KR101598440B1 - 발광 장치 - Google Patents

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KR101598440B1
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타카히로 유시쿠보
사토시 세오
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가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼
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Abstract

본 발명은 장수명인 발광 소자를 제공하는 것을 과제로 한다. 특히, 장수명인 백색의 발광 소자를 제공하는 것을 과제로 한다. 또한, 발광 효율이 높은 발광 소자를 제공하는 것을 과제로 한다. 특히, 발광 효율이 높은 백색의 발광 소자를 제공하는 것을 과제로 한다.
양극과 음극의 사이에, 제 1 발광 물질을 포함하는 제 1 발광층과, 제 1 발광층에 접하여 형성되고, 또한 제 2 발광 물질을 포함하는 제 2 발광층을 갖는 발광 소자에 있어서, 제 1 발광층을, 양극측에 위치하는 층과 음극측에 위치하는 층으로 분할한다. 이 때, 양극측에 위치하는 층에 정공 수송성의 호스트 재료를 사용하고, 음극측에 위치하는 층에 전자 수송성의 호스트 재료를 사용한다.
Figure 112008072304536-pat00001
발광 장치, 전자 수송성, 정공 수송성, 유기 화합물, 발광 물질

Description

발광 장치{Light-emitting device}
본 발명은, 전류 여기형의 발광 소자에 관한 것이다. 또한, 상기 발광 소자를 갖는 발광 장치, 및 전자기기에 관한 것이다.
최근, 일렉트로루미네선스(Electroluminescence)를 이용한 발광 소자의 연구개발이 활발히 행하여지고 있다. 이들 발광 소자의 기본적인 구성은, 한 쌍의 전극간에 발광 물질을 포함하는 층을 끼운 것이다. 이 소자에 전압을 인가함으로써, 발광 물질로부터의 발광을 얻을 수 있다.
일렉트로루미네선스를 이용한 발광 소자는, 발광 물질이 유기 화합물인지, 무기 화합물인지에 따라서 크게 나누어진다.
발광 물질이 유기 화합물인 경우, 발광 소자에 전압을 인가함으로써, 한 쌍의 전극으로부터 전자 및 정공이 각각 발광 물질을 포함하는 층에 주입되고, 전류가 흐른다. 그리고, 이들 캐리어(전자 및 정공)가 재결합함으로써, 발광 물질이 여기상태를 형성하고, 그 여기상태가 기저상태로 되돌아갈 때에 발광한다. 이러한 메카니즘으로부터, 이러한 발광 소자는, 전류 여기형의 발광 소자라고 불린다.
이와 같이, 유기 화합물을 발광 물질로서 사용한 전류 여기형의 발광 소자 는, 박형 경량으로 제작할 수 있고, 또한 저전압으로 구동할 수 있기 때문에, 차세대의 플랫 패널 디스플레이 소자로서 적합하다고 생각된다. 또한, 매우 응답 속도가 빠른 것도 특징의 하나이고, 디스플레이에 응용하면 높은 화질이 실현되는 것도 이점이다.
또한, 이들의 발광 소자는 막형으로 형성하는 것이 가능하기 때문에, 대면적인 면형의 발광을 용이하게 얻을 수 있다. 이러한 사실은, 백열전구나 LED로 대표되는 점광원, 또는 형광등으로 대표되는 선광원에서는 얻기 어려운 「면 광원」을 용이하게 제작할 수 있는 것을 의미한다. 따라서, 조명등에 응용할 수 있는 면 광원으로서의 이용 가치도 높다.
그런데, 이들의 발광 소자는, 발광 물질의 종류에 따라서 다양한 발광색을 제공할 수 있지만, 플랫 패널 디스플레이나 조명으로의 응용을 고려하면, 백색광을 나타내는 발광 소자의 개발은 중요하다. 백색 발광 소자에 컬러 필터를 조합함으로써, 풀컬러 디스플레이가 실현될 뿐만 아니라, 백색광은 조명에 있어서 가장 수요가 높은 발광색이기 때문이다.
다른 발광색을 나타내는 유기 화합물을 복수종 조합함으로써, 브로드한 스펙트럼을 가지는 발광, 또는 백색 발광을 얻는 것은 가능하다. 그러나, 상술한 바와 같은 발광 소자에 있어서의 발광 효율이나 수명은 커다란 과제이고, 백색 발광 소자에 있어서도 그것은 마찬가지이다.
이러한 문제점을 극복하기 위해서, 예를 들면 특허문헌 1에서는, 어떤 특정한 물질을 적용함으로써 백색 발광 소자의 발광 효율이나 수명을 개선하고 있다. 그러나, 실용화를 고려하면, 아직 대책은 불충분하다고 말할 수 있다.
[특허문헌 1] 일본 공개특허공보 2007-201491호
상기 문제를 감안하여, 본 발명에서는, 장수명인 발광 소자를 제공하는 것을 과제로 한다. 특히, 장수명인 백색의 발광 소자를 제공하는 것을 과제로 한다. 또한 본 발명에서는, 발광 효율이 높은 발광 소자를 제공하는 것을 과제로 한다. 특히, 발광 효율이 높은 백색의 발광 소자를 제공하는 것을 과제로 한다.
또한 본 발명에서는, 본 발명의 발광 소자를 발광 장치, 또는 전자기기에 적용함으로써, 신뢰성이 높은 발광 장치, 또는 전자기기를 제공하는 것을 과제로 한다. 또한, 소비 전력이 낮은 발광 장치, 또는 전자기기를 제공하는 것을 과제로 한다.
양극과 음극의 사이에, 제 1 발광 물질을 포함하는 제 1 발광층을 형성하고, 상기 제 1 발광층에 접하여 제 2 발광 물질을 포함하는 제 2 발광층을 더 형성함으로써, 제 1 발광 물질로부터의 발광과 제 2 발광 물질로부터의 발광의 양쪽이 얻어지는 발광 소자를 제작할 수 있다.
본 발명자들은 검토를 거듭한 결과, 상기 소자 구성에 있어서, 제 1 발광층을, 양극측에 위치하는 층과 음극측에 위치하는 층의 2층으로 분할하고, 상기 양극측에 위치하는 층에는, 제 1 유기 화합물과 제 1 발광 물질을 함유시키고, 상기 음극측에 위치하는 층에는, 제 1 유기 화합물과는 다른 제 2 유기 화합물과 제 1 발광 물질을 함유시키고, 또한 제 1 발광층에 접하여 형성되어 있는 제 2 발광층에는, 제 2 발광 물질 뿐만 아니라 제 3 유기 화합물도 함유시킴으로써, 과제를 해결할 수 있는 것을 발견하였다.
또한, 제 1 발광층에 접하여 형성되어 있는 제 2 발광층은, 제 2 발광 물질뿐만아니라 제 3 유기 화합물도 함유시키고 있기 때문에, 캐리어의 수송성을 제어할 수 있다. 이로써, 제 2 발광층은, 제 1 발광층의 양극측에 형성할 수도 있고, 음극측에 형성할 수도 있다.
따라서 본 발명의 구성의 하나는, 양극과 음극의 사이에, 제 1 발광층과, 상기 제 1 발광층의 양극측에 접하여 형성된 제 2 발광층을 갖고, 상기 제 1 발광층은, 양극측에 위치하는 층과, 음극측에 위치하는 층으로 이루어지고, 상기 양극측에 위치하는 층은, 제 1 유기 화합물과 제 1 발광 물질을 포함하고, 상기 음극측에 위치하는 층은, 제 2 유기 화합물과 상기 제 1 발광 물질을 포함하고, 상기 제 2 발광층은, 제 3 유기 화합물과 제 2 발광 물질을 포함하고, 상기 제 1 발광 물질로부터의 발광과 상기 제 2 발광 물질로부터의 발광이 얻어지는 발광 소자이다.
이 경우, 제 1 발광층에 있어서의 캐리어의 재결합 영역은, 제 1 발광층의 계면이 아닌 내부인 것이 바람직하다. 따라서, 상기 양극측에 위치하는 층은 정공 수송성이고, 상기 음극측에 위치하는 층은 전자 수송성인 것이 바람직하다. 또한 이 경우, 제 2 발광층은, 제 1 발광층의 양극측에 형성되어 있기 때문에, 제 1 발광층까지 정공을 수송하는 기능도 맡는다. 따라서, 제 2 발광층은 정공 수송성인 것이 바람직하다.
여기에서, 상기 구성에 있어서, 제 1 유기 화합물, 제 2 유기 화합물, 및 제 3 유기 화합물은, 각 층에 있어서의 캐리어의 수송성을 제어하기 위해서, 소위 호스트 재료인 것이 바람직하다. 따라서 본 발명의 구성의 하나는, 양극과 음극의 사이에, 제 1 발광층과, 상기 제 1 발광층의 양극측에 접하여 형성된 제 2 발광층을 갖고, 상기 제 1 발광층은, 양극측에 위치하는 층과, 음극측에 위치하는 층으로 이루어지고, 상기 양극측에 위치하는 층은, 제 1 유기 화합물과 제 1 발광 물질을 포함하고, 상기 양극측에 위치하는 층에 있어서의 상기 제 1 유기 화합물의 함유량은 50wt% 이상 99.9wt% 이하이고, 상기 음극측에 위치하는 층은, 제 2 유기 화합물과 상기 제 1 발광 물질을 포함하고, 상기 음극측에 위치하는 층에 있어서의 상기 제 2 유기 화합물의 함유량은 50wt% 이상 99.9wt% 이하이고, 상기 제 2 발광층은, 제 3 유기 화합물과 제 2 발광 물질을 포함하고, 상기 제 2 발광층에 있어서의 상기 제 3 유기 화합물의 함유량은 50wt% 이상 99.9wt% 이하인 발광 소자이다.
이 경우, 제 1 발광층에 있어서의 캐리어의 재결합 영역은, 제 1 발광층의 계면이 아닌 내부인 것이 바람직하다. 따라서, 상기 제 1 유기 화합물은 정공 수송성이고, 상기 제 2 유기 화합물은 전자 수송성인 것이 바람직하다. 또한 이 경우, 제 2 발광층은, 제 1 발광층의 양극측에 형성되어 있기 때문에, 제 1 발광층까지 정공을 수송하는 기능도 맡는다. 따라서, 상기 제 3 유기 화합물은 정공 수송성인 것이 바람직하다.
여기에서, 상술한 본 발명의 발광 소자에 있어서, 상기 양극측에 위치하는 층과 상기 음극측에 위치하는 층의 계면은, 정공과 전자의 양쪽의 밀도가 높은 영역이다. 따라서, 상기 양극측에 위치하는 층에 포함되는 제 1 유기 화합물이나, 상기 음극측에 위치하는 층에 포함되는 제 2 유기 화합물은, 산화, 환원의 양쪽에 대하여 안정한 것이 바람직하기 때문에, 모두 3환 이상 6환 이하의 축합 다환 방향족 화합물인 것이 바람직하다. 그 중에서도 특히, 안트라센 유도체는 안정하여, 적합하다.
또, 상기 구성과 같이, 제 2 발광층이 제 1 발광층의 양극측에 형성되어 있는 경우, 제 2 발광층으로부터 제 1 발광층에 정공이 주입된다. 따라서, 그 정공 주입성을 윤활하게 하기 위해서, 제 1 발광층의 양극측에 위치하는 층에 포함되는 제 1 유기 화합물과, 제 2 발광층에 포함되는 제 3 유기 화합물은, 동일한 물질인 것이 바람직하다.
이상에서는, 제 2 발광층이 제 1 발광층의 양극측에 형성되어 있는 구성에 관해서 설명하였다. 그러나 앞서 기술한 바와 같이, 제 2 발광층은, 제 1 발광층의 음극측에 형성할 수도 있다.
따라서 본 발명의 구성의 하나는, 양극과 음극의 사이에, 제 1 발광층과, 상기 제 1 발광층의 음극측에 접하여 형성된 제 2 발광층을 갖고, 상기 제 1 발광층은, 양극측에 위치하는 층과, 음극측에 위치하는 층으로 이루어지고, 상기 양극측에 위치하는 층은, 제 1 유기 화합물과 제 1 발광 물질을 포함하고, 상기 음극측에 위치하는 층은, 제 2 유기 화합물과 상기 제 1 발광 물질을 포함하고, 상기 제 2 발광층은, 제 3 유기 화합물과 제 2 발광 물질을 포함하고, 상기 제 1 발광 물질로부터의 발광과 상기 제 2 발광 물질로부터의 발광이 얻어지는 발광 소자이다.
이 경우, 제 1 발광층에 있어서의 캐리어의 재결합 영역은, 제 1 발광층의 계면이 아닌 내부인 것이 바람직하다. 따라서, 상기 양극측에 위치하는 층은 정공 수송성이고, 상기 음극측에 위치하는 층은 전자 수송성인 것이 바람직하다. 또한 이 경우, 제 2 발광층은, 제 1 발광층의 음극측에 형성되어 있기 때문에, 제 1 발광층까지 전자를 수송하는 기능도 맡는다. 따라서, 제 2 발광층은 전자 수송성인 것이 바람직하다.
여기에서, 상기 구성에 있어서, 제 1 유기 화합물, 제 2 유기 화합물, 및 제 3 유기 화합물은, 각 층에 있어서의 캐리어의 수송성을 제어하기 위해서, 소위 호스트 재료인 것이 바람직하다. 따라서 본 발명의 구성의 하나는, 양극과 음극의 사이에, 제 1 발광층과, 상기 제 1 발광층의 음극측에 접하여 형성된 제 2 발광층을 갖고, 상기 제 1 발광층은, 양극측에 위치하는 층과, 음극측에 위치하는 층으로 이루어지고, 상기 양극측에 위치하는 층은, 제 1 유기 화합물과 제 1 발광 물질을 포함하고, 상기 양극측에 위치하는 층에 있어서의 상기 제 1 유기 화합물의 함유량은 50wt% 이상 99.9wt% 이하이고, 상기 음극측에 위치하는 층은, 제 2 유기 화합물과 상기 제 1 발광 물질을 포함하고, 상기 음극측에 위치하는 층에 있어서의 상기 제 2 유기 화합물의 함유량은 50wt% 이상 99.9wt% 이하이고, 상기 제 2 발광층은, 제 3 유기 화합물과 제 2 발광 물질을 포함하고, 상기 제 2 발광층에 있어서의 상기 제 3 유기 화합물의 함유량은 50wt% 이상 99.9wt% 이하인 발광 소자이다.
이 경우, 제 1 발광층에 있어서의 캐리어의 재결합 영역은, 제 1 발광층의 계면이 아닌 내부인 것이 바람직하다. 따라서, 상기 제 1 유기 화합물은 정공 수송성이고, 상기 제 2 유기 화합물은 전자 수송성인 것이 바람직하다. 또한 이 경 우, 제 2 발광층은, 제 1 발광층의 음극측에 형성되어 있기 때문에, 제 1 발광층까지 전자를 수송하는 기능도 맡는다. 따라서, 상기 제 3 유기 화합물은 전자 수송성인 것이 바람직하다.
여기에서, 제 2 발광층이 제 1 발광층의 음극측에 위치하는 구성에 있어서도, 상기 양극측에 위치하는 층과 상기 음극측에 위치하는 층의 계면은, 정공과 전자의 양쪽의 밀도가 높은 영역이다. 따라서, 상기 양극측에 위치하는 층에 포함되는 제 1 유기 화합물이나, 상기 음극측에 위치하는 층에 포함되는 제 2 유기 화합물은, 산화, 환원의 양쪽에 대하여 안정한 것이 바람직하기 때문에, 모두 3환 이상 6환 이하의 축합 다환 방향족 화합물인 것이 바람직하다. 그 중에서도 특히, 안트라센 유도체는 안정하여, 적합하다.
또, 상기 구성과 같이, 제 2 발광층이 제 1 발광층의 음극측에 형성되어 있는 경우, 제 2 발광층으로부터 제 1 발광층에 전자가 주입된다. 따라서, 그 전자 주입성을 윤활하게 하기 위해서, 제 1 발광층의 음극측에 위치하는 층에 포함되는 제 2 유기 화합물과, 제 2 발광층에 포함되는 제 3 유기 화합물은, 동일한 물질인 것이 바람직하다.
이상에서 기술한 바와 같은 구성에 의해 본 발명의 발광 소자는 구성되지만, 본 발명의 발광 소자에 있어서의 캐리어의 재결합 영역은, 제 1 발광층 내부가 지배적으로 되는 경우가 많다. 따라서, 에너지 이동을 고려하면, 제 1 발광층에 있어서의 발광은, 제 2 발광층에 있어서의 발광보다도 단파장의 발광인 것이 바람직하다. 즉, 본 발명의 발광 소자에 있어서는, 상기 제 1 발광 물질의 발광 피크 파 장이, 상기 제 2 발광 물질의 발광 피크 파장보다도 단파장인 것이 바람직하다.
또, 본 발명의 발광 소자의 구성은, 제 1 발광 물질로부터의 발광과 제 2 발광 물질로부터의 발광의 양쪽이 얻어지기 때문에, 브로드한 스펙트럼을 가지는 발광 소자에 적합하며, 특히 백색 발광 소자에 적합하게 사용할 수 있다. 따라서, 이상에서 기술한 바와 같은 본 발명의 발광 소자에 있어서, 상기 제 1 발광 물질의 발광색과, 상기 제 2 발광 물질의 발광색이, 서로 보색 관계에 있는 발광 소자도 본 발명의 하나이다.
백색광을 고려하면, 보다 구체적으로는, 상기 제 1 발광 물질의 발광색은 청색이고, 상기 제 2 발광 물질의 발광색이 황색인 구성이 바람직하다. 또는, 제 1 발광 물질의 발광 피크 파장이 400nm 이상 480nm 미만의 범위에 있고, 제 2 발광 물질의 발광 피크 파장이 540nm 이상 600nm 미만의 범위에 있는 것이 바람직하다.
또한, 백색광을 고려한 다른 구성으로서, 제 1 발광 물질의 발광색이 청록색이고, 제 2 발광 물질의 발광색이 적색인 것이 바람직하다. 또는, 제 1 발광 물질의 발광 피크 파장이 480nm 이상 520nm 미만의 범위에 있고, 제 2 발광 물질의 발광 피크 파장이 600nm 이상 700nm 미만의 범위에 있는 것이 바람직하다.
또, 이상에서 기술한 바와 같은 본 발명의 발광 소자는, 여러 가지의 발광 장치에 적용할 수 있다. 따라서, 상술한 본 발명의 발광 소자를 갖는 발광 장치도 본 발명에 포함하는 것으로 한다. 본 명세서중에 있어서의 발광 장치란, 화상 표시 장치, 조명 장치 등을 포함한다. 또한, 발광 소자가 형성된 패널에 커넥터, 예를 들면 FPC(Flexible printed circuit) 또는 TAB(Tape Automated Bonding) 테이프 또는 TCP(Tape Carrier Package)가 장착된 모듈, TAB 테이프나 TCP의 앞에 프린트 배선판이 설치된 모듈, 또는 발광 소자에 COG(Chip On Glass) 방식에 의해 IC(집적회로)가 직접 실장된 모듈도 모두 발광 장치에 포함하는 것으로 한다.
특히, 본 발명의 발광 소자는, 브로드한 스펙트럼을 가지는 발광 소자, 또는 백색 발광 소자를 제작하는 데 적합하기 때문에, 상기 발광 장치로서는, 조명 장치가 바람직하다.
또한, 상술한 본 발명의 발광 장치는, 특히 전자기기의 표시부로서 유용하다. 따라서, 본 발명의 발광 장치를 구비한 전자기기도, 본 발명에 포함하기로 한다.
본 발명의 발광 소자를 제작함으로써, 장수명인 발광 소자를 얻을 수 있다. 특히, 장수명인 백색의 발광 소자를 얻을 수 있다. 또한 본 발명의 발광 소자를 제작함으로써, 발광 효율이 높은 발광 소자를 얻을 수 있다. 특히, 발광 효율이 높은 백색의 발광 소자를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 발광 소자를 발광 장치, 또는 전자기기에 적용함으로써, 신뢰성이 높은 발광 장치, 또는 전자기기를 얻을 수 있다. 또한, 소비 전력이 낮은 발광 장치, 또는 전자기기를 얻을 수 있다.
이하, 본 발명의 실시형태 및 실시예에 관해서 도면을 참조하면서 설명한다. 단, 본 발명은 많은 다른 형태로 실시하는 것이 가능하고, 본 발명의 취지 및 그 범위로부터 벗어남 없이 그 형태 및 상세를 여러가지로 변경할 수 있는 것은, 당업자라면 용이하게 이해된다. 따라서, 본 실시형태 및 실시예의 기재 내용에 한정하여 해석되지 않는다.
(실시형태 1)
본 실시형태 1에서는, 본 발명의 개념에 관해서 설명한다. 도 1에 본 발명의 발광 소자의 개념도를 도시한다.
도 1a는, 양극(101)과 음극(102)의 사이에, 제 1 발광층(111)과, 제 1 발광층(111)의 양극측에 접하여 형성된 제 2 발광층(112)을 갖고, 제 1 발광층(111)은, 양극측에 위치하는 층(121)과, 음극측에 위치하는 층(122)으로 이루어지는 본 발명의 발광 소자의 구성의 하나를 도시한 것이다. 양극(101)과 제 2 발광층(112)의 사이에는, 정공 주입층이나 정공 수송층이 형성되어 있어도 좋지만, 반드시 필요하지 않기 때문에, 도 1a에서는 생략한다. 또한, 음극(102)과 제 1 발광층(111)의 사이에는, 전자 주입층이나 전자 수송층이 형성되어 있어도 좋지만, 반드시 필요하지 않기 때문에, 도 1a에서는 생략한다.
제 1 발광층(111)에 있어서, 양극측에 위치하는 층(121)은, 제 1 유기 화합물과 제 1 발광 물질을 포함하고, 음극측에 위치하는 층(122)은, 제 1 유기 화합물과는 다른 제 2 유기 화합물과 제 1 발광 물질을 포함하고 있다. 즉, 제 1 발광층(111)으로부터는, 제 1 발광 물질로부터의 발광이 얻어진다. 한편, 제 2 발광층(112)은, 제 3 유기 화합물과 제 2 발광 물질을 포함하고 있다. 즉, 제 2 발광층(112)으로부터는, 제 2 발광 물질로부터의 발광이 얻어진다. 이 발광 소자에 전 압을 인가함으로써, 양극(101)으로부터 주입된 정공과 음극(102)으로부터 주입된 전자가 재결합하고, 제 1 발광 물질로부터의 발광과 제 2 발광 물질로부터의 발광의 양쪽이 얻어지는 것이, 본 발명의 발광 소자이다.
우선, 본 발명의 발광 소자에 있어서 중요한 것은, 제 1 발광층(111)이, 양극측에 위치하는 층(121)과 음극측에 위치하는 층(122)의 2층으로 분할되어 있고, 또한 상기 2층이 모두 제 1 발광 물질을 포함하고 있다는 점이다. 그리고, 양극측에 위치하는 층(121)에는 제 1 유기 화합물을, 음극측에 위치하는 층(122)에는 제 2 유기 화합물을, 각각 더 함유시킴으로써, 제 1 발광층(111) 내부에 있어서의 캐리어의 수송성을 조절하고, 양극측에 위치하는 층(121)과 음극측에 위치하는 층(122)의 계면 근방이 캐리어의 주된 재결합 영역이 되도록 구성하고 있는 점도 중요하다. 이러한 구성으로 함으로써, 캐리어의 재결합은 제 1 발광층(111)의 단부 계면이 아닌 내부에서 일어나게 되기 때문에, 제 1 발광층(111)에 있어서의 캐리어 균형은 경시적(經時的)으로 변화하기 어렵게 되고, 제 1 발광층(111)은 열화하기 어렵게 된다.
이상의 관점에서, 양극측에 위치하는 층(121)은, 제 1 유기 화합물을 함유시킴으로써 정공 수송성을 조절하는 것이 바람직하고, 음극측에 위치하는 층(122)은, 제 2 유기 화합물을 함유시킴으로써 전자 수송성을 조절하는 것이 바람직하다.
한편, 제 2 발광층(112)은, 제 2 발광 물질을 포함하고 있고, 제 1 발광층(111)으로부터의 발광(제 1 발광 물질로부터의 발광)과는 다른 색으로 발광한다. 그리고, 앞서 기술한 바와 같이, 캐리어의 주된 재결합 영역은 양극측에 위치하는 층(121)과 음극측에 위치하는 층(122)의 계면 근방이기 때문에, 제 2 발광층(112)은, 도 1a의 경우, 제 1 발광층(111)까지 정공을 수송하는 기능도 맡는다. 따라서 제 2 발광층(112)은, 제 3 유기 화합물을 더 함유시킴으로써, 정공 수송성을 조절하는 것이 바람직하다.
여기에서, 본 발명의 발광 소자에 있어서는, 제 1 발광층(111)에 포함되는 제 1 발광 물질과, 제 2 발광층(112)에 포함되는 제 2 발광 물질의 양쪽이 발광할 필요가 있다. 제 2 발광층(112)에 포함되는 제 2 발광 물질은, 도 1a에 도시하는 바와 같이, 캐리어의 주된 재결합 영역으로부터는 조금 떨어져 있지만, 양극측에 위치하는 층(121)의 막두께를 조절함으로써, 일부의 전자가 제 2 발광층(112)에까지 도달한다. 따라서, 제 2 발광 물질도 발광할 수 있다.
또는, 제 1 발광 물질의 발광 파장을 제 2 발광 물질의 발광 파장보다도 단파장으로 함으로써, 제 1 발광 물질의 여기 에너지의 일부를 제 2 발광 물질로 에너지 이동시켜, 제 2 발광 물질을 발광시킬 수 있다. 에너지 이동 효율은 물질간의 거리의 6승에 반비례하는 것이 알려져 있기 때문에, 양극측에 위치하는 층(121)의 막두께를 조절함으로써, 제 1 발광 물질의 발광과 제 2 발광 물질의 발광의 비율을 조절할 수 있다.
어느 메카니즘으로 해도, 양극(101)으로부터 주입된 정공과 음극(102)으로부터 주입된 전자는, 제 1 발광층(111) 또는 제 2 발광층(112)의 어느 하나에 있어서의 여기상태의 형성에 낭비 없이 분배되고, 발광에 기여하게 된다. 따라서, 본 발명의 발광 소자는 높은 발광 효율을 달성할 수 있다.
한편, 도 1b는 도 1a와는 반대로, 제 2 발광층(112)이 제 1 발광층(111)의 음극측에 접하여 형성된 구성이고, 본 발명의 발광 소자의 구성의 하나를 도시한 것이다. 양극(101)과 제 1 발광층(111)의 사이에는, 정공 주입층이나 정공 수송층이 형성되어 있어도 좋지만, 반드시 필요하지는 않기 때문에, 도 1b에서는 생략한다. 또한, 음극(102)과 제 2 발광층(112)의 사이에는, 전자 주입층이나 전자 수송층이 형성되어 있어도 좋지만, 반드시 필요하지는 않기 때문에, 도 1b에서는 생략한다.
제 1 발광층(111)에 있어서, 양극측에 위치하는 층(121)은, 제 1 유기 화합물과 제 1 발광 물질을 포함하고, 음극측에 위치하는 층(122)은, 제 1 유기 화합물과는 다른 제 2 유기 화합물과 제 1 발광 물질을 포함하고 있다. 즉, 제 1 발광층(111)으로부터는, 제 1 발광 물질로부터의 발광이 얻어진다. 한편, 제 2 발광층(112)은, 제 3 유기 화합물과 제 2 발광 물질을 포함하고 있다. 즉, 제 2 발광층(112)으로부터는, 제 2 발광 물질로부터의 발광이 얻어진다. 이 발광 소자에 전압을 인가함으로써, 양극(101)으로부터 주입된 정공과 음극(102)으로부터 주입된 전자가 재결합하고, 제 1 발광 물질로부터의 발광과 제 2 발광 물질로부터의 발광이 얻어지는 것이 본 발명의 발광 소자이다.
제 1 발광층(111)에 대해서는 도 1a의 구성과 같고, 양극측에 위치하는 층(121)은, 제 1 유기 화합물을 함유시킴으로써 정공 수송성을 조절하는 것이 바람직하고, 음극측에 위치하는 층(122)은, 제 2 유기 화합물을 함유시킴으로써 전자 수송성을 조절하는 것이 바람직하다.
한편, 제 2 발광층(112)은, 제 2 발광 물질을 포함하고 있고, 제 1 발광층(111)으로부터의 발광(제 1 발광 물질로부터의 발광)과는 다른 색으로 발광한다. 그리고, 캐리어의 주된 재결합 영역은 양극측에 위치하는 층(121)과 음극측에 위치하는 층(122)의 계면 근방이기 때문에, 제 2 발광층(112)은, 도 1b의 경우, 제 1 발광층(111)까지 전자를 수송하는 기능도 맡는다. 따라서 제 2 발광층(112)은, 제 3 유기 화합물을 더 함유시킴으로써, 전자 수송성으로 조절하는 것이 바람직하다.
여기에서, 본 발명의 발광 소자에 있어서는, 제 1 발광층(111)에 포함되는 제 1 발광 물질과, 제 2 발광층(112)에 포함되는 제 2 발광 물질의 양쪽이 발광할 필요가 있다. 제 2 발광층(112)에 포함되는 제 2 발광 물질은, 도 1b에 도시하는 바와 같이, 캐리어의 주된 재결합 영역으로부터는 조금 떨어져 있지만, 음극측에 위치하는 층(122)의 막두께를 조절함으로써, 일부의 정공이 제 2 발광층(112)에까지 도달한다. 따라서, 제 2 발광 물질도 발광할 수 있다.
또는, 제 1 발광 물질의 발광 파장을 제 2 발광 물질의 발광 파장보다도 단파장으로 함으로써, 제 1 발광 물질의 여기 에너지를 일부, 제 2 발광 물질로 에너지 이동시켜, 제 2 발광 물질을 발광시킬 수 있다. 에너지 이동 효율은 물질간의 거리의 6승에 반비례하는 것이 알려져 있기 때문에, 음극측에 위치하는 층(122)의 막두께를 조절함으로써, 제 1 발광 물질의 발광과 제 2 발광 물질의 발광의 비율을 조절할 수 있다.
어느 메카니즘으로 해도, 양극(101)으로부터 주입된 정공과 음극(102)으로부터 주입된 전자는, 제 1 발광층(111) 또는 제 2 발광층(112)의 어느 하나에 있어서 의 여기상태의 형성에 낭비없이 분배되고, 발광에 기여하게 된다. 따라서, 본 발명의 발광 소자는 높은 발광 효율을 달성할 수 있다.
또, 본 발명의 발광 소자는, 제 1 발광 물질로부터의 발광과 제 2 발광 물질로부터의 발광의 양쪽이 얻어지기 때문에, 브로드한 스펙트럼을 가지는 발광이 얻어진다. 따라서, 백색 발광을 얻을 수도 있다.
이상에서 기술한 바와 같으므로, 본 발명의 구성을 적용함으로써, 장수명인 발광 소자를 얻을 수 있다. 특히, 장수명인 백색의 발광 소자를 얻을 수 있다. 또한 본 발명의 발광 소자를 제작함으로써, 발광 효율이 높은 발광 소자를 얻을 수 있다. 특히, 발광 효율이 높은 백색의 발광 소자를 얻을 수 있다.
이상과 같이 본 실시형태에서는, 본 발명의 발광 소자의 개념에 관해서 설명하였다. 다음에, 이하에서는, 구체적인 재료도 열거하면서, 본 발명의 발광 소자의 구성에 대하여 더욱 상세하게 기술한다.
(실시형태 2)
본 실시형태 2에서는, 도 1a에서 설명한 본 발명의 발광 소자의 구체적인 구성에 관해서, 도 2a를 사용하여 설명한다.
도 2a는, 본 발명의 발광 소자의 소자 구조를 모식적으로 도시한 것이며, 양극(201)과 음극(202)의 사이에, 발광 물질을 포함하는 층(203)이 형성되어 있고, 상기 발광 물질을 포함하는 층(203)은, 적어도 제 1 발광층(211)과, 제 1 발광층(211)의 양극측에 접하여 형성된 제 2 발광층(212)을 갖고 있다. 제 1 발광층(211)은, 양극측에 위치하는 층(221)과 음극측에 위치하는 층(222)으로 구성되어 있다.
또, 본 실시형태 2의 발광 소자에 있어서는, 양극(201)과 제 2 발광층(212)의 사이에, 정공 주입층(213) 및 정공 수송층(214)이 형성되어 있다. 또한, 음극(202)과 제 1 발광층(211)의 사이에, 전자 수송층(215) 및 전자 주입층(216)이 형성되어 있다. 단, 정공 주입층(213), 정공 수송층(214), 전자 수송층(215), 전자 주입층(216)은, 반드시 필요하지 않다. 또한, 이들의 층은, 복수의 층으로 구성되어 있어도 좋다.
이하에서는 우선, 제 1 발광층(211) 및 제 2 발광층(212)의 구성에 관해서, 구체적으로 설명한다.
제 1 발광층(211)에 있어서, 양극측에 위치하는 층(221)은, 제 1 유기 화합물과 제 1 발광 물질을 포함하고, 음극측에 위치하는 층(222)은, 제 1 유기 화합물과는 다른 제 2 유기 화합물과, 제 1 발광 물질을 포함하고 있다.
실시형태 1에서도 기술한 바와 같이, 제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물은, 제 1 발광층(211) 내부에 있어서의 캐리어의 수송성을 조절하고, 양극측에 위치하는 층(221)과 음극측에 위치하는 층(222)의 계면 근방이, 캐리어의 주된 재결합 영역이 되도록 구성하는 기능을 가진다. 이러한 구성에 의해, 제 1 발광층(211)에 있어서의 캐리어 균형은 경시적으로 변화하기 어렵게 되고, 제 1 발광층(211)이 열화하기 어렵게 되기 때문이다.
캐리어의 수송성을 조절하기 위해서는, 제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물은, 어느 것이나 호스트 재료가 되는 것이 바람직하다. 요컨대, 보다 구체적으 로는, 양극측에 위치하는 층(221)에 있어서의 제 1 유기 화합물의 함유량을, 50wt% 이상 99.9wt% 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, 음극측에 위치하는 층(222)에 있어서의 제 2 유기 화합물의 함유량을, 50wt% 이상 99.9wt% 이하로 하면 좋다.
또한, 실시형태 1에서도 기술한 바와 같이, 양극측에 위치하는 층(221)과 음극측에 위치하는 층(222)의 계면 근방이 캐리어의 주된 재결합 영역이 되기 위해서는, 양극측에 위치하는 층(221)은 정공 수송성인 것이 바람직하고, 음극측에 위치하는 층(222)은 전자 수송성인 것이 바람직하다. 이것을 고려하면, 양극측에 위치하는 층(221)에 있어서의 호스트 재료인 제 1 유기 화합물은, 정공 수송성인 것이 바람직하고, 음극측에 위치하는 층(222)에 있어서의 호스트 재료인 제 2 유기 화합물은, 전자 수송성인 것이 바람직하다.
따라서, 제 1 유기 화합물의 구체예로서는, 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]비페닐(약칭:NPB 또는 α-NPD), 4,4'-비스[N-(9,9-디메틸플루오렌-2-일)-N-페닐아미노]비페닐(약칭:DFLDPBi), 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), N,N'-비스(스피로-9,9'-비플루오렌-2-일)-N,N'-디페닐벤지딘(약칭:BSPB), 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), 1,3,5-트리스[N,N-디(m-톨릴)아미노]벤 젠(약칭:m-MTDAB), 4,4',4''-트리스(N-카바졸릴)트리페닐아민(약칭:TCTA), 9,10-디페닐안트라센(약칭:DPAnth), N,N-디페닐-9-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸-3-아민(약칭:CzA1PA), 9-페닐-9'-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-3,3'-비(9H-카바졸)(약칭:PCCPA), 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)과 같은 정공 수송성의 화합물이 적합하다. 또한, 양극측에 위치하는 층(221)과 음극측에 위치하는 층(222)의 계면은, 정공과 전자의 양쪽의 밀도가 높은 영역이기 때문에, 제 1 유기 화합물은, 산화, 환원의 양쪽에 대하여 안정된 것이 바람직하다.
따라서, 제 1 유기 화합물로서 더욱 바람직한 것은, DPAnth, CzA1PA, PCCPA, DPhPA, YGAPA, PCAPA, PCAPBA, 2PCAPA, DBC1로 대표되는 3환 이상 6환 이하의 축합 다환 방향족 화합물이다. 그 중에서도 특히, DPAnth, CzA1PA, PCCPA, DPhPA, YGAPA, PCAPA, PCAPBA, 2PCAPA와 같은 안트라센 유도체는 안정하고, 또한 에너지 갭도 크기 때문에, 호스트 재료인 제 1 유기 화합물로서 적합하다.
또한, 제 2 유기 화합물의 구체예로서는, 트리스(8-퀴놀리놀레이토)알루미 늄(III)(약칭:Alq), 트리스(4-메틸-8-퀴놀리놀레이토)알루미늄(III)(약칭:Almq3), 비스(10-하이드록시벤조[h]퀴놀리네이토)베릴륨(II)(약칭:BeBq2), 비스(2-메틸-8-퀴놀리놀레이토)(4-페닐페놀레이토)알루미늄(III)(약칭:BAlq), 비스(8-퀴놀리놀레이토)아연(II)(약칭:Znq), 비스[2-(2-벤조옥사졸릴)페놀레이토]아연(II)(약칭:ZnPBO), 비스[2-(2-벤조티아졸릴)페놀레이토]아연(II)(약칭:ZnBTZ), 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:TAZ01), 2,2',2''-(1,3,5-벤젠트리일)트리스(1-페닐-1H-벤즈이미다졸)(약칭:TPBI), 바소페난트롤린(약칭:BPhen), 바소쿠프로인(약칭:BCP), 9-[4-(5-페닐-1,3,4-옥사디아졸-2-일)페닐]-9H-카바졸(약칭:CO11), 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)디페난트렌(약칭:DPNS), 9,9'-(스틸벤-4,4'-디일)디페난트렌(약칭:DPNS2), 3,3',3''-(벤젠-1,3,5-트리일)트리피렌(약칭:TPB3)과 같은 전자 수송성의 화합물이 적합하다. 또한, 양극측에 위치하는 층(221)과 음극측에 위치하는 층(222)의 계면은, 정공과 전자의 양쪽의 밀도가 높은 영역이기 때문에, 제 2 유기 화합물은, 산화, 환원의 양쪽에 대하여 안정된 것이 바람직하다. 따라서, 제 2 유기 화합물로서 더욱 바람 직한 것은, CzPA, DPCzPA, DPPA, DNA, t-BuDNA, BANT, DPNS, DPNS2, TPB3으로 대표되는 3환 이상 6환 이하의 축합 다환 방향족 화합물이다. 그 중에서도 특히, CzPA, DPCzPA, DPPA, DNA, t-BuDNA, BANT와 같은 안트라센 유도체는 안정하고, 또한 에너지 갭도 크기 때문에, 호스트 재료인 제 2 유기 화합물로서 적합하다.
또, 제 1 발광층은, 제 1 유기 화합물, 제 2 유기 화합물, 제 1 발광 물질이외에, 또 다른 물질을 포함하고 있어도 좋다.
한편, 제 2 발광층(212)은, 제 3 유기 화합물과 제 2 발광 물질을 포함하고 있다. 실시형태 1에서도 기술한 바와 같이, 캐리어의 주된 재결합 영역은 양극측에 위치하는 층(221)과 음극측에 위치하는 층(222)의 계면 근방이기 때문에, 제 2 발광층(212)은, 도 2a의 구성에 있어서, 제 1 발광층(211)까지 정공을 수송하는 기능도 맡는다. 이 기능을 용이하게 실현시키기 위해서, 제 3 유기 화합물은, 제 1 유기 화합물이나 제 2 유기 화합물과 마찬가지로 제 2 발광층(212)에 있어서의 호스트 재료가 되는 것이 바람직하다. 요컨대, 보다 구체적으로는, 제 2 발광층(212)에 있어서의 제 3 유기 화합물의 함유량을, 50wt% 이상 99.9wt% 이하로 하면 좋다.
또한, 제 2 발광층(212)이 정공을 수송하는 기능도 맡는 것을 고려하면, 제 2 발광층(212)에 있어서의 호스트 재료인 제 3 유기 화합물은, 정공 수송성인 것이 바람직하다.
따라서, 제 3 유기 화합물의 구체예로서는, 제 1 유기 화합물과 동일하게, NPB(또는 α-NPD), DFLDPBi, DTDPPA, DPAB, DNTPD, DPA3B, BSPB, TPD, TDATA, MTDATA, m-MTDAB, TCTA, DPAnth, CzA1PA, PCCPA, DPhPA, YGAPA, PCAPA, PCAPBA, 2PCAPA, DBC1과 같은 정공 수송성의 화합물이 적합하다. 특히, DPAnth, CzA1PA, PCCPA, DPhPA, YGAPA, PCAPA, PCAPBA, 2PCAPA와 같은 안트라센 유도체는 안정하고, 또한 에너지 갭도 크기 때문에, 호스트 재료인 제 3 유기 화합물로서 적합하다.
또, 제 2 발광층은, 제 3 유기 화합물, 제 2 발광 물질 이외에, 또 다른 물질을 포함하고 있어도 좋다.
또한, 제 2 발광층(212)으로부터 제 1 발광층(211)으로의 정공 주입장벽을 저감하기 위해서, 제 1 발광층(211)의 양극측에 위치하는 층(221)에 포함되는 제 1 유기 화합물과, 제 2 발광층(212)에 포함되는 제 3 유기 화합물은, 동일한 물질인 것이 바람직하다.
다음에, 발광 물질에 관해서 설명한다. 제 1 발광층(211)은 제 1 발광 물질을 포함하고, 제 2 발광층(212)은 제 2 발광 물질을 포함하고 있지만, 브로드한 스펙트럼을 가지는 발광, 또는 백색 발광을 얻기 위해서, 제 1 발광 물질과 제 2 발광 물질과는 다른 물질을 사용한다.
제 1 발광 물질 및 제 2 발광 물질은, 각각 다른 물질이면 특히 한정은 없으며, 예를 들면 이하에 열거하는 재료로부터 적절하게 선택하면 된다. 청색의 발광을 나타내는 물질로서는, 예를 들면 발광 피크 파장이 400nm 이상 480nm 미만에 위치하는 물질을 사용하면 좋고, N,N'-비스[4-(9H-카바졸-9-일)페닐]-N,N'-디페닐스틸벤-4,4'-디아민(약칭:YGA2S), 4-(9H-카바졸-9-일)-4'-(10-페닐-9-안트릴)트리페닐아민(약칭:YGAPA), 2-(4-{N-[4-(카바졸-9-일)페닐]-N-페닐아미노}페닐)-9,10-디 페닐안트라센(약칭:2YGAPPA), N,9-디페닐-N-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸-3-아민(약칭:PCAPA), 페릴렌, 2,5,8,11-테트라-tert-부틸페릴렌(약칭:TBP), 4-(10-페닐-9-안트릴)-4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트리페닐아민(약칭:PCBAPA) 등을 들 수 있다. 또한, 비스[2-(4',6'-디플루오로페닐)피리디네이토-N,C2']이리듐(III)테트라키스(1-피라졸릴)보레이트(약칭:FIr6), 비스[2-(4',6'-디플루오로페닐)피리디네이토-N,C2']이리듐(III)피콜리네이트(약칭:FIrpic)와 같은 인광을 발하는 재료도 사용할 수 있다. 청록색의 발광을 나타내는 물질로서는, 예를 들면 발광 피크 파장이 480nm 이상 520nm 미만에 위치하는 물질을 사용하면 좋고, N,N''-(2-tert-부틸안트라센-9,10-디일디-4,1-페닐렌)비스[N,N',N'-트리페닐-1,4-페닐렌디아민](약칭:DPABPA), N,9-디페닐-N-[4-(9,10-디페닐-2-안트릴)페닐]-9H-카바졸-3-아민(약칭:2PCAPPA), N-[4-(9,10-디페닐-2-안트릴)페닐]-N,N',N'-트리페닐-1,4-페닐렌디아민(약칭:2DPAPPA), N,N,N',N',N'',N'',N''',N'''-옥타페닐디벤조[g,p]크리센-2,7,10,15-테트라아민(약칭:DBC1), 쿠마린30 등을 들 수 있다. 또한, 비스[2-(3',5'-비스트리플루오로메텔페닐)피리디네이토-N,C2']이리듐(III)피콜리네이트(약칭:Ir(CF3ppy)2(pic)), 비스[2-(4',6'-디플루오로페닐)피리디네이토-N,C2']이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭:FIracac)와 같은 인광을 발하는 재료도 사용할 수 있다. 황색의 발광을 나타내는 물질로서는, 예를 들면 발광 피크 파장이 540nm 이상 600nm 미만에 위치하는 물질을 사용하면 좋고, 루브렌, 5,12-비스(1,1'-비페닐- 4-일)-6,11-디페닐테트라센(약칭:BPT), 2-(2-{2-[4-(디메틸아미노)페닐]에테닐}-6-메틸-4H-피란-4-일리덴)프로판디니트릴(약칭:DCM1), 2-{2-메틸-6-[2-(2,3,6,7-테트라하이드로-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에테닐]-4H-피란-4-일리덴}프로판디니트릴(약칭:DCM2) 등을 들 수 있다. 또한, 비스(벤조[h]퀴놀리네이토)이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭:Ir(bzq)2(acac)), 비스(2,4-디페닐-1,3-옥사졸레이토-N,C2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭:Ir(dpo)2(acac)), 비스[2-(4'-퍼플루오로페닐페닐)피리디네이토]이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭:Ir(p-PF-ph)2(acac)), 비스(2-페닐벤조티아졸레이토-N,C2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭:Ir(bt)2(acac))와 같은 인광을 발하는 재료도 사용할 수 있다. 적색의 발광을 나타내는 물질로서는, 예를 들면 발광 피크 파장이 600nm 이상 700nm 미만에 위치하는 물질을 사용하면 좋고, N,N,N',N,-테트라키스(4-메틸페닐)테트라센-5,11-디아민(약칭:p-mPhTD), 7,13-디페닐-N,N,N',N'-테트라키스(4-메틸페닐)아세나프토[1,2-a]플루오란텐-3,10-디아민(약칭:p-mPhAFD), 2-{2-이소프로필-6-[2-(1,1,7,7-테트라메틸-2,3,6,7-테트라하이드로-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리딘-9-일)에테닐]-4H-피란-4-일리덴}프로판디니트릴(약칭:DCJTI), 2-{2-tert-부틸-6-[2-(1,1,7,7-테트라메틸-2,3,6,7-테트라하이드로-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리wls-9-일)에테닐]-4H-피란-4-일리덴}프로판디니트릴(약칭:DCJTB), 2-(2,6-비스{2-[4-(디메틸아미노)페닐]에테닐}-4H-피란-4-일리덴)프로판디니트릴(약칭:BisDCM), 2-{2,6-비스[2-(8-메톡시-1,1,7,7-테트라메틸- 2,3,6,7-테트라하이드로-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리딘-9-일)에테닐]-4H-피란-4-일리덴}프로판디니트릴(약칭:BisDCJTM) 등을 들 수 있다. 또한, 비스[2-(2'-벤조[4,5-α]티에닐)피리디네이토-N,C3']이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭:Ir(btp)2(acac)), 비스(1-페닐이소퀴놀리네이토-N,C2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭:Ir(piq)2(acac)), (아세틸아세토네이토)비스[2,3-비스(4-플루오로페닐)퀴녹살리네이토]이리듐(III)(약칭:Ir(Fdpq)2(acac)), 2,3,7,8,12,13,17,18-옥타에틸-21H,23H-포르피린백금(II)(약칭:PtOEP), 트리스(1,3-디페닐-1,3-프로판디오네이토)(모노페난트롤린)유로퓸(III)(약칭:Eu(DBM)3(Phen)), 트리스[1-(2-테노일)-3,3,3-트리플루오로아세토네이토](모노페난트롤린)유로퓸(III)과 같은 인광을 발하는 재료도 사용할 수 있다. 또, 520nm 내지 540nm의 범위에 있어서는 재료를 열거하고 있지 않지만, 물론 이 범위의 발광 파장을 갖는 발광 재료(인광을 발하는 재료도 포함함)도 사용할 수 있다. 예를 들면, 쿠마린545T, N,N'-디페닐퀴나크리돈, (약칭:DPQd), 트리스(2-페닐피리디네이토)이리듐(III)(약칭:Ir(ppy)3) 등을 들 수 있다. 이들의 중에서부터 다른 발광 파장을 갖는 물질을, 발광 소자로부터 소망의 발광색이 얻어지도록 각각 선택하여 사용할 수 있다.
여기에서, 본 발명의 발광 소자에 있어서는, 제 1 발광층(211)에 포함되는 제 1 발광 물질과, 제 2 발광층(212)에 포함되는 제 2 발광 물질의 양쪽이 발광할 필요가 있다. 제 2 발광층(212)에 포함되는 제 2 발광 물질은, 캐리어의 주된 재 결합 영역으로부터는 조금 떨어져 있지만, 양극측에 위치하는 층(221)의 막두께를 조절함으로써, 일부의 전자가 제 2 발광층(212)에까지 도달한다. 따라서, 제 2 발광 물질도 발광할 수 있다. 따라서, 양극측에 위치하는 층(221)의 막두께는, 1nm 이상 20nm 이하가 바람직하다.
또한, 제 1 발광 물질의 발광 파장을 제 2 발광 물질의 발광 파장보다도 단파장으로 함으로써, 제 1 발광 물질의 여기 에너지의 일부를 제 2 발광 물질로 에너지 이동시켜, 제 2 발광 물질을 발광시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 발광 소자에 있어서는, 제 1 발광 물질의 발광 피크 파장이, 제 2 발광 물질의 발광 피크 파장보다도 단파장인 것이 바람직하다. 또, 에너지 이동 효율은 물질간의 거리의 6승에 반비례하는 것이 알려져 있기 때문에, 양극측에 위치하는 층(221)의 막두께를 조절함으로써, 제 1 발광 물질의 발광과 제 2 발광 물질의 발광의 비율을 조절할 수 있다. 이 관점에서도, 양극측에 위치하는 층(221)의 막두께는, 1nm 이상 20nm 이하가 바람직하다.
또, 본 발명의 발광 소자의 구성은, 제 1 발광 물질로부터의 발광과 제 2 발광 물질로부터의 발광의 양쪽이 얻어지기 때문에, 브로드한 스펙트럼을 가지는 발광 소자에 적합하지만, 특히 백색 발광 소자에 적합하게 사용할 수 있다. 따라서, 이상에서 기술한 바와 같은 본 발명의 발광 소자에 있어서, 제 1 발광 물질의 발광색과, 제 2 발광 물질의 발광색이, 서로 보색 관계에 있는 발광 소자도 본 발명의 하나이다. 보색의 관계로서는, 청색과 황색, 또는 청록색과 적색 등을 들 수 있다. 청색, 황색, 청록색, 적색으로 발광하는 물질로서는, 예를 들면, 앞서 열거한 발광 물질 중에서 적절하게 선택하면 좋다.
조합의 예로서는, 제 1 발광 물질로서 청색 발광을 나타내는 PCBAPA를, 제 2 발광 물질로서 황색 발광을 나타내는 루브렌을 사용하면, 백색이 얻어진다. 또한 예를 들면, 제 1 발광 물질로서 청록색 발광을 나타내는 2PCAPPA를, 제 2 발광 물질로서 적색 발광을 나타내는 BisDCM을 사용하여도, 백색이 얻어진다. 또, 백색광 이외의 발광색으로서는, 예를 들면 제 1 발광 물질로서 청색 발광을 나타내는 2YGAPPA를, 제 2 발광 물질로서 적색 발광을 나타내는 BisDCM을 사용하면, 보라색과 같은 중간색이 얻어진다.
여기에서, 상술한 바와 같이, 제 1 발광 물질로부터 제 2 발광 물질로의 에너지 이동을 이용하는 것을 고려하면, 제 1 발광 물질의 발광 피크 파장은, 제 2 발광 물질의 발광 피크 파장보다도 단파장인 것이 바람직하다.
따라서 예를 들면, 제 1 발광 물질의 발광색이 청색(발광 피크 파장이 400nm 이상 480nm 미만)이고, 제 2 발광 물질의 발광색이 황색(발광 피크 파장이 540nm 이상 600nm 미만)인 구성이 바람직하다. 이 사실을 고려하면, 제 1 발광 물질로서는 상술한 YGA2S, YGAPA, 2YGAPPA, PCAPA, 페릴렌, TBP, PCBAPA, FIr6, FIrpic 등이 적합하고, 제 2 발광 물질로서는 루브렌, BPT, DCM1, DCM2, Ir(bzq)2(acac), Ir(dpo)2(acac), Ir(p-PF-ph)2(acac), Ir(bt)2(acac) 등이 적합하다.
또한 예를 들면, 제 1 발광 물질의 발광색이 청록색(발광 피크 파장이 480nm 이상 520nm 미만)이고, 제 2 발광 물질의 발광색이 적색(발광 피크 파장이 600nm 이상 700nm 미만)인 구성이 바람직하다. 이 사실을 고려하면, 제 1 발광 물질로서는 상술한 DPABPA, 2PCAPPA, 2DPAPPA, DBC1, 쿠마린30, Ir(CF3ppy)2(pic), FIracac 등이 적합하고, 제 2 발광 물질로서는 p-mPhTD, p-mPhAFD, DCJTI, DCJTB, BisDCM, BisDCJTM, Ir(btp)2(acac), Ir(piq)2(acac), Ir(Fdpq)2(acac), PtOEP, Eu(DBM)3(Phen), 트리스[1-(2-테노일)-3,3,3-트리플루오로아세토네이토](모노페난트롤린)유로퓸(III) 등이 적합하다.
이상에서 기술한 바와 같은 제 1 발광층(211) 및 제 2 발광층(212)의 구성을 적용함으로써, 양극(201)으로부터 주입된 정공과 음극(202)으로부터 주입된 전자는, 제 1 발광층(211) 또는 제 2 발광층(212)의 어느 하나에 있어서의 여기상태의 형성에 낭비 없이 분배되고, 발광에 기여하게 된다. 따라서, 본 발명의 발광 소자는 높은 발광 효율을 달성할 수 있다.
다음에, 이하에서는, 양극(201), 정공 주입층(213), 정공 수송층(214), 전자 수송층(215), 전자 주입층(216), 음극(202)에 적합하게 사용할 수 있는 재료를, 구체적으로 열거한다.
양극(201)으로서는, 일함수가 큰(구체적으로는 4.0eV 이상) 금속, 합금, 전기전도성 화합물 및 이들의 혼합물 등을 사용하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 예를 들면, 산화인듐-산화주석(ITO: Indium Tin Oxide), 규소 또는 산화규소를 함유한 산화인듐-산화주석, 산화인듐-산화아연(IZ0: Indium Zinc Oxide, 산화규소 및 산화주석을 함유한 산화인듐(ITSO:Indium Tin Silicon Oxide), 산화텅스텐 및 산화아연을 함유한 산화인듐(IWZO) 등을 들 수 있다. 이들의 전기전도성 금속 산화물막은, 통상 스퍼터링법에 의해 성막되지만, 졸겔법 등을 응용하고, 잉크젯법, 스핀 코팅법 등에 의해 제작하여도 상관없다. 예를 들면, 산화인듐-산화아연(IZO)은, 산화인듐에 대하여 1 내지 20wt%의 산화아연을 가한 타겟을 사용하여 스퍼터링법에 의해 형성할 수 있다. 또한, 산화텅스텐 및 산화아연을 함유한 산화인듐(IWZO)은, 산화인듐에 대하여 산화텅스텐을 0.5 내지 5wt%, 산화아연을 0.1 내지 1wt% 함유한 타깃을 사용하여 스퍼터링법에 의해 형성할 수 있다. 그 밖에, 금(Au), 백금(Pt), 니켈(Ni), 텅스텐(W), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 철(Fe), 코발트(Co), 구리(Cu), 팔라듐(Pd), 티타늄(Ti), 또는 금속재료의 질화물(예를 들면, 질화티타늄) 등을 들 수 있다.
또한, 양극(201)과 접하는 층으로서, 후술하는 복합재료를 포함하는 층을 사용한 경우에는, 양극(201)으로서, 일함수의 대소에 관계없이, 여러 가지 금속, 합금, 전기전도성 화합물, 및 이들의 혼합물 등을 사용할 수 있다. 예를 들면, 알루미늄(Al), 은(Ag), 알루미늄을 포함하는 합금(예를 들면 AlSi, AlTi, AlNd 등) 등을 사용할 수 있다. 또한, 일함수가 작은 재료인, 원소주기율표의 제 1 족 또는 제 2 족에 속하는 원소, 즉 리튬(Li)이나 세슘(Cs) 등의 알칼리금속, 및 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr) 등의 알칼리토류 금속, 및 이들을 포함하는 합금(MgAg, AlLi), 유로퓸(Eu), 이테르븀(Yb) 등의 희토류금속 및 이들을 포함하는 합금 등을 사용할 수도 있다. 상기 금속이나 합금은, 진공증착법 또는 스퍼터링법에 의해 형성하는 것이 가능하다. 또한, 페이스트(은페이스트 등)를 잉크젯법 등 에 의해 성막하는 것도 가능하다.
정공 주입층(213)은, 정공 주입성이 높은 물질을 포함하는 층이다. 정공 주입성이 높은 물질로서는, 산화몰리브덴이나 산화바나듐, 산화루테늄, 산화텅스텐, 산화망간 등을 사용할 수 있다. 그 밖에, 저분자의 유기 화합물로서는, 프탈로시아닌(약칭:H2Pc), 동(II)프탈로시아닌(약칭:CuPc), 바나딜프탈로시아닌(약칭:VOPc)과 같은 프탈로시아닌계 화합물 외에, NPB(또는 α-NPD), DFLDPBi, DTDPPA, DPAB, DNTPD, DPA3B, BSPB, TPD, TDATA, MTDATA, m-MTDAB, 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) 등의 방향족 아민 화합물을 들 수 있다.
또한, 정공 주입층(213)으로서, 정공 수송성이 높은 물질에 억셉터성 물질을 함유시킨 복합재료를 사용할 수 있다. 또, 정공 수송성이 높은 물질에 억셉터성 물질을 함유시킨 것을 사용함으로써, 전극의 일함수에 의하지 않고 전극을 형성하는 재료를 선택할 수 있다. 요컨대, 양극(201)으로서 일함수가 큰 재료뿐만 아니라, 일함수가 작은 재료를 사용할 수 있다. 이들의 복합재료는, 정공 수송성이 높은 물질과 억셉터 물질을 공증착함으로써 형성할 수 있다.
복합재료에 사용하는 정공 수송성이 높은 물질로서는, 방향족 아민 화합물, 카바졸 유도체, 방향족 탄화수소, 고분자 화합물(올리고머, 덴드리머, 중합체 등) 등, 여러가지 화합물을 사용할 수 있다. 구체적으로는, 10-6㎠/Vs 이상의 정공 이 동도를 갖는 물질인 것이 바람직하다. 단, 전자보다도 정공의 수송성이 높은 물질이면, 이들 이외의 것을 사용하여도 좋다. 이하에서는, 복합재료에 사용할 수 있는 정공 수송성이 높은 물질을 구체적으로 열거한다.
정공 수송성이 높은 물질에 사용할 수 있는 유기 화합물로서는, 예를 들면 상술한 NPB(또는 α-NPD), DFLDPBi, DTDPPA, DPAB, DNTPD, DPA3B, BSPB, TPD, TDATA, MTDATA, m-MTDAB, PCzPCA1, PCzPCA2, PCzPCN1, TCTA 등의 방향족 아민 화합물이나, 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 등의 카바졸 유도체나, DPPA, DNA, t-BuDNA, BANT, DPAnth, 2-tert-부틸-9,10-비스(4-페닐페닐)안트라센(약칭:t-BuDBA), 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, 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), 9,10-비스[4-(2,2-디페닐비닐)페닐]안트라센(약칭:DPVPA) 등의 방향족 탄화수소 화합물을 들 수 있다.
또한, 억셉터성 물질로서는, 7,7,8,8-테트라시아노-2,3,5,6-테트라플루오로 퀴노디메탄(약칭:F4-TCNQ), 클로라닐 등의 유기 화합물이나, 전이금속산화물을 들 수 있다. 또한, 원소주기율표에 있어서의 제 4 족 내지 제 8 족에 속하는 금속의 산화물을 들 수 있다. 구체적으로는, 산화바나듐, 산화니오브, 산화탄탈, 산화크롬, 산화몰리브덴, 산화텅스텐, 산화망간, 산화레늄은 전자수용성이 높기 때문에 바람직하다. 그 중에서도 특히, 산화몰리브덴은 대기 중에서도 안정하고, 흡습성이 낮고, 취급하기 쉽기 때문에 바람직하다.
또한, 정공 주입층(213)으로서는, 고분자 화합물(올리고머, 덴드리머, 중합체 등)을 사용할 수 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), 폴리[N,N'-비스(4-부틸페닐)-N,N'-비스(페닐)벤지딘](약칭:Poly-TPD) 등의 고분자 화합물을 들 수 있다. 또한, 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)/폴리(스티렌설폰산)(PEDOT/PSS), 폴리아닐린/폴리(스티렌설폰산)(PAni/PSS) 등의 산을 첨가한 고분자 화합물을 사용할 수 있다.
또한, 상술한 PVK, PVTPA, PTPDMA, Poly-TPD 등의 고분자 화합물과, 상술한 억셉터성 물질을 사용하여 복합재료를 형성하고, 정공 주입층(213)으로서 사용하여도 좋다.
정공 수송층(214)은, 정공 수송성이 높은 물질을 포함하는 층이다. 정공 수송성이 높은 물질로서는, 저분자의 유기 화합물로서는, 상술한 NPB(또는 α-NPD), DFLDPBi, BSPB, TPD, TCTA 등의 방향족 아민 화합물을 사용할 수 있다. 여기에 언 급한 물질은, 주로 10-6㎠/Vs 이상의 정공 이동도를 갖는 물질이다. 단, 전자보다도 정공의 수송성이 높은 물질이면, 이들 이외의 것을 사용하여도 좋다.
또한, 정공 수송층(214)으로서, 상술한 PVK, PVTPA, PTPDMA, Poly-TPD 등의 고분자 화합물을 사용할 수도 있다.
전자 수송층(215)은, 전자 수송성이 높은 물질을 포함하는 층이다. 예를 들면, 저분자의 유기 화합물로서, Alq, Almq3, BeBq2, BAlq, Znq, ZnPBO, ZnBTZ와 같은 금속착체나, PBD, OXD-7, TAZ01, TPBI, BCP, BPhen, CO11과 같은 헤테로사이클릭화합물을 사용할 수 있다. 또한, CzPA, DPCzPA, TPB3과 같은 축합 다환 방향족 화합물을 사용할 수도 있다. 여기에 말한 물질은, 주로 10-6㎠/Vs 이상의 전자이동도를 갖는 물질이다. 또, 정공보다도 전자의 수송성이 높은 물질이면, 상기 이외의 물질을 전자 수송층으로서 사용하여도 상관없다.
또한, 전자 수송층(215)으로서, 고분자 화합물을 사용할 수 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.
전자 주입층(216)은, 전자 주입성이 높은 물질을 포함하는 층이다. 전자 주입성이 높은 물질로서는, 불화리튬(LiF), 불화세슘(CsF), 불화칼슘(CaF2) 등과 같은 알칼리금속 또는 알칼리토류 금속 또는 이들의 화합물을 사용할 수 있다. 또는, 전자 수송성을 갖는 물질로 이루어지는 층중에, 도너성의 물질을 함유시킨 것을 사용할 수 있다. 전자 수송성을 갖는 물질로서는, 상술한 전자 수송층(215)으로 사용할 수 있는 물질을 사용하면 좋다. 한편, 도너성의 물질로서는, 알칼리금속, 알칼리토류금속, 또는 이들의 화합물을 사용할 수 있다. 또는, 도너성의 물질로서는, 테트라티아나프타센(약칭:TTN), 데카메틸니켈로센(약칭:DMN)과 같은 유기 화합물을 사용하여도 좋다. 도너성 물질은, 공증착에 의해 전자 주입층(216)중에 함유시킬 수 있다.
음극(202)을 형성하는 물질로서는, 일함수가 작은(구체적으로는 3.8eV 이하가 바람직하다.) 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 알칼리금속, 및 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr) 등의 알칼리토류 금속, 및 이들을 포함하는 합금(MgAg, AlLi), 유로퓸(Eu), 이테르븀(Yb) 등의 희토류금속 및 이들을 포함하는 합금 등을 들 수 있다. 또한, 알루미늄(Al)이나 인듐(In), 은(Ag) 또는 이들의 합금을 사용할 수 있다. 상기 금속, 합금은, 진공증착법이나 스퍼터링법에 의해 형성하는 것도 가능하다. 또한, 페이스트(은페이스트 등)를 잉크젯법 등에 의해 성막하는 것도 가능하다.
또한, 전자 주입층(216)으로서, 앞서 기술한 바와 같은 전자 수송성을 갖는 물질로 이루어지는 층중에 도너성의 물질을 함유시킨 것을 적용함으로써, 일함수의 대소에 관계없이, Al, Ag, ITO, 규소 또는 산화규소를 함유한 산화인듐-산화주석 등 여러 가지의 전기전도성 화합물을 음극(202)으로서 사용할 수 있다. 이들 전기전도성 화합물은, 스퍼터링법이나 잉크젯법, 스핀 코팅법 등을 사용하여 성막하는 것이 가능하다.
또, 양극(201) 또는 음극(202)으로서 도전성 고분자(도전성 중합체라고도 함)를 포함하는 도전성 조성물을 사용할 수도 있다. 도전성 조성물은, 양극 또는 음극으로서 형성하는 경우, 박막에 있어서의 시트 저항이 10000Ω/□ 이하, 파장 550nm에 있어서의 투광률이 70% 이상인 것이 바람직하다. 또한, 포함되는 도전성 고분자의 저항율이 0.1Ω·cm 이하인 것이 바람직하다.
도전성 고분자로서는, 소위 π전자공액계 도전성 고분자를 사용할 수 있다. 예를 들면, 폴리아닐린 및 또는 그 유도체, 폴리피롤 및 또는 그 유도체, 폴리티오펜 및 또는 그 유도체, 이들의 2종 이상의 공중합체 등을 들 수 있다.
공액 도전성 고분자의 구체예로서는, 폴리피롤, 폴리(3-메틸피롤), 폴리(3-부틸피롤), 폴리(3-옥틸피롤), 폴리(3-데실피롤), 폴리(3,4-디메틸피롤), 폴리(3,4-디부틸피롤), 폴리(3-하이드록시피롤), 폴리(3-메틸-4-하이드록시피롤), 폴리(3-메톡시피롤), 폴리(3-에톡시피롤), 폴리(3-옥톡시피롤), 폴리(3-카르복실피롤), 폴리(3-메틸-4-카르복실피롤), 폴리N-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-이소부틸 아닐린), 폴리(3-이소부틸아닐린), 폴리(2-아닐린설폰산), 폴리(3-아닐린설폰산) 등을 들 수 있다.
상기 도전성 고분자는, 단독으로 양극 또는 음극에 사용하여도 좋고, 막 특성을 조정하기 위해서 유기수지를 첨가하여 도전성 조성물로서 사용할 수 있다.
유기수지로서는, 도전성 고분자와 상용 또는 혼합 분산 가능하면 열경화성 수지이어도 좋고, 열가소성 수지이어도 좋고, 광경화성 수지이어도 좋다. 예를 들면, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 나프탈레이트 등의 폴리에스테르계수지, 폴리이미드, 폴리아미드이미드 등의 폴리이미드계수지, 폴리아미드6, 폴리아미드6,6, 폴리아미드12, 폴리아미드11 등의 폴리아미드수지, 폴리불화비닐리덴, 폴리불화비닐, 폴리테트라플루오로에틸렌, 에틸렌테트라플루오로에틸렌 공중합체, 폴리클로로트리플루오로에틸렌 등의 불소수지, 폴리비닐알콜, 폴리비닐에테르, 폴리비닐부티랄, 폴리아세트산비닐, 폴리염화비닐 등의 비닐수지, 에폭시수지, 크실렌수지, 아라미드수지, 폴리우레탄계수지, 폴리우레아계수지, 멜라민수지, 페놀계수지, 폴리에테르, 아크릴계수지 및 이들의 공중합체 등을 들 수 있다.
또한, 상기 도전성 고분자 또는 도전성 조성물의 전기전도도를 조정하기 위해서, 억셉터성 또는 도너성 도펀트를 도핑함으로써, 공액 도전성 고분자의 공액전자의 산화환원 전위를 변화시켜도 좋다.
억셉터성 도펀트로서는, 할로겐화합물, 루이스산, 양성자산, 유기시아노 화합물, 유기금속화합물 등을 사용할 수 있다. 할로겐화합물로서는, 염소, 브롬, 요 오드, 염화요오드, 브롬화요오드, 불화요오드 등을 들 수 있다. 루이스산으로서는 오불화인, 오불화비소, 오불화안티몬, 삼불화붕소, 삼염화붕소, 삼브롬화붕소 등을 들 수 있다. 양성자산으로서는, 염산, 황산, 질산, 인산, 붕불화수소산, 불화수소산, 과염소산 등의 무기산과, 유기카르복실산, 유기설폰산 등의 유기산을 들 수 있다. 유기카르복실산 및 유기설폰산으로서는, 상기 카르복실산 화합물 및 설폰산 화합물을 사용할 수 있다. 유기시아노 화합물로서는, 공액결합에 2개 이상의 시아노기를 포함하는 화합물이 사용할 수 있다. 예를 들면, 테트라시아노에틸렌, 테트라시아노에틸렌옥사이드, 테트라시아노벤젠, 테트라시아노퀴노디메탄, 테트라시아노아자나프탈렌 등을 들 수 있다.
도너성 도펀트로서는, 알칼리 금속, 알칼리토류 금속, 4급 아민 화합물 등을 들 수 있다.
상기 도전성 고분자 또는 도전성 조성물을, 물 또는 유기용제(알콜계 용제, 케톤계 용제, 에스테르계 용제, 탄화수소계 용제, 방향족계 용제 등)에 용해시켜, 습식법에 의해 양극 또는 음극이 되는 박막을 형성할 수 있다.
상기 도전성 고분자 또는 도전성 조성물을 용해하는 용매로서는, 특히 한정되지 않고, 상기한 도전성 고분자 및 유기수지 등의 고분자수지 화합물을 용해하는 것을 사용하면 좋다. 예를 들면, 물, 메탄올, 에탄올, 프로필렌카보네이트, N-메틸피롤리돈, 디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드, 사이클로헥사논, 아세톤, 메틸에틸케톤, 메틸이소부틸케톤, 톨루엔 등의 단독 또는 혼합 용제에 용해하면 좋다.
도전성 고분자 또는 도전성 조성물을 용매에 용해한 용액의 성막은, 도포법, 코팅법, 액적토출법(잉크젯법이라고도 함), 인쇄법 등의 습식법을 사용하여 성막할 수 있다. 용매의 건조는, 열처리를 하여도 좋고, 감압하에서 행하여도 좋다. 또한, 유기수지가 열경화성인 경우는, 더 가열처리를 하고, 광경화성의 경우는, 광조사 처리를 하면 좋다.
다음에, 발광 소자의 제작방법에 관해서 기술한다. 발광 물질을 포함하는 층(203)의 형성방법으로서는, 건식법, 습식법을 막론하고, 다양한 방법을 사용할 수 있다. 예를 들면, 진공증착법, 잉크젯법 또는 스핀 코팅법 등을 사용하여도 상관없다. 또한 각 층마다 다른 성막 방법을 사용하여 형성하여도 상관없다.
예를 들면, 상술한 재료중, 고분자 화합물은 잉크젯법이나 스핀 코팅법 등의 습식법으로 형성할 수 있다. 또한, 저분자의 유기 화합물은 습식법으로 형성할 수도 있고, 진공증착법 등의 건식법을 사용하여 형성할 수도 있다.
이상에서 기술한 바와 같이, 본 발명의 발광 소자는, 캐리어 균형이 경시적으로 변화하기 어려워 장수명을 달성할 수 있다. 또한, 정공과 전자를 낭비 없이 여기상태의 형성에 이용할 수 있기 때문에, 발광 효율이 높다. 또한, 제 1 발광 물질과 제 2 발광 물질의 양쪽을 발광시킬 수 있기 때문에, 브로드한 스펙트럼을 가지는 발광, 또는 백색 발광을 얻을 수 있다.
따라서, 본 발명의 발광 소자를 제작함으로써, 장수명인 발광 소자를 얻을 수 있다. 특히, 장수명인 백색의 발광 소자를 얻을 수 있다. 또한 본 발명의 발광 소자를 제작함으로써, 발광 효율이 높은 발광 소자를 얻을 수 있다. 특히, 발 광 효율이 높은 백색의 발광 소자를 얻을 수 있다.
(실시형태 3)
본 실시형태 3에서는, 도 1b에서 설명한 본 발명의 발광 소자의 구체적인 구성에 관해서, 도 2b를 사용하여 설명한다.
도 2b는, 본 발명의 발광 소자의 소자 구조를 모식적으로 도시한 것이며, 양극(201)과 음극(202)의 사이에, 발광 물질을 포함하는 층(203)이 형성되어 있고, 상기 발광 물질을 포함하는 층(203)은, 적어도 제 1 발광층(211)과, 제 1 발광층(211)의 음극측에 접하여 형성된 제 2 발광층(212)을 갖고 있다. 제 1 발광층(211)은, 양극측에 위치하는 층(221)과 음극측에 위치하는 층(222)으로 구성되어 있다.
또, 본 실시형태 3의 발광 소자에 있어서는, 양극(201)과 제 1 발광층(211)의 사이에, 정공 주입층(213) 및 정공 수송층(214)이 형성되어 있다. 또한, 음극(202)과 제 2 발광층(212)의 사이에, 전자 수송층(215) 및 전자 주입층(216)이 형성되어 있다. 단, 정공 주입층(213), 정공 수송층(214), 전자 수송층(215), 전자 주입층(216)은, 반드시 필요하지 않다. 또한, 이들의 층은, 복수의 층으로 구성되어 있어도 좋다.
도 2b에 도시하는 본 실시형태 3의 발광 소자에 있어서, 양극(201), 정공 주입층(213), 정공 수송층(214), 전자 수송층(215), 전자 주입층(216), 음극(202), 제 1 발광층(211)의 구성은, 실시형태 2에서 기술한 발광 소자와 동일한 것을 적용할 수 있다. 한편, 제 2 발광층(212)의 구성은, 실시형태 2에서 기술한 발광 소자 와는 다른 것이 바람직하다.
즉, 제 2 발광층(212)은, 제 3 유기 화합물과 제 2 발광 물질을 포함하는 점은 실시형태 2와 같지만, 다른 점은, 제 1 발광층(211)까지 정공이 아닌 전자를 수송하는 기능을 맡는 점이다. 이러한 기능을 용이하게 실현시키기 위해서, 제 3 유기 화합물은, 제 1 유기 화합물이나 제 2 유기 화합물과 마찬가지로 제 2 발광층(212)에 있어서의 호스트 재료가 되는 것이 바람직하다. 요컨대, 보다 구체적으로는, 제 2 발광층(212)에 있어서의 제 3 유기 화합물의 함유량을, 50wt% 이상 99.9wt% 이하라고 하면 좋다. 또한, 제 2 발광층(212)이 전자를 수송하는 기능을 맡는 것을 고려하면, 제 2 발광층(212)에 있어서의 호스트 재료인 제 3 유기 화합물은, 전자 수송성인 것이 바람직하다.
따라서, 본 실시형태 3에 있어서의 제 3 유기 화합물의 구체예로서는, 제 1 발광층(211)에 있어서의 음극측에 위치하는 층(222)에 포함되는 제 2 유기 화합물과 동일하게, Alq, Almq3, BeBq2, BAlq, Znq, ZnPBO, ZnBTZ, PBD, OXD-7, TAZ01, TPBI, BPhen, BCP, CO11, CzPA, DPCzPA, DPPA, DNA, t-BuDNA, BANT, DPNS, DPNS2, TPB3과 같은 전자 수송성의 화합물이 적합하다. 특히, CzPA, DPCzPA, DPPA, DNA, t-BuDNA, BANT와 같은 안트라센 유도체는 안정하고, 또한 에너지 갭도 크기 때문에, 호스트 재료인 제 3 유기 화합물로서 적합하다.
또한, 제 2 발광층(212)으로부터 제 1 발광층(211)으로의 정공 주입장벽을 저감하기 위해서, 제 1 발광층(211)의 음극측에 위치하는 층(222)에 포함되는 제 2 유기 화합물과, 제 2 발광층(212)에 포함되는 제 3 유기 화합물은, 동일한 물질인 것이 바람직하다.
또, 제 2 발광 물질로서는, 실시형태 2에서 기술한 것과 동일한 것을 사용할 수 있다.
또한, 제 2 발광층은, 제 3 유기 화합물, 제 2 발광 물질 이외에, 또 다른 물질을 포함하고 있어도 좋다.
또, 본 발명의 발광 소자에 있어서는, 제 1 발광층(211)에 포함되는 제 1 발광 물질과, 제 2 발광층(212)에 포함되는 제 2 발광 물질의 양쪽이 발광할 필요가 있다. 제 2 발광층(212)에 포함되는 제 2 발광 물질은, 캐리어의 주된 재결합 영역으로부터는 조금 떨어져 있지만, 본 실시형태 3에 있어서는 음극측에 위치하는 층(222)의 막두께를 조절함으로써, 일부의 정공이 제 2 발광층(212)에까지 도달한다. 따라서, 제 2 발광 물질도 발광할 수 있다. 따라서, 음극측에 위치하는 층(222)의 막두께는, 1nm 이상 20nm 이하가 바람직하다.
또한, 제 1 발광 물질의 발광 파장을 제 2 발광 물질의 발광 파장보다도 단파장으로 함으로써, 제 1 발광 물질의 여기 에너지의 일부를 제 2 발광 물질로 에너지 이동시켜, 제 2 발광 물질을 발광시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 발광 소자에 있어서는, 제 1 발광 물질의 발광 피크 파장이, 제 2 발광 물질의 발광 피크 파장보다도 단파장인 것이 바람직하다. 또, 에너지 이동 효율은 물질간의 거리의 6승에 반비례하는 것이 알려져 있기 때문에, 음극측에 위치하는 층(222)의 막두께를 조절함으로써, 제 1 발광 물질의 발광과 제 2 발광 물질의 발광의 비율을 조절 할 수 있다. 이러한 관점에서도, 음극측에 위치하는 층(222)의 막두께는, 1nm 이상 20nm 이하가 바람직하다.
본 실시형태 3의 발광 소자도, 실시형태 2의 발광 소자와 같이 캐리어 균형이 경시적으로 변화하기 어려워 장수명을 달성할 수 있다. 또한, 정공과 전자를 낭비 없이 여기상태의 형성에 이용할 수 있기 때문에, 발광 효율이 높다. 또한, 제 1 발광 물질과 제 2 발광 물질의 양쪽을 발광시킬 수 있기 때문에, 브로드한 스펙트럼을 가지는 발광, 또는 백색 발광을 얻을 수 있다.
(실시형태 4)
본 실시형태 4에서는, 실시형태 2나 실시형태 3에서 언급한 본 발명의 발광 소자를 기판 위에 형성한 경우의 적층순과 발광 방향에 관해서, 도 3 및 도 4를 사용하여 설명한다.
도 3 및 도 4는 양극(301), 음극(302), 및 발광 물질을 포함하는 층(303)으로 구성되는 본 발명의 발광 소자를, 기판(300) 위에 형성한 경우의 모식도이다. 도 3는 기판(300) 위에 양극(301)이, 도 4는 기판(300) 위에 음극(302)이, 각각 형성된 경우의 도면이다. 또, 양극(301), 음극(302), 및 발광 물질을 포함하는 층(303)은, 실시형태 2나 실시형태 3에서 기술한 구성을 적용하면 좋다.
발광은, 양극(301) 또는 음극(302)의 어느 한쪽 또는 양쪽을 통하여 외부로 추출된다. 따라서, 양극(301) 또는 음극(302)의 어느 한쪽 또는 양쪽은, 투광성을 갖는 전극이다. 투광성을 갖는 전극으로서는, 실시형태 2에서 기재한 ITO, IZO, ITSO, IWZO나, 도전성 고분자를 포함하는 도전성 조성물 등이 해당한다. 또한, 금 속이나 합금을, 투광성을 갖는 정도로 박막화하여 형성하여도 좋다.
우선, 양극(301)이 기판(300) 위에 형성되어 있는 경우(도 3)를 설명한다. 양극(301) 및 기판(300)이 투광성을 갖고, 음극(302)이 차광성인 경우, 도 3a에 도시하는 바와 같이, 발광은 기판(300)측으로부터 추출된다. 또한, 양극(301) 또는 기판(300)의 적어도 한쪽이 차광성이고, 음극(302)만이 투광성을 갖는 경우, 도 3b에 도시하는 바와 같이, 발광은 기판(300)과 반대측으로부터 추출된다. 양극(301), 음극(302), 기판(300)의 모두 투광성을 갖는 경우, 도 3c에 도시하는 바와 같이, 발광은 기판(300)측 및 기판(300)과 반대측의 양쪽으로부터 추출된다.
다음에, 음극(302)이 기판(300) 위에 형성되어 있는 경우(도 4)를 설명한다. 음극(302) 및 기판(300)이 투광성을 갖고, 양극(301)이 차광성인 경우, 도 4a에 도시하는 바와 같이, 발광은 기판(300)측으로부터 추출된다. 또한, 음극(302) 또는 기판(300)의 적어도 한쪽이 차광성이고, 양극(301)만이 투광성을 갖는 경우, 도 4b에 도시하는 바와 같이, 발광은 기판(300)과 반대측으로부터 추출된다. 양극(301), 음극(302), 기판(300)의 어느 것이나 투광성을 갖는 경우, 도 4c에 도시하는 바와 같이, 발광은 기판(300)측 및 기판(300)과 반대측의 양쪽으로부터 추출된다.
또, 기판(300)은 발광 소자의 지지체로서 사용된다. 기판(300)으로서는, 예를 들면 유리, 또는 플라스틱 등을 사용할 수 있다. 투광성이 필요 없는 경우(도 3b나 도 4b의 경우)는, 실리콘 기판이나 금속 호일의 기판 등을 사용할 수도 있다. 또, 발광 소자의 제작 공정에서 지지체로서 기능하는 것이라면, 이들 이외의 것이 라도 좋다.
또, 본 실시형태에 있어서는, 유리, 플라스틱 등으로 이루어지는 기판 위에 발광 소자를 제작하고 있다. 일 기판 위에 이러한 발광 소자를 복수 제작함으로써, 패시브 매트릭스형의 발광 장치를 제작할 수 있다. 또한, 유리, 플라스틱 등으로 이루어지는 기판 위에, 예를 들면, 박막 트랜지스터(TFT)를 형성하고, TFT와 전기적으로 접속된 전극 위에 발광 소자를 제작하여도 좋다. 이로써, TFT에 의해서 발광 소자의 구동을 제어하는 액티브 매트릭스형의 발광 장치를 제작할 수 있다. 또, TFT의 구조는, 특히 한정되지 않는다. 스태거형의 TFT라도 좋고, 역스태거형의 TFT라도 좋다. 또한, TFT 기판에 형성되는 구동용 회로에 대해서도, N형 및 P형의 TFT로 이루어지는 것이라도 좋고, 또는 N형의 TFT 또는 P형의 TFT의 어느 한쪽으로만 이루어지는 것이어도 좋다. 또한, TFT에 사용되는 반도체막의 결정성에 대해서도 특히 한정되지 않는다. 비정질 반도체막을 사용하여도 좋고, 결정성 반도체막을 사용하여도 좋다.
(실시형태 5)
본 실시형태 5는, 본 발명에 따른 복수의 발광 유닛을 적층한 구성의 발광 소자(이하, 적층형 발광 소자라고 함)의 형태에 대하여, 도 5를 참조하여 설명한다. 이 발광 소자는, 양극과 음극의 사이에, 복수의 발광 유닛을 갖는 적층형 발광 소자이다. 각 발광 유닛의 구성으로서는, 도 2(실시형태 2 내지 3)에서 도시한 발광 물질을 포함하는 층(203)과 동일한 구성을 사용할 수 있다. 요컨대, 실시형태 2 내지 3에서 제시한 발광 소자는, 1개의 발광 유닛을 갖는 발광 소자이다. 본 실시형태에서는, 복수의 발광 유닛을 갖는 발광 소자에 관해서 설명하는 것이다.
도 5에 있어서, 양극(501)과 음극(502)의 사이에는, 제 1 발광 유닛(503-1)과 제 2 발광 유닛(503-2)이 적층되어 있다. 양극(501)과 음극(502)으로서는, 실시형태 2에서 기술한 것과 동일한 것을 적용할 수 있다. 또한, 제 1 발광 유닛(503-1)과 제 2 발광 유닛(503-2)은 동일한 구성이거나 다른 구성이어도 좋고, 그 구성은 실시형태 2 내지 3에서 제시한 발광 물질을 포함하는 층(203)과 동일하다.
제 1 발광 유닛(503-1)과 제 2 발광 유닛(503-2)에 끼워지는 전하 발생층(504)은, 양극(501)과 음극(502)에 전압을 인가하였을 때에, 제 1 발광 유닛(503-1)에 전자를 주입하고, 제 2 발광 유닛(503-2)에 정공을 주입하는 것이라면, 어떠한 구성이어도 좋다. 단, 전하 발생층(504)의 바람직한 예는, 전자를 주입할 수 있는 층과 정공을 주입할 수 있는 층의 적어도 2층을 갖고, 상기 전자를 주입할 수 있는 층이 제 1 발광 유닛(503-1)에, 상기 정공을 주입할 수 있는 층이 제 2 발광 유닛(503-2)에, 각각 접하고 있는 구성이다.
상기 전자를 주입할 수 있는 층으로서는, 실시형태 2에서 기술한 음극이나 전자 주입층의 구성과 같은 것을 사용할 수 있다. 특히, 실시형태 2에서 기술한 바와 같은, 전자 수송성을 갖는 물질로 이루어지는 층중에 도너성의 물질을 함유시킨 복합재료가 적합하다.
한편, 상기 정공을 주입할 수 있는 층으로서는, 실시형태 2에서 기술한 양극이나 정공 주입층의 구성과 동일한 것을 사용할 수 있다. 특히, 실시형태 2에서 기술한 바와 같은, 정공 수송성을 갖는 물질로 이루어지는 층중에 억셉터성의 물질을 함유시킨 복합재료가 적합하다.
따라서, 전하 발생층(504)의 구체적인 일례로서는 예를 들면, 전자 수송성을 갖는 물질인 BPhen에 리튬을 첨가한 층과, 정공 수송성을 갖는 물질인 NPB에 산화몰리브덴을 첨가한 층을, 양극(501)측으로부터 순차로 적층한 구성을 들 수 있다.
본 실시형태 5에서는, 2개의 발광 유닛을 갖는 발광 소자에 관해서 설명하였지만, 마찬가지로, 3개 이상의 발광 유닛을 적층한 발광 소자도 제작하는 것이 가능하다. 본 실시형태 5에 따른 발광 소자와 같이, 한 쌍의 전극간에 복수의 발광 유닛을 전하 발생층으로 구획하여 배치함으로써, 전류 밀도를 낮게 유지한 채로, 고휘도 영역에서의 발광이 가능하고, 따라서 장수명 소자를 실현할 수 있다. 또한, 조명을 응용예로 한 경우는, 전극재료의 저항에 의한 전압 강하를 작게 할 수 있기 때문에, 대면적에서의 균일 발광이 가능해진다. 또한, 저전압 구동이 가능하고 소비 전력이 낮은 발광 장치를 실현할 수 있다.
또, 본 실시형태 5는, 다른 실시형태와 적절하게 조합하는 것이 가능하다. 예를 들면, 실시형태 4에서 기술한 바와 같은 기판, 적층순이나 발광 방향을 적절하게 선택하여, 조합할 수 있다.
(실시형태 6)
본 실시형태 6에서는, 본 발명의 발광 소자를 갖는 발광 장치에 관해서, 도 6을 사용하여 설명한다. 또, 도 6a는, 발광 장치를 도시하는 상면도이고, 도 6b는 도 6a를 A-A'및 B-B'로 절단한 단면도이다. 이 발광 장치는, 발광 소자의 발광을 제어하는 것으로 하고, 점선으로 나타난 구동 회로부(소스측 구동 회로; 601), 화소부(602), 구동 회로부(게이트측 구동 회로; 603)를 포함한다. 또한, 604는 밀봉기판, 605는 씨일재이고, 씨일재(605)로 둘러싸인 내측은, 공간(607)으로 되어 있다.
또, 리드 배선(608)은 소스측 구동 회로(601) 및 게이트측 구동 회로(603)에 입력되는 신호를 전송하기 위한 배선이고, 외부 입력 단자가 되는 FPC(플렉시블프린트서킷; 609)로부터 비디오신호, 클록신호, 스타트신호, 리셋신호 등을 받아들인다. 또, 여기에서는 FPC밖에 도시되어 있지 않지만, 이 FPC에는 프린트 배선기판(PWB)이 장착되어 있어도 좋다. 본 명세서에 있어서의 발광 장치에는, 발광 장치 본체뿐만 아니라, 그것에 FPC 또는 PWB가 장착된 상태도 포함하는 것으로 한다.
다음에, 단면 구조에 관해서 도 6b를 사용하여 설명한다. 소자기판(610) 위에는 구동 회로부 및 화소부가 형성되어 있지만, 여기에서는, 구동 회로부인 소스측 구동 회로(601)와, 화소부(602)중의 하나의 화소가 도시된다.
또, 소스측 구동 회로(601)는 n 채널형 TFT(623)와 p 채널형 TFT(624)를 조합한 CMOS 회로가 형성된다. 또한, 구동 회로는, 여러가지의 CMOS회로, PMOS 회로 또는 NMOS 회로로 형성하여도 좋다. 또한, 본 실시형태에서는, 기판 위에 구동 회로를 형성한 드라이버 일체형을 나타내지만, 반드시 그렇게 할 필요는 없고, 구동 회로를 기판 위가 아닌 외부에 형성할 수도 있다.
또한, 화소부(602)는 스위칭용 TFT(611)와, 전류제어용 TFT(612)와 그 드레인에 전기적으로 접속된 양극(613)을 포함하는 복수의 화소에 의해 형성된다. 또, 양극(613)의 단부를 덮고 절연물(614)이 형성되어 있다. 여기에서는, 포지티브형의 감광성 아크릴수지막을 사용함으로써 형성한다.
또한, 피복성을 양호한 것으로 하기 위해서, 절연물(614)의 상단부 또는 하단부에 곡률을 갖는 곡면이 형성되도록 한다. 예를 들면, 절연물(614)의 재료로서 포지티브형의 감광성 아크릴수지를 사용한 경우, 절연물(614)의 상단부에만 곡률 반경(0.2㎛ 내지 3㎛)을 갖는 곡면을 갖게 하는 것이 바람직하다. 또한, 절연물(614)로서, 빛의 조사에 의해서 에천트에 불용해성이 되는 네거티브형, 또는 빛의 조사에 의해서 에천트에 용해성이 되는 포지티브형의 어느 것이든지 사용할 수 있다.
양극(613) 위에는, 발광 물질을 포함하는 층(616), 및 음극(617)이 각각 형성되어 있다. 여기에서, 양극(613)에 사용하는 재료로서는, 일함수가 큰 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들면, ITO막, 또는 규소를 함유한 인듐주석산화물막, 2 내지 20wt%의 산화아연을 포함하는 산화인듐막, 질화티타늄막, 크롬막, 텅스텐막, Zn막, Pt막 등의 단층막 외에, 질화티타늄막과 알루미늄을 주성분으로 하는 막과의 적층, 질화티타늄막과 알루미늄을 주성분으로 하는 막과 질화티타늄막과의 3층 구조 등을 사용할 수 있다. 또, 적층 구조로 하면, 배선으로서의 저항도 낮고, 양호한 오믹 콘택트가 얻어지고, 더욱이 양극으로서 기능시킬 수 있다.
또한, 발광 물질을 포함하는 층(616)은, 증착 마스크를 사용한 증착법, 잉크젯법, 스핀 코팅법 등의 여러가지 방법에 의해서 형성된다. 발광 물질을 포함하는 층(616)은, 실시형태 2 내지 5에서 제시한 바와 같은 본 발명의 발광 소자의 구성 을 갖고 있다.
또한, 발광 물질을 포함하는 층(616) 위에 형성된 음극(617)에 사용하는 재료로서는, 일함수가 작은 재료(Al, Mg, Li, Ca, 또는 이들의 합금이나 화합물, MgAg, MgIn, AlLi, LiF, CaF2 등)를 사용하는 것이 바람직하다. 또, 발광 물질을 포함하는 층(616)에서 생긴 빛이 음극(617)을 투과시키는 경우에는, 음극(617)으로서, 막두께를 얇게 한 금속 박막과, 투명 도전막(ITO, 2 내지 20wt%의 산화아연을 포함하는 산화인듐, 규소 또는 산화규소를 함유한 산화인듐-산화주석, 산화아연(ZnO)등)과의 적층을 사용하는 것이 좋다.
또한 씨일재(605)로 밀봉기판(604)을 소자기판(610)과 접합함으로써, 소자기판(610), 밀봉기판(604), 및 씨일재(605)로 둘러싸인 공간(607)에, 실시형태 2 내지 3에서 제시한 본 발명의 발광 소자(618)가 구비된 구조로 되어 있다. 또, 공간(607)에는, 충전재가 충전되어 있고, 불활성 기체(질소나 아르곤 등)가 충전되는 경우 외에, 씨일재(605)로 충전되는 경우도 있다.
또, 씨일재(605)에는 에폭시계 수지를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 이들 재료는 가능한 한 수분이나 산소를 투과하지 않는 재료인 것이 바람직하다. 또한, 밀봉기판(604)에 사용하는 재료로서 유리기판이나 석영기판 외에, FRP(Fiberglass-Reinforced Plastics), PVF(폴리비닐플로라이드), 폴리에스테르 또는 아크릴 등으로 이루어지는 플라스틱 기판을 사용할 수 있다.
이상과 같이 하여, 본 발명의 발광 소자와, 그 발광 소자를 제어하는 수단인 TFT를 갖는 본 발명의 발광 장치를 얻을 수 있다. 본 실시형태 6의 발광 장치는, 화상 표시 장치로서 이용할 수 있다.
본 발명의 발광 장치는, 장수명인 본 발명의 발광 소자를 사용하고 있기 때문에, 신뢰성이 높다. 또한, 발광 효율이 높은 본 발명의 발광 소자를 사용하고 있기 때문에, 소비 전력이 낮다.
또한, 본 발명의 발광 소자는, 백색광을 나타낼 수 있다. 따라서, 본 발명의 백색 발광 소자를 본 실시형태 6의 발광 소자로서 적용함으로써, 백색의 화상 표시 장치를 제작할 수 있다. 또한, 밀봉기판(604) 또는 소자기판(610)에, 적색·청색·녹색의 컬러 필터를 설치하고, 본 발명의 발광 소자의 백색광을 투과시킴으로써, 빛의 삼원색인 적색·청색·녹색의 화소가 얻어진다. 따라서, 본 발명의 발광 장치는, 풀 컬러의 화상 표시 장치로서 운용할 수도 있다. 또한, 컬러 필터를 일부의 화소에만 설치하고, 다른 화소에는 컬러 필터를 형성하지 않는 구성으로 함으로써, 적색·청색·녹색·백색의 4종의 화소를 형성하고, 풀 컬러의 영상을 낼 수도 있다. 이러한 4종의 화소를 사용하는 방식은, 소비 전력 저감에 유효하다.
이상과 같이 본 실시형태에서는, TFT에 의해서 발광 소자의 구동을 제어하는 액티브 매트릭스형의 발광 장치에 관해서 설명하였지만, 그 밖에, 패시브매트릭스형의 발광 장치이어도 좋다. 도 7에는 본 발명의 발광 소자를 갖는 패시브매트릭스형의 발광 장치를 도시한다. 또, 도 7a는, 발광 장치를 도시하는 사시도, 도 7b는 도 7a를 X-Y로 절단한 단면도이다. 도 7에 있어서, 기판(751) 위에는, 전극(752)과 전극(756)의 사이에는 발광 물질을 포함하는 층(755)이 형성되어 있다. 발광 물질을 포함하는 층은, 상술한 실시형태 2에서 제시한 바와 같은 구성을 적용하면 좋다. 전극(752)의 단부는 절연층(753)으로 덮여 있다. 그리고, 절연층(753) 위에는 격벽층(754)이 형성되어 있다. 격벽층(754)의 측벽은, 기판면에 근접함에 따라서, 한쪽의 측벽과 다른쪽의 측벽의 간격이 좁아지는 경사를 갖는다. 요컨대, 격벽층(754)의 단변방향의 단면은, 사다리꼴형이고, 밑변(절연층(753)의 면방향과 같은 방향을 향하여, 절연층(753)과 접하는 변)쪽이 윗변(절연층(753)의 면방향과 같은 방향을 향하고, 절연층(753)과 접하지 않는 변)보다도 짧다. 이와 같이, 격벽층(754)을 형성함으로써, 정전기 등에 기인한 발광 소자의 불량을 막을 수 있다. 패시브매트릭스형의 발광 장치에 있어서도, 본 발명의 발광 소자를 포함함으로써, 신뢰성이 높은 발광 장치를 얻을 수 있다. 또한, 소비 전력이 낮은 발광 장치를 얻을 수 있다.
(실시형태 7)
본 실시형태 7에서는, 본 발명의 발광 소자를 갖는 발광 장치의 일례로서, 본 발명의 발광 소자를 백라이트로서 사용한 액정 표시 장치를 예시한다.
도 8은 본 발명의 발광 소자를 백라이트로서 사용한 액정 표시 장치의 일례를 도시한 것이다. 도 8에 도시한 액정 표시 장치는, 하우징(801), 액정층(802), 백라이트(803), 하우징(804)을 갖고, 액정층(802)은, 드라이버 IC(805)와 접속되어 있다. 또한, 백라이트(803)는, 실시형태 2 내지 5에서 제시한 바와 같은 본 발명의 발광 소자가 사용되어 있고, 단자(806)에 의해, 전류가 공급되어 있다.
본 발명의 발광 소자를 액정 표시 장치의 백라이트로서 사용함으로써, 장수 명인 백라이트가 얻어지기 때문에, 신뢰성이 높은 액정 표시 장치가 얻어진다. 또한, 본 발명의 발광 소자는 박형으로 저소비 전력이기 때문에, 액정 표시 장치의 박형화, 저소비 전력화도 가능해진다. 또한, 본 발명의 발광 소자는, 면발광의 발광 소자이고 대면적화도 가능하기 때문에, 백라이트의 대면적화가 가능하고, 액정 표시 장치의 대면적화도 가능하게 된다.
(실시형태 8)
본 실시형태 8에서는, 본 발명의 발광 소자를 갖는 발광 장치의 일례로서, 조명 장치에 관해서 설명한다.
도 9a는, 본 발명의 발광 소자를 갖는 발광 장치를, 조명 장치인 전기 스탠드에 적용한 예이다. 도 9a에 도시하는 전기 스탠드는, 하우징(901)과, 광원(902)을 갖고, 광원(902)으로서, 실시형태 2 내지 5에서 제시한 바와 같은 본 발명의 발광 소자가 사용되어 있다. 본 발명의 발광 장치(조명 장치)는, 고휘도의 발광이 가능하기 때문에, 미세한 작업을 하는 경우 등, 바로 가까운 곳을 밝게 비추는 것이 가능하다.
도 9b는, 실시형태 2 내지 5에서 제시한 바와 같은 본 발명의 발광 소자를 갖는 발광 장치를, 실내의 조명 장치(911)에 적용한 예이다. 본 발명의 발광 소자는 대면적화가 가능하기 때문에, 대면적의 조명 장치에 사용할 수 있다. 또한, 본 발명의 발광 소자는, 박형으로 저소비 전력이기 때문에, 박형으로 저소비 전력인 조명 장치에 사용하는 것이 가능해진다. 이와 같이, 본 발명의 발광 소자를 실내의 조명 장치(911)에 사용한 방(room)에, 도 6, 도 7 또는 도 8에서 설명한 바와 같은 본 발명의 발광 장치를 화상 표시 장치로서 사용한 텔레비전 장치(912; 상세한 것은 실시형태 9에서 후술)을 설치하고, 공공 방송이나 영화를 감상할 수 있다. 이러한 경우, 양 장치는 저소비 전력이기 때문에, 전기요금을 걱정하지 않고서, 밝은 방에서 박력 있는 영상을 감상할 수 있다.
(실시형태 9)
본 실시형태 9에서는, 본 발명의 발광 장치를 그 일부에 포함하는 본 발명의 전자기기에 관해서 설명한다. 특히, 본 발명의 발광 장치를 표시부로서 포함하는 본 발명의 전자기기에 관해서 설명한다. 본 발명의 전자기기는, 실시형태 6 내지 8에서 제시한 바와 같은 본 발명의 발광 장치를 포함하기 때문에, 신뢰성이 높은 표시부를 갖는다. 또한, 소비 전력이 낮은 표시부를 갖는다.
본 발명의 발광 장치를 갖는 전자기기로서, 비디오카메라, 디지털 카메라 등의 카메라, 고글형 디스플레이, 네비게이션시스템, 음향재생장치(카오디오, 오디오콤포넌트 등), 컴퓨터, 게임기기, 휴대정보단말(모바일컴퓨터, 휴대전화, 휴대형 게임기 또는 전자서적 등), 기록매체를 구비한 화상재생장치(구체적으로는 Digital Versatile Disc(DVD) 등의 기록매체를 재생하고, 그 화상을 표시할 수 있는 표시장치를 구비한 장치) 등을 들 수 있다. 이러한 전자기기의 구체예를 도 10에 도시한다.
도 10a는 본 발명에 따른 텔레비전 장치로서, 하우징(1001), 지지대(1002), 표시부(1003), 스피커부(1004), 비디오 입력단자(1005) 등을 포함한다. 이 텔레비전 장치에 있어서, 표시부(1003)는, 실시형태 6 내지 7에서 제시한 바와 같은 본 발명의 발광 장치로 구성되어 있다. 따라서, 표시부(1003)는 화질의 열화가 적고, 저소비 전력화가 도모되어 있다. 이러한 특징에 의해, 텔레비전 장치에 있어서, 열화 보상 기능회로나 전원 회로를 대폭 삭감, 또는 축소할 수 있기 때문에, 하우징(1001)이나 지지대(1002)의 소형 경량화를 도모할 수 있다. 본 발명에 따른 텔레비전 장치는, 고신뢰성, 저소비 전력, 고화질 및 소형 경량화가 도모되어 있기 때문에, 이로써 주거 환경에 적합한 제품을 제공할 수 있다.
도 10b는 본 발명에 따른 컴퓨터이고, 본체(1101), 하우징(1102), 표시부(1103), 키보드(1104), 외부 접속 포트(1105), 포인팅 디바이스(1106) 등을 포함한다. 이 컴퓨터에 있어서, 표시부(1103)는, 실시형태 6 내지 7에서 제시한 바와 같은 본 발명의 발광 장치로 구성되어 있다. 따라서, 표시부(1103)는 화질의 열화가 적고, 저소비 전력화가 도모되어 있다. 이러한 특징에 의해, 컴퓨터에 있어서, 열화 보상기능 회로나 전원 회로를 대폭 삭감, 또는 축소할 수 있기 때문에, 본체(1101)나 하우징(1102)의 소형 경량화를 도모할 수 있다. 본 발명에 따른 컴퓨터는, 고신뢰성, 저소비 전력, 고화질 및 소형 경량화가 도모되어 있기 때문에, 환경에 적합한 제품을 제공할 수 있다.
도 10c는 본 발명에 따른 휴대전화이고, 본체(1201), 하우징(1202), 표시부(1203), 음성 입력부(1204), 음성 출력부(1205), 조작키(1206), 외부 접속 포트(1207), 안테나(1208) 등을 포함한다. 이 휴대전화에 있어서, 표시부(1203)는, 실시형태 6 내지 7에서 제시한 바와 같은 본 발명의 발광 장치로 구성되어 있다. 따라서, 표시부(1203)는 화질의 열화가 적고, 저소비 전력화가 도모되고 있다. 이 러한 특징에 의해, 휴대전화에 있어서, 열화 보상 기능회로나 전원 회로를 대폭 삭감하거나, 또는 축소할 수 있으므로, 본체(1201)나 하우징(1202)의 소형 경량화를 도모할 수 있다. 본 발명에 따른 휴대전화는, 고신뢰성, 저소비 전력, 고화질 및 소형 경량화가 도모되어 있기 때문에, 휴대에 적합한 제품을 제공할 수 있다.
도 10d는 본 발명이 따른 카메라이고, 본체(1301), 표시부(1302), 하우징(1303), 외부 접속 포트(1304), 리모콘 수신부(1305), 수상부(1306), 배터리(1307), 음성 입력부(1308), 조작키(1309), 접안부(1310) 등을 포함한다. 이 카메라에 있어서, 표시부(1302)는, 실시형태 6 내지 7에서 제시한 바와 같은 본 발명의 발광 장치로 구성되어 있다. 따라서, 표시부(1302)는 열화가 적고, 저소비 전력화가 도모되어 있다. 이러한 특징에 의해, 카메라에 있어서, 열화 보상 기능회로나 전원 회로를 대폭 삭감, 또는 축소할 수 있기 때문에, 본체(1301)의 소형 경량화를 도모할 수 있다. 본 발명에 따른 카메라는, 고신뢰성, 저소비 전력, 고화질 및 소형 경량화가 도모되어 있기 때문에, 휴대에 적합한 제품을 제공할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명의 발광 장치의 적용 범위는 극히 넓고, 이 발광 장치를 모든 분야의 전자기기에 적용하는 것이 가능하다. 그리고, 본 발명의 발광 장치를 전자기기에 적용함으로써, 신뢰성이 높은 표시부를 갖는 전자기기를 제공하는 것이 가능해진다. 또한, 저소비 전력인 표시부를 갖는 전자기기를 제공하는 것이 가능해진다.
[실시예 1]
본 실시예 1에서는, 본 발명의 발광 소자의 제작예에 관해서, 도 11을 사용하여 설명한다. 또, 본 실시예에서 사용한 물질의 구조식을 이하에 제시한다.
Figure 112008072304536-pat00002
Figure 112008072304536-pat00003
(발광 소자(1)의 제작)
발광 소자(1)의 제작예를, 도 11a를 사용하면서 설명한다. 우선, 양극(2001)으로서 110nm의 막두께로 인듐주석규소산화물(ITSO)이 성막된 유리기판(2000)을 준비하였다. ITSO 표면은, 2mm 모서리(角)의 크기로 표면이 노출되도록 주변을 폴리이미드막으로 덮고, 전극 면적은 2mm×2mm로 하였다. 이 기판 위에 발광 소자를 형성하기 위한 전처리로서, 기판 표면을 물로 세정하고, 200℃에서 1시간 소성한 후, UV 오존처리를 370초 행하였다. 그 후, 10-4Pa 정도까지 내부가 감압된 진공 증착 장치에 기판을 도입하고, 진공 증착 장치내의 가열실에서, 170℃에서 30분간의 진공 소성을 하였다. 그 후, 기판을 30분 정도, 방랭(放冷)하였다.
다음에, 양극(2001)이 형성된 면을 하방이 되도록, 양극(2001)이 형성된 유리기판(2000)을 진공 증착 장치내의 성막실에 설치된 기판 홀더에 고정하였다. 그리고, 우선 양극(2001) 위에, 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]비페닐(약칭:NPB)과 산화몰리브덴(VI)과 공증착함으로써, 유기 화합물과 무기 화합물을 복합하여 이루어지는 복합재료로 이루어지는 정공 주입층(2013)을 형성하였다. 증착은 저항 가열을 사용하였다. 또한, 정공 주입층(2013)의 막두께는 50nm로 하고, NPB와 산화몰리브덴의 비율은, 중량비로 4:1(NPB:산화몰리브덴)이 되도록 증착 레이트를 조절하였다. 또, 공증착법이란, 하나의 처리실내에서 복수의 증발원으로부터 동시에 증착하는 증착법이다.
다음에, 저항 가열을 사용한 증착법에 의해, NPB를 10nm의 막두께가 되도록 성막하여, 정공 수송층(2014)을 형성하였다.
또한, 정공 수송층(2014) 위에, 저항 가열을 사용하여 9-페닐-9'-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-3,3'-비(9H-카바졸)(약칭: PCCPA)과 루브렌을 공증착함으로써, 제 2 발광층(2012)을 형성하였다. PCCPA와 루브렌의 비율은, 중량비로 1:0.01(PCCPA:루브렌)이 되도록 증착 레이트를 조절하였다. 막두께는 10nm로 하였다. 이 제 2 발광층(2012)에 있어서는 루브렌이 발광 물질이 되기 때문에, 황색 발광을 나타내는 발광층이 된다.
이 제 2 발광층(2012) 위에, 제 1 발광층(2011)을 형성하였다. 우선, 저항 가열을 사용하여 PCCPA와 2-(4-{N-[4-(카바졸-9-일)페닐]-N-페닐아미노}페닐)-9,10-디페닐안트라센(약칭:2YGAPPA)을 공증착함으로써, 제 1 발광층(2011)에 있어서의 양극측에 위치하는 층(2021)을 형성하였다. PCCPA와 2YGAPPA의 비율은, 중량비로 1:0.05(PCCPA:2YGAPPA)가 되도록 증착 레이트를 조절하였다. 이 양극측에 위치하는 층(2021)의 막두께는 10nm로 하였다. 이어서, 저항 가열을 사용하여 9-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸(약칭:CzPA)과 2YGAPPA를 공증착함으로써, 제 1 발광층(2011)에 있어서의 음극측에 위치하는 층(2022)을 형성하였다. CzPA와 2YGAPPA의 비율은, 중량비로 1:0.05(CzPA:2YGAPPA)가 되도록 증착 레이트를 조절하였다. 이 음극측에 위치하는 층(2022)의 막두께는 20nm로 하였다. 이상과 동일하게 하여 형성된 제 1 발광층(2011)에서는 2YGAPPA가 발광 물질이 되기 때문에, 청색 발광을 나타내는 발광층이 된다.
그 후, 저항 가열에 의한 증착법을 사용하여, 트리스(8-퀴놀리놀레이토)알루미늄(III)(약칭:Alq)을 10nm 성막하고, 다음가 바소페난트롤린(약칭:BPhen)을 20nm 성막함으로써, 전자 수송층(2015)을 형성하였다.
또한 저항 가열에 의한 증착법을 사용하여 전자 수송층(2015) 위에, 불화리튬(LiF)을 1nm의 막두께가 되도록 성막함으로써, 전자 주입층(2016)을 형성하였다.
마지막으로, 저항 가열에 의한 증착법을 사용하여, 알루미늄을 200nm의 막두께가 되도록 성막함으로써, 음극(2002)을 형성하고, 본 발명의 발광 소자(1)를 제작하였다.
(발광 소자(2)의 제작)
제 1 발광층(2011)에 있어서의 양극측에 위치하는 층(2021)의 막두께를 20nm로 한 것 이외에는, 발광 소자(1)와 동일하게 성막함으로써, 본 발명의 발광 소자(2)를 제작하였다.
(비교 발광 소자(3)의 제작)
비교를 위해, 제 1 발광층(2011)에 있어서의 양극측에 위치하는 층(2021)을 형성하지 않은 비교 발광 소자(3)를 제작하였다. 그 소자 구조를 도 11b에 도시한다. 도 11b에 도시하는 바와 같이, 비교 발광 소자(3)에 있어서의 제 1 발광 층(2011)은, 발광 소자(1)에 있어서의 음극측에 위치하는 층(2022)만으로 구성되어 있다.
우선, 비교 발광 소자(3)에 있어서의 양극(2001), 정공 주입층(2013), 정공 수송층(2014), 전자 수송층(2015), 전자 주입층(2016), 음극(2002)은, 발광 소자(1)나 발광 소자(2)와 동일한 구성으로 하였다.
한편, 비교 발광 소자(3)에 있어서의 제 2 발광층(2012)은, 저항 가열을 사용하여 PCCPA와 루브렌을 공증착함으로써 형성하였다. PCCPA와 루브렌의 비율은, 중량비로 1:0.0025(PCCPA:루브렌)가 되도록 증착 레이트를 조절하였다. 막두께는 발광 소자(1)와 동일하게, 10nm로 하였다. 이 제 2 발광층(2012)에 있어서는 루브렌이 발광 물질이 되기 때문에, 황색 발광을 나타내는 발광층이 된다. 또, 비교 발광 소자(3)에 있어서의 루브렌의 비율(1:0.0025)이 발광 소자(1)의 비율(1:0.01)과 비교하여 적어지고 있는 것은, 비교 발광 소자(3)와 같은 구성에서는, 루브렌의 첨가 농도를 낮게 하지 않으면 황색이 강하게 되어 버려, 백색이 되지 않기 때문이다.
또한, 비교 발광 소자(3)에 있어서의 제 1 발광층(2011)은, 저항 가열을 사용하여 CzPA와 2YGAPPA를 공증착함으로써 형성하였다. CzPA와 2YGAPPA의 비율은, 중량비로 1:0.05(CzPA:2YGAPPA)가 되도록 증착 레이트를 조절하고, 막두께는 20nm로 하였다. 따라서, 비교 발광 소자(3)에 있어서의 제 1 발광층(2011)은, 발광 소자(1)에 있어서의 음극측에 위치하는 층(2022)과 완전히 동일한 구성이다. 이상과 같이 하여 형성된 제 1 발광층(2011)에 있어서는 2YGAPPA가 발광 물질이 되기 때문 에, 청색 발광을 나타내는 발광층이 된다.
(발광 소자(1), 발광 소자(2), 비교 발광 소자(3)의 특성 비교)
이상에 의해 얻어진 본 발명의 발광 소자(1), 본 발명의 발광 소자(2), 비교 발광 소자(3)를, 질소 분위기의 글로브 박스내에서, 발광 소자가 대기에 노출되지 않도록 밀봉하는 작업을 한 후, 이들의 발광 소자의 동작 특성에 관해서 측정하였다. 또, 측정은 실온(25℃로 유지된 분위기)에서 행하였다.
발광 소자(1), 발광 소자(2), 비교 발광 소자(3)의 전류 밀도-휘도 특성을 도 12a에 도시한다. 또한, 전압-휘도 특성을 도 12b에 도시한다. 또한, 1mA의 전류를 흘렸을 때의 발광 스펙트럼을 도 13에 도시한다.
발광 소자(1)는, 3.8[V]의 전압을 인가함으로써, 9.01[mA/㎠]의 전류 밀도로 전류가 흐르고, 870[cd/㎡]의 휘도로 발광하였다. 이 때의 전류 효율은 9.7[cd/A], 파워 효율은 8.0[lm/W], 외부 양자 효율은 4.0[%]이었다. 또한, 이 때의 CIE 색도 좌표는 (x=0.30, y=0.35)이고, 백색의 발광을 나타내었다. 또한, 도 13의 발광 스펙트럼으로부터도 알 수 있는 것처럼, 460nm 부근의 청색 발광과 550nm 부근의 황색 발광이 함께 균형 좋게 얻어지고, 발광 소자(1)는 브로드한 발광 스펙트럼을 나타낸다.
또한, 발광 소자(2)는, 4.0[V]의 전압을 인가함으로써, 9.17[mA/㎠]의 전류 밀도로 전류가 흐르고, 850[cd/㎡]의 휘도로 발광하였다. 이 때의 전류 효율은 9.3[cd/A], 파워 효율은 7.3[lm/W], 외부 양자 효율은 4.1[%]이었다. 또한, 이 때의 CIE 색도 좌표는 (x=0.30, y=0.33)이고, 백색의 발광을 나타내었다. 또한, 도 13의 발광 스펙트럼으로부터도 알 수 있는 것처럼, 460nm 부근의 청색 발광과 550nm 부근의 황색 발광이 함께 균형 좋게 얻어지고, 발광 소자(2)는 브로드한 발광 스펙트럼을 나타낸다.
또한, 비교 발광 소자(3)는, 3.4[V]의 전압을 인가함으로써, 24.5[mA/㎠]의 전류 밀도로 전류가 흐르고, 1500[cd/㎡]의 휘도로 발광하였다. 이 때의 전류 효율은 6.2[cd/A], 파워 효율은 5.7[lm/W], 외부 양자 효율은 2.4[%]이었다. 또한, 이 때의 CIE 색도 좌표는 (x=0.28, y=0.36)이고, 황백색의 발광을 나타내었다. 도 13의 발광 스펙트럼으로부터도 알 수 있는 것처럼, 460nm 부근의 청색 발광과 비교하여, 550nm 부근의 황색 발광이 약간 강하게 되어 있다. 이와 같이, 비교 발광 소자(3)와 같은 소자 구조에서는, 황색 발광 물질인 루브렌의 농도를 극한까지 낮게 하더라도, 황색이 약간 강하다. 한편, 발광 소자(1)나 발광 소자(2)는, 루브렌의 농도가 어느 정도 높아도, 백색 발광을 얻을 수 있다는 큰 특징이 있다. 이 사실은, 후술하는 발광 효율의 차이나 수명의 차이의 한 원인이라고도 생각된다.
발광 소자(1 내지 3)의 발광 효율을 그래프상에서 비교하기 위해서, 휘도-전류 효율 특성을 도 14a에, 휘도-파워 효율 특성을 도 14b에, 각각 도시하였다. 도 14a에 도시하는 바와 같이, 본 발명의 발광 소자(1 및 2)는, 비교 발광 소자(3)에 비교하여 전류 효율이 높다. 또한, 발광 소자(1 및 2)는, 구동 전압은 비교 발광 소자(3)와 비교하여 약간 높음에도 불구하고(도 12b 참조), 도 14b에 도시하는 바와 같이 파워 효율에서는 우수하며, 저소비 전력이다. 이것은 전류 효율이 높기 때문이다. 이렇게, 본 발명의 발광 소자는 발광 효율이 높은 것이 분명해졌다.
다음에, 발광 소자(1), 발광 소자(2), 비교 발광 소자(3)에 관하여, 초기 휘도를 1000[cd/㎡]로 하여, 정전류 구동에 의한 연속 점등 시험을 한 결과를 도 15에 도시한다(종축은, 1000cd/㎡를 100%로 하였을 때의 규격화 휘도이다).
도 15의 결과로부터, 발광 소자(1)는 1000시간 후에도 초기 휘도의 75%의 휘도를 유지하며, 장수명인 발광 소자인 것을 알았다. 또한, 발광 소자(2)는 1000시간 후에도 초기 휘도의 79%의 휘도를 유지하며, 장수명인 발광 소자인 것을 알았다. 한편, 비교 발광 소자(3)는, 500시간 후에는 초기 휘도의 60%로까지 휘도가 저하하며, 수명이 짧다. 이와 같이, 본 발명의 발광 소자는 장수명인 것이 분명해졌다.
[실시예 2]
본 실시예 2에서는, 실시예 1에서 사용한 2YGAPPA와는 다른 청색 발광 물질4-(10-페닐-9-안트릴)-4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트리페닐아민(약칭:PCBAPA)을 사용한 본 발명의 발광 소자의 제작예를, 구체적으로 예시한다. PCBAPA의 구조식을 이하에 제시한다.
Figure 112008072304536-pat00004
(발광 소자(4)의 제작)
발광 소자(4)의 제작예를, 도 11a를 사용하면서 설명한다. 우선, 양극(2001)으로서 110nm의 막두께로 인듐주석규소산화물(ITSO)이 성막된 유리기판(2000)을 준비하였다. ITSO 표면은, 2mm 모서리의 크기로 표면이 노출되도록 주변을 폴리이미드막으로 덮고, 전극 면적은 2mm×2mm로 하였다. 이 기판 위에 발광 소자를 형성하기 위한 전처리로서, 기판 표면을 물로 세정하고, 200℃에서 1시간 소성한 후, UV 오존처리를 370초 행하였다. 그 후, 10-4Pa 정도까지 내부가 감압된 진공 증착 장치에 기판을 도입하고, 진공 증착 장치내의 가열실에서, 170℃에서 30분간의 진공 소성을 하였다. 그 후, 기판을 30분 정도, 방랭하였다.
다음에, 양극(2001)이 형성된 면을 하방이 되도록, 양극(2001)이 형성된 유리기판(2000)을 진공 증착 장치내의 성막실에 설치된 기판 홀더에 고정하였다. 그 리고, 우선 양극(2001) 위에, NPB와 산화몰리브덴(VI)과 공증착함으로써, 유기 화합물과 무기 화합물을 복합하여 이루어지는 복합재료로 이루어지는 정공 주입층(2013)을 형성하였다. 증착은 저항 가열을 사용하였다. 또한, 정공 주입층(2013)의 막두께는 50nm로 하고, NPB와 산화몰리브덴의 비율은, 중량비로 4:1(NPB:산화몰리브덴)이 되도록 증착 레이트를 조절하였다. 또, 공증착법이란, 1개의 처리실내에서 복수의 증발원으로부터 동시에 증착을 하는 증착법이다.
다음에, 저항 가열을 사용한 증착법에 의해, NPB를 10nm의 막두께가 되도록 성막하고, 정공 수송층(2014)을 형성하였다.
또한, 정공 수송층(2014) 위에, 저항 가열을 사용하여 PCCPA와 루브렌을 공증착함으로써, 제 2 발광층(2012)을 형성하였다. PCCPA와 루브렌의 비율은, 중량비로 1:0.01(PCCPA:루브렌)이 되도록 증착 레이트를 조절하였다. 막두께는 20nm로 하였다. 이 제 2 발광층(2012)에 있어서는 루브렌이 발광 물질이 되기 때문에, 황색 발광을 나타내는 발광층이 된다.
이 제 2 발광층(2012) 위에, 제 1 발광층(2011)을 형성하였다. 우선, 저항 가열을 사용하여 PCCPA와 PCBAPA를 공증착함으로써, 제 1 발광층(2011)에 있어서의 양극측에 위치하는 층(2021)을 형성하였다. PCCPA와 PCBAPA의 비율은, 중량비로 1:0.10(PCCPA:PCBAPA)이 되도록 증착 레이트를 조절하였다. 이 양극측에 위치하는 층(2021)의 막두께는 10nm로 하였다. 이어서, 저항 가열을 사용하여 CzPA와 PCBAPA를 공증착함으로써, 제 1 발광층(2011)에서의 음극측에 위치하는 층(2022)을 형성하였다. CzPA와 PCBAPA의 비율은, 중량비로 1:0.10(CzPA:PCBAPA)이 되도록 증 착 레이트를 조절하였다. 이 음극측에 위치하는 층(2022)의 막두께는 20nm로 하였다. 이상과 같이 하여 형성된 제 1 발광층(2011)에 있어서는 PCBAPA가 발광 물질이 되기 때문에, 청색 발광을 나타내는 발광층이 된다.
그 후, 저항 가열에 의한 증착법을 사용하여, Alq를 10nm 성막하고, 이어서 BPhen을 20nm 성막함으로써, 전자 수송층(2015)을 형성하였다.
또한 저항 가열에 의한 증착법을 사용하여 전자 수송층(2015) 위에, 불화리튬(LiF)을 1nm의 막두께가 되도록 성막함으로써, 전자 주입층(2016)을 형성하였다.
마지막으로, 저항 가열에 의한 증착법을 사용하여, 알루미늄을 200nm의 막두께가 되도록 성막함으로써, 음극(2002)을 형성하고, 본 발명의 발광 소자(4)를 제작하였다.
(발광 소자(4)의 특성 평가)
이상에 의해 얻어진 본 발명의 발광 소자(4)를, 질소 분위기의 글로브 박스 내에서, 발광 소자가 대기에 노출되지 않도록 밀봉하는 작업을 한 후, 그 동작 특성에 관해서 측정하였다. 또, 측정은 실온(25℃로 유지된 분위기)에서 행하였다.
발광 소자(4)의 전류 밀도-휘도 특성을 도 16a에 도시한다. 또한, 전압-휘도 특성을 도 16b에 도시한다. 또한, 1mA의 전류를 흘렸을 때의 발광 스펙트럼을 도 17에 도시한다.
발광 소자(4)는, 3.8[V]의 전압을 인가함으로써, 6.66[mA/㎠]의 전류 밀도로 전류가 흐르고, 75O[cd/㎡]의 휘도로 발광하였다. 이 때의 전류 효율은 11[cd/A], 파워 효율은 9.3[lm/W], 외부 양자 효율은 5.0[%]이었다. 또한, 이 때의 CIE 색도 좌표는(x=0.31, y=0.33)이고, 백색의 발광을 나타내었다. 또한, 도 17의 발광 스펙트럼으로부터도 알 수 있는 것처럼, 460nm 부근의 청색 발광과 560nm 부근의 황색 발광이 함께 균형 좋게 얻어지고 있고, 발광 소자(4)는 브로드한 발광 스펙트럼을 나타낸다.
발광 소자(4)의 발광 효율을 그래프상에서 평가하기 위해서, 휘도-전류 효율 특성을 도 18a에, 휘도-파워 효율 특성을 도 18b에, 각각 도시하였다. 도 18a에 도시하는 바와 같이, 본 발명의 발광 소자(4)는, 실용적인 휘도 영역(100[cd/㎡] 내지 10000[cd/㎡] 정도)에 있어서, 매우 높은 전류 효율 및 파워 효율을 나타내었다. 이와 같이, 본 발명의 발광 소자는 발광 효율이 높고, 이에 따라 소비 전력도 낮은 것이 분명해졌다.
다음에, 발광 소자(4)에 관하여, 초기 휘도를 1000[cd/㎡]으로 하여, 정전류 구동에 의한 연속 점등 시험을 한 결과를 도 19에 도시한다(종축은, 100Ocd/㎡을 100%로 하였을 때의 규격화 휘도이다).
도 19의 결과로부터, 발광 소자(4)는 1000시간 후에도 초기 휘도의 86%의 휘도를 유지하며, 장수명인 발광 소자인 것을 알았다. 휘도 반감기는, 2만 시간 정도로 예상된다. 이와 같이, 본 발명의 발광 소자는 장수명인 것이 분명해졌다.
[실시예 3]
본 실시예 3에서는, 전자 수송층(2015) 및 전자 주입층(2016)을 아래와 같이 변경한 것 이외에는, 실시예 2의 발광 소자(4)와 동일한 구성으로 한 발광 소자(5)를 제작하였다.
발광 소자(5)에 있어서의 전자 수송층(2015)은, 저항 가열에 의해 Alq를 10nm 증착함으로써 형성하였다. 또한 전자 주입층(2016)은, BPhen과 리튬(Li)을 공증착함으로써 형성하였다. 증착은 저항 가열을 사용하였다. 전자 주입층(2016)의 막두께는 20nm로 하고, BPhen과 Li의 비율은, 중량비로 1:0.01(BPhen:Li)이 되도록 증착 레이트를 조절하였다.
(발광 소자(5)의 특성 평가)
이상으로부터 얻어진 본 발명의 발광 소자(5)를, 질소 분위기의 글로브 박스내에서, 발광 소자가 대기에 노출되지 않도록 밀봉하는 작업을 한 후, 그 동작 특성에 관해서 측정을 하였다. 또, 측정은 실온(25℃로 유지된 분위기)에서 행하였다.
발광 소자(5)의 전류 밀도-휘도 특성을 도 20a에 도시한다. 또한, 전압-휘도 특성을 도 20b에 도시한다. 또한, 1mA의 전류를 흘렸을 때의 발광 스펙트럼을 도 21에 도시한다.
발광 소자(5)는, 4.2[V]의 전압을 인가함으로써, 10.9[mA/㎠]의 전류 밀도로 전류가 흐르고, 1000[cd/㎡]의 휘도로 발광하였다. 이 때의 전류 효율은 9.3[cd/A], 파워 효율은 7.0[lm/W], 외부 양자 효율은 3.8[%]이었다. 또한, 이 때의 CIE 색도 좌표는 (x=0.32, y=0.35)이고, 백색의 발광을 나타내었다. 또한, 도 21의 발광 스펙트럼으로부터도 알 수 있는 것처럼, 460nm 부근의 청색 발광과 560nm 부근의 황색 발광이 함께 균형 좋게 얻어지고 있고, 발광 소자(5)는 브로드한 발광 스펙트럼을 나타낸다.
발광 소자(5)의 발광 효율을 그래프상에서 평가하기 위해서, 휘도-전류 효율 특성을 도 22a에, 휘도-파워 효율 특성을 도 22b에, 각각 도시하였다. 도 22a에 도시하는 바와 같이, 본 발명의 발광 소자(5)는, 실용적인 휘도 영역(100[cd/㎡] 내지 10000[cd/㎡] 정도)에 있어서, 대단히 높은 전류 효율 및 파워 효율을 나타내었다. 이와 같이, 본 발명의 발광 소자는 발광 효율이 높고, 이에 따라 소비 전력도 낮은 것이 분명해졌다.
다음에, 발광 소자(5)에 관하여, 초기 휘도를 100O[cd/㎡]로 하여, 정전류 구동에 의한 연속 점등 시험을 한 결과를 도 23에 도시한다(종축은, 1000cd/㎡을 100%로 하였을 때의 규격화 휘도이다).
도 23의 결과로부터, 발광 소자(5)는 740시간 후에도 초기 휘도의 92%의 휘도를 유지하며, 장수명인 발광 소자인 것을 알았다. 휘도 반감기는, 4 내지 5만 시간 정도로 예상된다. 이와 같이, 본 발명의 발광 소자는 장수명인 것이 분명해졌다.
[실시예 4]
본 실시예 4에서는, 실시형태 5에서 제시한 바와 같은, 복수의 발광 유닛을 갖는 적층형 발광 소자의 제작예에 관해서, 도 24를 사용하여 설명한다. 도 24에 도시하는 바와 같이, 본 실시예 4의 적층형 발광 소자(발광 소자(6))에 있어서는, 양극(2101)과 음극(2102)의 사이에, 제 1 발광 유닛(2103-1)과 제 2 발광 유닛(2103-2)이 적층되어 있다. 또한, 제 1 발광 유닛(2103-1)과 제 2 발광 유닛(2103-2)의 사이에는, 전하 발생층(2104)이 형성되어 있다.
(발광 소자(6)의 제작)
우선, 양극(2101)으로서 110nm의 막두께로 인듐주석규소산화물(ITSO)이 성막된 유리기판(2100)을 준비하였다. ITSO 표면은, 2mm 모서리의 크기로 표면이 노출되도록 주변을 폴리이미드막으로 덮고, 전극 면적은 2mm×2mm로 하였다. 이 기판 위에 발광 소자를 형성하기 위한 전처리로서, 기판 표면을 물로 세정하고, 200℃에서 1시간 소성한 후, UV 오존처리를 370초 행하였다. 그 후, 10-4Pa 정도까지 내부가 감압된 진공 증착 장치에 기판을 도입하고, 진공 증착 장치내의 가열실에서, 170℃에서 30분간의 진공 소성을 하였다. 그 후, 기판을 30분 정도, 방랭하였다.
다음에, 양극(2101)이 형성된 면을 하방이 되도록, 양극(2101)이 형성된 유리기판(2100)을 진공 증착 장치내의 성막실에 설치된 기판 홀더에 고정하였다. 그리고, 이하에 기술하는 순서로, 제 1 발광 유닛(2103-1)을 형성하였다.
우선 양극(2101) 위에, NPB와 산화몰리브덴(VI)과 공증착함으로써, 유기 화합물과 무기 화합물을 복합하여 이루어지는 복합재료로 이루어지는 정공 주입층(2113)을 형성하였다. 증착은 저항 가열을 사용하였다. 또한, 정공 주입층(2113)의 막두께는 50nm로 하고, NPB와 산화몰리브덴의 비율은, 중량비로 4:1(NPB:산화몰리브덴)이 되도록 증착 레이트를 조절하였다. 또, 공증착법이란, 1개의 처리실내에서 복수의 증발원으로부터 동시에 증착을 하는 증착법이다.
다음에, 저항 가열을 사용한 증착법에 의해, NPB를 10nm의 막두께가 되도록 성막하고, 정공 수송층(2114-1)을 형성하였다.
또한, 정공 수송층(2114-1) 위에, 저항 가열을 사용하여 PCCPA와 루브렌을 공증착함으로써, 제 2 발광층(2112-1)을 형성하였다. PCCPA와 루브렌의 비율은, 중량비로 1:0.01(PCCPA:루브렌)이 되도록 증착 레이트를 조절하였다. 막두께는 20nm로 하였다. 이 제 2 발광층(2112-1)에 있어서는 루브렌이 발광 물질이 되기 때문에, 황색 발광을 나타내는 발광층이 된다.
이 제 2 발광층(2112-1) 위에, 제 1 발광층(2111-1)을 형성하였다. 우선, 저항 가열을 사용하여 PCCPA와 PCBAPA를 공증착함으로써, 제 1 발광층(2111-1)에 있어서의 양극측에 위치하는 층(2121-1)을 형성하였다. PCCPA와 PCBAPA의 비율은, 중량비로 1:0.10(PCCPA:PCBAPA)이 되도록 증착 레이트를 조절하였다. 이 양극측에 위치하는 층(2121-1)의 막두께는 10nm로 하였다. 이어서, 저항 가열을 사용하여 CzPA와 PCBAPA를 공증착함으로써, 제 1 발광층(2111-1)에 있어서의 음극측에 위치하는 층(2122-1)을 형성하였다. CzPA와 PCBAPA의 비율은, 중량비로 1:0.10(CzPA:PCBAPA)이 되도록 증착 레이트를 조절하였다. 이 음극측에 위치하는 층(2122-1)의 막두께는 20nm로 하였다. 이상과 같이 하여 형성된 제 1 발광층(2111-1)에 있어서는 PCBAPA가 발광 물질이 되기 때문에, 청색 발광을 나타내는 발광층이 된다.
그 후, 저항 가열에 의한 증착법을 사용하여, Alq를 10nm 성막함으로써, 전자 수송층(2115-1)을 형성하였다. 이상이 제 1 발광 유닛(2103-1)이 된다.
다음에, 전하 발생층(2104)을 형성하였다. 전하 발생층(2104)은, 제 1 층(2131)과 제 2 층(2132)의 적층 구조로 구성되어 있다. 우선, BPhen과 리튬(Li) 을 공증착함으로써, 제 1 층(2131)을 형성하였다. 증착은 저항 가열을 사용하였다. 제 1 층(2131)의 막두께는 20nm로 하고, BPhen과 Li의 비율은, 중량비로 1:0.01(BPhen:Li)이 되도록 증착 레이트를 조절하였다. 또한, NPB와 산화몰리브덴(VI)과 공증착함으로써, 유기 화합물과 무기 화합물을 복합하여 이루어지는 복합재료로 이루어지는 제 2 층(2132)을 형성하였다. 증착은 저항 가열을 사용하였다. 또한, 제 2 층(2132)의 막두께는 50nm로 하고, NPB와 산화몰리브덴의 비율은, 중량비로 4:1(NPB:산화몰리브덴)이 되도록 증착 레이트를 조절하였다. 이상이 전하 발생층의 구성이다.
다음에, 이하에 기술하는 순서로, 제 2 발광 유닛(2103-2)을 형성하였다.
우선, 저항 가열을 사용한 증착법에 의해, NPB를 10nm의 막두께가 되도록 성막하고, 정공 수송층(2114-2)을 형성하였다.
또한, 정공 수송층(2114-2) 위에, 저항 가열을 사용하여 PCCPA와 루브렌을 공증착함으로써, 제 2 발광층(2112-2)을 형성하였다. PCCPA와 루브렌의 비율은, 중량비로 1:0.01(PCCPA:루브렌)이 되도록 증착 레이트를 조절하였다. 막두께는 20nm로 하였다. 이 제 2 발광층(2112-2)에 있어서는 루브렌이 발광 물질이 되기 때문에, 황색 발광을 나타내는 발광층이 된다.
이 제 2 발광층(2112-2) 위에, 제 1 발광층(2111-2)을 형성하였다. 우선, 저항 가열을 사용하여 PCCPA와 PCBAPA를 공증착함으로써, 제 1 발광층(2111-2)에 있어서의 양극측에 위치하는 층(2121-2)을 형성하였다. PCCPA와 PCBAPA의 비율은, 중량비로 1:0.10(PCCPA:PCBAPA)이 되도록 증착 레이트를 조절하였다. 이 양극측에 위치하는 층(2121-2)의 막두께는 10nm로 하였다. 이어서, 저항 가열을 사용하여 CzPA와 PCBAPA를 공증착함으로써, 제 1 발광층(2111-2)에 있어서의 음극측에 위치하는 층(2122-2)을 형성하였다. CzPA와 PCBAPA의 비율은, 중량비로 1:0.10(CzPA:PCBAPA)이 되도록 증착 레이트를 조절하였다. 이 음극측에 위치하는 층(2122-2)의 막두께는 20nm로 하였다. 이상과 같이 하여 형성된 제 1 발광층(2111-2)에 있어서는 PCBAPA가 발광 물질이 되기 때문에, 청색 발광을 나타내는 발광층이 된다.
그 후, 저항 가열에 의한 증착법을 사용하여, Alq를 10nm 성막함으로써, 전자 수송층(2115-2)을 형성하였다. 또한, BPhen과 리튬(Li)을 공증착함으로써, 전자 주입층(2116)을 형성하였다. 증착은 저항 가열을 사용하였다. 전자 주입층(2116)의 막두께는 20nm로 하고, BPhen과 Li의 비율은, 중량비로 1:0.01(BPhen:Li)이 되도록 증착 레이트를 조절하였다. 이상이 제 2 발광 유닛(2103-2)이 된다.
마지막으로, 저항 가열에 의한 증착법을 사용하고, 알루미늄을 200nm의 막두께가 되도록 성막함으로써, 음극(2102)을 형성하고, 본 발명의 발광 소자(6)를 제작하였다.
(발광 소자(6)의 특성 평가)
이상에 의해 얻어진 본 발명의 발광 소자(6)를, 질소 분위기의 글로브 박스내에서, 발광 소자가 대기에 노출되지 않도록 밀봉하는 작업을 한 후, 그 동작 특성에 관해서 측정하였다. 또, 측정은 실온(25℃로 유지된 분위기)에서 행하였다.
발광 소자(6)의 전류 밀도-휘도 특성을 도 25a에 도시한다. 또한, 전압-휘도 특성을 도 25b에 도시한다. 또한, 1mA의 전류를 흘렸을 때의 발광 스펙트럼을 도 26에 도시한다.
발광 소자(6)는, 7.8[V]의 전압을 인가함으로써, 4.89[mA/㎠]의 전류 밀도로 전류가 흐르고, 860[cd/㎡]의 휘도로 발광하였다. 이 때의 전류 효율은 18[cd/A], 파워 효율은 7.1[lm/W], 외부 양자 효율은 7.0[%]이었다. 또한, 이 때의 CIE 색도 좌표는 (x=0.29, y=0.34)이고, 백색의 발광을 나타내었다. 또한, 도 26의 발광 스펙트럼으로부터도 알 수 있는 것처럼, 460nm 부근의 청색 발광과 560nm 부근의 황색 발광이 함께 균형 좋게 얻어지고 있고, 발광 소자(6)는 브로드한 발광 스펙트럼을 나타낸다.
발광 소자(6)의 발광 효율을 그래프 상에서 평가하기 위해서, 휘도-전류 효율 특성을 도 27a에, 휘도-파워 효율 특성을 도 27b에, 각각 도시하였다. 도 27a에 도시하는 바와 같이, 본 발명의 발광 소자(6)는, 실용적인 휘도 영역(10O[cd/㎡] 내지 10000[cd/㎡] 정도)에 있어서, 매우 높은 전류 효율 및 파워 효율을 나타내었다. 이와 같이, 본 발명의 발광 소자는 발광 효율이 높고, 이에 따라 소비 전력도 낮은 것이 분명해졌다.
다음에, 발광 소자(6)에 관하여, 초기 휘도를 100O[cd/㎡]로 하여, 정전류 구동에 의한 연속 점등 시험을 한 결과를 도 28에 도시한다(종축은, 1000cd/㎡을 100%로 하였을 때의 규격화 휘도이다).
도 28의 결과로부터, 발광 소자(6)는 740시간 후에도 초기 휘도의 94%의 휘 도를 유지하며, 장수명인 발광 소자인 것을 알았다. 휘도 반감기는, 10만 시간 정도로 예상된다. 이와 같이, 본 발명의 발광 소자는 장수명인 것이 분명해졌다.
[실시예 5]
본 실시예 5에서는, 제 2 발광층으로서 녹색 발광 물질인 N,9-디페닐-N-(9,10-디페닐-2-안트릴)-9H-카바졸-3-아민(약칭:2PCAPA)을 사용한 본 발명의 발광 소자의 제작예를, 구체적으로 예시한다. 2PCAPA의 구조식을 이하에 나타낸다.
Figure 112008072304536-pat00005
(발광 소자(7)의 제작)
발광 소자(7)의 제작예를, 도 11a를 사용하면서 설명한다. 우선, 양극(2001)으로서 110nm의 막두께로 인듐주석규소산화물(ITSO)이 성막된 유리기판(2000)을 준비하였다. ITSO 표면은, 2mm 모서리의 크기로 표면이 노출되도록 주변을 폴리이미드막으로 덮고, 전극 면적은 2mm×2mm로 하였다. 이 기판 위에 발광 소자를 형성하기 위한 전처리로서, 기판 표면을 물로 세정하고, 200℃에서 1시간 소성한 후, UV 오존처리를 370초 행하였다. 그 후, 10-4Pa 정도까지 내부가 감압된 진공 증착 장치에 기판을 도입하고, 진공 증착 장치내의 가열실에서, 170℃에서 30분간의 진공 소성을 하였다. 그 후, 기판을 30분 정도, 방랭하였다.
다음에, 양극(2001)이 형성된 면을 하방이 되도록, 양극(2001)이 형성된 유리기판(2000)을 진공 증착 장치내의 성막실에 설치된 기판 홀더에 고정하였다. 그리고, 우선 양극(2001) 위에, NPB와 산화몰리브덴(VI)과 공증착함으로써, 유기 화합물과 무기 화합물을 복합하여 이루어지는 복합재료로 이루어지는 정공 주입층(2013)을 형성하였다. 증착은 저항 가열을 사용하였다. 또한, 정공 주입층(2013)의 막두께는 50nm로 하고, NPB와 산화몰리브덴의 비율은, 중량비로 4:1(NPB:산화몰리브덴)이 되도록 증착 레이트를 조절하였다. 또, 공증착법이란, 1개의 처리실내에서 복수의 증발원으로부터 동시에 증착을 하는 증착법이다.
다음에, 저항 가열을 사용한 증착법에 의해, NPB를 10nm의 막두께가 되도록 성막하고, 정공 수송층(2014)을 형성하였다.
또한, 정공 수송층(2014) 위에, 저항 가열을 사용하여 PCCPA와 2PCAPA를 공증착함으로써, 제 2 발광층(2012)을 형성하였다. PCCPA와 2PCAPA의 비율은, 중량비로 1:0.02(PCCPA:2PCAPA)가 되도록 증착 레이트를 조절하였다. 막두께는 10nm로 하였다. 이 제 2 발광층(2012)에 있어서는 2PCAPA가 발광 물질이 되기 때문에, 녹색 발광을 나타내는 발광층이 된다.
이 제 2 발광층(2012) 위에, 제 1 발광층(2011)을 형성하였다. 우선, 저항 가열을 사용하여 PCCPA와 PCBAPA를 공증착함으로써, 제 1 발광층(2011)에 있어서의 양극측에 위치하는 층(2021)을 형성하였다. PCCPA와 PCBAPA의 비율은, 중량비로 1:0.10(PCCPA:PCBAPA)이 되도록 증착 레이트를 조절하였다. 이 양극측에 위치하는 층(2021)의 막두께는 10nm로 하였다. 이어서, 저항 가열을 사용하여 CzPA와 PCBAPA를 공증착함으로써, 제 1 발광층(2011)에 있어서의 음극측에 위치하는 층(2022)을 형성하였다. CzPA와 PCBAPA의 비율은, 중량비로 1:0.05(CzPA:PCBAPA)가 되도록 증착 레이트를 조절하였다. 이 음극측에 위치하는 층(2022)의 막두께는 20nm로 하였다. 이상과 같이 하여 형성된 제 1 발광층(2011)에 있어서는 PCBAPA가 발광 물질이 되기 때문에, 청색 발광을 나타내는 발광층이 된다. 또한, PCCPA는 양극측에 위치하는 층(2021)의 수송성을 조절하는 제 1 유기 화합물이고, CzPA는 음극측에 위치하는 층(2022)의 수송성을 조절하는 제 2 유기 화합물이다.
그 후, 저항 가열에 의한 증착법을 사용하여, Alq를 10nm 성막하고, 이어서 BPhen을 20nm 성막함으로써, 전자 수송층(2015)을 형성하였다.
또한 저항 가열에 의한 증착법을 사용하여 전자 수송층(2015) 위에, 불화리튬(LiF)을 1nm의 막두께가 되도록 성막함으로써, 전자 주입층(2016)을 형성하였다.
마지막으로, 저항 가열에 의한 증착법을 사용하여, 알루미늄을 200nm의 막두께가 되도록 성막함으로써, 음극(2002)을 형성하고, 본 발명의 발광 소자(7)를 제작하였다.
(발광 소자(7)의 특성 평가)
이상에 의해 얻어진 본 발명의 발광 소자(7)를, 질소 분위기의 글로브 박스내에서, 발광 소자가 대기에 노출되지 않도록 밀봉하는 작업을 한 후, 이들의 발광 소자의 동작 특성에 관해서 측정하였다. 또, 측정은 실온(25℃로 유지된 분위기) 에서 행하였다.
발광 소자(7)의 전류 밀도-휘도 특성을 도 41a에 도시한다. 또한, 전압-휘도 특성을 도 41b에 도시한다. 또한, 1mA의 전류를 흘렸을 때의 발광 스펙트럼을 도 42에 도시한다.
발광 소자(7)는, 3.8[V]의 전압을 인가함으로써, 8.77[mA/㎠]의 전류 밀도로 전류가 흐르고, 100O[cd/㎡]의 휘도로 발광하였다. 이 때의 전류 효율은 11[cd/A], 파워 효율은 9.4[lm/W], 외부 양자 효율은 4.3[%]이었다. 또한, 이 때의 CIE 색도 좌표는(x=0.23, y=0.41)이었다. 도 42의 발광 스펙트럼으로부터 알 수 있는 것처럼, 460nm 부근의 청색 발광과 520nm 부근의 녹색 발광이 얻어지고 있고, 브로드한 발광 스펙트럼을 나타낸다. 따라서, 발광 소자(7)의 발광 유닛과, 적색 발광이 얻어지는 발광 유닛을 적층한 적층형 발광 소자를 제작한 경우, 브로드한 발광 스펙트럼의 백색 발광 소자를 얻을 수 있다.
발광 소자(7)의 발광 효율을 그래프상에서 평가하기 위해서, 휘도-전류 효율 특성을 도 43a에, 휘도-파워 효율 특성을 도 43b에, 각각 도시하였다. 도 43a에 도시하는 바와 같이, 본 발명의 발광 소자(7)는, 실용적인 휘도 영역(10O[cd/㎡] 내지 100O0[cd/㎡] 정도)에 있어서, 대단히 높은 전류 효율 및 파워 효율을 나타내었다. 이와 같이, 본 발명의 발광 소자는 발광 효율이 높고, 그것에 따라 소비 전력도 낮은 것이 분명해졌다.
[실시예 6]
본 실시예 6에서는, 제 2 발광층으로서 녹색 발광 물질인 N,9-디페닐-N- (9,10-디페닐-2-안트릴)-9H-카바졸-3-아민(약칭:2PCAPA)을 사용한 본 발명의 발광 소자의 제작예를, 구체적으로 예시한다.
(발광 소자(8)의 제작)
발광 소자(8)의 제작예를, 도 11a를 사용하면서 설명한다. 우선, 양극(2001)으로서 110nm의 막두께로 인듐주석규소산화물(ITSO)이 성막된 유리기판(2000)을 준비하였다. ITSO 표면은, 2mm 모서리의 크기로 표면이 노출되도록 주변을 폴리이미드막으로 덮고, 전극 면적은 2mm×2mm로 하였다. 이 기판 위에 발광 소자를 형성하기 위한 전처리로서, 기판 표면을 물로 세정하고, 200℃에서 1시간 소성한 후, UV 오존처리를 370초 행하였다. 그 후, 10-4Pa 정도까지 내부가 감압된 진공 증착 장치에 기판을 도입하고, 진공 증착 장치내의 가열실에서, 170℃에서 30분간의 진공 소성을 하였다. 그 후, 기판을 30분 정도, 방랭하였다.
다음에, 양극(2001)이 형성된 면을 하방이 되도록, 양극(2001)이 형성된 유리기판(2000)을 진공 증착 장치내의 성막실에 설치된 기판 홀더에 고정하였다. 그리고, 우선 양극(2001) 위에, NPB와 산화몰리브덴(VI)과 공증착함으로써, 유기 화합물과 무기 화합물을 복합하여 이루어지는 복합재료로 이루어지는 정공 주입층(2013)을 형성하였다. 증착은 저항 가열을 사용하였다. 또한, 정공 주입층(2013)의 막두께는 50nm로 하고, NPB와 산화몰리브덴의 비율은, 중량비로 4:1(NPB:산화몰리브덴)이 되도록 증착 레이트를 조절하였다. 또, 공증착법이란, 1개의 처리실내에서 복수의 증발원으로부터 동시에 증착을 하는 증착법이다.
다음에, 저항 가열을 사용한 증착법에 의해, NPB를 10nm의 막두께가 되도록 성막하고, 정공 수송층(2014)을 형성하였다.
또한, 정공 수송층(2014) 위에, 저항 가열을 사용하여 PCBAPA와 2PCAPA를 공증착함으로써, 제 2 발광층(2012)을 형성하였다. PCBAPA와 2PCAPA의 비율은, 중량비로 1:0.02(PCBAPA:2PCAPA)가 되도록 증착 레이트를 조절하였다. 막두께는 10nm로 하였다. 이 제 2 발광층(2012)에 있어서는, PCBAPA가 정공 수송성의 물질이고, 2PCAPA가 발광 물질이 되기 때문에, 녹색 발광을 나타내는 발광층이 된다.
이 제 2 발광층(2012) 위에, 제 1 발광층(2011)을 형성하였다. 우선, 저항 가열을 사용하여 PCCPA와 PCBAPA를 공증착함으로써, 제 1 발광층(2011)에 있어서의 양극측에 위치하는 층(2021)을 형성하였다. PCCPA와 PCBAPA의 비율은, 중량비로 1:0.10(PCCPA:PCBAPA)이 되도록 증착 레이트를 조절하였다. 이 양극측에 위치하는 층(2021)의 막두께는 10nm로 하였다. 이어서, 저항 가열을 사용하여 CzPA와 PCBAPA를 공증착함으로써, 제 1 발광층(2011)에 있어서의 음극측에 위치하는 층(2022)을 형성하였다. CzPA와 PCBAPA의 비율은, 중량비로 1:0.05(CzPA:PCBAPA)가 되도록 증착 레이트를 조절하였다. 이 음극측에 위치하는 층(2022)의 막두께는 20nm로 하였다. 이상과 같이 하여 형성된 제 1 발광층(2011)에 있어서는 PCBAPA가 발광 물질이 되기 때문에, 청색 발광을 나타내는 발광층이 된다. 또한, PCCPA는 양극측에 위치하는 층(2021)의 수송성을 조절하는 제 1 유기 화합물이고, CzPA는 음극측에 위치하는 층(2022)의 수송성을 조절하는 제 2 유기 화합물이다.
그 후, 저항 가열에 의한 증착법을 사용하고, Alq를 10nm 성막하고, 이어서 BPhen을 20nm 성막함으로써, 전자 수송층(2015)을 형성하였다.
또한 저항 가열에 의한 증착법을 사용하여 전자 수송층(2015) 위에, 불화리튬(LiF)을 1nm의 막두께가 되도록 성막함으로써, 전자 주입층(2016)을 형성하였다.
마지막으로, 저항 가열에 의한 증착법을 사용하여, 알루미늄을 200nm의 막두께가 되도록 성막함으로써, 음극(2002)을 형성하고, 본 발명의 발광 소자(8)를 제작하였다.
(발광 소자(8)의 특성 평가)
이상에 의해 얻어진 본 발명의 발광 소자(8)를, 질소 분위기의 글로브 박스내에서, 발광 소자가 대기에 노출되지 않도록 밀봉하는 작업을 한 후, 이들의 발광 소자의 동작 특성에 관해서 측정하였다. 또, 측정은 실온(25℃로 유지된 분위기)에서 행하였다.
발광 소자(8)의 전류 밀도-휘도 특성을 도 44a에 도시한다. 또한, 전압-휘도 특성을 도 44b에 도시한다. 또한, 1mA의 전류를 흘렸을 때의 발광 스펙트럼을 도 45에 도시한다.
발광 소자(8)는, 3.4[V]의 전압을 인가함으로써, 7.15[mA/㎠]의 전류 밀도로 전류가 흐르고, 1000[cd/㎡]의 휘도로 발광하였다. 이 때의 전류 효율은 9.3[cd/A], 파워 효율은 8.6[lm/W], 외부 양자 효율은 4.3[%]이었다. 또한, 이 때의 CIE 색도 좌표는 (x=0.19, y=0.30)이었다. 도 45의 발광 스펙트럼으로부터 알 수 있는 것처럼, 460nm 부근의 청색 발광과 520nm 부근의 녹색 발광이 얻어지고 있고, 브로드한 발광 스펙트럼을 나타낸다. 따라서, 발광 소자(8)의 발광 유닛과, 적색 발광이 얻어지는 발광 유닛을 적층한 적층형 발광 소자를 제작한 경우, 브로드한 발광 스펙트럼의 백색 발광 소자를 얻을 수 있다.
발광 소자(8)의 발광 효율을 그래프상에서 평가하기 위해서, 휘도-전류 효율 특성을 도 46a에, 휘도-파워 효율 특성을 도 46b에, 각각 도시하였다. 도 46a에 도시하는 바와 같이, 본 발명의 발광 소자(8)는, 실용적인 휘도 영역(100[cd/㎡] 내지 10000[cd/㎡] 정도)에 있어서, 대단히 높은 전류 효율 및 파워 효율을 나타내었다. 이와 같이, 본 발명의 발광 소자는 발광 효율이 높고, 이에 따라 소비 전력도 낮은 것이 분명해졌다.
[실시예 7]
본 실시예 7에서는, 상기 실시예에서 사용한 재료에 관해서 설명한다.
(합성예 1)
2-(4-{N-[4-(카바졸-9-일)페닐]-N-페닐아미노}페닐)-9,10-디페닐안트라센(약칭:2YGAPPA)의 합성 방법을 구체적으로 설명한다.
Figure 112008072304536-pat00006
[스텝 1: 2-브로모-9,10-디페닐안트라센의 합성]
(i)2-브로모-9,10-안트라퀴논의 합성
2-브로모-9,10-안트라퀴논의 합성 스킴(scheme)을 (C-1)에 나타낸다.
Figure 112008072304536-pat00007
브롬화구리(II) 46g(0.20mol), 아세토니트릴 500mL를 1L 3구 플라스크에 넣었다. 또한, 아초산 tert-부틸 17g(0.17mol)을 더하여, 이 혼합물을 65℃로 가열하였다. 이 혼합물에, 2-아미노-9,10-안트라퀴논 25g(0.11mol)을 가하여, 동온도에서 6시간 교반하였다. 반응 후, 반응 용액을 3mol/L의 염산 500mL 중에 붓고, 이 현탁액을 3시간 교반한 바, 고체가 석출되었다. 이 석출물을 흡인 여과에 의해 회수하고, 흡인 여과하면서, 물, 에탄올로 세정하였다. 여과물을 톨루엔에 녹여 플로리질[제조사: Wako Pure Chemical Industries, Ltd., 카탈로그 번호: 540-00135], 셀라이트[제조사:Wako Pure Chemical Industries, Ltd., 카탈로그 번호: 531-16855], 알루미나를 통해서 흡인 여과하여, 얻어진 여과액을 농축하여 고체를 얻었다. 이 고체를, 클로로포름, 헥산의 혼합 용매에 의해 재결정한 바 목적물인 2-브로모-9,10-안트라퀴논의 유백색 분말상 고체를 18.6g, 수율 58%로 얻었다.
(ii)2-브로모-9,10-디페닐-9,10-디하이드로안트라센-9,10-디올의 합성-2-브로모-9,10-디페닐-9,10-디하이드로안트라센-9,10-디올의 합성 스킴을 (C-2)에 나타 낸다.
2-브로모-9,10-안트라퀴논 4.9g(17mmol)을 300mL 3구 플라스크에 넣고, 플라스크내를 질소 치환하고, 테트라하이드로푸란(THF) 100mL를 가하여, 잘 녹였다. 그 후, 이 용액으로, 페닐리튬 18mL(37mmol)을 적하하여 가하고, 실온에서 약 12시간 교반하였다. 반응 후, 용액을 물로 세정 후, 물층을 아세트산에틸로 추출하였다. 추출용액과 유기층을 아울러, 황산마그네슘으로 건조하였다. 건조 후, 이 혼합물을 흡인 여과하고, 여과액을 농축하고, 목적물의 2-브로모-9,10-디페닐-9,10-디하이드로안트라센-9,10-디올을 얻었다(약 7.6g).
(iii)2-브로모-9,10-디페닐안트라센의 합성
2-브로모-9,10-디페닐안트라센의 합성 스킴을 (C-3)에 나타낸다.
Figure 112008072304536-pat00009
얻어진 2-브로모-9,10-디페닐-9,10-디하이드로안트라센-9,10-디올 약 7.6g(17mmol), 요오드화칼륨 5.1g(31mmol), 포스핀산나트륨-수화물 9.7g(92mmol),빙초산 50mL를 500mL 3구 플라스크에 넣고, 120℃에서 2시간 환류하였다. 그 후, 반응 혼합물에 50% 포스핀산 30mL를 가하고, 120℃에서 1시간 교반하였다. 반응 후, 용액을 물로 세정 후, 물층을 아세트산에틸로 추출하였다. 추출용액과, 유기층을 아울러, 황산마그네슘으로 건조하였다. 건조 후, 이 혼합물을 흡인 여과하고, 얻어진 여과액을 농축한 바, 고체를 얻었다. 이 고체를 톨루엔에 녹인 후 셀라이트[제조사: Wako Pure Chemical Industries, Ltd., 카탈로그 번호: 531-16855], 플로리질[제조사: Wako Pure Chemical Industries, Ltd., 카탈로그 번호: 540-00135], 알루미나를 통하여 여과하였다. 얻어진 여과액을 농축하여 얻은 고체를, 클로로포름, 헥산의 혼합용매에 의해 재결정한 바 목적물인 2-브로모-9,10-디페닐안트라센의 담황색 분말상 고체를 5.1g 얻었다. (ii)와 (iii)의 2단계에서의 수율은 74%이었다.
[스텝 2: 2-(4-브로모페닐)-9,10-디페닐안트라센의 합성]
(i)2-요오드-9,10-디페닐안트라센의 합성
2-요오드-9,10-디페닐안트라센의 합성 스킴을 (C-4)에 나타낸다.
Figure 112008072304536-pat00010
2-브로모-9,10-디페닐안트라센 10g(24mmol)을 500mL 3구 플라스크에 넣고, 상기 플라스크내를 질소 치환한 후, 테트라하이드로푸란 150mL를 가하여, 용해하였다. 이 용액을 -78℃에서 교반하였다. 이 용액에 1.6mmol/L의 n-부틸리튬 용액 19mL를 실린지에 의해 적하하여 -78℃에서 1시간 교반하여 반응시킨 바 백색 고체가 석출되었다. 반응 후 이 반응 혼합물에, 요오드 12g(49mmol)를 테트라하이드로푸란 80mL에 용해한 용액을 적하 로트로부터 적하하였다. 적하 후, 이 혼합물을 -78℃에서 1시간, 실온에서 12시간 교반하였다. 반응 후, 반응 용액에 티오황산나트륨 수용액을 가하여, 1시간 실온에서 교반하였다. 이 혼합물에 아세트산에틸을 가하고, 추출하였다. 물층과 유기층을 분리하고, 유기층을 티오황산나트륨 수용액, 포화식염수의 순으로 세정하였다. 물층과 유기층을 분리하고, 유기층을 황산마그네슘에 의해 건조하였다. 이 혼합물을 흡인 여과하여 황산마그네슘을 제거하였다. 얻어진 여과액을 농축한 바, 고체를 얻었다. 이 고체에 메탄올을 가하고, 초음파를 조사하여 세정한 바 고체가 석출되었다. 이 고체를 흡인 여과에 의해 회수한 바, 담황색 분말상 고체를 수량 9.9g, 수율 90%로 얻었다.
(ii)2-(4-브로모페닐)-9,10-디페닐안트라센의 합성
2-(4-브로모페닐)-9,10-디페닐안트라센의 합성 스킴을 (C-5)에 나타낸다.
Figure 112008072304536-pat00011
4-브로모페닐붕산 2.0g(9.9mmol), 아세트산팔라듐(0) 0.02g(0.089mmol), 2-요오드-9,10-디페닐안트라센 5.0g(11mmol), 트리스(o-톨릴)포스핀 0.30g(0.99mmol)을 200mL 3구 플라스크에 넣고, 플라스크내를 질소 치환하였다. 이 혼합물에 톨루엔 50mL, 탄산칼륨 수용액(2mol/L) 20mL, 에탄올 10mL를 가하였다. 이 혼합물을 100℃에서 8시간 가열 교반하고, 반응시켰다. 반응 후, 반응 혼합물에 톨루엔을 가하고, 이 현탁액을 포화탄산수소나트륨수, 포화식염수의 순으로 세정하였다. 유기층과 물층을 분리하고, 유기층을 셀라이트[제조사: Wako Pure Chemical Industries, Ltd., 카탈로그 번호: 531-16855], 알루미나, 플로리질[제조사: Wako Pure Chemical Industries, Ltd., 카탈로그 번호: 540-00135]를 통하여 흡인 여과하고, 여과액을 얻었다. 얻어진 여과액을 농축한 바, 고체를 얻었다. 이 고체에 메탄올을 가하고, 초음파를 조사하여 세정한 바 고체가 석출되었다. 흡인 여과에 의해 이 고체를 회수한 바, 담황색 분말상 고체를 수량 4.6g, 수율 87%로 얻었다. 핵자기 공명 측정(NMR)에 의해서, 이 화합물이 2-(4-브로모페닐)-9,10-디페닐안트라센인 것을 확인하였다.
2-(4-브로모페닐)-9,10-디페닐안트라센의 1H NMR 데이터를 이하에 나타낸다. 1H NMR(CDCl3, 300MHz):δ=7.33-7.36(m, 2H), 7.40(d, J=8.4Hz, 2H), 7.49-7.72(m, 15H), 7.78(d, J=9.3Hz, 1H), 7.85(d, J=1.5Hz, 1H). 또한, 1H NMR 차트를 도 29a, 도 29b에 도시한다. 또, 도 29b는, 도 29a에 있어서의 7.0ppm 내지 8.5ppm의 범위를 확대하여 나타낸 차트이다.
[스텝 3: 4-(카바졸-9-일)디페닐아민(약칭:YGA)의 합성]
(i) N-(4-브로모페닐)카바졸의 합성
N-(4-브로모페닐)카바졸의 합성 스킴을 (C-6)에 나타낸다.
Figure 112008072304536-pat00012
우선, N-(4-브로모페닐)카바졸의 합성 방법에 관해서 설명한다. 300mL의 3구 플라스크에, 1,4-디브로모벤젠을 56g(0.24mol), 카바졸을 31g(0.18mol), 요오드화구리(I)를 4.6g(0.024mol), 탄산칼륨을 66g(0.48mol), 18-크라운-6-에테르를 2.1g(0.008mol) 넣고, 질소 치환하고, 1,3-디메틸-3,4,5,6-테트라하이드로-2(1H)-피리미디논(약칭:DMPU)을 8mL 가하고, 180℃에서 6시간 교반하였다. 반응 혼합물을 실온까지 식히고 나서, 흡인 여과에 의해 침전물을 제거하고, 얻어진 여과액을 희염산, 포화탄산수소나트륨 수용액, 포화식염수의 순으로 세정하였다. 유기층을 황산마그네슘에 의해 건조하고, 건조 후, 이 혼합물을 자연 여과하였다. 얻어진 여과액을 농축한 바, 오일상 물질을 얻었다. 이 오일상 물질을 실리카 겔 칼럼 크로마토그래피(헥산: 아세트산에틸=9:1)에 의해 정제하고, 얻어진 고체를, 클로로포름, 헥산의 혼합용매에 의해 재결정한 바, 목적물인 N-(4-브로모페닐)카바졸의 담갈색 플레이트상 결정을 21g, 수율 35%로 얻었다. 핵자기 공명 측정(NMR)에 의해서, 이 화합물이 N-(4-브로모페닐)카바졸인 것을 확인하였다.
이 화합물의 1H NMR 데이터를 이하에 나타낸다. 1H NMR(300MHz, CDCl3); δ=8.14(d, J=7.8 Hz, 2H), 7.73(d, J=8.7Hz, 2H), 7.46(d, J=8.4Hz, 2H), 7.42-7.26(m, 6H).
(ii)4-(카바졸-9-일)디페닐아민(약칭:YGA)의 합성
4-(카바졸-9-일)디페닐아민(약칭:YGA)의 합성 스킴을 (C-7)에 나타낸다.
Figure 112008072304536-pat00013
200mL의 3구 플라스크에, 상기 (i)에서 얻은 N-(4-브로모페닐)카바졸을 5.4g(17.0mmol), 아닐린을 1.8mL(20.0mmol), 비스(디벤질리덴아세톤)팔라듐(0)을 100mg(0.17mmol), 나트륨 tert-부톡사이드를 3.9g(40mmol) 넣고, 플라스크내를 질소 치환하였다. 이 혼합물에, 트리(tert-부틸)포스핀(10 wt% 헥산 용액)을 0.1mL, 톨루엔을 50mL 가하였다. 이 혼합물을 80℃, 6시간 교반하였다. 반응 후, 반응 혼합물을, 플로리질[제조사: Wako Pure Chemical Industries, Ltd., 카탈로그 번호: 540-00135], 셀라이트[제조사: Wako Pure Chemical Industries, Ltd., 카탈로그 번호: 531-16855], 알루미나를 통하여 여과하고, 여과액을 물, 포화식염수로 세정하였다. 유기층을, 황산마그네슘으로 건조하고, 이 혼합물을 자연 여과하였다. 여과액을 농축하여 얻어진 오일상물을 실리카 겔 칼럼 크로마토그래피(헥산: 아세트산에틸=9:1)에 의해 정제한 바 목적물인 4-(카바졸-9-일)디페닐아민(약칭:YGA)을 4.1g, 수율 73%로 얻었다. 핵자기 공명 측정(NMR)에 의해서, 이 화합물이 4-(카바졸-9-일)디페닐아민(약칭:YGA)인 것을 확인하였다.
이 화합물의 1H NMR 데이터를 이하에 나타낸다. 1H NMR(300MHz, DMSO-d6); δ=8.47(s, 1H), 8.22(d, J=7.8Hz, 2H), 7.44-7.16(m, 14H), 6.92-6.87(m, 1H). 또한, 1H NMR 차트를 도 30a, 도 30b에 도시한다. 또, 도 30b는 도 30a에 있어서의 6.5ppm 내지 8.5ppm의 범위를 확대하여 나타낸 차트이다.
[스텝 4: 2YGAPPA의 합성]
2YGAPPA의 합성 스킴을 (C-8)에 나타낸다.
Figure 112008072304536-pat00014
스텝 2에서 합성한 2-(4-브로모페닐)-9,10-디페닐안트라센 0.51g(1.1mmol), 나트륨 tert-부톡사이드 0.20g(2.1mmol), 스텝 3에서 합성한 4-(카바졸-9-일)디페닐아민(약칭:YGA) 0.35g(1.1mmol), 비스(디벤질리덴아세톤)팔라듐(0) 0.02g(0.04mmol)을 50mL 3구 플라스크에 넣고, 상기 플라스크내를 질소 치환하였다. 이 혼합물에 톨루엔 10mL, 트리(tert-부틸)포스핀의 10wt% 헥산 용액 0.02mL를 가하였다. 이 혼합물을 80℃에서 3시간 가열 교반하고, 반응시켰다. 반응 후, 반응 혼합물에 톨루엔을 가하고, 이 현탁액을 플로리질[제조사: Wako Pure Chemical Industries, Ltd., 카탈로그 번호: 540-00135], 셀라이트[제조사: Wako Pure Chemical Industries, Ltd., 카탈로그 번호: 531-16855], 알루미나를 통하여 흡인 여과하였다. 얻어진 여과액을 물, 포화식염수로 세정한 후, 유기층에 황산마 그네슘을 가하여 건조하였다. 이 혼합물을 흡인 여과하여 황산마그네슘을 제거하고, 얻어진 여과액을 농축하여 고체를 얻었다. 얻어진 고체를 실리카 겔 칼럼 크로마토그래피에 의해 정제하였다. 칼럼 크로마토그래피는 우선 톨루엔:헥산=1:10을 전개용매로서 사용하고, 이어서 톨루엔:헥산=1:5의 혼합용매를 전개용매로서 사용함으로써 행하였다. 얻어진 프랙션(fraction)을 농축하여 고체를 얻었다. 이 고체를 디클로로메탄과 메탄올의 혼합용매로 재결정한 바, 분말상 황색 고체를 수량 0.51g, 수율 65%로 얻었다. 핵자기 공명 측정(NMR)에 의해서, 이 화합물이, 2-(4-{N-[4-(카바졸-9-일)페닐]-N-페닐아미노}페닐)-9,10-디페닐안트라센(약칭:2YGAPPA)인 것을 확인하였다.
얻어진 황색 고체 1.4g의 승화 정제를 승화법(train sublimation)에 의해 행하였다. 승화 정제는 7.0Pa의 감압하, 아르곤의 유량을 3mL/min으로서 333℃에서 9시간 행하였다. 수량 1.2g이며 수율은 86% 이었다.
또한, 얻어진 화합물의 1H NMR 데이터를 이하에 나타낸다. 1H NMR(CDCl3, 300MHz):δ=7.06-7.15(m, 1H), 7.17-7.74(m, 33H), 7.78(d, J=9.8Hz, 1H), 7.90(s, 1H), 8.14(d, J=7.8Hz, 2H). 또한, 1H NMR 차트를 도 31a, 도 31b에 도시한다. 또, 도 31b는, 도 31a에 있어서의 7.0ppm 내지 8.5ppm의 범위를 확대하여 나타낸 차트이다.
또한, 2YGAPPA의 톨루엔 용액의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼을 도 32에 도시한다. 측정에는 자외 가시 분광 광도계[제조사: Japan Spectroscopy Corporation, V550형]을 사용하였다. 용액을 석영셀에 넣고, 용액 및 석영셀의 흡수 스펙트럼을 측정하였다. 용액 및 석영셀의 흡수 스펙트럼으로부터 석영셀의 흡수 스펙트럼을 뺀 용액의 흡수 스펙트럼을 도 32에 도시하였다. 도 32에 있어서 횡축은 파장(nm), 종축은 강도(임의 단위)를 나타낸다. 톨루엔 용액의 경우에는 286nm, 293nm, 312nm, 357nm 부근에 흡수가 보였다. 또한, 최대 발광 파장은 톨루엔 용액의 경우에는 454nm(여기파장 356nm)이었다.
(합성예 2)
9-페닐-9'-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-3,3'-비(9H-카바졸)(약칭:PCCPA)의 합성 방법을 구체적으로 설명한다.
Figure 112008072304536-pat00015
[스텝 1: 9-페닐-3,3'-비(9H-카바졸)(약칭:PCC)의 합성]
9-페닐-3,3'-비(9H-카바졸)(약칭:PCC)의 합성 스킴을 (D-1)에 나타낸다.
Figure 112008072304536-pat00016
3-브로모카바졸 2.5g(10mmol), N-페닐카바졸-3-붕산 2.9g(10mmol), 트리(오르토-톨릴)포스핀 152mg(0.50mmol)을 200mL 3구 플라스크에 넣었다. 플라스크내를 질소로 치환하고, 이 혼합물에 디메톡시에탄올(DME) 50mL, 탄산칼륨 수용액(2 mol/L) 10mL를 가하였다. 이 혼합물을 감압하면서 교반함으로써 탈기하고, 탈기 후, 아세트산팔라듐 50mg(0.2mmol)을 가하였다. 이 혼합물을, 질소 기류하에서 80℃ 3시간 교반하였다. 교반 후, 이 혼합물에 톨루엔 약 50mL를 가하고, 30분 정도 교반하여, 이 혼합물을 물, 포화식염수의 순으로 세정하였다. 세정 후, 유기층을 황산마그네슘에 의해 건조하였다. 이 혼합물을 자연 여과하고, 얻어진 여과액을 농축한 바 오일상 물질을 얻었다. 얻어진 오일상 물질을 톨루엔에 녹이고, 이 용액을 플로리질[제조사: Wako Pure Chemical Industries, Ltd., 카탈로그 번호: 540-00135], 알루미나, 셀라이트[제조사: Wako Pure Chemical Industries, Ltd., 카탈로그 번호: 531-16855]를 통하여 여과하고, 얻어진 여과액을 농축한 바, 목적 물의 백색 고체를, 3.3g 수율 80%로 얻었다.
또, 상기 스텝 1에서 얻어진 고체의 핵자기 공명 분광법(1H NMR)을 측정하였다. 이하에 측정 데이터를 나타낸다. 또한, 1H NMR 차트를 도 33에 도시한다. 측정 결과로부터, 본 합성예에 있어서, PCC가 얻어진 것을 알았다.
1H NMR(DMSO-d6, 300MHz): δ=7.16-7.21(m, 1H), 7.29-7.60(m, 8H), 7.67-7.74(m, 4H), 7.81-7.87(m, 2H), 8.24(d, J=7.8Hz, 1H), 8.83(d, J=7.8Hz, 1H), 8.54(d, J=1.5Hz, 1H), 8.65(d, J=1.5Hz, 1H), 11.30(s, 1H)
[스텝 2: PCCPA의 합성]
PCCPA의 합성 스킴을 (D-2)에 나타낸다.
Figure 112008072304536-pat00017
9-페닐-10-(4-브로모페닐)안트라센 1.2g(3.0mmol)과, PCC 1.2g(3.0mmol), 나트륨 tert-부톡사이드 1.0g(10mmol)을 100mL 3구 플라스크에 넣었다. 플라스크내를 질소로 치환하고, 이 혼합물에 톨루엔 20mL, 트리(tert-부틸)포스핀(10wt% 헥산 용액) 0.1mL를 가하였다. 이 혼합물을 감압하면서 교반함으로써 탈기하였다. 탈기 후, 이 혼합물에, 비스(디벤질리덴아세톤)팔라듐(0) 96mg(0.17mmol)을 가하였다. 이 혼합물을 질소 기류하에서, 110℃ 8시간 환류하였다. 환류 후, 이 혼합물에 톨루엔 약 50mL를 가하여 30분 정도 교반하고, 이 혼합물을 물, 포화식염수의 순으로 세정하였다. 세정후, 유기층을 황산마그네슘에 의해 건조하였다. 이 혼합물을 자연 여과하고, 얻어진 여과액을 농축한 바, 오일상 물질을 얻었다. 얻어진 오일상 물질을, 실리카 겔 칼럼 크로마토그래피(전개 용매 헥산:톨루엔=1:1)에 의해 정제하였다.
얻어진 담황색 개체를 클로로포름/헥산에 의해 재결정하면, 목적물인 PCCPA의 담황색 분말상 고체를 1.2g 수율 54%로 얻었다. 얻어진 담황색 분말상 고체 2.4g을 승화법에 의해 승화 정제하였다. 승화 정제 조건은, 압력 8.7Pa, 아르곤 가스를 유량 3.0mL/min로 흘리면서, 350℃에서 PCCPA를 가열하였다. 승화 정제 후, PCCPA의 담황색 고체를 2.2g 수율 94%로 얻었다.
또, 상기 스텝 2에서 얻어진 고체의 1H NMR을 측정하였다. 이하에 측정 데이터를 나타낸다. 또한, 1H NMR을 도 34에 도시한다. 측정 결과로부터, 본 합성예에 있어서 PCCPA가 얻어진 것을 알았다.
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)
다음에 PCCPA의 흡수 스펙트럼을 측정하였다. 흡수 스펙트럼의 측정은 자외 가시 분광 광도계[제조사: Japan Spectroscopy Corporation, V550형]을 사용하고, 톨루엔 용액을 사용하여, 실온에서 측정하였다. 또한, PCCPA의 발광 스펙트럼을 측정하였다. 발광 스펙트럼의 측정은 형광 광도계[제조사: Hamamatsu Photonics Corporation, FS920]를 사용하고, 톨루엔 용액을 사용하여, 실온에서 측정하였다. 측정 결과를 도 35에 도시한다. 또한, PCCPA를 증착법으로 성막하고, 박막 상태에서 동일한 측정을 하였다. 측정 결과를 도 36에 도시한다. 또한, 횡축은 파장, 종축은 몰 흡광 계수(임의 단위) 및 발광 강도(임의 단위)를 나타낸다.
도 35 및 도 36으로부터, PCCPA로부터의 발광은, 박막 상태에 있어서 454nm에 피크를 갖고, 톨루엔 용액중에 있어 436nm에 피크를 갖는 것을 알 수 있다. 이와 같이, PCCPA는, 특히 청색계의 발광을 나타내는 발광 물질에도 적합한 것을 알 수 있다.
(합성예 3)
4-(10-페닐-9-안트릴)-4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트리페닐아민(약칭:PCBAPA)의 합성 방법을 구체적으로 설명한다.
Figure 112008072304536-pat00018
[스텝 1: 9-페닐-9H-카바졸-3-붕산의 합성]
9-페닐-9H-카바졸-3-붕산의 합성 스킴을 (E-1)에 나타낸다.
Figure 112008072304536-pat00019
3-브로모-9-페닐-9H-카바졸 10g(31mmol)을 500mL의 3구 플라스크에 넣고, 플라스크내를 질소 치환하였다. 테트라하이드로푸란(THF) 150mL를 플라스크에 가하여, 3-브로모-9-페닐-9H-카바졸을 녹였다. 이 용액을 -80℃로 냉각하였다. 이 용액에 n-부틸리튬(1.58mol/L 헥산 용액) 20mL(32mmol)를, 실린지에 의해 적하하여 가하였다. 적하 종료 후, 용액을 동일 온도에서 1시간 교반하였다. 교반 후, 이 용액에 붕산트리메틸 3.8mL(34mmol)을 가하여, 실온으로 되돌리면서 약 15시간 교반하였다. 교반 후, 이 용액에 희염산(1.0mol/L) 약 150mL를 가하여, 1시간 교반 하였다. 교반 후, 이 혼합물의 물층을 아세트산에틸로 추출하고, 추출 용액과 유기층을 아울러, 포화탄산수소나트륨 수용액으로 세정하였다. 유기층을 황산마그네슘에 의해 건조하고, 건조 후 이 혼합물을 자연 여과하였다. 얻어진 여과액을 농축한 바, 담갈색의 오일상물을 얻었다. 이 오일상물을 감압 건조한 바, 목적물의 담갈색 고체를 7.5g 수율 86%로 얻었다.
[스텝 2: 4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)디페닐아민(약칭:PCBA)의 합성]
4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)디페닐아민(약칭:PCBA)의 합성 스킴을 (E-2)에 나타낸다.
Figure 112008072304536-pat00020
4-브로모디페닐아민 6.5g(26mmol), 9-페닐-9H-카바졸-3-붕산 7.5g(26mmol), 트리(o-톨릴)포스핀 400mg(1.3mmol)을 500mL 3구 플라스크에 넣고, 플라스크내를 질소 치환하였다. 이 혼합물에 톨루엔 100mL, 에탄올 50mL, 탄산칼륨 수용액(0.2 mol/L) 14mL를 가하였다. 이 혼합물을, 감압하에서 교반하면서 탈기하고, 탈기 후, 아세트산팔라듐(II) 67mg(30mmol)을 가하였다. 이 혼합물을 100℃ 10시간 환류하였다. 환류 후, 이 혼합물의 물층을 톨루엔으로 추출하고, 추출용액과 유기층을 아울러, 포화식염수로 세정하였다. 유기층을 황산마그네슘에 의해 건조하고, 건조 후 이 혼합물을 자연 여과하고, 얻어진 여과액을 농축한 바, 담갈색의 오일상물을 얻었다. 이 오일상물을 실리카 겔 칼럼 크로마토그래피(전개 용매 헥산: 톨루엔=4:6)에 의해 정제하고, 정제 후에 얻어진 백색 고체를 디클로로메탄/헥산으로써 재결정하고, 목적물의 백색 고체를 4.9g 수율 45%로 얻었다.
또, 상기 스텝 2에서 얻어진 고체의 핵자기 공명 분광법(1H NMR)을 측정하였다. 이하에 측정 데이터를 나타낸다. 또한, 1H NMR 차트를 도 37에 도시한다. 측정 결과로부터, 본 합성예에 있어서 PCBA가 얻어진 것을 알았다.
1H NMR(DMSO-d6, 300MHz):δ= 6.81-6.86(m, 1H), 7.12(dd, J1=0.9Hz, J2=8.7 Hz, 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=1.5 Hz, 1H)
[스텝 3: PCBAPA의 합성]
Figure 112008072304536-pat00021
PCBAPA의 합성의 합성 스킴을 (E-3)에 나타낸다.
9-(4-브로모페닐)-10-페닐안트라센 7.8g(12mmol), PCBA 4.8g(12mmol), 나트륨 tert-부톡사이드 5.2g(52mmol)을 300mL 3구 플라스크에 넣고, 플라스크내를 질소 치환하였다. 이 혼합물에, 톨루엔 60mL, 트리(tert-부틸)포스핀(10wt% 헥산 용액) 0.30mL를 가하였다. 이 혼합물을, 감압하에서 교반하면서 탈기하고, 탈기 후, 비스(디벤질리덴아세톤)팔라듐(0) 136mg(0.24mmol)을 가하였다. 이 혼합물을, 100℃ 에서 3시간 교반하였다. 교반 후, 이 혼합물에 약 50mL의 톨루엔을 가하고, 셀라이트[제조사: Wako Pure Chemical Industries, Ltd., 카탈로그 번호: 531- 16855]알루미나, 플로리질[제조사: Wako Pure Chemical Industries, Ltd., 카탈로그 번호: 540-00135]를 통하여 흡인 여과하였다. 얻어진 여과액을 농축하고, 황색 고체를 얻었다. 이 고체를 톨루엔/헥산으로써 재결정하고, 목적물의 PCBAPA의 담황색 고체 6.6g 수율 75%로 얻었다. 얻어진 담황색 분말상 고체 3.0g을 승화법에 의해 승화 정제하였다. 승화 정제 조건은, 압력 8.7Pa, 아르곤 가스를 유량 3.0mL/min로 흘리면서, 350℃에서 PCBAPA를 가열하였다. 승화 정제 후, PCBAPA의 담황색 고체를 2.7g 수율 90%로 얻었다.
또, 상기 스텝 3에서 얻어진 고체의 1H NMR를 측정하였다. 이하에 측정 데이터를 나타낸다. 또한, 1H NMR 차트를 도 38에 도시한다. 측정 결과로부터, 본 합성예에 있어서 PCBAPA가 얻어진 것을 알았다.
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=1.5 Hz, 1H)
다음에 PCBAPA의 흡수 스펙트럼을 측정하였다. 흡수 스펙트럼의 측정은 자외 가시 분광 광도계[[제조사: Japan Spectroscopy Corporation, V550형]을 사용하고, 톨루엔 용액을 사용하여, 실온에서 측정하였다. 또한, PCBAPA의 발광 스펙트럼을 측정하였다. 발광 스펙트럼의 측정은 형광 광도계[제조사: Hamamatsu Photonics Corporation, FS920)를 사용하고, 톨루엔 용액을 사용하여, 실온에서 측정하였다. 측정 결과를 도 39에 도시한다. 또한, PCBAPA를 증착법으로써 성막하 고, 박막 상태에서 동일한 측정을 하였다. 측정 결과를 도 40에 도시한다. 또한, 횡축은 파장(nm), 종축은 흡수강도(임의 단위) 및 발광 강도(임의 단위)를 나타낸다.
도 39 및 도 40으로부터, PCBAPA로부터의 발광은, 톨루엔 용액중에 있어서 459nm에 피크를 갖고, 박막 상태에 있어서 473nm에 피크를 갖는 것을 알 수 있다. 이와 같이, PCBAPA는, 색 순도가 높은 청색 발광을 나타내는 것을 알 수 있다.
도 1은 본 발명의 발광 소자를 설명하는 도면.
도 2는 본 발명의 발광 소자를 설명하는 도면.
도 3은 본 발명의 발광 소자를 설명하는 도면.
도 4는 본 발명의 발광 소자를 설명하는 도면.
도 5는 본 발명의 발광 소자를 설명하는 도면.
도 6은 본 발명의 발광 장치를 설명하는 도면.
도 7은 본 발명의 발광 장치를 설명하는 도면.
도 8은 본 발명의 발광 장치를 설명하는 도면.
도 9는 본 발명의 발광 장치를 설명하는 도면.
도 10은 본 발명의 전자기기를 설명하는 도면.
도 11은 실시예의 발광 소자를 설명하는 도면.
도 12는 실시예 1에서 제작한 발광 소자의 전류 밀도-휘도 특성 및 전압-휘도 특성을 도시하는 도면.
도 13은 실시예 1에서 제작한 발광 소자의 발광 스펙트럼을 도시하는 도면.
도 14는 실시예 1에서 제작한 발광 소자의 휘도-전류 효율 특성 및 휘도-파워 효율 특성을 도시하는 도면.
도 15는 실시예 1에서 제작한 발광 소자의 정전류 구동에 의한 연속 점등 시험을 한 결과를 도시하는 도면.
도 16은 실시예 2에서 제작한 발광 소자의 전류 밀도-휘도 특성 및 전압-휘 도 특성을 도시하는 도면.
도 17은 실시예 2에서 제작한 발광 소자의 발광 스펙트럼을 도시하는 도면.
도 18은 실시예 2에서 제작한 발광 소자의 휘도-전류 효율 특성 및 휘도-파워 효율 특성을 도시하는 도면.
도 19는 실시예 2에서 제작한 발광 소자의 정전류 구동에 의한 연속 점등 시험을 한 결과를 도시하는 도면.
도 20은 실시예 3에서 제작한 발광 소자의 전류 밀도-휘도 특성 및 전압-휘도 특성을 도시하는 도면.
도 21은 실시예 3에서 제작한 발광 소자의 발광 스펙트럼을 도시하는 도면.
도 22는 실시예 3에서 제작한 발광 소자의 휘도-전류 효율 특성 및 휘도-파워 효율 특성을 도시하는 도면.
도 23은 실시예 3에서 제작한 발광 소자의 정전류 구동에 의한 연속 점등 시험을 한 결과를 도시하는 도면.
도 24는 실시예의 발광 소자를 설명하는 도면.
도 25는 실시예 4에서 제작한 발광 소자의 전류 밀도-휘도 특성 및 전압-휘도 특성을 도시하는 도면.
도 26은 실시예 4에서 제작한 발광 소자의 발광 스펙트럼을 도시하는 도면.
도 27은 실시예 4에서 제작한 발광 소자의 휘도-전류 효율 특성 및 휘도-파워 효율 특성을 도시하는 도면.
도 28은 실시예 4에서 제작한 발광 소자의 정전류 구동에 의한 연속 점등 시 험을 한 결과를 도시하는 도면.
도 29는 2-(4-브로모페닐)-9,10-디페닐안트라센의 1H NMR 차트를 도시하는 도면.
도 30은 4-(카바졸-9-일)디페닐아민(약칭:YGA)의 1H NMR 차트를 도시하는 도면.
도 31은 2-(4-{N-[4-(카바졸-9-일)페닐]-N-페닐아미노}페닐)-9,10-디페닐안트라센(약칭:2YGAPPA)의 1H NMR 차트를 도시하는 도면.
도 32는 2-(4-{N-[4-(카바졸-9-일)페닐]-N-페닐아미노}페닐)-9,10-디페닐안트라센(약칭:2YGAPPA)의 톨루엔 용액의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼을 도시하는 도면.
도 33은 9-페닐-3,3'-비(9H-카바졸)(약칭:PCC)의 1H NMR 차트를 도시하는 도면.
도 34는 9-페닐-9'-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-3,3'-비(9H-카바졸)(약칭:PCCPA)의 1H NMR 차트를 도시하는 도면.
도 35는 9-페닐-9'-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-3,3'-비(9H-카바졸)(약칭:PCCPA)의 톨루엔 용액의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼을 도시하는 도면.
도 36은 9-페닐-9'-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-3,3'-비(9H-카바졸)(약칭:PCCPA)의 박막의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼을 도시하는 도면.
도 37은 4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)디페닐아민(약칭:PCBA)의 1H NMR 차트를 도시하는 도면.
도 38은 4-(10-페닐-9-안트릴)-4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트리페닐아민(약칭:PCBAPA)의 1H NMR 차트를 도시하는 도면.
도 39는 4-(10-페닐-9-안트릴)-4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트리페닐아민(약칭:PCBAPA)의 톨루엔 용액의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼을 도시하는 도면.
도 40은 4-(10-페닐-9-안트릴)-4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트리페닐아민(약칭:PCBAPA)의 박막의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼을 도시하는 도면.
도 41은 실시예 5에서 제작한 발광 소자의 전류 밀도-휘도 특성 및 전압-휘도 특성을 도시하는 도면.
도 42는 실시예 5에서 제작한 발광 소자의 발광 스펙트럼을 도시하는 도면.
도 43은 실시예 5에서 제작한 발광 소자의 휘도-전류 효율 특성 및 휘도-파워 효율 특성을 도시하는 도면.
도 44는 실시예 6에서 제작한 발광 소자의 전류 밀도-휘도 특성 및 전압-휘도 특성을 도시하는 도면.
도 45는 실시예 6에서 제작한 발광 소자의 발광 스펙트럼을 도시하는 도면.
도 46은 실시예 6에서 제작한 발광 소자의 휘도-전류 효율 특성 및 휘도-파워 효율 특성을 도시하는 도면.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
101: 양극 102: 음극
111: 제 1 발광층 112: 제 2 발광층
121: 양극측에 위치하는 층 122: 음극측에 위치하는 층
201: 양극 202: 음극
203: 발광물질을 포함하는 층 211: 제 1 발광층
212: 제 2 발광층 213: 정공 주입층
214: 정공 수송층 215: 전자 수송층
216: 전자 주입층 221: 양극측에 위치하는 층
222: 음극측에 위치하는 층 300: 기판
301: 양극 302: 음극
303: 발광 물질을 포함하는 층 501: 양극
502: 음극 503: 발광 유닛
504: 전하 발생층 601: 소스측 구동 회로
602: 화소부 603: 게이트측 구동 회로
604: 밀봉기판 605: 씨일재
607: 공간 608: 배선
609: FPC(플렉시블 프린트 서킷) 610: 소자기판
611: 스위칭용 TFT 612: 전류제어용 TFT
613: 양극 614: 절연물
616: 발광 물질을 포함하는 층 617: 음극
618: 발광 소자 623: n 채널형 TFT
624: p 채널형 TFT 751: 기판
752: 전극 753: 절연층
754: 격벽층 755: 발광 물질을 포함하는 층
756: 전극 801: 하우징
802: 액정층 803: 백라이트
804: 하우징 805: 드라이버 IC
806: 단자 901: 하우징
902: 광원 911: 조명 장치
912: 텔레비전 장치 1001: 하우징
1002: 지지대 1003: 표시부
10O4: 스피커부 1005: 비디오 입력단자
1101: 본체 1102: 하우징
1103: 표시부 1104: 키보드
1105: 외부 접속 포트 1106: 포인팅 디바이스
1201: 본체 1202: 하우징
1203: 표시부 1204: 음성 입력부
1205: 음성 출력부 1206: 조작키
1207: 외부 접속 포트 1208: 안테나
1301: 본체 1302: 표시부
1303: 하우징 1304: 외부 접속 포트
1305: 리모콘 수신부 1306: 수상부
1307: 배터리 1308: 음성 입력부
1309: 조작키 1310: 접안부
2000: 유리기판 2000: 기판
2001: 양극 2002: 음극
2011: 제 1 발광층 2012: 제 2 발광층
2013: 정공 주입층 2014: 정공 수송층
2015: 전자 수송층 2016: 전자 주입층
2021: 양극측에 위치하는 층 2022: 음극측에 위치하는 층
2100: 유리기판 2100: 기판
2101: 양극 2102: 음극
2103: 발광 유닛 2104: 전하 발생층
2111: 제 1 발광층 2112: 제 2 발광층
2113: 정공 주입층 2114: 정공 수송층
2115: 전자 수송층 2116: 전자 주입층
2121: 양극측에 위치하는 층 2122: 음극측에 위치하는 층
2131: 제 1 층 2132: 제 2 층

Claims (49)

  1. 발광 광치로서:
    양극;
    음극;
    상기 양극과 상기 음극 사이의 제 1 층으로서, 제 1 유기 화합물 및 제 1 발광 물질을 포함하는 상기 제 1 층;
    상기 제 1 층과 상기 음극 사이의 제 2 층으로서, 상기 제 1 층과 접하고 제 2 유기 화합물 및 상기 제 1 발광 물질을 포함하는 상기 제 2 층; 및
    상기 제 2 층과 상기 음극 사이의 제 3 층으로서, 상기 제 2 층과 접하고 상기 제 2 유기 화합물 및 제 2 발광 물질을 포함하는 상기 제 3 층을 포함하고,
    상기 제 1 유기 화합물은 상기 제 2 유기 화합물과 다르고,
    상기 제 1 유기 화합물은 정공 수송성을 갖고,
    상기 제 2 유기 화합물은 전자 수송성을 갖는, 발광 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 발광 장치로서:
    양극;
    음극;
    상기 양극과 상기 음극 사이의 제 1 층으로서, 제 1 유기 화합물 및 제 1 발광 물질을 포함하는 상기 제 1 층;
    상기 제 1 층과 상기 음극 사이의 제 2 층으로서, 상기 제 1 층과 접하고 제 2 유기 화합물 및 상기 제 1 발광 물질을 포함하는 상기 제 2 층; 및
    상기 제 2 층과 상기 음극 사이의 제 3 층으로서, 상기 제 2 층과 접하고 상기 제 2 유기 화합물 및 제 2 발광 물질을 포함하는 상기 제 3 층을 포함하고,
    상기 제 1 유기 화합물은 상기 제 2 유기 화합물과 다르고,
    상기 제 1 유기 화합물은 정공 수송성을 갖고,
    상기 제 2 유기 화합물은 전자 수송성을 갖고,
    상기 제 1 층에서 상기 제 1 유기 화합물의 제 1 함유량은 50wt% 이상 99.9wt% 이하이고,
    상기 제 2 층에서 상기 제 2 유기 화합물의 제 2 함유량은 50wt% 이상 99.9wt% 이하이고,
    상기 제 3 층에서 상기 제 2 유기 화합물의 제 3 함유량은 50wt% 이상 99.9wt% 이하인, 발광 장치.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제 1 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 발광 물질의 제 1 발광 피크 파장은 400nm 이상 480nm 미만의 제 1 범위에 있고,
    상기 제 2 발광 물질의 제 2 발광 피크 파장은 540nm 이상 600nm 미만의 제 2 범위에 있는, 발광 장치.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 발광 장치로서:
    양극;
    음극;
    상기 양극과 상기 음극 사이의 제 1 층으로서, 제 1 유기 화합물 및 제 1 발광 물질을 포함하는 상기 제 1 층;
    상기 제 1 층과 상기 음극 사이의 제 2 층으로서, 상기 제 1 층과 접하고 상기 제 1 유기 화합물 및 제 2 발광 물질을 포함하는 상기 제 2 층; 및
    상기 제 2 층과 상기 음극 사이의 제 3 층으로서, 상기 제 2 층과 접하고 제 2 유기 화합물 및 상기 제 2 발광 물질을 포함하는 상기 제 3 층을 포함하고,
    상기 제 2 유기 화합물은 상기 제 1 유기 화합물과 다르고,
    상기 제 1 유기 화합물은 정공 수송성을 갖고,
    상기 제 2 유기 화합물은 전자 수송성을 갖는, 발광 장치.
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 삭제
  21. 삭제
  22. 삭제
  23. 삭제
  24. 삭제
  25. 발광 장치로서:
    양극;
    음극;
    상기 양극과 상기 음극 사이의 제 1 층으로서, 제 1 유기 화합물 및 제 1 발광 물질을 포함하는 상기 제 1 층;
    상기 제 1 층과 상기 음극 사이의 제 2 층으로서, 상기 제 1 층과 접하고 상기 제 1 유기 화합물 및 제 2 발광 물질을 포함하는 상기 제 2 층; 및
    상기 제 2 층과 상기 음극 사이의 제 3 층으로서, 상기 제 2 층과 접하고 제 2 유기 화합물 및 상기 제 2 발광 물질을 포함하는 상기 제 3 층을 포함하고,
    상기 제 2 유기 화합물은 상기 제 1 유기 화합물과 다르고,
    상기 제 1 유기 화합물은 정공 수송성을 갖고,
    상기 제 2 유기 화합물은 전자 수송성을 갖고,
    상기 제 1 층에서 상기 제 1 유기 화합물의 제 1 함유량은 50wt% 이상 99.9wt% 이하이고,
    상기 제 2 층에서 상기 제 1 유기 화합물의 제 2 함유량은 50wt% 이상 99.9wt% 이하이고,
    상기 제 3 층에서 상기 제 2 유기 화합물의 제 3 함유량은 50wt% 이상 99.9wt% 이하인, 발광 장치.
  26. 삭제
  27. 삭제
  28. 제 17 항 또는 제 25 항에 있어서,
    상기 제 1 발광 물질의 제 1 발광 피크 파장은 540nm 이상 600nm 미만의 제 1 범위에 있고,
    상기 제 2 발광 물질의 제 2 발광 피크 파장은 400nm 이상 480nm 미만의 제 2 범위에 있는, 발광 장치.
  29. 삭제
  30. 제 1 항, 제 9 항, 제 17 항 및 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 유기 화합물은 3환(tricyclic), 4환(tetracyclic), 5환(pentacyclic), 또는 6환(hexacyclic) 축합 방향족 화합물인, 발광 장치.
  31. 제 1 항, 제 9 항, 제 17 항 및 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 유기 화합물은 안트라센 유도체인, 발광 장치.
  32. 삭제
  33. 제 1 항, 제 9 항, 제 17 항 및 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 층의 두께는 1nm 이상 20nm 이하인, 발광 장치.
  34. 제 1 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 층은 정공 수송성을 갖고, 상기 제 2 층 및 상기 제 3 층은 전자 수송성을 갖는, 발광 장치.
  35. 제 17 항 또는 제 25 항에 있어서,
    상기 제 1 층 및 상기 제 2 층은 정공 수송성을 갖고, 상기 제 3 층은 전자 수송성을 갖는, 발광 장치.
  36. 제 1 항, 제 9 항, 제 17 항 및 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발광 장치는 조명 장치인, 발광 장치.
  37. 발광 소자로서:
    양극;
    상기 양극 위의 제 1 층으로서, 제 1 유기 화합물 및 제 1 발광 물질을 포함하는 상기 제 1 층;
    상기 제 1 층 위에 접하는 제 2 층으로서, 제 2 유기 화합물 및 제 2 발광 물질을 포함하는 상기 제 2 층;
    상기 제 2 층 위에 접하는 제 3 층으로서, 상기 제 2 유기 화합물 및 제 3 발광 물질을 포함하는 상기 제 3 층; 및
    상기 제 3 층 위의 음극을 포함하고,
    상기 제 1 유기 화합물은 정공 수송성을 갖고,
    상기 제 2 유기 화합물은 전자 수송성을 갖는, 발광 소자.
  38. 발광 소자로서:
    양극;
    상기 양극 위의 제 1 층으로서, 제 1 유기 화합물 및 제 1 발광 물질을 포함하는 상기 제 1 층;
    상기 제 1 층 위에 접하는 제 2 층으로서, 상기 제 1 유기 화합물 및 제 2 발광 물질을 포함하는 상기 제 2 층;
    상기 제 2 층 위에 접하는 제 3 층으로서, 제 2 유기 화합물 및 제 3 발광 물질을 포함하는 상기 제 3 층; 및
    상기 제 3 층 위의 음극을 포함하고,
    상기 제 1 유기 화합물은 정공 수송성을 갖고,
    상기 제 2 유기 화합물은 전자 수송성을 갖는, 발광 소자.
  39. 제 37 항에 있어서,
    상기 제 1 발광 물질은 상기 제 2 발광 물질과 동일한 물질인, 발광 소자.
  40. 제 38 항에 있어서,
    상기 제 2 발광 물질은 상기 제 3 발광 물질과 동일한 물질인, 발광 소자.
  41. 제 37 항 또는 제 38 항에 있어서,
    상기 양극 위의 정공 주입층을 더 포함하고, 상기 정공 주입층은 정공 수송성을 갖는 유기 화합물과, 산화몰리브덴을 포함하는, 발광 소자.
  42. 제 37 항에 있어서,
    상기 제 1 층에서 상기 제 1 유기 화합물의 함유량은 50wt% 이상 99.9wt% 이하이고,
    상기 제 2 층에서 상기 제 2 유기 화합물의 함유량은 50wt% 이상 99.9wt% 이하이고,
    상기 제 3 층에서 상기 제 2 유기 화합물의 함유량은 50wt% 이상 99.9wt% 이하인, 발광 소자.
  43. 제 38 항에 있어서,
    상기 제 1 층에서 상기 제 1 유기 화합물의 함유량은 50wt% 이상 99.9wt% 이하이고,
    상기 제 2 층에서 상기 제 1 유기 화합물의 함유량은 50wt% 이상 99.9wt% 이하이고,
    상기 제 3 층에서 상기 제 2 유기 화합물의 함유량은 50wt% 이상 99.9wt% 이하인, 발광 소자.
  44. 제 37 항 또는 제 38 항에 있어서,
    상기 발광 소자의 발광색은 백색인, 발광 소자.
  45. 제 37 항 또는 제 38 항에 있어서,
    상기 제 1 유기 화합물은 3환, 4환, 5환, 또는 6환 축합 방향족 화합물인, 발광 소자.
  46. 제 37 항 또는 제 38 항에 있어서,
    상기 제 1 유기 화합물은 안트라센 유도체인, 발광 소자.
  47. 제 37 항 또는 제 38 항에 있어서,
    상기 제 2 층의 두께는 1nm 이상 20nm 이하인, 발광 소자.
  48. 제 37 항에 있어서,
    상기 제 1 층은 정공 수송성을 갖고, 상기 제 2 층 및 상기 제 3 층은 전자 수송성을 갖는, 발광 소자.
  49. 제 38 항에 있어서,
    상기 제 1 층 및 상기 제 2 층은 정공 수송성을 갖고, 상기 제 3 층은 전자 수송성을 갖는, 발광 소자.
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