KR100704578B1 - 유기 일렉트로루미네선스 장치와 그 제조 방법 및 전자 기기 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 발광 특성의 고효율화, 및 장수명화를 달성하고, 계조 콘트롤이 용이하게 되는 유기 일렉트로루미네선스 장치, 및 그 유기 일렉트로루미네선스 장치를 구비한 전자 기기를 제공한다.
본 발명은 전극(4,8)간에 형성된 발광 기능부(7R,7G,7B)를 가진 유기 일렉트로루미네선스 장치로서, 발광 기능부(7R,7G,7B)는 복수의 기능층을 구비하고, 그 복수의 기능층은 상분리에 의해서만 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
유기 EL, 유기 EL 장치, 발광 기능부
Description
도 1은 본 발명의 일실시 형태의 방법에 의해 제조된 유기 EL 장치를 나타내는 단면도.
도 2는 도 1의 유기 EL 장치의 제조 공정을 설명하기 위한 단면도.
도 3은 도 1의 유기 EL 장치의 제조 공정을 설명하기 위한 단면도.
도 4는 도 1의 유기 EL 장치의 제조 공정을 설명하기 위한 단면도.
도 5는 도 1의 유기 EL 장치의 제조 공정을 설명하기 위한 단면도.
도 6은 도 1의 유기 EL 장치의 제조 공정을 설명하기 위한 단면도.
도 7은 도 1의 유기 EL 장치의 제조 공정을 설명하기 위한 단면도.
도 8은 도 1의 유기 EL 장치의 제조 공정을 설명하기 위한 단면도.
도 9는 호스트·게스트 기능에 대해서 설명하기 위한 도면.
도 10은 발광 기능부의 상세한 구성을 설명하기 위한 도면.
도 11은 본 발명의 유기 EL장치의 발광 특성을 설명하기 위한 도면.
도 12는 본 발명의 유기 EL 장치를 구비한 전자 기기를 나타내는 사시도.
도 13은 종래의 유기 EL 장치의 발광 특성을 설명하기 위한 도면.
[부호의 설명]
4…양극(전극)
7,7R,7G,7B…발광 기능부
7a…홀 수송층(기능층)
7b…발광층(기능층)
7c…상분리 계면(계면)
8…제1 음극(전극)
9…제2 음극(전극)
본 발명은 유기 일렉트로루미네선스 장치, 및 전자 기기에 관한 것이다.
근년, 액정 디스플레이를 대신하여 자발 발광형 디스플레이로서, 유기물을 사용한 유기 일렉트로루미네선스(이하,「유기 EL」이라 함) 장치의 개발이 가속하고 있다. 이러한 유기 EL 장치의 제조 방법으로는, 저분자를 증착법 등의 기상법으로 형성하는 방법이나, 고분자를 액상법으로 형성하는 방법이 제안되어 있다(예를 들면, 비특허 문헌 1, 2 참조)
또한, 유기 EL 장치의 구조에서는, 발광 효율, 내구성을 향상시키기 위해서, 정공 주입／수송층(이하,「홀 수송층」이라 함)을 양극과 발광층의 사이에 형성하는 경우가 많다. 이러한 홀 수송층 등이나 버퍼층의 형성 방법은 저분자계 재료를 사용하는 경우에는 페닐아민 유도체를 증착으로 형성하는 방법이 제안되어 있고, 또한, 고분자계 재료를 사용하는 경우에는 폴리티오펜 유도체나 폴리아닐린 유도체(예를 들면, 비특허 문헌 3 참조) 등의 도전성 고분자를 스핀 코팅법 등의 도포법에 의해 막을 형성하는 방법이 제안되어 있다.
[비특허 문헌 1] Appl.Phys.Lett.51(12), 21 September 1987, p.913
[비특허 문헌 2] Appl.Phys.Lett.71(1), 7 July 1997, p.34
[비특허 문헌 3] Nature 357, 477 1992
그러나, 상기 배경 기술에 나타낸 유기 EL 장치에서는, 몇가지 문제점을 가지고 있다.
그 적층 구조로는 홀 수송층, 발광층, 전자 수송층이 차례로 적층된 구성이 일반적이며, 또한, 각층에서는 막두께, 막두께 비, 적층 구조가 캐리어 이동도에 의해서 결정되어 있다. 예를 들면, 홀 수송층이면 홀의 캐리어 이동도, 발광층이나 전자 수송층이면 전자의 캐리어 이동도에 의해서 각층의 두께가 결정되어 있고, 홀과 전자를 밸런스 좋게 발광층으로 이동시키도록 행해지고 있다.
그러나, 이러한 구조는 적층시킴으로써 캐리어 이동도의 밸런스를 잡고 있기 때문에, 예를 들면, 홀 수송 재료의 막두께가 두껍게 되는 경우에는 전압을 높게 설정하여, 보다 많은 홀을 수송하지 않으면 발광층에서 발광하지 않고, 또한, 발광 개소가 불균일하게 되는 등의 문제가 있다.
또한, 도 13에 유기 EL 장치의 발광 특성을 나타내도록, 횡축의 구동 전압(V-drive)의 변화량(dv)에 대해서, 종축의 발광 효율(Efficiency)의 변화량(de)이 급준하게 변화하는 특성을 갖고 있다. 구체적으로는 구동 전압을 약간 높게 하는 것만으로 발광 효율이 크게 상승해버리고, 또한, 구동 전압을 약간 낮게 하는 것만으로 발광 효율이 크게 감소해 버리는 특성을 가지고 있다. 이러한 특성은 홀 수송층이나 발광층 등의 각종 발광 기능층의 계면에서, 그 각종 발광 기능층의 재료가 균일한 면접촉 상태로 되어 있기 때문에, 어떠한 소정의 구동 전압량을 올림으로써, 일제히 정공과 전자가 여기되어, 결합하여, 발광해버리기 때문인 것으로 생각되고 있다. 따라서, 유기 EL 장치의 발광 효율의 콘트롤이 어려운 문제가 있다. 또한, 소망한 계조의 휘도로 발광시키기 위해서는, 구동 전압의 변화량(dv)을 미세하게 제어할 수 있는 드라이버 회로 등이 필요하게 되어, 주변 회로가 복잡해지는 문제가 있었다.
본 발명은 상술한 과제를 감안하여 창안된 것으로서, 발광 특성의 고효율화, 및 장수명화를 달성하여, 계조 콘트롤이 용이하게 되는 유기 일렉트로루미네선스 장치, 및 그 유기 일렉트로루미네선스 장치를 구비한 전자 기기를 제공함을 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 이하의 구성을 채용하였다.
본 발명의 유기 EL 장치는 전극간에 형성된 발광 기능부를 가진 유기 EL 장치로서, 상기 발광 기능부는 복수의 기능층을 구비하고, 그 복수의 기능층은 상분리에 의해서만 형성되어 있는 것을 특징으로 하고 있다. 또한, 그 유기 EL 장치에서는, 상기 복수의 기능층에서의 상호의 계면은, 상기 전극과 거의 평행하게 형성 되어 있는 것이 바람직하다.
여기서, 복수의 기능층의 각각은 고분자 재료로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 상기에서 「상분리에 의해서 형성되어 있다」라 함은 복수의 기능층으로 이루어지는 복수의 액체 재료를 혼합하여 얻어진 혼합 액체 재료를 한쪽 전극상에 도포하면, 그 혼합 액체 재료가 전극면과 거의 평행하게 되도록 상분리하여, 상분리 계면이 형성되는 현상을 이용하여, 복수의 기능층이 적층 형성되어 있는 것을 의미한다.
또한, 상기에서「거의 평행」이라 함은 거시적으로 보면 상기 계면과 전극면이 평행으로, 미시적으로 보면 계면 근방에서 복수의 기능층이 서로 요철상으로 들어간 상태로 되어 있는 것을 의미한다. 또한, 미시적으로 보면, 각 기능층 내에서, 그 계면 근방의 각 기능층의 재료가 그 계면으로부터 떨어진 부분보다도, 많이 혼합한 상태로 되어 있다.
이와 같이 하면, 저분자 재료의 적층 구조를 형성한 경우와 비교하여 유효한 효과가 얻어진다.
구체적으로 설명하면, 일반적으로 저분자 재료는 비결정상으로 형성되어, 등방적으로 분자가 구성되어 있기 때문에 그 저분자 재료에서는 등방적으로 캐리어 이동도가 동일하게 되어 있다. 또한, 캐리어 이동도가 양호하게 밸런스를 이루도록, 적층 구조를 구성하는 각층막의 막두께가 결정되어 있었다. 그 저분자 재료를 적층 형성하기 위해서는 증착법이 일반적으로 사용되고 있지만, 그 증착법에 의해 서 형성된 적층막의 계면은 각층막의 재료가 섞이지 않고 균일한 면접촉 상태로 되어 있다. 따라서, 이러한 적층 구조에서는, 적층에 의해서 캐리어 이동도의 밸런스를 취하고 있기 때문에, 예를 들면, 홀 수송 재료의 막두께가 두껍게 되는 경우에는 전압을 높게 설정하여, 보다 많이 홀을 수송하지 않으면 발광층에서 발광하지 않고, 또한, 발광 개소가 불균일하게 되었다. 또한, 각층막의 계면이 균일한 접합면이기 때문에, 구동 전압량이 약간 상승함에 의해, 일제히 정공과 전자가 여기되어, 결합하여, 발광하고 있었다.
이것에 대해서, 본 발명에서는 고분자 재료로 이루어지는 기능층이 상분리함으로써 상분리 계면이 형성되고, 또한 그 상분리 계면과 전극이 거시적으로 거의 평행하게 되어 있고, 또한, 미시적으로 복수의 기능층의 재료가 서로 요철상으로 들어간 상태, 또한, 각 기능층내에서, 그 상분리 계면 근방의 각 기능층의 재료가 그 상분리 계면으로부터 떨어진 부분보다도, 많이 혼합한 상태로 되어 있다.
따라서, 기능층의 계면이 요철상으로 들어간 상태이므로, 각 기능층 간의 접촉 면적이 커져서, 전자와 정공의 재결합 사이트가 넓어진다. 그래서, 이 재결합 사이트는 전극으로부터 떨어진 부분에 존재하므로, 결과로서 발광하는 사이트가 넓어진다. 즉, 발광 효율의 향상이나, 발광 기능부의 장수명화를 달성할 수 있다.
또한, 상분리 계면이 균일하지 않고, 요철상이므로, 어떤 소정의 구동 전압량을 올려도 일제히 정공과 전자가 여기, 결합하지 않으므로, 발광광의 강도가 급준하게 상승하지 않는다. 따라서, 구동 전압량에 따라 휘도를 완만히 상승시킬 수 있으므로, 유기 EL 장치의 발광 효율의 콘트롤이나, 저휘도의 계조 콘트롤을 용이 하게 행할 수 있다. 또한, 구동 전압의 변화량을 미세하게 제어하기 위해서 복잡한 주변 회로가 불필요하게 되는 이점이 있다.
또한, 상기 유기 EL 장치에서는, 상기 전극의 표면측에 위치하는 기능층은 1재료를 주성분으로서 구비하고, 그 1재료는 그 기능층에서의 구성 성분의 80용량％ 이상을 점하는 것이 바람직하다.
여기서, 전극의 표면측에 위치하는 기능층의 구성 성분에 대해서 상술하면, 1재료가 80용량％ 이상을 점하고, 상분리 계면을 거쳐서 접하는 기능층의 재료가 20용량％ 미만을 점하고 있음을 의미한다.
이와 같이 하면, 상기의 기능층 내에 1재료만 존재하는 것은 아니며, 1재료를 주성분으로서 존재하는 동시에, 상분리 계면을 거쳐서 접하는 기능층의 재료가 부성분으로서 존재하므로, 전자와 정공의 재결합 사이트가 더욱 넓어져, 그 재결합 사이트는 전극으로부터 떨어진 부분에 존재하므로, 결과적으로 발광하는 사이트가 넓어진다. 즉, 발광 효율의 향상, 및 발광 기능부의 장수명화를 촉진시킬 수 있다.
또한, 상기 유기 EL 장치에서는, 상기 복수의 기능층의 하나는 홀 수송 재료를 가진 홀 수송층이고, 또한, 상기 복수의 기능층의 하나는 발광 재료를 가진 발광층으로서, 상기 홀 수송 재료는 상기 발광 재료를 게스트로 하는 호스트 기능을 가지고 있는 것이 바람직하다.
여기서 말하는「홀 수송 재료는 발광 재료를 게스트로 하는 호스트 기능을 가지고 있다」라 함은, 홀 수송 재료의 발광 스펙트럼(발광 에너지)의 분포와, 발 광 재료의 흡수 스펙트럼(흡수 에너지)의 분포의 중첩이 큰 것을 의미하고 있다.
이와 같이, 호스트·게스트의 관계를 성립시킴으로써, 에너지 이동이 효율적으로 행해지므로, 먼저 기재한 유기 EL 장치와 마찬가지로, 발광 효율의 향상, 및 장수명화를 촉진시킬 수 있다.
또한, 본 발명에서 「홀 수송층」은 홀 주입성을 가진「홀 주입층」으로서의 의미도 포함한다.
또한, 본 발명의 전자 기기는 상술한 유기 EL 장치를 구비한 것을 특징으로 한다. 이것에 의해, 장수명으로 또한 밝은 표시가 가능한 전자 기기를 제공할 수 있다.
[발명을 실시하기 위한 최량의 형태]
이하, 본 발명의 실시 형태에 대해서 설명한다.
도 1∼도 10을 사용하여, 본 발명의 일실시 형태에 상당하는 유기 EL 장치의 제조 방법을 설명한다. 또한, 각 도면에서, 각 층이나 각 부재를 도면상에 인식가능한 정도의 크기로 하기 위해, 각 층이나 각 부재마다 축척을 달리하고 있다.
여기서 제조하는 유기 EL 장치는 칼라 유기 EL 장치이며, 그 단면도를 도 1에 나타내는 바와 같이, 적색 발광 기능부(7R), 녹색 발광 기능부(7G), 및 청색 발광 기능부(7B)를, 각각 화소로서 다수개, 소정 배치로 기판면내에 구비하고 있다.
우선, 도 2에 나타내는 바와 같이, 유리 기판(1) 상에, 각 화소의 박막 트랜지스터(2)를 형성한 뒤, 절연층(3)을 형성하였다. 다음에, 이 절연층(3)에, 각 화소용의 박막 트랜지스터(2)와 양극(화소 전극, 전극)(4)을 접속하기 위한 배선(24) 을 형성하였다. 다음에, 각 화소 위치에 대한 ITO(In2O3－SnO2)으로 이루어지는 양극(4)의 형성을, 통상의 ITO 박막 형성 공정, 포토리소그래피 공정, 및 에칭 공정을 사용하여 행하였다. 이것에 의해, 배선(24)이 형성된 후의 유리 기판(1)상의 각 화소 위치에, ITO로 이루어지는 양극(4)이 형성되었다.
다음에, 이 유리 기판(1) 상에, 각 발광 영역에 대응시킨 개구부(51a)를 가진 산화 실리콘제의 제1 격벽(51)을 통상의 산화실리콘 박막 형성 공정, 포토리소그래피 공정 및 에칭 공정에 의해 형성하였다. 도 2는 이 상태를 나타낸다. 제1 격벽(51)은 개구부(51a)의 주연부가 양극(4)의 외연부에 겹치도록 형성되어 있다.
다음에, 도 3에 나타내는 바와 같이, 제1 격벽(51) 상에, 각 발광 영역에 대응시킨 개구부(52a)를 가진 제2 격벽(52)을 형성하였다. 이 제2 격벽(52)은 폴리아미드 수지제로 하고, 폴리아미드 수지를 함유하는 용액의 도포 공정, 도포된 막의 건조 공정, 포토리소그래피 공정, 및 에칭 공정에 의해 형성하였다.
제2 격벽(52)의 개구부(52a)는 기판면에 직각인 단면이, 유리 기판(1)측에서 작게 유리 기판(1)으로부터 떨어진 측으로 향하여 크게 되는 테이퍼상으로 형성되어 있다. 또한, 제2 격벽(52)의 개구부(52a)의 개구 면적은 가장 유리 기판(1)측의 위치에서도, 제1 격벽(51)의 개구부(51a)보다 크다. 이것에 의해, 2단 구조의 개구부(5)를 가진 격벽이 형성되었다.
또한, 제1 격벽(51)의 개구부(51a)에 의해 각 화소 마다 발광 영역이 정밀하게 제어된다. 또한, 제2 격벽(52)은 개구부(5)의 깊이를 확보하기 위해서 소정 두 께로, 또한, 적하된 용액이 격벽(52) 상면에 놓여진 경우에도 개구부(5)내로 들어가기 쉽게 하기 위해서 테이퍼상으로 형성되어 있다.
다음에, 도 4에 나타내는 바와 같이, 각 개구부(5)내에 발광 기능부 형성 재료(61)를 도포 형성한다.
여기서, 그 발광부 형성 재료(61)의 도포 방법으로는 공지의 액상법(웨트 프로세스, 습식 도포법)이 채용되고, 예를 들면, 잉크젯(액적 토출)법, 스핀 코팅법, 슬릿 코팅법, 딥 코팅법, 스프레이 성막법, 인쇄법 등이 사용된다. 이러한 액상법은 고분자 재료를 성막하기에는 적합한 방법이며, 기상법과 비교하여 진공 장치 등의 고가의 설비를 사용하지 않고 염가로 유기 EL 장치를 제조할 수 있다.
본 실시 형태에서는 스핀 코팅법을 사용하는 것이 바람직하다. 이와 같이 액상법을 사용함으로써, 발광 기능부 형성 재료(61)가 각 개구부(5)내의 각 화소 전극(4)상에 형성된다.
(발광 기능부 형성 재료)
여기서, 발광 기능부 형성 재료에 대해서 상술한다.
발광 기능부 형성 재료는 본 발명의 발광 기능부에 상당하는 부위를 형성하기 위한 재료이며, 또한, 홀 수송층(기능층)을 형성하기 위한 홀 수송 재료와, 발광층(기능층)을 형성하기 위한 발광 재료가 혼합되어, 용매에 용해된 것이다.
다음에, 홀 수송 재료, 발광 재료, 및 용매의 구체적인 예에 대해서 설명한다.
우선, 홀 수송 재료로는, 트리페닐아민을 골격으로서 갖는 고분자 재료를 채 용하는 것이 바람직하고, 본 실시 형태에서는 이하에 화합물 1로서 나타내는 ADS사제 ADS254BE를 채용하고 있다.
또한, 발광 재료로는, 이하에 화합물 2∼6으로서 나타내는 폴리비닐카바졸, 폴리플루오렌계 고분자 유도체, (폴리)파라페닐렌비닐렌 유도체, 폴리페닐렌 유도체, 폴리티오펜 유도체, 페릴렌계 색소, 쿠마린계 색소, 로다민계 색소, 또는 상기 고분자에 유기 EL 재료를 도프한 것을 사용할 수 있다. 도프하는 물질로는, 예를 들면, 루브렌, 페릴렌, 9,10-디페닐안트라센, 테트라페닐부타디엔, 나일레드, 쿠마린 6, 퀴나크리돈 등을 들 수 있다.
이러한 홀 수송 재료 및 발광 재료로 이루어지는 고분자 재료의 분자량은 20만 이하인 것이 바람직하고, 특히 10만 이하인 것이 바람직하다.
또한, 적색 발광 재료로는 예를 들면 MEH－PPV(폴리(메톡시(2에틸)헥실옥시-파라페닐렌비닐렌)을, 청색 발광 재료로는 예를 들면 폴리디옥틸플루오렌을, 녹색 발광 재료로는 예를 들면 PPV(paraphenylenevinylene)를 사용할 수 있다.
또한, 상기의 홀 수송 재료와 발광 재료를 용해시키는 용매로는, 크실렌을 채용하는 것이 바람직하다. 또한, 크실렌 이외의 용매를 채용해도 좋고, 예를 들면, 시클로헥실벤젠, 디하이드로벤조푸란, 트리메틸벤젠, 테트라메틸벤젠 등을 사용할 수 있다.
또한, 이러한 발광 기능부 형성 재료에서는, 홀 수송층과 발광층이 상분리(후술)에 의해서 형성되기 때문에, 홀 수송 재료에 대해서 분자량의 저감화가 행해지고 있다. 분자량의 저감화를 행하는 방법으로는, 고압 호모게나이저 방식이나 초음파 방식 등이 사용된다. 본 실시 형태에서는, 고압 호모게나이저 방식에 대해 서 설명한다.
(고압식 호모게나이저 방식)
고압식 호모게나이저 방식은 유로 간격 조정이 가능한 호모 밸브를 구비한 고압 펌프를 사용함으로써 행해진다. 그 방식에 대해서 개략 설명하면, 고압 펌프가 처리 대상물(홀 수송 재료)에 대해서 높은 균질 압력을 가한 상태로, 호모 밸브가 처리 대상물의 흐름을 조여, 이것을 미세한 극간으로부터 분출함으로써, 처리 대상물의 균질화가 행해지도록 되어 있다. 이렇게 처리 대상물의 균질화를 행함으로써, (1)초고속의 유동에 수반하는 전단 작용, (2)블레이커링에 격돌하여 일어나는 미세화 작용, (3)고압으로부터 저압으로 감압시킬 때에 호모 밸브의 극간에서 가속시켜 초고속 유체에 의해 생기는 캐비테이션 현상, (4)처리 대상물의 흐름의 급격한 가속감소에 의한 파괴 작용의 각각의 작용·효과가 얻어진다.
또한, 고압식 호모게나이저 방식을 행하기 위한 장치로는, 미와기까이제의 L－01을 사용할 수 있다. 다음에, 구체적인 예에 대해서 설명하면, 우선, 압력 상승까지는 크실렌을 사용하여, 압력이 150MPa(±20MPa)까지 이른 후에 처리 대상물을 투입한다. 약 50㎖의 처리 대상물을 투입한 뒤, 150MPa에서 약 25㎖ 회수하고, 더 연속하여 100MPa(±20MPa)로 조정하여 나머지 처리 대상물 25㎖를 회수한다.
각각의 패스 회수는 1회이다.
이러한 고압 호모게나이저 방식을 사용함으로써, 홀 수송 재료의 분자량은 약 1만 정도까지 저하시킬 수 있게 되고, 그 홀 수송 재료는 발광 재료와 혼합시켜 도포했을 때에 적합하고 용이하게 상분리가 일어나게 된다.
또한, 홀 수송 재료와 발광 재료는 그 혼합비가 중량비 1：2로 되도록, 발광 기능부 형성 재료에 배합되어 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 홀 수송 재료는 발광 재료를 게스트로 하는 호스트 기능을 가지고 있는 것이 바람직하다.
여기서, 도 9를 참조하여, 홀 수송 재료와 발광 재료 사이에서의 호스트·게스트 기능에 대해서 설명한다. 그 도면에서, 부호 HTL로 나타내는 실선은 홀 수송 재료의 발광 스펙트럼의 분포를, 부호 EML로 나타내는 파선은 발광 재료의 발광 스펙트럼의 분포를 각각 나타내는 것이다.
도 9에 나타내는 바와 같이, 「홀 수송 재료는 발광 재료를 게스트로 하는 호스트 기능을 가지고 있다」라 함은 홀 수송 재료의 발광 스펙트럼 HTL의 분포와, 발광 재료의 흡수 스펙트럼 EML의 분포의 중첩이 큰 것을 의미한다.
다시, 도 5로 돌아가, 유기 EL 장치의 제조 방법에 대해서, 계속 설명한다.
도 5는 도 4에서 발광 기능부 형성 재료를 도포 형성한 뒤에, 그 발광 기능부 형성 재료에 함유된 용매가 완전히 증발한 상태를 나타내는 도면이다. 그 도면에 나타내는 바와 같이 각 화소 전극(4) 상에 각색의 발광 기능부(7R,7G,7B)가 형성된다.
여기서, 도 10을 참조하여 발광 기능부(7)의 상세한 구성에 대해서 설명한다. 도 10(a)은 발광 기능부(7)의 요부를 거시적으로 본 단면도, 도 10(b)은 발광 기능부(7)의 요부를 미시적으로 본 단면도이다.
도 10(a)에 나타내는 바와 같이, 발광 기능부(7)(7R,7G,7B)는 양극(4)상에 형성되어, 양극(4)측에 홀 수송층(기능층)(7a)이 배치되고, 그 홀 수송층(7a)상에 발광층(기능층)(7b)이 배치되어 있다. 그 홀 수송층(7a) 및 발광층(7b)은 상기의 발광 기능부 형성 재료가 도포 형성되었을 때에 상분리가 생겨, 상분리 계면(7c)에 의해서 분리 배치된 것이다. 그 상분리 계면(7c)은 양극면과 거의 평행하게 형성되어 있다.
또한, 도 10(b)에 나타내는 바와 같이 상분리 계면(7c)을 미시적으로 보면, 홀 수송층(7a) 및 발광층(7b)이 서로 요철상으로 들어간 상태로 되어 있다. 또한, 홀 수송층(7a) 및 발광층(7b)에서의 각층에서, 상분리 계면(7c) 근방에서는, 각 기능층의 재료가 그 상분리 계면(7c)으로부터 떨어진 부분보다도, 많이 혼합된 상태로 되어 있다. 홀 수송층(7a)을 예로 들어 구체적으로 설명하면, 예를 들면 홀 수송층(7a)내에서의 상분리 계면(7c) 근방에서는 홀 수송 재료와 발광 재료가 비교적 많이 혼합되어 있는데 대해, 상분리 계면(7c)으로부터 떨어진 양극(4) 근방에서는, 홀 수송 재료와 발광 재료가 거의 혼합되어 있지 않은 상태로 되어 있다. 또한, 이것과 마찬가지로, 발광층(7b)내에서의 상분리 계면(7c) 근방에서는 홀 수송 재료와 발광 재료가 비교적 많이 혼합되어 있는데 대해, 상분리 계면(7c)으로부터 떨어진 발광층(7b)의 상부(후술의 제1 음극측)에서는, 홀 수송 재료와 발광 재료가 거의 혼합되어 있지 않은 상태로 되어 있다.
또한, 홀 수송층(7a)을 구성하는 재료의 성분비에 대해서 설명하면, 홀 수송 재료가 그 80용량％ 이상을 점하고, 발광 재료가 나머지 20용량％ 미만을 점하고 있다. 또한, 발광층(7b)을 구성하는 재료의 성분비에 대해서 설명하면, 발광 재료 가 그 80용량％이상을 점하고, 홀 수송 재료가 나머지 20용량％ 미만을 점하고 있다.
다시, 도 6으로 돌아가, 유기 EL 장치의 제조 방법에 대해서, 계속 설명한다.
도 6에 나타내는 바와 같이, 각 개구부(5)의 바로 위로부터 각색의 발광 기능부(7R,7G,7B)를 향하여, 이테르븀(Yb)의 초미립자(평균 입경：1nm이상 100nm이하)의 분산액(80)을 잉크젯(액체방울 토출)법에 의해 적하한다. 도 8의 부호 100은 잉크젯 헤드를 나타낸다. 이것에 의해, 각 발광 기능부(7R,7G,7B)상에 상기 분산액로 이루어지는 액적(81)이 형성된다.
잉크젯법이라 함은 소위 잉크젯 프린터로 잘 알려져 있는 칼라 인쇄 기술이며, 각종 재료를 액상화시킨 재료 잉크의 액적을, 잉크젯 헤드로부터 투명 기판상에 토출하여, 정착시키는 것이다. 액적 토출법에 의하면, 미세한 영역에 재료 잉크의 액적을 정확히 토출할 수 있으므로, 포토리소그래피를 행하지 않고, 소망한 착색 영역에 직접 재료 잉크를 정착시킬 수 있다. 따라서, 재료의 낭비도 발생하지 않고, 제조 비용의 저감도 도모되어, 매우 합리적인 방법으로 된다.
이테르븀(Yb)의 초미립자는, 가스 중 증발법에 의해 이하 방법(용매 트랩법)으로 얻을 수 있다. 헬륨 압력 0.5Torr의 조건 하에서 이테르븀을 증발시켜, 생성 과정의 이테르븀 초미립자에 트리데칸의 증기를 접촉시켜 냉각한다. 이것에 의해, 이테르븀 초미립자가 트리데칸에 분산한 분산액을 얻을 수 있다. 이 분산액을 상기 분산액(80)으로서 사용할 수 있다.
다음에, 건조 공정을 행함으로써, 액적(81)으로부터 용매를 증발시켰다. 이 건조 공정은, 예를 들면, 불활성 가스 분위기에서 150℃로 유지함에 의해 행할 수 있다. 이것에 의해, 도 7에 나타내는 바와 같이, 각 발광 기능부(7R,7G,7B) 상에 이테르븀으로 이루어지는 음극층(제1 음극, 전극)(8)이 형성된다.
다음에, 도 8에 나타내는 바와 같이, 도 7의 상태의 기판(1) 상면 전체에, 도전성 미립자의 분산액(90)을 잉크젯법에 의해 적하하였다. 이 분산액(90)으로는, 금 또는 은으로 이루어지는 미립자를 함유하는 분산액을 사용할 수 있다. 구체적으로는, 신쿠야킨(주)제의「퍼펙트 골드(상품명)」, 질산은 수용액에 구연산나트륨 수용액을 첨가하여 얻어지는 은 초미립자 분산액을 들 수 있다. 도 8의 부호 100은 잉크젯 헤드를 나타낸다. 이것에 의해, 각 개구부(5)내의 제1 음극층(8)상과, 제2 격벽(52) 상에 상기 분산액으로 이루어지는 액상층(91)이 형성된다.
다음에, 건조 공정을 행함으로써 액상층(91)으로부터 용매를 증발시켰다. 이것에 의해, 도 1에 나타내는 바와 같이, 기판(1)상의 전면(즉, 화소 영역내에 상당하는 개구부(5)내의 제1 음극(8)상과 제2 격벽(52)상)에 제2 음극(전극)(9)이 형성된다.
다음에, 기판(1)의 상면 전체와, 기판면의 주연 위치에 있는 제2 격벽(52)의 외측면에, 에폭시 수지계 접착제를 소정 두께로 도포하고, 그 위에 유리판을 올려놓은 상태로 이 접착제를 경화시켰다. 즉, 제2 음극(9)의 상면 전체를 에폭시 수지계 접착제로 덮었다. 이와 같이 하여 밀봉재와 유리판에 의한 밀봉을 행함으로써, 유기 EL 장치가 완성된다.
또한, 구동 회로 등을 가진 본체에 그 유기 EL 장치를 부착함으로써, 유기 EL 장치를 구비한 유기 EL 표시 패널이 완성된다.
다음에, 상술한 유기 EL 장치의 발광 특성에 대해서 도 11을 참조하여 설명한다.
도 11은 유기 EL 장치의 발광 특성의 실험 결과를 나타내는 도면으로서, 횡축에 구동 전압(V-drive), 종축에 발광 효율(Efficiency)을 각각 나타내고 있다. 이 도면에서, 부호 A로 나타내는 곡선은 상술한 홀 수송층(7a)과 발광층(7b)을 상분리 계면(7c)을 거쳐서 상분리시켜 형성한 유기 EL 장치(이하, 상분리 구조(A)라 함)의 발광 특성을 나타내고 있고, 부호 B로 나타내는 곡선은 홀 수송 재료와 발광 재료를 종래 기술과 동일하게 적층 구조로 형성한 유기 EL 장치(이하, 종래 구조(B)라 함)의 발광 특성을 나타내고 있다.
도 11에 나타내는 바와 같이, 종래 구조(B)에서는 구동 전압의 변화량(dv)에 대해서 발광 효율의 변화량(de)이 급준하게 변화한다는 특성을 갖고 있다. 구체적으로는, 구동 전압을 약간 높게 한 것만으로 발광 효율이 크게 상승해버리고, 또한, 구동 전압을 약간 낮게 한 것만으로 발광 효율이 크게 감소해 버리는 특성을 가지고 있다.
이것에 대해서, 상분리 구조(A)는 종래 구조(B)의 특성 곡선보다도 완만한 곡선이며, 그 상분리 구조(A)에서는, 상기의 변화량(dv)보다도 전압폭이 큰 변화량(dv＇)에 의해서 발광 효율의 변화량(de)이 얻어짐이 명백하다. 따라서, 상분리 구조(A)에서는 구동 전압을 고정밀도 또한 고분해능으로 공급하지 않고, 발광 효율 을 변화시킬 수 있게 되어, 저휘도의 계조 콘트롤을 용이하게 행할 수 있음이 명백하다.
또한, 상분리 구조(A)의 최대 발광 효율이 종래 구조(B)보다도 높다(도면 중 Y부 참조)는 결과가 얻어졌다. 또한, 고전압에서는, 상분리 구조(A)에서의 발광 효율의 저하의 정도가 적어, 발광 위치의 넓어짐을 시사하는 결과로 되었다.
상술한 바와 같이, 본 실시 형태의 유기 EL 장치에서는, 상분리 계면(7c)을 거침으로써 홀 수송층(7a)과 발광층(7b)이 형성되어 있으므로, 홀 수송층(7a)과 발광층(7b) 사이의 접촉 면적이 커짐으로써, 전자와 정공의 재결합 사이트가 넓어지고, 또한, 이 재결합 사이트는 전극으로부터 떨어진 부분에 존재하므로, 결과적으로 발광하는 사이트가 넓어진다. 즉, 발광 효율의 향상이나, 발광 기능부의 장수명화를 달성할 수 있다.
또한, 상분리 계면(7c)은 균일한 평면이 아니라, 요철상이므로, 어떤 소정의 구동 전압량을 올려도 일제히 정공과 전자가 여기, 결합하지 않아, 발광광의 강도가 급준하게 상승하지 않는다. 따라서, 구동 전압량에 따라 휘도를 완만하게 상승시킬 수 있으므로, 유기 EL 장치의 발광 효율의 콘트롤이나, 저휘도의 계조 콘트롤을 용이하게 행할 수 있다. 또한, 구동 전압의 변화량을 미세하게 제어하기 위한 복잡한 주변 회로가 불필요해지는 이점이 있다.
또한, 상술한 유기 EL 장치에서는, 양극(4)의 표면측에 위치하는 홀 수송층(7a)은 홀 수송 재료를 주성분으로서 80용량％ 이상의 구성 성분을 점하고 있다. 또한, 제1 음극(8)측에 위치하는 발광층(7b)은 발광 재료를 주성분으로서 80용량％ 이상의 구성 성분을 점하고 있다.
따라서, 각층내에서 1재료만이 존재하는 것이 아니라, 1재료가 주성분으로서 존재하는 동시에, 상분리 계면을 거쳐서 접하는 층의 재료가 부성분으로서 존재하므로, 전자와 정공의 재결합 사이트가 더욱 넓어지고, 그 재결합 사이트는 전극으로부터 떨어진 부분에 존재하므로, 결과적으로 발광하는 사이트가 넓어진다. 즉, 발광 효율의 향상, 및 발광 기능부의 장수명화를 촉진시킬 수 있다.
또한, 상술한 유기 EL 장치에서는, 홀 수송층(7a)은 발광 재료를 게스트로 하는 호스트 기능을 가지고 있으므로, 홀 수송 재료의 발광 스펙트럼의 분포와, 발광 재료의 흡수 스펙트럼의 분포의 중첩이 커지게 되어, 호스트·게스트의 관계를 성립시킴으로써, 에너지 이동이 효율적으로 행해져, 발광 효율의 향상과, 장수명화를 더욱 촉진시킬 수 있다.
또한, 액상법을 사용하여 발광 기능부(7)를 형성하므로, 포토리소그래피 공정이 불필요해진다. 따라서, 제조 비용의 저감이 도모되어, 매우 합리적인 방법으로 되어, 염가로 또한 정확히 발광 기능부(7)를 형성할 수 있다.
또한, 잉크젯법을 사용함에 의하여 제1 음극(8) 및 제2 음극(9)이 형성되어 있으므로, 발광 기능부(7), 제1 음극(8), 및 제2 음극(9)을 모두 액상법으로 형성할 수 있게 된다.
따라서, 진공 장치 등의 고가의 설비가 불필요해지고, 생산 공정의 간소화를 달성하여, 염가로 유기 EL 장치를 제조할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는 홀 수송 재료와 발광 재료를 혼합시킨 발광 기능 부 형성 재료를 사용함으로써, 상분리 계면(7c)을 거쳐서 홀 수송층(7a)과 발광층(7b)이 형성된 구성으로 되어 있지만, 그 발광 기능부 형성 재료에 전자 주입 재료를 더 혼합시켜도 좋다.
이와 같이 전자 주입 재료가 더 혼합된 발광 기능부 형성 재료를 사용하여 발광 기능부를 형성한 경우에는, 홀 수송층(7a)과 발광층(7b) 사이에 제1 상분리 계면(7c)이 형성되고, 발광층(7b)과 전자 수송층 사이에 제2 상분리 계면이 형성된 구성으로 된다.
이러한 구성에서는, 홀 수송성을 향상시킬 뿐만 아니라, 전자 주입성을 향상시킨 유기 EL 장치로 된다.
(전자 기기)
다음에, 본 발명의 유기 EL 장치를 구비한 각종 전자 기기에 대해서, 도 12를 참조하여 설명한다.
도 12(a)는 휴대 전화의 일례를 나타낸 사시도이다. 도 12(a)에서, 부호 600은 휴대 전화 본체를 나타내고, 부호 601은 상기 유기 EL 장치를 사용한 표시부를 나타내고 있다.
도 12(b)는 워드프로세서, 퍼스널 컴퓨터 등의 휴대형 정보 처리 장치의 일례를 나타낸 사시도이다. 도 12(b)에서, 부호 700은 정보 처리 장치, 부호 701은 키보드 등의 입력부, 부호 703은 정보 처리 장치 본체, 부호 702는 상기 유기 EL 장치를 사용한 표시부를 나타내고 있다.
도 12(c)는 손목시계형 전자 기기의 일례를 나타낸 사시도이다. 도 12(c)에 서, 부호 800은 시계 본체를 나타내고, 부호 801은 상기 유기 EL 장치를 사용한 표시부를 나타내고 있다.
도 12(a)∼(c)에 나타내는 각각의 전자 기기는, 상기 실시 형태의 방법으로 제조한 유기 EL 장치를 표시부로서 구비한 것이며, 상기 실시 형태의 유기 EL 장치의 제조 방법의 특징을 갖는다. 그 때문에, 이들 전자 기기의 제조 방법이 용이해진다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 이테르븀 초미립자의 분산액을 사용하여 액상 공정에 의해 이테르븀으로 이루어지는 음극층을 형성하고 있다. 본 발명의 방법은 이와 같이 희토류 원소의 초미립자의 분산액을 사용하는 방법에 한정되지 않고, 예를 들면, 희토류 원소의 착체를 함유하는 액체를 잉크젯법 등에 의해 적하한 뒤, 착체의 배위자를 제거하는 처리를 행하는 방법도 포함된다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 유기 EL 장치에 대해서 설명하고 있지만, 표시 장치 이외의 유기 EL 장치, 예를 들면, 광원 등에도 적용할 수 있다. 또한, 유기 EL 장치의 음극 이외의 구성 부재를 이루는 재료 등에 대해서는, 종래부터 공지의 것을 사용할 수 있다.
본 발명에 의하면, 발광 특성의 고효율화, 및 장수명화를 달성하고, 계조 콘트롤이 용이하게 되는 유기 일렉트로루미네선스 장치, 및 그 유기 일렉트로루미네선스 장치를 구비한 전자 기기를 제공할 수 있게 된다.
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- 제 1 전극과,상기 제 1 전극에 대향하는 제 2 전극과,상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 형성된 홀 수송층과,상기 홀 수송층과 상기 제 2 전극 사이에 형성된 발광층을 갖고,상기 홀 수송층이 홀 수송재료와 발광재료를 포함하고, 상기 홀 수송층에서의 상기 홀 수송재료의 비율이 80%이상이고,상기 발광층이 상기 홀 수송재료와 상기 발광재료를 포함하고, 상기 발광층에서의 상기 발광재료의 비율이 80%이상이고,상기 제 1 전극이 ITO를 포함하고, 상기 홀 수송재료가 아민 골격을 갖는 고분자 재료를 포함하고, 상기 발광 재료가 플루오렌계 고분자 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 일렉트로루미네선스 장치.
- 제 6 항에 있어서,상기 홀 수송층과 상기 발광층이 상분리 계면에서 분리되어 있는 것을 특징으로 하는 일렉트로루미네선스 장치.
- 제 6 항에 있어서,상기 발광층과 상기 제 2 전극 사이에 형성된 전자 주입층을 갖고, 상기 전자 주입층이 전자 주입 재료와 상기 발광 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 일렉트로루미네선스 장치.
- 제 6 항에 있어서,상기 홀 수송층과 상기 발광층을 둘러싸는 격벽을 갖는 것을 특징으로 하는 유기 일렉트로루미네선스 장치.
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- 제 6 항에 있어서,상기 제 2 전극이 이테르븀을 함유하는 것을 특징으로 하는 유기 일렉트로루미네선스 장치.
- 제 6 항 또는 제 7 항에 기재된 유기 일렉트로루미네선스 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 기기.
- ITO를 포함하는 제 1 전극 위에, 아민 골격을 갖는 고분자 재료를 포함하는 홀 수송재료와, 플루오렌계 고분자 재료를 포함하는 발광 재료를 용매에 용해시킨 발광 기능부 형성 재료를 도포하는 제 1 공정과,상기 용매를 제거함으로써 상기 제 1 전극 위에 홀 수송층을 상기 홀 수송층 위에 상분리계면을 통해서 발광층을 각각 형성하는 제 2 공정을 구비하고,상기 홀 수송층이 상기 홀 수송재료와 상기 발광 재료를 포함하고, 상기 홀 수송층에서의 상기 홀 수송재료의 비율이 80%이상이고, 상기 발광층이 상기 홀 수송재료와 상기 발광 재료를 포함하고, 상기 발광층에서의 상기 발광 재료의 비율이 80%이상인 것을 특징으로 하는 유기 일렉트로루미네선스 장치의 제조 방법.
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Payment date: 20140319 Start annual number: 8 End annual number: 8 |
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| PC1903 | Unpaid annual fee |
Termination category: Default of registration fee Termination date: 20170309 |