KR101587867B1 - 발광소자, 발광장치 및 전자기기 - Google Patents

발광소자, 발광장치 및 전자기기 Download PDF

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가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼
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Abstract

발광 효율이 향상된 발광소자가 제공된다. 발광소자는, 제 1 발광층 및 제 2 발광층이 양극 위에 서로 접해서 적층된 발광층을 갖고, 제2 발광층에 있어서 발광 중심 물질로서의 역할을 하는 제1 물질이 제1 발광층에 있어서의 주재료와 동일하다. 이때, 제1 발광층에는 막질을 안정화시키기 위해 제2 물질이 첨가되어 있고, 제2 발광층에는 발광 중심 물질로서의 역할을 하는 제1 물질을 분산시키기 위한 호스트 재료로서의 역할을 하는 제3 물질이 포함되어 있다. 이 발광소자에 있어서는, 제2 물질 및 제3 물질이 제1 물질보다 큰 에너지갭(또는 삼중항 에너지)을 갖는 물질이다.

Description

발광소자, 발광장치 및 전자기기{LIGHT-EMITTING ELEMENT, LIGHT-EMITTING DEVICE AND ELECTRONIC DEVICE}
본 발명은, 전류 여기형의 발광소자, 특히, 전극 사이에 유기 화합물을 포함하는 층이 설치되어 있는 소자에 관한 것이다. 또한, 발광소자를 갖는 발광장치, 전자기기에 관한 것이다.
석유 자원으로 대표되는 자원고갈의 문제가 현실성을 증대시키는 가운데, 환경보호를 위해 많은 정책과 대책이 행해지고 있다. 한편, 개인 레벨에서도, 환경보호에 대한 의식은 점점 높아지고, 친환경적인 제품의 매상고도 성장하고 있다. 환경시장이나 환경 비즈니스라고도 부를 수 있는 새로운 분야가 확립되었다.
그럼에도 불구하고, 소비자가 친환경 제품을 구입한 것에 의한 생활 퀄러티의 저하는 받아들이기 어려워, 제조사가 높은 퀄러티와 자원의 절약을 달성하는 제품을 제조하는 필요하며, 이것이 기업 경쟁력의 증대에 이어지는 것이 틀림이 없다. 이때, 「자원의 절약」이란 용어는 두가지 의미를 갖는다. 한가지는 제조 사이클 중에 있어서의 자원 절약이며, 재료의 낭비를 없애거나 혹은 제품의 내사용 연수를 향상시킴으로써 실현된다. 또 한가지는, 제품의 사용에 있어서 에너지 자원의 소비의 저감이며, 연비의 향상과 저소비 전력화에 의해 실현된다.
그런데, 플라즈마 텔레비전 및 액정 텔레비전 이후의 차세대의 디스플레이로서, 유기 EL 텔레비젼의 존재가 널리 인지되고 있다. 유기 EL 텔레비젼은 그것의 화소로서, 전극 사이에 유기 화합물을 포함하는 층을 끼우고 발광소자에 전류를 공급함으로써 발광하는 발광소자를 사용하고 있다. 그 때문에, 유기 EL 텔레비전은 여분의 공간이나 백라이트를 필요로 하지 않아, 매우 초박형의 디스플레이로 할 수 있다. 또한, 유기 EL 텔레비전은 시인성이 좋고, 응답 속도도 빠르다. 더구나, 유기 EL 텔레비젼은 높은 콘트라스트비를 갖는 화상을 용이하게 표시할 수 있기 때문에, 고품질의 영상을 제공하는 것이 가능한, 촉망되는 차세대의 디스플레이이다.
한편, 현재 시판되고 있는 유기 EL 텔레비젼은 같은 크기를 갖는 액정 텔레비젼과 비교해서 약 1.5배의 전력을 소비한다. 잠재적으로는 유기 EL 텔레비전이 액정 텔레비전보다 잦은 소비 전력을 실현하는 것이 가능한 것으로 고려되고 있지만, 유기 EL 텔레비전은 아직 그 경지에는 좀 먼 것 같다.
자원 절약 및 에너지 절약이 요구되는 최근, 유기 EL 텔레비젼이 그것의 잠재력을 유감없이 발휘하여 액정 텔레비전보다 낮은 소비 전력을 실현할 수 있으면, 유기 EL 텔레비전은 환경 문제의 해결과 생활 퀄러티의 향상에 의해 매우 매력적인 상품이 될 것이다.
저소비 전력화에는 여러가지 어프로치가 있다. 화소, 예를 들면 유기 EL 텔레비젼에 자발광의 발광소자를 사용하는 디스플레이의 경우, 이와 같은 발광소자의 발광 효율의 증가가 소비 전력의 저감에 기여한다. 그 때문에, 발광소자의 발광 효율 향상에 관해서는 많은 연구가 행해져 왔다(참고문헌 1: 일본국 특개 2007-227117호).
이와 같이 많은 연구가 행해지고 있지만, 발광 효율의 한층 더의 향상이 요구되고 있다.
본 발명의 목적은, 발광 효율이 향상된 발광소자를 제공함에 있다.
상기한 목적을 감안하여, 본 발명의 발명자는, 다음과 같은 구조를 갖는 발광소자에 의해 상기한 목적이 달성된다는 것을 발견하였다. 구체적으로 설명하면, 발광소자는, 양극 위에서 제1 발광층과 제2 발광층이 서로 직접 접해서 적층된 발광층을 갖고, 제2 발광층에 있어서 발광 중심 물질로서의 역할을 하는 제1 물질이 제1 발광층에 있어서의 주 재료와 동일하다. 이때, 제1 발광층에는 막질을 안정화시키기 위해 제2 물질이 첨가되어 있고(즉 중량으로 비교한 경우, 제1 물질의 양이 제2 물질의 양보다 많다), 제2 발광층에는 발광 중심 물질로서의 역할을 하는 제1 물질을 분산시키기 위한 호스트 재료로서의 역할을 하는 제3 물질이 포함되어 있다. 본 발명의 일 실시형태의 발광소자에 있어서, 제2 물질 및 제3 물질은 제1 물질보다 큰 에너지갭(또는 삼중항 에너지)을 갖는 물질이다.
즉, 본 발명의 일 실시형태는, 양극과, 음극과, 제2 물질이 첨가된 제 2 물질을 포함하는 제1 발광층과, 제1 물질과 제3 물질을 포함하고 제3 물질이 최다 성분인 제2 발광층을 갖는 발광소자이다. 이 발광소자에 있어서는, 제1 발광층과 제2 발광층은 서로 직접 접해서 적층되어 있고, 제1 발광층은 양극측에 위치하고, 제2 발광층은 음극측에 위치하고, 제2 물질 및 제3 물질은 각각 제1 물질보다 큰 에너지갭을 갖는다.
또한, 본 발명의 일 실시형태는, 양극과, 음극과, 양극과 음극 사이에 있는 제1 발광층 및 제2 발광층을 갖는 발광소자이다. 이 발광소자에 있어서, 제1 발광층 및 제2 발광층은 서로 직접 접해서 적층되고, 제1 발광층은 양극측에 위치하고, 제2 발광층은 음극측에 위치하고, 제1 발광층은 제1 물질과 제2 물질을 포함하고, 제2 발광층은 제1 물질과 제3 물질을 포함하고, 제1 발광층에 있어서 제1 물질의 비율이 50wt% 이상 100wt% 미만이며, 제2 발광층에 있어서는 제3 물질이 최다 성분이고, 제2 물질 및 제3 물질은 각각 제1 물질보다 큰 에너지갭을 갖는다.
더구나, 본 발명의 일 실시형태는, 양극과, 음극과, 양극과 음극 사이에 있는 제1 발광층 및 제2 발광층을 갖는 발광소자이다. 이 발광소자에 있어서, 제1 발광층 및 제2 발광층은 서로 직접 접해서 적층되고, 제1 발광층은 양극측에 위치하고, 제2 발광층은 음극측에 위치하고, 제1 발광층은 제1 물질과 제2 물질을 포함하고, 제2 발광층은 제1 물질과 제3 물질을 포함하고, 제1 발광층에 있어서 제1 물질의 비율이 50wt% 이상 100wt% 미만이고, 제2 발광층에 있어서 제1 물질의 비율이 0.001wt% 이상 30wt% 이하이고, 제2 물질 및 제3 물질은 각각 제1 물질보다 큰 에너지갭을 갖는다.
본 발명의 또 다른 실시형태는, 상기 구성 중에서 어느 한개에 있어서 제1 물질이 정공수송성을 갖는 물질인 발광소자이다.
본 발명의 또 다른 실시형태는, 상기 구성 중에서 어느 한개에 있어서 제1 물질이, 안트라센과 디아릴아미노기가 아릴렌기를 거쳐 결합하고 있는 화합물인 발광소자이다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시형태는, 상기 구성 중 어느 한개에 있어서, 제1 물질이 9,10-디아릴안트라센 유도체이고, 9,10-디아릴안트라센 유도체의 9 위치, 혹은 10 위치에 결합하는 아릴기가 디아릴아미노기와 더 결합한 발광소자이다.
더구나, 본 발명의 또 다른 실시형태는, 제1 물질이 하기 일반식 (i)로 표시되는 물질인 발광소자이다.
Figure 112010065337818-pct00001
식 중에서 Ar1은 탄소수 6 내지 25의 아릴기, Ar2은 탄소수 6 내지 23의 아릴렌기를 표시하고, Ar3 및 Ar4은 각각 독립하여 탄소수 6 내지 25의 아릴기, 또는 카바졸릴기를 표시한다. Ar3 및 Ar4은 각각 독립하여 치환기를 갖고 있어도 되고, 이 경우, 해당 치환기로서는, 탄소수 1 내지 4의 알킬기, 탄소수 6 내지 25의 아릴기, 또는 카바졸릴기를 들 수 있다.
상기 구성 중 어느 한 개를 갖는 발광소자는 발광 효율을 향상할 수 있고, 특히 발광 효율의 향상과 장수명화의 양쪽을 실현할 수 있다.
상기 구성 중 어느 한 개를 갖는 발광소자에 있어서, 제2 물질이 안트라센 유도체, 혹은 카바졸 유도체인 경우, 발광 효율의 향상이 현저하다. 따라서, 본 발명의 일 실시형태는, 상기 구성 중 어느 한개에 있어서, 제2 물질이 안트라센 유도체 또는 카바졸 유도체인 발광소자이다.
상기 구성 중 어느 한 개를 갖는 발광소자에 있어서, 제2 물질이 안트라센 골격과 카바졸 골격의 양쪽을 갖는 물질인 발광소자인 경우에, 발광소자의 수명의 향상이 현저하다. 따라서, 본 발명의 일 실시형태는, 상기 구성 중 어느 한개에 있어서, 제2 물질이 안트라센 골격과 카바졸 골격의 양쪽을 갖는 물질인 발광소자이다.
상기 구성 중 어느 한 개를 갖는 발광소자에 있어서, 제1 발광층에 있어서의 제1 물질의 함유량이 70wt% 이상인 경우, 발광소자의 수명 향상이 더 현저하다. 따라서, 본 발명의 일 실시형태는, 상기 구성 중 어느 한개에 있어서, 제1 발광층에 있어서의 제1 물질의 함유량이 70wt% 이상 100wt% 미만인 발광소자이다.
상기 구성 중 어느 한 개를 갖는 발광소자에 있어서, 제2 물질과 제3 물질이 같은 물질인 경우에, 발광 효율의 향상 이외에 수명의 향상이 얻어진다. 따라서, 본 발명의 일 실시형태는, 상기 구성에 있어서, 제2 물질과 제3 물질이 같은 물질인 발광소자이다.
본 발명에 따르면, 발광 효율이 향상된 발광소자, 특히, 발광 효율의 향상과 장수명화의 양쪽을 실현하는 발광소자를 제공할 수 있다.
첨부도면에서,
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 실시형태에 따른 발광소자의 개념도.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 발광소자에 있어서의 에너지 준위도의 일례.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시형태에 따른 발광장치의 평면도 및 단면도.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시형태에 따른 발광장치의 사시도 및 단면도.
도 5a 내지 도 5d는 각각 본 발명의 일 실시형태에 따른 전자기기를 나타낸 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시형태에 따른 전자기기를 나타낸 도면.
도 7은 본 발명의 일 실시형태에 따른 전자기기를 나타낸 도면.
도 8은 본 발명의 일 실시형태에 따른 전자기기를 나타낸 도면.
도 9는 발광소자 1, 발광소자 2, 비교 발광소자 1 및 비교 발광소자 2의 전류밀도 대 휘도 특성의 그래프(실시예 1).
도 10은 발광소자 1, 발광소자 2, 비교 발광소자 1 및 비교 발광소자 2의 전압 대 휘도 특성의 그래프(실시예 1).
도 11은 발광소자 1, 발광소자 2, 비교 발광소자 1 및 비교 발광소자 2의 휘도 대 전류효율 특성의 그래프(실시예 1).
도 12는 발광소자 1, 발광소자 2, 비교 발광소자 1 및 비교 발광소자 2의 발광 스펙트럼의 그래프(실시예 1).
도 13은 발광소자 1, 발광소자 2, 비교 발광소자 1 및 비교 발광소자 2의 휘도 열화 곡선의 그래프(실시예 1).
도 14는 발광소자 3 및 비교 발광소자 3의 전류밀도-휘도 특성의 그래프(실시예 2).
도 15는 발광소자 3 및 비교 발광소자 3의 전압 대 휘도 특성의 그래프(실시예 2).
도 16은 발광소자 3 및 비교 발광소자 3의 휘도 대 전류효율 특성의 그래프(실시예 2).
도 17은 발광소자 3 및 비교 발광소자 3의 휘도 열화 곡선의 그래프(실시예 2).
도 18은 발광소자 4 및 비교 발광소자 4의 전류밀도 대 휘도 특성의 그래프(실시예 3).
도 19는 발광소자 4 및 비교 발광소자 4의 전압 대 휘도 특성의 그래프(실시예 3).
도 20은 발광소자 4 및 비교 발광소자 4의 휘도 대 전류효율 특성의 그래프(실시예 3).
도 21은 발광소자 4 및 비교 발광소자 4의 휘도 열화 곡선의 그래프(실시예 3).
도 22는 발광소자 5 및 비교 발광소자 5의 휘도 대 전류효율 특성의 그래프(실시예 4).
도 23은 발광소자 6 및 비교 발광소자 6의 휘도 대 전류효율 특성의 그래프(실시예 4).
도 24는 발광소자 7 및 비교 발광소자 7의 휘도-전류효율 특성의 그래프(실시예 4).
도 25는 발광소자 8 및 비교 발광소자 8의 휘도-전류효율 특성의 그래프(실시예 4).
도 26은 발광소자 5 및 비교 발광소자 5의 휘도 열화 곡선의 그래프(실시예 4).
도 27은 발광소자 6 및 비교 발광소자 6의 휘도 열화 곡선의 그래프(실시예 4).
도 28은 발광소자 7 및 비교 발광소자 7의 휘도 열화 곡선의 그래프(실시예 4).
도 29는 발광소자 8 및 비교 발광소자 8의 휘도 열화 곡선의 그래프(실시예 4).
도 30은 발광소자 2 및 비교 발광소자 1의 휘도 열화 곡선의 그래프(실시예 4).
이하, 본 발명의 실시형태에 대해 도면을 참조하면서 설명한다. 단, 본 발명은 많은 다른 태양으로 실시하는 것이 가능해서, 본 발명의 취지 및 그 범위에서 일탈하지 않고 그 형태 및 상세를 다양하게 변경할 수 있는 것은 당업자라면 용이하게 이해된다. 따라서, 본 발명은 본 실시형태의 기재 내용에 한정해서 해석되는 것은 아니다. 이때, 본 명세서 중에 있어서 "양", "크기" 또는 "함유량"을 서술할 때, 특히 언급이 없는 경우에는 질량(무게)에 근거하는 것으로 한다. 또한, 명세서중에 있어서의 "양극"이라는 용어는 발광 재료를 포함하는 층에 정공을 주입하는 전극을 의미하고, "음극"이라는 용어는 광 재료를 포함하는 층에 전자를 주입하는 전극을 의미한다.
실시형태 1
본 발명의 발광소자(110)의 개념도를 도 1a에 나타낸다. 본 발명의 발광소자(110)는 유기 화합물을 포함하는 층(103)(이하, 유기 화합물 함유층(103)으로도 부른다)을 포함하고, 이 유기 화합물 함유층(103)은 양극(100)과 음극(101) 사이에 형성된 복수의 층을 포함한다. 유기 화합물 함유층(103)은 적어도 발광층(102)을 갖고 있고, 발광층(102)은 양극(100) 위에 2개의 층, 즉 양극(100) 위에 적층된 제1 발광층(102a) 및 제2 발광층(102b)의 적층체를 포함한다. 이때, 해당 2층은 서로 접해서 형성된다. 제1 발광층(102a)은 제1 물질과 제2 물질을 포함하고, 제1 물질의 함유량이 절반 이상이다. 또한, 제2 발광층(102b)은 제1 물질과 제3 물질을 포함하고, 제3 물질이 최다 성분으로 포함된다.
제2 발광층(102b)에 있어서는, 양극(100)과 음극(101) 사이에 순전압을 가했을 때, 제1 물질로부터 빛이 발광된다. 그 때문에, 본 발명의 발광소자(110)는, 제2 발광층(102b)에 있어서의 발광 중심 물질로서의 역할을 하는 제1 물질이, 제1 발광층(102a)에 있어서 절반 이상 포함되어 있는 구성을 가질 수 있다.
이 경우에, 제3 물질은 제2 발광층(102b)에 있어서 발광 중심 물질로서의 역할을 하는 제1 물질을 분산하는 호스트로서 이용되고 있기 때문에, 제3 물질은 그것의 에너지갭이 제1 물질의 에너지갭보다 큰 물질인 것이 바람직하다.
또한, 제1 발광층(102a)에 있어서, 제2 물질은, 제1 물질과 같은 양 혹은 그것보다 작은 양(제2 물질의 함유량이 0wt%인 경우를 제외한다)으로 첨가함으로써, 제1 발광층(102a)의 막질이 향상되고, 발광소자(110)의 특성 안정화를 꾀할 수 있다. 이 경우에, 제2 물질이 제1 물질보다 에너지갭이 작으면, 제1 물질로부터 제2 물질에 에너지가 이동해 버려, 발광소자(110)의 효율과 색순도가 저하해 버리는 경우가 있다. 따라서, 제2 물질은, 제1 물질의 에너지갭보다 큰 에너지갭을 갖는 물질인 것이 바람직하다.
발광소자(110)는, 발광층(102)과 양극(100) 사이, 또는 발광층(102)과 음극(101) 사이에, 전자와 정공의 주입을 촉진하고, 전자나 정공을 수송 혹은 블록하는 기능층을 구비하고 있어도 된다. 대표적으로는, 양극(100)에 접해서 형성된 정공주입층, 양극(100)과 발광층(102) 사이에 설치되는 정공 수송층, 음극(101)에 접해서 형성된 전자주입층, 음극(101)과 발광층(102) 사이에 설치되는 전자 수송층 등을 들 수 있다. 이때, 이들 기능층은 복수의 기능을 갖는 층이어도 된다.
이상과 같은 소자 구성에 의해, 발광 효율이 향상된, 발광 효율의 향상과 장수명화의 양쪽이 실현된 발광소자를 형성하는 것이 가능하다. 종래의 발광소자에서는, 발광층에서 재결합을 겪을 수 없는 캐리어(홀 및 전자)가 발광층을 쉽게 꿰뚫고 나가, 이것이 낮은 발광 효율과 짧은 수명을 일으킨다. 이에 대하여, 상기 구성의 발광소자에서는, 제2 발광층(102b)에서 재결합되지 않은 전자가 제1 발광층(102a)에 있어서 발광에 기여할 수 있으며, 이것이 발광 효율이 향상되는 한가지 이유로 생각된다. 또한, 수명의 향상의 한가지 가능한 원인으로서, 제2 발광층(102b)에서 재결합되지 않은 전자가 제1 발광층(102a)에서 재결합함으로써, 정공수송층에 도달하는 전자의 수가 감소하여, 정공수송층을 구성하는 재료의 열화를 억제할 수 있는 것을 들 수 있다. 이들은, 제1 발광층(102a)에, 제2 발광층(102b)에 있어서의 발광 중심 물질로서의 역할을 하는 제1 물질이 절반 혹은 그 이상 포함되어 있는 것에 의해 실현된다.
이어서, 이상과 같은 발광소자를 그것의 제조방법을 참조하여 더욱 구체적으로 설명한다. 이때, 여기에서 설명하는 소자 구성이나 제조방법은 어디까지나 예시이며, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 범위에서 기타 공지의 구성, 재료 및 제조방법을 적용할 수 있다.
우선, 절연 표면을 갖는 지지체 위에 양극(100)을 형성한다. 양극(100)으로서는, 일함수가 큰(구체적으로는 4.0eV 이상) 금속, 합금, 도전성 화합물, 및 이들의 혼합물 등을 사용하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 예를 들어, 인듐 주석 산화물(ITO), 규소 혹은 산화 규소를 함유한 인듐 주석 산화물, 산화 아연(ZnO)을 포함하는 산화 인듐, 산화 텅스텐 및 산화 아연을 함유한 산화 인듐(IWZO) 등을 들 수 있다. 이들 도전성 금속 산화물막은, 통상 스퍼터에 의해 성막되지만, 졸겔법 등을 응용해서 제조해도 상관없다. 예를 들면, 산화 아연(ZnO)을 포함하는 산화 인듐은, 산화 인듐에 대하여 1 내지 20wt%의 산화 아연을 첨가한 타겟을 사용한 스퍼터링법에 의해 형성할 수 있다. 또한, 산화 텅스텐 및 산화 아연을 함유한 산화 인듐(IWZO)은, 산화 인듐에 대하여 산화 텅스텐을 0.5 내지 5wt%, 산화 아연을 0.1 내지 1wt% 함유한 타겟을 사용한 스퍼터링법에 의해 형성할 수 있다. 그 이외, 금(Au), 백금(Pt), 니켈(Ni), 텅스텐(W), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 철(Fe), 코발트(Co), 구리(Cu), 팔라듐(Pd), 또는 금속 재료의 질화물(예를 들면, 질화 티타늄) 등을 사용하는 것도 가능하다.
이어서, 유기 화합물 함유층(103)을 형성한다. 유기 화합물 함유층(103)은, 저분자계 재료 및 고분자계 재료의 어느 것을 사용하여 형성할 수도 있다. 이때, 유기 화합물 함유층(103)을 구성하는 재료는, 유기 화합물 재료 만을 포함한 재료에 한정되지 않으며, 무기 화합물을 일부에 포함하여도 된다. 또한, 유기 화합물 함유층(103)은, 통상, 정공주입층, 정공수송층, 정공저지층, 발광층, 전자수송층 및 전자주입층 등, 기능층을 적절히 조합하여 구성된다. 유기 화합물 함유층(103)은, 전술한 층의 2개 이상의 기능을 갖는 층을 포함하고 있어도 되고, 또는, 상기한 층들 중에서 한 개 이상이 형성되어도 된다. 상기한 층들 이외의 기능을 갖는 층이 설치되어 있어도 된다. 본 실시형태에서는 유기 화합물 함유층(103)으로서, 도 1b와 나타낸 것과 같이, 양극(100) 위에 순차적으로 정공주입층(104), 정공수송층(105), 발광층(102)(제1 발광층(102a) 및 제2 발광층(102b)), 전자수송층(106), 전자주입층(107)의 적층 구조를 갖는 발광소자를 예로 들어 설명한다.
정공주입층(104)d의 재료의 예로서는, 산화 바나듐, 산화 몰리브덴, 산화 루테늄, 산화 알루미늄 등의 금속 산화물 등을 들 수 있다. 이와 달리, 유기 화합물을 사용하는 경우에는, 포피린계의 화합물이 유효하며, 프탈로시아닌(약칭: H2Pc), 구리 프탈로시아닌(약칭: CuPc) 등을 사용할 수 있다. 정공주입층(104)으로서는, 고분자 화합물(올리고머, 덴드리머 또는 폴리머 등)을 사용할 수도 있다. 예를 들면, 폴리(N-비닐카바졸)(약칭: PVK), 폴리(4-비닐트리페닐아민)(약칭: PVTPA), 폴리[N-(4-{N'-[4-(4-디페닐아미노)페닐]페닐-N'-페닐아미노}페닐)메타크릴아미드](약칭: PTPDMA) 및 폴리[N,N'-비스(4-부틸페닐)-N,N'-비스(페닐)벤지딘](약칭: Poly-TPD) 등의 고분자 화합물을 들 수 있다. 더구나, 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)/폴리(스티렌술폰산)(PEDOT/PSS) 및 폴리아닐린/폴리(스티렌술폰산)(PAni/PSS) 등의 산과 혼합한 고분자 화합물을 사용할 수 있다. 정공주입층(104)은 양극에 접해서 형성된다. 정공주입층(104)을 설치함으로써, 캐리어의 주입 장벽이 저감하여, 효율적으로 캐리어가 발광소자에 주입되고, 그 결과, 구동전압의 저감을 꾀할 수 있다.
이와 달리, 정공주입층(104)으로서, 정공수송성이 높은 물질에 억셉터성 물질을 함유시켜 얻어진 재료(이하, 복합재료라고 한다)를 사용할 수도 있다. 이때, 억셉터성 물질을 포함하는 정공수송성이 높은 물질을 사용함으로써, 이 물질이 전극과의 옴 접촉을 겪을 수 있어, 일함수에 상관없이 전극을 형성하는데 사용되는 재료를 선택할 수 있다. 즉, 양극으로서 일함수가 큰 재료 이외에, 일함수가 작은 재료도 사용할 수 있다. 억셉터성 물질로서는, 7,7,8,8-테트라시아노-2,3,5,6-테트라플루오로퀴노디메탄(약칭: F4-TCNQ), 클로라닐 등을 들 수 있다. 더구나, 원소주기표의 제4족 내지 제8족에 속하는 금속의 산화물을 들 수 있다. 구체적으로는, 산화 바나듐, 산화 니오브, 산화 탄탈, 산화 크롬, 산화 몰리브덴, 산화 텅스텐, 산화 망간, 산화 레늄 등이 전자수용성이 높기 때문에 바람직한 재료이다. 특히, 산화 몰리브덴은 대기중에서도 안정하고, 흡습성이 낮고, 다루기 쉽기 때문에 바람직한 재료이다.
이때, 본 명세서 중에 있어서, "복합"이라는 용어는, 단순히 2개의 재료를 혼합시킨 상태 뿐만 아니라, 복수의 재료를 혼합함으로써 복수의 재료들 사이에서의 전하의 교환이 행해지는 상태를 말한다.
복합재료에 사용하는 정공수송성이 높은 물질로서는, 방향족 아민 화합물, 카바졸 유도체, 방향족 탄화수소 및 고분자 화합물(올리고머, 덴드리머, 폴리머 등) 등, 다양한 화합물을 사용할 수 있다. 이때, 복합재료에 사용하는 정공수송성이 높은 물질로서는, 10-6cm2/Vs 이상의 정공이동도를 갖는 물질을 사용하는 것이 바람직하다. 단, 전자 수송성보다도 정공 수송성이 높은 물질이면, 다른 물질을 사용해도 된다. 이하에서는, 복합재료에 사용할 수 있는 유기 화합물을 구체적으로 열거한다.
복합재료에 사용할 수 있는 방향족 아민 화합물의 예로서는, 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]비페닐(약칭: NPB 또는 α-NPD), N,N'-비스(4-메틸페닐)-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.
복합재료에 사용할 수 있는 카바졸 유도체의 예로서는, 3-[N-(9-페닐카바졸-3-일)-N-페닐아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzPCA1), 3,6-비스[N-(9-페닐카바졸-3-일)-N-페닐아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzPCA2), 3-[N-(1-나프틸)-N-(9-페닐카바졸-3-일)아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzPCN1), 4,4'-디(N-카바졸릴)비페닐(약칭: CBP), 1,3,5-트리스[4-(N-카바졸릴)페닐]벤젠(약칭: TCPB), 9-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸(약칭: CzPA), 1,4-비스[4-(N-카바졸릴)페닐]-2,3,5,6-테트라페닐벤젠 등을 사용할 수 있다.
복합재료에 사용할 수 있는 방향족 탄화수소의 예로서는, 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-부틸-안트라센, 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. 더구나, 펜타센, 코로넨 등도 사용할 수 있다. 따라서, 1×10-6cm2/Vs 이상의 정공이동도를 갖고, 탄소수 14 내지 42인 방향족 탄화수소를 사용하는 것이 바람직하다.
이때, 복합재료에 사용할 수 있는 방향족 탄화수소 비닐 골격을 갖고 있어도 된다. 비닐 골격을 갖고 있는 방향족 탄화수소의 예로서는, 4,4'-비스(2,2-디페닐비닐)비페닐(약칭: DPVBi), 9,10-비스[4-(2,2-디페닐비닐)페닐]안트라센(약칭: DPVPA) 등을 들 수 있다.
이때, 정공주입층은 전술한 PVK, PVTPA, PTPDMA 또는 Poly-TPD 등의 고분자 화합물과, 전술한 억셉터성 물질의 복합재료를 사용하여 형성할 수 있다.
전술한 것과 같이, 복합재료를 정공주입층(104)으로서 사용한 경우, 양극(100)에는, 일함수에 상관없이, 여러가지 금속, 합금, 전기전도성 화합물 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 예를 들어, 양극으로서는, 전술한 재료 이외에, 알루미늄(Al), 은(Ag), 알루미늄 합금(AlSi) 등을 사용할 수 있다. 이와 달리, 다음과 같이 일함수가 작은 재료, 즉 원소주기표의 제1족 또는 제2족 원소, 즉 리튬(Li)이나 세슘(Cs) 등의 알칼리 금속, 및 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr)등의 알칼리 토류 금속, 및 이들의 합금(MgAg, AlLi), 유로륨(Eu), 이테르븀(Yb) 등의 희토류 금속 및 이들의 합금 등을 사용할 수도 있다. 알칼리 금속, 알칼리 토류 금속, 이들의 합금의 막은, 진공증착법을 사용해서 형성할 수 있다. 또한, 알칼리 금속 또는 알칼리 토류 금속의 합금은 스퍼터링법에 의해 형성하는 것도 가능하다. 또한, 은 페이스트 등을 잉크젯법 등에 의해 성막하는 것도 가능하다.
정공수송층(105)은, N,N'-비스(스피로-9,9'-비플루오렌-2-일)-N,N'-디페닐 벤지딘(약칭: BSPB), 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]비페닐(약칭: NPB 또는 α-NPD), 4,4'-비스[N-(3-메틸페닐)-N-페닐아미노]비페닐(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-{4-[N'-(3-메틸페닐)-N'-페닐아미노]페닐}-N-페닐아미노}비페닐(약칭: DNTPD), 1,3,5-트리스[N,N-디(m-토릴)아미노]벤젠(약칭: m-MTDAB), 4,4',4''-트리스(N-카바졸릴)트리페닐아민(약칭: TCTA), 프탈로시아닌(약칭: H2Pc), 구리 프탈로시아닌(약칭: CuPc), 바나딜 프탈로시아닌(약칭: VOPc) 등의 재료를 사용하여 형성할 수 있다. 이때, 정공수송층은 10-6cm2/Vs 이상의 정공이동도를 갖는 물질을 사용하여 형성하는 것이 바람직하지만, 전자 수송성보다 정공 수송성이 높은 물질이면 정공수송층으로서 사용할 수 있다. 정공수송층은 단층 뿐만 아니라, 전술한 조건을 만족시키는 물질로 이루어진 2개 이상의 층의 다층으로 형성하여도 된다. 정공수송층은 진공증착법 등을 사용해서 형성할 수 있다.
또한, 정공수송층(105)으로서, 정공주입층(104)의 재료로서 전술한 PVK, PVTPA, PTPDMA, Poly-TPD 등의 고분자 화합물을 사용할 수도 있다. 이 경우에는, 잉크젯법이나 스핀 코트 등 용액 프로세스를 사용할 수 있다.
발광층(102)은, 정공수송층(105) 위에 2개의 층, 즉 제1 발광층(102a) 및 제2 발광층(102b)이 적층된 적층체로 형성한다.
제1 발광층(102a)은 제1 물질과 제2 물질을 포함하고, 이 중 제1 물질이 절반 또는 그 이상 포함되어 있다. 단, 제2 물질이 포함되어 있지 않은 상태, 즉, 제2 물질이 제1 발광층 중에 있어서 0wt%인 경우를 제외하는 것으로 한다. 환언하면, 제1 발광층(102a)에 있어서, 제1 물질은 50wt% 이상 100% 미만 포함되어 있다. 제1 발광층(102a)에 있어서 제2 물질이 제1 물질에 첨가되어 있음으로써, 제1 발광층(102a)의 막질이 향상되고, 발광소자(110)의 동작이 안정된다. 또한, 제1 발광층(102a)에 있어서, 제1 물질이 70wt% 이상 100% 미만 포함되어 있음으로써, 수명의 향상이 현저하다. 이것은 바람직한 구성이다.
제2 발광층(102b)은 제1 물질과 제3 물질을 포함하고, 제3 물질이 최다 성분이며, 제1 물질은 0.001wt% 이상 50wt% 미만 포함되어 있다. 제2 발광층(102b)은, 제3 물질 중에 발광 중심 물질인 제1 물질이 분산되어 있는 호스트-게스트형의 발광층이다. 따라서, 제3 물질은 제1 물질의 에너지갭보다 큰 에너지갭을 갖는 물질이 바람직하다. 제1 물질이 인광을 발생하는 경우에는, 제3 물질은 제1 물질의 삼중항 에너지(기저상태와 삼중항 여기상태의 에너지 차이)보다도 큰 삼중항 에너지를 갖는 물질이 바람직하다. 이것은, 제1 물질의 여기 에너지가 제3 물질로 이동하여, 발광 효율이나 색순도의 악화를 초래하는 것을 막기 위해서이다. 같은 이유에 의해, 제1 발광층(102a)에 포함된 제2 물질은, 제1 물질보다 큰 에너지갭(또는 삼중항 에너지)을 갖는 물질인 것이 바람직하다. 발광층은 진공증착법을 사용해서 제조할 수 있고, 다른 재료를 동시에 증착하는 공증착법에 의해 제조할 수 있다. 또한, 증착법 대신에 스핀코트법이나 액적토출법 등의 습식법을 사용하여도 된다. 더구나, 제2 발광층(102b)이 호스트-게스트형의 발광층이기 때문에, 우수한 발광 효율을 위해서는 제2 발광층(102b)에 있어서 제1 물질은 0.001wt% 이상 30wt% 이하의 비율로 포함되어 있는 것이 바람직하다.
상기한 구성을 갖는 발광층(102)을 포함하는 발광소자(110)에서는, 제2 발광층(102b)에서 재결합하지 않아 발광에 기여하지 않은 전자가, 제1 발광층(102a)에 있어서 높은 비율로, 즉 절반 이상 포함되어 있는 제1 물질에 의해 트랩되어, 정공과 재결합함으로써 발광에 기여하게 되어, 발광 효율이 향상된다. 이에 따라, 정공수송층(105)에 도달하는 전자의 수가 감소하여, 정공수송층을 구성하는 재료의 전자에 의한 열화와, 발광소자의 수명에 악영향이 억제된다. 발광 효율의 향상은, 제1 물질이, 제1 물질과 제2 물질을 포함하는 제1 발광층(102a)에 있어서 절반 이상, 즉, 제1 물질이 50wt% 이상 100% 미만의 비율로 포함되어 있기 때문에 구현되는 것이다. 상기 구성에 있어서, 제1 물질이 70wt% 이상 100% 미만 포함되어 있는 구성은, 현저한 수명의 향상 때문에 바람직한 구성이다.
일반적으로, 통상의 소자와 비교하여 발광층의 막두께가 증가하므로, 본 실시형태에 기재된 이와 같은 발광소자의 구동전압의 상승이 염려된다. 그러나, 본 실시형태에서 설명한 발광소자의 구동전압은 제1 발광층을 사용하지 않는 발광소자와 비교하여 상승이 적은 것이 특징적이다. 본 실시형태에 기재된 발광소자(110)의 에너지 준위도를 도 2에 나타낸다. 도 2는, 정공수송층(105), 제1 발광층(102a), 제2 발광층(102b) 및 전자수송층(106)의 에너지 준위 모델을 각각 나타내고 있다. 또한, 참조번호 210 및 260은 각각 정공 및 전자를 나타내고 있다. 정공수송층(105)을 거쳐 수송되어 온 정공(210)은, 정공수송층(105)의 HOMO 준위 200으로부터 제1 발광층(102a)의 HOMO 준위 201에 주입된다. 그후, 제1 발광층(102a)의 HOMO 준위 201로 전도한 정공(210)의 일부는 제2 발광층(102b) 근방에서, 전자수송층(106)으로부터 주입되고 제2 발광층(102b)에서 발광에 기여하지 않는 전자(260)와 재결합하고, 나머지 정공이 제2 발광층(102b)에 주입된다. 통상의 발광소자는 제1 발광층(102a)을 포함하지 않으므로, 정공수송층(105)으로부터 직접 제2 발광층(102b)에 있어서의 호스트 물질(제3 물질)의 HOMO 준위 203에 정공(210)이 주입되어, 주입 장벽이 높다. 이와 같은 경우에, 본 실시형태에 있어서의 발광소자(110)에서는, 제1 발광층(102a)은 제2 발광층(102b)에 있어서의 발광 중심 물질로서의 역할을 하는 제1 물질을 주성분으로 하는 층이다. 즉, 제1 발광층(102a)의 HOMO 준위 201과 제2 발광층(102b)에 있어서의 제1 물질(발광 중심 물질)의 HOMO 준위 202는 연속된다. 따라서, 제1 발광층(102a)으로부터 제2 발광층(102b)의 발광 중심 물질로의 정공의 주입이 용이하게 되어, 구동전압의 상승을 억제할 수 있다고 생각된다. 즉, 제1 물질을 포함하는 제1 발광층(102a)의 설치로 인해, 제2 발광층(102b)에 있어서의 제2 물질에 정공(210)이 주입되기 쉬워졌다고 생각된다.
이어서, 발광층(102)에 사용할 수 있는 재료에 대해 설명한다. 제1 물질은, 제2 발광층(102b)에 있어서 발광 중심 물질이 될 수 있으며, 형광 또는 인광을 발광할 수 있다. 또한, 제2 발광층(102b)에 있어서 효율적으로 재결합이 행해질 수 있도록, 제1 물질이 정공수송성을 갖는 물질인 것이 바람직하다. 이러한 물질의 예로서는, 4-(10-페닐-9-안트릴)-4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트리페닐아민(약칭: PCBAPA), 4-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트리페닐아민(약칭: PCBAPBA), 9,10-비스{4-[N-(4-디페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]페닐}-2-tert-부틸안트라센(약칭: DPABPA), 4-(9H-카바졸-9-일)-4'-(10-페닐-9-안트릴)트리페닐아민(약칭: YGAPA), 9,10-비스(4-{N-[4-(9-카바졸릴)페닐]-N-페닐아미노}페닐)-2-tert-부틸안트라센(약칭: YGABPA), 2-tert-부틸-9,10-비스{4-[N-(9-페닐카바졸-3-일)-N-페닐아미노]페닐}안트라센(약칭: PCABPA), N,9-디페닐-N-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸-3-아민(약칭: PCAPA), 2-{4-[N-페닐-N-(9-페닐카바졸-3-일)아미노]페닐}-9,10-디페닐안트라센(약칭: 2PCAPPA), 2-(4-{N-[4-(카바졸-9-일)페닐]-N-페닐아미노}페닐)-9,10-디페닐안트라센(약칭: 2YGAPPA), 2-{4-[N-(4-디페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]페닐}-9,10-디페닐안트라센(약칭: 2DPAPPA), 4-(10-페닐-9-안트릴)트리페닐아민(약칭: DPhPA), 4-(10-페닐-9-안트릴)-4'-페닐-트리페닐아민(약칭: BPAPA) 등을 들 수 있다. 특히, 안트라센과 디아릴아미노기가 아릴렌기를 거쳐 결합하여 형성된 화합물은 바람직한 재료이다. 그 중에서도, 9,10-디아릴안트라센의 9 위치 혹은 10 위치의 아릴기(즉, 하기 일반식 (i)에 있어서의 Ar2)가 디아릴아미노기와 더 결합하고 있는, 하기 일반식 (i)로 표시되는 물질은 바람직하게 사용할 수 있다. 이때, 정공수송층(105)에 포함되는 재료와, 제1 발광층(102a)의 재료는 달라도 된다.
Figure 112010065337818-pct00002
식 중에서, Ar1은 탄소수 6 내지 25의 아릴기를 표시하고, Ar2은 탄소수 6 내지 25의 아릴렌기를 표시하고, Ar3 및 Ar4은 각각 독립하여 탄소수 6 내지 25의 아릴기 또는 카바졸릴기를 표시한다. Ar3 및 Ar4은 각각 독립하여 치환기를 갖고 있어도 되고, 이 경우, 해당 치환기로서는, 탄소수 1 내지 4의 알킬기, 탄소수 6 내지 25의 아릴기, 또는 카바졸릴기를 들 수 있다. 상기 탄소수 6 내지 25의 아릴기로서는, 예를 들면, 페닐기, o-비페닐기, m-비페닐기, p-비페닐기, 플루오렌-2-일기, 스피로-9,9'-비플루오렌-2-일기, 나프틸기 등을 들 수 있다. 또한, 탄소수 6 내지 25의 아릴렌기로서는, 벤젠, 나프탈렌, 비페닐, 플루오렌 또는 스피로플루오렌으로부터 유도되는 2가의 기 등을 들 수 있다. 즉, 탄소수 6 내지 25의 아릴렌기는, 페닐렌기, 비페닐렌기, 플루오레닐렌기 또는 스피로플루오레닐렌기일 수 있다. 또한, 탄소수 1 내지 4의 알킬기로서는, 예를 들면, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 부틸기, 이소부틸기, tert-부틸기 등을 들 수 있다.
전술한 제1 물질로서 바람직하게 사용할 수 있는 물질의 예로서는, 구조식 (1)로 표시되는 4-(10-페닐-9-안트릴)-4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트리페닐아민(약칭: PCBAPA), 구조식 (2)로 표시되는 4-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트리페닐아민(약칭: PCBAPBA), 구조식 (3)으로 표시되는 N,9-디페닐-N-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸-3-아민(약칭: PCAPA) 등을 들 수 있다.
Figure 112010065337818-pct00003
제2 물질은, 제1 발광층(102a)에 있어서 포함된 제1 물질에 첨가함으로써, 제1 물질의 결정화 등을 억제하고, 제1 발광층(102a)의 막질을 개선한다. 따라서, 특별히 재료에 제한은 없지만, 예를 들면, 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]비페닐(약칭: NPB 또는 α-NPD), N,N'-비스(4-메틸페닐)-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), 3-[N-(9-페닐카바졸-3-일)-N-페닐아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzPCA1), 3,6-비스[N-(9-페닐카바졸-3-일)-N-페닐아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzPCA2), 3-[N-(1-나프틸)-N-(9-페닐카바졸-3-일)아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzPCN1), 4,4'-디(N-카바졸릴)비페닐(약칭: CBP), 1,3,5-트리스[4-(N-카바졸릴)페닐]벤젠(약칭: TCPB), 4,4',4''-트리스(N-카바졸-9-일)트리페닐아민(약칭: TCTA), 9-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸(약칭: CzPA), 9-페닐-9'-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-3,3'-비(9H-카바졸)(약칭: PCCPA), 1,4-비스[4-(N-카바졸릴)페닐]-2,3,5,6-테트라페닐벤젠, 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-부틸-안트라센, 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, 펜타센, 코로넨, 4,4'-비스(2,2-디페닐비닐)비페닐(약칭: DPVBi) 및 9,10-비스[4-(2,2-디페닐비닐)페닐]안트라센(약칭: DPVPA) 등을 사용할 수 있다. 이때, 제1 물질보다 제2 물질의 에너지갭(또는 삼중항 에너지)이 작으면, 제1 물질로부터 제2 물질에 에너지가 이동해버려, 발광 효율과 색순도가 저하하는 경우가 있다. 따라서, 제2 물질은 제1 물질보다 큰 에너지갭(또는 삼중항 에너지)을 갖는 물질인 것이 바람직하다. 또한, 제2 물질이 CzPA 또는 PCCPA 등의 안트라센 유도체인 경우, 발광소자의 수명에 바람직한 효과를 미치기 때문에, 제2 물질로서 이들 재료를 사용하는 것은 바람직하다. 또한, 이때, 제1 발광층(102a)에 있어서, 제1 물질이 70wt% 이상 100wt% 미만의 비율로 포함되어 있음으로써, 수명 향상이 더 현저해진다. 이 구성을 채용함으로써, 본 실시형태에 기재된 발광소자(110)는 발광 효율의 개선과, 장수명화의 양쪽을 실현하는 것이 가능해진다.
제3 물질은, 제2 발광층(102b)에 있어서 제1 물질을 분산하는 호스트 재료로서 기능한다. 이러한 재료의 예로는, 트리스(8-퀴놀리노라토)알루미늄(III)(약칭: Alq), 트리스(4-메틸-8-퀴놀리노라토)알루미늄(약칭: Almq3), 비스(10-히드록시벤조[h]퀴놀리나토)베릴륨(약칭: BeBq2), 비스(2-메틸-8-퀴놀리노라토)(4-페닐페놀라토)알루미늄(약칭: BAlq), 비스(8-퀴놀리노라토)아연(II)(약칭: Znq), 비스[2-(2-벤조옥사졸릴)페놀라토]아연(II)(약칭: ZnPBO), 비스[2-(2-벤조티아졸릴)페놀라토]아연(II)(약칭: ZnBTZ) 등의 금속 착체, 2-(4-비페니릴)-5-(4-tert-부틸페닐)-1,3,4-옥사디아졸(약칭: PBD), 1,3-비스[5-(p-tert-부틸페닐)-1,3,4-옥사디아졸-2-일]벤젠(약칭: OXD-7), 3-(4-비페니릴)-4-페닐-5-(4-tert-부틸페닐)-1,2,4-트리아졸(약칭: TAZ), 2,2',2''-(1,3,5-벤젠트리일)트리스(1-페닐-1H-벤조이미다졸)(약칭: TPBI), 바소펜안트롤린(약칭: BPhen), 바소큐프로인(약칭: BCP), 9-[4-(5-페닐-1,3,4-옥사디아졸-2-일)페닐]-9H-카바졸(약칭: CO11) 등의 복소 고리 화합물, NPB(또는 α-NPD), TPD, BSPB 등의 방향족 아민 화합물을 들 수 있다. 또한, 안트라센 유도체, 펜안트렌 유도체, 피렌 유도체, 크리센 유도체 및 디벤조[g,p]크리센 유도체 등의 축합 다환 방향족 화합물을 들 수 있다. 구체적으로는, 9,10-디페닐안트라센(약칭: DPAnth), N,N-디페닐-9-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸-3-아민(약칭: CzA1PA), 4-(10-페닐-9-안트릴)트리페닐아민(약칭: DPhPA), 4-(9H-카바졸-9-일)-4'-(10-페닐-9-안트릴)트리페닐아민(약칭: YGAPA), N,9-디페닐-N-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸-3-아민(약칭: PCAPA), N,9-디페닐-N-{4-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]페닐}-9H-카바졸-3-아민(약칭: PCAPBA), N,9-디페닐-N-(9,10-디페닐-2-안트릴)-9H-카바졸-3-아민(약칭: 2PCAPA), 6,12-디메톡시-5,11-디페닐크리센, N,N,N',N',N'',N'',N''',N'''-옥타페닐디벤조[g,p]크리센-2,7,10,15-테트라아민(약칭: DBC1), 9-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸(약칭: CzPA), 3,6-디페닐-9-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸(약칭: DPCzPA), 9,10-비스(3,5-디페닐페닐)안트라센(약칭: DPPA), 9,10-디(2-나프틸)안트라센(약칭: DNA), 2-tert-부틸-9,10-디(2-나프틸)안트라센(약칭: t-BuDNA), 9,9'-비안트릴(약칭: BANT), 9,9'-(스틸벤-3,3'-디일)디펜안트렌(약칭: DPNS), 9,9'-(스틸벤-4,4'-디일)디펜안트렌(약칭: DPNS2), 3,3',3''-(벤젠-1,3,5-트리일)트리피렌(약칭: TPB3) 등을 들 수 있다. 이들 물질 및 공지의 물질 중에서, 제1 물질의 에너지갭보다 큰 에너지갭을 갖는 물질을 선택하면 된다. 또한, 제1 물질이 인광을 발생하는 물질인 경우, 제3 물질은 상기 발광 중심 물질보다도 큰 삼중항 에너지(기저상태와 삼중항 여기상태 사이의 에너지 차)를 갖는 물질을 선택하면 된다. 이때, 제2 물질과 제3 물질에 대해 같은 물질로 사용하는 것은 발광소자(110)의 수명에 좋은 영향을 미치므로, 제2 물질과 제3 물질을 같은 물질로 하는 것은 바람직하다.
전자수송층(106)을 사용하는 경우, 이 전자수송층은 발광층(102)과 전자주입층(107) 사이에 설치된다. 적합한 재료로서는, 트리스(8-퀴놀리노라토)알루미늄(약칭: Alq), 트리스(4-메틸-8-퀴놀리노라토)알루미늄(약칭: Almq3), 비스(10-히드록시벤조[h]-퀴놀리나토)베릴륨(약칭: BeBq2), 비스(2-메틸-8-퀴놀리노라토)(4-페닐페놀라토)알루미늄(약칭: BAlq) 등의 퀴놀린 골격 또는 벤조퀴놀린 골격을 갖는 금속 착체 등을 사용할 수 있다. 상기한 금속 착체 이외에도, 비스[2-(2-히드록시페닐)벤조옥사졸라토]아연(약칭: Zn(BOX)2), 비스[2-(2-히드록시페닐)벤조티아졸라토]아연(약칭: Zn(BTZ)2) 등의 옥사졸계 배위자 또는 티아졸계 배위자를 갖는 금속 착체 등도 사용할 수 있다. 더구나, 금속 착체 이외에도, 2-(4-비페니릴)-5-(4-tert-부틸페닐)-1,3,4-옥사디아졸(약칭: PBD), 1,3-비스[5-(p-tert-부틸페닐)-1,3,4-옥사디아졸-2-일]벤젠(약칭: OXD-7), 바소펜안트롤린(약칭: BPhen), 바소큐프로인(약칭: BCP) 등도 사용할 수 있다. 전자수송층으로서는 10-6cm2/Vs 이상의 전자이동도를 갖는 물질을 사용하는 것이 바람직하지만, 정공 수송성보다 전자 수송성이 높은 물질이면 어떤 물질도 전자수송층으로서 사용할 수 있다. 또한, 전자수송층은 단층 구조에 한정되지 않으며, 전술한 조건에 잘 맞는 물질로 이루어진 2층 이상의 층을 조합한 다층 구조로 형성되어도 된다. 전자수송층은 진공증착법 등을 사용해서 제조할 수 있다.
이와 달리, 전자수송층으로서 고분자 화합물을 사용할 수도 있다. 예를 들면, 폴리[(9,9-디헥실플루오렌-2,7-디일)-co-(피리딘-3,5-디일)](약칭: PF-Py), 폴리[(9,9-디옥틸플루오렌-2,7-디일)-co-(2,2'-비피리딘-6,6'-디일)](약칭: PF-BPy) 등을 사용할 수 있다. 이 경우, 잉크젯법이나 스핀코트 등의 용액 프로세스를 적용 할 수 있다.
이때, 제2 발광층(102b)과 접하는 전자수송층(106)에는, 제2 발광층(102b)의 발광 중심 물질인 제1 물질보다도 큰 에너지갭(또는 삼중항 에너지)을 갖는 물질을 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 구성으로 함으로써, 발광층(102)으로부터 전자수송층(106)으로의 에너지 이동을 억제할 수 있으며, 높은 발광 효율을 실현할 수 있다.
전자주입층(107)을 사용하는 경우, 전자주입층(107)을 구성하는 재료에 사용되는 재료에 대해서는 특별하게 한정은 없다. 구체적으로는, 불화 칼슘, 불화 리튬, 산화 리튬이나 염화 리튬 등의 알칼리 금속 화합물 또는 알칼리 토류 금속 화합물 등이 바람직하다. 또는, 트리스(8-퀴놀리노라토)알루미늄(Alq)이나 바소큐프로인(BCP) 등의 전자수송성의 재료에 리튬이나 마그네슘 등 알칼리 금속 또는 알칼리 토류 금속을 조합한 층도 사용할 수 있다. 전자주입층은 음극에 접해서 형성되고, 전자주입층을 사용함으로써 캐리어의 주입 장벽이 저감하여, 효율적으로 캐리어가 발광소자에 주입되고, 그 결과, 구동전압의 저감을 꾀할 수 있다. 이때, 전자주입층으로서, 전자수송성을 갖는 물질과 알칼리 금속 또는 알칼리 토류 금속을 조합한 층을 사용하는 것은, 음극으로부터의 전자주입이 효율적으로 발생하기 때문에 더욱 바람직하다. 더구나, 전자주입층(107)을 설치함으로써, 일함수에 상관없이, Al, Ag, ITO, 규소 혹은 산화 규소를 함유한 인듐 주석 산화물 등 여러가지 도전성 재료를 음극으로서 사용할 수 있다.
이때, 유기 화합물 함유층(103)은, 전술한 제조방법 이외에, 증착법, 잉크젯법, 스핀코트법 또는 딥 코트법 등 습식 프로세스나 건식 프로세서 모두를 사용하여 형성할 수 있다.
이후, 음극(101)을 형성해서 발광소자(110)가 완성된다. 음극(101)은, 일함수가 작은(구체적으로는 3.8eV 이하) 금속, 합금, 도전성 재료 및 이들의 혼합물 등을 사용하여 형성할 수 있다. 구체적으로는, 원소주기표의 1족 또는 2족에 속하는 금속, 즉 리튬(Li)이나 세슘(Cs) 등의 알칼리 금속, 및 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr) 등의 알칼리 토류 금속, 및 이와 같은 금속을 포함하는 합금(MgAg 또는 AlLi), 유로퓸(Er), 이테르븀(Yb) 등의 희토류 금속 및 이들을 포함하는 합금 등을 들 수 있다. 알칼리 금속, 알칼리 토류 금속 또는 이들의 합금의 막은 진공증착법을 사용해서 형성할 수 있다. 또한, 알칼리 금속 또는 알칼리 토류 금속의 합금의 막은 스퍼터링법에 의해 형성하는 것도 가능하다. 또한, 은 페이스트 등을 잉크젯법 등에 의해 성막해서 음극을 형성하는 것도 가능하다. 또한, 음극(101)과 전자수송층(106) 사이에 전자주입층(107)을 설치함으로써, 일함수에 상관없이, Al, Ag, ITO, 규소 혹은 산화 규소를 함유한 인듐 주석 산화물 등 여러가지 도전성 재료를 음극으로서 사용할 수 있다.
이때, 양극(100) 및 음극(101)으로서 도전성 고분자("도전성 폴리머"라고도 한다)를 포함하는 도전성 조성물을 사용할 수도 있다. 도전성 조성물의 박막을 양극(100) 또는 음극(101)으로서 형성하는 경우, 박막은 시이트 저항이 10000Ω/□ 이하, 파장 550nm에 있어서의 투광율이 70% 이상인 것이 바람직하다. 이때, 사용되는 도전성 고분자의 저항율이 0.1Ω·cm 이하인 것이 바람직하다.
도전성 고분자로서는, 소위 π전자 공역계 고분자가 사용할 수 있다. 예를 들면, 폴리아닐린 및/또는 그 유도체, 폴리피롤 및/또는 그 유도체, 폴리티오펜 및/또는 그 유도체, 이들 물질의 2종 이상의 공중합체 등을 들 수 있다.
이와 같은 공역 도전성 고분자의 구체적인 예로서는, 폴리피롤, 폴리(3-메틸피롤), 폴리(3-부틸피롤), 폴리(3-옥틸피롤), 폴리(3-데실피롤), 폴리(3,4-디메틸피롤), 폴리(3,4-디부틸피롤), 폴리(3-히드록시피롤), 폴리(3-메틸-4-히드록시피롤), 폴리(3-메톡시피롤), 폴리(3-에톡시피롤), 폴리(3-옥톡시피롤), 폴리(3-카르복실피롤), 폴리(3-메틸-4-카르복실피롤), 폴리(N-메틸피롤), 폴리티오펜, 폴리(3-메틸티오펜), 폴리(3-부틸티오펜), 폴리(3-옥틸티오펜), 폴리(3-데실티오펜), 폴리(3-도데실티오펜), 폴리(3-메톡시티오펜), 폴리(3-에톡시티오펜), 폴리(3-옥톡시티오펜), 폴리(3-카르복실티오펜), 폴리(3-메틸-4-카르복실티오펜), 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜), 폴리아닐린, 폴리(2-메틸아닐린), 폴리(2-옥틸아닐린), 폴리(2-이소부틸아닐린), 폴리(3-이소부틸아닐린), 폴리(2-아닐린술폰산), 폴리(3-아닐린술폰산) 등을 들 수 있다.
상기 도전성 고분자 화합물 중의 한 개는 단독으로 양극(100) 또는 음극(101)에 사용할 수 있으며, 또는 막특성을 조정하기 위해 이 도전성 고분자 화합물에 유기수지를 첨가해서 도전성 조성물로서 사용할 수 있다.
유기수지로서는, 도전성 고분자와 상용가능하거나 도전성 고분자에 혼합 및 분산가능하면 열경화성 수지, 열가소성 수지, 또는 광경화성 수지를 사용하여도 된다. 예를 들면, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트 등의 폴리에스테르계 수지, 폴리이미드, 폴리아미드이미드 등의 폴리이미드계 수지, 폴리아미드 6, 폴리아미드 66, 폴리아미드 12, 폴리아미드 11 등의 폴리아미드 수지, 폴리불화비닐리덴, 폴리불화비닐, 폴리테트라플루오로에틸렌, 에틸렌 테트라플루오로에틸렌 코폴리머, 폴리클로로트리플루오르에틸렌 등의 불소 수지, 폴리비닐알코올, 폴리비닐에테르, 폴리비닐부티랄, 폴리초산비닐, 폴리염화비닐 등의 비닐 수지, 에폭시 수지, 크실렌 수지, 아라미드 수지, 폴리우레탄계 수지, 폴리우레아계 수지, 멜라민 수지, 페놀계 수지, 폴리에테르, 아크릴계 수지 및 이들 수지의 공중합체 등을 들 수 있다.
더구나, 상기 도전성 고분자 또는 도전성 조성물의 전기전도도를 조정하기 위해, 도전성 고분자 또는 도전성 조성물을 억셉터성 불순물 또는 도너성 불순물로 도핑함으로써, 공역계 도전성 고분자의 산화환원 전위를 변화시켜도 된다.
억셉터성 불순물로서는, 할로겐 화합물, 유기 시아노 화합물, 유기금속 화합물 등을 사용할 수 있다. 할로겐 화합물의 예로서는, 염소, 브롬, 요오드, 염화 요오드, 브롬화 요오드, 불화 요오드 등을 들 수 있다. 유기 시아노 화합물로서는, 2개 이상의 시아노기를 포함하는 공역결합된 화합물을 사용할 수 있다. 예를 들면, 테트라시아노에틸렌, 테트라시아노에틸렌 옥사이드, 테트라시아노벤젠, 테트라시아노퀴노디메탄, 테트라시아노아자나프탈렌 등을 들 수 있다. 5불화 인, 5불화 비소, 5불화 안티몬, 3불화 붕소, 3염화 붕소, 3브롬화 붕소, 염산, 황산, 질산, 인산, 불화붕소산, 불화수소산, 과염소산 등의 무기산, 유기 카르복실산 및 유기 술폰산 등의 유기산도 사용할 수 있다.
도너성 불순물로서는, 알칼리 금속, 알칼리 토류 금속, 3급 아민 화합물 등을 들 수 있다.
상기 도전성 고분자 또는 도전성 조성물을 물 또는 유기용제(예를 들면, 알코올계 용제, 케톤계 용제, 에스테르계 용제, 탄화수소계 용제 또는 방향족계 용제)에 용해시킨 용액을 사용한 습식법에 의해 양극(100) 또는 음극(101)에 사용되는 박막을 형성할 수 있다.
상기 도전성 고분자 또는 도전성 조성물을 용해하는 용매는 특별하게 한정되지 않는다. 상기한 도전성 고분자 및 고분자 수지 화합물을 용해하는 용매를 사용하면 된다. 예를 들면, 물, 메탄올, 에탄올, 프로필렌 카보네이트, N-메틸피롤리돈, N,N-디메틸포름아미드, N,N-디메틸아세트아미트, 시클롤헥산, 아세톤, 메틸에틸 케톤, 메틸 이소부틸 케톤, 톨루엔 등의 단독 용매 혹은 혼합 용매에 도전성 조성물을 용해하면 된다.
도전성 조성물의 성막은, 도전성 조성물을 용매에 용해한 후, 도포법, 코팅법, 액적토출법("잉크젯법"이라고도 한다), 인쇄법 등의 습식법을 사용해서 행할 수 있다. 용매는 열처리를 사용하여 증발시켜도 되고, 감압 하에서 증발시켜도 된다. 유기수지가 열경화성 수지인 경우에는, 가열처리를 더 행해도 된다. 유기 수지가 광경화성 수지인 경우에는, 광조사처리를 행하면 된다.
이때, 양극(100)이나 음극(101)의 재료를 바꿈으로써, 본 실시형태의 발광소자가 다양한 베리에이션을 가질 수 있다. 양극(100)이 광 투과성을 가질 때, 양극(100)측으로부터 빛이 방출되는 반면에, 양극(100)이 차광성(특히 반사성)을 갖고 음극(101)이 광 투과성을 가질 때, 음극(101) 측으로부터 빛이 방출된다. 더구나, 양극(100) 및 음극(101)의 양쪽이 광 투과성을 가질 때, 양극측 및 음극측의 양쪽으로부터 빛이 방출된다.
이상에서 설명한 본 실시형태에 있어서의 소자 구조에 의해, 발광 효율의 향상, 특히 발광 효율의 향상과 장수명화의 양쪽을 실현한 발광소자를 제공할 수 있다.
(실시형태 2)
본 실시형태에서는, 실시형태 1에 나타낸 발광소자를 사용해서 제조된 발광장치의 일례에 대해 설명한다. 이때, 본 발명의 발광장치는 이하에 설명하는 구성을 갖는 발광장치에만 한정되지 않고, 그것의 표시부(본 실시형태에서는 화소부(602))에 실시형태 1에 나타낸 발광소자가 사용되는 모든 장치를 그것의 카테고리에 포함하는 것으로 한다.
실시형태 1에 나타낸 발광소자를 사용해서 제조된 발광장치의 일례에 대해 도 3a 및 도 3b를 참조하여 설명한다. 도 3a는, 발광장치의 평면도, 도 3b는, 도 3a을 A-A' 및 B-B'에 따른 단면도다. 이 발광장치는, 발광소자의 발광을 제어하기 위해, 점선으로 표시된 구동회로부(소스측 구동회로)(601), 화소부(602), 구동회로부(게이트측 구동회로)(603)를 포함하고 있다. 또한, 참조번호 604는 밀봉기판을 나타내고, 참조번호 605는 씰재를 나타내고, 씰재 605로 둘러싸인 내측은 공간(607)이다.
이때, 리드 배선(608)은 소스측 구동회로(601) 및 게이트측 구동회로(603)에 입력되는 신호를 전송하기 위한 배선이며, 이 리드 배선(608)은 외부 입력 단자인 플렉시블 프린트 서킷(FPC)(609)으로부터 비디오 신호, 클록 신호, 스타트 신호, 리셋트 신호 등을 받는다. 이때, 여기에서는 FPC 밖에 도시되어 있지 않지만, 이 FPC에는 프린트 배선기판(PWB)이 부착되어 있어도 된다. 본 명세서에 있어서의 발광장치는, 발광장치 본체 뿐만 아니라, FPC 혹은 PWB가 부착된 발광장치도 포함하는 것으로 한다.
다음에, 단면 구조에 대해 도 3b를 참조하여 설명한다. 소자 기판(610) 위에는 구동회로부 및 화소부가 형성되어 있다. 여기에서는, 구동회로부인 소스측 구동회로(601)와, 화소부(602) 중의 한 개의 화소가 표시되어 있다.
소스측 구동회로(601)를 위해 n채널형 TFT(623)과 p채널형 TFT(624)을 조합한 CMOS 회로가 형성된다. 구동회로는, CMOS 회로, PMOS 회로 및 NMOS 회로 등의 다양한 회로를 사용하여 형성해도 된다. 본 실시형태에서는, 동일한 기판 위에 구동회로를 형성한 드라이버 일체형을 나타내지만, 이것이 반드시 동일한 기판 위에 형성될 필요는 없고, 구동회로를 기판 위가 아니고 기판 외부에 형성할 수도 있다.
화소부(602)는 스위칭용 TFT(611), 전류제어용 TFT(612), 전류제어용 TFT(612)의 드레인에 전기적으로 접속된 제1 전극(613)과, 해당 제1 전극(613), 유기 화합물을 함유하는 층(616) 및 제2 전극(617)을 포함하는 발광소자를 각각 갖는 복수의 화소에 의해 형성된다. 이때, 제1 전극(613)의 단부를 덮어 절연물(614)이 형성되어 있다. 본 실시형태에서는, 절연물(614)이 포지티브형의 감광성 아크릴 수지막을 사용하여 형성한다.
양호한 피복성을 얻기 위해, 절연물(614)은 그것의 상단부 또는 하단부에 곡률을 갖는 곡면을 갖도록 형성된다. 예를 들면, 절연물(614)의 재료로서 포지티브형의 감광성 아크릴 수지를 사용한 경우, 절연물(614)은 그것의 상단부에만 곡률반경(0.2μm 내지 μm)을 갖는 곡면을 갖도록 형성하는 것이 바람직하다. 절연물(614)로서는, 빛의 조사에 의해 에천트에 불용해성이 되는 네가티브형, 또는 빛의 조사에 의해 에천트에 용해성이 되는 포지티브형의 어느 것도 사용할 수 있다.
제1 전극(613) 위에는, 유기 화합물을 함유하는 층(616) 및 제2 전극(617)이 적층되어, 발광소자(618)가 구성되어 있다. 양극으로서 기능하는 제1 전극(613)에 사용하는 재료로서는, 일함수가 큰(구체적으로는 4.0eV 이상) 금속, 합금, 도전성 화합물 및 이들의 혼합물을 사용하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 인듐 주석 산화물(ITO), 규소 혹은 산화 규소를 함유한 인듐 주석 산화물, 산화 아연(ZnO)을 포함하는 산화 인듐, 산화 텅스텐 및 산화 아연을 함유한 산화 인듐(IWZO), 금(Au), 백금(Pt), 니켈(Ni), 텅스텐(W), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 철(Fe), 코발트(Co), 구리(Cu), 팔라듐(Pd), 또는 금속의 질화물(예를 들면, 질화 티타늄)의 단층막 또는 적층 구조를 사용할 수 있다. 더구나, 질화 티타늄과 알루미늄을 주성분으로 하는 막을 포함하는 적층 구조, 질화 티타늄 막과 알루미늄을 주성분으로 하는 막과 질화 티타늄 막을 포함하는 3층 구조 등을 사용할 수 있다. 적층 구조를 사용하면, 낮은 배선 저항, 양호한 오믹콘택과, 양극으로서의 기능이 얻어진다. 더구나, 정공주입층으로서 실시형태 1에서 설명한 것 같은 복합층을 사용함으로써, 일함수에 상관없이 제1 전극의 재료를 선택할 수 있다.
유기 화합물을 함유하는 층(616)은, 실시형태 1에 기재한 유기 화합물 함유층(103)과 동일한 구성을 갖고 있다. 유기 화합물을 함유하는 층(616)을 구성하는 재료로서는, 저분자 화합물, 또는 고분자 화합물(올리고머, 덴드리머를 포함한다)의 어느 것을 사용해도 된다. 또한, 유기 화합물을 함유하는 층(616)을 형성하기 위한 재료로서는, 유기 화합물 뿐만 아니라, 무기 화합물을 그것의 일부에 사용해도 된다. 더구나, 유기 화합물을 함유하는 층(616)은, 증착 마스크를 사용한 증착법, 잉크젯법, 스핀코트법 등의 다양한 방법에 의해 형성할 수 있다.
유기 화합물을 함유하는 층(616) 위에 형성되고 음극으로서 기능하는 제2 전극(617)에 사용하는 재료로서는, 일함수가 작은 재료(Al, Mg, Li, Ca, 또는 MgAg, MgIn, AlLi, LiF, CaF2 등의 이들의 합금이나 화합물)를 사용하는 것이 바람직하다. 이때, 유기 화합물을 함유하는 층(616)에서 생긴 빛을 제2 전극(617)을 통해 투과시키는 경우에는, 제2 전극(617)으로서, 막두께를 얇게 한 금속 박막과, 투명 도전막(ITO, 2∼20wt%의 산화 아연을 포함하는 산화 인듐, 규소 혹은 산화 규소를 함유한 산화 인듐-산화 주석, 산화 아연(ZnO) 등)의 적층을 사용하는 것이 좋다. 또한, 실시형태 1에서 설명한 것과 같은 전자주입층을 사용함으로써, 일함수에 관계없이 제2 전극에 사용되는 재료를 선택할 수 있다.
전술한 것과 같이, 발광소자는, 제1 전극(613), 유기 화합물을 함유하는 층(616), 제2 전극(617)을 포함한다. 발광소자의 상세한 구조 및 재료에 대해서는 실시형태 1에서 설명했으며, 반복 설명을 생략한다. 실시형태 1을 참조하기 바란다. 이때, 본 실시형태에 있어서의 제1 전극(613), 유기 화합물을 함유하는 층(616), 제2 전극(617)은 각각 실시형태 1에 있어서의 양극(100), 유기 화합물 함유층(103) 및 음극(101)에 해당한다.
구동회로 및 화소부의 TFT 및 발광소자가 형성된 소자 기판(610)을 밀봉기판(604)에 씰재(605)에 의해 부착시킴으로써, 소자 기판(610), 밀봉기판(604) 및 씰재(605)로 둘러싸인 공간(607)에 실시형태 2에 나타낸 발광소자(618)가 설치된 발광장치가 제공된다. 이때, 공간(607)에는 충전재가 충전되어 있다. 공간(607)이 불활성 기체(질소나 아르곤 등)로 충전되는 경우, 또는 공간(607)이 씰재(605)로 충전되는 경우도 있다.
이때, 씰재(605)에는 에폭시계 수지를 사용하는 것이 바람직하다. 이들 재료는 가능한 한 습기와 산소를 투과하지 않는 재료인 것이 바람직하다. 또한, 밀봉기판(604)으로서는, 유리 기판이나 석영 기판 이외에, FRP(fiberglass-reinforced plastics), PVF(폴리비닐 플로라이드), 폴리에스테르 또는 아크릴 등으로 이루어진 플라스틱 기판을 사용할 수 있다.
이상과 같이 하여, 실시형태 1에 나타낸 발광소자를 사용해서 제조된 발광장치를 얻을 수 있다.
본 실시형태에 있어서의 발광장치는, 실시형태 1에 나타낸 발광소자를 사용하고 있고, 해당 발광소자는 발광 효율을 향상시킬 수 있는, 특히 발광 효율의 향상과 장수명화의 양쪽을 실현할 수 있는 소자 구조를 갖는다. 따라서, 소비 전력이 저감되고 신뢰성이 높은 발광장치를 얻을 수 있다.
본 실시형태에서는, 트랜지스터에 의해 발광소자의 구동을 제어하는 액티브 매트릭스형의 발광장치에 대해 설명하였다. 그러나, 패시브 매트릭스형의 발광장치를 채용할 수도 있다. 도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 패시브 매트릭스형의 발광장치를 나타낸 것이다. 도 4a는 발광장치의 사시도이고, 도 4b는 도 4a의 X-Y선에 따른 단면도이다. 도 4a 및 도 4b에 있어서, 기판(951) 위에는, 전극 952와 전극 956 사이에는 유기 화합물을 함유하는 층(955)이 설치되어 있다. 전극 952의 단부는 절연층(953)으로 덮여 있다. 절연층(953) 위에는 격벽층(954)이 설치되어 있다. 격벽층(954)의 측벽은, 기판면에 가깝게 됨에 따라 한쪽의 측벽과 다른쪽의 측벽의 간격이 좁아져 가는 것과 같은 경사를 갖는다. 즉, 격벽층(954)의 짧은 변 방향의 단면은 사다리꼴 형상이며, 저벽(절연층(953)의 면 방향과 평행하고 절연층(953)과 접하는 변)이 상부 변(절연층(953)의 면 방향과 평행하고 절연층(953)과 접하지 않는 변)보다도 짧다. 이와 같이, 격벽층(954)을 설치함으로써, 전극(956)의 패터닝을 용이하게 할 수 있다. 또한, 패시브 매트릭스형의 발광장치도 실시형태 1에 나타낸 발광소자를 사용하여 제조할 수 있다. 발광 효율을 향상할 수 있는, 특히 발광 효율의 향상과 장수명화의 양쪽을 실현할 수 있는 소자 구조를 갖는 해당 발광소자를 사용함으로써, 소비 전력이 저감되고 신뢰성이 향상된 발광장치를 형성할 수 있다.
(실시형태 3)
본 실시형태에서는, 실시형태 2에 나타낸 발광장치를 그 일부에 포함하는 전자기기에 대해 설명한다. 이들 전자기기는 각각 실시형태 1에 나타낸 발광소자를 포함하는 표시부를 갖는다.
실시형태 1에 나타낸 발광소자를 갖는 전자기기의 일례로서, 비디오카메라, 디지털카메라 등의 카메라, 고글형 디스플레이, 네비게이션 시스템, 음향재생장치(예를 들어, 카 오디오, 오디오 콤포넌트 시스템), 컴퓨터, 게임기기, 휴대 정보단말(예를 들면, 모바일 컴퓨터, 휴대전화, 휴대형 게임기 또는 전자서적), 기록매체를 구비한 화상재생장치(구체적으로는, digital versatile disc(DVD) 등의 기록매체의 콘텐츠를 재생할 수 있으며 재생된 화상을 표시할 수 있는 표시장치를 구비한 장치) 등을 들 수 있다. 이들 전자기기의 구체적인 예를 도 5a 내지 도 5d에 나타낸다.
도 5a는 본 발명의 텔레비젼 장치를 나타낸 것으로, 하우징(9101), 지지대(9102), 표시부(9103), 스피커부(9104), 비디오 입력 단자(9105) 등을 포함한다. 이 텔레비젼 장치에 있어서, 표시부(9103)는, 실시형태 1에 나타낸 발광소자를 표시 소자로서 사용함으로써 제조된다. 발광 효율을 향상할 수 있는, 특히 발광 효율의 향상과 장수명화의 양쪽을 실현할 수 있는 소자 구조를 갖는 해당 발광소자를 사용해서 제조된 텔레비젼 장치는, 표시부(9103)의 저소비 전력화를 실현할 수 있으며, 특히 저소비 전력화와 신뢰성 향상의 양쪽을 실현시킬 수 있다. 이 표시부(9103)를 구비한 해당 텔레비젼 장치는 저소비 전력화를 실현하고, 특히 저소비 전력화와 신뢰성 향상의 양쪽을 실현할 수 있다. 또한, 수명이 개선된 발광소자를 사용한 텔레비젼 장치는, 열화 보상용 기능 회로를 대폭 삭감 혹은 축소할 수 있으므로, 디자인이나 설계의 자유도가 높아진다.
도 5b는, 컴퓨터를 나타낸 것으로, 본체(9201), 하우징(9202), 표시부(9203), 키보드(9204), 외부 접속 포트(9205), 포인팅 디바이스(9206) 등을 포함한다. 이 컴퓨터에 있어서, 표시부(9203)는, 실시형태 1에 나타낸 발광소자를 표시 소자로서 사용함으로써 제조된다. 발광 효율을 향상할 수 있는, 특히 발광 효율의 향상과 장수명화의 양쪽을 실현할 수 있는 소자 구조를 갖는 해당 발광소자를 사용해서 제조된 컴퓨터는, 표시부(9203)의 저소비 전력화를 실현하고, 특히 저소비 전력화와 신뢰성 향상의 양쪽을 실현할 수 있다. 이 표시부(9203)를 구비한 해당 컴퓨터는 저소비 전력화를 실현하고, 특히 저소비 전력화와 신뢰성 향상의 양쪽을 실할 수 있다. 또한, 수명이 개선된 발광소자를 사용한 컴퓨터는 표시부에 사용되는 열화 보상용 기능 회로를 대폭 삭감 혹은 축소할 수 있어, 컴퓨터의 소형 경량화를 꾀할 수 있다.
도 5c는 휴대전화를 나타낸 것으로, 본체(9401), 하우징(9402), 표시부(9403), 음성입력부(9404), 음성출력부(9405), 조작 키(9406), 외부 접속 포트(9407), 안테나(9408) 등을 포함한다. 이 휴대전화에서, 표시부(9403)는, 실시형태 1에 나타낸 발광소자를 표시 소자로서 사용함으로써 제조되어 있다. 발광 효율을 향상할 수 있는, 특히 발광 효율의 향상과 장수명화의 양쪽을 실현할 수 있는 소자 구조를 갖는 해당 발광소자를 사용해서 제조된 표시부(9403)는, 저소비 전력화를 실현하고, 특히 저소비 전력화와 신뢰성 향상의 양쪽을 실현할 수 있다. 이 표시부(9403)를 구비한 해당 휴대전화는 저소비 전력화를 실현하고, 특히 저소비 전력화와 신뢰성 향상의 양쪽을 실현할 수 있다. 이것은, 항상 휴대해야 하는 휴대전화에 있어서는 대단히 유리하다. 또한, 수명이 개선된 발광소자를 사용해서 제조된 표시부를 갖는 휴대전화는, 표시부에 사용되는 열화 보상용 기능 회로를 대폭 삭감 혹은 축소할 수 있어, 휴대전화의 한층 더의 소형 경량화를 꾀할 수 있다. 본 실시예에 있어서의 소형의 휴대전화는, 여러가지 부가가치가 휴대전화에 추가되더라도 휴대전화에 적합한 사이즈 및 중량을 가질 수 있고, 고기능의 휴대전화로서도 적합한 구성을 갖는다.
도 5d는 본 발명의 카메라를 나타낸 것으로, 본체(9501), 표시부(9502), 하우징(9503), 외부 접속 포트(9504), 리모트 콘트롤 수신부(9505), 수상부(9506), 배터리(9507), 음성입력부(9508), 조작 키(9509), 접안부(9510) 등을 포함한다. 이 카메라에서, 표시부(9502)는, 실시형태 1에 나타낸 발광소자를 표시 소자로서 사용함으로써 제조되어 있다. 발광 효율을 향상할 수 있는, 특히 발광 효율의 향상과 장수명화의 양쪽을 실현할 수 있는 소자 구조를 갖는 해당 발광소자를 사용해서 제조된 표시부(9502)는, 저소비 전력화를 실현할 수 있고, 특히 저소비 전력화와 신뢰성 향상의 양쪽을 실현할 수 있다. 이 표시부(9502)를 구비한 해당 카메라는 저소비 전력화를 실현하고, 특히 저소비 전력화와 신뢰성 향상의 양쪽을 실현할 수 있다. 이것은, 휴대하는 일이 많은 카메라에 있어서는 대단히 유리한 구성이 된다. 또한, 수명이 개선된 발광소자를 사용해서 제조된 표시부를 갖는 카메라는 표시부에 사용되는 열화 보상용 기능 회로를 대폭 삭감 혹은 축소할 수 있으므로, 카메라를 더욱 소형화할 수 있다.
이상과 같이, 실시형태 1에 나타낸 발광소자를 사용해서 제조된 발광장치의 적용 범위는 극히 넓어, 이 발광장치를 광범위한 분야의 전자기기에 적용하는 것이 가능하다.
또한, 본 발명의 발광장치는 조명 장치에 사용할 수도 있다. 실시형태 1에 나타낸 발광소자를 조명 장치에 적용하는 일 태양을, 도 6을 사용하여 설명한다.
도 6은, 실시형태 1 또는 실시형태 2에 나타낸 발광소자를 백라이트로서 적용한 액정표시장치의 일례다. 도 6에 나타낸 액정표시장치는, 하우징(901), 액정층(902), 백라이트 유닛(903), 하우징(904)을 갖는다. 액정층(902)은, 드라이버 IC(905)과 접속되어 있다. 또한, 백라이트 유닛(903)은, 실시형태 1에 나타낸 발광소자를 사용해서 형성되어 있고, 단자(906)에 의해, 전류가 공급되고 있다.
이때, 백라이트 유닛(903)에 대해서는 실시형태 1에 나타낸 발광소자를 1개만 사용하고 있어도 되고, 실시형태 1에 나타낸 발광소자를 복수 사용하고 있어도 된다.
이와 같이, 실시형태 1에 나타낸 발광소자를 액정표시장치의 백라이트에 적용할 수 있다. 해당 백라이트는 대면적화도 가능하므로, 액정표시장치의 대면적화도 가능하게 된다. 발광 효율을 향상할 수 있는, 특히 발광 효율의 향상과 장수명화의 양쪽을 실현할 수 있는 소자 구조를 갖는 해당 발광소자를 사용해서 제조된 백라이트는, 저소비 전력화를 실현할 수 있고, 특히 저소비 전력화와 신뢰성 향상의 양쪽을 실현할 수 있다. 더구나, 해당 백라이트는 두께가 있는 부품을 사용하지 않으므로, 전체의 액정표시장치를 초박형화할 수 있다.
도 7은, 실시형태 1에 나타낸 발광소자를, 조명 장치인 전기 스탠드에 사용한 예이다. 도 7에 나타낸 전기 스탠드는, 하우징(2001)과, 광원(2002)을 갖고, 광원(2002)으로서 실시형태 1에 나타낸 발광소자를 사용한다. 광원(2002)은 해당 발광소자 1개 또는 복수의 해당 발광소자를 포함하여 된다. 이와 달리, 광원(2002)은 실시형태 1에 나타낸 발광소자와 그 이외의 발광소자를 포함하여도 된다. 또는, 광원(2002)이 다른 발광 색을 나타내는 복수종의 발광소자를 포함하여도 된다. 발광 효율을 향상할 수 있는, 특히 발광 효율의 향상과 장수명화의 양쪽을 실현할 수 있는 소자 구조를 갖는 해당 발광소자를 사용해서 제조된 전기 스탠드는, 저소비 전력화를 실현할 수 있고, 특히 저소비 전력화와 신뢰성 향상의 양쪽을 실현할 수 있다.
도 8은, 실시형태 1에 나타낸 발광소자를 실내의 조명 장치(3001)에 적용한 예이다. 조명 장치(3001)는 해당 발광소자 1개 또는 복수의 해당 발광소자를 포함하여도 된다. 이와 달리, 조명장치(3001)는, 실시형태 1에 나타낸 발광소자와 그 이외의 발광소자로 구성되어 있어도 된다. 또한, 조명장치(3001)는 다른 발광 색을 나타내는 복수종의 발광소자로 구성되어 있어도 된다. 이와 같이, 실시형태 1에 나타낸 발광소자에서 설명한 발광소자를 사용해서 조명 장치(3001)를 제조할 수 있다. 해당 발광소자를 사용하여 제조된 조명 장치(3001)는 대면적화도 가능하기 하므로, 대면적의 조명 장치로서 사용할 수 있다. 발광 효율을 향상할 수 있는, 특히 발광 효율의 향상과 장수명화의 양쪽을 실현할 수 있는 소자 구조를 갖는 해당 발광소자를 사용해서 제조된 조명 장치는, 저소비 전력화를 실현할 수 있으며, 특히 저소비 전력화와 신뢰성 향상의 양쪽을 실현할 수 있다.
실시예 1
본 발명의 실시예의 발광소자에 대해, 비교 발광소자의 결과를 참조하여 설명한다.
이때, 본 실시예 1에서 사용하는 유기 화합물의 분자 구조를 하기 구조식 (1), (4) 내지 (7)에 나타낸다. 소자 구조는 도 1b와 같다.
Figure 112010065337818-pct00004
<<발광소자 1, 발광소자 2, 비교 발광소자 1, 비교 발광소자 2의 제조>>
우선, 양극(100)으로서 110nm의 막두께로 인듐 주석 규소 산화물(ITSO)이 성막된 유리 기판을 준비하였다. ITSO 표면은, 2mm×2mm의 면적이 노출하도록 주변을 폴리이미드 막으로 덮었다. 전극 면적은 2mm×2mm이었다. 이 기판 위에 발광소자를 형성하기 위한 전처리로서, 기판 표면을 물로 세정하고, 200℃에서 1시간 소성한 후, UV 오존처리를 370초 동안 행하였다. 그 후에, 10-4Pa 정도까지 내부가 감압된 진공증착장치에 기판을 도입하고, 진공증착장치 내의 가열실에서 170℃에서 30분간의 진공소성을 행한 후, 기판을 30분 정도 방치하여 냉각하였다.
다음에, ITSO가 형성된 면이 아래쪽이 되도록, 기판을 진공증착장치 내부에 설치된 홀더에 고정하였다.
진공증착장치 내부를 10-4Pa로 감압한 후, 상기 구조식 (4)로 표시되는 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]비페닐(약칭: NPB)과 산화 몰리브덴(VI)을, NPB:산화 몰리브덴(VI)=4:1(질량비)이 되도록 공증착함으로써, 정공주입층(104)을 형성하였다. 정공 주입층(104)의 두께는 50nm로 하였다. 이때, 공증착이란, 서로 다른 복수의 물질을 서로 다른 증발원으로부터 동시에 증발시키는 증착법이다. 다음에, NPB를 10nm가 되도록 증착함으로써, 정공수송층(105)을 형성하였다.
더구나, 정공수송층(105) 위에, 발광층(102)을 형성하였다. 여기에서, 발광소자 1, 발광소자 2 및 비교 발광소자 2에서, 발광층(102)은 제1 발광층(102a) 및 제2 발광층(102b)의 2층 구조를 갖고, 비교 발광소자 1에서만, 발광(102)은 제1 발광층(102a)을 형성하지 않고 제2 발광층(102b)의 단일층으로 하였다.
발광소자 1, 발광소자 2 및 비교 발광소자 2에 있어서, 우선, 정공수송층(105) 위에 제1 발광층(102a)을 형성하였다. 상기 구조식 (1)로 표시되는 4-(10-페닐-9-안트릴)-4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트리페닐아민(약칭: PCBAPA)과 상기 구조식 (5)로 표시되는 9-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸(약칭: CzPA)을 공증착하여 제1 발광층(102a)을 형성하였다. 이 경우에, 발광소자 1, 발광소자 2 및 비교 발광소자 2의 제1 발광층(102a) 내부의 PCBAPA와 Czpa 사이의 비율이 서로 다르게 하였다. 구체적으로는, 비교 발광소자 2는 PCBAPA:CzPA=0.1:1의 비율을 갖고, 발광소자 1은 PCBAPA:CzPA=1:1의 비율을 갖고, 발광소자 2는 PCBAPA:CzPA=4:1의 비율을 가졌다(모두 질량비). 제 1 발광층(102A)의 두께는 30nm이었다.
이어서, 비교 발광소자 1에서는 정공수송층 위에 CzPA와 PCBAPA의 공증착에 의해 제 2 발광층(102B)을 형성하고, 발광소자 1, 발광소자 2 및 비교 발광소자 2에서는 제1 발광층(102a) 위에 CzPA와 PCBAPA의 공증착에 의해 제2 발광층(102b)을 형성하였다. 이들 4개의 발광소자에 있어서, 제2 발광층(102b) 중의 CzPA와 PCBAPA의 질량비는 CzPA:PCBAPA=1:0.1이었고, 제 2 발광층의 두께는 30nm이었다.
다음에, 상기 구조식 (6)으로 표시되는 트리스(8-퀴놀리노라토)알루미늄(III)(약칭: Alq)을 10nm 두께로 증착하고, 상기 구조식 (7)로 표시되는 바소펜안트롤린(약칭: BPhen)을 20nm 두께로 증착함으로써, 전자수송층(106)을 형성하였다. 전자수송층(106) 위에, 불화 리튬을 사용하여 1nm 두께로 전자주입층(107)을 형성하였다. 최후에, 음극(101)으로서의 역할을 하는 제 2 전극으로서 알루미늄을 200nm 성막하였다. 이에 따라, 발광소자를 완성시켰다. 전술한 증착 과정은 모두 저항가열법을 사용하여 행하였다.
이상과 같이 제조한 발광소자 1, 발광소자 2, 비교 발광소자 1 및 비교 발광소자 2의 소자 구조를 표 1에 나타냈다. 발광소자 1 및 발광소자 2가 실시형태 1에 기재된 구성을 갖는 본 발명의 발광소자이다. 또한, 비교 발광소자 1은 제1 발광층(102a)을 설치하지 않은 구조를 갖고, 비교 발광소자 2는 제1 물질이 50wt% 미만 포함되는 제1 발광층(102a)을 설치한 구조를 갖는다.
표 1
Figure 112010065337818-pct00005

<< 발광소자 1, 발광소자 2, 비교 발광소자 1 및 비교 발광소자 2의 동작 특성>>
이상에 의해 얻어진 발광소자 1, 2 및 비교 발광소자 1, 2를, 질소 분위기의 글로브 박스 내에 놓고, 발광소자들과 비교 발광소자들이 대기에 노출되지 않도록 봉지하였다. 그후, 이들 발광소자 및 비교 발광소자의 동작 특성을 측정하였다. 측정은 실온(25℃로 유지된 분위기)에서 행하였다.
도 9, 도 10, 도 11 및 도 12는, 각각, 발광소자와 비교 발광소자들의 전류밀도 대 휘도 특성, 전압 대 휘도 특성, 휘도 대 전류효율 특성과, 발광 스펙트럼을 나타낸 것이다(□: 발광소자 1, ◇: 발광소자 2, ●: 비교 발광소자 1, 및 ▲: 비교 발광소자 2). 800cd/m2 내지 1000cd/m2 부근에 있어서의 발광소자 및 비교 발광소자의 전류효율 및 색도를 표 2에 나타낸다.
표 2
Figure 112010065337818-pct00006

도 11 및 표 2로부터, 실시형태 1에 기재된 발광소자 1 및 발광소자 2는, 비교 발광소자 1 및 비교 발광소자 2보다 높은 전류효율을 나타내고 있는 것을 알 수 있다. 이것은, 제2 발광층(102b)에 있어서 정공과 재결합하지 않고 발광에 기여하지 않은 전자가 제1 발광층(102a)에서 재결합하여 제1 발광층(102a)에 있어서의 제1 물질이 발광한 것에 의한 것으로 생각된다.
또한, 제1 발광층(102a)을 설치하지 않은 비교 발광소자 1보다 제1 발광층(102a)을 설치한 비교 발광소자 2의 전류효율이 낮고, 단순히 제1 발광층(102a)을 설치한 것 뿐인 구성의 특성이 악화되는 결과로 되어 있다. 이 결과로부터, 본 발명의 효과를 구현함에 있어서, 제1 발광층(102a)에 있어서의 제1 물질(본 실시예에서는 PCBAPA)의 농도가 중요한 역할을 담당하고 있다는 것을 알 수 있다.
도 12(발광소자 1, 발광소자 2, 및 비교 발광소자 2는 실선으로 나타내고, 비교 발광소자 1은 파선으로 나타낸다) 및 표 2로부터, 비교 발광소자와 본 실시예에 있어서의 발광소자의 발광 스펙트럼 및 색도에는 큰 변화는 없고, 각각의 발광소자는 양호한 청색의 발광을 나타내고 있다는 것을 알 수 있었다.
제1 발광층(102a)의 막질을 향상시켜, 발광소자(110)의 동작의 안정화를 꾀하기 위해서는 제1 발광층(102a)은 제1 물질에, 제1 물질보다 큰 에너지갭(또는 삼중항 에너지)을 갖는 제2 물질이 첨가되어 있는 것이 바람직하다.
이상의 결과로부터, 본 발명에 있어서의 발광소자 각각은 제 1 물질과 제 2 물질을 포함하는 제 1 발광층(102a)을 포함하고, 제1 물질의 농도는 절반 이상(단 제2 물질의 농도가 0인 경우를 제외한다)이고, 바꿔 말하면 제1 발광층(102a)이 제1 물질과 해당 제1 물질보다 에너지갭(또는 삼중항 에너지)이 큰 제2 물질을 포함하고, 제1 물질이 50wt% 이상 100wt% 미만 포함되고, 제2 물질이 0wt% 보다 많고 50wt% 이하 포함되어 있는 것에 의해, 본 발명의 발광소자들은 효과를 발현할 수 있다.
다음에, 초기 휘도를 1000cd/m2로 설정하고, 일정한 전류밀도에서 이들 소자를 구동하였다. 그 결과, 도 13에 나타낸 것과 같은 휘도 열화 곡선이 얻어졌다(실선: 발광소자 1, 굵은선: 발광소자 2, 점선: 비교 발광소자 1, 파선: 비교 발광소자 2). 도 13은, 횡축이 시간을 표시하고, 종축이 초기 휘도를 100%로 한 경우의 상대 휘도(%)를 표시하는 그래프이다. 도 13으로부터도 알 수 있는 것 같이, 비교 발광소자 1 및 비교 발광소자 2의 휘도는 각각 450시간의 구동에서 초기 휘도의 65% 및 56%까지 줄어들었다. 이에 반해, 발광소자 1 및 발광소자 2의 휘도는, 각각 초기 휘도의 74% 및 78%까지 줄어들어, 본 발명의 발광소자는 개선된 수명을 갖는 것을 알 수 있다. 여기에서도, 제1 물질의 농도가 50wt%보다 작은 제1 발광층(102a)을 포함하는 비교 발광소자 2는, 종래의 구성을 갖는 비교 발광소자 1보다 수명이 짧고, 특성이 악화되었다. 이때, 제1 물질과 제2 물질이 1:1로 포함되는 발광소자 1보다 제1 물질과 제2 물질이 4:1의 비율로 포함되는 발광소자 2가 현저하게 긴 수명을 가지므로, 제1 발광층(102a)에 포함되는 제1 물질의 비율은 70wt% 이상 100wt% 미만인 것이 바람직하다.
이상으로부터, 발광 효율을 향상시킨 발광소자를 제공하는 것이 가능하다. 또한, 발광 효율의 개선과 장수명화를 동시에 실현한 발광소자를 제공하는 것도 가능하다.
실시예 2
본 실시예 2에서는, 실시예 1과 다른 구성을 갖는 본 발명의 발광소자에 대해서 비교 발광소자의 결과를 참조하여 설명한다. 본 실시예 2에 있어서 사용한 유기 화합물의 분자 구조를 이하에 나타낸다. 이때, 이미 다른 실시예에서 분자 구조를 나타낸 유기 화합물에 대해서는 그 기재를 생략하였다. 실시예 2의 소자 구조는 실시예 1과 유사하며, 도 1b를 참조하기 바란다.
Figure 112010065337818-pct00007

<< 발광소자 3 및 비교 발광소자 3의 제조>>
발광소자 3, 비교 발광소자 3 모두 정공수송층(105)을 형성할 때까지는 발광소자 1과 동일하게 제조하였다.
이어서, 발광층(102)을 형성하였다. 발광소자 3에 있어서, 실시예 1의 발광소자 1과 마찬가지로 제1 발광층(102a) 위에 제2 발광층(102b)을 형성한 적층 구조를 갖도록 발광층(102)을 형성한 한편, 비교 발광소자 3에 있어서는, 실시예 1의 비교 발광소자 1과 마찬가지로 제1 발광층(102a)을 형성하지 않고, 제2 발광층(102b)의 단일 층 구조를 갖도록 발광층(102)을 형성하였다.
제1 발광층(102a)을 정공수송층 위에, 상기 구조식 (2)로 표시되는 4-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트리페닐아민(약칭: PCBAPBA)과 CzPA의 공증착에 의해 형성하여, 제1 발광층(102a) 중의 PCBAPBA와 CzPA의 질량비가 4:1이 되도록 성막하였다. 제 1 발광층(102a)의 두께는 30nm이었다. 그후, 비교 발광소자 3에서는 제2 발광층(102b)을 정공수송층(105) 위에 CzPA와 PCBAPBA의 공증착에 의해 형성하며, 발광소자 3에서는 제2 발광층(102b)을 제1 발광층(102a) 위에 CzPA와 PCBAPBA의 공증착에 의해 형성하였다. 이때, 양쪽 소자에 있어서, 2 발광층(102b) 중의 CzPA와 PCBAPBA의 질량비는 CzPA:PCBAPBA=1:0.1이 되도록 설정하였다. 제 2 발광층(102b)의 두께는 30nm이었다.
다음에, 전자수송층(106)으로서 BPhen을 30nm 형성하였다. 전자수송층(106) 위에, 불화 리튬을 사용하여 1nm 두께로 전자주입층(107)을 형성하였다. 최후에, 음극(101)으로서의 역할을 하는 제 2 전극(101)으로서 알루미늄을 200nm 성막하였다. 이에 따라, 발광소자를 완성시켰다. 전술한 증착 과정은 모두 저항가열법에 의해 행하였다.
<<발광소자 3 및 비교 발광소자 3의 동작 특성>>
이상으로부터 얻어진 발광소자 3 및 비교 발광소자 3을 질소 분위기의 글로브박스 내에 넣고, 발광소자가 대기에 노출되지 않도록 봉지하였다. 그후, 이들 발광소자의 동작 특성에 대해서 측정을 행하였다. 측정은 실온(25℃로 유지된 분위기)에서 행하였다.
각 발광소자의 전류밀도 대 휘도 특성, 전압 대 휘도 특성과, 휘도 대 전류효율 특성을 각각 도 14, 도 15 및 도 16에 나타낸다(△: 발광소자 3, ●: 비교 발광소자 3).
도 16에 나타낸 것과 같이, 휘도가 1000cd/m2 부근일 때, 비교 발광소자 3 및 발광소자 3의 전류효율은 각각 3.93cd/A(휘도가 952cd/m2일 때) 및 5.64cd/A(휘도가 1030cd/m2)이었다. 이상의 결과로부터, 실시형태 1에 기재된 구성을 갖는 발광소자 3은 비교 발광소자 3보다 높은 전류효율을 갖는 것을 알 수 있다. 이것은, 제2 발광층(102b)에 있어서 정공과 재결합하지 않고 발광에 기여하지 않은 전자가 제1 발광층(102a)에 있어서 정공과 재결합하여, 제1 발광층(102a)에 있어서의 제1 물질이 발광한 것에 의한 것으로 생각된다.
다음에, 초기 휘도가 1000cd/m2이고 전류밀도가 일정한 조건에서 이들 소자를 구동한 바, 도 17과 같은 휘도 열화 곡선이 얻어졌다. 도 17은, 횡축은 시간을 표시하고, 종축은 초기 휘도를 100%로 한 경우의 상대 휘도(%)를 표시하는 그래프이다. 도 17로부터도 알 수 있는 것과 같이, 비교 발광소자 3(실선)의 휘도가 110시간의 구동에서 초기 휘도의 63%까지 줄어들었다. 이에 반해, 발광소자 3의 휘도(점선)는 초기 휘도의 91%로 줄어들어, 본 발명의 발광소자는 대폭 개선된 수명을 갖는다는 것을 알 수 있다.
이상으로부터, 발광 효율을 향상시킨 발광소자를 제공하는 것이 가능하다. 또한, 발광 효율의 개선과 장수명화를 동시에 실현한 발광소자를 제공하는 것도 가능하다.
실시예 3
본 실시예 3에서는, 실시예 1 및 실시예 2와는 다른 구성을 갖는 본 발명의 발광소자에 대해 비교 발광소자의 결과를 참조하여 설명한다. 본 실시예 3에 있어서 사용한 유기 화합물의 분자 구조를 이하에 나타낸다. 이때, 이미 다른 실시예에서 분자 구조를 나타낸 유기 화합물에 대해서는 본 실시예에서는 그 기재를 생략하였다. 실시예 3의 소자 구조는 실시예 1과 유사하며, 도 1b를 참조하기 바란다.
Figure 112010065337818-pct00008
<<발광소자 4 및 비교 발광소자 4의 제조>>
발광소자 4 및 비교 발광소자 4는 정공수송층(105)을 형성할 때까지는 실시예 1애서와 유사하게 제조하였다.
이어서, 발광층(102)을 형성하였다. 발광소자 4에 있어서, 실시예 1의 발광소자 1과 마찬가지로 제1 발광층(102a) 위에 제2 발광층(102b)을 형성한 적층 구조를 갖도록 발광층(102)을 형성한 반면에, 비교 발광소자 4에 있어서는, 실시예 1의 비교 발광소자 1과 마찬가지로 제1 발광층(102a)을 형성하지 않고 제2 발광층(102b)의 단일 층을 갖도록 발광층(102)을 형성하였다.
제1 발광층(102a)은 정공수송층 위에 상기 구조식 (3)으로 표시되는 N,9-디페닐-N-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸-3-아민(약칭: PCAPA)과 CzPA의 공증착에 의해 형성하여, 제1 발광층(102a) PCAPA와 CzPAd의 질량비가 1:1이 되도록 성막하였다. 제 1 발광층(102a)의 두께는 30nm이었다. 그후, 비교 발광소자 4에 있어서 제2 발광층(102b)은 정공수송층(105) 위에 CzPA와 PCAPA의 공증착에 의해 형성하고, 발광소자 4에 있어서 제 2 발광층(102b)은 제1 발광층(102a) 위에 CzPA와 PCAPA의 공증착에 의해 형성하였다. 양쪽 발광소자에 있어서, CzPA와 PCAPA의 질량비는 CzPA:PCAPA=1:0.1로 설정하였다. 제 2 발광층(102b)의 두께는 30nm이었다.
다음에, 전자수송층(106)으로서, 발광층(102) 위에 Alq를 10nm 증착한 후 BPhen을 20nm 형성하였다. 전자수송층(106) 위에, 불화 리튬을 사용하여 1nm이 되도록 전자주입층(107)을 형성하였다. 최후에, 음극(101)으로서의 역할을 하는 제2 전극으로서 알루미늄을 200nm 성막하였다. 이에 따라, 발광소자를 완성시켰다. 전술한 증착 과정은 모두 저항가열법을 사용하였다.
<<발광소자 4 및 비교 발광소자 4의 동작 특성>>
이상에 의해 얻어진 발광소자 4 및 비교 발광소자 4를 질소 분위기의 글로브 박스 내에 넣고, 발광소자가 대기에 노출되지 않도록 봉지하였다. 그후, 이들 발광소자의 동작 특성에 대해서 측정을 행하였다. 측정은 실온(25℃로 유지된 분위기)에서 행하였다.
각 발광소자의 전류밀도 대 휘도 특성을 도 18, 전압 대 휘도 특성과, 휘도 대 전류효율 특성을 각각 도 18, 도 19 및 도 20에 나타낸다(△: 발광소자 4, ● 비교 발광소자 4).
도 20에 나타낸 것과 같이, 휘도가 1000cd/m2 부근일 때, 비교 발광소자 4 및 발광소자 4의 전류효율은 각각 5.55cd/A(휘도가 1000cd/m2일 때) 및 9.75cd/A(휘도가 885cd/m2일 때)이었다. 이상의 결과로부터, 실시형태 1에 기재된 구성을 갖는 발광소자인 발광소자 4는, 비교 발광소자 4와 비교해서 높은 전류효율을 나타내고 있다는 것을 알 수 있다. 이것은, 제2 발광층(102b)에 있어서 재결합하지 않고 발광에 기여하지 않은 전자가 제1 발광층(102a)에 있어서 정공과 재결합하여, 제1 발광층(102a)에 있어서의 제1 물질이 발광한 것에 의한 것으로 생각된다.
다음에, 초기 휘도가 1000cd/m2이고 전류밀도가 일정한 조건에서 이들 소자를 구동한 바, 도 21과 같은 휘도 열화 곡선이 얻어졌다. 도 21은, 횡축이 시간을 표시하고, 종축이 초기 휘도를 100일 때의 상대 휘도(%)를 표시하는 그래프이다. 도 21로부터도 알 수 있는 것과 같이, 비교 발광소자 4(실선)의 휘도는 450시간의 구동에서 초기 휘도의 69%까지 줄었다. 이에 반해, 발광소자 4(점선)의 휘도는 초기 휘도의 75%로 줄어, 본 발명의 발광소자는 개선된 수명을 갖는 것을 알 수 있다.
이상으로부터, 발광 효율을 향상시킨 발광소자를 제공하는 것이 가능하다. 또한, 발광 효율의 개선과 장수명화를 동시에 실현한 발광소자를 제공하는 것도 가능하다.
실시예 4
본 실시예 4에서는, 실시예 1 내지 실시예 3과는 다른 구성을 갖는 본 발명의 발광소자에 대해 비교 발광소자의 결과를 참조하여 설명한다. 본 실시예 4에서는, 제1 발광층(102a)에 있어서의 제2 물질의 종류에 대한 연구 결과를 설명한다.
더구나, 본 실시예 4에서 사용한 유기 화합물의 분자 구조를 이하에 나타낸다. 실시예 4의 소자 구조는 실시예 1과 유사하며, 도 1b를 참조하기 바란다.
Figure 112010065337818-pct00009

<<발광소자 5 내지 8 및 비교 발광소자 5 내지 8의 제조>>
발광소자 5 내지 8 및 비교 발광소자 5 내지 8은 정공수송층(105)을 형성할 때까지는 발광소자 1과 유사하게 제조하였다.
이어서, 발광층(102)을 형성하였다. 발광소자 5 내지 8의 각각에 있어서, 실시예 1의 발광소자 1과 마찬가지로 제1 발광층(102a) 위에 제2 발광층(102b)을 형성한 적층 구조를 갖도록 발광층(102)을 형성한 반면에, 기준 발광소자 5 내지 8에 있어서는, 실시예 1의 비교 발광소자 1과 마찬가지로 제1 발광층(102a)을 형성하지 않고 제2 발광층(102b)의 단일층을 갖도록 발광층(102)을 형성하였다.
제1 발광층(102a)은 정공수송층 위에 제1 물질로서의 역할을 하는 PCBAPA와 제2 물질의 공증착에 의해 형성하고, 제1 발광층(102a) 중의 제 2 물질에 대한 제 1 물질(PCBAPA)의 질량비가 4:1이 되도록 성막하였다. 발광소자 5의 제 1 발광층(102a)은 제2 물질로서 상기 구조식 (8)로 표시되는 9-페닐-9'-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-3,3'-비(9H-카바졸)(약칭: PCCPA)를 사용하여 막두께가 30nm이 되도록 형성하고, 발광소자 6의 제 1 발광층(102a)은 제2 물질로서 상기 구조식 (9)로 표시되는 4,4'-디(N-카바졸릴)비페닐(약칭: CBP)을 사용하여 막두께가 10nm가 되도록 형성하고, 발광소자 7의 제 1 발광층(102a)은 제2 물질로서 상기 구조식 (10)으로 표시되는 9,10-디페닐안트라센(약칭: DPAnth)을 사용하여 막두께가 30nm이 되도록 형성하고, 발광소자 8의 제 1 발광층(102a)은 제2 물질로서 NPB를 사용하여 막두께가 10nm이 되도록 형성하였다. 이들 제2 물질로서 사용한 물질은 PCBAPA보다 높은 에너지갭을 갖는다.
그후, 제2 발광층(102b)을 비교 발광소자 5 내지 에서는 정공수송층(105) 위에 CzPA와 PCBAPA의 공증착에 의해 형성하였으며, 제 2 발광층(102)을 발광소자 5 내지 8 각각에서는 제1 발광층(102a) 위에 CzPA와 PCBAPA의 공증착에 의해 형성하였다. 이때, 제2 발광층(102b) 내부의 CzPA와 PCBAPA의 질량비는 CzPA:PCBAPA=1:0.1로 설정하였다. 제 2 발광층(102b)의 막두께는 30nm이었다.
다음에, 발광층(102) 위에 Alq를 10nm 증착한 후, 전자수송층(106)으로서, BPhen을 30nm 형성하였다. 전자수송층(106) 위에 불화 리튬을 사용하여 1nm 두께가 되도록 전자주입층(107)을 형성하였다. 최후에, 음극으로서의 역할을 하는 제 2 전극(101)으로서 알루미늄을 200nm 성막하였다. 이에 따라, 발광소자를 완성시켰다. 전술한 증착 과정은 모두 저항가열법을 사용하여 행하였다.
<<발광소자 5 내지 8 및 비교 발광소자 5 내지 8의 동작 특성>>
이상에 의해 얻어진 발광소자 5 내지 8 및 비교 발광소자 5∼8을 질소 분위기의 글로브 박스에 넣고 발광소자가 대기에 노출되지 않도록 봉지하였다. 그후, 이들 발광소자의 동작 특성에 대해서 측정을 행하였다. 이때, 측정은 실온(25℃로 유지된 분위기)에서 행하였다.
도 22, 도 23, 도 24 및 도 25는 각각 발광소자 5 및 비교 발광소자 5의 휘도 대 전류효율 특성, 발광소자 6 및 비교 발광소자 6의 휘도 대 전류효율 특성, 발광소자 7 및 비교 발광소자 7의 휘도 대 전류효율 특성, 및 발광소자 8 및 비교 발광소자 8의 휘도 대 전류효율 특성을 나타낸 것이다(△: 발광소자 5-8 ●: 비교 발광소자 5-8). 발광소자와 비교 발광소자들의 전류효율을 표 3에 나타낸다.
표 3
Figure 112010065337818-pct00010
표 3 및 도 22 내지 25로부터, 실시형태 1에 기재된 구성을 갖는 발광소자인 발광소자 5 내지 8은, 비교 발광소자 5 내지 8보다 높은 전류효율을 나타내는 것을 알 수 있었다. 이것은, 제2 발광층(102b)에서 재결합하지 않고 발광에 기여하지 않은 전자가 제1 발광층(102a)에 있어서 정공과 재결합하여, 제1 발광층(102a)에 있어서의 제1 물질이 발광한 것에 의한 것으로 생각된다.
이때, 안트라센 유도체 혹은 카바졸 유도체인 PCCPA, CBP 및 DPAnth를 제1 발광층(102a)에 있어서의 제2 물질로서 사용한 발광소자 5, 발광소자 6 및 발광소자 7은 각각 비교 발광소자 5, 비교 발광소자 6 및 비교 발광소자 7보다 전류효율의 향상 효과가 컸다.
다음에, 초기 휘도를 1000cd/m2로 설정하고 일정한 전류밀도로 이들 소자를 구동한 바, 발광소자 5 및 비교 발광소자 5, 발광소자 6 및 비교 발광소자 6, 발광소자 7 및 비교 발광소자 7, 발광소자 8 및 비교 발광소자 8의 휘도 열화 곡선을 도 26, 도 27, 도 28 및 도 29에 나타내었다. 실시예 1의 발광소자 2 및 비교 발광소자 1의 휘도 열화 곡선을 도 30에 나타낸다. 발광소자 2는 실시예 1에서 구조를 갖고 있고, 제2 물질로서 CzPA를 사용한 것 이외는, 발광소자 5 내지 발광소자 8과 유사하다. 도 26 내지 도 30의 각각에 있어서, 횡축은 시간을 표시하고, 종축은 초기 휘도가 100일 때의 상대 휘도(%)를 표시한다. 표 4는, 어떤 시간 경과후에 발광소자 및 비교 발광소자의 휘도가 초기 휘도로부터의 열화한 정도인 열화 정도(%)를 나타낸 것이다.
표 4
Figure 112010065337818-pct00011
도 26∼30에서, 본 발명의 실시예인 발광소자 2 및 발광소자 5 내지 발광소자 8에 있어서의 휘도 감소는 대응하는 비교 발광소자보다 작은 것을 알 수 있었다. 즉, 본 발명에 따른 발광소자는 수명이 향상된 발광소자로 할 수 있다. 안트라센 골격 및 카바졸 골격의 양쪽을 갖는 PCCPA, CzPA를 제1 발광층(102a)에 있어서의 제2 물질로서 사용한 발광소자 5 및 발광소자 2는 비교 발광소자 5 및 비교 발광소자 1보다 현저하게 향상된 수명을 가졌다.
이상으로부터, 본 발명의 발광소자는, 발광 효율이 향상된, 특히 발광 효율과 수명의 양쪽이 향상된 발광소자인 것을 알 수 있다.
본 발명의 발광소자에 있어서의 제1 발광층에 포함되는 제2 물질은 안트라센 골격과 카바졸 골격의 양쪽을 갖는 물질인 것이 바람직하다.
제2 물질이 제2 발광층(102b)에 있어서의 제3 물질과 같은 물질인 발광소자 2가 양호한 수명향상 효과를 나타내므로, 본 발명의 발광소자에 있어서, 제1 발광층(102a)에 있어서의 제2 물질과 제2 발광층(102b)에 있어서의 제3 물질이 같은 물질인 것은 바람직한 구성이다.
이상으로부터, 본 발명의 발광소자는 발광 효율을 향상시킨 발광소자, 특히, 발광 효율의 개선과 장수명화를 동시에 실현한 발광소자로 하는 것도 가능하다는 것을 알 수 있다.
(참고예)
실시예 1에서 사용한 구조식 (1)로서 표시되는 PCBAPA, 실시예 2에서 사용한 구조식 (2)로서 표시되는 PCBAPBA 및 실시예 4에서 사용한 구조식 (8)로 표시되는 PCCPA의 합성 방법에 대해 설명한다.
Figure 112010065337818-pct00012

<<PCBAPA의 합성 방법>>
[스텝 1: 9-페닐-9H-카바졸-3-보론산의 합성]
3-브로모-9-페닐-9H-카바졸 10g(31mmol)을 500mL의 3구 플라스크에 넣고, 플라스크 내부의 공기를 질소로 치환하였다. 테트라히드로푸란(THF) 150mL을 플라스크에 가하여, 3-브로모-9-페닐-9H-카바졸을 용해시켰다. 이 용액을 -80℃로 냉각하였다. 이 용액에 n-부틸 리튬(1.58mol/L 헥산 용액) 20mL(32mmol)을 실린지에 의해 적하하였다. 적하 종료후, 용액을 같은 온도에서 1시간 교반하였다. 교반후, 이 용액에 붕산 트리메틸 3.8mL(34mmol)을 가하고, 용액의 온도를 실온으로 상승시키면서 이 용액을 약 15시간 교반하였다. 교반후, 이 용액에 묽은 염산 약 150mL(1.0mol/L)을 가하고, 1시간 교반하였다. 교반후, 이 혼합물로부터 유기층을 분리하고, 물층을 초산 에틸로 더 추출하고, 추출 용액과 유기층을 합쳐 포화 탄산수소나트륨으로 세정하였다. 합친 유기층을 황산 마그네슘으로 건조하였다. 건조후, 이 혼합물을 자연 여과하였다. 얻어진 액을 농축한 바, 담갈색의 유상물을 얻었다. 얻어진 유상물을 감압 건조한 바, 합성의 목적물인 담갈색 고체 7.5g을 수율 86%로 얻었다. 스텝 1의 합성 스킴을 하기 (a-1)에 나타낸다.
Figure 112010065337818-pct00013

[스텝 2: 4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)디페닐아민(PCBA)의 합성]
4-브로모디페닐아민 6.5g(26mmol), 9-페닐-9H-카바졸-3-보론산 7.5g(26mmol) 및 트리(o-토릴)포스핀 400mg(1.3mmol)을 500mL 3구 플라스크에 넣었다. 플라스크 내부의 공기를 질소로 치환하였다. 이 혼합물에 톨루엔 100mL, 에탄올 50mL, 탄산 칼륨 수용액 14mL(0.2mol/L)을 가하였다. 이 혼합물을, 감압하에서 교반하면서 탈기하였다. 탈기후, 혼합물에 초산 팔라듐(II) 67mg(30mmol)을 가하였다. 이 혼합물을 100℃ 10시간 환류하였다. 환류후, 혼합물 중의 유기층을 분리하고, 물층을 톨루엔으로 추출하고, 추출 용액과 유기층을 합쳐 포화 식염수로 세정하였다. 합친 유기층을 황산 마그네슘으로 건조하였다. 건조후, 이 혼합물을 자연 여과하고, 얻어진 여과액을 농축한 바, 담갈색의 유상물을 얻었다. 이 유상물을 실리카겔 컬럼 크로마토그래피(전개 용매는 헥산:톨루엔=4:6의 혼합 용매)에 의해 정제하였다. 정제후에 얻어진 백색 고체를 디클로로메탄과 헥산의 혼합 용액으로 재결정하여, 합성의 목적물인 백색 고체 4.9g을 수율 45%로 얻었다. 스텝 2의 합성 스킴을 하기 (a-2)에 나타낸다.
Figure 112010065337818-pct00014

이때, 상기 스텝 2에서 얻어진 고체를 핵자기공명분광법(NMR)에 의해 분석하였다. 이하에 측정 결과를 나타낸다. 측정 결과로부터, PCBAPA를 합성하기 위한 원료로서의 역할을 하는 PCBA가 얻어진 것을 알 수 있었다.
1H NMR(DMSO-d6, 300MHz): δ=6.81-6.86(m, 1H), 7.12(dd, J1=0.9Hz, J2=8.7Hz, 2H), 7.19(d, J=8.7Hz, 2H), 7.23-7.32(m, 3H), 7.37-7.47(m, 3H), 7.51-7.57(m, 1H), 7.61-7.73(m, 7H), 8.28(s, 1H), 8.33(d, J=7.2Hz, 1H), 8.50(d, J=1.5Hz, 1H)
[스텝 3: PCBAPA의 합성]
9-(4-브로모페닐)-10-페닐안트라센 7.8g(12mmol), PCBA 4.8g(12mmol), 나트륨 tert-부톡시드 5.2g(52mmol)을 300mL 3구 플라스크에 넣었다. 플라스크 내부의 공기를 질소로 치환하였다. 이 혼합물에, 톨루엔 60mL, 트리(tert-부틸)포스핀(10wt% 헥산 용액) 0.30mL을 가하였다. 이 혼합물을, 감압하에서 교반하면서 탈기하였다. 탈기후, 비스(디벤질리덴아세톤)팔라듐(0) 136mg(0.24mmol)을 혼합물에 가하였다. 이 혼합물을, 100℃에서 3시간 교반하였다. 교반후, 이 혼합물에 약 50mL의 톨루엔을 가하였다. 혼합물을 셀라이트(와코순약공업주식회사, 카탈로그 번호 531-16855), 알루미나, 플로리실(와코순약공업주식회사, 카탈로그 번호 540-00135)을 통해 흡인 여과하였다. 얻어진 여과액을 농축하여, 황색 고체를 얻었다. 이 고체를 톨루엔과 헥산의 혼합 용매로 재결정하여, 합성의 목적물인 PCBAPA의 담황색 고체 6.6g을 수율 75%로 얻었다. 그후, 얻어진 담황색 분말형 고체 3.0g을 트레인 서브리메이션법에 의해 승화 정제하였다. 승화 정제 조건은, 압력 8.7Pa에서, 아르곤 가스를 유량 3.0mL/min로 흘리면서, 350℃에서 PCBAPA를 가열하였다. 승화 정제후, PCBAPA의 담황색 고체 2.7g을 수율 90%로 얻었다. 스텝 3의 합성 스킴을 하기 (a-3)에 나타낸다.
Figure 112010065337818-pct00015
상기 스텝 3에서 얻어진 고체를 1H NMR에 의해 분석하였다. 이하에 측정 결과를 나타낸다. 측정 결과로부터, PCBAPA가 얻어진 것을 알 수 있었다.
1H NMR(CDCl3, 300MHz): δ=7.09-7.14(m, 1H), 7.28-7.72(m, 33H), 7.88(d, J=8.4Hz, 2H), 8.19(d, J=7.2Hz, 1H), 8.37(d, J=1.5Hz, 1H)
이어서, 구조식 (2)로 나타낸 4-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트리페닐아민(약칭: PCBAPBA)의 합성 방법을 설명한다.
<< PCBAPBA의 합성 방법>>
[스텝 1: 9-(4'-브로모 비페닐-4-일)-10-페닐안트라센의 합성]
2.8g(7.2mmol)의 9-요오드-10-페닐안트라센과, 1.5g(7.2mmol)의 4'-브로모비페닐-4-보론산을 100mL 3구 플라스크에 넣었다. 플라스크 내부의 공기를 질소로 치환하였다. 이 혼합물에 40mL의 톨루엔과 탄산 나트륨 수용액 10mL(2.0mol/L)을 가하였다. 이 혼합물을 감합하면서 교반함으로써 탈기하였다. 탈기 후, 120mg(0.10mmol)의 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐(0)을 혼합물에 가하였다. 이 혼합물을 90℃에서 4시간 교반하였다. 교반후, 이 혼합물에 약 50mL의 톨루엔을 가하였다. 이 혼합물을 알루미나, 셀라이트(와코순약공업주식회사, 카탈로그 번호 531-16855), 플로리실(와코순약공업주식회사, 카탈로그 번호 540-00135)을 통해 흡인 여과하였다. 얻어진 여과액을 농축해서 얻은 고체를 고속 액체 크로마토그래피(이동상: 클로로포름)에 의해 정제하여, 담황색 고체를 얻었다. 얻어진 고체를 클로로포름과 헥산의 혼합 용매에 의해 재결정한 바, 합성의 목적물인 담황색 분말형 고체 1.4g을 수율 40%로 얻었다. 스텝 1의 합성 스킴을 하기 (b-1)에 나타낸다.
Figure 112010065337818-pct00016

[스텝 2: 4-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트리페닐아민(PCBAPBA)의 합성]
1.0g(2.1mmol)의 9-(4'-브로모비페닐-4-일)-10-페닐안트라센과, 845mg(2.1mmol)의 4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)디페닐아민(약칭: PCBA, 상기 PCBAPA의 합성 방법에 있어서의 스텝 1 및 스텝 2와 유사하게 합성)과, 1.0g(10mmol)의 나트륨 tert-부톡시드를 50mL의 3구 플라스크에 넣었다. 플라스크 내부의 공기를 질소로 치환하였다. 이 혼합물에, 15mL의 톨루엔과, 0.10mL의 트리(tert-부틸)포스핀(10wt% 헥산 용액)을 가하였다. 이 혼합물을, 감압하에서 교반하면서 탈기하였다. 탈기후, 58mg(0.10mmol)의 비스(디벤질리덴아세톤)팔라듐(0)을 가하였다. 이 혼합물을, 100℃에서 5시간 교반하였다. 교반후, 이 혼합물의 온도를 실온까지 식히고 나서 약 20mL의 톨루엔을 혼합물에 가하였다. 혼합물을 플로리실(와코순약공업주식회사, 카탈로그 번호 540-00135), 셀라이트(와코순약공업주식회사, 카탈로그 번호 531-16855) 및 알루미나를 통과시켜 여과하였다. 얻어진 여과액을 농축하여, 담황색 고체를 얻었다. 이와 같이 얻어진 고체를 톨루엔과 헥산의 혼합 용매로 재결정한 바, 합성의 목적물인 담황색 분말형 고체 1.5g을 수율 90%로 얻었다. 스텝 2의 합성 스킴을 하기 (b-2)에 나타낸다.
Figure 112010065337818-pct00017
그후, 얻어진 담황색 분말형 고체 1.1g을 트레인 서브리메이션법에 의해 정제하였다. 승화 정제로서, 압력 6.0Pa에서 아르곤 가스를 유량 3.0mL/min으로 흘리면서 380℃에서 PCBAPBA를 가열하였다. 승화 정제후, PCBAPBA의 담황색 고체 1.0g을 수율 93%로 얻었다.
얻어진 고체를 1H NMR를 분석하였다. 이하에 측정 결과를 나타낸다. 측정 결과로부터, PCBAPBA가 얻어진 것을 알 수 있었다.
1H NMR(DMSO-d6, 300MHz): δ=7.09-7.12(m, 1H), 7.25-7.31(m, 12H), 7.34-7.79(m, 23H), 7.80-7.85(m, 4H), 8.20(d, J=7.8Hz, 1H), 8.36(d, J=1.5Hz, 1H)
실시예 4에서 사용한, 구조식 (8)로 표시되는 9-페닐-9'-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-3,3'-비(9H-카바졸)(약칭: PCCPA)의 합성 방법에 대해 설명한다.
<< PCCPA의 합성 방법>>
[스텝 1: 9-페닐-3,3'-비(9H-카바졸)(약칭: PCC)의 합성]
3-브로모카바졸 2.5g(10mmol), N-페닐카바졸-3-보론산 2.9g(10mmol), 트리(오르토-토릴)포스핀 152mg(0.50mmol)을 200mL 3구 플라스크에 넣었다. 플라스크 내부의 공기를 질소로 치환하였다. 이 혼합물에 디메톡시에탄올(DME) 50mL 및 탄산 칼륨 수용액 10mL(2mol/L)을 가하였다. 이 혼합물을 감압하면서 교반함으로써 탈기하였다. 탈기후, 초산 팔라듐 50mg(0.2mmol)을 혼합물에 가하였다. 이 혼합물을 질소 기류 하에서 80℃ 3시간 교반하였다. 교반후, 이 혼합물에 톨루엔 약 50mL을 가하였다. 혼합물을 30분 정도 교반한 후, 물, 포화 식염수의 순서로 세정하였다. 세정후, 유기층을 황산 마그네슘으로 건조하였다. 이 혼합물을 자연 여과하였다. 얻어진 여과액을 농축한 바 유상 물질을 얻었다. 얻어진 유상 물질을 톨루엔에 용해시켰다. 이 용액을 플로리실(와코순약공업주식회사, 카탈로그 번호 540-00135), 알루미나, 셀라이트(와코순약공업주식회사, 카탈로그 번호 531-16855)를 통해 여과하였다. 얻어진 여과액을 농축한 바, 합성의 목적물인 백색 고체 3.3g을 수율 80%로 얻었다. 스텝 1의 합성 스킴을 하기 (c-1)에 나타낸다.
Figure 112010065337818-pct00018

[스텝 2: PCCPA의 합성]
9-페닐-10-(4-브로모페닐)안트라센 1.2g(3.0mmol)과, PCC 1.2g(3.0mmol), 나트륨 tert-부톡시드 1.0g(10mmol)을 100mL 3구 플라스크에 넣었다. 플라스크 내부의 공기를 질소로 치환하였다. 이 혼합물에 톨루엔 20mL 및 트리(tert-부틸)포스핀(10wt% 헥산 용액) 0.1mL을 가하였다. 이 혼합물을 감압하면서 교반함으로써 탈기를 하였다. 탈기후, 이 혼합물에, 비스(디벤질리덴아세톤)팔라듐(0) 96mg(0.17mmol)을 가하였다. 이 혼합물을 질소 기류 하에서 110℃ 8시간 환류하였다. 환류후, 이 혼합물에 톨루엔 약 50mL을 가하였다. 혼합물을 30분 정도 교반한 후, 이 혼합물을 물, 포화 식염수의 순서로 세정하였다. 세정후, 유기층을 황산 마그네슘으로 건조하였다. 이 혼합물을 자연 여과하였다. 얻어진 여과액을 농축한 바, 유상 물질을 얻었다. 얻어진 유상 물질을, 실리카겔 컬럼 크로마토그래피(전개용매는 헥산:톨루엔=1:1의 혼합 용매)에 의해 정제하였다. 얻어진 담황색 고체를 클로로포름 및 헥산에 의해 재결정하여, 담황색 분말형 고체 1.2g을 수율 54%로 얻었다. 얻어진 담황색 분말형 고체 2.4g을 트레인 서브리메이션법에 의해 정제하였다. 승화 정제는, 압력 8.7Pa에서 아르곤 가스를 유량 3.0mL/min으로 흘리면서 350℃에서 가열함으로써 행하여, PCCPA의 담황색 고체 2.2g을 수율 94%로 얻었다. 스텝 2의 합성 스킴을 하기 (c-2)에 나타낸다.
Figure 112010065337818-pct00019
상기 스텝 2에서 얻어진 고체를 1H NMR에 의해 분석하였다. 이하에 측정 결과를 나타낸다. 이 측정 결과로부터, 얻어진 담황색 고체가 PCCPA인 것이 확인되었다.
1H NMR(CDCl3, 300MHz): δ=7.34-7.91(m, 32H), 8.27(d, J=7.2Hz, 1H), 8.31(d, J=7.5Hz, 1H), 8.52(dd, J1=1.5Hz, J2=5.4Hz, 2H).
본 출원은 2008년 3월 18일자 일본 특허청에 출원된 일본 특허출원 2008-068924에 근거한 것으로, 이 출원의 전체 내용은 참조용으로 본 출원에 포함된다.
100: 양극, 101: 음극, 102: 발광층, 102a: 제1 발광층, 102b: 제2 발광층, 103: 유기 화합물 함유층, 104: 정공주입층, 105: 정공수송층, 106: 전자수송층, 107: 전자주입층, 110: 발광소자, 200: 정공수송층의 HOMO 준위, 201: 제1 발광층의 HOMO 준위, 202: 제2 발광층에 있어서의 제1 물질의 HOMO 준위, 203: 제2 발광층에 있어서의 제3 물질의 HOMO 준위, 210: 정공, 260: 전자, 601: 구동회로부(소스측 구동회로), 602: 화소부, 603: 구동회로부(게이트측 구동회로), 604: 밀봉기판, 605: 씰재, 607: 공간, 608: 배선, 609: FPC(플렉시블 프린트 서킷), 610: 소자 기판, 611: 스위칭용 TFT, 612: 전류제어용 TFT, 613: 제1 전극, 614: 절연물, 616: 유기 화합물을 함유하는 층, 617: 제2 전극, 618: 발광소자, 623: n채널형 TFT, 624: p채널형 TFT, 901: 하우징, 902: 액정층, 903: 백라이트 유닛, 904: 하우징, 905: 드라이버 IC, 906: 단자, 951: 기판, 952: 전극, 953: 절연층, 954: 격벽층, 955: 유기 화합물을 함유하는 층, 956: 전극, 2001: 하우징, 2002: 광원, 3001: 조명 장치, 9101: 하우징, 9102: 지지대, 9103: 표시부, 9104: 스피커부, 9105: 비디오 입력 단자, 9201: 본체, 9202: 하우징, 9203: 표시부, 9204: 키보드, 9205: 외부 접속 포트, 9206: 포인팅 디바이스, 9401: 본체, 9402: 하우징, 9403: 표시부, 9404: 음성입력부, 9405: 음성출력부, 9406: 조작 키, 9407: 외부 접속 포트, 9408: 안테나, 9501: 본체, 9502: 표시부, 9503: 하우징, 9504: 외부 접속 포트, 9505: 리모트 콘트롤 수신부, 9506: 수상부, 9507: 배터리, 9508: 음성입력부, 9509: 조작 키, 9510: 접안부

Claims (16)

  1. 양극과,
    음극과,
    상기 양극과 상기 음극 사이에 위치하고, 제 1 물질 및 제 2 물질을 포함하는 제 1 발광층과,
    상기 제 1 발광층 위에 있고 상기 제 1 발광층에 직접 접하고, 상기 제1 물질과 제3 물질을 포함하고, 상기 제3 물질이 최다 성분인 제2 발광층을 포함하고,
    상기 제1 발광층은 양극측에 위치하고, 상기 제2 발광층은 음극측에 위치하고,
    상기 제 1 발광층에 있어서 중량 기준으로 상기 제1 물질의 양이 상기 제2 물질의 양보다 많고,
    상기 제 1 물질이 정공 수송성을 갖는 물질이고,
    상기 제2 물질 및 상기 제3 물질이 각각 상기 제1 물질보다 큰 에너지갭을 갖고 있는 발광소자.
  2. 양극과,
    음극과,
    상기 양극과 상기 음극 사이에 위치하고, 제 1 물질 및 제 2 물질을 포함하는 제 1 발광층과,
    상기 제 1 발광층 위에 있고 상기 제 1 발광층에 직접 접하고, 상기 제1 물질과 제3 물질을 포함하는 제 2 발광층을 포함하고,
    상기 제1 발광층은 양극측에 위치하고, 상기 제2 발광층은 음극측에 위치하고,
    상기 제1 발광층에 있어서 상기 제1 물질의 비율이 50wt% 이상 100wt% 미만이고,
    상기 제 1 물질이 정공 수송성을 갖는 물질이고,
    상기 제 2 발광층에 있어서 상기 제 3 물질이 최다 성분이고,
    상기 제2 물질 및 상기 제3 물질이 각각 상기 제1 물질보다 큰 에너지갭을 갖고 있는 발광소자.
  3. 양극과,
    음극과,
    상기 양극과 상기 음극 사이에 위치하고, 제 1 물질 및 제 2 물질을 포함하는 제 1 발광층과,
    상기 제 1 발광층 위에 있고 상기 제1 발광층에 직접 접하고, 상기 제1 물질과 제3 물질을 포함하는 제 2 발광층을 포함하고,
    상기 제1 발광층은 양극측에 위치하고, 상기 제2 발광층은 음극측에 위치하고,
    상기 제1 발광층에 있어서 상기 제1 물질의 비율이 50wt% 이상 100wt% 미만이고,
    상기 제2 발광층에 있어서 상기 제1 물질의 비율이 0.001wt% 이상 30wt% 이하이고,
    상기 제 1 물질이 정공 수송성을 갖는 물질이고,
    상기 제2 물질 및 상기 제3 물질이 각각 상기 제1 물질보다 큰 에너지갭을 갖고 있는 발광소자.
  4. 삭제
  5. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 물질은, 안트라센이 아릴렌기를 통하여 디아릴아미노기와 결합하고 있는 화합물인 발광소자.
  6. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 물질이 9,10-디아릴안트라센 유도체이고, 상기 9,10-디아릴안트라센 유도체의 9 또는 10 위치에 결합하는 아릴기가 디아릴아미노기와 결합하고 있는 발광소자.
  7. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 물질이 하기 일반식 (i)로 표시되는 물질이고,
    Figure 112010065337818-pct00020

    식 중에서 Ar1은 탄소수 6 내지 25의 아릴기를 표시하고, Ar2은 탄소수 6 내지 25의 아릴렌기를 표시하고, Ar3 및 Ar4은 독립하여 탄소수 6 내지 25의 아릴기, 또는 카바졸릴기를 표시하는 발광소자.
  8. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 물질이 안트라센 유도체 또는 카바졸 유도체인 발광소자.
  9. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 물질이 안트라센 골격 및 카바졸 골격의 양쪽을 갖는 물질인 발광소자.
  10. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 발광층과 상기 양극 사이에 정공수송층이 배치된 발광소자.
  11. 제 2항 또는 제 3항에 있어서,
    상기 제1 발광층에 있어서 상기 제1 물질의 비율이 70wt% 이상 100wt% 미만인 발광소자.
  12. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 물질과 상기 제3 물질이 같은 물질인 발광소자.
  13. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 기재된 발광소자와,
    상기 발광소자의 제어기를 포함하는 발광장치.
  14. 제 13항에 기재된 발광장치를 구비한 전자기기.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 발광층에 있어서 상기 제 1 물질의 비율이 70wt%이상 100wt%미만인, 발광소자.
  16. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 물질은 상기 제 1 발광층 및 상기 제 2 발광층에 있어서 발광 중심 물질로서의 역할을 하는, 발광소자.
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