KR101039056B1 - 발광소자용 전자주입성 조성물, 발광소자, 및 발광장치 - Google Patents

발광소자용 전자주입성 조성물, 발광소자, 및 발광장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에 있어서, 일반식 (1)에 의해 표현되는 벤조옥사졸 유도체와 알칼리 금속, 알칼리토류 금속, 및 천이금속 중 적어도 하나를 포함하는 발광소자용 전자주입 조성물은, 발광소자의 발광 물질을 포함하는 층의 일부에 전자주입층을 형성하도록 사용되고, 상기 조성물을 사용하여, 종래의 것과 비교하여 더 뛰어난 특성과 더 긴 수명을 갖는 발광소자를 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.
Figure 112004025231269-pat00001
Ar은 아릴기를 나타내고, R1 내지 R4의 각각은, 수소, 할로겐, 시아노기, 1 내지 10의 탄소원자를 갖는 알킬기, 1 내지 10의 탄소원자를 갖는 할로알킬기, 1 내지 10의 탄소 원자를 갖는 알콕시기, 치환 또는 무치환 아릴기, 치환 또는 무치환 헤테로고리기를 나타낸다.
벤조옥사졸 유도체, 발광소자, 전자주입성 조성물, 알칼리 금속, 알칼리토류 금속, 천이금속

Description

발광소자용 전자주입성 조성물, 발광소자, 및 발광장치{ELECTRON INJECTION COMPOSITION FOR LIGHT EMITTING ELEMENT, LIGHT EMITTING ELEMENT, AND LIGHT EMITTING DEVICE}
도 1은 본 발명의 발광소자에 관해서 설명하는 도면,
도 2는 양면출사구조의 발광소자에 관해서 설명하는 도면,
도 3은 상면출사구조의 발광소자에 관해서 설명하는 도면,
도 4는 상면출사구조의 발광소자에 관해서 설명하는 도면,
도 5는 발광장치에 관해서 설명하는 도면,
도 6은 전자장치에 관해서 설명하는 도면,
도 7은 본 발명에 따른 발광소자 및 종래의 발광소자의 각각에 관하여 시간에 따라 정규화된 휘도의 변화를 나타낸 그래프이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
100: 기판 101: 제 1 전극(양극)
102: 발광물질을 포함하는 층 103: 제 2 전극(음극)
104: 발광층 105: 전자주입층
본 발명은, 발광소자용 전자주입성 조성물, 발광소자에 발광소자용 전자주입성 조성물을 사용하여 형성된 발광소자, 및 발광소자를 갖는 발광장치에 관한 것이다.
박형경량, 고속응답성, 직류저전압 구동 등의 특징을 갖는 재료를 발광체로서 사용한 발광소자는, 차세대 플랫 패널 디스플레이에 대한 응용이 기대되고 있다. 또한, 발광소자를 매트릭스형으로 배치한 발광장치는, 종래의 액정표시장치와 비교하여, 시야각이 넓고 시감도가 뛰어난 점에 우위성이 있다고 말해지고 있다.
발광소자의 발광기구는, 한 쌍의 전극사이에 발광물질을 포함하는 층을 끼워 전압을 인가함에 의해, 음극으로부터 주입된 전자 및 양극에서 주입된 정공이 발광물질을 포함하는 층의 발광중심에서 재결합하여 분자여기자를 형성하여, 그 분자여기자가 기저상태로 되돌아갈 때에 에너지를 방출하여 발광한다고 한다. 여기상태에는 단일항 여기와 3중항 여기가 알려져, 발광은 어느 쪽의 여기상태를 거쳐도 가능하다고 생각되어지고 있다.
이러한 발광소자에 관해서는, 그 소자특성을 향상시키는 데에 있어서, 재료에 의존한 문제가 많아, 이들을 극복하기 위해서 예를 들어 소자구조의 개량이나 재료개발 등이 행해지고 있다.
재료에 의존한 문제의 하나로서, 투명도전막을 형성하는 데 알맞은 재료가 적은 것을 들 수 있다. 투명도전막을 형성하는 데 알맞은 재료로서 알려져 있는 것은, ITO(indium tin oxide), 산화인듐에 2∼20%의 산화아연(ZnO)을 혼합한 IZO(indium zinc oxide) 등의 일함수가 큰 (구체적으로는, 일함수 4.0eV 이상) 재료이다. 발광소자로부터의 빛을 외부로 추출하는 투명전극에 이 투명도전막들이 사용되어지는 점에서, 투명전극이 발광소자의 양극으로서 기능하고 있는 것이 일반적이다.
이에 대하여, 전극으로부터의 전자의 주입성을 향상시키기 위한 층(이하, 전자주입층이라고 부른다)을 투명전극과의 계면에 형성함에 의해, 투명전극으로부터의 전자의 주입성을 향상시켜, 일함수가 큰 ITO 등을 사용하여 형성된 투명전극을 음극으로서 기능시킬 수 있다고 하는 보고가 있다 (예를 들면, 비특허문헌1, 2참조.). 이 경우, 전자수송성을 갖는 재료 (예를 들면 트리스(8-퀴노리노라토(quinolinolato) 알루미늄(이하, Alq3으로 나타낸다), 2, 9-디메칠-4, 7-디페닐-1, 10-페난쓰롤린(phenanthroline) (바소큐프로인이라고도 하고, 이하, BCP로 나타낸다), 구리 프탈로시아닌 (이하, Cu-Pc로 나타낸다) 등)에 알칼리금속을 도핑하여 전자주입층을 형성한다.
또한, 전자주입층 중에서도, 전자만의 수송성이 뛰어난 재료로 알려져 있는 BCP에 Li를 도핑한 경우에 전극으로부터의 전자주입성을 현저히 향상시킬 수 있다고 하는 보고가 있다.
그러나, BCP는, 막을 형성하였을 때에 비결정질상태를 유지하기 어렵고, 경 시적으로 결정화하기 쉽다고 하는 결점을 가진다. 따라서, 소자를 형성한 경우에 발광효율의 변화에 의한 휘도얼룩짐 등의 소자특성의 저하를 초래하는 뿐 만 아니라, 휘도의 저하에 의해서 소자의 수명이 짧게 된다는 문제를 가지고 있다.
(비특허문헌 1)
Junji Kido, Toshio Matsumoto, Applied Physics Letters, Vol.73, No. 20(16 November 1998), 2866-2868
(비특허문헌 2)
G. Parthasarathy, C. Adachi, P.E. Burrows, S.R.Forrest, Applied Physics Letters, Vol.76, No.15 (10 April 2000), 2128-2130
그래서, 본 발명에서는, 뛰어난 전자주입성을 가지고, 또한 막형성한 경우에 경시적으로 결정화하기 어려운 발광소자용 전자주입성 조성물을 제공함과 동시에, 이것을 사용하는 것에 의해 종래보다도 소자특성이 뛰어나고, 소자수명이 긴 발광소자, 및 그것을 사용한 발광장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
발명자는, 벤조옥사졸 유도체가, 뛰어난 전자수송성을 가지고, 또한 막형성한 경우에 결정화하기 어려운 재료이며, 알칼리금속, 알칼리토류 금속, 또는 천이금속 중의 적어도 일종을 포함하는 것에 의해 전자주입성이 뛰어난 층을 형성하는 것을 찾아내었다. 그래서, 발명자는 한 쌍의 전극사이에 발광물질을 포함하는 층을 갖는 발광소자에 있어서, 발광물질을 포함하는 층의 일부에 벤조옥사졸 유도체를 사용하는 것을 제안하였다.
즉, 본 발명의 구성은, 일반식(1)으로 나타낸 물질과, 알칼리금속, 알칼리토류 금속, 또는 천이금속중 어느 하나의 몰비는 1:0.1 내지 1:10, 보다 바람직하게는 1:0.5 내지 1:2로 함유하는 것을 특징으로 하는 발광소자용 전자주입성 조성물이다.
(일반식(1))
Figure 112004025231269-pat00002
(여기서, Ar은 아릴기를 나타내고, R1 내지 R4는 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 시아노기, 1 내지 10의 탄소원자를 갖는 알킬기, 1 내지 10의 탄소원자를 갖는 할로알킬기, 1 내지 10의 탄소 원자를 갖는 알콕시기, 치환 또는 무치환 아릴기, 치환 또는 무치환 헤테로고리기를 나타낸다.)
더욱이, 일반식(1)에 의해 대표되는 물질의 양 대 알칼리 금속, 알칼리 토 금속, 및 천이 금속의 물질 양의 비는, 1:0.1 내지 1:10이고, 더욱 바람직하게는 1:0.5 내지 1:2 이다.
또한, 상술한 발광소자용 전자주입성 조성물이, 전자주입성이 뛰어나므로, 본 발명에서의 별도의 구성으로서, 발광소자용 전자주입성 조성물을 사용하여 형성된 전자주입층을 갖는 발광소자를 포함시키는 것으로 한다.
즉, 한 쌍의 전극사이에 발광물질을 포함하는 층을 적어도 갖는 발광소자에 있어서, 상기 발광물질을 포함하는 층은 일반식(1)으로 나타낸 물질과, 알칼리금속, 알칼리토류 금속, 또는 천이금속중의 적어도 일종을 포함하는 층을 갖는 것을 특징으로 하는 발광소자이다.
또, 상기 구성에 있어서, 상기 일반식(1)으로 나타낸 물질과, 알칼리금속, 알칼리토류 금속, 또는 천이금속중의 적어도 일종을 포함하는 층은, 상기 일반식(1)으로 나타낸 물질과, 알칼리금속, 알칼리토류 금속, 또는 천이금속중 어느 하나의 몰비는 1:0.1 내지 1:10이고, 보다 바람직하게는 1:0.5 내지 1:2로 함유하는 것을 특징으로 하는 발광소자이다.
또한, 발광소자에 있어서, 상기 일반식(1)으로 나타낸 물질과, 알칼리금속, 알칼리토류 금속, 또는 천이금속중의 적어도 일종을 포함하는 전자주입층은, 한쌍의 전극중, 한쪽 전극과 접하여 형성되는 것을 특징으로 한다. 또, 이 경우, 한쪽 전극은, 음극으로서 기능하는 전극이며, 다른 쪽 전극은 양극으로서 기능하는 전극이다. 또한, 음극으로서 기능하는 전극과 접하여 전자주입층을 형성하는 경우에는, 음극으로서 기능하는 전극이 가시광에 대하여 70% 이상의 투과율을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서는, 한 쌍의 전극이, 어느 것이나 가시광에 대하여 70% 이상의 투과율을 갖는 경우의 구성도 포함시키는 것으로 한다.
더욱이, 본 발명에서는, 상술한 발광소자를 그 일부에 갖는 발광장치도 본 발명의 구성에 포함시키는 것으로 한다.
[발명의 실시예]
본 발명에 있어서의 발광소자의 소자구성은, 도 1에 나타낸 것과 같다. 기본적으로는, 한 쌍의 전극(제1 전극(101) 및 제2 전극(103))사이에 발광물질을 포함하는 층(102)을 끼워넣은 구성이며, 발광물질을 포함하는 층(102)은, 발광층(104) 및 본 발명의 발광소자용 전자주입성 조성물로 이루어진 전자주입층(105)을 적어도 갖는다. 더욱이, 정공주입층, 정공수송층, 정공차단층, 전자수송층 등을 적절히 조합하여 구성된다. 또한, 여기서는, 제 1 전극(101)이 양극으로서 기능하고, 제 2 전극(103)이 음극으로서 기능하는 경우에 관해서 설명한다.
또, 본 발명에 있어서, 발광소자용 전자주입성 조성물은, 하기 일반식(1)에 나타낸 벤조옥사졸 유도체(BzOS)에 알칼리금속, 알칼리토류 금속, 또는 천이금속을 도핑함에 의해 형성되고, 전자주입층(105)은, 발광소자의 음극과 접하여 설치된다.
(일반식(1))
Figure 112004025231269-pat00003
(여기서, Ar은 아릴기를 나타내고, R1 내지 R4는 각각 독립적으로 수소, 할로 겐, 시아노기, 1 내지 10의 탄소 원자를 갖는 알킬기, 1 내지 10의 탄소원자를 갖는 할로알킬기, 1 내지 10의 탄소원자를 갖는 알콕실기, 치환 또는 무치환의 아릴기, 치환 또는 무치환의 헤테로고리기를 나타낸다.)
일반식(1)에 표시되는 벤조옥사졸 유도체(BzOS)에 포함되는 구체적인 재료로서는, 구조식(2) 내지 (4)에 나타낸 물질을 들 수 있다.
(구조식(2))
Figure 112004025231269-pat00004
4,4'-비스(5-메틸 벤조옥사졸-2-일(yl))스틸벤
(구조식(3))
Figure 112004025231269-pat00005

2-(4-비페닐)-6-페닐벤조옥사졸

(구조식(4))
Figure 112004025231269-pat00006
2,5-비스(5'-tert-부틸-2'-벤조옥사조릴)티오펜
벤조옥사졸 유도체와 함께 포함되는 금속(알칼리금속, 알칼리토류 금속, 또는 천이금속)으로서는, 구체적으로는 Li, Na, K, Rb, Cs, Fr, Mg, Ca, Sr, Ce 또는 Yb 등을 사용하고, 벤조옥사졸 유도체와 이 금속들과의 몰비가 1:0.1 내지 1:10, 보다 바람직하게는 1:0.5 내지 1:2가 되도록 한다. 또, 전자주입층(105)의 막두께는, 5 내지 50nm으로 하는 것이 바람직하고, 10 내지 30nm으로 하는 것이 보다 바람직하다.
제1 전극(101)에 사용하는 양극재료로서는, 일함수가 큰 (일함수 4.0eV 이상)금속, 합금, 전기전도성 화합물, 및 이것들의 혼합물 등을 사용하는 것이 바람직하다. 또, 양극재료의 구체예로서는, ITO(indium tin oxide), 산화인듐에 2 내지20%의 산화아연(ZnO)을 혼합한 IZO(indium zinc oxide) 외에, 금(Au), 백금(Pt), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 텅스텐(W), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 철(Fe), 코발트(Co), 구리(Cu), 파라듐(Pd), 또는 금속재료의 질화물(TiN) 등을 사용할 수 있다.
한편, 제2 전극(103)에 사용하는 음극재료로서는, 일함수가 작은 (일함수 3.8 eV 이하)금속, 합금, 전기전도성 화합물, 및 이것들의 혼합물 등을 사용하는 것이 바람직하다. 음극재료의 구체예로서는, 원소주기율의 1족 또는 2족에 속하는 원소, (Li나 Cs 등의 알칼리금속, 또는 Mg, Ca 또는 Sr 등의 알칼리토류 금속), 및 이들을 포함하는 합금(Mg:Ag, Al:Li)이나 화합물(LiF, CsF 또는 CaF2) 외에, 희토류금속을 포함하는 천이금속을 사용할 수 있지만, A1, Ag 또는 ITO 등의 금속(합금을 포함한다)을 적층하여 제 2 전극(103)을 형성하는 것도 가능하다.
본 발명에 있어서는, 음극과 접하여 전자주입성이 뛰어난 전자주입층을 설치하므로, 먼저 양극재료로서 든 ITO나 IZO 등의 일함수가 큰 재료를 사용할 수도 있다.
양극재료및 음극재료는, 증착법, 스퍼터링법 등에 의해 박막을 형성함에 의해, 각각 양극및 음극을 형성한다. 막두께는, 5 내지 500nm으로 하는 것이 바람직하다.
본 발명의 발광소자에 있어서, 발광물질을 포함하는 층(102)에 있어서의 캐리어의 재결합에 의해 생기는 빛은, 제 1 전극(양극)(101) 및 제 2 전극(음극)(103)의 한쪽, 또는 양쪽으로부터 외부에 출사되는 구성으로 된다. 즉, 제 1 전극(101)로부터 빛을 출사시키는 경우에는, 제 1 전극(101)을 투광성의 재료로 형성하고, 제 2 전극(103)측으로부터 빛을 출사시키는 경우에는, 제 2 전극(103)을 투광성의 재료로 형성한다. 양전극측으로부터 빛을 출사시키는 경우에는, 양전극을 투광성의 재료로 형성한다.
또한, 발광물질을 포함하는 층(102)에는 공지의 재료를 사용할 수 있고, 저 분자계 재료 및 고분자계 재료의 어느 것이라도 사용할 수도 있다. 또, 발광물질을 포함하는 층(102)을 형성하는 재료에는, 유기 화합물재료만으로 이루어진 것뿐만 아니라, 무기화합물을 일부에 포함하는 구성도 포함시키는 것으로 한다.
발광물질을 포함하는 층(102)을 구성하는 정공주입층, 정공수송층, 발광층, 또는, 전자수송층에 사용하는 구체적인 재료를 아래에 나타낸다.
정공주입층을 형성하는 정공주입성 재료로서는, 유기 화합물이라면 포르피린계의 화합물이 유효하다. 예를 들면, 프탈로시아닌(이하, H2-Pc로 나타낸다), 구리 프탈로시아닌(Cu-Pc로 나타낸다) 등을 사용할 수 있다. 또한, 도전성 고분자 화합물에 화학도핑을 시행한 재료도 있고, 폴리스티렌술폰산(이하, PSS로 나타낸다)을 도핑한 폴리에틸렌 디옥시티오펜(이하, PEDOT로 나타낸다) 등을 사용할 수도 있다.
정공수송층을 형성하는 정공수송성 재료로서는, 방향족아민계(즉, 벤젠환-질소의 결합을 갖는 것)의 화합물이 바람직하다. 널리 사용되어지는 재료로서, 예를 들면, N, N'-비스(3-메틸페닐)-N, N'-디페닐[1, 1'-비페닐]-4, 4'-디아민(이하, TPD로 나타낸다) 외에, 그 유도체인 4, 4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]-비페닐(이하, α-NPD로 나타낸다)이나, 4, 4', 4''-트리스(N-칼바조릴)-트리페닐아민(이하, TCTA로 나타낸다), 4, 4', 4"-트리스(N, N-디페닐-아미노)-트리페닐아민(이하, TDATA와 나타낸다),4, 4' 4"-트리스[N (3-메틸페닐)-N-페닐-아미노]-트리페닐아민(이하, MTDATA로 나타낸다) 등의 스타버스트형 방향족아민화합물을 들 수 있다.
발광층을 형성하는 발광성재료로서는, 구체적으로는, 트리스(8-퀴노리노라 토)알루미늄(이하, Alq3으로 나타낸다), 트리스(4-메틸-8-퀴노리노라토)알루미늄(이하, Almq3으로 나타낸다), 비스(10-히드록시벤조[h]-퀴노리나트)베릴륨(이하, BeBq2로 나타낸다), 비스(2-메틸-8-퀴노리노라토)-(4-히드록시-비페니릴)-알루미늄(이하, BAlq로 나타낸다), 비스[2-(2-히드록시페닐)-벤조옥사조라트]아연(이하, Zn(BOX)2로 나타낸다), 비스[2-(2-히드록시페닐)-벤조티아조라트]아연(이하, Zn(BTZ)2로 나타낸다) 등의 금속착체의 것 외, 각종 형광색소가 유효하다.
게스트재료와 조합하여 발광층을 형성하는 경우에는, 퀴나크리돈, 디에틸퀴나크리돈(DEQD), 디메틸퀴나크리돈(DMQD), 루브렌, 페릴렌, 쿠마린(cuomarin), 쿠마린 545T(C545T), DPT, Co-6, PMDFB, BTX, ABTX, DCM, DCJT의 것 외, 트리스(2-페닐피리딘)이리듐(이하, Ir(ppy)3로 나타낸다), 2, 3, 7, 8, 12, 13, 17, 18-옥타에칠-21H, 23H-폴피린-백금(이하, PtOEP로 나타낸다) 등의 3중항 발광재료(인광재료)를 게스트재료로서 사용할 수 있다.
전자수송층을 형성하는 전자수송성재료로서는, 앞서 서술한 Alq3, Almq3, BeBq2 등의 퀴놀린골격 또는 벤조퀴놀린골격을 갖는 금속착체나, 혼합배위자 착체인 BAlq 등이 바람직하다. 또한, Zn(BOX)2, Zn(BTZ)2 등의 옥사졸계, 티아졸계 배위자를 갖는 금속착체도 있다. 그리고, 금속착체 이외에도, 2-(4-비페니릴)-5-(4-tert-부틸페닐)-1, 3, 4-옥사디아졸(이하, PBD로 나타낸다), 1, 3-비스[5-(p-tert-부틸페닐)-1, 3, 4-옥사디아졸-2-일]벤젠(이하, OXD-7로 나타낸다) 등의 옥사디아졸 유 도체, 3-(4-tert-부틸페닐)-4-페닐-5-(4-비페니릴)-l, 2, 4-트리아졸(이하, TAZ로 나타낸다), 3-(4-tert-부틸페닐)-4-(4-에틸페닐)-5-(4-비페니릴)-1, 2, 4-트리아졸(이하, p-EtTAZ로 나타낸다) 등의 트리아졸 유도체를 사용할 수 있다.
상기한 것처럼, 발광물질을 포함하는 층(102)의 일부에 본 발명의 발광소자용 전자주입성 조성물로 이루어진 전자주입층(105)을 가지고, 또한 전자주입층(105)이, 음극(본 실시의 형태에 있어서는 제2 전극(103))과 접하여 형성된 본 발명의 발광소자를 얻을 수 있다.
이하에, 본 발명의 실시예에 관해서 설명한다.
(실시예 1)
본 실시예에서는, 발광소자의 제 1 전극 및 제 2 전극의 양측에서 발광물질을 포함하는 층에서 생긴 빛을 출사시키는 구조(이하, 양면출사구조라 한다)의 경우에 있어서, 발광물질을 포함하는 층의 일부에 전자주입층을 설치한 본 발명의 발광소자에 관해서 도 2를 사용하여 설명한다.
우선, 기판(200)상에 발광소자의 제 1 전극(201)이 형성된다. 본 실시예에서는, 제 1 전극(201)은 양극으로서 기능한다. 재료로서 투명도전막인 ITO를 사용하여, 스퍼터링법에 의해 110nm의 막두께로 형성한다.
다음에, 제 1 전극(양극)(201)상에 발광물질을 포함하는 층(202)이 형성된다. 또, 본 실시예에 있어서의 발광물질을 포함하는 층(202)은, 정공주입층(211), 정공수송층(212), 발광층(213), 전자수송층(214), 전자주입층(215)으로 이루어진 적층구조를 가지고 있다.
제 1 전극(201)이 형성된 기판을 시판의 진공증착장치의 기판홀더에 제 1 전극(201)이 형성된 면을 아래쪽으로 하여 고정하고, 진공증착장치의 내부에 구비된 증발원에 Cu-Pc를 넣어, 저항가열법을 사용한 증착법에 의해 20nm의 막두께로 정공주입층(211)을 형성한다. 정공주입층(211)을 형성하는 재료로서는, 공지의 정공주입성재료를 사용할 수 있다.
다음에 정공수송성이 뛰어난 재료에 의해 정공수송층(2l2)을 형성한다. 정공수송층(212)을 형성하는 재료로서는, 공지의 정공수송성재료를 사용할 수 있다. 본 실시예에서는, α-NPD을 같은 방법에 의해, 40nm의 막두께로 형성한다.
다음에 발광층(213)을 형성하고, 발광층(213)에 있어서 정공과 전자가 재결합하여, 발광이 생긴다. 본 실시예에서는, 발광층(213)을 형성하는 재료중 호스트재료가 되는 Alq3과, 게스트재료가 되는 쿠마린545T(C545T)를 사용하여, C545T가, 1wt%가 되도록 공증착법에 의해 40nm의 막두께로 형성한다.
다음에, 전자수송층(214)을 형성한다. 전자수송층(214)을 형성하는 재료로서는, 공지의 전자수송성재료를 사용할 수 있다. 본 실시예에서는, Alq3을 사용하여, 20nm의 막두께로 증착법에 의해 형성한다.
다음에, 전자주입층(215)을 형성한다. 전자주입층(215)에는, 본 발명의 전자주입성 조성물을 사용하는 것으로 한다. 전자주입성 조성물은, 일반식(1)으로 표시되는 벤조옥사졸 유도체와, 알칼리금속, 알칼리토류 금속, 또는 천이금속 중 어느 하나의 몰비를 1:0.1 내지 1:10으로 함유하는 것이다. 또, 본 실시예에서는, 하기 구조식(2)으로 표시되는 벤조옥사졸 유도체와 알칼리금속인 Li와의 몰비가 1:2가 되도록 하여, 20nm의 막두께로 공증착법에 의해 전자주입층(215)을 형성한다.
(구조식 2)
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4,4'-비스(5-메틸 벤조옥사졸-2-일)스틸벤
이와 같이 하여, 정공주입층(211), 정공수송층(212), 발광층(213), 전자수송층(214), 및 전자주입층(215)을 적층하여 형성되는 발광물질을 포함하는 층(202)을 형성한 후, 음극으로서 기능하는 제 2 전극(203)을 스퍼터링법 또는 증착법에 의해 형성한다.
제 2 전극(203)은 전자주입성이 뛰어난 전자주입층(215)과 접하여 형성되므로, 본 실시예에서는, 발광물질을 포함하는 층(202)상에 ITO(110nm)을 스퍼터링법에 의해 형성하여, 제 2 전극(203)을 얻는다.
이상에 의해, 양면출사구조의 발광소자가 형성된다.
본 실시예에서 나타낸 발광소자의 전자주입층에 사용하는 발광소자용 전자주입성 조성물에 포함되는 벤조옥사졸 유도체는, 뛰어난 전자주입성을 가지고, 또한 벤조옥사졸 유도체를 포함하는 막형성한 경우에 결정화하기 어려운 재료이므로, 소 자특성이 뛰어나, 소자수명이 긴 발광소자를 형성할 수 있다.
(비교 실시예 1)
실시예 1에서 기술된 발광소자와 비교하기 위해서, 전자주입층용 BCP를 사용하는 종래의 발광소자가 제조된다.
실시예 1에서 기술된 발광소자와 같은 방법으로, 전자수송층까지 층이 형성된다. 그러면, 알칼리 금속인 BCP 대 Li의 몰비는 1:2로 공증착에 의해 20nm 두께의 막으로 전자주입층을 형성한다. 그 다음, 음극으로서 기능하는 제 2 전극은, 스퍼터링법이나 증착법에 의해 전자주입층 위에 형성된다. 본 실시예에서는, ITO(110nm)가 스퍼터링법에 의해 형성된다.
도 7은, 본 비교예에서 제조된 발광소자 "비교 실시예 1" 및 실시예 1에서 제조된 발광소자 "실시예 1"의 각각에 대하여 시간에 따른 정규화된 휘도의 변화를 나타낸 그래프이다. 시간에 따른 정규화된 휘도의 변화는, 일정한 전류밀도로 측정된 100%로 설정된 초기의 휘도에 따라 정규화된 휘도의 시간에 따른 변화이다.
도 7로부터 명백하듯이, "실시예 1"의 발광소자는, "비교 실시예 1"의 발광소자보다 시간에 있어서 더 낮은 휘도를 갖는다. 즉, "실시예 1 "의 발광소자는, 더 긴 수명을 갖는다. 더 구체적으로, 58%에 다다르는 "비교 실시예 1"의 발광소자에 대하여 정규화된 휘도에 관한 수명은, 560시간이고, 60%에 다다르는 "실시예 1"의 발광소자에 관한 정규화된 휘도에 관한 수명은 1800시간이다. 따라서, 더 뛰어난 특성과 더 긴 수명을 갖는 발광소자가, 본 발명에 따른 발광소자용 전자주입 조 성물의 사용으로 전자주입층을 형성함으로써 형성될 수 있고, 벤조옥사졸 유도체와, 알칼리 금속, 알칼리토금속, 및 천이 금속 중 적어도 하나를 포함한다.
(실시예 2)
본 실시예에서는, 발광소자의 한쪽으로부터 발광물질을 포함하는 층에서 생긴 빛을 출사시키는 구조의 경우에 있어서, 특히 발광물질을 포함하는 층 위에 형성되는 제 2 전극측으로부터 빛을 출사시키는 구조(이하, 상면출사구조라 한다)에 관해서 도 3을 사용하여 설명한다.
여기서는, 실시예 1과 구성이 다른 부분에 관해서만 설명하는 것으로 하고, 본 실시예에서는, 제 1 전극이외의 구성에 관해서 실시예 1과 같기 때문에 설명은 생략한다.
본 실시예에 있어서의 제 1 전극(301)은, 양극으로서 기능하여, 발광물질을 포함하는 층(302)에서 생긴 빛을 출사시키지 않는 전극이다. 즉, 제 1 전극(301)을 형성하는 재료로서는, 일함수가 크고, 또한 차광성을 갖는 원소주기율의 제 4족, 제 5족, 또는 제 6족에 속하는 원소의 질화물 또는 탄화물, 구체적으로는 질화티타늄, 질화지르코늄, 탄화티타늄, 탄화지르코늄, 질화탄탈, 탄화탄탈, 질화몰리브덴, 탄화몰리브덴 등을 사용할 수 있다. 또한, 일함수가 큰 투명도전막과 반사성(차광성을 갖는 경우도 포함한다)을 갖는 도전막(반사성도전막)을 적층함에 의해 제 1 전극(301)을 형성할 수도 있다.
또, 본 실시예에서는, 반사성 도전막과 일함수가 큰 투명도전막을 적층하여 제 1 전극(301)을 형성하는 경우에 관해서 설명한다.
구체적으로는, Al-Si막을 300nm의 막두께로 형성한 후, Ti막을 100nm의 막두께로 적층함에 의해, 반사성도전막(304)을 형성하여, 그 위에 투명도전막(305)으로서 ITO를 20nm의 막두께로 형성한다.
제 1 전극(301)을 형성한 후에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여, 정공주입층(311), 정공수송층(312), 발광층(313), 전자수송층(314), 전자주입층(315), 및 제 2 전극(303)이 순차 적층형성된다.
이상과 같이 하여, 제 2 전극측으로부터만 빛을 출사시키는 상면출사구조의 발광소자를 형성할 수 있다.
본 실시예의 경우도 실시예 1과 마찬가지로 하여 발광소자의 전자주입층에 사용하는 발광소자용 전자주입성 조성물에 포함되는 벤조옥사졸 유도체는, 뛰어난 전자주입성을 가지고, 또한 벤조옥사졸 유도체를 포함하는 막형성한 경우에 결정화하기 어려운 재료이므로, 소자특성이 뛰어나고, 소자수명이 긴 발광소자를 형성할 수 있다.
(실시예 3)
본 발명에서는, 실시예 2와 마찬가지로 발광소자의 한쪽으로부터 발광물질을 포함하는 층에서 생긴 빛을 출사시키는 구조의 경우에 있어서, 도 4에 나타낸 바와 같이 발광물질을 포함하는 층(502)에 포함되는 전자주입층(515)측으로부터 빛을 출사시키는 구조(이하, 상면출사구조라는)로 할 수도 있다.
실시예 2에서와 같은 방법으로, 제 1 전극(501)로서, 반사성도전막(504)은, 기판(500) 위에 형성되고, 그 위에 그 다음 투명전도막(505)이 형성된다. 제 1 전극(501)을 형성한 후에, 정공주입층(511), 정공수송층(512), 발광층(513), 전자수송층(514), 전자주입층(515), 및 제 2 전극(503)이 실시예 1 및 2와 같은 방식으로 순차적으로 적층된다.
본 실시예의 경우에는, 발광물질을 포함하는 층(502)의 일부에 보조전극으로서 기능하는 제 2 전극(음극)(503)이 형성되기 때문에, 발광물질을 포함하는 층(502)에서 생긴 빛은, 제 2 전극(503)이 형성되어 있지 않은 부분으로부터 출사되는 구조로 된다. 본 실시예에 있어서, 제 2 전극(503)에 사용하는 재료로서는, 일함수가 작은 음극재료이면, 반드시 투광성의 재료를 사용할 필요는 없고, 차광성의 재료이어도 된다.
(실시예 4)
본 실시예에서는, 화소부에 본 발명에 의한 발광소자를 갖는 발광장치에 관해서 도 5a 및 도 5b를 참조하여 설명한다. 도 5a는 발광장치를 나타낸 상면도, 도5b는 도 5a를 A-A'로 절단한 단면도이다. 점선으로 표시된 도면부호 401은 구동회로부(소스측 구동회로), 402는 화소부, 403은 구동회로부(게이트측 구동회로)이다. 또한, 404는 밀봉기판, 405는 밀봉재이다. 밀봉재(405)로 둘러싸인 내측은, 공간(407)으로 되어 있다.
408은 소스측 구동회로(401) 및 게이트측 구동회로(403)에 입력되는 신호를 전송하기 위한 배선이며, 외부입력단자가 되는 FPC(플렉시블 프린트 회로)(409)로부터 비디오신호, 클록신호, 스타트신호, 리셋트신호 등을 받아들인다. 여기서는 FPC밖에 도시되어 있지 않지만, 이 FPC에는 프린트 배선기반(PWB)이 부착되어 있어도 된다. 본 명세서에 있어서의 발광장치에는, 발광장치 본체뿐만아니라, 그것에 FPC 또는 PWB가 부착된 상태도 포함하는 것으로 한다.
다음에, 단면구조에 관해서 도 5b를 참조하여 설명한다. 기판(410)상에는 구동회로부 및 화소부가 형성되어 있다. 여기서는, 구동회로부인 소스측 구동회로(401)와, 화소부(402)가 표시되어 있다.
소스측 구동회로(401)는 n채널형 TFT(423)과 p채널형 TFT(424)를 조합한 CMOS 회로가 형성된다. 또한, 구동회로를 형성하는 TFT는, 공지의 CMOS회로, PMOS 회로 또는 NMOS 회로에서 형성하여도 된다. 또한, 본 실시예에서는, 기판상에 구동회로를 형성한 드라이버 일체형을 나타내지만, 반드시 그럴 필요는 없고, 기판상이 아니라 외부에 형성할 수도 있다.
화소부(402)는 스위칭용 TFT(411)과, 전류제어용 TFT(412)과 그 드레인에 전기적으로 접속된 제 1 전극(413)을 포함하는 복수의 화소로 구성된다. 또, 제 1 전극(413)의 단부를 덮어 절연물(414)이 형성되어 있다. 여기서는, 포지티브 감광성 아크릴수지막을 사용하는 것에 의해 절연물(414)을 형성한다.
제 1 전극(413)상에는, 발광물질을 포함하는 층(416), 및 제 2 전극(417)이 각각 형성되어 있다. 여기서, 양극으로서 기능하는 제 1 전극(4l3)에 사용하는 재료로서는, 일함수가 큰 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들면, ITO(인듐주 석산화물)막, 인듐아연산화물(IZO)막, 질화티타늄막, 크롬막, 텅스텐막, Zn막, Pt막 등의 단층막 외에, 질화티타늄과 알루미늄을 주성분으로 하는 막과의 적층, 질화티타늄막과 알루미늄을 주성분으로 하는 막과 질화티타늄막과의 3층구조 등을 사용할 수 있다. 또, 적층구조로 하면, 배선으로서의 저항도 낮고, 양호한 오믹콘택이 얻어져, 더욱 양극으로서 기능시킬 수 있다.
발광물질을 포함하는 층(416)은, 증착마스크를 사용한 증착법, 또는 잉크젯법에 의해서 형성된다. 발광물질을 포함하는 층(416)에는, 본 발명의 발광소자용 전자주입성 조성물로 이루어진 전자주입층이 포함된다. 그 외에도, 발광층, 정공주입층, 정공수송층, 전자수송층 등이 포함된다. 이것들의 층을 형성할 때는, 저분자계재료, 중분자재료(올리고머, 덴드리머를 포함한다), 또는 고분자계재료를 사용할 수 있다. 또한, 발광물질을 포함하는 층을 형성하는 경우에는, 통상, 유기 화합물을 단층 또는 적층으로 사용하는 경우가 많다. 그러나, 본 발명에 있어서는, 유기 화합물로 이루어진 막의 일부에 무기화합물을 사용한 구성도 포함시키는 것으로 한다.
그리고, 발광물질을 포함하는 층(416)상에 형성된 제2 전극(음극)(417)에 사용하는 재료로서는, 투명도전막인 ITO를 사용하는 것으로 한다.
밀봉재(405)로 밀봉기판(404)을 소자기판(410)과 붙여 합치는 것에 의해, 소자기판(401), 밀봉기판(404), 및 밀봉재(405)로 둘러싸인 공간(407)에 발광소자(418)가 구비된 구조로 되어 있다. 또, 공간(407)에는, 불활성기체(질소나 아르곤 등)가 충전되는 경우 외에, 밀봉재(405)로 충전되는 구성도 포함하는 것으 로 한다.
밀봉재(405)에는 에폭시계 수지를 사용하는 것이 바람직하다. 그리고, 이 재료들은 될 수 있는 한 수분 또는 산소를 투과하지 않은 재료인 것이 바람직하다. 또한, 밀봉기판(404)에 사용하는 재료로서 유리기판이나 석영기판의 외에, FRP(Fiberglass­Reinforced Plastics), PVF(폴리비닐 플로라이드), 마일러, 폴리에스테르 또는 아크릴 등으로 이루어진 플라스틱기판을 사용할 수 있다.
이상과 같이 하여, 본 발명에 의해 형성되는 발광소자를 갖는 발광장치를 얻을 수 있다.
본 실시예에 나타낸 발광장치는, 실시예 1 내지 3에 나타낸 발광소자의 구성을 자유롭게 조합하여 실시하는 것이 가능하다.
(실시예 5)
본 실시예에서는, 예를 들면 실시예 4에 따라 형성된 발광장치를 포함하는 여러가지 전자장치에 관해서 설명한다.
본 발명을 사용하여 형성되는 발광장치를 사용하여 제조된 전자장치로서, 비디오카메라, 디지털 카메라, 고글형 디스플레이(헤드마운트 디스플레이), 네비게이션 시스템, 음향재생장치(카오디오 시스템, 오디오 셋트 등), 휴대용 퍼스널 컴퓨터, 게임기기, 휴대정보단말기(모바일 컴퓨터, 휴대전화, 휴대형게임기 또는 전자서적 등), 기록매체를 구비한 화상재생장치(구체적으로는 디지털 다기능 디스크(DVD) 등의 기록매체를 재생하여, 그 화상을 표시할 수 있는 표시장치를 구 비한 장치) 등을 들 수 있다. 이 전자장치들의 구체예를 도 6a 내지 도 6g에 나타낸다.
도 6a는 표시장치로, 프레임 몸체(2001), 지지대(2002), 표시부(2003), 스피커부(2004), 비디오 입력단자(2005) 등을 포함한다. 본 발명에 따라 형성된 발광장치를 그 표시부(2003)에 사용하는 것에 의해 제조된다. 이때, 표시장치는, 개인용 컴퓨터용, TV 방송수신용, 광고표시용 등의 모든 정보표시용장치가 포함된다.
도 6b는 랩탑 퍼스널 컴퓨터로, 본체(2201), 프레임 몸체(2202), 표시부(2203), 키보드(2204), 외부접속포트(2205), 포인팅마우스(2206) 등을 포함한다. 본 발명에 따라 형성된 발광장치를 그 표시부(2203)에 사용하는 것에 의해 랩탑 퍼스널 컴퓨터를 제조한다.
도 6c는 모바일 컴퓨터로, 본체(2301), 표시부(2302), 스위치(2303), 조작키(2304), 적외선포트(2305) 등을 포함한다. 본 발명에 따라 형성된 발광장치를 그 표시부(2302)에 사용하는 것에 의해 모바일 컴퓨터를 제조한다.
도 6d는 기록매체를 구비한 휴대형의 화상재생장치(구체적으로는 DVD 재생장치)이며, 본체(2401), 프레임 몸체(2402), 표시부A(2403), 표시부B(2404), 기록매체(DVD 등), 판독부(2405), 조작키(2406), 스피커부(2407) 등을 포함한다. 표시부A(2403)는 주로 화상정보를 표시하고, 표시부B(2404)는 주로 문자정보를 표시하지만, 본 발명에 따라 형성된 발광장치를 이들 표시부A, B(2403, 2404)에 사용하는 것에 의해 제조된다. 또, 기록매체를 구비한 화상재생장치에는 가정용 게임기기 등도 포함된다.
도 6e는 고글형 디스플레이(헤드마운트 디스플레이)로, 본체(2501), 표시부(2502), 암부(2503)를 포함한다. 본 발명에 따라 형성된 발광장치를 그 표시부(2502)에 사용하는 것에 의해 고글형 디스플레이를 제조한다.
도 6f는 비디오카메라로, 본체(2601), 표시부(2602), 프레임 몸체(2603), 외부접속포트(2604), 리모콘 수신부(2605), 화상 수신부(2606), 배터리(2607), 음성입력부(2608), 조작키(2609), 접안부(2610) 등을 포함한다. 본 발명에 따라 형성된 발광장치를 그 표시부(2602)에 사용하는 것에 의해 비디오 카메라를 제조한다.
도 6g는 휴대전화로, 본체(2701), 프레임 몸체(2702), 표시부(2703), 음성입력부(2704), 음성출력부(2705), 조작키(2706), 외부접속포트(2707), 안테나(2708) 등을 포함한다. 본 발명에 따라 형성된 발광장치를 그 표시부(2703)에 사용하는 것에 의해 휴대전화를 제조한다.
이상과 같이, 본 발명을 사용하여 형성된 발광장치의 적용범위는 매우 넓다. 또한 발광장치에 포함되는 발광소자는, 발광물질을 포함하는 층의 일부에 전극으로부터의 전자의 주입성을 높이는 전자주입층을 가지고, 전자주입층은, 결정화하기 어려운 재료를 사용하여 형성되므로, 구동전압이 낮고, 수명이 길다는 특징을 갖는다. 따라서, 이 발광장치를 모든 분야의 전자장치에 적용함에 의해, 저소비전력화, 장기 수명화를 실현할 수 있다.
본 발명은, 첨부한 도면을 참조하여 예를 들어 충분히 기술하였지만, 당업자에게 있어서 명백히 다양한 변경과 수정을 할 것이라는 것을 알 수 있다. 그러한 변경과 수정은, 첨부한 청구항의 범위에 포함된 것처럼 해석되어야 한다.
이상과 같은 본 발명에 의하면, 벤조옥사졸 유도체와, 알칼리금속, 알칼리토류 금속, 또는 천이금속중의 적어도 일종을 포함하는 발광소자용 전자주입성 조성물을 사용하여 전자주입층을 형성함에 의해, 음극으로서 기능하는 전극으로부터의 전자주입성을 높일 수 있다. 더욱이, 벤조옥사졸 유도체는 막형성한 경우에 결정화하기 어려운 재료이므로, 종래보다도 소자특성이 뛰어나고, 소자수명이 긴 발광소자, 및 그것을 사용한 발광장치를 제공할 수 있다.

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  14. 제 1 전극과,
    투명재료로 이루어진 제 2 전극과,
    상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 형성된, 전자주입층 및 발광층을 구비하고,
    상기 전자주입층은 상기 제 2 전극과 접촉해 있고,
    상기 전자주입층은,
    구조식(2) 내지 (4)에 의해 표시되는 재료들 중의 하나와,
    알칼리 금속, 알칼리토류 금속, 및 천이금속 중의 적어도 하나를 포함하고,
    구조식(2) 내지 (4)에 의해 표시되는 상기 재료들 중의 하나와 상기 알칼리 금속, 상기 알칼리토류 금속, 및 상기 천이금속 중의 하나의 몰비는, 1:0.1 내지 1:10인 발광소자.
    Figure 112009034993326-pat00019
    Figure 112009034993326-pat00020
    Figure 112009034993326-pat00021
  15. 제 14 항에 있어서,
    구조식(2) 내지 (4)에 의해 표시되는 상기 재료들 중의 하나와 상기 알칼리 금속, 상기 알칼리토류 금속, 및 상기 천이금속 중의 하나의 몰비는, 1:0.5 내지 1:2인 발광소자.
  16. 제 1 전극과,
    투명재료로 이루어진 제 2 전극과,
    상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 형성된, 전자주입층 및 발광층을 구비하고,
    상기 전자주입층은 상기 제 2 전극과 접촉해 있고,
    상기 전자주입층은,
    구조식(2) 내지 (4)에 의해 표시되는 재료들 중의 하나와,
    알칼리 금속, 알칼리토류 금속, 및 천이금속 중의 적어도 하나를 포함하고,
    구조식(2) 내지 (4)에 의해 표시되는 상기 재료들 중의 하나의 물질의 양과 상기 알칼리 금속, 상기 알칼리토류 금속, 및 상기 천이금속의 물질의 전체량의 비율은, 1:0.1 내지 1:10인 발광소자.
    Figure 112009034993326-pat00022
    Figure 112009034993326-pat00023
    Figure 112009034993326-pat00024
  17. 제 16항에 있어서,
    구조식(2) 내지 (4)에 의해 표시되는 상기 재료들 중의 하나의 물질의 양과 상기 알칼리 금속, 상기 알칼리토류 금속, 및 상기 천이금속의 물질의 전체량의 비율은, 1:0.5 내지 1:2인 발광소자.
  18. 제 1 전극과,
    투명재료로 이루어진 제 2 전극과,
    상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 발광재료를 포함하는 적어도 한 층을 구비하고,
    상기 층은, 상기 제 2 전극과 접촉해 있고,
    상기 층은, 구조식(2) 내지 (4)에 의해 표시되는 재료들 중의 하나와, 알칼리 금속, 알칼리토류 금속, 및 천이금속 중의 적어도 하나를 포함하는 층을 구비하는 발광소자.
    Figure 112009034993326-pat00025
    Figure 112009034993326-pat00026
    Figure 112009034993326-pat00027
  19. 제 18항에 있어서,
    구조식(2) 내지 (4)에 의해 표시되는 상기 재료들 중의 하나와 상기 알칼리 금속, 상기 알칼리토류 금속, 및 상기 천이금속 중의 하나의 몰비는, 1:0.1 내지 1:10인 발광소자.
  20. 제 18항에 있어서,
    구조식(2) 내지 (4)에 의해 표시되는 상기 재료들 중의 하나와 상기 알칼리 금속, 상기 알칼리토류 금속, 및 상기 천이금속 중의 하나의 몰비는, 1:0.5 내지 1:2인 발광소자.
  21. 제 18항에 있어서,
    구조식(2) 내지 (4)에 의해 표시되는 재료들 중의 하나와, 상기 알칼리 금속, 상기 알칼리토류 금속, 및 상기 천이금속 중의 적어도 하나를 포함하는 상기 층은, 음극으로서 기능하는 한 쌍의 전극들 중의 하나와 접촉하여 형성되는 발광소자.
  22. 제 18항에 있어서,
    상기 한 쌍의 전극들 중의 하나는, 가시광에 대해 70% 이상의 투과율을 갖는 발광소자.
  23. 제 18항에 있어서,
    상기 한 쌍의 전극들의 각각은, 가시광에 대해 70% 이상의 투과율을 갖는 발광소자.
  24. 청구항 18에 따른 발광소자를 구비하는 전자장치로서,
    상기 전자장치는 비디오 카메라, 디지털 카메라, 고글형 디스플레이, 내비게이션 시스템, 음향 재생 장치, 랩탑 퍼스널 컴퓨터, 게임 기기, 휴대 정보 단말, 휴대 전화, 휴대용 게임 기기, 전자서적, 및 화상재생장치를 구성하는 군으로부터 선택되는 전자장치.
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