KR20120056202A - 유기 광 디바이스 및 유기 광 디바이스의 보호 부재 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 수분이나 불순물로 인한 열화를 억제할 수 있는 유기 광 디바이스를 제공한다.
지지체와, 지지체 위에 형성된 기능층과, 기능층 위에 형성된 유기 화합물을 포함하는 발광체를 갖고, 기능층은, 갈륨 또는 알루미늄과, 아연과, 산소를 포함하는 절연막을 갖고, 지지체 및 기능층은 파장이 400nm 이상 700nm 이하인 영역에서 투광성을 갖는 유기 광 디바이스를 제공한다. 갈륨 또는 알루미늄과, 아연과, 산소를 포함하는 절연막을 보호막으로서 사용함으로써, 유기 화합물이나 금속 재료에 수분이나 불순물이 침입하는 것을 억제할 수 있다.
지지체와, 지지체 위에 형성된 기능층과, 기능층 위에 형성된 유기 화합물을 포함하는 발광체를 갖고, 기능층은, 갈륨 또는 알루미늄과, 아연과, 산소를 포함하는 절연막을 갖고, 지지체 및 기능층은 파장이 400nm 이상 700nm 이하인 영역에서 투광성을 갖는 유기 광 디바이스를 제공한다. 갈륨 또는 알루미늄과, 아연과, 산소를 포함하는 절연막을 보호막으로서 사용함으로써, 유기 화합물이나 금속 재료에 수분이나 불순물이 침입하는 것을 억제할 수 있다.
Description
본 발명은 유기 화합물을 포함하는 발광체를 구비하는 유기 광 디바이스에 관한 것이다. 또한, 유기 광 디바이스의 보호 부재 및 상기 보호 부재를 구비하는 유기 광 디바이스에 관한 것이다.
여기서, 유기 광 디바이스란, 유기 화합물을 포함하는 발광체를 구비하는 소자 및 장치 전반(全般)을 가리킨다. 유기 광 디바이스로서는, 예를 들어 유기 일렉트로 루미네선스(EL: Electroluminescence) 현상을 이용한 소자(유기 EL 소자라고도 기재한다)와 같은, 발광성을 갖는 유기 화합물을 포함하는 발광 소자나, 파장 변환 소자를 들 수 있다. 또한, 상기 발광 소자를 사용한 발광 장치, 전자 기기 및 조명 장치도 유기 광 디바이스에 포함된다.
유기 광 디바이스의 일례인, 유기 EL 소자의 연구 개발이 활발하게 행해지고 있다. 유기 EL 소자의 기본적인 구성은, 한 쌍의 전극간에 발광성을 갖는 유기 화합물을 포함하는 층을 끼운 구성이다. 이 소자에 전압을 인가함으로써, 발광성을 갖는 유기 화합물로부터의 발광을 얻을 수 있다.
유기 EL 소자는 막 형상으로 형성할 수 있기 때문에, 대면적인 소자를 용이하게 형성할 수 있고, 조명 등으로 응용할 수 있는 면 광원으로서의 이용 가치도 높다.
특허문헌 1에서는, 유기 박막 트랜지스터 및 유기 EL 소자를 구비한 유기 광 디바이스가 개시되어 있다.
한편, 유기 광 디바이스는 외부로부터 침입하는 수분이나 불순물로 인하여 신뢰성이 손실되는 과제가 있다.
외부로부터 유기 광 디바이스를 구성하는 유기 화합물이나 금속 재료에 수분이나 불순물이 침입함으로써, 유기 광 디바이스의 수명(壽命)은 대폭으로 저감되는 경우가 있다. 유기 광 디바이스에 사용하는 유기 화합물, 금속 재료가 수분이나 불순물과 반응하여 열화되기 때문이다.
따라서, 본 발명의 일 형태는 수분이나 불순물로 인한 열화를 억제할 수 있는 유기 광 디바이스의 보호 부재 또는 유기 광 디바이스를 제공하는 것을 목적의 하나로 한다.
또한, 광의 추출 효율이 높은 유기 광 디바이스가 요구되고 있다.
따라서, 본 발명의 일 형태는, 광의 추출 효율이 높은 유기 광 디바이스의 보호 부재 또는 유기 광 디바이스를 제공하는 것을 목적의 하나로 한다.
본 발명자들은, 유기 광 디바이스의 보호막으로서 갈륨 또는 알루미늄과, 아연과, 산소를 포함하는 절연막을 사용하는 것에 착안하였다. 이 막을 유기 광 디바이스의 보호막으로서 사용함으로써, 유기 광 디바이스의 외부로부터 수소, 수분, 또는 불순물 등이 유기 화합물이나 금속 재료에 침입하는 것을 억제할 수 있다.
갈륨 또는 알루미늄과, 아연과, 산소를 포함하는 절연막은 가시광에 대한 투광성을 갖는다. 따라서, 가시광을 방출하는 유기 광 디바이스의 발광을 추출하는 측에 그 절연막을 형성하여도 광의 추출을 저해(沮害)하지 않고, 적합하게 사용할 수 있다.
구체적으로는, 본 발명의 일 형태의 유기 광 디바이스(또는 유기 광 디바이스의 보호 부재)는, 기능층으로서 갈륨 또는 알루미늄과, 아연과, 산소를 포함하는 절연막을 적어도 1층 갖는다. 이와 같은 기능층을 구비함으로써, 수분이나 불순물로 인한 유기 광 디바이스의 열화를 억제할 수 있다. 또는, 이와 같은 기능층을 구비함으로써, 광의 추출 효율이 높은 유기 광 디바이스를 실현할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 형태는, 지지체와, 지지체 위에 형성된 기능층과, 기능층 위에 형성된 유기 화합물을 포함하는 발광체를 갖고, 기능층은 갈륨 또는 알루미늄과, 아연과, 산소를 포함하는 절연막을 포함하고, 지지체 및 기능층은 파장이 400nm 이상 700nm 이하의 영역에서 투광성을 갖는 유기 광 디바이스이다.
본 발명은, 유기 광 디바이스 중의 하나인 유기 EL 소자에 적합하다. 따라서, 본 발명의 일 형태는, 지지체와 지지체 위에 형성된 기능층과, 기능층 위에 형성된 제 1 전극과, 제 1 전극 위에 형성된 발광성을 갖는 유기 화합물을 포함하는 층과, 발광성을 갖는 유기 화합물을 포함하는 층 위에 형성된 제 2 전극을 포함하고, 기능층은, 갈륨 또는 알루미늄과, 아연과, 산소를 포함하는 절연막을 포함하고, 지지체, 기능층, 및 제 1 전극은 파장이 400nm 이상 700nm 이하의 영역에서 투광성을 갖는 유기 광 디바이스이다.
본 발명에 있어서, 갈륨 또는 알루미늄과, 아연과, 산소를 포함하는 절연막은, 질소를 포함하여도 좋다. 또한, 상기 절연막은 갈륨, 알루미늄, 아연, 산소, 및 질소 이외의 원소의 총 합계는 원자 비율 0.1 이하인 것이 바람직하다. 또한, 상기 절연막은, 20℃에서의 고유 저항이 1010Ωcm 이상인 것이 바람직하다.
또한, 상기 구성에 있어서, 제 2 전극을 덮는 밀봉막을 갖고, 밀봉막은 기능층과 접하고, 밀봉막이 갈륨 또는 알루미늄과, 아연과, 산소를 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 밀봉막은 질소를 포함하여도 좋다.
기능층과 접하는 밀봉막으로서, 갈륨 또는 알루미늄과, 아연과, 산소를 포함하는 막을 형성함으로써, 유기 광 디바이스의 발광을 추출하는 측뿐만 아니라, 반대 측에서도 유기 광 디바이스의 외부로부터 수소, 수분, 또는 불순물 등이 유기 화합물이나 금속 재료에 침입하는 것을 억제할 수 있다.
그런데, 유기 광 디바이스에 있어서, 발광체로부터 발광체의 굴절률과 다른 굴절률의 매체에 광이 입사될 때에 일부의 광이 반사된다.
2개의 매체의 굴절률의 차이가 클수록 광은 반사되기 쉽기 때문에, 유기 광 디바이스의 광의 추출 효율은 저하된다.
본 발명의 일 형태에서는, 2개의 매체의 굴절률의 차이로 인한 광의 반사를 억제할 수 있도록 기능층의 굴절률을 설정한다.
구체적으로는, 본 발명의 일 형태는 갈륨 또는 알루미늄과, 아연과, 산소를 포함하는 절연막을 포함하는 기능층과, 기능층의 한쪽 면과 접하는 제 1 막과, 기능층의 다른 쪽 면과 접하는 제 2 막을 갖고, 파장이 400nm 이상 700nm 이하의 영역에서 투광성을 갖고, 기능층이 갖는 층의 굴절률은, 접하는 층의 굴절률과의 차이가 각각 0.2 이하인 유기 광 디바이스의 보호 부재이다.
본 발명의 일 형태의 보호 부재는, 갈륨 또는 알루미늄과, 아연과, 산소를 포함하는 절연막을 포함하기 때문에, 유기 화합물에 수분이 침입하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 제 1 막과 접하는 층(기능층을 구성하는 층)의 굴절률과 제 1 막의 굴절률의 차이, 및 제 2 막과 접하는 층(기능층을 구성하는 층)의 굴절률과, 제 2 막 굴절률과의 차이가 각각 0.2 이하이기 때문에, 굴절률의 차이로 인한 광의 반사를 억제할 수 있다.
상기 보호 부재에 있어서, 갈륨 또는 알루미늄과, 아연과, 산소를 포함하는 절연막은, 질소를 포함하여도 좋다. 또한, 상기 막은 갈륨, 알루미늄, 아연, 산소, 및 질소 이외의 원소의 총 합계가 원자 비율 0.1 이하인 것이 바람직하다. 또한, 상기 막은 20℃에서의 고유 저항이 1010Ωcm 이상인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 일 형태는, 상기 보호 부재를 적용한 유기 광 디바이스이다. 구체적으로는, 상술한 유기 광 디바이스의 보호 부재와, 유기 광 디바이스의 보호 부재 위에 형성된 유기 화합물을 포함하는 발광체를 갖는 유기 광 디바이스이다.
본 발명은 유기 광 디바이스 중의 하나인 유기 EL 소자에 적합하다. 따라서, 본 발명의 일 형태는, 상기 유기 광 디바이스의 보호 부재와, 유기 광 디바이스의 보호 부재 위에 형성된 발광성을 갖는 유기 화합물을 포함하는 층과, 발광성을 갖는 유기 화합물을 포함하는 층 위에 형성된 제 2 전극을 갖고, 제 2 막은, 제 1 전극으로서 기능하는 유기 광 디바이스이다.
상기 유기 광 디바이스에 있어서, 제 2 전극을 덮는 밀봉막을 갖고, 밀봉막은 기능층과 접하고, 밀봉막이 갈륨 또는 알루미늄과, 아연과, 산소를 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 밀봉막은 질소를 포함하여도 좋다.
기능층과 접하는 밀봉막으로서, 갈륨 또는 알루미늄과, 아연과, 산소를 포함하는 막을 형성함으로써, 유기 광 디바이스의 발광을 추출하는 측뿐만 아니라, 반대 측으로부터 전극 등에 사용하는 금속 재료, 또는 유기 화합물에 수분이나 불순물이 침입하는 것을 억제할 수 있다.
또한, 유기 광 디바이스는, 굴절률이 대기보다 높은 영역에서 발광하기 때문에, 광을 대기 중에 추출할 때에 유기 광 디바이스 내부, 또는 유기 광 디바이스와 대기의 경계면에서 전반사(全反射)가 일어나는 조건이 있어, 유기 광 디바이스의 광 추출 효율은 100%보다 작다는 문제가 있다.
구체적으로는, 발광체(또는 발광성을 갖는 유기 화합물을 포함하는 층)의 굴절률보다 작은 굴절률을 갖는 매체 B에, 매체 B보다 굴절률이 높은 매체 A로부터 광이 입사될 때, 입사되는 각도에 따라 전반사하는 경우가 있다.
이 때, 매체 A와 매체 B의 계면에 요철(凹凸) 구조를 형성하는 것이 바람직하다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 매체 A로부터 매체 B에 임계각(臨界角)을 초과하여 입사되는 광이 전반사하여 디바이스 내부를 광이 도파(導波)하여 광의 추출 효율이 저하되는 현상을 억제할 수 있다.
유기 EL 소자의 경우, 보호 부재의 제 2 막에 상당하는 제 1 전극이 요철 구조를 가지면, 제 1 전극 위에 형성되는 발광성을 갖는 유기 화합물을 포함하는 층 등에 있어서 리크 전류가 생길 우려가 있다.
따라서, 상기 유기 광 디바이스에 있어서, 기능층이 구비하는 층의 굴절률, 제 1 막의 굴절률 및 제 2 막의 굴절률은, 발광체(또는 발광성을 갖는 유기 화합물을 포함하는 층)의 굴절률 이상인 것이 바람직하다. 이로써, 보호 부재의 내부에서 광이 전반사하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 제 2 막과 발광성을 갖는 유기 화합물을 포함하는 층의 계면, 제 2 막과 기능층의 계면, 기능층과 제 1 막의 계면에 광 추출 효율이 저하되는 현상을 억제하기 위한 요철 구조를 형성할 필요가 없기 때문에, 제 2 막을 평탄한 막으로 할 수 있고, 제 2 막의 요철 구조로 인한 발광성을 갖는 유기 화합물을 포함하는 층 등에 있어서의 리크 전류의 발생을 억제할 수 있다.
또한, 상기 유기 광 디바이스에 있어서 제 1 막이 대기와 접하는 경우는, 제 1 막과 대기의 계면에 요철 구조를 갖는 것이 바람직하다. 제 1 막의 굴절률은 대기의 굴절률보다 크다. 따라서, 대기와 제 1 막의 계면에 요철의 구조를 형성함으로써, 전반사의 영향으로 인하여 대기에 추출할 수 없는 광을 저감시켜 유기 광 디바이스의 광의 추출 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 형태는, 수분이나 불순물로 인한 열화를 억제할 수 있는 유기 광 디바이스의 보호 부재 또는 유기 광 디바이스를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 형태는 광의 추출 효율이 높은 유기 광 디바이스의 보호 부재 또는 유기 광 디바이스를 제공할 수 있다.
도 1(A) 내지 도 1(C)는 본 발명의 일 형태의 유기 광 디바이스를 도시한 도면.
도 2(A) 내지 도 2(D)는 본 발명의 일 형태의 보호 부재 및 유기 광 디바이스를 도시한 도면.
도 3(A) 내지 도 3(F)는 본 발명의 일 형태에 따른 지지체의 일례를 도시한 도면.
도 4(A) 내지 도 4(C)는 본 발명의 일 형태에 따른 EL층의 일례를 도시한 도면.
도 5(A) 및 도 5(B)는 본 발명의 일 형태의 유기 광 디바이스를 도시한 도면.
도 6은 실시예 1에 따른 굴절률의 측정 결과를 도시한 도면.
도 7은 실시예 1에 따른 투과율의 측정 결과를 도시한 도면.
도 8은 실시예 2에 따른 굴절률의 측정 결과를 도시한 도면.
도 9는 실시예 2에 따른 굴절률의 측정 결과를 도시한 도면.
도 10은 실시예 2에 따른 굴절률의 측정 결과를 도시한 도면.
도 11은 본 발명의 일 형태의 유기 광 디바이스를 도시한 도면.
도 2(A) 내지 도 2(D)는 본 발명의 일 형태의 보호 부재 및 유기 광 디바이스를 도시한 도면.
도 3(A) 내지 도 3(F)는 본 발명의 일 형태에 따른 지지체의 일례를 도시한 도면.
도 4(A) 내지 도 4(C)는 본 발명의 일 형태에 따른 EL층의 일례를 도시한 도면.
도 5(A) 및 도 5(B)는 본 발명의 일 형태의 유기 광 디바이스를 도시한 도면.
도 6은 실시예 1에 따른 굴절률의 측정 결과를 도시한 도면.
도 7은 실시예 1에 따른 투과율의 측정 결과를 도시한 도면.
도 8은 실시예 2에 따른 굴절률의 측정 결과를 도시한 도면.
도 9는 실시예 2에 따른 굴절률의 측정 결과를 도시한 도면.
도 10은 실시예 2에 따른 굴절률의 측정 결과를 도시한 도면.
도 11은 본 발명의 일 형태의 유기 광 디바이스를 도시한 도면.
실시형태 및 실시예에 대하여, 도면을 사용하여 자세하게 설명한다. 그러나, 본 발명은 이하의 설명에 한정되지 않고, 본 발명의 취지 및 그 범위로부터 벗어남이 없이 그 형태 및 상세한 사항을 다양하게 변경할 수 있다는 것은 당업자라면 용이하게 이해할 수 있다. 따라서, 본 발명은 이하에 나타내는 실시형태 및 실시예의 기재 내용에 한정하여 해석되는 것은 아니다. 또한, 이하에 설명하는 발명의 구성에 있어서, 동일 부분 또는 같은 기능을 갖는 부분에는 동일한 부호를 다른 도면간에서 공통적으로 사용하고, 그 반복 설명은 생략한다.
(실시형태 1)
본 실시형태에서는, 본 발명의 일 형태의 유기 광 디바이스에 대하여 도 1(A) 내지 도 1(C)를 사용하여 설명한다.
도 1(A)에 도시한 유기 광 디바이스는, 지지체(101), 기능층(201), 및 유기 화합물을 포함하는 발광체(301)를 구비한다. 구체적으로는, 지지체(101) 위에 기능층(201)을 갖고, 기능층(201) 위에 발광체(301)를 갖는다.
지지체(101) 및 기능층(201)은, 유기 화합물을 포함하는 발광체(301)의 광을 추출하는 측에 형성된다. 지지체(101) 및 기능층(201)은 파장이 450nm 이상 650nm 이하의 영역에서 투광성을 갖는다. 바람직하게는, 파장이 400nm 이상 700nm 이하의 영역에서 투광성을 갖는다.
<기능층>
기능층(201)은, 갈륨(Ga) 또는 알루미늄(Al)과, 아연(Zn)과, 산소(O)를 포함하는 절연막을 갖는다.
상기 절연막은, 질소(N)를 포함하여도 좋다. 상기 절연막을 유기 광 디바이스의 보호막으로서 사용함으로써, 유기 화합물이나 금속 재료에 수분이나 불순물이 침입하는 것을 억제할 수 있다.
Ga 또는 Al과, Zn과, O를 포함하는 절연막은, Ga, Al, Zn, O 및 N의 총 합계가 원자 비율 0.90 이상인 것이 바람직하고, 원자 비율 0.97 이상인 것이 특히 바람직하다. 바꾸어 말하면, Ga, Al, Zn, O 및 N 이외의 원소의 총 합계는 원자 비율 0.10 이하인 것이 바람직하고, 원자 비율 0.03 이하인 것이 특히 바람직하다. 이와 같은 조성을 갖는 막을 유기 광 디바이스의 보호막으로서 사용함으로써, 유기 광 디바이스의 외부로부터 수소, 수분, 또는 불순물 등이 유기 화합물이나 금속 재료에 침입하는 것을 억제할 수 있다.
예를 들어, Ga 또는 Al과, Zn과, O를 포함하는 절연막에 사용하는 재료로서는, Ga-Zn-O계 재료, Al-Zn-O계 재료, Ga-Zn-O-N계 재료, Al-Zn-O-N계 재료, Ga-Al-Zn-O계 재료, Ga-Al-Zn-O-N계 재료를 들 수 있다. 여기서, 예를 들어 Ga-Zn-O계 재료란, 갈륨, 안연, 및 산소를 주성분으로 하는 재료를 의미한다.
Ga 또는 Al과, Zn과, O를 포함하는 절연막은, 예를 들어 Ga-Zn-O계 금속 산화물 타깃(Ga2O3:ZnO=1:5 내지 5:1[mol수 비율])을 사용하여 산소 분위기하나 아르곤 및 산소(유량 비율은 일례로서, 아르곤:산소=7:3) 혼합 분위기하에서 형성함으로써 얻어진다. 또한, Al-Zn-O계 금속 산화물 타깃(Al2O3:ZnO=1:5 내지 5:1[mol수 비율])을 사용하여 같은 분위기하에서 형성함으로써 얻어진다. 또한, 같은 타깃을 아르곤, 산소, 및 질소(유량 비율은 일례로서, 아르곤:산소:질소=3:6:1) 혼합 분위기하에서 형성함으로써 질소를 포함하는 Ga 또는 Al과, Zn과, O를 포함하는 절연막이 얻어진다.
기능층(201)이 갖는 절연막의 20℃에서의 고유 저항은 1010Ωcm 이상이면, 기능층(201)은 충분한 절연성을 구비할 수 있기 때문에 바람직하다.
또한, 기능층(201)은 단층이라도 좋고, 복수의 층으로 구성되어도 좋다. 또한, Ga 또는 Al과, Zn과, O를 포함하는 절연막 이외의 층을 포함하여도 좋다.
<지지체>
지지체(101)는, 예를 들어 유리, 석영, 또는 플라스틱 등을 사용할 수 있다. 또한, 가요성 기판을 사용하여도 좋다. 가요성 기판이란 구부릴 수 있는(플렉시블) 기판이며, 예를 들어, 폴리카보네이트, 폴리아릴레이트, 폴리에테르술폰으로 이루어진 플라스틱 기판 등을 들 수 있다. 또한, 필름(폴리프로필렌, 폴리에스테르, 비닐, 폴리비닐플루오르화물, 폴리염화비닐 등으로 이루어진다), 무기 증착 필름을 사용할 수도 있다.
<발광체>
발광체(301)는 유기 화합물을 포함한다. 발광체(301)에는, LED(Light Emitting Diode), 유기 EL 소자, 무기 EL 소자 등의 발광물을 사용할 수 있다. 또한, 발광체(301)가 포함하는 유기 화합물로서는, 상술한 유기 EL 소자나 유기 트랜지스터 등이 포함하는 유기 화합물을 들 수 있다. 그 이외에, 발광체(301)는 실리콘이나 산화물 반도체를 사용한 트랜지스터를 포함하여도 좋다.
도 1(B)에 발광체로서 EL층(102)을 구비하는 유기 광 디바이스(유기 EL 소자)를 도시한다.
도 1(B)에 도시한 유기 광 디바이스는, 지지체(101), 기능층(201), 제 1 전극(103), EL층(102), 및 제 2 전극(108)을 구비한다. 구체적으로는, 지지체(101) 위에 기능층(201)을 갖고, 기능층(201) 위에 제 1 전극(103)을 갖고, 제 1 전극(103) 위에 EL층(102)을 갖고, EL층(102) 위에 제 2 전극(108)을 갖는다.
지지체(101) 및 기능층(201)은, 도 1(A)에 도시한 유기 광 디바이스와 같은 구성을 적용할 수 있다.
<EL층>
EL층(102)은, 적어도 발광성을 갖는 유기 화합물을 포함하는 층을 갖는다. 그 이외에 전자 수송성이 높은 물질을 포함하는 층, 정공 수송성이 높은 물질을 포함하는 층, 전자 주입성이 높은 물질을 포함하는 층, 정공 주입성이 높은 물질을 포함하는 층, 바이폴러성을 갖는 물질(전자 수송성 및 정공 수송성이 높은 물질)을 포함하는 층 등을 적절히 조합한 적층 구조를 구성할 수 있다. EL층(102)의 구성예는 실시형태 4에서 자세히 설명한다.
<제 1 전극>
제 1 전극(103)은 지지체(101) 및 기능층(201)과 마찬가지로 EL층(102)의 발광을 추출하는 측에 형성된다. 제 1 전극(103)은 파장이 450nm 이상 650nm 이하의 영역에서 투광성을 갖는다. 바람직하게는, 파장이 400nm 이상 700nm 이하의 영역에서 투광성을 갖는다.
투광성을 갖는 재료로서는, 산화인듐, 인듐주석산화물(ITO), 인듐아연산화물, 산화아연, 갈륨을 첨가한 산화아연, 그라핀 등을 사용할 수 있다.
또한, 제 1 전극(103)으로서, 금, 백금, 니켈, 텅스텐, 크롬, 몰리브덴, 철, 코발트, 구리, 팔라듐, 또는 티타늄 등의 금속 재료를 사용할 수 있다. 또는, 이들 금속 재료의 질화물(예를 들어, 질화티타늄) 등을 사용하여도 좋다. 또한, 금속 재료(또는 그 질화물)를 사용하는 경우, 투광성을 가질 만큼 얇게 하면 좋다.
<제 2 전극>
제 2 전극(108)은 광을 추출하는 측의 반대 측에 형성되고, 반사성을 갖는 재료를 사용하여 형성된다. 반사성을 갖는 재료로서는, 알루미늄, 금, 백금, 은, 니켈, 텅스텐, 크롬, 몰리브덴, 철, 코발트, 구리, 또는 팔라듐 등의 금속 재료를 사용할 수 있다. 그 이외에, 알루미늄과 티타늄의 합금, 알루미늄과 니켈의 합금, 알루미늄과 네오디뮴의 합금 등의 알루미늄을 함유하는 합금(알루미늄 합금)이나, 은과 구리의 합금 등의 은을 포함하는 합금을 사용할 수도 있다. 은과 구리의 합금은 내열성이 높기 때문에 바람직하다. 또한, 알루미늄 합금막에 접하는 금속막, 또는 금속 산화물막을 적층함으로써, 알루미늄 합금막의 산화를 억제할 수 있다. 상기 금속막, 금속 산화물막의 재료로서는 티타늄, 산화티타늄 등을 들 수 있다.
도 1(C)에 발광체로서 EL층(102)을 구비하는 유기 광 디바이스의 다른 예를 도시한다.
도 1(C)에 도시한 유기 광 디바이스는, 지지체(101), 기능층(201), 제 1 전극(103), EL층(102), 제 2 전극(108), 밀봉막(202)을 구비한다. 구체적으로는, 지지체(101) 위에 기능층(201)을 갖고, 기능층(201) 위에 제 1 전극(103)을 갖고, 제 1 전극(103) 위에 EL층(102)을 갖고, EL층(102) 위에 제 2 전극(108)을 갖고, 제 2 전극(108)을 덮는 밀봉막(202)을 갖는다.
지지체(101), 기능층(201), 제 1 전극(103), EL층(102), 및 제 2 전극(108)에는 도 1(A) 및 도 1(B)에 도시한 유기 광 디바이스와 같은 구성을 적용할 수 있다.
<밀봉막>
밀봉막(202)은, Ga 또는 Al과, Zn과, O를 포함하는 절연막으로 이루어진다. Ga 또는 Al과, Zn과, O를 포함하는 절연막으로서는, 기능층(201)에 사용할 수 있는 Ga 또는 Al과, Zn과, O를 포함하는 절연막과 같은 구성을 적용할 수 있다. 밀봉막(202)은 단층이라도 좋고, 복수의 층으로 형성되어도 좋다.
도 1(C)에 도시한 유기 광 디바이스에서는, 밀봉막(202)은 제 2 전극(108)을 덮는다. 또한, 기능층(201)과 밀봉막(202)은 접한다. 도 1(C)에 있어서, 제 1 전극(103), EL층(102), 및 제 2 전극(108)은 기능층(201) 및 밀봉막(202)으로 둘러싸인다.
제 1 전극(103), EL층(102), 및 제 2 전극(108)을 둘러싸도록 Ga 또는 Al과, Zn과, O를 포함하는 절연막을 형성함으로써, EL층(102)에 포함되는 유기 화합물이나, 전극에 포함되는 금속 재료에 수분이나 불순물이 침입하는 것을 억제할 수 있다.
본 실시형태에서 나타낸 유기 광 디바이스는, 보호막으로서 Ga 또는 Al과, Zn과, O를 포함하는 절연막을 구비하기 때문에, 수소, 수분 또는 불순물 등이 유기 광 디바이스의 외부로부터 유기 화합물이나 금속 재료에 침입하는 것을 억제할 수 있다. Ga 또는 Al과, Zn과, O를 포함하는 절연막은, 가시광에 대한 투광성을 갖기 때문에, 유기 광 디바이스의 발광을 추출하는 측에 형성하여도 광의 추출을 저해하지 않고, 적합하게 사용할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 형태를 적용함으로써, 수분이나 불순물에 의한 열화가 억제된 유기 광 디바이스를 제공할 수 있다.
(실시형태 2)
본 발명의 일 형태의 보호 부재 및 상기 보호 부재를 적용한 유기 광 디바이스에 대하여 도 2(A) 내지 도 2(D), 도 5(A) 및 도 5(B)를 사용하여 설명한다. 본 발명의 일 형태의 보호 부재는, 유기 광 디바이스에 적용할 수 있다. 상기 보호 부재는 실시형태 1에 나타낸 유기 광 디바이스에 적용할 수도 있다.
본 발명의 일 형태의 보호 부재는, 가시광에 대한 투광성을 갖고, 적어도 3층으로 형성된다. 본 발명의 일 형태의 보호 부재는, 파장이 450nm 이상 650nm 이하의 영역에서 투광성을 가지면 좋고, 파장이 400nm 이상 700nm 이하의 영역에서 투광성을 갖는 것이 바람직하다.
도 2(A)에 도시한 보호 부재(10)는, 기능층(211)과, 기능층(211)의 한쪽 면에 접하는 제 1 막(212)과, 기능층(211)의 다른 쪽 면에 접하는 제 2 막(213)으로 구성된다. 즉, 제 1 막(212) 위에 기능층(211)을 갖고, 기능층(211) 위에 제 2 막(213)을 갖는다.
<기능층>
기능층(211)은, 갈륨(Ga) 또는 알루미늄(Al)과, 아연(Zn)과, 산소(O)를 포함하는 절연막을 갖는다. 상기 절연막을 유기 광 디바이스의 보호막으로서 사용함으로써, 수소, 수분 또는 불순물 등이 유기 광 디바이스의 외부로부터 유기 화합물이나 금속 재료에 침입하는 것을 억제할 수 있다.
Ga 또는 Al과, Zn과, O를 포함하는 절연막은 질소(N)를 포함하여도 좋다. 이들의 원소를 조합하여 제작함으로써, 가시광에 대한 투광성을 유지한 채, 상기 절연막의 굴절률을 원하는 값으로 할 수 있다.
Ga 또는 Al과, Zn과, O를 포함하는 절연막은, Ga, Al, Zn, O 및 N의 총 합계가 원자 비율 0.90 이상인 것이 바람직하고, 원자 비율 0.97 이상인 것이 특히 바람직하다. 바꾸어 말하면, Ga, Al, Zn, O 및 N 이외의 원소의 총 합계는 원자 비율 0.10 이하인 것이 바람직하고, 원자 비율 0.03 이하인 것이 특히 바람직하다. 이와 같은 조성을 갖는 막을 유기 광 디바이스의 보호막으로서 사용함으로써, 유기 화합물이나 금속 재료에 수분이나 불순물이 침입하는 것을 억제할 수 있다.
예를 들어, Ga 또는 Al과, Zn과, O를 포함하는 절연막에 사용하는 재료로서는, Ga-Zn-O계 재료, Al-Zn-O계 재료, Ga-Zn-O-N계 재료, Al-Zn-O-N계 재료, Ga-Al-Zn-O계 재료, Ga-Al-Zn-O-N계 재료를 들 수 있다.
Ga 또는 Al과, Zn과, O를 포함하는 절연막은, 예를 들어 Ga-Zn-O계 금속 산화물 타깃(Ga2O3:ZnO=1:5 내지 5:1[mol수 비율])을 사용하여 형성될 수 있다.
20℃에서, 기능층(211)이 갖는 절연막의 고유 저항은, 1010Ωcm 이상이면, 기능층(211)이 충분한 절연성을 구비하기 때문에 바람직하다.
기능층(211)은 단층이라도 좋고, 복수의 층으로 형성되어도 좋다. 또한, Ga 또는 Al과, Zn과, O를 포함하는 절연막 이외의 층을 포함하여도 좋다.
유기 광 디바이스에 있어서, 발광체로부터 발광체의 굴절률과 다른 굴절률의 매체에 광이 입사될 때에 일부의 광이 반사된다. 2개의 매체의 굴절률의 차이가 클수록 광은 반사되기 쉽고, 유기 광 디바이스의 광의 추출 효율은 저하한다.
본 발명의 일 형태에서는, 2개의 매체의 굴절률의 차이로 인한 광의 반사를 억제할 수 있도록 기능층의 굴절률을 설정한다.
구체적으로는, 기능층(211)이 갖는 층의 굴절률은 접하는 층의 굴절률과의 차이가 각각 0.2 이하로 한다. 또한, 접하는 층과의 굴절률의 차이가 0.15 이하이면, 굴절률의 차이로 인한 광의 반사를 1% 이하로 억제할 수 있어서 바람직하다. 굴절률의 차이가 작을수록, 굴절률의 차이로 인한 광의 반사를 억제할 수 있다.
상기 구성이 적용된 보호 부재는, 제 1 막(212)과 접하는 층(기능층(211)을 구성하는 층)과, 제 1 막(212)과의 굴절률의 차이, 및 제 2 막(213)과 접하는 층(기능층(211)을 구성하는 층)과, 제 2 막(213)과의 굴절률의 차이가 각각 작기 때문에, 굴절률의 차이로 인한 광의 반사를 억제할 수 있다.
그런데, 보호 부재를 구성하는 층(기능층이 갖는 층, 제 1 막, 및 제 2 막)의 굴절률이 발광체의 굴절률보다 작으면, 보호 부재의 내부에서 전반사(全反射)가 일어나는 조건이 있다.
따라서, 보호 부재를 구성하는 층(기능층이 갖는 층, 제 1 막, 및 제 2 막)의 굴절률은 발광체의 굴절률 이상인 것이 바람직하다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 보호 부재의 내부에서 광이 전반사하는 것을 억제할 수 있다.
본 실시형태의 보호 부재는, Ga 또는 Al과, Zn과, O를 포함하는 절연막을 구비하기 때문에, 수소, 수분, 또는 불순물 등이 유기 광 디바이스의 외부로부터 유기 화합물이나 금속 재료에 침입하는 것을 억제할 수 있다. Ga 또는 Al과, Zn과, O를 포함하는 절연막은, 가시광에 대한 투광성을 갖기 때문에, 유기 광 디바이스의 발광을 추출하는 측에 형성하여도 광의 추출을 저해하지 않고, 적합하게 사용할 수 있다.
또한, 본 실시형태의 보호 부재를 구성하는 층은, 각각 접하는 층의 굴절률과의 차이가 0.2 이하이기 때문에, 유기 광 디바이스 내부에서 일어나는 굴절률의 차이로 인한 광의 반사를 억제할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 형태의 보호 부재를 적용함으로써, 수분이나 불순물로 인한 열화가 억제된 유기 광 디바이스를 제공할 수 있다. 또한, 광의 추출 효율이 높은 유기 광 디바이스를 제공할 수 있다.
다음에, 도 2(A)에 도시한 보호 부재(10)를 사용한 유기 광 디바이스에 대하여 도 2(B) 내지 도 2(D)를 사용하여 설명한다.
도 2(B)에 도시한 유기 광 디바이스는, 발광체(301)의 광을 추출하는 측에 보호 부재(10)를 갖는다. 구체적으로는, 제 1 막(212) 위에 기능층(211)을 갖고, 기능층(211) 위에 제 2 막(213)을 갖고, 제 2 막(213) 위에 발광체(301)를 갖는다.
<발광체>
발광체(301)는 유기 화합물을 포함한다. 발광체(301)는, 실시형태 1과 같은 구성, 같은 재료를 적용할 수 있다.
도 2(B)에 도시한 유기 광 디바이스는, 기능층(211)으로서 Ga 또는 Al과, Zn과, O를 포함하는 절연막을 갖기 때문에, 수소, 수분 또는 불순물 등이 유기 광 디바이스의 외부로부터 유기 화합물이나 금속 재료에 침입하는 것을 억제할 수 있다.
또한, 보호 부재(10)를 구성하는 층은 접하는 층과의 굴절률의 차이가 각각 0.2 이하이기 때문에, 굴절률의 차이로 인한 광의 반사를 억제할 수 있다.
도 2(C) 및 도 2(D)에 발광체로서 EL층(102)을 구비하는 유기 광 디바이스의 일례를 도시한다.
도 2(C) 및 도 2(D)에 도시한 유기 광 디바이스는, 지지체(101), 기능층(211), 제 1 전극(103), EL층(102), 및 제 2 전극(108)을 구비한다.
도 2(C)에 도시한 유기 광 디바이스는, 지지체(101) 위에, 기능층(211)을 갖고, 기능층(211) 위에 제 1 전극(103)을 갖고, 제 1 전극(103) 위에 EL층(102)을 갖고, EL층(102) 위에 제 2 전극(108)을 구비한다. 도 2(C)에 도시한 유기 광 디바이스는, 보호 부재(12)를 구비한다. 지지체(101)는 보호 부재(12)의 제 1 막에 상당하고, 제 1 전극(103)은, 보호 부재(12)의 제 2 막에 상당한다.
도 2(D)에 도시한 유기 광 디바이스는, 지지체(101) 위에 평탄화막(230)을 갖고, 평탄화막(230) 위에 기능층(211)을 갖고, 기능층(211) 위에 제 1 전극(103)을 갖고, 제 1 전극(103) 위에 EL층(102)을 갖고, EL층(102) 위에 제 2 전극(108)을 구비한다. 도 2(D)에 도시한 유기 광 디바이스는, 보호 부재(14)를 구비한다. 평탄화막(230)은, 보호 부재(14)의 제 1 막에 상당하고, 제 1 전극(103)은 보호 부재(14)의 제 2 막에 상당한다.
도 2(C) 및 도 2(D)에 있어서, 제 1 전극(103), EL층(102), 및 제 2 전극(108)은, 실시형태 1과 같은 구성을 적용할 수 있다.
<보호 부재>
여기서, 본 발명의 일 형태를 적용한 보호 부재를 구성하는 층 각각의 굴절률에 대하여 설명한다.
[구체예 1]
구체예 1에서는, 도 2(C)에 도시한 보호 부재(12)를 사용하여 설명한다. 도 2(C)에 도시한 보호 부재(12)는, 기능층(211)이 단층으로 구성된다.
구체예 1에서는, 지지체(101)로서, 굴절률 1.6의 유리 기판을 사용하여 제 1 전극(103)으로서 굴절률 2.0의 ITO를 사용한다.
상술한 바와 같이, 기능층(211)이 갖는 층의 굴절률은 접하는 층의 굴절률과의 차이가 각각 0.2 이하이다.
기능층(211)은 굴절률 1.6의 지지체(101)와 접하기 때문에, 기능층(211)의 굴절률은 1.4 이상 1.8 이하인 필요가 있다. 또한, 기능층(211)은 굴절률 2.0의 제 1 전극(103)과 접하기 때문에, 기능층(211)의 굴절률은 1.8 이상 2.2 이하인 필요가 있다. 따라서, 기능층(211)으로서 굴절률 1.8의 층을 사용한다. 본 실시형태는, Ga-Zn-O계의 재료로 이루어지는 굴절률 1.8의 층을 사용한다.
이와 같은 구성을 적용함으로써, 기능층(211)의 굴절률과, 접하는 층(제 1 전극(103) 및 지지체(101))의 굴절률과의 차이를 각각 0.2 이하로 할 수 있고, 유기 광 디바이스 내부에서 일어나는 굴절률의 차이로 인한 광의 반사를 억제할 수 있다.
또한, 기능층(211)은, Ga과, Zn과, O를 포함하는 절연막을 구비하기 때문에, 외부로부터 수소, 수분, 또는 불순물 등이 유기 화합물이나 금속 재료에 침입하는 것을 억제할 수 있다.
또한, 대기와 지지체(101)의 계면에 요철 구조를 갖는 것이 바람직하다. 지지체(101)의 굴절률은 대기의 굴절률보다 크다. 따라서, 대기와 지지체(101)의 계면에 요철 구조를 형성함으로써, 전반사의 영향을 받아 대기에 추출할 수 없는 광을 저감시켜 유기 광 디바이스의 광의 추출 효율을 향상시킬 수 있다. 요철 구조를 구비한 지지체(101)의 구제적인 예는, 실시형태 3에서 설명한다.
[구체예 2]
구체예 2는, 도 2(D)에 도시한 보호 부재(14)를 사용하여 설명한다. 도 2(D)에 도시한 보호 부재(14)는 기능층(211)이 2층으로 구성된다.
구체예 2에서는, 제 1 전극(103)으로서, 굴절률 2.0의 ITO를 사용하고, 평탄화막(230)으로서 굴절률 1.6의 수지를 사용한다. 또한, 지지체(101)로서 굴절률 1.5의 유리 기판의 표리(表裏)에 굴절률 1.5의 마이크로 렌즈 어레이를 형성한 구성을 사용한다.
상술한 바와 같이, 기능층(211)이 갖는 층의 굴절률은 접하는 층의 굴절률과의 차이가 각각 0.2 이하이다. 따라서, 기능층(211) 중, 평탄화막(230)과 접하는 제 1 기능층(221)의 굴절률은 1.4 이상 1.8 이하이다. 여기서는, 제 1 기능층(221)으로서 Ga-Zn-O계의 재료로 이루어지는 굴절률 1.7의 층을 사용한다.
또한, 제 1 전극(103) 및 제 1 기능층(221)과 접하는 제 2 기능층(222)의 굴절률은 1.8 이상 1.9 이하이다. 여기서는, 제 2 기능층(222)으로서 Ga-Zn-O계의 재료로 이루어지는 굴절률 1.9의 층을 사용한다.
이와 같은 구성을 적용함으로써, 기능층(211)이 갖는 층의 굴절률은, 접하는 층의 굴절률과의 차이를 각각 0.2 이하로 할 수 있고, 유기 광 디바이스 내부에서 일어나는 굴절률의 차이로 인한 광의 반사를 억제할 수 있다.
또한, 기능층(211)은 Ga과, Zn과, O를 포함하는 절연막을 구비하기 때문에, 유기 광 디바이스의 외부로부터 수소, 수분, 또는 불순물 등이 유기 화합물이나 금속 재료에 침입하는 것을 억제할 수 있다.
<평탄화막>
일반적으로는, 발광성을 갖는 유기 화합물을 포함하는 층을 구비하는 EL층(102; 발광체에 상당한다)은, 굴절률이 1.6 이상이다. 상술한 바와 같이, 발광체(또는 발광성을 갖는 유기 화합물을 포함하는 층)의 굴절률보다 작은 굴절률을 갖는 매체 B에 매체 B보다 굴절률이 높은 매체 A로부터 광이 입사될 때에 광은 전반사하는 경우가 있다.
도 2(D)에 있어서, 굴절률이 1.6인 평탄화막(230)으로부터 굴절률이 1.5인 지지체(101)에 광이 입사될 때, 광이 전반사하는 조건이 있다.
따라서, 구체예 2에서는, 지지체(101)의 평탄화막(230)과 접하는 면에 마이크로 렌즈 어레이를 사용하여 요철 구조를 형성한다. 평탄화막(230)과 지지체(101)의 계면에 요철 구조를 형성함으로써, 평탄화막(230)으로부터 지지체(101)에 임계각을 초과하여 입사되는 광이 전반사하여 디바이스 내부를 광이 도파되어 광의 추출 효율이 저하되는 현상을 억제할 수 있다.
도 2(D)에 도시한 바와 같이, 평탄화막(230)은 지지체(101)와 접하는 면보다 제 1 기능층(221)과 접하는 면이 평탄하다. 따라서, 제 1 기능층(221) 및 제 1 전극(103)을 평탄한 막으로 할 수 있다. 결과적으로, 제 1 전극(103)의 요철으로 인한 EL층(102)의 리크 전류를 억제할 수 있다.
평탄화막(230)의 재료로서는, 고굴절률을 갖는 액체나 수지 등을 사용할 수 있다. 평탄화막(230)은 투광성을 갖는다. 고굴절률을 갖는 수지로서는 브롬이 포함되는 수지, 황이 포함되는 수지 등을 들 수 있고, 예를 들어 황을 함유한 폴리이미드 수지, 에피술파이드 수지, 티오우레탄 수지, 또는 브롬화 방향족 수지 등을 사용할 수 있다. 또한, PET(폴리에틸렌테레프탈레이트), TAC(트리아세틸셀룰로오스) 등도 사용할 수 있다. 고굴절률을 갖는 액체로서는 황 및 메틸렌요오드를 포함하는 접촉액(굴절액) 등을 사용할 수 있다. 성막 방법으로서는, 재료에 맞는 다양한 방법을 적용하면 좋다. 예를 들어, 상술한 수지를 스핀코팅법을 이용하여 성막하고, 열 또는 광에 의하여 경화시킴으로써 형성할 수 있다. 접착 강도나 가공하기 쉬운 점 등을 고려하여 적절히 선택할 수 있다.
본 실시형태에 있어서, 평탄화막(230)과 EL층(102) 사이에는 Ga과, Zn과, O를 포함하는 절연막을 구비하기 때문에, 유기 광 디바이스의 외부로부터 수소, 수분, 또는 불순물 등이 유기 화합물이나 금속 재료에 침입하는 것을 억제할 수 있다.
본 실시형태에서는, 기능층(211)이 단층 또는 2층으로 구성되는 예를 나타냈지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 기능층(211)이 3층 이상으로 구성되어도 좋다.
도 5(A) 및 도 5(B)에 유기 EL 현상을 이용한 유기 광 디바이스의 다른 예를 도시한다. 도 5(A)는 도 5(B)의 A-B간의 단면도이다.
도 5(A) 및 도 5(B)에 도시한 유기 광 디바이스는, 지지체(101), 기능층(211), 제 1 전극(103), EL층(102), 제 2 전극(108), 밀봉막(202)을 구비한다. 구체적으로는, 지지체(101) 위에 기능층(211)을 갖고, 기능층(211) 위에 제 1 전극(103)을 갖고, 제 1 전극(103) 위에 EL층(102)을 갖고, EL층(102) 위에 제 2 전극(108)을 갖고, 제 2 전극(108)을 덮는 밀봉막(202)을 갖는다. 또한, 제 1 전극(103)과 같은 재료로 제작된 도전층(411)은 접속 단자로서 기능한다.
도 5(A) 및 도 5(B)에 도시한 유기 광 디바이스에서는, 지지체(101)는 보호 부재의 제 1 막에 상당하고, 제 1 전극(103)은, 보호 부재의 제 2 막에 상당한다.
기능층(211)은, 도 2(C)에 도시한 유기 광 디바이스와 같은 구성을 적용할 수 있다.
밀봉막(202), 지지체(101), 제 1 전극(103), EL층(102), 및 제 2 전극(108)은, 실시형태 1과 같은 구성을 적용할 수 있다.
기능층(211)은, Ga 또는 Al과, Zn과, O를 포함하는 절연막을 갖는다. 또한, 밀봉막(202)은 Ga 또는 Al과, Zn과, O를 포함하는 절연막으로 이루어진다.
도 5(A)에 도시한 유기 광 디바이스에서는, 밀봉막(202)은 제 2 전극(108)을 덮는다. 또한, 기능층(211)과 밀봉막(202)은 접한다. 도 5(A)에 있어서, 제 1 전극(103), EL층(102), 및 제 2 전극(108)은 기능층(211) 및 밀봉막(202)으로 둘러싸인다.
특히, 기능층(211)이 갖는 Ga 또는 Al과, Zn과, O를 포함하는 절연막과, 밀봉막(202)이 접하는 것이 바람직하다. 제 1 전극(103), EL층(102), 및 제 2 전극(108)을 둘러싸도록 Ga 또는 Al과, Zn과, O를 포함하는 절연막을 형성함으로써, EL층(102)에 포함되는 유기 화합물이나 전극에 포함되는 금속 재료에 수분이나 불순물 등이 침입하는 것을 억제할 수 있다.
본 실시형태에서 나타낸 유기 광 디바이스는, 보호 부재의 1층으로서 Ga 또는 Al과, Zn과, O를 포함하는 절연막을 구비하기 때문에, 유기 화합물이나 금속 재료에 수분이나 불순물 등이 침입하는 것을 억제할 수 있다. Ga 또는 Al과, Zn과, O를 포함하는 절연막은, 가시광에 대한 투광성을 갖기 때문에, 유기 광 디바이스의 발광을 추출하는 측에 형성하여도 광의 추출을 저해하지 않고, 적합하게 사용할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서 나타낸 유기 광 디바이스는, 보호 부재를 구성하는 모든 층에 있어서 접하는 층과의 굴절률의 차이가 각각 0.2 이하이기 때문에, 굴절률의 차이로 인한 광의 반사를 억제할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 형태에서는, 보호 부재의 굴절률을 발광체의 굴절률 이상으로 함으로써, 보호 부재의 내부에서 광의 전반사가 일어나는 것을 억제한다. 그리고, 굴절률이 발광체의 굴절률 이상의 보호 부재로부터 발광체보다 굴절률이 작은 지지체에 광이 입사되는 경우, 기능층과 지지체 사이에 굴절률이 발광체의 굴절률 이상인 평탄화막을 형성한다. 그리고, 평탄화막과 지지체의 계면에 요철 구조를 형성한다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 유기 광 디바이스에 있어서 광의 전반사가 일어나고, 디바이스 내부를 광이 도파하여 광의 추출 효율이 저하되는 것을 억제할 수 있다. 또한, 제 1 전극에 요철 형상이 형성되어 EL층의 리크 전류가 생기는 것을 억제할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 형태를 적용함으로써, 수분이나 불순물로 인한 열화가 억제된 유기 광 디바이스를 제공할 수 있다. 또한, 광 추출 효율이 높은 유기 광 디바이스를 제공할 수 있다.
본 실시형태는, 다른 실시형태와 자유롭게 조합할 수 있다.
(실시형태 3)
본 실시형태에서는, 본 발명의 일 형태에 적용할 수 있는 표리에 각각 요철 구조를 구비한 지지체에 대하여 도 3(A) 내지 도 3(F)를 사용하여 설명한다.
지지체의 표리에 각각 독립적으로 요철 구조를 형성함으로써, 광의 추출 효율이 높은 유기 광 디바이스를 실현할 수 있다. 요철 구조는 스트라이프 형상이라도 효과가 있지만, 매트릭스 형상의 요철 구조가 바람직하다.
도 3(A) 내지 도 3(F)에 본 발명의 일 형태의 유기 광 디바이스가 구비하는 지지체(101)의 일례를 도시한다.
도 3(A) 내지 도 3(F)에 도시한 지지체(101)는, 표리에 각각 독립적으로 요철 구조인 패턴을 갖는다. 지지체(101)가 갖는 요철 구조의 패턴은 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 반구(半球) 형상(도 3(A) 내지 도 3(F))이나 원뿔형, 각뿔형(삼각뿔, 사각뿔 등) 등의 정점을 갖는 형상으로 할 수 있다(도 3(E) 참조).
지지체(101)가 갖는 요철의 크기, 높이에 대하여는 0.1μm 이상 1000μm 이하 정도로 하는 것이 바람직하다. 특히, 1μm 이상이면, 광의 간섭으로 인한 영향을 억제할 수 있기 때문에, 바람직하다.
패턴은 인접한 부분에서 틈이 형성되지 않도록 형성되는 것이 바람직하다.
지지체(101)는 도 3(A)에 도시한 바와 같이, 1종류의 재료로 구성되어도 좋고, 도 3(B) 내지 도 3(F)에 각각 도시한 바와 같이 복수의 재료의 적층으로 구성되어도 좋다. 복수의 층으로 구성되는 경우, 지지체(101)의 굴절률은 층에 따라 달라도 좋다.
지지체(101)의 굴절률이 층마다 다른 경우, 모든 층에 있어서 접하는 층의 굴절률과의 차이가 각각 0.2 이하이면, 굴절률의 차이로 인한 광의 반사를 억제할 수 있기 때문에 바람직하다. 또한, 모든 층에 있어서 접하는 층과의 굴절률의 차이가 0.15 이하이면, 굴절률의 차이로 인한 광의 반사를 1% 이하로 억제할 수 있어서 바람직하다. 지지체(101)를 형성하는 층의 굴절률의 차이가 작을수록, 굴절률의 차이로 인한 광의 반사를 억제할 수 있다.
지지체가, 굴절률이 다른 복수의 층으로 구성되는 경우, 2개의 인접한 층 중, 발광체로부터 가까운 측의 층의 굴절률이 반대 측의 층의 굴절률보다 높은 경우는, 2층의 계면에 요철 구조를 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 지지체(101)에 포함되는 2개의 인접한 층에 있어서, 발광체로부터 가까운 측의 층의 굴절률이 반대 측의 층의 굴절률 이하인 경우, 상기 요철 구조를 형성하는 공정이 필요 없기 때문에, 편리하다.
도 3(A)에 도시한 지지체(101)는 제 1 재료층(111)만으로 구성된다.
제 1 재료층(111)에 사용할 수 있는 재료로서는, 예를 들어 유리나 수지 등을 들 수 있다. 수지로서는, 폴리에스테르 수지, 폴리아크릴로니트릴 수지, 폴리이미드 수지, 폴리메틸메타크릴레이트 수지, 폴리카보네이트 수지, 폴리에테르술폰 수지, 폴리아미드 수지, 시클로올레핀 수지, 폴리스티렌 수지, 폴리아미드이미드 수지, 또는 폴리염화비닐 수지 등을 사용할 수 있다.
상술한 재료에 요철 구조를 제작하기 위한 방법으로서는, 예를 들어 에칭법, 숫돌 입자 가공법(샌드블라스트(sand blast)법), 마이크로블라스트 가공법, 액적 토출법이나 인쇄법(스크린 인쇄나 오프셋 인쇄 등 패턴이 형성되는 방법), 스핀코팅법 등의 도포법, 디핑법, 디스펜서법, 임프린트법, 나노임프린트법(nanoimprint method) 등을 적절히 이용할 수 있다.
도 3(B) 내지 도 3(E)에 도시한 지지체(101)는 제 1 재료층(111)과 제 2 재료층(112)으로 구성된다. 제 1 재료층(111)은 제 2 재료층(112)과 접하는 면과 반대 측의 면에 요철 구조를 갖는다. 제 2 재료층(112)은 제 1 재료층(111)과 접하는 면과 반대 측의 면에 요철 구조를 갖는다.
도 3(C) 내지 도 3(E)에 도시한 지지체(101)에 있어서, 제 1 재료층(111)은 상술한 재료나 방법을 사용하여 형성할 수 있다. 또한, 제 2 재료층(112)은 제 1 재료층(111)에 사용할 수 있는 재료나 방법을 사용할 수 있을뿐만 아니라 반구 렌즈, 마이크로 렌즈 어레이나 요철 구조가 형성된 필름, 광 확산 필름 등을 사용할 수도 있다. 예를 들어, 제 1 재료층(111) 또는 제 2 재료층(112)과 같은 정도의 굴절률을 갖는 접착제 등을 사용하여 제 1 재료층(111) 위에 상기 렌즈나 필름을 접착시킴으로써, 제 2 재료층(112)을 형성할 수 있다.
도 3(B)에 도시한 지지체(101)에 있어서, 제 1 재료층(111)은 도 3(C) 내지 도 3(E)의 제 2 재료층(112)과 같은 재료나 방법을 사용하여 형성할 수 있고, 제 2 재료층(112)은 도 3(C) 내지 도 3(E)의 제 1 재료층(111)과 같은 재료나 방법을 사용하여 형성할 수 있다.
도 3(B) 내지 도 3(E)에 도시한 지지체(101)와 같이, 지지체가 2층으로 구성되는 경우는, 제 1 재료층(111)의 굴절률과, 제 2 재료층(112)의 굴절률의 차이는 0.2 이하인 것이 바람직하고, 0.15 이하인 것이 더 바람직하다. 지지체(101)를 형성하는 층의 굴절률의 차이가 작을수록 굴절률의 차이로 인한 광 반사를 억제할 수 있다. 또한, 제 1 재료층(111)의 굴절률이 제 2 재료층(112)의 굴절률보다 낮으면, 제 1 재료층(111)과 제 2 재료층(112)의 계면에서의 전반사 등으로 인한 광의 손실(loss)을 억제할 수 있어서 광 추출 효율이 향상되기 때문에 바람직하다.
도 3(F)에 도시한 지지체(101)는 제 1 재료층(111), 제 2 재료층(112), 및 제 3 재료층(113)으로 구성된다. 제 1 재료층(111)은 제 3 재료층(113)과 접하는 면과 반대 측의 면에 요철 구조를 갖는다. 제 2 재료층(112)은 제 3 재료층(113)과 접하는 면과 반대 측의 면에 요철 구조를 갖는다. 제 1 재료층(111) 및 제 2 재료층(112)은 각각 도 3(C) 내지 도 3(E)와 같은 재료나 방법을 사용하여 형성할 수 있다.
도 3(F)에 도시한 지지체(101)에 있어서, 지지체로서의 기능은 제 3 재료층(113)이 구비하면 좋다. 따라서, 제 1 재료층(111) 및 제 2 재료층(112)은 얇게 형성되면 좋고, 필요한 광학 특성을 갖는 재료를 적절히 선택하여 형성할 수 있다. 제 1 재료층(111) 및 제 2 재료층(112)의 막 두께는 각각 수십 μm 정도로 형성하면 좋고, 필요에 따라 그보다 두꺼운 두께로 형성하여도 좋다.
제 3 재료층(113)은 요철 가공이 필요없기 때문에, 상술한 유리나 수지 중에서도 가공성이 우수한 것에 한정되지 않고, 저렴한 재료나 구하기 쉬운 재료를 적절히 사용할 수 있다. 예를 들어, 수지는 가볍고 깨지기 어려울뿐만 아니라 재이용하기 쉽기 때문에 바람직하다.
도 3(F)에 도시한 지지체(101)와 같이, 지지체가 3층으로 구성되는 경우는, 3층의 굴절률의 차이는 0.2 이하인 것이 바람직하고, 0.15 이하인 것이 더 바람직하다. 3층의 굴절률의 차이가 작을수록 굴절률의 차이로 인한 광 반사를 억제할 수 있다.
또한, 제 1 재료층(111)의 굴절률이 가장 낮고, 제 3 재료층(113)의 굴절률은 제 1 재료층(111)의 굴절률 이상이고, 제 2 재료층(112)의 굴절률은 제 3 재료층(113)의 굴절률 이상인 것이 바람직하다. 제 1 재료층(111)과 제 3 재료층(113)의 계면, 및 제 2 재료층(112)과 제 3 재료층(113)의 계면에서도 전반사 등으로 인한 광의 손실을 억제할 수 있어서 광 추출 효율이 향상되기 때문이다.
또한, 지지체(101)에 있어서, 대기와의 계면에 형성하는 요철 구조는, 형성하는 시기에 한정은 없고, 기능층이나 발광체를 형성하기 전에 형성하여도 좋고, 지지체(101) 위에 기능층이나 발광체 등을 형성한 후에 형성하여도 좋다. 기능층이나 발광체 등을 형성하는 공정 도중이나 반송 도중에 요철 구조가 파괴되는 것을 방지할 수 있기 때문에, 유기 광 디바이스를 구성하는 층을 형성한 후(또는, 발광체 등을 밀봉한 후)에, 대기와의 계면에 요철 구조를 형성하는 것이 바람직하다.
본 실시형태의 지지체는 대기와의 계면에 요철 구조가 형성되기 때문에, 지지체와 대기의 계면에서 전반사가 일어나도 지지체 내부를 도파하는 기판 모드 광을 외부에 추출하기 쉬운 구성이다. 따라서, 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 실시형태의 지지체는 대기와의 계면과 반대 측의 계면에도 요철 구조가 형성되기 때문에, 상기 계면에서도 전반사가 일어났을 때, 발광체 내부를 도파하는 박막 모드 광을 외부에 추출하기 쉬운 구성이다. 따라서, 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다.
본 실시형태는 다른 실시형태와 자유롭게 조합할 수 있다.
(실시형태 4)
본 실시형태에서는, 본 발명의 일 형태에 적용할 수 있는 EL층의 일례에 대하여 도 4(A) 내지 도 4(C)를 사용하여 설명한다.
도 4(A)에 도시한 EL층(102)은, 제 1 전극(103)과 제 2 전극(108) 사이에 형성된다. 제 1 전극(103) 및 제 2 전극(108)은, 실시형태 1과 같은 구성을 적용할 수 있다.
본 실시형태에 있어서, EL층(102)은 제 1 전극(103) 측으로부터 정공 주입층(701), 정공 수송층(702), 발광성을 갖는 유기 화합물을 포함하는 층(703), 전자 수송층(704), 및 전자 주입층(705)의 순서로 적층된다.
도 4(A)에 도시한 발광 소자의 제작 방법에 대하여 설명한다.
정공 주입층(701)은 정공 주입성이 높은 물질을 함유한 층이다. 정공 주입성이 높은 물질로서는 예를 들어, 몰리브덴 산화물, 티타늄 산화물, 바나듐 산화물, 레늄 산화물, 루테늄 산화물, 크롬 산화물, 지르코늄 산화물, 하프늄 산화물, 탄탈 산화물, 은 산화물, 텅스텐 산화물, 망간 산화물 등의 금속 산화물을 사용할 수 있다. 또한, 프탈로시아닌(약칭:H2Pc), 구리(II)프탈로시아닌(약칭:CuPc) 등의 프탈로시아닌계의 화합물을 사용할 수 있다.
또한, 저분자의 유기 화합물인 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-(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), 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) 등의 방향족 아민 화합물 등을 사용할 수 있다.
또한, 고분자 화합물(올리고머, 덴드리머, 폴리머 등)을 사용할 수도 있다. 예를 들어, 폴리(N-비닐카르바졸)(약칭:PVK), 폴리(4-비닐트리페닐아민)(약칭:PVTPA), 폴리[N-(4-{N'-[4-(4-디페닐아미노)페닐]페닐-N'-페닐아미노}페닐)메타크릴아미드](약칭:PTPDMA), 폴리[N,N'-비스(4-부틸페닐)-N,N'-비스(페닐)벤지딘](약칭:Poly-TPD) 등의 고분자 화합물을 들 수 있다. 또한, 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)/폴리(스티렌술폰산)(PEDOT/PSS), 폴리아닐린/폴리(스티렌술폰산)(PAni/PSS) 등의 산을 첨가한 고분자 화합물을 사용할 수 있다.
특히, 정공 주입층(701)으로서, 정공 수송성이 높은 유기 화합물에 억셉터성 물질을 함유시킨 복합 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 정공 수송성이 높은 물질에 억셉터성 물질을 함유시킨 복합 재료를 사용함으로써, 제 1 전극(103)으로부터의 정공 주입성을 양호하게 하고, 발광 소자의 구동 전압을 저감할 수 있다. 이들의 복합 재료는, 정공 수송성이 높은 물질과 억셉터 물질을 공증착함으로써 형성할 수 있다. 상기 복합 재료를 사용하여 정공 주입층(701)을 형성함으로써, 제 1 전극(103)으로부터 EL층(102)에 정공을 용이하게 주입할 수 있게 된다.
복합 재료에 사용되는 유기 화합물로서는, 방향족 아민 화합물, 카르바졸 유도체, 방향족 탄화수소, 고분자 화합물(올리고머, 덴드리머, 또는 폴리머 등) 등, 다양한 화합물을 사용할 수 있다. 또한, 복합 재료에 사용하는 유기 화합물로서는 정공 수송성이 높은 유기 화합물인 것이 바람직하다. 구체적으로는, 10-6cm2/Vs 이상의 정공 이동도를 갖는 물질인 것이 바람직하다. 다만, 전자보다 정공의 수송성이 높은 물질이면 이들 이외의 물질을 사용하여도 좋다. 이하에서는, 복합 재료에 사용할 수 있는 유기 화합물을 구체적으로 열거한다.
복합 재료에 사용할 수 있는 유기 화합물로서는, 예를 들어 TDATA, MTDATA, DPAB, DNTPD, DPA3B, PCzPCA1, PCzPCA2, PCzPCN1, 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]비페닐(약칭:NPB 또는 α-NPD), N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-디페닐-[1,1'-비페닐]-4,4'-디아민(약칭:TPD), 4-페닐-4'-(9-페닐플루오렌-9-일)트리페닐아민(약칭:BPAFLP) 등의 방향족 아민 화합물이나, 4,4'-디(N-카르바졸릴)비페닐(약칭:CBP), 1,3,5-트리스[4-(N-카르바졸릴)페닐]벤젠(약칭:TCPB), 9-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카르바졸(약칭:CzPA), 9-페닐-3-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카르바졸(약칭:PCzPA), 1,4-비스[4-(N-카르바졸릴)페닐]-2,3,5,6-테트라페닐벤젠 등의 카르바졸 유도체를 사용할 수 있다.
또한, 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-부틸안트라센, 9,10-비스[2-(1-나프틸)페닐]안트라센, 2,3,6,7-테트라메틸-9,10-디(1-나프틸)안트라센 등의 방향족 탄화수소 화합물을 사용할 수 있다.
또한, 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, 펜타센, 코로넨, 4,4'-비스(2,2-디페닐비닐)비페닐(약칭:DPVBi), 9,10-비스[4-(2,2-디페닐비닐)페닐]안트라센(약칭:DPVPA) 등의 방향족 탄화수소 화합물을 사용할 수 있다.
또한, 전자 수용체로서는 7,7,8,8-테트라시아노-2,3,5,6-테트라플루오르퀴노디메탄(약칭:F4-TCNQ), 클로라닐 등의 유기 화합물이나, 전이 금속 산화물을 들 수 있다. 또한 원소 주기율표의 제 4 족 내지 제 8 족에 속하는 금속의 산화물을 들 수 있다. 구체적으로는, 산화바나듐, 산화니오븀, 산화탄탈, 산화크롬, 산화몰리브덴, 산화텅스텐, 산화망간, 산화레늄은 전자 수용성이 높기 때문에 바람직하다. 그 중에서도, 특히 산화몰리브덴은 대기 중에서도 안정적이고 흡습성이 낮으며 취급하기 쉽기 때문에 바람직하다.
또한, 상술한 PVK, PVTPA, PTPDMA, Poly-TPD 등의 고분자 화합물과, 상술한 전자 수용체를 사용하여 복합 재료를 형성하여 정공 주입층(701)에 사용하여도 좋다.
정공 수송층(702)은 정공 수송성이 높은 물질을 포함하는 층이다. 정공 수송성이 높은 물질로서는, 예를 들어 NPB, TPD, BPAFLP, 4,4'-비스[N-(9,9-디메틸플루오렌-2-일)-N-페닐아미노]비페닐(약칭:DFLDPBi), 4,4'-비스[N-(스피로-9,9'-비플루오렌-2-일)-N-페닐아미노]비페닐(약칭:BSPB) 등의 방향족 아민 화합물을 사용할 수 있다. 여기서 기술한 물질은 주로 10-6cm2/Vs 이상의 정공 이동도를 갖는 물질이다. 다만, 전자보다 정공의 수송성이 높은 물질이면 이들 이외의 물질을 사용하여도 좋다. 또한, 정공 수송성이 높은 물질을 함유하는 층은 단층에 한정되지 않고 상기 물질로 구성되는 층이 2층 이상 적층된 것으로 하여도 좋다.
또한, 정공 수송층(702)에는 CBP, CzPA, PCzPA와 같은 카르바졸 유도체나 t-BuDNA, DNA, DPAnth와 같은 안트라센 유도체를 사용하여도 좋다.
또한, 정공 수송층(702)에는 PVK, PVTPA, PTPDMA, Poly-TPD 등의 고분자 화합물을 사용할 수도 있다.
발광성을 갖는 유기 화합물을 포함하는 층(703)은, 형광(螢光)을 발광하는 형광성 화합물이나 인광을 발광하는 인광성 화합물을 사용할 수 있다.
발광성을 갖는 유기 화합물을 포함하는 층(703)에 사용할 수 있는 형광성 화합물로서는, 예를 들어 청색계 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), 4-(10-페닐-9-안트릴)-4'-(9-페닐-9H-카르바졸-3-일)트리페닐아민(약칭:PCBAPA) 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), N-[9,10-비스(1,1'-비페닐-2-일)-N-[4-(9H-카르바졸-9-일)페닐]-N-페닐안트라센-2-아민(약칭:2YGABPhA), N,N,9-트리페닐안트라센-9-아민(약칭:DPhAPhA) 등을 들 수 있다. 또한, 황색계 발광 재료로서, 루브렌, 5,12-비스(1,1'-비페닐-4-일)-6,11-디페닐테트라센(약칭:BPT) 등을 들 수 있다. 또한, 적색계 발광 재료로서는, N,N,N',N'-테트라키스(4-메틸페닐)테트라센-5,11-디아민(약칭:p-mPhTD), 7,14-디페닐-N,N,N',N'-테트라키스(4-메틸페닐)아세나프토[1,2-a]플루오란텐-3,10-디아민(약칭:p-mPhAFD) 등을 들 수 있다.
또한, 발광성을 갖는 유기 화합물을 포함하는 층(703)에 사용할 수 있는 인광성 화합물로서는, 예를 들어 청색계 발광 재료로서, 비스[2-(4',6'-디플루오로페닐)피리디나토-N,C2']이리듐(III)테트라키스(1-피라졸릴)보레이트(약칭:FIr6), 비스[2-(4',6'-디플루오로페닐)피리디나토-N,C2']이리듐(III)피콜리네이트(약칭:FIrpic), 비스{2-[3',5'-비스(트리플루오로메틸)페닐]피리디나토-N,C2'}이리듐(III)피콜리네이트(약칭:Ir(CF3ppy)2(pic)), 비스[2-(4',6'-디플루오로페닐)피리디나토-N,C2']이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭:FIr(acac)) 등을 들 수 있다. 또한, 녹색계 발광 재료로서, 트리스(2-페닐피리디나토-N,C2')이리듐(III)(약칭:Ir(ppy)3), 비스(2-페닐피리디나토-N,C2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭:Ir(ppy)2(acac)), 비스(1,2-디페닐-1H-벤즈이미다졸라토)이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭:Ir(pbi)2(acac)), 비스(벤조[h]퀴놀리나토)이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭:Ir(bzq)2(acac)), 트리스(벤조[h]퀴놀리나토)이리듐(III)(약칭:Ir(bzq)3) 등을 들 수 있다. 또한, 황색계의 발광 재료로서, 비스(2,4-디페닐-1,3-옥사졸라토-N,C2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭:Ir(dpo)2(acac)), 비스[2-(4'-퍼플루오르페닐페닐)피리디나토]이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭:Ir(p-PF-ph)2(acac)), 비스(2-페닐벤조티아졸라토-N,C2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭:Ir(bt)2(acac)), (아세틸아세토나토)비스[2,3-비스(4-플루오르페닐)-5-메틸피라지나토]이리듐(III)(약칭:Ir(Fdppr-Me)2(acac)), (아세틸아세토나토)비스{2-(4-메톡시페닐)-3,5-디메틸피라지나토}이리듐(III)(약칭:Ir(dmmoppr)2(acac)) 등을 들 수 있다. 또한, 오렌지색계의 발광 재료로서, 트리스(2-페닐퀴놀리나토-N,C2')이리듐(III)(약칭:Ir(pq)3), 비스(2-페닐퀴놀리나토-N,C2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭:Ir(pq)2(acac)), (아세틸아세토나토)비스(3,5-디메틸-2-페닐피라지나토)이리듐(III)(약칭:Ir(mppr-Me)2(acac)), (아세틸아세토나토)비스(5-이소프로필-3-메틸-2-페닐피라지나토)이리듐(III)(약칭:Ir(mppr-iPr)2(acac)) 등을 들 수 있다. 또한, 적색계 발광 재료로서, 비스[2-(2'-벤조[4,5-α-티에닐)피리디나토-N,C3']이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭:Ir(btp)2(acac)), 비스(1-페닐이소퀴놀리나토-N,C2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭:Ir(piq)2(acac)), (아세틸아세토나토)비스[2,3-비스(4-플루오르페닐)퀴녹살리나토]이리듐(III)(약칭:Ir(Fdpq)2(acac)), (아세틸아세토나토)비스(2,3,5-트리페닐피라지나토)이리듐(III)(약칭:Ir(tppr)2(acac)), (디피바로일메타나토)비스(2,3,5-트리페닐피라지나토)이리듐(III)(약칭:Ir(tppr)2(dpm)), 2,3,7,8,12,13,17,18-옥타에틸-21H,23H-포르핀백금(II)(약칭:PtOEP) 등 유기 금속 착체를 들 수 있다. 또한, 트리스(아세틸아세토나토)(모노페난트롤린)테르븀(III)(약칭:Tb(acac)3(Phen)), 트리스(1,3-디페닐-1,3-프로판디오나토)(모노페난트롤린)유로퓸(III)(약칭:Eu(DBM)3(Phen)), 트리스[1-(2-테노일)-3,3,3-트리플루오로아세토나토](모노페난트롤린)유로퓸(III)(약칭:Eu(TTA)3(Phen)) 등의 희토금속 착체는, 희토금속 이온으로부터의 발광(다른 다중도(多重度)간의 전자 전이)이기 때문에, 인광성 화합물로서 사용할 수 있다.
또한, 발광성을 갖는 유기 화합물을 포함하는 층(703)으로서는, 상술한 발광성을 갖는 유기 화합물(게스트 재료)을 다른 물질(호스트 재료)에 분산시킨 구성으로 하여도 좋다. 호스트 재료로서는 다양한 물질을 사용할 수 있지만, 발광성을 갖는 유기 화합물보다 최저 비점유 분자궤도 준위(LUMO 준위)가 높고, 최고 점유 분자궤도 준위(HOMO 준위)가 낮은 물질을 사용하는 것이 바람직하다.
호스트 재료로서는 구체적으로, 트리스(8-퀴놀리놀라토)알루미늄(III)(약칭:Alq), 트리스(4-메틸-8-퀴놀리놀라토)알루미늄(III)(약칭:Almq3), 비스(10-하이드록시벤조[h]퀴놀리나토)베릴륨(II)(약칭:BeBq2), 비스(2-메틸-8-퀴놀리놀라토)(4-페닐페놀라토)알루미늄(III)(약칭:BAlq), 비스(8-퀴놀리놀라토)아연(II)(약칭:Znq), 비스[2-(2-벤조옥사졸일)페놀라토]아연(II)(약칭:ZnPBO), 비스[2-(2-벤조티아졸일)페놀라토]아연(II)(약칭:ZnBTZ) 등의 금속 착체, 2-(4-비페닐일)-5-(4-tert-부틸페닐)-1,3,4-옥사디아졸(약칭:PBD), 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), 2,2',2''-(1,3,5-벤젠트리일)트리스(1-페닐-1H-벤즈이미다졸)(약칭:TPBI), 바소페난트롤린(약칭:BPhen), 바소큐프로인(약칭:BCP) 등의 복소환 화합물이나, 9-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카르바졸(약칭:CzPA), 3,6-디페닐-9-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카르바졸(약칭:DPCzPA), 9,10-비스(3,5-디페닐페닐)안트라센(약칭:DPPA), 9,10-디(2-나프틸)안트라센(약칭:DNA), 2-tert-부틸-9,10-디(2-나프틸)안트라센(약칭:t-BuDNA), 9,9'-비안트릴(약칭:BANT), 9,9'-(스틸벤-3,3'-디일)디페난트렌(약칭:DPNS), 9,9'-(스틸벤-4,4'-디일)디페난트렌(약칭:DPNS2), 3,3',3''-(벤젠-1,3,5-트리일)트리피렌(약칭:TPB3), 9,10-디페닐안트라센(약칭:DPAnth), 6,12-디메톡시-5,11-디페닐크리센 등의 축합 방향족 화합물, N,N-디페닐-9-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카르바졸-3-아민(약칭:CzA1PA), 4-(10-페닐-9-안트릴)트리페닐아민(약칭:DPhPA), N,9-디페닐-N-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카르바졸-3-아민(약칭:PCAPA), N,9-디페닐-N-{4-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]페닐}-9H-카르바졸-3-아민(약칭:PCAPBA), N-(9,10-디페닐-2-안트릴)-N,9-디페닐-9H-카르바졸-3-아민(약칭:2PCAPA), NPB(또는 α-NPD), TPD, DFLDPBi, BSPB 등의 방향족 아민 화합물 등을 사용할 수 있다.
또한, 호스트 재료는 복수 종류 사용할 수 있다. 예를 들어, 결정화를 억제하기 위하여 루브렌 등의 결정화를 억제하는 물질을 더 첨가하여도 좋다. 또한, 게스트 재료에 에너지를 더 효율적으로 이동시키기 위하여 NPB 또는 Alq 등을 더 첨가하여도 좋다.
게스트 재료를 호스트 재료에 분산시킨 구성으로 함으로써 발광성을 갖는 유기 화합물을 포함하는 층(703)의 결정화를 억제할 수 있다. 또한, 게스트 재료의 농도가 높은 것으로 인한 농도 소광(消光)을 억제할 수 있다.
또한, 발광성을 갖는 유기 화합물을 포함하는 층(703)으로서 고분자 화합물을 사용할 수 있다. 구체적으로는, 청색계 발광 재료로서, 폴리(9,9-디옥틸플루오렌-2,7-디일)(약칭:PFO), 폴리[(9,9-디옥틸플루오렌-2,7-디일)-co-(2,5-디메톡시벤젠-1,4-디일)](약칭:PF-DMOP), 폴리{(9,9-디옥틸플루오렌-2,7-디일)-co-[N,N'-디-(p-부틸페닐)-1,4-디아미노벤젠]}(약칭:TAB-PFH) 등을 들 수 있다. 또한, 녹색계의 발광 재료로서, 폴리(p-페닐렌비닐렌)(약칭:PPV), 폴리[(9,9-디헥실플루오렌-2,7-디일)-alt-co-(벤조[2,1,3]티아디아졸-4,7-디일)](약칭:PFBT), 폴리[(9,9-디옥틸-2,7-디비닐렌플루오렌)-alt-co-(2-메톡시-5-(2-에틸헥실옥시)-1,4-페닐렌)] 등을 들 수 있다. 또한, 주황색 내지 적색계의 발광 재료로서, 폴리[2-메톡시-5-(2'-에틸헥속시)-1,4-페닐렌비닐렌](약칭:MEH-PPV), 폴리(3-부틸티오펜-2,5-디일)(약칭:R4-PAT), 폴리{[9,9-디헥실-2,7-비스(1-시아노비닐렌)플루오레닐렌]-alt-co-[2,5-비스(N,N'-디페닐아미노)-1,4-페닐렌]}, 폴리{[2-메톡시-5-(2-에틸헥실옥시)-1,4-비스(1-시아노비닐렌페닐렌)]-alt-co-[2,5-비스(N,N'-디페닐아미노)-1,4-페닐렌]}(약칭:CN-PPV-DPD) 등을 들 수 있다.
또한, 발광성을 갖는 유기 화합물을 포함하는 층을 복수 형성하고, 각 층의 발광색을 다른 것으로 함으로써, 발광 소자 전체로서 원하는 색의 발광을 얻을 수 있다. 예를 들어, 발광성을 갖는 유기 화합물을 포함하는 층을 2개 갖는 발광 소자에 있어서, 제 1 발광성을 갖는 유기 화합물을 포함하는 층의 발광색과 제 2 발광성을 갖는 유기 화합물을 포함하는 층의 발광 색이 보색의 관계가 되도록 함으로써, 발광 소자 전체로서 백색 발광하는 발광 소자를 얻을 수도 있다. 또한, "보색"이란 혼합하면 무채색이 되는 색들 사이의 관계를 의미한다. 즉, 보색의 관계에 있는 색을 발광하는 물질로부터 얻어진 광을 혼합하면, 백색 발광을 얻을 수 있다. 또한, 발광성을 갖는 유기 화합물을 포함하는 층을 3개 이상 갖는 발광 소자인 경우라도 마찬가지다.
전자 수송층(704)은 전자 수송성이 높은 물질을 포함하는 층이다. 전자 수송성이 높은 물질로서 예를 들어, 트리스(8-퀴놀리놀라토)알루미늄(약칭:Alq), 트리스(4-메틸-8-퀴놀리놀라토)알루미늄(약칭:Almq3), 비스(10-히드록시벤조[h]-퀴놀리나토)베릴륨(약칭:BeBq2), 비스(2-메틸-8-퀴놀리놀라토)(4-페닐페놀라토)알루미늄(약칭:BAlq) 등, 퀴놀린 골격 또는 벤조퀴놀린 골격을 갖는 금속 착체 등을 들 수 있다. 또한, 그 이외에 비스[2-(2-하이드록시페닐)벤조옥사졸레이트]아연(약칭:Zn(BOX)2), 비스[2-(2-하이드록시페닐)벤조티아졸레이트]아연(약칭:Zn(BTZ)2) 등의 옥사졸계 또는 티아졸계 배위자를 갖는 금속 착체 등도 사용할 수 있다. 또한, 금속 착체 이외에도, 2-(4-비페닐일)-5-(4-tert-부틸페닐)-1,3,4-옥사디아졸(약칭:PBD)나, 1,3-비스[5-(p-tert-부틸페닐)-1,3,4-옥사디아졸-2-일]벤젠(약칭: OXD-7), 3-(4-비페닐릴)-4-페닐-5-(4-tert-부틸페닐)-1,2,4-트리아졸(약칭: TAZ), 바소페난트롤린(약칭:BPhen), 바소큐프로인(약칭: BCP) 등도 사용할 수 있다. 여기에 기술한 물질은 주로 10-6cm2/Vs 이상의 전자 이동도를 갖는 물질이다. 또한, 전자 수송층은 단층뿐만 아니라, 상기 물질로 이루어지는 층이 2층 이상 적층된 것으로 하여도 좋다.
전자 주입층(705)은 전자 주입성이 높은 물질을 포함하는 층이다. 전자 주입층(705)에는 리튬, 세슘, 칼슘, 불화리튬, 불화세슘, 불화칼슘, 리튬 산화물 등과 같은 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 또는 이들의 화합물을 사용할 수 있다. 또한, 불화에르븀과 같은 희토금속 화합물을 사용할 수 있다. 또한, 상술한 전자 수송층(704)을 구성하는 물질도 사용할 수 있다.
또한, 상술한 정공 주입층(701), 정공 수송층(702), 발광성을 갖는 유기 화합물을 포함하는 층(703), 전자 수송층(704), 전자 주입층(705)은 각각 증착법(진공 증착법을 포함한다), 잉크젯법, 도포법 등의 방법으로 형성할 수 있다.
EL층(102)은 도 4(B)에 도시한 바와 같이, 제 1 전극(103)과 제 2 전극(108) 사이에 복수 적층되어도 좋다. 이 경우, 적층된 제 1 EL층(800)과 제 2 EL층(801) 사이에는 전하 발생층(803)을 형성하는 것이 바람직하다. 전하 발생층(803)은 상술한 복합 재료로 형성할 수 있다. 또한, 전하 발생층(803)은 복합 재료로 이루어진 층과 다른 재료로 이루어진 층의 적층 구조라도 좋다. 이 경우, 다른 재료로 이루어진 층으로서는, 전자 공여성 물질과 전자 수송성이 높은 물질을 포함하는 층이나, 투명 도전막으로 이루어지는 층 등을 사용할 수 있다. 이와 같은 구성을 갖는 발광 소자는, 에너지의 이동이나 소광 등의 문제가 일어나기 어렵고, 재료의 선택의 여지가 넓어짐으로써 높은 발광 효율과 긴 수명의 양쪽 모두를 갖는 발광 소자로 하는 것이 용이하다. 또한, 한쪽의 EL층에서 인광 발광, 다른 쪽의 EL층에서 형광 발광을 얻는 것도 용이하다. 이 구조는 상술한 EL층의 구조와 조합하여 사용할 수 있다.
또한, 각각의 EL층의 발광색을 다른 것으로 함으로써 발광 소자 전체로서, 원하는 색의 발광을 얻을 수 있다. 예를 들어, 2개의 EL층을 갖는 발광 소자에 있어서, 제 1 EL층의 발광색과 제 2 EL층의 발광색을 보색의 관계가 되도록 함으로써 발광 소자 전체로서 백색 발광하는 발광 소자를 얻는 것도 가능하다. 또한, 3개 이상의 EL층을 갖는 발광 소자의 경우라도 마찬가지다.
EL층(102)은 도 4(C)에 도시한 바와 같이, 제 1 전극(103)과 제 2 전극(108) 사이에 정공 주입층(701), 정공 수송층(702), 발광성을 갖는 유기 화합물을 포함하는 층(703), 전자 수송층(704), 전자 주입 버퍼층(buffer layer)(706), 전자 릴레이층(electron-relay layer)(707), 및 제 2 전극(108)과 접하는 복합 재료층(708)을 가져도 좋다.
제 2 전극(108)과 접하는 복합 재료층(708)을 형성함으로써, 특히 스퍼터링법을 이용하여 제 2 전극(108)을 형성할 때, EL층(102)이 받는 대미지를 저감할 수 있기 때문에 바람직하다. 복합 재료층(708)은 상술한 정공 수송성이 높은 유기 화합물에 억셉터성 물질을 함유시킨 복합 재료를 사용할 수 있다.
또한, 전자 주입 버퍼층(706)을 형성함으로써, 복합 재료층(708)과 전자 수송층(704) 사이의 주입 장벽을 완화할 수 있기 때문에, 복합 재료층(708)에서 발생한 전자를 전자 수송층(704)에 용이하게 주입할 수 있다.
전자 주입 버퍼층(706)에는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 희토금속, 및 이들의 화합물(알칼리 금속 화합물(산화리튬 등의 산화물, 할로겐화물, 탄산리튬이나 탄산세슘 등의 탄산염을 포함한다), 알칼리 토금속 화합물(산화물, 할로겐화물, 탄산염을 포함한다), 또는 희토금속의 화합물(산화물, 할로겐화물, 탄산염을 포함한다) 등의 전자 주입성이 높은 물질을 사용할 수 있다.
또한, 전자 주입 버퍼층(706)이 전자 수송성이 높은 물질과 도너성 물질을 포함하여 형성되는 경우에는, 전자 수송성이 높은 물질에 대하여 질량 비율로 0.001 이상 0.1 이하의 비율로 도너성 물질을 첨가하는 것이 바람직하다. 또한, 도너성 물질로서는, 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 희토금속, 및 이들의 화합물(알칼리 금속 화합물(산화리튬 등의 산화물, 할로겐화물, 탄산리튬이나 탄산세슘 등의 탄산염을 포함한다), 알칼리 토금속 화합물(산화물, 할로겐화물, 탄산염을 포함한다), 또는 희토금속의 화합물(산화물, 할로겐화물, 탄산염을 포함한다)) 이외에, 테트라 티아나프타센(약칭:TTN), 니켈로센, 데카메틸니켈로센 등의 유기 화합물을 사용할 수도 있다. 또한, 전자 수송성이 높은 물질로서는, 이미 설명한 전자 수송층(704)의 재료와 같은 재료를 사용하여 형성할 수 있다.
또한, 전자 주입 버퍼층(706)과 복합 재료층(708) 사이에 전자 릴레이층(707)을 형성하는 것이 바람직하다. 전자 릴레이층(707)은 반드시 형성할 필요는 없지만, 전자 수송성이 높은 전자 릴레이층(707)을 형성함으로써, 전자 주입 버퍼층(706)에 전자를 신속하게 수송할 수 있게 된다.
복합 재료층(708)과 전자 주입 버퍼층(706) 사이에 전자 릴레이층(707)이 끼워진 구조는 복합 재료층(708)에 함유되는 억셉터성 물질과, 전자 주입 버퍼층(706)에 함유되는 도너성 물질이 상호 작용을 받기 어렵고 서로 기능을 저해하기 어려운 구조이다. 따라서, 구동 전압의 상승을 억제할 수 있다.
전자 릴레이층(707)은 전자 수송성이 높은 물질을 함유하고, 상기 전자 수송성이 높은 물질의 LUMO 준위가 복합 재료층(708)에 포함되는 억셉터성 물질의 LUMO 준위와 전자 수송층(704)에 포함되는 전자 수송성이 높은 물질의 LUMO 준위 사이에 위치하도록 형성한다. 또한, 전자 릴레이층(707)이 도너성 물질을 함유하는 경우에는 상기 도너성 물질의 도너 준위도 복합 재료층(708)에 포함되는 억셉터성 물질의 LUMO 준위와, 전자 수송층(704)에 포함되는 전자 수송성이 높은 물질의 LUMO 준위 사이에 위치하도록 한다. 구체적인 에너지 준위의 값으로서는 전자 릴레이층(707)에 포함되는 전자 수송성이 높은 물질의 LUMO 준위는 -5.0eV 이상, 바람직하게는 -5.0eV 이상 -3.0eV 이하로 하면 좋다.
전자 릴레이층(707)에 포함되는 전자 수송성이 높은 물질로서는 프탈로시아닌계 재료 또는 금속-산소 결합과 방향족 배위자를 갖는 금속 착체를 사용하는 것이 바람직하다.
전자 릴레이층(707)에 포함되는 프탈로시아닌계 재료로서는, 구체적으로는, CuPc, SnPc(Phthalocyanine tin(II) complex), ZnPc(Phthalocyanine zinc complex), CoPc(Cobalt(II)phthalocyanine, β-form), FePc(Phthalocyanine Iron), 및 PhO-VOPc(Vanadyl 2,9,16,23-tetraphenoxy-29H,31H-phthalocyanine) 중 어느 것을 사용하는 것이 바람직하다.
전자 릴레이층(707)에 포함되는 금속-산소 결합과 방향족 배위자를 갖는 금속 착체로서는 금속-산소의 이중 결합을 갖는 금속 착체를 사용하는 것이 바람직하다. 금속-산소의 2중 결합은 억셉터성(전자를 수용하기 쉬운 성질)을 갖기 때문에, 전자의 이동(주고 받음)이 더 용이하게 된다. 또한, 금속-산소의 2중 결합을 갖는 금속 착체는 안정된다고 생각된다. 따라서, 금속-산소의 2중 결합을 갖는 금속 착체를 사용함으로써 발광 소자를 저전압으로 더 안정적으로 구동할 수 있다.
금속-산소 결합과 방향족 배위자를 갖는 금속 착체로서는 프탈로시아닌계 재료가 바람직하다. 구체적으로는, VOPc(Vanadyl phthalocyanine), SnOPc(Phthalocyanine tin(Ⅳ) oxide complex), 및 TiOPc(Phthalocyanine titanium oxide complex) 중 어느 것은 분자 구조적으로 금속-산소의 2중 결합이 다른 분자에 대하여 작용하기 쉽고 억셉터성이 높기 때문에 바람직하다.
또한, 상술한 프탈로시아닌계 재료로서는 페녹시기를 갖는 것이 바람직하다. 구체적으로는 PhO-VOPc 등 페녹시기를 갖는 프탈로시아닌 유도체가 바람직하다. 폐녹시기를 갖는 프탈로시아닌 유도체는 용매에 용해할 수 있다. 그래서, 발광 소자를 형성하는 데 취급하기 쉽다는 이점을 갖는다. 또한, 용매에 용해할 수 있기 때문에 성막에 사용하는 장치의 메인터넌스(maintenance)가 용이해진다는 이점을 갖는다.
전자 릴레이층(707)은 도너성 물질을 더 포함하여도 좋다. 도너성 물질로서는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 희토금속, 및 이들의 화합물(알칼리 금속 화합물(산화리튬 등의 산화물, 할로겐화물, 탄산리튬이나 탄산세슘 등의 탄산염을 포함한다), 알칼리 토금속 화합물(산화물, 할로겐화물, 탄산염을 포함한다), 또는 희토금속 화합물(산화물, 할로겐화물, 탄산염을 포함한다)) 이외에, 테트라티아나프타센(약칭:TTN), 니켈로센, 데카메틸니켈로센 등의 유기 화합물을 사용할 수 있다. 전자 릴레이층(707)에 이들의 도너성 물질을 포함시킴으로써, 전자가 이동하기 쉬워져서 발광 소자를 더 낮은 전압으로 구동할 수 있게 된다.
전자 릴레이층(707)에 도너성 물질을 포함시키는 경우, 전자 수송성이 높은 물질로서는 상술한 재료 이외, 복합 재료층(708)에 포함되는 억셉터성 물질의 억셉터 준위보다 높은 LUMO 준위를 갖는 물질을 사용할 수 있다. 구체적인 에너지 준위로서는 -5.0eV 이상, 바람직하게는 -5.0eV 이상 -3.0eV 이하의 범위에서 LUMO 준위를 갖는 물질을 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 물질로서는, 예를 들어 페릴렌 유도체나 함질소 축합 방향족 화합물 등을 들 수 있다. 또한, 함질소 축합 방향족 화합물은 안정적이기 때문에, 전자 릴레이층(707)을 형성하기 위하여 사용되는 재료로서 바람직한 재료이다.
페릴렌 유도체의 구체적인 예로서는 3,4,9,10-페릴렌테트라카르복실릭 디안하이드라이드(약칭:PTCDA), 3,4,9,10-페릴렌테트라카르복실릭비스벤즈이미다졸(약칭:PTCBI), N,N'-디옥틸-3,4,9,10-페릴렌테트라카르복실산디이미드(약칭:PTCDI-C8H), N,N'-디헥실-3,4,9,10-페릴렌테트라카르복실산디이미드(약칭:Hex PTC) 등을 들 수 있다.
또한, 함질소 축합 방향족 화합물의 구체적인 예로서는, 피라지노[2,3-f][1,10]페난트롤린-2,3-디카르보니트릴(약칭:PPDN), 2,3,6,7,10,11-헥사시아노-1,4,5,8,9,12-헥사아자트리페닐렌(약칭:HAT(CN)6), 2,3-디페닐피리도[2,3-b]피라진(약칭 : 2PYPR), 2,3-비스(4-플루오로페닐)피리도[2,3-b]피라진(약칭:F2PYPR) 등을 들 수 있다.
그 이외에도, 7,7,8,8-테트라시아노퀴노디메탄(약칭:TCNQ), 1,4,5,8-나프탈렌테트라카르복실릭 디안하이드라이드(약칭:NTCDA), 퍼플루오로펜타센, 구리 헥사데카플루오로프탈로시아닌(약칭:F16CuPc), N,N'-비스(2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8-펜타데카플루오로옥틸)-1,4,5,8-나프탈렌테트라카르복실산디이미드(약칭:NTCDI-C8F), 3',4'-디부틸-5,5''-비스(디시아노메틸렌)-5,5''-디하이드로-2,2':5',2''-테르티오펜)(약칭:DCMT), 메타노풀러린(예를 들어, [6,6]-페닐C61부틸산메틸에스테르) 등을 사용할 수 있다.
또한, 전자 릴레이층(707)에 도너성 물질을 함유시키는 경우, 전자 수송성이 높은 물질과 도너성 물질의 공증착 등의 방법으로 전자 릴레이층(707)을 형성하면 좋다.
정공 주입층(701), 정공 수송층(702), 발광성을 갖는 유기 화합물을 포함하는 층(703), 및 전자 수송층(704)은 상술한 재료를 사용하여 각각 형성하면 좋다.
상술한 바와 같이 하여 본 실시형태의 EL층(102)을 제작할 수 있다.
본 실시형태는 다른 실시형태와 자유롭게 조합할 수 있다.
(실시형태 5)
본 실시형태에서는, 본 발명의 일 형태를 적용한 유기 광 디바이스의 일례를 도 11을 사용하여 설명한다.
도 11에 도시한 유기 광 디바이스는, 지지체(101), 기능층(211), 제 1 전극(103), EL층(102), 제 2 전극(108), 밀봉막(202), 씰재(207), 건조제(208), 밀봉 기판(209)을 구비한다. 구체적으로는, 지지체(101) 위에 기능층(211)을 갖고, 기능층(211) 위에 제 1 전극(103)을 갖고, 제 1 전극(103) 위에 EL층(102)을 갖고, EL층(102) 위에 제 2 전극(108)을 갖고, 제 2 전극(108)을 덮는 밀봉막(202)을 갖는다. 건조제(208)는, 밀봉 기판(209)에 접하여 형성된다.
도 11에 도시한 유기 광 디바이스는, 지지체(101) 위에 형성된 제 1 전극(103), EL층(102), 및 제 2 전극(108)을 밀봉 기판(209)과의 사이에 씰재(207)로 밀봉한 구성이다. 씰재(207)로 둘러싸인 내 측은 공간이며, 불활성 기체(아르곤이나 질소 등)의 충전제가 충전된다.
지지체(101), 기능층(211), 제 1 전극(103), EL층(102), 제 2 전극(108), 및 밀봉막(202)은 실시형태 2(도 5(A) 및 도 5(B) 참조)와 같은 구성을 적용할 수 있다.
도 11에 도시한 유기 광 디바이스는, 기능층(211) 및 밀봉막(202)으로서 Ga 또는 Al과, Zn과, O를 포함하는 절연막을 각각 구비한다.
씰재(207)로서는, 에폭시계 수지를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 이들의 재료는 가능한 한 수분이나 산소를 투과하지 않는 재료인 것이 바람직하다. 또한, 건조제가 포함되는 씰재를 사용할 수도 있다.
건조제(208)는, 알칼리 토금속의 산화물(산화칼슘이나 산화바륨 등)과 같이, 화학 흡착에 의하여 수분을 흡수하는 물질을 사용할 수 있다. 그 이외의 건조제로서, 제올라이트나 실리카겔 등과 같이, 물리 흡착에 의하여 수분을 흡착하는 물질을 사용하여도 좋다.
밀봉 기판(209)으로서는, 유리 기판이나 석영 기판, 스테인리스 기판 이외에, FRP(Fiberglass-Reinforced Plastics), PVF(폴리비닐 플로라이드), 폴리에스테르, 또는 아크릴 등으로 이루어지는 플라스틱 기판을 사용할 수 있다. 특히, 방수성(防水性)이 높은 기판을 사용하는 것이 바람직하다.
본 실시형태에서 나타낸 유기 광 디바이스는, 제 1 전극(103), EL층(102), 및 제 2 전극(108)을 둘러싸도록 Ga 또는 Al과, Zn과, O를 포함하는 절연막을 구비하기 때문에, 유기 화합물이나 금속 재료에 수분이나 불순물이 침입하는 것을 억제할 수 있다.
(실시예 1)
본 실시예에서는, 본 발명의 일 형태에 적용할 수 있는 갈륨(Ga)과, 아연(Zn)과, 산소(O)를 포함하는 막(이하, GZO막)의 예에 대하여 도 6 및 도 7을 사용하여 설명한다.
<시료 제작>
먼저, 본 실시예에서 제작한 GZO막에 대하여 설명한다. 본 실시예에서 제작한 GZO막은 표 1에 나타내는 3가지이다.
본 실시예의 모든 구성예에 있어서, 기판과 타깃의 사이의 거리는 110mm이고, 압력 0.8Pa, 직류(DC) 전원 200W, 산소 분위기하, 기판 가열 온도 200℃의 조건으로 스퍼터링법에 의한 성막을 행하였다.
[구성예 1]
구성예 1로서, Ga-Zn-O계 금속 산화물 타깃(Ga2O3:ZnO=1:5[mol수 비율])을 사용하여 두께 100nm의 GZO막을 형성하였다.
[구성예 2]
구성예 2로서, Ga-Zn-O계 금속 산화물 타깃(Ga2O3:ZnO=1:1[mol수 비율])을 사용하여 두께 100nm의 GZO막을 형성하였다.
[구성예 3]
구성예 3으로서, Ga-Zn-O계 금속 산화물 타깃(Ga2O3:ZnO=5:1[mol수 비율])을 사용하여 두께 100nm의 GZO막을 형성하였다.
<굴절률의 측정>
다음에, 구성예 1 내지 구성예 3의 굴절률을 각각 측정하였다. 본 실시예에서는, 엘립소메트리(ellipsometry)법을 사용하여 굴절률을 계산하였다.
구성예 1 내지 구성예 3의 굴절률을 도 6에 도시한다. 도 6에 있어서는, 가로 축은 파장(nm)을 나타내고, 세로 축은 굴절률을 나타낸다.
구성예 1 내지 구성예 3의 굴절률은 파장이 400nm 이상 800nm 이하의 영역(이하, 가시광 영역이라고 기재한다)에 있어서, 파장 의존성이 거의 확인될 수 없었다.
도 6으로부터 알 수 있는 바와 같이, 가시광 영역에 있어서 구성예 1(ZnO가 포함되는 비율이 큰 타깃)은, 구성예 3(Ga2O3이 포함되는 비율이 큰 타깃)과 비교하여 굴절률이 높다.
상술한 결과에 따라, Ga-Zn-O계 금속 산화물 타깃에 포함되는 Ga2O3과 ZnO의 비율을 변화시킴으로써, 얻어지는 GZO막의 굴절률이 변화되는 것이 시사되었다.
<투과율의 측정>
다음에, 구성예 1 내지 구성예 3의 투과율을 각각 측정하였다. 본 실시예에서는, 분광 광도계를 사용하여 투과율의 값을 얻었다.
구성예 1 내지 구성예 3의 투과율을 도 7에 도시한다. 도 7에 있어서, 가로 축은 파장(nm)을 나타내고, 세로 축은 투과율을 나타낸다.
구성예 1 내지 구성예 3의 투과율은 파장이 400nm 이상의 영역에서 75% 이상으로 매우 높았다.
상술한 결과에 따라, GZO막은 가시광에 대한 투광성이 매우 높은 것을 알 수 있었다.
본 실시예로부터 알 수 있는 바와 같이, Ga과 Zn과 O를 포함하는 막은, 가시광에 대한 투광성이 매우 높다. 또한, Ga과 Zn의 비율을 변화시킴으로써 얻어지는 막의 굴절률이 크게 변화된다. 따라서, 본 발명에 있어서, 기능층으로서 적합하게 사용할 수 있는 것을 알 수 있었다.
(실시예 2)
본 실시예에서는, 본 발명의 일 형태에 적용할 수 있는 Ga과, Zn과, O를 포함하는 막(이하, GZO막)의 다른 예에 대하여 도 8 내지 도 10을 사용하여 설명한다.
본 실시예의 모든 구성예에 있어서 기판과 타깃간의 거리는 110nm이고, 압력 0.8Pa, 직류(DC) 전원 200W의 조건으로 스퍼터링법에 의한 성막을 행하였다.
[구성예 A-1]
구성예 A-1로서, Ga-Zn-O계 금속 산화물 타깃(Ga2O3:ZnO=1:5[mol수 비율])을 사용하여 아르곤 및 산소(유량 비율은 아르곤:산소=7:3) 혼합 분위기하, 실온에서 두께 250nm의 GZO막을 형성하였다.
[구성예 A-2]
구성예 A-2로서, Ga-Zn-O계 금속 산화물 타깃(Ga2O3:ZnO=1:5[mol수 비율])을 사용하여 산소 분위기하, 실온에서 두께 90nm의 GZO막을 형성하였다.
[구성예 A-3]
구성예 A-3으로서, Ga-Zn-O계 금속 산화물 타깃(Ga2O3:ZnO=1:5[mol수 비율])을 사용하여 아르곤 및 산소(유량 비율은 아르곤:산소=7:3) 혼합 분위기하, 기판 가열 온도 200℃의 조건으로 두께 200nm의 GZO막을 형성하였다.
[구성예 A-4]
구성예 A-4로서, Ga-Zn-O계 금속 산화물 타깃(Ga2O3:ZnO=1:5[mol수 비율])을 사용하여 산소 분위기하, 기판 가열 온도 200℃의 조건으로 두께 150nm의 GZO막을 형성하였다.
[구성예 B-1]
구성예 B-1로서, Ga-Zn-O계 금속 산화물 타깃(Ga2O3:ZnO=1:1[mol수 비율])을 사용하여 아르곤 및 산소(유량 비율은 아르곤:산소=7:3) 혼합 분위기하, 실온에서 두께 180nm의 GZO막을 형성하였다.
[구성예 B-2]
구성예 B-2로서, Ga-Zn-O계 금속 산화물 타깃(Ga2O3:ZnO=1:1[mol수 비율])을 사용하여 산소 분위기하, 실온에서 두께 50nm의 GZO막을 형성하였다.
[구성예 B-3]
구성예 B-3으로서, Ga-Zn-O계 금속 산화물 타깃(Ga2O3:ZnO=1:1[mol수 비율])을 사용하여 아르곤 및 산소(유량 비율은 아르곤:산소=7:3) 혼합 분위기하, 기판 가열 온도 200℃의 조건으로 두께 150nm의 GZO막을 형성하였다.
[구성예 B-4]
구성예 B-4로서, Ga-Zn-O계 금속 산화물 타깃(Ga2O3:ZnO=1:1[mol수 비율])을 사용하여 산소 분위기하, 기판 가열 온도 200℃의 조건으로 두께 90nm의 GZO막을 형성하였다.
[구성예 C-1]
구성예 C-1로서, Ga-Zn-O계 금속 산화물 타깃(Ga2O3:ZnO=5:1[mol수 비율])을 사용하여 아르곤 및 산소(유량 비율은 아르곤:산소=7:3) 혼합 분위기하, 실온에서 두께 160nm의 GZO막을 형성하였다.
[구성예 C-2]
구성예 C-2로서, Ga-Zn-O계 금속 산화물 타깃(Ga2O3:ZnO=5:1[mol수 비율])을 사용하여 산소 분위기하, 실온에서 두께 50nm의 GZO막을 형성하였다.
[구성예 C-3]
구성예 C-3으로서, Ga-Zn-O계 금속 산화물 타깃(Ga2O3:ZnO=5:1[mol수 비율])을 사용하여 아르곤 및 산소(유량 비율은 아르곤:산소=7:3) 혼합 분위기하, 기판 가열 온도 200℃의 조건으로 두께 160nm의 GZO막을 형성하였다.
[구성예 C-4]
구성예 C-4로서, Ga-Zn-O계 금속 산화물 타깃(Ga2O3:ZnO=5:1[mol수 비율])을 사용하여 산소 분위기하, 기판 가열 온도 200℃의 조건으로 두께 90nm의 GZO막을 형성하였다.
<굴절률의 측정>
다음에, 구성예 A-1 내지 구성예 A-4의 굴절률, 구성예 B-1 내지 구성예 B-4의 굴절률, 및 구성예 C-1 내지 구성예 C-4의 굴절률을 각각 측정하였다.
굴절률은 실시예 1과 같은 방법을 사용하여 측정하였다.
구성예 A-1 내지 구성예 A-4의 굴절률을 도 8에 도시한다. 구성예 B-1 내지 구성예 B-4의 굴절률을 도 9에 도시한다. 구성예 C-1 내지 구성예 C-4의 굴절률을 도 10에 도시한다. 도 8 내지 도 10에 있어서, 가로 축은 파장(nm)을 나타내고, 세로 축은 굴절률을 나타낸다.
본 실시예에서 제작한 구성예의 굴절률은 가시광 영역에 있어서, 파장 의존성이 거의 확인될 수 없었다.
본 실시예의 결과에 따라, Ga과 Zn의 비율이나 성막 분위기 등의 조건을 변화시킴으로써, 얻어지는 GZO막의 굴절률이 변화되는 것을 알 수 있었다. 예를 들어, 가시광 영역에 있어서 굴절률이 1.7 이상 2.0 이하의 범위의 값을 나타내는 GZO막을 형성할 수 있는 것이 시사되었다.
101: 지지체 102: EL층
103: 제 1 전극 108: 제 2 전극
201: 기능층 202: 밀봉막
301: 발광체
103: 제 1 전극 108: 제 2 전극
201: 기능층 202: 밀봉막
301: 발광체
Claims (20)
- 지지체와;
상기 지지체 위의 기능층과;
상기 기능층 위의 유기 화합물을 포함하는 발광체를 포함하고,
상기 기능층은 갈륨 또는 알루미늄과 아연과 산소를 포함하는 절연막을 포함하고,
상기 지지체 및 상기 기능층 각각은 파장이 400nm 이상 700nm 이하의 영역에서 투광성을 갖는, 유기 광 디바이스.
- 제 1 항에 있어서,
상기 절연막은 질소를 포함하는, 유기 광 디바이스.
- 제 1 항에 있어서,
상기 절연막에 있어서, 갈륨, 알루미늄, 아연, 산소, 및 질소 이외의 원소의 총 합계 원자 비율은 0.1 이하인, 유기 광 디바이스.
- 제 1 항에 있어서,
상기 절연막은 20℃에서의 고유 저항이 1010Ωcm 이상인, 유기 광 디바이스.
- 지지체와;
상기 지지체 위의 기능층과;
상기 기능층 위의 제 1 전극과;
상기 제 1 전극 위의 발광성을 갖는 유기 화합물을 포함하는 층과;
상기 발광성을 갖는 유기 화합물을 포함하는 상기 층 위의 제 2 전극을 포함하고,
상기 기능층은 갈륨 또는 알루미늄과 아연과 산소를 포함하는 절연막을 포함하고,
상기 지지체, 상기 기능층, 및 상기 제 1 전극의 각각은 파장이 400nm 이상 700nm 이하의 영역에서 투광성을 갖는, 유기 광 디바이스.
- 제 5 항에 있어서,
상기 제 2 전극을 덮는 밀봉막을 더 포함하고,
상기 밀봉막은 상기 기능층과 접하고,
상기 밀봉막은 갈륨 또는 알루미늄과 아연과 산소를 포함하는, 유기 광 디바이스.
- 제 6 항에 있어서,
상기 밀봉막은 질소를 포함하는, 유기 광 디바이스.
- 제 5 항에 있어서,
상기 절연막은 질소를 포함하는, 유기 광 디바이스.
- 제 5 항에 있어서,
상기 절연막에 있어서, 갈륨, 알루미늄, 아연, 산소, 및 질소 이외의 원소의 총 합계 원자 비율은 0.1 이하인, 유기 광 디바이스.
- 제 5 항에 있어서,
상기 절연막은 20℃에서의 고유 저항이 1010Ωcm 이상인, 유기 광 디바이스.
- 갈륨 또는 알루미늄과 아연과 산소를 포함하는 절연막을 포함하는 기능층과;
상기 기능층의 한쪽 면에 접하는 제 1 막과;
상기 기능층의 다른 쪽 면에 접하는 제 2 막을 포함하고,
보호 부재는 파장이 400nm 이상 700nm 이하의 영역에서 투광성을 갖고,
상기 기능층이 갖는 층의 굴절률과 상기 기능층이 갖는 층에 접하는 층의 굴절률의 차이가 0.2 이하인, 유기 광 디바이스의 보호 부재.
- 제 11 항에 있어서,
상기 절연막은 질소를 포함하는, 유기 광 디바이스의 보호 부재.
- 제 11 항에 있어서,
상기 절연막에 있어서, 갈륨, 알루미늄, 아연, 산소, 및 질소 이외의 원소의 총 합계 원자 비율은 0.1 이하인, 유기 광 디바이스의 보호 부재.
- 제 11 항에 있어서,
상기 절연막은 20℃에서의 고유 저항이 1010Ωcm 이상인, 유기 광 디바이스의 보호 부재.
- 제 11 항에 따른 상기 유기 광 디바이스의 보호 부재와;
상기 유기 광 디바이스의 보호 부재 위의 유기 화합물을 포함하는 발광체를 포함하는, 유기 광 디바이스.
- 제 11 항에 따른 상기 유기 광 디바이스의 보호 부재와;
상기 유기 광 디바이스의 보호 부재 위의 발광성을 갖는 유기 화합물을 포함하는 층과;
상기 발광성을 갖는 유기 화합물을 포함하는 상기 층 위의 제 2 전극을 포함하고,
상기 제 2 막은 제 1 전극으로서 기능하는, 유기 광 디바이스.
- 제 16 항에 있어서,
상기 제 2 전극을 덮는 밀봉막을 더 포함하고,
상기 밀봉막은 상기 기능층에 접하고,
상기 밀봉막은 갈륨 또는 알루미늄과 아연과 산소를 포함하는, 유기 광 디바이스.
- 제 17 항에 있어서,
상기 밀봉막은 질소를 포함하는, 유기 광 디바이스.
- 제 16 항에 있어서,
상기 기능층이 갖는 층의 굴절률, 상기 제 1 막의 굴절률, 및 상기 제 2 막의 굴절률이 각각 상기 발광성을 갖는 유기 화합물을 포함하는 층의 굴절률 이상인, 유기 광 디바이스.
- 제 16 항에 있어서,
상기 제 1 막과 대기의 계면에 요철 구조가 형성되는, 유기 광 디바이스.
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