KR20160094378A - 발광 소자, 발광 장치, 전자 기기, 및 조명 장치 - Google Patents

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

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유스케 노나카
다카히로 이시소네
사토시 세오
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가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼
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Abstract

발광 소자는 한 쌍의 전극 사이에, 형광을 발하는 제 1 발광층 및 인광을 발하는 제 2 발광층의 적층을 포함한다. 제 2 발광층은 엑시플렉스가 형성되는 제 1 층, 엑시플렉스가 형성되는 제 2 층, 및 엑시플렉스가 형성되는 제 3 층을 포함한다. 제 2 층은 제 1 층 위에 위치하고, 제 3 층은 제 2 층 위에 위치한다. 제 2 층의 발광 피크 파장은 제 1 층의 발광 피크 파장 및 제 3 층의 발광 피크 파장보다 길다.

Description

발광 소자, 발광 장치, 전자 기기, 및 조명 장치{LIGHT-EMITTING ELEMENT, LIGHT-EMITTING DEVICE, ELECTRONIC APPLIANCE, AND LIGHTING DEVICE}
본 발명의 일 실시형태는, 전계의 인가에 의하여 발광하는 유기 화합물이 한 쌍의 전극 사이에 제공되는 발광 소자에 관한 것이며, 또한 이러한 발광 소자를 포함하는 발광 장치, 전자 기기, 및 조명 장치에 관한 것이다.
다만, 본 발명의 일 실시형태는 상술한 기술 분야에 한정되지 않는다. 본 명세서 등에 개시(開示)된 발명의 일 실시형태의 기술 분야는 물건, 방법, 또는 제작 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명의 일 실시형태는 공정(process), 기계(machine), 제품(manufacture), 또는 조성물(composition of matter)에 관한 것이다. 구체적으로는, 본 명세서에 개시된 본 발명의 일 실시형태의 기술 분야의 예에는, 반도체 장치, 표시 장치, 액정 표시 장치, 발광 장치, 조명 장치, 축전 장치, 기억 장치, 이들 중 어느 것의 구동 방법, 및 이들 중 어느 것의 제작 방법이 포함된다.
박형, 경량, 고속 응답, 및 낮은 전압에서의 직류 구동 등의 특징을 갖는 유기 화합물을 발광체로서 사용한 발광 소자는 차세대 평판 디스플레이에 사용되는 것이 기대된다. 특히, 발광 소자들이 매트릭스로 배열된 표시 장치는 종래의 액정 표시 장치보다 넓은 시야각 및 우수한 시인성(visibility)에서 장점을 갖는 것으로 생각된다.
발광의 메커니즘은 아래와 같이 알려져 있다. 발광체를 포함하는 EL층을 개재(介在)한 한 쌍의 전극 사이에 전압이 인가될 때, 전극으로부터 캐리어들(전자 및 정공)이 주입되고, 이 캐리어들이 재결합되어 여기자를 형성하고, 이 여기자가 기저 상태로 되돌아갈 때 에너지가 방출되어 발광한다. 들뜬 상태로서는 단일항 들뜬 상태(S*) 및 삼중항 들뜬 상태(T*)가 알려져 있다. 단일항 들뜬 상태로부터의 발광이 형광이라고 불리고, 삼중항 들뜬 상태로부터의 발광이 인광이라고 불린다. 발광 소자에서의 들뜬 상태의 통계적 생성 비율은 S*:T*=1:3인 것으로 생각된다.
이러한 발광 소자의 소자 특성을 향상시키기 위하여, 항간 교차(intersystem crossing)(즉, 단일항 들뜬 상태로부터 삼중항 들뜬 상태로의 전이)가 일어나기 쉬운 인광 물질을 함유한 발광 소자가 활발히 개발되고 있다. 또한, 백색 발광을 위하여 상이한 인광 물질을 함유하는 층들이 적층되는 발광 소자가 개시되어 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).
일본 공개 특허 출원 제2004-522276
상술한 구조를 갖는 발광 소자에서는, 인광을 발하는 발광층(인광 층)이 적층된다. 상기 구조는 아래의 이유로 채용된다. 인광을 이용함으로써 높은 발광 효율을 얻을 수 있고, 형광을 발하는 층(형광 층)과 인광을 발하는 층(인광 층)이 적층된 경우, 인광 층에서 발생된 삼중항 여기자가 확산되어, 삼중항 들뜬 에너지가 형광 층으로 이동하여 감쇠되기 때문에, 발광 효율의 큰 저하가 일어나기 때문이다.
상술한 관점에서, 본 발명의 일 실시형태의 목적은 형광 층과 인광 층이 적층된 구조에도 불구하고 양호한 발광 효율을 갖는 발광 소자를 제공하는 것이다. 본 발명의 일 실시형태의 또 다른 목적은 상기 발광 소자를 사용하여 저전력 소비가 가능한 발광 장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 일 실시형태의 또 다른 목적은 상기 발광 소자를 사용하여 저전력 소비가 가능한 전자 기기 및 조명 장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 일 실시형태의 또 다른 목적은, 신규 발광 소자, 신규 발광 장치, 또는 신규 조명 장치 등을 제공하는 것이다. 다만, 이들 목적의 기재는 다른 목적의 존재를 방해하지 않는다. 본 발명의 일 실시형태에서는 반드시 모든 목적을 달성할 필요는 없다. 다른 목적은 명세서, 도면, 및 청구항 등의 기재로부터 분명하고 추출할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태는, 한 쌍의 전극 사이에, 형광을 발하는 제 1 발광층과 인광을 발하는 제 2 발광층의 적층 구조를 적어도 갖는 발광층을 포함하는 EL층을 포함하는 발광 소자이다. 제 2 발광층은 엑시플렉스(exciplex)가 형성되는 복수의 층을 적어도 포함한다. 이들 엑시플렉스가 형성되는 층은, 한 층이 2개의 층 사이에 끼워지며 접촉되고 이 2개의 층으로부터 방출되는 광보다 긴 발광 피크 파장의 광을 발하는 적층 구조를 형성한다.
본 발명의 또 다른 실시형태는, 한 쌍의 전극 사이에, 형광을 발하는 제 1 발광층과 인광을 발하는 제 2 발광층이 서로 접촉되는 적층 구조를 적어도 갖는 발광층을 포함하는 EL층을 포함하는 발광 소자이다. 제 2 발광층은 엑시플렉스를 형성하는 물질 및 인광 물질을 함유하는 복수의 층을 포함한다. 복수의 층은, 한 층이 2개의 층 사이에 끼워지며 접촉되고 이 2개의 층으로부터 방출되는 광보다 긴 발광 피크 파장의 광을 발하는 적층 구조를 형성한다.
본 발명의 또 다른 실시형태는, 한 쌍의 전극 사이에, 형광을 발하는 제 1 발광층과 인광을 발하는 제 2 발광층이 서로 접촉되는 적층 구조를 적어도 갖는 발광층을 포함하는 EL층을 포함하는 발광 소자이다. 제 2 발광층은 엑시플렉스를 형성하는 물질 및 인광 물질을 함유하는 복수의 층을 포함한다. 복수의 층은, 한 층이, 같은 재료를 사용하여 형성된 2개의 층 사이에 끼워지며 접촉되고 이 2개의 층으로부터 방출되는 광보다 긴 발광 피크 파장의 광을 발하는 적층 구조를 형성한다.
본 발명의 또 다른 실시형태는, 한 쌍의 전극 사이에, 형광을 발하는 제 1 발광층과 인광을 발하는 제 2 발광층이 서로 접촉되는 적층 구조를 적어도 갖는 발광층을 포함하는 EL층을 포함하는 발광 소자이다. 제 2 발광층은 엑시플렉스를 형성하는 물질 및 인광 물질을 함유하는 복수의 층을 포함한다. 복수의 층은, 하나 이상의 공통된 유기 화합물을 함유하고, 한 층이 2개의 층 사이에 끼워지며 접촉되고 이 2개의 층으로부터 방출되는 광보다 긴 발광 피크 파장의 광을 발하는 적층 구조를 형성한다.
본 발명의 또 다른 실시형태는, 한 쌍의 전극 사이에, 형광을 발하는 제 1 발광층과 인광을 발하는 제 2 발광층이 서로 접촉되는 적층 구조를 적어도 갖는 발광층을 포함하는 EL층을 포함하는 발광 소자이다. 제 1 발광층은 형광 물질을 함유하고, 제 2 발광층은 인광 물질을 함유하는 복수의 층을 포함한다. 인광 물질을 함유하는 이들 층은, 한 층이 2개의 층 사이에 끼워지며 접촉되고 이 2개의 층으로부터 방출되는 광보다 긴 발광 피크 파장의 광을 발하는 적층 구조를 형성한다.
본 발명의 또 다른 실시형태는, 한 쌍의 전극 사이에, 형광을 발하는 제 1 발광층과 인광을 발하는 제 2 발광층이 서로 접촉되는 적층 구조를 적어도 갖는 발광층을 포함하는 EL층을 포함하는 발광 소자이다. 제 1 발광층은 형광 물질 및 이 형광 물질보다 T1 준위가 낮은 호스트 재료를 함유하고, 제 2 발광층은 엑시플렉스를 형성하는 물질 및 인광 물질을 함유하는 복수의 층을 포함한다. 복수의 층은, 한 층이 2개의 층 사이에 끼워지며 접촉되고 이 2개의 층으로부터 방출되는 광보다 긴 발광 피크 파장의 광을 발하는 적층 구조를 형성한다.
본 발명의 또 다른 실시형태는, 한 쌍의 전극 사이에, 형광을 발하는 제 1 발광층과 인광을 발하는 제 2 발광층이 서로 접촉되는 적층 구조를 적어도 갖는 발광층을 포함하는 EL층을 포함하는 발광 소자이다. 제 1 발광층은 형광 물질 및 이 형광 물질보다 T1 준위가 낮은 호스트 재료를 함유하고, 제 2 발광층은 엑시플렉스를 형성하는 물질 및 인광 물질을 함유하는 복수의 층을 포함한다. 복수의 층은, 한 층이, 같은 재료를 사용하여 형성된 2개의 층 사이에 끼워지며 접촉되고 이 2개의 층으로부터 방출되는 광보다 긴 발광 피크 파장의 광을 발하는 적층 구조를 형성한다.
본 발명의 또 다른 실시형태는, 한 쌍의 전극 사이에, 형광을 발하는 제 1 발광층과 인광을 발하는 제 2 발광층이 서로 접촉되는 적층 구조를 적어도 갖는 발광층을 포함하는 EL층을 포함하는 발광 소자이다. 제 1 발광층은 형광 물질 및 이 형광 물질보다 T1 준위가 낮은 호스트 재료를 함유하고, 제 2 발광층은 엑시플렉스를 형성하는 물질 및 인광 물질을 함유하는 복수의 층을 포함한다. 복수의 층은, 하나 이상의 공통된 유기 화합물을 함유하고, 한 층이 2개의 층 사이에 끼워지며 접촉되고 이 2개의 층보다 긴 발광 피크 파장의 광을 발하는 적층 구조를 형성한다.
본 발명의 또 다른 실시형태는, 한 쌍의 전극 사이에, 형광을 발하는 제 1 발광층과 인광을 발하는 제 2 발광층이 서로 접촉되는 적층 구조를 적어도 갖는 발광층을 포함하는 EL층을 포함하는 발광 소자이다. 제 1 발광층은 형광 물질 및 이 형광 물질보다 T1 준위가 낮은 호스트 재료를 함유하고, 제 2 발광층은 인광 물질을 함유하는 복수의 층을 포함한다. 인광 물질을 함유하는 이들 층은, 한 층이 2개의 층 사이에 끼워지며 접촉되고 이 2개의 층으로부터 방출되는 광보다 긴 발광 피크 파장의 광을 발하는 적층 구조를 형성한다.
본 발명의 또 다른 실시형태는 상술한 구조 중 어느 것을 갖는 발광 소자를 포함하는 발광 장치이다.
본 발명의 또 다른 실시형태는, 발광 소자를 포함하는 발광 장치뿐만 아니라, 각각 발광 장치를 포함하는 전자 기기 및 조명 장치이다. 본 명세서에서의 발광 장치란, 화상 표시 장치 및 광원(예를 들어, 조명 장치)을 말한다. 또한, 발광 장치는, FPC(flexible printed circuit) 또는 TCP(tape carrier package) 등의 커넥터가 발광 장치에 접착된 모듈; 그 끝에 프린트 배선판이 제공된 TCP를 갖는 모듈; 및 COG(chip on glass)법에 의하여 발광 소자에 직접 탑재된 IC(집적 회로)를 갖는 모듈 중 어느 것을, 그 범주에 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태는 형광 층과 인광 층이 적층된 구조에도 불구하고 양호한 발광 효율을 갖는 발광 소자를 제공할 수 있다. 본 발명의 또 다른 실시형태는 상기 발광 소자를 사용하여 저전력 소비가 가능한 발광 장치를 제공할 수 있다. 본 발명의 또 다른 실시형태는 상기 발광 소자를 사용하여 저전력 소비가 가능한 전자 기기 및 조명 장치를 제공할 수 있다. 본 발명의 또 다른 실시형태는 신규 발광 소자, 신규 발광 장치, 및 신규 조명 장치 등을 제공할 수 있다. 다만, 이들 효과의 기재는 다른 효과의 존재를 방해하지 않는다. 본 발명의 일 실시형태는 반드시 상술한 모든 목적을 달성할 필요는 없다. 다른 효과는 명세서, 도면, 및 청구항 등의 기재로부터 분명하고 추출할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태의 발광 소자의 구조를 도시한 것.
도 2의 (A) 및 (B)는 발광 장치를 도시한 것.
도 3의 (A)~(D), (D'1), 및 (D'2)는 전자 기기를 도시한 것.
도 4는 조명 장치를 도시한 것.
도 5의 (A) 및 (B)는 발광 소자 1 및 비교 발광 소자 2의 구조를 도시한 것.
도 6은 발광 소자 1 및 비교 발광 소자 2의 발광 스펙트럼을 나타낸 것.
도 7은 발광 소자 1의 신뢰성을 나타낸 것.
도 8은 발광 소자 3의 휘도-파워 효율 특성을 나타낸 것.
도 9는 발광 소자 3의 발광 스펙트럼을 나타낸 것.
도 10은 발광 소자 4의 휘도-전류 효율 특성을 나타낸 것.
도 11은 발광 소자 4의 발광 스펙트럼을 나타낸 것.
도 12는 발광층에서의 에너지 준위의 상관관계를 나타낸 것.
본 발명의 실시형태에 대하여 도면을 참조하여 자세히 설명하기로 한다. 다만, 본 발명은 아래의 설명에 한정되지 않으며, 본 발명의 취지 및 범위에서 벗어나지 않고 다양한 변경 및 수정이 이루어질 수 있다. 따라서, 본 발명은 아래의 실시형태에서의 설명에 한정되어 해석되어서는 안 된다.
(실시형태 1)
본 실시형태에서는, 본 발명의 일 실시형태의 발광 소자에 대하여 설명한다.
본 발명의 일 실시형태의 발광 소자에서는, 한 쌍의 전극 사이에 발광층을 포함하는 EL층이 제공된다. 발광층은 형광을 발하는 발광층(I) 및 인광을 발하는 발광층(II)을 포함한다. 또한, 상기 발광 소자가 발광층(I)과 발광층(II) 사이에 전하 발생층을 포함하지 않아도(발광 소자가 탠덤 소자가 아니라도) 형광 및 인광의 양쪽을 효율적으로 얻을 수 있다. 이하에서 도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시형태의 발광 소자의 소자 구조에 대하여 자세히 설명한다.
도 1에 도시된 발광 소자에서는, 한 쌍의 전극(제 1 전극(101) 및 제 2 전극(102)) 사이에, 발광층(106)을 포함하는 EL층(103)이 제공된다. EL층(103)은 제 1 전극(양극)(101) 위에 정공 주입층(104), 정공 수송층(105), 발광층(106), 전자 수송층(107), 및 전자 주입층(108) 등이 순차적으로 적층된 구조를 갖는다. 발광층(106)은 발광층(I)(106a)과 발광층(II)(106b)이 적층된 구조를 갖는다. 다만, 발광층(I)(106a)과 발광층(II)(106b)의 적층 순서는 특별히 한정되지 않고 적절히 변경될 수 있다.
발광층(I)(106a)은 형광 물질 및 호스트 재료(유기 화합물)를 함유한다. 호스트 재료의 삼중항 여기자가 삼중항-삼중항 소멸(TTA: triplet-triplet annihilation)에 의하여 단일항 여기자로 효율적으로 변환되어, 단일항 여기자로부터의 에너지 이동에 의하여 형광 물질로부터 형광이 방출된다.
구체적으로는, 발광층(I)(106a)에 있어서, 호스트 재료의 가장 낮은 삼중항 들뜬 에너지 준위(T1 준위)가 형광 물질보다 낮은 것이 바람직하다. 일반적으로 발광층에서 호스트 재료의 비율이 형광 물질보다 훨씬 더 높다. 호스트 재료의 T1 준위가 형광 물질보다 낮게 되는 조합으로 호스트 재료 및 형광 물질을 사용하면, 발광층(I)(106a)에서 발생된 삼중항 여기자가, 발광층(I)(106a)에서 많지 않은 형광 물질(분자)에 의하여 트랩되어 국재화(局在化)될 때 일어나는, 삼중항 여기자들 사이의 충돌의 확률의 저하를 방지할 수 있어, 결과적으로 TTA의 확률이 증가된다. 이로써, 발광층(I)(106a)의 형광의 발광 효율을 높일 수 있다. 또한, 발광층(I)(106a)에 사용하는 형광 물질로서는, 청색 광(400nm~480nm의 범위의 발광 스펙트럼 피크 파장을 가짐), 녹색 광(500nm~560nm의 범위의 발광 스펙트럼 피크 파장을 가짐), 적색 광(580nm 및 680nm의 범위의 발광 스펙트럼 피크 파장을 가짐), 주황색 광, 및 노란색 광 등을 발하는 알려진 물질을 적절히 사용할 수 있다.
발광층(II)(106b)은 도 1에 도시된 바와 같이 적어도 3개의 상이한 층, 제 1 층(106(b1)), 제 2 층(106(b2)), 및 제 3 층(106(b3))이 적층된 구조를 갖는다. 이들 3개의 층은 각각 들뜬 복합체(이하에서, 엑시플렉스)를 형성할 수 있는 2종류의 유기 화합물 및 인광 물질을 함유한다. 각 층에서 형성된 엑시플렉스의 발광 파장은, 엑시플렉스를 형성하는 유기 화합물 각각의 발광 파장(형광 파장)보다 길기 때문에, 이 유기 화합물의 형광 스펙트럼을 더 긴 파장 측의 발광 스펙트럼으로 변환할 수 있어, 구동 전압을 저감할 수 있다. 또한, 엑시플렉스로부터 인광 물질로 에너지가 이동될 수 있어, 높은 발광 효율을 얻을 수 있다. 또한, 발광층(II)(106b)은 상술한 3개의 층에 더하여, 인광 물질을 함유하지 않고 유기 화합물을 함유하는 층을 포함하여도 좋다.
또한, 상기 3개의 층은, 제 2 층(106(b2))으로부터의 인광의 발광 피크 파장이 제 1 층(106(b1)) 및 제 3 층(106(b3))으로부터의 인광보다 길게 되도록 형성된다.
구체적으로는, 제 2 층(106(b2))에 사용하는 제 2 인광 물질로서는, 제 1 층(106(b1))에 사용하는 제 1 인광 물질 및 제 3 층(106(b3))에 사용하는 제 3 인광 물질보다 긴 발광 피크 파장의 물질이다. 또한, 발광층(II)(106b)에서의 상기 3개의 층에 사용하는 인광 물질로서는, 청색 광(400nm~480nm의 범위의 발광 스펙트럼 피크 파장을 가짐), 녹색 광(500nm~560nm의 범위의 발광 스펙트럼 피크 파장을 가짐), 적색 광(580nm 및 680nm의 범위의 발광 스펙트럼 피크 파장을 가짐), 주황색 광, 및 노란색 광 등을 발하는 알려진 물질을 상술한 구조에 따라 적절히 사용할 수 있다.
또한, 발광층(II)(106b)에 이러한 구조를 채용함으로써, 제 2 층(106(b2))에서 형성된 엑시플렉스의 에너지가, 가장 긴 발광 피크 파장의 인광 물질로 효율적으로 이동할 수 있고, 다른 층으로의 여기자의 확산을 억제할 수 있기 때문에, 발광층(II)(106b)에서의 인광의 발광 효율을 높일 수 있다. 또한, 발광층(II)(106b)은 상술한 3개의 층만으로 구성되어도 좋지만, 인광 물질을 함유하지 않고 엑시플렉스를 형성할 수 있는 2종류의 유기 화합물을 함유하는 층을 더 포함하여도 좋다.
인광 물질 및 인광 물질과 다른, 발광층(I)(106a) 및 발광층(II)(106b)에서 호스트 재료 등으로서 사용하는 유기 화합물로서, 주로 10-6cm2/Vs 이상의 전자 이동도를 갖는 전자 수송 재료 및 10-6cm2/Vs 이상의 정공 이동도를 갖는 정공 수송 재료를 들 수 있다. 다만, 발광층(II)(106b)에서의 인광 물질을 함유하는 층에 관해서는, 엑시플렉스가 형성될 수 있도록 상술한 유기 화합물 중 2종류 이상을 각 층마다 선택한다.
발광층(I)(106a) 또는 발광층(II)(106b)에서 발광 물질(형광 물질 또는 인광 물질)을 유기 화합물에 분산시킴으로써, 발광층에서의 결정화를 억제할 수 있다. 또한, 발광 물질의 농도가 높은 것으로 인한 농도 퀀칭(concentration quenching)을 억제할 수 있기 때문에, 발광 소자의 발광 효율을 높일 수 있다.
아래의 이유로 발광층(II)(106b)에서 상기 유기 화합물의 T1 준위가 상기 인광 물질보다 높은 것이 바람직하다. 전자 수송 재료 또는 정공 수송 재료의 T1 준위가 인광 물질보다 낮으면, 발광에 기여하는 인광 물질의 삼중항 들뜬 에너지가 전자 수송 재료 또는 정공 수송 재료에 의하여 퀀칭되어, 발광 효율의 저하를 일으키기 때문이다.
상술한 조건을 만족하는 발광 소자를 제작함으로써, 형광 및 인광을 발할 수 있는 발광 소자를 얻을 수 있다. "발광층(I)(106a)으로부터 방출된 형광의 색＼발광층(II)(106b)으로부터 방출된 인광의 색"으로 표현되는, 발광층(I)(106a)으로부터 방출된 형광의 색과 발광층(II)(106b)으로부터 방출된 인광의 색의 조합의 예에는, "청색＼녹색ㆍ적색ㆍ녹색", "청색＼청색ㆍ적색ㆍ녹색", "청색＼노란색ㆍ적색ㆍ녹색", "청색＼녹색ㆍ적색ㆍ노란색", "청색＼노란색ㆍ적색ㆍ노란색", "녹색＼녹색ㆍ적색ㆍ녹색", "녹색＼청색ㆍ적색ㆍ녹색", "녹색＼노란색ㆍ적색ㆍ녹색", "녹색＼녹색ㆍ적색ㆍ노란색", "녹색＼노란색ㆍ적색ㆍ노란색", "적색＼녹색ㆍ적색ㆍ녹색", "적색＼청색ㆍ적색ㆍ녹색", "적색＼노란색ㆍ적색ㆍ녹색", "적색＼녹색ㆍ적색ㆍ노란색", 및 "적색＼노란색ㆍ적색ㆍ노란색"이 포함된다. 또한, 발광층(I)(106a)과 발광층(II)(106b)이 역순으로 적층된 경우에도 상술한 조합이 가능하다.
형광 층과 인광 층이 적층되는 경우, 일반적으로 인광 층에서 발생된 삼중항 들뜬 에너지가 형광 층에서의 호스트 재료로 이동하여 무방사 감쇠(non-radiative decay)를 일으켜, 결과적으로 발광 효율이 저하된다. 그러나, 본 발명의 일 실시형태의 발광 소자에서는, 인광 층에서 형성되는 엑시플렉스의 삼중항 들뜬 에너지가 인광 물질로 이동하여 발광이 얻어진다. 또한, 여기자는 엑시플렉스로부터 인광 물질 이외의 물질로 확산되기 어렵다. 그러므로, 형광과 아울러 인광도 효율적으로 얻을 수 있다. 다만, 본 발명의 일 실시형태에서는, 발광층(I)(106a)에서 단일항 들뜬 상태가 TTA에 의하여 쉽게 형성될 수 있기 때문에, 발광층(II)(106b)에서 형성된 엑시플렉스로부터의 삼중항 들뜬 에너지의 이동이 일어난 경우에도, 삼중항 들뜬 에너지가 형광으로 변환될 수 있게 된다.
도 12는 발광 소자에서의 물질들 및 엑시플렉스의 에너지 준위의 상관관계를 나타낸 것이다. 도 12에서, SFH는 발광층(I)(106a)에서의 호스트 재료의 단일항 들뜬 준위, TFH는 발광층(I)(106a)에서의 호스트 재료의 삼중항 들뜬 준위, SFG는 발광층(I)(106a)에서의 게스트 재료(형광 물질)의 단일항 들뜬 준위, TFG는 발광층(I)(106a)에서의 게스트 재료(형광 물질)의 삼중항 들뜬 준위, SPH는 발광층(II)(106b)에서의 호스트 재료(제 1 유기 화합물 또는 제 2 유기 화합물)의 단일항 들뜬 준위, TPH는 발광층(II)(106b)에서의 호스트 재료(제 1 유기 화합물 또는 제 2 유기 화합물)의 삼중항 들뜬 준위, SE는 발광층(II)(106b)에서의 엑시플렉스의 단일항 들뜬 준위, TE는 발광층(II)(106b)에서의 엑시플렉스의 삼중항 들뜬 준위, 및 TPG는 발광층(II)(106b)에서의 게스트 재료(인광 물질)의 삼중항 들뜬 준위를 나타낸다.
도 12에 나타낸 바와 같이, 발광층(I)(106a)에서 호스트 재료의 삼중항 들뜬 분자들 사이의 충돌에 의하여 TTA가 일어나, 호스트 재료의 삼중항 들뜬 분자의 일부가 단일항 들뜬 분자로 변환되는 한편, 상기 삼중항 들뜬 분자의 일부는 열적 감쇠(thermally decay)된다. 그리고, TTA에 의하여 발생되는 호스트 재료의 단일항 들뜬 상태(SFG)의 에너지가 형광 물질의 단일항 들뜬 상태로 이동하고, 이 단일항 들뜬 에너지가 형광으로 변환된다.
발광층(II)(106b)에서는, 엑시플렉스의 들뜬 준위(SE 및 TE)가 호스트 재료(제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물)의 들뜬 준위(SPH 및 TPH)보다 낮기 때문에, 엑시플렉스로부터 호스트 재료로의 들뜬 에너지의 이동이 일어나지 않는다. 또한, 엑시플렉스로부터 다른 엑시플렉스로의 에너지 이동이 일어나지 않는다. 엑시플렉스의 들뜬 에너지가 게스트 재료(인광 물질)로 이동하면, 이 들뜬 에너지는 발광으로 변환될 수 있다. 상술한 바와 같이 하여, 발광층(II)(106b)에서 삼중항 들뜬 에너지가 거의 확산되지 않고 발광으로 변환될 수 있다.
그러므로, 발광층(I)(106a)과 발광층(II)(106b) 사이의 계면에서 약간의 에너지 이동(예를 들어, 상기 계면에서의 인광 물질의 TPG로부터 TFH 또는 TFG로의 에너지 이동)이 일어나는 경우에도, 발광층(I)(106a) 및 발광층(II)(106b) 양쪽으로부터 양호한 효율로 발광을 얻을 수 있다. 발광층(I)(106a)에서는, TTA를 통한 삼중항 들뜬 에너지에 의하여 단일항 들뜬 상태가 발생되기 때문에, 계면에서 에너지 이동이 일어난 경우에도, 이동한 에너지의 일부가 형광으로 변환된다. 이로써, 에너지의 손실을 억제할 수 있다.
다음에, 상술한 발광 소자의 제작의 구체적인 예를 설명한다.
제 1 전극(양극)(101) 및 제 2 전극(음극)(102)으로서, 금속, 합금, 전기 전도성 화합물, 및 그 혼합물 등을 사용할 수 있다. 구체적으로는, 산화 인듐-산화 주석(인듐 주석 산화물), 실리콘 또는 산화 실리콘을 함유한 산화 인듐-산화 주석, 산화 인듐-산화 아연(인듐 아연 산화물), 산화 텅스텐 및 산화 아연을 함유한 인듐 산화물, 금(Au), 백금(Pt), 니켈(Ni), 텅스텐(W), 크로뮴(Cr), 몰리브데넘(Mo), 철(Fe), 코발트(Co), 구리(Cu), 팔라듐(Pd), 및 타이타늄(Ti)을 사용할 수 있다. 또한, 원소 주기율표의 1족 또는 2족에 속하는 원소, 즉 리튬(Li) 또는 세슘(Cs) 등의 알칼리 금속, 칼슘(Ca) 또는 스트론튬(Sr) 등의 알칼리 토금속, 마그네슘(Mg), 이러한 원소를 함유한 합금(예를 들어, MgAg 또는 AlLi), 유로퓸(Eu) 또는 이터븀(Yb) 등의 희토류 금속, 이러한 원소를 함유한 합금, 및 그래핀 등을 사용할 수 있다. 제 1 전극(양극)(101) 및 제 2 전극(음극)(102)은, 예를 들어 스퍼터링법 또는 증착법(진공 증착법을 포함함)에 의하여 형성할 수 있다.
정공 주입층(104)은 정공 수송성이 높은 정공 수송층(105)을 통하여 발광층(106)에 정공을 주입한다. 정공 주입층(104)은 정공 수송 재료 및 억셉터 물질을 함유하기 때문에, 억셉터 물질에 의하여 정공 수송 재료로부터 전자가 추출되어 정공이 생성되고, 정공 수송층(105)을 통하여 발광층(106)에 정공이 주입된다. 정공 수송층(105)은 정공 수송 재료를 사용하여 형성된다.
정공 주입층(104) 및 정공 수송층(105)에 사용하는 정공 수송 재료의 구체적인 예에는, 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: NPB 또는 α-NPD), N,N '-비스(3-메틸페닐)-N,N '-다이페닐-[1,1'바이페닐]-4,4'-다이아민(약칭: TPD), 4,4',4''-트리스(카바졸-9-일)트라이페닐아민(약칭: TCTA), 4,4',4''-트리스(N,N-다이페닐아미노)트라이페닐아민(약칭: TDATA), 4,4',4''-트리스[N-(3-메틸페닐)-N-페닐아미노]트라이페닐아민(약칭: MTDATA), 및 4,4'-비스[N-(스파이로-9,9'-바이플루오렌-2-일)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: BSPB) 등의 방향족 아민 화합물, 3-[N-(9-페닐카바졸-3-일)-N-페닐아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzPCA1), 3,6-비스[N-(9-페닐카바졸-3-일)-N-페닐아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzPCA2), 및 3-[N-(1-나프틸)-N-(9-페닐카바졸-3-일)아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzPCN1)이 포함된다. 다른 예에는, 4,4'-다이(N-카바졸릴)바이페닐(약칭: CBP), 1,3,5-트리스[4-(N-카바졸릴)페닐]벤젠(약칭: TCPB), 및 9-[4-(10-페닐-9-안트라센일)페닐]-9H-카바졸(약칭: CzPA) 등의 카바졸 유도체가 포함된다. 여기서 열거한 물질은 주로 10-6cm2/Vs 이상의 정공 이동도를 갖는 물질이다. 다만, 전자 수송성보다 정공 수송성이 높은 물질이기만 하면, 여기서 열거한 물질 이외의 어느 물질을 사용하여도 좋다.
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 포함된다.
정공 주입층(104)에 사용하는 억셉터 물질의 예에는, 원소 주기율표의 4족~8족에 속하는 금속의 산화물이 포함된다. 구체적으로는, 산화 몰리브데넘이 특히 바람직하다.
발광층(106)은, 각각이 상술한 구조를 갖는 발광층(I)(106a)과 발광층(II)(106b)의 적층이다.
발광층(I)(106a)에 사용하는 형광 물질의 예로서는, 단일항 들뜬 에너지를 발광으로 변환시키는 물질을 들 수 있다.
형광 물질의 예에는, 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-뷰틸)페릴렌(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-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-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 포함된다. 1,6FLPAPrn 및 1,6mMemFLPAPrn 등의 피렌다이아민 화합물로 대표되는 축합 방향족 다이아민 화합물은, 정공 트랩성이 높고, 발광 효율이 높고, 신뢰성이 높기 때문에 특히 바람직하다.
발광층(II)(106b)에 사용하는 인광 물질의 예로서는, 삼중항 들뜬 에너지를 발광으로 변환시키는 물질을 들 수 있다.
상기 예에는, 비스{2-[3',5'-비스(트라이플루오로메틸)페닐]피리디네이토-N,C 2' }이리듐(III)피콜리네이트(약칭: Ir(CF3ppy)2(pic)), 비스[2-(4',6'-다이플루오로페닐)피리디네이토-N,C 2' ]이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: FIracac), 트리스(2-페닐피리디네이토)이리듐(III)(약칭: Ir(ppy)3), 비스(2-페닐피리디네이토)이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(ppy)2(acac)), 트리스(아세틸아세토네이토)(모노페난트롤린)터븀(III)(약칭: Tb(acac)3(Phen)), 비스(벤조[h]퀴놀리네이토)이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(bzq)2(acac)), 비스(2,4-다이페닐-1,3-옥사졸레이토-N,C 2' )이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(dpo)2(acac)), 비스{2-[4'-(퍼플루오로페닐)페닐]피리디네이토-N,C 2' }이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(p-PF-ph)2(acac)), 비스(2-페닐벤조싸이아졸레이토-N,C 2' )이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(bt)2(acac)), 비스[2-(2'-벤조[4,5-a]싸이에닐)피리디네이토-N,C 3' ]이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(btp)2(acac)), 비스(1-페닐아이소퀴놀리네이토-N,C 2' )이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(piq)2(acac)), (아세틸아세토네이토)비스[2,3-비스(4-플루오로페닐)퀴녹살리네이토]이리듐(III)(약칭: Ir(Fdpq)2(acac)), (아세틸아세토네이토)비스(3,5-다이메틸-2-페닐피라지네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(mppr-Me)2(acac)]), (아세틸아세토네이토)비스(5-아이소프로필-3-메틸-2-페닐피라지네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(mppr-iPr)2(acac)]), (아세틸아세토네이토)비스(2,3,5-트라이페닐피라지네이토)이리듐(III)(약칭: Ir(tppr)2(acac)), 비스(2,3,5-트라이페닐피라지네이토)(다이피발로일메타네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(tppr)2(dpm)]), (아세틸아세토네이토)비스(6-tert-뷰틸-4-페닐피리미디네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(tBuppm)2(acac)]), (아세틸아세토네이토)비스(4,6-다이페닐피리미디네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(dppm)2(acac)]), 2,3,7,8,12,13,17,18-옥타에틸-21H,23H-포르피린 백금(II)(약칭: PtOEP), 트리스(1,3-다이페닐-1,3-프로페인다이오네이토)(모노페난트롤린)유로퓸(III)(약칭: Eu(DBM)3(Phen)), 및 트리스[1-(2-테노일)-3,3,3-트라이플루오로아세토네이토](모노페난트롤린)유로퓸(III)(약칭: Eu(TTA)3(Phen))이 포함된다.
또한, 상기 인광 물질 대신에, 열 활성화 지연 형광을 나타내는 열 활성화 지연 형광(TADF) 재료를 사용할 수 있다. 또한, TADF 재료에 의하여 나타내어지는 "지연 형광"이란, 일반적인 형광과 같은 발광 스펙트럼 및 현저하게 긴 수명을 갖는 발광을 말한다. 그 수명은 10-6초 이상, 바람직하게는 10-3초 이상이다.
TADF 재료의 구체적인 예에는, 풀러렌, 그 유도체, 프로플라빈 등의 아크리딘 유도체, 및 에오신이 포함된다. 다른 예에는, 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 카드뮴(Cd), 주석(Sn), 백금(Pt), 인듐(In), 또는 팔라듐(Pd)을 함유하는 포르피린 등의 금속 함유 포르피린이 포함된다. 이 금속 함유 포르피린의 예에는, 프로토포르피린-플루오르화 주석 복합체(SnF2(Proto IX)), 메소포르피린-플루오르화 주석 복합체(SnF2(Meso IX)), 헤마토포르피린-플루오르화 주석 복합체(SnF2(Hemato IX)), 코프로포르피린테트라메틸에스터-플루오르화 주석 복합체(SnF2(Copro III-4Me)), 옥타에틸포르피린-플루오르화 주석 복합체(SnF2(OEP)), 에티오포르피린-플루오르화 주석 복합체(SnF2(Etio I)), 및 옥타에틸포르피린-염화 백금 복합체(PtCl2OEP)가 포함된다. 또는, 2-(바이페닐-4-일)-4,6-비스(12-페닐인돌로[2,3-a]카바졸-11-일)-1,3,5-트라이아진(PIC-TRZ) 등의 π 전자 과잉 헤테로 방향족 고리 및 π 전자 부족 헤테로 방향족 고리를 포함하는 헤테로 고리 화합물을 사용할 수 있다. 또한, π 전자 과잉 헤테로 방향족 고리가 π 전자 부족 헤테로 방향족 고리에 직접 결합된 재료는, π 전자 과잉 헤테로 방향족 고리의 도너성 및 π 전자 부족 헤테로 방향족 고리의 억셉터성의 양쪽이 높아져, S1 준위와 T1 준위 사이의 에너지 차이가 작아지기 때문에, 특히 바람직하게 사용된다.
발광층(I)(106a)에 사용하는 유기 화합물의 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. 또한, 안트라센 골격을 갖는 물질을 호스트 재료로서 사용함으로써, 발광 효율 및 내구성이 높은 발광층을 제공할 수 있다. 특히, CzPA, cgDBCzPA, 2mBnfPPA, 및 PCzPA는 높은 특성을 가지기 때문에 바람직하다.
발광층(II)(106b)에 사용하는, 유기 화합물인 전자 수송 재료로서는, 질소 함유 헤테로 방향족 화합물 등의 π 전자 부족 헤테로 방향족 화합물이 바람직하고, 그 예에는 2-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mDBTPDBq-II), 2-[3'-(다이벤조싸이오펜-4-일)바이페닐-3-일]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mDBTBPDBq-II), 2-[4-(3,6-다이페닐-9H-카바졸-9-일)페닐]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2CzPDBq-III), 7-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 7mDBTPDBq-II), 및 6-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 6mDBTPDBq-II) 등의 퀴녹살린 유도체 및 다이벤조퀴녹살린 유도체가 포함된다.
발광층(II)(106b)에 사용하는, 유기 화합물인 정공 수송 재료로서는 π 전자 과잉 헤테로 방향족 화합물(예를 들어, 카바졸 유도체 또는 인돌 유도체) 또는 방향족 아민 화합물이 바람직하며, 그 예에는 4-페닐-4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBA1BP), 4,4'-다이(1-나프틸)-4''-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBNBB), 3-[N-(1-나프틸)-N-(9-페닐카바졸-3-일)아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzPCN1), 4,4',4''-트리스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]트라이페닐아민(약칭: 1'-TNATA), 2,7-비스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]-스파이로-9,9'-바이플루오렌(약칭: DPA2SF), N,N '-비스(9-페닐카바졸-3-일)-N,N '-다이페닐벤젠-1,3-다이아민(약칭: PCA2B), N-(9,9-다이메틸-2-다이페닐아미노-9H-플루오렌-7-일)다이페닐아민(약칭: DPNF), N,N ',N''-트라이페닐-N,N ',N''-트리스(9-페닐카바졸-3-일)벤젠-1,3,5-트라이아민(약칭: PCA3B), 2-[N-(9-페닐카바졸-3-일)-N-페닐아미노]스파이로-9,9'-바이플루오렌(약칭: PCASF), 2-[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]스파이로-9,9'-바이플루오렌(약칭: DPASF), N,N '-비스[4-(카바졸-9-일)페닐]-N,N'-다이페닐-9,9-다이메틸플루오렌-2,7-다이아민(약칭: YGA2F), 4,4'-비스[N-(3-메틸페닐)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: TPD), 4,4'-비스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: DPAB), N-(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)-N-{9,9-다이메틸-2-[N'-페닐-N'-(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)아미노]-9H-플루오렌-7-일}페닐아민(약칭: DFLADFL), 3-[N-(9-페닐카바졸-3-일)-N-페닐아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzPCA1), 3-[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzDPA1), 3,6-비스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzDPA2), 4,4'-비스(N-{4-[N'-(3-메틸페닐)-N'-페닐아미노]페닐}-N-페닐아미노)바이페닐(약칭: DNTPD), 3,6-비스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-(1-나프틸)아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzTPN2), 및 3,6-비스[N-(9-페닐카바졸-3-일)-N-페닐아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzPCA2)이 포함된다.
전자 수송층(107)은 높은 전자 수송성을 갖는 물질을 함유하는 층이다. 전자 수송층(107)에는 Alq3, 트리스(4-메틸-8-퀴놀리놀레이토)알루미늄(약칭: Almq3), 비스(10-하이드록시벤조[h]퀴놀리네이토)베릴륨(약칭: BeBq2), BAlq, Zn(BOX)2, 또는 비스[2-(2-하이드록시페닐)벤조싸이아졸레이토]아연(약칭: Zn(BTZ)2) 등의 금속 복합체를 사용할 수 있다. 2-(4-바이페닐릴)-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-tert-뷰틸페닐)-4-페닐-5-(4-바이페닐릴)-1,2,4-트라이아졸(약칭: TAZ), 3-(4-tert-뷰틸페닐)-4-(4-에틸페닐)-5-(4-바이페닐릴)-1,2,4-트라이아졸(약칭: p-EtTAZ), 바소페난트롤린(약칭: Bphen), 바소큐프로인(약칭: BCP), 또는 4,4'-비스(5-메틸벤즈옥사졸-2-일)스틸벤(약칭: BzOs) 등의 헤테로 방향족 화합물을 사용할 수도 있다. 폴리(2,5-피리딘다이일)(약칭: PPy), 폴리[(9,9-다이헥실플루오렌-2,7-다이일)-co-(피리딘-3,5-다이일)](약칭: PF-Py) 또는 폴리[(9,9-다이옥틸플루오렌-2,7-다이일)-co-(2,2'-바이피리딘-6,6'-다이일)](약칭: PF-BPy) 등의 고분자 화합물을 사용할 수도 있다. 여기서 열거한 물질은 주로 10-6cm2/Vs 이상의 전자 이동도를 갖는 물질이다. 다만, 정공 수송성보다 전자 수송성이 높은 물질이기만 하면, 여기서 열거한 물질 이외의 어느 물질을 전자 수송층(107)에 사용하여도 좋다.
전자 수송층(107)은 단층에 한정되지 않고, 각각 상술한 물질 중 어느 것을 함유하는 2개 이상의 층의 적층이어도 좋다.
전자 주입층(108)은 높은 전자 주입성을 갖는 물질을 함유하는 층이다. 전자 주입층(108)에는 플루오르화 리튬(LiF), 플루오르화 세슘(CsF), 플루오르화 칼슘(CaF2), 또는 리튬 산화물(LiOx) 등의 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 또는 그 화합물을 사용할 수 있다. 플루오르화 어븀(ErF3)과 같은 희토류 금속 화합물을 사용할 수도 있다. 전자 주입층(108)에 전자화물(electride)을 사용할 수도 있다. 상기 전자화물의 예에는, 산화 칼슘-산화 알루미늄에 전자가 고농도로 첨가된 물질이 포함된다. 상술한 전자 수송층(107)을 형성하기 위한 물질 중 어느 것이나 사용할 수 있다.
또한, 유기 화합물과 전자 도너(도너)가 혼합된 복합 재료를 전자 주입층(108)에 사용하여도 좋다. 상기 복합 재료는 전자 도너에 의하여 유기 화합물에 전자가 발생되기 때문에, 전자 주입성 및 전자 수송성이 우수하다. 이 경우, 유기 화합물은 발생된 전자의 수송에 뛰어난 재료인 것이 바람직하다. 구체적으로는, 예를 들어 상술한 전자 수송층(107)을 형성하기 위한 물질(예를 들어, 금속 복합체 또는 헤테로 방향족 화합물)을 사용할 수 있다. 전자 도너로서는, 유기 화합물에 대하여 전자 도너성을 나타내는 물질을 사용하여도 좋다. 구체적으로는, 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 및 희토류 금속이 바람직하고, 리튬, 세슘, 마그네슘, 칼슘, 어븀, 및 이터븀을 들 수 있다. 또한, 알칼리 금속 산화물 또는 알칼리 토금속 산화물이 바람직하고, 리튬 산화물, 칼슘 산화물, 및 바륨 산화물을 들 수 있다. 산화 마그네슘 등의 루이스 염기를 사용할 수도 있다. 테트라싸이아풀발렌(약칭: TTF) 등의 유기 화합물을 사용할 수도 있다.
정공 주입층(104), 정공 수송층(105), 발광층(106)(발광층(I)(106a) 및 발광층(II)(106b)), 전자 수송층(107), 및 전자 주입층(108)의 각각은 증착법(예를 들어, 진공 증착법), 잉크젯법, 또는 코팅법 등의 방법에 의하여 형성할 수 있다.
상술한 발광 소자에서는, 제 1 전극(101)과 제 2 전극(102) 사이에 발생된 전위차에 의하여 캐리어가 주입되고, EL층(103)에서 정공과 전자가 재결합됨으로써 발광한다. 그리고, 이 발광은 제 1 전극(101) 및 제 2 전극(102) 중 하나 또는 양쪽을 통하여 외부로 추출된다. 그러므로, 제 1 전극(101) 및 제 2 전극(102) 중 하나 또는 양쪽은 투광성을 갖는 전극이다.
본 실시형태에서 설명한 구조를 갖는 발광 소자는 형광 및 인광을 발할 수 있으며, 특히 높은 효율로 인광을 발할 수 있기 때문에, 발광 소자 전체의 발광 효율이 높여진다.
본 실시형태에서 설명한 구조는 다른 실시형태에서 설명하는 구조 중 어느 것과 적절히 조합할 수 있다.
(실시형태 2)
본 실시형태에서는, 본 발명의 일 실시형태의 발광 소자를 포함하는 발광 장치의 일례로서, 액티브 매트릭스 발광 장치에 대하여 도 2의 (A) 및 (B)를 참조하여 설명한다. 또한, 본 실시형태에서 설명하는 발광 장치에는 실시형태 1에서 설명한 발광 소자를 사용할 수 있다.
도 2의 (A)는 발광 장치를 도시한 상면도이고, 도 2의 (B)는 도 2의 (A)에서의 쇄선 A-A'를 따른 단면도이다. 본 실시형태의 액티브 매트릭스 발광 장치는, 소자 기판(201) 위에, 화소부(202), 구동 회로부(소스선 구동 회로)(203), 및 구동 회로부(게이트선 구동 회로)(204a 및 204b)를 포함한다. 화소부(202), 구동 회로부(203), 및 구동 회로부(204a 및 204b)는, 실란트(sealant)(205)에 의하여 소자 기판(201)과 밀봉 기판(206) 사이에 밀봉된다.
또한, 소자 기판(201) 위에는, 구동 회로부(203) 및 구동 회로부(204a 및 204b)에 신호(예를 들어, 비디오 신호, 클록 신호, 스타트 신호, 또는 리셋 신호) 또는 전위를 전달하는 외부 입력 단자를 접속하기 위한 리드 배선(207)이 제공된다. 여기서는, 외부 입력 단자로서 FPC(flexible printed circuit)(208)를 제공하는 예를 나타낸다. 여기서는 FPC만 도시되었지만, 이 FPC에 PWB(printed wiring board)가 제공되어도 좋다. 본 명세서에서 발광 장치는, 그 범주에, 발광 장치 자체뿐만 아니라 FPC 또는 PWB가 제공된 발광 장치도 포함된다.
다음에, 단면 구조에 대하여 도 2의 (B)를 참조하여 설명한다. 소자 기판(201) 위에는 구동 회로부 및 화소부가 형성되는데, 여기서는 소스선 구동 회로인 구동 회로부(203) 및 화소부(202)가 도시되어 있다.
구동 회로부(203)는 FET(209)와 FET(210)가 조합된 예이다. 또한, 구동 회로부(203)에 포함되는 FET(209) 및 FET(210)의 각각은, 동일한 도전형을 갖는 트랜지스터(n채널 트랜지스터 및 p채널 트랜지스터 중 어느 한쪽)를 포함하는 회로 또는 n채널 트랜지스터 및 p채널 트랜지스터를 포함하는 CMOS 회로로 형성되어도 좋다. 본 실시형태에서는, 기판 상에 구동 회로가 형성된 드라이버 통합형에 대하여 설명하지만, 구동 회로는 반드시 기판 상에 형성될 필요는 없으며, 기판 외부에 형성되어도 좋다.
화소부(202)는 스위칭 FET(211), 전류 제어 FET(212), 및 전류 제어 FET(212)의 배선(소스 전극 또는 드레인 전극)에 전기적으로 접속된 제 1 전극(양극)(213)을 각각 포함하는 복수의 화소를 포함한다. 본 실시형태에서는 화소부(202)가 스위칭 FET(211) 및 전류 제어 FET(212)의 2개의 FET를 포함하지만, 본 발명의 일 실시형태는 이에 한정되지 않는다. 화소부(202)가 예를 들어, 3개 이상의 FET 및 용량 소자를 조합하여 포함하여도 좋다.
FET(209, 210, 211, 및 212)로서는, 예를 들어 스태거 트랜지스터 또는 역 스태거 트랜지스터를 사용할 수 있다. FET(209, 210, 211, 및 212)에 사용할 수 있는 반도체 재료의 예에는, IV족 반도체(예를 들어, 실리콘), III족 반도체(예를 들어, 갈륨), 화합물 반도체, 산화물 반도체, 및 유기 반도체가 포함된다. 또한, 상기 반도체 재료의 결정성에 특별한 한정은 없으며, 비정질 반도체 또는 결정성 반도체를 사용할 수 있다. 특히, 산화물 반도체를 FET(209, 210, 211, 및 212)에 사용하는 것이 바람직하다. 상기 산화물 반도체의 예에는, In-Ga 산화물 및 In-M-Zn 산화물(M은 Al, Ga, Y, Zr, La, Ce, 또는 Nd)이 포함된다. 예를 들어, 2eV 이상, 바람직하게는 2.5eV 이상, 더 바람직하게는 3eV 이상의 에너지 갭을 갖는 산화물 반도체 재료를 FET(209, 210, 211, 및 212)에 사용함으로써, 트랜지스터의 오프 전류를 저감할 수 있다.
제 1 전극(213)의 단부를 덮도록 절연체(214)를 형성한다. 본 실시형태에서는, 포지티브 감광성 아크릴 수지를 사용하여 절연체(214)를 형성한다. 본 실시형태에서는 제 1 전극(213)을 양극으로서 사용한다.
절연체(214)는 그 상단부(upper end portion) 또는 하단부(lower end portion)에 곡률을 갖는 곡면을 갖는 것이 바람직하다. 이렇게 함으로써, 절연체(214) 위에 형성되는 막에 의한 피복성을 양호하게 할 수 있다. 절연체(214)는, 예를 들어, 네거티브 감광성 수지 및 포지티브 감광성 수지 중 어느 한쪽을 사용하여 형성할 수 있다. 절연체(214)의 재료는 유기 화합물에 한정되지 않으며, 산화 실리콘, 산화질화 실리콘, 또는 질화 실리콘 등의 무기 화합물을 사용할 수도 있다.
제 1 전극(양극)(213) 위에는 EL층(215)과 제 2 전극(음극)(216)이 적층된다. EL층(215)에는 적어도 발광층이 제공되고, 발광층은 실시형태 1에서 설명한 적층 구조를 갖는다. EL층(215)에는 발광층에 더하여 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층, 전자 주입층, 및 전하 발생층 등을 적절히 제공할 수 있다.
제 1 전극(양극)(213), EL층(215), 및 제 2 전극(음극)(216)의 적층으로 발광 소자(217)가 형성된다. 제 1 전극(양극)(213), EL층(215), 및 제 2 전극(음극)(216)에는, 실시형태 1에서 열거한 재료 중 어느 것이나 사용할 수 있다. 도시하지 않았지만, 제 2 전극(음극)(216)은 외부 입력 단자인 FPC(208)에 전기적으로 접속된다.
도 2의 (B)의 단면도는 발광 소자(217)를 하나만 도시한 것이지만, 본 발명의 일 실시형태의 발광 소자를 포함하는 복수의 발광 소자가 화소부(202)에 매트릭스로 배치된다. 3가지 색(R, G, 및 B)의 광을 발하는 발광 소자를 화소부(202)에 선택적으로 형성함으로써, 풀 컬러 표시가 가능한 발광 장치를 얻을 수 있다. 3가지 색(R, G, 및 B)의 광을 발하는 발광 소자에 더하여, 예를 들어 백색(W), 노란색(Y), 마젠타(M), 및 시안(C) 등의 광을 발하는 발광 소자를 형성하여도 좋다. 예를 들어, 3가지 색(R, G, 및 B)의 광을 발하는 발광 소자와 조합하여 상기 복수 종류의 색의 광을 발하는 발광 소자를 사용함으로써, 색 순도의 향상 및 소비 전력의 저감 등의 효과를 얻을 수 있다. 각 발광색의 선폭을 좁게 하기 위하여, 전극들 사이의 광 공진 효과를 이용하는 미소 광학 공진기(마이크로캐비티) 구조를 채용하여도 좋다. 또한, 컬러 필터와 조합함으로써 풀 컬러 표시가 가능한 발광 장치를 제작하여도 좋다. 또한, 본 발명의 일 실시형태의 발광 소자의 구조와 탠덤 구조를 조합한 발광 소자를 사용하여도 좋다.
또한, 밀봉 기판(206)을 실란트(205)에 의하여 소자 기판(201)에 접착함으로써, 소자 기판(201), 밀봉 기판(206), 및 실란트(205)에 의하여 둘러싸인 공간(218)에 발광 소자(217)가 제공된다. 공간(218)은, 불활성 가스(질소 또는 아르곤 등), 또는 실란트(205)로 충전되어도 좋다.
실란트(205)에는 에폭시계 수지 또는 유리 프릿을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 재료는 가능한 한 적은 수분 및 산소를 투과시키는 것이 바람직하다. 밀봉 기판(206)으로서는, 유리 기판, 석영 기판, 또는 FRP(fiber-reinforced plastic), PVF(poly(vinyl fluoride)), 폴리에스터, 또는 아크릴 등으로 형성된 플라스틱 기판을 사용할 수 있다. 실란트로서 유리 프릿을 사용하는 경우, 소자 기판(201) 및 밀봉 기판(206)은, 높은 접착성을 위하여 유리 기판인 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이 하여, 액티브 매트릭스 발광 장치를 제작할 수 있다. 또한, 본 실시형태에서는, 발광 장치의 일례로서 액티브 매트릭스 발광 장치에 대하여 설명하지만, 실시형태 1에서 설명한 본 발명의 일 실시형태의 발광 소자를 사용한 패시브 매트릭스 발광 장치를 제작할 수도 있다.
또한, 액티브 매트릭스 발광 장치를 제작하는 경우, 트랜지스터(FET)의 구조에 특별한 한정은 없다. 예를 들어, 스태거 FET 또는 역 스태거 FET를 적절히 사용할 수 있다. FET 기판 위에 형성되는 구동 회로는 n형 FET 및 p형 FET의 양쪽으로, 또는 n형 FET 및 p형 FET 중 어느 하나만으로 형성되어도 좋다. 또한, FET에 사용되는 반도체막의 결정성에 특별한 한정은 없다. 예를 들어, 비정질 반도체막 및 결정성 반도체막 중 어느 쪽이나 사용할 수 있다. 반도체 재료의 예에는 IV족 반도체(예를 들어, 실리콘), III족 반도체(예를 들어, 갈륨), 화합물 반도체(산화물 반도체를 포함함), 및 유기 반도체가 포함된다.
본 실시형태에서 설명한 구조는 다른 실시형태에서 설명하는 구조 중 어느 것과 적절히 조합할 수 있다.
(실시형태 3)
본 실시형태에서는, 본 발명의 일 실시형태의 발광 소자를 사용하여 제작되는 발광 장치를 사용하여 완성되는 다양한 전자 기기의 예를 도 3의 (A)~(D), (D'1), 및 (D'2)를 참조하여 설명한다.
발광 장치를 포함하는 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(휴대폰 또는 휴대 전화 장치라고도 함), 휴대 게임기, 휴대 정보 단말기, 음향 재생 장치, 및 파친코기 등의 대형 게임기가 포함된다. 전자 기기의 구체적인 예를 도 3의 (A)~(D), (D'1), 및 (D'2)에 도시하였다.
도 3의 (A)는 텔레비전 장치의 일례를 도시한 것이다. 텔레비전 장치(7100)에서, 하우징(7101)에 표시부(7103)가 조합된다. 표시부(7103)에 의하여 화상을 표시할 수 있고, 발광 장치를 표시부(7103)에 사용할 수 있다. 또한, 여기서는 스탠드(7105)에 의하여 하우징(7101)이 지탱된다.
텔레비전 장치(7100)는 하우징(7101)의 조작 스위치 또는 독립된 리모트 컨트롤러(7110)에 의하여 조작할 수 있다. 리모트 컨트롤러(7110)의 조작 키(7109)에 의하여, 채널 및 음량을 제어할 수 있고, 표시부(7103)에 표시되는 화상을 제어할 수 있다. 또한, 리모트 컨트롤러(7110)에는 상기 리모트 컨트롤러(7110)로부터 출력된 데이터를 표시하기 위한 표시부(7107)가 제공되어도 좋다.
또한, 텔레비전 장치(7100)에는 수신기 및 모뎀 등이 제공된다. 수신기를 사용하여, 일반적인 텔레비전 방송을 수신할 수 있다. 또한, 텔레비전 장치는 모뎀을 통하여 유선 또는 무선으로 통신 네트워크에 접속됨으로써 한 방향(송신자로부터 수신자로) 또는 두 방향(송신자와 수신자 사이 또는 수신자들 사이)의 정보 통신을 실시할 수 있다.
도 3의 (B)는 본체(7201), 하우징(7202), 표시부(7203), 키보드(7204), 외부 접속 포트(7205), 및 포인팅 디바이스(7206) 등을 포함하는 컴퓨터를 도시한 것이다. 또한, 이 컴퓨터는 발광 장치를 표시부(7203)에 사용하여 제작될 수 있다.
도 3의 (C)는 하우징(7302), 표시 패널(7304), 조작 버튼(7311 및 7312), 접속 단자(7313), 밴드(7321), 및 클래스프(clasp)(7322) 등을 포함하는 스마트 워치를 도시한 것이다.
베젤로서의 역할을 갖는 하우징(7302)에 탑재된 표시 패널(7304)은 비직사각형 표시 영역을 포함한다. 표시 패널(7304)은 시간을 나타내는 아이콘(7305) 및 다른 아이콘(7306) 등을 표시할 수 있다.
도 3의 (C)에 도시된 스마트 워치는 다양한 기능, 예를 들어 다양한 정보(예를 들어 정지 화상, 동영상, 및 텍스트 화상)를 표시부에 표시하는 기능, 터치 패널 기능, 달력, 날짜, 및 시간 등을 표시하는 기능, 다양한 소프트웨어(프로그램)에 의하여 처리를 제어하는 기능, 무선 통신 기능, 무선 통신 기능으로 다양한 컴퓨터 네트워크에 접속되는 기능, 무선 통신 기능으로 다양한 데이터를 송신 및 수신하는 기능, 및 기록 매체에 저장된 프로그램 또는 데이터를 판독하고 그 프로그램 또는 데이터를 표시부에 표시하는 기능을 가질 수 있다.
하우징(7302)은 스피커, 센서(힘, 변위, 위치, 속도, 가속도, 각속도, 회전수, 거리, 광, 액체, 자기(magnetism), 온도, 화학 물질, 음성, 시간, 경도, 전기장, 전류, 전압, 전력, 방사선, 유량, 습도, 경사도, 진동, 냄새, 또는 적외선을 측정하는 기능을 갖는 센서), 및 마이크로폰 등을 포함할 수 있다. 또한, 스마트 워치는 상기 발광 장치를 표시 패널(7304)에 사용하여 제작할 수 있다.
도 3의 (D)는 휴대 전화(예를 들어, 스마트폰)의 일례를 도시한 것이다. 휴대 전화(7400)는 표시부(7402)가 제공된 하우징(7401), 마이크로폰(7406), 스피커(7405), 카메라(7407), 외부 접속부(7404), 및 조작 버튼(7403) 등을 포함한다. 본 발명의 일 실시형태의 발광 소자가 플렉시블 기판 위에 형성되는 경우, 도 3의 (D)에 도시된 바와 같은 곡면을 갖는 표시부(7402)에 상기 발광 소자를 사용할 수 있다.
도 3의 (D)에 도시된 휴대 전화(7400)의 표시부(7402)에 손가락 등으로 터치하면, 휴대 전화(7400)에 데이터를 입력할 수 있다. 또한, 전화를 걸거나 이메일을 작성하는 등의 조작은, 표시부(7402)에 손가락 등으로 터치하여 수행할 수 있다.
표시부(7402)의 모드는 주로 3가지 화면 모드가 있다. 제 1 모드는 주로 화상을 표시하기 위한 표시 모드이다. 제 2 모드는 주로 텍스트 등의 데이터를 입력하기 위한 입력 모드이다. 제 3 모드는 표시 모드 및 입력 모드의 2개의 모드가 조합된 표시 및 입력 모드이다.
예를 들어, 전화를 걸거나 또는 이메일을 작성하는 경우에는 표시부(7402)에 대하여, 주로 글자를 입력하기 위한 글자 입력 모드를 선택하여, 화면에 표시된 글자를 입력할 수 있다. 이 경우, 표시부(7402)의 화면의 대부분에 키보드 또는 번호 버튼을 표시하는 것이 바람직하다.
휴대 전화(7400) 내부에 자이로 센서 또는 가속도 센서 등의 검출 장치를 제공하면, 휴대 전화(7400)의 방향(휴대 전화가 수평으로 놓여 있는지 또는 수직으로 놓여 있는지)을 알아냄으로써 표시부(7402)의 화면 상의 표시를 자동적으로 바꿀 수 있다.
화면 모드는 표시부(7402)에 터치 또는 하우징(7401)의 버튼(7403)의 조작에 의하여 바뀐다. 화면 모드는 표시부(7402)에 표시되는 화상의 종류에 따라 전환할 수도 있다. 예를 들어, 표시부에 표시되는 화상의 신호가 동영상 데이터의 신호이면 화면 모드는 표시 모드로 전환된다. 신호가 텍스트 데이터의 신호이면 화면 모드는 입력 모드로 전환된다.
또한, 입력 모드에 있어서, 표시부(7402)에서의 광 센서에 의하여 검출되는 신호를 검출하고, 표시부(7402)의 터치에 의한 입력이 일정 기간 동안 수행되지 않으면 입력 모드로부터 표시 모드로 전환하도록 화면 모드를 제어하여도 좋다.
표시부(7402)는 이미지 센서로서 기능하여도 좋다. 예를 들어, 표시부(7402)에 손바닥 또는 손가락으로 터치하여, 장문 또는 지문 등의 화상을 촬영함으로써, 개인 인증을 수행할 수 있다. 또한, 근적외광을 발하는 백 라이트 또는 센싱 광원을 표시부에 제공하면, 손가락 정맥 또는 손바닥 정맥 등의 화상을 촬영할 수 있다.
또한, 휴대 전화(예를 들어, 스마트폰)의 또 다른 구조인 도 3의 (D'1) 또는 (D'2)에 도시된 구조를 갖는 휴대 전화에 상기 발광 장치를 사용할 수 있다.
또한, 도 3의 (D'1) 또는 (D'2)에 도시된 구조의 경우, 텍스트 데이터 또는 화상 데이터 등을 하우징(7500(1) 및 7500(2))의 제 1 화면(7501(1) 및 7501(2))과 아울러 제 2 화면(7502(1) 및 7502(2))에도 표시할 수 있다. 이러한 구조에 의하여, 휴대 전화가 사용자의 가슴 포켓에 놓아졌을 때, 제 2 화면(7502(1) 및 7502(2))에 표시된 텍스트 데이터 또는 화상 데이터 등을 사용자가 쉽게 볼 수 있게 된다.
상술한 바와 같이 하여, 본 발명의 일 실시형태의 발광 소자를 포함하는 발광 장치를 사용하여 전자 기기를 얻을 수 있다. 또한, 상기 발광 장치는 본 실시형태에서 설명한 전자 기기에 한정되지 않으며 다양한 분야의 전자 기기에 사용할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서 설명한 구조는 다른 실시형태에서 설명하는 구조 중 어느 것과 적절히 조합할 수 있다.
(실시형태 4)
본 실시형태에서는, 본 발명의 일 실시형태의 발광 소자를 포함하는 발광 장치를 각각 사용한 조명 장치의 예에 대하여 도 4를 참조하여 설명한다.
도 4는 상기 발광 장치를 실내 조명 장치(8001)로서 사용한 일례를 도시한 것이다. 상기 발광 장치는 대면적으로 할 수 있기 때문에, 대면적의 조명 장치에 사용할 수 있다. 또한, 곡면을 갖는 하우징을 사용함으로써 발광 영역이 곡면을 갖는 조명 장치(8002)를 얻을 수도 있다. 본 실시형태에서 설명하는 발광 장치에 포함되는 발광 소자는 박막 형태이며, 이로써 하우징을 더 자유롭게 설계할 수 있다. 그러므로, 조명 장치는 다양한 방법으로 정교하게 설계할 수 있다. 또한, 방의 벽에 대형 조명 장치(8003)를 제공하여도 좋다.
발광 장치를 테이블 표면으로서 테이블에 사용하면, 테이블로서의 기능을 갖는 조명 장치(8004)를 얻을 수 있다. 다른 가구의 일부로서 발광 장치를 사용하면, 가구로서 기능하는 조명 장치를 얻을 수 있다.
상술한 바와 같이, 발광 장치를 포함하는 다양한 조명 장치를 얻을 수 있다. 또한, 이들 조명 장치도 본 발명의 일 실시형태이다.
또한, 본 실시형태에서 설명한 구조는 다른 실시형태에서 설명하는 구조 중 어느 것과 적절히 조합할 수 있다.
(실시예 1)
본 실시예에서는, 본 발명의 일 실시형태의 발광 소자로서 발광 소자 1 및 비교를 위한 비교 발광 소자 2를 제작하고, 이 발광 소자들의 특성을 비교하였다.
발광 소자 1 및 비교 발광 소자 2의 양쪽이, 형광을 발하는 발광층(I) 및 인광을 발하는 발광층(II)을 갖지만, 이 발광 소자들은 발광층(II)의 구조가 다르다. 이 발광 소자들은 발광층(II)의 구조를 제외하고 같은 구조를 같기 때문에, 도 5의 (A)에서의 발광 소자 1의 구성 요소 및 도 5의 (B)에서의 비교 발광 소자 2의 구성 요소는 같은 부호를 사용하여 집합적으로 설명한다. 또한, 발광 소자 1의 발광층(II)(506b)은 제 2 층(506(b2))과 제 4 층(506(b4)) 사이에 형성된 제 3 층(506(b3))이 제 2 층(506(b2)) 및 제 4 층(506(b4))으로부터 방출되는 광보다 긴 발광 피크 파장의 광을 발하는 적층 구조를 갖는다. 본 실시예에서 사용하는 재료의 구조식 및 약칭을 이하에 나타낸다.
[화학식 1]
Figure pct00001
[화학식 2]
Figure pct00002
≪발광 소자 1 및 비교 발광 소자 2의 제작≫
제 1 전극(501)은 양극으로서 기능하는 전극이며, 스퍼터링법에 의하여 굴절률 1.84의 유리 기판(500) 위에 인듐 주석 산화물(ITO)을 두께 110nm로 퇴적시켜 형성하였다. 전극 면적은 2mm×2mm로 설정하였다.
전처리로서, 기판(500)의 표면을 물로 세척하고 나서, UV 오존 처리를 370초 동안 실시하였다. 이 후, 압력을 약 10-4Pa까지 낮춘 진공 증착 기기 내에 기판(500)을 이동시키고, 진공 증착 기기의 가열실에서 190℃로 60분 동안 진공 소성을 실시하고 나서, 기판(500)을 약 30분 동안 냉각시켰다.
제 1 전극(501) 위에 EL층(503) 및 제 2 전극(502)을 순차적으로 형성한다. 또한, 도 5의 (A)에 도시된 바와 같이, 발광 소자 1에서의 EL층(503)은 정공 주입층(504), 정공 수송층(505), 발광층(506)(발광층(I)(506a) 및 발광층(II)(506b)), 전자 수송층(507), 및 전자 주입층(508)을 포함한다. 발광층(II)(506b)은 상이한 물질을 함유하는 복수의 층(506(b1), 506(b2), 506(b3), 및 506(b4))의 적층을 갖는다. 도 5의 (B)에 도시된 바와 같이, 비교 발광 소자 2에서의 발광층(506)은 발광 소자 1의 발광층(II)(506b)과 다른 구조를 갖는 발광층(II)(506b')을 포함한다. 그러므로, 본 실시형태에서는, 발광 소자 1 및 비교 발광 소자 2에서의 공통된 부분은 집합적으로 설명하고, 다른 부분만을 개별적으로 설명한다.
진공 증착 기기의 압력을 10-4Pa까지 낮춘 후, 1,3,5-트라이(다이벤조싸이오펜-4-일)벤젠(약칭: DBT3P-II) 및 산화 몰리브데넘(VI)을 질량비 1:0.5(=DBT3P-II: 산화 몰리브데넘)로 공증착(co-deposit)함으로써, 제 1 전극(501) 위에 정공 주입층(504)을 형성하였다. 또한, 공증착이란, 복수의 상이한 물질이 각각 상이한 증발원으로부터 동시에 증발되는 증착법이다. 또한, 발광 소자 1 및 비교 발광 소자 2 각각의 정공 주입층(504)의 두께를 30nm로 설정하였다.
정공 수송층(505)은 정공 주입층(504) 위에 PCPPn을 퇴적시켜 두께 10nm로 형성하였다.
발광층(I)(506a)은, 정공 수송층(505) 위에 7-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-7H-다이벤조[c,g]카바졸(약칭: cgDBCzPA) 및 N,N '-비스(3-메틸페닐)-N,N '-비스[3-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]피렌-1,6-다이아민(약칭: 1,6mMemFLPAPrn)을 질량비 1:0.025(=cgDBCzPA:1,6mMemFLPAPrn)로 공증착하여 10nm의 두께를 갖도록 형성하였다.
도 5의 (A)에 도시된 발광 소자 1의 발광층(II)(506b)은 복수의 층, 구체적으로는 제 1 층(506(b1)), 제 2 층(506(b2)), 제 3 층(506(b3)), 및 제 4 층(506(b4))의 적층을 갖는다. 또한, 제 2 층(506(b2)), 제 3 층(506(b3)), 및 제 4 층(506(b4))의 각각은 엑시플렉스로부터의 에너지 이동에 기인한 인광을 발할 수 있다.
제 1 층(506(b1))은, 발광층(I)(506a) 위에 2-[3'-(다이벤조싸이오펜-4-일)바이페닐-3-일]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mDBTBPDBq-II) 및 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 질량비 0.2:0.8(=2mDBTBPDBq-II:PCBBiF)로 공증착하여 2nm의 두께를 갖도록 형성하였다.
제 2 층(506(b2))은, 제 1 층(506(b1)) 위에 2mDBTBPDBq-II, PCBBiF, 및 (아세틸아세토네이토)비스(6-tert-뷰틸-4-페닐피리미디네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(tBuppm)2(acac)])을 질량비 0.1:0.9:0.06(=2mDBTBPDBq-II:PCBBiF:[Ir(tBuppm)2(acac)])으로 공증착하여 5nm의 두께를 갖도록 형성하였다.
제 3 층(506(b3))은, 제 2 층(506(b2)) 위에 2mDBTBPDBq-II, PCBBiF, 및 비스{4,6-다이메틸-2-[5-(2,6-다이메틸페닐)-3-(3,5-다이메틸페닐)-2-피라진일-κN]페닐-κC}(2,4-펜테인다이오네이토-κ2 O,O')이리듐(III)(약칭: [Ir(dmdppr-dmp)2(acac)])을 질량비 0.1:0.9:0.03(=2mDBTBPDBq-II:PCBBiF:[Ir(dmdppr-dmp)2(acac)])으로 공증착하여 5nm의 두께를 갖도록 형성하였다.
제 4 층(506(b4))은, 제 3 층(506(b3)) 위에 2mDBTBPDBq-II, PCBBiF, 및 [Ir(tBuppm)2(acac)]를 질량비 0.8:0.2:0.06(=2mDBTBPDBq-II:PCBBiF:[Ir(tBuppm)2(acac)])으로 공증착하여 20nm의 두께를 갖도록 형성하였다.
도 5의 (B)에 도시된 비교 발광 소자 2에서의 제 2 발광층(II)(506b')은 복수의 층, 구체적으로는 제 1 층(506(b1)), 제 2 층(506(b2')), 및 제 3 층(506(b3'))의 적층을 갖는다. 또한, 제 1 층(506(b1))은 발광 소자 1에서의 제 1 층(506(b1))과 마찬가지므로, 같은 방식으로 형성할 수 있고, 제 1 층(506(b1))의 설명은 생략한다.
제 2 층(506(b2'))은, 제 1 층(506(b1)) 위에 2mDBTBPDBq-II, PCBBiF, 및 [Ir(dmdppr-dmp)2(acac)]를 질량비 0.1:0.9:0.06(2mDBTBPDBq-II:PCBBiF:[Ir(dmdppr-dmp)2(acac)])으로 공증착하여 5nm의 두께를 갖도록 형성하였다.
제 3 층(506(b3'))은, 제 2 층(506(b2')) 위에 2mDBTBPDBq-II, PCBBiF, 및 [Ir(tBuppm)2(acac)]를 질량비 0.8:0.2:0.06(=2mDBTBPDBq-II:PCBBiF:[Ir(tBuppm)2(acac)])으로 공증착하여 20nm의 두께를 갖도록 형성하였다.
전자 수송층(507)은 발광층(II)(506b 및 506b') 각각 위에 2mDBTBPDBq-II를 두께 15nm로 퇴적시키고 나서, Bphen(약칭)을 두께 15nm로 퇴적시켜 형성하였다.
전자 주입층(508)은 전자 수송층(507) 위에 플루오르화 리튬(LiF)을 두께 1nm로 퇴적시켜 형성하였다.
제 2 전극(502)은 음극으로서 기능하는 전극이며, 전자 주입층(508) 위에 은(Ag) 및 마그네슘(Mg)을 질량비 1:0.5로 두께 1nm로 공증착하고 나서, 은을 스퍼터링법에 의하여 두께 150nm로 퇴적시킴으로써, 형성하였다. 또한, 상술한 증착 과정에서, 증착은 저항 가열법에 의하여 수행하였다.
도 5의 (A) 및 (B)에는 도시하지 않았지만, 제작한 발광 소자 1 및 비교 발광 소자 2의 각각을 대기에 노출시키지 않도록 질소 분위기를 함유하는 글로브 박스에서 밀봉하였다(구체적으로는, 발광 소자의 외측 단부에 실란트를 바르고, 파장 365nm의 자외광을 6J/cm2 조사하고, 80℃로 1시간 동안 가열 처리를 수행하였다).
표 1은 상술한 바와 같이 하여 제작된 발광 소자 1 및 비교 발광 소자 2의 소자 구조를 나타낸 것이다. 다만, 표 1에 있어서, 발광 소자 1에 관해서는, *1은 발광층(I)(506a)을 나타내고, *2, *3, *4, 및 *5는 각각 발광층(II)(506b)에 포함되는 제 1 층(506(b1)), 제 2 층(506(b2)), 제 3 층(506(b3)), 및 제 4 층(506(b4))을 나타낸다. 또한, 표 1에 있어서, 비교 발광 소자 2에 관해서는, *2, *6, 및 *5는 각각 제 1 층(506(b1)), 제 2 층(506(b2')), 및 제 3 층(506(b3'))을 나타낸다.
[표 1]
Figure pct00003
≪발광 소자 1 및 비교 발광 소자 2의 소자 특성≫
우선, 제작한 발광 소자 1 및 비교 발광 소자 2의 각각의, 광이 추출되는 기판의 표면에, 굴절률 1.78의 접촉 액체를 사용하여 굴절률 2.0의 반구형 렌즈를 접착하였다. 각 발광 소자의 총 광속(luminous flux)을 실온에서(25℃로 유지된 분위기에서) 적분구를 이용하여 측정하였다. 그 결과를 표 2에 나타낸다. 또한, 표 2에 나타낸 결과는 약 1000cd/m2에서의 발광 소자 1 및 비교 발광 소자 2의 주된 특성의 초기값이다.
[표 2]
Figure pct00004
상기 결과에서, 본 실시예에서 제작된 발광 소자 1은 비교 발광 소자 2보다 높은 외부 양자 효율을 갖는 것이 밝혀졌다. 상기 결과에서, 발광 소자 1이, JIS(Japanese Industrial Standards)로 규격된 상관 색 온도 범위(구체적으로는, 2600K~7100K) 중 백열광의 상관 색 온도 범위(2600K~3250K)에 들어가는 상관 색 온도의 광을 발하는 것도 밝혀졌다.
도 6은 발광 소자 1 및 비교 발광 소자 2에 3.75mA/cm2의 전류 밀도로 전류를 인가하였을 때의 이 발광 소자들의 구동 초기 단계의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 발광 소자 1 및 비교 발광 소자 2의 양쪽은 470nm 부근, 547nm 부근, 및 613nm 부근에 발광 피크를 갖는다. 이것은 상기 발광 피크가 발광층(I)(506a)으로부터의 형광 및 발광층(II)(506b 및 506b')으로부터의 인광에서 유래하는 것을 시사한다.
또한, 발광 소자 1과 비교 발광 소자 2 사이의 외부 양자 효율의 차이는, 발광 소자 1에서의 발광층(II)(506b)의 적층 구조에 기인하는 것으로 생각된다. 이것은 발광 소자 1의 547nm 부근 및 613nm 부근에 피크를 갖는 녹색 및 적색 발광의 강도가 비교 발광 소자 2보다 높다는 사실에 의하여 설명할 수 있다.
바꿔 말하면, 발광 소자 1은 발광층(II)(506b)에서 제 2 층(506(b2))과 제 4 층(506(b4)) 사이에 형성되는 제 3 층(506(b3))이, 제 2 층(506(b2)) 및 제 4 층(506(b4))으로부터 방출되는 광보다 긴 발광 피크 파장의 광을 발하도록 형성함으로써, 제 3 층(506(b3))에서 형성된 여기자가 다른 층으로 확산되는 것을 억제할 수 있었다. 그 결과, 발광 소자 1의 발광 효율이 높게 된 것으로 생각된다.
또한, 발광 소자 1의 470nm 부근에 발광 피크를 갖는 청색 광의 강도가 비교 발광 소자 2보다 낮은 것은, 인광이 상술한 이유로 발광층(II)(506b)으로부터 효율적으로 방출될 수 있고, 발광층(I)(506a)으로의 에너지 이동의 확률이 저감되었기 때문이라고 설명할 수 있다.
결과적으로, 발광 소자 1에서의 형광 및 인광의 발광 중 인광의 비율이 비교 발광 소자 2보다 높아졌다. 그 결과, 발광 소자 1의 외부 양자 효율이 높게 된 것으로 생각된다.
도 7은 발광 소자 1의 신뢰성 시험의 결과를 나타낸 것이다. 도 7에서, 세로축은 초기 휘도 100%의 정규화 휘도(%)를 나타내고, 가로축은 소자의 구동 시간(h)을 나타낸다. 또한, 신뢰성 시험에서는, 초기 휘도를 5000cd/m2로 설정하고 전류 밀도가 일정한 조건 하에서 발광 소자 1을 구동시켰다. 신뢰성 시험의 결과에서, 발광 소자 1이 긴 수명을 갖는 것이 밝혀졌다.
본 실시예에서 제작한 발광 소자 1과 같은 구조를 갖는 소자를 굴절률 1.84의 기판 위에 90mm×90mm의 발광 면적을 갖도록 형성하고, 광이 추출되는 기판의 표면을 프로스트 처리함으로써, 발광 면적 90mm×90mm의 조명 장치를 제작하였다. 또한, 양극으로서 기능하는 ITO의 두께를 70nm로 설정하였다. 제작한 조명 장치는 휘도 약 1000cd/m2에서의 연색 평가 지수(Ra)가 84로 우수하고 파워 효율은 92lm/W로 매우 높았다. 또한, 이 조명 장치의 색 온도는 백열광의 규격된 색 온도 범위에 들어가는 2800K이었다.
(실시예 2)
본 실시예에서는, 본 발명의 일 실시형태의 발광 소자로서 발광 소자 3을 제작하고, 이 발광 소자의 특성을 측정하였다. 또한, 발광 소자 3은, 실시예 1에서 설명한 발광 소자 1과 같은 구조를 갖고, 도 5의 (A)에 도시된 바와 같이 발광층(I)(506a)은 형광을 발하는 층이고, 발광층(II)(506b)은 인광을 발하는 층이다. 발광층(II)(506b)은, 적층 구조를 갖고, 제 2 층(506(b2))과 제 4 층(506(b4)) 사이에 형성되는 제 3 층(506(b3))이, 제 2 층(506(b2)) 및 제 4 층(506(b4))으로부터 방출되는 광보다 긴 발광 피크 파장의 광을 발하도록 형성하였다. 본 실시예에서 사용하는 재료의 구조식 및 약칭을 이하에 나타낸다.
[화학식 3]
Figure pct00005
[화학식 4]
Figure pct00006
≪발광 소자 3의 제작≫
제 1 전극(501)은 양극으로서 기능하는 전극이며, 스퍼터링법에 의하여 굴절률 1.84의 유리 기판(500) 위에 산화 실리콘을 함유한 인듐 주석 산화물(ITSO)을 두께 70nm로 퇴적시켜 형성하였다. 전극 면적은 81cm2로 설정하였다. 광이 추출되는 기판의 표면을 프로스트 처리하였다.
본 실시예에서 설명하는 발광 소자 3의 제작 방법 등은 전극 면적을 제외하고 실시예 1에서 설명한 발광 소자 1 및 비교 발광 소자 2와 같다. 표 3은 발광 소자 3의 특성을 나타내는 소자 구조를 나타낸 것이며, 자세한 설명은 생략한다. 또한, 발광층(I)(506a)으로부터 형광이 얻어지고, 발광 소자 1의 경우와 마찬가지로, 발광층(II)(506b)에 포함되는 제 2 층(506(b2)), 제 3 층(506(b3)), 및 제 4 층(506(b4))의 각각은 엑시플렉스로부터의 에너지 이동에 기인한 인광이 얻어진다. 표 3에서, 발광 소자 3에 관해서는, *1은 발광층(I)(506a)을 나타내고, *2, *3, *4, 및 *5는 각각 발광층(II)(506b)에 포함되는 제 1 층(506(b1)), 제 2 층(506(b2)), 제 3 층(506(b3)), 및 제 4 층(506(b4))을 나타낸다.
[표 3]
Figure pct00007
≪발광 소자 3의 소자 특성≫
제작한 발광 소자 3의 특성을 실온에서(25℃로 유지된 분위기에서) 측정하였다. 그 결과를 도 8 및 표 4에 나타낸다. 또한, 표 4에 나타낸 결과는 약 1000cd/m2에서의 발광 소자 3의 주된 특성의 초기값이다.
[표 4]
Figure pct00008
상기 결과에서, 본 실시예에서 제작된 발광 소자 3은 실시예 1에서 설명한 발광 소자 1과 같이 높은 외부 양자 효율을 갖는 것이 밝혀졌다. 상기 결과에서, 발광 소자 3이, JIS(Japanese Industrial Standards)로 규격된 상관 색 온도 범위(구체적으로는, 2600K~7100K) 중 백열광의 상관 색 온도 범위(2600K~3250K)에 들어가는 상관 색 온도의 광을 발하는 것도 밝혀졌다.
도 9는 발광 소자 3에 1.2mA/cm2의 전류 밀도로 전류를 인가하였을 때의 발광 소자 3의 구동 초기 단계의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이다. 도 9에 나타낸 바와 같이, 발광 소자 3은 470nm 부근, 547nm 부근, 및 613nm 부근에 발광 피크를 갖는다. 이것은 상기 발광 피크가 발광층(I)(506a)으로부터의 형광 및 발광층(II)(506b)으로부터의 인광에서 유래하는 것을 시사한다.
본 실시예에서 설명하는 발광 소자 3의, 470nm 부근에 발광 피크를 갖는 청색 광의 강도보다 613nm 부근에 발광 피크를 갖는 적색 광의 강도가 매우 높다. 그러므로, 발광 소자 3의 발광층(II)(506b)에서, 제 2 층(506(b2))과 제 4 층(506(b4)) 사이에 형성되는 제 3 층(506(b3))에서 형성된 여기자가 다른 층으로 확산되는 것이 억제되어, 형광 및 인광의 발광 중 인광의 비율이 높아졌다. 그 결과, 외부 양자 효율이 높게 된 것으로 생각된다.
[실시예 3]
본 실시예에서는, 본 발명의 일 실시형태의 발광 소자로서 발광 소자 4를 제작하고, 이 발광 소자 4의 특성을 측정하였다. 또한, 발광 소자 4는, 실시예 1에서 설명한 발광 소자 1과 같은 구조를 갖고, 도 5의 (A)에 도시된 바와 같이 발광층(I)(506a)은 형광을 발하는 층이고, 발광층(II)(506b)은 인광을 발하는 층이다. 발광층(II)(506b)은, 적층 구조를 갖고, 제 2 층(506(b2))과 제 4 층(506(b4)) 사이에 형성되는 제 3 층(506(b3))이, 제 2 층(506(b2)) 및 제 4 층(506(b4))으로부터 방출된 광보다 긴 발광 피크 파장의 광을 발하도록 형성하였다. 본 실시예에서 사용하는 재료의 구조식 및 약칭을 이하에 나타낸다.
[화학식 5]
Figure pct00009
[화학식 6]
Figure pct00010
≪발광 소자 4의 제작≫
제 1 전극(501)은 양극으로서 기능하는 전극이며, 스퍼터링법에 의하여 유리 기판(500) 위에 산화 실리콘을 함유한 인듐 주석 산화물(ITSO)을 두께 110nm로 퇴적시켜 형성하였다. 전극 면적은 2mm×2mm로 설정하였다.
본 실시예에서 설명하는 발광 소자 4의 제작 방법 등은 실시예 1에서 설명한 발광 소자 1과 같다. 표 5는 발광 소자 4의 특성을 나타내는 소자 구조를 나타낸 것이며, 자세한 설명은 생략한다. 또한, 발광 소자 4에서, 발광층(I)(506a)으로부터 형광이 얻어지고, 발광층(II)(506b)에 포함되는 제 2 층(506(b2)), 제 3 층(506(b3)), 및 제 4 층(506(b4))은 엑시플렉스로부터의 에너지 이동에 기인한 인광이 얻어진다. 표 5에서, 발광 소자 4에 관해서는, *1은 발광층(I)(506a)을 나타내고, *2, *3, *4, 및 *5는 각각 발광층(II)(506b)에 포함되는 제 1 층(506(b1)), 제 2 층(506(b2)), 제 3 층(506(b3)), 및 제 4 층(506(b4))을 나타낸다.
[표 5]
Figure pct00011
≪발광 소자 4의 소자 특성≫
제작한 발광 소자 4의 특성을 실온에서(25℃로 유지된 분위기에서) 측정하였다. 그 결과를 도 10 및 표 6에 나타낸다. 또한, 표 6에 나타낸 결과는 약 1000cd/m2에서의 발광 소자 4의 주된 특성의 초기값이다.
[표 6]
Figure pct00012
상기 결과에서, 본 실시예에서 제작된 발광 소자 4는 높은 외부 양자 효율을 갖는 것이 밝혀졌다. 상기 결과에서, 발광 소자 4가, JIS(Japanese Industrial Standards)로 규격된 상관 색 온도 범위(구체적으로는, 2600K~7100K) 중 백열광의 상관 색 온도 범위(2600K~3250K)에 들어가는 상관 색 온도의 광을 발하는 것도 밝혀졌다.
도 11은 발광 소자 4에 3.75mA/cm2의 전류 밀도로 전류를 인가하였을 때의 발광 소자 4의 구동 초기 단계의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이다. 도 11에 나타낸 바와 같이, 발광 소자 4는 469nm 부근, 550nm 부근, 및 611nm 부근에 발광 피크를 갖는다. 이것은 상기 발광 피크가 발광층(I)(506a)으로부터의 형광 및 발광층(II)(506b)으로부터의 인광에서 유래하는 것을 시사한다.
본 실시예에서 설명하는 발광 소자 4의, 469nm 부근에 발광 피크를 갖는 청색 광의 강도보다 611nm 부근에 발광 피크를 갖는 적색 광의 강도가 매우 높다. 그러므로, 발광 소자 4의 발광층(II)(506b)에서, 제 2 층(506(b2))과 제 4 층(506(b4)) 사이에 형성되는 제 3 층(506(b3))에서 발생되는 여기자가 다른 층으로 확산되는 것이 억제되어, 형광 및 인광의 발광 중 인광의 비율이 높아졌다. 그 결과, 외부 양자 효율이 높게 된 것으로 생각된다.
본 실시예에서 제작한 발광 소자 4와 같은 구조를 갖는 소자를 굴절률 1.84의 기판 위에 90mm×90mm의 발광 면적을 갖도록 형성하고, 광이 추출되는 기판의 표면을 프로스트 처리함으로써, 발광 면적 90mm×90mm의 조명 장치를 제작하였다. 또한, 양극으로서 ITO를 사용하고 그 양극의 두께를 70nm로 설정하였다. 제작한 조명 장치는 휘도 약 1000cd/m2에서의 연색 평가 지수(Ra)가 83으로 우수하고 파워 효율은 81lm/W로 높았다. 또한, 이 조명 장치의 색 온도는 온백색 광의 규격된 색 온도 범위에 들어가는 3200K이었다.
101: 제 1 전극, 102: 제 2 전극, 103: EL층, 104: 정공 주입층, 105: 정공 수송층, 106: 발광층, 106a: 발광층(I), 106b: 발광층(II),106(b1): 제 1 층, 106(b2): 제 2 층, 106(b3): 제 3 층, 107: 전자 수송층, 108: 전자 주입층, 201: 소자 기판, 202: 화소부, 203: 구동 회로부(소스선 구동 회로), 204a 및 204b: 구동 회로부(게이트선 구동 회로), 205: 실란트, 206: 밀봉 기판, 207: 배선, 208: flexible printed circuit(FPC), 209: FET, 210: FET, 211: 스위칭 FET, 212: 전류 제어 FET, 213: 제 1 전극(양극), 214: 절연체, 215: EL층, 216: 제 2 전극(음극), 217: 발광 소자, 218: 공간, 500: 기판, 501: 제 1 전극, 502: 제 2 전극, 503: EL층, 504: 정공 주입층, 505: 정공 수송층, 506: 발광층, 506a: 발광층(I), 506b: 발광층(II), 506(b1): 제 1 층, 506(b2): 제 2 층, 506(b3): 제 3 층, 506(b4): 제 4 층, 506b': 발광층(II), 506(b2'): 제 2 층, 506(b3'): 제 3 층, 507: 전자 수송층, 508: 전자 주입층, 7100: 텔레비전 장치, 7101: 하우징, 7103: 표시부, 7105: 스탠드, 7107: 표시부, 7109: 조작 키, 7110: 리모트 컨트롤러, 7201: 본체, 7202: 하우징, 7203: 표시부, 7204: 키보드, 7205: 외부 접속 포트, 7206: 포인팅 디바이스, 7302: 하우징, 7304: 표시 패널, 7305: 시간을 나타내는 아이콘, 7306: 다른 아이콘, 7311: 조작 버튼, 7312: 조작 버튼, 7313: 접속 단자, 7321: 밴드, 7322: 클래스프, 7400: 휴대 전화, 7401: 하우징, 7402: 표시부, 7403: 조작 버튼, 7404: 외부 접속부, 7405: 스피커, 7406: 마이크로폰, 7407: 카메라, 7500(1) 및 7500(2): 하우징, 7501(1) 및 7501(2): 제 1 화면, 7502(1) 및 7502(2): 제 2 화면, 8001: 조명 장치, 8002: 조명 장치, 8003: 조명 장치, 및 8004: 조명 장치.
본 출원은 2013년 12월 2일에 일본 특허청에 출원된 일련 번호 2013-249206의 일본 특허 출원 및 2014년 5월 15일에 일본 특허청에 출원된 일련 번호 2014-101046의 일본 특허 출원에 기초하고, 본 명세서에 그 전문이 참조로 통합된다.

Claims (22)

  1. 발광 소자에 있어서,
    한 쌍의 전극 사이의, 형광을 발하는 제 1 발광층 및 인광을 발하는 제 2 발광층의 적층을 포함하고,
    상기 제 2 발광층은 엑시플렉스가 형성되는 제 1 층, 엑시플렉스가 형성되는 제 2 층, 및 엑시플렉스가 형성되는 제 3 층을 포함하고,
    상기 제 2 층은 상기 제 1 층 위에 위치하고, 상기 제 3 층은 상기 제 2 층 위에 위치하고,
    상기 제 2 층은 상기 제 1 층 및 상기 제 3 층과 접촉하고,
    상기 제 2 층의 발광 피크 파장은 상기 제 1 층의 발광 피크 파장 및 상기 제 3 층의 발광 피크 파장보다 긴, 발광 소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 발광층 및 상기 제 2 발광층은 서로 접촉하는, 발광 소자.
  3. 발광 장치에 있어서,
    제 1 항에 따른 발광 소자를 포함하는 화소부;
    상기 화소부에 전기적으로 접속된 구동 회로; 및
    상기 구동 회로에 전기적으로 접속된 FPC(flexible printed circuit)를 포함하는, 발광 장치.
  4. 조명 장치에 있어서,
    제 1 항에 따른 발광 소자를 포함하는, 조명 장치.
  5. 발광 소자에 있어서,
    한 쌍의 전극 사이의, 제 1 발광층 및 제 2 발광층의 적층을 포함하고,
    상기 제 1 발광층은 형광 물질을 함유하고,
    상기 제 2 발광층은 제 1 층, 상기 제 1 층 위의 제 2 층, 및 상기 제 2 층 위의 제 3 층을 포함하고,
    상기 제 1 층, 상기 제 2 층, 및 상기 제 3 층의 각각은 인광 물질을 함유하고,
    상기 제 2 층의 발광 피크 파장은 상기 제 1 층의 발광 피크 파장 및 상기 제 3 층의 발광 피크 파장보다 길고,
    상기 제 1 발광층 및 상기 제 2 발광층은 서로 접촉하는, 발광 소자.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 2 층은 상기 제 1 층 및 상기 제 3 층과 접촉하는, 발광 소자.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 층, 상기 제 2 층, 및 상기 제 3 층의 각각은 엑시플렉스를 형성하는 물질을 함유하는, 발광 소자.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 층 및 상기 제 3 층은 엑시플렉스를 형성하는 같은 물질을 함유하고,
    상기 제 1 층에서의 상기 인광 물질 및 상기 제 3 층에서의 상기 인광 물질은 같은 인광 물질인, 발광 소자.
  9. 제 5 항에 있어서,
    제 1 층, 상기 제 2 층, 및 상기 제 3 층의 각각은 엑시플렉스를 형성하는 같은 물질을 함유하는, 발광 소자.
  10. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 발광층은 호스트 재료를 함유하고,
    상기 호스트 재료의 T1 준위는 상기 형광 물질의 T1 준위보다 낮은, 발광 소자.
  11. 발광 장치에 있어서,
    제 5 항에 따른 발광 소자를 포함하는 화소부;
    상기 화소부에 전기적으로 접속된 구동 회로; 및
    상기 구동 회로에 전기적으로 접속된 FPC를 포함하는, 발광 장치.
  12. 조명 장치에 있어서,
    제 5 항에 따른 발광 소자를 포함하는, 조명 장치.
  13. 발광 소자에 있어서,
    한 쌍의 전극 사이의, 제 1 발광층 및 제 2 발광층의 적층을 포함하고,
    상기 제 1 발광층은 형광 물질을 함유하고,
    상기 제 2 발광층은 제 1 층, 상기 제 1 층 위의 제 2 층, 및 상기 제 2 층 위의 제 3 층을 포함하고,
    상기 제 1 층, 상기 제 2 층, 및 상기 제 3 층의 각각은 인광 물질을 함유하고,
    상기 제 2 층의 발광 피크 파장은 상기 제 1 층의 발광 피크 파장 및 상기 제 3 층의 발광 피크 파장보다 길고,
    상기 제 2 발광층의 상기 제 1 층의 발광 피크 파장은 상기 제 1 발광층의 발광 피크 파장보다 긴, 발광 소자.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 2 층은 상기 제 1 층 및 상기 제 3 층과 접촉하는, 발광 소자.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 발광층 및 상기 제 2 발광층은 서로 접촉하는, 발광 소자.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 층, 상기 제 2 층, 및 상기 제 3 층의 각각은 엑시플렉스를 형성하는 물질을 함유하는, 발광 소자.
  17. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 층 및 상기 제 3 층은 엑시플렉스를 형성하는 같은 물질을 함유하고,
    상기 제 1 층에서의 상기 인광 물질 및 상기 제 3 층에서의 상기 인광 물질은 같은 인광 물질인, 발광 소자.
  18. 제 13 항에 있어서,
    제 1 층, 상기 제 2 층, 및 상기 제 3 층의 각각은 엑시플렉스를 형성하는 같은 물질을 함유하는, 발광 소자.
  19. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 발광층은 호스트 재료를 함유하고,
    상기 호스트 재료의 T1 준위는 상기 형광 물질의 T1 준위보다 낮은, 발광 소자.
  20. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 발광층은 청색 광을 발하고,
    상기 제 2 발광층의 상기 제 1 층은 녹색 광을 발하고,
    상기 제 2 발광층의 상기 제 2 층은 적색 광을 발하고,
    상기 제 2 발광층의 상기 제 3 층은 녹색 광을 발하는, 발광 소자.
  21. 발광 장치에 있어서,
    제 13 항에 따른 발광 소자를 포함하는 화소부;
    상기 화소부에 전기적으로 접속된 구동 회로; 및
    상기 구동 회로에 전기적으로 접속된 FPC를 포함하는, 발광 장치.
  22. 조명 장치에 있어서,
    제 13 항에 따른 발광 소자를 포함하는, 조명 장치.
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