KR20180032217A - 발광 소자, 발광 장치, 전자기기, 및 조명 장치 - Google Patents
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Abstract
구동 전압의 상승을 억제할 수 있는 발광 소자를 제공하는 것이 목적이다. 또한, 이와 같은 발광 소자를 포함함으로써 소비 전력을 저감시킨 발광 장치를 제공하는 것이 목적이다.
양극과 음극 사이에 EL층을 갖는 발광 소자에 있어서, 음극과 EL층 사이에 캐리어를 발생할 수 있는 제 1 층이 음극과 접촉되어 형성되고, 제 1 층에서 생긴 전자를 수수하는 제 2 층이 제 1 층과 접촉되어 형성되고, 제 2 층으로부터 받은 전자를 EL층에 주입하는 제 3 층이 제 2 층과 접촉되어 형성된다.
양극과 음극 사이에 EL층을 갖는 발광 소자에 있어서, 음극과 EL층 사이에 캐리어를 발생할 수 있는 제 1 층이 음극과 접촉되어 형성되고, 제 1 층에서 생긴 전자를 수수하는 제 2 층이 제 1 층과 접촉되어 형성되고, 제 2 층으로부터 받은 전자를 EL층에 주입하는 제 3 층이 제 2 층과 접촉되어 형성된다.
Description
본 발명은 전계가 인가됨으로써 발광하는 유기 화합물이 한 쌍의 전극 사이에 끼워져 이루어진 발광 소자에 관한 것이다. 또한, 이와 같은 발광 소자를 갖는 발광 장치에 관한 것이다. 또한, 이와 같은 발광 장치를 사용하여 완성시킨 전자기기 및 조명 장치에 관한 것이다.
박형 경량, 고속 응답성, 직류 저전압 구동 등의 특징을 갖는 유기 화합물을 발광체로서 사용한 발광 소자는 차세대의 플랫 패널 디스플레이에의 응용이 기대되고 있다. 특히, 발광 소자를 매트릭스 형상으로 배치한 표시 장치는 종래의 액정 표시 장치와 비교하여 시야각이 넓고 시인성(視認性)이 우수한 점에 우위성이 있다고 생각된다.
발광 소자의 발광 기구는 한 쌍의 전극 사이에 발광체를 함유한 EL층을 끼우고 전압을 인가함으로써, 음극으로부터 주입된 전자 및 양극으로부터 주입된 정공이 EL층의 발광층에서 재결합하여 분자 여기자를 형성하고, 그 분자 여기자가 기저상태로 완화될 때 에너지를 방출하여 발광한다고 한다. 여기 상태로서 1중항 여기 상태와 3중항 여기 상태가 알려져 있고, 발광은 상기 두 가지 여기 상태 중 어느 여기 상태를 거쳐도 가능하다고 생각된다.
상술한 바와 같은 발광 소자에 관하여 그 소자 특성을 향상시키기 위하여 소자 구조의 개량이나 재료 개발 등이 활발히 행해지고 있다.
예를 들어, 음극과 접촉되어 형성되는 전자 주입층에 있어서, 전자 주입층을 구성하는 유기 화합물에 알칼리 금속이나 알칼리 토류 금속, 또는 희토류 금속 등의 일 함수가 작은 금속을 도핑함으로써, 음극으로부터 유기 화합물을 함유한 전자 주입층에 전자를 주입할 때의 주입 장벽을 저하시켜 구동 전압을 저하시킨다고 보고되었다(예를 들어, 특허 문헌 1 참조).
또한, 이 기술에 관련하여 구동 전압을 상승시키지 않고 발광 스펙트럼의 광학 조정을 가능하게 한다고 보고되었다(예를 들어, 특허 문헌 2 참조).
구체적으로는, 발광 소자의 음극과 EL층 사이에 있어서, 음극과 접촉되어 정공 수송성을 갖는 유기 화합물에 금속 산화물이 도핑된 층이 형성되고, 상기 금속 산화물이 도핑된 층과 접촉되어 전자 수송성을 갖는 유기 화합물에 알칼리 금속이나 알칼리 토류 금속, 또는 희토류 금소 등의 일 함수가 작은 금속이 도핑된 층이 형성되는 구조로 하고, 정공 수송성의 유기 화합물에 금속 산화물이 도핑된 층의 막 두께를 두껍게 함으로써 발광 스펙트럼의 광학 조정을 행하는 것이다. 이 경우에는, 정공 수송성을 갖는 유기 화합물은 전자 수송성을 갖는 유기 화합물보다 캐리어의 이동도가 높으므로, 전자 수송성의 유기 화합물에 일 함수가 작은 금속이 도핑된 층의 막 두께를 두껍게 하는 경우와 비교하여 구동 전압의 상승을 억제할 수 있다.
상술한 바와 같이, 발광 소자의 특성 향상을 도모하는 데에 있어서 구동 전압의 상승을 억제하는 것은 발광 소자를 구비한 발광 장치의 소비 전력을 저감시키는 데에 있어서도 중요하다.
그래서, 구동 전압의 상승을 억제할 수 있는 발광 소자를 제공하는 것을 목적의 하나로 한다. 또한, 이와 같은 발광 소자를 포함함으로써 소비 전력을 저감시킨 발광 장치를 제공하는 것을 목적의 하나로 한다.
발광 소자의 전극 사이에 존재하는 층의 막 두께를 변화시킨 경우에도 구동 전압의 상승을 억제할 수 있는 발광 소자를 제공하는 것을 목적의 하나로 한다. 또한, 이와 같은 발광 소자를 포함함으로써 소비 전력을 저감시킨 발광 장치를 제공하는 것을 목적의 하나로 한다.
발광 소자의 전극 사이에 존재하는 층의 막 두께를 변화시켜도 구동 전압의 상승을 억제할 수 있고, 광학 조정이 가능한 발광 소자를 제공하는 것을 목적의 하나로 한다. 또한, 이와 같은 발광 소자를 포함함으로써 소비 전력을 저감시키면서 색 순도가 좋은 발광 장치를 제공하는 것을 목적의 하나로 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 형태는 양극과 음극 사이에 조정(調整)층과 EL층을 갖는 발광 소자이다.
조정층은 음극과 EL층 사이에 캐리어를 발생할 수 있는 제 1 층(전하 발생층)과, 제 1 층에서 생긴 전자를 수수(授受)하는 제 2 층(전자 릴레이(relay)층)과, 제 2 층으로부터 수송된 전자를 EL층에 주입하는 제 3 층(전자 주입 버퍼)으로 형성된다. 또한, 제 1 층은 음극과 접촉되어 형성되고, 제 2 층은 제 1 층과 접촉되어 형성되고, 제 3 층은 제 2 층과 접촉되어 형성되는 것을 특징으로 한다.
EL층은 적어도 발광층을 포함하여 형성되면 좋고, 발광층 외의 층이 형성된 적층 구조라도 좋다. 발광층 외에는 정공 주입성이 높은 물질(정공이 주입되기 쉬운 물질, 또는 정공의 주입을 촉진하는 물질), 정공 수송성이 높은 물질, 또는 전자 수송성이 높은 물질, 전자 주입성이 높은 물질(전자가 주입되기 쉬운 물질, 또는 전자의 주입을 촉진하는 물질), 또는 양극성의 물질(전자 수송성 및 정공 수송성이 높은 물질) 등으로 이루어진 층을 들 수 있다. 구체적으로는, 정공 주입층, 정공 수송층, 정공 저지층(홀 블로킹층), 전자 수송층, 전자 주입층 등을 들 수 있고, 이들은 양극 측으로부터 적절히 조합하여 구성할 수 있다. 또한, EL층 내에 양극과 접촉되는 전하 발생 영역을 형성할 수도 있다.
또한, 제 1 층은 정공 수송성을 갖는 물질, 바람직하게는 정공 수송성이 높은 물질과 억셉터성 물질을 포함하여 형성되고, 제 1 층에서 발생한 캐리어 중 정공(홀)은 음극에 주입되고, 전자는 제 2 층에 주입된다.
또한, 제 2 층은 제 1 도너성 물질 및 제 1 층에 함유된 억셉터성 물질의 억셉터 준위보다 약간 높은(바람직하게는 -5.0eV 이상, 더 바람직하게는 -5.0eV 이상 -3.0eV 이하) LUMO 준위를 갖는 전자 수송성을 갖는 물질, 바람직하게는 전자 수송성이 높은 제 1 물질을 함유하여 형성되기 때문에, 전자가 제 1 층으로부터 제 2 층으로 이동하기 용이하다.
또한, 제 3 층은 제 2 도너성 물질 및 전자 수송성을 갖는 물질, 바람직하게는 전자 수송성이 높은 제 2 물질을 함유하여 형성되기 때문에, 전자를 EL층에 주입할 때의 주입 장벽이 완화된다.
본 발명의 일 형태의 구체적인 구성은 양극과 음극 사이에 조정층과 EL층을 갖고, 음극과 EL층 사이에 음극과 접촉되고 정공 수송성이 높은 물질과 억셉터성 물질을 함유한 제 1 층을 갖고, 제 1 층과 접촉되어 제 1 도너성 물질 및 전자 수송성이 높은 제 1 물질을 함유한 제 2 층을 갖고, 제 2 층 및 EL층과 접촉되고 제 2 도너성 물질 및 전자 수송성이 높은 제 2 물질을 함유한 제 3 층을 갖고, 제 1 물질은 제 2 물질보다 LUMO 준위가 낮은 것을 특징으로 하는 발광 소자이다.
또한, 상기 구성에 추가하여 EL층은 전자 수송성이 높은 물질을 함유한 제 4 층을 함유하고, 제 4 층과 제 3 층이 접촉되는 구성도 포함하는 것으로 한다.
상기 구성에 있어서, 제 1 층은 정공 수송성이 높은 물질에 대하여 질량비가 0.1 이상 4.0 이하의 비율로 억셉터성 물질을 첨가하는 것을 특징으로 한다.
상기 구성에 있어서, 제 1 층은 정공 수송성이 높은 물질을 함유한 층과 억셉터성 물질을 함유한 층으로 이루어진 적층 구조인 것을 특징으로 한다.
상기 구성에 있어서, 제 2 층은 전자 수송성이 높은 제 1 물질에 대하여 질량비가 0.001 이상 0.1 이하의 비율로 제 1 도너성 물질을 첨가하는 것을 특징으로 한다.
상기 구성에 있어서, 제 2 층에 함유된 전자 수송성이 높은 물질은 LUMO 준위가 -5.0eV 이상인 것을 특징으로 한다.
상기 구성에 있어서, 제 2 층에 함유된 전자 수송성이 높은 제 1 물질은 페릴렌 유도체 또는 함질소 축합 방향족 화합물인 것을 특징으로 한다.
상기 구성에 있어서, 제 3 층은 전자 수송성이 높은 제 2 물질에 대하여 질량비가 0.001 이상 0.1 이하의 비율로 제 2 도너성 물질을 첨가하는 것을 특징으로 한다.
상기 구성에 있어서, 제 1 또는 제 2 도너성 물질은 알칼리 금속, 알칼리 토류 금속, 희토류 금속, 알칼리 금속 화합물, 알칼리 토류 금속 화합물, 또는 희토류 금속의 화합물인 것을 특징으로 한다.
상기 구성에 있어서, EL층은 정공 수송성이 높은 제 3 물질과 억셉터성 물질을 함유한 제 5 층을 포함하고, 제 5 층과 양극이 접촉되는 것을 특징으로 한다.
상기 구성에 있어서, 제 5 층은 정공 수송성이 높은 물질에 대하여 질량비가 0.1 이상 4.0 이하의 비율로 억셉터성 물질을 첨가하는 것을 특징으로 한다.
상기 구성에 있어서, 제 5 층은 정공 수송성이 높은 물질을 함유한 층과 억셉터성 물질을 함유한 층으로 이루어진 적층 구조인 것을 특징으로 한다.
상기 구성에 있어서, 억셉터성 물질은 천이 금속 산화물이나 원소 주기율표에 있어서의 제 4 족 내지 제 8 족에 속하는 금속의 산화물인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 발광 소자를 갖는 발광 장치뿐만 아니라, 발광 장치를 갖는 전자기기 및 조명 장치도 범주에 포함한다. 따라서, 본 명세서 중의 발광 장치란, 화상 표시 디바이스, 발광 디바이스, 또는 광원(조명 장치를 포함함)을 가리킨다. 또한, 발광 장치에 커넥터, 예를 들어, FPC(Flexible Printed Circuit), TAB(Tape Automated Bonding) 테이프 또는 TCP(Tape Carrier Package)가 장착된 모듈, TAB 테이프나 TCP의 단부에 프린트 배선판이 설치된 모듈, 또는 발광 소자에 COG(Chip On Glass) 방식에 의하여 IC(집적 회로)가 직접 실장된 모듈도 모두 발광 장치에 포함하는 것으로 한다.
따라서, 구동 전압의 상승을 억제할 수 있는 발광 소자를 제공할 수 있다. 또한, 이와 같은 발광 소자를 포함함으로써, 소비 전력을 저감시킨 발광 장치, 또한 전자기기 및 조명 장치를 제공할 수 있다.
또한, 상기 제 1 층의 막 두께를 변화시킨 경우에도 구동 전압이 상승되지 않으므로, 발광 소자의 전극 사이에 존재하는 층의 막 두께를 변화시킨 경우에도 구동 전압의 상승을 억제할 수 있는 발광 소자를 제공할 수 있다. 또한, 이와 같은 발광 소자를 포함함으로써 소비 전력을 저감시킨 발광 장치를 제공할 수 있다.
또한, 상기 제 1 층의 막 두께를 변화시킨 경우에도 구동 전압이 상승되지 않으므로, 발광 스펙트럼의 광학 조정을 행하기 위하여 전극 사이에 존재하는 층의 막 두께를 변화시켜도 구동 전압의 상승을 억제할 수 있는 발광 소자를 제공할 수 있다. 또한, 이와 같은 발광 소자를 포함함으로써 소비 전력을 저감시키면서 색 순도가 좋은 발광 장치를 제공할 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 발광 소자의 소자 구조 및 밴드도를 도시하는 도면.
도 2a 및 도 2b는 발광 소자의 소자 구조 및 밴드도를 도시하는 도면.
도 3a 및 도 3b는 발광 소자의 소자 구조 및 밴드도를 도시하는 도면.
도 4a 및 도 4b는 발광 소자의 소자 구조에 대하여 도시하는 도면.
도 5a 및 도 5b는 발광 소자의 소자 구조에 대하여 도시하는 도면.
도 6a 내지 도 6d는 패시브 매트릭스형 발광 장치를 도시하는 도면.
도 7은 패시브 매트릭스형 발광 장치를 도시하는 도면.
도 8a 및 도 8b는 액티브 매트릭스형 발광 장치를 도시하는 도면.
도 9a 내지 도 9e는 전자기기를 도시하는 도면.
도 10은 조명 장치를 도시하는 도면.
도 11은 실시예 1의 발광 소자의 특성을 도시하는 도면.
도 12는 실시예 1의 발광 소자의 특성을 도시하는 도면.
도 13은 실시예 2의 발광 소자의 특성을 도시하는 도면.
도 14는 실시예 2의 발광 소자의 특성을 도시하는 도면.
도 2a 및 도 2b는 발광 소자의 소자 구조 및 밴드도를 도시하는 도면.
도 3a 및 도 3b는 발광 소자의 소자 구조 및 밴드도를 도시하는 도면.
도 4a 및 도 4b는 발광 소자의 소자 구조에 대하여 도시하는 도면.
도 5a 및 도 5b는 발광 소자의 소자 구조에 대하여 도시하는 도면.
도 6a 내지 도 6d는 패시브 매트릭스형 발광 장치를 도시하는 도면.
도 7은 패시브 매트릭스형 발광 장치를 도시하는 도면.
도 8a 및 도 8b는 액티브 매트릭스형 발광 장치를 도시하는 도면.
도 9a 내지 도 9e는 전자기기를 도시하는 도면.
도 10은 조명 장치를 도시하는 도면.
도 11은 실시예 1의 발광 소자의 특성을 도시하는 도면.
도 12는 실시예 1의 발광 소자의 특성을 도시하는 도면.
도 13은 실시예 2의 발광 소자의 특성을 도시하는 도면.
도 14는 실시예 2의 발광 소자의 특성을 도시하는 도면.
이하, 본 발명의 실시형태에 대하여 도면을 사용하여 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 이하의 설명에 한정되지 않고, 본 발명의 형태 및 상세한 사항은 본 발명의 취지 및 범위에서 벗어남이 없이 다양하게 변경할 수 있다. 따라서, 본 발명은 이하에 제시하는 실시형태의 기재 내용에 한정하여 해석되는 것은 아니다.
(실시형태 1)
본 실시형태에서는 본 발명의 일례인 발광 소자의 소자 구조에 대하여 도 1a 및 도 1b를 사용하여 설명한다.
본 실시형태에서 제시하는 발광 소자는 음극과 양극 사이에 조정층(108)과 EL층(103)을 갖는 발광 소자이다.
도 1a에 도시한 소자 구조는 한 쌍의 전극(양극(101), 음극(102)) 사이에 발광 영역을 포함한 EL층(103)이 끼워지고, 음극(102)과 EL층(103) 사이에는 음극(102) 측에서 캐리어를 발생할 수 있는 제 1 층인 전하 발생 영역(106), 전하 발생 영역(106)에서 생긴 전자를 수수하는 제 2 층인 전자 릴레이층(105), 및 전자 릴레이층(105)으로부터 수송된 전자를 EL층에 주입하는 제 3 층인 전자 주입 버퍼(104)가 순차적으로 적층된 구조를 갖는다.
또한, 전하 발생 영역(106)에서는 발광 소자의 캐리어인 정공(홀)과 전자가 발생하고, 정공은 음극(102)으로 이동하고, 전자는 전자 릴레이층(105)으로 이동한다. 또한, 전자 릴레이층(105)은 전자 수송성이 높으므로, 전자 주입 버퍼(104)에 전자를 신속히 수송할 수 있다. 또한, 전자 주입 버퍼(104)는 EL층(103)에 전자를 주입하는 경우의 주입 장벽을 완화할 수 있으므로 EL층(103)에 대한 전자 주입 효율을 높일 수 있다.
도 1b에는 도 1a의 소자 구조에 있어서의 밴드도를 도시한다. 도 1b에 있어서, 부호 111은 양극(101)의 페르미 준위, 부호 112는 음극(102)의 페르미 준위, 부호 113은 EL층(103)의 LUMO(최저 비점유분자 궤도: Lowest Unoccupied Molecular Orbital) 준위, 부호 114는 전자 릴레이층(105)의 LUMO 준위, 부호 115는 전자 릴레이층(105)에 있어서의 제 1 도너성 물질의 도너 준위, 부호 116은 전하 발생 영역(106)에 있어서의 억셉터성 물질의 억셉터 준위를 나타낸다.
또한, 전자 릴레이층(105)은 전하 발생 영역(106)에 있어서 발생한 전자를 효율 좋게 EL층(103)에 주입하는 층으로서 기능하기 때문에, 전자 릴레이층(105)의 LUMO 준위(114) 및 전자 릴레이층(105)에 있어서의 제 1 도너성 물질의 도너 준위(115)는 전하 발생 영역(106)에 있어서의 억셉터성 물질의 억셉터 준위(116)와, EL층(103)의 LUMO 준위(113) 사이의 준위를 차지하도록 형성된다. 구체적으로는, 대략 -5.0eV 이상 -3.0eV 이하로 하는 것이 바람직하다.
또한, 도 1b의 밴드도에 도시한 바와 같이, 전자 주입 버퍼(104)에 의하여 주입 장벽이 완화되기 때문에, 전하 발생 영역(106)으로부터 전자 릴레이층(105)으로 이동한 전자는 EL층(103)의 LUMO 준위(113)에 용이하게 주입된다. 또한, 전하 발생 영역(106)에서 발생한 정공은 음극(102)으로 이동한다.
다음에, 상술한 발광 소자에 사용할 수 있는 재료에 대하여 구체적으로 설명한다.
양극(101)으로서는 일 함수가 큰(구체적으로는, 4.0eV 이상이 바람직함) 금속, 합금, 전기 전도성 화합물, 및 이들의 혼합물 등을 사용하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 산화인듐-산화주석(ITO: Indium Tin Oxide), 실리콘 또는 산화실리콘을 함유한 산화인듐-산화주석, 산화인듐-산화아연(IZO: Indium Zinc Oxide), 산화텅스텐 및 산화아연을 함유한 산화인듐 등을 들 수 있다.
이들 도전성 금속 산화물막은 보통 스퍼터링법에 의하여 형성되지만, 졸-겔(sol-gel)법 등을 응용하여 형성하여도 좋다. 예를 들어, 산화인듐-산화아연(IZO)은 산화인듐에 대하여 1wt% 내지 20wt%의 산화아연을 가한 타깃을 사용하여 스퍼터링법에 의하여 형성할 수 있다. 또한 산화텅스텐 및 산화아연을 함유한 산화인듐은 산화인듐에 대하여 산화텅스텐을 0.5wt% 내지 5wt%, 산화아연을 0.1wt% 내지 1wt% 함유한 타깃을 사용하여 스퍼터링법에 의하여 형성할 수 있다.
그 외, 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 등), 몰리브덴 산화물, 바나듐 산화물, 루테늄 산화물, 텅스텐 산화물, 망간 산화물, 티타늄 산화물 등을 들 수 있다. 또한, 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)/폴리(스티렌술폰산)(PEDOT/PSS), 폴리아닐린/폴리(스티렌술폰산)(PAni/PSS)등의 도전성 폴리머를 사용하여도 좋다. 다만, 양극(101)과 접촉되어 전하 발생 영역을 형성하는 경우에는 일 함수의 대소에 상관없이 Al, Ag 등 각종 도전성 재료를 양극(101)에 사용할 수 있다.
음극(102)으로서는 일 함수가 작은(구체적으로는 3.8eV 이하가 바람직함) 금속, 합금, 전기 전도성 화합물, 및 이들의 혼합물 등을 사용할 수 있다. 이와 같은 음극 재료의 구체적인 예로서는, 원소 주기율표의 제 1 족 또는 제 2 족에 속하는 원소, 즉, 리튬(Li), 세슘(Cs) 등의 알칼리 금속, 및 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr) 등의 알칼리 토류 금속, 및 이들을 함유한 합금(MgAg, AlLi), 유로퓸(Eu), 이테르븀(Yb) 등의 희토류 금속, 및 이들을 함유한 합금 등을 들 수 있다. 또한, 알칼리 금속, 알칼리 토류 금속, 이들을 함유한 합금의 막은 진공 증착법을 사용하여 형성할 수 있다. 또한, 알칼리 금속 또는 알칼리 토류 금속을 함유한 합금의 막은 스퍼터링법에 의하여 형성할 수도 있다. 또한, 은 페이스트 등을 잉크젯법 등에 의하여 형성할 수도 있다.
그 외, 알칼리 금속 화합물, 알칼리 토류 금속 화합물, 또는 희토류 금속의 화합물(예를 들어, 불화리튬(LiF), 산화리튬(LiOx), 불화세슘(CsF), 불화칼슘(CaF2), 불화에르븀(ErF3) 등)의 박막과, 알루미늄 등의 금속막을 적층함으로써, 음극(102)을 형성할 수도 있다. 그러나, 본 실시형태에서 제시하는 구성과 같이, 음극(102)과 접촉되어 전하 발생 영역을 형성하는 경우에는, 일 함수의 대소에 관계없이 Al, Ag, ITO, 실리콘, 또는 산화실리콘을 함유한 산화인듐-산화주석 등 각종 도전성 재료를 음극(102)에 사용할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 제시하는 발광 소자에 있어서는, 양극 및 음극 중 적어도 한쪽이 투광성을 가지면 좋다. 투광성은 ITO와 같은 투명 전극을 사용하거나 또는 전극의 막 두께를 얇게 함으로써 확보할 수 있다.
EL층(103)은 적어도 발광층을 포함하여 형성되면 좋고, 발광층 외의 층이 형성된 적층 구조라도 좋다. 발광층 외의 층으로서, 정공 주입성이 높은 물질, 정공 수송성이 높은 물질, 또는 전자 수송성이 높은 물질, 전자 주입성이 높은 물질, 쌍극성(전자의 수송성 및 정공의 수송성이 높은 물질)의 물질 등으로 이루어진 층을 들 수 있다. 구체적으로는, 정공 주입층, 정공 수송층, 정공 저지층(홀 블로킹층), 전자 수송층, 전자 주입층 등을 들 수 있고, 이들은 양극 측으로부터 적절히 조합하여 구성할 수 있다. 또한, EL층(103) 중의 양극(101)과 접촉되는 측에 전하 발생 영역을 형성할 수도 있다.
상술한 EL층(103)에 포함된 각 층을 구성하는 재료에 대하여 이하에 구체적인 예를 제시한다.
정공 주입층은 정공 주입성이 높은 물질을 함유한 층이다. 정공 주입성이 높은 물질로서는, 예를 들어, 몰리브덴 산화물, 바나듐 산화물, 루테늄 산화물, 텅스텐 산화물, 망간 산화물 등을 사용할 수 있다. 그 외, 프탈로시아닌(약칭: H2Pc)이나 구리 프탈로시아닌(약칭: CuPc) 등의 프탈로시아닌계 화합물, 또는 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)/폴리(스티렌술폰산)(PEDOT/PSS) 등의 고분자 등으로도 정공 주입층을 형성할 수 있다.
정공 수송층은 정공 수송성이 높은 물질을 함유한 층이다. 정공 수송성이 높은 물질로서는, 예를 들어, 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]비페닐(약칭: NPB)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), 4,4'-비스[N-(스피로-9,9'-비플루오렌-2-일)-N-페닐아미노]비페닐(약칭: BSPB) 등의 방향족 아민 화합물, 또는 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) 등을 들 수 있다. 그 외, 4,4'-디(N-카르바졸릴)비페닐(약칭: CBP), 1,3,5-트리스[4-(N-카르바졸릴)페닐]벤젠(약칭: TCPB), 9-[4-(N-카르바졸릴)페닐]-10-페닐안트라센(약칭: CzPA) 등의 카르바졸 유도체 등도 사용할 수 있다. 여기에 기재한 물질은 주로 10-6㎠/Vs 이상의 정공 이동도를 갖는 물질이다. 다만, 전자 수송성보다 정공 수송성이 높은 물질이면, 이들 외의 물질을 사용하여도 좋다. 또한, 정공 수송성이 높은 물질을 함유한 층은 단층에 한정되지 않고 상기 물질로 이루어진 층이 2층 이상 적층된 것으로 하여도 좋다.
그 외, 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), 폴리[N,N'-비스(4-부틸페닐)-N,N'-비스(페닐벤지딘(약칭: Poly-TPD) 등의 고분자 화합물을 정공 수송층에 사용할 수 있다.
발광층은 발광 물질을 함유한 층이다. 발광 물질로서는, 이하에 제시하는 형광성 화합물을 사용할 수 있다. 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-칼바졸-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), 쿠마린30, 9,10-디페닐-2-[N-페닐-N-(9-페닐-9H-카르바졸-3-일)아미노]안트라센(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), 쿠마린545T, 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-테트라하이드로-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-테트라하이드로-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-테트라하이드로-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리딘-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-테트라하이드로-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에테닐]-4H-피란-4-일리덴}프로판디니트릴(약칭: BisDCJTM) 등을 들 수 있다.
또한, 발광 물질로서는, 이하에 제시하는 인광성 화합물을 사용할 수도 있다. 예를 들어, 비스[2-(4',6'-디플루오로페닐)피리디나토-N,C 2']이리듐(III)테트라키스(1-피라졸릴)보레이트(약칭: FIr6), 비스[2-(4',6'-디플루오로페닐)피리디나토-N,C 2']이리듐(III)피콜리네이트(약칭: FIrpic), 비스[2-(3',5'-비스트리플루오로메틸페닐)피리디나토-N,C 2']이리듐(III)피콜리네이트(약칭: Ir(CF3ppy)2(pic)), 비스[2-(4',6'-디플루오로페닐)피리디나토-N,C 2']이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: FIracac), 트리스(2-페닐피리디나토)이리듐(III)(약칭: Ir(ppy)3), 비스(2-페닐피리디나토)이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(ppy)2(acac)), 비스(벤조[h]퀴놀리나토)이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(bzq)2(acac)), 비스(2,4-디페닐-1,3-옥사졸라토-N,C 2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(dpo)2(acac)), 비스[2-(4'-퍼플루오로페닐페닐)피리디나토]이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(p-PF-ph)2(acac)), 비스(2-페닐벤조티아졸라토-N,C 2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(bt)2(acac), 비스[2-(2'－벤조[4,5-a]티에닐)피리디나토-N,C 3'］이리듐(III)아세틸아세토네이토(약칭: Ir(btp)2(acac)), 비스(1-페닐이소퀴놀리나토-N,C 2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(piq)2(acac)), (아세틸아세토나토)비스[2,3-비스(4-플루오로페닐)퀴녹살리나토]이리듐(III)(약칭: Ir(Fdpq)2(acac)), (아세틸아세토나토)비스(2,3,5-트리페닐피라지나토)이리듐(III)(약칭: Ir(tppr)2(acac), 2,3,7,8,12,13,17,18-옥타에틸-21H,23H-포르피린백금(II)(약칭: PtOEP), 트리스(아세틸아세토나토)(모노페난트롤린)테르븀(III)(약칭: Tb(acac)3(Phen)), 트리스(1,3-디페닐-1,3-프로판디오나토)(모노페난트롤린)유로퓸(III)(약칭: Eu(DBM)3(Phen)), 트리스[1-(2-테노일)-3,3,3-트리플루오로아세토나토](모노페난트롤린)유로퓸(III)(약칭: Eu(TTA)3(Phen)) 등을 들 수 있다.
또한, 이들의 발광 물질은 호스트 재료에 분산시켜 사용하는 것이 바람직하다. 호스트 재료로서는, 예를 들어, NPB(약칭), TPD(약칭), TCTA(약칭), TDATA(약칭), MTDATA(약칭), BSPB(약칭) 등의 방향족 아민 화합물, PCzPCA1(약칭), PCzPCA2(약칭), PCzPCN1(약칭), CBP(약칭), TCPB(약칭), CzPA(약칭) 등의 카르바졸 유도체, PVK(약칭), PVTPA(약칭), PTPDMA(약칭), Poly-TPD(약칭) 등의 고분자 화합물을 함유한 정공 수송성이 높은 물질이나, 트리스(8-퀴놀리놀라토)알루미늄(III)(약칭: Alq), 트리스(4-메틸-8-퀴놀리놀라토)알루미늄(III)(약칭: Almq3), 비스(10-하이드록시벤조[h]-퀴놀리나토)베릴륨(약칭: BeBq2), 비스(2-메틸-8-퀴놀리놀라토)(4-페닐페놀라토)알루미늄(III)(약칭: BAlq) 등, 퀴놀린 골격 또는 벤조퀴놀린 골격을 갖는 금속 착체, 비스[2-(2-하이드록시페닐)벤조옥사졸라토]아연(약칭: Zn(BOX)2), 비스[2-(2-하이드록시페닐)벤조티아졸라토]아연(약칭: Zn(BTZ)2) 등의 옥사졸계, 티아졸계 배위자를 갖는 금속 착체, 또한 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), 바소페난트롤린(약칭: BPhen), 바소큐프로인(약칭: BCP) 등의 전자 수송성이 높은 물질을 사용할 수 있다.
전자 수송층은 전자 수송성이 높은 물질을 함유한 층이다. 전자 수송성이 높은 물질로서는, 예를 들어, Alq(약칭), Almq3(약칭), BeBq2(약칭), BAlq(약칭) 등, 퀴놀린 골격 또는 벤조 퀴놀린 골격을 갖는 금속 착체 등을 사용할 수 있다. 또한, 그 외, Zn(BOX)2(약칭), Zn(BTZ)2(약칭) 등의 옥사졸계, 티아졸계 배위자를 갖는 금속 착체 등도 사용할 수 있다. 또한, 금속 착체 외에도 PBD(약칭)나, OXD-7(약칭), CO11(약칭), TAZ(약칭), BPhen(약칭), BCP(약칭) 등도 사용할 수 있다. 여기에 기재한 물질은 주로 10-6㎠/Vs 이상의 전자 이동도를 갖는 물질이다. 또한, 정공 수송성보다 전자 수송성이 높은 물질이면, 이들 외의 물질을 사용하여도 좋다. 또한, 전자 수송층은 단층에 한정되지 않고, 상기 물질로 이루어진 층을 2층 이상 적층한 것을 사용하여도 좋다.
그 외에도, 폴리[(9,9-디헥실플루오렌-2,7-디일)-co-(피리딘-3,5-디일)](약칭: PF-Py), 및 폴리[(9,9-디옥틸플루오렌-2,7-디일)-co-(2,2'-비피리딘-6,6'-디일)](약칭: PF-BPy) 등의 고분자 화합물을 전자 수송층에 사용할 수 있다.
전자 주입층은 전자 주입성이 높은 물질을 함유한 층이다. 전자 주입성이 높은 물질로서는, 불화리튬(LiF), 불화세슘(CsF), 불화칼슘(CaF2) 등의 알칼리 금속 또는 알칼리 토류 금속, 또는 이들의 화합물을 들 수 있다. 또한, 전자 수송성을 갖는 물질 중에 알칼리 금속, 또는 알칼리 토류 금속, 또는 이들의 화합물을 함유시킨 것, 예를 들어, Alq 중에 마그네슘(Mg)을 함유시킨 것 등을 사용할 수도 있다. 이와 같은 구조로 함으로써, 음극(102)으로부터의 전자 주입 효율을 더 높일 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이, 양극(101) 또는 음극(102)과 접촉되어 형성할 수 있는 전하 발생 영역은 정공 수송성이 높은 물질과 억셉터성 물질을 함유한 영역이다. 또한, 전하 발생 영역은 동일 막 중에 정공 수송성이 높은 물질과 억셉터성 물질을 함유한 경우뿐만 아니라, 정공 수송성이 높은 물질을 함유한 층과 억셉터성 물질을 함유한 층이 적층되어도 좋다. 다만, 양극 측에 형성하는 적층 구조의 경우에는, 억셉터성 물질을 함유한 층이 양극(101)과 접촉되는 구조가 되고, 음극 측에 형성하는 적층 구조의 경우에는, 정공 수송성이 높은 물질을 함유한 층이 음극(102)과 접촉되는 구조가 된다.
전하 발생 영역에 사용하는 억셉터 물질로서는, 천이 금속 산화물이나 원소 주기율표에 있어서의 제 4 족 내지 제 8 족에 속하는 금속의 산화물을 들 수 있다. 구체적으로는, 흡습성이 낮은 특징을 갖기 때문에 산화물리브덴이 특히 바람직하다.
또한, 전하 발생 영역에 사용하는 정공 수송성이 높은 물질로서는, 방향족 아민 화합물, 카르바졸 유도체, 방향족 탄화 수소, 고분자 화합물(올리고머, 덴드리머, 폴리머 등) 등, 각종 유기 화합물을 사용할 수 있다. 구체적으로, 10-6㎠/Vs 이상의 정공 이동도를 갖는 물질인 것이 바람직하다. 다만, 전자 수송성보다 정공 수송성이 높은 물질이면, 이들 외의 물질을 사용하여도 좋다.
또한, 이들의 층을 적절히 조합하여 적층시킴으로써, EL층(103)을 형성할 수 있다. 또한, EL층(103)의 형성 방법은 사용하는 재료에 따라 각종 방법(예를 들어, 건식법이나 습식법 등)을 적절히 선택할 수 있다. 예를 들어, 진공 증착법, 잉크젯법, 또는 스핀 코팅법 등을 사용할 수 있다. 또한, 각 층마다 상이한 방법을 사용하여 형성하여도 좋다.
또한, 음극(102)과 EL층(103) 사이에는 전자 주입 버퍼(104), 전자 릴레이층(105), 및 전하 발생 영역(106)이 형성된다. 음극(102)과 접촉되어 전하 발생 영역(106)이 형성되고, 전하 발생 영역(106)과 접촉되어 전자 릴레이층(105)이 형성되고, 전자 릴레이층(105)과 EL층(103) 사이에 접촉되어 전자 주입 버퍼(104)가 형성된다.
전하 발생 영역(106)은 정공 수송성이 높은 물질과 억셉터성 물질을 함유한 영역이다. 또한, 전하 발생 영역(106)은 이미 설명한 EL층(103)의 일부분에 형성할 수 있는 전하 발생 영역과 같은 재료를 사용하여 같은 구조로 형성할 수 있다. 따라서, 전하 발생 영역(106)은 동일 막 중에 정공 수송성이 높은 물질과 억셉터성 물질을 함유한 경우뿐만 아니라, 정공 수송성이 높은 물질을 함유한 층과 억셉터성 물질을 함유한 층이 적층된 구조로 할 수도 있다. 다만, 적층 구조의 경우에는 정공 수송성이 높은 물질을 함유한 층이 음극(102)과 접촉되는 구조가 된다.
또한, 전하 발생 영역(106)에 있어서, 정공 수송성이 높은 물질에 대하여 질량 비율이 0.1 이상 4.0 이하의 비율로 억셉터성 물질을 첨가하는 것이 바람직하다.
전자 릴레이층(105)은 전하 발생 영역(106)에 있어서 억셉터성 물질이 뽑아 낸 전자를 신속히 받을 수 있는 층이다. 따라서, 전자 릴레이층(105)은 제 1 도너성 물질과, 전하 발생 영역(106)에 함유된 억셉터성 물질의 억셉터 준위보다 높은 LUMO 준위를 갖는 전자 수송성이 높은 제 1 물질을 함유한 층이다.
또한, 전자 릴레이층(105)에 있어서, 전자 수송성이 높은 제 1 물질에 대하여 질량비가 0.001 이상 0.1 이하의 비율로 제 1 도너성 물질을 첨가하는 것이 바람직하다. 이로써, 전자 릴레이층(105)으로서의 기능을 얻을 수 있다.
전자 릴레이층(105)에 사용하는 제 1 도너성 물질로서는, 알칼리 금속, 알칼리 토류 금속, 희토류 금속, 및 이들의 화합물(알칼리 금속 화합물(산화리튬 등의 산화물, 할로겐화물, 탄산리튬이나 탄산세슘 등의 탄산염을 포함함), 알칼리 토류 금속 화합물(산화물, 할로겐화물, 탄산염을 포함함), 또는 희토류 금속의 화합물(산화물, 할로겐화물, 탄산염을 포함함)) 외에, 테트라티아나프타센(약칭: TTN), 니켈로센, 데카메틸니켈로센 등의 유기 화합물을 들 수 있다.
전자 릴레이층(105)에 사용하는 전자 수송성이 높은 제 1 물질로서는, 구체적으로 -5.0eV 이상, 더 바람직하게는 -5.0eV 이상 -3.0eV 이하의 범위에 LUMO 준위를 갖는 물질을 사용하는 것이 바람직하다. 전자 릴레이층(105)에 사용하는 전자 수송성이 높은 제 1 물질로서는, 예를 들어, 페릴렌 유도체나 함질소 축합 방향족 화합물을 들 수 있다. 또한, 함질소 축합 방향족 화합물은 안정된 화합물이기 때문에, 전자 릴레이층(105)에 사용하는 물질로서 바람직하다. 또한, 함질소 축합 방향족 화합물 중 시아노기나 플루오로기 등의 전자 흡인기(吸引基)를 갖는 화합물을 사용함으로써, 전자 릴레이층(105)에서 전자를 더 받기 쉬워지기 때문에 바람직하다.
페릴렌 유도체의 구체적인 예로서는, 3,4,9,10-페릴렌테트라카르복실릭디안하이드라이드(약칭: PTCDA), 비스벤즈이미다졸[2,1-a:2',1'-a]안트라[2,1,9-def:6,5,10-d'e'f']디이소퀴놀린-10,21-디온(약칭: PTCBI), N,N'-디옥틸-3,4,9,10-페릴렌테트라카본산디이미드(약칭: PTCDI-C8H), N,N'-디헥실-3,4,9,10-페릴렌테트라카르복실릭디이미드(약칭: HexPTC) 등을 들 수 있다.
또한, 함질소 축합 방향족 화합물의 구체적인 예로서는, 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) 등을 들 수 있다.
그 외, 7,7,8,8-테트라시아노퀴노디메탄(약칭: TCNQ), 1,4,5,8-나프탈렌테트라카르복실릭디안하이드라이드(약칭: NTCDA), 퍼플루오로펜타센, 구리헥사데카플루오로프탈로시아닌(약칭: F16CuPc), N,N'-비스(2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8-펜타데카플루오로옥틸-1,4,5,8-나프탈렌테트라카르복실릭디이미드(약칭: NTCDI-C8F), 3',4'-디부틸-5,5''-비스(디시아노메틸렌)-5,5"-디하이드로-2,2':5',2''-테르티오펜)(약칭: DCMT), 메타노플러렌(예를 들어, [6,6]-페닐C61부틸산메틸에스테르) 등을 전자 릴레이층(105)에 사용할 수 있다.
전자 주입 버퍼(104)는 전자 릴레이층(105)이 받는 전자를 EL층(103)에 주입할 수 있는 층이다. 전자 주입 버퍼(104)를 형성함으로써, 전하 발생 영역(106)과 EL층(103) 사이의 주입 장벽을 완화할 수 있기 때문에, 전하 발생 영역(106)에서 생긴 전자를 EL층(103)에 용이하게 주입할 수 있다.
전자 주입 버퍼(104)는 제 2 도너성 물질과, 전자 릴레이층(105)에 함유된 전자 수송성이 높은 제 1 물질의 LUMO 준위보다 높은 LUMO 준위를 갖는 전자 수송성이 높은 제 2 물질을 함유한 층이다.
또한, 전자 주입 버퍼(104)에 있어서, 전자 수송성이 높은 제 2 물질에 대하여 질량비가 0.001 이상 0.1 이하의 비율로 제 2 도너성 물질을 첨가하는 것이 바람직하다. 이로써, 전자 주입 버퍼(104)로서의 기능을 얻을 수 있다.
전자 주입 버퍼(104)에 사용하는 제 2 도너성 물질로서는 전자 릴레이층(105)에 사용하는 제 1 도너성 물질과 같은 재료를 사용하여 형성할 수 있고, 제 1 도너성 물질과 제 2 도너성 물질을 같은 재료로 하여도 좋고 상이한 재료로 하여도 좋다. 또한, 전자 수송성이 높은 제 2 물질로서는, 먼저 설명한 EL층(103)의 일부분에 형성할 수 있는 전자 수송층의 재료와 같은 재료 중에서 조건에 맞는 재료를 적절히 선택하여 사용할 수 있다.
상술한 바와 같은 재료를 조합함으로써, 본 실시형태에 제시하는 발광 소자를 제작할 수 있다. 이 발광 소자로부터는 상술한 발광 물질로부터의 발광을 얻을 수 있지만, 발광 물질의 종류를 변화시킴으로써 각종 발광색을 얻을 수 있다. 또한, 발광 물질로서 발광색이 상이한 복수의 발광 물질을 사용함으로써, 넓은 스펙트럼의 발광이나 백색 발광을 얻을 수도 있다. 또한, 백색 발광을 얻는 경우에는, 서로 보색인 발광색을 나타내는 복수 층을 겹친 구성 등을 사용할 수 있다. 구체적인 보색 관계로서는, 예를 들어, 청색과 황색, 또는 청녹색과 적색 등을 들 수 있다.
또한, 본 실시형태에 제시하는 발광 소자는 각종 기판 위에 형성할 수 있다. 기판으로서는, 예를 들어, 유리, 플라스틱, 금속판, 금속박 등을 사용할 수 있다. 발광 소자의 발광을 기판 측으로부터 추출하는 경우에는, 투광성을 갖는 기판을 사용하면 좋다. 다만, 기판은 발광 소자의 제작 공정에서 지지체로서 기능할 수 있는 것이면 이 외의 것이라도 좋다.
또한, 본 실시형태에 제시하는 발광 소자의 소자 구조는 양쪽 전극이 하나의 기판 위에 격자 형상으로 형성된 패시브 매트릭스형 발광 장치를 제작할 수 있다. 또한, 스위치의 역할을 하는 박막 트랜지스터(TFT) 등과 전기적으로 접속된 발광 소자를 갖고, TFT에 의하여 발광 소자의 구동이 제어된 액티브 매트릭스형 발광 장치를 제작할 수도 있다. 또한, TFT의 구조는 특히 한정되지 않는다. 스태거형 TFT라도 좋고, 역 스태거형 TFT라도 좋다. 또한, TFT로 구성되는 구동용 회로에 대해서도 N형 TFT 및 P형 TFT로 이루어진 것이라도 좋고, 또는 N형 TFT 또는 P형 TFT 중 어느 한쪽으로 이루어진 것이라도 좋다. 또한, TFT에 사용되는 반도체막의 결정성에 대해서도 특히 한정되지 않는다. 비정질 반도체막을 사용하여도 좋고, 결정성 반도체막을 사용하여도 좋다. 또한 단결정 반도체막을 사용하여도 좋다. 단결정 반도체막은 스마트 컷법 등을 사용하여 제작할 수 있다. 또한, 산화물 반도체, 예를 들어, 인듐, 갈륨, 및 아연을 함유한 산화물 반도체를 사용할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 제시하는 발광 소자의 제작 방법으로서는, 드라이 프로세스(예를 들어, 진공 증착법), 웨트 프로세스(예를 들어, 잉크젯법, 스핀코팅법 등)을 막론하고 각종 방법을 사용하여 형성할 수 있다.
본 실시형태에 제시하는 소자 구조로 함으로써, 그 구동 전압이 전하 발생 영역(106)의 막 두께에 영향을 받기 어렵게 할 수 있기 때문에, 발광 소자에 있어서의 구동 전압의 상승을 억제하고, 또 광학 조정에 의한 색 순도의 향상을 도모할 수 있다.
(실시형태 2)
본 실시형태에서는, 실시형태 1에서 설명한 기본의 구성에 포함된 발광 소자의 일례에 대하여 도 2a 및 도 2b를 사용하여 설명한다.
본 실시형태에서 제시하는 발광 소자는 음극과 양극 사이에 조정층(108)과 EL층(103)을 갖고, EL층의 음극 측의 일부분에 전자 수송층을 포함하여 형성된 발광 소자이다. 또한, 상세한 내용은 후술하지만, 조정층의 일부분인 전자 주입 버퍼(104)는 매우 얇은 것을 특징으로 한다.
본 실시형태에서 제시하는 발광 소자는 도 2a에 도시한 바와 같이 한 쌍의 전극(양극(101) 및 음극(102)) 사이에 발광 영역을 포함한 EL층(103)이 끼워지고, 음극(102)과 EL층(103) 사이에는 음극(102) 측에서 전하 발생 영역(106), 전자 릴레이층(105), 및 전자 주입 버퍼(104)가 순차적으로 적층되고, 전자 릴레이층(105)은 제 1 도너성 물질과 전자 수송성이 높은 물질을 포함하여 형성된다.
본 실시형태에 있어서의 양극(101), 음극(102), EL층(103), 전하 발생 영역(106), 및 전자 릴레이층(105)에는 실시형태 1에서 설명한 것과 같은 재료를 사용할 수 있다.
또한, 전자 주입 버퍼(104)에 사용하는 물질로서는, 리튬(Li)이나 세슘(Cs) 등의 알칼리 금속, 마그네슘(Mg)이나 칼슘(Ca)이나 스트론튬(Sr) 등의 알칼리 토류 금속, 유로퓸(Eu)이나 이테르븀(Yb) 등의 희토류 금속, 알칼리 금속 화합물(산화리튬 등의 산화물, 할로겐화물, 탄산리튬이나 탄산세슘 등의 탄산염을 포함함), 알칼리 토류 금속 화합물(산화물, 할로겐화물, 탄산염을 포함함), 또는 희토류 금속의 화합물(산화물, 할로겐화물, 탄산염을 포함함) 등의 전자 주입성이 높은 물질을 들 수 있다.
또한, 본 실시형태에 있어서, 전자 주입 버퍼(104)에 사용하는 전자 주입성이 높은 물질로서 상술한 물질 중 알칼리 금속 화합물(산화리튬 등의 산화물, 할로겐화물, 탄산리튬이나 탄산세슘 등의 탄산염을 포함함), 알칼리 토류 금속 화합물(산화물, 할로겐화물, 탄산염을 포함함), 또는 희토류 금속의 화합물(산화물, 할로겐화물, 탄산염을 포함함) 등의 물질은 공기 중에서 안정적인 물질이므로 이들 물질을 사용한 본 실시형태에 제시하는 발광 소자는 양산에 적합하다.
또한, 도 2a에 도시한 소자 구조를 양극(101) 측에서 순차적으로 형성한 경우의 밴드도는 도 2b와 같다. 즉, 전자 릴레이층(105)과 EL층(103) 계면에 전자 주입 버퍼(104)를 형성함으로써 전하 발생 영역(106)과 EL층(103) 사이의 주입 장벽을 완화할 수 있으므로 전하 발생 영역(106)에서 생긴 전자를 EL층(103)에 용이하게 주입할 수 있다. 또한, 전하 발생 영역(106)에서 발생한 정공은 음극(102)으로 이동한다.
또한, 본 실시형태에서 제시하는 발광 소자는 양극(101) 위에 EL층(103)을 형성한 후, 그 위에 전자 주입 버퍼(104), 전자 릴레이층(105), 전하 발생 영역(106)이 순차적으로 형성되지만, 전자 주입 버퍼(104)의 막 두께는 구동 전압의 상승을 피하기 위하여 매우 얇은 막 두께(구체적으로는, 1㎚ 이하)로 형성되기 때문에, 전자 주입 버퍼(104)는 전자 릴레이층(105)과 EL층(103)의 일부분인 전자 수송층(107)의 계면 부근에 존재한다. 다만, 전자 수송층(107)을 형성한 후, 전자 수송층(107) 위에 전자 주입 버퍼(104)를 형성하는 경우에는, 전자 주입 버퍼(104)를 형성하는 물질의 일부분은 EL층(103)의 일부분인 전자 수송층(107)에도 존재할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 제시하는 구성은 실시형태 1에 제시한 구성을 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시형태 3)
본 실시형태에서는 실시형태 1에서 설명한 기본 구성에 포함된 발광 소자의 일례에 대하여 도 3a 및 도 3b를 사용하여 설명한다.
본 실시형태에서 제시하는 발광 소자는 음극과 양극 사이에 조정층(108)과 EL층(103)을 갖고, EL층의 음극 측의 일부분에 전자 수송층(107)을 포함하여 형성된 발광 소자이다. 또한, 상세한 내용은 후술하지만, 도 3a에 도시한 바와 같이 조정층의 일부분인 전자 주입 버퍼(104)가 EL층(103)의 일부분인 전자 수송층(107)과 접촉되어 형성되는 것을 특징으로 한다.
더 구체적으로는, 도 3a에 도시한 바와 같이 한 쌍의 전극(양극(101) 및 음극(102)) 사이에 발광 영역을 포함한 EL층(103)이 끼워지고, 음극(102)과 EL층(103) 사이에는 음극(102) 측에서 전하 발생 영역(106), 전자 릴레이층(105), 및 전자 주입 버퍼(104)가 순차적으로 적층되고, 전자 릴레이층(105)은 전자 수송성이 높은 제 1 물질과 제 1 도너성 물질을 포함하여 형성되고, 전자 주입 버퍼(104)는 전자 수송성이 높은 제 2 물질과 제 2 도너성 물질을 포함하여 형성된다. 또한, EL층(103)의 일부분인 전자 수송층(107)과 전자 주입 버퍼(104)가 접촉되는 구조를 갖는다.
본 실시형태에 있어서의 양극(101), 음극(102), EL층(103), 전하 발생 영역(106), 전자 릴레이층(105), 및 전자 주입 버퍼(104)에는 실시형태 1에서 설명한 것과 같은 재료를 사용할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 있어서, 전자 주입 버퍼(104)에 함유된 전자 수송성이 높은 제 2 물질과, EL층(103)의 일부분인 전자 수송층(107)에 사용하는 전자 수송성이 높은 물질은 같은 물질이라도 좋고 다른 물질이라도 좋다.
상술한 바와 같이, 본 실시형태에서 제시하는 발광 소자는 도 3a에 도시한 바와 같이 EL층(103)의 일부분인 전자 수송층(107)과, 전자 수송성이 높은 제 2 물질과 제 2 도너성 물질을 함유한 전자 주입 버퍼(104)가 접촉되어 형성되는 것이 특징이다. 이 소자 구조에 있어서의 밴드도를 도 3b에 도시한다.
즉, 전자 주입 버퍼(104)가 형성됨으로써, 전자 릴레이층(105)과 EL층(103) 사이의 주입 장벽을 완화할 수 있기 때문에, 전하 발생 영역(106)에서 생긴 전자를 EL층(103)에 용이하게 주입할 수 있다. 또한, 전하 발생 영역(106)에 있어서 발생한 정공은 음극으로 이동한다.
또한, 본 실시형태에 제시하는 구성은 실시형태 1이나 실시형태 2에 제시한 구성을 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시형태 4)
본 실시형태에서는 실시형태 1에서 설명한 기본 구성에 포함된 발광 소자의 일례로서 전하 발생 영역(106)의 구성에 대하여 도 4a 및 도 4b를 사용하여 설명한다.
본 실시형태에서 제시하는 발광 소자는 음극과 양극 사이에 조정층(108)과 EL층(103)을 갖고 형성된 발광 소자이다. 또한, 상세한 내용은 후술하지만 도 4b에 도시한 바와 같이, 조정층의 일부분인 전하 발생 영역(106)이 정공 수송성이 높은 물질을 함유한 층(106a)과 억셉터성 물질을 함유한 층(106b)이 적층된 구조를 가져도 좋은 것을 특징으로 한다.
도 4a 및 도 4b에서는 한 쌍의 전극(양극(101), 음극(102)) 사이에 발광 영역을 포함한 EL층(103)이 끼워지고, 음극(102)과 EL층(103) 사이에는 음극(102) 측에서 전하 발생 영역(106), 전자 릴레이층(105), 및 전자 주입 버퍼(104)가 순차적으로 적층된다. 또한, 양극(101), 음극(102), EL층(103), 전자 릴레이층(105), 및 전자 주입 버퍼(104)에는 실시형태 1에서 설명한 것과 같은 재료를 사용할 수 있다.
도 4a 및 도 4b에 도시한 발광 소자에 있어서, 전하 발생 영역(106)은 정공 수송성이 높은 물질과 억셉터성 물질을 함유한 영역이다. 또한, 전하 발생 영역(106)에서는 정공 수송성이 높은 물질로부터 억셉터성 물질이 전자를 뽑거나 또는 받음으로써 정공 및 전자가 발생한다.
도 4a에 도시한 전하 발생 영역(106)은 동일한 막 중에 정공 수송성이 높은 물질과 억셉터성 물질을 함유시킨 구조를 갖는다. 이 경우에는, 정공 수송성이 높은 물질에 대하여 질량비가 0.1 이상 4.0 이하의 비율로 억셉터성 물질을 첨가함으로써 전하 발생 영역(106)에서의 캐리어의 발생이 용이하게 되기 때문에 바람직하다.
한편, 도 4b에 도시한 전하 발생 영역(106)은 정공 수송성이 높은 물질을 함유한 층(106a)과 억셉터성 물질을 함유한 층(106b)이 적층된 구조를 갖는다. 또한, 전하 발생 영역(106)에서 전하 이동 착체가 발생하는 경우가 있다. 이 전하 이동 착체는 가시 영역의 빛을 흡수하는 경우가 있지만, 정공 수송성이 높은 물질을 함유한 층(106a)과 억셉터성 물질을 함유한 층(106b)이 적층된 구조로 하는 경우에는, 전하 이동 착체는 전하 발생 영역(106) 전체가 아니라 이들 층의 계면에 존재한다. 즉, 전하 발생 영역(106)을 적층 구조로 형성하는 경우에는, 발광 소자에 있어서의 발광에 대하여 전하 이동 착체의 영향을 받기 어려운 구조로 할 수 있으므로 바람직하다.
또한, 전하 발생 영역(106)의 형성에 사용하는 정공 수송성이 높은 물질로서는, 방향족 아민 화합물, 카르바졸 유도체, 방향족 탄화 수소, 고분자 화합물(올리고머, 덴드리머, 폴리머 등) 등, 각종 유기 화합물을 사용할 수 있다. 구체적으로는, 10-6㎠/Vs 이상의 정공 이동도를 갖는 물질인 것이 바람직하다. 다만, 전자 수송성보다 정공 수송성이 높은 물질이면, 이들 외의 물질을 사용하여도 좋다.
방향족 아민 화합물의 구체적인 예로서는, 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]비페닐(약칭: NPB)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), N,N'-비스(4-메틸페닐)-N,N'-디페닐-p-페닐렌디아민(약칭: DTDPPA), 4,4'-비스[N-(4-디페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]비페닐(약칭: DPAB), N,N'-비스[4-[비스(3-메틸페닐)아미노]페닐]-N,N'-디페닐-[1,1'-비페닐]-4,4'-디아민(약칭: DNTPD), 1,3,5-트리스[N-(4-디페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]벤젠(약칭: DPA3B) 등을 들 수 있다.
카르바졸 유도체의 구체적인 예로서는, 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) 등을 들 수 있다. 그 외, 4,4'-디(N-카르바졸릴)비페닐(약칭: CBP), 1,3,5-트리스[4-(N-카르바졸릴)페닐]벤젠(약칭: TCPB), 9-[4-(N-카르바졸릴)]페닐-10-페닐안트라센(약칭: CzPA), 1,4-비스[4-(N-카르바졸릴)페닐]-2,3,5,6-테트라페닐벤젠 등을 들 수 있다.
방향족 탄화 수소의 구체적인 예로서는, 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 등을 들 수 있다. 또한, 그 외, 펜타센(pentacene), 코로넨(coronene) 등도 사용할 수 있다. 상술한 바와 같이, 1×10-6㎠/Vs 이상의 정공 이동도를 갖고, 탄소수가 14 내지 42인 방향족 탄화수소를 사용하는 것이 더 바람직하다.
또한, 방향족 탄화 수소는 비닐 골격을 가져도 좋다. 비닐기를 갖는 방향족 탄화수소로서는, 예를 들어, 4,4'-비스(2,2-디페닐비닐)비페닐(약칭: DPVBi), 9,10-비스[4-(2,2-디페닐비닐)페닐]안트라센(약칭: DPVPA) 등을 들 수 있다.
또한, 폴리(N-비닐카르바졸)(약칭: PVK)이나 폴리(4-비닐트리페닐아민)(약칭: PVTPA) 등의 고분자 화합물을 사용할 수도 있다.
전하 발생 영역(106)의 형성에 사용하는 억셉터 물질로서는, 7,7,8,8-테트라시아노-2,3,5,6-테트라플루오로퀴노디메탄(약칭: F4-TCNQ), 클로라닐 등을 들 수 있다. 또한, 천이 금속 산화물을 들 수 있다. 또한, 원소 주기율표의 제 4 족 내지 제 8 족에 속하는 금속의 산화물을 들 수 있다. 구체적으로는, 산화바나듐, 산화니오븀, 산화탄탈, 산화크롬, 산화몰리브덴, 산화텅스텐, 산화망간, 산화레늄은 전자 수용성이 높기 때문에 바람직하다.
또한, 본 실시형태에 제시한 구성은 실시형태 1 내지 실시형태 3에 제시한 구성을 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시형태 5)
본 실시형태에서는 실시형태 1에서 설명한 기본 구성에 포함된 발광 소자의 일례로서, EL층(103)의 일부분에도 양극(101)이 접촉되어 전하 발생 영역이 형성되는 경우의 구성에 대하여 도 5a 및 도 5b를 사용하여 설명한다. 따라서, 본 실시형태에서 제시하는 발광 소자는 음극과 양극 사이에 조정층(108)과 EL층(103)을 갖고 형성된 발광 소자이다. 상세한 내용은 후술하지만, 실시형태 1에서 설명한 조정층의 일부분인 전하 발생 영역(106)을 제 1 전하 발생 영역(117)으로 하여 본 실시형태에서 설명한다. 또한, EL층(103)의 일부분이고, 양극(101)과 접촉되어 형성되는 전하 발생 영역을 제 2 전하 발생 영역(118)으로 한다.
또한, 제 1 전하 발생 영역(117) 및 제 2 전하 발생 영역(118)은 도 5a에 도시한 바와 같이 정공 수송성이 높은 물질과 억셉터성 물질을 함유한 영역이 단층 구조라도 좋고, 도 5b에 도시한 바와 같이 정공 수송성이 높은 물질을 함유한 층(117a 및 118a)과 억셉터성 물질을 함유한 층(117b 및 118b)이 적층된 구조를 가져도 좋은 것을 특징으로 한다.
도 5a 및 도 5b에서는 한 쌍의 전극(양극(101)과 음극(102)) 사이에 발광 영역을 포함한 EL층(103)이 끼워지고, EL층(103)의 일부분에 양극(101)과 접촉되어 형성되는 제 2 전하 발생 영역(118)을 갖는다. 또한, 음극(102)과 EL층(103) 사이에는 음극(102) 측에서 제 1 전하 발생 영역(117), 전자 릴레이층(105), 및 전자 주입 버퍼(104)가 순차적으로 적층된다. 또한, 양극(101), 음극(102), EL층(103), 전자 주입 버퍼(104), 전자 릴레이층(105)에는 실시형태 1 내지 실시형태 4에서 설명한 것과 같은 재료를 사용할 수 있다. 또한, 제 1 전하 발생 영역(117)에는 실시형태 1 내지 실시형태 4에서 설명한 전하 발생 영역(106)에 사용할 수 있는 재료를 사용할 수 있다.
도 5a 및 도 5b에 도시한 발광 소자에 있어서, 제 2 전하 발생 영역(118)은 제 1 전하 발생 영역(117)과 마찬가지고, 정공 수송성이 높은 물질과 억셉터성 물질을 함유한 영역이다. 따라서, 제 2 전하 발생 영역(118)에서는 정공 수송성이 높은 물질로부터 억셉터성 물질이 전자를 뽑음으로써 정공 및 전자가 발생한다.
도 5a에 도시한 제 2 전하 발생 영역(118)은 동일의 막 중에 정공 수송성이 높은 물질과 억셉터성 물질을 함유시킨 구조를 갖는다. 이 경우에는, 정공 수송성이 높은 물질에 대하여 질량비가 0.1 이상 4.0 이하의 비율로 억셉터성 물질을 첨가함으로써 제 2 전하 발생 영역(118)에 있어서의 캐리어의 발생이 용이하게 되기 때문에 바람직하다. 또한, 도 5a에 있어서, 제 1 전하 발생 영역(117)과 제 2 전하 발생 영역(118)을 같은 재료로 형성함으로써 발광 소자의 양극(101) 측과 음극(102) 측의 응력이 균일하게 되기 때문에, 소자의 내부 응력 완화를 도모할 수 있다.
한편, 도 5b에 도시한 제 2 전하 발생 영역(118)은 정공 수송성이 높은 물질을 함유한 층(118a)과 억셉터성 물질을 함유한 층(118b)이 적층된 구조를 갖는다. 또한, 제 2 전하 발생 영역(118)에서 전하 이동 착체가 생성되는 경우가 있다. 전하 이동 착체는 가시 영역의 빛을 흡수하는 경우가 있지만, 정공 수송성이 높은 물질을 함유한 층(118a)과 억셉터성 물질을 함유한 층(118b)이 적층된 구조로 하는 경우에는 전하 이동 착체는 제 2 전하 발생 영역(118) 전체가 아니라 이들 층의 계면에 존재한다. 즉, 제 2 전하 발생 영역(118)을 적층 구조로 형성하는 경우에는 발광 소자에 있어서의 발광에 대하여 전하 이동 착체의 영향을 받기 어려운 구조로 할 수 있으므로 바람직하다. 또한, 도 5b에 도시한 바와 같이 제 1 전하 발생 영역(117)의 구조도 정공 수송성이 높은 물질을 함유한 층(117a)과 억셉터성 물질을 함유한 층(117b)이 적층된 구조로 하여도 좋다.
또한, 제 2 전하 발생 영역(118)의 형성에 사용하는 정공 수송성이 높은 물질로서는 실시형태 4에서 전하 발생 영역(106)의 형성에 사용하는 정공 수송성이 높은 물질로서 든 물질을 마찬가지로 사용할 수 있다. 또한, 제 2 전하 발생 영역(118)의 형성에 사용하는 억셉터성 물질로서는 실시형태 4에서 전하 발생 영역(106)의 형성에 사용하는 억셉터성 물질로서 든 물질을 마찬가지로 사용할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 제시한 구성은 실시형태 1 내지 실시형태 4에 제시한 구성을 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시형태 6)
본 실시형태에서는 실시형태 1 내지 실시형태 5에서 설명한 발광 소자를 사용하여 제작되는 발광 장치의 일례로서, 패시브 매트릭스형 발광 장치 및 액티브 매트릭스형 발광 장치에 대하여 설명한다.
도 6a 내지 도 7에 패시브 매트릭스형 발광 장치의 예를 제시한다.
패시브 매트릭스형(단순 매트릭스형이라고도 함)의 발광 장치는 스트라이프 형상(띠 형상)으로 병렬된 복수의 양극과, 스트라이프 형상으로 병렬된 복수의 음극이 서로 직교되도록 형성되고, 그 교차부에 발광층이 끼워진 구조가 된다. 따라서, 선택된(전압이 인가된) 양극과 선택된 음극의 교점에 위치하는 화소가 점등된다.
도 6a 내지 도 6c는 밀봉되기 전의 화소부의 상면도를 도시한 도면이고, 도 6a 내지 도 6c 중의 쇄선 A-A'으로 절단한 단면도가 도 6d이다.
기판(601) 위에는 하지 절연층으로서 절연층(602)을 형성한다. 이 때, 하지 절연층이 필요하지 않으면 특별히 형성하지 않아도 좋다. 절연층(602) 위에는 스트라이프 형상으로 복수의 제 1 전극(603)이 동일한 간격으로 배치된다(도 6a 참조).
또한, 제 1 전극(603) 위에는 각 화소에 대응하는 개구부를 갖는 격벽(604)이 형성되고, 개구부를 갖는 격벽(604)은 절연 재료(감광성 또는 비감광성 유기 재료(폴리이미드, 아크릴, 폴리아미드, 폴리이미드아미드, 레지스트 또는 벤조시클로부텐), 또는 SOG막(예를 들어, 알킬기를 포함한 SiOx막))로 구성된다. 또한, 각 화소에 대응한 개구부(605)가 발광 영역이 된다(도 6b 참조).
개구부를 갖는 격벽(604) 위에 제 1 전극(603)과 교차되는 서로 평행한 복수의 역 테이퍼 형상의 격벽(606)이 형성된다(도 6c 참조). 역 테이퍼 형상의 격벽(606)은 포토리소그래피법에 따라, 미노광 부분이 패턴으로서 남은 포지티브형 감광성 수지를 사용하여, 패턴의 아래 부분이 더 많이 에칭되도록 노광량 또는 현상 시간을 조절함으로써 형성한다.
도 6c에 도시한 바와 같이 역 테이퍼 형상의 격벽(606)을 형성한 후, 도 6d에 도시한 바와 같이 유기 화합물을 함유한 층(607) 및 제 2 전극(608)을 순차적으로 형성한다. 또한, 본 실시형태에서 제시하는 유기 화합물을 함유한 층(607)은 실시형태 1 내지 실시형태 5에서 양극과 음극 사이에 형성되는 층으로서 제시한 EL층, 전하 발생 영역(제 1 전하 발생 영역 및 제 2 전하 발생 영역을 포함함), 전자 릴레이층, 전자 주입 버퍼를 포함한 층을 가리킨다. 개구부를 갖는 격벽(604) 및 테이퍼 형상의 격벽(606)을 합친 막 두께는 유기 화합물을 함유한 층(607) 및 제 2 전극(608)의 막 두께보다 두꺼워지도록 설정되기 때문에, 도 6d에 도시한 바와 같이 복수의 영역으로 분리된 유기 화합물을 함유한 층(607)과, 제 2 전극(608)이 형성된다. 이때, 복수로 분리된 영역은 각각 전기적으로 절연되어 있다.
제 2 전극(608)은 제 1 전극(603)과 교차하는 방향으로 연장되는 서로 평행한 스트라이프 형상의 전극이다. 또한, 역 테이퍼 형상의 격벽(606) 위에도 유기 화합물을 함유한 층(607)의 일부분 및 제 2 전극(608)을 형성하는 도전층의 일부분이 형성되지만, 유기 화합물을 함유한 층(607) 및 제 2 전극(608)과는 분단되어 있다. 또한, 본 실시형태에 있어서의 유기 화합물을 함유한 층은 실시형태 1 내지 실시형태 5에 제시한 전하 발생 영역(제 1 전하 발생 영역 및 제 2 전하 발생 영역을 포함함), 전자 릴레이층, 전자 주입 버퍼층, 및 EL층을 갖고, EL층은 적어도 발광층을 포함하는 것으로 한다.
또한, 본 실시형태에 있어서의 제 1 전극(603) 및 제 2 전극(608)은 한 쪽이 양극이고, 다른 쪽이 음극이면 어느 쪽이라도 좋다. 또한, 유기 화합물을 함유한 층(607)을 구성하는 적층 구조에 대해서는 실시형태 1 내지 실시형태 5에서 제시한 구성이 되도록 전극의 극성에 따라 적절히 조정하면 좋다.
또한, 필요하면, 기판(601)에 밀봉통이나 유리 기판 등의 밀봉재를 씰재 등의 접착제로 접합하여 밀봉하고, 발광 소자가 밀폐된 공간에 배치되도록 하여도 좋다. 이로써, 발광 소자의 열화를 방지할 수 있다. 또한, 밀폐된 공간에는 충전재나, 건조된 불활성 가스를 충전하여도 좋다. 또한, 수분 등으로 인한 발광 소자의 열화를 방지하기 위하여 기판과 밀봉재 사이에 건조제 등을 봉입하여도 좋다. 건조제에 의하여 미량의 수분이 제거되어 충분히 건조된다. 또한, 건조제로서는, 산화칼슘이나 산화바륨 등의 알칼리 토류 금속의 산화물과 같이 화학 흡착에 의하여 수분을 흡수하는 물질을 사용할 수 있다. 그 외의 건조제로서 제올라이트나 실리카겔 등의 물리 흡착에 의하여 수분을 흡착하는 물질을 사용하여도 좋다.
다음에 도 6a 내지 도 6d에 제시한 패시브 매트릭스형 발광 장치에 FPC 등을 실장한 경우의 상면도를 도 7에 도시한다.
도 7에 있어서, 화상 표시를 구성하는 화소부는 주사선군과 데이터선군이 서로 직교되도록 교차된다.
여기서, 도 6a 내지 도 6d의 제 1 전극(603)이 도 7의 주사선(703)에 상당하고, 도 6a 내지 도 6d의 제 2 전극(608)이 도 7의 데이터선(708)에 상당하고, 도 6a 내지 도 6d의 역 테이퍼 형상의 격벽(606)이 도 7의 격벽(706)에 상당한다. 데이터선(708)과 주사선(703) 사이에는 도 6d의 유기 화합물을 함유한 층(607)이 끼워지고, 영역(705)으로 도시된 교차부가 화소 1개분이 된다.
또한, 주사선(703)은 배선의 단부에서 접속 배선(709)과 전기적으로 접속되고, 접속 배선(709)이 입력 단자(710)를 통하여 FPC(711b)에 접속된다. 또한 데이터선(708)은 입력 단자(712)를 통하여 FPC(711a)에 접속된다.
또한, 필요하면 사출면에 편광판, 또는 원형 편광판(타원 편광판을 포함함), 위상차판(λ/4판, λ/2판), 컬러필터 등의 광학 필름을 적절히 형성하여도 좋다. 또한 편광판 또는 원형 편광판에 반사 방지막을 형성하여도 좋다. 예를 들어, 표면의 요철에 의하여 반사광을 확산함으로써 눈부심을 저감할 수 있는 안티글래어(anti-glare) 처리를 실시할 수 있다.
또한, 도 7에서는 구동 회로를 기판 위에 형성하지 않는 예를 도시하지만, 기판 위에 구동 회로를 갖는 IC칩을 실장시켜도 좋다.
또한, IC칩을 실장시키는 경우에는, 화소부의 주변(외측)의 영역에, 화소부에 각 신호를 전송하는 구동 회로가 형성된 데이터선측 IC, 주사선측 IC를 COG 방식을 사용하여 각각 실장한다. COG 방식 외의 실장 기술로서 TCP나 와이어 본딩(wire bonding) 방식을 사용하여 실장하여도 좋다. TCP는 TAB 테이프에 IC를 실장한 것이며, TAB 테이프를 소자 형성 기판 위의 배선에 접속하여 IC를 실장한다. 데이터선측 IC, 및 주사선측 IC는 실리콘 기판을 사용한 것이라도 좋고, 유리 기판, 석영 기판, 또는 플라스틱 기판 위에 TFT로 구동 회로를 형성한 것이라도 좋다.
다음에, 액티브 매트릭스형 발광 장치의 예에 대하여 도 8a 및 도 8b를 사용하여 설명한다. 또한, 도 8a는 발광 장치를 도시한 상면도이며, 도 8b는 도 8a를 쇄선 A-A'로 절단한 단면도다. 본 실시형태에 따른 액티브 매트릭스형 발광 장치는 소자 기판(801) 위에 형성된 화소부(802)와, 구동 회로부(소스측 구동 회로; 803)와, 구동 회로부(게이트측 구동 회로; 804)를 갖는다. 화소부(802), 구동 회로부(803) 및 구동 회로부(804)는 씰재(805)에 의하여 소자 기판(801)과 밀봉 기판(806) 사이에 밀봉된다.
또한, 소자 기판(801) 위에는 구동 회로부(803), 및 구동 회로부(804)에 외부로부터의 신호(예를 들어, 비디오 신호, 클록 신호, 스타트 신호, 또는 리셋 신호 등)나 전위를 전달하는 외부 입력 단자를 접속하기 위한 리드(lead) 배선(807)이 형성된다. 여기서는, 외부 입력 단자로서 FPC(808)를 형성하는 예를 제시한다. 또한, 여기서는, FPC 밖에 도시되지 않지만, 이 FPC에는 프린트 배선 기판(PWB)이 장착되어 있어도 좋다. 본 명세서에 있어서의 발광 장치에는 발광 장치 본체뿐만 아니라 FPC 또는 PWB가 본체에 부착된 상태도 포함하는 것으로 한다.
다음에, 단면 구조에 대하여 도 8b를 사용하여 설명한다. 소자 기판(801) 위에는 구동 회로부 및 화소부가 형성되지만, 여기서는, 소스측 구동 회로인 구동 회로부(803)와, 화소부(802)가 도시된다.
구동 회로부(803)는 n채널형 TFT(809)와 p채널형 TFT(810)를 조합한 CMOS 회로가 형성되는 예를 제시한 것이다. 또한, 구동 회로부를 형성하는 회로는, 각종 CMOS 회로, PMOS 회로, 또는 NMOS 회로로 형성하여도 좋다. 또한, 본 실시형태에서는 기판 위에 구동 회로를 형성한 드라이버 일체형을 제시하지만, 반드시 그 필요는 없고, 기판 위가 아니라 외부에 구동 회로를 형성할 수도 있다.
또한, 화소부(802)는 스위칭용 TFT(811)와, 전류 제어용 TFT(812)와, 전류 제어용 TFT(812)의 배선(소스 전극 또는 드레인 전극)에 전기적으로 접속된 양극(813)을 포함한 복수의 화소에 의하여 형성된다. 또한, 양극(813)의 단부를 덮어서 절연물(814)이 형성된다. 여기서는, 포지티브형 감광성 아크릴 수지를 사용함으로써 형성한다.
또한, 상층에 적층 형성되는 막의 피복성을 양호한 것으로 하기 위하여, 절연물(814)의 상단부 또는 하단부에 곡률을 갖는 곡면이 형성되도록 하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 포지티브형 감광성 아크릴 수지를 사용하는 절연물(814)의 상단부에 곡률 반경(0.2㎛ 내지 3㎛)을 갖는 곡면을 갖게 하는 것이 바람직하다. 또한, 절연물(814)로서 감광성의 빛에 의하여 에칭제에 불용해성을 갖는 네거티브형, 또한 빛에 의하여 에칭제에 용해성을 갖는 포지티브형의 어느 쪽이나 사용할 수 있고, 유기 화합물에 한정되지 않고, 무기 화합물, 예를 들어, 산화실리콘, 산질화실리콘 등도 사용할 수 있다.
양극(813) 위에는 유기 화합물을 함유한 층(815) 및 음극(816)이 적층 형성된다. 또한, 양극(813)을 ITO막으로 하고, 양극(813)과 접속되는 전류 제어용 TFT(812)의 배선으로서 질화티타늄막과 알루미늄을 주성분으로 한 막의 적층막, 또는 질화티타늄막과 알루미늄을 주성분으로 한 막과 질화티타늄막의 적층막을 적용하면, ITO막과의 오믹 콘택트를 얻을 수 있고, 배선 저항도 낮게 억제할 수 있다. 또한, 여기서는 도시하지 않지만, 음극(816)은 외부 입력 단자인 FPC(808)에 전기적으로 접속된다.
또한, 본 실시형태에서 제시하는 유기 화합물을 함유한 층(815)은 실시형태 1 내지 실시형태 5에서 양극과 음극 사이에 형성된 층으로서 제시한 EL층, 전하 발생 영역(제 1 전하 발생 영역 및 제 2 전하 발생 영역을 포함함), 전자 릴레이층, 전자 주입 버퍼를 포함한 층을 가리킨다. 또한, EL층은 적어도 발광층이 형성되고, 발광층 외에 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층, 또는 전자 주입층을 적절히 형성하는 구성으로 한다. 양극(813), 유기 화합물을 함유한 층(815), 및 음극(816)의 적층 구조로 발광 소자(817)가 형성된다.
또한, 도 8b에 도시한 단면도에서는 발광 소자(817)를 1개만 도시하지만, 화소부(802)에 있어서, 복수의 발광 소자가 매트릭스 형상으로 배치되는 것으로 한다. 또한, R(적색), G(녹색), B(청색)의 각 색 요소로 이루어진 컬러 표시를 행하는 경우에는, 화소부(802)에는 3종류(R, G, B)의 발광을 얻을 수 있는 각각 복수의 발광 소자가 형성된다. 또한, 색 요소는 3색으로 한정되지 않고, 4색 이상을 사용하여도 좋고, RGB 외의 색을 사용하여도 좋다. 예를 들어, 백색을 추가하여 RGBW(W는 백색)로 할 수도 있다.
색 요소가 상이한 발광 소자의 제작 방법으로서는, 각각의 EL층마다 나누어 도포하는 방법, 모든 EL층을 백색 발광을 얻을 수 있도록 형성하고 컬러 필터와 조합함으로써 상이한 색 요소의 발광 소자를 얻는 방법, 모든 EL층을 청색 발광 또는 청색 발광보다 단파장의 발광을 얻을 수 있도록 형성하고 색 변환층과 조합함으로써 상이한 색 요소의 발광 소자를 얻는 방법 등을 사용할 수 있다.
또한, 씰재(805)로 밀봉 기판(806)을 소자 기판(801)과 접착함으로써, 소자기판(801), 밀봉 기판(806), 및 씰재(805)로 둘러싸인 공간(818)에 발광 소자(817)가 구비된 구조가 된다. 또한, 공간(818)에는 불활성 기체(질소나 아르곤 등)가 충전될 경우 외에 씰재(805)로 충전된 구성도 포함하는 것으로 한다.
밀봉 재료(805)에는 에폭시 수지를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 이들 재료는 수분이나 산소를 가능한 한 투과하지 않는 재료인 것이 바람직하다. 또한, 밀봉 기판(806)에 사용하는 재료로서 유리 기판이나 석영 기판 외에, FRP(Fiberglass-Reinforced Plastics), PVF(폴리비닐플로라이드), 폴리에스테르 또는 아크릴 등으로 이루어진 플라스틱 기판을 사용할 수 있다.
상술한 바와 같이, 액티브 매트릭스형 발광 장치를 얻을 수 있다.
또한, 본 실시형태에 제시하는 구성은 실시형태 1 내지 실시형태 5에 제시한 구성을 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시형태 7)
본 실시형태에서는 본 발명을 적용하여 제작한 발광 장치를 사용하여 완성시킨 각종 전자기기 및 조명 장치에 대하여 도 9a 내지 도 9e를 사용하여 설명한다.
본 발명에 따른 발광 장치를 적용한 전자기기로서, 예를 들어, 텔레비전 장치(텔레비전, 또는 텔레비전 수신기라고도 함), 컴퓨터용 등의 모니터, 디지털 카메라, 디지털 비디오 카메라 등의 카메라, 디지털 포토 프레임, 휴대 전화기(휴대 전화, 휴대 전화 장치라고도 함), 휴대형 게임기, 휴대 정보 단말, 음향 재생 장치, 파친코기 등의 대형 게임기 등을 들 수 있다. 이들 전자기기 및 조명 장치의 구체적인 예를 도 9a 내지 도 9e에 도시한다.
도 9a는 텔레비전 장치(9100)의 일례를 도시한 것이다. 텔레비전 장치(9100)는 케이스(9101)에 표시부(9103)가 내장된다. 표시부(9103)는 영상을 표시할 수 있고, 본 발명에 의하여 형성된 발광 장치를 표시부(9103)에 사용할 수 있다. 또한, 여기서는, 스탠드(9105)에 의하여 케이스(9101)를 지지한 구성을 도시한다.
텔레비전 장치(9100)의 조작은 케이스(9101)가 구비한 조작 스위치나, 별체의 리모트 컨트롤러(9110)에 의하여 행할 수 있다. 리모트 컨트롤러(9110)가 구비한 조작 키(9109)에 의하여 채널이나 음량을 조작할 수 있고, 표시부(9103)에 표시되는 영상을 조작할 수 있다. 또한, 리모트 컨트롤러(9110)에 상기 리모트 컨트롤러(9110)로부터 출력하는 정보를 표시하는 표시부(9107)를 형성하는 구성으로 하여도 좋다.
또한, 텔레비전 장치(9100)는 수신기나 모뎀 등을 구비한 구성으로 한다. 수신기에 의하여 일반의 텔레비전 방송을 수신할 수 있고, 또한 모뎀을 사이에 두고 유선 또는 무선에 의한 통신 네트워크에 접속함으로써, 한 방향(송신자로부터 수신자) 또는 쌍방향(송신자와 수신자간, 또는 수신자끼리 등)의 정보 통신을 할 수도 있다.
또한, 본 발명을 적용하여 형성된 발광 장치는 소비 전력이 저감되기 때문에, 텔레비전 장치의 표시부(9103)에 사용함으로써, 소비 전력이 작은 텔레비전 장치를 제공할 수 있다.
도 9b는 컴퓨터이며, 본체(9201), 케이스(9202), 표시부(9203), 키보드(9204), 외부 접속 포트(9205), 포인팅 디바이스(9206) 등을 포함한다. 또한, 컴퓨터는 본 발명에 의하여 형성된 발광 장치를 그 표시부(9203)에 사용함으로써 제작된다.
또한, 본 발명을 적용하여 형성된 발광 장치는 소비 전력이 저감되기 때문에, 컴퓨터의 표시부(9203)에 사용함으로써, 소비 전력이 작은 컴퓨터를 제공할 수 있다.
도 9c는 휴대형 게임기이며, 케이스(9301)와 케이스(9302)의 2개의 케이스로 구성되고, 연결부(9303)에 의하여 개폐할 수 있게 연결된다. 케이스(9301)에는 표시부(9304)가 내장되고, 케이스(9302)에는 표시부(9305)가 내장된다. 또한, 도 9c에 도시된 휴대형 게임기는 그 외에 스피커부(9306), 기록 매체 삽입부(9307), LED 램프(9308), 입력 수단(조작 키(9309), 접속 단자(9310), 센서(9311; 힘, 변위, 위치, 속도, 가속도, 각속도, 회전수, 거리, 빛, 액, 자기, 온도, 화학 물질, 음성, 시간, 경도, 전기장, 전류, 전압, 전력, 방사선, 유량, 습도, 경도, 진동, 냄새 또는 적외선을 측정하는 기능을 포함한 것), 마이크로폰(9312)) 등을 구비한다. 물론, 휴대형 게임기의 구성은 상술한 구성에 한정되지 않고, 적어도 표시부(9304) 및 표시부(9305)의 양쪽 모두 또는 한쪽에 본 발명에 의하여 형성된 발광 장치를 사용하면 좋고, 그 외의 부속 설비가 적절히 형성된 구성으로 할 수 있다. 도 9c에 도시된 휴대형 게임기는 기록 매체에 기록되어 있는 프로그램 또는 데이터를 판독하여 표시부에 표시하는 기능이나, 다른 휴대형 게임기와 무선 통신하여 정보를 공유하는 기능을 갖는다. 또한, 도 9c에 도시한 휴대형 게임기가 갖는 기능은 이것에 한정되지 않고, 각종 기능을 가질 수 있다.
또한, 본 발명을 적용하여 형성된 발광 장치는 소비 전력이 저감되기 때문에, 휴대형 게임기의 표시부(9304, 9305)에 사용함으로써, 소비 전력이 작은 휴대형 게임기를 제공할 수 있다.
도 9d는 휴대 전화기(9400)의 일례를 도시한다. 휴대 전화기(9400)는 케이스(9401)에 내장된 표시부(9402) 외에, 조작 버튼(9403), 외부 접속 포트(9404), 스피커(9405), 마이크로폰(9406) 등을 구비한다. 또한, 휴대 전화기(9400)는 본 발명에 의하여 형성된 발광 장치를 그 표시부(9402)에 사용함으로써 제작된다.
도 9d에 도시한 휴대 전화기(9400)는 표시부(9402)를 손가락 등으로 터치(touch)함으로써 정보를 입력할 수 있다. 또한, 전화를 거는 조작, 또는 메일을 작성 및 송신하는 조작 등은 표시부(9402)를 손가락 등으로 터치함으로써 행할 수 있다.
표시부(9402)의 화면은 주로 3가지 모드가 있다. 제 1 모드는 화상의 표시가 주된 표시 모드이며, 제 2 모드는 문자 등의 정보 입력이 주된 입력 모드이다. 제 3 모드는 표시 모드와 입력 모드의 2가지 모드가 혼합한 표시+입력 모드이다.
예를 들어, 전화를 거는 경우에는, 또는 문자 메시지를 작성하는 경우에는 표시부(9402)를 문자의 입력이 주된 문자 입력 모드로 하고, 화면에 표시시킨 문자의 입력 조작을 행하면 좋다. 이 경우에는, 표시부(9402)의 화면의 대부분에 키보드 또는 번호 버튼을 표시시키는 것이 바람직하다.
또한, 휴대 전화기(9400) 내부에 자이로스코프(gyroscope), 가속도 센서 등의 기울기를 검출하는 센서를 갖는 검출 장치를 설치함으로써, 휴대 전화기(9400)의 방향(세로인지 가로인지)을 판단하여, 표시부(9402)의 화면 표시를 자동적으로 전환하도록 할 수 있다.
또한, 화면 모드의 전환은 표시부(9402)를 터치함으로써, 또는 케이스(9401)의 조작 버튼(9403)을 조작함으로써 행해진다. 또한, 표시부(9402)에 표시되는 화상의 종류에 따라 전환하도록 할 수도 있다. 예를 들어, 표시부에 표시하는 화상 신호가 동영상 데이터이면 표시 모드, 텍스트 데이터이면 입력 모드로 전환한다.
또한, 입력 모드에 있어서, 표시부(9402)의 광 센서로 검출된 신호를 검지하고, 표시부(9402)의 터치 조작에 의한 입력이 일정 기간 없는 경우에는, 화면의 모드를 입력 모드로부터 표시 모드로 전환하도록 제어하여도 좋다.
표시부(9402)는 이미지 센서로서 기능시킬 수도 있다. 예를 들어, 표시부(9402)에 손바닥이나 손가락을 접촉시켜 장문(掌紋)이나 지문 등을 촬상함으로써, 본인 인증을 행할 수 있다. 또한, 표시부에 근적외광을 발광하는 백 라이트 또는 근적외광을 발광하는 센싱용 광원을 사용하면, 손가락 정맥이나 손바닥 정맥 등을 촬상할 수도 있다.
또한, 본 발명을 적용하여 형성된 발광 장치는 소비 전력이 저감되기 때문에 휴대 전화기(9400)의 표시부(9402)에 사용함으로써 소비 전력이 작은 휴대 전화기를 제공할 수 있다.
도 9e는 조명 장치(탁상 조명 장치)이고, 조명부(9501), 갓(9502), 가변 암(9503), 지주(9504), 대(9505), 전원 스위치(9506)를 포함한다. 또한, 조명 장치는 본 발명에 의하여 형성된 발광 장치를 조명부(9501)에 사용함으로써 제작된다. 또한, 조명 장치에는 도 9e에 도시한 탁상 조명 장치 외, 천정 고정형의 조명 장치(천정 고정형 조명 장치) 또는 벽걸이형 조명 장치(벽걸이형 조명 장치)등도 포함된다.
또한, 본 발명을 적용하여 형성된 발광 장치는 소비 전력이 저감되기 때문에, 조명 장치(탁상 조명 장치)의 조명부(9501)에 사용함으로써 소비 전력이 작은 조명 장치(탁상 조명 장치)를 제공할 수 있다.
도 10은 본 발명을 적용하여 형성된 발광 장치를 실내의 조명 장치로서 사용한 예이다. 본 발명의 발광 장치는 대면적화도 가능하기 때문에, 천정 고정형 조명 장치(1001)에 도시한 바와 같이 대면적의 조명 장치로서 사용할 수 있다. 그 외, 벽걸이형 조명 장치(1002)로서 사용할 수도 있다. 또한, 본 발명을 적용하여 형성된 발광 장치는 구동 전압이 낮은 발광 소자를 갖기 때문에, 저소비 전력의 조명 장치로서 사용할 수 있게 된다. 또한, 도 10에 도시한 바와 같이, 실내의 조명 장치(1001)를 구비한 방에서 도 9e에서 설명한 탁상 조명 장치(1003)를 병용하여도 좋다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 발광 장치를 적용하여 전자기기나 조명 장치를 얻을 수 있다. 본 발명에 따른 발광 장치의 적용 범위는 극히 넓고, 모든 분야의 전자기기나 조명 장치에 적용할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 제시한 구성은 실시형태 1 내지 실시형태 6에 제시한 구성을 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
[실시예 1]
본 실시예에서는 본 발명의 일례인 발광 소자에 대하여 설명한다. 본 실시예에서 사용한 재료의 구조식을 이하에 제시한다.
(발광 소자 A의 제작)
우선, 유리 기판 위에 막 두께가 110㎚이고 산화실리콘을 함유한 산화인듐-산화주석(약칭: ITSO)을 스퍼터링법으로 형성하여 양극을 형성하였다(전극 면적 2㎜×2㎜).
다음에, 양극이 형성된 면이 하방이 되도록, 양극이 형성된 유리 기판을 진공 증착 장치 내의 성막실에 형성된 기판 홀더에 고정하고 10-4Pa 정도까지 감압한 후, 정공 수송성이 높은 물질인 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]비페닐(약칭: NPB)과 억셉터성 물질인 산화몰리브덴(VI)을 동시 증착함으로써 제 1 전하 발생 영역을 형성하였다. 그 막 두께는 50㎚로 하고, NPB와 산화몰리브덴(VI)의 비율은 중량비로 4:1(=NPB: 산화몰리브덴)이 되도록 조절하였다. 또한, 동시 증착법이란 하나의 처리실 내에서 복수의 증발원으로부터 동시에 증착하는 증착법이다.
다음에, 저항 가열을 사용한 증착법에 의하여, NPB를 10㎚의 막 두께가 되도록 형성하여 정공 수송층을 형성했다.
다음에, 9-[4-(N-카르바졸릴)]페닐-10-페닐안트라센(약칭: CzPA)과 9,10-디페닐-2-[N-페닐-N-(9-페닐-9H-카르바졸-3-일)아미노]안트라센(약칭: 2PCAPA)을 CzPA: 2PCAPA=1: 0.05가 되도록 동시 증착하여 발광층을 형성하였다. CzPA는 전자 수송성을 갖는 물질이고, 2PCAPA는 녹색의 발광을 나타내는 물질이다. 막 두께는 30㎚로 하였다.
다음에, 저항 가열을 사용한 증착법에 의하여 트리스(8-퀴놀리놀라토)알루미늄(약칭: Alq)을 10㎚의 막 두께가 되도록 형성하고, 이어서 마찬가지로 저항 가열을 사용한 증착법에 의하여 바소페난트롤린(약칭: BPhen)을 10㎚의 막 두께가 되도록 형성하여 전자 수송층을 형성하였다.
다음에, 저항 가열을 사용한 증착법에 의하여, 산화리튬(Li2O)을 0.1㎚ 정도 형성하여 전자 주입 버퍼를 형성하였다.
다음에, 비스벤즈이미다조[2,1-a:2',1'-a]안트라[2,1,9-def:6,5,10-d'e'f']디이소퀴놀린-10,21-디온(약칭: PTCBI)과 리튬(Li)을 PTCBI: Li=1: 0.02가 되도록 동시 증착하여 전자 릴레이층을 형성하였다. 막 두께는 3㎚ 정도로 하였다.
다음에, 정공 수송성이 높은 물질인 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]비페닐(약칭: NPB)과, 억셉터성 물질인 산화몰리브덴(VI)을 동시 증착함으로써 제 2 전하 발생 영역을 형성하였다. 그 막 두께는 20㎚로 하고, NPB와 산화몰리브덴(VI)의 비율은 중량비로 4:1(=NPB: 산화몰리브덴)이 되도록 조절하였다.
다음에, 알루미늄을 200㎚의 막 두께가 되도록 형성하여 음극을 형성함으로써 발광 소자 A를 제작하였다.
(비교 발광 소자 a-1의 제작)
유리 기판 위에 양극을 형성하는 공정에서 전자 주입 버퍼를 형성하는 공정까지는 발광 소자 A와 마찬가지로 제작하였다. 그 후, 전자 릴레이층 및 제 2 전하 발생 영역을 형성하지 않고 발광 소자 A와 마찬가지로 음극을 형성함으로써 비교 발광 소자 a-1로 하였다.
(비교 발광 소자 a-2의 제작)
유리 기판 위에 양극을 형성하는 공정에서 전자 주입 버퍼를 형성하는 공정까지는 발광 소자 A와 마찬가지로 제작하였다. 그 후, 전자 릴레이층을 형성하지 않고 발광 소자 A와 마찬가지로 제 2 전하 발생 영역 및 음극을 형성함으로써 비교 발광 소자 a-2로 하였다.
이하의 표 1에 발광 소자 A, 비교 발광 소자 a-1, 및 비교 발광 소자 a-2의 소자 구조의 일부분을 제시한다. 또한, 어느 소자나 양극, 제 1 전하 발생 영역, 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층의 구성은 같기 때문에, 제 1 전하 발생 영역, 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층에 대해서는 생략하는 것으로 한다.
[표 1]
상술한 바와 같이 얻어진 발광 소자 A, 비교 발광 소자 a-1, 및 비교 발광 소자 a-2를 질소 분위기의 글로브 박스 내에서 발광 소자가 대기에 노출되지 않도록 밀봉하는 작업을 행한 후, 이들 발광 소자의 동작 특성에 대하여 측정을 행하였다. 또한, 측정은 실온(25℃로 유지된 분위기)에서 행하였다.
발광 소자 A, 비교 발광 소자 a-1, 및 비교 발광 소자 a-2의 전압-휘도 특성을 도 11, 전압-전류 밀도 특성을 도 12에 각각 도시한다. 또한, 1000cd/㎡의 각 소자의 주된 초기 특성 값을 이하의 표 2에 정리하였다.
[표 2]
도 11로부터 알 수 있는 바와 같이, 발광 소자 A는 비교 발광 소자 a-1과 소자 구조가 상이하고, 전극 사이의 막 두께가 증가됨에도 불구하고, 전압에 대하여 비교 발광 소자 a-1과 같은 정도의 휘도를 얻은 것을 알 수 있다. 또한, 비교 발광 소자 a-2와 비교하여 전자 릴레이층을 형성함으로써 전압에 대하여 높은 휘도를 얻은 것을 알 수 있다. 또한, 어느 발광 소자에 있어서나 파장 520㎚ 부근에 발광 물질인 2PCAPA로부터의 녹색 발광을 얻었다.
또한, 도 12에 도시한 전압-전류 밀도 특성에 대해서도 발광 소자 A는 비교 발광 소자 a-1과 같은 정도의 전류 밀도를 갖는 것을 알 수 있다. 그 외, 전류 효율에 관해서는 발광 소자 A, 비교 발광 소자 a-1, 및 비교 발광 소자 a-2의 모두가 1000cd/㎡이며 거의 같은 정도이었다.
상술한 결과로부터, 발광 소자의 전극 사이에 존재하는 유기 화합물을 함유한 층의 막 두께를 변화시킨 경우에도 구동 전압의 상승을 억제할 수 있는 것을 알 수 있었다.
[실시예 2]
본 실시예에서는 본 발명의 일례인 발광 소자에 대하여 설명한다. 본 실시예에서 사용한 재료의 구조식을 이하에 제시한다. 또한, 실시예 1에서 사용한 재료의 구조식에 대해서는 실시예 1을 참조하는 것으로 하고, 여기서의 기재는 생략한다.
[화학식 2]
(발광 소자 B의 제작)
양극, 제 1 전하 발생 영역, 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층, 전자 주입 버퍼까지를 실시예 1에서 제시한 발광 소자A와 같은 재료를 사용하여 같은 방법으로 형성한 후, 피라디노[2,3-f][1,10]페난트롤린-2,3-디카르보니트릴(약칭: PPDN)과 리튬(Li)을 PPDN: Li=1:0.02가 되도록 동시 증착하여 전자 릴레이층을 형성하였다. 막 두께는 3㎚ 정도로 하였다.
이어서, 실시예 1에서 제시한 발광 소자 A와 마찬가지로 제 2 전하 발생 영역, 및 음극을 순차적으로 형성하여 발광 소자 B를 제작하였다.
(비교 발광 소자 b-1의 제작)
전자 주입 버퍼를 형성하는 공정까지는 발광 소자 B와 마찬가지로 제작하였다. 그 후, 전자 릴레이층을 형성하지 않고 발광 소자 B와 마찬가지로 제 2 전하 발생 영역 및 음극을 형성하여 비교 발광 소자 b-1로 하였다.
이하의 표 3에 발광 소자 B 및 비교 발광 소자 b-1의 소자 구조의 일부분을 제시한다. 또한, 어느 소자나 양극, 제 1 전하 발생 영역, 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층의 구성은 같기 때문에, 1 전하 발생 영역, 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층에 대해서는 생략한다.
[표 3]
상술한 바와 같이 얻어진 발광 소자 B 및 비교 발광 소자 b-1을 질소 분위기의 글로브 박스 내에서 발광 소자가 대기에 노출되지 않도록 밀봉하는 작업을 행한 후, 이들 발광 소자의 동작 특성에 대하여 측정을 행하였다. 또한, 측정은 실온(25℃로 유지된 분위기)에서 행하였다.
발광 소자 B 및 비교 발광 소자 b-1의 전압-휘도 특성을 도 13, 전압-전류 밀도 특성을 도 14에 각각 도시한다. 또한, 1000cd/㎡ 부근의 각 소자의 주된 초기 특성 값을 이하의 표 4에 정리하였다.
[표 4]
도 13으로부터 알 수 있는 바와 같이, 발광 소자 B는 비교 발광 소자 b-1과 소자 구조가 상이하고, 전극 사이의 막 두께가 증가됨에도 불구하고, 전압에 대하여 비교 발광 소자 b-1보다 높은 휘도를 얻은 것을 알 수 있다. 또한, 어느 발광 소자에 있어서나 파장 520㎚ 부근에 발광 물질인 2PCAPA로부터의 녹색 발광을 얻었다.
또한, 도 14에 도시한 전압-전류 밀도 특성에 대해서도 발광 소자 B는 비교 발광 소자 b-1보다 높은 전류 밀도를 갖는 것을 알 수 있다. 그 외, 전류 효율에 관해서는 발광 소자 B 및 비교 발광 소자 b-1의 양쪽 모두가 1000cd/㎡이며 거의 같은 정도이었다.
상술한 결과로부터, 발광 소자의 전극 사이에 존재하는 유기 화합물을 함유한 층의 막 두께를 변화시킨 경우에도 구동 전압의 상승을 억제할 수 있는 것을 알 수 있었다.
101: 양극
102: 음극
103: EL층 104: 전자 주입 버퍼
105: 전자 릴레이층 106: 전하 발생 영역
111: 양극(101)의 페르미 준위
112: 음극(102)의 페르미 준위
113: EL층(103)의 LUMO 준위
114: 전자 릴레이층(105) 의 LUMO 준위
115: 전자 릴레이층(105)에 있어서의 도너성 물질의 도너 준위
116: 전하 발생 영역(106)에 있어서의 억셉터성 물질의 억셉터 준위
103: EL층 104: 전자 주입 버퍼
105: 전자 릴레이층 106: 전하 발생 영역
111: 양극(101)의 페르미 준위
112: 음극(102)의 페르미 준위
113: EL층(103)의 LUMO 준위
114: 전자 릴레이층(105) 의 LUMO 준위
115: 전자 릴레이층(105)에 있어서의 도너성 물질의 도너 준위
116: 전하 발생 영역(106)에 있어서의 억셉터성 물질의 억셉터 준위
Claims (16)
- 발광 소자에 있어서:
양극과 음극 사이의 EL층과;
상기 음극과 상기 EL층 사이의, 정공 수송성을 갖는 제 4 물질과 억셉터성 물질을 포함하는 제 1 층과;
상기 제 1 층과 접촉되며 제 1 도너성 물질과 전자 수송성을 갖는 제 1 물질을 포함하고 상기 음극과 상기 EL층 사이에 있는 제 2 층과;
상기 제 2 층 및 상기 EL층과 접촉되며 제 2 도너성 물질과 전자 수송성을 갖는 제 2 물질을 포함하고 상기 음극과 상기 EL층 사이에 있는 제 3 층을 포함하고,
상기 제 1 물질의 LUMO 준위는 상기 제 2 물질의 LUMO 준위보다 낮고,
상기 제 2 층에 포함되는 상기 제 1 물질의 LUMO 준위는 -5.0eV 내지 -3.0eV 인, 발광 소자. - 발광 소자에 있어서:
양극과 음극 사이의 EL층과;
상기 음극과 상기 EL층 사이의, 정공 수송성을 갖는 제 4 물질과 억셉터성 물질을 포함하는 제 1 층과;
상기 제 1 층과 접촉되며 제 1 도너성 물질과 전자 수송성을 갖는 제 1 물질을 포함하고 상기 음극과 상기 EL층 사이에 있는 제 2 층과;
상기 제 2 층 및 상기 EL층과 접촉되며 제 2 도너성 물질과 전자 수송성을 갖는 제 2 물질을 포함하고 상기 음극과 상기 EL층 사이에 있는 제 3 층을 포함하고,
상기 제 1 물질은 페릴렌 유도체 또는 함질소 축합 방향족 화합물이고,
상기 제 2 층에 포함되는 상기 제 1 물질의 LUMO 준위는 -5.0eV 내지 -3.0eV 인, 발광 소자. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 층은 상기 음극과 접촉되는, 발광 소자. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 4 물질은 방향족 아민 화합물, 카르바졸 유도체, 또는 방향족 탄화 수소인, 발광 소자. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 억셉터성 물질은 천이 금속 산화물인, 발광 소자. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 억셉터성 물질은 몰리브덴 산화물인, 발광 소자. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 도너성 물질 및 상기 제 2 도너성 물질은 알칼리 금속, 알칼리 토류 금속, 희토류 금속, 알칼리 금속 화합물, 알칼리 토류 금속 화합물, 및 희토류 금속 화합물로부터 독립적으로 선택되는, 발광 소자. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 EL층은 전자 수송성을 갖는 제 4 층을 포함하고,
상기 제 4 층은 상기 제 3 층과 접촉되는, 발광 소자. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 층은 상기 제 4 물질을 포함한 층과 상기 억셉터성 물질을 포함한 층의 적층 구조를 갖는, 발광 소자. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 EL층은 정공 수송성을 갖는 제 3 물질과 제 2 억셉터성 물질을 포함한 제 5 층을 포함하고,
상기 제 5 층은 상기 양극과 접촉되는, 발광 소자. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 2 물질은 방향족 아민 화합물, 카르바졸 유도체, 또는 방향족 탄화 수소인, 발광 소자. - 제 10 항에 있어서,
상기 제 2 억셉터성 물질은 7,7,8,8-테트라시아노-2,3,5,6-테트라플루오로퀴노디메탄, 클로라닐, 또는 천이 금속 산화물인, 발광 소자. - 제 10 항에 있어서,
상기 제 5 층은 상기 제 3 물질을 포함한 층과 상기 제 2 억셉터성 물질을 포함한 층의 적층 구조를 갖는, 발광 소자. - 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 상기 발광 소자를 포함하는 발광 장치.
- 제 14 항에 따른 상기 발광 장치를 포함하는 전자 기기.
- 제 14 항에 따른 상기 발광 장치를 포함하는 조명 장치.
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