되는 2차원 또는 3차원 사행면 형상인 것을 확인했다. 또한, 그 표면이, 이하로 정의되는 만입형상을 나타내는 사행 형상을 포함하고 있는 것도 확인했다. 또한, 상술한 바와 같이, 이 제1의 전극은, 그 표면이 2차원 또는 3차원 사행면 형상인 전극인 것이 중요하고, 이러한 형상을 실현할 수 있다면, 상기 4가지의 방법으로 작성된 것에 한정되지 않는 것은 물론이다. 예를 들면, 제1의 전극의 주구성 재료인 도전성 금속막상에, 산화 특성이 다른 그 밖의 금속을 스퍼터링법 등으로 분산 퇴적시킨 후, 양극산화하는 방법에 의해서도 다차원 사행면을 형성할 수 있다. 또한, 상기 도전성 금속막상에 산화 보호막을 아일랜드상으로 산재시킨 후, 양극산화하고, 그 후에 산화보호막을 적당한 용매로 세정 제거하는 방법 등에 의해서도 형성할 수 있다.

여기에서, 상술한 바와 같이, 2차원 사행면 형상이란, 기판과 수직한 절단면에 있어서의 단면형상이 꼬불꼬불 구부러져 있고, 또한, 단면형상의 꼬불꼬불 구부러진 쪽이, 서로 평행한 절단면에서 동일하게 되는 형상을 의미한다. 또한, 3차원 사행면 형상이란, 기판과 수직한 절단면에 있어서의 단면형상이 꼬불꼬불 구부러져 있고, 또한, 서로 평행한 절단면에서, 단면형상의 꼬불꼬불 구부러진 쪽이 다른 형상을 의미한다. 또한, 사행면이 만입형상이란, 기판과 수직한 절단면에 있어서의 단면형상이, 기판과 수직한 방향이외의 방향으로 꼬불꼬불 구부러져 있는 형상을 의미한다. 이들의 단면형상의 꼬불꼬불 구부러진 쪽은, 곡선상 뿐만아니라, 꺽인 선상이여도 좋다. 더욱이, 이 꼬불꼬불 구부러진 쪽에는, 도 1에서 나타내는 바와 같은 불규칙 또는 무질서한 형상이나, 예를 들면, 도 3에서 나타내는 바와 같은 크 랭크 형상 등의 규칙적인 기하학 형상 등이 포함된다.

그런데, 제1의 전극의 다차원 사행면 형상을 한 표면에는, 후술하는 바와 같이, 약 100nm의 유기발광층을 균일하게 형성시키는 것이 중요하다. 이 때, 실효 발광면적의 향상에 기여하기 위해서는, 제1의 전극에 있어서의 만입구멍은 유기발광층의 층 두께의 적어도 2배를 넘는 구경을 갖고 있을 필요가 있다. 또한, 후술하는 바와 같은, 제2의 전극을 유기발광층을 따라 균일한 두께로 형성시키는 경우에는, 유기발광층의 두께에 제2의 전극의 두께를 적어도 더 가한 두께를 초과해서 만입구멍의 구경을 넓혀 놓을 필요가 있는 것은 물론이다. 이 때문에, 제1의 전극의 재료로서 이용하는 도전성 분체의 부피평균 입경이나 프레스 가공시의 프레스 압력 등의 성형조건은, 사용하는 유기발광물질, 유기발광층 또는 제2의 전극의 설정 두께 등에 따라 최적화시킬 필요가 있다.

<유기발광층의 형성>

고분자 발광물질인 폴리페닐비닐렌 유도체 중 하기 화학식(1)로 표시되는 화합물 폴리(1,4-(2-(5-카르복시펜틸)-페닐렌)비닐렌(이하, CP-PPV로 약칭한다.)을 유기발광물질로서 사용했다.

상기 화학식(1)로 표시되는 바와 같이, 이 CP-PPV는 측쇄의 관능기로서 카르 복실기를 갖는 구조로 되어 있다. 또한, 상기 화학식(1) 중의 n은 2이상의 자연수이다. 또한, 이는 황녹색계의 형광색을 갖는 물질이다.

이 CP-PPV의 농도가 0.02M인 아세토니트릴의 용액(8)을 조제하고, 제1의 전극(3)이 형성된 기판(2)를 도 7에 표시한 대로 침지했다. 그 후, 기판(2)와 약 5mm의 간격으로 평행하게 백금전극(9)를 침지하고, 제1의 전극(3)과의 사이에 약 1.5V의 전압을 인가했다. 이 전압을 15분간 인가시킨 상태로 정치하고, 층 두께가 약 100nm인 CP-PPV층을 전착에 의해 대략 균일하게 퇴적시켰다. 인가 개시로부터 15분후, 제1의 전극상에 CP-PPV를 전착시킨 기판을 취출하고, 7999Pa(60mmHg), 90℃의 감압 조건하에서 1시간 건조시켜, 제1의 전극(3)을 대략 균일하게 덮는 유기발광층 (4)를 얻었다. 이렇게 하여 다차원 사행면 형상을 갖는 제1의 전극을 대략 균일하게 덮도록 유기발광층이 형성되기 때문에, 이 유기발광층의 제1의 전극과 동일측의 면 및 반대측의 면의 양면은 다차원 사행면 형상으로 된다. 또한, 용액중에 있어서의 CP-PPV의 농도, 인가전압 및 전압인가 시간은, 상기 조건에 한하는 것은 아니고, 원하는 막두께에 따라 조절할 수 있는 것은 물론이다.

그런데, 이 전착법에 의한 유기발광층의 형성에 이용할 수 있는 유기발광물질로서는, 상기 CP-PPV와 같이 용액중에서 이온화하는 재료이외에도, 콜로이드를 형성하는 유기재료를 들 수 있다. 예를 들면, 고분자 발광물질인 폴리티오펜 유도체 중 하기 화학식(2)로 표시되는 화합물 폴리(3-펜타데실티오펜)을 톨루엔에 1g/리터가 되도록 용해시킨 후, 이 톨루엔 용액에 대하여 아세토니트릴을 1:9의 부피비(25℃, 101324.72Pa에 있어서)로 혼합시켜, 오렌지색의 콜로이드를 형성시킨다. 그 후, 이 콜로이드 용액을 사용하고, 도 7에 나타내는 구성의 전착에 의해, 제1의 전극표면에 유기발광층을 형성할 수 있다.

또한, 상기 화학식(2) 중의 n은 2 이상의 자연수이다.

여기에서, 상기의 효과는 구조적인 변화, 즉, 실효 발광면적의 증대에 의한 것이기 때문에, 다른 유기발광물질을 이용해도 동등한 효과를 얻을 수 있는 것은 물론이다. 예를 들면, 상기 폴리페닐비닐렌이나 폴리티오펜 이외의 유기발광물질이어도, 용매중에서 양이온 혹은 음이온으로서 존재할 수 있는 발광물질이면, 고분자 또는 올리고머 정도의 분자량으로 양이온 혹은 음이온성의 관능기를 갖는 물질이나, 공지의 도전성 저분자 발광물질을 이용할 수 있다. 그 때문에, 발광물질의 형광색은 상기 CP-PPV가 속하는 황초록계에 한정되지 않는 것은 물론이다. 또한, 사용하는 유기발광물질에 따라, 원하는 층 두께를 갖는 유기발광층을 형성시키기 위해서는. 용매의 선택이나 유기발광물질 및 용매의 혼합비나 인가전압 및 인가시간 등을 최적화할 필요가 있는 것은 물론이다.

또한, 고분자 발광물질을 포함하는 혼합 용액을 조제하기 위한 용매로서는, 상기 아세토니트릴 이외에도, 아민계 등의 극성용매를 이용할 수 있다.

<제2의 전극의 형성>

다차원 사행면 형상을 갖는 유기발광층(4)의 표면에, 유기발광층의 형성 방 법과 동일하게 도 7에 나타내는 전착법을 이용하고, 유기발광층(4)상에 정공수송층으로서의 도전성 고분자막(5)를 퇴적시켰다. 이 때, 전착시키는 도전성 고분자물질로서, 폴리(에틸렌디옥시티오펜)/폴리스티렌술폰산(이하, 이를 PEDOT/PSS로 약칭한다.)을 물에 분산시킨 용액(Bayer사제, 상품명: Baytoron)을 사용했다. 이 용액중에서는, 도전성 고분자인 PEDOT/PSS가, 수중에서 서브-마이크론 크기의 입자로서 분산된 콜로이드로 되어 대전하고 있다. 이러한 대전한 콜로이드상의 PEDOT/PSS를 사용하면, 예를 들면, 제1의 전극(3)과 백금전극(9)와의 사이에 약 50볼트인 직류전압을 5분간 인가함으로써, 막두께가 약 100nm인 도전성 고분자막(5)가 유기발광층 상에 대략 균일하게 퇴적한다.

여기에서, 또한, 도전성 고분자막(5)상에, 부피평균 입경이 수10nm인 산화 인듐 주석(ITO)의 미분말(예를 들면, 쓰미토모금속광산주식회사제)을 아세토니트릴중에 분산한 용액을, 도 7의 구성에서 제1의 전극(3)과 백금전극(9)와의 사이에 약 50볼트인 직류전압을 10분간 인가함으로써, ITO의 미립자로 이루어지는 막두께가 약 200nm인 투명한 제2의 전극을 도전성 고분자막(5)상에 대략 균일하게 퇴적시켰다.

다음에, 이 제2의 전극을 형성한 기판을 충분히 건조시키고, 또한, 건조한 질소분위기중에서, 실링 수지(7)을 스크린 인쇄로 기판(2)상에 인쇄하고, 봉지판(10)으로 밀폐하여 셀을 완성시켰다. 또한, 제1의 전극(3)과 제2의 전극(6)으로부터는 은페이스트를 이용해서 실(seal)외로의 취출 전극을 설치했다. 또한, 셀내에 공간이 있는 경우에는, 밀폐시에 불활성 가스(질소)를 충전했다.

<본 실시의 형태에 관한 유기 발광소자의 발광 특성>

이상의 공정을 거치는 것에 의해, 도 1에 나타내는 유기 발광소자를 제작했다. 여기에서, 제작한 유기 발광소자의 발광 특성을 조사하기 위해서, 이 유기 발광소자와 종래의 구성의 유기 발광소자에 약 10볼트의 직류전압을 인가했다. 이 종래의 구성의 유기 발광소자는, 제1의 전극, PPV로 이루어지는 유기발광층 및 제2의 전극이 모두 평탄한 층인 것 이외는 본 실시형태와 동일하다. 이 때, 종래의 구성의 유기 발광소자에서는 그 최고발광 휘도가 약 1000cd/m²이었던 것에 대해서, 본 실시의 형태에서는 그 최고발광 휘도가 약 50000cd/m²이며, 약 50배의 최고발광 휘도가 얻어졌다. 이는, 다차원 사행면 형상을 가지며, 또한, 그 층 두께가 대략 균일한 유기발광층을 형성함으로써, 유기 발광소자의 실효 발광면적이 약 50배로 증대한 것으로 생각된다.

또한, 종래의 구성의 유기 발광소자와 본 실시의 형태를 1000cd/m²의 초기 휘도로 연속 발광시키면, 종래의 구성의 유기 발광소자는 약 1000시간의 휘도 반감기를 나타냈지만, 본 실시형태의 휘도 반감기는 약 10000시간이었다. 즉, 본 발명의 유기 발광소자는 종래의 구성의 소자와 비교해서 약 10배나 더 장수명으로 되는 것을 알았다.

〔유기발광층에 있어서의 실효 발광면적의 증대〕

상기 공정에 의해 제작된 유기 발광소자를, 포커스드이온빔(FIB, Focused ion beam)법에 의해, 기판상의 중심점을 교점으로 하여 서로 60도의 각도로 교차하 는 상기 기판에 수직한 3개의 평면으로 절단하여, 6개의 절편을 작성했다. 작성한 6개의 절편으로부터, 상기 3개의 평면에 대응하는 6개의 절단면을, 각각 주사형 전자현미경(SEM)에 의해 관측했다. 이것에 의해, 대략 균일한 층 두께를 갖는 유기발광층이 형성되어 있는 것이 확인되었다. 또한, 여기에 있어서의 「평면에 대응한 절단면」이란, 1개의 절단 평면에 의해 나타내어지는, 거울상 관계에 있는 2개의 절단면 중 어느 쪽인가의 1개의 절단면을 의미하는 것이다.

여기에서, 도 8 및 도 9의 개념도로 나타낸 바와 같이, 각각의 평면에 대응한 절단면에 있어서의 유기발광층의 사행형상선의 실제 길이와 투영길이를 산출했다. 사행형상선의 실제 길이로서는, 도 9에 나타낸 바와 같이, 유기발광층(4)와 제1의 전극(3)과의 경계선과, 유기발광층(4)와 도전성 고분자막(5)(제2의 전극이 유기발광층상에 직접 설치되어져 있는 경우에는 제2의 전극)와의 경계선에 의해 설정되는 중간선(도 8 및 도 9에 있어서의 점선)의 선 길이를 산출했다. 또한, 유기발광층의 사행형상선의 투영길이로서는, 도 8에 나타낸 바와 같이, 그 사행형상선을 상기 기판과 수직한 방향으로부터 상기 기판에 평행하는 평면에 투영한 투영길이를 산출했다.

이 산출 결과가, 이하의 부등식(1)을 만족시키는 것을 확인했다

이는, 본 발명자들의 경험에 의하면, 평활한 기판이나 조면화된 기판을 이용한 경우보다도 확실하게 큰 값이다. 또한, 상술한 발광 특성이 뛰어난 소자 정도로 그 값이 크고, 뛰어난 발광 특성을 얻기 위해서는, 이 비의 평균치가 3배 이상인 것이 바람직하고. 5배 이상인 것이 보다 바람직하며, 10배 이상인 것이 더욱 바람직하고, 20배 이상인 것이 특히 바람직하다. 본 실시형태에서는, 상기 종래예와 비교해서, 실효 발광면적이 30배 이상 증가하고 있었다.

(제2의 발명군에 있어서의 실시의 형태)

이하에, 본 발명의 제2의 발명군에 관한 유기 발광소자를 기판상에 1개 또는 복수 형성한 장치의 내용을 설명함과 동시에, 바람직한 실시의 형태를 기술한다.

<표시장치>

도 10은 상기 유기 발광소자를 이용한 표시장치의 일예를 나타내는 모식도이다. 이 예에 관한 표시장치는, 화상신호를 발생하는 화상신호 출력부(10)과, 기판에 형성된 상기 화상신호 출력부로부터의 화상신호를 발생하는 주사 전극구동 회로(11)과 신호구동 회로(12)를 갖는 전자회로(13)과, 100×100의 매트릭스상으로 배열되어, 상기 전자회로(13)에 의해 발광이 제어되는 유기 발광소자(14)를 갖는 발광부(15)를 갖추고 있다. 이 발광부(15)는 상기 제1의 발명군에 관한 유기 발광소자로 구성되어 있다. 이 구성의 표시장치는, 종래의 구성의 유기 발광소자를 구비한 표시장치와 비교하여, 높은 명도로 장기간 안정하게 화상을 표시할 수 있는 것이 확인되었다.

<조명장치>

도 11은 상기 유기 발광소자를 이용한 조명장치의 일예를 나타내는 모식도이다. 이 예에 관한 조명장치는, 전류를 제어하는 구동부(20)과, 기판에 형성된 전압 인가배선(23)과 전기적으로 접속되어, 상기 구동부에서 출력되는 전류에 근거해서 발광하는 유기 발광소자군을 갖는 발광부(21)을 갖추고 있다. 여기에서, 이 발광부 (21)은 필름 기판상에 상기 제1의 발명군에 대한 유기 발광소자군을 형성한 것이며, 이 예에서는, 도 11에 나타낸 바와 같이, 액정표시 패널(22)의 백라이트로서 사용되고 있다. 이 예에 의해, 본 발명의 조명장치가, 종래의 구성의 유기 발광소자를 구비한 조명장치에 비교하여, 휘도가 높은 발광을 장기간 안정하게 얻을 수 있는 것이 확인되었다.

<그 밖의 사항>

(a) 본 발명에 의하면, 유기물로 이루어지는 발광층의 실효 발광면적을 현저하게 증가시킴으로써, 발광층의 단위면적당의 주입 전류량을 작게 해도, 유기 발광소자의 단위면적당의 총발광량이 현저하게 증가한다. 이와 같이 발광층의 실효 발광면적을 증가시키기 위해서는, 유기발광층은, 제1의 전극을 따라 형성되어 있을 필요가 있다. 여기에서, 홀 수송층인 도전성 고분자막이나 제2의 전극은, 도 1에 나타낸 바와 같이, 유기발광층을 따라 균일하게 형성되어 있는 쪽이 각각의 층구조에 대한 전계를 균일하게 인가할 수 있기 때문에 바람직하다.

그렇지만, 이들 막은 저항치가 낮기 때문에, 예를 들면, 도 2, 도 4, 도 6에 나타낸 바와 같이, 두께가 불균일한 도전성 고분자막으로 제1의 전극을 덮고, 그 위에 평탄한 면을 갖는 제2의 전극을 설치한 유기 발광소자로서도, 실효 발광면적의 증가를 얻을 수 있기 때문에, 소자의 발광 효율을 현저하게 향상할 수 있는 것을 확인하였다.

(b) 제1의 전극에 유기발광층을 형성시키는 방법으로서는, 상기 전착법에 한하지 않고, 전극상에 균일하게 유기물을 퇴적할 수 있는 방법이라면 이용할 수 있다. 예를 들면, 비교적 높은 압력에서 행하는 열 CVD(화학기상성장)법 등의, 대상물에 대한 유기물의 돌아 들어감이 좋고, 만입구멍 등의 뒤얽힌 구조의 표면에도 막을 균일하게 형성할 수 있는 방법이 바람직하다. 이러한 열CVD법 이외에도, 예를 들면, 사용하는 유기물질의 비점 이상의 온도로 진공용기를 가열하고, 가열에 의해 승화한 유기물질을 용기내에 충만시켜서, 이 용기내에 배치된 기판의 온도만을 유기물질의 비점이하로 조열하는 방법이라면, 기판상에 형성된 제1의 전극표면의 만입구멍에 까지 유기물을 균일하게 부착시키는 것도 가능하다. 즉, 본 발명에 관한 다차원 사행면 형상을 갖는 대상물로의 성막방법으로서는, 종래의 유기EL의 제작에서 이용되고 있는 진공증착과 같은, 대상물에 분자를 직선적으로 날리는 방법보다도, 확산한 유기분자를 대상물에 흡착시키는 것 같은, 분자의 돌아 들어감이 우수한 방법의 쪽이 바람직하다고 생각된다.

(c) 본 실시의 형태에 있어서는, 칼슘분체를 이용해서 제1의 전극을 형성했지만, 제1의 전극을 구성하는 물질로서, 도전성 분체이면 어떤 물질을 이용해도 좋다. 다만, 전자주입성을 향상시키기 위해서는, 칼슘 또는 마그네슘 등의 알칼리토류금속이 바람직하다.

(d) 본 실시형태에 있어서는, 제1의 전극을 형성한 기판과 반대측으로부터 발광을 취출하는 구성으로 했지만, 제1의 전극을 형성하는 기판으로서 광투과성을 갖는 기판을 이용하고, 또한, 제2의 전극으로서 광투과성을 갖는 전극을 형성하면, 제1의 전극을 형성한 기판측으로부터 광을 취출하는 구성으로 할 수도 있다. 이 경우, 유기 발광소자를 봉지하는 봉지용 기판은 투명할 필요는 없다. 또한, 봉지용 기판 대신에 알루미늄제 등의 봉지용 캔을 이용해서 방습 구조를 실현할 수도 있다.

구체적으로는, 제1의 전극으로서 ITO로 이루어지는 전극을 이용하고, 또한, 제2의 전극으로서 칼슘 전극 등을 이용한 구성으로 함으로써, 제1의 전극이 형성되어 있는 광투과성의 기판측으로부터 광을 취출하는 유기 발광소자를 형성할 수 있다.

또한, 예를 들면, 인듐이나 주석의 수산화물을 소결하는 졸 겔법을 적용하면, 다차원 사행면 형상을 갖는 ITO로 이루어지는 투명한 전극을 형성할 수 있다.

(e) 상기 실시의 형태에서는, 유기발광층과 제2의 전극과의 사이에 도전성 고분자막을 설치했지만, 이 도전성 고분자막을 형성하지 않고 유기발광층상(기판과 반대측의 면상)에 직접 제2의 전극을 설치할 수도 있다.

(f) 상기 실시의 형태에서는, 제1의 전극상에 직접 유기발광층을 설치했지만, 전자수송층 또는 정공수송층으로서, 제1의 전극과 유기발광층의 사이에 도전성 고분자막을 설치할 수 있는 것은 물론이다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에서는, 유기 발광소자의 유기발광층을, 층 두께가 대략 균일한 다차원 사행면 형상으로서 제1의 전극의 표면에 형성시킴으로써, 유기 발광소자에 있어서의 단위 면적당의 실효 발광면적이 증가하기 때문에, 유기 발광소자의 발광 휘도 및 내구성을 향상시킬 수 있다. 더욱이, 본 발명에 관한 유기 발광소자를 화소로서 이용하는 것에 의해, 발광 휘도 또는 내구성을 향상시킨 표시장치를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명에 관한 유기 발광소자를 광원으로서 사용함으로써, 발광 휘도 또는 내구성을 향상시킨 조명장치를 제공할 수 있다.

Claims (9)

1. 기판과,

   상기 기판상에 형성된, 적어도 상기 기판과 반대측의 면이 다차원 사행면 형상인 제1의 전극과,

   상기 제1의 전극의 다차원 사행면 형상을 한 면을 따라 형성된 유기발광물질을 포함하는 층으로서, 상기 제1의 전극측의 면과 상기 제1의 전극과 반대측의 면의 양면이 다차원 사행면 형상인 유기발광층과,

   상기 유기발광층상에 형성된 제2의 전극을 구비하는 유기 발광소자.
2. 제1항에 있어서,

   상기 유기발광층의 층 두께가 대략 균일한 유기 발광소자.
3. 제1항에 있어서,

   상기 제1의 전극의 기판과 반대측의 다차원 사행면은, 상기 기판에 수직한 방향에 있어서의 단면형상에 만입형상을 포함하는 형상이며,

   상기 유기발광층은, 상기 만입형상을 따라 대략 균일하게 형성되어 있는 유기 발광소자.
4. 제1항에 있어서,

   상기 제2의 전극의 상기 유기발광층측의 면이 다차원 사행면 형상인 유기 발광소자.
5. 제2항에 있어서,

   상기 유기 발광소자를, 상기 기판상의 임의의 점을 교점으로 하여 서로 60도의 각도로 교차하는 상기 기판에 수직한 3개의 평면으로 절단했을 때, 6개의 절단면에 있어서 각각의 유기발광층의 사행형상선의 실제 길이와, 그 사행형상선을 상기 기판과 수직한 방향으로부터 상기 기판에 평행하는 평면에 투영한 투영길이와의 사이에 이하의 부등식1이 성립하는 유기 발광소자.

   
6. 기판상에, 상기 기판과 반대측의 면이 다차원 사행면 형상인 제1의 전극을 형성하는 제1 전극 형성공정과,

   상기 제1의 전극의 다차원 사행면 형상을 한 면을 따라 유기발광물질을 대략 균일하게 퇴적시켜, 상기 제1의 전극측의 면과 상기 제1의 전극과 반대측의 면의 양면이 다차원 사행면 형상인 유기발광층을 형성하는 유기발광층 형성공정과,

   상기 유기발광층상에 제2의 전극을 형성하는 제2의 전극 형성공정을 구비하는 유기 발광소자의 제조방법.
7. 제6항에 있어서,

   상기 유기발광층 형성공정은, 전착법에 의해, 상기 제1의 전극의 다차원 사행면 형상을 한 면을 따라 유기발광물질을 대략 균일하게 퇴적시키는 것인 유기 발광소자의 제조방법
8. 기판과, 상기 기판에 형성된 전자회로와, 상기 전자회로를 통해서 발광이 제어되는 적어도 1개의 유기 발광소자를 구비한 표시장치로서,

   상기 유기 발광소자는,

   기판과,

   상기 기판상에 형성된, 적어도 상기 기판과 반대측의 면이 다차원 사행면 형상인 제1의 전극과,

   상기 제1의 전극의 다차원 사행면 형상을 한 면을 따라 형성된, 상기 제1의 전극측의 면과 상기 제1의 전극과 반대측의 면의 양면이 다차원 사행면 형상인, 유기발광물질을 포함하는 유기발광층과,

   상기 유기발광층상에 형성된 제2의 전극

   을 구비하는, 표시장치.
9. 기판과, 상기 기판에 형성된 전압인가 배선과, 상기 전압인가 배선과 전기접속된 적어도 1개의 유기 발광소자를 구비한 조명장치로서,

   상기 유기 발광소자는,

   기판과,

   상기 기판상에 형성된, 적어도 상기 기판과 반대측의 면이 다차원 사행면 형상인 제1의 전극과,

   상기 제1의 전극의 다차원 사행면 형상을 한 면을 따라 형성된, 상기 제1의 전극측의 면과 상기 제1의 전극과 반대측의 면의 양면이 다차원 사행면 형상인, 유기발광물질을 포함하는 유기발광층과,

   상기 유기발광층상에 형성된 제2의 전극

   을 구비하는, 조명장치.

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