KR20160046806A - 발광 소자, 디스플레이 모듈, 조명 모듈, 발광 장치, 표시 장치, 전자 기기, 및 조명 장치 - Google Patents

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사토시 세오
유스케 노나카
노부하루 오사와
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가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼
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Abstract

본 발명은 형광 및 인광을 이용하며, 실용에 유리한 다색 발광 소자를 제공한다. 발광 소자는 호스트 재료 및 형광성 물질을 포함하는 제 1 발광층과, 2종류의 유기 화합물 및 삼중항 들뜸 에너지를 발광으로 변환할 수 있는 물질을 포함하는 제 2 발광층의 적층 구조를 갖는다. 또한, 제 1 발광층으로부터 발해지는 광은 제 2 발광층으로부터 발해지는 광보다 짧은 파장 측에 발광 피크를 갖는다.

Description

발광 소자, 디스플레이 모듈, 조명 모듈, 발광 장치, 표시 장치, 전자 기기, 및 조명 장치{LIGHT-EMITTING ELEMENT, DISPLAY MODULE, LIGHTING MODULE, LIGHT-EMITTING DEVICE, DISPLAY DEVICE, ELECTRONIC APPLIANCE, AND LIGHTING DEVICE}
본 발명은 물건, 방법, 또는 제조 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 공정(process), 기계(machine), 제품(manufacture), 또는 조성물(composition of matter)에 관한 것이다. 특히, 본 발명의 일 형태는 반도체 장치, 표시 장치, 발광 장치, 축전 장치, 이들의 구동 방법, 또는 이들의 제조 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명의 일 형태는, 유기 화합물을 발광 물질로서 포함하는 발광 소자, 디스플레이 모듈, 조명 모듈, 표시 장치, 발광 장치, 전자 기기, 및 조명 장치에 관한 것이다.
근년, 유기 화합물을 사용하고 일렉트로루미네선스(EL)를 이용하는 발광 소자(유기 EL 소자)의 연구 및 개발이 활발히 진행되고 있다. 이런 발광 소자의 기본 구조에서, 발광 물질을 포함하는 유기 화합물층(EL층)은 한 쌍의 전극 사이에 개재(介在)된다. 이 소자에 전압을 인가함으로써 광을 발광 물질로부터 방출할 수 있다.
이 발광 소자는 자기 발광 소자이기 때문에, 시인성이 높고 백 라이트가 불필요한 등의 이점을 가지고, 플랫 패널 디스플레이 소자로서 적합하다고 생각된다. 또한, 발광 소자를 포함하는 디스플레이는 얇고 가벼운 디스플레이로서 제작될 수 있고 매우 빠른 응답 속도를 갖는 것도 큰 이점이다.
이 발광 소자는 면 발광을 제공할 수 있어, 대면적 소자를 쉽게 형성할 수 있다. 이 특성은 백열전구 및 LED로 대표되는 점광원, 또는 형광등으로 대표되는 선광원에 의해서는 얻기 어렵다. 따라서, 이 발광 소자는 조명 장치 등에 적용되는 면광원으로서도 좋은 가능성을 갖는다.
이러한 유기 EL 소자의 경우, 캐소드로부터 전자가, 그리고 애노드로부터 홀이 EL층으로 주입되어 전류가 흐른다. 주입된 전자와 홀이 재결합함으로써, 발광성을 갖는 유기 화합물이 들뜨게 되어 발광을 제공한다.
유기 화합물의 들뜬 상태는 단일항 들뜬 상태(S*) 또는 삼중항 들뜬 상태(T*)일 수 있으며, 단일항 들뜬 상태로부터의 발광을 형광이라 하고, 삼중항 들뜬 상태로부터의 발광을 인광이라 한다. 상기 발광 소자에서의 들뜬 상태의 통계적 생성 비율은 S*:T*=1:3인 것으로 생각된다.
단일항 들뜬 상태로부터 광을 발하는 화합물(이하, 형광성 물질이라 함)에서는, 실온에서, 일반적으로 삼중항 들뜬 상태로부터의 발광(인광)은 관찰되지 않지만 단일항 들뜬 상태로부터의 발광(형광)만이 관찰된다. 따라서, 형광성 물질을 사용한 발광 소자의 내부 양자 효율(주입된 캐리어에 대한 발생한 광자(photon)의 비율)의 이론적 한계는 T*에 대한 S*의 비율이 1:3인 것을 근거로 하여 25%로 추정된다.
한편, 삼중항 들뜬 상태로부터 광을 발하는 화합물(이하, 인광성 화합물이라 함)에서는, 삼중항 들뜬 상태로부터의 발광(인광)이 관찰된다. 인광성 화합물에서는 항간 교차(intersystem crossing)가 일어나기 쉽기 때문에, 내부 양자 효율은 이론상 100%까지 증가될 수 있다. 즉, 인광성 물질을 사용하는 발광 소자는 형광성 물질을 사용하는 발광 소자보다 높은 발광 효율을 쉽게 가질 수 있다. 이런 이유로, 고효율의 발광 소자를 얻기 위하여, 인광성 물질을 사용한 발광 소자가 최근 활발히 개발되고 있다.
특허문헌 1에 개시(開示)된 백색 발광 소자는, 인광을 발하는 복수 종류의 발광 도펀트를 포함하는 발광 영역을 포함한다. 특허문헌 2에 개시된 소자는 형광성 층과 인광성 층 사이에 중간층(전하 발생층)을 포함한다(즉, 이 소자는 소위 탠덤 소자다).
PCT 국제 출원 제2004-522276호의 일본어 번역문 일본국 특개 제2006-024791호 공보
백색 발광 소자로 대표되는 다색 발광 소자로서, 형광성 층과 인광성 층 사이의 중간층(전하 발생층)을 포함하는 소자가 개발되어 있고(특허문헌 2), 이들 중 일부는 실용되어 있다. 이런 구조를 갖는 발광 소자에서, 단파장광이 형광성 층으로부터 발해지고 장파장광이 인광성 층으로부터 발해진다.
이 구조에서, 형광은 수명의 문제를 갖는 단파장광으로서 사용되고, 인광은 장파장광으로서 사용된다. 이 구조는, 인광이 장파장광 및 단파장광으로서 사용되는 소자보다 효율은 낮지만 다색 발광 소자의 안정된 특성을 달성하기 위하여 채용된다.
성능보다 신뢰성을 우선시킨 상술한 구조를 갖는 다색 발광 소자는, 아직 수명에 문제를 갖는 경우가 많은 일반적인 발광 소자에 비하여 실용에 적합하지만, 하나의 다색 발광 소자를 얻기 위하여 수많은 막이 형성되어, 실용화를 방해한다.
상기 구조를 갖는 다색 소자에서 인광성 층과 형광성 층 사이에 중간층을 제공하는 것에는 몇 개의 이유가 있다. 이유 중 하나는 형광성 층에 의하여 일어나는 인광의 소광(quenching)을 억제하기 위해서다.
형광성 층에서는, 안트라센으로 대표되는 축합 방향족 고리(특히, 축합 방향족 탄화수소 고리) 골격을 갖는 물질이 호스트 재료로서 일반적으로 사용된다. 이 축합 방향족 고리 골격을 갖는 물질은 비교적 낮은 삼중항 준위를 갖는 경우가 많다. 따라서, 형광성 층이 인광성 층과 접촉하여 형성되는 경우, 인광성 층에서 발생되는 삼중항 들뜸 에너지는 형광성 층에서의 호스트 재료의 삼중항 준위로 이동하여 실활된다. 삼중항 여기자가 긴 수명을 갖기 때문에, 여기자의 확산 거리가 길고, 형광성 층과 인광성 층 사이의 계면에서 생긴 들뜸 에너지에 더하여 인광성 층에서 생긴 들뜸 에너지가 형광성 층에서의 호스트 재료에 의하여 실활된다. 따라서, 발광 효율의 현저한 저하가 일어난다.
상술한 문제는 삼중항 들뜸 에너지가 높은 호스트 재료를 형광성 층에 사용함으로써 해결된다. 하지만 이 경우, 상기 호스트 재료의 단일항 들뜸 에너지는 삼중항 들뜸 에너지보다 높기 때문에 에너지는 호스트 재료로부터 형광성 도펀트로 충분히 이동하지 않는다. 결과적으로 형광성 층에서의 발광 효율이 불충분하게 된다. 또한, 호스트 재료의 비발광성 감쇠가 소자의 특성(특히 수명)의 저하를 가속시킨다. 호스트 재료의 단일항 들뜸 에너지가 필요 이상으로 높으면 상기 호스트 재료의 HOMO-LUMO갭이 넓다. 이것은 구동 전압의 과대한 증가로 이어진다.
상술한 관점에서, 본 발명의 일 형태의 목적은 형광 및 인광을 이용하며, 실용에 유리한 발광 소자를 제공하는 것이다. 본 발명의 일 형태의 또 다른 목적은 형광 및 인광을 이용하며, 형성되는 층의 개수가 비교적 적기 때문에 제작 공정수가 적고, 실용에 유리한 발광 소자를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 형태의 또 다른 목적은 형광 및 인광을 이용하며, 높은 발광 효율을 갖는 발광 소자를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 형태의 또 다른 목적은 형광 및 인광을 이용하며, 형성되는 층의 개수가 비교적 적고, 실용에 유리하고, 높은 발광 효율을 갖는 발광 소자를 제공하는 것이다. 본 발명의 일 형태의 또 다른 목적은 신규 발광 소자를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 형태의 또 다른 목적은 상기 발광 소자를 사용함으로써 낮은 비용으로 제작될 수 있는 디스플레이 모듈, 조명 모듈, 발광 장치, 표시 장치, 전자 기기, 및 조명 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 형태의 또 다른 목적은 상기 발광 소자를 사용함으로써 소비전력이 저감된, 디스플레이 모듈, 조명 모듈, 발광 장치, 표시 장치, 전자 기기, 및 조명 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에서 상술한 목적 중 적어도 하나를 달성하기만 하면 된다.
상술한 목적은, 호스트 재료 및 형광성 물질을 포함하는 제 1 발광층(113a)과, 들뜬 복합체를 형성하는 2종류의 유기 화합물 및 삼중항 들뜸 에너지를 발광으로 변환할 수 있는 물질을 포함하는 제 2 발광층(113b)의 적층 구조를 갖는 발광 소자에 의하여 달성할 수 있다. 또한, 제 1 발광층(113a)으로부터 발해지는 광이 제 2 발광층(113b)으로부터 발해지는 광의 발광 스펙트럼 피크보다 짧은 파장 측에 있는 발광 스펙트럼 피크를 갖는 발광 소자는 상술한 목적을 더 효율적으로 달성한다.
본 발명의 일 형태는 한 쌍의 전극 및 상기 한 쌍의 전극 사이에 개재된 EL층을 포함하는 발광 소자다. 상기 EL층은 제 1 발광층 및 제 2 발광층을 포함한다. 제 1 발광층(113a)으로부터 발해지는 광의 발광 스펙트럼은 제 2 발광층으로부터 발해지는 광의 발광 스펙트럼보다 단파장 측에 위치한다. 제 1 발광층은 형광성 물질 및 호스트 재료를 적어도 포함한다. 제 2 발광층은 삼중항 들뜸 에너지를 발광으로 변환할 수 있는 물질, 제 1 유기 화합물, 및 제 2 유기 화합물을 적어도 포함한다. 제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물은 들뜬 복합체를 형성한다.
본 발명의 또 다른 일 형태는 한 쌍의 전극 및 상기 한 쌍의 전극 사이에 개재된 EL층을 포함하는 발광 소자다. 상기 EL층은 서로 접촉하여 적층되는 제 1 발광층 및 제 2 발광층을 포함한다. 제 1 발광층으로부터 발해지는 광의 발광 스펙트럼은 제 2 발광층으로부터 발해지는 광의 발광 스펙트럼보다 단파장 측에 위치한다. 제 1 발광층은 형광성 물질 및 호스트 재료를 적어도 포함한다. 제 2 발광층은 삼중항 들뜸 에너지를 발광으로 변환할 수 있는 물질, 제 1 유기 화합물, 및 제 2 유기 화합물을 적어도 포함한다. 제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물은 들뜬 복합체를 형성한다.
본 발명의 또 다른 일 형태는 에너지가 상기 들뜬 복합체로부터 삼중항 들뜸 에너지를 발광으로 변환할 수 있는 상기 물질로 이동하는 상술한 구조를 갖는 발광 소자다.
본 발명의 또 다른 일 형태는 상기 호스트 재료의 단일항 들뜸 준위가 상기 형광성 물질의 단일항 들뜸 준위보다 높고, 상기 호스트 재료의 삼중항 들뜸 준위가 상기 형광성 물질의 삼중항 들뜸 준위보다 낮은 상술한 구조를 갖는 발광 소자다.
본 발명의 또 다른 일 형태는 상기 호스트 재료의 삼중항 들뜸 준위가 상기 제 1 유기 화합물 및 상기 제 2 유기 화합물의 삼중항 들뜸 준위보다 낮은 상술한 구조를 갖는 발광 소자다.
본 발명의 또 다른 일 형태는 상기 호스트 재료가 축합 방향족 고리 골격을 갖는 상술한 구조를 갖는 발광 소자다.
본 발명의 또 다른 일 형태는 상기 호스트 재료가 안트라센 골격을 갖는 상술한 구조를 갖는 발광 소자다.
본 발명의 또 다른 일 형태는 상기 호스트 재료가 안트라센 골격을 갖는 유기 화합물이고 상기 형광성 물질이 피렌 골격을 갖는 유기 화합물인, 상술한 구조를 갖는 발광 소자다.
본 발명의 또 다른 일 형태는, 제 2 발광층이, 삼중항 들뜸 에너지를 발광으로 변환할 수 있는 상기 물질로서 n(n은 2 이상의 정수)종류의 상이한 발광 스펙트럼을 갖는 물질을 포함하는 상술한 구조를 갖는 발광 소자다.
본 발명의 또 다른 일 형태는, 제 2 발광층이 n층을 포함하고, 상기 n층이 삼중항 들뜸 에너지를 발광으로 변환할 수 있는 상이한 물질을 포함하는 상술한 구조를 갖는 발광 소자다.
본 발명의 또 다른 일 형태는, 제 2 발광층이, 삼중항 들뜸 에너지를 발광으로 변환할 수 있는 상기 물질로서 상이한 발광 스펙트럼을 갖는 제 1 인광성 물질 및 제 2 인광성 물질을 포함하는 상술한 구조를 갖는 발광 소자다.
본 발명의 또 다른 일 형태는, 제 1 인광성 물질이 적색 영역에서의 광을 발하고, 제 2 인광성 물질이 녹색 영역에서의 광을 발하고, 형광성 물질이 청색 영역에서의 광을 발하는, 상술한 구조를 갖는 발광 소자다.
본 발명의 또 다른 일 형태는, 제 1 인광성 물질이 580nm~680nm의 범위에서 발광 스펙트럼 피크를 갖고, 제 2 인광성 물질이 500nm~560nm의 범위에서 발광 스펙트럼 피크를 갖고, 상기 형광성 물질이 400nm~480nm의 범위에서 발광 스펙트럼 피크를 갖는, 상술한 구조를 갖는 발광 소자다.
본 발명의 또 다른 일 형태는, 제 2 발광층이 제 1 인광성 층 및 제 2 인광성 층을 포함하고, 제 1 인광성 물질이 제 1 인광성 층에 포함되고, 제 2 인광성 물질이 제 2 인광성 층에 포함되는, 상술한 구조를 갖는 발광 소자다.
본 발명의 또 다른 일 형태는, 제 1 발광층, 제 1 인광성 층, 및 제 2 인광성 층이 이 차례로 적층된 상술한 구조를 갖는 발광 소자다.
본 발명의 또 다른 일 형태는, 제 1 발광층이 한 쌍의 전극의 애노드 측에 형성되고, 제 2 인광성 층이 한 쌍의 전극의 캐소드 측에 형성되는, 상술한 구조를 갖는 발광 소자다.
본 발명의 또 다른 일 형태는, 제 1 인광성 물질이 제 1 인광성 층에서 캐리어 트랩성을 나타내는, 상술한 구조를 갖는 발광 소자다.
본 발명의 또 다른 일 형태는, 상기 캐리어 트랩성이 전자 트랩성인, 상술한 구조를 갖는 발광 소자다.
본 발명의 또 다른 일 형태는, 상술한 발광 소자 중 어느 것을 포함하는 디스플레이 모듈이다.
본 발명의 또 다른 일 형태는, 상술한 발광 소자 중 어느 것을 포함하는 조명 모듈이다.
본 발명의 또 다른 일 형태는, 상술한 발광 소자 중 어느 것과 상기 발광 소자를 제어하기 위한 유닛을 포함하는 발광 장치다.
본 발명의 또 다른 일 형태는, 표시부에서의 상술한 발광 소자 중 어느 것과 상기 발광 소자를 제어하기 위한 유닛을 포함하는 표시 장치다.
본 발명의 또 다른 일 형태는, 조명부에서의 상술한 발광 소자 중 어느 것과 상기 발광 소자를 제어하기 위한 유닛을 포함하는 조명 장치다.
본 발명의 또 다른 일 형태는, 상술한 발광 소자 중 어느 것을 포함하는 전자 기기다.
또한, 본 명세서에서의 발광 장치는 이 범주에 발광 소자를 사용하는 화상 표시 장치를 포함한다. 본 명세서에서의 발광 장치의 범주에는, 발광 소자에 이방성 도전 필름 또는 TCP(tape carrier package) 등의 커넥터가 제공된 모듈; TCP의 끝에 인쇄 배선판이 제공된 모듈; 및 IC(integrated circuit)가 COG(chip on glass) 방식으로 발광 소자에 직접 실장된 모듈이 포함된다. 또한, 이 범주에는 조명 기구 등에 사용되는 발광 장치가 포함된다.
본 발명의 일 형태에서, 형광 및 인광을 이용하며, 형성되는 층의 개수가 비교적 적고, 실용에 유리한 다색 발광 소자를 제공할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 형태에서, 형광 및 인광을 이용하며, 높은 발광 효율을 갖는 다색 발광 소자를 제공할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 형태에서, 형광 및 인광을 이용하며, 형성되는 층의 개수가 비교적 적고, 실용에 유리하고, 높은 발광 효율을 갖는 다색 발광 소자를 제공할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 형태에서, 상술한 발광 소자 중 어느 것을 사용함으로써 낮은 비용으로 제작될 수 있는 디스플레이 모듈, 조명 모듈, 발광 장치, 표시 장치, 전자 기기, 및 조명 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 형태에서, 상술한 발광 소자 중 어느 것을 사용함으로써 소비전력이 저감된 디스플레이 모듈, 조명 모듈, 발광 장치, 표시 장치, 전자 기기, 및 조명 장치를 제공할 수 있다.
도 1의 (A) 및 (B)는 발광 소자의 개념도.
도 2의 (A) 및 (B)는 액티브 매트릭스 발광 장치의 개념도.
도 3의 (A) 및 (B)는 액티브 매트릭스 발광 장치의 개념도.
도 4는 액티브 매트릭스 발광 장치의 개념도.
도 5의 (A) 및 (B)는 패시브 매트릭스 발광 장치의 개념도.
도 6의 (A) 및 (B)는 조명 장치를 도시한 것.
도 7의 (A), (B1), (B2), (C), 및 (D)는 전자 기기를 도시한 것.
도 8은 광원 장치를 도시한 것.
도 9는 조명 장치를 도시한 것.
도 10은 조명 장치를 도시한 것.
도 11은 차량 내의 표시 장치 및 조명 장치를 도시한 것.
도 12의 (A)~(C)는 전자 기기를 도시한 것.
도 13은 발광 소자 1의 전류 밀도-휘도 특성을 나타낸 것.
도 14는 발광 소자 1의 휘도-전류 효율 특성을 나타낸 것.
도 15는 발광 소자 1의 전압-휘도 특성을 나타낸 것.
도 16은 발광 소자 1의 휘도-외부 양자 효율 특성을 나타낸 것.
도 17은 발광 소자 1의 발광 스펙트럼을 나타낸 것.
도 18은 발광 소자 1의 정규화 휘도의 시간 의존성을 나타낸 것.
도 19의 (A) 및 (B)는 발광 소자 2 및 발광 소자 3의 발광 스펙트럼을 나타낸 것.
도 20은 발광 소자 4의 발광 스펙트럼을 나타낸 것.
도 21은 본 발명의 일 형태의 발광 소자에서의 물질과 들뜬 복합체의 에너지 준위 사이의 상관 관계를 나타낸 것.
이하에서, 본 발명의 실시형태를 도면을 참조하여 설명한다. 다만, 본 발명은 이하의 설명에 한정되지 않고, 본 발명의 취지 및 범위로부터 벗어나지 않고, 다양하게 변경 및 변형할 수 있다는 것은, 당업자에 의하여 쉽게 이해된다. 따라서, 본 발명은 이하의 실시형태의 기재에 한정되어 해석되지 말아야 한다.
(실시형태 1)
도 1의 (A)는 본 발명의 일 형태의 발광 소자를 도시한 도면이다. 상기 발광 소자는 한 쌍의 전극(제 1 전극(101) 및 제 2 전극(102)) 및 발광층(113)을 포함하는 EL층(103)을 적어도 포함한다. 발광층(113)은 제 1 발광층(113a) 및 제 2 발광층(113b)을 포함한다.
도 1의 (A)에서는 EL층(103)에서의 홀 주입층(111), 홀 수송층(112), 전자 수송층(114), 및 전자 주입층(115)도 도시하였다. 하지만 이 적층 구조는 일례이고, 본 발명의 일 형태의 발광 소자에서의 EL층(103)의 구조는 이에 한정되지 않는다. 또한, 도 1의 (A)에서, 제 1 전극(101)은 애노드로서 기능하고 제 2 전극(102)은 캐소드로서 기능한다.
제 1 발광층(113a)은 형광성 물질 및 호스트 재료를 포함한다. 제 2 발광층(113b)은 제 1 유기 화합물, 제 2 유기 화합물, 및 인광성 화합물을 포함한다. 상기 구조를 갖는 발광층에서, 제 1 유기 화합물과 제 2 유기 화합물의 조합은 들뜬 복합체를 형성한다.
이 구조에 의하여 형광성 물질에서 유래되는 광을 제 1 발광층(113a)으로부터 효율적으로 발할 수 있고, 인광성 물질에서 유래되는 광을 제 2 발광층(113b)으로부터 효율적으로 발할 수 있다. 또한, 상기 발광 소자가 제 1 발광층(113a)과 제 2 발광층(113b) 사이의 전하 발생층을 포함하지 않더라도(즉, 발광 소자가 탠덤 소자가 아니라도), 형광 및 인광의 양쪽을 효율적으로 얻을 수 있다.
형광성 층 및 인광성 층이 같은 EL층에 포함되어 광을 발하면, 인광성 층의 삼중항 들뜸 에너지는 형광성 층의 대부분을 차지하는 호스트 재료로 일반적으로 이동한다. 이것은 발광 효율의 현저한 저하를 일으킨다. 이 이유는 이하와 같다: 낮은 삼중항 준위를 갖는 안트라센으로 대표되는 축합 방향족 고리(특히, 축합 방향족 탄화수소 고리) 골격을 갖는 물질이 호스트 재료로서 일반적으로 사용되기 때문에, 인광성 층에서 생긴 삼중항 들뜸 에너지가 형광성 층에서의 호스트 재료로 이동하여, 결과적으로 비발광성 감쇠가 된다. 현재, 형광성 층에서의 축합 방향족 고리 골격을 갖는 물질을 사용하지 않고 원하는 발광 파장 및 바람직한 소자 특성 또는 신뢰성을 얻기 어렵기 때문에, 형광성 층 및 인광성 층이 같은 EL층에 포함되는 구조는 바람직한 특성을 갖는 발광 소자를 얻기 어렵게 한다.
삼중항 들뜬 상태가 긴 완화 시간을 갖기 때문에 여기자의 확산 거리는 길고, 인광성 층에 생기는 많은 여기자는 확산에 의하여 형광성 층으로 이동하고, 여기자의 비발광성 감쇠가 일어난다. 이것은 또한, 인광성 층의 발광 효율을 저감시킨다.
본 실시형태에서, 제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물은 제 2 발광층(113b)에서 들뜬 복합체를 형성하고, 삼중항 들뜸 에너지는 들뜬 복합체로부터 인광성 물질로 이동하여 발광을 얻을 수 있다. 이 구조는 상술한 문제를 해결할 수 있다.
들뜬 복합체는 2종류의 물질로부터 형성되는 들뜬 상태다. 들뜬 복합체를 형성하고 있던 2종류의 물질은 발광에 의하여 기저 상태로 되돌아가고, 원래의 2종류의 물질로서 기능한다. 바꿔 말하면 들뜬 복합체 자체는 기저 상태를 갖지 않기 때문에, 들뜬 복합체들 사이의 에너지 이동 또는 또 다른 물질로부터 들뜬 복합체로의 에너지 이동은 원리적으로 일어나기 어렵다.
제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물 중 양이온으로서의 하나와 제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물 중 음이온으로서의 다른 하나가 서로 인접하여 들뜬 복합체를 형성하는 공정(일렉트로플렉스(electroplex) 공정)이 발광 소자에서의 들뜬 복합체의 생성에 지배적이라고 생각된다. 제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물 중 하나가 들뜬 상태로 되더라도, 상기 하나는 제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물 중 다른 하나와 빠르게 상호 작용하여 서로 인접됨으로써 들뜬 복합체를 형성하여, 제 2 발광층(113b)에서의 대부분의 여기자가 들뜬 복합체로서 존재한다.
들뜬 복합체의 단일항 들뜸 에너지는 제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물 중 더 낮은 쪽의 HOMO 준위와 제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물 중 더 높은 쪽의 LUMO 준위 사이의 에너지 차이에 상당하기 때문에, 들뜬 복합체의 단일항 들뜸 에너지는 양쪽 유기 화합물의 단일항 들뜸 에너지보다 낮고, 들뜬 복합체로부터 제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물로의 단일항 들뜸 에너지 이동은 일어나지 않는다. 또한, 들뜬 복합체의 삼중항 들뜸 에너지가 제 1 유기 화합물 또는 제 2 유기 화합물의 삼중항 들뜸 에너지보다 낮게 되도록, 바람직하게는 제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물의 삼중항 들뜸 에너지보다 낮게 되도록 제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물이 선택됨으로써, 들뜬 복합체로부터 제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물로의 에너지 이동이 거의 일어나지 않게 할 수 있다. 또한, 들뜬 복합체들 사이의 에너지 이동은 상술한 바와 같이 거의 일어나지 않으므로 제 2 발광층(113b)에서의 여기자의 확산은 거의 일어나지 않는다. 결과적으로, 상술한 문제를 해결할 수 있다.
형광성 층인 제 1 발광층(113a)과 제 2 발광층(113b)이 서로 접촉되면, 들뜬 복합체로부터 제 1 발광층(113a)의 호스트 재료로의 에너지 이동(특히 삼중항 에너지 이동)이 계면에서 일어날 수 있다. 하지만, 상술한 바와 같이 제 2 발광층(113b)에서의 여기자의 확산은 일어나기 어렵기 때문에, 들뜬 복합체로부터 제 1 발광층(113a)에서의 호스트 재료로의 에너지 이동은 한정된 영역(즉, 제 1 발광층(113a)과 제 2 발광층(113b) 사이의 계면)에서 일어나고, 들뜸 에너지의 큰 손실은 일어나지 않는다. 따라서, 본 발명의 일 형태의 한 특징은, 제 1 발광층(113a)과 제 2 발광층(113b)은 반드시 서로 접촉될 필요는 없지만, 발광층들이 서로 접촉되더라도 고효율을 얻을 수 있다는 것이다. 바꿔 말하면, 제 1 발광층(113a)과 제 2 발광층(113b)이 서로 접촉되는 소자 구조도 본 발명의 일 형태다.
형광성 층에 포함되는 호스트 재료의 삼중항 들뜸 에너지가, 상술한 바와 같이 인광성 층에 포함되는 제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물의 삼중항 들뜸 에너지보다 낮은 경우라도, 본 발명의 일 형태를 적용함으로써 발광 소자는 고효율로 형광 및 인광을 발할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 형태의 발광 소자에서, 들뜬 복합체로부터 제 1 발광층(113a)에서의 호스트 재료로의 에너지 이동(특히 삼중항 에너지 이동) 또는 인광성 물질로부터 제 1 발광층(113a)에서의 호스트 재료로의 에너지 이동이 제 1 발광층(113a)과 제 2 발광층(113b) 사이의 계면에서 일어나더라도, 에너지는 제 1 발광층(113a)에서 발광으로 변환될 수 있다. 바꿔 말하면, 제 1 발광층(113a)이, 단일항 들뜬 상태가 삼중항-삼중항 소멸(T-T annihilation: TTA)에 의하여 쉽게 일어나는 구조를 가질 때, 상기 계면에서 들뜬 복합체로부터 호스트 재료로 이동되는 삼중항 들뜸 에너지는 제 1 발광층(113a)에서 형광으로 변환될 수 있다. 이것에 의하여 본 발명의 일 형태의 발광 소자의 에너지 손실을 저감할 수 있다. 상기 발광층(113a)이, 단일항 들뜬 상태가 TTA에 의하여 쉽게 일어나는 구조를 가질 수 있기 위하여, 호스트 재료의 단일항 들뜸 준위가 형광성 물질의 단일항 들뜸 준위보다 높고 호스트 재료의 삼중항 들뜸 준위가 형광성 물질의 삼중항 들뜸 준위보다 낮게 되도록 제 1 발광층(113a)의 호스트 재료 및 형광성 물질을 선택하는 것이 바람직하다. 이런 관계에 있는 호스트 재료와 형광성 물질의 조합으로서, 호스트 재료로서 안트라센 골격을 갖는 재료와 형광성 물질로서 피렌 골격을 갖는 재료의 조합 등이 바람직하다.
또한, 제 1 발광층(113a)이 매우 두꺼우면, 제 2 발광층(113c)으로부터의 발광을 얻기 어렵다. 또한, 제 1 발광층(113a)이 매우 얇으면 제 1 발광층(113a)으로부터의 발광을 얻기 어렵다. 이 때문에 제 1 발광층(113a)의 두께가 5nm 이상 20nm 이하인 것이 바람직하다.
제 1 발광층(113a)이 애노드 측에 형성되는 경우, 제 1 발광층(113a)은 홀 수송성을 갖는 것이 바람직하다. 이 경우, 높은 홀 수송성을 갖는 바이폴러 재료가 사용되는 것이 바람직하다. 이런 재료로서 안트라센 골격을 갖는 재료가 바람직하다. 또한, 형광성 물질이 높은 홀 트랩성을 가질 때(예컨대, 나중에 기재되는 축합 방향족 아민 화합물), 형광성 물질의 농도는 5% 이하가 바람직하고, 1% 이상 4% 이하가 더 바람직하고, 1% 이상 3% 이하가 더욱 바람직하고, 이 경우, 인광 및 형광을 높은 효율로 균형 있게 얻을 수 있다. 또한, 형광성 물질의 HOMO 준위가 호스트 재료의 HOMO 준위보다 높을 때, 형광성 물질은 홀 트랩성을 나타낸다.
들뜬 복합체를 형성할 수 있기만 하면, 제 2 발광층(113b)에서의 제 1 유기 화합물과 제 2 유기 화합물의 조합에 한정은 없지만, 하나의 유기 화합물이 홀 수송성을 갖는 재료이고, 다른 유기 화합물이 전자 수송성을 갖는 재료인 것이 바람직하다. 이 경우, 도너-억셉터(donor-acceptor) 들뜬 상태가 형성되기 쉽고, 이에 의하여 들뜬 복합체가 효율적으로 형성될 수 있다. 제 1 유기 화합물과 제 2 유기 화합물의 조합이 홀 수송성을 갖는 재료와 전자 수송성을 갖는 재료의 조합인 경우, 캐리어 밸런스는 혼합 비율을 조정함으로써 쉽게 제어될 수 있다. 구체적으로는, 전자 수송성을 갖는 재료에 대한 홀 수송성을 갖는 재료의 중량비는 1:9 이상 9:1 이하인 것이 바람직하다. 양자 효율을 증가시키기 위하여, 전자 수송성을 갖는 재료에 대한 홀 수송성을 갖는 재료의 중량비가 제 2 발광층(113b)에서의 애노드에 가장 가까운 영역에서 5:5 이상 9:1 이하인 것이 특히 바람직하다. 상술한 구조를 갖는 발광 소자에서 캐리어 밸런스를 쉽게 제어할 수 있기 때문에, 재결합 영역도 쉽게 조정할 수 있다. 본 발명의 일 형태의 발광 소자는, 상술한 바와 같이 캐리어 밸런스를 제어함으로써 발광색을 조정할 수 있다는 특징도 갖는다.
본 실시형태의 발광 소자에서, 캐리어 재결합 영역은 어느 정도 분포되는 것이 바람직하다. 이를 위하여, 각 발광층이 캐리어 트랩성을 적당히 갖는 것이 바람직하고, 인광성 물질이 전자 트랩성을 갖는 것이 특히 바람직하다. 높은 전자 트랩성을 갖는 물질의 예에는 배위자가 피리미딘 골격 또는 피라진 골격 등의 다이아진 골격을 포함하는 전이 금속 복합체(예컨대 이리듐 복합체 및 백금 복합체)가 포함된다. 또한, 인광성 물질은 인광성 물질의 LUMO 준위가 제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물 양쪽의 LUMO 준위보다 낮을 때, 전자 트랩성을 나타낸다.
또한, 이 발광 소자에서, 제 1 발광층(113a)으로부터 발해지는 광이 제 2 발광층(113b)으로부터 발해지는 광보다 단파장 측에 피크를 갖는 것이 바람직하다. 단파장광을 발하는 인광성 물질을 사용하는 발광 소자의 휘도는 빠르게 저하되는 경향이 있다. 상술한 관점에서, 단파장의 형광이 사용됨으로써 휘도의 저하가 적은 발광 소자를 제공할 수 있다.
EL층을 형성하는 층의 개수 및 두께는 탠덤 소자보다 본 발명의 일 형태의 발광 소자에서 적기 때문에, 본 발명의 일 형태의 발광 소자는 비용 효율이 높고 대량 생산에 적합하다. 또한, 상술한 바와 같이 EL층을 형성하는 층의 개수가 적기 때문에 EL층의 두께는 얇을 수 있고 발광 소자는 광학적으로 유리하다(즉, 광 추출 효율(outcoupling efficiency)이 높다). 또한, 발광 소자는 낮은 구동 전압을 가질 수 있고, 형광 및 인광 양쪽을 5V 이하의 구동 전압으로 효율적으로 제공한다.
또한, 형광성 층 및 인광성 층은 서로 접촉되지만, 삼중항 들뜸 에너지의 실활이 상술한 들뜬 복합체의 사용에 의하여 일어나기 어렵기 때문에 인광 및 형광 양쪽을 쉽게 얻을 수 있다.
도 21은 본 실시형태에 기재된 발광 소자에서의 물질 및 들뜬 복합체의 에너지 준위의 상관 관계를 나타낸 것이다. 도 21에서, SFH는 제 1 발광층(113a)에서의 호스트 재료의 단일항 들뜸 준위; TFH는 제 1 발광층(113a)에서의 호스트 재료의 삼중항 들뜸 준위; SFG 및 TFG는 각각 제 1 발광층(113a)에서의 게스트 재료(형광성 물질)의 단일항 들뜸 준위 및 삼중항 들뜸 준위; SPH 및 TPH는 각각 제 2 발광층(113b)에서의 호스트 재료(제 1 유기 화합물 또는 제 2 유기 화합물)의 단일항 들뜸 준위 및 삼중항 들뜸 준위; SE 및 TE는 각각 제 2 발광층(113b)에서의 들뜬 복합체의 단일항 들뜸 준위 및 삼중항 들뜸 준위; 및 TPG는 제 2 발광층(113b)에서의 게스트 재료(인광성 물질)의 삼중항 들뜸 준위를 나타낸다.
도 21에 나타낸 바와 같이, 제 1 발광층(113a)에서의 호스트 재료의 삼중항 들뜬 분자의 충돌로 인하여 TTA가 일어나고 호스트 재료의 삼중항 들뜬 분자 중 일부는 단일항 들뜬 분자로 변환되며 삼중항 들뜬 분자 중 일부는 열로 실활된다. 이 때, TTA에 의하여 생긴 호스트 재료의 단일항 들뜸 에너지는 형광성 물질의 단일항 들뜬 상태로 이동하고, 단일항 들뜸 에너지는 형광으로 변환된다.
제 2 발광층(113b)에서, 들뜬 복합체의 들뜸 준위 SE 및 TE는 호스트 재료(제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물)의 들뜸 준위 SPH 및 TPH보다 낮기 때문에 들뜬 복합체로부터 호스트 재료로의 들뜸 에너지 이동은 일어나지 않는다. 또한, 들뜬 복합체로부터 또 다른 들뜬 복합체로의 에너지 이동은 일어나지 않는 것은 말할 나위 없다. 들뜬 복합체의 들뜸 에너지가 게스트 재료(인광성 물질)로 이동되면, 들뜸 에너지는 발광으로 변환된다. 상술한 바와 같이, 삼중항 들뜸 에너지는 거의 확산되지 않고 제 2 발광층(113b)에서 발광으로 변환된다.
삼중항 들뜸 에너지가 거의 확산되지 않기 때문에, 제 1 발광층(113a)과 제 2 발광층(113b) 사이의 계면에서 약간 에너지 이동을 하지만(예컨대 상기 계면에서의 인광성 물질의 TPG로부터 TFH 또는 TFG로의 에너지 이동), 제 1 발광층(113a) 및 제 2 발광층(113b)의 양쪽으로부터 효율 높게 발광을 얻을 수 있다. 또한, 제 1 발광층(113a)에서, 단일항 들뜬 상태가 TTA에서의 삼중항 들뜸 에너지에 의하여 생기고, 계면에서의 에너지 이동의 일부가 형광으로 변환된다. 이것은 에너지의 손실을 억제할 수 있다.
본 실시형태의 발광 소자에서, 제 1 발광층(113a) 및 제 2 발광층(113b)이 상이한 발광 파장을 갖는 광을 발하도록 함으로써 발광 소자는 다색 발광 소자가 될 수 있다. 상기 발광 소자의 발광 스펙트럼은 상이한 발광 피크를 갖는 광을 조합함으로써 형성되어, 적어도 2개의 피크를 갖는다.
이런 발광 소자는 백색 발광을 얻기에 적합하다. 제 1 발광층(113a) 및 제 2 발광층(113b)이 보색의 광을 발하면 백색 발광을 얻을 수 있다. 또한, 3색 또는 4색 이상으로 형성되는 연색성이 높은 백색 발광은, 발광층의 하나 또는 양쪽에 상이한 파장을 갖는 광을 발하는 복수의 발광 물질을 사용함으로써 얻을 수 있다. 이 경우, 각 발광층은 층으로 분할되어도 좋고, 분할된 상기 층은 상이한 발광 물질을 포함하여도 좋다.
인광성 물질의 가장 낮은 에너지 측의 흡수 밴드는 제 2 발광층(113b)에서의 들뜬 복합체의 발광 스펙트럼과 중첩되기 때문에 발광 소자는 높은 발광 효율을 가질 수 있다. 인광성 물질의 가장 낮은 에너지 측의 흡수 밴드에서의 피크 파장과 들뜬 복합체의 발광 스펙트럼의 피크 파장 사이의 등가 에너지 값에서의 차이는 0.2eV 이하가 바람직하고, 이 경우, 흡수 밴드와 발광 스펙트럼 사이의 중첩이 크다. 인광성 물질의 가장 낮은 에너지 측의 흡수 밴드가 삼중항 들뜸 준위의 흡수 밴드인 것이 바람직하지만, 가장 낮은 에너지 측의 흡수 밴드가, TADF 재료가 나중에 기재되는 인광성 물질 대신에 사용되는 경우에 단일항 들뜸 준위의 흡수 밴드인 것이 바람직하다.
도 1의 (A)에서, 제 1 발광층(113a)은 애노드로서 기능하는 제 1 전극(101)이 형성되는 측에 형성되고, 제 2 발광층(113b)은 캐소드로서 기능하는 제 2 전극(102)이 형성되는 측에 형성된다. 하지만, 적층 순서는 반대가 될 수도 있다. 바꿔 말하면 제 1 발광층(113a)은 캐소드로서 기능하는 제 2 전극(102)이 형성되는 측에 형성되어도 좋고, 제 2 발광층(113b)은 애노드로서 기능하는 제 1 전극(101)이 형성되는 측에 형성되어도 좋다.
또한, 본 실시형태에서의 발광 소자의 구조는, 제 2 발광층(113b)에 포함되는 발광 물질이 삼중항 들뜸 에너지를 발광으로 변환할 수 있기만 하면 유효하다. 이하의 설명에서, "인광성 물질"이 "TADF(thermally activated delayed fluorescence) 재료"로 치환될 수 있고, "인광성 층"이 "TADF층"으로 치환될 수 있다. TADF 재료란, 삼중항 들뜬 상태를 적은 열 에너지를 사용하여 단일항 들뜬 상태로 업 컨버트할 수 있고(즉 역 항간 교차가 가능하고), 단일항 들뜬 상태로부터의 발광(형광)을 효율적으로 나타내는 물질이다. TADF는, 삼중항 들뜸 준위와 단일항 들뜸 준위 사이의 에너지 차이가 0eV 이상 0.2eV 이하, 바람직하게는 0eV 이상 0.1eV 이하인 조건으로 효율적으로 얻어진다. 인광성 물질 및 TADF 재료는 모두 삼중항 들뜸 에너지를 발광으로 변환할 수 있는 물질이다.
(실시형태 2)
본 실시형태에서, 실시형태 1에서 설명한 발광 소자의 구조의 자세한 예를 도 1의 (A) 및 (B)를 참조하여 이하에서 설명한다.
본 실시형태에서의 발광 소자는, 한 쌍의 전극 사이에, 복수의 층을 포함하는 EL층을 포함한다. 본 실시형태에서, 발광 소자는 제 1 전극(101), 제 2 전극(102), 및 제 1 전극(101)과 제 2 전극(102) 사이에 제공되는 EL층(103)을 포함한다. 또한, 본 실시형태에서, 제 1 전극(101)은 애노드로서 기능하고 제 2 전극(102)은 캐소드로서 기능한다. 바꿔 말하면, 제 1 전극(101)의 전위가 제 2 전극(102)의 전위보다 높게 되도록 제 1 전극(101)과 제 2 전극(102) 사이에 전압이 인가되면, 발광을 얻을 수 있다.
제 1 전극(101)이 애노드로서 기능하기 때문에, 제 1 전극(101)은 높은 일함수(구체적으로, 4.0eV 이상의 일함수)를 갖는 금속, 합금, 전기 전도성 화합물, 이들의 혼합물 등 중 어느 것을 사용하여 형성되는 것이 바람직하다. 구체적인 예에는 산화 인듐-산화 주석(ITO: 산화 인듐 주석), 실리콘 또는 산화 실리콘을 포함하는 산화 인듐-산화 주석, 산화 인듐-산화 아연, 및 산화 텅스텐 및 산화 아연을 포함하는 산화 인듐(IWZO)이 포함된다. 이러한 전기 전도성 금속 산화물의 막은 일반적으로 스퍼터링(sputtering)법에 의하여 형성되지만, 졸-겔법 등을 적용하여 형성되어도 좋다. 예를 들어, 산화 인듐-산화 아연은 산화 인듐에 대하여 1중량%~20중량%의 산화 아연을 첨가함으로써 얻어진 타깃을 사용하는 스퍼터링법에 의하여 퇴적될 수 있다. 산화 텅스텐 및 산화 아연을 포함하는 산화 인듐(IWZO)의 막은 산화 텅스텐을 0.5중량%~5중량%로 산화 인듐에 첨가하고 산화 아연을 0.1중량%~1중량%로 산화 인듐에 첨가하는 타깃을 사용하는 스퍼터링법에 의하여 형성될 수 있다. 더구나, 금(Au), 백금(Pt), 니켈(Ni), 텅스텐(W), 크로뮴(Cr), 몰리브데넘(Mo), 철(Fe), 코발트(Co), 구리(Cu), 팔라듐(Pd), 금속 재료의 질화물(예컨대 질화 타이타늄) 등을 들 수 있다. 그래핀도 사용할 수 있다. 또한, 나중에 설명되는 복합 재료가 EL층(103)에서의 제 1 전극(101)과 접촉되는 층에 사용되면 일함수에 상관없이 전극 재료를 선택할 수 있다.
EL층(103)의 적층 구조에는 발광층(113)이 실시형태 1에서 설명한 구조를 갖기만 하면 특별한 한정은 없다. 예를 들어, EL층(103)은 홀 주입층, 홀 수송층, 발광층, 전자 수송층, 전자 주입층, 캐리어 블로킹층, 중간층 등을 적절히 조합하여 형성될 수 있다. 본 실시형태에서, EL층(103)은 홀 주입층(111), 홀 수송층(112), 발광층(113), 전자 수송층(114), 및 전자 주입층(115)이 제 1 전극(101) 위에 이 차례로 적층되는 구조를 갖는다. 각 층에 사용되는 재료의 구체적인 예를 이하에서 제시한다.
홀 주입층(111)은 높은 홀 주입성을 갖는 물질을 포함하는 층이다. 산화 몰리브데넘, 산화 바나듐, 산화 루테늄, 산화 텅스텐, 산화 망가니즈 등이 사용될 수 있다. 또는, 홀 주입층(111)은 프탈로사이아닌(약칭: H2Pc) 또는 구리 프탈로사이아닌(약칭: CuPc) 등의 프탈로사이아닌계 화합물; 4,4'-비스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: DPAB) 또는 N,N'-비스{4-[비스(3-메틸페닐)아미노]페닐}-N,N'-다이페닐-(1,1'-바이페닐)-4,4'-다이아민(약칭: DNTPD) 등의 방향족 아민 화합물; 폴리(3,4-에틸렌다이옥시싸이오펜)/폴리(스타이렌설폰산)(PEDOT/PSS) 등의 고분자 화합물 등을 사용하여 형성될 수 있다.
또는, 홀 수송성을 갖는 물질이 억셉터(acceptor)성을 갖는 물질을 포함하는 복합 재료가 홀 주입층(111)에 사용될 수 있다. 또한, 억셉터성을 갖는 물질을 포함하는 홀 수송성을 갖는 이런 물질을 사용함으로써 전극을 형성하기 위하여 사용되는 재료를 그 일함수와 상관없이 선택할 수 있다. 바꿔 말하면, 높은 일함수를 갖는 재료 외에도, 낮은 일함수를 갖는 재료가 제 1 전극(101)에 사용될 수 있다. 억셉터 물질로서, 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, 주기율표의 제 4족~제 8족에 속하는 금속의 산화물이 사용될 수 있다. 구체적으로, 산화 바나듐, 산화 나이오븀, 산화 탄탈럼, 산화 크로뮴, 산화 몰리브데넘, 산화 텅스텐, 산화 망가니즈, 및 산화 레늄은 전자 수용성이 높기 때문에 바람직하다. 이들 중에서, 산화 몰리브데넘이 공기 중에서 안정되고, 낮은 흡습성을 가지며, 취급하기 쉽기 때문에 특히 바람직하다.
복합 재료에 사용되는 홀 수송성을 갖는 물질로서, 방향족 아민 화합물, 카바졸 유도체, 방향족 탄화수소, 및 고분자 화합물(예컨대, 올리고머, 덴드리머, 또는 폴리머) 등의 다양한 유기 화합물 중 어느 것이 사용될 수 있다. 또한, 복합 재료에 사용되는 유기 화합물이 높은 홀 수송성을 갖는 유기 화합물인 것이 바람직하다. 구체적으로, 10-6cm2/Vs 이상의 홀 이동도를 갖는 물질이 사용되는 것이 바람직하다. 복합 재료에서 홀 수송성을 갖는 물질로서 사용될 수 있는 유기 화합물의 구체적인 예를 이하에서 제시한다.
방향족 아민 화합물의 예에는 N,N'-다이(p-톨릴)-N,N'-다이페닐-p-페닐렌다이아민(약칭: DTDPPA), 4,4'-비스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: DPAB), N,N'-비스{4-[비스(3-메틸페닐)아미노]페닐}-N,N'-다이페닐-(1,1'-바이페닐)-4,4'-다이아민(약칭: DNTPD), 및 1,3,5-트리스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]벤젠(약칭: DPA3B)이 있다.
복합 재료에 사용될 수 있는 카바졸 유도체의 구체적인 예에는 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), 및 3-[N-(1-나프틸)-N-(9-페닐카바졸-3-일)아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzPCN1)이 있다.
복합 재료에 사용될 수 있는 카바졸 유도체의 다른 예에는 4,4'-다이(N-카바졸일)바이페닐(약칭: CBP), 1,3,5-트리스[4-(N-카바졸일)페닐]벤젠(약칭: TCPB), 9-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸(약칭: CzPA), 및 1,4-비스[4-(N-카바졸일)페닐]-2,3,5,6-테트라페닐벤젠이 있다.
복합 재료에 사용될 수 있는 방향족 탄화수소의 예에는 2-tert-뷰틸-9,10-다이(2-나프틸)안트라센(약칭: t-BuDNA), 2-tert-뷰틸-9,10-다이(1-나프틸)안트라센, 9,10-비스(3,5-다이페닐페닐)안트라센(약칭: DPPA), 2-tert-뷰틸-9,10-비스(4-페닐페닐)안트라센(약칭: t-BuDBA), 9,10-다이(2-나프틸)안트라센(약칭: DNA), 9,10-다이페닐안트라센(약칭: DPAnth), 2-tert-뷰틸안트라센(약칭: t-BuAnth), 9,10-비스(4-메틸-1-나프틸)안트라센(약칭: DMNA), 2-tert-뷰틸-9,10-비스[2-(1-나프틸)페닐]안트라센, 9,10-비스[2-(1-나프틸)페닐]안트라센, 2,3,6,7-테트라메틸-9,10-다이(1-나프틸)안트라센, 2,3,6,7-테트라메틸-9,10-다이(2-나프틸)안트라센, 9,9'-바이안트릴, 10,10'-다이페닐-9,9'-바이안트릴, 10,10'-비스(2-페닐페닐)-9,9'-바이안트릴, 10,10'-비스[(2,3,4,5,6-펜타페닐)페닐]-9,9'-바이안트릴, 안트라센, 테트라센, 루브렌, 페릴렌, 및 2,5,8,11-테트라(tert-뷰틸)페릴렌이 있다. 다른 예에는 펜타센 및 코로넨이 있다. 14~42개의 탄소 원자를 갖고 1×10-6cm2/Vs 이상의 홀 이동도를 갖는 방향족 탄화수소가 특히 바람직하다.
또한, 복합 재료에 사용될 수 있는 방향족 탄화수소가 바이닐 골격을 가져도 좋다. 바이닐기를 갖는 방향족 탄화수소의 예에는 4,4'-비스(2,2-다이페닐바이닐)바이페닐(약칭: DPVBi) 및 9,10-비스[4-(2,2-다이페닐바이닐)페닐]안트라센(약칭: DPVPA)이 포함된다.
다른 예에는 폴리(N-바이닐카바졸)(약칭: PVK), 폴리(4-바이닐트라이페닐아민)(약칭: PVTPA), 폴리[N-(4-{N'-[4-(4-다이페닐아미노)페닐]페닐-N'-페닐아미노}페닐)메타크릴아마이드](약칭: PTPDMA), 및 폴리[N,N'-비스(4-뷰틸페닐)-N,N'-비스(페닐)벤지딘](약칭: poly-TPD) 등의 고분자 화합물이 있다.
홀 주입층을 제공함으로써, 높은 홀 주입성을 달성하여 발광 소자를 저전압으로 구동시킬 수 있다.
홀 수송층(112)은 홀 수송성을 갖는 물질을 포함하는 층이다. 홀 수송성을 갖는 물질의 예에는 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: NPB), N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-다이페닐-[1,1'-바이페닐]-4,4'-다이아민(약칭: TPD), 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-(스파이로-9,9'-바이플루오렌-2-일)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: BSPB), 및 4-페닐-4'-(9-페닐플루오렌-9-일)트라이페닐아민(약칭: BPAFLP) 등의 방향족 아민 화합물이 있다. 여기서 열거된 물질은 높은 홀 수송성을 갖고 주로 10-6cm2/Vs 이상의 홀 이동도를 갖는 것이다. 상술한 복합 재료에서 홀 수송성을 갖는 물질의 예로서 제시된 유기 화합물은 홀 수송층(112)에도 사용될 수 있다. 또한, 폴리(N-바이닐카바졸)(약칭: PVK) 및 폴리(4-바이닐트라이페닐아민)(약칭: PVTPA) 등의 고분자 화합물이 사용될 수도 있다. 또한, 홀 수송성을 갖는 물질을 포함하는 층은 단층에 한정되지 않으며, 상술한 물질 중 어느 것을 포함하는 2개 이상의 층의 적층이어도 좋다.
본 발명의 일 형태의 발광 소자에서, 제 1 발광층(113a)이 애노드 측에 제공되는 경우, 홀 수송층(112)에 사용되는 물질의 HOMO 준위 및 제 1 발광층(113a)에서의 호스트 재료의 HOMO 준위는 서로 가까운 것(0.2eV 이하의 에너지 차이)이 바람직하다. 이것은 트랩 상태에 의하여 지나치게 많은 홀이 포획되는 것을 방지할 수 있고, 홀을 제 1 발광층(113a) 및 제 2 발광층(113b)에 흘릴 수 있다. 따라서, 형광 및 인광은 고효율로 균형 있게 쉽게 얻을 수 있다.
발광층(113)은 실시형태 1에서 설명한 발광층(113)의 구조를 갖는다. 바꿔 말하면 제 1 발광층(113a) 및 제 2 발광층(113b)은 제 1 전극 위에 이 차례로 적층된다. 호스트 재료 및 형광성 물질은 제 1 발광층(113a)에 포함된다. 제 1 유기 화합물, 제 2 유기 화합물, 및 삼중항 들뜸 에너지를 발광으로 변환할 수 있는 물질(인광성 화합물 또는 TADF 재료)은 제 2 발광층(113b)에 포함된다. 본 실시형태의 발광 소자에서, 제 1 유기 화합물과 제 2 유기 화합물의 조합은 들뜬 복합체를 형성한다. 들뜬 복합체는 삼중항 들뜸 에너지를 발광으로 변환할 수 있는 물질에 에너지를 제공할 수 있어, 광은 제 1 발광층(113a) 및 제 2 발광층(113b) 양쪽으로부터 효율적으로 발해질 수 있다.
제 1 발광층(113a)에서의 형광성 물질로서 사용될 수 있는 재료의 예를 이하에서 제시한다. 이하에 제시된 것 외의 형광성 재료도 사용할 수 있다.
형광성 물질의 예에는, 5,6-비스[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-2,2'-바이피리딘(약칭: PAP2BPy), 5,6-비스[4'-(10-페닐-9-안트릴)바이페닐-4-일]-2,2'-바이피리딘(약칭: PAPP2BPy), N,N'-비스[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]-N,N'-다이페닐-피렌-1,6-다이아민(약칭: 1,6FLPAPrn), N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-비스[3-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]-피렌-1,6-다이아민(약칭: 1,6mMemFLPAPrn), 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-뷰틸페릴렌(약칭: TBP), 4-(10-페닐-9-안트릴)-4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBAPA), N,N"-(2-tert-뷰틸안트라센-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), 쿠마린 30, 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), 쿠마린 545T, 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)프로페인다이나이트릴(약칭: DCM1), 2-{2-메틸-6-[2-(2,3,6,7-테트라하이드로-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에텐일]-4H-피란-4-일리덴}프로페인다이나이트릴(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-{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}프로페인다이나이트릴(약칭: DCJTI), 2-{2-tert-뷰틸-6-[2-(1,1,7,7-테트라메틸-2,3,6,7-테트라하이드로-1H, 5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에텐일]-4H-피란-4-일리덴}프로페인다이나이트릴(약칭: DCJTB), 2-(2,6-비스{2-[4-(다이메틸아미노)페닐]에텐일}-4H-피란-4-일리덴)프로페인다이나이트릴(약칭: BisDCM), 및 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}프로페인다이나이트릴(약칭: BisDCJTM)이 있다. 1,6FLPAPrn 및 1,6mMemFLPAPrn 등의 피렌다이아민 화합물로 대표되는 축합 방향족 다이아민 화합물은 홀 트랩성이 높고, 발광 효율이 높고, 신뢰성이 높기 때문에 특히 바람직하다.
제 1 발광층(113a)에서의 호스트 재료로서 사용될 수 있는 물질의 예를 이하에서 제시한다.
상기 예에는 9-페닐-3-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸(약칭: PCzPA), 9-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸(약칭: CzPA), 7-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-7H-다이벤조[c,g]카바졸(약칭: cgDBCzPA), 6-[3-(9,10-다이페닐-2-안트릴)페닐]-벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란(약칭: 2mBnfPPA), 및 9-페닐-10-{4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)바이페닐-4'-일}안트라센(약칭: FLPPA) 등의 안트라센 화합물이 포함된다. 안트라센 골격을 갖는 물질을 호스트 재료로서 사용함으로써 발광 효율 및 내구성이 높은 발광층을 제공할 수 있다. 특히, CzPA, cgDBCzPA, 2mBnfPPA, 및 PCzPA는 특성이 우수하기 때문에 바람직하다.
제 2 발광층(113b)에서 삼중항 들뜸 에너지를 발광으로 변환할 수 있는 물질로서 인광성 물질 및 TADF 재료를 사용할 수 있다. 인광성 물질 및 TADF 재료의 예를 이하에서 제시한다.
인광성 물질의 예에는, 트리스{2-[5-(2-메틸페닐)-4-(2,6-다이메틸페닐)-4H-1,2,4-트라이아졸-3-일-κN2]페닐-κC}이리듐(III)(약칭: Ir(mpptz-dmp)3), 트리스(5-메틸-3,4-다이페닐-4H-1,2,4-트라이아졸라토)이리듐(III)(약칭: Ir(Mptz)3), 또는 트리스[4-(3-바이페닐)-5-아이소프로필-3-페닐-4H-1,2,4-트라이아졸라토]이리듐(III)(약칭: Ir(iPrptz-3b)3) 등의 4H-트라이아졸 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 복합체; 트리스[3-메틸-1-(2-메틸페닐)-5-페닐-1H-1,2,4-트라이아졸라토]이리듐(III)(약칭: Ir(Mptz1-mp)3), 또는 트리스(1-메틸-5-페닐-3-프로필-1H-1,2,4-트라이아졸라토)이리듐(III)(약칭: Ir(Prptz1-Me)3) 등의 1H-트라이아졸 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 복합체; fac-트리스[1-(2,6-다이아이소프로필페닐)-2-페닐-1H-이미다졸]이리듐(III)(약칭: Ir(iPrpmi)3), 또는 트리스[3-(2,6-다이메틸페닐)-7-메틸이미다조[1,2-f]페난트리디나토]이리듐(III)(약칭: Ir(dmpimpt-Me)3) 등의 이미다졸 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 복합체; 비스[2-(4',6'-다이플루오로페닐)피리디나토-N,C 2']이리듐(III)테트라키스(1-피라졸일)보레이트(약칭: FIr6), 비스[2-(4',6'-다이플루오로페닐)피리디나토-N,C 2']이리듐(III)피콜리네이트(약칭: FIrpic), 비스{2-[3',5'-비스(트라이플루오로메틸)페닐]피리디나토-N,C 2'}이리듐(III)피콜리네이트(약칭: Ir(CF3ppy)2(pic)), 또는 비스[2-(4',6'-다이플루오로페닐)피리디나토-N,C 2']이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Fir(acac)) 등의 전자 흡인기를 갖는 페닐피리딘 유도체가 배위자인 유기 금속 이리듐 복합체가 있다. 이들은 청색 인광을 발하는 화합물이며, 440nm~520nm에서 발광 피크를 갖는다.
다른 예에는 트리스(4-메틸-6-페닐피리미디나토)이리듐(III)(약칭: Ir(mppm)3), 트리스(4-t-뷰틸-6-페닐피리미디나토)이리듐(III)(약칭: Ir(tBuppm)3), (아세틸아세토나토)비스(6-메틸-4-페닐피리미디나토)이리듐(III)(약칭: Ir(mppm)2(acac)), (아세틸아세토나토)비스(6-tert-뷰틸-4-페닐피리미디나토)이리듐(III)(약칭: Ir(tBuppm)2(acac)), (아세틸아세토나토)비스[6-(2-노보닐)-4-페닐피리미디나토]이리듐(III)(약칭: Ir(nbppm)2(acac)), (아세틸아세토나토)비스[5-메틸-6-(2-메틸페닐)-4-페닐피리미디나토]이리듐(III)(약칭: Ir(mpmppm)2(acac)), 및 (아세틸아세토나토)비스(4,6-다이페닐피리미디나토)이리듐(III)(약칭: Ir(dppm)2(acac)) 등의 피리미딘 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 복합체; (아세틸아세토나토)비스(3,5-다이메틸-2-페닐피라지나토)이리듐(III)(약칭: Ir(mppr-Me)2(acac), 및 (아세틸아세토나토)비스(5-아이소프로필-3-메틸-2-페닐피라지나토)이리듐(III)(약칭: Ir(mppr-iPr)2(acac)) 등의 피라진 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 복합체; 트리스(2-페닐피리디나토-N,C 2')이리듐(III)(약칭: Ir(ppy)3), 비스(2-페닐피리디나토-N,C 2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(ppy)2(acac)), 비스(벤조[h]퀴놀리나토)이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(bzq)2(acac)), 트리스(벤조[h]퀴놀리나토)이리듐(III)(약칭: Ir(bzq)3), 트리스(2-페닐퀴놀리나토-N,C 2')이리듐(III)(약칭: Ir(pq)3), 및 비스(2-페닐퀴놀리나토-N,C 2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(pq)2(acac)) 등의 피리딘 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 복합체; 및 트리스(아세틸아세토나토)(모노페난트롤린)터븀(III)(약칭: Tb(acac)3(Phen)) 등의 희토류 금속 복합체가 있다. 이들은 주로 녹색 인광을 발하는 화합물이며 500nm~600nm에서 발광 피크를 갖는다. 또한, 피리미딘 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 복합체는 신뢰성 및 발광 효율이 뚜렷이 높기 때문에 특히 바람직하다.
다른 예에는, (다이아이소뷰틸일메타나토)비스[4,6-비스(3-메틸페닐)피리미디나토]이리듐(III)(약칭: Ir(5mdppm)2(dibm)), 비스[4,6-비스(3-메틸페닐)피리미디나토](다이피발로일메타나토)이리듐(III)(약칭: Ir(5mdppm)2(dpm)), 및 비스[4,6-다이(나프탈렌-1-일)피리미디나토](다이피발로일메타나토)이리듐(III)(약칭: Ir(d1npm)2(dpm)); (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)), 또는 (아세틸아세토나토)비스[2,3-비스(4-플루오로페닐)퀴녹살리나토]이리듐(III)(약칭: Ir(Fdpq)2(acac)) 등의 피라진 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 복합체; 트리스(1-페닐아이소퀴놀리나토-N,C 2')이리듐(III)(약칭: Ir(piq)3) 및 비스(1-페닐아이소퀴놀리나토-N,C 2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(piq)2(acac)) 등의 피리딘 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 복합체; 2,3,7,8,12,13,17,18-옥타에틸-21H,23H-포르피린백금(II)(약칭: PtOEP) 등의 백금 복합체; 트리스(1,3-다이페닐-1,3-프로페인다이오나토)(모노페난트롤린)유로퓸(III)(약칭: Eu(DBM)3(Phen)) 및 트리스[1-(2-테노일)-3,3,3-트라이플루오로아세토나토](모노페난트롤린)유로퓸(III)(약칭: Eu(TTA)3(Phen)) 등의 희토류 금속 복합체가 있다. 이들은 적색 인광을 발하는 화합물이며 600nm~700nm에서 발광 피크를 갖는다. 피라진 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 복합체는 바람직한 색도로 적색 발광을 제공할 수 있다.
상술한 것 외의 인광성 재료를 사용하여도 좋다.
이하에 든 재료는 TADF 재료로서 사용될 수 있다.
풀러렌, 이의 유도체, 프로플라빈 등의 아크리딘 유도체, 에오신 등이 사용될 수 있다. 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 카드뮴(Cd), 주석(Sn), 백금(Pt), 인듐(In), 또는 팔라듐(Pd)을 포함하는 포르피린 등의 금속-함유 포르피린을 사용할 수 있다. 상기 금속 함유 포르피린의 예에는, 이하의 구조식으로 나타내어지는, 프로토포르피린 불화주석 복합체(SnF2(Proto IX)), 메소포르피린 불화주석 복합체(SnF2(Meso IX)), 헤마토포르피린 불화주석 복합체(SnF2(Hemato IX)), 코프로포르피린 테트라메틸 에스터 불화주석 복합체(SnF2(Copro III-4Me)), 옥타에틸포르피린 불화주석 복합체(SnF2(OEP)), 에티오포르피린 불화주석 복합체(SnF2(Etio I)), 및 옥타에틸포르피린 염화백금 복합체(PtCl2(OEP))가 있다.
Figure pct00001
또는, 이하의 구조식으로 나타내어지는 2-(바이페닐-4-일)-4,6-비스(12-페닐인돌로[2,3-a]카바졸-11-일)-1,3,5-트라이아진(약칭: PIC-TRZ) 등의, π전자 과잉 헤테로 방향족 고리 및 π전자 부족 헤테로 방향족 고리를 포함하는 헤테로 고리 화합물을 사용할 수 있다. 상기 헤테로 고리 화합물은 π전자 과잉 헤테로 방향족 고리 및 π전자 부족 헤테로 방향족 고리로 인하여, 전자 수송성 및 홀 수송성이 높기 때문에 바람직하게 사용된다. 또한, π전자 과잉 헤테로 방향족 고리가 π전자 부족 헤테로 방향족 고리와 직접 결합된 물질은 π전자 과잉 헤테로 방향족 고리의 도너성 및 π전자 부족 헤테로 방향족 고리의 억셉터성이 둘 다 증가되고 S1 준위와 T1 준위 사이의 에너지 차이가 작게 되기 때문에 특히 바람직하게 사용된다.
Figure pct00002
실시형태 1에서 설명한 조건을 만족하는 재료의 조합이기만 하면 제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물로서 사용될 수 있는 재료에 특별한 한정은 없다. 다양한 캐리어 수송 재료를 선택할 수 있다.
전자 수송성을 갖는 재료의 예에는, 비스(10-하이드록시벤조[h]퀴놀리나토)베릴륨(II)(약칭: BeBq2), 비스(2-메틸-8-퀴놀리놀라토)(4-페닐페놀라토)알루미늄(Ⅲ)(약칭: BAlq), 비스(8-퀴놀리놀라토)아연(II)(약칭: Znq), 비스[2-(2-벤즈옥사졸일)페놀라토)아연(II)(약칭: ZnPBO), 또는 비스[2-(2-벤조싸이아졸일)페놀라토]아연(II)(약칭: ZnBTZ) 등의 폴리아졸 골격을 갖는 헤테로 고리 화합물; 2-(4-바이페닐일)-5-(4-tert-뷰틸페닐)-1,3,4-옥사다이아졸(약칭: PBD), 3-(4-바이페닐일)-4-페닐-5-(4-tert-뷰틸페닐)-1,2,4-트라이아졸(약칭: TAZ), 1,3-비스[5-(p-tert-뷰틸페닐)-1,3,4-옥사다이아졸-2-일]벤젠(약칭: OXD-7), 9-[4-(5-페닐-1,3,4-옥사다이아졸-2-일)페닐]-9H-카바졸(약칭: CO11), 2,2',2''-(1,3,5-벤젠트라이일)트리스(1-페닐-1H-벤즈이미다졸)(약칭: TPBI), 또는 2-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]-1-페닐-1H-벤즈이미다졸(약칭: mDBTBIm-II) 등의 폴리아졸 골격을 갖는 헤테로 고리 화합물; 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-[3'-(9H-카바졸-9-일)바이페닐-3-일]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mCzBPDBq), 4,6-비스[3-(페난트렌-9-일)페닐]피리미딘(약칭: 4,6mPnP2Pm), 또는 4,6-비스[3-(4-다이벤조싸이에닐)페닐]피리미딘(약칭: 4,6mDBTP2Pm-II) 등의 다이아진 골격을 갖는 헤테로 고리 화합물; 및 2-[3'-(다이벤조싸이오펜-4-일)바이페닐-3-일]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mDBTBPDBQu-II), 3,5-비스[3-(9H-카바졸-9-일)페닐]피리딘(약칭: 35DCzPPy), 또는 1,3,5-트라이[3-(3-피리딜)페닐]벤젠(약칭: TmPyPB) 등의 피리딘 골격을 갖는 헤테로 고리 화합물이 있다. 상술한 재료 중에서, 다이아진 골격을 갖는 헤테로 고리 화합물 및 피리딘 골격을 갖는 헤테로 고리 화합물은 신뢰성이 높기 때문에 바람직하다. 구체적으로는 다이아진(피리미딘 또는 피라진) 골격을 갖는 헤테로 고리 화합물은 전자 수송성이 높으므로, 구동 전압의 저감에 기여한다.
홀 수송성을 갖는 재료의 예에는, 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: NPB), N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-다이페닐-[1,1'-바이페닐]-4,4'-다이아민(약칭: TPD), 4,4'-비스[N-(스파이로-9,9'-바이플루오렌-2-일)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: BSPB), 4-페닐-4'-(9-페닐플루오렌-9-일)트라이페닐아민(약칭: BPAFLP), 4-페닐-3'-(9-페닐플루오렌-9-일)트라이페닐아민(약칭: mBPAFLP), 4-페닐-4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBA1BP), 4,4'-다이페닐-4"-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBBi1BP), 4-(1-나프틸)-4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBANB), 4,4'-다이(1-나프틸)-4"-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBNBB), 9,9-다이메틸-N-페닐-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]플루오렌-2-아민(약칭: PCBAF), 또는 N-페닐-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]스파이로-9,9'-바이플루오렌-2-아민(약칭: PCBASF) 등의 방향족 아민 골격을 갖는 화합물; 1,3-비스(N-카바졸일)벤젠(약칭: mCP), 4,4'-다이(N-카바졸일)바이페닐(약칭: CBP), 3,6-비스(3,5-다이페닐페닐)-9-페닐카바졸(약칭: CzTP), 또는 3,3'-비스(9-페닐-9H-카바졸)(약칭: PCCP) 등의 카바졸 골격을 갖는 화합물; 4,4',4"-(벤젠-1,3,5-트라이일)트라이(다이벤조싸이오펜)(약칭: DBT3P-II), 2,8-다이페닐-4-[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]다이벤조싸이오펜(약칭: DBTFLP-III), 또는 4-[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]-6-페닐다이벤조싸이오펜(약칭: DBTFLP-IV) 등의 싸이오펜 골격을 갖는 화합물, 및 4,4',4''-(벤젠-1,3,5-트라이일)트라이(다이벤조퓨란)(약칭: DBF3P-II) 또는 4-{3-[3-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]페닐}다이벤조퓨란(약칭: mmDBFFLBi-II) 등의 퓨란 골격을 갖는 화합물이 있다. 상술한 재료 중에서, 방향족 아민 골격을 갖는 화합물 및 카바졸 골격을 갖는 화합물은, 신뢰성이 높고 홀 수송성이 높아서, 구동 전압 저감에 기여하기 때문에 바람직하다.
캐리어 수송 재료는 상술한 캐리어 수송 재료에 더하여 다양한 물질로부터 선택될 수 있다. 또한, 제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물로서, 인광성 화합물의 삼중항 준위보다 높은 삼중항 준위(기저 상태와 삼중항 들뜬 상태 사이의 에너지 차이)를 갖는 물질이 선택되는 것이 바람직하다. 또한, 제 1 유기 화합물과 제 2 유기 화합물의 조합은, 인광성 물질의 가장 낮은 에너지 측의 흡수 밴드의 파장과 중첩되는 파장의 발광을 나타내는 들뜬 복합체가 형성되도록 선택되는 것이 바람직하다.
또한, 제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물 중 한쪽으로서 전자 수송성을 갖는 재료를 사용하고, 다른 쪽 유기 화합물로서 홀 수송성을 갖는 재료를 사용하는 조합이 들뜬 복합체의 형성에 유리하다. 각 화합물이 포함되는 양을 변화시킴으로써 발광층의 수송성을 쉽게 조정할 수 있어 재결합 영역을 쉽게 조정할 수 있다. 전자 수송성을 갖는 재료가 포함되는 양에 대한 홀 수송성을 갖는 재료가 포함되는 양의 비율은 1:9~9:1일 수 있다.
상술한 구조를 갖는 발광층(113)은 진공 증착법으로의 공증착법, 또는 혼합 용액을 사용한 잉크젯법, 스핀 코팅법, 딥 코트법 등에 의하여 형성할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서 제 1 발광층(113a)이 애노드 측에 형성되고, 제 2 발광층(113b)이 캐소드 측에 형성되는 구조를 설명하였지만, 상기 적층 순서는 반대라도 좋다. 바꿔 말하면 제 2 발광층(113b)이 애노드 측에 형성되어도 좋고, 제 1 발광층(113a)이 캐소드 측에 형성되어도 좋다.
제 2 발광층(113b)은 2층 이상으로 나뉘어도 좋고, 나뉜 층들이 상이한 발광 물질을 포함하여도 좋다. 특히, 제 2 발광층(113b)이 적색 광(즉 580nm~680nm에서 발광 스펙트럼 피크를 갖는 광)을 나타내는 제 1 인광성 층과, 녹색 광(즉 500nm~560nm에서 발광 스펙트럼 피크를 갖는 광)을 나타내는 제 2 인광성 층으로 나뉘고, 제 1 발광층(113a)이 청색 광(즉 400nm~480nm에서 발광 스펙트럼 피크를 갖는 광)을 나타내는 구조가 채용되는 것이 바람직하고, 이 경우, 연색성이 바람직한 백색 발광을 얻을 수 있다. 또한, 이 경우, 제 1 발광층(113a), 제 1 인광성 층, 및 제 2 인광성 층은 높은 내구성을 위하여 이 차례로 적층되는 것이 바람직하다. 또한, 제 1 발광층(113a)은 애노드 측에 형성되는 것이 바람직하고, 이 경우, 바람직한 특성을 얻을 수 있다.
발광층(113)의 다른 구조 및 효과는 실시형태 1에 설명된 것과 마찬가지다. 실시형태 1이 참조된다.
전자 수송층(114)은 전자 수송성을 갖는 물질을 포함하는 층이다. 예를 들어, 트리스(8-퀴놀리놀라토)알루미늄(약칭: Alq), 트리스(4-메틸-8-퀴놀리놀라토)알루미늄(약칭: Almq3), 비스(10-하이드록시벤조[h]퀴놀리나토)베릴륨(약칭: BeBq2), 또는 비스(2-메틸-8-퀴놀리놀라토)(4-페닐페놀라토)알루미늄(약칭: BAlq) 등의 퀴놀린 골격 또는 벤조퀴놀린 골격을 갖는 금속 복합체 등을 사용하여 형성된다. 비스[2-(2-하이드록시페닐)벤즈옥사졸라토]아연(약칭: Zn(BOX)2) 또는 비스[2-(2-하이드록시페닐)벤조싸이아졸라토]아연(약칭: Zn(BTZ)2) 등의 옥사졸계 또는 싸이아졸계 배위자를 갖는 금속 복합체 등도 사용될 수 있다. 금속 복합체 이외에도, 2-(4-바이페닐일)-5-(4-tert-뷰틸페닐)-1,3,4-옥사다이아졸(약칭: PBD), 1,3-비스[5-(p-tert-뷰틸페닐)-1,3,4-옥사다이아졸-2-일]벤젠(약칭: OXD-7), 3-(4-바이페닐일)-4-페닐-5-(4-tert-뷰틸페닐)-1,2,4-트라이아졸(약칭: TAZ), 바소페난트롤린(약칭: BPhen), 바소큐프로인(약칭: BCP) 등도 사용될 수 있다. 여기에 열거된 물질은 높은 전자 수송성을 갖고, 주로 10-6cm2/Vs 이상의 전자 이동도를 갖는 것이다. 또한, 상술한 전자 수송성을 갖는 호스트 재료 모두는 전자 수송층(114)에 사용되어도 좋다.
전자 수송층(114)은 단층에 한정되지 않으며, 상술한 물질 중 어느 것을 각각 포함하는 2층 이상의 적층이라도 좋다.
전자 수송층과 발광층 사이에, 전자 캐리어의 수송을 제어하기 위한 층이 제공되어도 좋다. 이는 소량의 높은 전자 트랩성을 갖는 물질을 높은 전자 수송성을 갖는 상술한 재료에 첨가함으로써 형성되는 층이고, 상기 층은 전자 캐리어의 수송을 방해함으로써 캐리어 밸런스를 조정할 수 있다. 이러한 구조는 전자가 발광층을 통과할 때 일어나는 문제(예컨대 소자 수명의 저하)를 방지하는 데에 매우 효율적이다.
전자 주입층(115)이 전자 수송층(114)과 제 2 전극(102) 사이에서 제 2 전극(102)과 접촉하여 제공되어도 좋다. 전자 주입층(115)에, 플루오린화 리튬(LiF), 플루오린화 세슘(CsF), 또는 플루오린화 칼슘(CaF2) 등의 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 또는 이들의 화합물이 사용될 수 있다. 예를 들어, 전자 수송성을 갖는 물질을 사용하여 형성되고 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 또는 이들의 화합물을 포함하는 층이 사용될 수 있다. 또한, 전자 수송성을 갖는 물질을 사용하여 형성되고 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속을 포함하는 층이 전자 주입층(115)으로서 사용되는 경우, 제 2 전극(102)으로부터의 전자 주입이 효율적으로 수행된다.
제 2 전극(102)에, 낮은 일함수(구체적으로, 3.8eV 이하의 일함수)를 갖는 금속, 합금, 전기 전도성 화합물, 및 이들의 혼합물 중 어느 것 등이 사용될 수 있다. 이러한 캐소드 재료의 구체적인 예에는, 알칼리 금속(예컨대 리튬(Li) 및 세슘(Cs)), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 및 스트론튬(Sr) 등의 주기율표의 제 1족 및 제 2족에 속하는 원소, 이들의 합금(예컨대, MgAg 및 AlLi), 유로퓸(Eu) 및 이터븀(Yb) 등의 희토류 금속, 및 이들의 합금이 있다. 그러나, 전자 주입층이 제 2 전극(102)과 전자 수송층 사이에 제공되면, 제 2 전극(102)에, Al, Ag, ITO, 또는 실리콘 또는 산화 실리콘을 포함하는 산화 인듐 산화 주석 등의 다양한 도전 재료 중 어느 것을 일함수와 상관없이 사용할 수 있다. 이들 도전 재료는 스퍼터링법, 잉크젯법, 스핀 코팅법 등에 의하여 퇴적시킬 수 있다.
다양한 방법 중 어느 것이, 건식 공정인지 또는 습식 공정인지 상관없이 EL층(103)을 형성하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 진공 증착법, 잉크젯법, 또는 스핀 코팅법이 채용되어도 좋다. 상이한 형성 방법이 각 전극 또는 각 층에 채용되어도 좋다.
전극은 졸-겔법을 사용하는 습식법에 의하여 형성되어도 좋고, 또는 금속 재료의 페이스트(paste)를 사용하는 습식법에 의하여 형성되어도 좋다. 또는, 전극은 스퍼터링법 또는 진공 증착법 등의 건식법에 의하여 형성되어도 좋다.
상술한 구조를 갖는 발광 소자에서, 제 1 전극(101)과 제 2 전극(102) 사이의 전위 차이 때문에 전류가 흐르고, 홀과 전자는 높은 발광성을 갖는 물질을 포함하는 발광층(113)에서 재결합되어 발광된다. 즉, 발광 영역은 발광층(113)에 형성된다.
발광은 제 1 전극(101)과 제 2 전극(102) 중 하나 또는 양쪽을 통하여 추출된다. 따라서, 제 1 전극(101)과 제 2 전극(102) 중 하나 또는 양쪽은 투광성 전극이다.
또한, 제 1 전극(101)과 제 2 전극(102) 사이에 제공되는 EL층(103)의 구조는 상술한 구조에 한정되지 않는다. 발광 영역과 전극 및 캐리어 주입층에 사용되는 금속의 근접으로 인한 소광을 방지할 수 있도록, 홀과 전자가 재결합되는 발광 영역이 제 1 전극(101) 및 제 2 전극(102)으로부터 떨어져 위치하는 것이 바람직하다.
발광층에서 생긴 여기자로부터의 에너지 이동을 억제할 수 있도록, 발광층(113)과 접촉하는 홀 수송층 및 전자 수송층, 특히 발광층(113)에서의 발광 영역에 가까운 측에 접촉하는 캐리어 수송층은, 발광층의 발광 물질 또는 발광층에 포함되는 방출 중심 물질보다 넓은 밴드갭을 갖는 물질을 사용하여 형성되는 것이 바람직하다.
본 실시형태에서의 발광 소자는, 유리, 플라스틱 등의 기판 위에 제작되는 것이 바람직하다. 기판 위의 적층 방법으로서, 제 1 전극(101) 측으로부터 순차적으로 적층하여도 좋고, 또는 제 2 전극(102) 측으로부터 순차적으로 적층하여도 좋다. 발광 장치에서, 하나의 발광 소자가 하나의 기판 위에 제작되어도 좋지만, 복수의 발광 소자가 하나의 기판 위에 제작되어도 좋다. 하나의 기판 위에 형성된 상술한 바와 같은 복수의 발광 소자에 의하여, 소자가 분리된 조명 장치 또는 패시브 매트릭스 발광 장치를 제작할 수 있다. 발광 소자는 유리, 플라스틱 등의 기판 위에 예컨대 FET(field-effect transistor)에 전기적으로 접속된 전극 위에 형성되어도 좋고 이로써 FET가 발광 소자의 구동을 제어하는 액티브 매트릭스 발광 장치를 제작할 수 있다. 또한, FET의 구조는 특별히 한정되지 않는다. 또한, FET에 사용되는 반도체의 결정성은 비정질 반도체 또는 결정성 반도체를 사용하여도 좋지만 이들에 특별히 한정되지 않는다. 또한, FET 기판에 형성된 구동 회로가 n형 FET 및 p형 FET, 또는 n형 FET 및 p형 FET 중 하나로 형성되어도 좋다.
또한, 본 실시형태는 다른 실시형태 중 어느 것과 적절히 조합될 수 있다.
다음으로, 복수의 발광 유닛이 적층되는 구조를 갖는 발광 소자(이하, 적층형 소자라고도 함)의 한 양태를 도 1의 (B)를 참조하여 설명한다. 이 발광 소자에서, 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 복수의 발광 유닛이 제공된다. 하나의 발광 유닛은 도 1의 (A)에 도시된, EL층(103)과 비슷한 구조를 갖는다. 바꿔 말하면, 도 1의 (A)에 도시된 발광 소자는 단일 발광 유닛을 포함하며, 본 실시형태에서의 발광 소자는 복수의 발광 유닛을 포함한다.
도 1의 (B)에서, 제 1 전극(501)과 제 2 전극(502) 사이에 제 1 발광 유닛(511)과 제 2 발광 유닛(512)이 적층되고, 제 1 발광 유닛(511)과 제 2 발광 유닛(512) 사이에 전하 발생층(513)이 제공된다. 제 1 전극(501) 및 제 2 전극(502)은 각각 도 1의 (A)에 도시된 제 1 전극(101) 및 제 2 전극(102)에 상당하며, 도 1의 (A)를 위한 설명에 제시된 재료가 사용될 수 있다. 또한, 제 1 발광 유닛(511) 및 제 2 발광 유닛(512)은 동일한 구조 또는 상이한 구조를 가져도 좋다.
전하 발생층(513)은 유기 화합물과 금속 산화물의 복합 재료를 포함한다. 유기 화합물과 금속 산화물의 복합 재료로서는, 도 1의 (A)에 도시된 홀 주입층(111)에 사용될 수 있는 복합 재료가 사용될 수 있다. 유기 화합물로서, 1×10-6cm2/Vs 이상의 홀 이동도를 갖는 화합물이 사용되는 것이 바람직하다. 또한, 전자 수송성보다 홀 수송성이 높은 물질이기만 하면, 어떤 다른 물질을 사용하여도 좋다. 유기 화합물과 금속 산화물의 복합 재료는 우수한 캐리어 주입성 및 캐리어 수송성 때문에 저전압 구동 및 저전류 구동을 달성할 수 있다. 또한, 애노드 측의 발광 유닛의 표면이 전하 발생층과 접촉되면, 상기 전하 발생층은 발광 유닛의 홀 수송층으로서도 기능할 수 있어, 상기 발광 유닛에 홀 수송층을 형성할 필요가 없다.
전하 발생층(513)은 유기 화합물과 금속 산화물의 복합 재료를 포함하는 층과 또 다른 재료를 포함하는 층의 적층 구조를 가져도 좋다. 예를 들어, 유기 화합물과 금속 산화물의 복합 재료를 포함하는 층이, 전자 공여성을 갖는 물질로부터 선택된 물질의 화합물 및 전자 수송성이 높은 화합물을 포함하는 층과 조합되어도 좋다. 또한, 유기 화합물과 금속 산화물의 복합 재료를 포함하는 층이 투명 도전막과 조합되어도 좋다.
제 1 발광 유닛(511)과 제 2 발광 유닛(512) 사이에 개재된 전하 발생층(513)은, 제 1 전극(501)과 제 2 전극(502) 사이에 전압이 인가되었을 때에, 한쪽 발광 유닛에 전자를 주입할 수 있고 또 다른 쪽 발광 유닛에 홀을 주입할 수 있기만 하면 어느 구조를 가져도 좋다. 예를 들어, 도 1의 (B)에서, 제 1 전극의 전위가 제 2 전극의 전위보다 높아지도록 전압이 인가되었을 때에 상기 층이 제 1 발광 유닛(511)에 전자를 주입하고 제 2 발광 유닛(512)에 홀을 주입하기만 하면 어느 층이라도 전하 발생층(513)으로서 사용될 수 있다.
2개의 발광 유닛을 갖는 발광 소자에 대해 도 1의 (B)를 참조하여 설명하였지만, 본 발명은 3개 이상의 발광 유닛이 적층되는 발광 소자에 대해서도 비슷하게 적용될 수 있다. 본 실시형태의 발광 소자와 같이, 한 쌍의 전극 사이에서 복수의 발광 유닛이 전하 발생층에 의하여 분할됨으로써, 전류 밀도를 낮게 유지하면서 높은 휘도로 광을 발할 수 있고 장수명을 갖는 발광 소자를 제공하는 것이 가능하다. 또한, 저전압에서 구동될 수 있고 소비전력이 낮은 발광 장치를 달성할 수 있다.
상술한 발광층(113)의 구조가 복수의 유닛들 중 적어도 하나에 적용되면, 상기 유닛의 제조 공정수를 저감할 수 있어, 실용하기에 유리한 다색 발광 소자를 제공할 수 있다.
상술된 구조는 본 실시형태 및 기타 실시형태에서의 구성 중 어느 것과 조합될 수 있다.
(실시형태 3)
본 실시형태에서는, 실시형태 1 또는 2에 설명된 발광 소자를 포함하는 발광 장치를 설명한다.
본 실시형태에서, 실시형태 1 또는 2에서 설명한 발광 소자를 사용하여 제작된 발광 장치를 도 2의 (A) 및 (B)를 참조하여 설명한다. 또한, 도 2의 (A)는 발광 장치를 도시한 상면도이고, 도 2의 (B)는 도 2의 (A)에서의 선 A-B 및 선 C-D를 따른 단면도다. 이 발광 장치는, 발광 소자의 발광을 제어하고 점선으로 나타내어진, 구동 회로부(소스선 구동 회로(source line driver circuit))(601), 화소부(602), 및 구동 회로부(게이트선 구동 회로(gate line driver circuit))(603)를 포함한다. 참조 부호 604는 밀봉 기판을 나타내고, 참조 부호 605는 밀봉제를 나타내며, 참조 부호 607은 밀봉제(605)로 둘러싸인 공간을 나타낸다.
또한, 리드 배선(lead wiring)(608)은 소스선 구동 회로(601)와 게이트선 구동 회로(603)에 입력된 신호들을 전송하기 위한, 그리고 외부 입력 단자로서 기능하는 FPC(flexible printed circuit)(609)로부터 비디오 신호, 클럭 신호, 스타트 신호, 리셋 신호 등을 수신하기 위한 배선이다. 여기서는 FPC만이 도시되어 있지만, 상기 FPC에 PWB(printed wiring board)가 부착되어도 좋다. 본 명세서에서의 발광 장치는, 이의 범주에, 발광 장치 자체뿐만 아니라 FPC 또는 PWB가 제공된 발광 장치도 포함한다.
다음에, 단면 구조를 도 2의 (B)를 참조하여 설명한다. 소자 기판(610) 위에 구동 회로부와 화소부가 형성된다. 구동 회로부인 소스선 구동 회로(601)와, 화소부(602) 내의 화소들 중 하나가 여기에 도시되었다.
소스선 구동 회로(601)에서, n채널 FET(623)와 p채널 FET(624)가 조합된 CMOS 회로가 형성된다. 또한, 구동 회로는 CMOS 회로, PMOS 회로, 및 NMOS 회로 등의 다양한 회로 중 어느 것으로 형성되어도 좋다. 기판 위에 구동 회로가 형성된 드라이버 일체형이 본 실시형태에서 설명되지만, 본 발명의 일 형태는 이런 형에 한정되지 않으며, 구동 회로를 기판 외부에 형성할 수 있다.
화소부(602)는 스위칭 FET(611), 전류 제어 FET(612), 및 상기 전류 제어 FET(612)의 드레인에 전기적으로 접속된 제 1 전극(613)을 포함하는 복수의 화소를 포함한다. 절연물(614)이 제 1 전극(613)의 단부를 덮도록 형성된다. 본 실시형태에서, 절연물(614)은 포지티브 감광성 아크릴 수지막을 사용하여 형성된다.
절연물(614)은 이의 상단부(upper end portion) 또는 하단부(lower end portion)에 곡률을 갖는 곡면을 갖는 것이 바람직하다. 예를 들어, 포지티브 감광성 아크릴 수지를 절연물(614)의 재료에 사용한 경우, 절연물(614)의 상단부만이 곡률 반경(0.2μm~3μm)을 갖는 면을 갖는다. 절연물(614)로서, 네거티브 감광성 수지 또는 포지티브 감광성 수지가 사용될 수 있다.
제 1 전극(613) 위에는 EL층(616) 및 제 2 전극(617)이 형성된다. 애노드로서 기능하는 제 1 전극(613)에 사용되는 재료로서, 높은 일함수를 갖는 재료가 사용되는 것이 바람직하다. 예를 들어, ITO막, 실리콘을 포함하는 산화 인듐주석막, 산화 아연을 2중량%~20중량%로 포함하는 산화 인듐막, 질화 타이타늄막, 크로뮴막, 텅스텐막, Zn막, Pt막 등의 단층막, 질화 타이타늄막과 알루미늄을 주성분으로서 포함하는 막의 적층, 질화 타이타늄막, 알루미늄을 주성분으로서 포함하는 막, 및 질화 타이타늄막의 3층을 포함하는 적층 등이 사용될 수 있다. 상기 적층 구조는 낮은 배선 저항, 양호한 옴 콘택트(ohmic contact), 및 애노드로서의 기능을 가능하게 한다.
EL층(616)은 증착 마스크(evaporation mask)를 사용하는 증착법, 잉크젯법, 및 스핀 코팅법 등의 다양한 방법 중 어느 것에 의하여 형성된다. EL층(616)은 실시형태 1 또는 2에서 설명한 구조와 비슷한 구조를 갖는다. EL층(616)에 포함되는 또 다른 재료로서, 저분자량 화합물 및 고분자량 화합물(올리고머 및 덴드리머를 포함함) 중 어느 것이 사용되어도 좋다.
EL층(616) 위에 형성되고 캐소드로서 기능하는 제 2 전극(617)에 사용되는 재료로서, 낮은 일함수를 갖는 재료(예컨대, Al, Mg, Li, Ca, 또는 이들의 합금 또는 화합물(MgAg, MgIn, 또는 AlLi 등))가 사용되는 것이 바람직하다. EL층(616)에서 생성된 광이 제 2 전극(617)을 통과하는 경우에는, 금속 박막과 투명 도전막(예컨대 ITO, 2중량%~20중량%로 산화 아연을 포함하는 산화 인듐, 실리콘을 포함하는 산화 인듐주석, 또는 산화 아연(ZnO))의 적층이 제 2 전극(617)에 사용되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 발광 소자는 제 1 전극(613), EL층(616), 및 제 2 전극(617)으로 형성된다. 상기 발광 소자는 실시형태 1 또는 2에서 설명한 구조를 갖는다. 본 실시형태의 발광 장치에서, 복수의 발광 소자를 포함하는 화소부는 실시형태 1 또는 2에서 설명한 발광 소자 및 이와 상이한 구조를 갖는 발광 소자의 양쪽을 포함하여도 좋다.
밀봉제(605)로 밀봉 기판(604)을 소자 기판(610)에 접착시켜, 소자 기판(610), 밀봉 기판(604), 및 밀봉제(605)로 둘러싸인 공간(607)에 발광 소자(618)가 제공된다. 공간(607)은 충전제로 채워져도 좋고, 불활성 가스(질소 또는 아르곤 등), 또는 밀봉제(605)로 채워져도 좋다. 밀봉 기판에 오목부가 제공되고 상기 오목부에 건조제(625)가 제공되는 경우, 수분의 영향으로 인한 열화가 억제될 수 있어 바람직하다.
밀봉제(605)로는 에폭시계 수지 또는 유리 프릿(glass frit)이 사용되는 것이 바람직하다. 이런 재료는 수분 또는 산소를 가능한 한 투과시키지 않는 것이 바람직하다. 밀봉 기판(604)으로서, 유리 기판, 석영 기판, 또는 섬유 강화 플라스틱(FRP), 폴리(바이닐 플루오라이드)(PVF), 폴리에스터, 아크릴 등으로 형성된 플라스틱 기판이 사용될 수 있다.
상술한 바와 같이, 실시형태 1 또는 2에서 설명한 발광 소자를 포함하는 발광 장치를 얻을 수 있다.
도 3의 (A) 및 (B)는 각각, 백색 발광을 나타내는 발광 소자를 형성하고 착색층(컬러 필터) 등을 제공함으로써 풀 컬러 표시(full color display)를 달성하는 발광 장치의 예를 도시한 것이다. 도 3의 (A)에는, 기판(1001), 하지 절연막(base insulating film)(1002), 게이트 절연막(1003), 게이트 전극(1006, 1007, 및 1008), 제 1 층간 절연막(1020), 제 2 층간 절연막(1021), 주변부(1042), 화소부(1040), 구동 회로부(1041), 발광 소자의 제 1 전극(1024W, 1024R, 1024G, 및 1024B), 격벽(1025), EL층(1028), 발광 소자의 제 2 전극(1029), 밀봉 기판(1031), 밀봉제(1032) 등이 도시되었다.
도 3의 (A)에서, 착색층(적색 착색층(1034R), 녹색 착색층(1034G), 및 청색 착색층(1034B))은 투명 모재(1033)상에 제공된다. 흑색층(블랙 매트릭스)(1035)이 추가로 제공되어도 좋다. 착색층과 흑색층이 제공된 투명 모재(1033)는 기판(1001)에 위치하며 고정된다. 또한, 착색층과 흑색층은 오버코트층(overcoat layer)(1036)으로 덮인다. 도 3의 (A)에서, 발광층의 일부로부터 발해지는 광은 착색층을 통과하지 않는 반면에, 발광층의 다른 부분으로부터 발해지는 광은 착색층을 통과한다. 착색층들을 통과하지 않는 광은 백색이고, 착색층들 중 어느 하나를 통과하는 광은 적색, 청색, 또는 녹색이기 때문에, 4색의 화소들을 사용하여 영상을 표시할 수 있다.
도 3의 (B)는 착색층(적색 착색층(1034R), 녹색 착색층(1034G), 및 청색 착색층(1034B))이 게이트 절연막(1003)과 제 1 층간 절연막(1020) 사이에 제공된 예를 도시한 것이다. 도 3의 (B)에 나타낸 바와 같이, 착색층은 기판(1001)과 밀봉 기판(1031) 사이에 제공되어도 좋다.
상술된 발광 장치는, FET가 형성되는 기판(1001) 측으로부터 광이 추출되는 구조(보텀 에미션 구조(bottom emission structure))를 갖지만, 밀봉 기판(1031) 측으로부터 광이 추출되는 구조(톱 에미션 구조(top emission structure))를 가져도 좋다. 도 4는 톱 에미션 구조를 갖는 발광 장치의 단면도다. 이 경우, 기판(1001)으로서 광을 투과시키지 않는 기판이 사용될 수 있다. FET와 발광 소자의 애노드를 접속시키는 접속 전극을 형성하는 단계까지의 공정은 보텀 에미션 구조를 갖는 발광 장치와 비슷한 방식으로 수행된다. 이 후, 제 3 층간 절연막(1037)이 전극(1022)을 덮도록 형성된다. 이 절연막은 평탄화 기능을 가져도 좋다. 제 3 층간 절연막(1037)은 제 2 층간 절연막과 비슷한 재료를 사용하여 형성될 수 있고, 또는 기타 재료 중 어느 것을 사용하여 형성될 수 있다.
여기서 발광 소자의 제 1 전극(1024W, 1024R, 1024G, 및 1024B)은 각각 애노드로서 기능하지만, 캐소드로서 기능하여도 좋다. 도 4에 도시된 바와 같은 톱 에미션 구조를 갖는 발광 장치의 경우, 제 1 전극은 반사 전극인 것이 바람직하다. EL층(1028)은 실시형태 1 또는 2에서 설명한 EL층(103)의 구조와 비슷한 구조를 갖도록 형성되며, 이에 의하여 백색 발광을 얻을 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같은 톱 에미션 구조의 경우, 밀봉은 착색층(적색 착색층(1034R), 녹색 착색층(1034G), 및 청색 착색층(1034B))이 제공되는 밀봉 기판(1031)으로 수행될 수 있다. 밀봉 기판(1031)에는 화소들 사이에 위치하는 흑색층(블랙 매트릭스)(1035)이 제공되어도 좋다. 착색층(적색 착색층(1034R), 녹색 착색층(1034G), 및 청색 착색층(1034B))과 흑색층(블랙 매트릭스)(1035)은 오버코트층으로 덮여도 좋다. 또한, 밀봉 기판(1031)으로서 투광성 기판이 사용된다.
여기서는 적색, 녹색, 청색, 및 백색의 4색을 사용하여 풀 컬러 표시를 수행하는 예를 나타냈지만, 특별한 제한은 없으며, 적색, 녹색, 및 청색의 3색을 사용하여 풀 컬러 표시를 수행하여도 좋다.
본 실시형태에서의 발광 장치는 실시형태 1 또는 2에서 설명한 발광 소자를 사용하여 제작되어 바람직한 특성을 가질 수 있다. 구체적으로는, 실시형태 1 또는 2에서 설명한 발광 소자는 높은 발광 효율을 갖기 때문에, 상기 발광 장치의 소비전력을 저감할 수 있다. 또한, 상기 발광 소자는 대량 생산이 쉽기 때문에, 상기 발광 장치는 저비용으로 제공될 수 있다.
위에서 액티브 매트릭스 발광 장치를 설명하였으나, 이하에서는 패시브 매트릭스 발광 장치를 설명한다. 도 5의 (A) 및 (B)는 본 발명을 사용하여 제작된 패시브 매트릭스 발광 장치를 도시한 것이다. 도 5의 (A)는 상기 발광 장치의 투시도이며, 도 5의 (B)는 도 5의 (A)에서의 선 X-Y를 따른 단면도다. 도 5의 (A) 및 (B)에서, 기판(951) 위에는 전극(952)과 전극(956) 사이에 EL층(955)이 제공된다. 전극(952)의 단부는 절연층(953)으로 덮인다. 또한, 절연층(953) 위에는 격벽층(954)이 제공된다. 격벽층(954)의 측벽은, 한 측벽과 다른 측벽 사이의 거리가 기판 표면을 향하여 서서히 좁혀지도록 경사져 있다. 바꿔 말하면, 격벽층(954)의 짧은 쪽 방향을 따른 단면은 사다리꼴이고, 맨 아래 부분(절연층(953)의 평면 방향과 동일한 방향이고 절연층(953)과 접촉되는 변)이 상면 쪽(절연층(953)의 평면 방향과 동일한 방향이고 절연층(953)과 접촉되지 않는 변)보다 짧다. 이와 같이 하여 격벽층(954)을 제공함으로써, 정전기 등으로 인한 발광 소자의 결함을 방지할 수 있다. 패시브 매트릭스 발광 장치도, 높은 발광 효율을 갖는 실시형태 1 또는 2에서 설명한 발광 소자를 포함함으로써, 낮은 소비전력을 가질 수 있다. 또한, 상기 발광 소자는 대량 생산이 쉽기 때문에, 발광 장치는 저비용으로 제공될 수 있다.
상술된 발광 장치에서 매트릭스로 배열된 다수의 미세한 발광 소자를 각각 제어할 수 있기 때문에, 상기 발광 장치는 영상을 표시하기 위한 표시 장치로서 적합하게 사용될 수 있다.
본 실시형태는 기타 실시형태들 중 어느 것과 자유롭게 조합될 수 있다.
(실시형태 4)
본 실시형태에서는, 실시형태 1 또는 2에서 설명한 발광 소자가 조명 장치에 사용되는 예를 도 6의 (A) 및 (B)를 참조하여 설명한다. 도 6의 (B)는 상기 조명 장치의 상면도이고, 도 6의 (A)는 도 6의 (B)에서의 선 e-f를 따른 단면도다.
본 실시형태의 조명 장치에서는, 지지체이며 투광성을 갖는 기판(400) 위에 제 1 전극(401)이 형성된다. 제 1 전극(401)은 실시형태 1에서의 제 1 전극(101)에 상당한다. 제 1 전극(401) 측을 통하여 광이 추출될 때, 제 1 전극(401)은 투광성을 갖는 재료를 사용하여 형성된다.
제 2 전극(404)에 전압을 인가하기 위한 패드(412)가 기판(400) 위에 제공된다.
제 1 전극(401) 위에는 EL층(403)이 형성된다. EL층(403)의 구조는 예컨대 실시형태 1에서의 EL층(103)의 구조, 또는 발광 유닛(511 및 512)과 전하 발생층(513)이 조합된 구조에 상당한다. 이들 구조에 대해서는, 실시형태 1에서의 설명을 참조할 수 있다.
제 2 전극(404)은 EL층(403)을 덮도록 형성된다. 제 2 전극(404)은 실시형태 1에서의 제 2 전극(102)에 상당한다. 광이 제 1 전극(401) 측을 통하여 추출되면, 제 2 전극(404)은 반사율이 높은 재료를 사용하여 형성된다. 제 2 전극(404)은 패드(412)에 접속됨으로써, 전압이 인가된다.
상술한 바와 같이, 본 실시형태에 설명된 조명 장치는 제 1 전극(401), EL층(403), 및 제 2 전극(404)을 포함하는 발광 소자를 포함한다. 상기 발광 소자는 높은 발광 효율을 갖기 때문에, 본 실시형태에서의 조명 장치는 낮은 소비전력을 가질 수 있다.
상술한 구조를 갖는 발광 소자를 밀봉제(405 및 406)로 밀봉 기판(407)에 고정하여 밀봉을 수행함으로써, 조명 장치가 완성된다. 밀봉제(405) 및 밀봉제(406) 중 어느 하나만을 사용하는 것이 가능하다. 또한, 내부 밀봉제(406)(도 6의 (B)에는 도시되지 않았음)는 수분을 흡착시킬 수 있는 건조제와 혼합될 수 있어, 결과적으로 신뢰성이 향상된다.
패드(412) 및 제 1 전극(401)의 일부가 밀봉제(405 및 406)의 외부로 연장될 때, 상기 연장된 부분은 외부 입력 단자로서 기능할 수 있다. 상기 외부 입력 단자 위에 컨버터 등이 탑재된 IC 칩(420)이 제공되어도 좋다.
상술한 바와 같이, 본 실시형태에서 설명한 조명 장치는 실시형태 1 또는 2에서 설명한 발광 소자를 EL 소자로서 포함하기 때문에, 상기 조명 장치는 낮은 소비전력을 가질 수 있다. 또한, 상기 발광 장치는 낮은 구동 전압을 가질 수 있다. 또한, 상기 발광 장치는 저렴할 수 있다.
(실시형태 5)
본 실시형태에서는, 실시형태 1 또는 2에서 설명한 발광 소자를 각각 포함하는 전자 기기의 예를 설명한다. 실시형태 1 또는 2에서 설명한 발광 소자는 발광 효율이 높고 소비전력이 저감된다. 결과적으로, 본 실시형태에서 설명한 전자 기기는 소비전력이 저감된 발광부를 각각 포함한다. 실시형태 1 또는 2에서 설명한 발광 소자는 형성된 층의 개수가 적기 때문에 상기 전자 기기는 저렴할 수 있다.
상술한 발광 소자가 적용되는 전자 기기의 예에는 텔레비전 장치(TV 또는 텔레비전 수신기라고도 함), 컴퓨터용 등의 모니터, 디지털 카메라 및 디지털 비디오 카메라 등의 카메라, 디지털 포토 프레임, 휴대 전화(이동 전화 또는 이동 전화기라고도 함), 휴대용 게임기, 휴대용 정보 단말, 음향 재생 장치, 및 파친코 기기 등의 대형 게임기가 포함된다. 이들 전자 기기의 구체적인 예를 이하에서 제시한다.
도 7의 (A)는 텔레비전 장치의 예를 도시한 것이다. 상기 텔레비전 장치에서, 하우징(7101)에 표시부(7103)가 내장된다. 또한, 여기서, 하우징(7101)은 스탠드(7105)에 의하여 지지된다. 영상은, 실시형태 1 또는 2에서 설명한 발광 소자가 매트릭스로 배열된 표시부(7103)에 표시될 수 있다.
상기 텔레비전 장치는 하우징(7101)의 조작 스위치 또는 별도의 리모트 컨트롤러(7110)로 조작될 수 있다. 리모트 컨트롤러(7110)의 조작 키(7109)에 의하여, 채널과 음량을 조절할 수 있고, 표시부(7103)에 표시되는 영상을 조절할 수 있다. 또한, 리모트 컨트롤러(7110)에는 리모트 컨트롤러(7110)로부터 출력되는 데이터를 표시하기 위한 표시부(7107)가 제공되어도 좋다.
또한, 상기 텔레비전 장치에는 수신기, 모뎀 등이 제공된다. 수신기에 의하여, 일반 텔레비전 방송을 수신할 수 있다. 또한, 표시 장치를 모뎀을 통하여 유선 또는 무선의 통신 네트워크에 접속시키면, 일방향(송신자로부터 수신자) 또는 쌍방향(송신자와 수신자간, 또는 수신자간)의 데이터 통신을 수행할 수 있다.
도 7의 (B1)은, 본체(7201), 하우징(7202), 표시부(7203), 키보드(7204), 외부 접속 포트(7205), 포인팅 디바이스(7206) 등을 포함하는 컴퓨터를 도시한 것이다. 또한, 이 컴퓨터는, 실시형태 1 또는 2에서 설명한 것과 동일한, 표시부(7203)에 매트릭스로 배열된 발광 소자를 사용함으로써 제조된다. 도 7의 (B1)에 도시된 컴퓨터는 도 7의 (B2)에 도시된 구조를 가져도 좋다. 도 7의 (B2)에 도시된 컴퓨터에는 키보드(7204)와 포인팅 디바이스(7206) 대신에 제 2 표시부(7210)가 제공된다. 제 2 표시부(7210)는 터치스크린이며, 제 2 표시부(7210)상의 입력용 표시를 손가락 또는 전용 펜으로 조작함으로써 입력을 수행할 수 있다. 제 2 표시부(7210)는 입력용 표시 이외의 영상을 표시할 수도 있다. 표시부(7203)도 터치스크린이어도 좋다. 상기 2개의 스크린을 힌지로 접속시킴으로써 문제들을 방지할 수 있다; 예를 들어, 컴퓨터를 보관 또는 운반하는 동안에 스크린이 긁히거나 파손되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 상기 컴퓨터는, 실시형태 1 또는 2에서 설명한 발광 소자를 표시부(7203)에 매트릭스로 배열함으로써 제조된다.
도 7의 (C)는, 휴대용 게임기를 개폐할 수 있도록 이음매부(7303)가 접속된 하우징(7301) 및 하우징(7302)의 2개의 하우징을 포함하는 휴대용 게임기를 도시한 것이다. 하우징(7301)에는, 매트릭스로 배열된, 실시형태 1 또는 2에서 설명한 발광 소자를 포함하는 표시부(7304)가 내장되고, 하우징(7302)에는 표시부(7305)가 내장된다. 또한, 도 7의 (C)에 도시된 휴대용 게임기는 스피커부(7306), 기록 매체 삽입부(7307), LED 램프(7308), 입력 수단(조작 키(7309), 접속 단자(7310), 센서(7311)(힘, 변위, 위치, 속도, 가속도, 각속도, 회전수, 거리, 광, 액체, 자기, 온도, 화학 물질, 음성, 시간, 경도, 전기장, 전류, 전압, 전력, 방사선, 유량, 습도, 경사도, 진동, 냄새, 또는 적외선을 측정하는 기능을 갖는 센서), 또는 마이크로폰(7312)) 등을 포함한다. 상기 휴대용 게임기의 구조는, 매트릭스로 배열된, 실시형태 1 또는 2에서 설명한 각각 발광 소자를 포함하는 표시부가 표시부(7304) 또는 표시부(7305) 중 적어도 어느 하나 또는 양쪽으로서 사용되기만 하면 상술한 구조에 한정되지 않는 것은 말할 나위 없고, 상기 구조는 기타 부속물을 적절히 포함할 수 있다. 도 7의 (C)에 도시된 휴대용 게임기는, 기록 매체에 저장되는 프로그램 또는 데이터를 판독하여 이를 표시부에 표시하는 기능, 및 무선 통신에 의하여 또 다른 휴대용 게임기와 정보를 공유하는 기능을 갖는다. 도 7의 (C)에 도시된 휴대용 게임기는 상술한 기능에 한정되지 않으며, 다양한 기능을 가질 수 있다.
도 7의 (D)는 휴대 전화의 예를 도시한 것이다. 상기 휴대 전화에는, 하우징(7401)에 내장된 표시부(7402), 조작 버튼(7403), 외부 접속 포트(7404), 스피커(7405), 마이크로폰(7406) 등이 제공된다. 또한, 휴대 전화는, 매트릭스로 배열된, 실시형태 1 또는 2에서 설명한 각각 발광 소자를 포함하는 표시부(7402)를 갖는다.
도 7의 (D)에 도시된 휴대 전화의 표시부(7402)를 손가락 등으로 터치하면, 휴대 전화에 데이터를 입력할 수 있다. 이 경우, 전화를 걸거나 e-메일을 작성하는 등의 조작은 표시부(7402)를 손가락 등으로 터치하여 수행될 수 있다.
표시부(7402)에는 주로 3가지 화면 모드가 있다. 제 1 모드는 주로 영상을 표시하기 위한 표시 모드다. 제 2 모드는 주로 문자 등의 데이터를 입력하기 위한 입력 모드다. 제 3 모드는 표시 모드와 입력 모드의 2가지 모드가 조합된 표시 및 입력 모드다.
예를 들어, 전화를 걸거나 또는 e-메일을 작성하는 경우, 표시부(7402)에 주로 문자를 입력하기 위한 문자 입력 모드가 선택되어, 화면에 표시된 문자를 입력할 수 있다. 이 경우, 표시부(7402)의 거의 전체 화면에 키보드 또는 숫자 버튼을 표시하는 것이 바람직하다.
상기 휴대 전화 내부에, 자이로스코프 또는 가속도 센서 등 기울기를 검출하기 위한 센서를 포함하는 검출 장치를 제공하면, 휴대 전화의 방향(휴대 전화가 풍경 모드 또는 인물 사진 모드를 위하여 수평 또는 수직으로 배치되는지 여부)을 결정하여 표시부(7402)의 화면상의 표시를 자동으로 전환할 수 있다.
화면 모드는 표시부(7402)를 터치하거나 또는 하우징(7401)의 조작 버튼(7403)을 조작함으로써 전환된다. 화면 모드는 표시부(7402)에 표시되는 영상의 종류에 따라 전환될 수 있다. 예를 들어, 표시부에 표시되는 영상의 신호가 동영상 데이터 신호일 때, 화면 모드는 표시 모드로 전환된다. 상기 신호가 문자 데이터 신호일 때, 화면 모드는 입력 모드로 전환된다.
또한, 입력 모드에서, 표시부(7402)에서의 광 센서에 의하여 검출되는 신호가 검출되면서, 표시부(7402)의 터치에 의한 입력이 일정 기간 수행되지 않을 때, 화면 모드가 입력 모드로부터 표시 모드로 전환되도록 제어되어도 좋다.
표시부(7402)는 영상 센서로서 기능하여도 좋다. 예를 들어, 표시부(7402)를 손바닥 또는 손가락으로 터치함으로써 장문, 지문 등의 영상을 촬영함으로써, 개인 인증을 수행할 수 있다. 또한, 표시부에 근적외광을 발하는 백라이트 또는 센싱 광원을 제공함으로써, 손가락 정맥, 손바닥 정맥 등의 영상을 촬영할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서 설명한 구조는 실시형태 1~4에서 설명한 구조 중 어느 것과 적절히 조합될 수 있다.
상술한 바와 같이, 실시형태 1 또는 2에서 설명한 발광 소자를 포함하는 발광 장치의 적용 범위는 매우 넓기 때문에, 발광 장치는 다양한 분야에서의 전자 기기에 적용될 수 있다. 실시형태 1 또는 2에서 설명한 발광 소자를 사용함으로써, 소비전력이 저감된 전자 기기를 얻을 수 있다.
도 8은 실시형태 1 또는 2에서 설명한 발광 소자를 백라이트에 사용하는 액정 표시 장치의 예를 도시한 것이다. 도 8에 도시된 액정 표시 장치는 하우징(901), 액정층(902), 백라이트 유닛(903), 및 하우징(904)을 포함한다. 액정층(902)은 드라이버 IC(905)에 접속된다. 실시형태 1 또는 2에서 설명한 발광 소자는 백라이트 유닛(903)에 사용되어, 단자(906)를 통하여 전류가 공급된다.
실시형태 1 또는 2에서 설명한 발광 소자가 액정 표시 장치의 백라이트에 사용됨으로써 상기 백라이트의 소비전력을 저감할 수 있다. 또한, 실시형태 2에서 설명한 발광 소자를 사용함으로써 평면 발광 조명 장치, 더구나 대면적 평면 발광 조명 장치의 제조를 가능하게 하여, 백라이트는 대면적 백라이트일 수 있고, 액정 표시 장치도 대면적 장치일 수 있다. 또한, 실시형태 2에서 설명한 발광 소자를 사용하는 발광 장치는 통상의 발광 장치보다 얇을 수 있기 때문에 상기 표시 장치도 얇을 수 있다.
도 9는 실시형태 1 또는 2에서 설명한 발광 소자를 조명 장치인 테이블 램프에 사용한 예를 도시한 것이다. 도 9에 도시된 테이블 램프는 하우징(2001) 및 광원(2002)을 포함한다. 실시형태 4에서 설명한 조명 장치가 광원(2002)에 사용된다.
도 10은 실시형태 1 또는 2에서 설명한 발광 소자를 실내 조명 장치(3001)에 사용한 예를 도시한 것이다. 실시형태 1 또는 2에서 설명한 발광 소자는 소비전력이 저감되기 때문에, 소비전력이 저감된 조명 장치를 얻을 수 있다. 또한, 실시형태 1 또는 2에서 설명한 발광 소자는 대면적일 수 있기 때문에, 상기 발광 소자는 대면적 조명 장치에 사용될 수 있다. 또한, 실시형태 1 또는 2에서 설명한 발광 소자는 얇기 때문에, 발광 소자는 두께가 저감된 조명 장치에 사용될 수 있다.
실시형태 1 또는 2에서 설명한 발광 소자는 자동차 앞 유리 또는 자동차 대시보드에 사용될 수도 있다. 도 11은 실시형태 2에서 설명한 발광 소자를 자동차 앞 유리 및 자동차 대시보드에 사용한 한 양태를 도시한 것이다. 표시 영역(5000)~표시 영역(5005)은 실시형태 1 또는 2에서 설명한 발광 소자를 각각 포함한다.
표시 영역(5000) 및 표시 영역(5001)은, 실시형태 1 또는 2에서 설명한 발광 소자가 내장되는 자동차 앞 유리에 제공된다. 실시형태 1 또는 2에서 설명한 발광 소자는, 투광성을 갖는 전극으로 형성된 제 1 전극 및 제 2 전극을 포함함으로써, 반대쪽을 볼 수 있는 이른바 씨-쓰루 표시 장치(see-through display device)로 형성될 수 있다. 이런 씨-쓰루 표시 장치는 시야를 가리지 않아서 자동차 앞 유리에 제공될 수 있다. 또한, 구동을 위한 트랜지스터 등이 제공된 경우에는, 유기 반도체 재료를 사용한 유기 트랜지스터 또는 산화물 반도체를 사용한 트랜지스터 등 투광성을 갖는 트랜지스터가 사용되는 것이 바람직하다.
표시 영역(5002)은 실시형태 1 또는 2에서 설명한 발광 소자가 내장된 필러(pillar)부에 제공된다. 표시 영역(5002)은 차체에 제공된 촬상 수단(imaging unit)에 의하여 촬영된 영상을 나타냄으로써 필러부로 가려진 시야를 보완할 수 있다. 마찬가지로, 대시보드에 제공된 표시 영역(5003)은 차체의 외부에 제공된 촬상 수단에 의하여 촬영된 영상을 나타냄으로써 차체로 가려진 시야를 보완할 수 있어 사각 지대의 제거 및 안전성의 향상으로 이어진다. 운전자가 볼 수 없는 영역을 보완하도록 영상을 나타냄으로써 운전자가 쉽고 편안하게 안전을 확인할 수 있다.
표시 영역(5004) 및 표시 영역(5005)은 내비게이션 데이터, 속도계, 회전 속도계, 주행 거리, 연료 미터, 변속기어 계기 장치, 및 에어컨 설정 등의 다양한 정보를 제공할 수 있다. 표시의 항목 또는 레이아웃은 사용자에 의하여 적절히 변화시킬 수 있다. 또한, 이러한 정보는 표시 영역(5000)~표시 영역(5003)에 의하여 나타낼 수도 있다. 표시 영역(5000)~표시 영역(5005)은 조명 장치로서 사용될 수도 있다.
실시형태 1 또는 2에서 설명한 발광 소자는 높은 발광 효율 및 낮은 소비전력을 가질 수 있다. 따라서, 표시 영역(5000)~표시 영역(5005) 등의 대화면이 많이 제공되더라도 배터리에 대한 부하가 적어 사용하기 편리하게 제공된다. 이러한 이유로, 실시형태 1 또는 2에서 설명한 각각 발광 소자를 포함하는 발광 장치 및 조명 장치는 차량 내의 발광 장치 및 차량 내의 조명 장치로서 적합하게 사용될 수 있다.
도 12의 (A) 및 (B)는 접을 수 있는 태블릿 단말의 예를 도시한 것이다. 도 12의 (A)에서 상기 태블릿 단말은 열려 있고, 하우징(9630), 표시부(9631a), 표시부(9631b), 표시 모드 전환 버튼(9034), 전원 버튼(9035), 절전 모드 전환 버튼(9036), 클립(clip)(9033), 및 조작 버튼(9038)을 포함한다. 또한, 상기 태블릿 단말에서, 표시부(9631a)와 표시부(9631b) 중 하나 또는 양쪽은 실시형태 1 또는 2에서 설명한 발광 소자를 포함하는 발광 장치를 사용하여 형성된다.
표시부(9631a)의 일부는 터치스크린 영역(9632a)일 수 있으며, 표시된 조작 키(9637)를 터치하면 데이터를 입력할 수 있다. 표시부(9631a)의 절반 영역은 표시 기능만을 갖고 나머지 절반 영역도 터치스크린 기능을 갖는 구조를 예로서 도시하였지만, 표시부(9631a)의 구조는 이에 한정되지 않는다. 표시부(9631a)의 전영역이 터치스크린 기능을 가져도 좋다. 예를 들어, 표시부(9631a)의 전영역이 키보드 버튼을 표시하여 터치스크린으로서 기능할 수 있는 한편, 표시부(9631b)는 표시 화면으로서 사용될 수 있다.
표시부(9631a)와 같이, 표시부(9631b)의 일부가 터치스크린 영역(9632b)일 수 있다. 터치스크린에 키보드를 나타내기/감추기 위한 전환 버튼(9639)을 손가락, 스타일러스 등으로 터치하면, 표시부(9631b)에 키보드를 표시할 수 있다.
터치스크린 영역(9632a) 및 터치스크린 영역(9632b)에서 동시에 터치 입력을 수행할 수 있다.
표시 모드 전환 버튼(9034)에 의하여, 예를 들어, 인물 사진 모드와 풍경 모드가 전환되고, 흑백 표시와 컬러 표시가 전환된다. 절전 모드 전환 버튼(9036)에 의하여, 태블릿 단말에 내장된 광 센서로 검출되는, 태블릿 단말이 사용될 때의 외부 광량에 따라 표시의 휘도를 최적화시킬 수 있다. 상기 태블릿 단말은 광 센서에 더하여 방위를 검출하기 위한 센서(예컨대 자이로스코프 또는 가속도 센서) 등의 또 다른 검출 장치를 포함하여도 좋다.
도 12의 (A)에서는 표시부(9631a)와 표시부(9631b)가 동일한 표시 면적을 갖지만, 본 발명의 일 형태는 이 예에 한정되지 않는다. 표시부(9631a)와 표시부(9631b)는 상이한 면적 또는 상이한 표시 품질을 가져도 좋다. 예를 들어, 이들 중 하나는 다른 하나보다 고밀도의 영상을 표시할 수 있는 표시 패널이어도 좋다.
도 12의 (B)에서 상기 태블릿 단말은 접혀 있고 하우징(9630), 태양 전지(9633), 충방전 제어 회로(9634), 배터리(9635), 및 DC-DC 컨버터(9636)를 포함한다. 도 12의 (B)에는 충방전 제어 회로(9634)가 배터리(9635) 및 DC-DC 컨버터(9636)를 포함하는 예를 도시하였다.
상기 태블릿 단말은 접을 수 있기 때문에, 태블릿 단말을 사용하지 않을 때에는 하우징(9630)을 닫을 수 있다. 따라서, 표시부(9631a) 및 표시부(9631b)가 보호될 수 있으므로, 높은 내구성 및 장기 사용을 위한 높은 신뢰성을 갖는 태블릿 단말을 제공할 수 있다.
도 12의 (A) 및 (B)에 도시된 태블릿 단말은 다양한 데이터(예컨대 정지화상, 동영상, 및 텍스트 화상)를 표시하는 기능, 표시부에 달력, 날짜, 시간 등을 표시하는 기능, 표시부에 표시된 데이터를 터치 입력에 의하여 조작 또는 편집하는 터치 입력 기능, 각종 소프트웨어(프로그램)에 의하여 처리를 제어하는 기능 등을 가질 수도 있다.
상기 태블릿 단말의 표면에 부착된 태양 전지(9633)는 터치스크린, 표시부, 영상 신호 처리기 등에 전력을 공급한다. 또한, 태양 전지(9633)가 하우징(9630)의 하나 또는 2개의 면에 제공되는 경우 배터리(9635)가 효율적으로 충전될 수 있어 바람직하다.
도 12의 (B)에 도시된 충방전 제어 회로(9634)의 구조 및 동작을 도 12의 (C)의 블록도를 참조하여 설명한다. 도 12의 (C)에는 태양 전지(9633), 배터리(9635), DC-DC 컨버터(9636), 컨버터(9638), 스위치(SW1~SW3), 및 표시부(9631)가 도시되었다. 배터리(9635), DC-DC 컨버터(9636), 컨버터(9638), 및 스위치(SW1~SW3)는 도 12의 (B)에서의 충방전 제어 회로(9634)에 상당한다.
먼저, 외광을 사용하는 태양 전지(9633)에 의하여 전력이 생성되는 경우의 동작예를 설명한다. 태양 전지에 의하여 생성된 전력의 전압은 상기 전력이 배터리(9635)를 충전시키기 위한 전압을 갖도록 DC-DC 컨버터(9636)에 의하여 올려지거나 또는 내려진다. 이 후, 태양 전지(9633)에 의하여 충전된 배터리(9635)로부터 공급된 전력이 표시부(9631)의 동작에 사용될 때에는, 스위치(SW1)를 온으로 하고, 상기 전력의 전압을 표시부(9631)에 필요한 전압이 되도록 컨버터(9638)에 의하여 올리거나 또는 내린다. 또한, 표시부(9631)에 표시를 수행하지 않을 때에는, 스위치(SW1)를 오프로 하고 스위치(SW2)를 온으로 하여 배터리(9635)의 충전을 수행할 수 있다.
태양 전지(9633)를 발전 수단의 예로서 설명하였지만, 발전 수단은 특별히 한정되지 않고, 배터리(9635)는 압전 소자 또는 열전 변환 소자(Peltier element) 등의 또 다른 발전 수단에 의하여 충전되어도 좋다. 배터리(9635)는 무선(비접촉)으로 전력을 송수신하여 충전할 수 있는 비접촉 전력 전송 모듈, 또는 조합하여 사용되는 또 다른 충전 수단에 의하여 충전될 수 있어, 발전 수단은 반드시 제공될 필요는 없다.
본 발명의 일 형태는 표시부(9631)가 포함되어 있기만 하면, 도 12의 (A)~(C)에 도시된 형상을 갖는 태블릿 단말에 한정되지 않는다.
(실시예 1)
본 실시예에서, 본 발명의 일 형태의 발광 소자(발광 소자 1)를 설명한다. 또한, 발광 소자 1은 서로 접촉된 형광성 층(제 1 발광층(113a)) 및 인광성 층(제 2 발광층(113b))을 포함하는 발광층(113)을 포함하였다. 인광성 층(제 2 발광층(113b))은 적색 인광을 발하는 제 1 인광성 층(제 2 발광층(113b))-1 및 녹색 인광을 발하는 제 2 인광성 층(제 2 발광층(113b))-2의 적층으로 형성되었다. 발광 소자 1에 사용되는 유기 화합물의 구조식을 이하에 나타낸다.
Figure pct00003
본 실시예의 발광 소자 1을 제작하는 방법을 이하에 설명한다.
(발광 소자 1을 제작하는 방법)
먼저, 유리 기판 위에, 산화 실리콘을 포함하는 인듐 주석 산화물(ITSO)의 막을 스퍼터링법에 의하여 형성하여 제 1 전극(101)을 형성하였다. 이 두께는 110nm이고, 전극 면적은 2mm×2mm이었다. 여기서, 제 1 전극(101)은 발광 소자의 애노드로서 기능한다.
다음으로, 기판 위에 발광 소자를 형성하기 위한 전처리에서, 상기 기판의 표면을 물로 세정하고, 200℃로 1시간 동안 베이킹하고 나서, 370초 동안 UV 오존 처리를 수행하였다.
이 후, 상기 기판을 압력을 약 10-4Pa로 감소시킨 진공 증착 장치로 이동하고, 상기 진공 증착 장치의 가열 체임버에서 170℃로 30분 동안 진공 베이킹을 수행하고 나서 약 30분 동안 냉각시켰다.
이어서, 제 1 전극(101)이 제공된 기판을, 제 1 전극(101)이 형성된 면이 아래를 향하도록, 상기 진공 증착 장치에 제공된 기판 홀더에 고정시켰다. 상기 진공 증착 장치 내의 압력을 약 10-4Pa로 저감시켰다. 이 후, 저항 가열을 사용한 증착법에 의하여 제 1 전극(101)상에 구조식(i)으로 나타내어지는 4,4',4"-(벤젠-1,3,5-트라이일)트라이(다이벤조싸이오펜)(약칭: DBT3P-II) 및 산화 몰리브데넘(VI)을 공증착법에 의하여 퇴적시켜, 홀 주입층(111)을 형성하였다. 이 두께는 40nm로 설정하고, 산화 몰리브데넘에 대한 DBT3P-II의 중량비를 4:2(=DBT3P-II:산화 몰리브데넘)로 조절하였다. 또한, 공증착법이란 하나의 처리 체임버에서 동시에 복수의 증발원으로부터 증착을 수행하는 증착법을 가리킨다.
다음에 홀 주입층(111)상에, 구조식(ii)으로 나타내어지는 9-페닐-3-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸(약칭: PCzPA)을 20nm의 두께가 되도록 퇴적시켜 홀 수송층(112)을 형성하였다.
홀 수송층(112)상에, 구조식(ⅲ)으로 나타내어지는 7-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-7H-다이벤조[c,g]카바졸(약칭: cgDBCzPA) 및 구조식(ⅳ)으로 나타내어지는 N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-비스[3-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]-피렌-1,6-다이아민(약칭: 1,6mMemFLPAPrn)을 1,6mMemFLPAPrn에 대한 cgDBCzPA의 중량비가 1:0.04(=cgDBCzPA:1,6mMemFLPAPrn)가 되도록 두께 10nm로 공증착법에 의하여 퇴적시켜 형광성 층(제 1 발광층(113a))을 형성하였다. 이 후, 구조식(ⅴ)으로 나타내어지는 2-[3'-(다이벤조싸이오펜-4-일)바이페닐-3-일]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mDBTBPDBq-II), 구조식(ⅵ)으로 나타내어지는 N-(1,1'-바이페닐-4-일)-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: PCBBiF), 및 구조식(ⅶ)으로 나타내어지는 (다이피발로일메타나토)비스(2,3,5-트라이페닐피라지나토)이리듐(III)(약칭: [Ir(tppr)2(dpm)])은 PCBBiF 및 [Ir(tppr)2(dpm)]에 대한 2mDBTBPDBq-II의 중량비가 0.6:0.4:0.05(=2mDBTBPDBq-II:PCBBiF:[Ir(tppr)2(dpm)])가 되도록 두께 5nm로 공증착법에 의하여 퇴적시켜 제 1 인광성 층(제 2 발광층(113b))-1을 형성하고 나서, 2mDBTBPDBq-II, PCBBiF, 및 구조식(ⅷ)으로 나타내어지는 비스[2-(6-tert-뷰틸-4-피리미딘일-κN3)페닐-κC](2,4-펜탄다이오나토-κ2O,O')이리듐(III)(약칭: [Ir(tBuppm)2(acac)])을 PCBBiF 및 [Ir(tBuppm)2(acac)]에 대한 2mDBTBPDBq-II의 중량비가 0.8:0.2:0.05(=2mDBTBPDBq-II:PCBBiF:[Ir(tBuppm)2(acac)])가 되도록 두께 20nm로 공증착법에 의하여 퇴적시켜 제 2 인광성 층(제 2 발광층(113b))-2를 형성하였다. 따라서, 인광성 층(제 2 발광층(113b))을 형성하였다.
또한, 2mDBTBPDBq-II 및 PCBBiF는 인광성 층(제 2 발광층(113b))에서 들뜬 복합체를 형성한다. 구체적으로, 2mDBTBPDBq-II 및 PCBBiF의 공증착막의 광루미네선스 파장(즉 들뜬 복합체의 발광 파장)은 515nm 주변이다. 이 발광 파장은 [Ir(tppr)2(dpm)] 및 [Ir(tBuppm)2(acac)])의 가장 긴 파장 측의 흡수 밴드와 중첩되므로 에너지 이동 효율이 높다.
형광성 층에서의 호스트 재료인 cgDBCzPA의 단일항 들뜸 에너지가 형광성 물질인 1,6mMemFLPAPrn의 단일항 들뜸 에너지보다 높다. 또한, cgDBCzPA의 삼중항 들뜸 에너지는 1,6mMemFLPAPrn의 삼중항 들뜸 에너지보다 낮다. 따라서, 형광성 층(제 1 발광층(113a))에서, 삼중항-삼중항 소멸에 따른 단일항 여기자의 재생 및 발광이 쉽게 얻어진다. 지연 형광의 발생은 실제로 상술한 구조에서 관찰되었다.
이 후, 인광성 층(제 2 발광층(113b))상에, 2mDBTBPDBq-II를 두께 10nm로 퇴적시키고, 구조식(ⅸ)으로 나타내어지는 바소페난트롤린(약칭: BPhen)을 두께 15nm로 퇴적시켜서 전자 수송층(114)을 형성하였다.
전자 수송층(114)의 형성 후, 플루오린화 리튬(LiF)을 두께 1nm로 증착에 의하여 퇴적시켜 전자 주입층(115)을 형성하였다. 마지막으로, 알루미늄을 두께 200nm로 증착에 의하여 퇴적시켜 캐소드로서 기능하는 제 2 전극(102)을 형성하였다. 상술한 공정을 거쳐 본 실시예의 발광 소자 1을 제작하였다.
또한, 상술한 증착 공정 모두에서, 증착은 저항 가열법에 의하여 수행되었다.
질소 분위기하의 글로브 박스에서, 발광 소자 1을 대기에 노출시키지 않도록 유리 기판으로 밀봉하였다(특히, 밀봉제는 소자의 외부 가장자리에 도포되고, 밀봉과 동시에 UV처리를 먼저 수행하고 나서 가열 처리를 1시간 동안 80℃로 수행하였다). 그 후 발광 소자 1의 신뢰성을 측정하였다. 또한, 측정은 실온(25℃로 유지된 분위기)에서 수행되었다.
도 13은 발광 소자 1의 전류 밀도-휘도 특성을 나타낸 것이다. 도 14는 발광 소자 1의 휘도-전류 효율 특성을 나타낸 것이다. 도 15는 발광 소자 1의 전압-휘도 특성을 나타낸 것이다. 도 16은 발광 소자 1의 휘도-외부 양자 효율 특성을 나타낸 것이다. 도 17은 발광 소자 1의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이다.
상기 특성으로부터 볼 수 있는 바와 같이, 발광 소자 1은 중간층을 포함하지 않지만 발광 소자 1은 1000cd/m2 부근에서 약 30cd/A의 전류 효율 및 약 13%의 외부 양자 효율을 가졌다. 이것은 발광 소자 1이 높은 발광 효율을 갖는 것을 가리킨다. 또한, 발광 소자 1의 구동 전압은 3V 이상 4V 미만으로 낮았다.
또한, 발광 스펙트럼은 [Ir(tppr)2(dpm)]에서 유래되는 적색 발광, [Ir(tBuppm)2(acac)]에서 유래되는 녹색 발광, 및 1,6mMemFLPAPrn에서 유래되는 청색 발광이 관찰된 것을 나타낸다. 이것은 형광성 층(제 1 발광층(113a)) 및 인광성 층(제 2 발광층(113b))의 양쪽으로부터 발광이 충분히 얻어진 것을 가리킨다. 또한, 발광 소자 1은 1000cd/m2 부근에서 3130K의 상관 색 온도 및 92의 평균 연색 평가 지수를 갖고, 이는 발광 소자 1이 조명에 대하여 충분한 색 온도를 갖고 연색성이 뛰어난 것을 의미한다.
도 18은 발광 소자 1에 수행된 신뢰성 시험의 결과를 나타낸 것이다. 신뢰성 시험에서, 발광 소자 1은 초기 휘도가 5000cd/m2이고 전류 밀도가 일정한 조건으로 구동되었다. 도 18은 100%의 초기 휘도로 정규화된 휘도에서의 변화를 나타낸 것이다. 이 결과는 발광 소자 1이 62시간의 구동 후라도 초기 휘도의 94%를 유지하고 발광 소자 1이 구동 시간에 의한 휘도의 저하가 적고 고신뢰성을 갖는 것을 나타낸다.
발광 소자 1에 사용된 cgDBCzPA 및 1,6mMemFLPArn의 단일항 들뜸 준위(S1 준위)는 공증착막의 흡수단으로부터 각각 2.95eV 및 2.68eV로 추측되었다.
표 1은, 본 실시예에서 발광 소자 1에 사용된 2mDBTBPDBq-II, PCBBiF, cgDBCzPA, 및 1,6mMemFLPAPrn의 삼중항 준위(T1 준위)의 측정 결과를 나타낸 것이다. T1 준위는 물질로부터의 인광의 발광을 측정함으로써 얻어졌다. 측정에서, 각 물질은 325nm의 파장의 여기광으로 조사되고, 측정 온도는 10K이었다. 에너지 준위의 측정에서, 흡수 파장으로부터의 계산은 발광 파장으로부터의 계산보다 더 정밀하다. 하지만 T1 준위의 흡수는 매우 적고 측정하기 어렵기 때문에 여기서 인광 스펙트럼의 가장 짧은 파장 측에 위치한 피크 파장을 T1 준위로 하였다. 이 때문에 측정 값에 오차(error)가 조금 포함되어도 좋다. 또한, 항간 교차는 cgDBCzPA 및 1,6mMemFLPAPrn에서 거의 발생하지 않기 때문에 트리스(2-페닐피리디나토)이리듐(약칭: Ir(ppy)3)이 증감제로서 첨가(즉 공증착)됨으로써 인광이 관찰되었다.
인광 피크 파장(nm) T1 준위(eV)
2mDBTBPDBq-II 515 2.41
PCBBiF 509 2.44
cgDBCzPA 721 1.72
1,6mMemFLPAPrn 675 1.84
상술한 결과는, 발광 소자 1의 형광성 층에서, 호스트 재료인 cgDBCzPA의 단일항 들뜸 준위가 형광성 물질인 1,6mMemFLPAPrn의 단일항 들뜸 준위보다 높고, cgDBCzPA의 삼중항 들뜸 준위가 1,6mMemFLPAPrn의 삼중항 들뜸 준위보다 낮은 것을 가리키기 때문에, 형광성 층(제 1 발광층(113a))은 삼중항-삼중항 소멸에 따른 단일항 여기자의 재생 및 발광이 쉽게 얻어지는 구조를 갖는다.
이 결과는 형광성 층에서의 호스트 재료인 cgDBCzPA의 삼중항 들뜸 준위가 인광성 층에서의 제 1 유기 화합물(2mDBTBPDBq-II) 및 제 2 유기 화합물(PCBBiF)의 삼중항 들뜸 준위보다 낮은 것도 가리킨다. 이런 구조의 경우, 인광성 층에서 생긴 많은 삼중항 여기자가 일반적으로는 형광성 층으로 확산되고 비발광성 감쇠가 일어난다. 하지만 본 실시예의 발광 소자 1에서는, 제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물은 들뜬 복합체를 형성하기 때문에 인광성 층에서 생긴 삼중항 여기자가 형광성 층으로 거의 확산되지 않았다. 이유의 하나는 아마 이하와 같다: 하나의 들뜬 복합체로부터 또 다른 들뜬 복합체로의 에너지 이동은 들뜬 복합체가 기저 상태를 갖지 않으므로 일어나기 어렵다. 결과적으로, 발광 소자 1은, 형광성 층 및 인광성 층 양쪽으로부터의 발광 및 고효율이라는 놀라운 특성을 갖는다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 형태의 발광 소자 1은 균형이 매우 좋고, 바람직한 특성을 갖고, 쉽고 저렴하게 제작될 수 있었다. 상술한 결과는 이하에 기인한다: 인광성 층의 에너지 도너로서 들뜬 복합체를 사용함으로써 여기자의 확산이 억제되고 삼중항 들뜸 에너지의 비발광성 감쇠가 저감되고, 발광 효율은 형광성 층에서의 호스트 재료의 삼중항-삼중항 소멸로 인한 지연 형광의 발생에 의하여 향상되었다.
(실시예 2)
본 실시예에서, 본 발명의 실시형태의 발광 소자 2 및 발광 소자 3을 제작하는 방법 및 이들의 특성을 설명한다. 발광 소자 2 및 발광 소자 3에 사용되는 유기 화합물의 구조식을 이하에 나타낸다.
Figure pct00004
(발광 소자 2를 제작하는 방법)
유리 기판 위에, 산화 실리콘을 포함하는 인듐 주석 산화물(ITSO)의 막을 두께 110nm로 스퍼터링법에 의하여 형성하여 제 1 전극(101)을 형성하였다. 전극 면적은 2mm×2mm이었다.
다음으로, 기판 위에 발광 소자를 형성하기 위한 전처리에서, 상기 기판의 표면을 물로 세정하고, 200℃로 1시간 동안 베이킹하고 나서, 370초 동안 UV 오존 처리를 수행하였다.
이 후, 기판을 압력을 약 10-4Pa로 감소시킨 진공 증착 장치로 이동하고, 상기 진공 증착 장치의 가열 체임버에서 170℃로 30분 동안 진공 베이킹을 수행하고 나서 약 30분 동안 냉각시켰다.
이어서, 제 1 전극(101)이 제공된 기판을, 제 1 전극(101)이 형성된 면이 아래를 향하도록, 상기 진공 증착 장치에 제공된 기판 홀더에 고정시켰다. 상기 진공 증착 장치 내의 압력을 약 10-4Pa로 저감시켰다. 이 후, 저항 가열을 사용한 증착법에 의하여 제 1 전극(101)상에 구조식(i)으로 나타내어지는 4,4',4"-(벤젠-1,3,5-트라이일)트라이(다이벤조싸이오펜)(약칭: DBT3P-II) 및 산화 몰리브데넘(VI)을 공증착법에 의하여 퇴적시켜, 홀 주입층(111)을 형성하였다. 이 두께는 30nm로 설정하고, 산화 몰리브데넘에 대한 DBT3P-II의 중량비를 2:1(=DBT3P-II:산화 몰리브데넘)로 조절하였다.
다음에 홀 주입층(111)상에, 구조식(ii)으로 나타내어지는 9-페닐-3-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸(약칭: PCzPA)을 두께 20nm로 퇴적시켜 홀 수송층(112)을 형성하였다.
홀 수송층(112)상에, 구조식(ⅲ)으로 나타내어지는 7-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-7H-다이벤조[c,g]카바졸(약칭: cgDBCzPA) 및 구조식(ⅳ)으로 나타내어지는 N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-비스[3-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]-피렌-1,6-다이아민(약칭: 1,6mMemFLPAPrn)을 1,6mMemFLPAPrn에 대한 cgDBCzPA의 중량비가 1:0.02(=cgDBCzPA:1,6mMemFLPAPrn)가 되도록 두께 10nm로 공증착법에 의하여 퇴적시켜 형광성 층인 제 1 발광층(113a)을 형성하였다. 이 후, 구조식(ⅴ)으로 나타내어지는 2-[3'-(다이벤조싸이오펜-4-일)바이페닐-3-일]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mDBTBPDBq-II), 구조식(ⅵ)으로 나타내어지는 N-(1,1'-바이페닐-4-일)-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: PCBBiF), 및 구조식(ⅹ)으로 나타내어지는 비스{4,6-다이메틸-2-[5-(2,6-다이메틸페닐)-3-(3,5-다이메틸페닐)-2-피라진일-κN]페닐-κC}(2,4-펜탄다이오나토-κ2 O,O')이리듐(III)(약칭: [Ir(dmdppr-dmp)2(acac)])은 PCBBiF 및 [Ir(dmdppr-dmp)2(acac)]에 대한 2mDBTBPDBq-II의 중량비가 0.5:0.5:0.05(=2mDBTBPDBq-II:PCBBiF:[Ir(dmdppr-dmp)2(acac)])가 되도록 두께 5nm로 공증착법에 의하여 퇴적시켜 제 1 인광성 층(제 2 발광층(113b))-1을 형성한 후, 2mDBTBPDBq-II, PCBBiF, 및 구조식(ⅷ)으로 나타내어지는 비스[2-(6-tert-뷰틸-4-피리미딘일-κN3)페닐-κC](2,4-펜탄다이오나토-κ2O,O')이리듐(III)(약칭: [Ir(tBuppm)2(acac)])을 PCBBiF 및 [Ir(tBuppm)2(acac)]에 대한 2mDBTBPDBq-II의 중량비가 0.8:0.2:0.05(=2mDBTBPDBq-II:PCBBiF:[Ir(tBuppm)2(acac)])가 되도록 두께 20nm로 공증착법에 의하여 퇴적시켜 제 2 인광성 층(제 2 발광층(113b))-2를 형성하였다. 따라서, 인광성 층인 제 2 발광층(113b)을 형성하였다.
또한, 2mDBTBPDBq-II 및 PCBBiF는 인광성 층에서 들뜬 복합체를 형성한다. 이 발광 파장은 [Ir(dmdppr-dmp)2(acac)] 및 [Ir(tBuppm)2(acac)])의 가장 긴 파장 측의 흡수 밴드와 중첩되므로 에너지 이동이 매우 높다.
형광성 층(제 1 발광층(113a))에서, 호스트 재료인 cgDBCzPA의 단일항 들뜸 에너지가 형광성 물질인 1,6mMemFLPAPrn의 단일항 들뜸 에너지보다 높다. 또한, cgDBCzPA의 삼중항 들뜸 에너지는 1,6mMemFLPAPrn의 삼중항 들뜸 에너지보다 낮다. 따라서, 인광성 층(제 1 발광층(113a))에서, 삼중항-삼중항 소멸에 따른 단일항 여기자의 재생 및 발광이 쉽게 얻어진다.
이 후, 인광성 층인 제 2 발광층(113b)상에, 2mDBTBPDBq-II를 두께 10nm로 퇴적시키고, 구조식(ⅸ)으로 나타내어지는 바소페난트롤린(약칭: BPhen)을 두께 15nm로 퇴적시켜서 전자 수송층(114)을 형성하였다.
전자 수송층(114)의 형성 후, 플루오린화 리튬(LiF)을 두께 1nm로 증착에 의하여 퇴적시켜 전자 주입층(115)을 형성하였다. 마지막으로, 알루미늄을 두께 200nm로 증착에 의하여 퇴적시켜 캐소드로서 기능하는 제 2 전극(102)을 형성하였다. 상술한 공정을 거쳐 본 실시예의 발광 소자 2를 제작하였다.
또한, 상술한 증착 공정 모두에서, 증착은 저항 가열법에 의하여 수행되었다.
(발광 소자 3을 제작하는 방법)
발광 소자 3은, 발광 소자 2에서의 제 1 인광성 층(제 2 발광층(113b))-1을 형성하기 위하여 사용한 PCBBiF 및 [Ir(dmdppr-dmp)2(acac)]에 대한 2mDBTBPDBq-II의 중량비를 0.2:0.8:0.05로 설정하고, 제 2 인광성 층(제 2 발광층(113b))-2를 형성하기 위하여 사용한 PCBBiF 및 [Ir(tBuppm)2(acac)])에 대한 2mDBTBPDBq-II의 중량비를 0.9:0.1:0.05로 설정한 것을 빼면 발광 소자 2와 비슷한 방법으로 제작하였다.
질소 분위기하의 글로브 박스에서, 발광 소자 2 및 발광 소자 3을 대기에 노출시키지 않도록 유리 기판으로 각각 밀봉하였다(특히, 밀봉제는 소자의 외부 가장자리에 도포되고, 밀봉과 동시에 UV처리를 먼저 수행하고 나서 가열 처리를 80℃로 1시간 동안 수행하였다). 이 후, 발광 소자의 특성을 측정하였다. 또한, 측정은 실온(25℃로 유지된 분위기)으로 적분구로 수행되었다. 표 2는 2.5mA/cm3의 전류 밀도에서의 특성 값을 나타낸 것이다.
전압
(V)		 상관 색 온도
(K)		 duv 평균 연색 평가 지수
Ra		 전력 효율 (lm/W) 외부 양자 효율
(%)
발광 소자 2 3.0 4710 0.0142 86 36 14
발광 소자 3 3.0 2950 0.0083 88 45 18
발광 소자 2 및 3은 특수한 광추출(outcoupling) 구조를 갖지 않지만, 발광 소자 2 및 3은 외부 양자 효율 및 전력 효율이 높다. 또한, 전압은 탠덤 발광 소자에 비하여 3V로 낮았다.
도 19의 (A)는 발광 소자 2의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이고, 도 19의 (B)는 발광 소자 3의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이다. 발광 스펙트럼들로부터 볼 수 있는 바와 같이, [Ir(dmdppr-dmp)2(acac)]에서 유래되는 적색 발광, [Ir(tBuppm)2(acac)]에서 유래되는 녹색 발광, 및 1,6mMemFLPAPrn에서 유래되는 청색 발광이 관찰되었다. 이것은 형광성 층인 제 1 발광층(113a) 및 인광성 층인 제 2 발광층(113b)의 양쪽으로부터 발광이 충분히 얻어진 것을 가리킨다.
또한, 각 발광 소자는, 각 발광 소자가 바람직한 연색성을 갖는 것을 의미하는 85 이상의 평균 연색 평가 지수(Ra)를 갖고, duv가 작기 때문에 발광 소자는 조명에 적합하게 사용된다. 또한, 발광 소자 2는 주백색(day white)인 4710K의 색 온도를 갖고, 발광 소자 3은 전구색(incandescent color)인 2950K의 색 온도를 갖는다. 이것은 발광 소자 2 및 3이 규격에 일치한 특성을 갖는 것을 가리킨다.
발광 소자 2 및 발광 소자 3의 차이는 제 2 발광층(113b)을 형성하기 위한 물질의 혼합 비율에 있을 뿐이다. 바꿔 말하면 본 실시예는 2950K~4710K의 넓은 색 온도 범위에서의 백색 발광이 단순한 방법인, 물질의 혼합 비율을 조정하는 것으로 얻어질 수 있는 것을 나타낸다. 또한, 2950K 이하 4710K 이상의 색 온도는 조절에 따라 얻어질 수 있다. 또한, 넓은 색 온도 범위에서의 발광이 효율을 크게 저하시키지 않고 얻어졌다는 것도 중요한 특징이다. 본 실시예에서, 각각 청색, 녹색, 및 적색의 3색을 발광하는 발광 소자가 제작되었기 때문에 백색 발광의 경우를 설명한다. 또 다른 색의 광을 발하는 발광 소자가 제작되는 경우, 발광의 혼색 비율을 제어할 수 있고 원하는 발광색을 상기 발광 소자에 포함되는 물질의 혼합 비율을 조정함으로써 쉽게 얻을 수 있다.
상술한 바와 같이, 발광 소자 2 및 발광 소자 3은 균형이 매우 좋고, 바람직한 특성을 갖고, 쉽고 저렴하게 제작될 수 있다. 상술한 결과는 이하에 기인한다: 인광성 층의 에너지 도너로서 들뜬 복합체를 사용함으로써 여기자의 확산이 억제되고 삼중항 들뜸 에너지의 비발광성 감쇠가 저감되고, 발광 효율은 형광성 층에서의 호스트 재료의 삼중항-삼중항 소멸로 인한 지연 형광의 발생에 의하여 향상되었다.
(실시예 3)
본 실시예에서, 본 발명의 일 형태의 발광 소자 4를 제작하는 방법 및 이들의 특성을 설명한다. 발광 소자 4에서, 제 1 발광층(113a)이 캐소드 측에 형성되고, 제 2 발광층(113b)이 애노드 측에 형성되었다. 발광 소자 4에 사용되는 유기 화합물의 구조식을 이하에 나타낸다.
Figure pct00005
(발광 소자 4를 제작하는 방법)
유리 기판 위에, 산화 실리콘을 포함하는 인듐 주석 산화물(ITSO)의 막을 두께 110nm로 스퍼터링법에 의하여 형성하여 제 1 전극(101)을 형성하였다. 전극 면적은 2mm×2mm이었다.
다음으로, 기판 위에 발광 소자를 형성하기 위한 전처리에서, 상기 기판의 표면을 물로 세정하고, 200℃로 1시간 동안 베이킹하고 나서, 370초 동안 UV 오존 처리를 수행하였다.
이 후, 상기 기판을 압력을 약 10-4Pa로 감소시킨 진공 증착 장치로 이동하고, 상기 진공 증착 장치의 가열 체임버에서 170℃로 30분 동안 진공 베이킹을 수행하고 나서 약 30분 동안 냉각시켰다.
이어서, 제 1 전극(101)이 제공된 기판을, 제 1 전극(101)이 형성된 면이 아래를 향하도록, 상기 진공 증착 장치에 제공된 기판 홀더에 고정시켰다. 상기 진공 증착 장치 내의 압력을 약 10-4Pa로 저감시켰다. 이 후, 저항 가열을 사용한 증착법에 의하여 제 1 전극(101)상에 구조식(i)으로 나타내어지는 4,4',4"-(벤젠-1,3,5-트라이일)트라이(다이벤조싸이오펜)(약칭: DBT3P-II) 및 산화 몰리브데넘(VI)을 공증착법에 의하여 퇴적시켜, 홀 주입층(111)을 형성하였다. 이 두께는 40nm로 설정하고, 산화 몰리브데넘에 대한 DBT3P-II의 중량비를 4:2(=DBT3P-II:산화 몰리브데넘)로 조절하였다.
다음에 홀 주입층(111)상에, 구조식(ⅵ)으로 나타내어지는 N-(1,1'-바이페닐-4-일)-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: PCBBiF)을 두께 20nm로 퇴적시켜 홀 수송층(112)을 형성하였다.
홀 수송층(112)상에, 구조식(ⅴ)으로 나타내어지는 2-[3'-(다이벤조싸이오펜-4-일)바이페닐-3-일]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mDBTBPDBq-II), PCBBiF, 및 구조식(ⅶ)으로 나타내어지는 (다이피발로일메타나토)비스(2,3,5-트라이페닐피라지나토)이리듐(III)(약칭: [Ir(tppr)2(dpm)])을 PCBBiF 및 [Ir(tppr)2(dpm)]에 대한 2mDBTBPDBq-II의 중량비가 0.2:0.8:0.05(=2mDBTBPDBq-II:PCBBiF:[Ir(tppr)2(dpm)])가 되도록 두께 20nm로 공증착법에 의하여 퇴적시켜 제 1 인광성 층(제 2 발광층(113b))-1을 형성한 후, 2mDBTBPDBq-II, PCBBiF, 및 구조식(ⅷ)으로 나타내어지는 비스[2-(6-tert-뷰틸-4-피리미딘일-kN3)페닐-kC](2,4-펜탄다이오나토-k2O,O')이리듐(III)(약칭: [Ir(tBuppm)2(acac)])를 PCBBiF 및 [Ir(tBuppm)2(acac)]에 대한 2mDBTBPDBq-II의 중량비가 0.3:0.7:0.05(=2mDBTBPDBq-II:PCBBiF:[Ir(tBuppm)2(acac)])가 되도록 두께 5nm의 공증착법에 의하여 퇴적시켜 제 2 인광성 층(제 2 발광층(113b))-2를 형성하였다. 따라서, 인광성 층인 제 2 발광층(113b)이 형성되었다. 이 후, 구조식(ⅲ)으로 나타내어지는 7-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-7H-다이벤조[c,g]카바졸(약칭: cgDBCzPA) 및 구조식(ⅳ)으로 나타내어지는 N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-비스[3-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]-피렌-1,6-다이아민(약칭: 1,6mMemFLPAPrn)을 1,6mMemFLPAPrn에 대한 cgDBCzPA의 중량비가 1:0.04(=cgDBCzPA:1,6mMemFLPAPrn)가 되도록 두께 25nm로 공증착법에 의하여 퇴적시켜 형광성 층인 제 1 발광층(113a)을 형성하였다. 상술한 공정을 거쳐 발광층(113)을 형성하였다.
또한, 2mDBTBPDBq-II 및 PCBBiF는 인광성 층인 제 2 발광층(113b)에서 들뜬 복합체를 형성한다. 이 발광 파장은 [Ir(tppr)2(dpm)] 및 [Ir(tBuppm)2(acac)])의 가장 긴 파장 측의 흡수 밴드와 중첩되므로 에너지 이동 효율이 높다.
형광성 층(제 1 발광층(113a))에서, 호스트 재료인 cgDBCzPA의 단일항 들뜸 에너지가 형광성 물질인 1,6mMemFLPAPrn의 단일항 들뜸 에너지보다 높다. 또한, cgDBCzPA의 삼중항 들뜸 에너지는 1,6mMemFLPAPrn의 삼중항 들뜸 에너지보다 낮다. 따라서, 인광성 층(제 1 발광층(113a))에서, 삼중항-삼중항 소멸에 따른 단일항 여기자의 재생 및 발광이 쉽게 얻어진다.
이 후, 형광성 층인 제 1 발광층(113a)상에, cgDBCzPA를 두께 10nm로 퇴적시키고, 구조식(ⅸ)으로 나타내어지는 바소페난트롤린(약칭: BPhen)을 두께 15nm로 퇴적시켜 전자 수송층(114)을 형성하였다.
전자 수송층(114)의 형성 후, 플루오린화 리튬(LiF)을 두께 1nm로 증착에 의하여 퇴적시켜 전자 주입층(115)을 형성하였다. 마지막으로, 알루미늄을 두께 200nm로 증착에 의하여 퇴적시켜 캐소드로서 기능하는 제 2 전극(102)을 형성하였다. 상술한 공정을 거쳐 본 실시예의 발광 소자 1을 제작하였다. 또한, 상술한 증착 공정 모두에서, 증착은 저항 가열법에 의하여 수행되었다.
발광 소자 4의 소자 구조를 표 3에 나타낸다.
질소 분위기하의 글로브 박스에서, 발광 소자 4를 대기에 노출시키지 않도록 유리 기판으로 밀봉하였다(특히, 밀봉제는 소자의 외부 가장자리에 도포되고, 밀봉과 동시에 UV처리를 먼저 수행하고 나서 가열 처리를 80℃로 1시간 동안 수행하였다). 이 후, 발광 소자 4의 특성을 2.5mA/cm2의 전류 밀도에서, 1000cd/cm2 근방에서 측정하였다.
전압
(V)		 상관 색 온도
(K)		 duv 평균 연색 평가 지수
Ra		 전력 효율 (lm/W) 외부 양자 효율
(%)
발광 소자 4 2.7 2690 0.01 84 29 11
발광 소자 4는 특수한 광추출 구조를 갖지 않지만, 발광 소자 4는 외부 양자 효율 및 전력 효율이 높다. 또한, 발광 소자 4의 전압은 탠덤 발광 소자에 비하여 2.7V로 매우 낮았다.
도 20은 발광 소자 4의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이다. 발광 스펙트럼으로부터 볼 수 있는 바와 같이, [Ir(tppr)2(dpm)]에서 유래되는 적색 발광, [Ir(tBuppm)2(acac)]에서 유래되는 녹색 발광, 및 1,6mMemFLPAPrn에서 유래되는 청색 발광이 관찰되었다. 이것은 형광성 층인 제 1 발광층(113a) 및 인광성 층인 제 2 발광층(113b)의 양쪽으로부터 발광이 충분히 얻어진 것을 가리킨다.
또한, 발광 소자 4는, 발광 소자 4가 바람직한 연색성을 갖는 것을 의미하는 84의 평균 연색 평가 지수(Ra)를 갖고, duv가 작기 때문에 발광 소자 4는 조명에 적합하게 사용된다. 또한, 발광 소자 4는 전구색인 2690K의 색 온도를 가졌다. 이것은 발광 소자 4가 규격에 일치한 특성을 갖는 것을 가리킨다.
상술한 바와 같이, 발광 소자 4는 균형이 좋고, 바람직한 특성을 갖고, 쉽고 저렴하게 제작될 수 있다. 상술한 결과는 이하에 기인한다: 인광성 층의 에너지 도너로서 들뜬 복합체를 사용함으로써 여기자의 확산이 억제되고 삼중항 들뜸 에너지의 비발광성 감쇠가 저감되고, 발광 효율은 형광성 층에서의 호스트 재료의 삼중항-삼중항 소멸로 인한 지연 형광의 발생에 의하여 향상되었다. 발광층(113)의 적층 순서가 변화되더라도 바람직한 특성이 얻어질 수 있는 것도 알게 되었다.
101: 제 1 전극, 102: 제 2 전극, 103: EL층, 111: 홀 주입층, 112: 홀 수송층, 113: 발광층, 113a: 제 1 발광층, 113b: 제 2 발광층, 114: 전자 수송층, 115: 전자 주입층, 400: 기판, 401: 제 1 전극, 403: EL층, 404: 제 2 전극, 405: 밀봉제, 406: 밀봉제, 407: 밀봉 기판, 412: 패드, 420: IC 칩, 501: 제 1 전극, 502: 제 2 전극, 511: 제 1 발광 유닛, 512: 제 2 발광 유닛, 513: 전하 발생층, 601: 구동 회로부(소스선 구동 회로), 602: 화소부, 603: 구동 회로부(게이트선 구동 회로), 604: 밀봉 기판, 605: 밀봉제, 607: 공간, 608: 배선, 609: FPC(flexible printed circuit), 610: 소자 기판, 611: 스위칭 FET, 612: 전류 제어 FET, 613: 제 1 전극, 614: 절연물, 616: EL층, 617: 제 2 전극, 618: 발광 소자, 623: n채널 FET, 624: p채널 FET, 625: 건조제, 901: 하우징, 902: 액정층, 903: 백라이트 유닛, 904: 하우징, 905: 드라이버 IC, 906: 단자, 951: 기판, 952: 전극, 953: 절연층, 954: 격벽층, 955: EL층, 956: 전극, 1001: 기판, 1002: 하지 절연막, 1003: 게이트 절연막, 1006: 게이트 전극, 1007: 게이트 전극, 1008: 게이트 전극, 1020: 제 1 층간 절연막, 1021: 제 2 층간 절연막, 1022: 전극, 1024W: 발광 소자의 제 1 전극, 1024R: 발광 소자의 제 1 전극, 1024G: 발광 소자의 제 1 전극, 1024B: 발광 소자의 제 1 전극, 1025: 격벽, 1028: EL층, 1029: 발광 소자의 제 2 전극, 1031: 밀봉 기판, 1032: 밀봉제, 1033: 투명 모재, 1034R: 적색 착색층, 1034G: 녹색 착색층, 1034B: 청색 착색층, 1035: 흑색층(블랙 매트릭스), 1036: 오버코트층, 1037: 제 3 층간 절연막, 1040: 화소부, 1041: 구동 회로부, 1042: 주변부, 2001: 하우징, 2002: 광원, 3001: 조명 장치, 5000: 표시 영역, 5001: 표시 영역, 5002: 표시 영역, 5003: 표시 영역, 5004: 표시 영역, 5005: 표시 영역, 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, 7210: 제 2 표시부, 7301: 하우징, 7302: 하우징, 7303: 이음매부, 7304: 표시부, 7305: 표시부, 7306: 스피커부, 7307: 기록 매체 삽입부, 7308: LED 램프, 7309: 조작 키, 7310: 접속 단자, 7311: 센서, 7401: 하우징, 7402: 표시부, 7403: 조작 버튼, 7404: 외부 접속 포트, 7405: 스피커, 7406: 마이크로폰, 7400: 휴대 전화, 9033: 클립, 9034: 스위치, 9035: 전원 스위치, 9036: 스위치, 9038: 조작 스위치, 9630: 하우징, 9631: 표시부, 9631a: 표시부, 9631b: 표시부, 9632a: 터치스크린 영역, 9632b: 터치스크린 영역, 9633: 태양 전지, 9634: 충방전 제어 회로, 9635: 배터리, 9636: DC-DC 컨버터, 9637: 조작 키, 9638: 컨버터, 및 9639: 버튼.
본 출원은 2013년 8월 26일에 일본 특허청에 출원된 일련 번호 2013-174560의 일본 특허 출원, 2013년 12월 2일에 일본 특허청에 출원된 일련 번호 2013-249449의 일본 특허 출원, 및 2014년 5월 30일에 일본 특허청에 출원된 일련 번호 2014-112119의 일본 특허 출원에 기초하고, 본 명세서에 그 전문이 참조로 통합된다.

Claims (19)

  1. 발광 소자에 있어서,
    한 쌍의 전극,
    상기 한 쌍의 전극 사이의 EL층, 및
    상기 EL층에서의, 제 1 발광층, 및 상기 제 1 발광층과 접촉되는 제 2 발광층을 포함하고,
    상기 제 1 발광층은 형광성 물질 및 호스트 재료를 포함하고,
    상기 제 2 발광층은 제 1 유기 화합물, 제 2 유기 화합물, 및 물질을 포함하고,
    상기 제 1 유기 화합물 및 상기 제 2 유기 화합물은 들뜬 복합체를 형성하고 삼중항 들뜸 에너지를 생성하고,
    상기 물질은 상기 삼중항 들뜸 에너지를 발광으로 변환할 수 있고,
    상기 제 1 발광층은 제 1 스펙트럼을 포함하는 광을 발할 수 있고,
    상기 제 2 발광층은 제 2 스펙트럼을 포함하는 광을 발할 수 있고,
    상기 제 1 스펙트럼은 상기 제 2 스펙트럼보다 짧은 파장을 포함하는, 발광 소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 호스트 재료의 단일항 들뜸 준위가 상기 형광성 물질의 단일항 들뜸 준위보다 높고,
    상기 호스트 재료의 삼중항 들뜸 준위가 상기 형광성 물질의 삼중항 들뜸 준위보다 낮은, 발광 소자.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 호스트 재료의 삼중항 들뜸 준위가 상기 제 1 유기 화합물 및 상기 제 2 유기 화합물의 삼중항 들뜸 준위보다 낮은, 발광 소자.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 유기 화합물은 홀 수송성을 갖는 재료이고,
    상기 제 2 유기 화합물은 전자 수송성을 갖는 재료이고,
    상기 제 2 유기 화합물에 대한 상기 제 1 유기 화합물의 혼합 비율은 5:5~9:1의 범위에 있는, 발광 소자.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 호스트 재료는 축합 방향족 고리 골격을 갖는 유기 화합물인, 발광 소자.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 호스트 재료는 안트라센 골격을 갖는 유기 화합물인, 발광 소자.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 호스트 재료는 안트라센 골격을 갖는 유기 화합물이고,
    상기 형광성 물질은 피렌 골격을 갖는 유기 화합물인, 발광 소자.
  8. 발광 소자에 있어서,
    한 쌍의 전극,
    상기 한 쌍의 전극 사이의 EL층, 및
    상기 EL층에서의, 제 1 발광층, 및 상기 제 1 발광층과 접촉되는 제 2 발광층을 포함하고,
    상기 제 1 발광층은 형광성 물질 및 호스트 재료를 포함하고,
    상기 제 2 발광층은 제 1 층 및 제 2 층을 포함하고,
    상기 제 1 층은 제 1 유기 화합물, 제 2 유기 화합물, 및 제 1 인광성 물질을 포함하고,
    상기 제 1 유기 화합물 및 상기 제 2 유기 화합물은 제 1 들뜬 복합체를 형성하고, 제 1 삼중항 들뜸 에너지를 생성하고,
    상기 제 1 인광성 물질은 상기 제 1 삼중항 들뜸 에너지를 발광으로 변환할 수 있고,
    상기 제 2 층은 제 3 유기 화합물, 제 4 유기 화합물, 및 제 2 인광성 물질을 포함하고,
    상기 제 3 유기 화합물 및 상기 제 4 유기 화합물은 제 2 들뜬 복합체를 형성하고 제 2 삼중항 들뜸 에너지를 생성하고,
    상기 제 2 인광성 물질은 상기 제 2 삼중항 들뜸 에너지를 발광으로 변환할 수 있고,
    상기 제 1 발광층은 제 1 스펙트럼을 포함하는 광을 발할 수 있고,
    상기 제 2 발광층은, 상기 제 1 층에서 제 2 스펙트럼을 포함하는 광을 발할 수 있고, 상기 제 2 층에서 제 3 스펙트럼을 포함하는 광을 발할 수 있고,
    상기 제 1 스펙트럼은 상기 제 2 스펙트럼 및 상기 제 3 스펙트럼보다 짧은 파장을 포함하는, 발광 소자.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 호스트 재료의 단일항 들뜸 준위가 상기 형광성 물질의 단일항 들뜸 준위보다 높고,
    상기 호스트 재료의 삼중항 들뜸 준위가 상기 형광성 물질의 삼중항 들뜸 준위보다 낮은, 발광 소자.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 호스트 재료의 삼중항 들뜸 준위가 상기 제 1 유기 화합물 및 상기 제 2 유기 화합물의 삼중항 들뜸 준위, 및 상기 제 3 유기 화합물 및 상기 제 4 유기 화합물의 삼중항 들뜸 준위보다 낮은, 발광 소자.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 유기 화합물은 홀 수송성을 갖는 재료이고,
    상기 제 2 유기 화합물은 전자 수송성을 갖는 재료이고,
    상기 제 3 유기 화합물은 홀 수송성을 갖는 재료이고,
    상기 제 4 유기 화합물은 전자 수송성을 갖는 재료이고,
    상기 제 2 유기 화합물에 대한 상기 제 1 유기 화합물의 혼합 비율은 5:5~9:1의 범위에 있고,
    상기 제 4 유기 화합물에 대한 상기 제 3 유기 화합물의 혼합 비율은 5:5~9:1의 범위에 있는, 발광 소자.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 호스트 재료는 축합 방향족 고리 골격을 갖는 유기 화합물인, 발광 소자.
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 호스트 재료는 안트라센 골격을 갖는 유기 화합물인, 발광 소자.
  14. 제 8 항에 있어서,
    상기 호스트 재료는 안트라센 골격을 갖는 유기 화합물이고,
    상기 형광성 물질은 피렌 골격을 갖는 유기 화합물인, 발광 소자.
  15. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 발광층은 청색 광을 발하고,
    상기 제 1 층은 적색 광을 발하고,
    상기 제 2 층은 녹색 광을 발하는, 발광 소자.
  16. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 스펙트럼은 400nm~480nm의 범위에서 발광 스펙트럼 피크를 갖고,
    상기 제 2 스펙트럼은 580nm~680nm의 범위에서 발광 스펙트럼 피크를 갖고,
    상기 제 3 스펙트럼은 500nm~560nm의 범위에서 발광 스펙트럼 피크를 갖는, 발광 소자.
  17. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 발광층, 상기 제 1 층, 및 상기 제 2 층은 이 차례로 적층되는, 발광 소자.
  18. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 발광층은 상기 한 쌍의 전극의 애노드 측에 형성되고, 상기 제 2 발광층은 상기 한 쌍의 전극의 캐소드 측에 형성되는, 발광 소자.
  19. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 인광성 물질은 전자 트랩성을 갖고,
    상기 제 2 인광성 물질은 전자 트랩성을 갖는, 발광 소자.
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