KR20170078848A - 발광 소자, 발광 장치, 조명 장치 및 전자 기기 - Google Patents

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

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Abstract

양극과 음극 사이에 n개(n은 2 이상의 자연수)의 EL층이 설치된 발광 소자를 제공한다. m번째(m은 자연수, 1≤m≤n-1) EL층과 (m+1)번째 EL층 사이에는, 임의의 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 희토류 금속, 알칼리 금속 화합물, 알칼리 토금속 화합물 및 희토류 금속 화합물을 포함하는 제1 층, 제1 층과 접하여 전자 수송성이 높은 물질을 포함하는 제2 층, 및 제2 층과 접하여 정공 수송성이 높은 물질 및 억셉터 물질을 포함하는 전하 발생층이 양극 위에 이 순서대로 설치된다. 전하 발생층은 가시광 영역에서 흡수 스펙트럼의 피크를 갖지 않는다.

Description

발광 소자, 발광 장치, 조명 장치 및 전자 기기 {LIGHT-EMITTING ELEMENT, LIGHT-EMITTING DEVICE, LIGHTING DEVICE, AND ELECTRONIC DEVICE}
이하에 개시하는 본 발명은 한 쌍의 전극 사이에 발광층을 포함하는 발광 소자에 관한 것이다. 본 발명은 또한 발광 소자를 이용한 발광 장치, 및 각각 발광 장치를 이용한 조명 장치 및 전자 기기에 관한 것이다.
최근, 발광 유기 화합물 또는 발광 무기 화합물을 발광 물질로서 이용한 발광 소자의 개발이 활발히 진행되었다. 특히, 일렉트로루미네센스(이하, EL) 소자라고 불리는 발광 소자는 전극 사이에 발광 물질을 포함하는 발광층을 설치한 단순한 구조이며, 박형, 경량, 고속 응답성 및 직류 저 전압 구동과 같은 특성으로 인해 차세대 플랫 패널 디스플레이 소자로서 주목받고 있다. 또한, 이러한 발광 소자를 이용한 디스플레이는, 콘트라스트 및 화질에 우수하고 시야각이 넓다고 하는 특징을 갖는다. 또한, 이러한 발광 소자는 면 광원이고, 따라서 이러한 발광 소자는 액정 디스플레이의 백라이트 및 조명과 같은 광원으로서의 적용도 고려된다.
발광 소자는 한 쌍의 전극 사이에 설치된 발광층에 전류를 인가하여, 발광층에 포함된 발광 물질을 여기시킴으로써, 소정의 발광색을 얻을 수 있다. 이러한 발광 소자의 발광 휘도를 높이기 위해서는, 발광층에 많은 전류를 공급하는 것이 고려되지만, 이러한 방법은 전력 소비의 감소를 손상시킨다. 또한, 많은 전류를 인하는 것에 의해, 발광 소자의 열화를 가속시키기도 한다.
따라서, 복수의 발광층을 적층하고 단일 발광층을 갖는 발광 소자의 경우에 가해지는 전류와 동일한 전류 밀도를 갖는 전류를 가함으로써, 발광 휘도가 높아지는 발광 소자가 제안되어 있다(예를 들어 특허문헌 1).
일본 공개 특허 출원 제2003-272860호
특허문헌 1에서는, 복수의 발광 유닛(이하, 본 명세서에서 발광 유닛은 또한 "EL층"으로 지칭함)이 설치되고 전하 발생층에 의해 구획된 발광 소자를 제안하고 있다. 보다 구체적으로는, 제1 발광 유닛의 전자 주입층으로서 기능하는 금속 도핑층 위에, 5산화바나듐으로 이루어진 전하 발생층이 설치되고, 또한 전하 발생층을 개재하여 금속 도핑층 위에 제2 발광 유닛이 적층된 발광 소자가 개시되어 있다. 그러나, 이러한 구성의 발광 소자에서는, 금속 도핑층과, 산화물로 이루어진 전하 발생층의 계면에서 상호작용이 일어나고, 계면이 강전계를 가지고, 따라서 불행히도 발광 소자의 구동에 높은 전압이 필요하다.
또한, 전자 발생층에 가시광 영역인 400 nm 내지 800 nm의 파장 범위의 흡수 스펙트럼의 피크를 갖는 층이 존재하면, 발광 물질로부터의 발광은 층에 흡수되어 광 외부 취득 효율의 감소를 초래한다는 문제가 있다. 구체적으로는, 420 nm 내지 720 nm의 파장 범위의 흡수 스펙트럼의 피크는 뚜렷한 효율 감소를 야기한다. 이 문제는 복수의 발광 유닛을 적층하면 더욱 심각해진다.
전술한 문제를 감안하여, 본 발명의 목적은 저 전압에서 구동될 수 있는 발광 소자를 제공하는 것이다. 다른 목적은 발광 효율이 높은 발광 소자를 제공하는 것이다. 또 다른 목적은 발광 소자를 이용해서 발광 장치를 제작함으로써 전력 소비가 저감된 발광 장치를 제공하는 것이다. 또 다른 목적은 발광 장치를 이용함으로써 전력 소비가 저감된 전자 기기 또는 조명 장치를 제공하는 것이다.
본 명세서에서 개시하는 한 실시양태는, 양극(anode)과 음극(cathode) 사이에 n개(n은 2 이상의 자연수)의 EL층이 설치되고, m번째(m은 자연수, 1≤m≤n-1) EL층과 (m+1)번째 EL층 사이에는, 양극 위에 임의의 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 희토류 금속, 알칼리 금속 화합물, 알칼리 토금속 화합물 및 희토류 금속 화합물을 포함하는 제1 층, 전자 수송성이 높은 물질을 포함하고 제1 층과 접하는 제2 층, 및 정공 수송성이 높은 물질 및 억셉터(acceptor) 물질을 포함하고 제2 층과 접하는 전하 발생층이 이 순서대로 설치된 구성을 갖는 발광 요소이다. 전하 발생층은 가시광 영역에서 흡수 스펙트럼의 피크를 갖지 않는다.
본 명세서에서 개시하는 한 실시양태는, 양극과 음극 사이에 n개(n은 2 이상의 자연수)의 EL층을 갖고, m번째(m은 자연수, 1≤m≤n-1) EL층과 (m+1)번째 EL층 사이에는, 양극 위에 전자 수송성이 높은 물질 및 도너(donor) 물질을 포함하는 제1 층, 전자 수송성이 높은 물질을 포함하고 제1 층과 접하는 제2 층, 및 정공 수송성이 높은 물질 및 억셉터 물질을 포함하고 제2 층과 접하는 전하 발생층이 이 순서대로 설치된 구성을 갖는 발광 요소이다. 전하 발생층은 가시광 영역에서 흡수 스펙트럼의 피크를 갖지 않는다.
또한, 상기 전자 수송성이 높은 물질 및 도너 물질을 포함하는 제1 층에 있어서, 도너 물질 대 전자 수송성이 높은 물질의 질량비가 0.001:1 내지 0.1:1이도록 도너 물질을 첨가할 수 있다. 또한, 도너 물질은 바람직하게는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 희토류 금속, 알칼리 금속 화합물, 알칼리 토금속 화합물 또는 희토류 금속 화합물이다.
또한, 상기 구성에서, 정공 수송성이 높은 물질 및 억셉터 물질을 포함하는 층은, 억셉터 물질 대 정공 수송성이 높은 물질의 질량비가 0.1:1 내지 4.0:1이도록 억셉터 물질을 첨가한 층이다. 층에 발생한 캐리어 중, 정공은 (m+1)번째 EL층에 주입되고, 전자는 제2 층으로 이동한다. 정공 수송성이 높은 물질은 카르바졸 유도체 또는 방향족 탄화수소인 것이 바람직하다. 또한, 정공 수송성이 높은 물질은 아민 골격을 포함하지 않는 것이 바람직하다.
또한, 상기 구성에서, 제2 층에 포함되는 전자 수송성이 높은 물질로서, LUMO 준위가 바람직하게는 -5.0 eV 이상, 더욱 바람직하게는 -5.0 eV 이상 -3.0 eV 이하인 물질을 이용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 구성을 갖는 발광 소자는 저 구동 전압을 실현할 수 있고, 따라서 발광 소자를 발광 소자로서 이용한 발광 장치(예를 들어 화상 표시 장치 또는 발광 장치)의 저 전력 소비를 실현할 수 있다. 따라서, 각각 상기 구성을 갖는 발광 소자를 이용한 발광 장치 및 전자 기기도 또한 본 발명의 한 실시양태로서 포함된다.
상기 구성에 의하면, 상기 목적의 적어도 하나를 달성한다.
본 명세서에서 발광 장치는 그의 범주 내에서 각각 발광 소자를 이용한 화상 표시 장치와 같은 전자 기기 또는 조명 장치를 포함함을 주의한다. 또한, 발광 장치의 범주는 커넥터가 부착된 발광 소자를 포함하는 모듈, 예를 들어 이방 도전성 필름 또는 TAB(tape automated bonding) 테이프 또는 TCP(tape carrier package)가 부착된 모듈; TAB 테이프 또는 TCP의 상부에 프린트 배선 기판이 설치된 모듈; 또는 발광 소자 위에 COG(chip on glass)에 의해 IC(집적 회로)가 직접 실장된 모듈 등을 포함한다.
본 명세서에서 "제1" 및 "제2"와 같은 서수는 편의상 이용하는 것이며, 단계들의 순서 및 층들의 적층 순서를 나타내는 것이 아님을 주의한다. 또한, 본 명세서에서 서수는 발명을 특정하는 특정 명칭을 나타내는 것은 아니다.
복수의 발광층을 갖고 저 전압에서 구동될 수 있는 발광 소자를 제공할 수 있다. 또한, 발광의 흡수로 인한 광 외부 취득 효율의 손실을 저감시킬 수 있고, 따라서 발광 효율이 높은 발광 소자를 제공할 수 있다.
또한, 상기 발광 소자를 이용해서 발광 장치를 제작함으로써, 저 전력 소비의 발광 장치를 제공할 수 있다. 또한, 그러한 발광 장치를 조명 장치 또는 전자 기기에 적용함으로써, 저 전력 소비의 조명 장치 및 저 전력 소비의 전자 기기를 제공할 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 각각 발광 소자의 소자 구조의 일례 및 그의 밴드도(band diagram)를 나타내는 도면이다.
도 2a 및 도 2b는 각각 발광 소자의 소자 구조의 일례 및 밴드도를 나타내는 도면이다.
도 3a 및 도 3b는 각각 발광 소자의 소자 구조의 일례 및 밴드도를 나타내는 도면이다.
도 4a 내지 도 4c는 액티브 매트릭스형 발광 장치를 나타내는 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 패시브 매트릭스형 발광 장치를 나타내는 도면이다.
도 6a 내지 도 6e는 전자 기기를 나타내는 도면이다.
도 7은 조명 장치를 나타내는 도면이다.
도 8a 및 도 8b는 각각 실시예의 발광 소자의 소자 구조 및 비교 발광 소자의 소자 구조를 나타내는 도면이다.
도 9는 실시예 1의 발광 소자의 특성을 도시하는 그래프이다.
도 10은 실시예 1의 발광 소자의 특성을 도시하는 그래프이다.
도 11은 실시예 1의 발광 소자의 광 투과율을 도시하는 그래프이다.
도 12a 및 도 12b는 각각 발광 소자의 소자 구조의 일례를 나타내는 도면 및 방출 스펙트럼을 도시하는 그래프이다.
도 13은 실시예 2의 발광 소자의 특성을 도시하는 그래프이다.
도 14는 실시예 2의 발광 소자의 특성을 도시하는 그래프이다.
도 15는 실시예 2의 발광 소자의 광 투과율을 도시하는 그래프이다.
도 16은 실시예 3의 발광 소자의 특성을 도시하는 그래프이다.
도 17은 실시예 3의 발광 소자의 특성을 도시하는 그래프이다.
도 18은 실시예 3의 발광 소자의 특성을 도시하는 그래프이다.
도 19는 실시예 3의 발광 소자의 특성을 도시하는 그래프이다.
이하에, 실시양태 및 실시예에 대해서 첨부도면을 참조해서 설명한다. 본 명세서에 개시된 본 발명은 다수의 상이한 형태로 수행될 수 있고 본원에 개시된 형태 및 상세는 본 발명의 사상 및 범주로부터 벗어나지 않고 다양한 방식으로 변경할 수 있음을 당업자라면 용이하게 이해함을 주의한다. 따라서, 본 발명은 실시양태 및 실시예의 설명에 한정되는 것으로 파악되어서는 안 된다. 실시양태 및 실시예를 설명하기 위한 도면에서, 동일한 부분 또는 유사한 기능을 갖는 부분에는 동일한 참조부호를 붙이고, 그러한 부분의 설명은 생략한다.
(실시양태 1)
실시양태 1에서는, 발광 소자의 한 실시양태에 대해서 도 1a 및 도 1b를 참조하여 설명한다.
도 1a에 도시된 소자 구조에서, 한 쌍의 전극(즉, 양극(101)과 음극(102)) 사이에 각각 발광 영역을 포함하는 제1 EL층(103) 및 제2 EL층(107)이 개재되고, 제1 EL층(103)과 제2 EL층(107) 사이에는 양극(101) 위에 전자 주입 버퍼(104), 전자 릴레이층(105) 및 전하 발생층(106)이 이 순서대로 적층된다.
전하 발생층(106)은 정공 수송성이 높은 물질 및 억셉터 물질을 포함하는 층이며, 발광 소자의 캐리어인 정공과 전자가 발생한다. 전하 발생층(106)에서 발생한 정공은 제2 EL층(107)으로 이동하는 반면, 전자는 전자 릴레이층(105)으로 이동한다. 또한, 전자 릴레이층(105)은 전자 수송성이 높기 때문에, 전자 주입 버퍼(104)로 전자를 신속하게 수송할 수 있다. 또한, 전자 주입 버퍼(104)는 제1 EL층(103)에 전자를 주입하는 경우 주입 장벽을 완화할 수 있기 때문에, 제1 EL층(103)에의 전자 주입 효율을 높일 수 있다.
전자 주입 버퍼(104)에는 전자 주입성이 높은 물질, 예를 들어 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 희토류 금속, 상기 금속의 화합물(예를 들어 알칼리 금속 화합물(산화리튬과 같은 산화물, 할라이드, 또는 탄산리튬 또는 탄산세슘과 같은 카르보네이트), 알칼리 토금속 화합물(예를 들어 산화물, 할라이드 또는 카르보네이트), 또는 희토류 금속 화합물(예를 들어 산화물, 할라이드 또는 카르보네이트)을 이용할 수 있다. 별법으로, 전자 주입 버퍼(104)는 전자 수송성이 높은 물질 및 도너 물질을 포함할 수 있다.
도 1b는 도 1a의 소자 구조의 밴드도이다. 도 1b에서, 참조번호 111은 양극(101)의 페르미 준위, 112는 음극(102)의 페르미 준위, 113은 제1 EL층(103)의 최저 비점유 분자 궤도(LUMO; lowest unoccupied molecular orbital) 준위, 114는 전자 릴레이층(105)의 LUMO 준위, 115는 전하 발생층(106)에 있어서의 억셉터의 억셉터 준위, 116은 제2 EL층(107)의 LUMO 준위를 나타낸다.
도 1b에서, 양극(101)으로부터 주입된 정공은 제1 EL층(103)에 주입된다. 한편, 전하 발생층(106)에서 발생한 전자는 전자 릴레이층(105)으로 이동한 후, 전자 주입 버퍼(104)를 통해서 제1 EL층(103)으로 주입되어, 정공과 재결합함으로써 발광한다. 또한, 전하 발생층(106)에서 발생한 정공은 제2 EL층(107)으로 이동하고, 제2 EL층(107)에서 음극(102)으로부터 주입된 전자와 재결합함으로써 발광한다.
본 실시양태에서 설명되는 발광 소자에 있어서, 전자 릴레이층(105)은 전하 발생층(106)에서 발생한 전자를 제1 EL층(103)에 충분하게 주입하는 층으로서 기능하기 때문에, 전자 릴레이층(105)은 바람직하게는 LUMO 준위가 전하 발생층(106)에 서의 억셉터의 억셉터 준위와, 제1 EL층(103)의 LUMO 준위(113) 사이의 준위인 재료를 이용하여 형성된다. 구체적으로는, LUMO 준위가 약 -5.0 eV 이상인 재료가 바람직하게는 이용되고, 더 바람직하게는 LUMO 준위가 -5.0 eV 이상 -3.0 eV 이하인 재료가 이용된다.
전하 발생층(106)에 포함되는 억셉터 물질은 강한 억셉터 특성을 가지고, 전자 주입 버퍼(104)에 포함되는 전자 주입성이 높은 물질 또는 도너 물질은 강한 도너 특성을 가지고, 따라서 전하 발생층(106)과 전자 주입 버퍼(104)가 서로 접했을 경우, 전하 발생층(106)과 전자 주입 버퍼(104) 사이의 계면에서 전자를 주고 받아 발광 소자의 구동 전압이 상승한다. 또한, 전하 발생층(106)과 전자 주입 버퍼(104) 사이의 계면에서 PN 접합이 형성될 때, 발광 소자의 구동 전압이 상승할 수 있다. 그러나, 본 실시양태에서 설명하는 발광 소자에서는, 전자 릴레이층(105)에 의해 전하 발생층(106)과 전자 주입 버퍼(104)가 서로 접하는 것을 방지할 수 있고, 따라서 전하 발생층(106)에 포함되는 억셉터 물질과, 전자 주입 버퍼(104)에 포함되는 전자 주입성이 높은 물질 또는 도너 물질이, 상호작용하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 전자 릴레이층(105)을 상기 범위 내의 LUMO 준위를 갖는 재료를 이용하는 형성함으로써, 전자 릴레이층(105)과 전자 주입 버퍼(104) 사이의 계면이 강전계로 되는 것을 방지하고, 전하 발생층(106)에서 발생한 전자를 효율적으로 제1 EL층(103)에 주입할 수 있다.
또한, 도 1b의 밴드도에 도시한 바와 같이, 전하 발생층(106)으로부터 전자 릴레이층(105)으로 이동한 전자는 전자 주입 버퍼(104)로 인해 주입 장벽이 완화되기 때문에 제1 EL층(103)의 LUMO 준위(113)에 용이하게 주입된다. 전하 발생층(106)에서 발생한 정공은, 제2 EL층(107)으로 이동함을 주의한다.
다음으로, 전술한 발광 소자에 이용할 수 있는 재료에 대해서 구체적으로 설명한다.
양극(101)은 바람직하게는 일함수가 큰(구체적으로는, 4.0 eV 이상의 일함수) 금속, 합금, 전기 도전성 화합물, 이들의 혼합물 등을 이용하여 형성된다. 구체적으로는, 예를 들어 산화인듐주석(ITO), 규소 또는 산화규소를 포함하는 산화인듐주석, 산화인듐아연(IZO), 산화텅스텐 및 산화아연을 포함하는 산화인듐 등이 제공될 수 있다.
이들 도전성 금속 산화물 막은 통상 스퍼터링법에 형성된다. 별법으로, 막은 졸-겔법 등을 응용해서 형성될 수 있다. 예를 들어, 산화인듐아연(IZO) 막은 산화인듐에 대하여 1 중량％ 내지 20 중량％의 산화아연을 첨가한 타깃을 이용해서 스퍼터링법에 의해 형성할 수 있다. 산화텅스텐 및 산화아연을 포함하는 산화인듐은 산화인듐에 대하여 산화텅스텐 및 산화아연을 각각 0.5 중량％ 내지 5 중량％ 및 0.1 중량％ 내지 1 중량％ 첨가한 타깃을 이용해서 스퍼터링법에 의해 형성할 수 있다.
이밖에, 이하, 즉 금(Au), 백금(Pt), 니켈(Ni), 텅스텐(W), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 철(Fe), 코발트(Co), 구리(Cu), 팔라듐(Pd), 티타늄(Ti), 또는 금속 재료의 질화물(예를 들어 질화티타늄), 산화몰리브덴, 산화바나듐, 산화루테늄, 산화텅스텐, 산화망간, 산화티타늄 등이 제공될 수 있다. 별법으로, 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)/폴리(스티렌술폰산)(PEDOT/PSS) 또는 폴리아닐린/폴리(스티렌술폰산)(PAni/PSS)와 같은 도전성 중합체를 이용할 수 있다. 제1 EL층(103)의 일부로서, 전하 발생층이 양극(101)과 접하는 경우에는, 일함수의 크기에 상관없이, Al 및 Ag와 같은 다양한 도전성 재료들을 양극(101)에 이용할 수 있음을 주의한다.
음극(102)은 일함수가 작은(구체적으로는, 3.8 eV 이하의 일함수) 금속, 합금, 전기 도전성 화합물, 이들의 혼합물을 이용하여 형성될 수 있다. 이러한 음극재료의 구체예로서는, 이하, 즉 주기율표의 제1 족 또는 제2 족에 속하는 원소, 즉 리튬(Li) 또는 세슘(Cs)과 같은 알칼리 금속, 및 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr)과 같은 알칼리 토금속, 이들을 포함하는 합금(예를 들어 MgAg 합금 또는 AlLi 합금), 유로퓸(Eu) 또는 이테르븀(Yb)과 같은 희토류 금속, 이들을 포함하는 합금 등이 제공될 수 있다. 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 이들의 합금의 막은 진공 증착법을 이용해서 형성할 수 있음을 주의한다. 별법으로, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속을 포함하는 합금은 스퍼터링법에 의해 형성할 수 있다. 다른 별법으로, 막은 은 페이스트 등을 이용해서 잉크젯법 등에 의해 형성할 수 있다.
별법으로, 알칼리 금속 화합물, 알칼리 토금속 화합물, 또는 희토류 금속 화합물(예를 들어 불화리튬(LiF), 산화리튬(LiOx), 불화세슘(CsF), 불화칼슘(CaF2), 불화에르븀(ErF3))의 박막과 알루미늄과 같은 금속막을 적층함으로써, 음극(102)을 형성할 수 있다. 제2 EL층(107)의 일부로서, 전하 발생층이 음극(102)과 접하는 경우에는, 일함수의 크기에 상관없이, Al, Ag, ITO, 및 규소 또는 산화규소를 포함하는 산화인듐주석과 같은 다양한 도전성 재료들을 음극(102)에 이용할 수 있음을 주의한다.
또한, 본 실시양태에 설명되는 발광 소자에서는, 양극 및 음극 중 적어도 하나가 광 투과성을 가질 수 있음을 주의한다. 광 투과성은 ITO와 같은 투명 전극을 이용하거나 또는 전극의 두께를 얇게 함으로써 확보할 수 있다.
제1 EL층(103) 및 제2 EL층(107)은 각각 적어도 발광층을 포함할 수 있고, 또한 발광층 및 발광층 이외의 층이 적층된 구조일 수 있다. 제1 EL 층(103)에 포함되는 발광층은 제2 EL층(107)에 포함되는 발광층과는 상이할 수 있음을 주의한다. 별법으로, 제1 EL층(103) 및 제2 EL층(107)은 독립적으로 발광층 및 발광층 이외의 층이 적층된 적층 구조일 수 있다. 발광층 이외의 층으로서, 정공 주입성이 높은 물질, 정공 수송성이 높은 물질 또는 전자 수송성이 높은 물질, 전자 주입성이 높은 물질, 2극성(전자 및 정공의 수송성이 높은 물질) 물질 등으로 형성되는 층일 수 있다. 구체적으로는, 정공 주입층, 정공 수송층, 발광층, 정공 차단층, 전자 수송층, 전자 주입층 등이 제공되고, 이것들은 양극 위에 적절히 조합해서 적층될 수 있다. 또한, 제1 EL층(103)의 일부에, 제1 EL층(103)이 양극(101)과 접하는 측에 전하 발생층을 설치할 수 있다.
전술한 EL층에 포함되는 각각의 층을 형성하는 데 이용되는 재료에 대해서 이하에 구체적으로 설명한다.
정공 주입층은 정공 주입성이 높은 물질을 포함하는 층이다. 정공 주입성이 높은 물질로서는, 예를 들어 산화몰리브덴 또는 산화바나듐, 산화루테늄, 산화텅스텐, 산화망간 등을 이용할 수 있다. 이밖에, 프탈로시아닌(약칭: H2Pc) 또는 구리 프탈로시아닌(약칭: CuPc)과 같은 프탈로시아닌계 화합물, 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)/폴리(스티렌술폰산)(PEDOT/PSS)과 같은 고분자 등도 또한 정공 주입층을 형성하는 데 이용할 수 있다.
정공 수송층은 정공 수송성이 높은 물질을 포함하는 층이다. 정공 수송성이 높은 물질의 예로서는, 이하, 예를 들어 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]비페닐(약칭: NPB 또는 α-NPD)이나 N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-디페닐-[1,1'-비페닐]-4,4'-디아민(약칭: TPD), 4,4',4"-트리스(카르바졸-9-일)트리페닐아민(약칭: TCTA), 4,4',4"-트리스(N,N-디페닐아미노)트리페닐아민(약칭: TDATA), 4,4',4"-트리스[N-(3-메틸페닐)-N-페닐아미노]트리페닐아민(약칭: MTDATA) 및 4,4'-비스[N-(스피로-9,9'-비플루오렌-2-일)-N-페닐아미노]비페닐(약칭: BSPB)와 같은 방향족 아민 화합물; 3-[N-(9-페닐카르바졸-3-일)-N-페닐아미노]-9-페닐카르바졸(약칭: PCzPCA1); 3,6-비스[N-(9-페닐카르바졸-3-일)-N-페닐아미노]-9-페닐카르바졸(약칭: PCzPCA2), 3-[N-(1-나프틸)-N-(9-페닐카르바졸-3-일)아미노]-9-페닐카르바졸(약칭: PCzPCN1) 등이 제공될 수 있다. 별법으로, 이하의 카르바졸 유도체, 즉 4,4'-디(N-카르바졸릴)비페닐(약칭: CBP), 1,3,5-트리스[4-(N-카르바졸릴)페닐]벤젠(약칭: TCPB) 및 9-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카르바졸(약칭: CzPA)을 이용할 수 있다. 여기에 나열한 물질은 주로 10-6 cm2/Vs 이상의 정공 이동도를 갖는 재료이다. 그러나, 전자 수송성보다 정공 수송성이 높으면, 이것들 이외의 물질을 또한 이용할 수 있다. 또한, 정공 수송성이 높은 물질을 포함하는 층은 단층으로 제한되지 않고, 상기 물질을 포함하는 2개 이상의 층들의 적층일 수 있다.
상기 물질 외에도, 폴리(N-비닐카르바졸)(약칭: PVK), 폴리(4-비닐트리페닐아민)(약칭: PVTPA), 폴리[N-(4-{N'-[4-(4-디페닐아미노)페닐]페닐-N'-페닐아미노}페닐)메타크릴아미드](약칭: PTPDMA) 또는 폴리[N,N'-비스(4-부틸페닐)-N,N'-비스(페닐)벤지딘](약칭: Poly-TPD)과 같은 고분자 화합물을 정공 수송층에 이용할 수 있다.
발광층은 발광 물질을 포함하는 층이다. 발광 물질로서는, 이하의 형광성 화합물 예를 들어 N,N'-비스[4-(9H-카르바졸-9-일)페닐]-N,N'-디페닐스틸벤-4,4'-디아민(약칭: YGA2S), 4-(9H-카르바졸-9-일)-4'-(10-페닐-9-안트릴)트리페닐아민(약칭: YGAPA), 4-(9H-카르바졸-9-일)-4-(9,10-디페닐-2-안트릴)트리페닐아민(약칭: 2YGAPPA), N,9-디페닐-N-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카르바졸-3-아민(약칭: PCAPA), 페릴렌,2,5,8,11-테트라-tert-부틸페릴렌(약칭: TBP), 4-(10-페닐-9-안트릴)-4'-(9-페닐-9H-카르바졸-3-일)트리페닐아민(약칭: PCBAPA), N,N"-(2-tert -부틸안트라센-9,10-디일디-4,1-페닐렌)비스[N,N',N'-트리페닐-1,4-페닐렌디아민](약칭: DPABPA), N,9-디페닐-N-[4-(9,10-디페닐-2-안트릴)페닐]-9H-카르바졸-3-아민(약칭: 2PCAPPA), N-[4-(9,10-디페닐-2-안트릴)페닐]-N,N',N'-트리페닐-1,4-페닐렌디아민(약칭: 2DPAPPA), N,N,N',N',N",N",N"',N"'-옥타페닐디벤조[g,p]크리센-2,7,10,15-테트라아민(약칭: DBC1), 쿠마린 30, N-(9,10-디페닐-2-안트릴)-N,9-디페닐-9H-카르바졸-3-아민(약칭: 2PCAPA), N-[9,10-비스(1,1'-비페닐-2-일)-2-안트릴]-N,9-디페닐-9H-카르바졸-3-아민(약칭: 2PCABPhA), N-(9,10-디페닐-2-안트릴)-N,N',N'-트리페닐-1,4-페닐렌디아민(약칭: 2DPAPA), N-[9,10-비스(1,1'-비페닐-2-일)-2-안트릴]-N,N',N'-트리페닐-1,4-페닐렌디아민(약칭: 2DPABPhA), 9,10-비스(1,1'-비페닐-2-일)-N-[4-(9H-카르바졸-9-일)페닐]-N-페닐안트라센-2-아민(약칭:2YGABPhA), N,N,9-트리페닐안트라센-9-아민(약칭: DPhAPhA), 쿠마린 545T, N,N'-디페닐퀴나크리돈(약칭: DPQd), 루브렌, 5,12-비스(1,1'-비페닐-4-일)-6,11-디페닐테트라센(약칭: BPT), 2-(2-{2-[4-(디메틸아미노)페닐]에테닐}-6-메틸-4H-피란-4-일리덴)프로판디니트릴(약칭: DCM1), 2-{2-메틸-6-[2-(2,3,6,7-테트라히드로-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에테닐]-4H-피란-4-일리덴}프로판디니트릴(약칭: DCM2), N,N,N',N'-테트라키스(4-메틸페닐)테트라센-5,11-디아민(약칭: p-mPhTD), 7,14-디페닐-N,N,N',N'-테트라키스(4-메틸페닐)아세나프토[1,2-a]플루오란텐-3,10-디아민(약칭: 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(약칭: 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(약칭: DCJTB), 2-(2,6-비스{2-[4-(디메틸아미노)페닐]에테닐}-4H-피란-4-일리덴)프로판디니트릴(약칭: 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(약칭: BisDCJTM) 등이 이용될 수 있다.
별법으로, 발광 물질로서는, 이하의 인광성 화합물, 예를 들어 비스[2-(4',6'-디플루오로페닐)피리디네이토-N, C 2']이리듐(III)테트라키스(1-피라졸릴)보레이트(약칭: FIr6), 비스[2-(4',6'-디플루오로페닐)피리디네이토-N, C 2']이리듐(III)피콜리네이트(약칭: FIrpic), 비스[2-(3',5'-비스트리플루오로메틸페닐)피리디네이토-N, C 2']이리듐(III)피콜리네이트(약칭: Ir(CF3ppy)2(pic)), 비스[2-(4',6'-디플루오로페닐)피리디네이토-N, C 2']이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: FIracac), 트리스(2-페닐피리디네이토)이리듐(III)(약칭: Ir(ppy)3), 비스(2-페닐피리디네이토)이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(ppy)2(acac)), 비스(벤조[h]퀴놀리네이토)이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(bzq)2(acac)), 비스(2,4-디페닐-1,3-옥사졸레이토-N, C 2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(dpo)2(acac)), 비스[2-(4'-퍼플루오로페닐페닐)피리디네이토]이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(p-PF-ph)2(acac)), 비스(2-페닐벤조티아졸레이토-N, C 2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(bt)2(acac)), 비스[2-(2'-벤조[4,5-α]티에닐)피리디네이토-N, C 3 ']이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(btp)2(acac)), 비스(1-페닐이소퀴놀리네이토-N,C 2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(piq)2(acac)), (아세틸아세토네이토)비스[2,3-비스(4-플루오로페닐)퀴녹살리네이토]이리듐(III)(약칭: Ir(Fdpq)2(acac)), (아세틸아세토네이토)비스(2,3,5-트리페닐피라지네이토)이리듐(III)(약칭: Ir(tppr)2(acac)), 2,3,7,8,12,13,17,18-옥타에틸-21H,23H-포르피린 백금(II)(약칭: PtOEP), 트리스(아세틸아세토네이토)(모노페난트롤린)테르븀(III)(약칭: Tb(acac)3(Phen)), 트리스(1,3-디페닐-1,3-프로판디오네이토)(모노페난트롤린)유로퓸(III)(약칭: Eu(DBM)3(Phen)), 트리스[1-(2-테노일)-3,3,3-트리플루오로아세토네이토](모노페난트롤린)유로퓸(III)(약칭: Eu(TTA)3(Phen)) 등을 이용할 수 있다.
이들 발광 물질은 바람직하게는 호스트 재료에 분산되어 이용함을 주의한다. 호스트 재료로서는, 예를 들어 NPB(약칭), TPD(약칭), TCTA(약칭), TDATA(약칭), MTDATA(약칭) 또는 BSPB(약칭)과 같은 방향족 아민 화합물; PCzPCA1(약칭), PCzPCA2(약칭), PCzPCN1(약칭), CBP(약칭), TCPB(약칭), CzPA(약칭) 또는 4-(1-나프틸)-4'-(9-페닐-9H-카르바졸-3-일)-트리페닐아민(약칭: PCBANB)과 같은 카르바졸 유도체; PVK(약칭), PVTPA(약칭), PTPDMA(약칭) 또는 Poly-TPD(약칭)과 같은 고분자 화합물을 포함하는 정공 수송성이 높은 물질; 트리스(8-퀴놀리노레이토)알루미늄(약칭: Alq), 트리스(4-메틸-8-퀴놀리노레이토)알루미늄(약칭: Almq3), 비스(10-히드록시벤조[h]퀴놀리네이토)베릴륨(약칭: BeBq2) 또는 비스(2-메틸-8-퀴놀리노레이토)(4-페닐페놀레이트)알루미늄(약칭: BAlq)와 같은 퀴놀린 골격 또는 벤조퀴놀린 골격을 갖는 금속 착체; 비스[2-(2-히드록시페닐)벤족사졸레이토]아연(약칭: Zn(BOX)2) 또는 비스[2-(2-히드록시페닐)벤조티아졸레이토]아연(약칭: Zn(BTZ)2)과 같은 옥사졸계 또는 티아졸계 리간드를 갖는 금속 착체; 또는 2-(4-비페닐릴)-5-(4-tert-부틸페닐)-1,3,4-옥사디아졸(약칭: PBD), 1,3-비스[5-(p-tert-부틸페닐)-1,3,4-옥사디아졸-2-일]벤젠(약칭: OXD-7), 9-[4-(5-페닐-1,3,4-옥사디아졸-2-일)페닐]카르바졸(약칭: CO11), 3-(4-비페닐릴)-4-페닐-5-(4-tert-부틸페닐)-1,2,4-트리아졸(약칭: TAZ), 배토페난트롤린(약칭: BPhen), 배토쿠프로인(약칭: BCP), 폴리[(9,9-디헥실플루오렌-2,7-디일)-코-(피리딘-3,5-디일)](약칭: PF-Py) 또는 폴리[(9,9-디옥틸플루오렌-2,7-디일)-코-(2,2'-비피리진-6,6'-디일)](약칭: PF-BPy)과 같은 전자 수송성이 높은 물질을 이용할 수 있다.
전자 수송층은 전자 수송성이 높은 물질을 포함하는 층이다. 전자 수송성이 높은 물질로서는, 예를 들어 Alq(약칭), Almq3(약칭), BeBq2(약칭) 또는 BAlq(약칭)와 같은 퀴놀린 골격 또는 벤조퀴놀린 골격을 갖는 금속 착체를 이용할 수 있다. 이외에도, Zn(BOX)2(약칭) 또는 Zn(BTZ)2(약칭)과 같은 옥사졸계 또는 티아졸계 리간드를 갖는 금속 착체도 또한 이용할 수 있다. 또한, 상기 금속 착체 이외에도, PBD(약칭)이나, OXD-7(약칭), CO11(약칭), TAZ(약칭)), BPhen(약칭), BCP(약칭) 등을 이용할 수 있다. 여기에 열거된 물질은 주로 10-6 cm2/Vs 이상의 전자 이동도를 갖는 물질이다. 정공 수송성보다 전자 수송성이 높으면, 이것들 이외의 물질을 이용할 수 있음을 주의한다. 또한, 전자 수송층은 단층 구조에 제한되지 않고 상기 물질로 형성되는 2개 이상의 층을 적층한 구조일 수 있다.
상기 물질 이외에도, PF-Py(약칭) 또는 PF-BPy(약칭)와 같은 고분자 화합물을 전자 수송층에 이용할 수 있다.
전자 주입층은 전자 주입성이 높은 물질을 포함하는 층이다. 전자 주입성이 높은 물질의 예로서는, 이하, 즉 불화리튬(LiF), 불화세슘(CsF) 및 불화칼슘(CaF2)과 같은 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 및 이들의 화합물이 제공될 수 있다. 이외에도, 전자 수송성을 갖는 물질, 및 알칼리 금속, 알칼리 토금속 또는 이들의 화합물을 포함하는 층(예를 들어 마그네슘(Mg)을 포함하는 Alq)을 이용할 수 있다. 이러한 구조로 함으로써, 음극(102)으로부터의 전자 주입 효율을 높일 수 있다.
제1 EL층(103) 또는 제2 EL층(107)에 전하 발생층을 설치하는 경우, 전하 발생층은 정공 수송성이 높은 물질과 억셉터 물질을 포함하는 층이다. 제1 EL층(103) 또는 제2 EL층(107)에 전하 발생층을 형성함으로써, 전극을 형성하는 재료의 일함수를 고려하지 않고 양극(101) 또는 음극(102)을 형성할 수 있다.
전하 발생층에 이용하는 억셉터 물질의 예로서는, 천이 금속 산화물 및 주기율표의 임의의 제4 족 내지 제8 족에 속하는 금속의 산화물을 제공할 수 있다. 구체적으로는, 산화몰리브덴이 특히 바람직하다. 산화몰리브덴은 흡습성이 낮음을 주의한다.
전하 발생층에 이용하는 정공 수송성이 높은 물질로서는, 카르바졸 유도체, 방향족 탄화수소 및 고분자 화합물(예를 들어 올리고머, 덴드리머 또는 중합체)과 같은 임의의 다양한 유기 화합물을 이용할 수 있다. 구체적으로는, 10-6 cm2/Vs 이상의 정공 이동도를 갖는 물질이 바람직하다. 그러나, 전자 수송성보다 정공 수송성이 더 높은 물질이면, 이들 이외의 물질을 또한 이용할 수 있다.
이들 층을 적절히 조합해서 적층함으로써, 제1 EL층(103) 또는 제2 EL층(107)을 형성할 수 있음을 주의한다. 또한, 제1 EL층(103) 또는 제2 EL층(107)의 형성 방법으로서는, 이용하는 재료에 따라서 임의의 다양한 방법(예를 들어 건식 공정 또는 습식 공정)을 적절히 선택할 수 있다. 예를 들어, 진공 증착법, 잉크젯법 또는 스핀 코팅법 등을 이용할 수 있다. 층들을 상이한 방법에 의해 형성할 수 있음을 주의한다.
또한, 제1 EL층(103)과 제2 EL층(107) 사이에는, 양극(101) 위에 전자 주입 버퍼(104), 전자 릴레이층(105) 및 전하 발생층(106)이 이 순서대로 설치된다. 전하 발생층(106)은 제2 EL층(107)과 접해서 형성되고, 전자 릴레이층(105)은 전하 발생층(106)과 접해서 형성되며, 전자 주입 버퍼(104)는 전자 릴레이층(105)과 제1 EL층(103) 사이에 접해서 형성된다.
전하 발생층(106)은 전자 수송성이 높은 물질 및 억셉터 물질을 포함하는 층이다. 전하 발생층(106), 및 상기 제1 EL층(103) 또는 제2 EL층(107)의 일부에 형성할 수 있는 전하 발생층(106)에, 가시광 영역에서 흡수 스펙트럼의 피크가 존재하지 않는 물질을 이용함으로써, 발광층으로부터 방출된 광의 외부 취득 효율을 향상시킬 수 있다. 구체적으로는, 전하 발생층(106)에 가시광 영역의 420 nm 내지 720 nm의 파장 범위에 흡수 피크를 갖지 않는 물질을 이용함으로써 발광 효율을 실질적으로 향상시킬 수 있다.
전하 발생층(106)에 이용하는 정공 수송성이 높은 물질로서는, 카르바졸 유도체, 방향족 탄화수소 및 고분자 화합물(예를 들어 올리고머, 덴드리머 또는 중합체)와 같은 임의의 다양한 유기 화합물을 이용할 수 있다. 카르바졸 유도체 및 방향족 탄화수소는, 일반적으로 그의 깊은 HOMO 준위로 인해 EL층에의 정공 주입성이 우수하기 때문에 바람직하다. 또한, 이들 물질은 그의 깊은 HOMO 준위로 인해 이들 물질과 산화몰리브덴과 같은 억셉터 물질 사이에 전하 이동 상호작용에 기초하는 흡수가 생기기 어렵기 때문에 바람직하다. 구체적으로는, 10-6 cm2/Vs 이상의 정공 이동도를 갖는 물질이 바람직하다. 그러나, 전자 수송성보다 정공 수송성이 높은 물질이면, 이것들 이외의 것을 또한 이용할 수 있다.
카르바졸 유도체의 구체예로서는, 이하, 즉 3-[N-(9-페닐카르바졸-3-일)-N-페닐아미노]-9-페닐카르바졸(약칭: PCzPCA1), 3,6-비스[N-(9-페닐카르바졸-3-일)-N-페닐아미노]-9-페닐카르바졸(약칭: PCzPCA2), 3-[N-(1-나프틸)-N-(9-페닐카르바졸-3-일)아미노]-9-페닐카르바졸(약칭: PCzPCN1) 등이 제공될 수 있다. 이외에도, 이하, 즉 4,4'-디(N-카르바졸릴)비페닐(약칭: CBP), 1,3,5-트리스[4-(N-카르바졸릴)페닐]벤젠(약칭: TCPB), 9-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카르바졸(약칭: CzPA), 9-페닐-3-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카르바졸(약칭: PCzPA), 1,4-비스[4-(N-카르바졸릴)페닐]-2,3,5,6-테트라페닐벤젠 등이 제공될 수 있다.
방향족 탄화수소의 구체예로서는, 이하, 즉 2-tert-부틸-9,10-디(2-나프틸)안트라센(약칭: t-BuDNA), 2-tert-부틸-9,10-디(1-나프틸)안트라센, 9,10-비스(3,5-디페닐페닐)안트라센(약칭: DPPA), 2-tert-부틸-9,10-비스(4-페닐페닐)안트라센(약칭: t-BuDBA), 9,10-디(2-나프틸)안트라센(약칭: DNA), 9,10-디페닐안트라센(약칭: DPAnth), 2-tert-부틸안트라센(약칭: t-BuAnth), 9,10-비스(4-메틸-1-나프틸)안트라센(약칭: DMNA), 9,10-비스[2-(1-나프틸)페닐]-2-tert-부틸안트라센, 9,10-비스[2-(1-나프틸)페닐]안트라센, 2,3,6,7-테트라메틸-9,10-디(1-나프틸)안트라센, 2,3,6,7-테트라메틸-9,10-디(2-나프틸)안트라센, 9,9'-비안트릴, 10,10'-디페닐-9,9'-비안트릴, 10,10'-비스(2-페닐페닐)-9,9'-비안트릴, 10,10'-비스[(2,3,4,5,6-펜타페닐)페닐]-9,9'-비안트릴, 안트라센, 테트라센, 루브렌, 페릴렌, 2,5,8,11-테트라(tert-부틸)페릴렌 등이 제공될 수 있다. 이외에도, 펜타센, 코로넨 등을 이용할 수 있다. 이런 방식으로, 1×10-6 cm2/Vs 이상의 정공 이동도를 갖고 탄소수 14개 내지 42개인 방향족 탄화수소를 이용하는 것이 보다 바람직하다.
또한, 방향족 탄화수소는 비닐 골격을 가질 수 있다. 비닐기를 갖는 방향족 탄화수소의 예로서는, 예를 들어 4,4'-비스(2,2-디페닐비닐)비페닐(약칭: DPVBi), 9,10-비스[4-(2,2-디페닐비닐)페닐]안트라센(약칭: DPVPA) 등이 제공될 수 있다.
또한, 폴리(N-비닐카르바졸)(약칭: PVK) 또는 폴리(4-비닐트리페닐아민)(약칭: PVTPA)와 같은 고분자 화합물을 이용할 수 있다.
여기에서 특히, 정공 수송성이 높은 물질은 아민 골격을 포함하지 않는 것이 바람직하다. 본 발명자들은 아민 골격을 포함하지 않는 화합물과 억셉터 물질을 이용해서 전하 발생층(106)을 형성했을 경우, 전하 발생층(106)은 정공 수송성이 높은 물질과 억셉터 물질 사이의 전하 이동 상호작용에 기초하는 흡수가 발생하지 않음에도 불구하고 전하 발생층으로서 기능하는 것을 발견했다. 이것에 의해, 가시광 영역에서 흡수 피크를 갖지 않는 전하 발생층을 형성하는 것이 용이해지고, 따라서 광의 흡수에 기인하는 발광 효율의 저하를 방지할 수 있다.
또한, 특허문헌 1에 설명되어 있는 바와 같이, 종래에는 통상 전하 발생층에는 산화-환원 반응에 의해 전하 이동 착체가 형성되는 것이 중요함을 주의한다. 또한, 특허문헌 1에 따르면, 유기 화합물의 이온화 전위가 5.7 eV 이상인 경우, 유기 화합물과 억셉터 물질 사이에서 산화-환원 반응이 일어나기 어려워진다. 그 때문에, 산화-환원 반응의 발생을 촉진하기 위해서, 유기 화합물로서 이온화 전위가 5.7 eV 이하의 물질, 구체적으로는 아릴아민과 같은 전자 도너성이 높은 물질이 필요하다. 그러나, 이러한 아민 골격을 갖는 화합물과 억셉터 물질 사이에서 산화-환원 반응이 일어나면, 가시광 영역 및 적외선 영역에 전하 이동 상호작용에 기초하는 흡수가 발생한다. 실제로, 특허문헌 1에 개시되어 있는 흡수 스펙트럼은, 아릴아민 골격을 갖는 화합물과 산화바나듐을 혼합함으로써 약 500 nm 및 1300 nm의 파장에서 새로운 흡수가 생김을 나타내고 있다. 또한, 아릴아민 골격을 갖는 화합물과 7,7,8,8-테트라시아노-2,3,5,6-테트라플루오로퀴노디메탄(약칭: F4-TCNQ)을 혼합하는 경우, 약 700 nm, 900 nm 및 1200 nm의 파장에서 새로운 흡수가 생긴다. 이 경우, 특히 가시광 영역의 흡수 피크는 발광 효율을 저하시킨다. 그러나, 종래에 전하 발생층에서는 전하 이동 착체의 형성이 필수적이고 흡수가 필연적인 것으로 간주되었다.
한편, 본 발명의 한 실시양태에서는, 아민 골격을 포함하지 않는 화합물과 억셉터 물질을 이용해서 전하 발생층(106)을 형성하고 있지만, 가시광 영역 및 적외선 영역에서 전하 이동 상호작용에 기초하는 흡수를 나타내지 않음에도 불구하고전하 발생층(106)은 전하 발생층으로서 기능한다. 이러한 전하 발생층에서, 전계인가에 의해 전하가 발생할 수 있고, 정공 및 전자가 EL층에 주입될 수 있다. 이 점은 종래의 전하 발생층과는 다른 점이다. 실제로, 아민 골격을 포함하지 않는 카르바졸 유도체인 9-[4-(10-페닐-9-안트라세닐)페닐]-9H-카르바졸(약칭: CzPA)은, 아마도 5.7 eV(AC-2, 리껜 게이끼사제)의 CzPA의 이온화 전위가 이온화 전위의 값보다 꽤 크기 때문인지, 억셉터 물질인 산화몰리브덴과 혼합해도 전하 이동 상호작용에 기초하는 흡수는 생기지 않는다. 그러나, 전하 발생층(106)은 전하 발생층으로서 기능하고, 따라서 아민 골격 및 억셉터 물질을 포함하지 않는 화합물은 본 발명의 한 실시양태에 이용할 수 있다. 따라서, 아민 골격을 포함하지 않는 화합물의 이온화 전위는 바람직하게는 5.7 eV 이상이다.
아민 골격을 포함하지 않는 화합물의 예로서는, 바람직하게는 이하, 즉 CBP(약칭), TCPB(약칭), CzPA(약칭), PCzPA(약칭) 및 1,4-비스[4-(N-카르바졸릴)페닐]-2,3,5,6-테트라페닐벤젠과 같은 전술한 카르바졸 유도체; 및 t-BuDNA(약칭), DPPA(약칭), t-BuDBA(약칭), DNA(약칭), DPAnth(약칭), t-BuAnth(약칭), DMNA(약칭), 2-tert-부틸-9,10-디(1-나프틸)안트라센, 9,10-비스[2-(1-나프틸)페닐]-2-tert-부틸안트라센, 9,10-비스[2-(1-나프틸)페닐]안트라센, 2,3,6,7-테트라메틸-9,10-디(1-나프틸)안트라센, 2,3,6,7-테트라메틸-9,10-디(2-나프틸)안트라센, 9,9'-비안트릴, 10,10'-디페닐-9,9'-비안트릴, 10,10'-비스(2-페닐페닐)-9,9'-비안트릴, 10,10'-비스[(2,3,4,5,6-펜타페닐)페닐]-9,9'-비안트릴, 안트라센, DPVBi(약칭) 및 DPVPA(약칭)와 같은 방향족 탄화수소가 제공될 수 있다. 또한, PVK과 같은 카르바졸 유도체의 중합체를 이용할 수 있다.
전하 발생층(106)에 이용하는 억셉터 물질의 예로서는, 천이 금속 산화물 및 주기율표의 임의의 제4 족 내지 제8 족에 속하는 금속의 산화물이 제공될 수 있다. 구체적으로는, 산화바나듐, 산화니오븀, 산화탄탈, 산화크롬, 산화몰리브덴, 산화텅스텐, 산화망간 및 산화레늄은 그의 전자 수송성이 높기 때문에 바람직하다. 이들 중에서, 산화몰리브덴이 특히 바람직하다. 산화몰리브덴은 흡습성이 낮다. 이 밖에도, 7,7,8,8-테트라시아노-2,3,5,6-테트라플루오로퀴노디메탄(약칭: F4-TCNQ), 클로라닐과 같은 유기 화합물이 제공될 수 있다.
또한, 광학 설계 시, 각각의 층의 두께를 변화시키면 구동 전압이 상승할 수 있다. 따라서, 광학 설계는 전하 발생층(106)의 두께를 변화시킨 경우에도 구동 전압의 변동이 작기 때문에, 전하 발생층(106)에 있어서 행하는 것이 바람직하다. 그러나, 가시광 영역에서 흡수 스펙트럼의 피크가 존재하는 전하 발생층(106)의 두께를 증가시키면, 발광층으로부터 방출된 광은 전하 발생층(106)에 흡수되어, 광의 외부 취득 효율의 저하가 생긴다. 따라서, 전하 발생층(106)에 이용하는 물질은 바람직하게는 가시광 영역에서 흡수 스펙트럼의 피크가 존재하지 않는 물질이다. 전하 발생층(106)에 있어서 가시광 영역에서 흡수 스펙트럼의 피크가 존재하지 않는 물질을 이용하는 것에 의해, 발광층으로부터 방출된 광의 외부 취득 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 전하 발생층(106)의 두께를 증가시킴으로써 발광 소자의 단락을 방지할 수 있다.
또한, 억셉터 물질 대 정공 수송성이 높은 물질의 질량비가 0.1:1 내지 4.0:1이도록 전하 발생층(106)에 억셉터 물질을 첨가하는 것이 바람직함을 주의한다.
전술한 제1 EL층(103) 또는 제2 EL층(107)의 일부에 형성된 전하 발생층은 전하 발생층(106)과 마찬가지의 재료를 이용하여 형성될 수 있고, 전하 발생층(106)과 마찬가지의 구조일 수 있다. 또한, 제1 EL층(103) 또는 제2 EL층(107)의 일부에 형성된 전하 발생층 및 전하 발생층(106)에, 가시광 영역에서 흡수 스펙트럼의 피크가 존재하지 않는 물질을 이용함으로써, 발광층으로부터 방출된 광의 외부 취득 효율을 더 향상시킬 수 있다. 구체적으로는, 전하 발생층(106)에, 가시광 영역의 420 nm 내지 720 nm의 파장 범위에 흡수 피크가 존재하지 않는 물질을 이용함으로써, 발광 효율을 실질적으로 향상시킬 수 있다.
전자 릴레이층(105)은 전하 발생층(106)에 억셉터 물질이 뽑은 전자를 신속하게 수용할 수 있는 층이다. 따라서, 전자 릴레이층(105)은 전자 수송성이 높은 물질을 포함하는 층이며, 바람직하게는 전하 발생층(106)에서의 억셉터의 억셉터 준위와 제1 EL층(103)의 LUMO 준위 사이의 LUMO 준위를 갖는 재료를 이용해서 형성된다. 구체적으로는, 바람직하게는 약 -5.0 eV 이상의 LUMO 준위를 갖는 재료를 이용하고, 더욱 바람직하게는 약 -5.0 eV 이상 -3.0 eV 이하의 LUMO 준위를 갖는 재료를 이용한다. 전자 릴레이층(105)에 이용되는 물질의 예로서는, 페릴렌 유도체 및 질소 함유 축합 방향족 화합물이 제공될 수 있다. 또한, 질소 함유 축합 방향족 화합물은 그의 안정성으로 인해 바람직하게는 전자 릴레이층(105)에 이용됨을 주의한다. 또한, 질소 함유 축합 방향족 화합물 중, 바람직하게는 시안기 또는 플루오로기와 같은 전자 흡인기를 갖는 화합물을 이용하고, 이 경우 전자 릴레이층(105)에 전자가 더욱 용이하게 수용될 수 있다.
여기에서, 구동 전압을 감소시키기 위해 전자 릴레이층(105)의 두께를 감소시키는 것이 바람직하다. 또한, 전자 릴레이층(105)의 두께를 감소시키는 것에 의해, 발광층으로부터 방출된 광의 외부 취득 효율을 향상시킬 수 있다. 특히, 전자 릴레이층에 바람직한 화합물(예를 들어 하기되는 페릴렌 유도체) 대부분은, 가시광 영역에서 강한 흡수를 가지고, 따라서 광의 외부 취득 효율의 관점에서 전자 릴레이층은 바람직하게는 약 1 nm 내지 10 nm의 얇은 두께를 가진다. 전자 릴레이층의 두께는 바람직하게는 전술한 바와 같이 감소되기 때문에, 광학 설계 수행 시 전하 발생층의 두께를 변화시키는 것이 바람직함을 주의한다. 또한, 본 발명의 한 실시양태에서는, 전하 발생층은 가시광 영역에서 흡수 피크를 갖지 않고, 따라서 전하 발생층의 두께가 증가하는 경우에도 외부 취득 효율이 악화되지 않는다. 즉, 구동 전압을 저감하기 위한 전자 릴레이층과, 가시광 영역에서 흡수 피크를 갖지 않고 고 효율을 달성할 수 있는 전하 발생층의 조합은 아주 효과적이다.
페릴렌 유도체의 구체예로서는, 이하, 즉 3,4,9,10-페릴렌테트라카르복실산무수물(약칭: PTCDA), 3,4,9,10-페릴렌테트라카르복실산-비스-벤즈이미다졸(약칭: PTCBI), N,N'-디옥틸-3,4,9,10-페릴렌테트라카르복실산디이미드(약칭: PTCDI-C8H), N,N'-디헥실-3,4,9,10-페릴렌테트라카르복실산디이미드(HexPTC) 등이 제공될 수 있다.
질소 함유 축합 방향족 화합물의 구체예로서는, 이하, 즉 피라지노[2,3-f][1,10]페난트롤린-2,3-디카르보니트릴(약칭: PPDN), 2,3,6,7,10,11-헥사시아노-1,4,5,8,9,12-헥사아자트리페닐렌(약칭: HAT(CN)6), 2,3-디페닐피리도[2,3-b]피라진(약칭: 2PYPR), 2,3-비스(4-플루오로페닐)피리도[2,3-b]피라진(약칭: F2PYPR) 등이 제공될 수 있다. 이외에도, 퍼플루오로펜타센, 7,7,8,8-테트라시아노퀴노디메탄(약칭: TCNQ), 1,4,5,8-나프탈렌테트라카르복실산무수물(약칭: NTCDA), 구리 헥사데카플루오로 프탈로시아닌(약칭: F16CuPc), N,N'-2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,7,8,8,8-펜타데카플루오로옥틸-1,4,5,8-나프탈렌테트라카르복실산 디이미드(약칭: NTCDI-C8F), 3',4'-디부틸-5,5"-비스(디시아노메틸렌)-5,5"-디히드로-2,2':5',2"-터티오펜)(약칭: DCMT), 메타노풀러렌[6,6]-페닐 C61 부티르산 메틸에스테르 등을 전자 릴레이층(105)에 이용할 수 있다.
전자 주입 버퍼(104)는 전자 릴레이층(105)이 수용한 전자를 제1 EL층(103)에 주입할 수 있는 층이다. 전자 주입 버퍼(104)를 설치함으로써, 전하 발생층(106)과 제1 EL층(103) 사이의 주입 장벽을 완화할 수 있고, 따라서 전하 발생층(106)에 생긴 전자를 제1 EL층(103)에 용이하게 주입할 수 있다.
전자 주입 버퍼(104)에는, 전자 주입성이 높은 물질 예를 들어 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 희토류 금속, 상기 금속의 화합물(예를 들어 알칼리 금속 화합물(예를 들어 산화리튬과 같은 산화물, 할라이드 또는 탄산리튬 또는 탄산세슘과 같은 카르보네이트), 알칼리 토금속 화합물(예를 들어 산화물, 할라이드 또는 카르보네이트), 또는 희토류 금속 화합물(예를 들어 산화물, 할라이드 또는 카르보네이트)을 이용할 수 있다.
또한, 전자 주입 버퍼(104)가 전자 수송성이 높은 물질과 도너 물질을 포함하는 경우에는, 바람직하게는 도너 물질 대 전자 수송성이 높은 물질의 질량비가 0.001:1 내지 0.1:1이도록 도너 물질을 첨가한다. 도너 물질로서는, 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 희토류 금속, 상기 금속의 화합물(예를 들어 알칼리 금속 화합물(예를 들어 산화리튬과 같은 산화물, 할라이드, 또는 탄산리튬 또는 탄산세슘과 같은 카르보네이트), 알칼리 토금속 화합물(예를 들어 산화물, 할라이드 및 카르보네이트), 또는 희토류 금속 화합물(예를 들어 산화물, 할라이드 및 카르보네이트))뿐 아니라, 테트라티아나프타센(약칭: TTN), 니켈로센 또는 데카메틸니켈로센과 같은 유기 화합물을 이용할 수 있음을 주의한다. 전자 수송성이 높은 물질로서는, 제1 EL층(103)의 일부에 형성될 수 있는 전자 수송층용으로 전술한 재료와 마찬가지인 재료를 이용할 수 있음을 주의한다.
전술한 재료들의 조합에 의해, 본 실시양태에 설명된 발광 소자를 제작할 수 있다. 이러한 발광 소자로부터 전술한 발광 물질로부터 방출된 광이 얻어지지만, 발광층에 이용하는 발광 물질의 종류를 바꿈으로써 다양한 발광색을 얻을 수 있다. 또한, 발광 물질로서 색이 상이한 복수의 발광 물질을 이용함으로써, 넓은 스펙트럼을 갖는 발광 또는 백색 발광을 또한 얻을 수 있다.
본 실시양태에서는, 2개의 EL층이 설치된 발광 소자를 설명하고 있지만, EL층의 개수는 2개로 한정되지 않고 예를 들어 3개일 수 있음을 주의한다. 발광 소자에 n개(n은 2 이상의 자연수)의 EL층을 설치하는 경우, m번째(m은 자연수, 1≤m≤n-1) EL층과 (m+1)번째 EL층 사이에, 양극 위에 전자 주입 버퍼, 전자 릴레이층 및 전하 발생층을 이 순서대로 적층함으로써, 발광 소자의 구동 전압의 상승을 억제할 수 있다.
또한, 본 실시양태에 설명되는 발광 소자는 임의의 다양한 기판 위에 형성될 수 있다. 기판으로서는, 예를 들어 유리, 플라스틱, 금속판, 금속 포일 등으로 이루어진 기판을 이용할 수 있다. 발광 소자로부터의 발광을 기판측에서 취출하는 경우에는, 광 투과성을 갖는 기판을 이용할 수 있다. 기판으로서, 발광 소자의 제작 공정에 있어서 지지체로서 기능할 수 있으면, 상기한 것 이외의 기판을 이용할 수 있음을 주의한다.
본 실시양태에 설명되는 발광 소자의 소자 구조에 의해, 양쪽 전극이 동일한 기판 위에 격자 형상으로 형성된 패시브 매트릭스형 발광 장치를 제작할 수 있음을 주의한다. 또한, 스위치 등으로서 기능하는 박막 트랜지스터(TFT)에 전기적으로 접속된 발광 소자를 포함하고, TFT에 의해 구동이 제어된 액티브 매트릭스형 발광 장치를 또한 제작할 수 있다. TFT의 구조는 특별히 한정되지 않음을 주의한다. 스태거형(staggered) TFT 또는 역스태거형 TFT 중 어느 하나를 채용할 수 있다. 또한, TFT로 형성되는 구동용 회로는 n채널 TFT 및 p채널 TFT를 이용하여, 또는 n채널 TFT 또는 p채널 TFT 중 어느 하나를 이용하여 형성할 수 있다. TFT에 이용되는 반도체막의 결정성도 또한 특별히 한정되지 않는다. 비정질 반도체막을 이용할 수 있거나 또는 결정성 반도체막을 이용할 수 있다. 별법으로, 단결정 반도체막 또는 미세결정 반도체를 이용할 수 있다. 다른 별법으로, 산화물 반도체, 예를 들어 인듐, 갈륨 및 아연을 포함하는 산화물 반도체를 이용할 수 있다.
또한, 본 실시양태에 설명되는 발광 소자는 건식 공정(예를 들어 진공 증착법 또는 스퍼터링법) 또는 습식 공정(예를 들어, 잉크젯법, 스핀 코팅법 또는 도포법)의 여부에 상관없이, 임의의 다양한 방법에 의해 제작할 수 있다.
또한, 본 실시양태에 설명되는 소자 구조를 채용함으로써, 전하 발생층(106)과 전자 주입 버퍼(104) 사이에 전자 릴레이층(105)이 개재된다. 이 경우에, 전하 발생층(106)에 포함되는 억셉터와, 전자 주입 버퍼(104)에 포함되는 전자 주입성이 높은 물질 또는 도너 물질이 상호작용을 하기 어렵고, 따라서 그들의 기능을 저해하기 어려운 구조를 얻을 수 있다. 따라서, 발광 소자를 저 전압에서 구동할 수 있다.
본 실시양태에 설명되는 구성은 임의의 다른 실시양태에 설명된 구성을 적절히 조합할 수 있음을 주의한다.
(실시양태 2)
본 실시양태 2에서는, 실시양태 1에서 설명된 기본 구성에 포함되는 발광 소자의 일례에 대해서 도 2a 및 도 2b를 참조하여 설명한다. 구체적으로는, 실시양태 1에서 설명된 발광 소자 중, 전자 주입 버퍼(104)를 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 희토류 금속 또는 이들의 화합물의 단층을 가지는 경우에 대해서 설명한다.
도 2a에 도시한 바와 같이, 본 실시양태에서 설명되는 발광 소자는, 한 쌍의 전극(즉, 양극(101)과 음극(102)) 사이에 각각 발광 영역을 포함하는 제1 EL층(103) 및 제2 EL층(107)이 개재되고, 제1 EL층(103)과 제2 EL층(107) 사이에는 양극(101) 위에 전자 주입 버퍼(104), 전자 릴레이층(105) 및 전하 발생층(106)이 이 순서대로 적층된다.
실시양태 2에서의 양극(101), 음극(102), 제1 EL층(103), 제2 EL층(107), 전하 발생층(106) 및 전자 릴레이층(105)은 실시양태 1에서 설명한 것과 마찬가지인 재료를 이용하여 형성할 수 있다.
본 실시양태에 있어서, 전자 주입 버퍼(104)에 이용하는 물질의 예로서는, 이하, 즉 리튬(Li) 및 세슘(Cs)과 같은 알칼리 금속; 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca) 및 스트론튬(Sr)과 같은 알칼리 토금속; 유로퓸(Eu) 및 이테르븀(Yb)과 같은 희토류 금속; 알칼리 금속 화합물(예를 들어 산화리튬과 같은 산화물, 할라이드, 탄산리튬 및 탄산세슘과 같은 카르보네이트); 알칼리 토금속 화합물(예를 들어 산화물, 할라이드, 카르보네이트); 및 희토류 금속 화합물(예를 들어 산화물, 할라이드, 카르보네이트)과 같은 전자 주입성이 높은 물질이 제공될 수 있다.
본 실시양태에서 설명되는 발광 소자에서, 전자 주입 버퍼(104)로서, 임의의 전술한 금속 또는 이들의 화합물의 단층이 설치된다. 전자 주입 버퍼(104)는 구동 전압의 상승을 피하도록 매우 얇은 두께(구체적으로는, 1 nm 이하)를 가지도록 형성된다. 본 실시양태에 있어서, 바람직하게는 제1 EL층(103)에는 전자 주입 버퍼(104)와 접해서 전자 수송층(108)을 형성하고, 전자 주입 버퍼(104)는 전자 릴레이층(105)과 EL층(103)의 일부인 전자 수송층(108)의 거의 계면으로 설치됨을 주의한다. 그러나, 전자 수송층(108)을 형성한 후, 전자 수송층(108) 위에 전자 주입 버퍼(104)를 형성할 경우에는, 전자 주입 버퍼(104)를 형성하는 데 이용하는 물질은 부분적으로 EL층(103)의 일부인 전자 수송층(108)에도 존재할 수 있다. 마찬가지로, 전자 주입 버퍼(104)를 형성하는 데 이용하는 물질은 부분적으로 전자 릴레이층(105)에도 존재할 수 있다.
도 2b는 도 2a의 소자 구조의 밴드도이다. 도 2b에서, 전자 릴레이층(105)과 제1 EL층(103)의 계면에 전자 주입 버퍼(104)를 설치함으로써, 전하 발생층(106)과 제1 EL층(103) 사이의 주입 장벽을 완화할 수 있고, 따라서 전하 발생층(106)에 생긴 전자를 제1 EL층(103)에 용이하게 주입할 수 있다. 또한, 전하 발생층(106)에 발생한 정공은 제2 EL층(107)으로 이동한다.
본 실시양태에서 설명되는 전자 주입 버퍼의 구조는 실시양태 3에서 설명되는 전자 주입 버퍼(즉, 전자 주입 버퍼는 전자 수송성이 높은 물질에 도너 물질을 첨가함으로서 형성됨)의 구조에 비해 발광 소자의 구동 전압을 저감시킬 수 있다. 또한, 본 실시양태에 있어서, 전자 주입 버퍼(104)에 있어서의 전자 주입성이 높은 물질로서는, 바람직하게는 알칼리 금속 화합물(예를 들어 산화리튬과 같은 산화물, 할라이드 또는 탄산리튬 또는 탄산세슘과 같은 카르보네이트), 알칼리 토금속 화합물(예를 들어 산화물, 할라이드 또는 카르보네이트) 또는 희토류 금속 화합물(예를 들어 산화물, 할라이드 또는 카르보네이트) 등을 이용함을 주의한다. 전자 주입성이 높은 상기 물질은 공기 중에서 안정적이고, 따라서 생산성이 높고, 양산에 적합하다.
본 실시양태에 설명되는 구성은 다른 실시양태에 설명된 구성을 적절히 조합할 수 있음을 주의한다.
(실시양태 3)
실시양태 3에서는, 실시양태 1에서 설명된 기본 구성에 포함되는 발광 소자의 일례에 대해서 도 3a 및 도 3b를 참조하여 설명한다. 구체적으로는, 실시양태 1에서 설명된 발광 소자 중, 전자 주입 버퍼(104)를 전자 수송성이 높은 물질과 도너 물질을 포함하는 경우에 대해서 설명한다.
도 3a에 도시한 바와 같이, 본 실시양태에서 설명되는 발광 소자는 한 쌍의 전극(즉, 양극(101)과 음극(102)) 사이에 각각 발광 영역을 포함하는 제1 EL층(103) 및 제2 EL층(107)이 개재되고, 제1 EL층(103)과 제2 EL층(107) 사이에는 양극(101) 위에 전자 주입 버퍼(104), 전자 릴레이층(105) 및 전하 발생층(106)이 이 순서대로 적층된다. 또한, 전자 주입 버퍼(104)는 전자 수송성이 높은 물질과 도너 물질을 포함한다.
본 실시양태에서는, 도너 물질 대 전자 수송성이 높은 물질의 질량비가 0.001:1 내지 0.1:1이도록 도너 물질을 첨가하는 것이 바람직함을 주의한다. 따라서, 전자 주입 버퍼(104)는 좋은 막질 및 좋은 반응성을 가질 수 있다.
실시양태 3에 있어서의 양극(101), 음극(102), EL층(103), 전하 발생층(106) 및 전자 릴레이층(105)은 실시양태 1로 설명된 것과 마찬가지인 재료를 이용하여 형성될 수 있다.
본 실시양태에 있어서, 전자 주입 버퍼(104)에 이용하는 전자 수송성이 높은 물질로서는, 이하, 예를 들어 트리스(8-퀴놀리노레이토)알루미늄(약칭: Alq), 트리스(4-메틸-8-퀴놀리노레이토)알루미늄(약칭: Almq3), 비스(10-히드록시벤조[h]퀴놀리네이토)베릴륨(약칭: BeBq2) 또는 비스(2-메틸-8-퀴놀리노레이토)(4-페닐페놀레이트)알루미늄(약칭: BAlq)과 같은 퀴놀린 골격 또는 벤조퀴놀린 골격을 갖는 금속 착체 등을 이용할 수 있다. 이외에도, 비스[2-(2-히드록시페닐)벤족사졸레이토]아연(약칭: Zn(BOX)2) 또는 비스[2-(2-히드록시페닐)벤조티아졸레이토]아연(약칭: Zn(BTZ)2)와 같은 옥사졸계 또는 티아졸계 리간드를 갖는 금속 착체 등을 이용할 수 있다. 이외에도, 2-(4-비페닐릴)-5-(4-tert-부틸페닐)-1,3,4-옥사디아졸(약칭: PBD), 1,3-비스[5-(p-tert-부틸페닐)-1,3,4-옥사디아졸-2-일]벤젠(약칭: OXD-7), 9-[4-(5-페닐-1,3,4-옥사디아졸-2-일)페닐]카르바졸(약칭: CO11), 3-(4-비페닐릴)-4-페닐-5-(4-tert-부틸페닐)-1,2,4-트리아졸(약칭: TAZ), 배토페난트롤린(약칭: BPhen), 배토쿠프로인(약칭: BCP) 등을 이용할 수 있다. 여기에 설명된 물질은 주로 10-6 cm2/Vs 이상의 전자 이동도를 갖는 물질이다.
이외에도, 폴리[(9,9-디헥실플루오렌-2,7-디일)-코-(피리딘-3,5-디일)](약칭: PF-Py), 폴리[(9,9-디옥틸플루오렌-2,7-디일)-코-(2,2'-비피리진-6,6'-디일)](약칭: PF-BPy)과 같은 고분자 화합물을 이용할 수 있다.
또한, 본 실시양태에 있어서, 전자 주입 버퍼(104)에 이용하는 도너 물질로서는, 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 희토류 금속, 이것의 화합물(예를 들어 알칼리 금속 화합물(예를 들어 산화리튬과 같은 산화물, 할라이드, 또는 탄산리튬 또는 탄산세슘과 같은 카르보네이트), 알칼리 토금속 화합물(예를 들어 산화물, 할라이드 또는 카르보네이트), 희토류 금속 화합물(예를 들어 산화물, 할라이드 또는 카르보네이트) 등을 이용할 수 있다. 이외에도, 테트라티아나프타센(약칭: TTN), 니켈로센 또는 데카메틸니켈로센과 같은 유기 화합물을 이용할 수 있다. 또한, 전자 주입 버퍼(104)를 형성하는 데 이용하는 물질은 부분적으로 전자 릴레이층(105)에도 존재할 수 있다.
본 실시양태에 있어서, 제1 EL층(103)에는 전자 주입 버퍼(104)와 접해서 전자 수송층(108)을 형성할 수 있고, 전자 수송층(108)을 형성했을 경우, 전자 주입 버퍼(104)에 이용하는 전자 수송성이 높은 물질과, EL층(103)의 일부인 전자 수송층(108)에 이용하는 전자 수송성이 높은 물질은 동일하거나 또는 상이할 수 있음을 주의한다.
도 3a에 도시한 바와 같이, 본 실시양태에서 설명되는 발광 소자는 EL층(103)과 전자 릴레이층(105) 사이에 전자 수송성이 높은 물질과 도너 물질을 포함하는 전자 주입 버퍼(104)가 형성된다. 도 3b는 이 소자 구조의 밴드도이다.
즉, 전자 주입 버퍼(104)가 형성됨으로써, 전자 릴레이층(105)과 제1 EL층(103) 사이의 주입 장벽을 완화할 수 있고, 따라서 전하 발생층(106)에 생긴 전자를 제1 EL층(103)에 용이하게 주입할 수 있다. 또한, 전하 발생층(106)에서 발생한 정공은 제2 EL층(107)으로 이동한다.
본 실시양태에 설명되는 구성은 다른 실시양태에 나타낸 구성을 적절히 조합할 수 있음을 주의한다.
(실시양태 4)
실시양태 4에서는, 실시양태 1에서 설명된 기본 구성에 포함되는 발광 소자의 다른 예에 대해서 도 12a 및 도 12b를 참조하여 설명한다.
도 12a에 도시한 바와 같이, 본 실시양태에서 설명되는 발광 소자는 한 쌍의 전극(즉, 양극(101)과 음극(102)) 사이에 각각 발광 영역을 포함하는 제1 EL층(103) 및 제2 EL층(107)이 개재되고, 제1 EL층(103)과 제2 EL층(107) 사이에는 양극(101) 위에 전자 주입 버퍼(104), 전자 릴레이층(105) 및 전하 발생층(106)이 이 순서대로 적층된다.
본 실시양태에 있어서의 양극(101), 음극(102), 전자 주입 버퍼(104), 전자 릴레이층(105) 및 전하 발생층(106)에는, 실시양태 1에서 설명한 것과 마찬가지인 재료를 이용하여 형성될 수 있다.
본 실시양태에 있어서, 제1 EL층(103)은 청색 내지 진초록색의 파장 범위에 피크를 갖는 발광 스펙트럼을 나타내는 제1 발광층(103a), 및 황색 내지 오랜지색의 파장 범위에 피크를 갖는 발광 스펙트럼을 나타내는 제2 발광층(103b)을 포함한다. 또한, 제2 EL층(107)은 진초록색 내지 녹색의 파장 범위에 피크를 갖는 발광 스펙트럼을 나타내는 제3 발광층(107a), 및 오랜지색 내지 적색의 파장 범위에 피크를 갖는 발광 스펙트럼을 나타내는 제4 발광층(107b)을 포함한다. 제1 발광층(103a) 및 제2 발광층(103b)은 역순서로 적층될 수 있음을 주의한다. 제3 발광층(107a) 및 제4 발광층(107b)은 역순서로 적층될 수 있음을 주의한다.
이러한 발광 소자에서, 양극(101)측을 플러스에, 음극(102)측을 마이너스에 바이어스를 인가하면, 양극(101)으로부터 주입된 정공과, 전하 발생층(106)에 생기고 전자 릴레이층(105) 및 전자 주입 버퍼(104)를 통해서 주입된 전자가 제1 발광층(103a) 또는 제2 발광층(103b)에서 재결합함으로써 제1 발광(330)이 얻어진다. 또한, 음극(102)으로부터 주입된 전자와 전하 발생층(106)에 생긴 정공이 제3 발광층(107a) 또는 제4 발광층(107b)에서 재결합함으로써 제2 발광(340)이 얻어진다.
제1 발광(330)은 제1 발광층(103a) 및 제2 발광층(103b)의 양쪽으로부터의 발광의 조합이고, 따라서 도 12b에 도시한 바와 같이, 청색 내지 진초록색의 파장 범위 및 황색 내지 오랜지색의 파장 범위의 양쪽에 피크를 갖는 발광 스펙트럼을 나타낸다. 즉, 제1 EL층(103)은 2 파장형의 백색 또는 백색에 가까운 색의 발광을 나타낸다. 또한, 제2 발광(340)은 제3 발광층(107a) 및 제4 발광층(107b)의 양쪽으로부터의 발광의 조합이고, 따라서 도 12b에 도시한 바와 같이, 진초록색 내지 녹색의 파장 범위 및 오랜지색 내지 적색의 파장 범위의 양쪽에 피크를 갖는 발광 스펙트럼을 나타낸다. 즉, 제2 EL층(107)은 제1 EL층(103)과는 상이한 2 파장형의 백색 또는 백색에 가까운 색의 발광을 나타낸다.
따라서, 본 실시양태에 있어서의 발광 소자에 의해, 제1 발광(330)과 제2 발광(340)의 종합 결과, 청색 내지 진초록색의 파장 범위, 진초록색 내지 녹색의 파장 범위, 황색 내지 오랜지색의 파장 범위, 오랜지색 내지 적색의 파장 범위를 커버하는 발광이 얻어질 수 있다.
본 실시양태에 있어서, 예를 들어 제1 발광층(103a)(청색 내지 진초록색의 파장 범위에 피크를 갖는 발광 스펙트럼을 나타냄)의 발광 휘도가 경시 열화 또는 전류 밀도에 의해 변화하더라도, 전체 스펙트럼에 대한 제1 발광층(103a)의 기여가 대략 1/4이기 때문에, 색도의 어긋남은 비교적 작다.
또한, 예에서는 제1 EL층(103)이 청색 내지 진초록색의 파장 범위 및 황색 내지 오랜지색의 파장 범위의 양쪽에 피크를 갖는 스펙트럼을 나타내고, 제2 EL층(107)이 진초록색 내지 녹색의 파장 범위 및 오랜지색 내지 적색의 파장 범위의 양쪽에 피크를 갖는 스펙트럼을 나타내는 것으로 설명했지만, 제1 EL층(103) 및 제2 EL층(107)은 각각 반대의 스펙트럼을 나타낼 수 있다. 즉, 제2 EL층(107)이 청색 내지 진초록색의 파장 범위 및 황색 내지 오랜지색의 파장 범위의 양쪽에 피크를 갖는 스펙트럼을 나타내고, 제1 EL층(103)이 진초록색 내지 녹색의 파장 범위 및 오랜지색 내지 적색의 파장 범위의 양쪽에 피크를 갖는 스펙트럼을 나타내는 구성을 채용할 수 있다. 또한, 제1 EL층(103) 및 제2 EL층(107)은 각각 발광층 및 발광층 이외의 층이 적층되는 구조를 가질 수 있다.
다음으로, 본 실시양태에서 설명되는 발광 소자의 EL층에 발광성 유기 화합물로서 이용할 수 있는 재료를 설명한다. 그러나, 본 실시양태에서 설명되는 발광 소자에 적용할 수 있는 재료는 이하에 제공되는 것으로 한정되는 것은 아니다.
청색 내지 진초록색의 발광은, 예를 들어 페릴렌, 2,5,8,11-테트라-t-부틸페릴렌(약칭: TBP), 9,10-디페닐안트라센 등을 게스트 재료로서 이용하고 게스트 재료를 적당한 호스트 재료에 분산시킴으로써 얻을 수 있다. 또한, 청색 내지 진초록색의 발광은 4,4'-비스(2,2-디페닐비닐)비페닐(약칭: DPVBi)과 같은 스티릴아릴렌 유도체, 또는 9,10-디-2-나프틸안트라센(약칭: DNA) 또는 9,10-비스(2-나프틸)-2-t-부틸안트라센(약칭: t-BuDNA)과 같은 안트라센 유도체로부터 얻을 수 있다. 또한, 폴리(9,9-디옥틸플루오렌)과 같은 중합체를 이용할 수 있다. 또한, 청색 발광의 게스트 재료로서는, 스티릴아민 유도체가 바람직하다. 스티릴아민 유도체의 예로서, N,N'-비스[4-(9H-카르바졸-9-일)페닐]-N,N'-디페닐스틸벤-4,4'-디아민(약칭: YGA2S)이나, N,N'-디페닐-N,N'-비스(9-페닐-9H-카르바졸-3-일)스틸벤-4,4'-디아민(약칭: PCA2S) 등이 제공될 수 있다. 특히, YGA2S는 약 450 nm에서 피크를 갖기 때문에 바람직하다. 또한, 호스트 재료로서는, 안트라센 유도체가 바람직하고, 9,10-비스(2-나프틸)-2-t-부틸안트라센(약칭: t-BuDNA) 및 9-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카르바졸(약칭: CzPA)이 바람직하다. 특히, CzPA는 그의 전기화학적 안정성으로 인해 바람직하다.
진초록색 내지 녹색의 발광은, 예를 들어 쿠마린 30, 쿠마린 6과 같은 쿠마린계 색소; 비스[2-(2,4-디플루오로페닐)피리디네이토]피콜리네이토이리듐(약칭: FIrpic), 비스(2-페닐피리디네이토)아세틸아세토네이토이리듐(약칭: Ir(ppy)2(acac)) 등을 게스트 재료로서 이용하고 게스트 재료를 적당한 호스트 재료에 분산시킴으로써 얻을 수 있다. 또한, 진초록색 내지 녹색의 발광은 전술한 페릴렌 또는 TBP를 5 중량％ 이상의 고농도에서 적당한 호스트 재료에 분산시킴으로써 얻어질 수 있다. 또한, 진초록색 내지 녹색의 발광은 BAlq, Zn(BTZ)2 또는 비스(2-메틸-8-퀴놀리노레이토)클로로갈륨(Ga(mq)2Cl)과 같은 금속 착체로부터 얻을 수 있다. 또한, 폴리(p-페닐렌비닐렌)과 같은 중합체를 이용할 수 있다. 또한, 진초록색 내지 녹색의 발광층의 게스트 재료로서는, 바람직하게는 안트라센 유도체가 높은 발광 효율 얻을 수 있다는 점에서 이용된다. 예를 들어, 9,10-비스{4-[N-(4-디페닐아미노)페닐-N-페닐]아미노페닐}-2-tert-부틸안트라센(약칭: DPABPA)을 이용함으로써, 고효율의 진초록색 발광을 얻을 수 있다. 또한, 2-위치에 아미노기가 치환된 안트라센 유도체는 바람직하게는 고효율의 녹색 발광을 얻을 수 있는 경우에 이용한다. 특히, N-(9,10-디페닐-2-안트릴)-N,9-디페닐-9H-카르바졸-3-아민(약칭: 2PCAPA)이 그의 긴 수명으로 인해 적절하다. 이들 재료의 호스트 재료로서는, 안트라센 유도체가 바람직하고, 전술한 CzPA가 그의 전기화학적 안정성으로 인해 바람직하다. 또한, 녹색 발광과 청색 발광을 조합함으로써 청색 내지 녹색의 파장 범위에 2개의 피크를 갖는 발광 소자를 제작하는 경우, 청색 발광의 호스트 재료로서 바람직하게는 CzPA와 같은 전자 수송성을 갖는 안트라센 유도체를 이용하고, 청색 발광층과 녹색 발광층 사이의 계면에서 발광을 얻을 수 있는 경우, 녹색 발광층의 호스트 재료로서 바람직하게는 NPB와 같은 정공 수송성을 같은 방향족 아민 화합물을 이용한다. 즉, 2PCAPA와 같은 녹색 발광 재료의 호스트 재료로서는, NPB와 같은 방향족 아민 화합물이 바람직하다.
황색 내지 오랜지색의 발광은, 예를 들어 루브렌, 4-(디시아노메틸렌)-2-[p-(디메틸아미노)스티릴]-6-메틸-4H-피란(약칭: DCM1), 4-(디시아노메틸렌)-2-메틸-6-(9-줄로리딜)에테닐-4H-피란(약칭: DCM2), 비스[2-(2-티에닐)피리디네이토]아세틸아세토네이토이리듐(약칭: Ir(thp)2(acac)), 비스(2-페닐퀴놀리네이토)아세틸아세토네이토이리듐(약칭: Ir(pq)2(acac)) 등을 게스트 재료로서 이용하고, 적당한 호스트 재료에 분산시킴으로써 얻을 수 있다. 특히, 게스트 재료로서 루브렌과 같은 테트라센 유도체가 그의 고효율 및 화학적 안정성으로 인해 바람직하다. 이 경우의 호스트 재료로서는, NPB와 같은 방향족 아민 화합물이 바람직하다. 다른 호스트 재료로서는, 비스(8-퀴놀리놀레이토)아연(약칭: Znq2), 비스[2-신나모일-8-퀴놀리노레이토]아연(약칭: Znsq2) 등과 같은 금속 착체를 호스트 재료로서 이용할 수 있다. 다른 별법으로, 폴리(2,5-디알콕시-1,4-페닐렌비닐렌)과 같은 중합체를 이용할 수 있다.
오랜지색 내지 적색의 발광은, 예를 들어 4-(디시아노메틸렌)-2,6-비스[p-(디메틸아미노)스티릴]-4H-피란(약칭: BisDCM), 4-(디시아노메틸렌)-2,6-비스[2-(줄로리딘-9-일)에테닐]-4H-피란(약칭: DCM1), 4-(디시아노메틸렌)-2-메틸-6-(9-줄로리딜)에테닐-4H-피란(약칭: DCM2), 비스[2-(2-티에닐)피리디네이토]아세틸아세토네이토이리듐(Ir(thp)2(acac)) 등을 게스트 재료로서 이용하고 게스트 재료를 적당한 호스트 재료에 분산시킴으로써 얻을 수 있다. 또한, 오랜지색 내지 적색의 발광은 비스(8-퀴놀리놀레이토)아연(약칭: Znq2) 또는 비스[2-신나모일-8-퀴놀리노레이토]아연(약칭: Znsq2)과 같은 금속 착체로부터 얻을 수 있다. 또한, 폴리(3-알킬티오펜)과 같은 중합체를 이용할 수 있다. 적색발광을 나타내는 게스트 재료로서는, 4-(디시아노메틸렌)-2,6-비스[p-(디메틸아미노)스티릴]-4H-피란(약칭: BisDCM), 4-(디시아노메틸렌)-2,6-비스[2-(줄로리딘-9-일)에테닐]-4H-피란(약칭: DCM1), 4-(디시아노메틸렌)-2-메틸-6-(9-줄로리딜)에테닐-4H-피란(약칭: DCM2), {2-이소프로필-6-[2-(2,3,6,7-테트라히드로-1,1,7,7-테트라메틸-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에테닐]-4H-피란-4-일리덴}프로판디니트릴(약칭: DCJTI) 또는 {2,6-비스[2-(2,3,6,7-테트라히드로-8-메톡시-1,1,7,7-테트라메틸-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에테닐]-4H-피란-4-일리덴}프로판디니트릴(약칭: BisDCJTM)과 같은 4H-피란 유도체가 그의 고효율로 인해 바람직하다. 특히, DCJTI 및 BisDCJTM은 약 620 nm에서 발광 피크를 갖기 때문에 바람직하다.
전술한 구성에서 적당한 호스트 재료로서는, 발광성 유기 화합물보다 단파장인 호스트 재료 또는 에너지 갭이 큰 호스트 재료가 바람직하게는 이용된다. 구체적으로는, 실시양태 1에 나타낸 예에 대표되는 정공 수송 재료 또는 전자 수송 재료가 적절히 선택될 수 있다. 또한, 4,4'-비스(N-카르바졸릴)비페닐(약칭: CBP), 4,4',4"-트리스(N-카르바졸릴)트리페닐아민(약칭: TCTA), 1,3,5-트리스[4-(N-카르바졸릴)페닐]벤젠(약칭: TCPB) 등을 이용할 수 있다.
본 실시양태에서 설명된 발광 소자는, 제1 EL층의 발광 스펙트럼 및 제2 EL층의 발광 스펙트럼의 조합의 결과로서, 청색 내지 진초록색의 파장 범위, 진초록색 내지 녹색의 파장 범위, 황색 내지 오랜지색의 파장 범위 및 오랜지색 내지 적색의 파장 범위 커버하는 백색 발광을 얻을 수 있다.
각각의 적층층의 두께를 조절하고 의도적으로 광을 약간 간섭시킴으로써, 돌출한 예리한 피크의 발생을 억제하고 사다리꼴의 발광 스펙트럼을 얻도록, 광은 연속적인 발광 스펙트럼을 갖는 자연광에 더 가깝게 이루어질 수 있음을 주의한다. 또한, 각각의 적층층의 두께를 조절하고 의도적으로 광을 약간 간섭시킴으로써, 발광 스펙트럼의 피크의 위치도 변화시킬 수 있다. 피크의 간격을 좁게 함에 의해 발광 스펙트럼에 나타나는 복수의 피크 강도가 거의 동일해지도록 각각의 적층층의 두께를 조절함으로써, 사다리꼴 형상에 근접한 발광 스펙트럼을 갖는 백색 발광을 얻을 수 있다.
본 실시양태에서는, 복수의 발광층 각각에 있어서, 보색이 되는 발광색을 조합하여 백색 발광을 얻는 EL층을 설명함을 주의한다. 이하에서, 보색 관계에 의해 백색 발광을 나타내는 EL층의 구체적인 구성을 설명한다.
본 실시양태에서 설명되는 발광 소자에 설치된 EL층은, 예를 들어 정공 수송성이 높은 물질과 제1 발광 물질을 포함하는 제1 층, 정공 수송성이 높은 물질과 제2 발광 물질을 포함하는 제2 층, 및 전자 수송성이 높은 물질과 제2 발광 물질을 포함하는 제3 층이 양극(101) 위에 이 순서대로 적층된다.
본 실시양태에서 설명되는 발광 소자의 EL층에서 백색 발광을 얻기 위해서는, 제1 발광 물질과 제2 발광 물질 양쪽이 발광할 필요가 있다. 따라서, EL층 내에서의 캐리어의 수송성을 조절하기 위해서는, 바람직하게는 정공 수송성이 높은 물질 및 전자 수송성이 높은 물질 양쪽이 호스트 재료로서 이용된다. EL층에 이용할 수 있는 정공 수송성이 높은 물질 및 전자 수송성이 높은 물질로서는, 실시양태 1에 예시한 물질을 적절히 이용할 수 있음을 주의한다.
또한, 제1 발광 물질 및 제2 발광 물질로서, 발광색이 보색인 물질을 선택할 수 있다. 보색으로서는, 청색과 황색, 진초록색과 적색 등의 색 조합이 제공될 수 있다. 청색, 황색, 진초록색 또는 적색을 방출하는 물질은, 예를 들어 전술한 발광 물질에서 적절히 선택할 수 있다. 제2 발광 물질의 발광 파장을 제1 발광 물질의 발광 파장보다 단파장으로 함으로써, 제2 발광 물질의 여기 에너지의 일부를 제1 발광 물질에 전달하여, 제1 발광 물질을 발광시킬 수 있음을 주의한다. 따라서, 본 실시양태의 발광 소자에서는, 제2 발광 물질의 발광 피크 파장이 바람직하게는 제1 발광 물질의 발광 피크 파장보다 단파장이다.
본 실시양태에서 설명되는 발광 소자의 구성에 있어서, 제1 발광 물질로부터의 발광 및 제2 발광 물질로부터의 발광 양쪽을 얻을 수 있고, 제1 발광 물질 및 제2 발광 물질의 발광색은 보색이고, 따라서 백색 발광을 얻을 수 있다. 또한, 본 실시양태에서 설명되는 발광 소자의 구성을 채용함으로써, 긴 수명의 발광 소자를 얻을 수 있다.
본 실시양태에 설명되는 구성은 다른 실시양태에 설명된 임의의 구성을 적절히 조합해서 이용할 수 있음을 주의한다.
(실시양태 5)
실시양태 5에서는, 임의의 상기 실시양태에서 설명된 발광 소자를 포함하는 발광 장치의 한 실시양태에 대해서, 도 4a 내지 도 4c를 참조하여 설명한다. 도 4a 내지 도 4c는 발광 장치의 단면도이다.
도 4a 내지 도 4c 각각에 있어서, 직사각형 점선으로 둘러싸인 부분은 발광 소자(12)를 구동하기 위해서 설치된 트랜지스터(11)에 대응한다. 발광 소자(12)는 제1 전극(13)과 제2 전극(14) 사이에 유기 화합물을 포함하는 층(15)을 포함한다. 유기 화합물을 포함하는 층은 n개(n은 2 이상의 자연수)의 EL층을 포함하고, m번째(m은 자연수, 1≤m≤n-1) EL층과 (m+1)번째 EL층 사이에는, 양극 위에 전자 주입 버퍼, 전자 릴레이층 및 전하 발생층이 이 순서대로 설치된다. 또한, 각각의 EL층에 적어도 발광층이 설치되고, 발광층 이외에 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층 또는 전자 주입층이 적절히 설치된다. 즉, 발광 소자(12)는 임의의 실시양태 1 내지 실시양태 4에서 설명된 것과 마찬가지인 구성이다. 트랜지스터(11)의 드레인 영역은 제1 층간 절연막(16(16a, 16b, 16c))을 관통하는 배선(17)에 의해 제1 전극(13)에 전기적으로 접속된다. 발광 소자(12)는 격벽층(18)에 의해 발광 소자(12)에 인접해서 설치되는 다른 발광 소자와 분리된다. 이러한 구성을 갖는 본 실시양태의 발광 장치는 본 실시양태에서 기판(10) 위에 설치된다.
또한, 도 4a 및 도 4c 각각에 도시된 트랜지스터(11)는 기판의 반대측에 기판과 게이트 전극 사이에 개재된 반도체층이 설치된 톱 게이트형 트랜지스터이다. 그러나, 트랜지스터(11)의 구조에 대해서는 특별히 한정은 없고, 예를 들어 트랜지스터(11)는 보텀 게이트형일 수 있다. 트랜지스터(11)가 보텀 게이트형인 경우에는, 트랜지스터(11)는 채널을 형성하는 데 이용되는 반도체층 위에 보호막이 형성 된 구성(채널 보호형) 또는 채널을 형성하는 데 이용되는 반도체층의 일부가 오목부를 가지는 구성(채널 에치형)일 수 있다. 참조번호 21은 게이트 전극, 22는 게이트 절연막, 23은 반도체층, 24는 n형의 반도체층, 25는 전극, 26은 보호막을 나타냄을 주의한다.
또한, 트랜지스터(11)에 포함되는 반도체층은 결정성 또는 비결정성 중 어느 하나일 수 있다. 별법으로, 미세결정성 반도체, 산화물 반도체 등을 이용할 수 있다.
산화물 반도체층으로서는, 인듐, 갈륨, 알루미늄, 아연 및 주석으로부터 선택한 원소의 복합 산화물을 이용할 수 있다. 예를 들어, 산화아연(ZnO), 산화아연을 포함하는 산화인듐(IZO), 및 산화인듐, 산화갈륨 및 산화아연을 포함하는 산화물(IGZO)이 제공될 수 있다. 결정성 반도체층의 구체예로서는, 단결정 또는 다결정성 규소, 실리콘 게르마늄 등으로 형성되는 층이 제공될 수 있다. 이것들은 레이저 결정화에 의해 형성될 수 있거나, 또는 예를 들어 니켈을 이용한 고상 성장법을 통한 결정화에 의해 형성될 수 있다.
반도체층이 비정질 물질, 예를 들어 비정질 실리콘을 이용하여 형성되는 경우에는, 발광 장치는 트랜지스터(11) 및 다른 트랜지스터(발광 소자를 구동하기 위한 회로를 구성하는 트랜지스터)가 모두 n채널형 트랜지스터인 회로를 갖는 것이 바람직하다. 또한, 많은 산화물 반도체, 예를 들어 산화아연(ZnO), 산화아연을 포함하는 산화인듐(IZO), 산화인듐, 산화갈륨 및 산화아연을 포함하는 산화물(IGZO)은 n형 반도체이고, 따라서 임의의 이들 화합물이 활성층에 포함된 트랜지스터는 n채널형 트랜지스터이다. 상기한 것 이외의 경우에는, 발광 장치는 n채널형 또는 p채널형 중 어느 하나를 포함하는 채널을 가질 수 있거나, 또는 n채널형 및 p채널형 양쪽을 포함하는 회로를 가질 수 있다.
또한, 제1 층간 절연막(16)은 도 4a 및 도 4c에 도시한 바와 같이 다층일 수 있거나, 또는 단층일 수 있다. 제1 층간 절연막(16a)은 산화규소 또는 질화규소와 같은 무기물로 이루어지고, 제1 층간 절연막(16b)은 아크릴, 실록산(실리콘-산소 결합(Si-O 결합)의 골격을 포함하고 치환기로서 적어도 수소를 포함하는 유기기), 또는 도포법에 의해 막으로서 형성할 수 있는 산화규소와 같은 자기 평탄화 물질로 이루어짐을 주의한다. 또한, 제1 층간 절연막(16c)은 아르곤(Ar)을 포함하는 질화규소막으로 이루어진다. 또한, 각각의 층을 형성하는 물질에 대해서는 특별히 한정은 없고, 상기 물질 이외의 물질을 이용할 수 있음을 주의한다. 상기 물질 이외의 물질을 이용하여 형성되는 층을 또한 조합할 수 있다. 상기한 바와 같이, 제1 층간 절연막(16a 내지 16c)은 무기물 및 유기물 양쪽을 이용해서 또는 무기막 또는 유기막 중 어느 하나를 이용해서 형성될 수 있다.
격벽층(18)에 있어서, 에지부의 곡률반경은 바람직하게는 연속적으로 변한다. 또한, 격벽층(18)은 아크릴, 실록산, 레지스트, 산화규소 등을 이용해서 형성된다. 격벽층(18)은 무기막 또는 유기막 중 어느 하나, 또는 그들 양쪽을 이용해서 형성될 수 있음을 주의한다.
또한, 도 4a 및 도 4c 각각에서 제1 층간 절연막(16a 내지 16c)만이 트랜지스터(11)와 발광 소자(12) 사이에 설치된 구성이지만, 도 4b에 도시된 구성은 제1 층간 절연막(16(16a, 16b)) 이외에 제2 층간 절연막(19((19a, 19b))이 설치된 것을 채용할 수 있음을 주의한다. 도 4b에 도시된 발광 장치에서, 제1 전극(13)은 제2 층간 절연막(19)을 투과하여 배선(17)에 접속시킨다.
제2 층간 절연막(19)은 제1 층간 절연막(16)과 마찬가지로 다층일 수 있거나 또는 단층일 수 있다. 제2 층간 절연막(19a)은 아크릴, 실록산(실리콘-산소 결합(Si-O 결합)의 골격을 포함하고 치환기로서 적어도 수소를 포함하는 유기기), 또는 도포법에 의해 막을 형성할 수 있는 산화규소와 같은 자기 평탄화 물질로 이루어진다. 제2 층간 절연막(19b)은 아르곤(Ar)를 포함하는 질화규소막으로 이루어진다. 또한, 각각의 층을 형성하는 물질에 대해서는 특별히 한정은 없고, 상기 물질 이외의 물질을 이용할 수 있음을 주의한다. 상기 물질 이외의 물질로 이루어지는 층을 또한 조합할 수 있다. 상기한 바와 같이, 제2 층간 절연막(19a, 19b)은 무기물 및 유기물 양쪽을 이용하거나 또는 무기막 또는 유기막 중 어느 하나를 이용하여 형성될 수 있다.
발광 소자(12)에 있어서 제1 전극 및 제2 전극 양쪽이 광 투과성 물질을 이용하여 형성되는 경우에는, 도 4a의 개략적인 화살표에서 나타내는 것 같이, 제1 전극(13) 및 제2 전극(14) 양쪽을 통해 발광을 취출할 수 있다. 또한, 제2 전극(14)만이 광 투과성 물질로 형성되는 경우에는, 도 4b의 개략적인 화살표에서 나타내는 것 같이, 제2 전극(14)만을 통해 발광을 취출할 수 있다. 이 경우, 제1 전극(13)은 바람직하게는 반사율이 높은 재료를 이용하여 형성되거나, 또는 반사율이 높은 재료로 이루어지는 막(반사막)은 바람직하게는 제1 전극(13)의 아래쪽으로 설치된다. 또한, 제1 전극(13)만이 광 투과성 물질로 형성되는 경우, 도 4c의 개략적인 화살표에서 나타내는 것 같이, 제1 전극(13)만을 통해 발광을 취출할 수 있다. 이 경우, 제2 전극(14)은 바람직하게는 반사율이 높은 재료를 이용하여 형성되거나, 또는 반사막은 바람직하게는 제2 전극(14)의 상방에 형성된다.
또한, 발광 소자(12)에서, 제1 전극(13)의 전위보다 제2 전극(14)의 전위가 높아지도록 전압을 인가했을 때에 발광 소자(12)가 동작하도록 층(15)을 적층할 수 있거나, 또는 제1 전극(13)의 전위보다 제2 전극(14)의 전위가 낮아지도록 전압을 인가했을 때에 발광 소자(12)가 동작하도록 층(15)을 적층할 수 있다. 전자의 경우, 트랜지스터(11)는 n채널형 트랜지스터인 반면, 후자의 경우, 트랜지스터(11)는 p채널형 트랜지스터이다.
또한, 도 4a 내지 도 4c의 단면도 각각에서는 하나의 발광 소자만을 도시하고 있지만, 화소부에 복수의 발광 소자가 매트릭스 형상으로 배치됨을 주의한다. 또한, R(적), G(녹) 및 B(청)의 색 요소의 컬러 표시를 행할 경우, 화소부에는 3종류(R, G 및 B)의 발광을 제공하는 복수의 발광 소자가 형성된다. 또한, 색 요소는 3색에 한정되지 않고, 4색 이상의 색 요소를 이용할 수 있거나, 또는 R, G 및 B 이외의 색을 이용할 수 있다. 예를 들어, 백색을 가하여 R, G, B 및 W(W는 백색을 의미함)를 이용할 수 있다.
상이한 색 요소의 발광 소자의 제작 방법으로서는, 이하의 방법, 즉 상이한 색의 EL층에 별도로 배열하는 방법, 모든 EL층을 백색 발광이 얻어지도록 형성하고 EL층을 컬러 필터와 조합함으로써 상이한 색 요소의 발광 소자를 얻는 방법, 모든 EL층을 청색 발광 또는 청색 발광보다 단파장인 발광이 얻어지도록 형성하고 EL층을 색 변환층과 조합함으로써 상이한 색 요소의 발광 소자를 얻는 방법 등을 이용할 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 실시양태에서는, 트랜지스터에 의해 발광 소자의 구동을 제어하는 액티브 매트릭스형 발광 장치에 대해서 설명했다. 그러나, 트랜지스터와 같은 구동용 소자를 발광 소자와 동일 기판 위에 설치하지 않고 발광 소자를 구동시키는 패시브 매트릭스형 발광 장치를 채용할 수 있다. 도 5a는 임의의 실시양태 1 내지 실시양태 4에 설명된 발광 소자를 적용함으로서 제작한 패시브 매트릭스형 발광 장치의 사시도이다. 또한, 도 5b은 도 5a의 파선 X-Y를 따른 단면도이다.
도 5a 및 도 5b에 있어서, 기판(951) 위에 전극(952)과 전극(956) 사이에 유기 화합물을 포함하는 층(955)이 설치된다. 유기 화합물을 포함하는 층은 n개(n은 2 이상의 자연수)의 EL층을 포함하고, m번째(m은 자연수, 1≤m≤n-1) EL층과 (m+1)번째 EL층 사이에는, 양극 위에 전자 주입 버퍼, 전자 릴레이층 및 전하 발생층을 이 순서대로 설치된다. 또한, 각각의 EL층에서는, 적어도 발광층이 설치되고, 발광층 이외에 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층 또는 전자 주입층을 적절히 설치한다. 전극(952)의 단부는 절연층(953)으로 덮인다. 이어서, 절연층(953) 위에 격벽층(954)이 설치된다. 격벽층(954)은 바람직하게는 양쪽 측벽 사이의 간격이 기판의 면을 향해 좁아지는 그러한 경사를 갖는 테이퍼진 측벽을 가진다. 즉, 격벽층(954)의 짧은 변 방향의 단면은 사다리꼴이며, 저변(절연층(953)의 면 방향과 마찬가지의 방향을 향하고 절연층(953)과 접하는 변)이 윗변(절연층(953)의 면 방향과 마찬가지의 방향을 향하고 절연층(953)과 접하지 않는 변)보다 짧다. 격벽층(954)을 이러한 방식으로 설치함으로써, 정전기 등에 기인한 발광 소자의 불량을 방지할 수 있다. 패시브 매트릭스형 발광 장치도 또한, 실시양태 1 내지 실시양태 4에 설명된 발광 소자를 포함할 때 저 전력 소비로 구동될 수 있다.
임의의 상기 예로서 설명된 발광 소자는 본 실시양태에서 설명된 발광 장치에 이용되고, 따라서 발광 장치는 고 휘도일 수 있고, 저 전압에서 구동될 수 있으며, 전력 소비가 낮다.
(실시양태 6)
실시양태 6에서는, 실시양태 5에 설명된 발광 장치를 그의 일부로서 각각 포함하는 전자 기기에 대해서 설명한다. 실시양태 6에서 설명되는 전자 기기는 각각 임의의 실시양태 1 내지 실시양태 4에 설명된 발광 소자를 포함하고, 고 휘도이고, 저 전압에서 구동되며, 전력 소비가 낮은 표시부를 포함한다.
본 실시양태의 전자 기기의 예로서, 이하, 즉 비디오 카메라 및 디지털 카메라, 고글형 디스플레이, 내비게이션 시스템, 음향 재생 장치(예를 들어 카 오디오 시스템 및 오디오 시스템), 컴퓨터, 게임기, 휴대용 정보 단말기(예를 들어 모바일 컴퓨터, 휴대 전화, 휴대형 게임기 및 전자 서적 판독기), 기록 매체를 구비한 화상 재생 장치(구체적으로는, 디지털 다기능 디스크(DVD)와 같은 기록 매체를 재생하고, 화상을 표시할 수 있는 표시 장치를 구비한 장치) 등이 제공될 수 있다. 이들 전자 기기의 구체예를 도 6a 내지 도 6e에 나타낸다.
도 6a는 휴대용 정보 단말기의 일례를 나타낸다. 휴대용 정보 단말기(9200)는 컴퓨터를 내장하여, 다양한 유형의 데이터를 처리할 수 있다. 이러한 휴대용 정보 단말기(9200)의 일례로서는, 개인용 디지털 보조기(PDA)가 제공될 수 있다.
휴대용 정보 단말기(9200)는 하우징(9201) 및 하우징(9203)의 2개의 하우징을 가진다. 하우징(9201)과 하우징(9203)은 연결부(9207)에서 휴대용 정보 단말기(9200)가 접힐 수 있도록 결합된다. 하우징(9201)에는 표시부(9202)가 내장되고, 하우징(9203)에는 키보드(9205)가 설치된다. 물론, 휴대용 정보 단말기(9200)의 구성은 전술한 것에 한정되지 않고, 휴대용 정보 단말기(9200)에는 추가의 부속 설비가 적절히 설치될 수 있다. 임의의 상기 실시양태에서 설명된 것과 마찬가지인 발광 소자가 매트릭스 형상으로 표시부(9202)에 배열된다. 발광 소자는 고 휘도이고, 저 전압에서 구동되며, 전력 소비가 적다. 이들 발광 소자를 포함하는 표시부(9202)도 발광 소자의 표시부와 마찬가지인 특징을 가지고, 따라서 이 휴대용 정보 단말기의 저 전력 소비가 달성될 수 있다.
도 6b는 본 실시양태에 따른 디지털 비디오 카메라(9500)의 일례를 나타낸다. 디지털 비디오 카메라(9500)는 하우징(9501)에 표시부(9503) 및 다양한 조작부를 포함한다. 디지털 비디오 카메라(9500)의 구성은 특별히 한정되지 않고, 디지털 비디오 카메라(9500)에는 추가의 부속 설비가 적절히 설치될 수 있다.
이 디지털 비디오 카메라에 있어서, 표시부(9503)는 임의의 상기 실시양태에서 설명된 것과 마찬가지인, 매트릭스 형상으로 배열된 발광 소자를 포함한다. 발광 소자는 저 구동 전압, 고 휘도 및 저 전력 소비의 특징을 가진다. 이들 발광 소자를 포함하는 표시부(9503)는 발광 소자의 표시부와 마찬가지인 특징을 가지고, 따라서 이 디지털 비디오 카메라는 저 전력 소비가 달성될 수 있다.
도 6c는 본 실시양태에 따른 휴대 전화기의 일례를 나타낸다. 휴대 전화기(9100)는 하우징(9101) 및 하우징(9102)의 2개의 하우징을 가진다. 하우징(9101)과 하우징(9102)은 연결부(9103)에서 휴대 전화기가 접힐 수 있도록 결합된다. 하우징(9102)에는 표시부(9104)가 내장되고, 하우징(9101)에는 조작 키(9106)가 설치된다. 휴대 전화기(9100)의 구성은 특별히 한정되지 않고, 휴대 전화기(9100)는 추가의 부속 설비가 적절히 설치될 수 있음을 주의한다.
이 휴대 전화기에 있어서, 표시부(9104)는 임의의 상기 실시양태에서 설명된 것과 마찬가지인, 매트릭스 형상으로 배열된 발광 소자를 포함한다. 발광 소자는 고 휘도, 저 구동 전압 및 저 전력 소비의 특징을 가진다. 이들 발광 소자를 포함하는 표시부(9104)도 발광 소자의 표시부와 마찬가지인 특징을 가지고, 따라서 이 휴대 전화의 저 전력 소비가 달성될 수 있다. 또한, 휴대 전화기 등에 설치된 디스플레이의 백라이트로서, 임의의 상기 실시양태에서 설명된 발광 소자를 이용할 수 있다.
도 6d는 휴대용 컴퓨터의 일례를 나타낸다. 컴퓨터(9400)는 컴퓨터(9400)가개폐 가능하게 연결된 하우징(9401) 및 하우징(9404)의 2개의 하우징을 가진다. 하우징(9404)에는 표시부(9402)가 내장되고, 하우징(9401)에는 키보드(9403) 등이 설치된다. 컴퓨터(9400)의 구성은 특별히 한정되지 않고, 컴퓨터(9400)는 추가의 부속 설비가 적절히 설치될 수 있음을 주의한다.
이 컴퓨터에 있어서, 표시부(9402)는 임의의 상기 실시양태에서 설명된 것과 마찬가지인, 매트릭스 형상으로 배열된 발광 소자를 포함한다. 발광 소자는 고 휘도, 저 구동 전압 및 저 전력 소비의 특징을 가진다. 이들 발광 소자를 포함하는 표시부(9402)는 발광 소자의 표시부와 마찬가지인 특징을 가지고, 따라서 이 컴퓨터의 저 전력 소비가 달성될 수 있다.
도 6e는 텔레비전 장치의 일례를 나타낸다. 텔레비전 장치(9600)는 하우징(9601)에 표시부(9603)를 내장한다. 표시부(9603)는 영상을 표시할 수 있다. 여기서는, 스탠드(9605)에 의해 하우징(9601)을 지지한다.
텔레비전 장치(9600)는 하우징(9601)의 조작 스위치 또는 별개의 원격 조작기(9610)에 의해 조작할 수 있다. 원격 조작기(9610)의 조작 키(9609)에 의해, 채널을 선택할 수 있고 음량을 조작할 수 있음으로써, 표시부(9603)에 표시되는 영상을 조작할 수 있다. 또한, 원격 조작기(9610)에는 원격 조작기(9610)로부터 출력된 정보를 표시하는 표시부(9607)를 설치할 수 있다.
텔레비전 장치(9600)에는 수신기, 모뎀 등을 설치할 수 있음을 주의한다. 수신기의 이용에 의해 일반의 텔레비전 방송의 수신할 수 있다. 또한, 텔레비전 장치가 모뎀을 통해서 유선 또는 무선에 의한 통신 네트워크에 접속하는 경우, 일방향(송신자로부터 수신자에게) 또는 양방향(송신자와 수신자 사이 또는 수신자 사이)의 정보 통신을 행할 수 있다.
이 텔레비전 장치의 표시부(9603) 및 표시부(9607)의 적어도 한 방향에, 임의의 상기 실시양태에서 설명된 것과 마찬가지인 발광 소자가 매트릭스 형상으로 배열된다. 발광 소자는 고 휘도, 저 구동 전압 및 저 전력 소비의 특징을 가진다. 이들 발광 소자를 포함하는 표시부는 발광 소자의 표시부와 마찬가지인 특징을 가진다.
상기한 바와 같이, 상기 실시양태에 설명된 발광 장치의 적용 범위는, 이 발광 장치를 모든 분야의 전자 기기에 적용할 수 있을 정도로 매우 넓다. 실시양태 1 내지 실시양태 4에 설명된 발광 소자를 이용함으로써, 고 휘도의 발광을 나타내는 저 전력 소비의 표시부를 갖는 전자 기기를 제공할 수 있다.
또한, 상기 실시양태에 설명된 발광 장치는 조명 장치로서 이용할 수도 있다. 상기 실시양태에 설명된 발광 장치를 조명 장치로서 이용하는 한 실시양태를 도 7을 참조하여 설명한다.
도 7은 상기 실시양태에서 설명된 일례인 발광 장치를 조명 장치인 테이블 램프, 및 실내 조명 장치로서 이용한 일례를 나타낸 것이다. 도 7에 도시된 테이블 램프는 광원(3000)을 포함한다. 광원(3000)으로서는, 상기 실시양태에 설명된 일례인 발광 장치를 이용한다. 따라서, 저 전력 소비의 발광 장치를 얻을 수 있다. 이 발광 장치는 대면적화가 가능하기 때문에, 조명 장치를 대면적의 조명 장치로서 이용할 수 있다. 또한, 이 발광 장치는 박형이고 저 전력 소비이고, 따라서 두께의 감소 및 저 전력 소비의 조명 장치를 달성하는 조명 장치로서 이용할 수 있다. 또한, 이 발광 장치는 플렉시블화가 가능하고, 따라서 예를 들어 조명 장치(3002)와 같이 롤형 조명 장치로서 이용할 수 있다. 상기한 바와 같이, 본 실시양태에서 설명된 발광 장치를 실내 조명 장치(3001 및 3002)로서 이용하는 방에 도 6e를 참조하여 설명된 텔레비전 장치를 설치할 수 있다.
상기한 바와 같이, 실시양태 5에 설명된 발광 장치의 적용 범위는 이 발광 장치를 모든 분야의 전자 기기에 이용할 수 있을 정도로 매우 넓다. 본 실시양태는 임의의 실시양태 1 내지 실시양태 5와 적절히 조합할 수 있음을 주의한다.
[실시예 1]
실시예 1에서는, 본 발명의 한 실시양태인 발광 소자에 대해서, 도 8a를 참조하여 설명한다. 본 실시예에서 이용한 재료의 화학식을 이하에 기재한다.
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이하에, 발광 소자 1, 비교 발광 소자 1 및 비교 발광 소자 2의 제작 방법을 설명한다.
우선, 발광 소자 1에 대해서 설명한다(도 8a 참조). 유리 기판(2100) 위에 산화규소를 포함하는 인듐주석산화물을 스퍼터링법에 의해 침착시켜 제1 전극(2101)을 형성했다. 제1 전극(2101)의 두께는 110 nm였고, 그의 면적은 2 mm × 2 mm였다.
다음으로, 제1 전극(2101)이 형성된 기판의 면이 하방을 향하도록, 제1 전극(2101)이 형성된 기판을 진공 증착 장치에 설치된 기판 홀더에 고정한 후, 약 10-4 Pa까지 압력을 내렸다. 그 후, 제1 전극(2101) 위에 정공 수송성이 높은 물질인9-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카르바졸(약칭: CzPA) 및 억셉터 물질인 산화몰리브덴(VI)을 공-증착(co-evaporate)하여, 유기 화합물 및 무기화합물의 복합 재료를 포함하는 제1 전하 발생층(2103a)을 형성했다. 제1 전하 발생층(2103a)의 막 두께는 50 nm였다. CzPA 대 산화몰리브덴(VI)의 중량비(=CzPA:산화몰리브덴)는 4:2이도록 조절했다. 공-증착법은 하나의 처리 챔버에서 복수의 증발원으로부터 동시에 증착을 행하는 증착법임을 주의한다.
다음으로, 저항 가열을 이용한 증착법에 의해, 제1 전하 발생층(2103a) 위에 NPB를 10 nm의 두께로 침착시켜, 정공 수송층(2103b)을 형성했다.
또한, CzPA와 N-(9,10-디페닐-2-안트릴)-N,9-디페닐-9H-카르바졸-3-아민(약칭: 2PCAPA)를 공-증착하여, 정공 수송층(2103b) 위에 30 nm 두께의 발광층(2103c)을 형성했다. 여기에서, CzPA와 2PCAPA의 중량비(=CzPA:2PCAPA)는 1:0.05이도록 조절했다. CzPA는 전자 수송성을 갖는 물질이며 게스트 재료인 2PCAPA는 녹색 발광을 나타내는 물질임을 주의한다.
그 후, 저항 가열을 이용한 증착법에 의해, 발광층(2103c) 위에 Alq를 두께 10 nm로 증착한 후, 그 위에 BPhen을 두께 20 nm로 증착해서 적층함으로써, 전자 수송층(2103d)을 형성했다. 따라서, 제1 전하 발생층(2103a), 정공 수송층(2103b), 발광층(2103c) 및 전자 수송층(2103d)을 포함하는 제1 EL층(2103)을 형성했다.
다음으로, 전자 수송층(2103d) 위에 산화리튬(Li20)을 두께 0.1 nm로 증착하여 전자 주입 버퍼(2104) 형성했다.
다음으로, 3,4,9,10-페릴렌테트라카르복실산-비스-벤즈이미다졸(약칭: PTCB I)을 증착하여, 전자 주입 버퍼(2104) 위에 두께 3nm의 전자 릴레이층(2105)을 형성했다. PTCBI의 LUMO 준위는 사이클릭 볼타메트리(CV)의 결과에 따라 약 -4.0 eV임을 주의한다.
다음으로, 전자 릴레이층(2105) 위에 정공 수송성이 높은 물질인 CzPA 및 억셉터 물질인 산화몰리브덴(VI)을 공-증착하여, 제2 전하 발생층(2106)을 형성했다. 제2 전하 발생층(2106)의 두께는 60 nm였다. CzPA와 산화몰리브덴(VI)의 중량비(=CzPA:산화몰리브덴)는 4:2이도록 조절했다.
다음으로, 제2 전하 발생층(2106) 위에 제2 EL층(2107)을 형성했다. 제2 EL층(2107)의 제작 방법은, 우선 저항 가열을 이용한 증착법에 의해, 제2 전하 발생층(2106) 위에 NPB를 두께 10 nm로 침착시켰다.
그 후, CzPA와 2PCAPA를 공-증착하여, 정공 수송층(2107a) 위에 두께 30 nm의 발광층(2107b)을 형성했다. 여기에서, CzPA와 2PCAPA의 중량비(=CzPA:2PCAPA)는 1:0.05이도록 조절했다. CzPA는 전자 수송성을 갖는 물질이며 게스트 재료인 2PCAPA는 녹색 발광을 나타내는 물질임을 주의한다.
다음으로, 증착에 의해 발광층(2107b) 위에 Alq를 두께 10 nm로, 이후에 BPhen을 두께 20 nm로 적층하여, 전자 수송층(2107c)을 형성했다. 다음으로, 전자 수송층(2107c) 위에 불화리튬(LiF)을 두께 1 nm로 증착하여, 전자 주입층(2107d)을 형성했다. 따라서, 정공 수송층(2107a), 발광층(2107b), 전자 수송층(2107c) 및 전자 주입층(2107d)을 포함하는 제2 EL층(2107)을 형성했다.
마지막으로, 저항 가열을 이용한 증착법에 의해, 전자 주입층(2107d) 위에 알루미늄을 두께 200 nm로 침착시켜, 제2 전극(2102)을 형성했다. 따라서, 발광 소자 1을 제작했다.
다음으로, 비교 발광 소자 1에 대해서 설명한다(도 8a 참조). 본 실시예의 비교 발광 소자 1은 제1 EL층(2103)의 제1 전하 발생층(2103a) 및 제2 전하 발생층(2106) 이외에는 발광 소자 1과 마찬가지 방식으로 제작했다. 비교 발광 소자 1에 있어서, 정공 수송성이 높은 물질인 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]비페닐(약칭: NPB)과 억셉터 물질인 산화몰리브덴(VI)을 공-증착하여, 제1 전극(2101) 위에 두께 50 nm의 제1 전하 발생층(2103a)을 형성했다. 또한, 제1 전하 발생층(2103a)과 마찬가지 방식으로, NPB와 산화몰리브덴(VI)을 공-증착하여, 전자 릴레이층(2105) 위에 두께 60 nm의 제2 전하 발생층(2106)을 형성했다. 제1 전하 발생층(2103a) 및 제2 전하 발생층(2106) 각각에 있어서, NPB 대 산화몰리브덴(VI)의 중량비(=NPB:산화몰리브덴(VI))는 4:2이도록 조절했다. 따라서, 비교 발광 소자 1을 얻었다.
다음으로, 비교 발광 소자 2에 대해서 설명한다(도 8b 참조). 비교 발광 소자 2는 발광 소자 1로부터 전자 릴레이층(2105)을 제거한 구조이다. 다른 층은 발광 소자 1과 마찬가지의 제작 방법에 의해 형성했다. 비교 발광 소자 2에서는, 전자 주입 버퍼(2104)를 형성한 후, 전자 주입 버퍼(2104) 위에 제2 전하 발생층(2106)을 형성했다. 따라서, 본 실시예의 비교 발광 소자 2를 얻었다.
이하의 표 1에 발광 소자 1, 비교 발광 소자 1 및 비교 발광 소자 2의 소자 구조를 나타낸다.
Figure pat00002
Figure pat00003
이렇게 얻어진 발광 소자 1, 비교 발광 소자 1 및 비교 발광 소자 2를 질소 분위기의 글러브 박스 내에, 이것들이 대기에 노출되지 않도록 밀봉했다. 그 후, 이들 발광 소자의 동작 특성을 측정했다. 측정은 실온(온도를 25℃로 유지한 분위기 하)에서 행하였다.
도 9는 발광 소자 1, 비교 발광 소자 1 및 비교 발광 소자 2의 전류 밀도-전압 특성을 나타낸 것이다. 도 9에서, 횡축은 인가한 전압(V)을 나타내고, 종축은 전류 밀도(mA/cm2)를 나타낸다. 도 10은 전류 효율-전류 밀도 특성을 나타낸 것이다. 도 10에서, 횡축은 전류 밀도(mA/cm2)를 나타내고, 종축은 전류 효율(cd/A)을 나타낸다.
도 9는 각각 전자 릴레이층이 설치된 발광 소자 1 및 비교 발광 소자 1은 비교 발광 소자 2보다 낮은 전압에서 구동함을 나타낸다. 또한, 도 10은 각각 전하 발생층에 CzPA이 포함되는 발광 소자 1 및 비교 발광 소자 2는 비교 발광 소자 1보다 높은 전류 효율을 가질 수 있음을 나타낸다.
다음으로, 본 실시예에서 이용한 CzPA 및 산화몰리브덴을 포함하는 층과 NPB및 산화몰리브덴을 포함하는 층의 광 투과율의 측정 결과에 대해서 도 11을 참조하여 설명한다.
유리 기판을 진공 증착 장치 내에 설치된 기판 홀더에 고정한 후, 약 10-4 Pa까지 압력을 내렸다. 그 후, CzPA와 산화몰리브덴(VI)을 공-증착하여, CzPA과 산화몰리브덴을 포함하는 층을 형성했다. 층의 두께는 50 nm였다. CzPA와 산화몰리브덴(VI)의 중량비(=CzPA:산화몰리브덴)는 4:2이도록 조절했다.
상기와 마찬가지 방식으로, 유리 기판을 진공 증착 장치 내에 설치된 기판 홀더에 고정하고, 약 10-4 Pa까지 압력을 내렸다. 그 후, NPB와 산화몰리브덴(VI)을 공-증착하여, NPB와 산화몰리브덴(VI)을 포함하는 층을 형성했다. 층의 두께는 50 nm였다. NPB 대 산화몰리브덴(VI)의 중량비(=NPB:산화몰리브덴)는 4:2이도록 조절했다.
이렇게 하여 형성된 CzPA 및 산화몰리브덴을 포함하는 층, 및 NPB 및 산화몰리브덴을 포함하는 층의 광 투과율을 측정했다. 도 11은 CzPA 및 산화몰리브덴을 포함하는 층의 흡수 스펙트럼, 및 NPB 및 산화몰리브덴을 포함하는 층의 흡수 스펙트럼을 나타낸 것이다. 도 11에 도시한 바와 같이, NPB 및 산화몰리브덴을 포함하는 층의 흡수 스펙트럼의 피크는, 가시광 영역(약 500 nm의 파장)에 존재함을 나타낸다. 한편, CzPA 및 산화몰리브덴을 포함하는 층의 전하 수송 상호작용에 기초한 흡수 스펙트럼의 피크는 가시광 영역 및 근적외선 영역에서도 존재하지 않음을 알았다. 또한, 흡수 스펙트럼의 피크는 420 nm 내지 720 nm의 파장 범위에 존재하지 않음을 알았다.
도 11에 도시한 바와 같이, 아릴아민 화합물인 NPB 및 산화몰리브덴을 포함하는 층은 가시광 영역에서 흡수 피크를 가진다. 따라서, 이 층을 도 8a 및 도 8b에 도시된 발광 소자의 전하 발생층에 이용한 경우, 발광층으로부터 방출된 광의 일부는 흡수되어, 도 10에 도시된 비교 발광 소자 2와 같이 발광 효율의 저하를 초래한다. 그러나, 도 11에 도시한 바와 같이, 아민 골격을 갖지 않는 카르바졸 유도체인 CzPA 및 산화몰리브덴을 포함하는 층은 가시광 영역에서도 전하 수송 상호작용에 기초한 흡수의 피크를 갖지 않고, 따라서 층을 도 8a 및 도 8b에 도시된 발광 소자의 전하 발생층으로 이용해도 발광층으로부터 방출된 광은 전하 발생층에 흡수되기 어렵다. 따라서, 도 10에 도시된 바와 같이, 발광 소자 1 및 비교 발광 소자 1은 비교 발광 소자 2보다 높은 발광 효율을 가질 수 있다.
도 10 및 도 11에 나타낸 결과는, CzPA 및 산화몰리브덴을 포함하는 층을 전하 발생층으로 이용한 발광 소자 1은 NPB 및 산화몰리브덴을 포함하는 층을 전하 발생층으로 이용한 비교 발광 소자 1보다 높은 발광 효율을 가짐을 나타낸다.
이상의 결과에 따라, 본 실시예의 발광 소자 1은 저 전압에서 구동될 수 있고 발광 효율이 높은 발광 소자임이 증명되었다.
[실시예 2]
실시예 2에서, 본 발명의 한 실시양태인 발광 소자에 대해서, 도 8a를 참조하여 설명한다. 본 실시예에 이용된 재료의 화학식을 이하에 나타낸다.
Figure pat00004
발광 소자 2 및 비교 발광 소자 3의 제작 방법을 이하에 설명한다.
우선, 발광 소자 2를 설명한다(도 8a 참조). 스퍼터링법에 의해 유리 기판(2100) 위에 산화규소를 포함하는 산화인듐주석을 침착시켜, 제1 전극(2101)을 형성했다. 제1 전극(2101)의 두께는 110 nm였고, 그의 면적은 2 mm × 2 mm였다.
다음으로, 제1 전극(2101)이 형성된 기판의 면이 하방을 향하도록 제1 전극(2101)이 형성된 기판을 진공 증착 장치에 설치된 기판 홀더에 고정한 후, 압력을 10-4 Pa까지 내렸다. 그 후, 제1 전극(2101) 위에 정공 수송성이 높은 물질인 9-페닐-3-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카르바졸(약칭: PCzPA) 및 억셉터 물질인 산화몰리브덴(VI)을 공-증착하여, 유기 화합물 및 무기 화합물의 복합 재료를 포함하는 제1 전하 발생층(2103a)을 형성했다. 제1 전하 발생층(2103a)의 두께는 50 nm였다. PCzPA 대 산화몰리브덴(VI)의 중량비(=PCzPA:산화몰리브덴)는 4:2이도록 조절했다.
다음으로, NPB를 저항 가열을 이용한 증착법에 의해 제1 전하 발생층(2103a) 위에 두께 10 nm로 침착시켜 정공 수송층(2103b)을 형성했다.
또한, 9-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카르바졸(약칭: CzPA) 및 N-(9,10-디페닐-2-안트릴)-N,9-디페닐-9H-카르바졸-3-아민(약칭: 2PCAPA)을 공-증착하여 정공 수송층(2103b) 위에 두께 30 nm의 발광층(2103c)을 형성했다. 여기에서, CzPA 대 2PCAPA의 중량비(=CzPA:2PCAPA)는 1:0.05이도록 조절했다. CzPA는 전자 수송성을 갖는 물질이고 게스트 재료인 2PCAPA는 녹색 발광을 나타내는 물질임을 주의한다.
그 후, 저항 가열을 이용한 증착법에 의해, Alq를 발광층(2103c) 위에 두께 10 nm로 증착한 후, 그 위에 BPhen을 두께 10 nm로 증착하여 적층함으로써, 전자 수송층(2103d)을 형성했다. 따라서, 제1 전하 발생층(2103a), 정공 수송층(2103b), 발광층(2103c) 및 전자 수송층(2103d)을 포함하는 제1 EL층(2103)을 형성했다.
다음으로, 전자 수송층(2103d) 위에 산화리튬(Li20)을 두께 0.1 nm로 증착하여 전자 주입 버퍼(2104)를 형성했다.
다음으로, 3,4,9,10-페릴렌테트라카르복실산-비스-벤즈이미다졸(약칭: PTCBI)을 증착하여 전자 주입 버퍼(2104) 위에 두께 3 nm의 전자 릴레이층(2105)을 형성했다. 사이클릭 볼타메트리(CV)의 결과에 따라 PTCBI의 LUMO 준위는 약 -4.0 eV임을 주의한다.
다음으로, 전자 릴레이층(2105) 위에 정공 수송성이 높은 물질인 PCzPA 및 억셉터 물질인 산화몰리브덴(VI)을 공-증착하여 제2 전하 발생층(2106)을 형성했다. 제2 전하 발생층(2106)의 두께는 60 nm였다. PCzPA 대 산화몰리브덴(VI)의 중량비(=PCzPA:산화몰리브덴)는 4:2이도록 조절했다.
다음으로, 제2 전하 발생층(2106) 위에 제2 EL층(2107)을 형성했다. 제2 EL층(2107)의 제작 방법은, 저항 가열을 이용한 증착법에 의해 NPB를 제2 전하 발생층(2106) 위에 두께 10 nm로 침착시켰다.
그 후, CzPA과 2PCAPA를 공-증착하여 정공 수송층(2107a) 위에 두께 30 nm의 발광층(2107b)을 형성했다. 여기에서, CzPA 대 2PCAPA의 중량비(=CzPA:2PCAPA)는 1:0.05이도록 조절했다. CzPA는 전자 수송성을 갖는 물질이고 게스트 재료인 2PCAPA는 녹색 발광을 나타내는 물질임을 주의한다.
다음으로, 증착에 의해 발광층(2107b) 위에 Alq를 두께 10 nm로, 그 후 BPhen을 두께 20 nm로 적층하여 전자 수송층(2107c)을 형성했다. 이어서, 전자 수송층(2107c) 위에 불화리튬(LiF)을 두께 1 nm로 증착하여 전자 주입층(2107d)을 형성했다. 따라서, 정공 수송층(2107a), 발광층(2107b), 전자 수송층(2107c) 및 전자 주입층(2107d)을 포함하는 제2 EL층(2107)을 형성했다.
마지막으로, 저항 가열을 이용한 증착법에 의해 전자 주입층(2107d) 위에 알루미늄을 두께 200 nm로 침착시켜 제2 전극(2102)을 형성했다. 따라서, 발광 소자 2를 제작했다.
다음으로, 비교 발광 소자 3을 설명한다(도 8a 참조). 제1 EL층(2103)의 제1 전하 발생층(2103a) 및 제2 전하 발생층(2106) 이외에는 본 실시예에 설명된 발광 소자 2와 마찬가지 방식으로 본 실시예의 비교 발광 소자 3을 제작했다. 비교 발광 소자 3에 있어서, 정공 수송성이 높은 물질인 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]비페닐(약칭: NPB)과 억셉터 물질인 산화몰리브덴(VI)을 공-증착하여 제1 전극(2101) 위에 두께 50 nm의 제1 전하 발생층(2103a)을 형성했다. 또한, 제1 전하 발생층(2103a)과 마찬가지 방식으로, NPB와 산화몰리브덴(VI)을 공-증착하여 전자 릴레이층(2105) 위에 두께 60 nm의 제1 전하 발생층(2106)을 형성했다. 제1 전하 발생층(2103a) 및 제2 전하 발생층(2106) 각각에서, NPB 대 산화몰리브덴(VI)의 중량비(=NPB:산화몰리브덴(VI))는 4:2이도록 조절했다. 따라서, 비교 발광 소자 1을 얻었다.
이하의 표 2는 발광 소자 2 및 비교 발광 소자 3의 소자 구조를 나타낸 것이다.
Figure pat00005
Figure pat00006
이렇게 얻어진 발광 소자 2 및 비교 발광 소자 3을 질소 분위기의 글러브 박스 내에, 이것들이 대기에 노출되지 않도록 밀봉했다. 그 후, 이들 발광 소자의 동작 특성을 측정했다. 실온(온도를 25℃로 유지한 분위기 하)에서 측정을 행했음을 주의한다.
도 13은 발광 소자 2 및 비교 발광 소자 3의 전류 밀도-전압 특성을 나타낸 것이다. 도 13에서, 횡축은 인가한 전압(V)을 나타내고, 종축은 전류 밀도(mA/cm2)를 나타낸다.
도 14는 전류 효율-전류 밀도를 나타낸 것이다. 도 14에서, 횡축은 전류 밀도(mA/cm2)를 나타내고, 종축은 전류 효율(cd/A)을 나타낸다.
도 13은 전하 발생층에 PCzPA가 포함된 발광 소자 2가 비교 발광 소자 3보다 낮은 전압에서 구동함을 나타낸다. 또한, 도 14는 전하 발생층에 PCzPA가 포함된 발광 소자 2가 비교 발광 소자 3보다 높은 전류 효율을 가질 수 있음을 나타낸다.
다음으로, 본 실시예에 이용되는 PCzPA 및 산화몰리브덴을 포함하는 층의 광 투과율의 측정 결과에 대해서, 도 15를 참조하여 설명한다.
진공 증착 장치에 설치된 기판 홀더에 유리 기판을 고정한 후, 압력을 약 10-4 Pa로 내렸다. 그 후, PCzPA과 산화몰리브덴(VI)을 공-증착하여 PCzPA 및 산화몰리브덴을 포함하는 층을 형성했다. 층의 두께는 50 nm였다. PCzPA 대 산화몰리브덴(VI)의 중량비(=PCzPA:산화몰리브덴)는 4:2이도록 조절했다.
따라서, PCzPA 및 산화몰리브덴을 포함하는 형성된 층의 광 투과율을 측정했다. 도 15는 PCzPA 및 산화몰리브덴을 포함하는 층의 흡수 스펙트럼을 나타낸 것이다. 도 15에 도시한 바와 같이, PCzPA 및 산화몰리브덴을 포함하는 층의 전하 수송 상호작용에 기초한 흡수 스펙트럼의 피크는 가시광 영역 및 근적외선 영역에서는 존재하지 않는다. 또한, 흡수 스펙트럼의 피크는 420 nm 내지 720 nm의 파장 범위에 존재하지 않는다. PCzPA의 이온화 전위는 비교적 높은 5.7 eV(AC-2, 리껜 게이끼사제)임을 주의한다.
도 15에 도시한 바와 같이, 아민 골격을 갖지 않는 카르바졸 유도체인 PCzPA 및 산화몰리브덴을 포함하는 층은 가시광 영역 및 근적외선 영역에도 전하 수송 상호작용에 기초한 흡수의 피크가 존재하지 않고, 따라서 발광 소자 2의 전하 발생층으로서 층을 이용해도, 발광층으로부터 방출된 광은 전하 발생층에 흡수되기 어렵다. 따라서, 제2 발광 소자 2는 개선된 발광 효율을 가질 수 있다.
도 13 내지 도 15에 나타낸 결과들은 전하 발생층으로서 PCzPA 및 산화몰리브덴을 포함하는 층을 이용하는 발광 소자 2가 높은 발광 효율을 가짐을 나타낸다.
상기 결과에 따르면, 본 실시예의 발광 소자 2는 저 전압에서 구동될 수 있고 발광 효율이 높은 발광 소자임이 증명되었다.
[실시예 3]
실시예 3에서, 본 발명의 한 실시양태인 발광 소자를 도 8a를 참조하여 설명한다. 이하에, 본 실시예에 이용된 재료의 화학식을 나타낸다.
Figure pat00007
Figure pat00008
이하에, 발광 소자 3의 제작 방법을 설명한다.
발광 소자 3을 설명한다(도 8a 참조). 스퍼터링법에 의해 산화규소를 포함하는 산화인듐주석을 유리 기판(2100) 위에 침착시켜 제1 전극(2101)을 형성했다. 제1 전극(2101)의 두께는 110 nm였고, 그의 면적은 2 mm × 2 mm였다.
다음으로, 진공 증착 장치에 제공된 기판 홀더에 제1 전극(2101)이 형성된 기판을 제1 전극(2101)이 형성된 기판의 면이 하방을 향하도록 고정한 후, 압력을 약 10-4 Pa가지 내렸다. 그 후, 제1 전극(2101) 위에 정공 수송성이 높은 물질인 9-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카르바졸(약칭: CzPA) 및 억셉터 물질인 산화몰리브덴(VI)을 공-증착하여 유리 화합물 및 무기 화합물의 복합 재료를 포함하는 제1 전하 발생층(2103a)을 형성했다. 제1 전하 발생층(2103a)의 두께는 50 nm였다. CzPA 대 산화몰리브덴(VI)의 중량비(=CzPA:산화몰리브덴)는 4:2이도록 조절했다.
다음으로, 저항 가열을 이용한 증착법에 의해 NPB를 제1 전하 발생층(2103a) 위에 두께 10 nm로 침착시켜 정공 수송층(2103b)을 형성했다.
또한, 4-(10-페닐-9-안트릴)-4'-(9-페닐-9H-카르바졸-3-일)트리페닐아민(약칭: PCBAPA) 및 4-(1-나프틸)-4'(9-페닐-9H-카르바졸-3-일)-트리페닐아민(약칭: PCBANB)을 두께 20 nm로 공-증착한 후, 그 위에 CzPA 및 SD1(제품명; SFC사제)를 두께 10 nm로 공-증착함으로써, 발광층(2103c)을 형성했다. PCBAPA 대 PCBANB의 중량비(=PCBAPA:PCBANB)는 1:1이도록 조절했음을 주의한다. 또한, CzPA 대 SD1의 중량비(=CzPA:SD1)는 1:0.05이도록 조절했음을 주의한다.
그 후, 저항 가열을 이용한 증착법에 의해, BPhen을 두께 30 nm로 증착하여 발광층(2103c) 위에 적층함으로써, 전자 수송층(2103d)을 형성했다. 따라서, 제1 전하 발생층(2103a), 정공 수송층(2103b), 발광층(2103c) 및 전자 수송층(2103d)을 포함하는 제1 EL층(2103)을 형성했다.
다음으로, 전자 수송층(2103d) 위에 산화리튬(Li20)을 두께 0.1 nm로 증착하여, 전자 주입 버퍼(2104)를 형성했다.
다음으로, 3,4,9,10-페릴렌테트라카르복실산-비스-벤즈이미다졸(약칭: PTCBI)을 증착하여 전자 주입 버퍼(2104) 위에 두께 3 nm의 전자 릴레이층(2105)을 형성했다. PTCBI의 LUMO 준위는 사이클릭 볼타메트리(CV)의 결과에 따라 약 -4.0 eV임을 주의한다.
다음으로, 전자 릴레이층(2105) 위에 정공 수송성이 높은 물질인 CzPA 및 억셉터 물질인 산화몰리브덴(VI)을 공-증착하여 제2 전하 발생층(2106)을 형성했다. 제2 전하 발생층(2106)의 두께는 60 nm였다. CzPA 대 산화몰리브덴(VI)의 중량비(=CzPA:산화몰리브덴)는 4:2이도록 조절했다.
다음으로, 제2 전하 발생층(2106) 위에 제2 EL층(2107)을 형성했다. 제2 EL층(2107)의 제작 방법은, 우선 저항 가열을 이용한 증착법에 의해 NPB를 제2 전하 발생층(2106) 위에 두께 10 nm로 침착시켜 정공 수송층(2107a)을 형성했다.
그 후, 2-(4-{N-[4-(카르바졸-9-일)페닐]-N-페닐아미노}페닐)-5-페닐-1,3,4-옥사디아졸(약칭: YGAO11) 및 (아세틸아세토네이토)비스(2,3,5-트리페닐피라지네이토)이리듐(III)(약칭: Ir(tppr)2(acac))을 두께 10 nm로 공-증착한 후, YGAO11 및 비스(2-페닐피리디네이토-N, C 2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(ppy)2acac)을 두께 20 nm로 공-증착함으로써, 정공 수송층(2107a) 위에 발광층(2107b)을 형성했다. YGAO11 대 Ir(tppr)2(acac)의 중량비(=YGAO11:Ir(tppr)2(acac))는 1:0.06이도록 조절했음을 주의한다. 또한, YGAO11 대 Ir(ppy)2acac의 중량비(=YGAO11:Ir(ppy)2acac)는 1:0.06이도록 조절했음을 주의한다.
다음으로, 증착에 의해 발광층(2107b) 위에 BAlq를 두께 10 nm로, 그 후 BPhen을 두께 20 nm로 적층하여 전자 수송층(2107c)을 형성했다. 이어서, 불화리튬(LiF)을 전자 수송층(2107c) 위에 두께 1 nm로 증착하여 전자 주입층(2107d)을 형성했다. 따라서, 정공 수송층(2107a), 발광층(2107b), 전자 수송층 (2107c) 및 전자 주입층(2107d)을 포함하는 제2 EL층(2107)을 형성했다.
마지막으로, 저항 가열을 이용한 증착법에 의해 전자 주입층(2107d) 위에 알루미늄을 두께 200 nm로 침착시켜 제2 전극(2102)을 형성했다. 따라서, 발광 소자 3을 제작했다.
이하의 표 3은 발광 소자 3의 소자 구조를 나타낸다.
Figure pat00009
Figure pat00010
이렇게 얻어진 발광 소자 3을 질소 분위기의 글러브 박스 내에, 이것들이 대기에 노출되지 않도록 밀봉했다. 그 후, 이들 발광 소자의 동작 특성을 측정했다. 실온(온도를 25℃로 유지한 분위기 하)에서 측정을 행했음을 주의한다.
도 16은 발광 소자 3의 휘도-전류 효율 특성을 도시한 것이다. 도 16에서, 횡축은 휘도(cd/m2)를 나타내고, 종축은 전류 효율(cd/A)을 나타낸다. 도 17은 전압-휘도 특성을 나타낸 것이다. 도 17에서, 횡축은 전압(V)을 나타내고, 종축은 휘도(cd/m2)를 나타낸다. 도 18은 휘도-전력 효율 특성을 나타낸 것이다. 도 18에서, 횡축은 휘도(cd/cm2)를 나타내고, 종축은 전력 효율(lm/W)을 나타낸다. 도 19는 발광 소자 3을 통해 0.1 mA의 전류가 흐르는 경우의 방출 스펙트럼을 나타낸 것이다.
또한, 950 cd/m2의 휘도에서 발광 소자 3의 CIE 색도 좌표는 (x=0.34, y=0.39)였고, 발광은 백색이었다. 950 cd/m2의 휘도에서 외부 양자 효율은 21.1％만큼 높았다. 평균 연색 평가 지수(Ra)는 91이었고, 이는 양호한 연색 평가성을 의미한다.
상기 결과에 따라, 본 실시예의 발광 소자 3은 저 전압에서 구동될 수 있고 발광 효율이 높음이 증명되었다.
(참조예)
본 참조예에서는, 상기 실시예에 이용된 재료의 합성 방법을 구체적으로 설명한다.
<4-(1-나프틸)-4'-(9-페닐-9H-카르바졸-3-일)-트리페닐아민(약칭: PCBANB)의 합성예>
4-(1-나프틸)-4'-(9-페닐-9H-카르바졸-3-일)-트리페닐아민의 합성 공정은 이하의 (A-1)에 나타낸다.
Figure pat00011
50 mL의 3구(three-neck) 플라스크에 1.2 g(3.0 mmol)의 3-(4-브로모페닐)-9-페닐-9H-카르바졸, 0.9 g(3.0 mmol)의 4-(1-나프틸)디페닐아민, 0.5 g(5.0 mmol)의 소듐 tert-부톡시드 및 6.0 mg(0.01 mmol)의 비스(디벤질리덴아세톤)팔라듐(0)을 두었다. 이어서, 이 혼합물에 15 mL의 탈수된 크실렌을 첨가하였다. 감압 하에서 교반하는 동안 혼합물에서 공기를 제거하고, 공기 제거 후 거기에 0.06 mL(0.03 mmol)의 트리(tert-부틸)포스핀(10 중량％의 헥산 용액)을 첨가하였다. 이 혼합물을 질소 분위기에서 120℃로 4.5시간 동안 교반하여 반응시켰다.
반응 후, 이 반응 혼합물에 250 mL의 톨루엔을 첨가하였고, 이 현탁액을 플로리실, 실리카겔, 알루미나 및 이어서 셀라이트를 통해 여과시켰다. 얻어진 여과액을 물로 씻고, 황화마그네슘을 첨가하여 수분을 제거하였다. 이 현탁액을 플로리실, 실리카겔, 알루미나 및 이어서 셀라이트를 통해 여과시켜 여과액을 얻었다. 얻어진 여과액을 농축시키고, 거기에 아세톤 및 메탄올을 첨가하였다. 혼합물을 초음파에 노출시켜 재결정화하여 수율 82％로 1.5 g의 목표 백색 분말을 얻었다.
실리카겔 박막 크로마토그래피(TLC)(현상 용매; 에틸 아세테이트:헥산=1:10)에 의한 목표 물질의 Rf값은 0.34였고, 3-(4-브로모페닐)-9-페닐-9H-카르바졸의 Rf값은 0.46이었으며, 4-(1-나프틸)디페닐아민의 Rf값은 0.25였다.
상기 단계를 통해 얻은 화합물을 핵자기 공명법(1H NMR)으로 측정하였다. 이하에, 측정 데이터를 나타낸다. 측정 결과는 목표 물질이었던 PCBANB(약칭)을 얻었음을 나타낸다.
1H NMR(CDCl3, 300 MHz): δ(ppm)=7.07 (t, J=6.6 Hz, 1H), 7.25-7.67(m, 26H), 7.84(d, J=7.8 Hz, 1H), 7.89-7.92(m, 1H), 8.03-8.07(m, 1H), 8.18 (d, J=7.8 Hz, 1H), 8.35(d, J=0.9 Hz, 1H).
본 출원은 2009년 9월 7일 일본 특허청에 출원된 일본 특허 출원 제2009-206431호에 기초한 것이고, 그의 전체 내용은 여기에 참조로서 포함된다.
10: 기판
11: 트랜지스터
12: 발광 소자
13: 전극
14: 전극
15: 층
16: 제1 층간 절연막
16a: 제1 층간 절연막
16b: 제1 층간 절연막
16c: 제1 층간 절연막
17: 배선
18: 격벽층
19: 제2 층간 절연막
19a: 제2 층간 절연막
19b: 제2 층간 절연막
101: 양극
102: 음극
103: EL층
103a: 제1 발광층
103b: 제2 발광층
104: 전자 주입 버퍼
105: 전자 릴레이층
106: 전하 발생층
107: EL층
107a: 제3 발광층
107b: 제4 발광층
108: 전자 수송층
111: 양극의 페르미 준위
112: 음극의 페르미 준위
113: 제1 EL층의 LUMO 준위
114: 전자 릴레이층의 LUMO 준위
115: 전하 발생층의 억셉터의 억셉터 준위
116: 제2 EL층의 LUMO 준위
330: 제1 발광
340: 제2 발광
951: 기판
952: 전극
953: 절연층
954: 격벽층
955: 유기 화합물을 포함하는 층
956: 전극
2100: 유리 기판
2101: 전극
2102: 전극
2103: EL층
2103a: 전하 발생층
2103b: 정공 수송층
2103c: 발광층
2103d: 전자 수송층
2104: 전자 주입 버퍼
2105: 전자 릴레이층
2106: 전하 발생층
2107: EL층
2107a: 정공 수송층
2107b: 발광층
2107c: 전자 수송층
2107d: 전자 주입층
2108: EL층
2108a: 발광층
2108b: 전자 수송층
2108c: 전자 주입층
3000: 광원
3001: 조명 장치
3002: 조명 장치
9100: 이동 전화
9101: 하우징
9102: 하우징
9103: 연결부
9104: 표시부
9106: 조작키
9106: 휴대용 정보 단말기
9201: 하우징
9202: 표시부
9203: 하우징
9205: 키보드
9207: 연결부
9400: 컴퓨터
9401: 하우징
9402: 표시부
9403: 키보드
9404: 하우징
9500: 디지털 비디오 카메라
9501: 하우징
9503: 표시부
9600: 텔레비전 장치
9601: 하우징
9603: 표시부
9605: 스탠드
9607: 표시부
9609: 조작키
9610: 원격 조작기
9703: 표시부

Claims (16)

  1. 발광 소자로서,
    양극(anode)과 음극(cathode) 사이의 n개(n은 2 이상의 자연수)의 EL층;
    m번째(m은 자연수, 1≤m≤n-1) EL층과 (m+1)번째 EL층 사이의 제1 층으로서, 알칼리 금속, 알칼리 토금속 및 희토류 금속 중 적어도 하나를 포함하는 상기 제1 층;
    상기 제1 층과 상기 (m+1)번째 EL층 사이의 제2 층으로서, 전자 수송 물질을 포함하는 상기 제2 층;
    상기 제2 층과 상기 (m+1)번째 EL층 사이의 전하 발생층으로서, 정공 수송 물질 및 억셉터 물질을 포함하는 상기 전하 발생층을 포함하고,
    상기 전하 발생층은 400 nm 내지 800 nm에서 흡수 피크를 갖지 않는, 발광 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전자 수송 물질은 -5.0 eV 이상의 LUMO 준위를 갖는, 발광 소자.
  3. 발광 소자로서,
    양극(anode)과 음극(cathode) 사이의 n개(n은 2 이상의 자연수)의 EL층;
    m번째(m은 자연수, 1≤m≤n-1) EL층과 (m+1)번째 EL층 사이의 제1 층으로서, 제1 전자 수송 물질 및 도너 물질을 포함하는 상기 제1 층;
    상기 제1 층과 상기 (m+1)번째 EL층 사이의 제2 층으로서, 제2 전자 수송 물질을 포함하는 상기 제2 층;
    상기 제2 층과 상기 (m+1)번째 EL층 사이의 전하 발생층으로서, 정공 수송 물질 및 억셉터 물질을 포함하는 상기 전하 발생층을 포함하고,
    상기 전하 발생층은 400 nm 내지 800 nm에서 흡수 피크를 갖지 않는, 발광 소자.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 층에서 상기 도너 물질 대 상기 제1 전자 수송 물질의 질량비가 0.001:1 내지 0.1:1인, 발광 소자.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 도너 물질은 알칼리 금속, 알칼리 토금속 및 희토류 금속 중 적어도 하나를 포함하는, 발광 소자.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 제2 전자 수송 물질은 -5.0 eV 이상의 LUMO 준위를 갖는, 발광 소자.
  7. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 정공 수송 물질은 방향족 탄화수소인, 발광 소자.
  8. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 전하 발생층은 420 nm 내지 720 nm에서 흡수 피크를 갖지 않는, 발광 소자.
  9. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 전하 발생층에서 상기 억셉터 물질 대 상기 정공 수송 물질의 질량비가 0.1:1 내지 4.0:1인, 발광 소자.
  10. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 전자 수송 물질은 페릴렌 유도체 또는 질소 함유 축합 방향족 화합물인, 발광 소자.
  11. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 억셉터 물질은 천이 금속 산화물 또는 주기율표의 제4 족 내지 제8 족 중 임의의 것에 속하는 금속의 산화물인, 발광 소자.
  12. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 억셉터 물질은 산화몰리브덴인, 발광 소자.
  13. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 전하 발생층은 적외선 영역에서 흡수 피크를 갖지 않는, 발광 소자.
  14. 발광 장치로서,
    제1항 또는 제3항에 따른 발광 소자를 포함하는, 발광 장치.
  15. 전자 기기로서,
    제14항에 따른 발광 장치를 포함하는, 전자 기기.
  16. 조명 장치로서,
    제14항에 따른 발광 장치를 포함하는, 조명 장치.
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