KR20130116185A - 발광 소자, 발광 장치, 전자 기기, 및 조명 장치 - Google Patents

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

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Abstract

본 발명은 외부 양자 효율이 높은 발광 소자를 제공한다. 또한, 수명이 긴 발광 소자를 제공한다.
상기 발광 소자는 양극과 음극 사이에 발광층을 갖고, 발광층은 삼중항 여기 에너지를 발광으로 바꾸는 제 1 발광성 물질, 전자 수송성을 갖는 제 1 유기 화합물, 및 정공 수송성을 갖는 제 2 유기 화합물을 적어도 포함하며 양극 측에 형성된 제 1 발광층과, 삼중항 여기 에너지를 발광으로 바꾸는 제 2 발광성 물질, 제 2 유기 화합물, 및 전자 수송성을 갖는 제 3 유기 화합물을 적어도 포함하여 형성된 제 2 발광층의 적층이며, 제 1 유기 화합물은 제 3 유기 화합물보다 LUMO 준위가 높고, 제 1 발광성 물질은 제 2 발광성 물질보다 단파장의 발광을 나타내고, 제 1 유기 화합물과 제 2 유기 화합물, 및 제 2 유기 화합물과 제 3 유기 화합물은 각각 여기 착체를 형성하는 것을 특징으로 한다.

Description

발광 소자, 발광 장치, 전자 기기, 및 조명 장치{LIGHT-EMITTING ELEMENT, LIGHT-EMITTING DEVICE, ELECTRONIC DEVICE, AND LIGHTING DEVICE}
본 발명의 일 형태는 전계를 인가함으로써 발광이 얻어지는 유기 화합물을 한 쌍의 전극 사이에 끼워서 이루어진 발광 소자, 또 이러한 발광 소자를 갖는 발광 장치, 전자 기기, 및 조명 장치에 관한 것이다.
박형 경량, 고속 응답성, 직류 저전압 구동 등의 특징을 갖는 유기 화합물을 발광체로서 사용한 발광 소자는 차세대 플랫 패널 디스플레이로의 응용이 기대되고 있다. 특히, 발광 소자를 매트릭스 형태로 배치한 표시 장치는 종래의 액정 표시 장치와 비교하여, 시야각이 넓고 시인성(視認性)이 우수하다는 점에 우위성이 있다고 생각된다.
발광 소자의 발광 기구는 발광체를 포함한 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 때 에너지를 방출하여 발광한다고 알려져 있다. 여기 상태에는 일중항 여기 상태와 삼중항 여기 상태가 있는 것이 알려져 있으며, 발광은 둘 중 어느 여기 상태를 거쳐도 가능한 것으로 생각된다.
상술한 바와 같은 발광 소자의 소자 특성을 향상시키기 위해서 소자 구조의 개량이나 재료 개발 등이 활발히 진행되고 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).
일본국 특개2010-182699호 공보
그러나, 현황에서는 발광 소자의 광 추출 효율은 20% 내지 30% 정도라고 하며, 반사 전극이나 투명 전극에 의한 광 흡수를 고려하여도, 인광성 화합물을 사용한 발광 소자의 외부 양자 효율의 한계는 25% 정도로 생각된다.
그러므로, 본 발명의 일 형태는 외부 양자 효율이 높은 발광 소자를 제공한다. 또한, 본 발명의 일 형태는 수명이 긴 발광 소자를 제공한다.
본 발명의 일 형태는 한 쌍의 전극(양극 및 음극) 사이에 발광층을 구비하고, 발광층은 삼중항 여기 에너지를 발광으로 바꾸는 제 1 발광성 물질(게스트 재료), 전자 수송성을 갖는 제 1 유기 화합물(호스트 재료), 및 정공 수송성을 갖는 제 2 유기 화합물(어시스트(assist) 재료)을 적어도 포함하며 양극 측에 형성된 제 1 발광층과, 삼중항 여기 에너지를 발광으로 바꾸는 제 2 발광성 물질(게스트 재료), 전자 수송성을 갖는 제 3 유기 화합물(호스트 재료), 및 정공 수송성을 갖는 제 2 유기 화합물(어시스트 재료)을 적어도 포함하여 형성된 제 2 발광층의 적층 구조이며, 제 1 발광층에서는 제 1 유기 화합물(호스트 재료)과 제 2 유기 화합물(어시스트 재료)이 여기 착체(錯體)를 형성하는 조합이고, 제 2 발광층에서는 제 3 유기 화합물(호스트 재료)과 제 2 유기 화합물(어시스트 재료)이 여기 착체를 형성하는 조합인 것을 특징으로 하는 발광 소자이다.
또한, 본 발명의 다른 일 형태는 양극과 음극 사이에 발광층을 갖고, 양극과 발광층 사이에 정공 수송층을 갖고, 음극과 발광층 사이에 전자 수송층을 구비하고, 발광층은 삼중항 여기 에너지를 발광으로 바꾸는 제 1 발광성 물질, 전자 수송성을 갖는 제 1 유기 화합물, 및 정공 수송성을 갖는 제 2 유기 화합물을 적어도 포함하며 정공 수송층과 접촉하도록 형성된 제 1 발광층과, 삼중항 여기 에너지를 발광으로 바꾸는 제 2 발광성 물질, 전자 수송성을 갖는 제 3 유기 화합물, 및 정공 수송성을 갖는 제 2 유기 화합물을 적어도 포함하며 전자 수송층과 접촉하도록 형성된 제 2 발광층의 적층이며, 제 1 발광층에서는 제 1 유기 화합물(호스트 재료)과 제 2 유기 화합물(어시스트 재료)이 여기 착체를 형성하는 조합이고, 제 2 발광층에서는 제 3 유기 화합물(호스트 재료)과 제 2 유기 화합물(어시스트 재료)이 여기 착체를 형성하는 조합인 것을 특징으로 하는 발광 소자이다.
또한 상술한 각 구성에서, 제 1 발광층의 제 1 유기 화합물(호스트 재료)과 제 2 유기 화합물(어시스트 재료)에 의해 형성된 여기 착체의 발광 파장은 제 1 유기 화합물(호스트 재료) 및 제 2 유기 화합물(어시스트 재료) 각각의 발광 파장(형광 파장)에 비하여 장파장 측에 존재하기 때문에, 여기 착체를 형성함으로써 제 1 유기 화합물(호스트 재료)의 형광 스펙트럼이나 제 2 유기 화합물(어시스트 재료)의 형광 스펙트럼을 더 장파장 측에 위치하는 발광 스펙트럼으로 변환할 수 있다. 또한, 제 2 발광층의 제 3 유기 화합물(호스트 재료)과 제 2 유기 화합물(어시스트 재료)에 의해 형성된 여기 착체의 발광 파장은 제 3 유기 화합물(호스트 재료) 및 제 2 유기 화합물(어시스트 재료) 각각의 발광 파장(형광 파장)에 비하여 장파장 측에 존재하기 때문에, 여기 착체를 형성함으로써 제 3 유기 화합물(호스트 재료)의 형광 스펙트럼이나 제 2 유기 화합물(어시스트 재료)의 형광 스펙트럼을 더 장파장 측에 위치하는 발광 스펙트럼으로 변환할 수 있다.
또한 상술한 각 구성에서, 제 1 발광층에서는 제 1 유기 화합물의 음이온 및 제 2 유기 화합물의 양이온에 의해 여기 착체가 형성되고, 제 2 발광층에서는 제 3 유기 화합물의 음이온 및 제 2 유기 화합물의 양이온에 의해 여기 착체가 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상술한 구성에서, 제 1 발광층 및 제 2 발광층 각각은 같은 제 2 유기 화합물(어시스트 재료)을 함유하고, 또 제 1 발광층에 함유되는 제 1 유기 화합물(호스트 재료)은 제 2 발광층에 함유되는 제 3 유기 화합물(호스트 재료)보다 최저 비점유 분자궤도 준위(LUMO 준위)가 높은 것을 특징으로 한다.
그리고 상술한 구성에서, 제 1 발광층에 함유되는 제 1 발광성 물질은 제 2 발광층에 함유되는 제 2 발광성 물질보다 단파장의 발광을 나타내는 물질인 것을 특징으로 한다.
또한 상술한 구성에서, 제 1 발광성 물질 및 제 2 발광성 물질은 삼중항 여기 에너지를 발광으로 바꾸는 발광성 물질이며, 유기 금속 착체 등의 인광성 화합물이나 열활성화 지연 형광을 나타내는 재료, 즉 열활성화 지연 형광(TADF: Thermally Activated Delayed Fluorescence) 재료를 사용할 수 있다. 또한, 제 1 유기 화합물 및 제 3 유기 화합물은 주로 전자 이동도가 10-6cm2/Vs 이상인 전자 수송성 재료, 구체적으로는 π전자 부족형 복소 방향족 화합물이고, 제 2 유기 화합물은 주로 정공 이동도가 10-6cm2/Vs 이상인 정공 수송성 재료, 구체적으로는 π전자 과잉형 복소 방향족 화합물 또는 방향족 아민 화합물인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 형태는 발광 소자를 갖는 발광 장치뿐만 아니라, 발광 장치를 갖는 전자 기기 및 조명 장치도 그 범주에 포함한다. 따라서, 본 명세서에서 발광 장치란, 화상 표시 디바이스, 또는 광원(조명 장치를 포함함)을 가리킨다. 또한, 발광 장치에 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 의해 IC(집적 회로)가 직접 실장된 모듈도 모두 발광 장치에 포함한다.
또한, 본 발명의 일 형태인 발광 소자는 발광층을 구성하는 제 1 발광층 및 제 2 발광층 각각에서 여기 착체를 형성할 수 있기 때문에, 에너지 이동 효율이 높고 외부 양자 효율이 높은 발광 소자를 실현할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 형태인 발광 소자를 상술한 소자 구조로 함으로써, 제 1 발광층에서 형성되는 여기 착체가 제 2 발광층에서 형성되는 여기 착체보다 높은 여기 에너지를 갖는 구성이 되기 때문에, 제 2 발광층에 포함되는 삼중항 여기 에너지를 발광으로 바꾸는 제 2 발광성 물질(게스트 재료)보다 단파장의 발광을 나타내는 물질을, 제 1 발광층에 포함되는 삼중항 여기 에너지를 발광으로 바꾸는 제 1 발광성 물질(게스트 재료)로서 사용함으로써, 제 1 발광층 및 제 2 발광층으로부터의 발광을 동시에 얻을 수 있고, 또 제 1 발광층에서 형성된 여기 착체의 여기 에너지 중 발광에 기여할 수 없는 일부의 에너지를, 제 2 발광 발광층에서 삼중항 여기 에너지를 발광으로 바꾸는 제 2 발광성 물질(게스트 재료)을 위한 여기 에너지로서 이용할 수 있기 때문에, 발광 소자에서의 발광 효율을 더 높일 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일 형태의 개념을 설명하기 위한 도면.
도 2는 본 발명의 일 형태의 개념을 설명하기 위한 도면.
도 3은 본 발명의 일 형태에 따른 계산 결과를 도시한 도면.
도 4의 (a1), 도 4의 (a2), 도 4의 (b1), 도 4의 (b2), 도 4의 (c1), 및 도 4의 (c2)는 본 발명의 일 형태에 따른 계산 결과를 도시한 도면.
도 5는 발광 소자의 구조에 대해서 설명하기 위한 도면.
도 6a 및 도 6b는 발광 소자의 구조에 대해서 설명하기 위한 도면.
도 7은 발광 장치에 대해서 설명하기 위한 도면.
도 8a 및 도 8b는 발광 장치에 대해서 설명하기 위한 도면.
도 9a 내지 도 9d는 전자 기기에 대해서 설명하기 위한 도면.
도 10a 내지 도 10c는 전자 기기에 대해서 설명하기 위한 도면.
도 11은 조명 장치에 대해서 설명하기 위한 도면.
도 12는 발광 소자에 대해서 설명하기 위한 도면.
도 13은 발광 소자 1의 전류 밀도-휘도 특성을 도시한 도면.
도 14는 발광 소자 1의 전압-휘도 특성을 도시한 도면.
도 15는 발광 소자 1의 휘도-전류 효율 특성을 도시한 도면.
도 16은 발광 소자 1의 전압-전류 특성을 도시한 도면.
도 17은 발광 소자 1의 발광 스펙트럼을 도시한 도면.
도 18은 발광 소자 1에 사용한 물질의 발광 스펙트럼을 도시한 도면.
도 19는 발광 소자 1에 사용한 물질의 발광 스펙트럼을 도시한 도면.
이하에서, 본 발명의 실시형태에 대하여 도면을 사용하여 자세히 설명한다. 다만, 본 발명은 이하의 설명에 한정되지 않으며, 본 발명의 취지 및 그 범위를 벗어남이 없이 그 형태 및 상세한 내용을 다양하게 변경할 수 있다. 따라서, 본 발명은 이하에서 기재하는 실시형태의 내용에 한정되어 해석되는 것이 아니다.
(발광 소자에서의 발광의 기본 과정(elementary process)에 대해서)
우선, 삼중항 여기 에너지를 발광으로 바꾸는 발광성 물질(인광성 화합물이나 열활성화 지연 형광(TADF) 재료를 포함함)을 게스트 재료로서 사용하는 발광 소자에서의 발광의 일반적인 기본 과정에 대해서 설명한다. 여기서는 여기 에너지를 공급하는 측의 분자를 호스트 분자, 여기 에너지를 받는 측의 분자를 게스트 분자라고 기재한다.
(1) 전자 및 정공(홀)이 게스트 분자에서 재결합되어 게스트 분자가 여기 상태가 되는 경우(직접 재결합 과정)
(1-1) 게스트 분자의 여기 상태가 삼중항 여기 상태일 때
게스트 분자는 인광을 발한다.
(1-2) 게스트 분자의 여기 상태가 일중항 여기 상태일 때
일중항 여기 상태의 게스트 분자는 삼중항 여기 상태로 계간 전이(intersystem crossing)하여 인광을 발한다.
즉 상기 (1)의 직접 재결합 과정에서는, 게스트 분자의 계간 전이 효율 및 인광 양자 수율만 높으면, 높은 발광 효율이 얻어진다. 또한, 호스트 분자의 T1 준위는 게스트 분자의 T1 준위보다 높은 것이 바람직하다.
(2) 전자 및 정공(홀)이 호스트 분자에서 재결합되어 호스트 분자가 여기 상태가 되는 경우(에너지 이동 과정)
(2-1) 호스트 분자의 여기 상태가 삼중항 여기 상태일 때
호스트 분자의 T1 준위가 게스트 분자의 T1 준위보다 높은 경우에는, 호스트 분자로부터 게스트 분자로 여기 에너지가 이동하여, 게스트 분자가 삼중항 여기 상태가 된다. 삼중항 여기 상태가 된 게스트 분자는 인광을 발한다. 또한, 호스트 분자의 T1 준위로부터 게스트 분자의 일중항 여기 에너지의 준위(S1 준위)로의 에너지 이동은 호스트 분자가 인광 발광하지 않는 한 금지되어, 주된 에너지 이동 과정이 되기 어렵기 때문에 여기서는 생략한다. 즉 다음 식(2-1)과 같이, 호스트 분자의 삼중항 여기 상태(3H*)로부터 게스트 분자의 삼중항 여기 상태(3G*)로의 에너지 이동이 중요하다(식 중에서, 1G는 게스트 분자의 일중항 기저 상태, 1H는 호스트 분자의 일중항 기저 상태를 나타냄).
3H*＋1G → 1H＋3G* 식(2-1)
(2-2) 호스트 분자의 여기 상태가 일중항 여기 상태일 때
호스트 분자의 S1 준위가 게스트 분자의 S1 준위 및 T1 준위보다 높은 경우에는, 호스트 분자로부터 게스트 분자로 여기 에너지가 이동하여, 게스트 분자가 일중항 여기 상태 또는 삼중항 여기 상태가 된다. 삼중항 여기 상태가 된 게스트 분자는 인광을 발한다. 또한, 일중항 여기 상태가 된 게스트 분자는 삼중항 여기 상태로 계간 전이하여 인광을 발한다.
즉 다음 식(2-2A)과 같이, 호스트 분자의 일중항 여기 상태(1H*)로부터 게스트 분자의 일중항 여기 상태(1G*)로 에너지가 이동하고 나서 계간 전이에 의해 게스트 분자의 삼중항 여기 상태(3G*)가 생성되는 과정과, 다음 식(2-2B)과 같이, 호스트 분자의 일중항 여기 상태(1H*)로부터 게스트 분자의 삼중항 여기 상태(3G*)로 직접 에너지가 이동하는 과정이 생각된다.
1H*＋1G → 1H＋1G* → (계간 전이) → 1H＋3G* 식(2-2A)
1H*＋1G → 1H＋3G* 식(2-2B)
상기 (2)에서 기재한 모든 에너지 이동 과정이 효율적으로 일어나면, 호스트 분자의 삼중항 여기 에너지 및 일중항 여기 에너지 양쪽 모두가 효율적으로 게스트 분자의 삼중항 여기 상태(3G*)로 변환되기 때문에, 고효율 발광이 가능하다. 한편, 호스트 분자로부터 게스트 분자로 여기 에너지가 이동하기 전에, 호스트 분자 자체가 그 여기 에너지를 광 또는 열로서 방출하여 실활(deactivation)하게 되면, 발광 효율이 저하된다.
다음에, 상술한 호스트 분자와 게스트 분자 사이의 분자간 에너지 이동 과정의 지배 인자에 대해서 설명한다. 분자간 에너지 이동의 기구로서는 다음 2개의 기구가 제창되어 있다.
우선, 첫 번째 기구인 푀르스터(
Figure pat00001
) 기구(쌍극자-쌍극자 상호 작용)는 에너지 이동에 분자간의 직접적인 접촉이 필요하지 않고, 호스트 분자와 게스트 분자 사이의 쌍극자 진동 공명 현상을 통해 에너지 이동이 일어나는 기구이다. 쌍극자 진동 공명 현상에 의해 호스트 분자가 게스트 분자에 에너지를 공급하여, 호스트 분자가 기저 상태가 되고 게스트 분자가 여기 상태가 된다. 또한, 푀르스터 기구의 속도 상수(kh *→g)를 수학식 1에 의해 산출한다.
Figure pat00002
수학식 1에서, ν는 진동수, f'h(ν)는 호스트 분자의 규격화된 발광 스펙트럼(일중항 여기 상태로부터의 에너지 이동을 논하는 경우에는 형광 스펙트럼, 삼중항 여기 상태로부터의 에너지 이동을 논하는 경우에는 인광 스펙트럼), εg(ν)는 게스트 분자의 몰 흡광 계수, N은 아보가드로수(Avogadro? number), n은 매체의 굴절률, R는 호스트 분자와 게스트 분자 사이의 분자간 거리, τ는 실측되는 여기 상태의 수명(형광 수명이나 인광 수명), c는 광속, φ는 발광 양자 수율(일중항 여기 상태로부터의 에너지 이동을 논하는 경우에는 형광 양자 수율, 삼중항 여기 상태로부터의 에너지 이동을 논하는 경우에는 인광 양자 수율), K2는 호스트 분자와 게스트 분자의 전이 쌍극자 모멘트의 배향을 나타내는 계수(0 내지 4)를 각각 뜻한다. 다만, 랜덤 배향의 경우에는 K2＝2/3이다.
다음에, 2번째 기구인 덱스터 기구(전자 교환 상호 작용)에서는 호스트 분자와 게스트 분자가, 그들의 궤도가 중첩되는 접촉 유효 거리에 근접하여 여기 상태의 호스트 분자의 전자와 기저 상태의 게스트 분자의 전자의 교환을 통하여 에너지 이동이 일어난다. 또한, 덱스터 기구의 속도 상수(kh *→g)를 수학식 2에 의해 산출한다.
Figure pat00003
수학식 2에서, h는 프랭크 상수(Planck constant), K'는 에너지의 차원을 갖는 상수, ν는 진동수, f'h(ν)는 호스트 분자의 규격화된 발광 스펙트럼(일중항 여기 상태로부터의 에너지 이동을 논하는 경우에는 형광 스펙트럼, 삼중항 여기 상태로부터의 에너지 이동을 논하는 경우에는 인광 스펙트럼), ε'g(ν)는 게스트 분자의 규격화된 흡수 스펙트럼, L은 실효 분자 반경, R는 호스트 분자와 게스트 분자 사이의 분자간 거리를 각각 뜻한다.
여기서, 호스트 분자로부터 게스트 분자로의 에너지 이동 효율(ΦET)은 수학식 3에 의해 산출된다고 생각된다. kr는 호스트 분자의 발광 과정(일중항 여기 상태로부터의 에너지 이동을 논하는 경우에는 형광, 삼중항 여기 상태로부터의 에너지 이동을 논하는 경우에는 인광)의 속도 상수, kn은 호스트 분자의 비발광 과정(열 실활이나 계간 전이)의 속도 상수, τ는 실측되는 호스트 분자의 여기 상태의 수명을 각각 뜻한다.
Figure pat00004
수학식 3을 보면 알 수 있듯이, 에너지 이동 효율(ΦET)을 높이기 위해서는, 에너지 이동의 속도 상수(kh *→g)를 크게 하고, 다른 경합하는 속도 상수(kr＋kn(=1/τ))가 상대적으로 작게 되면 좋다.
((2-1)의 에너지 이동 효율에 대해서)
우선, 여기서는 (2-1)의 에너지 이동 과정을 생각하기로 한다. 이 경우에는 푀르스터형(수학식 1)은 금지되기 때문에, 덱스터형(수학식 2)만을 고려하면 좋다. 수학식 2에 따르면, 속도 상수(kh *→g)를 크게 하기 위해서는 호스트 분자의 발광 스펙트럼(삼중항 여기 상태로부터의 에너지 이동을 논하기 때문에 인광 스펙트럼)과 게스트 분자의 흡수 스펙트럼(일중항 기저 상태로부터 삼중항 여기 상태로의 직접 전이에 상당하는 흡수)의 중첩이 큰 것이 좋다는 것을 알 수 있다.
본 발명의 일 형태에서는 삼중항 여기 에너지를 발광으로 바꾸는 발광성 물질(인광성 화합물이나 열활성화 지연 형광(TADF) 재료를 포함함)을 게스트 재료로서 사용하지만, 인광성 화합물의 흡수 스펙트럼에서는 일중항 기저 상태로부터 삼중항 여기 상태로의 직접 전이에 상당하는 흡수가 관측되는 경우가 있으며, 이것이 가장 장파장 측에 나타나는 흡수대이다. 특히 발광성 인듐 착체에서는 가장 장파장 측의 흡수대는 500nm 내지 600nm 부근에 넓은 흡수대로서 나타나는 경우가 많다(물론, 발광 파장에 따라서는 더 단파장 측이나 더 장파장 측에 나타나는 경우도 있다). 이 흡수대는 주로 삼중항 MLCT(Metal to Ligand Charge Transfer) 전이에서 유래한다. 다만 상기 흡수대에는 삼중항 π-π* 전이나, 일중항 MLCT 전이에서 유래하는 흡수대도 일부 포함되고, 이들이 중첩되어 흡수 스펙트럼의 가장 장파장 측에 넓은 흡수대를 형성한다고 생각된다. 바꿔 말하면, 최저 일중항 여기 상태와 최저 삼중항 여기 상태의 차이는 작으며, 이들에서 유래하는 흡수대가 중첩되어, 흡수 스펙트럼의 가장 장파장 측에 넓은 흡수대를 형성한다고 생각된다. 따라서, 게스트 재료에 유기 금속 착체(특히 이리듐 착체)를 사용하는 경우에는 이와 같이 가장 장파장 측에 존재하는 넓은 흡수대와, 호스트 재료의 인광 스펙트럼이 크게 중첩됨으로써, 속도 상수(kh *→g)를 크게 하고, 에너지 이동 효율을 높일 수 있다.
또한, 일반적으로는 호스트 재료에 형광성 화합물을 사용하기 때문에, 인광 수명 τ는 밀리초 이상으로 매우 길다(kr＋kn이 작다). 왜냐하면, 삼중항 여기 상태로부터 기저 상태(일중항)로의 전이가 금지 전이이기 때문이다. 수학식 3으로부터 알 수 있듯이, 이것은 에너지 이동 효율(ΦET)에 유리하게 작용한다.
상술한 것을 감안하면, 호스트 재료의 삼중항 여기 상태로부터 게스트 재료의 삼중항 여기 상태로의 에너지 이동, 즉 식(2-1)의 과정은 호스트 재료의 인광 스펙트럼과, 게스트 재료의 일중항 기저 상태로부터 삼중항 여기 상태로의 직접 전이에 상당하는 흡수 스펙트럼을 중첩시키기만 하면, 일반적으로 말해 일어나기 쉬운 경향이 있다.
((2-2)의 에너지 이동 효율에 대해서)
다음에, (2-2)의 에너지 이동 과정을 생각하기로 한다. 식(2-2A)의 과정은 게스트 재료의 계간 전이 효율이 영향을 미친다. 따라서, 최대한 발광 효율을 높이기 위해서는 식(2-2B)의 과정이 중요하다고 생각된다. 이 경우에는 덱스터형(수학식 2)은 금지되기 때문에, 푀르스터형(수학식 1)만을 고려하면 좋다.
수학식 1 및 수학식 3에서 τ를 소거하면, 에너지 이동 효율 ΦET는 양자 수율 φ(일중항 여기 상태로부터의 에너지 이동을 논하기 때문에 형광 양자 효율)이 높은 것이 좋다고 할 수 있다. 그러나, 실제로는 더 중요한 인자로서 호스트 분자의 발광 스펙트럼(일중항 여기 상태로부터의 에너지 이동을 논하기 때문에 형광 스펙트럼)과 게스트 분자의 흡수 스펙트럼(일중항 기저 상태로부터 삼중항 여기 상태로의 직접 전이에 상당하는 흡수)의 중첩도 커야 된다(또한, 게스트 분자의 몰 흡광 계수도 높은 것이 바람직하다). 이것은 호스트 재료의 형광 스펙트럼과, 게스트 재료인 인광성 화합물의 가장 장파장 측에 나타나는 흡수대가 중첩되는 것을 뜻한다.
그러나, 종래에는 이것을 실현하기가 매우 어려웠다. 왜냐하면, 상술한 (2-1) 과정과 (2-2) 과정 양쪽 모두를 효율적으로 수행하고자 하면, 상술한 논의에 따라 호스트 재료의 인광 스펙트럼뿐만 아니라, 형광 스펙트럼도 게스트 재료의 가장 장파장 측의 흡수대와 중첩되도록 설계해야 되기 때문이다. 바꿔 말하면, 호스트 재료의 형광 스펙트럼이 인광 스펙트럼과 비슷한 위치에 존재하도록 호스트 재료를 설계해야 된다는 것이다.
그러나, 일반적으로 S1 준위와 T1 준위는 크게 상이(S1 준위＞T1 준위)하기 때문에 형광의 발광 파장과 인광의 발광 파장도 크게 상이하다(형광의 발광 파장＜인광의 발광 파장). 예를 들어, 인광성 화합물을 사용한 발광 소자에서 호스트 재료로서 흔히 사용되는 4,4'-다이(N-카바졸릴)비페닐(약칭: CBP)은 500nm 부근에 인광 스펙트럼을 갖지만, 한편으로 형광 스펙트럼은 400nm 부근이며, 100nm나 차이가 있다. 이 예를 봐도 호스트 재료의 형광 스펙트럼이 인광 스펙트럼과 비슷한 위치에 존재하도록 호스트 재료를 설계하는 것은 매우 어렵다. 따라서, 호스트 재료의 일중항 여기 상태로부터의 게스트 재료로의 에너지 이동 효율 향상은 매우 중요하다.
그러므로, 본 발명의 일 형태는 이러한 호스트 재료의 일중항 여기 상태로부터 게스트 재료로의 에너지 이동 효율에 관한 문제점을 극복할 수 있는 유용한 방법을 제공하는 것이다. 이하에서 그 구체적인 형태를 설명한다.
(실시형태 1)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태인 발광 소자를 구성하는 데의 개념 및 구체적인 발광 소자의 구성에 대해서 설명한다. 또한, 본 발명의 일 형태인 발광 소자는 발광층을 포함한 EL층을 한 쌍의 전극(양극 및 음극) 사이에 끼워 형성되고, 발광층은 삼중항 여기 에너지를 발광으로 바꾸는 제 1 발광성 물질(게스트 재료), 전자 수송성을 갖는 제 1 유기 화합물(호스트 재료), 및 정공 수송성을 갖는 제 2 유기 화합물(어시스트 재료)을 적어도 포함하며 양극 측에 형성된 제 1 발광층과, 삼중항 여기 에너지를 발광으로 바꾸는 제 2 발광성 물질(게스트 재료), 전자 수송성을 갖는 제 3 유기 화합물(호스트 재료), 및 정공 수송성을 갖는 제 2 유기 화합물(어시스트 재료)을 적어도 포함하여 형성된 제 2 발광층의 적층 구조를 갖는다.
또한, 제 1 발광층에 함유되는 제 1 유기 화합물(호스트 재료)은 제 2 발광층에 함유되는 제 3 유기 화합물(호스트 재료)보다 최저 비점유 분자궤도 준위(LUMO 준위)가 높다. 따라서, 제 1 발광층에서 형성되는 여기 착체의 여기 에너지(EA)를 제 2 발광층에서 형성되는 여기 착체의 여기 에너지(EB)보다 크게 되도록 설계할 수 있다.
또한, 제 1 발광층에 함유되는 제 1 발광성 물질은 제 2 발광층에 함유되는 제 2 발광성 물질보다 단파장의 발광을 나타내는 물질이다.
우선, 본 발명의 일례인 발광 소자의 소자 구조에 대하여 도 1a를 사용하여 설명한다.
도 1a에 도시한 소자 구조는 발광층(106)을 포함한 EL층(103)이 한 쌍의 전극(양극(101), 음극(102)) 사이에 끼워져 있으며, EL층(103)은 양극(101) 측에서부터 정공(홀) 주입층(104), 정공(홀) 수송층(105), 발광층(106(106a, 106b)), 전자 수송층(107), 전자 주입층(108) 등이 순차적으로 적층된 구조를 갖는다.
또한, 본 발명의 일 형태에 따른 발광층(106)은 도 1a에 도시한 바와 같이 삼중항 여기 에너지를 발광으로 바꾸는 제 1 발광성 물질(게스트 재료; 109a), 전자 수송성을 갖는 제 1 유기 화합물(호스트 재료; 110), 및 정공 수송성을 갖는 제 2 유기 화합물(어시스트 재료; 111)을 적어도 포함하며 양극 측에 형성된 제 1 발광층(106a)과, 삼중항 여기 에너지를 발광으로 바꾸는 제 2 발광성 물질(게스트 재료; 109b), 전자 수송성을 갖는 제 3 유기 화합물(호스트 재료; 112), 및 정공 수송성을 갖는 제 2 유기 화합물(어시스트 재료; 111)을 적어도 포함하여 형성된 제 2 발광층(106b)이 적층된 구조를 가지며, 제 1 유기 화합물(110) 및 제 3 유기 화합물(112)로서는 주로 전자 이동도가 10-6cm2/Vs 이상인 전자 수송성 재료를 사용하고, 제 2 유기 화합물(111)로서는 주로 정공 이동도가 10-6cm2/Vs 이상인 정공(홀) 수송성 재료를 사용하기로 한다. 또한, 본 명세서 중에서는 제 1 유기 화합물(110) 및 제 3 유기 화합물(112)을 호스트 재료라고 부르고, 제 2 유기 화합물(111)을 어시스트 재료라고 부른다.
또한, 제 1 발광층(106a)에서 제 1 유기 화합물(호스트 재료; 110)과 제 2 유기 화합물(어시스트 재료; 111)의 조합은 여기 착체(exciplex; 엑시플렉스라고도 함)를 형성하는 조합인 것을 특징으로 한다. 또한, 제 1 유기 화합물(호스트 재료; 110)과 제 2 유기 화합물(어시스트 재료; 111)에 의해 형성된 여기 착체의 발광 파장은 제 1 유기 화합물(호스트 재료; 110)과 제 2 유기 화합물(어시스트 재료; 111) 각각의 발광 파장(형광 파장)에 비해 장파장 측에 존재하기 때문에, 제 1 유기 화합물(호스트 재료; 110)의 형광 스펙트럼이나 제 2 유기 화합물(어시스트 재료; 111)의 형광 스펙트럼을 더 장파장 측에 위치하는 발광 스펙트럼으로 변환할 수 있다.
이것은 제 2 발광층(106b)에 관해서도 마찬가지이다. 따라서, 제 2 발광층(106b)에서 제 3 유기 화합물(호스트 재료; 112)과 제 2 유기 화합물(어시스트 재료; 111)의 조합은 여기 착체(exciplex; 엑시플렉스라고도 함)를 형성하는 조합인 것을 특징으로 한다. 또한, 제 3 유기 화합물(호스트 재료; 112)과 제 2 유기 화합물(어시스트 재료; 111)에 의해 형성된 여기 착체의 발광 파장은 제 3 유기 화합물(호스트 재료; 112)과 제 2 유기 화합물(어시스트 재료; 111) 각각의 발광 파장(형광 파장)에 비해 장파장 측에 존재하기 때문에, 제 3 유기 화합물(호스트 재료; 112)의 형광 스펙트럼이나 제 2 유기 화합물(어시스트 재료; 111)의 형광 스펙트럼을 더 장파장 측에 위치하는 발광 스펙트럼으로 변환할 수 있다.
또한, 상술한 구성에 있어서, 제 1 유기 화합물(호스트 재료; 110) 및 제 2 유기 화합물(어시스트 재료; 111) 각각의 삼중항 여기 에너지의 준위(T1 준위)는 삼중항 여기 에너지를 발광으로 바꾸는 제 1 발광성 물질(게스트 재료; 109a)의 T1 준위보다 높은 것이 바람직하다. 제 1 유기 화합물(110)(또는 제 2 유기 화합물(111))의 T1 준위가 제 1 발광성 물질(게스트 재료; 109a)의 T1 준위보다 낮으면, 발광에 기여하는 제 1 발광성 물질(게스트 재료; 109a)의 삼중항 여기 에너지를 제 1 유기 화합물(110)(또는 제 2 유기 화합물(111))이 소광(quenching)시켜 발광 효율의 저하를 초래하기 때문이다.
이와 마찬가지로, 제 3 유기 화합물(호스트 재료; 112) 및 제 2 유기 화합물(어시스트 재료; 111) 각각의 삼중항 여기 에너지의 준위(T1 준위)는 삼중항 여기 에너지를 발광으로 바꾸는 제 2 발광성 물질(게스트 재료; 109b)의 T1 준위보다 높은 것이 바람직하다. 제 3 유기 화합물(112)(또는 제 2 유기 화합물(111))의 T1 준위가 제 2 발광성 물질(게스트 재료; 109b)의 T1 준위보다 낮으면, 발광에 기여하는 제 2 발광성 물질(게스트 재료; 109b)의 삼중항 여기 에너지를 제 3 유기 화합물(112)(또는 제 2 유기 화합물(111))이 소광(quenching)시켜 발광 효율의 저하를 초래하기 때문이다.
또한, 발광층(106)을 구성하는 제 1 발광층(106a) 내에 제 1 유기 화합물(호스트 재료; 110) 및 제 2 유기 화합물(어시스트 재료; 111)이 함유되는 비율, 또한 발광층(106)을 구성하는 제 2 발광층(106b) 내에 제 3 유기 화합물(호스트 재료; 112) 및 제 2 유기 화합물(어시스트 재료; 111)이 함유되는 비율에 있어서 호스트 재료 및 어시스트 재료 중 어느 쪽이 많아도 좋고, 둘 중 어느 경우이든 본 발명의 범주에 포함하기로 한다.
또한, 상술한 구조의 발광층(106; 제 1 발광층(106a) 및 제 2 발광층(106b))에서의 제 1 유기 화합물(호스트 재료; 110), 제 2 유기 화합물(어시스트 재료; 111), 제 3 유기 화합물(호스트 재료; 112)의 에너지 관계를 설명하기 위한 밴드 다이어그램을 도 1b에 도시하였다.
도 1b에 도시한 바와 같이 제 1 발광층(106a)에서, 제 1 유기 화합물(호스트 재료; 110)과 제 2 유기 화합물(어시스트 재료; 111)에 의해 형성되는 여기 착체의 여기 에너지(EA)는 제 2 유기 화합물(어시스트 재료; 111)의 HOMO 준위와, 제 1 유기 화합물(호스트 재료; 110)의 LUMO 준위에 따라 결정된다. 또한, 제 2 발광층(106b)에서, 제 3 유기 화합물(호스트 재료; 112)과 제 2 유기 화합물(어시스트 재료; 111)에 의해 형성되는 여기 착체의 여기 에너지(EB)는 제 2 유기 화합물(어시스트 재료; 111)의 HOMO 준위와, 제 3 유기 화합물(호스트 재료; 112)의 LUMO 준위에 따라 결정된다. 또한, 제 1 발광층(106a)에 함유되는 제 1 유기 화합물(호스트 재료; 110)은 제 2 발광층(106b)에 함유되는 제 3 유기 화합물(호스트 재료; 112)보다 LUMO 준위가 높기 때문에, 제 1 발광층(106a)에서 형성되는 여기 착체의 여기 에너지(EA)를 제 2 발광층(106b)에서 형성되는 여기 착체의 여기 에너지(EB)보다 크게 되도록 설계할 수 있는 것을 알 수 있다.
또한, 상술한 소자 구조로 함으로써, 제 1 발광층(106a)에서 형성되는 여기 착체가 제 2 발광층(106b)에서 형성되는 여기 착체보다 높은 여기 에너지를 갖는 구성이 되기 때문에, 제 1 발광층(106a)에 함유되는 삼중항 여기 에너지를 발광으로 바꾸는 제 1 발광성 물질(게스트 재료; 109a)로서, 제 2 발광층(106b)에 함유되는 삼중항 여기 에너지를 발광으로 바꾸는 제 2 발광성 물질(게스트 재료; 109b)보다 단파장의 발광을 나타내는 물질을 사용함으로써, 제 1 발광층(106a) 및 제 2 발광층(106b)으로부터의 발광을 동시에 얻을 수 있다. 또한, 제 1 발광층(106a)에서 형성된 여기 착체의 여기 에너지 중 발광에 기여할 수 없는 일부의 에너지를 제 2 발광층(106b)에서의 삼중항 여기 에너지를 발광으로 바꾸는 제 2 발광성 물질(게스트 재료; 109b)로의 여기 에너지로서 이용할 수 있기 때문에, 발광 소자에서의 발광 효율을 더 높일 수 있다.
본 실시형태에서 설명하는 발광 소자는 발광층(106; 제 1 발광층(106a) 및 제 2 발광층(106b)) 각각에서 여기 착체를 형성하는 구성이지만, 제 1 유기 화합물(호스트 재료; 110)의 형광 스펙트럼, 제 3 유기 화합물(호스트 재료; 112)의 형광 스펙트럼, 또는 제 2 유기 화합물(어시스트 재료; 111)의 형광 스펙트럼을 더 장파장 측에 위치하는 발광 스펙트럼으로 변환할 수 있다는 것은 도 2에 도시한 바와 같이 제 1 유기 화합물(110), 제 2 유기 화합물(111), 또는 제 3 유기 화합물(112)의 형광 스펙트럼이 비록 삼중항 여기 에너지를 발광으로 바꾸는 발광성 물질(109; 제 1 발광성 물질(게스트 재료; 109a) 및 제 2 발광성 물질(게스트 재료; 109b))의 가장 장파장 측에 위치하는 흡수대에 비해 단파장 측에 위치하여, 삼중항 여기 에너지를 발광으로 바꾸는 발광성 물질(109; 제 1 발광성 물질(게스트 재료; 109a) 및 제 2 발광성 물질(게스트 재료; 109b))의 가장 장파장 측에 위치하는 흡수대와 중첩되지 않았다고 해도, 여기 착체를 형성함으로써 그 중첩을 크게 할 수 있는 것을 뜻한다. 이로써, 상술한 식(2-2B)의 에너지 이동 효율을 높일 수 있다.
또한, 여기 착체는 일중항 여기 에너지와 삼중항 여기 에너지의 차이가 매우 작다고 생각된다. 바꿔 말하면 여기 착체의 일중항 상태로부터의 발광 스펙트럼과 삼중항 상태로부터의 발광 스펙트럼은 매우 근접하게 된다. 따라서, 상술한 바와 같이 여기 착체의 발광 스펙트럼(일반적으로는 여기 착체의 일중항 상태로부터의 발광 스펙트럼)을 삼중항 여기 에너지를 발광으로 바꾸는 발광성 물질(109)의 가장 장파장 측에 위치하는 흡수대와 중첩되도록 설계한 경우, 여기 착체의 삼중항 상태로부터의 발광 스펙트럼(상온(常溫)에서는 관측되지 않고 저온에서도 관측되지 않는 경우가 많음)도 삼중항 여기 에너지를 발광으로 바꾸는 발광성 물질(109)의 가장 장파장 측에 위치하는 흡수대와 중첩된다. 즉 일중항 여기 상태로부터의 에너지 이동((2-2))뿐만 아니라 삼중항 여기 상태로부터의 에너지 이동((2-1))의 효율도 높아지며, 결과적으로 일중항 여기 상태 및 삼중항 여기 상태 양쪽 모두로부터의 에너지를 효율적으로 발광으로 바꿀 수 있다.
그래서, 실제로 여기 착체가 이러한 특성을 갖는지에 대해서 분자 궤도 계산을 이용하여 검증하였다. 일반적으로 복소 방향족 화합물과 방향족 아민의 조합은 방향족 아민의 최저 비점유 분자궤도(LUMO: Lowest Unoccupied Molecular Orbital) 준위에 비해 깊은 복소 방향족 화합물의 LUMO 준위(전자가 들어오기 쉬운 성질)와, 복소 방향족 화합물의 최고 점유 분자궤도(HOMO: Highest Occupied Molecular Orbital) 준위에 비해 얕은 방향족 아민의 HOMO 준위(정공이 들어오기 쉬운 성질)의 영향으로 인하여, 여기 착체를 형성하는 경우가 많다. 그래서, 본 발명의 일 형태에 따른 제 1 유기 화합물(110)(또는 제 3 유기 화합물(112))의 모델로서, 복소 방향족 화합물의 LUMO 준위를 구성하는 대표적인 골격의 다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: DBq)을 사용하고, 본 발명의 일 형태에서의 제 2 유기 화합물(111)의 모델로서 방향족 아민의 HOMO 준위를 구성하는 대표적인 골격의 트라이페닐아민(약칭: TPA)을 사용하여, 이것을 조합하여 계산을 수행하였다.
우선, DBq(약칭) 1분자와, TPA(약칭) 1분자의 최저 여기 일중항 상태(S1)와 최저 여기 삼중항 상태(T1)에서의 최적 분자 구조 및 여기 에너지를 시간 의존 밀도 범함수 이론(TD-DFT)을 이용하여 계산하였다. 또한, DBq(약칭)와 TPA(약칭)의 이량체의 여기 에너지의 계산도 수행하였다.
DFT(밀도 범함수 이론)의 총 에너지는 포텐셜 에너지, 전자간 정전(靜電) 에너지, 전자의 운동 에너지, 및 복잡한 전자간의 상호 작용을 모두 포함하는 교환 상관 에너지의 합으로 표현된다. DFT에서는 교환 상관 상호 작용을 전자 밀도로 표현된 1전자 포텐셜의 범함수(함수의 함수라는 뜻)에 의해 근사하기 때문에, 계산은 고속이고 또 고정밀도이다. 여기서는 혼합 범함수인 B3LYP를 사용하여, 교환과 상관 에너지에 관련되는 각 파라미터의 가중을 규정하였다.
또한, 기저 함수로서, 6-311(원자가(價) 궤도 각각에 3개의 단축 함수를 이용한 triple split valence 기저계의 기저 함수)을 모든 원자에 적용하였다.
상술한 기저 함수에 의하여, 예를 들어 수소 원자이면 1s 내지 3s의 궤도가 고려되고, 탄소 원자이면 1s 내지 4s, 2p 내지 4p의 궤도가 고려된다. 또한, 계산 정밀도 향상을 위하여, 수소 원자에는 p함수를, 수소 원자 이외에는 d함수를 각각 분극 기저계(polarization basis sets)로서 더하였다.
또한, 양자 화학 계산 프로그램으로서는 Gaussian 09를 이용하였다. 계산은 고성능 컴퓨터(SGI Japan, Ltd. 제조, Altix 4700)를 이용하여 수행하였다.
DBq(약칭) 1분자, TPA(약칭) 1분자, 및 DBq(약칭)와 TPA(약칭)의 이량체의 HOMO 준위 및 LUMO 준위를 각각 산출하였다. HOMO 준위 및 LUMO 준위를 도 3에 도시하였고, HOMO 준위 및 LUMO 준위의 분포를 도 4의 (a1), 도 4의 (a2), 도 4의 (b1), 도 4의 (b2), 도 4의 (c1), 및 도 4의 (c2)에 도시하였다.
도 4의 (a1)는 DBq(약칭) 1분자의 LUMO 준위의 분포를, 도 4의 (a2)는 DBq(약칭) 1분자의 HOMO 준위의 분포를, 도 4의 (b1)는 TPA(약칭) 1분자의 LUMO 준위의 분포를, 도 4의 (b2)는 TPA(약칭) 1분자의 HOMO 준위의 분포를, 도 4의 (c1)는 DBq(약칭)와 TPA(약칭)의 이량체의 LUMO 준위의 분포를, 도 4의 (c2)는 DBq(약칭)와 TPA(약칭)의 이량체의 HOMO 준위의 분포를, 각각 도시한 것이다.
도 3에 도시한 바와 같이, DBq(약칭)와 TPA(약칭)의 이량체는 TPA(약칭)의 LUMO 준위에 비해 깊은(낮은) DBq(약칭)의 LUMO 준위(-1.99eV)와, DBq(약칭)의 HOMO 준위에 비해 얕은(높은) TPA(약칭)의 HOMO 준위(-5.21eV)의 영향으로 인하여, DBq(약칭)와 TPA(약칭)의 여기 착체를 형성하는 것이 시사된다. 실제로 도 4의 (a1), 도 4의 (a2), 도 4의 (b1), 도 4의 (b2), 도 4의 (c1), 및 도 4의 (c2)를 보면 알 수 있듯이, DBq(약칭)와 TPA(약칭)의 이량체의 LUMO 준위는 DBq(약칭) 측에 분포되어 있고, HOMO 준위는 TPA(약칭) 측에 분포되어 있다.
다음에, DBq(약칭) 1분자의 S1 준위와 T1 준위의 최적 분자 구조로부터 얻어진 여기 에너지를 제시한다. 여기서, S1 준위 및 T1 준위의 여기 에너지는 DBq(약칭) 1분자가 발하는 형광 및 인광의 파장에 각각 상당한다. DBq(약칭) 1분자의 S1 준위의 여기 에너지는 3.294eV이고, 형광 파장은 376.4nm이었다. 또한, DBq(약칭) 1분자의 T1 준위의 여기 에너지는 2.460eV이고, 인광 파장은 504.1nm이었다.
또한, TPA(약칭) 1분자의 S1 준위와 T1 준위의 최적 분자 구조로부터 얻어진 여기 에너지를 제시한다. 여기서, S1 준위 및 T1 준위의 여기 에너지는 TPA(약칭) 1분자가 발하는 형광 및 인광의 파장에 각각 상당한다. TPA(약칭) 1분자의 S1 준위의 여기 에너지는 3.508eV이고, 형광 파장은 353.4nm이었다. 또한, TPA(약칭) 1분자의 T1 준위의 여기 에너지는 2.610eV이고, 인광 파장은 474.7nm이었다.
또한, DBq(약칭)와 TPA(약칭)의 이량체의 S1 준위와 T1 준위의 최적 분자 구조로부터 얻어진 여기 에너지를 제시한다. 여기서, S1 준위 및 T1 준위의 여기 에너지는 DBq(약칭)와 TPA(약칭)의 이량체가 발하는 형광 및 인광의 파장에 각각 상당한다. DBq(약칭)와 TPA(약칭)의 이량체의 S1 준위의 여기 에너지는 2.036eV이고, 형광 파장은 609.1nm이었다. 또한, DBq(약칭)와 TPA(약칭)의 이량체의 T1 준위의 여기 에너지는 2.030eV이고, 인광 파장은 610.0nm이었다.
상술한 결과로부터, DBq(약칭) 1분자 및 TPA(약칭) 1분자의 인광 파장이 양쪽 모두 100nm 가까이 장파장 측으로 이동한 것을 알 수 있다. 이것은 상술한 CBP(약칭)(실측치)와 같은 경향이며, 계산의 타당성을 뒷받침하는 결과이다.
한편, DBq(약칭)와 TPA(약칭)의 이량체의 형광 파장은 DBq(약칭) 1분자나 TPA(약칭) 1분자의 형광 파장에 비해 더 장파장 측에 존재하는 것을 알 수 있다. 또한, DBq(약칭)와 TPA(약칭)의 이량체의 형광 파장과 인광 파장의 차이는 겨우 0.9nm이며, 거의 같은 파장인 것을 알 수 있다.
이 결과로부터, 여기 착체의 일중항 여기 에너지와 삼중항 여기 에너지는 거의 같은 에너지라고 할 수 있다. 따라서, 상술한 바와 같이, 여기 착체는 그 일중항 상태 및 삼중항 상태 양쪽 모두로부터, 삼중항 여기 에너지를 발광으로 바꾸는 발광성 물질(상술한 제 1 발광 물질 및 제 2 발광 물질을 함유한 게스트 재료)로 에너지를 효율적으로 이동시킬 수 있는 것이 시사되었다.
이와 같이, 본 발명의 일 형태인 발광 소자는 발광층에서 형성된 여기 착체의 발광 스펙트럼과 삼중항 여기 에너지를 발광으로 바꾸는 발광성 물질(상술한 제 1 발광 물질 및 제 2 발광 물질을 함유한 게스트 재료)의 흡수 스펙트럼의 중첩을 이용하여 에너지 이동이 일어나기 때문에, 에너지 이동 효율이 높다. 따라서, 외부 양자 효율이 높은 발광 소자를 실현할 수 있다.
또한, 여기 착체는 여기 상태에서만 존재하기 때문에, 에너지를 흡수할 수 있는 기저 상태가 존재하지 않는다. 따라서, 삼중항 여기 에너지를 발광으로 바꾸는 발광성 물질(게스트 재료)의 일중항 여기 상태 및 삼중항 여기 상태로부터 여기 착체로 에너지가 이동함으로써, 삼중항 여기 에너지를 발광으로 바꾸는 발광성 물질(게스트 재료)이 발광하기 전에 실활되는(즉 발광 효율을 손실하는) 현상은 원리적으로는 발생되지 않는다고 생각된다. 이것도 외부 양자 효율을 높일 수 있는 요인 중 하나이다.
또한, 상술한 여기 착체는 여기 상태에서의 이종(異種) 분자간의 상호 작용에 의해 형성된다. 또한, 여기 착체는 비교적 깊은 LUMO 준위를 갖는 재료와 얕은 HOMO 준위를 갖는 재료 사이에서 형성되기 쉬운 것이 일반적으로 알려져 있다.
여기 착체의 발광 파장은 HOMO 준위와 LUMO 준위간의 에너지 차이에 의존한다. 일반적인 경향으로 말하면, 에너지 차이가 크면 발광 파장은 짧아지고, 에너지 차이가 작으면 발광 파장은 길어진다.
따라서, 본 실시형태에서의 제 1 유기 화합물(호스트 재료; 110), 제 2 유기 화합물(어시스트 재료; 111), 제 3 유기 화합물(호스트 재료; 112)의 HOMO 준위 및 LUMO 준위는 도 1b에 도시한 바와 같이 각각 상이하다. 구체적으로는, 제 1 유기 화합물(110)의 HOMO 준위 및 제 3 유기 화합물(112)의 HOMO 준위＜제 2 유기 화합물(111)의 HOMO 준위＜제 3 유기 화합물(112)의 LUMO 준위＜제 1 유기 화합물(110)의 LUMO 준위＜제 2 유기 화합물(111)의 LUMO 준위라는 순서로 에너지 준위가 상이하다.
그리고, 각 발광층에서 2개의 유기 화합물(제 1 발광층(106a)에서는 제 1 유기 화합물(110)과 제 2 유기 화합물(111)이고, 제 2 발광층(106b)에서는 제 3 유기 화합물(112)과 제 2 유기 화합물(111)임)로 여기 착체가 형성된 경우, 제 1 발광층(106a) 및 제 2 발광층(106b)에서의 여기 착체의 HOMO 준위는 제 2 유기 화합물(어시스트 재료; 111)에서 유래하고, 제 1 발광층(106a)에서의 여기 착체의 LUMO 준위는 제 1 유기 화합물(호스트 재료; 110)에서 유래하고, 제 2 발광층(106b)에서의 여기 착체의 LUMO 준위는 제 3 유기 화합물(호스트 재료; 112)의 LUMO 준위에서 유래한다. 따라서, 제 1 발광층(106a)에서의 여기 착체의 여기 에너지(EA)는 제 2 발광층(106b)에서의 여기 착체의 여기 에너지(EB)보다 크게 된다. 즉 제 1 발광층에 함유되는 삼중항 여기 에너지를 발광으로 바꾸는 제 1 발광성 물질(109a)로서, 제 2 발광층에 함유되는 삼중항 여기 에너지를 발광으로 바꾸는 제 2 발광성 물질(109b)보다 단파장의 발광을 나타내는 물질을 사용함으로써, 발광 효율이 높은 발광 소자를 형성할 수 있다. 또한, 발광 파장이 상이한 발광 재료를 동시에 효율적으로 발광시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 형태에서의 여기 착체의 형성 과정으로서는 다음 2개의 과정이 생각된다.
첫 번째 형성 과정은 제 2 유기 화합물(어시스트 재료)이 캐리어를 가진 상태(구체적으로는 양이온)로부터 여기 착체를 형성하는 형성 과정이다.
일반적으로는 전자 및 정공(홀)이 호스트 재료 내에서 재결합된 경우에는 여기 상태의 호스트 재료로부터 게스트 재료로 여기 에너지가 이동하여 게스트 재료가 여기 상태가 되어 발광하지만, 호스트 재료로부터 게스트 재료로 여기 에너지가 이동하기 전에 호스트 재료 자체가 발광하거나, 또는 여기 에너지가 열 에너지가 됨으로써, 여기 에너지의 일부가 실활된다. 특히 호스트 재료가 일중항 여기 상태인 경우에는 상기 (2-2)에서 기재한 바와 같이 에너지 이동이 일어나기 어렵다. 이와 같은 여기 에너지의 실활은 발광 소자의 수명의 저하로 이어지는 요인의 하나이다.
그러나, 본 발명의 일 형태에서는 제 1 유기 화합물(또는 제 3 유기 화합물)(호스트 재료) 및 제 2 유기 화합물(어시스트 재료)이 캐리어를 가진 상태(양이온 또는 음이온)에 의해 여기 착체를 형성하기 때문에, 제 1 유기 화합물(또는 제 3 유기 화합물)(호스트 재료)의 일중항 여기자의 형성을 억제할 수 있다. 즉 일중항 여기자를 형성하지 않고 직접 여기 착체를 형성하는 과정이 존재할 수 있다. 이로써, 상기 일중항 여기 에너지의 실활도 억제할 수 있다. 따라서, 수명이 긴 발광 소자를 실현할 수 있다.
예를 들어, 제 1 유기 화합물(또는 제 3 유기 화합물)이 전자 수송성 재료 중에서도 전자(캐리어)를 포획하기 쉬운 성질을 갖는(LUMO 준위가 깊은) 전자 포획성 화합물이고, 제 2 유기 화합물이 정공 수송성 재료 중에서도 정공(캐리어)을 포획하기 쉬운 성질을 갖는(HOMO 준위가 얕은) 정공 포획성 화합물인 경우에는 제 1 유기 화합물(또는 제 3 유기 화합물)의 음이온과 제 2 유기 화합물의 양이온에 의하여 직접 여기 착체가 형성된다. 이러한 과정에서 형성되는 여기 착체를 특별히 일렉트로플렉스(electroplex)라고 부르기로 한다. 이와 같이 하여 제 1 유기 화합물(또는 제 3 유기 화합물)(호스트 재료)의 일중항 여기 상태의 발생을 억제하며 일렉트로플렉스로부터 삼중항 여기 에너지를 발광으로 바꾸는 발광성 물질(게스트 재료)로 에너지를 이동시킴으로써, 발광 효율이 높은 발광 소자를 얻을 수 있다. 또한, 이 경우에는 제 1 유기 화합물(또는 제 3 유기 화합물)(호스트 재료)의 삼중항 여기 상태의 발생도 마찬가지로 억제되어, 직접 여기 착체가 형성되기 때문에, 여기 착체로부터, 삼중항 여기 에너지를 발광으로 바꾸는 발광성 물질(게스트 재료)로 에너지가 이동한다고 생각된다.
2번째의 형성 과정은 호스트 재료(제 1 유기 화합물 또는 제 3 유기 화합물) 및 어시스트 재료(제 2 유기 화합물) 중 한쪽이 일중항 여기자를 형성한 후, 기저 상태의 다른 한쪽과 상호 작용하여 여기 착체를 형성하는 기본 과정이다. 일렉트로플렉스와 달리, 이 경우에는 일단 제 1 유기 화합물(호스트 재료), 제 2 유기 화합물(어시스트 재료), 또는 제 3 유기 화합물(호스트 재료)의 일중항 여기 상태가 생성되지만, 이것은 여기 착체로 신속하게 변환되기 때문에, 역시 일중항 여기 에너지의 실활을 억제할 수 있다. 따라서, 제 1 유기 화합물(호스트 재료), 제 2 유기 화합물(어시스트 재료), 또는 제 3 유기 화합물(호스트 재료)이 여기 에너지를 실활하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 이 경우에는 호스트 재료의 삼중항 여기 상태도 마찬가지로, 여기 착체로 신속하게 변환되어, 여기 착체로부터, 삼중항 여기 에너지를 발광으로 바꾸는 발광성 물질(게스트 재료)로 에너지가 이동한다고 생각된다.
또한, 제 1 유기 화합물(또는 제 3 유기 화합물)(호스트 재료)이 전자 포획성 화합물이고, 제 2 유기 화합물(어시스트 재료)이 정공 포획성 화합물이고, 이들 화합물의 HOMO 준위의 차이 및 LUMO 준위의 차이가 큰 경우(구체적으로는 차이가 0.3eV 이상)에는, 전자는 선택적으로 제 1 유기 화합물(또는 제 3 유기 화합물)(호스트 재료)에 들어가고, 정공은 선택적으로 제 2 유기 화합물(어시스트 재료)에 들어간다. 이 경우에는, 일중항 여기자를 거쳐 여기 착체가 형성되는 과정보다 일렉트로플렉스가 형성되는 과정이 우선될 것으로 생각된다.
또한, 여기 착체의 발광 스펙트럼과 삼중항 여기 에너지를 발광으로 바꾸는 발광성 물질(게스트 재료)의 흡수 스펙트럼을 충분히 중첩시키기 위해서는 발광 스펙트럼의 피크의 에너지값과 흡수 스펙트럼의 가장 낮은 에너지 측의 흡수대의 피크의 에너지값의 차이가 0.3eV 이내인 것이 바람직하다. 더 바람직하게는 0.2eV 이내이고, 가장 바람직하게는 0.1eV 이내이다.
또한, 본 발명의 일 형태인 발광 소자에서, 여기 착체의 여기 에너지는 삼중항 여기 에너지를 발광으로 바꾸는 발광성 물질(게스트 재료)로 충분히 이동하여 여기 착체로부터의 발광은 실질적으로 관찰되지 않는 것이 바람직하다. 따라서, 여기 착체를 통하여 삼중항 여기 에너지를 발광으로 바꾸는 발광성 물질로 에너지를 이동시킴으로써, 삼중항 여기 에너지를 발광으로 바꾸는 발광성 물질이 발광하는 것이 바람직하다. 또한, 삼중항 여기 에너지를 발광으로 바꾸는 발광성 물질로서는 인광성 화합물(유기 금속 착체 등)이나 열활성화 지연 형광(TADF) 재료 등이 바람직하다.
또한, 본 발명의 일 형태인 발광 소자의 제 1 발광층(106a)에서, 제 1 유기 화합물(제 2 발광층(106b)에서는 제 3 유기 화합물)(호스트 재료)에 삼중항 여기 에너지를 발광으로 바꾸는 발광성 물질을 사용하면, 제 1 유기 화합물(제 2 발광층(106b)에서는 제 3 유기 화합물)(호스트 재료) 자체가 발광되기 쉬워져, 삼중항 여기 에너지를 발광으로 바꾸는 발광성 물질(게스트 재료)로 에너지가 이동하기 어려워진다. 이 경우에는 제 1 유기 화합물(제 2 발광층(106b)에서는 제 3 유기 화합물)이 효율적으로 발광하면 좋지만, 호스트 재료는 농도 소광(concentration quenching) 문제가 발생하기 때문에, 높은 발광 효율을 달성하는 것이 어렵다. 따라서, 제 1 유기 화합물(제 2 발광층(106b)에서는 제 3 유기 화합물)(호스트 재료) 및 제 2 유기 화합물(어시스트 재료) 중 적어도 한쪽이 형광성 화합물(즉 일중항 여기 상태로부터 발광이나 열 실활이 일어나기 쉬운 화합물)인 경우가 유효적이다. 그러므로, 제 1 유기 화합물(제 2 발광층(106b)에서는 제 3 유기 화합물)(호스트 재료) 및 제 2 유기 화합물(어시스트 재료) 중 적어도 한쪽이 형광성 화합물이며, 에너지 이동의 매체에 여기 착체를 사용하는 구성인 것이 바람직하다.
또한, 본 실시형태에 제시된 구성은 다른 실시형태에 제시되는 구성과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시형태 2)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태인 발광 소자의 일례에 대해서 도 5를 사용하여 설명한다.
본 실시형태에 제시되는 발광 소자는 도 5에 도시한 바와 같이 한 쌍의 전극(제 1 전극(양극; 201)과 제 2 전극(음극; 202)) 사이에 발광층(206)을 포함한 EL층(203)이 끼워져 있고, EL층(203)은 제 1 발광층(206a)과 제 2 발광층(206b)의 적층 구조를 갖는 발광층(206) 외에, 정공(또는 홀) 주입층(204), 정공(또는 홀) 수송층(205), 전자 수송층(207), 전자 주입층(208) 등을 포함하여 형성된다.
또한, 본 실시형태에 제시되는 발광층(206)은 제 1 발광층(206a)과 제 2 발광층(206b)의 적층 구조를 갖지만, 발광층(206) 중 제 1 발광층(206a)에는 삼중항 여기 에너지를 발광으로 바꾸는 제 1 발광성 물질(게스트 재료; 209a), 전자 수송성을 갖는 제 1 유기 화합물(호스트 재료; 210), 및 정공 수송성을 갖는 제 2 유기 화합물(어시스트 재료; 211)이 함유되고, 제 2 발광층(206b)에는 삼중항 여기 에너지를 발광으로 바꾸는 제 2 발광성 물질(게스트 재료; 209b), 전자 수송성을 갖는 제 3 유기 화합물(호스트 재료; 212), 및 정공 수송성을 갖는 제 2 유기 화합물(어시스트 재료; 211)이 함유된다.
또한, 제 1 발광층에 함유되는 제 1 유기 화합물(호스트 재료)은 제 2 발광층에 함유되는 제 3 유기 화합물(호스트 재료)보다 최저 비점유 분자궤도 준위(LUMO 준위)가 높다. 따라서, 제 1 발광층에서 형성되는 여기 착체의 여기 에너지(EA)를 제 2 발광층에서 형성되는 여기 착체의 여기 에너지(EB)보다 크게 되도록 설계할 수 있다.
또한, 발광층(206)(제 1 발광층(206a) 및 제 2 발광층(206b))에 있어서, 제 1 발광층(206a)은 삼중항 여기 에너지를 발광으로 바꾸는 제 1 발광성 물질(209a)을 제 1 유기 화합물(호스트 재료; 210) 및 제 2 유기 화합물(어시스트 재료; 211) 내에 분산시킨 구성으로 하고, 제 2 발광층(206b)은 삼중항 여기 에너지를 발광으로 바꾸는 제 2 발광성 물질(209b)을 제 3 유기 화합물(호스트 재료; 212) 및 제 2 유기 화합물(어시스트 재료; 211) 내에 분산시킨 구성으로 함으로써, 발광층(206)(제 1 발광층(206a) 및 제 2 발광층(206b))의 결정화를 억제할 수 있다. 또한, 발광성 물질(209; 209a, 209b)의 농도가 높은 것으로 인한 농도 소광을 억제하여, 발광 소자의 발광 효율을 높일 수 있다.
또한, 제 1 유기 화합물(210), 제 2 유기 화합물(211), 및 제 3 유기 화합물(212) 각각의 삼중항 여기 에너지의 준위(T1 준위)는 삼중항 여기 에너지를 발광으로 바꾸는 발광성 물질(209; 209a, 209b)의 T1 준위보다 높은 것이 바람직하다. 왜냐하면, 제 1 유기 화합물(210), 제 2 유기 화합물(211), 및 제 3 유기 화합물(212)의 T1 준위가 삼중항 여기 에너지를 발광으로 바꾸는 발광성 물질(209; 209a, 209b)의 T1 준위보다 낮으면, 발광에 기여하는 삼중항 여기 에너지를 발광으로 바꾸는 발광성 물질(209; 209a, 209b)의 삼중항 여기 에너지를 제 1 유기 화합물(210)(또는, 제 2 유기 화합물(211) 또는 제 3 유기 화합물(212))이 소광(quenching)시켜 발광 효율의 저하를 초래하기 때문이다.
본 실시형태의 발광층(206)에 있어서, 제 1 발광층(206a)에서는 양쪽 전극으로부터 각각 주입되는 캐리어(전자 및 정공)가 재결합될 때, 제 1 유기 화합물(210)과 제 2 유기 화합물(211)에 의해 여기 착체(엑시플렉스)가 형성되고, 제 2 발광층(206b)에서는 제 3 유기 화합물(212)과 제 2 유기 화합물(211)에 의해 여기 착체가 형성된다. 이로써, 제 1 발광층(206a)에서의 제 1 유기 화합물(210)의 형광 스펙트럼, 및 제 2 유기 화합물(211)의 형광 스펙트럼은 더 장파장 측에 위치하는 여기 착체의 발광 스펙트럼으로 변환할 수 있고, 제 2 발광층(206b)에서의 제 3 유기 화합물(212)의 형광 스펙트럼 및 제 2 유기 화합물(211)의 형광 스펙트럼은 더 장파장 측에 위치하는 여기 착체의 발광 스펙트럼으로 변환할 수 있다. 따라서, 일중항 여기 상태로부터의 에너지 이동을 최대한 높이기 위해서 여기 착체의 발광 스펙트럼과 삼중항 여기 에너지를 발광으로 바꾸는 발광성 물질(게스트 재료; 209)의 흡수 스펙트럼의 중첩이 크게 되도록 제 1 발광층(206a)에는 제 1 유기 화합물(210)과 제 2 유기 화합물(211)을 선택하고, 제 2 발광층(206b)에는 제 3 유기 화합물(212)과 제 2 유기 화합물(211)을 선택한다. 즉 여기서는 삼중항 여기 상태에 관해서도 호스트 재료가 아니라 여기 착체로부터의 에너지 이동이 일어날 것으로 생각된다.
또한, 삼중항 여기 에너지를 발광으로 바꾸는 발광성 물질(209)(제 1 발광성 물질(209a), 제 2 발광성 물질(209b))로서는 인광성 화합물(유기 금속 착체 등)이나 열활성화 지연 형광(TADF) 재료 등이 바람직하다. 또한, 제 1 유기 화합물(호스트 재료; 210) 및 제 3 유기 화합물(호스트 재료; 212)로서는 전자 수송성 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 제 2 유기 화합물(어시스트 재료; 211)로서는 정공(홀) 수송성 재료를 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 유기 금속 착체로서는 예를 들어, 비스[2-(4',6'-다이플루오로페닐)피리디나토-N,C2')이리듐(III)테트라키스(1-피라졸릴)보레이트(약칭: FIr6), 비스[2-(4',6'-다이플루오로페닐)피리디나토-N,C2')이리듐(III)피콜리네이트(약칭: FIrpic), 비스[2-(3',5'-비스트라이플루오로메틸페닐)피리디나토-N,C2')이리듐(III)피콜리네이트(약칭: Ir(CF3ppy)2(pic)), 비스[2-(4',6'-다이플루오로페닐)피리디나토-N,C2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: FIracac), 트리스(2-페닐피리디나토)이리듐(III)(약칭: Ir(ppy)3), 비스(2-페닐피리디나토)이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(ppy)2(acac)), 비스(벤조[h]퀴놀리나토)이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(bzq)2(acac)), 비스(2,4-다이페닐-1,3-옥사졸라토-N,C2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(dpo)2(acac)), 비스{2-[4'-(퍼플루오로페닐)페닐]피리디나토-N,C2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(p-PF-ph)2(acac)), 비스(2-페닐벤조티아졸라토-N,C2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(bt)2(acac)), 비스[2-(2'-벤조[4,5-α]티에닐)피리디나토-N,C3')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(btp)2(acac)), 비스(1-페닐이소퀴놀리나토-N,C2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(piq)2(acac)), (아세틸아세토나토)비스[2,3-비스(4-플루오로페닐)퀴녹살리나토]이리듐(III)(약칭: Ir(Fdpq)2(acac)), (아세틸아세토나토)비스(2,3,5-트라이페닐피라지나토)이리듐(III)(약칭: Ir(tppr)2(acac)), 2,3,7,8,12,13,17,18-옥타에틸-21H,23H-포르피린 백금(II)(약칭: PtOEP), 트리스(아세틸아세토나토)(모노페난트롤린)테르븀(III)(약칭: Tb(acac)3(Phen)), 트리스(1,3-다이페닐-1,3-프로판디오나토)(모노페난트롤린)유로퓸(III)(약칭: Eu(DBM)3(Phen)), 트리스[1-(2-테노일)-3,3,3-트라이플루오로아세토나토](모노페난트롤린)유로퓸(III)(약칭: Eu(TTA)3(Phen)) 등을 들 수 있다.
또한, 상기 전자 수송성 재료로서는, 함질소 복소 방향족 화합물과 같은 π전자 부족형 복소 방향족 화합물이 바람직하며, 예를 들어 2-[3-(다이벤조티오펜-4-일)페닐]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mDBTPDBq-II), 2-[3'-(다이벤조티오펜-4-일)비페닐-3-일]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mDBTBPDBq-II), 2-[4-(3,6-다이페닐-9H-카바졸-9-일)페닐]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2CzPDBq-III), 7-[3-(다이벤조티오펜-4-일)페닐]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 7mDBTPDBq-II), 및 6-[3-(다이벤조티오펜-4-일)페닐]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 6mDBTPDBq-II) 등의 퀴녹살린 또는 다이벤조퀴녹살린 유도체를 들 수 있다.
또한, 상기 정공(홀) 수송성 재료로서는, π전자 과잉형 복소 방향족 화합물(예를 들어 카바졸 유도체나 인돌 유도체)이나 방향족 아민 화합물이 바람직하며, 예를 들어 4-페닐-4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBA1BP), 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), 4,4',4''-트리스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]트라이페닐아민(약칭: 1'-TNATA), 2,7-비스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]-스피로-9,9'-비플루오렌(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-(9-페닐카바졸-3-일)-N-페닐아미노]스피로-9,9'-비플루오렌(약칭: PCASF), 2-[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]스피로-9,9'-비플루오렌(약칭: DPASF), N,N'-비스[4-(카바졸-9-일)페닐]-N,N'-다이페닐-9,9-다이메틸플루오렌-2,7-다이아민(약칭: YGA2F), 4,4'-비스[N-(3-메틸페닐)-N-페닐아미노]비페닐(약칭: TPD), 4,4'-비스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]비페닐(약칭: DPAB), 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), 3-[N-(9-페닐카바졸-3-일)-N-페닐아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzPCA1), 3-[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzDPA1), 3,6-비스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzDPA2), 4,4'-비스(N-{4-[N'-(3-메틸페닐)-N'-페닐아미노]페닐}-N-페닐아미노)비페닐(약칭: DNTPD), 3,6-비스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-(1-나프틸)아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzTPN2), 3,6-비스[N-(9-페닐카바졸-3-일)-N-페닐아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzPCA2)을 들 수 있다.
다만, 상술한 삼중항 여기 에너지를 발광으로 바꾸는 발광성 물질(게스트 재료; 209)(제 1 발광성 물질(209a), 제 2 발광성 물질(209b)), 제 1 유기 화합물(호스트 재료; 210), 제 2 유기 화합물(어시스트 재료; 211), 및 제 3 유기 화합물(호스트 재료; 212)에 각각 사용할 수 있는 재료는 이들에 한정되지 않고, 여기 착체를 형성할 수 있는 조합이며, 여기 착체의 발광 스펙트럼이 삼중항 여기 에너지를 발광으로 바꾸는 발광성 물질(게스트 재료; 209)(제 1 발광성 물질(209a), 제 2 발광성 물질(209b))의 흡수 스펙트럼과 중첩되고, 여기 착체의 발광 스펙트럼의 피크가 삼중항 여기 에너지를 발광으로 바꾸는 발광성 물질(게스트 재료; 209)(제 1 발광성 물질(209a), 제 2 발광성 물질(209b))의 흡수 스펙트럼의 피크보다 장파장의 것이라면 좋다.
또한, 제 1 유기 화합물(210)에 전자 수송성 재료를 사용하고 제 2 유기 화합물(211)에 정공(홀) 수송성 재료를 사용하는 경우에는, 그 혼합비에 의해 캐리어 밸런스를 제어할 수 있다. 구체적으로는, 제 1 유기 화합물(210):제 2 유기 화합물(211)=1:9 내지 9:1의 범위로 하는 것이 바람직하다.
이하에 본 실시형태에 제시되는 발광 소자를 제작함에 있어서의 구체적인 예에 대하여 설명한다.
제 1 전극(양극; 201) 및 제 2 전극(음극; 202)에는 금속, 합금, 전기 전도성 화합물 및 이들의 혼합물 등을 사용할 수 있다. 구체적으로는, 산화 인듐-산화 주석(ITO: Indium Tin Oxide), 실리콘 또는 산화 실리콘을 함유한 산화 인듐-산화 주석, 산화 인듐-산화 아연(Indium Zinc Oxide), 산화 텅스텐 및 산화 아연을 함유한 산화 인듐, 금(Au), 백금(Pt), 니켈(Ni), 텅스텐(W), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 철(Fe), 코발트(Co), 구리(Cu), 팔라듐(Pd), 티타늄(Ti) 외에, 원소 주기율표의 1족 또는 2족에 속하는 원소, 즉 리튬(Li)이나 세슘(Cs) 등의 알칼리 금속, 및 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr) 등의 알칼리 토금속, 및 이들을 함유한 합금(MgAg, AlLi), 유로퓸(Eu), 이테르븀(Yb) 등의 희토류 금속 및 이들을 함유한 합금, 그래핀 등을 사용할 수 있다. 또한, 제 1 전극(양극; 201) 및 제 2 전극(음극; 202)은 예를 들어, 스퍼터링법이나 증착법(진공 증착법을 포함함) 등에 의해 형성할 수 있다.
정공 주입층(204) 및 정공 수송층(205)에 사용하는 정공 수송성이 높은 물질로서는, 예를 들어, 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]비페닐(약칭: NPB 또는 α-NPD)이나 N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-다이페닐-[1,1'-비페닐]-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-(스피로-9,9'-비플루오렌-2-일)-N-페닐아미노]비페닐(약칭: BSPB) 등의 방향족 아민 화합물, 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 외, 4,4'-다이(N-카바졸릴)비페닐(약칭: CBP), 1,3,5-트리스[4-(N-카바졸릴)페닐]벤젠(약칭: TCPB), 9-[4-(10-페닐-9-안트라세닐)페닐]-9H-카바졸(약칭: CzPA) 등의 카바졸 유도체 등을 사용할 수 있다. 여기서 기재한 물질은 주로 정공 이동도가 10-6cm2/Vs 이상인 물질이다. 다만, 전자보다 정공의 수송성이 높은 물질이면 이들 외의 물질을 사용하여도 좋다.
또한, 폴리(N-비닐카바졸)(약칭: PVK), 폴리(4-비닐트라이페닐아민)(약칭: PVTPA), 폴리[N-(4-{N'-[4-(4-다이페닐아미노)페닐]페닐-N'-페닐아미노}페닐)메타크릴아미드](약칭: PTPDMA), 폴리[N,N'-비스(4-부틸페닐)-N,N'-비스(페닐)벤지딘](약칭: Poly-TPD) 등의 고분자 화합물을 사용할 수도 있다.
또한, 정공 주입층(204)에 사용할 수 있는 억셉터(acceptor)성 물질로서는, 전이 금속 산화물이나 원소 주기율표의 4족 내지 8족에 속하는 금속의 산화물을 들 수 있다. 구체적으로는, 특히 산화 몰리브덴이 바람직하다.
발광층(206)(발광층(206a), 발광층(206b))은 상술한 바와 같이, 제 1 발광층(206a)은 제 1 발광성 물질(209a), 제 1 유기 화합물(호스트 재료; 210), 및 제 2 유기 화합물(어시스트 재료; 211)을 적어도 갖고, 제 2 발광층(206b)은 제 2 발광성 물질(209b), 제 3 유기 화합물(호스트 재료; 212), 및 제 2 유기 화합물(어시스트 재료; 211)을 적어도 갖도록 형성된다.
전자 수송층(207)은 전자 수송성이 높은 물질을 함유한 층이다. 전자 수송층(207)에는, Alq3, 트리스(4-메틸-8-퀴놀리놀라토)알루미늄(약칭: Almq3), 비스(10-하이드록시벤조[h]퀴놀리나토)베릴륨(약칭: BeBq2), BAlq, Zn(BOX)2, 비스[2-(2-하이드록시페닐)벤조티아졸라토]아연(약칭: Zn(BTZ)2) 등의 금속 착체를 사용할 수 있다. 또한, 2-(4-비페닐릴)-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-tert-부틸페닐)-4-페닐-5-(4-비페닐릴)-1,2,4-트라이아졸(약칭: TAZ), 3-(4-tert-부틸페닐)-4-(4-에틸페닐)-5-(4-비페닐릴)-1,2,4-트라이아졸(약칭: p-EtTAZ), 바소페난트롤린(약칭: BPhen), 바소큐프로인(약칭: BCP), 4,4'-비스(5-메틸벤조옥사졸-2-일)스틸벤(약칭: BzOs) 등의 복소 방향족 화합물도 사용할 수 있다. 또한, 폴리(2,5-피리딘-다이일)(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'-비피리딘-6,6'-다이일)](약칭: PF-BPy)과 같은 고분자 화합물을 사용할 수도 있다. 여기에 든 물질은 주로 전자 이동도가 10-6cm2/Vs 이상인 물질이다. 다만, 정공보다 전자의 수송성이 높은 물질이면 상기 이외의 물질을 전자 수송층(207)으로서 사용하여도 좋다.
또한, 전자 수송층(207)은 단층뿐만 아니라, 상기 물질로 이루어진 층을 2층 이상 적층한 것이어도 좋다.
전자 주입층(208)은 전자 주입성이 높은 물질을 함유한 층이다. 전자 주입층(208)에는 불화리튬(LiF), 불화세슘(CsF), 불화칼슘(CaF2), 리튬 산화물(LiOx) 등과 같은 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 또는 이들의 화합물을 사용할 수 있다. 또한, 불화에르븀(ErF3)과 같은 희토류 금속 화합물을 사용할 수 있다. 또한, 상술한 전자 수송층(207)을 구성하는 물질도 사용할 수 있다.
또는, 전자 주입층(208)에, 유기 화합물과 전자 공여체(도너)를 혼합해서 이루어진 복합 재료를 사용하여도 좋다. 이러한 복합 재료는 전자 공여체에 의해 유기 화합물에 전자가 발생하기 때문에, 전자 주입성 및 전자 수송성이 우수하다. 이 경우에 유기 화합물은 발생한 전자의 수송이 우수한 재료인 것이 바람직하고, 구체적으로는, 예를 들어 상술한 전자 수송층(207)을 구성하는 물질(금속 착체나 복소 방향족 화합물 등)을 사용할 수 있다. 전자 공여체는 유기 화합물에 대하여 전자 공여성을 나타내는 물질이면 좋다. 구체적으로는, 알칼리 금속이나 알칼리 토금속이나 희토류 금속이 바람직하며, 리튬, 세슘, 마그네슘, 칼슘, 에르븀, 이테르븀 등을 들 수 있다. 또한, 알칼리 금속 산화물이나 알칼리 토금속 산화물이 바람직하며, 리튬 산화물, 칼슘 산화물, 바륨 산화물 등을 들 수 있다. 또한, 산화 마그네슘과 같은 루이스 염기를 사용할 수도 있다. 또한, 테트라티아풀바렌(약칭: TTF) 등의 유기 화합물을 사용할 수도 있다.
또한, 상술한 정공 주입층(204), 정공 수송층(205), 발광층(206; 206a, 206b), 전자 수송층(207), 전자 주입층(208) 각각은 증착법(진공 증착법을 포함함), 잉크젯법, 도포법 등의 방법으로 형성할 수 있다.
상술한 발광 소자의 발광층(206)에서 얻어진 발광은 제 1 전극(201) 및 제 2 전극(202) 중 적어도 하나 또는 양쪽 모두를 통하여 외부로 추출된다. 따라서, 본 실시형태에 따른 제 1 전극(201) 및 제 2 전극(202) 중 하나 또는 양쪽 모두가 투광성을 갖는 전극이다.
본 실시형태에서 제시한 발광 소자는 여기 착체의 발광 스펙트럼과 삼중항 여기 에너지를 발광으로 바꾸는 발광성 물질(게스트 재료)의 흡수 스펙트럼과의 중첩을 이용한 에너지 이동에 의하여 에너지 이동 효율을 높일 수 있으므로 외부 양자 효율이 높은 발광 소자를 실현할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서 제시한 발광 소자는 본 발명의 일 형태이며, 특히 발광층의 구성에 특징을 갖는다. 따라서, 본 실시형태에서 제시한 구성을 적용함으로써, 패시브 매트릭스형 발광 장치나 액티브 매트릭스형 발광 장치 등을 제작할 수 있으며, 이들은 모두 본 발명에 포함되는 것으로 한다.
아울러 액티브 매트릭스형 발광 장치의 경우에 TFT의 구조는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면 스태거형이나 역 스태거형 TFT를 적절히 사용할 수 있다. 또한 TFT 기판에 형성되는 구동용 회로에 관해서도, N형 및 P형 TFT로 이루어진 것이어도 좋고, N형 TFT 또는 P형 TFT 중 어느 하나로 이루어진 것이어도 좋다. 또한, TFT에 사용되는 반도체막의 결정성에 관해서도 특별한 한정은 없다. 예를 들어, 비정질 반도체막, 결정성 반도체막, 산화물 반도체막 등을 사용할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 제시된 구성은 다른 실시형태에 제시되는 구성과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시형태 3)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태로서, 전하 발생층을 사이에 개재(介在)한 복수의 EL층을 갖는 구조의 발광 소자(이하, 탠덤형 발광 소자라고 함)에 대하여 설명한다.
본 실시형태에 제시되는 발광 소자는 도 6a에 도시한 바와 같이, 한 쌍의 전극(제 1 전극(301) 및 제 2 전극(304)) 사이에 복수의 EL층(제 1 EL층(302(1)), 제 2 EL층(302(2)))을 갖는 탠덤형 발광 소자이다.
본 실시형태에 있어서, 제 1 전극(301)은 양극으로서 기능하는 전극이고, 제 2 전극(304)은 음극으로서 기능하는 전극이다. 또한, 제 1 전극(301) 및 제 2 전극(304)은 실시형태 1과 동일한 구성을 사용할 수 있다. 또한, 복수의 EL층(제 1 EL층(302(1)), 제 2 EL층(302(2)))은 실시형태 1 또는 실시형태 2에서 제시한 EL층과 동일한 구성일 수도 있으나, 어느 하나만 동일한 구성이어도 좋다. 즉, 제 1 EL층(302(1))과 제 2 EL층(302(2))은 동일한 구성일 수도 다른 구성일 수도 있으며, 그 구성은 실시형태 1 또는 실시형태 2와 같은 것을 적용할 수 있다.
또한, 복수의 EL층(제 1 EL층(302(1)), 제 2 EL층(302(2))) 사이에 전하 발생층(I)(305)이 제공되어 있다. 전하 발생층(I)(305)은 제 1 전극(301)과 제 2 전극(304)에 전압을 인가하였을 때, 어느 하나의 EL층에 전자를 주입하고 다른 하나의 EL층에 정공을 주입하는 기능을 갖는다. 본 실시형태의 경우에는 제 1 전극(301)에 제 2 전극(304)보다 전위가 높게 되도록 전압을 인가하면, 전하 발생층(I)(305)으로부터 제 1 EL층(302(1))으로 전자가 주입되고 제 2 EL층(302(2))으로 정공이 주입된다.
아울러 전하 발생층(I)(305)은 광 추출 효율의 관점에서 가시광에 대해 투광성을 갖는(구체적으로는, 전하 발생층(I)(305)에 대한 가시광의 투과율이 40% 이상인) 것이 바람직하다. 또한, 전하 발생층(I)(305)은 제 1 전극(301)이나 제 2 전극(304)보다 낮은 도전율이어도 기능한다.
전하 발생층(I)(305)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 두 구성이 적층되어 있어도 좋다.
정공 수송성이 높은 유기 화합물에 전자 수용체가 첨가된 구성으로 하는 경우에, 정공 수송성이 높은 유기 화합물로서는, 예를 들어 NPB나 TPD, TDATA, 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 든 물질은 주로 정공 이동도가 10-6cm2/Vs 이상인 물질이다. 다만, 전자보다 정공의 수송성이 높은 물질이라면 상술한 물질 이외의 물질을 사용하여도 좋다.
또한, 전자 수용체로서는 7,7,8,8-테트라시아노-2,3,5,6-테트라플루오르퀴노디메탄(약칭: F4-TCNQ), 클로라닐 등을 들 수 있다. 또한, 전이 금속 산화물을 들 수 있다. 또한, 원소 주기율표의 4족 내지 8족에 속하는 금속의 산화물을 들 수 있다. 구체적으로는, 산화 바나듐, 산화 니오브, 산화 탄탈, 산화 크롬, 산화 몰리브덴, 산화 텅스텐, 산화 망간, 산화 레늄은 전자 수용성이 높기 때문에 바람직하다. 그 중에서도 특히 산화 몰리브덴은 대기 중에서도 안정적이고 흡습성이 낮으며 취급하기 쉽기 때문에 바람직하다.
한편, 전자 수송성이 높은 유기 화합물에 전자 공여체가 첨가된 구성으로 하는 경우에는, 전자 수송성이 높은 유기 화합물로서, 예를 들어 Alq, Almq3, BeBq2, BAlq 등 퀴놀린 골격 또는 벤조 퀴놀린 골격을 갖는 금속 착체 등을 사용할 수 있다. 또한, 이 외에 Zn(BOX)2(약칭), Zn(BTZ)2(약칭) 등의 옥사졸계, 티아졸계 배위자를 갖는 금속 착체 등도 사용할 수 있다. 또한, 금속 착체 이외에도 PBD나 OXD-7, TAZ, BPhen, BCP 등도 사용할 수 있다. 여기에 든 물질은 주로 10-6cm2/Vs 이상의 전자 이동도를 갖는 물질이다. 다만, 정공보다 전자의 수송성이 높은 물질이면 상기 이외의 물질을 사용하여도 좋다.
또한, 전자 공여체로서는 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 또는 희토류 금속 또는 원소 주기율표의 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, 테트라티아나프타센과 같은 유기 화합물을 전자 공여체로서 사용하여도 좋다.
또한, 상술한 재료를 이용하여 전하 발생층(I)(305)을 형성함으로써, EL층이 적층되었을 경우의 구동 전압의 상승을 억제할 수 있다.
본 실시형태에서는 2층의 EL층을 갖는 발광 소자에 대하여 설명하였으나, 도 6b에 도시된 바와 같이 n층(다만, n은 3 이상)의 EL층을 적층한 발광 소자에도 마찬가지로 적용할 수 있다. 본 실시형태에 관한 발광 소자와 같이, 한 쌍의 전극 사이에 복수의 EL층을 갖는 경우에는 EL층과 EL층 사이에 전하 발생층(I)을 배치함으로써, 전류 밀도를 낮게 유지한 채 고휘도 영역에서의 발광이 가능하다. 전류 밀도를 낮게 유지할 수 있기 때문에, 장수명 소자를 실현할 수 있다. 또한 조명을 응용예로 한 경우에는, 전극 재료의 저항으로 인한 전압 강하를 작게 할 수 있으므로, 대면적에서의 균일한 발광이 가능하게 된다. 또한, 저전압 구동이 가능하여 소비 전력이 낮은 발광 장치를 실현할 수 있다.
또한 EL층 각각의 발광색을 상이하게 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 보색(補色)의 관계가 되도록 함으로써 발광 소자 전체로서 백색 발광하는 발광 소자를 얻는 것도 가능하다. 또한 '보색'이란, 그들이 혼합되면 무채색(無彩色)이 되는 색들 사이의 관계를 뜻한다. 즉 보색의 관계인 색을 발광하는 물질로부터 얻어진 광이 혼합되면, 백색 발광을 얻을 수 있다.
또한 3개의 EL층을 갖는 발광 소자의 경우도 마찬가지로, 예를 들어 제 1 EL층의 발광색이 적색이고, 제 2 EL층의 발광색이 녹색이고, 제 3 EL층의 발광색이 청색인 경우에는 발광 소자 전체로서 백색 발광을 얻을 수 있다.
또한, 본 실시형태에 제시된 구성은 다른 실시형태에 제시되는 구성과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시형태 4)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태인 발광 장치에 대해서 설명한다.
본 실시형태에 제시되는 발광 장치는 한 쌍의 전극간에서의 광의 공진 효과를 이용한 미소 광 공진기(마이크로 캐비티) 구조를 구비하며, 도 7에 도시한 바와 같이, 한 쌍의 전극(반사 전극(401) 및 반(半)투과·반(半)반사 전극(402)) 사이에 적어도 EL층(405)을 갖는 구조인 발광 소자를 복수로 갖는다. 또한, EL층(405)은 적어도 발광 영역이 되는 발광층(404(404R, 404G, 404B))을 갖고, 그 외에 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층, 전자 주입층, 전하 발생층(E) 등이 포함되어 있어도 좋다. 또한, 발광층(404(404R, 404G, 404B))에는 실시형태 1이나 실시형태 2에서 설명한 바와 같은 본 발명의 일 형태인 발광층의 구성을 포함할 수 있다.
본 실시형태에서는 도 7에 도시한 바와 같이 구조가 상이한 발광 소자(제 1 발광 소자(R)(410R), 제 2 발광 소자(G)(410G), 제 3 발광 소자(B)(410B))를 갖도록 구성되는 발광 장치에 대해서 설명한다.
제 1 발광 소자(R)(410R)는 반사 전극(401) 위에 제 1 투명 도전층(403a)과, 제 1 발광층(B)(404B), 제 2 발광층(G)(404G), 제 3 발광층(R)(404R)을 일부에 포함하는 EL층(405)과, 반투과·반반사 전극(402)이 순차적으로 적층된 구조를 갖는다. 또한, 제 2 발광 소자(G)(410G)는 반사 전극(401) 위에 제 2 투명 도전층(403b)과, EL층(405)과, 반투과·반반사 전극(402)이 순차적으로 적층된 구조를 갖는다. 또한, 제 3 발광 소자(B)(410B)는 반사 전극(401) 위에 EL층(405)과, 반투과·반반사 전극(402)이 순차적으로 적층된 구조를 갖는다.
또한, 상기 발광 소자(제 1 발광 소자(R)(410R), 제 2 발광 소자(G)(410G), 제 3 발광 소자(B)(410B))에서, 반사 전극(401), EL층(405), 반투과·반반사 전극(402)은 공통적으로 존재한다. 또한, 제 1 발광층(B)(404B)에서는 420nm 이상 480nm 이하의 파장 영역에 피크를 갖는 광(λB)을 발광시키고, 제 2 발광층(G)(404G)에서는 500nm 이상 550nm 이하의 파장 영역에 피크를 갖는 광(λG)을 발광시키고, 제 3 발광층(R)(404R)에서는 600nm 이상 760nm 이하의 파장 영역에 피크를 갖는 광(λR)을 발광시킨다. 이것에 의해, 어느 발광 소자(제 1 발광 소자(R)(410R), 제 2 발광 소자(G)(410G), 제 3 발광 소자(B)(410B))에서도, 제 1 발광층(B)(404B), 제 2 발광층(G)(404G), 및 제 3 발광층(R)(404R)으로부터의 발광이 중첩된, 즉 가시광 영역에 걸친 넓은 발광 스펙트럼을 갖는 광을 발광시킬 수 있다. 또한, 상기에 있어서 파장 길이는 λB<λG<λR라는 관계인 것으로 한다.
본 실시형태에 제시되는 각 발광 소자는 각각 반사 전극(401)과 반투과·반반사 전극(402) 사이에 EL층(405)이 개재되어 이루어진 구조를 가지며, EL층(405)에 포함되는 각 발광층으로부터 모든 방향으로 사출되는 발광은 미소 광 공진기(마이크로 캐비티)로서의 기능을 갖는 반사 전극(401)과 반투과·반반사 전극(402)에 의해 공진된다. 아울러 반사 전극(401)은 반사성을 갖는 도전성 재료로 형성되고 그 막에 대한 가시광의 반사율이 40% 내지 100%, 바람직하게는 70% 내지 100%이며, 또 그 저항률이 1×10-2Ωcm 이하인 막인 것으로 가정한다. 또한, 반투과·반반사 전극(402)은 반사성을 갖는 도전성 재료와 광 투과성을 갖는 도전성 재료에 의해 형성되고 그 막에 대한 가시광의 반사율이 20% 내지 80%, 바람직하게는 40% 내지 70%이며, 아울러 그 저항률이 1×10-2Ωcm 이하인 막인 것으로 가정한다.
또한, 본 실시형태에서는 각 발광 소자에서, 제 1 발광 소자(R)(410R)와 제 2 발광 소자(G)(410G)에 각각 제공된 투명 도전층(제 1 투명 도전층(403a), 제 2 투명 도전층(403b))의 두께를 변경함으로써 발광 소자마다 반사 전극(401)과 반투과·반반사 전극(402) 사이의 광학 거리를 변경한다. 즉, 각 발광 소자의 각 발광층으로부터 발광하는 넓은 발광 스펙트럼을 갖는 광은 반사 전극(401)과 반투과·반반사 전극(402) 사이에서, 공진하는 파장의 광을 강화시키고 공진하지 않는 파장의 광을 감쇠(減衰)시킬 수 있기 때문에, 소자마다 반사 전극(401)과 반투과·반반사 전극(402) 사이의 광학 거리를 변경함으로써, 상이한 파장의 광을 추출할 수 있다.
또한, 광학 거리(광로 길이라고도 함)란, 실제의 거리에 굴절률을 곱한 것이며, 본 실시형태에서는 실제 막 두께에 n(굴절률)을 곱한 것을 나타낸다. 즉, '광학적 거리＝실제 막 두께×n'이다.
또한, 제 1 발광 소자(R)(410R)에서는 반사 전극(401)으로부터 반투과·반반사 전극(402)까지의 총 두께를 mλR/2(다만, m은 자연수), 제 2 발광 소자(G)(410G)에서는 반사 전극(401)으로부터 반투과·반반사 전극(402)까지의 총 두께를 mλG/2(다만, m은 자연수), 제 3 발광 소자(B)(410B)에서는 반사 전극(401)으로부터 반투과·반반사 전극(402)까지의 총 두께를 mλB/2(다만, m은 자연수)로 한다.
상술한 바와 같이 하여, 제 1 발광 소자(R)(410R)로부터는 주로 EL층(405)에 포함되는 제 3 발광층(R)(404R)에서 발광한 광(λR)이 추출되고, 제 2 발광 소자(G)(410G)로부터는 주로 EL층(405)에 포함되는 제 2 발광층(G)(404G)에서 발광한 광(λG)이 추출되고, 제 3 발광 소자(B)(410B)로부터는 주로 EL층(405)에 포함되는 제 1 발광층(B)(404B)에서 발광한 광(λB)이 추출된다. 또한, 각 발광 소자로부터 추출되는 광은 반투과·반반사 전극(402) 측으로부터 각각 사출된다.
또한, 상술한 구성에서 반사 전극(401)으로부터 반투과·반반사 전극(402)까지의 총 두께는 엄밀하게 말하면, 반사 전극(401)의 반사 영역으로부터 반투과·반반사 전극(402)의 반사 영역까지의 총 두께라고 할 수 있다. 그러나, 반사 전극(401)이나 반투과·반반사 전극(402)의 반사 영역의 위치를 엄밀하게 결정하는 것은 어렵기 때문에 반사 전극(401)과 반투과·반반사 전극(402)의 임의의 위치를 반사 영역으로 함으로써 충분히 상술한 효과를 얻을 수 있는 것으로 가정한다.
다음에, 제 1 발광 소자(R)(410R)에서, 반사 전극(401)으로부터 제 3 발광층(R)(404R)까지의 광학 거리를 원하는 막 두께((2m'+1)λR/4(다만, m'는 자연수))로 조절함으로써, 제 3 발광층(R)(404R)으로부터의 발광을 증폭시킬 수 있다. 제 3 발광층(R)(404R)으로부터의 발광 중에서 반사 전극(401)에 의해 반사되어 되돌아온 광(제 1 반사광)은 제 3 발광층(R)(404R)으로부터 반투과·반반사 전극(402)으로 직접 입사되는 광(제 1 입사광)과 간섭을 일으키므로 반사 전극(401)으로부터 제 3 발광층(R)(404R)까지의 광학 거리를 원하는 값((2m'+1)λR/4(다만, m'는 자연수))으로 조절하여 제공함으로써, 제 1 반사광과 제 1 입사광의 위상을 맞추어 제 3 발광층(R)(404R)으로부터의 발광을 증폭시킬 수 있다.
또한, 반사 전극(401)과 제 3 발광층(R)(404R) 사이의 광학 거리란, 엄밀하게 말하면, 반사 전극(401)의 반사 영역과 제 3 발광층(R)(404R)의 발광 영역 사이의 광학 거리라고 할 수 있다. 그러나, 반사 전극(401)의 반사 영역이나 제 3 발광층(R)(404R)의 발광 영역의 위치를 엄밀하게 결정하는 것은 어렵기 때문에, 반사 전극(401)의 임의의 위치를 반사 영역, 제 3 발광층(R)(404R)의 임의의 위치를 발광 영역으로 함으로써 충분히 상술한 효과를 얻을 수 있는 것으로 가정한다.
다음에, 제 2 발광 소자(G)(410G)에서, 반사 전극(401)으로부터 제 2 발광층(G)(404G)까지의 광학 거리를 원하는 막 두께((2m''＋1)λG/4(다만, m''는 자연수))로 조절함으로써, 제 2 발광층(G)(404G)으로부터의 발광을 증폭시킬 수 있다. 제 2 발광층(G)(404G)으로부터의 발광 중에서 반사 전극(401)에 의해 반사되어 되돌아온 광(제 2 반사광)은 제 2 발광층(G)(404G)으로부터 반투과·반반사 전극(402)으로 직접 입사되는 광(제 2 입사광)과 간섭을 일으키므로 반사 전극(401)으로부터 제 2 발광층(G)(404G)까지의 광학 거리를 원하는 값((2m''＋1)λG/4(다만, m''는 자연수))으로 조절하여 제공함으로써 제 2 반사광과 제 2 입사광의 위상을 맞추어 제 2 발광층(G)(404G)으로부터의 발광을 증폭시킬 수 있다.
또한, 반사 전극(401)과 제 2 발광층(G)(404G) 사이의 광학 거리는 엄밀하게 말하면, 반사 전극(401)의 반사 영역과 제 2 발광층(G)(404G)의 발광 영역 사이의 광학 거리라고 할 수 있다. 그러나, 반사 전극(401)의 반사 영역이나 제 2 발광층(G)(404G)의 발광 영역의 위치를 엄밀하게 결정하는 것은 어렵기 때문에, 반사 전극(401)의 임의의 위치를 반사 영역, 제 2 발광층(G)(404G)의 임의의 위치를 발광 영역으로 함으로써 충분히 상술한 효과를 얻을 수 있는 것으로 가정한다.
다음에, 제 3 발광 소자(B)(410B)에서 반사 전극(401)으로부터 제 1 발광층(B)(404B)까지의 광학 거리를 원하는 막 두께((2m'''+1)λB/4(다만, m'''는 자연수))로 조절함으로써 제 1 발광층(B)(404B)으로부터의 발광을 증폭시킬 수 있다. 제 1 발광층(B)(404B)으로부터의 발광 중에서 반사 전극(401)에 의해 반사되어 되돌아온 광(제 3 반사광)은 제 1 발광층(B)(404B)으로부터 반투과·반반사 전극(402)으로 직접 입사되는 광(제 3 입사광)과 간섭을 일으키므로 반사 전극(401)으로부터 제 1 발광층(B)(404B)까지의 광학 거리를 원하는 값((2m'''+1)λB/4(다만, m'''는 자연수))으로 조절하여 제공함으로써 제 3 반사광과 제 3 입사광의 위상을 맞추어 제 1 발광층(B)(404B)으로부터의 발광을 증폭시킬 수 있다.
또한, 제 3 발광 소자에서, 반사 전극(401)과 제 1 발광층(B)(404B) 사이의 광학 거리는 엄밀하게 말하면, 반사 전극(401)의 반사 영역과 제 1 발광층(B)(404B)의 발광 영역 사이의 광학 거리라고 할 수 있다. 그러나, 반사 전극(401)의 반사 영역이나 제 1 발광층(B)(404B)의 발광 영역의 위치를 엄밀하게 결정하는 것은 어렵기 때문에, 반사 전극(401)의 임의의 위치를 반사 영역, 제 1 발광층(B)(404B)의 임의의 위치를 발광 영역으로 함으로써 충분히 상술한 효과를 얻을 수 있는 것으로 가정한다.
또한, 상기 구성에서 모든 발광 소자가 EL층에 복수의 발광층을 갖는 구조를 구비하지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않으며, 예를 들어 실시형태 3에서 설명한 탠덤형 발광 소자의 구성과 조합하여, 하나의 발광 소자에 전하 발생층을 사이에 개재한 복수의 EL층을 제공하고 각각의 EL층에 단수 또는 복수의 발광층을 형성하는 구성으로 하여도 좋다.
본 실시형태에서 제시한 발광 장치는 마이크로 캐비티 구조를 가지며, 동일한 EL층을 가지고 있어도 발광 소자마다 다른 파장의 광을 추출할 수 있으므로 RGB를 구분하여 도포할 필요가 없다. 따라서, 고정세화를 실현하기 쉽다 등의 이유로 풀 컬러화를 실현하는 데에 유리하다. 또한, 착색층(컬러 필터)과 조합할 수도 있다. 또한, 특정한 파장의 정면 방향의 발광 강도를 강하게 할 수 있으므로 소비 전력을 줄일 수 있다. 이 구성은 3색 이상의 화소를 이용한 컬러디스플레이(화상 표시 장치)에 적용하는 경우에 특히 유용하지만 조명 등의 용도에 이용하여도 좋다.
(실시형태 5)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태인 발광 소자를 갖는 발광 장치에 대해서 설명한다.
또한, 상기 발광 장치는 패시브 매트릭스형 발광 장치이든 액티브 매트릭스형 발광 장치이든 어느 쪽이라도 좋다. 아울러 본 실시형태에 제시되는 발광 장치에는 다른 실시형태에서 설명한 발광 소자를 적용할 수 있다.
본 실시형태에서는 액티브 매트릭스형 발광 장치에 대하여 도 8a 및 도 8b를 사용하여 설명한다.
또한, 도 8a는 발광 장치를 도시한 상면도이고, 도 8b는 도 8a를 쇄선 A-A'에서 절단한 부분의 단면도이다. 본 실시형태에 따른 액티브 매트릭스형 발광 장치는 소자 기판(501) 위에 제공된 화소부(502)와, 구동 회로부(소스 라인 구동 회로; 503)와, 구동 회로부(게이트 라인 구동 회로; 504(504a 및 504b))를 갖는다. 화소부(502), 구동 회로부(503), 및 구동 회로부(504)는 실재(505)에 의해 소자 기판(501)과 봉지 기판(506) 사이에 봉지되어 있다.
또한, 소자 기판(501) 위에는 구동 회로부(503), 및 구동 회로부(504)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(lead wiring; 507)이 제공된다. 여기서는 외부 입력 단자로서 FPC(플렉시블 프린트 서킷)(508)를 제공하는 예를 제시한다. 또한, 여기서는 FPC만 도시되었지만, 이 FPC에는 프린트 배선 기판(PWB)이 부착되어 있어도 좋다. 본 명세서에 있어서 발광 장치란, 발광 장치 본체뿐만 아니라 FPC 또는 PWB가 이것에 부착된 상태의 것도 그 범주에 포함한다.
다음에, 도 8b에 도시한 단면 구조에 대해서 설명한다. 소자 기판(501) 위에는 구동 회로부 및 화소부가 형성되어 있는데, 여기서는 소스 라인 구동 회로인 구동 회로부(503)와, 화소부(502)가 도시되어 있다.
구동 회로부(503)에 n채널형 TFT(509)와 p채널형 TFT(510)를 조합한 CMOS 회로가 형성되는 예를 도시하였다. 또한, 구동 회로부를 형성하는 회로는 각종 CMOS 회로, PMOS 회로, 또는 NMOS 회로로 형성하여도 좋다. 또한, 본 실시형태에서는 기판 위에 구동 회로를 형성한 드라이버 일체형을 제시하지만, 반드시 그럴 필요는 없으며, 기판 위가 아니라 외부에 구동 회로를 형성할 수도 있다.
또한, 화소부(502)는 스위칭용 TFT(511)와, 전류 제어용 TFT(512)와, 전류 제어용 TFT(512)의 배선(소스 전극 또는 드레인 전극)에 전기적으로 접속된 제 1 전극(양극; 513)을 포함하는 복수의 화소로 형성된다. 아울러 제 1 전극(양극; 513)의 단부를 덮도록 절연물(514)이 형성되어 있다. 여기서는, 포지티브형 감광성 아크릴 수지를 사용하여 형성한다.
또한, 상층에 적층되어 형성되는 막의 피복성을 양호하게 하기 위해서 절연물(514)의 상단부 또는 하단부에 곡률을 갖는 곡면이 형성되도록 하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 절연물(514)의 재료로서 포지티브형 감광성 아크릴 수지를 사용한 경우, 절연물(514)의 상단부에 곡률 반경(0.2μm 내지 3μm)을 갖는 곡면을 갖게 하는 것이 바람직하다. 또한, 절연물(514)로서 네거티브형 감광성 수지 또는 포지티브형 감광성 수지의 어느 쪽이나 사용할 수 있고, 유기 화합물에 한정되지 않으며 무기 화합물(예를 들어 산화 실리콘, 산화질화 실리콘 등)도 사용할 수 있다.
제 1 전극(양극; 513) 위에는 EL층(515) 및 제 2 전극(음극; 516)이 적층되어 형성되어 있다. EL층(515)은 적어도 발광층이 제공되어 있으며, 발광층은 실시형태 1에 제시된 바와 같은 적층 구조를 갖는다. 또한, EL층(515)에는 발광층 외에도 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층, 전자 주입층, 전하 발생층 등을 적절히 제공할 수 있다.
아울러 제 1 전극(양극; 513), EL층(515), 및 제 2 전극(음극; 516)의 적층 구조로 발광 소자(517)가 형성되어 있다. 제 1 전극(양극; 513), EL층(515), 및 제 2 전극(음극; 516)에 사용하는 재료로서는, 실시형태 2에서 제시한 재료를 사용할 수 있다. 또한 여기서는 도시하지 않았지만, 제 2 전극(음극; 516)은 외부 입력 단자인 FPC(508)에 전기적으로 접속되어 있다.
또한, 도 8b에 도시한 단면도에서는 발광 소자(517)를 하나만 도시하였지만, 화소부(502)에서는 복수의 발광 소자가 매트릭스 형태로 배치되어 있다. 화소부(502)에 3종류(R, G, B)의 발광을 얻을 수 있는 발광 소자를 각각 선택적으로 형성함으로써 풀 컬러 표시 가능한 발광 장치를 형성할 수 있다. 또한, 착색층(컬러 필터)과 조합함으로써 풀 컬러 표시 가능한 발광 장치로 하여도 좋다.
아울러, 실재(505)로 봉지 기판(506)을 소자 기판(501)과 접합함으로써 소자 기판(501), 봉지 기판(506), 및 실재(505)로 둘러싸인 공간(518)에 발광 소자(517)를 구비한 구조가 되어 있다. 아울러 공간(518)에는 불활성 기체(질소나 아르곤 등)가 충전되는 경우뿐만 아니라, 실재(505)로 충전되는 구성도 포함할 수 있다.
또한, 실재(505)에는 에폭시계 수지나 저융점 유리 등을 사용하는 것이 바람직하다. 아울러, 이들 재료는 가능한 한 수분 또는 산소가 투가되지 않는 재료인 것이 바람직하다. 또한, 봉지 기판(506)에 사용하는 재료로서 유리 기판이나 석영 기판 외에도, FRP(Fiberglass-Reinforced Plastics), PVF(polyvinyl fluoride), 폴리에스테르 또는 아크릴 등으로 이루어진 플라스틱 기판을 사용할 수 있다.
상술한 바와 같이 하여, 액티브 매트릭스형 발광 장치를 얻을 수 있다.
본 실시형태에 제시된 구조는 다른 실시형태에 제시되는 구조와 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시형태 6)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태인 발광 소자를 적용하여 제작된 발광 장치를 사용하여 완성된 다양한 전자 기기의 일례에 관해서, 도 9a 내지 도 10c를 사용하여 설명한다.
발광 장치를 적용한 전자 기기로서, 예를 들어, 텔레비전 장치(텔레비전, 또는 텔레비전 수신기라고도 함), 컴퓨터용 등의 모니터, 디지털 카메라나 디지털 비디오 카메라 등의 카메라, 디지털 포토 프레임, 휴대 전화기(휴대 전화, 휴대전화 장치라고도 함), 휴대형 게임기, 휴대 정보 단말, 음향 재생 장치, 파친코(pachinko)기 등의 대형 게임기 등을 들 수 있다. 이들 전자 기기의 구체적인 예를 도 9a 내지 도 9d에 도시하였다.
도 9a는 텔레비전 장치의 일례를 도시한 것이다. 텔레비전 장치(7100)는 하우징(7101)에 표시부(7103)가 내장되어 있다. 표시부(7103)에 의해 영상을 표시할 수 있으며, 발광 장치를 표시부(7103)에 사용할 수 있다. 또한, 여기서는 스탠드(7105)에 의해 하우징(7101)을 지탱한 구성을 도시하였다.
텔레비전 장치(7100)는 하우징(7101)이 구비하는 조작 스위치나, 별도 제공된 리모트 컨트롤러(7110)에 의해 조작할 수 있다. 리모트 컨트롤러(7110)가 구비하는 조작 키(7109)에 의해 채널이나 음량을 조절할 수 있으며, 표시부(7103)에 표시되는 영상을 조작할 수 있다. 또한, 리모트 컨트롤러(7110)에, 상기 리모트 컨트롤러(7110)에서 출력하는 정보를 표시하는 표시부(7107)를 설치하는 구성으로 하여도 좋다.
이때, 텔레비전 장치(7100)는 수신기나 모뎀 등을 구비한 구성으로 한다. 수신기에 의해 일반적인 텔레비전 방송을 수신할 수 있으며, 추가로 모뎀을 통하여 유선 또는 무선에 의한 통신 네트워크에 접속함으로써, 일방향(송신자로부터 수신자) 또는 쌍방향(송신자와 수신자간 또는 수신자들간 등)의 정보 통신을 수행할 수도 있다.
도 9b는 컴퓨터이며, 본체(7201), 하우징(7202), 표시부(7203), 키보드(7204), 외부 접속 포트(7205), 포인팅 디바이스(7206) 등을 포함한다. 이때, 상기 컴퓨터는 발광 장치를 그 표시부(7203)에 사용하여 제작된다.
도 9c는 휴대형 게임기이며, 하우징(7301)과 하우징(7302)의 2개의 하우징으로 구성되고, 연결부(7303)에 의하여 개폐할 수 있도록 연결되어 있다. 하우징(7301)에는 표시부(7304)가 내장되어 있고, 하우징(7302)에는 표시부(7305)가 내장되어 있다. 또한, 도 9c에 도시한 휴대형 게임기는 상술한 것 이외에, 스피커부(7306), 기록 매체 삽입부(7307), LED 램프(7308), 입력 수단(조작 키(7309), 접속 단자(7310), 센서(7311)(힘, 변위, 위치, 속도, 가속도, 각속도, 회전수, 거리, 광, 액, 자기, 온도, 화학 물질, 음성, 시간, 경도(硬度), 전기장, 전류, 전압, 전력, 방사선, 유량, 습도, 경도(傾度), 진동, 냄새, 또는 적외선을 측정하는 기능을 포함하는 것), 마이크로폰(7312)) 등을 구비한다. 물론, 휴대형 게임기의 구성은 상술한 것에 한정되지 않으며, 적어도 표시부(7304) 및 표시부(7305)의 양쪽, 또는 한쪽에 발광 장치를 사용하면 좋고, 기타 부속 설비가 적절히 설치된 구성으로 할 수 있다. 도 9c에 도시한 휴대형 게임기는 기록 매체에 기록된 프로그램 또는 데이터를 판독하여 표시부에 표시하는 기능이나, 다른 휴대형 게임기와 무선 통신하여 정보를 공유하는 기능을 갖는다. 또한, 도 9c에 도시한 휴대형 게임기가 갖는 기능은 이것에 한정되지 않으며, 각종 기능을 가질 수 있다.
도 9d는 휴대 전화기의 일례를 도시한 것이다. 휴대 전화기(7400)는 하우징(7401)에 내장된 표시부(7402) 외에, 조작 버튼(7403), 외부 접속 포트(7404), 스피커(7405), 마이크(7406) 등을 구비한다. 또한, 휴대 전화기(7400)는 발광 장치를 표시부(7402)에 사용하여 제작된다.
도 9d에 도시한 휴대 전화기(7400)는 표시부(7402)를 손가락 등으로 터치함으로써 정보를 입력할 수 있다. 또한, 전화를 걸거나 또는 메일을 작성하는 등의 조작은 표시부(7402)를 손가락 등으로 터치함으로써 수행할 수 있다.
표시부(7402)의 화면은 주로 3가지 모드가 있다. 제 1 모드는 화상의 표시가 주된 표시 모드이고, 제 2 모드는 문자 등의 정보의 입력이 주된 입력 모드이다. 제 3 모드는 표시 모드와 입력 모드의 2개의 모드가 혼합한 표시+입력 모드이다.
예를 들어, 전화를 걸거나 또는 메일을 작성하는 경우에는, 표시부(7402)를 문자의 입력이 주된 문자 입력 모드로 하여, 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(gyroscope), 가속도 센서 등 기울기를 검출하는 센서를 갖는 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 조작 버튼(7403)을 조작함으로써 전환된다. 아울러, 표시부(7402)에 표시되는 화상의 종류에 따라 전환되도록 할 수도 있다. 예를 들어, 표시부에 표시하는 화상 신호가 동영상 데이터라면 표시 모드로, 텍스트 데이터라면 입력 모드로 전환한다.
또한, 입력 모드에서 표시부(7402)의 광 센서로 검출되는 신호를 검지하고, 표시부(7402)의 터치 조작에 의한 입력이 일정 기간 없는 경우에는, 화면의 모드를 입력 모드로부터 표시 모드로 전환하도록 제어하여도 좋다.
표시부(7402)는 이미지 센서로서 기능시킬 수도 있다. 예를 들어, 표시부(7402)에 손바닥이나 손가락으로 터치하여 장문(掌紋)이나 지문 등을 촬상(撮像)함으로써 본인 인증을 수행할 수 있다. 또한, 표시부에 근적외광을 발광하는 백라이트 또는 근적외광을 발광하는 센싱용 광원을 사용하면, 손가락 정맥, 손바닥 정맥 등을 촬상할 수도 있다.
도 10a 및 도 10b는 폴더형 태블릿 단말이다. 도 10a는 펼친 상태를 도시한 것이며, 태블릿 단말은 하우징(9630), 표시부(9631a), 표시부(9631b), 표시 모드 전환 스위치(9034), 전원 스위치(9035), 전력 절약 모드 전환 스위치(9036), 후크(9033), 조작 스위치(9038)를 구비한다. 또한 상기 태블릿 단말은 발광 장치를 표시부(9631a) 및 표시부(9631b) 중 하나 또는 양쪽 모두에 사용하여 제작된다.
표시부(9631a)는 일부를 터치 패널의 영역(9632a)으로 할 수 있으며, 표시된 조작 키(9637)를 터치함으로써 데이터를 입력할 수 있다. 또한 도면에서는 일례로서 표시부(9631a)에 있어서 영역의 반이 표시만 하는 기능을 갖는 구성이고 영역의 나머지 반이 터치 패널 기능을 갖는 구성을 도시하였지만, 이 구성에 한정되지 않는다. 표시부(9631a)의 모든 영역이 터치 패널의 기능을 갖는 구성으로 하여도 좋다. 예를 들어, 표시부(9631a)의 전체 면에 키보드 버튼을 표시시킨 터치 패널로 하여, 표시부(9631b)를 표시 화면으로서 사용할 수 있다.
또한 표시부(9631b)에서도 표시부(9631a)와 마찬가지로 표시부(9631b)의 일부를 터치 패널의 영역(9632b)으로 할 수 있다. 또한 터치 패널의 키보드 표시 전환 버튼(9639)이 표시되어 있는 위치를 손가락이나 스타일러스(stylus) 등으로 터치함으로써 표시부(9631b)에 키보드 버튼을 표시할 수 있다.
또한, 터치 패널의 영역(9632a)과 터치 패널의 영역(9632b)에 대하여 동시에 터치 입력을 수행할 수도 있다.
또한, 표시 모드 전환 스위치(9034)는 세로 표시 또는 가로 표시 등의 표시 방향을 전환하거나, 흑백 표시나 컬러 표시의 전환 등을 선택할 수 있다. 전력 절약 모드 전환 스위치(9036)는 태블릿 단말에 내장된 광 센서로 검출되는 사용시의 외광의 광량에 따라 표시의 휘도를 최적으로 할 수 있다. 태블릿 단말은 광 센서뿐만 아니라, 자이로, 가속도 센서 등 기울기를 검출하는 센서와 같은 다른 검출 장치를 내장하여도 좋다.
또한, 도 10a에서는 표시부(9631b)와 표시부(9631a)의 표시 면적이 동일한 예를 도시하였지만, 특별히 한정되지 않으며, 크기가 서로 상이하여도 좋고 표시 품질도 상이하여도 좋다. 예를 들어, 한쪽 표시부가 다른 쪽 표시부보다 고정세한 표시가 가능한 표시 패널로 하여도 좋다.
도 10b는 태블릿 단말을 닫은 상태를 도시한 것이며, 하우징(9630), 태양 전지(9633), 충방전 제어 회로(9634), 배터리(9635), DCDC 컨버터(9636)를 갖는다. 또한, 도 10b에서는 충방전 제어 회로(9634)의 일례로서 배터리(9635), DCDC 컨버터(9636)를 갖는 구성을 도시하였다.
또한, 태블릿 단말은 접을 수 있기 때문에, 사용하지 않을 때는 하우징(9630)을 닫은 상태로 할 수 있다. 따라서, 표시부(9631a), 표시부(9631b)를 보호할 수 있기 때문에 내구성이 우수하며 장기 사용의 관점에서 보아도 신뢰성이 우수한 태블릿 단말을 제공할 수 있다.
또한, 상술한 것 외에도 도 10a 및 도 10b에 도시한 태블릿 단말은 여러 가지 정보(정지 영상, 동영상, 텍스트 화상 등)를 표시하는 기능, 달력, 날짜, 또는 시각 등을 표시부에 표시하는 기능, 표시부에 표시한 정보를 터치 입력 조작 또는 편집하는 터치 입력 기능, 여러 가지 소프트웨어(프로그램)에 의해 처리를 제어하는 기능 등을 가질 수 있다.
태블릿 단말의 표면에 장착된 태양 전지(9633)에 의해, 전력을 터치 패널, 표시부, 또는 영상 신호 처리부 등에 공급할 수 있다. 또한, 태양 전지(9633)를 하우징(9630)의 한쪽 면 또는 양쪽 면에 설치할 수 있어, 배터리(9635)를 효율적으로 충전할 수 있는 구성으로 할 수 있다. 아울러, 배터리(9635)로서는 리튬 이온 전지를 사용하면 소형화를 도모할 수 있는 등의 장점이 있다.
또한, 도 10b에 도시한 충방전 제어 회로(9634)의 구성 및 동작에 관해서 도 10c에 도시한 블록도를 사용하여 설명한다. 도 10c에는 태양 전지(9633), 배터리(9635), DCDC 컨버터(9636), 컨버터(9638), 스위치 SW1 내지 스위치 SW3, 표시부(9631)를 도시하며, 배터리(9635), DCDC 컨버터(9636), 컨버터(9638), 스위치 SW1 내지 스위치 SW3이 도 10b에 도시한 충방전 제어 회로(9634)에 대응하는 부분이다.
우선, 외광을 이용하여 태양 전지(9633)에 의해 발전되는 경우의 동작의 예에 대하여 설명한다. 태양 전지(9633)에 의해 발전된 전력은 배터리(9635)를 충전하기 위한 전압이 되도록 DCDC 컨버터(9636)로 승압 또는 강압된다. 또한 표시부(9631)의 동작에 태양 전지(9633)로부터의 전력이 사용될 때는 스위치 SW1을 온 상태로 하여, 컨버터(9638)에 의해 표시부(9631)에 필요한 전압으로 승압 또는 강압한다. 또한, 표시부(9631)에서 표시를 수행하지 않을 때는 스위치 SW1을 오프 상태로 하고 스위치 SW2를 온 상태로 하여 배터리(9635)를 충전하는 구성으로 하면 좋다.
또한, 태양 전지(9633)에 관해서는 발전 수단의 일례로서 도시하였지만, 특별히 한정되지 않으며, 압전 소자(피에조 소자)나 열전 변환 소자(펠티어 소자) 등의 다른 발전 수단에 의해 배터리(9635)를 충전하는 구성이라도 좋다. 예를 들어, 무선(비접촉)으로 전력을 송수신하여 충전하는 무(無)접점 전력 전송 모듈이나, 다른 충전 수단을 조합하여 수행하는 구성으로 하여도 좋다.
또한 상술한 실시형태에서 설명한 표시부를 구비하고 있으면, 도 10a 내지 도 10c에 도시한 전자 기기에 특별히 한정되지 않는 것은 물론이다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 형태인 발광 장치를 적용하여 전자 기기를 얻을 수 있다. 발광 장치의 적용 범위는 매우 넓으며, 다양한 분야의 전자 기기에 적용할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 제시된 구성은 다른 실시형태에 제시되는 구성과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시형태 7)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태인 발광 소자를 포함한 발광 장치를 적용한 조명 장치의 일례에 대해서 도 11을 사용하여 설명한다.
도 11은 발광 장치를 실내용 조명 장치(8001)로서 사용한 예이다. 또한, 발광 장치는 대면적화도 가능하기 때문에, 대면적 조명 장치를 형성할 수도 있다. 이 외에, 곡면을 갖는 하우징을 사용함으로써 발광 영역이 곡면을 갖는 조명 장치(8002)를 형성할 수도 있다. 본 실시형태에 제시되는 발광 장치에 포함된 발광 소자는 박막 형상이며, 하우징의 디자인 자유도가 높다. 따라서, 다양한 의장을 집약한 조명 장치를 형성할 수 있다. 또한, 실내 벽면에 대형 조명 장치(8003)를 설치하여도 좋다.
또한, 발광 장치를 테이블의 표면에 사용함으로써 테이블로서의 기능을 구비한 조명 장치(8004)를 구현할 수 있다. 아울러, 그 외의 가구의 일부에 발광 장치를 이용함으로써 가구로서의 기능을 구비한 조명 장치로 할 수 있다.
상술한 바와 같이, 발광 장치를 적용한 다양한 조명 장치를 얻을 수 있다. 아울러, 이러한 조명 장치는 본 발명의 일 형태에 포함되는 것으로 한다.
또한, 본 실시형태에 제시된 구성은 다른 실시형태에 제시된 구성과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시예 1)
본 실시예에서는 본 발명의 일 형태인 발광 소자 1에 대하여 도 12를 사용하여 설명한다. 또한, 본 실시예에서 사용하는 재료의 화학식은 다음과 같다.
Figure pat00005
<발광 소자 1의 제작>
우선, 유리제의 기판(1100) 위에, 산화 실리콘을 함유한 인듐 주석 산화물(ITSO)을 스퍼터링법에 의해 성막(成膜)하여, 양극으로서 기능하는 제 1 전극(1101)을 형성하였다. 이 때, 그 막 두께는 110nm로 하고, 전극 면적은 2mm×2mm로 하였다.
다음에, 기판(1100) 위에 발광 소자 1을 형성하기 위한 전(前)처리로서 기판 표면을 물로 세정하고 200℃로 1시간 소성(baking)한 후, UV오존 처리를 370초 수행하였다.
그 후, 10-4Pa 정도까지 내부가 감압된 진공 증착 장치에 기판을 도입하고, 진공 증착 장치 내의 가열실에서 170℃로 30분간 진공 소성을 수행한 후, 기판(1100)을 30분 정도 방치하여 냉각하였다.
다음에, 제 1 전극(1101)이 형성된 면이 아래 쪽이 되도록, 기판(1100)을 진공 증착 장치 내에 설치된 홀더에 고정하였다. 본 실시예에서는 진공 증착법에 의해, EL층(1102)을 구성하는 정공 주입층(1111), 정공 수송층(1112), 발광층(1113), 전자 수송층(1114), 전자 주입층(1115)이 순차적으로 형성되는 경우에 대해서 설명한다.
진공 장치 내를 10-4Pa로 감압한 후, 1,3,5-트라이(다이벤조티오펜-4-일)벤젠(약칭: DBT3P-II)과 산화 몰리브덴(VI)을 DBT3P-II(약칭):산화 몰리브덴=4:2(질량비)가 되도록 공증착함으로써 제 1 전극(1101) 위에 정공 주입층(1111)을 형성하였다. 막 두께는 20nm로 하였다. 또한 공증착이란, 상이한 복수의 물질을 각각 다른 증발원으로부터 동시에 증발시키는 증착법이다.
다음에, 4-페닐-4'-(9-페닐플루오렌-9-일)트라이페닐아민(약칭: BPAFLP)을 20nm 증착함으로써 정공 수송층(1112)을 형성하였다.
다음에, 정공 수송층(1112) 위에 발광층(1113)을 형성하였다. 4,6-비스[3-(9H-카바졸-9-일)페닐]피리미딘(약칭: 4,6mCzP2Pm), N-(1,1'-비페닐-4-일)-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: PCBBiF), 트리스(2-페닐피리디나토)이리듐(III)(약칭: [Ir(ppy)3])을 4,6mCzP2Pm(약칭):PCBBiF(약칭):[Ir(ppy)3](약칭)＝0.7:0.3:0.05(질량비)가 되도록 공증착하여, 제 1 발광층(1113a)을 막 두께 20nm로 형성한 후, 2-[3’-(다이벤조티오펜-4-일)비페닐-3-일]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mDBTBPDBq-II), PCBBiF(약칭), 비스{4,6-다이메틸-2-[5-(2,6-다이메틸페닐)-3-(3,5-다이메틸페닐)-2-피라지닐-κN]페닐-κC}(2,8-다이메틸-4,6-노난다이오나토-κ2O,O')이리듐(III)(약칭: [Ir(dmdppr-dmp)2(divm)])을 2mDBTBPDBq-II(약칭):PCBBiF(약칭):[Ir(dmdppr-dmp)2(divm)](약칭)＝0.9:0.1:0.05(질량비)가 되도록 공증착하여, 제 2 발광층(1113b)을 막 두께 20nm로 형성함으로써, 적층 구조를 갖는 발광층(1113)을 형성하였다.
다음에, 발광층(1113) 위에 2mDBTBPDBq-II(약칭)을 15nm 증착한 후, 바소페난트롤린(약칭: Bphen)을 10nm 증착함으로써, 전자 수송층(1114)을 형성하였다. 또한, 전자 수송층(1114) 위에 불화리튬을 1nm 증착함으로써 전자 주입층(1115)을 형성하였다.
마지막에, 전자 주입층(1115) 위에 알루미늄을 막 두께 200nm가 되도록 증착하여, 음극이 되는 제 2 전극(1103)을 형성함으로써, 발광 소자 1을 얻었다. 이때, 상술한 증착 과정에서, 증착은 모두 저항 가열법으로 수행하였다.
상술한 바와 같이 하여 얻어진 발광 소자 1의 소자 구조를 표 1에 나타낸다.
제 1 전극 정공 주입층 정공 수송층 발광층 전자 수송층 전자 주입층 제 2 전극
발광 소자 1 ITSO (110nm) DBT3P-Ⅱ:MoOx (4:2 20nm) BPAFLP (20nm) * ** 2mDBTBPDBq-II (15nm) Bphen (10nm) LiF (1nm) Al (200nm)
* 4,6mCzP2Pm:PCBBiF:[Ir(ppy)3] (0.7:0.3:0.05 20nm)
** 2mDBTBPDBq-II:PCBBiF:[Ir(dmdppr-dmp)2(divm)] (0.9:0.1:0.05 20nm)
또한, 제작한 발광 소자 1은 대기에 노출되지 않도록 질소 분위기의 글로브 박스 내에서 봉지하였다(실재를 소자의 주위에 도포하고, 봉지할 때 80℃로 1시간의 열처리를 수행함).
<발광 소자 1의 동작 특성>
제작한 발광 소자 1의 동작 특성에 대해서 측정하였다. 이 측정은 실온(25℃로 유지된 분위기)에서 수행하였다.
발광 소자 1의 전류 밀도-휘도 특성을 도 13에 도시하였다. 도 13에서 세로 축은 휘도(cd/m2)를 나타내고 가로 축은 전류 밀도(mA/cm2)를 나타낸다. 또한, 발광 소자 1의 전압-휘도 특성을 도 14에 도시하였다. 도 14에서 세로 축은 휘도(cd/m2)를 나타내고 가로 축은 전압(V)을 나타낸다. 또한, 발광 소자 1의 휘도-전류 효율 특성을 도 15에 도시하였다. 도 15에서 세로 축은 전류 효율(cd/A)을 나타내고 가로 축은 휘도(cd/m2)를 나타낸다. 또한, 발광 소자 1의 전압-전류 특성을 도 16에 도시하였다. 또한, 도 16에서 세로 축은 전류(mA)를 나타내고 가로 축은 전압(V)을 나타낸다.
도 15의 결과를 보면, 본 발명의 일 형태인 발광 소자 1은 고효율 소자인 것을 알 수 있다. 또한, 1000cd/m2 부근에서의 발광 소자 1의 주된 초기 특성값을 표 2에 나타낸다.
전압 (V) 전류 (mA) 전류 밀도(mA/cm2) 색도(x,y) 휘도(cd/m2) 전류 효율(cd/A) 파워 효율(lm/W) 외부 양자 효율 (%)
발광 소자 1 3.2 0.056 1.4 (0.48,0.50) 1000 72 70 27
상기 결과를 보면, 본 실시예에서 제작한 발광 소자 1은 외부 양자 효율이 높아, 높은 발광 효율을 나타내는 것을 알 수 있다.
또한, 발광 소자 1에 전류 밀도 25mA/cm2로 전류를 흘렸을 때의 발광 스펙트럼을 도 17에 도시하였다. 도 17에 도시한 바와 같이, 발광 소자 1의 발광 스펙트럼은 519nm 및 615nm 부근에 2개의 피크를 가지며, 각각 인광성 유기 금속 이리듐 착체 [Ir(ppy)3]와 [Ir(dmdppr-dmp)2(divm)]의 발광에서 유래하는 것이 시사된다.
또한, 사이클릭 볼타메트리 측정에 의해, 전자 수송성을 갖는 제 1 유기 화합물인 4,6mCzP2Pm의 LUMO 준위는 -2.88eV이고, 전자 수송성을 갖는 제 3 유기 화합물인 2mDBTBPDBq-II의 LUMO 준위는 -2.94eV라고 개산(槪算)되었다. 따라서, 제 3 유기 화합물보다 제 1 유기 화합물의 LUMO 준위가 높은 구성이다.
또한, 도 18에 전자 수송성을 갖는 제 1 유기 화합물인 4,6mCzP2Pm의 박막의 발광 스펙트럼, 정공 수송성을 갖는 제 2 유기 화합물인 PCBBiF의 박막의 발광 스펙트럼, 및 4,6mCzP2Pm와 PCBBiF의 혼합막(공증착막)의 발광 스펙트럼을 도시하였다. 또한, 도 19에 전자 수송성을 갖는 제 3 유기 화합물인 2mDBTBPDBq-II의 박막의 발광 스펙트럼, 정공 수송성을 갖는 제 2 유기 화합물인 PCBBiF의 박막의 발광 스펙트럼, 및 2mDBTBPDBq-II와 PCBBiF의 혼합막(공증착막)의 발광 스펙트럼을 도시하였다.
도 18 및 도 19에서, 혼합막의 발광 파장은 각 재료의 단일막의 발광 파장보다 장파장 측에 위치하기 때문에, 제 1 유기 화합물(4,6mCzP2Pm)과 제 2 유기 화합물(PCBBiF), 및 제 3 유기 화합물(2mDBTBPDBq-II)과 제 2 유기 화합물(PCBBiF)이 각각 여기 착체를 형성한 것을 알 수 있다.
101: 제 1 전극
102: 제 2 전극
103: EL층
104: 정공 주입층
105: 정공 수송층
106: 발광층
106a: 제 1 발광층
106b: 제 2 발광층
107: 전자 수송층
108: 전자 주입층
109: 발광성 물질
109a: 삼중항 여기 에너지를 발광으로 바꾸는 제 1 발광성 물질
109b: 삼중항 여기 에너지를 발광으로 바꾸는 제 2 발광성 물질
110: 제 1 유기 화합물
111: 제 2 유기 화합물
112: 제 3 유기 화합물
201: 제 1 전극(양극)
202: 제 2 전극(음극)
203: EL층
204: 정공 주입층
205: 정공 수송층
206: 발광층
206a: 제 1 발광층
206b: 제 2 발광층
207: 전자 수송층
208: 전자 주입층
209: 발광성 물질
209a: 삼중항 여기 에너지를 발광으로 바꾸는 제 1 발광성 물질
209b: 삼중항 여기 에너지를 발광으로 바꾸는 제 2 발광성 물질
210: 제 1 유기 화합물
211: 제 2 유기 화합물
212: 제 3 유기 화합물
301: 제 1 전극
302(1): 제 1 EL층
302(2): 제 2 EL층
302(n-1): 제 (n-1) EL층
302(n): 제 (n) EL층
304: 제 2 전극
305: 전하 발생층(I)
305(1): 제 1 전하 발생층(I)
305(2): 제 2 전하 발생층(I)
305(n-2): 제 (n-2) 전하 발생층(I)
305(n-1): 제 (n-1) 전하 발생층(I)
401: 반사 전극
402: 반투과·반반사 전극
403a: 제 1 투명 도전층
403b: 제 2 투명 도전층
404B: 제 1 발광층(B)
404G: 제 2 발광층(G)
404R: 제 3 발광층(R)
405: EL층
410R: 제 1 발광 소자(R)
410G: 제 2 발광 소자(G)
410B: 제 3 발광 소자(B)
501: 소자 기판
502: 화소부
503: 구동 회로부(소스 라인 구동 회로)
504a: 구동 회로부(게이트 라인 구동 회로)
504b: 구동 회로부(게이트 라인 구동 회로)
505: 실재
506: 봉지 기판
507: 리드 배선
508: FPC(플렉시블 프린트 서킷)
509: n채널형 TFT
510: p채널형 TFT
511: 스위칭용 TFT
512: 전류 제어용 TFT
513: 제 1 전극(양극)
514: 절연물
515: EL층
516: 제 2 전극(음극)
517: 발광 소자
518: 공간
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
7301: 하우징
7302: 하우징
7303: 연결부
7304: 표시부
7305: 표시부
7306: 스피커부
7307: 기록 매체 삽입부
7308: LED 램프
7309: 조작 키
7310: 접속 단자
7311: 센서
7312: 마이크로폰
7400: 휴대 전화기
7401: 하우징
7402: 표시부
7403: 조작 버튼
7404: 외부 접속 포트
7405: 스피커
7406: 마이크
8001: 조명 장치
8002: 조명 장치
8003: 조명 장치
8004: 조명 장치
9033: 후크
9034: 표시 모드 전환 스위치
9035: 전원 스위치
9036: 전력 절약 모드 전환 스위치
9038: 조작 스위치
9630: 하우징
9631: 표시부
9631a: 표시부
9631b: 표시부
9632a: 터치 패널의 영역
9632b: 터치 패널의 영역
9633: 태양 전지
9634: 충방전 제어 회로
9635: 배터리
9636: DCDC 컨버터
9637: 조작 키
9638: 컨버터
9639: 버튼

Claims (20)

  1. 발광 소자에 있어서,
    양극과 음극 사이의 발광층을 포함하고,
    상기 발광층은 제 1 발광층과 제 2 발광층의 적층이고,
    상기 제 1 발광층은 상기 양극 측에 위치하고,
    상기 제 1 발광층은 삼중항 여기 에너지를 발광으로 바꾸는 제 1 발광성 물질, 전자 수송성을 갖는 제 1 유기 화합물, 및 정공 수송성을 갖는 제 2 유기 화합물을 포함하고,
    상기 제 2 발광층은 삼중항 여기 에너지를 발광으로 바꾸는 제 2 발광성 물질, 상기 제 2 유기 화합물, 및 전자 수송성을 갖는 제 3 유기 화합물을 포함하고,
    상기 제 1 유기 화합물은 상기 제 3 유기 화합물보다 최저 비점유 분자궤도 준위가 높고,
    상기 제 1 발광성 물질은 상기 제 2 발광성 물질로부터 방사되는 광의 파장보다 단파장의 광을 방사하고,
    상기 제 1 유기 화합물과 상기 제 2 유기 화합물은 제 1 여기 착체(exciplex)를 형성하고,
    상기 제 2 유기 화합물과 상기 제 3 유기 화합물은 제 2 여기 착체를 형성하는, 발광 소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 여기 착체는 상기 제 2 여기 착체보다 높은 여기 에너지를 갖는, 발광 소자.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 여기 착체는 상기 제 1 유기 화합물의 음이온과 상기 제 2 유기 화합물의 양이온으로 형성되고,
    상기 제 2 여기 착체는 상기 제 3 유기 화합물의 음이온과 상기 제 2 유기 화합물의 양이온으로 형성되는, 발광 소자.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 발광성 물질은 인광성 화합물 또는 열활성화 지연 형광 재료이고,
    상기 제 2 발광성 물질은 인광성 화합물 또는 열활성화 지연 형광 재료이고,
    상기 제 1 유기 화합물은 π전자 부족형 복소 방향족 화합물이고,
    상기 제 2 유기 화합물은 π전자 과잉형 복소 방향족 화합물 또는 방향족 아민 화합물이고,
    상기 제 3 유기 화합물은 π전자 부족형 복소 방향족 화합물인, 발광 소자.
  5. 발광 장치에 있어서,
    제 1 항에 따른 발광 소자를 포함하는, 발광 장치.
  6. 전자 기기에 있어서,
    제 5 항에 따른 발광 장치를 포함하는, 전자 기기.
  7. 조명 장치에 있어서,
    제 5 항에 따른 발광 장치를 포함하는, 조명 장치.
  8. 발광 소자에 있어서,
    양극과 음극 사이의 발광층과;
    상기 양극과 상기 발광층 사이의 정공 수송층과;
    상기 음극과 상기 발광층 사이의 전자 수송층을 포함하고,
    상기 발광층은 제 1 발광층과 제 2 발광층의 적층이고,
    상기 제 1 발광층은 상기 정공 수송층과 접촉하고,
    상기 제 1 발광층은 삼중항 여기 에너지를 발광으로 바꾸는 제 1 발광성 물질, 전자 수송성을 갖는 제 1 유기 화합물, 및 정공 수송성을 갖는 제 2 유기 화합물을 포함하고,
    상기 제 2 발광층은 상기 전자 수송층과 접촉하고,
    상기 제 2 발광층은 삼중항 여기 에너지를 발광으로 바꾸는 제 2 발광성 물질, 상기 제 2 유기 화합물, 및 전자 수송성을 갖는 제 3 유기 화합물을 포함하고,
    상기 제 1 유기 화합물은 상기 제 3 유기 화합물보다 최저 비점유 분자궤도 준위가 높고,
    상기 제 1 발광성 물질은 상기 제 2 발광성 물질로부터 방사되는 광의 파장보다 단파장의 광을 방사하고,
    상기 제 1 유기 화합물과 상기 제 2 유기 화합물은 제 1 여기 착체를 형성하고,
    상기 제 2 유기 화합물과 상기 제 3 유기 화합물은 제 2 여기 착체를 형성하는, 발광 소자.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 여기 착체는 상기 제 2 여기 착체보다 높은 여기 에너지를 갖는, 발광 소자.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 여기 착체는 상기 제 1 유기 화합물의 음이온과 상기 제 2 유기 화합물의 양이온으로 형성되고,
    상기 제 2 여기 착체는 상기 제 3 유기 화합물의 음이온과 상기 제 2 유기 화합물의 양이온으로 형성되는, 발광 소자.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 발광성 물질은 인광성 화합물 또는 열활성화 지연 형광 재료이고,
    상기 제 2 발광성 물질은 인광성 화합물 또는 열활성화 지연 형광 재료이고,
    상기 제 1 유기 화합물은 π전자 부족형 복소 방향족 화합물이고,
    상기 제 2 유기 화합물은 π전자 과잉형 복소 방향족 화합물 또는 방향족 아민 화합물이고,
    상기 제 3 유기 화합물은 π전자 부족형 복소 방향족 화합물인, 발광 소자.
  12. 발광 장치에 있어서,
    제 8 항에 따른 발광 소자를 포함하는, 발광 장치.
  13. 전자 기기에 있어서,
    제 12 항에 따른 발광 장치를 포함하는, 전자 기기.
  14. 조명 장치에 있어서,
    제 12 항에 따른 발광 장치를 포함하는, 조명 장치.
  15. 발광 소자에 있어서,
    양극과;
    상기 양극 위의 제 1 발광층과;
    상기 제 1 발광층 위의 제 2 발광층과;
    상기 제 2 발광층 위의 음극을 포함하고,
    상기 제 1 발광층은 4,6-비스[3-(9H-카바졸-9-일)페닐]피리미딘, N-(1,1'-비페닐-4-일)-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민, 및 삼중항 여기 에너지를 발광으로 바꾸는 제 1 발광성 물질을 포함하고,
    상기 제 2 발광층은 2-[3'-(다이벤조티오펜-4-일)비페닐-3-일]다이벤조[f,h]퀴녹살린, N-(1,1'-비페닐-4-일)-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민, 및 삼중항 여기 에너지를 발광으로 바꾸는 제 2 발광성 물질을 포함하는, 발광 소자.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 1 발광성 물질은 트리스(2-페닐피리디나토)이리듐(III)인, 발광 소자.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 2 발광성 물질은 비스{4,6-다이메틸-2-[5-(2,6-다이메틸페닐)-3-(3,5-다이메틸페닐)-2-피라지닐-κN]페닐-κC}(2,8-다이메틸-4,6-노난다이오나토-κ2O,O')이리듐(III)인, 발광 소자.
  18. 발광 장치에 있어서,
    제 15 항에 따른 발광 소자를 포함하는, 발광 장치.
  19. 전자 기기에 있어서,
    제 18 항에 따른 발광 장치를 포함하는, 전자 기기.
  20. 조명 장치에 있어서,
    제 18 항에 따른 발광 장치를 포함하는, 조명 장치.
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