KR102230139B1 - 발광 소자, 조명 장치, 발광 장치, 및 전자 기기 - Google Patents

발광 소자, 조명 장치, 발광 장치, 및 전자 기기 Download PDF

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가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼
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Abstract

본 발명은 복수의 발광 물질이 밸런스 좋게 발광하는 발광 소자를 제공한다. 또한, 발광 효율이 높은 발광 소자를 제공한다. 또한, 신뢰성이 높은 발광 소자를 제공한다.
제 1 전극과, 제 1 전극 위의, 제 1 인광성 화합물 및 제 1 호스트 재료를 포함한 제 1 발광층과, 제 1 발광층 위의, 제 2 인광성 화합물 및 제 2 호스트 재료를 포함한 제 2 발광층과, 제 2 발광층 위의, 제 3 인광성 화합물 및 제 3 호스트 재료를 포함한 제 3 발광층과, 제 3 발광층 위의 제 2 전극을 갖고, 제 1 인광성 화합물, 제 2 인광성 화합물, 및 제 3 인광성 화합물 중 제 2 인광성 화합물의 발광 피크가 가장 긴 파장이고 제 3 인광성 화합물의 발광 피크가 가장 짧은 파장이고 제 3 호스트 재료의 삼중항 여기 에너지는 제 1 호스트 재료 및 제 2 호스트 재료의 삼중항 여기 에너지보다 높은 발광 소자이다.

Description

발광 소자, 조명 장치, 발광 장치, 및 전자 기기{LIGHT-EMITTING ELEMENT, LIGHTING DEVICE, LIGHT-EMITTING DEVICE, AND ELECTRONIC DEVICE}
본 발명은 발광 소자, 조명 장치, 발광 장치, 및 전자 기기에 관한 것이다. 특히, 일렉트로루미네선스(Electroluminescence, 이하 EL이라고도 기재함) 현상을 이용한 발광 소자, 조명 장치, 발광 장치, 및 전자 기기에 관한 것이다.
EL 현상을 이용한 발광 소자의 연구 개발이 활발히 행해지고 있다. 이와 같은 발광 소자의 기본적 구성은, 한 쌍의 전극 사이에 발광성 유기 화합물을 포함한 층(이하, EL층이라고도 기재함)이 끼워진 것이다. EL 현상을 이용한 발광 소자는 박형 경량화할 수 있거나, 입력 신호에 대하여 고속으로 응답할 수 있거나, 직류 저전압 구동이 가능하다는 등의 특성을 가지므로 차세대 플랫 패널 디스플레이 소자로서 주목을 받고 있다. 또한, 상기 발광 소자를 사용한 디스플레이는, 콘트라스트나 화질이 뛰어나고, 시야각이 넓다는 특징도 가진다. 또한 상기 발광 소자는 면광원이기 때문에, 액정 디스플레이의 백 라이트나 조명 등의 광원으로서의 응용도 생각되고 있다.
발광 물질로서 유기 화합물을 사용하고 한 쌍의 전극 사이에 상기 유기 화합물을 포함한 층을 제공한 발광 소자의 경우, 상기 소자에 전압을 인가함으로써 음극으로부터 전자가, 양극으로부터 정공(홀)이 각각 상기 유기 화합물을 포함한 층에 주입되어 전류가 흐른다. 그리고, 주입된 전자 및 정공에 의하여 상기 유기 화합물이 여기 상태에 도달되고, 여기된 상기 유기 화합물로부터 발광이 얻어진다.
유기 화합물이 형성하는 여기 상태의 종류로서는 일중항 여기 상태와 삼중항 여기 상태가 있고, 일중항 여기 상태(S*)로부터의 발광이 형광이라고 불리고, 삼중항 여기 상태(T*)로부터의 발광이 인광이라고 불리고 있다. 여기서, 형광을 발하는 화합물(이하, 형광성 화합물이라고도 기재함)에서는 일반적으로 실온에서 인광이 관측되지 않고 형광만 관측된다. 따라서, 형광성 화합물을 사용한 발광 소자에서의 내부 양자 효율(주입한 캐리어에 대해 발생되는 포톤(photon)의 비율)의 이론적 한계는, 상기 일중항 여기 상태와 삼중항 여기 상태의 비율을 근거로 하여 25%이다.
한편, 인광을 발하는 화합물(이하, 인광성 화합물이라고도 기재함)을 사용하면, 내부 양자 효율을 100%까지 높이는 것이 이론상 가능하게 된다. 즉, 형광성 화합물에 비하여 높은 발광 효율을 얻는 것이 가능하게 된다. 이러한 이유로부터, 발광 효율이 높은 발광 소자를 실현하기 위하여, 인광성 화합물을 사용한 발광 소자의 개발이 근년에 활발히 행해지고 있다.
특허문헌 1에서는, 인광 발광 재료를 사용한 청색 발광층 및 주황색 발광층을 구비하는 발광 소자가 공개되어 있다.
미국 특허 출원 공개 제2005/0074630호 명세서
내부 양자 효율을 이론적으로 100％로 하는 것이 가능한 인광성 화합물이기는 하지만, 소자 구조나, 다른 재료와의 조합이 최적화되지 않으면, 고효율을 실현하는 것이 어렵다. 특히, 다른 밴드(발광색)의 인광성 화합물을 발광 물질로서 복수 종류 사용하는 발광 소자에 있어서는, 에너지 이동의 고려는 물론, 이 에너지 이동 자체의 효율을 최적화하지 않고서는 고효율의 발광을 얻는 것이 어렵다.
또한, 발광색이 다른 발광 물질을 복수 종류 사용한 다색(多色) 발광 소자에서는, 발광 효율을 높일 뿐만 아니라 각 발광색의 발광 물질이 밸런스 좋게 발광할 필요가 있다. 높은 발광 효율을 달성시키면서 각 발광 물질의 발광 밸런스도 유지하는 것은 용이한 일이 아니다.
그래서, 본 발명의 일 형태는 복수 종류의 발광 물질이 밸런스 좋게 발광하는 발광 소자를 제공하는 것을 목적 중 하나로 한다. 또한, 본 발명의 일 형태는 발광 효율이 높은 발광 소자를 제공하는 것을 목적 중 하나로 한다. 또한, 본 발명의 일 형태는 신뢰성이 높은 발광 소자를 제공하는 것을 목적 중 하나로 한다.
또한, 본 발명의 일 형태는 상술한 발광 소자를 사용함으로써 소비 전력이 저감된 발광 장치, 전자 기기, 및 조명 장치를 각각 제공하는 것을 목적 중 하나로 한다. 또한, 본 발명의 일 형태는 상술한 발광 소자를 사용함으로써 신뢰성이 높은 발광 장치, 전자 기기, 및 조명 장치를 각각 제공하는 것을 목적 중 하나로 한다.
또한, 본 발명의 일 형태는, 상기 과제의 모두를 해결할 필요는 없는 것으로 한다.
본 발명의 일 형태는 제 1 전극과, 제 1 전극 위의, 제 1 인광성 화합물 및 제 1 호스트 재료를 포함한 제 1 발광층과, 제 1 발광층 위의, 제 2 인광성 화합물 및 제 2 호스트 재료를 포함한 제 2 발광층과, 제 2 발광층 위의, 제 3 인광성 화합물 및 제 3 호스트 재료를 포함한 제 3 발광층과, 제 3 발광층 위의 제 2 전극을 갖고, 제 1 인광성 화합물, 제 2 인광성 화합물, 및 제 3 인광성 화합물 중 제 2 인광성 화합물의 발광 피크가 가장 긴 파장 측에 위치하고 제 3 인광성 화합물의 발광 피크가 가장 짧은 파장 측에 위치하고 제 3 호스트 재료의 삼중항 여기 에너지는 제 1 호스트 재료 및 제 2 호스트 재료의 삼중항 여기 에너지보다 높은 발광 소자이다.
상기 구성에서 제 1 인광성 화합물은 녹색의 발광을 나타내고 제 2 인광성 화합물은 적색의 발광을 나타내고 제 3 인광성 화합물은 청색의 발광을 나타내는 것이 바람직하다.
또한, 본 명세서 중에서 녹색의 발광을 나타내는 인광성 화합물은 520nm 이상 600nm 미만에 발광 피크를 갖고, 적색의 발광을 나타내는 인광성 화합물은 600nm 이상 750nm 이하에 발광 피크를 갖고, 청색의 발광을 나타내는 인광성 화합물은 440nm 이상 520nm 미만에 발광 피크를 갖는다.
상기 각 구성에서 제 1 호스트 재료, 제 2 호스트 재료, 및 제 3 호스트 재료가 전자 수송성을 갖는 것이 바람직하다. 또는, 제 1 호스트 재료, 제 2 호스트 재료, 및 제 3 호스트 재료가 정공 수송성을 갖는 것이 바람직하다. 또는, 상기 각 구성에서 제 1 호스트 재료, 제 2 호스트 재료, 및 제 3 호스트 재료가 전자 수송성 및 정공 수송성을 갖는 것이 바람직하다.
상기 각 구성에서 제 1 호스트 재료, 제 2 호스트 재료, 및 제 3 호스트 재료가 정공 수송 골격 및 전자 수송 골격을 갖는 것이 바람직하다. 각 호스트 재료가 갖는 정공 수송 골격이나 전자 수송 골격은 각각 상이한 것이라도 좋고 동일한 것이라도 좋다.
상기 각 구성에서, 제 1 호스트 재료 및 제 2 호스트 재료가 동일한 것이 바람직하다.
상기 각 구성에서, 제 1 발광층은 제 1 캐리어 수송성 화합물을 더 포함하고, 제 1 호스트 재료 및 제 1 캐리어 수송성 화합물 중 한쪽은 정공 수송성 화합물이고 다른 쪽은 전자 수송성 화합물인 것이 바람직하다.
상기 각 구성에서 제 2 발광층은 제 2 캐리어 수송성 화합물을 더 포함하고, 제 2 호스트 재료 및 제 2 캐리어 수송성 화합물 중 한쪽은 정공 수송성 화합물이고 다른 쪽은 전자 수송성 화합물인 것이 바람직하다.
상기 각 구성에서, 제 3 발광층은 제 3 캐리어 수송성 화합물을 더 포함하고, 제 3 호스트 재료 및 제 3 캐리어 수송성 화합물 중 한쪽은 정공 수송성 화합물이고 다른 쪽은 전자 수송성 화합물인 것이 바람직하다.
상기 각 구성에서, 제 2 발광층의 막 두께는 2nm 이상 20nm 이하, 바람직하게는 5nm 이상 10nm 이하인 것이 바람직하다.
상기 각 구성에서, 제 2 발광층은 제 1 발광층 및 제 3 발광층에 접촉하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 본 발명의 일 형태는 제 1 전극과, 제 1 전극 위의, 제 1 인광성 화합물 및 제 1 호스트 재료를 포함한 제 1 발광층과, 제 1 발광층 위에 접촉하는, 제 2 인광성 화합물 및 제 2 호스트 재료를 포함한 제 2 발광층과, 제 2 발광층 위에 접촉하는, 제 3 인광성 화합물 및 제 3 호스트 재료를 포함한 제 3 발광층과, 제 3 발광층 위의 제 2 전극을 갖고, 제 1 인광성 화합물, 제 2 인광성 화합물, 및 제 3 인광성 화합물 중 제 2 인광성 화합물의 발광 피크가 가장 긴 파장 측에 위치하고 제 3 인광성 화합물의 발광 피크가 가장 짧은 파장 측에 위치하고 제 3 호스트 재료의 삼중항 여기 에너지는 제 1 호스트 재료 및 제 2 호스트 재료의 삼중항 여기 에너지보다 높은 발광 소자이다.
상기 각 구성에서, 제 1 캐리어 수송성 화합물과 제 2 캐리어 수송성 화합물은 동일한 재료라도 좋다.
또한, 상기 각 구성의 발광 소자를 사용한 발광 장치, 조명 장치, 및 전자 기기도 본 발명의 일 형태이다.
또한, 본 명세서 중의 발광 장치란, 발광 소자를 사용한 표시 장치를 포함한다. 또한, 발광 장치에 커넥터, 예를 들어 이방 도전성 필름, TCP(Tape Carrier Package)가 장착된 모듈, TCP의 끝에 프린트 배선판이 제공된 모듈, 또는 발광 장치에 COG(Chip On Glass) 방식에 의하여 IC(집적 회로)가 직접 실장된 모듈도 모두 발광 장치에 포함하는 것으로 한다. 또한 조명 기구 등에 사용되는 발광 장치도 그 범주에 포함하는 것으로 한다.
본 발명의 일 형태에서는, 복수 종류의 발광 물질이 밸런스 좋게 발광하는 발광 소자를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 형태에서는, 발광 효율이 높은 발광 소자를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 형태에서는, 신뢰성이 높은 발광 소자를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 형태에서는, 상기 발광 소자를 사용함으로써, 소비 전력이 저감된 발광 장치, 전자 기기, 또는 조명 장치를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 형태에서는 상술한 발광 소자를 사용함으로써 신뢰성이 높은 발광 장치, 전자 기기, 또는 조명 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 형태인 발광 소자의 일례를 도시한 도면.
도 2는 비교예의 발광 소자의 일례를 도시한 도면.
도 3은 발광층의 에너지 이동을 설명한 도면.
도 4는 본 발명의 일 형태인 발광 장치의 일례를 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 일 형태인 발광 장치의 일례를 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 일 형태인 전자 기기의 일례를 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 일 형태인 조명 장치의 일례를 도시한 도면.
도 8은 실시예의 발광 소자를 도시한 도면.
도 9는 실시예 1의 발광 소자의 휘도-전류 효율 특성을 나타낸 도면.
도 10은 실시예 1의 발광 소자의 전압-휘도 특성을 나타낸 도면.
도 11은 실시예 1의 발광 소자의 휘도-외부 양자 효율 특성을 나타낸 도면.
도 12는 실시예 1의 발광 소자의 발광 스펙트럼을 나타낸 도면.
도 13은 실시예 1의 발광 소자의 신뢰성 시험의 결과를 나타낸 도면.
도 14는 실시예 2의 발광 소자의 휘도-전류 효율 특성을 나타낸 도면.
도 15는 실시예 2의 발광 소자의 전압-휘도 특성을 나타낸 도면.
도 16은 실시예 2의 발광 소자의 휘도-외부 양자 효율 특성을 나타낸 도면.
도 17은 실시예 2의 발광 소자의 발광 스펙트럼을 나타낸 도면.
도 18은 실시예 2의 발광 소자의 신뢰성 시험의 결과를 나타낸 도면.
도 19는 실시예 2의 발광 소자의 신뢰성 시험의 결과를 나타낸 도면.
실시형태에 대하여 도면을 사용하여 자세히 설명한다. 다만, 본 발명은 이하의 설명에 한정되지 않고, 본 발명의 형태 및 상세한 사항은 본 발명의 취지 및 그 범위에서 벗어남이 없이 다양하게 변경될 수 있음은 당업자라면 용이하게 이해할 수 있다. 따라서, 본 발명은 이하에서 제시하는 실시형태의 기재 내용에 한정되어 해석되는 것이 아니다.
또한, 이하에서 설명하는 발명의 구성에 있어서, 동일 부분 또는 같은 기능을 갖는 부분에는 동일한 부호를 다른 도면간에서 공통적으로 사용하고, 그 반복 설명은 생략한다. 또한, 같은 기능을 갖는 부분을 가리키는 경우에는, 해치 패턴을 동일하게 하고, 부호를 특별히 붙이지 않는 경우가 있다.
또한, 도면 등에서 제시하는 각 구성의, 위치, 크기, 및 범위 등은, 간단히 이해할 수 있도록 실제의 위치, 크기, 및 범위 등을 제시하지 않는 경우가 있다. 그러므로, 제시되는 발명은 도면 등에 제시된 위치, 크기, 및 범위 등에 반드시 한정되지는 않는다.
(실시형태 1)
본 실시형태에서는, 본 발명의 일 형태인 발광 소자에 대하여 도 1~도 3을 사용하여 설명한다.
본 발명의 일 형태의 주지는, 발광 피크의 파장이 각각 상이한 세 가지의 인광성 화합물을 사용하고 이들 세 가지의 인광성 화합물 모두를 효율적으로 발광시킴으로써, 다색 발광 소자의 발광 효율의 향상이나 장수명화를 실현한다는 것이다.
인광성 화합물을 사용한 다색 발광 소자를 얻는 일반적인 방법으로서는, 어떤 호스트 재료 중에 발광 피크의 파장이 각각 상이한 복수의 인광성 화합물을 적당한 비율로 분산시키는 방법을 들 수 있다. 그러나 이 방법을 이용하는 경우, 가장 긴 파장의 발광을 나타내는 인광성 화합물이 발광하기 쉽게 되므로, 다색 발광을 얻기 위한 소자 구조(특히 호스트 재료 중의 각 인광성 화합물의 농도)의 설계·제어는 매우 어렵다.
다색 발광 소자를 얻는 다른 방법으로서, 발광 피크의 파장이 각각 상이한 발광 소자를 직렬로 적층하는, 소위 탠덤 구조를 들 수 있다. 예를 들어, 청색 발광 소자와, 녹색 발광 소자와, 적색 발광 소자의 3개를 직렬로 적층하여 동시에 발광시키면, 다색광(이 경우 백색광)을 용이하게 얻을 수 있다. 소자 구조도 청색, 녹색, 적색의 각 소자를 각각 최적화하면 되므로, 그 설계·제어는 비교적 용이하다. 그러나, 3개의 소자를 적층하기 때문에, 층수는 증대하고, 제작은 복잡해진다. 또한, 각 소자의 접속부(소위 중간층)에서 전기적 접촉의 문제가 발생되면, 구동 전압의 증대, 즉 전력 손실(loss)을 초래하는 경우가 있다.
≪비교예의 발광 소자≫
도 2의 (A)에 도시된 비교예의 발광 소자(300)는, 제 1 전극(301)과, 제 1 전극(301) 위에 제공된 EL층(303)과, EL층(303) 위에 제공된 제 2 전극(305)을 갖는다. 제 1 전극(301) 및 제 2 전극(305)은 한쪽이 양극으로서 기능하고 다른 쪽이 음극으로서 기능한다. 본 실시형태에서는 제 1 전극(301)이 양극으로서 기능하고 제 2 전극(305)이 음극으로서 기능한다.
제 1 전극(301)과 제 2 전극(305) 사이에 발광 소자의 문턱 전압보다 높은 전압을 인가하면, EL층(303)에 대하여 제 1 전극(301) 측으로부터 정공이 주입되고, 제 2 전극(305) 측으로부터 전자가 주입된다. 주입된 전자와 정공은 EL층(303)에서 재결합하여, EL층(303)에 포함되는 발광 물질이 발광한다.
도 2의 (B)에 도시된 바와 같이 EL층(303)은 제 1 전극(301) 측으로부터 적색의 발광을 나타내는 인광성 화합물(311Rd) 및 호스트 재료(311Rh)를 포함한 적색 발광층(311R), 녹색의 발광을 나타내는 인광성 화합물(311Gd) 및 호스트 재료(311Gh)를 포함한 녹색 발광층(311G), 청색의 발광을 나타내는 인광성 화합물(311Bd) 및 호스트 재료(311Bh)를 포함한 청색 발광층(311B)을 갖는다. 각 발광층에 포함되는 인광성 화합물은 각각 호스트 재료 중에 분산되어 있고, 각 인광성 화합물은 각 호스트 재료에 의하여 서로 격리된다.
이 경우, 각 인광성 화합물 사이에서 전자 교환 상호 작용(소위 덱스터 기구)에 의한 에너지 이동은 억제된다. 즉, 청색의 발광을 나타내는 인광성 화합물(311Bd)이 여기된 후에 그 여기 에너지가 덱스터 기구에 의하여 녹색의 발광을 나타내는 인광성 화합물(311Gd)이나 적색의 발광을 나타내는 인광성 화합물(311Rd)로 이동하는 현상은 발생되기 어렵다. 또한, 녹색의 발광을 나타내는 인광성 화합물(311Gd)이 여기된 후에 그 여기 에너지가 덱스터 기구에 의하여 적색의 발광을 나타내는 인광성 화합물(311Rd)로 이동하는 현상도 발생되기 어렵다. 따라서, 가장 긴 파장의 발광을 나타내는 인광성 화합물(311Rd)이 주로 발광되는 현상이 억제된다. 또한, 발광 소자(300)에서의 캐리어 재결합 영역(311ex)은 청색 발광층(311B) 내, 또는 청색 발광층(311B)과 녹색 발광층(311G)의 계면 근방이다(즉, 청색의 발광을 나타내는 인광성 화합물(311Bd)이 주로 여기된다). 이로써, 적색 발광층(311R)에서 여기자가 직접 생성되어, 적색의 발광을 나타내는 인광성 화합물(311Rd)이 주로 발광되는 것이 억제된다.
다만, 청색의 발광을 나타내는 인광성 화합물(311Bd)로부터의 에너지 이동이 완전히 억제되면, 적색의 발광을 나타내는 인광성 화합물(311Rd)의 발광을 얻을 수 없게 된다. 그래서 발광 소자(300)는, 청색의 발광을 나타내는 인광성 화합물(311Bd)의 여기 에너지가 녹색의 발광을 나타내는 인광성 화합물(311Gd)로 부분적으로 이동하고, 또한 녹색의 발광을 나타내는 인광성 화합물(311Gd)의 여기 에너지가 적색의 발광을 나타내는 인광성 화합물(311Rd)로 부분적으로 이동하도록 설계되어 있다. 이와 같이 격리된 분자 사이에서의 에너지 이동은 쌍극자-쌍극자 상호 작용(푀르스터 기구)을 이용함으로써 가능하다.
여기서, 상술한 바와 같이 각 인광성 화합물은 각 호스트 재료 중에 분산되어 있고, 각 인광성 화합물은 각 호스트 재료에 의하여 서로 격리되어 있으므로, 푀르스터 기구에 의하여 청색의 발광을 나타내는 인광성 화합물(311Bd)에서 생긴 여기 에너지 모두가 녹색의 발광을 나타내는 인광성 화합물(311Gd) 및 적색의 발광을 나타내는 인광성 화합물(311Rd)로 에너지 이동하는 일은 없다. 예를 들어, 도 2의 (B)에서의 녹색 발광층(311G)의 막 두께를 20nm 이하로 함으로써 에너지 이동이 부분적으로 발생되고 인광성 화합물(311Bd), 인광성 화합물(311Gd), 및 인광성 화합물(311Rd) 모두를 발광시킬 수 있다.
발광 소자(300)에서의 푀르스터 기구에 의한 각 인광성 화합물 사이의 에너지 이동의 모식도를 도 3의 (A)에 도시하였다. 도 3의 (A)에 도시된 바와 같이, 먼저 인광성 화합물(311Bd)에서 발생된 일중항 여기 상태(SB)는 항간 교차(Intersystem crossing)에 의하여 삼중항 여기 상태(TB)로 변환된다. 즉, 청색 발광층(311B)에서의 여기자는 기본적으로 TB에 집약된다.
다음에, 이 TB의 여기자의 에너지 중 일부는 그대로 발광에 사용되어 청색 발광으로 변환되지만, 푀르스터 기구를 이용함으로써, 일부는 인광성 화합물(311Gd)의 삼중항 여기 상태(TG)로 이동할 수 있다. 이것은 인광성 화합물(311Bd)이 발광성을 갖는 것(인광 양자 수율φ이 높은 것)과, 인광성 화합물(311Gd)이 일중항 기저 상태로부터 삼중항 여기 상태로의 전자 전이(電子遷移)에 상당하는 직접 흡수를 갖는 것(삼중항 여기 상태의 흡수 스펙트럼이 존재하는 것)에 기인한다. 이들 조건을 만족시키면 푀르스터 기구에 의한 TB로부터 TG로의 삼중항-삼중항 에너지 이동이 가능하게 된다. 또한, TB로부터 인광성 화합물(311Rd)의 일중항 여기 상태(SR)로의 에너지 이동도 기여는 작지만 푀르스터 기구의 조건을 만족시키면 일어날 수 있다. SR은 항간 교차에 의하여 인광성 화합물(311Rd)의 삼중항 여기 상태(TR)로 변환되므로 인광성 화합물(311Rd)의 발광에 기여한다.
또한, 인광성 화합물(311Gd)의 일중항 여기 상태(SG)는 인광성 화합물(311Bd)의 삼중항 여기 상태(TB)보다 에너지가 높은 경우가 많기 때문에 상술한 에너지 이동에 그다지 기여하지 않는 경우가 많다. 따라서, 여기서는 설명을 생략하도록 한다.
또한 인광성 화합물(311Gd)의 TG의 여기자의 에너지는, 일부는 그대로 발광에 사용되어 녹색 발광으로 변환되지만, 푀르스터 기구를 이용함으로써, 일부는 인광성 화합물(311Rd)의 삼중항 여기 상태(TR)로 이동할 수 있다. 이것은 인광성 화합물(311Gd)이 발광성을 갖는 것(인광 양자 수율φ이 높은 것)과, 인광성 화합물(311Rd)이 일중항 기저 상태로부터 삼중항 여기 상태로의 전자 전이에 상당하는 직접 흡수를 갖는 것(삼중항 여기 상태의 흡수 스펙트럼이 존재하는 것)에 기인한다. 이들 조건을 만족시키면 푀르스터 기구에 의한 TG로부터 TR로의 삼중항-삼중항 에너지 이동이 가능하게 된다. 상술한 바와 같은 에너지 이동에 의하여 생성된 TR은 인광성 화합물(311Rd)의 적색 발광으로 변환된다. 이로써, 각 인광성 화합물로부터 발광을 얻을 수 있다.
또한, 푀르스터 기구에서의 에너지 도너(발광 소자(300)에서는 인광성 화합물(311Bd) 및 인광성 화합물(311Gd))는 발광성을 가질 필요가 있으므로, 인광성 화합물(311Bd) 및 인광성 화합물(311Gd) 각각의 인광 양자 수율은 0.1 이상인 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이 비교예의 발광 소자(300)는, 각 인광성 화합물을 호스트 재료 및 적층 구조에 의하여 격리하고 가장 짧은 파장의 발광을 나타내는 인광성 화합물이 주로 여기되는 소자 구조를 갖는다. 이와 같은 소자 구조에서, 어느 정도의 거리 내(예를 들어 20nm 이내)인 경우 푀르스터 기구에 의한 에너지 이동이 일부에서 발생되므로 청색의 발광을 나타내는 인광성 화합물의 여기 에너지가 녹색의 발광을 나타내는 인광성 화합물로 부분적으로 이동하고, 또한 녹색의 발광을 나타내는 인광성 화합물의 여기 에너지가 적색의 발광을 나타내는 인광성 화합물로 부분적으로 이동함으로써, 각 인광성 화합물로부터 발광을 얻을 수 있다.
그러나, 구동 중에 청색 발광층(311B)이 열화되면 여기자의 에너지의 일부가 열화물 때문에 퀀칭(소광)된다. 즉, 도 3의 (A) 중 Q로 도시한 위치에 퀀처(quencher, 소광제)의 에너지 준위가 생성된다고 생각된다. 도 3의 (A)에 도시된 바와 같이, 퀀처의 에너지는 인광성 화합물(311Gd)의 TG의 여기자의 에너지보다 낮다고 생각된다. 따라서, 인광성 화합물(311Bd)의 TB의 여기자의 에너지의 일부가 퀀처로 이동하면 그 후에 퀀처상에서의 여기자의 에너지가 인광성 화합물(311Gd)의 TG, 또한 인광성 화합물(311Rd)의 TR로 이동하기가 어렵다. 즉, 인광성 화합물(311Gd)의 TG, 또한 인광성 화합물(311Rd)의 TR의 생성이 방해된다. 이것은 발광 소자(300)의 수명의 저하, 신뢰성의 저하의 원인 중 하나라고 생각된다.
≪본 발명의 일 형태인 발광 소자≫
한편, 본 발명의 일 형태인 발광 소자에서는 3개의 발광층 중 가장 짧은 파장의 발광을 나타내는 인광성 화합물을 포함한 발광층과, 가장 긴 파장의 발광을 나타내는 인광성 화합물을 포함한 발광층이 서로 인접되도록 적층된다. 또한, 본 발명의 일 형태인 발광 소자에서, 3개의 발광층 각각에서 캐리어의 재결합이 수행된다.
도 1의 (A)에 도시된 본 발명의 일 형태인 발광 소자는, 제 1 전극(101)과, 제 1 전극(101) 위에 제공된 EL층(103)과, EL층(103) 위에 제공된 제 2 전극(105)을 갖는다. 제 1 전극(101) 및 제 2 전극(105) 중 한쪽 전극이 양극으로서 기능하고 다른 쪽 전극이 음극으로서 기능한다. 본 실시형태에서는 제 1 전극(101)이 양극으로서 기능하고 제 2 전극(105)이 음극으로서 기능한다.
제 1 전극(101)과 제 2 전극(105) 사이에 발광 소자의 문턱 전압보다 높은 전압을 인가하면, EL층(103)에는 제 1 전극(101) 측으로부터 정공이 주입되고 제 2 전극(105) 측으로부터 전자가 주입된다. 주입된 전자와 정공은 EL층(103)에서 재결합하여 EL층(103)에 포함되는 발광 물질이 발광한다.
EL층(103)은 발광층(203)을 적어도 갖는다. EL층(103)은 발광층 외의 층으로서, 정공 주입성 또는 전자 주입성을 갖는 물질, 정공 수송성 또는 전자 수송성을 갖는 물질, 또는 바이폴러성을 갖는 물질(전자 수송성 및 정공 수송성이 높은 물질) 등을 포함한 층을 더 가져도 좋다. EL층(103)에는, 저분자계 화합물 및 고분자계 화합물 중 어느 것이 포함되어도 좋고 무기 화합물이 포함되어도 좋다.
도 1의 (A)에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 형태인 발광 소자는 발광층(203)으로서, 제 1 전극(101) 위의 제 1 발광층(203x)과, 제 1 발광층(203x) 위의 제 2 발광층(203y)과, 제 2 발광층(203y) 위의 제 3 발광층(203z)을 갖는다. 이 때, 탠덤 구조와 달리, 제 1 발광층~제 3 발광층 각각을 서로 접촉하도록 제공하는 것이 바람직하다. 이와 같은 구성으로 하는 경우 각 색깔의 발광층들 사이의 캐리어의 재결합 분포를 조절할 수 있으므로, 결과적으로 각 색깔의 발광층으로부터 발광을 균일하게 얻을 수 있다.
제 1 발광층(203x)은 제 1 인광성 화합물 및 제 1 호스트 재료를 포함한다. 제 2 발광층(203y)은 제 2 인광성 화합물 및 제 2 호스트 재료를 포함한다. 제 3 발광층(203z)은 제 3 인광성 화합물 및 제 3 호스트 재료를 포함한다. 여기서, 제 1 인광성 화합물, 제 2 인광성 화합물, 제 3 인광성 화합물 중 제 2 인광성 화합물의 발광 피크가 가장 긴 파장 측에 위치하고, 제 3 인광성 화합물의 발광 피크가 가장 짧은 파장 측에 위치한다. 또한, 제 3 호스트 재료의 삼중항 여기 에너지는 제 1 호스트 재료 및 제 2 호스트 재료의 삼중항 여기 에너지보다 높다.
본 발명의 일 형태인 발광 소자에서는, 제 1 호스트 재료, 제 2 호스트 재료, 및 제 3 호스트 재료가 전자 수송성을 갖는다. 또는, 본 발명의 일 형태인 발광 소자에서는, 제 1 호스트 재료, 제 2 호스트 재료, 및 제 3 호스트 재료가 정공 수송성을 갖는다. 또는, 본 발명의 일 형태인 발광 소자에서는, 제 1 호스트 재료, 제 2 호스트 재료, 및 제 3 호스트 재료는 전자 수송성 및 정공 수송성을 갖는다. 이들 구성 중 어느 것이 적용된 발광 소자의 캐리어 재결합 영역은, 제 1 발광층으로부터 제 3 발광층에 걸쳐 폭넓게 존재한다. 따라서, 각 발광층에서는, 포함되어 있는 발광 물질이 효율적으로 발광하고 고효율의 다색 발광 소자를 얻을 수 있다.
예를 들어, 음극 측에 제 3 발광층(발광 피크가 가장 짧은 파장인 인광성 화합물을 포함한 발광층)을 갖는 경우에, 각 발광층의 호스트 재료는 정공 수송성을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 본 실시형태와 같이 음극 측에 제 3 발광층을 갖는 경우, 각 발광층의 호스트 재료는 전자 수송성을 갖는 것이 바람직하다.
또한, 제 1 호스트 재료, 제 2 호스트 재료, 및 제 3 호스트 재료 각각이 정공 수송 골격 및 전자 수송 골격을 갖는 것이 바람직하다.
정공 수송 골격으로서는, 방향족 아민, π 전자 과잉형 복소 방향환 등을 들 수 있다. 특히, π 전자 과잉형 복소 방향환은 화학적 안정성 및 열적 안정성이 높기 때문에 바람직하다. π 전자 과잉형 복소 방향환으로서는, 피롤 골격을 포함한 복소 방향환, 퓨란 골격을 포함한 복소 방향환, 티오펜 골격을 포함한 복소 방향환 등을 들 수 있다. 구체적으로는, 예를 들어 카바졸, 다이벤조[c,g]카바졸, 다이벤조퓨란, 다이벤조티오펜 등의 골격을 들 수 있다.
전자 수송 골격으로서는, π 전자 부족형 복소 방향환이 뛰어난 전자 수송성을 갖기 때문에 바람직하다. π 전자 부족형 복소 방향환으로서는, 피리딘 골격을 포함한 복소 방향환, 프탈라진 골격을 포함한 복소 방향환, 피리미딘 골격을 포함한 복소 방향환, 피라진 골격을 포함한 복소 방향환, 트라이아진 골격을 포함한 복소 방향환, 이미다졸 골격을 포함한 복소 방향환, 옥사졸 골격을 포함한 복소 방향환, 티아졸 골격을 포함한 복소 방향환, 트라이아졸 골격을 포함한 복소 방향환 등을 들 수 있다. 구체적으로는, 피리딘, 피리미딘, 퀴녹살린, 다이벤조[f,h]퀴녹살린, 벤즈이미다졸 등의 골격을 들 수 있다.
각 호스트 재료가 갖는 정공 수송 골격 및 전자 수송 골격은 각각 상이하여도 좋고 동일하여도 좋다.
다만, 제 3 호스트 재료의 삼중항 여기 에너지는, 제 1 호스트 재료 및 제 2 호스트 재료의 삼중항 여기 에너지보다 높으므로, 제 3 호스트 재료가 갖는 정공 수송 골격이나 전자 수송 골격은 제 1 호스트 재료나 제 2 호스트 재료가 갖는 정공 수송 골격이나 전자 수송 골격과 상이한 것이 바람직하다. 또한, 제 3 호스트 재료가 갖는 전자 수송 골격의 삼중항 여기 에너지는, 제 1 호스트 재료나 제 2 호스트 재료가 갖는 전자 수송 골격의 삼중항 여기 에너지보다 높은 것이 바람직하다.
한편, 제 1 호스트 재료 및 제 2 호스트 재료가 갖는 정공 수송 골격이나 전자 수송 골격은 서로 동일한 것이 바람직하고, 전자 수송 골격이 동일한 것이 특히 바람직하다. 이것은 제 1 발광층과 제 2 발광층 양쪽에서 캐리어의 재결합을 일으키기 위하여 제 1 발광층과 제 2 발광층 사이에서 캐리어가 원활히 이동할 필요가 있기 때문이다. 따라서, 제 1 호스트 재료 및 제 2 호스트 재료가 동일한 것이 더욱 바람직하다.
또한, 본 발명의 일 형태인 발광 소자에서, 제 1 발광층은 제 1 캐리어 수송성 화합물을 포함하여도 좋다. 이 때, 제 1 호스트 재료 및 제 1 캐리어 수송성 화합물 중 한쪽은 정공 수송성 화합물이고 다른 쪽은 전자 수송성 화합물이다. 특히, 제 1 호스트 재료 및 제 1 캐리어 수송성 화합물의 조합이 여기 착체를 형성하는 것이라면 바람직하다.
이와 마찬가지로, 본 발명의 일 형태인 발광 소자에서, 제 2 발광층은 제 2 캐리어 수송성 화합물을 포함하여도 좋다. 이 때, 제 2 호스트 재료 및 제 2 캐리어 수송성 화합물 중 한쪽은 정공 수송성 화합물이고 다른 쪽은 전자 수송성 화합물이다. 특히, 제 2 호스트 재료 및 제 2 캐리어 수송성 화합물의 조합이 여기 착체를 형성하는 것이라면 바람직하다.
이와 마찬가지로, 본 발명의 일 형태인 발광 소자에서, 제 3 발광층은 제 3 캐리어 수송성 화합물을 포함하여도 좋다. 이 때, 제 3 호스트 재료 및 제 3 캐리어 수송성 화합물 중 한쪽은 정공 수송성 화합물이고 다른 쪽은 전자 수송성 화합물이다. 특히, 제 3 호스트 재료 및 제 3 캐리어 수송성 화합물의 조합이 여기 착체를 형성하는 것이라면 바람직하다.
캐리어 수송성 화합물을 갖는 발광층에서의 수송성은 호스트 재료와 캐리어 수송성 화합물(즉, 전자 수송성 화합물과 정공 수송성 화합물)의 혼합비를 변경시킴으로써 조정할 수 있다.
발광층(203)에 대한 더 자세한 예를 도 1의 (B)에 도시하였다. 도 1의 (B)에 도시한 발광층(203)은 제 1 전극(101) 측으로부터, 녹색의 발광을 나타내는 인광성 화합물(203Gd) 및 호스트 재료(203Gh)를 포함한 녹색 발광층(203G), 적색의 발광을 나타내는 인광성 화합물(203Rd) 및 호스트 재료(203Rh)를 포함한 적색 발광층(203R), 청색의 발광을 나타내는 인광성 화합물(203Bd) 및 호스트 재료(203Bh)를 포함한 청색 발광층(203B)을 갖는다. 각 발광층에 포함되는 인광성 화합물은 각각 호스트 재료에 분산되어 있고, 각 인광성 화합물은 각 호스트 재료에 의하여 서로 격리되어 있다.
이 경우, 각 인광성 화합물들 사이에서 전자 교환 상호 작용(소위 덱스터 기구)에 의한 에너지 이동은 억제된다. 즉, 청색의 발광을 나타내는 인광성 화합물(203Bd)이 여기된 후에 그 여기 에너지가 덱스터 기구에 의하여 녹색의 발광을 나타내는 인광성 화합물(203Gd)이나 적색의 발광을 나타내는 인광성 화합물(203Rd)로 이동하는 현상은 발생되기 어렵다. 또한, 녹색의 발광을 나타내는 인광성 화합물(203Gd)이 여기된 후에 그 여기 에너지가 덱스터 기구에 의하여 적색의 발광을 나타내는 인광성 화합물(203Rd)로 이동하는 현상도 발생되기 어렵다. 따라서, 가장 긴 파장의 발광을 나타내는 인광성 화합물(203Rd)이 주로 발광되는 현상이 억제된다.
도 1의 (B)에 도시된 발광층(203)의 구성이 적용된 발광 소자에서의 캐리어 재결합 영역은 청색 발광층(203B)으로부터 녹색 발광층(203G)에 걸쳐 폭넓게 존재한다. 즉, 청색 발광층(203B) 내, 적색 발광층(203R) 내, 및 녹색 발광층(203G) 내에 상기 캐리어 재결합 영역이 존재한다.
본 발명의 일 형태인 발광 소자에서는, 발광층(203)을 구성하는 각 층에서 캐리어의 재결합이 수행된다. 여기서, 청색의 발광을 나타내는 인광성 화합물(203Bd)에서 발생한 일중항 여기 상태(SB)는 항간 교차에 의하여 삼중항 여기 상태(TB)로 변환된다. 즉, 청색 발광층(203B)에서의 여기자는 기본적으로 TB에 집약된다. 이 TB의 여기자의 에너지는 그대로 발광에 사용되어 청색 발광으로 변환된다. 이와 마찬가지로 적색의 발광을 나타내는 인광성 화합물(203Rd)에서 발생한 일중항 여기 상태(SR)는 항간 교차에 의하여 삼중항 여기 상태(TR)로 변환된다. 즉, 적색 발광층(203R)에서의 여기자는 기본적으로 TR에 집약된다. 이 TR의 여기자의 에너지는 그대로 발광에 사용되어 적색 발광으로 변환된다. 또한, 녹색의 발광을 나타내는 인광성 화합물(203Gd)에서 발생한 일중항 여기 상태(SG)는 항간 교차에 의하여 삼중항 여기 상태(TG)로 변환된다. 즉, 녹색 발광층(203G)에서의 여기자는 기본적으로 TG에 집약된다. 이 TG의 여기자의 에너지는 그대로 발광에 사용되어 녹색 발광으로 변환된다.
이와 같이, 발광 소자에서의 캐리어 재결합 영역이 각 발광층에 포함되도록 함으로써 각 발광층에서 캐리어의 재결합이 수행되고 각 발광층에 포함되는 인광성 화합물 각각에서 발광을 얻을 수 있다.
본 발명의 일 형태인 발광 소자에서는 TB의 여기자의 에너지가 부분적으로 인광성 화합물(203Rd)이나 인광성 화합물(203Gd)로 이동하는 소자 설계가 이루어져 있다. 이와 같이 격리된 분자간의 에너지 이동은 쌍극자-쌍극자 상호 작용(푀르스터 기구)을 이용함으로써 가능하게 된다.
여기서, 상술한 바와 같이 각 인광성 화합물은 각 호스트 재료 중에 분산되어 있고, 또한 각 인광성 화합물은 각 호스트 재료에 의하여 서로 격리되어 있으므로, 푀르스터 기구에 의하여 인광성 화합물(203Bd)에서 생긴 여기 에너지 모두가 인광성 화합물(203Rd)이나 인광성 화합물(203Gd)로 에너지 이동하는 일은 없다. 예를 들어, 도 1의 (B)에서의 적색 발광층(203R)의 막 두께를 2nm 이상 20nm 이하로 함으로써, 부분적인 에너지 이동이 발생되어 인광성 화합물(203Bd), 인광성 화합물(203Rd), 및 인광성 화합물(203Gd)을 발광시킬 수 있다.
본 발명의 일 형태인 발광 소자에서의 푀르스터 기구에 의한 각 인광성 화합물간의 에너지 이동의 모식도를 도 3의 (B)에 도시하였다. 도 3의 (B)에 도시된 바와 같이, 우선, 인광성 화합물(203Bd)에서 발생된 일중항 여기 상태(SB)는 항간 교차에 의하여 삼중항 여기 상태(TB)로 변환된다. 즉, 청색 발광층(203B)에서의 여기자는 기본적으로 TB에 집약된다.
다음에, 이 TB의 여기자의 에너지 중 일부는 그대로 발광에 사용되어 청색 발광으로 변환되지만, 푀르스터 기구를 이용함으로써, 일부는 인광성 화합물(203Gd)의 삼중항 여기 상태(TG)로 이동할 수 있다. 이것은 인광성 화합물(203Bd)이 발광성을 갖는 것(인광 양자 수율φ이 높은 것)과, 인광성 화합물(203Gd)이 일중항 기저 상태로부터 삼중항 여기 상태로의 전자 전이에 상당하는 직접 흡수를 갖는 것(삼중항 여기 상태의 흡수 스펙트럼이 존재하는 것)에 기인한다. 이들 조건을 만족시키면 푀르스터 기구에 의한 TB로부터 TG로의 삼중항-삼중항 에너지 이동이 가능하게 된다. 또한, TB로부터 인광성 화합물(203Gd)의 삼중항 여기 상태(TG)로의 에너지 이동도, 기여는 작지만 푀르스터 기구의 조건을 만족시키면 발생될 수 있다. TG는 인광성 화합물(203Gd)의 발광에 기여한다. 또한, 푀르스터 기구에서의 에너지 도너(여기서는 인광성 화합물(203Bd))는 발광성을 가질 필요가 있기 때문에 인광성 화합물(203Bd)의 인광 양자 수율은 0.1 이상인 것이 바람직하다.
본 발명의 일 형태인 발광 소자에서도, 구동 중에 청색 발광층(203B)이 열화되면 여기자의 에너지의 일부가 열화물로 인하여 퀀칭된다. 즉, 도 3의 (B) 중 Q로 제시한 위치에 퀀처의 에너지 준위가 생성된다고 생각된다. 그러나, 도 3의 (B)에 도시된 바와 같이, 퀀처의 에너지는 인광성 화합물(311Rd)의 TR의 여기자의 에너지보다 높다고 생각되기 때문에, 인광성 화합물(311Bd)의 TB의 여기자의 에너지의 일부가 퀀처로 이동하면 그 후에 퀀처상에서의 여기자의 에너지는 인광성 화합물(311Rd)의 TR로 이동할 수 있다. 따라서, 비교예의 발광 소자(300)에 비하여 본 발명의 일 형태인 발광 소자에서는 퀀처에 기인한 인광성 화합물(311Gd)의 TG나 인광성 화합물(311Rd)의 TR의 생성의 방해가 일어나기 어렵다. 따라서, 본 발명의 일 형태를 적용함으로써 비교예의 발광 소자(300)에 비하여 수명이 길고, 신뢰성이 높은 발광 소자를 실현할 수 있다.
즉, 퀀처가 생성되는 발광층과 인접되는 발광층을, 퀀처의 에너지보다 삼중항 여기 상태의 에너지가 낮은 인광성 화합물을 포함한 구성으로 함으로써 퀀처의 생성에 기인한 발광 소자의 수명의 저하나 신뢰성의 저하를 억제할 수 있다.
또한, 호스트 재료(203Rh) 및 호스트 재료(203Gh)가 동일한 경우 녹색 발광층(203G)에 캐리어가 도달되기 쉽거나, TB로부터 TG로의 에너지 이동이 발생되기 쉽다는 등의 이점이 있어 바람직하다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 형태인 발광 소자에서는 각 발광층에서 캐리어의 재결합이 수행되므로 각 발광층에 포함되는 인광성 화합물 각각에서 발광을 얻을 수 있다. 또한, 푀르스터 기구를 이용한 발광층간의 에너지 이동에서는 퀀처에 기인한 삼중항 여기 상태의 생성의 방해가 억제된다. 따라서, 복수의 발광 물질이 밸런스 좋게 발광하는 발광 소자를 제공할 수 있다. 또한, 발광 효율이 높은 발광 소자를 제공할 수 있다. 또한, 신뢰성이 높은 발광 소자를 제공할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 일 형태인 발광 소자의 다른 예를 제시하였다.
도 1의 (C)에 도시된 발광 소자는 제 1 전극(101)과 제 1 발광층(203x) 사이에, 제 1 전극(101) 위에 제공된 정공 주입층(201)과, 정공 주입층(201) 위에 제공된 정공 수송층(202)을 갖는다. 또한, 제 3 발광층(203z)과 제 2 전극(105) 사이에, 제 3 발광층(203z) 위에 제공된 전자 수송층(204)과, 전자 수송층(204) 위에 제공된 전자 주입층(205)을 갖는다. 또한, 제 1 발광층(203x), 제 2 발광층(203y), 및 제 3 발광층(203z)에는 도 1의 (B)와 같은 구성이 적용되어도 좋다.
도 1의 (D)에 도시된 발광 소자는 제 1 전극(101)과, 제 1 전극(101) 위에 제공된 EL층(103)과, EL층(103) 위에 제공된 전하 발생 영역(107)과, 전하 발생 영역(107) 위에 제공된 제 2 전극(105)을 갖는다. EL층(103)의 구성은 도 1의 (A)와 같다.
도 1의 (E)에 도시된 발광 소자와 같이, 제 1 전극(101)과 제 2 전극(105) 사이에 복수의 EL층이 적층되어도 좋다. 이 경우, 적층된 EL층 사이에는 전하 발생 영역(107)을 제공하는 것이 바람직하다.
도 1의 (E)에 도시된 발광 소자는 제 1 전극(101)과, 제 1 전극(101) 위에 제공된 EL층(103a)과, EL층(103a) 위에 제공된 전하 발생 영역(107)과, 전하 발생 영역(107) 위에 제공된 EL층(103b)과, EL층(103b) 위에 제공된 제 2 전극(105)을 갖는다. EL층(103a) 및 EL층(103b) 중 적어도 한쪽의 구성은 도 1의 (A)와 같다.
EL층(103a)과 EL층(103b) 사이에 제공된 전하 발생 영역(107)에서의 전자와 정공의 움직임에 대하여 설명한다. 제 1 전극(101)과 제 2 전극(105) 사이에, 발광 소자의 문턱 전압보다 높은 전압을 인가하면 전하 발생 영역(107)에서 정공과 전자가 발생하고, 정공은 제 2 전극(105) 측에 제공된 EL층(103b)으로 이동하고, 전자는 제 1 전극(101) 측에 제공된 EL층(103a)으로 이동한다. EL층(103b)에 주입된 정공은 제 2 전극(105) 측으로부터 주입된 전자와 재결합하고, 상기 EL층(103b)에 포함되는 발광 물질이 발광한다. 또한, EL층(103a)에 주입된 전자는 제 1 전극(101) 측으로부터 주입된 정공과 재결합하고, 상기 EL층(103a)에 포함되는 발광 물질이 발광한다. 따라서, 전하 발생 영역(107)에서 발생된 정공과 전자는 각각 다른 EL층에서의 발광에 기여한다.
또한, EL층끼리를 서로 접촉하도록 제공함으로써 양쪽 사이에 전하 발생 영역과 같은 구성이 형성되면, 전하 발생 영역(107)을 개재(介在)하는 일 없이 EL층끼리를 서로 접촉하도록 제공할 수 있다. 예를 들어, EL층의 한쪽 면에 전하 발생 영역이 형성되는 경우, 그 면에 접촉하도록 다른 EL층을 제공할 수 있다.
또한, 제 1 전극(101)과 제 2 전극(105) 사이에 제공되는 층의 구성은 상기 구성에 한정되지 않는다. 그러나, 발광 영역과 전극이나 캐리어 주입층에 사용되는 금속이 근접함으로써 발생되는 소광이 억제되도록, 제 1 전극(101) 및 제 2 전극(105)으로부터 떨어진 부위에 정공과 전자가 재결합하는 발광 영역을 제공하는 구성이 바람직하다.
또한, 발광층(203)에 접촉하는 정공 수송층이나 전자 수송층은 발광층에서 생성된 여기자로부터의 에너지 이동을 억제하기 위하여, 그 삼중항 여기 에너지가, 발광층을 구성하는 물질이 갖는 삼중항 여기 에너지보다 높은 물질로 구성하는 것이 바람직하다.
≪발광 소자의 재료≫
이하에, 각 층에 사용할 수 있는 재료를 예시한다. 또한, 발광층 이외의 각 층은 단층 구조라도 좋고 2층 이상의 적층 구조라도 좋다.
<양극>
양극으로서 기능하는 전극은 도전성을 갖는 금속, 합금, 도전성 화합물 등을 1종류 또는 복수 종류 사용하여 형성할 수 있다. 특히, 일함수가 큰(4.0eV 이상) 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 인듐 주석 산화물(ITO: Indium Tin Oxide), 실리콘 또는 산화 실리콘을 함유한 인듐 주석 산화물, 인듐 아연 산화물, 산화 텅스텐 및 산화 아연을 함유한 산화 인듐, 그래핀, 금, 백금, 니켈, 텅스텐, 크로뮴, 몰리브덴, 철, 코발트, 구리, 팔라듐, 티타늄, 또는 금속 재료의 질화물(예를 들어, 질화 티타늄) 등을 들 수 있다. 또한, 은, 구리, 알루미늄, 티타늄 등을 나노 와이어 형상(또는 선 형상, 가는 선 형상)으로 형성하고 그 위에 도전성 물질(도전성 유기 재료나 그래핀 등)을 도포법 또는 인쇄법 등으로 형성함으로써, 전극을 형성하여도 좋다.
또한, 양극이 전하 발생 영역에 접촉하는 경우 일함수의 값을 고려하지 않고 다양한 도전성 재료를 사용할 수 있으며, 예를 들어, 알루미늄, 은, 알루미늄을 포함한 합금 등도 사용할 수 있다.
<음극>
음극으로서 기능하는 전극은 도전성을 갖는 금속, 합금, 도전성 화합물 등을 1종류 또는 복수 종류 사용하여 형성할 수 있다. 특히, 일함수가 작은(3.8eV 이하) 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 원소 주기율표 제 1 족 또는 제 2 족에 속하는 원소(예를 들어, 리튬이나 세슘 등의 알칼리 금속, 칼슘이나 스트론튬 등의 알칼리 토금속, 마그네슘 등), 이들 원소를 포함한 합금(예를 들어, Mg-Ag, Al-Li), 유로퓸이나 이테르븀 등의 희토류 금속, 이들 희토류 금속을 포함한 합금, 알루미늄, 은 등을 사용할 수 있다.
또한, 음극이 전하 발생 영역에 접촉하는 경우, 일함수의 값을 고려하지 않고 다양한 도전성 재료를 사용할 수 있다. 예를 들어, ITO, 실리콘 또는 산화 실리콘을 함유한 인듐 주석 산화물 등도 사용할 수 있다.
전극은 각각 진공 증착법이나 스퍼터링법을 이용하여 형성하면 좋다. 또한, 은 페이스트 등을 사용하는 경우 도포법이나 잉크젯법을 이용하면 좋다.
발광은 제 1 전극(101) 및 제 2 전극(105) 중 어느 한쪽 또는 양쪽을 통하여 외부에 추출된다. 따라서, 제 1 전극(101)과 제 2 전극(105) 중 어느 한쪽 또는 양쪽은 투광성을 갖는다. 제 1 전극(101)만 투광성을 가진 전극인 경우, 발광이 제 1 전극(101)을 통하여 추출된다. 또한, 제 2 전극(105)만 투광성을 가진 전극인 경우, 발광은 제 2 전극(105)을 통하여 추출된다. 제 1 전극(101) 및 제 2 전극(105) 양쪽 모두 투광성을 갖는 전극인 경우, 발광은 제 1 전극(101) 및 제 2 전극(105)을 통하여 양쪽에서 추출된다. 또한, 빛을 추출하지 않는 측의 전극에는 빛을 반사하는 재료를 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 음극(또는 상부 전극)의 위에, 유기막, 투명 반도체막, 질화 실리콘막 등의 절연막 등을 제공하여도 좋다. 이들 막은 패시베이션막으로서의 역할을 가지며, 발광 소자에 불순물이나 수분이 침입되는 것을 억제할 수 있다. 또한, 음극에서의 표면 플라스몬(surface plasmon)에 기인한 광 에너지의 손실을 저감시킬 수 있다.
<발광층>
상술한 바와 같이 본 실시형태의 발광 소자는 3종류의 발광층을 갖고 각 발광층은 인광성 화합물과 호스트 재료를 포함한다.
인광성 화합물은 각 발광층에서의 게스트 재료라고 할 수 있다. 상기 인광성 화합물이 분산되는 화합물은 호스트 재료라고 할 수 있다. 또한, 각 발광층은 게스트 재료나 호스트 재료 외의 재료를 더 포함하여도 좋다. 본 명세서 중에서는 발광층에 포함되는 비율이 가장 많은 화합물을 그 발광층에서의 호스트 재료로 한다.
발광층의 구성을 게스트 재료를 호스트 재료에 분산시킨 것으로 함으로써 발광층의 결정화를 억제할 수 있다. 또한, 게스트 재료의 농도가 높음으로 인한 농도 소광을 억제하여, 발광 소자의 발광 효율을 높게 할 수 있다. 호스트 재료로서는 후술하는 전자 수송성 화합물이나 정공 수송성 화합물을 사용할 수 있다.
또한, 호스트 재료(또는 발광층에 포함되는 게스트 재료 이외의 재료)의 T1 준위(삼중항 여기 에너지의 준위)는 게스트 재료의 T1 준위보다 높은 것이 바람직하다. 호스트 재료의 T1 준위가 게스트 재료의 T1 준위보다 낮으면, 발광에 기여하는 게스트 재료의 삼중항 여기 에너지가 호스트 재료에 의하여 소광되어, 발광 효율이 저하되기 때문이다.
청색의 발광을 나타내는 인광성 화합물로서는 440nm~520nm에 발광 피크를 갖는 화합물을 들 수 있다. 구체적으로는, 트리스{2-[5-(2-메틸페닐)-4-(2,6-다이메틸페닐)-4H-1,2,4-트라이아졸-3-일-κN2]페닐-κC}이리듐(III)(약칭: [Ir(mpptz-dmp)3]), 트리스(5-메틸-3,4-다이페닐-4H-1,2,4-트라이아졸라토)이리듐(III)(약칭: Ir(Mptz)3), 트리스[4-(3-바이페닐)-5-아이소프로필-3-페닐-4H-1,2,4-트라이아졸라토]이리듐(III)(약칭: Ir(iPrptz-3b)3)과 같은 4H-트라이아졸 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체나, 트리스[3-메틸-1-(2-메틸페닐)-5-페닐-1H-1,2,4-트라이아졸라토]이리듐(III)(약칭: Ir(Mptz1-mp)3), 트리스(1-메틸-5-페닐-3-프로필-1H-1,2,4-트라이아졸라토)이리듐(III)(약칭: Ir(Prptz1-Me)3)과 같은 1H-트라이아졸 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체나, fac-트리스[1-(2,6-다이아이소프로필페닐)-2-페닐-1H-이미다졸]이리듐(III)(약칭: Ir(iPrpmi)3), 트리스[3-(2,6-다이메틸페닐)-7-메틸이미다조[1,2-f]페난트리디나토]이리듐(III)(약칭: Ir(dmpimpt-Me)3)과 같은 이미다졸 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체나, 비스[2-(4',6'-다이플루오로페닐)피리디나토-N,C2']이리듐(III)테트라키스(1-피라졸일)보레이트(약칭: FIr6), 비스[2-(4',6'-다이플루오로페닐)피리디나토-N,C2']이리듐(III)피콜리네이트(약칭: FIrpic), 비스{2-[3',5'-비스(트라이플루오로메틸)페닐]피리디나토-N,C2'}이리듐(III)피콜리네이트(약칭: Ir(CF3ppy)2(pic)), 비스[2-(4',6'-다이플루오로페닐)피리디나토-N,C2']이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: FIracac)와 같은 전자 흡인기를 갖는 페닐피리딘 유도체를 배위자로 하는 유기 금속 이리듐 착체를 들 수 있다.
상술한 것들 중에서도 4H-트라이아졸 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체는 신뢰성이나 발광 효율이 뛰어나기 때문에, 특히 바람직하다.
4H-트라이아졸, 1H-트라이아졸, 이미다졸과 같은 폴리아졸 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체는 정공 트랩성이 높다. 따라서, 이들 화합물을 본 발명의 일 형태인 발광 소자에서의 청색의 발광을 나타내는 인광성 화합물로서 사용하고, 또한 청색 발광층이 적색 발광층 및 녹색 발광층보다 음극 측에 제공되는 경우, 청색 발광층을 정공이 통과함으로써 발광 효율이 저하되는 것(또는 경시적으로 발광 효율이 저하되는 것)을 억제할 수 있어 바람직하다.
녹색의 발광을 나타내는 인광성 화합물로서는 520nm~600nm에 발광 피크를 갖는 화합물을 들 수 있다. 구체적으로는, 트리스(4-메틸-6-페닐피리미디나토)이리듐(III)(약칭: [Ir(mppm)3]), 트리스(4-t-부틸-6-페닐피리미디나토)이리듐(III)(약칭: [Ir(tBuppm)3]), (아세틸아세토나토)비스(6-메틸-4-페닐피리미디나토)이리듐(III)(약칭: [Ir(mppm)2(acac)]), (아세틸아세토나토)비스(6-tert-부틸-4-페닐피리미디나토)이리듐(III)(약칭: [Ir(tBuppm)2(acac)]), (아세틸아세토나토)비스[4-(2-노보닐)-6-페닐피리미디나토]이리듐(III)(endo-,exo-혼합물)(약칭： [Ir(nbppm)2(acac)]), (아세틸아세토나토)비스[5-메틸-6-(2-메틸페닐)-4-페닐피리미디나토)이리듐(III)(약칭: [Ir(mpmppm)2(acac)]), (아세틸아세토나토)비스(4,6-다이페닐피리미디나토)이리듐(III)(약칭: [Ir(dppm)2(acac)])과 같은 피리미딘 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체나, (아세틸아세토나토)비스(3,5-다이메틸-2-페닐피라지나토)이리듐(III)(약칭: [Ir(mppr-Me)2(acac)]), (아세틸아세토나토)비스(5-아이소프로필-3-메틸-2-페닐피라지나토)이리듐(III)(약칭: [Ir(mppr-iPr)2(acac)])과 같은 피라진 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체나, 트리스(2-페닐피리디나토-N,C2')이리듐(III)(약칭: [Ir(ppy)3]), 비스(2-페닐피리디나토-N,C2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: [Ir(ppy)2(acac)]), 비스(벤조[h]퀴놀리나토)이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: [Ir(bzq)2(acac)]), 트리스(벤조[h]퀴놀리나토)이리듐(III)(약칭: [Ir(bzq)3]), 트리스(2-페닐퀴놀리나토-N,C2')이리듐(III)(약칭: [Ir(pq)3]), 비스(2-페닐퀴놀리나토-N,C2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: [Ir(pq)2(acac)])와 같은 피리딘 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체 외에, 트리스(아세틸아세토나토)(모노페난트롤린)테르븀(III)(약칭: [Tb(acac)3(Phen)])과 같은 희토류 금속 착체를 들 수 있다.
상술한 것들 중에서도 피리미딘 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체는 신뢰성이나 발광 효율에 매우 뛰어나기 때문에 특히 바람직하다.
또한, 상술한 것들 중에서도, 피리미딘 골격, 피라진 골격과 같은 다이아진 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체는, 정공 트랩성이 약하고 전자 트랩성이 높다. 따라서, 이들 화합물을 본 발명의 일 형태인 발광 소자에서의 녹색의 발광을 나타내는 인광성 화합물로서 사용하고, 또한 녹색 발광층이 적색 발광층 및 청색 발광층보다 양극 측에 제공되는 경우 정공을 적색 발광층 및 청색 발광층에 수송하기 쉽게 됨과 함께 녹색 발광층을 전자가 통과함으로써 발광 효율이 저하되는 것(또는 경시적으로 발광 효율이 저하되는 것)을 억제할 수 있어 바람직하다.
적색의 발광을 나타내는 인광성 화합물로서는 600nm~750nm에 발광 피크를 갖는 화합물을 들 수 있다. 구체적으로는, (다이아이소부티릴메타나토)비스[4,6-비스(3-메틸페닐)피리미디나토]이리듐(III)(약칭: [Ir(5mdppm)2(dibm)]), 비스[4,6-비스(3-메틸페닐)피리미디나토](다이피발로일메타나토)이리듐(III)(약칭: [Ir(5mdppm)2(dpm)]), 비스[4,6-다이(나프탈렌-1-일)피리미디나토](다이피발로일메타나토)이리듐(III)(약칭: [Ir(d1npm)2(dpm)])과 같은 피리미딘 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체나, (아세틸아세토나토)비스(2,3,5-트라이페닐피라지나토)이리듐(III)(약칭: [Ir(tppr)2(acac)]), 비스(2,3,5-트라이페닐피라지나토)(다이피발로일메타나토)이리듐(III)(약칭: [Ir(tppr)2(dpm)]), (아세틸아세토나토)비스[2,3-비스(4-플루오로페닐)퀴녹살리나토]이리듐(III)(약칭: [Ir(Fdpq)2(acac)])과 같은 피라진 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체나, 트리스(1-페닐아이소퀴놀리나토-N,C2')이리듐(III)(약칭: [Ir(piq)3]), 비스(1-페닐아이소퀴놀리나토-N,C2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: [Ir(piq)2(acac)])와 같은 피리딘 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체 외에, 2,3,7,8,12,13,17,18-옥타에틸-21H,23H-포르피린백금(II)(약칭: PtOEP)와 같은 백금 착체나, 트리스(1,3-다이페닐-1,3-프로판다이오나토)(모노페난트롤린)유로퓸(III)(약칭: [Eu(DBM)3(Phen)]), 트리스[1-(2-테노일)-3,3,3-트라이플루오로아세토나토](모노페난트롤린)유로퓸(III)(약칭: [Eu(TTA)3(Phen)])과 같은 희토류 금속 착체를 들 수 있다.
상술한 것들 중에서도 피리미딘 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체는 신뢰성이나 발광 효율이 매우 뛰어나기 때문에 특히 바람직하다. 또한, 피라진 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체는 색도가 좋은 적색 발광이 얻어지기 때문에, 백색 발광 소자에 적용하면 연색성을 높일 수 있다.
또한, 상술한 것들 중에서도, 피리미딘 골격, 피라진 골격과 같은 다이아진 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체는, 정공 트랩성이 약하고 전자 트랩성이 높다. 따라서, 다이아진 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체가 적색의 발광을 나타내는 인광성 화합물로서 사용되고, 또한 적색 발광층이 청색 발광층보다 양극 측에 제공되는 경우 정공을 청색 발광층에 수송하기 쉽게 됨과 함께 적색 발광층을 전자가 통과함으로써 발광 효율이 저하되는 것(또는 경시적으로 발광 효율이 저하되는 것)을 억제할 수 있어 바람직하다.
또한, 인광성 화합물 대신, 열 활성화 지연 형광을 나타내는 재료, 즉, 열 활성화 지연 형광(TADF) 재료를 사용하여도 좋다. 여기서 지연 형광이란, 일반적인 형광과 동일한 스펙트럼을 가지면서도 수명이 현저하게 긴 발광을 말한다. 그 수명은 10-6초 이상, 바람직하게는 10-3초 이상이다. 열 활성화 지연 형광 재료로서, 구체적으로는 풀러렌이나 그 유도체, 프로플라빈 등의 아크리딘 유도체, 에오신 등을 들 수 있다. 또한, 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 카드뮴(Cd), 주석(Sn), 백금(Pt), 인듐(In), 또는 팔라듐(Pd) 등을 포함한 금속 함유 포르피린을 들 수 있다. 상기 금속 함유 포르피린으로서는, 예를 들어 프로토포르피린-불화 주석 착체(약칭: SnF2(Proto Ⅸ)), 메소포르피린-불화 주석 착체(약칭: SnF2(Meso Ⅸ)), 헤마토포르피린-불화 주석 착체(약칭: SnF2(Hemato Ⅸ)), 코프로포르피린테트라메틸에스테르-불화 주석 착체(약칭: SnF2(약칭: Copro III-4Me)), 옥타에틸포르피린-불화 주석 착체(약칭: SnF2(OEP)), 에티오포르피린-불화 주석 착체(약칭: SnF2(Etio Ⅰ)), 옥타에틸포르피린-염화 백금 착체(약칭: PtCl2(OEP)) 등을 들 수 있다. 또한, 2-(바이페닐-4-일)-4,6-비스(12-페닐인돌로[2,3-a]카바졸-11-일)-1,3,5-트라이아진(약칭: PIC-TRZ) 등의 π 전자 과잉형 복소 방향환 및 π 전자 부족형 복소 방향환을 갖는 복소환 화합물을 사용할 수도 있다. 또한, π 전자 과잉형 복소 방향환과 π 전자 부족형 복소 방향환이 직접 결합한 물질은, π 전자 과잉형 복소 방향환의 도너성도 π 전자 부족형 복소 방향환의 억셉터성도 둘 다 강해지며 S1준위(일중항 여기 에너지의 준위)와 T1준위 차이가 작아지기 때문에 특히 바람직하다.
전자 수송성 화합물로서는 예를 들어, 질소 함유 복소 방향족 화합물과 같은 π 전자 부족형 복소 방향족 화합물이나, 퀴놀린 골격 또는 벤조퀴놀린 골격을 갖는 금속 착체, 옥사졸계 배위자 또는 티아졸계 배위자를 갖는 금속 착체 등을 들 수 있다.
구체적으로는 예를 들어, 비스(10-하이드록시벤조[h]퀴놀리나토)베릴륨(약칭: BeBq2), 비스(2-메틸-8-퀴놀리놀라토)(4-페닐페놀라토)알루미늄(약칭: BAlq), 비스(8-퀴놀리놀라토)아연(II)(약칭: Znq), 비스[2-(2-하이드록시페닐)벤즈옥사졸라토]아연(약칭: Zn(BOX)2), 비스[2-(2-하이드록시페닐)벤조티아졸라토]아연(약칭: Zn(BTZ)2) 등의 금속 착체, 2-(4-바이페닐일)-5-(4-tert-부틸페닐)-1,3,4-옥사다이아졸(약칭: PBD), 3-(4-바이페닐일)-4-페닐-5-(4-tert-부틸페닐)-1,2,4-트라이아졸(약칭: TAZ), 1,3-비스[5-(p-tert-부틸페닐)-1,3,4-옥사다이아졸-2-일]벤젠(약칭: OXD-7), 9-[4-(5-페닐-1,3,4-옥사다이아졸-2-일)페닐]-9H-카바졸(약칭: CO11), 2,2',2"-(1,3,5-벤젠트라이일)트리스(1-페닐-1H-벤즈이미다졸)(약칭: TPBI), 2-[3-(다이벤조티오펜-4-일)페닐]-1-페닐-1H-벤즈이미다졸(약칭: mDBTBIm-II)과 같은 폴리아졸 골격을 갖는 복소환 화합물, 2-[3-(다이벤조티오펜-4-일)페닐]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mDBTPDBq-II), 2-[3'-(다이벤조티오펜-4-일)바이페닐-3-일]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mDBTBPDBq-II), 2-[4-(3,6-다이페닐-9H-카바졸-9-일)페닐]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2CzPDBq-III), 7-[3-(다이벤조티오펜-4-일)페닐]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 7mDBTPDBq-II), 및 6-[3-(다이벤조티오펜-4-일)페닐]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 6mDBTPDBq-II), 2-[3'-(9H-카바졸-9-일)바이페닐-3-일]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mCzBPDBq)과 같은 퀴녹살린 골격 또는 다이벤조퀴녹살린 골격을 갖는 복소환 화합물, 4,6-비스[3-(페난트렌-9-일)페닐]피리미딘(약칭: 4,6mPnP2Pm), 4,6-비스[3-(9H-카바졸-9-일)페닐]피리미딘(약칭: 4,6mCzP2Pm), 4,6-비스[3-(4-다이벤조티에닐)페닐]피리미딘(약칭: 4,6mDBTP2Pm-II)과 같은 다이아진 골격(피리미딘 골격이나 피라진 골격)을 갖는 복소환 화합물, 3,5-비스[3-(9H-카바졸-9-일)페닐]피리딘(약칭: 3,5DCzPPy), 1,3,5-트라이[3-(3-피리딜)페닐]벤젠(약칭: TmPyPB), 3,3',5,5'-테트라[(m-피리딜)-펜-3-일]바이페닐(약칭: BP4mPy)과 같은 피리딘 골격을 갖는 복소환 화합물을 들 수 있다. 상술한 것들 중에서도 퀴녹살린 골격 또는 다이벤조퀴녹살린 골격을 갖는 복소환 화합물, 다이아진(피리미딘이나 피라진) 골격을 갖는 복소환 화합물, 피리딘 골격을 갖는 복소환 화합물은 신뢰성이 양호하여 바람직하다. 특히, 다이아진 골격을 갖는 복소환 화합물은 전자 수송성이 높고 구동 전압의 저감에도 기여한다.
또한 트리스(8-퀴놀리놀라토)알루미늄(약칭: Alq), 트리스(4-메틸-8-퀴놀리놀라토)알루미늄(약칭: Almq3)과 같은 퀴놀린 골격 또는 벤조퀴놀린 골격을 갖는 금속 착체나, 바소페난트롤린(약칭: BPhen), 바소큐프로인(약칭: BCP), 3-(4-tert-부틸페닐)-4-(4-에틸페닐)-5-(4-바이페닐일)-1,2,4-트라이아졸(약칭: p-EtTAZ), 4,4'-비스(5-메틸벤즈옥사졸-2-일)스틸벤(약칭: BzOs)과 같은 복소 방향족 화합물을 들 수 있다. 또한, 폴리(2,5-피리딘다이일)(약칭: PPy), 폴리[(9,9-다이헥실플루오렌-2,7-다이일)-co-(피리딘-3,5-다이일)](약칭: PF-Py), 폴리[(9,9-다이옥틸플루오렌-2,7-다이일)-co-(2,2'-바이피리딘-6,6'-다이일)](약칭: PF-BPy)과 같은 고분자 화합물을 들 수 있다.
또한, 9-[4-(10-페닐-9-안트라센일)페닐]-9H-카바졸(약칭: CzPA), 9-페닐-3-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸(약칭: PCzPA), 3,6-다이페닐-9-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸(약칭: DPCzPA), 9,10-비스(3,5-다이페닐페닐)안트라센(약칭: DPPA), 9,10-다이(2-나프틸)안트라센(약칭: DNA), 2-tert-부틸-9,10-다이(2-나프틸)안트라센(약칭: t-BuDNA) 등, 전자 수송성인 한편, 정공을 받기 쉬운 화합물도 적합하게 사용할 수 있다. 본 발명의 일 형태인 발광 소자에서, 청색의 발광을 나타내며 정공 트랩성의 형광성 화합물을 분산하는 전자 수송성 화합물은 안트라센 골격을 가지면 전자 수송성을 가질 뿐만 아니라 정공도 받기 쉬우므로 바람직하다.
정공 수송성 화합물로서는, 예를 들어 방향족 아민 골격을 갖는 화합물, 카바졸 골격을 갖는 화합물, 티오펜 골격을 갖는 화합물, 또는 퓨란 골격을 갖는 화합물 등을 들 수 있고, 특히, π 전자 과잉형 복소 방향족 화합물이 바람직하다. 또한, 방향족 아민 골격을 갖는 화합물이나 카바졸 골격을 갖는 화합물은, 신뢰성이 양호하고, 또한, 정공 수송성이 높으며 구동 전압 저감에도 기여하기 때문에 바람직하다.
구체적으로는, 4-페닐-4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBA1BP), 4,4'-다이페닐-4"-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBBi1BP), 4-(1-나프틸)-4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBANB), 4,4'-다이(1-나프틸)-4"-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBNBB), 9,9-다이메틸-N-페닐-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]플루오렌-2-아민(약칭: PCBAF), N-페닐-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]스피로-9,9'-바이플루오렌-2-아민(약칭: PCBASF), 3-[N-(1-나프틸)-N-(9-페닐카바졸-3-일)아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzPCN1), 4,4',4''-트리스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]트라이페닐아민(약칭: 1'-TNATA), 2,7-비스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]스피로-9,9'-바이플루오렌(약칭: DPA2SF), N,N'-비스(9-페닐카바졸-3-일)-N,N'-다이페닐벤젠-1,3-다이아민(약칭: PCA2B), N-(9,9-다이메틸-2-다이페닐아미노-9H-플루오렌-7-일)다이페닐아민(약칭: DPNF), N,N',N''-트라이페닐-N,N',N''-트리스(9-페닐카바졸-3-일)벤젠-1,3,5-트라이아민(약칭: PCA3B), 2-[N-(9-페닐카바졸-3-일)-N-페닐아미노]스피로-9,9'-바이플루오렌(약칭: PCASF), 2-[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]스피로-9,9'-바이플루오렌(약칭: DPASF), N,N'-비스[4-(카바졸-9-일)페닐]-N,N'-다이페닐-9,9-다이메틸플루오렌-2,7-다이아민(약칭: YGA2F), N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-다이페닐-[1,1'-바이페닐]-4,4'-다이아민(약칭: TPD), 4,4'-비스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: DPAB), N-(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)-N-{9,9-다이메틸-2-[N'-페닐-N'-(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)아미노]-9H-플루오렌-7-일}페닐아민(약칭: DFLADFL), 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-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzDPA1), 3,6-비스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzDPA2), 4,4'-비스(N-{4-[N'-(3-메틸페닐)-N'-페닐아미노]페닐}-N-페닐아미노)바이페닐(약칭: DNTPD), 3,6-비스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-(1-나프틸)아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzTPN2) 등을 들 수 있다.
또한 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: NPB 또는 α-NPD), 4,4',4"-트리스(N,N-다이페닐아미노)트라이페닐아민(약칭: TDATA), 4,4',4"-트리스[N-(3-메틸페닐)-N-페닐아미노]트라이페닐아민(약칭: MTDATA), 4,4'-비스[N-(스피로-9,9'-바이플루오렌-2-일)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: BSPB), 4,4',4"-트리스(N-카바졸일)트라이페닐아민(약칭: TCTA), 4-페닐-4'-(9-페닐플루오렌-9-일)트라이페닐아민(약칭: BPAFLP), 4-페닐-3'-(9-페닐플루오렌-9-일)트라이페닐아민(약칭: mBPAFLP), 4,4'-비스[N-(9,9-다이메틸플루오렌-2-일)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: DFLDPBi)과 같은 방향족 아민 화합물이나, 1,3-비스(N-카바졸일)벤젠(약칭: mCP), 4,4'-다이(N-카바졸일)바이페닐(약칭: CBP), 3,6-비스(3,5-다이페닐페닐)-9-페닐카바졸(약칭: CzTP), 3,3'-비스(9-페닐-9H-카바졸)(약칭: PCCP), CzPA, PCzPA와 같은 카바졸 유도체를 들 수 있다. 또한, 폴리(N-비닐카바졸)(약칭: PVK), 폴리(4-비닐트라이페닐아민)(약칭: PVTPA), 폴리[N-(4-{N'-[4-(4-다이페닐아미노)페닐]페닐-N'-페닐아미노}페닐)메타크릴아마이드](약칭: PTPDMA), 폴리[N,N'-비스(4-부틸페닐)-N,N'-비스(페닐)벤지딘](약칭: Poly-TPD)과 같은 고분자 화합물을 들 수 있다.
또한, 4,4',4''-(1,3,5-벤젠트라이일)트라이(다이벤조티오펜)(약칭: DBT3P-II), 2,8-다이페닐-4-[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]다이벤조티오펜(약칭: DBTFLP-III), 4-[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]-6-페닐다이벤조티오펜(약칭: DBTFLP-IV)과 같은 티오펜 골격을 갖는 화합물이나, 4,4',4"-(1,3,5-벤젠트라이일)트라이(다이벤조퓨란)(약칭: DBF3P-II), 4-{3-[3-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]페닐}다이벤조퓨란(약칭: mmDBFFLBi-II)과 같은 퓨란 골격을 갖는 화합물을 들 수 있다.
호스트 재료로부터 게스트 재료로의 에너지 이동 효율을 높이기 위하여, 분자간의 이동 기구로서 알려져 있는 푀르스터 기구(쌍극자-쌍극자 상호 작용) 및 덱스터 기구(전자 교환 상호 작용)를 고려하여, 호스트 재료의 발광 스펙트럼(일중항 여기 상태로부터의 에너지 이동을 논하는 경우는 형광 스펙트럼, 삼중항 여기 상태로부터의 에너지 이동을 논하는 경우는 인광 스펙트럼)과 게스트 재료의 흡수 스펙트럼(더 자세하게 말하면, 가장 긴 파장(저에너지) 측의 흡수대에서의 스펙트럼)과의 중첩이 커지는 것이 바람직하다.
그러나 호스트 재료의 형광 스펙트럼을, 게스트 재료의 가장 긴 파장(저에너지) 측의 흡수대에서의 흡수 스펙트럼과 중첩시키는 것은 일반적으로 어렵다. 왜냐하면 상술한 것으로 인하여, 호스트 재료의 인광 스펙트럼은 형광 스펙트럼보다 긴 파장(저에너지) 측에 위치하기 때문에 호스트 재료의 T1 준위가 게스트 재료의 T1 준위를 밑돌아 상기 퀀칭의 문제가 발생되기 때문이다. 한편, 퀀칭의 문제를 회피하기 위하여, 호스트 재료의 T1 준위가 게스트 재료의 T1 준위를 웃돌도록 설계하면, 이번에는 호스트 재료의 형광 스펙트럼이 짧은 파장(고에너지) 측으로 시프트되기 때문에, 그 형광 스펙트럼은 게스트 재료의 가장 긴 파장(저에너지) 측의 흡수대에서의 흡수 스펙트럼과 중첩되지 않는다. 따라서, 호스트 재료의 형광 스펙트럼을 게스트 재료의 가장 긴 파장(저에너지) 측의 흡수대에서의 흡수 스펙트럼과 중첩시켜, 호스트 재료의 일중항 여기 상태로부터의 에너지 이동을 최대한으로 높이는 것은 일반적으로 어렵다.
그래서 본 발명의 일 형태인 발광 소자가 갖는 발광층은 인광성 화합물과 호스트 재료 외에 캐리어 수송성 화합물을 포함하고, 호스트 재료와 캐리어 수송성 화합물은 여기 착체(엑시플렉스라고도 함)를 형성하는 조합이라면 바람직하다. 이 경우, 발광층에서 캐리어(전자 및 정공)가 재결합할 때에 호스트 재료와 캐리어 수송성 화합물은 여기 착체를 형성한다. 그러므로, 발광층에서 호스트 재료의 형광 스펙트럼 및 캐리어 수송성 화합물의 형광 스펙트럼은 더 긴 파장 측에 위치하는 여기 착체의 발광 스펙트럼으로 변환된다. 그리고, 여기 착체의 발광 스펙트럼과 게스트 재료의 흡수 스펙트럼의 중첩이 커지도록, 호스트 재료와 캐리어 수송성 화합물을 선택하면, 일중항 여기 상태로부터의 에너지 이동을 최대한 높일 수 있다. 또한, 삼중항 여기 상태에 대해서도, 호스트 재료가 아니라 여기 착체로부터의 에너지 이동이 발생될 것으로 생각된다. 이와 같은 구성이 적용된 본 발명의 일 형태에서는 여기 착체의 발광 스펙트럼과 인광성 화합물의 흡수 스펙트럼의 중첩을 이용한 에너지 이동에 의하여 에너지 이동 효율을 높일 수 있어 외부 양자 효율이 높은 발광 소자를 실현할 수 있다.
호스트 재료 및 캐리어 수송성 화합물로서는 여기 착체가 생기는 조합이라면 좋고, 예를 들어 호스트 재료 및 캐리어 수송성 화합물 중 어느 한쪽이 전자 수송성 화합물이고 다른 쪽이 정공 수송성 화합물이라면 좋다. 전자 수송성 화합물 및 정공 수송성 화합물로서는 예를 들어 상술한 재료를 들 수 있다. 호스트 재료나 캐리어 수송성 화합물에 사용할 수 있는 재료는 상술한 재료에 한정되지 않고, 여기 착체를 형성할 수 있는 조합이고, 여기 착체의 발광 스펙트럼이 게스트 재료의 흡수 스펙트럼과 중첩되며, 여기 착체의 발광 스펙트럼의 피크가 게스트 재료의 흡수 스펙트럼의 피크보다 긴 파장 측에 위치하면 좋다.
또한, 호스트 재료 및 캐리어 수송성 화합물의 혼합비에 따라 캐리어 밸런스를 제어하여도 좋고, 구체적으로는 호스트 재료:캐리어 수송성 화합물=1:9~9:1의 범위가 바람직하다.
또한, 여기 착체는 2층의 계면에 형성되어도 좋다. 예를 들어, 전자 수송성 화합물을 포함한 층과 정공 수송성 화합물을 포함한 층을 적층시키면 이 계면 근방에서는 여기 착체가 형성되는데, 이 2층을 본 발명의 일 형태인 발광 소자의 발광층으로 하여도 좋다. 이 경우에, 인광성 화합물은 상기 계면 근방에 첨가되어 있으면 좋다. 또한, 인광성 화합물은 상기 2층 중 적어도 어느 한쪽 또는 양쪽에 첨가되어 있으면 좋다.
<정공 수송층>
정공 수송층(202)은 정공 수송성을 갖는 물질을 포함한 층이다.
정공 수송성을 갖는 물질로서는 전자보다 정공의 수송성이 높은 물질이면 좋고, 특히 10-6cm2/Vs 이상의 정공 이동도를 갖는 물질인 것이 바람직하다.
정공 수송층(202)에는, 발광층에 사용할 수 있는 물질로서 예시한 정공 수송성 화합물을 적용할 수 있다.
또한, CzPA, t-BuDNA, DNA, DPAnth 등의 방향족 탄화 수소 화합물도 사용할 수 있다.
<전자 수송층>
전자 수송층(204)은 전자 수송성을 갖는 물질을 포함한 층이다.
전자 수송성을 갖는 물질로서는 정공보다 전자의 수송성이 높은 물질이면 좋고, 특히 10-6cm2/Vs 이상의 전자 이동도를 갖는 물질인 것이 바람직하다.
전자 수송층(204)에는 예를 들어, 발광층에 사용할 수 있는 물질로서 예시한 전자 수송성 화합물을 적용할 수 있다.
또한, 전자 수송층은 양극 측의 제 1 전자 수송층과, 음극 측의 제 2 전자 수송층의 적층 구조라도 좋다. 이 때, 가장 음극 측에 위치하는 발광층에 접촉하는 제 1 전자 수송층에, 안트라센 골격을 갖는 물질이나 안트라센 골격 및 카바졸 골격을 갖는 물질을 사용하는 것이 바람직하다. 이 구성으로 함으로써 열화가 느리고 구동에 따른 전압 상승이 작은(구동에 따른 내부 저항의 상승이 적다고도 할 수 있음) 발광 소자를 실현할 수 있다.
일반적으로 음극으로부터 발광층으로 전자를 원활히 주입함으로써, 높은 장벽을 넘어 전자가 주입됨으로 인한 열화를 억제하거나 구동 전압을 낮게 하기 위하여, 전자 주입층의 재료, 전자 수송층의 재료, 호스트 재료의 LUMO 준위는 단계적으로 얕게 되도록 설계된다. 그러나, 본 발명의 일 형태인 발광 소자에서는, 전자 수송층에 사용되는 안트라센 골격을 갖는 물질의 LUMO 준위가 가장 깊은 경우에도 열화가 억제되는 것이 큰 특징이다. 물론, 상기 안트라센 골격을 갖는 물질의 LUMO 준위가 호스트 재료나 전자 주입층의 재료와 동등하거나, 상술한 바와 같이 전자 주입층의 재료와 호스트 재료 사이의 LUMO 준위인 경우에도 열화를 억제할 수 있다.
안트라센 골격을 갖는 물질로서는, 예를 들어 CzPA, 7-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-7H-다이벤조[c,g]카바졸(약칭: cgDBCzPA), 4-[3-(9,10-다이페닐-2-안트릴)페닐]다이벤조퓨란(약칭: 2mDBFPPA-II), 6-[3-(9,10-다이페닐-2-안트릴)페닐]-벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란(약칭: 2mBnfPPA) 등을 적합하게 사용할 수 있다.
제 1 전자 수송층에 안트라센 골격을 갖는 물질을 사용할 때 제 2 전자 수송층은 유기 화합물을 포함하여 구성된다. 상기 유기 화합물로서는 전자 수송성을 갖는 물질을 사용할 수 있다. 또한, 제 2 전자 수송층에 포함되는 유기 화합물의 LUMO 준위의 구성은, 호스트 재료로서 사용한 물질의 LUMO 준위보다 깊은 위치에 있는 것이 구동 전압의 관점에서 보아 바람직하다. 또한, 헤테로환을 포함하지 않으며 방향족 축합환만으로 구성되는, 소위 방향족 탄화 수소는 전자 수송층의 주된 재료로서 사용되면 발광 소자로서의 기능을 얻을 수 없다. 즉, 음극 또는 전자 주입층에 접촉하는 단층 구조의 전자 수송층에 안트라센 골격을 갖는 물질을 사용하면, 안트라센이 방향족 탄화 수소이기 때문에 음극으로부터 전자 수송층에 전자가 주입되기 어렵다. 따라서, 제 1 전자 수송층에 안트라센 골격을 갖는 물질을 사용할 때에는 제 1 전자 수송층의 음극 측에 제 2 전자 수송층을 제공할 필요가 있다. 제 2 전자 수송층에 사용하는 유기 화합물에는, 음극으로부터 전자를 받기 쉽거나, 안트라센 골격을 갖는 물질로 구성되는 제 1 전자 수송층에 대한 전자 주입 장벽이 작다는 성질이 요구된다. 음극으로부터 전자를 받기 쉽게 하기 위해서는 π 전자 부족형 복소 방향족 화합물이 바람직하고, 피리딘 골격을 포함한 복소 방향환, 프탈라진 골격을 포함한 복소 방향환, 피리미딘 골격을 포함한 복소 방향환, 피라진 골격을 포함한 복소 방향환, 트라이아진 골격을 포함한 복소 방향환 등을 갖는 복소 방향족 화합물을 들 수 있다. 이들 복소 방향환으로서 구체적으로는 예를 들어 피리딘, 피리미딘, 퀴놀린, 퀴녹살린, 다이벤조[f,h]퀴녹살린 등의 골격을 들 수 있으나 특히 유용한 것은 바이피리딘 골격이다. 바이피리딘 골격으로서는 2,2'-바이피리딘이나 페난트롤린이 바람직하다. 또한, 제 1 전자 수송층에 대한 전자 주입 장벽을 작게 하려면, 제 2 전자 수송층에 사용하는 유기 화합물의 LUMO 준위를 제 1 전자 수송층에 사용하는 안트라센 골격을 갖는 물질과 동등하게 하거나 또는 그것보다 더 얕게 하는 것이 바람직하다. 다만, 상술한 바와 같이, 호스트 재료보다는 깊은 것이 바람직하다.
제 2 전자 수송층에 사용할 수 있는 유기 화합물로서는, 예를 들어 Alq, BAlq, BCP, BPhen, 2,9-비스(나프탈렌-2-일)-4,7-다이페닐-1,10-페난트롤린(약칭: NBphen), BP4mPy, 2,2'-[2,2'-바이피리딘-5,6-다이일비스(바이페닐-4,4'-다이일)]비스벤즈옥사졸(약칭: BOxP2BPy) 등을 적합하게 사용할 수 있다.
<정공 주입층>
정공 주입층(201)은 정공 주입성을 갖는 물질을 포함한 층이다.
정공 주입성을 갖는 물질로서는 예를 들어, 산화 몰리브덴, 산화 티타늄, 산화 바나듐, 산화 레늄, 산화 루테늄, 산화 크로뮴, 산화 지르코늄, 산화 하프늄, 산화 탄탈, 산화 은, 산화 텅스텐, 산화 망간 등의 금속 산화물 등을 사용할 수 있다.
또한, 프탈로사이아닌(약칭: H2Pc), 구리(II)프탈로사이아닌(약칭: CuPc) 등 프탈로사이아닌계의 화합물을 사용할 수 있다.
또한, TDATA, MTDATA, DPAB, DNTPD, 1,3,5-트리스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]벤젠(약칭: DPA3B), PCzPCA1, PCzPCA2, PCzPCN1 등의 방향족 아민 화합물을 사용할 수 있다.
또한, PVK, PVTPA, PTPDMA, Poly-TPD 등의 고분자 화합물, 폴리(3,4-에틸렌다이옥시티오펜)/폴리(스타이렌설폰산)(PEDOT/PSS), 폴리아닐린/폴리(스타이렌설폰산)(PAni/PSS) 등 산(酸)이 첨가된 고분자 화합물을 사용할 수 있다.
또한, 정공 주입층(201)을 전하 발생 영역으로 하여도 좋다. 양극에 접촉하는 정공 주입층(201)을 전하 발생 영역으로 하면, 일함수의 값을 고려하지 않고 다양한 도전성 재료를 상기 양극에 사용할 수 있다. 전하 발생 영역을 구성하는 재료에 대해서는 나중에 설명한다.
<전자 주입층>
전자 주입층(205)은 전자 주입성을 갖는 물질을 포함한 층이다.
전자 주입성을 갖는 물질로서는 예를 들어, 리튬, 세슘, 칼슘, 산화 리튬, 탄산 리튬, 탄산 세슘, 불화 리튬, 불화 세슘, 불화 칼슘, 불화 에르븀과 같은 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 희토류 금속 또는 이들의 화합물(산화물, 탄산염, 할로겐화물 등)을 사용할 수 있다.
또한, 전자 주입층(205)을 전하 발생 영역으로 하여도 좋다. 음극에 접촉하는 전자 주입층(205)을 전하 발생 영역으로 하면, 일함수의 값을 고려하지 않고 다양한 도전성 재료를 상기 음극에 사용할 수 있다. 전하 발생 영역을 구성하는 재료에 대해서는 나중에 설명한다.
<전하 발생 영역>
정공 주입층 또는 전자 주입층을 구성하는 전하 발생 영역이나 전하 발생 영역(107)은 정공 수송성을 갖는 물질에 전자 수용체(억셉터)가 첨가된 구성을 가져도 좋고, 전자 수송성을 갖는 물질에 전자 공여체(도너)가 첨가된 구성을 가져도 좋다. 또한, 이 양쪽의 구성이 적층된 것으로 하여도 좋다.
정공 수송성을 갖는 물질이나 전자 수송성을 갖는 물질로서는, 발광층에 사용할 수 있는 물질로서 예시한 정공 수송성 화합물이나 전자 수송성 화합물을 들 수 있다.
또한, 전자 수용체로서는, 7,7,8,8-테트라사이아노-2,3,5,6-테트라플루오로퀴노다이메탄(약칭: F4-TCNQ), 클로라닐 등을 들 수 있다. 또한, 전이 금속 산화물을 들 수 있다. 또한, 원소 주기율표 중 제 4 족 내지 제 8 족에 속하는 금속의 산화물을 들 수 있다. 구체적으로는, 산화 바나듐, 산화 니오븀, 산화 탄탈, 산화 크로뮴, 산화 몰리브덴, 산화 텅스텐, 산화 망간, 산화 레늄은 전자 수용성이 높기 때문에 바람직하다. 그 중에서도, 산화 몰리브덴은 대기 중에서도 안정적이고, 흡습성이 낮으며, 취급하기 쉽기 때문에 특히 바람직하다.
또한, 전자 공여체로서는, 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 희토류 금속, 또는 원소 주기율표 중 제 13 족에 속하는 금속 및 그 산화물, 탄산염을 사용할 수 있다. 구체적으로는, 리튬, 세슘, 마그네슘, 칼슘, 이테르븀, 인듐, 산화 리튬, 탄산 세슘 등을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 테트라티아나프타센과 같은 유기 화합물을 전자 공여체로서 사용하여도 좋다.
또한, 상술한 EL층(103) 및 전하 발생 영역(107)을 구성하는 층은 각각 증착법(진공 증착법을 포함함), 전사(轉寫)법, 인쇄법, 잉크젯법, 도포법 등의 방법으로 형성할 수 있다.
본 실시형태의 발광 소자는 유리, 플라스틱 등으로 이루어진 기판 위에 제작하면 좋다. 기판 위에 제작하는 순서는, 제 1 전극(101) 측으로부터 순차적으로 적층하여도 좋고, 제 2 전극(105) 측으로부터 순차적으로 적층하여도 좋다. 발광 장치는, 하나의 발광 소자가 하나의 기판 위에 형성된 것이라도 좋지만, 복수의 발광 소자가 하나의 기판 위에 형성된 것이라도 좋다. 하나의 기판 위에 이와 같은 발광 소자를 복수로 제작함으로써, 소자 분할된 조명 장치나 패시브 매트릭스형 발광 장치를 제작할 수 있다. 또한, 유리, 플라스틱 등으로 이루어진 기판 위에, 예를 들어 박막 트랜지스터(TFT)를 형성하고, TFT와 전기적으로 접속된 전극 위에 발광 소자를 제작하여도 좋다. 이로써, TFT에 의하여 발광 소자의 구동을 제어하는 액티브 매트릭스형 발광 장치를 제작할 수 있다. 또한, TFT 구조는 특별히 한정되지 않는다. 스태거형 TFT라도 좋고, 역 스태거형 TFT라도 좋다. 또한, TFT에 사용되는 반도체의 결정성도 특별히 한정되지 않고, 비정질 반도체를 사용하여도 좋고 결정성 반도체를 사용하여도 좋다. 또한, TFT 기판에 형성되는 구동용 회로도 N형 및 P형의 TFT로 이루어진 것이라도 좋고, 또는 N형의 TFT 및 P형의 TFT 중 어느 한쪽만으로 이루어진 것이라도 좋다.
본 실시형태에서 제시한 발광 소자를 사용하여, 패시브 매트릭스형의 발광 장치나, 발광 소자의 구동이 트랜지스터에 의하여 제어된 액티브 매트릭스형의 발광 장치를 제작할 수 있다. 또한, 상기 발광 장치를 전자 기기 또는 조명 장치 등에 적용할 수 있다.
상술한 것으로부터, 본 발명의 일 형태인 발광 소자는 발광 효율이 양호하다. 또한, 본 발명의 일 형태인 발광 소자는 장수명이고 신뢰성이 높다. 또한, 본 발명의 일 형태인 발광 소자는 복수의 발광 물질로부터의 발광을 얻을 수 있다. 또한, 본 발명의 일 형태인 발광 소자는, 탠덤형과는 상이하기 때문에, 제작 공정도 복잡해지지 않고, 또한 중간층에 기인한 전력의 손실도 작다. 또한, 백색 발광 소자로서의 이용 가치도 높다.
본 실시형태는 다른 실시형태와 자유롭게 조합할 수 있다.
(실시형태 2)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태인 발광 장치에 대하여 도 4 및 도 5를 사용하여 설명한다. 본 실시형태에 따른 발광 장치는 본 발명의 일 형태인 발광 소자를 갖는다. 상기 발광 소자는 장수명이기 때문에 신뢰성이 높은 발광 장치를 실현할 수 있다.
도 4의 (A)는 본 발명의 일 형태인 발광 장치의 평면도이고, 도 4의 (B)는 도 4의 (A)를 일점 쇄선 A-B에서 절단한 단면도이다.
본 실시형태에 따른 발광 장치는 지지 기판(401), 밀봉 기판(405), 및 밀봉재(407)로 둘러싸인 공간(415) 내에 발광 소자(403)를 갖는다. 발광 소자(403)는 보텀 이미션 구조의 발광 소자이며 구체적으로는 지지 기판(401) 위에 가시광을 투과시키는 제 1 전극(421)을 갖고, 제 1 전극(421) 위에 EL층(423)을 갖고, EL층(423) 위에 제 2 전극(425)을 갖는다. 발광 소자(403)는 실시형태 1에서 제시한 본 발명의 일 형태가 적용된 발광 소자이다. 밀봉 기판(405) 중 발광 소자(403) 측의 면에는 건조제(418)를 갖는다.
제 1 단자(409a)는 보조 배선(417) 및 제 1 전극(421)과 전기적으로 접속된다. 제 1 전극(421) 위에서 보조 배선(417)과 중첩되는 영역에 절연층(419)이 제공되어 있다. 제 1 단자(409a)와 제 2 전극(425)은 절연층(419)에 의하여 전기적으로 절연되어 있다. 제 2 단자(409b)는 제 2 전극(425)과 전기적으로 접속된다. 또한, 본 실시형태에서는 보조 배선(417) 위에 제 1 전극(421)이 형성되는 구성을 제시하지만, 제 1 전극(421) 위에 보조 배선(417)을 형성하여도 좋다.
광 추출 구조(411a)는 지지 기판(401)과 대기와의 계면에 있는 것이 바람직하다. 지지 기판(401)과 대기와의 계면에 광 추출 구조(411a)를 제공함으로써 전(全)반사의 영향으로 인하여 대기에 추출할 수 없는 빛을 저감시키고 발광 장치의 빛의 추출 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 발광 소자(403)와 지지 기판(401)의 계면에 광 추출 구조(411b)를 갖는 것이 바람직하다. 광 추출 구조(411b)가 요철을 갖는 경우 광 추출 구조(411b)와 제 1 전극(421) 사이에 평탄화층(413)을 제공하는 것이 바람직하다. 이로써 제 1 전극(421)을 평탄한 막으로 할 수 있어 제 1 전극(421)의 요철에 기인하는 EL층(423)에서의 누설 전류 발생을 억제할 수 있다. 또한, 평탄화층(413)과 지지 기판(401)과의 계면에 광 추출 구조(411b)를 가지기 때문에, 전반사의 영향으로 인하여 대기에 추출할 수 없는 빛을 저감시키고 발광 장치의 빛의 추출 효율을 향상시킬 수 있다.
평탄화층(413)은, 광 추출 구조(411b)에 접촉하는 면에 비하여 제 1 전극(421)에 접촉하는 면이 더욱 평탄하다. 평탄화층(413)의 재료로서는 투광성을 갖고 굴절률이 높은 유리, 수지 등을 사용할 수 있다.
도 5의 (A)는 본 발명의 일 형태인 발광 장치의 평면도이고, 도 5의 (B)는 도 5의 (A)를 일점 쇄선 C-D에서 절단한 단면도이다.
본 실시형태에 따른 액티브 매트릭스형 발광 장치는 지지 기판(501) 위에 발광부(551), 구동 회로부(552)(게이트 측 구동 회로부), 구동 회로부(553)(소스 측 구동 회로부), 및 밀봉재(507)를 갖는다. 발광부(551) 및 구동 회로부(552), 구동 회로부(553)는 지지 기판(501), 밀봉 기판(505) 및 밀봉재(507)로 둘러싸인 공간(515)에 밀봉된다.
도 5의 (B)에는 컬러 필터 방식을 적용하여 제작한 경우의 발광부(551)를 도시하였다.
발광부(551)는 스위칭용 트랜지스터(541a)와, 전류 제어용 트랜지스터(541b)와, 트랜지스터(541b)의 배선(소스 전극 또는 드레인 전극)에 전기적으로 접속된 제 1 전극(521)을 포함하는 복수의 발광 유닛에 의하여 형성되어 있다.
발광부(551)가 갖는 발광 소자(503)는 톱 이미션 구조이고 제 1 전극(521)과, EL층(523)과, 가시광을 투과시키는 제 2 전극(525)으로 구성된다. 또한, 제 1 전극(521)의 단부를 덮어 격벽(519)이 형성된다.
지지 기판(501) 위에는, 구동 회로부(552) 및 구동 회로부(553)에 외부로부터의 신호(비디오 신호, 클록 신호, 스타트 신호, 또는 리셋 신호 등)나 전위를 전달하는 외부 입력 단자를 접속시키기 위한 리드 배선(517)이 제공된다. 여기서 외부 입력 단자로서 FPC(509)(Flexible Printed Circuit)를 제공하는 예를 제시한다.
구동 회로부(552) 및 구동 회로부(553)는 복수의 트랜지스터를 갖는다. 도 5의 (B)에서는 구동 회로부(552)가 갖는 트랜지스터들 중 2개의 트랜지스터(트랜지스터(542) 및 트랜지스터(543))를 도시하였다.
공정수의 증가를 막기 위해서는 리드 배선(517)을, 발광부나 구동 회로부에 사용하는 전극이나 배선과 동일한 재료로, 또한 동일한 공정으로 제작하는 것이 바람직하다. 본 실시형태에서는 리드 배선(517)을, 발광부(551) 및 구동 회로부(552)에 포함되는 트랜지스터의 소스 전극 및 드레인 전극과 동일한 재료로, 또한 동일한 공정으로 제작한 예를 제시한다.
도 5의 (B)에서는, 밀봉재(507)는 리드 배선(517) 위의 제 1 절연층(511)에 접촉한다. 밀봉재(507)는 금속과의 밀착성이 낮은 경우가 있다. 따라서, 밀봉재(507)는 리드 배선(517) 위에 제공된 무기 절연막에 접촉하는 것이 바람직하다. 이와 같은 구성으로 함으로써 밀봉성 및 밀착성이 높고 신뢰성이 높은 발광 장치를 실현할 수 있다. 무기 절연막으로서는, 금속이나 반도체의 산화물막, 금속이나 반도체의 질화물막, 금속이나 반도체의 산질화물막을 들 수 있고, 구체적으로는 산화 실리콘막, 질화 실리콘막, 산질화 실리콘막, 질화 산화 실리콘막, 산화 알루미늄막, 산화 티타늄막 등을 들 수 있다.
또한, 제 1 절연층(511)은 트랜지스터를 구성하는 반도체로 불순물이 확산되는 것을 억제하는 효과를 갖는다. 또한, 제 2 절연층(513)으로서는, 트랜지스터에 기인한 표면 요철을 저감하기 위하여 평탄화 기능을 갖는 절연막을 선택하는 것이 바람직하다.
도 5의 (B)에 도시된 밀봉 기판(505)에는, 발광 소자(503)(의 발광 영역)와 중첩되는 위치에 착색층인 컬러 필터(533)가 제공되어 있고, 격벽(519)과 중첩되는 위치에 블랙 매트릭스(531)가 제공되어 있다. 또한 컬러 필터(533) 및 블랙 매트릭스(531)를 덮는 오버 코트층(535)이 제공되어 있다.
본 발명의 일 형태인 발광 장치에 사용할 수 있는 재료의 일례를 이하에서 기재한다.
[기판]
발광 소자로부터 빛을 추출하는 측의 기판에는, 상기 빛에 대한 투광성을 갖는 재료를 사용한다. 예를 들어, 유리, 석영, 세라믹, 사파이어, 유기 수지 등의 재료를 사용할 수 있다. 또한, 플렉시블 발광 장치의 기판에는 가요성을 갖는 재료를 사용한다.
유리로서는, 예를 들어 무알칼리 유리, 바륨보로실리케이트 유리, 알루미노보로실리케이트 유리 등을 사용할 수 있다.
가요성 및 가시광에 대한 투광성을 갖는 재료로서는, 예를 들어, 가요성을 가질 정도의 두께를 갖는 유리나, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN) 등의 폴리에스테르 수지, 폴리아크릴로나이트릴 수지, 폴리이미드 수지, 폴리메틸메타크릴레이트 수지, 폴리카보네이트(PC) 수지, 폴리에테르설폰(PES) 수지, 폴리아마이드 수지, 사이클로올레핀 수지, 폴리스타이렌 수지, 폴리아마이드이미드 수지, 폴리염화비닐 수지 등을 들 수 있다. 특히, 열팽창 계수가 낮은 재료를 사용하는 것이 바람직하고, 예를 들어, 폴리아마이드이미드 수지, 폴리이미드 수지, PET 등을 적합하게 사용할 수 있다. 또한, 유리 섬유에 수지를 함침(含浸)시킨 기판이나, 무기 필러(filler)를 유기 수지와 섞어서 열팽창 계수를 낮춘 기판을 사용할 수도 있다. 이와 같은 재료가 사용된 기판의 중량은 가볍기 때문에 상기 기판이 사용된 발광 장치도 경량으로 할 수 있다.
또한, 발광을 추출하지 않는 측의 기판은 투광성을 갖지 않아도 좋기 때문에 상술한 기판 외에, 금속 재료나 합금 재료를 사용한 금속 기판 등을 사용할 수도 있다. 금속 재료나 합금 재료는 열전도성이 높고 밀봉 기판 전체에 열을 전도하기 쉽기 때문에, 발광 장치의 국소적 온도 상승을 억제할 수 있어 바람직하다. 가요성이나 굴곡성을 얻기 위하여 금속 기판의 두께는 10μm 이상 200μm 이하가 바람직하고, 20μm 이상 50μm 이하가 더 바람직하다.
금속 기판을 구성하는 재료는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어, 알루미늄, 구리, 니켈, 또는 알루미늄 합금이나 스테인리스 등 금속의 합금 등을 적합하게 사용할 수 있다.
또한, 도전성 기판의 표면을 산화하거나 또는 그 표면에 절연막을 형성하는 등의 절연 처리가 수행된 기판을 사용하여도 좋다. 예를 들어, 스핀 코팅법이나 딥법 등의 도포법, 전착법, 증착법 또는 스퍼터링법 등을 이용하여 절연막을 형성하여도 좋고, 산소 분위기하에서 방치 또는 가열하는 방법이나, 양극 산화법 등에 의하여 기판 표면에 산화막을 형성하여도 좋다.
가요성 기판은, 상술한 재료를 사용한 층과, 발광 장치의 표면을 손상 등으로부터 보호하는 하드 코트층(예를 들어, 질화 실리콘층 등)이나, 압력을 분산시킬 수 있는 재질의 층(예를 들어, 아라미드 수지층 등) 등이 적층되어 구성되어도 좋다. 또한, 수분 등으로 인한 발광 소자의 수명 저하 등을 억제하기 위하여 질화 실리콘막이나 산질화 실리콘막 등 질소와 실리콘을 포함한 막이나, 질화 알루미늄막 등 질소와 알루미늄을 포함한 막 등, 투수성이 낮은 절연막을 가져도 좋다.
기판으로서, 복수의 층을 적층하여 사용할 수도 있다. 특히, 유리층을 갖는 구성으로 하면 물이나 산소에 대한 배리어성이 향상되어 신뢰성이 높은 발광 장치로 할 수 있다.
예를 들어 발광 소자 측으로부터 유리층, 접착층, 및 유기 수지층을 적층한 기판을 사용할 수 있다. 상기 유리층의 두께는 20μm 이상 200μm 이하, 바람직하게는 25μm 이상 100μm 이하로 한다. 이와 같은 두께를 갖는 유리층은 물이나 산소에 대한 높은 배리어성과 가요성을 함께 실현할 수 있다. 또한, 유기 수지층의 두께는 10μm 이상 200μm 이하, 바람직하게는 20μm 이상 50μm 이하로 한다. 이와 같은 유기 수지층을 유리층보다 외측에 제공함으로써 유리층의 깨짐이나 크랙을 억제하고 기계적 강도를 향상시킬 수 있다. 이와 같은 유리 재료와 유기 수지의 복합 재료를 기판에 적용함으로써 신뢰성이 매우 높은 플렉시블 발광 장치로 할 수 있다.
[절연막]
지지 기판과 발광 소자 사이나 지지 기판과 트랜지스터 사이에 절연막을 형성하여도 좋다. 절연막은 산화 실리콘, 질화 실리콘, 산질화 실리콘, 질화 산화 실리콘 등의 무기 절연 재료를 사용하여 형성할 수 있다. 특히, 트랜지스터나 발광 소자에 대한 수분 등의 침입을 억제하기 위하여 산화 실리콘막, 질화 실리콘막, 산화 알루미늄막 등, 투수성이 낮은 절연막을 사용하는 것이 바람직하다. 같은 목적으로 및 같은 재료를 사용하여 트랜지스터나 발광 소자를 덮는 절연막을 제공하여도 좋다.
[발광 소자]
본 발명의 일 형태인 발광 장치는 실시형태 1에서 제시한 발광 소자를 하나 이상 갖는다.
[격벽]
격벽으로서는 유기 수지 또는 무기 절연 재료를 사용할 수 있다. 유기 수지로서는 예를 들어, 폴리이미드 수지, 폴리아마이드 수지, 아크릴 수지, 실록산 수지, 에폭시 수지, 또는 페놀 수지 등을 사용할 수 있다. 무기 절연 재료로서는 산화 실리콘이나 산질화 실리콘 등을 사용할 수 있다. 감광성 수지를 사용하면 격벽의 제작이 용이하게 되므로 특히 바람직하다.
격벽의 형성 방법으로서는, 특별한 제한은 없지만, 예를 들어 포토리소그래피법, 스퍼터링법, 증착법, 액적 토출법(잉크젯법 등), 인쇄법(스크린 인쇄, 오프셋 인쇄 등) 등을 이용하면 좋다.
[보조 배선]
보조 배선은 반드시 제공할 필요는 없지만 전극의 저항에 기인하는 전압 강하를 억제할 수 있으므로 제공하는 것이 바람직하다.
보조 배선의 재료는 구리(Cu), 티타늄(Ti), 탄탈(Ta), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 크로뮴(Cr), 네오디뮴(Nd), 스칸듐(Sc), 니켈(Ni) 중에서 선택된 재료 또는 이것을 주성분으로 하는 합금 재료를 사용하여 단층으로 또는 적층하여 형성한다. 또한, 보조 배선의 재료로서 알루미늄을 사용할 수도 있다. 알루미늄을 사용하는 경우는 투명 산화물 도전 재료를 직접 접촉시켜서 제공하면 부식될 우려가 있다. 그러므로, 부식되지 않도록 보조 배선을 적층 구조로 하고, ITO 등과 접촉되지 않는 층에 알루미늄을 사용하는 것이 바람직하다. 보조 배선의 막 두께는 0.1μm 이상 3μm 이하로 할 수 있고 바람직하게는 0.1μm 이상 0.5μm 이하이다.
보조 배선의 재료에 페이스트(은 페이스트 등)를 사용하면 보조 배선을 구성하는 금속이 입자 형태가 되어 응집하게 된다. 그러므로, 보조 배선의 표면이 거칠게 되어 틈이 많은 구성이 되고, 예를 들어 절연층(419) 위에 보조 배선을 제공하더라도 EL층이 보조 배선을 완전히 덮기가 어려워 상부 전극이 보조 배선에 전기적으로 접속되기 쉬워져 바람직하다.
[밀봉재]
발광 장치의 밀봉 방법에 한정은 없고, 예를 들어 고체 밀봉이라도 좋고 중공 밀봉이라도 좋다. 예를 들어 글라스 프릿 등의 유리 재료나, 2액 혼합형의 수지 등 상온에서 경화되는 경화 수지, 광 경화성 수지, 열 경화성 수지 등의 수지 재료를 사용할 수 있다. 발광 장치는, 질소나 아르곤 등의 불활성 기체로 충전(充塡)되어도 좋고, PVC(폴리비닐클로라이드) 수지, 아크릴 수지, 폴리이미드 수지, 에폭시 수지, 실리콘(silicone) 수지, PVB(폴리비닐부티랄) 수지, EVA(에틸렌비닐아세테이트) 수지 등의 수지로 충전되어도 좋다. 또한, 수지 내에 건조제가 포함되어도 좋다.
[광 추출 구조]
광 추출 구조로서는, 반구(半球) 렌즈, 마이크로 렌즈 어레이, 요철 구조가 형성된 필름, 광 확산 필름 등을 사용할 수 있다. 예를 들어, 기판 위에 상기 렌즈나 필름을, 상기 기판 또는 상기 렌즈나 필름과 같은 정도의 굴절률을 갖는 접착제 등을 사용하여 접착함으로써 광 추출 구조를 형성할 수 있다.
[트랜지스터]
본 발명의 일 형태인 발광 장치는 트랜지스터를 가져도 좋다. 트랜지스터의 구조는 한정되지 않고, 톱 게이트형 트랜지스터를 사용하여도 좋고 역 스태거형 등의 보텀 게이트형 트랜지스터를 사용하여도 좋다. 또한, n채널형 트랜지스터를 사용하여도 좋고 p채널형 트랜지스터를 사용하여도 좋다. 또한, 트랜지스터에 사용하는 재료에 대해서도 특별한 한정은 없다. 예를 들어 실리콘이나 In-Ga-Zn계 금속 산화물 등의 산화물 반도체를 채널 형성 영역에 사용한 트랜지스터를 적용할 수 있다.
본 실시형태는 다른 실시형태와 적절히 조합할 수 있다.
(실시형태 3)
본 실시형태에서는, 본 발명의 일 형태를 적용한 발광 장치를 사용한 전자 기기 및 조명 장치의 일례를 도 6 및 도 7을 사용하여 설명한다.
본 실시형태에 따른 전자 기기는 표시부에 본 발명의 일 형태인 발광 장치를 갖는다. 또한, 본 실시형태에 따른 조명 장치는 발광부(조명부)에 본 발명의 일 형태인 발광 장치를 갖는다. 본 발명의 일 형태인 발광 장치를 적용함으로써 신뢰성이 높은 전자 기기나 조명 장치를 실현할 수 있다.
발광 장치를 적용한 전자 기기로서, 예를 들어, 텔레비전 장치(텔레비전, 또는 텔레비전 수신기라고도 함), 컴퓨터용 등의 모니터, 디지털 카메라, 디지털 비디오 카메라, 디지털 포토 프레임, 휴대 전화기(휴대 전화, 휴대 전화 장치라고도 함), 휴대형 게임기, 휴대 정보 단말, 음향 재생 장치, 파칭코기 등의 대형 게임기 등을 들 수 있다. 이들 전자 기기 및 조명 장치의 구체예를 도 6 및 도 7에 도시하였다.
도 6의 (A)는 텔레비전 장치의 일례를 도시한 것이다. 텔레비전 장치(7100)는 하우징(7101)에 표시부(7102)가 제공되어 있다. 표시부(7102)에서는 영상을 표시할 수 있다. 본 발명의 일 형태를 적용한 발광 장치는 표시부(7102)에 사용될 수 있다. 또한, 여기서는 스탠드(7103)에 의하여 하우징(7101)을 지탱한 구성을 도시하였다.
텔레비전 장치(7100)는 하우징(7101)이 갖는 조작 스위치나, 별체의 리모트 컨트롤러(7111)로 조작할 수 있다. 리모트 컨트롤러(7111)가 갖는 조작 키에 의하여 채널이나 음량을 조작할 수 있고 표시부(7102)에 표시되는 영상을 조작할 수 있다. 또한, 리모트 컨트롤러(7111)에, 이 리모트 컨트롤러(7111)로부터 출력되는 정보를 표시하는 표시부를 제공하는 구성으로 하여도 좋다.
또한, 텔레비전 장치(7100)는 수신기나 모뎀 등을 갖는 구성으로 한다. 수신기에 의하여 일반적인 텔레비전 방송을 수신할 수 있고, 또한 모뎀을 통하여 유선 또는 무선에 의하여 통신 네트워크에 접속함으로써 일 방향(송신자로부터 수신자) 또는 쌍방향(송신자와 수신자간, 또는 수신자간끼리 등)의 정보 통신을 수행할 수도 있다.
도 6의 (B)는 컴퓨터의 일례를 도시한 것이다. 컴퓨터(7200)는 본체(7201), 하우징(7202), 표시부(7203), 키보드(7204), 외부 접속 포트(7205), 포인팅 디바이스(7206) 등을 포함한다. 또한, 컴퓨터는 본 발명의 일 형태인 발광 장치를 그 표시부(7203)에 사용함으로써 제작된다.
도 6의 (C)는 휴대형 게임기의 일례를 도시한 것이다. 휴대형 게임기(7300)는 하우징(7301a)과 하우징(7301b)의 두 개의 하우징으로 구성되어 있고, 연결부(7302)에 의하여 개폐 가능하게 연결되어 있다. 하우징(7301a)에는 표시부(7303a)가 제공되고, 하우징(7301b)에는 표시부(7303b)가 제공된다. 또한, 도 6의 (C)에 도시된 휴대형 게임기는 스피커부(7304), 기록 매체 삽입부(7305), 조작 키(7306), 접속 단자(7307), 센서(7308)(힘, 변위, 위치, 속도, 가속도, 각속도, 회전수, 거리, 빛, 액체, 자기, 온도, 화학 물질, 음성, 시간, 경도(硬度), 전기장, 전류, 전압, 전력, 방사선, 유량, 습도, 경사도, 진동, 냄새, 또는 적외선을 측정하는 기능을 포함하는 것), LED램프, 마이크로폰 등을 갖는다. 휴대형 게임기의 구성이 상술한 것에 한정되지 아니함은 물론이고, 적어도 표시부(7303a) 및 표시부(7303b)의 양쪽 모두 또는 한쪽에 본 발명의 일 형태인 발광 장치를 사용하면 좋으며, 기타 부속 설비가 적절히 제공된 구성으로 할 수 있다. 도 6의 (C)에 도시된 휴대형 게임기는, 기록 매체에 기록되어 있는 프로그램 또는 데이터를 판독하여 표시부에 표시하는 기능이나, 다른 휴대형 게임기와 무선 통신을 수행하여 정보를 공유하는 기능을 갖는다. 또한, 도 6의 (C)에 도시한 휴대형 게임기가 갖는 기능은 이것에 한정되지 않고, 다양한 기능을 가질 수 있다.
도 6의 (D)는 휴대 전화기의 일례를 도시한 것이다. 휴대 전화기(7400)는 하우징(7401)에 제공된 표시부(7402) 외에 조작 버튼(7403), 외부 접속 포트(7404), 스피커(7405), 마이크로폰(7406) 등을 갖는다. 또한, 휴대 전화기(7400)는 본 발명의 일 형태인 발광 장치를 표시부(7402)에 사용함으로써 제작된다.
도 6의 (D)에 도시된 휴대 전화기(7400)는 표시부(7402)를 손가락 등으로 터치함으로써 정보를 입력할 수 있다. 또한, 전화를 걸거나, 또는 메일을 작성하는 등의 조작은, 표시부(7402)를 손가락 등으로 터치함으로써 수행할 수 있다.
표시부(7402)의 화면은 주로 세 가지 모드가 있다. 제 1 모드는 화상의 표시를 주로 하는 표시 모드이며, 제 2 모드는 문자 등의 정보의 입력을 주로 하는 입력 모드이다. 제 3 모드는 표시 모드와 입력 모드의 두 가지의 모드가 혼합된 표시+입력 모드이다.
예를 들어, 전화를 걸거나 또는 메일을 작성하려면, 표시부(7402)를 문자의 입력이 주된 입력 모드로 함으로써, 화면에 표시된 문자의 입력 조작을 수행하면 좋다.
또한, 휴대 전화기(7400) 내부에 자이로 센서, 가속도 센서 등 기울기를 검출하는 센서를 갖는 검출 장치를 제공함으로써, 휴대 전화기(7400)의 방향(세로인지 가로인지)을 판단하여 표시부(7402)의 화면 표시를 자동적으로 전환하도록 할 수 있다.
또한, 화면 모드의 전환은, 표시부(7402)를 터치하는 것, 또는 하우징(7401)의 조작 버튼(7403)의 조작에 의하여 수행된다. 또한, 표시부(7402)에 표시되는 화상의 종류에 따라 화면 모드를 전환하도록 할 수도 있다. 예를 들어, 표시부에 표시하는 화상 신호가 동영상의 데이터이면 표시 모드, 텍스트 데이터이면 입력 모드로 전환한다.
또한, 입력 모드에 있어서, 표시부(7402)의 광 센서에서 검출되는 신호를 검지하고, 표시부(7402)의 터치 조작에 의한 입력이 일정 기간 없는 경우에는, 화면의 모드를 입력 모드로부터 표시 모드로 전환하도록 제어하여도 좋다.
표시부(7402)는, 이미지 센서로서 기능시킬 수도 있다. 예를 들어, 표시부(7402)를 손바닥이나 손가락으로 터치함으로써, 손바닥 무늬, 지문 등을 촬상(撮像)하여, 본인 인증을 수행할 수 있다. 또한, 표시부에 근적외광을 발광하는 백 라이트 또는 근적외광을 발광하는 센싱용 광원을 사용하면, 손가락 정맥, 손바닥 정맥 등을 촬상할 수도 있다.
도 6의 (E)는 절반으로 접을 수 있는 태블릿형 단말(펼친 상태)의 일례를 도시한 것이다. 태블릿형 단말(7500)은 하우징(7501a), 하우징(7501b), 표시부(7502a), 표시부(7502b)를 갖는다. 하우징(7501a) 및 하우징(7501b)은 축부(7503)에 의하여 접속되어 있고, 상기 축부(7503)를 축으로 하여 개폐 동작을 수행할 수 있다. 또한, 하우징(7501a)은 전원(7504), 조작 키(7505), 스피커(7506) 등을 갖는다. 또한, 태블릿형 단말(7500)은 본 발명의 일 형태인 발광 장치를 표시부(7502a), 표시부(7502b)의 양쪽 모두 또는 한쪽에 사용함으로써 제작된다.
표시부(7502a)나 표시부(7502b)는 적어도 일부를 터치 패널의 영역으로 할 수 있으며, 표시된 조작 키를 터치함으로써 데이터를 입력할 수 있다. 예를 들어, 표시부(7502a)의 전체 면에 키보드 버튼을 표시시켜 터치 패널로 하고, 표시부(7502b)를 표시 화면으로서 사용할 수 있다.
도 7의 (A)에 있어서 실내의 조명 장치(7601), 롤형 조명 장치(7602), 탁상 조명 장치(7603), 및 면상의 조명 장치(7604) 각각은 본 발명의 일 형태인 발광 장치를 사용한 조명 장치의 일례를 도시한 것이다. 본 발명의 일 형태인 발광 장치는 대면적화도 가능하기 때문에, 대면적의 조명 장치로서 사용할 수 있다. 또한, 두께가 얇기 때문에 벽에 장착하여 사용할 수 있다.
도 7의 (B)에 도시된 탁상 조명 장치는 조명부(7701), 지주(7703), 지지대(7705) 등을 갖는다. 조명부(7701)에는 본 발명의 일 형태인 발광 장치가 사용되어 있다. 본 발명의 일 형태를 사용하면, 발광부가 곡면을 갖는 조명 장치, 또는 플렉시블하게 휘어지는 조명부를 갖는 조명 장치를 실현할 수 있다. 이와 같이 플렉시블한 발광 장치를 조명 장치에 사용하면 조명 장치의 디자인 자유도가 향상될 뿐만 아니라, 예를 들어 자동차의 천장, 계기판 등 곡면을 갖는 장소에도 조명 장치를 설치할 수 있게 된다.
본 실시형태는 다른 실시형태와 적절히 조합할 수 있다.
(실시예 1)
본 실시예에서는, 본 발명의 일 형태인 발광 소자에 대하여 도 8을 사용하여 설명한다. 본 실시예에서 사용한 재료의 화학식을 이하에 나타낸다.
Figure 112014043930389-pat00001
본 실시예의 발광 소자는 세 개의 발광층을 갖는다. 발광 소자 1은, 양극 측으로부터 녹색 발광층, 적색 발광층, 청색 발광층이 적층되어 있다. 비교 발광 소자 2는, 양극 측으로부터 적색 발광층, 녹색 발광층, 청색 발광층이 적층되어 있다. 본 실시예의 발광 소자 1 및 비교 발광 소자 2의 제작 방법을 이하에서 제시한다.
(발광 소자 1)
우선, 산화 실리콘을 포함한 인듐 주석 산화물(ITSO)막을 유리 기판 위에 스퍼터링법으로 형성하여 제 1 전극(1101)을 형성하였다. 또한, 이 막 두께를 110nm로 하고, 전극 면적을 2mm×2mm로 하였다. 여기서, 제 1 전극(1101)은 발광 소자의 양극으로서 기능하는 전극이다.
다음에, 유리 기판 위에 발광 소자를 형성하기 위한 전(前)처리로서, 기판 표면을 물로 세정하고, 200℃로 1시간 동안 소성한 후, UV 오존 처리를 370초 동안 수행하였다.
그 후에 내부가 10-4Pa 정도까지 감압된 진공 증착 장치에 유리 기판을 도입하고, 진공 증착 장치 내의 가열실에서 170℃로 30분 동안 진공 소성한 후, 유리 기판을 30분 정도 방랭하였다.
다음에, 제 1 전극(1101)이 형성된 면이 하방을 향하도록, 제 1 전극(1101)이 형성된 유리 기판을 진공 증착 장치 내에 제공된 기판 홀더에 고정하고, 10-4Pa 정도까지 감압한 후, 저항 가열을 이용한 증착법으로 4,4',4''-(1,3,5-벤젠트라이일)트라이(다이벤조티오펜)(약칭: DBT3P-II)과 산화 몰리브덴(VI)을 제 1 전극(1101) 위에 공증착함으로써 정공 주입층(1111)을 형성하였다. 이 막 두께는 40nm로 하고, DBT3P-II와 산화 몰리브덴의 비율은 중량 비율로 2:1(=DBT3P-II:산화 몰리브덴)이 되도록 조절하였다. 또한, 공증착법이란, 하나의 처리실 내에서 복수의 증발원으로부터 동시에 증착하는 증착법이다.
다음에, 정공 주입층(1111) 위에 4,4'-다이(1-나프틸)-4"-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBNBB)을 막 두께가 20nm가 되도록 성막하여 정공 수송층(1112)을 형성하였다.
또한 2-[3'-(다이벤조티오펜-4-일)바이페닐-3-일]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mDBTBPDBq-II), 4,4'-다이(1-나프틸)-4"-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBNBB) 및 (아세틸아세토나토)비스(6-tert-부틸-4-페닐피리미디나토)이리듐(III)(약칭: [Ir(tBuppm)2(acac)])을 공증착함으로써, 녹색 발광층인 제 1 발광층(1113a)을 정공 수송층(1112) 위에 형성하였다. 이 막 두께는 20nm로 하고 2mDBTBPDBq-II, PCBNBB, 및 [Ir(tBuppm)2(acac)]의 중량비는 0.7:0.3:0.05(＝2mDBTBPDBq-II:PCBNBB:[Ir(tBuppm)2(acac)])가 되도록 조절하였다.
다음에, 2mDBTBPDBq-II, PCBNBB, 및 비스(2,3,5-트라이페닐피라지나토)(다이피발로일메타나토)이리듐(III)(약칭: [Ir(tppr)2(dpm)])을 공증착함으로써 적색 발광층인 제 2 발광층(1113b)을 제 1 발광층(1113a) 위에 형성하였다. 이 막 두께는 5nm로 하고, 2mDBTBPDBq-II, PCBNBB 및 [Ir(tppr)2(dpm)]의 중량비는 0.8:0.2:0.05(=2mDBTBPDBq-II:PCBNBB:[Ir(tppr)2(dpm)])가 되도록 조절하였다.
다음에, 3,5-비스[3-(9H-카바졸-9-일)페닐]피리딘(약칭: 3,5DCzPPy), 9-페닐-9H-3-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)카바졸(약칭: PCCP), 및 트리스{2-[5-(2-메틸페닐)-4-(2,6-다이메틸페닐)-4H-1,2,4-트라이아졸-3-일-κN2]페닐-κC}이리듐(III)(약칭: [Ir(mpptz-dmp)3])을 공증착함으로써 청색 발광층인 제 3 발광층(1113c)을 제 2 발광층(1113b) 위에 형성하였다. 이 막 두께는 30nm로 하고, 3,5DCzPPy, PCCP, 및 [Ir(mpptz-dmp)3]의 중량비는 0.3:0.7:0.06(=3,5DCzPPy:PCCP:[Ir(mpptz-dmp)3])이 되도록 조절하였다.
다음에, 3,5DCzPPy를 막 두께 10nm가 되도록 증착하고, 또한 바소페난트롤린(약칭: BPhen)을 막 두께 20nm가 되도록 증착함으로써 제 3 발광층(1113c) 위에 전자 수송층(1114)을 형성하였다.
또한 불화 리튬(LiF)을 막 두께 1nm가 되도록 증착함으로써 전자 수송층(1114) 위에 전자 주입층(1115)을 형성하였다.
마지막에 음극으로서 기능하는 제 2 전극(1103)으로서 알루미늄을 막 두께 200nm가 되도록 증착하였다.
(비교 발광 소자 2)
비교 발광 소자 2는, 발광층(제 1 발광층(1113a), 제 2 발광층(1113b), 및 제 3 발광층(1113c)) 이외는 발광 소자 1과 마찬가지로 제작하였다. 이하에서는 비교 발광 소자 2의 발광층의 제작 방법에 대하여 설명한다.
우선, 2mDBTBPDBq-II, PCBNBB, 및 [Ir(tppr)2(dpm)]을 공증착함으로써 적색 발광층인 제 1 발광층(1113a)을 정공 수송층(1112) 위에 형성하였다. 이 막 두께는 10nm로 하고, 2mDBTBPDBq-II, PCBNBB, 및 [Ir(tppr)2(dpm)]의 중량비는 0.5:0.5:0.05(=2mDBTBPDBq-II:PCBNBB:[Ir(tppr)2(dpm)])가 되도록 조절하였다.
그 다음에 2mDBTBPDBq-II, PCBNBB, 및 [Ir(tBuppm)2(acac)]를 공증착함으로써 녹색 발광층인 제 2 발광층(1113b)을 제 1 발광층(1113a) 위에 형성하였다. 이 막 두께는 10nm로 하고 2mDBTBPDBq-II, PCBNBB, 및 [Ir(tBuppm)2(acac)]의 중량비는 0.5:0.5:0.05(＝2mDBTBPDBq-II:PCBNBB:[Ir(tBuppm)2(acac)])가 되도록 조절하였다.
그리고 3,5DCzPPy, PCCP, 및 [Ir(mpptz-dmp)3]을 공증착함으로써 청색 발광층인 제 3 발광층(1113c)을 제 2 발광층(1113b) 위에 형성하였다. 이 막 두께는 30nm로 하고 3,5DCzPPy, PCCP, 및 [Ir(mpptz-dmp)3]의 중량비는 0.5:0.5:0.06(＝3,5DCzPPy:PCCP:[Ir(mpptz-dmp)3])이 되도록 조절하였다.
또한, 상술한 증착 과정에서, 증착에는 모두 저항 가열법을 이용하였다.
상술한 바와 같이 하여 얻어진 본 실시예의 발광 소자의 소자 구조를 표 1에 나타낸다.
Figure 112014043930389-pat00002
Figure 112014043930389-pat00003
Figure 112014043930389-pat00004
발광 소자 1 및 비교 발광 소자 2를 질소 분위기의 글로브박스 내에서 발광 소자가 대기에 노출되지 않도록 유리 기판으로 밀봉하는 작업을 수행한 후, 본 실시예의 발광 소자의 동작 특성을 측정하였다. 측정은 실온(25℃로 유지된 분위기하)에서 수행하였다.
도 9는 본 실시예의 발광 소자의 휘도-전류 효율 특성을 나타낸 것이다. 도 9에 있어서, 가로 축은 휘도(cd/m2)를, 세로 축은 전류 효율(cd/A)을 나타낸다. 도 10은 본 실시예의 발광 소자의 전압-휘도 특성을 나타낸 것이다. 도 10에 있어서, 가로 축은 전압(V)을, 세로 축은 휘도(cd/m2)를 나타낸다. 도 11은 본 실시예의 발광 소자의 휘도-외부 양자 효율 특성을 나타낸 것이다. 도 11에 있어서, 가로 축은 휘도(cd/m2)를, 세로 축은 외부 양자 효율(%)을 나타낸다. 또한, 본 실시예의 발광 소자의 휘도가 1000cd/m2일 때의 전압(V), 전류 밀도(mA/cm2), CIE 색도 좌표(x, y), 전류 효율(cd/A), 파워 효율(lm/W), 외부 양자 효율(%)을 표 2에 나타낸다.
Figure 112014043930389-pat00005
이상과 같이, 발광 소자 1 및 비교 발광 소자 2는 양호한 소자 특성을 나타냄을 알았다.
또한, 도 12는 본 실시예의 발광 소자의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이다. 도 12에 있어서, 가로 축은 파장(nm)을, 세로 축은 발광 강도(임의의 단위)를 나타낸다. 휘도가 1000cd/m2일 때의 발광 소자 1의 CIE 색도 좌표는 (x, y)=(0.46, 0.46)이었다. 휘도가 1000cd/m2일 때의 비교 발광 소자 2의 CIE 색도 좌표는 (x, y)=(0.44, 0.44)이었다. 도 12 및 표 2에 나타낸 바와 같이, 본 실시예의 발광 소자는 [Ir(tppr)2(dpm)] 유래의 적색광, [Ir(tBuppm)2(acac)] 유래의 녹색광, 및 [Ir(mpptz-dmp)3] 유래의 청색광이 모두 포함되는 발광 스펙트럼을 나타냄을 알았다.
다음은, 발광 소자 1 및 비교 발광 소자 2에 대하여 신뢰성 시험을 수행하였다. 도 13은 신뢰성 시험의 결과를 나타낸 것이다. 도 13에 있어서, 세로 축은 초기 휘도를 100%로 하였을 때의 정규화 휘도(%)를, 가로 축은 소자의 구동 시간(h)을 나타낸다. 신뢰성 시험은 실온에서 수행하고, 초기 휘도를 3000cd/m2로 설정하고, 전류 밀도가 일정한 조건으로 본 실시예의 발광 소자를 구동하였다. 도 13을 보면 알 수 있는 것처럼, 발광 소자 1은, 각 발광층으로부터 얻어지는 발광이 모두 인광임에도 불구하고 1000시간 경과한 후에도 초기 휘도의 51%를 유지하기 때문에, 내구성이 높은 소자이다. 한편, 비교 발광 소자 2는, 370시간 경과한 후의 휘도가 초기 휘도의 50% 미만이었다. 이 신뢰성 시험의 결과로부터, 발광 소자 1은 비교 발광 소자 2에 비하여 장수명인 것이 분명해졌다.
비교 발광 소자 2에서는 청색 발광층과 녹색 발광층이 접촉하기 때문에, 청색 발광층에 포함되는 [Ir(mpptz-dmp)3]의 삼중항 여기 상태의 여기자의 에너지의 일부가 청색 발광층에서 생성된 퀀처로 이동한 후, 이 에너지가 녹색 발광층에 포함되는 [Ir(tBuppm)2(acac)]의 삼중항 여기 상태로 이동하는 것이 어렵다. 한편, 발광 소자 1에서는 청색 발광층과 적색 발광층이 접촉하기 때문에, 여기자의 에너지의 일부가 청색 발광층에서 생성된 퀀처로 이동한 후, 이 에너지가 적색 발광층에 포함되는 [Ir(tppr)2(dpm)]의 삼중항 여기 상태로 이동할 수 있다. 또한, 발광 소자 1에서는 각 발광층에서 캐리어의 재결합이 수행되므로 각 발광층에 포함되는 각 인광성 화합물로부터 발광을 얻을 수 있다. 따라서, 발광 소자 1은 비교 발광 소자 2에 비하여 장수명이라고 생각된다.
본 실시예의 결과로부터 본 발명의 일 형태인 발광 소자 1은 양호한 소자 특성을 가지고 장수명이며 세 가지의 게스트 재료로부터의 빛을 밸런스 좋게 얻을 수 있는 것임을 알았다.
(실시예 2)
본 실시예에서는, 본 발명의 일 형태인 발광 소자에 대하여 도 8을 사용하여 설명한다. 본 실시예에서 사용하는 재료의 화학식을 이하에 나타낸다. 또한, 이미 제시한 재료는 생략한다.
Figure 112014043930389-pat00006
본 실시예의 발광 소자 3의 제작 방법을 이하에서 제시한다.
(발광 소자 3)
우선, 발광 소자 1과 마찬가지로 유리 기판 위에 제 1 전극(1101), 정공 주입층(1111), 및 정공 수송층(1112)을 형성하였다.
다음에, 2mDBTBPDBq-II, PCBNBB, 및 [Ir(tBuppm)2(acac)]를 공증착함으로써 녹색 발광층인 제 1 발광층(1113a)을 정공 수송층(1112) 위에 형성하였다. 이 막 두께는 20nm로 하고, 2mDBTBPDBq-II, PCBNBB, 및 [Ir(tBuppm)2(acac)]의 중량비는 0.8:0.2:0.05(＝2mDBTBPDBq-II:PCBNBB:[Ir(tBuppm)2(acac)])가 되도록 조절하였다.
다음에, 2mDBTBPDBq-II, PCBNBB 및 [Ir(tppr)2(dpm)]을 공증착함으로써 적색 발광층인 제 2 발광층(1113b)을 제 1 발광층(1113a) 위에 형성하였다. 이 막 두께는 5nm로 하고, 2mDBTBPDBq-II, PCBNBB, 및 [Ir(tppr)2(dpm)]의 중량비는 0.8:0.2:0.05(＝2mDBTBPDBq-II:PCBNBB:[Ir(tppr)2(dpm)])가 되도록 조절하였다.
다음에 3,5DCzPPy, PCCP, 및 [Ir(mpptz-dmp)3]을 공증착함으로써 청색 발광층인 제 3 발광층(1113c)을 제 2 발광층(1113b) 위에 형성하였다. 이 막 두께는 30nm로 하고 3,5DCzPPy, PCCP, 및 [Ir(mpptz-dmp)3]의 중량비는 0.7:0.3:0.06(＝3,5DCzPPy:PCCP:[Ir(mpptz-dmp)3])이 되도록 조절하였다.
다음에, 9-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸(약칭: CzPA)을 막 두께 10nm가 되도록 증착하고, 또한 BPhen을 막 두께 15nm가 되도록 증착함으로써 전자 수송층(1114)을 제 3 발광층(1113c) 위에 형성하였다.
또한 불화 리튬(LiF)을 막 두께 1nm가 되도록 증착함으로써 전자 주입층(1115)을 전자 수송층(1114) 위에 형성하였다.
마지막에 음극으로서 기능하는 제 2 전극(1103)으로서 알루미늄을 막 두께 200nm가 되도록 증착하였다.
또한, 상술한 증착 과정에서, 증착에는 모두 저항 가열법을 이용하였다.
상술한 바와 같이 하여 얻어진 본 실시예의 발광 소자의 소자 구조를 표 3에 나타낸다.
Figure 112014043930389-pat00007
Figure 112014043930389-pat00008
발광 소자 3을, 질소 분위기의 글로브박스 내에서 발광 소자가 대기에 노출되지 않도록 유리 기판으로 밀봉하는 작업을 수행한 후, 본 실시예의 발광 소자의 동작 특성을 측정하였다. 또한, 측정은 실온(25℃로 유지된 분위기하)에서 수행하였다.
도 14는 본 실시예의 발광 소자의 휘도-전류 효율 특성을 나타낸 것이다. 도 14에 있어서, 가로 축은 휘도(cd/m2)를, 세로 축은 전류 효율(cd/A)을 나타낸다. 또한, 도 15는 전압-휘도 특성을 나타낸 것이다. 도 15에서, 가로 축은 전압(V)을, 세로 축은 휘도(cd/m2)를 나타낸다. 또한, 도 16은 휘도-외부 양자 효율 특성을 나타낸 것이다. 도 16에 있어서, 가로 축은 휘도(cd/m2)를, 세로 축은 외부 양자 효율(%)을 나타낸다. 또한, 발광 소자 3에 있어서 휘도가 1000cd/m2일 때의 전압(V), 전류 밀도(mA/cm2), CIE 색도 좌표(x, y), 전류 효율(cd/A), 파워 효율(lm/W), 외부 양자 효율(%)을 표 4에 나타낸다.
Figure 112014043930389-pat00009
이상과 같이, 발광 소자 3은 양호한 소자 특성을 나타냄을 알았다.
도 17은 본 실시예의 발광 소자의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이다. 도 17에 있어서, 가로 축은 파장(nm)을, 세로 축은 발광 강도(임의의 단위)를 나타낸다. 휘도가 1000cd/m2일 때의 발광 소자 3의 CIE 색도 좌표는 (x, y)=(0.46, 0.47)이었다. 도 17 및 표 4에 나타낸 바와 같이, 본 실시예의 발광 소자는 [Ir(tppr)2(dpm)] 유래의 적색광, [Ir(tBuppm)2(acac)] 유래의 녹색광, 및 [Ir(mpptz-dmp)3] 유래의 청색광이 모두 포함되는 발광 스펙트럼을 나타냄을 알았다.
다음에, 발광 소자 3에 대하여 신뢰성 시험을 수행하였다. 도 18 및 도 19는 신뢰성 시험의 결과를 나타낸 것이다. 도 18에 있어서, 세로 축은 초기 휘도를 100%로 하였을 때의 정규화 휘도(%)를, 가로 축은 소자의 구동 시간(h)을 나타낸다. 도 19에 있어서, 세로 축은 초기 전압을 0V로 하였을 때의 정규화 전압을, 가로 축은 소자의 구동 시간(h)을 나타낸다. 신뢰성 시험은 실온에서 수행하고, 초기 휘도를 3000cd/m2로 설정하고, 전류 밀도가 일정한 조건으로 본 실시예의 발광 소자를 구동하였다. 도 18을 보면 알 수 있는 것처럼, 발광 소자 3은 각 발광층으로부터 얻어지는 발광이 모두 인광임에도 불구하고 1100시간 경과한 후에도 초기 휘도의 72%를 유지하였다. 이 신뢰성 시험의 결과로부터, 발광 소자 3은 장수명인 것이 분명해졌다. 또한, 도 19를 보면 알 수 있는 것처럼, 발광 소자 3은 구동 시간에 따른 전압 상승이 작고, 양호한 신뢰성을 갖는 것임을 알았다.
발광 소자 3의 전자 수송층에서는, 양극 측의 층에 안트라센 골격을 갖는 물질인 CzPA를 사용하고, 음극 측의 층에는 π 전자 부족형 복소 방향족 화합물인 BPhen을 사용하였다. 이 구조에 의하여, 발광 소자 3에서는 구동에 따른 전압 상승이 작았다고 생각된다.
본 실시예의 결과로부터 본 발명의 일 형태인 발광 소자 3은 양호한 소자 특성을 가지고, 장수명이며, 세 가지의 게스트 재료로부터 빛을 밸런스 좋게 얻을 수 있는 것임을 알았다.
(참고예)
상기 실시예에서 사용한 트리스{2-[5-(2-메틸페닐)-4-(2,6-다이메틸페닐)-4H-1,2,4-트라이아졸-3-일-κN2]페닐-κC}이리듐(III)(약칭: [Ir(mpptz-dmp)3])의 합성 방법에 대하여 설명한다.
Figure 112014043930389-pat00010
＜단계 1; N-벤조일-N'-2-메틸벤조일하이드라지드의 합성＞
우선, 15.0g의 벤조일하이드라진(110.0mmol), 75ml의 N-메틸-2-피롤리디논(NMP)을 300ml의 3구 플라스크에 넣어, 얼음으로 식히면서 교반하였다. 이 혼합 용액에 17.0g의 o-톨루오일클로라이드(110.0mmol)와 15ml의 NMP의 혼합 용액을 서서히 적하하였다. 적하한 후, 실온에서 24시간 동안 교반하였다. 소정의 시간 동안 반응시킨 후, 이 반응 용액을 500ml의 물에 서서히 가한 결과 백색 고체가 석출되었다. 물 및 1M의 염산을 교대로 사용하여 석출된 고체를 초음파 세정하였다. 그 후, 헥산을 사용하여 초음파 세정하여, N-벤조일-N'-2-메틸벤조일하이드라지드의 백색 고체 19.5g을 수율 70%로 얻었다. 단계 1의 합성 스킴을 하기 (a-1)에 나타낸다.
Figure 112014043930389-pat00011
＜단계 2; [클로로(2-메틸페닐)메타논][클로로(페닐)메틸리덴]하이드라존의 합성＞
다음에, 상기 단계 1에서 얻어진 12.0g의 N-벤조일-N'-2-메틸벤조일하이드라지드(47.2mmol), 200ml의 톨루엔을 500ml의 3구 플라스크에 넣었다. 이 혼합 용액에 19.4g의 오염화인(94.4mmol)을 가하고, 120℃로 6시간 동안 가열하면서 교반하였다. 소정의 시간 동안 반응시킨 후, 반응 용액을 200ml의 물에 서서히 가하고 1시간 동안 교반하였다. 교반한 후, 유기층과 수성층(aqueous layer)을 분리하고, 유기층을 물 및 포화 탄산 수소 나트륨 수용액을 사용하여 세정하였다. 세정한 후, 유기층을 무수 황산 마그네슘을 사용하여 건조시켰다. 이 혼합물로부터 자연 여과에 의하여 황산 마그네슘을 제거하고, 여과액을 농축함으로써, [클로로(2-메틸페닐)메타논][클로로(페닐)메틸리덴]하이드라존의 갈색 액체 12.6g을 수율 92%로 얻었다. 단계 2의 합성 스킴을 하기 (a-2)에 나타낸다.
Figure 112014043930389-pat00012
<단계 3; 3-(2-메틸페닐)-4-(2,6-다이메틸페닐)-5-페닐-4H-1,2,4-트라이아졸(약칭: Hmpptz-dmp)의 합성>
단계 2에서 얻어진 12.6g의 [클로로(2-메틸페닐)메타논][클로로(페닐)메틸리덴]하이드라존(43.3mmol), 15.7g의 2,6-다이메틸아닐린(134.5mmol), 100ml의 N,N-다이메틸아닐린을 500ml의 가지형 플라스크에 넣고, 120℃로 20시간 동안 가열하면서 교반하였다. 소정의 시간 동안 반응시킨 후, 이 반응 용액을 1N의 염산 200ml에 서서히 가하였다. 이 용액에 다이클로로메탄을 가하여 유기층에 목적물을 추출하였다. 얻어진 유기층을 물 및 탄산 수소 나트륨 수용액을 사용하여 세정하고, 황산 마그네슘을 사용하여 건조시켰다. 자연 여과에 의하여 황산 마그네슘을 제거하고, 얻어진 여과액을 농축하여 흑색의 액체를 얻었다. 이 액체를 실리카 겔 칼럼 크로마토그래피에 의하여 정제하였다. 전개 용매는 아세트산 에틸:헥산=1:5로 하였다. 얻어진 프랙션을 농축하여 백색 고체를 얻었다. 이 고체를 아세트산 에틸에 의하여 재결정(再結晶)화시켜서, Hmpptz-dmp의 백색 고체 4.5g을 수율 31%로 얻었다. 단계 3의 합성 스킴을 하기 (a-3)에 나타낸다.
Figure 112014043930389-pat00013
<단계 4; [Ir(mpptz-dmp)3]의 합성>
다음에, 상기 단계 3에서 얻어진 2.5g의 Hmpptz-dmp(7.4mmol), 0.7g의 트리스(아세틸아세토나토)이리듐(III)(1.5mmol)을 고온 가열 용기에 넣고 탈기하였다. 이 반응 용기 내를 Ar 기류하에서 250℃로 48시간 동안 가열하면서 교반하였다. 소정의 시간 동안 반응시킨 후, 얻어진 고체를 다이클로로메탄으로 세정하고, 흡인 여과에 의하여 불용(不溶)물의 녹색 고체를 얻었다. 이 고체를 톨루엔에 용해시키고, 알루미나와 셀라이트(Wako Pure Chemical Industries, Ltd., 카탈로그 번호:531-16855)의 적층을 통하여 여과하였다. 얻어진 프랙션을 농축하여 녹색 고체를 얻었다. 이 고체를 톨루엔에 의하여 재결정화시켜서, 녹색 분말 0.8g을 수율 45％로 얻었다. 단계 4의 합성 스킴을 하기 (a-4)에 나타낸다.
Figure 112014043930389-pat00014
핵자기 공명 분광법(1H NMR)에 의한, 상기 단계 4에서 얻어진 녹색 분말의 분석 결과를 하기에서 제시하였다. 이 결과로부터, [Ir(mpptz-dmp)3]이 얻어짐을 알았다.
1H NMR.δ(toluene-d8):1.82(s,3H), 1.90(s,3H), 2.64(s,3H), 6.56-6.62(m,3H), 6.67-6.75(m,3H), 6.82-6.88(m,1H), 6.91-6.97(t,1H), 7.00-7.12(m,2H), 7.63-7.67(d,1H).
101: 제 1 전극
103: EL층
103a: EL층
103b: EL층
105: 제 2 전극
107: 전하 발생 영역
201: 정공 주입층
202: 정공 수송층
203: 발광층
203x: 제 1 발광층
203y: 제 2 발광층
203z: 제 3 발광층
203B: 청색 발광층
203Bd: 인광성 화합물
203Bh: 호스트 재료
203G: 녹색 발광층
203Gd: 인광성 화합물
203Gh: 호스트 재료
203R: 적색 발광층
203Rd: 인광성 화합물
203Rh: 호스트 재료
204: 전자 수송층
205: 전자 주입층
300: 발광 소자
301: 제 1 전극
303: EL층
305: 제 2 전극
311B: 청색 발광층
311Bd: 인광성 화합물
311Bh: 호스트 재료
311ex: 재결합 영역
311G: 녹색 발광층
311Gd: 인광성 화합물
311Gh: 호스트 재료
311R: 적색 발광층
311Rd: 인광성 화합물
311Rh: 호스트 재료
401: 지지 기판
403: 발광 소자
405: 밀봉 기판
407: 밀봉재
409a: 제 1 단자
409b: 제 2 단자
411a: 광 추출 구조
411b: 광 추출 구조
413: 평탄화층
415: 공간
417: 보조 배선
418: 건조제
419: 절연층
421: 제 1 전극
423: EL층
425: 제 2 전극
501: 지지 기판
503: 발광 소자
505: 밀봉 기판
507: 밀봉재
509: FPC
511: 절연층
513: 절연층
515: 공간
517: 배선
519: 격벽
521: 제 1 전극
523: EL층
525: 제 2 전극
541a: 트랜지스터
541b: 트랜지스터
542: 트랜지스터
543: 트랜지스터
551: 발광부
552: 구동 회로부
553: 구동 회로부
1101: 제 1 전극
1103: 제 2 전극
1111: 정공 주입층
1112: 정공 수송층
1113a: 제 1 발광층
1113b: 제 2 발광층
1113c: 제 3 발광층
1114: 전자 수송층
1115: 전자 주입층
7100: 텔레비전 장치
7101: 하우징
7102: 표시부
7103: 스탠드
7111: 리모트 컨트롤러
7200: 컴퓨터
7201: 본체
7202: 하우징
7203: 표시부
7204: 키보드
7205: 외부 접속 포트
7206: 포인팅 디바이스
7300: 휴대형 게임기
7301a: 하우징
7301b: 하우징
7302: 연결부
7303a: 표시부
7303b: 표시부
7304: 스피커부
7305: 기록 매체 삽입부
7306: 조작 키
7307: 접속 단자
7308: 센서
7400: 휴대 전화기
7401: 하우징
7402: 표시부
7403: 조작 버튼
7404: 외부 접속 포트
7405: 스피커
7406: 마이크로폰
7500: 태블릿형 단말
7501a: 하우징
7501b: 하우징
7502a: 표시부
7502b: 표시부
7503: 축부
7504: 전원
7505: 조작 키
7506: 스피커
7601: 조명 장치
7602: 조명 장치
7603: 탁상 조명 장치
7604: 면상의 조명 장치
7701: 조명부
7703: 지주
7705: 지지대

Claims (30)

  1. 발광 소자에 있어서,
    제 1 전극과;
    상기 제 1 전극 위의, 제 1 인광성 화합물 및 제 1 호스트 재료를 포함한 제 1 발광층과;
    상기 제 1 발광층 위의, 제 2 인광성 화합물 및 제 2 호스트 재료를 포함한 제 2 발광층과;
    상기 제 2 발광층 위의, 제 3 인광성 화합물 및 제 3 호스트 재료를 포함한 제 3 발광층과;
    상기 제 3 발광층 위의 제 2 전극을 포함하고,
    상기 제 1 인광성 화합물, 상기 제 2 인광성 화합물, 및 상기 제 3 인광성 화합물의 각각의 발광 스펙트럼의 피크 중, 상기 제 2 인광성 화합물의 상기 발광 스펙트럼의 상기 피크가 가장 긴 파장 측에 위치하고 상기 제 3 인광성 화합물의 상기 발광 스펙트럼의 상기 피크가 가장 짧은 파장 측에 위치하고,
    상기 제 3 호스트 재료는 상기 제 1 호스트 재료 및 상기 제 2 호스트 재료보다 높은 삼중항 여기 에너지를 갖고,
    상기 제 3 인광성 화합물의 삼중항 여기 상태의 에너지는 상기 제 1 인광성 화합물의 삼중항 여기 상태로 부분적으로 이동되고,
    상기 제 3 인광성 화합물의 상기 삼중항 여기 상태의 상기 에너지는 상기 제 2 인광성 화합물의 삼중항 여기 상태로 부분적으로 이동되는, 발광 소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 인광성 화합물은 녹색의 발광을 나타내고,
    상기 제 2 인광성 화합물은 적색의 발광을 나타내고,
    상기 제 3 인광성 화합물은 청색의 발광을 나타내는, 발광 소자.
  3. 발광 소자에 있어서,
    제 1 전극과;
    상기 제 1 전극 위의, 제 1 인광성 화합물 및 제 1 호스트 재료를 포함한 제 1 발광층과;
    상기 제 1 발광층 위의, 제 2 인광성 화합물 및 제 2 호스트 재료를 포함한 제 2 발광층과;
    상기 제 2 발광층 위의, 제 3 인광성 화합물 및 제 3 호스트 재료를 포함한 제 3 발광층과;
    상기 제 3 발광층 위의 제 2 전극을 포함하고,
    상기 제 1 인광성 화합물은 녹색의 발광을 나타내고,
    상기 제 2 인광성 화합물은 적색의 발광을 나타내고,
    상기 제 3 인광성 화합물은 청색의 발광을 나타내고,
    상기 제 3 인광성 화합물의 삼중항 여기 상태의 에너지는 상기 제 1 인광성 화합물의 삼중항 여기 상태로 부분적으로 이동되고,
    상기 제 3 인광성 화합물의 상기 삼중항 여기 상태의 상기 에너지는 상기 제 2 인광성 화합물의 삼중항 여기 상태로 부분적으로 이동되는, 발광 소자.
  4. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 제 2 발광층은 상기 제 1 발광층 및 상기 제 3 발광층에 접촉하는, 발광 소자.
  5. 발광 소자에 있어서,
    제 1 전극과;
    상기 제 1 전극 위의, 제 1 인광성 화합물 및 제 1 호스트 재료를 포함한 제 1 발광층과;
    상기 제 1 발광층 위의, 제 2 인광성 화합물 및 제 2 호스트 재료를 포함한 제 2 발광층과;
    상기 제 2 발광층 위의, 제 3 인광성 화합물 및 제 3 호스트 재료를 포함한 제 3 발광층과;
    상기 제 3 발광층 위의 제 2 전극을 포함하고,
    상기 제 2 인광성 화합물은 적색의 발광을 나타내고,
    상기 제 3 인광성 화합물은 청색의 발광을 나타내고,
    상기 제 2 발광층 및 상기 제 3 발광층은 서로 접촉하고,
    상기 제 3 인광성 화합물의 삼중항 여기 상태의 에너지는 상기 제 1 인광성 화합물의 삼중항 여기 상태로 부분적으로 이동되고,
    상기 제 3 인광성 화합물의 상기 삼중항 여기 상태의 상기 에너지는 상기 제 2 인광성 화합물의 삼중항 여기 상태로 부분적으로 이동되는, 발광 소자.
  6. 제 1 항, 제 3 항, 및 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 호스트 재료, 상기 제 2 호스트 재료, 및 상기 제 3 호스트 재료 각각은 상기 제 1 전극이 양극으로서 기능할 때 전자 수송성을 갖는, 발광 소자.
  7. 제 1 항, 제 3 항, 및 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 호스트 재료, 상기 제 2 호스트 재료, 및 상기 제 3 호스트 재료 각각은 상기 제 1 전극이 음극으로서 기능할 때 정공 수송성을 갖는, 발광 소자.
  8. 제 1 항, 제 3 항, 및 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 호스트 재료, 상기 제 2 호스트 재료, 및 상기 제 3 호스트 재료 각각은 정공 수송성 및 전자 수송성을 갖고,
    상기 제 1 호스트 재료, 상기 제 2 호스트 재료, 및 상기 제 3 호스트 재료 각각은 정공 수송 골격 및 전자 수송 골격을 포함하는, 발광 소자.
  9. 제 1 항, 제 3 항, 및 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 호스트 재료는 상기 제 2 호스트 재료와 동일한, 발광 소자.
  10. 제 1 항, 제 3 항, 및 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 발광층은 제 1 캐리어 수송성 화합물을 포함하고,
    상기 제 1 호스트 재료 및 상기 제 1 캐리어 수송성 화합물 중 한쪽은 정공 수송성을 갖고,
    상기 제 1 호스트 재료 및 상기 제 1 캐리어 수송성 화합물 중 다른 쪽은 전자 수송성을 갖고,
    상기 제 2 발광층은 제 2 캐리어 수송성 화합물을 포함하고,
    상기 제 2 호스트 재료 및 상기 제 2 캐리어 수송성 화합물 중 한쪽은 정공 수송성을 갖고,
    상기 제 2 호스트 재료 및 상기 제 2 캐리어 수송성 화합물 중 다른 쪽은 전자 수송성을 갖고,
    상기 제 3 발광층은 제 3 캐리어 수송성 화합물을 포함하고,
    상기 제 3 호스트 재료 및 상기 제 3 캐리어 수송성 화합물 중 한쪽은 정공 수송성을 갖고,
    상기 제 3 호스트 재료 및 상기 제 3 캐리어 수송성 화합물 중 다른 쪽은 전자 수송성을 갖는, 발광 소자.
  11. 제 1 항, 제 3 항, 및 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 발광층의 막 두께는 2nm 이상 20nm 이하인, 발광 소자.
  12. 제 1 항, 제 3 항, 및 제 5 항 중 어느 한 항에 따른 발광 소자를 포함하는, 조명 장치.
  13. 발광 장치를 포함하는 전자 기기에 있어서,
    상기 발광 장치는,
    제 1 항, 제 3 항, 및 제 5 항 중 어느 한 항에 따른 발광 소자와;
    상기 발광 소자를 제어하기 위한 수단을 포함하는, 전자 기기.
  14. 발광 장치에 있어서,
    제 1 전극과;
    상기 제 1 전극 위의, 제 1 화합물 및 제 1 호스트 재료를 포함한 제 1 발광층으로서, 상기 제 1 화합물은 상기 제 1 화합물의 삼중항 여기 상태의 에너지를 제 1 광으로 변환할 수 있는, 상기 제 1 발광층과;
    상기 제 1 발광층 위의, 제 2 화합물 및 제 2 호스트 재료를 포함한 제 2 발광층으로서, 상기 제 2 화합물은 상기 제 2 화합물의 삼중항 여기 상태의 에너지를 제 2 광으로 변환할 수 있는, 상기 제 2 발광층과;
    상기 제 2 발광층 위의, 제 3 화합물 및 제 3 호스트 재료를 포함한 제 3 발광층으로서, 상기 제 3 화합물은 상기 제 3 화합물의 삼중항 여기 상태의 에너지를 제 3 광으로 변환할 수 있는, 상기 제 3 발광층과;
    상기 제 3 발광층 위의 제 2 전극을 포함하고,
    상기 제 1 화합물, 상기 제 2 화합물, 및 상기 제 3 화합물의 각각의 발광 스펙트럼의 피크 중, 상기 제 2 화합물의 상기 발광 스펙트럼의 상기 피크가 가장 긴 파장 측에 위치하고 상기 제 3 화합물의 상기 발광 스펙트럼의 상기 피크가 가장 짧은 파장 측에 위치하고,
    상기 제 3 호스트 재료는 상기 제 1 호스트 재료 및 상기 제 2 호스트 재료보다 높은 삼중항 여기 에너지를 갖고,
    상기 제 3 화합물의 상기 삼중항 여기 상태의 상기 에너지는 상기 제 1 화합물의 상기 삼중항 여기 상태로 부분적으로 이동되고,
    상기 제 3 화합물의 상기 삼중항 여기 상태의 상기 에너지는 상기 제 2 화합물의 상기 삼중항 여기 상태로 부분적으로 이동되는, 발광 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 1 광은 녹색광이고,
    상기 제 2 광은 적색광이고,
    상기 제 3 광은 청색광인, 발광 장치.
  16. 발광 장치에 있어서,
    제 1 전극과;
    상기 제 1 전극 위의, 제 1 화합물 및 제 1 호스트 재료를 포함한 제 1 발광층으로서, 상기 제 1 화합물은 상기 제 1 화합물의 삼중항 여기 상태의 에너지를 제 1 광으로 변환할 수 있는, 상기 제 1 발광층과;
    상기 제 1 발광층 위의, 제 2 화합물 및 제 2 호스트 재료를 포함한 제 2 발광층으로서, 상기 제 2 화합물은 상기 제 2 화합물의 삼중항 여기 상태의 에너지를 제 2 광으로 변환할 수 있는, 상기 제 2 발광층과;
    상기 제 2 발광층 위의, 제 3 화합물 및 제 3 호스트 재료를 포함한 제 3 발광층으로서, 상기 제 3 화합물은 상기 제 3 화합물의 삼중항 여기 상태의 에너지를 제 3 광으로 변환할 수 있는, 상기 제 3 발광층과;
    상기 제 3 발광층 위의 제 2 전극을 포함하고,
    상기 제 1 광은 녹색광이고,
    상기 제 2 광은 적색광이고,
    상기 제 3 광은 청색광이고,
    상기 제 3 화합물의 상기 삼중항 여기 상태의 상기 에너지는 상기 제 1 화합물의 상기 삼중항 여기 상태로 부분적으로 이동되고,
    상기 제 3 화합물의 상기 삼중항 여기 상태의 상기 에너지는 상기 제 2 화합물의 상기 삼중항 여기 상태로 부분적으로 이동되는, 발광 장치.
  17. 발광 장치에 있어서,
    제 1 전극과;
    상기 제 1 전극 위의, 제 1 화합물 및 제 1 호스트 재료를 포함한 제 1 발광층으로서, 상기 제 1 화합물은 상기 제 1 화합물의 삼중항 여기 상태의 에너지를 제 1 광으로 변환할 수 있는, 상기 제 1 발광층과;
    상기 제 1 발광층 위의, 제 2 화합물 및 제 2 호스트 재료를 포함한 제 2 발광층으로서, 상기 제 2 화합물은 상기 제 2 화합물의 삼중항 여기 상태의 에너지를 제 2 광으로 변환할 수 있는, 상기 제 2 발광층과;
    상기 제 2 발광층 위의, 제 3 화합물 및 제 3 호스트 재료를 포함한 제 3 발광층으로서, 상기 제 3 화합물은 상기 제 3 화합물의 삼중항 여기 상태의 에너지를 제 3 광으로 변환할 수 있는, 상기 제 3 발광층과;
    상기 제 3 발광층 위의 제 2 전극을 포함하고,
    상기 제 2 광은 적색광이고,
    상기 제 3 광은 청색광이고,
    상기 제 2 발광층과 상기 제 3 발광층은 서로 접촉하고,
    상기 제 3 화합물의 상기 삼중항 여기 상태의 상기 에너지는 상기 제 1 화합물의 상기 삼중항 여기 상태로 부분적으로 이동되고,
    상기 제 3 화합물의 상기 삼중항 여기 상태의 상기 에너지는 상기 제 2 화합물의 상기 삼중항 여기 상태로 부분적으로 이동되는, 발광 장치.
  18. 제 14 항, 제 16 항, 및 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 전극은 양극이고,
    상기 제 2 전극은 음극인, 발광 장치.
  19. 제 14 항, 제 16 항, 및 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 호스트 재료는 상기 제 2 호스트 재료와 같은, 발광 장치.
  20. 제 14 항, 제 16 항, 및 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 화합물은 인광을 발하고,
    상기 제 2 화합물은 인광을 발하고,
    상기 제 3 화합물은 인광을 발하는, 발광 장치.
  21. 전자 기기에 있어서,
    제 14 항, 제 16 항, 및 제 17 항 중 어느 한 항에 따른 발광 장치를 포함하는, 전자 기기.
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