KR101378803B1 - 발광소자, 발광장치 및 전자기기 - Google Patents

발광소자, 발광장치 및 전자기기 Download PDF

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유지 이와키
사토시 세오
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가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼
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Abstract

본 발명의 목적은 발광 효율의 개선, 구동 전압의 저감 및 구동 시간에 대한 열화의 정도가 개선된 발광소자를 제공하는 것이다. 제1전극과, 제2전극과, 상기 제1전극과 상기 제2전극 사이에 형성된 발광 적층체를 구비하는 발광소자에 따르면, 상기 발광 적층체는 적어도 캐리어 수송성을 갖는 제1층, 제2층, 및 제3층을 가지며, 상기 제2층은 제1층과 제3층 사이에 형성되고, 상기 제3층은 발광 중심 재료와 상기 발광 중심 재료가 분산된 호스트 재료를 포함하며, 상기 제2층은 제1층의 에너지 갭보다 크고, 호스트 재료의 에너지 갭과 같거나 그 이상인 에너지 갭을 가지고, 상기 제2층은 0.1nm 이상 5nm 미만인 두께를 갖다.
발광소자, 캐리어, 적층체, 전극, 에너지 갭

Description

발광소자, 발광장치 및 전자기기{LIGHT EMITTING ELEMENT, LIGHT EMITTING DEVICE, AND ELECTRONIC DEVICE}
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 발광소자를 도시하는 도면.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 발광소자를 도시하는 도면.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 발광소자를 도시하는 도면.
도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 액티브 매트릭스형 발광 장치의 제작 방법을 설명하는 단면도.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 액티브 매트릭스형 발광 장치의 제작 방법을 설명하는 단면도.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 발광 장치의 단면도.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 발광 장치의 상면도 및 단면도.
도 8a 내지 도 8f는 본 발명의 발광 장치의 화소 회로의 일례를 도시하는 도면.
도 9는 본 발명의 발광 장치의 화소 회로의 일례를 도시하는 도면.
도 10은 본 발명의 발광 장치의 보호 회로의 일례를 도시하는 도면.
도 11a 내지 도 11e는 본 발명을 적용 가능한 전자기기를 예시하는 도면.
도 12는 소자 1 내지 소자 10에서 제2층의 에너지 갭과 전류 효율간의 관계를 도시하는 도면.
도 13은 소자 11 내지 소자 14의 휘도-전류 효율 특성을 도시하는 도면.
도 14는 소자 11 내지 소자 14의 전압-전류 특성을 도시하는 도면.
도 15는 소자 11 내지 소자 14의 전압-휘도 특성을 도시하는 도면.
도 16은 소자 15 및 소자 16의 고정 전류 밀도에서 구동 시간과 휘도간의 관계를 도시하는 도면.
도 17a 및 도 17b는 본 발명의 발광 장치의 상면도 및 단면도.
도 18은 본 발명의 대형 및 소형 에너지 갭을 도시하는 도면.
도 19는 소자 17 및 소자 18의 전류 밀도-휘도 특성을 도시하는 도면.
도 20은 도자 17 및 소자 18의 전압-휘도 특성을 도시하는 도면.
도 21은 소자 17 및 소자 18의 휘도-전류 효율 특성을 도시하는 도면.
도 22는 본 발명의 대형 및 소형 에너지 갭을 도시하는 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
50, 200: 기판
51a, 50b: 베이스 절연층
52: 반도체층
53: 게이트 절연층
54: 게이트 전극
59: 절연막
60, 63: 층간 절연층
61a: 접속부
61b: 배선
64, 67, 100, 104, 201, 204: 전극
65, 202: 격벽
66: 발광 적층체
70: 박막 트랜지스터
88: 수지
89: 건조제
90: 편광판
91: 보호 필름
93: 발광소자
94, 207: 대향 기판
101, 102, 103, 105, 106, 107, 108, 203: 층
210: 보호막
211: 접착제
212: 이방성 도전막
213: 가요성 인쇄 배선 기판
1401: 스위칭용 TFT
1402: 캐패시터 소자
1403: 구동용 TFT
1404: 전류 제어용 TFT
1405: 발광소자
1406: TFT
1410: 신호선
1411, 1412: 전원선
1414, 1415: 주사선
1451: 선택 TFT
본 발명은 적어도 일부에 유기 화합물을 이용한 발광소자에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상기 발광소자를 구비하는 발광 장치 및 전자기기에 관한 것이다.
한 쌍의 전극 사이에 유기 재료를 포함하는 층을 가지며 상기 전극 사이에 전류를 공급하는 것에 의하여 발광하는 발광소자를 이용하는 발광 장치의 개발이 진행되고 있다. 이러한 발광 장치는 박형 표시장치로 불리는 다른 표시장치와 비교하여 박형 경량화에 유리하고, 자발광이기 때문에 시인성도 좋으며, 응답 속도도 빠른 장점이 있다. 그러므로, 이러한 발광장치는 차세대 표시장치로서 활발히 개발되고 있으며, 일부 실용화도 이루어지고 있다.
박형 및 경량에 유리한 이러한 발광 장치는 특히 모바일 기기 용도에 적합하다. 배터리에 한계가 있는 모바일 기기에 탑재되는 발광 장치의 전력 소비가 낮으면 낮을수록, 보다 우수한 전력 절약이 항상 요구되고 있다. 또한, 에너지 소비를 감소시키는 조건은 모바일 기기 뿐만 아니라 텔레비전이나 디스플레이 등에서 환경 문제, 에너지 문제 등과 관련하여 더욱 더 높아지고 있다.
그런데, 이러한 발광 장치가 일부의 실용화에 머무르고 있는 이유 중 하나는 발광소자의 열화가 있다. 발광소자가 열화하면, 동일한 전류량이 공급되더라도 구동 시간이 증가함에 따라 그 휘도가 저하한다. 그 이유 중 하나는 이러한 열화의 정도가 실제품으로서 허용 될 수 있는 발광소자를 제작하기 위한 재료와 구조가 아직 변화하지 않았기 때문이다.
발광소자의 열화를 저감시키기 위한 방법을 여러 가지 고안할 수 있지만, 그 중 하나는 발광 효율을 개선하는 것이다. 발광 효율을 개선하면, 발광소자에게 공급되는 전류가 작아도 동일한 휘도를 얻을 수 있게 되어, 결과적으로 발광소자의 열화가 저감된다.
발광 효율이 개선되면, 보다 작은 전력으로 동일한 휘도를 얻을 수 있으므로, 구동 전압 저하와 전력 소비 저하에도 연결된다.
예를 들면, 특허 문헌 1(일본 특허 공개 공보 제2005-108730호)에서는 발광층에서 불순물의 농도를 발광층의 두께 방향으로 제어하는 것에 의해 발광 효율의 개선을 도모하고 있다.
본 발명의 목적은 발광 효율이 개선된 발광소자를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 구동 전압이 저감된 발광소자를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 구동 시간에 대한 열화의 정도가 개선된 발광소자를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 전력 소비가 저감된 전자기기 또는 발광장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 표시부에서 신뢰성이 높은 전자기기 또는 발광장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 발광소자는 제1전극; 제2전극; 및 상기 제1전극과 상기 제2전극 사이에 형성된 발광 적층체를 구비하며, 상기 발광 적층체는 적어도 캐리어 수송성을 갖는 제1층, 제2층, 및 제3층을 가지며, 상기 제2층은 제1층과 제3층 사이에 형성되고, 상기 제3층은 발광 중심 재료와 상기 발광 중심 재료가 분산된 호스트 재료를 포함하며, 상기 제2층은 제1층의 에너지 갭보다 크고, 호스트 재료의 에너지 갭과 같거나 그 이상인 에너지 갭을 가지고, 상기 제2층은 0.1nm 이상 5nm 미만이다.
본 발명의 발광소자는 제1전극; 제2전극; 및 상기 제1전극과 상기 제2전극 사이에 형성된 발광 적층체를 구비하며, 상기 발광 적층체는 적어도 캐리어 수송성 을 갖는 제1층, 제2층, 및 제3층을 가지며, 상기 제2층은 제1층과 제3층 사이에 형성되고, 상기 제3층은 발광 중심 재료와 상기 발광 중심 재료가 분산된 호스트 재료를 포함하며, 상기 제2층은 제1층의 에너지 갭보다 크고, 호스트 재료의 에너지 갭과 같거나 그 이상인 에너지 갭을 가지고, 상기 제2층은 0.5nm 이상 3nm 미만이다.
본 발명의 발광소자는 제1전극; 제2전극; 및 상기 제1전극과 상기 제2전극 사이에 형성된 발광 적층체를 구비하며, 상기 발광 적층체는 적어도 캐리어 수송성을 갖는 제1층, 제2층, 및 제3층을 가지며, 상기 제2층은 제1층과 제3층 사이에 형성되고, 상기 제3층은 발광 중심 재료와 상기 발광 중심 재료가 분산된 호스트 재료를 포함하며, 상기 제2층은 제1층의 에너지 갭보다 크고, 호스트 재료의 에너지 갭과 같거나 그 이상인 에너지 갭을 가지고, 상기 제2층은 1nm 이상 2nm 미만이다.
도 18은 발광 적층체에 포함된 제1층, 제2층 및 제3층의 호스트 재료의 에너지 갭을 상호 비교한 도면을 도시한다. 제1층의 에너지 갭을 Eg1이라 하면, 제2층의 에너지 갭은 Eg2로 설정하고, 제3층의 호스트 재료의 에너지 갭을 Eg3으로 설정하며, 여기서 Eg2는 Eg3보다 크게 그리고 Eg1보다 크게 설정된다. 에너지 갭은 LUMO 준위와 HOMO 준위 사이의 에너지 갭이라 하는 것에 주목한다.
도 18에서, 제2층의 LUMO 준위는 제1층 및 제3층의 LUMO 준위보다 높으며, 제1층의 LUMO 준위는 제3층의 LUMO 준위보다 높고, 제2층의 HOMO 준위는 제1층 및 제3층의 HOMO 준위보다 낮으며, 제3층의 HOMO 준위는 제1층의 HOMO 준위보다 낮다. 그러나, 본 발명은 여기에 한정되지 않는다.
제2층을 형성하면, 제3층에 포함된 방출 중심 재료 또는 호스트 재료의 여기 에너지가 그 보다 작은 에너지 갭을 갖는 층으로 이동하는 것이 억제된다. 따라서, 발광 및 발광 색순도에서의 저하를 억제할 수 있다.
본 발명의 발광소자는 제1전극; 제2전극; 및 상기 제1전극과 상기 제2전극 사이에 형성된 발광 적층체를 구비하며, 상기 발광 적층체는 적어도 제1 캐리어 수송성을 갖는 제1층, 제2층, 제3층, 제4층, 및 제2 캐리어 수송을 갖는 제5층을 가지고, 상기 제2층은 제1층과 제3층 사이에 형성되며, 제4층은 제3층과 제5층 사이에 형성되고, 상기 제3층은 발광 중심 재료와 상기 발광 중심 재료가 분산된 호스트 재료를 포함하며, 상기 제2층은 제1층의 에너지 갭보다 크고, 호스트 재료의 에너지 갭과 같거나 그 이상인 에너지 갭을 가지고, 상기 제4층은 제5층의 에너지 갭보다 크고, 호스트 재료의 에너지 갭과 같거나 그 이상인 에너지 갭을 가지고, 상기 제2층은 0.1nm 이상 5nm 미만인 두께를 갖는다.
본 발명의 발광소자는 제1전극; 제2전극; 및 상기 제1전극과 상기 제2전극 사이에 형성된 발광 적층체를 구비하며, 상기 발광 적층체는 적어도 제1 캐리어 수송성을 갖는 제1층, 제2층, 제3층, 제4층, 및 제2 캐리어 수송을 갖는 제5층을 가지고, 상기 제2층은 제1층과 제3층 사이에 형성되며, 제4층은 제3층과 제5층 사이에 형성되고, 상기 제3층은 발광 중심 재료와 상기 발광 중심 재료가 분산된 호스트 재료를 포함하며, 상기 제2층은 제1층의 에너지 갭보다 크고, 호스트 재료의 에너지 갭과 같거나 그 이상인 에너지 갭을 가지고, 상기 제4층은 제5층의 에너지 갭보다 크고, 호스트 재료의 에너지 갭과 같거나 그 이상인 에너지 갭을 가지고, 상 기 제2층은 0.5nm 이상 3nm 미만인 두께를 갖는다.
본 발명의 발광소자는 제1전극; 제2전극; 및 상기 제1전극과 상기 제2전극 사이에 형성된 발광 적층체를 구비하며, 상기 발광 적층체는 적어도 제1 캐리어 수송성을 갖는 제1층, 제2층, 제3층, 제4층, 및 제2 캐리어 수송을 갖는 제5층을 가지고, 상기 제2층은 제1층과 제3층 사이에 형성되며, 제4층은 제3층과 제5층 사이에 형성되고, 상기 제3층은 발광 중심 재료와 상기 발광 중심 재료가 분산된 호스트 재료를 포함하며, 상기 제2층은 제1층의 에너지 갭보다 크고, 호스트 재료의 에너지 갭과 같거나 그 이상인 에너지 갭을 가지고, 상기 제4층은 제5층의 에너지 갭보다 크고, 호스트 재료의 에너지 갭과 같거나 그 이상인 에너지 갭을 가지고, 상기 제2층은 1nm 이상 2nm 미만인 두께를 갖는다.
도 22는 발광 적층체에 포함된 제1층, 제2층, 제3층의 호스트 재료, 제4층, 및 제5층의 에너지 갭을 상호 비교한 도면을 도시한다. 제1층의 에너지 갭을 Eg1이라 하면, 제2층의 에너지 갭은 Eg2로 설정하고, 제3층의 호스트 재료의 에너지 갭을 Eg3으로 설정하며, 제4층의 에너지 갭을 Eg4로 설정하고, 제5층의 에너지 갭을 Eg5로 설정하며, 여기서 Eg2는 Eg3보다 크게 그리고 Eg1보다 크게, Eg4는 Eg3보다 크게 그리고 Eg5보다 크게 설정된다. Eg2 및 Eg4는 상호 같거나 다를 수 있으며, Eg1 및 Eg5는 상호 같거나 다를 수 있다.
도 22에서, 제2층의 LUMO 준위는 제1층 및 제3층의 호스트 재료의 LUMO 준위보다 높으며, 제1층의 LUMO 준위는 제3층의 호스트 재료의 LUMO 준위보다 높고, 제2층의 HOMO 준위는 제1층 및 제3층의 호스트 재료의 HOMO 준위보다 낮으며, 제3층 의 호스트 재료의 HOMO 준위는 제1층의 HOMO 준위보다 낮다. 그러나, 본 발명은 여기에 한정되지 않는다.
또한, 도 22에서, 제4층의 LUMO 준위는 제3층의 호스트 재료 및 제5층의 LUMO 준위보다 높으며, 제5층의 LUMO 준위는 제3층의 호스트 재료의 LUMO 준위보다 높고, 제4층의 HOMO 준위는 제3층의 호스트 재료 및 제5층의 HOMO 준위보다 낮으며, 제3층의 호스트 재료의 HOMO 준위는 제5층의 HOMO 준위보다 낮다. 그러나, 본 발명은 여기에 한정되지 않는다.
그러나, 제2층의 LUMO 준위와 제4층의 LUMO 준위, 제2층의 HOMO 준위 및 제4층의 HOMO 준위, 제1층의 LUMO 준위 및 제5층의 LUMO 준위, 및 제1층의 HOMO 준위 및 제5층의 HOMO 준위는 상호 동일하거나 다를 수 있다.
본 발명에 따르면, 제3층에 포함된 방출 중심 재료 또는 호스트 재료의 여기 에너지가 그 보다 작은 에너지 갭을 갖는 층으로 이동하는 것이 억제된다. 따라서, 발광 및 발광 색순도에서의 저하를 억제할 수 있다.
본 발명에 따르면, 발광 효율의 개선된 발광소자를 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 구동 전압이 저감된 발광소자를 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 구동 시간에 대한 열화의 정도가 개선된 발광소자를 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 소비 전력이 저감된 발광 장치 또는 전자기기를 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 표시부에서 신뢰성이 높은 발광 장치 또는 전자기기를 제 공할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시 형태를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 각종 실시예로 구현될 수 있으며, 양태와 세부사항에서 여러 가지 변경과 수정이 당업자에게 자명할 수 있는 것이 용이하게 이해될 수 있다. 그러므로, 본 발명은 실시 형태의 설명을 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다.
(실시 형태 1)
도 1a는 본 발명의 발광소자의 구성을 도시하는 모식도이다. 도 1a로 도시된 본 발명의 발광소자는 제1전극(100)과 제2전극(104) 사이에 제1층(101), 제2층(102) 및 제3층(103)으로 구성된 발광 적층체를 구비한다. 제1층(101), 제2층(102) 및 제3층(103)은 제1전극(100) 측으로부터 상기 순서로 적층되어 있다.
제1층(101)은 제1전극(100)으로부터 주입된 캐리어의 수송성이 높은 층이며(캐리어 수송층), 제3층(103)은 소정의 발광을 얻기 위한 발광층이다. 발광층인 제3층(103)은 발광 중심이 되는 재료(발광 중심 재료)가 호스트 재료 중에 분산된 구조를 갖는다.
제2층(102)은 제1층(101)의 에너지 갭보다 크고 호스트 재료의 에너지 갭과 같거나 그 이상인 에너지 갭을 갖는다. 또한, 제2층(102)은 제1전극(100)으로부터 주입된 캐리어를 수송할 수 있는 재료로 형성된다. 제2층(102)은 막 두께가 0.lnm 이상 5nm 미만, 바람직하게는 막 두께가 0.5nm 이상 3nm 이하, 보다 더 바람직하게는 1nm 이상 2nm 이하이다. 에너지 갭은 LUMO 준위와 HOMO 준위 사이의 에너지 갭 을 지칭하는 것이다. 박막 상태에서 각 재료의 흡수스펙트럼을 UV/VIS 분광 광도계(spectrophotometer)를 이용하여 측정할 때 흡수 스펙트럼의 장파장측에서 흡수단의 파장으로부터 에너지 갭이 얻어진다.
이러한 구성을 갖는 본 발명의 발광소자에서 제1전극(100)의 전위가 제2전극(104)의 전위보다 높아지도록, 소정 레벨 이상의 전압을 제1전극(100)에 인가하여 발광을 달성하는 경우에, 제1층(101)이 수송하는 캐리어는 정공이며, 제2층(102)은 정공을 수송할 수 있는 재료로 형성된다.
제1전극(100)의 전위가 제2전극(104)의 전위보다 낮아지도록, 소정 레벨 이상의 전압을 제1전극(100)에 인가하여 발광을 달성하는 경우에, 제1층(101)이 수송하는 캐리어는 전자이며, 제2층(102)은 전자를 수송할 수 있는 재료로 형성된다.
본원에서 제2층(102)을 막으로서 표현하고 있지만, 제2층(102)은 완전한 막 형태로 형성되기에 너무 얇으며, 제2층(102)은 섬(island) 형상으로 형성될 가능성이 있다. 이러한 경우에도, 본 발명의 구성은 유효하게 기능한다. 본 발명에서, 제2층(102)을 형성하는 경우, 실제로 제2층을 형성할 때와 동일한 증착 조건 하에서 증착 시간 대 증착 두께의 검량선을 제작하고, 해당 검량선 상에서 소정의 막 두께에 필요한 시간 동안 증착하는 것에 의하여 규정된 두께를 갖는 제2층(102)이 형성되었다고 간주한다.
이러한 발광소자에 따르면, 전극으로부터 주입된 전자 및 정공이 발광층에서 재결합할 때 발광 중심 재료가 여기되며, 여기된 발광 중심 재료가 기저 상태로 복귀할 때에 발광이 이루어질 수 있다. 재결합에 의한 여기는 재결합에 의해서 직접 발광 중심 재료가 여기되는 경우와 우선 재결합에 의해서 호스트 재료가 여기되고 그 여기 에너지의 이동에 의해서 발광 중심 재료가 여기되는 경우가 있다.
이 때, 발광층을 형성하는 재료보다 에너지 갭이 작은 층이 발광층에 접촉하도록 형성되면, 발광층의 발광 중심 재료나 호스트 재료의 여기 에너지가 에너지 갭이 작은 층으로 이동한다. 발광층으로부터 에너지 갭이 작은 층으로 여기 에너지가 이동하면, 그 만큼 발광층으로부터 얻게되는 발광이 감소한다. 게다가, 에너지 갭이 작은 층이 발광성을 갖는 경우에, 발광소자로부터 얻는 빛의 색순도 역시 저하한다.
그러므로, 발광층과 접촉하도록 형성되는 층은 호스트 재료의 에너지 갭보다 큰 에너지 갭을 갖는 것이 바람직하다. 실제 소자에 있어서, 발광층과 접촉하도록 형성되는 층이 캐리어의 수송층 또는 캐리어의 주입 및 수송 모두를 담당하는 층이지만, 캐리어의 수송성 또는 주입성과 에너지 갭의 관계를 만족시키는 재료 선택의 폭은 별로 넓지 않다. 특히, 넓은 에너지 갭을 필요로 하는 청색 발광소자에서 그 폭은 한층 더 좁다.
여기서, 본 발명의 발광소자인 도 1a에 도시된 발광소자에서, 발광층인 제3층(103)과 캐리어 수송층인 제1층(101) 사이에 제2층(102)이 형성되어 있다. 전술한 바와 같이, 제2층(102)은 제1층(101)의 에너지 갭보다 크고, 한편 호스트 재료의 에너지 갭과 동일하거나 그 이상의 에너지 갭을 가지며, 막 두께가 0.1nm 이상 5nm 미만, 바람직하게는 막 두께가 0.5nm 이상 3nm 이하, 더욱 바람직하게는 Inm 이상 2nm 이하로 형성된다.
이러한 제2층(102)을 마련하는 것에 의해서, 제3층(103)의 에너지 갭이 제1층(101)의 에너지 갭보다 작아도, 제3층(103)으로부터 제1층(101)으로의 여기 에너지의 이동을 유효하게 억제할 수 있다. 그 결과, 발광 효율이 향상된 발광소자를 얻을 수 있다.
게다가, 제2층(102)이 형성되지 않은 통상의 소자와 비교하여 구동 전압이 거의 상승하지 않는 발광소자를 얻을 수 있다. 또한, 제2층(102)이 존재하기 때문에 캐리어 수송층인 제1층(101)에 이용할 수 있는 재료의 선택 폭을 매우 넓게 확장시킬 수 있다.
제2층(102)은 에너지 갭의 관계가 만족되면 캐리어 수송성이 낮아도 허용 가능하며, 캐리어를 흐르게 할 수 있다. 또한, 제2층(102)은 매우 얇다. 그러므로, 통상 재료 자체의 신뢰성이 나쁘고 또 그 재료를 다른 층으로 사용하면 발광소자 자체의 신뢰성이 낮아지기 때문에, 발광소자의 신뢰성을 저하시키지 않고 제2층(102)의 재료로서 이용할 수 있다. 이것은 본 발명의 큰 특징이다.
본 발명의 발광소자에 따르면, 이러한 제2층(102)을 포함하는 것에 의해서, 제3층(103)으로부터 제1층(101)으로의 여기 에너지의 이동이 억제되고, 발광층에서 발광 중심 재료가 효율적으로 발광할 수 있어, 발광 효율이 향상한다. 발광 효율이 향상하면, 종래보다 작은 전류량으로 동일한 휘도를 얻을 수 있으며, 발광소자의 열화가 억제된다. 따라서, 신뢰성이 개선된 발광소자를 얻을 수 있다. 또한, 구동 전압도 저감시킬 수 있다. 본 발명의 발광소자에 있어서, 제2층(102)은 막 두께가 매우 얇으며, 따라서 제2층(102) 형성에 기인하여 구동 전압이 상승하는 것 을 방지한다. 따라서, 발광 효율의 향상에 수반하는 구동 전압의 저감 효과가 더욱 현저하게 된다.
본 발명의 발광소자에 있어서, 발광층인 제3층(103)의 층에 있는 발광 영역은 몇몇 경우에 제3층(103)의 막 두께 방향으로 또는 막 두께의 중심에 균일하게 존재한다. 그러나, 대부분의 경우에, 막 두께 방향으로 어느 한 표면의 부분에 균일하지 않게 존재한다. 따라서, 제2층(102)은 상기 발광 영역이 균일하지 않게 존재하는 측면에 설치되는 것이 바람직하다.
제1전극(100) 또는 제2전극(104)은 빛을 추출하는 전극을 투광성을 갖는 도전 재료로 형성한다. 이 경우에, 다른 전극을 반사율이 높은 재료로 형성하여, 효율적으로 발광을 추출할 수 있다. 또한, 양쪽 모두의 전극을 투광성을 갖는 도전재료로 형성하면, 발광소자의 양측으로부터 빛을 추출할 수 있다. 발광층인 제3층(103)으로부터 발광을 얻을 때에 높은 전압을 인가하는 전극용에 일 함수가 큰(일 함수가 4.0eV 이상) 도전재료를 이용하는 것이 바람직하고, 또한 발광을 얻을 때에 낮은 전압을 인가하는 전극에 일 함수가 작은(일 함수가 3.8eV 이하) 도전재료를 이용하는 것이 바람직하다. 그러나, 캐리어의 주입성에 적합한 재료를 전극과 접촉시키는 것에 의하여 일 함수와 무관한 도전재료를 전극으로 이용할 수도 있다.
이러한 전극용 재료로서, 금속; 합금; 전기 전도성 화합물; 또는 이러한 혼합물 금속, 화합물, 합금을 이용할 수 있다. 예를 들면, 알루미늄(Al), 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt), 니켈(Ni), 텅스텐(W), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 철(Fe), 코발 트(Co), 은(Cu), 팔라디움(Pd), 리튬(Li), 세슘(Cs), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 또는 티탄(Ti)과 같은 전위를 갖는 금속; 알루미늄-실리콘과 같은 합금(Al-Si), 알루미늄-티탄과 같은 합금(Al-Ti), 알루미늄-실리콘-동과 같은 합금(Al-Si-Cu) 등의 합금; 질화 티탄(TiN)과 같은 금속재료의 질화물; 인디움 주석 산화물(ITO), 산화규소를 함유하는 ITO(본원에서 ITSO라 함), 또는 인디움 산화물에 2 내지 20 wt%의 아연 산화물(ZnO)을 혼합하여 형성된 물체(본원에서는 IZO(인디움 아연 산화물)라 함); 또는 이와 유사한 것을 이용할 수 있다.
ITO, ITSO, IZO 등은 투광성을 갖는 도전재료이기 때문에 발광을 추출하는 전극 재료용으로 매우 적합하게 이용할 수 있다. 또한, 알루미늄, 은 등은 후막으로 형성할 때 비투광성이지만, 박막으로 형성할 때 투광성을 가지므로, 알루미늄, 은 등의 박막을 투광성을 갖는 전극으로 이용할 수도 있다. 알루미늄, 은 등은 반사율이 높다. 그러므로, 알루미늄, 은 등을 어느 정도 이상의 두께를 갖도록 형성하는 것에 의해서 반사 전극으로서 이용할 수도 있다. 이러한 전극은 스퍼터링법 또는 증착법과 같은 공지의 방법에 따라 형성될 수 있다.
제1전극(100)의 전위가 제2전극(104)의 전위보다 높아지도록 일정 레벨 이상의 전압을 인가하여서 발광을 얻는 경우에, 제1층(101)은 정공 수송성의 높은 재료로 형성한다. 별법으로, 제1전극(100)에 제2전극(104)의 전위보다 전위가 낮아지도록, 일정 레벨 이상의 전압을 인가하여 발광을 얻는 경우에, 제1층(101)은 전자 수송성의 높은 재료로 형성한다.
정공 수송성이 높은 재료로서는 구체적으로 4,4'-bis[N-(1-나프틸)-N-페닐아 미노]비페닐(약칭: NPB), 4,4'-bis[N-(3-메틸페닐)-N-페닐아미노]비페닐(약칭: TPD), 4,4',4"-tris(N,N-디페닐아미노)트리페닐아민(약칭: TDATA), 4,4',4"-tris[N-(3-메틸페닐)-N-페닐아미노]트리페닐아민(약칭: MTDATA), 4,4'-bis{N-[4-(N,N-di-m-톨리아미노)페닐]-N-페닐아미노}비페닐(약칭: DNTPD), 1,3,5-tris[N,N-di(m-톨리)아미노]벤젠(약칭: m-MTDAB), 4,4',4"-tris(N-카르바조릴)트리페닐아민(약칭: TCTA), 프타로시아닌(약칭: H2Pc), 동 프타로시아닌(약칭: CuPc), 바나딜 프탈로시아닌(약칭: VOPc) 등을 들 수 있다. 또한, 정공 수송성이 높은 층은 전술한 물질로 구성되는 층을 2 이상 조합하여 형성한 다층 구조를 구비할 수도 있다.
전자 수송성이 높은 재료로서는 구체적으로 tris(8-키노리노라토)알루미늄(약칭: Alq3), tris(4-메틸-8-키노리노라토)알루미늄(약칭: Almq3), bis(10-히드록시벤조[h]-키노리나토)베릴륨(약칭: BeBq2), bis(2-메틸-8-키노리노라토)-4-페닐페노라토-알루미늄(약칭: BAlq), bis[2-(2-히드록시페닐)벤조사조라토]아연(약칭: Zn(BOX)2), 및 bis[2-(2-히드록시페닐)벤조치아조라토]아연(약칭: Zn(BTz)2) 등 뿐만 아니라, 2-(4-비페닐릴)-5-(4-tert-부틸페닐)-1,3,4-옥시다졸(약칭: PBD), 1,3-bis[5-(p-tert-부틸페닐)-1,3,4-옥시다졸-2-yl]벤젠(약칭: OXD-7), 3-(4-비페닐릴)-4-페닐-5-(4-tert-부틸페닐)-1,2,4-트리아졸(약칭: TAZ), 3-(4-비페닐릴)-4-(4-에틸페닐)-5-(4-tert-부틸페닐)-1,2,4-트리아졸(약칭: p-EtTAZ , 바소페난트롤린(약칭: BPhen), 바소큐프로인(약칭: BCP), 2,2',2"-(1,3,5-벤젠트리일)-tris(1-페닐-1H-벤즈이미다졸)(약칭: TPBI), 4,4-bis(5-메틸벤즈옥시다졸-2-yl) 스틸벤(약 칭: BzOs) 등을 들 수 있다. 또한, 전자 수송성이 높은 층은 전술한 물질로 구성된 층을 2 이상 조합하여 형성한 다층 구조를 가질 수도 있다. 제1층(101)은 증착법과 같은 공지된 방법으로 형성될 수도 있다.
제1전극(100)의 전위가 제2전극(104)의 전위 보다 높아지도록 일정 레벨 이상의 전압을 인가하여 발광을 얻을 수 있는 경우에, 제2층(102)은 정공을 통과시키는 것이 가능한 재료로 형성한다. 별법으로, 제1전극(100)의 전위가 제2전극(104)의 전위 보다 낮아지도록 일정 이상의 전압을 인가하여 발광을 얻는 경우, 제2층(102)은 전자를 통과시키는 것이 가능한 재료로 형성한다. 정공 또는 전자를 통과시키는 것이 가능한 재료란, 블로킹 재료와 같이 그 캐리어의 흐름을 방해하는 재료 이외의 재료를 말하며, 이동도는 매우 낮을 수 있다. 전술한 재료 중에 제1층(101)의 에너지 갭보다 크고 호스트 재료의 에너지 갭과 같거나 그 이상인 재료를 제2층(102)으로 이용할 수 있다.
제1층(101) 및 호스트 재료에 따라서 달라지지만, 정공을 통과시키는 것이 가능한 재료로서는 예를 들면 4,4'-(N-카르바조릴)비페닐(약칭: CBP), 2,7-di(N-카르바조릴)-스피로-9,9'-비플루오렌(약칭: SFDCz), 4,4',4"-tris[N-(3-메틸페닐)-N-페닐아미노]트리페닐아민(약칭: m-MTDATA), 2,7-bis{N-[4-(N-카르바조릴)페닐]-N-페닐아미노}-스피로-9,9'-비플루오렌(약칭: YGASF), 1,3,5-tri(N-카르바조릴)벤젠(약칭: TCzB), 4,4',4"-tri(N-카르바조릴)트리페닐아민(약칭: TCTA) 등을 들 수 있다.
전자를 통과시키는 것이 가능한 재료로서는 bis[2-(2-히드록시페닐)벤조사조 라토]아연(약칭: Zn(BOX)2), bis[2-(2-히드록시페닐)피리디나토]아연(약칭: Zn(pp)2), 2-(4-비페니릴)-5-(4-tert-부틸페닐)-1,3,4-옥사디아졸(약칭: PBD), 1,3-bis[5-(4-tert-부틸페닐)-1,3,4-옥사디아졸-2-yl]벤젠(약칭: OXD-7), 3-(4-비페니릴)-4-페닐-5-(4-tert-부틸페닐)-1,2,4-트리아졸(약칭: TAZ01), 3-(4-비페니릴)-4-(4-에틸페닐)-5-(4-tert-부틸페닐)-1,2,4-트리아졸(약칭: P-EtTAZ), 바소페난트로린(약칭: BPhen), 바소큐프로인(약칭: BCP), 2,2',2"-(1,3,5-벤젠트리일)-tris(1-페닐-1H-벤즈이미다졸)(약칭: TPBI) 등을 들 수 있다.
물론, 이것들은 예시이며 본 발명에 이용할 수 있는 재료는 이것에 한정되지 않는다. 발광 중심 재료의 HOMO 준위와 제2층(102)의 LUMO 준위가 서로 유사하거나 또는 발광 중심 재료의 LUMO 준위와 제2층(102)의 HOMO 준위가 서로 유사할 때, 엑시플렉스(exciplex)가 바람직하지 않게 형성되어 발광 효율이 저하할 문제가 있다. 엑시플렉스의 형성에 기인하여 발광 효율의 전하를 방지하기 위하여, 엑시플렉스가 형성되지 않도록 발광 중심 재료의 HOMO 준위와 제2층(102)의 LUMO 준위가 서로 다른 또는 발광 중심 재료의 LUMO 준위와 제2층(102)의 HOMO 준위가 서로 다른 재료를 선택하는 것이 바람직하다. 제2층(102)은 증착법과 같은 공지의 방법에 따라 형성될 수 있다.
제3층(103)은 호스트 재료 중에 해당 호스트 재료보다 에너지 갭이 작은 발광 중심 물질을 분산시켜 형성된다. 제2층(103)은 발광 중심 물질과 호스트 재료를 공증착하여 형성할 수 있다.
발광 중심 물질은 특별히 한정되지 않고, 발광 효율이 양호하고 소망하는 발광 파장으로 발광을 할 수 있는 물질을 이용할 수도 있다. 구체적으로, 적색계의 발광을 얻고 싶을 경우에는, 4-디시아노메틸렌-2-이소프로필-6-[2-(1,1,7,7-테트라메틸쥬로리딘-9-yl)에테닐]-4H-피란(약칭: DCJTI), 4-디시아노메틸렌-2-메틸-6-[2-(1,1,7,7-테트라메틸-9-쥬로리딘-9-yl)에테닐]-4H-피란(약칭: DCJT), 4-디시아노메틸렌-2-tert-부틸-6-[2-(1,1,7,7-테트라메틸쥬로리딘-9-yl)에테닐)]-4H-피란(약칭: DCJTB), 페리플란텐, 2,5-디시아노-1,4-bis[2-(10-메톡시-1,1,7,7-테트라메틸 쥬로리딘-9-yl)에테닐]벤젠 등의 600nm 내지 680nm의 발광 스펙트럼 피크를 갖는 발광을 나타내는 물질을 이용할 수 있다.
녹색계의 발광을 얻고 싶을 경우, N,N'-디메틸퀴나크리돈(약칭: DMQd), 쿠마린 6, 쿠마린 545T, tris(8-키노리노라토)알루미늄(약칭: Alq3) 등의 500nm 내지 550nm의 발광 스펙트럼 피크를 갖는 발광을 나타내는 물질을 이용할 수 있다.
또한, 청색계의 발광을 얻고 싶을 경우, 9,10-bis(2-나프틸)-tert-부틸안트라센(약칭: t-BuDNA), 9,9'-비안트릴, 9,10-디페닐안트라센(약칭: DPA), 9,10-bis(2-나프틸)안트라센(약칭 :DNA), bis(2-메틸-8-키노리노라토)-4-페닐페노라토-갈륨(약칭: BGaq), bis(2-메틸-8-키노리노라토)-4-페닐페놀라토-알루미늄(약칭: BAlq), 9-(4-{N-[4-(9-카르바조릴)페닐]-N-페닐아미노}페닐)-10-페닐안트라센(약칭: YGAPA) 등 , 420nm 내지 500nm의 발광 스펙트럼 피크를 갖는 발광을 나타내는 물질을 이용할 수 있다.
전술한 바와 같이, 형광을 발광하는 물질 뿐만 아니라, bis[2-(3,5-bis(트리 플루오로메틸)페닐)피리디나토-N,C2']이리듐(III)피콜리나트(약칭: Ir(CF3ppy)2(pic)), bis[2-(4,6-디플루오로페닐)피리디나토-N,C2']이리듐(III)아세틸아세트나트(약칭: FIr(acac)), bis[2-(4,6-디플루오로페닐)피리디나토 N,C2']이리듐(III)피콜리나트(약칭: FIr(pic)), tris(2-페닐피리지나토-N,C2')이리듐(약칭: Ir(ppy)3) 등의 인광을 발광하는 물질도 발광성 물질로서 이용할 수 있다.
또한, 호스트 재료에 대해서는, 예를 들면, 9,10-di(2-나프틸)-2-tert-부틸안트라센(약칭: t-BuDNA)와 같은 안트라센 유도체, 또는 4,4'-di(N-카르바조릴)비페닐(약칭: CBP)과 같은 카르바졸 유도체 뿐만 아니라, bis[2-(2-히드록시페닐)피리디나토]아연(약칭: ZnPP2), bis[2-(2-히드록시페닐 벤조사조라토]아연(약칭: ZnBOX), 또는 9-[4-(N-카르바조릴)]페닐-10-페닐안트라센(약칭: CzPA)와 같은 금속 복합체를 이용할 수 있다.
(실시 형태 2)
도 1b는 본 발명의 발광소자의 구성을 도시하는 모식도이다. 도 1b에 도시된 본 발명의 발광소자는 제1전극(100)과 제2전극(104) 사이에 제1층(101), 제2층(102) 및 제3층(103)으로 구성된 발광 적층체를 구비한다. 도 1b와 도 1a의 차이는, 도 1b에서 제1전극(100)측으로부터 제3층(103), 제2층(102) 및 제1층(101)이 이러한 순서로 적층된 구조라는 것이다. 본 발명에 대하여 이러한 구조를 이용할 수도 있다.
제1층(101)은 제2전극(104)으로부터 주입된 캐리어의 수송성이 높은 층이며(캐리어 수송층), 제3층(103)은 소정의 발광을 얻기 위한 발광층이다. 발광층인 제3층(103)은 발광 중심이 되는 재료(발광 중심 재료)가 호스트 재료 중에 분산된 구성을 갖는다.
제2층(102)은 제1층(101)의 에너지 갭보다 크고 호스트 재료의 에너지 갭 이상과 같거나 그 이상의 에너지 갭을 가진다. 또한, 제2층(102)은 제1전극(100)으로부터 주입되는 캐리어를 수송할 수 있는 재료로 형성된다. 제2층(102)은 막 두께가 0.1nm 이상 5nm 미만, 바람직하게는 막 두께가 0.5nm 이상 3nm 이하, 보다 더 바람직하게는 1nm 이상 2nm 이하이다. 에너지 갭은 LUMO 준위와 HOMO 준위 사이의 에너지 갭을 지칭한다.
이러한 구성을 갖는 본 발명의 발광소자에서 제1전극(100)의 전위가 제2전극(104)의 전위보다 높아지도록, 소정 레벨 이상의 전압을 제1전극(100)에 인가하여 발광을 얻는 경우에, 제1층(101)이 수송하는 캐리어는 전자이며, 제1층(101)은 전자 수송층이 되어, 전자 수송성이 높은 재료로 형성한다. 또한, 제2층(102)은 전자를 수송할 수 있는 재료로 형성된다.
별법으로서, 제1전극(100)의 전위가 제2전극(104)의 전위보다 낮아지도록, 소정 레벨 이상의 전압을 제1전극(100)에 인가하여 발광을 얻는 경우에, 제1층(101)이 수송하는 캐리어는 정공이며, 제1층(101)은 정공 수송층이 되어, 정공 수송성이 높은 재료로 형성된다. 또한, 제2층(102)은 정공을 수송할 수 있는 재료로 형성한다.
제2층(102)용으로 이용될 수 있는 재료의 구체적인 예는 실시 형태 1에 기술된 것과 동일하다. 그러므로, 그 설명은 반복하지 않는다. 또한, 제1층(101)용으로 이용되는 정공 수송성이 높은 재료 또는 전자 수송성의 높은 재료에 대한 구체적인 예는 실시 형태 1에 기술된 것과 동일하다.
본원에서 제2층(102)을 막으로서 표현하고 있지만, 제2층(102)은 완전한 막 형태로 형성되기에는 너무 얇으며, 제2층(102)은 섬 형상으로 형성될 가능성이 있다. 이러한 경우에도, 본 발명의 구성은 유효하게 기능한다. 본 발명에서, 제2층(102)을 형성하는 경우, 실제로 제2층을 형성할 때와 같은 증착 조건 하에서 증착 시간 대 증착 막 두께의 검량선을 제작하고, 해당 검량선 상에서 소정의 막 두께에 필요한 시간 동안 증착하는 것에 의해서 규정된 두께를 갖는 제2층(102)이 형성되었다고 간주한다.
여기서, 본 발명의 발광소자인 도 1b에 도시된 발광소자에서, 발광층인 제3층(103)과 캐리어 수송층인 제1층(101) 사이에 제2층(102)이 형성되어 있다. 제2층(102)은 전술한 바와 같이 제1층(101)의 에너지 갭보다 크고 호스트 재료의 에너지 갭과 동일하거나 그 이상인 에너지 갭을 가지며, 막 두께가 0.1nm 이상 5 nm 미만, 바람직하게는 막 두께가 0.5nm 이상 3nm 이하, 더욱 바람직하게는 1nm 이상 2nm 이하로 형성된다.
이러한 제2층(102)을 마련하는 것에 의해서, 제3층(103)의 에너지 갭이 제1층(101)의 에너지 갭보다 작아도, 제3층(103)으로부터 제1층(101)으로의 여기 에너지의 이동을 유효하게 억제할 수 있다. 그 결과, 발광 효율이 향상된 발광소자를 얻을 수 있다.
게다가, 제2층(102)이 형성되지 않은 통상의 소자와 비교하여 구동 전압이 거의 상승하지 않는 발광소자를 얻을 수 있다. 또한, 제2층(102)이 존재하기 때문에 캐리어 수송층인 제1층(101)에 이용할 수 있는 재료의 선택 폭을 매우 넓게 확장시킬 수 있다.
제2층(102)은 에너지 갭의 관계가 충족되면 제2층(102)의 캐리어 수송성이 낮아도 허용될 수 있으며, 캐리어를 유동시킬 수 있는 것에 주목하여야 한다. 또한, 제2층(102)은 막 두께가 매우 얇다. 그러므로, 상기 재료를 다른 층으로 사용하면 재료 자체의 신뢰성으로 인하여 발광소자 자체의 신뢰성이 낮아지기 때문에, 발광소자의 신뢰성을 저하시키는 일 없이 제2층(102)의 재료로서 이용할 수 있다. 이것은 본 발명의 큰 특징 중 하나이다.
본 발명의 발광소자에 따르면, 이러한 제2층(102)을 포함하는 것에 의해서, 제3층(103)으로부터 제1층(101)으로의 여기 에너지의 이동이 억제되고, 발광층에서 발광 중심 재료가 효율적으로 발광할 수 있어, 발광 효율이 향상한다. 발광 효율이 향상하면, 종래보다 작은 전류량으로 동일한 휘도를 얻을 수 있으며, 발광소자의 열화가 억제된다. 따라서, 신뢰성이 개선된 발광소자를 얻을 수 있게 된다. 또, 구동 전압도 저감시킬 수 있다.
본 발명의 발광소자에 있어서, 제2층(102)은 막 두께가 매우 얇으며, 따라서 제2층(102) 형성에 기인하여 구동 전압이 상승하는 것을 방지한다. 따라서, 발광 효율의 향상에 수반하는 구동 전압의 저감 효과가 보다 현저하게 된다.
제1전극(100) 또는 제2전극(104)은 빛을 추출하는 전극을 투광성을 갖는 도전재료로 형성한다. 이 경우에, 다른 전극을 반사율의 높은 재료로 형성하여 효율적으로 발광을 추출할 수 있다. 또한, 양쪽 모두의 전극을 투광성을 갖는 도전재료로 형성하면, 발광소자의 양측으로부터 빛을 추출할 수도 있다. 발광층인 제3층(103)으로부터 발광을 얻을 때에 높은 전압을 인가하는 전극용에 일 함수가 큰(일 함수가 4.0eV 이상) 도전재료를 이용하는 것이 바람직하고, 또한 발광을 얻을 때에 낮은 전압을 인가하는 전극에 일 함수가 작은(일 함수가 3.8eV 이하) 도전재료를 이용하는 것이 바람직하다. 그러나, 캐리어의 주입성에 적합한 재료를 전극과 접촉시키는 것에 의해서 일 함수와 무관한 도전재료를 전극으로서 이용할 수도 있다. 이러한 전극의 구체적인 재료로는 실시 형태 1에서 기술될 것과 동일하다. 그러므로, 그 설명을 반복하지 않는다.
또한, 발광 중심 물질 및 호스트 재료 또한 실시 형태 1에서 기술된 것과 동일하다.
본 실시 형태에서 설명된 것 이외의 사항에 대해서는 실시 형태 1과 동일하며, 실시 형태 1의 설명을 참조한다.
(실시 형태 3)
도 2a는 본 발명의 발광소자의 구성을 도시하는 모식도이다. 도 2a에 도시된 본 발명의 발광소자는 제1전극(100)과 제2전극(104) 사이에 제1층(101), 제2층(102), 제3층(103) 및 제4층(105)으로 구성된 발광 적층체를 구비한다. 도 2a와 도 1a의 차이는 제3층(103)과 제2전극(104) 사이에 제4층(105)이 설치되어 있는 점 이다. 이러한 구조를 본 발명에 이용할 수 있다.
제1층(101)은 제1전극(100)으로부터 주입된 캐리어의 수송성이 높은 층 또는 주입성 및 수송성이 높은 층이며, 제4층(105)은 제2전극(104)으로부터 주입된 캐리어의 수송성이 높은 층이며(캐리어 수송층), 제3층(103)은 소정의 발광을 얻기 위한 발광층이다. 발광층인 제3층(103)은 발광 중심이 되는 재료(발광 중심 재료)가 호스트 재료 중에 분산된 구조를 갖는다.
제2층(102)은 제1층(101)의 에너지 갭보다 크고 한편 호스트 재료의 에너지 갭과 같거나 그 이상인 에너지 갭을 갖는다. 또한, 제2층(102)은 제1전극(100)으로부터 주입된 캐리어를 수송할 수 있는 재료로 형성된다. 또, 제2층(102)은 그 막 두께가 0.1nm 이상 5nm 미만, 바람직하게는 막 두께가 0.5nm 이상 3nm 이하, 보다 더 바람직하게는 1nm 이상 2nm 이하이다. 에너지 갭은 LUMO 준위와 HOMO 준위 사이의 에너지 갭을 지칭하는 것이다.
제4층(105)을 설치하는 것에 의하여, 제2전극(104)으로부터 보다 부드럽게 캐리어를 주입 및 수송할 수 있다.
이러한 구성을 갖는 본 발명의 발광소자에서 제1전극(100)의 전위가 제2전극(104)의 전위보다 높아지도록, 소정 레벨 이상의 전압을 제1 전극(100)에 인가하여 발광을 달성하는 경우에, 제1층(101)이 수송하는 캐리어는 정공이며, 제1층(101)은 정공 수송층이 되어, 정공 수송성이 높은 재료로 형성된다. 제4층(105)이 수송하는 캐리어는 전자이며, 제4층은 전자 수송층이 되어, 전자 수송성이 높은 재료로 형성된다. 또한, 제2층(102)은 정공을 수송하는 것이 가능한 재료로 형성 된다.
제1전극(100)의 전위가 제2전극(104)의 전위보다 낮아지도록, 소정 레벨 이상의 전압을 제1 전극(100)에 인가하여 발광을 달성하는 경우에, 제1층(101)이 수송하는 캐리어는 전자이며, 제1층(101)은 전자 수송층이 되어, 전자 수송성이 높은 재료로 형성된다. 제4층(105)이 수송하는 캐리어는 정공이며, 제4층(105)은 정공 수송층이 되어, 정공 수송성이 높은 재료로 형성된다. 또한, 제2층(102)은 전자를 수송할 수 있는 재료로 형성된다.
제2층(102)에 이용될 수 있는 재료의 구체적인 예는 실시 형태 1에 기술된 것과 동일하다. 그러므로, 그 설명은 반복하지 않는다. 또한, 제1층(101)용으로 이용되는 정공 수송성이 높은 재료 또는 전자 수송성의 높은 재료의 구체적인 예도 실시 형태 1에 기술된 것과 동일하다. 제4층(105)에 이용되는 정공 수송성이 높은 재료 또는 전자 수송성이 높은 재료는 실시 형태 1의 제1층(101)의 재료로서 주어진 정공 수송성이 높은 재료 또는 전자 수송성이 높은 재료와 동일하며, 해당 기재를 참조한다.
본원에서 제2층(102)을 막으로서 표현하고 있지만, 제2층(102)은 완전한 막 형태로 형성되기에는 너무 얇으며, 제2층(102)은 섬 형상으로 형성될 가능성이 있다. 이러한 경우에도, 본 발명의 구성은 유효하게 기능한다. 본 발명에서, 제2층(102)을 형성하는 경우, 실제로 제2층을 형성할 때와 같은 증착 조건 하에서 증착 시간 대 증착 막 두께의 검량선을 제작하고, 해당 검량선 상에서 소정의 막 두께에 필요한 시간 동안 증착하는 것에 의해서 규정된 두께를 갖는 제2층(102)이 형 성되었다고 간주한다.
여기서, 본 발명의 발광소자인 도 2a에 도시된 발광소자에서, 발광층인 제3층(103)과 캐리어 수송층인 제1층(101) 사이에 제2층(102)이 형성되어 있다. 제2층(102)은 전술한 바와 같이 제1층(101)의 에너지 갭보다 크고 호스트 재료의 에너지 갭과 동일하거나 그 이상인 에너지 갭을 가지며, 막 두께가 0.1nm 이상 5 nm 미만, 바람직하게는 막 두께가 0.5nm 이상 3nm 이하, 더욱 바람직하게는 1nm 이상 2nm 이하로 형성된다.
이러한 제2층(102)을 마련하는 것에 의해서, 제3층(103)의 에너지 갭이 제1층(101)의 에너지 갭보다 작아도, 제3층(103)으로부터 제1층(101)으로의 여기 에너지의 이동을 유효하게 억제할 수 있다. 그 결과, 발광 효율이 향상된 발광소자를 얻을 수 있다.
게다가, 제2층(102)이 형성되지 않은 통상의 소자와 비교하여 구동 전압이 거의 상승하지 않는 발광소자를 얻을 수 있다. 또한, 제2층(102)이 존재하기 때문에 캐리어 수송층인 제1층(101)에 이용할 수 있는 재료의 선택 폭을 매우 넓게 확장시킬 수 있다.
제2층(102)은 에너지 갭의 관계가 충족되면 제2층(102)의 캐리어 수송성이 낮아도 허용될 수 있으며, 캐리어를 유동시킬 수 있는 것에 주목하여야 한다. 또한, 제2층(102)은 막 두께가 매우 얇다. 그러므로, 상기 재료를 다른 층으로 사용하면 재료 자체의 신뢰성으로 인하여 발광소자 자체의 신뢰성이 낮아지기 때문에, 발광소자의 신뢰성을 저하시키는 일 없이 제2층(102)의 재료로서 이용할 수 있다. 이것은 본 발명의 큰 특징 중 하나이다.
본 발명의 발광소자에 따르면, 이러한 제2층(102)을 포함하는 것에 의해서, 제3층(103)으로부터 제1층(101)으로의 여기 에너지의 이동이 억제되고, 발광층에서 발광 중심 재료가 효율적으로 발광할 수 있어, 발광 효율이 향상한다. 발광 효율이 향상하면, 종래보다 작은 전류량으로 동일한 휘도를 얻을 수 있으며, 발광소자의 열화가 억제된다. 따라서, 신뢰성이 개선된 발광소자를 얻을 수 있다. 또한, 구동 전압도 저감시킬 수 있다. 본 발명의 발광소자에 있어서, 제2층(102)은 막 두께가 매우 얇으며, 따라서 제2층(102) 형성에 기인하여 구동 전압이 상승하는 것을 방지한다. 따라서, 발광 효율의 향상에 수반하는 구동 전압의 저감 효과가 더욱 현저하게 된다.
제1전극(100) 또는 제2전극(104)은 빛을 추출하는 전극을 투광성을 갖는 도전 재료로 형성한다. 이 경우에, 다른 전극을 반사율이 높은 재료로 형성하여, 효율적으로 발광을 추출할 수 있다. 또한, 양쪽 모두의 전극을 투광성을 갖는 도전재료로 형성하면, 발광소자의 양측으로부터 빛을 추출할 수 있다. 발광층인 제3층(103)으로부터 발광을 얻을 때에 높은 전압을 인가하는 전극용에 일 함수가 큰(일 함수가 4.0eV 이상) 도전재료를 이용하는 것이 바람직하고, 또한 발광을 얻을 때에 낮은 전압을 인가하는 전극에 일 함수가 작은(일 함수가 3.8eV 이하) 도전재료를 이용하는 것이 바람직하다. 그러나, 캐리어의 주입성에 적합한 재료를 전극과 접촉시키는 것에 의하여 일 함수와 무관한 도전재료를 전극으로 이용할 수도 있다. 이들 전극의 구체적인 재료는 실시 형태 1에 기술된 것과 동일하다. 그러므 로, 그 설명을 반복하지 않는다.
또한, 발광 중심 물질 및 호스트 재료 또한 실시 형태 1에서 기술된 것과 동일하다.
본 실시 형태에서 설명된 것 이외의 사항에 대해서는 실시 형태 1과 동일하며, 실시 형태 1의 설명을 참조한다.
(실시 형태 4)
도 2b는 본 발명의 발광소자의 구성을 도시하는 모식도이다. 도 2b에 도시된 본 발명의 발광소자는 제1전극(100)과 제2전극(104) 사이에 제1층(101), 제2층(102), 제3층(103) 및 제4층(105)으로 구성된 발광 적층체를 구비한다. 도 2a와 도 2b의 차이는 도 2b에서 제1전극(100)측으로부터 제4층(105), 제3층(103), 제2층(102) 및 제1층(101)이 상기 순서로 적층되고 있는 점이다. 이러한 구조를 본 발명에 이용할 수 있다.
제1층(101)은 제2전극(104)으로부터 주입된 캐리어의 수송성이 높은 층이며, 제4층(105)은 제1전극(100)으로부터 주입된 캐리어의 수송성이 높은 층이며(캐리어 수송층), 제3층(103)은 소정의 발광을 얻기 위한 발광층이다. 발광층인 제3층(103)은 발광 중심이 되는 재료(발광 중심 재료)가 호스트 재료 중에 분산된 구조를 갖는다.
제2층(102)은 제1층(101)의 에너지 갭보다 크고 한편 호스트 재료의 에너지 갭과 같거나 그 이상인 에너지 갭을 갖는다. 또한, 제2층(102)은 제1전극(100)으로부터 주입된 캐리어를 수송할 수 있는 재료로 형성된다. 또, 제2층(102)은 그 막 두께가 0.1nm 이상 5nm 미만, 바람직하게는 막 두께가 0.5nm 이상 3nm 이하, 보다 더 바람직하게는 1nm 이상 2nm 이하이다. 에너지 갭은 LUMO 준위와 HOMO 준위 사이의 에너지 갭을 지칭하는 것이다.
제4층(105)을 설치하는 것에 의하여, 제2전극(104)으로부터 보다 부드럽게 캐리어를 주입 및 수송할 수 있다.
이러한 구성을 갖는 본 발명의 발광소자에서, 제1전극(100)의 전위가 제2전극(104)의 전위보다 높아지도록, 소정 레벨 이상의 전압을 제1 전극(100)에 인가하여 발광을 달성하는 경우에, 제1층(101)이 수송하는 캐리어는 전자이며, 제1층(101)은 전자 수송층이 되어, 전자 수송성이 높은 재료로 형성된다. 제4층(105)이 수송하는 캐리어는 정공이며, 제4층(105)은 정공 수송층이 되어, 정공 수송성이 높은 재료로 형성된다. 또한, 제2층(102)은 전자를 수송하는 것이 가능한 재료로 형성된다.
별법으로서, 제1전극(100)의 전위가 제2전극(104)의 전위보다 낮아지도록, 소정 레벨 이상이 전압을 제1 전극(100)에 인가하여 발광을 얻는 경우에, 제1층(101)이 수송하는 캐리어는 정공이며, 제1층(101)은 정공 수송층이 되어, 정공 수송성의 높은 재료로 형성된다. 제4층(105)이 수송하는 캐리어는 전자이며, 제4층(105)은 전자 수송층이 되어, 전자 수송성의 높은 재료로 형성된다. 또한, 제2층(102)은 정공을 수송할 수 있는 재료로 형성된다.
제2층(102)에 이용될 수 있는 재료의 구체적인 예는 실시 형태 1에 기술된 것과 동일하다. 그러므로, 그 설명은 반복하지 않는다. 또한, 제1층(101)용으로 이용되는 전자 수송성이 높은 재료 또는 정공 수송성이 높은 재료의 구체적인 예도 실시 형태 1에 기술된 것과 동일하다. 제4층(105)에 이용되는 정공 수송성이 높은 재료 또는 전자 수송성의 높은 재료는 실시 형태 1의 제1층(101)의 재료로서 주어진 정공 수송성이 높은 재료 또는 전자 수송성의 높은 재료와 동일하며, 해당 기재를 참조한다.
본원에서 제2층(102)을 막으로서 표현하고 있지만, 제2층(102)은 완전한 막 형태로 형성되기에는 너무 얇으며, 제2층(102)은 섬 형상으로 형성될 가능성이 있다. 이러한 경우에도, 본 발명의 구성은 유효하게 기능한다. 본 발명에서, 제2층(102)을 형성하는 경우, 실제로 제2층을 형성할 때와 같은 증착 조건 하에서 증착 시간 대 증착 막 두께의 검량선을 제작하고, 해당 검량선 상에서 소정의 막 두께에 필요한 시간 동안 증착하는 것에 의해서 규정된 두께를 갖는 제2층(102)이 형성되었다고 간주한다.
여기서, 본 발명의 발광소자인 도 2b에 도시된 발광소자에서, 발광층인 제3층(103)과 캐리어 수송층인 제1층(101) 사이에 제2층(102)이 형성되어 있다. 제2층(102)은 전술한 바와 같이 제1층(101)의 에너지 갭보다 크고 호스트 재료의 에너지 갭과 동일하거나 그 이상인 에너지 갭을 가지며, 막 두께가 0.1nm 이상 5 nm 미만, 바람직하게는 막 두께가 0.5nm 이상 3nm 이하, 더욱 바람직하게는 1nm 이상 2nm 이하로 형성된다.
이러한 제2층(102)을 마련하는 것에 의해서, 제3층(103)의 에너지 갭이 제1층(101)의 에너지 갭보다 커도, 제3층(103)으로부터 제1층(101)으로의 여기 에너지 의 이동을 유효하게 억제할 수 있다. 그 결과, 발광 효율이 향상된 발광소자를 얻을 수 있다.
게다가, 제2층(102)이 형성되지 않은 통상의 소자와 비교하여 구동 전압이 거의 상승하지 않는 발광소자를 얻을 수 있다. 또한, 제2층(102)이 존재하기 때문에 캐리어 수송층인 제1층(101)에 이용할 수 있는 재료의 선택 폭을 매우 넓게 확장시킬 수 있다.
제2층(102)은 에너지 갭의 관계가 충족되면 제2층(102)의 캐리어 수송성이 낮아도 허용될 수 있으며, 캐리어를 유동시킬 수 있는 것에 주목하여야 한다. 또한, 제2층(102)은 막 두께가 매우 얇다. 그러므로, 상기 재료를 다른 층으로 사용하면 재료 자체의 신뢰성으로 인하여 발광소자 자체의 신뢰성이 낮아지기 때문에, 발광소자의 신뢰성을 저하시키는 일 없이 제2층(102)의 재료로서 이용할 수 있다. 이것은 본 발명의 큰 특징 중 하나이다.
본 발명의 발광소자에 따르면, 이러한 제2층(102)을 포함하는 것에 의해서, 제3층(103)으로부터 제1층(101)으로의 여기 에너지의 이동이 억제되고, 발광층에서 발광 중심 재료가 효율적으로 발광할 수 있어, 발광 효율이 향상한다. 발광 효율이 향상하면, 종래보다 작은 전류량으로 동일한 휘도를 얻을 수 있으며, 발광소자의 열화가 억제된다. 따라서, 신뢰성이 개선된 발광소자를 얻을 수 있다. 또한, 구동 전압도 저감시킬 수 있다. 본 발명의 발광소자에 있어서, 제2층(102)은 막 두께가 매우 얇으며, 따라서 제2층(102) 형성에 기인하여 구동 전압이 상승하는 것을 방지한다. 따라서, 발광 효율의 향상에 수반하는 구동 전압의 저감 효과가 더 욱 현저하게 된다.
제1전극(100) 또는 제2전극(104)은 빛을 추출하는 전극을 투광성을 갖는 도전 재료로 형성한다. 이 경우에, 다른 전극을 반사율이 높은 재료로 형성하여, 효율적으로 발광을 추출할 수 있다. 또한, 양쪽 모두의 전극을 투광성을 갖는 도전재료로 형성하면, 발광소자의 양측으로부터 빛을 추출할 수 있다. 발광층인 제3층(103)으로부터 발광을 얻을 때에 높은 전압을 인가하는 전극용에 일 함수가 큰(일 함수가 4.0eV 이상) 도전재료를 이용하는 것이 바람직하고, 또한 발광을 얻을 때에 낮은 전압을 인가하는 전극에 일 함수가 작은(일 함수가 3.8eV 이하) 도전재료를 이용하는 것이 바람직하다. 그러나, 캐리어의 주입성에 적합한 재료를 전극과 접촉시키는 것에 의하여 일 함수와 무관한 도전재료를 전극으로 이용할 수도 있다. 이들 전극의 구체적인 재료는 실시 형태 1에 기술된 것과 동일하다. 그러므로, 그 설명을 반복하지 않는다.
또한, 발광 중심 물질 및 호스트 재료 또한 실시 형태 1에서 기술된 것과 동일하다.
본 실시 형태에서 설명된 것 이외의 사항에 대해서는 실시 형태 1과 동일하며, 실시 형태 1의 설명을 참조한다.
(실시 형태 5)
도 2c는 본 발명의 발광소자의 구성을 도시하는 모식도이다. 도 2c에 도시된 본 발명의 발광소자는 제1전극(100)과 제2전극(104) 사이에 제1층(101), 제2층(102), 제3층(103), 제5층(106) 및 제4층(105)으로 구성된 발광 적층체를 구비한 다. 도 2c와 도 2a의 차이는 제3층(103)과 제4층(105) 사이에 제4층(106)이 설치되어 있는 점이다. 이러한 구조를 본 발명에 이용할 수 있다.
제1층(101)은 제1전극(100)으로부터 주입된 캐리어 수송성이 높은 층이며, 제4층(105)은 제2전극(104)으로부터 주입된 캐리어의 수송성이 높은 층이며(캐리어 수송층), 제3층(103)은 소정의 발광을 얻기 위한 발광층이다. 발광층인 제3층(103)은 발광 중심이 되는 재료(발광 중심 재료)가 호스트 재료 중에 분산된 구조를 갖는다.
제2층(102)은 제1층(101)의 에너지 갭보다 크고 한편 호스트 재료의 에너지 갭과 같거나 그 이상인 에너지 갭을 갖는다. 또한, 제2층(102)은 제1전극(100)으로부터 주입되는 캐리어를 수송할 수 있는 재료로 형성된다.
제5층(106)은 제4층(105)의 에너지 갭보다 크고 한편 호스트 재료의 에너지 갭과 같거나 그 이상인 에너지 갭을 갖는다. 또한, 제5층(106)은 제2전극(104)으로부터 주입된 캐리어를 수송할 수 있는 재료로 형성된다.
제2층(102) 및 제5층(106)은 막 두께가 0.Inm 이상 5nm 미만, 바람직하게는 막 두께가 0.5nm 이상 3nm 이하, 보다 더 바람직하게는 1nm 이상 2nm 이하이다. 에너지 갭은 LUMO 준위와 HOMO 준위 사이의 에너지 갭을 지칭한다.
제5층(106)을 설치하는 것에 의해서, 제3층(103)으로부터 제4층(105)으로의 여기 에너지의 이동을 억제할 수 있으며, 발광 효율이 한층 더 향상한다. 이러한 구성은 발광 영역이 발광층인 제3층(103)의 두께 방향으로 전체 영역에 걸쳐서 형성되는 경우에 특히 유효하다. 또한, 발광 영역이 발광층에 형성된 부분이 불분명 한 경우에도, 본 발명을 이러한 구조에 간편하게 적용할 수 있다.
이러한 구성을 갖는 본 발명의 발광소자에서 제1전극(100)의 전위가 제2전극(104)의 전위보다 높아지도록, 소정 레벨 이상의 전압을 제1 전극(100)에 인가하여 발광을 달성하는 경우에, 제1층(101)이 수송하는 캐리어는 정공이며, 제1층(101)은 정공 수송층이 되어, 정공 수송성이 높은 재료로 형성된다. 제4층(105)이 수송하는 캐리어는 전자이며, 제4층은 전자 수송층이 되어, 전자 수송성이 높은 재료로 형성된다. 또한, 제2층(102)은 정공을 수송하는 것이 가능한 재료로 형성되며, 제5층(106)은 전자를 수송하는 것이 가능한 재료로 형성된다.
별법으로서, 제1전극(100)의 전위가 제2전극(104)의 전위보다 낮아지도록, 소정 레벨 이상의 전압을 제1 전극(100)에 인가하여 발광을 달성하는 경우에, 제1층(101)이 수송하는 캐리어는 전자이며, 제1층(101)은 전자 수송층이 되어, 전자 수송성이 높은 재료로 형성된다. 제4층(105)이 수송하는 캐리어는 정공이며, 제4층(105)은 정공 수송층이 되어, 정공 수송성이 높은 재료로 형성된다. 또한, 제2층(102)은 전자를 수송할 수 있는 재료로 형성되며, 제5층(106)은 정공을 수송하는 것이 가능한 재료로 형성된다.
제2층(102)에 이용될 수 있는 재료의 구체적인 예는 실시 형태 1에 기술된 것과 동일하다. 그러므로, 그 설명은 반복하지 않는다.
또한, 제1층(101)용으로 이용되는 정공 수송성이 높은 재료 또는 전자 수송성의 높은 재료의 구체적인 예도 실시 형태 1에 기술된 것과 동일하다. 제5층(106)용으로 이용 가능한 재료는 제2층(102)에 이용될 수 있는 재료와 동일하다. 그러므로, 그 설명을 반복하지 않는다.
게다가, 제1층(101)에 이용되는 정공 수송성이 높은 재료 또는 전자 수송성이 높은 재료의 구체예는 실시 형태 1과 동일하다. 제4층(105)에 이용되는 정공 수송성이 높은 재료 또는 전자 수송성이 높은 재료는 실시 형태 1의 제1층(101)의 재료로서 주어진 정공 수송성이 높은 재료 또는 전자 수송성이 높은 재료와 동일하며, 해당 기재를 참조한다.
본원에서 제2층(102) 및 제5층(106)을 막으로서 표현하고 있지만, 제2층(102) 및 제5층(106)은 섬 형상으로 형성될 가능성이 있다. 이러한 경우에도, 본 발명의 구성은 유효하게 기능한다. 본 발명에서, 제2층(102) 및 제5층(106)을 형성하는 경우, 실제로 제2층(102) 및 제5층(106)을 형성할 때와 같은 증착 조건 하에서 증착 시간 대 증착 막 두께의 검량선을 제작하고, 해당 검량선상에서 소정의 막 두께에 필요한 시간 동안 증착하는 것에 의해서 규정된 두께를 갖는 제2층(102) 및 제5층(106)이 형성되었다고 간주한다.
여기서, 본 발명의 발광소자인 도 2a에 도시된 발광소자에서, 발광층인 제3층(103)과 캐리어 수송층인 제1층(101) 사이에 제2층(102)이 형성되고, 제3층(103)과 제4층(105) 사이에 제5층(106)이 형성되어 있다. 전술한 바와 같이, 제2층(102)은 제1층(101)의 에너지 갭보다 크고 한편 호스트 재료의 에너지 갭과 동일하거나 그 이상인 에너지 갭을 가지며, 제5층(106)은 제4층(105)의 에너지 갭보다 크고 한편 호스트 재료의 에너지 갭과 동일하거나 그 이상인 에너지 갭을 갖는다. 막 두께가 0.1nm 이상 5nm 미만, 바람직하게는 막 두께가 0.5nm 이상 3nm 이하, 보 다 더 바람직하게는 1nm 이상 2nm 이하로 형성된다.
이러한 제2층(102) 및 제5층(106)을 마련하는 것에 의해서, 제3층(103)의 에너지 갭이 제1층(101) 또는 제4층(105)의 에너지 갭보다 커도, 제3층(103)으로부터 제1층(101) 또는 제4층(105)으로의 여기 에너지의 이동을 유효하게 억제하는 것이 가능하다. 그 결과, 발광 효율이 향상된 발광소자를 얻을 수 있다.
게다가, 제2층(102) 및 제5층(106)이 형성되지 않은 통상의 소자와 비교하여 구동 전압이 거의 상승하지 않는 발광소자를 얻을 수 있다. 또한, 제2층(102) 또는 제5층(106)이 존재하기 때문에 캐리어 수송층인 제1층(101) 또는 제4층(105)에 이용할 수 있는 재료의 선택 폭을 매우 넓게 확장시킬 수 있다.
제2층(102) 및 제5층(106)은 에너지 갭의 관계가 충족되면 제2층(102) 및 제5층(106)의 캐리어 수송성이 낮아도 허용될 수 있으며, 캐리어를 유동시킬 수 있는 것에 주목하여야 한다. 또한, 제2층(102) 또는 제5층(106)은 막 두께가 매우 얇다. 그러므로, 상기 재료를 다른 층으로 사용하면 재료 자체의 신뢰성으로 인하여 발광소자 자체의 신뢰성이 낮아지기 때문에, 발광소자의 신뢰성을 저하시키는 일 없이 제2층(102) 또는 제5층(106)의 재료로서 이용할 수 있다. 이것은 본 발명의 큰 특징 중 하나이다.
본 발명의 발광소자에 따르면, 이러한 제2층(102) 및 제5층(106)을 포함하는 것에 의하여, 제3층(103)으로부터 제1층(101) 및 제4층(105)으로의 여기 에너지의 이동이 억제되고, 발광층에서 발광 중심 재료가 효율적으로 발광할 수 있어, 발광 효율이 향상한다. 발광 효율이 향상하면, 종래보다 작은 전류로 동일한 휘도를 얻 을 수 있으며, 발광소자의 열화가 억제된다. 따라서, 신뢰성이 개선된 발광소자를 얻을 수 있다. 또한, 구동 전압도 저감시킬 수 있다. 본 발명의 발광소자에 있어서, 제2층(102) 및 제5층(106)은 막 두께가 매우 얇으며, 따라서 이러한 층 형성에 기인하여 구동 전압이 상승하는 것을 방지한다. 따라서, 발광 효율의 향상에 수반하는 구동 전압의 저감 효과가 보다 현저하게 된다.
제1전극(100) 또는 제2전극(104)은 빛을 추출하는 전극을 투광성을 갖는 도전 재료로 형성한다. 이 경우에, 다른 전극을 반사율이 높은 재료로 형성하여, 효율적으로 발광을 추출할 수 있다. 또한, 양쪽 모두의 전극을 투광성을 갖는 도전재료로 형성하면, 발광소자의 양측으로부터 빛을 추출할 수 있다. 발광층인 제3층(103)으로부터 발광을 얻을 때에 높은 전압을 인가하는 전극용에 일 함수가 큰(일 함수가 4.0eV 이상) 도전재료를 이용하는 것이 바람직하고, 또한 발광을 얻을 때에 낮은 전압을 인가하는 전극에 일 함수가 작은(일 함수가 3.8eV 이하) 도전재료를 이용하는 것이 바람직하다. 그러나, 캐리어의 주입성에 적합한 재료를 전극과 접촉시키는 것에 의하여 일 함수와 무관한 도전재료를 전극으로 이용할 수도 있다. 이들 전극의 구체적인 재료는 실시 형태 1에 기술된 것과 동일하다. 그러므로, 그 설명을 반복하지 않는다.
또한, 발광 중심 물질 및 호스트 재료 또한 실시 형태 1에서 기술된 것과 동일하다.
본 실시 형태에서 설명된 것 이외의 사항에 대해서는 실시 형태 1과 동일하며, 실시 형태 1의 설명을 참조한다.
(실시 형태 6)
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 발광소자의 구성을 도시하는 모식도이다. 도 3a에 도시된 본 발명의 발광소자는 제1전극(100)과 제2전극(104) 사이에 제1층(101), 제2층(102), 제3층(103), 제4층(105), 제6층(107) 및 제7층(108)으로 구성된 발광 적층체를 구비한다. 도 3a 및 도 2a의 차이는 제1층(101)과 제1전극(100) 사이에 제6층(107)이 형성되고, 도 3a의 제4층(105)과 제2전극(104) 사이에 제7층(108)이 형성되어 있는 점이다. 이러한 구조를 본 발명에 이용할 수 있다.
또한, 도 3b와 도 2c의 차이는 제1층(101)과 제1전극(100) 사이에 제6층(107)이 형성되고, 도 3b의 제4층(105)과 제2전극(104) 사이에 제7층(108)이 형성되어 있는 점이다.
도 3a 및 도 3b에서, 제1층(101)은 제1전극(100)으로부터 주입된 캐리어의 수송성이 높은 층이며, 제4층(105)은 제2전극(104)으로부터 주입된 캐리어의 수송성이 높은 층이며(캐리어 수송층), 제3층(103)은 소정의 발광을 얻기 위한 발광층이다. 발광층인 제3층(103)은 발광 중심이 되는 재료(발광 중심 재료)가 호스트 재료 중에 분산된 구조를 갖는다. 제6층(107)은 제1전극(100)으로부터의 캐리어 주입에 적합한 층이며, 제7층(108)은 제2전극(104)으로부터의 캐리어 주입에 적합한 층(캐리어 주입층)이다.
도 3a에서, 제2층(102)은 제1층(101)의 에너지 갭보다 크고 한편 호스트 재료의 에너지 갭과 같거나 그 이상인 에너지 갭을 갖는다.
도 3b에서, 제2층(102)은 제1전극(100)으로부터 주입된 캐리어를 수송할 수 있는 재료로 형성된다. 제5층(106)은 제4층(105)의 에너지 갭보다 크고 호스트 재료의 에너지 갭과 같거나 그 이상인 에너지 갭을 갖는다. 또한, 제5층(106)은 제2전극(104)으로부터 주입되는 캐리어를 수송할 수 있는 재료로 형성된다.
제2층(102) 및 제5층(106) 각각은 막 두께가 0.1nm 이상 5nm 미만, 바람직하게는 막 두께가 0.5nm 이상 3nm 이하, 보다 더 바람직하게는 1nm 이상 2nm 이하이다. 에너지 갭은 LUMO 준위와 HOMO 준위 사이의 에너지 갭을 지칭하는 것이다.
캐리어 주입층인 제6층(107) 및 제7층(108) 중 하나 또는 양자를 형성할 수 있다. 상기 층을 형성하면, 전극으로부터 발광 적층체로 캐리어가 용이하게 주입되며, 구동 전압을 저감시킬 수 있다.
도 3a에 도시된 이러한 구성을 갖는 본 발명의 발광소자에서, 제1전극(100)의 전위가 제2전극(104)의 전위보다 높아지도록, 소정 레벨 이상의 전압을 제1전극(100)에 인가하여 발광을 얻는 경우에, 제1전극(100)으로부터 주입된 캐리어는 정공이며, 제6층(107)은 정공 주입층이 되어 정공의 주입에 적합한 재료로 형성된다. 제1층(101)은 정공 수송층이 되어 정공 수송성이 높은 재료로 형성된다. 제2전극(104)으로부터 주입된 캐리어는 전자이며, 제7층(108)은 전자 주입층이 되어, 전자의 주입에 적합한 재료로 형성된다. 또한, 제4층은 전자 수송층이 되어, 전자 수송성이 높은 재료로 형성된다.
제2층(102)은 정공을 수송할 수 있는 재료로 형성된다. 제2층(102)용으로 이용될 수 있는 재료의 구체적인 예가 실시 형태 1에 기재된 것과 동일한 것에 주 목하여야 한다. 그러므로, 그 설명은 반복하지 않기로 한다.
제1전극(100)의 전위가 제2전극(104)의 전위보다 낮아지도록, 소정 레벨 이상의 전압을 제1 전극(100)에 인가하여 발광을 얻는 경우에, 제1전극(100)으로부터 주입되는 캐리어는 전자이며, 제6층(107)은 전자 주입층이 되어, 전자 주입에 적합한 재료로 형성된다. 제1층(101)은 전자 수송층이 되어 전자 수송성이 높은 재료로 형성된다. 이 때, 제2전극(104)으로부터 주입되는 캐리어는 정공이며, 제7층(108)은 정공 주입층이 되어, 정공 주입에 적합한 재료로 형성된다. 제4층(105)은 정공 수송층이 되어, 정공 수송성이 높은 재료로 형성된다.
제2층(102)은 전자를 수송할 수 있는 재료로 형성된다. 제2층(102)에 이용될 수 있는 재료의 구체적인 예는 실시 형태 1에 기술된 것과 동일하다. 그러므로, 그 설명을 반복하지 않는다.
도 3b에 도시된 이러한 구성을 갖는 본 발명의 발광소자에서, 제1전극(100)의 전위가 제2전극(104)의 전위보다 높아지도록, 소정 레벨 이상의 전압을 제1전극(100)에 인가하여 발광을 얻는 경우에, 제1전극(100)으로부터 주입된 캐리어는 정공이며, 제6층(107)은 정공 주입층이 되어 정공의 주입에 적합한 재료로 형성된다. 제1층(101)은 정공 수송층이 되어 정공 수송성이 높은 재료로 형성된다. 제2전극(104)으로부터 주입된 캐리어는 전자이며, 제7층(108)은 전자 주입층이 되어, 전자의 주입에 적합한 재료로 형성된다. 또한, 제4층은 전자 수송층이 되어, 전자 수송성이 높은 재료로 형성된다.
제2층(102)은 정공을 수송할 수 있는 재료로 형성되며, 제6층(106)은 전자를 수송할 수 있는 재료로 형성된다. 제2층(102)용으로 이용될 수 있는 재료의 구체적인 예가 실시 형태 1에 기재된 것과 동일한 것에 주목하여야 한다. 그러므로, 그 설명은 반복하지 않기로 한다.
제1전극(100)의 전위가 제2전극(104)의 전위보다 낮아지도록, 소정 레벨 이상의 전압을 도 3b에 도시된 구조를 갖는 본 발명의 발광소자의 제1 전극(100)에 인가하여 발광을 얻는 경우에, 제1전극(100)으로부터 주입되는 캐리어는 전자이며, 제6층(107)은 전자 주입층이 되어, 전자 주입에 적합한 재료로 형성된다. 제1층(101)은 전자 수송층이 되어 전자 수송성이 높은 재료로 형성된다. 이 때, 제2전극(104)으로부터 주입되는 캐리어는 정공이며, 제7층(108)은 정공 주입층이 되어, 정공 주입에 적합한 재료로 형성된다. 제4층(105)은 정공 수송층이 되어, 정공 수송성이 높은 재료로 형성된다.
제2층(102)은 전자를 수송할 수 있는 재료로 형성되며, 제6층(106)은 정공을 수송할 수 있는 재료로 형성된다. 제2층(102) 및 제5층(106)용으로 이용될 수 있는 재료의 구체적인 예가 실시 형태 1에 기재된 것과 동일한 것에 주목하여야 한다. 그러므로, 그 설명은 반복하지 않기로 한다.
제1층(101)용으로 이용되는 정공 수송성이 높은 재료 또는 전자 수송성이 높은 재료의 구체적인 예는 실시 형태 1에 기술된 것과 동일하다. 제4층(105)용으로 이용되는 정공 수송성이 높은 재료 또는 전자 수송성이 높은 재료는 실시 형태 1에서 제1층(101)의 재료로서 주어진 정공 수송성이 높은 재료 또는 전자 수송성이 높은 재료와 동일하다. 그러므로, 전술한 바를 참조한다. 제6층(107) 및 제7 층(108)용으로 이용될 수 있는 정공 주입에 적합한 재료 및 전자 주입에 적합한 재료는 각각 제1층(101)으로 주어진 정공 수송성이 높은 재료 및 전자 수송성이 높은 재료를 이용할 수 있다. 그러나, 제1층(101) 및 제4층(105) 보다 상대적으로 캐리어의 주입성이 높은 재료를 이용하는 것이 바람직하다.
정공 주입에 적합한 재료로서 산화 바나듐, 산화 몰리브덴, 산화 루테늄, 또는 산화 알류미늄과 같은 금속 산화물을 이용할 수 있다. 이러한 산화물에 적당한 유기 화합물을 혼합할 수도 있다. 별법으로서, 유기 화합물을 사용하는 경우에, 포르피린계 화합물이 유효하고, 프탈로시아닌(약칭: H2-Pc), 동 프탈로시아닌(약칭: Cu-Pc) 등을 이용할 수 있다. 또한, 도전성 고분자 화합물에 화학 도핑을 수행한 재료를 이용할 수 있으며, 폴리스티렌 설폰산(약칭: PSS)을 도핑한 폴리에틸렌디옥시치오펜(약칭: PEDOT)이 및 폴리아닐린(약칭: PAni) 등을 이용할 수 있다.
전자 주입에 적합한 재료로서 불화 칼슘과 같은 알칼리 토류 금속염, 불화 리튬, 산화 리튬, 또는 염화 리튬과 같은 알칼리 금속염 들이 바람직하다. 또한, tris(8-키노리노라토)알루미늄(약칭: Alq3), 바소큐프로인(약칭: BCP) 등에 리튬 등의 도너성 화합물을 첨가한 층도 이용할 수 있다.
본원에서 제2층(102) 및 제5층(106)을 막으로서 표현하고 있지만, 제2층(102) 및 제5층(106)은 완전한 막 형태로 형성되기에는 너무 얇으며, 제2층(102) 및 제5층(106)은 섬 형상으로 형성될 가능성이 있다. 이러한 경우에도, 본 발명의 구성은 유효하게 기능한다. 본 발명에서, 제2층(102) 및 제5층을 형성하는 경우, 실제로 제2층 및 제5층을 형성할 때와 같은 증착 조건 하에서 증착 시간 대 증착 막 두께의 검량선을 제작하고, 해당 검량선 상에서 소정의 막 두께에 필요한 시간 동안 증착하는 것에 의해서 규정된 두께를 갖는 제2층(102)이 형성되었다고 간주한다.
여기서, 본 발명의 발광소자인 도 3a 및 3b에 도시된 발광소자에서, 발광층인 제3층(103)과 캐리어 수송층인 제1층(101) 사이에 제2층(102)이 형성된다. 전술한 바와 같이, 제2층(102)은 제1층(101)의 에너지 갭보다 크고 한편 호스트 재료의 에너지 갭과 동일하거나 그 이상인 에너지 갭을 가지며, 막 두께가 0.1nm 이상 5nm 미만, 바람직하게는 막 두께가 0.5nm 이상 3nm 이하, 보다 더 바람직하게는 1nm 이상 2nm 이하로 형성된다.
이러한 제2층(102)을 마련하는 것에 의해서, 제3층(103)의 에너지 갭이 제1층(101)의 에너지 갭보다 커도, 제3층(103)으로부터 제1층(101)으로의 여기 에너지의 이동을 유효하게 억제하는 것이 가능하다. 그 결과, 발광 효율이 향상된 발광소자를 얻을 수 있다.
게다가, 이러한 제5층(106)을 마련하는 것에 의해서, 제3층(103)의 에너지 갭이 제4층(105)의 에너지 갭보다 커도, 제3층(103)으로부터 제5층(106)으로의 여기 에너지의 이동을 유효하게 억제하는 것이 가능하다. 그 결과, 발광 효율이 향상된 발광소자를 얻을 수 있다.
게다가, 제2층(102) 및 제5층(106)이 형성되지 않은 통상의 소자와 비교하여 구동 전압이 거의 상승하지 않는 발광소자를 얻을 수 있다. 또한, 제2층(102) 및 제5층(106)이 존재하기 때문에 캐리어 수송층인 제1층(101) 및 제4층(105)에 이용할 수 있는 재료의 선택 폭을 매우 넓게 확장시킬 수 있다.
제2층(102) 및 제5층(106)은 에너지 갭의 관계가 충족되면 제2층(102) 및 제5층(106)의 캐리어 수송성이 낮아도 허용될 수 있으며, 캐리어를 유동시킬 수 있는 것에 주목하여야 한다. 또한, 제2층(102) 및 제5층(106)은 막 두께가 매우 얇다. 그러므로, 상기 재료를 다른 층으로 사용하면 재료 자체의 신뢰성으로 인하여 발광소자 자체의 신뢰성이 낮아지기 때문에, 발광소자의 신뢰성을 저하시키는 일 없이 제2층(102) 및 제5층(106)의 재료로서 이용할 수 있다. 이것은 본 발명의 큰 특징 중 하나이다.
본 발명의 발광소자에 따르면, 이러한 제2층(102) 및 제5층(106) 중 어느 하나 또는 양자 모두를 포함하는 것에 의하여, 제3층(103)으로부터 제1층(101) 또는 제3층(103)으로부터 제4층(105)으로의 여기 에너지의 이동이 억제되고, 발광층에서 발광 중심 재료가 효율적으로 발광할 수 있어, 발광 효율이 향상한다. 발광 효율이 향상하면, 종래보다 작은 전류로 동일한 휘도를 얻을 수 있으며, 발광소자의 열화가 억제된다. 따라서, 신뢰성이 개선된 발광소자를 얻을 수 있다.
또한, 구동 전압도 저감시킬 수 있다. 본 발명의 발광소자에 있어서, 제2층(102) 및 제5층(106)은 막 두께가 매우 얇으며, 따라서 이러한 층 형성에 기인하여 구동 전압이 상승하는 것을 방지한다. 따라서, 발광 효율의 향상에 수반하는 구동 전압의 저감 효과가 보다 현저하게 된다.
제1전극(100) 또는 제2전극(104)은 빛을 추출하는 전극을 투광성을 갖는 도 전 재료로 형성한다. 이 경우에, 다른 전극을 반사율이 높은 재료로 형성하여, 효율적으로 발광을 추출할 수 있다. 또한, 양쪽 모두의 전극을 투광성을 갖는 도전재료로 형성하면, 발광소자의 양측으로부터 빛을 추출할 수 있다.
발광층인 제3층(103)으로부터 발광을 얻을 때에 높은 전압을 인가하는 전극용에 일 함수가 큰(일 함수가 4.0eV 이상) 도전재료를 이용하는 것이 바람직하고, 또한 발광을 얻을 때에 낮은 전압을 인가하는 전극에 일 함수가 작은(일 함수가 3.8eV 이하) 도전재료를 이용하는 것이 바람직하다. 그러나, 캐리어의 주입성에 적합한 재료를 전극과 접촉시키는 것에 의하여 일 함수와 무관한 도전재료를 전극으로 이용할 수도 있다. 이들 전극의 구체적인 재료는 실시 형태 1에 기술된 것과 동일하다. 그러므로, 그 설명을 반복하지 않는다.
또한, 발광 중심 물질 및 호스트 재료 또한 실시 형태 1에서 기술된 것과 동일하다.
본 실시 형태에서 설명된 것 이외의 사항에 대해서는 실시 형태 1과 동일하며, 실시 형태 1의 설명을 참조한다.
제6층(107) 또는 제7층(108)은 실시 형태 1 내지 실시 형태 5와 조합하여 본 발명의 다른 구조에 적용할 수도 있다.
(실시 형태 7)
본 발명의 발광 장치 및 그 제조 방법을 본 실시 형태에서 도 4a 내지 도 4e 및 도 5a 내지 도 5c를 참조하여 설명하기로 한다. 본 실시 형태에서 액티브 매트릭스형 발광 장치를 제작하는 예를 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 패시브형 발광 장치에 대해서도 물론 적용될 수 있다.
기판(50)상에 제1 베이스 절연층(51a), 제2 베이스 절연층(51b)을 형성한 이후에, 반도체층을 제2 베이스 절연층(51b) 상에 형성한다.
기판(50)의 재료로서 유리, 석영, 플라스틱(폴리이미드, 아크릴, 포리에틸렌테레프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리아크릴레이트, 폴리에테르 설폰 등)등을 이용할 수 있다. 이러한 재료로 제조된 기판은 필요에 따라서 CMP등에 의해 연마된 이후에 사용될 수도 있다. 본 실시 형태에서, 유리 기판을 이용한다.
제1 베이스 절연층(51a)과 제2 베이스 절연층(51b)은 알칼리 금속 및 알칼리 토류 금속과 같은 반도체막의 특성에 악영향을 미치는 원소가 반도체막 내부로 확산하는 것을 방지하기 위하여 마련된다. 제1 베이스 절연층(51a)과 제2 베이스 절연층(51b)의 재료로서 산화 규소, 질화 규소, 질소를 포함한 산화 규소, 산소를 포함한 질화 규소 등을 이용할 수 있다. 본 실시 형태에서 제1 베이스 절연층(51a)을 질화 규소로, 제2 베이스 절연층(51b)을 산화 규소로 형성한다. 본 실시 형태에서, 베이스 절연막을 제1 베이스 절연층(51a)과 제2 베이스 절연층(51b)을 포함하는 2층으로 형성하지만, 베이스 절연막을 단층, 2층, 또는 그 이상의 다층으로 형성될 수도 있다. 또, 기판으로부터 불순물의 확산이 문제를 야기하지 않으면, 베이스 절연층을 마련할 필요가 없다.
제1 및 제2 베이스 절연층의 형성 이후에 형성된 반도체층은 비정질 규소막을 레이저로 결정화하는 것에 의하여 획득된다. 구체적으로 설명하면, 제2 베이스 절연층(51b) 상에 비정질 규소막을 25 내지 100nm(바람직하게는 30 내지 60nm)의 막 두께로 형성한다. 비정질 규소막을 형성하는 방법으로서, 공지의 방법, 예를 들면 스퍼터링법, 감압 CVD법 또는 플라즈마 CVD법 등을 사용할 수 있다. 그 후, 500℃에서 1시간 동안 가열 처리를 실시하여 탈수소를 수행한다.
그 이후, 레이저 조사 장치를 이용하여 비정질 규소막을 결정화하여 결정질 규소막을 형성하는 본 실시 형태의 레이저 결정화에 있어서, 엑시머 레이저로부터 발진된 레이저 빔을 광학계를 이용하여 리니어 빔 스폿으로 가공하여 비정질 규소막에 조사하는 것으로 결정질 규소막을 얻는다. 이러한 결정질 규소막을 반도체층으로 이용한다.
비정질 규소막의 다른 결정화 방법으로서, 열처리만을 이용하는 결정화 방법, 결정화를 촉진하는 촉매 원소를 이용하여 가열 처리를 실시하는 방법 등이 있다. 결정화를 촉진하는 원소로서는 니켈, 철, 팔라듐, 주석, 납, 코발트, 백금, 금, 등이 있다. 이러한 원소를 이용하여 열처리만으로 결정화를 실시하는 경우와 비교하여, 저온, 단시간에 결정화가 수행되어, 유리 기판 등에 대한 손상이 적다. 열처리만으로 결정화를 수행하는 경우에, 열에 강한 석영 기판 등을 기판(50)으로 사용할 수 있다.
다음, 한계치를 제어하기 위하여, 필요에 따라서, 반도체층에 미량의 불순물을 첨가한다. 즉, 채널 도핑을 실시한다. 필요한 한계치를 얻기 위하여, n형 또는 p형 전도성을 갖는 불순물(예를 들면, 인 또는 붕소)을 이온 도핑법 등으로 첨가한다.
그 후,반도체층을 소정 형상으로 패턴 처리하여, 섬 형상의 반도체층(52)을 얻는다. 반도체층은 다음과 같은 방식으로 형성된다. 반도체층에 포토레지스트를 도포하고, 소정 형상을 노광, 소성 및 현상하여 반도체층 상에 레지스트 마스크를 형성하며, 레지스트 마스크를 이용하여 반도체층을 에칭한다.
이후, 반도체층(52)을 차폐하기 위하여 게이트 절연층(53)을 형성한다. 게이트 절연층(53)은 플라스마 CVD법 또는 스퍼터링법을 이용하여 막 두께를 40 내지 150nm로 규소를 포함하는 절연층을 이용하여 형성한다. 본 실시 형태에서, 게이트 절연층(53)은 산화 규소를 이용하여 형성한다.
게이트 절연층(53) 상에 게이트 전극(54)을 형성한다. 게이트 전극(54)은 탄탈, 텅스텐, 티탄, 몰리브덴, 알루미늄, 금, 크롬, 및 니오븀으로부터 선택된 원소, 또는 전술한 원소를 주성분으로 하는 합금 재료 혹은 화합물 재료를 이용하여 형성된다. 또한, 인과 같은 불순물 원소를 도핑한 다결정 규소막으로 대표되는 반도체막을 이용할 수도 있다. 또한, AgPdCu 합금을 이용할 수도 있다.
본 실시 형태에서 게이트 전극(54)은 단층으로 형성되지만, 게이트 전극(54)을 텅스텐으로 형성된 하층과 몰리브덴으로 형성된 상층과 같은 2층 이상의 적층 구조를 갖도록 형성될 수도 있다. 게이트 전극을 적층 구조로 형성하는 경우, 전술한 재료를 이용할 수 있다. 또한, 전술한 재료의 조합을 임의로 선택할 수도 있다. 게이트 전극(54)은 포토레지스트로 형성된 마스크를 이용하여 에칭 처리된다.
이후, 게이트 전극(54)을 마스크로 이용하면서 반도체층(52)에 고농도의 불순물을 첨가한다. 이것에 의해서 반도체층(52), 게이트 절연층(53), 및 게이트 전극(54)을 포함하는 박막 트랜지스터(70)가 형성된다.
게다가, 박막 트랜지스터의 제작 공정은 특히 한정되지 않으며, 소정 구조의 박막 트랜지스터를 제작할 수 있도록 임의로 변경될 수 있다.
본 실시 형태에서 레이저 결정화를 이용하여 결정화한 결정성 실리콘막을 이용한 톱 게이트형 박막 트랜지스터를 형성한다. 별법으로서, 비정질 반도체막을 이용한 보텀 게이트형 박막 트랜지스터를 화소부에 이용할 수 있다. 비정질 반도체는 규소 뿐만 아니라 실리콘 게르마늄도 이용할 수 있다. 실리콘 게르마늄을 이용하는 경우, 게르마늄의 농도는 약 0.01 내지 4.5 원자%로 설정되는 것이 바람직하다.
그리고, 게이트 전극(54)을 마스크로서 반도체층(52)에 불순물 원소를 첨가한다. 불순물 원소는 반도체층(52)에-도전형을 부여할 수 있는 원소이다. n형 도전형을 부여하는 불순물 원소로서는 인, p형 도전형을 부여하는 불순물 원소로서는 붕소 등이 있다. 그러나, 발광소자의 제1 전극을 양극으로서 기능시키는 경우는 p형, 음극으로서 기능시키는 경우에는 n형이 되도록 불순물 원소를 선택하는 것이 바람직하다.
그 후, 게이트 전극(54) 및 게이트 절연층(53)을 차폐하기 위하여 절연막(수소화막)(59)을 질화 규소로 형성한다. 절연막(수소화막)(59)을 480℃로 약 1시간 가열하여, 불순물 원소를 활성화시키고 반도체층(52)을 수소화한다(도 4a).
그 후, 절연막(수소화막)(59)을 차폐하기 위하여 제1 층간 절연층(60)을 형성한다. 제1 층간 절연층(60)을 형성하는 재료로서는 산화 규소, 아크릴, 폴리이미드, Iow-k 재료 등을 이용할 수 있다. 또한, 규소(Si)와 산소(O)의 결합으로 골 격 구조가 구성되어 치환기로서 적어도 수소를 포함하는 유기기(예를 들면, 알킬기 또는 아릴기), 플루오로기, 또는 적어도 수소를 포함하는 유기기 및 플루오로기를 갖는 재료를 이용할 수 있다. 이러한 재료를 소위 실록산이라 한다. 본 실시 형태에서 산화 규소막을 제1 층간 절연층으로 형성한다(도 4b).
다음, 반도체층(52)에 도달하는 콘택 홀을 형성한다. 콘택 홀은 레지스트 마스크를 이용하여 반도체층(52)이 노출할 때까지 에칭을 실시하는 것으로 형성될 수 있다. 콘택 홀은 습식 에칭 또는 건식 에칭에 의하여 형성될 수 있다. 게다가, 조건에 따라서 1회 이상 에칭을 실시하여 형성될 수 있다. 에칭을 복수 회 수행하는 경우에는, 습식 에칭과 건식 에칭 모두를 이용할 수 있다(도 4c).
콘택 홀 및 제1 층간 절연층(60) 차폐하기 위하여 도전층을 형성한다. 도전층을 소정 형상으로 가공하여 접속부(61a), 배선(61b) 등을 형성한다. 배선은 알루미늄, 동, 알루미늄-탄소-니켈의 합금, 알루미늄-탄소-몰리브덴의 합금 등으로 이루어진 단층을 구비할 수 있다. 게다가, 배선은 기판측으로부터 몰리브덴, 알루미늄, 몰리브덴의 적층 구조, 티탄, 알루미늄. 티탄의 적층 구조, 또는 기판측으로부터 티탄, 질화 티탄, 알루미늄, 티탄의 적층 구조를 구비할 수 있다(도 4d).
그 후, 접속부(61a), 배선(61b), 제1 층간 절연층(60)을 차폐하기 위하여 제2 층간 절연층(63)을 형성한다. 제2 층간 절연층(63)의 재료로서 자기 평탄성을 갖는 아크릴, 폴리이미드, 실록산등의 도포막이 적합하게 이용될 수 있다. 본 실시 형태에서, 실록산을 제2 층간 절연층(63)으로 이용한다(도 4e).
그 후, 제2 층간 절연층(63) 상에 질화 규소 등을 이용하여 절연층을 형성할 수도 있다. 이러한 절연층은 이후에 형성되는 화소 전극을 에칭할 때 필요한 것 이상으로 에칭되는 것을 방지한다. 그러므로, 화소 전극과 제2 층간 절연층의 에칭 비가 큰 경우에, 절연층을 마련하지 않아도 된다. 그리고, 제2 층간 절연층(63)을 관통하여 접속부(61a)에 도달하는 콘택 홀을 형성한다.
콘택 홀과 제2 층간 절연층(63)(또는 절연층)을 차폐하기 위하여 투광성을 갖는 도전층을 형성한 후, 상기 투광성을 갖는 도전층을 가공하여 박막 발광소자의 제1전극(64)을 형성한다. 제1전극(64)은 접속부(61a)와 전기적으로 접속된다.
제1전극(64)은 알루미늄(Al), 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt), 니켈(Ni), 텅스텐(W), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 철(Fe), 코발트(Co), 동(Cu), 팔라듐(Pd), 리튬(Li) 세슘(Cs), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 또는 티탄(Ti)과 같은 도전성을 갖는 금속; 알루미늄과 실리콘으로 구성된 합금(Al-Si), 알루미늄과 티탄으로 구성된 합금(AI-Ti), 또는 알루미늄-실리콘-동으로 구성된 합금(Al-Si-Cu)과 같은 합금; 또는 질화 티탄(TiN)과 같은 금속 재료의 질화물; ITO, 규소를 함유하는 ITO, 산화 인디움에 2 내지 20wt%의 산화 아연(ZnO)을 혼합한 IZO와 같은 금속 화합물로 구성될 수 있다.
발광을 추출하는 전극은 투명성을 갖는 도전막을 이용하여 형성된다. 예를 들면, ITO, 규소를 함유하는 ITO(ITSO), 산화 인디움에 2 내지 20wt%의 산화 아연(ZnO)을 혼합한 IZO를 타겟으로 이용하여 형성된 물체와 같은 금속 화합물을 사용한다. 게다가, Al 및 Ag와 같은 금속 극박막을 이용한다. 또한, 제2 전극으로부터 발광을 추출하는 경우에, 제1전극은 반사율이 높은 재료(예를 들면, AI 및 Ag)를 이용할 수 있다. 본 실시 형태에서, ITSO를 제1전극(64)으로 이용한다(도 5a).
다음, 제2 층간 절연층(63)(또는 절연층) 및 제1전극(64)을 차폐하기 위하여 유기 재료 또는 무기 재료를 이용하여 절연층을 형성한다. 이 후, 절연층을 제1전극(64)의 일부를 노출시키도록 가공하여, 격벽(65)을 형성한다. 격벽(65)의 재료로서 감광성을 갖는 유기 재료(예를 들면, 아크릴 및 폴리이미드)가 매우 적합하게 이용된다. 게다가, 감광성을 갖지 않는 유기 재료나 무기 재료로 격벽을 형성할 수도 있다. 또한, 격벽(65)의 재료에 블랙 티탄 산화물이나 카본 니트라이드와 같은 흑색 안료나 염료를 분산재 등을 이용하여 분산시켜, 격벽(65)을 블랙 매트릭스로서 이용할 수 있다. 격벽(65)의 제1전극으로 향하는 단면은 소정의 곡률을 가지며, 상기 곡률이 연속적으로 가변되는 테이퍼 형상을 갖는 것이 바람직하다(도 5b).
다음, 발광 적층체(66)를 형성하고, 그 이후에 발광 적층체(66)를 차폐하는 제2전극(67)을 형성한다. 이에 의하면, 제1전극(64)과 제2전극(67) 사이에 발광 적층체(66)를 개재시킨 발광소자(93)를 제조할 수 있으며, 제1전극에 제2전극 보다 높은 전압을 인가하는 것에 의하여 발광을 얻을 수 있다. 제2전극(67)의 형성에 이용되는 전극 재료로서 제1전극의 재료와 같은 재료를 이용할 수 있다. 본 실시 형태에서 알루미늄을 제2전극으로 이용한다.
발광 적층체(66)는 증착법, 잉크젯법, 스핀 코팅법, 딥 코팅법 등과 같은 공지의 방법에 따라 형성될 수 있다. 발광 적층체(66)는 실시 형태 1 내지 실시 형 태 6에서 기술된 것과 같은 구조를 갖는다. 발광 적층체에 이용하는 재료로서, 통상, 유기 화합물로 이루어진 단층 또는 적층을 이용한다. 그러나, 본 발명에는 유기 화합물로 구성된 막의 일부에 무기 화합물을 이용하는 구성도 포함된다.
그 후, 플라즈마 CVD법에 의해 질소를 함유하는 산화 규소막을 패시베이션막으로서 형성한다. 질소를 함유하는 산화 규소막을 이용하는 경우에, 플라즈마 CVD법으로 SiH4, N2O, 및 NH3을 이용하여 제조된 산화 질화 규소막, 또는 플라즈마 CVD법으로 SiH4, N2O를 이용하여 제조된 산화 질화 규소막, 또는 플라즈마 CVD법으로 SiH4, N2O를 Ar로 희석한 가스를 이용하여 제조된 산화 질화 규소막을 형성할 수 있다.
별법으로서, 패시베이션막으로서 SiH4, N2O, 및 H2를 이용하여 형성된 산화 질화 수소화 규소막을 적용할 수 있다. 제1 패시베이션막은 물론 단층 구조에 한정되지 않으며, 다른 규소를 함유한 절연층을 단층 구조 또는 적층 구조를 구비할 수도 있다. 또한, 질화 탄소막과 질화 규소막을 포함하는 다층막, 스틸렌 폴리머를 포함하는 다층막, 질화 규소막 또는 다이아몬드형(diamond like) 카본막을 질소를 함유하는 산화 규소막 대신에 형성할 수도 있다.
그 후, 발광소자를 물과 같은 열화를 촉진하는 물질로부터 보호하기 위해서, 표시부를 밀봉한다. 표시부를 대향 기판으로 밀봉하면, 절연성 밀봉 재료에 의하여 외부 접속부가 노출하도록 대향 기판을 표시부에 부착한다. 대향 기판과 소자 기판 사이의 공간에는 건조한 질소와 같은 불활성 기체로 충전할 수 있다. 별법으 로서, 밀봉 재료를 화소부 전면에 도포하고, 대향 기판을 그것에 부착할 수도 있다. 밀봉 재료로서 자외선 경화 수지 등을 이용하면 바람직하다. 밀봉 재료에는 건조제나 기판간의 갭을 일정하게 유지하기 위한 입자를 혼입할 수도 있다. 그 후, 외부 접속부에 가요성 배선 기판을 부착하여, 발광 장치를 완성한다.
이상과 같이 제작된 발광 장치의 구성 예를 도 6a 및 도 6b를 참조하여 설명하기로 한다. 게다가, 유사한 기능을 갖는 부분은 동일한 참조부호를 병기하며, 그 설명을 생략한다. 본 실시 형태에서, LDD 구조를 갖는 박막 트랜지스터(70)는 접속부(61a)를 통해 발광소자(93)에 접속된다.
도 6a는 제1전극(64)이 투광성을 갖는 도전막으로 형성되고 발광 적층체(66)에서 발생된 빛을 기판(50) 측을 향하여 조사하는 구조를 도시한다. 또한, 참조부호 94는 대향 기판을 나타낸다. 발광소자(93)가 대향 기판(94) 상에 형성된 후, 카운터 기판은 밀봉 재료 등을 이용하여 기판(50)에 고착된다. 대향 기판(94)과 소자 사이의 공간은 투광성을 갖는 수지(88) 등으로 충전하여 발광소자를 밀봉한다. 따라서, 발광소자(93)는 수분에 의하여 열화되는 것이 방지된다. 수지(88)는 흡습성을 갖는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 수지(88)에 투광성이 높은 건조제(89)를 분산시켜, 수분의 영향을 억제한다.
도 6b는 제1전극(64)과 제2전극(67) 양자를 투광성을 갖는 도전막으로 형성하며, 기판(50) 및 대향 기판(94) 양자를 향하여 빛을 추출하는 구조를 도시한다. 상기 구조에서, 기판(50) 및 대향 기판(94)의 외측에 편광판(90)을 마련하여, 화면이 투명하게 되는 것을 방지하여, 시인성을 향상시킨다. 편광판(90) 외측에는 보 호 필름(91)을 마련할 수도 있다.
본 발명에 따른 표시 기능을 갖는 발광 장치는 아날로그의 비디오 신호 또는 디지털 비디오 신호 어느 것도 채용할 수 있다. 디지털 비디오 신호를 이용하는 경우에, 비디오 신호는 전압을 이용하는 것과 전류를 이용하는 것으로 구분할 수 있다. 발광소자가 발광하는 경우에, 화소에 입력된 비디오 신호는 정전압이거나 정전류일 수 있다. 비디오 신호가 정전압을 가지면, 정전압이 발광소자에 인가되거나 정전류가 발광소자를 흐른다. 또한, 비디오 신호가 정전류를 가지면, 정전압이 발광소자에 인가되거나, 정전류가 발광소자를 흐른다. 정전압을 발광소자에 인가하는 구동 방법을 정전압 구동이라 한다. 반면, 정전류가 발광소자를 흐르는 구동방법을 정전류 구동이라 한다. 정전류 구동에 따르면, 발광소자의 저항 변화와 무관하게, 일정한 전류가 흐른다. 본 발명의 발광 장치 및 그 구동 방법에 대하여 전술한 구동 방법을 이용할 수도 있다.
이러한 구성을 갖는 본 발명의 발광 장치는 신뢰성이 높은 발광 장치이다. 이러한 구성을 갖는 본 발명의 발광 장치는 소비 전력이 작은 발광 장치이다.
(실시 형태 8)
본 실시 형태에서, 본 발명의 발광 장치인 패널의 외관에 대해 도 7a 및 도 7b를 참조하여 설명하기로 한다. 도 7a는 판상에 형성된 트랜지스터 및 발광소자를 기판과 대향 기판(4006) 사이에 형성된 밀봉 재료로 밀봉된 패널의 상면도이다. 도 7b는 도 7a의 선 A-A'를 따라 절취한 단면도이다. 상기 패널에 탑재된 발광소자는 실시 형태 2에 도시된 바와 같은 구조를 갖는다.
기판(4001) 상에 설치된 화소부(4002), 신호선 구동 회로(4003), 및 주사선 구동 회로(4004)를 둘러싸도록 밀봉 재료(4005)를 설치한다. 화소부(4002), 신호선 구동 회로(4003), 및 주사선 구동 회로(4004) 상방에 대향 기판(4006)이 설치된다. 따라서, 화소부(4002), 신호선 구동 회로(4003), 및 주사선 구동 회로(4004)는 기판(4001), 밀봉재료(4005), 및 대향 기판(4006)을 충전재(4007)와 함께 밀봉된다.
기판(4001)상에 설치된 화소부(4002), 신호선 구동 회로(4003), 및 주사선 구동 회로(4004)는 박막 트랜지스터를 복수개 구비한다. 도 7b는 신호선 구동 회로(4003)에 포함되는 박막 트랜지스터(4008)와 화소부(4002)에 포함되는 박막 트랜지스터(4010)를 도시한다.
또한, 발광소자(4011)는 박막 트랜지스터(4010)에 전기적으로 접속되어 있다.
또한, 리딩 배선(4014)은 화소부(4002), 신호선 구동 회로(4003), 및 주사선 구동 회로(4004)에 신호 또는 전원 전압을 공급하는 배선에 대응한다. 리딩 배선(4014)은 리딩 배선(4015a 및 4015b)을 통해 접속 단자(4016)에 접속된다. 접속 단자(4016)는 가요성 프린트 서킷(FPC)(4018)이 갖는 단자와 이방성 도전막(4019)을 통해 전기적으로 접속되어 있다.
게다가, 충전재(4007)로서 질소나 아르곤과 같은 불활성인 기체 외에, 자외선 경화 수지 또는 열경화 수지를 이용할 수 있다. 예를 들면, 폴리비닐크롤라이드, 아크릴, 폴리이미드, 에폭시 수지, 실리콘 수지, 폴리비닐 부티랄, 또는 에틸 렌 비닐렌 아세테이트를 이용할 수 있다.
또한, 본 발명의 발광 장치는 발광소자를 갖는 화소부가 형성된 패널과, 패널에 IC가 실장된 모듈을 구비한다.
전술한 구성을 갖는 본 발명의 발광 장치는, 화소부를 구성하는 발광소자로서 실시 형태 1 내지 실시 형태 6 중 어느 하나에서 기술된 발광소자를 가지고 있기 때문에, 화소부의 신뢰성이 높은 발광 장치이다. 또한, 본 발명의 발광 장치는, 화소부를 구성하는 발광소자로서 실시 형태 1 내지 실시 형태 6 중 어느 하나에서 기재된 발광소자를 가지고 있기 때문에, 소비 전력이 작은 발광 장치이다.
본 실시 형태는 실시 형태 1 내지 실시 형태 7의 적당한 구성과 자유로이 조합하여 이용될 수 있다.
(실시 형태 9)
본 실시 형태에서, 실시 형태 8에 기술된 패널 및 모듈이 갖는 화소 회로와 보호회로, 및 그러한 동작을 설명하기로 한다. 게다가, 도 4a 내지 도 4e 및 도 5a 내지 도 5c에 도시된 단면도는 구동용 TFT(1403)와 발광소자(1405)의 단면도에 대응한다.
도 8a 도시된 화소에서, 신호선(1410) 및 전원선(1411, 1412)이 열방향으로 배치되며, 주사선(1414)이 행방향으로 배치된다. 또한, 화소는 스위칭용 TFT(1401), 구동용 TFT(1403), 전류 제어용 TFT(1404), 용량 소자(1402) 및 발광소자(1405)를 구비한다.
도 8c에 도시된 화소는 구동용 TFT(1403)의 게이트 전극이 행방향으로 배치 된 전원선(1412)에 접속되는 점을 제외하고 도 8a에 도시된 화소와 유사한 구조를 갖는다. 즉, 도 8a 및 8c에 도시된 화소의 등가 회로도는 동일하다. 그러나, 행방향으로 전원선(1412)이 배치되는 경우(도 8a)와 열방향으로 전원선(1412)이 배치되는 경우(도 8c) 사이에서 각 전원선은 다른 층의 도전막으로 형성된다. 여기에서, 구동용 TFT(1403)의 게이트 전극이 접속되는 배선에 주목하며, 배선을 상이한 층으로 형성하는 것을 도시하기 위하여 도 8a 및 도 8c로 나누어 도시한다.
도 8a 및 도 8c에 도시된 각각의 화소에서, 구동용 TFT(1403)와 전류 제어용 TFT(1404)가 직렬로 접속되고, 구동용 TFT(1403)의 채널 길이 L(1403) 및 채널폭 W(1403), 및 전류 제어용 TFT(1404)의 채널 길이 L(1404) 및 채널폭 W(1404)는 L(1403)/W(1403) : L(1404)/W(1404) = 5,000 : 1 내지 6,000 : 1을 만족시키도록 설정될 수 있다.
구동용 TFT(1403)는 포화 영역에서 동작하며, 발광소자(1405)를 흐르는 전류의 양을 제어하며, 전류 제어용 TFT(1404)는 선형 영역에서 동작하며, 발광소자(1405)에 공급되는 전류의 양을 제어한다. TFT(1403, 1404) 모두는 제조 공정 관점에서 동일한 도전형을 갖는 것이 바람직하고, 본 실시 형태에서는 n채널형 TFT가 TFT(1403, 1404)로 형성된다. 또한, 구동용 TFT(1403)로서 강화형 TFT 뿐만 아니라 디프리션형 TFT를 이용할 수 있다. 전술한 구성을 갖는 본 발명의 발광 장치에서, 전류 제어용 TFT(1404)가 선형 영역에서 동작하기 때문에, 전류 제어용 TFT(1404)의 Vgs가 약간 변동하여도 발광소자(1405)를 흐르는 전류의 양에 영향을 미치지 않는다. 즉, 발광소자(1405)를 흐르는 전류의 양은 포화 영역에서 동작하 는 구동용 TFT(1403)에 의해 결정될 수 있다. 전술한 구성에 따르면, TFT의 특성 편차에 기인한 발광소자의 휘도 얼룩짐을 개선하여 화질을 향상시킨 발광 장치를 제공할 수 있다.
도 8a 내지 도 8d에 도시된 화소에서 스위칭용 TFT(1401)는 화소에 대한 비디오 신호의 입력을 제어한다. 스위칭용 TFT(1401)가 턴온 되고 화소에 비디오 신호가 입력되면, 캐패시터 소자(1402)에 그 비디오 신호의 전압이 유지된다. 도 8a 및 도 8c에는 각각의 화소가 캐패시터 소자(1402)를 구비하는 구성을 도시하고 있지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 비디오 신호를 유지하기 위한 캐패시터로서 게이트 개패시터 등이 작용할 수 있는 경우에, 캐패시터 소자(1402)를 마련하지 않아도 된다.
도 8b에 도시된 화소는 TFT(1406)와 주사선(1415)을 추가한 것 이외에는 도 8a에 도시된 화소 구성과 유사하다. 이와 유사하게, 도 8d에 도시된 화소는 TFT(1406)와 주사선(1414)을 추가한 것 이외에는 도 8c에 도시된 화소 구성과 유사하다.
TFT(1406)는 새롭게 배치된 주사선(1415)에 의해 턴온 또는 턴오프되도록 제어된다. TFT(1406)가 턴온이 되면, 캐패시터 소자(1402)에 유지된 전하는 방전하여, 전류 제어용 TFT(1404)가 턴오프 된다. 즉, TFT(1406)의 배치에 의하여 강제적으로 발광소자(1405)에 전류가 흐르지 않는 상태를 만들 수 있다. 그 때문에, TFT(1406)를 소거용 TFT라고 부를 수 있다. 따라서, 도 8b 및 도 8d에 도시된 구성은에 따르면, 모든 화소에 대하여 신호가 기입되기 전에 기입 기간의 개시와 동 시 또는 직후에 점등 기간을 개시할 수 있으므로, 듀티비(duty ratio)가 향상된다.
도 8e에 도시된 화소에서, 신호선(1410)과 전원선(1411)이 열방향으로 배치되며, 주사선(1414)이 행방향으로 배치된다. 또한, 스위칭용 TFT(1401), 구동용 TFT(1403), 캐패시터 소자(1402) 및 발광소자(1405)를 구비한다. 도 8f에 도시된 화소는 TFT(1406)와 주사선(1415)을 추가한 것 이외에는 도 8e에 도시된 화소 구성과 유사하다. 게다가, 도 8f에 도시된 구성은 TFT(1406)를 배치한 것에 의하여 듀티비를 개선한다.
구동용 TFT(1403)를 강제적으로 턴 오프하는 경우에 화소의 구성 예를 도 9에 도시한다. 도 9에는 선택 TFT(1451), 구동용 TFT(1453), 소거 다이오드(1461), 및 발광소자(1454)가 배치되어 있다. 선택 TFT(1451)의 소스와 드레인은 신호선(1455) 및 구동용 TFT(1453)의 게이트에 각각 접속되고 있다. 선택 TFT(1451)의 게이트는 제1 게이트선(1457)에 접속되어 있다. 구동용 TFT(1453)의 소스와 드레인은 각각 제1 전원선(1456) 및 발광소자(1454)에 접속되어 있다. 소거 다이오드(1461)는 구동용 TFT(1453)의 게이트와 제2 게이트선(1467)에 접속되어 있다.
캐패시터 소자(1452)는 구동용 TFT(1453)의 게이트 전위를 유지하는 역할을 하고 있다. 따라서, 구동용 TFT(1453)의 게이트와 전원선(1456) 사이에 접속되어 있다. 그러나, 본 발명은 이러한 구조에 한정되지 않으며, 캐패시터 소자를 구동용 TFT(1453)의 게이트 전위를 유지할 수 있도록 배치될 수 있다. 또한, 구동용 TFT(1453)의 게이트 캐패시터를 이용하여 구동용 TFT(1453)의 게이트 전위를 유지할 수 있는 경우에, 캐패시터 소자(1452)를 생략할 수 있다.
구동 방법으로서, 제1 게이트선(1457)을 선택하고, 선택 TFT(1451)를 턴온한다. 신호선(1455)으로부터 신호가 캐패시터 소자(1452)에 입력되면, 그 신호에 따라서 구동용 TFT(1453)의 전류가 제어되고, 제1 전원선(1456)으로부터 발광소자(1454)를 통해 제2 전원선(1458)으로 전류가 흐른다.
신호를 소거하기 위하여, 제2 게이트선(1467)을 선택하고(이 경우에, 전위가 증가), 소거 다이오드(1461)는 턴온되어, 제2 게이트선(1467)으로부터 구동용 TFT(1453)의 게이트에 전류를 공급한다. 그 결과, 구동용 TFT(1453)가 오프 상태가 된다. 그러면, 제1 전원선(1456)으로부터 발광소자(1454)를 거쳐 제2 전원선(1458)에 전류가 흐르지 않는다. 그 결과, 비점등 기간을 만들 수 있으므로, 점등 기간의 길이를 자유롭게 제어할 수 있다.
신호를 유지하기 위하여, 제2 게이트선(1467)을 선택하지 않는다(이 경우에, 전위가 감소). 그러면, 소거 다이오드(1461)는 턴오프하여, 구동용 TFT(1453)의 게이트 전위가 유지된다.
게다가, 소거 다이오드(1461)는 정류성을 갖는 소자라면 특별히 제한되지 않는다. PN형 다이오드 또는 PIN형 다이오드를 이용할 수 있다. 별법으로서, 쇼트키형 다이오드 또는 제너형 다이오드를 이용할 수도 있다.
전술한 바와 같이, 다양한 종류의 화소 회로를 채용할 수 있다. 특히, 비정질 반도체막을 이용하여 박막 트랜지스터를 형성하는 경우, 구동용 TFT(1403)의 반도체막 면적을 크게하는 것이 바람직하다. 그 때문에, 상기 화소 회로에서, 발광 적층체로부터 발생된 밀봉 기판을 통해 사출되는 표면 발광형을 채용하는 것이 바 람직하다.
이러한 액티브 매트릭스형 발광 장치는 화소 밀도가 증가하는 경우에 각 화소에 TFT가 설치되고 있기 때문에 저전압 구동할 수 있어 유리하다라고 판단된다.
본 실시 형태에서 각 TFT가 설치되는 액티브 매트릭스형의 발광 장치에 대해 설명하였다. 그러나, 패시브 매트릭스형 발광 장치를 형성할 수도 있다. 패시브 매트릭스형 발광 장치의 각 화소에는 TFT가 설치되지 않기 때문에, 개구율이 높아진다. 발광이 발광 적층체의 양측면을 향하여 사출되는 발광 장치의 경우, 패스브 매트릭스형 발광 장치를 이용하면 투과율이 높아진다.
이 후, 도 8e에 도시된 등가 회로를 이용하여 주사선 및 신호선에서 보호 회로로서 다이오드를 마련하는 경우에 대하여 설명한다.
도 10에서, 화소부(1500)에 스위칭용 TFT(1401,1403), 캐패시터 소자(1402), 및 발광소자 (1405)가 설치되어 있다. 신호선(1410)에는 다이오드(1561, 1562)가 설치되어 있다. 다이오드(1561, 1562)는 스위칭용 TFT(1401, 1403)와 도일한 방식으로 상기 실시 형태에 근거하여 제작된다. 다이오드 각각은 게이트 전극, 반도체층, 소스 전극, 드레인 전극 등을 구비한다. 다이오드(1561, 1562)는 게이트 전극을 드레인 전극 또는 소스 전극에 접속하는 것에 의하여 동작된다.
다이오드에 접속되는 공통 전위선(1554, 1555)은 게이트 전극과 동일한 층으로 형성된다. 따라서, 다이오드의 소스 전극 또는 드레인 전극과 접속하기 위해서 게이트 절연층에 콘택 홀을 형성할 필요가 있다.
주사선(1414)에 설치된 다이오드도 동일한 구성을 갖는다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 입력단에 보호 다이오드를 동시에 형성할 수 있다. 게다가, 보호 다이오드의 위치는 이것에 한정되지 않으며, 구동 회로와 화소 사이에 마련될 수도 있다.
본 실시 형태는 실시 형태 1 내지 실시 형태 8의 적합한 구성과 적절히 조합하여 이용될 수 있다.
이러한 보호 회로를 갖는 본 발명의 발광 장치는 신뢰성이 높고 소비 전력이 작은 발광장치이다. 게다가, 전술한 구성을 채용함으로써, 발광 장치로서의 신뢰성을 한층 더 높일 수 있다.
(실시 형태 10)
도 17a는 본 발명의 발광 장치의 구성의 일례를 도시한다. 도 17a는 테이퍼형 구조를 갖는 패시브 매트릭스형 발광 장치의 화소부에서 그 단면도의 일부이다. 도17a에 도시된 본 발명의 발광 장치는 기판(200), 발광소자의 제1전극(201), 격벽(202), 발광 적층체(203), 발광소자의 제2전극(204), 및 대향 기판(207)을 구비한다.
발광소자는 발광소자의 제1전극(201)과 제2전극(204) 사이에 발광 적층체(203)가 개재되어 있는 부분에 형성된다. 제1전극(201)과 제2전극(204)은 상호 직교하며, 스트라이프 형태로 형성되어 교차 부분에 발광소자가 형성된다. 격벽(202)은 제2전극(204)과 평행하게 형성되어, 발광소자는 제1전극(201)을 갖는 다른 발광소자와 격벽 202에 의해서 공통으로 절연된다.
본 실시 형태에서, 제1전극(201), 제2전극(204), 및 발광 적층체(203)의 구 체적인 재료 및 구성에 대해서는 실시 형태 1 내지 실시 형태 6을 참조한다.
그 외, 도 17a에서 기판(200), 격벽(202), 및 대향 기판(207)은 각각 실시 형태 7에서 기판(50), 격벽(65), 대향 기판(94)에 대응한다. 그러한 구성, 재료 및 효과는 실시 형태 1과 유사하다. 그러므로, 그 설명을 반복하지 않으며, 실시 형태 7의 기재를 참조한다.
발광 장치에는 수분 등의 침입을 방지하기 위하여 보호막(210)이 형성되어 있다. 유리, 석영, 알루미나와 같은 세라믹 재료, 또는 그 합성 재료로 이루어진 대향 기판(207)을 밀봉 접착제(211)로 고착한다. 외부 입력 단자부는 가요성 인쇄 배선 기판(213)을 이용하여 이방성 도전막(212)을 통해 외부 회로에 접속된다. 보호막(210)은 질화 규소로 형성되거나, 응력을 저감하면서 가스 장벽 특성을 높이기 위하여 질화 탄소와 질화 규소로 이루어진 적층체로 형성될 수도 있다.
도 17b는 도 17a에 도시된 패널에 외부 회로가 접속된 모듈을 도시한다. 모듈은 외부 입력 단자부(18, 19)에 가요성 인쇄 배선 기판(25)을 고착하여, 전원 회로 및 신호 처리 회로가 형성된 외부 회로 기판과 전기적으로 접속된다. 또한, 외부 회로 중 하나인 드라이버 IC(28)를 COG법 또는 TAB법으로 실장할 수 있다. 도 17b는 외부 회로 중 하나인 드라이버 IC(28)를 COG법으로 실장한 상태를 도시한다.
패널과 모듈은 본 발명의 발광 장치의 형태에 대응하며, 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 한다.
(실시 형태 11)
본 발명의 발광 장치(모듈)를 탑재한 본 발명의 전자기기로서 비디오 카메 라, 디지털 카메라, 고글형 디스플레이(헤드 마운트 디스플레이), 네비게이션 시스템, 음향 재생장치(카오디오 부품 등), 컴퓨터, 게임기기, 휴대형 정보 단말기(예를 들면, 모바일 컴퓨터, 휴대 전화, 휴대형 게임기, 전자 서적 등), 기록 매체를 갖는 화상 재생장치(구체적으로, 디지털 다기능 디스크(DVD)과 같은 기록 매체를 재생할 수 있으며 그 화상을 표시할 수 있는 디스플레이를 갖는 장치) 등을 들 수 있다. 이러한 전자기기의 구체적인 예를 도 11a 내지 도 11e에 도시한다.
도 11a는 발광 장치를 도시하는 것으로, 하우징(2001), 표시부(2003), 스피커부(2004) 등을 포함하는, 텔레비전 수상기, 퍼스널 컴퓨터 등을 위한 모니터에 해당한다. 본 발명의 발광 장치는 표시부(2003)의 신뢰성이 높고, 소비 전력이 작은 발광 장치이다. 화소부에는 콘트라스트를 높이기 위하여 편광판 또는 원편광판을 구비할 수 있다. 예를 들면, 밀봉 기판에 1/4λ 판, 1/2λ 판, 및 편광판을 그 순서로 마련할 수도 있다. 또한, 편광판상에 반사 방지막을 설치할 수도 있다.
도 11b는 휴대 전화를 도시하며, 이 휴대 전화는 본체(2101), 하우징(2102), 표시부(2103), 음성 입력부(2104), 음성 출력부(2105), 조작 키(2106), 안테나(2108) 등을 포함한다. 본 발명의 휴대 전화는 표시부(2103)의 신뢰성이 높고, 소비 전력이 작은 휴대 전화이다.
도 11c는 컴퓨터를 도시하며, 이 컴퓨터는 본체(2201), 하우징(2202), 표시부(2203), 키보드(2204), 외부 접속 포토(2205), 포인팅 마우스(2206) 등을 포함한다. 본 발명의 컴퓨터는 표시부(2203)의 신뢰성이 높고, 소비 전력의 작은 컴퓨터이다. 도 11c에서는 노트형의 컴퓨터를 예시하지만, 본 발명은 하드 디스크와 표 시부가 일체화한 데스크탑형 컴퓨터 등에도 적용 가능하다.
도 11d는 모바일 컴퓨터를 도시하며, 이 모바일 컴퓨터는 본체(2301), 표시부(2302), 스위치(2303), 조작 키(2304), 적외선 포토(2305) 등을 포함한다. 본 발명의 모바일 컴퓨터는 표시부(2302)의 신뢰성이 높고, 소비 전력의 작은 모바일 컴퓨터이다.
도 11e는 휴대형 게임기를 도시하며, 이 휴대형 게임기는 하우징(2401), 표시부(2402), 스피커부(2403), 조작 키(2404), 기록 매체 삽입부(2405) 등을 포함한다. 본 발명의 휴대형 게임기는 표시부(2402)의 신뢰성이 높고, 소비 전력이 작은 휴대형 게임기이다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 적용 범위는 매우 넓고, 모든 분야의 전자기기에 이용하는 것이 가능하다.
본 실시 형태는 실시 형태 1 내지 실시 형태 10의 적합한 구성과 적절히 조합하여 이용할 수 있다.
(실시예 1)
본 실시예에서, 실시 형태 6에서 도 3a에 도시된 구조를 갖는 본 발명의 발광소자를 이용하여 제2층(102)의 에너지 갭에 대해 검토한 결과를 나타낸다.
발광소자는, 유리 기판상에 형성되고, 유리 기판측으로부터 제1전극(100), 제6층(107), 제1층(101), 제2층(102), 제3층(103), 제4층(105), 제7층(108), 및 제2전극(104)이 순차적으로 형성되었다. 제1전극(100)으로서, 산화 규소를 포함하는 인디움 주석 산화물(본 실시예에서, ITSO라 함)을 110nm의 두께로 형성했다. ITSO 는 스퍼터링법에 따라 성막하였고, 제1전극(100)의 형상을 에칭을 통해 2mm X 2mm로 하였다. 다음, 발광소자를 형성하기 위한 사전 처리로서, 다공질의 수지[대표적으로는 PVA(폴리비닐 알콜), 나일론 등으로 형성된 것]로 기판 표면을 세정하고, 200℃로 1시간 동안 열처리를 실시하고, UV 오존 처리를 370초 동안 수행하였다.
다음, 정공 주입층인 제6층(107)으로서 NPB(4,4'-bis[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]비페닐)와 산화 몰리브덴의 공증착막을 50nm의 두께로 형성하였다. NPB와 산화 몰리브덴은 4:1의 질량비로 성막하였다. 이후, 제1층(101)인 정공 수송층으로서 NPB를 10nm의 두께로 성막하였다. 이러한 적층막 상에 제2층(102)을 2nm로 형성하고, 제3층(103)인 발광층으로서 CzPA(9-[4-(N-카르바조릴)]페닐-10-페닐안트라센)와 YGAPA(9-(4-{N-[4-(9-카르바조릴)페닐]-N-페닐아미노}페닐)-10-페닐안트라센)를 1:0.04의 질량비로 성막하였다. CzPA가 호스트 재료, YGAPA가 발광 중심 재료로서 기능한다. 발광층은 30nm의 두께로 형성하였다. 또한, 제4층(105)인 전자 수송층으로서 Alq3(tris(8-키노리노라토)알루미늄)을 30nm의 두께로 형성하고, 제7층(108)인 전자 주입 주입층으로서 불화 리튬을 1nm의 두께로 형성하였다. 그 후, 제2전극(104)으로서 Al을 200nm의 두께로 성막하여, 소자를 완성하였다. 마지막으로, 소자가 대기에 노출되는 방지하기 위하여 질소 분위기 하에서 밀봉을 실시하였다. 정공 주입층으로부터 제2전극에 이르는 막 형성은 저항 가열을 이용하는 진공 증착법에 의해 수행된다.
제2층(102)의 재료로서 에너지 갭이 3.43eV인 CBP(4,4'-(N-카르바조릴)비페닐)를 이용한 소자를 소자 1, 3.28eV의 SFDCz(2,7-di(N-카르바조릴)-스피로-9,9'- 비플루오렌)을 이용한 소자를 소자 2, 3.52eV의 m-MTDATA(4,4',4"-tris[N-(3-메틸페닐)-N-페닐아미노]트리페닐아민)를 이용한 소자를 소자 3, 3.17eV의 YGASF(2,7-bis{N-[4-(N-카르바조릴)페닐]-N-페닐아미노}-스피로-9,9'-비플루오렌)를 이용한 소자를 소자 4, 3.55eV의 TCzB(1,3,5-tri(N-카르바조릴)벤젠)를 이용한 소자를 소자 5, 3.31eV의 TCTA(4,4',4"-tri(N-카르바조릴)트리페닐아민)를 이용한 소자를 소자 6으로 하였다.
정공 수송층인 제1층(101)의 NPB가 갖는 에너지 갭은 2.97eV, 호스트 재료인 CzPA의 에너지 갭은 2.93eV이다. 그러므로, 소자 1 내지 소자 6은 본 발명의 발광소자에 대응한다.
비교예로서, 실시예의 소자 1 내지 소자 6과 동일한 구성으로 에너지 갭이 2.97eV인 제2층(102)으로 4,4'-bis[N-(9,9-디메틸플루오렌-2-yl)-N-페닐아미노]비페닐(약칭: DFLDPBi)을 이용한 소자(소자 7)와, 제2층(102)의 존재가 실시예의 소자 1 내지 소자 6과 상이한 소자도 제조하였다(소자 8 내지 소자 10).
표 1은 소자 1 내지 소자 10의 전류 효율, 파워 효율 등을 정리한 표를 나타낸다. 도 12는 횡축을 제2층(102)의 에너지 갭, 종축을 약 1000cd/m2의 전류 효율로서 그래프를 나타낸다. 그러나, 제2층(102)은 소자 8 내지 10에서 형성되지 않았다. 그러므로, 제1층(101)인 정공 수송층으로 기능하는 NPB(2.97eB)의 값은 에너지 갭의 값으로 이용된다.
에너지 갭 (eV) 전류 효율 (cd/A) 파워 효율 (lm/W)
소자 1
소자 2
소자 3
소자 4
소자 5
소자 6
소자 7
소자 8
소자 9
소자 10		 3.43
3.28
3.52
3.17
3.55
3.31
2.97
-
-
-		 3.69
3.31
3.77
4.16
3.11
3.38
1.74
2.03
2.21
1.98		 1.93
1.58
2.11
2.33
1.74
1.97
0.78
0.89
1.02
1.04
도 12 및 표 1에서, 캐리어 수송층과 발광층 사이에 제2층을 개재하고, 제2층의 에너지 갭이 캐리어 수송층보다 크고 호스트 재료와 같거나 그 이상인 소자 1 내지 소자 6은 제2층의 에너지 갭이 호스트 재료보다 작고, 캐리어 수송층과 동일한 소자 7 및 제2층이 형성되지 않은 소자 8 내지 소자 10 보다 양호한 값의 전류 효율 및 파워 효율을 나타내는 것을 알 수 있다.
따라서, 본 발명의 발광소자는 발광 효율이 높은 발광소자이다. 발광 효율이 향상하는 것에 의하여, 종래보다 작은 전류로 동일한 휘도를 얻을 수 있어, 발광소자의 열화가 억제된다. 따라서, 본 발명의 발광소자는 신뢰성이 개선된 발광소자이다. 게다가, 파워 효율도 개선되므로, 소비 전력이 작은 발광소자이다 라고 말할 수 있다.
(실시예 2)
본 실시예에서, 실시 형태 6에서 도 3a에 도시된 구조를 갖는 본 발명의 발광소자를 이용하여 제2층(102)의 에너지 갭에 대해 검토한 결과를 나타낸다.
발광소자는, 유리 기판상에 형성되고, 유리 기판측으로부터 제1전극(100), 제6층(107), 제1층(101), 제2층(102), 제3층(103), 제4층(105), 제7층(108), 및 제2전극(104)이 순차적으로 형성되었다. 제1전극(100)으로서, ITSO를 110nm의 두께로 형성했다. ITSO는 스퍼터링법에 따라 성막하였고, 제1전극(100)의 형상을 에칭을 통해 2mm X 2mm로 하였다. 다음, 발광소자를 형성하기 위한 사전 처리로서, 다공질의 수지[대표적으로는 PVA(폴리비닐 알콜), 나일론 등으로 형성된 것]로 기판 표면을 세정하고, 200℃로 1시간 동안 열처리를 실시하고, UV 오존 처리를 370초 동안 수행하였다.
다음, 정공 주입층인 제6층(107)으로서 NPB와 산화 몰리브덴의 공증착막을 50nm의 두께로 형성하였다. NPB와 산화 몰리브덴은 4:1의 질량비로 성막하였다. 이후, 제1층(101)인 정공 수송층으로서 NPB를 10nm의 두께로 성막하였다. 이러한 적층막 상에 CBP를 제2층(102)으로 형성하고, CzPA 및 YGAPA를 제3층(103)인 발광층으로 1:0.04의 질량비로 성막하였다. CzPA가 호스트 재료, YGAPA가 발광 중심 재료로서 기능한다. 발광층은 30nm의 두께로 형성하였다. 또한, 제4층(105)인 전자 수송층으로서 Alq3(tris(8-키노리노라토)알루미늄)을 30nm의 두께로 형성하고, 제7층(108)인 전자 주입 주입층으로서 불화 리튬을 1nm의 두께로 형성하였다. 그 후, 제2전극(104)으로서 Al을 200nm의 두께로 성막하여, 소자를 완성하였다. 마지막으로, 소자가 대기에 노출되는 방지하기 위하여 질소 분위기 하에서 밀봉을 실시하였다. 정공 주입층으로부터 제2전극에 이르는 막 형성은 저항 가열을 이용하는 진공 증착법에 의해 수행된다.
본 실시예에서, 본 발명의 발광소자를 전술한 바와 같이 2 종류로 제작하였다. 제2층(102)을 1nm의 두께로 형성한 소자를 소자 11, 2nm의 두께로 형성한 소자를 소자 12로 하였다. 비교예로서, 제2층(102)의 막 두께가 0nm[제2층(102)을 형성하지 않은 통상의 소자] 및 제2층의 막 두께가 5nm인 소자도 형성하여, 각각 소자 13 및 소자 14로 하였다.
도 13은 휘도-전류 효율 특성을 도시한다. 도 14는 전압-전류 특성을 도시한다. 도 15는 소자 11 내지 14의 전압-휘도 특성을 도시한다. 상기 도면에서, 소자 11의 특성은 ◆로, 소자 12의 특성은 ▲으로, 소자 13의 특성은 ·으로, 그리고 소자 14의 특성은 ×로 나타낸다. 또한, 표 2는 소자 11 내지 소자 14를 약 1000cd/m2로 발광하도록 형성할 때의 소자 특성을 정리한 표를 나타낸다.
전압(V) 전류 밀도
(mA/cm2)		 색도 x 색도 y 전류 효율
(cd/A)		 파워 효율
(lm/W)
소자 11
소자 12
소자 13
소자 14		 6.0
6.4
6.2
7.4		 21.2
23.0
26.9
35.0		 0.17
0.17
0.17
0.16		 0.16
0.15
0.16
0.14		 4.61
4,74
3.55
2.74		 2.42
2.33
1.80
1.16
본 발명의 발광소자인 소자 11 및 소자 12는 전류 효율 및 파워 효율 모두 비교예인 소자 13 및 소자 14와 비교하여 큰 폭으로 향상한 것을 알 수 있다.
즉, 본 발명의 발광소자는 발광 효율이 높은 발광소자이다. 발광 효율을 향상시키는 것에 의하여, 종래보다 작은 전류로 동일한 휘도를 얻을 수 있으며, 발광소자의 열화가 억제된다. 따라서, 신뢰성이 개선된 발광소자를 얻는다. 또한, 파워 효율도 개선되고, 소비 전력이 작은 발광소자인 것으로 확인된다.
(실시예 3)
본 실시예에서는, 실시예 1 및 실시예 2와는 발광층의 구성이 다른 발광소자에 대해 본 발명을 적용한 결과를 나타낸다. 소자 구조에 대하여 실시예 1 및 실시예 2와 동일한 방식으로 실시 형태 6의 도 3에에 도시된 구성을 이용한다.
발광소자는, 유리 기판상에 형성되고, 유리 기판측으로부터 제1전극(100), 제6층(107), 제1층(101), 제2층(102), 제3층(103), 제4층(105), 제7층(108), 및 제2전극(104)이 순차적으로 형성되었다. 제1전극(100)으로서, ITSO를 110nm의 두께로 형성했다. ITSO는 스퍼터링법에 따라 성막하였고, 제1전극(100)의 형상을 에칭을 통해 2mm X 2mm로 하였다. 다음, 발광소자를 형성하기 위한 사전 처리로서, 다공질의 수지[대표적으로는 PVA(폴리비닐 알콜), 나일론 등으로 형성된 것]로 기판 표면을 세정하고, 200℃로 1시간 동안 열처리를 실시하고, UV 오존 처리를 370초 동안 수행하였다.
다음, 정공 주입층인 제6층(107)으로서 DNTPD(4,4'-bis{N-[4-(N,N-di-m-톨리아미노)페닐]-N-페닐아미노}비페닐)를 50nm의 두께로 형성하였다. 이후, 제1층(101)인 정공 수송층으로서 NPB(4,4'-bis[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]비페닐)를 10nm의 두께로 성막하였다. 이러한 적층막상에, 제2층(102)을 CBP(4,4'-(N-카르바조릴)비페닐)로 2nm의 두께로, 제3층(103)인 발광층으로서 Alq3(tris(8-키노리노라토)알루미늄)와 쿠마린 6을 1:0.01의 질량비로 성막하였다. Alq3는 호스트 재료로서, 쿠마린 6은 발광 중심 재료로서 기능한다. 발광층은 40nm의 두께로 형성되었다. 게다가, 제4층(105)인 전자 수송층으로서 Alq3을 10nm의 두께로 형성하고, 제7층(108)인 전자 주입층으로서 Alq3과 리튬의 공증착막을 30nm의 두께로 형성하였다. Alq3과 리튬은 1:0.01의 질량비로 성막하였다. 그 후, 제2전극(104)으로서 Al을 200nm의 께로 성막하여, 소자를 완성하였다. 마지막으로, 소자가 대기에 노출하지 않도록, 질소 분위기 하에서 밀봉을 실시하였다. 정공 주입층으로부터 제2전극에 이르는 막 형성은 저항 가열을 이용한 진공 증착법에 따라 수행되었다. 전술한 바와 같이 제조된 소자를 소자 15라 한다.
Alq3의 에너지 갭은 2.71eV이다.
비교예로서, 소자 15와 거의 동일한 구성을 가지며, 제2층만 가지지 않은 발광소자를 제작한다. 이 발광소자를 소자 16이라 하였다.
표 3은 소자 15 및 소자 16의 약 1000cd/m2에서의 소자 특성을 정리한 표를 나타낸다.
전압(V) 전류 밀도
(mA/cm2)		 색도 x 색도 y 전류 효율
(cd/A)		 파워 효율
(lm/W)
소자 15
소자 16		 6.6
6.8		 10.2
11.8		 0.34
0.34		 0.61
0.61		 9.28
8,09		 4.42
3.74
도시된 실시예의 소자 15는 비교예의 소자 16보다 전류 효율 및 파워 효율 모두 양호한 값을 나타냈다.
따라서, 본 발명의 발광소자는 발광 효율이 높은 발광소자이다. 발광 효율을 향상시키는 것에 의하여, 종래보다 작은 전류로 동일한 휘도를 얻을 수 있으며, 발광소자의 열화가 억제된다. 따라서, 신뢰성이 개선된 발광소자를 얻는다. 또한, 파워 효율도 개선되고, 소비 전력이 작은 발광소자인 것으로 확인된다.
(실시예 4)
본 실시예에서, 도 16은 실시예 3에 기재된 소자 15 및 소자 16에 대해서, 초기 휘도 3000cd/m2이고 전류 밀도가 일정한 조건 하에서, 구동 시간에 대한 휘도의 변화를 나타낸 그래프를 도시한다.
도 16은 CBP로 이루어진 제2층을 갖는 본 발명의 발광소자인 소자 15와 제2층을 갖지 않는 소자 16 사이에서 특성이 거의 차이가 없으며, 소자 15가 약간 좋은 특성을 나타낸다. 즉, 소자 15 및 소자 16은 거의 동등한 실뢰성을 가지며, 오히려 소자 15가 소자 16 보다 약간 좋은 신뢰성을 갖는 소자이다.
발광층용의 재료로서 CBP는 그다지 좋지 않고, CBP를 발광소자에서 어느 정도의 두께를 갖는 제2층으로 형성하면, 발광소자 자체의 신뢰성도 저하될 우려가 있다. 그러나, CBP를 이용한 소자 15가 CBP를 이용하지 않는 소자 16과 같거나 그 이상의 신뢰성을 갖는 결과로부터, 본 발명의 제2층에는 신뢰성이 높지 않은 재료도 발광소자의 신뢰성을 저하시키는 일 없이 이용할 수 있는 것을 알 수 있다.
(실시예 5)
본 실시예에서, 발광층의 구조가 실시예 1 내지 3에 도시된 구조와 상이한 발광소자에 본 발명을 적용한 결과를 나타낸다. 실시 형태 6의 도 3a 구조는 실시예 1 내지 3과 동일한 방식으로 소자 구성에 이용된다.
발광소자는, 유리 기판상에 형성되고, 유리 기판측으로부터 제1전극(100), 제6층(107), 제1층(101), 제2층(102), 제3층(103), 제4층(105), 제7층(108), 및 제2전극(104)이 순차적으로 형성되었다. 제1전극(100)으로서, 산화 규소를 포함하는 인디움 주석 산화물(본 실시예에서, ITSO라 함)을 110nm의 두께로 형성했다. ITSO는 스퍼터링법에 따라 성막하였고, 제1전극(100)의 형상을 에칭을 통해 2mm X 2mm로 하였다. 다음, 발광소자를 형성하기 위한 사전 처리로서, 다공질의 수지[대표적으로는 PVA(폴리비닐 알콜), 나일론 등으로 형성된 것]로 기판 표면을 세정하고, 200℃로 1시간 동안 열처리를 실시하고, UV 오존 처리를 370초 동안 수행하였다.
다음, 정공 주입층인 제6층(107)으로서 NPB(4,4'-bis[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]비페닐)와 산화 몰리브덴의 공증착막을 50nm의 두께로 형성하였다. NPB와 산화 몰리브덴은 4:1의 질량비로 성막하였다. 이후, 제1층(101)인 정공 수송층으로서 NPB를 10nm의 두께로 성막하였다.
이러한 적층막 상에 제2층(102)을 2nm로 형성하였다. 제2층(1202)으로서 YGASF(2,7-bis{N-[4-(N-카르바조릴)페닐]-N-페닐아미노}-스피로-9,9'-비플루오렌)를 이용하였다. YGASF의 에너지 갭은 3.17eB이다.
제3층(103)인 발광층으로서, ZnBOX(bis[2-(2-히드록시페닐 벤조사조라토])와 bis[2-페닐피리디나토-N,C2')이리듐(III)아세틸아세트나트(약칭: Ir(ppy)2(acac))를 1:0.04의 질량비로 성막하였다. ZnBOX가 호스트 재료, Ir(ppy)2(acac)가 발광 중심 재료로서 기능한다. 발광층은 30nm의 두께로 형성하였다. ZnBOX의 에너지 갭은 2.96eV이다. Ir(ppy)2(acac)는 인광성 방출의 방출 중심으로 기능한다.
게다가, 제4층(105)인 전자 수송층으로서 BAlq((2-메틸-8-키노리노라토)-4-페닐페노라토-알루미늄)를 전자 수송층으로 30nm의 두께로 형성하고, 제7층(108)인 전자 주입 주입층으로서 Alq3(tris(8-키노리노라토)알루미늄)과 리튬(Li)을 1:0.01의 질량비로 성막하였다. Alq3 및 리튬의 공증막은 20nm의 두께로 형성된 것에 주목한다.
그 후, 제2전극(104)으로서 Al을 200nm의 두께로 성막하여, 소자를 완성하였다. 마지막으로, 소자가 대기에 노출되는 방지하기 위하여 질소 분위기 하에서 밀봉을 실시하였다. 정공 주입층으로부터 제2전극에 이르는 막 형성은 저항 가열을 이용하는 진공 증착법에 의해 수행된다. 전술한 바와 같이 제조된 소자를 소자 18이라 한다.
비교예로서, 소자 18과 거의 동일한 구성을 채용하고 제2층(102)을 포함하지 않는 발광소자를 제조하였다. 그 발광소자를 소자 17이라 하였다.
도 19는 전류 밀도-휘도 특성을 도시한다. 도 20은 전압-휘도 특성을 도시한다. 도 21은 휘도-전류 효율 특성을 도시한다. □는 소자 17(비교예)의 특성을 나타내고 ◇는 소자 18(본 실시예)을 나타낸다.
표 4는 소자 17 및 소자 18의 약 1000cd/m2에서의 소자 특성을 정리한 표를 나타낸다.
전압(V) 전류 밀도
(mA/cm2)		 색도 x 색도 y 전류 효율
(cd/A)		 파워 효율
(lm/W)
소자 17
소자 18		 5
4.8		 3.38
2.07		 0.35
0.35		 0.62
0.62		 29.8
48,4		 18.7
31.7
소자 17을 소자 19과 비교하면, 전류 효율 및 파워 밀도 모두가 소자 18(본 실시예)에서 급격히 증가한 것을 나타내며, 소자 18은 소자 17보다 양호한 값을 나타낸다.
도 19 내지 도 21 및 표 4는 본 발명의 소자 18이 발광 효율이 높은 발광소자인 것을 나타낸다. 발광 효율이 향상하는 것에 의하여, 종래보다 작은 전류로 동일한 휘도를 얻을 수 있어, 발광소자의 열화가 억제된다. 따라서, 본 발명의 발광소자는 신뢰성이 개선된 발광소자이다. 게다가, 파워 효율도 개선되므로, 소비 전력이 작은 발광소자이다 라고 말할 수 있다.
(참고예)
실시예 1 및 실시예 2에 사용된 YGAPA(9-(4-{N-[4-(9-카르바조릴)페닐]-N-페닐아미노}페닐)-10-페닐안트라센) 및 CzPA(9-[4-(N-카르바조릴)]페닐-10-페닐안트라센)는 신규 물질이므로, 아래에서 합성 방법을 기재한다.
우선, 하기의 화학 구조(1)로 나타낸 YGAPA의 합성 방법을 설명하기로 한다.
[화학식 1]
Figure 112006057429658-pat00001
[스텝 1: 9-[4-(N-페닐아미노)페닐]카르바졸의 합성]
(i) N-(4-브로모페닐)카르바졸의 합성.
1,4-디브로모벤젠을 56.3g(0.24mol), 카르바졸을 31.3g(0.18mol), 요오드화 동을 4.6g(0.024moI), 탄산칼륨을 66.3g(0.48moI), 18-크라운-6-에테르를 2.1g(0.008mol)을 300ml의 3구 플라스크에 넣고, 질소 치환시킨다. 그리고, 1,3-대메틸-3,4,5,6-테트라히드로-2(1H)-피리미돈(DMPU라 한다) 8ml를 첨가하고 180℃에서 6시간 동안 교반하였다. 반응 혼합물을 실온까지 식히고, 흡인 여과로 침전물을 제거하였다. 여과액을 희염산, 포화 탄산수소나트륨 수용액, 포화 식염수의 순서로 세정하고, 황산마그네슘으로 건조하였다. 건조 후, 반응 혼합물을 자연 여과 및 농축시키고, 획득된 유상(oil-like) 물질을 실리카 겔 컬럼 크로마토그래피(헥산:초산에틸 = 9:1)로 정제하고, 클로로포름과 헥산으로 재결정하였다. 그리고, 목적물인 담갈색 플레이트상 결정을 20.7g, 수율 35%로 얻었다.
또한, N-(4-브로모페닐)카르바졸의 반응식 (b-1)를 다음에 나타낸다.
[화학식 2]
Figure 112006057429658-pat00002
(ii) 9-[4-(N-페닐아미노)페닐]카르바졸의 합성.
N-(4-브로모페닐)카르바졸을 5.4g(17.0mmol), 아닐린을 1.8ml(20.0mmol), bis(디벤질리덴아세톤)팔라듐(0)(약칭: Pd(dba)2)를 100mg(0.17mmol), 나트륨-tert-부톡시드(약칭: tert-BuONa)를 3.9g(40mmol)을 200ml의 3구 플라스크에 넣고, 질소 치환시킨다. tri-tert-부틸포스핀(약칭: P(tert-Bu)3)을 0.1ml 및 톨루엔 50ml를 첨가하고, 80℃에서 6시간 동안 교반하였다. 반응 혼합물을 플로리실(florisil), 세라이트(상표명), 및 알루미나를 통해 여과하고, 여과액을 물과 포화 식염수로 세정한 이후에 황산마그네슘으로 건조하였다. 반응 혼합물을 자연 여과 및 농축시키고, 획득된 유상 물질을 실리카 겔 컬럼 크로마토그래피(헥산:초산에틸 = 9:1)로 정제하여, 목적물을 4.1g, 수율 73%로 얻었다. 핵자기 공명법(lH-NMR)을 이용하여 이 화합물이 9-[4-(N-페닐아미노)페닐]카르바졸인 것을 확인했다.
또한, 9-[4-(N-페닐아미노)페닐]카르바졸의 반응식 (b-2)를 다음에 나타낸다.
[화학식 3]
Figure 112006057429658-pat00003
[스텝 2: 9-(4-브로모페닐)-10-페닐안트라센(약칭: PA)의 합성]
(i) 9-페닐안트라센의 합성
9-브로모안트라센을 5.4g(21.1mmol), 페닐 붕소산을 2.6g(21.1mmol), Pd(OAc)2를 60mg(0.21mmoI), 2mol/1의 탄산칼륨(K2C03) 수용액을 10ml(20mmol), tri(오르토 토릴)포스핀(P(o-톨리)3)을 263mg(0.84mmol), 1,2-디메톡시에탄(약칭: DME)을 20mI 혼합하고 80℃에서 9시간 동안 교반하였다. 반응 후, 석출한 고체를 흡인 여과로 회수하고, 톨루엔에 녹여, 플로리실, 세라이트, 알루미나를 통해 여과하였다. 여과액을 물, 포화 식염수로 세정한 이후에, 황산마그네슘으로 건조하였. 반응 혼합물을 자연 여과 및 농축시키고, 목적물인 9-페닐안트라센의 담갈색 고체를 21.5g, 수율 85%로 얻었다(반응식 (b-3)).
[화학식 4]
Figure 112006057429658-pat00004
(ii) 9-브로모-10-페닐르안트라센의 합성
9-페닐안트라센 6.0g(23.7mmoI)을 사염화탄소 80mI에 녹이고, 그 반응 용액에 적하 깔때기로 브롬 3.80g(21.1mmoI)을 사염화탄소 10ml에 녹인 용액을 떨어뜨렸다. 적하 이후에, 이것을 실온에서 1시간 동안 교반하였다. 반응 후, 티오 황산나트륨 수용액을 첨가하고 반응을 정지시켰다. 유기층을 NaOH 수용액 및 포화 식염수로 세정하고, 황산마그네슘으로 건조하였다. 자연 여과 이후에, 농축 및 톨루엔으로 녹여 플로리실, 세라이트, 알루미나를 통해 여과하였다. 여과액을 농축하고, 디클로로메탄 및 헥산으로 재결정화하였다. 그리고, 목적물인 9-브로모-10-페닐안트라센의 담황색 고체를 7.0g, 수율 89%로 얻었다(반응식 (b-4)).
[화학식 5]
Figure 112006057429658-pat00005
(iii) 9-요드-10-페닐안트라센의 합성
9-브로모-10-페닐안트라센 3.33g(10mmol)을 테트라히드로푸란(약칭: THF) 80ml에 녹이고, 그 온도를 -78℃로 떨어뜨린다. 그 반응 용액에 적하 깔대기로 n-BuLi(1.6M) 7.5ml(12.0mmol)를 떨어뜨려 1시간 동안 교반하였다. 옥소 5g(20.0mmol)을 THF 20ml에 녹인 용액을 떨어뜨려 -78℃에서 2시간 동안 교반하였다. 반응 후, 티오 황산나트륨 수용액을 첨가하고 반응을 정지시켰다. 유기층을 티오 황산나트륨 수용액 및 포화 식염수로 세정하고, 황산마그네슘으로 건조하였다. 자연 여과 이후에, 여과액을 농축하여, 획득된 고체를 에탄올으로 재결정하였다. 목적물인 9-요드-10-페닐안트라센의 담황색 고체를 3.1g, 수율 83%로 얻었다(반응식 (b-5).
[화학식 6]
Figure 112006057429658-pat00006
(iv) 9-(4-브로모페닐)-10-페닐안트라센(약칭: PA)의 합성
9-요드-10-페닐안트라센 1.0g(2.63mmol), p-브로모페닐 브론산 542mg(2.70mmol), Pd(PPh3)4 46mg(0.03mmol), 2mol/L의 탄산칼륨(K2CO3) 수용액 3ml(6mmol), 톨루엔 10ml를 80℃에서 9시간 동안 교반하였다. 반응 후, 톨루엔을 첨가하고, 여과액을 플로리실, 세라이트, 알루미나를 통해 여과하였다. 여과액을 물 및 포화 식염수로 세정한 이후, 황산마그네슘으로 건조하였다. 자연 여과 이후에, 여과액을 농축하고, 클로로포름 및 헥산으로 재결정화하면, 목적물인 9-(4-브로모페닐)-10-페닐안트라센의 담갈색 고체를 562mg, 수율 45%로 얻었다(반응식 (b-6)).
[화학식 7]
Figure 112006057429658-pat00007
[스텝 3: YGAPA의 합성]
9-(4-브로모페닐)-10-페닐안트라센 409mg(1.0mmol), 9-[4-(N-페닐아미노)페닐]카르바졸 339mg(1.0mmol), Pd(dba)2 6mg(0.01mmol), tert-BuONa 500mg(5.2mol), P(tert-Bu)3 0.1ml, 톨루엔 10ml를 80℃에서 4시간 동안 교반하였다. 반응 후, 용액을 물로 세정하고, 수층을 톨루엔으로 추출하고, 유기층과 아울러 포화 식염수로 세정한 이후, 황산마그네슘으로 건조하였다. 자연 여과 이후에, 여과액을 농축하고, 획득된 유상 물질을 실리카 겔 컬럼 크로마토그래피(헥산:톨루엔 = 7:3)로 정제하여, 디클로로메탄 및 헥산으로 의해 재결정화하였다. 목적물인 YGAPA의 황색 분말상 고체를 534mg, 수율 81%로 얻었다(반응식 (b-7)). 이 화합물을 핵자기 공명법(lH-NMR)에 따라 측정한 바, YGAPA인 것을 확인하였다.
[화학식 8]
Figure 112006057429658-pat00008
이 후, 하기의 화학 구조 (2)로 나타낸 CzPA의 합성 방법을 설명하기로 한다.
[화학식 9]
Figure 112006057429658-pat00009
YGAPA를 합성할 때의 스텝 2에서 획득된 9-(4-브로모페닐)-I0-페닐안트라센을 출발 원료로 하는 CzPA의 합성법을 나타낼 수 있다. 9-(4-브로모페닐)-10-페닐안트라센 1.3g(3.2mmol), 카르바졸 578mg(3.5mmol), bis(디벤지리덴아세톤)팔라듐(0) 50mg(0.017mmol), t-부톡시 나트륨 1.0mg(0.0I0mmol), tri(t-부틸)포스핀 0.1mL, 및 톨루엔 30mL의 혼합물을 110℃에서 10시간 동안 가열 환류하였다. 반응 이후, 반응 용액을 물로 세정하고, 수층을 톨루엔으로 추출하여, 유기층과 아울러 포화 식염수로 세정한 후, 황산마그네슘으로 건조하였다. 자연 여과 이후, 여과액을 농축하고, 획득된 유상 물질을 실리카 겔 컬럼 크로마토그래피(헥산:톨루엔 = 7:3)로 정제하여, 디클로로 메탄 및 헥산으로 재결정화하였다. 목적물인 CzPA를 1.5g, 수율 93%로 얻었다. 획득된 CzPA 5.50g을 270℃, 아르곤 기류(유속 3.0ml/min), 압력 6.7Pa의 조건 하에서 20 시간 동안 승화 정제를 실시하였다. 따라서, 3.98g을 회수하여 회수율은 72%였다. 9-페닐-I0-(4-브로모페닐)안트라센으로부터 CzPA의 반응식을 아래에 나타낸다. 이 화합물을 핵자기 공명법(lH-NMR)에 따라 측정한 바, CzPA인 것을 확인하였다.
[화학식 10]
Figure 112006057429658-pat00010
본 발명에 따르면, 제3층에 포함된 방출 중심 재료 또는 호스트 재료의 여기 에너지가 그 보다 작은 에너지 갭을 갖는 층으로 이동하는 것이 억제된다. 따라서, 발광 및 발광 색순도에서의 저하를 억제할 수 있다.

Claims (17)

  1. 제 1 전극과,
    상기 제 1 전극 위의 발광 적층체와,
    상기 발광 적층체 위의 제 2 전극을 구비한 발광장치로서,
    상기 발광 적층체는,
    정공 수송성을 갖는 제1층과,
    상기 제1층 위에 접촉한 제2층과,
    상기 제2층 위에 접촉한 제3층을 갖고,
    상기 제3층은 발광 중심 재료와 호스트 재료를 포함하며,
    상기 제3층은 녹색발광 또는 적색발광을 하고,
    Eg2는 Eg3보다 크고, Eg2는 Eg1보다 크며, 상기 Eg1, Eg2 및 Eg3은 각각 상기 제1 층의 밴드 갭, 상기 제 2 층의 밴드 갭, 및 상기 호스트 재료의 밴드 갭이고,
    상기 제 1 전극의 전위가 상기 제 2 전극의 전위보다 높을 때, 상기 발광장치로부터 발광이 얻어지는, 발광장치.
  2. 제 1 전극과,
    상기 제 1 전극 위의 발광 적층체와,
    상기 발광 적층체 위의 제 2 전극을 구비한 발광장치로서,
    상기 발광 적층체는,
    정공 수송성을 갖는 제1층과,
    상기 제1층 위에 접촉한 제2층과,
    상기 제2층 위에 접촉한 제3층과,
    상기 제3층 위의 제4층과,
    상기 제4층 위의 전자 수송성을 갖는 제5층을 갖고,
    상기 제3층은 발광 중심 재료와 호스트 재료를 포함하며,
    상기 제3층은 적색발광 또는 청색발광을 하고,
    Eg2는 Eg3보다 크고, Eg2는 Eg1보다 크고, Eg4는 Eg3보다 크고, Eg4는 Eg5보다 크며, 상기 Eg1, Eg2, Eg3, Eg4, 및 Eg5는 각각 상기 제1 층의 밴드 갭, 상기 제 2 층의 밴드 갭, 상기 호스트 재료의 밴드 갭, 상기 제 4 층의 밴드 갭, 및 상기 제 5 층의 밴드 갭이고,
    상기 제 1 전극의 전위가 상기 제 2 전극의 전위보다 높을 때, 상기 발광장치로부터 발광이 얻어지는, 발광장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제2층의 두께는, 0.1nm이상 5nm미만인, 발광장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제4층의 두께는, 1nm이상 2nm이하인, 발광장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 층은 상기 제 1 전극과 접촉하는, 발광장치.
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 전극은, 2,7-bis{N-[4-(N-카르바조릴)페닐]-N-페닐아미노}-스피로-9,9'-비플루오렌을 포함하는, 발광장치.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
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