KR102353647B1 - 발광 소자, 표시 장치, 전자 기기, 및 조명 장치 - Google Patents

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

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노부하루 오사와
슌스케 호소우미
šœ스케 호소우미
타카히로 이시소네
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가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼
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Abstract

본 발명은 형광을 발하는 재료를 발광 물질로서 갖는 발광 소자에 있어서, 발광 효율이 높은 발광 소자를 제공한다.
한 쌍의 전극과, 한 쌍의 전극 사이에 제공된 EL층을 갖고, EL층은 발광층을 갖고, 발광층은 호스트 재료와 게스트 재료를 갖고, 호스트 재료는 단일항 여기 에너지 준위와 삼중항 여기 에너지 준위의 차이가 0eV 초과 0.2eV 이하이고, 게스트 재료는 형광을 발할 수 있는 기능을 갖고, 호스트 재료의 삼중항 여기 에너지 준위는 게스트 재료의 삼중항 여기 에너지 준위보다 높다.

Description

발광 소자, 표시 장치, 전자 기기, 및 조명 장치{LIGHT-EMITTING ELEMENT, DISPLAY DEVICE, ELECTRONIC DEVICE, AND LIGHTING DEVICE}
본 발명의 일 형태는, 전계를 가함으로써 발광이 얻어지는 발광층을 한 쌍의 전극 사이에 끼워 이루어지는 발광 소자, 또는 이 발광 소자를 갖는 표시 장치, 전자 기기 및 조명 장치에 관한 것이다.
또한, 본 발명의 일 형태는 상술한 기술 분야에 한정되지 않는다. 본 명세서 등에 제시되는 발명의 일 형태에 따른 기술 분야는 물건, 방법, 또는 제조 방법에 관한 것이다. 또는, 본 발명의 일 형태는 공정(process), 기계(machine), 제품(manufacture), 또는 조성물(composition of matter)에 관한 것이다. 그러므로, 본 명세서에 제시되는 본 발명의 일 형태의 기술 분야의 더 구체적인 예로서는 반도체 장치, 표시 장치, 액정 표시 장치, 발광 장치, 조명 장치, 축전 장치, 기억 장치, 이들의 구동 방법, 또는 이들의 제조 방법을 들 수 있다.
최근에 들어, 일렉트로루미네센스(EL: Electroluminescence)를 이용한 발광 소자의 연구 개발이 활발히 진행되고 있다. 이들 발광 소자의 기본적인 구성은 한 쌍의 전극 사이에 발광성 물질을 포함하는 층(EL층)을 끼운 것이다. 이 소자의 전극 사이에 전압을 인가함으로써 발광성 물질로부터의 발광이 얻어진다.
상술한 발광 소자는 자기 발광형이므로, 이것이 사용된 표시 장치는 시인성(視認性)이 우수하고, 백 라이트가 불필요하고, 소비 전력이 적은 등의 장점을 갖는다. 또한, 박형 경량으로 제작할 수 있고, 응답 속도가 빠른 등의 장점도 갖는다.
발광 소자의 발광 효율을 높이기 위하여 다양한 연구가 진행되고 있다. 예를 들어, 열 활성화 지연 형광(TADF: Thermally activated delayed fluorescence)체와 형광을 발하는 재료를 갖는 발광 소자로 함으로써, 열 활성화 지연 형광체의 S1의 에너지를, 형광을 발하는 재료의 S1으로 이동시키는 방법이 제안되어 있다(특허문헌 1 참조).
특개 2014-45179호 공보
형광을 발하는 재료를 발광 물질로서 갖는 발광 소자에 있어서, 발광 소자로서 발광 효율을 높이기 위해서는, 삼중항 여기 상태로부터 단일항 여기 상태를 생성할 뿐만 아니라, 단일항 여기 상태로부터 효율적으로 발광을 얻을 수 있는 것, 즉 형광 양자 효율이 높은 것이 중요하다.
본 발명의 일 형태에서는, 형광을 발하는 재료를 발광 물질로서 갖는 발광 소자에 있어서, 발광 효율이 높은 발광 소자를 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다. 또는 본 발명의 일 형태에서는 신규 발광 소자를 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다. 또는 본 발명의 일 형태에서는 발광 효율이 높고, 소비 전력이 저감된 신규 발광 소자를 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다. 또는 신규 표시 장치를 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다.
또한, 상술한 과제의 기재는, 다른 과제의 존재를 방해하는 것이 아니다. 또한, 본 발명의 일 형태는, 반드시 이들 과제의 모두를 해결할 필요는 없다. 상기 이외의 과제는 명세서 등의 기재로부터 저절로 밝혀지는 것이며, 명세서 등의 기재로부터 상기 이외의 과제를 추출하는 것이 가능하다.
본 발명의 일 형태는, 한 쌍의 전극, 및 한 쌍의 전극 사이에 제공된 EL층을 갖고, EL층은 발광층을 갖고, 발광층은 호스트 재료와 게스트 재료를 갖고, 호스트 재료는 단일항 여기 에너지 준위와 삼중항 여기 에너지 준위의 차이가 0eV 초과 0.2eV 이하이고, 게스트 재료는 형광을 발할 수 있는 기능을 갖고, 호스트 재료의 삼중항 여기 에너지 준위는 게스트 재료의 삼중항 여기 에너지 준위보다 높은 것을 특징으로 하는 발광 소자이다.
또한 본 발명의 다른 일 형태는 한 쌍의 전극, 및 한 쌍의 전극 사이에 제공된 EL층을 갖고, EL층은 발광층을 갖고, 발광층은 호스트 재료와 게스트 재료를 갖고, 호스트 재료는 실온에서 열 활성화 지연 형광을 나타내고, 게스트 재료는 형광을 발할 수 있는 기능을 갖고, 호스트 재료의 열 활성화 지연 형광의 발광 에너지는 게스트 재료의 인광 발광 에너지보다 높은 것을 특징으로 하는 발광 소자이다.
또한 본 발명의 다른 일 형태는 한 쌍의 전극, 및 한 쌍의 전극 사이에 제공된 EL층을 갖고, EL층은 발광층을 갖고, 발광층은 호스트 재료와 게스트 재료를 갖고, 호스트 재료는 제 1 유기 화합물과, 제 2 유기 화합물을 갖고, 제 1 유기 화합물과 제 2 유기 화합물은 들뜬 복합체를 형성하는 조합이고, 들뜬 복합체의 단일항 여기 에너지 준위와 삼중항 여기 에너지 준위의 차이가 0eV 초과 0.2eV 이하이고, 게스트 재료는 형광을 발할 수 있는 기능을 갖고, 들뜬 복합체의 삼중항 여기 에너지 준위는 게스트 재료의 삼중항 여기 에너지 준위보다 높은 것을 특징으로 하는 발광 소자이다.
또한 본 발명의 다른 일 형태는 한 쌍의 전극, 및 한 쌍의 전극 사이에 제공된 EL층을 갖고, EL층은 발광층을 갖고, 발광층은 호스트 재료와 게스트 재료를 갖고, 호스트 재료는 제 1 유기 화합물과 제 2 유기 화합물을 갖고, 제 1 유기 화합물과 제 2 유기 화합물은 들뜬 복합체를 형성하는 조합이고, 들뜬 복합체는 실온에서 열 활성화 지연 형광을 나타내고, 게스트 재료는 형광을 발할 수 있는 기능을 갖고, 들뜬 복합체의 열 활성화 지연 형광의 발광 에너지는 게스트 재료의 인광 발광 에너지보다 높은 것을 특징으로 하는 발광 소자이다.
또한 본 발명의 다른 일 형태는 한 쌍의 전극, 및 한 쌍의 전극 사이에 제공된 EL층을 갖고, EL층은 발광층을 갖고, 발광층은 호스트 재료와 게스트 재료를 갖고, 호스트 재료는 제 1 유기 화합물과 제 2 유기 화합물을 갖고, 제 1 유기 화합물과 제 2 유기 화합물은 들뜬 복합체를 형성하는 조합이고, 들뜬 복합체의 단일항 여기 에너지 준위와 삼중항 여기 에너지 준위의 차이가 0eV 초과 0.2eV 이하이고, 게스트 재료는 형광을 발할 수 있는 기능을 갖고, 제 1 유기 화합물과 제 2 유기 화합물의 삼중항 여기 에너지 준위는 들뜬 복합체의 삼중항 여기 에너지 준위보다 높은 것을 특징으로 하는 발광 소자이다.
또한 본 발명의 다른 일 형태는 한 쌍의 전극, 및 한 쌍의 전극 사이에 제공된 EL층을 갖고, EL층은 발광층을 갖고, 발광층은 호스트 재료와 게스트 재료를 갖고, 호스트 재료는 제 1 유기 화합물과 제 2 유기 화합물을 갖고, 제 1 유기 화합물과 제 2 유기 화합물은 들뜬 복합체를 형성하는 조합이고, 들뜬 복합체는 열 활성화 지연 형광을 나타내고, 게스트 재료는 형광을 발할 수 있는 기능을 갖고, 제 1 유기 화합물과 제 2 유기 화합물의 인광 발광 에너지는 들뜬 복합체의 열 활성화 지연 형광의 발광 에너지보다 높은 것을 특징으로 하는 발광 소자이다.
또한 본 발명의 다른 일 형태는 한 쌍의 전극, 및 한 쌍의 전극 사이에 제공된 EL층을 갖고, EL층은 발광층을 갖고, 발광층은 호스트 재료와 게스트 재료를 갖고, 호스트 재료는 제 1 유기 화합물과 제 2 유기 화합물을 갖고, 제 1 유기 화합물과 제 2 유기 화합물은 들뜬 복합체를 형성하는 조합이고, 들뜬 복합체의 단일항 여기 에너지 준위와 삼중항 여기 에너지 준위의 차이가 0eV 초과 0.2eV 이하이고, 게스트 재료는 형광을 발할 수 있는 기능을 갖고, 들뜬 복합체의 삼중항 여기 에너지 준위는 게스트 재료의 삼중항 여기 에너지 준위보다 높고, 제 1 유기 화합물과 제 2 유기 화합물의 삼중항 여기 에너지 준위는 들뜬 복합체의 삼중항 여기 에너지 준위보다 높은 것을 특징으로 하는 발광 소자이다.
또한 본 발명의 다른 일 형태는 한 쌍의 전극, 및 한 쌍의 전극 사이에 제공된 EL층을 갖고, EL층은 발광층을 갖고, 발광층은 호스트 재료와 게스트 재료를 갖고, 호스트 재료는 제 1 유기 화합물과 제 2 유기 화합물을 갖고, 제 1 유기 화합물과 제 2 유기 화합물은 들뜬 복합체를 형성하는 조합이고, 들뜬 복합체는 열 활성화 지연 형광을 나타내고, 게스트 재료는 형광을 발할 수 있는 기능을 갖고, 들뜬 복합체의 열 활성화 지연 형광의 발광 에너지는 게스트 재료의 인광 발광 에너지보다 높고, 제 1 유기 화합물과 제 2 유기 화합물의 인광 발광 에너지는 들뜬 복합체의 열 활성화 지연 형광의 발광 에너지보다 높은 것을 특징으로 하는 발광 소자이다.
또한, 상기 각 구성에 있어서 호스트 재료 1에 대한 게스트 재료의 중량 비율이 0 초과 5 이하인 것이 바람직하다.
또한, 상기 각 구성에 있어서 제 1 유기 화합물의 삼중항 여기 에너지 준위와 제 2 유기 화합물의 삼중항 여기 에너지 준위의 차이는 0.4eV 미만인 것이 바람직하다.
또한, 상기 각 구성에 있어서 제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물 중 어느 하나가 축합 헤테로 고리 골격을 갖고, 축합 헤테로 고리 골격은 다이아진 골격을 갖는 것이 바람직하다. 또는 제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물 중 어느 하나가 카바졸 골격과 축합 헤테로 고리 골격을 갖고, 축합 헤테로 고리 골격이 다이아진 골격을 갖는 것이 바람직하다. 또는 제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물 중 어느 하나가 카바졸 골격과 축합 헤테로 고리 골격을 갖고, 축합 헤테로 고리 골격이 다이아진 골격을 갖고, 카바졸 골격과 축합 헤테로 고리 골격이 아릴렌기를 통하여 결합하는 구조를 갖는 것이 바람직하고, 카바졸 골격의 9위치에서 아릴렌기를 통하여 결합하는 구조를 갖는 것이 바람직하다. 또는 제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물 중 어느 하나가 카바졸 골격과, 벤조푸로피리미딘 골격을 갖고, 카바졸 골격과 벤조푸로피리미딘 골격이 카바졸 골격의 9위치에서 아릴렌기를 통하여 결합하는 구조를 갖는 것이 바람직하다.
또한, 상기 각 구성에 있어서 제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물 중 어느 하나가 카바졸 골격과 방향족 아민 골격을 갖고, 카바졸 골격과 방향족 아민 골격이 카바졸 골격의 9위치에서 결합하는 구조, 또는 카바졸 골격의 9위치에서 아릴렌기를 통하여 결합하는 구조를 갖는 것이 바람직하다.
또한, 상기 각 구성에 있어서 EL층은 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층, 전자 주입층 중 선택된 어느 하나를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 다른 일 형태는 상기 각 구성의 발광 소자와, 컬러 필터를 갖는 표시 장치이다. 또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 표시 장치와, 하우징 또는 터치 센서를 갖는 전자 기기이다. 또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 각 구성의 발광 소자와, 하우징 또는 터치 센서를 갖는 조명 장치이다.
본 발명의 일 형태에 따라, 형광을 발하는 재료를 발광 물질로서 갖는 발광 소자에 있어서, 발광 효율이 높은 발광 소자를 제공할 수 있다. 또는, 본 발명의 일 형태에 따라, 신규 발광 소자를 제공할 수 있다. 또는, 본 발명의 일 형태에 따라, 발광 효율이 높고, 소비 전력이 저감된 신규 발광 소자를 제공할 수 있다. 또는, 신규 표시 장치를 제공할 수 있다.
또한, 이들 효과의 기재는 다른 효과의 존재를 방해하는 것이 아니다. 또한, 본 발명의 일 형태는 반드시 상술한 모든 효과를 가질 필요는 없다. 또한, 상술한 것들 이외의 효과는 명세서, 도면, 청구항 등의 기재로부터 저절로 명백해지는 것으로 명세서, 도면, 및 청구항 등의 기재로부터 상술한 것들 이외의 효과를 추출할 수 있다.
도 1은 발광 소자의 단면 모식도, 발광층의 단면 모식도 및 에너지 준위의 상관을 설명하기 위한 모식도.
도 2는 발광층의 단면 모식도, 및 에너지 준위의 상관을 설명하기 위한 모식도.
도 3은 실시형태에 따른 발광 스펙트럼을 설명하기 위한 도면.
도 4는 실시형태에 따른 인광 발광 스펙트럼을 설명하기 위한 도면.
도 5는 발광 소자를 설명하기 위한 단면 모식도, 및 발광층에 있어서의 에너지 준위의 상관을 설명하기 위한 도면.
도 6은 발광 소자를 설명하기 위한 단면 모식도, 및 발광층에 있어서의 에너지 준위의 상관을 설명하기 위한 도면.
도 7은 표시 장치를 설명하기 위한 블록도 및 회로도.
도 8은 터치 패널의 일례를 도시한 사시도.
도 9는 표시 장치 및 터치 패널의 일례를 도시한 단면도.
도 10은 터치 패널의 일례를 도시한 단면도.
도 11은 터치 센서의 블록도 및 타이밍 차트.
도 12는 터치 센서의 회로도.
도 13은 표시 모듈을 설명하기 위한 사시도.
도 14는 전자 기기에 대하여 설명하기 위한 도면.
도 15는 조명 장치에 대하여 설명하기 위한 도면.
도 16은 실시예에 있어서의 발광 소자의 구조를 설명하기 위한 단면도.
도 17은 실시예에 있어서의 발광 소자 1~발광 소자 4의 휘도-전류 밀도 특성을 설명하기 위한 도면.
도 18은 실시예에 있어서의 발광 소자 5~발광 소자 7의 휘도-전류 밀도 특성을 설명하기 위한 도면.
도 19는 실시예에 있어서의 발광 소자 1~발광 소자 4의 휘도-전압 특성을 설명하기 위한 도면.
도 20은 실시예에 있어서의 발광 소자 5~발광 소자 7의 휘도-전압 특성을 설명하기 위한 도면.
도 21은 실시예에 있어서의 발광 소자 1~발광 소자 4의 전류 효율-휘도 특성을 설명하기 위한 도면.
도 22는 실시예에 있어서의 발광 소자 5~발광 소자 7의 전류 효율-휘도 특성을 설명하기 위한 도면.
도 23은 실시예에 있어서의 발광 소자 1~발광 소자 4의 전류-전압 특성을 설명하기 위한 도면.
도 24는 실시예에 있어서의 발광 소자 5~발광 소자 7의 전류-전압 특성을 설명하기 위한 도면.
도 25는 실시예에 있어서의 발광 소자 1~발광 소자 4의 외부 양자 효율-휘도 특성을 설명하기 위한 도면.
도 26은 실시예에 있어서의 발광 소자 5~발광 소자 7의 외부 양자 효율-휘도 특성을 설명하기 위한 도면.
도 27은 실시예에 있어서의 발광 소자 1~발광 소자 4의 전계 발광 스펙트럼을 설명하기 위한 도면.
도 28은 실시예에 있어서의 발광 소자 5~발광 소자 7의 전계 발광 스펙트럼을 설명하기 위한 도면.
도 29는 실시예에 있어서의 발광 소자 1, 6, 및 7의 과도 EL 특성을 설명하기 위한 도면.
도 30은 실시예에 있어서의 발광 소자 6의 과도 EL 스펙트럼을 설명하기 위한 도면.
도 31은 실시예에 있어서의 발광 소자 8 및 9의 휘도-전류 밀도 특성을 설명하기 위한 도면.
도 32는 실시예에 있어서의 발광 소자 8 및 9의 휘도-전압 특성을 설명하기 위한 도면.
도 33은 실시예에 있어서의 발광 소자 8 및 9의 전류 효율-휘도 특성을 설명하기 위한 도면.
도 34는 실시예에 있어서의 발광 소자 8 및 9의 전류-전압 특성을 설명하기 위한 도면.
도 35는 실시예에 있어서의 발광 소자 8 및 9의 외부 양자 효율-휘도 특성을 설명하기 위한 도면.
도 36은 실시예에 있어서의 발광 소자 8 및 9의 전계 발광 스펙트럼을 설명하기 위한 도면.
이하, 본 발명의 실시형태에 대하여 도면을 사용하여 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명은 이하에 제시되는 설명에 한정되지 않고, 본 발명의 취지 및 그 범위에서 벗어남이 없이 그 형태 및 자세한 사항을 다양하게 변경할 수 있다. 따라서, 본 발명은 이하에 나타내는 실시형태의 기재 내용에 한정하여 해석되는 것은 아니다.
또한, 도면 등에 도시된 각 구성의 위치, 크기, 범위 등은 이해하기 쉽게 하기 위하여 실제 위치, 크기, 범위 등을 나타낸 것이 아닌 경우가 있다. 그러므로, 제시된 발명은 반드시 도면 등에 도시된 위치, 크기, 범위 등에 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 명세서 등에서 "제 1" 및 "제 2", 등과 같은 서수사들은 편리성을 위하여 사용되고, 단계들의 순서 또는 층들의 적층 순서를 나타내지 않은 경우가 있다. 그러므로, 예를 들어, 용어 "제 1"은 용어 "제 2", "제 3" 등으로 적절하게 바꿔 설명할 수 있다. 또한, 본 명세서 등에 기재되어 있는 서수사와, 본 발명의 일 형태를 특정하기 위하여 사용되는 서수사는 일치하지 않은 경우가 있다.
또한, 본 명세서 등에서, 도면을 사용하여 발명의 구성을 설명함에 있어서, 같은 것을 가리키는 부호는 다른 도면간에서도 공통으로 사용되는 경우가 있다.
또한, 본 명세서 등에 있어서, "막"이라는 용어와 "층"이라는 용어는 경우 또는 상황에 따라 서로 바꿀 수 있다. 예를 들어, "도전층"이라는 용어를 "도전막"이라는 용어로 바꿀 수 있는 경우가 있다. 또는 "절연막"이라는 용어를 "절연층"이라는 용어로 바꿀 수 있는 경우가 있다.
또한, 본 명세서 등에 있어서 형광 재료란, 단일항 여기 상태의 가장 낮은 준위(S1준위)로부터 기저 상태의 준위로 완화될 때 가시광 영역의 발광을 나타내는 재료이다. 인광 재료란, 삼중항 여기 상태의 가장 낮은 준위(T1준위)로부터 기저 상태의 준위로 완화될 때, 실온에서 가시광 영역의 발광을 나타내는 재료이다. 바꿔 말하면 인광 재료란, 삼중항 여기 에너지를 가시광으로 변환할 수 있는 재료의 하나이다.
또한, 본 명세서 등에 있어서, 열 활성화 지연 형광의 발광 에너지란, 열 활성화 지연 형광의 가장 단파장 측의 발광 피크(숄더를 포함함)로 한다. 또한, 본 명세서 등에 있어서 인광 발광 에너지 또는 삼중항 여기 에너지란 인광 발광의 가장 단파장 측의 인광 발광 피크(숄더를 포함함)로 한다. 또한, 저온(예를 들어 10K) 환경하에 있어서 시간 분해 포토루미네선스법을 행함으로써 상기 인광 발광을 관측할 수 있다.
또한, 본 명세서 등에서 실온이란, 0℃~40℃의 범위에서 임의의 온도를 가리킨다.
(실시형태 1)
본 실시형태에서는, 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자에 대하여 도 1~도 4를 사용하여 이하에서 설명한다.
<1. 발광 소자의 구성예 1>
우선, 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자의 구성에 대하여 도 1을 사용하여 이하에서 설명한다.
도 1의 (A)는 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자(150)의 단면 모식도이다.
발광 소자(150)는 한 쌍의 전극(전극(101) 및 전극(102)) 사이에 제공된 EL층(100)을 갖는다. EL층(100)은 적어도 발광층(113)을 갖는다. 또한, 본 실시형태에서는 전극(101)을 양극, 전극(102)을 음극으로 하여 설명하지만, 발광 소자(150)로서는 그 반대여도 상관없다.
또한, 도 1의 (A)에 도시된 EL층(100)은 발광층(113)에 더하여 정공 주입층(111), 정공 수송층(112), 전자 수송층(115), 및 전자 주입층(116)을 갖는다. 또한, EL층(100)의 구성은 도 1의 (A)에 도시된 구성에 한정되지 않고, 정공 주입층(111), 정공 수송층(112), 전자 수송층(115), 및 전자 주입층(116) 중에서 선택된 적어도 하나를 갖는 구성으로 하면 좋다. 또는 EL층(100)은 캐리어 주입 장벽의 저감, 캐리어 수송성의 향상, 또는 전극에 의한 소광 현상의 억제가 가능한 기능을 갖는 기능층을 갖는 구성으로 하여도 좋다.
또한, 도 1의 (B)는 도 1의 (A)에 도시된 발광층(113)의 일례를 도시한 단면 모식도이다. 도 1의 (B)에 도시된 발광층(113)은 호스트 재료(121)와 게스트 재료(122)를 갖는다.
호스트 재료(121)로서는 단일항 여기 에너지 준위와 삼중항 여기 에너지 준위의 차이가 0eV 초과 0.2eV 이하인 것이 바람직하다. 특히, 호스트 재료(121)로서는 실온에서 열 활성화 지연 형광을 나타내는 물질인 것이 적합하다. 또한, 호스트 재료(121)는 단일 재료로 구성되어도 좋고, 복수의 재료로 구성되어도 좋다. 또한, 게스트 재료(122)로서는, 발광성 유기 화합물을 사용하면 좋고, 상기 발광성 유기 화합물로서는 형광을 발할 수 있는 물질(이하, 형광 재료라고도 함)인 것이 적합하다. 이하의 설명에서는, 게스트 재료(122)로서 형광 재료를 사용하는 구성에 대하여 설명한다. 또한, 게스트 재료(122)를 형광 재료로 바꿔 읽어도 좋다.
《1-1. 발광 소자의 발광 기구》
우선, 발광 소자(150)의 발광 기구에 대하여 이하에서 설명한다.
본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자(150)에서는, 한 쌍의 전극(전극(101) 및 전극(102)) 사이에 전압을 인가함으로써 음극으로부터 전자가, 양극으로부터 정공(홀))이 각각 EL층(100)에 주입되어 전류가 흐른다. 또한, 주입된 전자 및 정공이 재결합됨으로써 EL층(100)이 갖는 발광층(113) 내의 게스트 재료(122)가 여기 상태가 되고, 여기 상태가 된 게스트 재료(122)로부터 발광을 얻을 수 있다.
또한, 이하 2개의 과정에 의하여 게스트 재료(122)로부터의 발광이 얻어진다.
(α)직접 재결합 과정
(β)에너지 이동 과정
《1-2. (α)직접 재결합 과정》
캐리어(전자 및 정공)가 게스트 재료(122)에서 재결합되어, 게스트 재료(122)의 여기 상태가 형성된다. 이 때, 게스트 재료(122)의 여기 상태가 단일항 여기 상태일 때 형광 발광이 얻어진다. 한편으로 게스트 재료(122)의 여기 상태가 삼중항 여기 상태일 때 열 실활한다.
상술한 (α)직접 재결합 과정에 있어서는, 게스트 재료(122)의 형광 양자 효율이 높으면, 높은 발광 효율이 얻어진다.
《1-3. (β)에너지 이동 과정》
캐리어가 호스트 재료(121)에서 재결합되어 호스트 재료(121)의 여기 상태가 형성된다. 이 때, 호스트 재료(121)의 여기 상태가 단일항 여기 상태일 때, 호스트 재료(121)의 단일항 여기 에너지 준위가 게스트 재료(122)의 단일항 여기 에너지 준위보다 높은 경우, 호스트 재료(121)로부터 게스트 재료(122)로 여기 에너지가 이동하여 게스트 재료(122)가 단일항 여기 상태가 된다. 단일항 여기 상태가 된 게스트 재료(122)로부터는 형광 발광이 얻어진다. 따라서, 호스트 재료(121)의 단일항 여기 에너지 준위는 게스트 재료(122)의 단일항 여기 에너지 준위보다 높은 것이 바람직하다.
또한, 호스트 재료(121)의 단일항 여기 상태로부터 게스트 재료(122)의 삼중항 여기 상태로의 에너지 이동은 게스트 재료(122)에서의 단일항 기저 상태로부터 삼중항 여기 상태로의 직접 전이가 금제인 점에서, 주된 에너지 이동 과정으로 되기 어렵기 때문에, 여기서는 생략한다. 즉, 하기 일반식(G1)과 같이, 호스트 재료(121)의 단일항 여기 상태로부터 게스트 재료(122)의 단일항 여기 상태로의 에너지 이동이 중요하다.
1H*+1G → 1H+1G* (G1)
또한, 일반식(G1)에서, 1H*는 호스트 재료(121)의 단일항 여기 상태를 나타내고, 1G는 게스트 재료(122)의 단일항 기저 상태를 나타내고, 1H는 호스트 재료(121)의 단일항 기저 상태를 나타내고, 1G*는 게스트 재료(122)의 단일항 여기 상태를 나타낸다.
다음에, 호스트 재료(121) 및 게스트 재료(122)의 에너지 이동 과정을 설명하기 위하여 도 1의 (C)에 에너지 준위의 상관을 설명하기 위한 모식도를 도시하였다. 또한 도 1의 (C)에 도시된 표기 및 부호는 이하와 같다.
● Host(121): 호스트 재료(121)
● Guest(122): 게스트 재료(122)(형광 재료)
● SH: 호스트 재료(121)의 단일항 여기 에너지의 가장 낮은 준위
● TH: 호스트 재료(121)의 삼중항 여기 에너지의 가장 낮은 준위
● SG: 게스트 재료(122)(형광 재료)의 단일항 여기 에너지의 가장 낮은 준위
● TG: 게스트 재료(122)(형광 재료)의 삼중항 여기 에너지의 가장 낮은 준위
호스트 재료(121)의 여기 상태가 삼중항 여기 상태여도 호스트 재료(121)의 SH가 게스트 재료(122)의 SG보다 높은 경우, 이하 2개의 과정을 거쳐 형광 발광이 얻어진다.
호스트 재료(121)는 단일항 여기 에너지 준위와 삼중항 여기 에너지 준위의 에너지 차이가 0.2eV 이하로 작다. 그래서, 첫 번째 과정으로서 도 1의 (C)에서 루트(A1)로 나타낸 바와 같이, 역항간 교차(upconversion)에 의하여 여기 에너지가 호스트 재료(121)의 TH로부터 SH로 이동한다.
이어서 두 번째 과정으로서 도 1의 (C)에서 루트(E1)로 나타낸 바와 같이, 여기 에너지가 호스트 재료(121)의 SH로부터 게스트 재료(122)의 SG로 이동하여 게스트 재료(122)가 단일항 여기 상태가 된다. 단일항 여기 상태가 된 게스트 재료(122)로부터는 형광 발광이 얻어진다.
상술한 첫 번째 과정 및 두 번째 과정은 하기 일반식(G2)으로 나타내어진다.
3H*+1G →(역항간 교차)→1H*+1G→1H+1G* (G2)
또한, 일반식(G2)에서, 3H*는 호스트 재료(121)의 삼중항 여기 상태를 나타내고, 1G는 게스트 재료(122)의 단일항 기저 상태를 나타내고, 1H*는 호스트 재료(121)의 단일항 여기 상태를 나타내고, 1H는 호스트 재료(121)의 단일항 기저 상태를 나타내고, 1G*는 게스트 재료(122)의 단일항 여기 상태를 나타낸다.
일반식(G2)으로 나타낸 바와 같이, 역항간 교차에 의하여 호스트 재료(121)의 삼중항 여기 상태(3H*)로부터 호스트 재료(121)의 단일항 여기 상태(1H*)가 생성되고 나서, 게스트 재료(122)의 단일항 여기 상태(1G*)로 에너지 이동한다.
상기 (β)에너지 이동 과정에 제시된 모든 에너지 이동 과정이 효율적으로 발생되면, 호스트 재료(121)의 삼중항 여기 에너지 및 단일항 여기 에너지가 둘 다 효율적으로 게스트 재료(122)의 단일항 여기 상태(1G*)로 변환되기 때문에 고효율의 발광을 할 수 있게 된다.
다만, 여기 에너지가 호스트 재료(121)의 단일항 여기 상태 및 삼중항 여기 상태로부터 게스트 재료(122)의 단일항 여기 상태로 이동하기 전에, 호스트 재료(121)가 상기 여기 에너지를 광 또는 열로서 방출하여 실활하게 되면, 발광 소자(150)의 발광 효율은 저하된다. 예를 들어, 도 1의 (C)에서 파선 B1로 둘러싸여 나타낸 바와 같이, 호스트 재료(121)의 삼중항 여기 에너지의 가장 낮은 준위가 게스트 재료(122)의 TG보다 낮은 경우(도 1의 (C)에서 TH'로 나타냄), 게스트 재료(122)가 갖는 여기 에너지는 도 1의 (C)에서 루트(E3)로 나타낸 바와 같이, 게스트 재료(122)의 TG로부터 호스트 재료(121)의 TH'로 에너지 이동한다. 이 경우, TH'와 SH의 에너지 차이가 크기 때문에, 도 1의 (C)에서 루트(A1')의 역항간 교차 및 이에 이어지는 루트(E1)로 나타낸 에너지 이동 과정이 발생되기 어려워지기 때문에, 게스트 재료(122)의 여기 에너지는 결과적으로 열 실활하게 된다. 따라서, 게스트 재료(122)의 단일항 여기 상태의 생성 효율이 저하된다. 따라서, 호스트 재료(121)의 TH는 게스트 재료(122)의 TG보다 높은 것이 바람직하다. 즉, 호스트 재료(121)가 열 활성화 지연 형광을 나타내는 물질인 경우, 호스트 재료(121)의 열 활성화 지연 형광의 발광 에너지는 게스트 재료(122)의 인광 발광 에너지보다 높은 것이 바람직하다.
한편으로, 도 1의 (C)에서 루트(E2)로 나타낸 바와 같이, 여기 에너지가 호스트 재료(121)의 TH로부터 게스트 재료(122)의 TG로 이동한 경우에도, 여기 에너지는 열 실활한다. 따라서, 도 1의 (C)에서 루트(E2)로 나타낸 에너지 이동 과정이 적으면 게스트 재료(122)의 삼중항 여기 상태의 생성 효율을 저감할 수 있고, 열 실활을 감소시킬 수 있어 바람직하다. 이를 위해서는, 호스트 재료(121)와 게스트 재료(122)의 중량 비율은 게스트 재료(122)의 중량 비율이 더 낮은 것이 바람직하다. 구체적으로는 호스트 재료(121) 1에 대한 게스트 재료(122)의 중량 비율로서는 0 초과 0.05 이하가 적합하고, 더 바람직하게는 0 초과 0.03 이하가 적합하다.
또한, 게스트 재료(122)에서의 직접 재결합 과정이 지배적이 되면, 발광층 내에서 게스트 재료(122)의 삼중항 여기 상태가 많이 생성되어 열 실활에 의하여 발광 효율이 낮아진다. 즉, 상술한 (α)직접 재결합 과정보다 (β)에너지 이동 과정의 비율이 더 많은 것이 게스트 재료(122)의 여기 상태가 삼중항 여기 상태일 때 생기는 열 실활을 감소시킬 수 있어 바람직하다. 이를 위해서는, 역시 호스트 재료(121)와 게스트 재료(122)의 중량 비율은 게스트 재료(122)의 중량 비율이 더 낮은 것이 바람직하고, 구체적으로는 호스트 재료(121) 1에 대한 게스트 재료(122)의 중량 비율로서는 0 초과 0.05 이하가 적합하고, 더 바람직하게는 0 초과 0.03 이하가 적합하다.
다음에, 상술한 호스트 재료(121)와 게스트 재료(122) 사이의 분자간 에너지 이동 과정의 지배 인자에 대하여 설명한다. 분자간의 에너지 이동의 기구로서는, 푀르스터(
Figure 112015081871410-pat00001
) 기구(쌍극자-쌍극자 상호 작용)와 덱스터(dexter) 기구(전자 교환 상호 작용)의 2개의 기구가 제창되고 있다.
《1-4. 푀르스터 기구》
푀르스터 기구에서는 에너지 이동에 있어서 분자간의 직접적 접촉을 필요로 하지 않고, 호스트 재료(121) 및 게스트 재료(122) 사이의 쌍극자 진동의 공명 현상을 통하여 에너지 이동이 일어난다. 쌍극자 진동의 공명 현상에 의하여 호스트 재료(121)가 게스트 재료(122)에 에너지를 공급하여, 여기 상태의 호스트 재료(121)가 기저 상태가 되고, 기저 상태의 게스트 재료(122)가 여기 상태가 된다. 또한, 푀르스터 기구의 속도 상수(kh*→g)를 수학식 (1)으로 산출한다.
[수학식 1]
Figure 112015081871410-pat00002
수학식 (1)에서, ν는 진동수를 나타내고, f'h (ν)는 호스트 재료(121)의 정규화된 발광 스펙트럼(단일항 여기 상태로부터의 에너지 이동을 논하는 경우에는 형광 스펙트럼, 삼중항 여기 상태로부터의 에너지 이동을 논하는 경우에는 인광 스펙트럼)을 나타내고, ε g (ν)는 게스트 재료(122)의 몰 흡광 계수를 나타내고, N은 아보가드로 수를 나타내고, n은 매체의 굴절률을 나타내고, R은 호스트 재료(121)와 게스트 재료(122) 사이의 분자간 거리를 나타내고, τ는 측정된 여기 상태의 수명(형광 수명이나 인광 수명)을 나타내고, c는 광속을 나타내고, φ는 발광 양자 수율(단일항 여기 상태로부터의 에너지 이동을 논하는 경우에는 형광 양자 수율, 삼중항 여기 상태로부터의 에너지 이동을 논하는 경우에는 인광 양자 수율)을 나타내고, K 2 는 호스트 재료(121)와 게스트 재료(122) 사이의 전이 쌍극자 모멘트의 배향을 나타내는 계수(0~4)를 나타낸다. 또한, 랜덤 배향의 경우에는 K2=2/3이다.
《1-5. 덱스터 기구》
덱스터 기구에서는, 호스트 재료(121)와 게스트 재료(122)가, 그들의 궤도가 중첩되는 접촉 유효 거리까지 근접되어, 여기 상태의 호스트 재료(121)의 전자와 기저 상태의 게스트 재료(122)의 전자의 교환을 통하여 에너지 이동이 일어난다. 또한, 덱스터 기구의 속도 상수(kh*→g)를 수학식 (2)으로 산출한다.
[수학식 2]
Figure 112015081871410-pat00003
수학식 (2)에서, h는 플랑크 상수이며, K는 에너지의 차원을 갖는 상수이며, ν는 진동수를 나타내고, f'h(ν)는 호스트 재료(121)의 정규화된 발광 스펙트럼(단일항 여기 상태로부터의 에너지 이동을 논하는 경우에는 형광 스펙트럼, 삼중항 여기 상태로부터의 에너지 이동을 논하는 경우에는 인광 스펙트럼)을 나타내고, ε'g(ν)는 게스트 재료(122)의 정규화된 흡수 스펙트럼을 나타내고, L은 실효 분자 반경을 나타내고, R은 호스트 재료(121)와 게스트 재료(122)의 분자간 거리를 나타낸다.
여기서, 호스트 재료(121)로부터 게스트 재료(122)로의 에너지 이동 효율(φET)은 수학식 (3)으로 나타내어진다. kr은 호스트 재료(121)의 발광 과정(단일항 여기 상태로부터의 에너지 이동을 논하는 경우에는 형광, 삼중항 여기 상태로부터의 에너지 이동을 논하는 경우에는 인광)의 속도 상수를 나타내고, kn은 호스트 재료(121)의 비발광 과정(열 실활이나 항간 교차)의 속도 상수를 나타내고, τ는 측정된 호스트 재료(121)의 여기 상태의 수명을 나타낸다.
[수학식 3]
Figure 112015081871410-pat00004
수학식 (3)을 보면 알 수 있듯이, 에너지 이동 효율(φET)을 높이기 위해서는, 에너지 이동의 속도 상수(kh *→g)를 크게 하고, 다른 경합하는 속도 상수(kr+kn(=1/τ))가 상대적으로 작게 되면 좋다.
《1-6. 에너지 이동을 높이기 위한 개념》
위의 일반식(G1) 및 일반식(G2)의 에너지 이동 과정 중 어느 과정에서도 호스트 재료(121)의 단일항 여기 상태(1H*)로부터 게스트 재료(122)의 단일항 여기 상태(1G*)로의 에너지 이동이기 때문에, 푀르스터 기구(수학식 (1)) 및 덱스터 기구(수학식 (2)) 양쪽의 기구에 의한 에너지 이동이 발생한다.
먼저, 푀르스터 기구에 의한 에너지 이동을 생각해 본다. 수학식 (1) 및 수학식 (3)에서 τ를 소거하면, 에너지 이동 효율(φET)은 양자 수율(φ)(단일항 여기 상태로부터의 에너지 이동을 논하고 있으므로 형광 양자 수율)이 높은 것이 좋다고 할 수 있다. 그러나, 실제로는 더 중요한 인자로서 호스트 재료(121)의 발광 스펙트럼(단일항 여기 상태로부터의 에너지 이동을 논하기 때문에 형광 스펙트럼)과 게스트 재료(122)의 흡수 스펙트럼(단일항 기저 상태로부터 단일항 여기 상태로의 전이에 상당하는 흡수)의 중첩이 큰 것이 바람직하다. 또한, 게스트 재료(122)의 몰 흡광 계수도 높은 것이 바람직하다. 이것은 호스트 재료(121)의 발광 스펙트럼과 게스트 재료(122)의 가장 장파장 측에 나타나는 흡수대가 중첩되는 것을 뜻한다.
이어서, 덱스터 기구에 의한 에너지 이동을 생각해 본다. 수학식 (2)을 보면 알 수 있듯이, 속도 상수(kh *→g)를 크게 하기 위해서는 호스트 재료(121)의 발광 스펙트럼(단일항 여기 상태로부터의 에너지 이동을 논하고 있으므로 형광 스펙트럼)과 게스트 재료(122)의 흡수 스펙트럼(단일항 기저 상태로부터 단일항 여기 상태로의 전이에 상당하는 흡수)의 중첩이 큰 것이 좋다.
이상으로부터, 에너지 이동 효율은 호스트 재료(121)의 발광 스펙트럼과 게스트 재료(122)의 가장 장파장 측에 나타나는 흡수대가 중첩됨으로써 최적화된다.
여기서, 본 발명의 일 형태는, 게스트 재료(122)에 효율적으로 에너지 이동이 가능한 에너지 도너로서의 기능을 갖는 호스트 재료(121)를 사용한 발광 소자를 제공한다. 호스트 재료(121)는 단일항 여기 에너지 준위와 삼중항 여기 에너지 준위가 근접되어 있다는 특징을 갖는다. 구체적으로는, 호스트 재료(121)의 단일항 여기 에너지 준위와 삼중항 여기 에너지 준위의 차이가 0eV 초과 0.2eV 이하인 것이 바람직하다. 상기 구성으로 함으로써 호스트 재료(121)의 삼중항 여기 상태로부터 단일항 여기 상태로의 전이(역항간 교차)가 일어나기 쉽다. 따라서, 호스트 재료(121)의 단일항 여기 상태의 생성 효율을 높일 수 있다. 또한, 호스트 재료(121)의 단일항 여기 상태로부터 에너지 억셉터가 되는 게스트 재료(122)의 단일항 여기 상태로의 에너지 이동을 발생하기 쉽게 하기 위해서는 호스트 재료(121)의 발광 스펙트럼(여기서는 열 활성화 지연 형광을 나타내는 기능을 갖는 물질의 발광 스펙트럼)과, 게스트 재료(122)의 가장 장파장 측에 나타나는 흡수대가 중첩되면 바람직하다. 이로써, 게스트 재료(122)의 단일항 여기 상태의 생성 효율을 높일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자(150)에서는 호스트 재료(121)의 삼중항 여기 에너지 준위는, 게스트 재료(122)의 삼중항 여기 에너지 준위보다 높기 때문에, 호스트 재료(121)의 삼중항 여기 상태로부터 단일항 여기 상태로의 전이, 및 호스트 재료(121)의 단일항 여기 상태로부터 게스트 재료(122)의 단일항 여기 상태로의 에너지 이동이 일어나기 쉽다. 그래서, 발광 소자(150)에서의 열 실활이 적게 되므로 발광 소자(150)의 발광 효율을 높일 수 있다. 또한, 호스트 재료(121)가 실온에서 열 활성화 지연 형광을 나타내는 물질인 경우, 상기 열 활성화 지연 형광의 발광 에너지는 게스트 재료(122)의 인광 발광 에너지보다 높기 때문에 호스트 재료(121)의 삼중항 여기 상태로부터 단일항 여기 상태로의 전이, 및 호스트 재료(121)의 단일항 여기 상태로부터 게스트 재료(122)의 단일항 여기 상태로의 에너지 이동이 효율적으로 발생된다. 그래서, 발광 소자(150)에서의 열 실활이 적게 되므로 발광 소자(150)의 발광 효율을 높일 수 있다.
《1-7. 재료》
발광층(113)에 있어서 호스트 재료(121)는 단일 재료로 구성되어도 좋고, 복수의 재료로 구성되어도 좋다. 예를 들어 호스트 재료(121)가 단일 재료로 구성된 경우, 이하의 재료를 사용할 수 있다.
우선, 풀러렌이나 그의 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 포함하는 금속 함유 포르피린을 들 수 있다. 상기 금속 함유 포르피린으로서는, 예를 들어, 이하의 구조식으로 나타내어지는 프로토포르피린-불화 주석 착체(SnF2(Proto IX)), 메소포르피린-불화 주석 착체(SnF2(Meso IX)), 헤마토포르피린-불화 주석 착체(SnF2(Hemato IX)), 코프로포르피린 테트라메틸에스터-불화 주석 착체(SnF2(Copro III-4Me)), 옥타에틸포르피린-불화 주석 착체(SnF2(OEP)), 에티오포르피린-불화 주석 착체(SNF2(Etio I)), 옥타에틸포르피린-염화 백금 착체(PtCl2OEP) 등을 들 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112015081871410-pat00005
또한, 단일 재료로 구성되는 호스트 재료(121)로서는, 이하 구조식으로 나타내어지는 2-(바이페닐-4-일)-4,6-비스(12-페닐인돌로[2,3-a]카바졸-11-일)-1,3,5-트라이아진(약칭: PIC-TRZ), 2-{4-[3-(N-페닐-9H-카바졸-3-일)-9H-카바졸-9-일]페닐}-4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진(약칭: PCCzPTzn), 2-[4-(10H-페녹사진-10-일)페닐]-4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진(약칭: PXZ-TRZ), 3-[4-(5-페닐-5,10-다이하이드로페나진-10-일)페닐]-4,5-다이페닐-1,2,4-트라이아졸(약칭: PPZ-3TPT), 3-(9,9-다이메틸-9H-아크리딘-10-일)-9H-크산텐-9-온(약칭: ACRXTN), 비스[4-(9,9-다이메틸-9,10-다이하이드로아크리딘)페닐]설폰(약칭: DMAC-DPS), 10-페닐-10H,10'H-스파이로[아크리딘-9,9'-안트라센]-10'-온(약칭: ACRSA) 등의 π전자 과잉형 헤테로 방향족 고리 및 π전자 부족형 헤테로 방향족 고리를 갖는 헤테로 고리 화합물을 사용할 수도 있다. 이 헤테로 고리 화합물은 π전자 과잉형 헤테로 방향족 고리 및 π전자 부족형 헤테로 방향족 고리를 가지므로, 전자 수송성 및 정공 수송성이 높아 바람직하다. 또한, π전자 과잉형 헤테로 방향족 고리와 π전자 부족형 헤테로 방향족 고리가 직접 결합된 물질은 π전자 과잉형 헤테로 방향족 고리의 도너(donor)성과 π전자 부족형 헤테로 방향족 고리의 억셉터성이 둘 다 강하고, 단일항 여기 상태의 준위와 삼중항 여기 상태의 준위의 차이가 작아지기 때문에, 특히 바람직하다.
[화학식 2]
Figure 112015081871410-pat00006
또한, 발광층(113)에 있어서, 게스트 재료(122)로서 특별히 한정은 없지만, 안트라센 유도체, 테트라센 유도체, 크리센 유도체, 페난트렌 유도체, 피렌 유도체, 페릴렌 유도체, 스틸벤 유도체, 아크리돈 유도체, 쿠마린 유도체, 페녹사진 유도체, 페노싸이아진 유도체 등이 바람직하고, 예를 들어 이하의 재료를 사용할 수 있다.
5,6-비스[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-2,2'-바이피리딘(약칭: PAP2BPy), 5,6-비스[4'-(10-페닐-9-안트릴)바이페닐-4-일]-2,2'-바이피리딘(약칭: PAPP2BPy), N,N'-비스[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]-N,N'-다이페닐-피렌-1,6-다이아민(약칭: 1,6FLPAPrn), N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-비스[3-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]피렌-1, 6-다이아민(약칭: 1,6mMemFLPAPrn), N,N'-비스[4-(9H-카바졸-9-일)페닐]-N,N'-다이페닐스틸벤-4,4'-다이아민(약칭: YGA2S), 4-(9H-카바졸-9-일)-4'-(10-페닐-9-안트릴)트라이페닐아민(약칭: YGAPA), 4-(9H-카바졸-9-일)-4'-(9,10-다이페닐-2-안트릴)트라이페닐아민(약칭: 2YGAPPA), N,9-다이페닐-N-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸-3-아민(약칭: PCAPA), 페릴렌, 2,5,8,11-테트라(tert-뷰틸)페릴렌(약칭: TBP), 4-(10-페닐-9-안트릴)-4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBAPA), N,N"-(2-tert-뷰틸안트라센-9,10-다이일다이-4,1-페닐렌)비스[N,N',N'-트라이페닐-1,4-페닐렌다이아민](약칭: DPABPA), N,9-다이페닐-N-[4-(9,10-다이페닐-2-안트릴)페닐]-9H-카바졸-3-아민(약칭: 2PCAPPA), N-[4-(9,10-다이페닐-2-안트릴)페닐]-N,N',N'-트라이페닐-1,4-페닐렌다이아민(약칭: 2DPAPPA), N,N,N',N',N",N",N''',N'''-옥타페닐다이벤조[g,p]크리센-2,7,10,15-테트라아민(약칭: DBC1), 쿠마린30, N-(9,10-다이페닐-2-안트릴)-N,9-다이페닐-9H-카바졸-3-아민(약칭: 2PCAPA), N-[9,10-비스(1,1'-바이페닐-2-일)-2-안트릴]-N,9-다이페닐-9H-카바졸-3-아민(약칭: 2PCABPhA), N-(9,10-다이페닐-2-안트릴)-N,N',N'-트라이페닐-1,4-페닐렌다이아민(약칭: 2DPAPA), N-[9,10-비스(1,1'-바이페닐-2-일)-2-안트릴]-N,N',N'-트라이페닐-1,4-페닐렌다이아민(약칭: 2DPABPhA), 9,10-비스(1,1'-바이페닐-2-일)-N-[4-(9H-카바졸-9-일)페닐]-N-페닐안트라센-2-아민(약칭: 2YGABPhA), N,N,9-트라이페닐안트라센-9-아민(약칭: DPhAPhA),쿠마린6, 쿠마린545T, N,N'-다이페닐퀴나크리돈(약칭: DPQd), 루브렌, 5,12-비스(1,1'-바이페닐-4-일)-6,11-다이페닐테트라센(약칭: BPT), 2-(2-{2-[4-(디메틸아미노)페닐]에텐일}-6-메틸-4H-피란-4-일리덴)프로페인디나이트릴(약칭: DCM1), 2-{2-메틸-6-[2-(2,3,6,7-테트라하이드로-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에텐일]-4H-피란-4-일리덴}프로페인디나이트릴(약칭: DCM2), N,N,N',N'-테트라키스(4-메틸페닐)테트라센-5,11-다이아민(약칭: p-mPhTD), 7,14-다이페닐-N,N,N',N'-테트라키스(4-메틸페닐)아세나프토[1,2-a]플루오란텐-3,10-다이아민(약칭: p-mPhAFD), 2-{2-아이소프로필-6-[2-(1,1,7,7-테트라메틸-2,3,6,7-테트라하이드로-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에텐일]-4H-피란-4-일리덴}프로페인디나이트릴(약칭: DCJTI), 2-{2-tert-뷰틸-6-[2-(1,1,7,7-테트라메틸-2,3,6,7-테트라하이드로-1H, 5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에텐일]-4H-피란-4-일리덴}프로페인디나이트릴(약칭: DCJTB), 2-(2,6-비스{2-[4-(디메틸아미노)페닐]에텐일}-4H-피란-4-일리덴)프로페인디나이트릴(약칭: BisDCM), 2-{2,6-비스[2-(8-메톡시-1,1,7,7-테트라메틸-2,3,6,7-테트라하이드로-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에텐일]-4H-피란-4-일리덴}프로페인디나이트릴(약칭: BisDCJTM), 5,10,15,20-테트라페닐비스벤조[5,6]인데노[1,2,3-cd:1',2',3'-lm]페릴렌 등을 들 수 있다.
또한, 발광층(113)은 증착법(진공 증착법을 포함함), 잉크젯법, 도포법, 그라비어 인쇄 등의 방법으로 형성할 수 있다.
<2. 발광 소자의 구성예 2>
다음에, 도 1의 (B) 및 (C)에 도시된 구성과 상이한 구성에 대하여 도 2의 (A) 및 (B)를 사용하여 이하에서 설명한다.
도 2의 (A)는 도 1의 (A)에 도시된 발광층(113)의 일례를 도시한 단면 모식도이다. 도 2의 (A)에 도시된 발광층(113)은 호스트 재료(121)와 게스트 재료(122)를 갖고, 호스트 재료(121)는 유기 화합물(121_1)과 유기 화합물(121_2)을 갖는다.
유기 화합물(121_1)과 유기 화합물(121_2)은 들뜬 복합체(Exciplex라고도 함)를 형성하는 조합인 것이 바람직하다. 들뜬 복합체는 단일항 여기 에너지 준위와 삼중항 여기 에너지 준위의 차이가 매우 작게 되기 쉬운 성질을 갖기 때문에, 삼중항 여기 상태로부터 단일항 여기 상태로의 전이(역항간 교차)가 일어나기 쉽다. 또한, 유기 화합물(121_1) 및 유기 화합물(121_2) 중 어느 한쪽은 발광층(113)의 호스트 재료로서 기능하고, 유기 화합물(121_1) 및 유기 화합물(121_2) 중 다른 쪽은 발광층(113)의 어시스트 재료로서 기능한다. 또한, 이하의 설명에 있어서는 유기 화합물(121_1)을 호스트 재료, 유기 화합물(121_2)을 어시스트 재료로 하여 설명한다.
또한, 유기 화합물(121_1)과 유기 화합물(121_2)이 들뜬 복합체를 형성하는 조합이 되는 호스트 재료를 사용한 경우에도 이하 2개의 과정에 의하여 게스트 재료(122)로부터의 발광이 얻어진다.
(α)직접 재결합 과정
(β)에너지 이동 과정
또한, (α)직접 재결합 과정에 대해서는 상기 1-2.에서 설명한 과정과 마찬가지므로 여기서는 설명을 생략한다.
《2-1. (β)에너지 이동 과정을 거친 발광 기구》
발광층(113)에 있어서의 들뜬 복합체를 형성하는 유기 화합물(121_1)과 유기 화합물(121_2)의 조합은, 들뜬 복합체를 형성할 수 있는 조합이라면 특별히 한정은 없지만, 한쪽이 정공 수송성을 갖는 재료이고, 다른 쪽이 전자 수송성을 갖는 재료인 것이 더 바람직하다. 이 경우, 도너-억셉터(donor-acceptor)형 여기 상태를 형성하기 쉬워, 들뜬 복합체를 효율적으로 형성할 수 있다. 또한, 정공 수송성을 갖는 재료와 전자 수송성을 갖는 재료의 조합에 의하여 유기 화합물(121_1)과 유기 화합물(121_2)의 조합을 구성하는 경우, 이들의 혼합 비율에 따라 캐리어 밸런스(carrier balance)를 쉽게 제어할 수 있다. 구체적으로는, 정공 수송성을 갖는 재료:전자 수송성을 갖는 재료=1:9~9:1(중량 비율)의 범위인 것이 바람직하다. 또한, 이러한 구성을 가짐으로써 캐리어 밸런스를 쉽게 제어할 수 있기 때문에, 재결합 영역도 쉽게 제어할 수 있다.
또한, 유기 화합물(121_1)과 유기 화합물(121_2)에 의하여 형성되는 들뜬 복합체의 단일항 여기 에너지 준위와 삼중항 여기 에너지 준위의 차이가 0eV 초과 0.2eV 이하인 것이 바람직하다. 상기 구성으로 함으로써, 들뜬 복합체의 삼중항 여기 에너지 준위로부터 단일항 여기 에너지 준위로의 전이(역항간 교차)가 일어나기 쉽다. 따라서, 들뜬 복합체, 즉 호스트 재료(121)의 단일항 여기 상태의 생성 효율을 높일 수 있다.
또한, 호스트 재료(121)의 발광 스펙트럼(여기서는 유기 화합물(121_1)과 유기 화합물(121_2)에 의하여 형성되는 들뜬 복합체의 발광 스펙트럼)과, 게스트 재료(122)의 가장 장파장 측에 나타나는 흡수대가 중첩되는 것이 바람직하다. 상기 구성으로 함으로써 호스트 재료(121)의 단일항 여기 상태로부터 게스트 재료(122)의 단일항 여기 상태로의 에너지 이동이 발생되기 쉬워진다. 따라서, 게스트 재료(122)의 단일항 여기 상태의 생성 효율을 높일 수 있고, 발광 효율을 높일 수 있다.
여기서 들뜬 복합체의 에너지 이동 과정을 설명하기 위하여 도 2의 (B)에 에너지 준위의 상관을 설명하는 모식도를 도시하였다. 또한 도 2의 (B)에 도시된 표기 및 부호는 이하와 같다.
● Host(121): 호스트 재료(유기 화합물(121_1))
● Guest(122): 게스트 재료(122)(형광 재료)
● Assist: 호스트 재료(유기 화합물(121_2))
● SH: 호스트 재료(유기 화합물(121_1))의 단일항 여기 에너지의 가장 낮은 준위
● TH: 호스트 재료(유기 화합물(121_1))의 삼중항 여기 에너지의 가장 낮은 준위
● SE: 들뜬 복합체의 단일항 여기 에너지의 가장 낮은 준위
● TE: 들뜬 복합체의 삼중항 여기 에너지의 가장 낮은 준위
● SG: 게스트 재료(122)(형광 재료)의 단일항 여기 에너지의 가장 낮은 준위
● TG: 게스트 재료(122)(형광 재료)의 삼중항 여기 에너지의 가장 낮은 준위
캐리어(정공 및 전자)가 발광층(113)에 수송되면, 유기 화합물(121_1) 및 유기 화합물(121_2)은 한쪽이 정공을 받고, 다른 쪽이 전자를 받고, 이들이 근접됨으로써 신속하게 들뜬 복합체를 형성한다. 또는 한쪽이 여기 상태가 되면, 신속하게 다른 쪽의 물질과 상호 작용함으로써 들뜬 복합체를 형성한다. 따라서, 발광층(113)에서의 여기자의 대부분이 들뜬 복합체로서 존재한다. 들뜬 복합체는 유기 화합물(121_1) 및 유기 화합물(121_2)의 양쪽보다 밴드 갭이 작게 되므로 들뜬 복합체가 형성됨으로써 발광 소자의 구동 전압을 저하시킬 수 있다.
유기 화합물(121_1)과 유기 화합물(121_2)은 도너-억셉터형 여기 상태를 형성할 수 있기 때문에 들뜬 복합체의 SE와 들뜬 복합체의 TE는 서로 근접된다.
들뜬 복합체의 여기 상태가 단일항 여기 상태일 때, 도 2의 (B)의 루트(E4)로 나타낸 바와 같이, 여기 에너지가 들뜬 복합체의 SE로부터 게스트 재료(122)의 SG로 이동하여 게스트 재료(122)가 단일항 여기 상태가 된다. 단일항 여기 상태가 된 게스트 재료(122)로부터는 형광 발광이 얻어진다. 즉, 하기 일반식(G3)과 같이, 들뜬 복합체의 단일항 여기 상태로부터 게스트 재료(122)의 단일항 여기 상태로의 에너지 이동이 발생된다.
1[H-A]*+1G → 1H+1A+1G* (G3)
또한, 일반식(G3)에서 1[H-A]*는 유기 화합물(121_1)과 유기 화합물(121_2)로 형성되는 들뜬 복합체의 단일항 여기 상태를 나타내고, 1G는 게스트 재료(122)의 단일항 기저 상태를 나타내고, 1H는 유기 화합물(121_1)의 단일항 기저 상태를 나타내고, 1A는 유기 화합물(121_2)의 단일항 기저 상태를 나타내고, 1G*는 게스트 재료(122)의 단일항 여기 상태를 나타낸다.
또한, 들뜬 복합체의 여기 상태가 삼중항 여기 상태여도 들뜬 복합체의 SE가 게스트 재료(122)의 SG보다 높은 경우, 이하 2개의 과정을 거쳐 형광 발광이 얻어진다.
첫 번째 과정으로서 도 2의 (B)에서 루트(A2)로 나타낸 바와 같이, 여기 에너지가 역항간 교차(upconversion)에 의하여 들뜬 복합체의 TE로부터 SE로 이동한다.
이어서 두 번째 과정으로서 도 2의 (B)에서 루트(E4)로 나타낸 바와 같이, 여기 에너지가 들뜬 복합체의 SE로부터 게스트 재료(122)의 SG로 이동하여 게스트 재료(122)가 단일항 여기 상태가 된다. 단일항 여기 상태가 된 게스트 재료(122)로부터는 형광 발광이 얻어진다.
또한, 위에서 나타낸 루트(A2) 및 루트(E4)의 과정을 본 명세서 등에 있어서 ExSET(Exciplex-Singlet Energy Transfer) 또는 ExEF(Exciplex-Enhanced Fluorescence)라고 부르는 경우가 있다.
상기 첫 번째 과정 및 두 번째 과정은 하기 일반식(G4)으로 나타내어진다.
3[H-A]*+1G→(역항간 교차)→1[H-A]*+1G→1H+1A+1G* (G4)
또한, 일반식(G4)에서 3[H-A]*는 유기 화합물(121_1)과 유기 화합물(121_2)로 형성되는 들뜬 복합체의 삼중항 여기 상태를 나타내고, 1G는 게스트 재료(122)의 단일항 기저 상태를 나타내고, 1[H-A]*는 유기 화합물(121_1)과 유기 화합물(121_2)로 형성되는 들뜬 복합체의 단일항 여기 상태를 나타내고, 1H는 유기 화합물(121_1)의 단일항 기저 상태를 나타내고, 1A는 유기 화합물(121_2)의 단일항 기저 상태를 나타내고, 1G*는 게스트 재료(122)의 단일항 여기 상태를 나타낸다.
일반식(G4)으로 나타낸 바와 같이, 들뜬 복합체의 삼중항 여기 상태(3[H-A]*)로부터 역항간 교차에 의하여 들뜬 복합체의 단일항 여기 상태(1[H-A]*)가 생성되고 나서, 게스트 재료(122)의 단일항 여기 상태(1G*)로 에너지 이동한다.
호스트 재료(121)를 상술한 구성으로 함으로써, 상기 (β)에너지 이동 과정이 효율적으로 발생되고, 들뜬 복합체의 단일항 여기 에너지 및 삼중항 여기 에너지의 양쪽이 효율적으로 게스트 재료(122)의 단일항 여기 상태로 변환되기 때문에 발광층(113)의 게스트 재료(122)(형광 재료)로부터의 발광을 효율적으로 얻을 수 있게 된다.
다만, 여기 에너지가 들뜬 복합체로부터 게스트 재료(122)로 이동하기 전에 들뜬 복합체가 상기 여기 에너지를 광 또는 열로서 방출하여 실활하게 되면, 발광 효율이 저하되는 경우가 있다. 예를 들어, 도 2의 (B)에서 루트(E5)로 나타낸 바와 같이, 들뜬 복합체의 TE로부터 게스트 재료(122)의 TG에 여기 에너지가 이동하는 경우, 여기 에너지가 열 실활한다. 따라서, 호스트 재료(121) 1에 대한 게스트 재료(122)의 중량 비율로서는, 0 초과 0.05 이하가 적합하고, 더 바람직하게는 0 초과 0.03 이하가 적합하다.
또한, 도 2의 (B)에서 파선 B2로 둘러싸여 나타낸 바와 같이, 호스트 재료(121)의 TH, 즉, 유기 화합물(121_1) 또는 유기 화합물(121_2)의 삼중항 여기 에너지 준위가 들뜬 복합체의 TE보다 낮은 경우(도 2의 (C)에서 TH'로 나타냄), 도 2의 (B)에서 루트(E6)로 나타낸 바와 같이, 들뜬 복합체의 TE로부터 호스트 재료(121)의 TH'로 에너지가 이동한 후, 여기 에너지가 열 실활한다. 따라서, 유기 화합물(121_1) 및 유기 화합물(121_2)의 삼중항 여기 에너지 준위는 들뜬 복합체의 TE보다 높은 것이 바람직하다. 이로써, 들뜬 복합체에 있어서 효율적으로 역항간 교차가 생기기 때문에 바람직하다.
또한, 들뜬 복합체는 SE와 TE가 근접되기 때문에, TE가 게스트 재료(122)의 TG보다 낮은 경우, SE의 에너지 준위도 TG 부근 또는 이 이하까지 크게 저하된다. 이 결과, SE로부터 게스트 재료(122)의 SG로의 에너지 이동(루트(E4))이 어렵게 되고, 게스트 재료(122)로부터의 형광이 얻어지기 어려워진다. 따라서, 들뜬 복합체의 TE는 게스트 재료(122)의 TG보다 높은 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이, 들뜬 복합체가 실온에서 열 활성화 지연 형광을 나타내는 경우, 유기 화합물(121_1) 및 유기 화합물(121_2)의 인광 발광 에너지는 들뜬 복합체의 열 활성화 지연 형광의 발광 에너지보다 높은 것이 바람직하다. 또한, 들뜬 복합체의 열 활성화 지연 형광의 발광 에너지는 게스트 재료(122)의 인광 발광 에너지보다 높은 것이 바람직하다.
《2-2. 재료》
발광층(113)에 있어서 호스트 재료(121)가 유기 화합물(121_1) 및 유기 화합물(121_2)에 의하여 형성되는, 즉 호스트 재료(121)가 2종류의 재료로 구성되는 경우, 예를 들어 이하의 재료를 사용할 수 있다.
또한, 유기 화합물(121_1) 및 유기 화합물(121_2)은 들뜬 복합체를 형성하는 2종류의 조합의 유기 화합물을 사용하는 것이 바람직하다. 이 경우, 다양한 캐리어 수송성 재료를 적절히 사용할 수 있지만, 효율적으로 들뜬 복합체를 형성하기 위해서는, 전자를 받기 쉬운 재료(전자 수송성을 갖는 재료)와, 정공을 받기 쉬운 재료(정공 수송성을 갖는 재료)을 조합하는 것이 특히 바람직하다.
왜냐하면, 전자 수송성을 갖는 재료와, 정공 수송성을 갖는 재료를 조합하여 들뜬 복합체를 형성하는 호스트 재료로 하는 경우, 전자 수송성을 갖는 재료 및 정공 수송성을 갖는 재료의 혼합 비율을 조절함으로써, 발광층에 있어서의 정공과 전자의 캐리어 밸런스를 최적화하는 것이 용이해진다. 발광층에 있어서의 정공과 전자의 캐리어 밸런스를 최적화함으로써, 발광층 중에서 전자와 정공의 재결합이 일어나는 영역이 치우치는 것을 억제할 수 있다. 재결합이 일어나는 영역의 치우침을 억제함으로써, 발광 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
전자를 받기 쉬운 재료(전자 수송성을 갖는 재료)로서는, π 전자 부족형 헤테로 방향족이나 금속 착체 등을 사용할 수 있다. 구체적으로는, 비스(10-하이드록시벤조[h]퀴놀리나토)베릴륨(II)(약칭: BeBq2), 비스(2-메틸-8-퀴놀리놀라토)(4-페닐페놀라토)알루미늄(Ⅲ)(약칭: BAlq), 비스(8-퀴놀리놀라토)아연(II)(약칭: Znq), 비스[2-(2-벤즈옥사졸일)페놀라토)아연(II)(약칭: ZnPBO), 비스[2-(2-벤조싸이아졸일)페놀라토]아연(II)(약칭: ZnBTZ) 등의 금속 착체나, 2-(4-바이페닐일)-5-(4-tert-뷰틸페닐)-1,3,4-옥사다이아졸(약칭: PBD), 3-(4-바이페닐일)-4-페닐-5-(4-tert-뷰틸페닐)-1,2,4-트라이아졸(약칭: TAZ), 1,3-비스[5-(p-tert-뷰틸페닐)-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)트라이스(1-페닐-1H-벤즈이미다졸)(약칭: TPBI), 2-[3-(다이벤조싸이펜-4-일)페닐]-1-페닐-1H-벤즈이미다졸(약칭: mDBTBIm-II) 등의 아졸 골격을 갖는 헤테로 고리 화합물이나, 2-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mDBTPDBq-II), 2-[3'-(다이벤조싸이펜-4-일)바이페닐-3-일]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mDBTBPDBq-II), 2-[3'-(9H-카바졸-9-일)바이페닐-3-일]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mCzBPDBq), 4,6-비스[3-(페난트렌-9-일)페닐]피리미딘(약칭: 4,6mPnP2Pm), 4,6-비스[3-(4-다이벤조싸이엔일)페닐]피리미딘(약칭: 4,6mDBTP2Pm-II) 등의 다이아진 골격을 갖는 헤테로 고리 화합물이나, 2-{4-[3(N-페닐-9H-카바졸-3-일)-9H-카바졸-9-일]페닐}-4,6-다이페닐-1, 3, 5-트라이아진(약칭: PCCzPTzn) 등의 트라이아진 골격을 갖는 헤테로 고리 화합물이나, 3,5-비스[3-(9H-카바졸-9-일)페닐]피리딘(약칭: 35DCzPPy), 1,3,5-트라이[3-(3-피리딜)페닐]벤젠(약칭: TmPyPB) 등의 피리딘 골격을 갖는 헤테로 고리 화합물을 들 수 있다. 상술한 재료 중에서도 다이아진 골격 및 트라이아진 골격을 갖는 헤테로 고리 화합물이나 피리딘 골격을 갖는 헤테로 고리 화합물은 신뢰성이 양호하여 바람직하다. 특히 다이아진(피리미딘이나, 피라진) 골격 및 트라이아진 골격을 갖는 헤테로 고리 화합물은 전자 수송성이 높고, 구동 전압 저감에도 기여한다. 또한, 신뢰성이 양호하고, 또한 높은 삼중항 여기 에너지 준위를 갖기 위해서는, 축합 헤테로 고리 골격을 갖고, 상기 축합 헤테로 고리 골격이 다이아진 골격을 가진다. 또는, 카바졸 골격과 축합 헤테로 고리 골격을 갖고, 상기 카바졸 골격과 상기 축합 헤테로 고리 골격이 아릴렌기를 통하여 결합하는 구조를 갖는 것이 바람직하고, 상기 카바졸 골격의 9위치에서 아릴렌기를 통하여 결합하는 구조를 갖는 것이 특히 바람직하다. 상기 다이아진 골격을 갖는 축합 헤테로 고리 골격으로서는 퀴녹살린 골격, 퀴나졸린 골격, 벤조퀴녹살린 골격, 벤조퀴나졸린 골격, 다이벤조퀴녹살린 골격. 다이벤조퀴나졸린 골격, 또는 벤조푸로피리미딘 골격 등이 바람직하다.
정공을 받기 쉬운 재료(정공 수송성을 갖는 재료)로서는, π전자 과잉형 헤테로 방향족 또는 방향족 아민 등을 적절하게 사용할 수 있다. 구체적으로는, 2-[N-(9-페닐카바졸-3-일)-N-페닐아미노]스파이로-9,9'-바이플루오렌(약칭: PCASF), 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: NPB), N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-다이페닐-[1,1'-바이페닐]-4,4'-다이아민(약칭: TPD), 4,4'-비스[N-(스파이로-9,9'-바이플루오렌-2-일)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: BSPB), 4-페닐-4'-(9-페닐플루오렌-9-일)트라이페닐아민(약칭: BPAFLP), 4-페닐-3'-(9-페닐플루오렌-9-일)트라이페닐아민(약칭: mBPAFLP), 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]-스파이로-9,9'-바이플루오렌-2-아민(약칭: PCBASF), N-(1,1'-바이페닐-4-일)-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: PCBBiF) 등의 방향족 아민 골격을 갖는 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), 9-페닐-9H-3-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)카바졸(약칭: PCCP) 등의 카바졸 골격을 갖는 화합물이나, 4,4',4"-(벤젠-1,3,5-트라이일)트라이(다이벤조싸이펜)(약칭: DBT3P-II), 2,8-다이페닐-4-[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]다이벤조싸이펜(약칭: DBTFLP-III), 4-[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]-6-페닐다이벤조싸이펜(약칭: DBTFLP-IV) 등의 싸이펜 골격을 갖는 화합물이나, 4,4',4"-(벤젠-1,3,5-트라이일)트라이(다이벤조퓨란)(약칭: DBF3P-II), 4-{3-[3-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]페닐}다이벤조퓨란(약칭: mmDBFFLBi-II) 등의 퓨란 골격을 갖는 화합물을 들 수 있다. 상술한 재료 중에서도 방향족 아민 골격을 갖는 화합물이나 카바졸 골격을 갖는 화합물은 신뢰성이 양호하고 정공 수송성이 높고, 구동 전압 저감에도 기여하기 때문에 바람직하다. 또한, 높은 삼중항 여기 에너지 준위를 갖기 위해서는, 카바졸 골격을 갖는 것이 바람직하다. 또는, 방향족 아민 골격을 하나 갖는 것이 바람직하다. 또는, 카바졸 골격과 방향족 아민 골격을 갖고, 카바졸 골격과 방향족 아민 골격이 카바졸 골격의 9위치에 있어서 결합하는 구조를 갖는 것이 바람직하고, 카바졸 골격의 9위치에 있어서 아릴렌기를 통하여 결합하는 구조를 갖는 것이 바람직하다.
유기 화합물(121_1) 및 유기 화합물(121_2)은, 상술한 화합물에 한정되지 않고, 캐리어를 수송할 수 있고, 또한 들뜬 복합체를 형성할 수 있는 조합이며, 상기 들뜬 복합체의 발광이, 발광 물질의 흡수 스펙트럼에 있어서의 가장 장파장 측의 흡수대(발광 물질의 단일항 기저 상태로부터 단일항 여기 상태로의 전이에 상당하는 흡수)와 중첩되어 있으면 좋고, 다른 재료를 사용하여도 좋다.
또한, 도 2의 (A)에 도시된 발광층(113)에 있어서, 게스트 재료(122)에 사용할 수 있는 재료로서는 1-7.에 제시되는 게스트 재료(122)와 마찬가지므로 여기서는 설명을 생략한다.
《2-3. 들뜬 복합체의 발광 에너지와 호스트 재료의 삼중항 에너지 준위의 관계》
여기서 본 발명의 일 형태에 따른 들뜬 복합체를 형성하는 유기 화합물의 조합과 상기 들뜬 복합체의 발광 에너지와 호스트 재료의 삼중항 에너지 준위의 관계에 대하여, 이하에서 자세히 설명한다.
도 3은 유기 화합물 단체의 박막의 발광 스펙트럼, 및 2종류의 서로 상이한 유기 화합물을 조합한 혼합막의 발광 스펙트럼이다. 또한, 도 3의 (A)는 화합물 1~화합물 4, 및 들뜬 복합체 1~들뜬 복합체 3의 발광 스펙트럼이고, 도 3의 (B)는 화합물 5~화합물 7, 및 들뜬 복합체 4~들뜬 복합체 6의 발광 스펙트럼이다.
또한, 도 3은 화합물 1이 2-[3-(다이벤조싸이펜-4-일)페닐]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mDBTPDBq-II), 화합물 2가 4,6-비스[3-(4-다이벤조싸이엔일)페닐]피리미딘(약칭: 4,6mDBTP2Pm-II), 화합물 3이 2,7-비스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]-스파이로-9,9'-바이플루오렌(약칭: DPA2SF), 화합물 4가 2-[N-(9-페닐카바졸-3-일)-N-페닐아미노]스파이로-9,9'-바이플루오렌(약칭: PCASF), 화합물 5가 4,6-비스[3-(9H-카바졸-9-일)페닐]피리미딘(약칭: 4,6mCzP2Pm), 화합물 6이 N-(4-바이페닐)-N-(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)-9-페닐-9H-카바졸-3-아민(약칭: PCBiF), 화합물 7이 9-페닐-9H-3-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)카바졸(약칭: PCCP), 화합물 8이 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]비페닐(약칭: NPB)에서의 박막의 발광 스펙트럼이다. 화합물 1~화합물 8의 구조식 및 약칭을 이하에서 나타낸다.
[화학식 3]
Figure 112015081871410-pat00007
도 3의 (A)에 도시된 들뜬 복합체 1로 나타낸 발광 스펙트럼은 화합물 1과 화합물 3의 혼합막의 발광을 측정한 결과이다. 즉, 화합물 1 및 화합물 3 중 어느 한쪽이 유기 화합물(121_1), 다른 쪽이 유기 화합물(121_2)에 상당한다. 마찬가지로 들뜬 복합체 2로 나타낸 발광 스펙트럼은 화합물 1과 화합물 4의 혼합막의 발광을 측정한 결과이고, 들뜬 복합체 3으로 나타낸 발광 스펙트럼은 화합물 2와 화합물 4의 혼합막의 발광을 측정한 결과이다. 또한, 발광 스펙트럼은 각 화합물 단체의 박막, 또는 2개의 화합물의 혼합막에 자외광을 조사함으로써 얻어지는 발광을 측정한 것이다. 또한, 발광 스펙트럼의 측정에는 PL-EL 측정 장치(Hamamatsu Photonics Corporation제)를 이용하였다. 또한, 각 화합물을 진공 증착함으로써 석영 기판 위에 막 두께 50nm가 되도록 박막을 형성하였다. 또한, 혼합 박막은 서로 다른 2개의 화합물을 각각 다른 증착원으로부터 동시에 증발시키는 증착법(공증착)에 의하여 형성하였다.
들뜬 복합체 1과 들뜬 복합체 2는 둘 다 화합물 1이 사용되어 있지만, 들뜬 복합체를 형성하는 다른 쪽의 화합물이 상이하다. 그래서, 화합물 3과 화합물 4의 발광 스펙트럼 피크에 거의 차이가 없더라도 들뜬 복합체 1의 발광 스펙트럼 피크의 파장은 579nm이고, 들뜬 복합체 2의 발광 스펙트럼 피크의 파장은 543nm이고, 이들의 피크에는 30nm 이상의 차이가 있다. 이것은 들뜬 복합체 1 및 들뜬 복합체 2가 도너-억셉터형 들뜬 복합체이기 때문이다. 즉, 여기 상태의 단일항 여기 에너지는 2개의 유기 화합물의 최고 피점유 분자 궤도(HOMO: Highest Occupied Molecular Orbital) 및 최저 공궤도(LUMO: Lowest Unoccupied Molecular Orbital) 중 높은 쪽의 HOMO와 낮은 쪽의 LUMO의 에너지 차이에 상당한다. 그래서, 한쪽의 화합물을 상이한 화합물로 함으로써 들뜬 복합체를 형성하는 HOMO 또는 LUMO의 에너지 준위가 변화되므로, 들뜬 복합체의 발광 파장을 변화시킬 수 있다.
또한, 들뜬 복합체 2와 들뜬 복합체 3은 둘 다 화합물 4가 사용되어 있지만, 들뜬 복합체를 형성하는 다른 쪽의 물질이 상이하다. 들뜬 복합체 3의 발광 스펙트럼 피크의 파장은 528nm이고, 들뜬 복합체 2와 들뜬 복합체 3의 발광 스펙트럼 피크에는 15nm의 차이가 생긴다. 이와 같이, 들뜬 복합체를 형성하는 한쪽의 화합물을 변경하면 들뜬 복합체의 발광 파장을 쉽게 변화시킬 수 있다.
또한, 들뜬 복합체 1의 발광 스펙트럼 피크의 파장은 579nm이기 때문에 들뜬 복합체 1에 황색~적색의 광을 나타내는 기능을 갖는 발광 재료를 게스트 재료(122)로서 혼합시켜, 발광 소자에 사용하는 것이 적합하다. 또한, 들뜬 복합체 2의 발광 스펙트럼 피크의 파장은 543nm, 들뜬 복합체 3의 발광 스펙트럼 피크의 파장은 528nm이기 때문에 들뜬 복합체 2 또는 들뜬 복합체 3에 녹색~적색의 광을 나타내는 기능을 갖는 발광 재료를 게스트 재료(122)로서 혼합시켜, 발광 소자에 사용하는 것이 적합하다.
도 3의 (B)에 도시된 들뜬 복합체 4로 나타낸 발광 스펙트럼은 화합물 5와 화합물 6의 혼합막의 발광을 측정한 결과이다. 즉, 화합물 5 및 화합물 6 중 한쪽이 유기 화합물(121_1), 다른 쪽이 유기 화합물(121_2)에 상당한다. 마찬가지로 들뜬 복합체 5로 나타낸 발광 스펙트럼은 화합물 5와 화합물 7의 혼합막의 발광을 측정한 결과이고, 들뜬 복합체 6으로 나타낸 발광 스펙트럼은 화합물 5와 화합물 8의 혼합막의 발광을 측정한 결과이다. 또한, 발광 스펙트럼은 각 화합물 단체의 박막, 또는 2개의 화합물의 혼합막에 자외광을 조사함으로써 얻어지는 발광을 측정한 것이다.
들뜬 복합체 4~들뜬 복합체 6은 모두 화합물 5가 사용되어 있지만, 들뜬 복합체를 형성하는 다른 쪽의 물질이 상이하다. 그래서, 들뜬 복합체 4~들뜬 복합체 6의 발광 스펙트럼 피크에는 차이가 생긴다. 이와 같이, 들뜬 복합체를 형성하는 한쪽의 화합물을 변경하면 들뜬 복합체의 발광 파장을 쉽게 변화시킬 수 있다.
또한, 들뜬 복합체 4 및 6의 발광 스펙트럼 피크의 파장은 각각 545nm, 516nm이기 때문에, 들뜬 복합체 4 또는 6에 녹색~적색의 광을 나타내는 기능을 갖는 발광 재료를 게스트 재료(122)로서 혼합하여 발광 소자에 사용하는 것이 적합하다. 또한, 들뜬 복합체 5의 발광 스펙트럼 피크의 파장은 488nm이기 때문에, 들뜬 복합체 5에 청색~적색의 광을 나타내는 기능을 갖는 발광 재료를 게스트 재료(122)로서 혼합하여 발광 소자에 사용하는 것이 적합하다.
다음에, 도 4는 화합물 1~화합물 8의 인광 발광 스펙트럼이다. 도 4에 도시된 인광 발광 스펙트럼은 저온(10K) 환경하에서 발진 파장이 325nm의 자외 레이저(He-Cd 레이저)를 각 화합물의 박막에 조사하여 시간 분해 포토루미네선스법을 사용하여 측정한 결과이다. 또한, 측정에는 현미 PL 장치 LabRAM HR-PL((주)호리바 제작소(HORIBA, Ltd.))를 사용하고, 검출기에는 CCD 검출기를 사용하였다. 또한, 각 화합물을 진공 증착함으로써 석영 기판 위에 막 두께 50nm가 되도록 박막을 형성하였다.
또한, 인광 발광 스펙트럼의 가장 단파장 측의 인광 발광 피크(숄더를 포함함)로부터 인광 발광 에너지를 구한 결과를 표 1 및 표 2에 나타낸다. 또한, 들뜬 복합체에서는 삼중항 여기 에너지 준위와 단일항 에너지 준위가 서로 근접되므로, 인광 발광 스펙트럼과 형광 발광 스펙트럼(열 활성화 지연 형광의 발광 스펙트럼)의 분리가 어렵다. 따라서, 표 1 및 표 2에서의 들뜬 복합체의 인광 발광 에너지는 들뜬 복합체의 발광 스펙트럼 피크(열 활성화 지연 형광의 발광 스펙트럼 피크)를 인광 발광 스펙트럼 피크와 동일한 것으로 간주하고, 발광 스펙트럼 피크로부터 인광 발광 에너지를 구한 결과이다. 즉, 들뜬 복합체의 열 활성화 지연 형광의 발광 에너지와 인광 발광 에너지는 거의 동일한 것으로 간주한다.
[표 1]
Figure 112015081871410-pat00008
[표 2]
Figure 112015081871410-pat00009
표 1 및 표 2에 나타낸 들뜬 복합체 1~들뜬 복합체 5의 인광 발광 에너지(열 활성화 지연 형광의 발광 에너지)는 각각의 들뜬 복합체를 형성하는 화합물의 인광 발광 에너지에 비하여 에너지가 낮다. 즉, 들뜬 복합체 1의 인광 발광 에너지(열 활성화 지연 형광의 발광 에너지)보다 화합물 1 및 화합물 3의 인광 발광 에너지가 더 높고, 들뜬 복합체 2의 인광 발광 에너지(열 활성화 지연 형광의 발광 에너지)보다 화합물 1 및 화합물 4의 인광 발광 에너지가 더 높고, 들뜬 복합체 3의 인광 발광 에너지(열 활성화 지연 형광의 발광 에너지)보다 화합물 2 및 화합물 4의 인광 발광 에너지가 더 높고, 들뜬 복합체 4의 인광 발광 에너지(열 활성화 지연 형광의 발광 에너지)보다 화합물 5 및 화합물 6의 인광 발광 에너지가 더 높고, 들뜬 복합체 5의 인광 발광 에너지(열 활성화 지연 형광의 발광 에너지)보다 화합물 5 및 화합물 7의 인광 발광 에너지가 더 높다.
바꿔 말하면, 들뜬 복합체 1~들뜬 복합체 5의 삼중항 에너지 준위보다 들뜬 복합체를 형성하는 각각의 화합물의 삼중항 에너지 준위가 높다. 그래서, 도 2의 (B)에서 루트(E6)로 나타낸 에너지 이동 과정인 들뜬 복합체의 삼중항 여기 에너지 준위로부터 들뜬 복합체를 형성하는 유기 화합물(121_1)의 삼중항 여기 에너지 준위 및 유기 화합물(121_2)의 삼중항 여기 에너지 준위로의 에너지 이동이 발생되지 않고, 들뜬 복합체의 삼중항 여기 상태의 열 실활을 억제할 수 있다.
따라서, 들뜬 복합체의 삼중항 여기 상태가 갖는 여기 에너지는 역항간 교차에 의하여 생성되는 들뜬 복합체의 단일항 여기 상태를 거쳐, 게스트 재료(122)의 단일항 여기 상태로 효율적으로 에너지 이동할 수 있다. 그래서, 게스트 재료(122)로부터의 발광을 효율적으로 얻을 수 있다.
한편으로, 표 2에 나타낸 들뜬 복합체 6의 인광 발광 에너지는 들뜬 복합체를 형성하는 물질의 하나인 화합물 8의 인광 발광 에너지보다 높다. 즉, 들뜬 복합체 6의 삼중항 에너지 준위보다 들뜬 복합체를 형성하는 물질의 하나인 화합물 8의 삼중항 에너지 준위가 낮다. 그래서, 도 2의 (B)에서 루트(E6)로 나타낸 에너지 이동 과정인 들뜬 복합체의 삼중항 에너지 준위로부터 들뜬 복합체를 형성하는 유기 화합물(121_1)의 삼중항 여기 에너지 준위 또는 유기 화합물(121_2)의 삼중항 여기 에너지 준위로의 에너지 이동이 발생되어, 들뜬 복합체의 삼중항 여기 상태의 열 실활이 일어날 가능성이 있다. 따라서, 이것을 방지하기 위해서는 들뜬 복합체를 형성하는 유기 화합물(121_1) 및 유기 화합물(121_2)의 삼중항 여기 에너지 준위는 들뜬 복합체의 삼중항 여기 에너지보다 높은 것이 바람직하고, 그를 위해서는 들뜬 복합체를 형성하는 유기 화합물(121_1)의 삼중항 여기 에너지 준위와 유기 화합물(121_2)의 삼중항 여기 에너지 준위의 차이가 0.4eV 미만인 것이 바람직하다.
또한, 게스트 재료(122)의 삼중항 여기 에너지의 가장 낮은 준위를 표 3에 나타낸다.
[표 3]
Figure 112015081871410-pat00010
표 3에 나타낸 삼중항 여기 에너지의 가장 낮은 준위를 구하기 위하여, 게스트 재료(122)의 최저 삼중항 여기 상태에 있어서의 최안정 구조, 및 단일항 기저 상태에 있어서의 최안정 구조를 밀도 범함수법(DFT: Density Functional Theory)을 사용하여 계산하였다. 또한, 각각의 최안정 구조에 있어서 진동 해석을 행하여 최저 삼중항 여기 상태와 단일항 기저 상태에 있어서의 최저 진동 에너지의 차이를 계산함으로써 삼중항 여기 에너지의 가장 낮은 준위를 산출하였다. 또한, 양자 화학 계산 프로그램으로서는 Gaussian09를 사용하였다. 기저 함수로서는 6-311G(d,p)를 사용하고, 범함수에는 B3LYP를 사용하였다. 계산은 하이 퍼포먼스 컴퓨터(SGI사(SGI Japan, Ltd.)제, ICE X)를 사용하여 행하였다.
표 3에 나타낸 화합물의 삼중항 여기 에너지 준위는 모두 표 1 및 표 2에 나타낸 들뜬 복합체 1~들뜬 복합체 5의 삼중항 여기 에너지 준위보다 낮은 에너지이다. 그래서, 표 3에 나타낸 화합물을 게스트 재료(122)로서 사용하고, 앞에 나타낸 들뜬 복합체 1~들뜬 복합체 5를 형성하는 화합물을 호스트 재료(121)로서 사용함으로써, 도 2의 (B)에서 루트(A2) 및 루트(E4)로 나타낸 에너지 이동이 발생되기 쉬워져 들뜬 복합체로부터 게스트 재료(122)로 효율적으로 여기 에너지를 이동시킬 수 있다.
따라서, 들뜬 복합체의 삼중항 여기 에너지 준위보다 들뜬 복합체를 형성하는 화합물의 삼중항 여기 에너지 준위가 더 높은 것이 바람직하다. 즉, 유기 화합물(121_1) 및 유기 화합물(121_2)의 삼중항 여기 에너지 준위는 유기 화합물(121_1)과 유기 화합물(121_2)로 형성하는 들뜬 복합체의 삼중항 여기 에너지 준위보다 더 높은 것이 바람직하다. 또한, 들뜬 복합체의 삼중항 여기 에너지 준위는 게스트 재료(122)의 삼중항 여기 에너지 준위보다 높은 것이 바람직하다. 또한, 들뜬 복합체가 실온에서 열 활성화 지연 형광을 나타내는 경우, 유기 화합물(121_1) 및 유기 화합물(121_2)의 인광 발광 에너지는 유기 화합물(121_1)과 유기 화합물(121_2)로 형성하는 들뜬 복합체의 열 활성화 지연 형광의 발광 에너지보다 높은 것이 바람직하다. 또한, 들뜬 복합체의 열 활성화 지연 형광의 발광 에너지는 게스트 재료(122)의 인광 발광 에너지보다 높은 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자에 있어서는 발광층에서의 호스트 재료(121)와 게스트 재료(122)의 단일항 여기 에너지 준위, 및 삼중항 여기 에너지 준위를 상술한 구성으로 함으로써 발광 효율이 높은 발광 소자를 제공할 수 있다.
<3. 발광 소자의 구성 요소>
다음에, 도 1의 (A)에 도시된 발광 소자(150)의 기타 구성 요소의 자세한 사항에 대하여 이하에서 설명한다.
《3-1. 한 쌍의 전극》
전극(101) 및 전극(102)은 발광층(113)에 정공과 전자를 주입하는 기능을 갖는다. 전극(101) 및 전극(102)은 금속, 합금, 도전성 화합물, 및 이들의 혼합물이나 적층체 등을 사용하여 형성할 수 있다. 금속으로서는 알루미늄(Al)이 전형적인 예이며, 그 외에 은(Ag), 텅스텐(W), 크로뮴(Cr), 몰리브데넘(Mo), 구리(Cu), 타이타늄(Ti) 등의 전이 금속, 리튬(Li), 나트륨(Na)이나 세슘(Cs) 등의 알칼리 금속, 칼슘(Ca), 마그네슘(Mg) 등의 제 2 족 금속을 사용할 수 있다. 전이 금속으로서 이테르븀(Yb) 등의 희토류 금속을 사용하여도 좋다. 합금으로서는, 상기 금속을 포함하는 합금을 사용할 수 있고, 예를 들어, MgAg, AlLi 등을 들 수 있다. 도전성 화합물로서는, 산화 인듐-산화 주석(Indium Tin Oxide) 등의 금속 산화물을 들 수 있다. 도전성 화합물로서 그래핀(graphene) 등의 무기 탄소계 재료를 사용하여도 좋다. 상술한 바와 같이, 이들 재료를 복수로 적층함으로써 전극(101) 및 전극(102) 중 한쪽 또는 양쪽을 형성하여도 좋다.
또한, 발광층(113)으로부터 얻어지는 발광은, 전극(101) 및 전극(102) 중 한쪽 또는 양쪽을 통하여 추출된다. 따라서, 전극(101) 및 전극(102)의 적어도 하나는 가시광을 투과한다. 광을 추출하는 측의 전극에 금속이나 합금 등의 광 투과성이 낮은 재료를 사용하는 경우에는, 가시광을 투과할 수 있을 정도의 두께(예를 들어, 1nm~10nm)로 전극(101) 및 전극(102) 중 한쪽 또는 양쪽을 형성하면 좋다.
《3-2. 정공 주입층》
정공 주입층(111)은 전극(101)으로부터의 정공 주입 장벽을 저감시킴으로써 정공 주입을 촉진하는 기능을 갖고, 예를 들어 전이 금속 산화물, 프탈로사이아닌 유도체, 또는 방향족 아민 등에 의하여 형성된다. 전이 금속 산화물로서는, 몰리브데넘 산화물이나 바나듐 산화물, 루테늄 산화물, 텅스텐 산화물, 망가니즈 산화물 등을 들 수 있다. 프탈로사이아닌 유도체로서는 프탈로사이아닌이나 금속 프탈로사이아닌 등을 들 수 있다. 방향족 아민으로서는 벤지딘 유도체나 페닐렌다이아민 유도체 등을 들 수 있다. 폴리싸이오펜이나 폴리아닐린 등의 고분자 화합물을 사용할 수도 있고, 대표적인 예로서는 자기 도핑된 폴리싸이오펜인 폴리(에틸렌다이옥시싸이오펜)/폴리(스타이렌설폰산) 등을 들 수 있다.
정공 주입층(111)으로서 정공 수송성 재료와, 이에 대하여 전자 수용성을 나타내는 재료의 복합 재료를 갖는 층을 사용할 수도 있다. 또는 전자 수용성을 나타내는 재료를 포함하는 층과 정공 수송성 재료를 포함하는 층의 적층을 사용하여도 좋다. 이들의 재료간에서는 정상(定常) 상태, 또는 전계 존재하에 있어서 전하의 수수가 가능하다. 전자 수용성을 나타내는 재료로서는 퀴노다이메탄 유도체나 클로라닐 유도체, 헥사아자트라이페닐렌 유도체 등의 유기 억셉터를 들 수 있다. 구체적으로는, 7,7,8,8-테트라사이아노-2,3,5,6-테트라플루오로퀴노다이메탄(약칭: F4-TCNQ), 및 클로라닐, 2,3,6,7,10,11-헥사사이아노-1,4,5,8,9,12-헥사아자트라이페닐렌(약칭: HAT-CN) 등의 전자 흡인기(할로젠기, 사이아노기)를 갖는 화합물이다. 또한, 전이 금속 산화물, 예를 들어 제 4 족~제 8 족에 속하는 금속의 산화물을 사용할 수 있다. 구체적으로는, 산화 바나듐, 산화 니오븀, 산화 탄탈럼, 산화 크로뮴, 산화 몰리브데넘, 산화 텅스텐, 산화 망가니즈, 산화 레늄 등이 있다. 이들 중에서도 산화 몰리브데넘은 대기 중에서도 안정적이고 흡습성이 낮으며 취급하기 쉽기 때문에 바람직하다.
정공 수송성 재료로서는 전자보다 정공의 수송성이 높은 재료를 사용할 수 있고, 1×10-6cm2/Vs 이상의 정공 이동도를 갖는 재료인 것이 바람직하다. 구체적으로는, 방향족 아민, 카바졸 유도체, 방향족 탄화 수소, 스틸벤 유도체 등을 사용할 수 있다. 또한, 상기 정공 수송성 재료는 고분자 화합물이라도 좋다.
《3-3. 정공 수송층》
정공 수송층(112)은 정공 수송성 재료를 포함하는 층이고, 정공 주입층(111)의 재료로서 예시한 재료를 사용할 수 있다. 정공 수송층(112)은 정공 주입층(111)에 주입된 정공을 발광층(113)으로 수송하는 기능을 갖기 때문에, 정공 주입층(111)의 HOMO준위와 같거나, 또는 가까운 HOMO준위를 갖는 것이 바람직하다.
《3-4. 전자 수송층》
전자 수송층(115)은 전극(102)으로부터 주입된 전자를 전자 주입층(116)을 거쳐 발광층(113)으로 수송하는 기능을 갖는다. 전자 수송성 재료로서는, 정공보다도 전자의 수송성이 높은 재료를 사용할 수 있고, 1×10-6cm2/Vs 이상의 전자 이동도를 갖는 재료인 것이 바람직하다. 구체적으로는, 퀴놀린 배위자, 벤조퀴놀린 배위자, 옥사졸 배위자, 또는 싸이아졸 배위자를 갖는 금속 착체, 옥사다이아졸 유도체, 트라이아졸 유도체, 페난트롤린 유도체, 피리딘 유도체, 바이피리딘 유도체 등을 들 수 있다.
《3-5. 전자 주입층》
전자 주입층(116)은 전극(102)으로부터의 전자 주입 장벽을 저감시킴으로써 전자 주입을 촉진하는 기능을 갖고, 예를 들어 제 1 족 금속, 제 2 족 금속, 또는 이들의 산화물, 할로젠화물, 탄산염 등을 사용할 수 있다. 또한, 상술한 전자 수송성 재료와, 이들에 대하여 전자 공여성을 나타내는 재료의 복합 재료를 사용할 수도 있다. 전자 공여성을 나타내는 재료로서는 제 1 족 금속, 제 2 족 금속, 또는 이들의 산화물 등을 들 수 있다.
또한, 상술한 정공 주입층(111), 정공 수송층(112), 전자 수송층(115), 및 전자 주입층(116)은 각각 증착법(진공 증착법을 포함함), 잉크젯법, 도포법, 그라비어 인쇄법 등의 방법으로 형성할 수 있다.
또한, 정공 주입층(111), 정공 수송층(112), 발광층(113), 전자 수송층(115), 및 전자 주입층(116)에는, 상술한 재료 외에 무기 화합물 또는 고분자 화합물(올리고머, 덴드리머, 폴리머 등)을 사용하여도 좋다.
《3-6. 기판》
또한, 발광 소자(150)는 유리, 플라스틱 등으로 이루어진 기판 위에 제작하면 좋다. 기판 위에 제작하는 순서로서는 전극(101) 측으로부터 순차적으로 적층하여도 좋고, 전극(102) 측으로부터 순차적으로 적층하여도 좋다.
또한, 발광 소자(150)를 형성할 수 있는 기판으로서는 예를 들어 유리, 석영, 또는 플라스틱 등을 사용할 수 있다. 또한, 가요성 기판을 사용하여도 좋다. 가요성 기판이란, 휠 수 있는(플렉시블) 기판을 가리키고, 예를 들어, 폴리카보네이트, 폴리아릴레이트로 이루어진 플라스틱 기판 등을 들 수 있다. 또한, 필름, 무기 증착 필름 등을 사용할 수도 있다. 또한, 발광 소자 및 광학 소자의 제작 공정에 있어서 지지체로서 기능하는 것이라면, 이들 이외의 것이어도 좋다. 또는 발광 소자 및 광학 소자를 보호하는 기능을 갖는 것이라면 좋다.
예를 들어, 다양한 기판을 사용하여 발광 소자(150)를 형성할 수 있다. 기판의 종류는 특정한 것에 한정되지 않는다. 그 기판의 일례로서는 반도체 기판(예를 들어 단결정 기판 또는 실리콘 기판), SOI 기판, 유리 기판, 석영 기판, 플라스틱 기판, 금속 기판, 스테인리스스틸 기판, 스테인리스스틸 포일을 갖는 기판, 텅스텐 기판, 텅스텐 포일을 갖는 기판, 가요성 기판, 접합 필름, 섬유형의 재료를 포함하는 종이, 또는 기재(基材) 필름 등이 있다. 유리 기판의 일례로서는, 바륨 보로실리케이트 유리, 알루미노 보로실리케이트 유리, 또는 소다라임 유리 등이 있다. 가요성 기판, 접합 필름, 기재 필름 등의 일례로서는, 이하와 같은 것을 들 수 있다. 예를 들어, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리에터설폰(PES), 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE)으로 대표되는 플라스틱이 있다. 또는, 일례로서는, 아크릴 등의 수지 등을 들 수 있다. 또는, 일례로서는, 폴리프로필렌, 폴리에스터, 폴리불화바이닐, 또는 폴리염화바이닐 등을 들 수 있다. 또는, 일례로서는, 폴리아마이드, 폴리이미드, 아라미드, 에폭시, 무기 증착 필름, 또는 종이류 등을 들 수 있다.
또한, 기판으로서 가요성 기판을 사용하고, 가요성 기판 위에 직접 발광 소자를 형성하여도 좋다. 또는 기판과 발광 소자 사이에 박리층을 제공하여도 좋다. 박리층은 그 위에 발광 소자를 부분적으로 또는 전체적으로 형성한 후에 기판으로부터 분리하여 다른 기판으로 전재(轉載)하기 위하여 사용할 수 있다. 이 때, 내열성이 떨어진 기판이나 가요성 기판에도 발광 소자를 전재할 수 있다. 또한, 상술한 박리층은 예를 들어, 텅스텐막과 산화 실리콘막과의 무기막을 적층한 구성이나, 기판 위에 폴리이미드 등의 수지막이 형성된 구성 등을 가질 수 있다.
즉, 어떠한 기판을 사용하여 발광 소자를 형성하고 나서, 다른 기판에 발광 소자를 전치하여 다른 기판 위에 발광 소자를 배치하여도 좋다. 발광 소자를 전치하는 기판의 일례로서는, 상술한 기판에 더하여, 셀로판 기판, 석재 기판, 목재 기판, 직물 기판(천연 섬유(견(silk), 솜(cotton), 삼(hemp)), 합성 섬유(나일론, 폴리우레탄, 폴리에스터), 또는 재생 섬유(아세테이트, 큐프라, 레이온, 재생 폴리에스터) 등을 포함함), 피혁 기판, 또는 고무 기판 등을 들 수 있다. 이들 기판을 사용함으로써, 깨지기 어려운 발광 소자, 내열성이 높은 발광 소자, 경량화된 발광 소자, 또는 박형화된 발광 소자로 할 수 있다.
또한, 상술한 기판 위에 예를 들어 전계 효과 트랜지스터(FET)를 형성하고, FET와 전기적으로 접속된 전극 위에 발광 소자(150)를 제작하여도 좋다. 이로써, FET에 의하여 발광 소자(150)의 구동을 제어하는 액티브 매트릭스형의 표시 장치를 제작할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 있어서, 본 발명의 일 형태에 대하여 설명하였다. 또는, 다른 실시형태에 있어서, 본 발명의 일 형태에 대하여 설명한다. 다만, 본 발명의 일 형태는 이들에 한정되지 않는다. 예를 들어, 본 발명의 일 형태에서는 호스트 재료에 있어서 단일항 여기 에너지 준위와 삼중항 여기 에너지의 차이가 0eV 초과 0.2eV 이하인 경우의 예를 제시하였지만, 본 발명의 일 형태는 이들에 한정되지 않는다. 경우 또는 상황에 따라, 본 발명의 일 형태에서는 예를 들어 호스트 재료에 있어서 단일항 여기 에너지 준위와 삼중항 여기 에너지의 차이가 0eV 초과 0.2eV 이하가 아니어도 된다. 또는 예를 들어, 본 발명의 일 형태에서는 호스트 재료에 있어서 실온에서 열 활성화 지연 형광을 나타내는 물질인 경우의 예를 들었지만, 본 발명의 일 형태는 이들에 한정되지 않는다. 경우 또는 상황에 따라, 본 발명의 일 형태에서는 예를 들어 호스트 재료는 실온에서 열 활성화 지연 형광을 나타내는 물질 이외의 물질을 가져도 좋다. 또는 경우 또는 상황에 따라, 본 발명의 일 형태에서는 예를 들어 호스트 재료는 실온에서 열 활성화 지연 형광을 나타내는 물질을 갖지 않아도 된다. 또는 예를 들어, 본 발명의 일 형태에서는 호스트 재료의 삼중항 여기 에너지 준위는 게스트 재료의 삼중항 여기 에너지 준위보다 높은 경우의 예를 들었지만, 본 발명의 일 형태에서는 이들에 한정되지 않는다. 경우 또는 상황에 따라, 본 발명의 일 형태에서는 예를 들어 호스트 재료의 삼중항 여기 에너지 준위는 게스트 재료의 삼중항 여기 에너지 준위보다 높지 않아도 좋다.
이상, 본 실시형태에 제시된 구성은 다른 실시형태에 제시된 구성과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시형태 2)
본 실시형태에 있어서는, 실시형태 1에 제시된 구성과 다른 구성을 갖는 발광 소자, 및 상기 발광 소자의 발광 기구에 대하여 도 5를 사용하여 이하에서 설명한다.
<발광 소자의 구성예>
도 5의 (A)는 발광 소자(450)의 단면 모식도이다.
도 5의 (A)에 도시된 발광 소자(450)는 한 쌍의 전극(전극(401) 및 전극(402)) 사이에 복수의 발광 유닛(도 5의 (A)에서는 발광 유닛(441) 및 발광 유닛(442))을 갖는다. 하나의 발광 유닛은 도 1에 도시된 EL층(100)과 마찬가지의 구성을 갖는다. 즉, 도 1에 도시된 발광 소자(150)는 하나의 발광 유닛을 갖고, 발광 소자(450)는 복수의 발광 유닛을 갖는다. 또한, 발광 소자(450)에서 전극(401)이 양극으로서 기능하고, 전극(402)이 음극으로서 기능하는 것으로 이하에 설명하지만, 발광 소자(450)의 구성으로서는 그 반대여도 상관없다.
또한, 도 5의 (A)에 도시된 발광 소자(450)에서 발광 유닛(441)과 발광 유닛(442)이 적층되고, 발광 유닛(441)과 발광 유닛(442) 사이에는 전하 발생층(445)이 제공된다. 또한, 발광 유닛(441)과 발광 유닛(442)은 같은 구성을 가져도 좋고, 다른 구성을 가져도 좋다. 예를 들어, 발광 유닛(441)에 도 1에 도시된 EL층(100)을 사용하고, 발광 유닛(442)에 발광 재료로서 인광 재료를 갖는 발광층을 사용하면 적합하다.
즉, 발광 소자(450)는 발광층(443)과 발광층(444)을 갖는다. 또한, 발광 유닛(441)은 발광층(443)에 더하여 정공 주입층(411), 정공 수송층(412), 전자 수송층(413), 및 전자 주입층(414)을 갖는다. 또한, 발광 유닛(442)은 발광층(444)에 더하여 정공 주입층(415), 정공 수송층(416), 전자 수송층(417), 및 전자 주입층(418)을 갖는다.
전하 발생층(445)에는, 유기 화합물과 억셉터성 물질의 복합 재료가 포함되어 있다. 상기 복합 재료에는 실시형태 1에 나타낸 정공 주입층(111)에 사용할 수 있는 복합 재료를 사용하면 좋다. 유기 화합물로서는 방향족 아민 화합물, 카바졸 화합물, 방향족 탄화수소, 고분자 화합물(올리고머, 덴드리머, 폴리머 등) 등 각종 화합물을 사용할 수 있다. 또한, 유기 화합물로서는, 정공 이동도가 1×10-6cm2/Vs 이상인 것을 적용하는 것이 바람직하다. 다만, 이들 물질 이외에도, 전자 수송성보다 정공 수송성이 더 높은 물질이라면 사용될 수 있다. 유기 화합물과 억셉터성 물질의 복합 재료는, 캐리어 주입성, 캐리어 수송성이 우수하므로, 이것을 사용함으로써, 저전압 구동, 저전류 구동을 실현할 수 있다. 또한, 발광 유닛(442)과 같이, 발광 유닛의 양극 측의 면이 전하 발생층(445)에 접하고 있는 경우에는, 전하 발생층(445)이 상기 발광 유닛의 정공 주입층 또는 정공 수송층의 역할도 담당할 수 있기 때문에, 상기 발광 유닛은 정공 주입층 또는 정공 수송층을 제공하지 않아도 된다.
또한, 전하 발생층(445)은, 유기 화합물과 억셉터성 물질의 복합 재료를 포함하는 층과 다른 재료에 의하여 구성되는 층을 조합한 적층 구조로서 형성하여도 좋다. 예를 들어, 유기 화합물과 억셉터성 물질의 복합 재료를 포함하는 층과, 전자 공여성 물질 중에서 선택된 하나의 화합물과 전자 수송성이 높은 화합물을 포함하는 층을 조합하여 형성하여도 좋다. 또한, 유기 화합물과 억셉터성 물질의 복합 재료를 포함하는 층과, 투명 도전막을 포함하는 층을 조합하여 형성하여도 좋다.
또한, 전하 발생층(445)은 증착법(진공 증착법을 포함함), 잉크젯법, 도포법, 그라비어 인쇄법 등의 방법으로 형성할 수 있다.
또한, 발광 유닛(441)과 발광 유닛(442)에 끼워지는 전하 발생층(445)은, 전극(401)과 전극(402)에 전압을 인가하였을 때, 한쪽의 발광 유닛에 전자를 주입하고, 다른 쪽의 발광 유닛에 정공을 주입하는 것이면 좋다. 예를 들어, 도 5의 (A)에서, 전극(401)의 전위가 전극(402)의 전위보다 높아지도록 전압을 인가하였을 경우, 전하 발생층(445)은 발광 유닛(441)에 전자를 주입하고 발광 유닛(442)에 정공을 주입한다.
또한, 도 5의 (A)에서는 2개의 발광 유닛을 갖는 발광 소자에 대하여 설명하였지만, 3개 이상의 발광 유닛을 적층한 발광 소자에 대해서도 마찬가지의 구성을 적용할 수 있다. 발광 소자(450)로 도시된 바와 같이, 한 쌍의 전극 사이에 복수의 발광 유닛을 전하 발생층으로 구획하여 배치함으로써, 전류 밀도를 낮게 유지한 채, 고휘도 발광을 가능하게 하고, 또한 긴 수명의 발광 소자를 실현할 수 있다. 또한, 소비 전력이 낮은 발광 소자를 실현할 수 있다.
또한, 복수의 유닛 중 적어도 하나의 유닛에 EL층(100)의 구성을 적용함으로써 발광 효율이 높은 발광 소자를 제공할 수 있다.
또한, 발광층(443)은 호스트 재료(421)와 게스트 재료(422)를 갖는다. 또한, 발광층(444)은 호스트 재료(431)와 게스트 재료(432)를 갖는다. 또한, 호스트 재료(421)는 유기 화합물(421_1)과 유기 화합물(421_2)을 갖는다. 또한, 호스트 재료(431)는 유기 화합물(431_1)과 유기 화합물(431_2)을 갖는다.
또한, 본 실시형태에 있어서 발광층(443)은 도 2의 (A)에 도시된 발광층(113)과 마찬가지의 구성으로 한다. 즉, 발광층(443)이 갖는 호스트 재료(421)(유기 화합물(421_1) 및 유기 화합물(421_2)) 및 게스트 재료(422)는 발광층(113)이 갖는 호스트 재료(121)(유기 화합물(121_1) 및 유기 화합물(121_2)) 및 게스트 재료(122)에 각각 상당한다. 또한, 발광층(444)이 갖는 게스트 재료(432)를 인광 재료로 하여 이하에서 설명한다. 또한, 전극(401), 전극(402), 정공 주입층(411, 415), 정공 수송층(412, 416), 전자 수송층(413, 417), 및 전자 주입층(414, 418)은 실시형태 1에 나타낸 전극(101), 전극(102), 정공 주입층(111), 정공 수송층(112), 전자 수송층(115), 및 전자 주입층(116)에 각각 상당한다. 따라서, 본 실시형태에서는 이 자세한 설명은 생략한다.
<발광층(443)의 발광 기구>
발광층(443)의 발광 기구로서는 도 2의 (B)에 도시된 발광층(113)과 마찬가지의 발광 기구이다.
<발광층(444)의 발광 기구>
다음에 발광층(444)의 발광 기구에 대하여 이하에서 설명한다.
발광층(444)이 갖는 유기 화합물(431_1)과 유기 화합물(431_2)은 들뜬 복합체를 형성한다. 여기서는 유기 화합물(431_1)을 호스트 재료, 유기 화합물(431_2)을 어시스트 재료로 하여 설명한다.
발광층(444)에서의 들뜬 복합체를 형성하는 유기 화합물(431_1)과 유기 화합물(431_2)의 조합은 들뜬 복합체를 형성할 수 있는 조합이라면 좋지만, 한쪽이 정공 수송성을 갖는 재료이며, 다른 쪽이 전자 수송성을 갖는 재료인 것이 더 바람직하다. 또한, 유기 화합물(431_1)과 유기 화합물(431_2)의 조합은 발광층(443)에서의 들뜬 복합체를 형성하는 유기 화합물(421_1)과 유기 화합물(421_2)의 조합과 마찬가지의 구성으로 하여도 좋다.
발광층(444)에서의 유기 화합물(431_1)과 유기 화합물(431_2)과 게스트 재료(432)의 에너지 준위의 상관을 도 5의 (B)에 도시하였다. 또한 도 5의 (B)에 도시된 표기 및 부호는 이하와 같다.
● Host(431_1): 호스트 재료(유기 화합물(431_1))
● Assist(431_2): 어시스트 재료(유기 화합물(431_2))
● Guest(432): 게스트 재료(432)(인광 재료)
● SPH: 호스트 재료(유기 화합물(431_1))의 단일항 여기 상태의 가장 낮은 준위
● TPH: 호스트 재료(유기 화합물(431_1))의 삼중항 여기 상태의 가장 낮은 준위
● TPG: 게스트 재료(432)(인광 재료)의 삼중항 여기 상태의 가장 낮은 준위
● SPE: 들뜬 복합체의 단일항 여기 상태의 가장 낮은 준위
● TPE: 들뜬 복합체의 삼중항 여기 상태의 가장 낮은 준위
유기 화합물(431_1)과 유기 화합물(431_2)로 형성되는, 들뜬 복합체의 단일항 여기 상태의 가장 낮은 준위(SPE)와 들뜬 복합체의 삼중항 여기 상태의 가장 낮은 준위(TPE)는 서로 근접된다(도 5의 (B)의 E7 참조).
그리고, 들뜬 복합체의 SPE와 TPE의 쌍방의 에너지를 게스트 재료(432)(인광 재료)의 삼중항 여기 상태의 가장 낮은 준위(TPG)로 이동시킴으로써 발광이 얻어진다(도 5의 (B)의 E8 참조).
또한, 위에서 나타낸 루트(E7) 및 루트(E8)의 과정을 본 명세서 등에 있어서 ExTET(Exciplex-Triplet Energy Transfer)라고 부르는 경우가 있다.
또한, 유기 화합물(431_1) 및 유기 화합물(431_2)은 한쪽이 정공을 받고, 다른 쪽이 전자를 받고, 이들이 근접됨으로써 신속하게 들뜬 복합체를 형성한다. 또는 한쪽이 여기 상태가 되면 신속하게 다른 쪽의 물질을 취입하여 들뜬 복합체를 형성한다. 따라서, 발광층(444)에서의 여기자의 대부분이 들뜬 복합체로서 존재한다. 들뜬 복합체는 유기 화합물(431_1) 및 유기 화합물(431_2)의 양쪽보다 밴드 갭이 작게 되므로 들뜬 복합체가 형성됨으로써 발광 소자의 구동 전압을 저하시킬 수 있다.
발광층(444)을 상술한 구성으로 함으로써, 발광층(444)의 게스트 재료(432)(인광 재료)로부터의 발광을 효율적으로 얻을 수 있게 된다.
또한, 발광층(443)으로부터의 발광이 발광층(444)으로부터의 발광보다 단파장 측에 발광의 피크를 갖는 구성으로 하는 것이 바람직하다. 단파장의 발광을 나타내는 인광 재료를 사용한 발광 소자는 휘도 열화가 빠른 경향이 있다. 그래서, 단파장의 발광을 형광 발광으로 함으로써, 휘도 열화가 작은 발광 소자를 제공할 수 있다.
또한, 발광층(443)과 발광층(444)으로 서로 상이한 발광 파장의 광을 얻음으로써 다색(多色) 발광의 소자로 할 수 있다. 이 경우, 발광 스펙트럼은 상이한 발광 피크를 갖는 발광이 합성된 광이 되기 때문에 적어도 2개의 극대값(피크)을 갖는 발광 스펙트럼이 된다.
또한, 상기 구성은 백색 발광을 얻기에도 적합하다. 발광층(443)과 발광층(444)의 광을 서로 보색 관계로 함으로써 백색 발광을 얻을 수 있다.
또한, 발광층(443) 및 발광층(444) 중 어느 한쪽 또는 양쪽에 발광 파장이 상이한 복수의 발광 물질을 사용함으로써 3원색이나 4색 이상의 발광색으로 이루어지는 연색성이 높은 백색 발광을 얻을 수 있다. 이 경우, 발광층(443) 및 발광층(444) 중 어느 한쪽 또는 양쪽을 층상(層狀)으로 더 분할하고, 이 분할한 층마다 상이한 발광 재료를 함유시키도록 하여도 좋다.
다음에, 발광층(443) 및 발광층(444)에 사용할 수 있는 재료에 대하여 이하에서 설명한다.
<발광층(443)에 사용할 수 있는 재료>
발광층(443)에 사용할 수 있는 재료로서는 상술한 실시형태에 제시된 발광층(113)에 사용할 수 있는 재료를 원용하면 좋다.
<발광층(444)에 사용할 수 있는 재료>
발광층(444) 중에서는 중량 비율로 호스트 재료(유기 화합물(431_1) 및 유기 화합물(431_2))가 가장 많이 존재하고, 게스트 재료(432)(인광 재료)는 호스트 재료(유기 화합물(431_1) 및 유기 화합물(431_2)) 내로 분산된다.
유기 화합물(431_1)(호스트 재료)로서는 아연이나 알루미늄계 금속 착체 외에 옥사다이아졸 유도체, 트라이아졸 유도체, 벤즈이미다졸 유도체, 퀴녹살린 유도체, 다이벤조퀴녹살린 유도체, 다이벤조싸이오펜 유도체, 다이벤조퓨란 유도체, 피리미딘 유도체, 트라이아진 유도체, 피리딘 유도체, 바이피리딘 유도체, 페난트롤린 유도체 등을 들 수 있다. 다른 예로서는 방향족 아민이나 카바졸 유도체 등을 들 수 있다.
유기 화합물(431_2)(어시스트 재료)로서는 유기 화합물(431_1)과 들뜬 복합체를 형성할 수 있는 조합으로 한다. 이 경우, 들뜬 복합체의 발광 피크가 인광 재료의 삼중항 MLCT(Metal to Ligand Charge Transfer) 전이의 흡수대, 더 구체적으로는 가장 장파장 측의 흡수대와 중첩되도록 유기 화합물(431_1), 유기 화합물(431_2) 및 게스트 재료(432)(인광 재료)를 선택하는 것이 바람직하다. 이로써, 발광 효율이 비약적으로 향상된 발광 소자로 할 수 있다. 다만, 인광 재료 대신에 열 활성화 지연 형광 재료를 사용하는 경우에서는 가장 장파장 측의 흡수대는 단일항의 흡수대인 것이 바람직하다.
게스트 재료(432)(인광 재료)로서는 이리듐, 로듐, 또는 백금계 유기 금속 착체, 또는 금속 착체를 들 수 있고, 그 중에서도 유기 이리듐 착체, 예를 들어 이리듐계 오르토 메탈 착체(ortho-metalated complex)가 바람직하다. 오르토 메탈화되는 배위자로서는 4H-트라이아졸 배위자, 1H-트라이아졸 배위자, 이미다졸 배위자, 피리딘 배위자, 피리미딘 배위자, 피라진 배위자, 또는 아이소퀴놀린 배위자 등을 들 수 있다. 금속 착체로서는, 포르피린 배위자를 갖는 백금 착체 등을 들 수 있다.
발광층(444)에 포함되는 게스트 재료(432)로서는 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환할 수 있는 재료이면 좋다. 상기 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환할 수 있는 재료로서는, 인광 재료에 더하여 열 활성화 지연 형광 재료를 들 수 있다. 따라서, 인광 재료라고 기재한 부분에 관해서는, 열 활성화 지연 형광 재료와 바꾸어 읽어도 상관없다. 또한, 열 활성화 지연 형광 재료란, 삼중항 여기 상태를 약간의 열 에너지에 의하여 단일항 여기 상태로 역항간 교차할 수 있고, 단일항 여기 상태로부터의 발광(형광)을 효율적으로 나타내는 재료를 가리킨다. 또한, 열 활성화 지연 형광이 효율적으로 얻어지는 조건으로서는, 삼중항 여기 에너지 준위와 단일항 여기 에너지 준위의 에너지 차이가 바람직하게는 0eV 초과 0.2eV 이하, 더 바람직하게는 0eV 초과 0.1eV 이하인 것을 들 수 있다.
또한, 발광층(443)에 포함되는 발광 재료와 발광층(444)에 포함되는 발광 재료의 발광색에 한정은 없고, 동일하여도 좋고 달라도 좋다. 각각으로부터 얻어지는 발광이 혼합되어 소자 밖으로 추출되기 때문에, 예를 들어 각 발광색이 서로 보색의 관계에 있는 경우, 발광 소자는 백색의 광을 공급할 수 있다. 발광 소자의 신뢰성을 고려하면, 발광층(443)에 포함되는 발광 재료(게스트 재료(422))의 발광 피크 파장은 발광층(444)에 포함되는 발광 재료(게스트 재료(432))의 발광 피크 파장보다 짧은 것이 바람직하다.
또한, 발광층(443) 및 발광층(444)은 증착법(진공 증착법을 포함함), 잉크젯법, 도포법, 그라비어 인쇄 등의 방법으로 형성할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 제시된 구성은 다른 실시형태에 제시된 구성과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시형태 3)
본 실시형태에 있어서는 실시형태 1 및 실시형태 2에 제시된 구성과 다른 구성을 갖는 발광 소자에 대하여 도 6을 사용하여 이하에서 설명한다.
<발광 소자의 구성예>
도 6의 (A)는 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자(452)를 설명하기 위한 단면 모식도이다.
발광 소자(452)는 전극(401)과 전극(402) 사이에 복수의 발광 유닛(도 6의 (A)에서는 발광 유닛(446) 및 발광 유닛(447))을 갖는다. 하나의 발광 유닛은 도 1에 도시된 EL층(100)과 마찬가지의 구성을 갖는다. 즉, 도 1에 도시된 발광 소자(150)는 하나의 발광 유닛을 갖고, 발광 소자(452)는 복수의 발광 유닛을 갖는다. 또한, 본 실시형태에 있어서 전극(401)을 양극, 전극(402)을 음극으로 하여 이하에서 설명하지만 발광 소자(452)의 구성으로서는 그 반대여도 상관없다.
또한, 도 6의 (A)에 도시된 발광 소자(452)에 있어서 발광 유닛(446)과 발광 유닛(447)이 적층되어 있고, 발광 유닛(446)과 발광 유닛(447) 사이에는 전하 발생층(445)이 제공된다. 또한, 발광 유닛(446)과 발광 유닛(447)은 같은 구성이라도 좋고, 다른 구성이라도 좋다. 예를 들어, 발광 유닛(446)에 발광 재료로서 형광 재료를 갖는 발광층을 사용하고, 발광 유닛(447)에 도 1에 도시된 EL층(100)을 사용하면 적합하다.
즉, 발광 소자(452)는 발광층(448)과 발광층(449)을 갖는다. 또한, 발광 유닛(446)은 발광층(448)에 더하여 정공 주입층(411), 정공 수송층(412), 전자 수송층(413), 및 전자 주입층(414)을 갖는다. 또한, 발광 유닛(447)은 발광층(449)에 더하여 정공 주입층(415), 정공 수송층(416), 전자 수송층(417), 및 전자 주입층(418)을 갖는다.
또한, 도 6의 (A)에서는 2개의 발광 유닛을 갖는 발광 소자에 대하여 설명하였지만, 3개 이상의 발광 유닛을 적층한 발광 소자에 대해서도, 마찬가지로 적용할 수 있다. 발광 소자(452)로 도시된 바와 같이, 한 쌍의 전극 사이에 복수의 발광 유닛을 전하 발생층으로 구획하여 배치함으로써, 전류 밀도를 낮게 유지한 채, 고휘도 발광을 가능하게 하고, 또한 긴 수명의 소자를 실현할 수 있다. 또한, 소비 전력이 낮은 표시 장치를 실현할 수 있다.
또한, 복수의 유닛 중 적어도 하나의 유닛에 EL층(100)의 구성을 적용함으로써 발광 효율이 높은 발광 소자를 제공할 수 있다.
또한, 발광층(448)은 호스트 재료(461)와 게스트 재료(462)를 갖는다. 또한, 발광층(449)은 호스트 재료(471)와 게스트 재료(472)를 갖는다. 또한, 호스트 재료(471)는 유기 화합물(471_1)과 유기 화합물(471_2)을 갖는다.
또한, 본 실시형태에 있어서 발광층(449)은 도 2의 (A)에 도시된 발광층(113)과 마찬가지의 구성으로 한다. 즉, 발광층(449)이 갖는 호스트 재료(471)(유기 화합물(471_1) 및 유기 화합물(471_2)), 및 게스트 재료(472)는 발광층(113)이 갖는 호스트 재료(121)(유기 화합물(121_1) 및 유기 화합물(121_2)), 및 게스트 재료(122)에 각각 상당한다. 또한, 발광층(448)이 갖는 게스트 재료(462)를 형광 재료로 하여 이하에서 설명한다.
<발광층(448)의 발광 기구>
우선, 발광층(448)의 발광 기구에 대하여 이하에서 설명한다.
발광층(448)에서는, 캐리어의 재결합에 의하여 여기자가 생성된다. 게스트 재료(462)에 비하여 호스트 재료(461)는 많이 존재하므로, 여기자의 생성에 의하여 호스트 재료(461)의 여기 상태가 형성된다. 캐리어의 재결합에 의하여 생성되는 단일항 여기자와 삼중항 여기자의 비율(이하, 여기자 생성 확률)은 1:3 정도가 된다.
또한, 여기자는 캐리어(전자 및 정공) 쌍을 가리킨다. 여기자는 에너지를 갖기 때문에 여기자가 생성된 재료는 여기 상태가 된다.
먼저 호스트 재료(461)의 T1준위가 게스트 재료(462)의 T1준위보다 높은 경우에 대하여 이하에서 설명한다.
호스트 재료(461)의 삼중항 여기 에너지가 호스트 재료(461)의 T1준위로부터 게스트 재료(462)의 T1준위로 에너지 이동(삼중항 에너지 이동)한다. 그러나, 게스트 재료(462)가 형광 재료이기 때문에 삼중항 여기 에너지는 가시광 영역에 발광을 공급하지 않는다. 따라서, 호스트 재료(461)의 삼중항 여기 에너지는 발광으로서 이용하는 것이 어렵다. 따라서, 호스트 재료(461)의 T1준위가 게스트 재료(462)의 T1준위보다 높은 경우에서는, 주입한 캐리어 중 25% 정도를 넘은 캐리어를 발광으로 이용하는 것이 어렵다.
다음에, 본 발명의 일 형태에 따른 발광층(448)에서의 호스트 재료(461)와 게스트 재료(462)의 에너지 준위의 상관을 도 6의 (B)에 도시하였다. 또한 도 6의 (B)에 도시된 표기 및 부호는 이하와 같다.
● Host: 호스트 재료(461)
● Guest: 게스트 재료(462)(형광 재료)
● SFH: 호스트 재료(461)의 단일항 여기 상태의 가장 낮은 준위(S1준위)
● TFH: 호스트 재료(461)의 삼중항 여기 상태의 가장 낮은 준위(T1준위)
● SFG: 게스트 재료(462)(형광 재료)의 단일항 여기 상태의 가장 낮은 준위(S1준위)
● TFG: 게스트 재료(462)(형광 재료)의 삼중항 여기 상태의 가장 낮은 준위(T1준위)
도 6의 (B)에 도시된 바와 같이, 이 구성은 게스트 재료(462)의 T1준위(도 6의 (B)에서 TFG)가 호스트 재료(461)의 T1준위(도 6의 (B)에서 TFH)보다 높다.
또한, 도 6의 (B)에 도시된 바와 같이, 삼중항-삼중항 소멸(TTA: Triplet-Triplet Annihilation)에 의하여(도 6의 (B)의 E9 참조), 삼중항 여기자들끼리 충돌함으로써 그 일부가 호스트 재료(461)의 단일항 여기 상태의 가장 낮은 준위(SFH)의 에너지를 갖는 단일항 여기자로 변환된다. 호스트 재료(461)의 단일항 여기 에너지는 호스트 재료(461)의 단일항 여기 상태의 가장 낮은 준위(SFH)로부터 이 준위보다 에너지가 낮은, 게스트 재료(462)(형광 재료)의 단일항 여기 상태의 가장 낮은 준위(SFG)로 에너지 이동이 일어나(도 6의 (B)의 E10 참조), 게스트 재료(462)(형광 재료)의 단일항 여기 상태가 형성된다. 이 결과, 게스트 재료(462)가 발광한다.
또한, 호스트 재료의 T1준위가 게스트 재료의 T1준위보다 낮기 때문에, TFG의 여기 에너지는 실활하지 않고, TFH로 에너지 이동(도 6의 (B)의 E11 참조)하여 TTA에 이용된다.
발광층(448)을 상술한 구성으로 함으로써 발광층(448)의 게스트 재료(462)로부터의 발광을 효율적으로 얻을 수 있게 된다.
또한, 발광층(448)과 발광층(449)으로 서로 상이한 발광 파장의 광을 얻음으로써 다색 발광의 소자로 할 수 있다. 이 경우, 발광 스펙트럼은 상이한 발광 피크를 갖는 발광이 합성된 광이 되기 때문에 적어도 2개의 극대값(피크)을 갖는 발광 스펙트럼이 된다.
또한, 상기 구성은 백색 발광을 얻기에도 적합하다. 발광층(448)과 발광층(449)의 광을 서로 보색 관계로 함으로써 백색 발광을 얻을 수 있다.
또한, 발광층(448) 및 발광층(449) 중 어느 한쪽 또는 양쪽에 발광 파장이 상이한 복수의 발광 물질을 사용함으로써 3원색이나 4색 이상의 발광색으로 이루어지는 연색성이 높은 백색 발광을 얻을 수 있다. 이 경우, 발광층(448) 및 발광층(449) 중 어느 한쪽 또는 양쪽을 층상으로 더 분할하고, 상기 분할한 층마다 상이한 발광 재료를 함유시키도록 하여도 좋다.
<발광층(449)의 발광 기구>
발광층(449)의 발광 기구로서는 도 2에 도시된 발광층(113)과 마찬가지의 발광 기구이다.
다음에, 발광층(448) 및 발광층(449)에 사용할 수 있는 재료에 대하여 이하에서 설명한다.
<발광층(448)에 사용할 수 있는 재료>
발광층(448) 중에서는 중량 비율로 호스트 재료(461)가 가장 많이 존재하고, 게스트 재료(462)(형광 재료)는 호스트 재료(461) 내로 분산된다. 호스트 재료(461)의 S1준위는 게스트 재료(462)(형광 재료)의 S1준위보다 높고, 호스트 재료(461)의 T1준위는 게스트 재료(462)(형광 재료)의 T1준위보다 낮은 것이 바람직하다.
호스트 재료(461)로서 안트라센 유도체, 또는 테트라센 유도체가 바람직하다. 이들 유도체는 S 1 준위가 높고, T 1 준위가 낮기 때문이다. 구체적으로는, 9-페닐-3-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸(약칭: PCzPA), 3-[4-(1-나프틸)-페닐]-9-페닐-9H-카바졸(약칭: PCPN), 9-[4-(10-페닐-9-안트라센일)페닐]-9H-카바졸(약칭: CzPA), 7-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-7H-다이벤조[c,g]카바졸(약칭: cgDBCzPA), 6-[3-(9,10-다이페닐-2-안트릴)페닐]-벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란(약칭: 2mBnfPPA), 9-페닐-10-{4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)바이페닐-4'-일}안트라센(약칭: FLPPA) 등을 들 수 있다. 또는, 5,12-다이페닐테트라센, 5,12-비스(바이페닐-2-일)테트라센 등을 들 수 있다.
게스트 재료(462)(형광 재료)로서는 피렌 유도체, 안트라센 유도체, 트라이페닐렌 유도체, 플루오렌 유도체, 카바졸 유도체, 다이벤조싸이펜 유도체, 다이벤조퓨란 유도체, 다이벤조퀴녹살린 유도체, 퀴녹살린 유도체, 피리딘 유도체, 피리미딘 유도체, 페난트렌 유도체, 나프탈렌 유도체 등을 들 수 있다. 특히 피렌 유도체는 발광 양자 수율이 높아 바람직하다. 피렌 유도체의 구체적인 예로서는, N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-비스[3-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]피렌-1,6-다이아민(약칭: 1,6mMemFLPAPrn), N,N'-비스[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]-N,N'-다이페닐피렌-1,6-다이아민(약칭: 1,6FLPAPrn), N,N'-비스(다이벤조퓨란-2-일)-N,N'-다이페닐피렌-1,6-다이아민(약칭: 1,6FrAPrn), N,N'-비스(다이벤조싸이펜-2-일)-N,N'-다이페닐피렌-1,6-다이아민(약칭: 1,6ThAPrn) 등을 들 수 있다.
<발광층(449)에 사용할 수 있는 재료>
발광층(449)에 사용할 수 있는 재료로서는 상술한 실시형태에 제시된 발광층(113)에 사용할 수 있는 재료를 원용하면 좋다.
또한, 발광층(448)에 포함되는 발광 재료와 발광층(449)에 포함되는 발광 재료의 발광색에 한정은 없고, 동일하여도 좋고 달라도 좋다. 각각으로부터 얻어지는 발광이 혼합되어 소자 밖으로 추출되기 때문에, 예를 들어 각 발광색이 서로 보색의 관계에 있는 경우, 발광 소자는 백색의 광을 공급할 수 있다. 발광 소자의 신뢰성을 고려하면, 발광층(448)에 포함되는 발광 재료(게스트 재료(462))의 발광 피크 파장은 발광층(449)에 포함되는 발광 재료(게스트 재료(472))의 발광 피크 파장보다 짧은 것이 바람직하다.
또한, 발광층(448) 및 발광층(449)은 증착법(진공 증착법을 포함함), 잉크젯법, 도포법, 그라비어 인쇄 등의 방법으로 형성할 수 있다.
또한, 상기 구성은 본 실시형태에 제시된 다른 구성이나 다른 실시형태에 제시된 구성과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시형태 4)
본 실시형태에서는, 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자를 갖는 표시 장치에 대하여, 도 7을 사용하여 설명한다.
또한, 도 7의 (A)는 본 발명의 일 형태에 따른 표시 장치를 설명하는 블록도이고, 도 7의 (B)는 본 발명의 일 형태에 따른 표시 장치가 갖는 화소 회로를 설명하는 회로도이다.
<표시 장치에 관한 설명>
도 7의 (A)에 도시된 표시 장치는 표시 소자의 화소를 갖는 영역(이하, 화소부(802)라고 함)과, 화소부(802) 외측에 배치되며 화소를 구동하기 위한 회로를 갖는 회로부(이하, 구동 회로부(804)라고 함)와, 소자의 보호 기능을 갖는 회로(이하, 보호 회로(806)라고 함)와, 단자부(807)를 갖는다. 또한, 보호 회로(806)를 제공하지 않는 구성으로 하여도 좋다.
구동 회로부(804)의 일부 또는 전부는, 화소부(802)와 동일 기판 위에 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이로써, 부품 수나 단자 수를 저감시킬 수 있다. 구동 회로부(804)의 일부 또는 전부가 화소부(802)와 동일 기판 위에 형성되지 않는 경우에는, 구동 회로부(804)의 일부 또는 전부는 COG(Chip On Glass)나 TAB(Tape Automated Bonding)에 의하여 실장할 수 있다.
화소부(802)는, X행(X는 2 이상의 자연수) Y열(Y는 2 이상의 자연수)로 배치된 복수의 표시 소자를 구동하기 위한 회로(이하, 화소 회로(801)라고 함)를 갖고, 구동 회로부(804)는, 화소를 선택하는 신호(주사 신호)를 출력하는 회로(이하, 주사선 구동 회로(804a)라고 함), 화소의 표시 소자를 구동하기 위한 신호(데이터 신호)를 공급하기 위한 회로(이하, 신호선 구동 회로(804b)) 등의 구동 회로를 갖는다.
주사선 구동 회로(804a)는, 시프트 레지스터 등을 갖는다. 주사선 구동 회로(804a)는, 단자부(807)를 통하여 시프트 레지스터를 구동하기 위한 신호가 입력되고, 신호를 출력한다. 예를 들어, 주사선 구동 회로(804a)는, 스타트 펄스 신호, 클록 신호 등이 입력되고, 펄스 신호를 출력한다. 주사선 구동 회로(804a)는, 주사 신호가 공급되는 배선(이하, 주사선 GL_1~GL_X라고 함)의 전위를 제어하는 기능을 갖는다. 또한, 주사선 구동 회로(804A)를 복수 제공하고, 복수의 주사선 구동 회로(804A)에 의하여, 주사선 GL_1~GL_X를 분할하여 제어하여도 좋다. 또는, 주사선 구동 회로(804A)는, 초기화 신호를 공급할 수 있는 기능을 갖는다. 다만, 이것에 한정되지 않고, 주사선 구동 회로(804a)는, 다른 신호를 공급할 수도 있다.
신호선 구동 회로(804b)는, 시프트 레지스터 등을 갖는다. 신호선 구동 회로(804b)는, 단자부(807)를 통하여 시프트 레지스터를 구동하기 위한 신호 외에, 데이터 신호의 바탕이 되는 신호(화상 신호)가 입력된다. 신호선 구동 회로(804b)는, 화상 신호를 바탕으로 화소 회로(801)에 기록하는 데이터 신호를 생성하는 기능을 갖는다. 또한, 신호선 구동 회로(804b)는, 스타트 펄스, 클럭 신호 등이 입력되어 얻어지는 펄스 신호에 따라, 데이터 신호의 출력을 제어하는 기능을 갖는다. 또한, 신호선 구동 회로(804B)는, 데이터 신호가 공급되는 배선(이하, 데이터선 DL_1~DL_Y라고 함)의 전위를 제어하는 기능을 갖는다. 또는, 신호선 구동 회로(804b)는, 초기화 신호를 공급할 수 있는 기능을 갖는다. 다만, 이것에 한정되지 않고, 신호선 구동 회로(804b)는, 다른 신호를 공급할 수도 있다.
신호선 구동 회로(804b)는, 예를 들어 복수의 아날로그 스위치 등을 사용하여 구성된다. 신호선 구동 회로(804b)는, 복수의 아날로그 스위치를 순차 온 상태로 함으로써, 화상 신호를 시분할한 신호를 데이터 신호로서 출력할 수 있다. 또한, 시프트 레지스터 등을 사용하여 신호선 구동 회로(804b)를 구성하여도 좋다.
복수의 화소 회로(801) 각각은, 주사 신호가 공급되는 복수의 주사선(GL)의 하나를 통하여 펄스 신호가 입력되고, 데이터 신호가 공급되는 복수의 데이터선(DL)의 하나를 통하여 데이터 신호가 입력된다. 또한, 복수의 화소 회로(801) 각각은, 주사선 구동 회로(804a)에 의하여 데이터 신호의 데이터 기록 및 유지가 제어된다. 예를 들어, m행 n열째의 화소 회로(801)는, 주사선(GL_m(m은 X 이하의 자연수))을 통하여 주사선 구동 회로(804a)로부터 펄스 신호가 입력되고, 주사선(GL_m)의 전위에 따라 데이터선(DL_n(n은 Y 이하의 자연수))을 통하여 신호선 구동 회로(804b)로부터 데이터 신호가 입력된다.
도 7의 (A)에 도시된 보호 회로(806)는, 예를 들어 주사선 구동 회로(804a)와 화소 회로(801) 사이의 배선인 주사선(GL)에 접속된다. 또는, 보호 회로(806)는, 신호선 구동 회로(804b)와 구동 회로(801) 사이의 배선인 데이터선(DL)에 접속된다. 또는, 보호 회로(806)는, 주사선 구동 회로(804a)와 단자부(807) 사이의 배선에 접속할 수 있다. 또는, 보호 회로(806)는, 신호선 구동 회로(804b)와 단자부(807) 사이의 배선에 접속할 수 있다. 또한, 단자부(807)는, 외부의 회로로부터 표시 장치에 전원, 제어 신호 및 화상 신호를 입력하기 위한 단자가 제공된 부분을 가리킨다.
보호 회로(806)는, 자신이 접속하는 배선에 일정한 범위 외의 전위가 공급되었을 때, 상기 배선과 다른 배선을 도통 상태로 하는 회로이다.
도 7의 (A)에 도시된 바와 같이, 화소부(802)와 구동 회로부(804)에 각각 보호 회로(806)를 제공함으로써, ESD(Electro Static Discharge: 정전기 방전) 등에 의하여 발생하는 과전류에 대한 표시 장치의 내성을 높일 수 있다. 다만, 보호 회로(806)의 구성은 이것에 한정되지 않고, 예를 들어 주사선 구동 회로(804a)에 보호 회로(806)를 접속한 구성, 또는 신호선 구동 회로(804b)에 보호 회로(806)를 접속한 구성으로 할 수도 있다. 또는, 단자부(807)에 보호 회로(806)를 접속한 구성으로 할 수도 있다.
또한, 도 7의 (A)에 있어서는, 주사선 구동 회로(804a)와 신호선 구동 회로(804b)에 의하여 구동 회로부(804)를 형성하는 예를 나타내었지만, 이 구성에 한정되지 않는다. 예를 들어, 주사선 구동 회로(804a)만을 형성하고, 별도 준비된 신호선 구동 회로가 형성된 기판(예를 들어, 단결정 반도체막, 다결정 반도체막으로 형성된 구동 회로 기판)을 실장하는 구성으로 하여도 좋다.
<화소 회로의 구성예>
도 7의 (A)에 도시된 복수의 화소 회로(801)는, 예를 들어, 도 7의 (B)에 도시된 구성으로 할 수 있다.
도 7의 (B)에 도시된 화소 회로(801)는 트랜지스터(852, 854)와 용량 소자(862)와 발광 소자(872)를 갖는다.
트랜지스터(852)의 소스 전극 및 드레인 전극 중 어느 한쪽은 데이터 신호가 공급되는 배선(이하, 신호선(DL_n)이라고 함)과 전기적으로 접속된다. 또한, 트랜지스터(852)의 게이트 전극은, 게이트 신호가 공급되는 배선(이하, 주사선(GL_m)이라고 함)과 전기적으로 접속된다.
트랜지스터(852)는 데이터 신호의 데이터의 기록을 제어하는 기능을 갖는다.
용량 소자(862)의 한 쌍의 전극 중 한쪽은 전위가 공급되는 배선(이하, 전위 공급선(VL_a)이라고 함)에 전기적으로 접속되고, 다른 쪽은 트랜지스터(852)의 소스 전극 및 드레인 전극 중 다른 쪽에 전기적으로 접속된다.
용량 소자(862)는 기록된 데이터를 유지하는 유지 용량으로서의 기능을 갖는다.
트랜지스터(854)의 소스 전극 및 드레인 전극 중 한쪽은, 전위 공급선(VL_a)에 전기적으로 접속된다. 또한, 트랜지스터(854)의 게이트 전극은 트랜지스터(852)의 소스 전극 및 드레인 전극 중 다른 쪽에 전기적으로 접속된다.
발광 소자(872)의 애노드 및 캐소드 중 한쪽은 전위 공급선(VL_b)에 전기적으로 접속되고, 다른 쪽은 트랜지스터(854)의 소스 전극 및 드레인 전극 중 다른 쪽에 전기적으로 접속된다.
발광 소자(872)로서는 실시형태 1~실시형태 3에 제시된 발광 소자를 사용할 수 있다.
또한, 전위 공급선(VL_a) 및 전위 공급선(VL_b) 중 한쪽에는 고전원 전위(VDD)가 공급되고, 다른 쪽에는 저전원 전위(VSS)가 공급된다.
도 7의 (B)에 도시된 화소 회로(801)를 갖는 표시 장치에서는, 예를 들어 도 7의 (A)에 도시된 주사선 구동 회로(804a)에 의하여 각 행의 화소 회로(801)를 순차적으로 선택하여, 트랜지스터(852)를 온 상태로 하여 데이터 신호의 데이터를 기록한다.
데이터가 기록된 화소 회로(801)는 트랜지스터(852)가 오프 상태가 됨으로써 유지 상태가 된다. 또한, 기록된 데이터 신호의 전위에 따라 트랜지스터(854)의 소스 전극과 드레인 전극 사이에 흐르는 전류량이 제어되고, 발광 소자(872)는 흐르는 전류량에 따른 휘도로 발광한다. 이 동작을 행마다 순차적으로 수행함으로써 화상을 표시시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자는 표시 장치의 화소에 능동 소자를 갖는 액티브 매트릭스 방식, 또는 표시 장치의 화소에 능동 소자를 갖지 않는 패시브 매트릭스 방식으로 적용할 수 있다.
액티브 매트릭스 방식에서는 능동 소자(액티브 소자, 비선형 소자)로서 트랜지스터뿐만 아니라 다양한 능동 소자(액티브 소자, 비선형 소자)를 사용할 수 있다. 예를 들어, MIM(Metal Insulator Metal), 또는 TFD(Thin Film Diode) 등을 사용할 수도 있다. 이들 소자는 제작 공정이 적기 때문에 제작 비용의 저감이나 수율의 향상을 도모할 수 있다. 또는 이들의 소자는 소자의 사이즈가 작기 때문에, 개구율을 향상시킬 수 있고, 저소비전력화나 고휘도화를 도모할 수 있다.
액티브 매트릭스 방식 이외에, 능동 소자(액티브 소자, 비선형 소자)를 사용하지 않는 패시브 매트릭스형을 사용할 수도 있다. 능동 소자(액티브 소자, 비선형 소자)를 사용하지 않기 때문에, 제작 공정이 적어, 제작 비용의 저감, 또는 수율의 향상을 도모할 수 있다. 또는 능동 소자(액티브 소자, 비선형 소자)를 사용하지 않기 때문에, 개구율을 향상시킬 수 있고, 저소비전력화, 또는 고휘도화 등을 도모할 수 있다.
본 실시형태에 제시된 구성은 다른 실시형태에 제시된 구성과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시형태 5)
본 실시형태에 있어서는 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자를 갖는 표시 장치, 및 이 표시 장치에 입력 장치를 장착한 전자 기기에 대하여 도 8~도 12를 사용하여 설명한다.
<터치 패널에 관한 설명 1>
또한, 본 실시형태에 있어서 전자 기기의 일례로서 표시 장치와 입력 장치가 결합된 터치 패널(2000)에 대하여 설명한다. 또한, 입력 장치의 일례로서 터치 센서를 사용하는 경우에 대하여 설명한다.
도 8은 터치 패널(2000)의 사시도이다. 또한, 도 8에 있어서 명료화를 위하여 터치 패널(2000)의 대표적인 구성 요소를 도시하였다.
터치 패널(2000)은 표시 장치(2501)와 터치 센서(2595)를 갖는다(도 8의 (B) 참조). 또한, 터치 패널(2000)은 기판(2510), 기판(2570), 및 기판(2590)을 갖는다. 또한, 기판(2510), 기판(2570), 및 기판(2590)은 모두 가요성을 갖는다. 다만, 기판(2510), 기판(2570), 및 기판(2590) 중 어느 하나 또는 모두가 가요성을 갖지 않은 구성으로 하여도 좋다.
표시 장치(2501)는 기판(2510) 위에 복수의 화소, 및 상기 화소에 신호를 공급할 수 있는 복수의 배선(2511)을 갖는다. 복수의 배선(2511)은 기판(2510)의 외주부로 리드되고, 그 일부가 단자(2519)를 구성한다. 단자(2519)는 FPC(2509(1))와 전기적으로 접속된다. 또한, 복수의 배선(2511)은 신호선 구동 회로(2503s(1))로부터의 신호를 복수의 화소에 공급할 수 있다.
기판(2590)은 터치 센서(2595)와, 터치 센서(2595)와 전기적으로 접속된 복수의 배선(2598)을 갖는다. 복수의 배선(2598)은 기판(2590)의 외주부로 리드되고, 그 일부는 단자를 구성한다. 그리고, 상기 단자는 FPC(2509(2))와 전기적으로 접속된다. 또한, 도 8의 (B)에서는 명료화를 위하여, 기판(2590)의 뒷면(기판(2510)과 대향하는 면) 측에 제공되는 터치 센서(2595)의 전극이나 배선 등을 실선으로 나타내었다.
터치 센서(2595)로서 예를 들어 정전 용량 방식의 터치 센서를 적용할 수 있다. 정전 용량 방식에는 표면형 정전 용량 방식이나 투영형 정전 용량 방식 등이 있다.
투영형 정전 용량 방식에는 주로 구동 방식의 차이에 따라 자기 용량 방식, 상호 용량 방식 등이 있다. 상호 용량 방식을 사용하면, 다점 동시 검출이 가능하게 되어 바람직하다.
또한, 도 8의 (B)에 도시된 터치 센서(2595)는 투영형 정전 용량 방식의 터치 센서를 적용한 구성이다.
또한, 터치 센서(2595)로서는 손가락 등 검지 대상물의 근접 또는 접촉을 검지할 수 있는 다양한 센서를 적용할 수 있다.
투영형 정전 용량 방식의 터치 센서(2595)는, 전극(2591)과 전극(2592)을 갖는다. 전극(2591)은 복수의 배선(2598) 중 어느 하나와 전기적으로 접속하고, 전극(2592)은 복수의 배선(2598) 중 어느 다른 하나와 전기적으로 접속한다.
전극(2592)은 도 8에 도시된 바와 같이 한 방향으로 반복적으로 배치된 복수의 사각형이 모서리부에서 연결된 형상을 갖는다.
전극(2591)은 사각형이고, 전극(2592)이 연장되는 방향과 교차되는 방향으로 반복적으로 배치되어 있다.
배선(2594)은, 전극(2592)을 사이에 둔 2개의 전극(2591)을 전기적으로 접속한다. 이 때, 전극(2592)과 배선(2594)이 교차되는 부분의 면적은 가능한 한 작은 것이 바람직하다. 이로써, 전극이 제공되지 않은 영역의 면적을 저감할 수 있어, 투과율의 편차를 저감할 수 있다. 이로써 터치 센서(2595)를 투과하는 광의 휘도 편차를 저감할 수 있다.
또한 전극(2591), 전극(2592)의 형상은 이것에 한정되지 않고, 다양한 형상을 취할 수 있다. 예를 들어 복수의 전극(2591)을 가능한 한 틈이 생기지 않도록 배치하고, 절연층을 개재(介在)하여 전극(2591)과 중첩되지 않는 영역이 생기도록 이격(離隔)하여 전극(2592)을 복수로 제공하는 구성으로 하여도 좋다. 이 때, 인접된 2개의 전극(2592) 사이에, 이들과 전기적으로 절연된 더미 전극을 제공하면 투과율이 상이한 영역의 면적을 저감할 수 있어 바람직하다.
<표시 장치에 관한 설명>
다음에 도 9의 (A)를 사용하여 표시 장치(2501)의 자세한 사항에 대하여 설명한다. 도 9의 (A)는 도 8의 (B)에 도시된 일점 쇄선 X1-X2로 자른 단면도에 상당한다.
표시 장치(2501)는 매트릭스 형태으로 배치된 복수의 화소를 갖는다. 상기 화소는 표시 소자와, 상기 표시 소자를 구동하는 화소 회로를 갖는다.
이하의 설명에 있어서는, 백색의 광을 사출하는 발광 소자를 표시 소자에 적용하는 경우에 대하여 설명하지만, 표시 소자는 이것에 한정되지 않는다. 예를 들어, 인접된 화소마다 사출하는 광의 색이 상이하도록, 발광색이 상이한 발광 소자를 화소마다 적용하여도 좋다.
기판(2510) 및 기판(2570)으로서는, 예를 들어, 수증기의 투과율이 1×10-5g·m-2·day-1 이하, 바람직하게는 1×10-6g·m-2·day-1 이하인 가요성을 갖는 재료를 적합하게 사용할 수 있다. 또는, 기판(2510)의 열 팽창률과 기판(2570)의 열 팽창률이 대략 같은 재료를 사용하면 적합하다. 예를 들어, 선 팽창률이 1×10-3/K 이하, 바람직하게는 5×10-5/K 이하, 더 바람직하게는 1×10-5/K 이하인 재료를 적합하게 사용할 수 있다.
또한, 기판(2510)은 발광 소자로의 불순물의 확산을 방지하는 절연층(2510a)과, 가요성 기판(2510b)과, 절연층(2510a) 및 가요성 기판(2510b)을 접착하는 접착층(2510c)을 갖는 적층체이다. 또한, 기판(2570)은 발광 소자로의 불순물의 확산을 방지하는 절연층(2570a)과, 가요성 기판(2570b)과, 절연층(2570a) 및 가요성 기판(2570b)을 접착하는 접착층(2570c)을 갖는 적층체이다.
접착층(2510c) 및 접착층(2570c)으로서는, 예를 들어 폴리에스터, 폴리올레핀, 폴리아마이드(나일론, 아라미드 등), 폴리이미드, 폴리카보네이트, 또는 아크릴, 우레탄, 에폭시를 사용할 수 있다. 또한 실록산 결합을 갖는 수지를 포함하는 재료를 사용할 수 있다.
또한, 기판(2510)과 기판(2570) 사이에 밀봉층(2560)을 갖는다. 밀봉층(2560)은 공기보다 큰 굴절률을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 도 9의 (A)에 도시된 바와 같이, 밀봉층(2560) 측에 광을 추출하는 경우에는 밀봉층(2560)은 접합층을 겸할 수 있다.
또한, 밀봉층(2560)의 외주부에 실란트(sealant)를 형성하여도 좋다. 상기 실란트를 사용함으로써 기판(2510), 기판(2570), 밀봉층(2560), 및 실란트로 둘러싸인 영역에 발광 소자(2550R)를 갖는 구성으로 할 수 있다. 또한, 밀봉층(2560)으로서 불활성 기체(질소, 아르곤 등)를 충전하여도 좋다. 또한, 불활성 기체 내에 건조제를 제공하여 수분 등을 흡착시키는 구성으로 하여도 좋다. 또한, 자외선 경화 수지 또는 열경화 수지를 충전하여도 좋고, 예를 들어 PVC(폴리바이닐 클로라이드)계 수지, 아크릴계 수지, 폴리이미드계 수지, 에폭시계 수지, 실리콘(silicone)계 수지, PVB(폴리바이닐 뷰티랄)계 수지, 또는 EVA(에틸렌바이닐 아세테이트)계 수지를 사용할 수 있다. 또한, 상술한 실란트로서는, 예를 들어 에폭시계 수지나 유리 프릿(glass frit)을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 실란트에 사용하는 재료로서는 수분이나 산소를 투과시키지 않는 재료를 사용하는 것이 적합하다.
또한, 표시 장치(2501)는 화소(2502R)를 갖는다. 또한, 화소(2502R)는 발광 모듈(2580R)을 갖는다.
화소(2502R)는 발광 소자(2550R)와, 발광 소자(2550R)에 전력을 공급할 수 있는 트랜지스터(2502t)를 갖는다. 또한, 트랜지스터(2502t)는 화소 회로의 일부로서 기능한다. 또한, 발광 모듈(2580R)은 발광 소자(2550R)와 착색층(2567R)을 갖는다.
발광 소자(2550R)는 하부 전극, 상부 전극, 및 하부 전극과 상부 전극 사이에 EL층을 갖는다. 발광 소자(2550R)로서 예를 들어, 실시형태 1~실시형태 3에 제시된 발광 소자를 적용할 수 있다.
또한, 하부 전극과 상부 전극 사이에서 마이크로캐비티 구조를 채용하여 특정 파장에서의 광 강도를 증가시켜도 좋다.
또한, 밀봉층(2560)이 광을 추출하는 측에 제공되어 있는 경우, 밀봉층(2560)은 발광 소자(2550R)와 착색층(2567R)에 접한다.
착색층(2567R)은 발광 소자(2550R)와 중첩된 위치에 있다. 이로써, 발광 소자(2550R)가 발하는 광의 일부는 착색층(2567R)을 투과하고, 도면 중에 도시된 화살표의 방향의 발광 모듈(2580R)의 외부로 사출된다.
또한, 표시 장치(2501)에는 광을 사출하는 방향에 차광층(2567BM)이 제공된다. 차광층(2567BM)은 착색층(2567R)을 둘러싸도록 제공되어 있다.
착색층(2567R)으로서는, 특정의 파장 대역의 광을 투과시키는 기능을 가지면 좋고, 예를 들어, 적색의 파장 대역의 광을 투과시키는 컬러 필터, 녹색의 파장 대역의 광을 투과시키는 컬러 필터, 청색의 파장 대역의 광을 투과시키는 컬러 필터, 황색의 파장 대역의 광을 투과시키는 컬러 필터 등을 사용할 수 있다. 각 컬러 필터는, 다양한 재료가 사용되고, 인쇄법, 잉크젯법, 포토리소그래피 기술을 사용한 에칭 방법 등으로 각각 형성될 수 있다.
또한, 표시 장치(2501)에는 절연층(2521)이 제공된다. 절연층(2521)은 트랜지스터(2502t)를 덮는다. 또한, 절연층(2521)은 화소 회로에 기인한 요철을 평탄화시키기 위한 기능을 갖는다. 또한, 절연층(2521)에 불순물의 확산을 억제할 수 있는 기능을 부여하여도 좋다. 이로써 불순물의 확산에 의한 트랜지스터(2502t) 등의 신뢰성의 저하를 억제할 수 있다.
또한, 발광 소자(2550R)는 절연층(2521) 상방에 형성된다. 또한, 발광 소자(2550R)가 갖는 하부 전극에는 상기 하부 전극의 단부에 중첩되는 격벽(2528)이 제공된다. 또한, 기판(2510)과 기판(2570)의 간격을 제어하는 스페이서를 격벽(2528) 위에 형성하여도 좋다.
주사선 구동 회로(2503g(1))는 트랜지스터(2503t)와 용량 소자(2503c)를 갖는다. 또한, 구동 회로를 화소 회로와 동일한 공정에서 동일 기판 위에 형성할 수 있다.
또한, 기판(2510) 위에는 신호를 공급할 수 있는 배선(2511)이 제공된다. 또한, 배선(2511) 위에는 단자(2519)가 제공된다. 또한, 단자(2519)에는 FPC(2509(1))가 전기적으로 접속된다. 또한, FPC(2509(1))는 비디오 신호, 클록 신호, 스타트 신호, 리셋 신호 등을 공급하는 기능을 갖는다. 또한, FPC(2509(1))에는 프린트 배선 기판(PWB: Printed Wiring Board)이 장착되어 있어도 좋다.
또한, 표시 장치(2501)에는 다양한 구조를 갖는 트랜지스터를 적용할 수 있다. 도 9의 (A)에서는 보텀 게이트형 트랜지스터를 적용하는 경우에 대하여 예시하였지만, 이들에 한정되지 않고, 예를 들어 도 9의 (B)에 도시된 톱 게이트형 트랜지스터를 표시 장치(2501)에 적용하는 구성으로 하여도 좋다.
또한, 트랜지스터(2502t) 및 트랜지스터(2503t)의 극성에 대하여 특별히 한정은 없고, N 채널형 트랜지스터 및 P 채널형 트랜지스터를 갖는 구조, N 채널형 트랜지스터 또는 P 채널형 트랜지스터 중 어느 한쪽만으로 이루어지는 구조를 사용하여 좋다. 또한, 트랜지스터(2502t) 및 트랜지스터(2503t)에 사용되는 반도체막의 결정성에 대해서도 특별히 한정은 없다. 예를 들어, 비정질 반도체막, 결정성 반도체막을 사용할 수 있다. 또한, 반도체 재료로서는 13 족(예를 들어, 갈륨을 갖는) 반도체, 14 족(예를 들어, 실리콘을 갖는) 반도체, 화합물 반도체(산화물 반도체를 포함함), 유기 반도체 등을 사용할 수 있다. 트랜지스터(2502t) 및 트랜지스터(2503t) 중 어느 한쪽 또는 양쪽에 에너지 갭이 2eV 이상, 바람직하게는 2.5eV 이상, 더욱 바람직하게는 3eV 이상의 산화물 반도체를 사용함으로써, 트랜지스터의 오프 전류를 저감할 수 있어 바람직하다. 상기 산화물 반도체로서는 In-Ga 산화물, In-M-Zn 산화물(M은 Al, 갈륨(Ga), 이트륨(Y), 지르코늄(Zr), 란탄(La), 세륨(Ce), 주석(Sn), 하프늄(Hf), 또는 네오디뮴(Nd)을 나타냄) 등을 들 수 있다.
<터치 센서에 관한 설명>
다음에 도 9의 (C)를 사용하여 터치 센서(2595)의 자세한 사항에 대하여 설명한다. 도 9의 (C)는 도 8의 (B)에 도시된 일점 쇄선 X3-X4로 자른 단면도에 상당한다.
터치 센서(2595)는 기판(2590) 위에 스태거 패턴(지그재그 형태)으로 배치된 전극(2591) 및 전극(2592), 전극(2591) 및 전극(2592)을 덮는 절연층(2593), 그리고 인접된 전극(2591)을 전기적으로 접속하는 배선(2594)을 갖는다.
전극(2591) 및 전극(2592)은 투광성을 갖는 도전 재료를 사용하여 형성한다. 투광성을 갖는 도전성 재료로서는 산화 인듐, 인듐 주석 산화물, 인듐 아연 산화물, 산화 아연, 갈륨이 첨가된 산화 아연 등 도전성 산화물을 사용할 수 있다. 또한, 그래핀을 포함하는 막을 사용할 수도 있다. 그래핀을 포함하는 막은, 예컨대 막 형상으로 형성된 산화 그래핀을 포함하는 막을 환원하여 형성할 수 있다. 환원하는 방법으로서는, 열을 가하는 방법 등을 들 수 있다.
예를 들어, 투광성을 갖는 도전성 재료를 기판(2590) 위에 스퍼터링법에 의하여 성막한 후, 포토리소그래피법 등의 다양한 패터닝 형성 기술로 불필요한 부분을 제거하여, 전극(2591) 및 전극(2592)을 형성할 수 있다.
또한, 절연층(2593)에 사용하는 재료로서는, 예를 들어 아크릴, 에폭시 등의 수지, 실록산 결합을 갖는 수지 외에 산화 실리콘, 산화 질화 실리콘, 산화 알루미늄 등의 무기 절연 재료를 사용할 수도 있다.
또한, 전극(2591)에 도달하는 개구가 절연층(2593)에 형성되고, 배선(2594)이 인접하는 전극(2591)과 전기적으로 접속한다. 투광성의 도전성 재료는 터치 패널의 개구율을 높일 수 있으므로, 배선(2594)에 적합하게 사용할 수 있다. 또한, 전극(2591) 및 전극(2592)보다 도전성이 높은 재료는 전기 저항을 저감할 수 있기 때문에 배선(2594)에 적합하게 사용할 수 있다.
전극(2592)은 한 방향으로 연장되고, 복수의 전극(2592)이 스트라이프 형상으로 제공된다. 또한, 배선(2594)은 전극(2592)과 교차하여 제공되어 있다.
한 쌍의 전극(2591)이 하나의 전극(2592)을 끼워 제공된다. 또한, 배선(2594)은 한 쌍의 전극(2591)을 전기적으로 접속한다.
또한, 복수의 전극(2591)은 하나의 전극(2592)과 반드시 직교하는 방향으로 배치될 필요는 없고, 0도 초과 90도 미만의 각도를 이루도록 배치되어도 좋다.
또한, 배선(2598)은 전극(2591) 또는 전극(2592)과 전기적으로 접속된다. 또한, 배선(2598)의 일부는 단자로서 기능한다. 배선(2598)으로서는, 예를 들어 알루미늄, 금, 백금, 은, 니켈, 타이타늄, 텅스텐, 크로뮴, 몰리브데넘, 철, 코발트, 구리, 또는 팔라듐 등의 금속 재료나, 이 금속 재료를 포함한 합금 재료를 사용할 수 있다.
또한 절연층(2593) 및 배선(2594)을 덮는 절연층을 제공하여 터치 센서(2595)를 보호하여도 좋다.
또한, 접속층(2599)은 배선(2598)과 FPC(2509(2))를 전기적으로 접속한다.
접속층(2599)으로서는, 이방성 도전 필름(ACF: Anisotropic Conductive Film)이나, 이방성 도전 페이스트(ACP: Anisotropic Conductive Paste) 등을 사용할 수 있다.
<터치 패널에 관한 설명 2>
다음에 도 10의 (A)를 사용하여 터치 패널(2000)의 자세한 사항에 대하여 설명한다. 도 10의 (A)는 도 8의 (A)에 도시된 일점 쇄선 X5-X6으로 자른 단면도에 상당한다.
도 10의 (A)에 도시된 터치 패널(2000)은 도 9의 (A)에서 설명한 표시 장치(2501)와, 도 9의 (C)에서 설명한 터치 센서(2595)를 접합한 구성이다.
또한, 도 10의 (A)에 도시된 터치 패널(2000)은 도 9의 (A) 및 (C)에서 설명한 구성에 더하여 접착층(2597)과 반사 방지층(2567p)을 갖는다.
접착층(2597)은 배선(2594)과 접하여 제공된다. 또한, 접착층(2597)은 터치 센서(2595)가 표시 장치(2501)에 중첩되도록 기판(2590)을 기판(2570)에 접합한다. 또한, 접착층(2597)은 투광성을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 접착층(2597)으로서는 열 경화성 수지, 또는 자외선 경화 수지를 사용할 수 있다. 예를 들어, 아크릴계 수지, 우레탄계 수지, 에폭시계 수지, 또는 실록산계 수지를 사용할 수 있다.
반사 방지층(2567p)은 화소에 중첩되는 위치에 제공된다. 반사 방지층(2567p)으로서, 예를 들어 원편광판을 사용할 수 있다.
다음에, 도 10의 (A)에 도시된 구성과 다른 구성을 갖는 터치 패널에 대하여 도 10의 (B)를 사용하여 설명한다.
도 10의 (B)는 터치 패널(2001)의 단면도이다. 도 10의 (B)에 도시된 터치 패널(2001)은 도 10의 (A)에 도시된 터치 패널(2000)과 표시 장치(2501)에 대한 터치 센서(2595)의 위치가 상이하다. 여기서는 서로 다른 구성에 대하여 자세히 설명하고, 같은 구성을 사용할 수 있는 부분은 터치 패널(2000)에 관한 설명을 원용한다.
착색층(2567R)은 발광 소자(2550R)와 중첩되는 위치에 있다. 또한, 도 10의 (B)에 도시된 발광 소자(2550R)는 트랜지스터(2502t)가 제공되어 있는 측에 광을 사출한다. 이로써, 발광 소자(2550R)가 발하는 광의 일부는 착색층(2567R)을 투과하고, 도면 중에 도시된 화살표 방향의 발광 모듈(2580R)의 외부로 사출된다.
또한, 터치 센서(2595)는 표시 장치(2501)의 기판(2510) 측에 제공된다.
접착층(2597)은 기판(2510)과 기판(2590) 사이에 있고, 표시 장치(2501)와 터치 센서(2595)를 접합한다.
도 10에 도시된 바와 같이, 발광 소자로부터 사출되는 광은 기판의 상면 및 하면 중 어느 한쪽 또는 양쪽으로 사출되면 좋다.
<터치 패널의 구동 방법에 관한 설명>
다음에, 터치 패널의 구동 방법의 일례에 관하여, 도 11을 사용하여 설명한다.
도 11의 (A)는 상호 용량 방식의 터치 센서의 구성을 도시한 블록도이다. 도 11의 (A)에서는 펄스 전압 출력 회로(2601), 전류 검출 회로(2602)를 도시하였다. 또한, 도 11의 (A)에서는 펄스 전압이 공급되는 전극(2621)을 X1~X6으로 하고, 전류의 변화를 검지하는 전극(2622)을 Y1~Y6으로 하고, 각각 6개의 배선으로 예시하였다. 또한, 도 11의 (A)는 전극(2621)과 전극(2622)이 중첩됨으로써 형성되는 용량 소자(2603)를 도시한 것이다. 또한, 전극(2621)과 전극(2622)은 그 기능을 서로 치환하여도 좋다.
펄스 전압 출력 회로(2601)는 배선(X1~X6)에 순차적으로 펄스를 인가하기 위한 회로이다. 배선(X1~X6)에 펄스 전압이 인가됨으로써 용량 소자(2603)를 형성하는 전극(2621)과 전극(2622) 사이에 전계가 발생된다. 이들 전극간에 발생하는 전계가 차폐 등에 의하여 용량 소자(2603)의 상호 용량을 변화시키는 것을 이용하여, 피검지체의 근접 또는 접촉을 검출할 수 있다.
전류 검출 회로(2602)는 용량 소자(2603)에서의 상호 용량의 변화에 따른 배선(Y1~Y6)에서의 전류 변화를 검출하기 위한 회로이다. 배선(Y1~Y6)에서는, 피검지체의 근접 또는 접촉이 없으면 검출되는 전류값에 변화는 없지만, 검출되는 피검지체의 근접 또는 접촉에 의하여 상호 용량이 저감되는 경우에는, 전류값이 저감되는 변화를 검출한다. 또한 전류의 검출은, 적분 회로 등을 사용하여 행하면 좋다.
다음에, 도 11의 (B)는 도 11의 (A)에 도시된 상호 용량 방식의 터치 센서에서의 입출력 파형의 타이밍 차트이다. 도 11의 (B)에서는 1프레임 기간에 각 행렬에서의 피검지체의 검지를 행하는 것으로 한다. 또한, 도 11의 (B)에는 2가지 경우(피검지체를 검출하지 않는 경우(비(非)터치)와 피검지체를 검출하는 경우(터치))에 대하여 도시하였다. 또한 배선(Y1~Y6)에 대해서는 검출되는 전류값에 대응하는 전압값의 파형을 나타내고 있다.
배선(X1~X6)에는 순차적으로 펄스 전압이 인가되어, 이 펄스 전압에 따라 배선(Y1~Y6)에서의 파형이 변화된다. 피검지체의 근접 또는 접촉이 없는 경우에는 배선(X1~X6)의 전압의 변화에 따라 배선(Y1~Y6)의 파형이 변화한다. 한편, 피검지체가 근접 또는 접촉되는 개소에서는 전류값이 감소되기 때문에 이에 대응하는 전압값의 파형도 변화된다.
이와 같이, 상호 용량의 변화를 검출함으로써 피검지체의 근접 또는 접촉을 검지할 수 있다.
<센서 회로에 관한 설명>
또한, 도 11의 (A)에는 터치 센서로서 배선의 교차부에 용량 소자(2603)만을 제공하는 패시브 매트릭스형 터치 센서의 구성을 도시하였지만 트랜지스터와 용량을 갖는 액티브 매트릭스형 터치 센서로 하여도 좋다. 액티브 매트릭스형 터치 센서에 포함되는 센서 회로의 일례를 도 12에 도시하였다.
도 12에 도시된 센서 회로는 용량 소자(2603), 트랜지스터(2611), 트랜지스터(2612), 및 트랜지스터(2613)를 갖는다.
트랜지스터(2613)의 게이트에는 신호(G2)가 공급되고, 소스 및 드레인 중 한쪽에는 전압(VRES)이 공급되고, 다른 쪽에는 용량 소자(2603)의 한쪽 전극 및 트랜지스터(2611)의 게이트와 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(2611)의 소스 및 드레인 중 한쪽은 트랜지스터(2612)의 소스 및 드레인 중 한쪽에 전기적으로 접속되고, 다른 쪽에는 전압(VSS)이 공급된다. 트랜지스터(2612)의 게이트에는 신호(G1)가 공급되고, 소스 및 드레인 중 다른 쪽은 배선(ML)과 전기적으로 접속된다. 용량 소자(2603)의 다른 쪽 전극에는 전압(VSS)이 공급된다.
다음에, 도 12에 도시된 센서 회로의 동작에 대하여 설명한다. 먼저, 신호(G2)로서 트랜지스터(2613)를 온 상태로 하는 전위가 공급됨으로써, 트랜지스터(2611)의 게이트가 접속되는 노드(n)에 전압(VRES)에 대응하는 전위가 공급된다. 다음에, 신호(G2)로서 트랜지스터(2613)를 오프 상태로 하는 전위가 공급됨으로써, 노드(n)의 전위가 유지된다.
이어서 손가락 등 피검지체의 근접 또는 접촉에 의하여 용량 소자(2603)의 상호 용량이 변화되는 것에 따라 노드(n)의 전위가 VRES로부터 변화된다.
판독 동작은 신호(G1)에 트랜지스터(2612)를 온 상태로 하는 전위를 공급한다. 노드(n)의 전위에 따라 트랜지스터(2611)에 흐르는 전류, 즉 배선(ML)을 흐르는 전류가 변화된다. 이 전류를 검출함으로써 피검지체의 근접 또는 접촉을 검지할 수 있다.
트랜지스터(2611), 트랜지스터(2612) 및 트랜지스터(2613)로서는 산화물 반도체층을 채널 영역이 형성되는 반도체층에 사용하는 것이 바람직하다. 특히 트랜지스터(2613)에 이와 같은 트랜지스터를 적용함으로써, 노드(n)의 전위가 장기간에 걸쳐 유지될 수 있게 되어 노드(n)에 VRES를 다시 공급하는 동작(리프레시 동작)의 빈도를 줄일 수 있다.
본 실시형태에 제시된 구성은 다른 실시형태에 제시된 구성과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시형태 6)
본 실시형태에서는, 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자를 갖는 표시 모듈 및 전자 기기에 대하여, 도 13 및 도 14를 사용하여 설명한다.
<표시 모듈에 관한 설명>
도 13에 도시된 표시 모듈(8000)은, 상부 커버(8001)와 하부 커버(8002) 사이에, FPC(8003)에 접속된 터치 센서(8004), FPC(8005)에 접속된 표시 장치(8006), 프레임(8009), 프린트 기판(8010), 배터리(8011)를 갖는다.
본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자는, 예를 들어 표시 장치(8006)에 사용할 수 있다.
상부 커버(8001) 및 하부 커버(8002)는, 터치 센서(8004) 및 표시 장치(8006)의 사이즈에 맞춰 형상이나 치수를 적절히 변경할 수 있다.
터치 센서(8004)는, 저항막 방식 또는 정전 용량 방식의 터치 센서를 표시 장치(8006)에 중첩시켜 사용할 수 있다. 또한, 표시 장치(8006)의 대향 기판(밀봉 기판)에 터치 센서 기능을 갖게 할 수도 있다. 또는, 표시 장치(8006)의 각 화소 내에 광 센서를 제공하여 광학식 터치 센서로 할 수도 있다.
프레임(8009)은, 표시 장치(8006)의 보호 기능에 더하여, 프린트 기판(8010)의 동작에 의하여 발생하는 전자파를 차단하기 위한 전자 실드로서의 기능을 갖는다. 또한 프레임(8009)은 방열판으로서의 기능을 가져도 좋다.
프린트 기판(8010)은 전원 회로, 비디오 신호 및 클록 신호를 출력하기 위한 신호 처리 회로를 갖는다. 전원 회로에 전력을 공급하기 위한 전원으로서는 외부의 상용 전원을 사용하여도 좋고, 별도 제공한 배터리(8011)를 사용하여도 좋다. 상용 전원을 사용하는 경우에는 배터리(8011)를 생략할 수 있다.
또한, 표시 모듈(8000)은, 편광판, 위상차판, 프리즘 시트 등의 부재를 추가하여 제공하여도 좋다.
<전자 기기에 관한 설명>
도 14의 (A)~(G)는 전자 기기를 도시한 것이다. 이러한 전자 기기는 하우징(9000), 표시부(9001), 스피커(9003), 조작 키(9005)(전원 스위치, 또는 조작 스위치를 포함함), 접속 단자(9006), 센서(9007)(힘, 변위, 위치, 속도, 가속도, 각속도, 회전수, 거리, 광, 액체, 자기, 온도, 화학 물질, 음성, 시간, 경도, 전기장, 전류, 전압, 전력, 방사선, 유량, 습도, 경사도, 진동, 냄새, 또는 적외선을 측정하는 기능을 포함하는 것), 마이크로폰(9008) 등을 가질 수 있다.
도 14의 (A)~(G)에 도시된 전자 기기는 다양한 기능을 가질 수 있다. 예를 들어, 여러 가지 정보(정지 화상, 동영상, 텍스트 화상 등)를 표시부에 표시하는 기능, 터치 센서 기능, 캘린더, 일자 또는 시각 등을 표시하는 기능, 여러 가지 소프트웨어(프로그램)에 의하여 처리를 제어하는 기능, 무선 통신 기능, 무선 통신 기능을 사용하여 여러 가지 컴퓨터 네트워크에 접속하는 기능, 무선 통신 기능을 사용하여 여러 가지 데이터의 송신 또는 수신을 행하는 기능, 기록 매체에 기록되어 있는 프로그램 또는 데이터를 읽어내어 표시부에 표시시키는 기능 등을 가질 수 있다. 이때, 도 14의 (A)~(G)에 도시된 전자 기기가 가질 수 있는 기능은 이들에 한정되지 않고, 다양한 기능을 가질 수 있다. 또한, 도 14의 (A)~(G)에는 도시되지 않았지만, 전자 기기에는 복수의 표시부를 갖는 구성으로 하여도 좋다. 또한, 상기 전자 기기에 카메라 등을 제공하여 정지 화상을 촬영하는 기능, 동영상을 촬영하는 기능, 촬영한 화상을 기록 매체(외부 또는 카메라에 내장됨)에 저장하는 기능, 촬영한 화상을 표시부에 표시하는 기능 등을 가져도 좋다.
도 14의 (A)~(G)에 도시된 전자 기기의 자세한 사항에 대하여, 이하에서 설명한다.
도 14의 (A)는 휴대 정보 단말기(9100)를 도시한 사시도이다. 휴대 정보 단말기(9100)가 갖는 표시부(9001)는 가요성을 갖는다. 그래서, 휘어진 하우징(9000)의 만곡면을 따라 표시부(9001)를 장착할 수 있다. 또한, 표시부(9001)는 터치 센서를 구비하고, 손가락이나 스타일러스 등으로 화면에 터치함으로써 조작할 수 있다. 예를 들어, 표시부(9001)에 표시된 아이콘을 터치함으로써 애플리케이션을 기동시킬 수 있다.
도 14의 (B)는 휴대 정보 단말기(9101)를 도시한 사시도이다. 휴대 정보 단말기(9101)는 예를 들어 전화기, 수첩, 또는 정보 열람 장치 등으로부터 선택된 하나 또는 복수의 기능을 갖는다. 구체적으로는, 스마트폰으로서 사용할 수 있다. 또한, 휴대 정보 단말기(9101)는 스피커(9003), 접속 단자(9006), 센서(9007) 등을 생략하여 도시하였지만, 도 14의 (A)에 도시된 휴대 정보 단말기(9100)와 같은 위치에 제공할 수 있다. 또한, 휴대 정보 단말기(9101)는 문자나 화상 정보를 그 복수 면에 표시할 수 있다. 예를 들어, 3개의 조작 버튼(9050)(조작 아이콘 또는 단순히 아이콘이라고도 함)을 표시부(9001)의 제 1 면에 표시할 수 있다. 또한, 파선의 직사각형으로 나타내는 정보(9051)를 표시부(9001)의 다른 면에 표시할 수 있다. 또한, 정보(9051)의 예로서는 전자 메일이나 SNS(Social Networking Service)나 전화 등의 착신을 알리는 표시, 전자 메일이나 SNS 등의 제목, 전자 메일이나 SNS 등의 송신자명, 일시, 시각, 배터리의 잔량, 안테나 수신의 강도 등을 들 수 있다. 또한, 정보(9051)가 표시되는 위치에 정보(9051) 대신에 조작 버튼(9050) 등을 표시하여도 좋다.
도 14의 (C)는 휴대 정보 단말기(9102)를 도시한 사시도이다. 휴대 정보 단말기(9102)는 3개 이상의 면에 걸친 표시부(9001)에 정보를 표시하는 기능을 갖는다. 여기서는 정보(9052), 정보(9053), 정보(9054)가 각각 서로 다른 면에 표시되는 경우를 예시하였다. 예를 들어 휴대 정보 단말기(9102)의 사용자는 상의 포켓에 휴대 정보 단말기(9102)를 넣은 채 그 표시(여기서는 정보(9053))를 확인할 수 있다. 구체적으로는 착신한 전화의 발신 번호 또는 이름 등을 휴대 정보 단말기(9102) 상방으로부터 확인 가능한 위치에 표시한다. 사용자는 휴대 정보 단말기(9102)를 포켓에서 꺼내지 않고 표시를 확인함으로써 전화를 받을지 여부를 판단할 수 있다.
도 14의 (D)는 손목시계형의 휴대 정보 단말기(9200)를 도시한 사시도이다. 휴대 정보 단말기(9200)는, 이동 전화, 전자 메일, 문장 열람 및 문장 작성, 음악 재생, 인터넷 통신, 컴퓨터 게임 등의 다양한 애플리케이션을 실행할 수 있다. 또한, 표시부(9001)는 그 표시면이 휘어진 상태로 제공되고, 휘어진 표시면을 따라 정보를 표시할 수 있다. 또한, 휴대 정보 단말기(9200)는, 통신 규격의 근거리 무선 통신을 실행할 수 있다. 예를 들어, 무선 통신 가능한 헤드세트와 상호 통신함으로써 핸즈프리로 통화할 수도 있다. 또한, 휴대 정보 단말기(9200)는 접속 단자(9006)를 구비하고, 커넥터를 통하여 다른 정보 단말기와 데이터를 직접 주고 받을 수 있다. 또한, 접속 단자(9006)를 통하여 충전할 수도 있다. 또한, 충전 동작은 접속 단자(9006)를 통하지 않고, 무선 급전에 의하여 행하여도 좋다.
도 14의 (E), (F), 및 (G)는, 접히는(폴더블: foldable) 휴대 정보 단말기(9201)를 도시한 사시도이다. 또한, 도 14의 (E)가 휴대 정보 단말기(9201)를 펼친 상태의 사시도이며, 도 14의 (F)가 휴대 정보 단말기(9201)를 펼친 상태 및 접힌 상태의 어느 한쪽에서 다른 쪽으로 변화되어 가는 도중의 상태의 사시도이며, 도 14의 (G)가 휴대 정보 단말기(9201)를 접힌 상태의 사시도이다. 휴대 정보 단말기(9201)는 접힌 상태에서는 휴대성이 우수하고, 펼친 상태에서는 이음매가 없는 넓은 표시 영역에 의하여 표시의 일람성이 우수하다. 휴대 정보 단말기(9201)가 갖는 표시부(9001)는 힌지(9055)로 서로 연결된 3개의 하우징(9000)에 의하여 지지되어 있다. 힌지(9055)를 이용하여 2개의 하우징(9000) 사이의 연결부에서 접힘으로써 휴대 정보 단말기(9201)의 펼친 상태로부터 접힌 상태로 가역적으로 변형시킬 수 있다. 예를 들어, 휴대 정보 단말기(9201)는 곡률 반경 1mm 이상 150mm 이하로 휘어질 수 있다.
본 실시형태에 있어서 서술한 전자 기기는, 어떠한 정보를 표시하기 위한 표시부를 갖는 것을 특징으로 한다. 단, 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자는, 표시부를 갖지 않는 전자 기기에도 적용할 수 있다. 또한, 본 실시형태에서는 전자 기기의 표시부가 가요성을 갖고, 휘어진 표시면을 따라 화상을 표시할 수 있는 구성, 또는 표시부를 접을 수 있는 구성에 대하여 예시하였지만 이에 한정되지 않고, 가요성을 갖지 않으며 평면부에 화상을 표시하는 구성으로 하여도 좋다.
본 실시형태에 제시된 구성은 다른 실시형태에 제시된 구성과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시형태 7)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자를 적용한 조명 장치의 일례에 대하여 도 15를 사용하여 설명한다.
도 15는, 발광 소자를 실내의 조명 장치(8501)로서 사용한 예이다. 또한, 발광 소자는 대면적화도 가능하므로 대면적의 조명 장치를 형성할 수도 있다. 그 외에 곡면을 갖는 하우징을 사용함으로써, 발광 영역이 곡면을 갖는 조명 장치(8502)를 형성할 수도 있다. 본 실시형태에 제시되는 발광 소자는 박막 형상이며, 하우징의 디자인 자유도가 높다. 따라서, 다양한 디자인을 집약한 조명 장치를 제작할 수 있다. 또한, 실내의 벽면에 대형 조명 장치(8503)를 구비하여도 좋다. 또한, 조명 장치(8501, 8502, 8503)에, 터치 센서를 설치하여, 전원 온 또는 오프를 행하여도 좋다.
또한, 발광 소자를 테이블의 표면 측에 사용함으로써 테이블로서의 기능을 구비한 조명 장치(8504)로 할 수 있다. 또한, 그 외의 가구의 일부에 발광 소자를 사용함으로써 가구로서의 기능을 구비한 조명 장치로 할 수 있다.
상술한 바와 같이 발광 소자를 적용한 다양한 조명 장치를 얻을 수 있다. 또한, 이러한 조명 장치는 본 발명의 일 형태에 포함된다.
또한, 본 실시형태에 제시된 구성은 다른 실시형태에 제시된 구성과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시예 1)
본 실시예에서는, 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자, 및 비교용의 발광 소자의 제작예를 제시한다. 또한, 본 실시예에서는 발광 소자 1~발광 소자 7을 제작하였다.
또한, 발광 소자 1, 발광 소자 2, 발광 소자 5, 및 발광 소자 7은 비교용 발광 소자이고, 발광 소자 3, 발광 소자 4, 및 발광 소자 6은 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자이다. 또한, 발광 소자 1은 호스트-게스트계의 발광 소자이고, 발광 소자 2, 발광 소자 5, 및 발광 소자 7은 엑시플렉스 발광을 이용한 발광 소자이고, 발광 소자 3, 발광 소자 4, 및 발광 소자 6은 ExSET를 이용한 발광 소자이다.
도 16은 발광 소자 1~발광 소자 7의 단면 모식도이고, 표 4 및 표 5는 소자 구조의 자세한 사항을 제시한 것이다. 또한, 사용한 화합물의 구조와 약칭을 이하에서 나타낸다.
[화학식 4]
Figure 112015081871410-pat00011
[화학식 5]
Figure 112015081871410-pat00012
[표 4]
Figure 112015081871410-pat00013
[표 5]
Figure 112015081871410-pat00014
<1-1. 발광 소자 1의 제작 방법>
우선, 기판(1100) 위에 전극(1101)으로서 산화 실리콘을 포함하는 인듐 주석 산화물(약칭: ITSO)을 스퍼터링법에 의하여 성막하였다. 또한, 전극(1101)의 막 두께를 110nm로 하고, 전극(1101)의 면적을 4mm2(2mm×2mm)로 하였다.
다음에, 유기 화합물층의 증착 전의 전처리로서 기판(1100)의 전극(1101) 측을 물로 세정하고, 200℃에서 1시간 동안 소성한 후, 전극(1101) 표면에 대하여 UV 오존 처리를 370초 동안 행하였다.
그 후, 내부가 1×10-4Pa 정도까지 감압된 진공 증착 장치에 기판(1100)을 도입하고, 진공 증착 장치 내의 가열실에서 170℃에서 30분 동안 진공 소성을 행한 후, 기판(1100)을 30분 정도 방치하여 냉각하였다.
다음에, 전극(1101)이 형성된 면이 아래쪽이 되도록, 기판(1100)을 진공 증착 장치 내에 제공된 홀더에 고정하였다. 본 실시예에서는, 진공 증착법에 의하여 정공 주입층(1111), 정공 수송층(1112), 발광층(1113), 전자 수송층(1115), 전자 주입층(1116), 전극(1102)을 순차적으로 형성하였다. 자세한 제작 방법을 이하에 기재한다.
우선, 전극(1101) 위에 정공 주입층(1111)으로서 DBT3P-II와 산화 몰리브데넘(약칭: MoO3)을, DBT3P-II: 산화 몰리브데넘=2:1(중량 비율)이 되도록 공증착하였다. 또한, 정공 주입층(1111)의 막 두께는 20nm로 하였다.
다음에, 정공 수송층(1111) 위에 정공 수송층(1112)을 형성하였다. 정공 수송층(1112)으로서는, BPAFLP를 증착하였다. 또한, 정공 수송층(1112)의 막 두께는 20nm로 하였다.
다음에, 정공 수송층(1112) 위에 발광층(1113)을 형성하였다. 발광층(1113)으로서, 4,6mCzP2Pm과 루브렌(Rubrene)을 4,6mCzP2Pm: Rubrene=1:0.005(중량 비율)가 되도록 공증착하였다. 또한, 발광층(1113)의 막 두께는 40nm로 하였다. 또한, 발광층(1113)에 있어서, 4,6mCzP2Pm이 호스트 재료이고, Rubrene이 게스트 재료이다.
다음에, 발광층(1113) 위에 전자 수송층(1115)으로서 막 두께 10nm의 4,6mCzP2Pm과, 막 두께 15nm의 바소페난트롤린(약칭: Bphen)을 순차적으로 증착하였다. 다음에, 전자 수송층(1115) 위에 전자 주입층(1116)으로서 막 두께 1nm의 불화 리튬(약칭: LiF)을 증착하였다.
다음에, 전자 주입층(1116) 위에 전극(1102)으로서 알루미늄(Al)을 증착하였다. 또한, 전극(1102)의 막 두께는 200nm로 하였다.
대기에 노출되지 않도록 질소 분위기의 글로브 박스 내에 있어서, 상술한 바와 같이 하여 제작된 기판(1100) 위의 발광 소자를 밀봉 기판(1150)과 접합함으로써 밀봉하였다. 구체적으로는, 실재를 기판(1100) 위의 발광 소자의 주위에 도포하고, 기판(1100)과 밀봉 기판(1150)을 접합한 후, 실재에 365nm의 자외광을 6J/cm2 조사하고, 80℃에서 1시간 동안 가열 처리하였다.
상술한 공정을 거쳐, 발광 소자 1을 제작하였다.
<1-2. 발광 소자 2의 제작 방법>
발광 소자 2는 상술한 발광 소자 1과 발광층(1113)의 구성이 상이하다. 이 이외의 구성에 대해서는 발광 소자 1과 마찬가지다.
발광 소자 2의 발광층(1113)으로서는 4,6mCzP2Pm과 PCBBiF를 4,6mCzP2Pm:PCBBiF=0.8:0.2(중량 비율)가 되도록 공증착하였다. 또한, 발광층(1113)의 막 두께는 40nm로 하였다. 또한, 발광층(1113)에 있어서 4,6mCzP2Pm이 호스트 재료이고, PCBBiF가 어시스트 재료이다.
<1-3. 발광 소자 3의 제작 방법>
발광 소자 3은 상술한 발광 소자 1과 발광층(1113)의 구성이 상이하다. 이 이외의 구성에 대해서는 발광 소자 1과 마찬가지다.
발광 소자 3의 발광층(1113)으로서는 4,6mCzP2Pm과 PCBBiF와 Rubrene을 4,6mCzP2Pm:PCBBiF:Rubrene=0.8:0.2:0.005(중량 비율)가 되도록 공증착하였다. 또한, 발광층(1113)의 막 두께는 40nm로 하였다. 또한, 발광층(1113)에 있어서 4,6mCzP2Pm이 호스트 재료이고, PCBBiF가 어시스트 재료이고, Rubrene이 게스트 재료이다.
<1-4. 발광 소자 4의 제작 방법>
발광 소자 4는 상술한 발광 소자 1과 발광층(1113)의 구성이 상이하다. 이 이외의 구성에 대해서는 발광 소자 1과 마찬가지다.
발광 소자 3의 발광층(1113)으로서는 4,6mCzP2Pm과 PCBBiF와 Rubrene을 4,6mCzP2Pm:PCBBiF:Rubrene=0.8:0.2:0.01(중량 비율)이 되도록 공증착하였다. 또한, 발광층(1113)의 막 두께는 40nm로 하였다. 또한, 발광층(1113)에 있어서 4,6mCzP2Pm이 호스트 재료이고, PCBBiF가 어시스트 재료이고, Rubrene이 게스트 재료이다. 또한, 발광 소자 3과 발광 소자 4는 게스트 재료의 농도가 다르다.
<1-5. 발광 소자 5의 제작 방법>
발광 소자 5는 상술한 발광 소자 1과 발광층(1113)의 구성 및 전자 수송층(1115)의 구성이 상이하다. 이 이외의 구성에 대해서는 발광 소자 1과 마찬가지다.
발광 소자 5의 발광층(1113)으로서는, 4-{3-[3'-(9H-카바졸-9-일)]바이페닐-3-일}벤조푸로[3,2-d]피리미딘(약칭: 4mCzBPBfPm)과 3-[N-(9-페닐카바졸-3-일)-N-페닐아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzPCA1)을 4mCzBPBfPm:PCzPCA1=0.8:0.2(중량 비율)가 되도록 공증착하였다. 또한, 발광층(1113)의 막 두께는 40 nm로 하였다. 또한, 발광층(1113)에 있어서, 4mCzBPBfPm이 호스트 재료이고, PCzPCA1이 어시스트 재료이다.
발광 소자 5의 전자 수송층(1115)은 막 두께 20nm의 4mCzBPBfPm과, 막 두께 10nm의 Bphen으로 하였다.
<1-6. 발광 소자 6의 제작 방법>
발광 소자 6은 상술한 발광 소자 1과 발광층(1113)의 구성 및 전자 수송층(1115)의 구성이 상이하다. 이 이외의 구성에 대해서는 발광 소자 1과 마찬가지다.
발광 소자 6의 발광층(1113)으로서는 4,6mCzP2Pm과 PCzPCA1과 Rubrene을 4,6mCzP2Pm:PCzPCA1:Rubrene=0.8:0.2:0.01(중량 비율)이 되도록 공증착하였다. 또한, 발광층(1113)의 막 두께는 40nm로 하였다. 또한, 발광층(1113)에 있어서 4,6mCzP2Pm이 호스트 재료이고, PCzPCA1이 어시스트 재료이고, Rubrene이 게스트 재료이다.
발광 소자 6의 전자 수송층(1115)은 막 두께 20nm의 4,6mCzP2Pm과, 막 두께 10nm의 Bphen으로 하였다.
<1-7. 발광 소자 7의 제작 방법>
발광 소자 7은 상술한 발광 소자 1과 발광층(1113)의 구성 및 전자 수송층(1115)의 구성이 상이하다. 이 이외의 구성에 대해서는 발광 소자 1과 마찬가지다.
발광 소자 7의 발광층(1113)으로서는 4,6mCzP2Pm과 PCzPCA1을 4,6mCzP2Pm:PCzPCA1=0.8:0.2(중량 비율)가 되도록 공증착하였다. 또한, 발광층(1113)의 막 두께는 40nm로 하였다. 또한, 발광층(1113)에 있어서 4,6mCzP2Pm이 호스트 재료이고, PCzPCA1이 어시스트 재료이다.
발광 소자 7의 전자 수송층(1115)은 막 두께 20nm의 4,6mCzP2Pm과, 막 두께 10nm의 Bphen으로 하였다.
또한, 상술한 발광 소자 1~발광 소자 7의 증착 과정에 있어서, 증착 방법으로서는 저항 가열법을 사용하였다.
<1-8. 발광 소자 1~발광 소자 7의 특성>
도 17은 발광 소자 1~발광 소자 4의 휘도-전류 밀도 특성을 나타낸 것이고, 도 19는 발광 소자 1~발광 소자 4의 휘도-전압 특성을 나타낸 것이고, 도 21은 발광 소자 1~발광 소자 4의 전류 효율-휘도 특성을 나타낸 것이고, 도 23은 발광 소자 1~발광 소자 4의 전류-전압 특성을 나타낸 것이고, 도 25는 발광 소자 1~발광 소자 4의 외부 양자 효율-휘도 특성을 나타낸 것이다. 또한, 도 18은 발광 소자 5~발광 소자 7의 휘도-전류 밀도 특성을 나타낸 것이고, 도 20은 발광 소자 5~발광 소자 7의 휘도-전압 특성을 나타낸 것이고, 도 22는 발광 소자 5~발광 소자 7의 전류 효율-휘도 특성을 나타낸 것이고, 도 24는 발광 소자 5~발광 소자 7의 전류-전압 특성을 나타낸 것이고, 도 26은 발광 소자 5~발광 소자 7의 외부 양자 효율-휘도 특성을 나타낸 것이다. 또한, 각 발광 소자의 측정은 실온(25℃로 유지된 분위기)에서 행하였다.
또한, 외부 양자 효율이 최대가 될 때의 발광 소자 1~발광 소자 7의 소자 특성을 표 6에 나타낸다.
[표 6]
Figure 112015081871410-pat00015
또한, 도 27은 발광 소자 1~발광 소자 4에 2.5mA/cm2의 전류 밀도로 전류를 흘렸을 때의 전계 발광 스펙트럼이다. 또한, 도 28은 발광 소자 5~발광 소자 7에 2.5mA/cm2의 전류 밀도로 전류를 흘렸을 때의 전계 발광 스펙트럼이다.
또한, 4,6mCzP2Pm 및 PCBBiF 단체의 박막의 발광 스펙트럼을 측정한 결과, 피크 파장은 각각 439nm, 436nm였다. 한편으로 도 27에 도시된 바와 같이, 발광 소자 2의 전계 발광 스펙트럼의 피크 파장은 527nm였다. 즉, 발광 소자 2는, 4,6mCzP2Pm 및 PCBBiF 각각의 발광과 상이한 발광 스펙트럼을 나타내고, 발광 소자 2의 전계 발광 스펙트럼은 4,6mCzP2Pm 및 PCBBiF로 형성하는 들뜬 복합체가 나타내는 발광이다.
4mCzBPBfPm 및 PCzPCA1 단체의 박막의 발광 스펙트럼을 측정한 결과, 피크 파장은 각각 440nm, 443nm였다. 한편으로 도 28에 도시된 바와 같이, 발광 소자 5의 전계 발광 스펙트럼의 피크 파장은 567nm였다. 즉, 발광 소자 5는, 4mCzBPBfPm 및 PCzPCA1 각각의 발광과 상이한 발광 스펙트럼을 나타내고, 발광 소자 5의 전계 발광 스펙트럼은 4mCzBPBfPm 및 PCzPCA1로 형성하는 들뜬 복합체가 나타내는 발광이다. 또한, 도 28에 도시된 바와 같이, 발광 소자 7의 전계 발광 스펙트럼의 피크 파장은 558nm였다. 즉, 발광 소자 7은 4,6mCzP2Pm 및 PCzPCA1 각각의 발광과 상이한 발광 스펙트럼을 나타내고, 발광 소자 7의 전계 발광 스펙트럼은 4,6mCzP2Pm 및 PCzPCA1로 형성하는 들뜬 복합체가 나타내는 발광이다.
또한, 도 27 및 도 28에 도시된 바와 같이, 발광 소자 1, 발광 소자 3, 발광 소자 4, 및 발광 소자 6으로부터는 게스트 재료인 루브렌이 나타내는 발광 스펙트럼을 나타내고, 전계 발광 스펙트럼의 피크 파장은 각각 557nm, 553nm, 559nm, 및 557nm였다. 따라서, 발광 소자 2는 발광 소자 3 및 발광 소자 4보다 단파장의 발광 피크를 나타내는 것으로부터 높은 발광 에너지를 갖는 것으로 알 수 있고, 4,6mCzP2Pm과 PCBBiF를 형성하는 들뜬 복합체는 루브렌을 게스트 재료로 하는 발광 소자의 호스트 재료로서 사용할 수 있는 것을 알 수 있다. 또한, 발광 소자 6 및 발광 소자 7은 같은 정도의 발광 피크 파장은 나타내는 것으로부터, 같은 정도의 발광 에너지를 가진다고 할 수 있지만, 발광 소자 6 및 발광 소자 7의 전계 발광 스펙트럼의 결과로부터, 4,6mCzP2Pm과 PCzPCA1이 형성하는 들뜬 복합체는 발광 소자의 호스트 재료로서 사용할 수 있는 것을 알 수 있다.
또한, 4,6mCzP2Pm, PCBBiF 및 PCzPCA1의 인광 스펙트럼을 측정한 결과, 가장 단파장 측의 피크 파장은 각각 459nm, 509nm, 495nm이고, 상기 피크 파장으로부터 구한 인광 발광 에너지는 각각 2.70eV, 2.44eV, 2.51eV로 산출되었다. 또한, 인광 스펙트럼의 측정 방법은 실시형태 1에서 나타낸 방법을 사용하였다. 또한, 들뜬 복합체는 단일항 여기 에너지 준위와 삼중항 여기 에너지 준위가 서로 인접되는 성질을 갖기 때문에, 들뜬 복합체의 인광 스펙트럼은 형광 스펙트럼(열 활성화 지연 형광의 발광 스펙트럼)과 동일한 것으로 간주한다.
또한, 실시형태 1에서 나타낸 바와 같이, 루브렌의 삼중항 여기 에너지 준위의 계산값은 0.95eV였다.
상술한 결과로부터, 4,6mCzP2Pm 및 PCBBiF의 인광 스펙트럼은 양쪽 재료로 형성하는 들뜬 복합체의 인광 스펙트럼보다 단파장이고, 4,6mCzP2Pm 및 PCBBiF의 삼중항 여기 에너지 준위는 양쪽 재료로 형성하는 들뜬 복합체의 삼중항 여기 에너지 준위보다 높다. 또한, 상기 들뜬 복합체의 삼중항 여기 에너지 준위는 게스트 재료인 루브렌의 삼중항 여기 에너지 준위보다 높다. 또한, 4,6mCzP2Pm 및 PCzPCA1의 인광 스펙트럼은 양쪽 재료로 형성하는 들뜬 복합체의 발광 스펙트럼보다 단파장이고, 4,6mCzP2Pm 및 PCBBiF의 삼중항 여기 에너지 준위는 양쪽 재료로 형성하는 들뜬 복합체의 삼중항 여기 에너지 준위보다 높다. 또한, 상기 들뜬 복합체의 삼중항 여기 에너지 준위는 게스트 재료인 루브렌의 삼중항 여기 에너지 준위보다 높다. 따라서, 4,6mCzP2Pm, PCBBiF 및 PCzPCA1은 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자의 호스트 재료에 적합하다.
도 17~도 26, 및 표 6에 나타낸 바와 같이, 발광 소자 1의 외부 양자 효율의 최대값은 4.6%이고, 발광 소자 2의 외부 양자 효율의 최대값은 17%이고, 발광 소자 3의 외부 양자 효율의 최대값은 8.9%이고, 발광 소자 4의 외부 양자 효율의 최대값은 6.8%이고. 발광 소자 5의 외부 양자 효율의 최대값은 11%이고, 발광 소자 6의 외부 양자 효율의 최대값은 9.4%이고, 발광 소자 7의 외부 양자 효율의 최대값은 11%였다.
발광 소자 2, 발광 소자 5 및 발광 소자 7의 외부 양자 효율의 최대값은 높지만, 고휘도 영역에서 효율이 급격하게 저하되는 현상(롤 오프라고도 함)이 생긴다. 한편으로 본 발명의 일 형태인 발광 소자 3, 발광 소자 4 및 발광 소자 6에서는 발광 소자 1과 비교하여 외부 양자 효율의 최대값이 향상되고, 또한 발광 소자 2, 발광 소자 5 및 발광 소자 7에서 생긴 롤 오프도 억제된다. 이것은 본 발명의 일 형태인 ExSET에서만 실현할 수 있는 우수한 효과이다.
또한, 도 17~도 26, 및 표 6에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자인 발광 소자 3, 발광 소자 4 및 발광 소자 6을 비교한 경우, 발광 소자 6은 높은 발광 효율을 나타내고, 특히 외부 양자 효율의 최대값이 9.4%로 높고, 우수한 특성을 나타낸다. 그래서, 발광 소자 6이 ExSET를 이용하여 발광하고 있는지를 조사하기 위하여 발광 소자 1, 발광 소자 6 및 발광 소자 7에 대하여 과도 EL측정을 행하였다. 도 29는 발광 소자 1, 발광 소자 6 및 발광 소자 7의 과도 EL 특성을 나타낸 것이고, 도 30은 발광 소자 6의 과도 EL 스펙트럼이다.
<1-9. 발광 소자 1, 발광 소자 6 및 발광 소자 7의 과도 EL 측정>
측정에는 피코초(picosecond) 형광 수명 측정 시스템(Hamamatsu Photonics K.K. 제)을 사용하였다. 본 측정에서는 발광 소자의 과도 EL특성을 측정하기 위하여 발광 소자에 사각 펄스 전압을 인가하여, 그 전압의 하강으로부터 감소되어 가는 발광을 스트리크(고속 현상 촬영) 카메라에 의하여 시간 분해 측정하였다. 또한, 측정은 실온(25℃)으로 행하였다.
도 29에 있어서, 세로 축은 일정하게 캐리어가 주입되는 상태(펄스 전압의 온 상태)에서의 발광 강도로 정규화된 강도로 나타낸다. 또한, 가로 축은 펄스 전압의 하강으로부터 경과한 시간을 나타낸다.
도 29에 도시된 과도 EL 특성으로부터 발광 소자 6 및 발광 소자 7은 발광 소자 1보다 발광 수명이 길고, 역항간 교차에 의거한 지연 형광을 나타내는 것을 알 수 있었다.
도 30에 있어서, prompt EL은 측정한 과도 EL 스펙트럼에 있어서의 초기 성분이고, delayed EL은 지연 성분이다. 또한, 초기 성분은 전압을 인가 중의 발광 성분으로 하고, 지연 성분은 전압을 인가한 후, 8μs~45μs에서의 발광 성분으로 하였다.
도 30에 도시된 바와 같이, 초기 및 지연 EL 스펙트럼 양쪽 모두가 게스트 재료인 루브렌의 발광 스펙트럼에 대략 일치하고 있다. 따라서, SE의 초기 여기자(주입된 캐리어의 재결합에 의하여 직접 생성된 단일항 여기자)와 역항간 교차에 의하여 생성한 SE의 지연 여기자(삼중항 여기자의 역항간 교차에 의하여 생성된 단일항 여기자)의 양쪽 에너지가 루브렌의 SG로 이동하여 발광에 기여하고 있다고 시사된다.
상술한 바와 같이, ExSET를 사용함으로써, 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자는 높은 발광 효율을 갖는 것이 확인되었다.
이상, 본 실시예에 제시된 구성은, 다른 실시예 및 실시형태에 제시된 구성과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시예 2)
본 실시예에서는, 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자, 및 비교용의 발광 소자의 제작예를 제시한다. 또한, 본 실시예에 있어서는 발광 소자 8 및 9를 제작하였다.
또한, 발광 소자 8은 ExSET를 이용한 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자이고, 발광 소자 9는 엑시플렉스 발광을 이용한 비교용 발광 소자이다. 도 16은 발광 소자 8 및 발광 소자 9의 단면 모식도이고, 표 7은 소자 구조의 자세한 사항을 나타낸 것이며, 이하에서는 사용한 화합물의 구조와 약칭을 나타낸다. 또한, 이하에 나타낸 화합물 이외는 실시예 1에 나타낸 화합물과 마찬가지의 화합물을 사용하였다.
[화학식 6]
Figure 112015081871410-pat00016
[표 7]
Figure 112015081871410-pat00017
<2-1. 발광 소자 8의 제작 방법>
우선, 기판(1100) 위에 전극(1101)으로서 스퍼터링법에 의하여 ITSO를 형성하였다. 또한, 전극(1101)의 막 두께를 70nm로 하고, 전극(1101)의 면적을 4mm2(2mm×2mm)로 하였다.
다음에, 유기 화합물층의 증착 전의 전처리로서 기판(1100)의 전극(1101) 측을 물로 세정하고, 200℃에서 1시간 동안 소성한 후, 전극(1101) 표면에 대하여 UV 오존 처리를 370초 동안 행하였다.
그 후, 내부가 1×10-4Pa 정도까지 감압된 진공 증착 장치에 기판(1100)을 도입하고, 진공 증착 장치 내의 가열실에서 170℃에서 30분 동안 진공 소성을 행한 후, 기판(1100)을 30분 정도 방치하여 냉각하였다.
다음에, 전극(1101)이 형성된 면이 아래쪽이 되도록, 기판(1100)을 진공 증착 장치 내에 제공된 홀더에 고정하였다. 본 실시예에서는, 진공 증착법에 의하여 정공 주입층(1111), 정공 수송층(1112), 발광층(1113), 전자 수송층(1115), 전자 주입층(1116), 전극(1102)을 순차적으로 형성하였다. 자세한 제작 방법을 이하에 기재한다.
먼저, 전극(1101) 위에 정공 주입층(1111)으로서, DBT3P-II와 산화 몰리브데넘을, DBT3P-II:산화 몰리브데넘=2:1(중량 비율)이 되도록 공증착하였다. 또한, 정공 주입층(1111)의 막 두께를 15nm로 하였다.
이어서, 정공 주입층(1111) 위에, 정공 수송층(1112)을 형성하였다. 정공 수송층(1112)으로서는, 3,5-다이(카바졸-9-일)-N,N-다이페닐아닐린(약칭: DPhAmCP)을 증착하였다. 또한, 정공 수송층(1112)의 막 두께를 20nm로 하였다.
다음에, 정공 수송층(1112) 위에 발광층(1113)을 형성하였다. 발광층(1113)으로서 4mCzBPBfPm과 DPhAmCP과 1,6mMemFLPAPrn을 4mCzBPBfPm:DPhAmCP:1,6mMemFLPAPrn=0.8:0.2:0.005(중량 비율)가 되도록 공증착하였다. 또한, 발광층(1113)의 막 두께는 30nm로 하였다. 또한, 발광층(1113)에 있어서 4mCzBPBfPm이 호스트 재료이고, DPhAmCP가 어시스트 재료이고, 1,6mMemFLPAPrn이 게스트 재료이다.
다음에, 발광층(1113) 위에 전자 수송층(1115)으로서 막 두께 10nm의 4mCzBPBfPm과 막 두께 15nm의 Bphen을 순차적으로 증착하였다. 다음에, 전자 수송층(1115) 위에 전자 주입층(1116)으로서 막 두께 1nm의 LiF를 증착하였다.
다음에, 전자 주입층(1116) 위에 전극(1102)으로서 Al을 증착하였다. 또한, 전극(1102)의 막 두께는 200nm로 하였다.
상술한 바와 같이 제작한 기판(1100) 위의 발광 소자와, 밀봉 기판(1150)을 대기에 노출되지 않도록 질소 분위기의 글로브 박스 내에 있어서 접합함으로써 밀봉하였다. 또한, 밀봉 방법은 실시예 1에 나타낸 발광 소자 1과 마찬가지이다.
상술한 공정을 거쳐, 발광 소자 8을 제작하였다.
<2-2. 발광 소자 9의 제작 방법>
발광 소자 9는 상술한 발광 소자 8과 발광층(1113)의 구성이 상이하다. 이 이외의 구성에 대해서는 발광 소자 8과 마찬가지다.
발광 소자 9의 발광층(1113)으로서는, 4mCzBPBfPm과 DPhAmCP를 4mCzBPBfPm:DPhAmCP=0.8:0.2(중량 비율)가 되도록 공증착하였다. 또한, 발광층(1113)의 막 두께는 40nm로 하였다. 또한, 발광층(1113)에서 4mCzBPBfPm이 호스트 재료이고, DPhAmCP가 어시스트 재료이다.
또한, 상술한 발광 소자 8 및 발광 소자 9의 증착 과장에 있어서, 증착 방법으로서는 저항 가열법을 사용하였다.
<2-3. 발광 소자 8 및 발광 소자 9의 특성>
도 31은 발광 소자 8 및 9의 휘도-전류 밀도 특성을 나타낸 것이고, 도 32는 발광 소자 8 및 9의 휘도-전압 특성을 나타낸 것이고, 도 33은 발광 소자 8 및 9의 전류 효율-휘도 특성을 나타낸 것이고, 도 34는 발광 소자 8 및 9의 전류-전압 특성을 나타낸 것이고, 도 35는 발광 소자 8 및 9의 외부 양자 효율-휘도 특성을 나타낸 것이다. 또한, 각 발광 소자의 측정은 실온(25℃로 유지된 분위기)에서 행하였다.
또한, 표 8은 외부 양자 효율이 최대가 될 때의 발광 소자 8 및 발광 소자 9의 소자 특성을 나타낸 것이다.
[표 8]
Figure 112015081871410-pat00018
또한, 도 36은 발광 소자 8 및 발광 소자 9에 2.5mA/cm2의 전류 밀도로 전류를 흘렸을 때의 전계 발광 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 36에 도시된 바와 같이, 발광 소자 8 및 발광 소자 9는 청색의 파장 대역에 발광 스펙트럼을 갖는다. 또한, 발광 소자 8 및 발광 소자 9에 사용되는 호스트 재료인 4mCzBPBfPm, 및 어시스트 재료인 DPhAmCP의 단체의 박막의 발광 스펙트럼을 측정한 결과, 피크 파장은 각각 440nm, 375nm였다. 한편으로 발광 소자 9의 전계 발광 스펙트럼의 피크 파장은 457nm였다. 즉, 발광 소자 9는, 4mCzBPBfPm 및 DPhAmCP 각각의 발광과 상이한 발광 스펙트럼을 나타내고, 발광 소자 9의 전계 발광 스펙트럼은 4mCzBPBfPm 및 DPhAmCP로 형성하는 들뜬 복합체가 나타내는 발광이다.
또한, 발광 소자 8의 전계 발광 스펙트럼은 피크 파장이 465nm과, 게스트 재료인 1,6mMemFLPAPrn이 나타내는 발광 스펙트럼을 나타내고, 4mCzBPBfPm과 DPhAmCP로 형성하는 들뜬 복합체가 나타내는 발광은 보이지 않는다. 또한, 발광 소자 9는 발광 소자 8보다 단파장의 발광 피크를 나타내고, 높은 발광 에너지를 갖는 것을 알 수 있다. 이러한 것으로부터 발광 소자 8에서 형성되는 들뜬 복합체의 여기 에너지는 효율적으로 게스트 재료로 에너지 이동한다고 할 수 있다.
즉, 4mCzBPBfPm과 같이, 축합 헤테로 고리 골격을 갖고, 상기 축합 헤테로 고리 골격이 다이아진 골격을 갖는 화합물은 청색의 발광 소자에 적합하게 사용할 수 있다. 또한, DPhAmCP와 같이, 카바졸 골격과 방향족 아민 골격이 카바졸 골격의 9위치에서 결합하는 화합물은 청색의 발광 소자에 적합하게 사용할 수 있다. 또한, 4mCzBPBfPm과 같이, 축합 헤테로 고리 골격을 갖고, 상기 축합 헤테로 고리 골격이 다이아진 골격을 갖는 화합물과 DPhAmCP와 같이, 카바졸 골격과 방향족 아민 골격이 카바졸 골격의 9위치에서 결합하는 화합물로 형성하는 들뜬 복합체는 청색의 발광 소자의 호스트 재료로서 적합하게 사용할 수 있다.
또한, 도 31~도 35, 및 표 8에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자 8은 청색의 발광을 나타내는 발광 소자로서 높은 발광 효율을 나타내고, 특히, 외부 양자 효율의 최대값이 6.9%로 높은 값을 나타낸다. 또한, 발광 소자 8에 있어서는 고휘도 영역에서의 롤 오프도 제어되어 있다. 이것은 본 발명의 일 형태에 따른 ExSEF에서만 실현할 수 있는 우수한 효과이다.
상술한 바와 같이, ExSEF를 사용함으로써 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자는 높은 발광 효율을 갖는 것이 확인되었다.
이상, 본 실시예에 제시된 구성은, 다른 실시예 및 실시형태에 제시된 구성과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
100: EL층
101: 전극
102: 전극
111: 정공 주입층
112: 정공 수송층
113: 발광층
115: 전자 수송층
116: 전자 주입층
121: 호스트 재료
121_1: 유기 화합물
121_2: 유기 화합물
122: 게스트 재료
150: 발광 소자
401: 전극
402: 전극
411: 정공 주입층
412: 정공 수송층
413: 전자 수송층
414: 전자 주입층
415: 정공 주입층
416: 정공 수송층
417: 전자 수송층
418: 전자 주입층
421: 호스트 재료
421_1: 유기 화합물
421_2: 유기 화합물
422: 게스트 재료
431: 호스트 재료
431_1: 유기 화합물
431_2: 유기 화합물
432: 게스트 재료
441: 발광 유닛
442: 발광 유닛
443: 발광층
444: 발광층
445: 전하 발생층
446: 발광 유닛
447: 발광 유닛
448: 발광층
449: 발광층
450: 발광 소자
452: 발광 소자
461: 호스트 재료
462: 게스트 재료
471: 호스트 재료
471_1: 유기 화합물
471_2: 유기 화합물
472: 게스트 재료
801: 화소 회로
802: 화소부
804: 구동 회로부
804a: 주사선 구동 회로
804b: 신호선 구동 회로
806: 보호 회로
807: 단자부
852: 트랜지스터
854: 트랜지스터
862: 용량 소자
872: 발광 소자
1100: 기판
1101: 전극
1102: 전극
1111: 정공 주입층
1112: 정공 수송층
1113: 발광층
1115: 전자 수송층
1116: 전자 주입층
1150: 밀봉 기판
2000: 터치 패널
2001: 터치 패널
2501: 표시 장치
2502R: 화소
2502t: 트랜지스터
2503c: 용량 소자
2503g: 주사선 구동 회로
2503s: 신호선 구동 회로
2503t: 트랜지스터
2509: FPC
2510: 기판
2510a: 절연층
2510b: 가요성 기판
2510c: 접착층
2511: 배선
2519: 단자
2521: 절연층
2528: 격벽
2550R: 발광 소자
2560: 밀봉층
2567BM: 차광층
2567p: 반사 방지층
2567R: 착색층
2570: 기판
2570a: 절연층
2570b: 가요성 기판
2570c: 접착층
2580R: 발광 모듈
2590: 기판
2591: 전극
2592: 전극
2593: 절연층
2594: 배선
2595: 터치 센서
2597: 접착층
2598: 배선
2599: 접속층
2601: 펄스 전압 출력 회로
2602: 전류 검출 회로
2603: 용량 소자
2611: 트랜지스터
2612: 트랜지스터
2613: 트랜지스터
2621: 전극
2622: 전극
8000: 표시 모듈
8001: 상부 커버
8002: 하부 커버
8003: FPC
8004: 터치 센서
8005: FPC
8006: 표시 장치
8009: 프레임
8010: 프린트 기판
8011: 배터리
8501: 조명 장치
8502: 조명 장치
8503: 조명 장치
8504: 조명 장치
9000: 하우징
9001: 표시부
9003: 스피커
9005: 조작 키
9006: 접속 단자
9007: 센서
9008: 마이크로폰
9050: 조작 버튼
9051: 정보
9052: 정보
9053: 정보
9054: 정보
9055: 힌지
9100: 휴대 정보 단말기
9101: 휴대 정보 단말기
9102: 휴대 정보 단말기
9200: 휴대 정보 단말기
9201: 휴대 정보 단말기

Claims (32)

  1. 발광 소자에 있어서,
    한 쌍의 전극; 및
    상기 한 쌍의 전극 사이의 EL층을 포함하고,
    상기 EL층은 발광층을 포함하고,
    상기 발광층은 호스트 재료 및 게스트 재료를 포함하고,
    상기 호스트 재료는 제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물을 포함하고,
    상기 제 1 유기 화합물과 상기 제 2 유기 화합물의 조합은 들뜬 복합체를 형성할 수 있고,
    상기 제 1 유기 화합물은 피리미딘 골격을 가지는 축합 헤테로 고리 골격을 포함하고,
    상기 게스트 재료는 형광을 발할 수 있고,
    상기 호스트 재료의 단일항 여기 에너지 준위와 삼중항 여기 에너지 준위의 차이는 0eV 초과 0.2eV 이하이고,
    상기 호스트 재료의 상기 삼중항 여기 에너지 준위는 상기 게스트 재료의 삼중항 여기 에너지 준위보다 높은, 발광 소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 호스트 재료의 상기 단일항 여기 에너지 준위는 상기 게스트 재료의 단일항 여기 에너지 준위보다 높은, 발광 소자.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 호스트 재료의 단일항 여기 에너지의 가장 낮은 준위와 삼중항 여기 에너지의 가장 낮은 준위의 차이는 0eV 초과 0.2eV 이하인, 발광 소자.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 호스트 재료는 실온에서 열 활성화 지연 형광을 나타낼 수 있고,
    상기 호스트 재료의 열 활성화 지연 형광의 발광 에너지는 상기 게스트 재료의 인광 발광 에너지보다 높은, 발광 소자.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 호스트 재료에 대한 상기 게스트 재료의 중량 비율은 0 초과 0.05 이하인, 발광 소자.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 EL층은 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층, 및 전자 주입층 중 선택된 적어도 하나를 포함하는, 발광 소자.
  8. 발광 소자에 있어서,
    한 쌍의 전극; 및
    상기 한 쌍의 전극 사이의 EL층을 포함하고,
    상기 EL층은 발광층을 포함하고,
    상기 발광층은 제 1 유기 화합물, 제 2 유기 화합물, 및 제 3 유기 화합물을 포함하고,
    상기 제 1 유기 화합물과 상기 제 2 유기 화합물의 조합은 들뜬 복합체를 형성할 수 있고,
    상기 제 1 유기 화합물의 삼중항 여기 에너지 준위와 상기 제 2 유기 화합물의 삼중항 여기 에너지 준위의 차이는 0.4eV 미만이고,
    상기 제 3 유기 화합물은 형광을 발할 수 있고,
    상기 들뜬 복합체의 단일항 여기 에너지 준위와 삼중항 여기 에너지 준위의 차이는 0eV 초과 0.2eV 이하이고,
    상기 들뜬 복합체의 상기 삼중항 여기 에너지 준위는 상기 제 3 유기 화합물의 삼중항 여기 에너지 준위보다 높은, 발광 소자.
  9. 발광 소자에 있어서,
    한 쌍의 전극;
    상기 한 쌍의 전극 사이의 제 1 EL층 및 제 2 EL층; 및
    상기 제 1 EL층과 상기 제 2 EL층 사이의 전하 발생층을 포함하고,
    상기 제 1 EL층은 제 1 발광층을 포함하고,
    상기 제 1 발광층은 제 1 유기 화합물, 제 2 유기 화합물, 및 제 3 유기 화합물을 포함하고,
    상기 제 1 유기 화합물과 상기 제 2 유기 화합물의 조합은 들뜬 복합체를 형성할 수 있고,
    상기 제 1 유기 화합물의 삼중항 여기 에너지 준위와 상기 제 2 유기 화합물의 삼중항 여기 에너지 준위의 차이는 0.4eV 미만이고,
    상기 제 3 유기 화합물은 형광을 발할 수 있고,
    상기 들뜬 복합체의 단일항 여기 에너지 준위와 삼중항 여기 에너지 준위의 차이는 0eV 초과 0.2eV 이하이고,
    상기 들뜬 복합체의 상기 삼중항 여기 에너지 준위는 상기 제 3 유기 화합물의 삼중항 여기 에너지 준위보다 높은, 발광 소자.
  10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 들뜬 복합체의 상기 단일항 여기 에너지 준위는 상기 제 3 유기 화합물의 단일항 여기 에너지 준위보다 높은, 발광 소자.
  11. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 들뜬 복합체의 단일항 여기 에너지의 가장 낮은 준위와 삼중항 여기 에너지의 가장 낮은 준위의 차이는 0eV 초과 0.2eV 이하인, 발광 소자.
  12. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 들뜬 복합체는 실온에서 열 활성화 지연 형광을 나타낼 수 있고,
    상기 들뜬 복합체의 열 활성화 지연 형광의 발광 에너지는 상기 제 3 유기 화합물의 인광 발광 에너지보다 높은, 발광 소자.
  13. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 유기 화합물과 상기 제 2 유기 화합물 각각의 삼중항 여기 에너지 준위는 상기 들뜬 복합체의 상기 삼중항 여기 에너지 준위보다 높은, 발광 소자.
  14. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 유기 화합물과 상기 제 2 유기 화합물 각각의 단일항 여기 에너지 준위는 상기 들뜬 복합체의 상기 단일항 여기 에너지 준위보다 높은, 발광 소자.
  15. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 유기 화합물과 상기 제 2 유기 화합물의 상기 조합에 대한 상기 제 3 유기 화합물의 중량 비율은 0 초과 0.05 이하인, 발광 소자.
  16. 제 8 항에 있어서,
    상기 EL층은 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층, 및 전자 주입층 중 선택된 하나를 더 포함하는, 발광 소자.
  17. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 EL층은 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층, 및 전자 주입층 중 선택된 하나를 더 포함하는, 발광 소자.
  18. 표시 장치에 있어서,
    제 1 항, 제 8 항, 및 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 발광 소자; 및
    컬러 필터를 포함하는, 표시 장치.
  19. 전자 기기에 있어서,
    제 18 항에 따른 표시 장치; 및
    하우징 또는 터치 센서를 포함하는, 전자 기기.
  20. 조명 장치에 있어서,
    제 1 항, 제 8 항, 및 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 발광 소자와;
    하우징 또는 터치 센서를 포함하는, 조명 장치.
  21. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 유기 화합물은 피리미딘 골격을 가지는 축합 헤테로 고리 골격을 포함하는, 발광 소자.
  22. 삭제
  23. 삭제
  24. 삭제
  25. 삭제
  26. 삭제
  27. 삭제
  28. 삭제
  29. 삭제
  30. 삭제
  31. 삭제
  32. 삭제
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