KR20150118068A - 발광 소자 - Google Patents

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KR20150118068A
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타카히로 우시쿠보
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가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼
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Abstract

본 발명은, 구동 시간에 대한 열화의 정도가 개선된 발광 소자, 발광색의 조정이 용이한 발광 소자를 제공한다.
제 1 전극과, 제 2 전극과, 제 1 전극 및 제 2 전극 사이에 위치하는 유기 화합물을 포함하는 층을 갖고, 유기 화합물을 포함하는 층은 상기 제 2 전극 측으로부터 제 1 층, 제 2 층 및 제 3 층이 적층한 발광층과, 제 3 층에 접하여 형성된 정공 수송층을 적어도 갖고, 제 1 층은 제 1 유기 화합물과 제 2 유기 화합물을 포함하고, 제 2 층은 제 3 유기 화합물과 제 4 유기 화합물을 포함하고, 제 3 층은 제 1 유기 화합물과 제 5 유기 화합물을 포함하는 발광 소자를 제공한다.

Description

발광 소자{LIGHT-EMITTING ELEMENT}
본 발명은, 적어도 일부에 유기 화합물을 사용한 발광 소자에 관한 것이다.
유기 화합물을 포함하는 층을 한 쌍의 전극 사이에 갖고, 상기 전극들 사이에 전류가 흐름으로써 발광을 얻을 수 있는 발광 소자를 사용한 발광 장치가 개발되어 있다. 이러한 발광 장치는 현재, 박형 표시 장치라고 불리는 표시 장치와 비교하여, 더욱 박형 및 경량화할 수 있다. 또한, 자체 발광(self-light emission)이므로 시인성이 양호하고, 응답 속도도 빠르다. 따라서, 차세대 표시 장치로서 적극적으로 개발되어, 현재로서는 일부가 실용화되고 있다.
이러한 발광 소자는, 유기 화합물을 포함하는 층에 포함되는 발광 중심이 되는 재료에 의하여 다양한 발광색을 제공할 수 있다. 또한, 상이한 발광색을 갖는 발광 중심 재료를 포함하는 층을 적층함으로써, 발광을 중첩하고, 보다 많은 발광색의 베리에이션(variation)을 얻을 수 있다. 특히, 적색, 녹색, 청색의 빛을 중첩하거나 서로 보색이 되는 발광색을 중첩함으로써, 얻을 수 있는 백색광은, 디스플레이 등의 용도 이외에도 백 라이트나 조명 등에 적합하며, 중요시되어 있다.
이점이 많은 이러한 발광 장치가 일부의 실용화에 머무르고 있는 큰 이유 중 하나로 발광 소자의 열화 문제가 있다. 발광 소자는, 같은 전류량을 흘린다고 하여도, 구동 시간의 축적에 따라 그 휘도가 저하되는 열화를 일으킨다. 이 열화의 정도가 실제로 제품으로서 허용되는 정도인 발광 소자를 얻는 것이, 상기 발광 장치가 널리 보급하기 위해서는 필요불가결하며, 구동 회로면, 밀봉면, 소자 구조면이나 재료면 등, 많은 측면으로부터 연구가 되어 있다(예를 들어, 특허 문헌 1 및 특허 문헌 2 참조).
그러나, 구동 시간의 축적에 따른 휘도 저하가 일어나는 원인은 다양하고, 현상의 대책으로는 아직도 충분하지 않는 상태인 것도 사실이다.
[특허문헌 1] 특개2006-114796호 공보
[특허문헌 2] 특개2007-220593호 공보
그래서, 본 발명에서는 구동 시간에 대한 열화의 정도가 개선된 발광 소자 또는 조명 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.
또한, 본 발명에서는 표시부에 있어서의 신뢰성이 높은 발광 장치 또는 전자 기기를 제공하는 것을 과제로 한다.
또한, 본 발명에서는 발광색의 조정이 용이한 발광 소자 또는 조명 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.
또한, 본 발명에서는 표시 품질이 높은 발광 장치 또는 전자 기기를 제공하는 것을 과제로 한다.
본 발명의 일 형태는, 발광 소자에 있어서, 기판 위의 양극 및 음극과, 상기 양극과 상기 음극사이의 제 1 층, 제 2 층 및 제 3 층을 포함하고, 상기 제 1 층은 상기 양극과 상기 제 2 층 사이에 있고, 상기 제 3 층은 상기 제 2 층과 상기 음극 사이에 있고, 상기 제 1 층은 정공 수송성을 갖는 제 1 유기화합물과 발광성을 갖는 제 2 유기 화합물을 포함하는 혼합물이고, 상기 제 2 층은 정공 수송성을 갖는 제 3 유기 화합물과 발광성을 갖는 제 4 유기 화합물을 포함하는 혼합물이고, 상기 제 3 층은 전자 수송성을 갖는 제 5 유기 화합물과 상기 제 2 유기 화합물을 포함하는 혼합물이고, 상기 제 4 유기 화합물은 상기 제 2 유기 화합물과는 다른 화합물이고, 상기 제 2 유기 화합물로부터 방출되는 빛의 색깔과 상기 제 4 유기 화합물로부터 방출되는 빛의 색깔은 보색의 관계를 갖고, 상기 제 2 유기 화합물로부터 방출되는 빛의 색깔은 청색이고, 상기 제 4 유기 화합물로부터 방출되는 빛의 색깔은 황색인 발광 소자이다.
이러한 구성을 갖는 본 발명의 발광 소자는, 구동 시간의 축적에 따른 휘도 저하가 적고, 신뢰성이 향상한 발광 소자로 할 수 있다. 또한, 발광색의 조정이 용이한 발광 소자로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 형태는, 발광 소자에 있어서, 기판 위의 양극 및 음극과, 상기 양극과 상기 음극사이의 제 1 층, 제 2 층 및 제 3 층을 포함하고, 상기 제 1 층은 상기 양극과 상기 제 2 층 사이에 있고, 상기 제 3 층은 상기 제 2 층과 상기 음극 사이에 있고, 상기 제 1 층은 정공 수송성을 갖는 제 1 유기화합물과 발광성을 갖는 제 2 유기 화합물을 포함하는 혼합물이고, 상기 제 2 층은 정공 수송성을 갖는 제 3 유기 화합물과 발광성을 갖는 제 4 유기 화합물을 포함하는 혼합물이고, 상기 제 3 층은 전자 수송성을 갖는 제 5 유기 화합물과 상기 제 2 유기 화합물을 포함하는 혼합물이고, 상기 제 4 유기 화합물은 상기 제 2 유기 화합물과는 다른 화합물이고, 상기 제 3 유기 화합물은 상기 제 1 유기 화합물과 같은 유기 화합물이고, 상기 제 2 유기 화합물로부터 방출되는 빛의 색깔과 상기 제 4 유기 화합물로부터 방출되는 빛의 색깔은 보색의 관계를 갖고, 상기 제 2 유기 화합물로부터 방출되는 빛의 색깔은 청색이고, 상기 제 4 유기 화합물로부터 방출되는 빛의 색깔은 황색인 발광 소자이다. 이러한 구성을 갖는 본 발명의 발광 소자는 구동 시간의 축적에 따른 휘도 저하가 적고, 신뢰성이 향상한 발광 소자로 할 수 있다. 또한, 발광색의 조정이 용이한 발광 소자로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 형태는, 제 1 전극과, 제 2 전극과, 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극 사이에 위치하는 유기 화합물을 포함하는 층을 갖고, 유기 화합물을 포함하는 층은 제 2 전극 측으로부터 제 1 층, 제 2 층 및 제 3 층이 적층된 발광역할을 하는 층과, 제 3 층에 접하여 형성된 정공 수송층을 적어도 갖고, 제 1 층은 제 1 유기 화합물과 제 2 유기 화합물을 포함하고, 제 2 층은 제 3 유기 화합물과 제 4 유기 화합물을 포함하고, 제 3 층은 제 1 유기 화합물과 제 5 유기 화합물을 포함하고, 제 1 층에 있어서의 제 1 유기 화합물의 비율은, 0.1wt% 이상 50wt% 미만이고, 제 2 층에 있어서의 제 3 유기 화합물의 비율은, 0.1wt% 이상 50wt% 미만이고, 제 3 층에 있어서의 제 1 유기 화합물의 비율은, 0.1wt% 이상 50wt% 미만이고, 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 제 1 전극 쪽이 전위가 높게 되도록 전압을 가할 때, 제 1 유기 화합물 및 제 3 유기 화합물로부터 발광이 얻어지는 발광 소자이다. 이러한 구성을 갖는 본 발명의 발광 소자는 구동 시간의 축적에 따른 휘도 저하가 적고, 신뢰성이 향상한 발광 소자로 할 수 있다. 또한, 발광색의 조정이 용이한 발광 소자로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 형태는, 제 1 전극과, 제 2 전극과, 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극 사이에 위치하는 유기 화합물을 포함하는 층을 갖고, 유기 화합물을 포함하는 층은 제 2 전극 측으로부터 제 1 층, 제 2 층 및 제 3 층이 적층된 발광역할을 하는 층과, 제 3 층에 접하여 형성된 정공 수송층을 적어도 갖고, 제 1 층은 제 1 유기 화합물과 제 2 유기 화합물을 포함하고, 제 2 층은 제 3 유기 화합물과 제 4 유기 화합물을 포함하고, 제 3 층은 제 1 유기 화합물과 제 5 유기 화합물을 포함하고, 제 1 층에 있어서의 제 1 유기 화합물의 비율은, 0.1wt% 이상 50wt% 미만이고, 제 2 층에 있어서의 제 3 유기 화합물의 비율은, 0.1wt% 이상 50wt% 미만이고, 제 3 층에 있어서의 제 1 유기 화합물의 비율은, 0.1wt% 이상 50wt% 미만이고, 제 1 유기 화합물은 제 1 층 및 제 3 층에 있어서의 발광 중심 물질이고, 제 3 유기 화합물은 제 2 층에 있어서의 발광 중심 물질인 발광 소자이다. 이러한 구성을 갖는 본 발명의 발광 소자는 구동 시간의 축적에 따른 휘도 저하가 적고, 신뢰성이 향상한 발광 소자로 할 수 있다. 또한, 발광색의 조정이 용이한 발광 소자로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 형태는, 상기 구성에 있어서 제 4 유기 화합물 및 제 5 유기 화합물이 정공 수송성의 재료이고, 제 2 유기 화합물이 전자 수송성의 재료인 발광 소자이다. 이러한 구성을 갖는 본 발명의 발광 소자는, 구동 시간의 축적에 따른 휘도 저하가 보다 적고, 더욱 신뢰성이 향상한 발광 소자로 할 수 있다. 또한, 발광색의 조정이 용이한 발광 소자로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 형태는, 상기 구성에 있어서 제 4 유기 화합물이 축합 다환계(縮合多環系)의 물질인 것을 특징으로 하는 발광 소자이다. 이러한 구성을 갖는 본 발명의 발광 소자는 밴드 갭이 넓고, 포스트 재료로서 적합한 축합 다환계의 물질을 발광 중심 물질의 포스트로서 사용하며, 구동 시간의 축적에 따른 휘도 저하가 적고, 신뢰성이 향상한 발광 소자로 할 수 있다. 또한, 발광색의 조정이 용이한 발광 소자로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 형태는, 상기 구성에 있어서 제 4 유기 화합물이 3환 이상 6환 이하의 축합다환 방향족 화합물인 것을 특징으로 하는 발광 소자이다. 이러한 구성을 갖는 본 발명의 발광 소자는 밴드 갭이 넓고, 포스트 재료로서 적합한 3환 이상 6환 이하의 축합다환 방향족 화합물을 발광 중심 물질의 포스트로서 사용하며, 구동 시간의 축적에 따른 휘도 저하가 적고, 신뢰성이 향상한 발광 소자로 할 수 있다. 또한, 발광색의 조정이 용이한 발광 소자로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 형태는, 상기 구성에 있어서 제 4 유기 화합물이 안트라센 유도체인 것을 특징으로 하는 발광 소자이다. 이러한 구성을 갖는 본 발명의 발광 소자는 밴드 갭이 넓고, 포스트 재료로서 적합한 안트라센 유도체를 발광 중심 물질의 포스트로서 사용하며, 구동 시간의 축적에 따른 휘도 저하가 적고, 신뢰성이 향상한 발광 소자로 할 수 있다. 또한, 발광색의 조정이 용이한 발광 소자로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 형태는, 상기 구성에 있어서 제 4 유기 화합물과 제 5 유기 화합물은 같은 물질인 발광 소자이다. 이러한 구성을 갖는 본 발명의 발광 소자는 상기 구성의 특징을 가지며, 또 제작 공정을 간략화한 발광 소자로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 형태는, 상기 구성에 있어서 제 1 유기 화합물이 발하는 빛의 피크 파장이 제 3 유기 화합물이 발하는 빛의 피크 파장보다 짧은 파장인 발광 소자이다. 이러한 구성을 갖는 본 발명의 발광 소자는 상기 구성의 발광 소자에 있어서의 특징을 가지며, 또 발광색의 조정이 용이한 발광 소자로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 형태는, 상기 구성에 있어서 제 1 유기 화합물이 발하는 빛의 색깔과 제 3 유기 화합물이 발하는 빛의 색깔이 서로 보색의 관계인 발광 소자이다. 이러한 구성을 갖는 본 발명의 발광 소자는 상기 구성의 발광 소자에 있어서의 특징을 가지며, 또 백색의 발광을 얻을 수 있다. 발광색의 조정이 용이한 본 발명의 발광 소자는 백색 발광 소자에 적합하게 적용할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 형태는, 상기 구성에 있어서 제 1 유기 화합물은 청색의 빛을 발하고, 제 3 유기 화합물은 황색의 빛을 발하는 발광 소자이다. 이러한 구성을 갖는 본 발명의 발광 소자는 상기 구성의 발광 소자에 있어서의 특징을 가지며, 또 백색의 발광을 얻을 수 있다. 발광색의 조정이 용이한 본 발명의 발광 소자는 백색 발광 소자에 적합하게 적용할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 형태는, 상기 구성에 있어서 제 1 유기 화합물이 발하는 빛의 피크 파장이 400nm 내지 480nm의 범위 내에 있고, 제 3 유기 화합물이 발하는 빛의 피크 파장이 540nm 내지 600nm의 범위 내에 있는 발광 소자이다. 이러한 구성을 갖는 본 발명의 발광 소자는 상기 구성의 발광 소자에 있어서의 특징을 가지며, 또 백색의 발광을 얻을 수 있다. 발광색의 조정이 용이한 본 발명의 발광 소자는 백색 발광 소자에 적합하게 적용할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 형태는, 상기 구성에 있어서 제 1 유기 화합물은 청녹색의 빛을 발하고, 제 3 유기 화합물은 적색의 빛을 발하는 발광 소자이다. 이러한 구성을 갖는 본 발명의 발광 소자는 상기 구성의 발광 소자에 있어서의 특징을 가지며, 또 백색의 발광을 얻을 수 있다. 발광색의 조정이 용이한 본 발명의 발광 소자는 백색 발광 소자에 적합하게 적용할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 형태는, 상기 구성에 있어서 제 1 유기 화합물이 발하는 빛의 피크 파장이 480nm 내지 520nm의 범위 내에 있고, 제 3 유기 화합물이 발하는 빛의 피크 파장이 600nm 내지 700nm의 범위 내에 있는 발광 소자이다. 이러한 구성을 갖는 본 발명의 발광 소자는 상기 구성의 발광 소자에 있어서의 특징을 가지며, 또 백색의 발광을 얻을 수 있다. 발광색의 조정이 용이한 본 발명의 발광 소자는 백색 발광 소자에 적합하게 적용할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 형태는, 상술한 바와 같은 발광 소자를 사용한 조명 장치이다. 이러한 구성을 갖는 조명 장치는, 구동 시간의 축적에 따른 휘도 저하가 적고, 수명이 긴 조명 장치로 할 수 있다. 또한, 발광색의 조정이 용이하므로 상기 조명 장치의 용도에 맞춘 발광색을 용이하게 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 형태는, 상술한 바와 같은 발광 소자와 발광 소자의 발광을 제어하는 수단을 구비한 발광 장치이다. 이러한 구성을 갖는 발광 장치는, 구동 시간의 축적에 따른 휘도 저하가 적고, 수명이 긴 발광 장치로 할 수 있다. 또한, 발광색의 조정이 용이하므로 표시 품질이 높은 발광 장치로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 형태는, 상술한 바와 같은 발광 장치를 표시부에 탑재한 전자 기기이다. 이러한 구성을 갖는 전자 기기는, 표시부의 수명이 긴 전자 기기로 할 수 있다. 또한, 발광색의 조정이 용이하므로 표시 품질이 높은 표시부를 갖는 전자기기로 할 수 있다.
본 발명을 실시함으로써, 구동 시간에 대한 열화의 정도가 개선된 발광 소자를 제공할 수 있다.
또한, 구동 시간에 대한 열화의 정도가 개선된 조명 장치를 제공할 수 있다.
또한, 표시부에 있어서의 신뢰성이 높은 발광 장치 또는 전자 기기를 제공할 수 있다.
또한, 발광색의 조정이 용이한 발광 소자, 또는 조명 장치를 제공할 수 있다.
또한, 표시 품질이 높은 발광 장치 또는 전자 기기를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 발광 소자의 개념도.
도 2는 종래의 발광 소자의 개념도.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 발광 장치의 상면도 및 단면도.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 발광 장치의 사시도 및 단면도.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 전자 기기를 도시하는 도면.
도 6은 본 발명의 전자 기기를 도시하는 도면.
도 7은 본 발명의 전자 기기를 도시하는 도면.
도 8은 본 발명의 전자 기기를 도시하는 도면.
도 9는 발광 소자 1의 전류 밀도-휘도 특성을 도시하는 도면.
도 10은 발광 소자 1의 휘도-전류 효율 특성을 도시하는 도면.
도 11은 발광 소자 1의 전압-휘도 특성을 도시하는 도면.
도 12는 발광 소자 1의 전압-전류 특성을 도시하는 도면.
도 13은 발광 소자 1의 발광 스펙트럼을 도시하는 도면.
도 14는 발광 소자 2의 전류 밀도-휘도 특성을 도시하는 도면.
도 15는 발광 소자 2의 휘도-전류 효율 특성을 도시하는 도면.
도 16은 발광 소자 2의 전압-휘도 특성을 도시하는 도면.
도 17은 발광 소자 2의 전압-전류 특성을 도시하는 도면.
도 18은 발광 소자 2의 발광 스펙트럼을 도시하는 도면.
도 19는 발광 소자 3의 발광 스펙트럼을 도시하는 도면.
도 20은 발광 소자 1 및 발광 소자 3의 규격화 휘도 시간 변화를 도시하는 도면.
도 21은 발광 소자 4의 전류 밀도-휘도 특성을 도시하는 도면.
도 22는 발광 소자 4의 휘도-전류 효율 특성을 도시하는 도면.
도 23은 발광 소자 4의 전압-휘도 특성을 도시하는 도면.
도 24는 발광 소자 4의 전압-전류 특성을 도시하는 도면.
도 25는 발광 소자 4의 발광 스펙트럼을 도시하는 도면.
도 26은 발광 소자 5의 전류 밀도-휘도 특성을 도시하는 도면.
도 27은 발광 소자 5의 휘도-전류 효율 특성을 도시하는 도면.
도 28은 발광 소자 5의 전압-휘도 특성을 도시하는 도면.
도 29는 발광 소자 5의 전압-전류 특성을 도시하는 도면.
도 30은 발광 소자 5의 발광 스펙트럼을 도시하는 도면.
도 31은 발광 소자 6의 발광 스펙트럼을 도시하는 도면.
도 32은 발광 소자 4 및 발광 소자 6의 규격화 휘도 시간 변화를 도시하는 도면.
도 33은 발광 소자 7의 전류 밀도-휘도 특성을 도시하는 도면.
도 34은 발광 소자 7의 휘도-전류 효율 특성을 도시하는 도면.
도 35은 발광 소자 7의 전압-휘도 특성을 도시하는 도면.
도 36은 발광 소자 7의 전압-전류 특성을 도시하는 도면.
도 37은 발광 소자 7의 발광 스펙트럼을 도시하는 도면.
도 38은 발광 소자 8의 전류 밀도-휘도 특성을 도시하는 도면.
도 39은 발광 소자 8의 휘도-전류 효율 특성을 도시하는 도면.
도 40은 발광 소자 8의 전압-휘도 특성을 도시하는 도면.
도 41은 발광 소자 8의 전압-전류 특성을 도시하는 도면.
도 42은 발광 소자 8의 발광 스펙트럼을 도시하는 도면.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여, 도면을 참조하여 자세히 설명한다. 다만, 본 발명은 다양한 형태로 실시할 수 있고, 본 발명의 취지 및 그 범위로서 벗어남이 없이 그 형태 및 자세한 내용을 다양하게 변경할 수 있다는 것은, 당업자라면 용이하게 이해할 수 있다. 따라서, 본 실시형태의 기재 내용에 한정하여 해석되는 것이 아니다.
(실시형태 1)
본 발명에 대한 종래의 발광 소자(115)의 개념도를 도 2에 도시한다. 발광 소자(115)는, 제 1 전극(111)과 제 2 전극(110) 사이에, 유기 화합물을 포함하는 층(116)이 형성된 구성이 된다. 유기 화합물을 포함하는 층(116) 중에는 제 2 층(113), 제 1 층(112)이 제 1 전극(111) 측으로부터 적층되고, 제 2 층(113)에 접하여 정공 수송층(114)이 형성된다. 제 1 층(112)에는, 발광 중심이 되는 제 1 유기 화합물과, 제 1 유기 화합물을 분산시키는 포스트 재료로서의 제 2 유기 화합물이 포함되고, 제 2 층(113)에는 발광 중심이 되는 제 3 유기 화합물과, 제 3 유기 화합물을 분산시키는 포스트 재료로서의 제 4 유기 화합물이 포함된다. 제 2 유기 화합물은 전자 수송성을 갖는 재료, 제 4 유기 화합물은 정공 수송성을 갖는 재료로 형성된다. 또한, 본 명세서 중에 있어서,“전자 수송성을 갖는다”는 것은, 적어도 전자의 수송성이 정공의 수송성보다 높은 것을 가리키며, “정공 수송성을 갖는다”는 것은, 적어도 정공의 수송성이 전자의 수송성보다 높은 것을 가리킨다. 정공 수송층(114)은 전극과 발광하는 층과의 간격을 두기 위하여 형성되고, 정공 수송성을 갖는 물질로 구성된다.
발광 소자(115)는, 제 1 전극(111)의 전위가 제 2 전극(110)의 전위보다 높게 되도록 제 1 전극(111)과 제 2 전극(110) 사이에 전압을 가하여 전류를 흘리면, 제 2 전극(110)으로부터는 전자가, 제 1 전극(111)으로부터는 정공이 각각 유기 화합물을 포함하는 층(116)에 주입된다. 주입된 캐리어는, 제 1 층(112)과 제 2 층(113)의 계면 근방에서 그 대부분이 재결합하고, 제 1 유기 화합물 및 제 3 유기 화합물이 발광함으로써 이들 2개의 발광 스펙트럼이 중첩한 발광을 얻을 수 있다. 또한, 유기 화합물을 포함하는 층(116)에 있어서, 제 2 전극(110)과 제 1 층(112)과의 사이, 및 제 1 전극(111)과 정공 수송층(114)과의 사이에는, 적절히 층이 형성되어도 좋고, 층이 형성되지 않아도 좋다.
본 발명자는, 이러한 발광 소자(115)에 있어서, 제 2 층(113)과 정공 수송층(114) 사이에 제 1 층(112)에 포함되는 발광 중심 물질인 제 1 유기 화합물을 포함하고, 제 5 유기 화합물을 제 1 유기 화합물을 분산시키는 포스트 재료로서 포함하는 제 3 층을 형성함으로써, 상기 발광 소자의 구동 시간에 대한 열화의 정도가 개선되는 것을 발견하였다.
도 1에 본 실시형태에 있어서의 발광 소자(106)의 개념도를 도시한다. 제 1 전극(101)과 제 2 전극(100) 사이에 제 3 층(104), 제 2 층(103), 제 1 층(102)이 제 1 전극(101) 측으로부터 적층된다. 또한, 제 3 층(104)에 접하여 정공 수송층(105)이 형성된다. 제 1 층(102)에는, 발광 중심이 되는 제 1 유기 화합물과, 제 1 유기 화합물을 분산시키는 포스트 재료로서의 제 2 유기 화합물이 포함되고, 제 2 층(103)에는 발광 중심이 되는 제 3 유기 화합물과, 제 3 유기 화합물을 분산시키는 포스트 재료로서의 제 4 유기 화합물이 포함되고, 제 3 층(104)에는 발광 중심이 되는 제 1 유기 화합물과, 제 1 유기 화합물을 분산시키는 포스트 재료로서의 제 5 유기 화합물이 각각 포함된다. 여기서, 제 1 층(102)에 있어서의 제 1 유기 화합물과 제 3 층(104)에 포함되는 제 1 유기 화합물은 같은 물질이다. 제 2 유기 화합물은 전자 수송성을 갖는 재료, 제 4 유기 화합물은 정공 수송성을 갖는 재료로 형성된다.
발광 소자(106)도 발광 소자(115)와 마찬가지로, 제 1 전극(101)의 전위가 제 2 전극(100)의 전위보다 높게 되도록 양쪽 전극 간에 전압을 가하였을 때, 제 1 유기 화합물 및 제 3 유기 화합물을 형성함으로써, 구동 시간에 대한 열화의 정도가 개선된 발광 소자로 할 수 있다.
열화의 정도가 개선된 이유로서는, 발광 소자(115)에 있어서는 제 1 층(112)과 제 2 층(113)의 계면에서 재결합에 기여하지 않은 전자가, 제 2 층(113)을 통과하여 정공 수송층(114)에 도달함으로써 열화를 일으킨 상태이지만, 발광 소자(106)에 있어서는, 제 3 층(104)이 형성됨으로써 정공 수송층(105)에 도달하는 전자의 개수가 감소된 것에 의한 것으로 생각된다.
또한, 제 3 층(104)에 발광 중심 물질을 분산시키는 포스트 재료로서 포함되는 제 5 유기 화합물이 정공 수송성을 갖는 물질이면, 정공 수송층(105)에 도달하는 전자의 개수를 더 감소시킬 수 있으므로, 바람직한 구성이다. 또한, 제 4 유기 화합물과 제 5 유기 화합물을 같은 재료로 구성하여도 좋다. 이 경우, 제 2 층(103)과 제 3 층(104)을 형성할 때, 포스트 재료를 교환할 필요가 없고, 제작 공정을 약간 간략화시킬 수 있다. 또한, 이러한 구성으로 한 경우에는, 제 2 층(103)과 제 3 층(104)의 구별은 도펀트인 발광 중심 물질의 종류(제 3 유기 화합물 혹은 제 1 유기 화합물)에 의하여 되는 것으로 한다.
그런데, 발광 중심 물질을 분산시키는 포스트 재료로서 적합한 물질로서, 안트라센 유도체로 대표되는 축합다환 방향족 화합물 등의 축합 다환계의 재료가 있다. 이들의 재료는, 밴드 갭이 넓으므로 발광 중심 물질로부터 여기 에너지의 이동을 일으키기 어렵고, 발광 효율의 저하나 색 순도의 악화를 쉽게 일으키지 않는다. 또한, 치환기에 따르면 전자 수송성도 되고, 정공 수송성도 되고, 다양한 구성의 발광 소자에 적용할 수 있다. 그러나, 축합 다환계의 재료는, 그 골격 자체가 전자 수송층을 가지므로 치환기에 의하여 정공 수송성이 높은 재료가 되어도, 어느 정도는 전자를 수송하는 능력도 보유하고, 전자의 통과에 의한 열화의 영향이 조건에 따라 커져 버리는 경우가 있다. 이러한 경우에, 본 실시형태에 있어서의 발광 소자(106)의 구성을 사용하면, 유효하게 열화를 억제할 수 있다. 또한, 포스트 재료로서 사용하는 축합 다환계의 재료로서는, 3환 이상 6환 이하의 축합다환 방향족 화합물이 특히 유효하다.
발광 중심 물질인 제 1 유기 화합물 및 제 3 유기 화합물은, 서로 상이한 발광색을 나타내는 물질을 사용하면 좋다. 이에 따라, 이들 2개의 빛이 중첩한 발광을 발광 소자(106)는 나타낼 수 있고, 다양한 발광색을 얻을 수 있다. 본 실시형태에 있어서의 발광 소자(106)의 구성을 사용함으로써, 원하는 발광색을 나타내고, 또 구동 시간에 대한 열화의 정도가 개선된 발광 소자로 할 수 있다.
여기서, 본 실시형태의 발광 소자(106)는, 상술한 바와 같이 전자와 정공의 재결합 영역이 제 1 층(102)과 제 2 층(103)의 계면이므로, 파장이 짧은 빛을 발하는 쪽의 유기 화합물로부터, 파장이 긴 빛을 발하는 쪽의 유기 화합물로 에너지의 이동이 일어나 버리는 경우가 있다. 이런 경우, 파장이 긴 빛을 발하는 유기 화합물로부터의 발광이 반드시 강하게 되고, 색깔의 조합에 의해서는 균형(均衡)을 잡기 어렵다는 경우도 있다. 그래서, 특히 제 1 유기 화합물로서 그 발광의 파장이 제 3 유기 화합물의 발광의 파장보다 짧은 발광을 나타내는 물질을 사용하는 구성은, 제 3 층(104)에 있어서 제 2 층(103)으로부터 통과한 전자와 정공이 재결합함으로써 미량이지만 제 1 유기 화합물로부터의 발광이 얻을 수 있으므로, 발광 소자의 발광색의 균형을 잡는 것이 용이하게 된다. 이에 따라, 원하는 발광색을 나타내는 발광 소자를 용이하게 얻을 수 있다.
또한, 여기까지 설명한 바와 같은 본 실시형태에 있어서의 발광 소자(106)의 구성은, 백색 발광을 얻을 때에도 매우 유효하다. 본 실시형태에 있어서의 발광 소자(106)의 구성을 사용함으로써, 원하는 화이트 밸런스(white balance)를 구현하고, 또 구동 시간에 대한 열화의 정도가 개선된 백색 발광 소자로 할 수 있다. 또한, 발광 소자(106)에 있어서 제 1 유기 화합물로서 그 발광의 파장이 제 3 유기 화합물의 발광의 파장보다 짧은 발광을 나타내는 물질을 사용하는 구성을 적용한 경우, 원하는 화이트 밸런스를 구현하고, 또 구동 시간에 대한 열화의 정도가 개선된 발광 소자를 보다 용이하게 얻을 수 있다.
본 실시형태에 있어서의 발광 소자(106)의 구성을 사용하여, 백색 발광 소자를 제작하는 경우, 제 1 유기 화합물과 제 3 유기 화합물이 발하는 발광색의 조합으로서는, 적색과 청녹색, 황색과 청색 등, 서로 보색의 관계인 색깔의 조합을 사용하면 좋다. 특히, 제 1 유기 화합물로서 청색, 제 3 유기 화합물로서 황색의 발광색을 나타내는 조합이나, 제 1 유기 화합물로서 청녹색, 제 3 유기 화합물로서 적색의 발광색을 나타내는 조합과 같이, 제 1 유기 화합물로서 제 3 유기 화합물의 발광색보다 짧은 파장의 빛을 발하는 물질을 사용하는 구성은, 발광 소자의 발광색의 균형을 잡는 것이 용이하게 되므로 바람직한 구성이다.
또한, 본 실시형태에 있어서의 발광 소자(106)의 구성을 사용하여, 백색 발광 소자를 제작하는 경우, 제 1 유기 화합물과 제 3 유기 화합물이 발하는 발광색의 조합의 다른 예로서는, 피크 파장이 600nm 내지 700nm의 범위 내에 있는 빛과 피크 파장이 480nm 내지 520nm의 범위 내에 있는 빛의 조합이나, 피크 파장이 540nm 내지 600nm의 범위 내에 있는 빛과 피크 파장이 400nm 내지 480nm의 범위 내에 있는 빛의 조합이 있다. 물론, 이 경우도 제 1 유기 화합물로서 제 3 유기 화합물의 발광색보다 짧은 파장의 빛을 발하는 물질을 사용하면, 발광 소자의 발광색의 균형을 잡는 것이 용이하게 되므로 바람직한 구성이 된다.
계속해서, 상술한 바와 같은 발광 소자를 보다 구체적으로 제작 방법과 함께 설명한다. 또한, 여기서 설명하는 소자 구성이나 제작 방법은 어디까지나 예시이며, 본 발명의 취지를 손상하지 않는 범위에 있어서, 그 이외의 공지의 구성, 재료, 제작 방법을 적용할 수 있다.
도 1에 본 발명에 있어서의 발광 소자의 소자 구성의 일례를 모식적으로 도시한다. 도 1에 도시하는 발광 소자는, 제 2 전극(100)과 제 1 전극(101) 사이에 유기 화합물을 포함하는 층(107)을 갖는 구성이 된다. 유기 화합물을 포함하는 층(107)은 적어도 발광 중심 물질인 제 1 유기 화합물과 포스트 재료인 제 5 유기 화합물을 포함하는 제 3 층(104)과, 발광 중심 물질인 제 3 유기 화합물과 포스트 재료인 제 4 유기 화합물을 포함하는 제 2 층(103)과, 제 1 유기 화합물과 포스트 재료인 제 2 유기 화합물을 포함하는 제 1 층(102)을 제 1 전극(101) 측으로부터 순차로 적층한 적층체로 이루어지는 발광층(여기서, 제 3 층에 있어서 발광이 얻어지는지, 얻어지지 않는지는 불문한다)과, 상기 제 3 층(104)에 접하여 형성된 정공 수송층(105)을 갖는다. 발광층과 제 2 전극(100) 사이에는, 전자 주입층이나 전자 수송층 등, 정공 수송층(105)과 제 1 전극(101) 사이에는, 정공 주입층 등의 층이 적절히 형성되어도 좋다. 제 1 전극(101) 및 제 2 전극(100)은, 그 어느 쪽이 양극이고, 다른 쪽이 음극이 되지만, 본 실시형태에서는, 제 1 전극(101)이 양극, 제 2 전극(100)이 음극인 경우를 설명한다. 또한, 본 발명에 있어서의 양극이란, 발광 재료를 포함하는 층에 정공을 주입하는 전극을 나타내고, 음극이란 발광 재료를 포함하는 층에 전자를 주입하는 전극을 나타낸다.
우선, 절연 표면 위에 양극을 형성한다. 양극으로서는, 일함수가 큰(구체적으로는 4.0eV 이상) 금속, 합금, 도전성 화합물, 및 이들의 혼합물 등을 사용하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 인듐주석산화물(이하, ITO라고 표시한다), 또한, 규소 또는 산화규소를 함유한 인듐주석산화물, 산화아연(ZnO)을 포함하는 산화인듐, 산화 텅스텐 및 산화아연을 함유한 산화인듐(IWZO) 등을 들 수 있다. 이러한 도전성 금속 산화물 막은, 보통 스퍼터링에 의하여 형성되지만, 졸-겔(sol-gel)법 등을 응용하여 제작하여도 좋다. 예를 들면, 산화아연(ZnO)을 포함하는 산화인듐은, 산화인듐에 대하여 1wt% 내지 20wt%의 산화아연을 가한 타겟(target)을 사용하여 스퍼터링법에 의하여 형성할 수 있다. 또한 산화 텅스텐 및 산화아연을 함유한 산화인듐(IWZO)은, 산화인듐에 대하여 산화 텅스텐을 0.5wt% 내지 5wt%, 산화아연을 0.1wt% 내지 1wt% 함유한 타겟을 사용하여 스퍼터링법에 의하여 형성할 수 있다. 이 이외에, 금(Au), 백금(Pt), 니켈(Ni), 텅스텐(W), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 철(Fe), 코발트(Co), 구리(Cu), 팔라듐(Pd), 또는 금속재료의 질화물(예를 들면, 질화 티타늄) 등을 사용할 수도 있다.
계속해서, 유기 화합물을 포함하는 층을 형성한다. 유기 화합물을 포함하는 층(107)에는, 저분자계 재료 및 고분자계 재료 중 어느 것을 사용할 수도 있다. 또한, 유기 화합물을 포함하는 층(107)을 구성하는 재료에는, 유기 화합물 재료만으로 이루어지는 것뿐만 아니라, 무기 화합물을 일부에 포함하는 구성도 포함하는 것으로 한다. 또한, 유기 화합물을 포함하는 층(107)은 보통 정공 주입층, 정공 수송층, 정공 저지층(홀 블로킹 층), 발광층, 전자 수송층, 전자 주입층 등, 각각의 기능을 갖는 기능층을 적절히 조합하여 구성된다. 각각의 층이 갖는 기능을 2개 이상 동시에 갖는 층을 포함하는 층이 형성되어도 좋고, 또한, 상술한 어느 층이 형성되지 않아도 좋다. 물론, 상술한 기능층 이외의 층이 형성되어도 좋다. 본 실시형태에서는, 유기 화합물을 포함하는 층(107)으로서, 양극 측으로 순차로 정공 주입층, 정공 수송층, 발광층(제 3 층(104), 제 2 층(103) 및 제 1 층(102)으로 이루어지는 적층체), 전자 수송층, 전자 주입층의 적층 구조를 갖는 발광 소자를 예시하여 설명을 행하기로 한다.
정공 주입층을 사용하는 경우, 정공 주입층으로서 기능하는 재료로서는 산화바나듐이나 산화 몰리브덴, 산화 루테늄, 산화 알루미늄 등의 금속 산화물 등을 들 수 있다. 또는, 유기 화합물이면 포르피린계의 화합물이 유효하고, 프탈로시아닌(약칭: H2Pc), 구리 프탈로시아닌(약칭: CuPc) 등을 들 수 있다. 또한, 정공 주입층으로서는, 고분자화합물(올리고마, 덴드리마, 폴리머 등)을 사용할 수 있다. 예를 들면, 폴리(N-비닐칼바졸)(약칭: PVK), 폴리(4-비닐트리페닐아민)(약칭: PVTPA), 폴리[N-(4-{N'－[4-(4-디페닐 아미노)페닐]페닐-N'－페닐 아미노}페닐)메타크릴 아미드](약칭: PTPDMA), 폴리[N, N'－비스(4-부틸 페닐)-N, N'－비스(페닐)벤지딘](약칭: Poly-TPD) 등의 고분자 화합물을 들 수 있다. 또한, 폴리(3, 4-에틸렌디옥시티오펜)/폴리(스티렌술폰산)(PEDOT/PSS), 폴리아닐린/폴리(스티렌술폰산)(PAni/PSS) 등의 산을 첨가한 고분자 화합물을 사용할 수 있다. 정공 주입층은, 양극에 접하여 형성되고, 정공 주입층을 사용함으로써 캐리어의 주입 장벽이 저감되고, 효율 좋게 캐리어가 발광 소자에 주입되고, 그 결과 구동 전압의 저감을 도모할 수 있다.
또한, 정공 주입층으로서 정공 수송성이 높은 물질에 억셉터성 물질을 함유시킨 재료(이하, 복합 재료라고 한다)를 사용할 수 있다. 또한, 정공 수송성이 높은 물질에 억셉터성 물질을 함유시킨 재료를 사용함으로써, 전극과 옴 접촉(ohmic contact)할 수 있고, 일함수에 의하지 않고, 전극을 형성하는 재료를 선택할 수 있다. 즉, 양극으로서 일함수가 큰 재료뿐만 아니라 일함수가 작은 재료를 사용할 수 있다. 억셉터성 물질로서는, 7, 7, 8, 8-테트라시아노-2, 3, 5, 6-테트라플루오로퀴노디메탄(약칭: F4-TCNQ), 클로라닐 등을 들 수 있다. 또한, 천이 금속 산화물을 들 수 있다. 또한, 원소 주기율표에 있어서의 제 4 족 내지 제 8 족에 속하는 금속의 산화물을 들 수 있다. 구체적으로는, 산화 바나듐, 산화 니오브, 산화탄탈, 산화크롬, 산화 몰리브덴, 산화 텅스텐, 산화망간, 산화레늄은 전자 수용성이 높으므로 바람직하다. 그 중에서도 특히 산화 몰리브덴은 대기 중에서도 안정적이고 흡습성이 낮아 취급이 쉬우므로 바람직하다.
또한, 본 명세서 중에 있어서, 복합이란, 간단히 2개의 재료를 혼합시킬뿐만 아니라, 복수의 재료를 혼합함으로써 재료간의 전하의 교환이 행해질 수 있는 상태가 되는 것을 말한다.
복합 재료에 사용하는 정공 수송성이 높은 물질로서는, 방향족 아민 화합물, 칼바졸 유도체, 방향족 탄화수소, 고분자화합물(올리고마, 덴드리마, 폴리머 등) 등, 여러 가지 화합물을 사용할 수 있다. 또한, 복합 재료에 사용하는 정공 수송성이 높은 물질로서는, 10-6cm2/Vs 이상의 정공 이동도를 갖는 물질인 것이 바람직하다. 다만, 전자보다도 정공의 수송성이 높은 물질이면, 이들 이외의 물질을 사용하여도 된다. 이하에서는, 복합 재료에 있어서의 정공 수송성이 높은 물질로서 사용할 수 있는 유기 화합물을 구체적으로 열거한다.
예를 들면, 복합 재료에 사용할 수 있는 방향족 아민 화합물로서는, 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]비페닐(약칭: NPB 또는 α-NPD), N,N'-비스(4-메틸페닐)-N,N'-디페닐-p-페닐렌디아민(약칭: DTDPPA), 4,4'-비스[N-(4-디페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]비페닐(약칭: DPAB), N,N'-비스[4-[비스(3-메틸페닐)아미노]페닐]-N,N'-디페닐-[1,1'-비페닐]-4,4'-디아민(약칭 : DNTPD), 1,3,5-트리스[N-(4-디페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]벤젠(약칭 : DPA3B) 등을 들 수 있다.
복합 재료에 사용할 수 있는 칼바졸 유도체로서는, 구체적으로는, 3-[N-(9-페닐칼바졸-3-일)-N-페닐아미노]-9-페닐칼바졸(약칭: PCzPCA1), 3,6-비스[N-(9-페닐칼바졸-3-일)-N-페닐아미노]-9-페닐칼바졸(약칭: PCzPCA2), 3-[N-(1-나프틸)-N-(9-페닐칼바졸-3-일)아미노]-9-페닐칼바졸(약칭 : PCzPCN1) 등을 들 수 있다.
또한, 복합 재료에 사용할 수 있는 칼바졸 유도체로서는, 4,4'-디(N-칼바졸일)비페닐(약칭: CBP), 1,3,5-트리스[4-(N-칼바졸일)페닐]벤젠(약칭: TCPB), 9-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-칼바졸(약칭: CzPA), 1,4-비스[4-(N-칼바졸일)페닐]-2,3,5,6-테트라페닐벤젠 등을 사용할 수도 있다.
또한, 복합 재료에 사용할 수 있는 방향족 탄화수소로서는, 예를 들면, 2-tert-부틸-9,10-디(2-나프틸)안트라센(약칭: t-BuDNA), 2-tert-부틸-9,10-디(1-나프틸)안트라센, 9,10-비스(3,5-디페닐페닐)안트라센(약칭: DPPA), 2-tert-부틸-9,10-비스(4-페닐페닐)안트라센(약칭: t-BuDBA), 9,10-디(2-나프틸)안트라센(약칭: DNA), 9,10-디페닐안트라센(약칭: DPAnth), 2-tert-부틸안트라센(약칭: t-BuAnth), 9,10-비스(4-메틸-1-나프틸)안트라센(약칭: DMNA), 9,10-비스[2-(1-나프틸)페닐]-2-tert-부틸안트라센, 9,10-비스[2-(1-나프틸)페닐]안트라센, 2,3,6,7-테트라메틸-9,10-디(1-나프틸)안트라센, 2,3,6,7-테트라메틸-9,10-디(2-나프틸)안트라센, 9,9' -비안트릴, 10,10'-디페닐-9,9'-비안트릴, 10,10'-비스(2-페닐페닐)-9,9'-비안트릴, 10,10'-비스[(2,3,4,5,6-펜타페닐)페닐]-9,9'-비안트릴, 안트라센, 테트라센, 루브렌, 페릴렌, 2,5,8,11-테트라(tert-부틸)페릴렌 등을 들 수 있다. 또한, 이들 이외에, 펜타센, 코로넨 등도 사용할 수 있다. 이와 같이, 1×10-6cm2/Vs 이상의 정공 이동도를 갖는 탄소수 14 내지 42의 방향족 탄화수소를 사용하는 것이 보다 바람직하다.
또한, 복합 재료에 사용할 수 있는 방향족 탄화수소는, 비닐 골격을 가져도 좋다. 비닐기를 갖는 방향족 탄화수소로서는, 예를 들면, 4,4'-비스(2,2-디페닐비닐)비페닐(약칭: DPVBi), 9,10-비스[4-(2,2-디페닐비닐)페닐]안트라센(약칭: DPVPA) 등을 들 수 있다.
또한, 상술한 PVK, PVTPA, PTPDMA, Poly-TPD 등의 고분자 화합물과, 상술한 억셉터성 물질을 사용하여 복합 재료를 형성하고, 정공 주입층으로서 사용하여도 좋다.
이러한 복합 재료를 정공 주입층으로서 사용한 경우, 양극에서는 일함수의 대소에 관계없이, 다양한 금속, 합금, 전기도전성 화합물, 및 이들의 혼합물 등을 사용할 수 있다. 그래서, 양극으로서는 상술한 재료 이외에 예를 들어, 알루미늄(Al), 은(Ag), 알루미늄을 포함하는 합금(AlSi) 등을 사용할 수 있다. 또한, 일함수가 작은 재료인, 원소 주기율표의 제 1 족 또는 제 2 족에 속하는 원소, 즉 리튬(Li)이나 세슘(Cs) 등의 알칼리 금속, 및 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr) 등의 알칼리토류 금속, 및 이들을 포함하는 합금(MgAg, AlLi), 유로퓸(Eu), 이테르븀(Yb) 등의 희토류 금속 및 이들을 포함하는 합금 등을 사용할 수도 있다. 알칼리 금속, 알칼리토류 금속, 이들을 포함하는 합금의 막은, 진공 증착법을 사용하여 형성할 수 있다. 또한, 알칼리 금속 또는 알칼리 토류 금속을 포함하는 합금의 막은 스퍼터링법에 의하여 형성할 수도 있다. 또한, 은 페이스트 등을 잉크젯법 등에 의하여 성막할 수도 있다.
정공 수송층은, N,N'-비스(스피로-9,9'-비플루오렌-2-일)- N,N'-디페닐벤지딘(약칭: BSPB), 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]비페닐(약칭: NPB 또는 α-NPD), 4,4'-비스[N-(3-메틸페닐)-N-페닐아미노]비페닐(약칭: TPD), 4,4',4"-트리스(N, N-디페닐아미노)트리페닐아민(약칭: TDATA), 4,4',4"-트리스[N-(3-메틸페닐)-N-페닐아미노]트리페닐아민(약칭: MTDATA), N,N'-비스[4-[비스(3-메틸페닐)아미노]페닐]-N,N'-디페닐-[1,1'-비페닐]-4,4'-디아민(약칭: DNTPD), 1,3,5-트리스[N, N-디(m-톨릴)아미노]벤젠(약칭: m-MTDAB), 4,4',4"-트리스(N-칼바졸릴)트리페닐아민(약칭 : TCTA), 프탈로시아닌 (약칭: H2Pc), 구리 프탈로시아닌(약칭:CuPc), 바나딜 프탈로시아닌(약칭: VOPc) 등의 적당한 재료를 사용할 수 있다. 정공 수송층으로서는, 10-6cm2/Vs 이상의 정공 이동도를 갖는 물질을 사용하는 것이 바람직하지만, 전자보다 정공의 수송성이 높은 물질이면, 정공 수송층으로서 사용할 수 있다. 또한, 정공 수송층은 단층 구조뿐만 아니라, 상술한 조건에 해당하는 물질로 이루어지는 층을 2층 이상 조합한 다층 구조의 층이라도 좋다. 정공 수송층은 진공 증착법 등을 사용하여 형성할 수 있다.
또한, 정공 수송층으로서 PVK, PVTPA, PTPDMA, Poly-TPD 등의 고분자 화합물을 사용할 수도 있다. 이 경우에는, 잉크젯법이나 스핀코팅법 등 용액 프로세스를 사용할 수 있다.
또한, 발광층과 접하는 정공 수송층에는, 제 3 층(104)의 발광 중심 물질인 제 1 유기 화합물의 여기 에너지보다 큰 여기 에너지를 갖는 물질을 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 구성으로 함으로써 발광층으로부터 정공 수송층으로의 에너지 이동을 억제할 수 있고, 높은 발광 효율을 실현할 수 있다.
발광층은 제 3 층(104), 제 2 층(103), 제 1 층(102)이 제 1 전극(101) 측으로부터 적층된다. 제 1 층(102)에는, 발광 중심이 되는 제 1 유기 화합물과, 제 1 유기 화합물을 분산시키는 포스트 재료로서의 제 2 유기 화합물이 포함되고, 제 2 층(103)에는 발광 중심이 되는 제 3 유기 화합물과, 제 3 유기 화합물을 분산시키는 포스트 재료로서의 제 4 유기 화합물이 포함되고, 제 3 층(104)에는 발광 중심이 되는 제 1 유기 화합물과, 제 1 유기 화합물을 분산시키는 포스트 재료로서의 제 5 유기 화합물이 각각 포함된다. 여기서, 제 1 층(102)에 있어서의 제 1 유기 화합물과 제 3 층(104)에 포함되는 제 1 유기 화합물은 같은 물질이다. 제 2 유기 화합물은 전자 수송성을 갖는 재료, 제 4 유기 화합물 및 제 5 유기 화합물은 정공 수송성을 갖는 재료로 형성된다. 또한, 포스트 재료는 발광 중심이 되는 물질을 분산시키는 기능을 가지므로, 각각 층 중에 있어서 발광 중심이 되는 물질보다 많이 포함되게 된다. 또한, 각각 층 중에 있어서 발광 중심이 되는 물질의 비율은, 0.1wt% 이상 50wt% 미만으로 하면 좋다. 발광층은, 진공 증착법을 사용하여 제작할 수 있고, 상이한 재료를 동시에 증착하는 공증착법에 의하여 제작할 수 있다.
제 1 유기 화합물 및 제 3 유기 화합물은 발광 중심이 되는 물질로서, 각각 상이한 파장의 빛을 발하는 물질을 선택한다. 발광 중심이 되는 물질로서는, 이하에 나타내는 바와 같은 물질을 들 수 있지만, 물론 이들에 한정되지 않는다. 청색의 발광(발광 파장 400nm 내지 480nm)을 나타내는 물질의 예로서는, N,N'－비스 [4-(9H-칼바졸-9-일)페닐]-N,N'－디페닐스틸벤-4,4'－디아민(약칭: YGA2S), 4-(9H-칼바졸-9-일)-4'-（10-페닐-9-안트릴)트리페닐아민(약칭: YGAPA), 4-(9H-칼바졸-9-일)-4'-（9-10-디페닐-2-안트릴)트리페닐아민(약칭: 2YGAPPA), N,9-디페닐-N-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-칼바졸-3-아민(약칭: PCAPA), 4-(10-페닐-9-안트릴)-4'-（9-페닐-9H-칼바졸-3-일)트리페닐아민(약칭: PCBAPA), 페릴렌, 2,5,8,11-테트라-tert-부틸페릴렌(약칭: TBP) 등을 들 수 있다. 또한, 비스[2-(4,6-디플루오르페닐)피리디나토-N,C2']이리듐(III)테트라키스(1-피라졸릴)보레이트(약칭: FIr6), 비스[2-(4',6'-디플루오로페닐)피리디네이토-N,C2'] 이리듐(III)피콜리네이토(약칭: FIrpic)와 같은 인광을 발하는 재료도 사용할 수 있다. 청녹색의 발광(발광 파장 480nm 내지 520nm)을 나타내는 물질의 예로서는, N,N''-(2-tert-부틸안트라센-9,10-디일디-4,1-페닐렌)비스[N,N',N'-트리페닐-1,4-페닐렌디아민](약칭: DPABPA), N,9-디페닐-N-[4-(9,10-디페닐-2-안트릴)페닐]-9H-칼바졸-3-아민(약칭: 2PCAPPA), N-[4-(9,10-디페닐-2-안트릴)페닐]- N,N',N'-트리페닐-1,4-페닐렌디아민(약칭 :2DPAPPA), N,N,N',N',N'',N'',N''', N'''-옥타페닐디벤조[g,p]크리센-2,7,10,15-테트라아민(약칭: DBC1), 쿠마린30 등을 들 수 있다. 또한, 비스[2-(3',5'-비스트리플루오르메틸페닐)피리디나토-N, C2']이리듐(III)피콜리나토(약칭: Ir(CF3ppy)2(pic)), 비스[2-(4',6'-디플루오르페닐)피리디나토-N,C2']이리듐(III)아세틸아세토나토(약칭 : FIr(acac))와 같은 인광을 발하는 재료도 사용할 수 있다. 황색의 발광(발광 파장 540nm 내지 600nm)을 나타내는 물질의 예로서는, 루브렌, 5,12-비스(1-1'-비페닐-4-일)-6,11-디페닐테트라센(약칭: BPT), 2-(2-{2-[4-(디메틸아미노)페닐]에테닐}-6-메틸-4H-피란-4-일리덴)프로판디니트릴(약칭: DCM1), 2-{2-메틸-6-[2-(2,3,6,7-테트라히드로-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에테닐]-4H-피란-4-일리덴}프로판디니트릴(약칭: DCM2) 등을 들 수 있다. 또한, 비스(벤조[h]퀴놀리놀라토)이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(bzq)2(acac)), 비스(2,4-디페닐-1,3-옥사졸라토-N,C2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(dpo)2(acac)), 비스[2-(4'-퍼플루오로페닐페닐)피리디나토]이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(p-PF-ph)2(acac)), 비스(2-페닐벤조티아졸레이트-N, C2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(bt)2(acac))와 같은 인광을 발하는 재료도 사용할 수 있다. 적색의 발광(발광 파장 600nm 내지 700nm)을 나타내는 물질의 예로서는, N,N,N',N'-테트라키스(4-메틸페닐)테트라센-5,11-디아민(약칭: p-mPhTD), 7,13-디페닐-N,N,N',N'-테트라키스(4-메틸페닐)아세나프토[1,2-a]플루오란센-3,10-디아민(약칭: p-mPhAFD), {2-이소프로필-6-[2-(1,1,7,7-테트라메틸-2,3,6,7-테트라하이드로-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에테닐]-4H-피란-4-일리덴}프로판디니트릴(약칭: DCJTI), {2-이소프로필-6-[2-(1,1,7,7-테트라메틸-2,3,6,7-테트라하이드로-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에테닐]-4H-피란-4-일리덴}프로판디니트릴(약칭: DCJTB), 4-(디시아노메틸렌)-2,6-비스[p-(디메틸아미노)스티릴]-4H-피란(약칭: BisDCM), {2,6-비스[2-(8-메톡시-1,1,7,7-테트라메틸-2,3,6,7-테트라하이드로-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에테닐]-4H-피란-4-일리덴}프로판디니트릴(약칭: BisDCJTM) 등을 들 수 있다. 또한, 비스[2-(2’-벤조[4,5-a]티에닐) 피리디나토-N, C3']이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(btp)2(acac)), 비스(1-페닐이소퀴놀리네이트-N,C2')이리듐(Ⅲ)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(piq)2(acac)), (아세틸아세토네이트)비스[2,3-비스(4-플루오로페닐)퀴녹살리네이토]이리듐(Ⅲ)(약칭: Ir(Fdpq)2(acac)), 2,3,7,8,12,13,17,18-옥타에틸-21H,23H-포르피리나토)백금(Ⅱ)(약칭: PtOEP), 트리스(1,3-디페닐-1,3-프로판디옥나토(propanedionato))(모노페난트롤린)유로퓸(Ⅲ)(약칭: Eu(DBM)3(Phen)), 트리스[1-(2-테노일)-3,3,3-트리플루오로아세토네이트](모노페난트롤린)유로퓸(Ⅲ)과 같은 인광을 발하는 재료도 사용할 수 있다. 또한, 520nm 내지 540nm의 범위에 있어서는 재료를 열거하지 않지만, 물론 이 범위의 발광 파장을 갖는 발광 재료(인광을 발하는 재료도 포함한다)도 사용할 수 있다. 이들 중에서 상이한 발광 파장을 갖는 물질을, 발광 소자로부터 원하는 발광색을 얻을 수 있도록 각각 선택하여 사용할 수 있다. 조합의 예로서는 예를 들어, 제 1 유기 화합물로서 2YGAPPA, 제 3 유기 화합물로서 루브렌을 사용하면, 백색을 얻을 수 있다. 또한, 예를 들어 제 1 유기 화합물로서 2PCAPPA, 제 3 유기 화합물로서 BisDCM를 사용하여도 백색을 얻을 수 있다. 또한, 예를 들어 제 1 유기 화합물로서 2YGAPPA, 제 3 유기 화합물로서 BisDCM를 사용하면 자색(紫色)과 같은 중간색도 얻을 수 있다.
또한, 전자와 정공의 재결합 영역이 제 1 층(102)과 제 2 층(103)의 계면 근방이므로, 파장이 짧은 빛을 발하는 쪽의 유기 화합물로부터, 파장이 긴 빛을 발하는 쪽의 유기 화합물로 에너지의 이동이 일어날 경우가 있다. 이러한 경우, 파장이 긴 빛을 발하는 유기 화합물로부터의 발광이 반드시 강하게 되고, 색깔의 조합에 의해서는 균형을 잡기 어렵다는 경우도 있다. 이 때, 파장이 짧은 빛을 발하는 물질 쪽을 제 1 유기 화합물로 하고, 파장이 긴 빛을 발하는 물질 쪽을 제 3 유기 화합물로 하여 사용하면, 제 3 층(104)에 있어서 제 2 층(103)으로부터 통과하여 나온 전자와 정공이 재결합됨으로써, 미소하지만 제 1 유기 화합물로부터의 발광을 얻으므로 발광 소자의 발광색의 균형을 잡기가 용이하게 된다. 이에 따라, 원하는 발광색을 나타내고, 또 구동 시간에 대한 열화의 정도가 개선된 발광 소자를 용이하게 얻을 수 있다. 이것은, 특히 백색 발광 소자의 화이트 밸런스를 조정할 때에 유용하다.
제 1 유기 화합물 또는 제 3 유기 화합물을 분산시키는 포스트 재료로서 사용되는, 제 2 유기 화합물, 제 4 유기 화합물 및 제 5 유기 화합물로서는 예를 들어, 트리스(8-퀴노리노라토)알루미늄 (약칭: Alq), 트리스(4-메틸-8-퀴노리노라토)알루미늄 (약칭: Almq3), 비스(10-히드록시벤조[h]퀴노리나토)베릴륨 (약칭: BeBq2), 비스(2-메틸-8-퀴노리노라토)(4-페닐페노라토)알루미늄(약칭: BAlq), 비스(8-퀴노리노라토)아연(II)(약칭: Znq), 비스[2-(2-벤조옥사졸릴)페노라토]아연(II) (약칭: ZnPBO), 비스[2-(2-벤조티아졸릴)페노라토]아연(II)(약칭: ZnBTZ) 등의 금속착체, 2-(4-비페니릴)-5-(4-tert-부틸페닐)-1,3,4-옥사디아졸(약칭:PBD), 1,3-비스[5-(p-tert-부틸 페닐)-1, 3, 4-옥사디아졸-2-일]벤젠(약칭: OXC-7), 3-(4-비페니릴)-4-페닐-5-(4-tert-부틸페닐)-1,2,4-트리아졸(약칭: TAZ), 2,2'，2''-（1,3,5-벤젠트리일)트리스(1-페닐-1H-벤조이미다졸)(약칭: TPBI), 바소페난트롤린(약칭: BPhen), 바소큐프로인(약칭: BCP), 9-(5-페닐-1,3,4-옥사디아졸-2-일]페닐-9H-칼바졸(약칭:CO11), 등의 복소환 화합물, NPB(α-NPD), TPD, BSPB 등의 방향족 아민 화합물이 들 수 있다. 또한, 안트라센 유도체, 페난트렌 유도체, 피렌 유도체, 크리센 유도체, 디벤조[g,p] 크리센 유도체 등의 축합 다환 방향족 화합물을 들 수 있고, 구체적으로는, 구체적으로는, 9, 10-디페닐안트라센(약칭: DPAnth), N, N-디페닐-9-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-칼바졸-3-아민(약칭: CzA1PA), 4-(10-페닐-9-안트릴)트리페닐아민(약칭: DPhPA), 4-(9H-칼바졸-9-일)-4'-(10-페닐-9-안트릴)트리페닐아민(약칭: YGAPA), N,9-디페닐-N-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-칼바졸-3-아민(약칭: PCAPA), N,9-디페닐-N-{4-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐] 페닐}-9H-칼바졸-3-아민(약칭: PCAPBA), N,9-디페닐-N-(9,10-디페닐-2-안트릴)9H-칼바졸-3-아민(약칭: 2PCAPA), 9-페닐-9'-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-3,3'-비(9H-칼바졸)(약칭: PCCPA), 4-(10-페닐-9-안트릴)-4'-(9-페닐-9H-칼바졸-3-일)트리페닐아민(약칭: PCBAPA), 6, 12-디메톡시-5, 11-디페닐 크리센, N,N,N',N',N'',N'',N''',N'''-옥타페닐디벤조[g,p]크리센-2,7,10,15-테트라아민(약칭: DBC1), 9-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-칼바졸(약칭: CzPA), 3,6-디페닐-9-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-칼바졸(약칭: DPCzPA), 9, 10-비스(3, 5-디페닐페닐)안트라센(약칭: DPPA), 9,10-디(2-나프틸)안트라센(약칭: DNA), 2-tert-부틸-9, 10-디(2-나프틸)안트라센(약칭: t-BuDNA), 9,9'－비안트릴(약칭:BANT), 9,9'－(스틸벤-3,3'－디일)디페난트렌(약칭: DPNS), 9,9'－（스틸벤-4,4'－디일)디페난트렌(약칭: DPNS2), 3,3'，3''－（벤젠-1, 3, 5-트리 일)트리피렌(약칭: TPB3) 등을 들 수 있다. 이들 및 공지의 물질 중에서 각각 분산되는 발광 중심 물질의 에너지 갭보다 큰 에너지 갭을 갖는 물질을 선택하면 좋다. 또한, 발광 중심 물질이 인광을 발하는 경우, 포스트 재료로서는 상기 발광 중심 물질의 삼중항(三重項) 에너지(기저 상태와 삼중항 여기 상태의 에너지 차이)보다 큰 삼중항 에너지를 갖는 물질을 선택하면 좋다.
또한, 제 4 유기 화합물 및 제 5 유기 화합물은 정공 수송성의 재료, 제 2 유기 화합물은 전자 수송성의 재료인 것이 바람직하다. 정공 수송성의 재료로서는, 상술한 방향족 아민 화합물, 및 DPAnth, CzA1PA, YGAPA, PCAPA, PCAPBA, 2PCAPA, DBC1 등의 축합 다환 방향족 화합물을 들 수 있다. 전자 수송성의 재료로서는, 상술한 복소환 화합물, 및 CzPA, DPCzPA, DPPA, DNA, t-BuDNA, BANT, DPNS, DPNS2, TPB3 등의 축합 다환 방향족 화합물을 들 수 있다.
상술한 중에서도 특히, 축합 다환 방향족 화합물은 밴드 갭이 넓고, 발광 중심 물질을 분산시키기 위한 포스트 재료로서 적합하게 사용할 수 있지만, 정공 수송성의 재료라고 하여도, 어느 정도의 전자를 수송하는 능력도 유지하여, 전자가 정공 수송층까지 돌파함으로써 열화를 촉진시킬 경우도 있다. 그래서, 제 4 유기 화합로서 정공 수송성의 축합 다환 방향족 화합물인 DPAnth, CzA1PA, DPhPA, YGAPA, PCAPA, PCAPBA, 2PCAPA, DBC1, PCBAPA, PCCPA 등을 사용한 경우, 본 실시형태와 같은 발광 소자의 구성을 사용함으로써, 배우 유효하게 열화를 억제할 수 있다.
전자 수송층을 사용하는 경우, 발광층과 전자 수송층 사이에 형성된다. 상응하는 재료로서는, 트리스(8-퀴놀리놀라토)알루미늄(약칭: Alq), 트리스(4-메틸-8-퀴놀리놀라토)알루미늄(약칭: Almq3), 비스(10-하이드록시벤조[h]-퀴놀리놀나토)베릴륨(약칭: BeBq2), 비스(2-메틸-8-퀴놀리놀라토)-(4-하이드록시-비페닐)-알루미늄(약칭: BAlq) 등, 퀴놀린 골격 또는 벤조 퀴놀린 골격을 갖는 금속 착체 등을 사용할 수 있다. 또한, 이 이외에, 비스[2-(2-하이드록시페닐)-벤조옥사졸레이트]아연(약칭: Zn(BOX)2), 비스[2-(2-하이드록시페닐)벤조티아졸레이트]아연(약칭: Zn(BTZ)2), 등의 옥사졸계, 티아졸계 배위자를 갖는 금속 착체 등도 사용할 수 있다. 또한, 금속 착체 이외에도, 2-(4-비페닐릴)-5-(4-tert-부틸페닐)-1,3,4-옥사디아졸(약칭: PBD)이나 1,3-비스[5-(p-tert-부틸페닐)-1,3,4-옥사디아졸-2-일]벤젠(약칭: OXD-7), 바소페난트롤린(약칭: BPhen), 바소큐프로인(약칭: BCP) 등도 사용할 수 있다. 전자 수송층으로서는, 10-6cm2/Vs 이상의 전자 이동도를 갖는 물질을 사용하는 것이 바람직하지만, 정공 수송성보다도 전자 수송성이 높은 물질이라면, 전자 수송층으로서 사용할 수 있다. 또한, 전자 수송층은, 단층 구조뿐만 아니라, 상술한 조건에 적합한 물질로 이루어지는 층이 2 층 이상 적층된 다층 구조의 층이라도 좋다. 전자 수송층은 진공 증착법 등을 사용하여 제작할 수 있다.
또한, 전자 수송층으로서, 고분자 화합물을 사용할 수도 있다. 예를 들면, 폴리[(9,9-디헥실플루오렌-2,7-디일)-co-(피리딘-3,5-디일)](약칭: PF-Py), 폴리[(9,9-디옥틸플루오렌-2,7-디일)-co-(2,2'-비피리딘-6,6'-디일)](약칭: PF-BPy) 등을 사용할 수 있다. 이 경우, 잉크젯법이나 스핀코팅법 등의 용액 프로세스를 적용할 수 있다.
또한, 발광층과 접하는 전자 수송층에는, 제 1 층(102)의 발광 중심 물질인 제 1 유기 화합물보다 큰 여기 에너지를 갖는 물질을 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 구성으로 함으로써, 발광층으로부터 전자 수송층으로의 에너지 이동을 억제할 수 있고, 높은 발광 효율을 실현할 수 있다.
전자 주입층을 사용하는 경우, 전자 주입층을 구성하는 전자 주입성 재료로서는, 특히 한정은 없고, 구체적으로는 불화칼슘이나 불화리튬, 산화리튬이나 염화리튬 등의 알칼리 금속 화합물, 알칼리 토류 금속 화합물 등이 적합하다. 또는, 트리스(8-퀴노리노라토)알루미늄(약칭: Alq), 바소큐프로인(약칭: BCP) 등의 소위 전자 수송성의 재료에 리튬이나 마그네슘 등, 알칼리 금속 또는 알칼리 토류 금속을 조합한 층도 사용할 수 있다. 전자 주입층은, 음극에 접하여 형성되고, 전자 주입층을 사용함으로써 캐리어의 주입 장벽이 저감하고, 효율 좋게 캐리어가 발광 소자에 주입되고, 그 결과 구동 전압의 저감을 도모할 수 있다. 또한, 전자 주입층으로서 전자 수송성을 갖는 물질과 알칼리 금속 또는 알칼리 토류 금속을 조합한 층을 사용하는 것은 음극으로부터의 전자 주입이 효율 좋게 일어나기 때문에 보다 바람직한 구성이다. 전자 주입층은 진공 증착법 등을 사용하여 제작할 수 있다.
또한, 유기 화합물을 포함하는 층(107)의 형성에는, 상술한 제작 방법 이외에 증착법, 잉크젯법, 스핀코팅법, 딥코팅법 등, 습식, 건식은 불문하고 사용할 수 있다.
또한, 음극과 전자 수송층 사이에 전자 주입층을 형성함으로써, 일함수에 관계없이 Al, Ag, ITO, 규소, 혹은 산화 규소를 함유한 산화 인듐-산화 주석 등 다양한 도전성 재료를 사용할 수 있다.
그 후, 음극을 형성하여 발광 소자가 완성된다. 음극으로서는, 일함수가 작은(구체적으로는 3.8eV 이하) 금속, 합금, 전기 전도성 화합물, 및 이들의 혼합물 등을 사용하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 원소주기율표의 제 1 족 또는 제 2 족에 속하는 원소, 즉 리튬(Li)이나 세슘(Cs) 등의 알칼리 금속, 및 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr) 등의 알칼리 토류 금속, 및 이들을 포함하는 합금(MgAg, AlLi 등), 유로퓸(Eu), 이테르븀(Yb) 등의 희토류 금속 및 이들을 포함하는 합금 등을 들 수 있다. 알칼리 금속, 알칼리토류 금속, 이들을 포함하는 합금의 막은, 진공 증착법을 사용하여 형성할 수 있다. 또한, 알칼리 금속 또는 알칼리 토류 금속을 포함하는 합금의 막은 스퍼터링법에 의하여 형성할 수도 있다. 또한, 은 페이스트 등을 잉크젯법 등에 의하여 성막할 수도 있다.
또한, 양극 또는 음극으로서, 도전성 고분자(도전성 폴리머라고도 한다)를 포함하는 도전성 조성물을 사용할 수도 있다. 도전성 조성물은, 양극 또는 음극으로서 형성하는 경우, 박막에 있어서의 시트 저항이 10000Ω/□ 이하, 파장 550nm에 있어서의 투광율이 70% 이상인 것이 바람직하다. 또한, 포함되는 도전성 고분자의 저항률이 0.1Ω·cm 이하인 것이 바람직하다.
도전성 고분자로서는, 소위 π전자 공역계 도전성 고분자를 사용할 수 있다. 예를 들면, 폴리아닐린 및 그 유도체, 폴리피롤 및 그 유도체, 폴리티오펜 및 그 유도체, 또는 그들 2종류이상의 공중합체 등을 들 수 있다.
공역 도전성 고분자의 구체적인 예로서는, 폴리피롤, 폴리(3-메틸피롤), 폴리(3-부틸피롤), 폴리(3-옥틸피롤), 폴리(3-데실피롤), 폴리(3,4-디메틸피롤), 폴리(3,4-디부틸피롤), 폴리(3-하이드록실피롤), 폴리(3-메틸-4-하이드록실피롤), 폴리(3-메톡시피롤), 폴리(3-에톡시피롤), 폴리(3-옥톡시피롤), 폴리(3-카르복실피롤), 폴리(3-메틸-4-카르복실피롤), 폴리(N-메틸피롤), 폴리티오펜, 폴리(3-메틸티오펜), 폴리(3-부틸티오펜), 폴리(3-옥틸티오펜), 폴리(3-데실티오펜), 폴리(3-도데실티오펜), 폴리(3-메톡시티오펜), 폴리(3-에톡시티오펜), 폴리(3-옥톡시티오펜), 폴리(3-카르복실티오펜), 폴리(3-메틸-4-카르복실티오펜), 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜), 폴리아닐린, 폴리(2-메틸아닐린), 폴리(2-옥틸아닐린), 폴리(2-이소부틸아닐린), 폴리(3-이소부틸아닐린), 폴리(2-아닐린술폰산), 폴리(3-아닐린술폰산) 등을 들 수 있다.
상기 도전성 고분자는, 단독으로 양극, 또는 음극으로 사용하여도 좋고, 막의 특성을 조정하기 위하여 유기 수지를 첨가하여 전도성 조성물로서 사용할 수도 좋다.
유기 수지로서는 도전성 고분자와 상용(相溶) 또는 혼합 분산이 가능하면, 열 경화성 수지라도 좋고, 열 가소성 수지라도 좋고, 광 경화성 수지라도 좋다. 예를 들면, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트 등의 폴리에스테르계 수지, 폴리이미드, 폴리아미드이미드 등의 폴리이미드계 수지, 폴리아미드6, 폴리아미드6,6, 폴리아미드12, 폴리아미드11 등의 폴리아미드 수지, 폴리불화 비닐리덴, 폴리비닐플루오르화물, 폴리테트라플루오로에틸렌, 에틸렌테트라플루오로에틸렌폴리머, 폴리클로로트리플루오로에틸렌 등의 불소 수지, 폴리비닐알코올, 폴리비닐에테르, 폴리비닐부티랄, 폴리초산비닐, 폴리염화비닐 등의 비닐 수지, 에폭시 수지, 크실렌 수지, 아라미드 수지, 폴리우레탄계 수지, 폴리우레아계 수지, 멜라민 수지, 페놀계 수지, 폴리에테르, 아크릴계 수지 및 이들의 공중합체 등을 들 수 있다.
또한, 상기 도전성 고분자 또는 도전성 조성물의 전기 전도도(傳導度)를 조정하기 위하여, 억셉터성 도펀트 또는 도너성의 도펀트를 도핑함으로써, 공역 도전성 고분자의 산화 환원 전위를 변화시켜도 좋다.
억셉터성의 도펀트로서는 할로겐 화합물, 루이스산, 프로톤산, 유기시아노 화합물, 유기금속 화합물 등을 사용할 수 있다. 할로겐 화합물로서는, 염소, 브롬, 요오드, 염화요오드, 브롬화 요오드, 불화요오드 등을 들 수 있다. 루이스산으로서는, 오플루오르화인, 오플루오르화비소, 오플루오르화안티몬, 삼플루오로보란, 붕소트리염화물, 삼취화붕소 등을 들 수 있다. 프로톤산으로서는, 염산, 황산, 질산, 인산, 불화붕소산, 불화수소산, 과염소산 등의 무기산과, 유기 카르복실산, 유기 술폰산 등의 유기산을 들 수 있다. 유기 카르복실산 및 유기 술폰산으로서는, 카르복실산화물 및 술폰산화물을 사용할 수 있다. 유기 시아노 화합물로서는, 공역 결합에 2개 이상의 시아노기를 포함하는 화합물을 사용할 수 있다. 예를 들면, 테트라시아노에틸렌, 산화테트라시아노에틸렌, 테트라시아노벤진, 테트라시아노퀴노다이메탄, 테트라시아노아자나프탈렌 등을 들 수 있다.
도너성의 도펀트로서는, 알칼리 금속, 알칼리 토류금속, 4급 아민 화합물 등을 들 수 있다.
상기 도전성 고분자 또는 도전성 조성물을 물 또는 유기용제(알코올계 용제, 케톤계 용제, 에스테르계 용제, 탄화수소계 용제, 방향족 용제 등)에 용해시켜, 습식법에 의하여, 양극 또는 음극이 되는 박막을 형성할 수 있다.
상기 도전성 고분자 또는 도전성 조성물을 용해하는 용매로서는 특히 한정하지 않고, 상술한 도전성 고분자 및 유기 수지 등의 고분자 수지 화합물을 용해하는 것을 사용하면 좋다. 예를 들면, 물, 메탄올, 에탄올, 프로필렌카보네이트, N-메틸피롤리돈, 디메틸포름아미드, 디메틸아세토아미드, 사이클로헥사논, 아세톤, 메틸에틸케톤, 메틸이소부틸케톤, 또는 톨루엔 등의 단독 또는 혼합용제에 용해하면 좋다.
도전성 조성물의 성막은, 상술한 바와 같이 용매에 용해한 후, 도포법, 코팅법, 액적 토출법(잉크젯법이라고도 한다), 인쇄법 등의 습식법을 사용하여 형성할 수 있다. 용매의 건조는 열 처리를 하여도 좋고, 감압하에서 행하여도 좋다. 또한, 유기 수지가 열 경화성의 경우는, 더욱 가열 처리를 향하고, 광 경화성의 경우는 광 조사 처리를 행하면 좋다.
또한, 제 2 전극(100)이나 제 1 전극(101)의 종류를 변화시킴으로써, 본 실시형태의 발광 소자는 다양한 베리에이션을 갖는다. 제 2 전극(100)을 광 투과성으로 함으로써, 제 2 전극(100) 측으로부터 빛을 사출하는 구성이 되고, 또한, 제 2 전극(100)을 차광성(특히, 반사성)으로 하고, 제 1 전극(101)을 광 투과성으로 함으로써, 제 1 전극(101) 측으로부터 빛을 사출하는 구성이 된다. 또한, 제 2 전극(100), 제 1 전극(101)의 양쪽 모두를 광 투과성으로함으로써, 제 2 전극 측, 제 1 전극 측의 양쪽 모두를 빛을 사출하는 구성으로 할 수도 있다.
(실시형태 2)
본 실시형태에서는, 실시형태 1에 나타낸 발광 소자를 사용하여 제작된 발광 장치의 일례에 대하여 설명한다. 또한, 본 발명의 발광 장치는 이하에 설명하는 구성을 갖는 발광 장치에만 한정되지 않고, 그 표시를 담당하는 부분(본 실시형태에서는, 화소부(602))에 실시형태 1에 나타낸 발광 소자가 포함되는 것, 모두를 포함하는 것으로 한다.
본 실시형태에서는, 실시형태 1에 나타낸 발광 소자를 사용하여 제작된 발광 장치의 일례에 대하여, 도 3a 내지 도 3b을 사용하여 설명한다. 또한, 도 3a는, 발광 장치를 도시하는 상면도, 도 3b는 도 3a를 A-A’ 및 B-B’로 절단한 단면도다. 이 발광 장치는, 발광 소자의 발광을 억제하는 것으로서 점선으로 표시된 구동 회로부(소스측 구동회로)(601), 화소부(602), 구동 회로부(게이트측 구동회로)(603)를 포함한다. 또한, (604)는 밀봉 기판, (605)는 씰재이며, 씰재(605)로 둘러싸인 내측은, 공간(607)으로 되어 있다.
또한, 리드(lead) 배선(608)은 소스측 구동회로(601) 및 게이트측 구동회로(603)에 입력되는 신호를 전송하기 위한 배선이며, 외부입력 단자가 되는 FPC(플랙시블 프린트 서킷)(609)로부터 비디오 신호, 클록 신호, 스타트 신호, 리셋트 신호 등을 받는다. 또한, 여기서는 FPC 밖에 도시하지 않지만, 이 FPC에는 프린트 배선 기판(PWB)이 장착되어도 된다. 본 명세서에 있어서의 발광 장치에는, 발광 장치 본체뿐만 아니라, 그것에 FPC 혹은 PWB가 장착된 상태도 포함한 것으로 한다.
다음, 단면구조에 대하여 도 3b를 사용하여 설명한다. 소자기판(610) 위에는 구동 회로부 및 화소부가 형성되지만, 여기서는, 구동 회로부인 소스측 구동회로(601)와, 화소부(602) 중의 하나의 화소가 도시된다.
또한, 소스측 구동회로(601)에는 n채널형 TFT(623)와 p채널형 TFT(624)를 조합한 CMOS회로가 형성된다. 또한, 구동회로는 여러 가지 CMOS회로, PMOS회로 혹은 NMOS회로로 형성하여도 좋다. 또한, 본 실시형태에서는, 기판 위에 구동회로를 형성한 드라이버 일체형을 나타내지만, 반드시 그럴 필요는 없고, 구동회로를 기판 위가 아닌 외부에 형성할 수도 있다.
또한, 화소부(602)는 스위칭용 TFT(611)와, 전류 제어용 TFT(612)와 그 드레인에 전기적으로 접속된 제 1 전극(613)과 상기 제 1 전극(613), 유기 화합물을 포함하는 층(616), 제 2 전극(617)으로 이루어지는 발광 소자를 포함하는 복수의 화소로 형성된다. 또한, 제 1 전극(613)의 단부를 덮어서 절연물(614)이 형성된다. 여기서는, 포지티브형 감광성 아크릴 수지막을 사용함으로써 형성한다.
또한, 피복성을 양호하게 하기 위해서, 절연물(614)의 상단부 또는 하단부에 곡률을 갖는 곡면이 형성되도록 한다. 예를 들면 절연물(614)의 재료로서 포지티브형 감광성 아크릴을 사용했을 경우, 절연물(614)의 상단부에만 곡률반경(0.2μm 내지 3μm)을 갖는 곡면을 가지게 하는 것이 바람직하다. 또한, 절연물(614)로서, 빛의 조사에 의하여 에첸트에 불용해성이 되는 네거티브형, 또는 빛의 조사에 의하여 에첸트에 용해성이 되는 포지티브형을 모두 사용할 수 있다.
제 1 전극(613) 위에는, 유기 화합물을 포함하는 층(616), 및 제 2 전극(617)이 적층되어, 발광 소자가 구성된다. 여기서 양극으로서 기능하는 제 1 전극(613)에 사용되는 재료로서는, 일함수가 큰(구체적으로는 4.0eV 이상) 금속, 합금, 도전성 화합물, 및 이들의 혼합물 등을 사용하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 인듐주석산화물(이하, ITO라고 한다), 또는 규소, 또는 산화규소를 함유한 인듐주석산화물, 산화아연(ZnO)을 포함하는 산화인듐, 산화텅스텐 및 산화아연을 함유한 산화인듐(IWZO), 금(Au), 백금(Pt), 니켈(Ni), 텅스텐(W), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 철(Fe), 코발트(Co), 구리(Cu), 팔라듐(Pd), 또는 금속 재료의 질화물(예를 들어, 질화 티타늄)의 단층 막 외에 적층 구조도 적용할 수 있고, 예를 들어, 질화 티타늄과 알루미늄을 주성분으로 하는 막과의 적층, 질화 티타늄 막과 알루미늄을 주성분으로 하는 막과 질화 티타늄 막과의 3층 구조 등을 사용할 수 있다. 또한, 적층 구조로 하면, 배선으로서의 저항도 낮고, 양호한 오믹 접촉이 얻어져, 한층 더 양극으로서 기능시킬 수 있다.
유기 화합물을 포함하는 층(616)은, 실시형태 1에 기재한 유기 화합물을 포함하는 층(107)과 같은 구성을 갖는다. 또한, 유기 화합물을 포함하는 층(616)을 구성하는 제료로서는 저분자 화합물, 또한 고분자 화합물(올리고머, 덴드리머를 포함한다) 중 어느 것을 사용하여도 좋다. 또한, 유기 화합물을 포함하는 층(616)에 사용하는 재료로서는, 유기 화합물뿐만 아니라, 무기 화합물을 그 일부에 사용하여도 좋다. 유기 화합물을 포함하는 층(616)은, 증착 마스크를 사용한 증착법, 잉크젯법, 스핀 코팅법 등의 다양한 방법에 의하여 형성된다.
또한, 유기 화합물을 포함하는 층(616) 위에 형성되어, 음극으로서 기능하는 제 2 전극(617)에 사용하는 재료로서는, 일함수가 작은 재료(Al, Mg, Li, Ca, 또는 이들의 합금이나 화합물, MgAg, MgIn, AlLi, LiF, CaF2 등)를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 유기 화합물을 포함하는 층(616)에서 생긴 빛을 제 2 전극(617)을 투과시킬 경우에는, 제 2 전극(617)으로서 막 두께를 얇게 한 금속 박막과, 투명 도전막(ITO, 2wt% 내지 20wt%의 산화아연을 포함하는 산화인듐, 규소 또는 산화규소를 함유한 산화인듐-산화주석, 산화아연(ZnO) 등)과의 적층을 사용하는 것이 좋다.
여기서, 제 1 전극(613), 유기 화합물을 포함하는 층(616), 제 2 전극(617)에 의하여, 발광 소자가 구성되지만, 발광 소자의 자세한 구조, 및 재료에 대해서는 실시형태 1에 있어서 설명했으므로, 반복 설명은 생략한다(실시형태 1 참조). 또한, 본 실시형태에 있어서의 제 1 전극(613), 유기 화합물을 포함하는 층(616), 제 2 전극(617)은, 각각 실시형태 1에 있어서의 제 1 전극(101), 유기 화합물을 포함하는 층(107), 제 2 전극(100)에 상당한다.
상술한 구동 회로, 화소부의 TFT 및 발광 소자가 형성된 소자 기판(610)과, 밀봉기판(604)을 씰재(605)에 의하여 접착함으로써, 소자기판(610), 밀봉기판(604), 및 씰재(605)로 둘러싸인 공간(607)에 실시형태 1에서 나타낸 발광 소자(106)가 구비된 구조의 발광 장치가 제공된다. 또한, 공간(607)에는, 충전재가 충전되어 있고, 불활성 기체(질소나 아르곤 등)가 충전될 경우 외에, 씰재(605)로 충전될 경우도 있다.
또한, 씰재(605)에는 에폭시계 수지를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 이들의 재료는 가능한 한 수분이나 산소를 투과하지 않는 재료인 것이 바람직하다. 또한, 밀봉기판(604)에 사용하는 재료로서 유리 기판이나 석영 기판 이외에, FRP(Fiber glass-Reinforced Plastics), PVF(폴리비닐 플로라이드), 폴리에스텔 또는 아크릴 등으로 이루어진 플라스틱 기판을 사용할 수 있다.
상술한 바와 같이, 실시형태 1에 나타낸 발광 소자를 사용하여 제작된 본 발명의 발광 장치를 얻을 수 있다.
본 발명의 발광 장치는, 실시형태 1에 나타낸 발광 소자를 사용하고, 상기 발광 소자가 구동 시간의 축적에 대하여 열화의 정도가 저감된 발광 소자이므로, 신뢰성이 높은 발광 장치를 얻을 수 있다. 또한, 상기 발광 소자가 설계자의 의도하는 발광색을 용이하게 실현함으로써, 표시 품질이 우수한 발광 장치로 할 수 있다.
또한, 실시형태 1에 나타낸 발광 소자는, 백색 발광 소자로서 적합한 구성이므로, 조명 용도로 적합하게 사용할 수 있다.
이상과 같이, 본 실시형태에서는, 트랜지스터에 의하여 발광 소자의 구동을 제어하는 액티브 매트릭스형 발광 장치에 대하여 설명하였지만, 이 이외에, 패시브 매트릭스형 발광 장치라도 좋다. 도 4a 내지 도 4b에는 본 발명을 적용하여 제작한 패시브 매트릭스형 발광 장치를 도시한다. 또한, 도 4a는 발광 장치를 도시하는 사시도, 도 4b는 도 4a를 X-Y에서 절단한 단면도이다. 도 4a 내지 도 4b에 있어서, 기판(951) 위에서는, 전극(952)과 전극(956)의 사이에 유기 화합물을 포함하는 층(955)이 형성된다. 전극(952)의 단부에는 절연층(953)으로 덮인다. 그리고, 절연층(953) 위에는 격벽층(954)이 형성된다. 격벽층(954)의 측벽은, 기판 면에 가까워질수록, 한 쪽의 측벽과 다른 측벽의 간격이 좁아지는 듯한 경사를 갖는다. 즉, 격벽층(954)의 단변 방향의 단면은, 사다리꼴 모양이기 때문에, 저변(절연층(953)과 접하는 변)이 상변(절연층(953)과 접하지 않는 변)보다도 짧다. 이와 같이, 격벽층(954)을 형성함으로써, 정전기 등에 기인한 발광 소자의 불량을 방지할 수 있다. 패시브 매트릭스형 발광 장치에 있어서도, 실시형태 1에 나타낸 발광 소자를 사용하고, 상기 발광 소자가 구동 시간의 축적에 대하여 열화의 정도가 저감된 발광 소자이므로 신뢰성이 높은 발광 장치를 얻을 수 있다. 또한, 상기 발광 소자가 설계자의 의도하는 발광색을 용이하게 실현함으로써, 표시 품질이 우수한 발광 장치로 할 수 있다.
(실시형태 3)
본 실시형태에서는, 실시형태 2에 나타내는 발광 장치를 그 일부에 포함한 전자 기기에 대하여 설명한다. 이들의 전자 기기는, 실시형태 1에 나타낸 발광 소자를 포함하는 표시부를 갖는다.
본 실시형태 1에 나타낸 발광 소자를 갖는 전자 기기로서, 비디오 카메라, 디지털 카메라 등의 카메라, 고글형 디스플레이, 네비게이션 시스템, 음향 재생장치(카 오디오, 오디오 컴포넌트 시스템 등), 컴퓨터, 게임 기기, 휴대 정보단말(모바일 컴퓨터, 휴대전화, 휴대형 게임기 또는 전자서적 등), 기록 매체를 구비한 화상 재생장치(구체적으로는 Digital Versatile Disc(DVD) 등의 기록 매체를 재생하고, 그 화상을 표시할 수 있는 표시 장치를 구비한 장치) 등을 들 수 있다. 이들의 전자 기기의 구체적인 예를 도 5a 내지 도 5d에 도시한다.
도 5a는 본 발명에 따른 텔레비전 장치이며, 하우징(9101), 지지대(9102), 표시부(9103), 스피커부(9104), 비디오 입력 단자(9105) 등을 포함한다. 이 텔레비전 장치에 있어서, 표시부(9103)는, 실시형태 1에 나타낸 발광 소자를 표시 소자로서 사용함으로써 제작된다. 또한, 구동 시간의 축적에 대하여 열화의 정도가 저감된 상기 발광 소자를 사용하여 제작된 텔레비전 장치는, 표시부(9103)의 신뢰성이 높고, 이 표시부(9103)를 구비한 상기 텔레비전 장치는 신뢰성이 높은 텔레비전 장치로 된다. 상기 발광 소자는, 열화가 저감된 발광 소자이므로 텔레비전 장치에 탑재되는 열화 보상 기능회로를 대폭으로 삭감, 또는 축소할 수 있다.
도 5b는 본 발명에 따른 컴퓨터이며, 본체(9201), 하우징(9202), 표시부(9203), 키보드(9204), 외부접속 포트(9205), 포인팅 디바이스(9206) 등을 포함한다. 이 컴퓨터에 있어서, 표시부(9203)는, 실시형태 1에 나타낸 발광 소자를 표시 소자로서 사용함으로써 제작된다. 또한, 구동 시간의 축적에 대하여 열화의 정도가 저감된 상기 발광 소자를 사용하여 제작된 컴퓨터는, 표시부(9203)의 신뢰성이 높고, 이 표시부(9203)를 구비한 상기 컴퓨터는 신뢰성이 높은 컴퓨터로 된다. 상기 발광 소자는, 열화가 저감된 발광 소자이므로 이 컴퓨터에 탑재되는 열화 보상 기능회로를 대폭으로 삭감, 또는 축소할 수 있고, 컴퓨터의 소형 경량화를 도모할 수 있다.
도 5c는 본 발명에 따른 휴대전화이며, 본체(9401), 케이스(9402), 표시부(9403), 음성 입력부(9404), 음성 출력부(9405), 조작키(9406), 외부접속 포트(9407), 안테나(9408) 등을 포함한다. 이 휴대전화에 있어서, 표시부(9403)는, 실시형태 1에 나타낸 발광 소자를 표시 소자로서 사용함으로써 제작된다. 또한, 구동 시간의 축적에 대하여 열화의 정도가 저감된 상기 발광 소자를 사용하여 제작된 휴대전화에서는, 표시부(9403)의 신뢰성이 높고, 이 표시부(9403)를 구비한 상기 휴대전화는 신뢰성이 높은 휴대전화로 된다. 상기 발광 소자는, 열화가 저감된 발광 소자이므로 이 휴대전화에 탑재되는 열화 보상 기능회로를 대폭으로 삭감, 또는 축소할 수 있고, 휴대전화의 소형 경량화를 더욱 더 도모할 수 있다. 소형 경량화가 도모된 본 발명의 휴대전화에는, 다양한 부가 가치를 구비하여도 휴대로 적합한 크기, 중량으로 맞출 수 있고, 본 발명의 휴대전화는 고기능의 휴대전화로서도 적합한 구성이 된다.
도 5d는 본 발명에 따른 카메라이며, 본체(9501), 표시부(9502), 케이스(9503), 외부접속 포트(9504), 리모트 컨트롤 수신부(9505), 수상부(9506), 배터리(9507), 음성 입력부(9508), 조작키(9509), 접안부(9510) 등을 포함한다. 이 카메라에 있어서, 표시부(9502)는, 실시형태 1에 나타낸 발광 소자를 표시 소자로서 사용함으로써 제작된다. 또한, 구동 시간의 축적에 대하여 열화의 정도가 저감된 상기 발광 소자를 사용하여 제작된 카메라에서는, 표시부(9502)의 신뢰성이 높고, 이 표시부(9502)를 구비한 상기 카메라는 신뢰성이 높은 카메라로 된다. 상기 발광 소자는, 열화가 저감된 발광 소자이므로 이 카메라에 탑재되는 열화 보상 기능회로를 대폭으로 삭감, 또는 축소할 수 있고, 카메라의 소형 경량화를 도모할 수 있다.
상술한 바와 같이, 실시형태 1에 나타낸 발광 소자를 사용하여 제작된 발광 장치의 적용 범위는 극히 넓고, 이 발광 장치를 모든 분야의 전자 기기에 적용할 수 있다. 또한, 구동 시간의 축적에 대하여 열화의 정도가 저감된 상기 발광 소자를 사용하여 제작된 표시부는 신뢰성이 높고, 상기 표시부를 갖는 전자 기기는 신뢰성이 높은 전자 기기로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 발광 장치로서 조명 장치를 들 수 있다. 실시형태 1에 나타낸 발광 소자를 조명 장치로 적용하는 일 형태를 도 6을 사용하여 설명한다.
도 6은 실시형태 1에 나타낸 발광 소자를 백 라이트로서 적용한 액정 표시장치의 일례이다. 도 6에 도시한 액정 표시장치는, 하우징(901), 액정층(902), 백 라이트 유닛(903), 하우징(904)을 갖고, 액정층(902)은, 드라이버 IC(905)와 접속된다. 또한, 백 라이트 유닛(903)은, 실시형태 1에 나타낸 발광 소자를 사용하여 형성되고, 단자(906)에 의하여, 전류가 공급된다.
여기서, 액정의 백 라이트 유닛(903)은, 각 화소에 형성된 컬러 필터를 투과하고, 실제로 액정 표시장치를 시청하는 사람의 눈에 보일 때, 최적의 빛이 되는 듯한 발광색을 나타내는 것이 바람직하다. 즉, 보통 컬러 필터로서는 화소마다 적색, 청색, 녹색의 빛을 투과하는 막이 형성되지만, 컬러 필터의 재료에 따라 빛의 투과율도 상이할 뿐만 아니라, 색에 따라 사람의 시감도도 달라지므로, 백 라이트는 적색, 청색 및 녹색 각각의 파장 성분에 있어서 원하는 휘도를 갖는 것이 바람직하다. 이 점에 있어서, 실시형태에 나타낸 발광 소자는 컬러 밸런스를 조절하는 것이 용이하므로, 액정의 백 라이트 유닛(903)으로서 매우 적합하게 시용할 수 있다.
또한, 백 라이트 유닛(903)은 실시형태 1에 나타낸 발광 소자를 하나만 사용하여도 좋고, 상기 발광 소자를 복수 사용하여도 좋다.
상술한 바와 같이, 실시형태 1에 나타낸 발광 소자를 액정 표시장치의 백 라이트로서 적용할 수 있다. 상기 백 라이트는 대면적화도 가능하므로, 액정 표시장치의 대면적화도 가능하게 된다. 또한, 구동 시간의 축적에 따른 열화의 정도가 작은 상기 발광 소자를 사용하여 제작함으로써, 신뢰성이 높은 백 라이트를 얻을 수 있다. 또한, 백 라이트는 박막이고, 원하는 발광색을 용이하게 얻을 수 있으므로 액정 표시장치의 박형화, 영상의 고품질화도 가능하게 된다.
도 7은, 실시형태 1에 나타낸 발광 소자를 조명 장치인 전기 스탠드에 사용한 예이다. 도 7에 도시하는 전기 스탠드는 하우징(2001)과 광원(2002)을 가지며, 광원(2002)으로서, 실시형태 1에 나타낸 발광 소자가 형성된다. 광원(2002)은 상기 발광 소자 1개로 구성되어도 좋고, 복수의 상기 발광 소자에 의하여 구성되어도 좋다. 또한, 상이한 발광색을 나타내는 복수종의 발광 소자에 의하여 구성되어도 좋다. 이와 같이, 실시형태 1에 나타낸 발광 소자를 사용하여 광원(2002)을 제작할 수 있다. 구동 시간의 축적에 따른 열화의 정도가 작은 상기 발광 소자를 사용하여 제작된 광원(2002)은 신뢰성이 높으므로, 이들을 구비한 전기 스탠드도 신뢰성이 높은 전기 스탠드로 할 수 있다. 또한, 실시형태 1에 나타낸 발광 소자는 컬러 밸런스의 조절이 용이하므로 눈에 자극을 주지 않는 발광색을 나타내는 등, 용도에 맞춘 발광색을 갖는 전기 스탠드를 용이하게 제공할 수 있다.
도 8은, 실시형태 1에 나타낸 발광 소자를 실내의 조명 장치(3001)에 적용한 예이다. 조명 장치(3001)는 상기 발광 소자 1개로 구성되어도 좋고, 복수의 상기 발광 소자에 의하여 구성되어도 좋다. 또한, 상이한 발광색을 나타내는 복수종의 발광 소자에 의하여 구성되어도 좋다. 이와 같이, 실시형태 1에 나타낸 발광 소자를 사용하여 조명 장치(3001)를 제작할 수 있다. 상시 발광 소자를 적용하여 제작된 조명 장치(3001)는 대면적화도 가능하므로 대면적의 조명 장치로서 사용할 수 있다. 또한, 발광 효율이 양호한 상기 발광 소자를 사용하여 제작된 조명 장치(3001)는 박형이며 저소비 전력인 조명 장치로 할 수 있다. 또한, 구동 시간의 축적에 따른 열화의 정도가 작은 상기 발광 소자를 사용하여 제작된 조명 장치(3001)는 신뢰성이 높은 조명 장치로 할 수 있다. 또한, 실시형태 1에 나타낸 발광 소자는 컬러 밸런스의 조절이 용이하므로 난색(暖色)계의 발광색으로부터 한색(寒色)계의 발광색까지 다양한 색깔의 발광을 용이하게 제공할 수 있다. 이에 따라, 예를 들어, 리빙 룸(living room)용에 난색계의 색깔, 키친(kitchen)이나 다이닝 룸(dining room)용에 연색(演色)성이 좋은 색깔 등, 용도에 맞춘 발광색을 갖는 조명 장치를 용이하게 제공할 수 있다.
[실시예 1]
본 실시예에서는, 실시형태 1에 기재된 발광 소자의 제작 방법 및 소자 특성을 설명한다. 또한, 발광 소자 1 내지 발광 소자 6의 소자 구성은 각각 표 1에 나타내는 바와 같다.
발광소자 발광 소자1 발광 소자2 발광 소자3
(비교예)		 발광 소자4 발광 소자5 발광 소자6
(비교예)
제2전극 Al
200nm
전자주입층 LiF
1nm
전자수송층 Bphen
20nm
Alq
10nm
제1층 CzPA:2YGAPPA(1:0.05)
20nm
제2층 YGAPA: 루브렌(1:0.0025) PCCPA: 루브렌(1:0.0025)
10nm
제3층 DPAnth:2YGAPPA(1:0.1) - DPAnth:2YGAPPA(1:0.1) -
10nm 20nm 10nm 20nm
정공수송층 NPB
10nm
전공주입층 NPB:MoOx(4:1)
50nm
제1전극 ITSO
110nm
(발광 소자 1)
우선, 유리 기판 위에 막 두께 110nm의 규소, 또는 산화 규소를 포함하는 인듐주석산화물을 스퍼터링법으로 성막하고, 제 1 전극을 형성한다(전극 면적 2mm×2mm).
다음, 제 1 전극이 형성된 면이 아래쪽이 되도록, 제 1 전극이 형성된 기판을 진공 증착 장치 내로 설치된 기판 홀더에 고정시켜, 10-4Pa정도 까지 감압한 후, 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]비페닐(약칭: NPB)과 산화 몰리브덴(Ⅵ)을 공증착함으로써, 유기 화합물과 무기 화합물을 복합하여 이루어지는 복합 재료를 포함하는 층을 형성하였다. 그 막 두께는 50nm로 하고, NPB와 산화 몰리브덴(Ⅵ)의 비율은 중량비로 4:1(=NPB: 산화 몰리브덴)로 되도록 조절하였다. 또한, 공증착법이란, 하나의 처리실 내에서 복수의 증발원으로부터 동시에 증착을 행하는 증착법이다.
계속해서, 저항 가열을 사용한 증착법에 의하여, NPB를 10nm의 막 두께가 되도록 형성하고, 정공 수송층을 형성하였다.
그 후, 9,10-디페닐 안트라센(약칭: DPAnth)과 4-(9H-칼바졸-9-일)-4'-（9-10-디페닐-2-안트릴)트리페닐아민(약칭: 2YGAPPA)을 공증착함으로써, 10nm의 막 두께로 제 3 층을 형성하였다. 여기서, DPAnth와 2YGAPPA의 중량비율은, 1: 0.1(=DPAnth: 2YGAPPA)가 되도록 조절하였다.
4-(9H-칼바졸-9-일)-4'-（10-페닐-9-안트릴)트리페닐아민(약칭: YGAPA)과 루브렌을 공증착함으로써, 10nm의 막 두께로 제 2 층을 형성하였다. 여기서, YGAPA와 루브렌의 중량비율은, 1:0.0025(=YGAPA: 루브렌)가 되도록 조절하였다.
또한, 9-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-칼바졸(약칭: CzPA)과 2YGAPPA를 공증착함으로써, 20nm의 막 두께로 제 1 층을 형성하였다. 여기서, CzPA와 2YGAPPA의 중량비율은, 1:0.05(=CzPA: 2YGAPPA)가 되도록 조절하였다.
그 후, 저항 가열에 의한 증착법을 사용하여, 트리스(8-퀴놀리놀라토)알루미늄(약칭: Alq)을 10nm의 막 두께가 되도록 성막하고, 계속해서, 마찬가지로 저항 가열에 의한 증착법을 사용하여 바소페난트롤린(약칭: BPhen)을 20nm의 막 두께가 되도록 성막하여 전자 수송층을 형성하였다.
다음, 마찬가지로 저항 가열에 의한 증착법을 사용하여, 불화 리튬(LiF)을 1nm정도의 막 두께로 형성함으로써 전자주입층을 형성하고, 마지막으로, 알루미늄을 200nm의 막 두께가 되도록 성막함으로써, 제 2 전극을 형성하여, 발광 소자 1을 제작하였다.
이상에 의하여 얻어진 발광 소자 1을, 질소 분위기의 글로브 박스(glove box) 내에 있어서, 발광 소자가 대기에 노출되지 않도록 밀봉하는 작업을 행한 후, 이들 발광 소자의 동작 특성에 대하여 측정하였다. 이때, 측정은 실온(25℃로 유지된 분위기)에서 행하였다.
발광 소자 1의 전류 밀도-휘도 특성을 도 9에 도시한다. 또한, 휘도-전류 효율 특성을 도 10에 도시한다. 또한, 전압-휘도 특성을 도 11에 도시한다. 또한, 전압-전류 특성을 도 12에 도시한다. 또한, 발광 소자 1에 1mA의 전류를 흘렸을 때의 발광 스펙트럼을 도 13에 도시한다.
발광 소자 1에 있어서, 제 1 층 및 제 3 층의 발광 중심 물질인 2YGAPPA는, 청색의 발광을 나타내고, 제 2 층의 발광 중심 물질인 루브렌은 황색의 발광을 나타내는 물질이다. 즉, 도 13에 있어서, 462nm 부근에 피크를 갖는 발광은 2YGAPPA의 발광이고, 549nm 부근에 피크를 갖는 발광은 루브렌의 발광이고, 발광 소자 1에 있어서는, 단파장 측의 2YGAPPA의 발광과 장파장 측의 루브렌의 발광이 대략 같은 강도로 얻어지는 것을 알 수 있다. 종래의 구성에 있어서는, 에너지 이동 등의 영향에 의하여 장파장 측의 발광이 강하게 나오므로, 발광색의 균형을 잡기가 어렵지만, 본 발명의 구성을 사용함으로써 이상에 설명한 발광 소자 1과 같이, 단파장 측의 발광 강도와 장파장 측의 발광 강도를 대략 같게 할 수 있게 되어, 발광색의 균형을 용이하게 조절할 수 있게 된다. 또한, 발광 소자 1의 휘도 900cd/m2의 CIE 색도 좌표는 (x=0.26, y=0.35)이며, 백색의 발광이었다.
(발광 소자 2)
우선, 유리 기판 위에 막 두께 110nm의 규소, 또는 산화 규소를 포함하는 인듐주석산화물을 스퍼터링법으로 성막하고, 제 1 전극을 형성한다(전극 면적 2mm×2mm).
다음, 제 1 전극이 형성된 면이 아래쪽이 되도록, 제 1 전극이 형성된 기판을 진공 증착 장치 내로 설치된 기판 홀더에 고정시켜, 10-4Pa정도까지 감압한 후, NPB와 산화 몰리브덴(Ⅵ)을 공증착함으로써, 유기 화합물과 무기 화합물을 복합하여 이루어지는 복합 재료를 포함하는 층을 형성하였다. 그 막 두께는 50nm로 하고, NPB와 산화 몰리브덴(Ⅵ)의 비율은 중량비율로 4:1(=NPB: 산화 몰리브덴)로 되도록 조절하였다. 또한, 공증착법이란, 하나의 처리실 내에서 복수의 증발원으로부터 동시에 증착을 행하는 증착법이다.
계속해서, 저항 가열을 사용한 증착법에 의하여, NPB를 10nm의 막 두께가 되도록 형성하고, 정공 수송층을 형성하였다.
그 후, DPAnth와 2YGAPPA를 공증착함으로써, 20nm의 막 두께로 제 3 층을 형성하였다. 여기서, DPAnth와 2YGAPPA의 중량비율은, 1:0.1(=DPAnth: 2YGAPPA)가 되도록 조절하였다.
또한, YGAPA와 루브렌을 공증착함으로써, 10nm의 막 두께로 제 2 층을 형성하였다. 여기서, YGAPA와 루브렌의 중량비율은, 1:0.0025(=YGAPA: 루브렌)가 되도록 조절하였다.
또한, CzPA와 2YGAPPA를 공증착함으로써, 20nm의 막 두께로 제 1 층을 형성하였다. 여기서, CzPA와 2YGAPPA의 중량비율은, 1:0.05(=CzPA: 2YGAPPA)가 되도록 조절하였다.
그 후, 저항 가열에 의한 증착법을 사용하여 Alq를 10nm의 막 두께가 되도록 성막하고, 계속해서, 마찬가지로 저항 가열에 의한 증착법을 사용하여 BPhen를 20nm의 막 두께가 되도록 성막하여 전자 수송층을 형성하였다.
다음, 마찬가지로 저항 가열에 의한 증착법을 사용하여 불화 리튬(LiF)을 1nm정도의 막 두께로 형성함으로써 전자주입층을 형성하고, 마지막으로, 알루미늄을 200nm의 막 두께로 되도록 형성함으로써, 제 2 전극을 형성하여, 발광 소자 2를 제작하였다.
이상에 의하여 얻어진 발광 소자 2를, 질소 분위기의 글로브 박스 내에 있어서, 발광 소자가 대기에 노출되지 않도록 밀봉하는 작업을 행한 후, 이들 발광 소자의 동작 특성에 대하여 측정하였다. 이때, 측정은 실온(25℃로 유지된 분위기)에서 행하였다.
발광 소자 2의 전류 밀도-휘도 특성을 도 14에 도시한다. 또한, 휘도-전류 효율 특성을 도 15에 도시한다. 또한, 전압-휘도 특성을 도 16에 도시한다. 또한, 전압-전류 특성을 도 17에 도시한다. 또한, 발광 소자 2에 1mA의 전류를 흘렸을 때의 발광 스펙트럼을 도 18에 도시한다.
발광 소자 2에 있어서, 제 1 층 및 제 3 층의 발광 중심 물질인 2YGAPPA는, 청색의 발광을 나타내고, 제 2 층의 발광 중심 물질인 루브렌은 황색의 발광을 나타내는 물질이다. 즉, 도 18에 있어서, 462nm 부근에 피크를 갖는 발광은 2YGAPPA의 발광이고, 549nm 부근에 피크를 갖는 발광은 루브렌의 발광이고, 발광 소자 2에 있어서는, 단파장 측의 2YGAPPA의 발광이 장파장 측의 루브렌의 발광보다 큰 강도로 얻어지는 것을 알 수 있다. 종래의 구성에 있어서는, 에너지 이동 등의 영향에 의하여 장파장 측의 발광이 강하게 나오므로, 발광색의 균형을 잡기가 어렵지만, 본 발명의 구성을 사용함으로써 이상에 설명한 발광 소자 2와 같이, 단파장 측의 발광 강도를 장파장 측의 발광 강도보다 강하게 얻을 수 있게 되어, 발광색의 균형을 용이하게 조절할 수 있게 된다. 또한, 발광 소자 2의 휘도 780cd/m2의 CIE 색도 좌표는 (x=0.26, y=0.34)이며, 백색의 발광이었다.
(발광 소자 3)
발광 소자 3은, 발광 소자 1 및 발광 소자 2의 비교예로서, 제 3 층이 형성되지 않는 발광 소자, 즉 실시형태 1에서 종래예로서 제시한 발광 소자(115)의 구성을 갖는 발광 소자를 제작하였다. 우선, 유리 기판 위에 막 두께 110nm의 규소, 또는 산화 규소를 포함하는 인듐주석산화물을 스퍼터링법으로 성막하고, 제 1 전극을 형성한다(전극 면적 2mm×2mm).
다음, 제 1 전극이 형성된 면이 아래쪽이 되도록, 제 1 전극이 형성된 기판을 진공 증착 장치 내로 설치된 기판 홀더에 고정시켜, 10-4Pa정도 까지 감압한 후, NPB와 산화 몰리브덴(Ⅵ)을 공증착함으로써, 유기 화합물과 무기 화합물을 복합하여 이루어지는 복합 재료를 포함하는 층을 형성하였다. 그 막 두께는 50nm로 하고, NPB와 산화 몰리브덴(Ⅵ)의 비율은 중량비율로 4:1(=NPB: 산화 몰리브덴)로 되도록 조절하였다. 또한, 공증착법이란, 하나의 처리실 내에서 복수의 증발원으로부터 동시에 증착을 행하는 증착법이다.
계속해서, 저항 가열을 사용한 증착법에 의하여, NPB를 10nm의 막 두께가 되도록 형성하고, 정공 수송층을 형성하였다.
또한, YGAPA와 루브렌을 공증착함으로써, 10nm의 막 두께로 제 2 층을 형성하였다. 여기서, YGAPA와 루브렌의 중량비율은, 1:0.0025(=YGAPA: 루브렌)가 되도록 조절하였다.
또한, CzPA와 2YGAPPA를 공증착함으로써, 20nm의 막 두께로 제 1 층을 형성하였다. 여기서, CzPA와 2YGAPPA의 중량비율은, 1:0.05(=CzPA: 2YGAPPA)가 되도록 조절하였다.
그 후, 저항 가열에 의한 증착법을 사용하여 Alq를 10nm의 막 두께가 되도록 성막하고, 계속해서, 마찬가지로 저항 가열에 의한 증착법을 사용하여 BPhen를 20nm의 막 두께가 되도록 성막하여 전자 수송층을 형성하였다.
다음, 마찬가지로 저항 가열에 의한 증착법을 사용하여 불화 리튬(LiF)을 1nm정도의 막 두께로 형성함으로써 전자주입층을 형성하고, 마지막으로, 알루미늄을 200nm의 막 두께가 되도록 성막함으로써, 제 2 전극을 형성하여, 발광 소자 3을 제작하였다.
이상에 의하여 얻어진 발광 소자 3을, 질소분위기의 글로브 박스 내에 있어서, 발광 소자가 대기에 노출되지 않도록 밀봉하는 작업을 행한 후, 이 발광 소자의 동작 특성에 대해서 측정하였다. 이때, 측정은 실온(25℃로 유지된 분위기)에서 행하였다.
도 19에 발광 소자 3의 발광 스펙트럼을 도시하였다. 발광 소자 3에 있어서, 제 3 층의 발광 중심 물질인 2YGAPPA는, 청색의 발광을 나타내고, 제 2 층의 발광 중심 물질인 루브렌은 황색의 발광을 나타내는 물질이다. 즉, 도 19에 있어서, 465nm 부근에 피크를 갖는 발광은 2YGAPPA의 발광이고, 549nm 부근에 피크를 갖는 발광은 루브렌의 발광이지만, 발광 소자 3에 있어서는, 장파장 측의 루브렌의 발광이 단파장 측의 2YGAPPA의 발광보다 큰 강도로 얻어지는 것을 알 수 있다. 여기서 제 2 층의 구성을 참조하면, 제 2 층은 YGAPA와 루브렌을 1: 0.0025의 비율로 공증착하지만, 이것은 현상, 본 발명자들이 억제할 수 있는 루브렌 농도의 제일 작은 레벨의 값이다. 즉, 가능한 한 루브렌 농도를 작게 하여도, 장파장 측의 발광색을 갖는 루브렌의 발광이 강하게 나오므로, 종래의 구성으로는 발광색의 제어가 어렵다는 것을 알 수 있다. 또한, 발광 소자 3의 휘도 1740cd/m2의 CIE 색도 좌표는 (x=0.28, y=0.38)이며, 청백색의 발광이었다.
계속해서, 신뢰성에 관한 평가를 행한 결과를 나타낸다. 도 20에 발광 소자 1 및 발광 소자 3을 초기 휘도 1000 cd/m2으로 하고, 전류 밀도가 일정한 조건으로 구동하였을 때의 규격화 휘도 시간 변화를 나타내는 도를 도시하였다. 또한, 도면 중의 굵은 선이 발광 소자 1의 결과를 나타내고, 가는 선이 발광 소자 3의 결과를 나타내는 그래프이다. 도면을 보아도, 비교예인 발광 소자 3보다 발광 소자 1 쪽이 휘도의 저하가 억제되는 것을 알 수 있다. 또한, 발광 소자 3은 590시간 경과하면 휘도가 53%까지 저하한 것에 비하여, 발광 소자 1은 1100시간 경과하여도 휘도가 54%로 유지되므로, 약 2배의 수명을 얻을 수 있다는 것을 알 수 있다.
(발광 소자 4)
우선, 유리 기판 위에 막 두께 110nm의 규소, 또는 산화 규소를 포함하는 인듐주석산화물을 스퍼터링법으로 성막하고, 제 1 전극을 형성한다(전극 면적 2mm×2mm).
다음, 제 1 전극이 형성된 면이 아래쪽이 되도록, 제 1 전극이 형성된 기판을 진공 증착 장치 내로 설치된 기판 홀더에 고정시켜, 10-4Pa정도까지 감압한 후, NPB와 산화 몰리브덴(Ⅵ)을 공증착함으로써, 유기 화합물과 무기 화합물을 복합하여 이루어지는 복합 재료를 포함하는 층을 형성하였다. 그 막 두께는 50nm로 하고, NPB와 산화 몰리브덴(Ⅵ)의 비율은 중량비율로 4:1(=NPB: 산화 몰리브덴)로 되도록 조절하였다. 또한, 공증착법이란, 하나의 처리실 내에서 복수의 증발원으로부터 동시에 증착을 행하는 증착법이다.
계속해서, 저항 가열을 사용한 증착법에 의하여, NPB를 10nm의 막 두께가 되도록 형성하고, 정공 수송층을 형성하였다.
그 후, DPAnth와 2YGAPPA를 공증착함으로써, 10nm의 막 두께로 제 3 층을 형성하였다. 여기서, DPAnth와 2YGAPPA의 중량비율은, 1:0.1(=DPAnth: 2YGAPPA)가 되도록 조절하였다.
또한, 9-페닐-9'-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐-3,3'-비(9H-칼바졸)(약칭: PCCPA)와 루브렌을 공증착함으로써, 10nm의 막 두께로 제 2 층을 형성하였다. 여기서, PCCPA와 루브렌의 중량비율은, 1:0.0025(=PCCPA: 루브렌)가 되도록 조절하였다.
또한, CzPA와 2YGAPPA를 공증착함으로써, 20nm의 막 두께로 제 1 층을 형성하였다. 여기서, CzPA와 2YGAPPA의 중량비율은, 1:0.05(=CzPA: 2YGAPPA)가 되도록 조절하였다.
그 후, 저항 가열에 의한 증착법을 사용하여 Alq를 10nm의 막 두께가 되도록 성막하고, 계속해서, 마찬가지로 저항 가열에 의한 증착법을 사용하여 BPhen를 20nm의 막 두께가 되도록 성막하여 전자 수송층을 형성하였다.
다음, 마찬가지로 저항 가열에 의한 증착법을 사용하여 불화 리튬(LiF)을 1nm정도의 막 두께로 형성하고 전자주입층을 형성하고, 마지막으로, 알루미늄을 200nm의 막 두께가 되도록 성막함으로써, 제 2 전극을 형성하여, 발광 소자 4를 제작하였다.
이상에 의하여 얻어진 발광 소자 4를, 질소분위기의 글로브 박스 내에 있어서, 발광 소자가 대기에 노출되지 않도록 밀봉하는 작업을 행한 후, 이 발광 소자의 동작 특성에 대해서 측정하였다. 이때, 측정은 실온(25℃로 유지된 분위기)에서 행하였다.
발광 소자 4의 전류 밀도-휘도 특성을 도 21에 도시한다. 또한, 휘도-전류 효율 특성을 도 22에 도시한다. 또한, 전압-휘도 특성을 도 23에 도시한다. 또한, 전압-전류 특성을 도 24에 도시한다. 또한, 발광 소자 4에 1mA의 전류를 흘렸을 때의 발광 스펙트럼을 도 25에 도시한다.
발광 소자 4에 있어서, 제 1 층 및 제 3 층의 발광 중심 물질인 2YGAPPA는, 청색의 발광을 나타내고, 제 2 층의 발광 중심 물질인 루브렌은 황색의 발광을 나타내는 물질이다. 즉, 도 25에 있어서, 462nm 부근에 피크를 갖는 발광은 2YGAPPA의 발광이고, 549nm 부근에 피크를 갖는 발광은 루브렌의 발광이고, 발광 소자 4에 있어서는, 단파장 측의 2YGAPPA의 발광이 장파장 측의 루브렌의 발광보다 큰 강도로 얻어지는 것을 알 수 있다. 종래의 구성에 있어서는, 에너지 이동 등의 영향에 의하여 장파장 측의 발광이 강하게 나오므로, 발광색의 균형을 잡기가 어렵지만, 본 발명의 구성을 사용함으로써 이상에 설명한 발광 소자 4와 같이, 단파장 측의 발광 강도를 장파장 측의 발광 강도보다 강하게 얻을 수 있게 되어, 발광색의 균형을 용이하게 조절할 수 있게 된다. 또한, 발광 소자 4의 휘도 810cd/m2의 CIE 색도 좌표는 (x=0.25, y=0.34)이며, 푸른 빛을 띤 백색의 발광이었다.
(발광 소자 5)
우선, 유리 기판 위에 막 두께 110nm의 규소, 또는 산화 규소를 포함하는 인듐주석산화물을 스퍼터링법으로 성막하고, 제 1 전극을 형성한다(전극 면적 2mm×2mm).
다음, 제 1 전극이 형성된 면이 아래쪽이 되도록, 제 1 전극이 형성된 기판을 진공 증착 장치 내로 설치된 기판 홀더에 고정시켜, 10-4Pa정도까지 감압한 후, NPB와 산화 몰리브덴(Ⅵ)을 공증착함으로써, 유기 화합물과 무기 화합물을 복합하여 이루어지는 복합 재료를 포함하는 층을 형성하였다. 그 막 두께는 50nm로 하고, NPB와 산화 몰리브덴(Ⅵ)의 비율은 중량비율로 4:1(=NPB: 산화 몰리브덴)로 되도록 조절하였다. 또한, 공증착법이란, 하나의 처리실 내에서 복수의 증발원으로부터 동시에 증착을 행하는 증착법이다.
계속해서, 저항 가열을 사용한 증착법에 의하여, NPB를 10nm의 막 두께가 되도록 형성하고, 정공 수송층을 형성하였다.
그 후, DPAnth와 2YGAPPA를 공증착함으로써, 20nm의 막 두께로 제 3 층을 형성하였다. 여기서, DPAnth와 2YGAPPA의 중량비율은, 1:0.1(=DPAnth: 2YGAPPA)가 되도록 조절하였다.
또한, PCCPA와 루브렌을 공증착함으로써, 10nm의 막 두께로 제 2 층을 형성하였다. 여기서, PCCPA와 루브렌의 중량비율은, 1:0.0025(=PCCPA: 루브렌)가 되도록 조절하였다.
또한, CzPA와 2YGAPPA를 공증착함으로써, 20nm의 막 두께로 제 1 층을 형성하였다. 여기서, CzPA와 2YGAPPA의 중량비는, 1:0.05(=CzPA: 2YGAPPA)가 되도록 조절하였다.
그 후, 저항 가열에 의한 증착법을 사용하여 Alq를 10nm의 막 두께가 되도록 성막하고, 계속해서, 마찬가지로 저항 가열에 의한 증착법을 사용하여 BPhen를 20nm의 막 두께가 되도록 성막하여 전자 수송층을 형성하였다.
다음, 마찬가지로 저항 가열에 의한 증착법을 사용하여 불화 리튬(LiF)을 1nm정도의 막 두께로 형성함으로써 전자주입층을 형성하고, 마지막으로, 알루미늄을 200nm의 막 두께가 되도록 성막함으로써, 제 2 전극을 형성하여, 발광소자 5를 제작하였다.
이상에 의하여 얻어진 발광 소자 5를, 질소분위기의 글로브 박스 내에 있어서, 발광 소자가 대기에 노출되지 않도록 밀봉하는 작업을 행한 후, 이 발광 소자의 동작 특성에 대해서 측정하였다. 이때, 측정은 실온(25℃로 유지된 분위기)에서 행하였다.
발광 소자 5의 전류 밀도-휘도 특성을 도 26에 도시한다. 또한, 휘도-전류 효율 특성을 도 27에 도시한다. 또한, 전압-휘도 특성을 도 28에 도시한다. 또한, 전압-전류 특성을 도 29에 도시한다. 또한, 발광 소자 5에 1mA의 전류를 흘렸을 때의 발광 스펙트럼을 도 30에 도시한다.
발광 소자 5에 있어서, 제 1 층 및 제 3 층의 발광 중심 물질인 2YGAPPA는, 청색의 발광을 나타내고, 제 2 층의 발광 중심 물질인 루브렌은 황색의 발광을 나타내는 물질이다. 즉, 도 30에 있어서, 462nm 부근에 피크를 갖는 발광은 2YGAPPA의 발광이고, 549nm 부근에 피크를 갖는 발광은 루브렌의 발광이고, 발광 소자 5에 있어서는, 단파장 측의 2YGAPPA의 발광이 장파장 측의 루브렌의 발광보다 큰 강도로 얻어지는 것을 알 수 있다. 종래의 구성에 있어서는, 에너지 이동 등의 영향에 의하여 장파장 측의 발광이 강하게 나오므로, 발광색의 균형을 잡기가 어렵지만, 본 발명의 구성을 사용함으로써 이상에 설명한 발광 소자 5와 같이, 단파장 측의 발광 강도를 장파장 측의 발광 강도보다 강하게 얻을 수 있게 되어, 발광색의 균형을 용이하게 조절할 수 있게 된다. 또한, 발광 소자 5의 휘도 890cd/m2의 CIE 색도 좌표는 (x=0.25, y=0.33)이며, 약간 푸른 빛을 띤 백색의 발광이었다.
(발광 소자 6)
발광 소자 6은, 발광 소자 4 및 발광 소자 5의 비교예로서 제 3 층이 형성되지 않는 발광 소자를 제작하였다. 우선, 유리 기판 위에 막 두께 110nm의 규소, 또는 산화 규소를 포함하는 인듐주석산화물을 스퍼터링법으로 성막하고, 제 1 전극을 형성한다(전극 면적 2mm×2mm).
다음, 제 1 전극이 형성된 면이 아래쪽이 되도록, 제 1 전극이 형성된 기판을 진공 증착 장치 내로 설치된 기판 홀더에 고정시켜, 10-4Pa정도까지 감압한 후, NPB와 산화 몰리브덴(Ⅵ)을 공증착함으로써, 유기 화합물과 무기 화합물을 복합하여 이루어지는 복합 재료를 포함하는 층을 형성하였다. 그 막 두께는 50nm로 하고, NPB와 산화 몰리브덴(Ⅵ)의 비율은 중량비율로 4:1(=NPB: 산화 몰리브덴)로 되도록 조절하였다. 또한, 공증착법이란, 하나의 처리실 내에서 복수의 증발원으로부터 동시에 증착을 행하는 증착법이다.
계속해서, 저항 가열을 사용한 증착법에 의하여, NPB를 10nm의 막 두께가 되도록 형성하고, 정공 수송층을 형성하였다.
또한, PCCPA와 루브렌을 공증착함으로써, 10nm의 막 두께로 제 2 층을 형성하였다. 여기서, PCCPA와 루브렌의 중량비율은, 1:0.0025(=PCCPA: 루브렌)가 되도록 조절하였다.
또한, CzPA와 2YGAPPA를 공증착함으로써, 20nm의 막 두께로 제 1 층을 형성하였다. 여기서, CzPA와 2YGAPPA의 중량비율은, 1:0.05(=CzPA: 2YGAPPA)가 되도록 조절하였다.
그 후, 저항 가열에 의한 증착법을 사용하여 Alq를 10nm의 막 두께가 되도록 성막하고, 계속해서, 마찬가지로 저항 가열에 의한 증착법을 사용하여 BPhen를 20nm의 막 두께가 되도록 성막하여 전자 수송층을 형성하였다.
다음, 마찬가지로 저항 가열에 의한 증착법을 사용하여 불화 리튬(LiF)을 1nm정도의 막 두께로 형성함으로써 전자주입층을 형성하고, 마지막으로, 알루미늄을 200nm의 막 두께가 되도록 성막함으로써, 제 2 전극을 형성하여, 발광 소자 6을 제작하였다.
이상에 의하여 얻어진 발광 소자 6을, 질소분위기의 글로브 박스 내에 있어서, 발광 소자가 대기에 노출되지 않도록 밀봉하는 작업을 행한 후, 이 발광 소자의 동작 특성에 대해서 측정하였다. 이때, 측정은 실온(25℃로 유지된 분위기)에서 행하였다.
도 31에 발광 소자 6의 발광 스펙트럼을 도시하였다. 발광 소자 6에 있어서, 제 3 층의 발광 중심 물질인 2YGAPPA는, 청색의 발광을 나타내고, 제 2 층의 발광 중심 물질인 루브렌은 황색의 발광을 나타내는 물질이다. 즉, 도 31에 있어서, 465nm 부근에 피크를 갖는 발광은 2YGAPPA의 발광이고, 549nm 부근에 피크를 갖는 발광은 루브렌의 발광이지만, 발광 소자 6에 있어서는, 장파장 측의 루브렌의 발광이 단파장 측의 2YGAPPA의 발광보다 큰 강도로 얻어지는 것을 알 수 있다. 또한, 발광 소자 6의 휘도 1520cd/m2의 CIE 색도 좌표는 (x=0.28, y=0.36)이며, 푸른 빛을 띤 백색의 발광이었다.
계속해서, 신뢰성에 관한 평가를 행한 결과를 나타낸다. 도 32에 발광 소자 4 및 발광 소자 6을 초기 휘도 1000 cd/m2으로 하고, 전류 밀도가 일정한 조건으로 구동하였을 때의 규격화 휘도 시간 변화를 나타내는 도를 도시하였다. 또한, 도면 중의 굵은 선이 발광 소자 4의 결과를 나타내고, 가는 선이 발광 소자 6의 결과를 나타내는 그래프이다. 도면을 보아도, 비교예인 발광 소자 6보다 발광 소자 4 쪽이 휘도의 저하가 억제되는 것을 알 수 있다. 또한, 발광 소자 6은 590시간 경과하면 휘도가 58%까지 저하한 것에 비하여, 발광 소자 4는 1100시간 경과하여도 휘도가 61%로 유지되므로, 약 2배의 수명을 얻을 수 있다는 것을 알 수 있다.
[실시예 2]
본 실시예에서는, 실시형태 1에 기재된 발광 소자의 제작 방법 및 소자 특성을 설명한다. 또한, 발광 소자 7 및 발광 소자 8의 소자 구성은 각각 표 2에 표시된다.
발광소자 발광 소자 7 발광 소자8
제2전극 Al
200nm
전자주입층 LiF
1nm
전자수송층 Bphen
20nm
Alq
10nm
제1층 CzPA:PCBAPA(1:0.05)
20nm
제2층 PCCPA:2PCAPA(1:0.005) PCBAPA:2PCAPA(1:0.02)
10nm
제3층 PCCPA:PCBAPA(1:0.1)
10nm
정공수송층 NPB
10nm
정공주입층 NPB:MoOx(4:1)
50nm
제1전극 ITSO
110nm
(발광 소자 7)
우선, 유리 기판 위에 막 두께 110nm의 규소, 또는 산화 규소를 포함하는 인듐주석산화물을 스퍼터링법으로 성막하고, 제 1 전극을 형성한다(전극 면적 2mm×2mm).
다음, 제 1 전극이 형성된 면이 아래쪽이 되도록, 제 1 전극이 형성된 기판을 진공 증착 장치 내로 설치된 기판 홀더에 고정시켜, 10-4Pa정도까지 감압한 후, 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]비페닐(약칭: NPB)과 산화 몰리브덴(Ⅵ)을 공증착함으로써, 유기 화합물과 무기 화합물을 복합하여 이루어지는 복합 재료를 포함하는 층을 형성하였다. 그 막 두께는 50nm로 하고, NPB와 산화 몰리브덴(Ⅵ)의 비율은 중량비로 4:1(=NPB: 산화 몰리브덴)로 되도록 조절하였다. 또한, 공증착법이란, 하나의 처리실 내에서 복수의 증발원으로부터 동시에 증착을 행하는 증착법이다.
계속해서, 저항 가열을 사용한 증착법에 의하여, NPB를 10nm의 막 두께가 되도록 형성하고, 정공 수송층을 형성하였다.
이후, 9-페닐-9'-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-3,3'-비(9H-칼바졸)(약칭: PCCPA)와 4-(10-페닐-9-안트릴)-4'-(9-페닐-9H-칼바졸-3-일)트리페닐아민(약칭: PCBAPA)를 공증착함으로써, 10nm의 막 두께로 제 3 층을 형성하였다. 여기서, PCCPA와 PCBAPA의 중량비율은, 1: 0.1(=PCCPA: PCBAPA)가 되도록 조절하였다.
또한, PCCPA와 N,9-디페닐-N-[4-(9,10-디페닐-2-안트릴)페닐]-9H-칼바졸-3-아민(약칭: 2PCAPA)을 공증착함으로써, 10nm의 막 두께로 제 2 층을 형성하였다. 여기서, PCCPA와 2PCAPA의 중량비는, 1: 0.005(=PCCPA: 2PCAPA)가 되도록 조절하였다.
또한, CzPA와 PCBAPA를 공증착함으로써, 20nm의 막 두께로 제 1 층을 형성하였다. 여기서, CzPA와 PCBAPA의 중량비율은, 1:0.05(=CzPA: PCBAPA)가 되도록 조절하였다.
그 후, 저항 가열에 의한 증착법을 사용하여, 트리스(8-퀴놀리놀라토)알루미늄(약칭: Alq)을 10nm의 막 두께가 되도록 성막하고, 계속해서, 마찬가지로 저항 가열에 의한 증착법을 사용하여 바소페난트롤린(약칭: BPhen)을 20nm의 막 두께가 되도록 성막하여 전자 수송층을 형성하였다.
그 후, 마찬가지로 저항 가열에 의한 증착법을 사용하여 불화리튬(LiF)을 1nm정도 형성하고, 전자 주입층을 형성하고, 마지막으로 알루미늄을 200nm의 막 두께가 되도록 형성함으로써, 제 2 전극을 형성하고, 발광 소자 7을 제작하였다.
상술한 공정에 의하여 얻어진 발광 소자 7을, 질소 분위기의 글로브 박스(glove box) 내에 있어서, 발광 소자가 대기에 노출되지 않도록 밀봉하는 작업을 행한 후, 동작 특성에 대하여 측정을 행하였다. 또한, 측정은 실온(25℃에 유지된 분위기)에서 행하였다.
발광 소자 7의 전류 밀도-휘도 특성을 도 33에 도시한다. 또한, 휘도-전류 효율 특성을 도 34에 도시한다. 또한, 전압-휘도 특성을 도 35에 도시한다. 또한, 전압-전류 특성을 도 36에 도시한다. 또한, 발광 소자 7에 1mA의 전류를 흘렸을 때의 발광 스펙트럼을 도 37에 도시한다.
발광 소자 7에 있어서, 제 1 층 및 제 3 층의 발광 중심 물질인 PCBAPA는, 청색의 발광을 나타내고, 제 2 층의 발광 중심 물질인 2PCAPA는 녹색의 발광을 나타내는 물질이다. 즉, 도 37에 있어서, 466nm 부근에 피크를 갖는 발광은 PCBAPA의 발광이고, 493nm 부근에 피크를 갖는 발광은 2PCAPA의 발광이고, 발광 소자 7에 있어서는, 단파장 측의 PCBAPA의 발광과 장파장 측의 2PCAPA의 발광이 대략 같은 강도로 얻어지는 것을 알 수 있다. 종래의 구성에 있어서는, 에너지 이동 등의 영향에 의하여 장파장 측의 발광이 강하게 나오므로, 발광색의 균형을 잡기가 어렵지만, 본 발명의 구성을 사용함으로써 이상에 설명한 발광 소자 1과 같이, 단파장 측의 발광 강도와 장파장 측의 발광 강도를 대략 같게 할 수 있게 되어, 발광색의 균형을 용이하게 조절할 수 있게 된다. 또한, 발광 소자 7의 휘도 1100cd/m2의 CIE 색도 좌표는 (x=0.18, y=0.27)이며, 청녹색의 발광이었다.
(발광 소자 8)
발광 소자 8은, 제 3 층을 형성하기까지는 발광 소자 7과 마찬가지로 제작하였다.
계속하여, PCBAPA와 2PCAPA를 공증착함으로써, 10nm의 막 두께로 제 2 층을 형성하였다. 여기서, PCBAPA와 2PCAPA의 중량비율은, 1:0.02(=PCBAPA: 2PCAPA)가 되도록 조절하였다.
그 후, 제 1 층으로부터 음극까지 발광 소자 7과 마찬가지로 제작하여, 발광 소자 8을 제작하였다.
상술한 공정에 의하여 얻어진 발광 소자 8을, 질소 분위기의 글로브 박스 내에 있어서, 발광 소자가 대기에 노출되지 않도록 밀봉하는 작업을 행한 후, 동작 특성에 대하여 측정을 행하였다. 또한, 측정은 실온(25℃에 유지된 분위기)에서 행하였다.
발광 소자 8의 전류 밀도-휘도 특성을 도 38에 도시한다. 또한, 휘도-전류 효율 특성을 도 39에 도시한다. 또한, 전압-휘도 특성을 도 40에 도시한다. 또한, 전압-전류 특성을 도 41에 도시한다. 또한, 발광 소자 8에 1mA의 전류를 흘렸을 때의 발광 스펙트럼을 도 42에 도시한다.
발광 소자 8에 있어서, 제 1 층 및 제 3 층의 발광 중심 물질인 PCBAPA는, 청색의 발광을 나타내고, 제 2 층의 발광 중심 물질인 2PCAPA는 녹색의 발광을 나타내는 물질이다. 즉, 도 42에 있어서, 470nm 부근에 피크를 갖는 발광은 PCBAPA의 발광이고, 500nm 부근에 피크를 갖는 발광은 2PCAPA의 발광이다. 이와 같이, 본 발명의 발광 소자는 장파장 측의 발광 중심 물질의 발광을 강하게 발할 수도 있고, 발광색의 균형을 용이하게 조절할 수 있는 발광 소자라고 할 수 있다. 또한, 발광 소자 8의 휘도 1190cd/m2의 CIE 색도 좌표는 (x=0.20, y=0.33)이며, 청녹색의 발광이었다.
또한, 이들 청녹색의 발광을 제공하는 적층 구조(정공 주입층 내지 전자 주입층까지의 적층 구조)와 적색의 발광을 제공하는 적층 구조를 적층한 구조를, 유기 화합물을 포함하는 층으로서 갖는 발광 소자를 제작함으로써, 백색의 발광을 나타내는 발광 소자를 제공할 수 있다. 이 때, 청녹색의 발광을 제공하는 적층 구조와 적색의 발광을 제공하는 적층 구조 사이에는, 전하 발생층을 형성한다. 전하 발생층은, 실시형태 1에서 나타낸 복합 재료로 형성할 수 있다. 또한, 전하 발생층은 복합 재료로 이루어지는 층으로서는, 전자 공여성 물질과 전자 수송성이 높은 물질을 포함하는 투명 도전막으로 이루어지는 층 등을 사용할 수 있다. 이러한 구성을 갖는 발광 소자는, 적색의 발광을 인광, 청녹색의 발광은 형광으로 하여도 에너지의 이동이나 소광(消光) 등의 문제가 쉽게 일어나지 않고, 재료의 선택의 폭이 넓어짐으로써 높은 발광 효율과 긴 수명을 아울러 갖는 백색 발광 소자로 하는 것이 용이하다. 또한, 청녹색의 발광색의 조정이 용이하므로 원하는 색깔의 백색 발광을 얻기 쉽다는 이점을 갖는다.
(참조 예)
발광 소자 1 내지 발광 소자 6에서 사용한 2YGAPPA는 공지의 물질이 아니므로, 그 합성 방법을 설명한다. 또한, 2YGAPPA는 하기 구조식(1)에서 표시된다.
(화학식 1)
Figure pat00001
[스텝 1] 2-브로모-9,10-디페닐안트라센의 합성
(i) 2-브로모-9,10-안트라퀴논의 합성
2-브로모-9,10-안트라퀴논의 합성 스킴을 (A-1)에 나타낸다.
Figure pat00002
브롬화구리(II) 46g(0.20mol), 아세트니트릴 500mL를 1L 삼구 플라스크에 넣었다. 또한, 아초산 tert-부틸 17g(0.17mol)을 가하고, 이 혼합물을 65℃로 가열하였다. 이 혼합물에, 2-아미노-9,10-안트라퀴논 25g(0.11mol)을 가하고, 같은 온도에서 6시간 교반(攪拌)하였다. 반응 후, 반응 용액을 3mol/L의 염산 500mL 내에 붇고, 이 현탁액(懸濁液)을 3시간 교반한 결과, 고체가 석출됐다. 이 석출물을 흡인 여과에 의하여 회수(回收)하고, 흡인 여과하면서, 물, 에탄올로 세정하였다. 여과물을 톨루엔에 용해시켜 플로리실(Wako Pure Chemical Industries, Ltd. 카탈로그 번호: 540-00135 이하 같음), 셀라이트(Wako Pure Chemical Industries, Ltd. 카탈로그 번호: 531-16855 이하 같음), 알루미나를 통하여 흡인 여과하고, 얻어진 액을 농축하여 고체를 얻었다. 이 고체를, 클로로포름, 헥산의 혼합 용매에 의하여 재결정한 결과, 목적물인 2-브로모-9,10-안트라퀴논의 유백색 분말형 고체를 18.6g, 수율 58%로 얻었다.
(ii) 2-브로모-9,10-디페닐-9,10-디히드로안트라센-9,10-디올의 합성
2-브로모-9,10-디페닐-9,10-디히드로안트라센-9,10-디올의 합성 스킴을 (A-2)에 나타낸다.
Figure pat00003
2-브로모-9,10-안트라퀴논 4.9g(17mmol)을 300mL 삼구 플라스크에 넣고, 플라스크 내를 질소 치환하고, 테트라히드로푸란(THF) 100mL를 가하여, 충분히 용해시켰다. 그 후에, 이 용액에 페닐 리튬 18mL(37mmol)을 적하하여 가하고, 실온에서 약 12시간 교반하였다. 반응 후, 용액을 물로 세정한 후, 수층(水層)을 아세트산 에틸로 추출하였다. 추출 용액과 유기층을 함께, 황산 마그네슘으로 건조하였다. 건조 후, 이 혼합물을 흡인 여과하고, 여과액을 농축하여, 목적물인 2-브로모-9,10-디페닐-9,10-디히드로안트라센-9,10-디올을 얻었다(약 7.6g).
(iii) 2-브로모-9,10-디페닐안트라센의 합성
2-브로모-9,10-디페닐안트라센의 합성 스킴을 (A-3)에 나타낸다.
Figure pat00004
얻어진 2-브로모-9,10-디페닐-9,10-디히드로안트라센-9,10-디올 약 7.6g (17mmol), 요오드화 칼륨 5.1g(31mmol), 포스핀산 나트륨 일수화물 9.7g(92mmol), 빙초산 50mL를 500mL 삼구 플라스크에 넣고, 120℃에서 2시간 환류하였다. 그 후에 반응 혼합물에 50% 포스핀산 30mL를 가하고, 120℃에서 1시간 교반하였다. 반응 후, 용액을 물로 세정한 후, 수층을 아세트산 에틸로 추출하였다. 추출 용액과, 유기층을 함께, 황산 마그네슘으로 건조하였다. 건조 후, 이 혼합물을 흡인 여과하고, 얻어진 여과액을 농축한 결과, 고체를 얻었다. 이 고체를 톨루엔에 용해시킨 후, 셀라이트, 플로리실, 알루미나를 통하여 여과하였다. 얻어진 액을 농축하여 얻은 고체를, 클로로포름, 헥산의 혼합 용매에 의하여 재결정한 결과 2-브로모-9,10-디페닐안트라센의 담황(淡黃)색 분말형 고체를 5.1g 얻었다. (ii)와 (iii)의 2단계에서의 수율은 74%였다.
[스텝 2] 2-(4-브로모페닐)-9,10-디페닐안트라센의 합성
(i) 2-요오드-9,10-디페닐안트라센의 합성
2-요오드-9,10-디페닐안트라센의 합성 스킴을 (A-4)에 나타낸다.
Figure pat00005
2-브로모-9,10-디페닐안트라센 10g(24mmol)을 500mL 삼구 플라스크에 넣고, 그 플라스크 내를 질소로 치환한 후, 테트라히드로푸란 150mL를 가하고, 용해하였다. 이 용액을 -78℃에서 교반하였다. 이 용액에 1.6mmol/L의 ｎ-부틸 리튬 용액 19mL를 시린지(syringe)에 의해 적하하고 -78℃에서 1시간 교반해서 반응시킨 결과, 백색 고체가 석출됐다. 반응 후 이 반응 혼합물에, 요오드 12g(49mmol)을 테트라히드로푸란 80mL에 용해한 용액을 적하 로트로부터 적하하였다. 적하 후, 이 혼합물을 -78℃에서 1시간, 실온에서 12시간 교반하였다. 반응 후, 반응 용액에 티오황산 나트륨 수용액을 첨가하고, 1시간 실온에서 교반하였다. 이 혼합물에 아세트산 에틸을 가하고, 추출을 행하였다. 수층과 유기층을 분리하고, 유기층을 티오황산 나트륨 수용액, 포화 식염수의 순서로 세정하였다. 수층과 유기층을 분리하고, 유기층을 황산 마그네슘에 의해 건조하였다. 이 혼합물을 흡인 여과해서 황산 마그네슘을 제거하였다. 얻어진 액을 농축한 결과, 고체를 얻었다. 이 고체에 메탄올을 첨가하고, 초음파를 조사해서 세정한 결과 고체가 석출됐다. 이 고체를 흡인 여과에 의해 회수한 결과, 담황색 분말형 고체를 수량 9.9g, 수율 90%로 얻었다.
(ii) 2-(4-브로모페닐)-9,10-디페닐안트라센의 합성
2-(4-브로모페닐)-9,10-디페닐안트라센의 합성 스킴을 (A-5)에 나타낸다.
Figure pat00006
4-브로모페닐 붕소산 2.0g(9.9mmol), 아세트산 팔라듐(0) 0.02g(0.089mmol), 2-요오드-9,10-디페닐안트라센 5.0g(11mmol), 트리스(o-톨일)포스핀 0.30g(0.99mmol)을 200mL 삼구 플라스크에 넣고, 플라스크 내를 질소 치환하였다. 이 혼합물에 톨루엔 50mL, 탄산칼륨 수용액(2mol/L) 20mL, 에탄올 10mL를 가하였다. 이 혼합물을 100℃로 8시간 가열 교반하고, 반응시켰다. 반응 후, 반응 혼합물에 톨루엔을 첨가하고, 이 현탁액을 포화 탄산수소나트륨 수, 포화 식염수의 순으로 세정하였다. 유기층과 수층을 분리하고, 유기층을 셀라이트, 알루미나, 플로리실을 통하여 흡인 여과하여, 여과액을 얻었다. 얻어진 액을 농축한 결과, 고체를 얻었다. 이 고체에 메탄올을 첨가하고, 초음파를 조사하여 세정한 결과, 고체가 석출됐다. 흡인 여과에 의하여 이 고체를 회수한 결과, 담황색 분말형 고체를 수량 4.6g, 수율 87%로 얻었다. 핵자기공명법(NMR)에 의하여, 이 화합물이 2-(4-브로모페닐)-9,10-디페닐안트라센인 것을 확인하였다.
2-(4-브로모페닐)-9,10-디페닐안트라센의 1H NMR 데이터를 이하에 나타낸다. 1H NMR(CDCl3, 300MHz): δ=7.33-7.36(m, 2H), 7.40(d, J=8.4Hz, 2H), 7.49-7.72(m, 15H), 7.78(d, J=9.3Hz, 1H), 7.85(d, J=1.5Hz, 1H)
[스텝 3] 4-(칼바졸-9-일)디페닐아민(약칭: YGA)의 합성
(i) N-(4-브로모페닐)칼바졸의 합성
N-(4-브로모페닐)칼바졸의 합성 스킴을 (A-6)에 나타낸다.
Figure pat00007
우선, N-(4-브로모페닐)칼바졸의 합성 방법에 관하여 설명한다. 300mL의 삼구 플라스크에, 1,4-디브로모 벤젠을 56g(0.24mol), 칼바졸을 31g(0.18mol), 요오드화구리(I)을 4.6g(0.024mol), 탄산칼륨을 66g(0.48mol), 18-크라운-6-에테르를 2.1g(0.008mol) 넣고, 질소 치환하고, 1,3-디메틸-3,4,5,6-테트라히드로-2(1H)-피리미디논(약칭: DMPU)을 8mL 가하고, 180℃로 6시간 교반하였다. 반응 혼합물을 실온까지 냉각한 후, 흡인 여과에 의하여 침전물을 제거하고, 얻어진 여과액을 희염산, 포화 탄산수소나트륨 수용액, 포화 식염수의 순서로 세정하였다. 유기층을 황산 마그네슘에 의하여 건조하고, 건조 후, 이 혼합물을 자연 여과하였다. 얻어진 여과액을 농축한 결과, 유상물질을 얻었다. 이 유상물질을 실리카겔 컬럼 크로마토그래피(헥산: 아세트산 에틸=9:1)에 의하여 정제하고, 얻어진 고체를, 클로로포름, 헥산의 혼합 용매에 의하여 재결정한 결과, 목적물인 Ｎ-(4-브로모페닐)칼바졸의 담갈(淡褐)색 플레이트형 결정을 21g, 수율 35%로 얻었다. 핵자기공명법(NMR)에 의하여, 이 화합물이 N-(4-브로모페닐)칼바졸인 것을 확인하였다.
이 화합물의 1H NMR 데이터를 이하에 나타낸다. 1H NMR(300MHz, CDCl3): δ=8.14(d, J=7.8Hz, 2H), 7.73(d, J=8.7Hz, 2H), 7.46(d, J=8.4Hz, 2H), 7.42-7.26(m, 6H)
(ii) 4-(칼바졸-9-일)디페닐아민(약칭: YGA)의 합성
4-(칼바졸-9-일)디페닐아민(약칭: TGA)의 합성 스킴을 (A-7)에 나타낸다.
Figure pat00008
200mL의 삼구 플라스크에, 상기 (i)에서 얻은 Ｎ-(4-브로모페닐)칼바졸을 5.4g(17.0mmol), 아닐린을 1.8mL(20.0mmol), 비스(디벤지리덴아세톤)팔라듐(0)을 100mg(0.17mmol), 나트륨-tert-부톡시드(약칭: tert-BuONa)를 3.9g(40mmol) 넣고, 플라스크 내를 질소 치환하였다. 이 혼합물에, 트리(tert-부틸)포스핀(10wt% 헥산 용액)을 0.1mL, 톨루엔을 50mL 가하였다. 이 혼합물을 80℃, 6시간 교반하였다. 반응 후, 반응 혼합물을, 플로리실, 셀라이트, 알루미나를 통하여 여과하고, 여과액을 물, 포화 식염수로 세정하였다. 유기층을, 황산 마그네슘으로 건조하고, 이 혼합물을 자연 여과하였다. 여과액을 농축해서 얻어진 유상(油狀)물을 실리카겔 컬럼 크로마토그래피(헥산: 아세트산 에틸=9:1)에 의하여 정제한 결과, 목적물인 4-(칼바졸-9-일)디페닐아민(약칭: YGA)을 4.1g, 수율 73%로 얻었다. 핵자기공명법(NMR)에 의하여, 이 화합물이 4-(칼바졸-9-일)디페닐아민(약칭: YGA)이라는 것을 확인하였다.
이 화합물의 1H NMR 데이터를 이하에 나타낸다. 1H NMR(300MHz, DMSO-d6): δ=8.47(s, 1H), 8.22(d, J=7.8Hz, 2H), 7.44-7.16(m, 14H), 6.92-6.87(m, 1H)
[스텝 4] 2YGAPPA의 합성법
2YGAPPA의 합성 스킴을 (A-8)에 나타낸다.
Figure pat00009
스텝 2에서 합성한 2-(4-브로모페닐)-9,10-디페닐안트라센 0.51g(1.1mmol), tert-BuONa 0.20g(2.1mmol), 4-(칼바졸-9-일)디페닐아민 0.35g(1.1mmol), 비스(디벤지리덴아세톤)팔라듐(0) 0.02g(0.04mmol)을 50mL 삼구 플라스크에 넣고, 상기 플라스크 내를 질소 치환하였다. 이 혼합물에 톨루엔 10mL, 트리(tert-부틸)포스핀의 10wt% 헥산 용액 0.02mL를 가하였다. 이 혼합물을 80℃로 3시간 가열 교반하고, 반응시켰다. 반응 후, 반응 혼합물에 톨루엔을 첨가하고, 이 현탁액을 플로리실, 셀라이트, 알루미나를 통하여 흡인 여과하였다. 얻어진 여과액을 물, 포화 식염수로 세정한 후, 유기층에 황산 마그네슘을 첨가하여 건조하였다. 이 혼합물을 흡인 여과하여 황산 마그네슘을 제거하고, 얻어진 여과액을 농축하여 고체를 얻었다. 얻어진 고체를 실리카겔 컬럼 크로마토그래피에 의하여 정제하였다. 컬럼 크로마토그래피는 우선 톨루엔: 헥산=1: 10을 전개(展開) 용매로 사용하고, 이어서 톨루엔: 헥산=1: 5의 혼합 용매를 전개 용매로 사용함으로써 행하였다. 얻어진 프렉션(fraction)을 농축하고 고체를 얻었다. 이 고체를 디클로로메탄과 메탄올의 혼합 용매로 재결정한 결과, 분말형 황색 고체를 수량 0.51g, 수율 65%로 얻었다. 핵자기공명법(NMR)에 의하여, 이 화합물이, 2-(4-{N-[4-(칼바졸-9-일)페닐]-N-페닐아미노}페닐)-9,10-디페닐안트라센(약칭: 2YGAPPA)이라는 것을 확인하였다.
얻어진 황색 고체 1.4g의 승화 정제를 트레인 서블리메이션(train sublimation)법에 의하여 행하였다. 승화 정제는 7.0Pa의 감압하, 아르곤의 유량을 3mL/min으로 하여 333℃로 9시간 행하였다. 수량 1.2g에 수율은 86%였다.
또한, 얻어진 화합물의 1H NMR 데이터를 이하에 나타낸다. 상술한 구조식(1)에서 표시되는 YGAPPA가 얻어진 것을 알 수 있다.
1H NMR(CDCl3, 300MHz): δ=7.06-7.15(m, 1H), 7.17-7.74(m, 33H), 7.78(d, J=9.8Hz, 1H), 7.90(s, 1H), 8.14(d, J=7.8Hz, 2H)
상술한 바와 같이, 2YGAPPA를 합성할 수 있다.
계속해서, 발광 소자 4 내지 발광 소자 6에서 시용한 PCCPA도 공지의 물질이 아니라서, 그 합성 방법을 설명한다. PCCPA는, 구조식(2)으로 표시되는 구조를 갖는 물질이다.
Figure pat00010
[스텝 1: 9-페닐-3,3'-비(9H-칼바졸)(약칭: PCC)의 합성]
3-브로모칼바졸 2.5g(10mmol), N-페닐칼바졸-3-붕소산 2.9g(10mmol), 트리(오르토-톨릴)포스핀 152mg(0.50mmol)를 200mL를 삼구 플라스크에 넣었다. 플라스크 내를 질소로 치환하고, 이 혼합물에 디메톡시에탄올(DME) 50mL, 탄산칼륨수용액(2mol/L) 10mL를 가하였다. 이 혼합물을 감압하면서 교반함으로써 탈기하고, 탈기한 후, 초산팔라듐 50mg(0.2mmol)를 가하였다. 이 혼합물을 질화 기류하에서 80℃로 3시간 교반하였다. 교반 후, 이 혼합물에 톨루엔 약 50mL를 가하고, 30분정도 교반하고, 이 혼합물을 물, 포화 식염수의 순서로 세정하였다. 세정한 후, 유기층을 황산 마그네슘에 의하여 건조시켰다. 이 혼합물을 자연 여과하여, 얻어진 여과액을 농축시킨 결과, 유상물질을 얻었다. 얻어진 유상 물질을 톨루엔에 용해시켜 이 용액을 플로리실, 알루미나, 셀라이트를 통하여 여과하고, 얻어진 여과액을 농축한 결과, 목적물의 백색 고체를 3.3g, 수율 80%로 얻었다. 스텝 1의 합성 스킴을 하기 (B-1)에 나타낸다.
Figure pat00011
또한, 상기 스텝 1에서 얻어진 고체의 1H NMR 스펙트럼을 핵자기공명분광법에 의하여 측정하였다. 이하에 측정 데이터를 나타낸다.
1H NMR(CMSO-d6, 300MHz): δ=7.16-7.21(m, 1H), 7.29-7.60(m, 8H), 7.67-7.74(m, 4H), 7.81-7.87(m, 2H), 8.24(d, J=7.8Hz, 1H), 8.83(d, J=7.8Hz, 1H), 8.54(d, J=1.5Hz, 1H), 8.65(d, J=1.5Hz, 1H), 11.30(s, 1H)
[스텝 2: PCCPA의 합성]
9-페닐-10-(4-브로모페닐)안트라센 1.2g (3.0mmol)와, PCC 1.2g (3.0mmol), tert-BuONa 1.0g (10mmol)를 100mL를 삼구 플라스크에 넣었다. 플라스크 내를 질소에 의하여 치환하고, 이 혼합물에 톨루엔 약 20mL, 트리(tert-부틸)포스핀(10wt% 헥산 용액)을 0.1mL 가하였다. 이 혼합물을 감압하면서 교반함으로써 탈기한다. 탈기한 후, 이 혼합물에 비스(디벤질리덴아세톤)팔라듐(0) 96mg(0.17mmol)를 가하였다. 이 혼합물을 질소 기류하에서 110℃로 8시간 환류하였다. 환류 후, 이 혼합물에 톨루엔 약 50mL를 가하고, 30분 정도 교반하고, 이 혼합물을 물, 포화 식염수의 순으로 세정하였다. 세정한 후, 유기층을 황산 마그네슘에 의하여 건조시켰다. 이 혼합물을 자연 여과하여, 얻어진 여과액을 농축시킨 결과, 유상물질을 얻었다. 얻어진 유상 물질을 실리카겔 칼럼 크로마토그래피(전개 용매 헥산: 톨루엔=1:1)에 의하여 정제하였다. 얻어진 담황색 분말 고체를, 클로로포름/헥산에 의하여 재결정하면, 목적물인 PCCPA의 담황색 분말 고체를 1.2g, 수율 54%로 얻었다. 얻어진 담황색 분말상 고체 2.4g을 트레인 서브리메이션법에 의하여 승화 정제하였다. 승화 정제 조건은, 압력 8.7Pa, 아르곤 가스를 우량 3.0mL/min로 흘리면서, 350℃로 PCCPA를 가열하였다. 승화 정제 후, PCCPA의 담황색 고체를 2.2g, 회수율 94%로 얻었다. 또한, 스텝 2의 합성 스킴을 하기 (B-2)에 나타낸다.
Figure pat00012
또한, 상기 스텝 2에서 얻어진 고체의 1H NMR를 측정하였다. 이하에 측정 데이터를 나타낸다. 이에 따라, 상술한 구조식(2)에서 표시되는 PCCPA가 얻어지는 것을 알 수 있다.
1H NMR(CDCl3, 300MHz): δ=7.34-7.91(m, 32H), 8.27(d, J=7.2Hz, 1H), 8.31(d, J=7.5Hz, 1H), 8.52(d, d, J1=1.5Hz, J2=5.4Hz, 2H)
또한, 발광 소자 7 및 발광 소자 8에서 사용한 PCBAPA도 공지의 물질이 아니므로, 그 합성 방법을 설명한다. 또한, PCBAPA는 하기 구조식(3)에서 표시되는 구조를 갖는 물질이다.
Figure pat00013
[스텝 1: 9-페닐-9H-칼바졸-3보론산의 합성]
3-브로모-9-페닐-9H-칼바졸 10g (31mmol)를 500mL 삼구 플라스크에 넣고, 그 플라스크 내를 질소로 치환하였다. 테트라히드로푸란(THF) 150mL를 플라스크에 가하여, 3-브로모-9-페닐-9H-칼바졸을 용해시켰다. 이 용액을 -80℃까지 냉각하였다. 이 용액에 n-부틸 리튬(1.58mol/L 헥산 용액) 20mL (32mmol)를 시린지(syringe)를 사용하여 적하함으로써 가하였다. 적하를 종료한 후, 용액을 같은 온도로 1시간 교반하였다. 교반한 후, 이 용액에 붕산트리메틸 3.8mL (34mmol)를 가하고, 실온까지 조절하면서 약 15시간 교반하였다. 교반한 후, 이 혼합물의 수층(水層)을 초산에틸로 추출하고 추출 용액과 유기층을 합쳐, 포화 탄산수소 나트륨으로 세정하였다. 유기층을 유산 마그네슘에 의하여 건조하고, 건조한 후, 이 혼합물을 자연 여과하였다. 얻어진 여과액을 농축시킨 결과, 담갈색의 유상물을 얻었다. 이 유상물을 감압 건조한 결과, 목적물인 담갈색 고체를 7.5g, 수율 86%로 얻었다. 스텝 1의 합성 스킴을 하기 (C-1)에 나타낸다.
Figure pat00014
[스텝 2: 4-(9-페닐-9H-칼바졸-3-일)디페닐아민(약칭: PCBA)의 합성]
2-브로모디페닐아민 6.5g (26mmol), 스텝 1에서 합성한 9-페닐-9H-칼바졸-3-보론산 7.5g (26mmol), 트리(o-트릴)포스핀 400mg (1.3mmol)를 500mL를 삼구 플라스크에 넣고, 플라스크 내를 질소로 치환하였다. 이 혼합물에 톨루엔 약 100mL, 에탄올 50mL, 탄산칼륨 수용액(0.2mol/L) 14mL를 가하였다. 이 혼합물을 감압하에서 교반하면서 탈기하고, 탈기한 후, 초산팔라듐(Ⅱ)을 67mg(30mmol)를 가하였다. 이 혼합물을 100℃로 10시간 환류하였다. 환류 후, 이 혼합물의 수층을 톨루엔으로 추출하고 추출 용액과 유기층을 합쳐, 포화 식염수로 세정하였다. 유기층을 유산 마그네슘에 의하여 건조하고, 건조한 후, 이 혼합물을 자연 여과하고, 얻어진 여과액을 농축시킨 결과, 담갈색의 유상물을 얻었다. 이 유상물을 실리카겔 컬럼 크로마토그래피(전개용매 헥산: 톨루엔=4: 6)에 의하여 정제하고, 정제 후에 얻어진 백색 고체를, 디클로로메탄, 헥산의 혼합 용매에 의하여 재결정하고, PCBA의 백색 고체를 4.9g, 수율 45%로 얻었다. 스텝 2의 합성 스킴을 하기 (C-2)에 나타낸다.
Figure pat00015
[스텝 3: PCBAPA의 합성]
9-(4-브로모페닐)-10-페닐안트라센 7.8g (12mmol), PCBA 4.8g (12mmol), 나트륨 tert-브톡시드 5.2g (52mmol)를 삼구 플라스크에 넣고, 플라스크 내를 질소로 치환하였다. 이 혼합물에 톨루엔 60mL, 트리(tert-부틸)포스핀(10wt% 헥산 용액)을 0.30mL 가하였다. 이 혼합물을 감압하에서 교반하면서 탈기하고, 탈기한 후, 비스(디벤질리덴아세톤)팔라듐(0) 136mg (0.24mmol)를 가하였다. 이 혼합물을 100℃로 3시간 교반하였다. 교반 후, 이 혼합물에 톨루엔 약 50mL를 가하고, 셀라이트(Wako Pure Chemical Industries, Ltd. 카탈로그 번호: 531-16855), 알루미나, 플로리실(Wako Pure Chemical Industries, Ltd. 카탈로그 번호: 540-00135)을 통하여 흡인 여과하였다. 얻어진 여과액을 농축하여, 황색 고체를 얻었다. 이 고체를 톨루엔과 헥산의 혼합 용매에 의하여 재결정하고, 목적물인 PCBAPA의 담황색 고체 6.6g, 수율 75%로 얻었다. 얻어진 담황색 분말상 고체 3.0g를 트레인 서브리메이션법에 의하여 승화 정제하였다. 승화 정제 조건은, 압력 8.7Pa, 아르곤 가스를 유량 3.0mL/min로 흘리며, 350℃로 PCBAPA를 가열하였다. 승화 정제한 후, PCBAPA의 담황색 고체를 2.7g, 회수율 90%로 얻었다. 또한, 스텝 3의 합성 스킴을 하기 (C-3)에 나타낸다.
Figure pat00016
또한, 상기 스텝 3에서 얻어진 고체의 1H NMR 스펙트럼을 측정하였다. 이하에 측정 데이터를 나타낸다. 측정 결과에서, 상술한 구조식(3)에서 표시되는 PCBAPA가 얻어진 것을 알 수 있다.
1H NMR(CDCl3, 300MHz): δ=7.08-7.14(m, 3H), 7.32-7.72(m, 33H), 7.88(d, J=7.8Hz, 2H), 8.19(d, J=7.8Hz, 1H), 8.37(d, J=1.5Hz, 1H)
100: 제 2 전극 101: 제 1 전극
102: 제 1 층 103: 제 2 층
104: 제 3 층 105: 정공 수송층
106: 발광 소자 107: 유기 화합물을 포함하는 층

Claims (8)

  1. 발광 소자에 있어서,
    기판 위의 양극 및 음극과,
    상기 양극과 상기 음극사이의 제 1 층, 제 2 층 및 제 3 층을 포함하고,
    상기 제 1 층은 상기 양극과 상기 제 2 층 사이에 있고,
    상기 제 3 층은 상기 제 2 층과 상기 음극 사이에 있고,
    상기 제 1 층은 정공 수송성을 갖는 제 1 유기화합물과 발광성을 갖는 제 2 유기 화합물을 포함하는 혼합물이고,
    상기 제 2 층은 정공 수송성을 갖는 제 3 유기 화합물과 발광성을 갖는 제 4 유기 화합물을 포함하는 혼합물이고,
    상기 제 3 층은 전자 수송성을 갖는 제 5 유기 화합물과 상기 제 2 유기 화합물을 포함하는 혼합물이고,
    상기 제 4 유기 화합물은 상기 제 2 유기 화합물과는 다른 화합물이고,
    상기 제 2 유기 화합물로부터 방출되는 빛의 색깔과 상기 제 4 유기 화합물로부터 방출되는 빛의 색깔은 보색의 관계를 갖고,
    상기 제 2 유기 화합물로부터 방출되는 빛의 색깔은 청색이고, 상기 제 4 유기 화합물로부터 방출되는 빛의 색깔은 황색인, 발광소자.
  2. 발광 소자에 있어서,
    기판 위의 양극 및 음극과,
    상기 양극과 상기 음극사이의 제 1 층, 제 2 층 및 제 3 층을 포함하고,
    상기 제 1 층은 상기 양극과 상기 제 2 층 사이에 있고,
    상기 제 3 층은 상기 제 2 층과 상기 음극 사이에 있고,
    상기 제 1 층은 정공 수송성을 갖는 제 1 유기화합물과 발광성을 갖는 제 2 유기 화합물을 포함하는 혼합물이고,
    상기 제 2 층은 정공 수송성을 갖는 제 3 유기 화합물과 발광성을 갖는 제 4 유기 화합물을 포함하는 혼합물이고,
    상기 제 3 층은 전자 수송성을 갖는 제 5 유기 화합물과 상기 제 2 유기 화합물을 포함하는 혼합물이고,
    상기 제 4 유기 화합물은 상기 제 2 유기 화합물과는 다른 화합물이고,
    상기 제 3 유기 화합물은 상기 제 1 유기 화합물과 같은 유기 화합물이고,
    상기 제 2 유기 화합물로부터 방출되는 빛의 색깔과 상기 제 4 유기 화합물로부터 방출되는 빛의 색깔은 보색의 관계를 갖고,
    상기 제 2 유기 화합물로부터 방출되는 빛의 색깔은 청색이고, 상기 제 4 유기 화합물로부터 방출되는 빛의 색깔은 황색인, 발광소자.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 유기 화합물은 PCCPA를 포함하는, 발광소자.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 유기 화합물은 아미노 그룹 및 카바졸 그룹을 갖는 안트라센 유도체를 포함하는, 발광소자.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 유기 화합물은 2YGAPPA를 포함하는, 발광소자.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 유기 화합물은 PCBAPA인, 발광소자.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 층과 상기 양극 사이의 정공 수송층과, 상기 제 3 층과 상기 음극 사이의 전자 수송층을 더 포함하는, 발광소자.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 발광 소자는 텔레비전 장치, 컴퓨터, 전화, 카메라를 포함하는 그룹 중으로부터 선택된 전자 기기에 탑재되는, 발광 소자.
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