KR20150044402A - 발광 소자, 발광 장치, 전자 기기, 및 조명 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 장시간의 구동에도 양호한 특성을 유지할 수 있는, 신뢰성이 높은 발광 소자를 제공한다. 또한, 상기 발광 소자를 사용한 수명이 긴 발광 장치를 제공한다. 또한, 수명이 긴 전자 기기 및 조명 장치를 제공한다.
한 쌍의 전극 사이에 EL층을 포함하는 발광 소자에서, EL층이 포함하는 발광층의 구조를 종래와 다른 적층 구조로 함으로써, 발광 소자의 구동에 의하여 시간에 따라 캐리어 밸런스가 변화되거나 그에 따라 발광 영역이 시프트되더라도 장시간의 구동에도 양호한 특성을 유지할 수 있는 발광 소자이다.
한 쌍의 전극 사이에 EL층을 포함하는 발광 소자에서, EL층이 포함하는 발광층의 구조를 종래와 다른 적층 구조로 함으로써, 발광 소자의 구동에 의하여 시간에 따라 캐리어 밸런스가 변화되거나 그에 따라 발광 영역이 시프트되더라도 장시간의 구동에도 양호한 특성을 유지할 수 있는 발광 소자이다.
Description
본 발명은 물건, 방법, 또는 제조 방법에 관한 것이다. 또는, 본 발명은 공정(process), 기계(machine), 제품(manufacture), 또는 조성물(composition of matter)에 관한 것이다. 본 발명의 일 형태는 특히 반도체 장치, 표시 장치, 발광 장치, 조명 장치, 이들의 구동 방법 또는 이들의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 형태는 특히, 전계를 인가함으로써 발광이 얻어지는 유기 화합물을 한 쌍의 전극 사이에 포함하는 발광 소자, 또한 이와 같은 발광 소자를 포함하는 발광 장치, 전자 기기, 및 조명 장치에 관한 것이다.
유기 화합물을 발광체로서 사용한 발광 소자는 얇고 가벼우며 고속 응답이나 직류 저전압 구동이 가능한 등의 특징을 가지기 때문에 차세대 플랫 패널 디스플레이로의 응용이 기대되고 있다. 특히, 발광 소자를 매트릭스 형태로 배열한 표시 장치는 종래의 액정 표시 장치에 비하여 시야각이 넓고 시인성이 우수하다는 점이 강점으로 생각되고 있다.
발광 소자의 발광 기구(機構)는 발광체를 포함한 EL층을 한 쌍의 전극 사이에 제공하고 전압을 인가함으로써, 음극으로부터 주입된 전자 및 양극으로부터 주입된 정공이 EL층의 발광 중심에서 재결합하여 분자 여기자를 형성하고, 이 분자 여기자가 기저 상태로 완화될 때 에너지를 방출하여 발광한다는 것이 알려져 있다. 여기 상태로서는 일중항 여기와 삼중항 여기가 알려져 있고, 발광은 어느 쪽 여기 상태를 통해서도 가능한 것으로 생각되고 있다.
이러한 발광 소자에 관하여, 그 소자 특성을 향상시키기 위하여 소자 구조의 개량이나 재료 개발 등이 활발히 행해지고 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).
발광 소자의 개발에서 그 신뢰성은 발광 소자를 평가하는 데 중요시되는 항목 중 하나이다. 초기 단계에서의 특성이 양호하더라도 장시간의 구동에 견딜 수 없고 소자로서의 수명이 짧으면 그 이용 가치는 낮고 제품화가 어렵다. 따라서, 초기 단계에서의 양호한 특성을 유지하면서 가능한 한 장시간의 구동에 견딜 수 있는 발광 소자의 개발이 요구되고 있다.
그래서 본 발명의 일 형태는 장시간의 구동에도 양호한 특성을 유지할 수 있는, 신뢰성이 높은 발광 소자를 제공한다. 또한, 본 발명의 일 형태는 상기 발광 소자를 사용한 수명이 긴 발광 장치를 제공한다. 또한, 본 발명의 일 형태는 수명이 긴 전자 기기 및 조명 장치를 제공한다. 또는, 본 발명의 일 형태는 신규 발광 소자, 신규 발광 장치 등을 제공한다. 또한, 이들 과제의 기재는 다른 과제의 존재를 방해하는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 일 형태는 반드시 이들 과제 모두를 해결할 필요는 없다. 또한, 이들 외의 과제는 명세서, 도면, 청구항 등의 기재로부터 저절로 명백해지는 것이며 명세서, 도면, 청구항 등의 기재로부터 이들 외의 과제가 추출될 수 있다.
본 발명의 일 형태는, 한 쌍의 전극 사이에 EL층을 포함하는 발광 소자에서, EL층이 포함하는 발광층의 구조를 종래와 다른 적층 구조로 함으로써, 발광 소자의 구동에 의하여 시간에 따라 캐리어 밸런스가 변화되거나 그에 따라 발광 영역이 시프트되더라도 장시간의 구동에도 양호한 특성을 유지할 수 있는 발광 소자이다.
구체적으로는 발광 소자의 EL층에 포함되는 발광층이 적층 구조를 가지고, 각 발광층이 상이한 발광 재료를 포함하는 경우에, 단파장에서 발광하는 발광성 재료가 포함되는 쪽의 발광층과 같은 구성을 가진 발광층을 하나 더 제공하여, 단파장에서 발광하는 발광성 재료가 포함되는 2개의 발광층 사이에 장파장에서 발광하는 발광성 재료가 포함되는 발광층이 개재(介在)된 구조로 함으로써, 적층된 각 발광층에서나 발광층들 사이에서 캐리어 밸런스의 변화에 따라 발광 영역이 시프트되더라도 다른 발광층으로 그 변화를 상쇄할 수 있게 되어 발광층 전체에서 안정된 상태를 유지할 수 있기 때문에, 장시간의 구동에도 양호한 특성을 유지할 수 있는 발광 소자를 구현할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 형태는 한 쌍의 전극 사이에 적어도 발광층을 포함하는 EL층을 포함하고, 발광층은 발광성 재료, 정공 수송성 재료, 및 전자 수송성 재료를 포함하고 양극 측에서 제 1 발광층, 제 2 발광층, 및 제 3 발광층으로 이루어지는 적층 구조를 가지고, 제 1 발광층 및 제 3 발광층으로부터 얻어지는 발광은 발광색이 동일하며 제 2 발광층으로부터 얻어지는 발광보다 단파장인 것을 특징으로 하는 발광 소자이다.
또한, 본 발명의 일 형태는 한 쌍의 전극 사이에 적어도 발광층을 포함하는 EL층을 포함하고, 발광층은 발광성 재료, 정공 수송성 재료, 및 전자 수송성 재료를 포함하고 양극 측에서 제 1 발광층, 제 2 발광층, 및 제 3 발광층으로 이루어지는 적층 구조를 가지고, 제 1 발광층 및 제 3 발광층에 동일한 발광성 재료가 사용되고, 제 1 발광층 및 제 3 발광층에 사용되는 발광성 재료는 제 2 발광층에 사용되는 것보다 단파장 측에 발광 피크가 위치하는 것을 특징으로 하는 발광 소자이다.
또한, 본 발명의 일 형태는 한 쌍의 전극 사이에 적어도 발광층을 포함하는 EL층을 포함하고, 발광층은 발광성 재료, 정공 수송성 재료, 및 전자 수송성 재료를 포함하고 양극 측에서 제 1 발광층, 제 2 발광층, 및 제 3 발광층으로 이루어지는 적층 구조를 가지고, 제 1 발광층, 제 2 발광층, 및 제 3 발광층 모두에 동일한 정공 수송성 재료 및 전자 수송성 재료가 사용되고, 제 1 발광층 및 제 3 발광층으로부터 얻어지는 발광은 발광색이 동일하며 제 2 발광층으로부터 얻어지는 발광보다 단파장인 것을 특징으로 하는 발광 소자이다.
또한, 본 발명의 일 형태는 한 쌍의 전극 사이에 적어도 발광층을 포함하는 EL층을 포함하고, 발광층은 발광성 재료, 정공 수송성 재료, 및 전자 수송성 재료를 포함하고 양극 측에서 제 1 발광층, 제 2 발광층, 및 제 3 발광층으로 이루어지는 적층 구조를 가지고, 제 1 발광층, 제 2 발광층, 및 제 3 발광층 모두에 동일한 정공 수송성 재료 및 전자 수송성 재료가 사용되고, 제 1 발광층 및 제 3 발광층에 동일한 발광성 재료가 사용되고, 제 1 발광층 및 제 3 발광층에 사용되는 발광성 재료는 제 2 발광층에 사용되는 것보다 단파장 측에 발광 피크가 위치하는 것을 특징으로 하는 발광 소자이다.
또한, 본 발명의 일 형태는 한 쌍의 전극 사이에 적어도 발광층을 포함하는 EL층을 포함하고, 발광층은 발광성 재료, 정공 수송성 재료, 및 전자 수송성 재료를 포함하고 양극 측에서 제 1 발광층, 제 2 발광층, 및 제 3 발광층으로 이루어지는 적층 구조를 가지고, 발광층에 포함되는 정공 수송성 재료 및 전자 수송성 재료는 엑시플렉스(exciplex: 여기 착체라고도 함)를 형성하는 조합이고, 제 1 발광층 및 제 3 발광층으로부터 얻어지는 발광은 발광색이 동일하며 제 2 발광층으로부터 얻어지는 발광보다 단파장인 것을 특징으로 하는 발광 소자이다.
또한, 본 발명의 일 형태는 한 쌍의 전극 사이에 적어도 발광층을 포함하는 EL층을 포함하고, 발광층은 발광성 재료, 정공 수송성 재료, 및 전자 수송성 재료를 포함하고 양극 측에서 제 1 발광층, 제 2 발광층, 및 제 3 발광층으로 이루어지는 적층 구조를 가지고, 발광층에 포함되는 정공 수송성 재료 및 전자 수송성 재료는 엑시플렉스를 형성하는 조합이고, 제 1 발광층 및 제 3 발광층에 동일한 발광성 재료가 사용되고, 제 1 발광층 및 제 3 발광층에 사용되는 발광성 재료는 제 2 발광층에 사용되는 것보다 단파장 측에 발광 피크가 위치하는 것을 특징으로 하는 발광 소자이다.
또한, 본 발명의 일 형태는 발광층에 정공 수송성 재료 및 전자 수송성 재료를 포함하는 상술한 각 구성에 있어서, 제 1 발광층, 제 2 발광층, 및 제 3 발광층 모두에 동일한 정공 수송성 재료 및 전자 수송성 재료가 사용되는 것을 특징으로 하는 발광 소자이다.
또한, 본 발명의 일 형태는 상술한 각 구성에 있어서, 발광층에 포함되는 발광성 재료가 인광을 발하는 물질인 것을 특징으로 하는 발광 소자이다.
또한, 본 발명의 일 형태는 한 쌍의 전극 사이에 적어도 발광층을 포함하는 EL층을 포함하고, 발광층은 발광성 재료, 정공 수송성 재료, 및 전자 수송성 재료를 포함하고 양극 측에서 제 1 발광층, 제 2 발광층, 및 제 3 발광층으로 이루어지는 적층 구조를 가지고, 제 1 발광층 및 제 3 발광층에서의 전자 수송성 재료에 대한 정공 수송성 재료의 중량 비율은 50% 이하이고, 제 2 발광층에서의 전자 수송성 재료에 대한 정공 수송성 재료의 중량 비율은 제 1 발광층 및 제 3 발광층에서의 전자 수송성 재료에 대한 정공 수송성 재료의 중량 비율 이하이고, 제 1 발광층 및 제 3 발광층으로부터 얻어지는 발광은 발광색이 동일하며 제 2 발광층으로부터 얻어지는 발광보다 단파장인 것을 특징으로 하는 발광 소자이다.
또한, 본 발명의 일 형태는 한 쌍의 전극 사이에 적어도 발광층을 포함하는 EL층을 포함하고, 발광층은 발광성 재료, 정공 수송성 재료, 및 전자 수송성 재료를 포함하고 양극 측에서 제 1 발광층, 제 2 발광층, 및 제 3 발광층으로 이루어지는 적층 구조를 가지고, 제 1 발광층 및 제 3 발광층에서의 전자 수송성 재료에 대한 정공 수송성 재료의 중량 비율은 50% 이하이고, 제 2 발광층에서의 전자 수송성 재료에 대한 정공 수송성 재료의 중량 비율은 제 1 발광층 및 제 3 발광층에서의 전자 수송성 재료에 대한 정공 수송성 재료의 중량 비율 이하이고, 제 1 발광층 및 제 3 발광층에 동일한 발광성 재료가 사용되고, 제 1 발광층 및 제 3 발광층에 사용되는 발광성 재료는 제 2 발광층에 사용되는 것보다 단파장 측에 발광 피크가 위치하는 것을 특징으로 하는 발광 소자이다.
또한, 본 발명의 일 형태는 한 쌍의 전극 사이에 복수의 EL층을 포함하고, 인접한 EL층들 사이에 전하 발생층을 각각 포함하고, EL층은 적어도 발광층을 포함하고, 발광층은 발광성 재료, 정공 수송성 재료, 및 전자 수송성 재료를 포함하고 양극 측에서 제 1 발광층, 제 2 발광층, 및 제 3 발광층으로 이루어지는 적층 구조를 가지고, 제 1 발광층 및 제 3 발광층으로부터 얻어지는 발광은 발광색이 동일하며 제 2 발광층으로부터 얻어지는 발광보다 단파장인 것을 특징으로 하는 발광 소자이다.
또한, 본 발명의 일 형태는 한 쌍의 전극 사이에 복수의 EL층을 포함하고, 인접한 EL층들 사이에 전하 발생층을 각각 포함하고, EL층은 적어도 발광층을 포함하고, 발광층은 발광성 재료, 정공 수송성 재료, 및 전자 수송성 재료를 포함하고 양극 측에서 제 1 발광층, 제 2 발광층, 및 제 3 발광층으로 이루어지는 적층 구조를 가지고, 제 1 발광층 및 제 3 발광층에 동일한 발광성 재료가 사용되고, 제 1 발광층 및 제 3 발광층에 사용되는 발광성 재료는 제 2 발광층에 사용되는 것보다 단파장 측에 발광 피크가 위치하는 것을 특징으로 하는 발광 소자이다.
또한, 본 발명의 일 형태는 상술한 한 쌍의 전극 사이에 복수의 EL층을 포함하는 각 구성에 있어서, 복수의 EL층 중 적어도 하나는 발광색이 상이한 것을 특징으로 하는 발광 소자이다.
또한, 본 발명의 일 형태는 반사 전극과 반투과·반반사(transflective) 전극 사이에 EL층을 포함하는 발광 소자를 포함하고, EL층은 적어도 발광층을 포함하고, 발광층은 발광성 재료, 정공 수송성 재료, 및 전자 수송성 재료를 포함하고 양극 측에서 제 1 발광층, 제 2 발광층, 및 제 3 발광층으로 이루어지는 적층 구조를 가지고, 발광 소자는 제 1 발광층 및 제 3 발광층으로부터의 발광이 얻어지는 제 1 발광 소자와, 제 2 발광층으로부터의 발광이 얻어지는 제 2 발광 소자를 적어도 포함하고, 제 1 발광 소자로부터 얻어지는 발광은 제 2 발광 소자로부터 얻어지는 발광보다 단파장인 것을 특징으로 하는 발광 장치이다.
또한, 본 발명의 일 형태는 반사 전극과 반투과·반반사 전극 사이에 EL층을 포함하는 발광 소자를 포함하고, EL층은 적어도 발광층을 포함하고, 발광층은 발광성 재료, 정공 수송성 재료, 및 전자 수송성 재료를 포함하고 양극 측에서 제 1 발광층, 제 2 발광층, 및 제 3 발광층으로 이루어지는 적층 구조를 가지고, 제 1 발광층 및 제 3 발광층에 동일한 발광성 재료가 사용되고, 제 1 발광층 및 제 3 발광층에 사용되는 발광성 재료는 제 2 발광층에 사용되는 것보다 단파장 측에 발광 피크가 위치하고, 발광 소자는 제 1 발광층 및 제 3 발광층으로부터의 발광이 얻어지는 제 1 발광 소자와, 제 2 발광층으로부터의 발광이 얻어지는 제 2 발광 소자를 적어도 포함하는 발광 장치이다.
또한, 본 발명의 일 형태는 한 쌍의 전극 사이에 EL층을 포함하는 발광 소자를 포함하고, EL층은 적어도 발광층을 포함하고, 발광층은 발광성 재료, 정공 수송성 재료, 및 전자 수송성 재료를 포함하고 양극 측에서 제 1 발광층, 제 2 발광층, 및 제 3 발광층으로 이루어지는 적층 구조를 가지고, 제 1 발광층 및 제 3 발광층으로부터 얻어지는 발광은 발광색이 동일하며 제 2 발광층으로부터 얻어지는 발광보다 단파장이고, 발광 소자는 제 1 컬러 필터를 통하여 제 1 발광이 얻어지는 제 1 발광 소자와, 제 2 컬러 필터를 통하여 제 2 발광이 얻어지는 제 2 발광 소자를 적어도 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 장치이다.
또한, 본 발명의 일 형태는 한 쌍의 전극 사이에 EL층을 포함하는 발광 소자를 포함하고, EL층은 적어도 발광층을 포함하고, 발광층은 발광성 재료, 정공 수송성 재료, 및 전자 수송성 재료를 포함하고 양극 측에서 제 1 발광층, 제 2 발광층, 및 제 3 발광층으로 이루어지는 적층 구조를 가지고, 제 1 발광층 및 제 3 발광층에 동일한 발광성 재료가 사용되고, 제 1 발광층 및 제 3 발광층에 사용되는 발광성 재료는 제 2 발광층에 사용되는 것보다 단파장 측에 발광 피크가 위치하고, 발광 소자는 제 1 컬러 필터를 통하여 제 1 발광이 얻어지는 제 1 발광 소자와, 제 2 컬러 필터를 통하여 제 2 발광이 얻어지는 제 2 발광 소자를 적어도 포함하는 발광 장치이다.
또한, 본 발명의 일 형태는 상술한 복수의 발광 소자를 가지는 각 구성에 있어서, 발광 소자의 한쪽 전극은 반사 전극 위에 투명 도전막을 적층한 구조이고, 제 1 발광 소자 및 제 2 발광 소자는 각각 투명 도전막의 막 두께가 다른 것을 특징으로 하는 발광 장치이다.
또한, 본 발명의 일 형태는 상술한 각 구성을 가지는 발광 소자를 적용한 발광 장치이다.
또한, 본 발명의 일 형태는 발광 소자를 포함하는 발광 장치뿐만 아니라, 발광 장치를 포함하는 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 부착된 모듈, TCP 끝에 프린트 배선 기판이 제공된 모듈, 또는 발광 소자에 COG(Chip On Glass) 방식에 의하여 IC(집적 회로)가 직접 실장된 모듈도 모두 발광 장치의 범주에 포함되는 경우가 있다.
본 발명의 일 형태는 장시간의 구동에도 양호한 특성을 유지할 수 있는, 신뢰성이 높은 발광 소자를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 형태는 상기 발광 소자를 사용한 수명이 긴 발광 장치를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 형태는 수명이 긴 전자 기기 및 조명 장치를 제공할 수 있다. 또는, 본 발명의 일 형태는 신규 발광 소자, 신규 발광 장치 등을 제공할 수 있다. 또한, 이들 효과의 기재는 다른 효과의 존재를 방해하는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 일 형태는 반드시 이들 효과 모두를 가질 필요는 없다. 또한, 이들 외의 효과는 명세서, 도면, 청구항 등의 기재로부터 저절로 명백해지는 것이며 명세서, 도면, 청구항 등의 기재로부터 이들 외의 효과가 추출될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자의 구조에 대하여 설명하기 위한 도면.
도 2는 발광 소자의 구조에 대하여 설명하기 위한 도면.
도 3은 발광 소자의 구조에 대하여 설명하기 위한 도면.
도 4는 발광 장치에 대하여 설명하기 위한 도면.
도 5는 전자 기기에 대하여 설명하기 위한 도면.
도 6은 조명 장치에 대하여 설명하기 위한 도면.
도 7은 발광 소자 1 및 비교 발광 소자 2의 구조에 대하여 설명하기 위한 도면.
도 8은 발광 소자 1 및 비교 발광 소자 2의 휘도-전류 효율 특성을 나타낸 도면.
도 9는 발광 소자 1 및 비교 발광 소자 2의 휘도-외부 양자 효율 특성을 나타낸 도면.
도 10은 발광 소자 1 및 비교 발광 소자 2의 전압-휘도 특성을 나타낸 도면.
도 11은 발광 소자 1 및 비교 발광 소자 2의 발광 스펙트럼을 나타낸 도면.
도 12는 발광 소자 1 및 비교 발광 소자 2의 신뢰성을 나타낸 도면.
도 13은 발광 소자 1 및 비교 발광 소자 2의 발광 스펙트럼의 변화를 나타낸 도면.
도 14는 발광 소자 3, 비교 발광 소자 4, 발광 소자 5, 및 비교 발광 소자 6의 구조에 대하여 설명하기 위한 도면.
도 15는 발광 소자 3, 비교 발광 소자 4, 발광 소자 5, 및 비교 발광 소자 6의 휘도-전류 효율 특성을 나타낸 도면.
도 16은 발광 소자 3, 비교 발광 소자 4, 발광 소자 5, 및 비교 발광 소자 6의 전압-휘도 특성을 나타낸 도면.
도 17은 발광 소자 3, 비교 발광 소자 4, 발광 소자 5, 및 비교 발광 소자 6의 발광 스펙트럼을 나타낸 도면.
도 18은 발광 소자 3, 비교 발광 소자 4, 발광 소자 5, 및 비교 발광 소자 6의 신뢰성을 나타낸 도면.
도 19는 액티브 매트릭스형 3.4인치 디스플레이의 시간-색도 특성을 나타낸 도면.
도 20은 발광 소자 3의 ToF-SIMS 측정 결과를 나타낸 도면.
도 21은 발광 소자 5의 ToF-SIMS 측정 결과를 나타낸 도면.
도 22는 발광 소자 3의 ToF-SIMS 측정 결과를 나타낸 도면.
도 23은 발광 소자 5의 ToF-SIMS 측정 결과를 나타낸 도면.
도 24는 발광 소자 3의 ToF-SIMS 측정 결과를 나타낸 도면.
도 2는 발광 소자의 구조에 대하여 설명하기 위한 도면.
도 3은 발광 소자의 구조에 대하여 설명하기 위한 도면.
도 4는 발광 장치에 대하여 설명하기 위한 도면.
도 5는 전자 기기에 대하여 설명하기 위한 도면.
도 6은 조명 장치에 대하여 설명하기 위한 도면.
도 7은 발광 소자 1 및 비교 발광 소자 2의 구조에 대하여 설명하기 위한 도면.
도 8은 발광 소자 1 및 비교 발광 소자 2의 휘도-전류 효율 특성을 나타낸 도면.
도 9는 발광 소자 1 및 비교 발광 소자 2의 휘도-외부 양자 효율 특성을 나타낸 도면.
도 10은 발광 소자 1 및 비교 발광 소자 2의 전압-휘도 특성을 나타낸 도면.
도 11은 발광 소자 1 및 비교 발광 소자 2의 발광 스펙트럼을 나타낸 도면.
도 12는 발광 소자 1 및 비교 발광 소자 2의 신뢰성을 나타낸 도면.
도 13은 발광 소자 1 및 비교 발광 소자 2의 발광 스펙트럼의 변화를 나타낸 도면.
도 14는 발광 소자 3, 비교 발광 소자 4, 발광 소자 5, 및 비교 발광 소자 6의 구조에 대하여 설명하기 위한 도면.
도 15는 발광 소자 3, 비교 발광 소자 4, 발광 소자 5, 및 비교 발광 소자 6의 휘도-전류 효율 특성을 나타낸 도면.
도 16은 발광 소자 3, 비교 발광 소자 4, 발광 소자 5, 및 비교 발광 소자 6의 전압-휘도 특성을 나타낸 도면.
도 17은 발광 소자 3, 비교 발광 소자 4, 발광 소자 5, 및 비교 발광 소자 6의 발광 스펙트럼을 나타낸 도면.
도 18은 발광 소자 3, 비교 발광 소자 4, 발광 소자 5, 및 비교 발광 소자 6의 신뢰성을 나타낸 도면.
도 19는 액티브 매트릭스형 3.4인치 디스플레이의 시간-색도 특성을 나타낸 도면.
도 20은 발광 소자 3의 ToF-SIMS 측정 결과를 나타낸 도면.
도 21은 발광 소자 5의 ToF-SIMS 측정 결과를 나타낸 도면.
도 22는 발광 소자 3의 ToF-SIMS 측정 결과를 나타낸 도면.
도 23은 발광 소자 5의 ToF-SIMS 측정 결과를 나타낸 도면.
도 24는 발광 소자 3의 ToF-SIMS 측정 결과를 나타낸 도면.
본 발명의 실시형태에 대하여, 도면을 사용하여 이하에서 자세히 설명한다. 다만, 본 발명은 이하에 기재된 설명에 한정되지 않고, 본 발명의 취지 및 그 범위에서 벗어남이 없이 그 형태 및 상세한 사항을 다양하게 변경할 수 있다. 따라서, 본 발명은 이하에 기재된 실시형태의 내용에 한정하여 해석되는 것은 아니다.
(실시형태 1)
본 실시형태에서는, 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자에 대하여 설명한다.
본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자는 한 쌍의 전극 사이에 발광층을 포함하는 EL층이 개재되어 형성되고, 발광층은 제 1 발광성 재료(게스트 재료라고도 함), 전자 수송성 재료(호스트 재료라고도 함), 및 정공 수송성 재료(어시스트 재료라고도 함)를 적어도 포함하는 제 1 발광층과, 제 2 발광성 재료, 전자 수송성 재료, 및 정공 수송성 재료를 적어도 포함하는 제 2 발광층과, 제 1 발광성 재료, 전자 수송성 재료, 및 정공 수송성 재료를 적어도 포함하는 제 3 발광층이 적층된 구조를 가진다.
이하에서는 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자의 소자 구조에 대하여 도 1을 참조하여 설명한다.
도 1에 도시된 발광 소자에서는 한 쌍의 전극(양극(101), 음극(102)) 사이에 발광층(106)을 포함하는 EL층(103)이 개재되어 있고, EL층(103)은 정공(홀) 주입층(104)과, 정공(홀) 수송층(105)과, 발광층(106(106a, 106b, 및 106c))과, 전자 수송층(107)과, 전자 주입층(108) 등이 양극(101) 측에서부터 차례로 적층된 구조를 가진다.
또한, 발광층(106)은 복수의 발광층(106a, 106b, 및 106c)이 적층된 구조를 가지고, 도 1에 도시된 바와 같이 제 1 발광성 재료(109a), 전자 수송성 재료(110), 및 정공 수송성 재료(111)를 적어도 포함하는 제 1 발광층(106a)과, 제 2 발광성 재료(109b), 전자 수송성 재료(110), 및 정공 수송성 재료(111)를 적어도 포함하는 제 2 발광층(106b)과, 제 1 발광성 재료(109a), 전자 수송성 재료(110), 및 정공 수송성 재료(111)를 적어도 포함하는 제 3 발광층(106c)이 양극(101) 측에서부터 차례로 적층된 구조를 가진다.
또한, 발광층(106)에 포함되는 발광성 재료(제 1 발광성 재료(109a), 제 2 발광성 재료(109b))에 관하여, 제 1 발광층(106a)과 제 3 발광층(106c)에는 제 1 발광성 재료(109a)를 사용하고, 제 2 발광층(106b)에는 제 2 발광성 재료(109b)를 사용한다. 또한, 제 2 발광성 재료(109b)는 제 1 발광성 재료(109a)보다 장파장 측에 발광 피크가 위치한다.
또한, 발광층(106)에 포함되는 전자 수송성 재료(110)로서는 주로 10-6cm2/Vs 이상의 전자 이동도를 가지는 유기 화합물을 사용하고, 정공 수송성 재료(111)로서는 주로 10-6cm2/Vs 이상의 정공 이동도를 가지는 유기 화합물을 사용한다.
또한, 발광층(106)을, 발광성 재료가 전자 수송성 재료(110) 및 정공 수송성 재료(111)에 분산된 구성으로 하면, 발광층(106)에서의 결정화를 억제할 수 있다. 또한, 발광성 재료의 농도가 높은 것에 기인하는 농도 소광(concentration quenching)을 억제하여 발광 소자의 발광 효율을 높일 수 있다.
또한, 적층된 각 발광층(106a, 106b, 및 106c)의 전자 수송성 재료(110) 및 정공 수송성 재료(111)로서는 모든 층에 동일한 재료를 사용하는 것이 바람직하지만, 발광층으로서의 기능이 저해되지 않는 범위라면 다른 재료를 사용할 수도 있다.
또한, 전자 수송성 재료(110)(또는 정공 수송성 재료(111))의 삼중항 여기 에너지의 준위(T1 준위)는 발광성 재료(109a, 109b)의 T1 준위보다 높은 것이 바람직하다. 이것은, 전자 수송성 재료(110)(또는 정공 수송성 재료(111))의 T1 준위가 발광성 재료(109a, 109b)의 T1 준위보다 낮으면, 전자 수송성 재료(110)(또는 정공 수송성 재료(111))에 의하여, 발광에 기여하는 발광성 재료(109a, 109b)의 삼중항 여기 에너지가 소광되어 발광 효율의 저하가 초래되기 때문이다.
또한, 적층된 각 발광층(106(106a, 106b, 및 106c)) 중 어느 하나 또는 모두에서 전자 수송성 재료(110)와 정공 수송성 재료(111)는 엑시플렉스를 형성하는 조합인 것이 바람직하다. 이것은 형성된 엑시플렉스의 발광 파장은, 전자 수송성 재료(110)와 정공 수송성 재료(111) 각각의 발광 파장(형광 파장)보다 장파장 측에 위치하게 되기 때문에, 전자 수송성 재료(110)의 형광 스펙트럼이나 정공 수송성 재료(111)의 형광 스펙트럼을 더 장파장 측에 위치하는 발광 스펙트럼으로 변환하여 발광 효율을 더 높일 수 있기 때문이다.
또한, 도 1에 도시된 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자에서는 EL층에 포함되는 발광층이 3층의 적층 구조를 가지고, 단파장에서 발광하는 발광성 재료가 포함되는 2개의 발광층 사이에 장파장에서 발광하는 발광성 재료가 포함되는 발광층이 개재된 구조인 것을 특징으로 한다. 이와 같은 구조로 함으로써 발광 소자의 구동 시에, 시간에 따라 발광층 내의 캐리어 밸런스가 변동되어 발광 영역이 두 번째 발광층(도 1에서의 발광층(106b)) 측으로 시프트되더라도 세 번째 발광층(도 1에서의 발광층(106c))의 발광을 얻을 수 있기 때문에, 발광 소자의 구동 시에 초기 단계에서의 제 1 발광층의 열화나 제 2 발광층에서의 휘도 상승을 억제할 수 있다. 즉, 발광층 전체에서의 특성 저하를 억제할 수 있으므로 장시간의 구동에도 양호한 특성을 유지할 수 있는 것으로 생각된다.
다음에 상술한 발광 소자를 제작하는 데에서의 구체적인 예에 대하여 설명한다.
제 1 전극(양극)(101) 및 제 2 전극(음극)(102)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 포함하는 산화 인듐-산화 주석, 산화 인듐-산화 아연(Indium Zinc Oxide), 산화 텅스텐 및 산화 아연을 포함하는 산화 인듐, 금(Au), 백금(Pt), 니켈(Ni), 텅스텐(W), 크로뮴(Cr), 몰리브데넘(Mo), 철(Fe), 코발트(Co), 구리(Cu), 팔라듐(Pd), 타이타늄(Ti)이나, 이들 외에도, 원소 주기율표의 제 1 족 또는 제 2 족에 속하는 원소, 즉 리튬(Li)이나 세슘(Cs) 등의 알칼리 금속, 및 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr) 등의 알칼리 토금속, 마그네슘(Mg), 및 이들을 포함하는 합금(MgAg, AlLi), 유로퓸(Eu), 이터븀(Yb) 등의 희토류 금속 및 이들을 포함하는 합금, 그리고 그래핀 등을 사용할 수 있다. 또한, 제 1 전극(양극)(101) 및 제 2 전극(음극)(102)은 예를 들어 스퍼터링법이나 증착법(진공 증착법을 포함함) 등에 의하여 형성할 수 있다.
정공 주입층(104)은 정공 수송성이 높은 정공 수송층(105)을 통하여 발광층(106)에 정공을 주입하는 층이며, 정공 수송성 재료와 억셉터성 물질을 포함한다. 정공 수송성 재료와 억셉터성 물질을 포함함으로써, 억셉터성 물질에 의하여 정공 수송성 재료로부터 전자가 추출되어 정공(홀)이 발생되고, 정공 수송층(105)을 통하여 발광층(106)에 정공이 주입된다. 또한, 정공 수송층(105)은 정공 수송성 재료를 사용하여 형성된다.
정공 주입층(104) 및 정공 수송층(105)에 사용하는 정공 수송성 재료로서는, 예를 들어 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: NPB 또는 α-NPD)이나 N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-다이페닐-[1,1'-바이페닐]-4,4'-다이아민(약칭: TPD), 4,4',4''-트리스(카바졸-9-일)트라이페닐아민(약칭: TCTA), 4,4',4''-트리스(N,N-다이페닐아미노)트라이페닐아민(약칭: TDATA), 4,4',4''-트리스[N-(3-메틸페닐)-N-페닐아미노]트라이페닐아민(약칭: MTDATA), 4,4'-비스[N-(스피로-9,9'-바이플루오렌-2-일)-N-페닐아미노]바이페닐(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. 이 외에, 4,4'-다이(N-카바졸릴)바이페닐(약칭: CBP), 1,3,5-트리스[4-(N-카바졸릴)페닐]벤젠(약칭: TCPB), 9-[4-(10-페닐-9-안트라센일)페닐]-9H-카바졸(약칭: CzPA) 등의 카바졸 유도체 등을 사용할 수 있다. 여기서 기재한 물질은 주로 10-6cm2/Vs 이상의 정공 이동도를 가지는 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)메타크릴아마이드](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(104)에 사용하는 억셉터성 물질로서는, 전이 금속 산화물이나 원소 주기율표에서 제 4 족~제 8 족에 속하는 금속의 산화물을 들 수 있다. 구체적으로는, 산화 몰리브데넘이 특히 바람직하다.
발광층(106(106a, 106b, 및 106c))은 발광성 재료(109a, 109b)를 포함하는 층이다. 또한, 본 실시형태에서 설명하는 발광층(106(106a, 106b, 및 106c))은 발광성 재료(109a, 109b)에 더하여 전자 수송성 재료(110) 및 정공 수송성 재료(111)를 포함한다.
또한, 발광성 재료(또는 발광 중심 물질)(109a, 109b)로서 발광층(106(106a, 106b, 및 106c))에 사용할 수 있는 재료는 특별히 한정되지 않고 일중항 여기 에너지를 광으로 변환하는 발광성 재료, 또는 삼중항 여기 에너지를 광으로 변환하는 발광성 재료를 사용할 수 있다. 다만, 발광성 재료(109a)의 발광색은 발광성 재료(109b)의 발광색보다 단파장으로 한다. 상술한 발광성 재료 및 발광 중심 물질로서는, 예를 들어 이하와 같은 것을 들 수 있다.
일중항 여기 에너지를 광으로 변환하는 발광성 재료로서는, 형광을 발하는 물질을 들 수 있고, 예를 들어 N,N'-비스[4-(9H-카바졸-9-일)페닐]-N,N'-다이페닐스틸벤-4,4'-다이아민(약칭: YGA2S), 4-(9H-카바졸-9-일)-4'-(10-페닐-9-안트릴)트라이페닐아민(약칭: YGAPA), 4-(9H-카바졸-9-일)-4'-(9,10-다이페닐-2-안트릴)트라이페닐아민(약칭: 2YGAPPA), N,9-다이페닐-N-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸-3-아민(약칭: PCAPA), 페릴렌, 2,5,8,11-테트라(tert-부틸)페릴렌(약칭: TBP), 4-(10-페닐-9-안트릴)-4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBAPA), N,N''-(2-tert-부틸안트라센-9,10-다이일다이-4,1-페닐렌)비스[N,N',N'-트라이페닐-1,4-페닐렌다이아민](약칭: DPABPA), N,9-다이페닐-N-[4-(9,10-다이페닐-2-안트릴)페닐]-9H-카바졸-3-아민(약칭: 2PCAPPA), N-[4-(9,10-다이페닐-2-안트릴)페닐]-N,N',N'-트라이페닐-1,4-페닐렌다이아민(약칭: 2DPAPPA), N,N,N',N',N'',N'',N''',N'''-옥타페닐다이벤조[g,p]크리센-2,7,10,15-테트라아민(약칭: DBC1), 쿠마린30, N-(9,10-다이페닐-2-안트릴)-N,9-다이페닐-9H-카바졸-3-아민(약칭: 2PCAPA), N-[9,10-비스(1,1'-바이페닐-2-일)-2-안트릴]-N,9-다이페닐-9H-카바졸-3-아민(약칭: 2PCABPhA), N-(9,10-다이페닐-2-안트릴)-N,N',N'-트라이페닐-1,4-페닐렌다이아민(약칭: 2DPAPA), N-[9,10-비스(1,1'-바이페닐-2-일)-2-안트릴]-N,N',N'-트라이페닐-1,4-페닐렌다이아민(약칭: 2DPABPhA), 9,10-비스(1,1'-바이페닐-2-일)-N-[4-(9H-카바졸-9-일)페닐]-N-페닐안트라센-2-아민(약칭: 2YGABPhA), N,N,9-트라이페닐안트라센-9-아민(약칭: DPhAPhA), 쿠마린545T, N,N'-다이페닐퀴나크리돈(약칭: DPQd), 루브렌, 5,12-비스(1,1'-바이페닐-4-일)-6,11-다이페닐테트라센(약칭: BPT), 2-(2-{2-[4-(다이메틸아미노)페닐]에텐일}-6-메틸-4H-피란-4-일리덴)프로판다이나이트릴(약칭: DCM1), 2-{2-메틸-6-[2-(2,3,6,7-테트라하이드로-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에텐일]-4H-피란-4-일리덴}프로판다이나이트릴(약칭: DCM2), N,N,N',N'-테트라키스(4-메틸페닐)테트라센-5,11-다이아민(약칭: p-mPhTD), 7,14-다이페닐-N,N,N',N'-테트라키스(4-메틸페닐)아세나프토[1,2-a]플루오란텐-3,10-다이아민(약칭: p-mPhAFD), {2-아이소프로필-6-[2-(1,1,7,7-테트라메틸-2,3,6,7-테트라하이드로-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에텐일]-4H-피란-4-일리덴}프로판다이나이트릴(약칭: DCJTI), {2-tert-부틸-6-[2-(1,1,7,7-테트라메틸-2,3,6,7-테트라하이드로-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에텐일]-4H-피란-4-일리덴}프로판다이나이트릴(약칭: DCJTB), 2-(2,6-비스{2-[4-(다이메틸아미노)페닐]에텐일}-4H-피란-4-일리덴)프로판다이나이트릴(약칭: BisDCM), 2-{2,6-비스[2-(8-메톡시-1,1,7,7-테트라메틸-2,3,6,7-테트라하이드로-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에텐일]-4H-피란-4-일리덴}프로판다이나이트릴(약칭: BisDCJTM) 등을 들 수 있다.
또한, 삼중항 여기 에너지를 광으로 변환하는 발광성 재료로서는, 예를 들어 인광을 발하는 물질이나 열 활성화 지연 형광을 발하는 열 활성화 지연 형광(TADF) 재료를 들 수 있다. 또한, TADF 재료의 지연 형광이란, 일반적인 형광과 같은 스펙트럼을 가지면서 수명이 현저히 긴 발광을 말한다. 그 수명은 10-6초 이상, 바람직하게는 10-3초 이상이다.
인광을 발하는 물질로서는 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)), 트리스(아세틸아세토나토)(모노페난트롤린)터븀(III)(약칭: Tb(acac)3(Phen)), 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-페닐벤조싸이아졸라토-N,C2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(bt)2(acac)), 비스[2-(2'-벤조[4,5-α]싸이엔일)피리디나토-N,C3 ']이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(btp)2(acac)), 비스(1-페닐아이소퀴놀리나토-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(3,5-다이메틸-2-페닐피라지나토)이리듐(III)(약칭: [Ir(mppr-Me)2(acac)]), (아세틸아세토나토)비스(5-아이소프로필-3-메틸-2-페닐피라지나토)이리듐(III)(약칭: [Ir(mppr-iPr)2(acac)]), (아세틸아세토나토)비스(2,3,5-트라이페닐피라지나토)이리듐(III)(약칭: Ir(tppr)2(acac)), 비스(2,3,5-트라이페닐피라지나토)(다이피발로일메타나토)이리듐(III)(약칭: [Ir(tppr)2(dpm)]), (아세틸아세토나토)비스(6-tert-부틸-4-페닐피리미디나토)이리듐(III)(약칭: [Ir(tBuppm)2(acac)]), (아세틸아세토나토)비스(4,6-다이페닐피리미디나토)이리듐(III)(약칭: [Ir(dppm)2(acac)]), 2,3,7,8,12,13,17,18-옥타에틸-21H,23H-포르피린 백금(II)(약칭: PtOEP), 트리스(1,3-다이페닐-1,3-프로판다이오나토)(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, TADF 재료로서는, 예를 들어 풀러렌이나 그 유도체, 프로플라빈 등의 아크리딘 유도체, 에오신 등을 들 수 있다. 또한, 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 카드뮴(Cd), 주석(Sn), 백금(Pt), 인듐(In), 또는 팔라듐(Pd) 등을 포함하는 금속 함유 포르피린을 들 수 있다. 상기 금속 함유 포르피린으로서는, 예를 들어 프로토포르피린-불화 주석 착체(SnF2(Proto IX)), 메소포르피린-불화 주석 착체(SnF2(Meso IX)), 헤마토포르피린-불화 주석 착체(SnF2(Hemato IX)), 코프로포르피린테트라메틸에스터-불화 주석 착체(SnF2(Copro III-4Me)), 옥타에틸포르피린-불화 주석 착체(SnF2(OEP)), 에티오포르피린-불화 주석 착체(SnF2(Etio I)), 옥타에틸포르피린-염화 백금 착체(PtCl2OEP) 등을 들 수 있다. 또한, 2-(바이페닐-4-일)-4,6-비스(12-페닐인돌로[2,3-a]카바졸-11-일)-1,3,5-트라이아진(PIC-TRZ) 등의 π전자 과잉형 복소 방향환(π-electron rich heteroaromatic ring) 및 π전자 부족형 복소 방향환(π-electron deficient heteroaromatic ring)을 가지는 복소환 화합물을 사용할 수도 있다. 또한, π전자 과잉형 복소 방향환과 π전자 부족형 복소 방향환이 직접 결합된 물질은, π전자 과잉형 복소 방향환의 도너성과 π전자 부족형 복소 방향환의 억셉터성이 둘 다 강해지고 S1과 T1의 에너지 차가 작아지므로 특히 바람직하다.
발광층(106(106a, 106b, 및 106c))에 사용하는 전자 수송성 재료(110)로서는, 함질소(含窒素) 복소 방향족 화합물과 같은 π전자 부족형 복소 방향족 화합물이 바람직하며, 예를 들어 2-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mDBTPDBq-II), 2-[3'-(다이벤조싸이오펜-4-일)바이페닐-3-일]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mDBTBPDBq-II), 2-[4-(3,6-다이페닐-9H-카바졸-9-일)페닐]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2CzPDBq-III), 7-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 7mDBTPDBq-II), 및 6-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 6mDBTPDBq-II) 등의 퀴녹살린 또는 다이벤조퀴녹살린 유도체를 들 수 있다.
또한, 발광층(106(106a, 106b, 및 106c))에 사용하는 정공 수송성 재료(111)로서는 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'-바이플루오렌(약칭: DPA2SF), N,N'-비스(9-페닐카바졸-3-일)-N,N'-다이페닐벤젠-1,3-다이아민(약칭: PCA2B), N-(9,9-다이메틸-2-다이페닐아미노-9H-플루오렌-7-일)다이페닐아민(약칭: DPNF), N,N',N''-트라이페닐-N,N',N''-트리스(9-페닐카바졸-3-일)벤젠-1,3,5-트라이아민(약칭: PCA3B), 2-[N-(9-페닐카바졸-3-일)-N-페닐아미노]스피로-9,9'-바이플루오렌(약칭: PCASF), 2-[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]스피로-9,9'-바이플루오렌(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]바이페닐(약칭: TPD), 4,4'-비스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]바이페닐(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)바이페닐(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.
전자 수송층(107)은 전자 수송성이 높은 물질을 포함하는 층이다. 전자 수송층(107)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)벤조싸이아졸라토]아연(약칭: Zn(BTZ)2) 등의 금속 착체를 사용할 수 있다. 또한, 2-(4-바이페닐일)-5-(4-tert-부틸페닐)-1,3,4-옥사다이아졸(약칭: PBD), 1,3-비스[5-(p-tert-부틸페닐)-1,3,4-옥사다이아졸-2-일]벤젠(약칭: OXD-7), 3-(4-tert-부틸페닐)-4-페닐-5-(4-바이페닐일)-1,2,4-트라이아졸(약칭: TAZ), 3-(4-tert-부틸페닐)-4-(4-에틸페닐)-5-(4-바이페닐일)-1,2,4-트라이아졸(약칭: p-EtTAZ), 바토페난트롤린(약칭: Bphen), 바소큐프로인(약칭: BCP), 4,4'-비스(5-메틸벤즈옥사졸-2-일)스틸벤(약칭: BzOs) 등의 복소 방향족 화합물도 사용할 수 있다. 또한, 폴리(2,5-피리딘다이일)(약칭: PPy), 폴리[(9,9-다이헥실플루오렌-2,7-다이일)-co-(피리딘-3,5-다이일)](약칭: PF-Py), 폴리[(9,9-다이옥틸플루오렌-2,7-다이일)-co-(2,2'-바이피리딘-6,6'-다이일)](약칭: PF-BPy)과 같은 고분자 화합물을 사용할 수도 있다. 여기서 기재한 물질은 주로 10-6cm2/Vs 이상의 전자 이동도를 가지는 물질이다. 다만, 정공보다 전자의 수송성이 높은 물질이면 이들 외의 물질을 전자 수송층(107)에 사용하여도 좋다.
또한, 전자 수송층(107)은 단층 구조에 한정되지 않고 상술한 물질을 포함하는 층이 2층 이상 적층된 구조로 하여도 좋다.
전자 주입층(108)은 전자 주입성이 높은 물질을 포함하는 층이다. 전자 주입층(108)에는 불화 리튬(LiF), 불화 세슘(CsF), 불화 칼슘(CaF2), 리튬 산화물(LiOx) 등의 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 또는 이들의 화합물을 사용할 수 있다. 또한, 불화 에르븀(ErF3) 등의 희토류 금속 화합물을 사용할 수 있다. 또한, 전자 주입층(108)에 전자화물(electride)을 사용하여도 좋다. 상기 전자화물로서는 예를 들어, 칼슘과 알루미늄의 혼합 산화물에 전자가 고농도로 첨가된 물질 등을 들 수 있다. 또한, 상술한 전자 수송층(107)에 사용되는 물질을 사용할 수도 있다.
또한, 전자 주입층(108)에 유기 화합물과 전자 공여체(도너)를 혼합한 복합 재료를 사용하여도 좋다. 이와 같은 복합 재료는, 전자 공여체에 의하여 유기 화합물에 전자가 발생되기 때문에, 전자 주입성 및 전자 수송성이 우수하다. 유기 화합물은 발생한 전자의 수송이 우수한 재료인 것이 바람직하고, 구체적으로는, 예를 들어 상술한 전자 수송층(107)에 사용되는 물질(금속 착체나 복소 방향족 화합물 등)을 사용할 수 있다. 전자 공여체로서는, 유기 화합물에 대한 전자 공여성을 가지는 물질이면 좋다. 구체적으로는, 알칼리 금속이나 알칼리 토금속이나 희토류 금속이 바람직하며, 리튬, 세슘, 마그네슘, 칼슘, 에르븀, 이터븀 등을 들 수 있다. 또한, 알칼리 금속 산화물이나 알칼리 토금속 산화물이 바람직하며, 리튬 산화물, 칼슘 산화물, 바륨 산화물 등을 들 수 있다. 또한, 산화 마그네슘 등의 루이스 염기를 사용할 수도 있다. 또한, 테트라싸이아풀발렌(약칭: TTF) 등의 유기 화합물을 사용할 수도 있다.
또한, 상술한 정공 주입층(104), 정공 수송층(105), 발광층(106), 전자 수송층(107), 전자 주입층(108)은 각각 증착법(진공 증착법을 포함함), 잉크젯법, 도포법 등의 방법으로 형성할 수 있다.
상술한 발광 소자는 제 1 전극(101)과 제 2 전극(102) 사이의 전위차에 의하여 전류가 흐르고, EL층(103)에서 정공과 전자가 재결합함으로써 발광한다. 그리고, 이 발광은 제 1 전극(101) 및 제 2 전극(102) 중 어느 하나 또는 양쪽 모두를 통하여 외부로 추출된다. 따라서, 제 1 전극(101) 및 제 2 전극(102) 중 어느 하나 또는 양쪽 모두를 투광성을 가지는 전극으로 한다.
상술한 바와 같이 본 실시형태에서 설명한 구조를 가지는 발광 소자를 형성하면, 구동 시간의 경과에 따른 캐리어 밸런스의 변화에 따라 발광 영역이 시프트되더라도 다른 발광층으로 그 변화를 상쇄할 수 있게 되어 발광층 전체에서 안정된 상태를 유지할 수 있기 때문에, 장시간의 구동에도 양호한 특성을 유지할 수 있는 발광 소자를 구현할 수 있다.
본 실시형태에 기재된 구성은, 다른 실시형태에 기재된 구성과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시형태 2)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태로서, 복수의 EL층 사이에 전하 발생층이 개재된 구조를 가지는 발광 소자(이하에서, 탠덤형 발광 소자라고 함)에 대해서 도 2를 사용하여 설명한다.
본 실시형태에서 설명하는 발광 소자는 도 2의 (A)에 도시된 바와 같이 한 쌍의 전극(제 1 전극(201) 및 제 2 전극(204)) 사이에 복수의 EL층(제 1 EL층(202(1)) 및 제 2 EL층(202(2)))을 가지는 탠덤형 발광 소자이다.
본 실시형태에서 제 1 전극(201)은 양극으로서 기능하는 전극이고, 제 2 전극(204)은 음극으로서 기능하는 전극이다. 또한, 제 1 전극(201) 및 제 2 전극(204)에는 실시형태 1과 같은 구성을 사용할 수 있다. 또한, 복수의 EL층(제 1 EL층(202(1)) 및 제 2 EL층(202(2)))의 구성은 둘 다 실시형태 1에 기재된 EL층과 같은 구성으로 하여도 좋지만, 어느 하나를 같은 구성으로 하여도 좋다. 즉, 제 1 EL층(202(1)) 및 제 2 EL층(202(2))은 같은 구성으로 하여도 좋고 다른 구성으로 하여도 좋으며, 실시형태 1에 기재된 것과 같은 것을 적용할 수 있다.
또한, 복수의 EL층(제 1 EL층(202(1)) 및 제 2 EL층(202(2))) 사이에는 전하 발생층(205)이 제공되어 있다. 전하 발생층(205)은 제 1 전극(201)과 제 2 전극(204)에 전압이 인가되었을 때에, 한쪽 EL층에 전자를 주입하고, 다른 쪽 EL층에 정공을 주입하는 기능을 가진다. 본 실시형태의 경우에는, 제 1 전극(201)의 전위가 제 2 전극(204)보다 높게 되도록 전압이 인가되었을 때, 전하 발생층(205)으로부터 제 1 EL층(202(1))에 전자가 주입되고, 제 2 EL층(202(2))에 정공이 주입된다.
또한, 광 추출 효율의 관점에서, 전하 발생층(205)은 가시광에 대한 투광성을 가지는(구체적으로는, 전하 발생층(205)의 가시광에 대한 투과율이 40% 이상) 것이 바람직하다. 또한, 전하 발생층(205)은 제 1 전극(201)이나 제 2 전극(204)보다 도전율이 낮아도 기능한다.
전하 발생층(205)은 정공 수송성 재료에 전자 수용체(억셉터)가 첨가된 구성이어도 좋고, 전자 수송성 재료에 전자 공여체(도너)가 첨가된 구성이어도 좋다. 또한, 이들 구성이 적층되어 있어도 좋다.
정공 수송성 재료에 전자 수용체가 첨가된 구성으로 하는 경우, 정공 수송성 재료로서는 예를 들어, NPB이나 TPD, TDATA, MTDATA, 4,4'-비스[N-(스피로-9,9'-바이플루오렌-2-일)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: BSPB) 등의 방향족 아민 화합물 등을 사용할 수 있다. 여기서 기재한 물질은 주로 10-6cm2/Vs 이상의 정공 이동도를 가지는 물질이다. 다만, 전자보다 정공의 수송성이 높은 유기 화합물이면, 상술한 것 이외의 물질을 사용하여도 좋다.
또한, 전자 수용체로서는 7,7,8,8-테트라사이아노-2,3,5,6-테트라플루오로퀴노다이메탄(약칭: F4-TCNQ), 클로라닐 등을 들 수 있다. 또한, 전이 금속 산화물을 들 수 있다. 또한, 원소 주기율표의 제 4 족~제 8 족에 속하는 금속의 산화물을 들 수 있다. 구체적으로는, 산화 바나듐, 산화 나이오븀, 산화 탄탈럼, 산화 크로뮴, 산화 몰리브데넘, 산화 텅스텐, 산화 망가니즈, 및 산화 레늄은 전자 수용성이 높으므로 바람직하다. 이 중에서도, 특히 산화 몰리브데넘은 대기 중에서도 안정적이고 흡습성이 낮으며 취급하기 쉬우므로 바람직하다.
한편, 전자 수송성 재료에 전자 공여체가 첨가된 구성으로 하는 경우, 전자 수송성 재료로서는 예를 들어 Alq, Almq3, BeBq2, BAlq 등, 퀴놀린 골격 또는 벤조퀴놀린 골격을 가지는 금속 착체 등을 사용할 수 있다. 또한, 이 외에 Zn(BOX)2, Zn(BTZ)2 등의 옥사졸계, 싸이아졸계 리간드를 가지는 금속 착체 등도 사용할 수 있다. 또한, 금속 착체 이외에도 PBD나 OXD-7, TAZ, Bphen, BCP 등도 사용할 수 있다. 여기서 기재한 물질은 주로 10-6cm2/Vs 이상의 전자 이동도를 가지는 물질이다. 다만, 정공보다 전자의 수송성이 높은 유기 화합물이면 이들 외의 물질을 사용하여도 좋다.
또한, 전자 공여체로서는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 희토류 금속, 원소 주기율표의 제 2 족, 제 13 족에 속하는 금속, 또는 그 산화물이나 탄산염을 사용할 수 있다. 구체적으로는, 리튬(Li), 세슘(Cs), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 이터븀(Yb), 인듐(In), 산화 리튬, 탄산 세슘 등을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 테트라싸이아나프타센 등의 유기 화합물을 전자 공여체로서 사용하여도 좋다.
또한, 상술한 재료를 사용하여 전하 발생층(205)을 형성함으로써, EL층이 적층되는 경우의 구동 전압의 상승을 억제할 수 있다.
본 실시형태에서는 2개의 EL층을 포함하는 발광 소자에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 도 2의 (B)에 도시된 바와 같이 n층(다만, n은 3 이상임)의 EL층(202(1)~202(n))을 적층한 발광 소자에도 마찬가지로 적용할 수 있다. 본 실시형태에 따른 발광 소자와 같이, 한 쌍의 전극 사이에 복수의 EL층을 포함하는 경우, EL층과 EL층 사이에 각각 전하 발생층(205(1)~205(n-1))을 배치함으로써, 전류 밀도를 낮게 유지하면서 고휘도 영역에서의 발광이 가능하다. 전류 밀도를 낮게 유지할 수 있기 때문에 장수명 소자를 구현할 수 있다. 또한, 예를 들어 조명에 응용하는 경우, 전극 재료의 저항에 기인한 전압 강하를 작게 할 수 있으므로, 대면적에서의 균일한 발광이 가능해진다. 또한, 저전압 구동이 가능하고 소비 전력이 낮은 발광 장치를 구현할 수 있다.
또한, 각 EL층의 발광색을 다르게 함으로써, 발광 소자 전체로서 원하는 색의 발광을 얻을 수 있다. 예를 들어, 2개의 EL층을 포함하는 발광 소자에 있어서, 제 1 EL층의 발광색과 제 2 EL층의 발광색이 보색 관계를 이루도록 함으로써, 발광 소자 전체로서 백색 발광하는 발광 소자를 얻는 것도 가능하다. 또한, 보색이란, 혼합하면 무채색이 되는 색들의 관계를 말한다. 즉, 보색 관계를 이루는 색의 광과 발광하는 물질로부터 얻어진 광을 혼합하면 백색 발광을 얻을 수 있다.
또한, 3개의 EL층을 포함하는 발광 소자의 경우에도 마찬가지이며, 예를 들어, 제 1 EL층의 발광색이 적색이고, 제 2 EL층의 발광색이 녹색이며, 제 3 EL층의 발광색이 청색인 경우, 발광 소자 전체로서는 백색 발광을 얻을 수 있다.
또한, 상기 발광 소자를 포함하는 발광 장치의 구성으로서는, 패시브 매트릭스형(passive matrix) 발광 장치나 액티브 매트릭스형(active matrix) 발광 장치뿐만 아니라 마이크로 캐비티 구조를 조합한 발광 장치 등을 제작할 수 있고, 이들은 모두 본 발명의 일 형태에 포함되는 것으로 한다.
또한, 액티브 매트릭스형 발광 장치에서 트랜지스터(FET)의 구조는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 스태거형 FET나 역스태거형 FET를 적절히 사용할 수 있다. 또한, FET 기판에 형성되는 구동용 회로도 n채널형 FET 및 p채널형 FET로 이루어져도 좋고, n채널형 FET 및 p채널형 FET 중 어느 하나로 이루어져도 좋다. 또한, FET에 사용되는 반도체막의 결정성도 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 비정질 반도체막, 결정성 반도체막을 사용할 수 있다. 또한, 반도체 재료로서는 IV족(실리콘 등) 반도체, III족(갈륨 등) 반도체, 화합물 반도체(산화물 반도체를 포함함)뿐만 아니라 유기 반도체 등을 사용할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 기재된 구성은, 다른 실시형태에 기재된 구성과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시형태 3)
본 실시형태에서는, 본 발명의 일 형태에 따른 발광 장치에 대하여 설명한다.
본 실시형태에서 설명하는 발광 장치는, 한 쌍의 전극 사이에서의 광의 공진 효과를 이용한 미세 광 공진기(마이크로 캐비티) 구조를 가지고, 도 3에 도시된 바와 같이 한 쌍의 전극(반사 전극(301) 및 반투과·반반사 전극(302)) 사이에 적어도 EL층(305)을 포함하는 발광 소자를 복수로 포함한다. 또한, EL층(305)은 적어도 발광 영역이 되는 발광층(304)을 포함하고, 이 외에 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층, 전자 주입층, 전하 발생층 등이 포함되어 있어도 좋다.
본 실시형태에서는 발광 장치가 도 3에 도시된 바와 같은 2종류의 발광 소자(제 1 발광 소자(310R) 및 제 2 발광 소자(310G))를 포함하여 구성되는 경우를 설명한다.
제 1 발광 소자(310R) 및 제 2 발광 소자(310G)는 둘 다 반사 전극(301) 위에 투명 도전층(303)과, 발광층(304)을 일부에 포함하는 EL층(305)과, 반투과·반반사 전극(302)이 차례로 적층된 구조를 가진다.
또한, 본 실시형태에서 설명하는 2종류의 발광 소자에서, 반사 전극(301), EL층(305), 반투과·반반사 전극(302)은 공통된다. 또한, 발광층(304)은 제 1 파장 영역에 피크를 가지는 광(λG)을 발하는 층과, 제 2 파장 영역에 피크를 가지는 광(λR)을 발하는 층이 적층된 구조를 가진다. 이 때 파장의 길이는 λG<λR의 관계를 이루는 것으로 한다.
또한, 각 발광 소자는 각각 반사 전극(301)과 반투과·반반사 전극(302) 사이에 EL층(305)이 개재된 구조를 가지고, EL층(305)에 포함된 각 발광층으로부터 모든 방향으로 사출되는 발광은 미세 광 공진기로서 기능하는 반사 전극(301)과 반투과·반반사 전극(302)에 의하여 공진한다.
반사 전극(301)은, 반사성을 가지는 도전성 재료로 형성되고, 가시광의 반사율이 40%~100%, 바람직하게는 70%~100%이고, 저항률이 1×10-2Ωcm 이하인 막으로 한다. 또한, 반투과·반반사 전극(302)은, 반사성을 가지는 도전성 재료와 투광성을 가지는 도전성 재료로 형성되고, 가시광의 반사율이 20%~80%, 바람직하게는 40%~70%이고, 저항률이 1×10-2Ωcm 이하인 막으로 한다.
또한, 발광 소자(310R) 및 발광 소자(310G)에 포함되는 상기 투명 도전층(303)들의 두께를 서로 다르게 함으로써 2종류의 발광 소자에서 반사 전극(301)과 반투과·반반사 전극(302) 사이의 광학 거리를 서로 다르게 한다. 이로써 반사 전극(301)과 반투과·반반사 전극(302) 사이에서 공진하는 파장의 광을 강하게 하고 공진하지 않는 파장의 광을 약화시킬 수 있으므로 소자마다 다른 파장의 광을 추출할 수 있다.
또한, 제 1 발광 소자(310R)에서의 반사 전극(301)에서 반투과·반반사 전극(302)까지의 총 두께(광학 막 두께의 총계)를 mλR/2(다만, m은 자연수임), 제 2 발광 소자(310G)에서의 반사 전극(301)에서 반투과·반반사 전극(302)까지의 총 두께를 mλG/2(다만, m은 자연수임)로 한다.
이에 의하여, 제 1 발광 소자(310R)로부터는 주로 EL층(305)에 포함되는 제 2 발광층(304R)이 발하는 광(λR)이 추출되고, 제 2 발광 소자(310G)로부터는 주로 EL층(305)에 포함되는 제 1 발광층(304G)이 발하는 광(λG)이 추출된다. 또한, 각 발광 소자로부터 추출되는 광은 반투과·반반사 전극(302) 측에서 각각 사출된다.
또한, 상술한 구성에서 반사 전극(301)에서 반투과·반반사 전극(302)까지의 총 두께는 엄밀하게는 반사 전극(301)의 반사 영역에서 반투과·반반사 전극(302)의 반사 영역까지의 총 두께라고 할 수 있다. 그러나, 반사 전극(301)이나 반투과·반반사 전극(302)의 반사 영역의 위치는 엄밀하게 결정하기 어려우므로 반사 전극(301)과 반투과·반반사 전극(302)의 임의의 위치를 반사 영역으로 가정함으로써 상술한 효과를 충분히 얻을 수 있는 것으로 한다.
또한, 제 1 발광 소자(310R)에서 반사 전극(301)과 제 2 발광층(304R) 사이의 광학 거리는 원하는 막 두께((2m'+1)λG/4(다만, m'은 자연수임))로 조절한다. 이로써 제 2 발광층(304R)으로부터의 발광을 증폭시킬 수 있다.
또한, 반사 전극(301)과 제 2 발광층(304R) 사이의 광학 거리는 엄밀하게는 반사 전극(301)의 반사 영역과 제 2 발광층(304R)의 발광 영역 사이의 광학 거리라고 할 수 있다. 그러나, 반사 전극(301)의 반사 영역이나 제 2 발광층(304R)의 발광 영역의 위치를 엄밀하게 결정하기는 어려우므로 제 2 발광층(304R)의 임의의 위치를 발광 영역으로 가정함으로써 상술한 효과를 충분히 얻을 수 있는 것으로 한다.
또한, 제 2 발광 소자(310G)에서 반사 전극(301)과 제 1 발광층(304G) 사이의 광학 거리는 원하는 막 두께((2m''+1)λG/4(다만, m''은 자연수임))로 조절한다. 이로써 제 1 발광층(304G)으로부터의 발광을 증폭시킬 수 있다.
또한, 반사 전극(301)과 제 1 발광층(304G) 사이의 광학 거리는 엄밀하게는 반사 전극(301)의 반사 영역과 제 1 발광층(304G)의 발광 영역 사이의 광학 거리라고 할 수 있다. 그러나, 반사 전극(301)의 반사 영역이나 제 1 발광층(304G)의 발광 영역의 위치를 엄밀하게 결정하기는 어려우므로 반사 전극(301)의 임의의 위치를 반사 영역, 제 1 발광층(304G)의 임의의 위치를 발광 영역으로 가정함으로써 상술한 효과를 충분히 얻을 수 있는 것으로 한다.
상술한 바와 같이 반사 전극(301)과 발광층(304) 사이의 광학 거리를 설정하지만, 실시형태 1에서 설명한 바와 같은 적층 구조를 가지는 발광층(구체적으로는 같은 파장 영역에 피크를 가지는 광(λG)을 발하는 층을 복수로 포함하는 발광층)의 경우, 반사 전극(301)과 발광층(304) 사이의 광학 거리는 반사 전극(301)과, 같은 파장 영역에 피크를 가지는 광(λG)을 발하는 발광층들 중 한 발광층 사이의 광학 거리로 한다.
또한, 상술한 구성에서는 모든 발광 소자가 EL층에 복수의 발광층을 포함하는 구조를 가지고 있지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 예를 들어 실시형태 2에서 설명한 탠덤형 발광 소자의 구성과 조합하여 하나의 발광 소자가 전하 발생층을 사이에 개재한 복수의 EL층을 포함하고, 각 EL층에 하나 또는 복수의 발광층이 포함되는 구성으로 하여도 좋다.
본 실시형태에서 설명하는 발광 장치는 마이크로 캐비티 구조를 가지며, 같은 EL층에 의하여 발광 소자마다 다른 파장의 광을 추출할 수 있으므로 RGB를 구분하여 형성할 필요가 없다. 따라서, 고정세(高精細)화를 실현하는 것이 용이한 등의 이유로, 풀 컬러를 구현하는데 있어서 유리하다. 또한, 착색층(컬러 필터)과 조합할 수도 있다. 또한, 특정 파장을 가지는 정면 방향의 발광 강도를 강하게 하는 것이 가능해지기 때문에, 저소비 전력화를 도모할 수 있다. 이 구성은 3색 이상의 화소를 사용한 컬러 디스플레이(화상 표시 장치)에 적용하는 경우에 특히 유용하지만 조명 등의 용도에 적용하여도 좋다.
(실시형태 4)
본 실시형태에서는, 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자를 포함하는 발광 장치에 대하여 설명한다.
또한, 상기 발광 장치는 패시브 매트릭스형 발광 장치라도 좋고 액티브 매트릭스형 발광 장치라도 좋다. 본 실시형태에서 설명하는 발광 장치에는 다른 실시형태에서 설명한 발광 소자를 적용할 수 있다.
본 실시형태에서는 액티브 매트릭스형 발광 장치에 대하여 도 4를 사용하여 설명한다.
또한, 도 4의 (A)는 발광 장치를 도시한 상면도이고, 도 4의 (B)는 도 4의 (A)를 쇄선 A-A'에서 절단한 단면도이다. 본 실시형태에 따른 액티브 매트릭스형 발광 장치는 소자 기판(401) 위에 제공된 화소부(402)와, 구동 회로부(소스선 구동 회로)(403)와, 구동 회로부(게이트선 구동 회로)(404a 및 404b)를 포함한다. 화소부(402), 구동 회로부(403), 및 구동 회로부(404a 및 404b)는 실재(405)에 의하여 소자 기판(401)과 밀봉 기판(406) 사이에 밀봉되어 있다.
또한, 소자 기판(401) 위에는 구동 회로부(403) 및 구동 회로부(404a 및 404b)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)(407)이 제공된다. 여기서는, 외부 입력 단자로서 FPC(flexible printed circuit)(408)를 제공하는 예를 기재한다. 또한, 여기서는 FPC밖에 도시되어 있지 않지만, 이 FPC에 프린트 배선 기판(PWB)이 장착되어 있어도 좋다. 본 명세서에서 발광 장치란, 발광 장치 본체뿐만 아니라, 이에 FPC 또는 PWB가 장착된 상태도 그 범주에 포함하는 것으로 한다.
다음에, 단면 구조에 대하여 도 4의 (B)를 사용하여 설명한다. 소자 기판(401) 위에는 구동 회로부 및 화소부가 형성되지만 도면에는 소스선 구동 회로인 구동 회로부(403)와, 화소부(402)를 도시하였다.
일례로서 구동 회로부(403)는 FET(409)와 FET(410)를 조합한 구성을 가진다. 또한, 구동 회로부(403)가 가지는 FET(409)와 FET(410)는 같은 극성(n채널형 및 p채널형 중 어느 한쪽)의 트랜지스터들을 포함하는 회로로 형성되어도 좋고, n채널형 트랜지스터와 p채널형 트랜지스터를 포함하는 CMOS 회로로 형성되어도 좋다. 또한, 본 실시형태에서는, 기판 위에 구동 회로를 형성한 드라이버 일체형을 예로 들어 설명하지만, 반드시 그럴 필요는 없고 기판 위가 아니라 외부에 구동 회로를 형성할 수도 있다.
또한 화소부(402)는, 스위칭용 FET(411)와, 전류 제어용 FET(412)와, 전류 제어용 FET(412)의 배선(소스 전극 또는 드레인 전극)에 전기적으로 접속된 제 1 전극(양극)(413)을 각각 포함하는 복수의 화소를 포함한다. 또한, 본 실시형태에서는 화소부(402)가, 스위칭용 FET(411)와 전류 제어용 FET(412)의 2개의 FET로 구성되는 예에 대하여 설명하였지만 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 3개 이상의 FET와 용량 소자를 조합한 화소부(402)로 하여도 좋다.
FET(409, 410, 411, 412)로서는, 예를 들어 스태거형이나 역스태거형의 트랜지스터를 사용할 수 있다. FET(409, 410, 411, 412)에 사용될 수 있는 반도체 재료로서는, 예를 들어 IV족(실리콘 등) 반도체, III족(갈륨 등) 반도체, 화합물 반도체, 산화물 반도체, 유기 반도체를 사용할 수 있다. 또한, 상기 반도체 재료의 결정성은 특별히 한정되지 않고 예를 들어, 비정질 반도체 또는 결정성 반도체를 사용할 수 있다. 특히, FET(409, 410, 411, 412)로서는 산화물 반도체를 사용하면 바람직하다. 상기 산화물 반도체로서는, 예를 들어 In-Ga 산화물, In-M-Zn 산화물(M은 Al, Ga, Y, Zr, La, Ce, 또는 Nd) 등을 들 수 있다. FET(409, 410, 411, 412)로서, 예를 들어 에너지 갭이 2eV 이상, 바람직하게는 2.5eV 이상, 더 바람직하게는 3eV 이상인 산화물 반도체 재료를 사용함으로써 트랜지스터의 오프 전류를 저감할 수 있다.
또한, 제 1 전극(413)의 단부를 덮도록 절연물(414)이 형성되어 있다. 여기서는, 절연물(414)을 포지티브형 감광성 아크릴 수지를 사용하여 형성한다. 또한, 본 실시형태에서는 제 1 전극(413)을 양극으로서 사용한다.
또한, 절연물(414)의 상단부 또는 하단부에 곡률을 가지는 곡면이 형성되는 것이 바람직하다. 절연물(414)을 상술한 바와 같이 형성함으로써 절연물(414) 위에 형성되는 막의 피복성을 양호하게 할 수 있다. 예를 들어, 절연물(414)의 재료로서는 네거티브형 감광성 수지 및 포지티브형 감광성 수지 중 어느 하나를 사용할 수 있다. 또한, 절연물(414)의 재료는 유기 화합물에 한정되지 않고 무기 화합물, 예를 들어 산화 실리콘, 산화 질화 실리콘, 질화 실리콘 등을 사용할 수 있다.
제 1 전극(양극)(413) 위에는 EL층(415)과 제 2 전극(음극)(416)이 적층되어 있다. EL층(415)에는 적어도 발광층이 제공되어 있으며, 발광층은 실시형태 1에서 설명한 적층 구조를 가진다. 또한, EL층(415)에는 발광층 외에 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층, 전자 주입층, 전하 발생층 등을 적절히 제공할 수 있다.
또한, 발광 소자(417)는 제 1 전극(양극)(413), EL층(415), 및 제 2 전극(음극)(416)이 적층된 구조를 가진다. 제 1 전극(양극)(413), EL층(415), 및 제 2 전극(음극)(416)에는 실시형태 1에 기재된 재료를 사용할 수 있다. 또한, 여기서는 도시하지 않았지만, 제 2 전극(음극)(416)은 외부 입력 단자인 FPC(408)에 전기적으로 접속되어 있다.
또한, 도 4의 (B)에 도시된 단면도에서는 발광 소자(417)를 하나만 도시하였지만, 화소부(402)에는 복수의 발광 소자가 매트릭스 형태로 배치된다. 화소부(402)에 3종류(R, G, B)의 발광이 얻어지는 발광 소자를 각각 선택적으로 형성함으로써 풀 컬러 표시가 가능한 발광 장치를 제작할 수 있다. 또한, 3종류(R, G, B)의 발광이 얻어지는 발광 소자 외에, 예를 들어 백색(W), 황색(Y), 마젠타(M), 시안(C) 등의 발광이 얻어지는 발광 소자를 형성하여도 좋다. 예를 들어, 3종류(R, G, B)의 발광이 얻어지는 발광 소자에 상술한 여러 종류의 발광이 얻어지는 발광 소자를 추가함으로써, 색 순도의 향상 및 소비 전력의 저감 등의 효과를 얻을 수 있다. 또한, 컬러 필터를 조합하여 풀 컬러 표시가 가능한 발광 장치로 하여도 좋다.
또한, 밀봉 기판(406)과 소자 기판(401)을 실재(405)로 접합함으로써, 소자 기판(401), 밀봉 기판(406), 및 실재(405)로 둘러싸인 공간(418)에 발광 소자(417)가 제공된 구조가 된다. 또한, 공간(418)은 불활성 가스(질소나 아르곤 등)로 충전되어도 좋고 실재(405)로 충전되어도 좋다.
또한, 실재(405)에는 에폭시계 수지나 유리 프릿(glass frit)을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 이들 재료는 가능한 한 수분이나 산소를 투과시키지 않는 재료인 것이 바람직하다. 또한, 밀봉 기판(406)에 사용하는 재료로서 유리 기판이나 석영 기판 외에, FRP(섬유 강화 플라스틱), PVF(폴리비닐 플루오라이드), 폴리에스터 또는 아크릴 등으로 이루어진 플라스틱 기판을 사용할 수 있다. 실재로서 유리 프릿을 사용하는 경우에는 접착성의 관점에서 소자 기판(401) 및 밀봉 기판(406)은 유리 기판인 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이 하여, 액티브 매트릭스형 발광 장치를 얻을 수 있다.
또한, 본 실시형태에 기재된 구성은, 다른 실시형태에 기재된 구성과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시형태 5)
본 실시형태에서는, 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자를 적용하여 제작된 발광 장치를 사용한 다양한 전자 기기의 일례에 대하여 도 5를 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 액자, 휴대 전화기(휴대 전화 또는 휴대 전화 장치라고도 함), 휴대용 게임기, 휴대 정보 단말, 오디오 재생 장치, 파친코기 등의 대형 게임기 등을 들 수 있다. 이들 전자 기기의 구체적인 예를 도 5에 도시하였다.
도 5의 (A)는 텔레비전 장치의 일례를 도시한 것이다. 텔레비전 장치(7100)는 하우징(7101)에 표시부(7103)가 제공되어 있다. 표시부(7103)에 영상을 표시할 수 있고, 이 표시부(7103)에 발광 장치를 사용할 수 있다. 또한, 여기서는 스탠드(7105)에 의하여 하우징(7101)을 지지한 구성을 도시하고 있다.
텔레비전 장치(7100)는 하우징(7101)에 제공된 조작 스위치나, 별체의 리모트 컨트롤러(7110)로 조작할 수 있다. 리모트 컨트롤러(7110)에 제공된 조작 키(7109)로 채널이나 음량을 조작하여 표시부(7103)에 표시되는 영상을 조작할 수 있다. 또한, 리모트 컨트롤러(7110)에, 리모트 컨트롤러(7110)로부터 출력되는 정보를 표시하는 표시부(7107)가 제공된 구성으로 하여도 좋다.
또한, 텔레비전 장치(7100)는 수신기나 모뎀 등을 가지는 구성으로 한다. 수신기에 의하여 일반 텔레비전 방송을 수신할 수 있고, 또한 모뎀을 통하여 유선 또는 무선 통신 네트워크에 접속함으로써, 단방향(송신자로부터 수신자) 또는 쌍방향(송신자와 수신자간 또는 수신자들끼리 등)의 정보 통신도 가능하다.
도 5의 (B)에 도시된 컴퓨터는 본체(7201), 하우징(7202), 표시부(7203), 키보드(7204), 외부 접속 포트(7205), 포인팅 디바이스(7206) 등을 포함한다. 또한, 컴퓨터는 발광 장치를 그 표시부(7203)에 사용하여 제작될 수 있다.
도 5의 (C)에 도시된 스마트 워치는 하우징(7302), 표시 패널(7304), 조작용 버튼(7311, 7312), 접속 단자(7313), 밴드(7321), 버클(7322) 등을 가진다.
베젤 부분을 겸하는 하우징(7302)에 탑재된 표시 패널(7304)은 비(非)직사각형의 표시 영역을 가진다. 표시 패널(7304)은 시각을 나타내는 아이콘(7305), 기타 아이콘(7306) 등을 표시할 수 있다.
또한, 도 5의 (C)에 도시된 스마트 워치는 다양한 기능을 가질 수 있다. 예를 들어, 다양한 정보(정지 화상, 동영상, 텍스트 화상 등)를 표시부에 표시하는 기능, 터치 패널 기능, 달력, 날짜 또는 시각 등을 표시하는 기능, 다양한 소프트웨어(프로그램)에 의하여 처리를 제어하는 기능, 무선 통신 기능, 무선 통신 기능을 사용하여 다양한 컴퓨터 네트워크에 접속하는 기능, 무선 통신 기능을 사용하여 다양한 데이터를 송신 또는 수신하는 기능, 기록 매체에 기록된 프로그램 또는 데이터를 판독하여 표시부에 표시하는 기능 등을 가질 수 있다.
또한, 하우징(7302) 내부에 스피커, 센서(힘, 변위, 위치, 속도, 가속도, 각속도, 회전수, 거리, 광, 액체, 자기(磁氣), 온도, 화학 물질, 음성, 시간, 경도, 전기장, 전류, 전압, 전력, 방사선, 유량, 습도, 경사도, 진동, 냄새 또는 적외선을 측정하는 기능을 포함하는 것), 마이크로폰 등을 가질 수 있다. 또한, 스마트 워치는 발광 장치를 표시 패널(7304)에 사용하여 제작될 수 있다.
도 5의 (D)는 휴대 전화기의 일례를 도시한 것이다. 휴대 전화기(7400)는 하우징(7401)에 표시부(7402), 마이크로폰(7406), 스피커(7405), 카메라(7407), 외부 접속부(7404), 조작용 버튼(7403) 등을 가진다. 또한, 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자를 가요성을 가지는 기판에 형성하면, 도 5의 (D)에 도시한 바와 같은 곡면을 가지는 표시부(7402)에 적용할 수 있다.
도 5의 (D)에 도시된 휴대 전화기(7400)는 표시부(7402)에 손가락 등을 접촉하여, 정보를 입력할 수 있다. 또한, 전화를 걸거나 또는 메일을 작성하는 등의 조작은, 표시부(7402)에 손가락 등을 접촉하여 수행할 수 있다.
표시부(7402)의 화면에는 주로 3가지 모드가 있다. 제 1 모드는 화상의 표시를 주로 하는 표시 모드이고, 제 2 모드는 문자 등의 정보 입력을 주로 하는 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 문자 입력을 주로 하는 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)나 가속도 센서 등 기울기를 검출하는 센서를 가지는 검출 장치를 제공하면, 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 접촉하거나 또는 하우징(7401)의 조작용 버튼(7403)을 조작함으로써 전환된다. 또한, 표시부(7402)에 표시되는 화상의 종류에 따라 전환하도록 할 수도 있다. 예를 들어, 표시부에 표시하는 화상 신호가 동영상 데이터이면 표시 모드, 텍스트 데이터이면 입력 모드로 전환한다.
또한, 입력 모드에 있어서, 표시부(7402)의 광 센서에서 검출되는 신호를 검지하여, 표시부(7402)의 터치 조작에 의한 입력이 일정 기간 동안 없는 경우에는 화면의 모드를 입력 모드로부터 표시 모드로 전환하도록 제어하여도 좋다.
표시부(7402)는, 이미지 센서로서 기능할 수도 있다. 예를 들어, 표시부(7402)에 손바닥이나 손가락을 접촉함으로써, 장문이나 지문 등을 촬상하여, 본인 인증을 수행할 수 있다. 또한, 표시부에 근적외광을 발하는 백 라이트 또는 근적외광을 발하는 센싱용 광원을 사용하면, 손가락 정맥, 손바닥 정맥 등을 촬상할 수도 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자를 포함하는 발광 장치를 적용한 전자 기기를 얻을 수 있다. 또한, 본 실시형태에 기재된 것에 한정되지 않고 다양한 분야의 전자 기기에 적용할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 기재된 구성은, 다른 실시형태에 기재된 구성과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시형태 6)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자를 포함하는 발광 장치를 적용한 조명 장치의 일례에 대하여 도 6을 사용하여 설명한다.
도 6은 발광 장치를 실내 조명 장치(8001)에 적용한 예이다. 또한, 발광 장치는 대면적화도 가능하므로 대면적 조명 장치를 제작할 수도 있다. 이 외에, 곡면을 가지는 하우징을 사용함으로써 발광 영역이 곡면을 가지는 조명 장치(8002)를 제작할 수도 있다. 본 실시형태에서 설명하는 발광 장치에 포함되는 발광 소자는 박막 형태이기 때문에 하우징의 디자인 자유도가 높다. 따라서, 조명 장치의 디자인을 다양화할 수 있다. 또한, 실내 벽면에 대형 조명 장치(8003)를 설치하여도 좋다.
또한, 발광 장치를 테이블 표면에 사용함으로써 테이블로서의 기능을 가지는 조명 장치(8004)를 구현할 수 있다. 또한, 이 외의 가구의 일부에 발광 장치를 사용함으로써 가구로서의 기능을 가지는 조명 장치를 구현할 수 있다.
상술한 바와 같이, 발광 장치를 적용한 다양한 조명 장치를 얻을 수 있다. 또한, 이러한 조명 장치는 본 발명의 일 형태에 포함된다.
또한, 본 실시형태에 기재된 구성은, 다른 실시형태에 기재된 구성과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시예 1)
본 실시예에서는 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자 1과, 비교를 위한 비교 발광 소자 2를 제작하였다. 또한 소자 구조의 자세한 사항에 대하여, 발광 소자 1에 대해서는 도 7의 (A), 비교 발광 소자 2에 대해서는 도 7의 (B)를 각각 사용하여 설명한다. 다만, 공통의 부호에 대해서는 모두 합쳐 설명하기로 한다. 또한, 본 실시예에서 사용한 재료의 화학식은 이하와 같다.
《발광 소자 1 및 비교 발광 소자 2의 제작》
먼저, 유리제의 기판(700) 위에 산화 실리콘을 포함하는 인듐 주석 산화물(ITSO)을 스퍼터링법으로 성막하여, 양극으로서 기능하는 제 1 전극(701)을 형성하였다. 막 두께는 110nm로 하고, 전극 면적은 2mm×2mm로 하였다.
다음에, 기판(700) 위에 발광 소자 1 및 비교 발광 소자 2를 형성하기 위한 전(前) 처리로서, 기판 표면을 물로 세정하고 200℃에서 1시간 동안 소성한 후, UV 오존 처리를 370초 동안 수행하였다.
그 후, 10-4Pa 정도까지 내부가 감압된 진공 증착 장치에 기판을 도입하고, 진공 증착 장치 내의 가열실에서, 170℃에서 60분 동안 진공 소성한 후, 기판(700)을 약 30분 동안 방치하여 냉각시켰다.
다음에, 제 1 전극(701)이 형성된 면이 아래 쪽이 되도록, 기판(700)을 진공 증착 장치 내에 제공된 홀더에 고정하였다. 본 실시예에서는 진공 증착법에 의하여 EL층(703)을 구성하는 정공 주입층(704), 정공 수송층(705), 발광층(706), 전자 수송층(707), 및 전자 주입층(708)을 차례로 형성하는 경우에 대하여 설명한다.
진공 증착 장치 내를 10-4Pa로 감압한 후, 1,3,5-트라이(다이벤조싸이오펜-4-일)-벤젠(약칭: DBT3P-II)과 산화 몰리브데넘(VI)을, DBT3P-II(약칭):산화 몰리브데넘=1:0.5(질량비)가 되도록 공증착(co-evaporation)함으로써 제 1 전극(701) 위에 정공 주입층(704)을 형성하였다. 막 두께는 33nm로 하였다. 또한, 공증착이란, 복수의 다른 물질을 각각 다른 증발원으로부터 동시에 증발시키는 증착법을 말한다.
다음에, 4-페닐-4'-(9-페닐플루오렌-9-일)트라이페닐아민(약칭: BPAFLP)을 20nm로 증착하여 정공 수송층(705)을 형성하였다.
다음에, 정공 수송층(705) 위에 발광층(706)을 형성하였다.
발광 소자 1에서 발광층(706)은, 도 7의 (A)에 도시된 바와 같이 제 1 발광층(706a), 제 2 발광층(706b), 및 제 3 발광층(706c)의 3층으로 이루어진 적층 구조를 가진다.
제 1 발광층(706a)은, 2-[3'-(다이벤조싸이오펜-4-일)바이페닐-3-일]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mDBTBPDBq-II), N-(1,1'-바이페닐-4-일)-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: PCBBiF), (아세틸아세토나토)비스(6-tert-부틸-4-페닐피리미디나토)이리듐(III)(약칭: [Ir(tBuppm)2(acac)])을, 2mDBTBPDBq-II(약칭):PCBBiF(약칭):[Ir(tBuppm)2(acac)](약칭)=0.8:0.2:0.06(질량비)이 되도록 공증착하여 막 두께 20nm로 형성하였다.
제 2 발광층(706b)은, 2mDBTBPDBq-II(약칭), PCBBiF(약칭), 비스{4,6-다이메틸-2-[5-(2,6-다이메틸페닐)-3-(3,5-다이메틸페닐)-2-피라지닐-κN]페닐-κC}(2,4-펜탄다이오나토-κ2O,O')이리듐(III)(약칭: [Ir(dmdppr-dmp)2(acac)])을, 2mDBTBPDBq-II(약칭):PCBBiF(약칭):[Ir(dmdppr-dmp)2(acac)](약칭)=0.9:0.1:0.06(질량비)이 되도록 공증착하여 막 두께 10nm로 형성하였다.
제 3 발광층(706c)은 2mDBTBPDBq-II(약칭):PCBBiF(약칭):[Ir(tBuppm)2(acac)](약칭)=0.8:0.2:0.06(질량비)이 되도록 공증착하여 막 두께 10nm로 형성하였다.
한편, 비교 발광 소자 2에서 발광층(706)은, 도 7의 (B)에 도시된 바와 같이 제 1 발광층(706a')과 제 2 발광층(706b')의 2층으로 이루어진 적층 구조를 가진다.
제 1 발광층(706a')은 2mDBTBPDBq-II(약칭):PCBBiF(약칭):[Ir(tBuppm)2(acac)](약칭)=0.8:0.2:0.06(질량비)이 되도록 공증착하여 막 두께 20nm로 형성하였다.
제 2 발광층(706b')은 2mDBTBPDBq-II(약칭):[Ir(dmdppr-dmp)2(acac)](약칭)=1:0.06(질량비)이 되도록 공증착하여 막 두께 20nm로 형성하였다.
다음에, 발광층(706) 위에 전자 수송층(707)을 형성하였다.
발광 소자 1에서 전자 수송층(707)은, 2mDBTBPDBq-II(약칭)를 막 두께 30nm로 증착한 후에 바토페난트롤린(약칭: Bphen)을 막 두께 15nm로 증착하여 형성하였다.
또한, 비교 발광 소자 2에서 전자 수송층(707)은, 2mDBTBPDBq-II(약칭)를 35nm로 증착한 후에 바토페난트롤린(약칭: Bphen)을 막 두께 15nm로 증착하여 형성하였다.
다음에, 전자 수송층(707) 위에 불화 리튬을 막 두께 1nm로 증착하여 전자 주입층(708)을 형성하였다.
마지막에, 전자 주입층(708) 위에 알루미늄을 막 두께 200nm로 증착하여, 음극이 되는 제 2 전극(702)을 형성함으로써, 발광 소자 1 및 비교 발광 소자 2를 얻었다. 또한, 상술한 증착 과정에서, 증착에는 모두 저항 가열법을 사용하였다.
상술한 바와 같이 하여 얻어진 발광 소자 1 및 비교 발광 소자 2의 소자 구조를 표 1에 나타낸다.
[표 1]
또한, 제작한 발광 소자 1 및 비교 발광 소자 2를 대기에 노출시키지 않도록 질소 분위기의 글로브 박스 내에서 밀봉하였다(소자의 주위에 실재를 도포하고, 밀봉 시에 365nm의 자외광을 6J/cm2 조사하고, 80℃에서 1시간 동안 가열 처리하였다).
《발광 소자 1 및 비교 발광 소자 2의 동작 특성》
제작한 발광 소자 1 및 비교 발광 소자 2의 동작 특성에 대하여 측정하였다. 측정은 실온(25℃로 유지된 분위기)에서 수행하였다.
발광 소자 1 및 비교 발광 소자 2의 휘도-전류 효율 특성을 도 8에 나타내었다. 또한, 도 8에서 세로축은 전류 효율(cd/A), 가로축은 휘도(cd/m2)를 나타낸다. 또한, 발광 소자 1 및 비교 발광 소자 2의 휘도-외부 양자 효율 특성을 도 9에 나타내었다. 또한, 도 9에서 세로축은 외부 양자 효율(%), 가로축은 휘도(cd/m2)를 나타낸다. 또한, 발광 소자 1 및 비교 발광 소자 2의 전압-휘도 특성을 도 10에 나타내었다. 또한, 도 10에서 세로축은 휘도(cd/m2), 가로축은 전압(V)을 나타낸다.
또한, 1000cd/m2 부근에서의 발광 소자 1 및 비교 발광 소자 2의 주된 초기 특성값을 이하의 표 2에 나타낸다.
[표 2]
이들 결과로부터, 본 실시예에서 제작한 발광 소자 1 및 비교 발광 소자 2는 둘 다 외부 양자 효율이 높지만, 전류 효율은 본 발명의 일 형태에 따른 소자 구조를 가진 발광 소자 1이 더 높은 것을 알 수 있다.
또한, 발광 소자 1 및 비교 발광 소자 2에 2.5mA/cm2의 전류 밀도로 전류를 흘렸을 때의 구동 초기에서의 발광 스펙트럼을 도 11에 나타내었다. 도 11을 보면 알 수 있듯이, 발광 소자 1 및 비교 발광 소자 2의 발광 스펙트럼에서는 둘 다 548nm 부근과 615nm 부근에 피크가 위치하고, 이들 피크는 인광성 유기 금속 이리듐 착체인 [Ir(dmdppr-dmp)2(acac)]와 [Ir(tBuppm)2(acac)]의 발광에서 유래한 것으로 시사된다. 다만, 비교 발광 소자 2의 구동 초기에서의 615nm 부근의 피크는 발광 소자 1의 그것보다 약한 것을 알 수 있다.
또한, 발광 소자 1 및 비교 발광 소자 2의 신뢰성 시험의 결과를 도 12에 나타내었다. 도 12에서 세로축은 초기 휘도를 100%로 하였을 때의 정규화 휘도(%)를 나타내고, 가로축은 소자의 구동 시간(h)을 나타낸다. 또한, 신뢰성 시험에서는 초기 휘도를 5000cd/m2로 설정하고, 전류 밀도는 일정한 조건 하에서 발광 소자 1 및 비교 발광 소자 2를 구동시켰다. 그 결과 발광 소자 1은, 비교 발광 소자 2에 비하여 수명이 긴 발광 소자인 것을 알았다.
또한, 상술한 신뢰성 시험 전후에 있어서의 발광 스펙트럼의 변화를 측정하였다. 측정 결과는, 신뢰성 시험 시작 시에 측정한 결과를 신뢰성 시험 전의 결과로 하고, 초기 휘도를 5000cd/m2로 설정하고, 전류 밀도는 일정한 조건 하에서 1000시간의 신뢰성 시험을 수행한 후에 측정한 결과를 신뢰성 시험 후의 결과로 한다. 발광 소자 1의 측정 결과를 도 13의 (A)에, 비교 발광 소자 2의 측정 결과를 도 13의 (B)에 각각 나타내었다.
도 13의 (A) 및 (B)를 보면 알 수 있듯이, 신뢰성 시험 전후에 있어서의 548nm 부근의 피크 감소와 615nm 부근의 피크 증가를 합친 발광 스펙트럼 전체의 변화량이, 비교 발광 소자 2보다 발광 소자 1에서 더 작다는 결과를 얻었다. 즉, 본 발명의 일 형태에 따른 소자 구조를 가진 발광 소자 1에서는 장시간의 구동 후에도 그 발광 피크의 강도에 변화가 생기기 어렵다는 것이 나타났다.
또한, 본 실시예에서 발광층에 사용한 2mDBTBPDBq-II(약칭)와 PCBBiF(약칭)는 엑시플렉스를 형성하는 조합이다.
(실시예 2)
본 실시예에서는 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자와 비교를 위한 비교 발광 소자로서, 발광 소자 3, 비교 발광 소자 4, 발광 소자 5, 및 비교 발광 소자 6을 각각 제작하였다. 또한, 자세한 사항에 대해서는 도 14를 사용하여 설명한다. 본 실시예에서 설명하는 발광 소자는 실시형태 2에서 설명한 탠덤형 구조와, 실시형태 3에서 설명한 마이크로캐비티 구조를 조합한 구조를 가진다. 또한, 본 실시예에서 사용한 재료의 화학식은 이하와 같다.
《발광 소자 3, 비교 발광 소자 4, 발광 소자 5, 및 비교 발광 소자 6의 제작》
본 실시예에서 설명하는 발광 소자 3 및 비교 발광 소자 4는 둘 다 녹색 발광의 발광 소자이고, 도 14의 (A)의 왼쪽이 발광 소자 3, 오른쪽이 비교 발광 소자 4를 도시한 것이다. 또한, 발광 소자 5 및 비교 발광 소자 6은 둘 다 적색 발광의 발광 소자이고, 도 14의 (B)의 왼쪽이 발광 소자 5, 오른쪽이 비교 발광 소자 6을 도시한 것이다. 또한, 이들 발광 소자는 모두 제 2 전극(4003) 측에서 광이 사출되는 구조를 가진다.
도 14의 (A)에 도시된 발광 소자 3과 비교 발광 소자 4는 제 2 EL층(4002b)에서의 발광층(4013b, 4013b')의 구성만이 다르다. 또한, 도 14의 (B)에 도시된 발광 소자 5와 비교 발광 소자 6도 제 2 EL층(4002b)에서의 발광층(4013b, 4013b')의 구성만이 다르다. 또한, 도 14의 (A)에 도시된 발광 소자 3 및 비교 발광 소자 4는 녹색 발광이 얻어지도록 광학적으로 조정되고, 도 14의 (B)에 도시된 발광 소자 5 및 비교 발광 소자 6은 적색 발광이 얻어지도록 광학적으로 조정되어 있기 때문에 도 14의 (B)의 제 1 전극(4101)은 도 14의 (A)의 제 1 전극(4001)과 다른 구조를 가진다. 따라서, 이 외의 공통의 구성 요소에 대해서는 도 14의 (A) 및 (B)에 나타낸 동일한 부호를 사용하여 설명한다.
먼저, 유리제의 기판(4000) 위에 스퍼터링법으로 알루미늄(Al)과 니켈(Ni)과 란타넘(La)의 합금막(Al-Ni-La)을 막 두께 200nm로 성막한 후, 스퍼터링법으로 6nm의 Ti를 성막하고, 스퍼터링법으로 산화 실리콘을 포함하는 인듐 주석 산화물(ITSO)을 막 두께 40nm로 성막하였다. 이로써 양극으로서 기능하는 발광 소자 3 및 비교 발광 소자 4의 제 1 전극(4001)을 형성하였다(도 14의 (A) 참조). 발광 소자 5 및 비교 발광 소자 6에 대해서는, 기판(4000) 위에 스퍼터링법으로 알루미늄(Al)과 니켈(Ni)과 란타넘(La)의 합금막(Al-Ni-La)을 막 두께 200nm로 성막한 후, 스퍼터링법으로 6nm의 Ti를 성막하고, 스퍼터링법으로 산화 실리콘을 포함하는 인듐 주석 산화물(ITSO)을 막 두께 75nm로 성막함으로써 양극으로서 기능하는 제 1 전극(4101)을 형성하였다. 이 때 성막한 Ti는 일부 또는 전체가 산화되어 있고, 산화 타이타늄을 포함한다. 또한, 전극 면적은 2mm×2mm로 하였다.
다음에, 기판(4000) 위에 발광 소자 3, 비교 발광 소자 4, 발광 소자 5, 및 비교 발광 소자 6을 각각 형성하기 위한 전 처리로서, 기판 표면을 물로 세정하고 200℃에서 1시간 동안 소성한 후, UV 오존 처리를 370초 동안 수행하였다.
그 후, 10-4Pa 정도까지 내부가 감압된 진공 증착 장치에 기판을 도입하고, 진공 증착 장치 내의 가열실에서, 170℃에서 60분 동안 진공 소성한 후, 기판(4000)을 약 30분 동안 방치하여 냉각시켰다.
다음에, 제 1 전극(4001, 4101)이 형성된 면이 아래 쪽이 되도록, 기판(4000)을 진공 증착 장치 내에 제공된 홀더에 고정하였다. 본 실시예에서는 진공 증착법에 의하여, 제 1 EL층(4002a)을 구성하는 제 1 정공 주입층(4011a), 제 1 정공 수송층(4012a), 발광층(A)(4013a), 제 1 전자 수송층(4014a), 제 1 전자 주입층(4015a)을 차례로 형성한 후에 전하 발생층(4004)을 형성하고 나서, 제 2 EL층(4002b)을 구성하는 제 2 정공 주입층(4011b), 제 2 정공 수송층(4012b), 발광층(B)(4013b, 4013b'), 제 2 전자 수송층(4014b, 4014b'), 제 2 전자 주입층(4015b)을 형성하였다.
진공 증착 장치 내를 10-4Pa로 감압한 후, 9-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)-페닐]페난트렌(약칭: PcPPn)과 산화 몰리브데넘(VI)을 PcPPn(약칭):산화 몰리브데넘=1:0.5(질량비)가 되도록 공증착하여 제 1 전극(4001, 4101) 위에 제 1 정공 주입층(4011a)을 형성하였다. 공증착이란, 복수의 다른 물질을 각각 다른 증발원으로부터 동시에 증발시키는 증착법을 말한다. 또한, 발광 소자 3의 제 1 정공 주입층(4011a)은 막 두께를 13.5nm로 하고, 비교 발광 소자 4의 제 1 정공 주입층(4011a)은 막 두께를 10nm로 하고, 발광 소자 5의 제 1 정공 주입층(4011a)은 막 두께를 21nm로 하고, 비교 발광 소자 6의 제 1 정공 주입층(4011a)은 막 두께를 10nm로 하였다.
다음에, PcPPn(약칭)을 증착하여 제 1 정공 수송층(4012a)을 형성하였다. 또한, 발광 소자 3의 제 1 정공 수송층(4012a)은 막 두께를 10nm로 하고, 비교 발광 소자 4의 제 1 정공 수송층(4012a)은 막 두께를 15nm로 하고, 발광 소자 5의 제 1 정공 수송층(4012a)은 막 두께를 10nm로 하고, 비교 발광 소자 6의 제 1 정공 수송층(4012a)은 막 두께를 15nm로 하였다.
다음에, 제 1 정공 수송층(4012a) 위에 발광층(A)(4013a)을 형성하였다. 발광층(A)(4013a)은, 9-[4-(10-페닐-9-안트라센일)페닐]-9H-카바졸(약칭: CzPA), N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-비스[3-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]-피렌-1,6-다이아민(약칭: 1,6mMemFLPAPrn)을, CzPA(약칭):1,6mMemFLPAPrn(약칭)=1:0.05(질량비)가 되도록 공증착하여 형성하였다. 막 두께는 25nm로 하였다.
다음에, 발광층(A)(4013a) 위에 CzPA(약칭)를 막 두께 5nm로 증착한 후, 바토페난트롤린(약칭: Bphen)을 막 두께 15nm로 증착하여 제 1 전자 수송층(4014a)을 형성하였다. 또한, 제 1 전자 수송층(4014a) 위에 산화 리튬(Li2O)을 막 두께 0.1nm로 증착하여 제 1 전자 주입층(4015a)을 형성하였다.
다음에, 제 1 전자 주입층(4015a) 위에 구리 프탈로사이아닌(약칭: CuPc)을 막 두께 2nm로 증착하여 전하 발생층(4004)을 형성하였다.
다음에, 전하 발생층(4004) 위에 1,3,5-트라이(다이벤조싸이오펜-4-일)-벤젠(약칭: DBT3P-II)과 산화 몰리브데넘(VI)을, DBT3P-II(약칭):산화 몰리브데넘=1:0.5(질량비)가 되도록 공증착하여 제 2 정공 주입층(4011b)을 형성하였다. 막 두께는 12.5nm로 하였다.
다음에, BPAFLP(약칭)를 막 두께 20nm로 증착하여 제 2 정공 수송층(4012b)을 형성하였다.
다음에, 제 2 정공 수송층(4012b) 위에 발광층(B)(4013b, 4013b')을 형성하였다.
발광 소자 3 및 발광 소자 5(도 14의 (A) 및 (B) 각각의 왼쪽에 도시한 발광 소자)에 포함된 발광층(B)(4013b)은 제 1 발광층(4013(b1)), 제 2 발광층(4013(b2)), 및 제 3 발광층(4013(b3))의 3층으로 이루어지는 적층 구조를 가진다.
제 1 발광층(4013(b1))은, 2-[3'-(다이벤조싸이오펜-4-일)바이페닐-3-일]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mDBTBPDBq-II), N-(1,1'-바이페닐-4-일)-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: PCBBiF), (아세틸아세토나토)비스(6-tert-부틸-4-페닐피리미디나토)이리듐(III)(약칭: [Ir(tBuppm)2(acac)])을, 2mDBTBPDBq-II(약칭):PCBBiF(약칭):[Ir(tBuppm)2(acac)](약칭)=0.8:0.2:0.06(질량비)이 되도록 공증착하여 막 두께 20nm로 형성하였다.
제 2 발광층(4013(b2))은, 2mDBTBPDBq-II(약칭), PCBBiF(약칭), 비스{4,6-다이메틸-2-[5-(2,6-다이메틸페닐)-3-(3,5-다이메틸페닐)-2-피라지닐-κN]페닐-κC}(2,4-펜탄다이오나토-κ2O,O')이리듐(III)(약칭: [Ir(dmdppr-dmp)2(acac)])을, 2mDBTBPDBq-II(약칭):PCBBiF(약칭):[Ir(dmdppr-dmp)2(acac)](약칭)=0.9:0.1:0.06(질량비)이 되도록 공증착하여 막 두께 10nm로 형성하였다.
제 3 발광층(4013(b3))은, 2mDBTBPDBq-II(약칭), PCBBiF(약칭), [Ir(tBuppm)2(acac)](약칭)를 2mDBTBPDBq-II(약칭):PCBBiF(약칭):[Ir(tBuppm)2(acac)](약칭)=0.8:0.2:0.06(질량비)이 되도록 공증착하여 막 두께 10nm로 형성하였다.
한편, 비교 발광 소자 4 및 비교 발광 소자 6(도 14의 (A) 및 (B) 각각의 오른쪽에 도시한 발광 소자)에 포함된 발광층(B)(4013b')은 제 1 발광층(4013(b1'))과 제 2 발광층(4013(b2'))의 2층으로 이루어지는 적층 구조를 가진다.
제 1 발광층(4013(b1'))은, 2mDBTBPDBq-II(약칭), PCBBiF(약칭), [Ir(tBuppm)2(acac)](약칭)를 2mDBTBPDBq-II(약칭):PCBBiF(약칭):[Ir(tBuppm)2(acac)](약칭)=0.8:0.2:0.06(질량비)이 되도록 공증착하여 막 두께 20nm로 형성하였다.
제 2 발광층(4013(b2'))은, 2mDBTBPDBq-II(약칭), [Ir(dmdppr-dmp)2(acac)](약칭)를 2mDBTBPDBq-II(약칭):[Ir(dmdppr-dmp)2(acac)](약칭)=1:0.06(질량비)이 되도록 공증착하여 막 두께 20nm로 형성하였다.
다음에, 발광층(B)(4013b, 4013b') 위에 제 2 전자 수송층(4014b, 4014b')을 형성하였다.
발광 소자 3 및 발광 소자 5(도 14의 (A) 및 (B) 각각의 왼쪽에 도시한 발광 소자)에 포함된 제 2 전자 수송층(4014b)은 2mDBTBPDBq-II(약칭)를 막 두께 30nm로 증착한 후에 Bphen(약칭)을 막 두께 15nm로 증착하여 형성하였다. 또한, 비교 발광 소자 4 및 비교 발광 소자 6(도 14의 (A) 및 (B) 각각의 오른쪽에 도시한 발광 소자)에 포함된 제 2 전자 수송층(4014b')은 2mDBTBPDBq-II(약칭)를 막 두께 35nm로 증착한 후에 Bphen(약칭)을 막 두께 15nm로 증착하여 형성하였다.
또한, 제 2 전자 수송층(4014b, 4014b') 위에 불화 리튬(LiF)을 막 두께 1nm로 증착하여 제 2 전자 주입층(4015b)을 형성하였다.
마지막에, 제 2 전자 주입층(4015b) 위에 음극이 되는 제 2 전극(4003)을 형성하였다. 제 2 전극(4003)은, 은(Ag)과 마그네슘(Mg)을 질량비가 1:0.1이 되도록 막 두께 15nm로 공증착한 후에, 인듐 주석 산화물(ITO)을 스퍼터링법으로 막 두께 70nm로 증착하여 얻었다. 또한, 상술한 증착 과정에서, 증착에는 모두 저항 가열법을 사용하였다.
상술한 바와 같이 제작한 발광 소자 3, 비교 발광 소자 4, 발광 소자 5, 및 비교 발광 소자 6의 소자 구조를 표 3에 나타낸다.
[표 3]
표 3에 나타낸 바와 같이, 발광 소자 3 및 비교 발광 소자 4의 대향 기판에는 녹색 착색층(G)을 형성하고, 발광 소자 5 및 비교 발광 소자 6의 대향 기판에는 적색 착색층(R)을 형성하였다. 또한, 상술한 바와 같이 제작한 발광 소자 3, 비교 발광 소자 4, 발광 소자 5, 및 비교 발광 소자 6을 대기에 노출시키지 않도록 질소 분위기의 글로브 박스 내에서 이들 대향 기판과 접합하여 밀봉하였다(소자의 주위에 실재를 도포하고, 밀봉 시에 365nm의 자외광을 6J/cm2 조사하고, 80℃에서 1시간 동안 가열 처리하였다).
《발광소자 3, 비교 발광소자 4, 발광소자 5, 및 비교 발광소자 6의 동작 특성》
제작한 각 발광 소자의 동작 특성을 측정하였다. 또한, 측정은 실온(25℃로 유지된 분위기)에서 수행하였다. 또한, 이하에서 설명하는 도 15의 범례 중에서는 각 발광 소자의 발광색을 알기 쉽게 하기 위하여 녹색 발광의 발광 소자에 (G), 적색 발광의 발광 소자에 (R)이라고 부기하였다. 도 17에 관해서도 마찬가지이다.
도 15는 발광 소자 3, 비교 발광 소자 4, 발광 소자 5, 및 비교 발광 소자 6의 휘도-전류 효율 특성을 나타낸 것이다. 또한, 도 15에서 세로축은 전류 효율(cd/A), 가로축은 휘도(cd/m2)를 나타낸다. 도 16은 발광 소자 3, 비교 발광 소자 4, 발광 소자 5, 및 비교 발광 소자 6의 전압-휘도 특성을 나타낸 것이다. 또한, 도 16에서 세로축은 휘도(cd/m2), 가로축은 전압(V)을 나타낸다.
또한, 1000cd/m2 부근에서의 발광 소자 3, 비교 발광 소자 4, 발광 소자 5, 및 비교 발광 소자 6의 주된 초기 특성값을 이하의 표 4에 나타낸다.
[표 4]
이들 결과로부터 본 실시예에서 제작한 발광 소자 3 및 비교 발광 소자 4는 녹색(G), 발광 소자 5 및 비교 발광 소자 6은 적색(R)으로, 명확히 다른 색으로 발광하는 것을 알 수 있다. 따라서, 이들 발광 소자를 적절히 조합하여 사용함으로써 풀 컬러를 구현할 수 있는 것을 알 수 있다.
또한, 발광 소자 3, 비교 발광 소자 4, 발광 소자 5, 및 비교 발광 소자 6에, 2.5mA/cm2의 전류 밀도로 전류를 흘렸을 때의 발광 스펙트럼을 도 17에 나타내었다. 도 17을 보면 알 수 있듯이, 발광 소자 3 및 비교 발광 소자 4의 발광 스펙트럼에서는 536nm 부근, 발광 소자 5 및 비교 발광 소자 6의 발광 스펙트럼에서는 616nm 부근에 각각 피크가 위치하고, 이들 피크는 각 발광층에 포함되는 인광성 유기 금속 이리듐 착체의 발광에서 유래한 것으로 시사된다.
녹색 발광의 발광 소자 3과 비교 발광 소자 4를 비교한다. 도 15에서는 비교 발광 소자 4(G)보다 발광 소자 3(G)의 전류 효율이 높지만, 도 17에 나타낸 발광 소자 3(G)의 발광 스펙트럼의 피크는 시감도가 높은 550nm의 파장에 더 가깝다. 그러므로, 동일한 색도로 생각하면 전류 효율은 거의 같을 것으로 생각된다. 마찬가지로, 적색 발광의 발광 소자 5와 비교 발광 소자 6을 비교한다. 도 15에서는 비교 발광 소자 6(R)보다 발광 소자 5(R)의 전류 효율이 낮지만, 도 17에 나타낸 발광 소자 5(R)의 발광 스펙트럼은 시감도가 낮은 장파장 측에 위치한다. 그러므로, 광로 길이가 최적이면 전류 효율도 같을 것으로 생각된다. 즉, 발광 소자 3 및 발광 소자 5는 비교 발광 소자 4 및 비교 발광 소자 6과 동등한 초기 특성을 가지는 소자라고 할 수 있다.
도 18은 발광 소자 3, 비교 발광 소자 4, 발광 소자 5, 및 비교 발광 소자 6의 신뢰성 시험의 결과를 나타낸 것이다. 도 18에서 세로축은 초기 휘도를 100%로 하였을 때의 정규화 휘도(%)를 나타내고, 가로축은 소자의 구동 시간(h)을 나타낸다. 또한, 발광 소자 3 및 비교 발광 소자 4의 신뢰성 시험에서는 초기 휘도를 1667cd/m2로 설정하고, 발광 소자 5 및 비교 발광 소자 6의 신뢰성 시험에서는 초기 휘도를 655cd/m2로 설정하고, 전류 밀도는 일정한 조건으로 각 발광 소자를 구동시켰다. 이 결과, 발광층(B)을 3층의 적층 구조로 한 녹색 발광의 발광 소자 3에서는 같은 녹색 발광의 비교 발광 소자 4에 비하여 구동 초기에서의 급격한 휘도 저하가 억제되는 것을 알았다. 또한, 발광층(B)을 3층의 적층 구조로 한 적색 발광의 발광 소자 5에서는 같은 적색 발광의 비교 발광 소자 6에 비하여 구동 초기에서의 휘도 상승이 억제되는 것을 알았다.
또한, 본 실시예에서 발광 소자 3 및 발광 소자 5의 발광층(B)(4013b)에 사용한 2mDBTBPDBq-II(약칭)와 PCBBiF(약칭)는 엑시플렉스를 형성하는 조합이다.
(실시예 3)
본 실시예에서는 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자를 적용하여 제작한 액티브 매트릭스형 3.4인치 디스플레이에 대하여 설명한다. 이 액티브 매트릭스형 3.4인치 디스플레이는 실시예 2에서 설명한 발광 소자 3 및 발광 소자 5의 발광층과 같은 구조의 발광층을 포함한다.
또한, 이 액티브 매트릭스형 3.4인치 디스플레이의 구동 회로부에는 산화물 반도체를 적용한 FET를 사용하였다.
제작한 액티브 매트릭스형 3.4인치 디스플레이의 주된 사양과 특성을 이하의 표 5에 나타낸다.
[표 5]
또한, 이 디스플레이를 300[cd/m2]의 백색(D65 부근의 색도)으로 발광시켜 연속적으로 구동하였을 때의 시간에 따른 색도 변화를 측정한 결과를 도 19에 나타내었다. 이 결과로부터 실시예 2에서 설명한 발광 소자 3 및 발광 소자 5와 같은 구성을 적용한 액티브 매트릭스형 3.4인치 디스플레이는 발광 소자 3 및 발광 소자 5와 마찬가지로 시간에 따른 색도 변화가 작은 디스플레이인 것을 알았다.
(실시예 4)
본 실시예에서는 실시예 2에서 설명한 발광 소자 3과 같은 구조의 발광 소자 3, 실시예 2에서 설명한 발광 소자 5와 같은 구조의 발광 소자 5를 각각 제작하고 깊이 방향의 ToF-SIMS(비행 시간형 이차 이온 질량 분석법)에 의하여 분석한 결과에 대하여 설명한다. 장치로서는 TOF.SIMS5(ION-TOF사 제조)를 사용하고, 일차 이온원은 Bi로 하고, 1E12(ions/cm2) 이하, 포지티브 모드로 분석하였다. 또한 분석은, 제 2 전극(음극)을 제거한 각 발광 소자에 대하여, 제 2 전극 측으로부터 제 1 전극의 방향으로 GCIB(Ar 클러스터)를 스퍼터링 이온원으로 이용하여 굴착하면서 수행하였다.
<깊이 방향의 ToF-SIMS>
발광 소자 3의 발광층(B) 부근~제 2 전자 수송층 부근을 ToF-SIMS로 분석한 결과를 도 20의 (A) 및 (B)에 나타내었다. 또한, 발광 소자 5에 대해서는 도 21의 (A) 및 (B)에 나타내었다. 각 도면에서 세로축은 정규화된 이차 이온 강도, 가로축은 깊이를 나타내고, 0 사이클은 굴착 시작점을 나타낸다. 따라서, 여기서 0 사이클은 음극 측의 제 2 전자 주입층 부근을 가리킨다. 또한, 동일한 소자의 (A)와 (B)의 가로축 스케일은 같다. 이들 도면 중 도 20의 (A) 및 도 21의 (A)는 m/z=615, m/z=714, m/z=976, m/z=1074의 이차 이온 강도를 나타내고 있다. 또한, 도 20의 (B) 및 도 21의 (B)는 m/z=565, m/z=678의 이차 이온 강도를 나타내고 있다.
도 20의 (A) 및 도 21의 (A)로부터, m/z=615와 m/z=714는 같은 프로파일을 나타내고, 또한 m/z=976과 m/z=1074는 같은 프로파일을 나타낸 것을 알 수 있다. 그러므로, m/z=714는 주로 [Ir(tBuppm)2(acac)], m/z=615는 주로 이 [Ir(tBuppm)2(acac)]의 아세틸아세톤기가 분리된 프로덕트 이온(product ion), m/z=1074는 주로 [Ir(dmdppr-dmp)2(acac)], m/z=976은 주로 이 [Ir(dmdppr-dmp)2(acac)]의 아세틸아세톤기가 분리된 프로덕트 이온에서 유래한 질량 전하비인 것으로 추측된다. 또한, 이 외에 m/z=384나 m/z=599도, m/z=714와 같은 프로파일을 보인 것으로부터 주로 [Ir(tBuppm)2(acac)]의 프로덕트 이온에서 유래한 질량 전하비가 검출된 것으로 추측된다. 또한 m/z=976도, m/z=1074와 같은 프로파일을 보인 것으로부터 주로 [Ir(dmdppr-dmp)2(acac)]의 프로덕트 이온에서 유래한 질량 전하비가 검출된 것으로 추측된다.
또한, 도 20의 (B)와 도 21의 (B)에서의 프로파일과 질량 전하비로부터 m/z=565는 주로 2mDBTBPDBq-II, m/z=678은 주로 PCBBiF의 프로덕트 이온에서 유래한 질량 전하비인 것으로 추측된다. 또한, 이 외에 m/z=176이나 m/z=201도, m/z=565와 같은 프로파일을 보인 것으로부터 주로 2mDBTBPDBq-II의 프로덕트 이온에서 유래한 질량 전하비가 검출된 것으로 추측된다.
또한, 발광 소자 3의 해석 결과로서는 도 20의 (A)에 나타낸 바와 같이 [Ir(tBuppm)2(acac)]에서 유래한 이온의 피크가 2개 나타났고 이 피크들 사이에 [Ir(dmdppr-dmp)2(acac)]에서 유래한 피크가 나타났다. 한편, 발광 소자 5의 해석 결과로서는 도 21의 (A)에 나타낸 바와 같이 [Ir(tBuppm)2(acac)]에서 유래한 피크 옆에 [Ir(dmdppr-dmp)2(acac)]에서 유래한 피크가 나타났다. 이로부터 막 두께 10nm~20nm의 박막의 경우에도 ToF-SIMS를 사용한 분석법에 의하여 그 프로파일 확인이 가능한 것을 알았다.
도 20의 (A) 및 (B)와 도 21의 (A) 및 (B)로부터, ToF-SIMS에 의하여 소자 구조에 포함되는 이온의 검출이 가능한 것을 알았다. 또한, 그 외의 층(제 1 정공 주입층~제 2 정공 수송층)에 관해서도, 적층막 내에 포함되는 물질의 이온의 프로파일이 적층 순서대로 얻어졌기 때문에, ToF-SIMS에 의한 해석이 가능한 것을 알았다.
<발광층의 ToF-SIMS>
다음에, 발광 소자 3의 발광층(B)(4013b) 중 제 3 발광층(4013(b3)) 부근, 제 2 발광층(4013(b2)) 부근, 및 제 1 발광층(4013(b1)) 부근을 각각 측정하였다. 발광 소자 3의 발광층(B)(4013b) 중 제 3 발광층(4013(b3))의 측정 결과를 도 22의 (A), 제 2 발광층(4013(b2)) 부근의 측정 결과를 도 22의 (B)에, 제 1 발광층(4013(b1)) 부근의 측정 결과를 도 22의 (C)에 각각 나타내었다. 또한, 도 22의 (A)는 도 20에서의 37~38 사이클, 도 22의 (B)는 도 20에서의 46~47 사이클, 도 22의 (C)는 도 20에서의 58~59 사이클 부분의 적산 검출 강도에 대응한다. 또한, 도 22의 (A), (B), 및 (C) 각각에서 세로축은 이차 이온 강도, 가로축은 질량 전하비를 나타낸다.
발광 소자 5의 발광층(B)(4013b) 중 제 2 발광층(4013(b2))과 제 3 발광층(4013(b3)) 부근에서의 ToF-SIMS에 의한 측정 결과를 도 23의 (A)에 나타내고, 발광 소자 5의 발광층(B)(4013b) 중 제 1 발광층(4013(b1)) 부근에서의 ToF-SIMS에 의한 측정 결과를 도 23의 (B)에 나타내었다. 또한, 도 23의 (A)는 도 21에서의 45~46 사이클, 도 23의 (B)는 도 21에서의 63~64 사이클 부분의 적산 검출 강도에 대응한다. 또한, 도 23의 (A) 및 (B) 각각에서 세로축은 이차 이온 강도, 가로축은 질량 전하비를 나타낸다.
또한, 도 22의 (A) 및 (C)와 도 23의 (B)에 나타낸 바와 같이 [Ir(tBuppm)2(acac)]에서 유래한 m/z=714, m/z=615, m/z=599와, PCBBiF에서 유래한 m/z=678이 검출되었다. 또한, 도 22의 (B) 및 도 23의 (A)에 나타낸 바와 같이 [Ir(dmdppr-dmp)2(acac)]에서 유래한 m/z=1074, m/z=976이 검출되었다.
<단일막의 ToF-SIMS>
다음에, 발광 소자 3의 발광층(B)(4013b) 중 제 1 발광층(4013(b1)) 및 제 3 발광층(4013(b3))에 포함되는 [Ir(tBuppm)2(acac)]의 단일막을 증착법으로 제작하고 ToF-SIMS에 의하여 측정하였다. 도 24에 측정 결과를 나타내었다. 또한, 도 24에서 세로축은 이차 이온 강도, 가로축은 질량 전하비를 나타낸다.
도 24로부터, [Ir(tBuppm)2(acac)]에서 유래한 피크인 m/z=714, m/z=615, m/z=599가, 도 22의 (A) 및 (C), 도 23의 (B)와 같은 프로덕트 피크 패턴(product peak pattern)으로 검출된 것을 알았다.
또한, 혼합막의 경우, 한 재료가 다른 재료의 이온과 같은 질량 전하비를 가지는 경우에 피크가 겹쳐 나와서 강도비가 달라질 수 있기 때문에 주의하여야 한다.
상술한 ToF-SIMS 분석 결과로부터, 발광 소자 내에 포함되는 물질의 프로덕트 이온을 단일막의 경우와 마찬가지로 높은 감도로 검출할 수 있는 것을 알았다. 또한, ToF-SIMS 분석에 의하여 시료 내의 비율이 낮은 물질이나 얇은 막도 분석이 가능한 것을 알았다.
또한, 발광층에 도펀트로서 흔히 사용되는 착체의 경우, 그것에서 리간드가 하나 분리된 구조를 가진 프로덕트 이온(질량 전하비: (P)/z)을 높은 감도로 검출이 가능한 것을 알았다. 얻어지는 질량 전하비는 식(1)으로 표현된다. 또한, 식(1)에서 (C)는 착체 분자의 정밀 질량, (L)은 치환된 리간드의 정밀 질량을 나타낸다. 또한, (P)/z는 ±2 이내의 것도 포함한다.
(P)/z=(C)-(L) (1)
또한, 착체 내에 포함되는 리간드로서는 예를 들어, 이하와 같은 구조(구조식(100~111), (120~126), (130~186))를 들 수 있다.
또한, 착체로부터 구조식(100)으로 표시되는 리간드(아세틸아세톤(약칭: acac))가 분리된 경우, 착체의 정밀 질량으로부터 99를 뺀 질량 전하비를 가지는 프로덕트 이온이 검출되기 쉽다. 예를 들어, 착체가 [Ir(tBuppm)2(acac)]인 경우, 그 정밀 질량이 714이기 때문에 이것으로부터 99를 뺀 m/z=615의 프로덕트 이온이 검출된다. 또한, 착체가 [Ir(dmdppr-dmp)2(acac)]인 경우, 그 정밀 질량이 1074이기 때문에 이것으로부터 99를 뺀 m/z=975의 프로덕트 이온이 검출된다.
따라서, 착체로부터 위에 나타낸 구조식(100)~(111), 구조식(120)~(126)으로 표시되는 리간드 등의 킬레이트 리간드가 분리된 프로덕트 이온이 검출되기 쉬운 것으로 시사된다. 즉, 금속과 공유 결합을 형성하는 리간드가 분리된 프로덕트 이온보다 킬레이트 리간드가 분리된 프로덕트 이온이 검출되기 쉬운 것으로 시사된다.
또한, 복수의 같은 리간드가 결합되어 있는 트리스체(tris-type structure)의 경우, 이하의 식(2)으로 표현되는 질량 전하비가 검출된다. 다만, (M)은 중심 금속의 정밀 질량, n은 리간드의 수를 나타낸다. 또한, (P)/z는 ±2 이내의 것도 포함한다.
(P)/z={(C)-(M)}/n+(M) (2)
또한, 중심 금속으로서는 이리듐, 백금, 은, 구리, 알루미늄, 루테늄, 코발트, 철, 갈륨, 하프늄, 리튬, 니켈, 주석, 타이타늄, 바나듐, 및 아연 등을 들 수 있다.
따라서, 깊이 방향의 SIMS 분석도 같이 수행하면 착체나 산화 몰리브데넘, 리튬, 리튬 화합물 등 무기 화합물의 해석이 더 쉬워지므로 바람직하다.
101: 양극
102: 음극
103: EL층
104: 정공 주입층
105: 정공 수송층
106: 발광층
106a: 제 1 발광층
106b: 제 2 발광층
106c: 제 3 발광층
107: 전자 수송층
108: 전자 주입층
109a: 제 1 발광성 재료
109b: 제 2 발광성 재료
110: 전자 수송성 재료
111: 정공 수송성 재료
201: 제 1 전극
202(1): 제 1 EL층
202(2): 제 2 EL층
202(n): 제 (n) EL층
204: 제 2 전극
205: 전하 발생층
205(1): 제 1 전하 발생층
205(2): 제 2 전하 발생층
205(n-1): 제 (n-1) 전하 발생층
301: 반사 전극
302: 반투과·반반사 전극
303: 투명 도전층
304G: 제 1 발광층(G)
304R: 제 2 발광층(R)
305: EL층
310R: 제 1 발광 소자(R)
310G: 제 2 발광 소자(G)
401: 소자 기판
402: 화소부
403: 구동 회로부(소스선 구동 회로)
404a: 구동 회로부(게이트선 구동 회로)
404b: 구동 회로부(게이트선 구동 회로)
405: 실재
406: 밀봉 기판
407: 배선
408: FPC(flexible printed circuit)
409: FET
410: FET
411: 스위칭용 FET
412: 전류 제어용 FET
413: 제 1 전극(양극)
414: 절연물
415: EL층
416: 제 2 전극(음극)
417: 발광 소자
418: 공간
700: 기판
701: 제 1 전극
702: 제 2 전극
703: EL층
704: 정공 주입층
705: 정공 수송층
706: 발광층
707: 전자 수송층
708: 전자 주입층
7100: 텔레비전 장치
7101: 하우징
7103: 표시부
7105: 스탠드
7107: 표시부
7109: 조작 키
7110: 리모트 컨트롤러
7201: 본체
7202: 하우징
7203: 표시부
7204: 키보드
7205: 외부 접속 포트
7206: 포인팅 디바이스
7302: 하우징
7304: 표시 패널
7305: 시각을 나타내는 아이콘
7306: 기타 아이콘
7311: 조작용 버튼
7312: 조작용 버튼
7313: 접속 단자
7321: 밴드
7322: 버클
7400: 휴대 전화기
7401: 하우징
7402: 표시부
7403: 조작용 버튼
7404: 외부 접속부
7405: 스피커
7406: 마이크로폰
7407: 카메라
8001: 조명 장치
8002: 조명 장치
8003: 조명 장치
8004: 조명 장치
102: 음극
103: EL층
104: 정공 주입층
105: 정공 수송층
106: 발광층
106a: 제 1 발광층
106b: 제 2 발광층
106c: 제 3 발광층
107: 전자 수송층
108: 전자 주입층
109a: 제 1 발광성 재료
109b: 제 2 발광성 재료
110: 전자 수송성 재료
111: 정공 수송성 재료
201: 제 1 전극
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202(2): 제 2 EL층
202(n): 제 (n) EL층
204: 제 2 전극
205: 전하 발생층
205(1): 제 1 전하 발생층
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205(n-1): 제 (n-1) 전하 발생층
301: 반사 전극
302: 반투과·반반사 전극
303: 투명 도전층
304G: 제 1 발광층(G)
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305: EL층
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401: 소자 기판
402: 화소부
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405: 실재
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407: 배선
408: FPC(flexible printed circuit)
409: FET
410: FET
411: 스위칭용 FET
412: 전류 제어용 FET
413: 제 1 전극(양극)
414: 절연물
415: EL층
416: 제 2 전극(음극)
417: 발광 소자
418: 공간
700: 기판
701: 제 1 전극
702: 제 2 전극
703: EL층
704: 정공 주입층
705: 정공 수송층
706: 발광층
707: 전자 수송층
708: 전자 주입층
7100: 텔레비전 장치
7101: 하우징
7103: 표시부
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7107: 표시부
7109: 조작 키
7110: 리모트 컨트롤러
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7202: 하우징
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7302: 하우징
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7306: 기타 아이콘
7311: 조작용 버튼
7312: 조작용 버튼
7313: 접속 단자
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7322: 버클
7400: 휴대 전화기
7401: 하우징
7402: 표시부
7403: 조작용 버튼
7404: 외부 접속부
7405: 스피커
7406: 마이크로폰
7407: 카메라
8001: 조명 장치
8002: 조명 장치
8003: 조명 장치
8004: 조명 장치
Claims (8)
- 발광 장치에 있어서,
제 1 전극과;
상기 제 1 전극 위의 제 1 발광층과;
상기 제 1 발광층 위에 있고 상기 제 1 발광층과 직접 접촉하는 제 2 발광층과;
상기 제 2 발광층 위에 있고 상기 제 2 발광층과 직접 접촉하는 제 3 발광층과;
상기 제 3 발광층 위의 제 2 전극을 포함하고,
상기 제 1 발광층 및 상기 제 3 발광층은 제 1 발광을 나타내고,
상기 제 2 발광층으로부터의 제 2 발광은 상기 제 1 발광보다 단파장에서 발광 피크를 가지는, 발광 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 발광층, 상기 제 2 발광층, 및 상기 제 3 발광층은 각각 엑시플렉스(exciplex)를 형성하는 제 1 재료와 제 2 재료를 포함하는, 발광 장치. - 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 재료는 정공 수송성 재료이고,
상기 제 2 재료는 전자 수송성 재료인, 발광 장치. - 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 발광 및 상기 제 2 발광 중 적어도 하나는 인광인, 발광 장치. - 제 3 항에 있어서,
상기 제 1 발광은 녹색의 광이고,
상기 제 2 발광은 적색의 광인, 발광 장치. - 제 3 항에 있어서,
상기 제 1 발광 및 상기 제 2 발광 중 적어도 하나는 이리듐 착체의 발광에서 유래한 발광인, 발광 장치. - 제 1 항에 따른 발광 장치를 포함하는, 전자 기기.
- 제 1 항에 따른 발광 장치를 포함하는, 조명 장치.
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