KR20010023304A

KR20010023304A - 발광 장치

Info

Publication number: KR20010023304A
Application number: KR1020007001938A
Authority: KR
Inventors: 사카이토시오; 호소카와치시오
Original assignee: 도미나가 가즈토; 이데미쓰 고산 가부시키가이샤
Priority date: 1998-06-26
Filing date: 1999-06-23
Publication date: 2001-03-26
Also published as: JP5540048B2; KR100641961B1; CN1275305A; KR20060085701A; EP1009198A4; EP1009198A1; JP2012248542A; US6486601B1; KR100637988B1; CN1293785C; JP5358050B2; TW463526B; WO2000001203A1; CN1941453A

Abstract

본 발명은 한 쌍의 전극 사이에 적어도 전하 주입층과 발광층이 개재된 유기 EL(Electroluminescence) 소자를 다수 구비한 발광 장치에 관한 것으로써, 다수개의 양극 및 음극이 서로 대향 배치됨과 동시에, 이들 양극 및 음극 사이에 전하 주입층 및 발광층이 형성됨으로써, 다수의 유기 EL 소자가 단독 발광가능하게 설치되어 있는 발광 장치로써, 상기 전하 주입층의 전도율(σ)은 상기 유기 EL 소자로부터의 누출 전류가 이 유기 EL 소자로 통하는 전류의 1/100 이하가 되도록 설정되어 있는 것이다.

Description

발광 장치{LUMINESCENT DEVICE}

전계 발광을 이용한 전기 발광 소자(이하 EL소자라 함)는 자기발광이기 때문에 가시도가 높고, 완전히 고체 소자이기 때문에 내충격성이 우수하므로 각종 표시 장치에 있어서 발광 소자로서의 이용이 주목되고 있다.

상기 EL 소자에는, 발광 재료로서 무기 화합물을 이용한 무기 EL 소자, 및 발광 재료에 유기 화합물을 이용한 유기 EL 소자가 있다. 그 중, 특히 유기 EL 소자는 무기 EL 소자에 비해 구동 전압이 큰 폭으로 낮아 소형화가 용이하므로, 실용화를 위한 연구개발이 활발히 이루어지고 있다.

유기 EL 소자를 실용화하기 위해서는, 소자 성능의 고효율화 및 구동수명의 향상이 필수 불가결하며, 이들 과제를 해결하기 위해서, 발광 재료 및 소자구성의 개량이 이루어지고 있다.

유기 EL 소자는 양극/유기 발광층/음극이라는 적층형의 소자 구성을 기본으로 하며, 여기에 전하 주입층으로서 정공 주입 수송층(hole injection transport layer) 또는 전자 주입 수송층(electron injection transport layer)을 적절히 마련한 것, 예를 들면, 양극/정공 주입 수송층/유기 발광층/음극으로 구성된 것이나, 양극/정공 주입 수송층/유기 발광층/전자 주입 수송층/음극으로 구성된 것 등이 알려져 있다.

여기에서, 정공 주입 수송층은 양극보다 정공을 효율적으로 주입시키고, 동시에 이 정공을 발광층까지 수송하는 기능을 갖는 것으로, 정공 주입층(hole injection layer)과 정공 수송층(hole transport layer)으로 구성되는 경우가 많다.

또한, 전자 주입 수송층은 음극보다 전자를 효율적으로 주입시키고, 동시에 이 전자를 발광층으로 수송하는 기능을 갖는 것이며, 발광층은 주입된 정공 및 전자의 재결합에 의해 발광하는 기능을 구비한 것이다. 또한, 이 전자 주입 수송층을 전자 주입층과 전자 수송층으로 구성하는 경우도 있다.

이러한 유기 EL 소자는, 각종 표시 장치에 응용하는 것도 가능하다고 여겨지고 있고, 유기 EL 소자로 표시 장치를 구성함에 있어서, 다수의 유기 EL 소자가 단순 매트릭스 구동 가능해진 도트 매트릭스 패널(dot matrix panel)을 사용하는 것을 생각할 수 있다.

이때, 유기 EL 소자를 이용한 표시 장치의 제조 방법으로서는, 표면에 ITO(Indium Tin Oxide)막으로 이루어진 투명한 양극 전극이 스트라이프 형상으로 패턴화된 유리로 제조된 기판을 이용하여, 이 기판의 표면에 소정의 재료를 순차적으로 진공 증착하고, 적어도 전하 주입층 및 발광층을 포함한 다수의 유기 EL 소자를 형성하고, 그 위에, 금속을 증착하여 음극 전극을 형성하는 방법을 사용할 수 있다.

또한, 이 방법에서는, 유기 EL 소자를 형성하는 전하 주입층 및 발광층 등의 각 층은 전술한 기판의 표면에 균일하게 증착되는 것이 일반적이다.

이러한 방법으로 제조된 표시 장치에서는, 기판에 형성된 투명 전극(예를 들면, ITO 전극)의 테두리가 급준하기 때문에, ITO 전극의 측면에 형성되는 막의 두께가 다른 부분보다도 얇아지기 쉽고, 전기적으로 단락된다는 결함이 발생할 수 있다.

또한, 표시 능력이 고선명인 표시 장치일 수록, 기판에 형성된 ITO 전극의 총연장이 길어지고, 급준한 테두리 길이도 길어진다는 점에서, 단락 결함이 발생할 우려가 커진다.

이 때문에, 전하 주입층인 정공 주입층을 형성할 때에, 정공 주입층의 막 두께를 두껍게 하고, 정공 주입층으로 ITO 전극을 완전히 덮고, ITO 전극의 테두리가 정공 주입층으로 은폐되도록 하고, ITO 전극의 테두리가 급준하더라도 단락결함이 발생하지않도록 하는 것이 일반적이다. 이는 통상, 정공 주입층의 전도율(σ)이 높기 때문에, 막을 두껍게 했을 경우의 구동 전압상승이 비교적 작게 억제되기 때문이다.

한편, 고성능을 갖는 유기 EL 소자를 실용화함에 있어서, 그 소비 전력의 절감이 필수 불가결하며, 그 때문에 구동 전압의 절감이 도모되고 있다. 예를 들면, 일본국 특허공개 제92-145192호, 일본국 특허공개 제97-45479호 공보에는, 유기 EL 소자에 마련된 정공 주입층의 재질로서, 전도율이 높은 전도성 중합체를 사용함으로써, 구동 전압의 절감을 도모하는 것이 제안되었다.

그러나, 정공 주입층의 재질로서, 전도율이 높은 전도성 중합체를 사용하면, 전술한 바와 같은 표시 장치에서는, 정공 주입층의 막 두께가 증가하기 때문에, 인접 배치된 다수의 유기 EL 소자간의 직류 저항이 낮아지고, 하나의 유기 EL 소자에 전압을 인가하면, 다른 유기 EL 소자로 누출 전류가 흘러, 선택하지 않은 유기 EL 소자도 점등해 버린다는 문제가 있다.

발명의 요약

본 발명의 목적은 구동 전압의 절감화를 손상시키지 않고, 다수의 유기 EL 소자 중에서 선택된 것 이외에 점등이 방지되는 발광 장치를 제공하는 것이다.

본 발명은, 다수개의 양극 및 음극이 서로 대향 배치됨과 동시에, 이들 양극 및 음극 사이에 전하 주입층 및 발광층이 형성됨으로써, 다수의 유기 EL 소자가 단독 발광 가능하게 마련되어 있는 발광 장치로서, 상기 유기 EL 소자로부터의 누출 전류가 유기 EL 소자로 통하는 전류의 1/100 이하가 되도록 상기 전하 주입층의 전도율(σ)을 설정하는 것을 특징으로 한다.

이러한 본 발명에서는, 다수의 유기 EL 소자 중, 하나의 유기 EL 소자로부터 다른 유기 EL 소자로 누출 전류가 충분히 작아지도록 전도율(σ)이 설정되어 있는 점에서, 선택된 하나의 유기 EL 소자에 전압을 인가하여도 선택되지 않은 유기 EL 소자가 점등하는 일이 없다.

또한, 유기 EL 소자에 접속되는 양극 및 음극을 형성하는 전극의 치수 또는 전극의 간격 등에 따라서, 전도율(σ)을 적절히 설정하면 상기 유기 EL 소자로부터의 누출 전류가 유기 EL 소자로 통하는 전류의 1/100 이하가 되는 전도율(σ)을 사용하여도 유기 EL 소자는 저전압으로 구동하는 것이 가능해져, 구동 전압의 절감화를 손상시키는 일은 없다.

본 발명은 한 쌍의 전극 사이에 적어도 전하 주입층과 발광층이 개재된 유기 EL(Electroluminescence) 소자를 다수 구비한 발광 장치에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 원리·작용을 설명하기 위한 단면도이다.

도 2는 본 발명의 원리·작용을 설명하기 위한 평면도이다.

도 3은 본 발명의 원리·작용을 설명하기 위한 등가 회로도이다.

도 4는 본 발명의 원리·작용을 설명하기 위한 그래프이다.

도 5는 본 발명의 원리·작용을 설명하기 위한 도 4와는 다른 그래프이다.

도 6은 본 발명의 실시형태에 관한 발광 장치를 나타내는 부분 단면도이다.

도 7은 본 발명의 변형예를 나타내는 단면도이다.

부호에 대해서는, 다음과 같다.

(1)은 유기 EL 소자이고, (2)는 발광 장치이고, (11)은 양극이고, (12)는 음극이고, (13)은 양극 및 음극의 서로 대향하는 대향면 중 정면한 직사각형 부분이고, (14)는 정공 주입층이고, (15)는 정공 수송층이고, (16)은 발광층이고, (17)은 전자 수송층이고, (18)은 절연막이고, V₀는 유기 EL 소자에 인가되는 전압이고, J₀는 유기 EL 소자에 흐르는 전류의 전류밀도이고, l₁은 인접하는 유기 EL 소자의 간격이고, d₂는 직사각형 부분의 유기 EL 소자의 배열 방향에 따른 변의 치수이고, d₃은 양극의 두께이고, d₄는 양극 및 음극의 간격이다.

이하에 본 발명의 실시예를 설명한다.

이하, 전하 주입층이 정공 주입층인 경우로서 설명하지만, 전자 주입층이어도 마찬가지의 논의가 가능하다.

도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명을 구체적으로 설명하면, 다수조의 양극(11) 및 음극(12)의 각각은 서로 대향하는 대향면 중 정면하는 부분(13)이 동일 면적의 직사각형이 되고, 정공 주입층(14)의 전도율(σ)이 J₀d₄/10〈σ〈l₁d₂J₀/(100·d₃V₀)가 되도록 설정되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 도 1 및 도 2에 있어서는, 정공 주입층(14) 이외의 층은 생략되어 있다. V₀는 유기 EL 소자(1)에 인가되는 전압이고, J₀는 유기 EL(1)에 흐르는 전류I₀의 전류밀도이고, l₁은 인접하는 유기 EL 소자(1)의 간격이고, d₂는 상기 양극(11) 및 음극(12)의 정면하는 직사각형 부분(13)의 변 중에서, 유기 EL 소자(1)의 배열 방향에 따른 변의 치수이고, d₄는 양극(11) 및 음극(12)의 간격이다. 또한, 도 2에 있어서, d₁은 상기 양극(11) 및 음극(12)의 정면한 직사각형 부분(13)의 변 중에서, 유기 EL 소자(1)의 배열 방향과는 직교하는 방향에 따른 변의 치수이다.

이러한 본 발명의 원리·작용을 이하에 설명한다.

도 1에 있어서, 두개의 유기 EL 소자(1A), (1B) 중, 선택된 유기 EL 소자(1A)에 전압(V₀)이 인가되면, 유기 EL 소자(1A)에는 전류(I₀)가 흐르고, 유기 EL 소자(1B)에는 누출 전류(I')가 흐른다. 이러한 발광 장치에는, 유기 EL 소자(1A)와 (lB)사이의 정공 주입층 또는 전자 주입층(14A)으로부터, 도 3의 등가 회로와 같이, 직류 저항(R)이 형성되어 있다. 이 직류 저항(R)은 하기의 수학식 1로 표시된다:

R = l₁/(σd₁d₃)

또한, 유기 EL 소자(1B)의 양단의 전압(V')는 전압(V₀)으로부터 직류 저항(R)의 전압강하에 의해 얻어지는 값이기 때문에, 유기 EL 소자(1B)를 흐르는 전류(I')는 하기의 수학식 2로 표시된다:

I'=(V0-V')/R

여기에서, 유기 EL 소자(1)의 전류밀도(J)와 인가 전압(V)와의 관계는 도 4에 표시되는 바와 같이, 비선형의 함수 f(V)로 표시되고 있다. 여기에서, 좌표(V₀, J₀)로 표시되는 점은 유기 EL 소자(1A)의 동작점(P)이다.

유기 EL 소자(1B)의 전류(J')는 전류(I')를 직사각형 부분(13)의 면적 S(= d₁d₂)로 한 것이기 때문에, 유기 EL 소자(1B)에 흐르는 전류(I')와 전압(V')과의 관계는 상술한 함수f(V)를 사용하면 하기의 수학식 3을 얻을 수 있다:

J'= I'/(d₁d₂) = f(V')

또한, 상기 수학식 2로부터 하기의 수학식 4를 얻을 수 있다:

J'= I'/(d₁d₂) = (V₀-V')/(d₁d₂R)

따라서, 유기 EL 소자(1A)에 전압(V₀)이 인가되었을 때에, 유기 EL 소자(1B)에 더하여 전압(V') 및 유기 EL 소자(1B)에 흐르는 전류(I')는 도 5에 도시된 바와 같이 J'=f(V')가 나타내는 곡선과, J' = (V₀-V')/(d₁d₂R)이 나타내는 곡선이 교차하는 좌표(V₁, V₂)로부터 결정된다.

그리고, 유기 EL 소자(1B)를 선택하지 않을 경우에 점등시키지 않도록 하기 위해서는 유기 EL 소자(1B)를 선택하지 않을 경우에 있어서의 전류 밀도(J')가 유기 EL 소자(1A)를 선택하고, 구동할 때에 흐르는 전류(I₀)의 전류밀도 J₀의 1/100 이하이면 좋기 때문에, 하기의 수학식 5가 성립된다:

J₁〈J₀/100

여기에서, J₁대신에 J(v'=0)를 이용하여 수학식 5를 평가한다. 유기 EL 소자(1B)를 비구동시에 점등시키지 않도록 하기 위해서는, 하기의 수학식 6을 만족시키도록 R을 설정하면 된다.

V₀/(d₁d₂R)〈J₀/100

그리고, 수학식 6에 수학식 1을 대입하여 변형시키면 다음 수학식 7이 구해지며, 이와 같은 수학식 7을 만족시키는 전도율(σ)을 설정하면, 비구동시에 유기 EL 소자(1B)가 점등하는 것을 방지할 수 있게 되고, 다음 수학식 7로 전도율(σ)의 상한이 규정된다.

σ〈1₁d₂J₀/(100·d₃V₀)

단, 실제로는 J₁〈J(V'=0)이기 때문에, 정확하게는 J₁〈J₀/100으로부터 구하는 σ의 상한값은 수학식 7보다도 약간 커지게 된다.

한편, 전압 인가시에 있어서의 정공 주입층(14)의 전압 강하(ΔV)가 10V 미만이면, 유기 EL 소자(1)가 저전압에서 구동(점등) 가능하다고 할 수 있다. 이 전압 강하(ΔV)는 하기 수학식 8로 표시된다:

ΔV = I₀·d₄/(σd₁d₂)

= J₀d₁d₂·d₄/(σd₁d₂)

= J₀d₄/σ〈10

따라서, 하기 수학식 9를 만족시키는 전도율(σ)을 설정하면, 유기 EL 소자(1)가 저 전압에서 구동(점등) 가능해지고, 수학식 9에 의해 전도율(σ)의 하한이 규정된다:

J₀d₄/10〈σ

이상에 있어서, 상기 양극으로서, 띠 형상으로 연장하는 다수의 전극이 그 폭 방향으로 배열되고, 상기 음극으로서 띠 형상으로 연장됨과 동시에, 상기 양극과 교차하는 다수의 전극이 그 폭 방향으로 배열되고, 이들 양극 및 음극에 의해, 상기 다수의 유기 EL 소자가 단순 매트릭스 구동 가능해지는 것이 바람직하다.

이와 같이 하면, 이차원 배열된 다수의 유기 EL 소자를, 무작위로 고속 구동하는 것이 가능해져, 텔레비젼 수상기용 디스플레이 또는 퍼스널 컴퓨터용 디스플레이로서 박형 고성능의 것이 실현된다.

상기 전하 주입층은, 유기 화합물 및 산화성 도펀트의 조합, 유기 화합물 및 환원성 도펀트의 조합, 또는 유기 화합물 및 전도성 미립자의 조합인 것이 바람직하다.

구체적으로, 유기 화합물 및 전도성 미립자가 바람직한 조합으로서는, 유기 EL 소자에 통상 사용되는 유기 화합물, 예를 들면, 폴리비닐 카바졸, 폴리아닐린, 폴리스티렌, 아민 유도체, 포르피린, 프탈로시아닌류 등에 대하여, 전도성 금속입자 또는 전도성 무기입자를 혼합분산한 재료를 들 수 있다.

또한, 전도성 미립자의 종류로서는 금, 은, 동, 니켈, 땜납, 알루미늄, 산화 인듐, 산화 주석, 산화 아연 등의 일종 단독 또는 2종 이상의 조합을 들 수 있다. 또한, 전도성 금속입자의 평균 입경을 0.001 내지 1㎛의 범위내의 값으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 전도성 미립자의 첨가량을 유기 화합물 100 중량부에 대하여, 0.1 내지 50 중량부의 범위내의 값으로 하는 것이 바람직하다.

또한, 유기 화합물 및 산화성 도펀트의 조합으로서는 다음의 것을 들 수 있다. 즉, 유기 화합물은, 정공 수송성 유닛을 갖는 것으로, 이 정공 수송성 유닛이, ① 결합에 의해 정공 수송성 유닛을 서로 연결하여 형성된 중합체 또는 공중합체, 또는 ② 비공액 중합체와 공중합체 정공 수송성 저분자의 혼합물로 이루어진 것이다. 여기에서, ① 비공액 결합 또는 공액 결합에 의해 정공 수송성 유닛을 서로 연결하여 형성된 중합체 또는 공중합체란 올리고머를 포함하는 것이다.

구체적으로는, 유기 화합물로서는, 주쇄에 아민을 함유한 폴리카보네이트 또는 폴리에테르, 아민 올리고머, 폴리비닐카바졸 및 폴리카보네이트와 아민 화합물의 혼합물을 들 수 있고, 산화성 도펀트로서는 퀴논 유도체, 할로겐화 금속, 루이스산, 유기산, 할로겐화 금속염, 루이스산염, 플러렌(Fullerenes)류, 및 유기산염 등의 화합물을 들 수 있다.

따라서, 보다 구체적인 유기 화합물 및 산화성 도펀트의 조합으로서는 폴리비닐카바졸 및 염화 안티몬, 폴리아닐린 및 염화 안티몬, 아민 유도체 및 C60(플러렌), NPD(N, N'-비스(나프틸-1-일)-N,N'-디페닐-4,4'-벤지딘) 및 티오케톤, 포르피린 및 테트라시아노퀴노디메탄(TCNQ), 구리 프탈로시아닌 및 (테트라시아노에틸렌(TCNE), 아민 올리고머 및 DDQ, 또는 아민 덴드리머 및 DDQ, 폴리아미드 화합물, FeCl₃등을 들 수 있다.

여기에서, DDQ란, 하기 화학식으로 표시되는 화합물이다:

또한, 유기 화합물과 산화성 도펀트를 조합하는 경우, 유기 화합물에 대한 첨가비율을 1:1 내지 20:1(몰비)의 범위내의 값으로 하는 것이 바람직하다. 유기 화합물과 산화성 도펀트와의 첨가 비율이 상기 범위외가 되면, 유기 EL 소자의 발광 휘도가 저하되거나, 수명이 짧아지는 경우가 있기 때문이다. 따라서, 유기 화합물과 산화성 도펀트와의 첨가 비율을 1:1 내지 10:l(몰비)의 범위내의 값으로 하는 것이 보다 바람직하며, 1:1 내지 5:1의 범위내의 값으로 하는 것이 보다 바람직하다.

또한, 유기 화합물 및 환원성 도펀트의 조합으로서는, Alq(트리스(8-히드록시퀴놀린)알루미늄), DPAVBi(4, 4'-비스[2-{4-(N,N-디페닐아미노)페닐}비닐]비페닐) 또는 PBD 등으로 이루어진 유기 화합물에, 알칼리 금속, 알칼리 토 금속, 희토류 금속, 알칼리 금속의 산화물, 알칼리 금속의 할로겐화물, 알칼리 토 금속의 할로겐화물, 희토류 금속의 산화물 또는 희토류 금속의 할로겐화물로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 환원성 도펀트를 조합하는 것이 바람직하다. 또한, 환원성 도펀트의 첨가량을, 산화성 도펀트의 유기 화합물에 대한 첨가비율과 마찬가지의 값으로 할 수 있다. 또한, 상기 유기 화합물은 전자 수송성인 쪽이 바람직하며, 또한, 상기 알칼리 금속은 Cs 및 Li가 바람직하다. 여기에서, PBD란 하기 화학식으로 표시되는 화합물이다:

단, 전하 주입층이 정공 주입층인 경우에는, 정공 주입성이 보다 양호해지는 점에서 유기 화합물과 산화성 도펀트의 조합, 또는 유기 화합물과 전도성 미립자의 조합이 보다 바람직하다. 또한, 전하 주입층이 전자 주입층인 경우에는, 전자 주입성이 보다 양호해지는 점에서 유기 화합물과 환원성 도펀트의 조합, 또는 유기 화합물과 전도성 미립자의 조합이 보다 바람직하다.

특히, 전하 주입층이 전자 주입층인 경우에는, 전자 수송성 화합물과 환원성도펀트의 조합이 바람직하다.

(전자 수송성 화합물)

전자 수송성 화합물로서는, 음극으로부터 주입된 전자를 유기 발광 매체에 전달하는 기능을 갖고 있는 화합물이면, 널리 사용할 수 있다. 구체적으로, 예를 들면, 질소원자를 포함하지 않는 방향족 환으로 이루어진 방향족 환 화합물(단순히, 비질소 복소환 화합물이라 칭하는 경우가 있다)이나, 질소 함유 복소환 화합물을 함유하는 유기 화합물(단순히, 질소 함유 복소환 화합물이라 칭하는 경우가 있다)을 들 수 있다.

① 비질소 복소환 화합물

비질소 복소환 화합물은, 즉, 탄소(C) 및 수소(H)로 이루어진 방향족 환을 포함하는 화합물, 또는 탄소(C), 수소(H) 및 산소(O)로 이루어진 방향족 환을 포함하는 화합물이라 정의된다. 단, 방향족 환 이외의 분자 중에 질소원자를 포함하는 것은 지장이 없고, 질소 원자를 포함하지 않는 방향족 환끼리를, 예를 들면 질소원자에 의해 결합하는 것은 오히려 바람직하다. 또한, 탄소 및 수소로 이루어진 방향족 환의 화합물과, 탄소, 수소 및 산소로 이루어진 방향족 환의 화합물은 각각 단독으로 사용하거나 조합하여 사용할 수 있다.

이와 같이 비질소 복소환 화합물을 후술하는 환원성 도펀트와 병용함으로써 우수한 전자 주입성을 얻을 수 있음과 동시에, 인접하는 발광 대역의 구성 재료와 반응하는 것을 억제할 수 있다. 즉, 비질소 복소환 화합물은, 탄소 및 수소로 이루어진 방향족환, 또는 탄소, 수소 및 산소로 이루어진 방향족환으로 구성되어 있고, 질소 함유 방향족환 또는 전기 흡인기(예를 들면, -CN기,-NO₂기, 아미드기, 이미드기) 등의 질소 함유기를 포함하고 있지 않다. 따라서, 전자 주입 대역과 발광 대역과의 계면에, 발광효율이 낮은 전하 이동 착체 또는 엑시프렉스(exciplex)가 발생하는 것을 효율적으로 억제할 수 있다.

바람직한 비질소 복소환 화합물로서, 안트라센, 플루오렌, 페릴렌, 피렌, 페난트렌, 크리센, 테트라센, 루브렌, 테르페닐렌, 쿼테르페닐렌, 섹시페닐렌, 트리페닐렌, 피센, 코로넨, 디페닐안트라센, 벤즈[아]안트라센 및 비나프탈렌으로 이루어진 군에서 선택된 하나이상의 방향족 환을 포함하는 방향족환 화합물을 들 수 있다.

또한, 비질소 복소환 화합물은 스티릴기 치환된 방향족환, 디스티릴기 치환된 방향족환 또는 트리스스티릴기 치환된 방향족환을 가지면 더욱 좋다. 이와 같이 스티릴기 치환(디스티릴기 치환 및 트리스티릴기 치환을 포함한다. 이하, 동일하다)된 방향족 환을 가짐으로써 유기 EL 소자의 발광 휘도나 수명을 보다 향상시킬 수 있다.

이와 같이 스티릴기 치환된 기를 포함하는 방향족 환 화합물로서는, 예를 들면, 유기발광 매체에 사용되는 화학식 10 내지 12로 표시되는 방향족 환 화합물과 동일한 환 화합물을 들 수 있다.

상기 식에서,

Ar¹은 탄소수가 6 내지 40인 방향족기이고,

Ar², A³, 및 Ar⁴는 각각 수소 원자 또는 탄소수 6 내지 40의 방향족기로서, 하나이상이 방향족기이고,

Ar⁵은 탄소수가 6 내지 40인 방향족기이고,

Ar⁶및 Ar⁷은 각각 수소 원자 또는 탄소수 6 내지 40의 방향족기이고,

Ar⁵, Ar⁶및 Ar⁷의 하나이상은 스티릴기로 치환되고,

Ar⁹내지 Ar¹³은 각각 탄소수 6 내지 40의 방향족기이고,

Ar⁸및 Ar¹⁴는 수소 원자 또는 탄소수 6 내지 40의 방향족기이고,

Ar⁸내지 Ar¹⁴의 하나이상은 스티릴기로 치환되고,

축합수 n은 1 내지 6의 정수이고,

축합수m은 1 내지 6의 정수이고,

축합수 p, q, r, s는 각각 0 또는 1이다.

② 질소 함유 복소환 화합물

또한, 전자 수송성 화합물로서, 질소 함유 복소환 화합물을 들 수 있다. 이와 같이 질소 함유 복소환 화합물을 사용했을 경우라도 후술하는 환원성 도펀트 중, 함수가 2.9 eV 이하의 환원성 도펀트를 사용함으로써, 유기발광 매체 재료와 반응하는 것을 효율적으로 억제하여, 높은 발광 휘도를 얻을 수 있다.

이와 같은 질소 함유 복소환 화합물은, 질소원자를 갖는 복소환을 갖는 화합물이라 정의되지만, 구체적으로, 질소 함유 착체 또는 질소 함유 환 화합물을 들 수 있다. 바람직한 질소 함유 착체로서, 8-퀴놀리놀 유도체를 배위자로 하는 금속 착체나 프탈로시아닌 유도체, 또는 금속 프탈로시아닌을 들 수 있다. 또한, 바람직한 질소 함유 환 화합물로서는, 옥사디아졸 유도체, 티아디아졸 유도체, 트리아졸 유도체, 퀴녹살린 유도체 및 퀴놀린 유도체 등을 들 수 있다. 또한, 질소 함유 복소환 화합물로서 안트론 유도체, 프레오레닐리메탄 유도체, 카보디이미드, 나프탈렌 페릴렌 등의 복소환 테트라카복실산 무수물을 사용하는 것도 바람직하다.

(환원성 도펀트)

① 종류

환원성 도펀트란, 방향족 환 화합물이 산화되었을 경우에 이를 환원할 수 있는 물질이라 정의된다. 따라서, 환원성 도펀트의 종류는, 일정한 환원성을 갖는 것이면 특별히 제한되는 것이 아니지만, 전하 주입층에 사용되는 환원성 도펀트와 같은 종류로 하는 것이 바람직하다.

보다 구체적으로, 바람직한 알칼리 금속으로서는, 예를 들면, Li(리튬, 함수: 2.93eV), Na(나트륨, 함수: 2.36eV), K(칼륨, 함수: 2.3 eV), Rb(루비듐, 함수: 2.16 eV) 및 Cs(세슘, 함수: 1.95eV)를 들 수 있다. 또한, 괄호내의 함수의 값은, 화학 편람(기초편Ⅱ, P493, 일본화학회 편)에 기재된 것으로 이하 동일하다.

또한, 바람직한 알칼리 토 금속류 금속으로서는, 예를 들면, Ca(칼슘, 함수: 2.9 eV), Mg(마그네슘, 함수: 3.66 eV), Ba(바륨, 함수: 2.52 eV), 및 Sr(스트론튬, 함수: 2.0 내지 2.5eV)를 들 수 있다. 또한, 스트론튬의 함수의 값은, 문헌[Physics of Semiconductor Device(N. Y. Weilow, l969, P366)]에 기재된 것이다.

또한, 바람직한 희토류 금속으로서는, 예를 들면, Yb(이테르븀, 함수: 2.6 eV), Eu(유로피움, 함수: 2.5 eV), Gd(가돌리늄, 함수: 3.1 eV) 및 En(에르븀, 함수: 2.5 eV)을 들 수 있다.

또한, 바람직한 알칼리 금속 산화물로서는, 예를 들면, Li₂O, LiO 및 NaO를 들 수 있다. 또한, 바람직한 알칼리 토 금속 산화물로서는, 예를 들면, CaO, BaO, SrO, BeO 및 MgO를 들 수 있다.

또한, 바람직한 알칼리 금속의 할로겐화물로서는, 예를 들면, LiF, NaF 및 KF 등의 불화물 외에, LiC1, KC1 및 NaCl을 들 수 있다. 또한, 바람직한 알칼리 토 금속의 할로겐화물로서는, CaF₂, BaF₂, SrF₂, MgF₂및 BeF₂등의 불화물이나, 불화물 이외의 할로겐화물을 들 수 있다. 바람직한 희토류 할로겐화물로서는, 예를 들면, LaF₃, YbF₃, EuF₃등의 불화물을 들 수 있다.

또한, 바람직한 환원성 도펀트로서, 알칼리 금속이 배위한 방향족 화합물도 들 수 있다. 이 알칼리 금속이 배위된 방향족 화합물은, 예를 들면, 하기 화학식 13으로 표시된다:

A⁺Ar^20-

상기식에서,

A는 알칼리 금속이고,

Ar²⁰은 탄소수 10 내지 40의 방향족 화합물이다.

상기 화학식 13으로 표시되는 방향족 화합물로서는, 예를 들면, 안트라센, 나프탈렌, 디페닐안트라센, 터페닐, 쿼터페닐, 퀸쿠페닐, 섹시페닐 및 이들의 유도체를 들 수 있다.

② 첨가량

전자 주입 대역에 있어서의 환원성 도펀트의 첨가량을, 전자 주입 대역을 구성하는 재료 전체를 100 중량%로 했을 때, 0.01 내지 50중량%의 범위내의 값으로 하는 것이 바람직하다. 환원성 도펀트의 첨가량이, 0.01 중량% 미만이 되면, 유기 EL 소자의 발광 휘도가 저하되거나, 수명이 짧아지는 경향이 있다. 한편, 환원성 도펀트의 첨가량이 50중량%를 넘으면, 반대로 발광 휘도가 저하하거나, 수명이 짧아지는 경향이 있다.

따라서, 발광 휘도나 수명의 밸런스가 보다 양호해지는 관점에서, 환원성 도펀트의 첨가량을 0.2 내지 20중량%의 범위내의 값으로 하는 것이 보다 바람직하다.

또한, 환원성 도펀트의 첨가량에 관해서, 방향족 환 화합물과 환원성 도펀트와의 첨가비율을 1:20 내지 20:1(몰비)의 범위내의 값으로 하는 것이 바람직하다. 전자 수송성 화합물과 환원성 도펀트와의 첨가비율이 이들 범위외가 되면, 유기 EL 소자의 발광 휘도가 저하되거나, 수명이 짧아지는 경향이 있다.

따라서, 방향족 환 화합물과 환원성 도펀트와의 첨가비율을 1:10 내지 10:1(몰비)의 범위내의 값으로 하는 것이 보다 바람직하며, 1:5 내지 5:1의 범위내의 값으로 하는 것이 더욱 바람직하다.

(전자 친화력)

전자 주입 대역의 전자 친화력을 1.8 내지 3.6eV의 범위내의 값으로 하는 것이 바람직하다. 전자 친화력의 값이 1.8eV 미만이 되면, 전자 주입성이 저하되고, 구동 전압의 상승, 발광효율의 저하를 초래하는 경향이 있고, 한편으로, 전자 친화력의 값이 3.6eV를 넘으면, 발광효율이 낮은 착체가 발생하기 쉬워지거나, 블로킹 접합의 발생을 효율적으로 억제할 수 있다.

따라서, 전자 주입역의 전자 친화력을, 1.9 내지 3.0eV의 범위내의 값으로 하는 것이 보다 바람직하며, 2.0 내지 2.5eV의 범위내의 값으로 하는 것이 더욱 바람직하다.

또한, 상기 전하 주입층에 있어서의 정공 주입층의 재료로서는, 전도성 중합체를 사용할 수 있다. 예를 들면, 폴리아닐린, 폴리티에닐렌비닐렌, 폴리아릴렌비닐렌 및 폴리티오펜 등을 들 수 있다.

이와 같이, 전도성 중합체로 이루어진 정공 주입층을 사용하면, 전도성 중합체는 클로로포름 등의 용액에 용해되고, 막 형성에 있어서, 대기압에서 막 형성을 실행할 수 있는 스핀 피복법 등을 사용할 수 있게 되어 정공 주입층의 막 형성을 용이하게 실행할 수 있게 된다.

또는, 상기 전하 주입층에 있어서의 정공 주입층의 재료로서는, 무기 반도체를 사용할 수 있다. 예를 들면, α-Si, μc-Si, μc-SiC, CdS, CdSSe, CdTe 및 비결정질 탄소 및 결정질 탄소를 들 수 있다. 비결정질 탄소 및 결정질 탄소로서는, 다이아몬드형 탄소, 다이아몬드, 질소 첨가 탄소 및 인 첨가 탄소 등을 사용할 수 있다.

이와 같이, 무기 반도체로 이루어진 정공 주입층을 사용하면, 무기 반도체로의 도펀트의 첨가량을 조절하는 등에 의해, 정공 주입층의 전도율(σ)을 정확하게 설정할 수 있게 되고, 수학식 7 및 수학식 9로 규정되는 전도율(σ)이 용이하고, 또한 확실하게 설정되게 된다.

또한, 본 발명의 한 실시 형태를 도면에 근거하여 설명한다.

도 6에는, 본 실시형태의 발광 장치(2)가 도시되어 있다. 이 발광 장치(2)는 투명한 기판(3)과, 서로 대향하는 양극(11) 및 음극(12)를 갖고 있다.

양극(11)은 기판(3)의 표면에 형성된 투명 전극으로서, 띠 형상으로 연장함과 동시에 그 폭 방향으로 다수 배열되어 있다.

음극(12)은 양극(11)과 직교하는 방향으로 띠 형상으로 연장되는 전극으로서, 그 폭 방향으로 다수 배열되어 있다.

이들 양극(11) 및 음극(12)의 각각은, 서로 대향하는 대향면 중 정면하는 부분이 동일 면적의 장방형으로 된 직사각형 부분(13)을 다수 가지고 있다.

이들 양극(11) 및 음극(12) 사이에는 기판(3)측으로부터 정공 주입층(14), 정공 수송층(15), 발광층(16) 및 전자 수송층(17)이 순차적으로 형성되어 있다.

이에 따라, 양극(11) 및 음극(12) 각각이 갖는 다수의 직사각형 부분(13) 사이가 각각 단독 발광 가능한 유기 EL 소자(1)(도시 생략)가 되고, 이들 양극(11) 및 음극(12)에 의해, 다수의 유기 EL 소자(1)가 단순 매트릭스 구동 가능하게 되어 있다. 그리고, 유기 EL 소자(1)의 발광은 기판(3)을 통해 외부에 출력되게 되고 있다.

이 때, 기판(3)은 유리 등의 투명한 재료로 형성되고, 양극(11)은 ITO 막 등의 투명 전도 물질로 형성되며, 음극(12)은 증착에 적합한 금속 등의 전도 물질로 형성되며, 정공 주입층(14)은 비공역성 중합체와 정공 수송성 저분자 및 산화성 도펀트로 형성되어 있다.

또한, 인접하는 유기 EL 소자(1)의 간격이 되는 양극(11)의 간격(1₁)은 30㎛가 되고, 직사각형 부분(13)의 변 중, 유기 EL 소자(1)의 배열 방향과는 직교하는 방향에 따른 변의 치수가 되는 음극의 폭(d₁)은 300㎛가 되고, 직사각형 부분(13)의 변 중 유기 EL 소자(1)의 배열 방향에 따른 변의 치수가 되는 양극(11)의 폭(d₂)은 300㎛로 되어 있다. 그리고, 양극(11)의 두께(d₃)는 100nm가 되고, 양극(11) 및 음극(12)의 간격(d₄)은 200nm이 되어 있다.

구체적으로는, 본 장치의 경우, 유기 EL 소자(1)에 인가되는 전압(V₀)은 10V가 되고, 유기 EL 소자에 흐르는 전류(I₀)의 전류밀도(J₀)는 150mA/cm²로 되어 있다.

이러한 발광 장치(2)에서는, 정공 주입층(14)의 전도율(σ)은 수학식 7 및 수학식 9에 의거하여 산출하면 3×10^-5S/m보다 크고, 1.35× 10^-1S/m보다도 작게 설정되는 것이 필요하다. 구체적으로는 4×10^-4S/m 정도였다.

이와 같은 본 실시 형태에 따르면, 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

즉, 발광 장치(2)에 마련된 정공 주입층(14)의 전도율(σ)을 J₀d₄/10〈1₁d₂J₀/(100·d₃V₀)이 되도록 설정하고, 유기 EL 소자(1)에서의 누출 전류의 전류밀도(J')가, 인접하는 다른 유기 EL 소자(1)의 구동시에 흐르는 전류(I₀)의 전류밀도(J₀)의 1/100 이하가 되도록 하였기 때문에, 다수 마련된 유기 EL 소자 중 선택된 것 이외의 점등을 방지할 수 있고, 저 전압으로 구동하더라도 충분한 휘도를 확보할 수 있으며, 표시 장치로 이용하는 경우에는 콘트라스트를 향상시킬 수 있다.

또한, 양극(11)으로서, 기판(3)의 표면에 형성된 투명 전극으로서, 띠 형상으로 연장됨과 동시에, 그 폭 방향으로 다수 배열된 것을 사용하고, 또한, 음극(12)으로서, 양극(11)과 직교하는 방향으로 띠 형상으로 연장하는 전극으로서, 그 폭 방향으로 다수 배열된 것을 사용하고, 이들의 양극(11) 및 음극(12)에 의해, 다수의 유기 EL 소자(1)가 단순 매트릭스 구동 가능하게 하였기 때문에, 이차원 배열된 다수의 유기 EL 소자(1)를 무작위로 고속 구동하는 것이 가능해져, 텔레비젼 수상기용 디스플레이나, 퍼스널 컴퓨터용 디스플레이로서 박형 고성능의 것을 실현할 수 있다.

또한, 정공 주입층(14)의 재료를 클로로포름 등의 용액에 용해시키면, 막 형성에 있어서 대기압에서 막 형성을 행할 수 있는 스핀 피복법 등을 사용할 수 있게 되고, 정공 주입층(14)의 막 형성 작업을 용이하게 실행할 수 있다.

이하에, 상기 실시형태에서의 구조를 갖는 발광 장치(2)를 제작하는 구체적인 순서를 포함한 실시예에 대하여 설명한다.

실시예 1

[제작 순서]

표면에 ITO 막의 투명 전극이 마련된 투명한 유리제의 기판(3)을 사용한다. 이 기판(3)은 폭 100mm × 길이 120mm × 두께 1.1mm의 크기를 갖는 것으로 되어 있다.

또한, 기판(3)의 표면에 마련된 투명 전극은 발광 장치(2)의 양극(11)이 되는 것으로, 폭(d₂) 300㎛, 두께(d₃) 120 nm의 띠 형상 전극이 그 폭 방향으로 다수 배열된 스트라이프 형상으로 패터닝되어 있다. 투명 전극의 인접하는 각 띠 형상 전극의 간격(갭)(1₁)은 20㎛로 되어 있다.

우선, 이와 같은 기판(3)을 이소프로필알콜로 5분간 초음파 세정하고 나서, 순수한 물로 5분간 세정한 후, 다시 이소프로필알콜로 5분간 초음파 세정한다. 초음파 세정이 완료되면 건조 질소를 분사하여 기판(3)의 표면으로부터 이소프로필알콜을 제거한 뒤, UV/오존 세정을 한다.

계속해서, 기판(3)에 비공역성 중합체와 정공 수송성 저분자 및 산화성 도펀트로 이루어진 정공 주입층을 스핀 피복법으로 막 형성한다. 즉, 정공 주입층(14)의 원재료로서, 전도율(σ)이 4×10^-4S/m 정도가 되도록, 47 mg의 폴리카보네이트(이하, PC라 함), 112 mg의 N,N'-디페닐-N,N'-비스(3-메틸페닐)-[1, 1'-비페닐]-4,4'-디아민(이하, TPD 라 함)과 112 mg의 트리스(4-브로모페닐)알루미늄 헥사클로로안티모네이트(이하, TBAHA 라 약칭)를 5 ml의 클로로포름에 녹인 용액을 사용한다.

이 용액을 회전(2000 rpm)하는 기판(3)에 적하하고, 스핀 피복에 의해, 기판(3)의 표면에 막 형성을 한다. 그 후, 온도가 85℃인 공기 중에서 기판(3)을 1 시간 건조함으로써, 기판(3)의 표면에 PC:TPD:TBAHA의 혼합물로 이루어진 두께 200nm의 정공 주입막(14)을 완성시킨다.

다음에, 정공 수송층(15), 발광층(16) 및 전자 수송층(17)을 진공 증착법에 의해, 기판(3)에 형성한 정공 주입층(14) 상에 순차적으로 막 형성한다.

구체적으로는, 정공 수송층(15)의 원 재료로서, 4,4'-비스[N-페닐-N-(1-나프틸)-4-아미노페닐]트리페닐아민(이하, TPD78이라 약칭)을 사용한다.

발광층(16)의 원재료로서는, 9,10-디[4-(2,2'-디페닐비닐-1-일)페닐]안트라센(이하, DPVDPAN이라 약칭)과, 4,4' -비스[2-{4-(N,N-디페닐아미노)페닐}비닐]비페닐(이하, DPAVBi 라 약칭)과의 혼합물을 사용한다.

전자 수송층(17)의 원재료로서는, 트리스(8-히드록시퀴놀린)알루미늄(이하, Alq라 약칭)을 사용한다. 또한, 진공 증착에는 시판되는 진공 증착 장치(일본진공기술사제)를 사용한다.

진공 증착을 함에 있어서, 우선, 정공 주입층을 막 형성한 기판(3)을 진공증착 장치의 기판 홀더에 고정하고, 이 진공 증착 장치에 마련되어 있는 4개의 몰리브덴제 저항가열보트의 각각에, 200 mg의 TPD78, 200 mg의 DPVDPAN, 200 mg의 DPAVBi 및 100 mg의 Alq를 각각 넣는다.

이어서, 진공 증착 장치의 진공 챔버를 밀폐하고, 진공 챔버내를 1.0 ×10^-4Pa까지 감압한 후, TPD78이 들어 간 저항가열보트를 가열하고, TPD78를 증발시켜, 기판(3)에 형성한 정공 주입층(14)의 위에 막두께 20 nm의 정공 수송층(15)을 막 형성한다.

정공 수송층(15)의 막 형성이 완료되면, DPVDPAN이 들어 간 저항가열보트 및 DPAVBi가 들어 간 저항가열보트를 동시에 가열하고, DPVDPAN 및 DPAVBi를 증발시키고, 기판(3)에 형성된 정공 수송층(15) 위에, 막두께 40 nm의 발광층(16)을 막 형성한다. 여기에서, 발광층(16)에서의 DPVDPAN 및 DPAVABi의 혼합비는 중량비로 40:1로 되어 있다.

발광층(16)의 막 형성이 완료되면, Alq가 들어 간 저항가열보트를 가열하고, Alq를 증발시키고, 기판(3)에 형성된 발광층(16) 위에, 막두께 20 nm의 전자수송층(17)을 막 형성한다.

이어서, 음극(12)의 막 형성을 하는 데, 그 전에, 전자 수송층(17)까지의 막 형성을 완료한 기판(3)을 진공챔버로부터 꺼내어 전자 수송층(17) 위에 스테인레스 스틸제의 마스크를 설치한다.

이 마스크는, 폭(d₁) 500㎛의 띠 형상 전극을, 그 폭 방향으로 다수 배열된 스트라이프 형상으로 패터닝하기 위한 것이다. 또한, 각 띠 형상 전극의 간격(갭)은 500㎛로 되어 있다. 또한, 이 마스크의 설치 방향은 형성되는 띠 형상 전극이 양극(11)의 띠 형상 전극과는 직교하는 방향으로 되어 있다.

그 후, 마스크를 설치한 기판(3)을 진공 증착 장치의 기판홀더에 다시 고정시킴과 동시에, 알루미늄(Al)과 리튬(Li)으로 이루어지고, 또한, Li 농도 5원자량%의 합금 모재를 증착재료로 하여 진공증착 장치에 설치한다.

그리고, 진공증착 장치의 진공챔버를 밀폐하고, 진공챔버내를 1.0 ×10^-4Pa까지 감압한 후, 상술한 증착 재료를 가열하고, 증착 속도가 0.5 내지 1.0 nm/초의 범위가 되도록 증착 재료의 온도를 조절하면서, 이 증착 재료를 증발시킴으로써, 기판(3)에 형성된 전자 수송층(17) 위에 막두께 150 nm의 음극(12)을 막 형성하여 발광 장치(2)를 완성시킨다.

여기에서, 수학식 7 및 수학식 9에 의거하여 산출하면, 정공 주입층(14)의 전도율(σ)은 4 ×10^-5S/m보다 크고, 9 ×10^-2S/m보다도 작은 값으로 설정해야 한다. 발광 장치(2)의 정공 주입층(14)의 전도율(σ)을 실제로 측정하면, 그 전도율(σ)은 4 ×10^-4S/m으로 되어 있었다.

따라서, 발광 장치(2)에 다수 마련된 유기 EL 소자 중, 선택된 것만이 점등하고, 또한 그 이외의 점등이 방지되며, 또한, 유기 EL 소자는 저 전압에서 구동할 수 있다고 생각된다.

다음에, 상술한 순서대로 제조한 발광 장치(2)의 발광시험에 대하여 설명한다.

[발광시험]

상술한 순서로 제조한 발광 장치(2)에 형성된 다수의 유기 EL 소자 중, 특정한 유기 EL 소자를 선택하고, 이 유기 EL 소자에만, 5.5 V의 직류 전압을 인가한 결과, 균일한 청색 발광이 보였다. 또한, 선택한 것 이외의 발광은 보이지 않았다.

다음에, 새롭게 선택한 유기 EL 소자만을 펄스 전압(듀티 비 1/100, 전압 1 0V, 기본 주파수 60Hz)으로 구동한 결과, 이 유기 EL 소자에만 발광이 보였다. 한편, 이 유기 EL 소자에 인접한 다른 유기 EL 소자 등, 선택한 유기 EL 소자 이외의 발광은 보이지 않았다.

상술한 직류 전압 구동에 있어서의 유기 EL 소자의 초기 성능 데이터로서, 전류밀도: 1.2mA/cm², 휘도: 83cd/m², 발광효율: 7cd/A, 색도: (0.184, 0.344)를 얻을 수 있었다. 이들로부터, 발광 장치(2)의 유기 EL 소자는 고효율임을 알았다.

또한, 상술한 펄스 전압 구동에 있어서의 유기 EL 소자의 초기성능 데이터로서, 전류밀도: 179mA/cm², 순간 휘도: 9050cd/m², 발광효율: 5cd/A, 색도: (0.180, 0.339)를 얻을 수 있었다.

또한, 발광 장치(2)의 전체 유기 EL 소자를 점등하고, 발광 장치(2)의 표면을 목시 및 휘도계(미놀타사 제조: CS-100)로 관찰한 결과, 발광면내에 무점등의 유기 EL 소자는 보이지 않았을 뿐 아니라, 유기 EL 소자의 휘도는 균등하다고 할 수 있었다. 이 점에서, 발광 장치(2)는 발광의 균일성이 우수하다는 것을 알았다.

실시예 2

[제작순서]

실시예 1에 있어서의 정공 주입층(14)에 대하여, 구리 프탈로시아닌(CuPc)과 DDQ를 50:1(Ω/초)의 비로 공증착시켜 형성한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 제작하였다.

여기에서, DDQ란 상술한 화합물이다.

[발광시험]

상술한 순서로 제작한 발광 장치(2)에 형성된 다수의 유기 EL 소자 중, 특정한 유기 EL 소자를 선택하고, 이 유기 EL 소자에만 6.0 V의 직류 전압을 인가한 결과, 균일한 청색 발광이 보였다. 또한, 선택한 것 이외의 발광은 보이지 않았다.

다음에, 새롭게 선택한 유기 EL 소자만을 펄스 전압(듀티 비 1/100, 전압 10V, 기본 주파수 60Hz)로 구동한 결과, 이 유기 EL 소자에만 발광이 보였다. 한편, 이 유기 EL 소자에 인접한 다른 유기 EL 소자 등, 선택한 유기 EL 소자 이외의 발광은 보이지 않았다.

상술한 직류 전압 구동에 있어서의 유기 EL 소자의 초기 성능 데이터로서, 전류밀도: 1.8mA/cm², 휘도: 92cd/m², 발광 효율: 5.1 cd/A, 색도: (0.180, 0.330)를 얻을 수 있었다. 이들로부터, 발광 장치(2)의 유기 EL 소자는 고효율임을 알았다.

실시예 3

[제작순서]

실시예 1에서의 정공 주입층(14)에 대하여, TPDP와 FeC1₂를 중량비 100 : 5로 스핀 피복법에 의해 막 형성하고, 형성한 것 이외에는 실시예 1과 같이 제작하였다.

여기에서, TPDP란 하기 화학식으로 표시되는 화합물이다:

[발광시험]

상술한 순서로 제조한 발광 장치(2)에 형성된 다수의 유기 EL 소자 중, 특정한 유기 EL 소자를 선택하고, 이 유기 EL 소자에만 6.0 V의 직류 전압을 인가한 결과, 균일한 청색 발광이 보였다. 또한, 선택한 것 이외의 발광은 보이지 않았다.

다음에, 새롭게 선택한 유기 EL 소자만을 펄스 전압(효율 비 1/100, 전압 10V, 기본 주파수 60Hz)으로 구동한 결과, 이 유기 EL 소자에만 발광이 보였다. 한편, 이 유기 EL 소자에 인접한 다른 유기 EL 소자 등, 선택한 유기 EL 소자 이외의 발광은 보이지 않았다.

상술한 직류 전압 구동에 있어서의 유기 EL 소자의 초기 성능 데이터로서, 전류밀도: 1.6mA/cm², 휘도: 82cd/m², 발광 효율: 5.1 cd/A, 색도: (0.180, 0.330)를 얻을 수 있었다. 이들로부터, 발광 장치(2)의 유기 EL 소자는 고효율임을 알았다.

실시예 4

[제작 순서]

실시예 1에 있어서의 정공 주입층(14)에 대하여, 폴리메틸메타크릴레이트 (PMMA)와 안티몬 도프 산화 주석을 중량비 1:1로 스핀 피복법에 의해 막 형성하고, 형성한 것 이외에는 실시예 1과 같이 제작하였다.

[발광시험]

상술한 직류 전압 구동에 있어서의 유기 EL 소자의 초기 성능 데이터로서, 전류밀도: 1.5mA/cm², 휘도: 76cd/m², 발광 효율: 5.1 cd/A, 색도: (0.181, 0.342)를 얻을 수 있었다. 이들로부터, 발광 장치(2)의 유기 EL 소자는 고효율임을 알았다.

비교예 1

[제작순서]

실시예 1에 있어서의 정공 주입층(14)에 대하여, TBAHA를 사용하지 않고 형성시킨 이외에는 실시예 1과 같이 제작하였다.

[발광시험]

상술한 순서로 제작한 발광 장치(2)에 형성된 다수의 유기 EL 소자 중, 특정한 유기 EL 소자를 선택하고, 이 유기 EL 소자에만 10 V의 직류 전압을 인가한 결과, 균일한 청색 발광이 보였다. 또한, 선택한 것 이외의 발광은 보이지 않았다.

상술한 직류 전압 구동에 있어서의 유기 EL 소자의 초기 성능 데이터로서, 전류밀도: 1.0mA/cm², 휘도: 50cd/m², 발광 효율: 5 cd/A, 색도: (0.184, 0.340)를 얻을 수 있었다. 실시예 1과 비교하면, 구동 전압이 5.5V에서 10V까지 고전압화하였다. 이 경우의 정공 주입층의 전도율(σ)은 10^-6S/m보다 작아졌고, 정공 주입층의 전도율(σ)의 값을 본 발명의 범위내로 할 수 없었다.

비교예 2

[제작순서]

실시예 1에 있어서의 정공 주입층(14)에 대하여, 폴리아닐린과 캄포설폰산으로 형성시킨 이외에는 실시예 1과 같이 제작하였다.

[발광시험]

상술한 순서로 제작한 발광 장치(2)에 형성된 다수의 유기 EL 소자 중, 특정한 유기 EL 소자를 선택하고, 이 유기 EL 소자에만 5.0 V의 직류 전압을 인가하였는 데, 비선택 화소(畵素)가 발광하였다.

다음에, 새롭게 선택한 유기 EL 소자만을 펄스 전압(효율 비 1/100, 전압 10V, 기본 주파수 60Hz)으로 구동한 결과, 이 유기 EL 소자에 인접한 다른 유기 EL 소자가 발광하였다.

상술한 직류 전압 구동에 있어서의 유기 EL 소자의 초기 성능 데이터로서, 전류밀도: 1.0mA/cm², 휘도: 70cd/m², 발광 효율: 7 cd/A, 색도: (0.180, 0.340)를 얻을 수 있었다. 이 경우의 정공 주입층의 전도율(σ)은 1S/m으로 되어 있고, 본 발명의 전도율(σ) 값의 상한을 넘었기 때문에 화소 선택성이 소실되었다.

실시예 5

[제작 순서]

실시예 1에 있어서의 정공 주입층(14)에 대하여, TPD를 60mm 증착하고, 추가로 실시예 1의 전자 수송층(17)을 CuPc와 Li를 2:0.1(Ω/초)의 비로 공증착시킨 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 제작하였다.

[발광시험]

다음에, 새롭게 선택한 유기 EL 소자만을 펄스 전압(효율비 1/100, 전압 10V, 기본 주파수 60Hz)으로 구동한 결과, 이 유기 EL 소자에만 발광이 보였다. 한편, 이 유기 EL 소자에 인접한 다른 유기 EL 소자 등, 선택한 유기 EL 소자 이외의 발광은 보이지 않았다.

상술한 직류 전압 구동에 있어서의 유기 EL 소자의 초기 성능 데이터로서, 전류밀도: 1.7mA/cm², 휘도: 83cd/m², 발광 효율: 4.9 cd/A, 색도: (0.179, 0.330)를 얻을 수 있었다. 이들로부터, 발광 장치(2)의 유기 EL 소자는 고효율임을 알았다.

실시예 6

[제작 순서]

전자수송층(17)을 Alq(트리스(8-히드록시퀴놀린)알루미늄)과 Cs를 2 : 0.3(Ω/초)의 비로 공증착시킨 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 제조하였다.

[발광시험]

다음에, 새롭게 선택한 유기 EL 소자만을 펄스 전압(효율비 1/100, 전압 10V, 기본 주파수 60Hz)으로 구동한 결과, 이 유기 EL 소자에만 발광이 보였다. 한편, 이 유기 EL 소자에 인접하는 다른 유기 EL 소자 등, 선택한 유기 EL 소자 이외의 발광은 보이지 않았다.

상술한 직류 전압 구동에 있어서의 유기 EL 소자의 초기 성능 데이터로서, 전류밀도: 1.6mA/cm², 휘도: 83cd/m², 발광 효율: 5.2 cd/A, 색도: (0.180, 0.333)를 얻을 수 있었다. 이들로부터, 발광 장치(2)의 유기 EL 소자는 고효율임을 알았다.

이상, 본 발명에 대하여 바람직한 실시형태 및 실시예를 들어 설명하였지만, 본 발명은 이들 실시형태 및 실시예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 개량 및 설계 변경이 가능하다.

예를 들면, 발광 장치로서는, 서로 인접한 양극 사이에, 정공 주입층이 설치되어 있는 것에 한하지 않고, 도 7에 도시되는 바와 같이, 서로 인접하는 양극(12) 사이에, 절연막(18)이 설치되어 있는 것일 수 있다. 이와 같은 구성으로 하면, ITO의 테두리가 절연막(18)으로 보호되기 때문에, 누출을 효율적으로 방지할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.

여기에서, 발광 장치의 유기 EL 소자(1A), (lB) 사이에 형성되는 직류 저항R`은 절연막(18) 상면의 직류 저항(r')과, 절연막(18)의 두 측면의 직류 저항(r)과의 합이고, 직류 저항(r')는 상기 실시예에 있어서의 직류 저항(R)과 같다.

따라서, 직류 저항(R')은 하기의 수학식 10으로 표시된다. 단, 1'은 절연막(18)의 측면에 따라 누출 전류가 흐르는 정공 주입층의 길이이고, d'는 상기 누출 전류가 흐르는 정공 주입층의 두께이다.

R`= R+ 2·r = 1₁/(σd₁d₃)+ 2·1'/(σd₁d`)

이러한 발광 장치에서는 1₁/1'가 20 정도의 값이 되고, d₃/d'가 10 정도의 값이 되며, 직류 저항(R')이 직류 저항(R)과 거의 같아지기 때문에, 서로 인접하는 양극(12) 사이에 절연막(18)이 마련되어 있는 발광 장치에도, 수학식 7 및 수학식 9로 표시된 전도율(σ)의 범위는 그대로 적용할 수 있다.

또한, 정공 주입층의 재료로서는, 전도성 중합체에 한정되지 않고, 무기 반도체일 수 있다. 무기 반도체로 이루어진 정공 주입층을 사용하면, 무기 반도체로의 도펀트의 첨가량을 조절하는 등에 의해, 정공 주입층의 전도율(σ)을 정확하게 설정가능하게 되고, 수학식 7 및 수학식 9로 규정되는 전도율(σ)을 용이하면서 또한 확실하게 설정할 수 있게 된다.

또한, 발광 장치로서는, 이차원 배열된 유기 EL 소자가 단순 매트릭스 구동 가능해짐으로써, 이미지 등도 표시하는 표시 장치가 되는 것에 한정되지 않고, 오디오 제품에 보이는 레벨계와 같이, 단순히 유기 EL 소자가 직선상으로 배열된 것일 수 있고, 예컨대 일체화된 유기층에 다수의 유기 EL 소자가 형성된 것일 수 있다.

이상에서 서술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 다수 마련된 유기 EL 소자 중 선택된 것 이외의 점등을 방지할 수 있고, 저 전압으로 구동하더라도 충분한 휘도를 확보할 수 있으며, 표시 장치로 이용하는 경우에는 콘트라스트를 향상시킬 수 있다.

Claims

다수개의 양극 및 음극이 서로 대향 배치됨과 동시에, 이들 양극 및 음극 사이에 전하 주입층 및 발광층이 형성됨으로써, 다수의 유기 전기 발광 소자(EL 소자)가 단독 발광가능하게 설치되어 있는 발광 장치로써, 상기 유기 EL 소자로부터의 누출 전류가 이 유기 EL 소자로 통하는 전류의 1/100 이하가 되도록 상기 전하 주입층의 전도율(σ)이 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 다수개의 양극 및 음극 각각은, 서로 대향하는 대향면 중 정면하는 부분이 동일 면적의 직사각형이 되고, 상기 전하 주입층의 전도율(σ)이 J₀d₄/10〈σ〈l₁d₂J₀/(100·d₃V₀)(여기서, V₀는 상기 유기 EL 소자에 인가되는 전압이고, J₀는 상기 유기 소자에 흐르는 전류의 전류밀도이고, l₁는 인접하는 상기 유기 EL 소자의 간격이고, d₂는 상기 양극 및 음극의 정면하는 직사각형 부분의 변 중에서 상기 유기 EL 소자의 배열 방향에 따른 변의 치수이고, d₃은 상기 양극의 두께이고, d₄는 상기 양극 및 음극의 간격이다)가 되도록 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 양극으로서, 띠 형상으로 연장하는 다수의 전극이 그 폭 방향으로 배열되고, 상기 음극으로서, 띠 형상으로 연장함과 동시에, 상기 양극과 교차하는 다수의 전극이 그 폭 방향으로 배열되고, 이들 양극 및 음극에 의해, 상기 다수의 유기 EL 소자가 단순 매트릭스 구동 가능하게 되어 있는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 전하 주입층이 정공 주입층(hole injection layer)이고, 유기 화합물과 산화성 도펀트로 이루어진 것인 것을 특징으로 하는 발광 장치.
제 4 항에 있어서,

유기 화합물이 정공 수송성 유닛(hole transporting unit)을 갖고, 이 정공 수송성 유닛이 ① 결합에 의해 정공 수송성 유닛을 서로 연결하여 형성된 중합체 또는 공중합체, 또는 ② 비공액성 중합체와 정공 수송성 저분자의 혼합물로 이루어진 것을 특징으로 하는 발광 장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 전하 주입층이 정공 주입층이고, 유기 화합물과 환원성 도펀트로 이루어진 것을 특징으로 하는 발광장치.
제 6 항에 있어서,

유기 화합물이 전자 수송성 화합물인 것을 특징으로 하는 발광 장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 전하 주입층이 정공 주입층이고, 전도성 중합체로 이루어진 것을 특징으로 하는 발광 장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 전하 주입층이 정공 주입층이고, 무기 반도체를 함유하는 것을 특징으로 하는 발광 장치.