KR20110071051A - 백색 발광장치 - Google Patents

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Abstract

적색, 녹색, 청색의 각 파장영역에 피크강도를 갖는 고효율의 백색발광 방출소자를 제공한다. 특히, 그 발광스펙트럼이 전류밀도에 의존하지 않은 백색발광 방출소자를 제공한다. 청색발광을 나타낸 제1 발광층(312)과, 인광발광과 엑시머 발광의 양쪽을 동시에 발생하는 인광재료를 사용한 제2 발광층(313)을 조합한다. 이때, 인광재료의 엑시머 발광을 도출하기 위해서는, 백금착체와 같은 평면성이 높은 구조를 갖는 인광재료(323)를 10wt% 이상의 고농도로 호스트 재료(322)에 분산시키는 것이 효과적이다. 또한, 제1 발광층(312)은 제2 발광층(313)의 양극측에 접하여 설치된다. 또한, 제2 발광층(313)의 이온화 전위는, 제1 발광층(312)의 이온화 전위에 비해 0.4eV 이상 큰 구성이 바람직하다.

Description

백색 발광장치{WHITE-EMISSIVE LIGHT EMITTING DEVICE}
본 발명은, 양극과, 음극과, 그 전극들을 통해 전계를 가함으로써 발광하는 유기화합물을 포함하는 층(이하, 전계발광층이라고 함)을 구비한 발광소자 및 그 발광소자를 구비한 발광장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은, 백색발광을 나타내는 발광소자 및 그것을 구비한 풀 컬러의 발광장치에 관한 것이다.
발광소자는 전계를 가함으로써 발광하는 소자로, 그 발광기구는 캐리어 주입형이다. 즉, 전극 사이에 전계발광층을 사이에 끼워 전압을 인가함으로써, 음극으로부터 주입된 전자 및 양극으로부터 주입된 홀이 전계발광층 중에서 재결합하여 여기상태의 분자(이하, 여기 분자라고 함)를 형성하고, 그 여기 분자가 기저상태로 되돌아갈 때에 에너지를 방출하여 발광한다.
이때, 유기화합물이 형성하는 여기 상태의 종류로서는, 단일항 여기 상태와 3중항 여기 상태가 가능하고, 단일항 여기 상태로부터의 발광을 형광, 3중항 여기상태로부터의 발광을 인광이라고 부른다.
이러한 발광소자에 있어서, 통상, 전계 발광층은 1㎛를 하회하는 정도의 박막으로 형성된다. 또한, 발광소자는, 전계 발광층 그 자체가 광을 방출하는 자발광형의 소자이기 때문에, 종래의 액정디스플레이에 사용되고 있는 백라이트도 필요 없다. 따라서, 발광소자는 매우 박형 경량으로 제조할 수 있는 것이 큰 이점이다.
또한, 예를 들면 100nm 정도의 전계 발광층일 경우, 캐리어를 주입하고 나서 재결합에 도달하기까지의 시간은, 캐리어 이동도를 생각하면 수십 나노초 정도이므로, 캐리어의 주입하여 전계 발광층의 발광하는 과정에 필요한 시간이 마이크로초 정도이다. 따라서, 대단히 응답속도가 빠른 것이 그 특징의 하나이다.
더욱이, 발광소자는 캐리어 주입형이기 때문에, 직류전압에서의 구동이 가능하고, 노이즈가 생기기 어렵다. 구동전압에 관해서는, 우선 전계 발광층의 두께를 100nm 정도가 균일한 초박막으로 하고, 또한, 전계 발광층에 대한 캐리어 주입장벽을 작게하는 전극재료를 선택하고, 또한 헤테로구조(2층 구조)를 도입함으로써, 5.5V에서 100cd/m2의 충분한 휘도가 달성되었다(문헌 1: C. W. Tang 및 S.A.VanSlyke, Applied Physics Letters, vol. 51, No. 12, pp.913-915(1987)).
이와 같은 박형 경량, 고속응답성, 직류 저전압동작 등의 면에서, 발광소자는 차세대의 플랫-패널 디스플레이 소자로서 주목되고 있다. 또한, 발광소자는, 자발광형이며 시야각이 넓고, 시감도도 비교적 양호한 면에서, 휴대형 전기기기의 표시화면에 대한 소자로서 효과적으로 사용할 수 있다.
더욱이, 이러한 발광소자는, 발광색의 변동이 풍부한 것도 이점의 하나이다. 이러한 색채의 풍부함의 요인은, 유기화합물 자체의 다양성에 있다. 즉, 유기화합물은, 분자설계(예를 들면, 치환기의 도입)에 의해 여러 가지 재료를 개발할 수 있다는 유연성이, 색채의 풍부함을 낳고 있는 것이다.
*이 관점들에서, 발광소자의 가장 큰 응용분야는, 풀 컬러의 플랫 패널 디스플레이라고 해도 과언이 아니다. 발광소자의 특징을 고려하여, 여러 가지 풀 컬러화의 수법이 고안되고 있다. 현재, 발광소자를 사용하여 풀 컬러의 발광장치를 제조하는 구성으로서, 3개의 주요 방식을 들 수 있다.
첫 번째는, 광의 삼원색인 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 각각의 발광색을 나타낸 발광소자를, 쉐도우 마스크 기술을 사용하여 패터닝하여, 각각을 화소로 하는 수법이다(이하, RGB 방식이라 기재함).
두 번째는, 청색의 발광소자를 발광원으로서 사용하고, 그 청색의 광을 형광재료로 이루어진 색 변환재료(CCM)에 의해 녹색 혹은 적색으로 변환함으로써, 광의 3원색을 얻는 수법이다(이하, CCM 방식이라 기재함).
세 번째는, 백색의 발광소자를 발광원으로서 사용하고, 액정표시장치 등으로 사용하고 있는 컬러필터(CF)를 설치함으로써, 광의 3원색을 얻는 수법이다(이하, CF 방식이라 기재함).
이 중에서, CCM 방식과 CF 방식은, 사용하는 발광소자가 청색(CCM 방식) 또는 백색(CF 방식) 등의 단색이기 때문에, RGB 방식에서 필요한 정밀한 패터닝을 필요로 하지 않는다. 또한, CCM 재료나 컬러필터는 종래의 포토리소그래피 기술에 의해 제조할 수 있는 것으로, 복잡한 공정도 들어가지 않는다. 더욱이, 이들 프로세스 상의 장점 외에, 한 종류의 소자밖에 사용하지 않기 때문에, 각 색의 휘도의 경시변화가 균일하다는 이점도 있다.
그러나, CCM 방식을 사용하는 경우, 원리적으로 청색으로부터 적색에의 색 변환효율이 나쁘기 때문에, 적색의 표시에 문제가 생긴다. 또한, 색 변환재료 자체가 형광체이므로, 태양광 등의 외광에 의해 화소가 발광해 버리고, 콘트라스트가 악화한다는 문제점도 있다. CF 방식은 종래의 액정디스플레이와 같이 컬러필터를 사용하고 있기 때문에, 그와 같은 문제점은 없다.
이상의 것으로부터, CF 방식은 비교적 결점이 적은 수법이기는 하지만, CF 방식의 문제점은, 많은 광이 컬러필터에 흡수되어 버리기 때문에, 발광효율이 높은 백색의 발광소자가 필요한 것이다. 백색 발광소자로서는, R, G, B의 각 파장영역에 피크를 갖는 백색발광이 아니라, 보색의 관계(예를 들면, 청색과 노란색)를 조합한 소자(이하, 2파장형 백색 발광장치라 기재함)가 주류이다(문헌 2: Kido et al., "제46회 응용물리학 관계 연합 강연회", p1282, 28a-ZD-25(1999)).
그렇지만, 컬러필터와 조합한 발광장치를 고려한 경우, 상기 문헌 2에서 보고되어 있는 바와 같은 2파장형 백색 발광소자가 아니라, R, G, B의 각 파장영역에 각각 피크를 갖는 발광 스펙트럼을 갖는 백색 발광소자(이하, 3파장형 백색 발광소자라고 기재함)가 바람직하다.
이러한 3파장형 백색 발광소자에 관해서도, 몇 개의 보고는 이루어져 있다(문헌 3 : J. Kido at al., Science, vol. 267, 1332-1334(1995)). 그렇지만, 이러한 3파장형 백색 발광소자는, 발광효율의 점에서 2파장형 백색 발광소자보다 못하여, 보다 큰 개선이 필요하다. 또한, 3파장형 백색 발광장치가 경시적인 색 변화 혹은 전류밀도에 따른 스펙트럼의 변화로 인한 안정된 백색광을 얻는 것이 어렵다.
본 발명은, 적색, 녹색, 청색의 각 파장영역에서 피크 강도를 갖는 고효율의 백색 발광장치를 제공하는데 목적이 있다. 또한, 본 발명은 그 발광 스펙트럼이 전류밀도에 의존하지 않는 백색 발광장치를 제공하는데 다른 목적이 있다.
더욱이, 본 발명은, 상기 발광소자를 사용하여 발광장치를 제조함으로써, 종래의 발광장치와 비교하여 소비전력이 낮고, 색 어긋남이 생기기 어려운 발광장치를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
본 발명자는, 예의 검토를 중첩한 결과, 청색발광을 나타낸 제1 발광층과, 인광발광과 엑시머 발광의 양쪽을 동시에 발생할 수 있는 인광재료를 사용한 제2 발광층을 조합함으로써, 상기 과제를 해결하는 방법을 찾아내었다.
인광재료란, 3중항 여기 상태를 발광으로 변환할 수 있는 재료, 즉 인광을 방출할 수 있는 재료인 것이다. 발광소자에서는, 단일항 여기 상태와 3중항 여기 상태가 1:3의 비율로 생성한다고 생각되고 있기 때문에, 인광재료를 사용함으로써 높은 발광효율을 달성할 수 있는 것이 알려져 있다.
더욱이, 본 발명에서는, 인광발광과 엑시머 발광의 양쪽을 동시에 발생할 수 있는 인광재료를 사용하여 제2 발광층을 형성하기 때문에, 제2 발광층으로부터는 두개 이상의 피크 강도를 갖는 발광을 얻을 수 있다. 이때, 엑시머 발광은, 인광발광보다도 장파장측에 출현한다. 따라서, 그 두개의 피크 강도가 녹색∼적색의 영역에 오도록 설계함으로써, 적색, 녹색, 청색의 각 파장영역에 피크 강도를 갖는 고효율의 발광장치를 얻을 수 있다.
따라서, 본 발명의 구성은, 양극과 음극의 사이에, 청색발광을 나타낸 제1 발광층과, 인광재료를 포함하고, 상기 인광재료로부터의 인광발광과 상기 인광재료의 엑시머 상태로부터의 발광을 함께 발생하는 제2 발광층을 구비한 발광소자이다.
또한, 상기 제1 발광층은, 청색발광을 나타낸 게스트 재료를 호스트 재료에 분산시킨 구성이어도 된다. 즉, 본 발명의 구성은, 양극과 음극의 사이에, 호스트 재료에 청색발광을 나타낸 게스트 재료가 분산된 제1 발광층과, 인광재료를 포함하고, 상기 인광재료로부터의 인광발광과 상기 인광재료의 엑시머 상태로부터의 발광을 함께 발생하는 제2 발광층을 구비한 발광소자이다.
그런데, 인광재료의 엑시머 발광을 도출하기 위해서, 인광재료를 10wt% 이상의 고농도로 분산시키는 것이 효과적인 것을 본 발명자는 찾아내었다. 따라서 본 발명의 구성은, 양극과 음극의 사이에, 청색발광을 나타낸 제1 발광층과, 호스트 재료에 인광재료가 10wt% 이상의 농도로 분산되고 상기 인광재료로부터의 인광발광과 상기 인광재료의 엑시머 상태로부터의 발광을 함께 발생하는 제2 발광층을 구비한 발광소자이다.
또한, 상기 제1 발광층은, 청색발광을 나타낸 게스트 재료를 호스트 재료에 분산시킨 구성이어도 된다. 따라서 본 발명의 구성은, 양극과 음극의 사이에, 제1 호스트 재료에 청색발광을 나타낸 제1 게스트 재료가 분산된 제1 발광층과, 제2 호스트 재료에 인광재료가 10wt% 이상의 농도로 분산되고, 상기 인광재료로부터의 인광발광과 상기 인광재료의 엑시머 상태로부터의 발광을 함께 발생하는 제2 발광층을 구비한 발광소자이다.
전술한 구성의 발광소자에 있어서, 상기 제1 발광층은 상기 제2 발광층의 양극측에 접하여 설치되고, 또한, 상기 제2 발광층의 이온화 전위가, 상기 제1 발광층의 이온화 전위에 비해 0.4eV 이상 큰 것이 바람직하다.
또한, 상기 제1 발광층으로서, 호스트 재료에 청색발광을 나타낸 게스트 재료가 분산된 구성을 적용하는 경우와, 상기 제2 발광층으로서, 호스트 재료에 청색발광을 나타낸 게스트 재료가 분산된 구성을 적용하는 경우는, 상기 제1 발광층이 상기 제2 발광층의 양극측에 접하여 설치되고, 또한, 상기 제2 발광층의 이온화 전위가, 상기 제2 발광층의 호스트 재료의 박막형태에서의 이온화 전위에 비해 0.4eV 이상 큰 상태가 보다 바람직하다.
또한, 상기 제2 발광층으로서, 호스트 재료에 인광재료가 분산된 구성을 적용하는 경우는, 상기 제1 발광층이 상기 제2 발광층의 양극측에 접하여 설치되고, 또한, 상기 제2 발광층의 호스트 재료의 박막 상태에서의 이온화 전위가 상기 제1 발광층의 이온화 전위에 비해 0.4eV 이상 큰 것이 더 바람직하다.
이때, 이상으로 기술한 본 발명의 구성에 있어서, 상기 제1 발광층으로부터의 발광 스펙트럼의 최대 강도는, 400nm 이상 500nm 이하의 영역에 위치하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 인광재료는, 500nm 이상 700nm 이하의 영역에 2개 이상의 피크 강도를 갖는 발광 스펙트럼을 나타내고, 또한, 상기 2개 이상의 피크 중 어느 하나가 엑시머 발광인 것이 바람직하다. 더욱이, 그것들을 조합하면, 우수한 백색발광을 달성할 수 있기 때문에 효과적이다.
또한, 본 발명에서는, 인광재료로서 백금을 중심 금속으로 하는 유기 금속착체를 사용하는 것이 바람직하다.
그리고, 본 발명의 발광소자를 사용하는 발광장치를 제조함으로써, 종래로부터도 소비전력이 낮고, 더구나 색 어긋남이 생기기 어려운 발광장치를 제공할 수 있다. 따라서, 본 발명은, 본 발명에 따른 발광소자를 사용하는 발광장치를 포함한다.
특히, 본 발명의 발광소자는, 적색, 녹색, 청색의 각 파장영역에 피크를 갖는 고효율의 백색발광을 달성할 수 있기 때문에, 컬러필터를 사용하는 풀 컬러의 발광장치에 적용하는 것이 효과적이다.
이때, 여기서 사용된 "발광장치"란, 화상표시 디바이스 등을 말한다. 또한, 발광소자에 커넥터, 예를 들면 FPC(Flexible Printed Circuit), TAB(Tape Automated Bonding) 또는 TCP(Tape Carrier Package)가 부착된 모듈, TAB나 TCP의 프린트배선판이 설치된 모듈, 및 발광소자에 COG(Chip On Glass) 방식에 의해 IC(집적회로)가 직접 실장된 모듈도 모두 발광장치에 포함된다.
본 발명을 실시함으로써, 발광효율이 높은 백색 발광소자를 제공할 수 있다. 특히, 적색, 녹색, 청색의 각 파장 영역에 피크 강도를 갖는 발광 스펙트럼을 갖는 고효율의 백색 발광소자를 제공할 수 있다. 더욱이, 상기 발광소자를 사용하여 발광장치를 제조함으로써, 종래의 발광장치보다도 소비전력이 낮은 발광장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 발광소자의 밴드 다이어그램을 나타낸 도면,
도 2는 본 발명의 발광소자의 밴드 다이어그램을 나타낸 도면,
도 3은 본 발명의 발광소자의 소자구조를 나타낸 도면,
도 4는 본 발명의 발광소자의 소자구조를 나타낸 도면,
도 5는 본 발명의 발광소자의 구체적인 소자구조를 나타낸 도면,
도 6은 본 발명의 발광장치의 개략도,
도 7은 본 발명의 발광장치를 사용한 전기 기구의 예를 나타낸 도면,
도 8은 실시예 2 및 비교예 1에서의 발광 스펙트럼을 나타낸 도면,
도 9는 실시예 2에서의 발광 스펙트럼의 전류밀도 의존성을 나타낸 도면,
도 10은 실시예 2 및 비교예 1에서의 휘도-전류 특성을 나타낸 도면,
도 11은 실시예 2 및 비교예 1에서의 휘도-전압 특성을 나타낸 도면,
도 12는 실시예 2 및 비교예 1에서의 전류효율-휘도 특성을 나타낸 도면,
도 13은 실시예 2 및 비교예 1에서의 전류-전압 특성을 나타낸 도면.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 대하여, 동작원리 및 구체적인 구성예를 들어 상세히 설명한다. 본 발명은 첨부도면을 참조하여 예들에 의해 완전히 설명할 것이지만, 당업자는 다양한 변화 및 변경을 할 수 있다는 것을 알 수 있다. 따라서, 이후 설명된 본 발명의 범위로부터 다른 상기와 같은 변화 및 변경이 벗어나지 않으면, 그들은 본 발명에 포함되는 것으로 해석해야 한다. 발광소자는, 발광을 추출하기 위해 적어도 어느 한쪽의 전극이 투명하여도 된다. 따라서, 기판상에 투명한 전극을 형성하고, 기판측으로부터 광을 추출하는 종래의 소자구조만이 아니라, 실제는, 기판과는 반대측으로부터 광을 추출하는 구조나, 전극의 양측에서 광을 추출하는 구조도 적용가능하다.
본 발명의 기본 개념은, 청색발광을 나타낸 제1 발광층과, 인광발광과 엑시머 발광의 양쪽을 동시에 발생하는 인광재료를 사용한 제2 발광층을 적용하는 것이다.
엑시머 발광은, 통상의 발광(인광재료이면 인광발광)보다도 반드시 장파장측(구체적으로는 통상의 발광과 수십 nm 이상 떨어진측)에 나타나기 때문에, 예를 들면, 녹색파장영역의 인광발광을 나타낸 인광재료의 엑시머 발광은 적색파장영역에 나타나게 된다. 따라서, 본 발명의 기본 개념을 사용하면, 적색, 녹색, 청색의 각 파장영역에 피크 강도를 갖고, 게다가 고효율의 발광소자를 달성할 수 있다.
이때, 이때의 청색발광을 나타낸 제1 발광층으로서는, 단일물질(청색의 발광체)로 이루어진 층을 형성해도 되고, 호스트 재료에 청색의 발광체인 게스트 재료를 분산한 층을 형성해도 된다.
또한, 본 발명을 완성하기 위해서는, 인광재료로부터 인광발광과 엑시머 발광의 양쪽을 발생할 필요가 있다. 특히, 예를 들면, 백금착체와 같이 평면성이 높은 구조를 갖는 인광재료를 게스트 재료로서 사용하고, 게다가, 그 도핑농도를 높게 하는(보다 구체적으로는 10wt% 이상으로 함) 기술이 있다. 10wt% 이상의 고농도로 도핑함으로써, 인광재료끼리의 상호작용이 커지고, 그 결과 엑시머 발광이 도출된다. 이와는 달리, 인광재료를 게스트 재료로서 사용하는 것은 아니며, 박막형의 발광층 혹은 도트형의 발광영역으로서 사용하는 기술도 생각할 수 있다. 그러나, 인광재료로부터 엑시머 발광을 도출하는 방법은 이들에 한정되는 것은 아니다.
디바이스 구조의 관점에서는, 제1 발광층과 제2 발광층의 양쪽을 발광시키기 위한 디바이스 설계가 필요하게 된다. 그 방법의 하나로서는, 정공 수송성을 나타낸 제1 발광층을 제2 발광층의 양극측에 접하여 설치하고, 또한, 제2 발광층의 이온화 전위를 제1 발광층의 이온화 전위에 비해 충분히 크게 하는 방법을 들 수 있다.
이 원리를 설명하기 위한 밴드 다이어그램을 도 1a에 나타낸다. 도 1a에서는, 제1 발광층(101)의 HOMO 준위(이온화 전위)(110) 및 LUMO 준위(112), 제2 발광층(102)의 HOMO 준위(이온화 전위)(112) 및 LUMO 준위(113)를, 각각 나타내고 있다.
이 경우, 혹시 제1 발광층(101)의 이온화 전위(110)와 제2 발광층(102)의 이온화 전위(112)간의 에너지 갭(120)이 작으면, 제1 발광층(101)으로부터 제2 발광층(102)에 정공이 침입한다. 그리고, 제1 발광층(101)은 정공 수송성이기 때문에, 최종적으로 캐리어의 대부분은 제2 발광층(102) 내에서 재결합하게 된다. 따라서, 제2 발광층(102)이 녹색파장영역 및 적색파장영역의 발광을 나타내므로, 제2 발광층(102)는 보다 단파장의 청색발광을 나타낸 제1 발광층(101)으로 에너지 이동할 수 없고, 제2 발광층(102)만이 발광한다.
이 현상을 막기 위해서는, 에너지 갭(120)을 충분히 크게 하면 된다. 따라서, 캐리어의 대다수는, 제1 발광층(101)의 제2 발광층(102)과의 계면 근방에서 재결합한다. 그리고, 소수의 캐리어가 제2 발광층(102)에서 재결합하거나 혹은 제1 발광층(101)에서 재결합하여 생성한 에너지가 부분적으로 제2 발광층(102)으로 이동함으로써, 제1 발광층(101) 및 제2 발광층(102)의 양쪽이 발광할 수 있다. 이때, 에너지 갭(120)의 값으로서는, 구체적으로는 0.4eV 이상이면 된다. 실험적으로, 에너지 갭(120)이 0.4eV 정도이면, 제1 발광층과 제2 발광층의 양쪽이 발광하는 경우가 많기 때문이다.
또한, 제1 발광층(101)으로서, 호스트 재료에 청색발광을 나타낸 게스트 재료가 분산된 구성을 적용하는 경우도 동일하다. 즉, 제2 발광층(102)의 이온화 전위가, 제1 발광층(101) 전체(즉, 제1 발광층의 호스트 재료에 청색발광을 나타낸 게스트 재료가 분산된 상태)의 이온화 전위 보다도 0.4eV 이상 큰 것이 바람직하다.
더 바람직하게는, 제2 발광층의 이온화 전위가, 제1 발광층의 호스트 재료의 박막형태에서의 이온화 전위보다 0.4eV 이상 큰 상태이다. 그 원리를, 밴드 다이아그램 도 1b를 사용하여 설명한다. 도 1b에서는, 제1 발광층의 호스트 재료의 박막형태에서의 HOMO 준위(이온화 전위)(114) 및 LUMO 준위(115), 청색발광을 나타낸 게스트 재료의 HOMO 준위(이온화 전위)(116) 및 LUMO 준위(117)를, 각각 나타내고 있다. 이것 외에는 도 1a와 동일한 부호를 사용하고 있다.
도 1b에서, 정공이 수송되는 것은 제1 발광층의 호스트 재료의 박막형태에서의 HOMO 준위(이온화 전위)(114)이다. 따라서, 제2 발광층(102)의 이온화 전위(112)와, 제1 발광층의 호스트 재료의 박막형태에서의 이온화 전위(114)와의 에너지갭(121)이, 0.4eV 이상인 상태가 바람직하다.
다음에, 인광재료를 게스트 재료로서 사용하는 경우에 대하여, 그 원리를 설명한다. 밴드 다이어그램을 도 2a에 나타낸다. 도 2a에서는, 제1 발광층(201)의 HOMO 준위(이온화 전위)(210) 및 LUMO 준위(211), 제2 발광층(202)의 호스트 재료의 박막형태에서의 HOMO 준위(이온화 전위)(212) 및 LUMO 준위(213), 제2 발광층(202)의 게스트 재료(인광재료)의 HOMO 준위(이온화 전위)(214) 및 LUMO 준위(215)를 각각 나타내고 있다.
이 경우, 먼저 도 1a 및 도 1b를 참조하여 설명한 경우와 마찬가지로, 제2 발광층(202) 전체(제2 발광층의 호스트 재료에 인광재료가 분산된 상태)의 이온화 전위가, 제1 발광층(201)의 이온화 전위보다도 0.4eV 이상 큰 것이 바람직하다.
더 바람직하게는, 제2 발광층의 호스트 재료의 박막형태에서의 이온화 전위(212)가, 제1 발광층(201)의 이온화 전위(210)에 비해 0.4eV 이상 크다.
이러한 상태이면, 에너지갭(220)이 크기 때문에, 정공의 대부분은 제1 발광층(201)의 제2 발광층(202)과의 계면 근방에 축적하지만, 부분적으로는 인광재료의 HOMO 준위(214)에 트랩된다. 따라서, 제1 발광층(201)과 제2 발광층(202)의 양쪽을 발광할 수 있다.
또한, 제1 발광층(201)으로서 호스트 재료에 청색발광을 나타낸 게스트 재료가 분산된 구성을 적용하는 경우도, 도 1a 및 도 1b를 참조하여 설명한 경우와 마찬가지로 제2 발광층(202) 전체(제2 발광층의 호스트 재료에 인광재료가 분산된 상태)의 이온화 전위가, 제1 발광층(201) 전체(제1 발광층의 호스트 재료에 청색발광을 나타낸 게스트 재료가 분산된 상태)의 이온화 전위보다도 0.4eV 이상 크면 된다.
더욱 바람직하게는, 제2 발광층의 호스트 재료의 박막형태에서의 이온화 전위가, 제1 발광층의 호스트 재료의 박막형태에서의 이온화 전위에 비해 0.4eV 이상 큰 상태이다. 그 원리를, 밴드 다이어그램 도 2b를 사용하여 설명한다. 도 2b에서는, 제1 발광층의 호스트 재료의 박막형태에서의 HOMO 준위(이온화 전위)(216) 및 LUMO 준위(217), 청색발광을 나타낸 게스트 재료의 HOMO 준위(이온화 전위)(218) 및 LUMO 준위(219)를, 각각 나타내고 있다. 이것 외에는 도 2a와 동일한 부호를 사용하고 있다.
도 2b에서, 정공이 수송되는 것은 제1 발광층의 호스트 재료의 박막형태에서의 HOMO 준위(216)이다. 따라서, 제2 발광층(202)의 호스트 재료의 박막형태에서의 이온화 전위(212)과, 제1 발광층(201)의 호스트 재료의 박막형태에서의 이온화 전위(216)와의 에너지 갭(221)이, 0.4eV 이상인 상태이면, 먼저 도 2a를 참조하여 설명한 현상이 발생하고, 제1 발광층과 제2 발광층의 양쪽이 발광에 도달한다.
이하에서는, 본 발명의 발광소자의 구성에 대하여 설명한다. 본 발명의 발광소자의 전계 발광층은, 적어도 상술한 제1 발광층과 제2 발광층을 포함하면 된다. 또한, 종래의 발광소자로 알려져 있는 바와 같이, 정공 주입층, 정공 수송층, 전자수송층 및 전자주입층 등의 발광 이외의 기능을 나타낸 층을 적절히 조합해도 된다.
그 각 층들에 사용할 수 있는 재료를 구체적으로 예시한다. 그러나, 본 발명에 적용할 수 있는 재료는, 이들에 한정되는 것은 아니다.
정공 주입층을 형성하는 정공 주입재료로서는, 프탈로시아닌(약칭:H2-Pc), 구리 프탈로시아닌(약칭:Cu-Pc) 등의 다른 유기화합물 중에서 폴피린계 화합물이 유용하다. 또한, 도전성 고분자 화합물에 화학도핑을 시행한 재료도 있고, 폴리스티렌술폰산(약칭:PSS)을 도핑한 폴리에틸렌디옥시티오펜(약칭:PEDOT)이나, 폴리아닐린(약칭:PAni), 폴리비닐카바졸(약칭:PVK) 등을 사용할 수 있다. 또한, 5산화 바나듐 등의 무기반도체의 박막이나, 산화알루미늄 등의 무기절연체의 초박막도 사용할 수 있다.
정공 수송층으로 사용하기 위한 정공 수송재료로서는, 방향족 아민계(즉, 벤젠환-질소의 결합을 갖는 것)의 화합물이 바람직하다. 널리 사용되고 있는 재료로서, 예를 들면, N, N'-비스(3-메틸페닐)-N, N'-디페닐1,1'-비페닐-4, 4'-디아민(약칭:TPD)이나, 그 유도체인 4, 4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐-아미노]-비페닐(이후, α-NPD라 칭함) 등이 있다. 또한, 4, 4,',4"-트리스(N, N-디페닐-아미노)-트리페닐아민(이후, TDATA라 칭함); 4, 4', 4"-트리스[N-(3-메틸페닐)-N-페닐-아미노]-트리페닐아민(이후, MTDATA라 칭함) 등의 스타버스트형 방향족아민 화합물도 사용할 수 있다.
전자수송층에 사용할 수 있는 전자수송재료로서는, 트리스(8-퀴노리노레이트) 알루미늄(약칭:Alq3), 트리스(4-메틸-8-퀴노리노레이트) 알루미늄(약칭:Almq3), 비스(10-히드록시벤조[h]-퀴노리나토) 베릴륨(약칭:BeBq2), 비스(2-메틸-8-퀴노리노레이트)-(4-히드록시-비페닐)-알루미늄(약칭:BAlq), 비스[2-(2-히드록시페닐)-벤조옥사조레이트] 아연(약칭:Zn(BOX)2), 비스[2-(2-히드록시페닐)-벤조티아조레이트]아연(약칭:Zn(BTZ)2) 등의 금속착체를 들 수 있다. 더욱이, 금속착체 이외에도, 2-(4-비페닐)-5-(4-t(tert)-부틸페닐)-1, 3, 4-옥사디아졸(약칭:PBD), 1, 3-비스[5-(p-t-부틸페닐)-1, 3, 4-옥사디아졸-2-일(yl)]벤젠(약칭:OXD-7) 등의 옥사디아졸 유도체, 3-(4-t-부틸페닐)-4-페닐-5-(4-비페닐일)-1, 2, 4-트리아졸(약칭:TAZ), 3-(4-t-부틸페닐)-4-(4-에틸페닐)-5-(4-비페닐일)-1, 2, 4-트리아졸(약칭:p-EtTAZ) 등의 트리아졸 유도체, 2, 2', 2"-(1, 3, 5-벤젠트리일) 트리스[1-페닐-1H-벤즈이미다졸](약칭: TPBI)과 같은 이미다졸 유도체, 바소페난트롤린(bathophenanthroline)(약칭:BPhen), 바소큐프로인(약칭:BCP) 등의 페난트롤린 유도체를 사용할 수 있다.
전자주입층에 사용할 수 있는 전자주입재료로서는, 전술한 전자수송재료를 사용할 수 있다. 그 외에, LiF, CsF 등의 알칼리금속 할로겐화물이나, CaF2와 같은 알칼리토류 할로겐화물, Li2O 등의 알칼리금속산화물과 같은 절연체의 초박막이 자주 사용된다. 또한, 리튬 아세틸아세토네이트(약칭:Li(acac)나 8-퀴노리노라토-리튬(약칭:Liq) 등의 알칼리 금속착체도 사용할 수 있다.
또한, 제1 발광층에서의 발광체로서는, 전술한 TPD, α-NPD 등의 정공 수송성을 갖는 청색의 형광재료나, BAlq, Zn(BOX)2 등의 전자수송성을 갖는 청색의 형광재료를 사용하면 된다. 또한, 청색의 각종 형광색소를 게스트 재료로서 사용해도 되며, 페릴렌, 9, 10-디페닐안트라센, 쿠마린계 형광염료(쿠마린 30 등) 등을 들 수 있다. 더욱이, 인광재료를 사용해도 되고, 비스(4, 6-디플루오로페닐)피리디나토-N, C2)(아세틸아세트나토)이리듐(약칭:Ir(Fppy)2(acac)) 등이 있다. 이들 재료는 모두, 400nm부터 500nm까지의 발광의 최대 피크강도를 나타내기 때문에, 본 발명의 제1 발광층에서의 발광체로서 바람직하다.
한편, 제2 발광층에서의 발광체로서는, 백금을 중심금속으로 하는 유기금속착체가 효과적으로 사용된다. 구체적으로는, 하기 구조식 (1)∼(4)으로 표시되는 물질을 고농도로 호스트 재료에 분산하면, 인광발광과 그 엑시머 발광의 양쪽을 도출할 수 있다. 그러나, 본 발명에서는 이들에 한정되지 않고, 인광발광과 엑시머 발광의 양쪽을 동시에 발생하는 인광재료이면 무엇을 사용해도 된다.
[식 1]
Figure pat00001
[식 2]
Figure pat00002
[식 3]
Figure pat00003
[식 4]
Figure pat00004
이때, 본 발명의 제1 발광층이나 제2 발광층에 게스트 재료를 사용하는 경우, 그 호스트 재료로서는, 전술한 예로 대표되는 정공 수송재료나 전자수송재료를 사용할 수 있다. 또한, 4, 4'-N, N'-디칼바졸릴-비페닐(약칭:CBP) 등의 바이폴라성 재료도 사용할 수 있다.
한편, 본 발명의 발광소자에서의 양극재료로서는, 일함수가 큰 도전성재료를 사용하는 것이 바람직하다. 양극측을 통해 광을 추출하는 경우, 인듐-주석산화물(ITO), 인듐-아연산화물(IZO) 등의 투명도전성재료를 양극측을 형성하는데 사용되어도 된다. 또한, 양극측을 차광 효과를 갖도록 형성하는 경우, TiN, ZrN, Ti, W, Ni, Pt, Cr 등의 단층막 외, 질화티타늄과 알루미늄을 주성분으로 하는 막과의 적층, 질화티타늄막과 알루미늄을 주성분으로 하는 막과 질화티타늄막과의 3층구조 등을 사용할 수 있다. 이와는 달리, Ti, Al 등의 반사성 전극 상에 전술한 도전성재료를 적층하는 방법이어도 된다.
또한, 음극재료로서는, 일함수가 작은 도전성재료를 사용하는 것이 바람직하고, 구체적으로는, Li나 Cs 등의 알칼리금속 및 Mg, Ca, Sr 등의 알칼리토류 금속, 및 이들을 포함하는 합금(Mg:Ag, Al:Li 등) 외, Yb나 Er 등의 희토류금속을 사용하여 형성하는 것도 할 수 있다. 또한, LiF, CsF, CaF2, Li2O 등의 전자주입층을 사용하는 경우는, 알루미늄 등의 통상의 도전성박막을 사용할 수 있다. 또한, 음극측을 광의 취득방향으로 하는 경우는, Li나 Cs 등의 알칼리금속, 및 Mg, Ca, Sr 등의 알칼리토류 금속을 포함하는 초박막과, 투명도전막(ITO, IZO, ZnO 등)과의 적층구조를 사용하면 된다. 이와는 달리, 차광효과를 갖는 음극은, 알칼리금속 또는 알칼리토류 금속과 전자수송재료를 공증착한 전자주입층을 형성하고, 그 위에 투명도전막(ITO, IZO, ZnO 등)을 적층해도 된다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 발광소자의 구조를 예시한다. 그러나, 본 발명은 이들 구조에 한정되지는 않는다.
도 3은 양극(301)과 음극(303)과의 사이에 전계발광층(302)을 삽입한 장치구조를 나타낸다. 이 장치는, 양극(301)측으로부터 순서대로, 정공 주입층(311), 제1 발광층(312), 제2 발광층(313), 전자수송층(314), 정공 주입층(315)이 적층되어 있다. 여기서는, 제1 발광층(312)을 α-NPD 등의 정공 수송성의 발광체로 구성하고 있다. 또한, 제2 발광층(313)으로서는, 호스트 재료(322)에 전술한 백금착체(상기 구조식 (1)∼(4))와 같은 인광재료(323)를 고농도(구체적으로는 10wt% 이상)로 분산하고 있어, 인광발광과 엑시머 발광의 양쪽을 도출하고 있다.
본 발명을 적용하면, 이와 같이 단순한 소자구조로 적색, 녹색, 청색의 각 파장영역에 피크강도를 갖는 백색발광소자를 달성할 수 있다. 또한, 도 3에서는 도핑 재료를 1종류(인광재료(323))밖에 사용하고 있지 않기 때문에, 전류밀도를 변화시켰을 때나, 혹은 연속구동한 경우에도, 발광스펙트럼의 형상이 변화되거나 하지 않고, 안정한 백색발광을 공급할 수 있다.
도 4는 양극(401)과 음극(403)과의 사이에 전계발광층(402)을 끼운 장치구조를 나타낸다. 이 장치는, 양극(401)측으로부터 순서대로, 정공 주입층(411), 정공 수송층(412), 제1 발광층(413), 제2 발광층(414), 전자수송층(415), 전자 주입층(416)이 적층되어 있다. 여기서는, 제1 발광층(413)에서는, 정공 수송층(412)으로 사용한 정공 수송재료(421)를 호스트로 하고, 페릴렌(perylene) 등의 청색발광체(422)를 게스트로서 사용하고 있다. 또한, 제2 발광층(414)은, 호스트 재료(423)에 전술한 백금착체(상기 구조식 (1)∼(4))와 같은 인광재료(424)를 고농도(구체적으로는 10wt% 이상)로 분산되어 구성되어 있고, 인광발광과 엑시머 발광의 양쪽을 도출하고 있다.
본 발명의 발광소자의 각 층을 적층하는 방법은 한정되지 않는다. 이들 방법에 의해 적층이 가능하면, 진공증착법이나 스핀코팅법, 잉크젯법, 딥(deep)코팅법 등의 어떠한 적층법을 사용할 수 있다.
[실시예]
이하에, 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다.
(실시예 1)
본 실시예에서는, 본 발명의 발광소자의 소자구조 및 제조방법에 대하여, 도 5를 참조하여 설명한다.
우선, 절연표면을 갖는 유리기판(500) 상에 발광소자의 양극(501)이 형성된다. 재료로서 투명도전막인 ITO를 사용하고, 스퍼터링법에 의해 110nm의 막두께로 형성하였다. 양극(501)의 형상은 정사각형이고 높이와 폭은 2mm로 하였다.
다음에, 양극(501) 상에 전계발광층(502)이 형성된다. 이때, 본 실시예에서는, 전계발광층(502)이 정공 주입층(511), 정공수송성의 제1 발광층(512), 제2 발광층(513), 전자수송층(514), 전자주입층(515)으로 이루어진 적층구조로 하였다. 제1 발광층(512)에는, 그 발광이 청색인 재료, 구체적으로는, 400∼500nm의 파장에서 최대 강도의 발광스펙트럼을 갖는 재료를 사용한다. 또한, 제2 발광층(513)에는, 호스트 재료 및 인광발광을 나타낸 게스트 재료를 사용한다.
처음에, 양극(501)이 형성된 기판을 진공증착장치의 기판홀더에 양극(501)이 형성된 면을 아래쪽으로 하여 고정하고, 진공증착장치의 내부에 구비된 증발원에 Cu-Pc를 넣어, 저항가열법을 사용한 진공증착법에 의해 20nm의 막두께로 정공 주입층(511)을 형성하였다.
다음에, 정공수송성 및 발광성이 뛰어난 재료에 의해 제1 발광층(512)을 형성한다. 이 실시예에서는, 정공주입층(511)을 형성하기 위해 도전된 과정과 같은 과정에 따라 α-NPD를 30nm의 두께를 갖도록 형성하였다.
더욱이, 제2 발광층(513)을 형성한다. 이때, 본 실시예에서는, 호스트 재료로서 CBP를 사용하고, 게스트 재료로서 상기 구조식 (1)에서 표시되는 Pt(ppy) acac를 사용하고, 그 농도가 15wt%가 되도록 조정하여, 공증착법에 의해 20nm의 막두께로 형성하였다.
또한, 제2 발광층(513) 상에는 전자수송층(514)이 형성된다. 이때, 전자수송층(514)은, BCP(바소큐프로인)를 사용하여, 증착법에 의해 20nm의 막두께로 형성하였다. 그 위에, 전자주입층(515)으로서 CaF2를 2nm 형성하고, 적층구조를 갖는 전계발광층(502)을 형성하였다.
마지막으로, 음극(503)을 형성한다. 이때, 본 실시예에서는, 알루미늄(Al)을 저항가열에 의한 진공증착법에 의해 100nm 형성하여 음극(503)을 형성하였다.
따라서, 본 발명의 발광소자가 형성된다. 이때, 본 실시예 1에 나타낸 구조에서는, 제1 발광층(512) 및 제2 발광층(513)에서 각각 발광이 얻어지기 때문에, 전체적으로 백색발광을 나타낸 소자를 형성할 수 있다.
또한, 본 실시예에서는, 기판 상에 양극을 형성하는 경우에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 기판 상에 음극을 형성할 수 있다. 이 경우, 즉 양극과 음극을 교체하는 경우, 전계발광층의 적층순서가 본 실시예에서 나타낸 경우와 반대가 된다.
더욱이, 본 실시예에서는, 양극(501)은 투명전극으로, 양극(501)측으로부터 전계발광층(502)에서 생긴 광을 출사시키는 구성으로 하고 있지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 투과율을 확보하기 위해 알맞은 재료를 선택함으로써 음극(503)측으로부터 광을 출사시키는 구성으로 할 수 있다.
(실시예 2)
본 실시예에서는, 실시예 1에서 나타낸 소자구조를 갖는 발광소자(ITO/Cu-Pc(20nm)/α-NPD(30nm)/CBP+Pt(ppy)acac:15wt%(20nm)/BCP(30nm)/CaF(2nm)/Al (100nm))의 소자특성에 대하여 설명한다. 이때, 상기 구조를 갖는 발광소자의 발광스펙트럼을 도 8의 스펙트럼 1 및 도 9에 나타낸다. 또한, 전기적 특성에 대하여 도 10∼도 13의 플로트 1에 나타낸다.
도 8의 스펙트럼 1은, 상기 구조를 갖는 발광소자에 1mA의 전류를 흘렸을 때(약 960cd/m2일 때)의 발광스펙트럼이다. 스펙트럼 1에 나타낸 결과로부터, 제1 발광층을 형성하는 α-NPD의 청색(∼450nm), 제2 발광층에 포함되는 Pt(ppy) acac의 인광발광에 의한 녹색(∼490nm 및∼530nm), 제2 발광층에 포함되는 Pt(ppy) acac의 엑시머 발광에 의한 오렌지색(∼570nm)의 3가지 성분을 갖는 백색 발광을 얻을 수 있는 것을 안다. CIE색도 좌표는, (x, y)=(0.346, 0.397)이고, 겉보기에도 거의 백색이었다.
여기서, 제1 발광층에 사용한 α-NPD 및 제2 발광층의 호스트 재료에 사용하한 CBP의 이온화 전위를 측정한 바, α-NPD는 약 5.3eV, CBP는 약 5.9eV이고, 그 차이는 약 0.6eV이었다. 즉, 0.4eV 이상이라는 본 발명의 바람직한 조건을 만족하고 있고, 이것이 양호한 백색발광에 연결된다고 생각된다. 이때, 이온화 전위의 측정은, 광전자 분광장치 AC-2(RIKEN KEIKI Co.,Ltd.)를 사용하여 행했다.
또한, 도 9는, 상기 구조를 갖는 발광소자에 흐르는 전류량을 변화시킨 경우의 각 스펙트럼을 측정한 결과이다. 여기서는, 스펙트럼 a(0.1mA), 스펙트럼 b(1mA), 스펙트럼 c(5mA)와 전류 값을 변화시킨 경우의 측정결과를 나타낸다. 이 결과로부터 분명한 바와 같이, 전류 값을 증가시켜도(휘도를 상승시켜도), 스펙트럼 형상은 거의 변화하지 않고, 본 발명의 발광소자가 전류량의 변화에 영향을 받지 않는 안정한 백색발광을 나타내는 것을 알 수 있다.
상기 구조를 갖는 발광소자의 전기적 특성으로서, 도 10에서의 휘도-전류 특성에 있어서는, 플로트 1에 나타낸 바와 같이, 전류밀도가 10mA/cm2인 경우에 460cd/m2 정도의 휘도를 얻을 수 있었다.
또한, 도 11에 나타낸 휘도-전압 특성에서는, 플로트 1에 나타낸 바와 같이, 9V의 전압을 인가한 바 120cd/m2 정도의 휘도를 얻을 수 있었다.
또한, 도 12에 나타낸 전류효율-휘도 특성에서는, 플로트 1에 나타낸 바와 같이, 100cd/m2의 휘도를 얻을 수 있는 경우의 전류효율은 4.6cd/A 정도이었다.
더욱이, 도 13에 나타낸 전류-전압 특성에서는, 플로트 1에 나타낸 바와 같이, 9V의 전압을 인가한 바 0.12mA 정도의 전류가 흐르게 되었다.
<비교예 1>
이에 따라, 실시예 1에서 나타낸 경우와 발광층에 포함되는 Pt(ppy) acac의 농도를 변경하여 제조한 발광소자의 발광 스펙트럼을, 도 8의 스펙트럼 2 및 스펙트럼 3에 나타낸다. 또, Pt(ppy) acac의 농도가, 7.9wt%인 경우의 측정결과가 스펙트럼 2, 2.5wt%인 경우의 측정결과가 스펙트럼 3이다. 또한, 어느 쪽의 경우도, 소자에 1mA의 전류를 흐르게 한 때의 스펙트럼이다.
스펙트럼 3에서 표시된 것처럼, 2.5wt%의 농도로서는, 제1 발광층을 형성하는 α-NPD의 청색(약 450nm)과, 제2 발광층에 포함되는 Pt(ppy) acac의 녹색(약 490nm 및 약 530nm)밖에 관측되지 않고, 그 결과 백색발광으로는 되지 않았다. 또한, 스펙트럼 2에서 나타낸 바와 같이, 7.9wt%의 농도에서는, 간신히 Pt(ppy) acac의 엑시머 발광이 560nm 부근에 숄더(shoulder)로서 스펙트럼에 가해지고 있지만, 그 피크는 충분하지 않아, 충분한 백색은 얻을 수 없었다.
또한, 이들 소자의 전기적 특성을 측정하였다. Pt(ppy) acac의 농도가 7.9wt%의 소자의 측정결과를 도 10∼도 13의 플로트 2에 나타내고, 2.5wt%의 소자의 측정결과를 도 10∼도 13의 플로트 3에 나타낸다.
도 10에서의 휘도-전류밀도 특성에서는, 전류밀도가 10mA/cm2인 경우, 7.9 wt%의 소자는 180cd/m2 정도의 휘도를 얻을 수 있고, 2.5 wt%의 소자는 115cd/m2 정도의 휘도를 얻을 수 있었다.
또한, 도 11에 나타낸 휘도-전압 특성에서는, 9V의 전압을 인가한 바, 7.9wt%의 소자는 93cd/m2 정도의 휘도를 얻을 수 있고, 2.5wt%의 소자는 73 cd/m2 정도의 휘도를 얻을 수 있었다.
또한, 도 12에 나타낸 전류효율-휘도 특성에서는, 100cd/m2의 휘도를 얻을 수 있는 경우, 7.9 wt%의 소자의 전류효율은 1.8cd/A 정도로, 2.5wt%의 소자의 전류효율은 1.1cd/A 정도이었다.
더욱이, 도 13에 나타낸 전류-전압 특성에서는, 9V의 전압을 인가한 바, 7.9wt%의 소자는 0.21mA 정도의 전류가 흐르고, 2.5wt%의 소자는 0.27mA 정도의 전류가 흐르게 되었다.
이상의 측정결과로부터(특히, 전류-전압 특성의 결과로부터), 본 발명의 발광소자는 게스트 재료인 Pt(ppy) acac의 농도가 고농도(15 wt%)임에도 불구하고, 저농도(7.9wt%, 2.5wt%)로 형성된 발광소자와 동일한 정도의 전기 특성을 가지고 있는 것을 안다.
(실시예 3)
본 실시예에서는, 절연표면을 갖는 기판 상에, 본 발명의 백색발광을 나타낸 발광소자를 구비한 발광장치(상면출사구조)를 제조한 예를 도 6을 참조하여 설명한다. 이때, "상면 출사구조"란, 절연표면을 갖는 기판과는 반대측으로부터 광을 추출하는 구조이다.
도 6a는 발광장치를 나타낸 평면도, 도 6b는 도 6a를 A-A'로 절단한 단면도이다. 점선으로 나타난 도면부호 601은 소스 신호선 구동회로, 602는 화소부, 603은 게이트 신호선 구동회로이다. 또한, 도면부호 604는 투명한 밀봉기판, 605는 제1 밀봉재로, 제1 밀봉재(605)로 둘러싸인 내측은, 투명한 제2 밀봉재(607)로 충전되어 있다. 또한, 제1 밀봉재(605)에는 기판간격을 유지하기 위한 갭 재료가 함유되어 있다.
이때, 도면부호 608은 소스 신호선 구동회로(601) 및 게이트 신호선 구동회로(603)에 입력되는 신호를 전송하기 위한 배선으로, 외부입력단자가 되는 FPC(플렉시블 프린트회로)(609)로부터 비디오 신호나 클록 신호를 수신한다. 이때, 여기서는 FPC밖에 도시되어 있지 않지만, 이 FPC에는 프린트 배선기판(PWB)이 부착되어도 된다.
다음에, 단면구조에 대하여 도 6b를 참조하여 설명한다. 기판(610) 상에는 구동회로 및 화소부가 형성되어 있지만, 여기서는, 구동회로로서 소스 신호선 구동회로(601)와 화소부(602)가 표시되어 있다.
이때, 소스 신호선 구동회로(601)는, n 채널형 TFT(623)와 p 채널형 TFT(624)를 조합한 CMOS 회로가 형성된다. 또한, 구동회로를 형성하는 TFT는, 공지의 CMOS회로, PMOS 회로 또는 NMOS 회로로 형성해도 된다. 또한, 본 실시예에서는, 기판상에 구동회로를 형성한 드라이버 일체형을 나타내지만, 반드시 그럴 필요는 없고, 기판 상이 아니라 외부에 형성하는 것도 할 수 있다. 또한, 폴리실리콘막을 활성층으로 하는 TFT의 구조는 특별히 한정되지 않고, 톱 게이트형 TFT이어도 되며, 보텀 게이트형 TFT이어도 된다.
또한, 화소부(602)는 스위칭용 TFT(611)와, 전류제어용 TFT(612)와 그 드레인에 전기적으로 접속된 제1 전극(양극)(613)을 포함하는 복수의 화소로 구성된다. 전류제어용 TFT(612)로서는 n 채널형 TFT이어도 되고, p 채널형 TFT이어도 되지만, 양극과 접속시키는 경우, p 채널형 TFT로 하는 것이 바람직하다. 또한, 도 6b에서, 여기서는 무수히 배치된 화소 중, 하나의 화소의 단면구조만을 나타내고, 그 하나의 화소에 2개의 TFT를 사용한 예를 나타냈지만, 3개 또는 그 이상의 화소를 적절히 사용해도 된다.
여기서는 제1 전극(양극)(613)이 TFT의 드레인과 직접 접하고 있는 구성으로 되어 있기 때문에, 제1 전극(양극)(613)의 하층은 실리콘으로 이루어진 드레인과 오믹콘택이 취해지는 재료층으로 하고, 유기화합물을 포함하는 층과 접하는 최상층을 일 함수가 큰 재료층으로 하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 질화티타늄막과 알루미늄을 주성분으로 하는 막과 질화티타늄막과의 3층구조로 하면, 배선으로서의 저항도 낮고, 또한, 양호한 오믹 콘택이 취해지고, 또한, 양극으로서 기능시킬 수 있다. 또한, 제1 전극(양극)(613)은, 질화티타늄막, 크롬막, 텅스텐막, Zn막 또는 Pt막 등의 단층으로 해도 되고, 3층 이상의 적층을 사용해도 된다.
또한, 제1 전극(양극)(613)의 양단에는 절연물(뱅크라고 부름)(614)이 형성된다. 절연물(614)은 유기수지막 또는 실리콘을 포함하는 절연막으로 형성하여도 된다. 본 실시예에서는, 절연물(614)로서, 포지티브형 감광성 아크릴막을 사용하여 도 6b에 나타낸 형상의 절연물을 형성한다.
커버리지를 양호한 것으로 하기 위해, 절연물(614)의 상단부 또는 하단부에 곡률을 갖는 곡면이 형성되도록 한다. 예를 들면, 절연물(614)의 재료로서 포지티브형 감광성 아크릴을 사용한 경우, 절연물(614)의 상단부에만 곡률반경(0.2㎛∼3㎛)을 갖는 곡면을 갖게 하는 것이 바람직하다. 또한, 절연물(614)로서, 감광성의 광에 의해 에천트에 불용해성이 되는 네거티브형, 혹은 광에 의해 에천트에 용해성이 되는 포지티브형 중 어느 것이나 사용할 수 있다.
또한, 절연물(614)을 질화알루미늄막, 질화산화알루미늄막, 탄소를 주성분으로 하는 박막, 또는 질화실리콘막으로 이루어진 보호막으로 덮어도 된다.
또한, 제1 전극(양극)(613) 상에는, 증착법에 의해 전계발광층(615)을 선택적으로 형성한다. 더욱이, 전계발광층(615) 상에는 제2 전극(음극)(616)이 형성된다. 음극으로서는, 일함수가 작은 재료(Al, Ag, Li, Ca, 또는 이들 합금 Mg:Ag, Mg:In, Al:Li, 또는 CaN)를 사용할 수 있다.
여기서는, 발광이 투과하도록, 제2 전극(음극)(616)으로서, 막 두께를 얇게 한 일함수가 작은 금속박막과, 투명도전막(ITO, IZO, ZnO 등)과의 적층을 사용한다. 이렇게 해서, 제1 전극(양극)(613), 전계발광층(615) 및 제2 전극(음극)(616)으로 이루어진 발광소자(618)가 형성된다.
본 실시예에서는, 전계발광층(615)으로서, 실시예 1에서 나타낸 적층구조를 사용하는, 즉, 정공 주입층인 Cu-Pc(20nm), 정공 수송성의 제1 발광층인 α-NPD(30nm), 제2 발광층인 CBP+Pt(ppy) acac:15wt%(20nm), 전자수송층인 BCP(30nm)을 순차 적층함으로써 형성한다. 이때, 제2 전극(음극)으로서 일함수가 작은 금속박막을 사용하고 있기 때문에, 여기서는 전자주입층(CaF2)을 사용할 필요는 없다.
이와 같이 하여 형성된 발광소자(618)는, 백색발광을 나타낸다. 또한, 풀 컬러화를 실현하기 위해 착색층(631)과 차광층(BM)(632)으로 이루어진 컬러필터(간략화를 위해, 여기서는 오버코트층은 도시하지 않음)를 설치한다.
또한, 발광소자(618)를 밀봉하기 위해 투명보호적층(617)을 형성한다. 이 투명보호적층(617)은, 제1 무기절연막과, 응력완화막과, 제2 무기절연막과의 적층으로 이루어져 있다. 제1 무기절연막 및 제2 무기절연막으로서는, 스퍼터링법 또는 CVD법에 의해 얻어지는 질화실리콘막, 산화실리콘막, 산화질화실리콘막(조성비: N>O) 또는 질화산화실리콘막(조성비: N<O)), 탄소를 주성분으로 하는 박막(예를 들면 DLC막 또는 CN막)을 사용할 수 있다. 이것들의 무절연막은 수분에 대하여 높은 블로킹효과를 가지고 있지만, 막두께가 두꺼워지면 막응력이 증대하여 막 박리(film peeling)가 생기기 쉽다.
그러나, 제1 무기절연막과 제2 무기절연막과의 사이에 응력 완화막을 사이에 삽입함으로써, 응력을 완화함과 동시에 수분을 흡수할 수 있다. 또한, 막형성시에 어떠한 원인으로 제1 무기절연막에 미소한 구멍(핀 홀 등)이 형성되었다고 해도, 응력완화막으로 매립되고, 더욱이 그 위에 제2 무기절연막을 설치함으로써, 수분 또는 산소에 대하여 매우 높은 블로킹효과를 갖는다.
또한, 응력완화막으로서는, 무기절연막보다도 응력이 작고, 또한, 흡습성을 갖는 재료가 바람직하다. 아울러, 투광성을 갖는 재료인 것이 바람직하다. 또한, 응력완화막으로서는, α-NPD, BCP, MTDATA 또는 Alq3 등의 유기화합물을 포함하는 재료막을 사용해도 되며, 이들 재료막은, 흡습성을 갖고, 막두께가 얇으면, 거의 투명하다. 또한, MgO, SrO2 또는 SrO는 흡습성 및 투광성을 가지며, 증착법으로 박막을 얻을 수 있기 때문에, 응력완화막으로 사용할 수 있다.
본 실시예에서는, 실리콘타깃을 사용하여, 질소와 아르곤을 포함하는 분위기에서 막형성한 막, 즉, 수분이나 알칼리금속 등의 불순물에 대하여 블로킹효과가 높은 질화실리콘막을 제1 무기절연막 또는 제2 무기절연막으로서 사용하고, 응력완화막으로서 증착법에 의해 Alq3의 박막을 사용한다. 또한, 투명보호적층에 발광을 통과시키기 위해, 투명보호적층의 전체 막두께는, 가능한 한 얇게 하는 것이 바람직하다.
또한, 발광소자(618)를 밀봉하기 위해 불활성 기체 분위기 하에 제1 밀봉재(605) 및 제2 밀봉재(607)에 의해 밀봉기판(604)을 접착한다. 이때, 제1 밀봉재(605) 및 제2 밀봉재(607)로서는 에폭시계 수지를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 제1 밀봉재(605) 및 제2 밀봉재(607)는 될 수 있는 한 수분이나 산소를 투과하지 않는 재료인 것이 바람직하다.
또한, 본 실시예에서는 밀봉기판(604)을 구성하는 재료로서 유리기판이나 석영기판 외, FRP(Fiberglass-Reinforced Plastics), PVF(폴리비닐 플루오라이드), 마일러, 폴리에스테르 또는 아크릴 등으로 이루어진 플라스틱기판을 사용할 수 있다. 또한, 제1 밀봉재(605) 및 제2밀봉재(607)를 사용하여 밀봉기판(604)을 접착한 후, 또한 측면(노정면)을 덮도록 제3 밀봉재로 밀봉할 수 있다.
이상과 같이 하여 발광소자(618)를 제1 밀봉재(605), 제2밀봉재(607)로 봉입함으로써, 발광소자(618)를 외부로부터 완전히 차단할 수 있고, 외부로부터 수분 또는 산소로 인한 전계발광층(615)의 열화를 촉진하는 물질이 침입하는 것을 막을 수 있다. 따라서, 신뢰성이 높은 발광장치를 얻을 수 있다.
또한, 제1 전극(양극)(613)으로서 투명도전막을 사용하면 양면발광형의 발광장치를 제조할 수 있다.
이때, 본 실시예에 나타낸 발광장치는, 실시예 1에 나타낸 전계 발광소자의 소자구성뿐만 아니라 본 발명을 사용하여 형성되는 전계 발광소자의 구성을 조합하여 실시할 수 있다.
(실시예 4)
본 실시예에서는, 본 발명의 발광소자를 갖는 발광장치를 사용하여 완성시킨 여러가지 전기기구에 대하여 설명한다.
본 발명의 발광소자를 갖는 발광장치를 사용하여 제조된 전기기구로서, 비디오 카메라, 디지털 카메라, 고글형 디스플레이(헤드마운트 디스플레이), 네비게이션 시스템, 음향재생장치(카오디오장비, 오디오 세트 등), 랩탑 퍼스널 컴퓨터, 게임기기, 휴대정보단말(모바일 컴퓨터, 휴대전화, 휴대형 게임기 또는 전자서적 등), 기록매체를 구비한 화상재생장치(구체적으로는, 디지털 다기능 디스크(DVD) 등의 기록매체를 재생하여, 그 화상을 표시할 수 있는 표시장치를 구비한 장치) 등을 들 수 있다. 이들 전기기구의 구체예를 도 7a 내지 도 7g에 나타낸다.
도 7a는 표시장치로, 프레임(7101), 지지대(7102), 표시부(7103), 스피커부(7104), 비디오 입력단자(7105) 등을 포함한다. 본 발명의 발광소자를 갖는 발광장치를 그 표시부(7103)에 사용하여 제조된다. 이때, 표시장치는, 퍼스널 컴퓨터용, TV 방송수신용, 광고표시용 등의 모든 정보표시용 장치가 포함된다.
도 7b는 랩탑 퍼스널 컴퓨터로, 본체(7201), 케이싱(7202), 표시부(7203), 키보드(7204), 외부 접속포트(7205), 포인팅 마우스(7206) 등을 포함한다. 본 발명의 발광소자를 갖는 발광장치를 그 표시부(7203)에 사용하여 제조된다.
도 7c는 모바일 컴퓨터로, 본체(7301), 표시부(7302), 스위치(7303), 조작키(7304), 적외선 포트(7305) 등을 포함한다. 본 발명의 발광소자를 갖는 발광장치를 그 표시부(7302)에 사용하여 제조된다.
도 7d는 기록매체를 구비한 휴대형 화상재생장치(구체적으로는 DVD 재생장치)로, 본체(7401), 케이싱(7402), 표시부A(7403), 표시부B(7404), 기록매체(DVD 등) 판독부(7405), 조작키(7406), 스피커부(7407) 등을 포함한다. 표시부A(7403)는 주로 화상정보를 표시하고, 표시부B(7404)는 주로 문자정보를 표시하지만, 본 발명의 발광소자를 갖는 발광장치를 이들 표시부 A, B(7403, 7404)에 사용하여 제조된다. 이때, 기록매체를 구비한 화상재생장치에는 가정용 게임기기 등도 포함된다.
도 7e는 고글형 디스플레이(헤드마운트 디스플레이)로, 본체(7501), 표시부(7502), 암부(7503)를 포함한다. 본 발명의 발광소자를 갖는 발광장치를 그 표시부(7502)에 사용하여 제조된다.
도 7f는 비디오 카메라로, 본체(7601), 표시부(7602), 케이싱(7603), 외부접속 포트(7604), 리모콘 수신부(7605), 화상 수신부(7606), 배터리(7607), 음성입력부(7608), 조작키(7609), 접안부(7610) 등을 포함한다. 본 발명의 발광소자를 갖는 발광장치를 그 표시부(7602)에 사용하여 제조된다.
도 7g는 휴대전화로, 본체(7701), 케이싱(7702), 표시부(7703), 음성입력부(7704), 음성출력부(7705), 조작키(7706), 외부접속포트(7707), 안테나(7708) 등을 포함한다. 본 발명의 발광소자를 갖는 발광장치를 그 표시부(7703)에 사용하여 제조된다. 이때, 표시부(7703)는 흑색의 배경에 백색의 문자를 표시함으로써 휴대전화의 소비전력을 억제할 수 있다.
이상과 마찬가지로, 본 발명의 발광소자를 갖는 발광장치의 적용범위는 매우 넓고, 이 발광장치를 모든 분야의 전기기구에 적용하는 것이 가능하다.
301 : 양극 302 : 전계발광층
303 : 음극 311 : 정공 주입층
312 : 제1 발광층 313 : 제2 발광층
314 : 전자수송층 315 : 정공 주입층
322 : 호스트 재료 323 : 인광재료

Claims (14)

  1. 제 1 전극과,
    상기 제 1 전극 위에 접촉하는 정공 주입층과,
    상기 정공 주입층 위의 정공 수송 재료를 포함하는 정공 수송층과,
    상기 정공 수송층 위의 제 1 호스트 재료와 형광 게스트를 포함하는 제 1 발광층과,
    상기 제 1 발광층 위의 제 2 호스트 재료와 인광 게스트를 포함하는 제 2 발광층과,
    상기 제 2 발광층 위의 전자 수송층과,
    상기 전자 수송층 위의 제 2 전극을 구비한 백색 발광장치.
  2. 제 1 전극과,
    상기 제 1 전극 위에 접촉하는 정공 주입층과,
    상기 정공 주입층 위의 정공 수송 재료를 포함하는 정공 수송층과,
    상기 정공 수송층 위의 제 1 호스트 재료와 제 1 인광 게스트를 포함하는 제 1 발광층과,
    상기 제 1 발광층 위의 제 2 호스트 재료와 제 2 인광 게스트를 포함하는 제 2 발광층과,
    상기 제 2 발광층 위에 접촉하는 전자 수송층과,
    상기 전자 수송층 위의 제 2 전극을 구비한 백색 발광장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 정공 수송 재료와 상기 제 1 호스트 재료는 서로 동일한 것을 특징으로 하는 백색 발광장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 인광 게스트와 상기 2 인광 게스트는 서로 다른 것을 특징으로 하는 백색 발광장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 인광 게스트의 농도는 상기 인광 게스트가 엑시머 발광을 발생하도록 분산되어 있는 것을 특징으로 하는 백색 발광장치.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 인광 게스트의 농도는 상기 제 2 인광 게스트가 엑시머 발광을 발생하도록 분산되어 있는 것을 특징으로 하는 백색 발광장치.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 발광층은 청색은 발광하는 것을 특징으로 하는 백색 발광장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 인광 게스트는 금속-탄소 결합을 갖는 유기금속착체인 것을 특징으로 하는 백색 발광장치.
  9. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 인광 게스트와 상기 제 2 인광 게스트는 각각 금속-탄소 결합을 갖는 유기금속착체인 것을 특징으로 하는 백색 발광장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 인광 게스트는 상기 제 2 발광층 내에 적어도 10 wt%의 농도로 분산되어 있는 것을 특징으로 하는 백색 발광장치.
  11. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 인광 게스트는 상기 제 2 발광층 내에 적어도 10 wt%의 농도로 분산되어 있는 것을 특징으로 하는 백색 발광장치.
  12. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 전극은 투명 도전막인 것을 특징으로 하는 백색 발광장치.
  13. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 정공 주입층은 무기 반도체를 포함하는 것을 특징으로 하는 백색 발광장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 무기 반도체는 산화 바나듐인 것을 특징으로 하는 백색 발광장치.

KR1020110043413A 2003-03-17 2011-05-09 백색 발광장치 KR101172464B1 (ko)

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