ＯＬＥＤ素子
【課題】素子の発光効率及び素子の寿命を向上させたＯＬＥＤ素子を提供する。
【解決手段】本発明は、ＯＬＥＤ素子に関する。本発明によるＯＬＥＤ素子は、基板と、前記基板上に形成されたアノードと、前記アノード上に形成された第１有機薄膜層と、前記第１有機薄膜層上に形成された有機発光層と、前記有機発光層上に形成された第２有機薄膜層と、前記第２有機薄膜層上に形成されたカソードと、を含み、前記第１有機薄膜層及び前記第２有機薄膜層は、各々単層または多層で構成され、第１有機薄膜層または第２有機薄膜層の少なくとも一部が絶縁体でドーピングまたは積層される。本発明によるＯＬＥＤ素子は、有機薄膜層に絶縁体をドーピングしたり積層することによって、電荷の均衡された注入を通じて発光効率を増加させ、且つ耐久性に優れた長寿命の素子を提供する。
【解決手段】本発明は、ＯＬＥＤ素子に関する。本発明によるＯＬＥＤ素子は、基板と、前記基板上に形成されたアノードと、前記アノード上に形成された第１有機薄膜層と、前記第１有機薄膜層上に形成された有機発光層と、前記有機発光層上に形成された第２有機薄膜層と、前記第２有機薄膜層上に形成されたカソードと、を含み、前記第１有機薄膜層及び前記第２有機薄膜層は、各々単層または多層で構成され、第１有機薄膜層または第２有機薄膜層の少なくとも一部が絶縁体でドーピングまたは積層される。本発明によるＯＬＥＤ素子は、有機薄膜層に絶縁体をドーピングしたり積層することによって、電荷の均衡された注入を通じて発光効率を増加させ、且つ耐久性に優れた長寿命の素子を提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＯＬＥＤ（Organic light Emitting diode）素子に関する。より詳細には、アノードと発光層との間及び発光層とカソードとの間に形成される有機薄膜層の少なくとも一部を絶縁体でドーピングまたは積層し、均衡された電子注入と正孔注入を通じて内部効率を増加させ、且つ耐久性に優れた長寿命を有するＯＬＥＤ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のＯＬＥＤ素子は、発光層がアノードとカソードとの間に積層されていて、アノードと発光層との間に第１有機薄膜層が積層され且つ発光層とカソードとの間に第２有機薄膜層が積層されている構造となっており、外部から電気を印加する場合、アノードから正孔が第１有機薄膜層を介して発光層に輸送され、カソードでは、電子が第２有機薄膜層を介して発光層に輸送され、発光層でエキシトンを形成した後、励起状態から基底状態に転移しながら光を放出する。
【０００３】
図１は、従来の一般的なＯＬＥＤ素子構造を示す断面図である。
図１は、基板１０上にアノード２０、第１有機薄膜層Ａ、発光層（Emission Layer、ＥＭＬ）５０、第２有機薄膜層Ｂ及びカソード９０が順次に構成されたＯＬＥＤ素子である。
【０００４】
第１有機薄膜層Ａとしては、正孔注入に優れた正孔注入層（Hole Injection Layer、ＨＩＬ）３０と、正孔伝達に優れた正孔輸送層（Hole Transport Layer、ＨＴＬ）４０があり、第２有機薄膜層としては、正孔の流入を抑制する正孔遮断層（Hole Blocking Layer、ＨＢＬ）６０、電子注入に優れた電子注入層（Electron Injection Layer、ＥＩＬ）８０と、電子の移動度に優れた電子輸送層（Electron Transport Layer、ＥＴＬ）７０があり、これらを薄膜で製作し、正孔注入と電子注入が容易になされるようにする。
【０００５】
このような従来のＯＬＥＤ素子は、両電極から注入された正孔と電子が有機発光層でエキシトンを形成した後、励起状態から基底状態に転移することによって発光するが、正孔の移動度と電子の移動度の差異による電荷の不均衡による漏洩電流（leakage current）の形成、輝度の不均一、素子の寿命低下などの問題点を有している。
【０００６】
したがって、発光効率を増加させ、且つ耐久性が強い長寿命を有するＯＬＥＤ素子に対する研究開発が継続的に要求されていて、これにより、素子の構造的な側面及び材料的な側面での改良を通じてＯＬＥＤ素子を改善させている。
【０００７】
本発明者らは、発光効率を増加させ、且つ耐久性が強い長寿命のＯＬＥＤ素子に対する研究を進行しながら、ＯＬＥＤ素子を構成するアノードと発光層との間の第１有機薄膜層または発光層とカソードとの間の第２有機薄膜層の少なくとも一部を特定の絶縁体を使用して適切な濃度または厚さでドーピングまたは積層する場合、均衡された電荷（正孔または電子）の注入を通じて内部効率を増加させ、且つ耐久性に優れた長寿命を有する素子を提供する。
【０００８】
【特許文献１】米国特許第5677572号明細書
【特許文献２】米国特許第5776622号明細書
【特許文献３】米国特許第5719467号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の技術的課題は、素子の発光効率及び素子の寿命を向上させたＯＬＥＤ素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記技術的課題を解決するために、本発明は、基板と、前記基板上に形成されたアノードと、前記アノード上に形成された第１有機薄膜層と、前記第１有機薄膜層上に形成された有機発光層と、前記有機発光層上に形成された第２有機薄膜層と、前記第２有機薄膜層上に形成されたカソードと、を含み、前記第１有機薄膜層及び前記第２有機薄膜層は、各々単層または多層で構成され、第１有機薄膜層または第２有機薄膜層の少なくとも一部が絶縁体でドーピングまたは積層されるＯＬＥＤ素子を提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によるＯＬＥＤ素子は、次のような効果を有する。
第一に、一般的にＯＬＥＤ素子において正孔の移動度は、電子の移動度より約１００倍大きい。このような電荷の移動度の差異は、電荷注入の不均衡に起因して漏洩電流を増加させ、発光効率を減少させる。これに対して、本発明は、陽極から正孔が発光層に移動し、陰極から電子が発光層に移動するのに障壁（Barrier）としての役目をし、電荷の流れを制御することによって、漏洩電流を最小化し、これにより、素子寿命を増加させる。
【００１２】
第二に、第１有機薄膜層及び第２有機薄膜層に適合した絶縁層の選定、適切な厚さの調節、及び適切なドーピング濃度の調節を通じて正孔の移動と電子の移動を制御することができるので、発光層で正孔と電子の再結合確率（recombination probability）を増加させて、均衡された電荷注入を通じて発光効率を増加させる。
【００１３】
第三に、第１有機薄膜層及び第２有機薄膜層に絶縁体をドーピングしたり積層する場合、アノードと発光層との間、またはカソードと発光層との間で薄膜界面間の接触を向上させて、熱安定性に優れた有機薄膜を形成するので、耐久性が向上した素子を製作することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明によるＯＬＥＤ素子は、基板、アノード、第１有機薄膜層、発光層、第２有機薄膜層及びカソードで構成されていて、ここで、第１有機薄膜層は、正孔注入層または正孔輸送層であることができ、第２有機薄膜層は、正孔遮断層、電子輸送層または電子注入層であることができる。これらの正孔注入層、正孔輸送層、正孔遮断層、電子輸送層または電子注入層は、全て含まれることができ、各層は省略可能である。
【００１５】
したがって、本発明によって正孔注入層、正孔輸送層、正孔遮断層、電子輸送層または電子注入層のうちいずれか１つ以上の層が絶縁体でドーピングされるか、絶縁体で形成されることができる。また、第１有機薄膜層または第２有機薄膜層の所定の位置、例えば、正孔注入層の上、正孔輸送層の上、正孔注入層と正孔輸送層との間、正孔遮断層の上、電子輸送層の上、電子注入層の上、正孔遮断層と電子輸送層との間、または電子輸送層と電子注入層との間などに絶縁体層がさらに形成されることもできる。
【００１６】
前記絶縁体は、アノードから正孔が発光層に移動し、カソードから電子が発光層に移動するのに障壁としての役目をして電荷の流れを制御し、有機薄膜層と電極とのエネルギー障壁を最小化して、電荷の注入を容易にするので、駆動電圧を低減し、また、電極と有機薄膜層または有機薄膜間の界面特性の向上をもたらす。このような絶縁体としては、次のような物質が使われることができる。
【００１７】
１）双極性特性（strong dipole characteristics）を有する非導電性物質（nonconductive materials）を含む無機絶縁体及び／または有機絶縁体。
【００１８】
２）前記非導電性物質は、アルカリ酸化物、アルカリ土金属酸化物、アルカリ弗素化物、アルカリ土金属弗素化物、金属または非金属酸化物、陰イオンを含む金属または非金属酸化物よりなる群から１種以上選択。
【００１９】
３）前記アルカリ酸化物としては、リチウムオキサイド（lithium oxide）、ソジウムオキサイド（sodium oxide）、ポタシウムオキサイド（potassium oxide）、ルビジウムオキサイド（rubidium oxide）及びセシウムオキサイド（cesium oxide）よりなる群から１種以上選択。
【００２０】
４）前記アルカリ土金属酸化物としては、マグネシウムオキサイド（magnesium oxide）、カルシウムオキサイド（calcium oxide）、ストロンチウムオキサイド（strontium oxide）及びバリウムオキサイド（barium oxide）よりなる群から１種以上選択。
【００２１】
５）前記アルカリ弗素化物としては、リチウムフルオライド（lithium fluoride）、ソジウムフルオライド（sodium fluoride）、ポタシウムフルオライド（potassium fluoride）、ルビジウムフルオライド（rubidium fluoride）、及びセシウムフルオライド（cesium fluoride）よりなる群から１種以上選択。
【００２２】
６）前記アルカリ土金属弗素化合物としては、マグネシウムフルオライド（magnesium fluoride）、カルシウムフルオライド（calcium fluoride）、ストロンチウムフルオライド（strontium fluoride）、及びバリウムフルオライド（barium fluoride）よりなる群から１種以上選択。
【００２３】
７）前記金属または非金属酸化物としては、アルミニウムオキサイド（aluminum oxide）、シリコンオキサイド（silicon oxide）、チタニウムオキサイド（titanium oxide）、及びタンタルオキサイド（tantalum oxide）よりなる群から１種以上選択。
【００２４】
８）前記陰イオンを含む金属または非金属化合物において、陰イオンとしては、アセテート、ベンゾエイトまたはカーボネートなどを含み、金属としては、リチウム、ソジウム、ポタシウム、ルビジウム、セシウムなどのアルカリ金属を主に含む。具体的に、リチウムアセテート（lithium acetate）、ソジウムアセテート（sodium acetate）、ポタシウムアセテート（potassium acetate）、ルビジウムアセテート（rubidium acetate）、セシウムアセテート（cesium acetate）、リチウムベンゾエイト（lithium benzoate）、ソジウムベンゾエイト（sodium benzoate）、ポタシウムベンゾエイト（potassium benzoate）、ルビジウムベンゾエイト（rubidium benzoate）、セシウムベンゾエイト（cesium benzoate）、リチウムカーボネート（lithium carbonate）、ソジウムカーボネート（sodium carbonate）、ポタシウムカーボネート（potassium carbonate）、ルビジウムカーボネート（rubidium carbonate）、またはセシウムカーボネート（cesium carbonate）を含む。
【００２５】
前記絶縁体が積層される場合、絶縁体の厚さは、０．１ｎｍ乃至１０ｎｍであることが好ましく、絶縁体がドーピングされる場合、１重量％乃至５０重量％の範囲でドーピングされることが好ましい。
【００２６】
前記絶縁体に使われる物質の選定、適切な厚さの調節及び適切なドーピング濃度の調節を通じてアノードから発光層に移動する正孔の移動とカソードから発光層に移動する電子の移動を制御することができるので、発光層で正孔と電子の再結合確率（recombination probability）を増加させ、均衡された電荷注入を通じて発光効率を増加させる。
【００２７】
以下、図面を参照して本発明をさらに詳しく説明する。
本発明によるＯＬＥＤ素子の積層構造は、添付の図２乃至図４に示されたような構造であることができる。
【００２８】
すなわち、図２を参照すれば、本発明によるＯＬＥＤ素子は、基板１０／アノード２０／正孔輸送層４０／発光層５０／電子輸送層７０／絶縁体で形成された電子注入層８０／カソード９０の積層構造を有することができ、図３を参照すれば、基板１０／アノード２０／正孔輸送層４０／発光層５０／電子輸送層７０／絶縁体でドーピングされた電子輸送層７１／絶縁体で形成された電子注入層８０／カソード９０の積層構造を有し、図４を参照すれば、基板１０／アノード２０／正孔注入層３０／正孔輸送層４０／発光層５０／電子輸送層７０／絶縁体で形成された電子注入層８０／カソード９０の積層構造を有することができる。その他、必要に応じて、多様な積層構造を有することができる。
【００２９】
以下、図４を参照して、ＯＬＥＤ素子の構造及び各層について詳細に説明する。
【００３０】
基板１０は、この分野において一般的な材料を使用することができ、特にガラス、プラスチック、高分子フィルムまたはＳＵＳ基板などが使われることができる。
【００３１】
アノード２０は、第１有機薄膜層を介して発光層５０に正孔を注入させる役目をし、透明電極または反射電極であることができる。前記アノード２０が透明電極である場合、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）膜、ＩＺＯ（Indium Zinc Oxide）膜、ＴＯ（Tin Oxide）膜またはＺｎＯ（Zinc Oxide）膜であることができる。前記アノード２０が反射電極である場合、銀Ａｇ膜、アルミニウムＡｌ膜、ニッケルＮｉ膜、白金Ｐｔ膜、パラジウムＰｄ膜またはこれらの合金膜、またはこれらの合金膜上にＩＴＯ、ＩＺＯ、ＴＯまたはＺｎＯの透過型酸化膜が積層された構造であることができる。
【００３２】
前記アノード２０は、スパッタリング（sputtering）法及び蒸発（evaporation）法のような気相蒸着（vapor phase deposition）法、イオンビーム蒸着（ion beam deposition）法、電子ビーム蒸着（electron beam deposition）法またはレーザーアブレーション（laser ablation）法を使用して基板１０上にこの分野において通用される一般的な厚さで形成されることができる。
【００３３】
本発明による第１有機薄膜層Ａは、正孔注入層３０、正孔輸送層４０が順次に積層された構造を例示しているが、必ずこれに限定されるものではなく、前記正孔注入層３０及び正孔輸送層４０のいずれか１つの層を省略して形成することができ、また、複数の層で形成することもできる。
【００３４】
前記アノード２０上に形成される正孔注入層３０及び／または正孔輸送層４０は、発光層５０への正孔の注入及び伝達を容易にする層であって、次のような物質で形成されることができる：例えば、ＴＮＡＴＡ（４，４’，４”−トリス［Ｎ−１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］−トリフェニル−アミン）、ＴＣＴＡ（４，４’，４”−トリス（Ｎ−カルバゾリル）−トリフェニルアミン）、ＴＤＡＰＢ（１，３，５−トリス（４−（２，２−ジピリジルアミノ）フェニル）ベンゼン）、ＴＤＡＴＡ（４，４’，４”−トリス（Ｎ，Ｎ−ジフェニル−アミノ）−トリフェニルアミン）のような低分子材料またはＰＡＮＩ（ポリアニリン）、ＰＥＤＯＴ（ポリ（３，４）−エチレン−ジオキシチオフェン）のような高分子材料を使用して形成することができる。また、ＣｕＰｃ（銅フタロシアニン）のような金属錯体の緩衝層を挿入し、界面間の接触を向上することによって、寿命を延長させることができる。
【００３５】
また、本発明によれば、前記正孔注入層３０または正孔輸送層４０は、上記で提示した絶縁体で１乃至５０重量％の範囲内でドーピングされることができ、また、０．１ｎｍ乃至１０ｎｍの厚さで積層されることができる。
【００３６】
前記正孔注入層３０及び正孔輸送層４０は、真空蒸着法、スピンコーティング法及びインクジェット（ink-jet）法からなる群から選択されたいずれか１つの方法を用いてこの分野において通用される一般的な厚さで形成されることができる。
【００３７】
前記有機発光層５０は、リン光発光層または蛍光発光層であることができる。発光層５０が蛍光発光層である場合、発光層５０は、Ａｌｑ３（8-trishydroxyquinoline aluminum）、ジスチリルアリレン（distyrylarylene；ＤＳＡ）、ジスチリルアリレン誘導体、ジスチリルベンゼン（distyrylbenzene；ＤＳＢ）、ジスチリルベンゼン誘導体、ＤＰＶＢｉ（4,4’-bis(2,2’-diphenylvinyl)-1,1’-biphenyl）、ＤＰＶＢｉ誘導体、スパイロ−ＤＰＶＢｉ及びスパイロ−６Ｐ（spirosexyphenyl）よりなる群から発光色によって選択される１つの物質を含むことができる。さらに、発光層５０は、スチリルアミン（styrylamine）系、フェリレン（pherylene）系及びＤＳＢＰ（distyrylbiphenyl）系よりなる群から選択される１つのドーパント物質をさらに含むことができる。
【００３８】
これとは異なって、前記発光層５０がリン光発光層である場合、前記発光層５０は、ホスト物質としてアリルアミン系、カルバゾール系及びスピロ系よりなる群から選択される１つの物質を含むことができる。好ましくは、前記ホスト物質は、ＣＢＰ（4,4-N,N dicarbazole-biphenyl）、ＣＢＰ誘導体、ｍＣＰ（N,N-dicarbazolyl-3,5-benzene）ｍＣＰ誘導体及びスピロ系誘導体よりなる群から選択される１つの物質である。ドーパント物質としては、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｔｂ、及びＥｕよりなる群から選択される１つの中心金属を有するリン光有機金属錯体を含むことができる。好ましくは、リン光有機金属錯体は、ＰＱＩｒ、ＰＱＩｒ（ａｃａｃ）、ＰＱ２Ｉｒ（ａｃａｃ）、ＰＩＱＩｒ（ａｃａｃ）及びＰｔＯＥＰよりなる群から選択される１つであることができる。
フルカラー有機電界発光素子の場合、発光層５０を形成することは、高精細マスクを使用した真空蒸着法、インクジェットプリント法またはレーザー熱転写法を使用して行うことができる。発光層の厚さは、この分野おいて通用される一般的な厚さで形成されることができる。
【００３９】
前記発光層５０上に第２有機薄膜層Ｂが形成される。第２有機薄膜層Ｂとしては、正孔遮断層、電子輸送層７０及び電子注入層８０が順次に積層されることができ、又は、各層は、省略可能である。
【００４０】
正孔遮断層（hole blocking layer、ＨＢＬ）が選択的に形成されることができ、特に発光層５０が蛍光発光層である場合に省略されることができ、素子の駆動過程において発光層５０で生成されたエキシトンが拡散されることを抑制する役目をする。このような正孔遮断層は、Ｂａｌｑ、ＢＣＰ、ＣＦ−Ｘ、ＴＡＺまたはスピロ−ＴＡＺを使用してこの分野において通用される一般的な厚さで形成することができる。
【００４１】
前記発光層５０または正孔遮断層６０上に電子輸送層７０が形成される。前記電子輸送層７０は、発光層５０への電子の輸送を容易にする層であり、例えば、ＰＢＤ、ＴＡＺ、ｓｐｉｒｏ−ＰＢＤのような高分子材料またはＢｐｈｅｎ（４，７−ジフェニル−１，１０−フェナントロリン）、Ａｌｑ３、ＢＡｌｑ、ＳＡｌｑのような低分子材料を使用して形成することができる。
【００４２】
前記電子輸送層７０上に電子注入層８０を形成することができる。電子注入層は、発光層５０への電子の注入を容易にするものであり、例えば、Ａｌｑ３、ＬｉＦ、ガリウム混合物（Ga complex）、ＰＢＤを使用して形成することができる。一方、電子輸送層７０と電子注入層８０を形成することは、真空蒸着法、スピンコーティング法、インクジェットプリント法またはレーザー熱転写法などを使用して一般的な厚さで形成されることができる。
【００４３】
一方、本発明によれば、正孔遮断層６０、電子輸送層７０または電子注入層８０の少なくとも一部は、上記で提示した絶縁体物質で１乃至５０重量％の範囲内でドーピングされることができ、または、０．１ｎｍ乃至１０ｎｍの厚さで積層されることができる。図２及び図４の場合、電子注入層８０が絶縁体で積層された場合を示し、図３の場合、電子輸送層７０が絶縁体でドーピングされ、電子注入層８０が絶縁体で積層された場合を示している。
【００４４】
電子注入電極として使われるカソード９０は、発光層５０に電子を注入し、主にワーク関数の低い（４．２ｅＶ以下）金属（Ｃａ、Ａｇ、Ｍｇ−Ａｇ、Ｃａ／Ａｌ、Ａｌなど）または合金（Ａｌ−Ｌｉ、Ａｌ−Ｍｇなど）を使用する。一方、透明カソードとしては、Ａｇ、Ｃａ、Ｃａ／Ａｇ及びＭｇ／Ａｇよりなる群から選択されたいずれか１つの物質を用いて形成することができる。
【００４５】
前述のような構造を有するＯＬＥＤ素子において、第１有機薄膜層Ａまたは第２有機薄膜層Ｂの少なくとも一部が適合に選定された絶縁体物質で適切な濃度または厚さでドーピングまたは形成される場合、均衡された電子注入と正孔の注入を通じて内部効率を増加させ、且つ耐久性に優れた長寿命を有する素子を得ることができる。
【００４６】
以下、実施例を参照して本発明をさらに詳細に説明するが、本発明がこれらの実施例に限定されるわけではない。
【００４７】
実施例１
まず、基板１０上にカソード２０であるＩＴＯ電極を１００ｎｍの厚さで形成した後、正孔輸送層４０としてＮＰＤを５０ｎｍの厚さで形成した（第１工程）。次に、正孔輸送層４０上に、緑色リン光発光層５０としてＣＢＰにＩｒ（ｐｐｙ）３を８重量％ドーピングし、１０ｎｍの薄膜を形成した（第２工程）。次に、前記発光層５０上に第２有機薄膜層として電子輸送層７０であるＢｐｈｅｎを５０ｎｍ積層させた（第３工程）。電子輸送層７０上に電子注入層８０として各々有機絶縁体であるリチウムベンゾエイト（ＬＢという）を０．５ｎｍ、０．８ｎｍ、１．０ｎｍの厚さで積層した（第４工程）。次に、カソード９０としてＡｌを６０ｎｍ蒸着し、ＯＬＥＤ素子を製作した。
【００４８】
前記実施例１によって製作されたＯＬＥＤ素子においてＬＢ厚さによる発光効率を評価し、その結果を図５に示した。
【００４９】
図５を参照すれば、有機絶縁体の厚さが大きくなるにつれて、発光効率が１，０００ｃｄ／ｍ2で１０％程度向上することが分かる。
【００５０】
実施例２
まず、基板１０上にアノード２０であるＩＴＯ電極を１００ｎｍで形成した後、第１有機薄膜層の正孔輸送層４０としてＮＰＤを５０ｎｍ厚さで形成した（第１工程）。前記正孔輸送層４０上に緑色リン光発光層５０としてＣＢＰにＩｒ（ｐｐｙ）３を８重量％ドーピングし、１０ｎｍの薄膜を積層した（第２工程）。前記発光層５０上に第２有機薄膜層としてＢｐｈｅｎをもって電子輸送層７０を１０ｎｍの厚さで積層し、次に、有機絶縁体であるＬＢを各々０重量％、１０重量％、５０重量％の濃度でドーピングし、Ｂｐｈｅｎ ４０ｎｍ薄膜７１を積層した（第３工程）。前記有機絶縁体がドーピングされた電子輸送層７１上に電子注入層８０として有機絶縁体であるＬＢを１ｎｍの厚さで積層し（第４工程）、カソード９０としてＡｌを６０ｎｍで蒸着し、ＯＬＥＤ素子を製作した。
【００５１】
前記実施例２によりＬＢドーピング濃度による発光効率を評価し、その結果を図６に示した。図６から明らかなように、１００ｃｄ／ｍ2以下の低い輝度では、電子輸送層７０に絶縁体をドーピングし、電子注入層８０としてＬＢを積層することによって、発光効率が急激に増加することが分かり、１０，０００ｃｄ／ｍ2で、発光効率は、ドーピング濃度が大きくなるにつれて３４ｃｄ／Ａから４１ｃｄ／Ａに２０％程度向上したことを確認することができる。
【００５２】
実施例３
まず、基板１０上に反射率に優れたＡｇアノード２０を真空蒸着法で８０ｎｍの厚さで形成した（第１工程）。アノード上に形成される第１有機薄膜層は、多層構造の薄膜で正孔注入層３０と正孔輸送層４０を積層し、正孔注入層３０としては、ｍ−ＴＤＡＴＡを２０ｎｍで積層し、正孔輸送層４０としてＮＰＤを３０ｎｍで積層した（第２工程）。正孔輸送層４０上に緑色リン光発光層５０としてＣＢＰにＩｒ（ｐｐｙ）３を８重量％ドーピングし、１０ｎｍの薄膜で積層した（第３工程）。前記発光層５０上に第２有機薄膜層としてＢｐｈｅｎを使用して電子輸送層７０を５０ｎｍの厚さで積層し、電子注入層８０として各々有機絶縁体であるＬＢを０ｎｍ、５ｎｍ、１０ｎｍ、１５ｎｍの厚さで積層した（第４工程）。次に、電子注入層８０上に透明なカソードとしてＡｌを１ｎｍで、Ａｇを１５ｎｍで積層し、前面発光型（Top emission）ＯＬＥＤ素子を製作した。
【００５３】
前記実施例３により有機絶縁体で形成された電子注入層の厚さによる発光効率を評価し、その結果を図７に示した。図７から明らかなように、電子注入層８０としてＬＢを使用しない時に比べて、ＬＢを使用した場合の発光効率が顕著に増加し、ＬＢの厚さを１０ｎｍに増加させることによって、２倍以上の発光効率を増加させたが、ＬＢの厚さが１０ｎｍを超過して増加する場合には、発光効率が却って劣化している。
【００５４】
これは、電子注入層８０として使われた有機絶縁層の厚さが薄い場合には、電子注入がトンネリング（tunneling）現象によって容易に注入されるが、一般的に１０ｎｍ以上の場合には、却って絶縁体の厚い障壁に起因して電荷注入が難しいからである。
【００５５】
以上において説明した本発明は、本発明が属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で、様々な置換、変形及び変更が可能であるので、上述した実施例及び添付された図面に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】従来のＯＬＥＤ素子の断面図である。
【図２】本発明の具現例によるＯＬＥＤ素子の断面図である。
【図３】本発明の具現例によるＯＬＥＤ素子の断面図である。
【図４】本発明の具現例によるＯＬＥＤ素子の断面図である。
【図５】本発明によるＯＬＥＤ素子において絶縁体層の厚さ変化による発光効率の変化を示すグラフである。
【図６】本発明によるＯＬＥＤ素子において絶縁体のドーピング濃度の変化による発光効率の変化を示すグラフである。
【図７】本発明による前面発光ＯＬＥＤ素子において絶縁体層の厚さ変化による発光効率の変化を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５７】
１０ 基板
２０ アノード（Anode）
Ａ 第１有機薄膜層
３０ 正孔注入層（ＨＩＬ）
４０ 正孔輸送層（ＨＴＬ）
５０ 発光層（ＥＭＬ）
６０ 正孔遮断層（ＨＢＬ）
Ｂ 第２有機薄膜層
７０ 電子輸送層（ＥＴＬ）
７１ ドーピングされた電子輸送層
８０ 電子注入層（ＥＩＬ）
９０ カソード（Cathode）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＯＬＥＤ（Organic light Emitting diode）素子に関する。より詳細には、アノードと発光層との間及び発光層とカソードとの間に形成される有機薄膜層の少なくとも一部を絶縁体でドーピングまたは積層し、均衡された電子注入と正孔注入を通じて内部効率を増加させ、且つ耐久性に優れた長寿命を有するＯＬＥＤ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のＯＬＥＤ素子は、発光層がアノードとカソードとの間に積層されていて、アノードと発光層との間に第１有機薄膜層が積層され且つ発光層とカソードとの間に第２有機薄膜層が積層されている構造となっており、外部から電気を印加する場合、アノードから正孔が第１有機薄膜層を介して発光層に輸送され、カソードでは、電子が第２有機薄膜層を介して発光層に輸送され、発光層でエキシトンを形成した後、励起状態から基底状態に転移しながら光を放出する。
【０００３】
図１は、従来の一般的なＯＬＥＤ素子構造を示す断面図である。
図１は、基板１０上にアノード２０、第１有機薄膜層Ａ、発光層（Emission Layer、ＥＭＬ）５０、第２有機薄膜層Ｂ及びカソード９０が順次に構成されたＯＬＥＤ素子である。
【０００４】
第１有機薄膜層Ａとしては、正孔注入に優れた正孔注入層（Hole Injection Layer、ＨＩＬ）３０と、正孔伝達に優れた正孔輸送層（Hole Transport Layer、ＨＴＬ）４０があり、第２有機薄膜層としては、正孔の流入を抑制する正孔遮断層（Hole Blocking Layer、ＨＢＬ）６０、電子注入に優れた電子注入層（Electron Injection Layer、ＥＩＬ）８０と、電子の移動度に優れた電子輸送層（Electron Transport Layer、ＥＴＬ）７０があり、これらを薄膜で製作し、正孔注入と電子注入が容易になされるようにする。
【０００５】
このような従来のＯＬＥＤ素子は、両電極から注入された正孔と電子が有機発光層でエキシトンを形成した後、励起状態から基底状態に転移することによって発光するが、正孔の移動度と電子の移動度の差異による電荷の不均衡による漏洩電流（leakage current）の形成、輝度の不均一、素子の寿命低下などの問題点を有している。
【０００６】
したがって、発光効率を増加させ、且つ耐久性が強い長寿命を有するＯＬＥＤ素子に対する研究開発が継続的に要求されていて、これにより、素子の構造的な側面及び材料的な側面での改良を通じてＯＬＥＤ素子を改善させている。
【０００７】
本発明者らは、発光効率を増加させ、且つ耐久性が強い長寿命のＯＬＥＤ素子に対する研究を進行しながら、ＯＬＥＤ素子を構成するアノードと発光層との間の第１有機薄膜層または発光層とカソードとの間の第２有機薄膜層の少なくとも一部を特定の絶縁体を使用して適切な濃度または厚さでドーピングまたは積層する場合、均衡された電荷（正孔または電子）の注入を通じて内部効率を増加させ、且つ耐久性に優れた長寿命を有する素子を提供する。
【０００８】
【特許文献１】米国特許第5677572号明細書
【特許文献２】米国特許第5776622号明細書
【特許文献３】米国特許第5719467号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の技術的課題は、素子の発光効率及び素子の寿命を向上させたＯＬＥＤ素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記技術的課題を解決するために、本発明は、基板と、前記基板上に形成されたアノードと、前記アノード上に形成された第１有機薄膜層と、前記第１有機薄膜層上に形成された有機発光層と、前記有機発光層上に形成された第２有機薄膜層と、前記第２有機薄膜層上に形成されたカソードと、を含み、前記第１有機薄膜層及び前記第２有機薄膜層は、各々単層または多層で構成され、第１有機薄膜層または第２有機薄膜層の少なくとも一部が絶縁体でドーピングまたは積層されるＯＬＥＤ素子を提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によるＯＬＥＤ素子は、次のような効果を有する。
第一に、一般的にＯＬＥＤ素子において正孔の移動度は、電子の移動度より約１００倍大きい。このような電荷の移動度の差異は、電荷注入の不均衡に起因して漏洩電流を増加させ、発光効率を減少させる。これに対して、本発明は、陽極から正孔が発光層に移動し、陰極から電子が発光層に移動するのに障壁（Barrier）としての役目をし、電荷の流れを制御することによって、漏洩電流を最小化し、これにより、素子寿命を増加させる。
【００１２】
第二に、第１有機薄膜層及び第２有機薄膜層に適合した絶縁層の選定、適切な厚さの調節、及び適切なドーピング濃度の調節を通じて正孔の移動と電子の移動を制御することができるので、発光層で正孔と電子の再結合確率（recombination probability）を増加させて、均衡された電荷注入を通じて発光効率を増加させる。
【００１３】
第三に、第１有機薄膜層及び第２有機薄膜層に絶縁体をドーピングしたり積層する場合、アノードと発光層との間、またはカソードと発光層との間で薄膜界面間の接触を向上させて、熱安定性に優れた有機薄膜を形成するので、耐久性が向上した素子を製作することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明によるＯＬＥＤ素子は、基板、アノード、第１有機薄膜層、発光層、第２有機薄膜層及びカソードで構成されていて、ここで、第１有機薄膜層は、正孔注入層または正孔輸送層であることができ、第２有機薄膜層は、正孔遮断層、電子輸送層または電子注入層であることができる。これらの正孔注入層、正孔輸送層、正孔遮断層、電子輸送層または電子注入層は、全て含まれることができ、各層は省略可能である。
【００１５】
したがって、本発明によって正孔注入層、正孔輸送層、正孔遮断層、電子輸送層または電子注入層のうちいずれか１つ以上の層が絶縁体でドーピングされるか、絶縁体で形成されることができる。また、第１有機薄膜層または第２有機薄膜層の所定の位置、例えば、正孔注入層の上、正孔輸送層の上、正孔注入層と正孔輸送層との間、正孔遮断層の上、電子輸送層の上、電子注入層の上、正孔遮断層と電子輸送層との間、または電子輸送層と電子注入層との間などに絶縁体層がさらに形成されることもできる。
【００１６】
前記絶縁体は、アノードから正孔が発光層に移動し、カソードから電子が発光層に移動するのに障壁としての役目をして電荷の流れを制御し、有機薄膜層と電極とのエネルギー障壁を最小化して、電荷の注入を容易にするので、駆動電圧を低減し、また、電極と有機薄膜層または有機薄膜間の界面特性の向上をもたらす。このような絶縁体としては、次のような物質が使われることができる。
【００１７】
１）双極性特性（strong dipole characteristics）を有する非導電性物質（nonconductive materials）を含む無機絶縁体及び／または有機絶縁体。
【００１８】
２）前記非導電性物質は、アルカリ酸化物、アルカリ土金属酸化物、アルカリ弗素化物、アルカリ土金属弗素化物、金属または非金属酸化物、陰イオンを含む金属または非金属酸化物よりなる群から１種以上選択。
【００１９】
３）前記アルカリ酸化物としては、リチウムオキサイド（lithium oxide）、ソジウムオキサイド（sodium oxide）、ポタシウムオキサイド（potassium oxide）、ルビジウムオキサイド（rubidium oxide）及びセシウムオキサイド（cesium oxide）よりなる群から１種以上選択。
【００２０】
４）前記アルカリ土金属酸化物としては、マグネシウムオキサイド（magnesium oxide）、カルシウムオキサイド（calcium oxide）、ストロンチウムオキサイド（strontium oxide）及びバリウムオキサイド（barium oxide）よりなる群から１種以上選択。
【００２１】
５）前記アルカリ弗素化物としては、リチウムフルオライド（lithium fluoride）、ソジウムフルオライド（sodium fluoride）、ポタシウムフルオライド（potassium fluoride）、ルビジウムフルオライド（rubidium fluoride）、及びセシウムフルオライド（cesium fluoride）よりなる群から１種以上選択。
【００２２】
６）前記アルカリ土金属弗素化合物としては、マグネシウムフルオライド（magnesium fluoride）、カルシウムフルオライド（calcium fluoride）、ストロンチウムフルオライド（strontium fluoride）、及びバリウムフルオライド（barium fluoride）よりなる群から１種以上選択。
【００２３】
７）前記金属または非金属酸化物としては、アルミニウムオキサイド（aluminum oxide）、シリコンオキサイド（silicon oxide）、チタニウムオキサイド（titanium oxide）、及びタンタルオキサイド（tantalum oxide）よりなる群から１種以上選択。
【００２４】
８）前記陰イオンを含む金属または非金属化合物において、陰イオンとしては、アセテート、ベンゾエイトまたはカーボネートなどを含み、金属としては、リチウム、ソジウム、ポタシウム、ルビジウム、セシウムなどのアルカリ金属を主に含む。具体的に、リチウムアセテート（lithium acetate）、ソジウムアセテート（sodium acetate）、ポタシウムアセテート（potassium acetate）、ルビジウムアセテート（rubidium acetate）、セシウムアセテート（cesium acetate）、リチウムベンゾエイト（lithium benzoate）、ソジウムベンゾエイト（sodium benzoate）、ポタシウムベンゾエイト（potassium benzoate）、ルビジウムベンゾエイト（rubidium benzoate）、セシウムベンゾエイト（cesium benzoate）、リチウムカーボネート（lithium carbonate）、ソジウムカーボネート（sodium carbonate）、ポタシウムカーボネート（potassium carbonate）、ルビジウムカーボネート（rubidium carbonate）、またはセシウムカーボネート（cesium carbonate）を含む。
【００２５】
前記絶縁体が積層される場合、絶縁体の厚さは、０．１ｎｍ乃至１０ｎｍであることが好ましく、絶縁体がドーピングされる場合、１重量％乃至５０重量％の範囲でドーピングされることが好ましい。
【００２６】
前記絶縁体に使われる物質の選定、適切な厚さの調節及び適切なドーピング濃度の調節を通じてアノードから発光層に移動する正孔の移動とカソードから発光層に移動する電子の移動を制御することができるので、発光層で正孔と電子の再結合確率（recombination probability）を増加させ、均衡された電荷注入を通じて発光効率を増加させる。
【００２７】
以下、図面を参照して本発明をさらに詳しく説明する。
本発明によるＯＬＥＤ素子の積層構造は、添付の図２乃至図４に示されたような構造であることができる。
【００２８】
すなわち、図２を参照すれば、本発明によるＯＬＥＤ素子は、基板１０／アノード２０／正孔輸送層４０／発光層５０／電子輸送層７０／絶縁体で形成された電子注入層８０／カソード９０の積層構造を有することができ、図３を参照すれば、基板１０／アノード２０／正孔輸送層４０／発光層５０／電子輸送層７０／絶縁体でドーピングされた電子輸送層７１／絶縁体で形成された電子注入層８０／カソード９０の積層構造を有し、図４を参照すれば、基板１０／アノード２０／正孔注入層３０／正孔輸送層４０／発光層５０／電子輸送層７０／絶縁体で形成された電子注入層８０／カソード９０の積層構造を有することができる。その他、必要に応じて、多様な積層構造を有することができる。
【００２９】
以下、図４を参照して、ＯＬＥＤ素子の構造及び各層について詳細に説明する。
【００３０】
基板１０は、この分野において一般的な材料を使用することができ、特にガラス、プラスチック、高分子フィルムまたはＳＵＳ基板などが使われることができる。
【００３１】
アノード２０は、第１有機薄膜層を介して発光層５０に正孔を注入させる役目をし、透明電極または反射電極であることができる。前記アノード２０が透明電極である場合、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）膜、ＩＺＯ（Indium Zinc Oxide）膜、ＴＯ（Tin Oxide）膜またはＺｎＯ（Zinc Oxide）膜であることができる。前記アノード２０が反射電極である場合、銀Ａｇ膜、アルミニウムＡｌ膜、ニッケルＮｉ膜、白金Ｐｔ膜、パラジウムＰｄ膜またはこれらの合金膜、またはこれらの合金膜上にＩＴＯ、ＩＺＯ、ＴＯまたはＺｎＯの透過型酸化膜が積層された構造であることができる。
【００３２】
前記アノード２０は、スパッタリング（sputtering）法及び蒸発（evaporation）法のような気相蒸着（vapor phase deposition）法、イオンビーム蒸着（ion beam deposition）法、電子ビーム蒸着（electron beam deposition）法またはレーザーアブレーション（laser ablation）法を使用して基板１０上にこの分野において通用される一般的な厚さで形成されることができる。
【００３３】
本発明による第１有機薄膜層Ａは、正孔注入層３０、正孔輸送層４０が順次に積層された構造を例示しているが、必ずこれに限定されるものではなく、前記正孔注入層３０及び正孔輸送層４０のいずれか１つの層を省略して形成することができ、また、複数の層で形成することもできる。
【００３４】
前記アノード２０上に形成される正孔注入層３０及び／または正孔輸送層４０は、発光層５０への正孔の注入及び伝達を容易にする層であって、次のような物質で形成されることができる：例えば、ＴＮＡＴＡ（４，４’，４”−トリス［Ｎ−１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］−トリフェニル−アミン）、ＴＣＴＡ（４，４’，４”−トリス（Ｎ−カルバゾリル）−トリフェニルアミン）、ＴＤＡＰＢ（１，３，５−トリス（４−（２，２−ジピリジルアミノ）フェニル）ベンゼン）、ＴＤＡＴＡ（４，４’，４”−トリス（Ｎ，Ｎ−ジフェニル−アミノ）−トリフェニルアミン）のような低分子材料またはＰＡＮＩ（ポリアニリン）、ＰＥＤＯＴ（ポリ（３，４）−エチレン−ジオキシチオフェン）のような高分子材料を使用して形成することができる。また、ＣｕＰｃ（銅フタロシアニン）のような金属錯体の緩衝層を挿入し、界面間の接触を向上することによって、寿命を延長させることができる。
【００３５】
また、本発明によれば、前記正孔注入層３０または正孔輸送層４０は、上記で提示した絶縁体で１乃至５０重量％の範囲内でドーピングされることができ、また、０．１ｎｍ乃至１０ｎｍの厚さで積層されることができる。
【００３６】
前記正孔注入層３０及び正孔輸送層４０は、真空蒸着法、スピンコーティング法及びインクジェット（ink-jet）法からなる群から選択されたいずれか１つの方法を用いてこの分野において通用される一般的な厚さで形成されることができる。
【００３７】
前記有機発光層５０は、リン光発光層または蛍光発光層であることができる。発光層５０が蛍光発光層である場合、発光層５０は、Ａｌｑ３（8-trishydroxyquinoline aluminum）、ジスチリルアリレン（distyrylarylene；ＤＳＡ）、ジスチリルアリレン誘導体、ジスチリルベンゼン（distyrylbenzene；ＤＳＢ）、ジスチリルベンゼン誘導体、ＤＰＶＢｉ（4,4’-bis(2,2’-diphenylvinyl)-1,1’-biphenyl）、ＤＰＶＢｉ誘導体、スパイロ−ＤＰＶＢｉ及びスパイロ−６Ｐ（spirosexyphenyl）よりなる群から発光色によって選択される１つの物質を含むことができる。さらに、発光層５０は、スチリルアミン（styrylamine）系、フェリレン（pherylene）系及びＤＳＢＰ（distyrylbiphenyl）系よりなる群から選択される１つのドーパント物質をさらに含むことができる。
【００３８】
これとは異なって、前記発光層５０がリン光発光層である場合、前記発光層５０は、ホスト物質としてアリルアミン系、カルバゾール系及びスピロ系よりなる群から選択される１つの物質を含むことができる。好ましくは、前記ホスト物質は、ＣＢＰ（4,4-N,N dicarbazole-biphenyl）、ＣＢＰ誘導体、ｍＣＰ（N,N-dicarbazolyl-3,5-benzene）ｍＣＰ誘導体及びスピロ系誘導体よりなる群から選択される１つの物質である。ドーパント物質としては、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｔｂ、及びＥｕよりなる群から選択される１つの中心金属を有するリン光有機金属錯体を含むことができる。好ましくは、リン光有機金属錯体は、ＰＱＩｒ、ＰＱＩｒ（ａｃａｃ）、ＰＱ２Ｉｒ（ａｃａｃ）、ＰＩＱＩｒ（ａｃａｃ）及びＰｔＯＥＰよりなる群から選択される１つであることができる。
フルカラー有機電界発光素子の場合、発光層５０を形成することは、高精細マスクを使用した真空蒸着法、インクジェットプリント法またはレーザー熱転写法を使用して行うことができる。発光層の厚さは、この分野おいて通用される一般的な厚さで形成されることができる。
【００３９】
前記発光層５０上に第２有機薄膜層Ｂが形成される。第２有機薄膜層Ｂとしては、正孔遮断層、電子輸送層７０及び電子注入層８０が順次に積層されることができ、又は、各層は、省略可能である。
【００４０】
正孔遮断層（hole blocking layer、ＨＢＬ）が選択的に形成されることができ、特に発光層５０が蛍光発光層である場合に省略されることができ、素子の駆動過程において発光層５０で生成されたエキシトンが拡散されることを抑制する役目をする。このような正孔遮断層は、Ｂａｌｑ、ＢＣＰ、ＣＦ−Ｘ、ＴＡＺまたはスピロ−ＴＡＺを使用してこの分野において通用される一般的な厚さで形成することができる。
【００４１】
前記発光層５０または正孔遮断層６０上に電子輸送層７０が形成される。前記電子輸送層７０は、発光層５０への電子の輸送を容易にする層であり、例えば、ＰＢＤ、ＴＡＺ、ｓｐｉｒｏ−ＰＢＤのような高分子材料またはＢｐｈｅｎ（４，７−ジフェニル−１，１０−フェナントロリン）、Ａｌｑ３、ＢＡｌｑ、ＳＡｌｑのような低分子材料を使用して形成することができる。
【００４２】
前記電子輸送層７０上に電子注入層８０を形成することができる。電子注入層は、発光層５０への電子の注入を容易にするものであり、例えば、Ａｌｑ３、ＬｉＦ、ガリウム混合物（Ga complex）、ＰＢＤを使用して形成することができる。一方、電子輸送層７０と電子注入層８０を形成することは、真空蒸着法、スピンコーティング法、インクジェットプリント法またはレーザー熱転写法などを使用して一般的な厚さで形成されることができる。
【００４３】
一方、本発明によれば、正孔遮断層６０、電子輸送層７０または電子注入層８０の少なくとも一部は、上記で提示した絶縁体物質で１乃至５０重量％の範囲内でドーピングされることができ、または、０．１ｎｍ乃至１０ｎｍの厚さで積層されることができる。図２及び図４の場合、電子注入層８０が絶縁体で積層された場合を示し、図３の場合、電子輸送層７０が絶縁体でドーピングされ、電子注入層８０が絶縁体で積層された場合を示している。
【００４４】
電子注入電極として使われるカソード９０は、発光層５０に電子を注入し、主にワーク関数の低い（４．２ｅＶ以下）金属（Ｃａ、Ａｇ、Ｍｇ−Ａｇ、Ｃａ／Ａｌ、Ａｌなど）または合金（Ａｌ−Ｌｉ、Ａｌ−Ｍｇなど）を使用する。一方、透明カソードとしては、Ａｇ、Ｃａ、Ｃａ／Ａｇ及びＭｇ／Ａｇよりなる群から選択されたいずれか１つの物質を用いて形成することができる。
【００４５】
前述のような構造を有するＯＬＥＤ素子において、第１有機薄膜層Ａまたは第２有機薄膜層Ｂの少なくとも一部が適合に選定された絶縁体物質で適切な濃度または厚さでドーピングまたは形成される場合、均衡された電子注入と正孔の注入を通じて内部効率を増加させ、且つ耐久性に優れた長寿命を有する素子を得ることができる。
【００４６】
以下、実施例を参照して本発明をさらに詳細に説明するが、本発明がこれらの実施例に限定されるわけではない。
【００４７】
実施例１
まず、基板１０上にカソード２０であるＩＴＯ電極を１００ｎｍの厚さで形成した後、正孔輸送層４０としてＮＰＤを５０ｎｍの厚さで形成した（第１工程）。次に、正孔輸送層４０上に、緑色リン光発光層５０としてＣＢＰにＩｒ（ｐｐｙ）３を８重量％ドーピングし、１０ｎｍの薄膜を形成した（第２工程）。次に、前記発光層５０上に第２有機薄膜層として電子輸送層７０であるＢｐｈｅｎを５０ｎｍ積層させた（第３工程）。電子輸送層７０上に電子注入層８０として各々有機絶縁体であるリチウムベンゾエイト（ＬＢという）を０．５ｎｍ、０．８ｎｍ、１．０ｎｍの厚さで積層した（第４工程）。次に、カソード９０としてＡｌを６０ｎｍ蒸着し、ＯＬＥＤ素子を製作した。
【００４８】
前記実施例１によって製作されたＯＬＥＤ素子においてＬＢ厚さによる発光効率を評価し、その結果を図５に示した。
【００４９】
図５を参照すれば、有機絶縁体の厚さが大きくなるにつれて、発光効率が１，０００ｃｄ／ｍ2で１０％程度向上することが分かる。
【００５０】
実施例２
まず、基板１０上にアノード２０であるＩＴＯ電極を１００ｎｍで形成した後、第１有機薄膜層の正孔輸送層４０としてＮＰＤを５０ｎｍ厚さで形成した（第１工程）。前記正孔輸送層４０上に緑色リン光発光層５０としてＣＢＰにＩｒ（ｐｐｙ）３を８重量％ドーピングし、１０ｎｍの薄膜を積層した（第２工程）。前記発光層５０上に第２有機薄膜層としてＢｐｈｅｎをもって電子輸送層７０を１０ｎｍの厚さで積層し、次に、有機絶縁体であるＬＢを各々０重量％、１０重量％、５０重量％の濃度でドーピングし、Ｂｐｈｅｎ ４０ｎｍ薄膜７１を積層した（第３工程）。前記有機絶縁体がドーピングされた電子輸送層７１上に電子注入層８０として有機絶縁体であるＬＢを１ｎｍの厚さで積層し（第４工程）、カソード９０としてＡｌを６０ｎｍで蒸着し、ＯＬＥＤ素子を製作した。
【００５１】
前記実施例２によりＬＢドーピング濃度による発光効率を評価し、その結果を図６に示した。図６から明らかなように、１００ｃｄ／ｍ2以下の低い輝度では、電子輸送層７０に絶縁体をドーピングし、電子注入層８０としてＬＢを積層することによって、発光効率が急激に増加することが分かり、１０，０００ｃｄ／ｍ2で、発光効率は、ドーピング濃度が大きくなるにつれて３４ｃｄ／Ａから４１ｃｄ／Ａに２０％程度向上したことを確認することができる。
【００５２】
実施例３
まず、基板１０上に反射率に優れたＡｇアノード２０を真空蒸着法で８０ｎｍの厚さで形成した（第１工程）。アノード上に形成される第１有機薄膜層は、多層構造の薄膜で正孔注入層３０と正孔輸送層４０を積層し、正孔注入層３０としては、ｍ−ＴＤＡＴＡを２０ｎｍで積層し、正孔輸送層４０としてＮＰＤを３０ｎｍで積層した（第２工程）。正孔輸送層４０上に緑色リン光発光層５０としてＣＢＰにＩｒ（ｐｐｙ）３を８重量％ドーピングし、１０ｎｍの薄膜で積層した（第３工程）。前記発光層５０上に第２有機薄膜層としてＢｐｈｅｎを使用して電子輸送層７０を５０ｎｍの厚さで積層し、電子注入層８０として各々有機絶縁体であるＬＢを０ｎｍ、５ｎｍ、１０ｎｍ、１５ｎｍの厚さで積層した（第４工程）。次に、電子注入層８０上に透明なカソードとしてＡｌを１ｎｍで、Ａｇを１５ｎｍで積層し、前面発光型（Top emission）ＯＬＥＤ素子を製作した。
【００５３】
前記実施例３により有機絶縁体で形成された電子注入層の厚さによる発光効率を評価し、その結果を図７に示した。図７から明らかなように、電子注入層８０としてＬＢを使用しない時に比べて、ＬＢを使用した場合の発光効率が顕著に増加し、ＬＢの厚さを１０ｎｍに増加させることによって、２倍以上の発光効率を増加させたが、ＬＢの厚さが１０ｎｍを超過して増加する場合には、発光効率が却って劣化している。
【００５４】
これは、電子注入層８０として使われた有機絶縁層の厚さが薄い場合には、電子注入がトンネリング（tunneling）現象によって容易に注入されるが、一般的に１０ｎｍ以上の場合には、却って絶縁体の厚い障壁に起因して電荷注入が難しいからである。
【００５５】
以上において説明した本発明は、本発明が属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で、様々な置換、変形及び変更が可能であるので、上述した実施例及び添付された図面に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】従来のＯＬＥＤ素子の断面図である。
【図２】本発明の具現例によるＯＬＥＤ素子の断面図である。
【図３】本発明の具現例によるＯＬＥＤ素子の断面図である。
【図４】本発明の具現例によるＯＬＥＤ素子の断面図である。
【図５】本発明によるＯＬＥＤ素子において絶縁体層の厚さ変化による発光効率の変化を示すグラフである。
【図６】本発明によるＯＬＥＤ素子において絶縁体のドーピング濃度の変化による発光効率の変化を示すグラフである。
【図７】本発明による前面発光ＯＬＥＤ素子において絶縁体層の厚さ変化による発光効率の変化を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５７】
１０ 基板
２０ アノード（Anode）
Ａ 第１有機薄膜層
３０ 正孔注入層（ＨＩＬ）
４０ 正孔輸送層（ＨＴＬ）
５０ 発光層（ＥＭＬ）
６０ 正孔遮断層（ＨＢＬ）
Ｂ 第２有機薄膜層
７０ 電子輸送層（ＥＴＬ）
７１ ドーピングされた電子輸送層
８０ 電子注入層（ＥＩＬ）
９０ カソード（Cathode）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に形成されたアノードと、
前記アノード上に形成された第１有機薄膜層と、
前記第１有機薄膜層上に形成された有機発光層と、
前記有機発光層上に形成された第２有機薄膜層と、
前記第２有機薄膜層上に形成されたカソードと、を含み、
前記第１有機薄膜層及び前記第２有機薄膜層は、各々単層または多層で構成され、第１有機薄膜層または第２有機薄膜層の少なくとも一部が絶縁体でドーピングまたは積層されるＯＬＥＤ素子。
【請求項２】
前記積層される絶縁体の厚さが０．１ｎｍ乃至１０ｎｍ範囲であることを特徴とする請求項１に記載のＯＬＥＤ素子。
【請求項３】
前記ドーピングされる絶縁体の濃度が１重量％乃至５０重量％の範囲であることを特徴とする請求項１に記載のＯＬＥＤ素子。
【請求項４】
前記第１有機薄膜層は、正孔注入層、または正孔注入層及び正孔輸送層であることを特徴とする請求項１に記載のＯＬＥＤ素子。
【請求項５】
前記第２有機薄膜層は、正孔遮断層、電子注入層及び電子輸送層よりなる群から１種以上選択されることを特徴とする請求項１に記載のＯＬＥＤ素子。
【請求項６】
前記絶縁体は、双極性特性を有する非導電性物質を含む無機絶縁体または有機絶縁体よりなる群から選択されることを特徴とする請求項１に記載のＯＬＥＤ素子。
【請求項７】
前記非導電性物質は、アルカリ酸化物、アルカリ土金属酸化物、金属または非金属酸化物、アルカリ弗素化物、アルカリ土金属弗素化物及び陰イオンを含む金属または非金属化合物よりなる群から１種以上選択されることを特徴とする請求項６に記載のＯＬＥＤ素子。
【請求項８】
前記アルカリ酸化物は、リチウムオキサイド、ソジウムオキサイド、ポタシウムオキサイド、ルビジウムオキサイド及びセシウムオキサイドよりなる群から１種以上選択されることを特徴とする請求項７に記載のＯＬＥＤ素子。
【請求項９】
前記アルカリ土金属酸化物は、マグネシウムオキサイド、カルシウムオキサイド、ストロンチウムオキサイド及びバリウムオキサイドよりなる群から１種以上選択されることを特徴とする請求項７に記載のＯＬＥＤ素子。
【請求項１０】
前記アルカリ弗素化物は、リチウムフルオライド、ソジウムフルオライド、ポタシウムフルオライド、ルビジウムフルオライド及びセシウムフルオライドよりなる群から１種以上選択されることを特徴とする請求項７に記載のＯＬＥＤ素子。
【請求項１１】
前記アルカリ土金属弗素化物は、マグネシウムフルオライド、カルシウムフルオライド、ストロンチウムフルオライド、及びバリウムフルオライドよりなる群から１種以上選択されることを特徴とする請求項７に記載のＯＬＥＤ素子。
【請求項１２】
前記金属または非金属酸化物は、アルミニウムオキサイド、シリコンオキサイド、チタニウムオキサイド及びタンタルオキサイドよりなる群から１種以上選択されることを特徴とする請求項７に記載のＯＬＥＤ素子。
【請求項１３】
前記陰イオンを含む金属または非金属化合物において、陰イオンは、アセテート、ベンゾエイト及びカーボネートよりなる群から１種以上選択されることを特徴とする請求項７に記載のＯＬＥＤ素子。
【請求項１４】
前記アセテートを含む金属または非金属化合物は、リチウムアセテート、ソジウムアセテート、ポタシウムアセテート、ルビジウムアセテート及びセシウムアセテートよりなる群から１種以上選択されることを特徴とする請求項１３に記載のＯＬＥＤ素子。
【請求項１５】
前記ベンゾエイトを含む金属または非金属化合物は、リチウムベンゾエイト、ソジウムベンゾエイト、ポタシウムベンゾエイト、ルビジウムベンゾエイト及びセシウムベンゾエイトよりなる群から選択されることを特徴とする請求項１３に記載のＯＬＥＤ素子。
【請求項１６】
前記カーボネートを含む金属または非金属化合物は、リチウムカーボネート、ソジウムカーボネート、ポタシウムカーボネート、ルビジウムカーボネート及びセシウムカーボネートよりなる群から選択されることを特徴とする請求項１３に記載のＯＬＥＤ素子。
【請求項１】
基板と、
前記基板上に形成されたアノードと、
前記アノード上に形成された第１有機薄膜層と、
前記第１有機薄膜層上に形成された有機発光層と、
前記有機発光層上に形成された第２有機薄膜層と、
前記第２有機薄膜層上に形成されたカソードと、を含み、
前記第１有機薄膜層及び前記第２有機薄膜層は、各々単層または多層で構成され、第１有機薄膜層または第２有機薄膜層の少なくとも一部が絶縁体でドーピングまたは積層されるＯＬＥＤ素子。
【請求項２】
前記積層される絶縁体の厚さが０．１ｎｍ乃至１０ｎｍ範囲であることを特徴とする請求項１に記載のＯＬＥＤ素子。
【請求項３】
前記ドーピングされる絶縁体の濃度が１重量％乃至５０重量％の範囲であることを特徴とする請求項１に記載のＯＬＥＤ素子。
【請求項４】
前記第１有機薄膜層は、正孔注入層、または正孔注入層及び正孔輸送層であることを特徴とする請求項１に記載のＯＬＥＤ素子。
【請求項５】
前記第２有機薄膜層は、正孔遮断層、電子注入層及び電子輸送層よりなる群から１種以上選択されることを特徴とする請求項１に記載のＯＬＥＤ素子。
【請求項６】
前記絶縁体は、双極性特性を有する非導電性物質を含む無機絶縁体または有機絶縁体よりなる群から選択されることを特徴とする請求項１に記載のＯＬＥＤ素子。
【請求項７】
前記非導電性物質は、アルカリ酸化物、アルカリ土金属酸化物、金属または非金属酸化物、アルカリ弗素化物、アルカリ土金属弗素化物及び陰イオンを含む金属または非金属化合物よりなる群から１種以上選択されることを特徴とする請求項６に記載のＯＬＥＤ素子。
【請求項８】
前記アルカリ酸化物は、リチウムオキサイド、ソジウムオキサイド、ポタシウムオキサイド、ルビジウムオキサイド及びセシウムオキサイドよりなる群から１種以上選択されることを特徴とする請求項７に記載のＯＬＥＤ素子。
【請求項９】
前記アルカリ土金属酸化物は、マグネシウムオキサイド、カルシウムオキサイド、ストロンチウムオキサイド及びバリウムオキサイドよりなる群から１種以上選択されることを特徴とする請求項７に記載のＯＬＥＤ素子。
【請求項１０】
前記アルカリ弗素化物は、リチウムフルオライド、ソジウムフルオライド、ポタシウムフルオライド、ルビジウムフルオライド及びセシウムフルオライドよりなる群から１種以上選択されることを特徴とする請求項７に記載のＯＬＥＤ素子。
【請求項１１】
前記アルカリ土金属弗素化物は、マグネシウムフルオライド、カルシウムフルオライド、ストロンチウムフルオライド、及びバリウムフルオライドよりなる群から１種以上選択されることを特徴とする請求項７に記載のＯＬＥＤ素子。
【請求項１２】
前記金属または非金属酸化物は、アルミニウムオキサイド、シリコンオキサイド、チタニウムオキサイド及びタンタルオキサイドよりなる群から１種以上選択されることを特徴とする請求項７に記載のＯＬＥＤ素子。
【請求項１３】
前記陰イオンを含む金属または非金属化合物において、陰イオンは、アセテート、ベンゾエイト及びカーボネートよりなる群から１種以上選択されることを特徴とする請求項７に記載のＯＬＥＤ素子。
【請求項１４】
前記アセテートを含む金属または非金属化合物は、リチウムアセテート、ソジウムアセテート、ポタシウムアセテート、ルビジウムアセテート及びセシウムアセテートよりなる群から１種以上選択されることを特徴とする請求項１３に記載のＯＬＥＤ素子。
【請求項１５】
前記ベンゾエイトを含む金属または非金属化合物は、リチウムベンゾエイト、ソジウムベンゾエイト、ポタシウムベンゾエイト、ルビジウムベンゾエイト及びセシウムベンゾエイトよりなる群から選択されることを特徴とする請求項１３に記載のＯＬＥＤ素子。
【請求項１６】
前記カーボネートを含む金属または非金属化合物は、リチウムカーボネート、ソジウムカーボネート、ポタシウムカーボネート、ルビジウムカーボネート及びセシウムカーボネートよりなる群から選択されることを特徴とする請求項１３に記載のＯＬＥＤ素子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００８−１４７６３０（Ｐ２００８−１４７６３０Ａ）
【公開日】平成２０年６月２６日（２００８．６．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２８５３２５（Ｐ２００７−２８５３２５）
【出願日】平成１９年１１月１日（２００７．１１．１）
【出願人】（５９６１８００７６）韓國電子通信研究院 (733)
【氏名又は名称原語表記】Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ａｎｄ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ
【住所又は居所原語表記】１６１ Ｋａｊｏｎｇ−ｄｏｎｇ， Ｙｕｓｏｎｇ−ｇｕ， Ｔａｅｊｏｎ ｋｏｒｅａ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年６月２６日（２００８．６．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１１月１日（２００７．１１．１）
【出願人】（５９６１８００７６）韓國電子通信研究院 (733)
【氏名又は名称原語表記】Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ａｎｄ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ
【住所又は居所原語表記】１６１ Ｋａｊｏｎｇ−ｄｏｎｇ， Ｙｕｓｏｎｇ−ｇｕ， Ｔａｅｊｏｎ ｋｏｒｅａ
【Ｆターム（参考）】
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