KR20110124177A

KR20110124177A - 발광장치

Info

Publication number: KR20110124177A
Application number: KR1020110097936A
Authority: KR
Inventors: 츠네노리 스즈키; 사토시 세오
Original assignee: 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼
Priority date: 2006-06-02
Filing date: 2011-09-28
Publication date: 2011-11-16
Also published as: EP1863105A2; JP2017017037A; JP6012783B2; TWI655878B; KR20110124176A; US10937981B2; JP2012199588A; CN102227016B; JP5443545B2; TW201212715A; CN101083307A; TWI571176B; CN102227016A; US11631826B2; US20210184150A1; TW201724914A; US20080006821A1; JP2015111584A; KR20070115626A; JP5689946B2

Abstract

수명이 긴 발광소자를 제공하는 것을 과제로 한다. 또한 수명이 긴 발광장치 및 전자기기를 제공하는 것을 과제로 한다. 제1 전극과, 제2 전극과, 제1 전극과 제2 전극 사이의 제1 층과, 제1 층과 제2 전극 사이의 제2 층을 가지는 발광장치를 제공한다. 제1 층은 제1 광을 방출하는 제1 유기화합물과, 전자수송성을 가지는 제2 유기화합물을 포함한다. 제2 층은 제2 광을 방출하고 전자 트랩성을 가지는 제3 유기화합물과, 전자수송성을 가지는 제4 유기화합물을 포함한다.

Description

발광장치{LIGHT-EMITTING DEVICE}

본 발명은, 전류여기형 발광소자에 관한 것이다. 또한 발광소자를 가지는 발광장치, 전자기기에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 색 순도가 뛰어나고, 수명이 긴 발광소자에 관한 것이다. 또한, 색 순도가 뛰어나고, 수명이 긴 발광장치 및 전자기기에 관한 것이다.

최근, 일렉트로루미네선스(electroluminescence)를 이용한 발광소자의 연구 개발이 활발히 진행되고 있다. 이들 발광소자의 기본적인 구성은, 한 쌍의 전극 사이에 발광성 물질을 포함한 층을 개재한 것이다. 이 소자에 전압을 인가함으로써, 발광성 물질로부터의 발광을 얻을 수 있다.

이러한 발광소자는 자발광형이기 때문에, 액정 모니터에 비해 화소의 시인성이 높고, 백라이트가 요구되지 않는 등의 이점이 있고, 플랫 패널 디스플레이 소자로서 적합하다고 여겨지고 있다. 또한 이러한 발광소자는, 초경량으로 제조할 수 있다는 것도 큰 이점이다. 또한 상당히 응답 속도가 빠른 것도 하나의 특징이다.

또한 이들 발광소자는 막 향상으로 형성할 수 있으므로, 대면적의 소자를 형성함으로써, 면 형상의 발광을 용이하게 얻을 수 있다. 이것은, 백열전구나 LED로 대표되는 점광원, 혹은 형광 등으로 대표되는 선광원으로는 얻기 어려운 특색이기 때문에, 조명 등에 응용할 수 있는 면광원으로서의 이용 가치도 높다.

일렉트로루미네선스를 이용한 발광소자는, 발광성 물질이 유기화합물인지, 무기화합물인지에 따라 대별할 수 있는데, 본 발명에서는, 발광성 물질에 유기화합물을 사용한다.

그 경우, 발광소자에 전압을 인가함으로써, 한 쌍의 전극으로부터 전자 및 정공이 각각 발광성 유기화합물을 포함한 층으로 주입되어, 전류가 흐른다. 그리고, 그들 캐리어(전자 및 정공)가 재결합함으로써, 발광성 유기화합물이 여기상태를 형성하고, 그 여기상태가 기저상태로 되돌아올 때에 발광한다. 이러한 메커니즘으로부터, 이러한 발광소자는, 전류여기형 발광소자라고 불린다.

이때, 유기화합물이 형성하는 여기상태의 종류로서, 단일항 여기상태와 삼중항 여기상태가 가능한데, 단일항 여기상태로부터의 발광은 형광, 삼중항 여기상태로부터의 발광은 인광이라고 불리고 있다.

이러한 발광소자에 있어서는, 그 소자특성을 향상시키는 데 있어서, 재료에 의존하는 문제가 많고, 이것들을 극복하기 위해 소자구조의 개량이나 재료 개발 등이 이루어지고 있다.

예를 들면, 특허문헌 1에서는, 발광층을 2층으로 하고, 색 계통이 다른 형광성 물질을 복수 종류 도핑함으로써, 색 안정성을 확보하고, 수명이 긴 유기EL소자를 개시하고 있다. 그러나, 특허문헌 1에서는, 색 계통이 다른 형광성 물질을 복수 종류 도핑하기 때문에, 색 안정성이 좋은 백색 발광을 얻을 수는 있지만, 색 순도가 좋은 발광은 얻을 수 있다.

또한, 발광성 유기화합물을 사용한 발광소자는, 발광성 무기화합물을 사용한 발광소자에 비해, 저전압에서의 구동은 가능하지만, 소자의 수명이 짧다는 문제가 있다. 따라서, 발광소자의 수명 연장이 더욱 기대되고 있다.

[특허문헌 1] 일본국 공개특허공보 특개 2000-68057호

따라서, 본 발명은 발광성 물질로서 유기화합물을 사용한 경우에 있어서, 색 순도가 뛰어나고 수명이 긴 발광소자를 제공하는 것을 과제로 한다. 또한, 색 순도가 뛰어나고 수명이 긴 발광장치 및 전자기기를 제공하는 것을 과제로 한다.

본 발명자들은, 연구에 주력한 결과, 발광 영역을 발광층의 중앙 부근으로 함으로써, 과제를 해결할 수 있다는 것을 알아냈다. 즉, 두 전극 사이에 정공수송층과 전자수송층이 있는 경우에는, 발광 영역을 발광층과 정공수송층의 계면이나 발광층과 전자수송층의 계면이 아닌, 발광층의 중앙 부근으로 함으로써 과제를 해결할 수 있다는 것을 알아냈다. 또한, 정공수송층과 전자수송층이 없는 경우에도, 두 전극과 발광층의 계면이 아닌, 발광층의 중앙 부근으로 함으로써, 과제를 해결할 수 있다는 것을 알아냈다. 본 발명은 이상과 같은 발견에 근거하여 개발된 것으로, 본 발명의 발광소자에는 많은 형태가 있다.

그 중의 제1 형태는, 제1 전극과 제2 전극 사이에 발광층을 가지고, 발광층은, 제1 층과 제2 층을 가지고, 제1 층은, 제1 유기화합물과, 제2 유기화합물을 가지고, 제2 층은, 제3 유기화합물과, 제4 유기화합물을 가지고, 제1 층은, 제2 층의 제1 전극 측에 설치되어 있고, 제2 유기화합물은 전자수송성을 가지고, 제3 유기화합물은 전자 트랩성을 가지고, 제4 유기화합물은 전자수송성을 가지고, 제1 유기화합물의 발광색과 제3 유기화합물의 발광색은, 같은 색 계통이며, 제1 전극의 전위가 제2 전극의 전위보다 높아지도록, 제1 전극과 제2 전극에 전압을 인가함으로써, 제1 유기화합물로부터의 발광이 얻어지는 것을 특징으로 하는 발광소자다.

제2 형태는, 제1 전극과 제2 전극 사이에, 발광층을 가지고, 발광층은, 제1 층과 제2 층을 가지고, 제1 층은, 제1 유기화합물과, 제2 유기화합물을 가지고, 제2 층은, 제3 유기화합물과, 제4 유기화합물을 가지고, 제1 층은, 제2 층의 제1 전극 측에 설치되어 있고, 제2 유기화합물은 전자수송성을 가지고, 제3 유기화합물은 제4 유기화합물의 최저 공궤도 준위보다 0.3eV 이상 낮은 최저 공궤도 준위를 가지고, 제4 유기화합물은 전자수송성을 가지고, 제1 유기화합물의 발광색과 제3 유기화합물의 발광색은, 같은 색 계통이며, 제1 전극의 전위가 제2 전극의 전위보다 높아지도록, 제1 전극과 제2 전극에 전압을 인가함으로써, 제1 유기화합물로부터의 발광이 얻어지는 것을 특징으로 하는 발광소자다.

제3 형태는, 제1 전극과 제2 전극 사이에, 발광층을 가지고, 발광층은, 제1 층과 제2 층을 가지고, 제1 층은, 제1 유기화합물과, 제2 유기화합물을 가지고, 제2 층은, 제3 유기화합물과, 제4 유기화합물을 가지고, 제1 층은, 제2 층의 제1 전극 측에 설치되어 있고, 제2 유기화합물은 전자수송성을 가지고, 제3 유기화합물은 제4 유기화합물의 최저 공궤도 준위보다 0.3eV 이상 낮은 최저 공궤도 준위를 가지고, 제4 유기화합물은 전자수송성을 가지고, 제1 유기화합물의 발광스펙트럼의 피크치와, 제3 유기화합물의 발광스펙트럼의 피크치의 차는 0nm 이상, 30nm 이내이며, 제1 전극의 전위가 제2 전극의 전위보다 높아지도록, 제1 전극과 제2 전극에 전압을 인가함으로써, 제1 유기화합물로부터의 발광이 얻어지는 것을 특징으로 하는 발광소자다.

제4 형태는, 제1 전극과 제2 전극 사이에, 전자수송층과 정공수송층을 가지고, 전자수송층과 정공수송층 사이에, 제1 층과 제2 층을 가지고, 제1 층은, 제1 유기화합물과, 제2 유기화합물을 가지고, 제2 층은, 제3 유기화합물과, 제4 유기화합물을 가지고, 제1 층은, 제2 층의 제1 전극 측에 설치되어 있고, 제2 유기화합물은 전자수송성을 가지고, 제3 유기화합물은 전자 트랩성을 가지고, 제4 유기화합물은 전자수송성을 가지고, 제1 유기화합물의 발광색과 제3 유기화합물의 발광색은, 같은 색 계통이며, 제1 전극의 전위가 제2 전극의 전위보다 높아지도록, 제1 전극과 제2 전극에 전압을 인가함으로써, 제1 유기화합물로부터의 발광이 얻어지는 것을 특징으로 하는 발광소자다.

제5 형태는, 제1 전극과 제2 전극 사이에, 전자수송층과 정공수송층을 가지고, 전자수송층과 정공수송층 사이에, 제1 층과 제2 층을 가지고, 제1 층은, 제1 유기화합물과, 제2 유기화합물을 가지고, 제2 층은, 제3 유기화합물과, 제4 유기화합물을 가지고, 제1 층은, 제2 층의 제1 전극 측에 설치되어 있고, 제2 유기화합물은 전자수송성을 가지고, 제3 유기화합물은 제4 유기화합물의 최저 공궤도 준위보다 0.3eV 이상 낮은 최저 공궤도 준위를 가지고, 제4 유기화합물은 전자수송성을 가지고, 제1 유기화합물의 발광색과 제3 유기화합물의 발광색은, 같은 색 계통이며, 제1 전극의 전위가 제2 전극의 전위보다 높아지도록, 제1 전극과 제2 전극에 전압을 인가함으로써, 제1 유기화합물로부터의 발광이 얻어지는 것을 특징으로 하는 발광소자다.

제6 형태는, 제1 전극과 제2 전극 사이에, 전자수송층과 정공수송층을 가지고, 전자수송층과 정공수송층 사이에, 제1 층과 제2 층을 가지고, 제1 층은, 제1 유기화합물과, 제2 유기화합물을 가지고, 제2 층은, 제3 유기화합물과, 제4 유기화합물을 가지고, 제1 층은, 제2 층의 제1 전극 측에 설치되어 있고, 제2 유기화합물은 전자수송성을 가지고, 제3 유기화합물은 제4 유기화합물의 최저 공궤도 준위보다 0.3eV 이상 낮은 최저 공궤도 준위를 가지고, 제4 유기화합물은 전자수송성을 가지고, 제1 유기화합물의 발광스펙트럼의 피크치와, 제3 유기화합물의 발광스펙트럼의 피크치의 차는 0nm 이상, 30nm 이내이며, 제1 전극의 전위가 제2 전극의 전위보다 높아지도록, 제1 전극과 제2 전극에 전압을 인가함으로써, 제1 유기화합물로부터의 발광이 얻어지는 것을 특징으로 하는 발광소자다.

상기 구성에 있어서, 제1 층과 제2 층은 접해서 설치되는 것이 바람직하다.

또한 본 발명은, 전술한 발광소자를 가지는 발광장치도 범주에 포함하는 것이다. 본 명세서에 있어서의 발광장치는, 화상표시 디바이스, 발광 디바이스, 혹은 광원(조명 장치를 포함한다)을 포함한다. 또한 발광소자가 형성된 패널에 커넥터, 예를 들면, FPC(Flexible printed circuit) 혹은 TAB(Tape Automated Bonding) 테이프, 혹은 TCP(Tape Carrier Package)가 부착된 모듈, TAB테이프나 TCP의 끝에 프린트 배선 기판이 설치된 모듈, 또는 발광소자에 COG(Chip On Glass)방식에 의해 IC(집적회로)가 직접 설치된 모듈 등도 모두 발광장치에 포함하는 것으로 한다. 또한, 발광소자가 그 발광을 제어하는 제어 수단을 구비하는 경우도 본 발명의 발광장치에 포함하는 것으로 한다.

또한 본 발명의 발광소자를 표시부에 사용한 전자기기도 본 발명의 범주에 포함하는 것으로 한다. 또한, 본 발명의 전자기기는, 표시부를 가지고, 표시부는, 전술한 발광소자와 발광소자의 발광을 제어하는 제어 수단을 구비한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 발광소자는, 발광층과 정공수송층의 계면 또는 발광층과 전자수송층의 계면이 아닌, 발광층의 중앙 부근에 발광 영역이 형성되기 때문에, 소자의 열화되기 어렵고, 수명이 긴 발광소자를 얻을 수 있다. 이때, 정공수송층과 전자수송층이 없는 경우에도, 두 전극과 발광층의 계면이 아닌, 발광층의 중앙 부근에 발광 영역을 형성함으로써, 동일한 효과를 얻을 수 있다.

또한 본 발명의 발광소자에 있어서, 제1 유기화합물의 발광색과 제3 유기화합물의 발광색은 동일 계열색이므로, 제1 유기화합물뿐만 아니라, 제3 유기화합물이 발광해도, 색 순도가 좋은 발광을 얻을 수 있다.

또한 본 발명의 발광소자를, 발광장치 및 전자기기에 적용함으로써, 색 순도가 뛰어나고, 수명이 긴 발광장치 및 전자기기를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 발광소자를 설명하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 발광소자를 설명하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 발광소자를 설명하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 발광장치를 설명하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 발광장치를 설명하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 전자기기를 설명하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 전자기기를 설명하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 조명 장치를 설명하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 조명 장치를 설명하는 도면이다.
도 10은 실시예의 발광소자를 설명하는 도면이다.
도 11은 실시예 1에서 제조한 발광소자의 전류밀도-휘도 특성을 도시한 도면이다.
도 12는 실시예 1에서 제조한 발광소자의 전압-휘도 특성을 도시한 도면이다.
도 13은 실시예 1에서 제조한 발광소자의 휘도-전류효율 특성을 도시한 도면이다.
도 14는 실시예 1에서 제조한 발광소자의 발광스펙트럼을 도시한 도면이다.
도 15는 실시예 2에서 제조한 발광소자의 전류밀도-휘도 특성을 도시한 도면이다.
도 16은 실시예 2에서 제조한 발광소자의 전압-휘도 특성을 도시한 도면이다.
도 17은 실시예 2에서 제조한 발광소자의 휘도-전류효율 특성을 도시한 도면이다.
도 18은 실시예 2에서 제조한 발광소자의 발광스펙트럼을 도시한 도면이다.
도 19는 Alq의 환원 반응 특성을 도시한 도면이다.
도 20은 DPQd의 환원 반응 특성을 도시한 도면이다.
도 21은 본 발명의 발광소자를 설명하는 도면이다.

본 발명의 실시의 형태에 대해서, 도면을 참조하여 이하에 설명한다. 단, 본 발명은 이하의 설명에 한정되지 않고, 본 발명의 취지 및 그 범위에서 일탈하는 않는 한 그 형태 및 상세한 내용을 다양하게 변경할 수 있다. 따라서, 본 발명이 이하에 나타내는 실시의 형태의 기재 내용에 한정해서 해석되는 것은 아니다.

한편, 본 명세서에 있어서, 복합이란, 단순히 2개의 재료를 혼합시킬 뿐만 아니라, 혼합함으로써 재료 사이에서의 전하의 교환이 이루어질 수 있는 상태가 되는 것을 말한다.

(실시의 형태 1)

본 발명의 발광소자의 일 형태에 대해서 도 1a를 참조해서 이하에 설명한다.

본 발명의 발광소자는, 한 쌍의 전극 사이에 복수의 층을 가진다. 그 복수의 층은, 전극으로부터 떨어진 곳에 발광 영역이 형성되도록, 즉 전극으로부터 떨어진 부위에서 캐리어의 재결합이 이루어지도록, 캐리어 주입성이 높은 물질이나 캐리어 수송성이 높은 물질로 이루어진 층을 조합해서 적층한 것이다.

본 형태에 있어서, 발광소자는, 제1 전극(102)과, 제2 전극(104)과, 제1 전극(102)과 제2 전극(104) 사이에 설치된 EL층(103)으로 구성되어 있다. 이때, 본 형태에서 제1 전극(102)은 양극으로서 기능하고, 제2 전극(104)은 음극으로서 기능하는 것으로 하여, 이하에 설명한다. 즉, 제1 전극(102)의 전위가 제2 전극(104)의 전위보다 높아지도록, 제1 전극(102)과 제2 전극(104)에 전압을 인가했을 때에, 발광이 얻어지는 것으로 하여, 이하에 설명한다.

기판(101)은 발광소자의 지지체로서 사용된다. 기판(101)으로는, 예를 들면, 유리, 또는 플라스틱 등을 사용할 수 있다. 또한, 발광소자의 제조 공정에 있어서 지지체로서 기능하는 것이면, 이들 이외의 것으로 해도 된다.

제1 전극(102)으로는, 일함수가 큰(구체적으로는 4.0eV 이상) 금속, 합금, 전기전도성 화합물, 및 이것들의 혼합물 등을 사용하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 예를 들면, 산화인듐-산화주석(ITO:Indium Tin Oxide), 규소 혹은 산화규소를 함유한 산화인듐-산화주석, 산화인듐-산화아연(IZO:Indium Zinc Oxide), 산화텅스텐 및 산화아연을 함유한 산화인듐(IWZO) 등을 들 수 있다. 이들 도전성 금속산화물막은, 보통 스퍼터에 의해 성막되지만, 졸-겔법 등을 응용해서 제조해도 상관없다. 예를 들면, 산화인듐-산화아연(IZO)은, 산화인듐에 대해 1∼20wt%의 산화아연을 가한 타겟을 사용해서 스퍼터링법에 의해 형성할 수 있다. 또한 산화텅스텐 및 산화아연을 함유한 산화인듐(IWZO)은, 산화인듐에 대하여 산화텅스텐을 0.5∼5wt%、산화아연을 0.1∼1wt% 함유한 타겟을 사용해서 스퍼터링법에 의해 형성할 수 있다. 이외에도, 금(Au), 백금(Pt), 니켈(Ni), 텅스텐(W), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 철(Fe), 코발트(Co), 구리(Cu), 팔라듐(Pd), 또는 금속재료의 질화물(예를 들면, 질화티탄:TiN) 등을 들 수 있다.

EL층(103)은, 층의 적층구조에 대해서는 특별히 한정되지 않고, 전자수송성이 높은 물질, 정공수송성이 높은 물질, 전자주입성이 높은 물질, 정공주입성이 높은 물질, 또는 바이폴라성(전자 및 정공의 수송성이 높은 물질) 물질 등으로 이루어진 층과, 본 실시의 형태에서 나타내는 발광층을 적절히 조합하여 구성하면 된다. 예를 들면, 정공주입층, 정공수송층, 발광층, 전자수송층, 전자주입층 등을 적절히 조합하여 구성할 수 있다. 각 층을 구성하는 재료에 대해서 이하에 구체적으로 나타낸다. 도 1에서는, 일례로서, 제1 전극(102), 정공수송층(112), 발광층(111), 전자수송층(113), 제2 전극(104)이 순차적으로 적층된 구성을 나타낸다.

제1 전극(102)과 정공수송층(112) 사이에 정공주입층을 설치해도 된다. 정공주입층은, 정공주입성이 높은 물질을 포함한 층이다. 정공주입성이 높은 물질로는, 몰리브덴산화물(MoOx)이나 바나듐산화물(VOx), 루테늄산화물(RuOx), 텅스텐산화물(WOx), 망간산화물(MnOx) 등을 사용할 수 있다. 이외에, 프탈로시아닌(약칭:H₂Pc)이나 구리 프탈로시아닌(CuPc) 등의 프탈로시아닌계 화합물, 또는 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)/폴리(3,4-스티렌 술폰산)(PEDOT/PSS) 등의 고분자 등에 의해도 정공주입층을 형성할 수 있다.

또한 정공주입층으로서, 정공수송성이 높은 물질에 억셉터성 물질을 함유시킨 복합재료를 사용할 수 있다. 이때, 정공수송성이 높은 물질에 억셉터성 물질을 함유시킨 것을 사용함으로써, 전극의 일함수에 의존하지 않고 전극을 형성하는 재료를 선택할 수 있다. 즉, 제1 전극(102)으로서 일함수가 큰 재료뿐만 아니라, 일함수가 작은 재료를 사용할 수 있다. 억셉터성 물질로는, 7,7,8,8-테트라시아노-2,3,5,6-테트라플루오로퀴노디메탄(약칭:F₄-TCNQ), 클로르아닐 등을 들 수 있다. 또한, 전이금속산화물을 들 수 있다. 또 원소주기율표에 있어서의 제4족 내지 제8족에 속하는 금속의 산화물을 들 수 있다. 구체적으로는, 산화바나듐, 산화니오브, 산화탄탈, 산화크롬, 산화몰리브덴, 산화텅스텐, 산화망간, 산화레늄은 전자수용성이 높기 때문에 바람직하다. 그중에서도 특히, 산화몰리브덴은 대기 중에서도 안정적이며, 흡습성이 낮고, 취급하기 쉬워 바람직하다.

복합재료에 사용하는 정공수송성이 높은 유기화합물로는, 방향족 아민 화합물, 카르바졸 유도체, 방향족 탄화수소, 고분자 화합물(올리고머, 덴드리머, 폴리머 등) 등, 여러 가지 화합물을 사용할 수 있다. 구체적으로는, 복합재료에 사용하는 유기화합물로는, 정공수송성이 높은 유기화합물인 것이 바람직하다. 구체적으로는, 10^-6cm²/Vs 이상의 정공이동도를 가지는 물질인 것이 바람직하다. 단, 전자보다 정공의 수송성이 높은 물질이면, 이것들 이외의 것을 사용해도 된다. 이하에서는, 복합재료에 사용할 수 있는 정공수송성이 높은 유기화합물을 구체적으로 열거한다.

예를 들면, 방향족 아민 화합물로는, N, N'-비스(4-메틸페닐)-N, N'-디페닐-p-페닐렌디아민(약칭:DTDPPA), 4,4'-비스[N-(4-디페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]비페닐(약칭:DPAB), 4,4'-비스(N-{4-[N'-(3-메틸페닐)-N'-페닐아미노]페닐}-N-페닐아미노)비페닐(약칭:DNTPD), 1,3,5-트리스[N-(4-디페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]벤젠(약칭:DPA3B) 등을 들 수 있다.

복합재료에 사용할 수 있는 카르바졸 유도체로는, 구체적으로는, 3-[N-(9-페닐카르바졸-3-일)-N-페닐아미노]-9-페닐카르바졸(약칭:PCzPCA1), 3,6-비스[N-(9-페닐카르바졸-3-일)-N-페닐아미노]-9-페닐카르바졸(약칭:PCzPCA2), 3-[N-(1-나프틸)-N-(9-페닐카르바졸-3-일)아미노]-9-페닐카르바졸(약칭:PCzPCN1) 등을 들 수 있다.

또한, 복합재료에 사용할 수 있는 카르바졸 유도체로는, 그 외에, 4,4'-디(N-카르바졸일)비페닐(약칭:CBP), 1,3,5-트리스[4-(N-카르바졸일)페닐]벤젠(약칭:TCPB), 9-[4-(N-카르바졸일)]페닐-10-페닐안트라센(약칭:CzPA), 1,4-비스[4-(N-카르바졸일)페닐]-2,3,5,6-테트라페닐벤젠 등을 사용할 수 있다.

또한, 복합재료에 사용할 수 있는 방향족 탄화수소로는, 예를 들면, 2-tert-부틸-9,10-디(2-나프틸)안트라센(약칭:t-BuDNA), 2-tert-부틸-9,10-디(1-나프틸)안트라센, 9,10-비스(3,5-디페닐페닐)안트라센(약칭:DPPA), 2-tert-부틸-9,10-비스(4-페닐페닐)안트라센(약칭:t-BuDBA), 9,10-디(2-나프틸)안트라센(약칭:DNA), 9,10-디페닐안트라센(약칭:DPAnth), 2-tert-부틸안트라센(약칭:t-BuAnth), 9,10-비스(4-메틸-1-나프틸)안트라센(약칭:DMNA), 9,10-비스[2-(1-나프틸)페닐]-2-tert-부틸-안트라센, 9,10-비스[2-(1-나프틸)페닐]안트라센, 2,3,6,7-테트라메틸-9,10-디(1-나프틸)안트라센, 2,3,6,7-테트라메틸-9,10-디(2-나프틸)안트라센, 9,9'-비안트릴, 10,10'-디페닐-9,9'-비안트릴, 10,10'-비스(2-페닐페닐)-9,9'-비안트릴, 10,10'-비스[(2,3,4,5,6-펜타페닐)페닐]-9,9'-비안트릴, 안트라센, 테트라센, 루브렌, 페릴렌, 2,5,8,11-테트라(tert-부틸)페릴렌 등을 들 수 있다. 또한 그외에, 펜타센, 코로넨 등도 사용할 수 있다. 이렇게, 1×10^-6cm²/Vs 이상의 정공이동도를 가지고, 탄소수 14∼42인 방향족 탄화수소를 사용하는 것이 보다 바람직하다.

또한, 복합재료에 사용할 수 있는 방향족 탄화수소는, 비닐 골격을 가져도 된다. 비닐기를 가지고 있는 방향족 탄화수소로는, 예를 들면, 4,4'-비스(2,2-디페닐 비닐)비페닐(약칭:DPVBi), 9,10-비스[4-(2,2-디페닐비닐)페닐]안트라센(약칭:DPVPA) 등을 들 수 있다.

또한, 폴리(N-비닐카르바졸)(약칭:PVK)이나 폴리(4-비닐트리페닐아민)(약칭:PVTPA) 등의 고분자 화합물을 사용할 수도 있다.

정공수송층(112)은, 정공수송성이 높은 물질을 포함한 층이다. 정공수송성이 높은 물질로는, 예를 들면, 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]비페닐(약칭:NPB 또는 α-NPD)이나 N, N'-비스(3-메틸페닐)-N, N'-디페닐-[1,1'-비페닐]-4,4'-디아민(약칭:TPD), 4,4', 4"-트리스(N, N-디페닐아미노)트리페닐아민(약칭:TDATA), 4,4', 4"-트리스[N-(3-메틸페닐)-N-페닐아미노]트리페닐아민(약칭:MTDATA), 4,4'-비스[N-(스피로-9,9'-비플루오렌-2-일)-N-페닐아미노]비페닐(약칭:BSPB) 등의 방향족 아민 화합물 등을 사용할 수 있다. 여기에 서술한 물질은, 주로 10^-6cm²/Vs 이상의 정공이동도를 가지는 물질이다. 단, 전자보다 정공의 수송성이 높은 물질이면, 이것들 이외의 것을 사용해도 된다. 또한, 정공수송성이 높은 물질을 포함한 층은, 단층인 것뿐만 아니라, 상기 물질로 이루어진 층을 2층 이상 적층한 것으로 해도 된다.

발광층(111)은, 발광성이 높은 물질을 포함한 층이다. 본 발명의 발광소자에 있어서, 발광층은, 제1 층(121)과 제2 층(122)을 가진다. 제1 층(121)은, 제1 유기화합물과 제2 유기화합물을 가지고, 제2 층(122)은, 제3 유기화합물과 제4 유기화합물을 가진다.

제1 층(121)에 포함되는 제1 유기화합물은, 발광성이 높은 물질이며, 여러 가지 재료를 사용할 수 있다. 구체적으로는, 청색계의 발광 재료로서, N, N'-비스[4-(9H-카르바졸-9-일)페닐]-N, N'-디페닐스틸벤-4,4'-디아민(약칭:YGA2S), 4-(9H-카르바졸-9-일)-4'-(10-페닐-9-안트릴)트리페닐아민(약칭:YGAPA) 등을 들 수 있다. 또한 녹색계의 발광 재료로서, N-(9,10-디페닐-2-안트릴)-N,9-디페닐-9H-카르바졸-3-아민(약칭:2PCAPA), N-[9,10-비스(1,1'-비페닐-2-일)-2-안트릴]-N,9-디페닐-9H-카르바졸-3-아민(약칭:2PCABPhA), N-(9,10-디페닐-2-안트릴)-N, N',N'-트리페닐-1,4-페닐렌디아민(약칭:2DPAPA), N-[9,10-비스(1,1'-비페닐-2-일)-2-안트릴]-N, N',N'-트리페닐-1,4-페닐렌디아민(약칭:2DPABPhA), 9,10-비스(1,1'-비페닐-2-일)-N-[4-(9H-카르바졸-9-일)페닐]-N-페닐안트라센-2-아민(약칭:2YGABPhA), N, N,9-트리페닐안트라센-9-아민(약칭:DPhAPhA) 등을 들 수 있다. 또한 황색계의 발광 재료로서, 루브렌, 5,12-비스(1,1'-비페닐-4-일)-6,11-디페닐테트라센(약칭:BPT) 등을 들 수 있다. 또한 적색계의 발광 재료로서, N, N, N',N'-테트라키스(4-메틸페닐)테트라센-5,11-디아민(약칭:p-mPhTD), 7,13-디페닐-N, N, N',N'-테트라키스(4-메틸페닐)아세나프토[1,2-a]플루오란텐-3,10-디아민(약칭:p-mPhAFD) 등을 들 수 있다.

제1 층(121)에 포함되는 제2 유기화합물은, 정공수송성보다 전자수송성이 높은 물질이며, 전술한 발광성이 높은 물질을 분산시키는 물질이다. 바람직하게는 정공과 전자의 이동도의 차가 10배 이내인, 소위 바이폴라성 재료다. 구체적으로는, 9-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카르바졸(약칭:CzPA), 트리스(8-퀴놀리노라토)알루미늄(III)(약칭:Alq), 4,4'-(퀴녹살린-2,3-디일)비스(N, N-디페닐아닐린)(약칭:TPAQn), 9,10-디페닐안트라센(약칭:DPAnth), N, N'-(퀴녹살린-2,3-디일디-4,1-페닐렌)비스(N-페닐-1,1'-비페닐-4-아민)(약칭:BPAPQ), 4,4'-(퀴녹살린-2,3-디일)비스{N-[4-(9H-카르바졸-9-일)페닐]-N-페닐아닐린}(약칭:YGAPQ), 9,10-디페닐안트라센(약칭:DPAnth) 등을 들 수 있다.

제2 층(122)에 포함되는 제3 유기화합물은, 전자를 트랩하는 기능을 가지는 유기화합물이다. 따라서, 제3 유기화합물은, 제2 층(122)에 포함되는 제4 유기화합물의 최저 공궤도 준위(LUMO 준위)보다 0.3eV 이상 낮은 최저 공궤도 준위(LUMO 준위)를 가지는 유기화합물인 것이 바람직하다. 또한 제3 유기화합물은 발광해도 되는데, 그 경우는 발광소자의 색 순도를 유지하기 위해서, 제1 유기화합물의 발광색과 제3 유기화합물의 발광색은 동일 계열색인 것이 바람직하다. 즉, 예를 들면, 상기 제1 유기화합물이 YGA2S나 YGAPA와 같은 청색계의 발광을 나타낼 경우, 제3 유기화합물은 아크리돈, 쿠마린 102, 쿠마린 6H, 쿠마린 480D, 쿠마린 30 등의 청색∼청록색의 발광을 나타내는 물질이 바람직하다. 또한 상기 제1 유기화합물이 2PCAPA, 2PCABPhA, 2DPAPA, 2DPABPhA, 2YGABPhA, DPhAPhA와 같은 녹색계의 발광을 나타낼 경우, 제3 유기화합물은 N, N'-디메틸퀴나크리돈(약칭:DMQd), N, N'-디페닐퀴나크리돈(약칭:DPQd), 9,18-디히드로벤조[h]벤조[7,8]퀴노[2,3-b]아크리딘-7,16-디온(약칭:DMNQd-1), 9,18-디메틸-9,18-디히드로벤조[h]벤조[7,8]퀴노[2,3-b]아크리딘-7,16-디온(약칭:DMNQd-2), 쿠마린 30, 쿠마린 6, 쿠마린 545T, 쿠마린 153 등의 청록색∼황록색의 발광을 나타내는 물질이 바람직하다. 또한 상기 제1 유기화합물이 루브렌, BPT와 같은 황색계의 발광을 나타낼 경우, 제3 유기화합물은 DMQd,(2-{2-[4-(9H-카르바졸-9-일)페닐]에테닐}-6-메틸-4H-피란-4-이리덴)프로탄디니트릴(약칭:DCMCz) 등의 황록색∼황등색의 발광을 나타내는 물질이 바람직하다. 또한, 상기 제1 유기화합물이 p-mPhTD, p-mPhAFD와 같은 적색계의 발광을 나타낼 경우, 제3 유기화합물은 (2-{2-[4-(디메틸아미노)페닐]에테닐}-6-메틸-4H-피란-4-이리덴)프로탄디니트릴(약칭:DCM1), {2-메틸-6-[2-(2,3,6,7-테트라히드로-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에테닐]-4H-피란-4-이리덴}프로탄디니트릴(약칭:DCM2), {2-(1,1-디메틸에틸)-6-[2-(2,3,6,7-테트라히드로-1,1,7,7-테트라메틸-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에테닐]-4H-피란-4-이리덴}프로탄디니트릴(약칭:DCJTB), 나일레드 등의 귤색∼적색의 발광을 나타내는 물질이 바람직하다. 전술한 화합물은, 발광소자에 사용되는 화합물 중에서도 LUMO 준위가 낮은 화합물이며, 후술하는 제4 유기화합물에 첨가함으로써 양호한 전자 트랩성을 나타낸다.

상기한 바와 같지만, 제3 유기화합물로는, 상기 열거한 물질 중에서도, DMQd, DPQd, DMNQd-1, DMNQd-2와 같은 퀴나크리돈 유도체가 화학적으로 안정적이므로 바람직하다. 즉, 퀴나크리돈 유도체를 적용함으로써, 특히 발광소자의 수명을 연장할 수 있다. 또한, 퀴나크리돈 유도체는 녹색계의 발광을 나타내므로, 본 발명의 발광소자의 소자구조는, 녹색계의 발광소자에 대하여 특히 효과적이다. 녹색은, 풀 컬러 디스플레이를 제조할 때에는 가장 휘도가 필요한 색이기 때문에, 열화의 정도가 다른 색에 비해 커지는 경우가 있지만, 본 발명을 적용함으로써 그 점을 개선할 수 있다.

제2 층(122)에 포함되는 제4 유기화합물은, 전자수송성을 가지는 유기화합물이다. 즉, 정공수송성보다 전자수송성이 높은 물질이다. 구체적으로는, 트리스(8-퀴놀리노라토)알루미늄(III)(약칭:Alq), 비스(8-퀴놀리노라토)아연(II)(약칭:Znq₂), 비스(2-메틸-8-퀴놀리노라토)(4-페닐페놀라토)알루미늄(III)(약칭:BAlq), 비스[2-(2-벤조옥사졸릴)페놀라토]아연(II)(약칭:ZnPBO), 비스[2-(2-벤조티아졸릴)페놀라토]아연(II)(약칭:ZnBTZ) 등을 들 수 있다. 또한 전술할 바와 같이, 제3 유기화합물의 LUMO 준위는, 제4 유기화합물의 LUMO 준위보다 0.3eV 이상 낮은 것이 바람직하다. 따라서, 사용하는 제3 유기화합물의 종류에 따라, 그러한 조건을 충족시키도록 적절히 제4 유기화합물을 선택하면 된다. 예를 들면, 실시의 형태에서 후술하는 바와 같이, 제3 유기화합물로서 DPQd를 사용할 경우, 제4 유기화합물로서 Alq를 사용함으로써 상기의 조건을 충족시키게 된다.

이때, 제1 유기화합물의 발광색과 제3 유기화합물의 발광색은 동일 계열색인 것이 바람직하므로, 제1 유기화합물의 발광스펙트럼의 피크치와 제3 유기화합물의 발광스펙트럼의 피크치의 차이는, 30nm 이내인 것이 바람직하다. 30nm 이내인 것에 의해, 제1 유기화합물의 발광색과 제3 유기화합물의 발광색은, 동일 계열색이 된다. 따라서, 전압 등의 변화에 의해, 제3 유기화합물이 발광한 경우에도, 발광소자의 발광색의 변화를 억제할 수 있다. 다만, 반드시 제3 유기화합물이 발광할 필요는 없다. 예를 들면, 제3 유기화합물의 발광 효율보다 제1 유기화합물의 발광 효율이 높은 경우에는, 실질적으로 제1 유기화합물의 발광만이 얻어지도록, 제2 층(122)에 있어서의 제3 유기화합물의 농도를 조절하는(제3 유기화합물의 발광이 억제되도록, 그 농도를 약간 낮게 한다) 것이 바람직하다. 이 경우, 제1 유기화합물의 발광색과 제3 유기화합물의 발광색은 동일 계통의 발광색(즉, 제1 유기화합물과 제3 유기화합물은 같은 정도의 에너지갭을 가진다)이므로, 제1 유기화합물로부터 제3 유기화합물로의 에너지이동은 발생하기 어렵고, 높은 발광 효율이 얻어진다.

전자수송층(113)은, 전자수송성이 높은 물질을 포함한 층이다. 예를 들면, 트리스(8-퀴놀리노라토)알루미늄(III)(약칭:Alq), 트리스(4-메틸-8-퀴놀리노라토)알루미늄(III)(약칭:Almq₃), 비스(10-히드록시벤조[h]퀴놀리나토)베릴륨(약칭:BeBq₂), 비스(2-메틸-8-퀴놀리노라토)(4-페닐페놀라토)알루미늄(III)(약칭:BAlq) 등, 퀴놀린 골격 또는 벤조 퀴놀린 골격을 가지는 금속착체 등으로 이루어진 층이다. 또한 이외에 비스[2-(2-벤조옥사졸릴)페놀라토]아연(II)(약칭:ZnPBO), 비스[2-(2-벤조티아졸릴)페놀라토]아연(II)(약칭:ZnBTZ) 등의 옥사졸계, 티아졸계 배위자를 가지는 금속착체 등도 사용할 수 있다. 또한, 금속착체 이외에도, 2-(4-비페닐일)-5-(4-tert-부틸페닐)-1,3,4-옥사디아졸(약칭:PBD)이나, 1,3-비스[5-(p-tert-부틸페닐)-1,3,4-옥사디아졸-2-일]벤젠(약칭:OXD-7), 3-(4-비페닐일)-4-페닐-5-(4-tert-부틸페닐)-1,2,4-트리아졸(약칭:TAZ), 바소페난트롤린(약칭:BPhen), 바소큐프로인(약칭:BCP) 등도 사용할 수 있다. 여기에 서술한 물질은, 주로 10^-6cm²/Vs 이상의 전자이동도를 가지는 물질이다. 또한, 정공보다 전자의 수송성이 높은 물질이면, 상기 이외의 물질을 전자수송층으로 사용해도 상관없다. 또한 전자수송층은, 단층인 것뿐만 아니라, 상기 물질로 이루어진 층을 2층 이상 적층한 것으로 해도 된다.

또한 전자수송층(113)과 제2 전극(104) 사이에, 전자주입성이 높은 물질을 포함한 층인 전자주입층을 형성해도 된다. 전자주입층으로는, 불화리튬(LiF), 불화세슘(CsF), 불화칼슘(CaF₂) 등과 같은 알칼리금속 또는 알칼리토금속 또는 그러한 화합물을 사용할 수 있다. 예를 들면, 전자수송성을 가지는 물질로 이루어진 층 내에 알칼리금속 또는 알칼리토금속 또는 그러한 화합물을 함유시킨 것, 예를 들면, Alq 내에 마그네슘(Mg)을 함유시킨 것 등을 사용할 수 있다. 또한, 전자주입층으로서, 전자수송성을 가지는 물질로 이루어진 층 내에 알칼리금속 또는 알칼리토금속을 함유시킨 것을 사용함으로써, 제2 전극(104)으로부터의 전자주입이 효율 좋게 이루어지므로 바람직하다.

제2 전극(104)을 형성하는 물질로는, 일함수가 작은(구체적으로는 3.8eV 이하가 바람직하다) 금속, 합금, 전기전도성 화합물, 및 이것들의 혼합물 등을 사용할 수 있다. 이러한 음극재료의 구체적인 예로는, 원소주기율표의 제1족 또는 제2족에 속하는 원소, 즉 리튬(Li)이나 세슘(Cs) 등의 알칼리금속, 및 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr) 등의 알칼리토금속, 및 이것들을 포함한 합금(MgAg, AlLi), 유우퓸(Eu), 이테르븀(Yb) 등의 희토류금속 및 이것들을 포함한 합금 등을 들 수 있다. 그러나, 제2 전극(104)과 전자수송층 사이에, 전자주입층을 설치함으로써, 일함수의 대소에 상관없이, Al, Ag, ITO, 규소 혹은 산화규소를 함유한 산화인듐-산화주석 등 여러 가지 도전성 재료를 제2 전극(104)으로서 사용할 수 있다.

또한 EL층(103)의 형성 방법으로는, 건식법, 습식법을 막론하고, 여러 가지 방법을 이용할 수 있다. 예를 들면, 진공증착법, 잉크젯법 또는 스핀 코트법 등 이용해도 상관없다. 또한 각 전극 또는 각 층에 따라 다른 성막 방법을 이용해서 형성해도 상관없다.

이상과 같은 구성을 가지는 본 발명의 발광소자는, 제1 전극(102)과 제2 전극(104) 사이에 발생한 전위차에 의해 전류가 흐르고, EL층(103)에서 정공과 전자가 재결합하여, 발광하는 것이다. 더 구체적으로는, EL층(103) 내의 발광층(111)에서, 제1 층(121) 및, 제1 층(121)과 제2 층(122)의 계면 부근에 걸쳐서 발광 영역이 형성되도록 구성되어 있다. 이 원리에 관하여 이하에 설명한다.

도 21은, 도 1에 나타낸 본 발명의 발광소자의 밴드도의 일례다. 도 21에 있어서, 제1 전극(102)으로부터 주입된 정공은, 정공수송층(112)을 지나 제1 층(121)에 주입된다. 여기에서, 제1 층(121)을 구성하는 제2 유기화합물은, 정공수송성보다 전자수송성이 높은 물질이며, 바람직하게는 정공과 전자의 이동도의 차가 10배 이내인, 소위 바이폴라성 재료이므로, 제1 층(121)에 주입된 정공은 이동이 늦어진다. 따라서, 만약 제2 층(122)을 설치하지 않는 종래의 발광소자이면, 발광 영역은 정공수송층(112)과 제1 층(121)의 계면 근방에 형성된다. 그 경우, 전자가 정공수송층(112)에까지 도달하여, 정공수송층(112)을 열화시킬 우려가 있다. 또한, 시간에 따라 정공수송층(112)에까지 도달하는 전자의 양이 늘어나면, 시간에 따라 재결합 확률이 저하되므로, 휘도의 시간에 따른 열화가 일어나게 된다. 그 결과, 소자 수명의 저하로 이어진다.

본 발명의 발광소자에 있어서는, 발광층(111)에 있어서, 제2 층(122)이 더 설치된다는 점이 특징이다. 제2 전극(104)으로부터 주입된 전자는, 전자수송층(113)을 지나 제2 층(122)에 주입된다. 여기에서, 제2 층(122)은, 전자수송성을 가지는 제4 유기화합물에, 전자를 트랩하는 기능을 가지는 제3 유기화합물을 첨가한 구성으로 되어 있다. 따라서, 제2 층(122)에 주입된 전자는, 그 이동이 늦어지고, 제1 층(121)에의 전자주입이 제어된다. 그 결과, 종래에는 정공수송층(112)과 제1 층(121)의 계면 근방에서 형성되던 발광 영역이, 본 발명의 발광소자에서는, 제1 층(121)으로부터, 제1 층(121)과 제2 층(122)의 계면 부근에 걸쳐서 형성되게 된다. 따라서, 전자가 정공수송층(112)에까지 도달하여, 정공수송층(112)을 열화시킬 가능성은 낮아진다. 또한 정공에 있어서도, 제1 층(121)에 있어서의 제2 유기화합물은 전자수송성이므로, 정공이 전자수송층(113)에까지 도달하여 전자수송층(113)을 열화시킬 가능성은 낮다.

또한, 본 발명에서는, 제2 층(122)에 있어서, 단순히 전자이동도가 느린 물질을 적용하는 것이 아니고, 전자수송성을 가지는 유기화합물에 전자를 트랩하는 기능을 가지는 유기화합물을 첨가한 점이 중요하다. 이러한 구성으로 함으로써, 단순히 제1 층(121)에의 전자주입을 제어할 뿐만 아니라, 그 제어된 전자주입량이 시간에 따라 변화되는 것을 억제할 수 있다. 또한 제1 층(121)에 있어서의 제2 유기화합물이 전자수송성이며, 제1 층(121)에는 발광 물질인 제1 유기화합물이 첨가되어 있기 때문에, 제1 층(121)에 있어서의 정공의 양도 시간에 따라 변화되기 어렵다. 이상으로부터 본 발명의 발광소자는, 발광소자에 있어서 시간에 따라 캐리어 밸런스가 악화하여 재결합 확률이 저하되어 가는 현상을 방지할 수 있으므로, 휘도의 시간에 따른 열화를 억제할 수 있다. 그 결과, 소자 수명의 향상으로 이어진다.

한편, 이상의 설명에서는, 제1 층과 제2 층의 조합, 구체적으로는 제2 유기화합물, 제3 유기화합물, 및 제4 유기화합물의 조합에 의해, 발광소자에서 시간에 따라 캐리어 밸런스가 악화하여 재결합 확률이 저하되어 가는 현상을 방지할 수 있고, 그 결과 휘도의 시간에 따른 열화를 억제할 수 있는 장점을 발현하는 것에 대해, 정공수송층(112) 및 전자수송층(113)이 존재하는 경우를 예로 들어 서술했지만, 이 장점은 정공수송층(112) 및 전자수송층(113)의 존재 여부에 관계없이 발현하는 것으로, 그것은 이상의 설명으로부터 스스로 이해되는 부분이다.

발광은, 제1 전극(102) 또는 제2 전극(104)의 어느 하나 또는 모두를 통해 외부로 추출된다. 따라서, 제1 전극(102) 또는 제2 전극(104)의 어느 하나 또는 모두는, 투광성을 가지는 전극이다. 제1 전극(102)만이 투광성을 가지는 전극일 경우, 도 1a에 나타낸 바와 같이 발광은 제1 전극(102)을 통해 기판 측에서 추출된다. 또한 제2 전극(104)만이 투광성을 가지는 전극일 경우, 도 1b에 나타낸 바와 같이 발광은 제2 전극(104)을 통해 기판과 반대쪽에서 추출된다. 제1 전극(102) 및 제2 전극(104)이 모두 투광성을 가지는 전극일 경우, 도 1c에 나타낸 바와 같이, 발광은 제1 전극(102) 및 제2 전극(104)을 통해, 기판 측 및 기판과 반대쪽 모두에서 추출된다.

이때, 제1 전극(102)과 제2 전극(104) 사이에 설치되는 층의 구성은, 상기의 것에 한정되지 않는다. 발광 영역과 금속이 근접함으로써 발생하는 소광을 방지하도록, 제1 전극(102) 및 제2 전극(104)으로부터 벗어난 부위에 정공과 전자가 재결합하는 발광 영역을 설치한 구성이며, 발광층이 제1 층(121)과 제2 층(122)을 가지는 구성이면, 상기 이외의 것으로 해도 된다.

요컨대, EL층의 적층구조에 특별히 한정은 없고, 전자수송성이 높은 물질, 정공수송성이 높은 물질, 전자주입성이 높은 물질, 정공주입성이 높은 물질, 또는 바이폴라성(전자 및 정공의 수송성이 높은 물질) 물질 등으로 이루어진 층을, 본 발명의 발광층과 자유롭게 조합하여 구성하면 된다.

도 2에 나타내는 발광소자는, 기판(301) 위에, 음극으로서 기능하는 제2 전극(304), EL층(303), 양극으로서 기능하는 제1 전극(302)이 순차적으로 적층된 구성으로 되어 있다. EL층(303)은, 정공수송층(312), 발광층(311), 전자수송층(313)을 가지고, 발광층(311)은 제1 층(321)과 제2 층(322)을 가진다. 제1 층(321)은, 제2 층(322)보다 양극으로서 기능하는 제1 전극에 가깝게 설치된다.

본 실시의 형태에 있어서는, 유리, 플라스틱 등으로 이루어진 기판 위에 발광소자를 제조한다. 하나의 기판 위에 이러한 발광소자를 복수 개 제조함으로써 패시브형 발광장치를 제조할 수 있다. 또한 유리, 플라스틱 등으로 이루어진 기판 위에, 예를 들면, 박막 트랜지스터(TFT)를 형성하고, TFT와 전기적으로 접속된 전극 위에 발광소자를 제조해도 된다. 이에 따라, TFT에 의해 발광소자의 구동을 제어하는 액티브 매트릭스형 발광장치를 제조할 수 있다. 이때, TFT의 구조는, 특별히 한정되지 않는다. 스태거형 TFT로 해도 되고, 역스태거형 TFT로 해도 된다. 또한 TFT기판에 형성되는 구동용 회로도, N형 및 P형 TFT로 이루어진 것으로 해도 되고, N형 TFT 또는 P형 TFT 중 어느 하나만으로 이루어진 것으로 해도 된다. 또한 TFT에 사용할 수 있는 반도체막의 결정성도 특별히 한정되지 않는다. 비정질 반도체막을 사용해도 되고, 결정성 반도체막을 사용해도 된다.

본 발명의 발광소자는, 발광층과 정공수송층의 계면 또는 발광층과 전자수송층의 계면에 발광 영역이 형성되어 있지 않고, 발광층의 중앙 부근에 발광 영역이 형성되어 있다. 따라서, 정공수송층이나 전자수송층에 발광 영역이 근접하는 것으로 인한, 정공수송층이나 전자수송층의 열화의 영향을 받지 않는다. 또한 캐리어 밸런스의 시간 경과에 따른 변화(특히 전자주입량의 시간에 따른 변화)를 억제할 수 있다. 따라서, 열화되기 어렵고, 수명이 긴 발광소자를 얻을 수 있다. 또한 본 발명의 발광소자의 발광층은, 산화환원반응을 반복해도 안정된 화합물로 형성되어 있기 때문에, 전자와 정공의 재결합에 의한 발광을 반복해도 열화되기 어렵다. 따라서, 보다 수명이 긴 발광소자를 얻을 수 있다.

또한 본 발명의 발광소자는, 제1 유기화합물의 발광색과 제3 유기화합물의 발광색이 동일 계열색이므로, 제1 유기화합물뿐만 아니라, 제3 유기화합물이 발광해도, 색 순도가 좋은 발광을 얻을 수 있다.

이때, 본 실시의 형태는, 다른 실시의 형태와 적절히 조합할 수 있다.

(실시의 형태 2)

본 실시의 형태는, 본 발명에 따른 복수의 발광 유닛을 적층한 구성의 발광소자(이하, 적층형 소자라고 한다)의 형태에 대해서, 도 3을 참조해서 설명한다. 이 발광소자는, 제1 전극과 제2 전극 사이에, 복수의 발광 유닛을 가지는 적층형 발광소자다. 발광 유닛으로는, 실시의 형태 1에 나타낸 EL층과 동일한 구성을 이용할 수 있다. 즉, 실시의 형태 1에 나타낸 발광소자는, 1개의 발광 유닛을 가지는 발광소자이며, 본 실시의 형태에서는, 복수의 발광 유닛을 가지는 발광소자에 관하여 설명한다.

도 3에 있어서, 제1 전극(501)과 제2 전극(502) 사이에는, 제1 발광 유닛(511)과 제2 발광 유닛(512)이 적층되어 있다. 제1 전극(501)과 제2 전극(502)은 실시의 형태 1과 동일한 것을 적용할 수 있다. 또한 제1 발광 유닛(511)과 제2 발광 유닛(512)은 같은 구성으로 해도 되고 다른 구성으로 해도 되며, 그 구성은 실시의 형태 1과 동일한 것을 적용할 수 있다.

전하발생층(513)에는, 유기화합물과 금속산화물의 복합재료가 포함되어 있다. 이 유기화합물과 금속산화물의 복합재료는, 실시의 형태 1에 나타낸 복합재료이며, 유기화합물과 바나듐산화물이나 몰리브덴산화물이나 텅스텐산화물 등의 금속산화물을 포함한다. 유기화합물로는, 방향족 아민 화합물, 카르바졸 유도체, 방향족 탄화수소, 고분자 화합물(올리고머, 덴드리머, 폴리머 등) 등, 여러 가지 화합물을 사용할 수 있다. 이때, 유기화합물로는, 정공수송성 유기화합물로서 정공이동도가 10^-6cm²/Vs 이상인 것을 적용하는 것이 바람직하다. 단, 전자보다 정공의 수송성이 높은 물질이면, 이들 이외의 것을 사용해도 된다. 유기화합물과 금속산화물의 복합재료는, 캐리어 주입성, 캐리어 수송성이 뛰어나므로, 저전압구동, 저전류구동을 실현할 수 있다.

이때, 전하발생층(513)은, 유기화합물과 금속산화물의 복합재료와 다른 재료를 조합해서 형성해도 된다. 예를 들면, 유기화합물과 금속산화물의 복합재료를 포함한 층과, 전자공여성 물질 중에서 선택된 하나의 화합물과 전자수송성이 높은 화합물을 포함한 층을 조합해서 형성해도 된다. 또한 유기화합물과 금속산화물의 복합재료를 포함한 층과, 투명도전막을 조합해서 형성해도 된다.

어떻든 간에, 제1 발광 유닛(511)과 제2 발광 유닛(512)에 개재되는 전하발생층(513)은, 제1 전극(501)과 제2 전극(502)에 전압을 인가했을 때에, 한쪽의 발광 유닛에 전자를 주입하고, 다른 쪽의 발광 유닛에 정공을 주입하는 것이면 된다. 예를 들면, 도 3에 있어서, 제1 전극의 전위가 제2 전극의 전위보다 높아지도록 전압을 인가한 경우, 전하발생층(513)은, 제1 발광 유닛(511)에 전자를 주입하고, 제2 발광 유닛(512)에 전공을 주입하는 것이면 된다.

본 실시의 형태에서는, 2개의 발광 유닛을 가지는 발광소자에 관하여 설명했지만, 3개 이상의 발광 유닛을 적층한 발광소자에도, 마찬가지로 적용할 수 있다. 본 실시의 형태에 있어서의 발광소자와 같이, 한 쌍의 전극 사이에 복수의 발광 유닛을 전하발생층으로 구분해서 배치함으로써 전류밀도를 낮게 유지하면서, 고휘도영역에서의 수명이 긴 소자를 실현할 수 있다. 또한 조명을 응용 예로 한 경우에는, 전극재료의 저항에 의한 전압강하를 작게 할 수 있으므로, 대면적에서의 균일 발광이 가능해진다. 또한 저전압구동이 가능하여 소비 전력이 낮은 발광장치를 실현할 수 있다.

또한 각각의 발광 유닛의 발광색을 다른 것으로 함으로써, 발광소자 전체로서, 원하는 색의 발광을 얻을 수 있다. 예를 들면, 2개의 발광 유닛을 가지는 발광소자에 있어서, 제1 발광 유닛의 발광색과 제2 발광 유닛의 발광색이 보색의 관계가 되도록 함으로써, 발광소자 전체로서 백색 발광하는 발광소자를 얻는 것도 가능하다. 이때, 보색이란, 혼합하면 무채색이 되는 색 사이의 관계를 말한다. 즉, 보색의 관계에 있는 색을 발광하는 물질로부터 얻어진 빛을 혼합하면, 백색 발광을 얻을 수 있다. 또한 3개의 발광 유닛을 가지는 발광소자의 경우에도 동일하며, 예를 들면, 제1 발광 유닛의 발광색이 적색이며, 제2 발광 유닛의 발광색이 녹색이며, 제3 발광 유닛의 발광색이 청색인 경우, 발광소자 전체로는, 백색 발광을 얻을 수 있다.

(실시의 형태 3)

본 실시의 형태에서는, 본 발명의 발광소자를 가지는 발광장치에 관하여 설명한다.

본 실시의 형태에서는, 화소부에 본 발명의 발광소자를 가지는 발광장치에 대해서 도 4를 참조하여 설명한다. 이때, 도 4a를, 발광장치를 나타내는 평면도, 도 4b는 도 4a를 A-A' 및 B-B'로 절단한 단면도다. 점선으로 표시된 601은 구동회로부(소스측 구동회로), 602는 화소부, 603은 구동회로부(게이트측 구동회로)다. 또한 604는 밀봉기판, 605는 밀봉재이며, 밀봉재(605)로 둘러싸인 내측은, 공간(607)으로 되어 있다.

한편, 인회배선(608)은 소스측 구동회로(601) 및 게이트측 구동회로(603)에 입력되는 신호를 전송하기 위한 배선이며, 외부입력 단자가 되는 FPC(플랙시블 프린트 서킷)(609)로부터 비디오신호, 클록 신호, 스타트 신호, 리셋트 신호 등을 수신한다. 또한, 여기에서는 FPC밖에 도시하지 않았지만, 이 FPC에는 인쇄회로기판(PWB)이 장착되어도 된다. 본 명세서에 있어서의 발광장치에는, 발광장치 본체뿐만 아니라, 거기에 FPC 혹은 PWB가 부착된 상태도 포함한 것으로 한다.

다음으로, 단면구조에 대해서 도 4b를 참조하여 설명한다. 소자기판(610) 위에는 구동회로부 및 화소부가 형성되어 있지만, 여기에서는, 구동회로부인 소스측 구동회로(601)와, 화소부(602) 내의 하나의 화소를 나타냈다.

이때, 소스측 구동회로(601)에는 N채널형 TFT(623)과 P채널형 TFT(624)를 조합한 CMOS회로가 형성된다. 또한 구동회로는, 여러 가지 CMOS회로, PMOS회로 혹은 NMOS회로로 형성해도 된다. 또한 본 실시의 형태에서는, 기판 위에 구동회로를 형성한 드라이버 일체형을 나타냈지만, 반드시 그 필요는 없고, 구동회로를 기판 위가 아닌 외부에 형성할 수도 있다.

또한 화소부(602)는 스위칭용 TFT(611)와, 전류제어용 TFT(612)와 그 드레인에 전기적으로 접속된 제1 전극(613)을 포함한 복수의 화소로 형성된다. 이때, 제1 전극(613)의 단부를 덮어 절연물(614)이 형성되어 있다. 여기에서는, 포지티브형 감광성 아크릴 수지막을 사용함으로써 형성한다.

또한 피복성을 양호하게 하기 위해서, 절연물(614)의 상단부 또는 하단부에 곡률을 가지는 곡면이 형성되도록 한다. 예를 들면, 절연물(614)의 재료로서 포지티브형 감광성 아크릴을 사용한 경우, 절연물(614)의 상단부에만 곡률반경(0.2μm∼3μm)을 가지는 곡면을 갖게 하는 것이 바람직하다. 또한 절연물(614)로서, 빛의 조사에 의해 에칭제에 불용해성이 되는 네거티브형, 또는 빛의 조사에 의해 에칭제에 용해성이 되는 포지티브형을 모두 사용할 수 있다.

제1 전극(613) 위에는, EL층(616), 및 제2 전극(617)이 각각 형성되어 있다. 여기에서, 제1 전극(613)에 사용하는 재료로는, 여러 가지 금속, 합금, 전기전도성 화합물, 및 이것들의 혼합물을 사용할 수 있다. 제1 전극을 양극으로서 사용할 경우에는, 그 중에서도, 일함수가 큰(일함수 4.0eV 이상) 금속, 합금, 전기전도성 화합물, 및 이것들의 혼합물 등을 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 규소를 함유한 산화인듐-산화주석막, 산화인듐-산화아연막, 질화티탄막, 크롬막, 텅스텐막, Zn막, Pt막 등의 단층 막 외에도, 질화티탄과 알루미늄을 주성분으로 하는 막의 적층, 질화티탄막과 알루미늄을 주성분으로 하는 막과 질화티탄막의 3층 구조 등의 적층막을 사용할 수 있다. 이때, 적층구조로 하면, 배선으로서의 저항도 낮고, 양호한 오믹 컨택이 얻어지고, 양극으로서의 기능을 향상시킬 수 있다.

또한 EL층(616)은, 증착 마스크를 사용한 증착법, 잉크젯법, 스핀 코트법 등의 여러 가지 방법에 의해 형성된다. EL층(616)은, 실시의 형태 1∼실시의 형태 2에 나타낸 발광층을 가지고 있다. 또한 EL층(616)을 구성하는 기타 재료로는, 저분자재료, 또는 고분자재료(올리고머, 덴드리머를 포함한다)로 해도 된다. 또한 EL층에 사용하는 재료로는, 유기화합물뿐만 아니라, 무기화합물을 사용해도 된다.

또한 제2 전극(617)에 사용하는 재료로는, 여러 가지 금속, 합금, 전기전도성 화합물, 및 이것들의 혼합물을 사용할 수 있다. 제2 전극을 음극으로 사용할 경우에는, 그 중에서도, 일함수가 작은(일함수 3.8eV 이하) 금속, 합금, 전기전도성 화합물, 및 이것들의 혼합물 등을 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 원소주기율표의 제1족 또는 제2족에 속하는 원소, 즉 리튬(Li)이나 세슘(Cs) 등의 알칼리금속, 및 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr) 등의 알칼리토금속, 및 이것들을 포함한 합금(MgAg, AlLi) 등을 들 수 있다. 또한, EL층(616)에서 발생한 빛을 제2 전극(617)을 투과시킬 경우에는, 제2 전극(617)으로서, 막 두께를 얇게 한 금속박막과, 투명도전막(산화인듐-산화주석(ITO), 규소 혹은 산화규소를 함유한 산화인듐-산화주석, 산화인듐-산화아연(IZO), 산화텅스텐 및 산화아연을 함유한 산화인듐(IWZO) 등)의 적층을 사용할 수도 있다.

또한, 밀봉재(605)로 밀봉기판(604)을 소자기판(610)과 부착함으로써, 소자기판(610), 밀봉기판(604), 및 밀봉재(605)로 둘러싸인 공간(607)에 발광소자(618)가 구비된 구조로 되어 있다. 또한, 공간(607)에는, 충전재가 충전되어 있는데, 불활성 기체(질소나 아르곤 등)가 충전되는 경우 이외에, 밀봉재(605)가 충전되는 경우도 있다.

또한, 밀봉재(605)에는 에폭시계 수지를 사용하는 것이 바람직하다. 또한 이 재료는 가능한 한 수분이나 산소를 투과하지 않는 재료인 것이 바람직하다. 또한 밀봉기판(604)에 사용하는 재료로서 유리기판이나 석영기판 외에도, FRP(Fiberglass-Reinforced Plastics), PVF(폴리비닐 플로라이드), 폴리에스테르 또는 아크릴 등으로 이루어진 플라스틱 기판을 사용할 수 있다.

이상과 같이 하여, 본 발명의 발광소자를 가지는 발광장치를 얻을 수 있다.

본 발명의 발광장치는, 실시의 형태 1∼실시의 형태 2에 나타낸 발광소자를 가진다. 따라서, 수명이 긴 본 발명의 발광소자를 포함함으로써, 수명이 긴 발광장치를 얻을 수 있다. 또한 색 순도가 우수한 발광장치를 얻을 수 있다.

이상과 같이, 본 실시의 형태에서는, 트랜지스터에 의해 발광소자의 구동을 제어하는 액티브형 발광장치에 관하여 설명했지만, 이밖에, 트랜지스터 등의 구동용 소자를 특별히 설치하지 않고 발광소자를 구동시키는 패시브형 발광장치로 해도 된다. 도 5에는 본 발명을 적용해서 제조한 패시브형 발광장치의 사시도를 나타낸다. 도 5에 있어서, 기판(951) 위에 있어서, 전극(952)과 전극(956) 사이에는 EL층(955)이 설치된다. 전극(952)의 단부는 절연층(953)으로 덮어 있다. 그리고, 절연층(953) 위에는 분리벽층(954)이 설치된다. 분리벽층(954)의 측벽은, 기판 면에 가까워짐에 따라, 한쪽 측벽과 다른 쪽 측면의 간격이 좁아지는 듯한 경사를 가진다. 즉, 분리벽층(954)의 짧은 변 방향의 단면은, 사다리꼴 형상이며, 밑변(절연층(953)의 면 방향과 같은 방향을 향하고, 절연층(953)에 접하는 변)이 윗변(절연층(953)의 면 방향과 같은 방향을 향하고, 절연층(953)에 접하지 않는 변)보다 짧다. 이렇게, 분리벽층(954)을 설치함으로써, 정전기 등에 기인한 발광소자의 불량을 방지할 수 있다. 또한 패시브형 발광장치에 있어서도, 수명이 긴 본 발명의 발광소자를 포함함으로써, 수명이 긴 발광장치를 얻을 수 있다. 또한 색 순도가 우수한 발광장치를 얻을 수 있다.

(실시의 형태 4)

본 실시의 형태에서는, 실시의 형태 3에 나타내는 발광장치를 그 일부에 포함한 본 발명의 전자기기에 관하여 설명한다. 즉, 본 발명의 전자기기는, 실시의 형태 1∼실시의 형태 2에 나타낸 발광소자를 가지는, 수명이 긴 표시부를 가진다. 또한 색 순도가 우수한 발광소자를 가지므로, 색채 재현이 우수한 표시부를 얻을 수 있다.

본 발명의 발광장치를 사용해서 제조된 전자기기로서, 비디오 카메라, 디지털 카메라, 고글형 디스플레이, 네비게이션 시스템, 음향재생장치(카 오디오, 오디오 컴포넌트시스템 등), 컴퓨터, 게임 기기, 휴대 정보단말(모바일 컴퓨터, 휴대전화, 휴대형 게임기 또는 전자서적 등), 기록 매체를 구비한 화상재생장치(구체적으로는 DVD(Digital Versatile Disc) 등의 기록 매체를 재생하고, 그 화상을 표시할 수 있는 표시장치를 구비한 장치) 등을 들 수 있다. 이들 전자기기의 구체적인 예를 도 6에 나타낸다.

도 6a는 본 발명에 따른 텔레비전 장치로서, 케이싱(9101), 지지대(9102), 표시부(9103), 스피커부(9104), 비디오 입력 단자(9105) 등을 포함한다. 이 텔레비전 장치에 있어서, 표시부(9103)는, 실시의 형태 1∼실시의 형태 2에 설명한 것과 같은 발광소자를 매트릭스형으로 배열해서 구성한다. 그 발광소자는, 수명이 긴 특징을 지닌다. 그 발광소자로 구성되는 표시부(9103)도 같은 특징을 가지므로, 이 텔레비전 장치는 수명이 긴 특징을 지닌다. 즉, 장시간의 사용을 견딜 수 있는 텔레비전 장치를 제공할 수 있다. 또한 색 순도가 우수한 발광소자를 가지므로, 색채 재현이 우수한 표시부를 가지는 텔레비전 장치를 얻을 수 있다.

도 6b는 본 발명에 따른 컴퓨터로서, 본체(9201), 케이싱(9202), 표시부(9203), 키보드(9204), 외부접속 포트(9205), 포인팅 마우스(9206) 등을 포함한다. 이 컴퓨터에 있어서, 표시부(9203)는, 실시의 형태 1∼실시의 형태 2에 설명한 것과 같은 발광소자를 매트릭스형으로 배열해서 구성한다. 그 발광소자는, 수명이 긴 특징으로 지닌다. 그 발광소자로 구성되는 표시부(9203)도 같은 특징으로 지니므로, 이 컴퓨터는 수명이 긴 특징으로 지닌다. 즉, 장시간의 사용을 견딜 수 있는 컴퓨터를 제공할 수 있다. 또한 색 순도가 우수한 발광소자를 가지므로, 색채 재현이 우수한 표시부를 가지는 컴퓨터를 얻을 수 있다.

도 6c는 본 발명에 따른 휴대전화로서, 본체(9401), 케이싱(9402), 표시부(9403), 음성입력부(9404), 음성출력부(9405), 조작키(9406), 외부접속 포트(9407), 안테나(9408) 등을 포함한다. 이 휴대전화에 있어서, 표시부(9403)는, 실시의 형태 1∼실시의 형태 2에 설명한 것과 같은 발광소자를 매트릭스형으로 배열해서 구성한다. 그 발광소자는, 수명이 긴 특징으로 지닌다. 그 발광소자로 구성되는 표시부(9403)도 같은 특징으로 지니므로, 이 휴대전화는 수명이 긴 특징으로 지닌다. 즉, 장시간의 사용을 견딜 수 있는 휴대전화를 제공할 수 있다. 또한 색 순도가 우수한 발광소자를 가지므로, 색채 재현이 우수한 표시부를 가지는 휴대전화를 얻을 수 있다.

도 6d는 본 발명에 따른 카메라로서, 본체(9501), 표시부(9502), 케이싱(9503), 외부접속 포트(9504), 리모트 수신부(9505), 수상부(9506), 배터리(9507), 음성입력부(9508), 조작키(9509), 접안부(9510) 등을 포함한다. 이 카메라에 있어서, 표시부(9502)는, 실시의 형태 1∼실시의 형태 2에 설명한 것과 같은 발광소자를 매트릭스형으로 배열해서 구성한다. 그 발광소자는, 수명이 긴 특징으로 지닌다. 그 발광소자로 구성되는 표시부(9502)도 같은 특징으로 지니므로, 이 카메라는 수명이 긴 특징으로 지닌다. 즉, 장시간의 사용을 견딜 수 있는 카메라를 제공할 수 있다. 또한 색 순도가 우수한 발광소자를 가지므로, 색채 재현이 우수한 표시부를 가지는 카메라를 얻을 수 있다.

이상과 같이, 본 발명의 발광장치의 적용 범위는 상당히 넓어, 이 발광장치를 모든 분야의 전자기기에 적용할 수 있다. 본 발명의 발광장치를 사용함으로써, 장시간의 사용을 견딜 수 있다, 수명이 긴 표시부를 가지는 전자기기를 제공할 수 있다. 또한 색채 재현이 우수한 표시부를 가지는 전자기기를 얻을 수 있다.

또한 본 발명의 발광장치는, 조명 장치로서 사용할 수도 있다. 본 발명의 발광소자를 조명 장치로 사용하는 일 형태를, 도 7을 참조하여 설명한다.

도 7은, 본 발명의 발광장치를 백라이트로 사용한 액정표시장치의 일례다. 도 7에 나타낸 액정표시장치는, 케이싱(901), 액정층(902), 백라이트(903), 케이싱(904)을 가지고, 액정층(902)은, 드라이버IC(905)와 접속되어 있다. 또한 백라이트(903)에는, 본 발명의 발광장치가 사용되고, 단자(906)에 의해, 전류가 공급된다.

본 발명의 발광장치를 액정표시장치의 백라이트로서 사용함으로써, 수명이 긴 백라이트가 얻어진다. 또한 본 발명의 발광장치는, 면발광의 조명 장치이며 대면적화도 가능하기 때문에, 백라이트의 대면적화가 가능해서, 액정표시장치의 대면적화도 가능해진다. 또한, 본 발명의 발광장치는 초박형이며 소비 전력이 낮으므로, 표시장치의 초박형화, 저소비 전력화도 가능해 진다.

도 8은, 본 발명을 적용한 발광장치를, 조명 장치인 전기 스탠드로서 사용한 예다. 도 8에 나타내는 전기 스탠드는, 케이싱(2001)과, 광원(2002)을 가지고, 광원(2002)으로서, 본 발명의 발광장치가 이용된다. 본 발명의 발광장치는 수명이 길기 때문에, 전기 스탠드도 수명이 길어진다.

도 9는, 본 발명을 적용한 발광장치를, 실내의 조명 장치(3001)로서 사용한 예다. 본 발명의 발광장치는 대면적화도 가능하므로, 대면적의 조명 장치로서 사용할 수 있다. 또한 본 발명의 발광장치는, 수명이 길기 때문에, 수명이 긴 조명 장치로서 사용할 수 있다. 이렇게, 본 발명을 적용한 발광장치를, 실내의 조명 장치(3001)로서 사용한 방에, 도 6a에 설명한 바와 같은, 본 발명에 따른 텔레비전 장치(3002)를 설치해서 공영방송이나 영화를 감상할 수 있다. 이러한 경우, 두 장치 모두 수명이 길기 때문에, 조명 장치나 텔레비전 장치의 교체 회수를 절감할 수 있어, 환경에 주는 부담을 줄일 수 있다.

[실시예 1]

본 실시예에서는, 본 발명의 발광소자에 대해서 구체적으로 도 10을 참조하여 설명한다. 본 실시예에서 사용하는 유기화합물의 구조식을 이하에 나타낸다.

[식 1]

(발광소자 1)

우선, 유리 기판(2101) 위에, 산화규소를 포함한 산화인듐-산화주석을 스퍼터링법으로 성막하고, 제1 전극(2102)을 형성했다. 이때, 그 막 두께는 110nm로 하고 전극면적은 2mm×2mm로 했다.

다음으로, 제1 전극(2102)이 형성된 면이 아래쪽이 되도록, 제1 전극(2102)이 형성된 기판을 진공증착 장치 내에 설치된 기판 홀더에 고정하고, 10^-4Pa 정도까지 감압한 후, 제1 전극(2102) 위에, 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]비페닐(약칭:NPB)과 산화몰리브덴(VI)을 공증착함으로써, 복합재료를 포함한 층(2103)을 형성했다. 그 막 두께는 50nm로 하고 NPB과 산화몰리브덴(VI)의 비율은, 중량비로 4:1=(NPB:산화몰리브덴)이 되도록 조절했다. 이때, 공증착법이란, 하나의 처리실 내에서 복수의 증발원을 사용하여 동시에 증착을 행하는 증착법이다.

다음으로, 저항가열을 사용한 증착법에 의해, 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]비페닐(약칭:NPB)을 10nm의 막 두께가 되도록 성막하고, 정공수송층(2104)을 형성했다.

다음으로, 정공수송층(2104) 위에, 발광층(2105)을 형성했다. 우선, 정공수송층(2104) 위에, 9-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카르바졸(약칭:CzPA)과 N-(9,10-디페닐-2-안트릴)-N,9-디페닐-9H-카르바졸-3-아민(약칭:2PCAPA)을 공증착함으로써, 제1 발광층(2121)을 30nm의 막 두께로 형성했다. 여기에서, CzPA와 2PCAPA의 중량비는, 1:0.05(=CzPA:2PCAPA)가 되도록 조절했다. 또한, 제1 발광층(2121) 위에, 트리스(8-퀴놀리노라토)알루미늄(III)(약칭:Alq)과 N, N'-디페닐퀴나크리돈(약칭:DPQd)을 공증착함으로써, 제2 발광층(2122)을 10nm의 막 두께로 형성했다. 여기에서, Alq와 DPQd의 중량비는, 1:0.005(=Alq:DPQd)가 되도록 조절했다.

그 후, 저항가열에 의한 증착법을 이용하여, 발광층(2105) 위에 바소페난트롤린(약칭:BPhen)을 30nm의 막 두께가 되도록 성막하고, 전자수송층(2106)을 형성하고, 그 후 전자수송층(2106) 위에, 불화리튬(LiF)을 1nm의 막 두께가 되도록 성막함으로써, 전자주입층(2107)을 형성했다.

마지막으로, 저항가열에 의한 증착법을 이용하여, 알루미늄을 200nm의 막 두께가 되도록 성막함으로써, 제2 전극(2108)을 형성하고, 발광소자 1을 제조했다.

(비교 발광소자 2)

우선, 유리 기판 위에, 산화규소를 포함한 산화인듐-산화주석을 스퍼터링법으로 성막하고, 제1 전극을 형성했다. 이때, 그 막 두께는 110nm로 하고, 전극면적은 2mm×2mm로 했다.

다음으로, 제1 전극이 형성된 면이 아래쪽이 되도록, 제1 전극이 형성된 기판을 진공증착 장치 내에 설치된 기판 홀더에 고정하고, 10^-4Pa 정도까지 감압한 후, 제1 전극 위에, 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]비페닐(약칭:NPB)과 산화몰리브덴(VI)을 공증착함으로써, 복합재료를 포함한 층을 형성했다. 그 막 두께는 50nm로 하고 NPB과 산화몰리브덴(VI)의 비율은, 중량비로 4:1=(NPB:산화몰리브덴)이 되도록 조절했다.

다음으로, 저항가열을 이용한 증착법에 의해, 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]비페닐(약칭:NPB)을 10nm의 막 두께가 되도록 성막하고, 정공수송층을 형성했다.

다음으로, 정공수송층 위에, 발광층을 형성했다. 9-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카르바졸(약칭:CzPA)과 N-(9,10-디페닐-2-안트릴)-N,9-디페닐-9H-카르바졸-3-아민(약칭:2PCAPA)을 공증착함으로써, 발광층을 40nm의 막 두께로 형성했다. 여기에서, CzPA와 2PCAPA의 중량비는, 1:0.05(=CzPA:2PCAPA)가 되도록 조절했다.

그 후 저항가열에 의한 증착법을 이용하여, 발광층 위에 바소페난트롤린(약칭:BPhen)을 30nm의 막 두께가 되도록 성막하고, 전자수송층을 형성했다.

그 전자수송층 위에, 불화리튬(LiF)을 1nm의 막 두께가 되도록 성막함으로써, 전자주입층을 형성했다.

마지막으로, 저항가열에 의한 증착법을 이용하여, 알루미늄을 200nm의 막 두께가 되도록 성막함으로써, 제2 전극을 형성하고, 비교 발광소자 2를 제조했다.

발광소자 1의 전류밀도-휘도 특성을 도 11에 나타낸다. 또한 전압-휘도 특성을 도 12에 나타낸다. 또한 휘도-전류효율 특성을 도 13에 나타낸다. 또한 1mA의 전류를 흐르게 한 경우의 발광스펙트럼을 도 14에 나타낸다.

발광소자 1은, 휘도 3000cd/m²인 경우의 CIE색도 좌표는 (x=0.29, y=0.62)이며, 녹색의 발광을 나타냈다. 또한 휘도 3000cd/m²인 경우의 전류효율은 10.7cd/A이며, 전압은 5.8V, 전류밀도는, 29.4mA/cm²이었다.

또한 발광소자 1에 있어서, 초기 휘도를 3000cd/m²로 하여, 정전류구동에 의한 연속 점등 시험을 실시한 결과, 640시간 후에도 초기 휘도의 89%의 휘도이며, 수명이 긴 발광소자라는 것을 알았다. 한편, 비교 발광소자 2에 있어서, 마찬가지로 초기 휘도를 3000cd/m²로 한 연속 점등 시험을 실시한 결과, 640시간 후에는 휘도가 초기 휘도의 76%가 되며, 발광소자 1보다 수명이 짧았다.

따라서, 본 발명을 적용함으로써, 수명이 긴 발광소자가 얻어진다는 것을 알았다.

[실시예 2]

본 실시예에서는, 본 발명의 발광소자에 대해서 구체적으로 도 10을 참조하여 설명한다.

(발광소자 3)

우선, 유리 기판(2101) 위에, 산화규소를 포함한 산화인듐-산화주석을 스퍼터링법에서 성막하고, 제1 전극(2102)을 형성했다. 이때, 그 막 두께는 110nm로 하고 전극면적은 2mm×2mm로 했다.

다음으로, 제1 전극(2102)이 형성된 면이 아래쪽이 되도록, 제1 전극(2102)이 형성된 기판을 진공증착 장치 내에 설치된 기판 홀더에 고정하고, 10^-4Pa 정도까지 감압한 후, 제1 전극(2102) 위에, 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]비페닐(약칭:NPB)과 산화몰리브덴(VI)을 공증착함으로써, 복합재료를 포함한 층(2103)을 형성했다. 그 막 두께는 50nm로 하고 NPB과 산화몰리브덴(VI)의 비율은, 중량비로 4:1=(NPB:산화몰리브덴)이 되도록 조절했다.

그 후 저항가열에 의한 증착법을 이용하여, 발광층(2105) 위에 Alq를 30nm의 막 두께가 되도록 성막하고, 전자수송층(2106)을 형성했다.

또한, 전자수송층(2106) 위에, 불화리튬(LiF)을 1nm의 막 두께가 되도록 성막함으로써, 전자주입층(2107)을 형성했다.

마지막으로, 저항가열에 의한 증착법을 이용하여, 알루미늄을 200nm의 막 두께가 되도록 성막함으로써, 제2 전극(2108)을 형성하고, 발광소자 3을 제조했다.

(비교 발광소자 4)

우선, 유리 기판 위에, 산화규소를 포함한 산화인듐-산화주석을 스퍼터링법으로 성막하고, 제1 전극을 형성했다. 이때, 그 막 두께는 110nm로 하고 전극면적은 2mm×2mm로 했다.

다음으로, 저항가열을 사용한 증착법에 의해, 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]비페닐(약칭:NPB)을 10nm의 막 두께가 되도록 성막하고, 정공수송층을 형성했다.

그 후 저항가열에 의한 증착법을 이용하여, 발광층 위에 Alq를 30nm의 막 두께가 되도록 성막하고, 전자수송층을 형성했다.

또한, 전자수송층 위에, 불화리튬(LiF)을 1nm의 막 두께가 되도록 성막함으로써, 전자주입층을 형성했다.

마지막으로, 저항가열에 의한 증착법을 이용하여, 알루미늄을 200nm의 막 두께가 되도록 성막함으로써, 제2 전극을 형성하고, 비교 발광소자 4를 제조했다.

발광소자 3의 전류밀도-휘도 특성을 도 15에 나타낸다. 또한 전압-휘도 특성을 도 16에 나타낸다. 또한 휘도-전류효율 특성을 도 17에 나타낸다. 또한 1mA의 전류를 흐르게 한 경우의 발광스펙트럼을 도 18에 나타낸다.

발광소자 3은, 휘도 3000cd/m²인 경우의 CIE색도 좌표는 (x=0.29, y=0.62)이며, 녹색의 발광을 나타냈다. 또한 휘도 3000cd/m²인 경우의 전류효율은 11.0cd/A이며, 전압은 8.0V, 전류밀도는, 28.3mA/cm²였다.

또한 발광소자 3에 있어서, 초기 휘도를 3000cd/m²로 해서, 정전류구동에 의한 연속 점등 시험을 실시한 결과, 640시간 후에도 초기 휘도의 90%의 휘도였고, 수명이 긴 발광소자라는 것을 알았다. 한편, 비교 발광소자 4에 있어서, 마찬가지로 초기 휘도를 3000cd/m²로 한 연속 점등 시험을 실시한 결과, 470시간 후에는 초기 휘도의 88%가 되고, 발광소자 3보다 수명이 짧았다.

[실시예 3]

본 실시예에서는, 실시예 1 및 실시예 2에서 제조한 발광소자 1 및 발광소자 3에 있어서의 제2 층에 사용한, 트리스(8-퀴놀리노라토)알루미늄(III)(약칭:Alq)과, N, N'-디페닐퀴나크리돈(약칭:DPQd)의 환원 반응 특성에 대해서, 사이클릭 볼타메트리(CV) 측정에 의해 조사했다. 또한, 그 측정으로부터, Alq 및 DPQd의 LUMO 준위를 구했다. 이때 측정에는, 전기화학 애널라이저(BAS(주) 제품, ALS 모델 600A)를 사용했다.

CV측정에 있어서의 용액은, 용매로서 탈수 디메틸포름아미드(DMF)((주) Aldrich 제품, 99.8%, 카탈로그 번호;22705-6)를 사용하고, 지지전해질인 과염소산 테트라-n-부틸암모늄(n-Bu₄NClO₄)((주) 토쿄 화성 제품, 카탈로그 번호;T0836)을 100mmol/L의 농도가 되도록 용해시키고, 측정 대상을 1mmol/L의 농도가 되도록 용해시켜서 조제했다. 또한 작용전극으로는 백금전극(BAS(주) 제품, PTE 백금전극)을, 보조전극으로는 백금전극(BAS(주) 제품, VC-3용Pt 카운터 전극(5cm))을, 참조전극으로는 Ag/Ag+전극(BAS(주) 제품, RE5 비수용매계 참조전극)을 각각 사용했다. 이때, 측정은 실온(20∼25도)에서 실시했다.

(참조전극의 진공준위에 대한 포텐셜에너지의 산출)

우선, 본 실시예 3에서 사용하는 참조전극(Ag/Ag+전극)의 진공준위에 대한 포텐셜에너지(eV)를 산출했다. 즉, Ag/Ag+전극의 페르미 준위를 산출했다. 메탄올 내에 있어서의 페로센의 산화환원전위는, 표준수소전극에 대하여 +0.610[V vs．SHE]인 것이 알려져 있다(참고 문헌;Christian R.Goldsmith et al．, J.Am．Chem．Soc．, Vol． 124, No．1, 83-96, 2002). 한편, 본 실시예 3에서 사용하는 참조전극을 사용하여, 메탄올 내에 있어서의 페로센의 산화환원전위를 구한 결과, +0.20V[vs．Ag/Ag+]이었다. 따라서, 본 실시예 3에서 사용하는 참조전극의 포텐셜에너지는, 표준수소전극에 대하여 0.41[eV] 낮게 되어있다는 것을 알았다.

여기에서, 표준수소전극의 진공준위로부터의 포텐셜에너지는 -4.44eV인 것이 알려져 있다(참고 문헌;오니시 토시히로·코야마 타마미, 고분자EL재료(공립 출판), p.64-67). 이상으로부터, 본 실시예 3에서 사용하는 참조전극의 진공준위에 대한 포텐셜에너지는, -4.44-0.41=-4.85[eV]라고 산출할 수 있었다.

(측정예 1;Alq)

본 측정예 1에서는, Alq의 환원 반응 특성에 대해서, 사이클릭 볼타메트리(CV) 측정에 의해 조사했다. 스캔 속도는 0.1V/sec로 설정했다. 측정 결과를 도 19에 나타낸다. 또한, 환원 반응 특성의 측정은, 참조전극에 대한 작용 전극의 전위를 -0.69V로부터 -2.40V까지 주사한 후, -2.40V로부터 -0.69V까지 주사함으로써 실시했다.

도 19에 나타낸 바와 같이, 환원 피크 전위 Epc은 -2.20V, 산화 피크 전위 Epa는 -2.12V라고 판독할 수 있다. 따라서, 반파전위(Epc과 Epa의 중간 전위)는 -2.16V라고 산출할 수 있다. 이것은, Alq는 -2.16[V vs．Ag/Ag+]의 전기 에너지에 의해 환원되는 것을 나타내고, 이 에너지는 LUMO 준위에 해당한다. 여기에서, 전술한 바와 같이, 본 실시예 3에서 사용하는 참조전극의 진공준위에 대한 포텐셜에너지는, -4.85[eV]이므로, Alq의 LUMO 준위는, -4.85-(-2.16)=-2.69[eV]라는 것을 알았다.

(측정예 2;DPQd)

본 측정예 2에서는, DPQd의 환원 반응 특성에 대해서, 사이클릭 볼타메트리(CV) 측정에 의해 조사했다. 스캔 속도는 0.1V/sec로 했다. 측정 결과를 도 20에 나타낸다. 이때, 환원 반응 특성의 측정은, 참조전극에 대한 작용 전극의 전위를 -0.40V로부터 -2.10V까지 주사한 후, -2.10V로부터 -0.40V까지 주사함으로써 실시했다. 또한 DPQd는 용해성이 좋지 않아, 1mmol/L의 농도가 되도록 용액을 조제하려고 해도 용해되지 않은 잔류물이 발생하기 때문에, 잔류물이 침전된 상태에서 표면에 떠 있는 액을 채취하여, 측정에 사용했다.

도 20에 나타낸 바와 같이 환원 피크 전위 Epc은 -1.69V, 산화 피크 전위 Epa는 -1.63V라고 판독할 수 있다. 따라서, 반파전위(Epc과 Epa의 중간의 전위)는 -1.66V라고 산출할 수 있다. 이것은, DPQd는 -1.66[V vs．Ag/Ag+]의 전기 에너지에 의해 환원된다는 것을 나타내고, 이 에너지는 LUMO 준위에 해당한다. 여기에서, 전술한 바와 같이, 본 실시예 3에서 사용하는 참조전극의 진공준위에 대한 포텐셜에너지는, -4.85[eV]이기 때문에, DPQd의 LUMO 준위는, -4.85-(-1.66)=-3.19[eV]라는 것을 알았다.

이때, 전술한 바와 같이 해서 구한 Alq와 DPQd의 LUMO 준위를 비교하면, DPQd의 LUMO 준위는 Alq보다 0.50[eV] 낮다는 것을 알 수 있다. 이것은, DPQd를 Alq 내에 첨가함으로써, DPQd가 전자 트랩으로서 작용한다는 것을 의미한다. 따라서, 본 발명의 발광소자의 제2 층에 있어서, 제3 유기화합물로서 DPQd를, 제4 유기화합물로서 Alq를 사용한 실시예 1 및 실시예 2의 소자구조는, 본 발명에 바람직한 구조다.

101 기판 102 제1 전극
103 EL층 104 제2 전극
111 발광층 112 정공수송층
113 전자수송층 121 제1 층
122 제2 층 301 기판
302 제1 전극 303 EL층
304 제2 전극 311 발광층
312 정공수송층 313 전자수송층
321 제1 층 322 제2 층
501 제1 전극 502 제2 전극
511 제1 발광 유닛 512 제2 발광 유닛
513 전하발생층 601 소스측 구동회로
602 화소부 603 게이트측 구동회로
604 밀봉기판 605 밀봉재
607 공간 608 인회배선
609 FPC(플랙시블 프린트 서킷) 610 소자기판
611 스위칭용 TFT 612 전류제어용 TFT
613 제1 전극 614 절연물
616 EL층 617 제2 전극
618 발광소자 623 N채널형 TFT
624 P채널형 TFT 901 케이싱
902 액정층 903 백라이트
904 케이싱 905 드라이버IC
906 단자 951 기판
952 전극 953 절연층
954 분리벽층 955 EL층
956 전극 2001 케이싱
2002 광원 2101 유리 기판
2102 제1 전극 2103 복합재료를 포함한 층
2104 정공수송층 2105 발광층
2106 전자수송층 2107 전자주입층
2108 제2 전극 2121 제1 발광층
2122 제2 발광층 3001 조명 장치
3002 텔레비전 장치 9101 케이싱
9102 지지대 9103 표시부
9104 스피커부 9105 비디오 입력 단자
9201 본체 9202 케이싱
9203 표시부 9204 키보드
9205 외부접속 포트 9206 포인팅 마우스
9401 본체 9402 케이싱
9403 표시부 9404 음성입력부
9405 음성출력부 9406 조작키
9407 외부접속 포트 9408 안테나
9501 본체 9502 표시부
9503 케이싱 9504 외부접속 포트
9505 리모트 수신부 9506 수상부
9507 배터리 9508 음성입력부
9509 조작키 9510 접안부

Claims

제1 전극;
상기 제1 전극 위의 제1 발광 유닛;
상기 제1 발광 유닛 위의 전하발생층;
상기 전하발생층 위의 제2 발광 유닛; 및
상기 제2 발광 유닛 위의 제2 전극을 구비한 발광장치로서,
상기 전하발생층은, 상기 제2 발광 유닛에 정공을 주입하고, 상기 제1 발광 유닛에 전자를 주입할 수 있고,
상기 제1 발광 유닛과 상기 제2 발광 유닛 각각은,
상기 전하발생층 위에 제1 화합물과 제2 화합물을 포함하는 제1층; 및
상기 제1층 위에 제3 화합물과 제4 화합물을 포함하는 제2층을 포함하고,
상기 제1 화합물은 정공수송성보다 큰 전자수송성을 갖는 제2 화합물에 분산되고,
상기 제3 화합물은 상기 제4 화합물에 분산되어 상기 제2층에서 전자 트랩 능력을 갖고,
상기 제4 화합물은 정공수송성보다 큰 전자수송성을 갖는, 발광장치.
제1 전극;
상기 제1 전극 위의 제1 발광 유닛;
상기 제1 발광 유닛 위의 전하발생층;
상기 전하발생층 위의 제2 발광 유닛; 및
상기 제2 발광 유닛 위의 제2 전극을 구비한 발광장치로서,
상기 제1 발광 유닛의 발광색과 상기 제2 발광 유닛의 발광색이 서로 보색이고,
상기 전하발생층은, 상기 제2 발광 유닛에 정공을 주입하고 상기 제1 발광 유닛에 전자를 주입할 수 있고,
상기 제2 발광 유닛은,
상기 전하발생층 위에 제1 화합물과 제2 화합물을 포함하는 제1층; 및
상기 제1층 위에 제3 화합물과 제4 화합물을 포함하는 제2층을 포함하고,
상기 제1 화합물은 정공수송성보다 큰 전자수송성을 갖는 제2 화합물에 분산되고,
상기 제3 화합물은 상기 제4 화합물에 분산되어 상기 제2층에서 전자 트랩 능력을 갖고,
상기 제4 화합물은 정공수송성보다 큰 전자수송성을 갖는, 발광장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 전하발생층은 유기 화합물과 금속산화물을 포함하는, 발광장치.
제 3 항에 있어서,
상기 금속산화물은 몰리브덴 산화물인, 발광장치.
제 3 항에 있어서,
상기 유기 화합물은 전자수송성보다 큰 정공수송성을 갖는, 발광장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제3 화합물의 LUMO(최저 공궤도) 준위는, 상기 제4 화합물의 LUMO 준위보다 0.3eV 이상 낮은, 발광장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 투명한, 발광장치.
제 2 항에 있어서,
상기 제1 화합물이 녹색발광 가능한, 발광장치.
제 2 항에 있어서,
상기 제3 화합물이 적색발광 가능한, 발광장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 발광장치를 구비한, 조명장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 발광장치를 구비한 테이블 램프.
제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 발광장치를 구비한 백라이트.