KR20160110173A - 발광 소자, 표시 장치, 전자 기기, 및 조명 장치 - Google Patents

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

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šœ스케 호소우미
다카히로 이시소네
다츠요시 다카하시
사토시 세오
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가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼
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Abstract

본 발명의 일 형태는 형광 재료를 함유하고 발광 효율이 높은 발광 소자를 제공한다.
상기 발광 소자는 형광 재료 및 호스트 재료를 함유하고, 호스트 재료는 제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물을 함유하고, 제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물은 들뜬 복합체를 형성하는 기능을 갖고, 제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물 중 적어도 한쪽과 형광 재료의 중심간 거리의 최소값이 0.7nm 이상 5nm 이하이다.

Description

발광 소자, 표시 장치, 전자 기기, 및 조명 장치{LIGHT-EMITTING ELEMENT, DISPLAY DEVICE, ELECTRONIC DEVICE, AND LIGHTING DEVICE}
본 발명의 일 형태는 발광 소자, 또는 상기 발광 소자를 포함하는 표시 장치, 전자 기기, 및 조명 장치에 관한 것이다.
다만, 본 발명의 일 형태는 상술한 기술 분야에 한정되지 않는다. 본 명세서 등에 개시(開示)되는 발명의 일 형태의 기술 분야는 물건, 방법, 또는 제조 방법에 관한 것이다. 또는, 본 발명의 일 형태는 공정(process), 기계(machine), 제품(manufacture), 또는 조성물(composition of matter)에 관한 것이다. 따라서, 본 명세서에 개시되는 본 발명의 일 형태의 기술 분야의 더 구체적인 일례로서는, 반도체 장치, 표시 장치, 액정 표시 장치, 발광 장치, 조명 장치, 축전 장치, 기억 장치, 이들의 구동 방법, 또는 이들의 제조 방법을 들 수 있다.
근년에 들어, 일렉트로루미네선스(EL: Electroluminescence)를 이용한 발광 소자의 연구 개발이 활발히 진행되고 있다. 이들 발광 소자의 기본적인 구성은 한 쌍의 전극 사이에 발광성 물질을 함유하는 층(EL층)을 끼운 구성이다. 이 소자의 전극 사이에 전압을 인가함으로써 발광성 물질로부터 발광이 얻어진다.
상술한 발광 소자는 자기 발광형이므로, 이것이 사용된 표시 장치는 시인성(視認性)이 우수하고, 백 라이트가 불필요하고, 소비 전력이 적은 등의 장점을 갖는다. 또한, 얇고 가볍게 제작할 수 있고 응답 속도가 빠른 등의 장점도 갖는다.
발광성 물질에 유기 화합물을 사용하여, 한 쌍의 전극 사이에 상기 발광성 물질을 함유하는 EL층을 제공한 발광 소자(예를 들어, 유기 EL 소자)의 경우, 한 쌍의 전극 사이에 전압을 인가함으로써, 음극으로부터 전자가, 또한 양극으로부터 정공이 각각 발광성 EL층으로 주입되어 전류가 흐른다. 그리고, 주입된 전자 및 정공이 재결합됨으로써 발광성 유기 화합물이 들뜬 상태에 이르러, 들뜬 발광성 유기 화합물로부터 발광을 얻을 수 있다.
유기 화합물이 형성하는 들뜬 상태의 종류로서는 단일항 들뜬 상태(S*)와 삼중항 들뜬 상태(T*)가 있으며, 단일항 들뜬 상태로부터의 발광이 형광, 삼중항 들뜬 상태로부터의 발광이 인광이라고 불린다. 또한, 발광 소자에서의 이들의 통계적인 생성 비율은 S*:T*=1:3이다. 따라서, 인광을 발하는 화합물(인광성 화합물)을 사용한 발광 소자는 형광을 발하는 화합물(형광성 화합물)을 사용한 발광 소자보다 높은 발광 효율을 얻을 수 있다. 그러므로, 삼중항 들뜬 상태를 발광으로 변환할 수 있는 인광성 화합물이 사용된 발광 소자의 개발이 근년에 활발히 진행되고 있다.
인광성 화합물을 사용한 발광 소자 중 특히 청색 발광을 나타내는 발광 소자에 관해서는 높은 삼중항 들뜬 에너지 준위를 갖는 안정된 화합물의 개발이 어렵기 때문에, 아직 실용화되지 않았다. 따라서, 더 안정된 형광성 화합물을 사용한 발광 소자가 개발되고 있으며, 형광성 화합물을 사용한 발광 소자(형광 발광 소자)의 발광 효율을 높이는 방법이 연구되고 있다.
삼중항 들뜬 상태의 일부를 발광으로 변환할 수 있는 재료로서, 열 활성화 지연 형광(Thermally Activated Delayed Fluorescence: TADF)체가 알려져 있다. 열 활성화 지연 형광체에서는, 삼중항 들뜬 상태로부터 역항간 교차에 의하여 단일항 들뜬 상태가 생성되고, 단일항 들뜬 상태로부터 발광으로 변환된다.
열 활성화 지연 형광체를 이용한 발광 소자의 발광 효율을 높이기 위해서는, 열 활성화 지연 형광체에 있어서, 삼중항 들뜬 상태로부터 단일항 들뜬 상태가 효율적으로 생성될 뿐만 아니라, 단일항 들뜬 상태로부터 효율적으로 발광이 얻어지는 것, 즉 형광 양자 수율이 높은 것이 중요하다. 그러나, 이 두 가지를 동시에 만족하는 발광 재료를 설계하는 것은 어렵다.
따라서, 열 활성화 지연 형광체 및 형광성 화합물을 갖는 발광 소자에 있어서, 열 활성화 지연 형광체의 단일항 들뜬 에너지를 형광성 화합물로 이동시키고, 형광성 화합물로부터 발광을 얻는 방법이 제안되어 있다(특허문헌 1 참조).
일본 특개 2014-45179호 공보
열 활성화 지연 형광체 및 형광성 화합물을 포함하는 발광 소자의 발광 효율을 높이기 위해서는 삼중항 들뜬 상태로부터 단일항 들뜬 상태가 효율적으로 생성되는 것이 바람직하다. 또한, 열 활성화 지연 형광체의 단일항 들뜬 상태로부터 형광성 화합물의 단일항 들뜬 상태로 효율적으로 에너지가 이동하는 것이 바람직하다. 또한, 열 활성화 지연 형광체의 삼중항 들뜬 상태로부터 형광성 화합물의 삼중항 들뜬 상태로의 에너지 이동을 억제하는 것이 바람직하다.
따라서, 본 발명의 일 형태에서는, 형광성 화합물을 함유하고 발광 효율이 높은 발광 소자를 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다. 또는, 본 발명의 일 형태에서는 소비 전력이 저감된 발광 소자를 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다. 또는, 본 발명의 일 형태에서는 신규 발광 소자를 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다. 또는, 본 발명의 일 형태에서는 신규 발광 장치를 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다. 또는, 본 발명의 일 형태에서는 신규 표시 장치를 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다.
다만, 상술한 과제의 기재는 다른 과제의 존재를 방해하는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 일 형태는 반드시 이들 과제 모두를 해결할 필요는 없다. 상술한 것 외의 과제는 명세서 등의 기재로부터 저절로 명확해지는 것이며, 명세서 등의 기재로부터 상술한 것 외의 과제를 추출할 수 있다.
본 발명의 일 형태는, 발광 소자가 EL층을 포함하고, EL층은 들뜬 복합체를 형성하는 발광층을 포함함으로써, 삼중항 여기자를 단일항 여기자로 변환하고, 단일항 여기자로부터 발광시킬 수 있는 발광 소자이며, 상기 단일항 여기자의 에너지 이동으로 인하여 형광성 화합물로부터 발광시킬 수 있는, 발광 소자이다.
따라서, 본 발명의 일 형태는 형광 재료 및 호스트 재료를 포함하고, 호스트 재료는 제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물을 포함하고, 제 1 유기 화합물과 제 2 유기 화합물은 들뜬 복합체를 형성하는 기능을 갖고, 제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물 중 적어도 한쪽과 형광 재료의 중심간 거리의 최소값이 0.7nm 이상 5nm 이하인, 발광 소자이다.
또한, 본 발명의 다른 일 형태는 형광 재료 및 호스트 재료를 포함하고, 형광 재료는 70% 이상의 형광 양자 수율을 갖고, 호스트 재료는 제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물을 포함하고, 제 1 유기 화합물과 제 2 유기 화합물은 들뜬 복합체를 형성하는 기능을 갖고, 제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물 중 적어도 한쪽과 형광 재료의 중심간 거리의 최소값이 0.7nm 이상 5nm 이하인, 발광 소자이다.
또한, 상기 각 구성에 있어서, 제 1 유기 화합물과 형광 재료의 중심간 거리의 최소값 및 제 2 유기 화합물과 형광 재료의 중심간 거리의 최소값이 각각 0.7nm 이상 5nm 이하인 것이 바람직하다. 또한, 중심간 거리의 최소값은 고전 분자 동역학법(classical molecular dynamics method)에 의하여 산출되는 적산 배위수가 0을 초과할 때의 거리인 것이 바람직하다.
또한, 상기 각 구성에 있어서, 형광 재료는 탄소수 2 이상의 알킬기를 2개 이상 갖는 것이 바람직하다. 또는, 형광 재료는 탄소수 3 이상 10 이하의 분기(分岐)를 갖는 알킬기를 2개 이상 갖는 것이 바람직하다. 또는, 형광 재료는 탄소수 3 이상 10 이하의 고리 모양 탄화 수소기를 2개 이상, 또는 탄소수 3 이상 10 이하의 가교 고리 모양 탄화 수소기를 2개 이상 갖는 것이 바람직하다.
또한, 상기 각 구성에 있어서, 형광 재료는 탄소수 3 이상 12 이하의 축합 방향족 탄화 수소를 갖는 것이 바람직하다.
또한, 상기 각 구성에 있어서, 들뜬 복합체는 형광 재료에 들뜬 에너지를 공여하는 기능을 갖는 것이 바람직하다.
또한, 상기 각 구성에 있어서, 들뜬 복합체가 나타내는 발광은 형광 재료의 가장 낮은 에너지 측의 흡수대와 겹치는 영역을 갖는 것이 바람직하다.
또한, 상기 각 구성에 있어서, 들뜬 복합체가 나타내는 발광은 지연 형광 성분이 차지하는 비율이 10% 이상이며, 지연 형광 성분은 형광 수명이 10ns 이상 50μs 이하인 지연 형광 성분을 갖는 것이 바람직하다.
또한, 상기 각 구성에 있어서, 제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물 중 한쪽은 전자를 수송하는 기능을 갖고, 제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물 중 다른 쪽은 정공을 수송하는 기능을 갖는 것이 바람직하다. 또는, 제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물 중 한쪽은 π전자 부족형 헤테로 방향족 고리 골격을 갖고, 제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물 중 다른 쪽은 π전자 과잉형 헤테로 방향족 고리 골격 또는 방향족 아민 골격을 갖는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 다른 일 형태는 컬러 필터 및 트랜지스터 중 적어도 한쪽 및 상기 각 구성의 발광 소자를 포함하는 표시 장치이다. 또한, 본 발명의 다른 일 형태는 하우징 및 터치 센서 중 적어도 한쪽 및 상기 표시 장치를 포함하는 전자 기기이다. 또한, 본 발명의 다른 일 형태는 하우징 및 터치 센서 중 적어도 한쪽 및 상기 각 구성의 발광 소자를 포함하는 조명 장치이다. 또한, 본 발명의 일 형태는 발광 소자를 포함하는 발광 장치뿐만 아니라, 발광 장치를 포함하는 전자 기기도 그 범주에 포함된다. 따라서, 본 명세서에서 발광 장치란, 화상 표시 디바이스 또는 광원(조명 장치를 포함함)을 말한다. 또한, 발광 장치에 커넥터, 예를 들어 FPC(Flexible Printed Circuit) 또는 TCP(Tape Carrier Package)가 부착된 표시 모듈, TCP 끝에 프린트 배선판이 제공된 표시 모듈, 또는 발광 소자에 COG(Chip On Glass) 방식에 의하여 IC(집적 회로)가 직접 실장된 표시 모듈도 발광 장치를 포함하는 경우가 있다.
본 발명의 일 형태에 의하여, 형광성 화합물을 포함하고 발광 효율이 높은 발광 소자를 제공할 수 있다. 또는, 본 발명의 일 형태에 의하여, 소비 전력이 저감된 발광 소자를 제공할 수 있다. 또는, 본 발명의 일 형태에 의하여, 신규 발광 소자를 제공할 수 있다. 또는, 본 발명의 일 형태에 의하여, 신규 발광 장치를 제공할 수 있다. 또는, 본 발명의 일 형태에 의하여 신규 표시 장치를 제공할 수 있다.
다만, 이들 효과의 기재는 다른 효과의 존재를 방해하는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 일 형태는 반드시 상술한 모든 효과를 가질 필요는 없다. 또한, 상술한 것 외의 효과는 명세서, 도면, 청구항 등의 기재로부터 저절로 명확해지는 것이며, 명세서, 도면, 청구항 등의 기재로부터 상술한 것 외의 효과를 추출할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 형태의 발광 소자의 단면 모식도, 및 발광층에서의 에너지 준위의 상관을 설명하기 위한 도면.
도 2는 호스트 재료와 게스트 재료의 위치 관계를 설명하기 위한 도면.
도 3은 게스트 재료에 대한 호스트 재료의 적산 배위수를 설명하기 위한 도면.
도 4는 호스트 재료와 게스트 재료의 위치 관계를 설명하기 위한 도면.
도 5는 호스트 재료와 게스트 재료의 삼중항 들뜬 상태의 가장 안정적인 구조를 설명하기 위한 도면.
도 6은 본 발명의 일 형태의 발광 소자의 단면 모식도, 및 발광층에서의 에너지 준위의 상관을 설명하기 위한 도면.
도 7은 본 발명의 일 형태의 발광 소자의 단면 모식도, 및 발광층에서의 에너지 준위의 상관을 설명하기 위한 도면.
도 8은 본 발명의 일 형태의 발광 소자의 단면 모식도.
도 9는 본 발명의 일 형태의 발광 소자의 단면 모식도.
도 10은 본 발명의 일 형태의 발광 소자의 제작 방법을 설명하기 위한 단면 모식도.
도 11은 본 발명의 일 형태의 발광 소자의 제작 방법을 설명하기 위한 단면 모식도.
도 12는 본 발명의 일 형태의 표시 장치를 설명하기 위한 상면도 및 단면 모식도.
도 13은 본 발명의 일 형태의 표시 장치를 설명하기 위한 단면 모식도.
도 14는 본 발명의 일 형태의 표시 장치를 설명하기 위한 단면 모식도.
도 15는 본 발명의 일 형태의 표시 장치를 설명하기 위한 단면 모식도.
도 16은 본 발명의 일 형태의 표시 장치를 설명하기 위한 단면 모식도.
도 17은 본 발명의 일 형태의 표시 장치를 설명하기 위한 단면 모식도.
도 18은 본 발명의 일 형태의 표시 장치를 설명하기 위한 단면 모식도.
도 19는 본 발명의 일 형태의 표시 장치를 설명하기 위한 블록도 및 회로도.
도 20은 본 발명의 일 형태의 표시 장치의 화소 회로를 설명하기 위한 회로도.
도 21은 본 발명의 일 형태의 표시 장치의 화소 회로를 설명하기 위한 회로도.
도 22는 본 발명의 일 형태의 터치 패널의 일례의 사시도.
도 23은 본 발명의 일 형태의 표시 장치, 및 터치 센서의 일례의 단면도.
도 24는 본 발명의 일 형태의 터치 패널의 일례의 단면도.
도 25는 본 발명의 일 형태에 따른 터치 센서의 블록도 및 타이밍 차트.
도 26은 본 발명의 일 형태에 따른 터치 센서의 회로도.
도 27은 본 발명의 일 형태의 표시 모듈을 설명하기 위한 사시도.
도 28은 본 발명의 일 형태의 전자 기기에 대하여 설명하기 위한 도면.
도 29는 본 발명의 일 형태의 발광 장치를 설명하기 위한 사시도 및 단면도.
도 30은 본 발명의 일 형태의 발광 장치를 설명하기 위한 단면도.
도 31은 본 발명의 일 형태의 조명 장치 및 전자 기기를 설명하기 위한 도면.
도 32는 본 발명의 일 형태의 조명 장치에 대하여 설명하기 위한 도면.
도 33은 실시예에 따른 발광 소자의 전류 효율-휘도 특성을 설명하기 위한 도면.
도 34는 실시예에 따른 발광 소자의 외부 양자 효율-휘도 특성을 설명하기 위한 도면.
도 35는 실시예에 따른 발광 소자의 휘도-전압 특성을 설명하기 위한 도면.
도 36은 실시예에 따른 발광 소자의 전계 발광 스펙트럼을 설명하기 위한 도면.
도 37은 실시예에 따른 발광 소자의 형광 수명 특성을 설명하기 위한 도면.
도 38은 실시예에 따른 발광 소자의 과도 전계 발광 스펙트럼을 설명하기 위한 도면.
도 39는 실시예에 따른 발광 소자의 과도 전계 발광 스펙트럼을 설명하기 위한 도면.
도 40은 실시예에 따른 발광 소자의 전류 효율-휘도 특성을 설명하기 위한 도면.
도 41은 실시예에 따른 발광 소자의 외부 양자 효율-휘도 특성을 설명하기 위한 도면.
도 42는 실시예에 따른 발광 소자의 휘도-전압 특성을 설명하기 위한 도면.
도 43은 실시예에 따른 발광 소자의 전계 발광 스펙트럼을 설명하기 위한 도면.
도 44는 실시예에 따른 발광 소자의 시간 분해 형광 측정의 결과를 설명하기 위한 도면.
도 45는 실시예에 따른 발광 소자의 과도 전계 발광 스펙트럼을 설명하기 위한 도면.
도 46은 실시예에 따른 발광 소자의 과도 전계 발광 스펙트럼을 설명하기 위한 도면.
도 47은 실시예에 따른 발광 소자의 전류 효율-휘도 특성을 설명하기 위한 도면.
도 48은 실시예에 따른 발광 소자의 외부 양자 효율-휘도 특성을 설명하기 위한 도면.
도 49는 실시예에 따른 발광 소자의 휘도-전압 특성을 설명하기 위한 도면.
도 50은 실시예에 따른 발광 소자의 전계 발광 스펙트럼을 설명하기 위한 도면.
도 51은 실시예에 따른 박막의 시간 분해 형광 측정의 결과를 설명하기 위한 도면.
도 52는 실시예에 따른 박막의 시간 분해 형광 측정의 결과를 설명하기 위한 도면.
아래에서 본 발명의 실시형태에 대하여 도면을 참조하여 자세히 설명한다. 다만, 본 발명은 아래의 설명에 한정되지 않고, 본 발명의 취지 및 그 범위로부터 벗어남이 없이 그 형태 및 자세한 사항을 다양하게 변경할 수 있다. 따라서, 본 발명은 아래의 실시형태의 기재 내용에 한정하여 해석되는 것은 아니다.
또한, 도면 등에 나타낸 각 구성의 위치, 크기, 범위 등은 이해하기 쉽게 하기 위하여 실제의 위치, 크기, 범위 등을 나타내지 않은 경우가 있다. 그러므로, 개시된 발명은 반드시 도면 등에 개시된 위치, 크기, 범위 등에 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 명세서 등에 있어서, '제 1', '제 2' 등으로 붙여지는 서수사는 편의상 사용하는 것이며, 공정 순서 또는 적층 순서를 나타내지 않는 경우가 있다. 그러므로 예를 들어, '제 1'을 '제 2' 또는 '제 3' 등으로 적절히 바꿔서 설명할 수 있다. 또한, 본 명세서 등에 기재되는 서수사와 본 발명의 일 형태를 특정하기 위하여 사용되는 서수사는 일치하지 않는 경우가 있다.
또한, 본 명세서 등에서, 도면을 참조하여 발명의 구성을 설명함에 있어서, 같은 것을 가리키는 부호는 다른 도면 간에서도 공통으로 사용되는 경우가 있다.
또한, 본 명세서 등에서, '막'이라는 용어와 '층'이라는 용어는 경우 또는 상황에 따라 서로 바꿀 수 있다. 예를 들어, '도전층'이라는 용어를 '도전막'이라는 용어로 바꿀 수 있는 경우가 있다. 또는 예를 들어 '절연막'이라는 용어를 '절연층'이라는 용어로 바꿀 수 있는 경우가 있다.
또한, 본 명세서 등에서, 단일항 들뜬 상태(S*)란, 들뜬 에너지를 갖는 단일항 상태를 말한다. 단일항 들뜬 에너지의 가장 낮은 준위(S1 준위)는 가장 낮은 단일항 들뜬 상태의 들뜬 에너지 준위를 말한다. 또한, 삼중항 들뜬 상태(T*)는 들뜬 에너지를 갖는 삼중항 상태를 말한다. 삼중항 들뜬 에너지의 가장 낮은 준위(T1 준위)란, 가장 낮은 삼중항 들뜬 상태의 들뜬 에너지 준위를 말한다.
또한, 본 명세서 등에서 형광 재료 또는 형광성 화합물이란, 단일항 들뜬 상태로부터 기저 상태로 완화될 때 가시광 영역의 광을 발하는 재료 또는 화합물이다. 인광 재료 또는 인광성 화합물이란, 삼중항 들뜬 상태로부터 기저 상태로 완화될 때, 실온에서 가시광 영역의 광을 발하는 재료 또는 화합물이다. 바꿔 말하면, 인광 재료 또는 인광성 화합물이란, 삼중항 들뜬 에너지를 가시광으로 변환할 수 있는 재료 또는 화합물의 하나이다.
또한, 본 명세서 등에서 실온이란, 0℃ 이상 40℃ 이하의 범위에서 임의의 온도를 뜻한다.
또한, 본 명세서 등에서 청색 파장 영역이란, 400nm 이상 490nm 미만의 파장 영역이며, 청색 발광은 그 파장 영역에 적어도 하나의 발광 스펙트럼 피크를 갖는다. 또한, 녹색 파장 영역이란, 490nm 이상 580nm 미만의 파장 영역이며, 녹색 발광은 그 파장 영역에 적어도 하나의 발광 스펙트럼 피크를 갖는다. 또한, 적색 파장 영역이란, 580nm 이상 680nm 이하의 파장 영역이며, 적색 발광은 그 파장 영역에 적어도 하나의 발광 스펙트럼 피크를 갖는다.
(실시형태 1)
본 실시형태에서는, 본 발명의 일 형태의 발광 소자에 대하여 도 1~도 5를 참조하여 아래에서 설명한다.
<발광 소자의 구성예>
우선, 본 발명의 일 형태의 발광 소자의 구성에 대하여 도 1을 참조하여 아래에서 설명한다.
도 1의 (A)는 본 발명의 일 형태의 발광 소자(250)의 단면 모식도이다.
발광 소자(250)는 한 쌍의 전극(전극(101)과 전극(102))을 포함하고, 이 한 쌍의 전극 사이에 EL층(100)을 포함한다. EL층(100)은 적어도 발광층(130)을 포함한다.
또한, 도 1의 (A)에 도시된 EL층(100)은 발광층(130) 이외에, 정공 주입층(111), 정공 수송층(112), 전자 수송층(118), 및 전자 주입층(119) 등의 기능층을 포함한다.
또한, 본 실시형태에서는 한 쌍의 전극 중 전극(101)이 양극이고 전극(102)이 음극인 것으로 하여 설명하지만, 발광 소자(250)의 구성은 이에 한정되지 않는다. 즉, 전극(101)을 음극으로 하고 전극(102)을 양극으로 하고, 이 전극들 간의 각 층의 적층 순서를 거꾸로 하여도 좋다. 구체적으로는, 양극 측으로부터 정공 주입층(111), 정공 수송층(112), 발광층(130), 전자 수송층(118), 및 전자 주입층(119)이 순차적으로 적층되도록 하면 좋다.
또한, EL층(100)의 구성은 도 1의 (A)에 도시된 구성에 한정되지 않으며, 정공 주입층(111), 정공 수송층(112), 전자 수송층(118), 및 전자 주입층(119) 중에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 구성으로 하면 좋다. 또는, EL층(100)은 정공 또는 전자 주입 장벽의 저감, 정공 또는 전자 수송성의 향상, 정공 또는 전자 수송성의 저해, 또는 전극에 의한 소광 현상의 억제 등이 가능한 기능을 갖는 기능층을 포함하는 구성으로 하여도 좋다. 또한, 기능층은 각각 단층이어도 좋고, 복수의 층이 적층된 구성이어도 좋다.
도 1의 (B)는 도 1의 (A)에 도시된 발광층(130)의 일례의 단면 모식도이다. 도 1의 (B)에 도시된 발광층(130)은 호스트 재료(131) 및 게스트 재료(132)를 포함한다. 또한, 호스트 재료(131)는 유기 화합물(131_1) 및 유기 화합물(131_2)을 포함한다.
또한, 게스트 재료(132)로서는, 발광성 유기 화합물을 사용하면 되고, 이 발광성 유기 화합물로서는 형광을 발할 수 있는 물질(아래에서, 형광성 화합물이라고도 함)인 것이 적합하다. 아래의 설명에서는, 게스트 재료(132)로서 형광성 화합물을 사용하는 구성에 대하여 설명한다. 또한, 게스트 재료(132)를 형광 재료 또는 형광성 화합물로 바꿔 읽어도 좋다.
본 발명의 일 형태의 발광 소자(250)에서는, 한 쌍의 전극(전극(101)과 전극(102)) 사이에 전압을 인가함으로써 음극으로부터 전자가, 또한 양극으로부터 정공이 각각 EL층(100)에 주입되어 전류가 흐른다. 그리고, 주입된 전자와 정공이 재결합됨으로써 여기자가 형성된다. 캐리어(전자 및 정공)의 재결합에 의하여 생성되는 여기자 중 단일항 여기자와 삼중항 여기자의 비율(아래에서 여기자의 생성 확률이라고 함)은 통계적 확률에 따라 1:3이 된다. 그러므로, 형광 재료를 사용한 발광 소자에 있어서, 발광에 기여하는 단일항 여기자가 생성되는 비율은 25%이고 발광에 기여하지 않는 삼중항 여기자가 생성되는 비율은 75%가 된다. 따라서, 발광에 기여하지 않는 삼중항 여기자를 발광에 기여하는 단일항 여기자로 변환하는 것이 발광 소자의 발광 효율을 향상시키는 데에 중요하다.
<발광 소자의 발광 기구>
다음에 발광층(130)의 발광 기구에 대하여 아래에서 설명한다.
발광층(130)에서 호스트 재료(131)가 포함하는 유기 화합물(131_1)과 유기 화합물(131_2)은 들뜬 복합체(엑시플렉스 또는 Exciplex라고도 함)를 형성한다.
유기 화합물(131_1)과 유기 화합물(131_2)의 조합은 들뜬 복합체를 형성할 수 있는 조합이면 되지만, 한쪽이 정공을 수송하는 기능(정공 수송성)을 갖는 화합물이고, 다른 쪽이 전자를 수송하는 기능(전자 수송성)을 갖는 화합물인 것이 더 바람직하다. 이 경우, 도너-억셉터(donor-acceptor)형 들뜬 복합체가 형성되기 쉬워져, 들뜬 복합체를 효율적으로 형성할 수 있다. 또한, 유기 화합물(131_1)과 유기 화합물(131_2)의 조합이 정공 수송성을 갖는 화합물과 전자 수송성을 갖는 화합물의 조합인 경우, 그 혼합비에 의하여 캐리어 밸런스를 쉽게 제어할 수 있다. 구체적으로는, 정공 수송성을 갖는 화합물:전자 수송성을 갖는 화합물=1:9~9:1(중량비)의 범위인 것이 바람직하다. 또한, 이러한 구성을 가짐으로써 캐리어 밸런스를 쉽게 제어할 수 있으므로 캐리어 재결합 영역도 쉽게 제어할 수 있다.
또한, 들뜬 복합체를 효율적으로 형성하는 호스트 재료의 조합으로서는, 유기 화합물(131_1) 및 유기 화합물(131_2) 중 한쪽의 최고 점유 분자 궤도(Highest Occupied Molecular Orbital: HOMO라고도 함) 준위가 다른 쪽의 HOMO 준위보다 높고, 한쪽의 최저 비점유 분자 궤도(Lowest Unoccupied Molecular Orbital: LUMO라고도 함) 준위가 다른 쪽의 LUMO 준위보다 높은 것이 바람직하다. 예를 들어, 한쪽 유기 화합물이 정공 수송성을 갖고, 다른 쪽 유기 화합물이 전자 수송성을 갖는 경우, 한쪽 유기 화합물의 HOMO 준위가 다른 쪽 유기 화합물의 HOMO 준위보다 높은 것이 바람직하고 한쪽 유기 화합물의 LUMO 준위가 다른 쪽 유기 화합물의 LUMO 준위보다 높은 것이 바람직하다. 구체적으로는, 한쪽 유기 화합물의 HOMO 준위와 다른 쪽 유기 화합물의 HOMO 준위의 에너지 차이는 바람직하게는 0.05eV 이상이고, 더 바람직하게는 0.1eV 이상이고, 보다 바람직하게는 0.2eV 이상이다. 또한, 한쪽 유기 화합물의 LUMO 준위와 다른 쪽 유기 화합물의 LUMO 준위의 에너지 차이는 바람직하게는 0.05eV 이상이고, 더 바람직하게는 0.1eV 이상이고, 보다 바람직하게는 0.2eV 이상이다.
발광층(130)에서의 유기 화합물(131_1)과 유기 화합물(131_2)과 게스트 재료(132)의 에너지 준위의 상관을 도 1의 (C)에 도시하였다. 또한 도 1의 (C)에 도시된 표기 및 부호는 다음과 같다.
·Host(131_1): 유기 화합물(131_1)
·Host(131_2): 유기 화합물(131_2)
·Guest(132): 게스트 재료(132)(형광성 화합물)
·SH: 유기 화합물(131_1)(호스트 재료)의 S1 준위
·TH: 유기 화합물(131_1)(호스트 재료)의 T1 준위
·SG: 게스트 재료(132)(형광성 화합물)의 S1 준위
·TG: 게스트 재료(132)(형광성 화합물)의 T1 준위
·SE: 들뜬 복합체의 S1 준위
·TE: 들뜬 복합체의 T1 준위
본 발명의 일 형태의 발광 소자에서는, 발광층(130)이 포함하는 유기 화합물(131_1)과 유기 화합물(131_2)이 들뜬 복합체를 형성한다. 들뜬 복합체의 가장 낮은 단일항 들뜬 에너지 준위(SE)와 들뜬 복합체의 가장 낮은 삼중항 들뜬 에너지 준위(TE)는 서로 인접된 에너지 준위가 된다(도 1의 (C)에 도시된 루트(E3) 참조).
들뜬 복합체는 2가지의 물질로 형성되는 들뜬 상태이며, 광 여기의 경우, 들뜬 상태가 된 한쪽 물질이 기저 상태인 다른 쪽 물질과 상호 작용됨으로써 형성된다. 그리고, 광을 발함으로써 기저 상태가 되면, 들뜬 복합체를 형성한 2가지의 물질은 다시 원래의 물질로서 행동한다. 전기 여기의 경우, 한쪽이 들뜬 상태가 되면, 신속하게 다른 쪽과 상호 작용됨으로써 들뜬 복합체를 형성한다. 또는, 한쪽이 정공을, 또한 다른 쪽이 전자를 받음으로써 신속하게 들뜬 복합체를 형성할 수 있다. 이 경우, 양쪽 물질이 들뜬 상태를 형성하지 않고 들뜬 복합체를 형성할 수 있으므로, 발광층(130)에서의 여기자의 대부분이 들뜬 복합체로서 존재할 수 있다. 들뜬 복합체의 들뜬 에너지 준위(SE 또는 TE)는 들뜬 복합체를 형성하는 호스트 재료(유기 화합물(131_1)과 유기 화합물(131_2))의 단일항 들뜬 에너지 준위(SH)보다 낮아지기 때문에, 더 낮은 들뜬 에너지로 호스트 재료(131)의 들뜬 상태를 형성할 수 있다. 이로써, 발광 소자(250)의 구동 전압을 저감할 수 있다.
들뜬 복합체의 단일항 들뜬 에너지 준위(SE)와 삼중항 들뜬 에너지 준위(TE)는 서로 인접된 에너지 준위이므로, 열 활성화 지연 형광을 나타내는 기능을 갖는다. 즉, 들뜬 복합체는 삼중항 들뜬 에너지를 역항간 교차(upconversion)에 의하여 단일항 들뜬 에너지로 변환하는 기능을 갖는다(도 1의 (C)에 도시된 루트(E4) 참조). 따라서, 발광층(130)에서 생성된 삼중항 들뜬 에너지의 일부는 들뜬 복합체에 의하여 단일항 들뜬 에너지로 변환된다. 이를 위하여, 들뜬 복합체의 단일항 들뜬 에너지 준위(SE)와 삼중항 들뜬 에너지 준위(TE)의 에너지 차이는 0eV보다 크고 0.2eV 이하인 것이 바람직하다. 또한, 역항간 교차가 효율적으로 일어나기 위해서는, 들뜬 복합체의 삼중항 들뜬 에너지 준위(TE)가, 들뜬 복합체를 형성하는 호스트 재료를 구성하는 각 유기 화합물(유기 화합물(131_1) 및 유기 화합물(131_2))의 삼중항 들뜬 에너지 준위보다 낮은 것이 바람직하다. 이로써, 각 유기 화합물에 의한 들뜬 복합체의 삼중항 들뜬 에너지의 퀀치(quench)가 발생하기 어려워져, 역항간 교차가 효율적으로 일어난다.
또한, 들뜬 복합체의 단일항 들뜬 에너지 준위(SE)는 게스트 재료(132)의 단일항 들뜬 에너지 준위(SG)보다 높은 것이 바람직하다. 이렇게 함으로써, 생성된 들뜬 복합체의 단일항 들뜬 에너지는 들뜬 복합체의 단일항 들뜬 에너지 준위(SE)로부터 게스트 재료(132)의 단일항 들뜬 에너지 준위(SG)로 에너지 이동할 수 있어, 게스트 재료(132)가 단일항 들뜬 상태가 되어, 발광한다(도 1의 (C)에 도시된 루트(E5) 참조).
또한, 게스트 재료(132)의 단일항 들뜬 상태로부터 발광을 효율적으로 얻기 위해서는 게스트 재료(132)의 형광 양자 수율이 높은 것이 바람직하고, 구체적으로는, 50% 이상이 바람직하고, 70% 이상이 더 바람직하고, 90% 이상이 보다 바람직하다.
또한, 들뜬 복합체의 단일항 들뜬 에너지 준위(SE)로부터 게스트 재료(132)의 삼중항 들뜬 에너지 준위(TG)로의 에너지 이동은, 게스트 재료(132)에서의 단일항 기저 상태로부터 삼중항 들뜬 상태로의 직접 전이(direct transition)가 금지되어 있기 때문에, 주된 에너지 이동 과정이 되기 어렵다.
또한, 들뜬 복합체의 삼중항 들뜬 에너지 준위(TE)로부터 게스트 재료(132)의 삼중항 들뜬 에너지 준위(TG)로 삼중항 들뜬 에너지 이동이 일어나면, 삼중항 들뜬 에너지는 실활된다(도 1의 (C)에 도시된 루트(E6) 참조). 그러므로, 루트(E6)의 에너지 이동이 적으면 게스트 재료(132)의 삼중항 들뜬 상태의 생성 효율을 저감할 수 있어, 열 실활을 감소시킬 수 있으므로 바람직하다. 따라서, 호스트 재료(131)에 대한 게스트 재료(132)의 중량비가 낮은 것이 바람직하며, 구체적으로는, 호스트 재료(131)에 대한 게스트 재료(132)의 중량비가 바람직하게는 0.001 이상 0.05 이하이고, 보다 바람직하게는 0.001 이상 0.01 이하이다.
또한, 게스트 재료(132)에서의 캐리어의 직접 재결합 과정이 지배적이게 되면, 발광층(130)에서 많은 삼중항 여기자가 생성되게 되고, 열 실활에 의하여 발광 효율을 저하시키게 된다. 그러므로, 게스트 재료(132)에서 캐리어가 직접 재결합하는 과정보다 들뜬 복합체의 생성 과정을 거친 에너지 이동 과정(도 1의 (C)에 도시된 루트(E4) 및 루트(E5))의 비율이 높은 것이 게스트 재료(132)의 삼중항 들뜬 상태의 생성 효율을 저감할 수 있어, 열 실활을 억제할 수 있으므로 바람직하다. 따라서, 호스트 재료(131)에 대한 게스트 재료(132)의 중량비가 역시 낮은 것이 바람직하며, 구체적으로는 호스트 재료(131)에 대한 게스트 재료(132)의 중량비가 바람직하게는 0.001 이상 0.05 이하, 더 바람직하게는 0.001 이상 0.01 이하이다.
이와 같이 상술한 루트(E4) 및 루트(E5)의 에너지 이동 과정이 모두 효율적으로 일어나면, 호스트 재료(131)의 단일항 들뜬 에너지 및 삼중항 들뜬 에너지의 양쪽이 효율적으로 게스트 재료(132)의 단일항 들뜬 상태의 에너지로 변환되기 때문에, 발광 소자(250)는 높은 발광 효율로 발광할 수 있게 된다.
상술한 루트(E3), 루트(E4), 및 루트(E5)의 과정을 본 명세서 등에서 ExSET(Exciplex-Singlet Energy Transfer) 또는 ExEF(Exciplex-Enhanced Fluorescence)라고 하는 경우가 있다. 바꿔 말하면, 발광층(130)에서는 들뜬 복합체로부터 게스트 재료(132)로 들뜬 에너지가 공여된다.
발광층(130)을 상술한 구성으로 함으로써, 발광층(130)의 게스트 재료(132)로부터의 발광을 효율적으로 얻을 수 있다.
<에너지 이동 기구>
다음에, 호스트 재료(131)와 게스트 재료(132)의 분자간의 에너지 이동 과정의 지배 인자에 대하여 설명한다. 분자간의 에너지 이동 기구로서는, 푀르스터(
Figure pat00001
) 기구(쌍극자-쌍극자 상호 작용)와 덱스터(dexter) 기구(전자 교환 상호 작용)의 2가지 기구가 제창되고 있다. 여기서는 호스트 재료(131)와 게스트 재료(132)의 분자간의 에너지 이동 과정에 대하여 설명하지만, 호스트 재료(131)가 들뜬 복합체인 경우도 마찬가지이다.
《푀르스터 기구》
푀르스터 기구에서는, 에너지 이동에 분자간의 직접적 접촉을 필요로 하지 않고, 호스트 재료(131)와 게스트 재료(132) 사이의 쌍극자 진동의 공명 현상을 통하여 에너지 이동이 일어난다. 쌍극자 진동의 공명 현상에 의하여 호스트 재료(131)가 게스트 재료(132)에 에너지를 주어, 들뜬 상태의 호스트 재료(131)가 기저 상태가 되고, 기저 상태의 게스트 재료(132)가 들뜬 상태가 된다. 또한, 푀르스터 기구의 속도 상수 kh *→g를 수학식 1로 나타낸다.
[수학식 1]
Figure pat00002
수학식 1에 있어서, ν는 진동수를 나타내고, f'h(ν)는 호스트 재료(131)의 정규화된 발광 스펙트럼(단일항 들뜬 상태로부터의 에너지 이동을 논하는 경우에는 형광 스펙트럼, 삼중항 들뜬 상태로부터의 에너지 이동을 논하는 경우에는 인광 스펙트럼)을 나타내고, εg(ν)는 게스트 재료(132)의 몰 흡광 계수를 나타내고, N은 아보가드로 수를 나타내고, n은 매체의 굴절률을 나타내고, R은 호스트 재료(131)와 게스트 재료(132)의 분자간 거리를 나타내고, τ는 실측되는 들뜬 상태의 수명(형광 수명이나 인광 수명)을 나타내고, c는 광속을 나타내고, φ는 발광 양자 수율(단일항 들뜬 상태로부터의 에너지 이동을 논하는 경우에는 형광 양자 수율, 삼중항 들뜬 상태로부터의 에너지 이동을 논하는 경우에는 인광 양자 수율)을 나타내고, K2는 호스트 재료(131)와 게스트 재료(132)의 전이 쌍극자 모멘트의 배향을 나타내는 계수(0~4)이다. 또한, 랜덤 배향의 경우에는 K2=2/3이다.
《덱스터 기구》
덱스터 기구에서는, 호스트 재료(131)와 게스트 재료(132)의 궤도가 겹치는 접촉 유효 거리에 근접하고, 들뜬 상태의 호스트 재료(131)의 전자와, 기저 상태의 게스트 재료(132)와의 전자의 교환을 통하여 에너지 이동이 일어난다. 또한, 덱스터 기구의 속도 상수 kh *→g를 수학식 2로 나타낸다.
[수학식 2]
Figure pat00003
수학식 2에 있어서, h는 플랭크 상수이고, K는 에너지의 차원을 갖는 상수이며, ν는 진동수를 나타내고, f'h(ν)는 호스트 재료(131)의 정규화된 발광 스펙트럼(단일항 들뜬 상태로부터의 에너지 이동을 논하는 경우에는 형광 스펙트럼, 삼중항 들뜬 상태로부터의 에너지 이동을 논하는 경우에는 인광 스펙트럼)을 나타내고, ε'g(ν)는 게스트 재료(132)의 정규화된 흡수 스펙트럼을 나타내고, L은 실효 분자 반경을 나타내고, R은 호스트 재료(131)와 게스트 재료(132)의 분자간 거리를 나타낸다.
여기서, 호스트 재료(131)로부터 게스트 재료(132)로의 에너지 이동 효율 φET를 수학식 3으로 나타낸다. kr은 호스트 재료(131)의 발광 과정(단일항 들뜬 상태로부터의 에너지 이동을 논하는 경우에는 형광, 삼중항 들뜬 상태로부터의 에너지 이동을 논하는 경우에는 인광)의 속도 상수를 나타내고, kn은 호스트 재료(131)의 비발광 과정(열 실활이나 항간 교차)의 속도 상수를 나타내고, τ는 실측되는 호스트 재료(131)의 들뜬 상태의 수명을 나타낸다.
[수학식 3]
Figure pat00004
수학식 3을 보면 알 수 있듯이 에너지 이동 효율 φET를 높이기 위해서는, 에너지 이동의 속도 상수 kh *→g를 크게 하고, 다른 경합하는 속도 상수(kr+kn(=1/τ))가 상대적으로 작게 되면 좋다.
《에너지 이동을 높이기 위한 개념》
우선, 푀르스터 기구에 의한 에너지 이동을 생각해본다. 수학식 3에 수학식 1을 대입함으로써 τ를 소거할 수 있다. 따라서, 푀르스터 기구의 경우, 에너지 이동 효율 φET는 호스트 재료(131)의 들뜬 상태의 수명 τ에 의존하지 않는다. 또한, 에너지 이동 효율(φET)은 발광 양자 수율 φ(단일항 들뜬 상태로부터의 에너지 이동을 논하고 있으므로 형광 양자 수율)이 높은 것이 좋다고 할 수 있다. 일반적으로 유기 화합물의 삼중항 들뜬 상태로부터의 발광 양자 수율은 실온에서 매우 낮다. 따라서, 호스트 재료(131)가 삼중항 들뜬 상태인 경우, 푀르스터 기구에 의한 에너지 이동 과정을 무시할 수 있고, 호스트 재료(131)가 단일항 들뜬 상태인 경우만 고려하면 된다.
또한, 호스트 재료(131)의 발광 스펙트럼(단일항 들뜬 상태로부터의 에너지 이동을 논하는 경우에는 형광 스펙트럼)과 게스트 재료(132)의 흡수 스펙트럼(단일항 기저 상태로부터 단일항 들뜬 상태로의 전이에 상당하는 흡수)의 겹침이 큰 것이 바람직하다. 또한, 게스트 재료(132)의 몰 흡광 계수도 높은 것이 바람직하다. 이것은 호스트 재료(131)의 발광 스펙트럼과, 게스트 재료(132)의 가장 장파장 측에 나타나는 흡수대가 겹치는 것을 의미한다. 또한, 게스트 재료(132)에서의 단일항 기저 상태로부터 삼중항 들뜬 상태로의 직접 전이가 금지되어 있으므로, 게스트 재료(132)에서 삼중항 들뜬 상태가 관계하는 몰 흡광 계수는 무시할 수 있는 양이다. 이로써, 푀르스터 기구에 의한 게스트 재료(132)의 삼중항 들뜬 상태로의 에너지 이동 과정은 무시할 수 있어, 게스트 재료(132)의 단일항 들뜬 상태로의 에너지 이동 과정만 고려하면 된다. 즉, 푀르스터 기구에서는 호스트 재료(131)의 단일항 들뜬 상태로부터 게스트 재료(132)의 단일항 들뜬 상태로의 에너지 이동 과정을 생각하면 좋다.
다음에, 덱스터 기구에 의한 에너지 이동을 생각해본다. 수학식 2에 따르면, 속도 상수 kh *→g를 크게 하기 위해서는 호스트 재료(131)의 발광 스펙트럼(단일항 들뜬 상태로부터의 에너지 이동을 논하는 경우에는 형광 스펙트럼)과 게스트 재료(132)의 흡수 스펙트럼(단일항 기저 상태로부터 단일항 들뜬 상태로의 전이에 상당하는 흡수)의 겹침이 큰 것이 좋은 것을 알 수 있다. 따라서, 에너지 이동 효율의 최적화는 호스트 재료(131)의 발광 스펙트럼과, 게스트 재료(132)의 가장 장파장 측에 나타나는 흡수대가 겹침으로써 실현된다.
또한, 수학식 3에 수학식 2를 대입하면, 덱스터 기구에서의 에너지 이동 효율 φET는 τ에 의존하는 것을 알 수 있다. 덱스터 기구는 전자 교환에 기초한 에너지 이동 과정이므로, 호스트 재료(131)의 단일항 들뜬 상태로부터 게스트 재료(132)의 단일항 들뜬 상태로의 에너지 이동과 마찬가지로, 호스트 재료(131)의 삼중항 들뜬 상태로부터 게스트 재료(132)의 삼중항 들뜬 상태로의 에너지 이동도 일어난다.
본 발명의 일 형태의 발광 소자에서는 게스트 재료(132)는 형광 재료이므로, 게스트 재료(132)의 삼중항 들뜬 상태로의 에너지 이동 효율은 낮은 것이 바람직하다. 즉, 호스트 재료(131)로부터 게스트 재료(132)로의 덱스터 기구에 따른 에너지 이동 효율은 낮은 것이 바람직하고, 호스트 재료(131)로부터 게스트 재료(132)로의 푀르스터 기구에 따른 에너지 이동 효율은 높은 것이 바람직하다.
앞에 언급한 바와 같이, 푀르스터 기구에서의 에너지 이동 효율은 호스트 재료(131)의 들뜬 상태의 수명 τ에 의존하지 않는다. 한편, 덱스터 기구에서의 에너지 이동 효율은 호스트 재료(131)의 여기 수명 τ에 의존하여, 덱스터 기구에서의 에너지 이동 효율을 저하시키기 위해서는 호스트 재료(131)의 여기 수명 τ는 짧은 것이 바람직하다.
또한, 푀르스터 기구의 속도 상수는 호스트 재료(131)와 게스트 재료(132) 사이의 거리의 6승에 반비례하고, 덱스터 기구의 속도 상수는 호스트 재료(131)와 게스트 재료(132) 사이의 거리의 지수 함수에 반비례한다. 그러므로, 2분자 간의 거리가 약 1nm 이하이면 덱스터 기구에 의한 에너지 이동이 푀르스터 기구보다 더 많이 일어나고, 약 1nm 이상이면 푀르스터 기구에 의한 에너지 이동이 덱스터 기구보다 더 많이 일어나게 된다. 따라서, 덱스터 기구에서의 에너지 이동 효율을 저하시키기 위해서는 호스트 재료(131)와 게스트 재료(132) 사이의 거리를 크게 하는 것이 바람직하며, 구체적으로, 바람직하게는 0.7nm 이상, 더 바람직하게는 0.9nm 이상, 보다 바람직하게는 1nm 이상이다. 또한, 푀르스터 기구에 의한 에너지 이동이 효율적으로 이루어지기 위해서는 호스트 재료(131)와 게스트 재료(132) 사이의 거리는 5nm 이하인 것이 바람직하다.
<호스트 재료와 게스트 재료 사이의 거리에 대하여>
호스트 재료(131)와 게스트 재료(132) 사이의 거리를 크게 하기 위하여, 더 엄밀하게는 호스트 재료(131) 중 에너지 이동에 관계하는 영역과, 게스트 재료(132) 중 에너지 이동에 관계하는 영역 사이의 거리를 크게 하기 위해서는, 호스트 재료(131) 및 게스트 재료(132) 중 적어도 한쪽이 서로의 근접을 저해하는 치환기를 갖는 것이 바람직하다.
또한, 발광층(130)에서는 호스트 재료(131)가 가장 많이 존재하고 게스트 재료(132)는 호스트 재료(131) 중에 분산된다. 따라서, 게스트 재료(132)가 호스트 재료(131)와의 근접을 저해하는 치환기를 갖는 것이 바람직하다.
또한, 상기 치환기는 호스트 재료(131)와 게스트 재료(132) 사이의 에너지 이동에 관계가 적은 것이 바람직하다. 즉, 상기 치환기는 단일항 들뜬 상태 및 삼중항 들뜬 상태에서 분자 궤도의 분포 및 스핀 밀도가 작은 것이 바람직하다. 상기 치환기는 지방족 탄화 수소가 바람직하고, 알킬기가 더 바람직하고, 분기를 갖는 알킬기인 것이 보다 바람직하다.
따라서, 본 발명의 일 형태의 발광 소자에 있어서, 게스트 재료(132)는 탄소수 2 이상의 알킬기를 2개 이상 갖는 것이 바람직하다. 또는, 게스트 재료(132)는 탄소수 3 이상 10 이하의 분기를 갖는 알킬기를 2개 이상 갖는 것이 바람직하다. 또는, 게스트 재료(132)는 탄소수 3 이상 10 이하의 고리 모양 탄화 수소기를 2개 이상, 또는 탄소수 3 이상 10 이하의 가교 고리 모양 탄화 수소기를 2개 이상 갖는 것이 바람직하다. 또한, 게스트 재료(132)는 탄소수 3 이상 12 이하의 축합 방향족 탄화 수소를 갖는 것이 바람직하다.
탄소수 2 이상의 알킬기는 직쇄(直鎖) 및 분기 중 어느 쪽이라도 좋고, 에틸기, 프로필기, 뷰틸기, 펜틸기, 헥실기, 헵틸기, 옥틸기, 노닐기, 데실기 등의 탄소수 2 이상 10 이하의 알킬기인 것이 바람직하다. 알킬기로서는 특히 탄소수 3 이상 10 이하의 분기를 갖는 알킬기가 바람직하고, 아이소프로필기, 아이소뷰틸기, sec-뷰틸기, tert-뷰틸기, 아이소펜틸기, 네오펜틸기, tert-펜틸기, 아이소헥실기, 2-에틸헥실기, 2-에틸옥틸기 등을 들 수 있다. 탄소수 3 이상 10 이하의 고리 모양 탄화 수소기 또는 탄소수 3 이상 10 이하의 가교 고리 모양 탄화 수소기는 사이클로프로필기, 사이클로뷰틸기, 사이클로펜틸기, 사이클로헥실기 등의 고리 모양 탄화 수소기나, 노보닐기, 보닐기, 펜킬기, 바이사이클로[2.2.2]옥타닐기, 바이사이클로[3.2.1]옥타닐기, 아다만틸기 등의 가교 고리 모양 탄화 수소기를 들 수 있다. 또한, 게스트 재료에 사용하는 것이 바람직한 탄소수 3 이상 12 이하의 축합 방향족 탄화 수소로서는 안트라센, 페난트렌, 플루오렌, 인다센, 테트라센, 트라이페닐렌, 크리센, 피렌, 플루오란텐, 펜타센, 페릴렌, 루비센, 트라이나프틸렌, 다이벤조페리플란텐(또는 다이벤조[5,6]인데노[1,2,3-cd:1',2',3'-lm]페릴렌) 등의 골격이 있고, 특히 탄소수 3 이상 6 이하의 축합 방향족 탄화 수소가 더 바람직하다.
다음에, 본 발명의 일 형태의 발광 소자에 바람직하게 사용할 수 있는 호스트 재료 및 게스트 재료에 대하여 고전 분자 동역학법을 이용한 계산에 의하여 호스트 재료와 게스트 재료 사이의 거리를 산출한 일례를 나타낸다. 계산에 이용한 화합물의 구조 및 약칭을 아래에 기재한다. 또한, 계산 조건을 표 1에 나타낸다.
[화학식 1]
Figure pat00005
[표 1]
Figure pat00006
계산 방법은 다음과 같다. 고전 분자 동역학 계산 소프트웨어로서 SCIGRESS ME2.0(후지쯔 주식 회사 제조)를 이용하였다. 또한, 퍼텐셜에는 Lennard-Jones VdW Potenntial인 DREIDING과 OPLS를 이용하였다. 또한, 계산은 고성능 컴퓨터(SGI사 제조, C2112)를 이용하여 수행하였다.
계산 모델로서는 호스트 재료로서 99개의 4,6-비스[3-(9H-카바졸-9-일)페닐]피리미딘(약칭: 4,6mCzP2Pm), 게스트 재료로서 하나의 2,8-다이-tert-뷰틸-5,11-비스(4-tert-뷰틸페닐)-6,12-다이페닐테트라센(약칭: TBRb) 또는 Rubrene(루브렌이라고도 함)을 갖는 기준 셀을 사용하였다. 각 재료에서의 분자 구조의 초기 구조는 제일 원리 계산에서 얻어진 가장 안정적인 구조(단일항 기저 상태)를 사용하였다. 또한, 제일 원리 계산에서 얻어진 결과에 기초하여 정전 퍼텐셜 근사를 수행하여 각 분자의 전하 분포를 산출하고, 그 값을 '원자의 전하'로서 설정하였다.
또한, 상기 제일 원리 계산에는, 양자 화학 계산 프로그램인 Gaussian09를 이용하고 단일항 기저 상태에서의 가장 안정적인 구조를 밀도 범함수법(DFT)에 의하여 계산하였다. 기저 함수로서는 6-311G(d, p)를 이용하고 범함수로서는 B3LYP를 이용하였다. 또한, 계산은 고성능 컴퓨터(SGI사 제조, ICE X)를 이용하여 수행하였다.
상기 초기 구조에 대하여 분자 진동을 재현하는 시간 간격(0.2fs)에 비하여 충분한 완화 시간(1ns)으로 계산하여 비정질 구조를 산출하였다. 이와 같은 방법으로 산출된 호스트 재료(4,6mCzP2Pm)와 게스트 재료(Rubrene)를 갖는 어모퍼스 구조의 기준 셀의 일부를 발췌한 도면을 도 2에 도시하였다. 또한, 도 2에서는 명료화를 위하여, 게스트 재료인 Rubrene은 스페이스 필링(space-filling)으로 표시하고, 호스트 재료인 4,6mCzP2Pm은 스틱으로 표시하였다.
도 2에 도시된 바와 같이, 게스트 재료 분자의 주변에는 호스트 재료 분자가 많은 것을 알 수 있다.
이어서, 산출한 어모퍼스 구조의 해석을 위하여 일정 시간(150ps)의 좌표 정보를 적산하였다. 이 좌표 정보로부터 분자의 중심을 기준으로 하여, 게스트 재료를 중심으로 하였을 때의 호스트 재료의 적산 배위수를 산출하였다.
또한, 적산 배위수는 어떤 원자종 i를 중심으로 하는 반경 r의 구 내에 존재하는 원자종 j의 개수를 나타낸다. 적산 배위수 Nij(r)는 짝 상관 함수 gij(r)를 이용하여 나타낼 수 있다.
짝 상관 함수 gij(r)는 어떤 원자종 i를 중심으로 하는 반경 r의 구 내에 존재하는 원자종 j의 단위 체적당 평균 원자수를 나타낸다. 또한, 짝 상관 함수 gij(r)는 평균 밀도 Nj/V당 평균 원자수로서 나타낸다. 계(system)에 포함되는 원자종 i의 총 원자수를 Nj로 하고, 체적을 V로 하고, 거리 r의 위치에 있는 두께 Δr의 구형 셸(spherical shell)에 포함되는 원자종 k의 원자수를 nik로 하면, 짝 상관 함수 gij(r)는 수학식 4로 나타내어진다. 또한, 적산 배위수 Nij(r)는 수학식 5로 나타내어진다. 또한, 원자종 i와 원자종 j가 같은 종류의 원자인 경우, Nj=Ni-1이 된다.
[수학식 4]
Figure pat00007
[수학식 5]
Figure pat00008
본 실시형태에서는 복수의 시계열 데이터에서 평균화, 및 원자수에 따른 평균화를 실시하여 짝 상관 함수 gij(r)를 산출하였다. 또한, 적산 배위수 Nij(r)의 산출에 있어서, n은 n·Δr이 r에 도달될 때까지의 수이다. 적산 배위수 Nij(r)에 대해서도 복수의 시계열 데이터에서 평균화 및 원자수에 의한 평균화를 실시하였다.
이와 같은 방법으로 산출한 적산 배위수를 도 3에 나타내었다. 도 3에 있어서, 세로축은 게스트 재료 분자를 중심으로 하였을 때의 호스트 재료 분자의 적산 배위수를 나타내고, 가로축은 호스트 재료 분자와 게스트 재료 분자의 중심간 거리를 나타낸다. 도 3에 나타낸 적산 배위수가 0을 초과할 때의 중심간 거리로부터, 게스트 재료 분자로부터 가장 가까운 거리에 있는 호스트 재료 분자와 게스트 재료 분자 사이의 거리를 구할 수 있다. 게스트 재료가 Rubrene일 때, Rubrene 분자로부터 가장 가까운 거리에 있는 호스트 재료(4,6mCzP2Pm) 분자와 Rubrene 분자의 중심간 거리는 0.59nm이었다. 한편, 게스트 재료가 TBRb일 때, TBRb 분자로부터 가장 가까운 거리에 있는 호스트 재료(4,6mCzP2Pm) 분자와 TBRb 분자의 중심간 거리는 0.90nm이며, Rubrene이 게스트 재료인 경우보다 긴 결과가 되었다. 또한, 게스트 재료 분자로부터 1nm 이내에 존재하는 호스트 재료 분자의 개수는 Rubrene의 경우에는 6개인 한편, TBRb의 경우에는 2개로 적은 결과가 되었다. 따라서, TBRb를 게스트 재료에 사용함으로써, 호스트 재료와 게스트 재료 사이의 거리가 길어져, 호스트 재료와 게스트 재료 사이의 덱스터 기구에 기초한 에너지 이동 효율을 저감시킬 수 있다. 또한, 이 결과로부터, 게스트 재료 분자로부터 1nm 이내에 존재하는 호스트 재료 분자의 개수는 바람직하게는 5개 이하, 더 바람직하게는 4개 이하, 보다 바람직하게는 2개 이하라고 할 수 있다.
또한, TBRb의 1nm 이내에 근접한 2개의 호스트 재료 분자는 TBRb의 분자 구조에 있어서 tert-뷰틸기가 없는 위치(테트라센 골격과 페닐기를 갖는 면에 대략 수직인 방향으로 위치함)에 근접한 호스트 재료 분자이다. 즉, TBRb가 tert-뷰틸기를 갖는 위치에서 호스트 재료는 1nm보다 긴 거리에 있으며, tert-뷰틸기에 의하여 게스트 재료와 호스트 재료의 근접을 저해한다.
다음에, 산출한 기준 셀 중에서 게스트 재료 분자(TBRb 또는 Rubrene)에 대하여 가장 근접한 위치에 있는 호스트 재료 분자(4,6mCzP2Pm)와 게스트 재료 분자를 발췌한 도면을 도 4에 도시하였다. 도 4의 (A)에는 게스트 재료 분자가 TBRb이고 호스트 재료 분자가 4,6mCzP2Pm일 때의 근접한 2분자를 나타내고, 도 4의 (B)에는 게스트 재료 분자가 Rubrene이고, 호스트 재료 분자가 4,6mCzP2Pm일 때의 근접된 2분자를 나타낸다.
도 4의 (B)와 같이 게스트 재료 분자가 Rubrene일 때는 테트라센 골격의 끝이 수소 원자이기 때문에, 호스트 재료 분자(4,6mCzP2Pm)와의 거리가 짧다. 한편, 도 4의 (A)와 같이 게스트 재료 분자가 TBRb일 때는 테트라센 골격의 끝에 tert-뷰틸기를 갖기 때문에, 호스트 재료 분자(4,6mCzP2Pm)와 TBRb가 갖는 테트라센 골격 사이의 거리가 길어지는 것을 알 수 있다.
또한, 호스트 재료(4,6mCzP2Pm) 및 게스트 재료(TBRb 또는 Rubrene)의 삼중항 들뜬 상태에서의 가장 안정적인 구조와 스핀 밀도 분포를 제일 원리 계산을 이용하여 산출한 결과를 도 5에 도시하였다. 또한, 제일 원리 계산에서는, 양자 화학 계산 프로그램인 Gaussian09를 이용하고 삼중항 들뜬 상태에서의 가장 안정적인 구조를 밀도 범함수법(DFT)에 의하여 계산하였다. 기저 함수로서는 6-311G(d, p)를 이용하고 범함수로서는 B3LYP를 이용하였다. 또한, 도 5의 (A)에 4,6mCzP2Pm, (B)에 TBRb, (C)에 Rubrene의 삼중항 들뜬 상태의 가장 안정적인 구조와 스핀 밀도 분포를 도시하였다.
도 5의 (B) 및 (C)에 도시된 바와 같이, TBRb 및 Rubrene의 스핀 밀도 분포는 테트라센 골격에 국재화(局在化)되어 있으며, TBRb가 갖는 tert-뷰틸기는 스핀 밀도 분포가 작다. 따라서, TBRb의 tert-뷰틸기가 호스트 재료 분자인 4,6mCzP2Pm과 근접되어도 호스트 재료와 게스트 재료 사이의 에너지 이동에 영향을 미치는 확률은 작다. 즉, 게스트 재료에서 스핀 밀도 분포가 높은 골격(여기서는 테트라센 골격)과 호스트 재료 사이의 거리가 긴 것이 중요하다.
또한, 게스트 재료가 호스트 재료와의 근접을 저해하는 치환기를 2개 이상 가짐으로써, 게스트 재료와 호스트 재료의 근접을 효과적으로 저해할 수 있으므로 바람직하다.
따라서, 본 발명의 일 형태에 있어서, 게스트 재료(132)는 탄소수 2 이상의 알킬기를 2개 이상 갖는 것이 바람직하다. 또는, 게스트 재료(132)는 탄소수 3 이상 10 이하의 분기를 갖는 알킬기를 2개 이상 갖는 것이 바람직하다. 또는, 게스트 재료(132)는 탄소수 3 이상 10 이하의 고리 모양 탄화 수소기를 2개 이상, 또는 탄소수 3 이상 10 이하의 가교 고리 모양 탄화 수소기를 2개 이상 갖는 것이 바람직하다. 또한, 게스트 재료(132)는 탄소수 3 이상 12 이하의 축합 방향족 탄화 수소를 갖는 것이 바람직하다.
또한, 호스트 재료(131)로부터 게스트 재료(132)로의 에너지 이동과 마찬가지로, 들뜬 복합체로부터 게스트 재료(132)로의 에너지 이동 과정에 대해서도 푀르스터 기구 및 덱스터 기구의 양쪽에 의한 에너지 이동이 일어난다.
여기서, 본 발명의 일 형태는 게스트 재료(132)로 효율적으로 에너지 이동할 수 있는 에너지 도너로서의 기능을 갖는 들뜬 복합체를 형성하는 조합인 유기 화합물(131_1)과 유기 화합물(131_2)을 호스트 재료(131)로서 포함하는 발광 소자를 제공한다. 유기 화합물(131_1)과 유기 화합물(131_2)이 형성하는 들뜬 복합체는 단일항 들뜬 에너지 준위와, 삼중항 들뜬 에너지 준위가 근접한다는 특징을 갖는다. 그러므로, 발광층(130)에서 생성되는 삼중항 여기자로부터 단일항 여기자로의 전이(역항간 교차)가 일어나기 쉽다. 따라서, 발광층(130)에서 단일항 여기자의 생성 효율을 높일 수 있다. 또한, 들뜬 복합체의 단일항 들뜬 상태로부터 에너지 억셉터가 되는 게스트 재료(132)의 단일항 들뜬 상태로의 에너지 이동이 일어나기 쉽게 하기 위해서는 들뜬 복합체의 발광 스펙트럼과 게스트 재료(132)의 가장 장파장 측(낮은 에너지 측)에 나타나는 흡수대가 겹치는 것이 바람직하다. 이렇게 함으로써, 게스트 재료(132)의 단일항 들뜬 상태의 생성 효율을 높일 수 있다. 또한, 게스트 재료(132)가 들뜬 복합체와의 근접을 저해하는 치환기를 2개 이상 가짐으로써, 들뜬 복합체의 삼중항 들뜬 상태로부터 게스트 재료(132)의 삼중항 들뜬 상태로의 에너지 이동 효율을 저하시킬 수 있어, 단일항 들뜬 상태의 생성 효율을 높일 수 있다.
또한, 들뜬 복합체가 나타내는 발광 중 열 활성화 지연 형광 성분의 형광 수명은 짧은 것이 바람직하며, 구체적으로는, 10ns 이상 50μs 이하가 바람직하고, 10ns 이상 20μs 이하가 더 바람직하고, 10ns 이상 10μs 이하가 보다 바람직하다.
또한, 들뜬 복합체가 나타내는 발광 중 열 활성화 지연 형광 성분이 차지하는 비율은 높은 것이 바람직하다. 구체적으로는, 들뜬 복합체가 나타내는 발광 중 열 활성화 지연 형광 성분이 차지하는 비율은, 바람직하게는 10% 이상, 더 바람직하게는 30% 이상, 보다 바람직하게는 50% 이상이다.
<재료>
다음에, 본 발명의 일 형태의 발광 소자의 구성 요소의 자세한 사항에 대하여 아래에서 설명한다.
《발광층》
발광층(130)에 사용할 수 있는 재료에 대하여 아래에서 각각 설명한다.
발광층(130) 중에서는 중량비로 호스트 재료(131)가 가장 많이 존재하고, 게스트 재료(132)(형광 재료)는 호스트 재료(131) 중으로 분산된다. 발광층(130)의 호스트 재료(131)(유기 화합물(131_1) 및 유기 화합물(131_2))의 S1 준위는 발광층(130)의 게스트 재료(132)(형광 재료)의 S1 준위보다 높은 것이 바람직하다. 또한, 발광층(130)의 호스트 재료(131)(유기 화합물(131_1) 및 유기 화합물(131_2))의 T1 준위는 발광층(130)의 게스트 재료(132)(형광 재료)의 T1 준위보다 높은 것이 바람직하다.
발광층(130)에서, 게스트 재료(132)는 탄소수 3 이상 12 이하의 축합 방향족 탄화 수소를 갖는 재료인 것이 바람직하다. 또한, 게스트 재료(132)는 탄소수 2 이상의 알킬기를 2개 이상 갖는 것이 바람직하다. 또는, 게스트 재료(132)는 탄소수 3 이상 10 이하의 분기를 갖는 알킬기를 2개 이상 갖는 것이 바람직하다. 또는, 게스트 재료(132)는 탄소수 3 이상 10 이하의 고리 모양 탄화 수소기를 2개 이상, 또는 탄소수 3 이상 10 이하의 가교 고리 모양 탄화 수소기를 2개 이상 갖는 것이 바람직하다.
게스트 재료(132)가 상기 구조를 가짐으로써, 호스트 재료(131)와 게스트 재료(132)의 중심간 거리의 최소값을 0.7nm 이상 5nm 이하로 할 수 있어, 호스트 재료(131)로부터 게스트 재료(132)로의 덱스터 기구에 의한 에너지 이동을 억제할 수 있다. 그러므로, 호스트 재료(131)의 삼중항 들뜬 상태로부터 게스트 재료(132)의 삼중항 들뜬 상태로의 에너지 이동 효율을 저감시킬 수 있다.
상기 구성을 갖는 게스트 재료의 일례로서는 2,8-다이-tert-뷰틸-5,11-비스(4-tert-뷰틸페닐)-6,12-다이페닐테트라센(약칭: TBRb), 2,5,8,11-테트라(tert-뷰틸)페릴렌(약칭: TBP), 쿠마린 6, 쿠마린 30, 나일레드, N,N'-비스[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]-N,N'-비스(4-tert-뷰틸페닐)피렌-1,6-다이아민(약칭: 1,6tBu-FLPAPrn), N,N'-비스[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]-N,N'-다이페닐-3,8-다이사이클로헥실피렌-1,6-다이아민(약칭: ch-1,6FLPAPrn) 등 테트라센 유도체, 페릴렌 유도체, 피렌 유도체, 쿠마린 유도체, 페녹사진 유도체, 페노싸이아진 유도체, 안트라센 유도체, 크리센 유도체, 페난트렌 유도체, 스틸벤 유도체, 아크리돈 유도체 등을 들 수 있다.
유기 화합물(131_1)로서는, 아연이나 알루미늄계 금속 복합체 외에, 옥사다이아졸 유도체, 트라이아졸 유도체, 벤즈이미다졸 유도체, 퀴녹살린 유도체, 다이벤조퀴녹살린 유도체, 다이벤조싸이오펜 유도체, 다이벤조퓨란 유도체, 피리미딘 유도체, 트라이아진 유도체, 피리딘 유도체, 바이피리딘 유도체, 페난트롤린 유도체 등을 들 수 있다. 다른 예로서는 방향족 아민이나 카바졸 유도체 등을 들 수 있다.
또한, 이하의 정공 수송성 재료 및 전자 수송성 재료를 사용할 수 있다.
정공 수송성 재료로서는 전자 수송성보다 정공 수송성이 높은 재료를 사용할 수 있고, 1×10-6cm2/Vs 이상의 정공 이동도를 갖는 재료인 것이 바람직하다. 구체적으로는, 방향족 아민, 카바졸 유도체, 방향족 탄화 수소, 스틸벤 유도체 등을 사용할 수 있다. 또한, 상기 정공 수송성 재료는 고분자 화합물이라도 좋다.
이들 정공 수송성이 높은 재료로서는, 예를 들어 방향족 아민 화합물로서는, 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), 1,3,5-트리스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]벤젠(약칭: DPA3B) 등을 들 수 있다.
또한, 카바졸 유도체로서는, 구체적으로는 3-[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzDPA1), 3,6-비스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzDPA2), 3,6-비스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-(1-나프틸)아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzTPN2), 3-[N-(9-페닐카바졸-3-일)-N-페닐아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzPCA1), 3,6-비스[N-(9-페닐카바졸-3-일)-N-페닐아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzPCA2), 3-[N-(1-나프틸)-N-(9-페닐카바졸-3-일)아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzPCN1) 등을 들 수 있다.
또한, 카바졸 유도체로서는 상술한 것 외에, 4,4'-다이(N-카바졸릴)바이페닐(약칭: CBP), 1,3,5-트리스[4-(N-카바졸릴)페닐]벤젠(약칭: TCPB), 9-[4-(10-페닐-9-안트라센일)페닐]-9H-카바졸(약칭: CzPA), 1,4-비스[4-(N-카바졸릴)페닐]-2,3,5,6-테트라페닐벤젠 등을 사용할 수 있다.
또한, 방향족 탄화 수소의 예로서는, 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, 2,5,8,11-테트라(tert-뷰틸)페릴렌 등을 들 수 있다. 또한, 이 이외에 펜타센, 코로넨 등을 사용할 수도 있다. 이와 같이 정공 이동도가 1×10-6cm2/Vs 이상이고, 탄소수 14 이상 42 이하의 방향족 탄화 수소를 사용하는 것이 더 바람직하다.
또한, 방향족 탄화 수소는 바이닐 골격을 가져도 좋다. 바이닐기를 갖는 방향족 탄화 수소의 예로서는 4,4'-비스(2,2-다이페닐바이닐)바이페닐(약칭: DPVBi), 9,10-비스[4-(2,2-다이페닐바이닐)페닐]안트라센(약칭: DPVPA) 등을 들 수 있다.
또한, 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), 폴리[N,N'-비스(4-뷰틸페닐)-N,N'-비스(페닐)벤지딘](약칭: Poly-TPD) 등의 고분자 화합물을 사용할 수도 있다.
또한, 정공 수송성이 높은 재료로서는, 예를 들어 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: NPB 또는 α-NPD)이나 N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-다이페닐-[1,1'-바이페닐]-4,4'-다이아민(약칭: TPD), 4,4',4''-트리스(카바졸-9-일)트라이페닐아민(약칭: TCTA), 4,4',4''-트리스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]트라이페닐아민(약칭: 1'-TNATA), 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), 4-페닐-4'-(9-페닐플루오렌-9-일)트라이페닐아민(약칭: BPAFLP), 4-페닐-3'-(9-페닐플루오렌-9-일)트라이페닐아민(약칭: mBPAFLP), 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), N-(9,9-다이메틸-2-다이페닐아미노-9H-플루오렌-7-일)다이페닐아민(약칭: DPNF), 2-[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]스파이로-9,9'-바이플루오렌(약칭: DPASF), 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), 4-페닐다이페닐-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)아민(약칭: PCA1BP), N,N'-비스(9-페닐카바졸-3-일)-N,N'-다이페닐벤젠-1,3-다이아민(약칭: PCA2B), N,N',N''-트라이페닐-N,N',N''-트리스(9-페닐카바졸-3-일)벤젠-1,3,5-트라이아민(약칭: PCA3B), N-(4-바이페닐)-N-(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)-9-페닐-9H-카바졸-3-아민(약칭: PCBiF), N-(1,1'-바이페닐-4-일)-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: PCBBiF), 9,9-다이메틸-N-페닐-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]플루오렌-2-아민(약칭: PCBAF), N-페닐-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]스파이로-9,9'-바이플루오렌-2-아민(약칭: PCBASF), 2-[N-(9-페닐카바졸-3-일)-N-페닐아미노]-스파이로-9,9'-바이플루오렌(약칭: PCASF), 2,7-비스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]-스파이로-9,9'-바이플루오렌(약칭: DPA2SF), N-[4-(9H-카바졸-9-일)페닐]-N-(4-페닐)페닐아닐린(약칭: YGA1BP), N,N'-비스[4-(카바졸-9-일)페닐]-N,N'-다이페닐-9,9-다이메틸플루오렌-2,7-다이아민(약칭: YGA2F) 등의 방향족 아민 화합물 등을 사용할 수 있다. 또한, 3-[4-(1-나프틸)-페닐]-9-페닐-9H-카바졸(약칭: PCPN), 3-[4-(9-페난트릴)-페닐]-9-페닐-9H-카바졸(약칭: PCPPn), 3,3'-비스(9-페닐-9H-카바졸)(약칭: PCCP), 1,3-비스(N-카바졸릴)벤젠(약칭: mCP), 3,6-비스(3,5-다이페닐페닐)-9-페닐카바졸(약칭: CzTP), 4-{3-[3-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]페닐}다이벤조퓨란(약칭: mmDBFFLBi-II), 4,4',4''-(벤젠-1,3,5-트라이일)트라이(다이벤조퓨란)(약칭: DBF3P-II), 1,3,5-트라이(다이벤조싸이오펜-4-일)벤젠(약칭: DBT3P-II), 2,8-다이페닐-4-[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]다이벤조싸이오펜(약칭: DBTFLP-III), 4-[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]-6-페닐다이벤조싸이오펜(약칭: DBTFLP-IV), 4-[3-(트라이페닐렌-2-일)페닐]다이벤조싸이오펜(약칭: mDBTPTp-II) 등의 아민 화합물, 카바졸 화합물, 싸이오펜 화합물, 퓨란 화합물, 플루오렌 화합물, 트라이페닐렌 화합물, 페난트렌 화합물 등을 사용할 수 있다. 여기에 든 물질은 주로 1×10-6cm2/Vs 이상의 정공 이동도를 갖는 물질이다. 다만, 전자 수송성보다 정공 수송성이 높은 물질이면 이들 이외의 물질을 사용하여도 좋다.
전자 수송성 재료로서는 정공 수송성보다 전자 수송성이 높은 재료를 사용할 수 있고, 1×10-6cm2/Vs 이상의 전자 이동도를 갖는 재료인 것이 바람직하다. 전자를 받기 쉬운 재료(전자 수송성을 갖는 재료)로서는, 질소 함유 헤테로 방향족 화합물 등의 π전자 부족형 헤테로 방향족이나 금속 복합체 등을 사용할 수 있다. 구체적으로는, 퀴놀린 리간드, 벤조퀴놀린 리간드, 옥사졸 리간드, 또는 싸이아졸 리간드를 갖는 금속 복합체를 들 수 있다. 또한, 옥사다이아졸 유도체, 트라이아졸 유도체, 페난트롤린 유도체, 피리딘 유도체, 바이피리딘 유도체, 피리미딘 유도체 등을 들 수 있다.
예를 들어, 트리스(8-퀴놀리놀레이토)알루미늄(III)(약칭:Alq), 트리스(4-메틸-8-퀴놀리놀레이토)알루미늄(III)(약칭:Almq3), 비스(10-하이드록시벤조[h]퀴놀리네이토)베릴륨(II)(약칭:BeBq2), 비스(2-메틸-8-퀴놀리놀레이토)(4-페닐페놀레이토)알루미늄(III)(약칭:BAlq), 비스(8-퀴놀리놀레이토)아연(II)(약칭: Znq) 등 퀴놀린 골격 또는 벤조퀴놀린 골격을 갖는 금속 복합체 등이다. 또한, 그 외에 비스[2-(2-벤즈옥사졸릴)페놀레이토]아연(II)(약칭: ZnPBO), 비스[2-(2-벤조싸이아졸릴)페놀레이토]아연(II)(약칭: ZnBTZ) 등의 옥사졸계, 싸이아졸계 리간드를 갖는 금속 복합체 등을 사용할 수도 있다. 또한, 금속 복합체 이외에도, 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), 9-[4-(5-페닐-1,3,4-옥사다이아졸-2-일)페닐]-9H-카바졸(약칭: CO11), 3-(4-바이페닐릴)-4-페닐-5-(4-tert-뷰틸페닐)-1,2,4-트라이아졸(약칭:TAZ), 2,2',2''-(1,3,5-벤젠트라이일)트리스(1-페닐-1H-벤즈이미다졸)(약칭: TPBI), 2-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]-1-페닐-1H-벤즈이미다졸(약칭: mDBTBIm-II), 바소페난트롤린(약칭: BPhen), 바소큐프로인(약칭: BCP), 2,9-비스(나프탈렌-2-일)-4,7-다이페닐-1,10-페난트롤린(약칭: NBPhen) 등의 헤테로 고리 화합물이나, 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), 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), 6-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 6mDBTPDBq-II), 4,6-비스[3-(페난트렌-9-일)페닐]피리미딘(약칭: 4,6mPnP2Pm), 4,6-비스[3-(4-다이벤조싸이에닐)페닐]피리미딘(약칭: 4,6mDBTP2Pm-II), 4,6-비스[3-(9H-카바졸-9-일)페닐]피리미딘(약칭: 4,6mCzP2Pm) 등의 다이아진 골격을 갖는 헤테로 고리 화합물이나, 2-{4-[3-(N-페닐-9H-카바졸-3-일)-9H-카바졸-9-일]페닐}-4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진(약칭: PCCzPTzn) 등의 트라이아진 골격을 갖는 헤테로 고리 화합물이나, 3,5-비스[3-(9H-카바졸-9-일)페닐]피리딘(약칭: 35DCzPPy), 1,3,5-트라이[3-(3-피리딜)페닐]벤젠(약칭: TmPyPB) 등의 피리딘 골격을 갖는 헤테로 고리 화합물, 4,4'-비스(5-메틸벤즈옥사졸-2-일)스틸벤(약칭: BzOs) 등의 헤테로 방향족 화합물도 사용할 수 있다. 또한, 폴리(2,5-피리딘다이일)(약칭: PPy), 폴리[(9,9-다이헥실플루오렌-2,7-다이일)-co-(피리딘-3,5-다이일)](약칭: PF-Py), 폴리[(9,9-다이옥틸플루오렌-2,7-다이일)-co-(2,2'-바이피리딘-6,6'-다이일)](약칭: PF-BPy) 등의 고분자 화합물을 사용할 수도 있다. 여기에 든 물질은 주로 1×10-6cm2/Vs 이상의 전자 이동도를 갖는 물질이다. 또한, 정공 수송성보다 전자 수송성이 높은 물질이라면, 상술한 것 외의 물질을 사용하여도 좋다.
유기 화합물(131_2)로서는 유기 화합물(131_1)과 들뜬 복합체를 형성할 수 있는 조합인 것이 바람직하다. 구체적으로는, 상술한 정공 수송성 재료 및 전자 수송성 재료를 사용할 수 있다. 이 경우, 유기 화합물(131_1)과 유기 화합물(131_2)로 형성되는 들뜬 복합체의 발광 피크가 게스트 재료(132)(형광 재료)의 가장 장파장 측(낮은 에너지 측)의 흡수대와 겹치도록 유기 화합물(131_1), 유기 화합물(131_2), 및 게스트 재료(132)(형광 재료)를 선택하는 것이 바람직하다. 이로써, 발광 효율이 비약적으로 향상된 발광 소자로 할 수 있다.
발광층(130)이 갖는 호스트 재료(131)(유기 화합물(131_1) 및 유기 화합물(131_2))로서는 삼중항 들뜬 에너지를 단일항 들뜬 에너지로 변환하는 기능을 갖는 재료이면 좋다. 상기 삼중항 들뜬 에너지를 단일항 들뜬 에너지로 변환하는 기능을 갖는 재료로서는 들뜬 복합체 외에, 열 활성화 지연 형광(Thermally activated delayed fluorescence: TADF) 재료를 들 수 있다. 따라서, 들뜬 복합체라고 기재한 부분은 열 활성화 지연 형광 재료로 바꾸어 읽어도 된다. 또한, 열 활성화 지연 형광 재료는 삼중항 들뜬 에너지 준위와 단일항 들뜬 에너지 준위의 차이가 작고, 역항간 교차에 의하여 삼중항 들뜬 상태로부터 단일항 들뜬 상태로 에너지를 변환하는 기능을 갖는 재료이다. 따라서, 삼중항 들뜬 상태를 약간의 열 에너지에 의하여 단일항 들뜬 상태로 역항간 교차할 수 있고, 단일항 들뜬 상태로부터의 발광(형광)을 효율적으로 나타낼 수 있다. 또한, 열 활성화 지연 형광을 효율적으로 얻을 수 있는 조건으로서는, 삼중항 들뜬 에너지 준위와 단일항 들뜬 에너지 준위의 에너지 차이가 바람직하게는 0eV보다 크고 0.2eV 이하, 더 바람직하게는 0eV보다 크고 0.1eV 이하인 것을 들 수 있다.
또한, 열 활성화 지연 형광을 나타내는 재료는 단독으로 삼중항 들뜬 상태로부터 역항간 교차에 의하여 단일항 들뜬 상태를 생성할 수 있는 재료이어도 좋다. 열 활성화 지연 형광 재료가 한 종류의 재료로 구성되는 경우에는, 예를 들어 이하의 재료를 사용할 수 있다.
먼저, 풀러렌이나 그 유도체, 프로플라빈 등의 아크리딘 유도체, 에오신 등을 들 수 있다. 또한, 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 카드뮴(Cd), 주석(Sn), 백금(Pt), 인듐(In), 또는 팔라듐(Pd) 등을 함유하는 금속 함유 포르피린을 들 수 있다. 이 금속 함유 포르피린으로서는, 예를 들어 프로토포르피린-불화 주석 복합체(SnF2(Proto IX)), 메소포르피린-불화 주석 복합체(SnF2(Meso IX)), 헤마토포르피린-불화 주석 복합체(SnF2(Hemato IX)), 코프로포르피린테트라메틸에스터-불화 주석 복합체(SnF2(Copro III-4Me)), 옥타에틸포르피린-불화 주석 복합체(SnF2(OEP)), 에티오포르피린-불화 주석 복합체(SnF2(Etio I)), 옥타에틸포르피린-염화 백금 복합체(PtCl2OEP) 등을 들 수 있다.
또한, 한 종류의 재료로 구성되는 열 활성화 지연 형광 재료로서는 π전자 과잉형 헤테로 방향족 고리 및 π전자 부족형 헤테로 방향족 고리를 갖는 헤테로 고리 화합물도 사용할 수 있다. 구체적으로는, 2-(바이페닐-4-일)-4,6-비스(12-페닐인돌로[2,3-a]카바졸-11-일)-1,3,5-트라이아진(약칭: PIC-TRZ), 2-{4-[3-(N-페닐-9H-카바졸-3-일)-9H-카바졸-9-일]페닐}-4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진(약칭: PCCzPTzn), 2-[4-(10H-페녹사진-10-일)페닐]-4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진(약칭: PXZ-TRZ), 3-[4-(5-페닐-5,10-다이하이드로페나진-10-일)페닐]-4,5-다이페닐-1,2,4-트라이아졸(약칭: PPZ-3TPT), 3-(9,9-다이메틸-9H-아크리딘-10-일)-9H-크산텐-9-온(약칭: ACRXTN), 비스[4-(9,9-다이메틸-9,10-다이하이드로아크리딘)페닐]설폰(약칭: DMAC-DPS), 10-페닐-10H,10'H-스파이로[아크리딘-9,9'-안트라센]-10'-온(약칭: ACRSA) 등을 들 수 있다. 상기 헤테로 고리 화합물은 π전자 과잉형 헤테로 방향족 고리 및 π전자 부족형 헤테로 방향족 고리를 갖기 때문에, 전자 수송성 및 정공 수송성이 높으므로 바람직하다. 또한, π전자 과잉형 헤테로 방향족 고리와 π전자 부족형 헤테로 방향족 고리가 직접 결합된 물질은 π전자 과잉형 헤테로 방향족 고리의 도너성과 π전자 부족형 헤테로 방향족 고리의 억셉터성이 둘 다 강하고, 단일항 들뜬 에너지 준위와 삼중항 들뜬 에너지 준위의 차이가 작으므로 특히 바람직하다.
또한, 발광층(130)은 2층 이상의 복수 층을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 제 1 발광층과 제 2 발광층을 정공 수송층 측으로부터 순차적으로 적층하여 발광층(130)을 형성하는 경우, 제 1 발광층의 호스트 재료로서 정공 수송성을 갖는 물질을 사용하고, 제 2 발광층의 호스트 재료로서 전자 수송성을 갖는 물질을 사용하는 구성 등이 있다.
또한, 발광층(130)은 호스트 재료(131) 및 게스트 재료(132) 이외의 재료를 함유하여도 좋다.
《한 쌍의 전극》
전극(101) 및 전극(102)은 발광층(130)에 정공과 전자를 주입하는 기능을 갖는다. 전극(101) 및 전극(102)은 금속, 합금, 도전성 화합물, 및 이들의 혼합물이나 적층체 등을 사용하여 형성할 수 있다. 금속으로서는 알루미늄(Al)이 전형적인 예이며, 그 외에 은(Ag), 텅스텐, 크로뮴, 몰리브데넘, 구리, 타이타늄 등의 전이 금속, 리튬(Li)이나 세슘 등의 알칼리 금속, 칼슘, 마그네슘(Mg) 등의 2족 금속을 사용할 수 있다. 전이 금속으로서 이터븀(Yb) 등의 희토류 금속을 사용하여도 좋다. 합금으로서는 상기 금속을 포함하는 합금을 사용할 수 있고, 예를 들어 MgAg, AlLi 등을 들 수 있다. 도전성 화합물로서는, 예를 들어 인듐 주석 산화물(Indium Tin Oxide, 아래에서는 ITO라고 함), 실리콘 또는 산화 실리콘을 함유하는 인듐 주석 산화물(약칭: ITSO), 인듐 아연 산화물(Indium Zinc Oxide), 텅스텐 및 아연을 함유한 인듐 산화물 등의 금속 산화물을 들 수 있다. 도전성 화합물로서 그래핀(graphene) 등의 무기 탄소계 재료를 사용하여도 좋다. 상술한 바와 같이, 이들 재료를 복수로 적층함으로써 전극(101) 및 전극(102) 중 한쪽 또는 양쪽을 형성하여도 좋다.
또한, 발광층(130)으로부터 얻어지는 발광은 전극(101) 및 전극(102) 중 한쪽 또는 양쪽을 통하여 추출된다. 따라서, 전극(101) 및 전극(102) 중 적어도 한쪽은 가시광을 투과시키는 기능을 갖는다. 광을 투과시키는 기능을 갖는 도전성 재료로서는 가시광의 투과율이 40% 이상 100% 이하, 바람직하게는 60% 이상 100% 이하이며 그 저항률이 1×10- 2Ω·cm 이하인 도전성 재료를 들 수 있다. 또한, 광을 추출하는 측의 전극은 광을 투과시키는 기능과 광을 반사하는 기능을 갖는 도전성 재료로 형성되어도 좋다. 상기 도전성 재료로서는, 가시광의 반사율이 20% 이상 80% 이하, 바람직하게는 40% 이상 70% 이하이며 그 저항률이 1×10- 2Ω·cm 이하인 도전성 재료를 사용할 수 있다. 광을 추출하는 측의 전극에 금속이나 합금 등 광 투과성이 낮은 재료를 사용하는 경우에는, 가시광이 투과될 수 있을 정도의 두께(예를 들어, 두께 1nm~10nm)로 전극(101) 및 전극(102) 중 한쪽 또는 양쪽을 형성하면 좋다.
또한, 본 명세서 등에서, 광을 투과시키는 기능을 갖는 전극에는 가시광을 투과시키는 기능을 가지며 도전성을 갖는 재료를 사용하면 좋고, 예를 들어 상기와 같은 ITO로 대표되는 산화물 도전체층에 더하여, 산화물 반도체층 또는 유기물을 함유하는 유기 도전체층을 포함한다. 유기물을 함유하는 유기 도전체층으로서는, 예를 들어, 유기 화합물과 전자 공여체(도너)를 혼합하여 이루어진 복합 재료를 함유하는 층, 유기 화합물과 전자 수용체(억셉터)를 혼합하여 이루어진 복합 재료를 함유하는 층 등을 들 수 있다. 또한, 투명 도전층의 저항률은, 바람직하게는 1×105Ω·cm 이하, 더 바람직하게는 1×104Ω·cm 이하이다.
또한, 전극(101) 및 전극(102)의 성막 방법은 스퍼터링법, 증착법, 인쇄법, 도포법, MBE(Molecular Beam Epitaxy)법, CVD법, 펄스 레이저 퇴적법, ALD(Atomic Layer Deposition)법 등을 적절히 사용할 수 있다.
《정공 주입층》
정공 주입층(111)은 한 쌍의 전극 중 한쪽(전극(101) 또는 전극(102))으로부터의 정공 주입 장벽을 저감함으로써 정공 주입을 촉진하는 기능을 갖고, 예를 들어 전이 금속 산화물, 프탈로사이아닌 유도체, 또는 방향족 아민 등으로 형성된다. 전이 금속 산화물로서는, 몰리브데넘 산화물이나 바나듐 산화물, 루테늄 산화물, 텅스텐 산화물, 망가니즈 산화물 등을 들 수 있다. 프탈로사이아닌 유도체로서는 프탈로사이아닌이나 금속 프탈로사이아닌 등을 들 수 있다. 방향족 아민으로서는 벤지딘 유도체나 페닐렌다이아민 유도체 등을 들 수 있다. 폴리싸이오펜이나 폴리아닐린 등의 고분자 화합물을 사용할 수도 있고, 대표적인 예로서는 자기 도핑된 폴리싸이오펜인 폴리(에틸렌다이옥시싸이오펜)/폴리(스타이렌설폰산) 등을 들 수 있다.
정공 주입층(111)으로서 정공 수송성 재료와, 이에 대하여 전자 수용성을 나타내는 재료의 복합 재료를 갖는 층을 사용할 수도 있다. 또는, 전자 수용성을 나타내는 재료를 함유하는 층과 정공 수송성 재료를 함유하는 층의 적층을 사용하여도 좋다. 이들 재료 간에서는 정상(定常) 상태 또는 전계 존재 하에서 전하를 주고 받을 수 있다. 전자 수용성을 나타내는 재료로서는 퀴노다이메테인 유도체나 클로라닐 유도체, 헥사아자트라이페닐렌 유도체 등의 유기 억셉터를 들 수 있다. 구체적으로는, 7,7,8,8-테트라사이아노-2,3,5,6-테트라플루오로퀴노다이메테인(약칭: F4-TCNQ), 클로라닐, 2,3,6,7,10,11-헥사사이아노-1,4,5,8,9,12-헥사아자트라이페닐렌(약칭: HAT-CN) 등의 전자 흡인기(할로젠기나 사이아노기)를 갖는 화합물이다. 또한, 전이 금속 산화물, 예를 들어 4족~8족에 속하는 금속의 산화물을 사용할 수 있다. 구체적으로는, 산화 바나듐, 산화 나이오븀, 산화 탄탈럼, 산화 크로뮴, 산화 몰리브데넘, 산화 텅스텐, 산화 망가니즈, 산화 레늄 등이 있다. 이들 중에서도 산화 몰리브데넘은 대기 중에서도 안정적이고 흡습성이 낮으며 취급하기 쉬우므로 바람직하다.
정공 수송성 재료로서는 전자 수송성보다 정공 수송성이 높은 재료를 사용할 수 있고, 1×10-6cm2/Vs 이상의 정공 이동도를 갖는 재료인 것이 바람직하다. 구체적으로는, 발광층(130)에 사용할 수 있는 정공 수송성 재료로서 든 방향족 아민, 카바졸 유도체, 방향족 탄화 수소, 스틸벤 유도체 등을 사용할 수 있다. 또한, 상기 정공 수송성 재료는 고분자 화합물이라도 좋다.
《정공 수송층》
정공 수송층(112)은 정공 수송성 재료를 함유하는 층이고, 정공 주입층(111)의 재료로서 예시한 재료를 사용할 수 있다. 정공 수송층(112)은 정공 주입층(111)에 주입된 정공을 발광층(130)으로 수송하는 기능을 갖기 때문에, 정공 주입층(111)의 HOMO 준위와 같거나 가까운 HOMO 준위를 갖는 것이 바람직하다.
상기 정공 수송성 재료로서, 정공 주입층(111)의 재료로서 예시한 재료를 사용할 수 있다. 또한, 1×10-6cm2/Vs 이상의 정공 이동도를 갖는 물질인 것이 바람직하다. 다만, 전자 수송성보다 정공 수송성이 높은 물질이라면, 이들 이외의 물질을 사용하여도 좋다. 또한, 정공 수송성이 높은 물질을 함유하는 층은 단층의 것뿐만 아니라 상기 물질을 함유하는 층이 2층 이상 적층된 것이라도 좋다.
《전자 수송층》
전자 수송층(118)은 전자 주입층(119)을 거쳐서 한 쌍의 전극 중 다른 쪽(전극(101) 또는 전극(102))으로부터 주입된 전자를 발광층(130)으로 수송하는 기능을 갖는다. 전자 수송성 재료로서는 정공 수송성보다 전자 수송성이 높은 재료를 사용할 수 있고, 1×10-6cm2/Vs 이상의 전자 이동도를 갖는 재료인 것이 바람직하다. 전자를 받기 쉬운 화합물(전자 수송성을 갖는 재료)로서는, 질소 함유 헤테로 방향족 화합물 등의 π전자 부족형 헤테로 방향족이나 금속 복합체 등을 사용할 수 있다. 구체적으로는, 발광층(130)에 사용할 수 있는 전자 수송성 재료로서 든 퀴놀린 리간드, 벤조퀴놀린 리간드, 옥사졸 리간드, 또는 싸이아졸 리간드를 갖는 금속 복합체를 들 수 있다. 또한, 옥사다이아졸 유도체, 트라이아졸 유도체, 페난트롤린 유도체, 피리딘 유도체, 바이피리딘 유도체, 피리미딘 유도체 등을 들 수 있다. 또한, 1×10-6cm2/Vs 이상의 전자 이동도를 갖는 물질인 것이 바람직하다. 다만, 정공 수송성보다 전자 수송성이 높은 물질이라면, 이들 이외의 물질을 전자 수송층에 사용하여도 좋다. 또한, 전자 수송층(118)은 단층의 것뿐만 아니라 상기 물질을 함유하는 층이 2층 이상 적층된 것이라도 좋다.
또한, 전자 수송층(118)과 발광층(130) 사이에 전자 캐리어의 이동을 제어하는 층을 제공하여도 좋다. 이는 상술한 바와 같은 전자 수송성이 높은 재료에 전자 트랩성이 높은 물질을 소량으로 첨가한 층이며, 전자 캐리어의 이동을 억제함으로써 캐리어 밸런스를 조정할 수 있다. 이러한 구성은 전자가 발광층을 통과할 때 초래되는 문제점(예를 들어 소자 수명의 단축)을 억제하는 데에 큰 효과를 발휘한다.
《전자 주입층》
전자 주입층(119)은 전극(102)으로부터의 전자 주입 장벽을 저감함으로써 전자 주입을 촉진하는 기능을 가지며, 예를 들어 1족 금속, 2족 금속, 또는 이들의 산화물, 할로젠화물, 탄산염 등을 사용할 수 있다. 또한, 상술한 전자 수송성 재료와, 이들에 대하여 전자 공여성을 나타내는 재료의 복합 재료를 사용할 수도 있다. 전자 공여성을 나타내는 재료로서는 1족 금속, 2족 금속, 또는 이들의 산화물 등을 들 수 있다. 구체적으로는, 불화 리튬(LiF), 불화 세슘(CsF), 불화 칼슘(CaF2), 리튬 산화물(LiOx) 등의 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 또는 이들의 화합물을 사용할 수 있다. 또한, 불화 어븀(ErF3) 등의 희토류 금속 화합물을 사용할 수 있다. 또한, 전자 주입층(119)에 전자화물(electride)을 사용하여도 좋다. 상기 전자화물로서는, 예를 들어 칼슘과 알루미늄의 혼합 산화물에 전자를 고농도로 첨가한 물질 등을 들 수 있다. 또한, 전자 수송층(118)에 사용할 수 있는 물질을 전자 주입층(119)에 사용하여도 좋다.
또한, 전자 주입층(119)에, 유기 화합물과 전자 공여체(도너)를 혼합하여 형성되는 복합 재료를 사용하여도 좋다. 이러한 복합 재료는 전자 공여체에 의하여 유기 화합물에 전자가 발생되기 때문에, 전자 주입성 및 전자 수송성이 우수하다. 이 경우, 유기 화합물로서는, 발생한 전자의 수송에 우수한 재료인 것이 바람직하며, 구체적으로는 예를 들어, 상술한 전자 수송층(118)을 구성하는 물질(금속 복합체나 헤테로 방향족 화합물 등)을 사용할 수 있다. 전자 공여체로서는, 유기 화합물에 대하여 전자 공여성을 나타내는 물질이면 좋다. 구체적으로는, 알칼리 금속이나 알칼리 토금속이나 희토류 금속이 바람직하고, 리튬, 세슘, 마그네슘, 칼슘, 어븀, 이터븀 등을 들 수 있다. 또한, 알칼리 금속 산화물이나 알칼리 토금속 산화물이 바람직하고, 리튬 산화물, 칼슘 산화물, 바륨 산화물 등을 들 수 있다. 또한, 산화 마그네슘 등의 루이스 염기를 사용할 수도 있다. 또한, 테트라싸이아풀발렌(약칭: TTF) 등의 유기 화합물을 사용할 수도 있다.
또한, 상술한 발광층, 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층, 및 전자 주입층은 각각 증착법(진공 증착법을 포함함), 잉크젯법, 도포법, 그라비어 인쇄 등의 방법으로 형성할 수 있다. 또한, 상술한 발광층, 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층, 및 전자 주입층에는 상술한 재료 외에, 양자점 등의 무기 화합물 또는 고분자 화합물(올리고머, 덴드리머, 폴리머 등)을 사용하여도 좋다.
또한, 양자점으로서는 콜로이드 양자점, 합금 양자점, 코어 쉘 양자점, 코어 양자점 등을 사용하여도 좋다. 또한, 2족과 16족, 13족과 15족, 13족과 17족, 11족과 17족, 또는 14족과 15족의 원소군을 포함하는 양자점을 사용하여도 좋다. 또는, 카드뮴(Cd), 셀레늄(Se), 아연(Zn), 황(S), 인(P), 인듐(In), 텔루륨(Te), 납(Pb), 갈륨(Ga), 비소(As), 알루미늄(Al) 등의 원소를 갖는 양자점을 사용하여도 좋다.
《기판》
또한, 본 발명의 일 형태의 발광 소자는 유리, 플라스틱 등으로 이루어진 기판 위에 제작되면 좋다. 기판 위에 제작하는 순서로서는 전극(101) 측으로부터 순차적으로 적층하여도 좋고, 전극(102) 측으로부터 순차적으로 적층하여도 좋다.
또한, 본 발명의 일 형태의 발광 소자를 형성할 수 있는 기판으로서는, 예를 들어 유리, 석영, 또는 플라스틱 등을 사용할 수 있다. 또한, 가요성 기판을 사용하여도 좋다. 가요성 기판이란, 휠 수 있는(플렉시블) 기판을 가리키고, 예를 들어, 폴리카보네이트, 폴리아릴레이트를 함유하는 플라스틱 기판 등을 들 수 있다. 또한, 필름, 무기 증착 필름 등을 사용할 수도 있다. 또한, 발광 소자 및 광학 소자의 제작 공정에서 지지체로서 기능하는 것이라면, 이들 이외의 것이라도 좋다. 또는, 발광 소자 및 광학 소자를 보호하는 기능을 갖는 것이라면 좋다.
예를 들어, 본 발명 등에서는 다양한 기판을 사용하여 발광 소자를 형성할 수 있다. 기판의 종류는 특히 한정되지 않는다. 그 기판의 일례로서는 반도체 기판(예를 들어, 단결정 기판 또는 실리콘 기판), SOI 기판, 유리 기판, 석영 기판, 플라스틱 기판, 금속 기판, 스테인리스스틸 기판, 스테인리스스틸 포일을 갖는 기판, 텅스텐 기판, 텅스텐 포일을 갖는 기판, 가요성 기판, 접합 필름, 섬유재를 함유하는 종이, 또는 기재(基材) 필름 등이 있다. 유리 기판의 일례로서는 바륨보로실리케이트 유리, 알루미노보로실리케이트 유리, 또는 소다 석회 유리 등이 있다. 가요성 기판, 접합 필름, 기재 필름 등의 일례로서는, 다음과 같은 것을 들 수 있다. 예를 들어, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 폴리에터설폰(PES), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)으로 대표되는 플라스틱이 있다. 또는, 일례로서는 아크릴 등의 수지 등을 들 수 있다. 또는, 일례로서는 폴리프로필렌, 폴리에스터, 폴리불화바이닐, 또는 폴리염화바이닐 등이 있다. 또는, 일례로서는, 폴리아마이드, 폴리이미드, 아라미드, 에폭시, 무기 증착 필름, 또는 종이류 등이 있다.
또한, 기판으로서 가요성 기판을 사용하고, 가요성 기판 위에 직접 발광 소자를 형성하여도 좋다. 또는, 기판과 발광 소자 사이에 박리층을 제공하여도 좋다. 박리층은 그 위에 발광 소자를 부분적으로 또는 전체적으로 형성한 후에 기판으로부터 분리하여 다른 기판으로 전재(轉載)하기 위하여 사용할 수 있다. 이때, 내열성이 떨어진 기판이나 가요성 기판에도 발광 소자를 전재할 수 있다. 또한, 상술한 박리층은 예를 들어, 텅스텐막과 산화 실리콘막의 무기막을 적층한 구성이나, 기판 위에 폴리이미드 등의 수지막이 형성된 구성 등을 가질 수 있다.
즉, 어떠한 기판을 사용하여 발광 소자를 형성하고 나서, 다른 기판에 발광 소자를 전치하여 다른 기판 위에 발광 소자를 배치하여도 좋다. 발광 소자를 전치하는 기판의 일례로서는, 상술한 기판에 더하여, 셀로판 기판, 석재 기판, 목재 기판, 직물 기판(천연 섬유(견(silk), 솜(cotton), 삼(hemp)), 합성 섬유(나일론, 폴리우레탄, 폴리에스터), 또는 재생 섬유(아세테이트, 큐프라, 레이온, 재생 폴리에스터) 등을 포함함), 피혁 기판, 또는 고무 기판 등을 들 수 있다. 이들 기판을 사용함으로써, 깨지기 어려운 발광 소자, 내열성이 높은 발광 소자, 경량화된 발광 소자, 또는 박형화된 발광 소자로 할 수 있다.
또한, 상술한 기판 위에, 예를 들어 전계 효과 트랜지스터(FET)를 형성하고, FET와 전기적으로 접속된 전극 위에 발광 소자(250)를 제작하여도 좋다. 이로써, FET에 의하여 발광 소자의 구동을 제어하는 액티브 매트릭스형 표시 장치를 제작할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서 본 발명의 일 형태에 대하여 설명하였다. 또는, 다른 실시형태에서 본 발명의 일 형태에 대하여 설명한다. 다만, 본 발명의 일 형태는 이들에 한정되지 않는다. 예를 들어, 본 발명의 일 형태에서는 발광 소자가 형광 재료와 호스트 재료를 함유하고, 형광 재료와 호스트 재료의 중심간 거리의 최소값이 0.7nm 이상 5nm 이하인 경우의 예를 제시하였지만, 본 발명의 일 형태는 이에 한정되지 않는다. 경우 또는 상황에 따라, 본 발명의 일 형태에서는 예를 들어, 형광 재료와 호스트 재료의 중심간 거리의 최소값이 0.7nm 미만이어도 좋다. 또는, 형광 재료와 호스트 재료의 중심간 거리의 최소값이 5nm보다 길어도 좋다. 또는, 예를 들어 본 발명의 일 형태에서는 호스트 재료가 제 1 유기 화합물과 제 2 유기 화합물을 함유하는 경우의 예를 제시하였지만, 본 발명의 일 형태는 이에 한정되지 않는다. 경우 또는 상황에 따라, 본 발명의 일 형태에서는, 예를 들어 호스트 재료가 제 1 유기 화합물 또는 제 2 유기 화합물을 함유하지 않아도 된다. 또는, 예를 들어 본 발명의 일 형태에서는 형광 재료가 70% 이상인 형광 양자 수율을 갖는 경우의 예를 제시하였지만, 이에 한정되지 않는다. 경우 또는 상황에 따라, 본 발명의 일 형태에서는 예를 들어 형광 재료가 70% 미만인 형광 양자 수율이라도 좋다. 또는, 예를 들어 본 발명의 일 형태에서는 들뜬 복합체가 10ns 이상 50μs 이하인 형광 수명을 갖는 지연 형광 성분을 갖는 경우의 예를 제시하였지만, 본 발명의 일 형태는 이에 한정되지 않는다. 경우 또는 상황에 따라, 본 발명의 일 형태에서는 예를 들어 들뜬 복합체가 10ns 미만의 형광 수명을 갖는 지연 형광 성분을 가져도 좋다. 또는, 예를 들어 들뜬 복합체가 50μs보다 긴 형광 수명을 갖는 지연 형광 성분을 가져도 좋다. 또는, 예를 들어, 본 발명의 일 형태에서는 형광 재료는 탄소수 2 이상의 알킬기를 2개 이상 갖는 경우의 예, 또는 탄소수 3 이상 10 이하의 분기를 갖는 알킬기를 2개 이상 갖는 경우의 예, 또는 탄소수 3 이상 10 이하의 고리 모양 탄화 수소기를 2개 이상, 또는 탄소수 3 이상 10 이하의 가교 고리 모양 탄화 수소기를 2개 이상 갖는 경우의 예, 또는 탄소수 3 이상 12 이하의 축합 방향족 탄화 수소를 갖는 경우의 예를 제시하였지만, 본 발명의 일 형태는 이에 한정되지 않는다. 경우 또는 상황에 따라, 본 발명의 일 형태에서는 예를 들어 형광 재료는 탄소수 2 이상의 알킬기를 2개 이상 갖지 않아도 된다. 또는, 탄소수 3 이상 10 이하의 분기를 갖는 알킬기를 2개 이상 갖지 않아도 된다. 또는, 탄소수 3 이상 10 이하의 고리 모양 탄화 수소기를 2개 이상 또는 탄소수 3 이상 10 이하의 가교 고리 모양 탄화 수소기를 2개 이상 갖지 않아도 된다. 또한, 탄소수 3 이상 12 이하의 축합 방향족 탄화 수소를 갖지 않아도 된다.
본 실시형태에 제시된 구성은 다른 실시형태에 제시된 구성과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시형태 2)
본 실시형태에서는 실시형태 1에 제시된 구성과 다른 구성을 갖는 발광 소자, 및 상기 발광 소자의 발광 기구에 대하여 도 6 및 도 7을 참조하여 아래에서 설명한다. 또한, 도 6 및 도 7에 있어서, 도 1의 (A)에 도시된 부호와 같은 기능을 갖는 부분은 동일한 해치 패턴으로 하고, 부호를 생략하는 경우가 있다. 또한, 같은 기능을 갖는 부분에는 동일한 부호를 붙이고, 그 자세한 설명은 생략하는 경우가 있다.
<발광 소자의 구성예 1>
도 6의 (A)는 발광 소자(260)의 단면 모식도이다.
도 6의 (A)에 도시된 발광 소자(260)는 한 쌍의 전극(전극(101)과 전극(102)) 사이에, 복수의 발광 유닛(도 6의 (A)에서는 발광 유닛(106) 및 발광 유닛(108))을 포함한다. 하나의 발광 유닛은 도 1의 (A)에 도시된 EL층(100)과 같은 구성을 갖는다. 즉, 도 1의 (A)에 도시된 발광 소자(250)는 하나의 발광 유닛을 갖고, 발광 소자(260)는 복수의 발광 유닛을 갖는다. 또한, 발광 소자(260)에서 전극(101)이 양극으로서 기능하고, 전극(102)이 음극으로서 기능하는 것으로 하여 아래에서 설명하지만, 발광 소자(260)의 구성은 그 반대여도 좋다.
또한, 도 6의 (A)에 도시된 발광 소자(260)에서 발광 유닛(106)과 발광 유닛(108)이 적층되어 있고, 발광 유닛(106)과 발광 유닛(108) 사이에는 전하 발생층(115)이 제공된다. 또한, 발광 유닛(106)과 발광 유닛(108)은 같은 구성을 가져도 좋고, 다른 구성을 가져도 좋다. 예를 들어, 발광 유닛(108)에 도 1의 (A)에 도시된 EL층(100)을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 발광 소자(260)는 발광층(120) 및 발광층(130)을 포함한다. 또한, 발광 유닛(106)은 발광층(120) 외에, 정공 주입층(111), 정공 수송층(112), 전자 수송층(113), 및 전자 주입층(114)을 갖는다. 또한, 발광 유닛(108)은 발광층(130) 외에, 정공 주입층(116), 정공 수송층(117), 전자 수송층(118), 및 전자 주입층(119)을 포함한다.
전하 발생층(115)은 정공 수송성 재료에 전자 수용체인 억셉터성 물질이 첨가된 구성이라도 좋고, 전자 수송성 재료에 전자 공여체인 도너성 물질이 첨가된 구성이라도 좋다. 또한, 이 두 가지 구성이 적층되어 있어도 좋다.
전하 발생층(115)에 유기 화합물과 억셉터성 물질의 복합 재료가 함유되는 경우, 상기 복합 재료에는 실시형태 1에서 설명한 정공 주입층(111)에 사용할 수 있는 복합 재료를 사용하면 좋다. 유기 화합물로서는, 방향족 아민 화합물, 카바졸 화합물, 방향족 탄화 수소, 고분자 화합물(올리고머, 덴드리머, 폴리머 등) 등 다양한 화합물을 사용할 수 있다. 또한, 유기 화합물로서는, 정공 이동도가 1×10-6cm2/Vs 이상인 물질을 적용하는 것이 바람직하다. 다만, 전자 수송성보다 정공 수송성이 높은 물질이면 이들 이외의 물질을 사용하여도 좋다. 유기 화합물과 억셉터성 물질의 복합 재료는 캐리어 주입성, 캐리어 수송성이 우수하므로, 이것을 사용함으로써 저전압 구동, 저전류 구동을 실현할 수 있다. 또한, 발광 유닛(108)과 같이, 발광 유닛의 양극 측의 면이 전하 발생층(115)에 접촉하는 경우에는, 전하 발생층(115)이 발광 유닛의 정공 주입층 또는 정공 수송층의 역할도 할 수 있기 때문에, 상기 발광 유닛에는 정공 주입층 또는 정공 수송층을 제공하지 않아도 된다.
또한, 전하 발생층(115)은 유기 화합물과 억셉터성 물질의 복합 재료를 함유하는 층과 다른 재료를 함유하는 층을 조합한 적층 구조로 형성하여도 좋다. 예를 들어, 유기 화합물과 억셉터성 물질의 복합 재료를 함유하는 층과, 전자 공여성 물질 중에서 선택된 하나의 화합물과 전자 수송성이 높은 화합물을 함유하는 층을 조합하여 형성하여도 좋다. 또한, 유기 화합물과 억셉터성 물질의 복합 재료를 함유하는 층과, 투명 도전성 재료를 함유하는 층을 조합하여 형성하여도 좋다.
또한, 발광 유닛(106)과 발광 유닛(108) 사이에 끼워지는 전하 발생층(115)은 전극(101)과 전극(102) 사이에 전압을 인가하였을 때, 한쪽 발광 유닛에 전자를 주입하고, 다른 쪽 발광 유닛에 정공을 주입하는 것이라면 좋다. 예를 들어, 도 6의 (A)에서, 전극(101)의 전위가 전극(102)의 전위보다 높아지도록 전압을 인가한 경우, 전하 발생층(115)은 발광 유닛(106)에 전자를 주입하고 발광 유닛(108)에 정공을 주입한다.
또한, 전하 발생층(115)은 광 추출 효율의 점에서, 가시광에 대하여 투광성을 갖는(구체적으로는, 전하 발생층(115)에 대한 가시광의 투과율이 40% 이상인) 것이 바람직하다. 또한, 전하 발생층(115)은 한 쌍의 전극(전극(101)과 전극(102))보다 낮은 도전율이라도 기능한다. 전하 발생층(115)의 도전율이 한 쌍의 전극과 같은 정도로 높은 경우, 전하 발생층(115)에 의하여 발생한 캐리어가 막의 면 방향으로 흐름으로써, 전극(101)과 전극(102)이 겹치지 않은 영역에서 발광하는 경우가 있다. 이러한 불량을 억제하기 위해서는 전하 발생층(115)은 한 쌍의 전극보다 도전율이 낮은 재료로 형성되는 것이 바람직하다.
상술한 재료를 사용하여 전하 발생층(115)을 형성함으로써, 발광층이 적층된 경우의 구동 전압의 상승을 억제할 수 있다.
또한, 도 6의 (A)에서는 2개의 발광 유닛을 갖는 발광 소자에 대하여 설명하였지만, 3개 이상의 발광 유닛을 적층한 발광 소자에도 마찬가지로 적용할 수 있다. 발광 소자(260)와 같이, 한 쌍의 전극 사이에 복수의 발광 유닛을 전하 발생층으로 구획하여 배치함으로써, 전류 밀도를 낮게 유지한 채 고휘도 발광을 가능하게 하고, 장수명의 발광 소자를 구현할 수 있다. 또한, 소비 전력이 낮은 발광 소자를 구현할 수 있다.
또한, 복수의 유닛 중, 적어도 하나의 유닛에 도 1의 (A)에 도시된 EL층(100)의 구성을 적용함으로써, 발광 효율이 높은 발광 소자를 제공할 수 있다.
또한, 발광 유닛(108)이 갖는 발광층(130)은 실시형태 1에서 설명한 구성을 갖는 것이 바람직하다. 이렇게 하면, 발광 소자(260)는 발광 재료로서 형광 재료를 함유하며 발광 효율이 높은 발광 소자가 되므로 바람직하다.
또한, 발광 유닛(108)이 갖는 발광층(120)은 도 6의 (B)에 도시된 바와 같이 호스트 재료(121)와 게스트 재료(122)를 포함한다. 또한, 게스트 재료(122)는 형광 재료인 것으로 하여 아래에서 설명한다.
《발광층(120)의 발광 기구》
발광층(120)의 발광 기구에 대하여 아래에서 설명한다.
한 쌍의 전극(전극(101) 및 전극(102)) 또는 전하 발생층으로부터 주입된 전자 및 정공이 발광층(120)에서 재결합됨으로써, 여기자가 생성된다. 게스트 재료(122)와 비교하여 호스트 재료(121)는 대량으로 존재하므로, 여기자의 생성에 의하여 호스트 재료(121)의 들뜬 상태가 형성된다.
또한, 여기자는 캐리어(전자 및 정공) 쌍을 말한다. 여기자는 에너지를 갖기 때문에 여기자가 생성된 재료는 들뜬 상태가 된다.
형성된 호스트 재료(121)의 들뜬 상태가 단일항 들뜬 상태인 경우, 호스트 재료(121)의 S1 준위로부터 게스트 재료(122)의 S1 준위로 단일항 들뜬 에너지가 에너지 이동하여 게스트 재료(122)의 단일항 들뜬 상태가 형성된다.
게스트 재료(122)는 형광 재료이므로, 게스트 재료(122)에서 단일항 들뜬 상태가 형성되면, 게스트 재료(122)는 신속하게 발광한다. 이때, 높은 발광 효율을 얻기 위해서는 게스트 재료(122)의 형광 양자 수율이 높은 것이 바람직하다. 또한, 게스트 재료(122)에서 캐리어가 재결합되어, 생성된 들뜬 상태가 단일항 들뜬 상태인 경우도 마찬가지이다.
다음에, 캐리어 재결합에 의하여 호스트 재료(121)의 삼중항 들뜬 상태가 형성되는 경우에 대하여 설명한다. 이 경우의 호스트 재료(121) 및 게스트 재료(122)의 에너지 준위의 상관을 도 6의 (C)에 도시하였다. 또한, 도 6의 (C) 중의 표기 및 부호는 다음과 같다. 또한, 호스트 재료(121)의 T1 준위가 게스트 재료(122)의 T1 준위보다 낮은 것이 바람직하기 때문에, 도 6의 (C)에서는 이 경우를 도시하였지만, 호스트 재료(121)의 T1 준위가 게스트 재료(122)의 T1 준위보다 높아도 좋다.
·Host(121): 호스트 재료(121)
·Guest(122): 게스트 재료(122)(형광 재료)
·SFH: 호스트 재료(121)의 S1 준위
·TFH: 호스트 재료(121)의 T1 준위
·SFG: 게스트 재료(122)(형광 재료)의 S1 준위
·TFG: 게스트 재료(122)(형광 재료)의 T1 준위
도 6의 (C)에 도시된 바와 같이, 캐리어 재결합에 의하여 생성된 삼중항 여기자들이 근접됨으로써 한쪽이 호스트 재료(121)의 S1 준위(SFH)의 에너지를 갖는 단일항 여기자로 변환되는 반응, 즉 삼중항-삼중항 소명(TTA:triplet-triplet annihilation)이 일어난다(도 6의 (C) 중 TTA 참조). 호스트 재료(121)의 단일항 들뜬 에너지는 SFH로부터 이것보다 에너지가 낮은 게스트 재료(122)의 S1 준위(SFG)로 에너지 이동이 일어나(도 6의 (C) 중 루트(E1) 참조), 게스트 재료(122)의 단일항 들뜬 상태가 형성되어 게스트 재료(122)가 발광한다.
또한, 발광층(120)에서의 삼중항 여기자의 밀도가 충분히 높은 경우(예를 들어, 1×10-12cm-3 이상)에는 삼중항 여기자 단독의 실활을 무시하고, 2개의 근접된 삼중항 여기자에 의한 반응만을 생각할 수 있다.
또한, 게스트 재료(122)에서 캐리어가 재결합되어 삼중항 들뜬 상태가 형성될 때, 게스트 재료(122)의 삼중항 들뜬 상태는 열 실활되기 때문에, 발광에 이용하기 어렵다. 그러나, 호스트 재료(121)의 T1 준위(TFH)가 게스트 재료(122)의 T1 준위(TFG)보다 낮은 경우, 게스트 재료(122)의 삼중항 들뜬 에너지는 게스트 재료(122)의 T1 준위(TFG)로부터 호스트 재료(121)의 T1 준위(TFH)로 에너지 이동(도 6의 (C) 중 루트(E2) 참조)할 수 있고, 그 후 TTA에 이용된다.
즉, 호스트 재료(121)는 삼중항 들뜬 에너지를 TTA에 의하여 단일항 들뜬 에너지로 변환하는 기능을 갖는 것이 바람직하다. 이로써, 발광층(120)에서 생성된 삼중항 들뜬 에너지의 일부를 호스트 재료(121)에서의 TTA에 의하여 단일항 들뜬 에너지로 변환하고, 이 단일항 들뜬 에너지를 게스트 재료(122)로 이동하여, 형광 발광으로서 추출할 수 있게 된다. 이를 위하여, 호스트 재료(121)의 S1 준위(SFH)는 게스트 재료(122)의 S1 준위(SFG)보다 높은 것이 바람직하다. 또한, 호스트 재료(121)의 T1 준위(TFH)는 게스트 재료(122)의 T1 준위(TFG)보다 낮은 것이 바람직하다.
또한, 특히 게스트 재료(122)의 T1 준위(TFG)가 호스트 재료(121)의 T1 준위(TFH)보다 낮은 경우에는 호스트 재료(121)와 게스트 재료(122)의 중량비는 게스트 재료(122)의 중량비가 낮은 것이 바람직하다. 구체적으로는, 호스트 재료(121)에 대한 게스트 재료(122)의 중량비가 0보다 크고 0.05 이하인 것이 바람직하다. 이로써, 게스트 재료(122)에서 캐리어가 재결합되는 확률을 저감시킬 수 있다. 또한, 호스트 재료(121)의 T1 준위(TFH)로부터 게스트 재료(122)의 T1 준위(TFG)로 에너지 이동이 일어나는 확률을 저감시킬 수 있다.
또한, 호스트 재료(121)는 단일 화합물로 구성되어도 좋고, 복수의 화합물로 구성되어도 좋다.
또한, 상기 각 구성에 있어서, 발광 유닛(106) 및 발광 유닛(108)에 사용하는 게스트 재료(형광 재료)는 같아도 좋고 달라도 좋다. 발광 유닛(106)과 발광 유닛(108)이 같은 게스트 재료를 포함하는 경우, 발광 소자(260)는 적은 전류값으로 높은 발광 휘도를 나타내는 발광 소자가 되므로 바람직하다. 또한, 발광 유닛(106)과 발광 유닛(108)이 서로 다른 게스트 재료를 포함하는 경우, 발광 소자(260)는 다색 발광을 나타내는 발광 소자가 되어 바람직하다. 특히 연색성이 높은 백색 발광, 또는 적어도 적색과 녹색과 청색을 갖는 발광이 되도록 게스트 재료를 선택하는 것이 바람직하다.
<발광 소자의 구성예 2>
도 7의 (A)는 발광 소자(262)의 단면 모식도이다.
도 7의 (A)에 도시된 발광 소자(262)는 상술한 발광 소자(260)와 마찬가지로, 한 쌍의 전극(전극(101)과 전극(102)) 사이에, 복수의 발광 유닛(도 7의 (A)에서는 발광 유닛(106) 및 발광 유닛(108))을 포함한다. 하나의 발광 유닛은 도 1의 (A)에 도시된 EL층(100)과 같은 구성을 갖는다. 또한, 발광 유닛(106)과 발광 유닛(108)은 같은 구성을 가져도 좋고, 다른 구성을 가져도 좋다.
또한, 도 7의 (A)에 도시된 발광 소자(262)에서 발광 유닛(106)과 발광 유닛(108)이 적층되어 있고, 발광 유닛(106)과 발광 유닛(108) 사이에는 전하 발생층(115)이 제공된다. 예를 들어, 발광 유닛(106)에 도 1의 (A)에 도시된 EL층(100)을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 발광 소자(262)는 발광층(130) 및 발광층(140)을 포함한다. 또한, 발광 유닛(106)은 발광층(130)에 더하여 정공 주입층(111), 정공 수송층(112), 전자 수송층(113), 및 전자 주입층(114)을 포함한다. 또한, 발광 유닛(108)은 발광층(140)에 더하여 정공 주입층(116), 정공 수송층(117), 전자 수송층(118), 및 전자 주입층(119)을 포함한다.
또한, 발광 유닛(108)의 발광층이 인광 재료를 포함하는 것이 바람직하다. 즉, 발광 유닛(106)이 포함하는 발광층(130)은 실시형태 1에서 제시한 구성을 갖고, 발광 유닛(108)이 갖는 발광층(140)은 인광 재료를 갖는 것이 바람직하다. 이 경우의 발광 소자(262)의 구성예에 대해서는 아래에서 설명한다.
또한, 발광 유닛(108)이 포함하는 발광층(140)은 도 7의 (B)에 도시된 바와 같이 호스트 재료(141) 및 게스트 재료(142)를 포함한다. 또한, 호스트 재료(141)는 유기 화합물(141_1)과 유기 화합물(141_2)을 포함한다. 또한, 발광층(140)이 갖는 게스트 재료(142)를 인광 재료로 하여 아래에서 설명한다.
《발광층(140)의 발광 기구》
다음에, 발광층(140)의 발광 기구에 대하여 아래에서 설명한다.
발광층(140)이 포함하는 유기 화합물(141_1)과 유기 화합물(141_2)은 들뜬 복합체를 형성한다.
발광층(140)에서의 들뜬 복합체를 형성하는 유기 화합물(141_1)과 유기 화합물(141_2)의 조합은, 들뜬 복합체를 형성할 수 있는 조합이면 되지만, 한쪽이 정공 수송성을 갖는 화합물이며, 다른 쪽이 전자 수송성을 갖는 화합물인 것이 더 바람직하다.
발광층(140)에서의 유기 화합물(141_1)과 유기 화합물(141_2)과 게스트 재료(142)의 에너지 준위의 상관을 도 7의 (C)에 도시하였다. 또한, 도 7의 (C)에 도시된 표기 및 부호는 다음과 같다.
·Host(141_1): 유기 화합물(141_1)(호스트 재료)
·Host(141_2): 유기 화합물(141_2)(호스트 재료)
·Guest(142): 게스트 재료(142)(인광 재료)
·SPH: 유기 화합물(141_1)(호스트 재료)의 S1 준위
·TPH: 유기 화합물(141_1)(호스트 재료)의 T1 준위
·TPG: 게스트 재료(142)(인광 재료)의 T1 준위
·SPE: 들뜬 복합체의 S1 준위
·TPE: 들뜬 복합체의 T1 준위
유기 화합물(141_1)과 유기 화합물(141_2)로 형성되는 들뜬 복합체의 단일항 들뜬 상태의 가장 낮은 준위(SPE)와 들뜬 복합체의 삼중항 들뜬 상태의 가장 낮은 준위(TPE)는 서로 인접된다(도 7의 (C) 중 Route C 참조).
그리고, 들뜬 복합체의 (SPE) 및 (TPE)의 양쪽 에너지를, 게스트 재료(142)(인광 재료)의 삼중항 들뜬 상태의 가장 낮은 준위로 이동시켜 발광이 얻어진다(도 7의 (C) 중 Route D 참조).
또한, 상술한 Route C 및 Route D의 과정을, 본 명세서 등에서 ExTET(Exciplex-Triplet Energy Transfer)라고 하는 경우가 있다.
또한, 유기 화합물(141_1)과 유기 화합물(141_2)은 한쪽이 정공을 받고 다른 쪽이 전자를 받음으로써 들뜬 복합체를 형성한다. 또는, 한쪽이 들뜬 상태가 되면, 다른 쪽과 상호 작용됨으로써 들뜬 복합체를 형성한다. 따라서, 발광층(140)에서의 여기자의 대부분이 들뜬 복합체로서 존재한다. 들뜬 복합체는 유기 화합물(141_1)과 유기 화합물(141_2)의 양쪽보다 밴드갭이 작아지기 때문에, 더 낮은 들뜬 에너지로 들뜬 상태를 형성할 수 있게 된다. 그러므로, 들뜬 복합체가 형성됨으로써 발광 소자의 구동 전압을 낮출 수 있다.
발광층(140)을 상술한 구성으로 함으로써, 발광층(140)의 게스트 재료(142)(인광 재료)로부터의 발광을 효율적으로 얻을 수 있게 된다.
또한, 발광층(130)으로부터의 발광은 발광층(140)으로부터의 발광보다 더 단파장 측에 발광 피크를 갖는 구성으로 하는 것이 바람직하다. 단파장 발광을 나타내는 인광 재료를 사용한 발광 소자는 휘도 열화가 빠른 경향이 있다. 그러므로, 단파장의 발광을 형광으로 함으로써, 휘도 열화가 작은 발광 소자를 제공할 수 있다.
또한, 발광층(130)과 발광층(140)에서 다른 발광 파장의 광을 얻음으로써, 다색 발광 소자로 할 수 있다. 이 경우, 발광 스펙트럼은 상이한 발광 피크를 갖는 발광이 합성된 광이 되기 때문에, 적어도 2개의 극대값(피크)을 갖는 발광 스펙트럼이 된다.
또한, 상기 구성은 백색 발광을 얻기에도 적합하다. 발광층(130)과 발광층(140)의 광을 서로 보색 관계로 함으로써 백색 발광을 얻을 수 있다.
또한, 발광층(130) 및 발광층(140) 중 어느 한쪽 또는 양쪽에 발광 파장이 다른 복수의 발광 재료를 사용함으로써, 삼원색이나 4색 이상의 발광색을 포함하는 연색성이 높은 백색 발광을 얻을 수도 있다. 이 경우, 발광층(130) 및 발광층(140) 중 어느 한쪽 또는 양쪽을 층상으로 더 분할하고, 이 분할한 층마다 상이한 발광 재료를 함유시키도록 하여도 좋다.
<발광층에 사용할 수 있는 재료의 예>
다음에, 발광층(120), 발광층(130), 및 발광층(140)에 사용할 수 있는 재료에 대하여 아래에서 설명한다.
《발광층(130)에 사용할 수 있는 재료》
발광층(130)에 사용할 수 있는 재료로서는, 상술한 실시형태 1에 제시된 발광층(130)에 사용할 수 있는 재료를 원용하면 좋다. 이로써, 단일항 들뜬 상태의 생성 효율이 높고 발광 효율이 높은 발광 소자를 제작할 수 있다.
《발광층(120)에 사용할 수 있는 재료》
발광층(120)에는 중량비로 호스트 재료(121)가 가장 많이 존재하고, 게스트 재료(122)(형광 재료)는 호스트 재료(121) 중에 분산된다. 호스트 재료(121)의 S1 준위는 게스트 재료(122)(형광 재료)의 S1 준위보다 높고, 호스트 재료(121)의 T1 준위는 게스트 재료(122)(형광 재료)의 T1 준위보다 낮은 것이 바람직하다.
발광층(120) 내의 게스트 재료(122)로서는 예를 들어, 이하의 재료를 사용할 수 있다.
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'-다이페닐-N,N'-비스[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]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-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 6, 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), 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), 5,10,15,20-테트라페닐비스벤조[5,6]인데노[1,2,3-cd:1',2',3'-lm]페릴렌 등을 들 수 있다.
또한, 발광층(120) 내의 호스트 재료(121)에 사용할 수 있는 재료로서는 특별한 한정은 없지만, 예를 들어, 트리스(8-퀴놀리놀레이토)알루미늄(III)(약칭: Alq), 트리스(4-메틸-8-퀴놀리놀레이토)알루미늄(III)(약칭: Almq3), 비스(10-하이드록시벤조[h]퀴놀리네이토)베릴륨(II)(약칭:BeBq2), 비스(2-메틸-8-퀴놀리놀레이토)(4-페닐페놀레이토)알루미늄(III)(약칭: BAlq), 비스(8-퀴놀리놀레이토)아연(II)(약칭: Znq), 비스[2-(2-벤즈옥사졸릴)페놀레이토]아연(II)(약칭: ZnPBO), 비스[2-(2-벤조싸이아졸릴)페놀레이토]아연(II) (약칭: ZnBTZ) 등의 금속 복합체, 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-바이페닐릴)-4-페닐-5-(4-tert-뷰틸페닐)-1,2,4-트라이아졸(약칭: TAZ), 2,2',2''-(1,3,5-벤젠트라이일)트리스(1-페닐-1H-벤즈이미다졸)(약칭: TPBI), 바소페난트롤린(약칭: BPhen), 바소쿠푸로인(약칭: BCP), 2,9-비스(나프탈렌-2-일)-4,7-다이페닐-1,10-페난트롤린(약칭: NBPhen), 9-[4-(5-페닐-1,3,4-옥사다이아졸-2-일)페닐]-9H-카바졸(약칭: CO11) 등의 헤테로 고리 화합물, 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'-비스[N-(스파이로-9,9'-바이플루오렌-2-일)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: BSPB) 등의 방향족 아민 화합물을 들 수 있다. 또한, 안트라센 유도체, 페난트렌 유도체, 피렌 유도체, 크리센 유도체, 및 다이벤조[g,p]크리센 유도체 등의 축합 다환 방향족 화합물이 제공될 수 있고, 구체적으로는 9,10-다이페닐안트라센(약칭: DPAnth), N,N-다이페닐-9-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸-3-아민(약칭: CzA1PA), 4-(10-페닐-9-안트릴)트라이페닐아민(약칭: DPhPA), 4-(9H-카바졸-9-일)-4'-(10-페닐-9-안트릴)트라이페닐아민(약칭: YGAPA), N,9-다이페닐-N-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸-3-아민(약칭: PCAPA), N,9-다이페닐-N-{4-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]페닐}-9H-카바졸-3-아민(약칭: PCAPBA), N,9-다이페닐-N-(9,10-다이페닐-2-안트릴)-9H-카바졸-3-아민(약칭: 2PCAPA), 6,12-다이메톡시-5,11-다이페닐크리센, N,N,N',N',N'',N'',N''',N'''-옥타페닐다이벤조[g,p]크리센-2,7,10,15-테트라아민(약칭: DBC1), 9-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸(약칭: CzPA), 3,6-다이페닐-9-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸(약칭: DPCzPA), 9,10-비스(3,5-다이페닐페닐)안트라센(약칭: DPPA), 9,10-다이(2-나프틸)안트라센(약칭: DNA), 2-tert-뷰틸-9,10-다이(2-나프틸)안트라센(약칭: t-BuDNA), 9,9'-바이안트릴(약칭: BANT), 9,9'-(스틸벤-3,3'-다이일)다이페난트렌(약칭: DPNS), 9,9'-(스틸벤-4,4'-다이일)다이페난트렌(약칭: DPNS2), 1,3,5-트라이(1-피렌일)벤젠(약칭: TPB3) 등을 들 수 있다. 또한, 이들 및 공지의 물질 중에서, 상기 게스트 재료(122)의 에너지 갭보다 큰 에너지 갭을 갖는 물질을 한 종류 또는 복수 종류 선택하여 사용하면 좋다.
또한, 발광층(120)은 2층 이상의 층으로 구성될 수도 있다. 예를 들어, 제 1 발광층과 제 2 발광층을 정공 수송층 측으로부터 순차적으로 적층하여 발광층(120)을 형성하는 경우에, 제 1 발광층의 호스트 재료에 정공 수송성을 갖는 물질을 사용하고, 제 2 발광층의 호스트 재료에 전자 수송성을 갖는 물질을 사용하는 구성 등이 있다.
또한, 발광층(120) 내의 호스트 재료(121)는 단일 화합물로 구성되어도 좋고, 복수의 화합물로 구성되어도 좋다. 또는, 발광층(120)은 호스트 재료(121) 및 게스트 재료(122) 이외의 재료를 함유하여도 좋다.
《발광층(140)에 사용할 수 있는 재료》
발광층(140) 중에서는 중량비로 호스트 재료(141)가 가장 많이 존재하고, 게스트 재료(142)(인광 재료)는 호스트 재료(141) 내로 분산된다. 발광층(140)의 호스트 재료(141)(유기 화합물(141_1) 및 유기 화합물(141_2))의 T1 준위는 발광층(140)의 게스트 재료(게스트 재료(142))의 T1 준위보다 높은 것이 바람직하다.
유기 화합물(141_1)로서는, 아연이나 알루미늄계 금속 복합체 외에, 옥사다이아졸 유도체, 트라이아졸 유도체, 벤즈이미다졸 유도체, 퀴녹살린 유도체, 다이벤조퀴녹살린 유도체, 다이벤조싸이오펜 유도체, 다이벤조퓨란 유도체, 피리미딘 유도체, 트라이아진 유도체, 피리딘 유도체, 바이피리딘 유도체, 페난트롤린 유도체 등을 들 수 있다. 다른 예로서는 방향족 아민이나 카바졸 유도체 등을 들 수 있다. 구체적으로는, 실시형태 1에서 제시한 전자 수송성 재료 및 정공 수송성 재료를 사용할 수 있다.
유기 화합물(141_2)로서는 유기 화합물(141_1)과 함께, 들뜬 복합체를 형성할 수 있는 조합으로 한다. 구체적으로는, 실시형태 1에서 제시한 전자 수송성 재료 및 정공 수송성 재료를 사용할 수 있다. 이 경우, 유기 화합물(141_1)과 유기 화합물(141_2)로 형성되는 들뜬 복합체의 발광 피크가 게스트 재료(142)(인광 재료)의 삼중항 MLCT(Metal to Ligand Charge Transfer) 전이의 흡수대, 더 구체적으로는 가장 장파장 측(낮은 에너지 측)의 흡수대와 겹치도록 유기 화합물(141_1), 유기 화합물(141_2), 및 게스트 재료(142)(인광 재료)를 선택하는 것이 바람직하다. 이로써, 발광 효율이 비약적으로 향상된 발광 소자로 할 수 있다. 다만, 인광 재료 대신에 열 활성화 지연 형광 재료를 사용하는 경우에는 가장 장파장 측의 흡수대는 단일항 흡수대인 것이 바람직하다.
게스트 재료(142)(인광 재료)로서는 이리듐, 로듐, 또는 백금계 유기 금속 복합체, 또는 금속 복합체를 들 수 있고, 그 중에서도 유기 이리듐 복합체, 예를 들어 이리듐계 오쏘 메탈 복합체(ortho-metalated complex)가 바람직하다. 오쏘 메탈화되는 리간드로서는 4H-트라이아졸 리간드, 1H-트라이아졸 리간드, 이미다졸 리간드, 피리딘 리간드, 피리미딘 리간드, 피라진 리간드, 또는 아이소퀴놀린 리간드 등을 들 수 있다. 금속 복합체로서는, 포르피린 리간드를 갖는 백금 복합체 등을 들 수 있다.
청색 또는 녹색에 발광 피크를 갖는 물질로서는, 예를 들어, 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-트라이아졸레이토)이리듐(III)(약칭: Ir(Mptz)3), 트리스[4-(3-바이페닐)-5-아이소프로필-3-페닐-4H-1,2,4-트라이아졸레이토]이리듐(III)(약칭: Ir(iPrptz-3b)3), 트리스[3-(5-바이페닐)-5-아이소프로필-4-페닐-4H-1,2,4-트라이아졸레이토]이리듐(III)(약칭: Ir(iPr5btz)3) 등의 4H-트라이아졸 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 복합체나, 트리스[3-메틸-1-(2-메틸페닐)-5-페닐-1H-1,2,4-트라이아졸레이토]이리듐(III)(약칭: Ir(Mptz1-mp)3), 트리스(1-메틸-5-페닐-3-프로필-1H-1,2,4-트라이아졸레이토)이리듐(III)(약칭: Ir(Prptz1-Me)3) 등의 1H-트라이아졸 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 복합체나, fac-트리스[1-(2,6-다이아이소프로필페닐)-2-페닐-1H-이미다졸]이리듐(III)(약칭: Ir(iPrpmi)3), 트리스[3-(2,6-다이메틸페닐)-7-메틸이미다조[1,2-f]페난트리디네이토]이리듐(III)(약칭: Ir(dmpimpt-Me)3) 등의 이미다졸 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 복합체나, 비스[2-(4',6'-다이플루오로페닐)피리디네이토-N,C2 ']이리듐(III)테트라키스(1-피라졸릴)보레이트(약칭: FIr6), 비스[2-(4',6'-다이플루오로페닐)피리디네이토-N,C2']이리듐(III)피콜리네이트(약칭: FIrpic), 비스{2- [3',5'-비스(트라이플루오로메틸)페닐]피리디네이토-N,C2'}이리듐(III)피콜리네이트(약칭: Ir(CF3ppy)2(pic)), 비스[2-(4',6'-다이플루오로페닐)피리디네이토-N,C2 ']이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: FIr(acac)) 등의 전자 흡인기를 갖는 페닐피리딘 유도체를 리간드로 하는 유기 금속 이리듐 복합체를 들 수 있다. 상술한 것 중에서도, 4H-트라이아졸 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 복합체는 신뢰성이나 발광 효율이 우수하기 때문에 특히 바람직하다.
또한, 녹색 또는 황색에 발광 피크를 갖는 물질로서는, 예를 들어, 트리스(4-메틸-6-페닐피리미디네이토)이리듐(III)(약칭: Ir(mppm)3), 트리스(4-t-뷰틸-6-페닐피리미디네이토)이리듐(III)(약칭: Ir(tBuppm)3), (아세틸아세토네이토)비스(6-메틸-4-페닐피리미디네이토)이리듐(III)(약칭: Ir(mppm)2(acac)), (아세틸아세토네이토)비스(6-tert-뷰틸-4-페닐피리미디네이토)이리듐(III)(약칭: Ir(tBuppm)2(acac)), (아세틸아세토네이토)비스[4-(2-노보닐)-6-페닐피리미디네이토]이리듐(III)(약칭:Ir(nbppm)2(acac)), (아세틸아세토네이토)비스[5-메틸-6-(2-메틸페닐)-4-페닐피리미디네이토]이리듐(III)(약칭: Ir(mpmppm)2(acac)), (아세틸아세토네이토)비스{4,6-다이메틸-2-[6-(2,6-다이메틸페닐)-4-피리미딘일-κN3]페닐-κC}이리듐(III)(약칭: Ir(dmppm-dmp)2(acac)), (아세틸아세토네이토)비스(4,6-다이페닐피리미디네이토)이리듐(III)(약칭: Ir(dppm)2(acac)) 등의 피리미딘 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 복합체나, (아세틸아세토네이토)비스(3,5-다이메틸-2-페닐피라디네이토)이리듐(III)(약칭: Ir(mppr-Me)2(acac)), (아세틸아세토네이토)비스(5-아이소프로필-3-메틸-2-페닐피라지네이토)이리듐(III)(약칭: Ir(mppr-iPr)2(acac)) 등의 피라진 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 복합체나, 트리스(2-페닐피리디네이토-N,C2')이리듐(III)(약칭: Ir(ppy)3), 비스(2-페닐피리디네이토-N,C2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭:Ir(ppy)2(acac)), 비스(벤조[h]퀴놀리네이토)이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(bzq)2(acac)), 트리스(벤조[h]퀴놀리네이토)이리듐(III)(약칭: Ir(bzq)3), 트리스(2-페닐퀴놀리네이토-N,C2')이리듐(III)(약칭: Ir(pq)3), 비스(2-페닐퀴놀리네이토-N,C2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(pq)2(acac))와 같은 피리딘 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 복합체나, 비스(2,4-다이페닐-1,3-옥사졸레이토-N,C2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(dpo)2(acac)), 비스 {2-[4'-(퍼플루오로페닐)페닐]피리디네이토-N,C2'}이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(p-PF-ph)2(acac)), 비스(2-페닐벤조싸이아졸레이토-N,C2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(bt)2(acac)) 등 유기 금속 이리듐 복합체 외에, 트리스(아세틸아세토네이토)(모노페난트롤린)터븀(III)(약칭: Tb(acac)3(Phen)) 등의 희토류 금속 복합체를 들 수 있다. 상술한 것 중에서도, 피리미딘 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 복합체는 신뢰성이나 발광 효율이 매우 우수하기 때문에 특히 바람직하다.
또한, 황색 또는 적색에 발광 피크를 갖는 물질로서는, 예를 들어, (다이아이소뷰틸릴메타네이토)비스[4,6-비스(3-메틸페닐)피리미디네이토]이리듐(III)(약칭: Ir(5mdppm)2(dibm)), 비스[4,6-비스(3-메틸페닐)피리미디네이토](다이피발로일메타네이토)이리듐(III)(약칭: Ir(5mdppm)2(dpm)), 비스[4,6-다이(나프탈렌-1-일)피리미디네이토](다이피발로일메타네이토)이리듐(III)(약칭: Ir(d1npm)2(dpm)) 등의 피리미딘 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 복합체나, (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[2,3-비스(4-플루오로페닐)퀴녹살리네이토]이리듐(III)(약칭: [Ir(Fdpq)2(acac)]) 등의 피라진 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 복합체나, 트리스(1-페닐아이소퀴놀리네이토-N,C2')이리듐(III)(약칭: Ir(piq)3), 비스(1-페닐아이소퀴놀리네이토-N,C2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(piq)2(acac))와 같은 피리딘 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 복합체 외에, 2,3,7,8,12,13,17,18-옥타에틸-21H,23H-포르피린백금(II)(약칭: PtOEP) 등의 백금 복합체나, 트리스(1,3-다이페닐-1,3-프로페인다이오네이토)(모노페난트롤린)유로퓸(III)(약칭: Eu(DBM)3(Phen)), 트리스[1-(2-테노일)-3,3,3-트라이플루오로아세토네이토](모노페난트롤린)유로퓸(III)(약칭: Eu(TTA)3(Phen)) 등의 희토류 금속 복합체를 들 수 있다. 상술한 것 중에서도, 피리미딘 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 복합체는 신뢰성이나 발광 효율이 매우 우수하기 때문에 특히 바람직하다. 또한, 피라진 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 복합체는 색도가 좋은 적색 발광이 얻어진다.
발광층(140)에 함유되는 발광 재료는 삼중항 들뜬 에너지를 발광으로 변환할 수 있는 재료이면 좋다. 상기 삼중항 들뜬 에너지를 발광으로 변환할 수 있는 재료로서는 인광 재료 외에, 열 활성화 지연 형광(Thermally activated delayed fluorescence: TADF) 재료를 들 수 있다. 따라서, 인광 재료라고 기재한 부분은 열 활성화 지연 형광 재료로 바꾸어 읽어도 좋다. 또한, 열 활성화 지연 형광 재료는 삼중항 들뜬 에너지 준위와 단일항 들뜬 에너지 준위의 차이가 작고, 역항간 교차에 의하여 삼중항 들뜬 상태로부터 단일항 들뜬 상태로 에너지를 변환하는 기능을 갖는 재료이다. 따라서, 삼중항 들뜬 상태를 약간의 열 에너지에 의하여 단일항 들뜬 상태로 역항간 교차(upconversion)할 수 있고, 단일항 들뜬 상태로부터의 발광(형광)을 효율적으로 나타낼 수 있다. 또한, 열 활성화 지연 형광을 효율적으로 얻을 수 있는 조건으로서는, 삼중항 들뜬 에너지 준위와 단일항 들뜬 에너지 준위의 에너지 차이가 바람직하게는 0eV보다 크고 0.2eV 이하, 더 바람직하게는 0eV보다 크고 0.1eV 이하인 것을 들 수 있다.
또한, 열 활성화 지연 형광을 나타내는 재료는 단독으로 삼중항 들뜬 상태로부터 역항간 교차에 의하여 단일항 들뜬 상태를 생성할 수 있는 재료이어도 좋고, 들뜬 복합체(엑시플렉스 또는 Exciplex라고도 함)를 형성하는 복수의 재료를 함유하여도 좋다.
열 활성화 지연 형광 재료가 한 종류의 재료로 구성되는 경우, 구체적으로는, 실시형태 1에서 제시한 열 활성화 지연 형광 재료를 사용할 수 있다.
또한, 열 활성화 지연 형광 재료를 호스트 재료로서 사용하는 경우, 들뜬 복합체를 형성하는 2종류의 화합물을 조합하여 사용하는 것이 바람직하다. 이 경우, 상술한 들뜬 복합체를 형성하는 조합인 전자를 받기 쉬운 화합물과, 정공을 받기 쉬운 화합물을 사용하는 것이 특히 바람직하다.
또한, 발광층(120), 발광층(130), 및 발광층(140)에 함유되는 발광 재료의 발광색에 한정은 없으며, 각각 같아도 좋고 달라도 좋다. 각각으로부터 얻어지는 발광이 혼합되어 소자 외부로 추출되기 때문에, 예를 들어 그 발광색들이 서로 보색의 관계에 있는 경우, 발광 소자는 백색의 광을 제공할 수 있다. 발광 소자의 신뢰성을 고려하면, 발광층(120)에 함유되는 발광 재료의 발광 피크 파장은 발광층(140)에 함유되는 발광 재료보다 짧은 것이 바람직하다.
또한, 발광 유닛(106), 발광 유닛(108), 및 전하 발생층(115)은 증착법(진공 증착법을 포함함), 잉크젯법, 도포법, 그라비어 인쇄 등의 방법으로 형성할 수 있다.
본 실시형태에 제시된 구성은 다른 실시형태에 제시된 구성과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시형태 3)
본 실시형태에서는 실시형태 1 및 실시형태 2에 제시된 구성과 다른 구성의 발광 소자의 예에 대하여 도 8~도 11을 참조하여 아래에서 설명한다.
<발광 소자의 구성예 1>
도 8은 본 발명의 일 형태의 발광 소자를 도시한 단면도이다. 또한, 도 8에서, 도 1의 (A)에 도시된 부호와 같은 기능을 갖는 부분은 동일한 해치 패턴을 사용하고 부호를 생략하는 경우가 있다. 또한, 같은 기능을 갖는 부분에는 동일한 부호를 붙이고, 그 자세한 설명은 생략하는 경우가 있다.
도 8에 도시된 발광 소자(270a) 및 발광 소자(270b)는 기판(200) 측에 광을 추출하는 하면 사출(보텀 이미션)형 발광 소자이어도 좋고, 기판(200)과 반대 방향으로 광을 추출하는 상면 사출(톱 이미션)형 발광 소자이어도 좋다. 다만, 본 발명의 일 형태는 이에 한정되지 않으며, 발광 소자가 나타내는 광을 기판(200)의 위쪽 및 아래쪽의 양쪽으로 추출하는 양면 사출(듀얼 이미션)형 발광 소자이어도 좋다.
발광 소자(270a) 및 발광 소자(270b)가 보텀 이미션형인 경우, 전극(101)은 광을 투과시키는 기능을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 전극(102)은 광을 반사하는 기능을 갖는 것이 바람직하다. 또는, 발광 소자(270a) 및 발광 소자(270b)가 톱 이미션형인 경우, 전극(101)은 광을 반사하는 기능을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 전극(102)은 광을 투과시키는 기능을 갖는 것이 바람직하다.
발광 소자(270a) 및 발광 소자(270b)는 기판(200) 위에 전극(101) 및 전극(102)을 포함한다. 또한, 전극(101)과 전극(102) 사이에 발광층(123B), 발광층(123G), 및 발광층(123R)을 포함한다. 또한, 정공 주입층(111), 정공 수송층(112), 전극 수송층(118), 및 전자 주입층(119)을 포함한다.
또한, 발광 소자(270b)는 전극(101)의 구성의 일부로서 도전층(101a), 도전층(101a) 위의 도전층(101b), 및 도전층(101a) 아래의 도전층(101c)을 포함한다. 즉, 발광 소자(270b)의 전극(101)은 도전층(101a)이 도전층(101b)과 도전층(101c) 사이에 제공된 구성을 갖는다.
발광 소자(270b)에서, 도전층(101b)과 도전층(101c)은 다른 재료로 형성되어도 좋고, 같은 재료로 형성되어도 좋다. 전극(101)이, 같은 도전성 재료 사이에 도전층(101a)이 제공된 구성을 갖는 경우, 에칭 공정에 의한 패턴 형성이 용이해지므로 바람직하다.
또한, 발광 소자(270b)가 도전층(101b) 및 도전층(101c) 중 어느 한쪽만을 포함하는 구성으로 하여도 좋다.
또한, 전극(101)이 포함하는 도전층(101a), 도전층(101b), 도전층(101c)은 각각 실시형태 1에서 제시한 전극(101) 또는 전극(102)과 같은 구성 및 재료를 사용할 수 있다.
도 8에서는 전극(101)과 전극(102) 사이의 영역(221B), 영역(221G), 및 영역(221R) 사이에 격벽(145)을 갖는다. 격벽(145)은 절연성을 갖는다. 격벽(145)은 전극(101)의 단부를 덮으며, 상기 전극과 겹치는 개구부를 갖는다. 격벽(145)을 제공함으로써, 각 영역의 기판(200) 위의 전극(101)을 각각 섬 형상으로 분리할 수 있다.
또한, 발광층(123B)과 발광층(123G)은 격벽(145)과 겹치는 영역에서 서로 겹치는 영역을 가져도 좋다. 또한, 발광층(123G)과 발광층(123R)은 격벽(145)과 겹치는 영역에서 서로 겹치는 영역을 가져도 좋다. 또한, 발광층(123R)과 발광층(123B)은 격벽(145)과 겹치는 영역에서 서로 겹치는 영역을 가져도 좋다.
격벽(145)은 절연성이면 좋고, 무기 재료 또는 유기 재료를 사용하여 형성된다. 상기 무기 재료로서는 산화 실리콘, 산화질화 실리콘, 질화산화 실리콘, 질화 실리콘, 산화 알루미늄, 질화 알루미늄 등을 들 수 있다. 그 유기 재료로서는, 예를 들어 아크릴 수지 또는 폴리이미드 수지 등 감광성 수지 재료를 들 수 있다.
또한, 발광층(123R), 발광층(123G), 발광층(123B)은 각각 다른 색을 나타내는 기능을 갖는 발광 재료를 포함하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 발광층(123R)이 적색을 나타내는 기능을 갖는 발광 재료를 포함함으로써 영역(221R)은 적색 발광을 나타내고, 발광층(123G)이 녹색을 나타내는 기능을 갖는 발광 재료를 포함함으로써 영역(221G)은 녹색 발광을 나타내고, 발광층(123B)이 청색을 나타내는 기능을 갖는 발광 재료를 포함함으로써 영역(221B)은 청색 발광을 나타낸다. 이러한 구성을 갖는 발광 소자(270a) 또는 발광 소자(270b)를 표시 장치의 화소에 사용함으로써, 풀 컬러 표시가 가능한 표시 장치를 제작할 수 있다. 또한, 각 발광층의 두께는 같아도 좋고 달라도 좋다.
또한, 발광층(123B), 발광층(123G), 및 발광층(123R) 중 어느 하나 또는 복수의 발광층은 실시형태 1에 제시된 발광층(130)을 포함하는 것이 바람직하다. 그렇게 함으로써, 발광 효율이 양호한 발광 소자를 제작할 수 있다.
또한, 발광층(123B), 발광층(123G), 및 발광층(123R) 중 어느 하나 또는 복수의 발광층은 2층 이상이 적층된 구성을 가져도 좋다.
이와 같이, 적어도 하나의 발광층이 실시형태 1에 제시된 발광층을 포함하고, 상기 발광층을 포함하는 발광 소자(270a) 또는 발광 소자(270b)를 표시 장치의 화소에 사용함으로써, 발광 효율이 높은 표시 장치를 제작할 수 있다. 즉, 발광 소자(270a) 또는 발광 소자(270b)를 포함하는 표시 장치는 소비 전력을 저감할 수 있다.
또한, 광을 추출하는 전극 위에 컬러 필터를 제공함으로써, 발광 소자(270a) 및 발광 소자(270b)의 색 순도를 향상시킬 수 있다. 따라서, 발광 소자(270a) 또는 발광 소자(270b)를 포함하는 표시 장치의 색 순도를 높일 수 있다.
또한, 광을 추출하는 전극 위에 편광판을 제공함으로써, 발광 소자(270a) 및 발광 소자(270b)의 외광 반사를 저감할 수 있다. 따라서, 발광 소자(270a) 또는 발광 소자(270b)를 포함하는 표시 장치의 명암비를 높일 수 있다.
또한, 발광 소자(270a) 및 발광 소자(270b)에서의 다른 구성에 대해서는 실시형태 1에서의 발광 소자의 구성을 참조하면 좋다.
<발광 소자의 구성예 2>
다음에, 도 8에 도시된 발광 소자와 다른 구성예에 대하여 도 9를 참조하여 아래에서 설명한다.
도 9는 본 발명의 일 형태의 발광 소자의 단면도이다. 또한, 도 9에서, 도 8에 도시된 부호와 같은 기능을 갖는 부분은 같은 해치 패턴을 사용하며 부호를 생략하는 경우가 있다. 또한, 같은 기능을 갖는 부분에는 동일한 부호를 붙이고, 그 자세한 설명은 생략하는 경우가 있다.
도 9는 한 쌍의 전극 사이에 발광층을 포함하는 발광 소자의 구성예이다. 도 9의 (A)에 도시된 발광 소자(272a)는 기판(200)과 반대 방향으로 광을 추출하는 상면 사출(톱 이미션)형 발광 소자, 도 9의 (B)에 도시된 발광 소자(272b)는 기판(200) 측으로 광을 추출하는 하면 사출(보텀 이미션)형 발광 소자이다. 다만, 본 발명의 일 형태는 이에 한정되지 않으며, 발광 소자가 나타내는 광을 발광 소자가 형성되는 기판(200)의 위쪽 및 아래쪽의 양쪽으로 추출하는 양면 사출(듀얼 에미션)형이라도 좋다.
발광 소자(272a) 및 발광 소자(272b)는 기판(200) 위에 전극(101), 전극(102), 전극(103), 및 전극(104)을 포함한다. 또한, 전극(101)과 전극(102) 사이, 및 전극(102)과 전극(103) 사이, 및 전극(102)과 전극(104) 사이에, 적어도 발광층(130) 및 전하 발생층(115)을 포함한다. 또한, 정공 주입층(111), 정공 수송층(112), 발광층(150), 전자 수송층(113), 전자 주입층(114), 정공 주입층(116), 정공 수송층(117), 전자 수송층(118), 및 전자 주입층(119)을 포함한다.
또한, 전극(101)은 도전층(101a), 및 도전층(101a) 위에 접촉하는 도전층(101b)을 포함한다. 또한, 전극(103)은 도전층(103a), 및 도전층(103a) 위에 접촉하는 도전층(103b)을 포함한다. 전극(104)은 도전층(104a), 및 도전층(104a) 위에 접촉하는 도전층(104b)을 포함한다.
도 9의 (A)에 도시된 발광 소자(272a), 및 도 9의 (B)에 도시된 발광 소자(272b)는 전극(101)과 전극(102) 사이의 영역(222B), 전극(102)과 전극(103) 사이의 영역(222G), 및 전극(102)과 전극(104) 사이의 영역(222R) 사이에 격벽(145)을 갖는다. 격벽(145)은 절연성을 갖는다. 격벽(145)은 전극(101), 전극(103), 및 전극(104)의 단부를 덮으며, 상기 전극과 겹치는 개구부를 갖는다. 격벽(145)을 제공함으로써, 각 영역의 기판(200) 위의 상기 전극을 각각 섬 형상으로 분리할 수 있다.
또한, 발광 소자(272a) 및 발광 소자(272b)는 영역(222B), 영역(222G), 및 영역(222R)으로부터 발해지는 광이 추출되는 방향으로, 각각 광학 소자(224B), 광학 소자(224G), 및 광학 소자(224R)가 제공된 기판(220)을 갖는다. 각 영역으로부터 발해진 광은 각 광학 소자를 통하여 발광 소자의 외부로 사출된다. 즉, 영역(222B)으로부터 발해진 광은 광학 소자(224B)를 통하여 사출되고, 영역(222G)으로부터 발해진 광은 광학 소자(224G)를 통하여 사출되고, 영역(222R)으로부터 발해진 광은 광학 소자(224R)를 통하여 사출된다.
또한, 광학 소자(224B), 광학 소자(224G), 및 광학 소자(224R)는 입사된 광으로부터 특정 색을 나타내는 광을 선택적으로 투과시키는 기능을 갖는다. 예를 들어, 광학 소자(224B)를 통하여 사출되는 영역(222B)으로부터 발해진 광은 청색을 나타내는 광이 되고, 광학 소자(224G)를 통하여 사출되는 영역(222G)으로부터 발해진 광은 녹색을 나타내는 광이 되고, 광학 소자(224R)를 통하여 사출되는 영역(222R)으로부터 발해진 광은 적색을 나타내는 광이 된다.
광학 소자(224R), 광학 소자(224G), 및 광학 소자(224B)에는, 예를 들어 착색층(컬러 필터라고도 함), 밴드 패스 필터, 다층막 필터 등을 적용할 수 있다. 또한, 광학 소자에 색 변환 소자를 적용할 수 있다. 색 변환 소자는 입사된 광을 이 광의 파장보다 긴 파장의 광으로 변환하는 광학 소자이다. 색 변환 소자가 양자점을 이용하는 소자이면 바람직하다. 양자점을 이용함으로써, 표시 장치의 색 재현성을 높일 수 있다.
또한, 광학 소자(224R), 광학 소자(224G), 및 광학 소자(224B) 위에 복수의 광학 소자를 겹쳐 제공하여도 좋다. 다른 광학 소자로서는, 예를 들어 원편광판이나 반사 방지막 등을 제공할 수 있다. 표시 장치의 발광 소자가 발하는 광이 추출되는 측에 원편광판을 제공하면, 표시 장치의 외부로부터 입사한 광이 표시 장치의 내부에서 반사되어, 외부로 사출되는 현상을 방지할 수 있다. 또한, 반사 방지막을 제공하면, 표시 장치의 표면에서 반사되는 외광을 약화시킬 수 있다. 이로써, 표시 장치가 발하는 광을 선명하게 관찰할 수 있다.
또한, 도 9에서, 각 광학 소자를 통하여 각 영역으로부터 사출되는 광을, 청색(B)을 나타내는 광, 녹색(G)을 나타내는 광, 적색(R)을 나타내는 광으로서, 각각 파선 화살표로 모식적으로 도시하였다.
또한, 각 광학 소자의 사이에 차광층(223)이 제공된다. 차광층(223)은 인접되는 영역으로부터 발해진 광을 차광하는 기능을 갖는다. 또한, 차광층(223)을 제공하지 않는 구성으로 하여도 좋다.
차광층(223)은 외광 반사를 억제하는 기능을 갖는다. 또는, 차광층(223)은 인접되는 발광 소자로부터 발해진 광의 혼색을 방지하는 기능을 갖는다. 차광층(223)에는, 금속, 흑색 안료를 함유한 수지, 카본블랙, 금속 산화물, 복수의 금속 산화물의 고용체를 함유하는 복합 산화물 등을 사용할 수 있다.
또한, 기판(200), 및 광학 소자를 갖는 기판(220)에 대해서는 실시형태 1을 참조하면 좋다.
또한, 발광 소자(272a) 및 발광 소자(272b)는 마이크로캐비티 구조를 갖는다.
발광층(130) 및 발광층(150)으로부터 사출되는 광은 한 쌍의 전극(예를 들어, 전극(101)과 전극(102)) 사이에서 공진된다. 또한, 발광층(130) 및 발광층(150)은 사출되는 광 중 원하는 파장의 색이 강화되는 위치에 형성된다. 예를 들어, 전극(101)의 반사 영역으로부터 발광층(130)의 발광 영역까지의 광학 거리와, 전극(102)의 반사 영역으로부터 발광층(130)의 발광 영역까지의 광학 거리를 조정함으로써, 발광층(130)으로부터 사출되는 광 중 원하는 파장의 광을 강화시킬 수 있다. 또한, 전극(101)의 반사 영역으로부터 발광층(150)의 발광 영역까지의 광학 거리와, 전극(102)의 반사 영역으로부터 발광층(150)의 발광 영역까지의 광학 거리를 조정함으로써, 발광층(150)으로부터 사출되는 광 중 원하는 파장의 광을 강화시킬 수 있다. 즉, 복수의 발광층(여기서는 발광층(130) 및 발광층(150))을 적층하는 발광 소자의 경우, 발광층(130) 및 발광층(150) 각각의 광학 거리를 최적화하는 것이 바람직하다.
또한, 발광 소자(272a) 및 발광 소자(272b)에서는, 각 영역에서 도전층(도전층(101b), 도전층(103b), 및 도전층(104b))의 두께를 조정함으로써 발광층(130) 및 발광층(150)으로부터 발해지는 광 중 원하는 파장의 광을 강화시킬 수 있다. 또한, 각 영역에서 정공 주입층(111) 및 정공 수송층(112) 중 적어도 하나의 두께를 다르게 함으로써, 발광층(130) 및 발광층(150)으로부터 발해지는 광의 파장을 강화시켜도 좋다.
예를 들어, 전극(101), 전극(102), 전극(103), 및 전극(104)에서, 광을 반사하는 기능을 갖는 도전성 재료의 굴절률이, 발광층(130) 또는 발광층(150)의 굴절률보다 작은 경우에는 전극(101)이 갖는 도전층(101b)의 막 두께를, 전극(101)과 전극(102) 사이의 광학 거리가 mBλB/2(mB은 자연수, λB는 영역(222B)에서 강화되는 광의 파장을 각각 나타냄)가 되도록 조정한다. 마찬가지로, 전극(103)이 갖는 도전층(103b)의 막 두께를, 전극(103)과 전극(102) 사이의 광학 거리가 mGλG/2(mG는 자연수, λG는 영역(222G)에서 강화되는 광의 파장을 각각 나타냄)가 되도록 조정한다. 또한, 전극(104)이 갖는 도전층(104b)의 막 두께를, 전극(104)과 전극(102) 사이의 광학 거리가 mRλR/2(mR은 자연수, λR은 영역(222R)에서 강화되는 광의 파장을 각각 나타냄)가 되도록 조정한다.
이와 같이 마이크로캐비티 구조를 제공하고, 각 영역의 한 쌍의 전극 간의 광학 거리를 조정함으로써, 각 전극 근방의 광 산란 및 광 흡수를 억제하고, 높은 광 추출 효율을 실현할 수 있다. 또한, 상기 구성에 있어서, 도전층(101b), 도전층(103b), 도전층(104b)은 광을 투과시키는 기능을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 도전층(101b), 도전층(103b), 도전층(104b)을 구성하는 재료는 서로 같아도 좋고, 달라도 좋다. 또한, 도전층(101b), 도전층(103b), 도전층(104b)은 각각 2층 이상의 층이 적층된 구성이어도 좋다.
또한, 도 9의 (A)에 도시된 발광 소자(272a)는 상면 사출형 발광 소자이므로, 도전층(101a), 도전층(103a), 및 도전층(104a)은 광을 반사하는 기능을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 전극(102)은 광을 투과시키는 기능과 광을 반사하는 기능을 갖는 것이 바람직하다.
또한, 도 9의 (B)에 도시된 발광 소자(272b)는 하면 사출형 발광 소자이므로, 도전층(101a), 도전층(103a), 도전층(104a)은 광을 투과시키는 기능과 광을 반사하는 기능을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 전극(102)은 광을 반사하는 기능을 갖는 것이 바람직하다.
또한, 발광 소자(272a) 및 발광 소자(272b)에서, 도전층(101a), 도전층(103a), 또는 도전층(104a)에 같은 재료를 사용하여도 좋고, 다른 재료를 사용하여도 좋다. 도전층(101a), 도전층(103a), 도전층(104a)에 같은 재료를 사용하는 경우, 발광 소자(272a) 및 발광 소자(272b)의 제조 비용을 저감할 수 있다. 또한, 도전층(101a), 도전층(103a), 도전층(104a)은 각각 2층 이상의 층이 적층된 구성이어도 좋다.
또한, 발광 소자(272a) 및 발광 소자(272b)에서의 발광층(130)은 실시형태 1에서 제시한 구성을 갖는 것이 바람직하다. 이렇게 함으로써, 높은 발광 효율을 나타내는 발광 소자를 제작할 수 있다.
또한, 발광층(130) 및 발광층(150) 중 한쪽 또는 양쪽은 2층이 적층된 구성(예를 들어, 발광층(150a) 및 발광층(150b))을 가져도 좋다. 2층의 발광층에, 다른 색을 나타내는 기능을 갖는 2종류의 발광 재료(제 1 발광 재료 및 제 2 발광 재료)를 각각 사용함으로써, 복수의 색을 포함하는 광을 얻을 수 있다. 특히 발광층(130)과 발광층(150)이 나타내는 발광에 의하여, 백색이 되도록 각 발광층에 사용하는 발광 재료를 선택하면 바람직하다.
또한, 발광층(130) 및 발광층(150)의 한쪽 또는 양쪽은 3층 이상이 적층된 구성으로 하여도 좋고, 발광 재료를 갖지 않는 층이 포함되어 있어도 좋다.
상술한 바와 같이, 실시형태 1에 제시된 발광층의 구성을 갖는 발광 소자(272a) 또는 발광 소자(272b)를 표시 장치의 화소에 사용함으로써, 발광 효율이 높은 표시 장치를 제작할 수 있다. 즉, 발광 소자(272a) 또는 발광 소자(272b)를 갖는 표시 장치는 소비 전력을 저감할 수 있다.
또한, 발광 소자(272a) 및 발광 소자(272b)의 기타 구성에 대해서는 발광 소자(270a) 또는 발광 소자(270b), 또는 실시형태 1 및 실시형태 2에 제시된 발광 소자의 구성을 참조하면 좋다.
<발광 소자의 제작 방법>
다음에, 본 발명의 일 형태의 발광 소자의 제작 방법에 대하여 도 10 및 도 11을 참조하여 아래에서 설명한다. 여기서는 도 9의 (A)에 도시된 발광 소자(272a)의 제작 방법에 대하여 설명한다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 일 형태의 발광 소자의 제작 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
아래에서 설명하는 발광 소자(272a)의 제작 방법은 제 1~제 7의 7개의 스텝을 갖는다.
《제 1 스텝》
제 1 스텝은 발광 소자의 전극(구체적으로는, 전극(101)을 구성하는 도전층(101a), 전극(103)을 구성하는 도전층(103a), 및 전극(104)을 구성하는 도전층(104a))을, 기판(200) 위에 형성하는 공정이다(도 10의 (A) 참조).
본 실시형태에서는, 기판(200) 위에 광을 반사하는 기능을 갖는 도전층을 형성하고, 상기 도전층을 원하는 형상으로 가공함으로써, 도전층(101a), 도전층(103a), 및 도전층(104a)을 형성한다. 상기 광을 반사하는 기능을 갖는 도전층으로서는 은과 팔라듐의 합금막(Ag-Pd-Cu막, APC라고도 함)을 사용한다. 이와 같이 도전층(101a), 도전층(103a), 및 도전층(104a)을, 동일한 도전층을 가공하는 공정을 거쳐 형성함으로써, 제조 비용을 낮게 할 수 있어 적합하다.
또한, 제 1 스텝 전에 기판(200) 위에 복수의 트랜지스터를 형성하여도 좋다. 또한, 상기 복수의 트랜지스터와, 도전층(101a), 도전층(103a), 및 도전층(104a)을 각각 전기적으로 접속시켜도 좋다.
《제 2 스텝》
제 2 스텝은 전극(101)을 구성하는 도전층(101a) 위에 광을 투과시키는 기능을 갖는 도전층(101b)을, 전극(103)을 구성하는 도전층(103a) 위에 광을 투과시키는 기능을 갖는 도전층(103b)을, 전극(104)을 구성하는 도전층(104a) 위에 광을 투과시키는 기능을 갖는 도전층(104b)을 형성하는 공정이다(도 10의 (B) 참조).
본 실시형태에서는 광을 반사하는 기능을 갖는 도전층(101a), 도전층(103a), 및 도전층(104a) 위에 각각 광을 투과시키는 기능을 갖는 도전층(101b), 도전층(103b), 및 도전층(104b)을 형성함으로써, 전극(101), 전극(103), 및 전극(104)을 형성한다. 도전층(101b), 도전층(103b), 및 도전층(104b)으로서는 ITSO막을 사용한다.
또한, 광을 투과시키는 기능을 갖는 도전층(101b), 도전층(103b), 및 도전층(104b)은 복수회로 나누어 형성하여도 좋다. 복수회로 나누어 형성함으로써, 각 영역에 적합한 마이크로캐비티 구조가 되는 막 두께로, 도전층(101b), 도전층(103b), 및 도전층(104b)을 형성할 수 있다.
《제 3 스텝》
제 3 스텝은 발광 소자의 각 전극의 단부를 덮는 격벽(145)을 형성하는 공정이다(도 10의 (C) 참조).
격벽(145)은 전극과 겹치도록 개구부를 갖는다. 이 개구부에 의하여 노출되는 도전막이 발광 소자의 양극으로서 기능한다. 본 실시형태에서는 격벽(145)으로서 폴리이미드 수지를 사용한다.
또한, 제 1~제 3 스텝에서는, EL층(유기 화합물을 함유하는 층)을 손상시킬 우려가 없으므로, 다양한 성막 방법 및 미세 가공 기술을 적용할 수 있다. 본 실시형태에서는, 스퍼터링법을 이용하여 반사성 도전층을 성막하고, 리소그래피법을 이용하여 상기 도전층에 패턴을 형성하고, 그 후 드라이 에칭법 또는 웨트 에칭법을 이용하여 상기 도전층을 섬 형상으로 가공함으로써, 전극(101)을 구성하는 도전층(101a), 전극(103)을 구성하는 도전층(103a), 및 전극(104)을 구성하는 도전층(104a)을 형성한다. 그 후, 스퍼터링법을 이용하여 투명성을 갖는 도전막을 형성하고, 리소그래피법을 이용하여 상기 투명성을 갖는 도전막에 패턴을 형성하고, 그 후 웨트 에칭법을 이용하여 상기 투명성을 갖는 도전막을 섬 형상으로 가공하여, 전극(101), 전극(103), 및 전극(104)을 형성한다.
《제 4 스텝》
제 4 스텝은 정공 주입층(111), 정공 수송층(112), 발광층(150), 전자 수송층(113), 전자 주입층(114), 및 전하 발생층(115)을 형성하는 공정이다(도 11의 (A) 참조).
정공 주입층(111)으로서는 정공 수송성 재료와 억셉터성 물질을 함유하는 재료를 공증착함으로써 형성할 수 있다. 공증착이란, 복수의 상이한 물질이 각각 상이한 증발원으로부터 동시에 증발되는 증착법이다. 또한, 정공 수송층(112)으로서는 정공 수송성 재료를 증착함으로써 형성할 수 있다.
발광층(150)으로서는, 녹색, 황록색, 황색, 주황색, 또는 적색 중에서 선택되는 적어도 어느 하나의 발광을 나타내는 게스트 재료를 증착함으로써 형성할 수 있다. 게스트 재료로서는 형광 또는 인광을 발하는 발광성 유기 화합물을 사용할 수 있다. 또한, 실시형태 1 및 실시형태 2에 제시된 발광층의 구성을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 발광층(150)은 2층 구조로 하여도 좋다. 이 경우, 2층의 발광층은 각각 서로 다른 발광색을 나타내는 발광성 물질을 함유하는 것이 바람직하다.
전자 수송층(113)은 전자 수송성이 높은 물질을 증착함으로써 형성할 수 있다. 또한, 전자 주입층(114)은 전자 주입성이 높은 물질을 증착함으로써 형성할 수 있다.
전하 발생층(115)은 정공 수송성 재료에 전자 수용체(억셉터)가 첨가된 재료, 또는 전자 수송성 재료에 전자 공여체(도너)가 첨가된 재료를 증착함으로써 형성할 수 있다.
《제 5 스텝》
제 5 스텝은 정공 주입층(116), 정공 수송층(117), 발광층(130), 전자 수송층(118), 전자 주입층(119), 및 전극(102)을 형성하는 공정이다(도 11의 (B) 참조).
정공 주입층(116)으로서는 상술한 정공 주입층(111)과 같은 재료 및 방법으로 형성할 수 있다. 또한, 정공 수송층(117)으로서는, 상술한 정공 수송층(112)과 같은 재료 및 방법으로 형성할 수 있다.
발광층(130)은 보라색, 청색, 또는 청록색 중에서 선택되는 적어도 어느 하나의 발광을 나타내는 게스트 재료를 증착함으로써 형성할 수 있다. 게스트 재료로서는 형광성 유기 화합물을 사용할 수 있다. 또한, 상기 형광성 유기 화합물은 단독으로 증착하여도 좋지만, 다른 재료와 혼합하여 증착하여도 좋다. 예를 들어, 형광성 유기 화합물을 게스트 재료로 사용하여, 게스트 재료보다 들뜬 에너지가 큰 호스트 재료에 상기 게스트 재료를 분산하여 증착하여도 좋다.
전자 수송층(118)은 상술한 전자 수송층(113)과 같은 재료 및 방법으로 형성할 수 있다. 또한, 전자 주입층(119)으로서는, 상술한 전자 주입층(114)과 같은 재료 및 방법으로 형성할 수 있다.
전극(102)은 반사성을 갖는 도전막과, 투광성을 갖는 도전막을 적층함으로써 형성할 수 있다. 또한, 전극(102)은 단층 구조 또는 적층 구조로 하여도 좋다.
상기 공정을 거쳐, 전극(101), 전극(103), 및 전극(104) 위에 각각 영역(222B), 영역(222G), 및 영역(222R)을 갖는 발광 소자가 기판(200) 위에 형성된다.
《제 6 스텝》
제 6 스텝은 기판(220) 위에 차광층(223), 광학 소자(224B), 광학 소자(224G), 및 광학 소자(224R)를 형성하는 공정이다(도 11의 (C) 참조).
차광층(223)으로서는, 흑색 안료를 함유한 수지막을 원하는 영역에 형성한다. 그 후, 기판(220) 및 차광층(223) 위에 광학 소자(224B), 광학 소자(224G), 및 광학 소자(224R)를 형성한다. 광학 소자(224B)로서는, 청색 안료를 함유한 수지막을 원하는 영역에 형성한다. 또한, 광학 소자(224G)로서는, 녹색 안료를 함유한 수지막을 원하는 영역에 형성한다. 또한, 광학 소자(224R)로서는, 적색 안료를 함유한 수지막을 원하는 영역에 형성한다.
《제 7 스텝》
제 7 스텝은 기판(200) 위에 형성된 발광 소자와, 기판(220) 위에 형성된 차광층(223), 광학 소자(224B), 광학 소자(224G), 및 광학 소자(224R)를 접합하고, 실란트를 사용하여 밀봉하는 공정이다(미도시).
상술한 공정을 거쳐 도 9의 (A)에 도시된 발광 소자(272a)를 형성할 수 있다.
본 실시형태에 제시된 구성은 다른 실시형태에 제시된 구성과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시형태 4)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태의 표시 장치에 대하여 도 12~도 18을 참조하여 설명한다.
<표시 장치의 구성예 1>
도 12의 (A)는 표시 장치(600)의 상면도, 도 12의 (B)는 도 12의 (A)의 일점 쇄선 A-B, 및 일점 쇄선 C-D를 따라 절단한 단면도이다. 표시 장치(600)는 구동 회로부(신호선 구동 회로부(601) 및 주사선 구동 회로부(603)), 및 화소부(602)를 포함한다. 또한, 신호선 구동 회로부(601), 주사선 구동 회로부(603), 및 화소부(602)는 발광 소자의 발광을 제어하는 기능을 갖는다.
또한, 표시 장치(600)는 소자 기판(610), 밀봉 기판(604), 실란트(605), 실란트(605)로 둘러싸인 영역(607), 리드 배선(608), 및 FPC(609)를 포함한다.
또한, 리드 배선(608)은 신호선 구동 회로부(601) 및 주사선 구동 회로부(603)에 입력되는 신호를 전송하기 위한 배선이며, 외부 입력 단자가 되는 FPC(609)로부터 비디오 신호, 클록 신호, 스타트 신호, 리셋 신호 등을 받는다. 또한, 여기서는 FPC(609)만 도시되어 있지만, FPC(609)에는 프린트 배선판(PWB: Printed Wiring Board)이 장착되어 있어도 좋다.
또한, 신호선 구동 회로부(601)는 N채널형 트랜지스터(623)와 P채널형 트랜지스터(624)를 조합한 CMOS 회로가 형성된다. 또한, 신호선 구동 회로부(601) 또는 주사선 구동 회로부(603)에는 다양한 CMOS 회로, PMOS 회로, 또는 NMOS 회로를 사용할 수 있다. 또한, 본 실시형태에서는 구동 회로부를 형성한 드라이버와 화소를 기판의 동일한 표면 위에 제공한 표시 장치를 제시하지만, 반드시 그럴 필요는 없으며, 구동 회로부를 기판 위가 아니라 외부에 형성할 수도 있다.
또한, 화소부(602)는 스위칭용 트랜지스터(611), 전류 제어용 트랜지스터(612), 전류 제어용 트랜지스터(612)의 드레인에 전기적으로 접속된 하부 전극(613)을 포함한다. 또한, 하부 전극(613)의 단부를 덮도록 격벽(614)이 형성된다. 격벽(614)으로서는 포지티브형 감광성 아크릴 수지막을 사용할 수 있다.
또한, 피복성을 양호하게 하기 위하여, 격벽(614)의 상단부(上端部) 또는 하단부(下端部)에 곡률을 갖는 곡면이 형성되도록 한다. 예를 들어, 격벽(614)의 재료로서 포지티브형 감광성 아크릴을 사용한 경우, 격벽(614)의 상단부에만 곡률 반경(0.2μm 이상 3μm 이하)을 갖는 곡면을 제공하는 것이 바람직하다. 또한, 격벽(614)으로서 네거티브형 감광성 수지 및 포지티브형 감광성 수지 중 어느 쪽이든 사용할 수 있다.
또한, 트랜지스터(트랜지스터(611, 612, 623, 624))의 구조는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 스태거형 트랜지스터를 사용하여도 좋다. 또한, 트랜지스터의 극성에 대해서도 특별한 한정은 없으며, N채널형 트랜지스터 및 P채널형 트랜지스터를 갖는 구조, 및 N채널형 트랜지스터 및 P채널형 트랜지스터 중 어느 한쪽만으로 이루어진 구조를 사용하여도 좋다. 또한, 트랜지스터에 사용되는 반도체막의 결정성에 대해서도 특별한 한정은 없다. 예를 들어, 비정질 반도체막, 결정성 반도체막을 사용할 수 있다. 예를 들어, 비정질 반도체막, 결정성 반도체막을 사용할 수 있다. 또한, 반도체 재료로서는 14족(실리콘 등) 반도체, 화합물 반도체(산화물 반도체를 포함함), 유기 반도체 등을 사용할 수 있다. 트랜지스터로서는, 예를 들어, 에너지 갭이 2eV 이상, 바람직하게는 2.5eV 이상, 더 바람직하게는 3eV 이상의 산화물 반도체를 사용함으로써 트랜지스터의 오프 전류를 저감할 수 있으므로 바람직하다. 상기 산화물 반도체로서는, In-Ga 산화물, In-M-Zn 산화물(M은 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 이트륨(Y), 지르코늄(Zr), 란타넘(La), 세륨(Ce), 주석(Sn), 하프늄(Hf), 또는 네오디뮴(Nd)을 나타냄) 등을 들 수 있다.
하부 전극(613) 위에는 EL층(616) 및 상부 전극(617)이 각각 형성된다. 또한, 하부 전극(613)은 양극으로서 기능하고, 상부 전극(617)은 음극으로서 기능한다.
또한, EL층(616)은 증착 마스크를 이용한 증착법, 잉크젯법, 스핀 코팅법 등의 각종 방법으로 형성된다. 또한, EL층(616)에 함유되는 다른 재료는 저분자 화합물 또는 고분자 화합물 (올리고머, 덴드리머를 포함함)이어도 좋다.
또한, 하부 전극(613), EL층(616), 및 상부 전극(617)으로 발광 소자(618)가 형성된다. 상기 발광 소자(618)는 실시형태 1~실시형태 3 중 어느 구성을 갖는 발광 소자이다. 또한, 화소부는 복수의 발광 소자가 형성되는 경우, 실시형태 1~실시형태 3에 기재된 발광 소자와, 그 이외의 구성을 갖는 발광 소자의 양쪽이 포함되어도 좋다.
또한, 실란트(605)로 밀봉 기판(604)을 소자 기판(610)과 접합함으로써, 소자 기판(610), 밀봉 기판(604), 및 실란트(605)로 둘러싸인 영역(607)에 발광 소자(618)가 제공된 구조가 된다. 또한, 영역(607)에는 충전재가 충전되어 있고, 불활성 가스(질소나 아르곤 등)가 충전되는 경우 외에, 실란트(605)에 사용할 수 있는 자외선 경화 수지 또는 열 경화 수지로 충전되는 경우도 있고, 예를 들어, PVC(폴리바이닐 클로라이드)계 수지, 아크릴계 수지, 폴리이미드계 수지, 에폭시계 수지, 실리콘(silicone)계 수지, PVB(폴리바이닐 뷰티랄)계 수지, 또는 EVA(에틸렌 바이닐 아세테이트)계 수지를 사용할 수 있다. 밀봉 기판에는 오목부를 형성하고 그곳에 건조재를 제공하면 수분의 영향으로 인한 열화를 억제할 수 있어 바람직한 구성이 된다.
또한, 발광 소자(618)와 서로 겹치도록 광학 소자(621)가 밀봉 기판(604)의 아래에 제공된다. 또한, 밀봉 기판(604)의 아래에는 차광층(622)이 제공된다. 광학 소자(621) 및 차광층(622)은 각각 실시형태 3에 기재된 광학 소자, 및 차광층과 동일한 구성으로 하면 좋다.
또한, 실란트(605)에는 에폭시계 수지나 글라스 프릿(glass frit)을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 이들 재료는 가능한 한 수분이나 산소를 투과시키기 어려운 재료인 것이 바람직하다. 또한, 밀봉 기판(604)에 사용하는 재료로서 유리 기판이나 석영 기판 외에, FRP(Fiber Reinforced Plastics), PVF(폴리바이닐플루오라이드), 폴리에스터 또는 아크릴 등으로 이루어지는 플라스틱 기판을 사용할 수 있다.
상술한 바와 같이 하여, 실시형태 1~실시형태 3에 기재된 발광 소자 및 광학 소자를 갖는 표시 장치를 얻을 수 있다.
<표시 장치의 구성예 2>
다음에, 표시 장치의 다른 일례에 대하여 도 13 및 도 14를 참조하여 설명한다. 또한, 도 13 및 도 14는 본 발명의 일 형태의 표시 장치의 단면도이다.
도 13의 (A)에는 기판(1001), 하지 절연막(1002), 게이트 절연막(1003), 게이트 전극(1006, 1007, 1008), 제 1 층간 절연막(1020), 제 2 층간 절연막(1021), 주변부(1042), 화소부(1040), 구동 회로부(1041), 발광 소자의 하부 전극(1024R, 1024G, 1024B), 격벽(1025), EL층(1028), 발광 소자의 상부 전극(1026), 밀봉층(1029), 밀봉 기판(1031), 실란트(1032) 등이 도시되어 있다.
또한, 도 13의 (A)는 광학 소자의 일례로서, 착색층(적색 착색층(1034R), 녹색 착색층(1034G), 및 청색 착색층(1034B))을 투명한 기재(1033)에 제공하는 예이다. 또한, 차광층(1035)을 추가로 제공하여도 좋다. 착색층 및 차광층이 제공된 투명한 기재(1033)는 위치 맞춤을 하여 기판(1001)에 고정한다. 또한, 착색층 및 차광층은 오버코트층(1036)으로 덮여 있다. 또한, 도 13의 (A)에서는, 착색층을 투과하는 광은 적색, 녹색, 청색이 되므로, 3색의 화소로 영상을 표현할 수 있다.
도 13의 (B)에는, 광학 소자의 일례로서, 착색층(적색 착색층(1034R), 녹색 착색층(1034G), 청색 착색층(1034B))을 게이트 절연막(1003)과 제 1 층간 절연막(1020) 사이에 형성하는 예를 도시하였다. 이와 같이, 착색층은 기판(1001)과 밀봉 기판(1031) 사이에 제공되어도 좋다.
도 14에서는, 광학 소자의 일례로서, 착색층(적색 착색층(1034R), 녹색 착색층(1034G), 청색 착색층(1034B))을 제 1 층간 절연막(1020)과 제 2 층간 절연막(1021) 사이에 형성하는 예를 도시하였다. 이와 같이, 착색층은 기판(1001)과 밀봉 기판(1031) 사이에 제공되어도 좋다.
또한, 여기까지 설명한 표시 장치에서는, 트랜지스터가 형성된 기판(1001) 측에 광을 추출하는 구조(보텀 이미션형)의 표시 장치로 하였지만, 밀봉 기판(1031) 측에 광을 추출하는 구조(톱 이미션형)의 표시 장치로 하여도 좋다.
<표시 장치의 구성예 3>
톱 이미션형 표시 장치의 단면도의 일례를 도 15에 도시하였다. 도 15는 본 발명의 일 형태의 표시 장치를 설명하기 위한 단면도이고, 도 13 및 도 14에 도시된 구동 회로부(1041), 주변부(1042) 등을 생략하여 예시하였다.
이 경우, 기판(1001)은 광을 투과시키지 않는 기판을 사용할 수 있다. 트랜지스터와 발광 소자의 양극을 접속하는 접속 전극을 제작할 때까지는 보텀 이미션형 표시 장치와 마찬가지로 형성한다. 그 후, 전극(1022)을 덮도록 제 3 층간 절연막(1037)을 형성한다. 이 절연막은 평탄화의 역할을 하여도 좋다. 제 3 층간 절연막(1037)은 제 2 층간 절연막과 같은 재료 외에, 다른 다양한 재료를 사용하여 형성할 수 있다.
여기서는 발광 소자의 하부 전극(1024R, 1024G, 1024B)을 양극으로 하지만, 음극이라도 좋다. 또한, 도 15와 같은 톱 이미션형 표시 장치의 경우, 하부 전극(1024R, 1024G, 1024B)은 광을 반사하는 기능을 갖는 것이 바람직하다. 또한, EL층(1028) 위에 상부 전극(1026)이 제공된다. 상부 전극(1026)이 광을 반사하는 기능과 광을 투과시키는 기능을 갖고, 하부 전극(1024R, 1024G, 1024B)과 상부 전극(1026) 사이에 마이크로캐비티 구조를 채용하여, 특정 파장의 광의 강도를 증가시키는 것이 바람직하다.
도 15의 (A)와 같은 톱 이미션 구조에서는 착색층(적색 착색층(1034R), 녹색 착색층(1034G), 및 청색 착색층(1034B))을 제공한 밀봉 기판(1031)으로 밀봉할 수 있다. 밀봉 기판(1031)에는 화소와 화소 사이에 위치하도록 차광층(1035)을 제공하여도 좋다. 또한, 밀봉 기판(1031)으로서는 투광성을 갖는 기판을 사용하는 것이 적합하다.
또한, 도 15의 (A)에서는 복수의 발광 소자와, 상기 복수의 발광 소자에 각각 착색층을 제공하는 구성을 예시하였지만, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 도 15의 (B)에 도시된 바와 같이, 녹색 착색층을 제공하지 않고, 적색 착색층(1034R) 및 청색 착색층(1034B)을 제공하여, 적색, 녹색, 청색의 3색으로 풀 컬러 표시를 수행하는 구성으로 하여도 좋다. 도 15의 (A)에 도시된 바와 같이, 발광 소자와, 상기 발광 소자에 각각 착색층을 제공하는 구성으로 한 경우, 외광 반사를 억제할 수 있다는 효과를 나타낸다. 한편, 도 15의 (B)에 도시된 바와 같이, 녹색 착색층을 제공하지 않고, 발광 소자와, 적색 착색층, 및 청색 착색층을 제공하는 구성으로 한 경우, 녹색 발광 소자로부터 사출된 광의 에너지 손실이 적기 때문에, 소비 전력을 낮게 할 수 있다는 효과를 나타낸다.
<표시 장치의 구성예 4>
상술한 표시 장치는 3색(적색, 녹색, 및 청색)의 부화소를 갖는 구성을 제시하였지만, 4색(적색, 녹색, 청색, 및 황색, 또는 적색, 녹색, 청색, 및 백색)의 부화소를 갖는 구성으로 하여도 좋다. 도 16~도 18은 하부 전극(1024R, 1024G, 1024B, 1024Y)을 갖는 표시 장치의 구성이다. 도 16 및 도 17은 트랜지스터가 형성된 기판(1001) 측에 광을 추출하는 구조(보텀 이미션형)의 표시 장치이고, 도 18은 밀봉 기판(1031) 측에 발광을 추출하는 구조(톱 이미션형)의 표시 장치이다.
도 16의 (A)는 광학 소자(착색층(1034R), 착색층(1034G), 착색층(1034B), 착색층(1034Y))를 투명한 기재(1033)에 제공하는 표시 장치의 예이다. 또한, 도 16의 (B)는 광학 소자(착색층(1034R), 착색층(1034G), 착색층(1034B))를 게이트 절연막(1003)과 제 1 층간 절연막(1020) 사이에 형성한 표시 장치의 예이다. 또한, 도 17은 광학 소자(착색층(1034R), 착색층(1034G), 착색층(1034B), 착색층(1034Y))를 제 1 층간 절연막(1020)과 제 2 층간 절연막(1021) 사이에 형성한 표시 장치의 예이다.
착색층(1034R)은 적색 광을 투과시키고, 착색층(1034G)은 녹색 광을 투과시키고, 착색층(1034B)은 청색 광을 투과시키는 기능을 갖는다. 또한, 착색층(1034Y)은 황색 광을 투과시키는 기능, 또는 청색, 녹색, 황색, 적색 중에서 선택되는 복수의 광을 투과시키는 기능을 갖는다. 착색층(1034Y)이 청색, 녹색, 황색, 적색 중에서 선택되는 복수의 광을 투과시키는 기능을 가질 때, 착색층(1034Y)을 투과한 광은 백색이어도 좋다. 황색 또는 백색 발광을 나타내는 발광 소자는 발광 효율이 높기 때문에, 착색층(1034Y)을 갖는 표시 장치는 소비 전력을 저감할 수 있다.
또한, 도 18에 도시된 톱 이미션형 표시 장치에서는 하부 전극(1024Y)을 갖는 발광 소자에서도 도 15의 (A)의 표시 장치와 마찬가지로 하부 전극(1024R, 1024G, 1024B, 1024Y)과 상부 전극(1026) 사이에서 마이크로캐비티 구조를 갖는 구성이 바람직하다. 또한, 도 18의 (A)에 도시된 표시 장치에서는 착색층(적색 착색층(1034R), 녹색 착색층(1034G), 청색 착색층(1034B), 황색 착색층(1034Y))을 제공한 밀봉 기판(1031)으로 밀봉할 수 있다.
마이크로캐비티, 및 황색 착색층(1034Y)을 통하여 발해지는 광은 황색 영역에 발광 스펙트럼을 갖는 발광이 된다. 황색은 시감도가 높은 색이기 때문에, 황색 발광을 나타내는 발광 소자는 발광 효율이 높다. 즉, 도 18의 (A)에 도시된 구성을 갖는 표시 장치는 소비 전력을 저감할 수 있다.
또한, 도 18의 (A)에서는 복수의 발광 소자와, 상기 복수의 발광 소자에 각각 착색층을 제공하는 구성을 예시하였지만, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 도 18의 (B)에 도시된 바와 같이, 황색 착색층을 제공하지 않고, 적색 착색층(1034R), 녹색 착색층(1034G), 및 청색 착색층(1034B)을 제공하여, 적색, 녹색, 청색, 황색의 4색, 또는 적색, 녹색, 청색, 백색의 4색으로 풀 컬러 표시를 수행하는 구성으로 하여도 좋다. 도 18의 (A)에 도시된 바와 같이, 발광 소자와, 상기 발광 소자에 각각 착색층을 제공하는 구성으로 한 경우, 외광 반사를 억제할 수 있다는 효과를 나타낸다. 한편, 도 18의 (B)에 도시된 바와 같이, 황색 착색층을 제공하지 않고, 발광 소자와, 적색 착색층, 녹색 착색층, 및 청색 착색층을 제공하는 구성으로 한 경우, 황색 또는 백색 발광 소자로부터 사출된 광의 에너지 손실이 적기 때문에, 소비 전력을 낮게 할 수 있다는 효과를 나타낸다.
또한, 본 실시형태에 제시된 구성은 다른 실시형태나 본 실시형태 중의 다른 구성과 적절히 조합할 수 있다.
(실시형태 5)
본 실시형태에서는, 본 발명의 일 형태의 발광 소자를 갖는 표시 장치에 대하여 도 19~도 21을 참조하여 설명한다.
또한, 도 19의 (A)는 본 발명의 일 형태의 표시 장치를 설명하기 위한 블록도이고, 도 19의 (B)는 본 발명의 일 형태의 표시 장치가 갖는 화소 회로를 설명하기 위한 회로도이다.
<표시 장치에 관한 설명>
도 19의 (A)에 도시된 표시 장치는 표시 소자의 화소를 갖는 영역(아래에서 화소부(802)라고 함)과, 화소부(802)의 외측에 배치되며, 화소를 구동하기 위한 회로를 갖는 회로부(아래에서 구동 회로부(804)라고 함), 소자의 보호 기능을 갖는 회로(아래에서 보호 회로(806)라고 함), 및 단자부(807)를 포함한다. 또한, 보호 회로(806)를 제공하지 않는 구성으로 하여도 좋다.
구동 회로부(804)의 일부 또는 전체는 화소부(802)와 동일 기판 위에 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이로써, 부품 수나 단자 수를 줄일 수 있다. 구동 회로부(804)의 일부 또는 전체가 화소부(802)와 동일 기판 위에 형성되어 있지 않은 경우에는, 구동 회로부(804)의 일부 또는 전체는 COG나 TAB(Tape Automated Bonding)에 의하여 실장할 수 있다.
화소부(802)는 X행(X는 2 이상의 자연수) Y열(Y는 2 이상의 자연수)로 배치된 복수의 표시 소자를 구동하기 위한 회로(아래에서, 화소 회로(801)라고 함)를 포함하고, 구동 회로부(804)는 화소를 선택하기 위한 신호(주사 신호)를 출력하는 회로(아래에서, 주사선 구동 회로(804a)라고 함), 화소의 표시 소자를 구동하기 위한 신호(데이터 신호)를 공급하기 위한 회로(아래에서, 신호선 구동 회로(804b)라고 함) 등의 구동 회로를 포함한다.
주사선 구동 회로(804a)는 시프트 레지스터 등을 포함한다. 주사선 구동 회로(804a)는 단자부(807)를 통하여 시프트 레지스터를 구동하기 위한 신호가 입력되거, 신호를 출력한다. 예를 들어, 주사선 구동 회로(804a)는 스타트 펄스 신호, 클록 신호 등이 입력되고, 펄스 신호를 출력한다. 주사선 구동 회로(804a)는 주사 신호가 공급되는 배선(아래에서, 주사선(GL_1)~주사선(GL_X)이라고 함)의 전위를 제어하는 기능을 갖는다. 또한, 주사선 구동 회로(804a)를 복수로 제공하고, 복수의 주사선 구동 회로(804a)에 의하여 주사선(GL_1)~주사선(GL_X)을 분할하여 제어하여도 좋다. 또는, 주사선 구동 회로(804a)는 초기화 신호를 공급할 수 있는 기능을 갖는다. 다만, 이에 한정되지 않으며, 주사선 구동 회로(804a)는 다른 신호를 공급할 수도 있다.
신호선 구동 회로(804b)는 시프트 레지스터 등을 포함한다. 신호선 구동 회로(804b)는 단자부(807)를 통하여 시프트 레지스터를 구동하기 위한 신호 외에, 데이터 신호의 바탕이 되는 신호(화상 신호)가 입력된다. 신호선 구동 회로(804b)는 화상 신호를 바탕으로 화소 회로(801)에 기록하는 데이터 신호를 생성하는 기능을 갖는다. 또한, 신호선 구동 회로(804b)는 스타트 펄스, 클록 신호 등이 입력되어 얻어지는 펄스 신호에 따라, 데이터 신호의 출력을 제어하는 기능을 갖는다. 또한, 신호선 구동 회로(804b)는 데이터 신호가 공급되는 배선(아래에서, 데이터선(DL_1)~데이터선(DL_Y)이라고 함)의 전위를 제어하는 기능을 갖는다. 또는, 신호선 구동 회로(804b)는 초기화 신호를 공급할 수 있는 기능을 갖는다. 다만, 이에 한정되지 않으며, 신호선 구동 회로(804b)는 다른 신호를 공급할 수도 있다.
신호선 구동 회로(804b)는 예를 들어 복수의 아날로그 스위치 등을 사용하여 구성된다. 신호선 구동 회로(804b)는 복수의 아날로그 스위치를 순차적으로 온 상태로 함으로써, 화상 신호를 시분할한 신호를 데이터 신호로서 출력할 수 있다. 또한, 시프트 레지스터 등을 사용하여 신호선 구동 회로(804b)를 구성하여도 좋다.
복수의 화소 회로(801) 각각은 주사 신호가 공급되는 복수의 주사선(GL) 중 하나를 통하여 펄스 신호가 입력되고, 데이터 신호가 공급되는 복수의 데이터선(DL) 중 하나를 통하여 데이터 신호가 입력된다. 또한, 복수의 화소 회로(801) 각각은 주사선 구동 회로(804a)에 의하여 데이터 신호의 데이터 기록 및 유지가 제어된다. 예를 들어, m번째 행 n번째 열의 화소 회로(801)는 주사선(GL_m(m은 X 이하의 자연수))을 통하여 주사선 구동 회로(804a)로부터 펄스 신호가 입력되고, 주사선(GL_m)의 전위에 따라 데이터선(DL_n(n은 Y 이하의 자연수))을 통하여 신호선 구동 회로(804b)로부터 데이터 신호가 입력된다.
도 19의 (A)에 도시된 보호 회로(806)는 예를 들어 주사선 구동 회로(804a)와 화소 회로(801) 사이의 배선인 주사선(GL)에 접속된다. 또는, 보호 회로(806)는 신호선 구동 회로(804b)와 구동 회로(801) 사이의 배선인 데이터선(DL)에 접속된다. 또는, 보호 회로(806)는 주사선 구동 회로(804a)와 단자부(807) 사이의 배선에 접속될 수 있다. 또는, 보호 회로(806)는 신호선 구동 회로(804b)와 단자부(807) 사이의 배선에 접속될 수 있다. 또한, 단자부(807)란, 외부 회로로부터 표시 장치에 전원, 제어 신호, 및 화상 신호를 입력하기 위한 단자가 제공된 부분을 말한다.
보호 회로(806)는 이것이 접속되는 배선에 일정한 범위 외의 전위가 공급되었을 때, 상기 배선과 다른 배선을 도통 상태로 하는 회로이다.
도 19의 (A)에 도시된 바와 같이, 화소부(802)와 구동 회로부(804)에 각각 보호 회로(806)를 제공함으로써, ESD(Electro Static Discharge: 정전기 방전) 등에 의하여 발생하는 과전류에 대한 표시 장치의 내성을 높일 수 있다. 다만, 보호 회로(806)의 구성은 이에 한정되지 않으며, 예를 들어 주사선 구동 회로(804a)에 보호 회로(806)를 접속한 구성, 또는 신호선 구동 회로(804b)에 보호 회로(806)를 접속한 구성으로 할 수도 있다. 또는, 단자부(807)에 보호 회로(806)를 접속한 구성으로 할 수도 있다.
또한, 도 19의 (A)에서는 주사선 구동 회로(804a)와 신호선 구동 회로(804b)로 구동 회로부(804)를 형성한 예를 도시하였지만, 이 구성에 한정되지 않는다. 예를 들어, 주사선 구동 회로(804a)만 형성하고, 별도 준비된 신호선 구동 회로가 형성된 기판(예를 들어, 단결정 반도체막, 다결정 반도체막으로 형성된 구동 회로 기판)을 실장한 구성으로 하여도 좋다.
<화소 회로의 구성예>
도 19의 (A)에 도시된 복수의 화소 회로(801)는 예를 들어, 도 19의 (B)에 도시된 구성으로 할 수 있다.
도 19의 (B)에 도시된 화소 회로(801)는 트랜지스터(852, 854), 용량 소자(862), 및 발광 소자(872)를 포함한다.
트랜지스터(852)의 소스 전극 및 드레인 전극 중 한쪽은 데이터 신호가 공급되는 배선(아래에서 데이터선(DL_n)이라고 함)에 전기적으로 접속된다. 또한, 트랜지스터(852)의 게이트 전극은 게이트 신호가 공급되는 배선(주사선(GL_m))에 전기적으로 접속된다.
트랜지스터(852)는 데이터 신호의 데이터의 기록을 제어하는 기능을 갖는다.
용량 소자(862)의 한 쌍의 전극 중 한쪽은 전위가 공급되는 배선(아래에서, 전위 공급선(VL_a)이라고 함)에 전기적으로 접속되고, 다른 쪽은 트랜지스터(852)의 소스 전극 및 드레인 전극 중 다른 쪽에 전기적으로 접속된다.
용량 소자(862)는 기록된 데이터를 유지하는 유지 용량으로서의 기능을 갖는다.
트랜지스터(854)의 소스 전극 및 드레인 전극 중 한쪽은 전위 공급선(VL_a)에 전기적으로 접속된다. 또한, 트랜지스터(854)의 게이트 전극은 트랜지스터(852)의 소스 전극 및 드레인 전극 중 다른 쪽에 전기적으로 접속된다.
발광 소자(872)의 애노드 및 캐소드 중 한쪽은 전위 공급선(VL_b)에 전기적으로 접속되고, 다른 쪽은 트랜지스터(854)의 소스 전극 및 드레인 전극 중 다른 쪽에 전기적으로 접속된다.
발광 소자(872)로서는 실시형태 1~실시형태 3에 제시된 발광 소자를 사용할 수 있다.
또한, 전위 공급선(VL_a) 및 전위 공급선(VL_b) 중 한쪽에는 고전원 전위(VDD)가 인가되고, 다른 쪽에는 저전원 전위(VSS)가 인가된다.
도 19의 (B)에 도시된 화소 회로(801)를 갖는 표시 장치에서는, 예를 들어, 도 19의 (A)에 도시된 주사선 구동 회로(804a)에 의하여 각 행의 화소 회로(801)를 순차적으로 선택하고, 트랜지스터(852)를 온 상태로 하여 데이터 신호의 데이터를 기록한다.
데이터가 기록된 화소 회로(801)는 트랜지스터(852)가 오프 상태가 됨으로써 유지 상태가 된다. 또한, 기록된 데이터 신호의 전위에 따라 트랜지스터(854)의 소스 전극과 드레인 전극 사이에 흐르는 전류량이 제어되고, 발광 소자(872)는 흐르는 전류량에 따른 휘도로 발광한다. 이 동작을 행마다 순차적으로 수행함으로써 화상을 표시할 수 있다.
또한, 화소 회로는 트랜지스터의 문턱 전압 등의 변동의 영향을 보정하는 기능을 가져도 좋다. 도 20 및 도 21에 화소 회로의 일례를 도시하였다.
도 20의 (A)에 도시된 화소 회로는 6개의 트랜지스터(트랜지스터(303_1)~트랜지스터(303_6)), 용량 소자(304), 및 발광 소자(305)를 포함한다. 또한, 도 20의 (A)에 도시된 화소 회로에는 배선(301_1)~배선(301_5), 배선(302_1), 및 배선(302_2)이 전기적으로 접속된다. 또한, 트랜지스터(303_1)~트랜지스터(303_6)로서는, 예를 들어 P채널형 트랜지스터를 사용할 수 있다.
도 20의 (B)에 도시된 화소 회로는 도 20의 (A)에 도시된 화소 회로에 트랜지스터(303_7)를 추가한 구성이다. 또한, 도 20의 (B)에 도시된 화소 회로에는 배선(301_6) 및 배선(301_7)이 전기적으로 접속된다. 여기서, 배선(301_5)과 배선(301_6)은 서로 전기적으로 접속되어도 좋다. 또한, 트랜지스터(303_7)로서는, 예를 들어 P채널형 트랜지스터를 사용할 수 있다.
도 21의 (A)에 도시된 화소 회로는 6개의 트랜지스터(트랜지스터(308_1)~트랜지스터(308_6)), 용량 소자(304), 및 발광 소자(305)를 포함한다. 또한, 도 21의 (A)에 도시된 화소 회로에는, 배선(306_1)~배선(306_3), 및 배선(307_1)~배선(307_3)이 전기적으로 접속된다. 여기서 배선(306_1)과 배선(306_3)은 서로 전기적으로 접속되어도 좋다. 또한, 트랜지스터(308_1)~트랜지스터(308_6)로서는, 예를 들어 P채널형 트랜지스터를 사용할 수 있다.
도 21의 (B)에 도시된 화소 회로는 2개의 트랜지스터(트랜지스터(309_1) 및 트랜지스터(309_2)), 2개의 용량 소자(용량 소자(304_1) 및 용량 소자(304_2)), 및 발광 소자(305)를 포함한다. 또한, 도 21의 (B)에 도시된 화소 회로에는 배선(311_1)~배선(311_3), 배선(312_1), 및 배선(312_2)이 전기적으로 접속된다. 또한, 도 21의 (B)에 도시된 화소 회로의 구성으로 함으로써, 예를 들어 전압 입력-전류 구동 방식(CVCC 방식이라고도 함)으로 할 수 있다. 또한, 트랜지스터(309_1) 및 트랜지스터(309_2)로서는, 예를 들어 P채널형 트랜지스터를 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 형태의 발광 소자는 표시 장치의 화소에 능동 소자를 갖는 액티브 매트릭스 방식, 또는 표시 장치의 화소에 능동 소자를 갖지 않는 패시브 매트릭스 방식으로 적용할 수 있다.
액티브 매트릭스 방식에서는 능동 소자(액티브 소자, 비선형 소자)로서 트랜지스터뿐만 아니라, 다양한 능동 소자(액티브 소자, 비선형 소자)를 사용할 수 있다. 예를 들어, MIM(Metal Insulator Metal) 또는 TFD(Thin Film Diode) 등을 사용할 수도 있다. 이들 소자는 제조 공정이 적기 때문에, 제조 비용의 저감 또는 제조 수율 향상을 도모할 수 있다. 또는, 이들 소자는 소자 크기가 작기 때문에, 개구율을 향상시킬 수 있어 저소비 전력화나 고휘도화를 도모할 수 있다.
액티브 매트릭스 방식 이외에, 능동 소자(액티브 소자, 비선형 소자)를 사용하지 않는 패시브 매트릭스 방식을 이용할 수도 있다. 능동 소자(액티브 소자, 비선형 소자)를 사용하지 않기 때문에, 제조 공정이 적어, 제조 비용의 저감 또는 제조 수율 향상을 도모할 수 있다. 또는, 능동 소자(액티브 소자, 비선형 소자)를 사용하지 않기 때문에, 개구율을 향상시킬 수 있어 저소비 전력화나 고휘도화 등을 도모할 수 있다.
본 실시형태에 제시된 구성은 다른 실시형태에 제시된 구성과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시형태 6)
본 실시형태에서는, 본 발명의 일 형태의 발광 소자를 갖는 표시 장치, 및 상기 표시 장치에 입력 장치를 설치한 전자 기기에 대하여 도 22~도 26을 참조하여 설명한다.
<터치 패널에 관한 설명 1>
또한, 본 실시형태에서 전자 기기의 일례로서 표시 장치와 입력 장치가 결합된 터치 패널(2000)에 대하여 설명한다. 또한, 입력 장치의 일례로서 터치 센서를 사용하는 경우에 대하여 설명한다.
도 22는 터치 패널(2000)의 사시도이다. 또한, 도 22에는 명료화를 위하여 터치 패널(2000)의 대표적인 구성 요소를 도시하였다.
터치 패널(2000)은 표시 장치(2501) 및 터치 센서(2595)를 포함한다(도 22의 (B) 참조). 또한, 터치 패널(2000)은 기판(2510), 기판(2570), 및 기판(2590)을 포함한다. 또한, 기판(2510), 기판(2570), 및 기판(2590)은 모두 가요성을 갖는다. 다만, 기판(2510), 기판(2570), 및 기판(2590) 중 어느 하나 또는 모두가 가요성을 갖지 않는 구성으로 하여도 좋다.
표시 장치(2501)는 기판(2510) 위에 복수의 화소, 및 상기 화소에 신호를 공급할 수 있는 복수의 배선(2511)을 포함한다. 복수의 배선(2511)은 기판(2510)의 외주부까지 리드되고, 그 일부가 단자(2519)를 구성한다. 단자(2519)는 FPC(2509(1))와 전기적으로 접속된다. 또한, 복수의 배선(2511)은 신호선 구동 회로(2503s(1))로부터의 신호를 복수의 화소에 공급할 수 있다.
기판(2590)은 터치 센서(2595), 및 터치 센서(2595)와 전기적으로 접속된 복수의 배선(2598)을 갖는다. 복수의 배선(2598)은 기판(2590)의 외주부로 리드되고, 그 일부는 단자를 구성한다. 그리고, 상기 단자는 FPC(2509(2))와 전기적으로 접속된다. 또한, 도 22의 (B)에서는 명료화를 위하여, 기판(2590)의 뒷면 측(기판(2510)과 대향하는 면 측)에 제공되는 터치 센서(2595)의 전극이나 배선 등을 실선으로 도시하였다.
터치 센서(2595)로서, 예를 들어 정전 용량 방식의 터치 센서를 적용할 수 있다. 정전 용량 방식으로서는 표면형 정전 용량 방식과 투영형 정전 용량 방식 등이 있다.
투영형 정전 용량 방식으로서는 주로 구동 방식에 따라 자기 용량 방식이나 상호 용량 방식 등이 있다. 상호 용량 방식을 사용하면 다점(多點) 동시 검출이 가능해지므로 바람직하다.
또한, 도 22의 (B)에 도시된 터치 센서(2595)는 투영형 정전 용량 방식의 터치 센서를 적용한 구성이다.
또한, 터치 센서(2595)로서는 손가락 등 검지 대상물의 근접 또는 접촉을 검지할 수 있는 다양한 센서를 적용할 수 있다.
투영형 정전 용량 방식의 터치 센서(2595)는 전극(2591) 및 전극(2592)을 포함한다. 전극(2591)은 복수의 배선(2598) 중 어느 배선과 전기적으로 접속되고, 전극(2592)은 복수의 배선(2598) 중 다른 배선과 전기적으로 접속된다.
전극(2592)은 도 22에 도시된 바와 같이 단방향으로 반복적으로 배치된 복수의 사각형이 모서리부에서 연결된 형상을 갖는다.
전극(2591)은 사각형이고, 전극(2592)이 연장되는 방향과 교차하는 방향으로 반복적으로 배치되어 있다.
배선(2594)은 전극(2592)을 사이에 둔 2개의 전극(2591)을 전기적으로 접속시킨다. 이때, 전극(2592)과 배선(2594)이 교차하는 부분의 면적은 가능한 한 작은 것이 바람직하다. 이로써, 전극이 제공되지 않는 영역의 면적을 줄일 수 있어 투과율의 편차를 저감할 수 있다. 그 결과, 터치 센서(2595)를 투과하는 광의 휘도의 편차를 저감할 수 있다.
또한, 전극(2591) 및 전극(2592)의 형상은 이에 한정되지 않고, 다양한 형상으로 할 수 있다. 예를 들어 복수의 전극(2591)을 가능한 한 틈이 생기지 않도록 배치하고, 절연층을 개재(介在)하여 전극(2591)과 겹치지 않는 영역이 생기도록 이격(離隔)하여 복수의 전극(2592)을 제공하는 구성으로 하여도 좋다. 이때, 인접한 2개의 전극(2592) 사이에 이들과는 전기적으로 절연된 더미 전극을 제공하면, 투과율이 다른 영역의 면적을 줄일 수 있으므로 바람직하다.
<표시 장치에 관한 설명>
다음에, 도 23의 (A)를 참조하여 표시 장치(2501)의 자세한 사항에 대하여 설명한다. 도 23의 (A)는 도 22의 (B)에 도시된 일점 쇄선 X1-X2 부분의 단면도에 상당한다.
표시 장치(2501)는 매트릭스 형태로 배치된 복수의 화소를 포함한다. 상기 화소는 표시 소자, 및 표시 소자를 구동시키는 화소 회로를 포함한다.
아래에서는, 백색 광을 사출하는 발광 소자를 표시 소자에 적용하는 경우에 대하여 설명하지만, 표시 소자는 이에 한정되지 않는다. 예를 들어 인접한 화소마다 사출하는 광의 색이 다르게 되도록, 발광색이 상이한 발광 소자를 적용하여도 좋다.
기판(2510) 및 기판(2570)으로서는, 예를 들어, 수증기의 투과율이 1×10-5g·m-2·day-1 이하, 바람직하게는 1×10-6g·m-2·day-1 이하인 가요성을 갖는 재료를 적합하게 사용할 수 있다. 또는, 기판(2510)과 기판(2570)에 열 팽창률이 거의 같은 재료를 사용하는 것이 적합하다. 예를 들어, 선 팽창률이 1×10-3/K 이하, 바람직하게는 5×10-5/K 이하, 더 바람직하게는 1×10-5/K 이하인 재료를 적합하게 사용할 수 있다.
또한, 기판(2510)은 발광 소자로의 불순물의 확산을 방지하는 절연층(2510a), 가요성 기판(2510b), 및 절연층(2510a)과 가요성 기판(2510b)을 접합하는 접착층(2510c)을 포함하는 적층체이다. 또한, 기판(2570)은 발광 소자로의 불순물의 확산을 방지하는 절연층(2570a), 가요성 기판(2570b), 및 절연층(2570a)과 가요성 기판(2570b)을 접합하는 접착층(2570c)을 포함하는 적층체이다.
접착층(2510c) 및 접착층(2570c)으로서는, 예를 들어 폴리에스터, 폴리올레핀, 폴리아마이드(나일론, 아라미드 등), 폴리이미드, 폴리카보네이트, 또는 아크릴, 우레탄, 에폭시를 사용할 수 있다. 또한, 실록산 결합을 갖는 수지를 함유하는 재료를 사용할 수 있다.
또한, 기판(2510)과 기판(2570) 사이에 밀봉층(2560)을 포함한다. 밀봉층(2560)은 공기보다 큰 굴절률을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 도 23의 (A)에 도시된 바와 같이, 밀봉층(2560) 측에 광을 추출하는 경우에는, 밀봉층(2560)은 광학적인 접합층을 겸할 수 있다.
또한, 밀봉층(2560)의 외주부에 실란트를 형성하여도 좋다. 상기 실란트를 사용함으로써 기판(2510), 기판(2570), 밀봉층(2560), 및 실란트로 둘러싸인 영역에 발광 소자(2550R)를 포함하는 구성으로 할 수 있다. 또한, 밀봉층(2560)으로서 불활성 가스(질소, 아르곤 등)를 충전하여도 좋다. 또한, 상기 불활성 가스 내에 건조재를 제공하여 수분 등을 흡착시키는 구성으로 하여도 좋다. 또한, 상술한 실란트에는 예를 들어 에폭시계 수지나 글라스 프릿을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 실란트에 사용하는 재료로서는 수분이나 산소를 투과시키지 않는 재료를 사용하는 것이 적합하다.
또한, 표시 장치(2501)는 화소(2502R)를 포함한다. 또한, 화소(2502R)는 발광 모듈(2580R)을 포함한다.
화소(2502R)는 발광 소자(2550R), 및 발광 소자(2550R)에 전력을 공급할 수 있는 트랜지스터(2502t)를 포함한다. 또한, 트랜지스터(2502t)는 화소 회로의 일부로서 기능한다. 또한, 발광 모듈(2580R)은 발광 소자(2550R)와 착색층(2567R)을 포함한다.
발광 소자(2550R)는 하부 전극, 상부 전극, 및 하부 전극과 상부 전극 사이의 EL층을 포함한다. 발광 소자(2550R)로서, 예를 들어, 실시형태 1~실시형태 3에서 제시한 발광 소자를 적용할 수 있다.
또한, 하부 전극과 상부 전극 사이에 마이크로캐비티 구조를 채용하여 특정 파장의 광의 강도를 증가시켜도 좋다.
또한, 광을 추출하는 측에 밀봉층(2560)이 제공되는 경우, 밀봉층(2560)은 발광 소자(2550R) 및 착색층(2567R)과 접촉한다.
착색층(2567R)은 발광 소자(2550R)와 겹치는 위치에 있다. 이로써, 발광 소자(2550R)가 발하는 광의 일부는 착색층(2567R)을 투과하여, 도면 중 화살표 방향으로 발광 모듈(2580R) 외부로 사출된다.
또한, 표시 장치(2501)에는 광을 사출하는 방향으로 차광층(2567BM)이 제공된다. 차광층(2567BM)은 착색층(2567R)을 둘러싸도록 제공된다.
착색층(2567R)으로서는, 특정한 파장 영역의 광을 투과시키는 기능을 가지면 좋고, 예를 들어, 적색 파장 영역의 광을 투과시키는 컬러 필터, 녹색 파장 영역의 광을 투과시키는 컬러 필터, 청색 파장 영역의 광을 투과시키는 컬러 필터, 황색 파장 영역의 광을 투과시키는 컬러 필터 등을 사용할 수 있다. 각 컬러 필터는 다양한 재료를 사용하여, 인쇄법, 잉크젯법, 포토리소그래피 기술을 이용한 에칭 방법 등으로 형성할 수 있다.
또한, 표시 장치(2501)에는 절연층(2521)이 제공된다. 절연층(2521)은 트랜지스터(2502t)를 덮는다. 또한, 절연층(2521)은 화소 회로에 기인하는 요철을 평탄화하기 위한 기능을 갖는다. 또한, 절연층(2521)에 불순물 확산을 억제할 수 있는 기능을 부여하여도 좋다. 이로써, 불순물의 확산으로 인한 트랜지스터(2502t) 등의 신뢰성 저하를 억제할 수 있다.
또한, 발광 소자(2550R)는 절연층(2521) 위에 형성된다. 또한, 발광 소자(2550R)가 갖는 하부 전극에는 하부 전극의 단부와 겹치는 격벽(2528)이 제공된다. 또한, 기판(2510)과 기판(2570) 사이의 간격을 제어하는 스페이서를 격벽(2528) 위에 형성하여도 좋다.
주사선 구동 회로(2503g(1))는 트랜지스터(2503t) 및 용량 소자(2503c)를 포함한다. 또한, 구동 회로를 화소 회로와 동일한 공정으로 동일한 기판 위에 형성할 수 있다.
또한, 기판(2510) 위에는 신호를 공급할 수 있는 배선(2511)이 제공된다. 또한, 배선(2511) 위에는 단자(2519)가 제공된다. 또한, 단자(2519)에는 FPC(2509(1))가 전기적으로 접속된다. 또한, FPC(2509(1))는 비디오 신호, 클록 신호, 스타트 신호, 리셋 신호 등을 공급하는 기능을 갖는다. 또한, FPC(2509(1))에 프린트 배선판(PWB)이 장착되어도 좋다.
또한, 표시 장치(2501)에는 다양한 구조를 갖는 트랜지스터를 적용할 수 있다. 도 23의 (A)에는, 보텀 게이트형 트랜지스터를 적용하는 경우에 대하여 예시하였지만, 이에 한정되지 않으며, 예를 들어, 도 23의 (B)에 도시된 톱 게이트형 트랜지스터를 표시 장치(2501)에 적용하는 구성으로 하여도 좋다.
또한, 트랜지스터(2502t) 및 트랜지스터(2503t)의 극성에 대해서는 특별한 한정은 없으며, N채널형 트랜지스터 및 P채널형 트랜지스터를 갖는 구조, 및 N채널형 트랜지스터 및 P채널형 트랜지스터 중 어느 한쪽만으로 이루어진 구조를 사용하여도 좋다. 또한, 트랜지스터(2502t) 및 트랜지스터(2503t)에 사용되는 반도체막의 결정성에 대해서도 특별한 한정은 없다. 예를 들어, 비정질 반도체막, 결정성 반도체막을 사용할 수 있다. 또한, 반도체 재료로서는 14족 반도체(예를 들어 실리콘을 함유한 반도체), 화합물 반도체(산화물 반도체를 포함함), 유기 반도체 등을 사용할 수 있다. 트랜지스터(2502t) 및 트랜지스터(2503t) 중 한쪽 또는 양쪽에, 에너지 갭이 2eV 이상, 바람직하게는 2.5eV 이상, 더 바람직하게는 3eV 이상인 산화물 반도체를 사용함으로써 트랜지스터의 오프 전류를 저감할 수 있으므로 바람직하다. 상기 산화물 반도체로서는, In-Ga 산화물, In-M-Zn 산화물(M은 Al, Ga, Y, Zr, La, Ce, Sn, Hf, 또는 Nd를 나타냄) 등을 들 수 있다.
<터치 센서에 관한 설명>
다음에, 도 23의 (C)를 참조하여 터치 센서(2595)의 자세한 사항에 대하여 설명한다. 도 23의 (C)는 도 22의 (B)에 도시된 일점 쇄선 X3-X4 부분의 단면도에 상당한다.
터치 센서(2595)는 기판(2590) 위에 스태거 패턴(지그재그 형태)으로 배치된 전극(2591) 및 전극(2592), 전극(2591) 및 전극(2592)을 덮는 절연층(2593), 및 인접된 전극(2591)을 전기적으로 접속시키는 배선(2594)을 포함한다.
전극(2591) 및 전극(2592)은 투광성을 갖는 도전성 재료로 형성한다. 투광성을 갖는 도전성 재료로서는 산화 인듐, 인듐 주석 산화물, 인듐 아연 산화물, 산화 아연, 갈륨이 첨가된 산화 아연 등 도전성 산화물을 사용할 수 있다. 또한, 그래핀을 함유한 막을 사용할 수도 있다. 그래핀을 함유한 막은, 예를 들어 막 형태로 형성된 산화 그래핀을 함유한 막을 환원하여 형성할 수 있다. 환원 방법으로서는, 가열법 등을 들 수 있다.
예를 들어, 투광성을 갖는 도전성 재료를 기판(2590) 위에 스퍼터링법에 의하여 성막한 후, 포토리소그래피법 등의 다양한 패터닝 형성 기술로 불필요한 부분을 제거하여, 전극(2591) 및 전극(2592)을 형성할 수 있다.
또한, 절연층(2593)의 재료로서는 예를 들어, 아크릴, 에폭시 등의 수지, 실록산 결합을 갖는 수지 외에, 산화 실리콘, 산화질화 실리콘, 산화 알루미늄 등의 무기 절연 재료를 사용할 수도 있다.
또한, 전극(2591)에 도달하는 개구가 절연층(2593)에 형성되고, 배선(2594)은 인접된 전극(2591)들을 전기적으로 접속시킨다. 투광성을 갖는 도전성 재료는 터치 패널의 개구율을 높일 수 있기 때문에 배선(2594)에 적합하게 사용할 수 있다. 또한, 전극(2591) 및 전극(2592)보다 도전성이 높은 재료는 전기 저항을 저감할 수 있으므로 배선(2594)에 적합하게 사용할 수 있다.
전극(2592)은 단방향으로 연장되고, 복수의 전극(2592)이 스트라이프 형태로 제공된다. 또한, 배선(2594)은 전극(2592)과 교차하여 제공된다.
한 쌍의 전극(2591)이 하나의 전극(2592)을 끼워 제공된다. 또한, 배선(2594)은 한 쌍의 전극(2591)을 전기적으로 접속시킨다.
또한, 복수의 전극(2591)은 하나의 전극(2592)과 반드시 직교하는 방향으로 배치될 필요는 없으며, 0°보다 크고 90° 미만의 각도를 이루도록 배치되어도 좋다.
또한, 배선(2598)은 전극(2591) 또는 전극(2592)에 전기적으로 접속된다. 또한, 배선(2598)의 일부는 단자로서 기능한다. 배선(2598)으로서는, 예를 들어 알루미늄, 금, 백금, 은, 니켈, 타이타늄, 텅스텐, 크로뮴, 몰리브데넘, 철, 코발트, 구리, 또는 팔라듐 등의 금속 재료나, 이들 금속 재료 중 어느 것을 포함한 합금 재료를 사용할 수 있다.
또한, 절연층(2593) 및 배선(2594)을 덮는 절연층을 제공하여 터치 센서(2595)를 보호하여도 좋다.
또한, 접속층(2599)은 배선(2598)과 FPC(2509(2))를 전기적으로 접속시킨다.
접속층(2599)으로서는, 이방 도전성 필름(ACF: Anisotropic Conductive Film)이나, 이방 도전성 페이스트(ACP: Anisotropic Conductive Paste) 등을 사용할 수 있다.
<터치 패널에 관한 설명 2>
다음에, 도 24의 (A)를 참조하여 터치 패널(2000)의 자세한 사항에 대하여 설명한다. 도 24의 (A)는 도 22의 (A)에 도시된 일점 쇄선 X5-X6 부분의 단면도에 상당한다.
도 24의 (A)에 도시된 터치 패널(2000)은 도 23의 (A)에 도시된 표시 장치(2501)와, 도 23의 (C)에 도시된 터치 센서(2595)를 접합한 구성이다.
또한, 도 24의 (A)에 도시된 터치 패널(2000)은 도 23의 (A) 및 (C)에 도시된 구성에 더하여 접착층(2597)과 반사 방지층(2567p)을 포함한다.
접착층(2597)은 배선(2594)과 접촉하여 제공된다. 또한, 접착층(2597)은 터치 센서(2595)가 표시 장치(2501)와 겹치도록 기판(2590)과 기판(2570)을 접합시킨다. 또한, 접착층(2597)은 투광성을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 접착층(2597)으로서는 열 경화성 수지, 또는 자외선 경화 수지를 사용할 수 있다. 예를 들어, 아크릴계 수지, 우레탄계 수지, 에폭시계 수지, 또는 실록산계 수지를 사용할 수 있다.
반사 방지층(2567p)은 화소와 겹치는 위치에 제공된다. 반사 방지층(2567p)으로서, 예를 들어 원 편광판을 사용할 수 있다.
다음에, 도 24의 (A)에 도시된 구성과 다른 구성의 터치 패널에 대하여 도 24의 (B)를 참조하여 설명한다.
도 24의 (B)는 터치 패널(2001)의 단면도이다. 도 24의 (B)에 도시된 터치 패널(2001)은 표시 장치(2501)에 대한 터치 센서(2595)의 위치가 도 24의 (A)의 터치 패널(2000)과 다르다. 여기서는 다른 구성에 대하여 자세히 설명하고, 같은 구성을 사용할 수 있는 부분에 대해서는 터치 패널(2000)의 설명을 원용한다.
착색층(2567R)은 발광 소자(2550R)와 겹치는 위치에 있다. 또한, 도 24의 (B)에 도시된 발광 소자(2550R)는 트랜지스터(2502t)가 제공되어 있는 측에 광을 사출한다. 따라서, 발광 소자(2550R)가 발하는 광의 일부는 착색층(2567R)을 투과하여, 도면 중 화살표 방향으로 발광 모듈(2580R) 외부로 사출된다.
또한, 터치 센서(2595)는 표시 장치(2501)의 기판(2510) 측에 제공된다.
접착층(2597)은 기판(2510)과 기판(2590) 사이에 있고, 표시 장치(2501)와 터치 센서(2595)를 접합시킨다.
도 24에 도시된 바와 같이, 발광 소자로부터 사출되는 광은 기판(2510)의 위쪽 및 아래쪽 중 한쪽 또는 양쪽 모두에 사출되면 좋다.
<터치 패널의 구동 방법에 관한 설명>
다음에, 터치 패널의 구동 방법의 일례에 대하여 도 25를 참조하여 설명한다.
도 25의 (A)는 상호 용량 방식의 터치 센서의 구성을 도시한 블록도이다. 도 25의 (A)에서는, 펄스 전압 출력 회로(2601), 전류 검출 회로(2602)를 도시하였다. 또한, 도 25의 (A)에서는 펄스 전압이 인가되는 전극(2621)을 X1~X6으로 하고, 전류의 변화를 검지하는 전극(2622)을 Y1~Y6으로 하며, 각각 6개의 배선으로 예시하였다. 또한, 도 25의 (A)에는 전극(2621)과 전극(2622)이 겹쳐 형성되는 용량 소자(2603)를 도시하였다. 또한, 전극(2621)과 전극(2622)의 기능을 서로 바꿔도 좋다.
펄스 전압 출력 회로(2601)는 X1~X6의 배선에 순차적으로 펄스를 인가하기 위한 회로이다. X1~X6의 배선에 펄스 전압이 인가됨으로써 용량 소자(2603)를 형성하는 전극(2621)과 전극(2622) 사이에 전계가 발생된다. 이들 전극간에 발생되는 전계가 차폐되는 것 등으로 인하여 용량 소자(2603)의 상호 용량이 변화되는 것을 이용하여, 피검지체의 근접 또는 접촉을 검출할 수 있다.
전류 검출 회로(2602)는 용량 소자(2603)에서의 상호 용량의 변화에 의한, Y1~Y6의 배선에서의 전류의 변화를 검출하기 위한 회로이다. Y1~Y6의 배선에서는 피검지체가 근접 또는 접촉되지 않으면, 검출되는 전류값에 변화가 없지만, 피검지체의 근접 또는 접촉에 의하여 상호 용량이 감소되는 경우에는, 전류값이 감소되는 변화를 검출한다. 또한, 전류는 적분 회로 등을 사용하여 검출하면 좋다.
다음에, 도 25의 (A)에 도시된 상호 용량 방식 터치 센서에서의 입출력 파형의 타이밍 차트를 도 25의 (B)에 나타내었다. 도 25의 (B)에서는, 1프레임 기간에 각 행렬의 피검지체를 검출한다. 또한, 도 25의 (B)에는 피검지체를 검출하지 않는 경우(비(非)터치)와 피검지체를 검출하는 경우(터치)의 2개의 경우에 대하여 도시하였다. 또한, 도 25의 (B)에서는 Y1~Y6의 배선에서 검출되는 전류값에 대응하는 전압값의 파형을 도시하였다.
X1~X6의 배선에는 순차적으로 펄스 전압이 인가되고, 이 펄스 전압에 따라 Y1~Y6의 배선에서의 파형이 변화된다. 피검지체가 근접 또는 접촉되지 않은 경우에는 X1~X6의 배선의 전압의 변화에 따라 Y1~Y6의 배선에서의 파형이 한결같이 변화된다. 한편, 피검지체가 근접 또는 접촉된 개소에서는 전류값이 감소되기 때문에 이에 대응하는 전압값의 파형도 변화된다.
이와 같이 상호 용량의 변화를 검출함으로써 피검지체의 근접 또는 접촉을 검지할 수 있다.
<센서 회로에 관한 설명>
또한, 도 25의 (A)에서는 터치 센서로서 배선의 교차부에 용량 소자(2603)만을 제공하는 패시브 매트릭스형 터치 센서의 구성을 도시하였지만, 트랜지스터와 용량 소자를 갖는 액티브 매트릭스형 터치 센서로 하여도 좋다. 액티브 매트릭스형 터치 센서에 포함되는 센서 회로의 일례를 도 26에 도시하였다.
도 26에 도시된 센서 회로는 용량 소자(2603), 트랜지스터(2611), 트랜지스터(2612), 및 트랜지스터(2613)를 포함한다.
트랜지스터(2613)의 게이트에는 신호(G2)가 공급되고, 소스 및 드레인 중 한쪽에는 전압(VRES)이 공급되고, 다른 쪽은 용량 소자(2603)의 한쪽 전극 및 트랜지스터(2611)의 게이트에 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(2611)의 소스 및 드레인 중 한쪽은 트랜지스터(2612)의 소스 및 드레인 중 한쪽에 전기적으로 접속되고, 다른 쪽에는 전압(VSS)이 인가된다. 트랜지스터(2612)의 게이트에는 신호(G1)가 공급되고, 소스 및 드레인 중 다른 쪽은 배선(ML)에 전기적으로 접속된다. 용량 소자(2603)의 다른 쪽 전극에는 전압(VSS)이 인가된다.
다음에, 도 26에 도시된 센서 회로의 동작에 대하여 설명한다. 먼저, 신호(G2)로서 트랜지스터(2613)를 온 상태로 하는 전위가 공급됨으로써, 트랜지스터(2611)의 게이트가 접속되는 노드(n)에 전압(VRES)에 대응하는 전위가 공급된다. 그리고, 신호(G2)로서 트랜지스터(2613)를 오프 상태로 하는 전위가 공급되어, 노드(n)의 전위가 유지된다.
이어서 손가락 등 피검지체의 근접 또는 접촉으로 용량 소자(2603)의 상호 용량이 변화됨에 따라 노드(n)의 전위가 VRES로부터 변화된다.
판독 동작 시에는 신호(G1)로서 트랜지스터(2612)를 온 상태로 하는 전위를 공급한다. 노드(n)의 전위에 따라 트랜지스터(2611)에 흐르는 전류, 즉 배선(ML)을 흐르는 전류가 변화된다. 이 전류를 검출함으로써 피검지체의 근접 또는 접촉을 검출할 수 있다.
트랜지스터(2611), 트랜지스터(2612), 및 트랜지스터(2613)에는 채널 영역이 형성되는 반도체층으로서 산화물 반도체층을 사용하는 것이 바람직하다. 특히 트랜지스터(2613)에 이와 같은 트랜지스터를 적용함으로써, 노드(n)의 전위가 장기간에 걸쳐 유지될 수 있어 노드(n)에 VRES를 다시 공급하는 동작(리프레시 동작)의 빈도를 줄일 수 있다.
본 실시형태에 제시된 구성은 다른 실시형태에 제시된 구성과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시형태 7)
본 실시형태에서는, 본 발명의 일 형태의 발광 소자를 포함하는 표시 모듈 및 전자 기기에 대하여 도 27 및 도 28을 참조하여 설명한다.
<표시 모듈에 관한 설명>
도 27에 도시된 표시 모듈(8000)은 상부 커버(8001)와 하부 커버(8002) 사이에, FPC(8003)에 접속된 터치 센서(8004), FPC(8005)에 접속된 표시 장치(8006), 프레임(8009), 프린트 기판(8010), 배터리(8011)를 포함한다.
본 발명의 일 형태의 발광 소자는 예를 들어 표시 장치(8006)에 사용할 수 있다.
상부 커버(8001) 및 하부 커버(8002)는 터치 센서(8004) 및 표시 장치(8006)의 크기에 맞춰 형상이나 치수를 적절히 변경할 수 있다.
터치 센서(8004)는 저항막 방식 또는 정전 용량 방식의 터치 센서를 표시 장치(8006)에 겹쳐 사용할 수 있다. 또한, 표시 장치(8006)의 대향 기판(밀봉 기판)이 터치 센서 기능을 가질 수도 있다. 또는, 표시 장치(8006)의 각 화소 내에 광 센서를 제공하여 광학식 터치 센서로 할 수도 있다.
프레임(8009)은 표시 장치(8006)의 보호 기능에 더하여, 프린트 기판(8010)의 동작에 의하여 발생하는 전자기파를 차단하기 위한 전자 실드로서의 기능을 갖는다. 또한, 프레임(8009)은 방열판으로서의 기능을 가져도 좋다.
프린트 기판(8010)은 전원 회로, 비디오 신호 및 클록 신호를 출력하기 위한 신호 처리 회로를 포함한다. 전원 회로에 전력을 공급하는 전원은 외부의 상용 전원이어도 좋고, 별도 형성한 배터리(8011)에 의한 전원이어도 좋다. 상용 전원을 이용하는 경우, 배터리(8011)는 생략할 수 있다.
또한, 표시 모듈(8000)에는 편광판, 위상차판, 프리즘 시트 등의 부재를 추가로 제공하여도 좋다.
<전자 기기에 관한 설명>
도 28은 전자 기기의 도면이다. 이들 전자 기기는 하우징(9000), 표시부(9001), 스피커(9003), 조작 키(9005)(전원 스위치, 또는 조작 스위치를 포함함), 접속 단자(9006), 센서(9007)(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 포함하는 것), 마이크로폰(9008) 등을 가질 수 있다.
도 28의 (A)~(G)에 도시된 전자 기기는 다양한 기능을 가질 수 있다. 예를 들어, 다양한 정보(정지 화상, 동영상, 텍스트 화상 등)를 표시부에 표시하는 기능, 터치 센서 기능, 달력, 날짜, 또는 시각 등을 표시하는 기능, 다양한 소프트웨어(프로그램)에 의하여 처리를 제어하는 기능, 무선 통신 기능, 무선 통신 기능을 이용하여 다양한 컴퓨터 네트워크에 접속하는 기능, 무선 통신 기능을 이용하여 다양한 데이터의 송신 또는 수신을 수행하는 기능, 기록 매체에 기록되어 있는 프로그램 또는 데이터를 판독하여 표시부에 표시하는 기능 등을 가질 수 있다. 또한, 도 28의 (A)~(G)에 도시된 전자 기기가 가질 수 있는 기능은 이들에 한정되지 않으며 다양한 기능을 가질 수 있다. 또한, 도 28의 (A)~(G)에는 도시하지 않았지만, 전자 기기는 복수의 표시부를 갖는 구성으로 하여도 좋다. 또한, 이 전자 기기에 카메라 등을 제공하여 정지 화상을 촬영하는 기능, 동영상을 촬영하는 기능, 촬영한 화상을 기록 매체(외부 또는 카메라에 내장)에 저장하는 기능, 촬영한 화상을 표시부에 표시하는 기능 등을 가져도 좋다.
도 28의 (A)~(G)에 도시된 전자 기기의 자세한 사항에 대하여 아래에서 설명한다.
도 28의 (A)는 휴대 정보 단말기(9100)를 도시한 사시도이다. 휴대 정보 단말기(9100)가 갖는 표시부(9001)는 가요성을 갖는다. 따라서, 만곡된 하우징(9000)의 만곡면을 따라 표시부(9001)를 제공할 수 있다. 또한, 표시부(9001)에는 터치 센서가 제공되고, 손가락이나 스타일러스 등으로 화면에 터치함으로써 조작할 수 있다. 예를 들어, 표시부(9001)에 표시된 아이콘에 터치함으로써, 애플리케이션을 기동할 수 있다.
도 28의 (B)는 휴대 정보 단말기(9101)를 도시한 사시도이다. 휴대 정보 단말기(9101)는 예를 들어 전화기, 수첩, 또는 정보 열람 장치 등 중에서 선택된 하나 또는 복수의 기능을 갖는다. 구체적으로는, 스마트폰으로서 사용할 수 있다. 또한, 휴대 정보 단말기(9101)는 스피커(9003), 접속 단자(9006), 센서(9007) 등을 생략하여 도시하였지만, 도 28의 (A)에 도시된 휴대 정보 단말기(9100)와 같은 위치에 제공할 수 있다. 또한, 휴대 정보 단말기(9101)는 문자나 화상 정보를 그 복수의 면에 표시할 수 있다. 예를 들어, 3개의 조작 버튼(9050)(조작 아이콘 또는 단지 아이콘이라고도 함)을 표시부(9001) 중 한 면에 표시할 수 있다. 또한, 파선의 직사각형으로 나타낸 정보(9051)를 표시부(9001)의 다른 면에 표시할 수 있다. 또한, 정보(9051)의 일례로서는 전자 메일이나 SNS(Social Networking Service)나 전화 등의 착신을 알리는 표시, 전자 메일이나 SNS 등의 제목, 전자 메일이나 SNS 등의 송신자명, 날짜, 시각, 배터리의 잔량, 안테나 수신 강도 등이 있다. 또는, 정보(9051)가 표시되는 위치에 정보(9051) 대신에 조작 버튼(9050) 등을 표시하여도 좋다.
도 28의 (C)는 휴대 정보 단말기(9102)의 사시도이다. 휴대 정보 단말기(9102)는 표시부(9001)의 3면 이상에 정보를 표시하는 기능을 갖는다. 여기서는 정보(9052), 정보(9053), 정보(9054)가 각각 다른 면에 표시되어 있는 예를 나타낸다. 예를 들어, 휴대 정보 단말기(9102)의 사용자는 양복의 가슴 포켓에 휴대 정보 단말기(9102)를 수납한 상태로, 그 표시(여기서는 정보(9053))를 확인할 수 있다. 구체적으로는, 착신한 전화의 발신자의 전화번호 또는 이름 등을 휴대 정보 단말기(9102)의 상방으로부터 관찰할 수 있는 위치에 표시한다. 사용자는 휴대 정보 단말기(9102)를 포켓으로부터 꺼내지 않고, 표시를 확인하여, 전화를 받을지 여부를 판단할 수 있다.
도 28의 (D)는 손목 시계형 휴대 정보 단말기(9200)의 사시도이다. 휴대 정보 단말기(9200)는 이동 전화, 전자 메일, 문장 열람 및 작성, 음악 재생, 인터넷 통신, 컴퓨터 게임 등의 여러 애플리케이션을 실행할 수 있다. 또한, 표시부(9001)는 그 표시면이 만곡되어 제공되고, 만곡된 표시면을 따라 표시를 할 수 있다. 또한, 휴대 정보 단말기(9200)는 통신 규격된 근거리 무선 통신을 실행할 수 있다. 예를 들어, 무선 통신 가능한 헤드 세트와 상호 통신함으로써, 핸즈 프리 통화도 가능하다. 또한, 휴대 정보 단말기(9200)는 접속 단자(9006)를 갖고, 커넥터를 통하여 다른 정보 단말기와 직접 데이터를 교환할 수 있다. 또한, 접속 단자(9006)를 통하여 충전할 수도 있다. 또한, 충전 동작은 접속 단자(9006)를 통하지 않고, 무선 급전에 의하여 수행하여도 좋다.
도 28의 (E), (F), 및 (G)는 접을 수 있는 휴대 정보 단말기(9201)의 사시도이다. 또한, 도 28의 (E)는 휴대 정보 단말기(9201)를 펼친 상태의 사시도이고, 도 28의 (F)는 휴대 정보 단말기(9201)를 펼친 상태 및 접은 상태의 어느 한쪽에서 다른 쪽으로 변화되는 도중의 상태의 사시도이고, 도 28의 (G)는 휴대 정보 단말기(9201)를 접은 상태의 사시도이다. 휴대 정보 단말기(9201)는 접은 상태에서는 휴대성이 우수하고, 펼친 상태에서는 이음매가 없는 넓은 표시 영역으로 표시의 일람성이 우수하다. 휴대 정보 단말기(9201)가 갖는 표시부(9001)는 힌지(9055)에 의하여 연결된 3개의 하우징(9000)에 지탱된다. 힌지(9055)를 통하여 2개의 하우징(9000) 사이를 굴곡시킴으로써, 휴대 정보 단말기(9201)를 펼친 상태로부터 접은 상태로 가역적으로 변형시킬 수 있다. 예를 들어, 휴대 정보 단말기(9201)는 곡률 반경 1mm 이상 150mm 이하로 구부릴 수 있다.
본 실시형태에서 설명한 전자 기기는 어떤 정보를 표시하기 위한 표시부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 다만, 본 발명의 일 형태의 발광 소자는 표시부를 포함하지 않는 전자 기기에도 적용할 수 있다. 또한, 본 실시형태에서 설명한 전자 기기의 표시부는 가요성을 갖고, 만곡된 표시면을 따라 표시를 수행할 수 있는 구성, 또는 접을 수 있는 표시부의 구성에 대하여 예시하였지만, 이에 한정되지 않으며, 가요성을 갖지 않고, 평면부에 표시를 수행하는 구성으로 하여도 좋다.
본 실시형태에 제시된 구성은 다른 실시형태에 제시된 구성과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시형태 8)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태의 발광 소자를 갖는 발광 장치에 대하여 도 29 및 도 30을 참조하여 설명한다.
본 실시형태에서 제시하는 발광 장치(3000)의 사시도를 도 29의 (A)에 도시하고, 도 29의 (A)에 도시된 일점 쇄선 E-F에 상당하는 단면도를 도 29의 (B)에 각각 도시하였다. 또한, 도 29의 (A)에서, 도면의 복잡화를 피하기 위하여 구성 요소의 일부를 파선으로 도시하였다.
도 29의 (A) 및 (B)에 도시된 발광 장치(3000)는 기판(3001), 기판(3001) 위의 발광 소자(3005), 발광 소자(3005)의 외주에 제공된 제 1 밀봉 영역(3007), 및 제 1 밀봉 영역(3007)의 외주에 제공된 제 2 밀봉 영역(3009)을 갖는다.
또한, 발광 소자(3005)로부터의 발광은 기판(3001) 및 기판(3003) 중 어느 한쪽 또는 양쪽으로부터 사출된다. 도 29의 (A) 및 (B)에서는, 발광 소자(3005)로부터의 발광이 아래쪽(기판(3001) 측)으로 사출되는 구성에 대하여 설명한다.
또한, 도 29의 (A) 및 (B)에 도시된 바와 같이, 발광 장치(3000)는 발광 소자(3005)가 제 1 밀봉 영역(3007)과 제 2 밀봉 영역(3009)에 의하여 둘러싸여 배치되는 이중 밀봉 구조이다. 이중 밀봉 구조로 함으로써, 발광 소자(3005) 측에 들어가는 외부의 불순물(예를 들어, 물, 산소 등)을 적합하게 억제할 수 있다. 다만, 제 1 밀봉 영역(3007) 및 제 2 밀봉 영역(3009)을 반드시 제공할 필요는 없다. 예를 들어, 제 1 밀봉 영역(3007)만 제공되는 구성으로 하여도 좋다.
또한, 도 29의 (B)에서, 제 1 밀봉 영역(3007) 및 제 2 밀봉 영역(3009)은 기판(3001) 및 기판(3003)과 접촉하여 제공된다. 다만, 이에 한정되지 않으며, 예를 들어, 제 1 밀봉 영역(3007) 및 제 2 밀봉 영역(3009)의 한쪽 또는 양쪽은 기판(3001) 위에 형성되는 절연막, 또는 도전막과 접촉하여 제공되는 구성으로 하여도 좋다. 또는, 제 1 밀봉 영역(3007) 및 제 2 밀봉 영역(3009)의 한쪽 또는 양쪽은 기판(3003) 아래에 형성되는 절연막, 또는 도전막과 접촉하여 제공되는 구성으로 하여도 좋다.
기판(3001) 및 기판(3003)은 각각 실시형태 3에 제시된 기판(200) 및 기판(220)과 같은 구성으로 하면 좋다. 발광 소자(3005)는 상술한 실시형태에 제시된 발광 소자와 같은 구성으로 하면 좋다.
제 1 밀봉 영역(3007)으로서는, 유리를 함유하는 재료(예를 들어, 글라스 프릿, 글라스 리본 등)를 사용하면 좋다. 또한, 제 2 밀봉 영역(3009)으로서는 수지를 함유하는 재료를 사용하면 좋다. 제 1 밀봉 영역(3007)으로서 유리를 함유하는 재료를 사용함으로써, 생산성이나 밀봉성을 높일 수 있다. 또한, 제 2 밀봉 영역(3009)으로서 수지를 함유하는 재료를 사용함으로써, 내충격성이나 내열성을 높일 수 있다. 다만, 제 1 밀봉 영역(3007)과 제 2 밀봉 영역(3009)은 이에 한정되지 않으며, 제 1 밀봉 영역(3007)이 수지를 함유한 재료로 형성되고, 제 2 밀봉 영역(3009)이 유리를 함유한 재료로 형성되어도 좋다.
또한, 상술한 글라스 프릿은, 예를 들어, 산화 마그네슘, 산화 칼슘, 산화 스트론튬, 산화 바륨, 산화 세슘, 산화 소듐, 산화 포타슘, 산화 붕소, 산화 바나듐, 산화 아연, 산화 텔루륨, 산화 알루미늄, 이산화 실리콘, 산화 납, 산화 주석, 산화 인, 산화 루테늄, 산화 로듐, 산화 철, 산화 구리, 이산화 망가니즈, 산화 몰리브데넘, 산화 나이오븀, 산화 타이타늄, 산화 텅스텐, 산화 비스무트, 산화 지르코늄, 산화 리튬, 산화 안티모니, 납 붕산염 유리, 인산 주석 유리, 바나듐산염 유리 또는 보로실리케이트 유리 등을 함유한다. 적외광을 흡수시키기 위해서는 한 종류 이상의 전이 금속을 함유하는 것이 바람직하다.
또한, 상술한 글라스 프릿으로서는, 예를 들어, 기판 위에 프릿 페이스트를 도포하고, 이것에 가열 처리 또는 레이저 조사 등을 수행한다. 프릿 페이스트에는 상기 글라스 프릿과 유기 용매로 희석한 수지(바인더라고도 함)가 함유된다. 또한, 글라스 프릿에 레이저 광의 파장의 광을 흡수하는 흡수제를 첨가한 것을 사용하여도 좋다. 또한, 레이저로서, 예를 들어 Nd:YAG 레이저나 반도체 레이저 등을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 레이저 조사 시의 레이저 형상은 원형이나 사각형이라도 좋다.
또한, 상술한 수지를 함유하는 재료로서는, 예를 들어, 폴리에스터, 폴리올레핀, 폴리아마이드(나일론, 아라미드 등), 폴리이미드, 폴리카보네이트, 아크릴, 우레탄, 에폭시를 사용할 수 있다. 또한, 실록산 결합을 갖는 수지를 함유하는 재료를 사용할 수 있다.
또한, 제 1 밀봉 영역(3007) 및 제 2 밀봉 영역(3009) 중 어느 한쪽 또는 양쪽에 유리를 함유하는 재료를 사용하는 경우, 상기 유리를 함유하는 재료와 기판(3001)과의 열 팽창률이 가까운 것이 바람직하다. 상기 구성으로 함으로써, 열 응력에 의하여 유리를 함유하는 재료 또는 기판(3001)에 크랙이 생기는 것을 억제할 수 있다.
예를 들어, 제 1 밀봉 영역(3007)에 유리를 함유하는 재료를 사용하고, 제 2 밀봉 영역(3009)에 수지를 함유하는 재료를 사용하는 경우, 아래와 같은 우수한 효과를 갖는다.
제 2 밀봉 영역(3009)은 제 1 밀봉 영역(3007)보다 발광 장치(3000)의 외주부에 가까운 측에 제공된다. 발광 장치(3000)는 외주부로 향함에 따라, 외력 등에 의한 변형이 커진다. 따라서, 변형이 커지는 발광 장치(3000)의 외주부 측, 즉 제 2 밀봉 영역(3009)에는 수지를 함유하는 재료를 사용하여 밀봉하고, 제 2 밀봉 영역(3009)보다 안쪽에 제공되는 제 1 밀봉 영역(3007)에는 유리를 함유하는 재료를 사용하여 밀봉함으로써, 외력 등의 변형이 생겨도 발광 장치(3000)가 파손되기 어려워진다.
또한, 도 29의 (B)에 도시된 바와 같이, 기판(3001), 기판(3003), 제 1 밀봉 영역(3007), 및 제 2 밀봉 영역(3009)으로 둘러싸인 영역에는 제 1 영역(3011)이 형성된다. 또한, 기판(3001), 기판(3003), 발광 소자(3005), 및 제 1 밀봉 영역(3007)으로 둘러싸인 영역이 제 2 영역(3013)에 상당한다.
제 1 영역(3011) 및 제 2 영역(3013)으로서는, 예를 들어, 희가스 또는 질소 가스 등의 불활성 가스가 충전되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 제 1 영역(3011) 및 제 2 영역(3013)은 대기압 상태보다 감압 상태이면 더 바람직하다.
또한, 도 29의 (B)에 도시된 구성의 변형예를 도 29의 (C)에 도시하였다. 도 29의 (C)는 발광 장치(3000)의 변형예를 도시한 단면도이다.
도 29의 (C)는 기판(3003)의 일부에 오목부를 제공하고, 이 오목부에 건조제(3018)를 제공하는 구성이다. 그 이외의 구성에 대해서는 도 29의 (B)에 도시된 구성과 마찬가지이다.
건조제(3018)로서는, 화학 흡착에 의하여 수분 등을 흡착하는 물질, 또는 물리 흡착에 의하여 수분 등을 흡착하는 물질을 사용할 수 있다. 예를 들어, 건조제(3018)로서 사용할 수 있는 물질로서는, 알칼리 금속의 산화물, 알칼리 토금속의 산화물(산화 칼슘이나 산화 바륨 등), 황산염, 금속 할로젠화물, 과염소산염, 제올라이트, 실리카 젤 등을 들 수 있다.
다음에, 도 29의 (B)에 도시된 발광 장치(3000)의 변형예에 대하여, 도 30을 참조하여 설명한다. 또한, 도 30은 도 29의 (B)에 도시된 발광 장치(3000)의 변형예를 설명하기 위한 단면도이다.
도 30에 도시된 발광 장치는 제 2 밀봉 영역(3009)을 제공하지 않고, 제 1 밀봉 영역(3007)을 제공한 구성이다. 또한, 도 30에 도시된 발광 장치는 도 29의 (B)에 도시된 제 2 영역(3013) 대신에 영역(3014)을 갖는다.
영역(3014)에 사용하는 재료로서는, 예를 들어 폴리에스터, 폴리올레핀, 폴리아마이드(나일론, 아라미드 등), 폴리이미드, 폴리카보네이트, 아크릴, 우레탄, 에폭시를 들 수 있다. 또한, 실록산 결합을 갖는 수지를 함유한 재료를 사용할 수 있다.
영역(3014)에 상술한 재료를 사용함으로써, 소위 고체 밀봉 발광 장치로 할 수 있다.
또한, 도 30의 (B)에 도시된 발광 장치는 도 30의 (A)에 도시된 발광 장치의 기판(3001) 측에 기판(3015)을 제공하는 구성이다.
기판(3015)은 도 30의 (B)에 도시된 바와 같이 요철을 갖는다. 요철을 갖는 기판(3015)을 발광 소자(3005)의 광을 추출하는 측에 제공하는 구성으로 함으로써, 발광 소자(3005)로부터의 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 도 30의 (B)에 도시된 바와 같은 요철을 갖는 구조 대신에 확산판으로서 기능하는 기판을 제공하여도 좋다.
또한, 도 30의 (C)에 도시된 발광 장치는 도 30의 (A)에 도시된 발광 장치가 기판(3001) 측으로부터 광을 추출하는 구조인 한편, 기판(3003) 측으로부터 광을 추출하는 구조이다.
도 30의 (C)에 도시된 발광 장치는 기판(3003) 측에 기판(3015)을 갖는다. 그 이외의 구성은 도 30의 (B)에 도시된 발광 장치와 마찬가지이다.
또한, 도 30의 (D)에 도시된 발광 장치는 도 30의 (C)에 도시된 발광 장치의 기판(3003), 기판(3015)을 제공하지 않고, 기판(3016)을 제공하는 구성이다.
기판(3016)은 발광 소자(3005)의 가까운 측에 위치하는 제 1 요철과, 발광 소자(3005)의 먼 측에 위치하는 제 2 요철을 갖는다. 도 30의 (D)에 도시된 구성으로 함으로써, 발광 소자(3005)로부터의 광 추출 효율을 더 향상시킬 수 있다.
따라서, 본 실시형태에 제시된 구성을 사용함으로써, 수분이나 산소 등 불순물로 인한 발광 소자의 열화가 억제된 발광 장치를 구현할 수 있다. 또는, 본 실시형태에 제시된 구성을 사용함으로써, 광 추출 효율이 높은 발광 장치를 구현할 수 있다.
본 실시형태에 제시된 구성은 다른 실시형태에 제시된 구성과 적절히 조합할 수 있다.
(실시형태 9)
본 실시형태에서는, 본 발명의 일 형태의 발광 소자를 다양한 조명 장치 및 전자 기기에 적용하는 일례에 대하여, 도 31 및 도 32를 참조하여 설명한다.
본 발명의 일 형태의 발광 소자를 가요성을 갖는 기판 위에 제작함으로써, 곡면을 갖는 발광 영역을 갖는 전자 기기, 조명 장치를 구현할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 형태를 적용한 발광 장치는 자동차의 조명에도 적용할 수 있고, 예를 들어 대시보드나 앞 유리, 천장 등에 조명을 설치할 수도 있다.
도 31의 (A)는 다기능 단말기(3500)의 한쪽 면의 사시도이고, 도 31의 (B)는 다기능 단말기(3500)의 다른 쪽 면의 사시도이다. 다기능 단말기(3500)는 하우징(3502)에 표시부(3504), 카메라(3506), 조명(3508) 등이 제공되어 있다. 본 발명의 일 형태의 발광 장치를 조명(3508)에 사용할 수 있다.
조명(3508)은 본 발명의 일 형태의 발광 장치를 사용함으로써, 면광원으로서 기능한다. 따라서, LED로 대표되는 점광원과 달리, 지향성이 적은 발광이 얻어진다. 예를 들어, 조명(3508)과 카메라(3506)를 조합하여 사용하는 경우, 조명(3508)을 점등 또는 점멸시켜, 카메라(3506)에 의하여 촬상할 수 있다. 조명(3508)은 면광원으로서의 기능을 갖기 때문에, 자연광 하에서 촬영한 것 같은 사진을 촬영할 수 있다.
또한, 도 31의 (A), (B)에 도시된 다기능 단말기(3500)는 도 28의 (A)~(G)에 도시된 전자 기기와 마찬가지로 다양한 기능을 가질 수 있다.
또한, 하우징(3502)의 내부에, 스피커, 센서(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 포함하는 것), 마이크로폰 등을 가질 수 있다. 또한, 다기능 단말기(3500)의 내부에, 자이로스코프, 가속도 센서 등 기울기를 검출하는 센서를 갖는 검출 장치를 제공함으로써, 다기능 단말기(3500)의 방향(세로인지 가로인지)을 판단하여, 표시부(3504)의 화면 표시를 자동적으로 전환하도록 할 수 있다.
표시부(3504)는 이미지 센서로서 기능할 수도 있다. 예를 들어, 표시부(3504)에 손바닥이나 손가락으로 터치하여, 장문(掌紋), 지문(指紋) 등을 촬상함으로써, 본인 인증을 수행할 수 있다. 또한, 표시부(3504)에 근적외광을 발광하는 백 라이트 또는 근적외광을 발광하는 센싱용 광원을 사용하면, 손가락 정맥, 손바닥 정맥 등을 촬상할 수도 있다. 또한, 표시부(3504)에 본 발명의 일 형태의 발광 장치를 적용하여도 좋다.
도 31의 (C)는 방범용 라이트(3600)의 사시도이다. 라이트(3600)는 하우징(3602)의 외측에 조명(3608)을 포함하고, 하우징(3602)에 스피커(3610) 등이 제공되어 있다. 본 발명의 일 형태의 발광 장치를 조명(3608)에 사용할 수 있다.
라이트(3600)는 예를 들어, 조명(3608)을 손에 들거나 잡거나 유지함으로써 발광할 수 있다. 또한, 하우징(3602)의 내부에는 라이트(3600)로부터의 발광 방법을 제어할 수 있는 전자 회로를 구비하여도 좋다. 이 전자 회로는 예를 들어, 한 번 또는 간헐적으로 여러 번, 발광이 가능한 회로로 하여도 좋고, 발광의 전류값을 제어함으로써 발광의 광량을 조정할 수 있는 회로로 하여도 좋다. 또한, 조명(3608)의 발광과 동시에, 스피커(3610)로부터 큰 경보음이 울리는 것과 같은 회로를 제공하여도 좋다.
라이트(3600)는 모든 방향으로 발광할 수 있기 때문에, 예를 들어 폭력배 등에 대하여 광, 또는 광과 소리에 의하여 위협할 수 있다. 또한, 라이트(3600)가 디지털 스틸 카메라 등의 카메라를 가지거나 촬영 기능 등의 기능을 가져도 좋다.
도 32는 발광 소자를 실내의 조명 장치(8501)로서 사용한 예이다. 또한, 발광 소자는 대면적화도 가능하므로 대면적 조명 장치를 형성할 수도 있다. 또한, 곡면을 갖는 하우징을 사용함으로써, 발광 영역이 곡면을 갖는 조명 장치(8502)를 형성할 수도 있다. 본 실시형태에 제시된 발광 소자는 박막 형태이며, 하우징의 디자인 자유도가 높다. 따라서, 다양하게 디자인된 조명 장치를 형성할 수 있다. 또한, 실내의 벽면에 대형 조명 장치(8503)를 제공하여도 좋다. 또한, 조명 장치(8501, 8502, 8503)에 터치 센서를 설치하여, 전원의 온/오프 동작을 하여도 좋다.
또한, 발광 소자를 테이블의 표면 측에 사용함으로써 테이블로서의 기능을 갖는 조명 장치(8504)로 할 수 있다. 또한, 기타 가구의 일부에 발광 소자를 사용함으로써 가구로서의 기능을 갖는 조명 장치로 할 수 있다.
이와 같이 하여, 본 발명의 일 형태의 발광 장치를 적용하여 조명 장치 및 전자 기기를 얻을 수 있다. 또한, 적용할 수 있는 조명 장치 및 전자 기기는 본 실시형태에 제시된 것에 한정하지 않으며, 모든 분야의 조명 장치 및 전자 기기에 적용할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 제시된 구성은 다른 실시형태에 제시된 구성과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시예 1)
본 실시예에서는, 본 발명의 일 형태의 발광 소자 1 및 발광 소자 2의 제작예를 제시한다. 또한, 비교 발광 소자 1 및 비교 발광 소자 2의 제작예를 제시한다. 본 실시예에서 제작한 발광 소자의 단면 모식도는 도 1의 (A)에 도시된 발광 소자(250)와 마찬가지이다. 소자 구조의 자세한 사항을 표 2에 나타낸다. 또한, 본 실시예에서 사용한 화합물의 구조 및 약칭을 아래에 기재한다. 또한, 기타 화합물에 대해서는 실시형태 1을 참조하면 좋다.
[화학식 2]
Figure pat00009
[표 2]
Figure pat00010
<발광 소자 1의 제작>
기판 위에 전극(101)으로서 ITSO막을 두께 70nm로 형성하였다. 또한, 전극(101)의 전극 면적은 4mm2(2mm×2mm)로 하였다.
다음에, 전극(101) 위에 EL층(100)을 형성하였다. 정공 주입층(111)으로서는 1,3,5-트라이(다이벤조싸이오펜-4-일)벤젠(약칭: DBT3P-II)과 산화 몰리브데넘(MoO3)을 중량비 DBT3P-II: MoO3=1:0.5, 두께 60nm로 공증착하였다. 또한, 정공 수송층(112)으로서는, 4-페닐-4'-(9-페닐플루오렌-9-일)트라이페닐아민(약칭: BPAFLP)을 두께 20nm로 증착하였다.
다음에, 발광층(130)으로서는 4,6-비스[3-(9H-카바졸-9-일)페닐]피리미딘(약칭: 4,6mCzP2Pm), 3-[N-(9-페닐카바졸-3-일)-N-페닐아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzPCA1), 및 2,8-다이-tert-뷰틸-5,11-비스(4-tert-뷰틸페닐)-6,12-다이페닐테트라센(약칭: TBRb)을 중량비 4,6mCzP2Pm: PCzPCA1: TBRb=0.8:0.2:0.01, 두께 40nm로 공증착하였다. 또한, 발광층(130)에서 4,6mCzP2Pm 및 PCzPCA1이 호스트 재료(131)이고, TBRb가 게스트 재료(132)(형광 재료)이다.
또한, 발광층(130) 위에, 전자 수송층(118)으로서 4,6mCzP2Pm을 두께 20nm로, 및 BPhen을 두께 10nm로 순차적으로 증착하였다. 다음에, 전자 주입층(119)으로서 불화 리튬(LiF)을 두께 1nm로 증착하였다.
또한, 전극(102)으로서 알루미늄(Al)을 두께 200nm로 형성하였다.
다음에, 질소 분위기의 글로브 박스 내에서, EL층(100)을 형성한 기판에 유기 EL용 실란트를 사용하여 밀봉 기판을 고정함으로써 발광 소자 1을 밀봉하였다. 구체적으로는, 기판에 형성한 EL층(100)의 주위에 실란트를 도포하여 상기 기판과 밀봉 기판을 접합하고, 파장이 365nm인 자외광을 6J/cm2 조사하고, 80℃에서 1시간 동안 열처리하였다. 이상의 공정을 거쳐 발광 소자 1을 얻었다.
<발광 소자 2의 제작>
발광 소자 2는 상술한 발광 소자 1의 제작과, 발광층(130)의 호스트 재료와 전자 수송층(118)의 재료만 다르고, 그 이외의 공정은 발광 소자 1과 같은 제작 방법으로 하였다.
발광 소자 2의 발광층(130)으로서는 4-{3-[3'-(9H-카바졸-9-일)]바이페닐-3-일}벤조푸로[3,2-d]피리미딘(약칭: 4mCzBPBfpm), PCzPCA1, 및 TBRb를 중량비 4mCzBPBfpm:PCzPCA1:TBRb=0.8:0.2:0.01, 두께 40nm로 공증착하였다. 또한, 발광층(130)에서, 4mCzBPBfpm 및 PCzPCA1이 호스트 재료(131)이고 TBRb가 게스트 재료(132)(형광 재료)이다.
또한, 발광층(130) 위에 전자 수송층(118)으로서 4mCzBPBfpm을 두께 20nm로, 및 BPhen을 두께 10nm로 순차적으로 증착하였다.
<비교 발광 소자 1의 제작>
비교 발광 소자 1은 상술한 발광 소자 1의 제작과, 전극(101) 및 정공 주입층(111)의 막 두께, 및 발광층(130)의 게스트 재료가 다르고, 그 이외의 공정은 발광 소자 1과 같은 제작 방법으로 하였다.
비교 발광 소자 1의 전극(101)으로서 ITSO막을 두께 110nm로 형성하였다. 또한, 전극(101)의 전극 면적은 4mm2(2mm×2mm)로 하였다.
다음에, 전극(101) 위의 정공 주입층(111)으로서 DBT3P-II와 MoO3을 중량비 DBT3P-II:MoO3=1:0.5, 두께 20nm로 공증착하였다.
비교 발광 소자 1의 발광층(130)으로서는 4,6mCzP2Pm, PCzPCA1, 및 Rubrene(루브렌이라고도 함)을 중량비 4,6mCzP2Pm:PCzPCA1:Rubrene=0.8:0.2:0.01, 두께 40nm로 공증착하였다. 또한, 발광층(130)에서, 4,6mCzP2Pm 및 PCzPCA1이 호스트 재료(131)이고 Rubrene이 게스트 재료(132)(형광 재료)이다.
<비교 발광 소자 2의 제작>
비교 발광 소자 2는 상술한 발광 소자 2의 제작과, 발광층(130)의 게스트 재료만 다르고, 그 이외의 공정은 발광 소자 2와 같은 제작 방법으로 하였다.
비교 발광 소자 2의 발광층(130)으로서는 4mCzBPBfpm, PCzPCA1, 및 Rubrene을 중량비 4mCzBPBfpm:PCzPCA1:Rubrene=0.8:0.2:0.01, 두께 40nm로 공증착하였다. 또한, 발광층(130)에서, 4mCzBPBfpm 및 PCzPCA1이 호스트 재료(131)이고 Rubrene이 게스트 재료(132)(형광 재료)이다.
<발광 소자의 동작 특성>
다음에, 제작한 발광 소자 1, 발광 소자 2, 비교 발광 소자 1, 및 비교 발광 소자 2의 발광 특성을 측정하였다. 또한, 측정은 실온(23℃로 유지된 분위기)에서 수행하였다.
여기서, 1000cd/m2 부근의 발광 소자의 발광 특성을 표 3에 나타낸다. 또한, 발광 소자의 전류 효율-휘도 특성을 도 33에, 외부 양자 효율-휘도 특성을 도 34에, 휘도-전압 특성을 도 35에 나타내었다. 또한, 발광 소자에 2.5mA/cm2의 전류 밀도로 전류를 흘렸을 때의 전계 발광 스펙트럼을 도 36에 나타내었다.
[표 3]
Figure pat00011
도 36에 나타낸 바와 같이, 발광 소자 1, 발광 소자 2, 비교 발광 소자 1, 및 비교 발광 소자 2의 전계 발광 스펙트럼 피크로부터는 형광 재료인 TBRb 및 Rubrene이 나타내는 황색 발광만 관측되었다.
또한, 도 33, 도 34, 및 표 3에 나타낸 바와 같이 발광 소자 1 및 발광 소자 2는 높은 전류 효율, 및 외부 양자 효율을 나타내는 결과를 얻었다. 또한, 한 쌍의 전극으로부터 주입된 캐리어(정공 및 전자)의 재결합에 의하여 생성되는 단일항 여기자의 생성 확률이 최대로 25%이므로, 외부로의 광 추출 효율을 30%로 한 경우의 외부 양자 효율은 최대로 7.5%가 된다. 발광 소자 1, 발광 소자 2, 비교 발광 소자 1, 및 비교 발광 소자 2에서는 외부 양자 효율이 7.5%보다 높은 효율을 얻었다. 이것은 발광 소자 1, 발광 소자 2, 비교 발광 소자 1, 및 비교 발광 소자 2에서는 한 쌍의 전극으로부터 주입된 캐리어(정공 및 전자)의 재결합에 의하여 생성된 단일항 여기자에서 유래한 발광에 더하여 ExEF에 의하여 삼중항 여기자로부터 생성된 단일항 여기자에서 유래한 발광이 얻어지기 때문이다.
또한, 특히 발광 소자 1 및 발광 소자 2는 1000cd/m2 부근에 외부 양자 효율이 15% 이상으로 높은 효율을 나타내는 결과를 얻었다. 또한, 절대 형광 양자 수율 측정에 의하여 얻은 Rubrene의 형광 양자 수율은 61%이고 TBRb의 형광 양자 수율은 90%인 것으로부터, TBRb는 Rubrene의 1.5배 정도 높은 형광 양자 수율을 갖는다. 한편, TBRb를 게스트 재료로서 함유하는 발광 소자 1 및 발광 소자 2는 Rubrene을 게스트 재료로서 함유하는 비교 발광 소자 1 및 비교 발광 소자 2에 비하여 1000cd/m2 부근에 각각 1.7배 및 1.9배의 외부 양자 효율을 나타내었다. 즉, 발광 소자 1 및 발광 소자 2는 외부 양자 효율이 게스트 재료의 형광 양자 수율의 차이보다 크게 향상되는 결과가 되었다.
실시형태 1에 제시된 바와 같이, 발광 소자 1 및 발광 소자 2에 게스트 재료로서 사용한 TBRb는 tert-뷰틸기를 2개 이상 갖기 때문에, Rubrene보다 게스트 재료와 호스트 재료의 중심간 거리의 최소값이 크다. 그러므로, 덱스터 기구에 의한 호스트 재료로부터 게스트 재료로의 에너지 이동이 억제된다. 따라서, 호스트 재료의 삼중항 들뜬 상태로부터 게스트 재료의 삼중항 들뜬 상태로의 에너지 이동 효율이 저감되어, 발광층(130)에서 단일항 들뜬 상태의 생성 효율이 향상되었기 때문에, 발광 소자 1 및 발광 소자 2는 높은 발광 효율을 나타냈다고 할 수 있다.
또한, 발광 소자 1과 발광 소자 2가 같은 정도로 높은 발광 효율을 나타낸 것으로부터, 호스트 재료가 달라도 실시형태 1에 제시된 게스트 재료를 함유함으로써, 높은 발광 효율을 나타내는 발광 소자를 제작할 수 있는 것을 알았다.
또한, 도 35 및 표 3에 나타낸 바와 같이, 발광 소자 1 및 발광 소자 2는 낮은 전압으로 구동되었다. 즉, ExEF를 이용한 발광층을 가짐으로써, 낮은 전압으로 구동하는 발광 소자를 제작할 수 있다는 결과를 얻었다. 또한, 소비 전력이 저감된 발광 소자를 제작할 수 있다는 결과를 얻었다.
<발광 소자의 시간 분해 형광 측정>
다음에, 발광 소자 1, 발광 소자 2, 비교 발광 소자 1, 및 비교 발광 소자 2가 ExEF에 의하여 발광하고 있는지 여부를 조사하기 위하여, 시간 분해 형광 측정에 의하여 형광 수명을 산출하였다.
측정에는 피코초(picosecond) 형광 수명 측정 시스템(Hamamatsu Photonics K.K. 제조)을 이용하였다. 본 측정에서는 발광 소자의 형광 발광 수명을 측정하기 위하여, 발광 소자에 구형(矩形)파 펄스 전압을 인가하고, 그 전압의 하강으로부터 감쇠(減衰)되는 발광을 스트리크(streak) 카메라를 사용하여 시간 분해 측정하였다. 펄스 전압은 10Hz의 주기로 인가하고, 반복적으로 측정한 데이터를 적산하여 S/N비가 높은 데이터를 얻었다. 또한, 측정은 실온(300K)에서 발광 소자의 휘도가 1000cd/m2 부근이 되도록 3V~4V 부근의 인가 펄스 전압을 인가하고, 인가 펄스 시간 폭을 100μsec, 음바이어스 전압이 -5V(소자 구동이 OFF 상태일 때), 측정 시간 범위가 50μsec의 조건에서 수행하였다. 측정 결과를 도 37에 나타내었다. 도 37에 있어서, 세로축은 캐리어가 정상적으로 주입되는 상태(펄스 전압이 ON 상태일 때)에서의 발광 강도로 정규화된 강도를 나타낸다. 또한, 가로축은 펄스 전압의 하강으로부터 경과한 시간을 나타낸다.
또한, 도 37에 도시된 감쇠 곡선에 대하여 수학식 6을 이용하여 피팅을 수행하였다.
[수학식 6]
Figure pat00012
수학식 6에서 L은 정규화된 발광 강도를 나타내고, t는 경과 시간을 나타낸다. 감쇠 곡선의 피팅을 수행한 결과, n이 1~3에서 피팅을 수행할 수 있었다. 감쇠 곡선의 피팅 결과로부터, 형광의 초기 성분의 비율 및 그 형광 수명을 각각 A1, a1로 하고, 지연 형광 성분 중 수명이 가장 짧은 성분의 비율 및 그 형광 수명을 각각 A2, a2로 한 결과, 발광 소자 1, 발광 소자 2, 비교 발광 소자 1, 및 비교 발광 소자 2의 발광 성분에는 각각 형광 수명이 0.3μs인 초기 형광 성분(prompt 성분이라고도 함)과 3.0μs인 지연 형광 성분(delayed 성분이라고도 함)이 포함되어 있는 것을 알았다. 또한, 상기 지연 형광 성분이 발광에 차지하는 비율은 발광 소자 1, 발광 소자 2, 비교 발광 소자 1, 및 비교 발광 소자 2에서 각각 19%, 13%, 18%, 및 10%로 산출되었다. 따라서, 발광 소자 1은 비교 발광 소자 1보다 높은 비율로 지연 형광 성분을 포함하고, 발광 소자 2는 비교 발광 소자 2보다 높은 비율로 지연 형광 성분을 포함하는 것을 알았다.
즉, 게스트 재료에 TBRb를 사용함으로써, 높은 비율로 지연 형광 성분을 포함하고 높은 발광 효율을 갖는 발광 소자를 제작할 수 있다는 결과를 얻었다.
또한, 발광 소자 1, 발광 소자 2, 비교 발광 소자 1, 및 비교 발광 소자 2의 시간 분해 형광 측정에 의하여 얻어진 과도 전계 발광 스펙트럼의 초기 형광 성분 및 지연 형광 성분을 도 38의 (A), (B), 도 39의 (A), 및 (B)에 각각 나타내었다. 도 38 및 도 39에 나타낸 바와 같이, 초기 형광 성분과 지연 형광 성분에서 게스트 재료(TBRb 및 Rubrene)의 발광 스펙트럼은 거의 일치하였다. 따라서, 한 쌍의 전극으로부터 주입된 캐리어가 재결합하여 생성된 단일항 여기자와, 들뜬 복합체에서 역항간 교차에 의하여 생성된 단일항 여기자의 양쪽의 단일항 들뜬 에너지가 게스트 재료(TBRb 및 Rubrene)의 단일항 들뜬 에너지 준위로 이동한 것으로 시사되었다.
본 실시예에 제시된 구성은 다른 실시형태 및 다른 실시예와 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시예 2)
본 실시예에서는, 본 발명의 일 형태의 발광 소자 3 및 발광 소자 4의 제작예를 제시한다. 또한, 비교 발광 소자 3 및 비교 발광 소자 4의 제작예를 제시한다. 본 실시예에서 제작한 발광 소자의 단면 모식도는 도 1의 (A)에 도시된 발광 소자(250)와 마찬가지이다. 소자 구조의 자세한 사항을 표 4에 나타낸다. 또한, 본 실시예에서 사용한 화합물의 구조 및 약칭을 아래에 기재한다. 또한, 기타 화합물에 대해서는 실시형태 1 및 실시예 1을 참조하면 좋다.
[화학식 3]
Figure pat00013
[표 4]
Figure pat00014
<발광 소자 3의 제작>
발광 소자 3은 상술한 발광 소자 1의 제작과, 발광층(130)의 호스트 재료만 다르고, 그 이외의 공정은 발광 소자 1과 같은 제작 방법으로 하였다.
발광 소자 3의 발광층(130)으로서는 4,6mCzP2Pm, N-(4-바이페닐)-N-(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)-9-페닐-9H-카바졸-3-아민(약칭: PCBiF), 및 TBRb를 중량비 4,6mCzP2Pm:PCBiF:TBRb=0.8:0.2:0.01, 두께 40nm로 공증착하였다. 또한, 발광층(130)에서 4,6mCzP2Pm 및 PCBiF가 호스트 재료(131)이고 TBRb가 게스트 재료(132)(형광 재료)이다.
<발광 소자 4의 제작>
발광 소자 4는 상술한 발광 소자 1의 제작과, 발광층(130)의 호스트 재료만 다르고, 그 이외의 공정은 발광 소자 1과 같은 제작 방법으로 하였다.
발광 소자 4의 발광층(130)으로서는 4,6mCzP2Pm, N-(3-바이페닐)-N-(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)-9-페닐-9H-카바졸-3-아민(약칭: mPCBiF), 및 TBRb를 중량비 4,6mCzP2Pm:mPCBiF:TBRb=0.8:0.2:0.01, 두께 40nm로 공증착하였다. 또한, 발광층(130)에서 4,6mCzP2Pm 및 mPCBiF가 호스트 재료(131)이고 TBRb가 게스트 재료(132)(형광 재료)이다.
<비교 발광 소자 3의 제작>
비교 발광 소자 3은 상술한 비교 발광 소자 1의 제작과, 발광층(130)의 호스트 재료만 다르고, 그 이외의 공정은 비교 발광 소자 1과 같은 제작 방법으로 하였다.
비교 발광 소자 3의 발광층(130)으로서는 4,6mCzP2Pm, PCBiF, 및 Rubrene을 중량비 4,6mCzP2Pm:PCBiF:Rubrene=0.8:0.2:0.01, 두께 40nm로 공증착하였다. 또한, 발광층(130)에서 4,6mCzP2Pm 및 PCBiF가 호스트 재료(131)이고 Rubrene이 게스트 재료(132)(형광 재료)이다.
<비교 발광 소자 4의 제작>
비교 발광 소자 4는 상술한 비교 발광 소자 3의 제작과, 발광층(130)의 구성만 다르고, 그 이외의 공정은 비교 발광 소자 3과 같은 제작 방법으로 하였다. 또한, 비교 발광 소자 4의 발광층(130)은 발광 소자 4의 발광층(130)과, 게스트 재료만 다른 구성이다.
비교 발광 소자 4의 발광층(130)으로서는 4,6mCzP2Pm, mPCBiF, 및 Rubrene을 중량비 4,6mCzP2Pm:mPCBiF:Rubrene=0.8:0.2:0.01, 두께 40nm로 공증착하였다. 또한, 발광층(130)에서 4,6mCzP2Pm 및 mPCBiF가 호스트 재료(131)이고 Rubrene이 게스트 재료(132)(형광 재료)이다.
<발광 소자의 동작 특성>
다음에, 제작한 발광 소자 3, 발광 소자 4, 비교 발광 소자 3, 및 비교 발광 소자 4의 발광 특성을 측정하였다. 또한, 측정은 실온(23℃로 유지된 분위기)에서 수행하였다.
여기서, 1000cd/m2 부근의 발광 소자의 발광 특성을 표 5에 나타낸다. 또한, 발광 소자의 전류 효율-휘도 특성을 도 40에, 외부 양자 효율-휘도 특성을 도 41에, 휘도-전압 특성을 도 42에 나타내었다. 또한, 발광 소자에 2.5mA/cm2의 전류 밀도로 전류를 흘렸을 때의 전계 발광 스펙트럼을 도 43에 나타내었다.
[표 5]
Figure pat00015
도 43에 나타낸 바와 같이, 발광 소자 3, 발광 소자 4, 비교 발광 소자 3, 및 비교 발광 소자 4의 전계 발광 스펙트럼 피크로부터는 형광 재료인 TBRb 및 Rubrene이 나타내는 황색 발광만 관측되었다.
또한, 도 40, 도 41, 및 표 5에 나타낸 바와 같이, 발광 소자 3 및 발광 소자 4는 높은 전류 효율 및 외부 양자 효율을 나타내는 결과를 얻었다. 발광 소자 3, 발광 소자 4, 비교 발광 소자 3, 및 비교 발광 소자 4에서는 외부 양자 효율이 7.5%보다 높은 효율을 얻었다. 이것은 발광 소자 3, 발광 소자 4, 비교 발광 소자 3, 및 비교 발광 소자 4에서는 한 쌍의 전극으로부터 주입된 캐리어(정공 및 전자)의 재결합에 의하여 생성된 단일항 여기자에서 유래한 발광에 더하여 ExEF에 의하여 삼중항 여기자로부터 생성된 단일항 여기자에서 유래한 발광이 얻어지기 때문이다.
또한, 특히 발광 소자 3 및 발광 소자 4는 1000cd/m2 부근에 외부 양자 효율이 14% 이상으로 높은 효율을 나타내는 결과를 얻었다. 또한, 발광 소자 3 및 발광 소자 4는 비교 발광 소자 3 및 비교 발광 소자 4에 비하여 1000cd/m2 부근에 각각 1.6배 및 1.7배의 외부 양자 효율을 나타내었다. 즉, 발광 소자 3 및 발광 소자 4는 외부 양자 효율이 실시예 1에 제시된 게스트 재료의 형광 양자 수율의 차이보다 크게 향상되는 결과가 되었다.
실시형태 1에 제시된 바와 같이, 발광 소자 3 및 발광 소자 4가 갖는 게스트 재료인 TBRb는 tert-뷰틸기를 2개 이상 갖기 때문에, Rubrene보다 게스트 재료와 호스트 재료의 중심간 거리의 최소값이 크다. 따라서, 발광층(130)에서 단일항 들뜬 상태의 생성 효율이 향상되어, 발광 소자 3 및 발광 소자 4는 높은 발광 효율을 나타냈다고 할 수 있다.
또한, 발광 소자 3과 발광 소자 4가 같은 정도로 높은 발광 효율을 나타내므로, 호스트 재료가 달라도 실시형태 1에 제시된 게스트 재료를 함유함으로써, 높은 발광 효율을 나타내는 발광 소자를 제작할 수 있는 것을 알았다.
또한, 도 42 및 표 5에 나타낸 바와 같이, 발광 소자 3 및 발광 소자 4는 낮은 전압으로 구동되었다. 즉, ExEF를 이용한 발광층을 포함함으로써, 낮은 전압으로 구동하는 발광 소자를 제작할 수 있다는 결과를 얻었다. 또는, 소비 전력이 저감된 발광 소자를 제작할 수 있다는 결과를 얻었다.
<발광 소자의 시간 분해 형광 측정>
다음에, 발광 소자 3, 발광 소자 4, 비교 발광 소자 3, 및 비교 발광 소자 4가 ExEF에 의하여 발광하고 있는지 여부를 조사하기 위하여, 시간 분해 형광 측정에 의하여 형광 수명을 산출하였다.
측정 방법은 실시예 1을 참조하면 좋다. 측정 결과를 도 44에 나타내었다. 또한, 도 44에 나타낸 감쇠 곡선에 대하여 수학식 6을 이용하여 피팅을 수행한 결과, n이 1~3에서 피팅을 수행할 수 있었다.
감쇠 곡선의 피팅 결과로부터, 형광의 초기 성분의 비율 및 그 형광 수명을 각각 A1, a1로 하고, 지연 형광 성분 중 수명이 가장 짧은 성분의 비율 및 그 형광 수명을 각각 A2, a2로 한 결과, 발광 소자 3, 발광 소자 4, 비교 발광 소자 3, 및 비교 발광 소자 4의 발광 성분에는 각각 형광 수명이 0.3μs인 초기 형광 성분(prompt 성분이라고도 함)과 3.0μs인 지연 형광 성분(delayed 성분이라고도 함)이 포함되어 있는 것을 알았다. 또한, 상기 지연 형광 성분이 발광에 차지하는 비율은 발광 소자 3, 발광 소자 4, 비교 발광 소자 3, 및 비교 발광 소자 4에서 각각 38%, 38%, 28%, 및 28%로 산출되었다. 따라서, 발광 소자 3은 비교 발광 소자 3보다 높은 비율로 지연 형광 성분을 갖고, 발광 소자 4는 비교 발광 소자 4보다 높은 비율로 지연 형광 성분을 갖는 것을 알았다.
즉, 게스트 재료에 TBRb를 사용함으로써, 높은 비율로 지연 형광 성분을 포함하고 높은 발광 효율을 갖는 발광 소자를 제작할 수 있다는 결과를 얻었다.
또한, 발광 소자 3, 발광 소자 4, 비교 발광 소자 3, 및 비교 발광 소자 4의 시간 분해 형광 측정에 의하여 얻어진 과도 전계 발광 스펙트럼의 초기 형광 성분 및 지연 형광 성분을 도 45의 (A), (B), 도 46의 (A), 및 (B)에 각각 나타내었다. 도 45 및 도 46에 나타낸 바와 같이, 게스트 재료(TBRb 및 Rubrene)의 발광 스펙트럼은 초기 형광 성분과 지연 형광 성분에서 거의 일치하였다. 따라서, 한 쌍의 전극으로부터 주입된 캐리어가 재결합하여 생성된 단일항 여기자와, 들뜬 복합체에서 역항간 교차에 의하여 생성된 단일항 여기자의 양쪽의 단일항 들뜬 에너지가 게스트 재료(TBRb 및 Rubrene)의 단일항 들뜬 에너지 준위로 이동한 것으로 시사되었다.
본 실시예에 제시된 구성은 다른 실시형태 및 다른 실시예와 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시예 3)
본 실시예에서는, 본 발명의 일 형태의 발광 소자 5 및 비교 발광 소자 5의 제작예를 제시한다. 본 실시예에서 제작한 발광 소자의 단면 모식도는 도 1의 (A)에 도시된 발광 소자(250)와 마찬가지이다. 소자 구조의 자세한 사항을 표 6에 나타낸다. 또한, 본 실시예에서 사용한 화합물의 구조 및 약칭을 아래에 기재한다. 또한, 기타 화합물에 대해서는 실시형태 1 및 실시예 1을 참조하면 좋다.
[화학식 4]
Figure pat00016
[표 6]
Figure pat00017
<발광 소자 5의 제작>
발광 소자 5는 상술한 발광 소자 2의 제작과, 발광층(130)의 호스트 재료만 다르고, 그 이외의 공정은 발광 소자 2와 같은 제작 방법으로 하였다.
발광 소자 5의 발광층(130)으로서는 4mCzBPBfpm, 2-[N-(9-페닐카바졸-3-일)-N-페닐아미노]스파이로-9,9'-바이플루오렌(약칭: PCASF), 및 TBRb를 중량비 4mCzBPBfpm:PCASF:TBRb=0.8:0.2:0.01, 두께 40nm로 공증착하였다. 또한, 발광층(130)에서 4mCzBPBfpm 및 PCASF가 호스트 재료(131)이고 TBRb가 게스트 재료(132)(형광 재료)이다.
<비교 발광 소자 5의 제작>
비교 발광 소자 5는 상술한 발광 소자 5의 제작과, 발광층(130)의 게스트 재료만 다르고, 그 이외의 공정은 발광 소자 5와 같은 제작 방법으로 하였다.
비교 발광 소자 5의 발광층(130)으로서는 4mCzBPBfpm, PCASF, 및 Rubrene을 중량비 4mCzBPBfpm:PCASF:Rubrene=0.8:0.2:0.01, 두께 40nm로 공증착하였다. 또한, 발광층(130)에서 4mCzBPBfpm 및 PCASF가 호스트 재료(131)이고 Rubrene이 게스트 재료(132)(형광 재료)이다.
<발광 소자의 동작 특성>
다음에, 제작한 발광 소자 5 및 비교 발광 소자 5의 발광 특성을 측정하였다. 또한, 측정은 실온(23℃로 유지된 분위기)에서 수행하였다.
여기서, 1000cd/m2 부근의 발광 소자의 발광 특성을 표 7에 나타낸다. 또한, 발광 소자의 전류 효율-휘도 특성을 도 47에, 외부 양자 효율-휘도 특성을 도 48에, 휘도-전압 특성을 도 49에 나타내었다. 또한, 발광 소자에 2.5mA/cm2의 전류 밀도로 전류를 흘렸을 때의 전계 발광 스펙트럼을 도 50에 나타내었다.
[표 7]
Figure pat00018
도 50에 나타낸 바와 같이, 발광 소자 5 및 비교 발광 소자 5의 전계 발광 스펙트럼 피크로부터는 형광 재료인 TBRb 및 Rubrene이 나타내는 황색 발광만 관측되었다.
또한, 도 47, 도 48, 및 표 7에 나타낸 바와 같이, 발광 소자 5는 높은 전류 효율 및 외부 양자 효율을 나타내는 결과를 얻었다. 발광 소자 5 및 비교 발광 소자 5에서는 외부 양자 효율이 7.5%보다 높은 효율을 얻었다. 이것은 발광 소자 5 및 비교 발광 소자 5에서는 한 쌍의 전극으로부터 주입된 캐리어(정공 및 전자)의 재결합에 의하여 생성된 단일항 여기자에서 유래한 발광에 더하여 ExEF에 의하여 삼중항 여기자로부터 생성된 단일항 여기자에서 유래한 발광이 얻어지기 때문이다.
또한, 특히 발광 소자 5는 1000cd/m2 부근에 외부 양자 효율이 16%로 높은 효율을 나타내는 결과를 얻었다. 또한, 발광 소자 5는 비교 발광 소자 5에 비하여 1000cd/m2 부근에 1.7배의 외부 양자 효율을 나타내었다. 즉, 발광 소자 5는 효율이 실시예 1에서 제시한 게스트 재료의 형광 양자 수율의 차이보다 크게 향상되는 결과가 되었다.
실시형태 1에 제시된 바와 같이, 발광 소자 5가 갖는 게스트 재료인 TBRb는 tert-뷰틸기를 2개 이상 갖기 때문에, Rubrene보다 게스트 재료와 호스트 재료의 중심간 거리의 최소값이 크다. 따라서, 발광층(130)에서 단일항 들뜬 상태의 생성 효율이 향상되어, 발광 소자 5는 높은 발광 효율을 나타냈다고 할 수 있다.
또한, 도 49 및 표 7에 나타낸 바와 같이, 발광 소자 5는 낮은 전압으로 구동되었다. 즉, ExEF를 이용한 발광층을 가짐으로써, 낮은 전압으로 구동하는 발광 소자를 제작할 수 있다는 결과를 얻었다. 또는, 소비 전력이 저감된 발광 소자를 제작할 수 있다는 결과를 얻었다.
본 실시예에 제시된 구성은 다른 실시형태 및 다른 실시예와 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시예 4)
본 실시예에서는 본 발명의 일 형태의 발광 소자의 발광층의 시간 분해 형광 측정을 수행한 결과를 제시한다. 본 실시예에서 사용한 화합물의 구조 및 약칭을 아래에 기재한다. 또한, 기타 화합물에 대해서는 실시형태 1을 참조하면 좋다.
[화학식 5]
Figure pat00019
<박막 샘플의 제작>
발광 소자의 발광층의 시간 분해 형광 측정을 하기 위하여 석영 기판 위에 진공 증착법에 의하여 박막 샘플을 제작하였다.
박막 1로서는 4,6mCzP2Pm, 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 TBRb를 중량비 4,6mCzP2Pm: PCBBiF: TBRb=0.8:0.2:0.01, 두께 50nm로 공증착하였다. 또한, 박막 1은 4,6mCzP2Pm 및 PCBBiF가 호스트 재료(131)이고, TBRb가 게스트 재료(132)(형광 재료)이다.
박막 2로서는 4,6mCzP2Pm, PCBBiF, 및 Rubrene을 중량비 4,6mCzP2Pm: PCBBiF: Rubrene=0.8:0.2:0.01, 두께 50nm로 공증착하였다. 또한, 박막 2는 4,6mCzP2Pm 및 PCBBiF가 호스트 재료(131)이고, Rubrene이 게스트 재료(132)(형광 재료)이다.
박막 3으로서는 4,6mCzP2Pm 및 PCBBiF를 중량비 4,6mCzP2Pm:PCBBiF=0.8:0.2, 두께 50nm로 공증착하였다. 또한, 박막 3은 4,6mCzP2Pm 및 PCBBiF가 호스트 재료(131)에 상당하고, 게스트 재료(132)(형광 재료)를 갖지 않는 박막이다.
박막 4로서는 4,6mCzP2Pm 및 PCASF를 중량비 4,6mCzP2Pm:PCASF=0.8:0.2, 두께 50nm로 공증착하였다. 또한, 박막 4는 4,6mCzP2Pm 및 PCASF가 호스트 재료(131)에 상당하고, 게스트 재료(132)(형광 재료)를 갖지 않는 박막이다.
박막 5로서는 4mCzBPBfpm 및 PCBBiF를 중량비 4mCzBPBfpm:PCBBiF=0.8:0.2, 두께 50nm로 공증착하였다. 또한, 박막 5는 4mCzBPBfpm 및 PCBBiF가 호스트 재료(131)에 상당하고, 게스트 재료(132)(형광 재료)를 갖지 않는 박막이다.
박막 6으로서는 4mCzBPBfpm 및 PCASF를 중량비 4mCzBPBfpm:PCASF=0.8:0.2, 두께 50nm로 공증착하였다. 또한, 박막 6은 4mCzBPBfpm 및 PCASF가 호스트 재료(131)에 상당하고, 게스트 재료(132)(형광 재료)를 갖지 않는 박막이다.
또한, 질소 분위기의 글로브 박스 내에서, 박막 샘플을 성막한 석영 기판 위에 유기 EL용 실란트를 사용하여 밀봉 기판을 고정함으로써 박막 1~박막 6을 각각 밀봉하였다. 구체적으로는, 석영 기판에 형성한 박막의 주위에 실란트를 도포하여 이 석영 기판과 밀봉 기판을 접합하고, 파장이 365nm인 자외광을 6J/cm2 조사하고, 80℃에서 1시간 동안 열처리하였다.
<박막 샘플의 시간 분해 형광 측정>
측정에는 피코초 형광 수명 측정 시스템(Hamamatsu Photonics K.K. 제조)을 이용하였다. 본 측정에서는 박막이 나타내는 형광 발광의 수명을 측정하기 위하여, 박막에 펄스 레이저를 조사하고, 레이저 조사 후부터 감쇠되는 발광을 스트리크 카메라를 사용하여 시간 분해 측정하였다. 펄스 레이저에는 파장이 337nm인 질소 가스 레이저를 사용하여, 500ps인 펄스 레이저를 10Hz의 주기로 박막에 조사하고, 반복 측정한 데이터를 적산함으로써, S/N비가 높은 데이터를 얻었다. 또한, 측정은 실온(23℃로 유지된 분위기)에서 수행하였다. 또한, 측정 범위는 1ms로 하였다.
박막 1 및 박막 2로부터는 각각 게스트 재료인 TBRb 및 Rubrene이 나타내는 황색 발광이 관측되었다. 또한, 박막 3으로부터는 4,6mCzP2Pm과 PCBBiF가 형성하는 들뜬 복합체가 나타내는 510nm 부근을 최대값으로 하는 발광 스펙트럼이 얻어지고, 박막 4로부터는 4,6mCzP2Pm과 PCASF가 형성하는 들뜬 복합체가 나타내는 545nm 부근을 최대값으로 하는 발광 스펙트럼이 얻어지고, 박막 5로부터는 4mCzBPBfpm과 PCBBiF가 형성하는 들뜬 복합체가 나타내는 549nm 부근을 최대값으로 하는 발광 스펙트럼이 얻어지고, 박막 6으로부터는 4mCzBPBfpm과 PCASF가 형성하는 들뜬 복합체가 나타내는 551nm 부근을 최대값으로 하는 발광 스펙트럼이 얻어졌다. 측정에 의하여 얻어진 감쇠 곡선을 도 51 및 도 52에 나타내었다.
도 51에 나타낸 바와 같이 박막 1 및 박막 2의 감쇠 곡선은 대략 일치하는 결과가 얻어졌다. 본 실시예에서는 광 여기에 의하여 호스트 재료가 들뜨게 되어, 박막 1 및 박막 2가 갖는 게스트 재료로부터의 발광을 관측하였다. 즉, 박막 1 및 박막 2에서 단일항 들뜬 상태만 생성되는 조건이다. 박막 1과 박막 2에서 형광 수명이 대략 일치하는 것으로부터 게스트 재료가 달라도 호스트 재료의 단일항 들뜬 상태로부터 게스트 재료의 단일항 들뜬 상태로의 에너지 이동은 거의 변화되지 않는 것이 시사된다.
따라서, 실시예 1~실시예 3에서 제시한 발광 소자에 있어서, 실시형태 1에서 제시한 게스트 재료를 사용함으로써, 지연 형광 성분의 비율이 증가되고, 발광 효율이 향상되는 결과가 얻어진 원인은 호스트 재료의 삼중항 들뜬 상태로부터 게스트 재료의 삼중항 들뜬 상태로의 에너지 이동이 억제되고, 들뜬 복합체에서의 역항간 교차에 의하여 단일항 여기자의 생성 효율이 향상되었기 때문이라고 할 수 있다.
또한, 도 52에 도시된 박막 3~박막 6의 감쇠 곡선에 대하여, 수학식 6을 이용하여 피팅을 수행한 결과, n=1~3에서 피팅을 수행할 수 있었다. 피팅의 결과로서, 박막 3, 박막 4, 박막 5, 및 박막 6의 발광 성분에는 형광 수명이 3.9μs인 이른 형광 성분에 더하여, 형광 수명이 각각 58μs, 30μs, 27μs, 및 16μs인 지연 형광 성분이 포함되어 있는 것을 알았다. 또한, 상기 지연 형광 성분이 발광에 차지하는 비율은 각각 10%, 24%, 33%, 및 31%로 산출되었다.
들뜬 복합체는 단일항 들뜬 상태의 에너지 준위와 삼중항 들뜬 상태의 에너지 준위가 근접한 성질을 갖는다. 따라서, 박막 3~박막 6이 나타난 지연 형광 성분은 상기 들뜬 복합체의 단일항 들뜬 상태 및 삼중항 들뜬 상태 사이의 항간 교차 및 역항간 교차에서 유래한 열 활성화 지연 형광이다. 따라서, 박막 3~박막 6은 모두 본 발명의 일 형태에 적합한 들뜬 복합체이다. 또한, 박막 4~박막 6의 지연 형광은 형광 수명이 50μs 이하로 비교적 짧은 지연 형광 성분을 갖는 것으로부터, 이들 들뜬 복합체에서의 역항간 교차의 속도 상수는 비교적 큰 것이 시사되었다. 그러므로, 박막 4~박막 6의 들뜬 복합체는 게스트 재료로의 에너지 이동의 매체로서 더 적합한 호스트 재료라고 할 수 있다.
본 실시예에 제시된 구성은 다른 실시형태 및 다른 실시예와 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
100: EL층
101: 전극
101a: 도전층
101b: 도전층
101c: 도전층
102: 전극
103: 전극
103a: 도전층
103b: 도전층
104: 전극
104a: 도전층
104b: 도전층
106: 발광 유닛
108: 발광 유닛
111: 정공 주입층
112: 정공 수송층
113: 전자 수송층
114: 전자 주입층
115: 전하 발생층
116: 정공 주입층
117: 정공 수송층
118: 전자 수송층
119: 전자 주입층
120: 발광층
121: 호스트 재료
122: 게스트 재료
123B: 발광층
123G: 발광층
123R: 발광층
130: 발광층
131: 호스트 재료
131_1: 유기 화합물
131_2: 유기 화합물
132: 게스트 재료
140: 발광층
141: 호스트 재료
141_1: 유기 화합물
141_2: 유기 화합물
142: 게스트 재료
145: 격벽
150: 발광층
150a: 발광층
150b: 발광층
200: 기판
220: 기판
221B: 영역
221G: 영역
221R: 영역
222B: 영역
222G: 영역
222R: 영역
223: 차광층
224B: 광학 소자
224G: 광학 소자
224R: 광학 소자
250: 발광 소자
260: 발광 소자
262: 발광 소자
270a: 발광 소자
270b: 발광 소자
272a: 발광 소자
272b: 발광 소자
301_1: 배선
301_5: 배선
301_6: 배선
301_7: 배선
302_1: 배선
302_2: 배선
303_1: 트랜지스터
303_6: 트랜지스터
303_7: 트랜지스터
304: 용량 소자
304_1: 용량 소자
304_2: 용량 소자
305: 발광 소자
306_1: 배선
306_3: 배선
307_1: 배선
307_3: 배선
308_1: 트랜지스터
308_6: 트랜지스터
309_1: 트랜지스터
309_2: 트랜지스터
311_1: 배선
311_3: 배선
312_1: 배선
312_2: 배선
600: 표시 장치
601: 신호선 구동 회로부
602: 화소부
603: 주사선 구동 회로부
604: 밀봉 기판
605: 실란트
607: 영역
608: 배선
609: FPC
610: 소자 기판
611: 트랜지스터
612: 트랜지스터
613: 하부 전극
614: 격벽
616: EL층
617: 상부 전극
618: 발광 소자
621: 광학 소자
622: 차광층
623: 트랜지스터
624: 트랜지스터
801: 화소 회로
802: 화소부
804: 구동 회로부
804a: 주사선 구동 회로
804b: 신호선 구동 회로
806: 보호 회로
807: 단자부
852: 트랜지스터
854: 트랜지스터
862: 용량 소자
872: 발광 소자
1001: 기판
1002: 하지 절연막
1003: 게이트 절연막
1006: 게이트 전극
1007: 게이트 전극
1008: 게이트 전극
1020: 층간 절연막
1021: 층간 절연막
1022: 전극
1024B: 하부 전극
1024G: 하부 전극
1024R: 하부 전극
1024Y: 하부 전극
1025: 격벽
1026: 상부 전극
1028: EL층
1029: 밀봉층
1031: 밀봉 기판
1032: 실란트
1033: 기재
1034B: 착색층
1034G: 착색층
1034R: 착색층
1034Y: 착색층
1035: 차광층
1036: 오버 코트층
1037: 층간 절연막
1040: 화소부
1041: 구동 회로부
1042: 주변부
2000: 터치 패널
2001: 터치 패널
2501: 표시 장치
2502R: 화소
2502t: 트랜지스터
2503c: 용량 소자
2503g: 주사선 구동 회로
2503s: 신호선 구동 회로
2503t: 트랜지스터
2509: FPC
2510: 기판
2510a: 절연층
2510b: 가요성 기판
2510c: 접착층
2511: 배선
2519: 단자
2521: 절연층
2528: 격벽
2550R: 발광 소자
2560: 밀봉층
2567BM: 차광층
2567p: 반사 방지층
2567R: 착색층
2570: 기판
2570a: 절연층
2570b: 가요성 기판
2570c: 접착층
2580R: 발광 모듈
2590: 기판
2591: 전극
2592: 전극
2593: 절연층
2594: 배선
2595: 터치 센서
2597: 접착층
2598: 배선
2599: 접속층
2601: 펄스 전압 출력 회로
2602: 전류 검출 회로
2603: 용량 소자
2611: 트랜지스터
2612: 트랜지스터
2613: 트랜지스터
2621: 전극
2622: 전극
3000: 발광 장치
3001: 기판
3003: 기판
3005: 발광 소자
3007: 밀봉 영역
3009: 밀봉 영역
3011: 영역
3013: 영역
3014: 영역
3015: 기판
3016: 기판
3018: 건조제
3500: 다기능 단말기
3502: 하우징
3504: 표시부
3506: 카메라
3508: 조명
3600: 라이트
3602: 하우징
3608: 조명
3610: 스피커
8000: 표시 모듈
8001: 상부 커버
8002: 하부 커버
8003: FPC
8004: 터치 센서
8005: FPC
8006: 표시 장치
8009: 프레임
8010: 프린트 기판
8011: 배터리
8501: 조명 장치
8502: 조명 장치
8503: 조명 장치
8504: 조명 장치
9000: 하우징
9001: 표시부
9003: 스피커
9005: 조작 키
9006: 접속 단자
9007: 센서
9008: 마이크로폰
9050: 조작 버튼
9051: 정보
9052: 정보
9053: 정보
9054: 정보
9055: 힌지
9100: 휴대 정보 단말기
9101: 휴대 정보 단말기
9102: 휴대 정보 단말기
9200: 휴대 정보 단말기
9201: 휴대 정보 단말기

Claims (30)

  1. 발광 소자에 있어서,
    한 쌍의 전극; 및
    상기 한 쌍의 전극 사이의 발광층을 포함하고,
    상기 발광층은
    형광 재료; 및
    들뜬 복합체를 형성할 수 있는, 제 1 유기 화합물과 제 2 유기 화합물을 포함하고,
    상기 형광 재료와, 상기 제 1 유기 화합물 또는 상기 제 2 유기 화합물의 중심간 거리의 최소값이 0.7nm 이상 5nm 이하인, 발광 소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 중심간 거리의 최소값은 상기 형광 재료의 중심과 상기 형광 재료에 가장 가까운 상기 제 1 유기 화합물 또는 상기 제 2 유기 화합물의 중심 간의 거리에 대응하는, 발광 소자.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 형광 재료와 상기 제 1 유기 화합물의 중심간 거리의 최소값 및 상기 형광 재료와 상기 제 2 유기 화합물의 중심간 거리의 최소값은 각각 0.7nm 이상 5nm 이하인, 발광 소자.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 중심간 거리의 최소값은 고전 분자 동역학법(classical molecular dynamics method)에 의하여 산출되는 적산 배위수가 0을 초과할 때의 거리인, 발광 소자.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 형광 재료는 탄소수 2 이상의 알킬기를 2개 이상 포함하는, 발광 소자.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 형광 재료는 탄소수 3 이상 10 이하의 분기(分岐)를 갖는 알킬기를 2개 이상 포함하는, 발광 소자.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 형광 재료는 탄소수 3 이상 10 이하의 고리 모양 탄화 수소기를 2개 이상, 또는 탄소수 3 이상 10 이하의 가교 고리 모양 탄화 수소기를 2개 이상 포함하는, 발광 소자.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 형광 재료는 탄소수 3 이상 12 이하의 축합 방향족 탄화 수소를 포함하는, 발광 소자.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 들뜬 복합체가 나타내는 발광은 상기 형광 재료의 가장 낮은 에너지 측의 흡수대와 겹치는 영역을 갖는, 발광 소자.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 들뜬 복합체가 나타내는 발광은 지연 형광 성분의 비율이 10% 이상이고,
    상기 지연 형광 성분은 형광 수명이 10ns 이상 50μs 이하인 지연 형광 성분을 함유하는, 발광 소자.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 유기 화합물 및 상기 제 2 유기 화합물 중 한쪽은 전자를 수송하는 기능을 갖고,
    상기 제 1 유기 화합물 및 상기 제 2 유기 화합물 중 다른 쪽은 정공을 수송하는 기능을 갖는, 발광 소자.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 유기 화합물 및 상기 제 2 유기 화합물 중 한쪽은 π전자 부족형 헤테로 방향족 고리 골격을 포함하고,
    상기 제 1 유기 화합물 및 상기 제 2 유기 화합물 중 다른 쪽은 π전자 과잉형 헤테로 방향족 고리 골격 또는 방향족 아민 골격을 포함하는, 발광 소자.
  13. 표시 장치에 있어서,
    제 1 항에 따른 발광 소자; 및
    컬러 필터 및 트랜지스터 중 적어도 한쪽을 포함하는, 표시 장치.
  14. 전자 기기에 있어서,
    제 13 항에 따른 표시 장치; 및
    하우징 및 터치 센서 중 적어도 한쪽을 포함하는, 전자 기기.
  15. 조명 장치에 있어서,
    제 1 항에 따른 발광 소자; 및
    하우징 및 터치 센서 중 적어도 한쪽을 포함하는, 조명 장치.
  16. 발광 소자에 있어서,
    한 쌍의 전극; 및
    상기 한 쌍의 전극 사이의 발광층을 포함하고,
    상기 발광층은
    형광 재료; 및
    들뜬 복합체를 형성할 수 있는, 제 1 유기 화합물과 제 2 유기 화합물을 포함하고,
    상기 형광 재료는 70% 이상의 형광 양자 수율을 갖고,
    상기 형광 재료와, 상기 제 1 유기 화합물 또는 상기 제 2 유기 화합물의 중심간 거리의 최소값이 0.7nm 이상 5nm 이하인, 발광 소자.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 중심간 거리의 최소값은 상기 형광 재료의 중심과 상기 형광 재료에 가장 가까운 상기 제 1 유기 화합물 또는 상기 제 2 유기 화합물의 중심 간의 거리에 대응하는, 발광 소자.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 형광 재료와 상기 제 1 유기 화합물의 중심간 거리의 최소값 및 상기 형광 재료와 상기 제 2 유기 화합물의 중심간 거리의 최소값은 각각 0.7nm 이상 5nm 이하인, 발광 소자.
  19. 제 16 항에 있어서,
    상기 중심간 거리의 최소값은 고전 분자 동역학법에 의하여 산출되는 적산 배위수가 0을 초과할 때의 거리인, 발광 소자.
  20. 제 16 항에 있어서,
    상기 형광 재료는 탄소수 2 이상의 알킬기를 2개 이상 포함하는, 발광 소자.
  21. 제 16 항에 있어서,
    상기 형광 재료는 탄소수 3 이상 10 이하의 분기를 갖는 알킬기를 2개 이상 포함하는, 발광 소자.
  22. 제 16 항에 있어서,
    상기 형광 재료는 탄소수 3 이상 10 이하의 고리 모양 탄화 수소기를 2개 이상, 또는 탄소수 3 이상 10 이하의 가교 고리 모양 탄화 수소기를 2개 이상 포함하는, 발광 소자.
  23. 제 16 항에 있어서,
    상기 형광 재료는 탄소수 3 이상 12 이하의 축합 방향족 탄화 수소를 포함하는, 발광 소자.
  24. 제 16 항에 있어서,
    상기 들뜬 복합체가 나타내는 발광은 상기 형광 재료의 가장 낮은 에너지 측의 흡수대와 겹치는 영역을 갖는, 발광 소자.
  25. 제 16 항에 있어서,
    상기 들뜬 복합체가 나타내는 발광은 지연 형광 성분의 비율이 10% 이상이고,
    상기 지연 형광 성분은 형광 수명이 10ns 이상 50μs 이하인 지연 형광 성분을 함유하는, 발광 소자.
  26. 제 16 항에 있어서,
    상기 제 1 유기 화합물 및 상기 제 2 유기 화합물 중 한쪽은 전자를 수송하는 기능을 갖고,
    상기 제 1 유기 화합물 및 상기 제 2 유기 화합물 중 다른 쪽은 정공을 수송하는 기능을 갖는, 발광 소자.
  27. 제 16 항에 있어서,
    상기 제 1 유기 화합물 및 상기 제 2 유기 화합물 중 한쪽은 π전자 부족형 헤테로 방향족 고리 골격을 포함하고,
    상기 제 1 유기 화합물 및 상기 제 2 유기 화합물 중 다른 쪽은 π전자 과잉형 헤테로 방향족 고리 골격 또는 방향족 아민 골격을 포함하는, 발광 소자.
  28. 표시 장치에 있어서,
    제 16 항에 따른 발광 소자; 및
    컬러 필터 및 트랜지스터 중 적어도 한쪽을 포함하는, 표시 장치.
  29. 전자 기기에 있어서,
    제 28 항에 따른 표시 장치; 및
    하우징 및 터치 센서 중 적어도 한쪽을 포함하는, 전자 기기.
  30. 조명 장치에 있어서,
    제 16 항에 따른 발광 소자; 및
    하우징 및 터치 센서 중 적어도 한쪽을 포함하는, 조명 장치.
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