KR20100114108A

KR20100114108A - 유기 전계 발광 소자 및 그의 제조 방법, 면상 광원, 조명 장치, 및 표시 장치

Info

Publication number: KR20100114108A
Application number: KR1020107019080A
Authority: KR
Inventors: 신야 다나까
Original assignee: 스미또모 가가꾸 가부시키가이샤
Priority date: 2008-01-30
Filing date: 2009-01-21
Publication date: 2010-10-22
Also published as: JP2009181774A; TW200948185A; EP2249625A1; WO2009096397A1; CN101926225A; EP2249625A4; US20100295085A1; US9879176B2; JP5320755B2

Abstract

본 발명은 양극과, 음극과, 양극 및 음극 사이에 배치되고 고분자 화합물을 포함하는 발광층을 3층 이상 갖는 발광부를 포함하며, 발광부를 구성하는 각 발광층은 서로 다른 피크 파장의 광을 발하며, 발광하는 광의 피크 파장이 긴 발광층일수록 양극측에 배치되는 유기 전계 발광 소자를 제공한다.

Description

유기 전계 발광 소자 및 그의 제조 방법, 면상 광원, 조명 장치, 및 표시 장치{ORGANIC ELECTROLUMINESCENT DEVICE, METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME, SURFACE LIGHT SOURCE, ILLUMINATING DEVICE AND DISPLAY DEVICE}

본 발명은 유기 전계 발광 소자 및 그의 제조 방법, 면상 광원, 조명 장치, 및 표시 장치에 관한 것이다.

한쌍의 전극과, 이 전극 사이에 설치되고 고분자 화합물을 포함하는 발광층을 포함하여 구성되는 유기 전계 발광(Electro Luminescence: 약칭 EL) 소자가 있다. 이 유기 EL 소자는 전극 간에 전압을 인가함으로써 발광층이 발광한다. 예를 들면 복수 종류의 색소를 발광층에 분산시킨 백색 발광층을 구비하여, 백색광을 발광하는 유기 EL 소자가 알려져 있다(예를 들면 일본 특허 공개 (평) 07-220871호 공보 참조).

전극 간에 인가하는 전압을 변화시키면 발광하는 광의 색이 변화한다. 종래의 기술의 유기 EL 소자에서는 인가하는 전압의 변화에 대한 색의 변화가 크다. 또한, 고효율로 발광하는 유기 EL 소자가 요구되고 있다.

본 발명의 목적은 전극에 인가하는 전압의 변화에 대하여 색의 변화가 적은 유기 전계 발광 소자를 제공하는 것이다. 또한 본 발명의 목적은 고효율로 발광하는 유기 전계 발광 소자를 제공하는 것이다.

본 발명은, 양극과,

음극과,

양극 및 음극 사이에 배치되고 고분자 화합물을 포함하는 발광층을 3층 이상 갖는 발광부를 포함하며,

발광부를 구성하는 각 발광층은 서로 다른 피크 파장의 광을 발하고, 발광하는 광의 피크 파장이 긴 발광층일수록 양극측에 배치되는 유기 전계 발광 소자이다.

또한 본 발명은, 상기 발광부의 발광층은 적색의 광을 발하는 발광층과, 녹색의 광을 발하는 발광층과, 청색의 광을 발하는 발광층의 3층으로 구성되는 유기 전계 발광 소자이다.

또한 본 발명은, 각 발광층은 각 발광층을 구성하는 재료를 포함하는 도포액을 도포함으로써 순차 형성되고,

상기 도포액이 표면 상에 도포되는 발광층은 도포액이 도포되기 전에 도포되는 도포액에 대하여 불용화되어 있는 유기 전계 발광 소자이다.

또한 본 발명은 불용화되는 발광층을 구성하는 재료의 적어도 일부는 에너지를 가함으로써 가교되는 유기 전계 발광 소자이다.

또한 본 발명은 불용화되는 발광층을 주로 구성하는 재료는 에너지를 가함으로써 가교되는 유기 전계 발광 소자이다.

또한 본 발명은 불용화되는 발광층을 구성하는 재료 중 발광층을 주로 구성하는 재료를 제외한 나머지의 재료의 적어도 일부는 에너지를 가함으로써 가교되는 유기 전계 발광 소자이다.

또한 본 발명은 양극과 음극 간에 인가하는 전압을 변화시켰을 때, 밖으로 추출되는 광의 색도 좌표에 있어서의 좌표값 x와 좌표값 y의 변화폭이 각각 0.05 이하인 유기 전계 발광 소자이다.

또한 본 발명은 상기 유기 전계 발광 소자를 구비하는 면상 광원이다.

또한 본 발명은 상기 유기 전계 발광 소자를 구비하는 조명 장치이다.

또한 본 발명은 상기 유기 전계 발광 소자를 구비하는 표시 장치이다.

또한 본 발명은 양극과, 음극과, 양극 및 음극 사이에 배치되고 고분자 화합물을 포함하는 발광층을 3층 이상 갖는 발광부를 포함하는 유기 전계 발광 소자의 제조 방법으로서,

발광부에서, 발광하는 광의 피크 파장이 긴 발광층일수록 양극측에 배치되도록 각 발광층을 구성하는 재료를 포함하는 도포액을 순차 도포함으로써 각 발광층을 순차 성막하는 공정을 포함하며,

상기 순차 성막하는 공정에서, 도포액이 표면 상에 도포되는 발광층을 도포액이 도포되기 전에 도포액에 대하여 불용화시키는 유기 전계 발광 소자의 제조 방법이다.

도 1은 본 발명의 실시의 일 형태의 유기 EL 소자 (1)을 도시하는 정면도이다.
[부호의 설명]
1: 유기 EL 소자
2: 기판
3: 양극
4: 정공 주입층
5: 발광부
6: 음극
7: 적색 발광층
8: 녹색 발광층
9: 청색 발광층

본 발명의 유기 전계 발광 소자(이하, 유기 EL 소자라고 하는 경우가 있음)는 양극과, 음극과, 양극 및 음극 사이에 배치되고 고분자 화합물을 포함하는 발광층을 3층 이상 갖는 발광부를 포함하며, 발광부를 구성하는 각 발광층은 서로 다른 피크 파장의 광을 발하며, 발광하는 광의 피크 파장이 긴 발광층일수록 양극측에 배치되는 것이다.

도 1은 본 발명의 실시의 일 형태의 유기 EL 소자 (1)을 도시하는 정면도이다. 본 실시 형태의 유기 EL 소자 (1)은 기판 (2)와, 양극 (3)과, 정공 주입층 (4)와, 발광부 (5)와, 음극 (6)이 이 순으로 적층되어 구성된다. 발광부 (5)는 적색을 발광하는 발광층(이하, 적색 발광층이라고 하는 경우가 있음) (7)과, 녹색을 발광하는 발광층(이하, 녹색 발광층이라고 하는 경우가 있음) (8)과, 청색을 발광하는 발광층(이하, 청색 발광층이라고 하는 경우가 있음) (9)가 이 순으로 적층되어 구성된다. 적색 발광층 (7)은 발광부 (5)를 구성하는 3개의 발광층 (7), (8), (9) 중에서, 발광하는 광의 피크 파장이 가장 길기 때문에, 3개의 발광층 (7), (8), (9) 중에서 가장 양극 (3) 가까이에 배치되고, 녹색 발광층 (8)은 3개의 발광층 (7), (8), (9) 중에서 발광하는 광의 피크 파장이 정중앙이기 때문에, 3개의 발광층 (7), (8), (9)의 정중앙에 배치되고, 청색 발광층 (9)는 3개의 발광층 (7), (8), (9) 중에서, 발광하는 광의 피크 파장이 가장 짧기 때문에, 3개의 발광층 (7), (8), (9) 중에서 가장 음극 (6) 가까이에 배치된다. 또한, 발광층의 발광하는 피크 파장이란 발광하는 광을 파장 영역에서 본 때에, 가장 강한 광 강도가 되는 파장이다.

본 실시 형태에 있어서의 적색 발광층 (7)로서는, 발광하는 광의 피크 파장이 예를 들면 580 nm 내지 660 nm인 것이 이용되고, 바람직하게는 600 내지 640 nm인 것이 이용된다. 또한 본 실시 형태에 있어서의 녹색 발광층 (8)로서는, 발광하는 광의 피크 파장이 예를 들면 500 nm 내지 560 nm인 것이 이용되고, 바람직하게는 520 nm 내지 540 nm인 것이 이용된다. 또한 본 실시 형태에 있어서의 청색 발광층 (8)로서는, 발광하는 광의 피크 파장이 예를 들면 400 nm 내지 500 nm인 것이 이용되고, 바람직하게는 420 nm 내지 480 nm인 것이 이용된다. 이러한 피크 파장으로 발광하는 3개의 발광층 (7), (8), (9)로부터 각각 발광되는 광을 중첩시키면 백색광이 되기 때문에, 발광부 (5)가 적색 발광층 (7), 녹색 발광층 (8) 및 청색 발광층 (9)로 구성되는 본 실시 형태의 유기 EL 소자 (1)은 백색광을 발한다.

기판 (2)로서는 경질 기판이거나, 연성 기판일 수도 있고, 예를 들면 유리판, 플라스틱판, 고분자 필름 및 실리콘판, 및 이들을 적층한 적층판 등이 바람직하게 이용된다. 발광부 (5)로부터의 광을 기판 (2)측으로부터 추출하는 이른바 바텀에미션형의 유기 EL 소자에서는, 기판 (2)로서는, 가시광 영역의 광이 투과율이 높은 것이 바람직하다. 또한, 발광부 (5)로부터의 광을 음극 (6)측으로부터 추출하는 이른바 톱에미션형의 유기 EL 소자에서는, 기판 (2)는 투명한 것이거나, 불투명한 것일 수도 있다.

양극 (3)은 전기 저항이 낮은 것이 바람직하게 이용된다. 양극 (3) 및 음극 (6) 중의 적어도 어느 한쪽은 투명 또는 반투명하고, 예를 들면 바텀에미션형의 유기 EL 소자에서는, 양극 (3)은 투명 또는 반투명하고, 가시광 영역의 광이 투과율이 높은 것이 바람직하게 이용된다. 양극 (3)의 재료로서는, 도전성을 갖는 금속 산화물막, 반투명의 금속 박막 등이 이용된다. 구체적으로는, 양극 (3)으로서는, 산화인듐, 산화아연, 산화주석, 인듐주석산화물(Indium Tin Oxide: 약칭 ITO) 및 인듐아연산화물(Indium Zinc Oxide: 약칭 IZO) 등으로 이루어지는 박막이나, 금, 백금, 은, 구리 등으로 이루어지는 박막이 이용된다. 이들 중에서도, 양극 (3)으로서는, ITO, IZO 및 산화주석으로 이루어지는 박막이 바람직하게 이용된다. 또한, 톱에미션형의 유기 EL 소자에서는, 양극 (3)로서는, 발광부 (5)로부터의 광을 음극 (6)측으로 반사하는 재료에 의해서 형성되는 것이 바람직하고, 예를 들면 광을 반사할 정도의 막 두께의 금속 박막을 이용할 수도 있다.

양극 (3)의 제작 방법으로서는, 진공 증착법, 스퍼터링법, 이온 플레이팅법, 도금법 등을 들 수 있다. 또한, 양극 (3)으로서 폴리아닐린 또는 그의 유도체, 폴리티오펜 또는 그의 유도체 등의 유기의 투명 도전막을 이용할 수도 있다.

정공 주입층 (4)는 양극 (3)으로부터의 정공 주입 효율을 개선하는 기능을 갖는 층이다. 정공 주입층 (4)를 구성하는 정공 주입 재료로서는, 페닐아민계, 스타버스트형 아민계, 프탈로시아닌계, 산화바나듐, 산화몰리브덴, 산화루테늄, 산화알루미늄 등의 산화물, 비정질 카본, 폴리아닐린, 폴리티오펜 유도체 등을 들 수 있다.

정공 주입층 (4)는, 예를 들면 상술한 정공 주입 재료를 용매에 용해한 도포액을 도포하는 도포법에 의해서 성막할 수 있다. 용매로서는, 정공 주입 재료를 용해하는 것이면 되고, 예를 들면, 물, 클로로포름, 염화메틸렌, 디클로로에탄 등의 염소계 용매, 테트라히드로푸란 등의 에테르계 용매, 톨루엔, 크실렌 등의 방향족 탄화수소계 용매, 아세톤, 메틸에틸케톤 등의 케톤계 용매, 아세트산에틸, 아세트산부틸, 에틸셀로솔브아세테이트 등의 에스테르계 용매를 들 수 있다.

정공 주입층 (4)를 성막하는 도포법으로서는, 스핀 코팅법, 캐스팅법, 마이크로그라비아 코팅법, 그라비아 코팅법, 바 코팅법, 롤 코팅법, 와이어바 코팅법, 침지 코팅법, 스프레이 코팅법, 스크린 인쇄법, 플렉소 인쇄법, 오프셋 인쇄법 및 잉크젯 인쇄법 등을 들 수 있다. 이들 도포법 중의 하나를 이용하여 양극 (3)이 형성된 기판 (2) 상에 상술한 도포액을 도포함으로써 정공 주입층 (4)를 형성할 수 있다.

정공 주입층 (4)의 층두께로서는 이용하는 재료에 따라서 최적치가 다르고, 구동 전압과 발광 효율이 적절한 값이 되도록 선택되어, 적어도 핀홀이 발생하지 않는 두께가 필요하고, 너무 두꺼우면 소자의 구동 전압이 높아져서 바람직하지 않다. 따라서, 정공 주입층 (4)의 막 두께로서는 예를 들면 1 nm 내지 1 ㎛이고, 바람직하게는 2 nm 내지 500 nm이고, 더욱 바람직하게는 5 nm 내지 200 nm이다.

발광부 (5)를 구성하는 각 발광층은 본 실시 형태에서는 각각 도포법에 의해서 형성된다. 특히 본 실시 형태에서는, 성막하는 발광층을 구성하는 재료를 포함하는 도포액이 표면 상에 도포되는 발광층을 도포액이 도포되기 전에 도포되는 도포액에 대하여 불용화한다. 구체적으로는, 녹색 발광층 (8)을 도포법에 의해서 성막하기 전에 적색 발광층 (7)을 불용화시키고, 또한 청색 발광층 (9)를 도포법에 의해서 성막하기 전에 녹색 발광층 (8)을 불용화시킨다.

본 실시 형태에서는, 불용화되는 발광층을 구성하는 재료의 적어도 일부는 에너지를 가함으로써 가교한다. 이러한 재료를 포함하는 도포액을 도포하여 성막한 후에, 에너지로서 광 또는 열을 가하여 가교시킴으로써 막을 불용화할 수 있다. 또한, 불용화되는 발광층을 주로 구성하는 재료가 에너지를 가함으로써 가교되는 것일 수도 있고, 또한 불용화되는 발광층을 구성하는 재료 중 발광층을 주로 구성하는 재료를 제외한 나머지의 재료의 적어도 일부가 에너지를 가함으로써 가교되는 것일 수도 있다. 후자의 경우, 도포액에는 발광층을 주로 구성하는 재료 외에, 에너지를 가함으로써 가교하는 가교제가 추가로 가해진다. 또한, 발광층을 주로 구성하는 재료가 에너지를 가함으로써 가교되는 것이면, 도포액에 가교제를 가할 필요가 없다. 본 실시 형태에서는, 발광층을 주로 구성하는 재료는 발광층에 있어서 질량 농도가 가장 높은 재료이고, 발광층을 구성하는 재료 중에, 형광 및/또는 인광을 발광하는 재료(이하, 발광 재료라고 하는 경우가 있음)에 상당한다.

발광층을 주로 구성하는 재료로서, 에너지를 가함으로써 가교되는 것을 이용하는 경우, 에너지를 가함으로써 가교되는 기(이하, 가교기라 함)를 포함하는 고분자 화합물을 이용하면 된다. 가교기로서는 비닐기 등을 들 수 있다. 구체적으로는 발광층을 주로 구성하는 재료로서, 벤조시클로부탄(BCB)으로부터 적어도 1개의 수소 원자를 제외한 잔기를 주쇄 및/또는 측쇄에 포함하는 고분자 화합물을 이용한 것을 들 수 있다.

또한, 발광층을 주로 구성하는 재료 외에, 도포액에 가할 수 있는 가교제로서는, 비닐기, 아세틸기, 부테닐기, 아크릴기, 아크릴아미드기, 메타크릴기, 메타크릴아미드기, 비닐에테르기, 비닐아미노기, 실라놀기, 시클로프로필기, 시클로부틸기, 에폭시기, 옥세탄기, 디케텐기, 에피술피드기, 락톤기 및 락탐기로 이루어지는 군에서 선택되는 중합 가능한 치환기를 갖는 화합물을 들 수 있다. 가교제로서는, 예를 들면 다관능 아크릴레이트가 바람직하고, 디펜타에리트리톨헥사아크릴레이트(DPHA) 및 트리스펜타에리트리톨옥타아크릴레이트(TPEA) 등이 더욱 바람직하다.

각 발광층 (7), (8), (9)는 형광 및/또는 인광을 발광하는 유기물, 또는 상기 유기물과 도펀트를 포함하여 구성된다. 도펀트는 예를 들면 발광 효율의 향상이나 발광 파장을 변화시키는 등의 목적으로 부가된다. 각 발광층 (7), (8), (9)를 주로 구성하는 발광 재료로서는, 예를 들면 색소계의 발광 재료, 금속 착체계의 발광 재료, 고분자계의 발광 재료를 들 수 있다.

색소계의 발광 재료로서는, 예를 들면, 시클로펜다민 유도체, 테트라페닐부타디엔 유도체 화합물, 트리페닐아민 유도체, 옥사디아졸 유도체, 피라졸로퀴놀린 유도체, 디스티릴벤젠 유도체, 디스티릴아릴렌 유도체, 피롤 유도체, 티오펜환 화합물, 피리딘환 화합물, 페리논 유도체, 페릴렌 유도체, 올리고티오펜 유도체, 트리푸마닐아민 유도체, 옥사디아졸 이량체, 퀴나크리돈 유도체, 쿠마린 유도체, 및 피라졸린 이량체 등을 고분자화한 것을 들 수 있다.

금속 착체계의 발광 재료로서는, 중심 금속에, Al, Zn, Be 등의 전형 금속, 또는 희토류(Tb, Eu, Dy), Ir, Pt 등의 전이 원소를 갖고, 배위자에 옥사디아졸, 티아디아졸, 페닐피리딘, 페닐벤조이미다졸, 퀴놀린 구조 등을 갖는 금속 착체를 고분자화한 것을 들 수 있고, 예를 들면, 이리듐 착체, 백금 착체 등의 삼중항 여기 상태로부터의 발광을 갖는 금속 착체, 알루미늄퀴놀리놀 착체, 벤조퀴놀리놀베릴륨 착체, 벤조옥사졸릴아연 착체, 벤조티아졸아연 착체, 아조메틸아연 착체, 포르피린아연 착체, 유로퓸 착체 등을 고분자화한 것을 들 수 있다.

고분자계의 발광 재료로서는, 폴리파라페닐렌비닐렌 유도체, 폴리티오펜 유도체, 폴리파라페닐렌 유도체, 폴리실란 유도체, 폴리아세틸렌 유도체, 폴리플루오렌 유도체 및 폴리비닐카르바졸 유도체 등을 들 수 있다.

적색 발광층 (7)을 주로 구성하는 발광 재료로서는, 상술한 발광 재료 중, 쿠마린 유도체, 티오펜환 화합물 및 이들의 중합체, 폴리파라페닐렌비닐렌 유도체, 폴리티오펜 유도체, 폴리플루오렌 유도체 등을 예로 들 수 있고, 고분자 재료의 폴리파라페닐렌비닐렌 유도체, 폴리티오펜 유도체, 폴리플루오렌 유도체 등이 바람직하다.

녹색 발광층 (8)을 주로 구성하는 재료로서는, 상술한 발광 재료 중, 퀴나크리돈 유도체, 쿠마린 유도체, 티오펜환 화합물 및 이들의 중합체, 폴리파라페닐렌비닐렌 유도체, 폴리플루오렌 유도체 등을 들 수 있고, 고분자 재료의 폴리파라페닐렌비닐렌 유도체, 폴리플루오렌 유도체 등이 바람직하다.

청색 발광층 (9)를 주로 구성하는 재료로서는, 상술한 발광 재료 중, 디스티릴아릴렌 유도체 및/또는 옥사디아졸 유도체의 중합체, 폴리비닐카르바졸 유도체, 폴리파라페닐렌 유도체, 폴리플루오렌 유도체 등을 들 수 있고, 고분자 재료의 폴리비닐카르바졸 유도체, 폴리파라페닐렌 유도체나 폴리플루오렌 유도체 등이 바람직하다.

각 발광층을 주로 구성하는 발광 재료는 상술한 발광 재료 외에 예를 들면 발광 효율의 향상이나 발광 파장을 변화시키는 등의 목적으로 도펀트 재료를 더 포함하고 있을 수도 있다. 이러한 도펀트 재료로서는, 예를 들면, 페릴렌 유도체, 쿠마린 유도체, 루브렌 유도체, 퀴나크리돈 유도체, 스쿠아리움 유도체, 포르피린 유도체, 스티릴계 색소, 테트라센 유도체, 피라졸론 유도체, 데카시클렌, 페녹사존 등을 들 수 있다.

각 발광층은 상술한 정공 주입층 (4)를 성막하는 방법과 동일한 방법에 의해서 형성할 수 있다. 구체적으로는, 정공 주입 재료를 용해하는 용매와 동일한 용매에 발광층을 구성하는 재료를 용해한 도포액을 상술한 도포법에 의해서 도포함으로써 성막할 수 있다.

우선, 적색 발광층 (7)을 성막한다. 구체적으로는 상술한 적색 발광층 (7)을 구성하는 재료를 용해한 도포액을 상술한 도포법에 의해서 양극 (3)의 표면 상에 도포한다. 다음으로, 도포한 막을 가열 또는 광 조사함으로써 가교한 적색 발광층 (7)을 얻는다. 이와 같이 가교한 적색 발광층 (7)은 녹색 발광층 (8)을 형성하기 위해서 도포액을 도포했다고 해도 용출하지 않는다.

다음으로, 녹색 발광층 (8)을 성막한다. 구체적으로는 상술한 녹색 발광층 (8)을 구성하는 재료를 용해한 도포액을 상술한 도포법에 의해서 적색 발광층 (7)의 표면 상에 도포한다. 다음으로, 도포한 막을 가열 또는 광 조사함으로써, 가교한 녹색 발광층 (8)을 얻는다. 이와 같이 가교한 녹색 발광층 (8)은 청색 발광층 (9)를 형성하기 위해서 도포액을 도포했다고 해도 용출하지 않는다.

다음으로, 청색 발광층 (9)를 성막한다. 구체적으로는 상술한 청색 발광층 (9)를 구성하는 재료를 용해한 도포액을 상술한 도포법에 의해서 녹색 발광층 (8)의 표면 상에 도포하고, 건조시킴으로써 청색 발광층 (9)를 얻는다.

이와 같이, 도포액이 도포되는 발광층을 도포액에 대하여 미리 불용화시킴으로써, 발광층의 표면에 도포액을 도포했을 때에 발광층이 용해하여 버리는 것을 막을 수 있다. 이것에 의해서, 각 발광층의 막 두께의 제어가 용이하게 되어, 의도한 막 두께의 발광층을 용이하게 형성할 수 있다.

발광부 (5)를 구성하는 각 발광층의 층두께는 양극 (3)측에 배치되는 발광층일수록 층두께가 얇은 쪽이 바람직하다. 구체적으로는, 적색 발광층 (7)의 층두께보다도 녹색 발광층 (8)의 층두께가 두껍고, 녹색 발광층 (8)의 층두께보다도 청색 발광층 (9)의 층두께가 두꺼운 쪽이 바람직하다. 더욱 구체적으로는, 적색 발광층 (7)의 층두께는 5 nm 내지 20 nm가 바람직하고, 더욱 바람직하게는, 10 nm 내지 15 nm이다. 또한 녹색 발광층 (8)의 층두께는 10 nm 내지 30 nm가 바람직하고, 더욱 바람직하게는 15 nm 내지 25 nm이다. 또한 청색 발광층 (9)의 층두께는 40 nm 내지 70 nm가 바람직하고, 더욱 바람직하게는 50 nm 내지 65 nm이다. 이와 같이, 각 발광층의 층두께를 설정함으로써, 전극에 인가하는 전압의 변화에 대하여 색의 변화가 적고, 또한 구동 전압이 낮고, 고효율로 발광하는 유기 EL 소자 (1)을 실현할 수 있다.

또한, 발광부를 구성하는 각 발광층은 발광하는 광의 피크 파장이 긴 발광층일수록 양극 (3)측에 배치되기 때문에, 각 발광층의 층두께를 설정함으로써 전극에 인가하는 전압의 변화에 대하여 색의 변화가 적고, 또한 구동 전압이 낮은 유기 EL 소자 (1)을 실현할 수 있다. 또한, 발광하는 광의 피크 파장이 길수록 발광층의 최고 점유 분자 궤도(Highest Occupied Molecular Orbital: 약칭 HOMO) 및 최저 비점유 분자 궤도(Lowest Unoccupied Molecular Orbital: 약칭 LUMO)가 각각 낮은 경향이 있기 때문에, 본 실시 형태에서는, HOMO 및 LUMO가 낮은 발광층일수록 양극 (3)측에 배치된다. 이와 같이 양극 (3)으로부터 이격하는 발광층일수록 HOMO 및 LUMO가 순차 높아지는 배치가 되기 때문에, 발광부 (5)에 있어서 정공 및 전자를 효율적으로 수송할 수 있어, 전극에 인가하는 전압의 변화에 대하여 색의 변화가 적고, 또한 구동 전압이 낮은 유기 EL 소자 (1)을 실현할 수 있는 것으로 추측된다.

음극 (6)의 재료로서는, 일함수가 작고, 발광층에의 전자 주입이 용이한 재료가 바람직하고, 또한 전기 전도도가 높은 재료가 바람직하다. 또한 양극 (3)측으로부터 광을 추출하는 경우에는, 발광부 (5)로부터의 광을 양극 (3)측으로 반사하기 위해서 음극 (6)의 재료로서는 가시광 반사율이 높은 것을 바람직하다. 음극 (6)의 재료로서는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 전이 금속 및 III-B족 금속 등의 금속을 사용할 수 있다. 구체적으로는, 음극 (6)의 재료로서, 리튬, 나트륨, 칼륨, 루비듐, 세슘, 베릴륨, 마그네슘, 칼슘, 스트론튬, 바륨, 알루미늄, 스칸듐, 바나듐, 아연, 이트륨, 인듐, 세륨, 사마륨, 유로퓸, 테르븀, 이테르븀 등의 금속, 또는 상기 금속 중 2개 이상의 합금, 또는 이들 중 1개 이상과, 금, 은, 백금, 구리, 망간, 티탄, 코발트, 니켈, 텅스텐, 주석 중 1개 이상과의 합금, 또는 흑연 또는 흑연층간 화합물 등이 이용된다. 합금의 예로서는, 마그네슘-은 합금, 마그네슘-인듐 합금, 마그네슘-알루미늄 합금, 인듐-은 합금, 리튬-알루미늄 합금, 리튬-마그네슘 합금, 리튬-인듐 합금, 칼슘-알루미늄 합금 등을 들 수 있다. 또한, 음극 (6)으로서 투명 도전성 전극을 사용할 수 있어, 예를 들면, 도전성 금속 산화물이나 도전성 유기물 등을 사용할 수 있다. 구체적으로는, 도전성 금속 산화물로서 산화인듐, 산화아연, 산화주석, 및 이들의 복합체인 인듐 주석 옥시드(ITO)나 인듐 아연 옥시드(IZO), 도전성 유기물로서 폴리아닐린 또는 그의 유도체, 폴리티오펜 또는 그의 유도체 등의 유기의 투명 도전막을 이용할 수도 있다. 또한, 음극을 2층 이상의 적층 구조로 할 수도 있다.

이상 설명한 본 실시 형태의 유기 EL 소자 (1)에서는 발광부 (5)를 구성하는 3개의 발광층 (7), (8), (9)를, 발광하는 광의 피크 파장이 긴 발광층일수록 양극측에 배치함으로써 전극에 인가하는 전압의 변화에 대하여 색의 변화가 적고, 또한 고효율로 발광하는 유기 EL 소자를 실현할 수 있다. 이러한 구성의 유기 EL 소자 (1)에서는, 양극과 음극 간에 인가하는 전압을 변화시켰을 때, 밖으로 추출되는 광의 색도 좌표에 있어서의 좌표값 x와 좌표값 y의 변화폭이 각각 0.05 이하인 유기 EL 소자를 실현할 수 있다. 여기서, 밖으로 추출되는 광은 각 발광층 (7), (8), (9)로부터의 광이 겹쳐지게 한 광이고, 본 실시 형태에 있어서의 색도 좌표란 국제 조명 위원회(CIE)가 정하는 CIE1931이다.

이상 설명한 본 실시 형태의 유기 EL 소자 (1)에서는, 발광부 (5)는 3개의 발광층 (7), (8), (9)가 적층되어 구성되어, 전체로서 백색을 발광하도록 했지만, 본 실시 형태의 각 발광층 (7), (8), (9)의 발광하는 파장과는 다른 파장의 광을 발하는 발광층을 각각 설치하여, 예를 들면 백색과는 다른 파장의 광을 발하는 발광부를 구성할 수도 있고, 또한 발광부를 4층 이상의 발광층으로 구성할 수도 있다. 각 발광층의 발광하는 광의 색은 각각의 유기 EL 소자로부터 추출되는 광의 색에 따라서 적절하게 선택된다. 또한, 유기 EL 소자로부터 추출되는 광의 색이 백색이거나, 백색과는 다른 색이거나, 또한 발광층의 층수가 3층이거나, 4층 이상이었다고 해도, 각 발광층을 발광하는 광의 피크 파장이 긴 발광층일수록 양극측에 배치함으로써, 전극에 인가하는 전압의 변화에 대하여 색의 변화가 적고, 또한 고효율로 발광하는 유기 EL 소자를 실현할 수 있다.

이러한 유기 EL 소자 (1)은 면상 광원, 조명 장치 및 표시 장치 등에 이용된다. 유기 EL 소자 (1)을 구비하는 표시 장치로서는, 세그먼트 표시 장치, 도트매트릭스 표시 장치 및 액정 표시 장치 등을 들 수 있다. 또한, 도트매트릭스 표시 장치, 및 액정 표시 장치에 있어서, 유기 EL 소자 (1)은 백 라이트로서 이용된다. 본 실시 형태의 유기 EL 소자 (1)은 양극과 음극 간에 인가하는 전압을 변화시켰을 때, 추출되는 광의 색도 좌표에 있어서의 좌표값 x와 좌표값 y의 변화폭이 각각 0.05 이하이기 때문에, 색의 변화가 적어서, 전술한 바와 같은 면상 광원, 조명 장치 및 표시 장치에 바람직하게 이용된다. 특히, 조명 장치로서는, 양극과 음극 간에 인가하는 전압을 변화시킴으로써 밝기를 조정했을 때에, 색이 변화하지 않는 것이 바람직하고, 조명 장치로부터의 광의 색도 좌표에 있어서의 좌표값 x와 좌표값 y의 변화폭이 각각 0.05 이하인 것이 바람직하기 때문에, 본 실시 형태의 유기 EL 소자 (1)이 조명 장치에 바람직하게 이용된다. 또한, 마찬가지로, 도트매트릭스 표시 장치 및 액정 표시 장치의 백 라이트로서는, 밝기를 조정했을 때에 색이 변화하지 않는 것이 바람직하고, 백 라이트로부터의 광의 색도 좌표에 있어서의 좌표값 x와 좌표값 y의 변화폭이 각각 0.05 이하인 것이 바람직하기 때문에, 본 실시 형태의 유기 EL 소자 (1)이 백 라이트에 바람직하게 이용된다.

이상 설명한 본 실시 형태의 유기 EL 소자 (1)에서는, 양극 (3)과 음극 (6) 사이에 발광부 (5)와 정공 주입층 (4)가 설치되도록 했지만, 양극 (3)과 음극 (6) 사이에 설치되는 층의 구성으로서는, 도 1에 도시하는 층 구성에는 한정되지 않는다. 양극과 음극 사이에는 적어도 발광부가 설치하면 되고, 발광부만이 설치되어 있을 수도 있다. 또한, 발광부와 양극 사이 및/또는 발광부와 음극 사이에는 1 또는 복수의 층을 설치할 수도 있다.

이하에, 양극 (3)과 음극 (6) 사이에 설치되는 층 구성의 일례에 대해서 설명한다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 양극, 음극, 발광부 및 정공 주입층에 대해서는, 중복하는 설명을 생략하는 경우가 있다.

음극과 발광부 사이에 설치되는 층으로서는, 전자 주입층, 전자 수송층, 정공 블록층 등을 들 수 있다. 음극과 발광부 사이에 전자 주입층과 전자 수송층의 양쪽의 층이 설치되는 경우, 음극에 가까운 측에 위치하는 층을 전자 주입층이라고 하고, 발광부에 가까운 측에 위치하는 층을 전자 수송층이라고 한다.

전자 주입층은 음극으로부터의 전자 주입 효율을 개선하는 기능을 갖는 층이다. 전자 수송층은 음극 또는 전자 주입층, 또는 음극에 보다 가까운 전자 수송층으로부터의 전자 주입을 개선하는 기능을 갖는 층이다. 정공 블록층은 정공의 수송을 막는 기능을 갖는 층이다. 또한, 전자 주입층 또는 전자 수송층이 정공 블록층을 겸하는 경우가 있다.

양극과 발광부 사이에 설치하는 층으로서는, 상술한 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 블록층 등을 들 수 있다. 양극과 발광부 사이에 정공 주입층과 정공 수송층의 양쪽이 설치되는 경우, 양극에 가까운 측에 위치하는 층을 정공 주입층이라고 하고, 발광부에 가까운 측에 위치하는 층을 정공 수송층이라고 한다.

정공 주입층은 양극으로부터의 정공 주입 효율을 개선하는 기능을 갖는 층이다. 정공 수송층은 양극 또는 정공 주입층, 또는 양극에 보다 가까운 정공 수송층으로부터의 정공 주입을 개선하는 기능을 갖는 층이다. 전자 블록층은 전자의 수송을 막는 기능을 갖는 층이다. 정공 주입층 또는 정공 수송층이 전자 블록층을 겸하는 경우가 있다.

또한, 전자 주입층 및 정공 주입층을 총칭하여 전하 주입층이라고 하는 경우가 있고, 전자 수송층 및 정공 수송층을 총칭하여 전하 수송층이라고 하는 경우가 있다.

유기 EL 소자가 취할 수 있는 층 구성의 구체적인 일례를 이하에 나타내었다.

a) 양극/정공 수송층/발광부/음극

b) 양극/발광부/전자 수송층/음극

c) 양극/정공 수송층/발광부/전자 수송층/음극

d) 양극/전하 주입층/발광부/음극

e) 양극/발광부/전하 주입층/음극

f) 양극/전하 주입층/발광부/전하 주입층/음극

g) 양극/전하 주입층/정공 수송층/발광부/음극

h) 양극/정공 수송층/발광부/전하 주입층/음극

i) 양극/전하 주입층/정공 수송층/발광부/전하 주입층/음극

j) 양극/전하 주입층/발광부/전하 수송층/음극

k) 양극/발광부/전자 수송층/전하 주입층/음극

l) 양극/전하 주입층/발광부/전자 수송층/전하 주입층/음극

m) 양극/전하 주입층/정공 수송층/발광부/전하 수송층/음극

n) 양극/정공 수송층/발광부/전자 수송층/전하 주입층/음극

o) 양극/전하 주입층/정공 수송층/발광부/전자 수송층/전하 주입층/음극

(여기서, 기호 「/」는 이 기호 「/」를 사이에 둔 2개의 층이 인접하여 적층되는 것을 나타내며, 이하 동일)

기판 (2)로부터 광을 추출하는 바텀에미션형의 유기 EL 소자에서는, 발광부에 대하여 기판 (2)측에 배치되는 층을 전부 투명 또는 반투명한 층으로 구성한다. 또한 기판 (2)와는 반대측의 음극 (6)측으로부터 광을 추출하는 이른바 톱에미션형의 유기 EL 소자에서는, 발광부에 대하여, 음극 (6)측에 배치되는 층을 전부 투명 또는 반투명한 층으로 구성한다.

유기 EL 소자는 전극과의 밀착성 향상이나, 전극으로부터의 전하 주입의 개선을 위해 전극에 인접하여 막 두께가 2 nm 이하인 절연층을 더 설치할 수도 있고, 또한 계면의 밀착성 향상이나 혼합의 방지 등을 위해 인접하는 상기 각 층의 계면에 얇은 버퍼층을 삽입할 수도 있다.

이하, 각 층의 구체적인 구성에 대해서 설명한다.

<정공 수송층>

정공 수송층을 구성하는 정공 수송 재료로서는, 폴리비닐카르바졸 또는 그의 유도체, 폴리실란 또는 그의 유도체, 측쇄 또는 주쇄에 방향족 아민을 갖는 폴리실록산 유도체, 피라졸린 유도체, 아릴아민 유도체, 스틸벤 유도체, 트리페닐디아민 유도체, 폴리아닐린 또는 그의 유도체, 폴리티오펜 또는 그의 유도체, 폴리아릴아민 또는 그의 유도체, 폴리피롤 또는 그의 유도체, 폴리(p-페닐렌비닐렌) 또는 그의 유도체, 또는 폴리(2,5-티에닐렌비닐렌) 또는 그의 유도체 등을 들 수 있다.

이들 정공 수송 재료 중에서, 정공 수송 재료로서는, 폴리비닐카르바졸 또는 그의 유도체, 폴리실란 또는 그의 유도체, 측쇄 또는 주쇄에 방향족 아민 화합물기를 갖는 폴리실록산 유도체, 폴리아닐린 또는 그의 유도체, 폴리티오펜 또는 그의 유도체, 폴리아릴아민 또는 그의 유도체, 폴리(p-페닐렌비닐렌) 또는 그의 유도체, 또는 폴리(2,5-티에닐렌비닐렌) 또는 그의 유도체 등의 고분자의 정공 수송 재료가 바람직하고, 폴리비닐카르바졸 또는 그의 유도체, 폴리실란 또는 그의 유도체, 측쇄 또는 주쇄에 방향족 아민을 갖는 폴리실록산 유도체 등이 더욱 바람직하다. 저분자의 정공 수송 재료의 경우에는, 고분자 결합제에 분산시켜 이용하는 것이 바람직하다.

정공 수송층의 성막의 방법으로서는, 저분자의 정공 수송 재료에서는, 고분자 결합제와의 혼합 용액으로부터의 성막에 의한 방법을 들 수 있고, 고분자의 정공 수송 재료에서는, 용액으로부터의 성막에 의한 방법을 들 수 있다.

용액으로부터의 성막에 이용하는 용매로서는, 정공 수송 재료를 용해시키는 것이면 되고, 클로로포름, 염화메틸렌, 디클로로에탄 등의 염소계 용매, 테트라히드로푸란 등의 에테르계 용매, 톨루엔, 크실렌 등의 방향족 탄화수소계 용매, 아세톤, 메틸에틸케톤 등의 케톤계 용매, 아세트산에틸, 아세트산부틸, 에틸셀로솔브아세테이트 등의 에스테르계 용매를 들 수 있다.

용액으로부터의 성막 방법으로서는, 정공 주입층 (4)를 성막하는 방법으로서 예를 든 방법과 동일한 도포법을 들 수 있다.

혼합하는 고분자 결합제로서는, 전하 수송을 극도로 저해하지 않는 것이 바람직하고, 또한 가시광에 대한 흡수가 약한 것이 바람직하게 이용된다. 상기 고분자 결합제로서는, 폴리카보네이트, 폴리아크릴레이트, 폴리메틸아크릴레이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리스티렌, 폴리염화비닐, 폴리실록산 등을 들 수 있다.

정공 수송층의 막 두께로서는 이용하는 재료에 따라서 최적치가 다르고, 구동 전압과 발광 효율이 적절한 값이 되도록 선택되어, 적어도 핀홀이 발생하지 않는 두께가 필요하고, 너무 두꺼우면 소자의 구동 전압이 높아져서 바람직하지 않다. 따라서, 정공 수송층의 막 두께로서는 예를 들면 1 nm 내지 1 ㎛이고, 바람직하게는 2 nm 내지 500 nm이고, 더욱 바람직하게는 5 nm 내지 200 nm이다.

<전자 수송층>

전자 수송층을 구성하는 전자 수송 재료로서는, 옥사디아졸 유도체, 안트라퀴노디메탄 또는 그의 유도체, 벤조퀴논 또는 그의 유도체, 나프토퀴논 또는 그의 유도체, 안트라퀴논 또는 그의 유도체, 테트라시아노안트라퀴노디메탄 또는 그의 유도체, 플루오레논 유도체, 디페닐디시아노에틸렌 또는 그의 유도체, 디페노퀴논 유도체, 또는 8-히드록시퀴놀린 또는 그의 유도체의 금속 착체, 폴리퀴놀린 또는 그의 유도체, 폴리퀴녹살린 또는 그의 유도체, 폴리플루오렌 또는 그의 유도체 등을 들 수 있다.

이들 중에서, 전자 수송 재료로서는 옥사디아졸 유도체, 벤조퀴논 또는 그의 유도체, 안트라퀴논 또는 그의 유도체, 또는 8-히드록시퀴놀린 또는 그의 유도체의 금속 착체, 폴리퀴놀린 또는 그의 유도체, 폴리퀴녹살린 또는 그의 유도체, 폴리플루오렌 또는 그의 유도체가 바람직하고, 2-(4-비페닐릴)-5-(4-t-부틸페닐)-1,3,4-옥사디아졸, 벤조퀴논, 안트라퀴논, 트리스(8-퀴놀리놀)알루미늄, 폴리퀴놀린이 더욱 바람직하다.

전자 수송층의 성막법으로서는, 저분자의 전자 수송 재료에서는, 분말로부터의 진공 증착법, 또는 용액 또는 용융 상태로부터의 성막에 의한 방법을 들 수 있고, 고분자의 전자 수송 재료에서는, 용액 또는 용융 상태로부터의 성막에 의한 방법을 들 수 있다. 용액 또는 용융 상태로부터의 성막에서는, 고분자 결합제를 더 병용할 수도 있다. 용액으로부터 전자 수송층을 성막하는 방법으로서는, 상술한 용액으로부터 정공 수송층을 성막하는 방법과 동일한 성막법을 들 수 있다.

전자 수송층의 막 두께로서는 이용하는 재료에 따라서 최적치가 다르고, 구동 전압과 발광 효율이 적절한 값이 되도록 선택하면 되고, 적어도 핀홀이 발생하지 않는 두께가 필요하고, 너무 두꺼우면 소자의 구동 전압이 높아져서 바람직하지 않다. 따라서, 상기 전자 수송층의 막 두께는, 예를 들면 1 nm 내지 1 ㎛이고, 바람직하게는 2 nm 내지 500 nm이고, 더욱 바람직하게는 5 nm 내지 200 nm이다.

<전자 주입층>

전자 주입층을 구성하는 전자 주입 재료로서는, 발광부의 종류에 따라서, 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 또는 상기 금속을 1종 이상 포함하는 합금, 또는 상기 금속의 산화물, 할로겐화물 및 탄산화물, 또는 상기 물질의 혼합물 등을 들 수 있다. 알칼리 금속 또는 그의 산화물, 할로겐화물, 탄산화물로서는, 리튬, 나트륨, 칼륨, 루비듐, 세슘, 산화리튬, 불화리튬, 산화나트륨, 불화나트륨, 산화칼륨, 불화칼륨, 산화루비듐, 불화루비듐, 산화세슘, 불화세슘, 탄산리튬 등을 들 수 있다. 또한, 알칼리 토금속 또는 그의 산화물, 할로겐화물, 탄산화물의 예로서는, 마그네슘, 칼슘, 바륨, 스트론튬, 산화마그네슘, 불화마그네슘, 산화칼슘, 불화칼슘, 산화바륨, 불화바륨, 산화스트론튬, 불화스트론튬, 탄산마그네슘 등을 들 수 있다. 전자 주입층은 2층 이상을 적층한 적층체일 수도 있다. 적층체의 구체예로서는 LiF/Ca 등을 들 수 있다. 전자 주입층은 증착법, 스퍼터링법, 인쇄법 등에 의해서 형성된다. 전자 주입층의 막 두께로서는 1 nm 내지 1 ㎛ 정도가 바람직하다.

또한, 본 실시 형태에 있어서의 발광부 (5)는 복수의 발광층만으로 구성되지만, 다른 실시 형태로서, 발광층과 발광층 사이에 발광하지 않는 층이 삽입될 수도 있다. 이러한 발광층과 발광층 사이에 삽입되는 층으로서는, 예를 들면, 상술한 전자 블록층, 정공 블록층 등을 들 수 있다.

또한, 본 실시 형태에 있어서의 발광부는 발광하는 광의 파장이 긴 발광층으로부터 순서대로 성막했지만, 적층순은 이것에 한하지 않고서, 예를 들면 발광하는 광의 파장이 짧은 발광층으로부터 순서대로 성막하여 갈 수도 있다. 또한, 본 실시 형태에서는, 양극을 발광부에 대하여 기판측에 설치하고, 음극을 발광부에 대하여 기판과는 반대측에 설치하고 있지만, 다른 실시 형태에서는, 기판에 대하여, 양극과 음극의 배치를 교체할 수도 있고, 또한 기판을 구비하지 않은 유기 EL 소자를 구성할 수도 있다.

[실시예]

<유기 EL 소자의 제작>

실시예로서 도 1에 도시하는 유기 EL 소자를 제작하였다. 기판 (2)로서는 유리 기판을 이용하고, 이 유리 기판 상에 스퍼터링법에 의해서 성막되고, 소정의 형상으로 패터닝된 ITO막을 양극 (3)으로서 이용하였다. 양극 (3)으로서는, 두께가 150 nm인 것을 이용하였다. 양극 (3)이 형성된 기판 (2)를 알칼리 세제 및 초순수로 세정하고, 건조시킨 후에, UV-O₃ 장치(테크노비전 가부시끼가이샤 제조, 상품명 「모델 312 UV-O₃ 클리닝 시스템」)을 이용하여 UV-O₃ 처리를 행하였다.

다음으로, 폴리(3,4)에틸렌디옥시티오펜/폴리스티렌술폰산(HC 스타크-V테크사 제조, 상품명 「베이트론 P(Baytron P) TP AI4083」)의 현탁액을 공경이 0.2 ㎛인 멤브레인 필터로 여과하였다. 여과하여 얻어진 액체를 스핀 코팅함으로써 양극 (3) 상에 박막을 형성하였다. 다음으로, 핫 플레이트 상에서 200℃에서 10분간 가열하는 처리를 행하여, 막 두께가 70 nm인 정공 주입층 (4)를 얻었다.

다음으로, 적색 발광층 (7)을 정공 주입층 (4) 상에 적층하였다. 우선, 용매로서 크실렌을 이용하고, 적색 발광층 (7)을 주로 구성하는 재료로서 발광 재료(서메이션사 제조, 상품명 「PR158」)을 이용하고, 가교제로서 디펜타에리트리톨헥사아크릴레이트(닛본 가야꾸 제조, 상품명 「카야라드(KAYARAD) DPHA」)를 이용하여 도포액을 조합하였다. 발광 재료와 가교제의 중량비를 4:1로 하고, 발광 재료와 가교제를 합친 재료의 도포액에 있어서의 비율을 1.0 질량％로 하였다. 이와 같이 하여 얻어진 도포액을 스핀 코팅함으로써 정공 주입층 (4) 상에 박막을 형성하였다. 다음으로, 질소 분위기에서 200℃에서 20분간 가열하여 막 두께가 10 nm인 적색 발광층 (7)을 얻었다. 이러한 가열 처리를 행함으로써 박막을 건조시켜 용매를 제거함과 동시에, 가교제를 가교시키고, 다음으로 도포되는 도포액에 대하여 적색 발광층 (7)을 불용화하였다.

다음으로 녹색 발광층 (8)을 적색 발광층 (7) 상에 적층하였다. 우선, 용매로서 크실렌을 이용하고, 녹색 발광층 (8)을 주로 구성하는 재료로서 발광 재료(서메이션사 제조, 제품명 「그린(Green) 1300」)을 이용하고, 가교제로서 디펜타에리트리톨헥사아크릴레이트(닛본 가야꾸 제조, 상품명 「카야라드 DPHA」)를 이용하여 도포액을 조합하였다. 발광 재료와 가교제의 중량비를 4:1로 하고, 발광 재료와 가교제를 합친 재료의 도포액에 있어서의 비율을 1.0 질량％로 하였다. 이와 같이 하여 얻어진 도포액을 스핀 코팅함으로써 적색 발광층 (7) 상에 박막을 형성하였다. 다음으로, 질소 분위기에서 200℃에서 20분간 가열하여 막 두께가 15 nm인 녹색 발광층 (8)을 얻었다. 이러한 가열 처리를 행함으로써 박막을 건조시켜 용매를 제거함과 동시에, 가교제를 가교시키고, 다음으로 도포되는 도포액에 대하여 녹색 발광층 (8)을 불용화하였다.

다음으로 청색 발광층 (9)를 녹색 발광층 (8) 상에 적층하였다. 우선, 용매로서 크실렌을 이용하고, 청색 발광층 (9)를 주로 구성하는 재료로서 발광 재료(서메이션사 제조, 상품명 「BP361」)을 이용하여 도포액을 조합하였다. 도포액에 있어서의 청색 발광 재료의 비율을 1.5 질량％로 하였다. 이와 같이 하여 얻어진 도포액을 스핀 코팅함으로써 녹색 발광층 (8) 상에 박막을 형성하였다. 다음으로, 질소 분위기에서 130℃에서 20분간 가열하여 막 두께가 55 nm인 청색 발광층 (9)를 얻었다. 또한, 각 발광층의 두께 방향에 수직인 평면에서 절단한 단면의 형상은 2 mm×2 mm의 정방형으로 하였다.

다음으로, 청색 발광층 (9)를 성막한 기판을 진공 증착기에 도입하고, 바륨을 청색 발광층 (9) 상에 증착시켜 막 두께가 약 5 nm인 바륨으로 이루어지는 박막을 형성하고, 또한 바륨으로 이루어지는 박막 상에 알루미늄을 증착시켜, 막 두께가 약 80 nm인 알루미늄으로 이루어지는 박막을 형성하고, 바륨으로 이루어지는 박막과, 알루미늄으로 이루어지는 박막의 적층체에 의해서 구성되는 음극 (6)을 형성하였다. 또한, 진공도가 5×10^-5 Pa 이하에 달하고 나서, 바륨 및 알루미늄의 증착을 개시하였다.

(비교예 1)

<유기 EL 소자의 제작>

비교예 1로서, 백색의 파장 영역에서 발광하는 한층의 발광층(이하, 백색 발광층이라고 하는 경우가 있음)만으로 이루어지는 발광부를 구비하는 유기 EL 소자를 제작하였다. 백색 발광층 이외의 제조 공정은 실시예의 유기 EL 소자의 제조 공정과 동일하기 때문에, 중복하는 설명을 생략하고, 백색 발광층의 제조 공정에 대해서만 설명한다.

우선, 용매로서 크실렌을 이용하고, 백색 발광층을 주로 구성하는 재료로서 발광 재료(서메이션사 제조, 상품명 「WP1330」)을 이용하여 도포액을 조합하였다. 도포액에 있어서의 발광 재료의 비율은 1.0 질량％로 하였다. 이와 같이 하여 얻어진 도포액을 정공 주입층 (4)가 형성된 기판 상에 스핀 코팅함으로써 정공 주입층 (4) 상에 박막을 형성하였다. 다음으로, 질소 분위기에서 130℃에서 20분간 가열하여 막 두께가 80 nm인 백색 발광층을 얻었다.

(비교예 2)

<유기 EL 소자의 제작>

비교예 2로서, 적색 발광층, 녹색 발광층 및 청색 발광층의 3층의 적층순만이 실시예의 유기 EL 소자와는 상이한 유기 EL 소자를 제작하였다. 양극에 가장 가까운 층에 청색 발광층을 배치하고, 정중앙의 층에 녹색 발광층을 배치하고, 음극에 가장 가까운 층에 적색 발광층을 배치하였다. 적색 발광층, 녹색 발광층 및 청색 발광층 이외의 제조 공정은 실시예의 유기 EL 소자의 제조 공정과 동일하기 때문에, 적색 발광층, 녹색 발광층 및 청색 발광층의 제조 공정에 대해서만 설명한다.

우선 청색 발광층 (9)를 정공 주입층 (4) 상에 적층하였다. 도포액의 용매로서 크실렌을 이용하고, 청색 발광층 (9)를 주로 구성하는 재료로서 발광 재료(서메이션사 제조, 상품명 「BP361」)을 이용하고, 가교제로서 디펜타에리트리톨헥사아크릴레이트(닛본 가야꾸 제조, 상품명 「카야라드 DPHA」)를 이용하여 도포액을 조합하였다. 발광 재료와 가교제의 중량비를 4:1로 하고, 발광 재료와 가교제를 합친 재료의 도포액에 있어서의 비율을 1.0 질량％로 하였다. 이와 같이 하여 얻어진 도포액을 스핀 코팅함으로써 정공 주입층 (4) 상에 박막을 형성하였다. 다음으로, 질소 분위기에서 130℃에서 20분간 가열하여 막 두께가 55 nm인 청색 발광층 (9)를 얻었다. 이러한 가열 처리를 행함으로써 박막을 건조시켜 용매를 제거함과 동시에, 가교제를 가교시키고, 다음으로 도포되는 도포액에 대하여 청색 발광층 (9)를 불용화하였다.

다음으로 녹색 발광층 (8)을 청색 발광층 (9)에 적층하였다. 우선, 용매로서 크실렌을 이용하고, 녹색 발광층 (8)을 주로 구성하는 재료로서 발광 재료(서메이션사 제조, 제품명 「그린 1300」)을 이용하고, 가교제로서 디펜타에리트리톨헥사아크릴레이트(닛본 가야꾸 제조, 상품명 「카야라드 DPHA」)를 이용하여 도포액을 조합하였다. 발광 재료와 가교제의 중량비를 4:1로 하고, 발광 재료와 가교제를 합친 재료의 도포액에 있어서의 비율을 1.0 질량％로 하였다. 이와 같이 하여 얻어진 도포액을 스핀 코팅함으로써 청색 발광층 (9) 상에 박막을 형성하였다. 다음으로, 질소 분위기에서 200℃에서 20분간 가열하여 막 두께가 15 nm인 녹색 발광층 (8)을 얻었다. 이러한 가열 처리를 행함으로써 박막을 건조시켜 용매를 제거함과 함께, 가교제를 가교시키고, 다음으로 도포되는 도포액에 대하여 녹색 발광층 (8)을 불용화하였다.

다음으로 적색 발광층 (7)을 녹색 발광층 (8) 상에 적층하였다. 우선, 용매로서 크실렌을 이용하고, 적색 발광층 (7)을 주로 구성하는 재료로서 발광 재료(서메이션사 제조, 상품명 「PR158」)를 이용하여 도포액을 조합하였다. 도포액에 있어서의 발광 재료의 비율을 1.0 질량％로 하였다. 이와 같이 하여 얻어진 도포액을 스핀 코팅함으로써 녹색 발광층 (8) 상에 박막을 형성하였다. 다음으로, 질소 분위기에서 200℃에서 20분간 가열하여 막 두께가 10 nm인 적색 발광층 (7)을 얻었다.

실시예, 비교예 1, 비교예 2의 각 유기 EL 소자에 각각 전압을 인가하고, 휘도 및 색도를 측정하였다. 측정에서는, 인가하는 전압을 단계적으로 변화시키고, 인가하는 전압마다 휘도 및 색도를 측정하였다. 측정 결과를 표 1에 나타내었다.

인가하는 전압을 바꿔 휘도를 100 cd/m² 내지 10000 cd/m²까지 변화시켰을 때, 실시예, 비교예 1, 비교예 2의 각 유기 EL 소자의 CIE 색도 좌표에 있어서의 좌표값 x, y의 각각의 변화폭을 표 2에 나타내었다.

표 1 및 표 2에 나타낸 바와 같이, 실시예 1의 유기 EL 소자는 인가하는 전압을 바꿔 휘도를 100 cd/m² 내지 10000 cd/m²까지 변화시켰을 때, 추출되는 광의 색도 좌표에 있어서의 좌표값 x와 좌표값 y의 변화폭이 각각 0.016 이하였다.

표 1에 나타낸 바와 같이, 실시예 1의 유기 EL 소자는 3층의 발광층을 설치함으로써 1층의 발광층만으로 이루어지는 비교예 1의 유기 EL 소자보다도 전류 효율의 최대값이 향상하였다. 또한, 실시예 1의 유기 EL 소자는 3층의 발광층을 소정의 배치로 함으로써 비교예 2의 유기 EL 소자보다도 전류 효율의 최대값이 향상하였다.

또한, 표 2에 나타낸 바와 같이, 실시예 1의 유기 EL 소자는 3층의 발광층을 설치함으로써 1층의 발광층만으로 이루어지는 비교예 1의 유기 EL 소자보다도 전압의 변화에 대한 색의 변화가 적었다. 또한, 실시예 1의 유기 EL 소자는 3층의 발광층을 소정의 배치로 함으로써 비교예 2의 유기 EL 소자보다도 전압의 변화에 대한 색의 변화가 적었다.

본 발명에 따르면, 발광하는 광의 피크 파장에 따라서 각 발광층을 소정의 순서로 배치함으로써 전극에 인가하는 전압의 변화에 대하여 색의 변화가 적고, 고효율로 발광하는 유기 전계 발광 소자를 실현할 수 있다.

또한 본 발명에 따르면, 각 발광층을 표면에 도포되는 도포액에 미리 불용화함으로써, 의도하는 막 두께의 각 발광층을 적층할 수 있어, 상기 유기 전계 발광 소자를 도포법에 의해서 용이하게 제조할 수 있다.

Claims

양극과,
음극과,
양극 및 음극 사이에 배치되고 고분자 화합물을 포함하는 발광층을 3층 이상 갖는 발광부를 포함하며,
발광부를 구성하는 각 발광층은 서로 다른 피크 파장의 광을 발하고, 발광하는 광의 피크 파장이 긴 발광층일수록 양극측에 배치되는 유기 전계 발광 소자.
제1항에 있어서, 상기 발광부의 발광층은 적색의 광을 발하는 발광층과, 녹색의 광을 발하는 발광층과, 청색의 광을 발하는 발광층의 3층으로 구성되는 유기 전계 발광 소자.
제1항 또는 제2항에 있어서, 각 발광층은 각 발광층을 구성하는 재료를 포함하는 도포액을 도포함으로써 순차 형성되고,
상기 도포액이 표면 상에 도포되는 발광층은 도포액이 도포되기 전에 도포되는 도포액에 대하여 불용화되어 있는 유기 전계 발광 소자.
제3항에 있어서, 불용화되는 발광층을 구성하는 재료의 적어도 일부는 에너지를 가함으로써 가교되는 유기 전계 발광 소자.
제4항에 있어서, 불용화되는 발광층을 주로 구성하는 재료는 에너지를 가함으로써 가교되는 유기 전계 발광 소자.
제4항에 있어서, 불용화되는 발광층을 구성하는 재료 중 발광층을 주로 구성하는 재료를 제외하는 나머지의 재료의 적어도 일부는 에너지를 가함으로써 가교되는 유기 전계 발광 소자.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 양극과 음극 간에 인가하는 전압을 변화시켰을 때, 밖으로 추출되는 광의 색도 좌표에 있어서의 좌표값 x와 좌표값 y의 변화폭이 각각 0.05 이하인 유기 전계 발광 소자.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 유기 전계 발광 소자를 구비하는 면상 광원.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 유기 전계 발광 소자를 구비하는 조명 장치.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 유기 전계 발광 소자를 구비하는 표시 장치.
양극과, 음극과, 양극 및 음극 사이에 배치되고 고분자 화합물을 포함하는 발광층을 3층 이상 갖는 발광부를 포함하는 유기 전계 발광 소자의 제조 방법으로서,
발광부에서, 발광하는 광의 피크 파장이 긴 발광층일수록 양극측에 배치되도록 각 발광층을 구성하는 재료를 포함하는 도포액을 순차 도포함으로써 각 발광층을 순차 성막하는 공정을 포함하며,
상기 순차 성막하는 공정에서, 도포액이 표면 상에 도포되는 발광층을 도포액이 도포되기 전에 도포액에 대하여 불용화시키는 유기 전계 발광 소자의 제조 방법.