KR20110022566A

KR20110022566A - 유기 전계발광 소자

Info

Publication number: KR20110022566A
Application number: KR1020107026462A
Authority: KR
Inventors: 겐지 오쿠모토; 제레미 브로즈; 쥴리안 카터
Original assignee: 파나소닉 주식회사; 캠브리지 디스플레이 테크놀로지 리미티드
Priority date: 2008-06-02
Filing date: 2009-05-27
Publication date: 2011-03-07
Also published as: JP2011522391A; GB2460646B; GB2460646A; CN102047757A; GB0810044D0; US8445895B2; DE112009001283T5; GB2460646A8; WO2009147801A1; US20100237341A1

Abstract

캐소드를 상부 전극으로서 가지며, 발광 효율, 구동 전압 및 동작 수명에서 우수한 유기 전계발광 소자를 제공한다. 유기 전계발광 소자에서, 애노드(12), 유기층(13), 및 투명 캐소드(14)가 기판(11) 상에 순서대로 적층되며, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 중 적어도 어느 하나를 주성분으로 갖는 금속층이며, 유기층(13)과 투명 캐소드(14) 사이에 적층되는 전자 주입층(15); 및 풀러렌을 포함하며 상기 전자 주입층(15)과 상기 투명 캐소드(14) 사이에 적층되는 풀러렌층(26)을 포함한다. 풀러렌층(26)은 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 중 적어도 어느 하나를 포함한다.

Description

유기 전계발광 소자{ORGANIC ELECTROLUMINESCENCE ELEMENT}

본 발명은 유기 전계발광 소자에 관한 것으로, 특히 디스플레이 장치 및 조명에 이용되는 유기 전계발광 소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

두개의 전극 사이에 샌드위치된 유기 재료의 박막에 전압을 인가함에 의해 발광(전계발광)이 얻어질 수 있는 소자가 유기 전계발광 소자(이하, 유기 EL 소자라 칭함)로 칭한다. 유기 저분자질량 재료를 이용하는 유기 EL 소자는 1960년대에 발견되었고(비특허문헌 1 참조), 소자 구조 및 실제 공정은 1980년대에 개발되었다(비특허문헌 2 참조). 유기 저분자질량 재료를 이용하는 유기 EL 소자는, 그 유기 박막이 진공하의 공정에서 불순물 및 먼지의 혼입이 적은 진공 증착에 의해 마련되므로, 픽셀 결함의 수가 적은 것을 특징으로 한다. 순차적으로, 1990년대 중반에서, 중합 분자를 이용하는 유기 EL 소자가 보고되었다(비특허문헌 3 참조). 중합 분자를 용제내에 용해한 결과 얻어지는 용액 또는 분산액(dispersion liquid)을 습식 공정을 통해 도포함에 의해 유기 박막이 마련되므로, 중합 재료를 이용하는 유기 EL 소자는 대기압(atmospheric pressure) 하에서의 일반적인 공정이 이용되고, 재료 손실율이 낮다는 특징을 갖는다. 유기 EL 소자 모두는 자기 발광형이며 밝고, 화각 의존도가 낮고, 영역 확대 및 미세 배열 등이 가능하도록 하며, 디스플레이에 있어서의 발광원 및 조명용 광원으로서 개발되었다.

도 1은 비특허문헌 2에 개시된 일반적인 유기 EL 소자의 구조의 횡단면도이다. 도 1에 개시된 유기 EL 소자(500)는 투명 기판(501), 투명 하부 전극(502), 유기층(503), 불투명 상부 전극(504)을 포함한다. 투명 하부 전극(502)은 구조체에서의 투명 기판(501) 상에 적층되어, 유기층(503)으로부터의 발광이 기판측으로부터 회수되도록 한다. 금속 전극이 투명 상부 전극(504)으로서 이용되며, 유기층(503)으로부터의 발광이 반사된다. 이하, 유기 EL 소자(500)와 동일한 구조를 갖는 유기 EL 소자가 하부 발광 유기 EL 소자로서 설명될 것이다.

대조적으로, 도 2는 유기층으로부터의 발광이 상부 전극층으로부터 회수되도록 하는 구조를 갖는 일반적인 유기 EL 소자의 구조적 횡단면도이다(특허 문헌 1 등 참조). 도 2에 개시된 유기 EL 소자(600)는 불투명 기판(601), 불투명 하부 전극(602), 유기층(603), 및 투명 상부 전극(604)을 포함한다. 불투명 하부 전극(602)은 구조체에서 불투명 기판(601) 상에 적층되어, 유기층(603)으로부터의 발광이 투명 상부 전극(604)으로부터 회수되도록 한다. 이하, 유기 EL 소자(600)와 동일한 구조를 갖는 유기 EL 소자가 상부 발광 유기 EL 소자로서 설명된다.

유기 EL 소자 및 이러한 유기 EL 소자를 구동하는 박막 트랜지스터(이하 TFT라 칭함)를 포함하는 액티브 매트릭스형 유기 EL 디스플레이에 대한 용도를 고려할 때, 하부 발광 유기 EL 소자보다 상부 발광 유기 EL 소자가 보다 적합하다. 이는 하부 발광 유기 EL 소자의 경우에는 발광이 기판측으로부터 회수되므로, 픽셀 영역 중 유기 EL 발광 유닛에 의해 점유될 수 있는 영역은 불투명 TFT 및 전기 배선에 대한 영역보다는 기판 상의 영역으로 제한된다. 동시에, 유기 EL 소자를 위한 영역 확보가 우선이므로, 픽셀내의 TFT 및 전기 배선에 대한 영역은 최소화될 필요가 있으며, 따라서 설계 자유도에 있어 제약을 주게된다.

대조적으로, 상부 발광 유기 EL 소자의 경우에는 발광이 기판의 대향측으로부터 회수되므로, 유기 EL 소자는 기판측 상의 TFT층의 상부에 형성될 수 있으며, TFT 층의 영역은 픽셀 영역 만큼 넓어질 수 있다. 따라서, TFT 채널 폭이 확장되어 유기 EL 소자에 공급되는 전류량을 증가시키는 것이 가능하므로, 또는 TFT의 수를 증가시키고 전류 보상 회로를 형성하는 것이 가능하므로, 디스플레이의 동일 평면 발광 분포는 균일해진다. 또한, 픽셀 영역을 점유하는 유기 EL 소자 영역의 몫이 증가하므로, 단위 픽셀 당 발광 부하는 감소하고, 디스플레이의 동작 수명은 개선된다.

특히, 디스플레이에 적용시 고도로 유리한 상부 발광 유기 EL 소자의 경우, 인듐 주석 산화물(이하, ITO) 전극과 같은 금속 산화물 전극이 투명 상부 전극(604)을 위한 전극으로서 사용된다. 이들을 저항 가열 피착(resistance heating deposition)에 의해 만족할만한 투명도 및 전도도를 갖는 박막으로 형성하는 것은 어려우므로, 스퍼터링 방법 및 플라즈마를 이용한 다른 막 형성 방법이 이용된다.

또한, 일반적으로, 유기 EL 소자 구조에서, 하부 전극은 애노드이고, 상부 전극은 캐소드이다. 특히, 유기 중합 분자를 이용하는 유기 EL 소자의 경우, 중합층은 스핀 코트 공정 또는 잉크젯 공정과 같은 습식 공정에 의해 형성된다. 전극을 공급하는 기능을 갖는 캐소드로서 사용되는 알카리 금속, 알카리 토금속 또는 그의 염은 물 또는 산소와 반응하고, 쉽게 불안정 상태가 된다. 그러므로, 캐소드가 하부 전극인 경우, 하부 전극을 구성하는 알칼리 금속, 알칼리 토금속 또는 그의 염은 형성 초기 단계에서 액체층인 유기층과 반응하고, 적층 계면에서 상호 용출(mutual elution) 또는 상호 분산(mutual dispersion)이 발생하며, 따라서 적층 계면의 제어가 어렵게 된다. 이러한 측면에서, 캐소드가 상부 전극인 구조가 채용된다.

상술한 것처럼, ITO에 의해 제공되는 투명 상부 전극이 캐소드인 경우, 전자를 유기 발광층으로 주입하기 위하여, 투명 캐소드 및 유기 발광층 사이에 이하의 특징적 조건을 갖는 전자 주입층이 필요하다.

(1) 투명 캐소드로부터 유기 발광층으로 전자 주입을 촉진함.

(2) 투명 캐소드 막 형성 동안 유기 발광층이 손상되는 것을 방지함.

(3) 광학 투명도가 높음.

(1)은 ITO에 의해 제공되는 금속 산화물의 투명 상부 전극이, 그 일함수로부터, 우수한 홀 주입 특성을 가지나, 우수하지 않은 전자 주입 특성을 가지며, 전자 주입 특성이 보충될 필요가 있기 때문이다. (2)는 ITO와 같은 금속 산화물을 위한 막 형성 방법이 플라즈마를 이용한 막 형성 방법이므로, 발광 효율의 손상, 구동 전압의 상승 및 소자의 동작 수명의 손상을 초래하는 플라즈마 손상으로부터 유기 발광층을 보고하기 위한 것이다. (3)은 유기 발광층의 발광의 투과를 위한 것이다.

전자 주입층을 위한 상술한 요구 사항을 충족시키기 위한 일반적 유기 EL 소자가 특허문헌 2, 특허문헌 3, 특허문헌 4 등에 개시되어 있다.

특허문헌 2에서, 금속 도핑된 유기 재료가 투명 전극의 하위층으로서 이용되고, 금속 도핑된 유기 재료의 존재로, 투명 캐소드의 형성 동안의 유기 발광층에 대한 손상은 감소되고, 전자 주입은 촉진된다. 금속 도핑된 유기 재료층에서 이용되는 유기 재료로서, 일반적으로 이용되는 파이(pi) 전자 저분자질량 전자 이송 재료가 제안되었다.

또한, 특허문헌 3은 금속 도핑된 풀러렌(fullerene)의 이용을 개시하고 있다.

또한, 특허문헌 4에서, 저항 특성을 보이는 전자 전달 특징은 풀러렌을 포함하는 층을 전자 이송층으로 이용하고, 이하의 순서 즉, 전자 이송층의 상부층 또는 하부층에 알칼리 불화물을 포함하는 층을 형성하고, 다음으로 도전성 재료를 포함하는 상부 전극을 형성함에 의해 구현된다

일본 미심사 특허 공개 제10-162959 일본 미심사 특허 공개 제2004-122774 일본 미심사 특허 공개 제2000-260572 일본 미심사 특허 공개 제2004-327436

M. Pope et al., Journal of Chemical Physics vol. 38, pages 2042 to 2043; 1963 C.W. Tang and S.A.Vanslyke, Applied Physics Letters vol.51, pages 913 to 915; 1987 J.H.Burroughes et al., Nature vol.347, pages 539 to 541; 1990 C. Fery et al., Applied Physics Letters vol. 87, 213502; 2005

그러나, 특허문헌 2에서 개시된 파이 전자 저분자질량 전자 이송 재료로, 스퍼터 손상으로 인한 손상이 현저하며, 유기 발광층에 대한 손상이 감소되더라도, 전자 이송 재료층 자체가 손상되는 경우, 소자의 불안정성, 구동 전압을 상승 등을 초래하는 문제가 있다.

또한, 특허문헌 3에 개시된 풀러렌이 스퍼터, 플라즈마 등에 대한 높은 손상에 대한 내성을 갖지만, 풀러렌이 유기 발광층과 직접 접촉하는 경우, 유기 EL의 구동 동안 유기 발광층내에서 생성된 발광 여기 에너지의 풀러렌층으로의 에너지 전달이 있고, 따라서 발광 효율이 손상된다. 다시 말하면, 유기 발광층의 발광에 대한 광학적 소광(optical-quenching)을 초래하여, 소자의 발광 효율을 크게 감소시키는 문제점이 있다.

또한, 특허문헌 4에 개시된 알카리 불화물은 도전성 재료를 포함하는 상부 전극으로서 이용되는 ITO와 같은 투명 산화물의 캐소드에 의해 산화되며, 유기 EL 소자의 안정성 및 동작 수명을 현저히 손상시키는 문제가 있다.

또한, 알칼리 불화물을 포함하는 상부층내에 풀러렌층이 적층되는 경우에, 알칼리 불화물이 전자 주입을 이행하는데 필요한 금속 상태로 충분히 감소되지 않고, 유기 발광층으로의 양호한 전자 주입이 얻어질 수 없다는 문제가 있다.

상술한 것처럼, 상부 전극으로서 ITO의 캐소드 등에 대해 다양한 구조가 제안되었지만, 디스플레이 장치를 위해 필요한 모든 요소 즉, 소자 안정성, 저 구동 전압, 및 고 발광 효율을 만족시키는 구조체를 얻는 것을 불가능하였다.

상술한 문제점을 고려할 때, 본 발명은 상부 전극으로서 캐소드를 가지면서, 발광 효율, 구동 전압 및 동작 수명 모두에 대해 우수한 유기 EL 소자를 제공하는 것이 목적이다.

상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 이행에 따른 유기 전계발광 소자는 애노드, 유기 재료의 발광층, 및 캐소드가 순서대로 기판 상에 적층되는 유기 전계발광 소자로서, 상기 유기 전계발광 소자는: 전자를 상기 발광층으로 주입하기 위하여 상기 발광층과 상기 캐소드 사이에 형성되며, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 중 적어도 어느 하나를 주성분으로 갖는 금속인 전자 주입층; 및 상기 전자 주입층과 상기 캐소드 사이에 형성되며, 풀러렌(fullerenes)을 포함하는 풀러렌층을 포함하되, 상기 풀러렌층은 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 중 적어도 어느 하나를 포함한다.

따라서, 상기 풀러렌이 우수한 도전성을 가지므로, 풀러렌을 포함하는 층은 ITO 등의 투명 캐소드로부터 효율적으로 상기 발광층으로 전자를 전송할 수 있다. 또한, 풀러렌은 플라즈마 및 열에 대해 높은 내성을 가지며, 기초층인 발광층을 보호할 수 있다. 또한, 풀러렌이 금속에 비해 우수한 광학적 투명성을 가지므로, 풀러렌을 포함하는 층은 투명 캐소드측으로부터 발광층에서 생성된 EL 발광을 효율적으로 회수할 수 있다. 그러나, 풀러렌이 발광층과 직접 접촉하는 경우에는 발광층의 발광의 광학적 소광이 있다는 단점이 있고, 풀러렌이 유기층에 전자를 주입하기에 충분한 능력을 가지지 못한다는 단점이 있다. 상술한 문제점을 해결하기 위하여, 우수한 전자 주입 능력을 가지며 유기층에 대한 광학적 소광을 초래하지 않는 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속을 포함하는 층이 풀러렌을 포함하는 층과 발광층 사이에 삽입되며, 따라서 풀러렌을 포함하는 층의 단점이 방지될 수 있다. 또한, 풀러렌이 이들 금속과 접촉하는 경우에도 알칼리 금속 및 알칼리 토금속이 산화하지 않으며, 또한 도전성 금속 산화물을 포함하는 투명 캐소드와 접촉하는 경우라도 산화하지 않으므로, 풀러렌을 포함하는 층은 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속을 포함하는 층 및 투명 캐소드인 상부 전극과 안정한 접촉을 할 수 있다.

다시 말하면, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속이 우수한 전자 주입 성능 외에도 풀러렌의 전도도, 투명도, 및 투명 전극 막 형성 동안의 발광층에 대한 공정 손상을 감소하는 효과가 얻어질 수 있고, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 중 적어도 어느 하나를 주성분으로 갖는 금속층의 삽입에 의해 풀러렌에 대한 문제점인 광학적 소광이 방지될 수 있으므로, 발광 효율을 증가하고, 구동 전압을 감소하고 및 투명 캐소드를 상부 전극으로 갖는 유기 EL 소자의 동작 수명을 개선하는 것이 가능하다. 또한, 풀러렌의 투명 전극을 형성하는 동안 발광층에 대한 공정 손상을 감소함에 의해, 손상에 의해 생성된 발광층내의 핀홀을 통해 소자가 단락 회로가 되고 검은 점(black dot)이 되는 것을 방지할 수 있어서, 제조 동안의 수율을 개선할 수 있다.

또한, 풀러렌 층에 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 중 적어도 어느 하나를 포함함에 의해, 그러한 층의 광 흡수량은 풀러렌을 포함하는 층내의 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 중 적어도 어느 하나의 포함에 따라 감소하고, 따라서 소자의 발광 효율은 개선된다. 또한, 풀러렌을 포함하는 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 중 적어도 어느 하나의 포함에 의해 전도도가 개선되므로, 구동 전압이 감소될 수 있다. 그러므로, 소비 전력의 감소에 기여함과 동시에, 고정된 루미넌스로 광을 출력하기 위하여 소자에 공급되는 전류량을 감소하는 것이 가능하고, 따라서 소자의 동작 수명의 개선에 기여한다.

또한, 전자 주입층은 발광층의 표면과 접촉하여 적층될 수 있다.

따라서, 전자 이송 기능을 갖는 유기층을 발광층 상부에 직접 적층할 필요가 없으므로, 재료 비용을 절감하고 막 형성 공정을 간단하게 할 수 있다.

또한, 유기 재료는 중합 유기 화합물일 수 있다.

따라서, 유기 중합체를 용제내에 용해하여 얻어지는 용액 또는 분산액(dispersion liquid)을 습식 공정을 통해 도포함에 의해 유기층이 얻어질 수 있으므로, 대기압 하에서의 일반적인 공정이 이용될 수 있고, 재료 손상이 감소될 수 있다. 따라서, 생산성은 개선될 수 있다.

또한, 캐소드는 빛이 투과하도록 하는 투명 전극일 수 있고, 전자 주입층은 1nm와 20nm를 포함하는 1nm와 20nm 사이의 두께를 가지며, 풀러렌층은 1nm와 100nm를 포함하는 1nm와 100nm 사이의 두께를 가진다.

따라서, 발광층의 상부층측으로부터 발광이 회수되는 상부 발광 유기 EL 소자를 이용하여, 발광층으로부터의 발광에 대한 전자 주입층으로부터의 반사가 억제되고, 캐소드에서의 흡수가 억제되므로, 높은 발광 효율을 얻을 수 있다.

또한, 본 발명은 상술한 특징을 갖는 유기 전계발광 소자로서 구현될 뿐만 아니라, 그러한 유기 전계발광 소자를 포함하는 디스플레이 패널에 대해서도 동일한 구조 및 효과를 갖는다.

또한, 본 발명은 상술한 특징을 갖는 유기 전계발광 소자로서 구현될 뿐만 아니라, 유기 전계발광 소자에 포함되는 특징적 유닛을 단계별로 갖는 유기 전계발광 소자에 대한 제조 방법으로서 구현될 수 있다.

본 발명의 유기 EL 소자에 따르면, 투명 캐소드로부터 발광층으로의 전자 주입이 촉진되고, 발광층은 투명 캐소드의 형성 동안의 손상으로부터 보호되고, 높은 투명도를 이용한 전자 주입 기능 및 전자 전송 기능이 보장되며, 따라서 상부 전극으로서 투명 캐소드를 갖는 유기 EL 소자를 제공할 수 있고, 발광 효율, 구동 전압 및 동작 수명 모든 면에서 우수하다.

(본 출원에 대한 배경 기술에 대한 추가 정보)

2008년 6월 2일 출원된 영국 특허 출원 제0810044.8의 상세한 설명, 도면 및 청구범위의 전부가 여기에 참조된다.

도 1은 비특허문헌 2에 기술된 일반적인 유기 EL 소자의 구조적 횡단면도.
도 2는 유기층으로부터의 발광이 상부 전극측으로부터 회수되도록 하는 구조를 갖는 일반적인 유기 EL 소자의 구조적 횡단면도.
도 3은 본 발명의 실시예의 유기 EL 소자의 구조적 횡단면도.
도 4는 본 발명의 실시예의 변경을 나타내는 유기 EL 소자의 구조적 횡단면도.
도 5는 본 발명의 제1 예의 유기 EL 소자를 위한 제조 방법을 설명하는 공정도.
도 6은 본 발명의 유기 EL 소자를 이용한 텔레비젼의 외관도.

본 발명의 유기 전계발광 소자(이하, 유기 EL 소자라 칭함)에서, 애노드, 유기 재료의 발광층, 및 캐소드가 기판 상에 순서대로 적층되며, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 중 적어도 어느 하나를 주성분으로 갖는 금속층, 및 풀러렌을 포함하는 풀러렌층이 유기 재료의 발광층과 캐소드 사이에 순차적으로 적층된다. 풀러렌층은 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 중 적어도 어느 하나를 포함한다. 따라서, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속의 우수한 전자 주입 성능 외에도 풀러렌의 전도도, 투명도 및 투명 전극 형성 동안의 발광층에 대한 공정 손상을 감소하는 효과가 얻어질 수 있고, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 중 적어도 어느 하나를 주성분으로 갖는 금속층의 삽입에 의해 풀러렌에 대한 문제점인 광학적 소광이 방지될 수 있으므로, 발광 효율을 증가하고, 구동 전압을 감소하고 및 투명 캐소드를 상부 전극으로 갖는 유기 EL 소자의 동작 수명을 개선하는 것이 가능하다.

이하, 본 발명의 실시예가 도면을 참조로 상세히 설명될 것이다.

도 3은 본 발명의 실시예에서의 유기 EL 소자의 구조적 횡단면도이다. 도면에서 유기 EL 소자(1)는 기판(11), 애노드(12), 유기층(13), 투명 캐소드(14), 전자 주입층(15), 및 풀러렌층(16)을 포함한다.

아래에 제한되지는 않지만, 예를 들면 유리 기판, 수정 기판 등이 기판(11) 용으로 이용될 수 있다. 또한, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 및 폴리에테르슬폰과 같은 플라스틱 기판을 이용하여 유기 EL 소자에 신축성을 추가하는 것이 가능하다. 지금까지 설명된 본 발명의 구조는 특히 상부 방출 발광 EL 소자에 대한 효과가 현저하므로 불투명 플라스틱 기판 또는 금속 기판의 사용을 가능하게 한다. 또한, 유기 EL을 구동하기 위한 금속 배선 및 트랜지스터 회로가 기판 상에 형성될 수 있다.

애노드(12) 용으로, 재료가 특히 제한되는 것은 아니지만 반사성 금속이 사용될 수 있다. 예를 들면, 은, 알루미늄, 니켈, 크롬, 몰리브데늄, 구리, 철, 백금, 텅스텐, 납, 주석, 안티몬, 스트론튬, 티타늄, 망간, 인듐, 아연, 바나듐, 탄탈룸, 니오븀, 란타늄, 세륨, 네오디뮴, 사마륨, 유로퓸, 팔라듐, 코발트 및 실리콘과 같은 금속 중 하나; 그러한 금속의 합금; 및 그러한 금속들의 적층을 이용하는 것이 가능하다.

아래에 제한되지는 않지만, 유기층(13)을 위해, 애노드(12)로부터 홀 주입층, 홀 이송층 및 발광층이 순서대로 형성된다. 홀 주입층은 애노드(12)로부터 주입된 홀을 홀 이송층으로 꾸준히 주입하거나 또는 애노드(12)로부터 주입된 홀을 홀 이송층으로 주입하는 기능을 갖는다. 또한, 홀 이송층은 홀 주입층으로부터 주입된 홀을 발광층으로 이송하는 기능을 갖는다. 홀과 전자가 주입 및 재결합되어 여기 상태를 발생시키고 광을 방출하는 기능을 발광층은 갖는다.

유기층(13)이 발광층으로 구성된 단일층일 수 있으며, 발광층의 적어도 한 층을 포함하는 층들의 적층일 수도 있다. 또한, 유기층(13)은 적어도 하나의 발광층이 포함되는 한 무기층을 포함할 수 있다. 또한, 유기층(13)은 저분자질량 유기 화합물일 수 있고, 중합 유기 화합물일 수 있다. 형성 공정은 특별히 제한되지는 않지만, 저항 가열 증착 공정을 통해 저분자 유기 재료가 형성될 수 있다. 아래에 제한되지는 않지만, 중합 유기 재료가 용액 등으로부터의 스핀 캐스팅으로 대표되는 캐스팅 공정, 딥 코팅 등으로 대표되는 코팅 공정, 또는 잉크젯 공정으로 대표되는 습식 프린팅 공정을 통해 형성되는 것이 바람직하다.

유기층(13)을 위해 중합 유기 화합물을 이용함에 의해, 유기 중합체를 용제내에 용해함에 의해 얻어지는 용액 또는 분산액을 습식 공정을 통해 도포함에 의해 유기층이 얻어질 수 있고, 따라서 대기압하의 일반적인 공정이 사용될 수 있고, 재료 손실이 감소될 수 있다. 따라서, 생산성이 개선될 수 있다.

전자 주입층(15)은 캐소드측으로부터 주입된 전자를 유기층(13)으로 꾸준히 주입하거나 또는 캐소드측으로부터 주입된 전자를 전자 생성을 보충함에 의해 유기층(13)으로 주입하는 기능을 갖는다. 또한, 전자 주입층(15)은 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 중 적어도 어느 하나를 주성분으로 갖는 금속층이며, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속의 두개 이상의 유형을 포함할 수 있다. 이는 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 모두가 포함되는 경우를 포함한다. 또한, 재료가 아래에 제한되지는 않지만, 리튬, 루비듐, 세슘, 칼슘 또는 바륨이 전자 주입층(15)으로 이용되는 것이 바람직하다.

이러한 층의 두께는 바람직하게는 1과 20nm를 포함하는 1과 20nm 사이의 범위이고, 보다 바람직하게는 3과 7nm를 포함하는 3과 7nm 사이의 범위이다. 전자 주입층(15)이 너무 얇은 경우, 전자 주입층(15)은 잔류하고 있거나 상부층의 증착 동안 외부로부터 들어오는 물 및 산소에 의해 쉽게 훼손되며, 따라서 저전압 및 고효율 특성을 얻는 것이 어렵게 된다. 이러한 층이 너무 두꺼운 경우, 층들이 본질적으로 광을 투과하지 않는 금속막이므로, 유기층에서 생성된 발광이 소자 내부에서 흡수되거나 포착되므로 높은 발광 효율을 얻는 것이 어렵게 된다.

전자 주입층(15)으로, 알칼리 금속 성분 및 알칼리 토금속 성분 이외의 재료들이 필요에 따라 혼입될 수 있음의 주목한다. 예를 들면, 알루미늄 등과의 포괄(inclusion) 및 합금화(alloying)는 전극의 안정성을 개선하는데 기여한다. 형성 공정은 아래에 제한되지는 않지만, 알칼리 금속 성분 및 알칼리 토금속 성분 이외의 재료를 포함하는 전자 주입층(15)이 저항 열 증착 또는 전자 빔 증착을 통해 형성되는 것이 바람직하다.

발광층 상부 바로 위에 전자 주입층(15)을 적층함에 의해, 전자 이송 기능을 갖는 유기층의 적층이 제거되어, 재료의 비용을 줄이고 막-형성 공정을 간략하게 한다.

풀러렌층(16)은 풀러렌을 포함한다. 아래에 특별히 제한되지는 않지만, 풀러렌층(16)으로 C60 또는 C70이 이용되는 것이 바람직하다. 여기서, 풀러렌은 탄소 구조를 갖는 구형 분자(globular molecules)를 칭하며 C60 및 C70으로 표시되며, 분자는 그러한 구내에 금속을 포함하거나; 또는 질소, 수소 및 메틸기와 같은 유기 치환 그룹이 도입된다.

풀러렌층(16)은 스퍼터 및 플라즈마에 대항하여 고도의 손상 저항성을 갖는다.

또한, 일반적으로, 풀러렌층(16)은 도전성을 가지며, 금속보다 더 투명성을 가지지만, 가시광을 흡수한다. 그러므로, 풀러렌층(16)이 너무 두껍다면, 광은 흡수되며, 이는 바람직하지 않다. 또한, 너무 얇은 경우에는, ITO의 투명 캐소드(14)의 형성 동안 공정 손상으로부터 유기층(13)을 보호하는 기능 등이 손상된다. 그러므로, 풀러렌층의 두께는 바람직하게는 1과 100nm를 포함하는 1과 100nm 사이의 범위이고, 보다 바람직하게는 5와 50nm를 포함하는 5와 50nm 사이의 범위이다.

아래에 특별히 제한되지는 않지만, 저항 가열을 이용한 진공 증착 공정을 통해 풀러렌층(16)을 형성하는 것이 바람직하다.

아래에 특별히 제한되지는 않지만, 인듐 주석 산화물 또는 인듐 아연 산화물이 투명 캐소드(14)용으로 이용된다. 아래에 특별히 제한되지는 않지만, 인듐 주석 산화물 또는 인듐 아연 산화물로 나타내는 투명 캐소드(14)가 DC, RF, 마그네트론 또는 ECR과 같은 스퍼터링의 다양한 유형을 통해 또는 플라즈마 이용 증착 공정을 통해 형성된다.

도 4는 본 발명의 실시예의 변경을 나타내는 유기 EL 소자의 구조적 횡단면도이다. 도면에서, 유기 EL 소자(2)는 기판(11), 애노드(12), 유기층(13), 투명 캐소드(14), 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속의 전자 주입층(15), 및 풀러렌을 포함하는 풀러렌층(26)을 포함한다.

도 3에 도시된 유기 EL 소자(1)와 비교하여, 도 4에 설명된 유기 EL 소자(2)는 풀러렌층에 대해서만 구조적으로 상이하다. 그러므로, 동일한 점에 대한 설명은 생략되며, 상이한 부분에 대해서만 설명될 것이다.

풀러렌층(26)에 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 중 적어도 어느 하나가 혼입된다. 이는 풀러렌의 전도도를 증가시키고 구동 전압을 감소시키는데 효율적이다. 또한, 풀러렌층(26)에 의해 흡수되는 광량이 감소되므로, 소자의 발광 효율은 개선된다. 그러므로, 전력 소비의 감소에 기여함과 동시에, 고정된 루미넌스로 광을 출력하기 위하여 소자에 공급될 전류의 량을 감소시키는 것이 가능하여, 소자의 동작 수명의 개선에 기여한다. 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속의 혼합비는 바람직하게는 1~50wt%를 포함하는 범위이고, 보다 바람직하게는 5~30wt%를 포함하는 범위이다. 혼합비가 낮은 경우, 이 막내의 자유 전하의 수는 낮고 전도도가 낮으며, 따라서 소자의 구동 전압은 높아진다. 그러나, 발광 효율면에서는 거의 변화가 없으므로, 구동 전압의 개선이 큰 문제점으로 고려되지 않는 경우에 사용하는 것을 적합하게 한다. 혼합비가 너무 높은 경우, 금속 상태의 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 중 적어도 어느 하나가 급증하고, 이에 기인한 광 흡수가 상당해지고, 높은 발광 효율을 얻는다는 것이 어려워진다.

아래에 특별히 제한되지는 않지만, 풀러렌이 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 중 적어도 어느 하나로 도핑되는 층이 저항 가열을 이용한 동시 증착 공정(co-deposition process)을 통해 형성된다.

또한, 풀러렌층(26)은 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 중 2개 이상의 유형을 포함할 수 있다. 이는 알칼리 금속 및 알칼리 토금속 모두가 포함되는 경우를 포함한다.

본 발명의 실시예의 개조물에서 풀러렌으로, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 중 적어도 어느 하나를 포함하는 풀러렌이 이용될 수 있다. 상술한 금속을 포함하는 풀러렌이 이미 n-도핑된 상태이므로, 풀러렌과 금속의 동시 증착이 필요치 않아서, 제조 공정의 간략화에 기여한다.

[예들]

다음으로, 본 발명이 예들과 비교예들을 인용하면서 설명된다.

(예 1)

도 5는 본 발명의 예 1에서 유기 EL 소자에 대한 제조 방법을 설명하는 공정도이다. 먼저, 100nm 두께, 97% 몰리브데늄 및 3% 크롬 합금 전극(121)이 스퍼터링에 의해 유리 기판(111)의 표면 상에 형성된다(Matsunami Glass Ind. Ltd에서 제조한 평면 유리를 이용함). 다음으로, 합금 전극(121)이 포토리쏘그래피에 의해 애노드 형상으로 패턴화된다. 다음으로, 보조 애노드(122)로서, 60nm 두께 인듐 주석 산화물 전극이 스퍼터링에 의해 패턴화된 합금 전극(121)의 표면 상에 형성되며, 포토리쏘그래피에 의해 선정 애노드 형상으로 패턴화된다(도 5(a)). 패턴화된 합금 전극(121) 및 보조 애노드(122)는 각각 애노드의 기능을 갖는다.

다음으로, 이하의 3개의 층이 유기층으로서 형성된다. 먼저, 스핀 코팅에 의해 패턴화된 보조 애노드(122)의 표면 상에 폴리에틸렌다이옥시씨오펜(polyethylenedioxythiophene)(PEDOT: TA Chemical Co.에서 제조한 Baytron P AI 4083)을 형성하고, 다음으로 섭씨 200도로 10분 동안 핫 플레이트에서 가열함에 의해 60nm 두께의 홀 주입층(131)이 형성된다. 다음으로, 스핀 코팅에 의해 홀 주입층(131)의 표면 상에 HT12(Sumation 제조) 톨루엔 용액을 형성하고, 다음으로 섭씨 200도로 30분 동안 질소 분위기의 핫 플레이트에서 가열함에 의해 20nm 두께의 홀 이송층(132)이 형성된다. 다음으로, 스핀 코팅에 의해 홀 이송층(132)의 표면 상에 Lumation Green(Sumation 제조) 크실렌 용액을 형성하고 다음으로 이를 섭씨 130도로 10분 동안 핫 플레이트에서 가열함에 의해 70nm 두께의 발광층(133)이 형성된다(도 5(b)).

다음으로, 진공 증착을 통해 발광층(133)의 표면 상에 바륨(Aldrich 제조; 적어도 순도 99% 이상)을 증착함에 의해 5nm 두께의 전자 주입층(9151)이 형성된다(도 5(c)).

다음으로, 진공 증착을 통해 전자 주입층(151)의 표면 상에 C60(Aldrich 제조; 적어도 순도 99.9% 이상)을 증착함에 의해 10nm 두께의 풀러렌층(161)이 형성된다(도 5(d)).

마지막으로, 플라즈마를 이용한 증착(Sumitomo Heavy Industries, Ltd에서 제조된 막 제조 장치를 이용함)을 통해 풀러렌층(161)의 표면 상에 인듐 산화물을 증착함에 의해 100nm 두께의 투명 캐소드(141)가 형성된다(도 5(e)).

(예 2)

본 발명의 예 2의 유기 EL 소자에 대한 제조 방법으로서, 풀러렌층이 도 5에 기술된 풀러렌층(161)의 두께를 변경함에 의해 형성되는 것만 제외하고는 유기 EL 소자는 예 1의 것과 동일한 방식으로 형성된다.

(예 3)

본 발명의 예 3의 유기 EL 소자에 대한 제조 방법으로서, 풀러렌층이 도 5에 기술된 풀러렌층(161)의 두께를 10nm에서 50nm로 변경함에 의해 형성되는 것만 제외하고는 유기 EL 소자는 예 1의 것과 동일한 방식으로 형성된다.

(예 4)

본 발명의 예 4의 유기 EL 소자에 대한 제조 방법으로서, 도 5에 기술된 풀러렌층(161) 대신에 진공 증착에 의한 C60(Aldrich 제조; 적어도 순도 99.9% 이상)과 20wt% 바륨(Aldrich 제조; 적어도 순도 99% 이상)의 공동 증착에 의해 10nm 두께의 풀러렌층이 형성되는 점을 제외하고는 유기 EL 소자는 예 1의 것과 동일한 방식으로 형성된다. 공동 증착에 의한 이러한 풀러렌층의 형성에서, C60 및 바륨 막이 각각 저항 가열 증착 및 전자 빔 증착을 통해 동시에 형성된다. 이러한 동시 막 형성 동안, 전자 빔 증착을 제어함에 의해 소망된 바륨 함유량을 갖는 풀러렌층을 얻을 수 있어서, 막 형성 속도의 제어가 용이하게 되고, 막 형성 속도가 용이하게 제어되지 않는 저항 가열 증착의 막 형성 속도와 일치시키는 것이 가능하다.

(예 5)

본 발명의 예 5의 유기 EL 소자에 대한 제조 방법으로서, 도 5에 기술된 풀러렌층(161) 대신에 진공 증착에 의한 C60(Aldrich 제조; 적어도 순도 99.9% 이상)과 20wt% 바륨(Aldrich 제조; 적어도 순도 99% 이상)의 공동 증착에 의해 20nm 두께의 풀러렌층이 형성되는 점을 제외하고는 유기 EL 소자는 예 1의 것과 동일한 방식으로 형성된다. 공동 증착에 의한 이러한 풀러렌층의 형성에서, C60 및 바륨 막이 각각 저항 가열 증착 및 전자 빔 증착을 통해 동시에 형성된다.

(예 6)

본 발명의 예 6의 유기 EL 소자에 대한 제조 방법으로서, 도 5에 기술된 풀러렌층(161) 대신에 진공 증착에 의한 C60(Aldrich 제조; 적어도 순도 99.9% 이상)과 20wt% 바륨(Aldrich 제조; 적어도 순도 99% 이상)의 공동 증착에 의해 50nm 두께의 풀러렌층이 형성되는 점을 제외하고는 유기 EL 소자는 예 1의 것과 동일한 방식으로 형성된다. 공동 증착에 의한 이러한 풀러렌층의 형성에서, C60 및 바륨 막이 각각 저항 가열 증착 및 전자 빔 증착을 통해 동시에 형성된다.

(비교예 1)

본 발명의 비교예 1의 유기 EL 소자에 대한 제조 방법으로서, 도 5에 기술된 풀러렌층(161)을 적층하지 않고(도 5(d))를 수행하지 않고) 전자 주입층인 바륨층의 표면 상에 투명 캐소드인 ITO가 직접 형성되는 점을 제외하고는 유기 EL 소자는 예 1의 것과 동일한 방식으로 형성된다.

(비교예 2)

본 발명의 비교예 2의 유기 EL 소자에 대한 제조 방법으로서, 도 5에 기술된 풀러렌층(161) 대신에 유기 EL 소자를 위한 전자 이송층으로서 널리 이용되는 트리스(8-quinolinolato) 알루미늄(이하, Alq로 칭함)과 20wt% 바륨(Aldrich 제조; 적어도 순도 99% 이상)의 20nm 두께의 혼합층이 형성된다는 점을 제외하고는 유기 EL 소자는 예 1의 것과 동일한 방식으로 형성된다.

(비교예 3)

본 발명의 비교예 3의 유기 EL 소자에 대한 제조 방법으로서, 도 5에 기술된 전자주입층(151)이 적층되지 않는다(도 5(c))가 수행되지 않음)는 점을 제외하고는 유기 EL 소자는 예 5의 것과 동일한 방식으로 형성된다.

(예들과 비교예들의 평가)

상술한 예 1 내지 6과 비교예 1 내지 3에서, 합금 전극(121)과 보조 애노드(122)가 포지티브이고, 투명 캐소드(141)가 네가티브인 소자에 10mA/cm²의 전류가 인가되는 경우의 구동 전압 및 루미넌스를 측정함에 의해, 그 때의 구동 전압 및 발광 효율을 얻는 것이 가능하다. 또한, 각 소자들이 4000cd/m²의 광을 방출하도록 제조되고 고정된 전류에 의해 연속적으로 구동되는 경우의 루미넌스의 감쇄가 측정되고, 루미넌스가 절반(2000 cd/m²)으로 감쇄되는 주기가 동작 수명으로 간주된다. 표 1은 예 1 내지 6 및 비교예 1 내지 3에 대한 각각의 평가 결과를 나타낸다.

번호	소자 구조	구동 전압(V)	발광 효율(cd/A)	소자 동작 수명(시간)
예 1	MoCr 합금/ITO 보조 전극/PEDOT 홀 주입층/IL 홀 이송층/EML 발광층/Ba 전극 주입층/(10nm)C60 풀러렌층/ITO 투명 캐소드	8.0	7.2	140
예 2	MoCr 합금/ITO 보조 전극/PEDOT 홀 주입층/IL 홀 이송층/EML 발광층/Ba 전극 주입층/(20nm)C60 풀러렌층/ITO 투명 캐소드	8.0	8.1	180
예 3	MoCr 합금/ITO 보조 전극/PEDOT 홀 주입층/IL 홀 이송층/EML 발광층/Ba 전극 주입층/(50nm)C60 풀러렌층/ITO 투명 캐소드	10.1	5.2	100
예 4	MoCr 합금/ITO 보조 전극/PEDOT 홀 주입층/IL 홀 이송층/EML 발광층/Ba 전극 주입층/(10nm)C60+Ba 풀러렌층/ITO 투명 캐소드	7.2	7.5	140
예 5	MoCr 합금/ITO 보조 전극/PEDOT 홀 주입층/IL 홀 이송층/EML 발광층/Ba 전극 주입층/(20nm)C60+Ba 풀러렌층/ITO 투명 캐소드	7.3	8.2	170
예 6	MoCr 합금/ITO 보조 전극/PEDOT 홀 주입층/IL 홀 이송층/EML 발광층/Ba 전극 주입층/(50nm)C60+Ba 풀러렌층/ITO 투명 캐소드	7.4	6.8	130
비교예 1	MoCr 합금/ITO 보조 전극/PEDOT 홀 주입층/IL 홀 이송층/EML 발광층/Ba 전극 주입층/ITO 투명 캐소드	10.2	2.1	<1.0
비교예 2	MoCr 합금/ITO 보조 전극/PEDOT 홀 주입층/IL 홀 이송층/EML 발광층/Ba 전극 주입층/(20nm)Alq +Ba 저분자 질량 유기층/ITO 투명 캐소드	10.5	7.0	80
비교예 3	MoCr 합금/ITO 보조 전극/PEDOT 홀 주입층/IL 홀 이송층/EML 발광층/(20nm)C60+Ba 풀러렌층/ITO 투명 캐소드	8.5	1.5	40

표 1에서, 각각의 MoCr 합금 전극 모두는 100nm의 두께를 가지며, 각각의 ITO 보조 전극 모두는 60nm의 두께를 가지며, 각각의 PEDOT 홀 주입층 모두는 80m의 두께를 가지며, 각각의 IL 홀 이송층 모두는 20nm의 두께를 가지며, 각각의 EML 발광층 모두는 75nm의 두께를 가지며, 각각의 Ba 전자 주입층 모두는 5nm의 두께를 가지며, 각각의 ITO 투명 전극 모두는 100nm의 두께를 갖는다.

예 1 내지 3에서, 바륨이 전자 주입층(151)에서 이용되고 C60이 풀러렌층에서 이용되는 각각의 유기 EL 소자 모두는 낮은 구동 전압 및 우수한 발광 효율을 갖는다. 최적의 구동 전압, 발광 효율 및 소자 동작 수명을 보이는 유기 EL 소자는 20nm 두께 C60이 풀러렌층으로 이용되는 예 2의 경우이다. 풀러렌층(161)의 두께가 10nm인 예 1의 경우에는, 발광 효율 및 소자 동작 수명이 풀러렌층의 두께가 20nm인 예 2의 경우에 비해 낮다. 이는 ITO에 의해 제공되는 투명 캐소드(141)가 형성되는 경우의 발광층(133)에 대한 공정 손상의 약간의 나머지로 인한 것으로 생각된다. 풀러렌층의 두께가 50nm인 예 3의 경우에, 구동 전압은 예 2의 경우보다 더 높고, 발광 효율 및 소자 동작 수명은 낮다. 이는 막을 두껍게 함에 의해 야기된 풀러렌층의 저항을 상승 및 풀러렌의 광 흡수로 인해 발광 효율의 손상으로 인한 것으로 생각된다. 그러나, 예1 내지 3의 경우, 유기 EL 소자 모두는 안정하고 우수한 동작이 가능하다.

예 4 내지 6에서, 바륨의 전자 주입층(151) 및 C60 및 20wt% 바륨이 혼합된 풀러렌층을 포함하는 각 유기 EL 소자 모두는 낮은 구동 전압 및 우수한 발광 효율을 갖는다. 예 1 내지 3과 비교할 때, 예 4 내지 6의 소자는 낮은 구동 전압을 보이고, 풀러렌 레벨을 두껍게 함으로 인한 구동 전압의 상승은 작다. 이는 풀러렌층에서 알칼리 토금속 바륨을 C60에 혼합시킴에 의해 C60 막내에서 자유 전자가 생성되어 막내의 저항을 낮추게 된다는 사실로부터 파생되는 것으로 생각된다. 또한, 예 1 내지 3의 소자와 비교할 때, 예 4 내지 6에서의 소자는 증가된 발광 효율을 갖는다. 이는 알칼리 토금속인 바륨으로 도핑함으로 인해 C60의 흡수율이 감소함으로 인한 것으로 생각된다. 전술한 것으로부터, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속을 풀러렌내에 혼합함에 의해 장치 특성을 개선하는 것이 가능하다.

비교예 1에서, 풀러렌층이 없으므로, 바륨 및 발광층은 ITO에 의해 손상되고, 결과적으로 구동 전압, 발광 효율 및 동작 수명이 현저하게 손상된다. 그러므로, 본 발명의 효과를 얻기 위해서는, 풀러렌층은 필수이다.

비교예 2는 풀러렌층 대신에, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속이 일반적인 저분자질량 유기 재료에 혼합되는 층을 이용한다. 이 경우, 발광 효율은 우수하나, 구동 전압, 발광 효율 및 동작 수명은 예들의 것에 비해 열악하다. 이는 발광층(133)에 대한 손상이 감소되더라도 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속이 저분자질량 유기 재료내에 혼합되는 층에 의해 현저한 스퍼터링 손상이 초래되기 때문이다.

비교예 3에서, 전자 주입층이 없으므로, 유기 EL 소자의 구동 전압은 상승하고, 발광층으로부터의 발광은 풀러렌을 포함하는 층에 의해 광학적으로 소광되고, 따라서 발광 효율은 현저히 저하된다. 그러므로, 본 발명의 효과를 얻기 위해서는, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 중 적어도 어느 하나를 주성분으로 갖는 금속층인 전자 주입층을 갖는 것이 필요하다.

디스플레이 장치를 위한 유기 EL 소자에 대해서, 그 성능 평가 항목인 발광 효율, 구동 전압 및 동작 수명이 우수할 필요가 있다. 따라서, 비교예 1 내지 3에서와 같이, 풀러렌층 또는 전자 주입층 중 하나가 발광층과 투명 캐소드 사이에 형성되는 경우라도, 상술한 3개의 평가 항목 모두에 대한 만족할 만한 값이 얻어질 수 없다.

예 1 내지 6에서와 같이 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 중 적어도 어느 하나를 주성분으로서 갖는 금속인 전자 주입층 및 풀러렌층이 발광층과 투명 캐소드 사이에 순차적으로 형성되는 경우에만 상술한 3개의 평가 항목 모두에 대해 만족할 만한 값이 얻어질 수 있는 디스플레이 장치를 구현할 수 있다.

지금까지 설명한 것처럼, 캐소드가 상부 전극인 구조의 경우에, 본 발명의 유기 전계발광 소자는 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 중 적어도 어느 하나를 주성분으로서 갖는 금속층 및 풀러렌을 포함하는 층이 하위층인 유기 재료의 발광층과 상위층인 캐소드 사이에 순차적으로 형성되는 구조를 채용한다. 이러한 구조를 채용함에 의해, (1) 투명 캐소드 형성 동안의 풀러렌의 전도도, 투명도 및 유기층에 대한 공정 손상이 감소 효과, 및 (2) 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속의 우수한 전자 주입 성능을 얻는 것이 가능하다. 또한, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속을 포함하는 층의 삽입을 통해, 풀러렌에 대한 문제점인 (3) 광학적 소광을 방지하는 것이 가능하다. 그러므로, 발광 효율을 상승시키고, 구동 전압을 낮추고, 투명 캐소드를 상부 전극으로서 갖는 유기 EL의 동작 수렴을 개선하는 것이 가능하다. 또한, 풀러렌을 포함하는 층내에 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속의 혼합을 통해, (4) 풀러렌의 전도도를 상승시키고 구동 전압을 낮추는 것이 가능하다. 또한, (5) 풀러렌을 포함하는 층의 광 흡수량이 감소하므로, 소자의 발광 효율은 증가한다.

홀 주입층, 홀 이송층 및 발광층에 중합 재료를 이용하는 예가 본 발명의 실시예로서 도시되었지만, 저분자 질량 재료가 이용되는 경우라도 본 발명과 동일한 결과가 얻어질 수 있다.

또한, 유기층에 대한 조합은 본 실시예에서 예시된 것에 제한되지 않으며, 예를 들면 홀 주입층은 생략될 있거나, 또는 전자 이송층이 삽입될 수 있다.

또한, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속의 전자 주입층과 발광층 사이에 또 다른 층이 제공될 수 있다. 전자 이송 유기 재료의 층의 삽입이 예로서 제공될 수 있다.

또한, 알칼리 금속 또는 알카리 토금속의 전자 주입층과 풀러렌을 포함하는 풀러렌층 사이에 또 다른 층이 제공될 수 있다.

이상으로 상부 발광 유기 EL 소자에 대한 구조로 설명되었지만, 본 발명의 구조는 하부 발광 유기 EL 소자의 상부 전극이 캐소드인 경우의 구조의 일부로서 적절하게 이용될 수 있다. 발광층 위에 Ba/(C60+Ba)/Al의 구조 등이 예로서 제공될 수 있다. 이 경우, 발광층보다 높은 캐소드측 층으로부터 투명도가 요구되는 것은 아니지만, 전자 주입 기능, 전자 이송 기능 및 Al 막 형성 동안 발광층이 손상되지 않도록 보호하는 기능이 필요하다. 그러므로, 상부 발광 유기 EL 소자가 이용된 경우와 동일한 방식으로, 본 발명의 전자 주입층 및 풀러렌층은 하부 발광 유기 EL 소자에서 이용된 경우 충분한 효과를 나타낸다.

동일한 소자 즉, 바륨이 전자 주입층을 구성하는 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속과 풀러렌층내에 포함된 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 중 하나에 이용되지만, 상이한 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속이 이용될 수 있음에 주목한다. 제조 공정의 관점에서, 둘 모두가 동일한 금속 성분인 것이 바람직하다. 예 4에서, 바륨은 전자 주입층의 구성 금속으로서 이용되며, 바륨은 풀러렌층에서 함유된 금속으로서 이용된다. 또한, 풀러렌층의 형성 동안, 풀러렌 및 바륨이 공동 증착을 통해 막으로 형성된다. 이 경우, 전자 주입층의 형성 동안 풀러렌이 고정된 속도로 증착되지만, 기판 상의 형성은 풀러렌 소스 위의 셔터에 의해 방지된다. 다음으로, 전자 주입층인 바륨의 증착 이후에 풀러렌층 형성 시작시 풀러렌을 위한 셔터의 개방에 의해, 전자 주입층 형성 단계에서 풀러렌층 형성 단계까지의 움직임 동안의 택트 시간을 줄이고, 전자 주입층과 풀러렌층의 인터페이스에서의 불순물의 포착을 줄이는 것이 가능하다.

반면에, 소자 특성의 관점에서, 전자 주입층에 대한 최적 구성 금속 및 풀러렌층내의 최적 함유 금속은 상이하다. 유기 중합 재료가 발광층으로서 이용되는 경우, 유기 중합 재료의 발광층으로의 확산 정도는 알칼리 금속 및 알칼리 토금속 중에서 바륨에 대해 가장 작다. 일반적으로, 발광층으로의 금속의 확산은 소자의 동작 수명을 단축시킨다. 그러므로, 전자 주입층용 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속으로서 바륨이 가장 바람직하다.

또한, 풀러렌으로의 도핑을 위한 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속의 역할은 자유 전자를 생성하도록 풀러렌에 전자를 제공하는 것이다. 그러므로, 작은(<3.5eV) 일함수를 갖는 것을 특징으로 하는 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속인 한, 그 에너지 레벨은 풀러렌의 최저 비점유 분자궤도(Lowest Unoccupied Molecular Orbital(LUMO))에너지 레벨(3.5eV) 보다 충분히 낮고, 따라서 대부분의 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속은 이 역할을 완성하는 것으로 생각된다.

상술한 예 1 내지 6에서 알칼리 토금속인 바륨이 전자 주입층에 대한 구성 금속 및 풀러렌층내의 함유 금속으로서 이용되지만, 알칼리 금속은 알칼리 토금속과 등가의 효과를 제공한다. 특히, 알칼리 토금속처럼 알칼리 금속은 작은 일함수를 갖는 금속으로서, 알칼리 토금속과 동일하게 알칼리 금속은 막 내에 자유 전자를 생성하도록 혼합을 통해 풀러렌에 전자를 용이하게 제공할 수 있다.

본 발명에서의 유기 EL 소자내에 포함된 전극은 전체 표면 상에 또는 기판의 표면의 대부분 상에 균일하게 형성될 수 있다. 이 경우, 광역 루미넌스가 얻어질 수 있으므로, 유기 EL 소자가 조명 등의 응용에 이용될 수 있다. 다르게는, 전극은 특정 형상 또는 문자의 디스플레이가 가능하도록 하기 위하여 패턴화될 수 있다. 이 경우, 특징적 패턴에서의 루미넌스가 얻어질 수 있으므로, 유기 EL 소자는 광고 디스플레이 등의 용도로 이용될 수 있다. 다르게는, 전극은 특히 매트릭스의 형태로 배열될 수 있다. 이 경우, 유기 EL 소자는 수동형 구동 디스플레이 패널 등의 응용에 이용될 수 있다. 다르게는, 전극은 트랜지스터 어레이가 배열되는 기판 상에 형성될 수 있어서, 트랜지스터 배열에 대응하는 전기적 연결을 얻을 수 있다. 이 경우, 유기 EL 소자는 도 6에 도시된 텔레비젼으로 표시되는 능동 구동 디스플레이 패널 등의 응용에 이용될 수 있다.

본 발명에 따른 유기 EL 소자 및 그 제조 방법이 실시예 및 예들에 기초하여 설명되었지만, 본 발명은 그에 제한되지 않는다. 본 발명의 요지로부터 벋어나지 않는 한, 당업자에게는 본 발명에 대한 다양한 변경은 본 발명의 범위내에 포함되는 것으로 의도된다.

(산업상 이용 가능성)

본 발명에 따른 유기 EL 소자는 디스플레이 장치의 픽셀 발광원, 액정 디스플레이의 백라이트, 다양한 조명의 광원, 광학 장치의 광원 등으로 유용하며, TFT-결합된 능동 매트릭스 유기 EL 디스플레이 패널의 응용에 특히 적합하다.

1, 2, 500, 600 유기 EL 소자
11 기판
12 애노드
13, 503, 603 유기층
14, 141 투명 캐소드
15, 151 전자 주입층
16, 26, 161 풀러렌층
111 유리 기판
121 합금 전극
122 보조 애노드
131 홀 주입층
132 홀 이송층
133 발광층
501 투명 기판
502 투명 하부 전극
504 불투명 상부 전극
601 불투명 기판
602 불투명 하부 전극
604 투명 상부 전극

Claims

애노드, 유기 재료의 발광층, 및 캐소드가 순서대로 기판 상에 적층되는 유기 전계발광 소자로서, 상기 유기 전계발광 소자는:
전자를 상기 발광층으로 주입하기 위하여 상기 발광층과 상기 캐소드 사이에 형성되며, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 중 적어도 어느 하나를 주성분으로 갖는 금속인 전자 주입층; 및
상기 전자 주입층과 상기 캐소드 사이에 형성되며, 풀러렌(fullerenes)을 포함하는 풀러렌층
을 포함하되, 상기 풀러렌층은 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 중 적어도 어느 하나를 포함하며,
상기 풀러렌층내에 포함되는 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속은 상기 풀러렌의 최저 비점유 분자 궤도(Lowest Unoccupied Molecular Orbit(LUMO)) 에너지 레벨 보다 낮은 일함수를 갖는, 유기 전계발광 소자.
청구항 1에 있어서, 상기 풀러렌층내에 포함되는 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속의 혼합비는 바람직하게는 1~50wt%를 포함하는 범위이고, 보다 바람직하게는 5~30wt%를 포함하는 범위인, 유기 전계발광 소자.
청구항 1에 있어서, 상기 전자 주입층은 상기 발광층의 표면과 접촉하여 적층되는, 유기 전계발광 소자.
청구항 1 및 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유기 재료는 중합 유기 화합물인, 유기 전계발광 소자.
청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 있어서,
상기 캐소드는 광의 투과를 허용하는 투명 전극이고,
상기 전자 주입층은 1nm와 20nm을 포함하는 1nm와 20nm 사이의 두께를 가지며,
상기 풀러렌층은 1nm와 100nm을 포함하는 1nm와 100nm 사이의 두께를 가지는, 유기 전계발광 소자.
청구항 1 내지 5 중 어느 한 항에 기재된 상기 유기 전계발광 소자를 포함하는 디스플레이 패널.
애노드, 유기 재료의 발광층, 및 캐소드가 순서대로 기판 상에 적층되는 유기 전계발광 소자의 제조 방법으로서, 상기 방법은:
상기 애노드 상에 상기 발광층을 적층하는 단계;
상기 발광층 상에 전자를 상기 발광층으로 주입하기 위한 것으로, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 중 적어도 어느 하나를 주성분으로 갖는 금속인 전자 주입층을 적층하는 단계;
상기 전자 주입층 상에 풀러렌을 포함하는 풀러렌층을 적층하는 단계; 및
상기 풀러렌층 상에 상기 캐소드를 적층하는 단계
를 포함하되, 상기 풀러렌층을 적층하는 단계에서, 상기 풀러렌과 상기 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 중 적어도 어느 하나 사이에 맞춤형 혼합비를 갖는 상기 풀러렌층은 상기 풀러렌에 대해서는 저항성 열 기상 증착에 의해 및 상기 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 중 적어도 어느 하나에 대해서는 상기 풀러렌의 전도도를 증가시키기 위해 상기 풀러렌이 기상 증착되는 진공 챔버내에서 상기 풀러렌에 대한 증착 속도에 대응하는 증착 속도에서 전자 빔 기상 증착에 의해 적층되는, 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 풀러렌층내에 포함되는 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속은 상기 풀러렌층내에서 자유 전자를 생성하기 위하여 상기 풀러렌에 전자를 제공하는, 유기 전계발광 소자.