KR20170033892A - 유기 일렉트로루미네센스 소자 및 그 제조 방법과 발광 방법 - Google Patents

유기 일렉트로루미네센스 소자 및 그 제조 방법과 발광 방법 Download PDF

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Abstract

유기 EL 소자(10)는, 제1 전극(2)과 제2 전극(4)의 사이에, 적어도 1종류의 TADF 재료를 호스트 재료로서 포함하는 적어도 1층의 여기자 생성층(33)과, 적어도 1종류의 형광 발광 재료를 포함하는 적어도 1층의 형광 발광층(34)을 적어도 구비하고 있다.

Description

유기 일렉트로루미네센스 소자 및 그 제조 방법과 발광 방법{ORGANIC ELECTROLUMINESCENT ELEMENT, MANUFACTURING METHOD FOR SAME, AND LIGHT EMISSION METHOD}
본 발명은, 유기 일렉트로루미네센스 소자 및 그 제조 방법과 발광 방법에 관한 것이다.
최근, 액정 표시 장치를 대신하는 표시 장치로서, 유기 일렉트로루미네센스(이하, 「유기 EL」이라고 기재함)를 사용한 자발광형의 표시 장치가 개발되고 있다.
유기 EL 소자는, 수 V 내지 수십 V 정도의 전압으로 발광이 가능하며, 자기 발광형이기 때문에 시야각이 넓어, 시인성이 높으며, 또한 박막형의 완전 고체 소자이기 때문에 공간 절약이나 휴대성 등의 관점에서 주목을 받고 있다.
유기 EL 소자는, 유기 화합물로 이루어지는 발광 재료를 포함하는 발광층을, 음극과 양극 사이에 끼운 구성을 갖고 있다. 유기 EL 소자는, 발광층에 전자 및 정공(홀)을 주입하여, 재결합시킴으로써 여기자를 생성시키고, 이 여기자가 실활할 때의 광 방출을 이용하여 발광한다.
발광 재료는, 기저 상태(S0)의 유기 분자가 빛에너지를 흡수하고, HOMO(최고 피점 궤도) 준위의 분자가 LUMO(최저 공궤도) 준위로 천이함으로써 여기된다.
유기 분자의 여기 상태에는, HOMO와 LUMO의 스핀 방향이 평행한 일중항 여기 상태(S1)와, HOMO와 LUMO의 스핀 방향이 역평행한 삼중항 여기 상태(T1)라고 하는, 스핀 다중도가 상이한 2개의 상태가 존재한다.
도 11의 (a)는, 일반적인 발광 재료의 여기자 생성 상태를 나타내는 설명도이며, 도 11의 (b)는, 후술하는 열 활성화 지연 발광(열 활성화 지연 형광(TADF)) 재료의 여기자 생성 상태를 모식적으로 나타내는 설명도이다.
일반적으로, 발광층은, 정공 및 전자의 수송을 담당하는 호스트 재료와, 발광을 담당하는 발광 도펀트(게스트) 재료의 2성분계로 형성되어 있다. 발광 도펀트는, 주성분인 호스트 재료에 균일하게 분산되어 있다.
도 11의 (a)에 도시한 바와 같이, 일반적으로, 발광 재료를 도펀트로 사용한 유기 EL 소자의 여기자 생성 과정에서는, 일중항 여기 상태의 여기자인 일중항 여기자의 생성 확률이 25%밖에 되지 않는다. 나머지 75%는 삼중항 여기 상태의 여기자인 삼중항 여기자가 생성된다.
그러나, 일중항 여기 상태로부터 기저 상태로의 천이는 스핀 다중도가 동일한 상태 간의 천이인 것에 비하여, 삼중항 여기 상태로부터 기저 상태로의 천이는, 스핀 다중도가 서로 다른 상태 간에서의 천이이다.
이로 인해, 삼중항 여기 상태로부터 기저 상태로의 천이는 금지 전이이며, 천이에 시간을 요한다. 이 결과, 삼중항 여기자는, 발광으로서 실활하지 않고, 열에너지 등으로 변화해서 열로서 실활하고, 발광에 기여하지 않는다.
따라서, 종래의 형광 발광 재료(이하, 단순히 「형광 재료」라고 기재하는 경우도 있음)에서는, 우수한 고전류 밀도 특성이나 재료 선택의 다양성 등, 많은 이점을 갖지만, 25%의 일중항 여기자밖에 발광에 이용할 수 없다.
따라서, 최근, 일중항 여기 상태의 에너지(여기 일중항 준위: 이하, 「S1 준위」라고 기재함)와 삼중항 여기 상태의 에너지(여기 삼중항 준위: 이하, 「T1 준위」라고 기재함)의 에너지 차가 매우 작은 열 활성화 지연 발광(TADF) 재료가 개발되고, 도 11의 (b)에 도시한 바와 같이, 삼중항 여기자를 일중항 여기자로 되돌려 발광에 기여시키기 위한 연구가 진행되고 있다.
TADF 재료는, 호스트 재료로서 사용하는 것(TADF 호스트 재료)과, 도펀트로서 사용하는 것(TADF 도펀트 재료)의 양면에서 개발이 진행되고 있다. 그러나, TADF 호스트로부터 TADF 도펀트로의 S1 준위 간의 천이(에너지 이동)는 반드시 일어난다고는 할 수 없다. 그와 같은 천이가 일어나기 위해서는, TADF 호스트 재료의 S1 준위와 TADF 도펀트 재료의 S1 준위 사이의 에너지 관계가 중요해진다. 그러나, TADF 재료끼리 상성이 좋은 조합을 알아내는 일은 어렵다.
이에 반하여, 비TADF 재료는 풍부하게 존재하고 있다. 이로 인해, TADF 호스트 재료와 일반적인 형광 재료와의 조합이나, 일반적인 호스트 재료(비TADF 호스트 재료)와 TADF 도펀트의 조합과 같이, TADF 재료와 비TADF 재료의 조합이면, 개발이 용이해진다.
따라서, 지금까지, TADF 재료와 비TADF 재료를 조합한 유기 EL 소자의 개발이 주로 진행되고 있다. 특허문헌 1, 2에는, 발광층에 TADF 재료와 비TADF 재료를 포함하는 유기 EL 소자가 개시되어 있다. 이하에, 특허문헌 1을 예로 들어 설명한다.
특허문헌 1에 있어서의 유기 EL 소자는, 제1 전극과 제2 전극의 사이에 적어도 발광층을 갖고 있다. 발광층은, 발광 물질인 형광 재료와, TADF 재료를 적어도 포함하고 있다.
TADF 재료의 일중항 여기 상태로부터는, 형광 재료의 일중항 여기 상태로 에너지 이동이 일어난다. 또한, TADF 재료의 삼중항 여기 상태는, TADF 재료의 일중항 여기 상태로 역항 간 교차하고 나서, 형광 재료 A의 일중항 여기 상태로 에너지 이동이 일어난다. 이에 의해, 특허문헌 1에서는, 형광 재료의 일중항 여기 상태로부터 효율 좋게 발광이 일어난다고 되어 있다.
일본 공개특허 공보 「특허공개 제2014-45179호 공보(2014년 3월 13일 공개)」 일본 공개특허 공보 「특허공개 제2014-22666호 공보(2014년 2월 3일 공개)」
도 12는, 특허문헌 1, 2와 같이 TADF 재료와 일반적인 형광 재료(비TADF 재료)가 혼합된 혼합 발광층에 있어서의 여기자 생성 상태를 모식적으로 나타내는 설명도이다.
도 12에 도시한 바와 같이, TADF 재료와, 비TADF 재료로 이루어지는 형광 재료가 혼합되어 있으면, 반드시 얼마간은 상기 비TADF 재료로 여기자가 생성되게 된다. 상기 비TADF 재료 자체로 여기자가 생성되면, 당해 비TADF 재료의 T1 준위로 삼중항 여기자가 생성되고, 비발광 성분으로 된다. 이로 인해, 상기 비TADF 재료로 생성된 삼중항 여기자는, 발광 효율의 저하 요인으로 된다.
본 발명은, 상기 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은, 종래보다도 발광 효율을 향상시킬 수 있는 유기 일렉트로루미네센스 소자 및 그 제조 방법과 발광 방법을 제공하는 데 있다.
상기의 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 일 형태에 따른 유기 일렉트로루미네센스 소자는, 양극과 음극의 사이에, 적어도 1종류의 열 활성화 지연 형광 재료를 호스트 재료로서 포함하는 적어도 1층의 여기자 생성층과, 적어도 1종류의 형광 발광 재료를 포함하는 적어도 1층의 형광 발광층을 적어도 구비하고 있다.
또한, 상기의 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 일 형태에 따른 유기 일렉트로루미네센스 소자의 제조 방법은, 양극과 음극의 사이에, 유기층을 형성하는 유기층 형성 공정을 포함하고, 상기 유기층 형성 공정은, 적어도 1종류의 열 활성화 지연 형광 재료를 호스트 재료로서 포함하는 여기자 생성층을 형성하는 공정과, 적어도 1종류의 형광 발광 재료를 포함하는 형광 발광층을 형성하는 공정을 포함한다.
또한, 상기의 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 일 형태에 따른 발광 방법은, 열 활성화 지연 형광 재료를 포함하는 여기자 생성층에서 생성된 여기자를, 상기 여기자 생성층과는 별도로 설치된 형광 발광층의 형광 발광 재료로 펠스타 천이시켜서 발광시키는 방법이다.
본 발명의 일 형태에 의하면, 정공 및 전자의 수송을 담당하는 호스트 재료인 열 활성화 지연 형광 재료와, 발광을 담당하는 형광 발광 재료가 직접 접촉하지 않아도, 열 활성화 지연 형광 재료의 여기 일중항 준위로부터 형광 발광 재료의 여기 일중항 준위로의 에너지 이동(펠스타 천이)은 일어난다.
따라서, 상기한 바와 같이, 형광 발광층과는 별도로 여기자 생성층을 형성함으로써, 동일한 층 내에서 열 활성화 지연 형광 재료와 형광 발광 재료가 혼합되는 것을 방지할 수 있어, 종래보다도 발광 효율을 향상시킬 수 있는 유기 일렉트로루미네센스 소자를 제공할 수 있다. 또한, 상기한 바와 같이, 열 활성화 지연 형광 재료를 포함하는 여기자 생성층에서 생성된 여기자를, 상기 여기자 생성층과는 별도로 설치된 형광 발광층의 형광 발광 재료로 펠스타 천이시킴으로써, 종래보다도 발광 효율이 높은 발광 방법을 제공할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 실시 형태 1에 따른 유기 EL 소자의 개략 구성을 나타내는 단면도이다.
도 2의 (a) 내지 (c)는, 본 발명의 실시 형태 1에 따른 유기 EL 소자에 있어서의 여기자 생성층과 형광 발광층 사이의 펠스타 천이를 모식적으로 나타내는 설명도이다.
도 3은, 본 발명의 실시 형태 2에 따른 유기 EL 소자의 개략 구성을 나타내는 단면도이다.
도 4는, 본 발명의 실시 형태 3에 따른 유기 EL 소자의 개략 구성을 나타내는 단면도이다.
도 5는, 본 발명의 실시 형태 4에 따른 유기 EL 소자의 개략 구성을 나타내는 단면도이다.
도 6은, 본 발명의 실시 형태 5에 따른 유기 EL 소자의 개략 구성을 나타내는 단면도이다.
도 7은, 본 발명의 실시 형태 6에 따른 유기 EL 소자의 개략 구성을 나타내는 단면도이다.
도 8은, 본 발명의 실시 형태 7에 따른 유기 EL 소자의 개략 구성을 나타내는 단면도이다.
도 9는, 본 발명의 실시 형태 8에 따른 유기 EL 소자의 개략 구성을 나타내는 단면도이다.
도 10은, 본 발명의 실시 형태 9에 따른 유기 EL 소자의 개략 구성을 나타내는 단면도이다.
도 11의 (a)는, 일반적인 발광 재료의 여기자 생성 상태를 나타내는 설명도이며, (b)는, TADF 재료의 여기자 생성 상태를 모식적으로 나타내는 설명도이다.
도 12는, TADF 재료와 일반적인 형광 재료가 혼합된 혼합 발광층에 있어서의 여기자 생성 상태를 모식적으로 나타내는 설명도이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여, 상세히 설명한다.
〔실시 형태 1〕
본 발명의 실시 일 형태에 대하여, 도 1 및 도 2의 (a) 내지 (c)에 기초하여 설명하면, 이하와 같다.
<유기 EL 소자의 개략 구성>
도 1은, 본 실시 형태에 따른 유기 EL 소자(10)의 개략 구성을 나타내는 단면도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 유기 EL 소자(10)는, 베이스로 되는 기판(1) 위에, 제1 전극(2), 유기 EL층(3)(유기층), 및 제2 전극(4)이, 이 순서로 적층되어 있다.
이하, 본 실시 형태에서는, 유기 EL층(3)의 형광 발광층(34)으로부터 발한 광을, 기판(1)과는 반대측으로부터 취출하는 톱 에미션형의 유기 EL 소자(10)를 예로 들어 설명한다.
(기판(1))
기판(1)은, 절연성을 갖고 있으면, 특별히 한정되는 것이 아니라, 예를 들어 공지된 절연 기판을 사용할 수 있다.
기판(1)으로서는, 예를 들어, 유리, 또는 석영 등으로 이루어지는 무기 기판, 혹은, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 또는 폴리이미드 수지 등으로 이루어지는 플라스틱 기판 등을 사용할 수 있다.
본 실시 형태에서는, 후술하는 바와 같이, 기판(1)으로서, 투광성을 갖는 유리 기판(투명 기판)을 사용하는 경우를 예로 들어 설명한다. 그러나, 전술한 바와 같이 톱 에미션형의 유기 EL 소자(10)에 있어서는, 기판(1)에 투광성을 필요로 하지 않는다.
이로 인해, 유기 EL 소자(10)가 톱 에미션형의 유기 EL 소자인 경우, 기판(1)으로서, 실리콘 웨이퍼 등의 반도체 기판, 알루미늄(Al) 또는 철(Fe) 등으로 이루어지는 금속 기판의 표면에 산화실리콘 또는 유기 절연 재료 등으로 이루어지는 절연물을 코팅한 기판, Al 등으로 이루어지는 금속 기판의 표면을 양극 산화 등의 방법에 의해 절연화 처리한 기판 등도 이용할 수 있다.
(제1 전극(2) 및 제2 전극(4))
제1 전극(2) 및 제2 전극(4)은, 쌍 전극이며, 한쪽이 양극으로서 기능하고, 다른 쪽이 음극으로서 기능한다.
양극은, 유기 EL층(3)에 정공을 주입(공급)하는 전극으로서의 기능을 갖고 있으면 된다. 또한, 음극은, 유기 화합물층에 전자를 주입(공급)하는 전극으로서의 기능을 갖고 있으면 된다.
양극 및 음극의 형상, 구조, 크기 등은, 특별히 제한은 없으며, 유기 EL 소자(10)의 용도, 목적에 따라 적절히 선택할 수 있다.
본 실시 형태에서는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 제1 전극(2)이 양극인 경우를 예로 들어 도시하고 있다. 단, 본 발명은, 이것으로 한정되는 것이 아니라, 기판(1) 위에 음극이 설치되어 있어도 된다. 즉, 유기 EL 소자(10)의 한쪽의 전극을 양극으로 할 경우, 다른 한쪽의 전극이 음극이 되도록, 쌍으로서 기능하도록 배치하면 된다.
양극 및 음극으로서 사용할 수 있는 전극 재료로서는, 특별히 한정되는 것은 아니라, 예를 들어 공지된 전극 재료를 사용할 수 있다.
양극으로서는, 예를 들어 금(Au), 백금(Pt) 및 니켈(Ni) 등의 금속과, 산화인듐주석(ITO), 산화주석(SnO2), 산화인듐아연(IZO), 갈륨첨가산화아연(GZO) 등의 투명 전극 재료 등을 이용할 수 있다.
한편, 음극으로서는, 형광 발광층(34)에 전자를 주입할 목적으로, 일함수가 작은 재료가 바람직하다. 음극으로서는, 예를 들어 리튬(Li), 칼슘(Ca), 세륨(Ce), 바륨(Ba), 알루미늄(Al) 등의 금속, 또는 이들 금속을 함유하는 Ag-Mg 합금, Al-Li 합금 등의 합금 등을 이용할 수 있다.
또한, 양극 및 음극의 두께는, 특별히 한정되는 것이 아니라, 종래와 마찬가지로 설정할 수 있다.
유기 EL층(3)의 형광 발광층(34)으로부터 발한 광은, 양극 및 음극 중 어느 한쪽의 전극측으로부터 취출할 필요가 있다. 따라서, 한쪽의 전극에는 광을 투과하는 투광성 전극 재료를 사용하고, 다른 쪽의 전극에는 광을 투과하지 않는, 비투광성 전극 재료를 사용하는 것이 바람직하다.
즉, 제1 전극(2) 및 제2 전극(4)으로서는, 다양한 도전성 재료를 사용할 수 있지만, 유기 EL 소자(10)가 톱 에미션형의 유기 EL 소자인 경우, 제1 전극(2)을 비투광성 전극 재료로 형성하고, 제2 전극(4)을 투명 또는 반투명의 투광성 전극 재료로 형성하는 것이 바람직하다.
제1 전극(2) 및 제2 전극(4)은, 각각, 1개의 전극 재료로 이루어지는 단층이어도 되며, 복수의 전극 재료로 이루어지는 적층 구조를 갖고 있어도 된다.
따라서, 전술한 바와 같이 유기 EL 소자(10)가 톱 에미션형의 유기 EL 소자인 경우, 도 1에 도시한 바와 같이, 제1 전극(2)을 비투광성 전극 재료로 이루어지는 비투광성 전극(21)과, 광성 전극 재료로 이루어지는 투광성 전극(22)의 적층 구조로 하여도 된다.
비투광성 전극 재료로서는, 예를 들어 탄탈륨(Ta) 또는 탄소(C) 등의 흑색 전극, Al, 은(Ag), 금(Au), Al-Li 합금, Al-네오디뮴(Nd) 합금, 또는 Al-실리콘(Si) 합금 등의 반사성 금속 전극 등을 들 수 있다.
또한, 투광성 전극 재료로서는, 예를 들어 전술한 투명 전극 재료 등을 사용해도 되고, 박막으로 한 Ag 등의 반투명의 전극 재료를 사용해도 된다.
(유기 EL층(3))
유기 EL층(3)은, 2층 이상의 적층 구조를 갖는 발광 유닛이며, 적어도 1층의 여기자 생성층(33)과, 적어도 1층의 형광 발광층(34)을 적어도 구비하고 있다.
본 실시 형태에 따른 유기 EL 소자(10)는, 도 1에 도시한 바와 같이, 제1 전극(2)과 제2 전극(4)의 사이에, 유기 EL층(3)으로서, 제1 전극(2)측으로부터, 정공 주입층(31), 정공 수송층(32), 여기자 생성층(33), 형광 발광층(34), 전자 수송층(35), 전자 주입층(36)이, 이 순서로 형성된 구성을 갖고 있다.
또한, 여기자 생성층(33) 및 형광 발광층(34) 이외의 유기층은, 유기 EL층(3)으로서 필수적인 층이 아니라, 요구되는 유기 EL 소자(10)의 특성에 따라서 적절히 형성하면 된다.
또한, 상기 유기 EL층(3)에 있어서의 각 유기층의 적층순은, 제1 전극(2)을 양극, 제2 전극(4)을 음극으로 한 것이며, 반대로 제1 전극(2)을 음극으로 하고, 제2 전극(4)을 양극으로 하는 경우에는, 유기 EL층(3)에 있어서의 각 유기층의 적층순은 반전한다. 마찬가지로, 제1 전극(2) 및 제2 전극(4)을 구성하는 재료도 반전한다.
(정공 주입층(31) 및 정공 수송층(32))
정공 주입층(31)은, 정공 주입성 재료를 포함하고, 여기자 생성층(33)으로의 정공 주입 효율을 높이는 기능을 갖는 층이다.
또한, 정공 수송층(32)은, 정공 수송성 재료를 포함하고, 여기자 생성층(33)으로의 정공 수송 효율을 높이는 기능을 갖는 층이다.
또한, 정공 주입층(31)과 정공 수송층(32)은, 서로 독립된 층으로서 형성되어 있어도 되며, 정공 주입층 겸 정공 수송층으로서 일체화되어 있어도 된다. 또한, 정공 주입층(31)과 정공 수송층(32)이 양쪽 설치되어 있을 필요도 없으며, 한쪽만, 예를 들어 정공 수송층(32)만이 설치되어 있어도 된다. 물론, 양쪽 모두 설치되어 있지 않아도 무방하다.
정공 주입층(31), 정공 수송층(32), 혹은 정공 주입층 겸 정공 수송층의 재료, 즉, 정공 주입성 재료 혹은 정공 수송성 재료로서 사용할 수 있는 재료로서는, 기지의 재료를 사용할 수 있다.
이들 재료로서는, 예를 들어 나프탈렌, 안트라센, 아자트리페닐렌, 플루오레논, 히드라존, 스틸벤, 트리페닐렌, 벤진, 스티릴아민, 트리페닐아민, 포르피린, 트리아졸, 이미다졸, 옥사디아졸, 옥사졸, 폴리아릴알칸, 페닐렌디아민, 아릴아민, 및 이들 유도체, 티오펜계 화합물, 폴리실란계 화합물, 비닐카르바졸계 화합물, 아닐린계 화합물 등의 쇄상식 혹은 복소환식 공액계의 단량체, 올리고머, 또는 중합체 등을 들 수 있다.
보다 구체적으로는, 예를 들어 N,N'-디(나프탈렌-1-일)-N,N'-디페닐-벤지딘(α-NPD), 2,3,6,7,10,11-헥사시아노-1,4,5,8,9,12-헥사아자트리페닐렌(HAT-CN), 1,3-비스(카르바졸-9-일)벤젠(mCP), 디-[4-(N,N-디톨릴-아미노)-페닐]시클로헥산(TAPC), 9,10-디페닐안트라센-2-술포네이트(DPAS), N,N'-디페닐-N,N'-(4-(디(3-톨릴)아미노)페닐)-1,1'-비페닐-4,4'-디아민(DNTPD), 이리듐(Ⅲ)트리스[N,N'-디페닐벤즈이미다졸-2-일리덴-C2,C2'](Ir(dpbic)3), 4,4',4"-트리스-(N-카르바졸릴)-트리페닐아민(TCTA), 2,2-비스(p-트리멜리트옥시페닐)프로판산무수물(BTPD), 비스[4-(p,p-디톨릴아미노)페닐]디페닐실란(DTASi) 등이 사용된다.
또한, 정공 주입층(31), 정공 수송층(32), 정공 주입층 겸 정공 수송층은, 불순물이 도핑되지 않은 진성 정공 주입성 재료 혹은 진성 정공 수송성 재료이어도 되고, 도전성을 높이는 등의 이유로 불순물이 도핑되어 있어도 무방하다.
또한, 고효율의 발광을 얻기 위해서는, 여기 에너지를 형광 발광층(34) 내에 가두는 것이 바람직하다. 이로 인해, 상기 정공 주입성 재료 및 정공 수송성 재료로서는, 형광 발광층(34)에 있어서의 형광 발광 재료(형광 도펀트 재료)의 S1 준위(일중항 여기 준위) 및 T1 준위(삼중항 여기 준위)보다도 여기 준위가 높은 S1 준위 및 T1 준위를 갖는 재료를 사용하는 것이 바람직하고, 여기자 생성층 중의 재료의 S1 준위(일중항 여기 준위) 및 T1 준위(삼중항 여기 준위)보다도 여기 준위가 높은 S1 준위 및 T1 준위를 갖는 재료를 사용하는 것이 보다 바람직하다. 이것은, 두께에 따라서는(예를 들어 정공 수송층(32)이 두꺼운 경우), 정공 주입층(31) 및 정공 수송층(32)의 S1 준위 및 T1 준위가 여기자 생성층(33) 중의 재료의 S1 준위 및 T1 준위보다도 낮으면, 여기 에너지가 정공 주입층(31) 및 정공 수송층(32)으로 흘러서 형광 발광 재료로 천이하지 않게 될 가능성이 있기 때문이다. 이로 인해, 상기 정공 주입성 재료 및 정공 수송성 재료로서는, 여기 준위가 높고, 또한 높은 정공 이동도를 갖는 재료를 선택하는 것이 보다 바람직하다. 또한, 기본적으로는, 형광 발광 재료의 S1 준위 및 T1 준위는, 여기자 생성층(33) 중의 재료의 S1 준위 및 T1 준위보다도 낮아지도록 설계된다.
(전자 수송층(35) 및 전자 주입층(36))
전자 주입층(36)은, 전자 주입성 재료를 포함하고, 여기자 생성층(33)으로의 전자 주입 효율을 높이는 기능을 갖는 층이다.
또한, 전자 수송층(35)은, 전자 수송성 재료를 포함하고, 여기자 생성층(33)으로의 전자 수송 효율을 높이는 기능을 갖는 층이다.
또한, 전자 주입층(36)과 전자 수송층(35)은, 서로 독립된 층으로서 형성되어 있어도 되며, 전자 주입층 겸 전자 수송층으로서 일체화되어 있어도 된다. 또한, 전자 주입층(36)과 전자 수송층(35)이 양쪽 설치되어 있을 필요도 없으며, 한쪽만, 예를 들어 전자 수송층(35)만이 설치되어 있어도 된다. 물론, 양쪽 모두 설치되어 있지 않아도 무방하다.
전자 주입층(36), 전자 수송층(35), 혹은 전자 주입층 겸 전자 수송층의 재료, 즉, 전자 주입성 재료 혹은 전자 수송성 재료로서 사용할 수 있는 재료로서는, 기지의 재료를 사용할 수 있다.
이들 재료로서는, 예를 들어 퀴놀린, 페릴렌, 페난트롤린, 비스스티릴, 피라진, 트리아졸, 옥사졸, 옥사디아졸, 플루오레논, 및 이들 유도체나 금속 착체, 불화리튬(LiF) 등을 들 수 있다.
보다 구체적으로는, 예를 들어 4,7-디페닐-1,10-페난트롤린(Bphen), 3,3'-비스(9H-카르바졸-9-일)비페닐(mCBP), 2,9-디메틸-4,7-디페닐-1,10-페난트롤린(BCP), 1,3,5-트리스(N-페닐벤즈이미다졸-2-일)벤젠(TPBI), 3-페닐-4(1'-나프틸)-5-페닐-1,2,4-트리아졸(TAZ), 1,10-페난트롤린, Alq(트리스(8-히드록시퀴놀린)알루미늄), LiF 등을 들 수 있다.
또한, 전자 주입층(36), 전자 수송층(35), 전자 주입층 겸 정공 수송층은, 불순물이 도핑되지 않은 진성 전자 주입성 재료 혹은 진성 전자 수송성 재료이어도 되고, 도전성을 높이는 등의 이유로 불순물이 도핑되어 있어도 무방하다.
또한, 고효율의 발광을 얻기 위해서는, 여기 에너지를 형광 발광층(34) 내에 가두는 것이 바람직하다. 이로 인해, 상기 전자 주입성 재료 및 전자 수송성 재료로서는, 형광 발광층(34)에 있어서의 형광 발광 재료(형광 도펀트 재료)의 S1 준위(일중항 여기 준위) 및 T1 준위(삼중항 여기 준위)보다도 여기 준위가 높은 S1 준위 및 T1 준위를 갖는 재료를 사용하는 것이 바람직하고, 여기자 생성층 중의 재료의 S1 준위(일중항 여기 준위) 및 T1 준위(삼중항 여기 준위)보다도 여기 준위가 높은 S1 준위 및 T1 준위를 갖는 재료를 사용하는 것이 보다 바람직하다. 이로 인해, 상기 전자 주입성 재료 및 전자 수송성 재료로서는, 여기 준위가 높고, 또한 높은 전자 이동도를 갖는 재료를 선택하는 것이 보다 바람직하다.
필요에 따라 형성되는 이들 층의 두께는, 각 층의 캐리어(정공, 전자)의 이동도나 그 밸런스, 각 층을 구성하는 재료의 종류 등에 따라서, 여기자 생성층(33)에서 여기자가 생성되도록 적절히 설정하면 되며, 특별히 한정되는 것은 아니다. 또한, 이들 층의 두께는, 예를 들어 종래와 마찬가지로 설정하는 것이 가능하다.
(여기자 생성층(33))
여기자 생성층(33)은, 적어도 1종류의 TADF 재료를 호스트 재료로서 포함하는 층이며, 여기자의 생성을 목적으로 하는 층이다.
호스트 재료란, 정공 및 전자의 주입이 가능하며, 정공과 전자가 수송되고, 그 분자 내에서 재결합함으로써 발광 도펀트를 발광시키는 기능을 갖는 화합물을 나타낸다.
TADF 재료로서는, 기지의 재료를 사용할 수 있으며, 특별히 한정되는 것은 아니지만, S1 준위와 T1 준위의 에너지 차(ΔEST)가 0.1eV 미만, 즉, ΔEST<0.1eV인 것이 바람직하고, ΔEST<0.05eV인 것이 보다 바람직하다.
TADF 재료로서는, 예를 들어 10-페닐-10H,10'H-스피로[아크리딘-9,9'-안트라센]-10'-온(ACRSA), 3-(9,9-디메틸아크리딘-10(9H)-일)-9H-크산텐-9-온(ACRXTN), 1,2,3,5-테트라키스(카르바졸-9-일)-4,6-디시아노벤젠(4CzIPN), 2-페녹사진-4,6-디페닐-1,3,5-트리아진(PXZ-TRX), 2,4,6-트리(4-(10H-페녹사진-10H-일)페닐)-1,3,5-트리아진(트리-PXZ-TRZ) 등을 들 수 있다.
발광 도펀트로서 예를 들어 TTPA를 사용하는 경우, 상기 TADF 재료 중에서도 발광 도펀트와의 조합으로부터, ACRXTN, ACRSA 등이 바람직하다.
또한, 여기자 생성층(33) 중의 TADF 재료의 S1 준위는, 형광 발광층(34) 중의 형광 발광 재료(형광 도펀트 재료)의 S1 준위와 에너지 준위가 동일하거나, 그보다 높은 것이 바람직하다. 이에 의해, 여기자 생성층(33)으로부터 형광 발광층(34)으로의 펠스타형의 에너지 이동(공명 에너지 이동, 펠스타 천이)이 가능하게 된다. 또한, 형광 발광층(34)으로부터 여기자 생성층(33)으로의 에너지 이동을 방지할 수 있다. 따라서, 형광 발광층(34)에서의 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 여기자 생성층(33) 중의 TADF 재료의 HOMO 준위는, 형광 발광층(34) 중의 형광 발광 재료의 HOMO 준위보다도 높고, 여기자 생성층(33) 중의 TADF 재료의 LUMO 준위는, 형광 발광층(34) 중의 형광 발광 재료의 LUMO 준위보다도 낮은 것이 바람직하다. 이에 의해, 정공도 전자도, 형광 발광층(34)보다도 여기자 생성층(33)에 들어가기 쉬워진다. 이로 인해, 여기자 생성층(33)에서의 여기자 생성 확률을 높일 수 있으므로, 일중항 여기자의 생성 효율을 향상시킬 수 있어, 이 결과, 형광 발광층(34)에서의 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, HOMO 준위는, 리켄게이키사 제조의 대기중 광전자 분광 장치 「AC-3」 등을 사용해서 자외선을 조사해서 방출되는 광전자의 임계값 에너지를 측정함으로써 구할 수 있다. 한편, LUMO 준위는, 시마즈세이사쿠쇼사 제조의 자외 가시 분광 광도계 「UV-2450」 등을 사용하여, 자외선을 조사했을 때의 흡수 스펙트럼의 흡수단의 에너지로 밴드 갭을 구하고, 상기 밴드 갭과 상기 방법으로 측정된 HOMO 준위로부터, 계산에 의해 구할 수 있다.
HOMO 준위 및 LUMO 준위의 비교는, 값 바로 그 자체가 아니라, 에너지 차가 중요하며, HOMO 준위 및 LUMO 준위는, 어느 것이나 상용의 방법에 의해 구할 수 있다. 이로 인해, 측정 방법의 상세에 대해서는 생략하지만, 동일한 방법에 의해 사용한 HOMO 준위끼리 및 LUMO 준위끼리를 비교하는 것이 바람직하다.
또한, 여기자 생성층(33)은, 2종류 이상의 재료를 적절히 혼합해서 사용할 수 있다. 이에 의해, 예를 들어 여기자 생성층(33)의 캐리어 이동도를 변경할 수 있다. 예를 들어, 캐리어 이동도가 서로 다른 TADF 재료를 혼합하고, 캐리어 이동도를 조정함으로써, 여기자 생성층(33)에서의 여기자 생성 확률을 높일 수 있다. 이 결과, 일중항 여기자의 생성 효율을 향상시킬 수 있으므로, 형광 발광층(34)에서의 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
여기자 생성층(33)은, 이상적으로는, 적어도 1종류의 TADF 재료로 이루어지고, 비TADF 재료, 특히 발광 도펀트를 포함하지 않는 것이 바람직하다. 여기자 생성층(33)이 비TADF 재료를 포함하는 경우, 비TADF 재료로 여기자를 생성할 가능성이 있다. 여기자 생성층(33)이 TADF 재료만으로 이루어지는 것으로, 발광 효율을 손상시키지 않고, 여기자 생성층(33)에서, 100%의 비율로 일중항 여기자를 생성할 수 있다.
그러나, 가령 여기자 생성층(33)이 비TADF 재료를 포함하고 있었다고 해도, 여기자 생성층(33)과 형광 발광층(34)을 서로 다른 층으로서 설치함으로써, 종래와 같이 발광층 내에 TADF 재료와 비TADF 재료가 균일하게 혼합되어 있는 경우와 비교하여, 발광 효율을 개선할 수 있다.
따라서, 여기자 생성층(33)은, 비TADF 재료, 특히 형광 도펀트 재료(형광 발광 재료)를 실질적으로 포함하지 않는 것이 바람직하며, TADF 재료만으로 이루어지고, 비TADF 재료를 포함하지 않는 것이 보다 바람직하지만, 비TADF 재료를 포함하지 않는 것이 필수는 아니다.
여기자 생성층(33)이 비TADF 재료(즉, TADF 재료 이외의 화합물)를 포함하는 경우, 여기자 생성층(33) 중에 포함되는 모든 비TADF 재료의 S1 준위 및 T1 준위가, 여기자 생성층(33) 중의 모든 TADF 재료의 S1 준위 및 T1 준위와, 형광 발광층(34)에 있어서의 모든 형광 도펀트 재료의 S1 준위 및 T1 준위의 어느 것보다도 높은 것이 바람직하다. 이에 의해, 여기자 생성층(33) 중에 비TADF 재료가 포함되는 경우, 당해 비TADF 재료로 에너지가 이동하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 여기자 생성층(33)이 비TADF 재료를 포함하는 경우, 여기자 생성층(33) 중의 TADF 재료의 합계 비율은, 50w% 이상인 것이 바람직하고, 90w% 이상인 것이 보다 바람직하며, 100w%인 것이 가장 바람직하다.
본 실시 형태에 있어서, 여기자 생성층(33)의 두께는, 여기자 생성층(33) 내에서 생성된 여기자의 이용 효율의 관점에서 10㎚ 이하인 것이 바람직하다.
TADF 재료의 S1 준위로부터 형광 발광 재료의 S1 준위로의 펠스타 천이는, 재료끼리가 직접 접촉하고 있지 않아도, 일정 거리 내이면 일어난다. 이때, TADF 재료의 분자로부터 형광 발광 재료의 분자까지의 거리가 10㎚ 이하이면 확실하게 펠스타 천이가 일어남과 함께, 에너지의 이동 효율을 손상시키는 일도 없다.
여기자 생성층(33) 중에서 가장 형광 발광 재료로부터 먼 TADF 재료의 분자(여기자 생성층(33)에 있어서의 형광 발광층(34)과는 반대측의 표면에 위치하는 TADF 재료의 분자)로부터, 형광 발광층(34) 중에서 가장 TADF 재료에 가까운 형광 발광 재료의 분자(즉, 형광 발광층(34)에 있어서의 여기자 생성층(33)측의 표면에 위치하는 형광 발광 재료의 분자)까지의 거리를 d로 하고, 여기자 생성층(33)의 두께를 d1로 하면, 본 실시 형태에서는, d=d1이다.
따라서, 두께 d1을 10㎚ 이하로 하면, 거리 d를 10㎚ 이하로 할 수 있다. 즉, 본 실시 형태에 있어서, 두께 d1을 10㎚ 이하로 하면, 여기자 생성층(33)의 임의의 위치로부터 형광 발광층(34)까지의 최단 거리가 모두 10㎚ 이하로 된다. 이로 인해, 여기자 생성층(33)에 있어서의 형광 발광층(34)과는 반대측의 표면에 위치하는 TADF 재료의 분자에 있어서도 펠스타 천이가 일어난다. 따라서, 이 경우, 여기자 생성층(33) 중의 모든 TADF 재료의 분자에 있어서, 펠스타 천이가 가능하게 된다.
(형광 발광층(34))
형광 발광층(34)은, 적어도 1종류의 형광 발광 재료(형광 도펀트 재료, 형광 발광 재료)를 포함하는 층이며, 실질적으로 발광하는 층이다. 바꿔 말하면, 형광 발광층(34)은, 주로 발광을 목적으로 하는 층이다.
형광 도펀트 재료는, 정공과 전자의 재결합 에너지를 수취하여 발광하는 기능을 갖고, 발광이 관찰되는 화합물을 나타낸다.
형광 도펀트 재료로서 사용할 수 있는 형광을 발하는 재료로서는, 기지의 재료를 사용할 수 있지만, 저분자 형광 색소, 금속 착체 등, 발광 효율이 높은 재료가 바람직하게 사용된다.
형광 도펀트 재료로서는, 예를 들어 9,10-비스[N,N-디-(p-톨릴)-아미노]안트라센(TTPA), 1,2,3,5-테트라키스(카르바졸-9-일)-4,6-디시아노벤젠(4CzIPN), 2,5,8,11-테트라-tert-부틸페릴렌(TBPe), 2,8-ditert-부틸-5,11-비스(4-tert-부틸페닐)-6,12-디페닐테트라센(TBRb), 테트라페닐디벤조페리플란텐(DBP), 5,6-비스[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-2,2'-비피리딘(PAP2BPy), 5,6-비스[4'-(10-페닐-9-안트릴)비페닐-4-일]-2,2'-비피리딘(PAPP2BPy), N,N'-비스[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]-N,N'-디페닐-피렌-1,6-디아민(1,6FLPAPrn), N,N'-비스[4-(9H-카르바졸-9-일)페닐]-N,N'-디페닐스틸벤-4,4'-디아민(YGA2S), 4-(9H-카르바졸-9-일)-4'-(10-페닐-9-안트릴)트리페닐아민(YGAPA), 4-(9H-카르바졸-9-일)-4'-(9,10-디페닐-2-안트릴)트리페닐아민(2YGAPPA), N,9-디페닐-N-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카르바졸-3-아민(PCAPA), 페릴렌, 2,5,8,11-테트라-tert-부틸페릴렌(TBP), 4-(10-페닐-9-안트릴)-4'-(9-페닐-9H-카르바졸-3-일)트리페닐아민(PCBAPA), N,N''-(2-tert-부틸안트라센-9,10-디일디-4,1-페닐렌)비스[N,N',N'-트리페닐-1,4-페닐렌디아민](DPABPA), N,9-디페닐-N-[4-(9,10-디페닐-2-안트릴)페닐]-9H-카르바졸-3-아민(2PCAPPA), N-[4-(9,10-디페닐-2-안트릴)페닐]-N,N',N'-트리페닐-1,4-페닐렌디아민(2DPAPPA), N,N,N',N',N'',N'',N''',N'''-옥타페닐디벤조[g,p]크리센-2,7,10,15-테트라아민(DBC1), 쿠마린 30, N-(9,10-디페닐-2-안트릴)-N,9-디페닐-9H-카르바졸-3-아민(2PCAPA), N-[9,10-비스(1,1'-비페닐-2-일)-2-안트릴]-N,9-디페닐-9H-카르바졸-3-아민(2PCABPhA), N-(9,10-디페닐-2-안트릴)-N,N',N'-트리페닐-1,4-페닐렌디아민(2DPAPA), N-[9,10-비스(1,1'-비페닐-2-일)-2-안트릴]-N,N',N'-트리페닐-1,4-페닐렌디아민(2DPABPhA), 9,10-비스(1,1'-비페닐-2-일)-N-[4-(9H-카르바졸-9-일)페닐]-N-페닐안트라센-2-아민(2YGABPhA), N,N,9-트리페닐안트라센-9-아민(DPhAPhA) 쿠마린 545T, N,N'-디페닐퀴나크리돈(DPQd), 루브렌, 5,12-비스(1,1'-비페닐-4-일)-6,11-디페닐테트라센(BPT), 2-(2-{2-[4-(디메틸아미노)페닐]에테닐}-6-메틸-4H-피란-4-일리덴)프로판디니트릴(DCM1), 2-{2-메틸-6-[2-(2,3,6,7-테트라히드로-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에테닐]-4H-피란-4-일리덴}프로판디니트릴(DCM2), N,N,N',N'-테트라키스(4-메틸페닐)테트라센-5,11-디아민(p-mPhTD), 7,14-디페닐-N,N,N',N'-테트라키스(4-메틸페닐)아세나프토[1,2-a]플루오란텐-3,10-디아민(p-mPhAFD), 2-{2-이소프로필-6-[2-(1,1,7,7-테트라메틸-2,3,6,7-테트라히드로-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에테닐]-4H-피란-4-일리덴}프로판디니트릴(DCJTI), 2-{2-tert-부틸-6-[2-(1,1,7,7-테트라메틸-2,3,6,7-테트라히드로-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에테닐]-4H-피란-4-일리덴}프로판디니트릴(DCJTB), 2-(2,6-비스{2-[4-(디메틸아미노)페닐]에테닐}-4H-피란-4-일리덴)프로판디니트릴(BisDCM), 2-{2,6-비스[2-(8-메톡시-1,1,7,7-테트라메틸-2,3,6,7-테트라히드로-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에테닐]-4H-피란-4-일리덴}프로판디니트릴(BisDCJTM) 등을 들 수 있다.
또한, 형광 발광층(34)은, 2종류 이상의 재료가 혼합되어 있어도 된다. 예를 들어, 형광 발광 재료에 전자 수송성의 재료를 혼합함으로써, 형광 발광층(34)으로부터 여기자 생성층(33)으로의 전자 수송성을 높여서, 여기자 생성 효율을 향상시킬 수 있다.
보다 구체적으로는, 형광 발광층(34)이, 예를 들어 전자 수송성 재료인 mCP를 호스트 재료로서 포함함으로써, 여기자 생성층(33)에 캐리어가 모이기 쉬워진다. 이와 같이, 형광 발광층(34)이 전자 수송성의 호스트 재료를 포함함으로써, 여기자 생성층(33)에서 여기자가 보다 생성되기 쉬워진다. 또한, mCP는 일례이며, 형광 발광층(34)에 사용되는 호스트 재료는, 이것으로 한정되는 것은 아니다.
또한, 이와 같이, 형광 발광층(34)에 형광 발광 재료(형광 도펀트 재료) 이외의 재료를 혼합하는 경우, 형광 발광층(34) 중에 포함되는 형광 발광 재료 이외의 모든 재료의 S1 준위 및 T1 준위가, 형광 발광층(34) 중에 포함되는 형광 발광 재료의 S1 준위 및 T1 준위보다 높은 것이 바람직하고, 여기자 생성층(33) 중의 TADF 재료의 S1 준위 및 T1 준위보다도 높은 것이 보다 바람직하다. 이에 의해, 형광 발광층(34)에 형광 발광 재료 이외의 재료가 포함되는 경우, 상기 재료로 에너지가 이동하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 형광 발광층(34)이 형광 발광 재료 이외의 재료를 포함하는 경우, 형광 발광층(34) 중의 형광 발광 재료의 비율은, 형광 발광층(34)의 층 두께나, 호스트 재료 및 형광 발광 재료의 종류 등에 따라서 임의로 설정할 수 있으며, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 농도가 지나치게 낮으면 발광 효율이 나빠지고, 농도가 지나치게 높으면 농도 소광에 의해 발광 효율이 내려가기 때문에, 예를 들어 1 내지 30wt%의 범위 내인 것이 바람직하고, 3 내지 20wt%의 범위 내인 것이 보다 바람직하다.
또한, 여기자 생성층(33) 중의 TADF 재료에 대한, 형광 발광층(34) 중의 형광 발광 재료의 비율도, TADF 재료 및 형광 발광 재료의 종류 등에 따라서 임의로 설정할 수 있으며, 특별히 한정되는 것은 아니다.
또한, 형광 발광층(34)은, 예를 들어 형광 발광 재료로서, TADF 재료를 포함하고 있어도 된다. 예를 들어, 4CzIPN은, 녹색 발광하는 열 활성화 지연 형광체이다.
또한, 여기자가 여기자 생성층(33)의 외부에서 생성되는 구동 조건이더라도, 상기한 바와 같이 형광 발광 재료 자체가 TADF 재료이거나 혹은 TADF 재료를 포함하는 경우, 형광 발광층(34)에서 TADF 재료가 직접 여기되어 발광함으로써, 이 직접 여기되는 성분에 의해 발광 효율이 향상된다.
또한, 여기자의 생성 위치(바꿔 말하자면, 여기자를 생성할지 여부)는, 캐리어 밸런스와 층 구성에 의존한다. 이로 인해, 상기한 바와 같이, 가령 TADF 재료를 형광 도펀트 재료(TADF 도펀트 재료)로서 사용하여도, 본 실시 형태와 같이 여기자 생성층(33)과 형광 발광층(34)이 분리되어(즉, 서로 독립되어 설치되어)만 있으면, 예를 들어 캐리어 이동도를 조정하는 등으로 하여, TADF 도펀트 재료로 여기자를 생성시키지 않는 것이 가능하다.
단, 본 실시 형태는, 형광 발광층(34)이 TADF 호스트 재료를 포함하는 것을 부정하는 것은 아니다. 형광 발광층(34)은, 실질적으로 TADF 호스트 재료를 포함하지 않는 것이 바람직하다. 그러나, 본 실시 형태에 의하면, 발광을 나타내는 형광 발광층(34)과는 별도로 여기자 생성층(33)이 설치되어 있음으로써, 종래와 비교해서 발광 효율을 개선할 수 있다. 따라서, 형광 발광층(34)은, TADF 호스트 재료 또는 TADF 도펀트 재료를 포함하는 것으로서도 무방하다.
형광 발광층(34)의 두께는, 여기자 생성층(33)의 캐리어 이동도나 형광 발광층(34)의 주변의 재료 캐리어 이동도의 밸런스, 형광 발광층(34)을 구성하는 재료의 종류 등에 따라서 적절히 설정할 수 있다. 또한, 형광 발광층(34)이 두께 방향의 전역에서 반드시 발광할 필요는 없다. 따라서, 형광 발광층(34)의 두께는, 원하는 두께가 되도록 임의로 설정이 가능하며, 특별히 한정되는 것은 아니다.
<유기 EL 소자(10)의 제조 공정>
여기서, 유기 EL 소자(10)의 제조 공정에 대하여, 간단히 설명한다. 또한, 통상 유기 EL 소자는, 스위칭 소자로서 트랜지스터를 갖고 있지만, 본 실시 형태에서는 그 제조 공정에 대해서는 언급하지 않는다.
이하에서는, 복수의 트랜지스터가 섬 형상으로 형성된 기판(1) 위에, 제1 전극(2), 유기 EL층(3) 및 제2 전극(4)을 형성하는 공정을 설명한다.
우선, 기판(1)에 있어서의 각 트랜지스터 위에 제1 전극(2)을 패턴 형성한다(제1 전극 형성 공정). 또한, 본 실시 형태에서는, 제1 전극(2)으로서, 비투광성 전극(21)과 투광성 전극(22)을, 이 순서로 적층하여 패턴 형성한다.
계속해서, 패턴 형성한 제1 전극(2) 위에 유기층으로 이루어지는 유기 EL층(3)을 구성하는 각 층을 형성해 간다(유기층 형성 공정). 또한, 제1 전극(2)의 주변의 절연성을 확보하기 위해서, 제1 전극(2)의 주변에 유기 절연막(도시생략)을 설치해도 된다. 유기 절연막으로서는, 예를 들어 폴리이미드계 등의 수지 재료 등을 사용하는 것이 바람직하지만, 특별히 이들로 한정되는 것이 아니라, 예를 들어 공지된 유기 절연 재료를 사용할 수 있다.
유기 EL층(3)을 구성하는 각 층의 형성 방법으로서는, 특별히 한정되는 것이 아니라, 진공 증착법, 스퍼터링, 플라즈마법, 이온 플레이팅법 등의 건식 성막법이나, 스핀코팅법, 디핑법, 플로우 코팅법, 잉크젯법 등의 습식 성막법 등, 공지된 방법을 채용할 수 있다.
이때, 본 실시 형태에서는, 전술한 바와 같이 여기자 생성층(33)과는 별도로 형광 발광층(34)을 형성한다. 본 실시 형태에서는, 유기 EL층(3)으로서, 정공 주입층(31), 정공 수송층(32), 여기자 생성층(33), 형광 발광층(34), 전자 수송층(35), 전자 주입층(36)을, 이 순서로 적층한다.
또한, 유기 EL층(3)을 구성하는 각 층이 2종류 이상의 재료를 포함하는 경우, 예를 들어 각 재료를 공증착시키면 된다. 예를 들어, 전술한 바와 같이 형광 발광층(34)이 호스트 재료를 포함하는 경우, 호스트 재료와, 형광 발광 재료를 공증착시킨다. 이때, 호스트 재료 중에 형광 발광 재료를 도프시킨다.
마지막으로, 유기 EL층(3) 위에 제2 전극(4)을 형성함(제2 전극 형성 공정)으로써, 유기 EL 소자(10)가 형성된다.
<효과>
이하에, 본 실시 형태에 의한 효과에 대하여, 도 2의 (a) 내지 (c)를 참조하여 설명한다.
일반적으로, 발광층은, 정공 및 전자의 수송을 담당하는 호스트 재료와, 발광을 담당하는 발광 도펀트(게스트) 재료의 2성분계로 형성되어 있으며, 발광 도펀트 재료는, 주성분인 호스트 재료에 균일하게 분산되어 있다.
특허문헌 1, 2에서도, TADF 재료와, 실질적으로 발광하는 형광 도펀트 재료(발광 도펀트 재료)인 형광 발광 재료가, 동일층에 공존하는 구조를 갖고 있다.
호스트 재료에 TADF 재료를 사용한 경우에는, 호스트 재료로 여기자가 생성되면 100%의 비율로 일중항 여기자를 생성할 수 있다. 그러나, 일반적으로 도펀트 재료의 쪽이, 호스트 재료인 TADF 재료보다도 S1 준위가 낮다. 이로 인해, 여기자 자체가 도펀트 재료로 생성되기 쉽고, 비발광의 삼중항 여기자를 생성한다.
한편, 형광 도펀트 재료에 TADF 재료를 사용한 경우에는, 형광 도펀트 재료의 농도비는 호스트 재료에 비하여 낮기 때문에, 반드시 형광 도펀트 재료만으로 여기자가 생성되지 않고, 발광 효율이 저하된다. 또한, 형광 도펀트 재료의 농도비를 높게 하면, 농도 소광이 일어나서, 발광 효율이 저하된다.
이와 같은 문제는, TADF 재료와 비TADF 재료를 공증착 등에 의해 혼합함으로써 필연적으로 발생한다.
그러나, 본원 발명자들의 검토에 의하면, 실제로는, 전술한 바와 같이, 정공 및 전자의 수송을 담당하는 호스트 재료인 TADF 재료와, 발광을 담당하는 형광 도펀트 재료가 직접 접촉하지 않아도, 일정 거리 내(바람직하게는 10㎚ 이하)이면, TADF 재료의 S1 준위로부터 형광 발광 재료의 S1 준위로의 펠스타 천이는 일어나고, 효율을 손상시키는 일도 없다.
따라서, 본 실시 형태에서는, 종래의 발광층에서 행해지고 있던 발광과 여기자의 생성을 기능 분리시켜서, 발광을 나타내는 형광 발광층(34)과는 별도로 여기자 생성층(33)을 설치함으로써, 실질적으로 발광하는 층과 실질적으로 여기자를 생성하는 층을 층 분리시키고 있다.
도 2의 (a) 내지 (c)는, 본 실시 형태에 따른 유기 EL 소자(10)에 있어서의 여기자 생성층(33)과 형광 발광층(34) 사이의 펠스타 천이를 모식적으로 나타내는 설명도이다.
도 2의 (a)에 도시한 바와 같이, 여기자 생성층(33)과 형광 발광층(34)이 층 분리되어 있으며, 또한 여기자 생성층(33)이 캐리어의 재결합 위치에 있는 경우, 형광 발광층(34)에서 직접 여기자가 생성되지 않고, 여기자 생성층(33)에서 여기자가 생성된다.
그리고, TADF 재료와, 발광을 담당하는 형광 도펀트 재료가 직접 접촉하지 않아도, 일정 거리 내(바람직하게는 10㎚ 이하)이면, 도 2의 (a)에 도시한 바와 같이, 여기자 생성층(33)의 여기 상태 TADF 호스트 재료의 분자(33a)로부터, 형광 발광층(34)의 형광 도펀트 재료의 분자(34a)로 펠스타 천이가 일어난다.
또한, 제1 전극(2)과 여기자 생성층(33)의 사이와, 제2 전극(4)과 형광 발광층(34)의 사이에는, 임의의 층이 존재하고 있어도 된다. 또한, 여기자 생성층(33)의 두께나 배치에 따라서는, 여기자 생성층(33)과 형광 발광층(34)의 사이에 다른 층이 존재하고 있어도 된다. 여기자 생성층(33)과 형광 발광층(34)이 반드시 접촉하고 있을(즉, 연속적으로 적층되어 있을) 필요는 없다.
본 실시 형태에서는, 도 2의 (b)·(c)에 도시한 바와 같이, 여기자 생성층(33)의 TADF 재료의 일중항 여기 상태 S1로부터, 형광 발광층(34)의 형광 도펀트 재료의 일중항 여기 상태 S1로 펠스타 천이가 일어난다. 또한, 여기자 생성층(33)의 TADF 재료의 삼중항 여기 상태 T1은, 여기자 생성층(33)의 TADF 재료의 일중항 여기 상태 S1로 역항 간 교차하고 나서, 형광 발광층(34)의 형광 도펀트 재료의 일중항 여기 상태 S1로 펠스타 천이가 일어난다.
본 실시 형태에서는, TADF 호스트 재료와 형광 도펀트 재료가 서로 다른 층에 존재하고 있으며, 동일한 층 내에서 TADF 호스트 재료와 형광 도펀트 재료가 혼합되지 않는다.
보다 구체적으로는, 본 실시 형태에서는, TADF 재료(열 활성화 지연 형광체, TADF 호스트 재료)와, 형광 발광 재료(형광 발광체, 형광 도펀트 재료)가 층분리되어 있으며, 또한 여기자 생성층(33)이 캐리어의 재결합 위치에 있다. 이로 인해, 형광 발광층(34)에서 직접 여기자가 생성되지 않고, 여기자 생성층(33)에서 여기자가 생성된다.
이로 인해, 본 실시 형태에서는, 도 2의 (c)에 도시한 바와 같이, 형광 발광층(34)에서, 거의 100%의 비율로 일중항 여기자를 생성 가능하며, 발광 효율을 손상시키지 않고, 형광 발광층(34)의 형광 도펀트 재료의 일중항 여기 상태 S1로부터 발광이 일어난다. 이로 인해, 본 실시 형태에 의하면, 종래보다도 발광 효율을 향상시킬 수 있는 유기 EL 소자(10)를 제공할 수 있다.
다음으로, 본 실시 형태에 대하여, 실시예를 들어 더 상세히 설명한다. 또한, 이하의 실시예에서는, 일부의 구성 요소에 대하여, 구체적인 치수 및 재료를 예로 들어 설명한다. 그러나, 본 실시 형태는, 이들 구체적인 치수 및 재료만으로 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 실시 형태는, 이하의 실시예만으로 한정되는 것은 아니다.
(실시예 1)
본 실시예에서는, 도 1에 도시한 바와 같이, 기판(1) 위에, 비투광성 전극(21), 투광성 전극(22), 정공 주입층(31), 정공 수송층(32), 여기자 생성층(33), 형광 발광층(34), 전자 수송층(35), 전자 주입층(36), 제2 전극(4)을, 이 순서로 적층하였다.
기판(1)에는 유리 기판을 사용하였다. 또한, 기판(1) 위에 적층한 각 층의 재료와 두께는 이하와 같다.
비투광성 전극(21)(제1 전극(2), 양극, 반사 전극): Ag, 100㎚
투광성 전극(22)(제1 전극(2), 양극): ITO, 30㎚
정공 주입층(31): HAT-CN(10㎚)
정공 수송층(32): α-NPD(20㎚)
여기자 생성층(33): ACRXTN(5㎚)
형광 발광층(34): TTPA(5㎚)
전자 수송층(35): Bphen(20㎚)
전자 주입층(36): LiF(1㎚)
제2 전극(4)(음극): Ag-Mg 합금(Ag/Mg 혼합비=0.9/0.1)(20㎚)
이와 같이, 정공 수송층(32)이 20㎚ 두께의 α-NPD층, 전자 수송층(35)이 20㎚ 두께의 Bphen층이라는 조합의 경우, 정공 수송성보다도 전자 수송성의 쪽이 높다. 따라서, 전자와 정공은, 유기 EL층(3) 내에 있어서의, 음극측보다도 양극측에서 재결합되기 쉽다.
따라서, 이와 같은 경우, 도 1에 도시한 바와 같이, 여기자 생성층(33)을 형광 발광층(34)보다도 양극측에 설치한 쪽이, 여기자 생성층(33)에서 효율 좋게 여기자를 생성할 수 있다. 이로 인해, 본 실시예에서는, 도 1에 도시한 바와 같이, 여기자 생성층(33)과 형광 발광층(34)을 정공 수송층(32)측에 여기자 생성층(33)이 위치하고, 전자 수송층(35)측에 형광 발광층(34)이 위치하도록 형성하고 있다.
또한, ACRXTN의 S1 준위는 2.53eV, ACRXTN의 T1 준위는 2.47eV이다. 이에 반하여, TTPA의 S1 준위는 2.34eV이며, TTPA의 T1 준위는, 그보다도 낮다. 이로 인해, ACRXTN과 TTPA는, ACRXTN의 S1 준위>TTPA의 S1 준위, 및 ACRXTN의 T1 준위>TTPA의 T1 준위의 관계를 갖고 있다.
또한, ACRXTN과 TTPA는, ACRXTN의 HOMO 준위>TTPA의 HOMO 준위, 및 ACRXTN의 LUMO 준위<TTPA의 LUMO 준위의 관계를 갖고 있다.
또한, 본 실시예에서는, 여기자 생성층(33)의 두께 d1(d1=d) 및 형광 발광층(34)의 두께는, 각각 5㎚로 얇기 때문에, 층간의 에너지 이동도 일어나기 쉽다.
이로 인해, 본 실시예에서는, TADF 호스트 재료로부터 형광 도펀트 재료로의 펠스타 천이가 일어나고, TADF 호스트 재료로 100%의 비율로 생성된 일중항 여기자가, 모두 형광 도펀트 재료로 천이한다. 이로 인해, 본 실시예에 의하면, 종래보다도 발광 효율을 향상시킬 수 있는 유기 EL 소자(10)를 제공할 수 있다.
또한, 본 실시예에 있어서, 형광 발광층(34)에 전자 수송성의 호스트 재료인 예를 들어 mCBP를 혼합하면, 여기자 생성층(33)에 캐리어가 보다 모이기 쉬워진다. 이에 의해, 더욱 여기자 생성층(33)에서 여기자가 생성되기 쉬워진다.
또한, mCBP의 S1 준위는 3.37eV이며, mCBP의 T1 준위는 2.90eV이다. 이로 인해, mCBP의 S1 준위 및 T1 준위는, ACRXTN의 S1 준위 및 T1 준위와, TTPA의 S1 준위 및 T1 준위의 어느 것보다도 높다. 이로 인해, 형광 발광층(34)이 mCBP를 포함하고 있었다고 해도, mCBP로 에너지가 이동하는 일은 없다.
〔실시 형태 2〕
본 발명의 실시 다른 형태에 대하여, 도 3에 기초하여 설명하면, 이하와 같다.
본 실시 형태에서는, 실시 형태 1과의 상이점에 대하여 설명하는 것으로 하고, 실시 형태 1에서 설명한 구성 요소와 동일한 기능을 갖는 구성 요소에 대해서는, 동일 부호를 부기하고, 그 설명을 생략한다. 또한, 본 실시예에서도 실시 형태 1과 마찬가지의 변형이 가능한 것은, 물론이다.
<유기 EL 소자(10)의 개략 구성>
도 3은, 본 실시 형태에 따른 유기 EL 소자(10)의 개략 구성을 나타내는 단면도이다.
또한, 본 실시예에서도 제1 전극(2)이 양극, 제2 전극(4)이 음극인 경우를 예로 들어 도시하고 있다.
도 3에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 유기 EL 소자(10)도, 베이스로 되는 기판(1) 위에, 제1 전극(2), 유기 EL층(3) 및 제2 전극(4)이, 이 순서로 적층되어 있다.
본 실시 형태에 따른 유기 EL 소자(10)는, 유기 EL층(3)의 형광 발광층(34)으로부터 발한 광을, 기판(1)측으로부터 취출하는 보텀 에미션형의 유기 EL 소자이다.
유기 EL 소자(10)가 보텀 에미션형인 경우에는, 기판(1)에는, 투명 기판 혹은 투광성 기판이라 칭해지는, 유리 기판, 플라스틱 기판 등의 투광성을 갖는 절연 기판이 사용된다.
또한, 유기 EL 소자(10)가 보텀 에미션형인 경우에는, 제1 전극(2)을 투명 전극 등의 투광성 또는 반투광성의 전극 재료로 형성하고, 제2 전극(4)을 반사성 금속 전극 등의 비투광성 전극 재료로 형성하는 것이 바람직하다.
이들 투광성을 갖는 절연 기판, 투광성 또는 반투광성의 전극 재료, 비투광성 전극 재료로서는, 예를 들어 실시 형태 1에 예시의 재료를 사용할 수 있다.
본 실시 형태에 따른 유기 EL 소자(10)는, 보텀 에미션형의 유기 EL 소자이며, 제1 전극(2)을 투광성 또는 반투광성의 전극 재료로 형성하고, 제2 전극(4)을 비투광성 전극 재료로 형성한 것을 제외하면, 실시 형태 1에 따른 유기 EL 소자(10)와 동일하다.
이하에, 본 실시 형태에 따른 유기 EL 소자(10)의 구성에 대하여, 실시예를 이용하여 구체적으로 나타낸다. 또한, 이하의 실시예에서도, 일부의 구성 요소에 대하여, 구체적인 치수 및 재료를 예로 들어 설명하지만, 본 실시 형태도, 이하의 실시예만으로 한정되는 것은 아니다.
(실시예 2)
본 실시예에서는, 도 3에 도시한 바와 같이, 기판(1) 위에 투광성 전극(22), 정공 주입층(31), 정공 수송층(32), 여기자 생성층(33), 형광 발광층(34), 전자 수송층(35), 전자 주입층(36), 제2 전극(4)을, 이 순서로 적층하였다.
기판(1)에는 유리 기판을 사용하였다. 또한, 기판(1) 위에 적층한 각 층의 재료와 두께는 이하와 같다.
투광성 전극(22)(제1 전극(2), 양극): ITO, 100㎚
정공 주입층(31): HAT-CN(10㎚)
정공 수송층(32): α-NPD(20㎚)
여기자 생성층(33): ACRXTN(5㎚)
형광 발광층(34): TTPA(5㎚)
전자 수송층(35): Bphen(20㎚)
전자 주입층(36): LiF(1㎚)
제2 전극(4)(음극, 비투광성 전극, 반사 전극): Al(100㎚)
본 실시예에 따른 유기 EL 소자(10)는, 제1 전극(2) 및 제2 전극(4)의 재료 및 두께가 상이한 것을 제외하면, 실시예 1에 따른 유기 EL 소자(10)와 동일하다.
따라서, 본 실시예에 의하면, 실시예 1에서는, 형광 발광층(34)이 나타내는 광을 직접, 혹은 반사 전극인 비투광성 전극(21)에서 반사시켜서 제2 전극(4)측으로부터 취출하고 있던 것에 비하여, 본 실시예에서는, 형광 발광층(34)이 나타내는 광을 직접, 혹은 반사 전극인 제2 전극(4)에서 반사시켜서 제2 전극(4)측으로부터 취출하는 것을 제외하면, 실시예 1과 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
<효과>
이상과 같이, 본 실시 형태에 의하면, 실시 형태 1과 마찬가지의 효과를 갖는 보텀 에미션형의 유기 EL 소자(10)를 제공할 수 있다.
〔실시 형태 3〕
본 발명의 실시의 또 다른 형태에 대하여, 도 4에 기초하여 설명하면, 이하와 같다.
또한, 본 실시예에서도 실시 형태 1과의 상이점에 대하여 설명하고, 실시 형태 1로 설명한 구성 요소와 동일한 기능을 갖는 구성 요소에 대해서는, 동일 부호를 부기하고, 그 설명을 생략한다. 단, 본 실시예에서도 실시 형태 1, 2와 마찬가지의 변형이 가능한 것은, 물론이다. 예를 들어, 본 실시 형태에서는, 톱 에미션형의 유기 EL 소자를 예로 들어 실시 형태 1과의 상이점에 대하여 설명하지만, 본 실시 형태에서도 실시 형태 2와 같이 보텀 에미션형으로 해도 되는 것은 물론이다.
<유기 EL 소자(10)의 개략 구성>
도 4는, 본 실시 형태에 따른 유기 EL 소자(10)의 개략 구성을 나타내는 단면도이다.
또한, 본 실시예에서도 제1 전극(2)이 양극, 제2 전극(4)이 음극인 경우를 예로 들어 도시하고 있다.
본 실시 형태에 따른 유기 EL 소자(10)는, 전자 수송성보다도 정공 수송성이 높고, 여기자 생성층(33)이 형광 발광층(34)보다도 음극측(즉, 제2 전극(4)측)에 형성되어 있는 것을 제외하면, 실시 형태 1에 따른 유기 EL 소자(10)와 동일하다.
<효과>
전자 수송성보다도 정공 수송성이 높은 경우, 캐리어의 재결합은, 양극보다도 음극측에서 일어나기 쉽다.
이로 인해, 전자 수송성보다도 정공 수송성이 높은 경우, 여기자 생성층(33)을 형광 발광층(34)보다도 음극측에 배치한 쪽이, 보다 효율적으로 여기자를 생성할 수 있다.
이하에, 본 실시 형태에 따른 유기 EL 소자(10)의 구성에 대하여, 실시예를 이용하여 구체적으로 나타낸다. 또한, 이하의 실시예에서도, 일부의 구성 요소에 대하여, 구체적인 치수 및 재료를 예로 들어 설명하지만, 본 실시 형태도, 이하의 실시예만으로 한정되는 것은 아니다.
(실시예 3)
본 실시예에서는, 도 4에 도시한 바와 같이, 기판(1) 위에, 비투광성 전극(21), 투광성 전극(22), 정공 주입층(31), 정공 수송층(32), 형광 발광층(34), 여기자 생성층(33), 전자 수송층(35), 전자 주입층(36), 제2 전극(4)을, 이 순서로 적층하였다.
기판(1)에는 유리 기판을 사용하였다. 또한, 기판(1) 위에 적층한 각 층의 재료와 두께는 이하와 같다.
비투광성 전극(21)(제1 전극(2), 양극, 반사 전극): Ag, 100㎚
투광성 전극(22)(제1 전극(2), 양극): ITO, 30㎚
정공 주입층(31): HAT-CN(10㎚)
정공 수송층(32): α-NPD(10㎚)
형광 발광층(34): TTPA(5㎚)
여기자 생성층(33): ACRXTN(5㎚)
전자 수송층(35): Bphen(40㎚)
전자 주입층(36): LiF(1㎚)
제2 전극(4)(음극): Ag-Mg 합금(Ag/Mg 혼합비=0.9/0.1)(20㎚)
본 실시예에 따른 유기 EL 소자(10)는, 정공 수송층(32)인 α-NPD층의 두께를 10㎚로 하고, 전자 수송층(35)인 Bphen층의 두께를 40㎚로 하고, 전자 수송층(35)측에 여기자 생성층(33)을 형성하고, 정공 수송층(32)측에 형광 발광층(34)을 형성한 것을 제외하면, 실시예 1에 따른 유기 EL 소자(10)와 동일하다.
본 실시예와 마찬가지로 정공 수송층(32)에 α-NPD층을 사용하고, 전자 수송층(35)에 Bphen층을 사용한 경우, 실시예 1과 같이 양 층의 두께가 동일한 20㎚이면, 정공 수송성보다도 전자 수송성 쪽이 높다.
그러나, 본 실시예에서는, 전자 수송층(35)의 두께가 40㎚로 두껍기 때문에, 전자 수송성이 낮고, 정공 수송층(32)의 두께가 10㎚로 얇기 때문에, 정공 수송성이 높다. 이로 인해, 캐리어의 재결합은, 음극인 제2 전극(4)측, 바꿔 말하면, 정공 수송층(32)보다도 전자 수송층(35)측에서 일어나기 쉽다. 따라서, 여기자 생성층(33)을 형광 발광층(34)보다도 전자 수송층(35)측에 배치한 쪽이, 효율적으로 여기자를 생성할 수 있다.
이와 같이, 캐리어 이동도나 각 층의 캐리어 이동도의 밸런스는, 예를 들어 유기 EL층(3)을 구성하는 각 층의 재료나 두께 등에 따라 변화한다. 또한, 전술한 바와 같이, 정공 수송층(32)이나 전자 수송층(35)은 필수적인 층이 아니다. 따라서, 캐리어 이동도나 각 층의 캐리어 이동도의 밸런스는, 당연히 유기 EL층(3)의 적층 구조에 따라서도 변화한다.
따라서, 유기 EL층(3)을 구성하는 각 층의 캐리어 이동도나 각 층의 캐리어 이동도의 밸런스 등에 따라서, 캐리어의 재결합이 발생하는 위치에 여기자 생성층(33)을 형성함으로써, 보다 효율적으로 여기자를 생성할 수 있어, 보다 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 실시예에서도, ACRXTN과 TTPA는, ACRXTN의 HOMO 준위>TTPA의 HOMO 준위, 및 ACRXTN의 LUMO 준위<TTPA의 LUMO 준위의 관계를 갖고 있다.
따라서, 전술한 바와 같이 형광 발광층(34)과 여기자 생성층(33)의 적층순을 바꾼 경우에도, 정공도 전자도, 형광 발광층(34)보다도 여기자 생성층(33)에 들어가기 쉽다. 따라서, 여기자 생성층(33)에서의 여기자 생성 확률을 높일 수 있으므로, 여기자의 생성 효율을 향상시킬 수 있어, 형광 발광층(34)에서의 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
(실시예 4)
본 실시예에서도 여기자 생성층(33) 및 형광 발광층(34) 중 적어도 한쪽이 2종류 이상의 재료를 포함하고 있어도 된다.
본 실시예에 따른 유기 EL 소자(10)는, 형광 발광층(34)에, 호스트 재료로서 정공 수송성 재료인 mCP를 혼합한 것을 제외하면, 실시예 3에 따른 유기 EL 소자(10)와 동일하다.
즉, 본 실시예에서도, 실시예 3 마찬가지로, 도 4에 도시한 바와 같이, 기판(1) 위에, 비투광성 전극(21), 투광성 전극(22), 정공 주입층(31), 정공 수송층(32), 형광 발광층(34), 여기자 생성층(33), 전자 수송층(35), 전자 주입층(36), 제2 전극(4)을, 이 순서로 적층하였다.
기판(1)에는 유리 기판을 사용하였다. 또한, 기판(1) 위에 적층한 각 층의 재료와 두께는 이하와 같다.
비투광성 전극(21)(제1 전극(2), 양극, 반사 전극): Ag, 100㎚
투광성 전극(22)(제1 전극(2), 양극): ITO, 30㎚
정공 주입층(31): HAT-CN(10㎚)
정공 수송층(32): α-NPD(10㎚)
형광 발광층(34): mCP/TTPA(mCP/TTPA 혼합비=0.9/0.1)(5㎚)
여기자 생성층(33): ACRXTN(5㎚)
전자 수송층(35): Bphen(40㎚)
전자 주입층(36): LiF(1㎚)
제2 전극(4)(음극): Ag-Mg 합금(Ag/Mg 혼합비=0.9/0.1)(20㎚)
이와 같이, 본 실시예에서는, 형광 발광층(34)에 정공 수송성의 호스트 재료를 혼합함으로써, 여기자 생성층(33)으로의 정공 수송성이 높아져서, 여기자 생성층(33)에 캐리어가 모이기 쉬워지게 되어 있다. 이로 인해, 본 실시예에 의하면, 여기자 생성 효율을 보다 향상시킬 수 있다.
또한, 전술한 바와 같이, ACRXTN의 S1 준위는 2.53eV, ACRXTN의 T1 준위는 2.47eV이다. 이에 반하여, TTPA의 S1 준위는 2.34eV이며, TTPA의 T1 준위는, 그보다도 낮다. 이로 인해, ACRXTN과 TTPA는, ACRXTN의 S1 준위>TTPA의 S1 준위, 및 ACRXTN의 T1 준위>TTPA의 T1 준위의 관계를 갖고 있다.
이로 인해, 여기자 생성층(33)으로부터 형광 발광층(34)으로의 펠스타 천이가 일어나기 쉽다.
또한, mCP의 S1 준위는 3.40eV이며, mCP의 T1 준위는 2.90eV이다. 이로 인해, mCP의 S1 준위 및 T1 준위는, ACRXTN의 S1 준위 및 T1 준위와, TTPA의 S1 준위와, T1 준위의 어느 것보다도 높다. 이로 인해, 형광 발광층(34)이 mCP를 포함하고 있었다고 해도, mCP로 에너지가 이동하는 일은 없다.
따라서, 본 실시예에 의하면, 실시예 3보다도 여기자의 생성 효율을 향상시킬 수 있으므로, 실시예 3보다도 형광 발광층(34)에서의 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 실시예에서는, 일례로서, 형광 발광층(34)이 2종류의 재료를 포함하는 경우를 예로 들어 설명했지만, 실시 형태 1에서 설명한 바와 같이, 여기자 생성층(33)이 2종류의 재료를 포함하고 있어도 되는 것은 물론이다.
(실시예 5)
본 실시예에 따른 유기 EL 소자(10)는, 실시예 4에 있어서 TTPA 대신에 4CzIPN을 형광 발광 재료에 사용한 것을 제외하면, 실시예 4에 따른 유기 EL 소자(10)와 동일하다.
본 실시 형태에 있어서, 유리 기판으로 이루어지는 기판(1) 위에 적층한 각 층의 재료와 두께는 이하와 같다.
비투광성 전극(21)(제1 전극(2), 양극, 반사 전극): Ag, 100㎚
투광성 전극(22)(제1 전극(2), 양극): ITO, 30㎚
정공 주입층(31): HAT-CN(10㎚)
정공 수송층(32): α-NPD(10㎚)
형광 발광층(34): mCP/4CzIPN(mCP/4CzIPN 혼합비=0.9/0.1)(5㎚)
여기자 생성층(33): ACRXTN(5㎚)
전자 수송층(35): Bphen(40㎚)
전자 주입층(36): LiF(1㎚)
제2 전극(4)(음극): Ag-Mg 합금(Ag/Mg 혼합비=0.9/0.1)(20㎚)
실시 형태 1에서 설명한 바와 같이, 형광 발광층(34)은, 예를 들어 형광 발광 재료로서, TADF 재료(TADF 도펀트 재료)를 포함하고 있어도 된다. 전술한 바와 같이, 4CzIPN은, 녹색 발광하는 열 활성화 지연 형광체이다.
여기자의 생성 위치는, 재료가 아니라 캐리어 밸런스에 의해 결정되기 때문에, 본 실시예에서도, 실시예 4와 마찬가지로, 여기자 생성층(33)에서 여기자가 생성된다.
본 실시예에서는, 이것에 추가하여, 형광 발광 재료에 TADF 재료(TADF 도펀트 재료)를 사용함으로써, 형광 발광층(34) 중의 TADF 재료의 일부가, 직접 여기되어 발광한다. 이로 인해, 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
〔실시 형태 4〕
본 발명의 실시의 또 다른 형태에 대하여, 도 5에 기초하여 설명하면, 이하와 같다.
또한, 본 실시예에서도 실시 형태 1과의 상이점에 대하여 설명하고, 실시 형태 1에서 설명한 구성 요소와 동일한 기능을 갖는 구성 요소에 대해서는, 동일 부호를 부기하고, 그 설명을 생략한다. 또한, 본 실시예에서도 실시 형태 1 내지 3과 마찬가지의 변형이 가능한 것은, 물론이다.
<유기 EL 소자(10)의 개략 구성>
도 5는, 본 실시 형태에 따른 유기 EL 소자(10)의 개략 구성을 나타내는 단면도이다.
또한, 본 실시예에서도, 제1 전극(2)이 양극, 제2 전극(4)이 음극인 경우를 예로 들어 도시하고 있다.
전술한 바와 같이, 유기 EL층(3)은, 적어도 1층의 여기자 생성층(33)과, 적어도 1층의 형광 발광층(34)을 적어도 구비하고 있다.
유기 EL층(3)은, 형광 발광층(34)을 2층 이상 포함해도 되며, 여기자 생성층(33)을 사이에 두고 형광 발광층(34)이 적층되어 있어도 된다.
도 5에 도시한 유기 EL 소자(10)는, 여기자 생성층(33)의 표리 양면(즉, 제1 주면 및 제2 주면)에 접하여, 형광 발광층(34)이 적층되어 있다.
이하, 각 형광 발광층(34)을 구별할 필요가 있는 경우, 각 형광 발광층(34)을 각각 「제1 형광 발광층(34A)」, 「제2 형광 발광층(34B)」이라고 기재한다.
즉, 도 5에 도시한 유기 EL 소자(10)는, 제1 전극(2)과 제2 전극(4)의 사이에, 유기 EL층(3)으로서, 제1 전극(2)측으로부터, 정공 주입층(31), 정공 수송층(32), 제1 형광 발광층(34A), 여기자 생성층(33), 제2 형광 발광층(34B), 전자 수송층(35), 전자 주입층(36)이, 이 순서로 형성된 구성을 갖고 있다.
또한, 각 형광 발광층(34)의 두께는, 동일해도 되고, 상이해도 된다. 각 형광 발광층(34)의 두께는, 각 형광 발광층(34)의 이동도나 주변 재료의 이동도 밸런스에 따라서 적절히 설정하면 된다.
<효과>
본 실시 형태에 의하면, 상기한 바와 같이 유기 EL층(3)이 형광 발광층(34)을 2층 이상 포함함으로써, 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
특히, 여기자 생성층(33)으로부터의 에너지 이동은, 여기자 생성층(33)의 양극측에도 음극측에도 동등하게 일어날 수 있다. 이로 인해, 여기자 생성층(33)과 양극의 사이, 및 여기자 생성층(33)과 음극 사이의 양쪽에 형광 발광층(34)이 설치되어 있음으로써, 형광 도펀트 재료에 누설 없이 에너지 이동이 가능하며, 발광 효율이 상승한다.
또한, 전술한 바와 같이, TADF 재료의 S1 준위로부터 형광 발광 재료의 S1 준위로의 펠스타 천이는 일정 거리 내이면 일어나고, 이때, TADF 재료의 분자로부터 형광 발광 재료의 분자까지의 거리가 10㎚ 이하이면 이동 효율을 손상시키는 일도 없다.
따라서, 본 실시 형태에 의하면, TADF 재료와, 제1 형광 발광층(34A) 및 제2 형광 발광층(34B) 중 어느 하나 가까운 쪽의 형광 발광층(34)과의 거리(바꿔 말하자면, 여기자 생성층(33)이 임의의 위치로부터 형광 발광층(34)까지의 최단 거리)가 10㎚ 이하이면 양 재료가 접촉하고 있는 경우와 마찬가지로, 확실하게 펠스타 천이가 일어난다.
이로 인해, 도 5에 도시한 구성에 있어서는, 여기자 생성층(33)의 두께 d1(d=d1)을 20㎚ 이하로 하면, 여기자 생성층(33) 중의 TADF 재료의 분자와, 제1 형광 발광층(34A) 및 제2 형광 발광층(34B) 중 어느 하나 가까운 쪽의 형광 발광층(34) 중의 형광 발광 재료의 분자와의 거리를, 모두 10㎚ 이하로 할 수 있다. 따라서, 이 경우, 여기자 생성층(33)의 두께 d1은, 20㎚ 이하인 것이 바람직하다.
이하에, 본 실시 형태에 따른 유기 EL 소자(10)의 구성에 대하여, 실시예를 이용하여 구체적으로 나타낸다. 또한, 이하의 실시예에서도, 일부의 구성 요소에 대하여, 구체적인 치수 및 재료를 예로 들어 설명하지만, 본 실시 형태도, 이하의 실시예만으로 한정되는 것은 아니다.
(실시예 6)
본 실시예에서는, 도 5에 도시한 바와 같이, 기판(1) 위에, 비투광성 전극(21), 투광성 전극(22), 정공 주입층(31), 정공 수송층(32), 제1 형광 발광층(34A), 여기자 생성층(33), 제2 형광 발광층(34B), 전자 수송층(35), 전자 주입층(36), 제2 전극(4)을, 이 순서로 적층하였다.
기판(1)에는 유리 기판을 사용하였다. 또한, 기판(1) 위에 적층한 각 층의 재료와 두께는 이하와 같다.
비투광성 전극(21)(제1 전극(2), 양극, 반사 전극): Ag, 100㎚
투광성 전극(22)(제1 전극(2), 양극): ITO, 30㎚
정공 주입층(31): HAT-CN(10㎚)
정공 수송층(32): α-NPD(20㎚)
제1 형광 발광층(34A)(형광 발광층(34)): mCP/TTPA(mCP/TTPA 혼합비=0.9/0.1)(5㎚)
여기자 생성층(33): ACRXTN(10㎚)
제2 형광 발광층(34B)(형광 발광층(34)): mCBP/TTPA(mCBP/TTPA 혼합비=0.9/0.1)(5㎚)
전자 수송층(35): Bphen(20㎚)
전자 주입층(36): LiF(1㎚)
제2 전극(4)(음극): Ag-Mg 합금(Ag/Mg 혼합비=0.9/0.1)(20㎚)
본 실시예에 의하면, 전술한 바와 같이, 여기자 생성층(33)과 양극의 사이, 및 여기자 생성층(33)과 음극의 사이의 양쪽에 각각 형광 발광층(34)이 설치되어 있음으로써, 양 형광 발광층(34)의 형광 발광 재료에 대하여 펠스타 천이가 가능하게 된다. 이로 인해, 실시예 1보다도 발광 효율이 상승한다.
또한, 본 실시예에서는, 여기자 생성층(33)의 막 두께가 10㎚이기 때문에, 여기자 생성층(33) 중에서 가장 형광 발광 재료로부터 먼 TADF 재료의 분자로부터, 형광 발광층(34) 중에서 가장 TADF 재료에 가까운 형광 발광 재료의 분자까지의 거리를 10㎚로 할 수 있다.
또한, 본 예에서는 여기자 생성층(33)의 막 두께를 10㎚로 하였지만, 여기자 생성층(33)의 막 두께를 20㎚로 할 경우, 여기자 생성층(33)의 임의의 위치로부터 어느 하나의 형광 발광층(34)(제1 형광 발광층(34A) 또는 제2 형광 발광층(34B))까지의 최단 거리를 각각 10㎚로 할 수 있다.
또한, 본 실시예에서는, 양극측의 형광 발광층(34)인 제1 형광 발광층(34A)에 호스트 재료로서 정공 수송성 재료인 mCP를 혼합하고, 음극측의 형광 발광층(34)인 제2 형광 발광층(34B)에 호스트 재료로서 전자 수송성 재료인 mCBP를 혼합하고 있다. 이로 인해, 여기자 생성층(33)으로의 정공 수송성 및 전자 수송성이 높아져서, 여기자 생성층(33)에 캐리어가 모이기 쉬워지고 있다. 이로 인해, 본 실시예에 의하면, 여기자 생성 효율을 보다 향상시킬 수 있다.
또한, 전술한 바와 같이, mCP의 S1 준위 및 T1 준위와, mCBP의 S1 준위 및 T1 준위는, ACRXTN의 S1 준위 및 T1 준위와, TTPA의 S1 준위 및 T1 준위의 어느 것보다도 높다. 이로 인해, 전술한 바와 같이 각 형광 발광층(34)이 mCP 또는 mCBP를 포함하고 있었다고 해도, 이들 mCP나 mCBP로 에너지가 이동하는 일은 없다.
또한, 전술한 바와 같이, ACRXTN과 TTPA는, ACRXTN의 S1 준위>TTPA의 S1 준위, 및 ACRXTN의 T1 준위>TTPA의 T1 준위의 관계를 가짐과 함께, ACRXTN의 HOMO 준위>TTPA의 HOMO 준위, 및 ACRXTN의 LUMO 준위<TTPA의 LUMO 준위의 관계를 갖고 있다.
따라서, 본 실시예에서도, 예를 들어 실시 형태 1 혹은 실시 형태 3의 예를 들어 실시예 4에서 설명한 것과 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 실시예에서는, 제1 형광 발광층(34A)과 제2 형광 발광층(34B)에서 서로 다른 호스트 재료를 사용하는 경우를 예로 들어 설명하였다. 그러나, 본 실시 형태는 이것으로 한정되는 것이 아니라, 제1 형광 발광층(34A)과 제2 형광 발광층(34B)에 서로 다른 형광 도펀트 재료(형광 발광 재료)를 사용해도 되는 것은 물론이다. 이와 같이 제1 형광 발광층(34A)과 제2 형광 발광층(34B)에 서로 다른 재료(예를 들어, 서로 다른 형광 발광 재료, 혹은, 서로 다른 호스트 재료)를 사용함으로써, 캐리어 이동도의 조정이나 발광색의 조정을 행할 수 있다.
〔실시 형태 5〕
본 발명의 실시의 또 다른 형태에 대하여, 도 6에 기초하여 설명하면, 이하와 같다.
또한, 본 실시 형태에서는, 실시 형태 1과의 상이점에 대하여 설명하기로 하고, 실시 형태 1에서 설명한 구성 요소와 동일한 기능을 갖는 구성 요소에 대해서는, 동일 부호를 부기하고, 그 설명을 생략한다. 또한, 본 실시예에서도 실시 형태 1 내지 4와 마찬가지의 변형이 가능한 것은, 물론이다.
<유기 EL 소자(10)의 개략 구성>
도 6은, 본 실시 형태에 따른 유기 EL 소자(10)의 개략 구성을 나타내는 단면도이다.
또한, 본 실시예에서도 제1 전극(2)이 양극, 제2 전극(4)이 음극인 경우를 예로 들어 도시하고 있다.
유기 EL 소자(10)를 고휘도로 발광시키기 위해서 전류 밀도를 상승시키면, 캐리어의 재결합 영역이 여기자 생성층(33)의 외측까지 넓어져서, 비TADF 재료로 이루어지는, 형광 발광층(34)의 형광 도펀트로 직접 여기자가 생성되어 버릴 가능성이 있다.
따라서, 본 실시 형태에서는, 상기 현상에 의한 발광 효율의 저하를 억제하기 위해서, 여기자 생성층(33)과 형광 발광층(34)의 사이에, 중간층(37)으로서, 여기자 생성층(33) 및 형광 발광층(34) 이외의 층을 적어도 1층 설치하고 있다. 즉, 중간층(37)은, 1층만 형성되어 있어도 되며, 복수층으로 형성되어 있어도 된다.
중간층(37)은, 캐리어 및 여기자의 이동이 가능하며, 여기자 생성층(33)과 형광 발광층(34)의 사이에서 에너지의 수수가 가능한 층이면 특별히 한정되는 것은 아니다. 중간층(37)에는, 예를 들어 전자 수송성 재료 혹은 정공 수송성 재료를 사용할 수 있다. 이들 전자 수송성 재료 혹은 정공 수송성 재료로서는, 예를 들어 전자 수송층(35)의 재료 혹은 정공 수송층(32)의 재료와 마찬가지의 재료를 사용할 수 있다. 또한, 중간층(37)은, 1종류의 재료로 형성되어 있어도 되며, 복수의 재료로 형성되어 있어도 된다. 예를 들어, 중간층(37)은, 2종류 이상의 재료를 혼합해서 형성되어 있어도 되며, 2종류 이상의 재료가 층 형상으로 설치되어 있어도 된다.
중간층(37)의 재료는, 여기자 생성층(33)의 캐리어 이동도나 형광 발광층(34)의 주변의 재료 캐리어 이동도의 밸런스, 형광 발광층(34)을 구성하는 재료의 종류 등에 따라서, 여기자 생성층(33)에서 여기자가 생성되도록 적절히 선택하면 되며, 특별히 한정되는 것은 아니다.
<효과>
실시예 1에서 설명한 바와 같이, 정공 수송층(32)이 20㎚ 두께의 α-NPD층, 전자 수송층(35)이 20㎚ 두께의 Bphen층이라는 조합의 경우, 정공 수송성보다도 전자 수송성 쪽이 높다. 따라서, 전자와 정공은, 음극측보다도 양극측에서 재결합하기 쉽다.
이로 인해, 이 경우, 여기자 생성층(33)을 형광 발광층(34)보다도 양극측에 설치한 쪽이, 여기자 생성층(33)에서 효율적으로 여기자를 생성할 수 있다.
그리고, 이 경우, 중간층(37)에 전자 수송성 재료를 사용함으로써, 여기자 생성층(33)에 캐리어가 보다 모이기 쉬워진다. 또한, 이 경우, 형광 발광층(34)에 호스트 재료로서 전자 수송성 재료를 사용함으로써, 여기자 생성층(33)에 캐리어가 더 모이기 쉬워진다.
또한, 예를 들어 실시 형태 3과 같이 전자 수송성보다도 정공 수송성 쪽이 높은 경우, 여기자 생성층(33)을 형광 발광층(34)보다도 음극측에 설치하고, 중간층(37)에 정공 수송성 재료를 사용하는 것이 바람직하고, 이 경우, 형광 발광층(34)에 호스트 재료로서 정공 수송성 재료를 사용하는 것이 보다 바람직하다. 이에 의해, 여기자 생성층(33)에 캐리어가 보다 모이기 쉬워진다.
본 실시 형태에 의하면, 이와 같이 여기자 생성층(33)과 형광 발광층(34)을 연속적으로 적층하지 않고, 여기자 생성층(33)과 형광 발광층(34)의 사이에 중간층(37)을 설치함으로써, 고휘도 점등 시(즉, 유기 EL 소자(10)를 고휘도로 발광시키기 위해서 전류 밀도를 상승시킨 경우)에도 형광 발광층(34)에서 여기자가 직접 생성되는 것을 방지하여, 발광 효율을 개선할 수 있다.
또한, 이와 같이 유기 EL층(3)이, 여기자 생성층(33)과 형광 발광층(34)의 사이에 중간층(37)을 포함하는 경우, 중간층(37) 중에 포함되는 모든 재료의 S1 준위 및 T1 준위가, 형광 발광층(34)에 있어서의 모든 형광 도펀트 재료(형광 발광 재료)의 S1 준위 및 T1 준위의 어느 것보다도 높은 것이 바람직하고, 여기자 생성층(33) 중의 모든 TADF 재료의 S1 준위 및 T1 준위의 어느 것보다도 높은 것이 보다 바람직하다. 이에 의해, 중간층(37)의 재료로 에너지가 이동하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 이와 같이 유기 EL층(3)이 여기자 생성층(33)과 형광 발광층(34)의 사이에 중간층(37)을 포함하는 경우, 중간층(37) 중의 모든 재료의 HOMO 준위가 여기자 생성층(33) 중의 TADF 재료의 HOMO 준위보다도 낮고, 중간층(37) 중의 모든 재료의 LUMO 준위가 여기자 생성층(33) 중의 TADF 재료의 LUMO 준위보다도 높은 것이 바람직하다. 이에 의해, 정공도 전자도, 중간층(37)보다도 여기자 생성층(33)에 들어가기 쉬워진다. 이 결과, 여기자 생성층(33)에서의 여기자 생성 확률이 향상되어, 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 중간층(37) 중의 모든 재료의 HOMO 준위는, 형광 발광층(34) 중의 형광 도펀트 재료(형광 발광 재료)의 HOMO 준위보다도 높고, 중간층(37) 중의 모든 재료의 LUMO 준위가 형광 발광층(34) 중의 형광 도펀트 재료(형광 발광 재료)의 LUMO 준위보다도 낮은 것이 바람직하다. 이에 의해, 정공도 전자도, 형광 발광층(34)보다도 중간층(37)에 들어가기 쉬워진다. 이 결과, 여기자 생성층(33)에서의 여기자 생성 확률이 향상되어, 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
따라서, 전술한 구성을 조합함으로써, 보다 여기자 생성층(33)에서의 여기자 생성 확률이 향상되어, 보다 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 이와 같이 유기 EL층(3)이, 여기자 생성층(33)과 형광 발광층(34)의 사이에 중간층(37)을 포함하는 경우, 여기자 생성층(33)의 두께 d1과 중간층(37)의 두께 d2의 합계의 두께가 10㎚ 이하인 것이 바람직하다.
d1+d2를 10㎚ 이하로 함으로써, 도 6에 도시한 바와 같이, 여기자 생성층(33) 중에서 가장 형광 발광 재료로부터 먼 TADF 재료의 분자(즉, 여기자 생성층(33)에 있어서의 형광 발광층(34)과는 반대측의 표면에 위치하는 TADF 재료의 분자)로부터, 형광 발광층(34) 중에서 가장 TADF 재료에 가까운 형광 발광 재료의 분자(즉, 형광 발광층(34)에 있어서의 여기자 생성층(33)측의 표면에 위치하는 형광 발광 재료의 분자)까지의 거리 d를 10㎚ 이하로 할 수 있다.
이하에, 본 실시 형태에 따른 유기 EL 소자(10)의 구성에 대하여, 실시예를 이용하여 구체적으로 나타낸다. 또한, 이하의 실시예에서도, 일부의 구성 요소에 대하여, 구체적인 치수 및 재료를 예로 들어 설명하지만, 본 실시 형태도, 이하의 실시예만으로 한정되는 것은 아니다.
(실시예 7)
본 실시예에서는, 도 6에 도시한 바와 같이, 기판(1) 위에, 비투광성 전극(21), 투광성 전극(22), 정공 주입층(31), 정공 수송층(32), 여기자 생성층(33), 중간층(37), 형광 발광층(34), 전자 수송층(35), 전자 주입층(36), 제2 전극(4)을, 이 순서로 적층하였다.
기판(1)에는 유리 기판을 사용하였다. 또한, 기판(1) 위에 적층한 각 층의 재료와 두께는 이하와 같다.
비투광성 전극(21)(제1 전극(2), 양극, 반사 전극): Ag, 100㎚
투광성 전극(22)(제1 전극(2), 양극): ITO, 30㎚
정공 주입층(31): HAT-CN(10㎚)
정공 수송층(32): α-NPD(20㎚)
여기자 생성층(33): ACRXTN(5㎚)
중간층(37): mCBP(2㎚)
형광 발광층(34): mCBP/TTPA(mCBP/TTPA 혼합비=0.9/0.1)(5㎚)
전자 수송층(35): Bphen(20㎚)
전자 주입층(36): LiF(1㎚)
제2 전극(4)(음극): Ag-Mg 합금(Ag/Mg 혼합비=0.9/0.1)(20㎚)
본 실시예에서는, 도 6에 도시한 바와 같이, 여기자 생성층(33)을 형광 발광층(34)보다도 양극측에 배치함과 함께, 여기자 생성층(33)과 형광 발광층(34)의 사이에, 전자 수송성 재료인 mCBP로 이루어지는 중간층(37)을 설치하였다. 또한, 형광 발광층(34)에, 전자 수송성의 호스트 재료로서 mCBP를 혼합하였다.
따라서, 본 실시 형태에 의하면, 고휘도 점등 시에도 형광 발광층(34)에서 여기자가 직접 생성되는 것을 방지하여, 발광 효율을 개선할 수 있다.
또한, 본 실시예에 있어서, ACRXTN, TTPA 및 mCBP의 각 S1 준위 및 T1 준위의 관계와, ACRXTN 및 TTPA의 각 HOMO 준위 및 LUMO 준위의 관계는, 예를 들어 실시 형태 1, 3, 4에서 설명한 바와 같다.
따라서, 본 실시예에서도, 여기자 생성층(33) 중의 TADF 재료(본 실시예에서는 ACRXTN)의 S1 준위는 형광 발광층(34)의 형광 도펀트 재료(형광 발광 재료, 본 실시예에서는 TTPA)의 S1 준위보다도 높고, 여기자 생성층(33) 중의 TADF 재료의 T1 준위는 형광 발광층(34)의 형광 도펀트 재료(형광 발광 재료)의 T1 준위보다도 높다.
또한, 여기자 생성층(33) 중의 TADF 재료의 HOMO 준위는 형광 발광층(34)의 형광 도펀트 재료(형광 발광 재료)의 HOMO 준위보다도 높고, 여기자 생성층(33) 중의 TADF 재료의 LUMO 준위는 형광 발광층(34)의 형광 도펀트 재료(형광 발광 재료)의 LUMO 준위보다도 낮다.
또한, mCBP의 S1 준위 및 T1 준위는, ACRXTN의 S1 준위 및 T1 준위와, TTPA의 S1 준위와, T1 준위의 어느 것보다도 높다.
따라서, 형광 발광층(34) 중에 포함되는 형광 도펀트 재료(형광 발광 재료) 이외의 모든 재료(본 실시예에서는 mCBP)의 S1 준위 및 T1 준위는, 여기자 생성층(33) 중의 TADF 재료의 S1 준위 및 T1 준위와, 형광 발광층(34)의 형광 도펀트 재료(형광 발광 재료)의 S1 준위 및 T1 준위의 어느 것보다도 높다.
이로 인해, 본 실시예에서도, 예를 들어 실시 형태 1 또는 실시 형태 3의 예를 들어 실시예 4에서 설명한 효과와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 실시예에서는, 이것에 추가하여, 중간층(37) 중의 모든 재료(본 실시예에서는 mCBP)의 S1 준위 및 T1 준위도, 여기자 생성층(33) 중의 TADF 재료의 S1 준위 및 T1 준위와, 형광 발광층(34)의 형광 도펀트 재료(형광 발광 재료)의 S1 준위 및 T1 준위의 어느 것보다도 높다. 따라서, 중간층(37)의 재료로 에너지가 이동하는 것을 방지할 수 있다.
또한, mCBP의 HOMO 준위는 ACRXTN의 HOMO 준위보다도 낮고, mCBP의 LUMO 준위는 ACRXTN의 LUMO 준위보다도 높다. 또한, mCBP의 HOMO 준위는 TTPA의 HOMO 준위보다도 높고, mCBP의 LUMO 준위는 TTPA의 LUMO 준위보다도 낮다.
따라서, 중간층(37) 중의 모든 재료의 HOMO 준위는 여기자 생성층(33) 중의 TADF 재료의 HOMO 준위보다도 낮고, 중간층(37) 중의 모든 재료의 LUMO 준위가 여기자 생성층(33) 중의 TADF 재료의 LUMO 준위보다도 높다.
또한, 중간층(37) 중의 모든 재료의 HOMO 준위는 형광 발광층(34) 중의 형광 도펀트 재료(형광 발광 재료)의 HOMO 준위보다도 높고, 중간층(37) 중의 모든 재료의 LUMO 준위가 형광 발광층(34) 중의 형광 도펀트 재료(형광 발광 재료)의 LUMO 준위보다도 낮다.
이로 인해, 본 실시예에 의하면, 여기자 생성층(33)에서의 여기자 생성 확률을 향상시킬 수 있어, 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
〔실시 형태 6〕
본 발명의 실시의 또 다른 형태에 대하여, 도 7에 기초하여 설명하면, 이하와 같다.
또한, 본 실시 형태에서는, 주로 실시 형태 4, 5의 상이점에 대하여 설명하는 것으로 하고, 실시 형태 4, 5에서 설명한 구성 요소와 동일한 기능을 갖는 구성 요소에 대해서는, 동일 부호를 부기하고, 그 설명을 생략한다. 또한, 본 실시예에서도 실시 형태 1 내지 5와 마찬가지의 변형이 가능한 것은, 물론이다.
<유기 EL 소자(10)의 개략 구성>
도 7은, 본 실시 형태에 따른 유기 EL 소자(10)의 개략 구성을 나타내는 단면도이다.
또한, 본 실시예에서도, 제1 전극(2)이 양극, 제2 전극(4)이 음극인 경우를 예로 들어 도시하고 있다.
실시 형태 4와 같이 형광 발광층(34)을 사이에 두고 제1 형광 발광층(34A)과 제2 형광 발광층(34B)이 설치되어 있는 경우, 중간층(37)은, 제1 형광 발광층(34A)과 여기자 생성층(33)의 사이와, 제2 형광 발광층(34B)과 여기자 생성층(33)의 사이, 중 어느 한 쪽에만 설치되어 있어도 되고, 그 양쪽에 설치되어 있어도 된다.
이하, 각 중간층(37)을 구별할 필요가 있는 경우, 각 중간층(37)을, 각각 「제1 중간층(37A)」, 「제2 중간층(37B)」이라고 기재한다.
또한, 제1 중간층(37A), 제2 중간층(37B)은, 각각, 1층만으로 형성되어 있어도 되며, 복수층으로 형성되어 있어도 무방하다. 각 중간층(37)이, 1종류의 재료로 형성되어 있어도 되며, 복수의 재료로 형성되어 있어도 되는 것은, 실시 형태 5에서 설명한 바와 같다.
<효과>
본 실시 형태에 의하면, 어떠한 경우에도, 중간층(37)이 형광 발광층(34)과 여기자 생성층(33)의 사이에 설치되어 있음으로써, 실시 형태 5와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
또한, 상기한 바와 같이 형광 발광층(34)을 사이에 두고 제1 형광 발광층(34A) 및 제2 형광 발광층(34B)이 설치되어 있는 경우, 실시 형태 4에서 설명한 바와 같이, 여기자 생성층(33) 중의 TADF 재료의 분자와, 제1 형광 발광층(34A) 및 제2 형광 발광층(34B) 중 어느 하나 가까운 쪽의 형광 발광층(34) 중의 형광 발광 재료의 분자와의 거리를 10㎚ 이하로 하는 것이 바람직하다.
따라서, 전술한 바와 같이, 예를 들어 중간층(37)이 제1 형광 발광층(34A)과 여기자 생성층(33)의 사이와, 제2 형광 발광층(34B)과 여기자 생성층(33)의 사이에 설치되어 있는 경우, 여기자 생성층(33)의 두께 d1과 제1 중간층(37A)의 두께 d21과 제2 중간층(37B)의 두께 d22의 합계의 두께(d1+d21+d22)는, 20㎚ 이하인 것이 바람직하다. 이에 의해, 여기자 생성층(33)의 임의의 위치로부터 형광 발광층(34)까지의 최단 거리를 모두 10㎚ 이하로 할 수 있다.
또한, 각 중간층(37)의 두께는, 동일해도 되고, 상이해도 된다. 각 중간층(37)의 두께는, 주변 재료의 이동도 밸런스에 따라서 적절히 설정하면 된다.
이하에, 본 실시 형태에 따른 유기 EL 소자(10)의 구성에 대하여, 실시예를 이용하여 구체적으로 나타낸다. 또한, 이하의 실시예에서도, 일부의 구성 요소에 대하여, 구체적인 치수 및 재료를 예로 들어 설명하지만, 본 실시 형태도, 이하의 실시예만으로 한정되는 것은 아니다.
(실시예 8)
본 실시예에서는, 도 7에 도시한 바와 같이, 기판(1) 위에, 비투광성 전극(21), 투광성 전극(22), 정공 주입층(31), 정공 수송층(32), 제1 형광 발광층(34A), 제1 중간층(37A), 여기자 생성층(33), 제2 중간층(37B), 제2 형광 발광층(34B), 전자 수송층(35), 전자 주입층(36), 제2 전극(4)을, 이 순서로 적층하였다.
기판(1)에는 유리 기판을 사용하였다. 또한, 기판(1) 위에 적층한 각 층의 재료와 두께는 이하와 같다.
비투광성 전극(21)(제1 전극(2), 양극, 반사 전극): Ag, 100㎚
투광성 전극(22)(제1 전극(2), 양극): ITO, 30㎚
정공 주입층(31): HAT-CN(10㎚)
정공 수송층(32): α-NPD(20㎚)
제1 형광 발광층(34A)(형광 발광층(34)): mCP/TTPA(mCP/TTPA 혼합비=0.9/0.1)(5㎚)
제1 중간층(37A)(중간층(37)): mCP(2㎚)
여기자 생성층(33): ACRXTN(5㎚)
제2 중간층(37B)(중간층(37)): mCBP(2㎚)
제2 형광 발광층(34B)(형광 발광층(34)): mCBP/TTPA(mCBP/TTPA 혼합비=0.9/0.1)(5㎚)
전자 수송층(35): Bphen(20㎚)
전자 주입층(36): LiF(1㎚)
제2 전극(4)(음극): Ag-Mg 합금(Ag/Mg 혼합비=0.9/0.1)(20㎚)
본 실시예에서는, 도 7에 도시한 바와 같이, 양극측의 형광 발광층(34)인 제1 형광 발광층(34A)과 여기자 생성층(33)의 사이에, 정공 수송성 재료인 mCP로 이루어지는 제1 중간층(37A)을 설치하였다. 또한, 제1 형광 발광층(34A)에, 정공 수송성의 호스트 재료로서 mCP를 혼합하였다. 또한, 본 실시예에서는, 음극측의 형광 발광층(34)인 제2 형광 발광층(34B)과 여기자 생성층(33)의 사이에, 전자 수송성 재료인 mCBP로 이루어지는 제2 중간층(37B)을 설치하였다. 또한, 제2 형광 발광층(34B)에, 전자 수송성의 호스트 재료로서 mCBP를 혼합하였다.
또한, ACRXTN, TTPA, 및 mCBP의 각 S1 준위 및 T1 준위와, 각 HOMO 준위 및 LUMO 준위의 관계는, 예를 들어 실시 형태 1, 3 내지 5에서 설명한 바와 같다.
또한, ACRXTN, TTPA, 및 mCP의 각 S1 준위 및 T1 준위의 관계는, 예를 들어 실시 형태 3, 5에서 설명한 바와 같다.
그리고, mCP의 HOMO 준위는 ACRXTN의 HOMO 준위보다도 낮고, mCP의 LUMO 준위는 ACRXTN의 LUMO 준위보다도 높다. 또한, mCP의 HOMO 준위는 TTPA의 HOMO 준위보다도 높고, mCP의 LUMO 준위는 TTPA의 LUMO 준위보다도 낮다.
따라서, 본 실시예에서도, 여기자 생성층(33) 중의 TADF 재료의 S1 준위·T1 준위·HOMO 준위·LUMO 준위와, 형광 발광층(34) 중의 형광 도펀트 재료(형광 발광 재료, TTPA)의 S1 준위·T1 준위·HOMO 준위·LUMO 준위와, 형광 발광층(34) 중의 형광 도펀트 재료(형광 발광 재료, TTPA) 이외의 모든 재료(본 실시예에서는 mCP 및 mCBP)의 S1 준위·T1 준위·HOMO 준위·LUMO 준위와, 각 중간층(37) 중의 모든 재료(본 실시예에서는 mCP 및 mCBP)의 S1 준위·T1 준위·HOMO 준위·LUMO 준위는, 예를 들어 실시 형태 4, 5에서 설명한 관계와 마찬가지의 관계를 갖고 있다.
따라서, 본 실시예에 의하면, 실시 형태 4, 5에서 설명한 효과와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
〔실시 형태 7〕
본 발명의 실시의 또 다른 형태에 대하여, 도 8에 기초하여 설명하면, 이하와 같다.
또한, 본 실시 형태에서는, 주로 실시 형태 4와의 상이점에 대하여 설명하기로 하고, 실시 형태 4에서 설명한 구성 요소와 동일한 기능을 갖는 구성 요소에 대해서는, 동일 부호를 부기하고, 그 설명을 생략한다. 또한, 본 실시예에서도 실시 형태 1 내지 6과 마찬가지의 변형이 가능한 것은, 물론이다.
<유기 EL 소자(10)의 개략 구성>
도 8은, 본 실시 형태에 따른 유기 EL 소자(10)의 개략 구성을 나타내는 단면도이다.
또한, 본 실시예에서도 제1 전극(2)이 양극, 제2 전극(4)이 음극인 경우를 예로 들어 도시하고 있다.
형광 발광층(34)의 두께가 10㎚보다도 얇은 경우, 여기자 생성층(33)으로부터 형광 발광층(34)을 건너뛰어, 그 외측의 층으로 에너지 이동해버려서, 발광 효율이 저하되는 것이 생각된다. 또한, 상기 외측의 층이란, 유기 EL층(3)에 있어서의, 형광 발광층(34)을 사이에 두고 여기자 생성층(33)과는 반대측에 설치된 층이며, 예를 들어 정공 수송층(32)이나 전자 수송층(35) 등을 나타낸다.
따라서, 형광 발광층(34)의 두께가 10㎚보다도 얇은 경우, 형광 발광층(34)에 인접하여, 외측의 층으로의 펠스타 천이를 방지하는 블록층(38)이 설치되어 있는 것이 바람직하다.
블록층(38)은, 여기자 에너지 이동 블록층으로서 기능한다. 블록층(38)은, 여기자 생성층(33)으로부터 외측의 주변층으로의 에너지 이동을 방지할 수 있는 정도의 막 두께가 있으면, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어 전자 수송성 재료 또는 정공 수송성 재료를 사용할 수 있다. 이들 전자 수송성 재료 또는 정공 수송성 재료로서는, 예를 들어 전자 수송층(35)의 재료 혹은 정공 수송층(32)의 재료와 마찬가지의 재료를 사용할 수 있다. 또한, 블록층(38)은 1종류의 재료로 형성되고 있어도 되며, 복수의 재료로 형성되어 있어도 된다.
<효과>
본 실시 형태에 의하면, 상기 블록층(38)을 설치함으로써, 형광 발광층(34)의 두께가 얇은 경우에도, 여기자 생성층(33)으로부터 형광 발광층(34)을 건너뛰어서 그 외측의 주변층으로 에너지가 이동하는 것을 방지할 수 있다. 이로 인해, 본 실시 형태에 의하면, 형광 발광층(34)의 두께가 얇은 경우에도, 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 블록층(38)은, S1 준위 및 T1 준위의 양쪽이, 인접하는 형광 발광층(34) 중의 모든 형광 발광 재료(형광 도펀트 재료)의 S1 준위 및 T1 준위의 어느 것보다도 높은 것이 바람직하며, 여기자 생성층(33) 중의 모든 TADF 재료의 S1 준위 및 T1 준위의 어느 것보다도 높은 것이 보다 바람직하다. 즉, 블록층(38)은, S1 준위 및 T1 준위의 양쪽이, 인접하는 형광 발광층(34) 중의 모든 형광 발광 재료(형광 도펀트 재료)의 S1 준위 및 T1 준위와, 상기 여기자 생성층(33) 중의 TADF 재료의 S1 준위 및 T1 준위의 어느 것보다도 높은 재료로 형성되어 있는 것이 보다 바람직하다. 이에 의해, 여기자 생성층(33) 및 형광 발광층(34)으로부터 블록층(38)으로의 에너지 이동을 방지할 수 있다.
또한, 블록층(38) 중의 모든 재료의 HOMO 준위는, 인접하는 형광 발광층(34) 중의 형광 발광 재료(형광 도펀트 재료)의 HOMO 준위보다도 낮은 것이 바람직하다. 이 경우, 정공이 블록층(38)보다도 형광 발광층(34)에 들어가기 쉽기 때문에, 정공 누설을 방지할 수 있다. 이에 의해, 여기자 생성층(33)에서의 여기자 생성 확률이 향상되어, 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 블록층(38) 중의 모든 재료의 LUMO 준위는, 인접하는 형광 발광층(34) 중의 형광 발광 재료(형광 도펀트 재료)의 LUMO 준위보다도 높은 것이 바람직하다. 이 경우, 전자가 블록층(38)보다도 형광 발광층(34)에 들어가기 쉽기 때문에, 전자 누설을 방지할 수 있다. 이에 의해, 여기자 생성층(33)에서의 여기자 생성 확률이 향상되어, 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
도 8에 도시한 바와 같이 형광 발광층(34)으로서 제1 형광 발광층(34A)과 제2 형광 발광층(34B)이 설치되어 있는 경우, 블록층(38)은, 제1 형광 발광층(34A)과 정공 수송층(32)의 사이, 및 제2 형광 발광층(34B)과 전자 수송층(35) 사이의, 양쪽에 설치되어도 되고, 어느 한 쪽에만 설치되어도 된다.
이하, 각 블록층(38)을 구별할 필요가 있는 경우, 각 블록층(38)을, 각각 「제1 블록층(38A)」, 「제2 블록층(38B)」이라고 기재한다.
도 8에 도시한 바와 같이 제1 형광 발광층(34A)과 정공 수송층(32)의 사이에 제1 블록층(38A)이 설치되고, 제2 형광 발광층(34B)과 전자 수송층(35)의 사이에 제2 블록층(38B)이 설치되어 있는 경우, 제1 형광 발광층(34A)과 제1 블록층(38A)의 합계의 두께, 및 제2 블록층(38B)과 제2 블록층(38B)의 합계의 두께는 모두 10㎚ 이상인 것이 바람직하다. 이에 의해, 각 블록층(38)의 외측의 층으로 에너지 이동해버려서, 발광 효율이 저하되는 것을, 보다 확실하게 방지할 수 있다.
또한, 제1 형광 발광층(34A)과 제1 블록층(38A)의 합계의 두께, 및 제2 블록층(38B)과 제2 블록층(38B)의 합계의 두께의 상한은 특별히 한정되는 것은 아니다. 그러나, 각 층의 두께나 적층 수가 많아지면, 그만큼, 최종적으로 얻어지는 유기 EL 소자(10)의 두께가 증가한다. 이로 인해, 다른 층과의 관계로부터, 유기 EL 소자(10)가 원하는 두께를 갖도록 적절히 설정하는 것이 바람직하다. 상기 상한은, 예를 들어 구동 전압 상승을 방지하는 등의 이유로부터, 50㎚ 이하로 하는 것이 바람직하다.
또한, 각 블록층(38)의 두께는 동일해도 되고, 상이해도 된다. 각 블록층(38)의 두께는, 인접하는 형광 발광층(34)의 이동도 등에 따라서 적절히 설정하면 된다.
이하에, 본 실시 형태에 따른 유기 EL 소자(10)의 구성에 대하여, 실시예를 이용하여 구체적으로 나타낸다. 또한, 이하의 실시예에서도, 일부의 구성 요소에 대하여, 구체적인 치수 및 재료를 예로 들어 설명하지만, 본 실시 형태도, 이하의 실시예만으로 한정되는 것은 아니다.
(실시예 8)
본 실시예에서는, 도 8에 도시한 바와 같이, 기판(1) 위에, 비투광성 전극(21), 투광성 전극(22), 정공 주입층(31), 정공 수송층(32), 제1 블록층(38A), 제1 형광 발광층(34A), 여기자 생성층(33), 제2 형광 발광층(34B), 제2 블록층(38B), 전자 수송층(35), 전자 주입층(36), 제2 전극(4)을, 이 순서로 적층하였다.
기판(1)에는 유리 기판을 사용하였다. 또한, 기판(1) 위에 적층한 각 층의 재료와 두께는 이하와 같다.
비투광성 전극(21)(제1 전극(2), 양극, 반사 전극): Ag, 100㎚
투광성 전극(22)(제1 전극(2), 양극): ITO, 30㎚
정공 주입층(31): HAT-CN(10㎚)
정공 수송층(32): α-NPD(20㎚)
제1 블록층(38A)(블록층(38)): mCP(10㎚)
제1 형광 발광층(34A)(형광 발광층(34)): mCP/TTPA(mCP/TTPA 혼합비=0.9/0.1)(5㎚)
여기자 생성층(33): ACRXTN(10㎚)
제2 형광 발광층(34B)(형광 발광층(34)): mCBP/TTPA(mCBP/TTPA 혼합비=0.9/0.1)(5㎚)
제2 블록층(38B)(블록층(38)): mCBP(10㎚)
전자 수송층(35): Bphen(20㎚)
전자 주입층(36): LiF(1㎚)
제2 전극(4)(음극): Ag-Mg 합금(Ag/Mg 혼합비=0.9/0.1)(20㎚)
본 실시예에서는, 형광 발광층(34)과, 그 외측(전극측)에 위치하는 주변층의 사이에, mCP 또는 mCBP로 이루어지는 블록층(38)이 설치되어 있다.
또한, ACRXTN, TTPA, mCP 및 mCBP의 각 S1 준위·T1 준위·HOMO 준위·LUMO 준위의 관계는, 예를 들어 실시 형태 1, 3 내지 6에서 설명한 바와 같다.
따라서, 본 실시예에 의하면, 실시 형태 1, 3 내지 6에서 설명한 효과와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 실시예에 의하면, 상기 블록층(38)을 설치함으로써, 상기한 바와 같이 형광 발광층(34)의 두께가 얇은 경우에도, 여기자 생성층(33)으로부터 형광 발광층(34)을 건너뛰어 그 외측의 주변층으로 에너지가 이동하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 본 실시예에서도 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
<변형예>
전술한 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 실시 형태 1 내지 6과 마찬가지의 변형이 가능하다. 이로 인해, 본 실시 형태에서는, 주로 실시 형태 4과의 상이점에 대하여 설명하였지만, 예를 들어 도 7에 도시한 유기 EL 소자(10)에 있어서의 제1 형광 발광층(34A)과 정공 수송층(32)의 사이, 및 제2 형광 발광층(34B)과 수송층(35)의 사이 중 적어도 한쪽에 블록층(38)이 설치되어 있는 구성으로 하여도 무방하다.
〔실시 형태 8〕
본 발명의 실시의 또 다른 형태에 대하여, 도 9에 기초하여 설명하면, 이하와 같다.
또한, 본 실시 형태에서는, 주로 실시 형태 1과의 상이점에 대하여 설명하는 것으로 하고, 실시 형태 1에서 설명한 구성 요소와 동일한 기능을 갖는 구성 요소에 대해서는, 동일한 부호를 부기하고, 그 설명을 생략한다. 또한, 본 실시예에서도 실시 형태 1 내지 7과 마찬가지의 변형이 가능한 것은, 물론이다.
<유기 EL 소자(10)의 개략 구성>
도 9는, 본 실시 형태에 따른 유기 EL 소자(10)의 개략 구성을 나타내는 단면도이다.
또한, 본 실시예에서도 제1 전극(2)이 양극, 제2 전극(4)이 음극인 경우를 예로 들어 도시하고 있다.
전류 밀도를 변화시켜서 유기 EL 소자(10)를 구동하는 경우, 여기자가 생성되는 위치가 변화될 우려가 있다.
따라서, 여기자 생성층(33)은, 도 9에 도시한 바와 같이, 형광 발광층(34)의 표면측 및 이면측의 양쪽에 설치되어 있어도 된다.
즉, 여기자 생성층(33)은, 형광 발광층(34)과 제1 전극(2)의 사이, 및 형광 발광층(34)과 제2 전극(4) 사이의 양쪽에 설치되어 있어도 된다.
이하, 각 여기자 생성층(33)을 구별할 필요가 있는 경우, 각 여기자 생성층(33)을 각각 「제1 여기자 생성층(33A)」, 「제2 여기자 생성층(33B)」이라고 기재한다.
이와 같이 유기 EL층(3)에 여기자 생성층(33)이 복수 설치되어 있는 경우, 제1 여기자 생성층(33A)의 TADF 재료와 제2 여기자 생성층(33B) 중의 TADF 재료는, 동일해도 되고, 상이해도 된다.
제1 여기자 생성층(33A)과 제2 여기자 생성층(33B)에 서로 다른 TADF 재료를 사용함으로써, 각 여기자 생성층(33)의 캐리어 이동도를 변경할 수 있다. 이로 인해, 이 경우, 전류 밀도를 변화시켜서 유기 EL 소자(10)를 구동할 때, 여기자가 생성되는 위치를, 변화시키는 전류 밀도에 따른 위치로 조정할 수 있으므로, 여기자 생성층(33)에서 캐리어의 재결합이 일어나기 쉬워져서, 발광 효율이 개선된다.
상기한 바와 같이 제1 여기자 생성층(33A)과 제2 여기자 생성층(33B)에 서로 다른 TADF 재료를 사용하는 경우, 제1 여기자 생성층(33A) 중의 TADF 재료로서는, 전자 이동도가 정공 이동도보다 높은 재료가 바람직하다. 반대로, 제2 여기자 생성층(33B) 중의 TADF 재료로서는, 정공 이동도가 전자 이동도보다도 높은 재료가 바람직하다.
또한, 도 9에 도시한 구성에 있어서는, 제1 여기자 생성층(33A)의 두께를 d11로 하고, 제2 여기자 생성층(33B)의 두께를 d12로 하면, d11 및 d12는, 모두 10㎚ 이하인 것이 바람직하다. 이에 의해, 양 재료가 접촉하고 있는 경우와 마찬가지로, 확실하게 펠스타 천이가 일어나서, 이동 효율을 손상시키는 일도 없다.
또한, d11 및 d12는 동일해도 되고, 상이해도 된다. 각 여기자 생성층(33)의 두께는, 각 여기자 생성층(33)의 이동도나 주변 재료의 이동도 밸런스에 따라서 적절히 설정하면 된다.
<효과>
이와 같이 여기자 생성층(33)이 형광 발광층(34)을 사이에 두고 설치되어 있음으로써, 유기 EL 소자(10)를 서로 다른 전류 조건에서 구동하는 경우에도, 여기자 생성층(33)에서 캐리어의 재결합이 일어나가기 쉬워지게 되어, 발광 효율이 개선된다.
또한, 본 실시 형태에 의하면, 여기자 생성층(33)이 형광 발광층(34)을 사이에 두고 설치되어 있음으로써, 형광 발광층(34)의 두께가 얇은 경우에도, 형광 발광층(34)을 건너뛰어 외측의 정공 수송층(32)이나 전자 수송층(35)으로의 에너지의 이동이 발생하기 어렵다. 이로 인해, 상기 유기 EL 소자(10)는, 형광 발광층(34)의 두께가 10㎚ 이하인 경우에도 바람직하다.
이하에, 본 실시 형태에 따른 유기 EL 소자(10)의 구성에 대하여, 실시예를 이용하여 구체적으로 나타낸다. 또한, 이하의 실시예에서도, 일부의 구성 요소에 대하여, 구체적인 치수 및 재료를 예로 들어 설명하지만, 본 실시 형태도, 이하의 실시예만으로 한정되는 것은 아니다.
(실시예 10)
본 실시예에서는, 도 9에 도시한 바와 같이, 기판(1) 위에, 비투광성 전극(21), 투광성 전극(22), 정공 주입층(31), 정공 수송층(32), 제1 여기자 생성층(33A), 형광 발광층(34), 제2 여기자 생성층(33B), 전자 수송층(35), 전자 주입층(36), 제2 전극(4)을, 이 순서로 적층하였다.
기판(1)에는 유리 기판을 사용하였다. 또한, 기판(1) 위에 적층한 각 층의 재료와 두께는 이하와 같다.
비투광성 전극(21)(제1 전극(2), 양극, 반사 전극): Ag, 100㎚
투광성 전극(22)(제1 전극(2), 양극): ITO, 30㎚
정공 주입층(31): HAT-CN(10㎚)
정공 수송층(32): α-NPD(20㎚)
제1 여기자 생성층(33A)(여기자 생성층(33)): ACRXTN(5㎚)
형광 발광층(34): TTPA(2㎚)
제2 여기자 생성층(33B)(여기자 생성층(33)): ACRXTN(5㎚)
전자 수송층(35): Bphen(20㎚)
전자 주입층(36): LiF(1㎚)
제2 전극(4)(음극): Ag-Mg 합금(Ag/Mg 혼합비=0.9/0.1)(20㎚)
또한, ACRXTN 및 TTPA의 각 S1 준위·T1 준위·HOMO 준위·LUMO 준위의 관계는, 예를 들어 실시 형태 1에서 설명한 바와 같다.
따라서, 본 실시예에 의하면, 실시 형태 1에서 설명한 효과와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 실시예에 의하면, 상기한 바와 같이 여기자 생성층(33)이 형광 발광층(34)을 사이에 두고 설치되어 있음으로써, 유기 EL 소자(10)를 서로 다른 전류 조건에서 구동하는 경우에도, 여기자 생성층(33)에서 캐리어의 재결합이 일어나기 쉬워져서, 발광 효율이 개선된다.
또한, 본 실시예에서는, 제1 여기자 생성층(33A) 및 제2 여기자 생성층(33B)에 모두 ACRXTN을 사용한 경우를 예로 들어 나타내고 있지만, 한쪽의 여기자 생성층(33), 예를 들어 제1 여기자 생성층(33A)에, ACRSA 혹은 PXZ-TRZ를 사용해도 된다. 전술한 바와 같이 형광 발광 재료에 TTPA를 사용하는 경우, 상기 형광 발광 재료와의 조합으로부터는, ACRSA를 사용하는 것이 특히 바람직하다.
<변형예>
전술한 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 실시 형태 1 내지 7과 마찬가지의 변형이 가능하다. 이로 인해, 본 실시 형태에서는, 주로 실시 형태 1과의 상이점에 대하여 설명하였지만, 다른 실시 형태에 기재된 유기 EL 소자(10) 및 그 조합에 대해서도 마찬가지의 변형이 가능하다.
예를 들어, 실시 형태 5 내지 7에서 설명한 바와 같이, 여기자 생성층(33)과 형광 발광층(34)의 사이에는, 중간층(37)이 각각 적어도 1층 설치되어 있어도 된다.
따라서, 형광 발광층(34)과 제1 여기자 생성층(33A)의 사이, 및 형광 발광층(34)과 제2 여기자 생성층(33B)의 사이 중 적어도 한쪽에, 중간층(37)이, 각각 적어도 1층 설치되어 있어도 된다.
또한, 예를 들어 실시 형태 4에서 설명한 바와 같이, 여기자 생성층(33)으로부터의 에너지 이동은, 여기자 생성층(33)의 양극측에도 음극측에도 동등하게 일어날 수 있다. 이로 인해, 여기자 생성층(33)을 사이에 두고 형광 발광층(34)이 설치되어 있음으로써, 형광 도펀트 재료에 누설 없이 에너지 이동이 가능하며, 발광 효율이 상승한다.
따라서, 유기 EL층(3)은, 제1 여기자 생성층(33A)과 양극의 사이와, 제2 여기자 생성층(33B)과 음극의 사이 중 적어도 한쪽에, 또한 형광 발광층(34)을 구비하고 있어도 무방하다.
즉, 유기 EL층(3)은, 예를 들어 제1 형광 발광층(34A), 제2 형광 발광층(34B), 제3 형광 발광층(34C)을 포함하고, 제1 형광 발광층(34A)/제1 여기자 생성층(33A)/제2 형광 발광층(34B)/제2 여기자 생성층(33B)/제3 형광 발광층(34C)의 순서로 각 형광 발광층(34) 및 여기자 생성층(33)이 적층된 구성을 갖고 있어도 무방하다.
또한, 이 경우에도, 제1 형광 발광층(34A)과 제1 여기자 생성층(33A)의 사이, 제1 여기자 생성층(33A)과 제2 형광 발광층(34B)의 사이, 제2 형광 발광층(34B)과 제2 여기자 생성층(33B)의 사이, 제2 여기자 생성층(33B)과 제3 형광 발광층(34C)의 사이 중 적어도 1개소에, 중간층(37)이, 각각 적어도 1층 설치되어 있어도 되는 것은, 물론이다.
〔실시 형태 9〕
본 발명의 실시의 또 다른 형태에 대하여, 도 10에 기초하여 설명하면, 이하와 같다.
또한, 본 실시 형태에서는, 주로 실시 형태 8과의 상이점에 대하여 설명하는 것으로 하고, 실시 형태 1에서 설명한 구성 요소와 동일한 기능을 갖는 구성 요소에 대해서는, 동일 부호를 부기하고, 그 설명을 생략한다. 또한, 본 실시예에서도 실시 형태 1 내지 8과 마찬가지의 변형이 가능한 것은, 물론이다.
<유기 EL 소자(10)의 개략 구성>
도 10은, 본 실시 형태에 따른 유기 EL 소자(10)의 개략 구성을 나타내는 단면도이다.
또한, 본 실시예에서도 제1 전극(2)이 양극, 제2 전극(4)이 음극인 경우를 예로 들어 도시하고 있다.
실시 형태 8의 도 9에 도시한 바와 같이 여기자 생성층(33)이 형광 발광층(34)을 사이에 두고 설치되어 있는 경우에도, 도 10에 도시한 바와 같이, 각 여기자 생성층(33)에 인접하여 블록층(38)이 설치되어 있어도 된다.
<효과>
본 실시예에서도 상기 블록층(38)을 설치함으로써, 여기자 생성층(33)으로부터 형광 발광층(34) 이외의 주변층으로 에너지가 이동하는 것을 방지할 수 있으므로, 발광 효율을 보다 향상시킬 수 있다.
블록층(38)의 재료로서는, 실시 형태 7에서 설명한 재료와 마찬가지의 재료를 사용할 수 있다. 단, 이와 같이 블록층(38)을 여기자 생성층(33)에 인접하여 설치하는 경우, 블록층(38)은, S1 준위 및 T1 준위의 양쪽이, 인접하는 여기자 생성층(33) 중의 TADF 재료의 S1 준위 및 T1 준위의 어느 것보다도 높은 재료로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 즉, 블록층(38)은, S1 준위 및 T1 준위의 양쪽이, 인접하는 여기자 생성층(33) 중의 TADF 재료의 S1 준위 및 T1 준위와, 형광 발광층(34) 중의 형광 발광 재료(형광 도펀트 재료)의 S1 준위 및 T1 준위의 어느 것보다도 높은 재료로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이에 의해, 여기자 생성층(33) 및 형광 발광층(34)으로부터 블록층(38)으로의 에너지 이동을 방지할 수 있다.
또한, 블록층(38) 중의 모든 재료의 HOMO 준위는, 인접하는 여기자 생성층(33) 중의 TADF 재료의 HOMO 준위보다도 낮은 것이 바람직하다. 이 경우, 정공이 블록층(38)보다도 형광 발광층(34)에 들어가기 쉽기 때문에, 정공 누설을 방지할 수 있다. 이에 의해, 여기자 생성층(33)에서의 여기자 생성 확률이 향상되어, 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 블록층(38) 중의 모든 재료의 LUMO 준위는, 인접하는 여기자 생성층(33) 중의 TADF 재료의 LUMO 준위보다도 높은 것이 바람직하다. 이 경우, 전자가 블록층(38)보다도 형광 발광층(34)에 들어가기 쉽기 때문에, 전자 누설을 방지할 수 있다. 이에 의해, 여기자 생성층(33)에서의 여기자 생성 확률이 향상되어, 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 실시예에서도 도 10에 도시한 바와 같이 여기자 생성층(33)으로서 제1 여기자 생성층(33A)과 제2 여기자 생성층(33B)이 설치되어 있는 경우, 블록층(38)은, 제1 여기자 생성층(33A)과 정공 수송층(32)의 사이, 및 제2 여기자 생성층(33B)과 전자 수송층(35) 사이의, 양쪽에 설치되어도 되고, 어느 한쪽에만 설치되어도 된다.
또한, 각 블록층(38)의 두께는, 어느 것이나, 10㎚ 이상인 것이 바람직하다. 이에 의해, 각 블록층(38)의 외측의 층으로 에너지 이동해버려서, 발광 효율이 저하되는 것을, 보다 확실하게 방지할 수 있다.
또한, 본 실시예에서도 각 블록층(38)의 두께 상한은 특별히 한정되는 것은 아니다. 그러나, 각 층의 두께나 적층 수가 많아지면, 그만큼, 최종적으로 얻어지는 유기 EL 소자(10)의 두께가 증가한다. 이로 인해, 다른 층과의 관계로부터, 유기 EL 소자(10)가 원하는 두께를 갖도록 적절히 설정하는 것이 바람직하다. 상기 상한은, 예를 들어 구동 전압 상승을 방지하는 등의 이유로부터, 50㎚ 이하로 하는 것이 바람직하다.
또한, 본 실시예에서도 각 블록층(38)의 두께는 동일해도 되고, 상이해도 된다. 각 블록층(38)의 두께는, 인접하는 여기자 생성층(33)의 이동도 등에 따라서 적절히 설정하면 된다.
또한, 본 실시예에서도, 도 10에 도시한 구성은, 도 9에 도시한 구성과 마찬가지로, d11과 d12가, 모두 10㎚ 이하인 것이 바람직하다. 또한, d11과 d12는 동일해도 되고, 상이해도 된다.
이하에, 본 실시 형태에 따른 유기 EL 소자(10)의 구성에 대하여, 실시예를 이용하여 구체적으로 나타낸다. 또한, 이하의 실시예에서도, 일부의 구성 요소에 대하여, 구체적인 치수 및 재료를 예로 들어 설명하지만, 본 실시 형태도, 이하의 실시예만으로 한정되는 것은 아니다.
(실시예 11)
본 실시예에서는, 도 10에 도시한 바와 같이, 기판(1) 위에, 비투광성 전극(21), 투광성 전극(22), 정공 주입층(31), 정공 수송층(32), 제1 블록층(38A), 제1 여기자 생성층(33A), 형광 발광층(34), 제2 여기자 생성층(33B), 제2 블록층(38B), 전자 수송층(35), 전자 주입층(36), 제2 전극(4)을, 이 순서로 적층하였다.
기판(1)에는 유리 기판을 사용하였다. 또한, 기판(1) 위에 적층한 각 층의 재료와 두께는 이하와 같다.
비투광성 전극(21)(제1 전극(2), 양극, 반사 전극): Ag, 100㎚
투광성 전극(22)(제1 전극(2), 양극): ITO, 30㎚
정공 주입층(31): HAT-CN(10㎚)
정공 수송층(32): α-NPD(20㎚)
제1 블록층(38A)(블록층(38)): mCP(10㎚)
제1 여기자 생성층(33A)(여기자 생성층(33)): ACRXTN(5㎚)
형광 발광층(34): TTPA(2㎚)
제2 여기자 생성층(33B)(여기자 생성층(33)): ACRXTN(5㎚)
제2 블록층(38B)(블록층(38)): mCBP(10㎚)
전자 수송층(35): Bphen(20㎚)
전자 주입층(36): LiF(1㎚)
제2 전극(4)(음극): Ag-Mg 합금(Ag/Mg 혼합비=0.9/0.1)(20㎚)
또한, ACRXTN, TTPA, mCP, 및 mCBP의 각 S1 준위·T1 준위·HOMO 준위·LUMO 준위의 관계는, 예를 들어 실시 형태 1, 3 내지 8에서 설명한 바와 같다.
본 실시예에 의하면, 예를 들어 실시 형태 7, 8에서 설명한 효과와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
<변형예>
전술한 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 실시 형태 1 내지 8과 마찬가지의 변형이 가능하다. 이로 인해, 본 실시 형태에서는, 주로 실시 형태 8과의 상이점에 대하여 설명하였지만, 다른 실시 형태에 기재된 유기 EL 소자(10) 및 그 조합에 대해서도 마찬가지의 변형이 가능하다.
예를 들어, 도 1, 3 내지 6에 도시한 유기 EL 소자(10), 혹은, 실시 형태 8의 변형예에 나타내는 유기 EL 소자(10)에 있어서, 여기자 생성층(33)에 인접하여 블록층(38)을 설치해도 무방하다. 즉, 각 실시 형태에 기재된 유기 EL층(3)은, 형광 발광층(34), 여기자 생성층(33), 블록층(38)이, 이 순서로 적층된 구성을 갖고 있어도 무방하다.
〔결론〕
본 발명의 형태 1에 따른 유기 일렉트로루미네센스 소자(유기 EL 소자(10))는, 양극(예를 들어 제1 전극(2))과 음극(예를 들어 제2 전극(4))의 사이에, 적어도 1종류의 열 활성화 지연 형광 재료(TADF 재료)를 호스트 재료(TADF 호스트 재료)로서 포함하는 적어도 1층의 여기자 생성층(33)(여기자 생성층(33), 제1 여기자 생성층(33A), 제2 여기자 생성층(33B))과, 적어도 1종류의 형광 발광 재료(형광 도펀트 재료)를 포함하는 적어도 1층의 형광 발광층(34)(형광 발광층(34), 제1 형광 발광층(34A), 제2 형광 발광층(34B))을 적어도 구비하고 있다.
일반적으로, 발광층은, 정공 및 전자의 수송을 담당하는 호스트 재료와, 발광을 담당하는 발광 재료의 2성분계로 형성되어 있으며, 발광 재료는, 호스트 재료로 균일하게 분산되어 있다.
특허문헌 1, 2에서도, TADF 재료와, 실질적으로 발광하는 형광 도펀트 재료(발광 도펀트 재료)인, 비TADF 재료로 이루어지는 형광 발광 재료가, 동일층에 공존하고 있다.
그러나, 일반적으로 도펀트 재료의 쪽이, 호스트 재료인 TADF 재료보다도 S1 준위가 낮다. 이로 인해, TADF 재료와, 비TADF 재료로 이루어지는 형광 도펀트 재료가 공존하고 있으면, 여기자 자체가, 비TADF 재료로 이루어지는 형광 도펀트 재료로 생성되기 쉽고, 비발광의 삼중항 여기자를 생성하여, 발광 효율이 저하된다.
그러나, 본원 발명자들의 검토에 의하면, 정공 및 전자의 수송을 담당하는 호스트 재료인 TADF 재료와, 발광을 담당하는 형광 도펀트 재료가 직접 접촉하지 않아도, TADF 재료의 S1 준위로부터 형광 발광 재료의 S1 준위로의 에너지 이동(펠스타 천이)은 일어난다.
따라서, 상기한 바와 같이, 종래의 발광층에서 행해지고 있던 발광과 여기자의 생성을 기능 분리시켜서, 발광을 나타내는 형광 발광층(34)과는 별도로 여기자 생성층(33)을 설치함으로써, 동일한 층 내에서 TADF 재료와 형광 발광 재료가 혼합되는 것을 방지할 수 있다. 이로 인해, 상기의 구성에 의하면, 종래보다도 발광 효율을 향상시킬 수 있는 유기 EL 소자(10)를 제공할 수 있다.
본 발명의 형태 2에 따른 유기 일렉트로루미네센스 소자(유기 EL 소자(10))는, 상기 형태 1에 있어서, 상기 여기자 생성층(33)의 임의의 위치로부터 상기 형광 발광층(34)까지의 최단 거리가 10㎚ 이하여도 된다.
TADF 재료의 분자로부터 형광 발광 재료의 분자까지의 거리가 10㎚ 이하이면 확실하게 펠스타 천이가 일어남과 함께, 에너지의 이동 효율을 손상시키는 일도 없다.
상기의 구성에 의하면, 상기 여기자 생성층(33)의 임의의 위치의 TADF 재료의 분자로부터 형광 발광 재료의 분자까지의 거리는, 모두 10㎚ 이하로 된다. 따라서, 상기의 구성에 의하면, 상기 여기자 생성층(33) 중의 모든 TADF 재료의 분자에 있어서, 펠스타 천이가 가능하게 된다.
본 발명의 형태 3에 따른 유기 일렉트로루미네센스 소자(유기 EL 소자(10))는, 상기 형태 1 또는 2에 있어서, 상기 여기자 생성층(33) 중의 열 활성화 지연 형광 재료(TADF 재료, TADF 호스트 재료)의 여기 일중항 준위(S1 준위)가, 상기 형광 발광층(34) 중의 형광 발광 재료(형광 도펀트 재료)의 여기 일중항 준위(S1 준위)와 에너지 준위가 동일하거나, 혹은 그보다도 높아도 된다.
상기의 구성에 의하면, 여기자 생성층(33)으로부터 형광 발광층(34)으로의 에너지 이동(펠스타 천이)이 가능하게 된다. 또한, 형광 발광층(34)으로부터 여기자 생성층(33)으로의 에너지 이동을 방지할 수 있다. 따라서, 형광 발광층(34)에서의 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 형태 4에 따른 유기 일렉트로루미네센스 소자(유기 EL 소자(10))는, 상기 형태 1 내지 3 중 어느 하나에 있어서, 상기 여기자 생성층(33) 중의 열 활성화 지연 형광 재료(TADF 재료, TADF 호스트 재료)의 HOMO 준위가, 상기 형광 발광층(34) 중의 형광 발광 재료(형광 도펀트 재료)의 HOMO 준위보다도 높고, 상기 여기자 생성층(33) 중의 열 활성화 지연 형광 재료의 LUMO 준위가, 상기 형광 발광층(34) 중의 형광 발광 재료의 LUMO 준위보다도 낮아도 된다.
상기의 구성에 의하면, 정공도 전자도, 형광 발광층(34)보다도 여기자 생성층(33)에 들어가기 쉬워진다. 이로 인해, 여기자 생성층(33)에서의 여기자 생성 확률을 높일 수 있으므로, 일중항 여기자의 생성 효율을 향상시킬 수 있어, 이 결과, 형광 발광층(34)에서의 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 형태 5에 따른 유기 일렉트로루미네센스 소자(유기 EL 소자(10))는, 상기 형태 1 내지 4 중 어느 하나에 있어서, 상기 여기자 생성층(33)이 2종류 이상의 재료를 포함하고 있어도 된다.
상기의 구성에 의하면, 2종류 이상의 재료를 혼합함으로써, 예를 들어 여기자 생성층(33)의 캐리어 이동도를 변경할 수 있다. 예를 들어, 캐리어 이동도가 상이한 TADF 재료를 혼합하고, 캐리어 이동도를 조정함으로써, 여기자 생성층(33)에서의 여기자 생성 확률을 높일 수 있다. 이 결과, 일중항 여기자의 생성 효율을 향상시킬 수 있으므로, 형광 발광층(34)에서의 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 형태 6에 따른 유기 일렉트로루미네센스 소자(유기 EL 소자(10))는, 상기 형태 5에 있어서, 상기 여기자 생성층(33)은, 열 활성화 지연 형광 재료(TADF 재료, TADF 호스트 재료) 이외의 재료(비TADF 재료)를 포함함과 함께, 상기 여기자 생성층(33) 중에 포함되는 열 활성화 지연 형광 재료(TADF 재료, TADF 호스트 재료) 이외의 모든 재료의 여기 일중항 준위(S1 준위) 및 여기 삼중항 준위(T1 준위)는, 상기 형광 발광 재료(형광 도펀트 재료)의 여기 일중항 준위(S1 준위) 및 여기 삼중항 준위(T1 준위)와, 상기 여기자 생성층(33) 중의 열 활성화 지연 형광 재료(TADF 재료, TADF 호스트 재료)의 여기 일중항 준위(S1 준위) 및 여기 삼중항 준위(T1 준위)의 어느 것보다도 높아도 된다.
본 발명에 의하면, 발광을 나타내는 형광 발광층(34)과는 별도로 여기자 생성층(33)이 설치되어 있음으로써, 종래와 비교해서 발광 효율을 개선할 수 있다. 따라서, 여기자 생성층(33)은, 열 활성화 지연 형광 재료(TADF 재료, TADF 호스트 재료) 이외의 재료(비TADF 재료)를 포함하도록 해도 무방하다.
상기의 구성에 의하면, 여기자 생성층(33) 중에 비TADF 재료가 포함되는 경우에, 당해 비TADF 재료로 에너지가 이동하는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 형태 7에 따른 유기 일렉트로루미네센스 소자(유기 EL 소자(10))는, 상기 형태 1 내지 5 중 어느 하나에 있어서, 상기 형광 발광층(34)이, 2종류 이상의 재료를 포함하고 있어도 된다.
상기의 구성에 의하면, 2종류 이상의 재료를 혼합함으로써, 예를 들어 형광 발광층(34)으로부터 여기자 생성층(33)으로의 캐리어 이동도를 변경할 수 있다.
예를 들어, 형광 발광 재료에 전자 수송성의 재료 혹은 정공 수송성의 재료를 혼합함으로써, 형광 발광층(34)으로부터 여기자 생성층(33)으로의 전자 수송성 혹은 정공 수송성을 높일 수 있다. 이 결과, 여기자 생성층(33)에서의 여기자 생성 확률을 높일 수 있으므로, 형광 발광층(34)에서의 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 형태 8에 따른 유기 일렉트로루미네센스 소자(유기 EL 소자(10))는, 상기 형태 7에 있어서, 상기 형광 발광층(34)은, 형광 발광 재료(형광 도펀트 재료) 이외의 재료(예를 들어 호스트 재료)를 포함함과 함께, 상기 형광 발광층(34) 중에 포함되는 형광 발광 재료(형광 도펀트 재료) 이외의 모든 재료의 여기 일중항 준위(S1 준위) 및 여기 삼중항 준위(T1 준위)는, 상기 형광 발광 재료(형광 도펀트 재료)의 여기 일중항 준위(S1 준위) 및 여기 삼중항 준위(T1 준위)와, 상기 여기자 생성층(33) 중의 열 활성화 지연 형광 재료(TADF 재료, TADF 호스트 재료)의 여기 일중항 준위(S1 준위) 및 여기 삼중항 준위(T1 준위)의 어느 것보다도 높아도 된다.
본 발명에 의하면, 발광을 나타내는 형광 발광층(34)과는 별도로 여기자 생성층(33)이 설치되어 있음으로써, 종래와 비교해서 발광 효율을 개선할 수 있다. 따라서, 형광 발광층(34)은, 형광 발광 재료(형광 도펀트 재료) 이외의 재료(예를 들어 호스트 재료)를 포함하는 것이더라도 무방하다.
상기의 구성에 의하면, 형광 발광층(34) 중에 형광 발광 재료(형광 도펀트 재료) 이외의 재료가 포함되는 경우에, 상기 형광 발광 재료(형광 도펀트 재료) 이외의 재료로 에너지가 이동하는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 형태 9에 따른 유기 일렉트로루미네센스 소자(유기 EL 소자(10))는, 상기 형태 1 내지 8 중 어느 하나에 있어서, 상기 형광 발광층(34) 중에 포함되는 형광 발광 재료가 열 활성화 지연 형광 재료(TADF 재료, TADF 도펀트 재료)이어도 된다.
상기의 구성에 의하면, 형광 발광 재료에 TADF 재료(TADF 도펀트 재료)를 사용함으로써, 형광 발광층(34) 중의 TADF 재료의 일부가, 직접 여기되어 발광한다. 이로 인해, 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 가령 TADF 재료를 형광 발광 재료(TADF 도펀트 재료)로서 사용해도, 상기한 바와 같이 여기자 생성층(33)과 형광 발광층(34)이 분리되어(즉, 서로 독립되어 설치되어)만 있으면, 예를 들어 캐리어 이동도를 조정하는 등으로 하여, TADF 도펀트 재료로 여기자를 생성시키지 않는 것이 가능하다.
본 발명의 형태 10에 따른 유기 일렉트로루미네센스 소자(유기 EL 소자(10))는, 상기 형태 1 내지 9 중 어느 하나에 있어서, 상기 여기자 생성층(33)이 상기 형광 발광층(34)보다도 양극측(예를 들어 제1 전극(2)측)에 적층되어 있어도 된다.
여기자 생성층(33)은, 캐리어(정공 및 전자)의 재결합 위치에 설치되어 있는 것이 바람직하다. 상기 구성은, 정공 수송성보다도 전자 수송성의 쪽이 높은 경우에 적합하다. 즉, 정공 수송성보다도 전자 수송성의 쪽이 높은 경우, 정공과 전자는, 상기 양극 및 음극으로 이루어지는 한 쌍의 전극 간에 있어서의, 음극측보다도 양극측의 위치에서 재결합하기 쉽다.
따라서, 이와 같은 경우, 여기자 생성층(33)을 형광 발광층(34)보다도 양극측에 설치함으로써, 여기자 생성층(33)에서 효율적으로 여기자를 생성할 수 있다.
본 발명의 형태 11에 따른 유기 일렉트로루미네센스 소자(유기 EL 소자(10))는, 상기 형태 1 내지 9 중 어느 하나에 있어서, 상기 여기자 생성층(33)이 상기 형광 발광층(34)보다도 음극측(예를 들어 제2 전극(4)측)에 적층되어 있어도 된다.
여기자 생성층(33)은, 캐리어(정공 및 전자)의 재결합 위치에 설치되어 있는 것이 바람직하다. 상기 구성은, 전자 수송성보다도 정공 수송성 쪽이 높은 경우에 적합하다. 즉, 전자 수송성보다도 정공 수송성 쪽이 높은 경우, 정공과 전자는, 상기 양극 및 음극으로 이루어지는 한 쌍의 전극 간에 있어서의, 양극측보다도 음극측의 위치에서 재결합되기 쉽다.
따라서, 이와 같은 경우, 여기자 생성층(33)을 형광 발광층(34)보다도 음극측에 설치함으로써, 여기자 생성층(33)에서 효율 좋게 여기자를 생성할 수 있다.
본 발명의 형태 12에 따른 유기 일렉트로루미네센스 소자(유기 EL 소자(10))는, 상기 형태 1 내지 11 중 어느 하나에 있어서, 상기 여기자 생성층(33)과 상기 형광 발광층(34)이 인접하여 설치되어 있으며, 상기 여기자 생성층(33)의 막 두께가 10㎚ 이하여도 된다.
TADF 재료의 분자로부터 형광 발광 재료의 분자까지의 거리가 10㎚ 이하이면 확실하게 펠스타 천이가 일어남과 함께, 에너지의 이동 효율을 손상시키는 일도 없다.
상기 여기자 생성층(33)과 상기 형광 발광층(34)이 인접하여 설치되어 있는 경우, 상기 여기자 생성층(33)의 막 두께를 10㎚ 이하로 함으로써, 여기자 생성층(33) 중에서 가장 형광 발광 재료로부터 먼 TADF 재료의 분자(여기자 생성층(33)에 있어서의 형광 발광층(34)과는 반대측의 표면에 위치하는 TADF 재료의 분자)로부터, 형광 발광층(34) 중에서 가장 TADF 재료에 가까운 형광 발광 재료의 분자(즉, 형광 발광층(34)에 있어서의 여기자 생성층(33)측의 표면에 위치하는 형광 발광 재료의 분자)까지의 거리를 10㎚ 이하로 할 수 있다. 따라서, 상기의 구성에 의하면, 여기자 생성층(33)에 있어서의 형광 발광층(34)과는 반대측의 표면에 위치하는 TADF 재료의 분자에 있어서도 펠스타 천이가 일어난다. 따라서, 상기의 구성에 의하면, 상기 여기자 생성층(33) 중의 모든 TADF 재료의 분자에 있어서, 펠스타 천이가 가능하게 된다.
본 발명의 형태 13에 따른 유기 일렉트로루미네센스 소자(유기 EL 소자(10))는, 상기 형태 1 내지 9 중 어느 하나에 있어서, 상기 양극과 음극의 사이에, 상기 형광 발광층(34)이 복수 설치되어 있어도 된다.
이와 같이 상기 형광 발광층(34)이 복수 설치되어 있음으로써, 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 형태 14에 따른 유기 일렉트로루미네센스 소자(유기 EL 소자(10))는, 상기 형태 13에 있어서, 상기 복수의 형광 발광층(34)은, 상기 여기자 생성층(33)을 사이에 두고 적층되어 있어도 된다.
여기자 생성층(33)으로부터의 에너지 이동은, 여기자 생성층(33)의 양극측에도 음극측에도 동등하게 일어날 수 있다. 따라서, 상기한 바와 같이 복수의 형광 발광층(34)이 상기 여기자 생성층(33)을 사이에 두고 적층되어 있음으로써, 형광 발광 재료에 누설 없이 에너지 이동이 가능하며, 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 형태 15에 따른 유기 일렉트로루미네센스 소자(유기 EL 소자(10))는, 상기 형태 14에 있어서, 상기 여기자 생성층(33)을 사이에 두는 형광 발광층(34)이 서로 다른 재료로 이루어져 있어도 된다.
상기의 구성에 의하면, 상기 여기자 생성층(33)을 사이에 두는 형광 발광층(34)에 서로 다른 재료를 사용함으로써, 캐리어 이동도의 조정이나 발광색의 조정을 행할 수 있다.
본 발명의 형태 16에 따른 유기 일렉트로루미네센스 소자(유기 EL 소자(10))는, 상기 형태 14 또는 15에 있어서, 상기 여기자 생성층(33)과, 상기 여기자 생성층(33)을 사이에 두는 형광 발광층(34)이 서로 인접하여 적층되어 있으며, 상기 여기자 생성층(33)의 막 두께가 20㎚ 이하여도 된다.
상기의 구성에 의하면, 상기 여기자 생성층(33) 중의 TADF 재료의 분자와, 상기 제1 형광 발광층(34A) 및 제2 형광 발광층(34B) 중 어느 하나 가까운 쪽의 형광 발광층(34) 중의 형광 발광 재료(형광 도펀트 재료)의 분자의 거리를, 모두 10㎚ 이하로 할 수 있다. 따라서, 상기의 구성에 의하면, 상기 여기자 생성층(33) 중의 모든 TADF 재료의 분자에 있어서, 펠스타 천이가 가능하게 된다. 또한, 에너지의 이동 효율을 손상시키는 일도 없다.
본 발명의 형태 17에 따른 유기 일렉트로루미네센스 소자(유기 EL 소자(10))는, 상기 형태 1 내지 15 중 어느 하나에 있어서, 상기 양극과 음극의 사이에 블록층(38)(블록층(38), 제1 블록층(38A), 제2 블록층(38B))을 더 구비하고, 상기 여기자 생성층(33)과, 상기 형광 발광층(34)과, 상기 블록층(38)이, 이 순서로 적층되어 있으며, 또한 상기 형광 발광층(34)과 상기 블록층(38)이 서로 인접하여 적층되어 있어도 된다.
상기의 구성에 의하면, 상기 블록층(38)에 의해 캐리어(정공, 전자)나 여기자의 통과를 방지할 수 있다. 이로 인해, 상기의 구성에 의하면, 형광 발광층(34)의 두께가 얇은 경우에도, 여기자 생성층(33)으로부터 형광 발광층(34)을 건너뛰어 에너지가 이동하는 것을 방지할 수 있어, 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 형태 18에 따른 유기 일렉트로루미네센스 소자(유기 EL 소자(10))는, 상기 형태 17에 있어서, 상기 형광 발광층(34)의 두께가 10㎚보다도 얇아도 된다.
상기의 구성은, 상기 형광 발광층(34)의 두께가 10㎚보다도 얇은 경우에 특히 유효하다. 형광 발광층(34)의 두께가 10㎚보다도 얇은 경우, 블록층(38)이 없으면, 여기자 생성층(33)으로부터 형광 발광층(34)을 건너뛰어, 그 외측으로 에너지 이동해버릴 우려가 있다. 그러나, 블록층(38)이 설치되어 있음으로써, 그와 같은 에너지 이동을 방지할 수 있다.
본 발명의 형태 19에 따른 유기 일렉트로루미네센스 소자(유기 EL 소자(10))는, 상기 형태 18에 있어서, 서로 인접하는 상기 형광 발광층(34)과 상기 블록층(38)의 합계의 두께가 10㎚ 이상이어도 된다.
상기의 구성에 의하면, 여기자 생성층(33)으로부터 형광 발광층(34)을 건너뛰어, 그 외측으로 에너지 이동해버려서, 발광 효율이 저하되는 것을, 보다 확실하게 방지할 수 있다.
본 발명의 형태 20에 따른 유기 일렉트로루미네센스 소자(유기 EL 소자(10))는, 상기 형태 17 내지 19 중 어느 하나에 있어서, 상기 블록층(38) 중의 모든 재료의 여기 일중항 준위(S1 준위) 및 여기 삼중항 준위(T1 준위)가 인접하는 상기 형광 발광층(34) 중의 형광 발광 재료의 여기 일중항 준위(S1 준위) 및 여기 삼중항 준위(T1 준위)와, 상기 여기자 생성층(33) 중의 열 활성화 지연 형광 재료(TADF 재료, TADF 호스트 재료)의 여기 일중항 준위(S1 준위) 및 여기 삼중항 준위(T1 준위)의 어느 것보다도 높아도 된다.
상기의 구성에 의하면, 형광 발광층(34) 및 여기자 생성층(33)으로부터 블록층(38)으로의 에너지 이동을 방지할 수 있다.
본 발명의 형태 21에 따른 유기 일렉트로루미네센스 소자(유기 EL 소자(10))는, 상기 형태 17 내지 20 중 어느 하나에 있어서, 상기 블록층(38) 중의 모든 재료의 HOMO 준위가, 인접하는 상기 형광 발광층(34) 중의 형광 발광 재료의 HOMO 준위보다도 낮아도 된다.
상기의 구성에 의하면, 정공이 블록층(38)보다도 형광 발광층(34)에 들어가기 쉽기 때문에, 정공 누설을 방지할 수 있다. 따라서, 상기의 구성에 의하면, 여기자 생성층(33)에서의 여기자 생성 확률이 향상되어, 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 형태 22에 따른 유기 일렉트로루미네센스 소자(유기 EL 소자(10))는, 상기 형태 17 내지 21 중 어느 하나에 있어서, 상기 블록층(38) 중의 모든 재료의 LUMO 준위가, 인접하는 상기 형광 발광층(34) 중의 형광 발광 재료의 LUMO 준위보다도 높아도 된다.
상기의 구성에 의하면, 전자가 블록층(38)보다도 형광 발광층(34)에 들어가기 쉽기 때문에, 전자 누설을 방지할 수 있다. 따라서, 상기의 구성에 의하면, 여기자 생성층(33)에서의 여기자 생성 확률이 향상되어, 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 형태 23에 따른 유기 일렉트로루미네센스 소자(유기 EL 소자(10))는, 상기 형태 1 내지 9 중 어느 하나에 있어서, 상기 양극과 음극의 사이에, 상기 여기자 생성층(33)이 복수 설치되어 있어도 된다.
이와 같이 상기 여기자 생성층(33)이 복수 설치되어 있음으로써, 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 형태 24에 따른 유기 일렉트로루미네센스 소자(유기 EL 소자(10))는, 상기 형태 23에 있어서, 상기 복수의 여기자 생성층(33)은, 상기 형광 발광층(34)을 사이에 두고 적층되어 있어도 된다.
상기의 구성에 의하면, 유기 EL 소자(10)를 서로 다른 전류 조건에서 구동하는 경우에도, 여기자 생성층(33)에서 캐리어의 재결합이 일어나기 쉬워져서, 발광 효율이 개선된다.
본 발명의 형태 25에 따른 유기 일렉트로루미네센스 소자(유기 EL 소자(10))는, 상기 형태 24에 있어서, 상기 형광 발광층(34)을 사이에 두는 여기자 생성층(33)이, 서로 다른 열 활성화 지연 형광 재료(TADF 재료, TADF 호스트 재료)를 포함하고 있어도 된다.
상기의 구성에 의하면, 각 여기자 생성층(33)의 캐리어 이동도를 변경할 수 있다. 이로 인해, 상기의 구성에 의하면, 전류 밀도를 변화시켜서 유기 EL 소자(10)를 구동하는 경우, 여기자가 생성되는 위치를, 변화시키는 전류 밀도에 따른 위치로 조정할 수 있으므로, 여기자 생성층(33)에서 캐리어의 재결합이 일어나기 쉬워져서, 발광 효율이 개선된다.
본 발명의 형태 26에 따른 유기 일렉트로루미네센스 소자(유기 EL 소자(10))는, 상기 형태 24 또는 25에 있어서, 상기 형광 발광층(34)의 막 두께가 10㎚ 이하여도 된다.
상기의 구성에 의하면, 여기자 생성층(33)이 형광 발광층(34)을 사이에 두고 설치되어 있음으로써, 형광 발광층(34)의 두께가 얇은 경우에도, 형광 발광층(34)을 건너뛰어 외측의 정공 수송층(32)이나 전자 수송층(35)으로의 에너지의 이동이 발생하기 어렵다. 이로 인해, 상기 유기 EL 소자(10)는, 형광 발광층(34)의 두께가 10㎚ 이하인 경우에도 적합하다.
본 발명의 형태 27에 따른 유기 일렉트로루미네센스 소자(유기 EL 소자(10))는, 상기 형태 24 내지 26 중 어느 하나에 있어서, 상기 형광 발광층(34)과, 상기 형광 발광층(34)을 사이에 두는 여기자 생성층(33)이 서로 인접하여 적층되어 있으며, 상기 형광 발광층(34)을 사이에 두는 여기자 생성층(33)의 두께가 모두 10㎚ 이하여도 된다.
상기의 구성에 의하면, 확실하게 펠스타 천이가 일어남과 함께, 에너지의 이동 효율을 손상시키는 일도 없다.
본 발명의 형태 28에 따른 유기 일렉트로루미네센스 소자(유기 EL 소자(10))는, 상기 형태 1 내지 12, 23 내지 26 중 어느 하나에 있어서, 상기 양극과 음극의 사이에 블록층(38)(블록층(38), 제1 블록층(38A), 제2 블록층(38B))을 더 구비하고, 상기 형광 발광층(34)과, 상기 여기자 생성층(33)과, 상기 블록층(38)이, 이 순서로 적층되어 있으며, 또한 상기 여기자 생성층(33)과 상기 블록층(38)이 서로 인접하여 적층되어 있어도 된다.
상기의 구성에 의하면, 상기 블록층(38)에 의해 캐리어(정공, 전자)나 여기자의 통과를 방지할 수 있다. 이로 인해, 상기의 구성에 의하면, 여기자 생성층(33)으로부터 형광 발광층(34) 이외의 층으로 에너지가 이동하는 것을 방지할 수 있어, 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 형태 29에 따른 유기 일렉트로루미네센스 소자(유기 EL 소자(10))는, 상기 형태 28에 있어서, 상기 블록층(38)의 두께가 10㎚ 이상이어도 된다.
상기의 구성에 의하면, 여기자 생성층(33)으로부터 형광 발광층(34) 이외의 층으로 에너지가 이동해버려서, 발광 효율이 저하되는 것을, 보다 확실하게 방지할 수 있다.
본 발명의 형태 30에 따른 유기 일렉트로루미네센스 소자(유기 EL 소자(10))는, 상기 형태 28 또는 29에 있어서, 상기 블록층(38) 중의 모든 재료의 여기 일중항 준위(S1 준위) 및 여기 삼중항 준위(T1 준위)가, 인접하는 상기 여기자 생성층(33) 중의 열 활성화 지연 형광 재료(TADF 재료, TADF 호스트 재료)의 여기 일중항 준위(S1 준위) 및 여기 삼중항 준위(T1 준위)와, 상기 형광 발광층(34) 중의 형광 발광 재료(형광 도펀트 재료)의 여기 일중항 준위(S1 준위) 및 여기 삼중항 준위(T1 준위)의 어느 것보다도 높아도 된다.
상기의 구성에 의하면, 여기자 생성층(33) 및 형광 발광층(34)으로부터 블록층(38)으로의 에너지 이동을 방지할 수 있다.
본 발명의 형태 31에 따른 유기 일렉트로루미네센스 소자(유기 EL 소자(10))는, 상기 형태 28 내지 30 중 어느 하나에 있어서, 상기 블록층(38) 중의 모든 재료의 HOMO 준위가, 인접하는 상기 여기자 생성층(33) 중의 열 활성화 지연 형광 재료(TADF 재료, TADF 호스트 재료)의 HOMO 준위보다도 낮아도 된다.
상기의 구성에 의하면, 정공이 블록층(38)보다도 형광 발광층(34)에 들어가기 쉽기 때문에, 정공 누설을 방지할 수 있다. 이에 의해, 여기자 생성층(33)에서의 여기자 생성 확률이 향상되어, 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 형태 32에 따른 유기 일렉트로루미네센스 소자(유기 EL 소자(10))는, 상기 형태 28 내지 31 중 어느 하나에 있어서, 상기 블록층(38) 중의 모든 재료의 LUMO 준위가, 인접하는 상기 여기자 생성층(33) 중의 열 활성화 지연 형광 재료(TADF 재료, TADF 호스트 재료)의 LUMO 준위보다도 높아도 된다.
상기의 구성에 의하면, 전자가 블록층(38)보다도 형광 발광층(34)에 들어가기 쉽기 때문에, 전자 누설을 방지할 수 있다. 이에 의해, 여기자 생성층(33)에서의 여기자 생성 확률이 향상되어, 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 형태 33에 따른 유기 일렉트로루미네센스 소자(유기 EL 소자(10))는, 상기 형태 1 내지 11, 13 내지 15, 17 내지 26, 28 내지 32 중 어느 하나에 있어서, 상기 여기자 생성층(33)과 상기 형광 발광층(34)의 사이에, 적어도 1층의 중간층(37)이 설치되어 있어도 된다.
상기의 구성에 의하면, 여기자 생성층(33)과 형광 발광층(34)을 연속적으로 적층하지 않고, 여기자 생성층(33)과 형광 발광층(34)의 사이에 중간층(37)으로서 상기 여기자 생성층(33) 및 상기 형광 발광층(34) 이외의 층을 형성하고 있다.
따라서, 상기의 구성에 의하면, 유기 EL 소자(10)를 고휘도로 발광시키기 위해서 전류 밀도를 상승시켰을 때, 캐리어의 재결합 영역이 여기자 생성층(33)의 외측까지 넓어져서, 상기 형광 발광층(34)에 있어서, 비TADF 재료로 이루어지는 형광 도펀트로 직접 여기자가 생성되어 버리는 것을 방지할 수 있다. 이로 인해, 상기의 구성에 의하면, 발광 효율을 개선할 수 있다.
본 발명의 형태 34에 따른 유기 일렉트로루미네센스 소자(유기 EL 소자(10))는, 상기 형태 14 또는 15에 있어서, 상기 복수의 형광 발광층(34)은, 제1 형광 발광층(34A)과, 제2 형광 발광층(34B)을 구비하고, 상기 제1 형광 발광층(34A)과 상기 여기자 생성층(33)의 사이, 및 상기 제2 형광 발광층(34B)과 상기 여기자 생성층(33)의 사이 중 적어도 한쪽에, 적어도 1층의 중간층(37)이 적층되어 있어도 된다.
상기의 구성에 의하면, 여기자 생성층(33)과 제1 형광 발광층(34A)의 사이, 및 여기자 생성층(33)과 제2 형광 발광층(34B)의 사이 중 적어도 한쪽에, 중간층(37)(제1 중간층(37A) 또는 제2 중간층(37B))으로서, 상기 여기자 생성층(33) 및 상기 각 형광 발광층(34)(제1 형광 발광층(34A), 제2 형광 발광층(34B)) 이외의 층이 설치되어 있다.
따라서, 상기의 구성에 의하면, 유기 EL 소자(10)를 고휘도로 발광시키기 위해서 전류 밀도를 상승시켰을 때, 캐리어의 재결합 영역이 여기자 생성층(33)의 외측까지 넓어져서, 상기 각 형광 발광층(34)에 있어서, 비TADF 재료로 이루어지는 형광 도펀트로 직접 여기자가 생성되어 버리는 것을 방지할 수 있다. 이로 인해, 상기의 구성에 의하면, 발광 효율을 개선할 수 있다.
본 발명의 형태 35에 따른 유기 일렉트로루미네센스 소자(유기 EL 소자(10))는, 상기 형태 24 내지 26 중 어느 하나에 있어서, 상기 복수의 여기자 생성층(33)은, 제1 여기자 생성층(33A)과, 제2 여기자 생성층(33B)을 구비하고, 상기 제1 여기자 생성층(33A)과 상기 형광 발광층(34)의 사이, 및 상기 제2 여기자 생성층(33B)과 상기 형광 발광층(34)의 사이 중 적어도 한쪽에, 적어도 1층의 중간층(37)이 적층되어 있어도 된다.
상기의 구성에 의하면, 형광 발광층(34)과 제1 여기자 생성층(33A)의 사이, 및 형광 발광층(34)과 제2 여기자 생성층(33B)의 사이 중 적어도 한쪽에, 중간층(37)(제1 중간층(37A) 또는 제2 중간층(37B))으로서, 상기 형광 발광층(34) 및 상기 각 여기자 생성층(33)(제1 여기자 생성층(33A), 제2 여기자 생성층(33B)) 이외의 층이 설치되어 있다.
따라서, 상기의 구성에 의하면, 유기 EL 소자(10)를 고휘도로 발광시키기 위해서 전류 밀도를 상승시켰을 때, 캐리어의 재결합 영역이 여기자 생성층(33)의 외측까지 넓어져서, 상기 각 형광 발광층(34)에 있어서, 비TADF 재료로 이루어지는 형광 도펀트로 직접 여기자가 생성되어 버리는 것을 방지할 수 있다. 이로 인해, 상기의 구성에 의하면, 발광 효율을 개선할 수 있다.
본 발명의 형태 36에 따른 유기 일렉트로루미네센스 소자(유기 EL 소자(10))는, 상기 형태 24 내지 26 중 어느 하나에 있어서, 상기 복수의 여기자 생성층(33)은, 제1 여기자 생성층(33A)과, 제2 여기자 생성층(33B)을 구비하고, 상기 제1 여기자 생성층(33A)과 상기 형광 발광층(34)의 사이에, 적어도 1층의 제1 중간층(37A)이 설치되어 있음과 함께, 상기 제2 여기자 생성층(33B)과 상기 형광 발광층(34)의 사이에, 적어도 1층의 제2 중간층(37B)이 설치되어 있어도 된다.
상기의 구성에 의하면, 제1 여기자 생성층(33A)과 형광 발광층(34)을 연속적으로 적층하지 않고, 형광 발광층(34)과 제1 여기자 생성층(33A)의 사이와 형광 발광층(34)과 제2 여기자 생성층(33B)의 사이에, 각각, 중간층(37)(제1 중간층(37A) 또는 제2 중간층(37B))으로서, 상기 형광 발광층(34) 및 상기 각 여기자 생성층(33)(제1 여기자 생성층(33A), 제2 여기자 생성층(33B)) 이외의 층이 설치되어 있다.
따라서, 상기의 구성에 의하면, 유기 EL 소자(10)를 고휘도로 발광시키기 위해서 전류 밀도를 상승시켰을 때, 캐리어의 재결합 영역이 여기자 생성층(33)의 외측까지 넓어져서, 상기 각 형광 발광층(34)에 있어서, 비TADF 재료로 이루어지는 형광 도펀트로 직접 여기자가 생성되어 버리는 것을 방지할 수 있다. 이로 인해, 상기의 구성에 의하면, 발광 효율을 개선할 수 있다.
본 발명의 형태 37에 따른 유기 일렉트로루미네센스 소자(유기 EL 소자(10))는, 상기 형태 33 내지 36 중 어느 하나에 있어서, 서로 인접하여 형성되어 있는, 상기 여기자 생성층과, 상기 적어도 1층의 중간층과의 합계의 두께가 10㎚ 이하여도 된다.
상기의 구성에 의하면, 상기 여기자 생성층(33)의 임의의 위치로부터 형광 발광층(34)까지의 최단 거리를 10㎚ 이하로 할 수 있다. 따라서, 상기의 구성에 의하면, 상기 여기자 생성층(33) 중의 모든 TADF 재료의 분자에 있어서, 펠스타 천이가 가능하게 된다. 또한, 에너지의 이동 효율을 손상시키는 일도 없다.
본 발명의 형태 38에 따른 유기 일렉트로루미네센스 소자(유기 EL 소자(10))는, 상기 형태 14 또는 15에 있어서, 상기 복수의 형광 발광층(34)은, 제1 형광 발광층(34A)과, 제2 형광 발광층(34B)을 구비하고, 상기 제1 형광 발광층(34A)과 상기 여기자 생성층(33)의 사이에, 적어도 1층의 제1 중간층(37A)이 설치되어 있음과 함께, 상기 제2 형광 발광층(34B)과 상기 여기자 생성층(33)의 사이에, 적어도 1층의 제2 중간층(37B)이 설치되어 있어도 된다.
상기의 구성에 의하면, 제1 형광 발광층(34A)과 여기자 생성층(33)과 제2 형광 발광층(34B)을 연속적으로 적층하지 않고, 여기자 생성층(33)과 제1 형광 발광층(34A)의 사이와 여기자 생성층(33)과 제2 형광 발광층(34B)의 사이에, 각각, 중간층(37)(제1 중간층(37A) 또는 제2 중간층(37B))으로서, 상기 여기자 생성층(33) 및 상기 각 형광 발광층(34)(제1 형광 발광층(34A), 제2 형광 발광층(34B)) 이외의 층이 설치되어 있다.
따라서, 상기의 구성에 의하면, 유기 EL 소자(10)를 고휘도로 발광시키기 위해서 전류 밀도를 상승시켰을 때, 캐리어의 재결합 영역이 여기자 생성층(33)의 외측까지 넓어져서, 상기 각 형광 발광층(34)에 있어서, 비TADF 재료로 이루어지는 형광 도펀트로 직접 여기자가 생성되어 버리는 것을 방지할 수 있다. 이로 인해, 상기의 구성에 의하면, 발광 효율을 개선할 수 있다.
본 발명의 형태 39에 따른 유기 일렉트로루미네센스 소자(유기 EL 소자(10))는, 상기 형태 38에 있어서, 서로 인접하여 형성되어 있는, 상기 적어도 1층의 제1 중간층(37A)과, 상기 여기자 생성층(33)과, 상기 적어도 1층의 제2 중간층(37B)의 합계의 두께가 20㎚ 이하여도 된다.
상기의 구성에 의하면, 상기 여기자 생성층(33) 중의 TADF 재료의 분자와, 상기 제1 형광 발광층(34A) 및 제2 형광 발광층(34B) 중 어느 하나 가까운 쪽의 형광 발광층(34) 중의 형광 발광 재료(형광 도펀트 재료)의 분자와의 거리를, 모두 10㎚ 이하로 할 수 있다. 따라서, 상기의 구성에 의하면, 상기 여기자 생성층(33) 중의 모든 TADF 재료의 분자에 있어서, 펠스타 천이가 가능하게 된다. 또한, 에너지의 이동 효율을 손상시키는 일도 없다.
본 발명의 형태 40에 따른 유기 일렉트로루미네센스 소자(유기 EL 소자(10))는, 상기 형태 33 내지 39 중 어느 하나에 있어서, 상기 중간층(37) 중의 모든 재료의 HOMO 준위가, 상기 여기자 생성층(33) 중의 열 활성화 지연 형광 재료(TADF 재료, TADF 호스트 재료)의 HOMO 준위보다도 낮고, 상기 중간층(37) 중의 모든 재료의 LUMO 준위가, 상기 여기자 생성층(33) 중의 열 활성화 지연 형광 재료의 LUMO 준위보다도 높아도 된다.
상기의 구성에 의하면, 정공도 전자도, 중간층(37)보다도 여기자 생성층(33)에 들어가기 쉬워진다. 이로 인해, 상기의 구성에 의하면, 여기자 생성층(33)에서의 여기자 생성 확률이 향상되어, 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 형태 41에 따른 유기 일렉트로루미네센스 소자(유기 EL 소자(10))는, 상기 형태 33 내지 40 중 어느 하나에 있어서, 상기 중간층(37) 중의 모든 재료의 HOMO 준위가, 상기 형광 발광층(34) 중의 형광 발광 재료의 HOMO 준위 H보다도 높고, 상기 중간층(37) 중의 모든 재료의 LUMO 준위가, 상기 형광 발광층(34) 중의 형광 발광 재료의 LUMO 준위보다도 낮아도 된다.
상기의 구성에 의하면, 정공도 전자도, 형광 발광층(34)보다도 중간층(37)에 들어가기 쉬워진다. 이로 인해, 상기의 구성에 의하면, 여기자 생성층(33)에서의 여기자 생성 확률이 향상되어, 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 형태 42에 따른 유기 일렉트로루미네센스 소자(유기 EL 소자(10))는, 상기 형태 33 내지 41 중 어느 하나에 있어서, 상기 중간층(37) 중의 모든 재료의 여기 일중항 준위(S1 준위) 및 여기 삼중항 준위(T1 준위)가 상기 형광 발광층 중의 형광 발광 재료의 여기 일중항 준위(S1 준위) 및 여기 삼중항 준위(T1 준위)의 어느 것보다도 높아도 된다.
상기의 구성에 의하면, 중간층(37)의 재료로 에너지가 이동하는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 형태 43에 따른 유기 일렉트로루미네센스 소자(유기 EL 소자(10))는, 상기 형태 33 내지 42 중 어느 하나에 있어서, 상기 중간층(37) 중의 모든 재료의 여기 일중항 준위(S1 준위) 및 여기 삼중항 준위(T1 준위)가 상기 여기자 생성층(33) 중의 열 활성화 지연 형광 재료의 여기 일중항 준위(S1 준위) 및 여기 삼중항 준위(T1 준위)의 어느 것보다도 높아도 된다.
예를 들어, 본 발명의 형태 43에 따른 유기 일렉트로루미네센스 소자(유기 EL 소자(10))의 일례로서, 상기 유기 일렉트로루미네센스 소자(유기 EL 소자(10))는, 상기 형태 33 내지 41 중 어느 하나에 있어서, 상기 중간층(37) 중의 모든 재료의 여기 일중항 준위(S1 준위) 및 여기 삼중항 준위(T1 준위)가, 상기 형광 발광층 중의 형광 발광 재료의 여기 일중항 준위(S1 준위) 및 여기 삼중항 준위(T1 준위)와, 상기 여기자 생성층(33) 중의 열 활성화 지연 형광 재료의 여기 일중항 준위(S1 준위) 및 여기 삼중항 준위(T1 준위)의 어느 것보다도 높아도 된다.
상기의 구성에 의하면, 중간층(37)의 재료로 에너지가 이동하는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 형태 44에 따른 유기 일렉트로루미네센스 소자(유기 EL 소자(10))의 제조 방법은, 양극(예를 들어 제1 전극(2))과 음극(예를 들어 제2 전극(4))의 사이에, 유기층(유기 EL층(3))을 형성하는 유기층 형성 공정을 포함하고, 상기 유기층 형성 공정은, 적어도 1종류의 열 활성화 지연 형광 재료(TADF 재료)를 호스트 재료로서 포함하는 여기자 생성층(33)을 형성하는 공정과, 적어도 1종류의 형광 발광 재료(형광 도펀트 재료)를 포함하는 형광 발광층(34)을 형성하는 공정을 포함한다.
상기의 방법에 의하면, 상기한 바와 같이, 발광을 나타내는 형광 발광층(34)과는 별도로 여기자 생성층(33)을 설치함으로써, 동일한 층 내에서 TADF 재료와 형광 발광 재료가 혼합되는 것을 방지할 수 있다. 이로 인해, 상기의 방법에 의하면, 종래보다도 발광 효율을 향상시킬 수 있는 유기 EL 소자(10)의 제조 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 형태 45에 따른 발광 방법은, 열 활성화 지연 형광 재료(TADF 재료, TADF 호스트 재료)를 포함하는 여기자 생성층(33)에서 생성된 여기자를, 상기 여기자 생성층(33)과는 별도로 설치된 형광 발광층(34)의 형광 발광 재료(형광 도펀트 재료)로 펠스타 천이시켜서 발광시키는 방법이다.
전술한 바와 같이, 본원 발명자들의 검토에 의하면, 정공 및 전자의 수송을 담당하는 호스트 재료인 TADF 재료와, 발광을 담당하는 형광 도펀트 재료가 직접 접촉하지 않아도 펠스타 천이는 일어난다.
따라서, 상기한 바와 같이, 종래의 발광층에서 행해지고 있던 발광과 여기자의 생성을 기능 분리시켜서, 발광을 나타내는 형광 발광층(34)과는 별도로 여기자 생성층(33)을 설치하고, TADF 재료(TADF 호스트 재료)를 포함하는 여기자 생성층(33)에서 생성된 여기자를, 상기 여기자 생성층(33)과는 별도로 설치된 형광 발광층(34)의 형광 도펀트 재료로 펠스타 천이시켜서 발광시킴으로써, 종래보다도 발광 효율이 높은 발광 방법을 제공할 수 있다.
본 발명은 전술한 각 실시 형태로 한정되는 것이 아니라, 청구항에 나타낸 범위에서 다양한 변경이 가능하며, 서로 다른 실시 형태에 각각 개시된 기술적 수단을 적절히 조합해서 얻어지는 실시 형태에 대해서도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다. 또한, 각 실시 형태에 각각 개시된 기술적 수단을 조합함으로써, 새로운 기술적 특징을 형성할 수 있다.
본 발명은, 유기 EL 소자를 사용한 각종 디바이스에 이용하는 것이 가능하며, 예를 들어 텔레비전 등의 표시 장치 등에 이용할 수 있다.
1: 기판
2: 제1 전극
3: 유기 EL층(유기층)
4: 제2 전극
10: 유기 EL 소자
21: 비투광성 전극
22: 투광성 전극
31: 정공 주입층
32: 정공 수송층
33: 여기자 생성층
33A: 제1 여기자 생성층(여기자 생성층)
33B: 제2 여기자 생성층(여기자 생성층)
33a: TADF 호스트 재료의 분자
34: 형광 발광층
34A: 제1 형광 발광층(형광 발광층)
34B: 제2 형광 발광층(형광 발광층)
34C: 제3 형광 발광층(형광 발광층)
34a: 형광 도펀트 재료의 분자
35: 전자 수송층
36: 전자 주입층
37: 중간층
37A: 제1 중간층(중간층)
37B: 제2 중간층(중간층)
38: 블록층
38A: 제1 블록층(블록층)
38B: 제2 블록층(블록층)

Claims (22)

  1. 양극과 음극의 사이에, 적어도 1종류의 열 활성화 지연 형광 재료를 호스트 재료로서 포함하는 적어도 1층의 여기자 생성층과, 적어도 1종류의 형광 발광 재료를 포함하는 적어도 1층의 형광 발광층을 적어도 구비하고 있는 것을 특징으로 하는, 유기 일렉트로루미네센스 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 여기자 생성층의 임의의 위치로부터 상기 형광 발광층까지의 최단 거리가 10㎚ 이하인 것을 특징으로 하는, 유기 일렉트로루미네센스 소자.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 여기자 생성층 중의 열 활성화 지연 형광 재료의 여기 일중항 준위가, 상기 형광 발광층 중의 형광 발광 재료의 여기 일중항 준위와 에너지 준위가 동일하거나, 혹은 그보다도 높은 것을 특징으로 하는, 유기 일렉트로루미네센스 소자.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 여기자 생성층 중의 열 활성화 지연 형광 재료의 HOMO 준위가, 상기 형광 발광층 중의 형광 발광 재료의 HOMO 준위보다도 높고, 상기 여기자 생성층 중의 열 활성화 지연 형광 재료의 LUMO 준위가, 상기 형광 발광층 중의 형광 발광 재료의 LUMO 준위보다도 낮은 것을 특징으로 하는, 유기 일렉트로루미네센스 소자.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 형광 발광층 중에 포함되는 형광 발광 재료가 열 활성화 지연 형광 재료인 것을 특징으로 하는, 유기 일렉트로루미네센스 소자.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 여기자 생성층이 상기 형광 발광층보다도 양극측에 적층되어 있는 것을 특징으로 하는, 유기 일렉트로루미네센스 소자.
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 여기자 생성층이 상기 형광 발광층보다도 음극측에 적층되어 있는 것을 특징으로 하는, 유기 일렉트로루미네센스 소자.
  8. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 양극과 음극의 사이에, 상기 형광 발광층이 복수 설치되어 있는 것을 특징으로 하는, 유기 일렉트로루미네센스 소자.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 복수의 형광 발광층은, 상기 여기자 생성층을 사이에 두고 적층되어 있는 것을 특징으로 하는, 유기 일렉트로루미네센스 소자.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 양극과 음극의 사이에 블록층을 더 구비하고,
    상기 여기자 생성층과, 상기 형광 발광층과, 상기 블록층이, 이 순서로 적층되어 있으며, 또한 상기 형광 발광층과 상기 블록층이 서로 인접하여 적층되어 있는 것을 특징으로 하는, 유기 일렉트로루미네센스 소자.
  11. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 양극과 음극의 사이에, 상기 여기자 생성층이 복수 설치되어 있는 것을 특징으로 하는, 유기 일렉트로루미네센스 소자.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 복수의 여기자 생성층은, 상기 형광 발광층을 사이에 두고 적층되어 있는 것을 특징으로 하는, 유기 일렉트로루미네센스 소자.
  13. 제1항 내지 제7항, 제11항, 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 양극과 음극의 사이에 블록층을 더 구비하고,
    상기 형광 발광층과, 상기 여기자 생성층과, 상기 블록층이, 이 순서로 적층되어 있으며, 또한 상기 여기자 생성층과 상기 블록층이 서로 인접하여 적층되어 있는 것을 특징으로 하는, 유기 일렉트로루미네센스 소자.
  14. 제1항 내지 제7항, 제8항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 여기자 생성층과 상기 형광 발광층의 사이에, 적어도 1층의 중간층이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는, 유기 일렉트로루미네센스 소자.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 복수의 형광 발광층은, 제1 형광 발광층과, 제2 형광 발광층을 구비하고,
    상기 제1 형광 발광층과 상기 여기자 생성층의 사이에, 적어도 1층의 제1 중간층이 설치되어 있음과 함께,
    상기 제2 형광 발광층과 상기 여기자 생성층의 사이에, 적어도 1층의 제2 중간층이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는, 유기 일렉트로루미네센스 소자.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 여기자 생성층은, 열 활성화 지연 형광 재료 이외의 재료를 포함함과 함께,
    상기 여기자 생성층 중에 포함되는 열 활성화 지연 형광 재료 이외의 모든 재료의 여기 일중항 준위 및 여기 삼중항 준위는, 상기 형광 발광 재료의 여기 일중항 준위 및 여기 삼중항 준위와, 상기 여기자 생성층 중의 열 활성화 지연 형광 재료의 여기 일중항 준위 및 여기 삼중항 준위의 어느 것보다도 높은 것을 특징으로 하는, 유기 일렉트로루미네센스 소자.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 형광 발광층은, 형광 발광 재료 이외의 재료를 포함함과 함께,
    상기 형광 발광층 중에 포함되는 형광 발광 재료 이외의 모든 재료의 여기 일중항 준위 및 여기 삼중항 준위는, 상기 형광 발광 재료의 여기 일중항 준위 및 여기 삼중항 준위와, 상기 여기자 생성층 중의 열 활성화 지연 형광 재료의 여기 일중항 준위 및 여기 삼중항 준위의 어느 것보다도 높은 것을 특징으로 하는, 유기 일렉트로루미네센스 소자.
  18. 제10항에 있어서,
    상기 블록층 중의 모든 재료의 여기 일중항 준위 및 여기 삼중항 준위가, 인접하는 상기 형광 발광층 중의 형광 발광 재료의 여기 일중항 준위 및 여기 삼중항 준위와, 상기 여기자 생성층 중의 열 활성화 지연 형광 재료의 여기 일중항 준위 및 여기 삼중항 준위의 어느 것보다도 높은 것을 특징으로 하는, 유기 일렉트로루미네센스 소자.
  19. 제13항에 있어서,
    상기 블록층 중의 모든 재료의 여기 일중항 준위 및 여기 삼중항 준위가, 인접하는 상기 여기자 생성층 중의 열 활성화 지연 형광 재료의 여기 일중항 준위 및 여기 삼중항 준위와, 상기 형광 발광층 중의 형광 발광 재료의 여기 일중항 준위 및 여기 삼중항 준위의 어느 것보다도 높은 것을 특징으로 하는, 유기 일렉트로루미네센스 소자.
  20. 제14항에 있어서,
    상기 중간층 중의 모든 재료의 여기 일중항 준위 및 여기 삼중항 준위가, 상기 형광 발광층 중의 형광 발광 재료의 여기 일중항 준위 및 여기 삼중항 준위와, 상기 여기자 생성층 중의 열 활성화 지연 형광 재료의 여기 일중항 준위 및 여기 삼중항 준위의 어느 것보다도 높은 것을 특징으로 하는, 유기 일렉트로루미네센스 소자.
  21. 양극과 음극의 사이에, 유기층을 형성하는 유기층 형성 공정을 포함하고,
    상기 유기층 형성 공정은,
    적어도 1종류의 열 활성화 지연 형광 재료를 호스트 재료로서 포함하는 여기자 생성층을 형성하는 공정과,
    적어도 1종류의 형광 발광 재료를 포함하는 형광 발광층을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는, 유기 일렉트로루미네센스 소자의 제조 방법.
  22. 열 활성화 지연 형광 재료를 포함하는 여기자 생성층에서 생성된 여기자를, 상기 여기자 생성층과는 별도로 설치된 형광 발광층의 형광 발광 재료로 펠스타 천이시켜서 발광시키는 것을 특징으로 하는, 발광 방법.
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