KR102679425B1 - 발광 소자 - Google Patents

발광 소자

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KR102679425B1
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하루에 오사카
유스케 다키타
나오아키 하시모토
츠네노리 스즈키
구니히코 스즈키
사토시 세오
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가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼
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Abstract

본 발명은 형광성을 갖는 신규 유기 화합물(형광성 화합물)을 제공한다.
형광을 발하는 물질이고, TTA를 효율적으로 발생시킬 수 있는 유기 화합물(호스트 재료)이다. 또한, 발광에 기여하지 않는 삼중항 여기자를 효율적으로 단일항 여기자로 변환할 수 있는 유기 화합물이다. 이러한 유기 화합물을 사용함으로써 발광 소자의 발광 효율을 향상시킬 수 있다.

Description

발광 소자{LIGHT-EMITTING ELEMENT}
본 발명의 일 형태는 유기 화합물, 발광 소자, 발광 장치, 전자 기기, 및 조명 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명의 일 형태는 상기 기술 분야에 한정되지 않는다. 본 명세서 등에 개시(開示)되는 발명의 일 형태의 기술 분야는, 물건, 방법, 또는 제조 방법에 관한 것이다. 또는, 본 발명의 일 형태는 공정(process), 기계(machine), 제품(manufacture), 또는 조성물(composition of matter)에 관한 것이다. 그러므로, 더 구체적으로 본 명세서에 개시되는 본 발명의 일 형태의 기술 분야로서는 반도체 장치, 표시 장치, 액정 표시 장치, 발광 장치, 축전 장치, 기억 장치, 그들의 구동 방법, 또는 그들의 제조 방법을 일례로서 들 수 있다.
근년에 들어, 일렉트로루미네선스(Electroluminescence: EL)를 이용한 발광 소자의 연구 개발이 활발히 진행되고 있다. 이들 발광 소자의 기본적인 구성은 한 쌍의 전극 사이에 발광 물질을 포함하는 층(EL층)을 끼운 것이다. 이 소자의 전극 사이에 전압을 인가함으로써, 발광 물질로부터의 발광이 얻어진다.
상술한 발광 소자는 자발광(自發光)형이기 때문에, 이를 사용한 표시 장치는 시인성(視認性)이 우수하고, 백라이트가 불필요하고, 소비전력이 적은 등의 이점을 갖는다. 또한, 박형 경량으로 제작할 수 있고, 응답 속도가 빠른 등의 이점을 갖는다.
발광 소자의 발광 기구는 발광 물질을 포함하는 EL층을 한 쌍의 전극 사이에 끼워 전압을 인가함으로써, 음극으로부터 주입된 전자 및 양극으로부터 주입된 정공이 EL층의 발광 중심에서 재결합하여 분자 여기자를 형성하고, 그 분자 여기자가 기저 상태로 완화될 때에 에너지를 방출하여 발광한다고 알려져 있다.
분자 여기자를 형성하는 유기 화합물의 여기 상태에는 단일항 여기 상태(S*) 및 삼중항 여기 상태(T*)가 있으며, 단일항 여기 상태로부터의 발광은 형광이라고 불리고, 삼중항 여기 상태로부터의 발광은 인광이라고 불린다. 또한, 발광 소자에서의 그들 통계적인 생성 비율은 S*:T*=1:3인 것으로 여겨진다. 그러므로, 형광을 발하는 화합물을 사용한 발광 소자보다 인광을 발하는 화합물을 사용한 발광 소자가 높은 발광 효율을 얻을 수 있다. 따라서, 삼중항 여기 상태를 발광으로 변환할 수 있는 인광성 화합물을 사용한 발광 소자의 개발이 근년에 들어 활발히 진행되고 있다.
인광성 화합물을 사용한 발광 소자 중 특히 청색의 발광을 나타내는 발광 소자에서는 높은 삼중항 여기 에너지 준위를 갖는 안정적인 화합물의 개발이 어렵기 때문에, 아직 실용화되지 않았다. 그러므로, 청색의 발광을 나타내는 발광 소자에서는 더 안정적인 형광성 화합물을 사용한 발광 소자의 개발이 진행되고 있고, 형광성 화합물을 사용한 발광 소자(형광 발광 소자)의 고효율화가 요구되고 있다.
형광성 화합물을 사용한 발광 소자에서, 삼중항 여기 상태의 일부를 발광으로 변환할 수 있는 발광 기구로서, 삼중항-삼중항 소멸(TTA: triplet-triplet annihilation)이 알려져 있다. TTA란, 2개의 삼중항 여기자가 근접함으로써 여기 에너지 및 스핀 각운동량의 교환 및 전달이 수행되는 것이며, 결과적으로 단일항 여기자가 생성되는 것으로 알려져 있다.
또한, TTA를 발생시키는 화합물로서, 안트라센 골격을 갖는 화합물이 알려져 있다. 비특허문헌 1에서는 안트라센 골격을 갖는 화합물을 발광 소자의 호스트 재료에 사용함으로써 청색의 발광을 나타내는 발광 소자에서 높은 외부 양자 효율을 나타내는 것이 보고되어 있다. 또한, 안트라센 골격을 갖는 화합물을 사용한 발광 소자의 발광 전체에 대한 TTA에 의한 지연 형광의 비율은 10% 정도인 것이 보고되어 있다.
Tsunenori Suzuki외 6명, Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 53, 052102 (2014)
본 발명의 일 형태에서는 형광성을 갖는 신규 유기 화합물(형광성 화합물)을 제공한다. 또한, 이 이외의 과제는, 명세서, 도면, 청구항 등의 기재로부터, 저절로 명확해지는 것이며, 명세서, 도면, 청구항 등의 기재로부터, 이 이외의 과제를 추출할 수 있다.
본 발명의 일 형태는 형광을 발하는 물질이며, TTA를 효율적으로 발생시킬 수 있는 유기 화합물(호스트 재료)이다. 또한, 발광에 기여하지 않는 삼중항 여기자를 효율적으로 단일항 여기자로 변환할 수 있는 유기 화합물이다.
또한, 삼중항 여기자의 에너지를 효율적으로 단일항 여기자의 에너지로 변환하는 방법 중 하나로서, 푀르스터(Forster) 기구에 의한 에너지 이동 및 항간 교차의 이용이 생각된다. 푀르스터 기구란, 공명에 의하여 에너지가 이동하는 기구이며, 삼중항 여기자를 갖는 유기 화합물(호스트 재료)끼리가 1nm 내지 10nm의 분자간 거리에서 근접하는 것, 또한, 유기 화합물(호스트 재료) 단체의 T1 준위(최저 삼중항 여기 준위)로부터, T1 준위보다 에너지가 높은 삼중항 여기 상태의 준위(Tn 준위) 중 어느 하나로의 전이에 관한 진동자 강도가 큰(전이에 관한 에너지의 흡수가 큰) 것 등의 조건을 만족시키는 경우에 일어나기 쉬워진다.
또한, 본 발명의 일 형태는 푀르스터 기구에 의한 에너지 이동을 일으키기 쉬운 유기 화합물이며, 발광 소자의 EL층에 사용되었을 때에 TTA의 발생 확률을 높일 수 있는 유기 화합물이다. 또한, 이러한 유기 화합물은 테트라센 골격 또는 안트라센 골격을 갖는 것이 바람직하다.
또한, 상기와 같은 TTA의 발생 확률이 높은 유기 화합물을 발광 소자의 EL층에 제 1 유기 화합물(호스트 재료)로서 사용하고, 제 2 유기 화합물(도펀트)로서 형광성 화합물을 조합하여 사용하는 경우에는, 제 1 유기 화합물의 발광에 기여하지 않는 삼중항 여기자의 에너지를 단일항 여기자의 에너지로 변환하여, 단일항 여기자에 의한 에너지 이동에 의하여 형광성 화합물을 발광시킴으로써, 발광 소자의 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
여기서, 본 발명의 일 형태는 하기 일반식(G)으로 나타내어지는 유기 화합물이다. 또한, 하기 일반식(G)으로 나타내어지는 유기 화합물은 상기 발광 소자에서의 제 1 유기 화합물이다.
[화학식 1]
다만, 일반식(G)에서, A1 및 A2 중 어느 한쪽은 상기 일반식(G-1)이고, 다른 쪽은 수소 또는 치환기이다. 또한, α1 및 α2는 치환 또는 비치환의 페닐렌기를 나타낸다. 또한, n 및 m은 각각 독립적으로 1 또는 2이다. 또한, P1 및 P2는 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환의 페닐렌기 또는 바이페닐렌기를 나타낸다. 또한, 일반식(G) 중 상기 치환기, 및 일반식(G)에 치환기가 더 포함되는 경우에는, 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기, 알킬페닐기, 및 페닐기 중 어느 것을 나타낸다.
또한, 본 발명의 다른 일 형태에서는, 상기 일반식(G) 중 P1 및 P2가 치환 또는 비치환의 페닐렌기 또는 바이페닐렌기인 경우, P1 및 P2는 하기 구조식(Ar-1) 내지 구조식(Ar-6) 중 어느 하나의 구조식이다.
[화학식 2]
또한, 본 발명의 다른 일 형태에서는, 상기 일반식(G) 및 일반식(G-1) 중 α1 및 α2로 나타내어지는 페닐렌기는 각각 독립적으로 파라페닐렌기, 메타페닐렌기, 오쏘페닐렌기 중 어느 하나이다.
또한, 본 발명의 다른 일 형태에서는, 상기 일반식(G) 및 일반식(G-1) 중 α1 및 α2로 나타내어지는 페닐렌기는, 하기 구조식(α-1) 내지 구조식(α-5) 중 어느 하나의 구조식이다.
[화학식 3]
또한, 본 발명의 다른 일 형태에서는, 상기 일반식(G) 및 일반식(G-1) 중 α1 및 α2로 나타내어지는 페닐렌기가 치환기를 갖는 경우의 치환기는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기 중 어느 하나이고, 더 구체적으로는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, tert-뷰틸기, 펜틸기, 아이소펜틸기, 헥실기, 아이소헥실기, 사이클로헥실기 중 어느 하나이다.
또한, 본 발명의 다른 일 형태는, 상기 일반식(G) 및 일반식(G-1) 중 α1 및 α2로 나타내어지는 페닐렌기가 치환기를 갖는 경우, 그 치환기는 하기 구조식(R-1) 내지 구조식(R-11) 중 어느 하나의 구조식이다.
[화학식 4]
또한, 본 발명의 다른 일 형태는, 하기 구조식(100), 구조식(110), 구조식(120)으로 나타내어지는 유기 화합물, 또는 제 1 유기 화합물이다.
[화학식 5]
또한, 상술한 제 1 유기 화합물은 TTA를 효율적으로 발생시킬 수 있는 유기 화합물(호스트 재료)이고, 발광에 기여하지 않는 삼중항 여기자를 효율적으로 단일항 여기자로 변환할 수 있는 유기 화합물이고, 여기 수명이 긴 삼중항 여기자를 경유하기 때문에, 유기 화합물의 발광 전체에 대한 지연 형광의 비율이 높아지는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 형태는 상기 제 1 유기 화합물을 갖는 발광 소자나, 발광 소자를 갖는 발광 장치뿐만 아니라, 발광 장치를 갖는 조명 장치도 범주에 포함된다. 따라서, 본 명세서 중에서의 발광 장치란, 화상 표시 디바이스 또는 광원(조명 장치도 포함함)을 가리킨다. 또한, 발광 장치에 대하여 커넥터, 예를 들어, FPC(Flexible printed circuit), 또는 TCP(Tape Carrier Package)가 장착된 모듈, TCP 끝에 프린트 배선판이 제공된 모듈, 또는 발광 소자에 COG(Chip On Glass) 방식에 의하여 IC(집적 회로)가 직접 실장된 모듈도 모두 발광 장치에 포함되는 것으로 한다.
본 발명의 일 형태에서는 형광성을 갖는 신규 유기 화합물(형광성 화합물)을 제공할 수 있다. 본 발명의 일 형태에서는 형광성 화합물을 갖는 발광 소자로서, 효율이 높은 발광 소자를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명의 다른 일 형태에서는 발광 소자로부터 얻어지는 발광 전체에 차지하는 지연 형광의 비율이 종래보다 높은 발광 소자를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명의 다른 일 형태에서는 신규 발광 소자를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명의 다른 일 형태에서는 신규 발광 장치를 제공할 수 있다. 또한, 신규 발광 장치, 신규 전자 기기, 또는 신규 조명 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 TTA의 메커니즘을 설명하기 위한 도면.
도 2는 분자 구조에서의 전이 쌍극자 모멘트의 방향 및 진동자 강도를 도시한 도면.
도 3은 분자 구조에서의 전이 쌍극자 모멘트의 방향 및 진동자 강도를 도시한 도면.
도 4는 발광 소자의 구조에 대하여 설명하기 위한 도면.
도 5는 발광 소자의 구조에 대하여 설명하기 위한 도면.
도 6은 발광 장치에 대하여 설명하기 위한 도면.
도 7은 발광 장치에 대하여 설명하기 위한 도면.
도 8은 전자 기기에 대하여 설명하기 위한 도면.
도 9는 전자 기기에 대하여 설명하기 위한 도면.
도 10은 자동차에 대하여 설명하기 위한 도면.
도 11은 조명 장치에 대하여 설명하기 위한 도면.
도 12는 조명 장치에 대하여 설명하기 위한 도면.
도 13은 터치 패널의 일례를 도시한 도면.
도 14는 터치 패널의 일례를 도시한 도면.
도 15는 터치 패널의 일례를 도시한 도면.
도 16은 터치 센서의 블록도 및 타이밍 차트.
도 17은 터치 센서의 회로도.
도 18은 표시 장치의 블록도.
도 19는 표시 장치의 회로 구성.
도 20은 표시 장치의 단면 구조.
도 21은 발광 소자에 대하여 설명하기 위한 도면.
도 22는 발광 소자에 대하여 설명하기 위한 도면.
도 23은 감쇠 곡선을 나타낸 도면.
도 24는 발광 소자 1, 발광 소자 3, 및 발광 소자 5의 전류 밀도-휘도 특성을 나타낸 도면.
도 25는 발광 소자 1, 발광 소자 3, 및 발광 소자 5의 전압-휘도 특성을 나타낸 도면.
도 26은 발광 소자 1, 발광 소자 3, 및 발광 소자 5의 휘도-전류 효율 특성을 나타낸 도면.
도 27은 발광 소자 1, 발광 소자 3, 및 발광 소자 5의 전압-전류 특성을 나타낸 도면.
도 28은 발광 소자 2 및 발광 소자 4의 전류 밀도-휘도 특성을 나타낸 도면.
도 29는 발광 소자 2 및 발광 소자 4의 전압-휘도 특성을 나타낸 도면.
도 30은 발광 소자 2 및 발광 소자 4의 휘도-전류 효율 특성을 나타낸 도면.
도 31은 발광 소자 2 및 발광 소자 4의 전압-전류 특성을 나타낸 도면.
도 32는 발광 소자 1 및 발광 소자 3의 발광 스펙트럼을 나타낸 도면.
도 33은 발광 소자 2 및 발광 소자 4의 발광 스펙트럼을 나타낸 도면.
도 34는 구조식(120)으로 나타내는 유기 화합물의 1H-NMR 차트.
도 35는 구조식(120)으로 나타내는 유기 화합물의 자외-가시 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼.
도 36은 구조식(120)으로 나타내는 유기 화합물의 LC-MS 분석 결과를 나타낸 도면.
도 37은 구조식(100)으로 나타내는 유기 화합물의 1H-NMR 차트.
도 38은 구조식(100)으로 나타내는 유기 화합물의 자외-가시 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼.
도 39는 구조식(100)으로 나타내는 유기 화합물의 LC-MS 분석 결과를 나타낸 도면.
도 40은 구조식(110)으로 나타내는 유기 화합물의 1H-NMR 차트.
도 41은 구조식(110)으로 나타내는 유기 화합물의 자외-가시 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼.
도 42는 구조식(110)으로 나타내는 유기 화합물의 LC-MS 분석 결과를 나타낸 도면.
도 43은 감쇠 곡선을 나타낸 도면.
도 44는 발광 소자 6의 발광 스펙트럼을 나타낸 도면.
이하, 본 발명의 실시형태에 대하여 도면을 사용하여 상세히 설명한다. 다만, 본 발명은 이하의 설명에 한정되지 않고, 본 발명의 취지 및 그 범위로부터 벗어남이 없이 그 형태 및 상세한 사항을 다양하게 변경할 수 있다. 따라서, 본 발명은 이하에 나타낸 실시형태의 기재 내용에 한정하여 해석되는 것은 아니다.
또한, "막"이라는 용어와 "층"이라는 용어는 경우 또는 상황에 따라 서로 바꿀 수 있다. 예를 들어, "도전층"이라는 용어를 "도전막"이라는 용어로 바꿀 수 있는 경우가 있다. 또는, 예를 들어, "절연막"이라는 용어를 "절연층"이라는 용어로 바꿀 수 있는 경우가 있다.
(실시형태 1)
본 실시형태에서는, 발광 소자의 EL층에서 TTA가 발생하는 메커니즘에 대하여 설명한다.
TTA(삼중항-삼중항 소멸)의 메커니즘에 대해서는 그동안 제설이 제기되며 자세히 밝혀지지 않았지만, 본 발명의 일 형태에서, 도 1의 스킴에 도시된 바와 같은 에너지 이동이 수행된다고 생각된다.
우선, 도 1의 (A)에 도시된 바와 같이 동일한 종류의 2분자(분자 A 및 분자 B)의 삼중항 여기자가 각각 인접되어 존재하는 경우, 분자 B가 T1 준위로부터 S0 준위로 전이할 때에 방출된 에너지를 분자 A가 흡수하여, 분자 A의 T1 준위가 Tn 준위로 전이한다. 그러므로, 분자 A의 T1 준위로부터 분자 B의 T1 준위만큼 더 높은 에너지 준위 부근까지가 분자 A가 전이할 수 있는 Tn 준위라고 생각된다.
다음에, 도 1의 (B)에 도시된 바와 같이, 분자 A의 Tn 준위로 전이한 T1이, 어느 확률로 에너지 준위가 가까운 Sn 준위로 항간 교차된다. 또한, 내부 전환에 의하여 Sn 준위는 S1 준위로 전이한다(도 1의 (C) 참조).
그리고, 도 1의 (D)에 도시된 바와 같이, S1 준위가 S0 준위로 전이함으로써 지연 형광이 발생한다.
이와 같이, 2분자의 한쪽의 여기 에너지를 사용하여, 다른 쪽이 더 높은 준위로 전이하기 때문에, 최대로 T1 여기자 75%의 절반을 발광으로서 추출할 수 있다. 전류 여기로 생성된 S1 여기자 25%와 합치면, 최대로 62.5%의 내부 양자 효율을 기대할 수 있다.
또한, 도 1에서 설명한 TTA에서의 에너지 이동이 분자 사이에서 수행되면, 도 1의 (A)에 도시된 분자 B로부터 분자 A로의 에너지 이동 효율을 높임으로써, T1 준위로부터 Tn 준위로의 전이 확률이 높아져, 최종적으로 생성되는 S1 여기자를 증가시킬 수 있다. 이러한 분자 사이에서의 에너지 이동으로서는, 전자 교환 상호 작용의 덱스터 기구, 및 쌍극자-쌍극자 상호 작용의 푀르스터 기구의 2종류를 들 수 있다. 이하에서는, 어느 기구를 거쳐도 삼중항 여기자 사이(T1-T1 사이)에서 에너지를 이동할 수 있는 것을 설명한다.
덱스터 기구는 에너지 이동 전후에서 2분자 전체의 전자 스핀이 저장된다. 따라서, 에너지 이동 전후에서 2분자 전체의 전자 스핀이 저장되는 경우에는, 덱스터 기구에 의한 에너지 이동이 허용된다. 또한, TTA에서의 에너지 이동에 대해서는 지금까지 덱스터 기구에 의하여 주로 설명되어 왔다.
한편, 푀르스터 기구는 에너지 이동에서의 속도 상수(kET)를 식으로 나타내면, 이하의 식(1)과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 1]
c: 광의 속도 n: 굴절률 N A : 아보가드로 수
τ 0 : 공여체의 자연 수명 R: 분자간 거리
к 2 : A와 B의 전이 쌍극자 모멘트의 상대 배향 인자
: 파수 : 면적 1로 정규화된 파수당 발광 강도
ε: 흡광 계수
또한, 수학식(1) 중 τ 0 는 복사 속도(k r )의 역수이기 때문에, x를 이하와 같이 나타낸다.
[수학식 2]
그러면, 식(1)을 이하의 식(1')과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 3]
또한, 푀르스터 기구에 의한 에너지 이동 효율(φ ET )은 이하의 식(2)으로 나타내어진다.
[수학식 4]
k r : 복사 속도 상수 k nr : 비복사 속도 상수
상기 식(2) 및 식(1')으로부터 이하의 식(2')이 도출된다.
[수학식 5]
φ P : 인광 양자 수율
또한, 분자 A 및 분자 B가 안트라센 유도체인 경우, 안트라센 유도체로부터 얻어지는 인광 발광의 복사 속도 상수(k r )는 1×103 내지 1×104(s-1), 비복사 속도 상수(k nr )는 1×107 내지 1×108(s-1)이기 때문에, 인광 양자 수율(φ P )은 1×10-3 내지 1×10-5라고 어림잡을 수 있다.
여기서, 가령 인광 양자 수율(φ P )을 1×10-4로 한 경우, х=100이면, 에너지 이동 효율(φ ET )은 1.0%가 된다. 또한, х=1000이면, 에너지 이동 효율(φ ET )은 9.1%가 된다. 또한, х와 흡광 계수는 양의 상관 관계에 있고, 흡광 계수가 커지면 х도 커진다. 즉, 도너 측의 분자(도 1의 분자 B)의 인광 양자 수율이 낮은 경우라도 억셉터 측의 분자(도 1의 분자 A)의 흡광 계수가 크면, 푀르스터 기구에 의한 에너지 이동이 일어날 수 있다고 설명할 수 있다.
이상으로부터 삼중항 여기자 사이의 에너지 이동의 일부는 푀르스터 기구에 의하여 일어날 가능성이 있는 것이 나타내어졌다. 그러므로, 여기서는 TTA에서의 에너지 이동은 덱스터 기구뿐만 아니라 푀르스터 기구에 의한 에너지 이동도 고려한다.
푀르스터 기구에 의한 에너지 이동이 발생하는 경우, 하기 식(3)으로 나타내어지도록, 일반적으로 분자의 흡광 계수는 분자의 진동자 강도(f)가 큰 경우에 커진다.
[수학식 6]
f: 진동자 강도 ε: 흡광 계수
여기서, 양자 화학 계산을 사용하여 최저 준위인 삼중항 여기 상태(T1)와, T1보다 준위가 높은 삼중항 여기 상태(Tn) 사이의 진동자 강도(f)를 크게 하기 위하여 분자 설계를 수행하였다. 다만, T1보다 준위가 높은 삼중항 여기 상태(Tn)가 복수인 경우에는, 각각의 삼중항 여기 상태에서의 진동자 강도의 합을 진동자 강도(f)로 한다. 또한, 분자 설계에 의하여 안트라센 골격을 갖는 화합물에서, 분자의 진동자 강도(f)가 커지는 것을 알았다. 또한, 안트라센 골격을 갖는 화합물의 구조식을 이하에 나타낸다.
[화학식 6]
상기 화합물에 대한 양자 화학 계산의 계산 방법에 관해서는 다음과 같다. 또한, 양자 화학 계산 프로그램으로서는 Gaussian09를 사용하였다. 계산은 고성능 컴퓨터(SGI사 제조, ICE X)를 사용하여 수행하였다.
우선, 단일항 기저 상태(S0) 및 T1 상태에서의 안정적인 구조 및 전자 상태에 대하여, 밀도 범함수법(DFT)을 사용하여 계산하였다. 그 후, 진동 해석을 수행하고, S0 상태 및 T1 상태의 안정적인 구조끼리의 에너지 차이로부터 T1 준위를 산출하였다. 기저 함수로서, 6-311G(d, p)를 사용하였다. 범함수는 B3LYP를 사용하였다. 또한, DFT에서, 분자의 총 에너지는 퍼텐셜 에너지, 전자간 정전 에너지, 전자의 운동 에너지, 및 복잡한 전자간 상호 작용을 모두 포함하는 교환 상관 에너지의 합으로 나타내어진다. 또한, DFT에서는, 전자 밀도로 표현된 하나의 전자 퍼텐셜의 범함수(함수의 함수의 의미)로 교환 상관 상호 작용을 근사하고 있기 때문에, 정확도가 더 높은 전자 상태를 산출할 수 있다.
다음에, 시간 의존 밀도 범함수법(TD-DFT)을 사용하여, T1 준위로부터 Tn 준위로의 전이에 관한 전이 쌍극자 모멘트 및 진동자 강도(f)를 산출하였다. 기저 함수에는 6-311G(d, p), 범함수에는 CAM-B3LYP를 사용하였다. TD-DFT를 사용한 계산에서는, DFT의 범함수에 CAM-B3LYP를 사용한 계산으로부터 얻어진 T1 상태의 안정적인 구조 및 전자 상태를 사용하였다.
또한, TD-DFT에서의 Tn 상태란, TD-DFT를 사용한 계산에 의하여, T1 준위의 2배에 상당하는 여기 에너지에 0.6eV를 더한 값보다 에너지 준위가 작은 삼중항 여기 상태를 가리킨다. 다만, 안트라센 골격을 갖는 화합물 중 안트라센 골격 이외의 부분에 상기 조건을 만족시키는 여기 상태를 갖더라도, 화합물 전체의 삼중항 여기에 관여하지 않기 때문에 Tn 상태로부터 제외한다.
TD-DFT를 사용한 계산으로부터, 상기 1,5CzP2A의 T1 준위는 1.67eV, 1,8CzP2A의 T1 준위는 1.66eV로 산출되었다. 또한, TD-DFT를 사용한 계산으로부터 상기 1,5CzP2A 및 1,8CzP2A에서, T1 준위로부터의 여기 에너지가 각각의 T1 준위+0.6eV 미만인 Tn 준위에 해당하는 삼중항 여기 상태는 각각 2개씩 존재하는 것을 알았다. 또한, 1,5CzP2A의 T1 준위로부터 Tn 준위로의 여기 에너지는 1.80eV, 2.07eV이고, 1,8CzP2A의 T1 준위로부터의 Tn 준위로의 여기 에너지는 1.81eV, 2.06eV이다.
1,5CzP2A 및 1,8CzP2A의 각 분자에 대하여, TD-DFT를 사용한 계산으로 얻어진 T1-Tn 준위 사이의 전이 쌍극자 모멘트의 방향, 및 진동자 강도(f)를 도 2에 나타내었다. 또한, 도 2에 도시된 각 분자의 분자 배치는 안트라센 골격의 장축을 x축, 단축을 y축에 각각 맞췄다.
도 2에 도시된 바와 같이, 1,8CzP2A의 전이 쌍극자 모멘트는 주로 x축 방향의 성분(도면 중의 화살표(a))으로 구성되지만, 1,5CzP2A의 전이 쌍극자 모멘트는 x축 및 y축 방향의 성분(도면 중의 화살표(b))으로 구성된다. 또한, 계산으로부터 1,8CzP2A의 진동자 강도(f)는 0.0020, 1,5CzP2A의 진동자 강도(f)는 0.0032로 각각 산출되었다. 이 결과로부터, 1,5CzP2A는 1,8CzP2A보다 진동자 강도(f)가 크고, 1,8CzP2A보다 T1-Tn 준위 사이의 전이가 일어나기 쉬운 것을 알았다. 즉, 푀르스터 기구에 의한 에너지 이동에 기인하는 TTA의 발생 확률은 1,8CzP2A보다 1,5CzP2A가 높은 것이 시사되었다.
상술한 전이 쌍극자 모멘트의 크기와, 진동자 강도(f) 사이에는 진동자 강도(f)가 전이 쌍극자 모멘트의 크기의 제곱에 비례하는 하기 식(4)으로 나타내는 관계가 성립된다.
[수학식 7]
다만, 이다.
: 진동자 강도 μ mn : 전이 쌍극자 모멘트
μ 0 : 진동 전기 쌍극자 모멘트 h: 플랑크 상수 e: 전기 소량
m: 전자의 질량 v: 파수
여기서, 1,5CzP2A 및 1,8CzP2A 각각에 대하여, 화합물을 구성하는 유닛(골격)으로서, 안트라센 골격(501) 및 카바졸 골격(502)으로 구분하고, T1 준위로부터 Tn 준위로의 전이에서의 전이 쌍극자 모멘트에 대하여 해석을 수행하였다. 또한, 여기서는, T1 준위로부터 Tn 준위로의 전이 중 진동자 강도가 가장 큰 전이에 대하여 주요한 분자 궤도 사이의 전이만을 대상으로 하여 해석을 수행하였다. 결과를 도 3에 도시하였다.
도 3의 결과로부터, 1,8CzP2A에서는 2개의 카바졸 골격(502)의 전이 쌍극자 모멘트의 y축 방향의 성분이 각각 역방향에 있기 때문에 서로 약화되지만, 1,5CzP2A에서는, 2개의 카바졸 골격(502)의 전이 쌍극자 모멘트의 y축 방향의 성분이 모두 동일한 방향에 있기 때문에 서로 강화되는 것을 알 수 있다. 이 결과, 1,5CzP2A 전체에서는, 카바졸 골격(502)에서 유래하는 y축 방향의 전이 쌍극자 모멘트의 크기가 커진다. 따라서, 상기 식(4)으로 나타낸 바와 같이, 전이 쌍극자 모멘트의 크기가 큰 1,5CzP2A는 1,8CzP2A보다 진동자 강도(f)가 큰 것이 시사되었다. 즉, 분자 구조의 관점에서도 1,5CzP2A는 1,8CzP2A보다 진동자 강도(f)가 크며, T1-Tn 준위 사이의 전이가 일어나기 쉽고, 푀르스터 기구에 의한 에너지 이동에 기인한 TTA의 발생 확률은 1,8CzP2A보다 1,5CzP2A가 높다고 할 수 있다.
또한, 안트라센 골격을 갖고 하기 구조식(120)으로 나타내어지는 유기 화합물, 1,5-비스[4-(9H-카바졸-9-일)페닐]-9,10-다이페닐안트라센(약칭: 1,5CzP2PA)에 대하여, 양자 화학 계산을 수행하였다.
[화학식 7]
DFT를 사용한 계산에 의하여, 1,5CzP2PA의 T1 준위는 1.52eV로 산출되었다. 또한, TD-DFT를 사용한 계산으로부터, T1 준위+0.6eV 미만인 Tn 준위에 해당하는 삼중항 여기 상태는 7개 존재하는 것을 알았다. 또한, 1,5CzP2PA의 T1 준위로부터 Tn 준위로의 여기 에너지는 1.87eV, 1.92eV이다. 또한, TD-DFT를 사용한 계산으로 얻어진 T1-Tn 준위 사이의 1,5CzP2PA의 진동자 강도(f)의 합은 0.0089로 산출되었다. 이때, T1로부터 Tn으로의 전이에 관계하는 궤도는 주로 안트라센에 분포되는 것을 확인하였다.
또한, 본 실시형태에 나타낸 구성을 다른 실시형태에 나타내는 구성과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시형태 2)
본 실시형태에서는, 본 발명의 일 형태에 따른 유기 화합물에 대하여 설명한다. 또한, 본 실시형태에서 설명하는 유기 화합물은 실시형태 1에서 일례로서 든 1,5CzP2A, 1,8CzP2A, 1,5CzP2PA와 마찬가지로 푀르스터 기구에 의한 에너지 이동에 기인하는 TTA의 발생 확률을 높일 수 있는 유기 화합물이다.
본 실시형태에 나타내는 유기 화합물은 안트라센 골격에 카바졸 골격이 직접, 또는, 아릴렌기를 통하여 결합되는 것을 특징으로 하는 유기 화합물이다. 또한, 본 실시형태에서 설명하는 유기 화합물은 하기 일반식(G0) 또는 일반식(G1)으로 나타내어지는 구조를 갖는 유기 화합물이다.
[화학식 8]
다만, 상기 일반식(G0)의 A1 및 A2 중 어느 한쪽은 상기 일반식(G0-1)이고, 다른 쪽은 수소 또는 치환기이다. 즉, α2는 일반식(G0)의 안트라센 골격의 5위치 또는 8위치에 결합된다. 또한, α1 및 α2는 치환 또는 비치환의 페닐렌기를 나타낸다. 또한, n 및 m은 각각 독립적으로 1 또는 2이다. 또한, 일반식(G0) 중 상기 치환기, 및 일반식(G0)에 치환기가 더 포함되는 경우에는, 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기, 알킬페닐기, 페닐기 중 어느 것을 나타낸다. 또한, Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환의 페닐렌기 또는 바이페닐렌기를 나타낸다.
또한, 상기 일반식(G0)의 Ar1 및 Ar2로 나타내어지는 페닐기 또는 바이페닐기의 구체예를 하기 구조식(Ar-1) 내지 구조식(Ar-6)으로 나타낸다.
[화학식 9]
또한, 구조식(Ar-2) 내지 구조식(Ar-5)과 같이 알킬기가 결합되면, 유기 용제로의 용해성이 높아져, 합성이 간단해지기 때문에 바람직하다. 또한, 구조식(Ar-1), 구조식(Ar-2), 구조식(Ar-5), 구조식(Ar-6)과 같이, 치환기가 없는 것 또는 파라 위치에서 결합되는 것은 전이 쌍극자 모멘트가 커지기 때문에 바람직하다.
또한, 본 실시형태에서 설명하는 유기 화합물은 하기 일반식(G1)으로 나타내어지는 구조를 갖는 유기 화합물이다.
[화학식 10]
다만, 상기 일반식(G1)의 A1 및 A2 중 어느 한쪽은 상기 일반식(G1-1)이고, 다른 쪽은 수소 또는 치환기이다. 즉, α2는 일반식(G1)의 안트라센 골격의 5위치 또는 8위치에 결합된다. 또한, α1 및 α2는 치환 또는 비치환의 페닐렌기를 나타낸다. 또한, n 및 m은 각각 독립적으로 1 또는 2이다. 또한, 일반식(G1) 중 상기 치환기, 및 일반식(G1)에 치환기가 더 포함되는 경우에는, 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기, 알킬페닐기, 페닐기 중 어느 것을 나타낸다.
또한, 일반식(G0-1) 및 일반식(G1-1)의 치환 위치는 일반식(G0) 및 일반식(G1)의 A2보다 A1인 것이, T1 준위로부터 Tn 준위로 여기되는 진동자 강도의 합이 강한 경향이 있기 때문에 바람직하다.
또한, 일반식(G0-1) 및 일반식(G1-1)의 치환 위치는 일반식(G0) 및 일반식(G1)의 A2보다 A1인 것이, 카바졸 골격을 갖는 2개의 치환기가 안트라센 골격의 1위치 및 5위치에 치환됨으로써 치환기끼리의 입체 반발을 방지할 수 있기 때문에 바람직하다. 마찬가지로, 일반식(G1)이 치환기를 갖는 경우, 이웃(예를 들어, 1위치와 2위치, 2위치와 3위치, 1위치와 9위치)에 동시에 치환기를 갖지 않는 것이, 입체 반발을 방지할 수 있기 때문에 바람직하다.
또한, 상기 일반식(G0), 일반식(G0-1), 일반식(G1), 또는 일반식(G1-1)에서, α1 및 α2로 나타내어지는 페닐렌기로서는, 파라페닐렌기, 메타페닐렌기, 오쏘페닐렌기 등을 들 수 있다.
또한, 상기 일반식(G0), 일반식(G0-1), 일반식(G1), 또는 일반식(G1-1) 중 α1 및 α2로 나타내어지는 페닐렌기의 구체예를 하기 구조식(α-1) 내지 구조식(α-5)으로 나타낸다.
[화학식 11]
또한, 상기 일반식(G0), 일반식(G0-1), 일반식(G1), 및 일반식(G1-1) 중 α1 및 α2로 나타내어지는 페닐렌기의, 안트라센 골격 및 카바졸 골격의 치환 위치는 파라 위치, 메타 위치, 오쏘 위치 중 어느 것으로 할 수 있지만, 파라 위치로 하는 경우에는, 캐리어 수송성이 높아지기 때문에 바람직하고, 메타 위치로 함으로써 부피가 큰 구조가 되어 증착 온도를 낮게 할 수 있기 때문에 바람직하다.
또한, 상기 일반식(G0), 일반식(G0-1), 일반식(G1), 및 일반식(G1-1)이 치환기를 갖는 경우, 또한, 이들의 α1 및 α2로 나타내어지는 페닐렌기가 치환기를 갖는 경우에는, 치환기로서 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기를 들 수 있고, 구체적으로는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, tert-뷰틸기, 펜틸기, 아이소펜틸기, 헥실기, 아이소헥실기, 사이클로헥실기 등을 들 수 있다.
또한, 상기 일반식(G0), 일반식(G0-1), 일반식(G1), 및 일반식(G1-1) 중 α1 및 α2로 나타내어지는 페닐렌기가 갖는 치환기의 구체예를 하기 구조식(R-1) 내지 구조식(R-11)으로 나타낸다.
[화학식 12]
또한, 상기 일반식(G0), 일반식(G0-1), 일반식(G1), 및 일반식(G1-1) 중 α1 및 α2로 나타내어지는 페닐렌기가 치환기를 갖는 경우에는, 용해성의 향상이나 열 물성의 향상을 기대할 수 있기 때문에 바람직하지만, 치환기를 갖지 않는 경우에는 합성이 간단해지기 때문에 바람직하다.
또한, 유기 화합물의 다른 구성은 하기 일반식(G2)으로 나타내어지는 구조를 갖는 유기 화합물이다.
[화학식 13]
다만, 상기 일반식(G2)의 A1 및 A2 중 어느 한쪽은 상기 일반식(G2-1)이고, 다른 쪽은 수소 또는 치환기이다. 또한, 일반식(G2) 중 상기 치환기, 및 상일반식(G2)에 치환기가 더 포함되는 경우에는, 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기, 알킬페닐기, 페닐기 중 어느 것을 나타낸다.
다음에, 상술한 유기 화합물의 구체적인 구조식을 하기에 나타낸다. 다만, 본 발명은 이들에 한정되지 않는다.
[화학식 14]
[화학식 15]
[화학식 16]
또한, 상기 구조식(103)으로 나타내어지는 유기 화합물은, 일반식(G1)에서 n 및 m가 2로 나타내어지고, α1 및 α2는 각각 페닐렌기와 알킬페닐렌기가 연결된 구조이다. 이와 같이, n 및 m이 2인 경우라도, α1 및 α2에서 구조가 상이한 페닐렌기끼리가 연결된 구조이어도 좋다.
또한, 상기 구조식(103) 내지 구조식(109), 구조식(115), 구조식(122), 구조식(124), 구조식(125)으로 나타내어지는 유기 화합물은 일반식(G), 일반식(G0) 내지 일반식(G2)(및 (G-1), (G1-1) 내지 (G2-1))이 치환기를 갖는 경우의 유기 화합물이다. 예를 들어, 구조식(103), 구조식(106), 구조식(107), 구조식(113), 구조식(115), 구조식(122), 구조식(124)은 각각 치환기로서 탄소수 1 내지 6의 알킬기를 갖고, 구조식(109), 구조식(113), 구조식(122), 구조식(124)은 각각 치환기로서 알킬페닐기를 갖고, 구조식(105), 구조식(108), 구조식(125)은 각각 치환기로서 페닐기를 갖는 유기 화합물이다.
다음에, 하기 일반식(G0) 및 일반식(G0-1)으로 나타내어지는 유기 화합물의 합성 방법의 일례를, 합성 스킴(F0-1) 및 합성 스킴(F0-2)으로 나타낸다. 즉, 합성 스킴(F0-1) 및 합성 스킴(F0-2)으로 나타낸 바와 같은 반응을 적용함으로써, 일반식(G0) 및 일반식(G0-1)으로 나타내어지는 유기 화합물을 합성할 수 있다. 또한, 상기와 마찬가지로 일반식(G0)의 A1 및 A2 중 어느 한쪽은 일반식(G0-1)으로 나타내어지는 치환기이고, 다른 쪽은 수소 또는 치환기이다.
[화학식 17]
[화학식 18]
상기 합성 스킴(F0-1) 및 합성 스킴(F0-2)에서, X1 및 X2 중 어느 한쪽, 및 X3은 할로젠을 나타내고, 구체적으로는, 아이오딘, 브로민, 염소의 순서로 반응성이 높기 때문에 바람직하다. 또한, B1, B2는 붕소 화합물을 나타내고, 보론산, 알콕시 붕소를 나타낸다. 또한, 아릴 알루미늄 화합물, 아릴 지르코늄 화합물, 아릴 아연 화합물, 또는 아릴 주석 화합물 등을 사용하여도 좋다. 또한, α1 및 α2는 치환 또는 비치환의 페닐렌기를 나타낸다. 또한, n 및 m은 각각 독립적으로 1 또는 2이다. Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환의 페닐렌기 또는 바이페닐렌기를 나타낸다. M1 및 M2는 각각 독립적으로 리튬 또는 마그네슘 할로젠을 나타내고, 할로젠은 구체적으로는, 아이오딘, 브로민, 염소를 나타내고, 브로민이 취급하기 쉽다.
상기 합성 스킴(F0-1)으로 나타내어지는 커플링 반응에는 다양한 반응 조건이 있지만, 그 일례로서, 스즈키·미야우라 반응 등, 염기 존재하에서 금속 촉매를 사용한 합성 방법을 적용할 수 있다. 또한, 상기 합성 방법에서는, 화합물(a12)과 화합물(a13)을 동시에 화합물(a11)과 반응시키지만, 화합물(a12)의 α1과 화합물(a13)의 α2, 및 화합물(a12)의 n과 화합물(a13)의 m 중 어느 한쪽이 상이한 경우, 2개의 단계로 나누어 반응시킨 것이, 순도를 높일 수 있기 때문에 바람직하다.
상기 합성 스킴(F0-2)으로 나타내어지는 반응에는 다양한 반응 조건이 있지만, 에터 용제 중에서 화합물(a14)과, 리튬화 또는 그리나드 시약으로 한 화합물(a15) 및 화합물(a16)을 반응시킴으로써 화합물(a17)을 합성한다. 이어서, 산 존재하에서 아이오딘화 포타슘 및 포스핀산 소듐을 사용하여 탈하이드록실화를 수행함으로써, 목적물인 일반식(G0-1)으로 나타내어지는 유기 화합물을 합성할 수 있다.
다음에, 하기 일반식(G1) 및 일반식(G1-1)으로 나타내어지는 유기 화합물의 합성 방법의 일례를, 합성 스킴(F1-1) 및 합성 스킴(F1-2)으로 나타낸다. 즉, 합성 스킴(F1-1) 및 합성 스킴(F1-2)으로 나타낸 바와 같은 커플링 반응을 적용함으로써, 일반식(G1) 및 일반식(G1-1)으로 나타내어지는 유기 화합물을 합성할 수 있다. 또한, 상기와 마찬가지로, 일반식(G1)의 A1 및 A2 중 어느 한쪽은 일반식(G1-1)으로 나타내어지는 치환기이고, 다른 쪽은 수소 또는 치환기이다.
[화학식 19]
[화학식 20]
상기 합성 스킴(F1-1) 및 합성 스킴(F1-2)에서, X1 및 X2 중 어느 한쪽, 및 X3은 할로젠을 나타내고, 구체적으로는, 아이오딘, 브로민, 염소의 순서로 반응성이 높기 때문에 바람직하다. 또한, B1, B2는 붕소 화합물을 나타내고, 보론산, 알콕시 붕소를 나타낸다. 또한, 아릴 알루미늄 화합물, 아릴 지르코늄 화합물, 아릴 아연 화합물, 또는 아릴 주석 화합물 등을 사용하여도 좋다. 또한, α1 및 α2는 치환 또는 비치환의 페닐렌기를 나타낸다. 또한, n 및 m은 각각 독립적으로 1 또는 2이다.
상기 합성 스킴(F1-1) 및 합성 스킴(F1-2)으로 나타내어지는 커플링 반응에는 다양한 반응 조건이 있지만, 그 일례로서, 스즈키·미야우라 반응 등, 염기 존재하에서 금속 촉매를 사용한 합성 방법을 적용할 수 있다. 또한, 상기 합성 방법에서는, 합성 스킴(F1-1)으로 나타내어지는 합성 단계와, 합성 스킴(F1-2)으로 나타내어지는 합성 단계의 2개의 단계에서 합성을 수행하지만, 화합물(a2)의 α1과 화합물(a4)의 α2가 동일하고, 화합물(a2)의 n과 화합물(a4)의 m이 동일한 것인 경우에는, 화합물(a2)을 화합물(a1)에 대하여 2등량 이상 가하면, 하나의 단계에서 합성할 수 있어 간단하다.
유기 화합물의 합성 방법의 일례에 대하여 상술하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 다른 어떤 합성 방법에 의하여 합성되어도 좋다.
또한, 상술한 유기 화합물은 발광 물질(게스트)이나 그 이외의 유기 화합물 등과 조합하거나 단독으로 이용함으로써, 발광 소자에 적용할 수 있다.
그 이외에도, 상술한 유기 화합물을 유기 박막 태양 전지에 사용할 수 있다. 더 구체적으로는, 캐리어 수송성을 갖기 때문에, 캐리어 수송층, 캐리어 주입층에 사용할 수 있다. 또한, 억셉터성 물질과 혼합한 막을 사용함으로써, 전하 발생층으로서 사용할 수 있다. 또한, 광 여기되기 때문에, 발전층으로서 사용할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 나타낸 구성을 다른 실시형태에 나타내는 구성과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시형태 3)
본 실시형태에서는 발광 소자에 대하여 도 4를 사용하여 설명한다.
본 실시형태에 나타내는 발광 소자는, 발광층(113)을 포함하는 EL층(102)이 한 쌍의 전극(제 1 전극(양극)(101)과 제 2 전극(음극)(103)) 사이에 끼워지고, EL층(102)은 발광층(113) 이외에 정공(또는 홀) 주입층(111), 정공(또는 홀) 수송층(112), 전자 수송층(114), 전자 주입층(115) 등을 포함하여 형성된다.
이러한 발광 소자에 대하여 전압을 인가하면, 제 1 전극(101) 측으로부터 주입된 정공과, 제 2 전극(103) 측으로부터 주입된 전자가 발광층(113)에서 재결합되고, 이에 따라 생긴 에너지에 기인하여 발광층(113)에 포함되는 유기 금속 착체 등의 발광 물질이 발광한다.
또한, EL층(102)에서의 정공 주입층(111)은 정공 수송층(112) 또는 발광층(113)에 대하여 정공을 주입할 수 있는 층이고, 예를 들어, 정공 수송성이 높은 물질 및 억셉터성 물질에 의하여 형성할 수 있다. 이 경우, 억셉터성 물질에 의하여 정공 수송성이 높은 물질로부터 전자가 추출됨으로써 정공(홀)이 발생한다. 따라서, 정공 주입층(111)으로부터 정공 수송층(112)을 통하여 발광층(113)에 정공이 주입된다. 또한, 정공 주입층(111)에는 정공 주입성이 높은 물질을 사용할 수도 있다. 예를 들어, 몰리브데넘 산화물, 바나듐 산화물, 루테늄 산화물, 텅스텐 산화물, 망가니즈 산화물 등을 사용할 수 있다. 이 이외에, 프탈로사이아닌(약칭: H2Pc)이나 구리프탈로사이아닌(CuPC) 등의 프탈로사이아닌계의 화합물, 4,4'-비스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: DPAB), N,N'-비스{4-[비스(3-메틸페닐)아미노]페닐}-N,N'-다이페닐-(1,1'-바이페닐)-4,4'-다이아민(약칭: DNTPD) 등의 방향족 아민 화합물, 또는 폴리(3,4-에틸렌다이옥시싸이오펜)/폴리(스타이렌설폰산)(PEDOT/PSS) 등의 고분자 등에 의해서도 정공 주입층(111)을 형성할 수 있다.
이하에, 본 실시형태에 나타내는 발광 소자를 제작하는 경우의 바람직한 구체예에 대하여 설명한다.
제 1 전극(양극)(101) 및 제 2 전극(음극)(103)에는 금속, 합금, 전기 전도성 화합물, 및 이들의 혼합물 등을 사용할 수 있다. 구체적으로는, 산화 인듐-산화 주석(Indium Tin Oxide), 실리콘 또는 산화 실리콘을 포함한 산화 인듐-산화 주석, 산화 인듐-산화 아연(Indium Zinc Oxide), 산화 텅스텐 및 산화 아연을 포함한 산화 인듐, 금(Au), 백금(Pt), 니켈(Ni), 텅스텐(W), 크로뮴(Cr), 몰리브데넘(Mo), 철(Fe), 코발트(Co), 구리(Cu), 팔라듐(Pd), 타이타늄(Ti) 이외에, 원소 주기율표의 제 1족 또는 제 2족에 속하는 원소, 즉 리튬(Li)이나 세슘(Cs) 등의 알칼리 금속, 및 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr) 등의 알칼리 토금속, 마그네슘(Mg), 및 이들 중 어느 것을 포함하는 합금(MgAg, AlLi), 유로퓸(Eu), 이테르븀(Yb) 등의 희토류 금속 및 이들 중 어느 것을 포함하는 합금, 그 이외에 그래핀이나 산화 그래핀 등의 그래핀 화합물을 사용할 수 있다. 또한, 제 1 전극(양극)(101) 및 제 2 전극(음극)(103)은 예를 들어, 스퍼터링법이나 증착법(진공 증착법을 포함함) 등에 의하여 형성할 수 있다.
정공 주입층(111) 및 정공 수송층(112)에 사용되는 정공 수송성이 높은 물질로서는, 방향족 아민 화합물, 카바졸 유도체, 방향족 탄화수소, 고분자 화합물(올리고머, 덴드리머, 폴리머 등) 등, 다양한 유기 화합물을 사용할 수 있다. 또한, 복합 재료에 사용되는 유기 화합물로서는, 정공 수송성이 높은 유기 화합물인 것이 바람직하다. 구체적으로는, 1×10-6cm2/Vs 이상의 정공 이동도를 갖는 물질인 것이 바람직하다. 또한, 정공 수송층이 높은 물질을 사용하여 이루어지는 층은 단층뿐만 아니라 2층 이상의 적층이어도 좋다.
또한, 정공 수송층(112)에 사용되는 물질은, 정공 수송층(112)으로의 여기 에너지의 확산을 억제할 수 있기 때문에, 인접된 발광층(113)에 사용되는 물질보다 S1 준위나 T1 준위가 높은 물질이 바람직하다. 또한, 정공 수송층(112)에 사용되는 물질은, 정공 수송층(112)으로의 전자의 이탈을 억제할 수 있기 때문에, 인접된 발광층(113)에 사용되는 물질보다 LUMO 준위가 높은(값이 큰) 물질이 바람직하다. 또한, 정공 수송층(112)에 사용되는 물질은, 발광층(113)으로의 홀의 주입성이 좋아지기 때문에, 인접된 발광층(113)에 사용되는 물질보다 HOMO 준위가 깊은(값이 작은) 물질 또는 가까운 물질이 바람직하다. 이하에 정공 수송성 물질로서 사용할 수 있는 유기 화합물을 구체적으로 열거한다.
예를 들어, 방향족 아민 화합물로서는, N,N'-다이(p-톨릴)-N,N'-다이페닐-p-페닐렌다이아민(약칭: DTDPPA), 4,4'-비스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: DPAB), DNTPD, 1,3,5-트리스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]벤젠(약칭: DPA3B), 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: NPB 또는 α-NPD)이나 N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-다이페닐-[1,1'-바이페닐]-4,4'-다이아민(약칭: TPD), 4,4',4''-트리스(카바졸-9-일)트라이페닐아민(약칭: TCTA), 4,4',4''-트리스(N,N-다이페닐아미노)트라이페닐아민(약칭: TDATA), 4,4',4''-트리스[N-(3-메틸페닐)-N-페닐아미노]트라이페닐아민(약칭: MTDATA), 4,4'-비스[N-(스파이로-9,9'-바이플루오렌-2-일)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: BSPB) 등을 들 수 있다.
또한, 카바졸 유도체로서 구체적으로는, 3-[N-(9-페닐카바졸-3-일)-N-페닐아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzPCA1), 3,6-비스[N-(9-페닐카바졸-3-일)-N-페닐아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzPCA2), 3-[N-(1-나프틸)-N-(9-페닐카바졸-3-일)아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzPCN1) 등을 들 수 있다. 그 이외에도, 4,4'-다이(N-카바졸릴)바이페닐(약칭: CBP), 1,3,5-트리스[4-(N-카바졸릴)페닐]벤젠(약칭: TCPB), 9-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸(약칭: CzPA), 1,4-비스[4-(N-카바졸릴)페닐]-2,3,5,6-테트라페닐벤젠 등을 사용할 수 있다.
또한, 방향족 탄화수소로서는, 예를 들어, 2-tert-뷰틸-9,10-다이(2-나프틸)안트라센(약칭: t-BuDNA), 2-tert-뷰틸-9,10-다이(1-나프틸)안트라센, 9,10-비스(3,5-다이페닐페닐)안트라센(약칭: DPPA), 2-tert-뷰틸-9,10-비스(4-페닐페닐)안트라센(약칭 t-BuDBA), 9,10-다이(2-나프틸)안트라센(약칭: DNA), 9,10-다이페닐안트라센(약칭: DPAnth), 2-tert-뷰틸안트라센(약칭: t-BuAnth), 9,10-비스(4-메틸-1-나프틸)안트라센(약칭: DMNA), 2-tert-뷰틸-9,10-비스[2-(1-나프틸)페닐]안트라센, 9,10-비스[2-(1-나프틸)페닐]안트라센, 2,3,6,7-테트라메틸-9,10-다이(1-나프틸)안트라센, 2,3,6,7-테트라메틸-9,10-다이(2-나프틸)안트라센, 9,9'-바이안트릴, 10,10'-다이페닐-9,9'-바이안트릴, 10,10'-비스(2-페닐페닐)-9,9'-바이안트릴, 10,10'-비스[(2,3,4,5,6-펜타페닐)페닐]-9,9'-바이안트릴, 안트라센, 테트라센, 루브렌, 페릴렌, 2,5,8,11-테트라(tert-뷰틸)페릴렌 등을 들 수 있다. 또한, 이 이외에 펜타센, 코로넨 등도 사용할 수 있다. 이와 같이, 1×10-6cm2/Vs 이상의 정공 이동도를 갖고, 탄소수 14 내지 42인 방향족 탄화수소를 사용하는 것이 더 바람직하다. 또한, 방향족 탄화수소는 바이닐 골격을 가져도 좋다. 바이닐기를 갖는 방향족 탄화수소로서는, 예를 들어, 4,4'-비스(2,2-다이페닐바이닐)바이페닐(약칭: DPVBi), 9,10-비스[4-(2,2-다이페닐바이닐)페닐]안트라센(약칭: DPVPA) 등을 들 수 있다.
또한, 폴리(N-바이닐카바졸)(약칭: PVK), 폴리(4-바이닐트라이페닐아민)(약칭: PVTPA), 폴리[N-(4-{N'-[4-(4-다이페닐아미노)페닐]페닐-N'-페닐아미노}페닐)메타크릴아마이드](약칭: PTPDMA), 폴리[N,N'-비스(4-뷰틸페닐)-N,N'-비스(페닐)벤지딘](약칭: Poly-TPD) 등의 고분자 화합물을 사용할 수도 있다.
또한, 정공 주입층(111) 및 정공 수송층(112)에 사용되는 억셉터성 물질로서는, 7,7,8,8-테트라사이아노-2,3,5,6-테트라플루오로퀴노다이메테인(약칭: F4-TCNQ), 클로라닐, 2,3,6,7,10,11-헥사사이아노-1,4,5,8,9,12-헥사아자트라이페닐렌(HAT-CN) 등의 전자 흡인기(할로젠기나 사이아노기)를 갖는 화합물을 들 수 있다. 특히, HAT-CN과 같이 복소 원자를 복수로 갖는 축합 방향족 고리에 전자 흡인기가 결합되는 화합물이, 열적으로 안정적이기 때문에 바람직하다. 또한, 원소 주기율표에서의 제 4족 내지 제 8족에 속하는 금속의 산화물을 들 수 있다. 구체적으로는, 산화 바나듐, 산화 나이오븀, 산화 탄탈럼, 산화 크로뮴, 산화 몰리브데넘, 산화 텅스텐, 산화 망가니즈, 산화 레늄은 전자 수용성이 높기 때문에 바람직하다. 그 중에서도, 특히 산화 몰리브데넘은 대기 중에서도 안정적이고 흡습성이 낮고 취급하기 쉽기 때문에 바람직하다.
발광층(113)은 발광 물질(게스트 재료)을 포함하는 층이다. 또한, 발광 물질로서는, 단일항 여기 에너지를 발광으로 변환하는 발광 물질, 및 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환하는 발광 물질을 들 수 있지만, 실시형태 1에 나타낸 바와 같이, TTA를 이용하여 삼중항 여기자를 단일항 여기자로 변환하여, 단일항 여기자에 의한 발광의 고효율화를 도모하는 구성으로 하는 경우에는, 단일항 여기 에너지를 발광으로 변환하는 발광 물질을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 단일항 여기 에너지를 발광으로 변환하는 발광 물질로서는, 예를 들어, 형광을 발하는 물질(형광성 화합물)을 들 수 있다.
형광을 발하는 물질로서는, N,N'-비스[4-(9H-카바졸-9-일)페닐]-N,N'-다이페닐스틸벤-4,4'-다이아민(약칭: YGA2S), 4-(9H-카바졸-9-일)-4'-(10-페닐-9-안트릴)트라이페닐아민(약칭: YGAPA), 4-(9H-카바졸-9-일)-4'-(9,10-다이페닐-2-안트릴)트라이페닐아민(약칭: 2YGAPPA), N,9-다이페닐-N-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸-3-아민(약칭: PCAPA), 페릴렌, 2,5,8,11-테트라(tert-뷰틸)페릴렌(약칭: TBP), 4-(10-페닐-9-안트릴)-4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBAPA), N,N''-(2-tert-뷰틸안트라센-9,10-다이일다이-4,1-페닐렌)비스[N,N',N'-트라이페닐-1,4-페닐렌다이아민](약칭: DPABPA), N,9-다이페닐-N-[4-(9,10-다이페닐-2-안트릴)페닐]-9H-카바졸-3-아민(약칭: 2PCAPPA), N-[4-(9,10-다이페닐-2-안트릴)페닐]-N,N',N'-트라이페닐-1,4-페닐렌다이아민(약칭: 2DPAPPA), N,N,N',N',N'',N'',N''',N'''-옥타페닐다이벤조[g,p]크리센-2,7,10,15-테트라아민(약칭: DBC1), 쿠마린 30, N-(9,10-다이페닐-2-안트릴)-N,9-다이페닐-9H-카바졸-3-아민(약칭: 2PCAPA), N-[9,10-비스(1,1'-바이페닐-2-일)-2-안트릴]-N,9-다이페닐-9H-카바졸-3-아민(약칭: 2PCABPhA), N-(9,10-다이페닐-2-안트릴)-N,N',N'-트라이페닐-1,4-페닐렌다이아민(약칭: 2DPAPA), N-[9,10-비스(1,1'-바이페닐-2-일)-2-안트릴]-N,N',N'-트라이페닐-1,4-페닐렌다이아민(약칭: 2DPABPhA), 9,10-비스(1,1'-바이페닐-2-일)-N-[4-(9H-카바졸-9-일)페닐]-N-페닐안트라센-2-아민(약칭: 2YGABPhA), N,N,9-트라이페닐안트라센-9-아민(약칭: DPhAPhA), 쿠마린 545T, N,N'-다이페닐퀴나크리돈(약칭: DPQd), 루브렌, 5,12-비스(1,1'-바이페닐-4-일)-6,11-다이페닐테트라센(약칭: BPT), 2-(2-{2-[4-(다이메틸아미노)페닐]에텐일}-6-메틸-4H-피란-4-일리덴)프로페인다이나이트릴(약칭: DCM1), 2-{2-메틸-6-[2-(2,3,6,7-테트라하이드로-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에텐일]-4H-피란-4-일리덴}프로페인다이나이트릴(약칭: DCM2), N,N,N',N'-테트라키스(4-메틸페닐)테트라센-5,11-다이아민(약칭: p-mPhTD), 7,14-다이페닐-N,N,N',N'-테트라키스(4-메틸페닐)아세나프토[1,2-a]플루오란텐-3,10-다이아민(약칭: p-mPhAFD), 2-{2-아이소프로필-6-[2-(1,1,7,7-테트라메틸-2,3,6,7-테트라하이드로-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에텐일]-4H-피란-4-일리덴}프로페인다이나이트릴(약칭: DCJTI), 2-{2-tert-뷰틸-6-[2-(1,1,7,7-테트라메틸-2,3,6,7-테트라하이드로-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에텐일]-4H-피란-4-일리덴}프로페인다이나이트릴(약칭: DCJTB), 2-(2,6-비스{2-[4-(다이메틸아미노)페닐]에텐일}-4H-피란-4-일리덴)프로페인다이나이트릴(약칭: BisDCM), 2-{2,6-비스[2-(8-메톡시-1,1,7,7-테트라메틸-2,3,6,7-테트라하이드로-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에텐일]-4H-피란-4-일리덴}프로페인다이나이트릴(약칭: BisDCJTM) 등을 들 수 있다.
또한, 발광층(113)에서, 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환하는 발광 물질을 사용하는 구성으로 하는 경우에는, 발광 물질(도펀트 또는 게스트 재료라고 함)과 함께 사용되는 유기 화합물(호스트 재료)이, TTA의 발생 확률이 높은 재료인 것이 바람직하다. 구체적으로는, 진동자 강도(f)가 0.0015 이상, 더 바람직하게는 0.0020 이상으로 크고, T1-Tn 사이의 전이가 일어나기 쉽고, 푀르스터 기구에 의한 에너지 이동에 기인한 TTA의 발생 확률이 높은 재료가 바람직하다. 또한, TTA의 발생 확률이 높은 재료의 일례로서는, 실시형태 2에 나타낸 유기 화합물을 사용할 수 있다.
발광층(113)에서, 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환하는 발광 물질을 사용하는 구성으로 하는 경우, 발광 물질(도펀트)과 함께 사용되는 유기 화합물(호스트 재료)의 T1 준위가 가장 낮아지도록 설계하면, 삼중항 여기 에너지가 호스트 재료에 모이기 때문에, TTA의 발생 확률이 높아진다고 생각된다.
또한, 본 실시형태에 나타내는 발광 소자의 발광층(113)에서는, TTA를 이용 하여 발광 물질에 형광을 발하는 물질(형광성 화합물)을 사용하는 구성뿐만 아니라, 발광 물질로서 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환하는 발광 물질을 사용하는 구성을 조합할 수 있다. 이 구성으로서는, 예를 들어, 인광을 발하는 물질(인광성 화합물)이나 열 활성화 지연 형광(TADF)을 나타내는 TADF 재료(열 활성화 지연 형광성 화합물)를 들 수 있다. 또한, TADF 재료에서의 지연 형광이란, 일반적인 형광과 마찬가지의 스펙트럼을 가지면서도 수명이 현저하게 긴 발광을 말한다. 그 수명은 1×10-6초 이상, 바람직하게는 1×10-3초 이상이다.
인광을 발하는 물질로서는, 비스{2-[3',5'-비스(트라이플루오로메틸)페닐]피리디네이토-N,C2'}이리듐(III)피콜리네이트(약칭: [Ir(CF3ppy)2(pic)]), 비스[2-(4',6'-다이플루오로페닐)피리디네이토-N,C2']이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: FIracac), 트리스(2-페닐피리디네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(ppy)3]), 비스(2-페닐피리디네이토)이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: [Ir(ppy)2(acac)]), 트리스(아세틸아세토네이토)(모노페난트롤린)테르븀(III)(약칭: [Tb(acac)3(Phen)]), 비스(벤조[h]퀴놀리네이토)이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: [Ir(bzq)2(acac)]), 비스(2,4-다이페닐-1,3-옥사졸레이토-N,C2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: [Ir(dpo)2(acac)]), 비스{2-[4'-(퍼플루오로페닐)페닐]피리디네이토-N,C2'}이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: [Ir(p-PF-ph)2(acac)]), 비스(2-페닐벤조싸이아졸레이토-N,C2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: [Ir(bt)2(acac)]), 비스[2-(2'-벤조[4,5-a]싸이에닐)피리디네이토-N,C3']이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: [Ir(btp)2(acac)]), 비스(1-페닐아이소퀴놀리네이토-N,C2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: [Ir(piq)2(acac)]), (아세틸아세토네이토)비스[2,3-비스(4-플루오로페닐)퀴녹살리네이토]이리듐(III)(약칭: [Ir(Fdpq)2(acac)]), (아세틸아세토네이토)비스(3,5-다이메틸-2-페닐피라지네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(mppr-Me)2(acac)]), (아세틸아세토네이토)비스(5-아이소프로필-3-메틸-2-페닐피라지네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(mppr-iPr)2(acac)]), (아세틸아세토네이토)비스(2,3,5-트라이페닐피라지네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(tppr)2(acac)]), 비스(2,3,5-트라이페닐피라지네이토)(다이피발로일메타네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(tppr)2(dpm)]), (아세틸아세토네이토)비스(6-tert-뷰틸-4-페닐피리미디네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(tBuppm)2(acac)]), (아세틸아세토네이토)비스(4,6-다이페닐피리미디네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(dppm)2(acac)]), 2,3,7,8,12,13,17,18-옥타에틸-21H,23H-포르피린백금(II)(약칭: [PtOEP]), 트리스(1,3-다이페닐-1,3-프로페인다이오네이토)(모노페난트롤린)유로퓸(III)(약칭: [Eu(DBM)3(Phen)]), 트리스[1-(2-테노일)-3,3,3-트라이플루오로아세토네이토](모노페난트롤린)유로퓸(III)(약칭: [Eu(TTA)3(Phen)]) 등을 들 수 있다.
또한, TADF 재료로서는, 예를 들어, 풀러렌이나 그 유도체, 프로플라빈 등의 아크리딘 유도체, 에오신 등을 들 수 있다. 또한, 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 카드뮴(Cd), 주석(Sn), 백금(Pt), 인듐(In), 또는 팔라듐(Pd) 등을 포함하는 금속 함유 포르피린을 들 수 있다. 상기 금속 함유 포르피린으로서는, 예를 들어, 프로토포르피린-플루오린화 주석 착체(약칭: SnF2(Proto IX)), 메소포르피린-플루오린화 주석 착체(약칭: SnF2(Meso IX)), 헤마토포르피린-플루오린화 주석 착체(약칭: SnF2(Hemato IX)), 코프로포르피린테트라메틸에스터-플루오린화 주석 착체(약칭: SnF2(Copro III-4Me)), 옥타에틸포르피린-플루오린화 주석 착체(약칭: SnF2(OEP)), 에싸이오포르피린-플루오린화 주석 착체(약칭: SnF2(Etio I)), 옥타에틸포르피린-염화 백금 착체(약칭: PtCl2OEP) 등을 들 수 있다. 또한, 2-(바이페닐-4-일)-4,6-비스(12-페닐인돌로[2,3-a]카바졸-11-일)-1,3,5-트라이아진(약칭: PIC-TRZ) 등의 π전자 과잉형 복소 방향족 고리 및 π전자 부족형 복소 방향족 고리를 갖는 복소 고리 화합물을 사용할 수도 있다. 또한, π전자 과잉형 복소 방향족 고리와 π전자 부족형 복소 방향족 고리가 직접 결합된 물질은 π전자 과잉형 복소 방향족 고리의 도너성과 π전자 부족형 복소 방향족 고리의 억셉터성이 모두 강해져, S1과 T1의 에너지 차이가 작아지기 때문에, 특히 바람직하다.
상술한 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환하는 발광 물질을 사용하는 경우의 발광층(113)의 구성으로서는, 발광 물질에 더하여, 1종류의 유기 화합물(호스트 재료)을 사용하는 구성 이외에, 발광층(113)에서의 캐리어(전자 및 홀)가 재결합될 때에 들뜬 복합체(엑시플렉스(exciplex)라고도 함)를 형성할 수 있는 조합이 되는 2종류의 유기 화합물(상기 호스트 재료를 포함하여도 좋음)을 포함하는 구성으로 하여도 좋다. 또한, 효율적으로 들뜬 복합체를 형성하기 위해서는, 전자를 받기 쉬운 화합물(전자 수송성을 갖는 재료)과 정공을 받기 쉬운 화합물(정공 수송성을 갖는 재료)을 조합하는 것이 특히 바람직하다. 이와 같이, 전자 수송성을 갖는 재료와, 정공 수송성을 갖는 재료를 조합하여 들뜬 복합체를 형성하는 호스트 재료로 하는 경우, 전자 수송성을 갖는 재료 및 정공 수송성을 갖는 재료의 혼합 비율을 조절함으로써, 발광층에서의 정공과 전자의 캐리어 밸런스를 용이하게 최적화할 수 있다. 발광층에서의 정공 및 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.
또한, 상기 들뜬 복합체를 형성하는 경우에 사용되는 것이 바람직한, 전자 수송성을 갖는 재료로서는, 함질소 복소 방향족 화합물과 같은 π전자 부족형 복소 방향족이나 금속 착체 등을 사용할 수 있다. 구체적으로는, 비스(10-하이드록시벤조[h]퀴놀리네이토)베릴륨(II)(약칭: BeBq2), 비스(2-메틸-8-퀴놀리놀레이토)(4-페닐페놀레이토)알루미늄(III)(약칭: BAlq), 비스(8-퀴놀리놀레이토)아연(II)(약칭: Znq), 비스[2-(2-벤즈옥사졸릴)페놀레이토]아연(II)(약칭: ZnPBO), 비스[2-(2-벤조싸이아졸릴)페놀레이토]아연(II)(약칭: ZnBTZ) 등의 금속 착체나, 2-(4-바이페닐릴)-5-(4-tert-뷰틸페닐)-1,3,4-옥사다이아졸(약칭: PBD), 3-(4-바이페닐릴)-4-페닐-5-(4-tert-뷰틸페닐)-1,2,4-트라이아졸(약칭: TAZ), 1,3-비스[5-(p-tert-뷰틸페닐)-1,3,4-옥사다이아졸-2-일]벤젠(약칭: OXD-7), 9-[4-(5-페닐-1,3,4-옥사다이아졸-2-일)페닐]-9H-카바졸(약칭: CO11), 2,2',2''-(1,3,5-벤젠트라이일)트리스(1-페닐-1H-벤즈이미다졸)(약칭: TPBI), 2-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]-1-페닐-1H-벤즈이미다졸(약칭: mDBTBIm-II) 등의 폴리아졸 골격을 갖는 복소 고리 화합물이나 2-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mDBTPDBq-II), 2-[3'-(다이벤조싸이오펜-4-일)바이페닐-3-일]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mDBTBPDBq-II), 2-[3'-(9H-카바졸-9-일)바이페닐-3-일]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mCzBPDBq), 2-[4-(3,6-다이페닐-9H-카바졸-9-일)페닐]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2CzPDBq-III), 7-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 7mDBTPDBq-II), 및, 6-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 6mDBTPDBq-II), 4,6-비스[3-(페난트렌-9-일)페닐]피리미딘(약칭: 4,6mPnP2Pm), 4,6-비스[3-(4-다이벤조싸이에닐)페닐]피리미딘(약칭: 4,6mDBTP2Pm-II), 4,6-비스[3-(9H-카바졸-9-일)페닐]피리미딘(약칭: 4,6mCzP2Pm) 등의 다이아진 골격을 갖는 복소 고리 화합물이나, 2-{4-[3-(N-페닐-9H-카바졸-3-일)-9H-카바졸-9-일]페닐}-4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진(약칭: PCCzPTzn) 등의 트라이아진 골격을 갖는 복소 고리 화합물이나, 3,5-비스[3-(9H-카바졸-9-일)페닐]피리딘(약칭: 35DCzPPy), 1,3,5-트라이[3-(3-피리딜)페닐]벤젠(약칭: TmPyPB) 등의 피리딘 골격을 갖는 복소 고리 화합물을 들 수 있다. 상술한 재료 중에서도 다이아진 골격 및 트라이아진 골격을 갖는 복소 고리 화합물이나 피리딘 골격을 갖는 복소 고리 화합물은 신뢰성이 양호하기 때문에 바람직하다. 특히 다이아진(피리미딘이나 피라진) 골격 및 트라이아진 골격을 갖는 복소 고리 화합물은 전자 수송성이 높고, 구동 전압 저감에도 기여한다.
또한, 상기 들뜬 복합체를 형성하기 위하여 사용되는 경우에 바람직한, 정공 수송성을 갖는 재료로서는, π전자 과잉형 복소 방향족(예를 들어, 카바졸 유도체나 인돌 유도체) 또는 방향족 아민 등을 적합하게 사용할 수 있다. 구체적으로는, 2-[N-(9-페닐카바졸-3-일)-N-페닐아미노]스파이로-9,9'-바이플루오렌(약칭: PCASF), 4,4',4''-트리스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]트라이페닐아민(약칭: 1'-TNATA), 2,7-비스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]-스파이로-9,9'-바이플루오렌(약칭: DPA2SF), N,N'-비스(9-페닐카바졸-3-일)-N,N'-다이페닐벤젠-1,3-다이아민(약칭: PCA2B), N-(9,9-다이메틸-2-다이페닐아미노-9H-플루오렌-7-일)다이페닐아민(약칭: DPNF), N,N',N''-트라이페닐-N,N',N''-트리스(9-페닐카바졸-3-일)벤젠-1,3,5-트라이아민(약칭: PCA3B), 2-[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]스파이로-9,9'-바이플루오렌(약칭: DPASF), N,N'-비스[4-(카바졸-9-일)페닐]-N,N'-다이페닐-9,9-다이메틸플루오렌-2,7-다이아민(약칭: YGA2F), NPB, N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-다이페닐-[1,1'-바이페닐]-4,4'-다이아민(약칭: TPD), 4,4'-비스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: DPAB), BSPB, 4-페닐-4'-(9-페닐플루오렌-9-일)트라이페닐아민(약칭: BPAFLP), 4-페닐-3'-(9-페닐플루오렌-9-일)트라이페닐아민(약칭: mBPAFLP), N-(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)-N-{9,9-다이메틸-2-[N'-페닐-N'-(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)아미노]-9H-플루오렌-7-일}페닐아민(약칭: DFLADFL), PCzPCA1, 3-[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzDPA1), 3,6-비스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzDPA2), DNTPD, 3,6-비스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-(1-나프틸)아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzTPN2), PCzPCA2, 4-페닐-4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBA1BP), 4,4'-다이페닐-4''-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBBi1BP), 4-(1-나프틸)-4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBANB), 4,4'-다이(1-나프틸)-4''-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBNBB), 3-[N-(1-나프틸)-N-(9-페닐카바졸-3-일)아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzPCN1), 9,9-다이메틸-N-페닐-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-플루오렌-2-아민(약칭: PCBAF), N-페닐-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]스파이로-9,9'-바이플루오렌-2-아민(약칭: PCBASF), N-(4-바이페닐)-N-(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)-9-페닐-9H-카바졸-3-아민(약칭: PCBiF), N-(1,1'-바이페닐-4-일)-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: PCBBiF) 등의 방향족 아민 골격을 갖는 화합물이나, 1,3-비스(N-카바졸릴)벤젠(약칭: mCP), CBP, 3,6-비스(3,5-다이페닐페닐)-9-페닐카바졸(약칭: CzTP), 9-페닐-9H-3-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)카바졸(약칭: PCCP) 등의 카바졸 골격을 갖는 화합물이나, 4,4',4''-(벤젠-1,3,5-트라이일)트라이(다이벤조싸이오펜)(약칭: DBT3P-II), 2,8-다이페닐-4-[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]다이벤조싸이오펜(약칭: DBTFLP-III), 4-[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]-6-페닐다이벤조싸이오펜(약칭: DBTFLP-IV) 등의 싸이오펜 골격을 갖는 화합물이나, 4,4',4''-(벤젠-1,3,5-트라이일)트라이(다이벤조퓨란)(약칭: DBF3P-II), 4-{3-[3-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]페닐}다이벤조퓨란(약칭: mmDBFFLBi-II) 등의 퓨란 골격을 갖는 화합물을 들 수 있다. 상술한 재료 중에서도 방향족 아민 골격을 갖는 화합물이나 카바졸 골격을 갖는 화합물은 신뢰성이 양호하고, 또한 정공 수송성이 높고, 구동 전압 저감에도 기여하기 때문에 바람직하다.
또한, 발광층(113)은 발광 소자에서 도 4의 (A)에 도시된 단층 구조에만 한정되지 않고, 도 4의 (B)에 도시된 바와 같은 2층 이상의 적층 구조이어도 좋다. 다만, 이 경우에는 적층된 층 각각으로부터 발광이 얻어지는 구성으로 한다. 예를 들어, 1 층째의 발광층(113)(a1)으로부터는, 상술한 TTA를 이용한 형광 발광이 얻어지는 구성으로 하고, 1 층째에 적층되는 2 층째의 발광층(113)(a2)으로부터는 인광 발광이 얻어지는 구성으로 하면 좋다. 또한, 적층 순서에 대해서는 이 반대이어도 좋다. 또한, 인광 발광이 얻어지는 층에서는 들뜬 복합체로부터 도펀트로의 에너지 이동에 따른 발광이 얻어지는 구성으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 발광색에 대해서는 한쪽 층으로부터 얻어지는 발광색과 다른 쪽 층으로부터 얻어지는 발광색이 동일하여도 좋고 상이하여도 좋지만, 상이한 경우에는 예를 들어, 한쪽 층으로부터 청색 발광이 얻어지는 구성으로 하고, 다른 쪽 층으로부터는 주황색 발광 또는 황색 발광 등이 얻어지는 구성으로 할 수 있다. 또한, 각 층에 복수 종류의 도펀트가 포함되는 구성으로 하여도 좋다.
또한, 발광층(113)이 적층 구조를 갖는 경우에는, 단일항 여기 에너지를 발광으로 변환하는 발광 물질, 또는 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환하는 발광 물질 등을 각각 단독으로 또는 조합하여 사용할 수 있다. 이 경우에는, 예를 들어, 다음과 같은 물질을 들 수 있다.
전자 수송층(114)은 전자 수송성이 높은 물질(전자 수송성 화합물이라고도 함)을 포함하는 층이다. 전자 수송층(114)에는 트리스(8-퀴놀리놀레이토)알루미늄(약칭: Alq3), 트리스(4-메틸-8-퀴놀리놀레이토)알루미늄(약칭: Almq3), BeBq2, BAlq, 비스[2-(2-하이드록시페닐)벤즈옥사졸레이토]아연(약칭: Zn(BOX)2), 비스[2-(2-하이드록시페닐)벤조싸이아졸레이토]아연(약칭: Zn(BTZ)2) 등의 금속 착체를 사용할 수 있다. 또한, PBD, 1,3-비스[5-(p-tert-뷰틸페닐)-1,3,4-옥사다이아졸-2-일]벤젠(약칭: OXD-7), TAZ, 3-(4-tert-뷰틸페닐)-4-(4-에틸페닐)-5-(4-바이페닐릴)-1,2,4-트라이아졸(약칭: p-EtTAZ), 바소페난트롤린(약칭: Bphen), 바소큐프로인(약칭: BCP), 4,4'-비스(5-메틸벤즈옥사졸-2-일)스틸벤(약칭: BzOs) 등의 복소 방향족 화합물도 사용할 수 있다. 또한, 폴리(2,5-피리딘다이일)(약칭: PPy), 폴리[(9,9-다이헥실플루오렌-2,7-다이일)-co-(피리딘-3,5-다이일)](약칭: PF-Py), 폴리[(9,9-다이옥틸플루오렌-2,7-다이일)-co-(2,2'-바이피리딘-6,6'-다이일)](약칭: PF-BPy)과 같은 고분자 화합물을 사용할 수도 있다. 여기에서 설명한 물질은 주로 1×10-6cm2/Vs 이상의 전자 이동도를 갖는 물질이다. 또한, 정공 수송성보다 전자 수송성이 높은 물질이면 상기 이외의 물질을 전자 수송층(114)으로서 사용하여도 좋다.
또한, 전자 수송층(114)에 사용되는 물질은, 전자 수송층(114)으로의 여기 에너지의 확산을 억제할 수 있기 때문에, 인접된 발광층(113)에 사용되는 물질보다 S1 준위나 T1 준위가 높은 물질이 바람직하다. 또한, 전자 수송층(114)에 사용되는 물질은, 전자 수송층(114)으로의 정공의 이탈을 억제할 수 있기 때문에, 인접된 발광층(113)보다 HOMO 준위가 깊은(값이 작은) 물질이 바람직하다. 또한, 전자 수송층(114)에 사용되는 물질은, 발광층(113)으로의 전자의 주입성이 좋아지기 때문에, 인접된 발광층(113)보다 LUMO 준위가 높은(값이 큰) 물질 또는 가까운 물질이 바람직하다.
또한, 전자 수송층(114)은 단층 구조뿐만 아니라, 상기 물질로 이루어지는 층이 2층 이상 적층된 구조로 하여도 좋다.
전자 주입층(115)은 전자 주입성이 높은 물질을 포함하는 층이다. 전자 주입층(115)에는 플루오린화 리튬(LiF), 플루오린화 세슘(CsF), 플루오린화 칼슘(CaF2), 리튬 산화물(LiOx) 등과 같은 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 또는 그들의 화합물을 사용할 수 있다. 또한, 플루오린화 에르븀(ErF3)과 같은 희토류 금속 화합물을 사용할 수 있다. 또한, 전자 주입층(115)에 전자화물(electride)을 사용하여도 좋다. 상기 전자화물로서는, 예를 들어, 칼슘과 알루미늄의 혼합 산화물에 전자를 고농도로 첨가한 물질 등을 들 수 있다. 또한, 상술한 전자 수송층(114)을 구성하는 물질을 사용할 수도 있다.
또한, 전자 주입층(115)에, 유기 화합물과 전자 공여체(도너)를 혼합하여 이루어지는 복합 재료를 사용하여도 좋다. 이러한 복합 재료는, 전자 공여체에 의하여 유기 화합물에 전자가 발생하기 때문에, 전자 주입성 및 전자 수송성이 우수하다. 이 경우, 유기 화합물로서는, 발생한 전자의 수송이 우수한 재료인 것이 바람직하고, 구체적으로는, 예를 들어, 상술한 전자 수송층(114)을 구성하는 물질(금속 착체나 복소 방향족 화합물 등)을 사용할 수 있다. 전자 공여체로서는, 유기 화합물에 대하여 전자 공여성을 나타내는 물질이면 좋다. 구체적으로는, 알칼리 금속이나 알칼리 토금속이나 희토류 금속이 바람직하고, 리튬, 세슘, 마그네슘, 칼슘, 에르븀, 이테르븀 등을 들 수 있다. 또한, 알칼리 금속 산화물이나 알칼리 토금속 산화물이 바람직하고, 리튬 산화물, 칼슘 산화물, 바륨 산화물 등을 들 수 있다. 또한, 산화 마그네슘과 같은 루이스 염기를 사용할 수도 있다. 또한, 테트라싸이아풀발렌(약칭: TTF) 등의 유기 화합물을 사용할 수도 있다.
또한, 상술한 정공 주입층(111), 정공 수송층(112), 발광층(113), 전자 수송층(114), 전자 주입층(115)은 각각 증착법(진공 증착법을 포함함), 인쇄법(예를 들어, 철판 인쇄법, 요판 인쇄법, 그라비어 인쇄법, 평판 인쇄법, 공판 인쇄법 등), 잉크젯법, 도포법 등의 방법을 단독으로 또는 조합하여 사용하여 형성할 수 있다. 또한, 상술한 정공 주입층(111), 정공 수송층(112), 발광층(113), 전자 수송층(114), 및 전자 주입층(115)에는 상술한 재료 이외에 퀀텀닷(quantum dot) 등의 무기 화합물 또는 고분자 화합물(올리고머, 덴드리머, 폴리머 등)을 사용하여도 좋다.
상술한 발광 소자는 제 1 전극(101)과 제 2 전극(103) 사이에 부여된 전위차에 의하여 전류가 흘러, EL층(102)에서 정공과 전자가 재결합됨으로써 발광한다. 그리고, 이 발광은 제 1 전극(101) 및 제 2 전극(103) 중 어느 한쪽 또는 양쪽을 통하여 외부로 추출된다. 따라서, 제 1 전극(101) 및 제 2 전극(103) 중 어느 한쪽 또는 양쪽이 투광성을 갖는 전극이 된다.
이상으로부터, 본 실시형태에 나타낸 발광 소자는 발광층에서의 구성을 상술한 원하는 구조로 함으로써, 발광 소자의 특성 향상을 실현할 수 있다. 특히, TTA를 이용하는 경우에는 단일항 여기 에너지에 따른 발광 효율을 높일 수 있기 때문에, 종래의 형광 발광 소자와 비교하여, 효율이 높은 발광 소자를 실현할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 나타낸 구성을 다른 실시형태에 나타내는 구성과 적절히 조합하여 사용할 수 있는 것으로 한다.
(실시형태 4)
본 실시형태에서는, EL층을 복수로 갖는 구조의 발광 소자(이하, 탠덤형 발광 소자라고 함)에 대하여 설명한다.
본 실시형태에 나타내는 발광 소자는 도 5의 (A)에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 전극(제 1 전극(201)과 제 2 전극(204)) 사이에 전하 발생층(205)을 개재(介在)하여 복수의 EL층(제 1 EL층(202)(1), 제 2 EL층(202)(2))을 갖는 탠덤형 발광 소자이다.
본 실시형태에서, 제 1 전극(201)은 양극으로서 기능하는 전극이고, 제 2 전극(204)은 음극으로서 기능하는 전극이다. 또한, 제 1 전극(201) 및 제 2 전극(204)의 구성은 실시형태 3과 마찬가지의 구성으로 할 수 있다. 또한, 복수의 EL층(제 1 EL층(202)(1), 제 2 EL층(202)(2))의 구성은 모두 실시형태 3에 나타낸 EL층과 마찬가지의 구성으로 하여도 좋지만, 어느 한쪽을 마찬가지의 구성으로 하여도 좋다. 즉, 제 1 EL층(202)(1) 및 제 2 EL층(202)(2)은 동일한 구성이어도 좋고 상이한 구성이어도 좋고, 동일한 구성인 경우에는 실시형태 3에 나타낸 구성을 적용할 수 있다.
또한, 복수의 EL층(제 1 EL층(202)(1)과 제 2 EL층(202)(2)) 사이에 제공되는 전하 발생층(205)은 제 1 전극(201)과 제 2 전극(204)에 전압을 인가하였을 때에, 한쪽 EL층에 전자를 주입하고, 다른 쪽 EL층에 정공을 주입하는 기능을 갖는다. 본 실시형태의 경우에는, 제 2 전극(204)보다 전위가 높아지도록 제 1 전극(201)에 전압을 인가하면, 전하 발생층(205)으로부터 제 1 EL층(202)(1)에 전자가 주입되고, 제 2 EL층(202)(2)에 정공이 주입된다.
또한, 전하 발생층(205)은 광의 추출 효율의 관점에서 가시광에 대한 투광성을 갖는(구체적으로는, 전하 발생층(205)의 가시광 투과율이 40% 이상) 것이 바람직하다. 또한, 전하 발생층(205)은 도전율이 제 1 전극(201)이나 제 2 전극(204)보다 낮아도 기능한다.
전하 발생층(205)은 정공 수송성이 높은 유기 화합물에 전자 수용체(억셉터)가 첨가된 구성이어도 좋고, 전자 수송성이 높은 유기 화합물에 전자 공여체(도너)가 첨가된 구성이어도 좋다. 또한, 이들 양쪽 구성이 적층되어도 좋다.
정공 수송성이 높은 유기 화합물에 전자 수용체가 첨가된 구성으로 하는 경우에, 정공 수송성이 높은 유기 화합물로서는 실시형태 3에서 정공 주입층(111) 및 정공 수송층(112)에 사용되는 정공 수송성이 높은 물질로서 나타낸 물질을 사용할 수 있다. 예를 들어, NPB나 TPD, TDATA, MTDATA, BSPB 등의 방향족 아민 화합물 등을 사용할 수 있다. 여기에서 설명한 물질은 주로 1×10-6cm2/Vs 이상의 정공 이동도를 갖는 물질이다. 다만, 전자보다 정공의 수송성이 높은 유기 화합물이면, 상기 이외의 물질을 사용하여도 좋다.
또한, 전자 수용체로서는, 7,7,8,8-테트라사이아노-2,3,5,6-테트라플루오로퀴노다이메테인(약칭: F4-TCNQ), 클로라닐 등을 들 수 있다. 또한, 원소 주기율표에서의 제 4족 내지 제 8족에 속하는 금속의 산화물을 들 수 있다. 구체적으로는, 산화 바나듐, 산화 나이오븀, 산화 탄탈럼, 산화 크로뮴, 산화 몰리브데넘, 산화 텅스텐, 산화 망가니즈, 산화 레늄은 전자 수용성이 높기 때문에 바람직하다. 그 중에서도, 특히 산화 몰리브데넘은 대기 중에서도 안정적이고 흡습성이 낮고 취급하기 쉽기 때문에 바람직하다.
한편, 전자 수송성이 높은 유기 화합물에 전자 공여체가 첨가된 구성으로 하는 경우에, 전자 수송성이 높은 유기 화합물로서는, 실시형태 3에 전자 수송층(114)에 사용되는 전자 수송성이 높은 물질로서 나타낸 물질을 사용할 수 있다. 예를 들어, Alq, Almq3, BeBq2, BAlq 등, 퀴놀린 골격 또는 벤조퀴놀린 골격을 갖는 금속 착체 등을 사용할 수 있다. 또한, 이 이외에, Zn(BOX)2, Zn(BTZ)2 등의 옥사졸계, 싸이아졸계 배위자를 갖는 금속 착체 등도 사용할 수 있다. 또한, 금속 착체 이외에도, PBD나 OXD-7, TAZ, Bphen, BCP 등도 사용할 수 있다. 여기에서 설명한 물질은 주로 1×10-6cm2/Vs 이상의 전자 이동도를 갖는 물질이다. 또한, 정공보다 전자의 수송성이 높은 유기 화합물이면, 상기 이외의 물질을 사용하여도 좋다.
또한, 전자 공여체로서는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 희토류 금속, 또는 원소 주기율표의 제 2족, 제 13족에 속하는 금속 및 그 산화물, 탄산염을 사용할 수 있다. 구체적으로는, 리튬(Li), 세슘(Cs), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 이테르븀(Yb), 인듐(In), 산화 리튬, 탄산 세슘 등을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 테트라싸이아나프타센과 같은 유기 화합물을 전자 공여체로서 사용하여도 좋다.
또한, 상술한 재료를 사용하여 전하 발생층(205)을 형성함으로써, EL층이 적층된 경우에서의 구동 전압의 상승을 억제할 수 있다. 또한, 전하 발생층(205)의 형성 방법으로서는, 증착법(진공 증착법을 포함함), 인쇄법(예를 들어, 철판 인쇄법, 요판 인쇄법, 그라비어 인쇄법, 평판 인쇄법, 공판 인쇄법 등), 잉크젯법, 도포법 등의 방법을 단독으로 또는 조합하여 사용하여 형성할 수 있다.
본 실시형태에서는 EL층을 2층 갖는 발광 소자에 대하여 설명하였지만, 도 5의 (B)에 도시된 바와 같이, n층(다만, n은 3 이상)의 EL층(202)(1) 내지 EL층(202)(n)을 적층한 발광 소자에 대해서도 마찬가지로 적용할 수 있다. 본 실시형태에 따른 발광 소자와 같이, 한 쌍의 전극 사이에 복수의 EL층을 갖는 경우, EL층과 EL층 사이에 각각 전하 발생층(205)(1) 내지 전하 발생층(205)(n-1)을 배치함으로써, 전류 밀도를 낮게 유지한 채 고휘도 영역에서 발광할 수 있다. 전류 밀도를 낮게 유지할 수 있기 때문에 수명이 긴 소자를 실현할 수 있다.
또한, 각각의 EL층의 발광색을 상이한 것으로 함으로써, 발광 소자 전체로서 원하는 색의 발광을 얻을 수 있다. 예를 들어, 2개의 EL층을 갖는 발광 소자에서, 제 1 EL층의 발광색과 제 2 EL층의 발광색을 보색의 관계가 되도록 함으로써, 발광 소자 전체로서 백색 발광하는 발광 소자를 얻을 수도 있다. 또한, 보색이란, 혼합하면 무채색이 되는 색끼리의 관계를 말한다. 즉, 보색의 관계에 있는 색의 광을 서로 혼합하면 백색 발광을 얻을 수 있다. 구체적으로는, 제 1 EL층으로부터 청색 발광이 얻어지고, 제 2 EL층으로부터 황색 발광 또는 주황색 발광이 얻어지는 조합을 들 수 있다. 이 경우, 청색 발광과 황색 발광(또는 주황색 발광)이 양쪽 동일한 형광 발광 또는 인광 발광일 필요는 없고, 청색 발광은 형광 발광이고, 황색 발광(또는 주황색 발광)이 인광 발광인 조합이나 그 반대의 조합으로 하여도 좋다.
또한, 3개의 EL층을 갖는 발광 소자의 경우라도 마찬가지이고, 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.
또한, 본 실시형태에 나타낸 구성을 다른 실시형태에 나타내는 구성과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시형태 5)
본 실시형태에서는 발광 장치에 대하여 설명한다.
또한, 상기 발광 장치는 패시브 매트릭스형의 발광 장치이어도 좋고, 액티브 매트릭스형의 발광 장치이어도 좋다. 또한, 본 실시형태에 나타내는 발광 장치에는 다른 실시형태에서 설명한 발광 소자를 적용할 수 있다.
본 실시형태에서는 우선 액티브 매트릭스형의 발광 장치에 대하여 도 6을 사용하여 설명한다.
또한, 도 6의 (A)는 발광 장치를 도시한 상면도이고, 도 6의 (B)는 도 6의 (A)에 도시된 쇄선 A-A'를 따라 자른 단면도이다. 본 실시형태에 따른 발광 장치는, 소자 기판(301) 위에 제공된 화소부(302), 구동 회로부(소스선 구동 회로)(303), 구동 회로부(게이트선 구동 회로)(304a), 및 구동 회로부(304b)를 갖는다. 화소부(302), 구동 회로부(303), 구동 회로부(304a), 및 구동 회로부(304b)는 밀봉재(305)에 의하여, 소자 기판(301)과 밀봉 기판(306) 사이에 밀봉되어 있다.
또한, 소자 기판(301) 위에는, 구동 회로부(303), 및 구동 회로부(304a), 및 구동 회로부(304b)에 외부로부터의 신호(예를 들어, 비디오 신호, 클럭 신호, 스타트 신호, 또는 리셋 신호 등)나 전위를 전달하는 외부 입력 단자를 접속하기 위한 리드 배선(307)이 제공된다. 여기서는, 외부 입력 단자로서 FPC(플렉시블 프린트 서킷)(308)를 제공하는 예를 도시하였다. 또한, 여기서는 FPC밖에 도시되지 않았지만, 이 FPC에는 프린트 배선 기판(PWB)이 장착되어도 좋다. 본 명세서에서의 발광 장치에는, 발광 장치 본체뿐만 아니라, 거기에 FPC 또는 PWB가 장착된 상태도 포함하는 것으로 한다.
다음에, 단면 구조에 대하여 도 6의 (B)를 사용하여 설명한다. 소자 기판(301) 위에는 구동 회로부 및 화소부가 형성되어 있지만, 여기서는 소스선 구동 회로인 구동 회로부(303) 및 화소부(302)가 도시되어 있었다.
구동 회로부(303)는 FET(309)와 FET(310)를 조합한 구성에 대하여 예시한 것이다. 또한, 구동 회로부(303)는 단극성(N형 및 P형 중 어느 한쪽만) 트랜지스터를 포함하는 회로로 형성되어도 좋고, N형 트랜지스터 및 P형 트랜지스터를 포함하는 CMOS 회로로 형성되어도 좋다. 또한, 본 실시형태에는, 기판 위에 구동 회로를 형성한 드라이버 일체형을 나타내었지만, 반드시 그렇게 할 필요는 없고, 기판 위가 아니라 외부에 구동 회로를 형성할 수도 있다.
또한, 화소부(302)는 스위칭용 FET(도시하지 않았음) 및 전류 제어용 FET(312)를 갖고, 전류 제어용 FET(312)의 배선(소스 전극 또는 드레인 전극)은 발광 소자(317a) 및 발광 소자(317b)의 제 1 전극(양극)(313a), 제 1 전극(양극)(313b)과 전기적으로 접속된다. 또한, 본 실시형태에는, 화소부(302)에 2개의 FET(스위칭용 FET, 전류 제어용 FET(312))를 사용하여 구성하는 예에 대하여 나타내었지만, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 3개 이상의 FET와 용량 소자를 조합하는 구성으로 하여도 좋다.
FET(309), FET(310), FET(312)로서는, 예를 들어, 스태거형이나 역 스태거형의 트랜지스터를 적용할 수 있다. FET(309), FET(310), FET(312)에 사용할 수 있는 반도체 재료로서는, 예를 들어, 제 13족 반도체, 제 14족(실리콘 등) 반도체, 화합물 반도체, 산화물 반도체, 유기 반도체를 사용할 수 있다. 또한, 상기 반도체 재료의 결정성은 특별히 한정되지 않고, 예를 들어, 비정질 반도체 또는 결정성 반도체를 사용할 수 있다. 특히, FET(309), FET(310), FET(312)로서는 산화물 반도체를 사용하면 바람직하다. 또한, 산화물 반도체로서는, 예를 들어, In-Ga 산화물, In-M-Zn 산화물(M은 Al, Ga, Y, Zr, La, Ce, Hf, 또는 Nd) 등을 들 수 있다. FET(309), FET(310), FET(312)로서, 예를 들어, 에너지 갭이 2eV 이상, 바람직하게는 2.5eV 이상, 더 바람직하게는 3eV 이상의 산화물 반도체를 사용함으로써 트랜지스터의 오프 전류를 저감할 수 있다.
또한, 제 1 전극(313a), 제 1 전극(313b)에는, 광학 조정을 위한 도전막(320a), 도전막(320b)을 적층한 구조를 포함한다. 예를 들어, 도 6의 (B)에 도시된 바와 같이 발광 소자(317a) 및 발광 소자(317b)에서 추출되는 광의 파장이 상이한 경우에는, 도전막(320a)과 도전막(320b)의 막 두께는 상이하다. 또한, 제 1 전극(313a), 제 1 전극(313b)의 단부를 덮어 절연물(314)이 형성된다. 여기서는, 절연물(314)로서 포지티브형의 감광성 아크릴 수지를 사용함으로써 형성한다. 또한, 본 실시형태에서는, 제 1 전극(313a), 제 1 전극(313b)을 양극으로서 사용한다.
또한, 절연물(314)의 상단부 또는 하단부에 곡률을 갖는 곡면을 형성하는 것이 바람직하다. 절연물(314)의 형상을 상술한 바와 같이 형성함으로써, 절연물(314)의 상층에 형성되는 막의 피복성을 양호하게 할 수 있다. 예를 들어, 절연물(314)의 재료로서 네거티브형의 감광성 수지 및 포지티브형의 감광성 수지 중 어느 것을 사용할 수 있고, 유기 화합물에 한정되지 않고, 무기 화합물, 예를 들어, 산화 실리콘, 산화질화 실리콘, 질화 실리콘 등을 사용할 수 있다.
제 1 전극(313a), 제 1 전극(313b) 위에는, EL층(315) 및 제 2 전극(316)이 적층 형성된다. EL층(315)에는 적어도 발광층이 제공되고, 제 1 전극(313a), 제 1 전극(313b), EL층(315), 및 제 2 전극(316)으로 이루어지는 발광 소자(317a), 발광 소자(317b)는 EL층(315)의 단부가 제 2 전극(316)으로 덮인 구조를 갖는다. 또한, EL층(315)의 구성에 대해서는 실시형태 2나 실시형태 3에 나타낸 단층 구조 또는 적층 구조와 마찬가지의 구조이어도 좋고, 상이한 구조이어도 좋다. 또한, 발광 소자마다 상이한 구조이어도 좋다.
또한, 제 1 전극(313), EL층(315), 및 제 2 전극(316)에 사용되는 재료로서는, 실시형태 3에 나타낸 재료를 사용할 수 있다. 또한, 발광 소자(317a), 발광 소자(317b)의 제 1 전극(313a), 제 1 전극(313b)은 영역(321)에서, 리드 배선(307)과 전기적으로 접속되고 FPC(308)를 통하여 외부 신호가 입력된다. 또한, 발광 소자(317a), 발광 소자(317b)의 제 2 전극(316)은 영역(322)에서, 리드 배선(323)과 전기적으로 접속되고, 여기에는 도시하지 않았지만, FPC(308)를 통하여 외부 신호가 입력된다.
또한, 도 6의 (B)에 도시된 단면도에는 발광 소자(317)를 2개만 도시하였지만, 화소부(302)에서 복수의 발광 소자가 매트릭스 형상으로 배치되는 것으로 한다. 즉, 화소부(302)에는 2종류(예를 들어 (B, Y))의 발광이 얻어지는 발광 소자뿐만 아니라 3종류(예를 들어 (R,G,B))의 발광이 얻어지는 발광 소자나, 4종류(예를 들어 (R,G,B,Y) 또는 (R,G,B,W) 등)의 발광이 얻어지는 발광 소자 등을 각각 형성하여 풀 컬러 표시할 수 있는 발광 장치를 형성할 수 있다. 또한, 이때의 발광층의 형성에는 발광 소자의 발광색 등에 따라 상이한 재료를 사용한 발광층을 형성(소위, 구분 형성(separate coloring formation))하여도 좋고, 복수의 발광 소자가 동일한 재료를 사용하여 형성된 공통의 발광층을 갖고, 컬러 필터와 조합함으로써 풀 컬러화를 실현시켜도 좋다. 이와 같이, 여러 종류의 발광이 얻어지는 발광 소자를 조합함으로써, 색순도의 향상, 소비전력의 저감 등의 효과를 얻을 수 있다. 또한, 퀀텀닷과 조합함으로써 발광 효율을 향상시키고, 소비전력을 저감시킨 발광 장치로 하여도 좋다.
또한, 밀봉 기판(306)과 소자 기판(301)을 밀봉재(305)로 접합시킴으로써, 소자 기판(301), 밀봉 기판(306), 및 밀봉재(305)로 둘러싸인 공간(318)에 발광 소자(317a), 발광 소자(317b)가 구비된 구조가 된다.
또한, 밀봉 기판(306)에는 유색층(컬러 필터)(324)이 제공되고, 인접되는 유색층들 사이에는 흑색층(블랙 매트릭스)(325)이 제공된다. 또한, 흑색층(블랙 매트릭스)(325)과 일부 중첩되도록 인접되는 유색층(컬러 필터)(324)들 중 한쪽 또는 양쪽이 제공되어도 좋다. 또한, 발광 소자(317a), 발광 소자(317b)로 얻어진 발광은, 유색층(컬러 필터)(324)을 통하여 외부로 추출된다.
또한, 공간(318)에는 불활성 기체(질소나 아르곤 등)가 충전되는 경우 이외에, 밀봉재(305)로 충전되는 구성도 포함하는 것으로 한다. 또한, 밀봉재를 도포하여 접합시키는 경우에는 UV 처리나 가열 처리 등 중 어느 처리, 또는 이들 처리를 조합하여 접합시키는 것이 바람직하다.
또한, 밀봉재(305)에는 에폭시계 수지나 유리 프릿을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 이들 재료는 가능한 한 수분이나 산소를 투과시키지 않는 재료인 것이 바람직하다. 또한, 밀봉 기판(306)에 사용되는 재료로서 유리 기판이나 석영 기판 이외에, FRP(Fiber-Reinforced Plastics), PVF(폴리바이닐플루오라이드), 폴리에스터, 또는 아크릴 등으로 이루어지는 플라스틱 기판을 사용할 수 있다. 밀봉재로서 유리 프릿을 사용하는 경우에는, 접착성의 관점에서 소자 기판(301) 및 밀봉 기판(306)은 유리 기판인 것이 바람직하다.
또한, 발광 소자와 전기적으로 접속되는 FET의 구조는 도 6의 (B)와는 게이트 전극의 위치가 상이한 구조, 즉, 도 6의 (C)에 도시된 FET(326), FET(327), FET(328)에 도시된 구조로 하여도 좋다. 또한, 밀봉 기판(306)에 제공되는 유색층(컬러 필터)(324)은 도 6의 (C)에 도시된 바와 같이 흑색층(블랙 매트릭스)(325)과 중첩되는 위치에서 인접된 유색층(컬러 필터)(324)과도 또한 중첩되도록 제공되어도 좋다.
이상과 같이 하여, 액티브 매트릭스형의 발광 장치를 얻을 수 있다.
또한, 발광 장치로서는, 상술한 액티브 매트릭스형의 발광 장치뿐만 아니라 패시브 매트릭스형의 발광 장치로 할 수도 있다.
도 7의 (A), 도 7의 (B)에 패시브 매트릭스형의 발광 장치를 도시하였다. 도 7의 (A)에는 패시브 매트릭스형의 발광 장치의 상면도, 도 7의 (B)에는 패시브 매트릭스형의 발광 장치의 단면도를 각각 도시하였다.
도 7의 (A), 도 7의 (B)에 도시된 바와 같이, 기판(401) 위에는 제 1 전극(402), EL층(403a), EL층(403b), EL층(403c), 및 제 2 전극(404)을 갖는 발광 소자(405)가 형성된다. 또한, 제 1 전극(402)은 섬 형상이고, 한 방향(도 7의 (A)에서는 가로 방향)으로 스트라이프 형상으로 복수 형성된다. 또한, 제 1 전극(402) 위의 일부에는 절연막(406)이 형성된다. 절연막(406) 위에는 절연 재료를 사용하여 이루어지는 격벽(407)이 제공된다. 격벽(407)의 측벽은 도 7의 (B)에 도시된 바와 같이 기판면에 가까워질수록 한쪽 측벽과 다른 쪽 측벽의 간격이 좁아지는 경사를 갖는다.
또한, 절연막(406)은 제 1 전극(402) 위의 일부에 개구부를 갖기 때문에, EL층(403a), EL층(403b), EL층(403c), 및 제 2 전극(404)을 제 1 전극(402) 위에 원하는 형상으로 분리 형성할 수 있다. 도 7의 (A) 및 도 7의 (B)에는 메탈 마스크 등의 마스크와, 절연막(406) 위의 격벽(407)을 조합하여 EL층(403a), EL층(403b), EL층(403c), 및 제 2 전극(404)을 형성하는 예를 도시하였다. 또한, EL층(403a), EL층(403b), EL층(403c)은 각각 상이한 발광색(예를 들어, 적색, 녹색, 청색, 황색, 주황색, 백색 등)을 나타내는 경우의 예를 도시하였다.
또한, EL층(403a), EL층(403b), EL층(403c)을 형성한 후, 제 2 전극(404)이 형성된다. 따라서, 제 2 전극(404)은 EL층(403a), EL층(403b), EL층(403c) 위에 제 1 전극(402)과 접촉되지 않도록 형성된다.
또한, 밀봉하는 방법에 대해서는, 액티브 매트릭스형의 발광 장치의 경우와 마찬가지의 방법을 사용할 수 있기 때문에, 설명을 생략한다.
이상과 같이 하여, 패시브 매트릭스형의 발광 장치를 얻을 수 있다.
예를 들어, 본 명세서 등에서 다양한 기판을 사용하여 트랜지스터 또는 발광 소자를 형성할 수 있다. 기판의 종류는 특정한 것에 한정되지 않는다. 그 기판의 일례로서는 반도체 기판(예를 들어, 단결정 기판 또는 실리콘 기판), SOI 기판, 유리 기판, 석영 기판, 플라스틱 기판, 금속 기판, 스테인리스스틸 기판, 스테인리스스틸포일을 갖는 기판, 텅스텐 기판, 텅스텐포일을 갖는 기판, 가요성 기판, 접합 필름, 섬유 형상의 재료를 포함하는 종이, 또는 기재 필름 등이 있다. 유리 기판의 일례로서는 바륨보로실리케이트 유리, 알루미노보로실리케이트 유리, 또는 소다 석회 유리 등이 있다. 가요성 기판, 접합 필름, 기재 필름 등의 일례로서는, 이하의 것을 들 수 있다. 예를 들어, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리에터설폰(PES), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)으로 대표되는 플라스틱이 있다. 또는, 일례로서, 아크릴 등의 합성 수지 등이 있다. 또는, 일례로서, 폴리프로필렌, 폴리에스터, 폴리플루오린화바이닐, 또는 폴리염화바이닐 등이 있다. 또는, 일례로서, 폴리아마이드, 폴리이미드, 아라미드, 에폭시, 무기 증착 필름, 또는 종이류 등이 있다. 특히, 반도체 기판, 단결정 기판, 또는 SOI 기판 등을 사용하여 트랜지스터를 제조함으로써, 특성, 크기, 또는 형상 등의 편차가 적고, 전류 공급 능력이 높고, 크기가 작은 트랜지스터를 제조할 수 있다. 이와 같은 트랜지스터에 의하여 회로를 구성하면, 회로의 저소비전력화 또는 회로의 고집적화를 도모할 수 있다.
또한, 기판으로서 가요성 기판을 사용하여, 가요성 기판 위에 트랜지스터 또는 발광 소자를 직접 형성하여도 좋다. 또는, 기판과 트랜지스터 사이, 또는 기판과 발광 소자 사이에 박리층을 제공하여도 좋다. 박리층을 그 위에 반도체 장치의 일부 또는 전부를 완성시킨 후, 기판으로부터 분리하여, 다른 기판에 전재(轉載)하기 위하여 사용할 수 있다. 이때, 트랜지스터 또는 발광 소자를 내열성이 떨어지는 기판이나 가요성 기판에도 전재할 수 있다. 또한, 상술한 박리층에는, 예를 들어, 텅스텐막과 산화 실리콘막의 무기막의 적층 구조의 구성이나, 기판 위에 폴리이미드 등의 유기 수지막이 형성된 구성 등을 사용할 수 있다.
즉, 어떤 기판을 사용하여 트랜지스터 또는 발광 소자를 형성한 후에, 다른 기판에 트랜지스터 또는 발광 소자를 전치(轉置)하여, 다른 기판 위에 트랜지스터 또는 발광 소자를 배치하여도 좋다. 트랜지스터 또는 발광 소자가 전치되는 기판의 일례로서는, 상술한 트랜지스터 또는 발광 소자를 형성할 수 있는 기판에 더하여, 종이 기판, 셀로판 기판, 아라미드 필름 기판, 폴리이미드 필름 기판, 석재 기판, 목재 기판, 직물 기판(천연 섬유(견(silk), 솜(cotton), 삼(hemp)), 합성 섬유(나일론, 폴리우레탄, 폴리에스터), 또는 재생 섬유(아세테이트, 큐프라, 레이온, 재생 폴리에스터) 등을 포함함), 피혁 기판, 또는 고무 기판 등을 들 수 있다. 이들 기판을 사용함으로써, 특성이 좋은 트랜지스터의 형성, 소비전력이 작은 트랜지스터의 형성, 파괴되기 어려운 장치의 제조, 내열성의 부여, 경량화, 또는 박형화를 도모할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 나타낸 구성을 다른 실시형태에 나타내는 구성을 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시형태 6)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태에 따른 발광 장치를 적용하여 완성시킨 다양한 전자 기기나 자동차의 일례에 대하여 설명한다.
발광 장치를 적용한 전자 기기로서, 예를 들어, 텔레비전 장치(텔레비전 또는 텔레비전 수신기라고도 함), 컴퓨터용 등의 모니터, 디지털 카메라, 디지털 비디오 카메라, 디지털 포토 프레임, 휴대 전화기(휴대 전화, 휴대 전화 장치라고도 함), 휴대형 게임기, 휴대 정보 단말, 음향 재생 장치, 파친코기 등의 대형 게임기 등을 들 수 있다. 이들 전자 기기의 구체예를 도 8, 도 9에 도시하였다.
도 8의 (A)는 텔레비전 장치의 일례를 도시한 것이다. 텔레비전 장치(7100)는 하우징(7101)에 표시부(7103)가 제공된다. 표시부(7103)에 의하여 영상을 표시할 수 있고, 터치 센서(입력 장치)를 탑재한 터치 패널(입출력 장치)이어도 좋다. 또한, 본 발명의 일 형태에 따른 발광 장치를 표시부(7103)에 사용할 수 있다. 또한, 여기에는, 스탠드(7105)에 의하여 하우징(7101)을 지지한 구성을 나타낸다.
텔레비전 장치(7100)를 하우징(7101)이 구비하는 조작 스위치나, 별체의 리모트 컨트롤러(7110)에 의하여 조작할 수 있다. 리모트 컨트롤러(7110)가 구비하는 조작 키(7109)에 의하여, 채널이나 음량을 조작할 수 있고, 표시부(7103)에 표시되는 영상을 조작할 수 있다. 또한, 리모트 컨트롤러(7110)에 상기 리모트 컨트롤러(7110)로부터 출력되는 정보를 표시하는 표시부(7107)를 제공하는 구성으로 하여도 좋다.
또한, 텔레비전 장치(7100)는, 수신기나 모뎀 등을 구비한 구성으로 한다. 수신기에 의하여 일반적인 텔레비전 방송을 수신할 수 있고, 또한 모뎀을 통하여 유선 또는 무선에 의한 통신 네트워크로 접속함으로써, 한 방향(송신자로부터 수신자로) 또는 쌍 방향(송신자와 수신자 사이, 또는 수신자끼리 등)의 정보 통신을 수행할 수도 있다.
도 8의 (B)는 컴퓨터이며, 본체(7201), 하우징(7202), 표시부(7203), 키보드(7204), 외부 접속 포트(7205), 포인팅 디바이스(7206) 등을 포함한다. 또한, 컴퓨터를, 본 발명의 일 형태에 따른 발광 장치를 그 표시부(7203)에 사용함으로써 제작할 수 있다. 또한, 표시부(7203)는 터치 센서(입력 장치)를 탑재한 터치 패널(입출력 장치)이어도 좋다.
도 8의 (C)는 스마트 워치이며, 하우징(7302), 표시부(7304), 조작 버튼(7311), 조작 버튼(7312), 접속 단자(7313), 밴드(7321), 버클(7322) 등을 갖는다.
베젤 부분을 겸하는 하우징(7302)에 탑재된 표시부(7304)는 비직사각형의 표시 영역을 갖는다. 표시부(7304)는 시각을 나타내는 아이콘(7305), 그 이외의 아이콘(7306) 등을 표시할 수 있다. 또한, 표시부(7304)는 터치 센서(입력 장치)를 탑재한 터치 패널(입출력 장치)이어도 좋다.
또한, 도 8의 (C)에 도시된 스마트 워치는 다양한 기능을 가질 수 있다. 예를 들어, 다양한 정보(정지 화상, 동영상, 텍스트 화상 등)를 표시부에 표시하는 기능, 터치 패널 기능, 달력, 날짜, 또는 시각 등을 표시하는 기능, 다양한 소프트웨어(프로그램)에 의하여 처리를 제어하는 기능, 무선 통신 기능, 무선 통신 기능을 사용하여 다양한 컴퓨터 네트워크에 접속하는 기능, 무선 통신 기능을 사용하여 다양한 데이터의 송신 또는 수신을 수행하는 기능, 기록 매체에 기록되어 있는 프로그램 또는 데이터를 판독하여 표시부에 표시하는 기능 등을 가질 수 있다.
또한, 하우징(7302) 내부에, 스피커, 센서(힘, 변위, 위치, 속도, 가속도, 각속도, 회전수, 거리, 광, 액체, 자기(磁氣), 온도, 화학 물질, 음성, 시간, 경도(硬度), 전기장, 전류, 전압, 전력, 방사선, 유량, 습도, 경사도, 진동, 냄새, 또는 적외선을 측정하는 기능을 포함하는 것), 마이크로폰 등을 가질 수 있다. 또한, 스마트 워치는 발광 장치를 그 표시부(7304)에 사용함으로써 제작할 수 있다.
도 8의 (D)는 휴대 전화기(스마트폰을 포함함)의 일례를 도시한 것이다. 휴대 전화기(7400)는 하우징(7401)에 표시부(7402), 마이크로폰(7406), 스피커(7405), 카메라(7407), 외부 접속부(7404), 조작용 버튼(7403) 등을 구비한다. 또한, 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자를, 가요성을 갖는 기판에 형성하여 발광 장치를 제작한 경우, 도 8의 (D)에 도시된 바와 같은 곡면을 갖는 표시부(7402)에 적용할 수 있다.
도 8의 (D)에 도시된 휴대 전화기(7400)는, 표시부(7402)를 손가락 등으로 터치함으로써, 정보를 입력할 수 있다. 또한, 전화를 걸거나, 또는 메일을 작성하는 것 등의 조작은, 표시부(7402)를 손가락 등으로 터치함으로써 수행할 수 있다.
표시부(7402)의 화면은 주로 3개의 모드가 있다. 제 1 모드는 화상의 표시를 주로 하는 표시 모드이고, 제 2 모드는 문자 등의 정보의 입력을 주로 하는 입력 모드이다. 제 3 모드는 표시 모드와 입력 모드의 2개의 모드가 혼합된 표시+입력 모드이다.
예를 들어, 전화를 걸거나, 또는 메일을 작성하는 경우에는, 표시부(7402)를 문자의 입력을 주로 하는 문자 입력 모드로 하고, 화면에 표시시킨 문자의 입력 조작을 수행하면 좋다. 이 경우, 표시부(7402)의 화면의 대부분에 키보드 또는 번호 버튼을 표시시키는 것이 바람직하다.
또한, 휴대 전화기(7400) 내부에 자이로 센서나 가속도 센서 등의 검출 장치를 제공함으로써, 휴대 전화기(7400)의 방향(세로인지 가로인지)을 판단하여 표시부(7402)의 화면 표시를 자동적으로 전환하도록 할 수 있다.
또한, 화면 모드는 표시부(7402)를 터치하거나 또는 하우징(7401)의 조작용 버튼(7403)을 조작함으로써 전환된다. 또한, 표시부(7402)에 표시되는 화상의 종류에 따라 전환되도록 할 수도 있다. 예를 들어, 표시부에 표시되는 화상 신호가 동영상의 데이터이면 표시 모드, 텍스트 데이터이면 입력 모드로 전환된다.
또한, 입력 모드에서, 표시부(7402)의 광 센서로 검출되는 신호를 검지하여, 표시부(7402)의 터치 조작에 의한 입력이 일정 기간 없는 경우에는, 화면의 모드를 입력 모드로부터 표시 모드로 전환하도록 제어하여도 좋다.
표시부(7402)는 이미지 센서로서 기능시킬 수도 있다. 예를 들어, 표시부(7402)를 손바닥이나 손가락으로 터치함으로써, 장문(掌紋), 지문(指紋) 등을 촬상하여 본인 인증을 수행할 수 있다. 또한, 표시부에 근적외광을 발광하는 백라이트, 또는 근적외광을 발광하는 센싱용 광원을 사용하면, 손가락 정맥, 손바닥 정맥 등을 촬상할 수도 있다.
또한, 휴대 전화기(스마트폰을 포함함)의 다른 구성으로서, 도 8의 (D'-1)이나 도 8의 (D'-2)와 같은 구조를 갖는 휴대 전화기에 적용할 수도 있다.
또한, 도 8의 (D'-1)이나 도 8의 (D'-2)와 같은 구조를 갖는 경우에는, 문자 정보나 화상 정보 등을 하우징(7500)(1), 하우징(7500)(2)의 제 1 면(7501)(1), 제 1 면(7501)(2)뿐만 아니라, 제 2 면(7502)(1), 제 2 면(7502)(2)에도 표시시킬 수 있다. 이러한 구조를 가짐으로써 휴대 전화기를 가슴의 포켓에 넣은 채 제 2 면(7502)(1), 제 2 면(7502)(2) 등에 표시된 문자 정보나 화상 정보 등을 사용자가 용이하게 확인할 수 있다.
도 8의 (E)는 고글형(헤드 마운트 디스플레이)이며, 본체(7601), 표시부(7602), 암부(7603)를 포함한다. 또한, 본 발명의 일 형태에 따른 발광 장치를 표시부(7602)에 적용할 수 있다.
또한, 발광 장치를 적용한 전자 기기로서 도 9의 (A) 내지 도 9의 (C)에 도시된 바와 같은 접을 수 있는 휴대 정보 단말을 들 수 있다. 도 9의 (A)에는 펼친 상태의 휴대 정보 단말(9310)을 도시하였다. 또한, 도 9의 (B)에는 펼친 상태 및 접은 상태 중 한쪽 상태로부터 다른 쪽 상태로 변화하는 도중의 상태의 휴대 정보 단말(9310)을 도시하였다. 또한, 도 9의 (C)에는 접은 상태의 휴대 정보 단말(9310)을 도시하였다. 휴대 정보 단말(9310)은 접은 상태에서는 가반성이 우수하고, 펼친 상태에서는 이음매가 없고 넓은 표시 영역에 의하여 표시의 일람성이 우수하다.
표시부(9311)는 힌지(9313)에 의하여 연결된 3개의 하우징(9315)에 의하여 지지된다. 또한, 표시부(9311)는 터치 센서(입력 장치)를 탑재한 터치 패널(입출력 장치)이어도 좋다. 또한, 표시부(9311)는 힌지(9313)를 이용하여 2개의 하우징(9315) 사이를 굴곡시킴으로써 휴대 정보 단말(9310)을 펼친 상태로부터 접은 상태로 가역적으로 변형시킬 수 있다. 본 발명의 일 형태에 따른 발광 장치를 표시부(9311)에 사용할 수 있다. 표시부(9311)에서의 표시 영역(9312)은 접은 상태의 휴대 정보 단말(9310)의 측면에 위치하는 표시 영역이다. 표시 영역(9312)에는 정보 아이콘이나, 사용 빈도가 높은 애플리케이션이나 프로그램의 바로가기(쇼트컷) 등을 표시시킬 수 있고, 정보의 확인이나 애플리케이션의 기동을 원활하게 수행할 수 있다.
또한, 발광 장치를 적용한 자동차를 도 10의 (A), 도 10의 (B)에 도시하였다. 즉, 발광 장치를 자동차와 일체로 하여 제공할 수 있다. 구체적으로는, 도 10의 (A)에 도시된 자동차 외측의 라이트(5101)(차체 뒷부분도 포함함), 타이어의 휠(5102), 도어(5103)의 일부 또는 전체 등에 적용할 수 있다. 또한, 도 10의 (B)에 도시된 자동차 내측의 표시부(5104), 핸들(5105), 시프트 레버(5106), 좌석 시트(5107), 백미러(inner rearview mirror)(5108) 등에 적용할 수 있다. 그 이외에, 유리창의 일부에 적용하여도 좋다.
이상과 같이 하여, 본 발명의 일 형태에 따른 발광 장치를 적용하여 전자 기기나 자동차를 얻을 수 있다. 또한, 적용할 수 있는 전자 기기나 자동차는 본 실시형태에 나타낸 것에 한정되지 않고, 다양한 분야에서 적용할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 나타낸 구성을 다른 실시형태에 나타내는 구성과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시형태 7)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자를 적용하여 제작되는 조명 장치의 구성에 대하여 도 11을 사용하여 설명한다.
도 11의 (A) 내지 도 11의 (D)에는 조명 장치의 단면도의 일례를 도시하였다. 또한, 도 11의 (A), 도 11의 (B)는 기판 측으로 광을 추출하는 보텀 이미션형의 조명 장치를 도시한 것이고, 도 11의 (C), 도 11의 (D)는 밀봉 기판 측으로 광을 추출하는 톱 이미션형의 조명 장치를 도시한 것이다.
도 11의 (A)에 도시된 조명 장치(4000)는 기판(4001) 위에 발광 소자(4002)를 갖는다. 또한, 기판(4001) 외측에, 요철을 갖는 기판(4003)을 갖는다. 발광 소자(4002)는 제 1 전극(4004), EL층(4005), 및 제 2 전극(4006)을 갖는다.
제 1 전극(4004)은 전극(4007)과 전기적으로 접속되고, 제 2 전극(4006)은 전극(4008)과 전기적으로 접속된다. 또한, 제 1 전극(4004)과 전기적으로 접속되는 보조 배선(4009)을 제공하여도 좋다. 또한, 보조 배선(4009) 위에는 절연층(4010)이 형성된다.
또한, 기판(4001)과 밀봉 기판(4011)은 밀봉재(4012)로 접착된다. 또한, 밀봉 기판(4011)과 발광 소자(4002) 사이에는 건조제(4013)가 제공되는 것이 바람직하다. 또한, 기판(4003)은 도 11의 (A)와 같은 요철을 갖기 때문에, 발광 소자(4002)에서 발생한 광의 추출 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 기판(4003) 대신에, 도 11의 (B)에 도시된 조명 장치(4100)와 같이 기판(4001) 외측에 확산판(4015)을 제공하여도 좋다.
도 11의 (C)에 도시된 조명 장치(4200)는 기판(4201) 위에 발광 소자(4202)를 갖는다. 발광 소자(4202)는 제 1 전극(4204), EL층(4205), 및 제 2 전극(4206)을 갖는다.
제 1 전극(4204)은 전극(4207)과 전기적으로 접속되고, 제 2 전극(4206)은 전극(4208)과 전기적으로 접속된다. 또한, 제 2 전극(4206)과 전기적으로 접속되는 보조 배선(4209)을 제공하여도 좋다. 또한, 보조 배선(4209) 하부에 절연층(4210)을 제공하여도 좋다.
기판(4201)과, 요철을 갖는 밀봉 기판(4211)은 밀봉재(4212)로 접착된다. 또한, 밀봉 기판(4211)과 발광 소자(4202) 사이에 배리어막(4213) 및 평탄화막(4214)을 제공하여도 좋다. 또한, 밀봉 기판(4211)은 도 11의 (C)와 같은 요철을 갖기 때문에, 발광 소자(4202)에서 발생한 광의 추출 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 밀봉 기판(4211) 대신에, 도 11의 (D)에 도시된 조명 장치(4300)와 같이, 발광 소자(4202) 위에 확산판(4215)을 제공하여도 좋다.
또한, 본 실시형태에 나타낸 구성을 다른 실시형태에 나타내는 구성과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시형태 8)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태에 따른 발광 장치를 적용한 응용품인 조명 장치의 일례에 대하여, 도 12를 사용하여 설명한다.
도 12는 발광 장치를 실내의 조명 장치(8001)로서 사용한 예를 도시한 것이다. 또한, 발광 장치는 대면적화할 수도 있기 때문에, 대면적의 조명 장치를 형성할 수도 있다. 그 이외에, 곡면을 갖는 하우징을 사용함으로써 발광 영역이 곡면을 갖는 조명 장치(8002)를 형성할 수도 있다. 본 실시형태에 나타낸 발광 장치에 포함되는 발광 소자는 박막 형상이고, 하우징의 디자인 자유도가 높다. 따라서, 다양한 디자인을 고안한 조명 장치를 형성할 수 있다. 또한, 실내의 벽면에 조명 장치(8003)를 구비하여도 좋다.
또한, 상술한 것 이외에도 실내에 구비된 가구의 일부에 발광 장치를 적용함으로써, 가구로서의 기능을 구비한 조명 장치로 할 수 있다.
이상과 같이 하여, 발광 장치를 적용한 다양한 조명 장치가 얻어진다.
또한, 본 실시형태에 나타낸 구성을 다른 실시형태에 나타내는 구성과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시형태 9)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자 또는 본 발명의 일 형태에 따른 발광 장치를 갖는 터치 패널에 대하여, 도 13 내지 도 17을 사용하여 설명한다.
도 13의 (A), 도 13의 (B)는 터치 패널(2000)의 사시도이다. 또한, 도 13의 (A), 도 13의 (B)에는 명료화를 위하여 터치 패널(2000)의 대표적인 구성 요소를 도시하였다.
터치 패널(2000)은 표시 패널(2501) 및 터치 센서(2595)를 갖는다(도 13의 (B) 참조). 또한, 터치 패널(2000)은 기판(2510), 기판(2570), 및 기판(2590)을 갖는다.
표시 패널(2501)은 기판(2510) 위에 복수의 화소 및 상기 화소에 신호를 공급할 수 있는 복수의 배선(2511)을 갖는다. 복수의 배선(2511)은 기판(2510)의 외주부까지 리드되고, 그 일부가 단자(2519)를 구성한다. 단자(2519)는 FPC(2509)(1)와 전기적으로 접속된다.
기판(2590)은 터치 센서(2595), 및 터치 센서(2595)와 전기적으로 접속되는 복수의 배선(2598)을 갖는다. 복수의 배선(2598)은 기판(2590)의 외주부까지 리드되고, 그 일부는 단자(2599)를 구성한다. 그리고, 단자(2599)는 FPC(2509)(2)와 전기적으로 접속된다. 또한, 도 13의 (B)에는 명료화를 위하여, 기판(2590)의 이면 측(기판(2510)과 대향하는 면 측)에 제공되는 터치 센서(2595)의 전극이나 배선 등을 실선으로 도시하였다.
터치 센서(2595)로서, 예를 들어, 정전 용량 방식의 터치 센서를 적용할 수 있다. 정전 용량 방식에는 표면형 정전 용량 방식, 투영형 정전 용량 방식 등이 있다.
투영형 정전 용량 방식에는 주로 구동 방식의 차이에 따라 자기 용량 방식, 상호 용량 방식 등이 있다. 상호 용량 방식을 사용하면 여러 지점을 동시에 검출 할 수 있기 때문에 바람직하다.
우선, 투영형 정전 용량 방식의 터치 센서를 적용하는 경우에 대하여, 도 13의 (B)를 사용하여 설명한다. 또한, 투영형 정전 용량 방식의 경우에는, 손가락 등 검지 대상의 근접 또는 접촉을 검지할 수 있는 다양한 센서를 적용할 수 있다.
투영형 정전 용량 방식의 터치 센서(2595)는 전극(2591) 및 전극(2592)을 갖는다. 전극(2591) 및 전극(2592)은 복수의 배선(2598) 중 각각 상이한 배선과 전기적으로 접속된다. 또한, 전극(2592)은 도 13의 (A), 도 13의 (B)에 도시된 바와 같이, 한 방향으로 반복적으로 배치된 복수의 사변형이 모서리부에서 배선(2594)에 의하여 한 방향으로 접속되는 형상을 갖는다. 전극(2591)도 마찬가지로 복수의 사변형이 모서리부에서 접속되는 형상을 갖지만, 접속되는 방향은 전극(2592)이 접속되는 방향과 교차되는 방향이 된다. 또한, 전극(2591)이 접속되는 방향과 전극(2592)이 접속되는 방향은 반드시 직교하는 관계에 있을 필요는 없고, 0°보다 크고 90° 미만의 각도가 되도록 배치되어도 좋다.
또한, 배선(2594)의 전극(2592)과의 교차부의 면적은 가능한 한 작아지는 형상이 바람직하다. 이로써, 전극이 제공되지 않는 영역의 면적을 저감할 수 있어, 투과율의 편차를 저감할 수 있다. 그 결과 터치 센서(2595)를 투과하는 광의 휘도의 편차를 저감할 수 있다.
또한, 전극(2591) 및 전극(2592)의 형상은 이에 한정되지 않고, 다양한 형상을 취할 수 있다. 예를 들어, 복수의 전극(2591)을 가능한 한 틈이 발생하지 않도록 배치하고, 절연층을 개재하여 전극(2592)을 복수 제공하는 구성으로 하여도 좋다. 이때, 인접되는 2개의 전극(2592) 사이에 이들과는 전기적으로 절연된 더미 전극을 제공하면, 투과율이 상이한 영역의 면적을 저감할 수 있기 때문에 바람직하다.
다음에, 도 14를 사용하여, 터치 패널(2000)의 상세한 사항에 대하여 설명한다. 도 14는 도 13의 (A)에 도시된 일점쇄선 X1-X2를 따라 자른 단면도에 상당한다.
터치 패널(2000)은 터치 센서(2595) 및 표시 패널(2501)을 갖는다.
터치 센서(2595)는 기판(2590)과 접촉되어 스태거 형상으로 배치된 전극(2591) 및 전극(2592), 전극(2591) 및 전극(2592)을 덮는 절연층(2593), 및 인접되는 전극(2591)을 전기적으로 접속하는 배선(2594)을 갖는다. 또한, 인접되는 전극(2591) 사이에는 전극(2592)이 제공된다.
전극(2591) 및 전극(2592)은 투광성을 갖는 도전 재료를 사용하여 형성할 수 있다. 투광성을 갖는 도전성 재료로서는, 산화 인듐, 인듐 주석 산화물, 인듐 아연 산화물, 산화 아연, 갈륨을 첨가한 산화 아연 등 도전성 산화물을 사용할 수 있다. 또한, 그래핀 화합물을 사용할 수도 있다. 또한, 그래핀 화합물을 사용하는 경우에는, 예를 들어, 막 형상으로 형성된 산화 그래핀을 환원하여 형성할 수 있다. 환원하는 방법으로서는, 가열하는 방법이나, 레이저를 조사하는 방법 등을 들 수 있다.
전극(2591) 및 전극(2592)의 형성 방법으로서는, 예를 들어, 기판(2590) 위에 스퍼터링법에 의하여 투광성을 갖는 도전성 재료를 성막한 후, 포토리소그래피법 등의 다양한 패터닝 기술에 의하여 불필요한 부분을 제거함으로써 형성할 수 있다.
절연층(2593)에 사용되는 재료로서는, 예를 들어, 아크릴, 에폭시 등의 수지, 실록산 결합을 갖는 수지 이외에, 산화 실리콘, 산화질화 실리콘, 산화 알루미늄 등의 무기 절연 재료를 사용할 수 있다.
또한, 절연층(2593)의 일부에 형성된 배선(2594)에 의하여, 인접되는 전극(2591)이 전기적으로 접속된다. 또한, 배선(2594)에 사용되는 재료는 전극(2591) 및 전극(2592)에 사용되는 재료보다 도전성이 높은 재료를 사용함으로써 전기 저항을 저감할 수 있기 때문에 바람직하다.
또한, 배선(2598)은 전극(2591) 또는 전극(2592)과 전기적으로 접속된다. 또한, 배선(2598)의 일부는 단자로서 기능한다. 배선(2598)에는 예를 들어, 알루미늄, 금, 백금, 은, 니켈, 타이타늄, 텅스텐, 크로뮴, 몰리브데넘, 철, 코발트, 구리, 또는 팔라듐 등의 금속 재료나, 상기 금속 재료를 포함하는 합금 재료를 사용할 수 있다.
또한, 단자(2599)에 의하여 배선(2598)과 FPC(2509)(2)가 전기적으로 접속된다. 또한, 단자(2599)에는 다양한 이방성 도전 필름(ACF: Anisotropic Conductive Film)이나, 이방성 도전 페이스트(ACP: Anisotropic Conductive Paste) 등을 사용할 수 있다.
또한, 배선(2594)과 접촉되어 접착층(2597)이 제공된다. 즉, 터치 센서(2595)는 접착층(2597)을 개재하여 표시 패널(2501)에 중첩되도록 접합된다. 또한, 접착층(2597)과 접촉되는 표시 패널(2501)의 표면은 도 14의 (A)에 도시된 바와 같이, 기판(2570)을 가져도 좋지만, 반드시 필요한 것은 아니다.
접착층(2597)은 투광성을 갖는다. 예를 들어, 접착층(2597)에는 열 경화성 수지나 자외선 경화 수지를 사용할 수 있고, 구체적으로는 아크릴계 수지, 우레탄계 수지, 에폭시계 수지, 또는 실록산계 수지를 사용할 수 있다.
도 14의 (A)에 도시된 표시 패널(2501)은 기판(2510)과 기판(2570) 사이에 매트릭스 형상으로 배치된 복수의 화소 및 구동 회로를 갖는다. 또한, 각 화소는 발광 소자, 및 발광 소자를 구동하는 화소 회로를 갖는다.
도 14의 (A)에는 표시 패널(2501)의 화소의 일례로서 화소(2502R)를 도시하고, 구동 회로의 일례로서 주사선 구동 회로(2503g)를 도시하였다.
화소(2502R)는 발광 소자(2550R), 및 발광 소자(2550R)에 전력을 공급할 수 있는 트랜지스터(2502t)를 갖는다.
트랜지스터(2502t)는 절연층(2521)으로 덮인다. 또한, 절연층(2521)은 미리 형성된 트랜지스터 등에 기인한 요철을 평탄화시키기 위한 기능을 갖는다. 또한, 절연층(2521)에 불순물의 확산을 억제할 수 있는 기능을 부여하여도 좋다. 이 경우, 불순물의 확산에 의하여 트랜지스터 등의 신뢰성의 저하를 억제할 수 있기 때문에 바람직하다.
발광 소자(2550R)는 배선을 통하여 트랜지스터(2502t)와 전기적으로 접속된다. 또한, 배선과 직접 접속되는 것은 발광 소자(2550R)의 한쪽 전극이다. 또한, 발광 소자(2550R)의 한쪽 전극의 단부는 절연체(2528)로 덮인다.
발광 소자(2550R)는 한 쌍의 전극 사이에 EL층을 갖는다. 또한, 발광 소자(2550R)와 중첩되는 위치에 착색층(2567R)이 제공되고, 발광 소자(2550R)가 발하는 광의 일부는 착색층(2567R)을 투과하여 도면 중에 도시된 화살표의 방향으로 사출된다. 또한, 착색층의 단부에 차광층(2567BM)이 제공되고, 발광 소자(2550R)와 착색층(2567R) 사이에는 밀봉층(2560)을 갖는다.
또한, 발광 소자(2550R)로부터의 광을 추출하는 방향으로 밀봉층(2560)이 제공되는 경우에는, 밀봉층(2560)은 투광성을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 밀봉층(2560)은 공기보다 큰 굴절률을 가지면 바람직하다.
주사선 구동 회로(2503g)는 트랜지스터(2503t) 및 용량 소자(2503c)를 갖는다. 또한, 구동 회로를 화소 회로와 동일한 공정으로 동일한 기판 위에 형성할 수 있다. 따라서, 화소 회로의 트랜지스터(2502t)와 마찬가지로 구동 회로(주사선 구동 회로(2503g))의 트랜지스터(2503t)도 절연층(2521)으로 덮인다.
또한, 트랜지스터(2503t)에 신호를 공급할 수 있는 배선(2511)이 제공된다. 또한, 배선(2511)과 접촉되어 단자(2519)가 제공된다. 또한, 단자(2519)는 FPC(2509)(1)와 전기적으로 접속되고, FPC(2509)(1)는 화상 신호 및 동기 신호 등의 신호를 공급하는 기능을 갖는다. 또한, FPC(2509)(1)에 프린트 배선 기판(PWB)이 장착되어도 좋다.
도 14의 (A)에 도시된 표시 패널(2501)에서는 보텀 게이트형의 트랜지스터를 적용하는 경우에 대하여 설명하였지만, 트랜지스터의 구조는 이에 한정되지 않고, 다양한 구조의 트랜지스터를 적용할 수 있다. 또한, 도 14의 (A)에 도시된 트랜지스터(2502t) 및 트랜지스터(2503t)에는 산화물 반도체를 포함하는 반도체층을 채널 영역으로서 사용할 수 있다. 그 이외에 비정질 실리콘을 포함하는 반도체층이나, 레이저 어닐링 등의 처리에 의하여 결정화시킨 다결정 실리콘을 포함하는 반도체층을 채널 영역으로서 사용할 수 있다.
또한, 도 14의 (A)에 도시된 보텀 게이트형의 트랜지스터와는 상이한 톱 게이트형의 트랜지스터를 표시 패널(2501)에 적용하는 경우의 구성에 대하여, 도 14의 (B)에 도시하였다. 또한, 트랜지스터의 구조가 변경된 경우라도 채널 영역에 사용할 수 있는 베리에이션에 대해서는 마찬가지로 한다.
도 14의 (A)에 도시된 터치 패널(2000)은 도 14의 (A)에 도시된 바와 같이 화소로부터의 광이 외부로 사출되는 측의 표면에, 적어도 화소와 중첩되도록 반사 방지층(2567p)을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 반사 방지층(2567p)으로서 원 편광판 등을 사용할 수 있다.
도 14의 (A)에 도시된 기판(2510), 기판(2570), 기판(2590)으로서는, 예를 들어, 수증기의 투과율이 1×10-5g/(m2·day) 이하, 바람직하게는 1×10-6g/(m2·day) 이하인, 가요성을 갖는 재료를 적합하게 사용할 수 있다. 또는, 이들 기판의 열 팽창률이 대략 동일한 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 선팽창률이 1×10-3/K 이하, 바람직하게는 5×10-5/K 이하, 더 바람직하게는 1×10-5/K 이하인 재료를 들 수 있다.
다음에, 도 14에 도시된 터치 패널(2000)과는 구성이 상이한 터치 패널(2000')에 대하여 도 15를 사용하여 설명한다. 다만, 터치 패널(2000)과 마찬가지로 터치 패널로서 적용할 수 있다.
도 15에는 터치 패널(2000')의 단면도를 도시하였다. 도 15에 도시된 터치 패널(2000')은 표시 패널(2501)에 대한 터치 센서(2595)의 위치가 도 14에 도시된 터치 패널(2000)과 상이하다. 여기서는, 상이한 구성에 대해서만 설명하고, 마찬가지의 구성을 사용할 수 있는 부분에 대해서는 터치 패널(2000)의 설명을 원용하기로 한다.
착색층(2567R)은 발광 소자(2550R)와 중첩되는 위치에 있다. 또한, 도 15의 (A)에 도시된 발광 소자(2550R)로부터의 광은 트랜지스터(2502t)가 제공되는 방향으로 사출된다. 즉, 발광 소자(2550R)로부터의 광(일부)은 착색층(2567R)을 투과하여 도면 중에 도시된 화살표의 방향으로 사출된다. 또한, 착색층(2567R)의 단부에는 차광층(2567BM)이 제공된다.
또한, 터치 센서(2595)는 표시 패널(2501)의 발광 소자(2550R)로부터 볼 때, 트랜지스터(2502t)가 제공되는 측에 제공된다(도 15의 (A) 참조).
또한, 접착층(2597)은 표시 패널(2501)이 갖는 기판(2510)과 접촉되고, 도 15의 (A)에 도시된 구조의 경우에는 표시 패널(2501)과 터치 센서(2595)를 접합시킨다. 다만, 접착층(2597)에 의하여 접합되는 표시 패널(2501)과 터치 센서(2595) 사이에 기판(2510)을 제공하지 않은 구성으로 하여도 좋다.
또한, 터치 패널(2000)의 경우와 마찬가지로 터치 패널(2000')의 경우도 표시 패널(2501)에는 다양한 구조의 트랜지스터를 적용할 수 있다. 또한, 도 15의 (A)에는 보텀 게이트형의 트랜지스터를 적용하는 경우를 도시하였지만, 도 15의 (B)에 도시된 바와 같이 톱 게이트형의 트랜지스터를 적용하여도 좋다.
다음에, 터치 패널의 구동 방법의 일례에 대하여, 도 16을 사용하여 설명한다.
도 16의 (A)는 상호 용량 방식의 터치 센서의 구성을 도시한 블록도이다. 도 16의 (A)에는 펄스 전압 출력 회로(2601), 전류 검출 회로(2602)를 도시하였다. 또한, 도 16의 (A)에서는, 펄스 전압이 인가되는 전극(2621)을 X1 내지 X6으로서, 전류의 변화를 검지하는 전극(2622)을 Y1 내지 Y6으로서, 각각 6개의 배선으로 예시하였다. 또한, 도 16의 (A)는 전극(2621)과 전극(2622)이 중첩됨으로써 형성되는 용량(2603)을 도시한 것이다. 또한, 전극(2621)과 전극(2622)의 기능은 서로 치환되어도 좋다.
펄스 전압 출력 회로(2601)는 X1 내지 X6의 배선에 순차적으로 펄스 전압을 인가하기 위한 회로이다. X1 내지 X6의 배선에 펄스 전압이 인가됨으로써 용량(2603)을 형성하는 전극(2621)과 전극(2622) 사이에 전계가 발생한다. 이 배선 사이에 발생하는 전계가 차폐되는 것 등에 의하여 용량(2603)의 상호 용량을 변화시키는 것을 이용하여, 피검지체의 근접 또는 접촉을 검출할 수 있다.
전류 검출 회로(2602)는 용량(2603)에서의 상호 용량의 변화에 따른 Y1 내지 Y6의 배선에서의 전류의 변화를 검출하기 위한 회로이다. Y1 내지 Y6의 배선에서는 피검지체의 근접 또는 접촉이 없으면 검출되는 전류값에 변화는 없지만, 검출되는 피검지체의 근접 또는 접촉에 의하여 상호 용량이 감소되는 경우에는, 전류값이 감소되는 변화를 검출한다. 또한, 전류의 검출은 적분 회로 등을 사용하여 수행하면 좋다.
다음에, 도 16의 (B)에는 도 16의 (A)에 도시된 상호 용량 방식의 터치 센서에서의 입출력 파형의 타이밍 차트를 도시하였다. 도 16의 (B)에서는 1프레임 기간에 각 행렬에서의 피검지체의 검출을 수행하는 것으로 한다. 또한, 도 16의 (B)에는 2개의 경우(피검지체를 검출하지 않는 경우(비(非)터치)와 피검지체를 검출하는 경우(터치))에 대하여 도시하였다. 또한, Y1 내지 Y6의 배선에 대해서는, 검출되는 전류값에 대응하는 전압값의 파형을 나타내었다.
X1 내지 X6의 배선에는 순차적으로 펄스 전압이 인가되어, 상기 펄스 전압에 따라 Y1 내지 Y6의 배선에서의 파형이 변화된다. 피검지체의 근접 또는 접촉이 없는 경우에는 X1 내지 X6의 배선에서의 전압 변화에 따라 Y1 내지 Y6의 파형이 균일하게 변화된다. 한편, 피검지체가 근접 또는 접촉되는 개소에서는 전류값이 감소되기 때문에, 이에 대응하는 전압값의 파형도 변화된다. 이와 같이, 상호 용량의 변화를 검출함으로써, 피검지체의 근접 또는 접촉을 검지할 수 있다.
또한, 도 16의 (A)에는 터치 센서로서 배선의 교차부에 용량(2603)만을 제공하는 패시브형의 터치 센서의 구성을 도시하였지만, 트랜지스터와 용량을 구비한 액티브형의 터치 센서로 하여도 좋다. 도 17에 액티브형의 터치 센서에 포함되는 하나의 센서 회로의 예를 도시하였다.
도 17에 도시된 센서 회로는, 용량(2603), 트랜지스터(2611), 트랜지스터(2612), 및 트랜지스터(2613)를 갖는다.
트랜지스터(2613)는 게이트에 신호(G2)가 공급되고, 소스 및 드레인 중 한쪽에는 전압(VRES)이 인가되고, 다른 쪽은 용량(2603)의 한쪽 전극 및 트랜지스터(2611)의 게이트와 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(2611)는 소스 및 드레인 중 한쪽이 트랜지스터(2612)의 소스 및 드레인 중 한쪽과 전기적으로 접속되고, 다른 쪽에는 전압(VSS)이 인가된다. 트랜지스터(2612)는 게이트에 신호(G1)가 공급되고, 소스 및 드레인 중 다른 쪽은 배선(ML)과 전기적으로 접속된다. 용량(2603)의 다른 쪽 전극에는 전압(VSS)이 인가된다.
다음에, 도 17에 도시된 센서 회로의 동작에 대하여 설명한다. 우선, 신호(G2)로서 트랜지스터(2613)를 온 상태로 하는 전위가 공급됨으로써, 트랜지스터(2611)의 게이트가 접속되는 노드(n)에 전압(VRES)에 대응한 전위가 공급된다. 다음에, 신호(G2)로서 트랜지스터(2613)를 오프 상태로 하는 전위가 공급됨으로써, 노드(n)의 전위가 유지된다. 이어서, 손가락 등 피검지체의 근접 또는 접촉에 의하여 용량(2603)의 상호 용량이 변화됨에 따라 노드(n)의 전위가 VRES로부터 변화된다.
판독 동작을 수행할 때에는, 신호(G1)로서 트랜지스터(2612)를 온 상태로 하는 전위를 공급한다. 노드(n)의 전위에 따라 트랜지스터(2611)에 흐르는 전류, 즉 배선(ML)에 흐르는 전류가 변화된다. 이 전류를 검출함으로써 피검지체의 근접 또는 접촉을 검출할 수 있다.
트랜지스터(2611), 트랜지스터(2612), 및 트랜지스터(2613)로서는, 채널 영역이 형성되는 반도체층에 산화물 반도체층을 사용하는 것이 바람직하다. 특히, 트랜지스터(2613)에 이러한 트랜지스터를 적용함으로써, 노드(n)의 전위를 장기간에 걸쳐 유지할 수 있어, 노드(n)에 VRES를 다시 공급하는 동작(리프레시 동작)의 빈도를 감소시킬 수 있다.
본 실시형태를, 적어도 그 일부를 본 명세서 중에 기재되는 다른 실시형태와 적절히 조합하여 실시할 수 있다.
(실시형태 10)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태에 따른 유기 화합물을 사용한 발광 소자를 갖는 표시 장치의 일례로서, 액정 소자 및 발광 소자를 갖고, 투과 모드 및 반사 모드 양쪽의 표시를 수행할 수 있는 표시 장치에 대하여, 도 18 내지 도 20을 사용하여 설명한다. 또한, 이러한 표시 장치는 ER-Hybrid display(Emissive OLED and Reflective LC Hybrid Display)라고 부를 수도 있다. 또한, 본 실시형태에는 액정 소자로서 반사형의 액정 소자를 사용하는 경우에 대하여 나타내지만, 투과형의 액정 소자를 조합한 구성으로 하여도 좋다.
또한, 본 실시형태에 나타내는 표시 장치는 옥외 등 외광이 밝은 곳에서 반사 모드를 사용한 표시에 의하여 전력 소비가 매우 낮은 구동을 수행할 수 있다. 한편, 야간이나 실내 등 외광이 어두운 곳에서는 투과 모드를 사용한 표시에 의하여 최적의 휘도로 화상을 표시할 수 있다는 특징을 갖는다. 따라서, 이들을 조합하여 표시시킴으로써 종래까지의 표시 패널과 비교하여 소비전력이 낮고, 또한 콘트라스트가 높은 표시를 수행할 수 있다.
본 실시형태에 나타내는 표시 장치의 일례로서는, 반사 전극을 구비한 액정 소자와 발광 소자가 적층되고, 발광 소자와 중첩되는 위치에 반사 전극의 개구부가 제공되고, 반사 모드일 때에는 반사 전극에 의하여 가시광을 반사시키고, 투과 모드일 때에는, 반사 전극의 개구부로부터 발광 소자의 광이 사출되는 구성을 갖는 표시 장치에 대하여 나타낸다. 또한, 이들의 소자(액정 소자 및 발광 소자)의 구동에 사용되는 트랜지스터는 동일한 평면 위에 배치되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 적층되는 액정 소자 및 발광 소자는 절연층을 개재하여 형성되는 것이 바람직하다.
도 18의 (A)에는 본 실시형태에서 설명하는 표시 장치의 블록도를 도시하였다. 표시 장치(600)는 회로(G)(601), 회로(S)(602), 및 표시부(603)를 갖는다. 또한, 표시부(603)에는 화소(604)가 방향(R) 및 방향(C)으로 매트릭스 형상으로 복수 배치되어 있다. 또한, 회로(G)(601)는 배선(G1), 배선(G2), 배선(ANO), 및 배선(CSCOM)이 각각 복수 전기적으로 접속되어 있고, 또한 이들의 배선은 방향(R)으로 복수 배열된 화소(604)와도 전기적으로 접속되어 있다. 회로(S)(602)는 배선(S1) 및 배선(S2)이 각각 복수 전기적으로 접속되어 있고, 또한 이들의 배선은 방향(C)으로 복수 배열된 화소(604)와도 전기적으로 접속되어 있다.
또한, 화소(604)는 액정 소자 및 발광 소자를 갖고, 이들은 서로 중첩되는 부분을 갖는다.
도 18의 (B1)에는 화소(604)가 갖는 액정 소자의 반사 전극으로서 기능하는 도전막(605)의 형상에 대하여 도시하였다. 또한, 도전막(605)의 일부에서 발광 소자와 중첩되는 위치(606)에 개구부(607)가 제공되어 있다. 즉, 발광 소자로부터의 광은 이 개구부(607)를 통하여 사출된다.
도 18의 (B1)에 도시된 화소(604)는 방향(R)에 인접되는 화소(604)가 상이한 색을 나타내도록 배열되어 있다. 또한, 개구부(607)는 방향(R)에 일렬로 배열되지 않도록 제공되어 있다. 이러한 배열에는 인접되는 화소(604)가 갖는 발광 소자 사이에서의 크로스토크를 억제하는 효과가 있다.
개구부(607)의 형상으로서는, 예를 들어, 다각형, 사각형, 타원형, 원형, 또는 십자형 등의 형상으로 할 수 있다. 또한, 줄무늬 형상, 슬릿 형상 등의 형상으로 하여도 좋다.
또한, 도전막(605)의 배열의 베리에이션으로서는, 도 18의 (B2)에 도시된 배열로 하여도 좋다.
도전막(605)의 총 면적(개구부(607)를 제외함)에 대한 개구부(607)의 비율은 표시 장치의 표시에 영향을 미친다. 즉, 개구부(607)의 면적이 크면 액정 소자에 의한 표시가 어두워지고, 개구부(607)의 면적이 작으면 발광 소자에 의한 표시가 어두워진다는 문제가 발생한다. 또한, 상기 비율뿐만 아니라 개구부(607)의 면적 자체가 작은 경우라도 발광 소자로부터 사출되는 광의 추출 효율이 저하된다는 문제가 발생한다. 또한, 상기 도전막(605)의 총 면적(개구부(607)를 제외함)에 대한 개구부(607)의 면적의 비율은 액정 소자 및 발광 소자를 조합하였을 때의 표시 품위를 유지하기 위하여, 5% 이상 60% 이하로 하는 것이 바람직하다.
다음에, 화소(604)의 회로 구성의 일례에 대하여 도 19를 사용하여 설명한다. 도 19에는 인접되는 2개의 화소(604)를 도시하였다.
화소(604)는 트랜지스터(SW1), 용량 소자(C1), 액정 소자(610), 트랜지스터(SW2), 트랜지스터(M), 용량 소자(C2), 및 발광 소자(611) 등을 갖는다. 또한, 이들은 배선(G1), 배선(G2), 배선(ANO), 배선(CSCOM), 배선(S1), 및 배선(S2) 중 어느 배선과 화소(604)에서 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 액정 소자(610)는 배선(VCOM1)과 전기적으로 접속되고, 발광 소자(611)는 배선(VCOM2)과 전기적으로 접속되어 있다.
또한, 트랜지스터(SW1)의 게이트는 배선(G1)과 접속되고, 트랜지스터(SW1)의 소스 및 드레인 중 한쪽은 배선(S1)과 접속되고, 소스 및 드레인 중 다른 쪽은 용량 소자(C1)의 한쪽 전극, 및 액정 소자(610)의 한쪽 전극과 접속되어 있다. 또한, 용량 소자(C1)의 다른 쪽 전극은 배선(CSCOM)과 접속되어 있다. 또한, 액정 소자(610)의 다른 쪽 전극은 배선(VCOM1)과 접속되어 있다.
또한, 트랜지스터(SW2)의 게이트는 배선(G2)과 접속되고, 트랜지스터(SW2)의 소스 및 드레인 중 한쪽은 배선(S2)과 접속되고, 소스 및 드레인 중 다른 쪽은 용량 소자(C2)의 한쪽 전극, 및 트랜지스터(M)의 게이트와 접속되어 있다. 또한, 용량 소자(C2)의 다른 쪽 전극은 트랜지스터(M)의 소스 및 드레인 중 한쪽, 및 배선(ANO)과 접속되어 있다. 또한, 트랜지스터(M)의 소스 및 드레인 중 다른 쪽은 발광 소자(611)의 한쪽 전극과 접속되어 있다. 또한, 발광 소자(611)의 다른 쪽 전극은 배선(VCOM2)과 접속되어 있다.
또한, 트랜지스터(M)는 반도체를 끼우는 2개의 게이트를 갖고, 이들 2개의 게이트는 전기적으로 접속되어 있다. 이러한 구조로 함으로써, 트랜지스터(M)가 흘리는 잔류량을 증대시킬 수 있다.
배선(G1)으로부터 공급되는 신호에 의하여 트랜지스터(SW1)의 도통 상태 또는 비도통 상태가 제어된다. 또한, 배선(VCOM1)으로부터는 소정의 전위가 공급된다. 또한, 배선(S1)으로부터 공급되는 신호에 의하여 액정 소자(610)의 액정의 배향 상태를 제어할 수 있다. 또한, 배선(CSCOM)으로부터는 소정의 전위가 공급된다.
배선(G2)으로부터 공급되는 신호에 의하여 트랜지스터(SW2)의 도통 상태 또는 비도통 상태가 제어된다. 또한, 배선(VCOM2) 및 배선(ANO)으로부터 각각 공급되는 전위의 전위차에 의하여 발광 소자(611)를 발광시킬 수 있다. 또한, 배선(S2)으로부터 공급되는 신호에 의하여 트랜지스터(M)의 도통 상태를 제어할 수 있다.
따라서, 본 실시형태에 나타내는 구성에서, 예를 들어, 반사 모드의 경우에는, 배선(G1) 및 배선(S1)으로부터 공급되는 신호에 의하여 액정 소자(610)를 제어하고, 광학 변조를 이용하여 표시시킬 수 있다. 또한, 투과 모드의 경우에는 배선(G2) 및 배선(S2)으로부터 공급되는 신호에 의하여 발광 소자(611)를 발광시킬 수 있다. 또한, 양쪽의 모드를 동시에 사용하는 경우에는, 배선(G1), 배선(G2), 배선(S1), 및 배선(S2)의 각각으로부터 공급되는 신호에 따라 원하는 구동을 수행할 수 있다.
다음에, 본 실시형태에서 설명하는 표시 장치(600)의 단면 개략도를 도 20에 도시하고, 상세한 사항에 대하여 설명한다.
표시 장치(600)는 기판(621)과 기판(622) 사이에 발광 소자(623) 및 액정 소자(624)를 갖는다. 또한, 발광 소자(623) 및 액정 소자(624)는 절연층(625)을 개재하여 각각 형성된다. 즉, 기판(621)과 절연층(625) 사이에 발광 소자(623)를 갖고, 기판(622)과 절연층(625) 사이에 액정 소자(624)를 갖는다.
절연층(625)과 발광 소자(623) 사이에는 트랜지스터(615), 트랜지스터(616), 트랜지스터(617), 및 착색층(628) 등을 갖는다.
기판(621)과 발광 소자(623) 사이에는 접착층(629)이 있다. 또한, 발광 소자(623)는 절연층(625) 측으로부터, 한쪽 전극이 되는 도전층(630), EL층(631), 다른 쪽 전극이 되는 도전층(632)의 순서로 적층된 적층 구조를 갖는다. 또한, 발광 소자(623)는 보텀 이미션형의 발광 소자이기 때문에, 도전층(632)은 가시광을 반사하는 재료를 포함하고, 도전층(630)은 가시광을 투과시키는 재료를 포함한다. 발광 소자(623)가 발하는 광은 착색층(628), 절연층(625)을 투과하고, 또한 개구부(633)를 통하여 액정 소자(624)를 투과한 후, 기판(622)으로부터 외부로 사출된다.
절연층(625)과 기판(622) 사이에는 액정 소자(624) 이외에, 착색층(634), 차광층(635), 절연층(646), 및 구조체(636) 등을 갖는다. 또한, 액정 소자(624)는, 한쪽 전극이 되는 도전층(637), 액정(638), 다른 쪽 전극이 되는 도전층(639), 및 배향막(640), 배향막(641) 등을 갖는다. 또한, 액정 소자(624)는 반사형의 액정 소자이고, 도전층(639)은 반사 전극으로서 기능하기 때문에 반사율이 높은 재료를 사용한다. 또한, 도전층(637)은 투명 전극으로서 기능하기 때문에 가시광을 투과시키는 재료를 포함한다. 또한, 도전층(637) 및 도전층(639)의 액정(638) 측에는 각각 배향막(640), 배향막(641)을 갖는다. 또한, 절연층(646)은 착색층(634) 및 차광층(635)을 덮도록 제공되어 있고, 오버코트로서의 기능을 갖는다. 또한, 배향막(640), 배향막(641)은 불필요하면 제공하지 않아도 된다.
도전층(639)의 일부에는 개구부(633)가 제공되어 있다. 또한, 도전층(639)과 접촉되어 도전층(643)을 갖고, 도전층(643)은 가시광을 투과시키는 재료를 포함하기 때문에 투광성을 갖는다.
구조체(636)는 절연층(625)과 기판(622)이 필요 이상으로 접근하는 것을 억제하는 스페이서로서의 기능을 갖는다. 또한, 구조체(636)는 불필요하면 제공하지 않아도 된다.
트랜지스터(615)의 소스 및 드레인 중 어느 한쪽은 발광 소자(623)의 도전층(630)과 전기적으로 접속되어 있다. 예를 들어, 트랜지스터(615)는 도 19에 도시된 트랜지스터(M)에 대응한다.
트랜지스터(616)의 소스 및 드레인 중 어느 한쪽은 단자부(618)를 통하여 액정 소자(624)의 도전층(639) 및 도전층(643)과 전기적으로 접속되어 있다. 즉, 단자부(618)는 절연층(625)의 양면에 제공되는 도전층끼리를 전기적으로 접속하는 기능을 갖는다. 또한, 트랜지스터(616)는 도 19에 도시된 트랜지스터(SW1)에 대응한다.
기판(621)과 기판(622)이 중첩되지 않는 영역에는 단자부(619)가 제공되어 있다. 단자부(619)는 단자부(618)와 마찬가지로 절연층(625)의 양면에 제공되는 도전층끼리를 전기적으로 접속한다. 단자부(619)는 도전층(643)과 동일한 도전막을 가공하여 얻어진 도전층과 전기적으로 접속되어 있다. 이로써, 접속층(645)을 통하여 단자부(619)와 FPC(644)를 전기적으로 접속할 수 있다.
또한, 접착층(642)이 제공되는 일부의 영역에는 접속부(647)가 제공되어 있다. 접속부(647)에서 도전층(643)과 동일한 도전막을 가공하여 얻어진 도전층과, 도전층(637)의 일부가 접속체(648)에 의하여 전기적으로 접속되어 있다. 따라서, 도전층(637)에, FPC(644)로부터 입력되는 신호 또는 전위를 접속부(647)를 통하여 공급할 수 있다.
도전층(637)과 도전층(643) 사이에 구조체(636)가 제공되어 있다. 구조체(636)는 액정 소자(624)의 셀 갭을 유지하는 기능을 갖는다.
도전층(643)으로서는 금속 산화물, 금속 질화물, 또는 저저항화된 산화물 반도체 등의 산화물을 사용하는 것이 바람직하다. 산화물 반도체를 사용하는 경우에는, 수소, 붕소, 인, 질소, 및 이들 이외의 불순물의 농도, 및 산소 결손량의 적어도 한쪽이 트랜지스터에 사용되는 반도체층과 비교하여 높아진 재료를 도전층(643)에 사용하면 좋다.
또한, 본 실시형태에 나타낸 구성을 다른 실시형태에 나타내는 구성과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시형태 11)
본 실시형태에서는 발광 소자에 대하여 설명한다. 또한, 본 실시형태에서 설명하는 발광 소자는 실시형태 2에서 설명한 발광 소자와 상이한 구성을 갖는다. 따라서, 발광 소자의 소자 구조 및 그 제작 방법에 대하여 도 21의 (A), 도 21의 (B)를 사용하여 설명한다. 다만, 실시형태 2에서 설명한 발광 소자와 공통되는 부분에 대해서는 실시형태 2의 설명을 참조하는 것으로 하여 설명을 생략한다.
본 실시형태에서 설명하는 발광 소자는 기판(3200) 위에 형성된 한 쌍의 전극(음극(3201)과 양극(3203)) 사이에 발광층(3213)을 포함하는 EL층(3202)이 끼워진 구조를 갖는다. 또한, EL층(3202)은 실시형태 2에서의 EL층과 마찬가지로 발광층, 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 주입층, 및 전자 수송층 등을 적층하여 형성할 수 있다.
본 실시형태에서는 도 21의 (A)에 도시된 바와 같이, 기판(3200) 위에 형성된 음극(3201) 위에 전자 주입층(3214), 발광층(3213), 정공 수송층(3215), 및 정공 주입층(3216)을 순차적으로 적층함으로써 이루어지는 EL층(3202)을 갖고, 정공 주입층(3216) 위에 양극(3203)이 형성된 구조를 갖는 발광 소자에 대하여 설명한다. 또한, 여기서는 전자 수송층을 제공하지 않지만, 전자 주입층(3214)에 전자 수송성이 높은 재료를 포함시킴으로써 전자 수송층의 기능을 겸하도록 형성할 수도 있다.
상술한 발광 소자는 음극(3201) 및 양극(3203) 사이에 공급되는 전위차에 의하여 전류가 흘러, EL층(3202)에서 정공과 전자가 재결합됨으로써 발광한다. 그리고 이 발광은 음극(3201) 및 양극(3203) 중 어느 한쪽 또는 양쪽을 통하여 외부로 추출된다. 따라서, 음극(3201) 및 양극(3203) 중 어느 한쪽 또는 양쪽이 투광성을 갖는 전극이고, 투광성을 갖는 전극 측으로부터 광을 추출할 수 있다.
본 실시형태에 나타내는 발광 소자는 도 21의 (A)에 도시된 바와 같이 음극(3201)의 단부가 절연물(3217)로 덮인다. 또한, 절연물(3217)은 도 21의 (B)에 도시된 바와 같이, 인접되는 음극(3201)끼리(예를 들어 3201a와 3201b) 사이를 메우도록 형성된다.
또한, 절연물(3217)로서는 절연성 유기 화합물이나 무기 화합물을 사용할 수 있다. 유기 화합물로서는 감광성 수지(레지스트 재료 등)를 사용할 수 있고, 예를 들어, 아크릴계 수지, 폴리이미드계 수지, 및 플루오린계 수지 등을 사용할 수 있다. 또한, 무기 화합물로서는, 예를 들어, 산화 실리콘, 산화질화 실리콘, 질화 실리콘 등을 사용할 수 있다. 또한, 절연물(3217)의 표면은 발수성(撥水性)을 갖는 것이 바람직하고, 그 처리 방법으로서는 플라스마 처리 이외에 약액(알칼리성 용액, 유기 용매) 처리 등을 들 수 있다.
본 실시형태에서, 음극(3201) 위에 형성되는 전자 주입층(3214)은 고분자 화합물을 사용하여 형성한다. 다만, 비수 용매에 용해되기 어렵고, 전자 수송성이 높은 고분자 화합물을 사용하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 실시형태 2에서, 전자 주입층(115) 및 전자 수송층(114)에 사용할 수 있는 재료로서 든 것(고분자 화합물뿐만 아니라 알칼리 금속이나 알칼리 토금속, 또는 그들의 화합물을 포함함)을 적절히 조합하여 사용하고, 이들을 극성 용매에 용해시켜, 도포법에 의하여 형성한다.
또한, 여기서 사용되는 극성 용매로서는, 메탄올, 에탄올, 프로판올, 아이소프로판올, 뷰틸알코올, 에틸렌글라이콜, 및 글리세린 등을 들 수 있다.
전자 주입층(3214) 위에는 발광층(3213)이 형성된다. 발광층(3213)은 실시형태 2에서, 발광층(3213)에 사용할 수 있는 재료(발광 물질)로서 든 것을 적절히 조합하여 비극성 용매에 용해(또는 분산)시킨 잉크를 습식법(잉크젯법 또는 인쇄법)에 의하여 성막(또는 도포)하여 형성한다. 또한, 전자 주입층(3214)은 발광색이 상이한 발광 소자에 대하여 공통이지만, 발광층(3213)에는 발광색에 대응한 재료를 선택한다. 또한, 비극성 용매로서는 톨루엔이나 자일렌 등의 방향족계의 용매나, 피리딘 등의 복소 방향족계의 용매를 사용할 수 있다. 그 이외에도 헥세인, 2-메틸헥세인, 사이클로헥세인, 클로로폼 등의 용매를 사용할 수 있다.
도 21의 (B)에 도시된 바와 같이, 용액을 도포하기 위한 장치(이하, 용액 도포 장치라고 함)의 헤드부(3300)로부터 발광층(3213)을 형성하기 위한 잉크가 도포된다. 또한, 헤드부(3300)는 잉크를 분사하는 기능을 갖는 복수의 분사부(3301a) 내지 분사부(3301c)를 갖고, 각각에 압전 소자(피에조 소자)(3302a) 내지 압전 소자(3302c)가 제공된다. 또한, 분사부(3301a) 내지 분사부(3301c)의 각각에는 상이한 발광색을 나타내는 발광 물질을 포함하는 잉크(3303a) 내지 잉크(3303c)가 충전되어 있다.
분사부(3301a) 내지 분사부(3301c)로부터 잉크(3303a) 내지 잉크(3303c)가 각각 분사됨으로써 발광색이 상이한 발광층(3213a), 발광층(3213b), 및 발광층(3213c)이 각각 형성된다.
발광층(3213) 위에는 정공 수송층(3215)이 형성된다. 정공 수송층(3215)은 실시형태 2에서, 정공 수송층(3215)에 사용할 수 있는 재료로서 든 것을 적절히 조합하여 사용할 수 있다. 또한, 정공 수송층(3215)의 형성 방법으로서, 진공 증착법이나 도포 방법을 사용할 수 있다. 또한, 도포법을 사용하는 경우에는, 용매에 용해시킨 것을 발광층(3213) 및 절연물(3217) 위에 도포한다. 또한, 도포 방법으로서는, 잉크젯법, 스핀코팅법, 인쇄법 등을 사용할 수 있다.
또한, 정공 수송층(3215) 위에는 정공 주입층(3216)이 형성되고, 정공 주입층(3216) 위에는 양극(3203)이 형성된다. 또한, 이들의 형성은 실시형태 2에 나타낸 재료를 적절히 조합하여 사용하고, 진공 증착법에 의하여 형성할 수 있다.
이상에 의하여 발광 소자를 형성할 수 있다. 또한, 발광층에서, 유기 금속 착체를 사용하는 경우에는, 유기 금속 착체에 따른 인광 발광이 얻어지기 때문에, 형광성 화합물만을 사용한 발광 소자와 비교하여 효율이 높은 발광 소자를 실현할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 나타낸 구성을 다른 실시형태에 나타낸 구성과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시예 1)
본 실시예에서는 발광 소자를 제작하고, 그 특성을 나타낸다. 또한, 발광 소자는 발광층에 1,5-비스[4-(9H-카바졸-9-일)페닐]안트라센(약칭: 1,5CzP2A)(구조식(100))만을 사용한 발광 소자 1, 1,5CzP2A 및 도펀트(발광 물질)인 1,6mMemFLPAPrn을 사용한 발광 소자 2, 1,8-비스[4-(9H-카바졸-9-일)페닐]안트라센(약칭: 1,8CzP2A)(구조식(110))만을 사용한 발광 소자 3, 1,8CzP2A 및 도펀트(발광 물질)인 1,6mMemFLPAPrn을 사용한 발광 소자 4, 1,5-비스[4-(9H-카바졸-9-일)페닐]-9,10-다이페닐안트라센(약칭: 1,5CzP2PA)(구조식(120))만을 사용한 발광 소자 5를 각각 제작하였다. 또한, 발광 소자 1 내지 발광 소자 5의 제작에 대해서는 도 22를 사용하여 설명한다. 또한, 본 실시예에서 사용되는 재료의 화학식을 이하에 나타낸다.
[화학식 21]
≪발광 소자 1 내지 발광 소자 5의 제작≫
우선, 산화 실리콘을 포함하는 인듐 주석 산화물(ITO)을 스퍼터링법에 의하여 유리제의 기판(900) 위에 성막하고, 양극으로서 기능하는 제 1 전극(901)을 형성하였다. 또한, 그 막 두께는 70nm로 하고, 전극 면적은 2mm×2mm로 하였다.
다음에, 기판(900) 위에 발광 소자를 형성하기 위한 전처리로서, 기판 표면을 물로 세척하고, 200에서 1시간 동안 소성한 후에 UV 오존 처리를 370초 동안 수행하였다.
그 후, 1×10-4Pa 정도까지 내부가 감압된 진공 증착 장치에 기판을 도입하고, 진공 증착 장치 내의 가열실에서 170에서 30분 동안 진공 소성한 후, 기판(900)을 30분 정도 방랭하였다.
다음에, 제 1 전극(901)이 형성된 면이 아래쪽이 되도록, 기판(900)을 진공 증착 장치 내에 제공된 홀더에 고정하였다. 본 실시예에서는, 진공 증착법에 의하여, EL층(902)을 구성하는 정공 주입층(911), 정공 수송층(912), 발광층(913), 전자 수송층(914), 전자 주입층(915)이 순차적으로 형성되는 경우에 대하여 설명한다.
진공 증착 장치 내를 1×10-4Pa로 감압한 후, 3-[4-(9-페난트릴)-페닐]-9-페닐-9H-카바졸(약칭: PCPPn)과 산화 몰리브데넘을 PCPPn:산화 몰리브데넘=4:2(질량비)가 되도록 공증착함으로써, 제 1 전극(901) 위에 정공 주입층(911)을 형성하였다. 막 두께는 10nm로 하였다. 또한, 공증착이란, 복수의 상이한 물질을 각각 상이한 증발원으로부터 동시에 증발시키는 증착법이다.
다음에, PCPPn을 20nm 증착함으로써 정공 수송층(912)을 형성하였다. 또한, 발광 소자 5의 경우에만, 30nm 증착하여 형성하였다.
다음에, 정공 수송층(912) 위에 발광층(913)을 형성하였다.
발광 소자 1의 경우에는 1,5CzP2A를 증착함으로써, 막 두께 25nm로 발광층(913)을 형성하였다.
발광 소자 2의 경우에는 1,5CzP2A 및 도펀트(발광 물질)인 1,6mMemFLPAPrn을, 1,5CzP2A:1,6mMemFLPAPrn=1:0.03(질량비)이 되도록 공증착하여, 막 두께 25nm로 발광층(913)을 형성하였다.
발광 소자 3의 경우에는 1,8CzP2A를 증착함으로써, 막 두께 25nm로 발광층(913)을 형성하였다.
발광 소자 4의 경우에는 1,8CzP2A 및 도펀트(발광 물질)인 1,6mMemFLPAPrn을, 1,8CzP2A:1,6mMemFLPAPrn=1:0.03(질량비)이 되도록 공증착하여, 막 두께 25nm로 발광층(913)을 형성하였다.
발광 소자 5의 경우에는 1,5CzP2PA를 증착함으로써, 막 두께 25nm로 발광층(913)을 형성하였다.
다음에, 발광층(913) 위에, 2,2'-(피리딘-2,6-다이일)비스(4,6-다이페닐피리미딘)(약칭: 2,6(P2Pm)2Py)을 증착함으로써 막 두께 25nm로 전자 수송층(914)을 형성하였다. 또한, 발광 소자 5의 경우에는, 2,2'-(피리딘-2,6-다이일)비스(4-페닐벤조[h]퀴나졸린)(약칭: 2,6(P-Bqn)2Py)을 증착함으로써, 막 두께 25nm로 전자 수송층(914)을 형성하였다.
또한, 전자 수송층(914) 위에 플루오린화 리튬을 1nm 증착함으로써 전자 주입층(915)을 형성하였다.
마지막으로, 전자 주입층(915) 위에 알루미늄을 200nm의 막 두께가 되도록 증착하여, 음극이 되는 제 2 전극(903)을 형성하고, 발광 소자 1 내지 발광 소자 5를 얻었다. 또한, 상술한 증착 과정에서, 증착은 모두 저항 가열법을 사용하였다.
이상에 의하여 얻어진 발광 소자 1 내지 발광 소자 5의 소자 구조를 표 1에 나타낸다.
[표 1]
*1,5CzP2A:1,6mMemFLPAPrn (1:0.03 25nm)
**1,8CzP2A:1,6mMemFLPAPrn (1:0.03 25nm)
또한, 제작한 발광 소자 1 내지 발광 소자 5를, 대기에 노출되지 않도록 질소 분위기의 글러브 박스 내에서 밀봉하였다(밀봉재를 소자의 주위에 도포하고, 밀봉할 때에 UV 처리 및 80에서 1시간 동안 가열 처리하였음).
<발광 소자의 지연 형광 측정>
상기 발광 소자 1 내지 발광 소자 5에 대하여 지연 형광 측정을 수행하였다. 측정에는 피코초 형광 수명 측정 시스템(Hamamatsu Photonics K.K. 제조)을 사용하였다. 본 측정에서는 발광 소자의 발광층으로부터 얻어지는 형광 발광의 수명을 측정하기 위하여, 발광 소자에 구형(矩形) 펄스 전압을 인가하여 발광시키고, 그 전압의 하강으로부터 감쇠(減衰)되는 발광을 스트리크 카메라(streak camera)에 의하여 시간 분해 측정하였다. 펄스 전압은 10Hz 주기로 인가하고, 반복적으로 측정한 데이터를 적산함으로써 S/N비가 높은 데이터를 얻었다. 또한, 측정은 실온(23로 유지된 분위기)에서, 인가 펄스 전압이 3V 전후, 인가 펄스 시간 폭이 100μsec, 음바이어스 전압이 -5V, 측정 시간 범위는 50μsec의 조건으로 수행하였다.
측정에 의하여 얻어진 감쇠 곡선을 도 23에 나타내었다. 또한, 도 23에서, 가로축은 전압의 하강으로부터의 발광 시간(μs)을 나타내고, 세로축은 상대 발광 강도(임의 단위)를 나타낸다. 또한, 도 23에 나타낸 감쇠 곡선에 대하여 하기 식(5)을 사용하여 피팅을 수행하였다.
[수학식 8]
다만, 식(5)에서, L은 정규화된 발광 강도를 나타내고, t는 경과 시간을 나타낸다.
도 23에 나타낸 감쇠 곡선의 피팅을 수행한 결과, n을 1 및 2로 하여 피팅할 수 있었다. 또한, 감쇠 곡선의 피팅을 산출하고, 그 피팅 곡선을 t=0에 외삽함으로써 발광 소자로부터 얻어지는 발광 전체에 차지하는 지연 형광 성분의 비율을 산출하였다. 그 결과, 발광 소자 1로부터 얻어지는 지연 형광 성분은 33%, 발광 소자 2로부터 얻어지는 지연 형광 성분은 22%, 발광 소자 3으로부터 얻어지는 지연 형광 성분은 10%, 발광 소자 4로부터 얻어지는 지연 형광 성분은 6%, 발광 소자 5로부터 얻어지는 지연 형광 성분은 8.9%로 산출되었다. 즉, 모든 발광 소자로부터 5% 이상의 지연 형광 성분이 관측되었다.
≪발광 소자 1 내지 발광 소자 5의 동작 특성≫
제작한 발광 소자 중, 발광층에 도펀트(발광 물질)를 포함하지 않는 발광 소자 1, 발광 소자 3, 및 발광 소자 5, 발광층에 도펀트(발광 물질)를 포함하는 발광 소자 2 및 발광 소자 4의 동작 특성에 대하여 각각 측정하였다. 또한, 측정은 실온(25로 유지된 분위기)에서 수행하였다.
우선, 발광층에 도펀트(발광 물질)를 포함하지 않는 발광 소자 1, 발광 소자 3, 및 발광 소자 5의 전류 밀도-휘도 특성을 도 24, 전압-휘도 특성을 도 25, 휘도-전류 효율 특성을 도 26, 전압-전류 특성을 도 27에 각각 나타내었다.
또한, 1000cd/m2 부근에서의 발광 소자 1, 발광 소자 3, 및 발광 소자 5의 주된 초기 특성값을 이하의 표 2에 나타낸다.
[표 2]
또한, 상기 결과로부터 발광 소자 1, 발광 소자 3, 및 발광 소자 5는 비교적 낮은 전압으로 구동하여도 발광할 수 있는 것을 알았다.
다음에, 발광층에 도펀트(발광 물질)를 포함하는 발광 소자 2 및 발광 소자 4의 전류 밀도-휘도 특성을 도 28, 전압-휘도 특성을 도 29, 휘도-전류 효율 특성을 도 30, 전압-전류 특성을 도 31에 각각 나타내었다.
또한, 1000cd/m2 부근에서의 발광 소자 2 및 발광 소자 4의 주된 초기 특성값을 이하의 표 3에 나타낸다.
[표 3]
또한, 발광층에 도펀트(여기서는 1,6mMemFLPAPrn)를 포함하는 발광 소자 2와 발광 소자 4의 외부 양자 효율을 비교한 결과, 발광 소자의 발광층에 사용되는 호스트 재료로서 1,5CzP2A를 사용한 발광 소자 2로부터, 발광 소자 4보다 높은 외부 양자 효율이 얻어졌다. 즉, 진동자 강도(f)가 큰 재료(1,5CzP2A)를 사용함으로써, 호스트 재료에서의 TTA가 발생하기 쉬워지는 것이 요인의 하나로서 시사된다.
발광 소자 1 및 발광 소자 3에 25mA/cm2의 전류 밀도로 전류를 흘렸을 때의 발광 스펙트럼을 도 32에 나타내었다. 또한, 발광 소자 2 및 발광 소자 4에 25mA/cm2의 전류 밀도로 전류를 흘렸을 때의 발광 스펙트럼을 도 33에 나타내었다. 도면으로부터, 1,5CzP2A 및 1,8CzP2A는 청색 형광 도펀트의 호스트로서 적합한 것을 알았다.
(실시예 2)
≪합성예 1≫
본 실시예에서는, 유기 화합물인 1,5-비스[4-(9H-카바졸-9-일)페닐]-9,10-다이페닐안트라센(약칭: 1,5CzP2PA)(구조식(120))의 합성 방법에 대하여 설명한다. 또한, 1,5CzP2PA의 구조를 이하에 나타낸다.
[화학식 22]
<1,5-비스[4-(9H-카바졸-9-일)페닐]-9,10-안트라퀴논의 합성>
200mL 3구 플라스크에 1.6g(4.3mmol)의 1,5-다이브로모-9,10-안트라퀴논, 및 2.7g(9.6mmol)의 4-(9H-카바졸-9-일)페닐보론산, 2.6g(19mmol)의 탄산 포타슘을 넣었다. 이 혼합물에, 30mL의 톨루엔, 10mL의 에탄올, 및 10mL의 물을 첨가하였다. 이 혼합물을 감압하면서 교반함으로써 탈기하였다. 이 혼합물에 100mg(87μmol)의 테트라키스(트라이페닐포스핀)팔라듐(0)을 첨가하고, 질소 기류하, 90℃에서 4시간 동한 교반하였다. 교반 후, 혼합물을 여과하여, 얻어진 여과물을 물, 에탄올, 아세트산 에틸로 세척하고, 회수하였다. 얻어진 황색 고체는 3.0g(crude상)이었다. 또한, 상기 합성 방법을 나타내는 합성 스킴을 하기 식(c-1)으로 나타낸다.
[화학식 23]
또한, 상기 황색 고체는 1,5CzP2PA를 합성할 때에 얻어지는 중간체인, 1,5-비스[4-(9H-카바졸-9-일)페닐]-9,10-안트라퀴논이다. 이 중간체는 상기 스킴(c-1)에서 m1로 나타내어지고, 1,5CzP2PA를 합성하는 데에 유효한 화합물이다.
<1,5-비스[4-(9H-카바졸-9-일)페닐]-9,10-다이페닐안트라센-9,10-다이올의 합성>
200mL 3구 플라스크에 3.0g(4.3mmol)의 1,5-비스[4-(9H-카바졸-9-일)페닐]-9,10-안트라퀴논을 넣고, 플라스크 내를 질소 치환하고 나서, 플라스크에 45mL의 테트라하이드로퓨란을 넣었다. 이 혼합물을 빙냉하고, 4.6mL(9.55mmol)의 페닐리튬을 적하하여 첨가하였다. 적하 종료 후, 이 용액을 실온에서 교반하였다. 교반 후, 0℃로 하고, 1M 희염산을 첨가하고, 30분 동안 교반하였다. 교반 후, 이 혼합물에 물 및 아세트산 에틸을 첨가하여, 유기층과 수성층을 분리하고, 수성층에 대하여 아세트산 에틸로 2번 추출을 수행하였다. 이 추출 용액과 유기층을 합쳐 포화 식염수로 세척하였다. 얻어진 유기층을 황산 마그네슘에 의하여 건조시켰다. 이 혼합물을 자연 여과에 의하여 여과 분별하여, 여과액을 농축하여 담황색 고체 3.8g(crude)을 얻었다. 또한, 상기 합성 방법을 나타내는 합성 스킴을 하기 식(c-2)에 나타낸다.
[화학식 24]
<1,5-비스[4-(9H-카바졸-9-일)페닐]-9,10-다이페닐안트라센(약칭: 1,5CzP2PA)의 합성>
200mL 3구 플라스크에 1,5-비스[4-(9H-카바졸-9-일)페닐]-9,10-다이페닐안트라센-9,10-다이올 3.8g(crude), 1.5g(9.1mmol)의 아이오딘화 포타슘, 2.4g(23mmol)의 포스핀산 소듐 수화물, 및 45mL의 빙아세트산을 넣었다. 이 혼합물을 120℃에서 12시간 동안 교반하였다. 교반 후, 이 혼합물을 여과하여, 얻어진 고체를 아세트산, 에탄올, 물로 세척하고, 회수하였다. 얻어진 여과물을 실리카 겔 칼럼 크로마토그래피(전개 용매: 톨루엔)로 정제하였다. 얻어진 고체를 톨루엔을 사용하여 2번 재결정하여, 담황색 고체를 1.1g, 수율 31%로 얻었다. 또한, 상기 합성 방법을 나타내는 합성 스킴을 하기 식(c-3)으로 나타낸다.
[화학식 25]
또한, 상기 합성 방법으로 얻어진 담황색 고체를 핵자기 공명 분광법(1H-NMR)에 의하여 분석한 결과를 이하에 나타낸다. 또한, 1H-NMR 차트를 도 34에 나타내었다. 얻어진 1H-NMR 차트로부터, 본 합성예에서, 상술한 구조식(120)으로 나타내어지는 유기 화합물인 1,5CzP2PA가 얻어진 것을 알았다.
1H NMR(Cl2CDCDCl2, 300MHz):δ=7.21-7.56(m,34H), 7.72(dd, J1=8.4Hz, J2=1.5Hz, 2H), 8.18(d, J1=7.5Hz, 4H)
다음에, 1,5CzP2PA의 톨루엔 용액 및 고체 박막의 자외 가시 흡수 스펙트럼(이하, 단순히 "흡수 스펙트럼"이라고 함) 및 발광 스펙트럼을 측정하였다. 고체 박막은 석영 기판 위에 진공 증착법으로 제작하였다. 흡수 스펙트럼의 측정에는 자외 가시 분광 광도계(JASCO Corporation 제조, V-550형)를 사용하였다. 또한, 발광 스펙트럼의 측정에는 형광 광도계(Hamamatsu Photonics K.K. 제조, FS920)를 사용하였다. 얻어진 톨루엔 용액의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼의 측정 결과를 도 35의 (A)에 나타내었다. 가로축은 파장, 세로축은 흡수 강도를 나타낸다. 또한, 고체 박막의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼의 측정 결과를 도 35의 (B)에 나타내었다. 가로축은 파장, 세로축은 흡수 강도를 나타낸다. 또한, 도 35의 (A), 도 35의 (B)에 나타낸 흡수 스펙트럼은, 용액의 경우에는 톨루엔 용액을 석영 셀에 넣고 측정한 흡수 스펙트럼으로부터, 톨루엔만을 석영 셀에 넣고 측정한 흡수 스펙트럼을 뺀 결과를 나타낸다. 또한, 박막의 경우에는, 1,5CzP2PA(약칭)를 증착한 석영 기판의 흡수 스펙트럼으로부터 석영 기판의 흡수 스펙트럼을 뺀 흡수 스펙트럼을 나타낸다.
도 35의 (A), 도 35의 (B)에 나타낸 결과로부터, 1,5CzP2PA는 용액의 경우에는, 283nm, 294nm, 329nm, 343nm, 380nm, 405nm, 및 423nm 부근에 흡수 피크를 갖고, 459nm 및 483nm 부근에 발광 피크를 가졌다(여기 파장 405nm). 또한, 박막의 경우에는, 219nm, 236nm, 250nm, 277nm, 286nm, 296nm, 320nm, 331nm, 346nm, 및 415nm 부근에 흡수 피크를 갖고, 477nm 및 500nm 부근에 발광 피크를 가졌다(여기 파장 430nm).
이로부터, 유기 화합물인 1,5CzP2PA는 청색 형광 발광 재료로서 사용할 수 있는 것을 알았다.
또한, 1,5CzP2PA를 액체 크로마토그래프 질량 분석(Liquid Chromatography Mass Spectrometry(약칭: LC/MS 분석))에 의하여 질량(MS) 분석하였다. 측정 결과를 도 36에 나타내었다.
LC/MS 분석에서는 LC(액체 크로마토그래피) 분리를 Waters Corporation제의 Acquity UPLC(등록 상표)에 의하여 수행하고, MS 분석(질량 분석)을 Waters Corporation제의 Xevo G2 Tof MS에 의하여 수행하였다.
LC 분리에는 Acquity UPLC BEH C8(2.1×100mm 1.7μm)을 칼럼으로서 사용하고, 아세토나이트릴과 0.1% 폼산 수용액의 혼합액을 이동상으로서 사용하였다.
MS 분석에서는, 일렉트로 스프레이 이온화법(ElectroSpray Ionization(약칭: ESI))에 의한 이온화를 수행하고, 포지티브 모드로 검출하였다. 또한, 이온화된 성분은 충돌실(collision cell) 내에서 아르곤 가스와 충돌시켜 프로덕트 이온으로 해리시켰다. 아르곤에 충돌시킬 때의 에너지(collision energy)는 50eV로 하였다. 또한, 측정하는 질량 범위는 m/z=100 내지 1120으로 하였다.
도 36의 결과로부터, 1,5CzP2PA는 수소 이온의 유무나 동위체의 존재에 기인하여, 주로 m/z=813 부근에서 전구 이온을 검출하고, m/z=569 부근, m/z=647 부근, m/z=735 부근에서 프로덕트 이온이 검출되는 것을 알았다. 도 36에 나타낸 결과는 1,5CzP2PA를 동정하는 데에 중요한 데이터라고 할 수 있다.
또한, m/z=569 부근의 프로덕트 이온은 1,5CzP2PA에서의 카바졸릴기 및 페닐기가 하나씩 탈리된 상태의 양이온이라고 추정되고, 1,5CzP2PA가 카바졸릴기 및 페닐기를 포함하는 것을 시사하는 것이다.
또한, m/z=647 부근의 프로덕트 이온은 1,5CzP2PA에서의 카바졸릴기가 하나 탈리된 상태의 양이온이라고 추정되고, 1,5CzP2PA가 카바졸릴기를 포함하는 것을 시사하는 것이다.
또한, m/z=735 부근의 프로덕트 이온은 1,5CzP2PA에서의 페닐기가 하나 탈리된 상태의 양이온이라고 추정되고, 1,5CzP2PA가 페닐기를 포함하는 것을 시사하는 것이다.
(실시예 3)
≪합성예 2≫
본 합성예에서는, 유기 화합물인 1,5-비스[4-(9H-카바졸-9-일)페닐]안트라센(약칭: 1,5CzP2A)(구조식(100))의 합성 방법에 대하여 설명한다. 또한, 1,5CzP2A의 구조를 이하에 나타낸다.
[화학식 26]
<1,5CzP2A의 합성>
1.2g(3.6mmol)의 1,5-다이브로모안트라센, 2.3g(7.9mmol)의 4-(9H-카바졸-9-일)페닐보론산, 2.2g(16mmol)의 탄산 포타슘, 30mL의 톨루엔, 10mL의 에탄올, 8mL의 물, 및 83mg(71μmol)의 테트라키스(트라이페닐포스핀)팔라듐(0)의 혼합물을, 질소 기류하, 90℃에서 14시간 동안 교반하였다.
교반 후, 혼합물을 여과하여, 얻어진 고체를 물, 에탄올로 세척하고, 회수하였다. 이 고체를 실리카 겔 칼럼 크로마토그래피(전개 용매: 톨루엔)로 정제하여 고체를 얻었다. 얻어진 고체를 재결정하여, 담황색 고체를 2.0g, 수율 86%로 얻었다.
얻어진 고체 2.0g을 압력 2.7Pa, 아르곤 기류하, 343℃에서 트레인 서블리메이션법에 의하여 승화 정제하였다. 승화 정제 후, 담황색 고체를 1.8g, 회수율 90%로 얻었다. 또한, 상기 합성 방법을 나타내는 합성 스킴을 하기 식(a)에 나타낸다.
[화학식 27]
또한, 상기 합성 방법으로 얻어진 담황색 고체를 핵자기 공명 분광법(1H-NMR)에 의하여 분석한 결과를 이하에 나타낸다. 또한, 1H-NMR 차트를 도 37에 나타내었다. 이 결과로부터, 본 합성예에서, 상술한 구조식(100)으로 나타내어지는 유기 화합물인 1,5CzP2A가 얻어진 것을 알았다.
1H-NMR(CDCl3, 300MHz):δ=7.36(t, J1=7.8Hz, 4H), 7.51(t, J1=8.4Hz, 4H), 7.57(s, 2H), 7.58(dd, J1=6.9Hz, J2=11.7Hz, 2H), 7.65(d, J1=7.8Hz, 4H), 7.80(d, J1=8.4Hz, 4H), 7.88(d, J1=8.7Hz, 4H), 8.07(dd, J1=2.4Hz, J2=6.6Hz, 2H), 8.22(d, J1=7.5Hz, 4H), 8.72(s, 2H).
다음에, 1,5CzP2A의 톨루엔 용액 및 고체 박막의 자외 가시 흡수 스펙트럼(이하, 단순히 "흡수 스펙트럼"이라고 함) 및 발광 스펙트럼을 측정하였다. 용액 및 고체 박막의 측정법은 실시예 2와 마찬가지로 수행하였다. 얻어진 톨루엔 용액의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼의 측정 결과를 도 38의 (A)에 나타내었다. 가로축은 파장, 세로축은 흡수 강도를 나타낸다. 또한, 고체 박막의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼의 측정 결과를 도 38의 (B)에 나타내었다. 가로축은 파장, 세로축은 흡수 강도를 나타낸다. 또한, 도 38의 (A), 도 38의 (B)에 나타낸 흡수 스펙트럼은, 용액의 경우에는 톨루엔 용액을 석영 셀에 넣고 측정한 흡수 스펙트럼으로부터, 톨루엔만을 석영 셀에 넣고 측정한 흡수 스펙트럼을 뺀 결과를 나타내었다. 또한, 박막의 경우에는, 1,5CzP2A(약칭)를 증착한 석영 기판의 흡수 스펙트럼으로부터, 석영 기판의 흡수 스펙트럼을 뺀 흡수 스펙트럼을 나타내었다.
도 38의 (A)의 결과로부터, 1,5CzP2A의 톨루엔 용액에서는, 287nm, 293nm, 327nm, 341nm, 359nm, 378nm, 및 397nm 부근에 흡수 피크가 확인되고, 425nm 및 448nm 부근에 발광 파장의 피크가 확인되었다(여기 파장 379nm). 또한, 도 38의 (B)의 결과로부터, 1,5CzP2A의 박막 고체에서는, 265nm, 286nm, 296nm, 314nm, 331nm, 345nm, 369nm, 387nm, 및 404nm 부근에 흡수 피크가 확인되고, 462nm 부근에 발광 파장의 피크가 확인되었다(여기 파장 345nm).
이로부터, 유기 화합물인 1,5CzP2A는 청색 형광 발광 재료로서 사용할 수 있는 것을 알았다.
다음에, LC/MS 분석을 수행하였다. 측정 결과를 도 39에 나타내었다.
LC/MS 분석에서는 LC(액체 크로마토그래피) 분리를 Waters Corporation제의 Acquity UPLC(등록 상표)에 의하여 수행하고, MS 분석(질량 분석)을 Waters Corporation제의 Xevo G2 Tof MS에 의하여 수행하였다.
LC 분리에는 Acquity UPLC BEH C8(2.1×100mm 1.7μm)을 칼럼으로서 사용하고, 아세토나이트릴과 0.1% 폼산 수용액의 혼합액을 이동상으로서 사용하였다.
MS 분석에서는, 일렉트로 스프레이 이온화법(ElectroSpray Ionization(약칭: ESI))에 의한 이온화를 수행하고, 포지티브 모드로 검출하였다. 또한, 이온화된 성분은 충돌실(collision cell) 내에서 아르곤 가스와 충돌시켜 프로덕트 이온으로 해리시켰다. 아르곤에 충돌시킬 때의 에너지(collision energy)는 50eV로 하였다. 또한, 측정하는 질량 범위는 m/z=100 내지 1200으로 하였다.
결과로부터, 1,5CzP2A는 m/z=661 부근에서 전구 이온을 검출하고, m/z=495 부근, m/z=707 부근에서 프로덕트 이온이 검출되는 것을 알았다. 또한, 이 결과는 1,5CzP2A에서 유래하는 특징적인 결과를 나타낸 것이기 때문에, 혼합물 중에 포함되는 1,5CzP2A를 동정하는 데에 중요한 데이터라고 할 수 있다.
또한, m/z=495 부근의 프로덕트 이온은, C38H25N·+로 나타내어지는, 카바졸이 하나 탈리된 라디칼의 수소 이온 부가체라고 추정되고, m/z=707 부근의 프로덕트 이온은 아세토나이트릴 및 수소 이온 부가체라고 추정되었다. 이는 1,5CzP2A가 끝에 카바졸 골격을 포함하는 것, 아세토나이트릴이 부가되기 쉬운 것을 시사하는 것이다. 또한, 아세토나이트릴을, 분석할 때의 샘플 조정이나 이동상에 사용하였다. 또한, 프로톤의 부가체, 탈리체로서 프로덕트 이온의 ±1이 검출될 가능성도 있다.
(실시예 4)
≪합성예 3≫
본 합성예에서는, 유기 화합물인 1,8-비스[4-(9H-카바졸-9-일)페닐]안트라센(약칭: 1,8CzP2A)(구조식(110))의 합성 방법에 대하여 설명한다. 또한, 1,8CzP2A의 구조를 이하에 나타낸다.
[화학식 28]
<1,8CzP2A의 합성>
200mL 3구 플라스크에 1.2g(3.7mmol)의 1,8-다이브로모안트라센, 2.3g(8.1mmol)의 4-(9H-카바졸-9-일)페닐보론산, 2.2g(16mmol)의 탄산 포타슘, 30mL의 톨루엔, 10mL의 에탄올, 8mL의 물, 및 85mg(74μmol)의 테트라키스(트라이페닐포스핀)팔라듐(0)의 혼합물을, 질소 기류하, 90℃에서 14시간 동안 교반하였다.
교반 후, 혼합물을 여과하여, 얻어진 고체를 물, 에탄올로 세척하고, 회수하였다. 이 고체를 실리카 겔 칼럼 크로마토그래피(전개 용매: 톨루엔)로 정제하여 고체를 얻었다. 얻어진 고체를 톨루엔을 사용하여 재결정하여, 담황색 고체를 2.3g, 수율 93%로 얻었다. 얻어진 고체 2.2g을 압력 2.9Pa, 아르곤 기류하, 295℃에서 트레인 서블리메이션법에 의하여 승화 정제하였다. 승화 정제 후, 담황색 고체를 1.9g, 회수율 83%로 얻었다. 또한, 상기 합성 방법을 나타내는 합성 스킴을 하기 식(b)에 나타낸다.
[화학식 29]
또한, 상기 합성 방법으로 얻어진 담황색 고체를 핵자기 공명 분광법(1H-NMR)에 의하여 분석한 결과를 이하에 나타낸다. 또한, 1H-NMR 차트를 도 40에 나타내었다. 이 결과로부터, 상술한 구조식(110)으로 나타내어지는 유기 화합물인 1,8CzP2A가 얻어진 것을 알았다.
1H-NMR(CDCl3, 300MHz):δ=6.88(t, J1=7.2Hz, 4H), 7.08(t, J1=7.8Hz, 4H), 7.31(d, J1=8.1Hz, 4H), 7.55(dd, J1=1.5Hz, J2=6.9Hz, 2H), 7.60-7.68(m, 6H), 7.80(d, J1=8.1Hz, 4H), 8.03(d, J1=7.8Hz, 4H), 8.14(d, J1=7.8Hz, 2H), 8.66(s, 1H), 8.95(s, 1H).
다음에, 1,8CzP2A의 톨루엔 용액 및 고체 박막의 자외 가시 흡수 스펙트럼(이하, 단순히 "흡수 스펙트럼"이라고 함) 및 발광 스펙트럼을 측정하였다. 용액 및 고체 박막의 측정법은 실시예 2와 마찬가지로 수행하였다. 얻어진 톨루엔 용액의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼의 측정 결과를 도 41의 (A)에 나타내었다. 가로축은 파장, 세로축은 흡수 강도를 나타낸다. 또한, 고체 박막의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼의 측정 결과를 도 41의 (B)에 나타내었다. 가로축은 파장, 세로축은 흡수 강도를 나타낸다.
도 41의 (A)의 결과로부터, 1,8CzP2A의 톨루엔 용액에서는, 287nm, 294nm, 328nm, 341nm, 361nm, 380nm, 및 399nm 부근에 흡수 피크가 확인되고, 423nm 및 445nm 부근에 발광 파장의 피크가 확인되었다(여기 파장 381nm). 또한, 도 41의 (B)의 결과로부터, 1,8CzP2A의 박막 고체에서는, 265nm, 286nm, 296nm, 315nm, 331nm, 344nm, 370nm, 388nm, 및 404nm 부근에 흡수 피크가 확인되고, 468nm 부근에 발광 파장의 피크가 확인되었다(여기 파장 345nm).
이로부터, 유기 화합물인 1,8CzP2A는 청색 형광 발광 재료로서 사용할 수 있는 것을 알았다.
다음에, LC/MS 분석을 수행하였다. 측정 방법은 실시예 2와 마찬가지이다. 측정 결과를 도 42에 나타내었다.
결과로부터, 1,8CzP2A는 m/z=661 부근에서 전구 이온을 검출하고, m/z=243 부근, m/z=329, m/z=495 부근에서 프로덕트 이온이 검출되는 것을 알았다. 또한, 이 결과는 1,8CzP2A에서 유래하는 특징적인 결과를 나타낸 것이기 때문에, 혼합물 중에 포함되는 1,8CzP2A를 동정하는 데에 중요한 데이터라고 할 수 있다.
또한, m/z=243 부근의 프로덕트 이온은, C18H13N·+로 나타내어지는, 페닐카바졸의 라디칼의 프로톤 부가체라고 추정되고, m/z=329 부근의 프로덕트 이온은, C26H172·+로 나타내어지는, 카바졸이 2개 탈리된 바이라디칼의 수소 이온 부가체라고 추정되고, m/z=495 부근의 프로덕트 이온은, C38H25N·+로 나타내어지는, 카바졸이 하나 탈리된 라디칼의 수소 이온 부가체라고 추정되었다. 이는 1,8CzP2A가 끝에 카바졸 골격을 2개 갖고, 페닐카바졸 골격을 포함하는 것을 시사하는 것이다. 또한, 프로톤의 부가, 탈리체로서 프로덕트 이온의 ±1이 검출될 가능성도 있다.
(실시예 5)
본 실시예에서는 발광 소자를 제작하고, 그 특성을 나타낸다. 본 실시예에서는, 실시예 1에 나타낸 발광 소자 5의 발광층을 1,5CzP2PA 및 도펀트(발광 물질)인 9,10mMemFLPA2A로 바꿔 제작한 발광 소자 6을 사용하였다. 또한, 발광 소자 6의 제작에 대해서는 도 22를 사용하여 설명한다. 또한, 본 실시예에서 사용되는 재료의 화학식을 이하에 나타낸다.
[화학식 30]
≪발광 소자 6의 제작≫
실시예 1에서 설명한 발광 소자 5와 마찬가지로 발광 소자 6을 제작하였다. 또한, 발광 소자 6의 경우에는 1,5CzP2PA 및 도펀트(발광 물질)인 9,10mMemFLPA2A를, 1,5CzP2PA:9,10mMemFLPA2A=1:0.05(질량비)가 되도록 공증착하여, 막 두께 25nm로 발광층(913)을 형성하였다.
이상에 의하여 얻어진 발광 소자 6의 소자 구조를 표 4에 나타낸다.
[표 4]
<발광 소자의 지연 형광 측정>
상기 발광 소자 6에 대하여 지연 형광 측정을 수행하였다. 측정은 실시예 1과 마찬가지로 수행하였다. 측정 결과를 도 43에 나타내었다.
측정의 결과, 발광 소자 6으로부터 얻어지는 지연 형광 성분은 약 10%로 산출되었다. 즉, 5% 이상의 지연 형광 성분이 관측되었다. 본 발명의 일 형태에 따른 1,5CzP2PA는 효율적으로 TTA를 일으키는 재료라고 할 수 있다. 이는 1,5CzP2PA의 진동자 강도(f)가 큰 것이 요인의 하나로서 시사된다.
≪발광 소자 6의 동작 특성≫
1000cd/m2 부근에서의 발광 소자 6의 주된 초기 특성값을 이하의 표 5에 나타낸다.
[표 5]
표 5로부터, 본 발명의 일 형태에 따른 1,5CzP2PA를 호스트로서 사용한 발광 소자 6이 구동 전압이 낮고, 효율이 높은 발광 소자인 것을 알았다.
또한, 발광 소자 6에 12.5mA/cm2의 전류 밀도로 전류를 흘렸을 때의 발광 스펙트럼을 도 44에 나타내었다. 도면으로부터, 도펀트 재료인 9,10mMemFLPA2A 유래의 녹색 발광이 얻어지는 것을 알 수 있다. 즉, 본 발명의 일 형태에 따른 1,5CzP2PA는 녹색 형광 도펀트의 호스트로서 적합한 것을 알았다.
101: 제 1 전극
102: EL층
103: 제 2 전극
111: 정공 주입층
112: 정공 수송층
113: 발광층
114: 전자 수송층
115: 전자 주입층
201: 제 1 전극
202(1): 제 1 EL층
202(2): 제 2 EL층
202(n-1): 제 (n-1) EL층
202(n): 제 (n) EL층
204: 제 2 전극
205(1) 내지 205(n-1): 전하 발생층
301: 소자 기판
302: 화소부
303: 구동 회로부(소스선 구동 회로)
304a, 304b: 구동 회로부(게이트선 구동 회로)
305: 밀봉재
306: 밀봉 기판
307: 배선
308: FPC(플렉시블 프린트 서킷)
309: FET
310: FET
312: 전류 제어용 FET
313a, 313b: 제 1 전극(양극)
314: 절연물
315: EL층
316: 제 2 전극(음극)
317a, 317b: 발광 소자
318: 공간
320a, 320b: 도전막
321, 322: 영역
323: 리드 배선
324: 유색층(컬러 필터)
325: 흑색층(블랙 매트릭스)
326, 327, 328: FET
401: 기판
402: 제 1 전극
404: 제 2 전극
403a, 403b, 403c: EL층
405: 발광 소자
406: 절연막
407: 격벽
501: 안트라센 골격
502: 카바졸 골격
600: 표시 장치
603: 표시부
604: 화소
605: 도전막
606) 위치
607: 개구부
610: 액정 소자
611: 발광 소자
615: 트랜지스터
616: 트랜지스터
617: 트랜지스터
618: 단자부
619: 단자부
621: 기판
622: 기판
623: 발광 소자
624: 액정 소자
625: 절연층
628: 착색층
629: 접착층
630: 도전층
631: EL층
632: 도전층
633: 개구부
634: 착색층
635: 차광층
636: 구조체
637: 도전층
638: 액정
639: 도전층
640: 배향막
641: 배향막
642: 접착층
643: 도전층
644: FPC
645: 접속층
646: 절연층
647: 접속부
648: 접속체
900: 기판
901: 제 1 전극
902: EL층
903: 제 2 전극
911: 정공 주입층
912: 정공 수송층
913: 발광층
914: 전자 수송층
915: 전자 주입층
2000: 터치 패널
2000': 터치 패널
2501: 표시 패널
2502R: 화소
2502t: 트랜지스터
2503c: 용량 소자
2503g: 주사선 구동 회로
2503t: 트랜지스터
2509: FPC
2510: 기판
2511: 배선
2519: 단자
2521: 절연층
2528: 절연체
2550R: 발광 소자
2560: 밀봉층
2567BM: 차광층
2567p: 반사 방지층
2567R: 착색층
2570: 기판
2590: 기판
2591: 전극
2592: 전극
2593: 절연층
2594: 배선
2595: 터치 센서
2597: 접착층
2598: 배선
2599: 단자
2601: 펄스 전압 출력 회로
2602: 전류 검출 회로
2603: 용량
2611: 트랜지스터
2612: 트랜지스터
2613: 트랜지스터
2621: 전극
2622: 전극
3200: 기판
3201: 음극
3202: EL층
3203: 양극
3213: 발광층
3214: 전자 주입층
3215: 정공 수송층
3216: 정공 주입층
3217: 절연물
3300: 헤드부
3301a: 분사부
3301c: 분사부
3302a: 압전 소자
3302c: 밀봉 소자
3303a: 잉크
3303c: 잉크
4000: 조명 장치
4001: 기판
4002: 발광 소자
4003: 기판
4004: 전극
4005: EL층
4006: 전극
4007: 전극
4008: 전극
4009: 보조 배선
4010: 절연층
4011: 밀봉 기판
4012: 밀봉재
4013: 건조제
4015: 확산판
4100: 조명 장치
4200: 조명 장치
4201: 기판
4202: 발광 소자
4204: 전극
4205: EL층
4206: 전극
4207: 전극
4208: 전극
4209: 보조 배선
4210: 절연층
4211: 밀봉 기판
4212: 밀봉재
4213: 배리어막
4214: 평탄화막
4215: 확산판
4300: 조명 장치
5101: 라이트
5102: 휠
5103: 도어
5104: 표시부
5105: 핸들
5106: 시프트 레버
5107: 좌석 시트
5108: 백미러
7100: 텔레비전 장치
7101: 하우징
7103: 표시부
7105: 스탠드
7107: 표시부
7109: 조작 키
7110: 리모트 컨트롤러
7201: 본체
7202: 하우징
7203: 표시부
7204: 키보드
7205: 외부 접속 포트
7206: 포인팅 디바이스
7302: 하우징
7304: 표시부
7305: 시각을 나타내는 아이콘
7306: 그 이외의 아이콘
7311: 조작 버튼
7312: 조작 버튼
7313: 접속 단자
7321: 밴드
7322: 버클
7400: 휴대 전화기
7401: 하우징
7402: 표시부
7403: 조작용 버튼
7404: 외부 접속부
7405: 스피커
7406: 마이크로폰
7407: 카메라
7500(1), 7500(2): 하우징
7501(1), 7501(2): 제 1 면
7502(1), 7502(2): 제 2 면
8001: 조명 장치
8002: 조명 장치
8003: 조명 장치
9310: 휴대 정보 단말
9311: 표시부
9312: 표시 영역
9313: 힌지
9315: 하우징

Claims (5)

  1. 발광층을 포함하는 발광 소자로서,
    상기 발광층이 호스트 재료와 도펀트를 포함하고,
    상기 호스트 재료는 적어도 2개의 치환기를 포함하는 안트라센 골격을 포함하는 유기 화합물이고,
    상기 유기 화합물의 T1 준위로부터 Tn 준위로의 전이 쌍극자 모멘트의 방향이 상기 안트라센 골격의 장축 및 상기 안트라센 골격의 단축의 성분으로 구성되고,
    상기 T1 준위로부터 Tn 준위로의 전이 쌍극자 모멘트의 방향이 시간 의존 밀도 범함수법을 사용한 계산으로부터 얻어지는, 발광 소자.
  2. 발광층을 포함하는 발광 소자로서,
    상기 발광층이 호스트 재료와 도펀트를 포함하고,
    상기 호스트 재료는 적어도 2개의 치환기를 포함하는 안트라센 골격을 포함하는 유기 화합물이고,
    상기 유기 화합물의 T1 준위로부터 Tn 준위로의 전이 쌍극자 모멘트의 방향이 상기 안트라센 골격의 장축 및 상기 안트라센 골격의 단축의 성분으로 구성되고,
    상기 T1 준위로부터 Tn 준위로의 전이 쌍극자 모멘트의 방향이 시간 의존 밀도 범함수법을 사용한 계산으로부터 얻어지고,
    상기 T1 준위로부터 Tn 준위로의 전이 중 진동자 강도가 가장 큰 전이의 주요한 분자 궤도 사이의 전이의 전이 쌍극자 모멘트의 장축 방향의 상기 2개의 치환기의 성분이 동일한 방향에 있는, 발광 소자.
  3. 발광층을 포함하는 발광 소자로서,
    상기 발광층이 호스트 재료와 도펀트를 포함하고,
    상기 호스트 재료는 적어도 2개의 치환기를 포함하는 안트라센 골격을 포함하는 유기 화합물이고,
    상기 유기 화합물의 T1 준위로부터 Tn 준위로의 전이 쌍극자 모멘트의 방향이 상기 안트라센 골격의 장축 및 상기 안트라센 골격의 단축의 성분으로 구성되고,
    상기 T1 준위로부터 Tn 준위로의 전이 쌍극자 모멘트의 방향이 시간 의존 밀도 범함수법을 사용한 계산으로부터 얻어지고,
    상기 T1 준위로부터 Tn 준위로의 전이 중 진동자 강도가 가장 큰 전이의 주요한 분자 궤도 사이의 전이의 전이 쌍극자 모멘트의 장축 방향의 상기 2개의 치환기의 성분이 동일한 방향에 있고,
    상기 2개의 치환기가 동일한 치환기인, 발광 소자.
  4. 삭제
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발광 소자로부터 5% 이상의 지연 형광 성분이 관측되는, 발광 소자.
KR1020220110476A 2016-07-20 2022-09-01 발광 소자 KR102679425B1 (ko)

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