KR102440283B1 - 발광 소자 - Google Patents

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Abstract

형광을 발하는 재료를 발광 물질로서 사용한 발광 소자에 있어서, 발광 효율이 보다 높은 발광 소자를 제공한다.
열 활성화 지연 형광체와 형광을 발하는 재료를 혼합하여 사용한 발광 소자를 제공한다. 여기서 열 활성화 지연 형광체는 열 활성화에 의해 삼중항 여기 상태(T1)로부터 역항간 교차에 의해 일중항 여기 상태(S1)를 생성할 수 있는 재료를 말하고, 1종의 재료로 구성되어도 되지만, 2종의 재료의 여기 착체(엑사이플렉스)를 사용하면 특히 바람직하다. 형광을 발하는 재료의 S1 준위의 흡수 중 가장 장파장측의 흡수대에, 열 활성화 지연 형광체의 발광 스펙트럼을 겹치는 것에 의해, 열 활성화 지연 형광체의 S1의 에너지를, 형광을 발하는 재료의 S1으로 이동시킬 수 있다. 또한, 열 활성화 지연 형광체의 T1 준위의 에너지의 일부로부터, 열 활성화 지연 형광체의 S1을 생성하고, 형광을 발하는 재료의 S1으로 이동시킬 수도 있다.

Description

발광 소자{LIGHT-EMITTING ELEMENT}
본 발명은, 유기 화합물을 발광 물질로서 사용한 발광 소자에 관한 것이다.
최근들어 일렉트로루미네센스(EL: Electroluminescence)를 이용한 발광 소자의 연구 개발이 활발히 행해지고 있다. 이들 발광 소자의 기본적인 구성은, 한 쌍의 전극 사이에 발광 물질을 포함하는 층(EL층)을 끼운 것이다. 이 소자에 전압을 인가함으로써, 발광 물질로부터의 발광을 얻을 수 있다.
이러한 발광 소자는 자발광형이기 때문에, 액정 디스플레이에 비하여 화소의 시인성이 높고, 백라이트가 불필요하다는 등의 이점이 있어, 플랫 패널 디스플레이 소자로서 적합하다. 또한, 이러한 발광 소자를 사용한 디스플레이는, 박형경량으로 제작할 수 있는 것도 큰 이점이다. 또한 응답 속도가 매우 빠른 것도 특징의 하나이다.
이들 발광 소자는 발광층을 막 형상으로 형성하는 것이 가능하기 때문에, 면 형상으로 발광을 얻을 수 있다. 따라서, 대면적의 광원을 용이하게 형성할 수 있다. 이것은, 백열 전구나 LED로 대표되는 점광원, 혹은 형광등으로 대표되는 선광원에서는 얻기 어려운 특색이기 때문에, 조명 등에 응용할 수 있는 면광원으로서의 이용 가치도 높다.
발광 물질에 유기 화합물을 사용하여, 한 쌍의 전극 사이에 상기 발광 물질을 포함하는 EL층을 형성한 유기 EL 소자의 경우, 한 쌍의 전극 사이에 전압을 인가함으로써, 음극으로부터 전자가, 양극으로부터 정공(홀)이 각각 발광성 EL층에 주입되어, 전류가 흐른다. 그리고, 주입된 전자 및 정공이 재결합함으로써 발광성 유기 화합물이 여기 상태로 되고, 여기된 발광성 유기 화합물로부터 발광을 얻을 수 있다.
유기 화합물이 형성하는 여기 상태의 종류로서는, 일중항 여기 상태와 삼중항 여기 상태가 있으며, 일중항 여기 상태(S1)로부터의 발광을 형광, 삼중항 여기 상태(T1)로부터의 발광을 인광이라고 한다. 또한, 발광 소자에 있어서의 그 통계적인 생성 비율은, S1:T1=1:3이라고 생각되어진다. 그로 인해, 삼중항 여기 상태를 발광으로 변환하는 것이 가능한 인광성 화합물을 사용한 발광 소자의 개발이 최근들어 활발히 행해지고 있다.
그러나, 한편으로, 현재 이용되고 있는 인광성 화합물은 그 대부분이 이리듐 등의 희소 금속을 중심 금속으로 한 착체이며, 그 비용이나 공급의 안정성이 불안하다.
이로 인해, 희소 금속을 사용하지 않고, 삼중항 여기 상태의 일부를 발광으로 변환하는 것이 가능한 재료로서, 지연 형광을 발하는 재료의 연구도 행해지고 있다. 지연 형광을 발하는 재료에서는, 삼중항 여기 상태로부터 역항간 교차에 의해 일중항 여기 상태가 생성되고, 일중항 여기 상태가 발광으로 변환된다.
특허문헌 1 및 특허문헌 2에서는, 열 활성화 지연 형광(TADF: Thermally activated delayed fluorescence)을 발하는 재료에 대하여 개시되어 있다.
일본 특허 공개 제2004-241374호 공보 일본 특허 공개 제2006-24830호 공보
단, 발광 소자로서 발광 효율을 높이기 위해서는, 삼중항 여기 상태로부터 일중항 여기 상태를 생성할 뿐만 아니라, 일중항 여기 상태로부터 효율적으로 발광을 얻을 수 있는 것, 즉 형광 양자 효율이 높은 것이 중요하다. 그로 인해, 상기 특허문헌 1 등의 구성에 있어서, 보다 발광 효율을 높이기 위해서는, TADF를 발하는 재료이면서, 또한 형광 양자 수율이 높은 재료가 필요하게 되지만, 이 2개를 동시에 만족하는 재료의 설계는 대단히 곤란하다.
따라서 본 발명의 일 형태에서는, 형광을 발하는 재료를 발광 물질로서 사용한 발광 소자에 있어서, 발광 효율이 보다 높은 발광 소자를 제공하는 것을 목적의 하나로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 형태에서는, 삼중항 여기 상태로부터 일중항 여기 상태를 생성하는 기능과, 일중항 여기 상태로부터 효율적으로 발광을 얻는 기능을 상이한 재료에 담당시키기로 했다.
보다 구체적으로는, 발광층에, 삼중항 여기 상태로부터 일중항 여기 상태를 생성할 수 있는 재료와, 일중항 여기 상태로부터 효율적으로 발광을 얻을 수 있는 재료를 혼합하여 사용하기로 했다.
삼중항 여기 상태로부터 일중항 여기 상태를 생성할 수 있는 재료로서는, 열 활성화 지연 형광체를 적용한다.
본 명세서 등에 있어서, 열 활성화 지연 형광체란, 열 활성화에 의해 삼중항 여기 상태로부터 역항간 교차에 의해 일중항 여기 상태를 생성할 수 있는 재료를 의미한다. 열 활성화 지연 형광체는, 예를 들어 TADF를 발하는 재료와 같이, 단독으로 삼중항 여기 상태로부터 역항간 교차에 의해 일중항 여기 상태를 생성할 수 있는 재료를 포함해도 좋다. 또한 여기 착체(엑시플렉스)를 형성하는 2종의 재료의 조합을 포함해도 좋다.
열 활성화 지연 형광체란, 삼중항 여기 상태와 일중항 여기 상태가 가까운 재료라고 할 수도 있다. 보다 구체적으로는, 삼중항 여기 상태와 일중항 여기 상태의 준위의 차가 0.2eV 이내인 재료가 바람직하다. 즉, TADF를 발하는 재료와 같이 단독으로 삼중항 여기 상태로부터 역항간 교차에 의해 일중항 여기 상태를 생성할 수 있는 재료에 있어서의, 삼중항 여기 상태와 일중항 여기 상태의 준위의 차가 0.2eV 이내이거나, 여기 착체에 있어서의 삼중항 여기 상태와 일중항 여기 상태의 준위의 차가 0.2eV 이내인 것이 바람직하다.
일중항 여기 상태로부터 효율적으로 발광을 얻을 수 있는 재료로서는, 공지의 형광을 발하는 재료를 적용한다. 그 중에서도 형광 양자 수율이 높은 재료, 예를 들어 형광 양자 수율이 50％ 이상인 재료를 사용하는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 형태는 에너지 도너에 열 활성화 지연 형광체를 사용하고, 에너지 억셉터에 형광을 발하는 재료를 사용한 발광 소자를 제공한다. 이러한 구성으로 하고, 형광을 발하는 재료의 일중항 여기 상태의 흡수 중 최장파장측의 흡수대에, 열 활성화 지연 형광체의 발광 스펙트럼을 중첩시킴으로써, 열 활성화 지연 형광체의 일중항 여기 상태의 에너지를, 형광을 발하는 재료의 일중항 여기 상태로 이동시킬 수 있다. 또한, 열 활성화 지연 형광체의 삼중항 여기 상태의 에너지의 일부로부터, 열 활성화 지연 형광체의 일중항 여기 상태를 생성하고, 형광을 발하는 재료의 일중항 여기 상태로 이동시킬 수도 있다.
예를 들어, TADF를 발하는 재료를 에너지 억셉터로서 사용하는 구성의 경우, 발광 효율을 높이기 위해서는, TADF를 발하는 재료이면서, 또한 형광 양자 수율이 높은 재료가 필요해져 버린다. 그러나 상술한 바와 같이 에너지 도너에 열 활성화 지연 형광체를 사용하는 구성으로 함으로써, TADF의 유무와 관계없이, 에너지 억셉터에 형광 양자 수율이 높은 재료를 선택할 수 있다.
그로 인해, 열 활성화 지연 형광체의 일중항 여기 상태와, 열 활성화 지연 형광체의 삼중항 여기 상태의 에너지의 일부로부터 생성된 열 활성화 지연 형광체의 일중항 여기 상태를 형광을 발하는 재료의 일중항 여기 상태를 거쳐서 보다 효율적으로 발광으로 변환할 수 있다. 이에 의해, 보다 발광 효율이 높은 발광 소자로 할 수 있다.
본 발명의 일 형태는, 한 쌍의 전극과, 한 쌍의 전극 사이에 끼워진 EL층을 갖고, EL층은 적어도 발광층을 갖고, 발광층은 열 활성화 지연 형광체와, 형광을 발하는 재료를 적어도 포함하는 발광 소자이다.
또한, 상기에 있어서, 열 활성화 지연 형광체는, 제1 유기 화합물과 제2 유기 화합물을 포함하고, 제1 유기 화합물과 제2 유기 화합물은 여기 착체를 형성하는 조합으로 하는 것이 바람직하다.
또한, 상기에 있어서, 형광을 발하는 재료의 최저 에너지측의 흡수대와, 열 활성화 지연 형광체의 발광이 중첩되는 것이 바람직하다.
또한, 상기에 있어서, 형광을 발하는 재료의 최저 에너지측의 흡수대의 피크 파장과, 열 활성화 지연 형광체의 발광의 피크 파장의 에너지 환산값의 차를 0.2eV 이하로 하는 것이 바람직하다.
또한, 상기에 있어서, 열 활성화 지연 형광체의 발광의 피크 파장과, 형광을 발하는 재료의 발광의 피크 파장의 차를 30nm 이내로 하는 것이 바람직하다.
또한, 상기에 있어서, 제1 유기 화합물과 제2 유기 화합물은, 한쪽이 전자 수송성을 갖는 재료이며, 다른쪽이 정공 수송성을 갖는 재료인 것이 바람직하다.
또한, 상기에 있어서, 제1 유기 화합물과 제2 유기 화합물은, 한쪽이 π 전자 부족형 복소 방향족이며, 다른쪽이 π 전자 과잉형 복소 방향족 또는 방향족 아민인 것이 바람직하다.
본 발명의 일 형태에 의해, 형광을 발하는 재료를 발광 물질로서 사용한 발광 소자에 있어서, 발광 효율이 보다 높은 발광 소자를 제공할 수 있다.
도 1은 발광 소자의 개념도.
도 2는 발광층의 에너지 이동을 도시하는 도면.
도 3은 조명 장치의 개념도.
도 4는 패시브 매트릭스형 발광 장치의 개념도.
도 5는 액티브 매트릭스형 발광 장치의 개념도.
도 6은 액티브 매트릭스형 발광 장치의 개념도.
도 7은 전자 기기를 도시하는 도면.
도 8은 조명 장치를 도시하는 도면.
도 9는 차량 탑재 표시 장치 및 전자 기기를 도시하는 도면.
도 10은 여기 착체의 발광 파장에 대하여 설명하는 도면.
도 11은 실시예 1의 발광 소자 1 및 비교 발광 소자 1의 구성을 도시하는 도면.
도 12는 실시예 1의 발광 소자 1 및 비교 발광 소자 1의 전압-휘도 특성을 도시하는 도면.
도 13은 실시예 1의 발광 소자 1 및 비교 발광 소자 1의 휘도-전류 효율 특성을 도시하는 도면.
도 14는 실시예 1의 발광 소자 1 및 비교 발광 소자 1의 휘도-전력 효율 특성을 도시하는 도면.
도 15는 실시예 1의 발광 소자 1 및 비교 발광 소자 1의 휘도-외부 양자 효율을 도시하는 도면.
도 16은 실시예 2의 발광 소자 2 및 비교 발광 소자 2의 전압-휘도 특성을 도시하는 도면.
도 17은 실시예 2의 발광 소자 2 및 비교 발광 소자 2의 휘도-전류 효율 특성을 도시하는 도면.
도 18은 실시예 2의 발광 소자 2 및 비교 발광 소자 2의 전압-전류 특성을 도시하는 도면.
도 19는 실시예 2의 발광 소자 2 및 비교 발광 소자 2의 휘도-전력 효율 특성을 도시하는 도면.
도 20은 실시예 2의 발광 소자 2 및 비교 발광 소자 2의 휘도-외부 양자 효율 특성을 도시하는 도면.
도 21은 실시예 2의 발광 소자 2 및 비교 발광 소자 2의 발광 스펙트럼을 도시하는 도면.
도 22는 실시예 2의 발광 소자 2 및 비교 발광 소자 2의 신뢰성 시험의 결과를 도시하는 도면.
도 23은 실시예 3의 발광 소자 3 및 비교 발광 소자 3의 전압-휘도 특성을 도시하는 도면.
도 24는 실시예 3의 발광 소자 3 및 비교 발광 소자 3의 휘도-전류 효율 특성을 도시하는 도면.
도 25는 실시예 3의 발광 소자 3 및 비교 발광 소자 3의 전압-전류 특성을 도시하는 도면.
도 26은 실시예 3의 발광 소자 3 및 비교 발광 소자 3의 휘도-전력 효율 특성을 도시하는 도면.
도 27은 실시예 3의 발광 소자 3 및 비교 발광 소자 3의 휘도-외부 양자 효율 특성을 도시하는 도면.
도 28은 실시예 3의 발광 소자 3 및 비교 발광 소자 3의 발광 스펙트럼을 도시하는 도면.
도 29는 실시예 3의 발광 소자 3 및 비교 발광 소자 3의 신뢰성 시험의 결과를 도시하는 도면.
도 30은 실시예 4의 발광 소자 4 및 비교 발광 소자 4의 전압-휘도 특성을 도시하는 도면.
도 31은 실시예 4의 발광 소자 4 및 비교 발광 소자 4의 휘도-전류 효율 특성을 도시하는 도면.
도 32는 실시예 4의 발광 소자 4 및 비교 발광 소자 4의 전압-전류 특성을 도시하는 도면.
도 33은 실시예 4의 발광 소자 4 및 비교 발광 소자 4의 휘도-전력 효율 특성을 도시하는 도면.
도 34는 실시예 4의 발광 소자 4 및 비교 발광 소자 4의 휘도-외부 양자 효율 특성을 도시하는 도면.
도 35는 실시예 4의 발광 소자 4 및 비교 발광 소자 4의 발광 스펙트럼을 도시하는 도면.
도 36은 실시예 4의 발광 소자 4 및 비교 발광 소자 4의 신뢰성 시험의 결과를 도시하는 도면.
이하, 본 발명의 실시의 형태에 대하여 도면을 사용하여 상세하게 설명한다. 단, 본 발명은 이하의 설명에 한정되지 않고, 본 발명의 취지 및 그 범위로부터 일탈하지 않고 그 형태 및 상세를 다양하게 변경할 수 있는 것은 당업자라면 용이하게 이해된다. 따라서, 본 발명은 이하에 기재하는 실시 형태의 기재 내용에 한정하여 해석되는 것은 아니다.
(실시 형태 1)
열 활성화 지연 형광체와, 형광을 발하는 재료를 혼합하여 사용한 발광 소자에서는, 이하와 같은 에너지의 과정을 거쳐 발광이 일어난다.
(1) 전자 및 정공(홀)이 형광을 발하는 재료에 있어서 재결합하여, 형광을 발하는 재료가 여기 상태로 되는 경우(직접 재결합 과정).
(1-1) 형광을 발하는 재료의 여기 상태가 일중항 여기 상태일 때. : 형광을 발한다.
(1-2) 형광을 발하는 재료의 여기 상태가 삼중항 여기 상태일 때. : 열 실활한다.
상기 (1)의 직접 재결합 과정에 있어서는, 형광 양자 효율이 높으면, 높은 발광 효율이 얻어진다. 또한, 열 활성화 지연 형광체의 일중항 여기 상태의 준위는 형광을 발하는 재료의 일중항 여기 상태의 준위보다도 높은 것이 바람직하다.
(2) 전자 및 정공(홀)이 열 활성화 지연 형광체에 있어서 재결합하여, 열 활성화 지연 형광체가 여기 상태로 되는 경우(에너지 이동 과정).
(2-1) 열 활성화 지연 형광체의 여기 상태가 일중항 여기 상태일 때
열 활성화 지연 형광체의 일중항 여기 상태의 준위가, 형광을 발하는 재료의 일중항 여기 상태의 준위보다도 높은 경우, 열 활성화 지연 형광체로부터, 형광을 발하는 재료로 여기 에너지가 이동하여, 형광을 발하는 재료가 일중항 여기 상태로 된다. 일중항 여기 상태로 된 형광을 발하는 재료는 형광을 발한다. 또한, 열 활성화 지연 형광체의 일중항 여기 상태의 준위로부터, 형광을 발하는 재료의 삼중항 여기 상태의 준위로의 에너지 이동은, 형광을 발하는 재료에 있어서의 일중항 기저 상태로부터 삼중항 여기 상태로의 직접 전이가 금제인 점에서, 주된 에너지 이동 과정으로 되기 어렵기 때문에, 여기에서는 생략한다. 즉, 하기 수학식 (2-1)과 같이, 열 활성화 지연 형광체의 일중항 여기 상태(1H*)로부터, 형광을 발하는 재료의 일중항 여기 상태(1G*)로의 에너지 이동이 중요하다(수학식 중 1G는 형광을 발하는 재료의 일중항 기저 상태, 1H는 열 활성화 지연 형광체의 일중항 기저 상태를 나타낸다).
Figure 112021008438099-pat00001
(2-2) 열 활성화 지연 형광체의 여기 상태가 삼중항 여기 상태일 때
열 활성화 지연 형광체의 일중항 여기 상태의 준위가 형광을 발하는 재료의 일중항 여기 상태의 준위보다도 높은 경우, 하기의 과정을 거쳐 발광이 일어난다. 우선, 열 활성화 지연 형광체의 삼중항 여기 상태의 준위로부터 역항간 교차에 의해, 열 활성화 지연 형광체의 일중항 여기 상태의 준위로 여기 에너지가 이동한다. 그 후 열 활성화 지연 형광체의 일중항 여기 상태의 준위로부터 형광을 발하는 재료의 일중항 여기 상태의 준위로 여기 에너지가 이동하여, 형광을 발하는 재료가 일중항 여기 상태로 된다. 일중항 여기 상태로 된 형광을 발하는 재료는 형광을 발한다.
즉, 하기 수학식 (2-2)와 같이, 열 활성화 지연 형광체의 삼중항 여기 상태(3H*)로부터 역항간 교차에 의해 열 활성화 지연 형광체의 일중항 여기 상태(1H*)가 생성되고, 그 후 형광을 발하는 재료의 일중항 여기 상태(1G*)로 에너지 이동한다.
Figure 112021008438099-pat00002
상기 (2)에서 설명한 모든 에너지 이동 과정이 효율적으로 발생하면, 열 활성화 지연 형광체의 삼중항 여기 에너지 및 일중항 여기 에너지 모두 효율적으로 형광을 발하는 재료의 일중항 여기 상태(1G*)로 변환되기 때문에, 고효율의 발광이 가능해진다. 반대로, 열 활성화 지연 형광체로부터 형광을 발하는 재료로 여기 에너지가 이동하기 전에, 열 활성화 지연 형광체 자체가 그 여기 에너지를 광 또는 열로서 방출하여 실활해 버리면, 발광 효율이 저하되게 된다.
이어서, 상술한 열 활성화 지연 형광체와 형광을 발하는 재료의 분자간의 에너지 이동 과정의 지배 인자에 대하여 설명한다. 분자간의 에너지 이동의 기구로서는, 포스터(Forster) 기구와 덱스터(Dexter) 기구의 2개의 기구가 제창되고 있다.
우선, 첫번째 기구인 포스터 기구(쌍극자-쌍극자 상호 작용)는, 에너지 이동에, 분자간의 직접적 접촉을 필요로 하지 않고, 열 활성화 지연 형광체 및 형광을 발하는 재료간의 쌍극자 진동의 공명 현상을 통하여 에너지 이동이 일어나는 기구이다. 쌍극자 진동의 공명 현상에 의해 열 활성화 지연 형광체가 형광을 발하는 재료에 에너지를 주고 받아, 열 활성화 지연 형광체가 기저 상태로 되고, 형광을 발하는 재료가 여기 상태로 된다. 또한, 포스터 기구의 속도 상수 kh*→g를 수학식 (1)로 나타낸다.
Figure 112021008438099-pat00003
수학식 (1)에 있어서, ν는 진동수를 나타내고, f'h(ν)는 열 활성화 지연 형광체의 규격화된 발광 스펙트럼(일중항 여기 상태로부터의 에너지 이동을 논하는 경우에는 형광 스펙트럼, 삼중항 여기 상태로부터의 에너지 이동을 논하는 경우에는 인광 스펙트럼)을 나타내고, εg(ν)는 형광을 발하는 재료의 몰 흡광 계수를 나타내고, N은 아보가드로수를 나타내고, n은 매체의 굴절률을 나타내고, R은 열 활성화 지연 형광체와 형광을 발하는 재료의 분자간 거리를 나타내고, τ는 실측되는 여기 상태의 수명(형광 수명이나 인광 수명)을 나타내고, φ는 발광 양자 수율(일중항 여기 상태로부터의 에너지 이동을 논하는 경우에는 형광 양자 수율, 삼중항 여기 상태로부터의 에너지 이동을 논하는 경우에는 인광 양자 수율)을 나타내고, K2는 열 활성화 지연 형광체와 형광을 발하는 재료의 전이 쌍극자 모멘트의 배향을 나타내는 계수(0 내지 4)이다. 또한, 랜덤 배향의 경우에는 K2=2/3이다.
이어서, 두번째 기구인 덱스터 기구(전자 교환 상호 작용)에서는, 열 활성화 지연 형광체와 형광을 발하는 재료가 궤도의 중첩을 발생시키는 접촉 유효 거리에 접근하고, 여기 상태의 열 활성화 지연 형광체의 전자와 기저 상태의 형광을 발하는 재료의 전자의 교환을 통하여 에너지 이동이 일어난다. 또한, 덱스터 기구의 속도 상수 kh*→g를 수학식 (2)로 나타낸다.
Figure 112021008438099-pat00004
수학식 (2)에 있어서, h는 플랑크 상수이며, K는 에너지의 차원을 갖는 상수이며, ν는 진동수를 나타내고, f'h(ν)는 열 활성화 지연 형광체의 규격화된 발광 스펙트럼(일중항 여기 상태로부터의 에너지 이동을 논하는 경우에는 형광 스펙트럼, 삼중항 여기 상태로부터의 에너지 이동을 논하는 경우에는 인광 스펙트럼)을 나타내고, ε'g(ν)는 형광을 발하는 재료의 규격화된 흡수 스펙트럼을 나타내고, L은 실효 분자 반경을 나타내고, R은 열 활성화 지연 형광체와 형광을 발하는 재료의 분자간 거리를 나타낸다.
여기서, 열 활성화 지연 형광체로부터 형광을 발하는 재료로의 에너지 이동 효율 ΦET는, 수학식 (3)으로 나타난다고 생각되어진다. kr은 열 활성화 지연 형광체의 발광 과정(일중항 여기 상태로부터의 에너지 이동을 논하는 경우에는 형광, 삼중항 여기 상태로부터의 에너지 이동을 논하는 경우에는 인광)의 속도 상수를 나타내고, kn은 열 활성화 지연 형광체의 비발광 과정(열 실활이나 항간 교차)의 속도 상수를 나타내고, τ는 실측되는 열 활성화 지연 형광체의 여기 상태의 수명을 나타낸다.
Figure 112021008438099-pat00005
수학식 (3)으로부터, 에너지 이동 효율 ΦET를 높이기 위해서는, 에너지 이동의 속도 상수 kh*→g를 크게 하고, 다른 경합하는 속도 상수 kr+kn(=1/τ)이 상대적으로 작아지면 되는 것을 알 수 있다.
상기 (2-1) 및 (2-2)의 에너지 이동 과정의 어떤 경우든, 열 활성화 지연 형광체의 일중항 여기 상태(1H*)로부터 형광을 발하는 재료로의 에너지 이동이기 때문에, 포스터 기구(수학식 (1)) 및 덱스터 기구(수학식 (2)) 양쪽 기구에 의한 에너지 이동을 생각할 수 있다.
우선, 포스터 기구에 의한 에너지 이동을 생각해 보자. 수학식 (1)과 수학식 (3)으로부터 τ를 소거하면, 에너지 이동 효율 ΦET는, 양자 수율 φ(일중항 여기 상태로부터의 에너지 이동을 논하고 있으므로, 형광 양자 효율)가 높은 편이 좋다고 할 수 있다. 그러나 실제로는, 더욱 중요한 팩터로서, 열 활성화 지연 형광체의 발광 스펙트럼(일중항 여기 상태로부터의 에너지 이동을 논하고 있으므로 형광 스펙트럼)과 형광을 발하는 재료의 흡수 스펙트럼(일중항 기저 상태로부터 일중항 여기 상태로의 전이에 상당하는 흡수)의 중첩이 큰 것도 필요하다(또한, 형광을 발하는 재료의 몰 흡광 계수도 높은 편이 바람직하다). 이것은, 열 활성화 지연 형광체의 발광 스펙트럼과, 형광을 발하는 재료의 최장파장측에 나타나는 흡수대가 중첩되는 것을 의미한다.
이어서, 덱스터 기구에 의한 에너지 이동을 생각해 보자. 수학식 (2)에 의하면, 속도 상수 kh*→g를 크게 하기 위해서는 열 활성화 지연 형광체의 발광 스펙트럼(일중항 여기 상태로부터의 에너지 이동을 논하고 있으므로 형광 스펙트럼)과 형광을 발하는 재료의 흡수 스펙트럼(일중항 기저 상태로부터 일중항 여기 상태로의 전이에 상당하는 흡수)의 중첩이 큰 편이 좋은 것을 알 수 있다.
이상으로부터, (2-1), (2-2)의 어느 과정에 있어서든, 에너지 이동 효율의 최적화는, 열 활성화 지연 형광체의 발광 스펙트럼과, 형광을 발하는 재료의 최장파장측에 나타나는 흡수대가 중첩됨으로써 실현된다.
단, 발광 소자로서 발광 효율을 높이기 위해서는, 열 활성화 지연 형광체가 삼중항 여기 상태로부터 일중항 여기 상태를 생성할 뿐만 아니라, 형광을 발하는 재료의 형광 양자 수율이 높은 것이 중요하다.
그러나, 삼중항 여기 상태로부터 일중항 여기 상태를 생성할 수 있으며, 또한 형광 양자 수율이 높은 재료의 설계는 대단히 곤란하다.
또한, (2)의 에너지 이동 과정의 비율이 많고, (1)의 직접 재결합 과정의 비율이 적은 쪽이, (1-2)의 열 실활 과정을 감소시킬 수 있기 때문에 바람직하다. 따라서, 형광을 발하는 재료의 농도는 5wt％ 이하가 바람직하고, 1wt％ 이하가 보다 바람직하다.
따라서 본 발명의 일 형태는, 형광을 발하는 재료를 발광 물질로서 사용한 경우의, 열 활성화 지연 형광체의 삼중항 여기 상태로부터의 형광을 발하는 재료로의 에너지 이동 효율 및 형광을 발하는 재료의 일중항 여기 상태의 형광 양자 효율에 관한 문제점을 극복할 수 있는, 유용한 방법을 제공한다. 이하에, 그 구체적인 형태를 설명한다.
본 발명의 일 형태에서는, 형광을 발하는 재료에 효율적으로 에너지 이동이 가능한 에너지 도너로서, 열 활성화 지연 형광체를 사용한 발광 소자를 제공한다. 열 활성화 지연 형광체는, 그 일중항 여기 상태와, 삼중항 여기 상태가 근접하고 있다는 특징을 갖는다. 그로 인해, 열 활성화 지연 형광체는 삼중항 여기 상태로부터 일중항 여기 상태로의 전이가 일어나기 쉽다. 또한 에너지 억셉터인 형광을 발하는 재료의 일중항 여기 상태의 흡수 중 최장파장측의 흡수대(일중항 기저 상태로부터 일중항 여기 상태로의 전이에 상당하는 흡수)에, 열 활성화 지연 형광체의 발광 스펙트럼을 중첩시킴으로써, 열 활성화 지연 형광체의 삼중항 여기 상태 및 일중항 여기 상태로부터 형광을 발하는 재료의 일중항 여기 상태로의 에너지 이동 효율을 높일 수 있다.
또한, 삼중항 여기 상태로부터 일중항 여기 상태를 생성하는 기능과, 일중항 여기 상태로부터 효율적으로 발광을 얻는 기능을 상이한 재료에 담당시킴으로써, 발광 물질로서 열 활성화 지연의 유무와 관계없이 형광 양자 수율이 높은 재료(예를 들어 형광 양자 수율이 50％ 이상인 재료)를 선택할 수 있다.
이에 의해, 열 활성화 지연 형광체의 삼중항 여기 상태 및 일중항 여기 상태의 에너지를, 형광을 발하는 재료의 일중항 여기 상태를 거쳐서 보다 효율적으로 발광으로 변환할 수 있어, 발광 효율이 높은 발광 소자로 하는 것이 가능해진다.
이상과 같은 구성을 갖는 발광 소자는, 도 2와 같이 효율적으로 에너지 이동이 일어난다. 도 2에 있어서는, 전극(101)과 전극(102) 사이에 발광층(113)이 형성되어 있는 모습이 기재되어 있다. 각 전극과 발광층(113) 사이에는 임의의 층이 존재하고 있어도 좋다. 열 활성화 지연 형광체(113D)의 일중항 여기 상태 SD로부터는, 발광 물질(113A)의 일중항 여기 상태 SA로 에너지 이동이 일어난다. 또한, 열 활성화 지연 형광체(113D)의 삼중항 여기 상태 TD는, 열 활성화 지연 형광체(113D)의 일중항 여기 상태 SD로 역항간 교차하고 나서, 발광 물질(113A)의 일중항 여기 상태 SA로 에너지 이동이 일어난다. 그리고 발광 물질(113A)의 일중항 여기 상태 SA로부터 발광이 일어난다. 이렇게 본 실시 형태에 있어서의 발광 소자에서는, 삼중항 여기 상태로부터 일중항 여기 상태를 생성하는 기능과, 일중항 여기 상태로부터 효율적으로 발광을 얻는 기능을 상이한 재료에 담당시킴으로써, 에너지 이동 및 발광이 각각 양호하게 행해져, 발광 효율이 높은 발광 소자를 제공할 수 있다.
도 1에 본 실시 형태에 있어서의 발광 소자의 개념도를 도시한다. 도 1의 (A)는 발광 소자의 도면, 도 1의 (B) 및 도 1의 (C)는 발광층(113)만을 확대하여 도시한 도면이다.
발광 소자는 제1 전극(101) 및 제2 전극(102)의 한 쌍의 전극에 끼워진 EL층(103)을 갖고 있으며, EL층(103)은 유기 화합물을 발광 물질로서 포함한다. 또한, EL층은 발광층(113)을 갖고 있으며, 발광 물질은 적어도 발광층(113)에 포함된다. 발광층(113) 이외의 층에 대해서는, 한정되지 않기 때문에, 그 밖의 층은 어떤 층을 사용해도 좋지만, 대표적인 적층 구조로서는, 정공 주입층(111), 정공 수송층(112), 전자 수송층(114), 전자 주입층(115) 등이 있다. 이 외에, 캐리어 블록층 등을 형성해도 좋고, 발광층을 복수 형성해도 좋다.
발광층(113)에는 열 활성화 지연 형광체(113D) 및 발광 물질(113A)이 포함되어 있다. 도 1의 (B)에 도시한 바와 같이, 열 활성화 지연 형광체(113D)는 단독으로 삼중항 여기 상태로부터 역항간 교차에 의해 일중항 여기 상태를 생성할 수 있는 재료로 구성되어도 좋다. 또한 열 활성화 지연 형광체(113D)는 복수종의 재료로 구성되어 있어도 좋다. 그 중에서도 도 1의 (C)에 도시한 바와 같이, 제1 유기 화합물(113D1) 및 제2 유기 화합물(113D2)의 2종의 재료로 구성되며, 이들이 여기 착체(엑시플렉스)를 형성하는 조합이면 특히 바람직하다. 엑시플렉스는 일중항 여기 상태의 준위와 삼중항 여기 상태의 준위의 차가 매우 작아지기 쉬운 성질을 갖고 있기 때문에, 삼중항 여기 상태의 준위로부터 일중항 여기 상태의 준위로의 에너지 이동이 일어나기 쉽다. 그 때문에 여기 착체를 형성하는 제1 유기 화합물과 제2 유기 화합물을 조합하여 구성된 열 활성화 지연 형광체는, 본 발명의 일 형태에 있어서의 열 활성화 지연 형광체로서 최적이다. 또한, 제1 유기 화합물과 제2 유기 화합물 중, 한쪽을 정공 수송성, 다른쪽을 전자 수송성의 재료로 하면, 제1 유기 화합물과 제2 유기 화합물의 혼합 비율을 조절함으로써, 발광층에 있어서의 정공과 전자의 캐리어 밸런스를 최적화하는 것이 용이하기 때문에, 발광 효율뿐만 아니라 신뢰성의 관점에서도 바람직하다. 또한, 본 실시 형태의 발광 소자에서는, 발광층(113)에 그 밖의 물질이 포함되어 있는 것을 배제하지 않는다.
열 활성화 지연 형광체는 그 일중항 여기 상태와 삼중항 여기 상태가 근접하고 있는 상태에 있지만, 특히 일중항 여기 상태와 삼중항 여기 상태의 에너지 차가 0eV 이상 0.2eV 이하인 것이 바람직하다.
또한, 이 열 활성화 지연 형광체와 형광을 발하는 재료는, 상술한 바와 같이 열 활성화 지연 형광체의 발광과, 발광 물질(113A)의 최장파장측의 흡수대가 중첩되는 조합인 것이 바람직하다. 이것에 의해, 열 활성화 지연 형광체의 일중항 여기 상태로부터 형광을 발하는 재료의 일중항 여기 상태로 효율적으로 에너지의 이동이 행해진다.
상기 발광 물질(113A)로서 사용할 수 있는 형광을 발하는 재료로서는 예를 들어, 이하와 같은 것을 들 수 있다. 5,6-비스[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-2,2'-비피리딘(약칭: PAP2BPy), 5,6-비스[4'-(10-페닐-9-안트릴)비페닐-4-일]-2,2'-비피리딘(약칭: PAPP2BPy), N,N'-비스〔4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐〕-N,N'-디페닐-피렌-1,6-디아민(약칭: 1,6FLPAPrn), 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), 페릴렌, 2,5,8,11-테트라-tert-부틸페릴렌(약칭: TBP), 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), 쿠마린 30, 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), 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)쿠마린 545T, N,N'-디페닐퀴나크리돈(약칭: DPQd), 루브렌, 5,12-비스(1,1'-비페닐-4-일)-6,11-디페닐테트라센(약칭: BPT), 2-(2-{2-[4-(디메틸아미노)페닐]에테닐}-6-메틸-4H-피란-4-일리덴)프로판디니트릴(약칭: DCM1), 2-{2-메틸-6-[2-(2,3,6,7-테트라히드로-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에테닐]-4H-피란-4-일리덴}프로판디니트릴(약칭: DCM2), 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), 2-{2-이소프로필-6-[2-(1,1,7,7-테트라메틸-2,3,6,7-테트라히드로-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에테닐]-4H-피란-4-일리덴}프로판디니트릴(약칭: DCJTI), 2-{2-tert-부틸-6-[2-(1,1,7,7-테트라메틸-2,3,6,7-테트라히드로-1H, 5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에테닐]-4H-피란-4-일리덴}프로판디니트릴(약칭: DCJTB), 2-(2,6-비스{2-[4-(디메틸아미노)페닐]에테닐}-4H-피란-4-일리덴)프로판디니트릴(약칭: BisDCM), 2-{2,6-비스[2-(8-메톡시-1,1,7,7-테트라메틸-2,3,6,7-테트라히드로-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에테닐]-4H-피란-4-일리덴}프로판디니트릴(약칭: BisDCJTM) 등을 들 수 있다.
상술한 형광을 발하는 재료의, 발광층(113) 중의 농도는 5wt％ 이하가 바람직하고, 1wt％ 이하가 보다 바람직하다. 이러한 농도로 함으로써, (2)의 에너지 이동 과정의 비율을 많게, (1)의 직접 재결합 과정의 비율을 적게 하여, (1-2)의 열 실활 과정을 감소시킬 수 있다.
열 활성화 지연 형광체로서는, 예를 들어 1종의 재료로 구성되는 경우에는 이하와 같은 것을 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), 혹은 팔라듐(Pd) 등을 포함하는 금속 함유 포르피린을 들 수 있다. 상기 금속 함유 포르피린으로서는, 예를 들어 이하의 화학식으로 나타내는 프로토포르피린-불화주석 착체(SnF2(Proto IX)), 메소포르피린-불화주석 착체(SnF2(Meso IX)), 헤마토포르피린-불화주석 착체(SnF2(Hemato IX)), 코프로포르피린테트라메틸에스테르-불화주석 착체(SnF2(Copro III-4Me)), 옥타에틸포르피린-불화주석 착체(SnF2(OEP)), 에티오포르피린-불화주석 착체(SnF2(Etio I)), 옥타에틸포르피린-염화백금 착체(PtCl2OEP) 등도 들 수 있다.
Figure 112021008438099-pat00006
또한, 1종의 재료로 구성되는 열 활성화 지연 형광체로서는, 이하의 화학식으로 나타내는 2-(비페닐-4-일)-4,6-비스(12-페닐린돌[2,3-a]카르바졸-11-일)-1,3,5-트리아진(PIC-TRZ) 등의 π 전자 과잉형 복소 방향환 및 π 전자 부족형 복소 방향환을 갖는 복소환 화합물도 사용할 수 있다. 상기 복소환 화합물은, π 전자 과잉형 복소 방향환 및 π 전자 부족형 복소 방향환을 갖기 때문에, 전자 수송성 및 정공 수송성이 높아, 바람직하다. 또한, π 전자 과잉형 복소 방향환과 π 전자 부족형 복소 방향환이 직접 결합한 물질은, π 전자 과잉형 복소 방향환의 도너성과 π 전자 부족형 복소 방향환의 억셉터성이 모두 강해져, 일중항 여기 상태의 준위와 삼중항 여기 상태의 준위의 차가 작아지기 때문에, 특히 바람직하다.
Figure 112021008438099-pat00007
또한 열 활성화 지연 형광체로서, 제1 유기 화합물 및 제2 유기 화합물의, 2종의 여기 착체를 형성하는 조합의 유기 화합물을 사용할 수 있다. 이 경우 공지의 캐리어 수송 재료를 적절히 사용할 수 있지만, 효율적으로 여기 착체를 형성하기 위해, 전자를 수취하기 쉬운 화합물(전자 수송성을 갖는 재료)과, 정공을 수취하기 쉬운 화합물(정공 수송성을 갖는 재료)을 조합하는 것이 특히 바람직하다.
왜냐하면, 전자 수송성을 갖는 재료와, 정공 수송성을 갖는 재료를 조합하여 열 활성화 지연 형광체로서 사용하여, 전자 수송성을 갖는 재료 및 정공 수송성을 갖는 재료의 혼합 비율을 조절함으로써, 발광층에 있어서의 정공과 전자의 캐리어 밸런스를 최적화하는 것이 용이해지기 때문이다. 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 수취하기 쉬운 화합물(전자 수송성을 갖는 재료)로서는, π 전자 부족형 복소 방향족이나 금속 착체 등을 사용할 수 있다. 구체적으로는, 비스(10-히드록시벤조[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-벤조옥사졸릴)페놀라토]아연(II)(약칭: ZnPBO), 비스[2-(2-벤조티아졸릴)페놀라토]아연(II)(약칭: ZnBTZ) 등의 금속 착체나, 2-(4-비페닐릴)-5-(4-tert-부틸페닐)-1,3,4-옥사디아졸(약칭: PBD), 3-(4-비페닐릴)-4-페닐-5-(4-tert-부틸페닐)-1,2,4-트리아졸(약칭: TAZ), 1,3-비스[5-(p-tert-부틸페닐)-1,3,4-옥사디아졸-2-일]벤젠(약칭: OXD-7), 9-[4-(5-페닐-1,3,4-옥사디아졸-2-일)페닐] -9H-카르바졸(약칭: CO11), 2,2',2"-(1,3,5-벤젠트리일)트리스(1-페닐-1H-벤즈이미다졸)(약칭: TPBI), 2-[3-(디벤조티오펜-4-일)페닐]-1-페닐-1H-벤즈이미다졸(약칭: mDBTBIm-II) 등의 폴리아졸 골격을 갖는 복소환 화합물이나, 2-[3-(디벤조티오펜-4-일)페닐]디벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mDBTPDBq-II), 2-[3'-(디벤조티오펜-4-일) 비페닐-3-일]디벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mDBTBPDBq-II), 2-[3'-(9H-카르바졸-9-일)비페닐-3-일]디벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mCzBPDBq), 4,6-비스[3-(페난트렌-9-일)페닐]피리미딘(약칭: 4,6mPnP2Pm), 4,6-비스3-(4-디벤조티에닐)페닐〕피리미딘(약칭: 4,6mDBTP2Pm-II) 등의 디아진 골격을 갖는 복소환 화합물이나, 3,5-비스[3-(9H-카르바졸-9-일)페닐]피리딘(약칭: 35DCzPPy), 1,3,5-트리[3-(3-피리딜)페닐]벤젠(약칭: TmPyPB) 등의 피리딘 골격을 갖는 복소환 화합물을 들 수 있다. 상술한 것 중에서도, 디아진 골격을 갖는 복소환 화합물이나 피리딘 골격을 갖는 복소환 화합물은, 신뢰성이 양호하여 바람직하다. 특히, 디아진(피리미딘이나 피라진) 골격을 갖는 복소환 화합물은, 전자 수송성이 높아, 구동 전압 저감에도 기여한다.
정공을 수취하기 쉬운 화합물(정공 수송성을 갖는 재료)로서는, π 전자 과잉형 복소 방향족 또는 방향족 아민 등을 적절하게 사용할 수 있다. 구체적으로는, 2-[N-(9-페닐카르바졸-3-일)-N-페닐아미노]스피로-9,9'-비플루오렌(약칭: PCASF), 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]비페닐(약칭: NPB), N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-디페닐-[1,1'-비페닐]-4,4'-디아민(약칭: TPD), 4,4'-비스[N-(스피로-9,9'-비플루오렌-2-일)-N-페닐아미노]비페닐(약칭: BSPB), 4-페닐-4'-(9-페닐플루오렌-9-일)트리페닐아민(약칭: BPAFLP), 4-페닐-3'-(9-페닐플루오렌-9-일)트리페닐아민(약칭: mBPAFLP), 4-페닐-4'-(9-페닐-9H-카르바졸-3-일)트리페닐아민(약칭: PCBA1BP), 4,4'-디페닐-4"-(9-페닐-9H-카르바졸-3-일)트리페닐아민(약칭: PCBBi1BP), 4-(1-나프틸)-4'-(9-페닐-9H-카르바졸-3-일)트리페닐아민(약칭: PCBANB), 4,4'-디(1-나프틸)-4"-(9-페닐-9H-카르바졸-3-일)트리페닐아민(약칭: PCBNBB), 9,9-디메틸-N-페닐-N-[4-(9-페닐-9H-카르바졸-3-일)페닐]-플루오렌-2-아민(약칭: PCBAF), N-페닐-N-[4-(9-페닐-9H-카르바졸-3-일)페닐]-스피로-9,9'-비플루오렌-2-아민(약칭: PCBASF) 등의 방향족 아민 골격을 갖는 화합물이나, 1,3-비스(N-카르바졸릴)벤젠(약칭: mCP), 4,4'-디(N-카르바졸릴)비페닐(약칭: CBP), 3,6-비스(3,5-디페닐페닐)-9-페닐카르바졸(약칭: CzTP), 9-페닐-9H-3-(9-페닐-9H-카르바졸-3-일)카르바졸(약칭: PCCP) 등의 카르바졸 골격을 갖는 화합물이나, 4,4',4"-(벤젠-1,3,5-트리일)트리(디벤조티오펜)(약칭: DBT3P-II), 2,8-디페닐-4-[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]디벤조티오펜(약칭: DBTFLP-III), 4-[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]-6-페닐디벤조티오펜(약칭: DBTFLP-IV) 등의 티오펜 골격을 갖는 화합물이나, 4,4',4"-(벤젠-1,3,5-트리일)트리(디벤조푸란)(약칭: DBF3P-II), 4-{3-[3-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]페닐}디벤조푸란(약칭: mmDBFFLBi-II) 등의 푸란 골격을 갖는 화합물을 들 수 있다. 상술한 것 중에서도, 방향족 아민 골격을 갖는 화합물이나 카르바졸 골격을 갖는 화합물은, 신뢰성이 양호하고, 또한, 정공 수송성이 높아, 구동 전압 저감에도 기여하기 때문에 바람직하다.
제1 유기 화합물 및 제2 유기 화합물은, 이들에 한정되지 않고, 캐리어를 수송할 수 있고, 또한 여기 착체를 형성할 수 있는 조합이며, 상기 여기 착체의 발광이, 발광 물질의 흡수 스펙트럼에 있어서의 최장파장측의 흡수대(발광 물질의 일중항 기저 상태로부터 일중항 여기 상태로의 전이에 상당하는 흡수)와 중첩되어 있으면 되며, 공지의 다른 재료를 사용해도 좋다.
또한, 전자 수송성을 갖는 재료와 정공 수송성을 갖는 재료에 의해 제1 유기 화합물 및 제2 유기 화합물을 구성하는 경우, 그 혼합비에 의해 캐리어 밸런스를 제어할 수 있다. 구체적으로는, 제1 유기 화합물:제2 유기 화합물=1:9 내지 9:1의 범위가 바람직하다.
여기서, 여기 착체를 형성하는 각 화합물(제1 유기 화합물(113D1) 및 제2 유기 화합물(113D2)) 및 여기 착체에 대하여 조금 상세하게 설명한다.
도 10의 (A), 도 10의 (B)에 4종의 유기 화합물 단독의 발광 스펙트럼과, 이들로 형성된 여기 착체의 발광 스펙트럼을 도시했다. 또한, 도면 중, 화합물 1이 2-[4-(디벤조티오펜-4-일)페닐]-1-페닐-1H-벤즈이미다졸(약칭: DBTBIm-II), 화합물 2가 2-[3-(디벤조티오펜-4-일)페닐]디벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mDBTPDBq-II), 화합물 3이 4,4',4"-트리스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]트리페닐아민(약칭: 1'-TNATA), 화합물 4가 2,7-비스[N-(4-디페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]-스피로-9,9'-비플루오렌(약칭: DPA2SF)이다. 여기 착체 1은 화합물 1과 화합물 3의 여기 착체, 여기 착체 2는 화합물 2와 화합물 3의 여기 착체, 여기 착체 3이 화합물 2와 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]비페닐(약칭: NPB)의 여기 착체, 여기 착체 4가 화합물 2와 화합물 4의 여기 착체의 스펙트럼이다.
이하에 각 화합물의 화학식을 나타낸다.
Figure 112021008438099-pat00008
도 10의 (A)에는 여기 착체 1 및 여기 착체 2 외에, 화합물 1 내지 화합물 3의 발광 스펙트럼을 도시한다. 여기 착체 1로 표현되는 스펙트럼에는 화합물 1을 베이스로 화합물 3을 소량 첨가한 재료의 발광을 측정한 결과를, 여기 착체 2로 표현되는 스펙트럼에는, 화합물 2를 베이스로 화합물 3을 소량 첨가한 재료의 발광을 측정한 결과를 각각 나타냈다. 즉, 여기 착체 1의 측정을 행한 시료에 있어서는, 화합물 1과 화합물 3의 어느 한쪽이 제1 유기 화합물(113D1)에 상당하고, 다른쪽이 제2 유기 화합물(113D2)에 상당한다. 또한, 여기 착체 2의 측정을 행한 시료에 있어서는, 화합물 2와 화합물 3의 어느 한쪽이 제1 유기 화합물(113D1)에 상당하고, 다른쪽이 제2 유기 화합물(113D2)에 상당한다.
도 10의 (A)로부터 알 수 있는 바와 같이, 소량 성분인 화합물 3이 동일해도, 여기 착체 1과 여기 착체 2의 발광은 100nm 이상의 차가 있다. 즉, 베이스의 물질을 변경함으로써, 여기 착체의 발광 파장을 용이하게 조정할 수 있다.
또한, 여기 착체 1의 발광 스펙트럼의 피크 파장은 520nm 정도이기 때문에, 화합물 1과 화합물 3을 포함하는 열 활성화 지연 형광체는, 청록색으로부터 적색의 형광을 발하는 재료와 혼합하여 적절하게 사용할 수 있다.
또한, 여기 착체 2의 발광 스펙트럼의 피크 파장은 610nm 정도이기 때문에, 화합물 2와 화합물 3을 포함하는 열 활성화 지연 형광체는, 적색의 형광을 발하는 재료와 혼합하여 적절하게 사용할 수 있다.
도 10의 (B)에서는, 여기 착체 3 및 여기 착체 4 이외에, 화합물 2와 화합물 4의 발광 스펙트럼을 도시한다. 여기 착체 3으로 표현되는 스펙트럼에는 화합물 2를 베이스로 NPB를 소량 첨가한 재료의 발광을 측정한 결과를, 여기 착체 4로 표현되는 스펙트럼에는 화합물 2를 베이스로 화합물 4를 소량 첨가한 재료의 발광을 측정한 결과를 각각 나타냈다. 즉, 여기 착체 3의 측정을 행한 시료에 있어서는, 화합물 2와 NPB의 어느 한쪽이 제1 유기 화합물(113D1)에 상당하고, 다른쪽이 제2 유기 화합물(113D2)에 상당한다. 또한, 여기 착체 4의 측정을 행한 시료에 있어서는, 화합물 2와 화합물 4의 어느 한쪽이 제1 유기 화합물(113D1)에 상당하고, 다른쪽이 제2 유기 화합물(113D2)에 상당한다.
도 10의 (B)로부터 알 수 있는 바와 같이, 베이스의 재료가 동일해도, 여기 착체 3과 여기 착체 4의 발광에는 100nm 가량의 차가 있다. 즉, 소량 성분인 물질을 변경함으로써도, 여기 착체의 발광 파장을 용이하게 조정하는 것이 가능하다.
또한, 여기 착체 3의 발광 스펙트럼의 피크 파장은 520nm 정도이기 때문에, 화합물 2와 NPB를 포함하는 열 활성화 지연 형광체는, 청록색으로부터 적색의 형광을 발하는 재료와 혼합하여 적절하게 사용할 수 있다.
또한, 여기 착체 4의 발광 스펙트럼의 피크 파장은 580nm 정도이기 때문에, 화합물 2와 화합물 4를 포함하는 열 활성화 지연 형광체는, 주황색으로부터 적색의 형광을 발하는 재료와 혼합하여 적절하게 사용할 수 있다.
이상과 같은 구성을 갖는 발광 소자는, 형광을 발하는 재료로의 에너지 이동 효율이 높고, 발광 효율이 양호한 발광 소자이다.
또한, 열 활성화 지연 형광체로서 여기 착체를 형성하는 조합의 2종의 유기 화합물을 사용하면, 발광 소자의 구동 전압을 낮출 수 있는 점도 바람직하다. 구동 전압을 낮춤으로써, 저소비 전력한 발광 소자로 하는 것이 가능해진다. 여기 착체를 사용하여 발광 소자의 구동 전압을 낮출 수 있는 이유에 대해, 이하에 설명한다.
열 활성화 지연 형광체로서 여기 착체를 형성하는 조합의 유기 화합물을 사용하는 경우, 캐리어의 재결합(또는 일중항 여기자)에 의해 여기 착체가 형성되는 전압의 임계값은, 상기 여기 착체의 발광 스펙트럼의 피크의 에너지에 의해 정해진다. 예를 들어, 여기 착체의 발광 스펙트럼의 피크가 620nm(2.0eV)이면, 그 여기 착체를 전기 에너지에 의해 형성하는 데 필요한 전압의 임계값도 2.0V 정도이다.
여기서, 여기 착체의 발광 스펙트럼의 피크의 에너지가 지나치게 높으면(파장이 지나치게 짧으면), 여기 착체가 형성되는 전압의 임계값도 증대해 버린다. 이 경우, 여기 착체로부터 형광을 발하는 재료로 에너지 이동하여 형광을 발하는 재료를 발광시키기 위해, 보다 큰 전압을 필요로 하게 되어, 여분의 에너지를 소비해 버리기 때문에, 바람직하지 않다. 이 관점에서는, 여기 착체의 발광 스펙트럼의 피크의 에너지가 낮을수록(파장이 길수록), 상기 전압의 임계값은 작아져 바람직하다.
그로 인해, 여기 착체의 발광 스펙트럼의 피크 파장을, 형광을 발하는 재료의 흡수 스펙트럼의 최장파장측에 위치하는 흡수대의 피크 파장 이상으로 하면, 구동 전압이 낮은 발광 소자를 얻을 수 있다. 이 경우에도, 여기 착체의 발광 스펙트럼과 형광을 발하는 재료의 흡수 스펙트럼의 최장파장측에 위치하는 흡수대의 중첩을 이용하여 에너지 이동이 가능하기 때문에, 높은 발광 효율을 얻을 수 있다. 이와 같이, 구동 전압을 저감시키면서, 높은 발광 효율(외부 양자 효율)이 얻어짐으로써, 높은 전력 효율을 실현할 수 있다.
상기 발광 소자는, 캐리어의 재결합에 의해 형광을 발하는 재료가 발광을 시작하는 임계값 전압보다도, 캐리어의 재결합에 의해 여기 착체가 형성되는 임계값 전압이 더 작다. 즉, 발광 소자에 인가되는 전압이, 형광을 발하는 재료가 발광을 시작하는 임계값 전압 미만이라도, 캐리어가 재결합하여 여기 착체를 형성함으로써, 발광 소자에 재결합 전류가 흐르기 시작한다. 따라서, 보다 구동 전압이 낮은(전압-전류 특성이 좋은) 발광 소자를 실현할 수 있다.
또한, 이에 의해, 형광을 발하는 재료가 발광을 시작하는 임계값 전압에 도달했을 때에는 발광층 중에 충분한 수의 캐리어가 존재하여, 형광을 발하는 재료의 발광에 기여할 수 있는 캐리어의 재결합이 원활하면서 또한 수많이 행해진다. 따라서, 형광을 발하는 재료의 임계값 전압(발광 개시 전압) 부근에 있어서, 휘도는 급격하게 높아진다. 즉, 전압-휘도 특성의 발광 개시 전압 부근의 상승을 급준하게 할 수 있기 때문에, 원하는 휘도에 필요로 하는 구동 전압도 낮출 수 있다. 또한, 실용적인 휘도를 얻기 위해서는, 형광을 발하는 재료의 임계값 전압(발광 개시 전압) 이상의 전압으로 구동하기 때문에, 형광을 발하는 재료의 발광이 지배적이며, 발광 소자는 높은 전류 효율을 실현할 수도 있다.
상기의 저전압화의 효과는, 여기 착체의 발광 스펙트럼의 피크가, 형광을 발하는 재료의 발광 스펙트럼의 피크 +30nm 이내 또는 여기 착체의 발광 스펙트럼의 피크 파장과, 형광을 발하는 재료의 발광의 피크 파장의 에너지 환산값의 차가 +0.2eV 이하인 영역에서 현저하게 보인다. 또한, 여기 착체의 발광 스펙트럼의 피크가, 형광을 발하는 재료의 발광 스펙트럼의 피크 -30nm 이내 또는 여기 착체의 발광 스펙트럼의 피크 파장과, 형광을 발하는 재료의 발광의 피크 파장의 에너지 환산값의 차가 -0.2eV 이상인 영역이면, 비교적 높은 발광 효율도 유지할 수 있다.
(실시 형태 2)
본 실시 형태에서는 실시 형태 1에서 설명한 발광 소자의 상세한 구조의 예에 대하여 도 1을 사용하여 이하에 설명한다.
본 실시 형태에 있어서의 발광 소자는, 한 쌍의 전극 사이에 복수의 층을 포함하여 이루어지는 EL층을 갖는다. 본 실시 형태에 있어서, 발광 소자는, 제1 전극(101)과, 제2 전극(102)과, 제1 전극(101)과 제2 전극(102) 사이에 형성된 EL층(103)으로 구성되어 있다. 또한, 본 형태에서는 제1 전극(101)은 양극으로서 기능하고, 제2 전극(102)은 음극으로서 기능하는 것으로서, 이하에 설명한다. 즉, 제1 전극(101) 쪽이 제2 전극(102)보다도 전위가 높아지도록, 제1 전극(101)과 제2 전극(102)에 전압을 인가했을 때에, 발광이 얻어지는 구성으로 되어 있다.
제1 전극(101)은 양극으로서 기능하기 때문에, 일함수가 큰(구체적으로는 4.0eV 이상) 금속, 합금, 도전성 화합물 및 이들 혼합물 등을 사용하여 형성하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 예를 들어 산화인듐-산화주석(ITO: Indium Tin Oxide), 규소 혹은 산화규소를 함유한 산화인듐-산화주석, 산화인듐-산화아연, 산화텅스텐 및 산화아연을 함유한 산화인듐(IWZO) 등을 들 수 있다. 이들 도전성 금속 산화물막은, 통상 스퍼터링법에 의해 성막되지만, 졸-겔법 등을 응용하여 제작해도 상관없다. 제작 방법의 예로서는, 산화인듐-산화아연은, 산화인듐에 대하여 1 내지 20wt％의 산화아연을 첨가한 타깃을 사용하여 스퍼터링법에 의해 형성하는 방법 등이 있다. 또한, 산화텅스텐 및 산화아연을 함유한 산화인듐(IWZO)은, 산화인듐에 대하여 산화텅스텐을 0.5 내지 5wt％, 산화아연을 0.1 내지 1wt％ 함유한 타깃을 사용하여 스퍼터링법에 의해 형성할 수도 있다. 이밖에, 금(Au), 백금(Pt), 니켈(Ni), 텅스텐(W), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 철(Fe), 코발트(Co), 구리(Cu), 팔라듐(Pd) 또는 금속 재료의 질화물(예를 들어, 질화티타늄) 등을 들 수 있다. 그래핀도 사용할 수 있다. 또한, 후술하는 복합 재료를 EL층(103)에 있어서의 제1 전극(101)과 접하는 층에 사용함으로써 일함수와 관계없이, 전극 재료를 선택할 수 있게 된다.
EL층(103)의 적층 구조에 대해서는, 발광층(113)이 실시 형태 1에 기재된 바와 같은 구성으로 되어 있으면 나머지는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 정공 주입층, 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층, 전자 주입층, 캐리어 블록층, 중간층 등을 적절히 조합하여 구성할 수 있다. 본 실시 형태에서는, EL층(103)은, 제1 전극(101) 위에 순서대로 적층한 정공 주입층(111), 정공 수송층(112), 발광층(113), 전자 수송층(114), 전자 주입층(115)을 갖는 구성에 대하여 설명한다. 각 층을 구성하는 재료에 대하여 이하에 구체적으로 기재한다.
정공 주입층(111)은, 정공 주입성이 높은 재료를 포함하는 층이다. 몰리브덴 산화물이나 바나듐 산화물, 루테늄 산화물, 텅스텐 산화물, 망간 산화물 등을 사용할 수 있다. 이밖에, 프탈로시아닌(약칭: H2Pc)이나 구리프탈로시아닌(CuPC) 등의 프탈로시아닌계의 화합물, 4,4'-비스[N-(4-디페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]비페닐(약칭: DPAB), N,N'-비스{4-[비스(3-메틸페닐)아미노]페닐}-N,N'-디페닐-(1,1'-비페닐)-4,4'-디아민(약칭: DNTPD) 등의 방향족 아민 화합물, 혹은 폴리(에틸렌디옥시티오펜)/폴리(스티렌술폰산)(PEDOT/PSS) 등의 고분자 등에 의해서도 정공 주입층(111)을 형성할 수 있다.
또한, 정공 주입층(111)으로서, 정공 수송성을 갖는 재료에 억셉터성 물질을 함유시킨 복합 재료를 사용할 수 있다. 또한, 정공 수송성 물질에 억셉터성 물질을 함유시킨 것을 사용함으로써, 전극의 일함수와 상관없이 전극을 형성하는 재료를 선택할 수 있다. 즉, 제1 전극(101)으로서 일함수가 큰 재료뿐만 아니라, 일함수가 작은 재료도 사용할 수 있게 된다. 억셉터성 물질로서는, 7,7,8,8-테트라시아노-2,3,5,6-테트라플루오로퀴노디메탄(약칭: F4-TCNQ), 클로라닐 등을 들 수 있다. 또한, 전이 금속 산화물을 들 수 있다. 또한 원소 주기율표에 있어서의 제4족 내지 제8족에 속하는 금속의 산화물을 들 수 있다. 구체적으로는, 산화바나듐, 산화니오븀, 산화탄탈, 산화크롬, 산화몰리브덴, 산화텅스텐, 산화망간, 산화레니움은 전자 수용성이 높기 때문에 바람직하다. 그 중에서도 특히, 산화몰리브덴은 대기 중에서도 안정되고, 흡습성이 낮고, 취급하기 쉽기 때문에 바람직하다.
복합 재료에 사용하는 정공 수송성 물질로서는, 방향족 아민 화합물, 카르바졸 유도체, 방향족 탄화수소, 고분자 화합물(올리고머, 덴드리머, 중합체 등) 등, 다양한 유기 화합물을 사용할 수 있다. 또한, 복합 재료에 사용하는 유기 화합물로서는, 정공 수송성이 높은 유기 화합물인 것이 바람직하다. 구체적으로는 10-6㎠/Vs 이상의 정공 이동도를 갖는 물질인 것이 바람직하다. 이하에서는, 복합 재료에 있어서의 정공 수송성 물질로서 사용할 수 있는 유기 화합물을 구체적으로 열거한다.
예를 들어, 방향족 아민 화합물로서는, N,N'-디(p-톨릴)-N,N'-디페닐-p-페닐렌디아민(약칭: DTDPPA), 4,4'-비스[N-(4-디페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]비페닐(약칭: DPAB), N,N'-비스{4-[비스(3-메틸페닐)아미노]페닐}-N,N'-디페닐-(1,1'-비페닐)-4,4'-디아민(약칭: DNTPD), 1,3,5-트리스[N-(4-디페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]벤젠(약칭: DPA3B) 등을 들 수 있다.
복합 재료에 사용할 수 있는 카르바졸 유도체로서는, 구체적으로는 3-[N-(9-페닐카르바졸-3-일)-N-페닐아미노]-9-페닐카르바졸(약칭: PCzPCA1), 3,6-비스[N-(9-페닐카르바졸-3-일)-N-페닐아미노]-9-페닐카르바졸(약칭: PCzPCA2), 3-[N-(1-나프틸)-N-(9-페닐카르바졸-3-일)아미노]-9-페닐카르바졸(약칭: PCzPCN1) 등을 들 수 있다.
또한, 복합 재료에 사용할 수 있는 카르바졸 유도체로서는, 그외에, 4,4'-디(N-카르바졸릴)비페닐(약칭: CBP), 1,3,5-트리스[4-(N-카르바졸릴)페닐]벤젠(약칭: TCPB), 9-[4-(10-페닐-9-안트라세닐)페닐]-9H-카르바졸(약칭: CzPA), 1,4-비스[4-(N-카르바졸릴)페닐]-2,3,5,6-테트라페닐벤젠 등을 사용할 수 있다.
또한, 복합 재료에 사용할 수 있는 방향족 탄화수소로서는, 예를 들어 2-tert-부틸-9,10-디(2-나프틸)안트라센(약칭: t-BuDNA), 2-tert-부틸-9,10-디(1-나프틸)안트라센, 9,10-비스(3,5-디페닐페닐)안트라센(약칭: DPPA), 2-tert-부틸-9,10-비스(4-페닐페닐)안트라센(약칭: t-BuDBA), 9,10-디(2-나프틸)안트라센(약칭: DNA), 9,10-디페닐안트라센(약칭: DPAnth), 2-tert-부틸안트라센(약칭: t-BuAnth), 9,10-비스(4-메틸-1-나프틸)안트라센(약칭: DMNA), 2-tert-부틸-9,10-비스[2-(1-나프틸)페닐]안트라센, 9,10-비스[2-(1-나프틸)페닐]안트라센, 2,3,6,7-테트라메틸-9,10-디(1-나프틸)안트라센, 2,3,6,7-테트라메틸-9,10-디(2-나프틸)안트라센, 9,9'-비안트릴, 10,10'-디페닐-9,9'-비안트릴, 10,10'-비스(2-페닐페닐)-9,9'-비안트릴, 10,10'-비스[(2,3,4,5,6-펜타페닐)페닐]-9,9'-비안트릴, 안트라센, 테트라센, 루브렌, 페릴렌, 2,5,8,11-테트라(tert-부틸)페릴렌 등을 들 수 있다. 또한, 이밖에, 펜타센, 코로넨 등도 사용할 수 있다. 이와 같이, 1×10-6㎠/Vs 이상의 정공 이동도를 갖고, 탄소수 14 내지 42인 방향족 탄화수소를 사용하는 것이 보다 바람직하다.
또한, 복합 재료에 사용할 수 있는 방향족 탄화수소는, 비닐 골격을 가져도 좋다. 비닐기를 갖고 있는 방향족 탄화수소로서는, 예를 들어 4,4'-비스(2,2-디페닐 비닐)비페닐(약칭: DPVBi), 9,10-비스[4-(2,2-디페닐 비닐)페닐]안트라센(약칭: DPVPA) 등을 들 수 있다.
또한, 폴리(N-비닐카르바졸)(약칭: PVK)이나 폴리(4-비닐트리페닐아민)(약칭: PVTPA), 폴리[N-(4-{N'-[4-(4-디페닐아미노)페닐]페닐-N'-페닐아미노}페닐)메타크릴아미드](약칭: PTPDMA), 폴리[N,N'-비스(4-부틸페닐)-N,N'-비스(페닐)벤지딘](약칭: Poly-TPD) 등의 고분자 화합물을 사용할 수도 있다.
정공 주입층(111)을 형성함으로써, 정공의 주입성이 양호해져, 구동 전압이 작은 발광 소자를 얻는 것이 가능해진다.
정공 수송층(112)은, 정공 수송성을 갖는 재료를 포함하는 층이다. 정공 수송성 물질로서는, 예를 들어 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]비페닐(약칭: NPB)이나 N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-디페닐-[1,1'-비페닐]-4,4'-디아민(약칭: TPD), 4,4',4"-트리스(N,N-디페닐아미노)트리페닐아민(약칭: TDATA), 4,4',4"-트리스[N-(3-메틸페닐)-N-페닐아미노]트리페닐아민(약칭: MTDATA), 4,4'-비스[N-(스피로-9,9'-비플루오렌-2-일)-N-페닐아미노]비페닐(약칭: BSPB), 4-페닐-4'-(9-페닐 플루오렌-9-일)트리페닐아민(약칭: BPAFLP) 등의 방향족 아민 화합물 등을 사용할 수 있다. 여기에 설명한 물질은, 정공 수송성이 높고, 주로 10-6㎠/Vs 이상의 정공 이동도를 갖는 물질이다. 또한, 상술한 복합 재료에 있어서의 정공 수송성 물질로서 예시한 유기 화합물도 정공 수송층(112)에 사용할 수 있다. 또한, 폴리(N-비닐카르바졸)(약칭: PVK)이나 폴리(4-비닐 트리페닐아민)(약칭: PVTPA) 등의 고분자 화합물을 사용할 수도 있다. 또한, 정공 수송성 물질을 포함하는 층은, 단층의 것뿐만 아니라, 상기 물질을 포함하여 이루어지는 층이 2층 이상 적층된 것으로 해도 좋다.
발광층(113)은, 발광 물질과, 열 활성화 지연 형광체를 적어도 포함하는 층이다. 발광층(113)은, 실시 형태 1에서 설명한 바와 같은 구성을 갖고 있는 점에서, 본 실시 형태에 있어서의 발광 소자는 매우 발광 효율이 양호한 발광 소자로 할 수 있다. 발광층(113)의 주된 구성에 대해서는 실시 형태 1의 기재를 참조하길 바란다.
이상과 같은 구성을 갖는 발광층(113)은, 진공 증착법에 의한 공증착이나, 혼합 용액으로서 잉크젯법이나 스핀 코트법이나 딥 코트법 등을 사용하여 성막함으로써 제작할 수 있다.
전자 수송층(114)은 전자 수송성을 갖는 재료를 포함하는 층이다. 예를 들어, 트리스(8-퀴놀리놀라토)알루미늄(약칭: Alq), 트리스(4-메틸-8-퀴놀리놀라토)알루미늄(약칭: Almq3), 비스(10-히드록시벤조[h]퀴놀리나토)베릴륨(약칭: BeBq2), 비스(2-메틸-8-퀴놀리놀라토)(4-페닐페놀라토)알루미늄(약칭: BAlq) 등, 퀴놀린 골격 또는 벤조퀴놀린 골격을 갖는 금속 착체 등을 포함하여 이루어지는 층이다. 또한, 이밖에 비스[2-(2-히드록시페닐)벤즈옥사졸라토]아연(약칭: Zn(BOX)2), 비스[2-(2-히드록시페닐)벤조티아졸라토]아연(약칭: Zn(BTZ)2) 등의 옥사졸계, 티아졸계 배위자를 갖는 금속 착체 등도 사용할 수 있다. 또한, 금속 착체 이외에도, 2-(4-비페닐릴)-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-비페닐릴)-4-페닐-5-(4-tert-부틸페닐)-1,2,4-트리아졸(약칭: TAZ), 바소페난트롤린(약칭: BPhen), 바소큐프로인(약칭: BCP) 등도 사용할 수 있다. 여기에 설명한 물질은, 전자 수송성이 높고, 주로 10-6㎠/Vs 이상의 전자 이동도를 갖는 물질이다. 또한, 상술한 전자 수송성 열 활성화 지연 형광체를 전자 수송층(114)에 사용해도 좋다.
또한, 전자 수송층(114)은 단층의 것뿐만아니라, 상기 물질을 포함하여 이루어지는 층이 2층 이상 적층한 것으로 해도 된다.
또한, 전자 수송층과 발광층 사이에 전자의 이동을 제어하는 층을 형성해도 된다. 이것은 상술한 바와 같은 전자 수송성이 높은 재료에 전자 트랩성이 높은 물질을 소량 첨가한 층이며, 전자 캐리어의 이동을 억제함으로써 캐리어 밸런스를 조절하는 것이 가능하게 된다. 이와 같은 구성은, 발광층을 전자가 꿰뚫고 나가버리는 것에 의해 발생하는 문제(예를 들어 소자 수명의 저하)의 억제에 큰 효과를 발휘한다.
또한, 전자 수송층(114)과 제2 전극(102)의 사이에, 제2 전극(102)에 접하여 전자 주입층(115)을 설치해도 된다. 전자 주입층(115)으로서는, 불화 리튬(LiF), 불화 세슘(CsF), 불화칼슘(CaF2) 등과 같은 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 또는 그것들의 화합물을 사용할 수 있다. 예를 들어, 전자 수송성을 갖는 물질을 포함하여 이루어지는 층 중에 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 또는 그것들의 화합물을 함유시킨 것을 사용할 수 있다. 또한, 전자 주입층(115)으로서, 전자 수송성을 갖는 물질을 포함하여 이루어지는 층 중에 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속을 함유시킨 것을 사용함으로써, 제2 전극(102)으로부터의 전자 주입이 효율적으로 행해지기 때문에 보다 바람직하다.
제2 전극(102)을 형성하는 물질로서는, 일함수가 작은(구체적으로는 3.8 eV 이하) 금속, 합금, 전기 전도성 화합물 및 이들의 혼합물 등을 사용할 수 있다. 이러한 음극 재료의 구체예로서는, 리튬(Li)이나 세슘(Cs) 등의 알칼리 금속 및 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr) 등의 원소 주기율표의 제1족 또는 제2족에 속하는 원소 및 이들을 포함하는 합금(MgAg, AlLi), 유로퓸(Eu), 이테르븀(Yb) 등의 희토류 금속 및 이들을 포함하는 합금 등을 들 수 있다. 그러나, 제2 전극(102)과 전자 수송층의 사이에 전자 주입층을 형성함으로써, 일함수의 대소에 관계없이, Al, Ag, ITO, 규소 또는 산화규소를 함유한 산화인듐- 산화주석 등 여러가지 도전성 재료를 제2 전극(102)으로서 사용할 수 있다. 이들 도전성 재료는, 스퍼터링법이나 잉크젯법, 스핀 코트법 등을 사용하여 성막하는 것이 가능하다.
또한, EL층(103)의 형성 방법으로서는, 건식법, 습식법을 막론하고, 다양한 방법을 사용할 수 있다. 예를 들어, 진공 증착법, 잉크젯법 또는 스핀 코트법 등 사용해도 상관없다. 또한 각 전극 또는 각 층 마다 상이한 성막 방법을 사용하여 형성해도 상관없다.
전극에 대해서도, 졸-겔법을 사용하여 습식법으로 형성해도 되고, 금속 재료의 페이스트를 사용하여 습식법으로 형성해도 된다. 또한, 스퍼터링법이나 진공 증착법 등의 건식법을 사용하여 형성해도 된다.
이상과 같은 구성을 갖는 발광 소자는, 제1 전극(101)과 제2 전극(102)의 사이에 발생한 전위차에 의해 전류가 흘러, 발광 물질을 포함하는 층인 발광층(113)에 있어서 정공과 전자가 재결합하여 발광하는 것이다. 즉 발광층(113)에 발광 영역이 형성되는 것과 같은 구성으로 되어 있다.
발광은, 제1 전극(101) 또는 제2 전극(102) 중 어느 한쪽 또는 양쪽을 통하여 외부에 취출된다. 따라서, 제1 전극(101) 또는 제2 전극(102) 중 어느 한쪽 또는 양쪽은 투광성을 갖는 전극이다. 제1 전극(101)만이 투광성을 갖는 전극일 경우, 발광은 제1 전극(101)을 통하여 취출된다. 또한, 제2 전극(102)만이 투광성을 갖는 전극일 경우, 발광은 제2 전극(102)을 통하여 취출된다. 제1 전극(101) 및 제2 전극(102)이 모두 투광성을 갖는 전극일 경우, 발광은 제1 전극(101) 및 제2 전극(102)을 통하여, 양쪽으로부터 취출된다.
또한, 제1 전극(101)과 제2 전극(102)의 사이에 설치되는 층의 구성은 상기의 것에는 한정되지 않는다. 그러나, 발광 영역과 전극이나 캐리어 주입층에 사용되는 금속이 근접함으로써 발생하는 소광이 억제되도록, 제1 전극(101) 및 제2 전극(102)으로부터 이격된 부위에 정공과 전자가 재결합하는 발광 영역을 형성한 구성이 바람직하다.
또한, 발광층(113)에 접하는 정공 수송층이나 전자 수송층, 특히 발광층(113)에 있어서의 발광 영역에 가까운 쪽에 접하는 캐리어 수송층은, 발광층에서 생성한 여기자로부터의 에너지 이동을 억제하기 위해서, 그 밴드갭이 발광 물질이 갖는 밴드갭보다 큰 밴드갭을 갖는 물질로 구성하는 것이 바람직하다.
본 실시 형태에 있어서의 발광 소자는, 유리, 플라스틱, 금속 등을 포함하여 이루어지는 기판에 설치된다. 발광 소자로부터의 광이 투과하는 기판은, 가시광 영역에 높은 투광성을 갖고 있는 것을 사용한다. 기판 위에 제작하는 순서로서는, 제1 전극(101)측부터 순서대로 적층하거나, 제2 전극(102)측부터 순서대로 적층해도 된다. 발광 장치는 1 기판 위에 하나의 발광 소자를 형성한 것일 수도 있지만, 복수의 발광 소자를 형성해도 된다. 1 기판 위에 이러한 발광 소자를 복수 제작함으로써, 소자 분할된 조명 장치나 패시브 매트릭스형의 발광 장치를 제작할 수 있다. 또한, 유리, 플라스틱 등을 포함하여 이루어지는 기판 위에, 예를 들어 박막 트랜지스터(TFT)를 형성하고, TFT와 전기적으로 접속된 전극 위에 발광 소자를 제작해도 된다. 이에 의해, TFT에 의해 발광 소자의 구동을 제어하는 액티브 매트릭스형의 발광 장치를 제작할 수 있다. 또한, TFT의 구조는 특별히 한정되지 않는다. 스태거형의 TFT여도 되고 역 스태거형의 TFT여도 된다. 또한, TFT에 사용하는 반도체의 결정성에 대해서도 특별히 한정되지 않고 비정질 반도체를 사용해도 되고, 결정성 반도체를 사용해도 된다. 또한, TFT 기판에 형성되는 구동용 회로에 대해서도, N형 및 P형의 TFT를 포함하여 이루어지는 것이어도 되고, 또는 N형의 TFT 또는 P형의 TFT 중 어느 한쪽만을 포함하여 이루어지는 것이어도 된다.
또한, 본 실시 형태는 다른 실시 형태와 적절히 조합하는 것이 가능하다.
(실시 형태 3)
본 실시 형태에서는, 실시 형태 1 또는 실시 형태 2에 기재된 발광 소자를 조명 장치로서 사용하는 예를, 도 3을 참조하면서 설명한다. 도 3의 (B)는 조명 장치의 상면도, 도 3의 (A)는 도 3의 (B)에 있어서의 e-f 단면도이다.
본 실시 형태에 있어서의 조명 장치는, 지지체인 투광성을 갖는 기판(400) 위에 제1 전극(401)이 형성되어 있다. 제1 전극(401)은 실시 형태 2에 있어서의 제1 전극(101)에 상당한다.
제1 전극(401) 위에는 보조 전극(402)이 설치되어 있다. 본 실시 형태에서는, 제1 전극(401)측으로부터 발광을 취출하는 예를 나타냈기 때문에, 제1 전극(401)은 투광성을 갖는 재료에 의해 형성한다. 보조 전극(402)은 투광성을 갖는 재료의 도전율의 낮음을 보충하기 위하여 설치되어 있고, 제1 전극(401)의 저항이 높은 것에 의한 전압 강하를 기인으로 하는 발광면 내의 휘도 편차를 억제하는 기능을 갖는다. 보조 전극(402)은 적어도 제1 전극(401)의 재료보다도 도전율이 큰 재료를 사용하여 형성하고, 바람직하게는 알루미늄 등의 도전율이 큰 재료를 사용하여 형성하면 된다. 또한, 보조 전극(402)에 있어서의 제1 전극(401)과 접하는 부분 이외의 표면은 절연층으로 덮여 있는 것이 바람직하다. 이것은, 취출할 수 없는 보조 전극(402) 상부로부터의 발광을 억제하기 위해서이며, 무효 전류를 저감하여, 전력 효율의 저하를 억제하기 위해서이다. 또한, 보조 전극(402)의 형성과 동시에 제2 전극(404)에 전압을 공급하기 위한 패드(412)를 형성해도 된다.
제1 전극(401)과 보조 전극(402) 위에는 EL층(403)이 형성되어 있다. EL층(403)은 실시 형태 1 또는 실시 형태 2에 설명한 구성을 갖는다. 또한, EL층(403)은 제1 전극(401)보다도 평면적으로 보아 조금 크게 형성하는 것이, 제1 전극(401)과 제2 전극(404)의 쇼트를 억제하는 절연층의 역할도 할 수 있기 때문에 바람직한 구성이다.
EL층(403)을 덮어서 제2 전극(404)을 형성한다. 제2 전극(404)은 실시 형태 2에 있어서의 제2 전극(102)에 상당하고, 마찬가지의 구성을 갖는다. 본 실시 형태에 있어서는, 발광은 제1 전극(401)측으로부터 취출되기 때문에, 제2 전극(404)은 반사율이 높은 재료에 의해 형성되는 것이 바람직하다. 본 실시 형태에 있어서, 제2 전극(404)은 패드(412)와 접속함으로써 전압이 공급되는 것으로 한다.
이상, 제1 전극(401), EL층(403) 및 제2 전극(404)(및 보조 전극(402))을 갖는 발광 소자를 본 실시 형태에서 나타내는 조명 장치는 갖고 있다. 상기 발광 소자는 발광 효율이 높은 발광 소자이기 때문에, 본 실시 형태에 있어서의 조명 장치는 소비 전력이 작은 조명 장치로 할 수 있다.
이상의 구성을 갖는 발광 소자를, 시일재(405, 406)를 사용하여 밀봉 기판(407)을 고착하고, 밀봉함으로써 조명 장치가 완성한다. 시일재(405, 406)는 어느 쪽이어도 상관없다. 또한, 내측의 시일재(406)에는 건조제를 섞을 수도 있고, 이에 의해 수분을 흡착할 수 있어, 신뢰성의 향상으로 이어진다.
또한, 패드(412), 제1 전극(401) 및 보조 전극(402)의 일부를 시일재(405, 406)의 밖으로 신장하여 설치함으로써 외부 입력 단자로 할 수 있다. 또한, 그 위에 컨버터 등을 탑재한 IC칩(420) 등을 설치해도 된다.
이상, 본 실시 형태에 기재된 조명 장치는, EL 소자에 실시 형태 1 또는 실시 형태 2에 기재된 발광 소자를 갖는 점에서, 발광 효율이 높고, 소비 전력이 작은 조명 장치로 할 수 있다.
(실시 형태 4)
본 실시 형태에서는, 도 4를 사용하여 실시 형태 1 또는 실시 형태 2에 기재된 발광 소자를 적용하여 제작한 패시브 매트릭스형의 발광 장치에 대하여 설명한다. 도 4의 (A)는 발광 장치를 도시하는 사시도, 도 4의 (B)는 도 4의 (A)를 X-Y에서 절단한 단면도이다. 도 4에 있어서, 기판(951) 위에는, 전극(952)과 전극(956)과의 사이에는 EL층(955)이 설치되어 있다. 전극(952)의 단부는 절연층(953)으로 덮여 있다. 그리고, 절연층(953) 위에는 격벽층(954)이 설치되어 있다. 격벽층(954)의 측벽은, 기판면에 가까워지는 것에 수반하여, 한쪽 측벽과 다른쪽 측벽과의 간격이 좁아져 가는 경사를 갖는다. 즉, 격벽층(954)의 짧은 변 방향의 단면은 사다리꼴 형상이며, 저변(절연층(953)의 면 방향과 마찬가지의 방향을 향하고, 절연층(953)과 접하는 변)쪽이 상변(절연층(953)의 면 방향과 마찬가지의 방향을 향하고, 절연층(953)과 접하지 않는 변)보다도 짧다. 이와 같이, 격벽층(954)을 설치함으로써, 정전기 등에 기인한 발광 소자의 불량을 방지할 수 있다. 또한, 패시브 매트릭스형의 발광 장치에 있어서도, 실시 형태 1 또는 실시 형태 2에 기재된 발광 소자를 가짐으로써, 발광 효율이 높고, 소비 전력이 작은 조명 장치로 할 수 있다.
(실시 형태 5)
본 실시 형태에서는, 실시 형태 1 또는 실시 형태 2에 기재된 발광 소자를 적용하여 제작된 액티브 매트릭스형의 발광 장치에 대하여 도 5를 사용하여 설명한다.
도 5의 (A) 및 도 5의 (B)는 착색층 등을 설치함으로써 풀컬러화한 발광 장치의 예이다. 도 5의 (A)에는 기판(1001), 하지 절연막(1002), 게이트 절연막(1003), 게이트 전극(1006, 1007, 1008), 제1 층간 절연막(1020), 제2 층간 절연막(1021), 주변부(1042), 화소부(1040), 구동 회로부(1041), 발광 소자의 제1 전극(1024W), 제1 전극(1024R), 제1 전극(1024G), 제1 전극(1024B), 격벽(1025), EL층(1028), 발광 소자의 제2 전극(1029), 밀봉 기판(1031), 시일재(1032a), 시일재(1032b) 등이 도시되어 있다. 시일재(1032b)에는 건조제를 섞을 수도 있다. 또한, 착색층(적색의 착색층(1034R), 녹색의 착색층(1034G), 청색의 착색층(1034B))은 투명한 기재(1033)에 설치한다. 또한, 흑색층(블랙 매트릭스)(1035)을 더 설치해도 된다. 착색층 및 흑색층이 설치된 투명한 기재(1033)는 위치 정렬하고, 기판(1001)에 고정한다. 또한, 착색층 및 흑색층은 오버코트층(1036)으로 덮여 있다. 또한, 본 실시 형태에 있어서는, 광이 착색층을 투과하지 않고 외부로 나오는 발광층과, 각 색의 착색층을 투과하여 외부로 광이 나오는 발광층이 있고, 착색층을 투과하지 않는 광은 백색, 착색층을 투과하는 광은 적색, 청색, 녹색이 되는 것으로부터, 4색의 화소로 영상을 표현할 수 있다.
또한, 이상에 설명한 발광 장치에서는, TFT가 형성되어 있는 기판(1001)측에 광을 취출하는 구조(보텀에미션형)의 발광 장치로 했지만, 밀봉 기판(1031)측에 발광을 취출하는 구조(톱에미션형)의 발광 장치로 해도 된다. 톱에미션형의 발광 장치의 단면도를 도 6에 나타내었다. 이 경우, 기판(1001)은 광을 통과시키지 않는 기판을 사용할 수 있다. TFT와 발광 소자의 양극을 접속하는 접속 전극을 제작할때까지는, 보텀에미션형의 발광 장치와 마찬가지로 형성한다. 그 후, 제3 층간 절연막(1037)을 전극(1022)을 덮어서 형성한다. 이 절연막은 평탄화의 역할을 담당하고 있어도 된다. 제3 층간 절연막(1037)은 제2 층간 절연막(1021)과 마찬가지의 재료 외에, 다른 공지된 재료를 사용하여 형성할 수 있다.
발광 소자의 제1 전극(1024W, 1024R, 1024G, 1024B)은 여기에서는 양극으로 하지만, 음극이어도 상관없다. 또한, 도 6과 같은 톱에미션형의 발광 장치인 경우, 제1 전극을 반사 전극으로 하는 것이 바람직하다. EL층(1028)의 구성은, 실시 형태 1 또는 실시 형태 2에서 설명한 바와 같은 구성으로 하고, 백색의 발광이 얻어지는 것과 같은 소자 구조로 한다. 백색의 발광이 얻어지는 구성으로서는, EL층을 2층 사용한 경우에는 한쪽의 EL층에 있어서의 발광층으로부터 청색의 광이, 다른 한쪽의 EL층에 있어서의 발광층으로부터 주황색의 광이 얻어지는 것과 같은 구성이나, 한쪽의 EL층에 있어서의 발광층으로부터 청색의 광이, 다른 한쪽의 EL층에 있어서의 발광층으로부터는 적색과 녹색의 광이 얻어지는 구성 등이 생각된다. 또한, EL층을 3층 사용한 경우에는, 각각의 발광층으로부터, 적색, 녹색, 청색의 발광이 얻어지도록 함으로써 백색 발광을 나타내는 발광 소자를 얻을 수 있다. 또한, 실시 형태 1 또는 실시 형태 2에서 나타낸 구성을 적용하고 있는 것이라면, 백색 발광을 얻는 구성은 이것에 제한하지 않는 것은 물론이다.
착색층은 발광 소자로부터의 광이 외부로 나오는 광로 위에 설치한다. 도 5의 (A)와 같은 보텀에미션형의 발광 장치의 경우, 투명한 기재(1033)에 착색층(1034R, 1034G, 1034B)을 설치하여 기판(1001)에 고정함으로써 설치할 수 있다. 또한, 도 5의 (B)와 같이 착색층을 게이트 절연막(1003)과 제1 층간 절연막(1020)과의 사이에 설치하는 구성으로 하여도 된다. 도 6과 같은 톱에미션의 구조이면 착색층(적색의 착색층(1034R), 녹색의 착색층(1034G), 청색의 착색층(1034B))을 설치한 밀봉 기판(1031)으로 밀봉을 행할 수도 있다. 밀봉 기판(1031)에는 화소와 화소와의 사이에 위치하도록 흑색층(블랙 매트릭스)(1035)을 설치해도 된다. 착색층(적색의 착색층(1034R), 녹색의 착색층(1034G), 청색의 착색층(1034B))이나 흑색층(블랙 매트릭스)은 오버코트층(1036)에 의해 덮여 있어도 된다. 또한 밀봉 기판(1031)은 투광성을 갖는 기판을 사용하는 것으로 한다.
이렇게 하여 얻어진 발광 소자의 한 쌍의 전극 간에 전압을 인가하면 백색의 발광 영역(1044W)이 얻어진다. 또한, 착색층과 조합함으로써, 적색의 발광 영역(1044R)과, 청색의 발광 영역(1044B)과, 녹색의 발광 영역(1044G)이 얻어진다. 본 실시 형태의 발광 장치는 실시 형태 1 또는 실시 형태 2에 기재된 발광 소자를 사용하고 있는 점에서, 구동 전압이 낮고, 소비 전력이 작은 발광 장치의 실현이 가능하다.
또한, 여기서는 적색, 녹색, 청색, 백색의 4색으로 풀컬러 표시를 행하는 예를 나타냈지만 특별히 한정되지 않고 적색, 녹색, 청색의 3색으로 풀컬러 표시를 행해도 된다.
또한, 본 실시 형태는 다른 실시 형태와 자유롭게 조합할 수 있다.
(실시 형태 6)
본 실시 형태에서는, 실시 형태 1 또는 실시 형태 2에 기재된 발광 소자를 그 일부에 포함하는 전자 기기의 예에 대하여 설명한다. 실시 형태 1 또는 실시 형태 2에 기재된 발광 소자는 발광 효율이 높고, 소비 전력이 저감된 발광 소자이다. 그 결과, 본 실시 형태에 기재된 전자 기기는, 소비 전력이 저감된 발광부를 갖는 전자 기기로 하는 것이 가능하다.
상기 발광 소자를 적용한 전자 기기로서, 예를 들어 텔레비전 장치(텔레비전 또는 텔레비전 수신기라고도 함), 컴퓨터용 등의 모니터, 디지털 카메라, 디지털 비디오 카메라, 디지털 포토 프레임, 휴대 전화기(휴대 전화, 휴대 전화 장치라고도 함), 휴대형 게임기, 휴대 정보 단말기, 음향 재생 장치, 파칭코기 등의 대형 게임기 등을 들 수 있다. 이들 전자 기기의 구체예를 이하에 나타내었다.
도 7의 (A)는 텔레비전 장치의 일례를 나타내고 있다. 텔레비전 장치는, 하우징(7101)에 표시부(7103)가 내장되어 있다. 또한, 여기서는, 설치구(7105)에 의해 하우징(7101)을 벽면에 지지할 수 있는 구성을 나타내고 있다. 표시부(7103)에 의해, 영상을 표시하는 것이 가능하고, 표시부(7103)는 실시 형태 1 또는 실시 형태 2에 기재된 발광 소자를 매트릭스 형상으로 배열하여 구성되어 있다. 상기 발광 소자는, 발광 효율이 양호한 발광 소자로 하는 것이 가능하다. 그로 인해, 상기 발광 소자로 구성되는 표시부(7103)를 갖는 텔레비전 장치는 소비 전력이 저감된 텔레비전 장치로 할 수 있다.
텔레비전 장치의 조작은, 하우징(7101)이 구비하는 조작 스위치나, 별체의 리모콘 조작기(7110)에 의해 행할 수 있다. 리모콘 조작기(7110)가 구비하는 조작 키(7109)에 의해, 채널이나 음량의 조작을 행할 수 있고, 표시부(7103)에 표시되는 영상을 조작할 수 있다. 또한, 리모콘 조작기(7110)에, 상기 리모콘 조작기(7110)로부터 출력하는 정보를 표시하는 표시부(7107)를 설치하는 구성으로 해도 된다.
도 7의 (B)는 컴퓨터이며, 본체(7201), 하우징(7202), 표시부(7203), 키보드(7204), 외부 접속 포트(7205), 포인팅 디바이스(7206) 등을 포함한다.
또한, 이 컴퓨터는, 실시 형태 1 또는 실시 형태 2에서 설명한 것과 마찬가지의 발광 소자를 매트릭스 형상으로 배열하여 표시부(7203)에 사용함으로써 제작된다. 도 7의 (B)의 컴퓨터는, 도 7의 (C)와 같은 형태여도 된다. 도 7의 (C)의 컴퓨터는, 키보드(7204), 포인팅 디바이스(7206) 대신 제2 표시부(7210)가 설치되어 있다. 제2 표시부(7210)는 터치 패널식이 되어 있고, 제2 표시부(7210)에 표시된 입력용의 표시를 손가락이나 전용의 펜으로 조작함으로써 입력을 행할 수 있다. 또한, 제2 표시부(7210)는 입력용 표시뿐만아니라, 그 밖의 화상을 표시하는 것도 가능하다. 또한 표시부(7203)도 터치 패널이어도 된다. 둘의 화면이 힌지로 접속되어 있는 것에 의해, 수납이나 운반을 할 때에 화면에 손상을 주거나, 파손하는 등의 트러블의 발생도 방지할 수 있다. 또한, 이 컴퓨터는, 실시 형태 1 또는 실시 형태 2에 기재된 발광 소자를 매트릭스 형상으로 배열하여 표시부(7203)에 사용함으로써 제작된다. 상기 발광 소자는 발광 효율이 양호한 발광 소자로 하는 것이 가능하다. 그로 인해, 상기 발광 소자로 구성되는 표시부(7203)를 갖는 컴퓨터는 소비 전력이 저감된 컴퓨터로 할 수 있다.
도 7의 (D)는 휴대형 유기기이며, 하우징(7301)과 하우징(7302)의 2개의 하우징으로 구성되어 있고, 연결부(7303)에 의해 개폐 가능하게 연결되어 있다. 하우징(7301)에는, 실시 형태 1 또는 실시 형태 2에서 설명한 발광 소자를 매트릭스 형상으로 배열하여 제작된 표시부(7304)가 내장되고, 하우징(7302)에는 표시부(7305)가 내장되어 있다. 또한, 도 7의 (D)에 나타내는 휴대형 유기기는, 그 외, 스피커부(7306), 기록 매체 삽입부(7307), LED 램프(7308), 입력 수단(조작 키(7309), 접속 단자(7310), 센서(7311)(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 포함하는 것), 마이크로폰(7312)) 등을 구비하고 있다. 물론, 휴대형 유기기의 구성은 상술한 것에 한정되지 않고, 적어도 표시부(7304) 및 표시부(7305)의 양쪽 또는 한쪽에 실시 형태 1 또는 실시 형태 2에 기재된 발광 소자를 매트릭스 형상으로 배열하여 제작된 표시부를 사용하고 있으면 되고, 기타 부속 설비가 적절히 설치된 구성으로 할 수 있다. 도 7의 (D)에 나타내는 휴대형 유기기는, 기록 매체에 기록되어 있는 프로그램 또는 데이터를 판독하여 표시부에 표시하는 기능이나, 다른 휴대형 유기기와 무선 통신을 행하여 정보를 공유하는 기능을 갖는다. 또한, 도 7의 (D)에 나타내는 휴대형 유기기가 갖는 기능은 이것에 한정되지 않고, 여러가지 기능을 가질 수 있다. 상술한 바와 같은 표시부(7304)를 갖는 휴대형 유기기는, 표시부(7304)에 사용되고 있는 발광 소자가 양호한 발광 효율을 갖는 점에서, 소비 전력이 저감된 휴대형 유기기로 할 수 있다. 또한, 표시부(7304)에 사용되고 있는 발광 소자가 낮은 구동 전압에서 구동시킬 수 있는 점에서, 구동 전압이 작은 휴대형 유기기로 할 수 있다. 또한, 표시부(7304)에 사용되고 있는 발광 소자가 수명이 긴 발광 소자인 점에서, 신뢰성이 높은 휴대형 유기기로 할 수 있다.
도 7의 (E)는 휴대 전화기의 일례를 나타내고 있다. 휴대 전화기는, 하우징(7401)에 내장된 표시부(7402) 외에, 조작 버튼(7403), 외부 접속 포트(7404), 스피커(7405), 마이크(7406) 등을 구비하고 있다. 또한, 휴대 전화기(7400)는 실시 형태 1 또는 실시 형태 2에 기재된 발광 소자를 매트릭스 형상으로 배열하여 제작된 표시부(7402)를 갖고 있다. 상기 발광 소자는 발광 효율이 양호한 발광 소자로 하는 것이 가능하다. 또한, 구동 전압이 작은 발광 소자로 하는 것이 가능하다. 또한, 수명이 긴 발광 소자로 하는 것이 가능하다. 그로 인해, 상기 발광 소자로 구성되는 표시부(7402)를 갖는 휴대 전화기는 소비 전력이 저감된 휴대 전화기로 할 수 있다. 또한, 구동 전압이 작은 휴대 전화기로 하는 것이 가능하다. 또한, 신뢰성이 높은 휴대 전화기로 하는 것이 가능하다.
도 7의 (E)에 나타내는 휴대 전화기는, 표시부(7402)를 손가락 등으로 접촉함으로써, 정보를 입력할 수 있는 구성으로 할 수도 있다. 이 경우, 전화를 거는, 또는 메일을 작성하는 등의 조작은, 표시부(7402)를 손가락 등으로 접촉함으로써 행할 수 있다.
표시부(7402)의 화면은 주로 3개의 모드가 있다. 제1은, 화상의 표시를 주로 하는 표시 모드이며, 제2는, 문자 등의 정보의 입력을 주로 하는 입력 모드이다. 제3은 표시 모드와 입력 모드의 2개의 모드가 혼합한 표시+입력 모드이다.
예를 들어, 전화를 거는, 또는 메일을 작성하는 경우에는, 표시부(7402)를 문자의 입력을 주로 하는 문자 입력 모드로 하고, 화면에 표시시킨 문자의 입력 조작을 행하면 된다. 이 경우, 표시부(7402)의 화면의 대부분에 키보드 또는 번호 버튼을 표시시키는 것이 바람직하다.
또한, 휴대 전화기 내부에, 자이로, 가속도 센서 등의 기울기를 검출하는 센서를 갖는 검출 장치를 설치함으로써, 휴대 전화기의 방향(세로인가 가로인가)을 판단하고, 표시부(7402)의 화면 표시를 자동으로 전환하도록 할 수 있다.
또한, 화면 모드의 전환은, 표시부(7402)를 접촉하는 것, 또는 하우징(7401)의 조작 버튼(7403)의 조작에 의해 행해진다. 또한, 표시부(7402)에 표시되는 화상의 종류에 의해 전환하도록 할 수도 있다. 예를 들어, 표시부에 표시하는 화상 신호가 동화상의 데이터이면 표시 모드, 텍스트 데이터이면 입력 모드로 전환한다.
또한, 입력 모드에서, 표시부(7402)의 광 센서로 검출되는 신호를 검지하고, 표시부(7402)의 터치 조작에 의한 입력이 일정 기간 없는 경우에는, 화면의 모드를 입력 모드로부터 표시 모드로 전환하게 제어해도 된다.
표시부(7402)는 이미지 센서로서 기능시킬 수도 있다. 예를 들어, 표시부(7402)에 손바닥이나 손가락으로 접촉, 장문, 지문 등을 촬영함으로써, 본인 인증을 행할 수 있다. 또한, 표시부에 근적외광을 발광하는 백라이트 또는 근적외광을 발광하는 센싱용 광원을 사용하면, 손가락 정맥, 손바닥 정맥 등을 촬상할 수도 있다.
또한, 본 실시 형태에 나타내는 구성은, 실시 형태 1 내지 실시 형태 5에 나타낸 구성을 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
도 8의 (A)에 나타내는 전기 스탠드(2003)는 실시 형태 1 또는 실시 형태 2에 기재된 발광 소자를 조명 장치에 사용한 예이다. 전기 스탠드(2003)는 하우징(2001)과, 광원(2002)을 갖고, 광원(2002)으로서, 실시 형태 1 및 실시 형태 2에 기재된 발광 소자가 사용되고 있다. 또한 도 8의 (B)는 실시 형태 1 및 실시 형태 2에 기재된 발광 소자를 실내의 조명 장치(3001) 및 텔레비전 장치(3002)로서 사용한 예이다. 실시 형태 1 또는 실시 형태 2에 기재된 발광 소자를 이들 조명 장치에 사용함으로써 소비 전력이 저감된 조명 장치 또는 대면적의 조명 장치 또는 박형의 조명 장치로서 사용하는 것이 가능하게 된다.
실시 형태 1 또는 실시 형태 2에 기재된 발광 소자는, 자동차의 앞유리나 대시보드에도 탑재할 수 있다. 도 9의 (A)에 실시 형태 1 및 실시 형태 2에 기재된 발광 소자를 자동차의 앞유리나 대시보드에 사용하는 일 형태를 나타낸다.
표시(5000)와 표시(5001)는 자동차의 앞유리에 설치된 실시 형태 1 또는 실시 형태 2에 기재된 발광 소자를 탑재한 표시 장치이다. 실시 형태 1 또는 실시 형태 2에 기재된 발광 소자는, 제1 전극과 제2 전극을, 투광성을 갖는 전극으로 제작함으로써, 반대측이 들여다 보이는, 소위 시쓰루 상태의 표시 장치로 할 수 있다. 시쓰루 상태의 표시이면, 자동차의 앞유리에 설치했다고 해도, 시야의 방해가 될 일 없이 설치할 수 있다. 또한, 구동을 위한 트랜지스터 등을 설치하는 경우에는, 유기 반도체 재료에 의한 유기 트랜지스터나, 산화물 반도체를 사용한 트랜지스터 등, 투광성을 갖는 트랜지스터를 사용하면 된다.
표시(5002)는 필러 부분에 설치된 실시 형태 1 또는 실시 형태 2에 기재된 발광 소자를 탑재한 표시 장치이다. 표시(5002)에는, 차체에 설치된 촬상 수단으로부터의 영상을 비추는 것에 의해, 필러로 차단된 시야를 보완할 수 있다. 또한, 마찬가지로, 대시보드 부분에 설치된 표시(5003)는 차체에 의해 차단된 시야를, 자동차의 외측에 설치된 촬상 수단으로부터의 영상을 비추는 것에 의해, 사각을 보충하여 안전성을 높일 수 있다. 보이지 않는 부분을 보완하도록 영상을 비추는 것에 의해, 보다 자연스럽게 위화감 없이 안전 확인을 행할 수 있다.
표시(5004)나 표시(5005)는 내비게이션 정보, 스피드미터나 타코미터, 주행 거리, 급유량, 기어 상태, 에어컨의 설정 등, 그 외 여러가지 정보를 제공할 수 있다. 표시는 사용자의 기호에 맞추어서 적절히 그 표시 항목이나 레이아웃을 변경할 수 있다. 또한, 이들 정보는 표시(5000) 내지 표시(5003)에도 설치할 수 있다. 또한, 표시(5000) 내지 표시(5005)는 조명 장치로서 사용하는 것도 가능하다.
또한, 도 9의 (B)에 도시한 바와 같이, 넘버 플레이트(5011)의 표시부에, 실시 형태 1 또는 실시 형태 2에 기재된 발광 소자를 적용해도 된다. 이에 의해 넘버 플레이트(5011)의 시인성을 향상시킬 수 있다.
또한, 도 9의 (C)에 도시한 바와 같이, 손목 시계의 바늘(5021)이나 표시부(5022)에 실시 형태 1 또는 실시 형태 2에 기재된 발광 소자를 탑재해도 된다. 이에 의해, 종래의 발광형 손목 시계와 같이 트리튬 등의 방사성 물질을 사용하지 않고 말고, 어두운 곳에서의 시인성을 향상시킬 수 있다.
이상과 같이 실시 형태 1 또는 실시 형태 2에 기재된 발광 소자를 구비한 발광 장치의 적용 범위는 매우 넓어, 이 발광 장치를 모든 분야의 전자 기기에 적용하는 것이 가능하다. 실시 형태 1 또는 실시 형태 2에 기재된 발광 소자를 사용함으로써, 소비 전력이 작은 전자 기기를 얻을 수 있다.
본 실시예에서는, 열 활성화 지연 형광체와 형광을 발하는 재료를 혼합하여 발광층에 사용한 발광 소자와, 열 활성화 지연 형광을 발하지 않는 재료와 형광을 발하는 재료를 혼합하여 발광층에 사용한 비교 발광 소자를 실제로 제작해 비교한 결과에 대해서, 도 11 내지 도 15를 사용하여 설명한다.
이하, 발광 소자 1을 열 활성화 지연 형광체와 형광을 발하는 재료를 혼합하여 발광층에 사용한 발광 소자로 한다. 또한 비교 발광 소자 1을 열 활성화 지연 형광을 갖지 않은 재료와 형광을 발하는 재료를 혼합하여 발광층에 사용한 발광 소자로 한다.
발광 소자 1 및 비교 발광 소자 1에서 사용한 형광을 발하는 재료는, 5,6,11,12-테트라페닐나프타센(관용명: 루브렌)이다.
발광 소자 1에서는 열 활성화 지연 형광체로서, 여기 착체를 형성하는 조합의 2종의 유기 화합물을 사용하였다. 구체적으로는 제1 유기 화합물로서 2-[3-(디벤조티오펜-4-일)페닐]디벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mDBTPDBq-II)을 사용하고, 제2 유기 화합물로서 2-[N-(9-페닐 카르바졸-3-일)-N-페닐 아미노]스피로-9,9'-비플루오렌(약칭: PCASF)을 사용하였다.
비교 발광 소자 1에서는 열 활성화 지연 형광을 발하지 않는 재료로서, 2-[3-(디벤조티오펜-4-일)페닐]디벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mDBTPDBq-II)을 사용하였다. 즉, 열 활성화 지연 형광을 발하지 않는 재료로서, 발광 소자 1에 있어서의 제1 유기 화합물만을 사용하였다.
본 실시예에서 사용한 재료의 화학식을 이하에 나타내었다.
Figure 112021008438099-pat00009
이하에, 발광 소자 1 및 비교 발광 소자 1의 제작 방법을 나타낸다.
(발광 소자 1)
우선, 유리 기판(1100) 위에 산화규소를 포함하는 인듐 주석 산화물(ITSO)을 스퍼터링법으로 성막하여, 양극으로서 기능하는 제1 전극(1101)을 형성하였다. 또한, 그 막 두께는 110 nm로 하고, 전극 면적은 2 mm×2 mm로 했다(도 11 참조).
이어서, 기판(1100) 위에 발광 소자를 형성하기 위한 전처리로서, 기판 표면을 물로 세정하고, 200℃에서 1시간 소성한 후, UV오존 처리를 370초 행하였다.
그 후, 10-4 Pa 정도까지 내부가 감압된 진공 증착 장치에 기판을 도입하고, 진공 증착 장치 내의 가열실에 있어서, 170℃에서 30분간의 진공 소성을 행한 후, 기판(1100)을 30분 정도 방냉하였다.
이어서, 제1 전극(1101)이 형성된 면이 하방으로 되도록, 제1 전극(1101)이 형성된 기판(1100)을 진공 증착 장치 내에 설치된 기판 홀더에 고정하고, 10-4 Pa 정도까지 감압한 후, 제1 전극(1101) 위에 1,3,5-트리(디벤조티오펜-4-일)-벤젠(약칭: DBT3P-II)과 산화몰리브덴을 공증착함으로써 정공 주입층(1111)을 형성하였다. 그 막 두께는, 40 nm로 하고, DBT3P-II와 산화몰리브덴의 비율은, 질량비로 1:0.5(=DBT3P-II:산화몰리브덴)이 되도록 조절하였다.
이어서, 정공 주입층(1111) 위에 BPAFLP(약칭)을 20 nm의 막 두께가 되도록 성막하여 정공 수송층(1112)을 형성하였다.
또한, 2mDBTPDBq-II(약칭), PCASF(약칭) 및 루브렌을 공증착하여 정공 수송층(1112) 위에 발광층(1113)을 형성하였다. 여기서, 2mDBTPDBq-II, PCASF 및 루브렌의 중량비는, 0.8:0.2:0.01(=2mDBTPDBq-II:PCASF:루브렌)이 되도록 조절하였다. 또한, 발광층(1113)의 막 두께는 30 nm로 하였다.
이어서, 발광층(1113) 위에 2mDBTPDBq-II(약칭)을 막 두께 20 nm가 되도록 성막하여 제1 전자 수송층(1114a)을 형성하였다.
이어서, 제1 전자 수송층(1114a) 위에 바소페난트롤린(약칭: BPhen)을 막 두께 20 nm가 되도록 성막하여 제2 전자 수송층(1114b)을 형성하였다.
또한, 제2 전자 수송층(1114b) 위에 불화 리튬(LiF)을 1 nm의 막 두께로 증착하여 전자 주입층(1115)을 형성하였다.
마지막으로, 음극으로서 기능하는 제2 전극(1103)으로서, 알루미늄을 200 nm의 막 두께가 되도록 증착함으로써 본 실시예의 발광 소자 1을 제작하였다.
(비교 발광 소자 1)
비교 발광 소자 1의 발광층(1113)은 2mDBTPDBq-II(약칭) 및 루브렌을 공증착함으로써 형성하였다. 여기서, 2mDBTPDBq-II(약칭) 및 루브렌의 중량비는, 1:0.01(=2mDBTPDBq-II:루브렌)이 되도록 조절하였다. 또한, 발광층(1113)의 막 두께는 30 nm로 하였다. 발광층(1113) 이외에는, 발광 소자 1과 마찬가지로 제작하였다.
또한, 상술한 증착 과정에 있어서, 증착은 모두 저항 가열법을 사용하였다.
이상으로부터 얻어진 발광 소자 1 및 비교 발광 소자 1의 소자 구조를 표 1에 나타내었다.
Figure 112021008438099-pat00010
이들 발광 소자를, 질소 분위기의 글로브 박스 내에 있어서, 발광 소자가 대기에 노출되지 않도록 밀봉하는 작업을 행한 후, 발광 소자의 동작 특성에 대하여 측정을 행하였다. 또한, 측정은 실온(25 ℃에서 유지된 분위기)에서 행하였다.
발광 소자 1 및 비교 발광 소자 1의 전압-휘도 특성을 도 12에 나타내었다. 도 12에 있어서, 횡축은 전압(V)을 종축은 휘도(cd/㎡)를 나타낸다. 또한, 휘도-전류 효율 특성을 도 13에 나타내었다. 도 13에 있어서, 횡축은 휘도(cd/㎡)를 종축은 전류 효율(cd/A)을 나타낸다. 또한 휘도-전력 효율 특성을 도 14에 도시한다. 도 14에 있어서, 횡축은 휘도(cd/㎡)를, 종축은 전력 효율(lm/W)을 나타낸다. 또한 휘도-외부 양자 효율을 도 15에 도시한다. 도 15에 있어서, 횡축은 휘도(cd/㎡)를 종축은 외부 양자 효율(％)을 나타낸다.
또한, 발광 소자 1 및 비교 발광 소자 1에 있어서의 휘도 1000 cd/㎡ 부근인 때의 전압(V), 전류 밀도(mA/㎠), CIE 색도 좌표(x, y), 전류 효율(cd/A), 전력 효율(lm/W), 외부 양자 효율(％)을 표 2에 나타내었다.
Figure 112021008438099-pat00011
표 2에 나타내는 바와 같이, 휘도 1000 cd/㎡ 부근인 때의 발광 소자 1의 CIE 색도 좌표는 (x, y)=(0.47, 0.52)이며, 휘도 1000 cd/㎡ 부근인 때의 비교 발광 소자 1의 CIE 색도 좌표는 (x, y)=(0.46, 0.50)였다. 이 결과로부터, 발광 소자 1 및 비교 발광 소자 1은 루브렌에서 유래되는 황색 발광이 얻어진 것을 알았다.
표 2, 도 12 내지 도 15로부터 알 수 있는 바와 같이, 발광 소자 1은 비교 발광 소자 1과 비교하여 발광을 개시하는 임계값 전압(발광 개시 전압)이 낮고, 전류 효율, 전력 효율 및 외부 양자 효율에 있어서 높은 값을 나타냈다. 발광층(1113)에 사용한 2mDBTPDBq-II와 PCASF는 여기 착체를 형성하기 위해서, 발광층(1113) 중의 여기 착체의 삼중항 여기 상태의 일부로부터 여기 착체의 일중항 여기 상태가 생성된다. 이 여기 착체의 일중항 여기 상태의 에너지가, 형광을 발하는 재료의 일중항 여기 상태로 이동함으로써, 발광 효율의 향상으로 이어졌다고 생각된다. 또한, 이 여기 착체의 형성의 영향에 의해, 발광 개시 전압이 저하했다고 생각된다.
본 실시예에 있어서도 실시예 1과 마찬가지로, 열 활성화 지연 형광체와 형광을 발하는 재료를 혼합하여 발광층에 사용한 발광 소자와, 열 활성화 지연 형광을 발하지 않는 재료와 형광을 발하는 재료를 혼합하여 발광층에 사용한 비교 발광 소자를 실제로 제작해 비교한 결과에 대해서, 도 16 내지 도 22를 사용하여 설명한다.
이하, 발광 소자 2를 열 활성화 지연 형광체와 형광을 발하는 재료를 혼합하여 발광층에 사용한 발광 소자로 한다. 또한 비교 발광 소자 2를 열 활성화 지연 형광을 갖지 않은 재료와 형광을 발하는 재료를 혼합하여 발광층에 사용한 발광 소자로 한다.
발광 소자 2 및 비교 발광 소자 2에서 사용한 형광을 발하는 재료는, 5,6,11,12-테트라페닐 나프타센(관용명: 루브렌)이다.
발광 소자 2에서는 열 활성화 지연 형광체로서, 여기 착체를 형성하는 조합의 2종의 유기 화합물을 사용하였다. 구체적으로는 제1 유기 화합물로서 4,6-비스[3-(9H-카르바졸-9-일)페닐]피리미딘(약칭: 4,6mCzP2Pm)을 사용하고, 제2 유기 화합물로서 N-(1,1'-비페닐-4-일)-N-[4-(9-페닐-9H-카르바졸-3-일)페닐]-9,9-디메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: PCBBiF)을 사용하였다.
비교 발광 소자 2에서는 열 활성화 지연 형광을 발하지 않는 재료로서, 4,6-비스[3-(9H-카르바졸-9-일)페닐]피리미딘(약칭: 4,6mCzP2Pm)을 사용하였다. 즉, 열 활성화 지연 형광을 발하지 않는 재료로서, 발광 소자 2에 있어서의 제1 유기 화합물만을 사용하였다.
본 실시예에서 사용한 재료의 화학식을 이하에 나타내었다.
Figure 112021008438099-pat00012
이하에, 발광 소자 2 및 비교 발광 소자 2의 제작 방법을 나타낸다.
(발광 소자 2)
우선, 발광 소자 1과 마찬가지의 재료 및 조건에서 유리 기판(1100) 위에 제1 전극(1101), 정공 주입층(1111) 및 정공 수송층(1112)을 형성하였다.
이어서, 4,6mCzP2Pm(약칭), PCBBiF(약칭) 및 루브렌을 공증착하여 정공 수송층(1112) 위에 발광층(1113)을 형성하였다. 여기서, 4,6mCzP2Pm, PCBBiF 및 루브렌의 중량비는, 0.8:0.2:0.0075(=4,6mCzP2Pm:PCBBiF:루브렌)이 되도록 조절하였다. 또한, 발광층(1113)의 막 두께는 40 nm로 하였다.
이어서, 발광층(1113) 위에 4,6mCzP2Pm(약칭)을 막 두께 10 nm가 되도록 성막하여 제1 전자 수송층(1114a)을 형성하였다.
이어서, 제1 전자 수송층(1114a) 위에 바소페난트롤린(약칭: BPhen)을 막 두께 15 nm가 되도록 성막하여 제2 전자 수송층(1114b)을 형성하였다.
또한, 발광 소자 1과 마찬가지의 재료 및 조건에서 전자 주입층(1115) 및 제2 전극을 형성함으로써 본 실시예의 발광 소자 2를 제작하였다.
(비교 발광 소자 2)
비교 발광 소자 2의 발광층(1113)은 4,6mCzP2Pm(약칭) 및 루브렌을 공증착함으로써 형성하였다. 여기서, 4,6mCzP2Pm 및 루브렌의 중량비는, 1:0.005(=4,6mCzP2Pm:루브렌)이 되도록 조절하였다. 또한, 발광층(1113)의 막 두께는 40 nm로 하였다. 발광층(1113) 이외에는, 발광 소자 2와 마찬가지로 제작하였다.
또한, 상술한 증착 과정에 있어서, 증착은 모두 저항 가열법을 사용하였다.
이상으로부터 얻어진 발광 소자 2 및 비교 발광 소자 2의 소자 구조를 표 3에 나타내었다.
Figure 112021008438099-pat00013
이들 발광 소자를, 질소 분위기의 글로브 박스 내에 있어서, 발광 소자가 대기에 노출되지 않도록 밀봉하는 작업을 행한 후, 발광 소자의 동작 특성에 대하여 측정을 행하였다. 또한, 측정은 실온(25 ℃에서 유지된 분위기)에서 행하였다.
발광 소자 2 및 비교 발광 소자 2의 전압-휘도 특성을 도 16에 나타내었다. 도 16에 있어서, 횡축은 전압(V)을 종축은 휘도(cd/㎡)를 나타낸다. 또한, 휘도-전류 효율 특성을 도 17에 나타내었다. 도 17에 있어서, 횡축은 휘도(cd/㎡)를 종축은 전류 효율(cd/A)을 나타낸다. 또한, 전압-전류 특성을 도 18에 나타내었다. 도 18에 있어서, 횡축은 전압(V)을 종축은 전류(mA)를 나타낸다. 또한, 휘도-전력 효율 특성을 도 19에 나타내었다. 도 19에 있어서, 횡축은 휘도(cd/㎡)를 종축은 전력 효율(lm/W)을 나타낸다. 또한 휘도-외부 양자 효율을 도 20에 나타내었다. 도 20에 있어서, 횡축은 휘도(cd/㎡)를 종축은 외부 양자 효율(％)을 나타낸다.
또한, 발광 소자 2 및 비교 발광 소자 2에 있어서의 휘도 1000 cd/㎡ 부근인 때의 전압(V), 전류 밀도(mA/㎠), CIE 색도 좌표(x, y), 전류 효율(cd/A), 전력 효율(lm/W), 외부 양자 효율(％)을 표 4에 나타내었다.
Figure 112021008438099-pat00014
표 4에 나타내는 바와 같이, 휘도 1000 cd/㎡ 부근의 발광 소자 2의 CIE 색도 좌표는 (x, y)=(0.47, 0.52)이며, 휘도 1000 cd/㎡ 부근의 휘도인 때의 비교 발광 소자 2의 CIE 색도 좌표는 (x, y)=(0.47, 0.50)이었다.
또한, 발광 소자 2 및 비교 발광 소자 2에 0.1 mA의 전류를 흘렸을 때의 발광 스펙트럼을 도 21에 나타내었다. 도 21에서는 종축이 발광 강도(임의 단위), 횡축이 파장(nm)을 나타낸다. 발광 강도는 최대 출발 광강도를 1로 한 상대적인 값으로서 나타낸다. 도 21에 나타내는 바와 같이, 발광 소자 2 및 비교 발광 소자 2의 발광 스펙트럼은 558 nm 부근에 최대 발광 파장을 가진 루브렌 유래의 스펙트럼을 나타내고 있고, 표 4의 결과와 아울러, 발광 소자 2 및 비교 발광 소자 2은 노란 발광을 나타내는 발광 소자인 것을 알았다.
또한, 초기 휘도를 5000 cd/㎡로 하고, 전류 밀도 일정의 조건으로 발광 소자 2 및 비교 발광 소자 2를 구동하고, 신뢰성 시험을 행한 결과를 도 22에 나타내었다. 도 22에서는, 초기 휘도를 100％로 한 규격화 휘도의 변화를 나타내고 있다.
표 4, 도 16 내지 도 22의 결과로부터, 발광 소자 2은 비교 발광 소자 2와 비교하여 발광을 개시하는 임계값 전압(발광 개시 전압)이 낮고, 전류 효율, 전력 효율 및 외부 양자 효율에 있어서 높은 값을 나타냈다. 또한 구동 시간에 수반하는 휘도 저하가 작은, 양호한 신뢰성을 갖는 발광 소자인 것을 알았다.
발광층(1113)에 사용한 4,6mCzP2Pm과 PCBBiF는 여기 착체를 형성하기 때문에, 발광층(1113) 중의 여기 착체의 삼중항 여기 상태의 일부로부터 여기 착체의 일중항 여기 상태가 생성된다. 이 여기 착체의 일중항 여기 상태의 에너지가, 형광을 발하는 재료의 일중항 여기 상태로 이동함으로써, 발광 효율의 향상으로 이어졌다고 생각된다. 또한, 이 여기 착체의 형성의 영향에 의해, 발광 개시 전압이 저하했다고 생각된다.
본 실시예에 있어서도 실시예 1과 마찬가지로, 열 활성화 지연 형광체와 형광을 발하는 재료를 혼합하여 발광층에 사용한 발광 소자와, 열 활성화 지연 형광을 발하지 않는 재료와 형광을 발하는 재료를 혼합하여 발광층에 사용한 비교 발광 소자를 실제로 제작해 비교한 결과에 대해서, 도 23 내지 도 29를 사용하여 설명한다.
이하, 발광 소자 3을 열 활성화 지연 형광체와 형광을 발하는 재료를 혼합하여 발광층에 사용한 발광 소자로 한다. 또한 비교 발광 소자 3을 열 활성화 지연 형광을 갖지 않은 재료와 형광을 발하는 재료를 혼합하여 발광층에 사용한 발광 소자로 한다.
발광 소자 3 및 비교 발광 소자 3에서 사용한 형광을 발하는 재료는, 쿠마린6(관용명)이다.
발광 소자 3에서는 열 활성화 지연 형광체로서, 실시예 2와 같은 여기 착체를 형성하는 조합의 2종의 유기 화합물을 사용하였다. 구체적으로는 제1 유기 화합물로서 4,6-비스[3-(9H-카르바졸-9-일)페닐]피리미딘(약칭: 4,6mCzP2Pm)을 사용하고, 제2 유기 화합물로서 N-(1,1'-비페닐-4-일)-N-[4-(9-페닐-9H-카르바졸-3-일)페닐]-9,9-디메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: PCBBiF)을 사용하였다.
비교 발광 소자 3에서는 열 활성화 지연 형광을 발하지 않는 재료로서, 실시예 2와 같은 4,6-비스[3-(9H-카르바졸-9-일)페닐]피리미딘(약칭: 4,6mCzP2Pm)을 사용하였다. 즉, 열 활성화 지연 형광을 발하지 않는 재료로서, 발광 소자 3에 있어서의 제1 유기 화합물만을 사용하였다.
본 실시예에서 사용한 재료의 화학식에 대해서는, 실시예 2의 화학식을 참조하면 된다.
이하에, 발광 소자 3 및 비교 발광 소자 3의 제작 방법을 나타낸다.
(발광 소자 3)
우선, 발광 소자 1과 마찬가지의 재료 및 조건에서 유리 기판(1100) 위에 제1 전극(1101), 정공 주입층(1111) 및 정공 수송층(1112)을 형성하였다.
이어서, 4,6mCzP2Pm(약칭), PCBBiF(약칭) 및 쿠마린6을 공증착하여 정공 수송층(1112) 위에 발광층(1113)을 형성하였다. 여기서, 4,6mCzP2Pm, PCBBiF 및 쿠마린6의 중량비는, 0.8:0.2:0.005(=4,6mCzP2Pm:PCBBiF:쿠마린6)이 되도록 조절하였다. 또한, 발광층(1113)의 막 두께는 40 nm로 하였다.
이어서, 발광층(1113) 위에 4,6mCzP2Pm(약칭)을 막 두께 10 nm가 되도록 성막하여 제1 전자 수송층(1114a)을 형성하였다.
이어서, 제1 전자 수송층(1114a) 위에 바소페난트롤린(약칭: BPhen)을 막 두께 15 nm가 되도록 성막하여 제2 전자 수송층(1114b)을 형성하였다.
또한, 발광 소자 1과 마찬가지의 재료 및 조건에서 전자 주입층(1115) 및 제2 전극을 형성함으로써 본 실시예의 발광 소자 3을 제작하였다.
(비교 발광 소자 3)
비교 발광 소자 3의 발광층(1113)은 4,6mCzP2Pm(약칭) 및 쿠마린6을 공증착함으로써 형성하였다. 여기서, 4,6mCzP2Pm 및 쿠마린6의 중량비는, 1:0.005(=4,6mCzP2Pm:쿠마린6)이 되도록 조절하였다. 또한, 발광층(1113)의 막 두께는 40 nm로 하였다. 발광층(1113) 이외에는, 발광 소자 3과 마찬가지로 제작하였다.
또한, 상술한 증착 과정에 있어서, 증착은 모두 저항 가열법을 사용하였다.
이상으로부터 얻어진 발광 소자 3 및 비교 발광 소자 3의 소자 구조를 표 5에 나타내었다.
Figure 112021008438099-pat00015
이들 발광 소자를, 질소 분위기의 글로브 박스 내에 있어서, 발광 소자가 대기에 노출되지 않도록 밀봉하는 작업을 행한 후, 발광 소자의 동작 특성에 대하여 측정을 행하였다. 또한, 측정은 실온(25 ℃에서 유지된 분위기)에서 행하였다.
발광 소자 3 및 비교 발광 소자 3의 전압-휘도 특성을 도 23에 나타내었다. 도 23에 있어서, 횡축은 전압(V)을 종축은 휘도(cd/㎡)를 나타낸다. 또한, 휘도-전류 효율 특성을 도 24에 나타내었다. 도 24에 있어서, 횡축은 휘도(cd/㎡)를 종축은 전류 효율(cd/A)을 나타낸다. 또한, 전압-전류 특성을 도 25에 나타내었다. 도 25에 있어서, 횡축은 전압(V)을 종축은 전류(mA)를 나타낸다. 또한, 휘도-전력 효율 특성을 도 26에 나타내었다. 도 26에 있어서, 횡축은 휘도(cd/㎡)를 종축은 전력 효율(lm/W)을 나타낸다. 또한 휘도-외부 양자 효율을 도 27에 나타내었다. 도 27에 있어서, 횡축은 휘도(cd/㎡)를 종축은 외부 양자 효율(％)을 나타낸다.
또한, 발광 소자 3 및 비교 발광 소자 3에 있어서의 휘도 1000 cd/㎡ 부근인 때의 전압(V), 전류 밀도(mA/㎠), CIE 색도 좌표(x, y), 전류 효율(cd/A), 전력 효율(lm/W), 외부 양자 효율(％)을 표 6에 나타내었다.
Figure 112021008438099-pat00016
표 6에 나타내는 바와 같이, 휘도 1000 cd/㎡ 부근의 발광 소자 3의 CIE 색도 좌표는 (x, y)=(0.28, 0.60)이며, 휘도 1000 cd/㎡ 부근의 휘도인 때의 비교 발광 소자 3의 CIE 색도 좌표는 (x, y)=(0.26, 0.58)이었다.
또한, 발광 소자 3 및 비교 발광 소자 3에 0.1 mA의 전류를 흘렸을 때의 발광 스펙트럼을 도 28에 나타내었다. 도 28에서는 종축이 발광 강도(임의 단위), 횡축이 파장(nm)을 나타낸다. 발광 강도는 최대 출발 광강도를 1로 한 상대적인 값으로서 나타낸다. 도 28에 나타내는 바와 같이, 발광 소자 3 및 비교 발광 소자 3의 발광 스펙트럼은 500 nm 부근에 최대 발광 파장을 가진 쿠마린6 유래의 스펙트럼을 나타내고 있어, 표 6의 결과와 아울러, 발광 소자 3 및 비교 발광 소자 3은 녹색의 발광을 나타내는 발광 소자인 것을 알았다.
또한, 초기 휘도를 5000 cd/㎡로 하고, 전류 밀도 일정의 조건으로 발광 소자 3 및 비교 발광 소자 3을 구동하고, 신뢰성 시험을 행한 결과를 도 29에 나타내었다. 도 29에서는, 초기 휘도를 100％로 한 규격화 휘도의 변화를 나타내고 있다.
표 6, 도 23 내지 도 29의 결과로부터, 발광 소자 3은 비교 발광 소자 3과 비교하여 발광을 개시하는 임계값 전압(발광 개시 전압)이 낮고, 전류 효율, 전력 효율 및 외부 양자 효율에 있어서 높은 값을 나타냈다. 또한 구동 시간에 수반하는 휘도 저하가 작은, 양호한 신뢰성을 갖는 발광 소자인 것을 알았다.
발광층(1113)에 사용한 4,6mCzP2Pm과 PCBBiF는 여기 착체를 형성하기 위해서, 발광층(1113) 중의 여기 착체의 삼중항 여기 상태의 일부로부터 여기 착체의 일중항 여기 상태가 생성된다. 이 여기 착체의 일중항 여기 상태의 에너지가, 형광을 발하는 재료의 일중항 여기 상태로 이동함으로써, 발광 효율의 향상으로 이어졌다고 생각된다. 또한, 이 여기 착체의 형성의 영향에 의해 발광 개시 전압이 저하했다고 생각된다.
본 실시예에 있어서도 실시예 1과 마찬가지로, 열 활성화 지연 형광체와 형광을 발하는 재료를 혼합하여 발광층에 사용한 발광 소자와, 열 활성화 지연 형광을 발하지 않는 재료와 형광을 발하는 재료를 혼합하여 발광층에 사용한 비교 발광 소자를 실제로 제작해 비교한 결과에 대해서, 도 30 내지 도 35를 사용하여 설명한다.
이하, 발광 소자 4를 열 활성화 지연 형광체와 형광을 발하는 재료를 혼합하여 발광층에 사용한 발광 소자로 한다. 또한 비교 발광 소자 4를 열 활성화 지연 형광을 갖지 않은 재료와 형광을 발하는 재료를 혼합하여 발광층에 사용한 발광 소자로 한다.
발광 소자 3 및 비교 발광 소자 3에서 사용한 형광을 발하는 재료는, {2-tert-부틸-6-[2-(1,1,7,7-테트라메틸-2,3,6,7-테트라히드로-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에테닐]-4H-피란-4-일리덴}프로판 디니트릴(약칭:DCJTB)이다.
발광 소자 4에서는 열 활성화 지연 형광체로서, 실시예 2와 같은 여기 착체를 형성하는 조합의 2종의 유기 화합물을 사용하였다. 구체적으로는 제1 유기 화합물로서 4,6-비스[3-(9H-카르바졸-9-일)페닐]피리미딘(약칭: 4,6mCzP2Pm)을 사용하고, 제2 유기 화합물로서 N-(1,1'-비페닐-4-일)-N-[4-(9-페닐-9H-카르바졸-3-일)페닐]-9,9-디메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: PCBBiF)을 사용하였다.
비교 발광 소자 4에서는 열 활성화 지연 형광을 발하지 않는 재료로서, 실시예 2와 같은 4,6-비스[3-(9H-카르바졸-9-일)페닐]피리미딘(약칭: 4,6mCzP2Pm)을 사용하였다. 즉, 열 활성화 지연 형광을 발하지 않는 재료로서, 발광 소자 4에 있어서의 제1 유기 화합물만을 사용하였다.
본 실시예에서 사용한 재료의 화학식에 대해서는, 실시예 2의 화학식을 참조하면 된다.
이하에, 발광 소자 4 및 비교 발광 소자 4의 제작 방법을 나타낸다.
(발광 소자 4)
우선, 발광 소자 1과 마찬가지의 재료 및 조건에서 유리 기판(1100) 위에 제1 전극(1101), 정공 주입층(1111) 및 정공 수송층(1112)을 형성하였다.
이어서, 4,6mCzP2Pm(약칭), PCBBiF(약칭) 및 DCJTB(약칭)를 공증착하여 정공 수송층(1112) 위에 발광층(1113)을 형성하였다. 여기서, 4,6mCzP2Pm, PCBBiF 및 DCJTB의 중량비는, 0.8:0.2:0.005(=4,6mCzP2Pm: PCBBiF:DCJTB)가 되도록 조절하였다. 또한, 발광층(1113)의 막 두께는 40 nm로 하였다.
이어서, 발광층(1113) 위에 4,6mCzP2Pm(약칭)을 막 두께 10 nm가 되도록 성막하여 제1 전자 수송층(1114a)을 형성하였다.
이어서, 제1 전자 수송층(1114a) 위에 바소페난트롤린(약칭: BPhen)을 막 두께 15 nm가 되도록 성막하여 제2 전자 수송층(1114b)을 형성하였다.
또한, 발광 소자 1과 마찬가지의 재료 및 조건에서 전자 주입층(1115) 및 제2 전극을 형성함으로써 본 실시예의 발광 소자 4를 제작하였다.
(비교 발광 소자 4)
비교 발광 소자 3의 발광층(1113)은 4,6mCzP2Pm(약칭) 및 DCJTB(약칭)를 공증착함으로써 형성하였다. 여기서, 4,6mCzP2Pm 및 DCJTB의 중량비는, 1:0.005(=4,6mCzP2Pm:DCJTB)가 되도록 조절하였다. 또한, 발광층(1113)의 막 두께는 40 nm로 하였다. 발광층(1113) 이외에는, 발광 소자 4과 마찬가지로 제작하였다.
또한, 상술한 증착 과정에 있어서, 증착은 모두 저항 가열법을 사용하였다.
이상으로부터 얻어진 발광 소자 4 및 비교 발광 소자 4의 소자 구조를 표 7에 나타내었다.
Figure 112021008438099-pat00017
이들 발광 소자를, 질소 분위기의 글로브 박스 내에 있어서, 발광 소자가 대기에 노출되지 않도록 밀봉하는 작업을 행한 후, 발광 소자의 동작 특성에 대하여 측정을 행하였다. 또한, 측정은 실온(25 ℃에서 유지된 분위기)에서 행하였다.
발광 소자 3 및 비교 발광 소자 3의 전압-휘도 특성을 도 30에 나타내었다. 도 30에 있어서, 횡축은 전압(V)을 종축은 휘도(cd/㎡)를 나타낸다. 또한, 휘도-전류 효율 특성을 도 31에 나타내었다. 도 31에 있어서, 횡축은 휘도(cd/㎡)를 종축은 전류 효율(cd/A)을 나타낸다. 또한, 전압-전류 특성을 도 32에 나타내었다. 도 32에 있어서, 횡축은 전압(V)을 종축은 전류(mA)를 나타낸다. 또한, 휘도-전력 효율 특성을 도 33에 나타내었다. 도 33에 있어서, 횡축은 휘도(cd/㎡)를 종축은 전력 효율(lm/W)을 나타낸다. 또한 휘도-외부 양자 효율을 도 34에 나타내었다. 도 34에 있어서, 횡축은 휘도(cd/㎡)를 종축은 외부 양자 효율(％)을 나타낸다.
또한, 발광 소자 4 및 비교 발광 소자 4에 있어서의 휘도 1000 cd/㎡ 부근인 때의 전압(V), 전류 밀도(mA/㎠), CIE 색도 좌표(x, y), 전류 효율(cd/A), 전력 효율(lm/W), 외부 양자 효율(％)을 표 8에 나타내었다.
Figure 112021008438099-pat00018
표 8에 나타내는 바와 같이, 휘도 1000 cd/㎡ 부근의 발광 소자 4의 CIE 색도 좌표는 (x, y)=(0.57, 0.43)이며, 휘도 1000 cd/㎡ 부근의 휘도인 때의 비교 발광 소자 4의 CIE 색도 좌표는 (x, y)=(0.56, 0.41)이었다.
또한, 발광 소자 4 및 비교 발광 소자 4에 0.1 mA의 전류를 흘렸을 때의 발광 스펙트럼을 도 35에 나타내었다. 도 35에서는 종축이 발광 강도(임의 단위), 횡축이 파장(nm)을 나타낸다. 발광 강도는 최대 출발 광강도를 1로 한 상대적인 값으로서 나타낸다. 도 35에 나타내는 바와 같이, 발광 소자 4 및 비교 발광 소자 4의 발광 스펙트럼은 595 nm 부근에 최대 발광 파장을 가진 DCJTB 유래의 스펙트럼을 나타내고 있어, 표 8의 결과와 아울러, 발광 소자 4 및 비교 발광 소자 4은 노란 발광을 나타내는 발광 소자인 것을 알았다.
또한, 초기 휘도를 5000 cd/㎡로 하고, 전류 밀도 일정의 조건으로 발광 소자 4 및 비교 발광 소자 4를 구동하고, 신뢰성 시험을 행한 결과를 도 36에 나타내었다. 도 36에서는, 초기 휘도를 100％로 한 규격화 휘도의 변화를 나타내고 있다.
표 8, 도 30 내지 도 36의 결과로부터, 발광 소자 4은 비교 발광 소자 4과 비교하여 발광을 개시하는 임계값 전압(발광 개시 전압)이 낮고, 전류 효율, 전력 효율 및 외부 양자 효율에 있어서 높은 값을 나타냈다. 또한 구동 시간에 수반하는 휘도 저하가 작은, 양호한 신뢰성을 갖는 발광 소자인 것을 알았다.
발광층(1113)에 사용한 4,6mCzP2Pm과 PCBBiF는 여기 착체를 형성하기 위해서, 발광층(1113) 중의 여기 착체의 삼중항 여기 상태의 일부로부터 여기 착체의 일중항 여기 상태가 생성된다. 이 여기 착체의 일중항 여기 상태의 에너지가, 형광을 발하는 재료의 일중항 여기 상태로 이동함으로써, 발광 효율의 향상으로 이어졌다고 생각된다. 또한, 이 여기 착체의 형성의 영향에 의해, 발광 개시 전압이 저하했다고 생각된다.
101: 전극
102: 전극
103: EL층
111: 정공 주입층
112: 정공 수송층
113: 발광층
113A: 발광 물질
113D: 열 활성화 지연 형광체
113D1: 유기 화합물
113D2: 유기 화합물
114: 전자 수송층
115: 전자 주입층
400: 기판
401: 전극
402: 보조 전극
403: EL층
404: 전극
405: 시일재
406: 시일재
407: 밀봉 기판
412: 패드
420: IC칩
951: 기판
952: 전극
953: 절연층
954: 격벽층
955: EL층
956: 전극
1001: 기판
1002: 하지 절연막
1003: 게이트 절연막
1006: 게이트 전극
1007: 게이트 전극
1008: 게이트 전극
1020: 층간 절연막
1021: 층간 절연막
1022: 전극
1024R 전극
1024G: 전극
1024B: 전극
1024W: 전극
1025: 격벽
1028: EL층
1029: 전극
1031: 밀봉 기판
1032a: 시일재
1032b: 시일재
1033: 기재
1034B: 착색층
1034G: 착색층
1034R: 착색층
1036: 오버코트층
1037: 층간 절연막
1040: 화소부
1041: 구동 회로부
1042: 주변부
1044B: 발광 영역
1044G: 발광 영역
1044R: 발광 영역
1044W: 발광 영역
1100: 기판
1101: 전극
1103: 전극
1111: 정공 주입층
1112: 정공 수송층
1113: 발광층
1114a: 전자 수송층
1114b: 전자 수송층
1115: 전자 주입층
2001: 하우징
2002: 광원
2003: 전기 스탠드
3001: 조명 장치
5000: 표시
5001: 표시
5002: 표시
5003: 표시
5004: 표시
5005: 표시
5021: 바늘
5022: 표시부
7101: 하우징
7103: 표시부
7105: 설치구(부재)
7107: 표시부
7109: 조작 키
7110: 리모콘 조작기
7201: 본체
7202: 하우징
7203: 표시부
7204: 키보드
7205: 외부 접속 포트
7206: 포인팅 디바이스
7210: 표시부
7301: 하우징
7302: 하우징
7303: 연결부
7304: 표시부
7305: 표시부
7306: 스피커부
7307: 기록 매체 삽입부
7308: LED 램프
7309: 조작 키
7310: 접속 단자
7311: 센서
7312: 마이크로폰
7400: 휴대 전화기
7401: 하우징
7402: 표시부
7403: 조작 버튼
7404: 외부 접속 포트
7405: 스피커
7406: 마이크

Claims (12)

  1. 발광 소자로서,
    한 쌍의 전극 사이의 발광층을 포함하고,
    상기 발광층은 열 활성화 지연 형광체(thermally activated delayed fluorescent substance) 및 형광을 발하는 재료를 포함하고, 상기 열 활성화 지연 형광체는 삼중항 여기 상태로부터 역항간 교차에 의해 일중항 여기 상태를 생성하고,
    상기 열 활성화 지연 형광체는 제1 유기 화합물 및 상기 제1 유기 화합물과는 상이한 제2 유기 화합물을 포함하고,
    상기 제1 유기 화합물 및 상기 제2 유기 화합물은 여기 착체(exciplex)를 형성하고,
    상기 열 활성화 지연 형광체에 의해 생성되는 상기 일중항 여기 상태의 준위는 상기 형광을 발하는 재료의 일중항 여기 상태의 준위보다 높은, 발광 소자.
  2. 발광 소자로서,
    한 쌍의 전극 사이의 발광층을 포함하고,
    상기 발광층은 열 활성화 지연 형광체 및 형광을 발하는 재료를 포함하고,
    상기 열 활성화 지연 형광체에서 삼중항 여기 상태의 준위와 일중항 여기 상태의 준위의 에너지 차가 0.2eV 이하이고,
    상기 열 활성화 지연 형광체는 제1 유기 화합물 및 상기 제1 유기 화합물과는 상이한 제2 유기 화합물을 포함하고,
    상기 제1 유기 화합물 및 상기 제2 유기 화합물은 여기 착체(exciplex)를 형성하고,
    상기 열 활성화 지연 형광체에 의해 생성되는 상기 일중항 여기 상태의 상기 준위는 상기 형광을 발하는 재료의 일중항 여기 상태의 준위보다 높은, 발광 소자.
  3. 발광 소자로서,
    한 쌍의 전극 사이의 발광층을 포함하고,
    상기 발광층은 열 활성화 지연 형광체 및 형광을 발하는 재료를 포함하고, 상기 열 활성화 지연 형광체는 삼중항 여기 상태로부터 역항간 교차에 의해 일중항 여기 상태를 생성하고,
    상기 열 활성화 지연 형광체는 제1 유기 화합물 및 상기 제1 유기 화합물과는 상이한 제2 유기 화합물을 포함하고,
    상기 제1 유기 화합물과 상기 제2 유기 화합물의 혼합비는 1:9 내지 9:1이고,
    상기 열 활성화 지연 형광체에 의해 생성되는 상기 일중항 여기 상태의 준위는 상기 형광을 발하는 재료의 일중항 여기 상태의 준위보다 높고,
    상기 열 활성화 지연 형광체의 발광 스펙트럼은 상기 형광을 발하는 재료의 흡수 스펙트럼 중 최장파장 흡수대와 중첩되는, 발광 소자.
  4. 발광 소자로서,
    한 쌍의 전극 사이의 발광층을 포함하고,
    상기 발광층은 열 활성화 지연 형광체 및 형광을 발하는 재료를 포함하고,
    상기 열 활성화 지연 형광체에서 삼중항 여기 상태의 준위와 일중항 여기 상태의 준위의 에너지 차가 0.2eV 이하이고,
    상기 열 활성화 지연 형광체는 제1 유기 화합물 및 상기 제1 유기 화합물과는 상이한 제2 유기 화합물을 포함하고,
    상기 제1 유기 화합물과 상기 제2 유기 화합물의 혼합비는 1:9 내지 9:1이고,
    상기 열 활성화 지연 형광체에 의해 생성되는 상기 일중항 여기 상태의 상기 준위는 상기 형광을 발하는 재료의 일중항 여기 상태의 준위보다 높고,
    상기 열 활성화 지연 형광체의 발광 스펙트럼은 상기 형광을 발하는 재료의 흡수 스펙트럼 중 최장파장 흡수대와 중첩되는, 발광 소자.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 열 활성화 지연 형광체의 발광 스펙트럼의 피크 파장과 상기 형광을 발하는 재료의 발광 스펙트럼의 피크 파장의 에너지 환산값의 차가 +0.2eV 이하인, 발광 소자.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 열 활성화 지연 형광체의 발광 스펙트럼의 피크 파장과 상기 형광을 발하는 재료의 발광 스펙트럼의 피크 파장의 에너지 환산값의 차가 -0.2eV 이상인, 발광 소자.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 열 활성화 지연 형광체의 발광 스펙트럼의 피크 파장과 상기 형광을 발하는 재료의 발광 스펙트럼의 피크 파장의 차가 30㎚ 이하인, 발광 소자.
  8. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 열 활성화 지연 형광체의 상기 발광 스펙트럼의 피크 파장은 상기 최장파장 흡수대의 피크 파장 이상인, 발광 소자.
  9. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 열 활성화 지연 형광체의 상기 발광 스펙트럼의 피크 파장과 상기 형광을 발하는 재료의 발광 스펙트럼의 피크 파장의 차가 30㎚ 이하인, 발광 소자.
  10. 발광 장치로서, 제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 따른 상기 발광 소자를 포함하는, 발광 장치.
  11. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 제1 유기 화합물 및 상기 제2 유기 화합물은 여기 착체(exciplex)를 형성하는, 발광 소자.
  12. 제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 제1 유기 화합물은 카르바졸 골격, 티오펜 골격 및 푸란 골격 중 어느 하나를 포함하고,
    상기 제2 유기 화합물은 복소 방향환(heteroaromatic ring)을 포함하는, 발광 소자.
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