KR102392243B1 - 발광 소자, 발광 장치, 전자 기기, 및 조명 장치 - Google Patents

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

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Abstract

본 발명에서는, 장수명인 발광 소자를 얻는 것을 과제로 한다. 또한, 발광 효율이나 구동 전압이 우수한 발광 소자를 얻는 것을 과제로 한다. 본 발명의 발광 소자를 사용함으로써, 수명이 길고, 소비 전력이 낮은 발광 장치, 전자 기기, 조명 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.
본 발명의 일 형태는, 양극과 음극 사이에, 상기 양극 측으로부터 순차적으로, 제 1 층과, 제 2 층과, 발광층이 형성된 적층 구조를 적어도 갖고, 상기 제 1 층은, 제 1 유기 화합물과, 전자 수용성 화합물을 포함하고, 상기 제 2 층은, 상기 제 1 유기 화합물의 HOMO준위에 대하여 ±0.2eV 이내의 HOMO준위를 갖는 제 2 유기 화합물을 포함하고, 상기 발광층은, 상기 제 2 유기 화합물의 HOMO준위에 대하여 ±0.2eV 이내의 HOMO준위를 갖는 제 3 유기 화합물과, 상기 제 3 유기 화합물에 대하여 정공 트랩성을 나타내는 발광 물질을 포함하는 발광 소자이다.

Description

발광 소자, 발광 장치, 전자 기기, 및 조명 장치{LIGHT-EMITTING ELEMENT, LIGHT-EMITTING DEVICE, ELECTRONIC DEVICE, AND LIGHTING DEVICE}
본 발명은, 발광 소자, 발광 장치, 전자 기기, 및 조명 장치에 관한 것이다.
최근, 일렉트로 루미네선스(Electroluminescence ; EL)를 이용한 발광 소자의 연구 개발이 활발히 행해지고 있다. 이들 발광 소자의 기본적인 구성은, 한 쌍의 전극 사이에 발광성 물질을 끼운 것이다. 이 소자에 전압을 인가함으로써, 발광성 물질로부터의 발광을 얻을 수 있다.
이와 같은 발광 소자는 자발광형(自發光型)이기 때문에, 액정 디스플레이와 비교하여 화소의 시인성(視認性)이 높고, 백 라이트가 불필요하다는 등의 이점이 있고, 플랫패널 디스플레이 소자로서 바람직하다고 생각된다. 또한, 이와 같은 발광 소자는, 박형 경량으로 제작할 수 있는 것도 큰 이점이다. 또한, 매우 응답 속도가 빠르다는 것도 특징의 하나이다.
또한, 이들의 발광 소자는 막 형상으로 형성할 수 있기 때문에, 면 형상의 발광을 용이하게 얻을 수 있다. 따라서, 면 형상의 발광을 이용한 대면적의 소자를 형성할 수 있다. 이것은, 백열 전구나 LED로 대표되는 점 광원, 또는 형광등으로 대표되는 선 광원에서는 얻기 어려운 특색이기 때문에, 조명 등에 응용할 수 있는 면 광원으로서의 이용 가치도 높다.
일렉트로 루미네선스를 이용한 발광 소자는, 발광성 물질이 유기 화합물인지 무기 화합물인지에 따라 크게 나누어진다.
발광성 물질이 유기 화합물인 경우, 발광 소자에 전압을 인가함으로써 양극으로부터 정공이, 음극으로부터 전자가 각각 발광성의 유기 화합물을 포함하는 층에 주입되어 전류가 흐른다. 그리고, 그들 캐리어(정공 및 전자)가 재결합함으로써, 발광성의 유기 화합물이 여기 상태를 형성하고, 그 여기 상태가 기저 상태에 되돌아올 때에 발광한다. 이와 같은 발광성의 유기 화합물을 사용한 전류 여기형의 발광 소자는, 일반적으로 유기 EL 소자라고 불린다.
또한, 유기 화합물이 형성하는 여기 상태의 종류로서는, 일중항 여기 상태와 삼중항 여기 상태가 가능하다. 일반적인 유기 EL 소자에 사용되는 유기 화합물은, 기저 상태가 일중항 상태이기 때문에, 일중항 여기 상태로부터의 발광은 형광, 삼중항 여기 상태로부터의 발광은 인광(燐光)이라고 불린다.
이와 같은 발광 소자는, 다른 유기 화합물의 층을 적층하는 헤테로 구조가 제안됨으로써 큰 발전으로 이어졌다(비특허 문헌 1 참조). 헤테로 구조를 채용함으로써, 캐리어의 재결합 효율이 높아지고, 발광 효율이 향상되기 때문이다. 비특허 문헌 1에서는, 정공 수송층과 전자 수송성의 발광층을 적층한다.
그 후, 헤테로 구조와 구동 전압, 또는 헤테로 구조와 수명의 관계에 대하여, 많은 연구가 행해지고 있었다. 예를 들어, 정공 수송층이 양극과 접하는 소자에 있어서는, 그 정공 수송층의 이온화 포텐셜의 수치가 수명에 영향을 준다는 보고가 있다(비특허 문헌 2 참조). 비특허 문헌 2에서 개시되는 소자에 있어서는, 정공 수송층의 이온화 포텐셜이 작은 것이 장수명(長壽命)이라고 생각된다. 또한, 이온화 포텐셜이 작은 정공 주입층을, 양극과 정공 수송층 사이에 삽입함으로써, 소자가 장수명화된다는 보고도 있다(비특허 문헌 3 및 비특허 문헌 4 참조).
C.W.Tang, 외 1명, Applied Physics Letters, Vol.51, No.12, 913페이지-915페이지(1987) Chihaya Adachi, 외 2명, Applied Physics Letters, Vol.66, No.20, 2679페이지-2681페이지(1995) Yasuhiko Shirota, 외 7명, Applied Physics Letters, Vol.65, No.7, 807페이지-809페이지(1994) S.A.Van Slyke, 외 2명, Applied Physics Letters, Vol.69, No.15, 2160페이지-2162페이지(1996)
비특허 문헌 2 내지 비특허 문헌 4에 있어서의 보고를 감안하면, 양극에 접하는 정공 주입층의 유기 재료의 이온화 포텐셜(바꾸어 말하면 HOMO준위)은, 가능한 한 양극의 일함수에 가까운 준위로 하는 것이 바람직하다. 결과적으로, 정공 주입층, 정공 수송층, 발광층을 적층하는 발광 소자의 경우, 비특허 문헌 3의 FIG.2에서 도시되는 바와 같이, 양극의 일함수로부터 발광층까지, HOMO준위가 계단 형상이 되도록 설계된다. 즉, 양극의 일함수로부터 발광층의 HOMO준위를 향하여 조금씩 HOMO준위가 낮게 되도록, 정공 주입층 및 정공 수송층의 재료를 선택한다.
이와 같은 계단 형상의 설계는, 지금까지 유기 EL 소자의 표준적인 소자 설계로 생각되어 왔다. 그리고, 이와 같은 소자 설계를 기초로 하여, 정공 주입층, 정공 수송층, 및 발광층의 재료의 종류를 바꾸어 수명이나 효율이 가장 좋게 되는 재료의 조합을 탐색해 왔다는 것이 유기 EL 소자의 개발의 흐름이고, 현재도 주류이다.
그러나, 양극의 일함수와 발광층의 HOMO준위와의 차이가 크게 될수록, 이와 같은 설계에서는 어려움이 생긴다. 왜냐하면 이 경우, 양극-발광층 사이의 정공 주입 장벽을 저감하기 위해서는, HOMO준위의 계단을 많이 형성할 필요, 즉 많은 층을 양극와 발광층 사이에 삽입할 필요가 생기기 때문이다. 이와 같은 소자는 현실적이지 않기 때문에, 많은 발광 소자에 있어서는, 정공 주입층 및 정공 수송층의 겨우 2층을 형성할뿐이다.
따라서, 정공 주입층과 정공 수송층 사이, 또는 정공 수송층과 발광층 사이에 있어서의 정공 주입 장벽은, 경감할 수 있어도 실질적으로 없애는 것이 어렵다. 특히, 청색의 발광 소자나 인광 발광 소자의 경우, 발광층의 재료(특히 발광층의 호스트 재료)의 에너지 갭이 큰 것에 수반하여 HOMO준위가 매우 낮게 되는 경향이 있다. 따라서, 양극의 일함수와 발광층의 HOMO준위의 차이가 크게 되고, 큰 정공 주입 장벽이 생긴다. 많은 경우에 있어서, 정공 수송층과 발광층 사이에 큰 정공 주입 장벽이 생기기 쉽다.
그리고, 본 발명자들은 발광층의 재료나 구성을 개선해 온 과정에 있어서, 이들의 정공 주입 장벽이 현재로는 수명에 대한 문제점이 되고 있다는 것을 발견하였다. 즉, 비특허 문헌 2 내지 비특허 문헌 4가 보고되었을 때는, 발광층이 수명의 율속점(律速点)이 되었지만, 발광층이 개선되고 있는 작금(昨今)에 있어서는, 계단 형상으로 설계된 정공 주입 장벽도 문제가 되고 있다고 본 발명자들은 인식하였다.
또한, 종래의 헤테로 구조를 도입함으로써 발광 효율은 확보할 수 있지만, 수명에 관해서는 도입하는 헤테로 구조(재료의 종류)에 따라서는 향상하는 경우도 있고 크게 감소하는 경우도 있고, 그 원인은 해명되어 있지 않다. 따라서, 이와 같은 현상은 재료의 성질의 맞음이 원인으로 되는 것이 많고 재료의 조합에 관한 지침은 확립되어 있지 않다.
그래서, 본 발명자들은, 종래의 헤테로 구조와 다른 소자 설계를 행함으로써, 구동 전압이나 발광 효율을 손상시키지 않고, 장수명인 발광 소자를 얻는 것을 시도하였다. 또한, 그 소자 설계에 있어서의 재료의 조합 방법에 대해서도 상세하게 검토하였다.
상술한 이유로, 본 발명에서는 장수명인 발광 소자를 얻는 것을 과제로 한다. 또한, 발광 효율이나 구동 전압이 우수한 발광 소자를 얻는 것을 과제로 한다.
또한, 본 발명의 발광 소자를 사용함으로써, 수명이 길고, 소비 전력이 낮은 발광 장치를 제공하는 것을 과제로 한다. 또한, 수명이 길고, 소비 전력이 낮은 전자 기기나 조명 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.
본 발명자들은 우선, 양극으로부터 발광층까지의 정공 주입 장벽을 실질적으로 없앨 소자 구조를 발견하였다. 또한 예의 검토를 거듭한 결과, 이와 같은 소자 구조에 대하여 발광 물질로서 정공 트랩성을 나타내는 물질을 발광층에 첨가함으로써, 과제를 해결할 수 있는 것을 발견하였다.
즉, 본 발명의 일 형태는, 양극과 음극 사이에, 상기 양극 측으로부터 순차적으로, 제 1 층과, 제 2 층과, 발광층이 형성된 적층 구조를 적어도 갖고, 상기 제 1 층은 제 1 유기 화합물과 전자 수용성 화합물을 포함하고, 상기 제 2 층은, 상기 제 1 유기 화합물의 HOMO준위에 대하여 ±0.2eV 이내의 HOMO준위를 갖는 제 2 유기 화합물을 포함하고, 상기 발광층은 상기 제 2 유기 화합물의 HOMO준위에 대하여 ±0.2eV 이내의 HOMO준위를 갖는 제 3 유기 화합물과, 상기 제 3 유기 화합물에 대하여 정공 트랩성을 나타내는 발광 물질을 포함하는 발광 소자이다.
또한, 본 명세서 중에 있어서, 양극이란 정공을 방출하는 전극, 음극이란 양극으로부터 방출된 정공을 받는 전극을 말한다. 또는, 음극이란 전자를 방출하는 전극, 양극이란 음극으로부터 방출된 전자를 받는 전극을 말한다.
또한, 정공 주입층, 정공 수송층, 및 발광층에 사용하는 유기 화합물의 정공 수송 골격은 같은 것으로 하는 것이 바람직하다. 따라서 본 발명의 일 형태는, 양극과 음극 사이에, 상기 양극 측으로부터 순차적으로, 제 1 층과, 제 2 층과, 발광층이 형성된 적층 구조를 적어도 갖고, 상기 제 1 층은 제 1 정공 수송 골격을 갖는 제 1 유기 화합물과, 전자 수용성 화합물을 포함하고, 상기 제 2 층은, 제 2 정공 수송 골격을 갖는 제 2 유기 화합물을 포함하고, 상기 발광층은 제 3 정공 수송 골격을 갖는 제 3 유기 화합물과, 상기 제 3 유기 화합물에 대하여 정공 트랩성을 나타내는 발광 물질을 포함하고, 상기 제 1 정공 수송 골격, 상기 제 2 정공 수송 골격, 및 상기 제 3 정공 수송 골격이 같은 발광 소자이다.
여기서 발명자들은, 정공 주입층, 정공 수송층, 및 발광층에 사용하는 유기 화합물의 정공 수송 골격에, 특정의 골격을 적용한 경우는, 각 층 사이의 정공 주입 장벽이 저감되는 것을 발견하였다. 또한, 그 정공 주입층에 전자 수용성 화합물을 첨가하면, 양극과 정공 주입층 사이의 정공 주입 장벽도 저감할 수 있는 것을 발견하였다. 즉 본 발명의 일 형태는, 양극과 음극 사이에, 상기 양극 측으로부터 순차적으로, 제 1 층과, 제 2 층과, 발광층이 형성된 적층 구조를 적어도 갖고, 상기 제 1 층은 제 1 정공 수송 골격을 갖는 제 1 유기 화합물과, 전자 수용성 화합물을 포함하고, 상기 제 2 층은, 제 2 정공 수송 골격을 갖는 제 2 유기 화합물을 포함하고, 상기 발광층은 제 3 정공 수송 골격을 갖는 제 3 유기 화합물과, 상기 제 3 유기 화합물에 대하여 정공 트랩성을 나타내는 발광 물질을 포함하고, 상기 제 1 정공 수송 골격, 상기 제 2 정공 수송 골격, 및 상기 제 3 정공 수송 골격은 각각 독립적으로, π과잉계 헤테로 방향 고리, 3고리계 축합 방향족 탄화수소 고리, 또는 4고리계 축합 방향족 탄화수소 고리 중 적어도 어느 하나의 골격을 포함하는 발광 소자이다.
또한, 정공 수송 골격으로서는, 카르바졸, 디벤조푸란, 디벤조티오펜, 또는 안트라센 중 적어도 어느 하나의 골격이 바람직하다.
또한, 상술한 특정의 골격을 정공 수송 골격에 사용한 경우에 있어서도, 정공 주입층, 정공 수송층, 및 발광층에 사용하는 유기 화합물의 정공 수송 골격을 같은 것으로 하는 것이 바람직하다. 따라서 본 발명의 일 형태는, 양극과 음극 사이에, 상기 양극 측으로부터 순차적으로, 제 1 층과, 제 2 층과, 발광층이 형성된 적층 구조를 적어도 갖고, 상기 제 1 층은 제 1 정공 수송 골격을 갖는 제 1 유기 화합물과, 전자 수용성 화합물을 포함하고, 상기 제 2 층은, 제 1 정공 수송 골격을 갖는 제 2 유기 화합물을 포함하고, 상기 발광층은 상기 제 1 정공 수송 골격을 갖는 제 3 유기 화합물과, 상기 제 3 유기 화합물에 대하여 정공 트랩성을 나타내는 발광 물질을 포함하고, 상기 제 1 정공 수송 골격은, π과잉계 헤테로 방향 고리, 3고리계 축합 방향 고리, 또는 4고리계 축합 방향 고리 중 적어도 어느 하나의 골격을 포함하는 발광 소자이다.
또한, 정공 수송 골격으로서는, 카르바졸, 디벤조푸란, 디벤조티오펜, 또는 안트라센 중 적어도 어느 하나의 골격이 바람직하다.
여기서, 상술한 발광 소자의 구성에 있어서, 상기 발광 물질로서는, 방향족 아민 화합물 또는 유기 금속 착체가 높은 정공 트랩성을 갖기 때문에 바람직하다. 특히, 피렌디아민 화합물, 또는 이리듐 착체는, 정공 트랩성이 높을 뿐만 아니라 발광 효율도 높고, 바람직하다.
또한, 본 발명자들은, 상술한 본 발명의 일 형태인 발광 소자에 대하여, 특정의 조건의 발광층을 더 한층 형성함으로써, 정공이 음극으로 통과하는 것을 더 억제하고, 수명 및 발광 효율을 비약적으로 향상시킬 수 있는 것을 발견하였다. 즉 본 발명의 일 형태는, 양극과 음극 사이에, 상기 양극 측으로부터 순차적으로, 제 1 층과, 제 2 층과, 제 1 발광층과, 제 2 발광층이 형성된 적층 구조를 적어도 갖고, 상기 제 1 층은 제 1 유기 화합물과 전자 수용성 화합물을 포함하고, 상기 제 2 층은 상기 제 1 유기 화합물의 HOMO준위에 대하여 ±0.2eV 이내의 HOMO준위를 갖는 제 2 유기 화합물을 포함하고, 상기 제 1 발광층은 상기 제 2 유기 화합물의 HOMO준위에 대하여 ±0.2eV 이내의 HOMO준위를 갖는 제 3 유기 화합물과, 상기 제 3 유기 화합물에 대하여 정공 트랩성을 나타내는 제 1 발광 물질을 포함하고, 상기 제 2 발광층은 상기 제 3 유기 화합물의 HOMO준위에 대하여 ±0.2eV 이내의 HOMO준위를 갖고 상기 제 3 유기 화합물의 LUMO준위에 대하여 ±0.2eV 이내의 LUMO준위를 갖는 제 4 유기 화합물과, 상기 제 4 유기 화합물에 대하여 정공 트랩성을 나타내는 제 2 발광 물질을 포함하고, 상기 제 4 유기 화합물은 상기 제 3 유기 화합물과 다른 화합물인 발광 소자이다.
또한, 본 명세서 중에 있어서, “정공이 음극으로 통과한다”란, 양극으로부터 주입된 정공이 전자와 재결합하지 않고 음극 측으로 통과하는 것을 말한다.
또한, 정공 주입층, 정공 수송층, 제 1 발광층, 및 제 2 발광층에 사용하는 유기 화합물의 정공 수송 골격은, 같은 것으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 제 1 발광층과 제 2 발광층의 전자 수송 골격을 같은 것으로 하는 것이 바람직하다. 따라서 본 발명의 일 형태는, 양극과 음극 사이에, 상기 양극 측으로부터 순차적으로, 제 1 층과, 제 2 층과, 제 1 발광층과 제 2 발광층이 형성된 적층 구조를 적어도 갖고, 상기 제 1 층은 제 1 정공 수송 골격을 갖는 제 1 유기 화합물과, 전자 수용성 화합물을 포함하고, 상기 제 2 층은 제 2 정공 수송 골격을 갖는 제 2 유기 화합물을 포함하고, 상기 제 1 발광층은 제 3 정공 수송 골격 및 전자 수송 골격을 갖는 제 3 유기 화합물과, 상기 제 3 유기 화합물에 대하여 정공 트랩성을 나타내는 제 1 발광 물질을 포함하고, 상기 제 2 발광층은 제 4 정공 수송 골격 및 상기 전자 수송 골격을 갖는 제 4 유기 화합물과, 상기 제 4 유기 화합물에 대하여 정공 트랩성을 나타내는 제 2 발광 물질을 포함하고, 상기 제 4 유기 화합물은 상기 제 3 유기 화합물과 다른 화합물이고, 상기 제 1 정공 수송 골격, 상기 제 2 정공 수송 골격, 상기 제 3 정공 수송 골격, 및 상기 제 4 정공 수송 골격이 같은 발광 소자이다.
여기서 본 발명자들은, 정공 주입층, 정공 수송층, 제 1 발광층, 및 제 2 발광층에 사용하는 유기 화합물의 정공 수송 골격에 특정의 골격을 적용한 경우는, 각 층 사이의 정공 주입 장벽이 저감되는 것을 발견하였다. 또한, 그 정공 주입층에 전자 수용성 화합물을 첨가하면, 양극과 정공 주입층 사이의 정공 주입 장벽도 저감할 수 있는 것을 발견하였다. 즉 본 발명의 일 형태는, 양극과 음극 사이에, 상기 양극 측으로부터 순차적으로, 제 1 층과, 제 2 층과, 제 1 발광층과 제 2 발광층이 형성된 적층 구조를 적어도 갖고, 상기 제 1 층은 제 1 정공 수송 골격을 갖는 제 1 유기 화합물과, 전자 수용성 화합물을 포함하고, 상기 제 2 층은 제 2 정공 수송 골격을 갖는 제 2 유기 화합물을 포함하고, 상기 제 1 발광층은 제 3 정공 수송 골격 및 전자 수송 골격을 갖는 제 3 유기 화합물과, 상기 제 3 유기 화합물에 대하여 정공 트랩성을 나타내는 제 1 발광 물질을 포함하고, 상기 제 2 발광층은 제 4 정공 수송 골격 및 상기 전자 수송 골격을 갖는 제 4 유기 화합물과, 상기 제 4 유기 화합물에 대하여 정공 트랩성을 나타내는 제 2 발광 물질을 포함하고, 상기 제 4 유기 화합물은, 상기 제 3 유기 화합물과 다른 화합물이고, 상기 제 1 정공 수송 골격, 상기 제 2 정공 수송 골격, 상기 제 3 정공 수송 골격, 및 상기 제 4 정공 수송 골격은, 각각 독립적으로, π과잉계 헤테로 방향 고리, 3고리계 축합 방향 고리, 또는 4고리계 축합 방향 고리 중 적어도 어느 하나의 골격을 포함하는 발광 소자이다.
또한, 정공 수송 골격으로서는, 카르바졸, 디벤조푸란, 디벤조티오펜, 또는 안트라센 중 적어도 어느 하나의 골격이 바람직하다.
또한, 상술한 특정의 골격을 정공 수송 골격에 사용한 경우에 있어서도, 정공 주입층, 정공 수송층, 제 1 발광층, 및 제 2 발광층에 사용하는 유기 화합물의 정공 수송 골격을 같은 것으로 하는 것이 바람직하다. 따라서 본 발명의 일 형태는, 양극과 음극 사이에, 상기 양극 측으로부터 순차적으로, 제 1 층과, 제 2 층과, 제 1 발광층과, 제 2 발광층이 형성된 적층 구조를 적어도 갖고, 상기 제 1 층은 제 1 정공 수송 골격을 갖는 제 1 유기 화합물과, 전자 수용성 화합물을 포함하고, 상기 제 2 층은 상기 제 1 정공 수송 골격을 갖는 제 2 유기 화합물을 포함하고, 상기 제 1 발광층은 상기 제 1 정공 수송 골격 및 전자 수송 골격을 갖는 제 3 유기 화합물과, 상기 제 3 유기 화합물에 대하여 정공 트랩성을 나타내는 제 1 발광 물질을 포함하고, 상기 제 2 발광층은 상기 제 1 정공 수송 골격 및 상기 전자 수송 골격을 갖는 제 4 유기 화합물과, 상기 제 4 유기 화합물에 대하여 정공 트랩성을 나타내는 제 2 발광 물질을 포함하고, 상기 제 4 유기 화합물은 상기 제 3 유기 화합물과 다른 화합물이고, 상기 제 1 정공 수송 골격은, π과잉계 헤테로 방향 고리, 3고리계 축합 방향 고리, 또는 4고리계 축합 방향 고리 중 적어도 어느 하나의 골격을 포함하는 발광 소자이다.
또한, 정공 수송 골격으로서는, 카르바졸, 디벤조푸란, 디벤조티오펜, 또는 안트라센 중 적어도 어느 하나의 골격이 바람직하다.
여기서, 상술한 바와 같은 제 1 발광층 및 제 2 발광층을 갖는 구성에 있어서는, 캐리어의 재결합 효율을 높이기 위하여, 상기 제 1 발광층의 정공 수송성은 상기 제 2 발광층의 정공 수송성보다 높고, 상기 제 1 발광층의 전자 수송성은 상기 제 2 발광층의 전자 수송성보다 낮은 것이 바람직하다.
또한, 상기 제 1 발광 물질 및 상기 제 2 발광 물질로서는, 방향족 아민 화합물 또는 유기 금속 착체가, 높은 정공 트랩성을 갖기 때문에 바람직하다. 특히, 피렌디아민 화합물, 또는 이리듐 착체는, 정공 트랩성이 높을 뿐만 아니라 발광 효율도 높고, 바람직하다.
또한, 상기 제 1 발광 물질과 상기 제 2 발광 물질이 같은 물질인 경우도, 본 발명의 효과를 얻을 수 있기 때문에, 본 발명의 일 형태이다.
상술한 발광 소자에 있어서는, 발광층의 HOMO준위에 가까운 HOMO준위를 갖는 유기 화합물, 바꾸어 말하면 종래와 비교하여 매우 깊은 HOMO준위를 갖는 유기 화합물을, 정공 주입층에 사용하는 점이 특징이다. 따라서 본 발명의 일 형태는, 상술한 발광 소자에 있어서, 상기 제 1 유기 화합물의 HOMO준위가 -6.0eV 이상, -5.7eV 이하인 것을 특징으로 하는 발광 소자이다.
또한, 상술한 발광 소자에 있어서, 상기 적층 구조(제 1 층과, 제 2 층과, 발광층이 형성된 적층 구조, 또는 제 1 층과, 제 2 층과, 제 1 발광층과, 제 2 발광층이 형성된 적층 구조)는, 상기 양극과 상기 음극 사이에 복수 형성되어도 좋다.
또한, 본 발명의 일 형태는, 양극과 음극 사이에, 상기 양극 측으로부터 순차적으로, 제 1 층과, 제 2 층과, 발광층이 형성된 적층 구조를 적어도 갖고, 상기 제 1 층은 제 1 유기 화합물과 전자 수용성 화합물을 포함하고, 상기 제 2 층은 상기 제 1 유기 화합물의 HOMO준위에 대하여 ±0.2eV 이내의 HOMO준위를 갖는 제 2 유기 화합물을 포함하고, 상기 발광층은 상기 제 2 유기 화합물의 HOMO준위에 대하여 ±0.2eV 이내의 HOMO준위를 갖는 제 3 유기 화합물과, 상기 제 3 유기 화합물에 대하여 정공 트랩성을 나타내는 발광 물질과, 발광성 물질을 포함하는 발광 소자이다.
상기 발광성 물질로서는, 상기 정공 트랩성을 나타내는 발광 물질의 여기 에너지 이하의 여기 에너지를 갖는 발광 소자이다.
상술한 본 발명의 일 형태의 발광 소자는, 다양한 발광 장치에 응용할 수 있고, 유용하다. 따라서, 본 발명의 일 형태인 발광 소자를 사용한 발광 장치도 본 발명에 포함하는 것으로 한다. 또한, 본 명세서에 있어서 발광 장치란, 화상 표시 디바이스, 발광 디바이스, 또는 광원을 가리킨다. 또한, 발광 장치에 커넥터, 예를 들어 FPC(Flexible Printed Circuit) 또는 TAB(Tape Automated Bonding)테이프 또는 TCP(Tape Carrier Package)가 장착된 모듈, TAB테이프나 TCP의 선단에 프린트 배선판이 형성된 모듈, 또는 발광 소자가 형성된 기판에 COG(Chip On Glass)방식으로 IC(집적 회로)가 직접 실장된 모듈도 모두 발광 장치에 포함하는 것으로 한다.
또한, 본 발명의 일 형태인 상기 발광 장치는, 다양한 전자 기기의 표시부나 발광부, 광원 등에 적용할 수 있고, 유용하다. 따라서, 본 발명의 일 형태인 발광 장치를 갖는 전자 기기도, 본 발명에 포함하는 것으로 한다.
또한, 본 발명의 일 형태인 상기 발광 장치는, 다양한 조명 장치 등에도 유용하다. 따라서, 본 발명의 일 형태인 발광 장치를 갖는 조명 장치도, 본 발명에 포함하는 것으로 한다.
본 발명을 사용함으로써, 장수명인 발광 소자를 제공할 수 있다. 또한, 발광 효율이나 구동 전압이 우수한 발광 소자를 제공할 수 있다.
또한, 수명이 길고, 소비 전력이 낮은 발광 장치를 제공할 수 있다. 또한, 수명이 길고, 소비 전력이 낮은 전자 기기나 조명 장치를 제공할 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 실시형태에 따른 발광 소자를 설명하는 도면.
도 2a 및 도 2b는 종래의 발광 소자를 설명하는 도면.
도 3은 실시형태에 따른 발광 소자를 설명하는 도면.
도 4a 및 도 4b는 실시형태에 따른 발광 소자를 설명하는 도면.
도 5는 실시형태에 따른 발광 소자를 설명하는 도면.
도 6a 내지 도 6c는 실시형태에 따른 발광 소자에 사용되는 화합물을 설명하는 도면.
도 7a 내지 도 7c는 실시형태에 따른 발광 소자에 사용되는 화합물을 설명하는 도면.
도 8a 내지 도 8c는 실시형태에 따른 발광 소자에 사용되는 화합물을 설명하는 도면.
도 9a 내지 도 9c는 실시형태에 따른 발광 소자에 사용되는 화합물을 설명하는 도면.
도 10a 내지 도 10c는 실시형태에 따른 발광 소자에 사용되는 화합물을 설명하는 도면.
도 11a 내지 도 11c는 실시형태에 따른 발광 소자에 사용되는 화합물을 설명하는 도면.
도 12a 내지 도 12c는 실시형태에 따른 발광 소자에 사용되는 화합물을 설명하는 도면.
도 13a 내지 도 13c는 실시형태에 따른 발광 소자에 사용되는 화합물을 설명하는 도면.
도 14a 내지 도 14c는 실시형태에 따른 발광 소자에 사용되는 화합물을 설명하는 도면.
도 15a 및 도 15b는 실시형태에 따른 발광 소자를 설명하는 도면.
도 16은 실시예에 따른 발광 소자에 사용되는 화합물을 설명하는 도면.
도 17a 및 도 17b는 실시예에 따른 발광 소자를 설명하는 도면.
도 18은 실시예에 따른 발광 소자를 설명하는 도면.
도 19는 실시예에 따른 발광 소자를 설명하는 도면.
도 20a 및 도 20b는 실시예에 따른 발광 소자를 설명하는 도면.
도 21a 및 도 21b는 실시예에 따른 발광 소자를 설명하는 도면.
도 22a 및 도 22b는 실시예에 따른 발광 소자를 설명하는 도면.
도 23은 실시예에 따른 발광 소자를 설명하는 도면.
도 24는 실시예에 따른 발광 소자를 설명하는 도면.
도 25는 실시예에 따른 발광 소자를 설명하는 도면.
도 26a 내지 도 26d는 실시형태에 따른 발광 장치를 설명하는 도면.
도 27은 실시형태에 따른 발광 장치를 설명하는 도면.
도 28a 및 도 28b는 실시형태에 따른 표시 장치를 설명하는 도면.
도 29a 내지 도 29e는 실시형태에 따른 전자 기기를 설명하는 도면.
도 30은 실시형태에 따른 조명 장치를 설명하는 도면.
도 31은 실시형태에 따른 표시 장치를 설명하는 도면.
도 32는 실시예에 따른 발광 소자를 설명하는 도면.
도 33은 실시예에 따른 발광 소자를 설명하는 도면.
도 34는 실시예에 따른 발광 소자를 설명하는 도면.
이하에서는, 본 발명의 실시형태에 대하여 도면을 사용하여 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명은 이하의 설명에 한정되지 않고, 본 발명의 취지 및 그 범위에서 벗어남이 없이 그 형태 및 상세한 내용을 다양하게 변경할 수 있다는 것은, 당업자라면 용이하게 이해할 수 있다. 따라서, 본 발명은 이하에 나타내는 실시형태의 기재 내용에 한정하여 해석되는 것이 아니다.
또한, 본 명세서에 있어서, 물질A를 다른 물질B로 이루어지는 매트릭스 중에 분산시키는 경우, 매트릭스를 구성하는 물질B를 호스트 재료라고 부르고, 매트릭스 중에 분산되는 물질A를 게스트 재료라고 부른다. 또한, 물질A 및 물질B는 각각 단일의 물질이라도 좋고, 2종류 이상의 물질의 혼합물이라도 좋다.
또한, 본 명세서에 있어서, HOMO준위란 최고 피점유 궤도(Highest Occupied Molecular Orbital)가 갖는 준위이고, LUMO준위란 최저 공궤도(Lowest Unoccupied Molecular Orbital)가 갖는 준위이다.
또한, 본 명세서 중에 있어서, “HOMO준위 또는 LUMO준위가 높다”란, 그 에너지 레벨이 큰 것을 가리키고, “HOMO준위 또는 LUMO준위가 낮다”란, 그 에너지 레벨이 작은 것을 가리킨다. 예를 들어, -5.5eV의 HOMO준위를 갖는 물질A는, -5.2eV의 HOMO준위를 갖는 물질B보다 HOMO준위가 0.3eV 낮고, -5.7eV의 HOMO준위를 갖는 물질C보다 HOMO준위가 0.2eV 높다고 말할 수 있다.
(실시형태 1)
본 실시형태 1에서는, 본 발명의 일 형태인 발광 소자의 구성에 대하여, 사용하는 재료나 제작 방법과 함께 설명한다. 또한, 본 실시형태 1에 있어서는, 양극과 음극으로 끼워진 영역을 EL층이라고 부른다.
우선, 본 발명의 일 형태인 발광 장치에 관해서, 소자 구조의 개념을 도 1a에 도시하고, 소자 구조의 밴드도를 도 1b에 도시한다. 또한, 비교하기 위하여, 종래의 발광 소자에 관해서, 소자 구조를 도 2a에 도시하고, 소자 구조의 밴드도를 도 2b에 도시한다.
도 2a는, 예를 들어 비특허 문헌 3에 나타나는 바와 같은 종래의 발광 소자의 소자 구조이며, 양극(201)과 음극(202) 사이에 EL층(203)이 형성된다. EL층(203)은, 양극(201) 측으로부터 순차적으로 정공 주입층(211)과, 정공 수송층(212)과, 발광층(221)이 형성된 적층 구조를 갖는다.
종래는, 도 2b에 도시하는 바와 같이, 양극(201)에 접하는 정공 주입층(211)의 HOMO준위(233)가, 가능한 한 양극(201)의 일함수(231)에 가까운 준위가 되는 것이 바람직하다고 말해졌다. 결과적으로, 정공 주입층의 HOMO준위(233), 정공 수송층의 HOMO준위(234), 발광층의 HOMO준위(235)는 서서히 낮게 되도록 계단 형상으로 설계된다. 정공은 이들의 HOMO준위를 전도하고, 발광층(221)에서 음극(202)으로부터 주입된 전자와 재결합하여, 발광이 얻어진다. 또한, (232)는 음극의 일함수이다.
그러나, 발광층의 재료(특히 발광층의 호스트 재료)의 에너지 갭이 크게 되는 것에 수반하여 발광층의 HOMO준위(235)는 낮게 되는 경향이 있다. 그 경우, 양극의 일함수(231)와 발광층의 HOMO준위(235) 사이의 차이는 크게 된다. 따라서, 종래의 발광 소자에 있어서는, 정공 주입층의 HOMO준위(233)와 정공 수송층의 HOMO준위(234) 사이의 정공 주입 장벽, 또는 정공 수송층의 HOMO준위(234)와 발광층의 HOMO준위(235) 사이의 정공 주입 장벽 중 적어도 어느 한쪽은 매우 크게 된다. 많은 경우, 정공 수송층(212)과 발광층(221) 사이에 큰 정공 주입 장벽이 생기기 쉽다.
그리고, 종래의 발광 소자에서는 오히려 이 정공 주입 장벽을 이용하여, 정공을 축적시킴으로써 정공이 음극으로 통과하는 것을 방지하고, 높은 발광 효율을 얻는 것이 중요하다고 생각되어 왔다. 정공이 음극으로 통과하는 것을 방지하는 수단으로서, 예를 들어, 정공 주입 장벽이 큰 정공 블록층을 발광층의 음극 측에 도입하는 수단 등도 잘 검토되어 있다. 이와 같이, 장벽을 이용하여 발광 효율을 높이는 것이 종래의 헤테로 구조의 발광 소자의 개념이다.
그러나 상술한 바와 같이, 본 발명자들은, 이들 정공 주입 장벽이 수명에 대한 문제점이 되어 있는 것을 인식하여, 본 발명에 도달하였다. 도 1a는, 본 발명의 일 형태의 발광 소자에 있어서의 소자 구조의 개념을 나타낸 것이며, 양극(101)과 음극(102) 사이에 EL층(103)이 형성된다. EL층(103)은, 양극(101) 측으로부터 순차적으로, 제 1 층(111)과, 제 2 층(112)과, 발광층(121)이 형성된 적층 구조를 적어도 갖는다. 또한, 제 1 층(111)은, 제 1 유기 화합물과 전자 수용성 화합물을 포함하고, 제 2 층(112)은 제 2 유기 화합물을 포함하고, 발광층(121)은 제 3 유기 화합물과, 제 3 유기 화합물에 대하여 정공 트랩성을 갖는 발광 물질을 포함한다.
본 발명자들은 우선, 도 1b에 도시하는 바와 같이, 제 1 층에 있어서의 제 1 유기 화합물의 HOMO준위(133)와, 제 2 층에 있어서의 제 2 유기 화합물의 HOMO준위(134)를 같은 정도로 맞추는 것을 생각하였다. 또한, 제 2 층에 있어서의 제 2 유기 화합물의 HOMO준위(134)와, 발광층에 있어서의 제 3 유기 화합물의 HOMO준위(135)를 같은 정도로 맞추는 것을 생각하였다. 이에 따라, 제 1 층(111)과 제 2 층(112) 사이의 정공 주입 장벽, 및 제 2 층(112)과 발광층(121) 사이의 정공 주입 장벽은, 양쪽 모두 매우 저감된다.
또한, 본 명세서 중에 있어서의 “같은 정도의 HOMO준위”란, 구체적으로는 HOMO준위의 차이가 ±0.2eV 이내인 상태를 가리킨다. 일반적으로, 2종류의 물질이 있는 경우, 전기화학 반응의 에너지 차이가 0.2eV 이내이면, 2종류 양쪽 모두의 전기화학 반응이 일어나기 때문에, 전기 화학 에너지로서는 대략 동등하다고 간주할 수 있기 때문이다(반대로, 전기화학 반응의 에너지 차이가 0.2eV를 크게 상회하면, 선택적으로 한쪽에만 전기화학 반응이 일어난다). 또한, 실시예에서 후술하지만, 실험적으로도 HOMO준위의 차이가 ±0.2eV이내라면 발명의 효과가 얻어진다. 또한, HOMO준위의 차이가 ±0.1eV 이내인 상태가 바람직하고, 더 발명의 효과를 얻을 수 있다.
여기서, 발광층(121)에 있어서의 제 3 유기 화합물의 에너지 갭이 크게 되면, 그것에 따라, 제 3 유기 화합물의 HOMO준위(135)는 낮게 되는 경향이 있다. 따라서, 상술한 바와 같은 구성에 의하여, 제 1 층(111)과 제 2 층(112) 사이의 정공 주입 장벽, 및 제 2 층(112)과 발광층(121) 사이의 정공 주입 장벽을 저감시킨 경우, 제 1 유기 화합물, 제 2 유기 화합물, 및 제 3 유기 화합물의 모든 화합물의 HOMO준위도, 양극의 일함수(131)와 비교하여 크게 저하된다. 결과적으로, 양극의 일함수(131)와 제 1 유기 화합물의 HOMO준위(133) 사이에는, 큰 정공 주입 장벽이 형성되고, 양극(101)으로부터 제 1 층(111)으로의 정공 주입이 어렵게 된다.
그래서 본 발명자들은, 이 양극 계면의 장벽에 관해서는, 제 1 층(111)에 전자 수용성 화합물을 첨가함으로써 극복하는 것을 생각하였다. 제 1 층(111)에 전자 수용성 화합물을 첨가함으로써, 양극의 일함수(131)와, 제 1 층(111)에 포함되는 제 1 유기 화합물의 HOMO준위(133) 사이에 거리가 있는 경우에도, 정공 주입이 윤활하게 행해지고, 실질적으로는 정공 주입 장벽이 없어진다. 또한, 제 1 층(111)은, 전자 수용성 화합물과 제 1 유기 화합물이 혼합된 구성이라도 좋고, 전자 수용성 화합물과 제 1 유기 화합물이 양극 측으로부터 순차적으로 적층된 구성이라도 좋다.
상술한 바와 같은 구성에 의하여, 종래의 소자에 있어서 문제로서 생각되는 양극으로부터 발광층까지의 정공 주입 장벽은, 대략 해소된다. 그러나, 이와 같은 구성을 적용하는 것만으로는, 정공이 음극으로 통과하기 쉽게 되고, 발광 효율이 저하되는 것을 알았다. 또한, 전자 수송층이 발광층(121)과 음극(102) 사이에 형성되는 경우, 그 전자 수송층이 발광해 버리는 것을 알았다.
장벽(정공의 블록)을 사용하지 않고 정공이 음극으로 통과하는 것을 방지하기 위해서는, 정공 트랩성의 물질을 첨가하는 것이 유효하지만, 본 발명자들은 그 정공 트랩성의 물질의 종류나 첨가 영역에 대하여 예의 검토를 거듭하였다. 결과적으로, 발광층에 첨가하는 발광 물질에 정공 트랩성을 부여함으로써, 구동 전압을 상승시키지 않고, 이 문제점을 극복할 수 있는 것을 발견하였다. 또한, 정공을 발광 물질에 의하여 트랩시키기 위하여, 제 3 유기 화합물을 호스트 재료로 하고, 정공 트랩성의 발광 물질을 게스트 재료로 하는 것이 바람직하다. 또한, 정공 트랩성의 발광 물질의 HOMO준위(136)는, 상술한 전기화학적인 선택성의 관점에서, 제 3 유기 화합물의 HOMO준위(135)보다 0.3eV 이상 높은 것이 바람직하다.
정공이 음극으로 통과하는 것을 방지함으로써, 발광 효율을 높이기 위해서만이라면, 정공을 트랩하는 재료를 양극(101)과 발광층(121) 사이에 첨가함으로써도 가능하다. 그러나 이와 같은 방법의 경우, 정공이 발광층(121)에 도달하고 발광할 때까지의 이동 속도가 늦게 되기 때문에, 아무래도 구동 전압이 상승된다. 또한, 경우에 따라서는, 캐리어의 재결합 영역이 양극 측에 당겨지고, 반대로 전자가 양극으로 통과하여, 발광 효율이 저하되는 일도 있다. 한편, 도 1a 및 도 1b에 도시하는 바와 같은 본 발명의 일 형태의 구성이라면, 정공은 양극(101)으로부터 발광층(121)까지, 장벽 및 트랩의 영향을 받지 않고 수송되기 때문에, 구동 전압의 상승은 최소한으로 억제할 수 있다. 즉, 제 2 층에는 정공 트랩성의 재료가 첨가되지 않는 것이 바람직하다.
또한, 도 1b에 도시하는 바와 같이, 발광층(121)에 도달한 정공은, 정공 트랩성의 발광 물질의 HOMO준위(136)에 트랩되고, 발광층(121) 내에서는 이동 속도가 급속히 늦게 된다. 그리고, 이 이동 속도가 저감된 정공과, 음극(102)으로부터 주입된 전자가 효율 좋게 재결합하여, 효율이 높은 발광이 얻어진다. 도 1b에 있어서, (132)는 음극의 일함수이다. 또한, 구동 전압의 관점에서는, 발광층(121) 내에서 충분히 전자가 수송될 필요가 있기 때문에, 발광층(121)의 호스트 재료가 되는 제 3 유기 화합물은 정공 수송성만 아니라 전자 수송성도 갖는 것이 바람직하다. 즉, 바이폴라성의 재료인 것이 바람직하다.
또한 본 명세서 중에 있어서, 바이폴라성의 재료란, EL층에 있어서 정공 주입(전자를 빼앗기는 반응) 및 전자 주입(전자를 받는 반응)이 가능한 재료이며, 어느 반응에 대해서도 비교적 안정적이고, 정공 및 전자의 양쪽 모두를 충분히 수송할 수 있는 재료를 가리킨다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 형태인 발광 소자에 있어서 중요한 점은, 양극으로부터 발광층까지는 장벽이나 트랩에 조우(遭遇)하지 않고 정공을 윤활하게 수송하고, 한편 발광층에 있어서는, 장벽을 사용하지 않고 정공의 이동 속도를 저감시키고, 효율 좋게 재결합하도록 유도하는 점이다. 장벽을 사용하지 않기 때문에, 정공이나 전자가 좁은 영역(장벽 주변)에 축적 또는 집중하여 열화를 촉진하는 현상이 일어나기 어렵고, 장수명화로 이어진다. 또한, 발광층까지의 정공 주입 장벽이나 정공 트랩이 실질적으로 없으므로, 구동 전압을 낮게 할 수 있다. 또한, 정공 트랩성의 발광 물질을 발광층에 사용함으로써, 정공의 이동 속도를 발광층 외가 아니고 발광층 내에서 저감하기 때문에, 장벽을 사용하지 않음에도 불구하고, 정공과 전자를 효율 좋게 재결합시킬 수 있고, 장수명이고, 또 발광 효율이 높은 발광 소자를 실현할 수 있다. 또한, 정공 트랩성의 발광 물질 자체가 정공을 트랩하므로, 정공과 전자를 더 효율 좋게 재결합할 수 있고, 발광 효율이 높은 발광 소자를 실현할 수 있다.
또한, 이와 같은 관점에서, 발광층(121)의 정공 수송성은, 제 2 층(112)의 정공 수송성보다 낮은 것이 바람직하다. 발광층(121)의 정공 수송성을 제 2 층(112)의 정공 수송성보다 낮게 하기 위해서는, 예를 들어, 제 2 유기 화합물과 제 3 유기 화합물을 같은 화합물로 하면 좋다. 이 방법에 의하여, 발광층(121)의 정공 수송성은, 정공 트랩성의 발광 물질이 포함되는 분만큼, 반드시 제 2 층(112)의 정공 수송성보다 낮게 된다.
이상의 요점을 기초로 하여, 제 1 유기 화합물, 제 2 유기 화합물, 및 제 3 유기 화합물에 사용할 수 있는 재료의 컨셉트 및 구체적인 예에 대하여, 이하에 설명한다.
상술한 바와 같이, 제 1 유기 화합물과 제 2 유기 화합물 사이의 정공 주입 장벽, 및 제 2 유기 화합물과 제 3 유기 화합물 사이의 정공 주입 장벽을 실질적으로 없애는 것이 본 발명에 있어서의 요점의 하나이다. 그 방법의 하나로서, 제 1 유기 화합물의 정공 수송 골격, 제 2 유기 화합물의 정공 수송 골격, 및 제 3 유기 화합물의 정공 수송 골격을 같은 것으로 하는 방법을 본 발명자들은 발안하였다.
정공 수송 골격이란, 화합물의 골격에 있어서, HOMO가 분포되는 골격의 일부 또는 모든 부분을 가리킨다. HOMO의 분포에 대해서는, 분자 궤도 계산을 사용하여 알 수 있다. 각 화합물(본 실시형태 1에서는, 제 1 유기 화합물, 제 2 유기 화합물, 및 제 3 유기 화합물)의 정공 수송 골격을 같은 것으로 함으로써, 각 화합물의 HOMO준위는 서로 가까워지고, 결과적으로, 각 화합물 사이의 전기화학적인 장벽은 저감된다.
정공 수송 골격에 관해서, 구체적인 예를 도 6a 내지 도 14c를 사용하여 설명한다. 도 6a 내지 도 14c는 각각, 9-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카르바졸(약칭 : CzPA), 3-페닐-9-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카르바졸(약칭 : CzPAP), 9-페닐-3-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카르바졸(약칭 : PCzPA), 4-[3-(9,10-디페닐-2-안트릴)페닐]디벤조푸란(약칭 : 2mPDBFPA-II), 4-[4-(9,10-디페닐-2-안트릴)페닐]디벤조푸란(약칭 : 2PDBFPA-II), 4-[3-(트리페닐렌-2-일)페닐]디벤조티오펜(약칭 : mDBTPTp-II), 9-[4-(5-페닐-1,3,4-옥사디아졸-2-일)페닐]-9H-카르바졸(약칭: CO11), 9-[4'''-(5-페닐-1,3,4-옥사디아졸-2-일)-]1,1':2',1'':2'',1''']쿼터페닐-4-일]-9H-카르바졸(약칭 : Z-CzPO11), 9-[4'''-(벤조옥사졸-2-일)-[1,1':2',1'':2'',1''']쿼터페닐-4-일]-9H-카르바졸(약칭 : Z-CzPBOx)의 각 화합물에 관한 것이다. 도 6a 내지 도 14c의 각 도면의 a에는 화학식을 나타내고, b, c에는 분자 궤도 계산에 의하여 최고 피점유 궤도(HOMO)와 최저 공궤도(LUMO)를 가시화(可視化)한 것을 나타낸다.
또한, 분자 궤도 계산은 이하와 같은 수순으로 행하였다. 우선, 각 화합물의 기저 상태에 있어서의 최적 분자 구조를, 밀도 범함수법(Density Functional Theory: DFT)을 사용하여 계산하였다. DFT의 전체 에너지는 포텐셜 에너지, 전자간 정전 에너지, 전자의 운동 에너지와 복잡한 전자간의 상호 작용을 모두 포함하는 교환 상관 에너지의 합으로 나타낸다. DFT에서는, 교환 상관 상호 작용은 전자 밀도로 표현된 1전자 포텐셜의 범함수(함수의 함수의 뜻)에 근사하고 있기 때문에, 고속 또 고정밀도인 계산을 할 수 있다. 여기에서는, 혼합 범함수인 B3LYP를 사용하고, 교환과 상관 에너지에 따른 각 파라미터의 무게를 규정하였다. 또한, 기저 함수로서, 6-311(각각의 원자가 궤도에 3개의 단축 함수를 사용한 triple split valence 기저계의 기저 함수)을 모든 원자에 적용하였다. 상술한 기저 함수에 의하여, 예를 들어, 수소 원자이면, 1s 내지 3s의 궤도가 고려되고, 또한, 탄소 원자이면, 1s 내지 4s, 2p 내지 4p의 궤도가 고려된다. 또한, 계산 정밀도 향상을 위하여, 분극 기저계(分極基底系)로서, 수소 원자에는 p함수를, 수소 원자 외에는 d함수를 가하였다. 또한, 양자 화학 계산 프로그램으로서는, Gaussian 03을 사용하였다. 계산은, 고성능 컴퓨터(SGI사 제조, Altix4700)를 사용하여 행하였다.
그리고, 계산에 의하여 구한 각 화합물의 최적 분자 구조에 있어서의 HOMO와 LUMO를, Gauss View4.1에 의하여 가시화한 것이 도 6b 및 도 6c, 도 7b 및 도 7c, 도 8b 및 도 8c, 도 9b 및 도 9c, 도 10b 및 도 10c, 도 11b 및 도 11c, 도 12b 및 도 12c, 도 13b 및 도 13c, 도 14b 및 도 14c이다. 도면 중의 구(球)는, 각 화합물을 구성하는 원자를 나타내고, 원자 주변에 존재하는 구름상물(cloud-like object)은, HOMO 또는 LUMO를 나타낸다. 이들의 도면에 있어서, 각 화합물에 있어서 HOMO가 존재하는 골격을 정공 수송 골격이라고 말할 수 있다.
도 6a 내지 도 8c에 도시하는 바와 같이, CzPA, CzPAP, 및 PCzPA는, 안트라센 골격과 카르바졸 골격이 조합된 화합물이다. CzPA 및 PCzPA는, HOMO가 안트라센 골격에 분포되고, 안트라센 골격이 정공 수송 골격이라고 말할 수 있다. 한편, CzPAP는, HOMO는 대략 안트라센 골격에 분포되지한, 카르바졸 골격도 HOMO에 대하여 다소는 기여하고 있으므로, 안트라센 골격 및 카르바졸 골격 양쪽 모두가 정공 수송 골격이라고 말할 수 있다(다만, 기여는 안트라센 골격이 더 크다).
또한, 도 9a 내지 도 10c에 도시하는 바와 같이, 2mPDBFPA-II, 및 2PDBFPA-II는, 안트라센 골격과 디벤조푸란 골격이 조합된 화합물이다. 2mPDBFPA-II는, HOMO가 안트라센 골격에 분포되고, 안트라센 골격이 정공 수송 골격이라고 말할 수 있다. 한편, 2PDBFPA-II는, HOMO는 대략 안트라센 골격에 분포되지만, 디벤조푸란 골격도 HOMO에 대하여 다소는 기여하고 있으므로, 안트라센 골격 및 디벤조푸란 골격의 양쪽 모두가 정공 수송 골격이라고 말할 수 있다(다만, 기여는 안트라센 골격이 더 크다).
또한, 도 11a 내지 도 11c에 도시하는 바와 같이, mDBTPTp-II는, 트리페닐렌 골격과 디벤조티오펜 골격이 조합된 화합물이다. mDBTPTp-II는, HOMO가 트리페닐렌 골격 및 디벤조티오펜 골격의 양쪽 모두에 분포되고, 트리페닐렌 골격 및 디벤조티오펜 골격의 양쪽 모두가 정공 수송 골격이라고 말할 수 있다(HOMO로의 기여도 대략 동등하다).
또한, 도 12a 내지 도 13c에 도시하는 바와 같이, CO11, 및 Z-CzPO11는, 1,3,4-옥사디아졸 골격과 카르바졸 골격이 조합된 화합물이다. 어느 쪽의 화합물도, HOMO가 카르바졸 골격에 국재(局在)되기 때문에, 카르바졸 골격이 정공 수송 골격이라고 말할 수 있다.
또한, 도 14a 내지 도 14c에 도시하는 바와 같이, Z-CzPBOx는, 벤조옥사졸 골격과 카르바졸 골격이 조합된 화합물이다. Z-CzPBOx는, HOMO가 카르바졸 골격에 국재되기 때문에, 카르바졸 골격이 정공 수송 골격이라고 말할 수 있다.
상술한 바와 같이, 분자 궤도 계산에 의하여 정공 수송 골격을 개산할 수 있고, 제 1 유기 화합물, 제 2 유기 화합물, 및 제 3 유기 화합물의 정공 수송 골격을 같은 것으로 하는 것이 본 발명의 일 형태이다.
정공 수송 골격으로서는, 전자 공여성이 높은 골격이 바람직하고, 대표적으로는 방향족 아민 골격이 잘 알려져 있다. 그 외에, π과잉계 헤테로 방향 고리나, 축합 방향족 탄화수소 고리가 유용하다. 또한, π과잉계 헤테로 방향 고리란, 모노헤테로 5원 방향 고리(피롤, 푸란, 티오펜) 및 방향 고리(대표적으로는 벤젠 고리)가 축환한 모노헤테로 5원 방향 고리를 갖는 골격을 가리킨다.
또한, 본 발명자들은, 제 1 유기 화합물과 제 2 유기 화합물 사이의 정공 주입 장벽, 및 제 2 유기 화합물과 제 3 유기 화합물 사이의 정공 주입 장벽을 저감하는 방법의 하나로서, 이하의 조합을 발견하였다. 즉, 제 1 유기 화합물의 정공 수송 골격(제 1 정공 수송 골격), 제 2 유기 화합물의 정공 수송 골격(제 2 정공 수송 골격), 및 제 3 유기 화합물의 정공 수송 골격(제 3 정공 수송 골격)이, 각각 독립적으로, π과잉계 헤테로 방향 고리, 3고리계 축합 방향족 탄화수소 고리, 4고리계 축합 방향족 탄화수소 고리 중 적어도 어느 하나의 골격을 포함하는 구성으로 하는 방법이다. 이 경우, 제 1 정공 수송 골격, 제 2 정공 수송 골격, 및 제 3 정공 수송 골격은, 서로 상이하여도, 실질적으로 정공 주입 장벽이 해소되는 것을 본 발명자들은 실험적으로 발견하였다. 따라서, 이와 같은 조합도 본 발명의 일 형태이다.
π과잉계 헤테로 방향 고리로서, 구체적으로는, 피롤, 푸란, 티오펜, 인돌, 이소인돌, 벤조푸란, 이소벤조푸란, 벤조티오펜, 이소벤조티오펜, 카르바졸, 디벤조푸란, 디벤조티오펜의 각 골격을 들 수 있다. 또한, 3고리계 축합 방향족 탄화수소 고리 또는 4고리계 축합 방향족 탄화수소 고리로서, 구체적으로는, 페난트렌, 안트라센, 피렌, 크리센, 트리페닐렌 중의 어느 하나의 골격을 들 수 있다.
이들의 중에서도 특히 정공 수송 골격은, 카르바졸, 디벤조푸란, 디벤조티오펜, 또는 안트라센 중 중 적어도 어느 하나의 골격을 포함하는 것이 바람직하다. 이들의 골격은 정공 주입 장벽의 문제를 해결할 뿐만 아니라, 전기화학적으로도 매우 안정적이고, 또 정공 수송성도 우수하기 때문이다.
또한, 제 1 유기 화합물, 제 2 유기 화합물, 및 제 3 유기 화합물의 정공 수송 골격으로서, 상술한 π과잉계 헤테로 방향 고리(바람직하게는, 카르바졸, 디벤조푸란, 또는 디벤조티오펜의 골격)나, 상술한 3고리계 축합 방향족 탄화수소 고리 또는 4고리계 축합 방향족 탄화수소 고리(바람직하게는 안트라센의 골격) 중 중 적어도 어느 하나의 골격을 적용하는 경우에 있어서도, 제 1 유기 화합물의 정공 수송 골격, 제 2 유기 화합물의 정공 수송 골격, 및 제 3 유기 화합물의 정공 수송 골격을 같은 것으로 하는 것이 바람직하다. 상술한 바와 같이, 같은 골격 사이이면 전기화학적인 장벽이 저감되기 때문이다.
또한, 상술한 본 발명의 일 형태인 발광 소자에 있어서, 제 1 유기 화합물, 제 2 유기 화합물, 및 제 3 유기 화합물이 같은 화합물인 것이 바람직하다. 정공 수송 골격만 아니라, 화합물 자체를 같게 함으로써, 분자 궤도가 겹치기 쉽게 되고, 정공의 이동이 매우 용이하게 되기 때문이다. 또한, 같은 화합물을 연속적으로 성막하므로, 소자의 제작도 용이하게 된다.
이하에서는, 제 1 유기 화합물, 제 2 유기 화합물, 및 제 3 유기 화합물로서 바람직한 화합물을 구체적으로 열거한다. 상술한 바와 같이, 정공 수송 골격으로서는, 방향족 아민 골격, π과잉계 헤테로 방향 고리, 축합 방향족 탄화수소 고리의 어느 하나를 갖는 골격이 유용하다.
방향족 아민 골격을 정공 수송 골격으로서 갖는 화합물로서는, 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]비페닐(약칭 : NPB 또는 α-NPD), 4-(10-페닐-9-안트릴)트리페닐아민(약칭 : DPhPA), N,N-디페닐-9-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카르바졸-3-아민(약칭 : CzAlPA), 4-(9H-카르바졸-9-일)-4'-(10-페닐-9-안트릴)트리페닐아민(약칭 : YGAPA), N,9-디페닐-N-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카르바졸-3-아민(약칭 : PCAPA), N,9-디페닐-N-{4-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]페닐}-9H-카르바졸-3-아민(약칭 : PCAPBA), N,9-디페닐-N-(9,10-디페닐-2-안트릴)-9H-카르바졸-3-아민(약칭 : 2PCAPA), 4,4'-(퀴녹살린-2,3-디일)비스(N,N-디페닐아닐린)(약칭 : TPAQn), N,N'-퀴녹살린-2,3-디일디-4,1-페닐렌)비스(N-페닐-1,1'-비페닐-4-아민)(약칭 : BPAPQ), N,N'-퀴녹살린-2,3-디일디-4,1-페닐렌)비스[비스(1,1'-비페닐-4-일)아민](약칭 : BBAPQ), 4,4'-(퀴녹살린-2,3-디일)비스{N-[4-(9H-카르바졸-9-일)페닐]-N-페닐아닐린}(약칭 : YGAPQ), N,N’-(퀴녹살린-2,3-디일디-4,1-페닐렌)비스(Ｎ,9-디페닐-9H-카르바졸-3-아민)(약칭 ： PCAPQ), 4-(9H-카르바졸-9-일)-4'-(3-페닐퀴녹살린-2-일)트리페닐아민(약칭 : YGA1PQ), N,9-디페닐-N-[4-(3-페닐퀴녹살린-2-일)페닐]-9H-카르바졸-3-아민(약칭 : PCA1PQ), N,N,N'-트리페닐-N'-[4-(3-페닐퀴녹살린-2-일)페닐]-1,4-페닐렌디아민(약칭 : DPA1PQ), 4-(9H-카르바졸-9-일)-4'-(5-페닐-1,3,4-옥사디아졸-2-일)트리페닐아민(약칭 : YGAO11), N,9-디페닐-N-[4-(5-페닐-1,3,4-옥사디아졸-2-일)페닐]-9H-카르바졸-3-아민(약칭 : PCAO11), N,N,N'-트리페닐-N'-[4-(5-페닐-1,3,4-옥사디아졸-2-일)페닐]-1,4-페닐렌디아민(약칭 : DPAO11), 4-(9H-카르바졸-9-일)-4'-(4,5-디페닐-4H-1,2,4-트리아졸-3-일)트리페닐아민(약칭 : YGATAZ1), 4-(9H-카르바졸-9-일)-4'-(3,5-디페닐-4H-1,2,4-트리아졸-4-일)트리페닐아민(약칭 : YGATAZ2) 등을 들 수 있다.
또한, π과잉계 헤테로 방향 고리 및/또는 축합 방향족 탄화수소 고리를 정공 수송 골격으로서 갖는 화합물로서는, 1,1',1''-(벤젠-1,3,5-트리일)트리피렌, 9,10-디페닐안트라센(약칭 : DPAnth), 9-(2-나프틸)-10-[4-(1-나프틸)페닐]안트라센, 9-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카르바졸(약칭 : CzPA), 3-페닐-9-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카르바졸(약칭 : CzPAP), 3,6-디페닐-9-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카르바졸(약칭 : DPCzPA), 3-(1-나프틸)-9-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카르바졸(약칭 : CzPAαN), 3-(비페닐-3-일)-9-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카르바졸(약칭 : CzPAmB), 3-[4-(1-나프틸)페닐]-9-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카르바졸(약칭 : CzPAαNP), 9-페닐-3-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카르바졸(약칭 : PCzPA), 9-(9,10-디페닐-2-안트릴)-9H-카르바졸(약칭 : 2CzPA), 9-[4-(9,10-디페닐-2-안트릴)페닐]-9H-카르바졸(약칭 : 2CzPPA), 4-[3-(9,10-디페닐-2-안트릴)페닐]디벤조푸란(약칭 : 2mPDBFPA-II), 4-[4-(9,10-디페닐-2-안트릴)페닐]디벤조푸란(약칭 : 2PDBFPA-II), 4-{3-[10-(2-나프틸)-9-안트릴]페닐}디벤조푸란, 4-[3-(9,10-디페닐-2-안트릴)페닐]디벤조티오펜(약칭 : 2mPDBTPA-II), 4-[3-(트리페닐렌-2-일)페닐]디벤조티오펜(약칭 : mDBTPTp-II), 9-[4-(5-페닐-1,3,4-옥사디아졸-2-일)페닐]-9H-카르바졸(약칭 : CO11), 9-[4-(5-페닐-1,3,4-옥사디아졸-2-일)페닐]-3-페닐-9H-카르바졸(약칭 : CO11-II), 9-[4-(5-페닐-1,3,4-옥사디아졸-2-일)페닐]-3,6-디페닐-9H-카르바졸(약칭 : CO11-III), 9-[4'''-(5-페닐-1,3,4-옥사디아졸-2-일)-[1,1':2',1'':2'',1''']쿼터페닐-4-일]-9H-카르바졸(약칭 : Z-CzPO11), 9-[4-(벤조옥사졸-2-일)페닐]-3-페닐-9H-카르바졸(약칭 : CzBOx-II), 9-[4-(벤조옥사졸-2-일)페닐]-3,6-디페닐-9H-카르바졸(약칭 : CzBOx-III), 9-[4'''-]벤조옥사졸-2-일)-[1,1':2',1'':2'',1'''] 쿼터페닐-4-일]-9H-카르바졸(약칭 : Z-CzPBOx) 등을 들 수 있다.
또한, 상술한 화합물은, 모두 바이폴라성인 화합물이고, 제 3 유기 화합물로서 특히 바람직한 화합물군이다.
다음에, 발광층(121)에 포함되는 정공 트랩성의 발광 물질에 대하여 설명한다. 정공 트랩성의 발광 물질은, 발광층(121)에 포함되는 제 3 유기 화합물에 대하여 정공 트랩성을 나타내는 물질이면 특히 한정되지 않는다. 바꾸어 말하면, 첨가함으로써 제 3 유기 화합물의 정공 이동도를 작게 할 수 있는 것이면 좋다. 구체적으로는, 제 3 유기 화합물보다 0.3eV 이상 높은 HOMO준위를 갖는 물질이 바람직하다.
여기서 본 발명자들은, 방향족 아민 화합물, 또는 유기 금속 착체로 이루어지는 발광 물질이, 많은 유기 화합물에 대하여 정공 트랩성을 나타내므로, 본 발명의 발광 물질로서 바람직한 것을 발견하였다. 특히, 피렌디아민 화합물, 또는 이리듐 착체는, 정공 트랩성이 높고 바람직한 것을 발견하였다.
또한, 피렌디아민 화합물이나 이리듐 착체는, 정공 수송 골격이 안트라센, 카르바졸, 디벤조푸란, 또는 디벤조티오펜 중 적어도 어느 하나의 골격을 포함하는 화합물에 대하여 매우 강한 정공 트랩성을 나타내는 것이 알려져 있다. 따라서, 이들의 골격을 포함하는 제 3 유기 화합물과, 피렌디아민 화합물 또는 이리듐 착체로 이루어지는 발광 물질을 조합하는 것이 바람직하다.
또한, 실험적으로는, 피렌디아민 화합물은, HOMO준위가 같은 정도의 다른 방향족 아민 화합물과 비교하면, 정공 트랩성이 높은(발광층에 첨가한 경우에, 발광층의 정공 이동도를 크게 떨어뜨리는) 것이 알려져 있고, 본 발명에 있어서의 발광 물질로서 특히 바람직하다.
이하에서는, 발광 물질로서 바람직한 것을 열거한다. 상술한 바와 같이, 발광 물질로서는 방향족 아민 화합물, 또는 유기 금속 착체가 바람직하다. 방향족 아민 화합물로서는, N,N'-비스[4-(9H-카르바졸-9-일)페닐]-N,N'-디페닐스틸벤-4,4'-디아민(약칭 : YGA2S), 4-(9H-카르바졸-9-일)-4'-(10-페닐-9-안트릴)트리페닐아민(약칭 : YGAPA), 4-(9H-카르바졸-9-일)-4'-(9,10-디페닐-2-안트릴)트리페닐아민(약칭 : 2YGAPPA), N,9-디페닐-N-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카르바졸-3-아민(약칭 : PCAPA), 4-(10-페닐-9-안트릴)-4'-(9-페닐-9H-카르바졸-3-일)트리페닐아민(약칭 : PCBAPA), N,N''-(2-tert-부틸안트라센-9,10-디일디-4,1-페닐렌)비스[N,N',N'-트리페닐-1,4-페닐렌디아민](약칭 : DPABPA), N,9-디페닐-N-[4-(9,10-디페닐-2-안트릴)페닐]-9H-카르바졸-3-아민(약칭 : 2PCAPPA), N-[4-(9,10-디페닐-2-안트릴)페닐]-N,N',N'-트리페닐-1,4-페닐렌디아민(약칭 : 2DPAPPA), N,N,N',N',N'',N'',N''',N'''-옥타페닐디벤조[g,p]크리센-2,7,10,15-테트라아민(약칭 : DBC1), 쿠마린30, N-(9,10-디페닐-2-안트릴)-N,9-디페닐-9H-카르바졸-3-아민(약칭 : 2PCAPA), N-[9,10-비스(1,1'-비페닐-2-일)-2-안트릴]-N,9-디페닐-9H-카르바졸-3-아민(약칭 : 2PCABPhA), N-(9,10-디페닐-2-안트릴)-N,N',N'-트리페닐-1,4-페닐렌디아민(약칭 : 2DPAPA), N-[9,10-비스(1,1'-비페닐-2-일)-2-안트릴]-N,N'N'-트리페닐-1,4-페닐렌디아민(약칭 : 2DPABPhA), N-[9,10-비스(1,1'-비페닐-2-일)]-N-[4-(9H-카르바졸-9-일)페닐]-N-페닐안트라센-2-아민(약칭 : 2YGABPhA), N,N,9-트리페닐안트라센-9-아민(약칭: DPhAPhA), 4-(10-페닐-9-안트릴)-4'-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)트리페닐아민(약칭 : FLPAPA), N,N,N',N'-테트라페닐피렌-1,6-디아민, N,N'-(3-메틸페닐)-N,N'-디페닐피렌-1,6-디아민, N,N'-비스[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]-N,N'-디페닐피렌-1,6-디아민(약칭 : 1,6FLPAPrn), N,N'-비스(4-tert-부틸페닐)-N,N'-비스[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]피렌-1,6-디아민(약칭 : 1,6tBu-FLPAPrn) 등을 들 수 있다.
또한, 유기 금속 착체로서는, 비스[2-(4',6'-디플루오로페닐)피리디나토-N, C2']이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭 : FIracac), 트리스(2-페닐피리디나토-N,C2')이리듐(III)(약칭 : Ir(ppy)3), 비스(2-페닐피리디나토-N,C2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭 : Ir(ppy)2(acac)), 트리스(벤조[h]퀴놀리나토)이리듐(III)(약칭 : Ir(bzq)3), 비스(벤조[h]퀴놀리나토)이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭 : Ir(bzq)2(acac)), 비스(2,4-디페닐-1,3-옥사졸라토-N,C2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭 : Ir(dpo)2(acac)), 비스(2-페닐벤조티아졸라토-N,C2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭 : Ir(bt)2(acac)), 비스[2-(2'-벤조[4,5-α]티에닐)피리디나토-N,C3']이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭 : Ir(btp)2(acac)), 트리스(1-페닐이소퀴놀리나토-N,C2')이리듐(III)(약칭 : Ir(piq)3), 비스(1-페닐이소퀴놀리나토-N,C2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭 : Ir(piq)2(acac)), 2,3,7,8,12,13,17,18-옥타에틸-21H,23H-포르피린백금(II)(약칭 : PtOEP) 등을 들 수 있다.
다음에, 제 1 층(111)에 포함되는 전자 수용성 화합물에 대하여 설명한다. 전자 수용성 화합물은, 제 1 유기 화합물과 혼합(접촉)되는 것만으로 제 1 유기 화합물로부터 전자를 수용하는 화합물, 또는 전계를 인가함으로써 용이하게 제 1 유기 화합물로부터 전자를 수용하는 화합물이라면 좋다. 예를 들어, 천이 금속 산화물이나 원소 주기율표에 있어서의 제 4 족 내지 제 8 족에 속하는 금속의 산화물을 들 수 있다. 구체적으로는, 산화바나듐, 산화니오븀, 산화탄탈, 산화크롬, 산화몰리브덴, 산화텅스텐, 산화망간, 산화레늄은 전자 수용성이 높기 때문에 바람직하다. 특히, 산화몰리브덴은 흡습성이 낮다는 특징을 갖기 때문에 바람직하다. 그 외에도, 7,7,8,8-테트라시아노-2,3,5,6-테트라플루오로퀴노디메탄(약칭 : F4-TCNQ), 클로라닐 등의 유기 화합물을 들 수 있다.
또한, 제 1 층(111)에 있어서, 제 1 유기 화합물에 대하여 질량비로 0.1 이상 4.0 이하의 비율로 전자 수용성 화합물을 첨가하는 것이 바람직하다.
또한, 전자 수용성 화합물이, 제 1 유기 화합물과 혼합(접촉)되는 것만으로 제 1 유기 화합물로부터 전자를 수용하는 경우, 제 1 층에서는 전하 이동 착체가 형성된다. 이 때, 전하 이동 상호 작용을 기초로 하는 흡수가 적외 영역(赤外領域)에 나타나지만, 제 1 유기 화합물이 방향족 아민 화합물인 경우, 가시광 영역에도 흡수가 나타나는 일이 많다. 이것은, 투과율의 관점에서 불리하게 된다. 예를 들어, 특개 2003-272860 공보에서는, 방향족 아민 골격을 갖는 화합물과 산화바나듐을 혼합함으로써, 500nm 부근 및 1300nm 부근에 새로운 흡수가 생긴다. 또한, 방향족 아민 골격을 갖는 화합물과 F4-TCNQ를 혼합함으로써, 700nm, 900nm 및 1200nm 부근에 새로운 흡수가 생긴다. 이 경우, 특히 가시광 영역의 흡수 피크는 발광 효율을 저하시키는 요인이 된다.
그러나 본 발명자들은, π과잉계 헤테로 방향 고리(바람직하게는 카르바졸, 디벤조푸란, 또는 디벤조티오펜의 골격)나, 상술한 3고리계 축합 방향족 탄화수소 고리 또는 4고리계 축합 방향족 탄화수소 고리(바람직하게는 안트라센의 골격)를 정공 수송 골격으로서 포함하는 제 1 유기 화합물과, 전자 수용성 화합물을 사용하여 제 1 층을 형성한 경우, 전하 이동 상호 작용을 기초로 하는 흡수가 발생하지 않음에도 불구하고, 양극으로부터의 정공 주입 장벽이 실질적으로 소실하는 것을 발견하였다. 이에 따라, 가시광 영역에 흡수 피크를 갖지 않는 제 1 층을 형성하는 것이 용이하게 되므로, 투과율의 저하에 의한 발광 효율의 저하를 방지할 수 있다.
이것은 이하와 같은 효과를 준다. EL층(103)의 막 두께를 변화시켜 광학 설계를 행할 때에는, 구동 전압의 변동이 적은 제 1 층(111)을 후막화시키고, 다른 층을 얇게 하는 것이 바람직하다. 그러나, 가시광 영역에 흡수 스펙트럼의 피크가 존재하는 제 1 층을 후막화하면, 발광층(121)으로부터 얻어진 발광은 제 1 층(111)에 흡수되어 발광 효율의 저하를 초래한다. 그래서, 상술한 바와 같은 전하 이동 상호 작용을 기초로 하는 흡수가 발생하지 않는 제 1 층(111)을 적용함으로써, 발광 효율을 최대한으로 발휘시킬 수 있다. 또한, 제 1 층(111)을 후막화함으로써, 발광 소자의 단락(短絡)을 방지할 때에도 유효하다.
따라서, 이상과 같은 전자 수용성 화합물과의 조합의 관점에서, 제 1 유기 화합물의 정공 수송 골격은, π과잉계 헤테로 방향 고리나 3고리계 축합 방향족 탄화수소 고리 또는 4고리계 축합 방향족 탄화수소 고리를 갖는 골격이 바람직하다. 특히, 카르바졸, 디벤조푸란, 디벤조티오펜, 안트라센은, 전기화학적으로도 매우 안정적이고, 또 정공 수송성도 우수하기 때문에 바람직하다.
또한, 제 1 유기 화합물이 방향족 아민 골격을 갖는 경우, 제 1 유기 화합물의 정공 수송 골격이 방향족 아민 골격이 되는 경우가 많다. 그 경우, 상술한 전하 이동 상호 작용을 기초로 하는 흡수가 나타나기 때문에, 제 1 유기 화합물은 방향족 아민 골격을 갖지 않는 것이 바람직하다.
또한 종래는, 유기 화합물의 이온화 포텐셜이 5.7eV 이상(HOMO준위가 -5.7eV 이하)이 되면, 전자 수용성 화합물과의 사이에서 산화 환원 반응이 일어나기 어렵게 된다(예를 들어, 특개2003-272860호 참조). 따라서, 전자 수용성 화합물과의 사이에서 산화 환원 반응을 일으키기 위한 유기 화합물로서는, 이온화 포텐셜이 5.7eV보다 작은(HOMO준위가 -5.7eV보다 높은) 물질, 구체적으로는 방향족 아민과 같은 전자 공여성이 높은 물질이 필요하다고 생각되어 왔다. 한편, 본 발명의 일 형태에서는, 제 1 유기 화합물이 방향족 아민 골격을 포함하지 않는 화합물이어도, 적어도 HOMO준위가 -6.0eV 이상 -5.7eV 이하이면, 전자 수용성 화합물과의 사이에서 전하 이동 상호 작용을 기초로 하는 흡수를 나타나지 않음에도 불구하고, 제 1 층이 기능하는 것이 실험적으로 알려져 있다.
따라서, 상술한 본 발명의 일 형태인 발광 소자에 있어서, 제 1 유기 화합물의 HOMO준위는, -6.0eV 이상 -5.7eV 이하인 것이 바람직하다. 이 구성에 의하여, 발광층의 에너지 갭이 크고, HOMO가 낮은 경우에도, 본 발명의 개념을 실현하기 쉽게 된다.
또한, 아민 골격을 포함하지 않는 화합물로서 바람직하게는, 상술한 9,10-디페닐안트라센(약칭 : DPAnth), 9-(2-나프틸)-10-[4-(1-나프틸)페닐]안트라센, 9-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카르바졸(약칭 : CzPA), 3-페닐-9-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카르바졸(약칭 : CzPAP), 3,6-디페닐-9-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카르바졸(약칭 : DPCzPA), 3-(1-나프틸)-9-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카르바졸(약칭 : CzPAαN), 3-(비페닐-3-일)-9-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카르바졸(약칭 : CzPAmB), 3-[4-(1-나프틸)페닐]-9-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카르바졸(약칭 : CzPAαNP), 9-페닐-3-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카르바졸(약칭 : PCzPA), 9-(9,10-디페닐-2-안트릴)-9H-카르바졸(약칭 : 2CzPA), 9-[4-(9,10-디페닐-2-안트릴)페닐]-9H-카르바졸(약칭 : 2CzPPA), 4-[3-(9,10-디페닐-2-안트릴)페닐]디벤조푸란(약칭 : 2mPDBFPA-II), 4-[4-(9,10-디페닐-2-안트릴)페닐]디벤조푸란(약칭 : 2PDBFPA-II), 4-{3-[10-(2-나프틸)-9-안트릴]페닐}디벤조푸란, 4-[3-(9,10-디페닐-2-안트릴)페닐]디벤조티오펜(약칭 : 2mPDBTPA-II), 4-[3-(트리페닐렌-2-일)페닐]디벤조티오펜(약칭 : mDBTPTp-II), 9-[4-(5-페닐-1,3,4-옥사디아졸-2-일)페닐]-9H-카르바졸(약칭 : CO11), 9-[4-(5-페닐-1,3,4-옥사디아졸-2-일)페닐]-3-페닐-9H-카르바졸(약칭 : CO11-II), 9-[4-(5-페닐-1,3,4-옥사디아졸-2-일)페닐]-3,6-디페닐-9H-카르바졸(약칭 : CO11-III), 9-4'''-(5-페닐-1,3,4-옥사디아졸-2-일)-[1,1':2',1'':2'',1''']쿼터페닐-4-일]-9H-카르바졸(약칭 : Z-CzPO11), 9-[4-(벤조옥사졸-2-일)페닐]-3-페닐-9H-카르바졸(약칭 : CzBOx-II), 9-[4-(벤조옥사졸-2-일)페닐]-3,6-디페닐-9H-카르바졸(약칭 : CzBOx-III), 9-[4'''-(벤조옥사졸-2-일)-[1,1':2',1'':2'',1''']쿼터페닐-4-일]-9H-카르바졸(약칭 : Z-CzPBOx)을 들 수 있다. 또한, 폴리(N-비닐카르바졸)(약칭 : PVK)과 같은 카르바졸 유도체의 폴리머를 사용하여도 좋다.
이상에서는, EL층(103)의 구체적인 구성에 대하여 설명하였다. 이하에서는, 양극(101) 및 음극(102)에 대하여 설명한다.
양극(101)으로서는, 일함수가 큰(구체적으로는 4.0eV 이상인 것이 바람직하다) 금속, 합금, 전기 전도성 화합물, 및 이들의 혼합물 등을 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 산화인듐-산화주석(ITO : Indium Tin Oxide), 실리콘 또는 산화실리콘을 함유한 산화인듐-산화주석, 산화인듐-산화아연(IZO : Indium Zinc Oxide), 산화텅스텐 및 산화아연을 함유한 산화인듐(IWZO) 등을 들 수 있다. 이들의 전기 전도성 금속 산화물막은, 일반적으로 스퍼터링법에 의하여 성막되지만, 졸겔(sol-gel)법 등을 응용하고, 잉크젯법, 스핀코팅법 등에 의하여 제작하여도 좋다. 예를 들어, 산화인듐-산화아연(IZO)은, 산화인듐에 대하여 1wt% 내지 20wt%의 신화아연을 가한 타깃을 사용하여 스퍼터링법에 의하여 형성할 수 있다. 또한, 산화텅스텐 및 산화아연을 함유한 산화인듐(IWZO)은, 산화인듐에 대하여 산화텅스텐을 0.5wt% 내지 5wt%, 산화아연을 0.1wt% 내지 1wt% 함유한 타깃을 사용하여 스퍼터링법에 의하여 형성할 수 있다. 그 외에, 금(Au), 백금(Pt), 니켈(Ni), 텅스텐(W), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 철(Fe), 코발트(Co), 구리(Cu), 팔라듐 (Pd), 티타늄(Ti), 또는 금속 재료의 질화물(예를 들어, 질화티타늄 등), 몰리브덴산화물, 바나듐산화물, 루테늄산화물, 텅스텐산화물, 망간산화물, 티타늄산화물 등을 들 수 있다. 또한, 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)/폴리(스티렌술폰산)(PEDOT/PSS), 폴리아닐린/폴리(스티렌술폰산)(PAni/PSS) 등의 도전성 폴리머를 사용하여도 좋다.
또한 음극(102)으로서는, 일함수가 작은(구체적으로는 3.8eV 이하인 것이 바람직하다) 금속, 합금, 전기 전도성 화합물, 및 이들의 혼합물 등을 사용할 수 있다. 이와 같은 음극 재료의 구체적인 예로서는, 원소 주기율표의 제 1 족 또는 제 2 족에 속하는 원소, 즉 리튬(Li)이나 세슘(Cs) 등의 알칼리 금속, 및 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr) 등의 알칼리 토류 금속, 및 이들을 포함하는 합금(MgAg, AlLi), 유로퓸(Eu), 이테르븀(Yb) 등의 희토류 금속 및 이들을 포함하는 합금 등을 들 수 있다. 또한, 알칼리 금속 화합물, 알칼리 토류 금속 화합물, 또는 희토류 금속의 화합물(예를 들어 불화리튬(LiF), 산화리튬(LiOx), 불화세슘(CsF), 불화칼슘(CaF2), 불화에르븀(ErF3) 등)의 박막과, 알루미늄 등의 금속막을 적층함으로써, 음극으로 할 수도 있다. 알칼리 금속, 알칼리 토류 금속, 이들을 포함하는 합금의 막은, 진공증착법을 사용하여 형성할 수 있다. 또한, 알칼리 금속 또는 알칼리 토류 금속을 포함하는 합금은 스퍼터링법에 의하여 형성할 수도 있다. 또한, 은 페이스트 등을 잉크젯법 등에 의하여 성막할 수도 있다.
또한, 본 발명의 일 형태인 발광 소자에 있어서는, 양극 및 음극 중에, 적어도 한쪽이 투광성을 가지면 좋다. 투광성은, ITO와 같은 투명 전극을 사용하거나, 또는 전극의 막 두께를 얇게 함으로써 확보할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 형태인 발광 소자를 형성하기 위한 기판은, 양극(101) 측에 형성되어도 좋고, 음극(102) 측에 형성되어도 좋다. 기판의 종류로서는, 예를 들어 유리, 또한 플라스틱, 금속 등을 사용할 수 있다. 또한, 발광 소자의 지지체로서 기능하는 것이라면, 이들 이외의 것이라도 좋다. 또한, 발광 소자로부터의 발광을, 기판을 통과하여 외부에 추출하는 경우에는, 기판은 투광성을 갖는 기판인 것이 바람직하다.
상술한 바와 같은 구성에 의하여, 본 발명의 일 형태의 발광 소자를 제작할 수 있다. 또한, EL층(103)에는, 더욱 다른 층을 도입하여도 좋다. 구체적으로는, 도 3에 도시하는 바와 같이, 전자 수송층(113)이나 전자 주입층(114)을 도입한 소자 구조라도 좋다.
전자 수송층(113)으로서는, 예를 들어, 트리스(8-퀴놀리놀라토)알루미늄(약칭 : Alq), 트리스(4-메틸-8-퀴놀리놀라토)알루미늄(약칭 : Almq3), 비스(10-하이드록시벤조[h]퀴놀리나토)베릴륨(약칭 : BeBq2), 비스(2-메틸-8-퀴놀리놀라토)(4-페닐페놀라토)알루미늄(약칭 : BAlq) 등, 퀴놀린 골격 또는 벤조 퀴놀린 골격을 갖는 금속 착체 등으로 이루어지는 층이다. 또한, 그 외에 비스[2-(2-하이드록시페닐)벤조옥사졸라토]아연(약칭 : Zn(BOX)2), 비스[2-(2-하이드록시페닐)벤조티아졸라토]아연(약칭 : Zn(BTZ)2) 등의 옥사졸계, 티아졸계 배위자를 갖는 금속 착체 등도 사용할 수 있다. 또한, 금속 착체 외에도, 2-(4-비페닐일)-5-(4-tert-부틸페닐)-1,3,4-옥사디아졸(약칭 : PBD)이나, 1,3-비스[5-(p-tert-부틸페닐)-1,3,4-옥사디아졸-2-일]벤젠(약칭 : OXD-7), 3-(4-비페닐일)-4-페닐-5-(4-tert-부틸페닐)-1,2,4-트리아졸(약칭 : TAZ), 바소페난트롤린(약칭 : BPhen), 바소큐프로인(약칭 : BCP) 등도 사용할 수 있다. 여기서 설명한 물질은, 주로 10-6cm2/Vs 이상의 전자 이동도를 갖는 물질이다. 또한, 정공보다 전자의 수송성이 높은 물질이면 상기 외의 물질을 전자 수송층으로서 사용하여도 좋다. 또한, 전자 수송층은 단층의 것 뿐만 아니라, 상기 물질로 이루어지는 층이 2층 이상 적층한 것으로 하여도 좋다.
또한, 고분자 화합물을 사용할 수도 있다. 예를 들어, 폴리[(9,9-디헥실플루오렌-2,7-디일)-co-(피리딘-3,5-디일)](약칭 : PF-Py), 폴리[(9,9-디옥틸플루오렌-2,7-디일)-co-(2,2'-비피리딘-6,6'-디일)](약칭 : PF-BPy) 등을 사용할 수 있다.
전자 주입층(114)으로서는, 예를 들어, 리튬, 칼슘, 마그네슘, 불화리튬(LiF), 산화리튬(LiOx), 불화세슘(CsF), 불화칼슘(CaF2) 등과 같은 알칼리 금속, 알칼리 토류 금속, 또는 이들의 화합물을 사용할 수 있다.
그 외에, 전자 수송성을 갖는 물질에 알칼리 금속, 알칼리 토류 금속, 또는 이들의 화합물을 함유시킨 것, 구체적으로는 Alq 중에 마그네슘(Mg)을 함유시킨 것 등을 사용하여도 좋다. 또한 이 경우에는, 음극(102)으로부터의 전자 주입을 더 효율 좋게 행할 수 있다.
다음에, 본 발명의 일 형태인 발광 소자의 제작 방법에 대하여 설명한다. 제작 방법으로서는, 진공증착법으로 대표되는 드라이 프로세스가 바람직하다. 왜냐하면, 본 발명의 일 형태인 발광 소자는, 제 1 층, 제 2 층, 및 발광층을 적층하므로, 드라이 프로세스를 사용하면 각 영역을 나누어 제작하기 쉽기 때문이다. 이와 같은 관점에서, 제 1 유기 화합물, 제 2 유기 화합물, 제 3 유기 화합물, 및 발광 물질은 저분자 화합물인 것이 바람직하다.
다만, 본 발명의 일 형태인 발광 소자는, 드라이 프로세스, 웨트 프로세스를 불문하고, 다양한 방법을 사용하여 형성하여도 좋다. 웨트 프로세스로서는, 잉크젯법 또는 스핀코팅법 등을 그 대표적인 예로서 들 수 있지만, 이들에 한정되지 않는다.
상술한 바와 같이, 본 발명을 적용함으로써, 장수명인 발광 소자를 제공할 수 있다. 또한, 발광 효율이나 구동 전압이 우수한 발광 소자를 제공할 수 있다.
(실시형태 2)
본 실시형태 2에서는, 본 발명의 일 형태의 발광 소자에 있어서, 캐리어의 재결합 효율을 높이는 관점에서 더 바람직한 구성에 대하여, 사용하는 재료나 제작 방법과 함께 설명한다. 또한, 본 실시형태 2에 있어서는, 양극과 음극으로 끼워진 영역을 EL층이라고 부른다.
본 실시형태 2에 있어서의 본 발명의 일 형태의 발광 소자에 관해서, 소자 구조의 개념을 도 4a에 도시하고, 그 밴드도를 도 4b에 도시한다. 도 4a에 도시하는 바와 같이, 본 발명의 일 형태의 발광 소자에 있어서는, 양극(401)과 음극(402) 사이에 EL층(403)이 형성된다. EL층(403)은, 양극(401) 측으로부터 순차적으로, 제 1 층(411)과, 제 2 층(412)과, 제 1 발광층(421)과, 제 2 발광층(422)이 형성된 적층 구조를, 적어도 갖는다. 또한, 제 1 층(411)은, 제 1 유기 화합물과 전자 수용성 화합물을 포함하고, 제 2 층(412)은 제 2 유기 화합물을 포함하고, 제 1 발광층(421)은 제 3 유기 화합물과, 제 3 유기 화합물에 대하여 정공 트랩성을 나타내는 제 1 발광 물질을 포함하고, 제 2 발광층(422)은, 제 4 유기 화합물과, 제 4 유기 화합물에 대하여 정공 트랩성을 나타내는 제 2 발광 물질을 포함하고, 제 4 유기 화합물과 제 3 유기 화합물은 다른 화합물이다.
본 발명자들은 우선, 도 4b에 도시하는 바와 같이, 제 1 층에 있어서의 제 1 유기 화합물의 HOMO준위(433)와, 제 2 층에 있어서의 제 2 유기 화합물의 HOMO준위(434)를, 같은 정도로 맞추는 것을 생각하였다. 또한, 제 2 층에 있어서의 제 2 유기 화합물의 HOMO준위(434)와, 제 1 발광층에 있어서의 제 3 유기 화합물의 HOMO준위(435)를, 같은 정도로 맞추는 것을 생각하였다. 또한, 제 1 발광층에 있어서의 제 3 유기 화합물의 HOMO준위(435)와, 제 2 발광층에 있어서의 제 4 유기 화합물의 HOMO준위(437)를 같은 정도로 맞추는 것을 생각하였다. 이로써, 제 1 층(411)과 제 2 층(412) 사이의 정공 주입 장벽, 제 2 층(412)과 제 1 발광층(421) 사이의 정공 주입 장벽, 및 제 1 발광층(421)과 제 2 발광층(422) 사이의 정공 주입 장벽은, 어느 것도 매우 저감된다.
또한, 실시형태 1에서 설명한 전기화학적인 선택성의 관점에서, 본 명세서 중에 있어서의 같은 정도의 HOMO준위란, 구체적으로는 HOMO준위의 차이가 ±0.2eV 이내인 상태를 가리킨다.
또한, 실시형태 1에서 설명한 바와 같이, 제 1 층(411)에 전자 수용성 화합물을 첨가함으로써, 양극의 일함수(431)와, 제 1 층(411)에 포함되는 제 1 유기 화합물의 HOMO준위(433) 사이의 간격이 있는 경우에도, 정공 주입이 윤활하게 행해지고, 실질적으로는 정공 주입 장벽이 소실된다. 또한, 제 1 층(411)은, 전자 수용성 화합물과 제 1 유기 화합물이 혼합된 구성이라도 좋고, 전자 수용성 화합물과 제 1 유기 화합물이, 양극 측으로부터 순차적으로 적층된 구성이라도 좋다.
상술한 바와 같은 구성에 의하여, 양극으로부터 제 1 발광층 및 제 2 발광층까지의 정공 주입 장벽은, 대략 해소된다.
또한 발광층에는, 실시형태 1과 마찬가지의 이유로, 정공 트랩성의 발광 물질이 첨가된다. 구체적으로는, 제 1 발광층(421)에는, 제 1 발광층(421)에 있어서의 제 3 유기 화합물에 대하여 정공 트랩성을 나타내는 제 1 발광 물질이 첨가된다. 또한, 제 2 발광층(422)에는, 제 2 발광층(422)에 있어서의 제 4 유기 화합물에 대하여 정공 트랩성을 나타내는 제 2 발광 물질이 첨가된다. 이로써, 구동 전압의 상승을 초래하지 않고, 정공이 음극으로 통과하는 것을 극복할 수 있다.
또한, 정공을 발광 물질에 의하여 트랩시키기 위해서는, 제 1 발광층(421)에 있어서, 제 3 유기 화합물을 호스트 재료로 하고, 정공 트랩성의 제 1 발광 물질을 게스트 재료로 하는 것이 바람직하다. 또한, 제 2 발광층(422)에 있어서, 제 4 유기 화합물을 호스트 재료로 하고, 정공 트랩성의 제 2 발광 물질을 게스트 재료로 하는 것이 바람직하다.
또한, 정공 트랩성의 제 1 발광 물질의 HOMO준위(436)는, 상술한 전기화학적인 선택성의 관점에서, 제 3 유기 화합물의 HOMO준위(435)보다 0.3eV 이상 높은 것이 바람직하다. 또한, 정공 트랩성의 제 2 발광 물질의 HOMO준위(438)는, 상술한 전기화학적인 선택성의 관점에서, 제 4 유기 화합물의 HOMO준위(437)보다 0.3eV 이상 높은 것이 바람직하다.
정공이 음극으로 통과하는 것을 방지하고, 발광 효율을 높이기 위해서만이라면, 정공을 트랩하는 재료를 양극(401)과 제 1 발광층(421) 사이에 첨가함으로써도 가능하다. 그러나 이와 같은 방법의 경우, 정공이 제 1 발광층(421)에 도달하고 발광할 때까지의 이동 속도가 늦게 되기 때문에, 아무래도 구동 전압이 상승되어 버린다. 한편, 도 4a 및 도 4b에 도시하는 바와 같은 본 발명의 일 형태의 구성이라면, 정공은 양극(401)으로부터 제 1 발광층(421)까지, 장벽 및 트랩에 영향을 받지 않고 수송되기 때문에, 구동 전압의 상승을 최소한으로 억제할 수 있다. 즉, 제 2 층에는 정공 트랩성의 재료가 첨가되지 않는 것이 바람직하다.
또한, 도 4b에 도시하는 바와 같이, 발광층에 도달한 정공은, 정공 트랩성의 제 1 발광 물질의 HOMO준위(436), 및 제 2 발광 물질의 HOMO준위(438)에 트랩되고, 제 1 발광층(421) 내 및 제 2 발광층(422) 내에서는 이동 속도가 급속히 늦게 된다. 그리고, 이 이동 속도가 저감된 정공과, 음극(402)으로부터 주입된 전자가 효율 좋게 재결합하여, 효율이 높은 발광이 얻어진다. 도 4b에 있어서, (432)는 음극의 일함수이다. 또한, 구동 전압의 관점에서는, 제 1 발광층(421) 내 및 제 2 발광층(422) 내에서 충분히 전자가 수송될 필요가 있기 때문에, 제 1 발광층(421)의 호스트 재료가 되는 제 3 유기 화합물 및 제 2 발광층(422)의 호스트 재료가 되는 제 4 유기 화합물은, 양쪽 모두 정공 수송성뿐만 아니라 전자 수송성도 갖는 것이 바람직하다. 즉, 바이폴라성의 재료인 것이 바람직하다.
또한, 본 명세서 중에 있어서, 바이폴라성의 재료란, EL층에 있어서 정공 주입(전자를 빼앗기는 반응) 및 전자 주입(전자를 받는 반응)이 가능한 재료이며, 어느 반응에 대해서도 비교적으로 안정적이고, 정공 및 전자의 양쪽 모두를 충분히 수송할 수 있는 재료를 가리킨다.
또한, 제 1 층(411)에 포함되는 제 1 유기 화합물의 LUMO준위(439), 제 2 층에 있어서의 제 2 유기 화합물의 LUMO준위(440), 정공 트랩성의 제 1 발광 물질의 LUMO준위(443), 및 제 2 발광 물질의 LUMO준위(444)이다.
여기서, 발광층 내에서의 재결합 효율을, 장벽을 사용하지 않고 더 높일 고안으로서, 본 실시형태 2에 있어서는, 제 3 유기 화합물을 사용한 제 1 발광층(421)과, 제 4 유기 화합물을 사용한 제 2 발광층(422)을 적층시키고, 또 제 3 유기 화합물과 제 4 유기 화합물을 의도적으로 다른 화합물로 하는 점이 특징이다.
상술한 바와 같이, 제 3 유기 화합물과 제 4 유기 화합물 사이에, 전기화학적인 정공 주입 장벽은 실질적으로 없는 상태(HOMO준위가 같은 정도)이지만, 같은 종류의 물질 사이의 정공 이동과 비교하면, 다른 종류의 물질 사이의 정공 이동은 다소 늦게 된다.
한편, 전자에 관해서도, 도 4a 및 도 4b에 도시하는 본 발명의 일 형태에서는, 제 3 유기 화합물의 LUMO준위(441)와 제 4 유기 화합물의 LUMO준위(442)를 같은 정도로 하기 때문에, 제 4 유기 화합물로부터 제 3 유기 화합물로의 전기화학적인 전자 주입 장벽은 실질적으로 없는 상태이다. 그러나, 제 3 유기 화합물과 제 4 유기 화합물은 다른 화합물이기 때문에, 정공과 마찬가지로 전자 이동도 같은 종류의 물질 사이와 비교하면 다소 억제되게 된다. 또한, 전기화학적인 선택성의 관점에서, 본 명세서 중에 있어서의 같은 정도의 LUMO준위란, 구체적으로는 LUMO준위의 차이가 ±0.2eV 이내인 상태를 가리킨다.
따라서, 제 1 발광층(421) 및 제 2 발광층(422)의 계면에서는, 정공 및 전자의 양쪽 모두의 이동이 억제된다. 이 계면에서는 전기화학적인 장벽이 없기 때문에, 그 억제 효과는 그다지 크지 않다. 그러나, 정공 및 전자의 양쪽 모두에 영향을 주기 때문에, 캐리어의 재결합 영역은 이 계면을 중심으로 하여 형성된다. 또한, 장벽을 사용하여 재결합에 유도하지 않기 때문에, 재결합 영역은 국재되지 않고, 정공이나 전자가 좁은 영역(장벽 주변)에 축적 또는 집중하여 열화를 촉진하는 현상은 일어나기 어렵다.
이상과 같은 설계에 의하여, 장벽을 사용하지 않고, 발광층의 내부(제 1 발광층(421)과 제 2 발광층(422)의 계면 부근)를 중심으로 하여 캐리어를 재결합시킬 수 있는 것을 본 발명자들은 발견하였다. 이와 같이, 정공 및 전자의 양쪽 모두를 흐르는 바이폴라 재료를 상이한 조합으로 접합한 발광층을 적용함으로써 캐리어를 재결합시키는 사상은, 바이폴라 헤테로 접합이라고도 할 수 있는 새로운 개념이고, 본 발명의 중요한 사상의 하나이다. 이로써, 장벽에 의한 열화를 방지하는 것과 함께, 발광 효율도 높일 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 형태의 발광 소자에 있어서 중요한 점은, 양극으로부터 발광층까지는 장벽이나 트랩에 조우하지 않고 정공을 윤활하게 수송하고, 한편 발광층에 있어서는, 장벽을 사용하지 않고 정공의 이동 속도뿐만 아니라 전자의 이동 속도도 제어하여, 효율이 좋은 재결합에 유도하는 점이다. 장벽을 사용하지 않기 때문에, 정공이나 전자가 좁은 영역(장벽 주변)에 축적, 집중하여 열화를 촉진하는 현상이 일어나기 어렵고, 장수명화로 이어진다. 또한, 발광층까지의 정공 주입 장벽이나 정공 트랩이 실질적으로 없으므로, 구동 전압을 낮게 할 수 있다. 또한, 정공 트랩성의 발광 물질을 발광층에 사용하고, 바이폴라 헤테로 접합을 더 적용함으로써, 장벽을 사용하지 않음에도 불구하고 정공과 전자를 효율 좋게 재결합시킬 수 있고, 장수명과 함께 발광 효율이 높은 발광 소자를 실현할 수 있다.
또한, 이와 같은 관점에서, 제 1 발광층(421)의 정공 수송성은, 제 2 층(412)의 정공 수송성보다 낮은 것이 바람직하다. 제 1 발광층(421)의 정공 수송성을 제 2 층(412)의 정공 수송성보다 낮게 하기 위해서는, 예를 들어, 제 2 유기 화합물과 제 3 유기 화합물을 같은 화합물로 하면 좋다. 이 방법에 의하여, 제 1 발광층(421)의 정공 수송성은, 정공 트랩성의 발광 물질이 포함되는 분만큼, 반드시 제 2 층(112)보다 낮게 된다.
이상의 요점을 기초로 하여, 제 1 유기 화합물, 제 2 유기 화합물, 제 3 유기 화합물, 및 제 4 유기 화합물에 사용할 수 있는 재료의 컨셉트 및 구체적인 예에 대하여, 이하에 설명한다.
실시형태 1과 마찬가지로, 제 1 유기 화합물의 정공 수송 골격, 제 2 유기 화합물의 정공 수송 골격, 제 3 유기 화합물의 정공 수송 골격, 제 4 유기 화합물의 정공 수송 골격을 같은 것으로 하는 것이 바람직하다. 정공 수송 골격에 대해서는, 실시형태 1에 있어서 도 6a 내지 도 14c를 사용하여 설명한 바와 같다.
또한, 본 실시형태 2에 있어서는, 제 3 유기 화합물과 제 4 유기 화합물 사이의 전자 주입 장벽을 실질적으로 없애는 것도 요점의 하나이다. 그 방법의 하나로서, 제 3 유기 화합물의 전자 수송 골격, 및 제 4 유기 화합물의 전자 수송 골격을 같은 것으로 하는 방법을 본 발명자들은 발안하였다.
전자 수송 골격이란, 화합물의 골격에 있어서, LUMO가 분포되는 골격의 일부 또는 모든 부분을 가리킨다. LUMO의 분포에 대해서는, 분자 궤도 계산을 사용하여 알 수 있다. 각 화합물(본 실시형태 2에서는, 제 3 유기 화합물, 및 제 4 유기 화합물)의 전자 수송 골격을 같은 것으로 함으로써, 각 화합물의 LUMO준위는 서로 가까워지고, 결과적으로 각 화합물 사이의 전기화학적인 장벽은 저감된다.
전자 수송 골격에 관해서, 구체적인 예를 도 6a 내지 도 14c를 사용하여 설명한다. 도 6a 내지 도 8c에 도시하는 바와 같이, CzPA, CzPAP, 및 PCzPA는, 안트라센 골격과 카르바졸 골격이 조합된 화합물이다. 어느 화합물도 LUMO가 안트라센 골격에 분포되고, 안트라센 골격이 전자 수송 골격이라고 할 수 있다.
또한, 도 9a 내지 도 10c에 도시하는 바와 같이, 2mPDBFPA-II, 및 2PDBFPA-II는, 안트라센 골격과 디벤조푸란 골격이 조합된 화합물이다. 어느 화합물도, LUMO는 대략 안트라센 골격에 분포되지만, 디벤조푸란 골격도 LUMO에 대하여 다소의 기여가 보이기 때문에, 안트라센 골격 및 디벤조푸란 골격의 양쪽 모두가 전자 수송 골격이라고 할 수 있다(다만, 기여는 안트라센 골격이 더 크다).
또한, 도 11a 내지 도 11c에 도시하는 바와 같이, mDBTPTp-II는, 트리페닐렌 골격과 디벤조티오펜 골격이 조합된 화합물이다. mDBTPTp-II는, LUMO는 대략 트리페닐렌 골격에 분포되지만, 디벤조티오펜 골격도 LUMO에 대하여 약간의 기여가 보이기 때문에, 트리페닐렌 골격 및 디벤조티오펜 골격의 양쪽 모두가 전자 수송 골격이라고 할 수 있다(다만, 기여는 트리페닐렌 골격이 더 크다).
또한, 도 12a 내지 도 13c에 도시하는 바와 같이, CO11, 및 Z-CzPO11는, 1,3,4,-옥사디아졸 골격과 카르바졸 골격이 조합된 화합물이다. 어느 화합물도, LUMO가 1,3,4,-옥사디아졸 골격을 중심으로 하여 분포되기 때문에, 1,3,4,-옥사디아졸 골격이 전자 수송 골격이라고 할 수 있다.
또한, 도 14a 내지 도 14c에 도시하는 바와 같이, Z-CzPBOx는, 벤조옥사졸 골격과 카르바졸 골격이 조합된 화합물이다. Z-CzPBOx는, LUMO가 벤조옥사졸 골격을 중심으로 하여 분포되기 때문에, 벤조옥사졸 골격이 전자 수송 골격이라고 할 수 있다.
상술한 바와 같이, 분자 궤도 계산으로 정공 수송 골격 및 전자 수송 골격을 개산할 수 있고, 제 1 유기 화합물, 제 2 유기 화합물, 제 3 유기 화합물, 및 제 4 유기 화합물의 정공 수송 골격을 같은 것으로 하고, 또한 제 3 유기 화합물, 및 제 4 유기 화합물의 전자 수송 골격을 같은 것으로 하는 것이 본 발명의 일 형태이다.
또한, 정공 수송 골격으로서는, 전자 공여성이 높은 골격이 바람직하고, 대표적으로는 방향족 아민 골격이 잘 알려져 있다. 그 외에, π과잉계 헤테로 방향 고리나, 축합 방향족 탄화수소 고리가 유용하다. 또한, π과잉계 헤테로 방향 고리란, 모노헤테로 5원 방향 고리(피롤, 푸란, 티오펜) 및 방향 고리(대표적으로는 벤젠 고리)이 축환한 모노헤테로 5원 방향 고리를 갖는 골격을 가리킨다.
또한 본 발명자들은, 제 1 유기 화합물과 제 2 유기 화합물 사이의 정공 주입 장벽, 및 제 2 유기 화합물과 제 3 유기 화합물 사이의 정공 주입 장벽, 및 제 3 유기 화합물과 제 4 유기 화합물 사이의 정공 주입 장벽을 저감하는 방법의 하나로서, 이하의 조합을 발견하였다. 즉, 제 1 유기 화합물의 정공 수송 골격(제 1 정공 수송 골격), 제 2 유기 화합물의 정공 수송 골격(제 2 정공 수송 골격), 제 3 유기 화합물의 정공 수송 골격(제 3 정공 수송 골격), 및 제 4 유기 화합물의 정공 수송 골격(제 4 정공 수송 골격)이, 각각 독립적으로, π과잉계 헤테로 방향 고리, 3고리계 축합 방향족 탄화수소 고리, 또는 4고리계 축합 방향족 탄화수소 고리 중 적어도 어느 하나의 골격을 포함하는 구성으로 하는 방법이다. 이 경우, 제 1 정공 수송 골격, 제 2 정공 수송 골격, 제 3 정공 수송 골격, 및 제 4 정공 수송 골격은, 서로 상이하여도 실질적으로 정공 주입 장벽이 해소되는 것을 본 발명자들은 실험적으로 발견하였다. 따라서, 이와 같은 조합도 본 발명의 일 형태이다.
π과잉계 헤테로 방향 고리, 3고리계 축합 방향족 탄화수소 고리, 및 4고리계 축합 방향족 탄화수소 고리의 구체적인 예 및 바람직한 예로서는, 실시형태 1에서 설명한 것과 마찬가지다.
또한, 제 1 유기 화합물, 제 2 유기 화합물, 제 3 유기 화합물, 및 제 4 유기 화합물의 정공 수송 골격으로서, π과잉계 헤테로 방향 고리, 3고리계 축합 방향족 탄화수소 고리, 또는 4고리계 축합 방향족 탄화수소 고리 중 적어도 어느 하나의 골격을 적용하는 경우에 있어서도, 제 1 유기 화합물의 정공 수송 골격, 제 2 유기 화합물의 정공 수송 골격, 제 3 유기 화합물의 정공 수송 골격, 및 제 4 유기 화합물의 정공 수송 골격을 같은 것으로 하는 것이 바람직하다. 상술한 바와 같이, 같은 골격 사이이면, 전기화학적인 장벽이 저감되기 때문이다.
또한, 상술한 본 발명의 일 형태의 발광 소자에 있어서, 제 1 유기 화합물, 제 2 유기 화합물, 및 제 3 유기 화합물이 같은 화합물인 것이 바람직하다. 정공 수송 골격뿐만 아니라, 화합물 자체를 같은 것으로 함으로써, 분자 궤도가 겹치기 쉽게 되고, 정공의 이동이 매우 용이하게 되기 때문이다. 또한, 같은 화합물을 연속적으로 성막하므로, 소자의 제작도 용이하게 된다. 다만, 제 4 유기 화합물은, 상술한 바이폴라 헤테로 접합(장벽을 사용하지 않고 캐리어의 재결합 영역을 제어한다)을 형성하기 때문에, 제 1 유기 화합물, 제 2 유기 화합물, 및 제 3 유기 화합물과는 상이한 화합물이다.
또한, 제 1 유기 화합물, 제 2 유기 화합물, 제 3 유기 화합물, 및 제 4 유기 화합물로서 바람직한 화합물의 구체적인 예로서는, 실시형태 1에서 설명한 방향족 아민 골격을 정공 수송 골격으로서 갖는 화합물이나, π과잉계 헤테로 방향 고리 및/또는 축합 방향족 탄화수소 고리를 정공 수송 골격으로서 갖는 화합물을 들 수 있다.
또한, 발광층 내에서의 재결합 효율을 높이기 위해서는, 제 1 발광층(421)의 정공 수송성은, 제 2 발광층(422)의 정공 수송성보다 높고, 제 1 발광층(421)의 전자 수송성은, 제 2 발광층(422)의 전자 수송성보다 낮은 것이 바람직하다. 이와 같은 조합의 바이폴라 헤테로 접합을 형성하는 것도 본 발명의 특징의 하나이다.
이와 같은 특성은, 예를 들어, PCzPA(HOMO준위는, CV측정에 따르면 -5.79eV)에, 1,6-FLPAPrn(HOMO준위는 -5.40eV)를 제 1 발광 물질로서 5wt% 첨가한 층을 제 1 발광층으로 하고, CzPA(HOMO준위는 -5.79eV)에 같은 발광 물질인 1,6-FLPAPrn를 제 2 발광 물질로서 5wt% 첨가한 층을 제 2 발광층으로 함으로써 얻을 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이, 제 1 발광 물질과 제 2 발광 물질을 같은 화합물로 하면, 제 1 발광층 및 제 2 발광층의 정공 수송성 및 전자 수송성을 제어하기 쉽기 때문에 바람직하다.
다만, 제 1 발광 물질과 제 2 발광 물질을 상이한 발광색의 발광 물질로 하여, 각각으로부터의 발광색이 혼색(混色)된 발광을 얻어도 좋다. 예를 들어, 제 1 발광 물질을 황색으로 하고, 제 2 발광 물질을 청색으로 함으로써, 백색 발광을 얻을 수 있다.
다음에, 제 1 발광층(421)에 포함되는 정공 트랩성의 제 1 발광 물질과, 제 2 발광층(422)에 포합되는 정공 트랩성의 제 2 발광 물질에 대하여 설명한다.
제 1 발광 물질은, 제 1 발광층(421)에 포함되는 제 3 유기 화합물에 대하여 정공 트랩성을 나타내는 물질이라면, 특히 한정되지 않는다. 바꾸어 말하면, 첨가함으로써 제 3 유기 화합물의 정공 이동도를 작게 할 수 있는 것이면 좋다. 구체적으로는, 제 3 유기 화합물보다 0.3eV 이상 높은 HOMO준위를 갖는 물질이 바람직하다.
마찬가지로, 제 2 발광 물질은, 제 2 발광층(422)에 포함되는 제 4 유기 화합물에 대하여 정공 트랩성을 나타내는 물질이라면, 특히 한정되지 않는다. 바꾸어 말하면, 첨가함으로써 제 4 유기 화합물의 정공 이동도를 작게 할 수 있는 것이면 좋다. 구체적으로는, 제 4 유기 화합물보다 0.3eV 이상 높은 HOMO준위를 갖는 물질이 바람직하다.
또한, 제 1 발광 물질 및 제 2 발광 물질로서는, 실시형태 1과 마찬가지로, 방향족 아민 화합물, 또는 유기 금속 착체로 이루어지는 발광 물질이 바람직하고, 특히 피렌디아민 화합물, 또는 이리듐 착체가 바람직하다. 또한, 피렌디아민 화합물이나 이리듐 착체는, 정공 수송 골격이 안트라센, 카르바졸, 디벤조푸란, 또는 디벤조티오펜 중 적어도 어느 하나의 골격을 포함하는 화합물에 대하여, 매우 강한 정공 트랩성을 나타내는 것이 알려져 있다. 따라서, 제 3 유기 화합물 및 제 4 유기 화합물은 이들의 정공 수송 골격을 포함하는 것이 바람직하다.
또한 실험적으로는, 피렌디아민 화합물은, HOMO준위가 같은 정도의 다른 방향족 아민 화합물과 비교하면, 정공 트랩성이 높은 (발광층에 첨가한 경우에, 발광층의 정공 이동도를 크게 낮추는) 것이 알려져 있고, 본 발명에 있어서의 제 1 발광 물질 및/또는 제 2 발광 물질로서 특히 바람직하다.
또한, 제 1 발광 물질 및 제 2 발광 물질의 구체적인 예로서는, 실시형태 1에서 열거한 정공 트랩성의 발광 물질과 같은 것을 사용할 수 있다.
다음에, 제 1 층(411)에 포함되는 전자 수용성 화합물에 대하여 설명한다. 전자 수용성 화합물에 대해서도, 실시형태 1에서 설명한 것과 같은 화합물을 사용할 수 있다. 또한, 제 1 층(411)에 있어서, 제 1 유기 화합물에 대하여 질량비로 0.1 이상 4.0 이하의 비율로 전자 수용성 화합물을 포함시키는 것이 바람직하다.
또한, 제 1 층(411)에 있어서, 제 1 유기 화합물은 방향족 아민 골격을 포함하지 않는 화합물인 것이 바람직한 점이나, 제 1 유기 화합물의 HOMO준위는, -6.0eV 이상 -5.7eV 이하인 것이 바람직한 점에 대해서도, 실시형태 1과 마찬가지다.
이상으로 EL층(403)의 구체적인 구성에 대하여 설명하였다. 이하에서는, 양극(401) 및 음극(402)에 대하여 설명한다.
양극(401) 및 음극(402)의 구체적인 구성은, 실시형태 1과 같은 구성을 사용할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 형태의 발광 소자에 있어서는, 양극 및 음극 중에, 적어도 한쪽이 투광성을 가지면 좋다. 투광성은, ITO와 같은 투명 전극을 사용하거나, 또는 전극의 막 두께를 얇게 함으로써 확보할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 형태의 발광 소자를 형성하기 위한 기판은, 양극(401) 측에 형성되어도 좋고, 음극(402) 측에 형성되어도 좋다. 기판의 종류로서는, 예를 들어 유리, 또는 플라스틱, 금속 등을 사용할 수 있다. 또한, 발광 소자의 지지체로서 기능하는 것이면, 이들 외의 것이라도 좋다. 또한, 발광 소자로부터의 발광을, 기판을 통과하여 외부에 추출하는 경우에는, 기판은 투광성을 갖는 기판인 것이 바람직하다.
상술한 바와 같은 구성에 의하여, 본 발명의 일 형태인 발광 소자를 제작할 수 있다. 또한, EL층(403)에는, 다른 층을 더 도입하여도 좋다. 구체적으로는, 도 5에 도시하는 바와 같이, 전자 수송층(413)이나 전자 주입층(414)을 도입한 소자 구조라도 좋다. 전자 수송층(413)이나 전자 주입층(414)으로서는, 실시형태 1에서 설명한 구성과 같은 구성을 사용할 수 있다.
다음에, 본 발명의 일 형태인 발광 소자의 제작 방법에 대하여 설명한다. 제작 방법으로서는, 진공증착법으로 대표되는 드라이 프로세스가 바람직하다. 왜냐하면, 본 발명의 일 형태의 발광 소자는, 제 1 층, 제 2 층, 제 1 발광층, 및 제 2 발광층을 적층하므로, 드라이 프로세스를 사용하면 각 영역을 나누어 제작하기 쉽기 때문이다. 이와 같은 관점에서, 제 1 유기 화합물, 제 2 유기 화합물, 제 3 유기 화합물, 제 4 유기 화합물, 제 1 발광 물질, 및 제 2 발광 물질은 저분자 화합물이 바람직하다.
다만, 본 발명의 일 형태인 발광 소자는, 드라이 프로세스, 웨트 프로세스를 불문하고, 다양한 방법을 사용하여 형성하여도 좋다. 웨트 프로세스로서는, 잉크젯법 또는 스핀코팅법 등을 그 대표적인 예로서 들 수 있지만, 이들에 한정되지 않는다.
상술한 바와 같이, 본 발명을 적용함으로써, 장수명인 발광 소자를 제공할 수 있다. 또한, 발광 효율이나 구동 전압이 우수한 발광 소자를 제공할 수 있다.
본 실시형태는, 다른 실시형태 모두와, 다른 실시예 모두와 조합할 수 있다.
(실시형태 3)
본 실시형태에서는, 실시형태 1 및 실시형태 2에 있어서의 발광층의 다른 구성에 대하여 설명한다. 또한, 발광 소자의 구성은 도 1a 및 도 1b를 사용하여 설명한다.
실시형태 1에서는 도 1a 및 도 1b에 있어서, 발광층(121)이 제 3 유기 화합물과 제 3 유기 화합물에 대하여 정공 트랩성을 나타내는 발광 물질을 포함하는 경우에 대하여 설명하였지만, 본 실시형태에서는, 정공 트랩성을 나타내는 발광 물질과 다른 발광을 나타내는 발광 물질(발광성 물질)이 포함되는 경우에 대하여 설명한다. 즉, 본 실시형태의 발광층(121)은, 정공 트랩성의 발광 물질 외에, 발광성 물질을 포함하는 구성이다.
본 실시형태에 있어서의 도 1a 및 도 1b의 발광층(121) 외의 구성에 대해서는, 실시형태 1에서 설명하였으므로, 여기서는 상세한 설명을 생략한다.
발광층(121)은, 실시형태 1에서 설명한 제 3 유기 화합물과 제 3 유기 화합물에 대하여 정공 트랩성을 나타내는 발광 물질을 포함하고, 더욱 발광성 물질을 포함한다.
또한, 발광성 물질로서는, 정공 트랩성을 나타내는 발광 물질의 여기 에너지 이하의 여기 에너지를 갖는 것을 사용할 수 있다.
발광성 물질로서는, 형광 재료나 인광 재료를 사용할 수 있다. 구체적으로는 N,N'-비스[4-(9H-카르바졸-9-일)페닐]-N,N'-디페닐스틸벤-4,4'-디아민(약칭 : YGA2S), 4-(9H-카르바졸-9-일)-4'-(10-페닐-9-안트릴)트리페닐아민(약칭 : YGAPA), N-(9,10-디페닐-2-안트릴)-N,9-디페닐-9H-카르바졸-3-아민(약칭 : 2PCAPA), N-[9,10-비스(1,1'-비페닐-2-일)-2-안트릴]-N,9-디페닐-9H-카르바졸-3-아민(약칭 : 2PCABPhA), N-(9,10-디페닐-2-안트릴)-N,N',N'-트리페닐-1,4-페닐렌디아민(약칭 : 2DPAPA), N-[9,10-비스(1,1'-비페닐-2-일)-2-안트릴]-N,N',N'-트리페닐-1,4-페닐렌디아민](약칭 : 2DPABPhA), N-[9,10-비스(1,1'-비페닐-2-일)]-N-[4-(9H-카르바졸-9-일)페닐]-N-페닐안트라센-2-아민(약칭 : 2YGABPhA), N,N,9-트리페닐안트라센-9-아민(약칭 : DPhAPhA), 루브렌, 5,12-비스(1,1'-비페닐-4-일)-6,11-디페닐테트라센(약칭 : BPT), N,N,N',N'-테트라키스(4-메틸페닐)테트라센-5,11-디아민(약칭 : p-mPhTD), 7,14-디페닐-N,N,N',N'-테트라키스(4-메틸페닐)아세나프토[1,2-a]플루오란텐-3,10-디아민(약칭 : p-mPhAFD), 비스[2-(2'-벤조[4,5-α]티에닐)피리디나토-N,C3')]이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭 : Ir(btp)2(acac)), 비스(1-페닐이소퀴놀리나토-N,C2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭 : Ir(piq)2(acac)), (아세틸아세토나토)비스[2,3-비스(4-플루오로페닐)퀴녹살리나토]이리듐(III)(약칭 : Ir(Fdpq)2(acac)), 2,3,7,8,12,13,17,18-옥타에틸-21H,23H-포르피린백금(II)(약칭 : PtOEP) 등의 유기 금속 착체, 페릴렌, 2,5,8,11-테트라(tert-부틸)페릴렌(약칭 : TBP), 4,4'-비스(2,2-디페닐비닐)비페닐(약칭 : DPVBi), 4,4'-비스[2-(N-에틸카르바졸-3-일)비닐]비페닐(약칭 : BCzVBi), 비스(2-메틸-8-퀴놀리놀라토)(4-페닐페놀라토)알루미늄(약칭 : BAlq), 비스(2-메틸-8-퀴놀리놀라토)갈륨클로리드(약칭 : Gamq2Cl), 비스{2-[3',5'-비스(트리플루오로메틸)페닐]피리디나토-N,C2'｝이리듐(III)피콜리네이트(약칭 : Ir(CF3ppy)2(pic)), 비스[2-(4',6'-디플루오로페닐)피리디나토-N,C2']이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭 : FIr(acac)), 비스[2-(4',6'-디플루오로페닐)피리디나토-N,C2']이리듐(III)피콜리네이트(약칭 : FIrpic), 비스[2-(4',6'-디플루오로페닐)피리디나토-N,C2']이리듐(III)테트라(1-피라졸릴)보레이트(약칭 : FIr6), 2,3-비스(4-디페닐아미노페닐)퀴녹살린(약칭 : TPAQn), 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]비페닐(약칭 : NPB)과 같은 아릴아민 골격을 갖는 화합물 외에, 4,4'-디(N-카르바졸릴)비페닐(약칭 : CBP), 4,4',4"-트리(N-카르바졸릴)트리페닐아민(약칭 : TCTA) 등의 카르바졸 유도체나, 비스[2-(2-하이드록시페닐)피리디나토]아연(약칭 : Znpp2), 비스[2-(2-하이드록시페닐)벤즈옥사졸라토]아연(약칭 : ZnBOX), 비스(2-메틸-8-퀴놀리놀라토)(4-페닐페놀라토)알루미늄(약칭 : BAlq), 트리스(8-퀴놀리놀라토)알루미늄(약칭 : Alq3) 등의 금속 착체, 폴리(N-비닐카르바졸)(약칭 : PVK)과 같은 고분자 화합물 등을 적절히 사용할 수 있다.
이와 같은 본 실시형태의 발광층을 사용하여, 동일 기판 위에 상이한 색을 발색시키는 발광 소자를 형성하는 경우, 제 1 층(111)과 제 2 층(112)을 구성하는 재료, 및 형성하는 공정을 공통화할 수 있고, 공정을 간략화할 수 있다.
예를 들어, 동일 기판 위에 2색을 발광시키고자 하는 경우, 제 1 색을 발광시키는 발광 소자와, 제 2 색을 발광시키는 발광 소자에 있어서, 각각의 발광 소자에 있어서의 제 1 층(111)과 제 2 층(112)의 재료는, 정공 트랩성의 발광 물질의 HOMO준위와 LUMO준위에 따라 결정된다. 따라서, 제 1 색을 발광시키는 정공 트랩성의 발광 물질과 제 2 색을 발광시키는 정공 트랩성의 발광 물질을 사용하는 경우, 제 1 색을 발광시키는 정공 트랩성의 발광 물질을 포함하는 발광 소자와 제 2 색을 발광시키는 정공 트랩성의 발광 물질을 포함하는 발광 소자에서는, 제 1 층(111)과 제 2 층(112)의 재료는 상이한 재료를 사용할 필요가 있기 때문에, 공정이 복잡화된다.
그러나, 본 실시형태의 발광층과 같이, 발광층이 정공 트랩성의 발광 물질 외에, 발광성 물질을 포함하는 구성을 사용하면, 발광색에 불구하고 제 1 층(111)과 제 2 층(112)의 재료를 공통화하는 것이 가능하게 된다.
본 발명의 일 형태인 발광 소자에 있어서 중요한 점은, 양극으로부터 발광층까지는 장벽이나 트랩에 조우하지 않고 정공을 윤활하게 수송하고, 한편 발광층에 있어서는, 장벽을 사용하지 않고 정공의 이동 속도를 저감하여, 효율이 좋은 재결합에 유도하는 점이다. 따라서, 정공 트랩성의 발광 물질에 의하여, 발광층의 제 3 유기 화합물의 HOMO준위 및 LUMO준위를 결정한다. 그것에 따라 제 1 층(111)과 제 2 층(112)의 재료도 결정된다. 종래는, 동일 기판 위에 2색을 발광시키고자 하는 경우, 제 1 색을 발광시키는 발광 소자와 제 2 색을 발광시키는 발광 소자에서는, 각각 발광층의 제 3 유기 화합물의 HOMO준위 및 LUMO준위가 상이하고, 제 1 층(111)과 제 2 층(112)의 재료를 변경할 필요가 생긴다.
한편, 본 실시형태의 발광층을 사용한 제 1 색을 발광시키는 발광 소자와 제 2 색을 발광시키는 발광 소자에 있어서는, 제 1 층(111), 제 2 층(112), 및 발광층(121)의 제 3 유기 화합물과 제 3 유기 화합물에 대하여 정공 트랩성을 나타내는 발광 물질은 공통의 재료로 할 수 있다. 그리고, 제 1 색을 발광시키는 발광 소자와 제 2 색을 발광시키는 발광 소자에서 발광층(121)에 첨가하는 발광성 물질을 바꿈으로써, 제 1 색을 발광시키는 발광 소자와 제 2 색을 발광시키는 발광 소자에서 상이한 발색이 가능하게 된다.
이 경우, 제 1 색을 발광시키는 발광 소자와 제 2 색을 발광시키는 발광 소자에 본 실시형태의 발광층을 사용하지만, 어느 한쪽에 실시형태 1의 발광층을 사용하여도 좋다. 즉, 제 1 색을 발광시키는 발광 소자와 제 2 색을 발광시키는 발광 소자에 본 실시형태의 발광층을 사용한 발광 소자와 실시형태 1의 발광층을 사용한 발광 소자를 조합하여 사용하여도 좋다.
또한, 도 4a 및 도 4b에 있어서도, 본 실시형태의 발광층을 적용할 수 있다. 이 경우, 제 1 발광층(421), 제 2 발광층(422)의 어느 한쪽에 적용할 수도 있고, 양쪽 모두의 발광층에 적용할 수도 있다.
이 경우도, 상기의 설명과 마찬가지로 동일 기판 위에 상이한 색을 발색시키는 발광 소자를 형성하는 경우에는, 도 1a 및 도 1b와 마찬가지의 효과를 발생시킨다. 또한, 상기의 설명과 마찬가지로 상이한 색의 발광 소자의 발광층은, 본 실시형태의 발광층을 사용한 발광 소자와 실시형태 1의 발광층을 사용한 발광 소자를 조합하여도 좋다. 또한, 동일의 발광층 중에서 복수의 발광 물질을 발광시켜도 좋다.
또한, 동일 기판 위에 2색을 발광시키고자 하는 경우에 대하여 설명하였지만, 이것에 한정되지 않는다. 동일 기판 위에 2색 이상을 발색시키고자 하는 경우에서도 좋고, 동일 기판 위에 2색 이상 발색시켜 백색 등의 단색광을 발색시키는 구성에 사용하여도 좋다.
본 실시형태는, 다른 실시형태 모두, 다른 실시예 모두와 조합할 수 있다.
(실시형태 4)
본 실시형태 4에서는, 본 발명의 일 형태인 발광 소자의 구성에 관해서 설명한다. 또한, 본 실시형태 4에 있어서는, 양극과 음극으로 끼워진 영역에, 실시형태 1이나 실시형태 2에서 설명한 바와 같은 EL층이 복수 형성된 발광 소자(이하, 탠덤형 발광 소자라고 부름)에 대하여, 도 15a 및 도 15b를 사용하여 설명한다.
도 15a는, 양극(501)과 음극(502) 사이에 2개의 EL층, 즉 제 1 EL층(503)과 제 2 EL층(504)이 적층된 탠덤형 발광 소자의 일례이다. 제 1 EL층(503) 및 제 2 EL층(504)은, 실시형태 1이나 실시형태 2에서 개시한 EL층을 적용할 수 있다.
실시형태 1이나 실시형태 2에서 설명한 바와 같이, 각 EL층의 양극 측(실시형태 1 및 실시형태 2에 있어서의 제 1 층)에는, 전자 수용성 화합물이 포함된다. 이 전자 수용성 화합물이 포함된 영역(도 15a 및 도 15b에 있어서의 (511) 및 (512))은 전하 발생층으로서 기능한다. 따라서, 각 EL층을 접속하는 부분에, 적절한 전자 주입층(513)을 형성함으로써, 제 1 EL층(503)과 제 2 EL층(504)은 직렬(直列)로 접속되어, 탠덤형 발광 소자로서 기능한다. 전자 주입층(513)의 종류로서는, 실시형태 1에서 개시한 전자 주입층과 같은 것을 사용하면 좋다.
또한, 도 15b에 도시하는 바와 같이, 전자 주입층(513)과 EL층(도 15b에서는 제 2 EL층(504)) 사이에, 보조층(514)을 더 형성하여도 좋다. 보조층(514)으로서는, 예를 들어, 광학 조정을 행하기 위하여, ITO와 같은 투명 도전막을 형성하여도 좋다. 또한, 산화몰리브덴으로 대표되는 전자 수용성 화합물을 형성하여도 좋다. 또한, 이하에서 설명하는 전자 릴레이층을 보조층(514)으로서 형성하여도 좋다.
전자 릴레이층은, 전하 발생층(도 15b에서는 전자 수용성 화합물이 포함된 영역(512))에 있어서, 전자 수용성 화합물이 뽑아 낸 전자를 신속히 받을 수 있는 층이다. 따라서, 전자 릴레이층은 전자 수송성이 높은 물질을 포함하는 층이고, 또한 그 LUMO준위는, 상기 전자 수용성 화합물의 억셉터 준위와, 제 1 EL층(503)의 LUMO준위 사이의 준위를 차지하는 재료를 사용하여 형성하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 대략 -5.0eV 이상의 LUMO준위를 갖는 재료를 사용하는 것이 바람직하고, 대략 -5.0eV 이상 -3.0eV 이하의 LUMO준위를 갖는 재료를 사용하는 것이 더 바람직하다. 전자 릴레이층에 사용하는 물질로서는, 예를 들어, 페릴렌 유도체나, 함질소 축합 방향족 화합물을 들 수 있다. 또한, 함질소 축합 방향족 화합물은 안정된 화합물이기 때문에, 전자 릴레이층에 사용하는 물질로서 바람직하다. 또한, 함질소 축합 방향족 화합물 중 시아노기나 플루오로기 등의 전자 흡인기(吸引基)를 갖는 화합물을 사용함으로써, 전자 릴레이층(105)에 있어서 전자를 받는 것이 더 용이하게 되기 때문에 바람직하다.
전자 릴레이층에 사용할 수 있는 페릴렌 유도체의 구체적인 예로서는, 3,4,9,10-페릴렌테트라카르본산이무수물(약칭 : PTCDA), 3,4,9,10-페릴렌테트라카르복실릭비스벤조이미다졸(약칭 : PTCBI), N,N'-디옥틸-3,4,9,10-페릴렌테트라카르본산디이미드(약칭 : PTCDI-C8H) 등을 들 수 있다. 또한, 함질소 축합 방향족 화합물의 구체적인 예로서는, 피라지노[2,3-f][1,10]페난트롤린-2,3-디카르보니트릴(약칭 : PPDN), 2,3,6,7,10,11-헥사시아노-1,4,5,8,9,12-헥사아자트리페닐렌(약칭 : HAT(CN)6), 2,3-디페닐피리도[2,3-b]피라진(약칭 : 2PYPR), 2,3-비스(4-플루오로페닐)피리도[2,3-b]피라진(약칭: F2PYPR) 등을 들 수 있다. 그 외에도, 퍼플루오로펜타센, 7,7,8,8-테트라시아노퀴노디메탄(약칭 : TCNQ), 1,4,5,8-나프탈렌테트라카르본산이무수물(약칭 : NTCDA), 구리헥사데카플루오로프탈로시아닌(약칭 : F16CuPc), N,N'-비스(2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8-펜타데카플루오로옥틸-1,4,5,8-나프탈렌테트라카르본산디이미드(약칭 : NTCDI-C8F), 3',4'-디부틸-5,5''-비스(디시아노메틸렌)-5,5"-디하이드로-2,2':5',2''-테르티오펜)(약칭 : DCMT), 메타노플러렌류(예를 들어, [6,6]-페닐C61낙산메틸에스테르(약칭 : PCBM)) 등을 전자 릴레이층에 사용할 수 있다.
또한, 전자 릴레이층은 전자 공여성 화합물을 포함하여도 좋다. 전자 공여성 화합물로서는, 알칼리 금속, 알칼리 토류 금속, 또는 희토류 금속, 또는 알칼리 금속, 알칼리 토류 금속, 또는 희토류 금속의 화합물(산화물, 할로겐화물, 탄산염을 포함함)을 적용할 수 있다. 구체적으로는, 리튬(Li), 세슘(Cs), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 유로퓸(Eu), 이테르븀(Yb) 등의 금속 및 이들의 금속의 화합물을 들 수 있다. 상기 금속 또는 금속 화합물은, 전자 주입성이 높기 때문에, 바람직하다.
본 실시형태에서는, 2개의 EL층을 갖는 발광 소자에 대하여 설명하였지만, 3개 이상의 EL층을 적층한 발광 소자에 대해서도 마찬가지로 적용할 수 있다. 이와 같은 탠덤형 발광 소자는, 전류 밀도를 낮게 유지한 채, 고휘도(高輝度) 영역에서의 발광이 가능하기 때문에, 장수명 소자를 실현할 수 있다. 또한, 조명을 응용예로 한 경우는, 전극 재료의 저항에 의한 전압강하를 작게 할 수 있기 때문에, 대면적으로 균일하게 발광할 수 있다. 또한, 소비 전력이 낮은 발광 장치를 실현할 수 있다. 따라서, 실시형태 1이나 실시형태 2에서 설명한 EL층의 구성을 사용하여 탠덤형 발광 소자를 제작함으로써, 수명이나 소비 전력에 있어서 상승적인 효과를 얻을 수 있다.
또한, 각각의 EL층의 발광색을 상이한 것으로 함으로써, 발광 소자 전체로서, 원하는 색의 발광을 얻을 수 있다. 예를 들어, 2개의 EL층을 갖는 발광 소자에 있어서, 제 1 EL층의 발광색과 제 2 EL층의 발광색이 보색(補色)의 관계가 되도록 함으로써, 발광 소자 전체로서 백색 발광하는 발광 소자를 얻을 수도 있다. 또한, 보색이란, 혼합하면 무채색이 되는 색끼리의 관계를 가리킨다. 즉, 보색의 관계에 있는 색을 발광하는 물질로부터 얻어진 광을 혼합하면, 백색 발광을 얻을 수 있다. 또한, 3개의 발광 유닛을 갖는 발광 소자의 경우에서도 마찬가지이며, 예를 들어, 제 1 EL층의 발광색이 적색이고, 제 2 EL층의 발광색이 녹색이고, 제 3 EL층의 발광색이 청색인 경우, 발광 소자 전체로서는, 백색 발광을 얻을 수 있다.
본 실시형태는, 다른 실시형태 모두, 다른 실시예 모두와 조합할 수 있다.
(실시형태 5)
본 실시형태에서는, 상기 실시형태에서 설명한 발광 소자를 사용하여 제작되는 발광 장치의 일례인 패시브 매트릭스형의 발광 장치, 및 액티브 매트릭스형의 발광 장치에 대하여 설명한다.
도 26a 내지 도 27에 패시브 매트릭스형의 발광 장치의 예를 도시한다.
패시브 매트릭스형(단순 매트릭스형이라고도 함)의 발광 장치는, 스트라이프 형상(띠 형상)으로 병렬된 복수의 양극과, 스트라이프 형상으로 병렬된 복수의 음극이 서로 직교(直交)하도록 형성되고, 그 교차부에 발광층이 끼워진 구조가 된다. 따라서, 선택된(전압이 인가된) 양극과 선택된 음극의 교점에 상당하는 화소가 점등한다.
도 26a 내지 도 26c는, 밀봉하기 전에 있어서의 화소부의 상면도를 도시하는 도면이고, 도 26a 내지 도 26c 중의 쇄선 A-A’에서 절단한 단면도가 도 26d이다.
기판(601) 위에는, 하지 절연층으로서 절연층(602)이 형성된다. 또한, 절연층(602)이 필요하지 않으면 특히 형성하지 않아도 좋다. 절연층(602) 위에는, 스트라이프 형상의 복수의 제 1 전극(603)이 같은 간격으로 배치된다(도 26a 참조). 또한, 본 실시형태에서 나타내는 제 1 전극(603)은, 본 명세서 중의 양극 또는 음극에 상당한다.
또한, 제 1 전극(603) 위에는, 각 화소에 대응하는 개구부(605)를 갖는 격벽(604)이 형성된다. 격벽(604)은 절연 재료로 형성된다. 예를 들어, 폴리이미드, 아크릴, 폴리아미드, 폴리이미드아미드, 레지스트, 또는 벤조사이클로부텐 등의 감광성 또는 비감광성의 유기 재료나, 알킬기를 포함하는 SiOx막 등의 SOG막을 절연 재료로서 사용할 수 있다. 또한, 각 화소에 대응하는 개구부(605)는, 발광 영역이 된다(도 26b 참조).
개구부를 갖는 격벽(604) 위에는, 제 1 전극(603)과 교차되는 복수의 격벽(606)이 형성된다(도 26c 참조). 복수의 격벽(606)은, 각각 서로 평행하게 형성되고, 역(逆)테이퍼 형상으로 형성된다.
제 1 전극(603) 및 격벽(604) 위에는, EL층(607) 및 제 2 전극(608)이 순차적으로 적층된다(도 26d 참조). 또한, 제 2 전극(608)은, 본 명세서 중의 양극 또는 음극에 상당한다. 격벽(604) 및 격벽(606)을 합한 높이는, EL층(607) 및 제 2 전극(608)의 막 두께보다 크게 되도록 설정되기 때문에, 도 26d에 도시하는 바와 같이 복수의 영역으로 분리된 EL층(607), 및 제 2 전극(608)이 형성된다. 또한, 복수로 분리된 영역은, 각각 전기적으로 독립된다.
제 2 전극(608)은, 제 1 전극(603)과 교차되는 방향으로 신장하는 스트라이프 형상의 전극이다. 또한, 역테이퍼 형상의 격벽(606) 위에도, EL층(607) 및 제 2 전극(608)을 형성하는 도전층의 일부가 형성되지만, EL층(607), 및 제 2 전극(608)은 분단된다.
또한, 필요하면, 기판(601)에 밀봉캔(can)이나 유리 기판 등의 밀봉재를 씰재 등의 접착재로 접착하여 밀봉하고, 발광 소자가 밀폐된 공간에 배치되도록 하여도 좋다. 이로써, 발광 소자의 열화를 방지할 수 있다. 또한, 밀폐된 공간에는, 충전재나, 건조된 불활성 가스를 충전하여도 좋다. 또한, 수분 등에 의한 발광 소자의 열화를 방지하기 위하여 기판과 밀봉재 사이에 건조제 등을 밀봉하는 것이 바람직하다. 건조제에 의하여 미량의 수분이 제거되고, 충분히 건조된다. 건조제로서는, 산화칼슘이나 산화바륨 등의 알칼리 토류 금속의 산화물, 제올라이트, 또는 실리카 겔 등을 사용할 수 있다. 알칼리 토류 금속의 산화물은, 화학 흡착에 의하여 수분을 흡수하는 성질을 갖는다. 또한, 제올라이트나 실리카 겔은, 물리 흡착에 의하여 수분을 흡착하는 성질을 갖는다.
다음에, 도 26a 내지 도 26d에 도시한 패시브 매트릭스형의 발광 장치에 FPC(플렉시블 프린트 서킷) 등을 실장한 경우의 상면도를 도 27에 도시한다.
도 27에 있어서, 화상 표시를 구성하는 화소부는, 주사선군과 데이터선군이 서로 직교하도록 교차한다.
여기서, 도 26a 내지 도 26d에 있어서의 제 1 전극(603)이, 도 27의 주사선(703)에 상당하고, 도 26a 내지 도 26d에 있어서의 제 2 전극(608)이, 도 27의 데이터선(708)에 상당하고, 역테이퍼 형상의 격벽(606)이 격벽(706)에 상당한다. 데이터선(708)과 주사선(703) 사이에는, 도 26a 내지 도 26d의 EL층(607)이 끼워지고, 영역(705)으로 도시되는 교차부가 화소 1개분이 된다.
주사선(703)은 배선의 단부에서 접속 배선(709)과 전기적으로 접속되고, 접속 배선(709)이 입력 단자(710)를 개재하여 FPC(711b)에 접속된다. 또한, 데이터선(708)은 입력 단자(712)를 개재하여 FPC(711a)에 접속된다.
또한, 필요에 따라, 광의 사출면에 편광판, 원 형상 편광판(타원 형상 편광판을 포함함), 위상차판(λ/4판, λ/2판), 컬러 필터 등의 광학 필름을 적절히 형성하여도 좋다. 또한, 편광판 또는 원 형상 편광판에 더하여 반사 방지막을 형성하여도 좋다. 반사 방지막을 형성함으로써, 표면의 요철(凹凸)에 의하여 반사광이 확산되고, 글레어(glare)를 저감할 수 있는 안티글레어 처리를 실시할 수 있다.
또한, 도 27에서는, 구동 회로를 기판 위에 형성하지 않는 예를 도시하지만, 기판 위에 구동 회로를 갖는 IC칩을 실장시켜도 좋다.
또한, IC칩을 실장시키는 경우에는, 화소부의 주변(외측)의 영역에, 화소부에 각 신호를 전송하는 구동 회로가 형성된 데이터선 측 IC, 주사선 측 IC를 각각 실장한다. 실장 방식은, COG 방식, TCP, 와이어 본딩(wire bonding) 방식 등을 사용할 수 있다. TCP는 TAB테이프에 IC를 실장한 것이며, TAB테이프를 소자 형성 기판 위의 배선에 접속하여 IC를 실장한다. 데이터선 측 IC 및 주사선 측 IC는, 실리콘 기판이나 SOI(Silicon On Insulator) 기판에 형성된 것이라도 좋고, 유리 기판, 석영 기판, 또한 플라스틱 기판 위에 형성된 것이라도 좋다.
다음에, 액티브 매트릭스형의 발광 장치의 예에 대하여, 도 28a 및 도 28b를 사용하여 설명한다. 또한, 도 28a는 발광 장치를 도시하는 상면도이며, 도 28b는 도 28a를 쇄선 A-A’에서 절단한 단면도이다. 본 실시형태에 따른 액티브 매트릭스형의 발광 장치는, 소자 기판(801) 위에 형성된 화소부(802)와, 구동 회로부(소스 측 구동 회로 ; 803)와, 구동 회로부(게이트 측 구동 회로 ; 804)를 갖는다. 화소부(802), 구동 회로부(803), 및 구동 회로부(804)는, 씰재(805)에 의하여, 소자 기판(801)과 밀봉 기판(806) 사이에 밀봉된다.
소자 기판(801) 위에는, 구동 회로부(803) 및 구동 회로부(804)에 외부로부터의 신호(비디오 신호, 클록 신호, 스타트 신호, 또는 리셋 신호 등)나 전위를 전달하는 외부 입력 단자를 접속하기 위한 리드 배선(807)이 형성된다. 여기서는, 외부 입력 단자로서 FPC(808)를 형성하는 예를 도시한다. 또한, 여기서는 FPC만을 도시하지만, 이 FPC에는 프린트 배선 기판(PWB)이 장착되어도 좋다. 본 명세서에 있어서의 발광 장치는, 발광 장치 본체뿐만 아니라, 발광 장치 본체에 FPC 또는 PWB가 장착된 상태인 것도 범주에 포함하는 것으로 한다.
다음에, 액티브 매트릭스형의 발광 장치의 단면 구조에 대하여 도 28b를 사용하여 설명한다. 또한, 소자 기판(801) 위에는 구동 회로부(803) 및 구동 회로부(804) 및 화소부(802)가 형성되지만, 도 28b에 있어서는, 소스 측 구동 회로인 구동 회로부(803)와 화소부(802)를 도시한다.
구동 회로부(803)는, n채널형 TFT(809)와 p채널형 TFT(810)를 조합한 CMOS회로를 갖는 예를 나타낸다. 또한, 구동 회로부를 형성하는 회로는, 다양한 CMOS회로, PMOS회로, NMOS회로로 형성할 수 있다. 또한, 본 실시형태에서는, 화소부가 형성된 기판 위에 구동 회로가 형성된 드라이버 일체형을 나타내지만, 본 발명은 이 구성에 한정되지 않고, 화소부가 형성된 기판과 다른 기판에 구동 회로를 형성할 수도 있다.
화소부(802)는, 스위칭용 TFT(811)와, 전류 제어용 TFT(812)와, 전류 제어용 TFT(812)의 배선(소스 전극 또는 드레인 전극)에 전기적으로 접속된 양극(813)을 포함하는 복수의 화소에 의하여 형성된다. 또한, 양극(813)의 단부를 덮어 절연물(814)이 형성된다. 여기서는, 포지티브형의 감광성 아크릴 수지를 사용함으로써 형성한다. 또한, 스위칭용 TFT(811)나 전류 제어용 TFT(812)와 같은 TFT의 구조는 특히 한정되지 않는다. 예를 들어, 스태거형의 TFT라도 좋고, 역스태거형의 TFT라도 좋다. 또한, 톱 게이트형의 TFT라도 좋고, 보텀 게이트형의 TFT라도 좋다. 또한, TFT에 사용하는 반도체의 재료에 대해서도 특히 한정되지 않고, 실리콘을 사용하여도 좋고, 인듐, 갈륨, 및 아연을 포함하는 산화물 등의 산화물 반도체를 사용하여도 좋다. 또한, TFT에 사용하는 반도체의 결정성에 대해서도 특히 한정되지 않고, 비정질 반도체를 사용하여도 좋고, 결정성 반도체를 사용하여도 좋다.
발광 소자(817)는, 양극(813), EL층(815), 및 음극(816)으로 구성된다. 발광 소자의 구조, 재료 등에 대해서는 상기 실시형태에서 설명하였으므로, 여기서는 상세한 설명을 생략한다. 또한, 도 28에 있어서의 양극(813), EL층(815), 및 음극(816)은 각각 도 1a, 도 1b, 및 도 3에 있어서의 양극(101), EL층(103), 음극(102)에 상당한다. 또한, 여기서는 도시하지 않지만, 음극(816)은 외부 입력 단자인 FPC(808)에 전기적으로 접속되어 있다.
절연물(814)은, 양극(813)의 단부에 형성된다. 그리고, 절연물(814)의 상층에 형성되는 음극(816)의 피복성을 적어도 양호한 것으로 하기 위하여, 절연물(814)의 상단부 또는 하단부에 곡률을 갖는 곡면이 형성되도록 하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 절연물(814)의 상단부 또는 하단부에 곡률 반경(0.2μm 내지 3μm)을 갖는 곡면을 갖게 하는 것이 바람직하다. 또한, 절연물(814)의 재료로서는, 광에 의하여 에천트에 불용해성이 되는 네거티브형의 감광성 수지, 또는 광에 의하여 에천트에 용해성이 되는 포지티브형의 감광성 수지 등의 유기 화합물이나, 산화실리콘, 산질화실리콘 등의 무기 화합물을 사용할 수 있다.
또한, 도 28b에 도시하는 단면도에서는 발광 소자(817)를 1개만 도시하지만, 화소부(802)에 있어서는, 복수의 발광 소자가 매트릭스 형상으로 배치된다. 예를 들어, 화소부(802)에 3종류(R,G,B)의 발광을 얻을 수 있는 발광 소자를 각각 선택적으로 형성하고, 풀 컬러 표시 가능한 발광 장치를 형성할 수 있다. 또한, 컬러 필터와 조합함으로써 풀 컬러 표시 가능한 발광 장치로 하여도 좋다.
또한, 발광 소자(817)는, 소자 기판(801), 밀봉 기판(806), 및 씰재(805)로 둘러싸인 공간(818)에 형성되어 있다. 공간(818)은, 희 가스 및 질소 가스가 충전되어도 좋고, 씰재(805)가 충전되어도 좋다.
씰재(805)는, 가능한 한 수분이나 산소를 투과하지 않는 재료인 것이 바람직하고, 예를 들어 에폭시계 수지를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 밀봉 기판(806)으로서는, 유리 기판, 석영 기판, 또한 FRP(Fiberglass-Reinforced Plastics), PVF(폴리비닐플로라이드), 폴리에스테르, 또는 아크릴로 이루어지는 플라스틱 기판 등을 사용할 수 있다.
상술한 바와 같이, 액티브 매트릭스형의 발광 장치를 얻을 수 있다.
본 실시형태는, 다른 실시형태 모두, 다른 실시예 모두와 조합할 수 있다.
(실시형태 6)
본 실시형태에서는, 상기 실시형태에서 설명한 발광 장치를 사용하여 제작되는 전자 기기, 조명 장치의 구체적인 예에 대하여, 도 29a 내지 도 30을 사용하여 설명한다.
본 발명에 적용할 수 있는 전자 기기의 일례로서, 텔레비전 장치(텔레비전, 또는 텔레비전 수신기라고도 함), 컴퓨터용 등의 모니터, 디지털 카메라, 디지털 비디오 카메라 등의 카메라, 디지털 포토 프레임, 휴대 전화기, 휴대형 게임기, 휴대 정보 단말, 음향 재생 장치, 게임기(파친코(pachinko)기, 슬롯 머신 등)를 들 수 있다. 이들의 전자 기기 및 조명 장치의 구체적인 예를 도 29a 내지 도 30에 도시한다.
도 29a는, 텔레비전 장치(9100)의 일례를 도시한다. 텔레비전 장치(9100)는, 케이스(9101)에 표시부(9103)가 내장된다. 본 발명의 일 형태를 사용하여 제작되는 발광 장치는 표시부(9103)에 사용할 수 있고, 표시부(9103)에 의하여 영상을 표시할 수 있다. 또한, 여기서는 스탠드(9105)에 의하여 케이스(9101)를 지지하는 구성을 도시한다.
텔레비전 장치(9100)의 조작은, 케이스(9101)가 구비하는 조작 스위치나, 별체의 리모트 컨트롤러(9110)에 의하여 행할 수 있다. 리모트 컨트롤러(9110)가 구비한 조작 키(9109)에 의하여, 채널이나 음량을 조작할 수 있고, 표시부(9103)에 표시되는 영상을 조작할 수 있다. 또한, 리모트 컨트롤러(9110)에 상기 리모트 컨트롤러(9110)로부터 출력하는 정보를 표시하는 표시부(9107)를 형성하는 구성으로 하여도 좋다.
도 29a에 도시하는 텔레비전 장치(9100)는, 수신기나 모뎀 등을 구비한다. 텔레비전 장치(9100)는, 수신기에 의하여 일반의 텔레비전 방송을 수신할 수 있고, 또한 모뎀을 통하여 유선 또는 무선에 의한 통신 네트워크에 접속함으로써, 일 방향(송신자로부터 수신자) 또는 쌍방향(송신자와 수신자간, 또는 수신자끼리 등)의 정보 통신을 행할 수도 있다.
본 발명의 일 형태를 사용하여 제작되는 발광 장치는, 발광 효율이 높고 장수명이기 때문에, 상기 발광 장치를 텔레비전 장치(9100)의 표시부(9103)에 사용함으로써, 종래와 비교하여 화질이 향상된 화상을 표시할 수 있다.
도 29b는 컴퓨터이며, 본체(9201), 케이스(9202), 표시부(9203), 키보드(9204), 외부 접속 포트(9205), 포인팅 디바이스(9206) 등을 포함한다. 컴퓨터는, 본 발명의 일 형태를 사용하여 제작되는 발광 장치를 그 표시부(9203)에 사용함으로써 제작된다.
또한, 본 발명의 일 형태를 사용하여 제작되는 발광 장치는, 발광 효율이 높고 장수명이기 때문에, 상기 발광 장치를 컴퓨터의 표시부(9203)에 사용함으로써, 종래와 비교하여 화질이 향상된 화상을 표시할 수 있게 된다.
도 29c는 휴대형 게임기이며, 케이스(9301)와 케이스(9302)의 2개의 케이스로 구성되고, 연결부(9303)에 의하여 개폐 가능하도록 연결된다. 케이스(9301)에는 표시부(9304)가 내장되고, 케이스(9302)에는 표시부(9305)가 내장된다. 또한, 도 29c에 도시하는 휴대형 게임기는 조작 키(9309), 접속 단자(9310), 센서(9311; 힘, 변위, 위치, 속도, 가속도, 각속도, 회전수, 거리, 광, 액, 자기, 온도, 화학 물질, 음성, 시간, 경도, 전기장, 전류, 전압, 전력, 방사선, 유량, 습도, 경도, 진동, 냄새 또는 적외선을 측정하는 기능을 포함한 것), 마이크로폰(9312) 등의 입력 수단을 구비한다. 또한, 스피커부(9306), 기록 매체 삽입부(9307), LED 램프(9308) 등을 구비하여도 좋다. 물론, 휴대형 게임기의 구성은 상술한 것에 한정되지 않고, 표시부(9304) 및 표시부(9305)의 양쪽 모두 또는 한 쪽에 상기 실시형태를 적용하여 형성되는 발광 장치가 적어도 사용되면 좋다.
도 29c에 도시하는 휴대형 게임기는, 기록 매체에 기록되어 있는 프로그램 또는 데이터를 판독하여 표시부에 표시하는 기능이나, 다른 휴대형 게임기와 무선 통신을 행하여 정보를 공유하는 기능을 갖는다. 또한, 도 29c에 도시하는 휴대형 게임기가 갖는 기능은 이것에 한정되지 않고, 다양한 기능을 가질 수 있다
또한, 본 실시형태를 사용하여 형성되는 발광 장치는 발광 효율이 높고 장수명이기 때문에, 상기 발광 장치를 상기 휴대형 게임기의 표시부(9304, 9305)에 사용함으로써, 종래와 비교하여 화질이 향상된 화상을 표시할 수 있다.
도 29d는, 휴대 전화기의 일례를 도시한다. 휴대 전화기(9400)는 케이스(9401)에 내장된 표시부(9402) 외에, 조작 버튼(9403), 외부 접속 포트(9404), 스피커(9405), 마이크로폰(9406), 안테나(9407) 등을 구비한다. 휴대 전화기(9400)는, 본 발명의 일 형태를 사용하여 제작되는 발광 장치를 표시부(9402)에 사용함으로써 제작된다.
도 29d에 도시한 휴대 전화기(9400)는 표시부(9402)를 손가락 등으로 접촉함으로써 정보를 입력하거나, 전화를 걸거나, 또는 메일을 작성하는 등의 조작을 행할 수 있다.
표시부(9402)의 화면에는, 주로 3개의 모드가 있다. 제 1 모드는 화상의 표시를 주로 하는 표시 모드이며, 제 2 모드는 문자 등의 정보의 입력을 주로 하는 입력 모드이다. 제 3 모드는 표시 모드와 입력 모드의 2개의 모드가 혼합한 표시+입력 모드이다.
예를 들어, 전화를 걸거나, 또는 메일을 작성하는 경우는, 표시부(9402)를 문자의 입력을 주로 하는 입력 모드로 하여, 화면에 표시시킨 문자의 입력 조작을 행하면 좋다. 이 경우, 표시부(9402)의 화면의 대부분에 키보드 또는 번호 버튼을 표시시키는 것이 바람직하다.
또한, 휴대 전화기(9400) 내부에 자이로스코프(gyroscope), 가속도 센서 등의 기울기를 검출하는 센서를 갖는 검출 장치를 형성함으로써, 휴대 전화기(9400)의 방향(세로 방향인지 가로 방향인지)을 판단하여 표시부(9402)의 화면 표시를 자동적으로 전환하도록 할 수 있다.
또한, 화면 모드의 전환은, 표시부(9402)를 접촉하는 조작, 또는 케이스(9401)의 조작 버튼(9403)의 조작에 의하여 행해진다. 또한, 표시부(9402)에 표시되는 화상의 종류에 따라 전환하도록 할 수도 있다. 예를 들어, 표시부에 표시하는 화상 신호가 동영상 데이터이면 표시 모드, 텍스트 데이터이면 입력 모드로 전환한다.
또한, 입력 모드에 있어서, 표시부(9402)의 광 센서로 검출되는 신호를 검지하고, 표시부(9402)의 터치 조작에 의한 입력이 일정 기간 없는 경우에는, 화면의 모드를 입력 모드로부터 표시 모드로 전환하도록 제어하여도 좋다.
또한, 표시부(9402)는 이미지 센서로서 기능시킬 수도 있다. 예를 들어, 표시부(9402)에 손바닥이나 손가락을 접촉시켜, 장문(掌紋)이나 지문 등을 촬상함으로써, 본인 인증(本人認證)을 행할 수 있다. 또한, 표시부(9402)에 근적외광(近赤外光)을 발광하는 백 라이트 또는 근적외광을 발광하는 센싱용 광원을 사용하면, 손가락 정맥, 손바닥 정맥 등을 촬상할 수도 있다.
본 발명의 일 형태를 사용하여 제작되는 발광 장치는, 발광 효율이 높고 장수명이기 때문에, 상기 발광 장치를 휴대 전화기의 표시부(9402)에 사용함으로써, 종래와 비교하여 화질이 향상된 화상을 표시할 수 있게 된다.
도 29e는, 탁상형 조명 장치이며, 조명부(9501), 갓(9502), 가변 암(9503), 지주(9504), 대(9505), 전원(9506)을 포함한다. 탁상형 조명 장치는, 본 발명의 일 형태를 사용하여 제작되는 발광 장치를 조명부(9501)에 사용함으로써 제작된다. 또한, 조명 장치의 형식은, 탁상형에 한정되지 않고, 천정 고정형이나, 벽걸이형, 휴대형도 포함된다.
도 30은, 본 발명의 일 형태를 사용하여 제작되는 발광 장치를, 실내의 조명 장치(1001)로서 사용한 예이다. 본 발명의 일 형태를 사용하여 제작되는 발광 장치는 대면적화할 수도 있기 때문에, 대면적의 조명 장치로서 사용할 수 있다. 또한, 상기 실시형태에서 나타낸 발광 장치는 박형화할 수 있기 때문에, 롤(roll)형의 조명 장치(1002)로서 사용할 수도 있다. 또한, 도 30에 도시하는 바와 같이, 실내의 조명 장치(1001)를 구비한 방에서, 도 29e에서 설명한 탁상형 조명 장치(1003)를 병용하여도 좋다.
또한, 본 발명의 일 형태의 발광 장치는, 조명 장치로서 사용할 수도 있다. 도 31은, 본 발명의 일 형태의 발광 장치를 백 라이트로서 사용한 액정 표시 장치의 일례이다. 도 31에 도시한 액정 표시 장치는, 케이스(1101), 액정층(1102), 백 라이트(1103), 케이스(1104)를 갖고, 액정층(1102)은, 드라이버 IC(1105)와 전기적으로 접속된다. 또한, 백 라이트(1103)에는, 본 발명의 일 형태의 발광 장치가 사용되고, 단자(1106)에 의하여 전류가 공급된다.
이와 같이, 본 발명의 일 형태의 발광 장치를 액정 표시 장치의 백 라이트로서 사용함으로써, 저소비 전력의 백 라이트가 얻어진다. 또한, 본 발명의 일 형태의 발광 장치는, 면 발광의 조명 장치이며 대면적화할 수도 있기 때문에, 백 라이트의 대면적화도 할 수 있다. 따라서, 저소비 전력이고, 대면적화된 액정 표시 장치를 얻을 수 있다.
본 실시형태는, 다른 실시형태 모두, 다른 실시예 모두와 조합할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 형태를 사용하여 제작되는 발광 장치를 사용하여 전자 기기나 조명 장치를 제공할 수 있다. 본 발명의 일 형태를 사용하여 제작되는 발광 장치의 적용 범위는 매우 넓고, 다양한 분야의 전자 기기에 적용할 수 있다.
(실시예 1)
본 실시예 1에서는, 본 발명의 일 형태인 발광 소자에 있어서의 제 1 유기 화합물, 제 2 유기 화합물, 제 3 유기 화합물, 또는 제 4 유기 화합물로서 바람직한 화합물에 관해서, HOMO준위를 측정한 예를 도시한다. 또한, HOMO준위는, 사이클릭 볼타메트리(CV) 측정에 의하여 조사되었다. 측정에는, 전기화학 애널라이저(BAS(주)제, 모델 번호: ALS 모델 600A 또는 600C)를 사용하였다.
또한, 측정한 25종류의 화합물을 이하에 나타낸다. 화합물 1 및 화합물 2는, 3고리계 축합 방향 고리인 안트라센을 골격에 포함하는 화합물이다. 또한 화합물 3 및 화합물 4는, π과잉계 헤테로 방향 고리인 카르바졸을 골격에 포함하는 화합물이다. 또한 화합물 5 내지 화합물 12는, 안트라센과 카르바졸의 양쪽 모두를 골격에 포함하는 화합물이다. 또한 화합물 13 내지 화합물 15는, 안트라센과, π과잉계 헤테로 방향 고리인 디벤조푸란의 양쪽 모두를 골격에 포함하는 화합물이다. 또한 화합물 16은, 안트라센과, π과잉계 헤테로 방향 고리인 디벤조티오펜의 양쪽 모두를 골격에 포함하는 화합물이다. 화합물 17은, 4고리계 축합 방향 고리인 피렌이다. 또한, 화합물 18 내지 화합물 24는, 카르바졸을 골격에 포함하는 화합물이다
Figure 112021084130777-pat00001
Figure 112021084130777-pat00002
Figure 112021084130777-pat00003
Figure 112021084130777-pat00004
우선, 이하에 구체적인 측정 방법에 대하여 나타낸다. CV 측정에 있어서의 용액은, 용매로서 탈수 디메틸포름아미드(DMF)((주)알드리치 제, 99.8%, 카탈로그 번호 : 22705-6)를 사용하여, 지지 전해질인 과염소산테트라-n-부틸암모늄(n-Bu4NClO4)((주)도쿄 화성 제, 카탈로그 번호 : T0836)을 100mmol/L의 농도가 되도록 용해시키고, 더 측정 대상을 2mmol/L의 농도가 되도록 용해시켜 조제하였다. 다만, 용해성이 낮고, 2mmol/L의 농도로 용해할 수 없는 것에 관해서는, 용해되지 않아서 전류한 것을 여별(濾別)한 후, 여과액을 사용하여 측정하였다. 또한, 작용 전극으로서는, 백금 전극(BAS(주) 제, PTE 백금 전극)을, 보조 전극으로서는 백금 전극(BAS(주) 제, VC-3용 Pt 카운터 전극(5cm))을, 참조 전극으로서는 Ag/Ag＋ 전극(BAS(주) 제, RE7 비수용매계 참조 전극)을 각각 사용하였다. 또는, 측정은 실온(20℃ 내지 25℃)에서 행하였다. 또한, CV 측정시에 스캔 속도는, 0.1V/sec로 통일하였다.
(참조 전극의 진공 준위에 대한 포텐셜 에너지의 산출)
우선, 본 실시예에서 사용하는 참조 전극(Ag/Ag+ 전극)의 진공 준위에 대한 포텐셜 에너지(eV)를 산출하였다. 즉, Ag/Ag+ 전극의 페르미 준위를 산출하였다. 메탄올 중에 있어서의 페로센의 산화 환원 전위는, 표준 수소 전극에 대하여 +0.610V[vs. SHE]인 것이 알려져 있다(참고 문헌 : Christian R. Goldsmith et al., J. Am. Chem. Soc., Vol.124, No.1, 83페이지-96페이지, 2002). 한편, 본 실시예에서 사용하는 참조 전극을 사용하여 메탄올 중에 있어서의 페로센의 산화 환원 전위를 구한 결과, +0.11V[vs.Ag/Ag+]이었다. 따라서, 본 실시예에서 사용하는 참조 전극의 포텐셜 에너지는, 표준 수소 전극에 대하여 0.50eV 낮게 된다는 것을 알았다.
여기서, 표준 수소 전극의 진공 준위로부터의 포텐셜 에너지는 -4.44eV인 것이 알려져 있다(참고 문헌 : 오니시 토시히로, 코야마 타마미, 고분자 EL 재료(공립 출판), p.64 내지 p.67). 따라서, 본 실시예에서 사용하는 참조 전극의 진공 준위에 대한 포텐셜 에너지는 -4.44-0.50=4.94[eV]라고 산출할 수 있었다.
(화합물 1(DPAnth)의 측정예)
화합물 1(DPAnth)을 예로 하여, HOMO준위의 산출 방법을 나타낸다. 우선, 측정 대상의 용액에 대하여 -0.20V로부터 1.30V까지 전위를 주사한 후, 1.30V로부터 -0.20V까지 전위를 주사하였다. 결과적으로, 산화 피크 전위 Epa가 0.97V에 관측되고, 환원 피크 전위 Epc가 0.83V에 관측되었다. 따라서, 반파 전위(Epc와 Epa의 중간의 전위)는 0.90V로 산출할 수 있다. 이것은, DPAnth는 0.90V[vs. Ag/Ag+]의 전기 에너지에 의하여 산화되는 것을 나타내고, 이 에너지는 HOMO준위에 상당한다. 여기서, 상술한 바와 같이, 본 실시예에서 사용하는 참조 전극의 진공 준위에 대한 포텐셜 에너지는, -4.94[eV]이기 때문에, DPAnth의 HOMO준위는 -4.94-(0.90)=-5.84[eV]인 것을 알았다.
(측정 결과)
다른 화합물 2 내지 화합물 24에 관해서도 같은 측정을 행하여, HOMO준위를 측정하였다. 측정 결과를 도 16에 도시한다. 도 16에 도시하는 바와 같이, π과잉계 헤테로 방향 고리를 갖는 화합물, 및 3고리계 축합 방향족 탄화수소 고리, 또는 4고리계 축합 방향족 탄화수소 고리를 갖는 화합물의 HOMO준위의 차이는, 0.2eV 이내에 대략 들어가는 것을 알았다. 또한, 어느 화합물의 HOMO준위도, -5.7eV 내지 -6.0eV의 범위(소수점 제 2위를 사사오입함)에 있는 것을 알았다. 이 결과를 보면, 이들의 골격군에서 선택되는 골격을 정공 수송 골격으로서 갖는 화합물간에 있어서는, 정공 주입 장벽이 거의 없다는 것이 시사된다.
따라서, 본 발명에 있어서의 제 1 유기 화합물, 제 2 유기 화합물, 제 3 유기 화합물, 및 제 4 유기 화합물의 정공 수송 골격이, π과잉계 헤테로 방향 고리를 갖는 화합물(특히 카르바졸, 디벤조푸란, 또는 디벤조티오펜), 및 3고리계 축합 방향족 탄화수소 고리 내지 4고리계 축합 방향족 탄화수소 고리(특히 안트라센) 중 적어도 어느 것을 포함함으로써, 본 발명의 특히 바람직한 일 형태가 실현된다.
(실시예 2)
본 실시예 2에서는, 본 발명의 일 형태인 발광 소자의 제작예 및 그 특성에 관해서, 비교예와 함께 설명한다. 본 실시예 2에서 사용한 재료의 구조식을 이하에 나타낸다.
Figure 112021084130777-pat00005
우선 이하에, 본 발명의 일 형태인 발광 소자(발광 소자 1)의 제작 방법을 나타낸다. 소자 구조를 도 5에 도시한다.
(발광 소자 1)
우선, 양극(401)으로서 110nm의 막 두께로 산화실리콘을 포함하는 인듐주석산화물(약칭 : ITSO)이 성막된 유리 기판을 준비하였다. ITSO 표면은, 2mm 각의 크기로 표면이 노출되도록 주변을 폴리이미드막으로 덮고, 전극 면적은 2mm×2mm로 하였다. 이 기판 위에 발광 소자를 형성하기 위한 전처리로서, 기판 표면을 물로 세정하고, 200℃에서 1시간 소성(燒成)한 후, UV 오존 처리를 370초 행하였다. 그 후, 10-5Pa 정도까지 내부가 감압된 진공 증착 장치에 기판을 도입하여, 진공 증착 장치 내의 가열실에서, 170℃에서 30분간의 진공 소성을 행하였다. 그 후, 기판을 30분 정도 방랭(放冷)하였다.
다음에, 양극(401)이 형성된 면이 하방이 되도록, 양극(401)이 형성된 유리 기판을 진공 증착 장치 내의 성막실에 설치된 기판 홀더에 고정하였다.
그리고, 우선 양극(401) 위에, 9-페닐-3-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카르바졸(약칭 : PCzPA)과 산화몰리브덴(VI)을 공증착(共蒸着)함으로써, 전자 수용성 화합물인 산화몰리브덴이 제 1 유기 화합물인 PCzPA에 첨가된 제 1 층(411)을 형성하였다. 증착은 저항 가열을 사용하였다. 또한, 제 1 층(411)의 막 두께는 50nm로 하고, PCzPA와 산화몰리브덴(VI)의 비율은 중량비로 1 : 0.5(=PCzPA : 산화몰리브덴(VI))가 되도록 증착 레이트를 조절하였다. 또한, 공증착법이란, 하나의 처리실 내에서 복수의 증발원으로부터 동시에 증착을 행하는 증착법이다.
이어서, 저항 가열을 사용한 증착법에 의하여, PCzPA만을 30nm 성막함으로써, 제 2 유기 화합물인 PCzPA로 이루어지는 제 2 층(412)을 형성하였다.
다음에, PCzPA와 N,N'-비스[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]-N,N'-디페닐피렌-1,6-디아민(약칭 : 1,6FLPAPrn)을 공증착함으로써, 제 3 유기 화합물인 PCzPA와, PCzPA에 대하여 정공 트랩성을 나타내는 제 1 발광 물질 1,6FLPAPrn를 포함하는 제 1 발광층(421)을 형성하였다. 제 1 발광층(421)의 막 두께는 20nm로 하고, PCzPA와 1,6FLPAPrn의 비율은 중량비로 1 : 0.05(=PCzPA : 1,6FLPAPrn)가 되도록 증착 레이트를 조절하였다.
또한, 9-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카르바졸(약칭 : CzPA)과 1,6FLPAPrn를 공증착함으로써, 제 4 유기 화합물인 CzPA와, CzPA에 대하여 정공 트랩성을 나타내는 제 2 발광 물질인 1,6FLPAPrn를 포함하는 제 2 발광층(422)을 형성하였다. 제 2 발광층(422)의 막 두께는 25nm로 하고, CzPA와 1,6FLPAPrn의 비율은 중량비로 1 : 0.05(=CzPA : 1,6FLPAPrn)가 되도록 증착 레이트를 조절하였다.
또한, 제 1 유기 화합물 내지 제 3 유기 화합물인 PCzPA의 정공 수송 골격, 및 제 4 유기 화합물인 CzPA의 정공 수송 골격은, 실시형태에서 설명한 바와 같이 모두 안트라센이다. 또한, 어느 화합물도 전자 수송 골격은 안트라센이지만, 화합물은 상이하기 때문에, 제 1 발광층(421)과 제 2 발광층(422) 사이에, 바이폴라 헤테로 접합을 형성한다.
그 후, 트리스(8-퀴놀리놀라토)알루미늄(약칭 : Alq)을 10nm 성막하고, 다음에 바소페난트롤린(약칭 : BPhen)을 15nm 성막함으로써, 전자 수송층(413)을 형성하였다. 또한, 불화리튬을 1nm 성막함으로써, 전자 주입층(414)을 형성하였다.
마지막으로, 저항 가열에 의한 증착법을 사용하여 알루미늄을 200nm의 막 두께가 되도록 성막함으로써 음극(402)을 형성하여, 발광 소자 1을 제작하였다.
(비교 발광 소자 A)
비교를 위하여, 발광 소자 1에 있어서의 제 1 층(411) 및 제 2 층(412)에 사용하는 유기 화합물(PCzPA)을 다른 화합물으로 변경한 비교 발광 소자 A를 제작하였다.
비교 발광 소자 A는, 이하와 같이 제작하였다. 우선 양극(401) 위에, 4-페닐-4'-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)트리페닐아민(약칭 : BPAFLP)과 산화몰리브덴(VI)을 공증착함으로써, 제 1 층(411)을 형성하였다. 증착은 저항 가열을 사용하였다. 또한, 제 1 층(411)의 막 두께는 50nm로 하고, BPAFLP와 산화몰리브덴(VI)의 비율은, 중량비로 1 : 0.5(=BPAFLP : 산화몰리브덴(VI))가 되도록 증착 레이트를 조절하였다.
그 후, 저항 가열을 사용한 증착법에 의하여, BPAFLP만을 10nm 성막함으로써, 제 2 층(412)을 형성하였다.
다음에, 제 1 발광층(421)은, 발광 소자 1과 같은 층을 형성하였다. 또한, 제 2 발광층(422)은, 막 두께를 25nm로부터 30nm로 한 것을 제외하고, 발광 소자 1과 같은 구성으로 하였다.
또한, 전자 수송층(413), 전자 주입층(414), 및 음극(402)은, 발광 소자 1과 같은 구성으로 하였다.
(비교 발광 소자 B)
비교를 위하여, 발광 소자 1에 있어서의 제 2 층(412)을 형성하지 않는 비교 발광 소자 B를 제작하였다.
비교 발광 소자 B는 이하와 같이 제작하였다. 우선 양극(401) 위에, 발광 소자 1과 같은 구성의 제 1 층(411)을 형성하였다. 다음에, 제 2 층(412)을 형성하지 않고, 제 1 발광층(421)을 발광 소자 1과 같은 구성으로 형성하였다. 또한, 제 2 발광층(422)은, 막 두께를 25nm로부터 30nm로 한 것을 제외하고, 발광 소자 1과 같은 구성으로 하였다.
또한, 전자 수송층(413), 전자 주입층(414), 및 음극(402)은, 발광 소자 1과 같은 구성으로 하였다.
제작한 발광 소자 1, 비교 발광 소자 A, 및 비교 발광 소자 B의 소자 구조를, 이하의 표 1에 정리하였다.
Figure 112021084130777-pat00006
(소자의 평가)
이상에 의하여 얻어진 발광 소자 1, 비교 발광 소자 A, 및 비교 발광 소자 B를 질소 분위기의 글로브 박스 내에 있어서, 발광 소자가 대기에 노출되지 않도록 밀봉하는 작업을 행한 후, 이들의 발광 소자의 동작 특성에 대하여 측정하였다. 또한, 측정은 실온(25℃로 유지된 분위기)에서 행하였다.
발광 소자 1, 비교 발광 소자 A, 및 비교 발광 소자 B의 휘도-전류 효율 특성을 도 17a에, 휘도-외부 양자 효율 특성을 도 17b에, 각각 도시한다. 또한, 전압-휘도 특성을 도 18에 도시한다. 또한, 25mA/cm2의 전류 밀도로 발광시켰을 때의 발광 스펙트럼을 도 19에 도시한다.
발광 소자 1에 있어서는, 1000cd/m2의 휘도로 발광시켰을 때의 구동 전압이 4.6V, 전류 효율이 9.3cd/A, 외부 양자 효율이 7.5%, 전력 효율이 6.3[lm/W]인 매우 양호한 특성을 얻을 수 있었다. 특히 외부 양자 효율에 관해서는, 종래의 형광 소자에서는 얻을 수 없는 정도의 높은 발광 효율을 얻을 수 있었다. 또한, 도 19에 있어서, 발광 소자 1은 1,6-FLPAPrn에 유래하는 샤프한 발광 스펙트럼을 얻을 수 있고, 색도가 CIE(x, y)=(0.14, 0.18)의 순청색 발광을 얻을 수 있었다.
비교 발광 소자 A는, 외부 양자 특성을 보면 5%대에 머무르고, 본 발명의 일 형태인 발광 소자 1과 같은 발광 효율을 얻을 수 없었다. 또한, 구동 전압에 관해서는, 발광 소자 1과 비교하여 높아지는 것을 알았다. 또한, 전류 효율은 높은 수치가 나타나지만, 이 이유는 도 19로부터 알 수 있는 바와 같이, 발광 스펙트럼의 장파장 측에 숄더 피크(shoulder peak)가 나타나고, 색 순도가 나쁘게 되기 때문이다(CIE(x, y)=(0.16, 0.25)).
이와 같이, 비교 발광 소자 A가 구동 전압이나 발광 효율의 점에서 발광 소자 1에 뒤떨어지는 이유는, 이하와 같이 생각할 수 있다. 비교 발광 소자 A의 제 1 층(411) 및 제 2 층(412)에 사용하는 BPAFLP의 HOMO준위는, CV 측정에 의하면 -5.51eV이지만, 한편 제 1 발광층에 사용하는 PCzPA의 HOMO준위는, 실시예 1에서 개시한 바와 같이 -5.79eV이다. 즉, 제 2 층과 제 1 발광층 사이에는 0.3eV에 가까운 정공 주입 장벽이 있다. 이것이 특성의 저하로 이어졌다고 생각할 수 있다.
한편, 비교 발광 소자 B는, 저휘도 영역에 있어서는 비교적 높은 외부 양자 효율·전류 효율이 얻어지만, 고휘도 측에서는 크게 효율이 저하된다. 이 이유는, 고휘도 측에서는 전자가 양극 측으로 통과하여 재결합 효율이 저하되기 때문이라고 생각할 수 있다. 따라서, 발광 소자 1에 있어서, 정공 트랩성의 물질이 첨가되지 않는 제 2 층(412)은 중요한 역할을 한다.
다음에, 발광 소자 1, 비교 발광 소자 A, 및 비교 발광 소자 B에 관하여, 초기 휘도 1000cd/m2의 조건으로 정전류 구동하여, 연속 점등 시험을 행하였다. 결과를 도 20a 및 도 20b에 도시한다. 도 20a 및 도 20b에 있어서, 세로축은 초기 휘도를 100%로 하여 규격화한 규격화 휘도이고, 가로축은 구동 시간이다. 또한, 도 20a는 가로축(구동 시간)을 로그 스케일로 한 것이고, 도 20b는 가로축(구동 시간)을 리니어 스케일로 한 것이다.
도 20a 및 도 20b를 보면 알 수 있는 바와 같이, 발광 소자 1은 1000시간 후에도 초기 휘도의 92% 이상을 유지하고, 매우 장수명인 것을 알았다. 한편, 비교 발광 소자 A는, 구동 200시간 정도에서 초기 휘도의 90% 정도까지 휘도가 저하된다. 상술한 BPAFLP로부터 PCzPA로의 정공 주입 장벽이 영향을 준다고 생각할 수 있다. 또한, 비교 발광 소자 B는, 도 20b를 보면 알 수 있는 바와 같이, 장기적인 열화는 그다지 크지 않지만, 초기 열화가 크다는 문제가 있다.
이상의 결과로부터, 본 발명의 일 형태인 발광 소자 1은 발광 효율이 매우 높고, 매우 장수명인 것을 양립할 수 있다는 것을 알았다.
그래서, 발광 소자 1에 관하여, 초기 휘도 1000cd/m2에 있어서의 휘도 반감 수명을 개산하기 위하여, 휘도 가속 시험을 행하였다. 휘도 가속 시험은, 발광 소자 1과 같은 구조의 소자에 대하여, 초기 휘도를 3000cd/m2, 5000cd/m2, 8000cd/m2, 10000cd/m2, 12000cd/m2, 및 15000cd/m2의 각 휘도로 설정하여, 정전류 시험을 행하였다. 그리고, 각 휘도에서의 휘도 반감 수명을 구하고, 초기 휘도-휘도 반감 수명의 상관 플롯으로부터 초기 휘도 1000cd/m2에 있어서의 휘도 반감 수명을 개산하였다.
휘도 가속 시험의 결과를 도 21a에 도시하고, 초기 휘도-휘도 반감 수명의 상관 플롯을 도 21b에 도시한다. 초기 휘도 3000cd/m2 및 5000cd/m2에 대해서는, 아직 휘도 반감에 이르지 않기 때문에, 열화 곡선을 외삽(外揷)하여 휘도 반감 수명을 개산하였다. 휘도 가속 시험의 결과를 이하의 표 2에 정리한다.
Figure 112021084130777-pat00007
표 2의 결과를 플롯한 것이 도 21b의 초기 휘도-휘도 반감 수명의 상관 플롯이다. 발광 소자 1의 휘도 반감 수명은 초기 휘도의 1.7승에 반비례하고, 매우 상관을 가질 수 있는 것을 알았다. 또한 이 결과로부터, 초기 휘도 1000cd/m2에 있어서의 휘도 반감 수명은 42000시간으로 개산되고, 매우 장수명인 소자인 것을 알았다.
(실시예 3)
본 실시예 3에서는, 본 발명의 일 형태인 발광 소자의 제작예 및 그 특성에 관해서 설명한다. 본 실시예 3에서 사용한 재료의 구조식을 이하에 나타낸다. 또한, 실시예 2에서도 사용한 재료에 대해서는 생략한다.
Figure 112021084130777-pat00008
우선, 이하에 본 발명의 일 형태인 발광 소자(발광 소자 2)의 제작 방법을 나타낸다. 소자 구조를 도 5에 도시한다.
(발광 소자 2)
우선, 양극(401)으로서 110nm의 막 두께로 인듐주석실리콘산화물(ITSO)이 성막된 유리 기판을 준비하였다. ITSO 표면은, 2mm 각의 크기로 표면이 노출되도록 주변을 폴리이미드막으로 덮고, 전극 면적은 2mm×2mm로 하였다. 이 기판 위에 발광 소자를 형성하기 위한 전처리로서, 기판 표면을 물로 세정하고, 200℃에서 1시간 소성한 후, UV 오존 처리를 370초 행하였다. 그 후, 10-5Pa 정도까지 내부가 감압된 진공 증착 장치에 기판을 도입하여, 진공 증착 장치 내의 가열실에서, 170℃에서 30분간의 진공 소성을 행하였다. 그 후, 기판을 30분 정도 방랭하였다.
다음에, 양극(401)이 형성된 면이 하방이 되도록, 양극(401)이 형성된 유리 기판을 진공 증착 장치 내의 성막실에 설치된 기판 홀더에 고정하였다.
그리고, 우선 양극(401) 위에, 9-페닐-3-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카르바졸(약칭 : PCzPA)과 산화몰리브덴(VI)을 공증착함으로써, 전자 수용성 화합물인 산화몰리브덴이 제 1 유기 화합물인 PCzPA에 첨가된 제 1 층(411)을 형성하였다. 증착은 저항 가열을 사용하였다. 또한, 제 1 층(411)의 막 두께는 50nm로 하고, PCzPA와 산화몰리브덴(VI)의 비율은 중량비로 1 : 0.5(=PCzPA : 산화몰리브덴(VI))이 되도록 증착 레이트를 조절하였다. 또한, 공증착법이란, 하나의 처리실 내에서 복수의 증발원으로부터 동시에 증착을 행하는 증착법이다.
계속해서, 저항 가열을 사용한 증착법에 의하여, 4-[3-(9,10-디페닐-2-안트릴)페닐]디벤조푸란(약칭 : 2mPDBFPA-II)만을 50nm 성막함으로써, 제 2 유기 화합물인 2mPDBFPA-II로 이루어지는 제 2 층(412)을 형성하였다.
다음에, 2mPDBFPA-II와 N,N'-비스[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]-N,N'-디페닐피렌-1,6-디아민(약칭 : 1,6FLPAPrn)을 공증착함으로써, 제 3 유기 화합물인 2mPDBFPA-II와, 2mPDBFPA-II에 대하여 정공 트랩성을 나타내는 제 1 발광 물질 1,6FLPAPrn를 포함하는 제 1 발광층(421)을 형성하였다. 제 1 발광층(421)의 막 두께는 10nm로 하고, 2mPDBFPA-II와 1,6FLPAPrn의 비율은 중량비로 1 : 0.05(=2mPDBFPA-II : 1,6FLPAPrn)가 되도록 증착 레이트를 조절하였다.
또한, 9-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카르바졸(약칭 : CzPA)과 1,6FLPAPrn를 공증착함으로써, 제 4 유기 화합물인 CzPA와, CzPA에 대하여 정공 트랩성을 나타내는 제 2 발광 물질인 1,6FLPAPrn를 포함하는 제 2 발광층(422)을 형성하였다. 제 2 발광층(422)의 막 두께는 25nm로 하여, CzPA와 1,6FLPAPrn의 비율은 중량비로 1 : 0.05(=CzPA : 1,6FLPAPrn)가 되도록 증착 레이트를 조절하였다.
또한, 제 1 유기 화합물인 PCzPA, 제 2 유기 화합물 및 제 3 유기 화합물인2mPDBFPA-II, 및 제 4 유기 화합물인 CzPA의 정공 수송 골격은, 실시형태에서 설명한 바와 같이 모두 안트라센이다. 또한, 실시예 2와 마찬가지로, 바이폴라 헤테로 접합을 형성한다.
그 후, 2-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]벤조옥사졸(약칭 : PABOx)을 10nm 성막하고, 다음에 바소페난트롤린(약칭 : BPhen)을 15nm 성막함으로써, 전자 수송층(413)을 형성하였다. 또한, 불화리튬을 1nm 성막함으로써, 전자 주입층(414)을 형성하였다.
마지막으로, 저항 가열에 의한 증착법을 사용하여, 알루미늄을 200nm의 막 두께가 되도록 성막함으로써 음극(402)을 형성하여, 발광 소자 2를 제작하였다.
(소자의 평가)
상술한 공정으로 얻어진 발광 소자 2를, 질소 분위기의 글로브 박스 내에 있어서, 발광 소자가 대기에 노출되지 않도록 밀봉하는 작업을 행한 후, 발광 소자 2의 동작 특성에 대하여 측정하였다. 또한, 측정은 실온(25℃로 유지된 분위기)에서 행하였다.
발광 소자 2의 휘도-전류 효율 특성을 도 22a에 도시하고, 휘도-외부 양자 효율 특성을 도 22b에 도시한다. 또한, 전압-휘도 특성을 도 23에 도시한다. 또한, 25mA/cm2의 전류 밀도로 발광시켰을 때의 발광 스펙트럼을 도 24에 도시한다.
발광 소자 2는, 1000cd/m2의 휘도로 발광시켰을 때의 구동 전압이 3.4V, 전류 효율이 11cd/A, 외부 양자 효율이 8.0%, 전력 효율이 10[lm/W]인 매우 양호한 특성을 얻을 수 있었다. 특히 외부 양자 효율에 관해서는, 종래의 형광 소자에서는 얻을 수 없는 정도의 높은 발광 효율을 얻을 수 있었다. 또한, 도 24에 있어서, 발광 소자 2는 1,6-FLPAPrn에 유래하는 샤프한 발광 스펙트럼을 얻을 수 있고, 색도가 CIE(x, y)=(0.14, 0.21)의 청색 발광을 얻을 수 있었다.
다음에, 발광 소자 2에 관하여, 초기 휘도 5000cd/m2의 조건으로 정전류 구동하여, 연속 점등 시험을 행하였다. 결과를 도 25에 도시한다. 도 25에 있어서, 세로축은 초기 휘도를 100%로 하여 규격화한 규격화 휘도이고, 가로축은 구동 시간이다. 또한, 가로축(구동 시간)은 리니어 스케일이다.
도 25를 보면, 발광 소자 2의 초기 휘도 5000cd/m2에 있어서의 휘도 반감 수명은, 2500시간 이상으로 개산된다. 이것은, 실시예 2에서 개시한 발광 소자 1의 초기 휘도 5000cd/m2에 있어서의 휘도 반감 수명과 거의 동등하다. 따라서, 휘도 가속 계수를 같은 것으로 하면, 초기 휘도 1000cd/m2에 있어서의 휘도 반감 수명은, 발광 소자 1과 마찬가지로 40000시간 이상으로 개산된다. 따라서, 매우 장수명인 소자이다.
상술한 결과로부터, 본 발명의 일 형태인 발광 소자 2는 매우 높은 발광 효율과, 매우 장수명인 것을 양립할 수 있다는 것을 알았다. 특히, 10[lm/W]을 넘은 전력 효율임에 불구하고 장수명을 달성하기 때문에, 조명의 청색 발광 성분으로서 사용하여도 충분히 견딜 수 있는 성능이라고 생각할 수 있다.
(실시예 4)
본 실시예 4에서는, 본 발명의 일 형태인 발광 소자의 제작예 및 그 특성에 관하여 설명한다. 또한, 실시예 2 및 실시예 3에서도 사용한 재료에 대해서는 생략한다.
우선, 이하에 본 발명의 일 형태인 발광 소자(발광 소자 3)의 제작 방법을 나타낸다. 소자 구조를 도 3에 도시한다.
(발광 소자 3)
우선, 양극(101)으로서 110nm의 막 두께로 인듐주석실리콘산화물(ITSO)이 성막된 유리 기판을 준비하였다. ITSO 표면은, 2mm 각의 크기로 표면이 노출되도록 주변을 폴리이미드막으로 덮고, 전극 면적은 2mm×2mm로 하였다. 이 기판 위에 발광 소자를 형성하기 위한 전처리로서, 기판 표면을 물로 세정하고, 200℃에서 1시간 소성한 후, UV 오존 처리를 370초 행하였다. 그 후, 10-5Pa 정도까지 내부가 감압된 진공 증착 장치에 기판을 도입하여, 진공 증착 장치 내의 가열실에서, 170℃에서 30분간의 진공 소성을 행하였다. 그 후, 기판을 30분 정도 방랭하였다.
다음에, 양극(101)이 형성된 면이 하방이 되도록, 양극(101)이 형성된 유리 기판을 진공 증착 장치 내의 성막실에 설치된 기판 홀더에 고정하였다.
그리고, 우선 양극(101) 위에, 9-페닐-3-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카르바졸(약칭 : PCzPA)과 산화몰리브덴(VI)을 공증착함으로써, 전자 수용성 화합물인 산화몰리브덴이 제 1 유기 화합물인 PCzPA에 첨가된 제 1 층(111)을 형성하였다. 증착은 저항 가열을 사용하였다. 또한, 제 1 층(111)의 막 두께는 70nm로 하고, PCzPA와 산화몰리브덴(VI)의 비율은 중량비로 1 : 0.5(=PCzPA : 산화몰리브덴(VI))가 되도록 증착 레이트를 조절하였다. 또한, 공증착법이란, 하나의 처리실 내에서 복수의 증발원으로부터 동시에 증착을 행하는 증착법이다.
계속해서, 저항 가열을 사용한 증착법에 의하여, PCzPA만을 30nm 성막함으로써, 제 2 유기 화합물인 PCzPA로 이루어지는 제 2 층(112)을 형성하였다.
다음에, 9-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카르바졸(약칭 : CzPA)과 N,N'-비스[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]-N,N'-디페닐피렌-1,6-디아민(약칭 : 1,6FLPAPrn)을 공증착함으로써, 제 3 유기 화합물인 CzPA와, CzPA에 대하여 정공 트랩성을 나타내는 발광 물질인 1,6FLPAPrn를 포함하는 발광층(121)을 형성하였다. 발광층(121)의 막 두께는 20nm로 하여, CzPA와 1,6FLPAPrn의 비율은 중량비로 1 : 0.05(=CzPA : 1,6FLPAPrn)가 되도록 증착 레이트를 조절하였다.
또한, 제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물인 PCzPA, 제 3 유기 화합물인 CzPA의 정공 수송 골격은, 실시형태에서 설명한 바와 같이 모두 안트라센이다. 또한, 실시예 2 및 실시예 3과 마찬가지로, 바이폴라 헤테로 접합을 형성한다.
그 후, CzPA를 10nm 성막하고, 다음에 바소페난트롤린(약칭 : BPhen)을 15nm 성막함으로써, 전자 수송층(113)을 형성하였다. 또한, 불화리튬을 1nm 성막함으로써, 전자 주입층(114)을 형성하였다.
마지막으로, 저항 가열에 의한 증착법을 사용하여, 알루미늄을 200nm의 막 두께가 되도록 성막함으로써 음극(102)을 형성하여, 발광 소자 3을 제작하였다.
(소자의 평가)
상술한 공정으로 얻어진 발광 소자 3을, 질소 분위기의 글로브 박스 내에 있어서, 발광 소자가 대기에 노출되지 않도록 밀봉하는 작업을 행한 후, 발광 소자 3의 동작 특성에 대하여 측정하였다. 또한, 측정은 실온(25℃로 유지된 분위기)에서 행하였다.
발광 소자 3의 휘도-전류 효율 특성, 외부 양자 효율을 도 32에 도시한다. 또한, 전압-휘도 특성을 도 33에 도시한다. 또한, 25mA/cm2의 전류 밀도로 발광시켰을 때의 발광 스펙트럼을 도 34에 도시한다.
발광 소자 3은, 1000cd/m2의 휘도로 발광시켰을 때의 구동 전압이 3.1V, 전류 효율이 12cd/A, 외부 양자 효율이 10.0%, 전력 효율이 13[lm/W]의 매우 양호한 특성을 얻을 수 있었다. 특히 외부 양자 효율에 관해서는, 종래의 형광 소자에서는 얻을 수 없는 정도의 높은 발광 효율을 얻을 수 있었다. 또한, 도 34를 보면, 발광 소자 3은 발광 파장이 467nm에 유래하는 샤프한 발광 스펙트럼을 얻을 수 있고, 색도가 CIE(x, y)=(0.14, 0.17)의 청색 발광을 얻을 수 있었다.
다음에, 초기 휘도 5000cd/m2에 설정하여, 정전류로 구동 시험을 행한 결과, 휘도 반감 수명은 810 시간이었다. 실시예 2 및 실시예 3의 결과로부터, 휘도 반감 수명은 초기 휘도의 1.7승에 반비례하므로, 초기 휘도 1000cd/m2로의 반감 수명은 12000시간으로 산출된다.
상술한 이상의 결과로부터, 본 발명의 일 형태인 발광 소자 3은 매우 구동 전압이 낮고, 매우 발광 효율이 높고, 매우 장수명인 것을 알았다. 특히, 10[lm/W]을 넘은 전력 효율임에 불구하고 긴 수명을 달성하기 때문에, 조명의 청색 발광 성분으로서 사용하여도 충분히 견딜 수 있는 성능이라고 생각할 수 있다.
101 : 양극 102 : 음극
103 : EL층 111 : 제 1 층
112 : 제 2 층 113 : 전자 수송층
114 : 전자 주입층 121 : 발광층

Claims (7)

  1. 발광 장치로서,
    양극과 음극 사이에, 제 1 층과, 제 2 층과, 제 3 층과, 발광층을 가지며,
    상기 제 1 층은, 상기 양극과 상기 제 2 층 사이에 위치하고,
    상기 제 2 층은, 상기 제 1 층과 상기 제 3 층 사이에 위치하고,
    상기 제 3 층은, 상기 제 2 층과 상기 발광층 사이에 위치하고,
    상기 발광층은, 상기 제 3 층과 상기 음극 사이에 위치하고,
    상기 제 1 층은 제 1 유기 화합물을 포함하고,
    상기 제 2 층은 제 2 유기 화합물을 포함하고,
    상기 제 3 층은 제 3 유기 화합물을 포함하고,
    상기 발광층은 제 4 유기 화합물과 방향족 아민 화합물을 포함하고,
    상기 제 1 유기 화합물은 시아노기 및 플루오로기를 포함하고,
    상기 제 2 유기 화합물과 상기 제 3 유기 화합물은 상이한 화합물이고,
    상기 제 2 유기 화합물, 상기 제 3 유기 화합물 및 상기 제 4 유기 화합물은, 각각 독립적으로, π과잉계 헤테로 방향 고리, 3고리계 축합 방향족 탄화수소 고리, 및 4고리계 축합 방향족 탄화수소 고리 중 적어도 어느 하나의 골격을 포함하는, 발광 장치.
  2. 발광 장치로서,
    양극과 음극 사이에, 제 1 층과, 제 2 층과, 제 3 층과, 발광층을 가지며,
    상기 제 1 층은, 상기 양극과 상기 제 2 층 사이에 위치하고,
    상기 제 2 층은, 상기 제 1 층과 상기 제 3 층 사이에 위치하고,
    상기 제 3 층은, 상기 제 2 층과 상기 발광층 사이에 위치하고,
    상기 발광층은, 상기 제 3 층과 상기 음극 사이에 위치하고,
    상기 제 1 층은 제 1 유기 화합물을 포함하고,
    상기 제 2 층은 제 2 유기 화합물을 포함하고,
    상기 제 3 층은 제 3 유기 화합물을 포함하고,
    상기 발광층은 제 4 유기 화합물과 방향족 아민 화합물을 포함하고,
    상기 제 1 유기 화합물은 시아노기 및 플루오로기를 포함하고,
    상기 제 2 유기 화합물과 상기 제 3 유기 화합물은 상이한 화합물이고,
    상기 제 2 유기 화합물, 상기 제 3 유기 화합물 및 상기 제 4 유기 화합물은, 각각 독립적으로, 카르바졸, 디벤조푸란, 디벤조티오펜, 및 안트라센 중 적어도 어느 하나의 골격을 포함하는, 발광 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 방향족 아민 화합물의 HOMO 준위가 상기 제 4 유기 화합물의 HOMO 준위보다 0.3eV 이상 높은, 발광 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제 4 유기 화합물은 안트라센 골격을 포함하는, 발광 장치.
  5. 전자 기기로서,
    제1항에 기재된 발광 장치를 갖는, 전자 기기.
  6. 조명 장치로서,
    제1항에 기재된 발광 장치를 갖는, 조명 장치.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제 3 층은 상기 제 2 층 및 상기 발광층에 접해 있는, 발광 장치.
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