KR101427085B1 - 발광소자, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 발광장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 발광효율이 높은 발광소자를 제공하는 것을 과제로 한다. 또한, 수명이 긴 발광소자를 제공하는 것을 과제로 한다.
제 1 전극과 제 2 전극 간에 발광층을 가지고, 발광층은 제 1 층과 제 2 층을 가지고, 제 1 층은 제 1 유기 화합물과 제 3 유기 화합물을 가지고, 제 2 층은 제 2 유기 화합물과 제 3 유기 화합물을 가지고, 제 1 층은 제 2 층의 제 1 전극측에 접하여 형성되어 있고, 제 1 유기 화합물은 전자수송성의 유기 화합물이고, 제 2 유기 화합물은 정공수송성의 유기 화합물이고, 제 3 유기 화합물은 전자 트랩(electron trap)성을 가지고, 제 1 전극 쪽이 제 2 전극보다 전위가 높게 되도록, 제 1 전극과 제 2 전극에 전압을 인가함으로써, 제 3 유기 화합물로부터의 발광을 얻을 수 있는 발광소자를 제공한다.
일렉트로 루미네선스, 발광소자, 발광층, 유기 화합물, 최저 비점유분자 궤도준위(LUMO준위)
Description
본 발명은 전류여기형의 발광소자에 관한 것이다. 또한, 발광소자를 가지는 발광 장치, 전자기기에 관한 것이다.
최근, 일렉트로루미네센스(Electroluminescence)를 이용한 발광소자의 연구 개발이 열심히 행해지고 있다. 이러한 발광소자의 기본적인 구성은, 한 쌍의 전극간에 발광성 물질을 포함하는 층을 삽입한 것이다. 이 소자에 전압을 인가함으로써, 발광성 물질로부터의 발광을 얻을 수 있다.
이러한 발광소자는 자발광형이기 때문에, 액정 디스플레이에 비교하여 화소의 시인성(視認性)이 높고, 백라이트가 불필요한 등의 이점이 있으며, 플랫 패널 디스플레이 소자로서 적합하다고 여겨지고 있다. 또한, 이러한 발광소자는 박형경량으로 제작할 수 있는 것도 큰 이점이다. 또한, 대단히 응답 속도가 빠른 것도 특징의 하나다.
그리고, 이러한 발광소자는 막 모양으로 형성할 수 있기 때문에, 대면적의 소자를 형성함으로써, 면 형상의 발광을 용이하게 얻을 수 있다. 이것은 백열전구나 LED로 대표되는 점광원, 혹은 형광 등으로 대표되는 선광원에서는 얻기 어려운 특색이기 때문에, 조명 등에 응용할 수 있는 면광원으로서의 이용가치도 높다.
일렉트로루미네센스를 이용한 발광소자는 발광성 물질이 유기 화합물인지, 무기 화합물인지에 따라 대별할 수 있다.
발광성 물질이 유기 화합물인 경우, 발광소자에 전압을 인가함으로써, 한 쌍의 전극으로부터 전자 및 정공이 각각 발광성 유기 화합물을 포함하는 층에 주입되어, 전류가 흐른다. 그리고, 이러한 캐리어(전자 및 정공)가 재결합함으로써, 발광성 유기 화합물이 여기상태를 형성하고, 그 여기상태가 기저상태로 되돌아올 때에 발광한다. 이러한 메커니즘으로부터, 이러한 발광소자는 전류여기형의 발광소자라고 한다.
또한, 유기 화합물이 형성하는 여기상태의 종류로서는, 일중항 여기상태와 삼중항 여기상태가 가능하고, 일중항 여기상태로부터의 발광을 형광, 삼중항 여기상태로부터의 발광을 인광이라고 한다.
이러한 발광소자에 관해서는, 그 소자특성을 향상시킬 때, 재료에 의존한 문제가 많고, 이것들을 극복하기 위해서 소자구조의 개량이나 재료개발 등이 행해지고 있다.
예를 들면, 비특허문헌 1에서는, 정공 블록층을 설치함으로써, 인광재료를 사용한 발광소자를 효율적으로 발광시키고 있다.
[비특허문헌 1]
테쯔오 쯔쯔이, 외 8명, 재퍼니즈 저널 오브 애플라이드 피직스, vol.38, L1502-L1504(1999).
그러나, 비특허문헌 1에 기재되어 있는 바와 같이, 정공 블록층은 내구성이 없고, 발광소자의 수명은 극단적으로 짧다. 따라서, 발광효율이 높고, 수명이 긴 발광소자의 개발이 요구되고 있다. 따라서, 본 발명은 발광효율이 높은 발광소자를 제공하는 것을 과제로 한다. 또한, 수명이 긴 발광소자를 제공하는 것을 과제로 한다. 또한, 발광효율이 높고 수명이 긴 발광소자를 제공하는 것을 과제로 한다. 또한, 발광효율이 높은 발광장치 및 전자기기를 제공하는 것을 과제로 한다. 또한, 수명이 긴 발광장치 및 전자기기를 제공하는 것을 과제로 한다.
본 발명의 일형태는, 제 1 전극과 제 2 전극 간에 발광층을 가지고, 발광층은 제 1 층과 제 2 층을 가지고, 제 1 층은 제 1 유기 화합물과 제 3 유기 화합물을 가지고, 제 2 층은 제 2 유기 화합물과 제 3 유기 화합물을 가지고, 제 1 층은 제 2 층의 제 1 전극측에 접하여 형성되어 있고, 제 1 유기 화합물은 전자수송성의 유기 화합물이고, 제 2 유기 화합물은 정공수송성의 유기 화합물이고, 제 3 유기 화합물은 전자트랩성을 가지고, 제 1 전극이 제 2 전극보다 전위가 높게 되도록 제 1 전극과 제 2 전극에 전압을 인가함으로써, 제 3 유기 화합물로부터의 발광을 얻을 수 있는 것을 특징으로 하는 발광소자이다.
또한, 본 발명의 일형태는, 제 1 전극과 제 2 전극 간에 발광층을 가지고, 발광층은 제 1 층과 제 2 층을 가지고, 제 1 층은 제 1 유기 화합물과 제 3 유기 화합물을 가지고, 제 2 층은 제 2 유기 화합물과 제 3 유기 화합물을 가지고, 제 1 층은 제 2 층의 제 1 전극측에 접하여 형성되어 있고, 제 1 유기 화합물은 전자수송성의 유기 화합물이고, 제 2 유기 화합물은 정공수송성의 유기 화합물이고, 제 3 유기 화합물의 최저 비점유분자 궤도준위(LUMO준위)는 제 2 유기 화합물의 최저 비점유분자 궤도준위(LUMO준위)보다 0.3eV 이상 낮고, 제 1 전극이 제 2 전극보다 전위가 높게 되도록 제 1 전극과 제 2 전극에 전압을 인가함으로써, 제 3 유기 화합물로부터의 발광을 얻을 수 있는 것을 특징으로 하는 발광소자이다.
또한, 본 발명의 일형태는, 제 1 전극과 제 2 전극 간에 전자수송층과 정공수송층을 가지고, 전자수송층과 정공수송층 간에 제 1 층과 제 2 층을 가지고, 제 1 층은 제 1 유기 화합물과 제 3 유기 화합물을 가지고, 제 2 층은 제 2 유기 화합물과 제 3 유기 화합물을 가지고, 제 1 층은 제 2 층의 제 1 전극측에 접하여 형성되어 있고, 제 1 유기 화합물은 전자수송성의 유기 화합물이고, 제 2 유기 화합물은 정공수송성의 유기 화합물이고, 제 3 유기 화합물은 전자트랩성을 가지고, 제 1 전극이 제 2 전극보다 전위가 높게 되도록 제 1 전극과 제 2 전극에 전압을 인가함으로써, 제 3 유기 화합물로부터의 발광을 얻을 수 있는 것을 특징으로 하는 발광소자이다.
또한, 본 발명의 일형태는, 제 1 전극과 제 2 전극 간에 전자수송층과 정공수송층을 가지고, 전자수송층과 정공수송층 간에 제 1 층과 제 2 층을 가지고, 제 1 층은 제 1 유기 화합물과 제 3 유기 화합물을 가지고, 제 2 층은 제 2 유기 화합 물과 제 3 유기 화합물을 가지고, 제 1 층은 제 2 층의 제 1 전극측에 접하여 형성되어 있고, 제 1 유기 화합물은 전자수송성의 유기 화합물이고, 제 2 유기 화합물은 정공수송성의 유기 화합물이고, 제 3 유기 화합물의 최저 비점유분자 궤도준위(LUMO준위)는 제 2 유기 화합물의 최저 비점유분자 궤도준위(LUMO준위)보다 0.3eV 이상 낮고, 제 1 전극이 제 2 전극보다 전위가 높게 되도록 제 1 전극과 제 2 전극에 전압을 인가함으로써, 제 3 유기 화합물로부터의 발광을 얻을 수 있는 것을 특징으로 하는 발광소자이다.
상기 구성에 있어서, 제 2 유기 화합물은 아릴아민 유도체 또는 카르바졸 유도체인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 일형태는 제 1 전극과 제 2 전극 간에 발광층을 가지고, 발광층은 제 1 층과 제 2 층을 가지고, 제 1 층은 제 1 유기 화합물과 제 3 유기 화합물을 가지고, 제 2 층은 제 2 유기 화합물과 제 3 유기 화합물을 가지고, 제 1 층은 제 2 층의 제 1 전극측에 접하여 형성되어 있고, 제 1 유기 화합물은 전자수송성의 유기 화합물이고, 제 2 유기 화합물은 쌍극성의 유기 화합물이고, 제 3 유기 화합물은 전자트랩성을 가지고, 제 1 전극이 제 2 전극보다 전위가 높게 되도록 제 1 전극과 제 2 전극에 전압을 인가함으로써, 제 3 유기 화합물로부터의 발광을 얻을 수 있는 것을 특징으로 하는 발광소자이다.
또한, 본 발명의 일형태는, 제 1 전극과 제 2 전극 간에 발광층을 가지고, 발광층은 제 1 층과 제 2 층을 가지고, 제 1 층은 제 1 유기 화합물과 제 3 유기 화합물을 가지고, 제 2 층은 제 2 유기 화합물과 제 3 유기 화합물을 가지고, 제 1 층은 제 2 층의 제 1 전극측에 접하여 형성되어 있고, 제 1 유기 화합물은 전자수송성의 유기 화합물이고, 제 2 유기 화합물은 쌍극성의 유기 화합물이고, 제 3 유기 화합물의 최저 비점유분자 궤도준위(LUMO준위)는 제 2 유기 화합물의 최저 비점유분자 궤도준위(LUMO준위)보다 0.3eV 이상 낮고, 제 1 전극이 제 2 전극보다 전위가 높게 되도록 제 1 전극과 제 2 전극에 전압을 인가함으로써, 제 3 유기 화합물로부터의 발광을 얻을 수 있는 것을 특징으로 하는 발광소자이다.
또한, 본 발명의 일형태는, 제 1 전극과 제 2 전극 간에 전자수송층과 정공수송층을 가지고, 전자수송층과 정공수송층 간에 제 1 층과 제 2 층을 가지고, 제 1 층은 제 1 유기 화합물과 제 3 유기 화합물을 가지고, 제 2 층은 제 2 유기 화합물과 제 3 유기 화합물을 가지고, 제 1 층은 제 2 층 제 1 전극측에 접하여 형성되어 있고, 제 1 유기 화합물은 전자수송성의 유기 화합물이고, 제 2 유기 화합물은 쌍극성의 유기 화합물이고, 제 3 유기 화합물은 전자 트랩성을 가지고, 제 1 전극이 제 2 전극보다 전위가 높게 되도록 제 1 전극과 제 2 전극에 전압을 인가함으로써, 제 3 유기 화합물로부터의 발광을 얻을 수 있는 것을 특징으로 하는 발광소자이다.
또한, 본 발명의 일형태는, 제 1 전극과 제 2 전극 간에 전자수송층과 정공수송층을 가지고, 전자수송층과 정공수송층 간에 제 1 층과 제 2 층을 가지고, 제 1 층은 제 1 유기 화합물과 제 3 유기 화합물을 가지고, 제 2 층은 제 2 유기 화합물과 제 3 유기 화합물을 가지고, 제 1 층은 제 2 층의 제 1 전극측에 접하여 형성되어 있고, 제 1 유기 화합물은 전자수송성의 유기 화합물이고, 제 2 유기 화합물 은 쌍극성의 유기 화합물이고, 제 3 유기 화합물의 최저 비점유분자 궤도준위(LUMO준위)는 제 2 유기 화합물의 최저 비점유분자 궤도준위(LUMO준위)보다 0.3eV 이상 낮고, 제 1 전극이 제 2 전극보다 전위가 높게 되도록 제 1 전극과 제 2 전극에 전압을 인가함으로써, 제 3 유기 화합물로부터의 발광을 얻을 수 있는 것을 특징으로 하는 발광소자이다.
상기 구성에 있어서, 제 2 유기 화합물은 아릴아민 골격 및 퀴녹살린 골격을 가지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 구성에 있어서, 제 1 층의 막 두께는 제 2 층의 막 두께와 같거나 제 2 층의 막 두께보다 얇은 것이 바람직하다.
또한, 상기 구성에 있어서, 제 3 유기 화합물은 전자흡인기를 가지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 구성에 있어서, 제 3 유기 화합물은 인광을 발광하는 물질인 것이 바람직하다.
또한, 상기 구성에 있어서, 제 3 유기 화합물은 피라진 골격 또는 퀴녹살린 골격을 가지는 금속 착체이며, 주기율표 제 9 족 또는 제 10 족의 금속원자를 가지는 것이 바람직하다. 특히, 금속원자는 이리듐(Ir) 또는 백금(Pt)인 것이 바람직하다. 이리듐(Ir)이나 백금(Pt)은, 중원자(重原子) 효과에 의하여, 효율적으로 인광을 발광할 수 있기 때문이다.
또한, 상기 구성에 있어서, 제 3 유기 화합물은 화학식 1로 나타내는 구조를 가지는 것이 바람직하다.
위의 화학식 1에서,
Ａr은 아릴기를 나타내고,
R１ 내지 R３은 각각 수소, 알킬기 또는 아릴기를 나타내고,
R２ 와 R３은 서로 결합하여 환(ring)을 형성할 수 있고,
Ｍ은 제 9 족 원소 또는 제 10 족 원소를 나타낸다.
또한, 상기 구성에 있어서, 제 3 유기 화합물은 화학식 2로 나타내는 구조를 가지는 것이 바람직하다.
위의 화학식 2에서,
R１ 내지 R３은 각각 수소, 알킬기 또는 페닐기를 나타내고,
R２ 및 R３은 서로 결합하여 환을 형성 할 수 있고,
R４ 내지 R７은 각각 수소, 할로겐기, 알킬기 또는 할로알킬기를 나타내고
Ｍ은 제 9 족 원소 또는 제 10 족 원소를 나타낸다.
또한, 상기 구성에 있어서, 제 3 유기 화합물은 화학식 3으로 나타내는 유기 화합물인 것이 바람직하다.
위의 화학식 3에서,
Ａr은 아릴기를 나타내고,
R１ 내지 R３은 각각 수소, 알킬기, 또는 아릴기를 나타내고,
R２ 와 R３은 서로 결합하여 환을 형성할 수 있고,
Ｍ은 중심금속이며, 제 9 족 원소 또는 제 10 족 원소를 나타내고,
Ｌ은 모노 음이온성의 리간드(ligand)를 나타내고
상기 중심금속이 제 9 족 원소일 경우 ｎ＝2이며, 제 10 족 원소일 경우 ｎ ＝１이다.
또한, 상기 구성에 있어서, 제 3 유기 화합물은 화학식 4로 나타내는 유기 화합물인 것이 바람직하다.
위의 화학식 4에서,
R１ 내지 R３은 각각 수소, 알킬기 또는 페닐기를 나타내고,
R２ 및 R３은 서로 결합하여 환을 형성할 수 있고,
R４ 내지 R７은 각각 수소, 할로겐기, 알킬기 또는 할로알킬기를 나타내고,
Ｍ은 중심금속이며, 제 9 족 원소 또는 제 10 족 원소를 나타내고,
Ｌ은 모노 음이온성의 리간드를 나타내고,
상기 중심금속이 제 9 족 원소일 경우 ｎ＝２이며, 제 10 족 원소일 경우 ｎ＝１이다.
또한, 상기 구성에 있어서, 모노 음이온성의 리간드는 베타-디케톤 구조를 가지는 모노 음이온성의 두자리 킬레이트 리간드, 카르복실기를 가지는 모노 음이온성의 두자리 킬레이트 리간드, 페놀성 수산기를 가지는 모노 음이온성의 두자리 킬레이트 리간드, 또는 2개의 배위원소가 모두 질소인 모노 음이온성의 두자리 킬레이트 리간드 중의 어느 것이라도 바람직하다.
또한, 상기 구성에 있어서, 모노 음이온성의 리간드는, 이하의 화학식(L1) 내지 화학식(L8)로 나타내는 모노 음이온성의 리간드인 것이 바람직하다.
또한, 상기 구성에 있어서, Ｍ은 이리듐(Ir) 또는 백금(Pt)인 것이 바람직하다. 이리듐(Ir)이나 백금(Pt)은, 중원자 효과에 의하여 효율적으로 인광을 발광할 수 있기 때문이다.
또한, 상기 구성에 있어서, 제 1 유기 화합물의 이온화 포텐셜은 6.0eV 이하 인 것이 바람직하다.
또한, 상기 구성에 있어서, 제 1 유기 화합물은 금속 착체인 것이 바람직하다.
또한, 상기 구성에 있어서, 제 1 층의 막 두께는 5nm 이상 30nm 이하인 것이 바람직하다.
또한, 상기 구성에 있어서, 제 2 층의 막 두께는 5nm 이상 30nm 이하인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 상술한 발광소자를 가지는 발광장치도 범주에 포함한다. 본 명세서 중에 있어서의 발광장치란, 화상표시장치, 발광장치 또는 광원(조명장치를 포함함)을 포함한다. 또한, 발광소자가 형성된 패널에 커넥터, 예를 들면, FPC(Flexible Printed Circuit), TAB(Tape Automated Bonding) 테이프 또는 TCP(Tape Carrier Package)가 설치된 모듈, TAB 테이프나 TCP의 끝에 프린트 배선판이 설치된 모듈, 또는 발광소자에 COG(Chip On Glass) 방식에 의하여 IC(집적회로)가 직접 실장된 모듈도 모두 발광장치에 포함하는 것으로 한다.
또한, 본 발명의 발광소자를 표시부에 사용한 전자기기도 본 발명의 범주에 포함하는 것으로 한다. 따라서, 본 발명의 전자기기는 표시부를 가지고, 표시부는 상술한 발광소자와 발광소자의 발광을 제어하는 제어수단을 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 발광소자는 캐리어 밸런스가 좋고, 캐리어의 재결합 확률이 높다. 따라서, 발광효율이 높은 발광소자를 얻을 수 있다. 또한, 캐리어 밸런스가 좋기 때문에, 수명이 긴 발광소자를 얻을 수 있다. 또한, 발광효율이 높고, 수명이 긴 발광소자를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 발광소자를 발광장치 및 전자기기에 적용함으로써, 발광효율이 높은 발광장치 및 전자기기를 얻을 수 있다. 또한, 수명이 긴 발광장치 및 전자기기를 얻을 수 있다.
이하, 본 발명의 실시의 태양에 대해서, 도면을 사용하여 자세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 이하의 설명에 한정되지 않으며, 본 발명의 형태 및 상세한 사항은 본 발명의 취지 및 범위에서 벗어남이 없이 다양하게 변경될 수 있다는 것은 당업자라면 용이하게 이해할 수 있다. 따라서, 본 발명이 하기 실시형태의 기재 내용에 한정하여 해석되는 것은 아니다.
또한, 본 명세서에 있어서, 복합이란 단지 2개의 재료를 혼합시킬 뿐만 아니라, 복수의 재료를 혼합함으로써 재료 간에서의 전하의 주고받음이 행해질 수 있는 상태가 되는 것을 의미한다.
(실시형태 1)
본 발명의 발광소자의 일형태에 있어서, 도 １a를 사용하여 이하에 설명한 다.
본 발명의 발광소자는 한 쌍의 전극간에 복수의 층을 가진다. 상기 복수의 층은 전극으로부터 떨어진 곳에 발광 영역이 형성되도록, 즉 전극으로부터 떨어진 부위에서 캐리어의 재결합이 행해지도록, 캐리어 주입성이 높은 물질이나 캐리어 수송성이 높은 물질로 이루어진 층을 조합하여 적층시킨 것이다.
본 실시형태에 있어서, 발광소자는 제 1 전극(102), 제 2 전극(104) 및 제1 전극(102)과 제 2 전극(104) 사이에 설치된 EL층(103)으로 구성되어 있다. 또한, 본 실시형태에서는 제 1 전극(102)은 양극으로서 기능하고, 제 2 전극(104)은 음극으로서 기능하는 것으로 가정하여, 이하 설명을 한다. 즉, 제 1 전극(102)이 제 2 전극(104)보다도 전위가 높게 되도록, 제 1 전극(102)과 제 2 전극(104)에 전압을 인가하였을 때에 발광을 얻을 수 있는 것으로서, 이하 설명을 한다.
기판(101)은 발광소자의 지지체로서 사용할 수 있다. 기판(101)으로서는, 예를 들면, 유리 또는 플라스틱 등을 사용할 수 있다. 또한, 발광소자의 제작 공정에 있어서 지지체로서 기능하는 것이면, 이들 이외의 것이라도 좋다.
제 1 전극(102)으로서는, 일함수가 큰(구체적으로는 4.0eV 이상) 금속, 합금, 도전성 화합물 및 이들의 혼합물 등을 사용하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 예를 들면, 산화인듐-산화주석(ITO: Indium Tin Oxide), 규소 또는 산화 규소를 함유한 산화인듐-산화주석, 산화인듐-산화아연(IZO: Indium Zinc Oxide), 산화텅스텐 및 산화아연을 함유한 산화인듐(IWZO) 등을 들 수 있다. 이러한 도전성 금속산화물막은 보통 스퍼터링에 의해 성막되지만, 졸-겔(sol-gel)법 등을 응용하여 제작하여도 개의치 않는다. 예를 들면, 산화인듐-산화아연(IZO)은 산화인듐에 대하여 1 내지 20wt%의 산화아연을 가한 타겟을 사용하여 스퍼터링법에 의하여 형성할 수 있다. 또한 산화텅스텐 및 산화아연을 함유한 산화인듐(IWZO)은 산화인듐에 대하여 산화텅스텐을 0.5 내지 5wt%, 산화아연을 0.1 내지 1wt% 함유한 타겟을 사용하여 스퍼터링법에 의하여 형성할 수 있다. 이 이외에, 금(Au), 백금(Pt), 니켈(Ni), 텅스텐(W), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 철(Fe), 코발트(Co), 구리(Cu), 팔라듐(Pd), 또는 금속재료의 질화물(예를 들면, 질화 티타늄) 등을 들 수 있다.
본 실시형태에서 나타내는 EL층(103)은 정공주입층(111), 정공수송층(112), 발광층(113), 전자수송층(114), 전자주입층(115)을 가진다. 또한, EL층(103)은 본 실시형태에서 나타내는 발광층을 가지고 있으면 좋고, 그 이외의 층의 적층구조에 있어서는 특히 한정되지 않는다. 즉, EL층(103)은 층의 적층구조에 있어서는 특히 한정되지 않고, 전자수송성이 높은 물질, 또는 정공수송성이 높은 물질, 전자주입성이 높은 물질, 정공주입성이 높은 물질, 쌍극성(전자 및 정공의 수송성이 높은 물질)의 물질 등을 포함하는 층과, 본 실시형태에서 나타내는 발광층을 적절히 조합하여 구성하면 좋다. 예를 들면, 정공주입층, 정공수송층, 발광층, 전자수송층, 전자주입층 등을 적절히 조합하여 구성할 수 있다. 각 층을 구성하는 재료에 대해서는 이하에 구체적으로 나타낸다.
정공 주입층(111)은 정공 주입성이 높은 물질을 포함하는 층이다. 정공 주입성이 높은 물질로서는, 몰리브덴 산화물, 바나듐 산화물, 루테늄 산화물, 텅스텐 산화물, 망간 산화물 등을 사용할 수 있다. 이외에, 프탈로시아닌(약칭 : H2Pc)이 나 구리 프탈로시아닌(CuPc) 등의 프탈로시아닌계 화합물, 또는 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)/폴리(스티렌술포네이트)(PEDOT/PSS) 등의 고분자 등에 의해서도 정공 주입층(111)을 형성할 수 있다.
또는, 정공 주입층(111)으로서 정공 수송성이 높은 물질에 억셉터성 물질을 함유시킨 복합 재료를 사용할 수 있다. 또한, 정공 수송성이 높은 물질에 억셉터성 물질을 함유시킨 것을 사용함으로써, 전극의 일함수에 의존하지 않고, 전극을 형성하는 재료를 선택할 수 있다. 즉, 제 1 전극(102)으로서 일함수가 큰 재료 뿐만 아니라, 일함수가 작은 재료를 사용할 수 있다. 억셉터성 물질로서는, 7,7,8,8-테트라시아노-2,3,5,6-테트라플루오로퀴노디메탄(약칭 : F4-TCNQ), 클로라닐 등을 들 수 있다. 또한, 천이금속 산화물을 들 수 있다. 또한, 원소 주기율표에 있어서의 제 4 족 내지 제 8 족에 속하는 금속의 산화물을 들 수 있다. 구체적으로는, 산화바나듐, 산화니오브, 산화탄탈, 산화크롬, 산화몰리브덴, 산화텅스텐, 산화망간, 산화레늄은 전자 수용성이 높기 때문에 바람직하다. 그 중에서도 특히 산화몰리브덴은 대기 중에서도 안정적이고 흡습성이 낮아 취급이 쉬우므로 바람직하다.
복합 재료에 사용하는 유기 화합물로서는, 방향족 아민 화합물, 카르바졸 유도체, 방향족 탄화수소, 고분자 화합물(올리고머, 덴드리머, 폴리머 등) 등 각종 화합물을 사용할 수 있다. 또한, 복합 재료에 사용하는 유기 화합물로서는, 정공 수송성이 높은 유기 화합물인 것이 바람직하다. 구체적으로는, 10-6 cm2/Vs 이상의 정공 이동도를 가지는 물질인 것이 바람직하다. 다만, 전자 수송성보다 정공 수송성이 높은 물질이라면, 이들 이외의 것을 사용하여도 좋다. 이하에는 복합 재료에 사용할 수 있는 유기 화합물을 구체적으로 나타낸다.
예를 들면, 방향족 아민 화합물로서는, N,N'-비스(4-메틸페닐)(p-톨릴)-N,N'-디페닐-p-페닐렌디아민(약칭 : DTDPPA), 4,4'-비스[N-(4-디페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]비페닐(약칭 : DPAB), 4,4'-비스(N-{4-[N'-(3-메틸페닐)-N'-페닐아미노]페닐}-N-페닐아미노)비페닐(약칭 : DNTPD), 1,3,5-트리스[N-(4-디페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]벤젠(약칭 : DPA3B) 등을 들 수 있다.
복합 재료에 사용할 수 있는 카르바졸 유도체로서는, 구체적으로는, 3-[N-(9-페닐카르바졸-3-일)-N-페닐아미노]-9-페닐카르바졸(약칭 : PCzPCA1), 3,6-비스[N-(9-페닐카르바졸-3-일)-N-페닐아미노]-9-페닐카르바졸(약칭 : PCzPCA2), 3-[N-(1-나프틸)-N-(9-페닐카르바졸-3-일)아미노]-9-페닐카르바졸(약칭 : PCzPCN1) 등을 들 수 있다.
또한, 4,4'-디(N-카르바졸일)비페닐(약칭 : CBP), 1,3,5-트리스[4-(N-카르바졸일)페닐]벤젠(약칭 : TCPB), 9-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카르바졸(약칭 : CzPA), 1,4-비스[4-(N-카르바졸일)페닐]-2,3,5,6-테트라페닐벤젠 등을 사용할 수도 있다.
또한, 복합 재료에 사용할 수 있는 방향족 탄화수소로서는, 예를 들면, 2-tert-부틸-9,10-디(2-나프틸)안트라센(약칭 : t-BuDNA), 2-tert-부틸-9,10-디(1-나프틸)안트라센, 9,10-비스(3,5-디페닐페닐)안트라센(약칭 : DPPA), 2-tert-부틸- 9,10-비스(4-페닐페닐)안트라센(약칭 : t-BuDBA), 9,10-디(2-나프틸)안트라센(약칭 : DNA), 9,10-디페닐안트라센(약칭 : DPAnth), 2-tert-부틸안트라센(약칭 : t-BuAnth), 9,10-비스(4-메틸-1-나프틸)안트라센(약칭 : DMNA), 9,10-비스[2-(1-나프틸)페닐]-2-tert-부틸안트라센, 9,10-비스[2-(1-나프틸)페닐]안트라센, 2,3,6,7-테트라메틸-9,10-디(1-나프틸)안트라센, 2,3,6,7-테트라메틸-9,10-디(2-나프틸)안트라센, 9,9'-비안트릴, 10,10'-디페닐-9,9'-비안트릴, 10,10'-비스(2-페닐페닐)-9,9'-비안트릴, 10,10'-비스[(2,3,4,5,6-펜타페닐)페닐]-9,9'-비안트릴, 안트라센, 테트라센, 루브렌, 페릴렌, 2,5,8,11-테트라(tert-부틸)페릴렌 등을 들 수 있다. 또한, 이들 이외에, 펜타센, 코로넨 등도 사용할 수 있다. 이와 같이, 1×10-6 cm2/Vs 이상의 정공 이동도를 갖는 탄소수 14 내지 42의 방향족 탄화수소를 사용하는 것이 보다 바람직하다.
또한, 복합 재료에 사용할 수 있는 방향족 탄화수소는 비닐 골격을 가져도 좋다. 비닐기를 갖는 방향족 탄화수소로서는, 예를 들면, 4,4'-비스(2,2-디페닐비닐)비페닐(약칭 : DPVBi), 9,10-비스[4-(2,2-디페닐비닐)페닐]안트라센(약칭 : DPVPA) 등을 들 수 있다.
또한, 폴리(N-비닐카르바졸)(약칭 : PVK)이나 폴리(4-비닐트리페닐아민)(약칭 : PVTPA) 등의 고분자 화합물을 사용할 수도 있다.
정공 수송층(112)은 정공 수송성이 높은 물질을 포함하는 층이다. 정공 수송성이 높은 물질로서는, 예를 들면, 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]비페 닐(약칭 : NPB 또는 α-NPD), N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-디페닐-[1,1'-비페닐]-4,4'-디아민(약칭 : TPD), 4,4',4''-트리스(N,N-디페닐아미노)트리페닐아민(약칭 : TDATA), 4,4',4''-트리스[N-(3-메틸페닐)-N-페닐아미노]트리페닐아민(약칭 : MTDATA) 또는 4,4'-비스[N-(스피로-9,9'-비플루오렌-2-일)-N-페닐아미노]비페닐(약칭 : BSPB) 등의 방향족 아민 화합물을 사용할 수 있다. 여기서 설명한 물질은 주로 10-6 cm2/Vs 이상의 정공 이동도를 가지는 물질이다. 다만, 전자 수송성보다 정공 수송성이 높은 물질이라면, 이들 이외의 것을 사용하여도 좋다. 또한, 정공 수송성이 높은 물질을 포함하는 층은 단층 뿐만 아니라, 상기 물질로 이루어진 층이 2층 이상 적층된 것으로 하여도 좋다.
발광층(113)은 발광성이 높은 물질을 포함하는 층이다. 본 발명의 발광소자에 있어서, 발광층은 제 1 층(121)과 제 2 층(122)을 가진다. 제 1 층(121)은 제 1 유기 화합물과 제 3 유기 화합물을 가지고, 제 2 층(122)은 제 2 유기 화합물과 제 3 유기 화합물을 가진다. 제 1 층(121)은 제 2 층(122)의 제 1 전극측, 즉 양극측에 접하여 형성되어 있다.
제 1 층(121)에 포함되는 제 1 유기 화합물은, 정공수송성보다 전자수송성이 높은 전자수송성의 물질이다. 제 1 유기 화합물로서는 구체적으로는, 트리스(8-퀴놀리놀레이토)알루미늄 (약칭 : Alq), 트리스(4-메틸-8-퀴놀리놀레이토)알루미늄 (약칭 : Almq3), 비스(10-히드록시벤조[h]-퀴놀리놀레이토)베릴륨 (약칭 : BeBq2), 비스(2-메틸-8-퀴놀리놀레이토)-(4-페닐페놀레이토)알루미늄 (약칭 : BAlq) 등 퀴 놀린 골격 또는 벤조퀴놀린 골격을 가지는 금속 착체 등을 사용할 수 있다. 또한, 이 이외에, 비스[2-(2-히드록시페닐)벤조옥사졸레이토]아연 (약칭 : Zn(BOX)2), 비스[2-(2-히드록시페닐)벤조티아졸레이토]아연 (약칭 : Zn(BTZ)2) 등의 옥사졸계, 티아졸계 리간드를 가지는 금속 착체 등도 사용할 수 있다. 또한, 금속 착체 이외에도, 2-(4-비페닐일)-5-(4-tert-부틸페닐)-1,3,4-옥사디아졸 (약칭 : PBD)이나 1,3-비스[5-(p-tert-부틸페닐)-1,3,4-옥사디아졸-2-일]벤젠 (약칭 : OXD-7), 3-(4-비페닐일)-4-페닐-5-(4-tert-부틸페닐)-1,2,4-트리아졸 (약칭 : TAZ), 바소페난트롤린 (약칭 :BPhen), 바소큐프로인 (약칭 : BCP) 등도 사용할 수 있다.
또한, 제 1 유기 화합물은 정공이 주입되는 물질인 것이 바람직하다. 즉, 제 1 유기 화합물의 이온화 포텐셜은 6.0eV 이하인 것이 바람직하다. 정공이 주입되는 물질인 것에 의하여, 구동전압이 매우 높아지지 않고도, 본 발명의 효과를 얻을 수 있다. 상술한 재료 중에서도 Alq(이온화 포텐셜:5.65eV), Balq(이온화 포텐셜:5.70eV), Zn(BOX)2(이온화 포텐셜:5.62eV), Zn(BTZ)２(이온화 포텐셜:5.49eV) 등의 금속 착체는 이온화 포텐셜이 6.0eV 이하이고, 전자수송성이지만 정공도 비교적 주입되기 쉽기 때문에 제 1 유기 화합물로서 적합하다.
제 2 층(122)에 포함되는 제 2 유기 화합물은 정공수송성을 가지는 물질이다. 구체적으로는, 전자수송성보다 정공수송성이 높은, 이른바 정공수송성의 물질, 또는 전자수송성과 정공수송성 양쪽 모두를 가지는 쌍극성의 물질이다. 즉, 정공수송성을 가지는 물질이면 좋다.
정공수송성의 물질로서는 아릴아민 유도체 또는 카르바졸 유도체를 들 수 있다. 구체적으로는, 아릴아민 유도체로서는, 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]비페닐(약칭 : NPB 또는 α-NPD), N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-디페닐-[1,1-비페닐]-4,4'-디아민(약칭 : TPD), 4,4',4"-트리스(N, N-디페닐아미노)트리페닐아민(약칭:TDATA), 4,4',4"-트리스[N-(3-메틸페닐)-N-페닐아미노]트리페닐아민(약칭 : MTDATA), 4,4'-비스[N-(스피로-9,9'-비플루오렌-2-일)-N-페닐아미노]비페닐(약칭 : BSPB) 등을 들 수 있다. 또한, N,N'-비스(4-메틸페닐)(p-톨릴)-N,N'-디페닐-p-페닐렌디아민(약칭 : DTDPPA), 4,4'-비스[N-(4-디페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]비페닐(약칭 : DPAB), 4,4'-비스(N-{4-[N'-(3-메틸페닐)-N'-페닐아미노]페닐}-N-페닐아미노)비페닐(약칭 : DNTPD), 1,3,5-트리스[N-(4-디페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]벤젠(약칭 : DPA3B) 등을 들 수 있다. 또한, 카르바졸 유도체로서는, 4,4'-디(N-카르바졸일)비페닐(약칭 : CBP), 1,3,5-트리스[4-(N-카르바졸일)페닐]벤젠(약칭 : TCPB), 9-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카르바졸(약칭 : CzPA), 1,4-비스[4-(N-카르바졸일)페닐]-2,3,5,6-테트라페닐벤젠 등을 들 수 있다.
쌍극성의 물질로서는, 동일분자내에 아릴아민 골격 및 퀴녹살린 골격을 가지는 물질을 들 수 있다. 구체적으로는, 2,3-비스(4-디페닐아미노페닐)퀴녹살린(약칭 : TPAQn), 2,3-비스｛4-[Ｎ-(4-비페닐일)-Ｎ-페닐아미노]페닐｝퀴녹살린(약칭 ： BPAPQ), 2,3-비스｛4-[Ｎ,Ｎ-디(4-비페닐일)아미노]페닐｝퀴녹살린(약칭 ： BBAPQ), 4,4'-(퀴녹살린-2,3-디일)비스{N-[4-(9-카르바졸일)페닐]-N-페닐벤젠아민}(약칭:YGAPQ), N,N'-(퀴녹살린-2,3-디일디-4,1-페닐렌)비스(Ｎ-페닐-９-페닐카 르바졸-3-아민)(약칭 ： PCAPQ) 등을 들 수 있다.
제 2 유기 화합물로는, 전자트랩성의 제 3 유기 화합물을 첨가하기 때문에, 어느 정도의 전자수송성을 가지는 것이 바람직하다. 따라서, 제 2 유기 화합물은 쌍극성의 유기 화합물인 것이 바람직하다.
또한, 제 2 유기 화합물로서 쌍극성의 물질을 사용한 경우에는, 제 1 층(121)의 막 두께는 제 2 층(122)의 막 두께와 동일하거나 제 2 층의 막 두께보다 얇은 것이 더 바람직하다. 제 2 층(122)에 쌍극성의 물질이 포함됨으로써, 제 2 층(122)을 제 1 층(121)보다 두껍게 하여도 구동전압의 상승을 억제할 수 있다.
제 1 층(121) 및 제 2 층(122)에 포함되는 제 3 유기 화합물은 발광성이 높은 물질이며, 다양한 재료를 사용할 수 있다. 특히, 전자트랩성을 가지는 물질인 것이 바람직하다. 제 3 유기 화합물이 전자트랩성이 강한 물질일 경우에는, 본 발명을 적용함으로써 보다 큰 효과를 얻을 수 있기 때문에 바람직하다. 따라서, 제 3 유기 화합물의 최저 비점유분자 궤도준위(LUMO준위)는 제 2 유기 화합물의 최저 비점유분자 궤도준위(LUMO준위)보다 0.3eV 이상 낮은 것이 바람직하다. 전자흡인기를 가지는 물질은, 최저 비점유분자 궤도준위(LUMO준위)가 낮아지는 경향이 있으므로 바람직하다. 전자흡인기로서는 플루오로기 등의 할로겐기, 시아노기, 트리플루오로메틸기 등의 할로알킬기, 카르보닐기 등을 들 수 있다.
구체적으로는, 일중항 여기상태로부터의 발광(형광)을 발광하는 물질로서는, 아크리돈, 쿠마린102, 쿠마린6H, 쿠마린480D, 쿠마린30 등의 청색 내지 청녹색의 발광을 나타내는 물질, N,N'-디메틸 퀴나크리돈(약칭 : DMQd), N,N'-디페닐 퀴나크 리돈(약칭 : DPQd), 9,18-디히드로벤조[h]벤조[7,8]퀴노[2,3-b]아크리딘-7,16-디온(약칭:DMNQd-1), 9,18-디메틸-9,18-디히드로벤조[h]벤조[7,8]퀴노[2,3-b]아크리딘-7,16-디온(약칭:DMNQd-2), 쿠마린30, 쿠마린6, 쿠마린545T, 쿠마린153 등의 청록색 내지 연두색의 발광을 나타내는 물질, DMQd, (2-{2-[4-(9H-카르바졸-9-일)페닐]에테닐}-6-메틸-4H-피란-4-일리덴)프로판디니트릴(약칭:DCMCz) 등의 연두색 내지 황연색의 발광을 나타내는 물질, (2-{2-[4-(디메틸아미노)페닐]에테닐}-6-메틸-4H-피란-4-일리덴)프로판디니트릴(약칭:DCM1), {2-메틸-6-[2-(2,3,6,7-테트라히드로-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에테닐]-4H-피란-4-일리덴}프로판디니트릴(약칭:DCM2), {2-(1,1-디메틸에틸)-6-[2-(2,3,6,7-테트라히도로-1,1,7,7-테트라메틸-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에테닐]-4H-피란-4-일리덴}프로판디니트릴(약칭:DCJTB), 나일 레드 등의 주황색 내지 적색의 발광을 나타내는 물질 등을 들 수 있다. 또한, 삼중항 여기상태로부터의 발광(인광)을 나타내는 물질로서는, 비스[2-(4',6'-디플루오르페닐)피리디네이토-N,C2']이리듐(III)테트라키스(1-피라졸릴)보레이트(약칭:FIr6), 비스[2-(4',6'-디플루오르페닐)피리디네이토-N,C2']이리듐(III)피콜리네이트(약칭:FIrpic), 비스{2-[3',5'-비스(트리플루오르메틸)페닐]피리디네이토-N,C2'｝이리듐(III)피콜리네이트(약칭:Ir(CF3ppy)2(pic)), 비스[2-(4',6'-디플루오르페닐)피리디네이토-N,C2']이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭:FIracac) 등을 들 수 있다. 특히, 삼중항 여기상태로부터의 발광인 인광을 발광하는 물질은 발광 효율이 높으므로 바람직하다.
또한, 제 3 유기 화합물로서는 피라진 골격 또는 퀴녹살린 골격을 가지는 금속 착체이며, 주기율표 제 9 족 또는 제 10 족의 금속원자를 가지는 것이 바람직하다. 이러한 구조의 금속 착체는 삼중항 여기상태로부터의 발광인 인광을 발광하므로 바람직하다. 특히, 금속원자는 이리듐(Ir) 또는 백금(Pt)인 것이 바람직하다. 이리듐(Ir)이나 백금(Pt)은, 중원자 효과에 의하여, 효율적으로 인광을 발광할 수 있기 때문이다.
구체적으로는, 제 3 유기 화합물로서는 화학식 1로 나타내는 구조를 가지는 유기 화합물을 들 수 있다.
화학식 1
위의 화학식 1에서,
Ar은 아릴기를 나타내고,
R１ 내지 R３은 각각 수소, 알킬기 또는 아릴기를 나타내고,
R２ 와 R３은 서로 결합하여 환을 형성할 수 있고 환은 지환(脂環) 또는 축합환(縮合環)일 수 있으며,
M은 제 9 족 원소 또는 제 10 족 원소를 나타낸다.
또한, 제 3 유기 화합물로서는 화학식 2로 나타내는 구조를 가지는 유기 화합물을 들 수 있다.
화학식 2
위의 화학식 2에서,
R１ 내지 Ｒ３은 각각 수소, 알킬기 또는 페닐기를 나타내고,
R２과 R３은 서로 결합하여 환을 형성할 수 있고, 환은 지환 또는 축합환일 수 있으며,
R４ 내지 R７은 각각 수소, 할로겐기, 알킬기 또는 할로알킬기를 나타내고,
M은 제 9 족 원소 또는 제 10 족 원소를 나타낸다.
보다 구체적으로는, 제 3 유기 화합물은 화학식 3으로 나타내는 유기 화합물인 것이 바람직하다.
화학식 3
위의 화학식 3에서,
Ar은 아릴기를 나타내고,
R１ 내지 R３은 각각 수소, 알킬기 또는 아릴기를 나타내고,
R２와 R３은 서로 결합하여 환을 형성할 수 있고, 환은 지환 또는 축합환일 수 있으며,
M은 중심금속이며 제 9 족 원소 또는 제 10 족 원소를 내고,
L은 모노 음이온성의 리간드를 나타내고,
상기 중심금속이 제 9 족 원소일 경우 ｎ＝2이며, 제 10 족 원소일 경우 ｎ＝1이다.
또한, 제 3 유기 화합물은 화학식 4로 나타내는 유기 화합물인 것이 바람직하다.
화학식 4
위의 화학식 4에서,
R1 내지 R3은 각각 수소, 알킬기 또는 페닐기를 나타내고,
R2 와 R3은 서로 결합하여 환을 형성할 수 있고, 환은 지환 또는 축합환일 수 있으며,
R4 내지 R7은 각각 수소, 할로겐기, 알킬기 또는 할로알킬기를 나타내고,
M은 중심금속이며 제 9 족 원소 또는 제 10 족 원소를 나타내고,
Ｌ은 모노 음이온성의 리간드를 나타내고,
상기 중심금속이 제 9 족 원소일 경우 ｎ＝2이며, 제 10 족 원소일 경우 ｎ＝1이다.
또한, 화학식 3 및 화학식 4에 있어서의 모노 음이온성의 리간드 Ｌ은 베타-디케톤 구조를 가지는 모노 음이온성의 두자리 킬레이트 리간드, 카르복실기를 가지는 모노 음이온성의 두자리 킬레이트 리간드, 페놀성 수산기를 가지는 모노 음 이온성의 두자리 킬레이트 리간드, 또는 2개의 배위원소가 모두 질소인 모노 음이온성의 두자리 킬레이트 리간드의 어느 것이 배위능력이 높기 때문에 바람직하다. 특히 바람직하게는, 이하의 화학식(Ｌ1) 내지 (Ｌ8)에 나타내는 모노 음이온성의 리간드이다. 이러한 리간드는 배위능력이 높고, 싼 값으로 입수할 수 있기 때문에 유효하다.
또한, 보다 효율적으로 인광을 발광시키기 위해서는, 중원자 효과의 관점으로부터 중심금속으로서는 무거운 금속 쪽이 바람직하다. 따라서, 본 발명에서는 상술한 본 발명의 유기금속 착체에 있어서, 중심금속 M이 이리듐 또는 백금인 것이 바람직하다. 그 중에서도 중심금속 Ｍ을 이리듐으로 함으로써 유기금속 착체의 내 열성이 향상하기 때문에, 중심금속 Ｍ은 특히 이리듐이 바람직하다.
화학식 3 및 화학식 4로 나타내는 유기 화합물로서는, 구체적으로는 화학식 5 내지 화학식 32로 나타내는 유기 화합물을 들 수 있다.
또한, 제 1 층(121)에 있어서, 제 1 유기 화합물은 제 3 유기 화합물보다 많이 포함되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 제 2 층(122)에 있어서, 제 2 유기 화합물은 제 3 유기 화합물보다 많이 포함되어 있는 것이 바람직하다.
여기서 도 1a 내지 도 1c에서 나타낸 본 발명의 발광소자의 밴드도의 일례를 도 3에 나타낸다. 도 3에 있어서, 제 2 전극(104)으로부터 주입된 전자는 전자주입층(115), 전자수송층(114)을 통하여 제 2 층(122)에 주입된다. 제 2 층(122)에 주입된 전자는 전자트랩성이 높은 물질에 트랩되어 제 2 층(122)을 이동하는 속도가 느려진다.
한편, 제 1 전극(102)으로부터 주입된 정공은 정공주입층(111), 정공수송 층(112)을 통하여 제 1 층(121)에 주입된다. 제 1 층(121)에 주입된 정공은 전자수송성인 제 1 유기 화합물이 많이 포함되어 있는 층을 이동하게 되어 정공이 이동하는 속도가 느려진다.
따라서, 정공과 전자의 캐리어 밸런스가 좋아지고, 제 1 층(121)과 제 2 층(122)의 계면부근에 재결합영역(131)이 형성된다. 또한, 캐리어 밸런스가 좋아짐으로써 발광효율이 높아진다. 또한, 캐리어 밸런스가 좋아짐으로써 발광소자의 수명도 길어진다.
또한, 정공과 전자의 이동이 느려지기 때문에, 재결합영역(131)이 넓어진다. 따라서, 여기자 밀도가 낮아지고, 발광성이 높은 물질로서 인광을 발광하는 물질을 사용한 경우에도 T-T소멸이 일어나기 어려워진다. 또한, 재결합영역(131)은, 발광층의 중앙부근이 되기 때문에 정공수송층(112)이나 전자수송층(114)으로부터의 발광을 억제할 수 있으며, 색순도가 우수한 발광을 얻을 수 있다. 또한, 정공이 재결합하지 않고서 전자수송층(114)에 도달하는 것, 또는 전자가 재결합하지 않고서 정공수송층(112)에 도달하는 것이 억제되기 때문에, 전자가 주입되는 것에 의한 정공수송층(112)의 열화나, 정공이 주입되는 것에 의한 전자수송층(114)의 열화를 억제할 수 있다. 즉, 수명이 긴 발광소자를 얻을 수 있다.
제 1 층을 형성하지 않는 종래 구성의 밴드도의 일례를 도 27에 나타낸다. 제 2 전극(204)으로부터 주입된 전자는 전자주입층(215), 전자수송층(214)을 통하여 제 2 층(222)에 주입된다. 제 2 층(222)에 주입된 전자는 전자트랩성이 높은 제 3 유기 화합물에 트랩되어 제 2 층(222)을 이동하는 속도가 느려진다.
한편, 제 1 전극(201)으로부터 주입된 정공은 정공주입층(211), 정공수송층(212)을 통하여 제 2 층(222)에 주입된다. 제 2 층(222)은 정공수송성을 가지는 제 2 유기 화합물이 많이 포함되어 있기 때문에 정공이 이동하기 쉽다. 따라서, 정공은 전자수송층(214)과 제 2 층(222)의 계면부근까지 도달하여, 재결합영역(231)이 제 2 층(222)과 전자수송층(214)과의 계면부근이 된다. 이 경우, 재결합영역(231)은 매우 좁아지기 때문에 여기자의 밀도가 높아진다. 그래서, 발광성이 높은 물질로서 인광을 발광하는 물질을 사용한 경우에는, T-T소멸이 일어나고 발광효율이 저하한다. 또한, 재결합영역이 전자수송층(214)과의 계면부근이 되기 때문에 전자수송층(214)으로부터의 발광이 생길 가능성이 있다. 전자수송층(214)이 발광하면, 원하는 색이 얻어질 수 없게 되어, 발광소자의 발광효율도 저하한다. 또한, 정공이 재결합하지 않고서 전자수송층(214)에 도달할 경우도 있기 때문에, 정공이 주입되는 것에 의한 전자수송층(214)의 열화가 생겨, 발광소자의 수명이 짧아진다.
또한, 반대로, 제 1 층만 형성하고 제 2 층을 형성하지 않는 구성의 경우에는, 구동전압이 매우 높아진다. 즉, 정공을 수송하는 유기 화합물이 발광층 중에 포함되어 있지 않으면, 구동전압이 매우 높아진다.
또한, 제 1 층의 막 두께는 5nm 이상 30nm 이하인 것이 바람직하다. 또한, 제 2 층의 막 두께는 5nm 이상 30nm 이하인 것이 바람직하다. 막 두께가 이 범위내인 것에 의하여, 구동전압이 지나치게 높아지지 않아, 캐리어 밸런스가 좋아지는 효과를 얻을 수 있다.
전자수송층(114)은 전자수송성이 높은 물질을 포함하는 층이다. 예를 들면, 트리스(8-퀴놀리놀레이토)알루미늄(약칭 : Alq), 트리스(4-메틸-8-퀴놀리놀레이토)알루미늄(약칭: Almq3), 비스(10-하이드록시벤조[h]-퀴놀리놀레이토)베릴륨(약칭 : BeBq2), 비스(2-메틸-8-퀴놀리놀레이토)-(4-페닐페놀레이토)알루미늄(약칭 : BAlq) 등, 퀴놀린 골격 또는 벤조퀴놀린 골격을 가지는 금속 착체 등으로 이루어진 층이다. 또한, 이외에도, 비스[2-(2-하이드록시페닐)벤조옥사졸레이토]아연(약칭 : Zn(BOX)2), 비스[2-(2-하이드록시페닐)벤조티아졸레이토]아연(약칭 : Zn(BTZ)2 ) 등의 옥사졸계, 티아졸계 리간드를 가지는 금속 착체 등도 사용할 수 있다. 또한, 금속 착체 이외에도 2-(4-비페닐릴)-5-(4-tert-부틸페닐)-1,3,4-옥사디아졸(약칭 : PBD)이나 1,3-비스[5-(p-tert-부틸페닐)-1,3,4-옥사디아졸-2-일]벤젠(약칭 : OXD-7), 3-(4-비페닐릴)-4-페닐-5-(4-tert-부틸페닐)-1,2,4-트리아졸(약칭 : TAZ), 바소페난트롤린 (약칭 : BPhen), 바소큐프로인 (약칭 : BCP) 등도 사용할 수 있다. 여기서 설명한 물질은, 주로 10-6cm/Vs 이상의 전자이동도를 가지는 물질이다. 또한, 정공보다 전자의 수송성이 높은 물질이면, 상기 이외의 물질을 전자수송층으로서 사용하여도 좋다. 또한, 전자수송층(114)은 단층 뿐만 아니라 상기 물질로 이루어진 층이 2층 이상 적층된 것으로 하여도 좋다.
또한, 전자주입층(115)을 형성하여도 좋다. 전자주입층으로서는 불화리튬(LiF), 불화세슘(CsF), 불화칼슘(CaF2) 등과 같은 알칼리 금속 또는 알칼리 토류 금속 또는 이들의 화합물을 사용할 수 있다. 예를 들면, 전자수송성을 가지는 물질로 이루어진 층 중에 알칼리 금속 또는 알칼리 토류금속 또는 이들의 화합물을 함유시킨 것, 예를 들면, Alq 중에 마그네슘(Mg)을 함유시킨 것 등을 사용할 수 있다. 또한, 전자주입층(115)으로서 전자수송성을 가지는 물질로 이루어진 층 중에 알칼리 금속 또는 알칼리 토류금속을 함유시킨 것을 사용함으로써, 제 2 전극(104)으로부터의 전자주입이 효율적으로 행해지기 때문에 바람직하다.
제 2 전극(104)을 형성하는 물질로서는, 일함수가 작은 (구체적으로는 3.8eV 이하) 금속, 합금, 전기전도성 화합물 및 이들의 혼합물 등을 사용할 수 있다. 이러한 음극재료의 구체예로서는, 원소주기율표의 제 1 족 또는 제 2 족에 속하는 원소, 즉 리튬(Li)이나 세슘(Cs) 등의 알칼리 금속, 및 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr) 등의 알칼리 토금속, 및 이들을 포함하는 합금(MgAg, AlLi),유러퓸(Eu), 이테르븀(Yb) 등의 희토류 금속 및 이들을 포함하는 합금 등을 들 수 있다. 그렇지만, 제 2 전극(104)과 전자수송층과의 사이에 전자주입을 촉진하는 기능을 가지는 층을 형성함으로써 일함수의 대소에 관계없이 Al, Ag, ITO, 규소 또는 산화규소를 함유한 산화인듐-산화주석 등 여러가지 도전성 재료를 제 2 전극(104)으로서 사용할 수 있다.
또한, EL층의 형성방법으로서는 건식법, 습식법을 불문하고, 다양한 방법을 사용할 수 있다. 예를 들면, 진공증착법, 잉크젯법 또는 스핀코팅법 등을 사용하여도 된다. 또한, 각 전극, 또는 각 층마다 다른 성막방법을 사용하여 형성하여도 된다.
이상과 같은 구성을 가지는 본 발명의 발광소자는, 제 1 전극(102)과 제 2 전극(104)과의 사이에 생긴 전위차에 의하여 전류가 흐르고, EL층(103)에 있어서, 정공과 전자가 재결합하여 발광하는 것이다. 보다 구체적으로는, EL층(103)중의 발광층(113)에 있어서, 제 1 층(121) 및 제 2 층(122)의 중앙부근에 발광영역이 형성되는 것과 같은 구성으로 되어 있다.
발광은, 제 1 전극(102) 또는 제 2 전극(104) 중의 어느 하나 또는 양쪽 모두를 통하여 외부로 취출된다. 따라서, 제 1 전극(102) 또는 제 2 전극(104) 중의 어느 하나 또는 양쪽 모두는 투광성을 가지는 전극이다. 제 1 전극(102)만이 투광성을 가지는 전극인 경우, 도 1a에 나타내는 바와 같이, 발광은 제 1 전극(102)을 통하여 기판측에서 취출된다. 또한, 제 2 전극(104)만이 투광성을 가지는 전극인 경우, 도 1b에 나타내는 바와 같이, 발광은 제 2 전극(104)을 통하여, 기판과 반대 측으로부터 취출된다. 제 1 전극(102) 및 제 2 전극(104)이 모두 투광성을 가지는 전극인 경우, 도 1c에 나타내는 바와 같이, 발광은 제 1 전극(102) 및 제 2 전극(104)을 통하여, 기판측 및 기판과 반대 측의 양쪽 모두로부터 취출된다.
또한, 제 1 전극(102)과 제 2 전극(104)과의 사이에 형성되는 층의 구성은, 상술한 것에 한정되지 않는다. 발광영역과 금속이 근접함으로써 생기는 소광을 방지하도록, 제 1 전극(102) 및 제 2 전극(104)으로부터 떨어진 부위에 정공과 전자가 재결합하는 발광영역을 형성한 구성으로서, 발광층이 제 1 층(121)과 제 2 층(122)을 가지는 구성이면, 상기 이외의 것이라도 좋다.
즉, 층의 적층구조에 대해서는 특히 한정되지 않고, 전자수송성이 높은 물 질, 또는 정공수송성이 높은 물질, 전자주입성이 높은 물질, 정공주입성이 높은 물질, 쌍극성(전자 및 정공의 수송성이 높은 물질)의 물질, 정공불록재료 등으로 이루어진 층을 본 발명의 발광층과 자유롭게 조합하여 구성하면 좋다.
도 2에 나타내는 발광소자는, 기판(301) 위에 음극으로서 기능하는 제 2 전극(304), EL층(303), 양극으로서 기능하는 제 1 전극(302)이 순서대로 적층된 구성으로 되어 있다. EL층(303)은, 전자주입층(315), 전자수송층(314), 발광층(313), 정공수송층(312), 정공주입층(311)을 가지고, 발광층(313)은 제 1 층(321)과 제 2 층(322)을 가진다. 제 1 층(321)은, 제 2 층(322)보다 양극으로서 기능하는 제 1 전극(302)측에 형성되어 있다.
본 실시형태에 있어서 유리, 플라스틱 등으로 이루어진 기판 위에 발광소자를 제작한다. 하나의 기판 위에 이러한 발광소자를 복수 제작함으로써 패시브 매트릭스 형의 발광장치를 제작할 수 있다. 또한, 유리, 플라스틱 등으로 이루어진 기판 위에, 예를 들면, 박막트랜지스터(TFT)를 형성하여, TFT와 전기적으로 접속된 발광소자를 제작하여도 좋다. 이에 따라, TFT에 의하여 발광소자의 구동을 제어하는 액티브 매트릭스 형의 발광장치를 제작할 수 있다. 또한, TFT 구조는 특히 한정되지 않는다. 스태거형의 TFT라도 좋고, 역 스태거형의 TFT라도 좋다. 또한, TFT기판에 형성되는 구동용 회로에 대해서도 Ｎ형 및 Ｐ형의 TFT로 이루어진 것이라도 좋고, 또는 Ｎ형 또는 Ｐ형 중의 어느 하나로만 이루어진 것이라도 좋다. 또한, TFT에 사용되는 반도체막의 결정성에 대해서도 특히 한정되지 않는다. 비정질 반도체막을 사용하여도 좋고, 결정성 반도체막을 사용하여도 좋다.
본 발명의 발광소자는, 캐리어 밸런스가 좋기 때문에 발광효율이 높다. 또한, 발광효율이 높기 때문에 소비전력이 낮다.
또한, 본 발명의 발광소자는 발광층과 정공수송층과의 계면 또는 발광층과 전자수송층과의 계면에 발광영역이 형성되어 있지 않고, 발광층의 중앙부근에 발광영역이 형성되어 있기 때문에, 정공수송층이나 전자수송층의 발광을 억제할 수 있다. 따라서, 색순도가 우수한 발광을 얻을 수 있다.
본 발명의 발광소자는, 발광층과 정공수송층과의 계면 또는 발광층과의 전자수송층과의 계면에 발광영역이 형성되어 있지 않고, 발광층의 중앙부근에 발광영역이 형성되어 있다. 따라서, 정공수송층이나 전자수송층에 발광영역이 근접하는 것에 의한 열화의 영향을 받지 않는다. 따라서, 열화가 적고, 수명이 긴 발광소자를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 발광소자는 재결합영역(131)이 넓고, 여기자 밀도가 낮아지기 때문에, 발광성이 높은 물질로서 인광을 발광하는 물질을 사용한 경우에도 T-T소멸이 일어나기 어려워지고, 높은 발광효율을 유지할 수 있다.
또한, 본 실시형태는 다른 실시형태와 적절히 조합할 수 있다.
(실시형태 2)
본 실시형태는, 본 발명에 관한 복수의 발광유닛을 적층한 구성의 발광소자(이하, 적층형 소자라고 한다)의 양태에 대해서 도 4를 참조하여 설명한다. 이 발광소자는 제 1 전극과 제 2 전극과의 사이에 복수의 발광유닛을 가지는 발광소자이 다.
도 4에 있어서, 제 1 전극(501)과 제 2 전극(502)과의 사이에는, 제 1 발광유닛(511)과 제 2 발광유닛(512)이 적층되어 있다. 제 1 전극(501)과 제 2 전극(502)은, 실시형태 1과 유사한 것을 적용할 수 있다. 또한, 제 1 발광유닛(511)과 제 2 발광유닛(512)은 동일한 구성이어도 다른 구성이어도 좋고, 그 구성은 실시형태 １에 나타낸 EL층과 유사한 것을 적용할 수 있다.
전하발생층(513)에는, 유기 화합물과 금속산화물의 복합재료가 포함된다. 이러한 유기 화합물과 금속산화물의 복합재료는 실시형태 １에서 나타낸 복합재료이고, 유기 화합물과 V2O5나 MoO3이나 WO3 등의 금속산화물을 포함한다. 유기 화합물로서는, 방향족 아민 화합물, 카르바졸 유도체, 방향족 탄화수소, 고분자 화합물(올리고머, 덴드리머, 폴리머 등) 등 다양한 화합물을 사용할 수 있다. 또한, 유기 화합물로서는, 정공수송성 유기 화합물로서 정공 이동도가 10-6cm2/Vs 이상인 것을 적용하는 것이 바람직하다. 다만, 전자보다도 정공의 수송성이 높은 물질이라면, 이것들 이외의 것을 사용하여도 좋다. 유기 화합물과 금속산화물의 복합재료는 캐리어 주입성, 캐리어 수송성이 뛰어나기 때문에, 저전압 구동, 저전류 구동을 실현할 수 있다.
또한, 전하발생층(513)은, 유기 화합물과 금속산화물의 복합재료와 다른 재료를 조합하여 형성하여도 좋다. 예를 들면, 유기 화합물과 금속산화물의 복합재료를 포함하는 층과 전자공여성 물질 중에서 선택된 하나의 화합물과 전자수송성이 높은 화합물을 포함하는 층을 조합하여 형성하여도 좋다. 또한, 유기 화합물과 금속산화물의 복합재료를 포함하는 층과 투명 도전막을 조합하여 형성하여도 좋다.
어쨌든지 제 1 발광유닛(511)과 제 2 발광유닛(512)에 삽입되는 전하발생층(513)은, 제 1 전극(501)과 제 2 전극(502)에 전압을 인가하였을 때에, 한쪽 측의 발광유닛에 전자를 주입하고, 다른 측의 발광유닛에 정공을 주입하는 것이라면 좋다.
본 실시형태에서는, 2개의 발광유닛을 가지는 발광소자에 대하여 설명하였지만, 3개 이상의 발광유닛을 적층한 발광소자에 대해서도 마찬가지로 적용할 수 있다. 본 실시형태에 관한 발광소자와 같이, 한 쌍의 전극 사이에 복수의 발광유닛을 전하발생층으로 칸막이하여 배치함으로써, 전류밀도를 낮게 유지하면서 고휘도영역에서 수명이 긴 소자를 실현할 수 있다. 또한, 조명을 응용예로 한 경우에는, 전극재료의 저항에 의한 전압강하를 작게 할 수 있기 때문에 대면적에서의 균일 발광이 가능해진다. 또한, 저전압 구동이 가능하여, 소비전력이 낮은 발광장치를 실현할 수 있다.
또한, 각각의 발광유닛의 발광색을 다른 것으로 함으로써, 발광소자 전체로서 원하는 색의 발광을 얻을 수 있다. 예를 들면, 2개의 발광유닛을 가지는 발광소자에 있어서, 제 1 발광유닛의 발광색과 제 2 발광유닛의 발광색을 보색의 관계가 되도록 함으로써 발광소자 전체로서 백색 발광하는 발광소자를 얻는 것도 가능하다. 또한, 보색이란 혼합하면 무채색이 되는 색과 색의 관계를 의미한다. 즉, 보색 관계인 색을 발광하는 물질의 발광을 혼합하면, 백색 발광을 얻을 수 있다. 또한, 3개의 발광유닛을 가지는 발광소자의 경우에도 유사하며, 예를 들면, 제 1 발광유닛의 발광색이 적색이고, 제 2 발광유닛의 발광색이 녹색이고, 제 3 발광유닛의 발광색이 청색인 경우, 발광소자 전체로서는 백색 발광을 얻을 수 있다.
또한, 본 실시형태는 다른 실시형태와 적절히 조합할 수 있다.
(실시형태 3)
본 실시형태에서는, 본 발명의 발광소자를 가지는 발광장치에 대하여 설명한다.
본 실시형태에서는, 화소부에 본 발명의 발광소자를 가지는 발광장치에 대하여, 도 ５a 내지 도 5b를 사용하여 설명한다. 또한, 도 ５a는 발광장치를 나타내는 상면도, 도 ５b는 도 ５a를 Ａ-Ａ' 및 Ｂ-Ｂ'로 절단한 단면도이다. 이 발광장치는 발광소자의 발광을 제어하는 것으로, 점선으로 나타내진 구동회로부(소스측 구동회로:601), 화소부(602), 구동회로부(게이트측 구동회로:603)를 포함하고 있다. 또한, (604)는 밀봉기판, (605)는 밀봉재이며, 밀봉재(605)로 둘러싸인 내측은 공간(607)이다.
또한, 리드(lead) 배선(608)은 소스측 구동회로(601) 및 게이트측 구동회로(603)에 입력되는 신호를 전송하기 위한 배선이고, 외부입력단자가 되는 FPC(플렉시블 플린트 서킷:609)로부터 비디오 신호, 클록 신호, 스타트 신호, 리셋 신호 등을 받는다. 또한, 여기서는 FPC밖에 도시되어 있지 않지만, 이 FPC에는 플린트 배선기판(PWB)이 설치되어 있어도 좋다. 본 명세서에 있어서의 발광장치에는 발광 장치 본체 뿐만 아니라, 그것에 FPC 또는 PWB가 설치되어 있는 상태도 포함하는 것으로 한다.
다음, 단면구조에 대해서 도 5b를 사용하여 설명한다. 소자기판(610) 위에는 구동회로부 및 화소부가 형성되어 있지만, 여기서는 구동회로부인 소스측 구동회로(601)와 화소부(602)중의 하나의 화소가 나타내어져 있다.
또한, 소스측 구동회로(601)로서는 Ｎ채널형 TFT(623)와 Ｐ채널형 TFT(624)를 조합한 CMOS회로가 형성된다. 또한, 구동회로는 다양한 CMOS회로, PMOS회로 또는 NMOS회로로 형성하여도 좋다. 또한, 본 실시형태에서는 기판 위에 구동회로를 형성한 드라이버 일체형을 나타내지만, 반드시 그럴 필요는 없고, 구동회로를 기판 위가 아니라 외부에 형성할 수도 있다.
또한, 화소부(602)는 스위칭용 TFT(611)와 전류제어용 TFT(612)와, 이의 드레인에 전기적으로 접속된 제 1 전극(613)을 포함하는 복수의 화소에 의하여 형성된다. 또한, 제 1 전극(613)의 단부를 덮도록 절연물(614)이 형성되어 있다. 여기서는 포지티브형의 감광성 아크릴수지막을 사용함으로써 형성한다.
또한, 피복성이 양호한 것으로 하기 위하여, 절연물(614)의 상단부 또는 하단부에 곡률을 가지는 곡면이 형성되도록 한다. 예를 들면, 절연물(614)의 재료로서 포지티브형의 감광성 아크릴을 사용한 경우, 절연물(614)의 상단부에만 곡률 반경(0.2㎛ 내지 3㎛)을 가지는 곡면을 갖게 하는 것이 바람직하다. 또한, 절연물(614)로서, 광의 조사에 의하여 에칭제에 불용해성이 되는 네거티브형, 또는 광의 조사에 의하여 에칭제에 용해성이 되는 포지티브형 중의 어느 것이라도 사용할 수 있다.
제 1 전극(613) 위에는 EL층(616) 및 제 2 전극(617)이 각각 형성되어 있다. 여기서 제 1 전극(613)에 사용하는 재료로서는 여러가지 금속, 합금, 전기전도성 화합물, 및 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 제 1 전극을 양극으로서 사용하는 경우에는, 그 중에서도 일함수가 큰 (일함수 4.0eV 이상) 금속, 합금, 전기전도성 화합물 및 이들의 혼합물 등을 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 규소를 함유한 산화인듐-산화주석, 산화인듐-산화아연, 질화티탄막, 크롬막, 텅스텐막, Zn막, Pt막 등의 단층막, 그 이외에도 질화티탄을 주성분으로 하는 막과 알루미늄을 주성분으로 하는 막과의 적층, 질화티탄막과 알루미늄을 주성분으로 하는 막과 질화티탄막과의 ３층구조 등을 사용할 수 있다. 또한, 적층구조로 하면, 배선으로서의 저항도 낮고, 양호한 옴 접촉을 얻을 수 있고, 또는 양극으로서 기능시킬 수도 있다.
또한, EL층(616)은 증착마스크를 사용한 증착법, 잉크젯법, 스핀코팅법 등의 다양한 방법에 의하여 형성된다. EL층(616)은, 실시형태 １에서 나타낸 발광층을 가진다. 또한, EL층(616)을 구성하는 다른 재료로서는 저분자 화합물, 올리고머, 덴드리머 또는 고분자 화합물이어도 좋다. 또한, EL층에 사용하는 재료로서는 유기 화합물 뿐만 아니라 무기 화합물을 사용하여도 좋다.
또한, 제 2 전극(617)에 사용하는 재료로서는 여러가지 금속, 합금, 전기전도성 화합물, 및 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 제 2 전극을 음극으로서 사용하는 경우에는, 그 중에서도 일함수가 작은(일함수 3.8eV 이하) 금속, 합금, 전기 전도성 화합물, 및 이들의 혼합물 등을 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 원소주기율표의 제 1 족 또는 제 2 족에 속하는 원소, 즉, 리튬(Li)이나 세슘(Cs) 등의 알칼리 금속, 및 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr) 등의 알칼리 토금속, 및 이들을 포함하는 합금(MgAg, AlLi) 등을 들 수 있다. 또한, EL층(616)에서 생긴 광을 제 2 전극(617)에 투과시키는 경우에는, 제 2 전극(617)으로서 막 두께를 얇게 한 금속박막과 투명 도전막(산화인듐-산화주석(ITO), 규소, 또는 산화규소를 함유한 산화인듐-산화주석, 산화인듐-산화아연(IZO), 산화텅스텐 및 산화아연을 함유한 산화인듐(IWZO) 등)과의 적층을 사용하는 것도 가능하다.
또한, 밀봉재(605)로 밀봉 기판(604)을 소자 기판(610)과 점착시킴으로써, 소자 기판(610), 밀봉 기판(604), 및 밀봉재(605)로 둘러싸인 공간(607)에 발광소자(618)가 구비된 구조로 된다. 또한, 공간(607)에는 충전재가 충전되어 있고, 불활성기체(질소나 아르곤 등)가 충전되는 경우 이외에, 밀봉재(605)로 충전되는 경우도 있다.
또한, 밀봉재(605)에는 에폭시계 수지를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 이들 재료는 가능한 한 수분이나 산소를 투과하지 않는 재료인 것이 바람직하다. 또한, 밀봉 기판(604)에 사용하는 재료로서 유리 기판이나 석영 기판, 그 이외에 FRP(Fiberglass-Reinforced Plastics), PVF(폴리비닐 플루오라이드), 폴리에스테르 또는 아크릴 등으로 이루어진 플라스틱 기판을 사용할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명의 발광소자를 가지는 발광장치를 얻을 수 있다.
본 발명의 발광장치는 실시형태 １ 내지 실시형태 ２에서 나타낸 발광소자를 가진다. 따라서, 발광효율이 높은 발광장치를 얻을 수 있다.
또한, 발광효율이 높은 발광소자를 가지고 있기 때문에, 소비전력이 낮은 발광장치를 얻을 수 있다.
또한, 색순도가 우수한 발광을 나타내는 발광소자를 가지고 있기 때문에, 색재현성이 뛰어난 발광장치를 얻을 수 있다.
또한, 열화가 적고, 수명이 긴 발광소자를 가지고 있기 때문에, 수명이 긴 발광장치를 얻을 수 있다.
이상과 같이, 본 실시형태에서는 트랜지스터에 의하여 발광소자의 구동을 제어하는 액티브 매트릭스 형의 발광장치에 대하여 설명하였지만, 이 이외에 패시브 매트릭스 형의 발광장치이어도 좋다. 도 ６a 내지 도 6b는 본 발명을 적용하여 제작한 패시브 매트릭스 형의 발광장치의 사시도를 나타낸다. 도 ６a 내지 도 6b에 있어서, 기판(951) 위에는 전극(952)과 전극(956)과의 사이에 EL층(955)이 형성되어 있다. 전극(952)의 단부는 절연층(953)으로 덮여 있다. 그리고, 절연층(953) 위에는 격벽층(954)이 형성되어 있다. 격벽층(954)의 측벽은, 기판면에 가까워짐에 따라, 한쪽의 측벽과 다른 쪽의 측벽과의 간격이 좁어져 가는 경사를 가진다. 즉, 격벽층(954)의 단변방향의 단면은, 사다리꼴 모양이며 밑변(절연층(953)의 면방향과 동일한 방향을 향하며, 절연층(953)과 접하는 변) 쪽이 윗변(절연층(953)의 면방향과 동일한 방향을 향하며, 절연층(953)과 접하지 않는 변)보다도 짧다. 이렇게 격벽층(954)을 형성함으로써, 정전기 등에 기인한 발광소자의 불량을 방지할 수 있다. 또한, 패시브 매트릭스 형의 발광장치에 있어서도 발광효율이 높은 본 발명의 발광소자를 포함함으로써 발광효율이 높은 발광장치를 얻을 수 있다.
또한, 본 실시형태는 다른 실시형태와 적절히 조합할 수 있다.
(실시예 1)
본 실시예에서는, 본 발명의 발광소자에 대하여, 구체적으로 도 13을 사용하여 설명한다. 실시예 1 내지 실시예 3에서 사용하는 유기 화합물의 화학식을 이하에 나타낸다.
(발광소자 1)
우선, 유리 기판(2101) 위에, 산화규소를 함유하는 산화인듐-산화주석을 스퍼터링법으로 성막하여, 제 1 전극(2102)을 형성하였다. 또한, 이의 막 두께는 110 nm로 하고, 전극 면적은 2 mm × 2 mm로 하였다.
다음, 제 1 전극(2102)이 형성된 면이 아래 쪽이 되도록, 제 1 전극(2102)이 형성된 기판을 진공 증착 장치 내에 형성된 기판 홀더에 고정하고, 10-4 Pa정도까지 감압한 후, 제 1 전극(2102) 위에, 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]비페닐(약칭 : NPB)과 산화몰리브덴(VI)을 공증착함으로써, 복합재료를 포함하는 층(2111)을 형성하였다. 이의 막 두께는 50nm로 하고, NPB와 산화몰리브덴(VI)의 비율은 중량비로 4:1(=NPB : 산화몰리브덴)로 되도록 조절하였다. 또한, 공증착법이란, 하나의 처리실내에서 복수의 증발원으로부터 동시에 증착을 행하는 증착법이다.
다음, 저항 가열을 사용한 증착법에 의해, 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]비페닐(약칭 : NPB)을 10 nm의 막 두께가 되도록 성막하여, 정공 수송층(2112)을 형성하였다.
다음, 정공 수송층(2112) 위에 발광층(2113)을 형성하였다. 우선, 정공수송층(2112) 위에 트리스(8-퀴놀리놀레이토)알루미늄(약칭 : Alq)과 (아세틸아세토네이토)비스[2,3-비스(4-플루오로페닐)퀴녹살리네이토]이리듐(III)(약칭 : Ir(Fdpq)2(acac))를 공증착함으로써, 제 1 층(2121)을 10nm의 막 두께로 형성하였다. 여기서, Alq와 Ir(Fdpq)2(acac)의 중량비는 1:0.05(=Alq : Ir(Fdpq)2(acac))로 되도록 조정하였다. 또한, 제 1 층(2121) 위에 2,3-비스{4-[N-(4-비페닐일)-N-페닐아미노]페닐}퀴녹살린(약칭 : BPAPQ)과 (아세틸아세토네이토) 비스[2, 3-비스(4- 플루오로페닐)퀴녹살리네이토]이리듐(III)(약칭 : Ir(Fdpq)2(acac))를 공층착함으로써 제 2 층(2122)을 20nm의 막 두께로 형성한다. 여기서, BPAPQ과 Ir(Fdpq)2(acac)의 중량비는 1:0.05(=BPAPQ : Ir(Fdpq)2(acac))로 되도록 조절하였다.
그 후, 저항가열에 의한 증착법을 사용하여, 발광층(2113) 위에 트리스(8-퀴놀리놀레이토)알루미늄(약칭 : Alq)을 10nm의 막 두께가 되도록 성막하여, 전자 수송층(2114)을 형성하였다.
전자 수송층(2114) 위에 Alq와 리튬(Li)을 공증착함으로써, 50nm의 막 두께의 전자 주입층(2115)을 형성하였다. 여기서 Alq와 리튬의 중량비는 1:0.01(=Alq:리튬)로 되도록 조절하였다.
마지막으로, 저항가열에 의한 증착법을 사용하여, 알루미늄을 200nm의 막 두께가 되도록 성막함으로써, 제 2 전극(2104)을 형성하여, 발광소자 1을 제조하였다.
(비교 발광소자 2)
먼저, 유리 기판 위에, 산화규소를 함유하는 산화인듐-산화주석을 스퍼터링법으로 성막하여, 제 1 전극을 형성하였다. 이의 막 두께는 110nm로 하고, 전극 면적은 2mm×2mm로 하였다.
다음, 제 1 전극이 형성된 면이 아래 쪽이 되도록, 제 1 전극이 형성된 기판을 진공 증착장치 내에 설치된 기판 홀더에 고정하고, 10-4 Pa정도까지 감압한 후, 제 1 전극 위에, 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]비페닐(약칭 : NPB)과 산화몰리브덴(VI)을 공증착함으로써 복합재료를 포함하는 층을 형성하였다. 이의 막 두께는 50nm로 하고, NPB와 산화몰리브덴(VI)의 비율은 중량비로 4:1(=NPB: 산화몰리브덴)로 되도록 조절하였다. 또한, 공증착법이란, 하나의 처리실내에서 복수의 증발원으로부터 동시에 증착을 하는 증착법이다.
다음, 저항가열을 사용한 증착법에 의해, 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]비페닐(약칭 : NPB)을 10nm의 막 두께가 되도록 성막하여, 정공 수송층을 형성하였다.
다음, 정공 수송층 위에 발광층을 형성하였다. 2,3-비스{4-[N-(4-비페닐일)-N-페닐아미노]페닐}퀴녹살린(약칭 : BPAPQ)과 (아세틸아세토네이토) 비스[2, 3-비스(4-플루오로페닐)퀴녹살리네이토]이리듐(III)(약칭 : Ir(Fdpq)2(acac))를 공증착을 함으로써 발광층을 30nm의 막 두께로 형성하였다. 여기서 BPAPQ와 Ir(Fdpq)2(acac)와의 중량비는 1 : 0.05(=BPAPQ : Ir(Fdpq)2(acac))로 되도록 조절하였다.
그 후, 저항가열에 의한 증착법을 사용하여, 발광층 위에 트리스(8-퀴놀리놀레이토)알루미늄(약칭 : Alq)을 10nm의 막 두께가 되도록 성막하여, 전자 수송층을 형성하였다.
전자 수송층 위에 Alq와 리튬(Li)을 공증착함으로써, 50nm의 막 두께의 전자 주입층을 형성하였다. 여기서 Alq와 리튬과의 중량비는 1 : 0.01(=Alq : 리튬)로 되도록 조절하였다.
마지막으로, 저항가열에 의한 증착법을 사용하여, 알루미늄을 200nm의 막 두께가 되도록 성막함으로써, 제 2 전극을 형성하여 비교발광소자 2를 제조하였다.
발광소자 1 및 비교 발광소자 2의 전류밀도-휘도 특성을 도 14에 나타낸다. 또한, 전압-휘도 특성을 도 15에 나타낸다. 또한, 휘도-전류효율 특성을 도 16에 나타낸다. 또한, 1mA의 전류를 흘렸을 때의 발광 스펙트럼을 도 17에 나타낸다.
비교 발광소자 2는, 휘도 760cd/m2에서의 CIE 색도 좌표가 (x=0.64, y=0.34)이며, 적색 발광을 나타낸다. 또한, 휘도 760cd/m2에서의 전류효율은 3.2cd/A, 전압은 4.8V, 전류밀도는 23.6mA/cm2, 파워효율은 5.6(lm/W), 외부양자효율은 5.6%이었다.
한편, 발광소자 1은, 휘도 1070cd/m2에서의 CIE 색도 좌표가 (x=0.70, y=0.30)이며, 진적색의 발광을 나타낸다. 또한, 휘도 1070cd/m2에서의 전류효율은 4.8cd/A, 전압은 7.4V, 전류밀도는 22.6mA/cm2, 파워효율은 2.0(lm/W), 외부양자효율은 10%이었다.
이상과 같이, 본 발명을 적용한 발광소자 1은, 비교 발광소자 2에 비하여, 전류효율이 높고, 외부양자효율도 높은 것을 알 수 있다. 또한, 발광소자 1은 비교 발광소자 2에 비하여, 파워효율도 높고, 저소비전력인 발광소자인 것을 알 수 있다.
또한, 도 17에 나타내는 바와 같이, 비교 발광소자 ２에 있어서 500nm 내지 550nm 부근에 보인 발광 스펙트럼의 피크가 발광소자 １에서는 관측되지 않았다. 즉, 본 발명을 적용한 발광소자 １에서는, 전자 수송층인 Alq로부터의 발광이 억제되어 색순도가 우수한 발광을 얻을 수 있었다.
따라서, 본 발명을 적용함으로써 캐리어 밸런스가 향상되어, 발광효율이 높은 발광소자를 얻을 수 있는 것을 알 수 있다. 또한, 저소비전력인 발광소자를 얻을 수 있는 것을 알 수 있다. 또한, 색순도가 우수한 발광을 나타내는 발광소자를 얻을 수 있는 것을 알 수 있다.
(실시예 2)
본 실시예에서는, 본 발명에 대하여 구체적으로 도 13을 사용하여 설명한다.
(발광소자 3)
먼저, 유리 기판(2101) 위에, 산화규소를 함유하는 산화인듐-산화주석을 스퍼터링법으로 성막하여, 제 1 전극(2102)을 형성하였다. 또한, 이의 막 두께는 110nm로 하고, 전극 면적은 2 mm×2 mm로 하였다.
다음, 제 1 전극(2102)이 형성된 면이 아래 쪽이 되도록, 제 1 전극(2102)이 형성된 기판을 진공 증착장치 내에 설치된 기판 홀더에 고정하고, 10-4 Pa 정도까지 감압한 후, 제 1 전극(2102) 위에, 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]비페닐(약칭:NPB)과 산화몰리브덴(VI)을 공증착함으로써, 복합재료를 포함하는 층(2111) 을 형성하였다. 이의 막 두께는 50nm로 하고 NPB와 산화몰리브덴(VI)의 비율은 중량비로 4 : 1(=NPB : 산화몰리브덴)로 되도록 조절하였다. 또한, 공증착법이란, 하나의 처리실내에서 복수의 증발원으로부터 동시에 증착을 행하는 증착법이다.
다음, 저항가열을 사용한 증착법에 의해, 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]비페닐(약칭 : NPB)을 10nm의 막 두께가 되도록 성막하여, 정공 수송층(2112)을 형성하였다.
다음, 정공 수송층(2112) 위에 발광층(2113)을 형성하였다. 우선, 정공 수송층(2112) 위에 트리스(8-퀴놀리놀레이토)알루미늄(약칭 : Alq)과 (아세틸아세토네이토)비스[2,3-비스(4-플루오로페닐)퀴녹살리네이토]이리듐(III)(약칭 : Ir(Fdpq)2(acac))를 공증착함으로써, 제 1 층(2121)을 15nm의 막 두께로 형성하였다. 여기서, Alq와 Ir(Fdpq)2(acac)와의 중량비는 1 : 0.1(=Alq : Ir(Fdpq)2(acac))로 되도록 조절하였다. 또한, 제 1 층(2121) 위에 2,3-비스{4-[N-(4-비페닐일)-N-페닐아미노]페닐}퀴녹살린(약칭 : BPAPQ)과 (아세틸아세토네이토)비스[2,3-비스(4-플루오로페닐)퀴녹살리네이토]이리듐(약칭 : Ir(Fdpq)2(acac))을 공증착함으로써 제 2 층(2122)을 15nm의 막 두께로 형성하였다. 여기서, BPAPQ와 Ir(Fdpq)2(acac)와의 중량비는, 1 : 0.1(=BPAPQ : Ir(Fdpq)2(acac))로 되도록 조절하였다.
그 후, 저항가열에 의한 증착법을 사용하여 발광층(2113) 위에 트리스(8-퀴놀리놀레이토)알루미늄(약칭 : Alq)을 15nm의 막 두께로 되도록 성막하고, 또한 바 소페난트롤린(약칭:BPhen)을 30nm의 막 두께로 되도록 성막하여, 이층 적층한 구성의 전자 수송층(2114)을 형성하였다.
그 후, 저항가열에 의한 증착법을 사용하여, 전자 수송층(2114) 위에 불화리튬(LiF)을 1nm의 막 두께로 되도록 성막하여 전자주입층(2115)을 형성하였다.
마지막으로, 저항가열에 의한 증착법을 사용하여, 알루미늄을 200nm의 막 두께로 되도록 성막함으로써, 제 2 전극(2104)을 형성하여, 발광소자 ３을 제조하였다.
발광소자 ３의 전류밀도－휘도 특성을 도 18에 나타낸다. 또한, 전압－휘도 특성을 도 19에 나타낸다. 또한, 휘도－전류효율 특성을 도 20에 나타낸다. 또한, 1mA의 전류를 흘렸을 때의 발광 스펙트럼을 도 21에 나타낸다.
발광소자 ３은, 휘도1030cd/m2에서의 CIE 색도 좌표가 (ｘ＝0.70, ｙ＝0.30)이며, 진적색의 발광을 나타낸다. 또한, 휘도1030cd/m2에서의 전류효율은 5.2 cd/A, 전압은 6.1V, 전류밀도는 20.0A/cm2였다.
또한, 발광소자 ３에 관하여, 초기 휘도를 1000cd/m2로 하여, 정전류 구동에 의한 연속 점등 시험을 행한 결과를 도 22에 나타낸다. 세로축은, 1000cd/m2를 100%로 하였을 때의 상대휘도(규격화 휘도)이다. 발광소자 ３에 관하여, 초기 휘도를 1000cd/m2로 하여, 정전류 구동에 의한 연속 점등 시험을 행한 결과, 630시간 후의 휘도는 초기 휘도의 91%의 휘도였다. 또한, 초기 휘도의 90%의 휘도가 되는 시간을 계산한 결과 약 700시간이며, 초기 휘도의 50%의 휘도가 되는 시간(반감기)을 계산한 결과 약 20000시간이므로, 매우 수명이 긴 발광소자라는 것을 알 수 있다.
따라서, 본 발명을 적용함으로써, 캐리어 밸런스가 향상하여 발광효율이 높은 발광소자를 얻을 수 있는 것이 알 수 있다. 또한, 저소비전력인 발광소자를 얻을 수 있는 것을 알 수 있다. 또한, 수명이 긴 발광소자를 얻을 수 있는 것을 알 수 있다.
(실시예 3)
본 실시예에서는, 본 발명의 발광소자에 대하여, 구체적으로 도 13을 사용하여 설명한다.
(발광소자 4)
먼저, 유리 기판(2101) 위에, 산화규소를 함유하는 산화인듐-산화주석을 스퍼터링법으로 성막하여, 제 1 전극을 형성하였다. 또한, 이의 막 두께는 110nm로 하고, 전극 면적은 2 mm × 2 mm로 하였다.
다음, 제 1 전극(2102)이 형성된 면이 아래 쪽이 되도록 제 1 전극(2102)이 형성된 기판을 진공 증착장치내에 설치된 기판 홀더에 고정하고, 10-4 Pa정도까지 감압한 후, 제 1 전극(2102) 위에, 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]비페닐(약칭 : NPB)과 산화몰리브덴(VI)을 공증착함으로써, 복합재료를 포함하는 층(2111)을 형성하였다. 이의 막 두께는 50nm로 하고, NPB와 산화몰리브덴(VI)의 비율은 중량비로 4:1(=NPB : 산화몰리브덴)로 되도록 조절하였다. 또한, 공증착법이란, 하나의 처리실내에서 복수의 증발원으로부터 동시에 증착을 행하는 증착법이다.
다음, 저항 가열을 사용한 증착법에 의해, 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]비페닐(약칭 : NPB)을 10 nm의 막 두께가 되도록 성막하여, 정공 수송층(2112)을 형성하였다.
다음, 정공 수송층(2112) 위에, 발광층(2113)을 형성하였다. 우선, 정공 수송층(2112) 위에 비스(2-메틸-8-퀴놀리놀레이토)-4-페닐페놀레이토-알루미늄(약칭:BAlq)과 (아세틸아세토네이토) 비스(2,3,5-트리페닐피라지네이토)이리듐(III)(약칭:Ir(tppr)2(acac))를 공증착함으로써, 제 1 층(2121)을 10nm의 막 두께로 형성하였다. 여기서 BAlq와 Ir(tppr)2(acac)와의 중량비는 1 : 0.06(=BAlq : Ir(tppr)2(acac))으로 되도록 조절하였다. 또한, 제 1 층(2121) 위에 2,3-비스{4-[N-(4-비페닐일)-N-페닐아미노]페닐}퀴녹살린(약칭:BPAPQ)과 (아세틸아세토네이토)비스(2,3,5-트리페닐피라지네이토)이리듐(III)(약칭:Ir(tppr)2(acac))를 공증착함으로써 제 2 층(2122)을 20nm의 막 두께로 형성하였다. 여기서, BPAPQ와 Ir(tppr)2(acac)와의 중량비는 1 : 0.06(=BPAPQ : Ir(tppr)2(acac))으로 되도록 조절하였다.
그 후, 저항가열에 의한 증착법을 사용하여, 발광층(2113) 위에 트리스(8-퀴 놀리놀레이토)알루미늄(약칭 : Alq)을 10nm의 막 두께가 되도록 성막하여, 전자 수송층(2114)을 형성하였다.
전자 수송층(2114) 위에 Alq와 리튬(Li)을 공증착함으로써, 50nm의 막 두께의 전자 주입층(2115)을 형성하였다. 여기서 Alq와 리튬의 중량비는 1:0.01(=Alq:리튬)로 되도록 조절하였다.
마지막으로, 저항가열에 의한 증착법을 사용하여, 알루미늄을 200 nm의 막 두께가 되도록 성막함으로써, 제 2 전극(2104)을 형성하여, 발광소자 4를 제조하였다.
(비교 발광소자 ５)
우선, 유리 기판 위에 산화규소를 포함하는 산화인듐-산화주석을 스퍼터링법으로 성막하여, 제 1 전극을 형성하였다. 또한, 이의 막 두께는 110nm로 하고, 전극면적은 ２mm×２mm로 하였다.
다음, 제 1 전극이 형성된 면이 아래 쪽이 되도록, 제 1 전극이 형성된 기판을 진공 증착장치 내에 설치된 기판 홀더에 고정하고, 10-4 Pa 정도까지 감압한 후, 제 1 전극 위에, 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]비페닐(약칭:NPB)과 산화몰리브덴(VI)을 공증착함으로써, 복합재료를 포함하는 층을 형성하였다. 이의 막 두께는 50nm로 하고, NPB와 산화몰리브덴(VI)의 비율은 중량비로 4 : 1(=NPB : 산화몰리브덴)로 되도록 조절하였다. 또한, 공증착법이란, 하나의 처리실내에서 복수의 증발원으로부터 동시에 증착을 하는 증착법이다.
다음, 저항가열을 사용한 증착법에 의해, 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]비페닐(약칭 : NPB)을 10nm의 막 두께가 되도록 성막하여, 정공 수송층을 형성하였다.
다음, 정공 수송층 위에 발광층을 형성하였다. 2,3-비스{4-[N-(4-비페닐일)-N-페닐아미노]페닐}퀴녹살린(약칭:BPAPQ)과 (아세틸아세토네이토)비스(2,3,5-트리페닐피라지네이토)이리듐(III)(약칭:Ir(tppr)2(acac))를 공증착함으로써, 발광층을 30nm의 막 두께로 형성하였다. 여기서 BPAPQ와 Ir(tppr)2(acac)와의 중량비는, 1 : 0.06(=BPAPQ : Ir(tppr)2(acac))으로 되도록 조절하였다.
그 후, 저항가열에 의한 증착법을 사용하여, 발광층 위에 트리스(8-퀴놀리놀레이토)알루미늄(약칭:Alq)을 10nm의 막 두께로 되도록 성막하여, 전자 수송층을 형성하였다.
전자 수송층 위에 Alq와 리튬(Li)을 공증착함으로써, 50nm의 막 두께의 전자주입층을 형성하였다. 여기서, Alq와 리튬과의 중량비는, 1 : 0.01(=Alq : 리튬)로 되도록 조절하였다.
마지막으로, 저항가열에 의한 증착법을 사용하여, 알루미늄을 200nm의 막 두께로 되도록 성막함으로써 제 2 전극을 형성하여, 비교 발광소자 5를 제조하였다.
발광소자 ４ 및 비교 발광소자 5의 전류밀도－휘도 특성을 도 23에 나타낸다. 또한, 전압－휘도 특성을 도 24에 나타낸다. 또한, 휘도－전류효율 특성을 도 25에 나타낸다. 또한, 1mA의 전류를 흘렸을 때의 발광 스펙트럼을 도 26에 나 타낸다.
비교 발광소자 ５는 휘도 1120cd/m2에서의 CIE 색도 좌표가 (x=0.63, y=0.36)이며, 등적색의 발광을 나타냈다. 또한, 휘도 1120cd/m2에서의 전류효율은 6.7cd/A, 전압은 4.0V, 전류밀도는 16.8mA/cm2, 파워효율은 5.2(1m/W), 외부양자효율은 4.7%이었다.
한편, 발광소자 ４는 휘도 980cd/m2에서의 CIE 색도 좌표가 (x=0.65, y=0.35)이며, 적색의 발광을 나타냈다. 또한, 휘도 980cd/m2에서의 전류효율은 9.5cd/A, 전압은 5.2V, 전류밀도는 10.3mA/cm2, 파워효율은 5.8(lm/W), 외부양자효율은 7.0%이었다.
이상과 같이, 본 발명을 적용한 발광소자 ４는, 비교 발광소자 ５에 비교하여, 전류효율이 높고, 외부양자효율도 높다는 것을 알 수 있다. 또한, 발광소자 ４는, 비교 발광소자 ５에 비하여, 파워효율도 높고, 저소비전력의 발광소자인 것을 알 수 있다.
또한, 도 26에 나타내는 바와 같이, 비교 발광소자 5에 있어서 500nm 내지 550nm 부근에 보인 발광 스펙트럼의 피크가 발광소자 4에서는 관측되지 않았다. 즉, 본 발명을 적용한 발광소자 4에서는, 전자 수송층인 Alq로부터의 발광이 억제되어 색순도가 우수한 발광을 얻을 수 있었다.
따라서, 본 발명을 적용함으로써 캐리어 밸런스가 향상하여, 발광효율이 높은 발광소자를 얻을 수 있는 것을 알 수 있다. 또한, 저소비전력의 발광소자를 얻을 수 있는 것을 알 수 있다. 또한, 색순도가 우수한 발광을 나타내는 발광소자를 얻을 수 있는 것을 알 수 있다.
(실시예 4)
본 실시예에서는, 본 발명을 적용한 발광소자 １, 발광소자 ３, 발광소자 ４의 발광층에 사용한 2,3-비스{4-[N-(4-비페닐일)-N-페닐아미노]페닐}퀴녹살린(약칭:BPAPQ)과 (아세틸아세토네이토)비스[2,3-비스(4-플루오로페닐)퀴녹살리네이토]이리듐(III)(약칭:Ir(Fdpq)2(acac)), (아세틸아세토네이토)비스(2,3,5-트리페닐피라지네이토)이리듐(III)(약칭:Ir(tppr)2(acac))의 환원반응 특성에 대하여 순환 전압전류법(CV)측정에 따라 조사하였다. 또한, 그 측정으로부터 BPAPQ, Ir(Fdpq)2(acac), Ir(tppr)2(acac)의 LUMO준위를 구하였다. 또한, 측정에는 전기화학 애널라이저[BAS(주) 제조, 형번:ALS모델 600A]를 사용하였다.
CV측정에 있어서의 용액은, 용매로서 탈수 디메틸포름아미드[DMF : (주)알드리치(Aldrich)제 99.8%, 카탈로그번호 ;22705-6]를 사용하여, 지지전해질인 과염소산 테트라-n-부틸암모늄[n-Bu4NCIO4 : (주)토쿄화성제, 카탈로그번호 ; T0836]을 100mmol/L의 농도가 되도록 용해시키고, 또한 측정 대상을 1mmol/L의 농도가 되도록 용해시켜 제조하였다. 또한, 작용전극으로서는 백금전극[BAS(주)제, PTE백금전 극]을, 보조전극으로서는 백금전극[BAS(주)제, VC-3용 Pt 커운터전극(5cm)]을, 참조전극으로서는 Ag/Ag+전극[BAS(주)제, RE5 비수용매계 참조전극]을 각각 사용하였다. 또한, 측정은 실온(20°C 내지 25°C)에서 행하였다.
(참조전극의 진공 준위에 대한 포텐셜 에너지의 산출）
우선, 본 실시예에서 사용하는 참조전극(Ag/Ag+전극)의 진공 준위에 대한 포텐셜 에너지(eV)를 산출하였다. 즉, Ag/Ag+전극의 페르미 준위를 산출하였다. 메틸 알코올 중에 있어서의 페로센의 산화환원 전위는, 표준 수소 전극에 대하여, +0.610[V vs. SHE]인 것이 알려져 있다(참고 문헌 : Christian R. Goldsmith et al., J. Am. Chem. Soc., Vol. 124, No.1,83-96, 2002). 한편, 본 실시예에서 사용하는 참조전극을 사용하여, 메틸 알코올 중에 있어서의 페로센의 산화환원 전위를 구한 결과, +0.20V[vs. Ag/Ag+]였다. 그래서, 본 실시예 ４에서 사용하는 참조전극의 포텐셜 에너지는 표준 수소 전극에 대하여 0.41[eV] 낮은 것을 알 수 있다.
여기서, 표준 수소 전극의 진공 준위로부터의 포텐셜 에너지는 -4.44eV인 것이 알려져 있다(참고 문헌: 저자: 大西敏博 ·小山珠美, 고분자EL재료(共立출판), p.64-67). 이상과 같이, 본 실시예에서 사용하는 참조전극의 진공 준위에 대한 포텐셜 에너지는 -4.44-0.41=-4.85[eV]로 산출할 수 있다.
(측정예 1 ; BPAPQ)
본 측정예 1에서는, BPAPQ의 환원반응 특성에 대하여, 순환 전압전류법(CV) 측정에 따라 조사하였다. 스캔 속도는 0.1V/sec로 하여, 100사이클의 측정을 행하였다.
다음, 환원반응 특성의 측정결과를 도 28에 나타낸다. 또한, 환원반응 특성의 측정은, 참조전극에 대한 작용전극의 전위를 -0.56V부터 -2.20V까지 주사한 후, -2.20V부터 -0.56V까지 주사하는 것을 1사이클로 하였다.
도 28에 나타내는 바와 같이, 환원피크 전위 Epc는 -1.95V였다. 또한, 산화피크 전위 Epa는 -1.86V였다. 따라서, 반파 전위(Epc와 Epa의 중간의 전위)는 -1.91V로 산출할 수 있다. 이것은, BPAPQ는 -1.91[V vs. Ag/Ag+]의 전기 에너지에 의하여 환원되는 것을 나타내고, 이 에너지는 LUMO 준위에 상당한다. 여기서, 상술한 대로 본 실시예 4에서 사용하는 참조전극의 진공 준위에 대한 포텐셜 에너지는 -4.85[eV]이기 때문에, BPAPQ의 LUMO 준위는 -4.85-(-1.91)=-2.94[eV]인 것을 알 수 있다.
（측정예２；Ir(Fdpq)2(acac)）
본 측정예 ２에서는 Ir(Fdpq)2(acac)의 환원반응 특성에 대하여, 순환 전압전류법(CV)측정에 따라 조사하였다. 스캔 속도는 0.1V/sec로 하여, 100사이클의 측정을 행하였다.
다음, 환원반응 특성의 측정결과를 도 29에 나타낸다. 또한, 환원반응 특성의 측정은, 참조전극에 대한 작용전극의 전위를 -0.40V부터 -2.40V까지 주사한 후, -2.40V부터 -0.40V까지 주사하는 것을 1사이클로 하였다.
도 29에 나타내는 바와 같이, 환원피크 전위 Epc는 -1.58V였다. 또한, 산화 피크전위 Epa는 -1.51V였다. 따라서, 반파 전위(Epc와 Epa의 중간의 전위)는 -1.55V로 산출할 수 있다. 이것은, Ir(Fdpq)2(acac)는 -1.55[V vs. Ag/Ag+]의 전기 에너지에 의하여 환원되는 것을 나타내고, 이 에너지는 LUMO 준위에 상당한다. 여기서, 상술한 대로 본 실시예 4에서 사용하는 참조전극의 진공 준위에 대한 포텐셜 에너지는 -4.85[eV]이기 때문에, Ir(Fdpq)2(acac)의 LUMO 준위는 -4.85-(-1.55)=-3.30[eV]인 것을 알 수 있다.
（측정예 ３；Ir(tppr)2(acac)）
본 측정예 ３에서는, Ir(tppr)2(acac)의 환원반응 특성에 대하여, 순환 전압전류법(CV)측정에 따라 조사하였다. 스캔 속도는 0.1V/sec로 하여, 100사이클의 측정을 행하였다.
다음, 환원반응 특성의 측정결과를 도 30에 나타낸다. 또한, 환원반응 특성의 측정은, 참조전극에 대한 작용전극의 전위를 -0.34V부터 -2.40V까지 주사한 후, -2.40V부터 -0.34V까지 주사하는 것을 1사이클로 하였다.
도 30에 나타내는 바와 같이, 환원피크 전위 Epc는 -1.88V였다. 또한, 산화피크 전위 Epa는 -1.82V였다. 따라서, 반파 전위(Epc와 Epa의 중간의 전위)는 -1.85V로 산출할 수 있다. 이것은, Ir(tppr)2(acac)는 -1.85[V vs. Ag/Ag+]의 전기 에너지에 의하여 환원되는 것을 나타내고, 이 에너지는 LUMO 준위에 상당한다. 여기서, 상술한 대로 본 실시예 4에서 사용하는 참조전극의 진공 준위에 대한 포텐셜 에너지는 -4.85[eV]이기 때문에, Ir(tppr)2(acac)의 LUMO 준위는 -4.85-(-1.85)=-3.00[eV]인 것을 알 수 있다.
이상과 같이, BPAPQ의 LUMO 준위와 Ir(Fdpq)2(acac)의 LUMO 준위의 차이는 -2.94-(-3.30)=0.36[eV]인 것을 알 수 있다. 따라서, 실시예 1 및 실시예 ２에서 제조한 발광소자 １ 및 발광소자 ３에 있어서 Ir(Fdpq)2(acac)는 전자 트랩으로서 기능하는 것을 알 수 있다. 따라서, 본 발명에 적합하게 사용할 수 있는 것을 알 수 있다. 특히, LUMO 준위의 차이가 0.3eV 이상인 것에 의하여, 보다 큰 효과를 얻을 수 있다. 구체적으로는, 캐리어 밸런스가 보다 향상되어 발광효율이 높은 효과를 얻을 수 있다.
또한, BPAPQ의 LUMO 준위와 Ir(tppr)2(acac)의 LUMO 준위 차이는 -2.94-(-3.00)=0.06[eV]인 것을 알 수 있다. 따라서, 실시예 ３에서 제조한 발광소자 ４에 있어서, Ir(tppr)2(acac)는 전자 트랩으로서 기능하는 것을 알 수 있다. 따라서, 본 발명에 적합하게 사용할 수 있는 것을 알 수 있다.
도 1a 내지 도 1c는 본 발명의 발광소자를 설명하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 발광소자를 설명하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 발광소자를 설명하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 발광소자를 설명하는 도면이다.
도 5a 내지 도 5b는 본 발명의 발광장치를 설명하는 도면이다.
도 6a 내지 도 6b는 본 발명의 발광장치를 설명하는 도면이다.
도 7a 내지 도 7d는 본 발명의 전자기기를 설명하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 전자기기를 설명하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 전자기기를 설명하는 도면이다.
도 10은 본 발명의 전자기기를 설명하는 도면이다.
도 11은 본 발명의 조명장치를 설명하는 도면이다.
도 12는 본 발명의 조명장치를 설명하는 도면이다.
도 13은 실시예의 발광소자를 설명하는 도면이다.
도 14는 실시예 1에서 제조한 발광소자의 전류밀도-휘도 특성을 나타내는 도면이다.
도 15는 실시예 1에서 제조한 발광소자의 전압-휘도 특성을 나타내는 도면이다.
도 16은 실시예 1에서 제조한 발광소자의 휘도-전류효율 특성을 나타내는 도면이다.
도 17은 실시예 1에서 제조한 발광소자의 발광 스펙트럼을 나타내는 도면이다.
도 18은 실시예 2에서 제조한 발광소자의 전류밀도-휘도 특성을 나타내는 도면이다.
도 19는 실시예 2에서 제조한 발광소자의 전압- 휘도 특성을 나타내는 도면이다.
도 20은 실시예 2에서 제조한 발광소자의 휘도-전류효율 특성을 나타내는 도면이다.
도 21은 실시예 2에서 제조한 발광소자의 발광 스펙트럼을 나타내는 도면이다.
도 22는 실시예 2에서 제조한 발광소자의 규격화 휘도시간 변화를 나타내는 도면이다.
도 23은 실시예 3에서 제조한 발광소자의 전류밀도-휘도 특성을 나타내는 도면이다.
도 24는 실시예 3에서 제조한 발광소자의 전압- 휘도 특성을 나타내는 도면이다.
도 25는 실시예 3에서 제조한 발광소자의 휘도-전류효율 특성을 나타내는 도면이다.
도 26은 실시예 3에서 제조한 발광소자의 발광 스펙트럼을 나타내는 도면이다.
도 27은 종래의 발광소자를 설명하는 도면이다.
도 28은 BPAPQ의 환원반응 특성을 나타내는 도면이다.
도 29는 Ir(Fdpq)2(acac)의 환원반응 특성을 나타내는 도면이다.
도 30은 Ir(tppr)2(acac)의 환원반응 특성을 나타내는 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
101 기판
102 제 1 전극
103 EL층
104 제 2 전극
111 정공주입층
112 정공수송층
113 발광층
114 전자수송층
115 전자주입층
121 제 1 층
122 제 2 층
131 재결합영역
201 제 1 전극
204 제 2 전극
211 정공주입층
212 정공수송층
214 전자수송층
215 전자주입층
222 제 2 층
231 재결합영역
301 기판
302 제 1 전극
303 EL층
304 제 2 전극
311 정공주입층
312 정공수송층
313 발광층
314 전자수송층
315 전자주입층
321 제 1 층
322 제 2 층
501 제 1 전극
502 제 2 전극
511 제 1 발광유닛
512 제 2 발광유닛
513 전하발생층
601 구동회로부(소스측 구동회로)
602 화소부
603 구동회로부(게이트측 구동회로)
604 밀봉기판
605 밀봉재
607 공간
608 배선
609 FPC(플렉시블 플린트 서킷)
610 소자기판
611 스위칭용 TFT
612 전류제어용 TFT
613 제 1 전극
614 절연물
616 EL층
617 제 2 전극
618 발광소자
623 N채널형 TFT
624 P채널형 TFT
701 본체
702 표시부
703 조작스위치
704 표시부
710 본체
711 표시부
712 메모리부
713 조작부
714 이어폰
901 하우징
902 액정층
903 백 라이트
904 하우징
905 드라이버 IC
906 단자
951 기판
952 전극
953 절연층
954 격벽층
955 EL층
956 전극
2001 하우징
2002 광원
2101 유리기판
2102 제 1 전극
2104 제 2 전극
2111 복합재료를 포함하는 층
2112 정공수송층
2113 발광층
2114 전자수송층
2115 전자주입층
2121 제 1 층
2122 제 2 층
3001 조명장치
3002 텔레비전 장치
9101 하우징
9102 지지대
9103 표시부
9104 스피커부
9105 비디오 입력단자
9201 본체
9202 하우징
9203 표시부
9204 키보드
9205 외부접속포트
9206 포인팅 디바이스
9401 본체
9402 하우징
9403 표시부
9404 음성입력부
9405 음성출력부
9406 조작 키
9407 외부접속포트
9408 안테나
9501 본체
9502 표시부
9503 하우징
9504 외부접속포트
9505 리모트 컨트롤 수신부
9506 수상부
9507 배터리
9508 음성입력부
9509 조작 키
9510 접안부
Claims (24)
- 양극,상기 양극 위에, 제 1 화합물과 제 3 화합물을 함유하는 제 1 층,상기 제 1 층 위에, 제 2 화합물과 상기 제 3 화합물을 함유하는 제 2 층 및상기 제 2 층 위에, 음극을 포함하고,상기 제 1 층이 상기 제 2 층과 접하고,상기 제 1 층 및 상기 제 2 층이 발광층이고,상기 제 1 화합물이 전자 수송성을 갖는, 퀴놀린 골격, 벤조퀴놀린 골격, 옥사졸계 리간드 또는 티아졸계 리간드를 갖는 금속 착체이고,상기 제 2 화합물이 정공 수송성을 갖는 아릴아민 유도체 또는 카르바졸 유도체이고,상기 제 3 화합물이 전자 트랩성을 갖는, 피라진 골격 또는 퀴녹살린 골격을 가지는 금속 착체이며 원소주기율표 제9족 또는 제10족의 금속원자를 갖는, 발광소자.
- 양극,상기 양극 위에, 제 1 화합물과 제 3 화합물을 함유하는 제 1 층,상기 제 1 층 위에, 제 2 화합물과 상기 제 3 화합물을 함유하는 제 2 층 및상기 제 2 층 위에, 음극을 포함하고,상기 제 1 층이 상기 제 2 층과 접하고,상기 제 1 층 및 상기 제 2 층이 발광층이고,상기 제 1 화합물이 전자 수송성을 갖는, 퀴놀린 골격, 벤조퀴놀린 골격, 옥사졸계 리간드 또는 티아졸계 리간드를 갖는 금속 착체이고,상기 제 2 화합물이 정공 수송성을 갖는 아릴아민 유도체 또는 카르바졸 유도체이고,상기 제 3 화합물이 전자 트랩성을 갖는, 피라진 골격 또는 퀴녹살린 골격을 가지는 금속 착체이며 원소주기율표 제9족 또는 제10족의 금속원자를 갖고,상기 제 3 화합물의 최저 비점유분자 궤도준위(LUMO 준위)가 상기 제 2 화합물의 최저 비점유분자 궤도준위보다 0.3eV 이상 낮은, 발광소자.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 전자 수송층과 정공 수송층이 상기 양극과 상기 음극 사이에 있는, 발광소자.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 양극을 형성하는 단계,상기 양극 위에, 제 1 화합물과 제 3 화합물을 함유하는 제 1 층을 형성하는 단계,상기 제 1 층 위에, 제 2 화합물과 상기 제 3 화합물을 함유하는 제 2 층을 형성하는 단계 및상기 제 2 층 위에, 음극을 형성하는 단계를 포함하고,상기 제 1 층이 상기 제 2 층과 접하고,상기 제 1 층 및 상기 제 2 층이 발광층이고,상기 제 1 화합물이 전자 수송성을 갖는, 퀴놀린 골격, 벤조퀴놀린 골격, 옥사졸계 리간드 또는 티아졸계 리간드를 갖는 금속 착체이고,상기 제 2 화합물이 정공 수송성을 갖는 아릴아민 유도체 또는 카르바졸 유도체이고,상기 제 3 화합물이 전자 트랩성을 갖는, 피라진 골격 또는 퀴녹살린 골격을 가지는 금속 착체이며 원소주기율표 제9족 또는 제10족의 금속원자를 갖는, 발광소자의 제조방법.
- 제9항에 있어서, 전자 수송층과 정공 수송층이 상기 양극과 상기 음극 사이에 있는, 발광소자의 제조방법.
- 삭제
- 제9항에 있어서, 상기 제 3 화합물의 최저 비점유분자 궤도준위가 상기 제 2 화합물의 최저 비점유분자 궤도준위보다 0.3eV 이상 낮은, 발광소자의 제조방법.
- 삭제
- 제 1 기판,상기 제 1 기판 위의 박막 트랜지스터,상기 박막 트랜지스터 위의 절연막,상기 절연막 위의, 상기 박막 트랜지스터와 전기적으로 접속되는 제 1 전극,상기 제 1 전극 위의, 제 1 층과 제 2 층을 가지는 발광층,상기 발광층 위의 제 2 전극,상기 제 1 기판 위의 밀봉재 및상기 제 1 기판에 대향하는 제 2 기판을 포함하고,상기 제 1 층이 제 1 화합물과 제 3 화합물을 함유하고,상기 제 2 층이 제 2 화합물과 상기 제 3 화합물을 함유하고,상기 제 1 층이 상기 제 2 층과 접하고,상기 제 1 화합물이 전자 수송성을 갖는, 퀴놀린 골격, 벤조퀴놀린 골격, 옥사졸계 리간드 또는 티아졸계 리간드를 갖는 금속 착체이고,상기 제 2 화합물이 정공 수송성을 갖는 아릴아민 유도체 또는 카르바졸 유도체이고,상기 제 3 화합물이 전자 트랩성을 갖는, 피라진 골격 또는 퀴녹살린 골격을 가지는 금속 착체이며 원소주기율표 제9족 또는 제10족의 금속원자를 갖는, 발광장치.
- 제14항에 있어서, 전자 수송층과 정공 수송층이 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 있는, 발광장치.
- 삭제
- 제14항에 있어서, 상기 제 3 화합물의 최저 비점유분자 궤도준위가 상기 제 2 화합물의 최저 비점유분자 궤도준위보다 0.3eV 이상 낮은, 발광장치.
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