JP4975766B2

JP4975766B2 - 有機発光素子およびその製造方法

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Publication number: JP4975766B2
Application number: JP2008558204A
Authority: JP
Inventors: ミン−スー・カン; ジョン−クウェン・ノ; ジュン−ヒョン・イ
Original assignee: LG Chem Ltd
Current assignee: LG Chem Ltd
Priority date: 2006-03-07
Filing date: 2007-03-07
Publication date: 2012-07-11
Anticipated expiration: 2027-03-07
Also published as: EP1992202B1; KR100847219B1; EP1992202A1; CN101401487A; US20090184628A1; EP1992202A4; TWI382783B; JP2009529234A; US9028974B2; TW200803599A; KR20070092142A; CN101401487B; WO2007102704A1

Description

本発明は有機発光素子およびその製造方法に関し、より詳しくは、電荷注入または電荷抽出用電極から有機層へのエネルギー障壁を下げることができるパターン層を備える有機発光素子およびその製造方法に関するものである。

有機発光素子は通常２つの電極とそれらの電極の間に介在した有機層とを含み、前記２つの電極から前記有機層に電子および正孔を注入し、電流を可視光に変換することによって光を発する。

図１は従来の有機発光素子を示す断面図であって、一般的な有機発光素子の断面を示す模式図である。

図１に示すように、前記有機発光素子は２つの電極、例えば、アノード電極２０およびカソード電極７０との間に位置する発光層５０を備える。前記２つの電極のうちのいずれか１つ、例えばアノード電極２０は透明基板１０の上に位置し、前記発光層５０から発された光を通過させる。前記有機発光素子は、性能向上のために電子注入層６５、電子輸送層６０、正孔輸送層４５および正孔注入層４０からなる群から選択された１つ以上の層をさらに含むことができる。また、発光領域（Ａ）と非発光領域（Ｂ）を区分するために前記透明基板１０の電極上に絶縁層３０を備えることもできる。

前記２つの電極（２０，７０）は金属、金属酸化物または導電性ポリマーで形成することができる。前記電極形成物質は有機層との界面で不安定な特性を有し得る。また、外部から加えられる熱、前記有機発光素子の駆動時に発生可能な内部熱、および前記有機発光素子に加えられる電界は前記素子の性能に悪影響を与えられる。また、前記電子／正孔注入層（６５／４０）または前記電子／正孔輸送層（６０／４５）と有機層との間の伝導エネルギー準位（ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅｅｎｅｒｇｙｌｅｖｅｌ）の差によって前記素子の動作のための駆動電圧が大きくなり得る。

よって、電極へまたは電極から電子／正孔を注入／抽出するエネルギー障壁を最小化するだけでなく、電子／正孔注入層または電子／正孔輸送層と有機層との間の界面を安定化させることが重要であり、それを改善する技術が開発されつつある。

そのために、前記有機発光素子のアノード電極は正孔注入層のＨＯＭＯ（ｈｉｇｈｅｓｔｏｃｃｕｐｉｅｄｍｏｌｅｃｕｌａｒｏｒｂｉｔａｌ）エネルギー準位と類似するフェルミエネルギー準位（Ｆｅｒｍｉｅｎｅｒｇｙｌｅｖｅｌ）を有するように調節されるか、あるいはアノード電極のフェルミエネルギー準位と類似するＨＯＭＯエネルギー準位を有する物質を正孔注入層として選択する。

正孔注入層はアノード電極のフェルミエネルギー準位だけでなく正孔輸送層または発光層のＨＯＭＯエネルギー準位を考慮して選択しなければならないので、正孔注入層用物質を選択するのには制限がある。よって、有機発光素子を製造するにおいて一般的にアノード電極のフェルミエネルギーを調節する方法が採用される。

本発明が解決しようとする技術的課題は、有機発光素子の電極と有機層との間に正孔または電子の注入または輸送のための電気的障壁を下げることができるパターン層を形成することにより、パターン層の模様で発光させることができる有機発光素子およびその製造方法を提供することをその目的とする。

また、本発明が解決しようとする技術的課題は、有機発光素子の電極と有機層との間に正孔または電子の注入または輸送のための電気的障壁を下げることができるパターン層を形成することにより、より多様な物質からなる電極を備えることができる有機発光素子およびその製造方法を提供することを他の目的とする。

前記技術的課題を解決するために、本発明は、基板；前記基板上に順次位置する第１導電層および第２導電層；および前記第１導電層と第２導電層との間に位置する、発光層を初めとする１層以上の有機層を含む有機発光素子であって、前記第１導電層と第２導電層のうちの少なくとも１つの導電層と前記１層以上の有機層との間に発光領域に相応するように形成されたパターン層が備えられ、該パターン層を介して導電層と有機層との間に電荷が注入または輸送され、前記パターン層の上面および下面に各々接する２層が直接接する領域では電荷が直接注入または輸送されないことを特徴とする有機発光素子を提供する。

また、本発明は、第１導電層と、少なくとも１つの中間導電層および第２導電層と、前記導電層の間に各々配置された発光層を初めとする１層以上の有機層とを含む積層型有機発光素子であって、前記導電層のうちの少なくとも１つと前記１層以上の有機層との間に発光領域に相応するように形成されたパターン層が備えられ、該パターン層を介して導電層と有機層との間に電荷が注入または輸送され、前記パターン層の上面および下面に各々接する２層が直接接する領域では電荷が直接注入または輸送されないことを特徴とする積層型有機発光素子を提供する。

また、本発明は、基板上に第１導電層、発光層を初めとする１層以上の有機層および第２導電層を順次積層するステップを含む有機発光素子の製造方法であって、前記第１導電層と第２導電層のうちの少なくとも１つの導電層と前記１層以上の有機層との間に発光領域に相応するようにパターン層を形成する際に、前記パターン層を介して導電層と有機層との間に電荷が注入または輸送され得る材料で前記パターン層を形成するステップを含み、前記パターン層の上面および下面に各々接する２層は、これらの２層が直接接する領域において電荷が直接注入または輸送されない材料からなることを特徴とする有機発光素子の製造方法を提供する。

本発明に係る有機発光素子は導電層と有機層と間にパターン層を備えることにより、導電層と有機層の界面において正孔注入または電子注入に対する電気的障壁を下げることができる効果がある。よって、電荷の注入能力を改善し、発光メカニズムを向上させる長所がある。また、有機発光素子の電極と有機層との間の界面において電荷注入に対する電気的障壁を下げることができるパターン層を形成することにより、より多様な物質の電極を備えることができる。また、積層型構造において複数のパターン層を他の形態に形成することによって色々な模様の発光形態を実現できる長所がある。

以下、本発明についてより詳細に説明する。

本発明に係る有機発光素子は、基板；前記基板上に順次積層され位置する第１導電層および第２導電層；および前記第１導電層と第２導電層との間に位置する、発光層を初めとする１層以上の有機層を含む有機発光素子であって、前記第１導電層と第２導電層のうちの少なくとも１つの導電層と前記１層以上の有機層との間に発光領域に相応するように形成されたパターン層が備えられ、該パターン層を介して導電層と有機層との間に電荷が注入または輸送され、前記パターン層の上面および下面に各々接する２層が直接接する領域では電荷が直接注入または輸送されないことを特徴とする。つまり、本発明では、電極と有機層との間に正孔または電子の注入または輸送のための電気的障壁を下げることができるパターン層を用いることにより、パターン層模様の発光領域を有する有機発光素子を実現することができる。

本発明において、有機層から発生した光は基板に向かう方向（ｂｏｔｔｏｍｅｍｉｓｓｉｏｎ）、基板の反対方向（ｔｏｐｅｍｉｓｓｉｏｎ）または両方向に放出することができる。

本発明において、前記パターン層は有機物、無機物またはそれらの混合物であってもよく、該パターン層を介して導電層と有機層との間に電荷が注入または輸送され得るエネルギー準位を有するものであれば、その材料は特に限定されない。前記パターン層は従来の有機発光素子を構成する有機層のうちのいずれか１つの役割、例えば正孔注入層、正孔輸送層、正孔抑制層、電子輸送層または電子注入層の役割をすることもできるが、素子の電荷移動に悪影響を及ぼさない限り、他の役割をさらに有さなくても良い。例えば、前記パターン層と隣接した導電層がアノードである場合、前記パターン層は正孔注入層または正孔輸送層の材料からなってもよい。また、前記パターン層と隣接した導電層がカソードである場合、前記パターン層は正孔抑制層、電子輸送層または電子注入層の材料からなってもよい。

本発明において、前記パターン層の上面および下面に各々接する２層は、これらの層の間に電荷が直接注入または輸送されないように各層が適切なエネルギー準位を有し、全体素子の駆動に悪影響を及ぼさないものであればその材料は特に限定されない。

本発明において、前記第１導電層および前記第２導電層は各々アノード電極およびカソード電極であってもよく、各々カソード電極およびアノード電極であってもよい。

本発明の一実施形態によれば、前記パターン層は前記第１導電層と第２導電層のうちの少なくとも１つの導電層と接し、ｎ−型有機層からなり、前記パターン層と接する有機層はｐ−型有機層からなって、前記パターン層とＮＰ接合をなし、前記導電層のフェルミ準位、前記パターン層のＬＵＭＯエネルギー準位、および前記パターン層と接する有機層のＨＯＭＯエネルギー準位は下記の式（１）および式（２）を満足することができる：

前記式（１）と式（２）において、Ｅ_Ｆ１は前記導電層のフェルミエネルギー準位であり、Ｅ_ｎＬは前記パターン層のＬＵＭＯエネルギー準位であり、Ｅ_ｐＨは前記パターン層とＮＰ接合をなす前記有機層のＨＯＭＯエネルギー準位である。また、前記ｎ−型有機層は４〜７ｅＶのＬＵＭＯエネルギー準位および１０^−８ｃｍ^２／Ｖｓ〜１ｃｍ^２／Ｖｓの電子移動度を有してもよい。

前記実施形態において、前記パターン層と接する導電層は第１導電層または第２導電層であってもよい。前記パターン層と接する導電層が第１導電層である場合、前記第２導電層はアルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）または透明電極材料、例えばＩＴＯからなってもよい。前記有機層は、正孔注入層（ＨＩＬ）、正孔輸送層（ＨＴＬ）、電子輸送層（ＥＴＬ）および電子注入層（ＥＩＬ）からなる群から選択された１つ以上の層をさらに含むことができる。前記実施形態において、前記第２導電層と前記有機層との間にパターン層をさらに含むことができ、この場合、前記追加のパターン層はＬｉＦ、ＮａＦ、ＣｓＦ、Ｃａ、ＭｇおよびＭｇＯからなる群から選択された１つのものからなってもよい。

本発明に係る積層型有機発光素子はそれぞれの導電層とその導電層の上部に位置する有機層との間に前記パターン層を全て備えることが好ましい。前記パターン層が２つ以上含まれる場合、これらは互いに同じパターンまたは異なるパターンを有してもよい。複数層の多様な形態のパターン層を形成することによって色々な形態の発光模様を実現することができる。

本発明の一実施形態によれば、前記第１導電層と前記第２導電層との間に位置した第３導電層を含み、前記第３導電層の上部および下部に発光層を初めとする１層以上の有機層を含み、前記第１導電層、第２導電層および第３導電層のうちの少なくとも１つと１層以上の有機層との間に発光領域に相応するように形成されたパターン層が備えられる。この場合、前記第１導電層および前記第２導電層と前記第３導電層は互いに電気的に接地電位に連結され、前記第３導電層には交流電圧が印加されてもよいが、それに限定されるものではない。

前記有機発光素子は表示素子に用いることができ、前記表示素子はオーディオディスプレイ、看板、ロゴ、家電用表示装置などに用いることができる。

また、本発明は、基板上に第１導電層、発光層を初めとする１層以上の有機層および第２導電層を順次積層するステップを含む有機発光素子の製造方法であって、前記第１導電層と第２導電層のうちの少なくとも１つの導電層と前記１層以上の有機層との間に発光領域に相応するようにパターン層を形成する際に、前記パターン層を介して導電層と有機層との間に電荷が注入または輸送され得る材料で前記パターン層を形成するステップを含み、前記パターン層の上面および下面に各々接する２層は、これらの２層が直接接する領域では電荷が直接注入または輸送されない材料で形成することを特徴とする有機発光素子の製造方法を提供する。

本発明の一実施形態によれば、基板上に第１導電層を形成するステップ；前記第１導電層上に発光領域に相応するようにパターン層を形成するステップ；前記第１導電層の露出部および前記パターン層上に、発光層を初めとする１層以上の有機層を形成するステップ；および前記有機層上に第２導電層を形成するステップを含み、前記パターン層は前記パターン層を介して第１導電層と有機層との間に電荷が注入または輸送され得る材料で形成し、前記パターン層と接する有機層は前記第１導電層と接する領域において第１導電層から電荷が直接注入または輸送されない材料で形成する有機発光素子の製造方法を提供する。前記第１導電層はアノード電極で形成し、前記第２導電層はカソード電極で形成することができる。前記アノード電極上の前記パターン層は正孔注入層または正孔輸送層で形成することができる。さらに、前記パターン層はｎ−型有機物で形成し、前記パターン層に接する有機層はｐ−型有機物で形成することができる。

本発明のまた他の一実施形態によれば、基板上に第１導電層を形成するステップ；前記第１導電層上に発光層を初めとする１層以上の有機層を形成するステップ；前記有機層上に発光領域に対応するようにパターン層を形成するステップ；および前記有機層の露出部および前記パターン層上に第２導電層を形成するステップを含み、前記パターン層は前記パターン層を介して第２導電層と有機層との間に電荷が注入または輸送され得る材料で形成し、前記パターン層と接する有機層は前記第２導電層と接する領域において第２導電層から電荷が直接注入または輸送されない材料で形成する有機発光素子の製造方法を提供する。前記第１導電層はアノード電極で形成し、前記第２導電層はカソード電極で形成することができる。前記カソード電極の下部に形成されたパターン層は正孔抑制層、電子輸送層、または電子注入層で形成することができる。

本発明のまた他の一実施形態によれば、基板上に第１導電層を形成するステップ；前記第１導電層上に発光領域に相応するように第１パターン層を形成するステップ；前記第１導電層の露出部およびおよび前記第１パターン層上に、発光層を初めとする１層以上の有機層を形成するステップ；前記有機層上に発光領域に対応するように第２パターン層を形成するステップ；および前記有機層の露出部および前記第２パターン層上に第２導電層を形成するステップを含み、前記第１パターン層は前記第１パターン層を介して第１導電層と有機層との間に電荷が注入または輸送され得る材料で形成し、前記第１パターン層と接する有機層は前記第１導電層と接する領域において前記第１導電層から電荷が直接注入または輸送されない材料で形成し、前記第２パターン層は第２パターン層を介して第２導電層と有機層との間に電荷が注入または輸送され得る材料で形成し、前記第２パターン層と接する有機層は前記第２導電層と接する領域において前記第２導電層から電荷が直接注入または輸送されない材料で形成する有機発光素子の製造方法を提供する。

本発明のまた他の一実施形態によれば、基板上に第１導電層を形成するステップ；前記第１導電層上に発光領域に相応するように第１パターン層を形成するステップ；前記第１導電層の露出部および前記第１パターン層上に、発光層を初めとする１層以上の第１有機層を形成するステップ；前記第１有機層上に第３導電層を形成するステップ；前記第３導電層上に発光領域に相応するように第２パターン層を形成するステップ；前記第３導電層の露出部および第２パターン層上に発光層を初めとする１層以上の第２有機層を形成するステップ；および前記第２有機層上に第２導電層を形成するステップを含み、前記第１パターン層は前記第１パターン層を介して前記第１導電層と前記第１有機層との間に電荷が注入または輸送され得る材料で形成し、第１パターン層と接する有機層は前記第１導電層と接する領域において前記第１導電層から電荷が直接注入または輸送されない材料で形成し、前記第２パターン層は前記第２パターン層を介して前記第３導電層と前記第２有機層との間に電荷が注入または輸送され得る材料で形成し、前記第２パターン層と接する有機層は前記第３導電層と接する領域において前記第３導電層から電荷が直接注入または輸送されない材料で形成する有機発光素子の製造方法を提供する。

以下、添付図面を参照して本発明の好ましい実施形態についてより詳細に説明する。以下にて紹介する実施形態は本発明の思想を当業者に伝えるための例として提供するものである。よって、本発明は、以下で説明する実施形態に限定されることなく他の形態に具体化することもできる。なお、明細書全体にわたって同じ参照番号は同じ構成要素を示す。

図２は本発明の第１実施形態に係る有機発光素子を示す断面図である。図２に示すように、前記基板１００の上に第１導電層１１０および第２導電層１７０が順次に位置する。前記第１導電層１１０はアノード電極であり、前記第２導電層１７０はカソード電極であってもよい。

前記第１導電層１１０と第２導電層１７０との間、すなわち前記第１導電層１１０の上に接してパターン層１２０が備えられる。この時、前記パターン層１２０に相応する領域は発光領域（Ａ）となり、残りの領域は非発光領域（Ｂ）となる。前記パターン層１２０および前記第１導電層１１０の露出面には有機層１８０が位置する。前記有機層１８０は発光層１４０を含み、正孔注入層１３０、正孔輸送層１３５、電子輸送層１５０、および電子注入層１５５からなる群から選択された１つ以上のものをさらに含むことができる。

前記第１導電層１１０がアノード電極である場合、前記正孔注入層１３０および前記第１導電層１１０は、それらが各々接する領域において前記第１導電層１１０から前記正孔注入層１３０に正孔が注入されないエネルギー準位を有する。また、前記パターン層１２０、前記パターン層１２０に接する第１導電層１１０、および前記パターン層１２０に接する正孔注入層１３０は、各々正孔が前記第１導電層から前記パターン層１２０を介して前記正孔注入層１３０に注入され得るエネルギー準位を有する。それにより、前記発光領域（Ａ）に該当する領域、すなわち前記パターン層１２０の領域にだけ電荷が注入および輸送され、光が発生する。

前記パターン層１２０は有機物からなってもよい。前記パターン層１２０はｎ−型有機層からなり、前記パターン層１２０と接する正孔注入層１３０はｐ−型有機層からなることが好ましい。この場合、前記パターン層１２０と前記正孔注入層１３０はＮＰ接合をなす。この時、前記第１導電層、すなわち前記アノード電極１１０のフェルミ準位、前記パターン層１２０のＬＵＭＯエネルギー準位および前記正孔輸送層１３０のＨＯＭＯエネルギー準位は下記の式（１）と式（２）を満足することが好ましい：

前記式（１）と式（２）において、Ｅ_Ｆ１は前記第１導電層のフェルミエネルギー準位であり、Ｅ_ｎＬは前記パターン層のＬＵＭＯエネルギー準位であり、Ｅ_ｐＨは前記パターン層とＮＰ接合をなす前記有機層のＨＯＭＯエネルギー準位である。

よって、有機発光素子の前記第１導電層１１０、すなわちアノード電極と前記正孔注入層１３０との間に前記パターン層１２０を備えることにより、第１導電層と有機層との間の界面において電荷注入に対する電気的障壁を下げることができる。それによって電荷の注入能力が向上し、より多様な物質の電極を備えることができる。

前記ｎ−型有機層は下記の化学式１の化合物を含むことができる：

（化学式１）

前記化学式１において、Ｒ^１〜Ｒ^６は各々水素、ハロゲン原子、ニトリル（−ＣＮ）、ニトロ（−ＮＯ_２）、スルホニル（−ＳＯ_２Ｒ）、スルホキシド（−ＳＯＲ）、スルホンアミド（−ＳＯ_２ＮＲ）、スルホネート（−ＳＯ_３Ｒ）、トリフルオロメチル（−ＣＦ_３）、エステル（−ＣＯＯＲ）、アミド（−ＣＯＮＨＲまたは−ＣＯＮＲＲ’）、置換もしくは非置換の直鎖または分枝鎖のＣ_１−Ｃ_１２アルコキシ、置換もしくは非置換の直鎖または分枝鎖のＣ_１−Ｃ_１２アルキル、置換もしくは非置換の芳香族または非芳香族の複素環、置換もしくは非置換のアリール、置換もしくは非置換のモノ−またはジ−アリールアミン、および置換もしくは非置換のアラルキルアミンからなる群から選択され、前記ＲおよびＲ’は各々置換もしくは非置換のＣ_１−Ｃ_６０アルキル、置換もしくは非置換のアリール、および置換もしくは非置換の５−７員複素環からなる群から選択される。

前記化学式１の化合物は下記化学式１−１〜１−６で示される化合物から選択することができる：

（化学式１−１）

（化学式１−２）

（化学式１−３）

（化学式１−４）

（化学式１−５）

（化学式１−６）

前記有機層１８０から発生した光は前記基板１００に向かう方向（ｂｏｔｔｏｍｅｍｉｓｓｉｏｎ）、前記基板１００の反対方向（ｔｏｐｅｍｉｓｓｉｏｎ）または両方向に放出することができる。

図３は本発明の第２実施形態に係る有機発光素子を示す断面図である。

図３に示すように、第１実施形態とは異なり、第２実施形態ではパターン層２６０が第２導電層２７０に接して位置する。すなわち、基板２００の上に位置する第１導電層２１０および第２導電層２７０のうち、前記第２導電層２７０と接して発光領域（Ａ）に相応するようにパターン層２６０が備えられる。前記第１導電層２１０はアノード電極、第２導電層２７０はカソード電極であってもよく、前記パターン層２６０および露出した第２導電層２７０と前記第１導電層２１０との間には有機層２８０が介在する。前記有機層２８０は発光層２４０を含み、正孔注入層２３０、正孔輸送層２３５、電子輸送層２５０、および電子注入層２５５からなる群から選択された１つ以上のものをさらに含むことができる。

前記パターン層２６０と接する電子注入層２５５および前記第２導電層２７０は、それらが各々接する領域において前記第２導電層２７０から前記電子注入層２５５に電子が注入されないエネルギー準位を有する。また、前記パターン層２６０、前記パターン層２６０に接する第２導電層２７０、および前記パターン層２６０に接する電子注入層２５５は、各々電子が前記第２導電層から前記パターン層２６０を介して前記電子注入層２５５に注入され得るエネルギー準位を有する。それにより、前記発光領域（Ａ）に該当する領域、すなわち前記パターン層２６０の領域だけに電荷が注入および輸送され、光が発生する。

つまり、第１実施形態では発光領域に該当する領域にアノード電極と接するパターン層を備え、アノード電極と有機層とのエネルギー障壁を最小化することによって正孔の注入能力を向上させる一方、第２実施形態では発光領域に該当する領域にカソード電極と接するパターン層を備えることによってカソード電極と有機層とのエネルギー障壁を最小化する。よって、第２実施形態では電子の注入能力を向上させることによってパターニングされた発光素子を実現することができる。

前記パターン層２６０は無機物からなってもよく、ＬｉＦ、ＮａＦ、ＣｓＦ、Ｃａ、ＭｇおよびＭｇＯからなる群から選択された１つからなることが好ましい。また、正孔抑制層、電子輸送層、または電子注入層の材料からなってもよい。この時、前記第２導電層２７０、すなわちカソード電極はアルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）または透明電極（ＩＴＯ）からなってもよい。

前記構造の有機発光素子も背面発光（ｂｏｔｔｏｍｅｍｉｓｓｉｏｎ）、前面発光（ｔｏｐｅｍｉｓｓｉｏｎ）または両面発光（ｂｏｔｈ−ｓｉｄｅｅｍｉｓｓｉｏｎ）の全てが可能である。

図４は本発明の第３実施形態に係る有機発光素子を示す断面図である。

図４に示すように、第３実施形態では有機層（３８０ａ、３８０ｂ）が２つ以上備えられる積層型構造を提示する。すなわち、第１導電層３１０と第２導電層３７０との間に第３導電層３５８が位置し、前記第３導電層３５８の下部および上部に第１有機層３８０ａおよび第２有機層３８０ｂが介在する。

また、パターン層（３２０，３６０）は前記第１導電層３１０および／または第３導電層３５８の上に配置することができ、その代わりにまたは同時に前記第１導電層３１０および／または第２導電層３７０の下部に形成することもできる。この時、前記第１導電層３１０および前記第２導電層３７０と前記第３導電層３５８は互いに電気的に接地電位に連結され、前記第３導電層３５８には交流電圧を印加することによって有機発光素子に必要な駆動電圧を印加することができる。

第３実施形態も同じく、発光領域（Ａ）に該当する領域にパターン層を形成することによって、導電層と有機層との間のエネルギー障壁を減少させ電荷の移動を容易にして発光メカニズムを調節できる長所を有する。それと同時にそれぞれの導電層上のパターン層の模様を異にして備えることによって相異なる形態の発光が前面、背面または両面の全てに放出するように実現することができる。

前記第１実施形態、第２実施形態および第３実施形態の有機発光素子は表示素子に用いることができ、前記表示素子はオーディオディスプレイ、看板、ロゴおよび家電用表示装置からなる群から選択して用いることができる。

図２〜図４を参照して本発明の実施形態に係る製造方法を下記の通りに説明する。

図２を参照して本発明の第１実施形態に係る有機発光素子の製造方法を説明すると、先ず基板１００の上に第１導電層１１０を形成する。前記基板１００はガラスまたはプラスチックの材質からなってもよく、背面発光型の有機発光素子を形成する場合には透明基板からなることが好ましい。また、前記第１導電層１１０は金属、金属酸化物、または導電性ポリマーで形成することができる。

前記第１導電層１１０の上にパターン層１２０を形成する。前記パターン層１２０を形成することは、乾式または湿式エッチング、微細金属マスク（ｆｉｎｅｍｅｔａｌｍａｓｋ）を用いた蒸着、プリンティングなどの方法を用いて形成することができる。前記パターン層１２０に相応する領域が発光領域（Ａ）となり、残りの領域が非発光領域（Ｂ）となる。

前記パターン層１２０によって露出した第１導電層１１０および前記パターン層１２０の上に有機層１８０を形成する。前記有機層１８０は正孔注入層１３０、正孔輸送層１３５、発光層１４０、電子輸送層１５０および電子注入層１５５から１つ以上を選択して積層することによって形成される。

前記有機層のうちの前記パターン層１２０と接する正孔注入層１３０は、前記第１導電層１１０と接する領域において前記第１導電層１１０から正孔が直接注入されないエネルギー準位を有する。この時、前記第１導電層１１０、前記パターン層１２０および前記正孔注入層１３０は、各々前記第１導電層１１０から前記パターン層１２０を介して前記正孔注入層１３０に正孔が注入および輸送され得るエネルギー準位を有する。

前記形成された有機層１８０の上に導電物質を用いて第２導電層１７０を形成する。前記第２導電層１７０はアルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）または透明電極（ＩＴＯ）からなってもよい。この時、前記第１導電層１１０はアノード電極で形成し、前記第２導電層１７０はカソード電極で形成することができる。さらに、前記アノード電極１１０の上の前記パターン層１２０は正孔注入層または正孔輸送層で形成することができる。

また、前記パターン層１２０はｎ−型有機物からなり、前記正孔注入層１３０はｐ−型有機物ならなってもよく、この時、前記第１導電層１１０のフェルミ準位、前記正孔注入層１３０のＨＯＭＯエネルギー準位および前記パターン層１２０のＬＵＭＯエネルギー準位は前述した式（１）および式（２）を満足することが好ましい。

図３を参照して本発明の第２実施形態に係る有機発光素子の製造方法を下記の通りに説明する。

先ず、基板２００の上に第１導電層２１０を形成する。前記基板２００は第１実施形態のように透明基板からなってもよく、前記第１導電層２１０は導電物質膜からなってもよい。前記第１導電層２１０の上に有機層２８０を形成する。前記有機層２８０は発光層２４０を含んで形成し、正孔注入層２３０、正孔輸送層２３５、電子輸送層２５０および電子注入層２５５からなる群から選択された１つ以上のものをさらに含むことができる。前記有機層２８０にパターン層２６０を形成する。

前記パターン層２６０が形成された領域に相応する領域が発光領域（Ａ）となり、残りの領域が非発光領域（Ｂ）となる。前記パターン層２６０は、前述したように、エッチング法、微細金属マスクを用いた蒸着法、プリンティング法などを用いて形成することができる。また、前記パターン層２６０はＬｉＦ、ＮａＦ、ＣｓＦ、Ｃａ、Ｍｇ、ＭｇＯおよびＣａＯからなる群から選択された１つのものからなってもよい。

前記パターン層２６０によって露出した電子注入層２５５および前記パターン層２６０上に第２導電層２７０を形成する。この時、前記電子注入層２５５および前記第２導電層２７０はそれらが各々接する領域において前記第２導電層２７０から前記電子注入層２５５に直接電子が注入されないエネルギー準位を有する。また、前記第２導電層２７０、前記パターン層２７０および前記電子注入層２５５は、各々前記第２導電層２７０から前記パターン層２７０を介して前記電子注入層２５５に電子が注入および輸送され得るエネルギー準位を有する。前記第２導電層２７０はアルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）または透明電極（ＩＴＯ）からなってもよい。

また、前記第１導電層２１０はアノード電極で形成し、前記第２導電層２７０はカソード電極で形成することができる。この時、前記カソード電極の下部に形成されたパターン層２８０は正孔抑制層、電子輸送層、または電子注入層で形成することができる。

図４を参照して本発明の第３実施形態に係る有機発光素子の製造方法を説明すると、本実施形態では有機層ユニットが２つ以上積層された有機発光素子を形成する。すなわち、実施形態１のように基板３００の上に第１導電層３１０を形成し、発光領域（Ａ）と相応するように前記第１導電層３１０の上に第１パターン層３２０を形成した後、前記第１パターン層３２０および前記第１パターン層３２０によって露出した前記第１導電層３１０の上に第１有機層３８０ａを形成する。しかし、第１有機層３８０ａの上に第２導電層を形成した第１実施形態とは異なり、第２導電層３７０を形成する前に、前記第１有機層３８０ａの上に第３導電層３５８を形成する。

また、前記第３導電層３５８の上に第２パターン層３６０を形成する。前記第２パターン層はまた他の発光領域（Ｃ）と相応するように形成することができる。前記第２パターン層３６０および前記第２パターン層３６０によって露出した第３導電層３５８の上に第２有機層３８０ｂを形成し、前記第２有機層３８０ｂの上に第２導電層３７０を形成する。

この時、前記第１有機層３８０ａと前記第３導電層３５８との間および／または前記第２有機層３８０ｂと前記第２導電層３７０との間にまた他の第３パターン層を形成することもできる。前記第３パターン層を形成する場合、前記第３パターン層は正孔抑制層、電子輸送層、または電子注入層に形成することができる。

前記パターン層、前記パターン層に接する導電層および前記パターン層に接する有機層は各々前記パターン層を介して電荷が注入または輸送され、前記導電層と有機層が接する領域において前記導電層から前記有機層に電荷が直接注入または輸送されないエネルギー準位を有する。

前記第１パターン層３２０または前記第２パターン層３６０は正孔注入層または正孔輸送層に形成することができる。また、前記第１パターン層３２０または前記第２パターン層３６０はｎ−型有機層からなり、前記第１有機層３８０ａまたは前記第２有機層３８０ｂはｐ−型有機層からなってもよい。前記ｎ−型有機層と前記ｐ−型有機層の特徴は前記第１実施形態の有機物の特徴と同様である。

第３実施形態では前記特徴を有するパターン層を形成し、発光領域上の電荷移動に対する電気的障壁を下げることによって電荷注入能力を向上させるだけでなく、複数層の多様な形態のパターン層を形成することによって色々な形態の発光模様を実現することができる。

前記では本発明の好ましい実施形態を参照して説明したが、当該技術分野の熟練した当業者は下記の特許請求の範囲に記載された本発明の思想および領域から逸脱しない範囲内で本発明を様々に修正および変更することができると理解しなければならない。

従来の有機発光素子を示す断面図である。本発明の第１実施形態に係る有機発光素子を示す断面図である。本発明の第２実施形態に係る有機発光素子を示す断面図である。本発明の第３実施形態に係る有機発光素子を示す断面図である。

符号の説明

１０透明基板
２０アノード電極
３０絶縁層
４０正孔注入層
４５正孔輸送層
５０発光層
６０電子輸送層
６５電子注入層
７０カソード電極
Ａ発光領域
Ｂ非発光領域

Claims

基板；前記基板上に順次位置する第１導電層および第２導電層；および前記第１導電層と第２導電層との間に位置する、発光層を初めとする１層以上の有機層を含む有機発光素子であって、前記第１導電層と第２導電層のうちの少なくとも１つの導電層と前記１層以上の有機層との間に発光領域に相応するように形成されたパターン層が備えられ、該パターン層を介して導電層と有機層との間に電荷が注入または輸送され、前記パターン層の上面および下面に各々接する２層が直接接する領域では電荷が直接注入または輸送されず、前記パターン層は前記第１導電層と第２導電層とのうちの何れかの１つと接すると共にｎ−型有機層からなり、前記パターン層と接する有機層はｐ−型有機層からなると共に前記パターン層とＮＰ接合をなし、
前記ｐ−型有機層は前記パターン層と前記発光層との間に位置することを特徴とする有機発光素子。
前記第１導電層はカソード電極であり、前記第２導電層はアノード電極であることを特徴とする、請求項１に記載の有機発光素子。
前記第１導電層はアノード電極であり、前記第２導電層はカソード電極であることを特徴とする、請求項１に記載の有機発光素子。
前記アノード電極と有機層との間のパターン層は正孔注入層または正孔輸送層であることを特徴とする、請求項３に記載の有機発光素子。
前記有機層は正孔注入層（ＨＩＬ）、正孔輸送層（ＨＴＬ）、正孔抑制層（ＨＢＬ）、電子輸送層（ＥＴＬ）、および電子注入層（ＥＩＬ）からなる群から選択された１つ以上のものをさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の有機発光素子。
前記有機層から発生した光は前記基板に向かう方向（ｂｏｔｔｏｍｅｍｉｓｓｉｏｎ）、前記基板の反対方向（ｔｏｐｅｍｉｓｓｉｏｎ）または両方向に放出することを特徴とする、請求項１に記載の有機発光素子。
前記パターン層と接する前記導電層のフェルミ準位、前記パターン層のＬＵＭＯエネルギー準位、および前記パターン層と接する前記ｐ−型有機層のＨＯＭＯエネルギー準位は下記の式（１）および式（２）を満足する、請求項１に記載の有機発光素子：

前記式（１）と式（２）において、Ｅ_Ｆ１は前記導電層のフェルミエネルギー準位であり、Ｅ_ｎＬは前記パターン層のＬＵＭＯエネルギー準位であり、Ｅ_ｐＨは前記パターン層とＮＰ接合をなす前記ｐ−型有機層のＨＯＭＯエネルギー準位である。
前記ｎ−型有機物は４〜７ｅＶのＬＵＭＯエネルギー準位および１０^−８ｃｍ^２／Ｖｓ〜１ｃｍ^２／Ｖｓの電子移動度を有することを特徴とする、請求項１に記載の有機発光素子。
前記ｎ−型有機層は下記の化学式１の化合物を含むことを特徴とする、請求項１に記載の有機発光素子：

(化学式１)
前記化学式１において、Ｒ^１〜Ｒ^６は各々水素、ハロゲン原子、ニトリル（−ＣＮ）、ニトロ（−ＮＯ_２）、スルホニル（−ＳＯ_２Ｒ）、スルホキシド（−ＳＯＲ）、スルホンアミド（−ＳＯ_２ＮＲ）、スルホネート（−ＳＯ_３Ｒ）、トリフルオロメチル（−ＣＦ_３）、エステル（−ＣＯＯＲ）、アミド（−ＣＯＮＨＲまたは−ＣＯＮＲＲ’）、置換もしくは非置換の直鎖または分枝鎖のＣ_１−Ｃ_１２アルコキシ、置換もしくは非置換の直鎖または分枝鎖のＣ_１−Ｃ_１２アルキル、置換もしくは非置換の芳香族または非芳香族の複素環、置換もしくは非置換のアリール、置換もしくは非置換のモノ−またはジ−アリールアミン、および置換もしくは非置換のアラルキルアミンからなる群から選択され、前記ＲおよびＲ’は各々置換もしくは非置換のＣ_１−Ｃ_６０アルキル、置換もしくは非置換のアリール、および置換もしくは非置換の５−７員複素環からなる群から選択される。
前記化学式１の化合物は下記化学式１−１〜１−６で示される化合物から選択されることを特徴とする、請求項９に記載の有機発光素子：

（化学式１−１）

（化学式１−２）

（化学式１−３）

（化学式１−４）

（化学式１−５）

（化学式１−６）
第１導電層と、少なくとも１つの中間導電層および第２導電層と、前記導電層の間に各々配置された発光層を初めとする１層以上の有機層とを含む積層型有機発光素子であって、前記導電層のうちの少なくとも１つと前記１層以上の有機層との間に発光領域に相応するように形成されたパターン層が備えられ、該パターン層を介して導電層と有機層との間に電荷が注入または輸送され、前記パターン層の上面および下面に各々接する２層が直接接する領域では電荷が直接注入または輸送されず、前記パターン層は前記導電層の何れかの１つと接すると共にｎ−型有機層からなり、前記パターン層と接する有機層はｐ−型有機層からなると共に前記パターン層とＮＰ接合をなし、
前記ｐ−型有機層は前記パターン層と前記発光層との間に位置することを特徴とする積層型有機発光素子。
それぞれの導電層と該導電層の上部に位置する有機層との間に前記パターン層が備えられることを特徴とする、請求項１１に記載の積層型有機発光素子。
前記パターン層が２以上含まれ、該パターン層は互いに同じであるか異なるパターンを有することを特徴とする、請求項１１に記載の積層型有機発光素子。
前記第１導電層と前記第２導電層との間に位置した第３導電層を含み、前記第３導電層の上部および下部に発光層を初めとする１層以上の有機層を含み、前記第１導電層、第２導電層および第３導電層のうちの少なくとも１つと１層以上の有機層との間に発光領域に相応するように形成されたパターン層が備えられることを特徴とする、請求項１１に記載の積層型有機発光素子。
請求項１の有機発光素子を含む表示素子。