KR20180062368A - 발광 소자, 발광 장치, 전자 기기, 표시 장치, 및 조명 장치 - Google Patents

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

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Abstract

본 발명은 신규 발광 소자를 제공한다. 또는, 발광 효율이 양호한 발광 소자를 제공한다. 또는, 색순도가 양호한 발광 소자를 제공한다.
양극과, 음극과, 상기 양극 및 상기 음극 사이에 형성된 발광 물질을 포함하는 층을 갖고, 상기 발광 물질을 포함하는 층은 발광층, 제 1 전자 수송층, 및 제 2 전자 수송층을 갖고, 상기 발광층과 상기 제 1 전자 수송층은 접촉되어 형성되고, 상기 제 1 전자 수송층과 상기 제 2 전자 수송층은 접촉되어 형성되고, 상기 제 1 전자 수송층 및 상기 제 2 전자 수송층은 상기 발광층과 상기 음극 사이에 위치하고, 상기 발광층은 일반식 (SA)MX3, 일반식 (LA)2(SA)n- 1MnX3n +1, 또는 일반식 (PA)(SA)n-1MnX3n+1로 표기되는 금속 할로젠화물 페로브스카이트류를 갖고, 상기 제 1 전자 수송층은 제 1 전자 수송 재료를 갖고, 상기 제 2 전자 수송층은 제 2 전자 수송 재료를 갖는 발광 소자.

Description

발광 소자, 발광 장치, 전자 기기, 표시 장치, 및 조명 장치{LIGHT-EMITTING ELEMENT, LIGHT-EMITTING DEVICE, ELECTRONIC DEVICE, DISPLAY DEVICE, AND LIGHTING DEVICE}
본 발명의 일 형태는 발광 소자, 디스플레이 모듈, 조명 모듈, 표시 장치, 발광 장치, 전자 기기, 및 조명 장치에 관한 것이다. 또한 본 발명의 일 형태는 상술한 기술 분야에 한정되지 않는다. 본 명세서 등에서 개시(開示)하는 발명의 일 형태가 속하는 기술분야는, 물건, 방법, 또는 제조 방법에 관한 것이다. 또는, 본 발명의 일 형태는 공정(process), 기계(machine), 제품(manufacture), 또는 조성물(composition of matter)에 관한 것이다. 따라서, 본 명세서에서 개시하는 본 발명의 일 형태가 속하는 기술분야의 더 구체적인 예로서는, 반도체 장치, 표시 장치, 액정 표시 장치, 발광 장치, 조명 장치, 축전 장치, 기억 장치, 촬상 장치, 이들의 구동 방법, 또는 이들의 제조 방법을 들 수 있다.
디스플레이 기술의 발전에 따라, 요구되는 성능은 나날이 고도화되고 있다. 어떤 디스플레이가 재현 가능한 색역을 나타내는 규격에는 종래부터 널리 지표가 되어 있는 sRGB 규격이나 NTSC 규격 등이 있지만, 최근에는 더 넓은 색역을 커버하는 BT.2020 규격이 제창되고 있다.
거의 모든 물체색을 표현할 수 있는 BT.2020 규격이지만 유기 화합물이 발하는 넓은 발광 스펙트럼을 그대로 사용하는 것으로는 현재 실현이 어려우므로, 캐비티 구조 등을 사용하여 색순도를 높임으로써 이 규격을 실현하고자 하는 시도가 진행되고 있다.
한편으로, 원래 스펙트럼의 반값폭이 좁은 발광을 나타내는 재료를 사용함으로써 이 규격의 실현을 달성하고자 하는 방침도 있다. 특히, 수nm 정도의 화합물 반도체의 미립자인 퀀텀닷(QD: quantum dot)은 그 이산성(離散性)이 위상 완화를 제한한다. 그러므로, 발광이 협선화되는 것으로부터 QD는 발광의 색순도가 높은 물질로서 주목 받고 있으며, BT.2020 규격의 색도를 실현하는 발광 재료로서 기대되고 있다.
QD는 1×103개에서 1×106개 정도의 원자로 구성되어 있으며, 전자나 정공, 여기자가 그 내부에 갇힌 결과, 그들의 에너지 상태가 이산적으로 되고 또한 크기에 의존하여 에너지가 시프트된다. 즉, 같은 물질로 구성되는 QD이더라도 크기에 따라 발광 파장이 달라지기 때문에, 사용하는 QD의 크기를 변경함으로써 얻어지는 광의 파장을 쉽게 조정할 수 있다.
또한, QD의 이론적인 내부 양자 효율은 거의 100%인 것으로 알려져 있고, 형광 발광을 나타내는 유기 화합물의 25%를 크게 웃돌고 인광 발광을 나타내는 유기 화합물과 동등하다.
그러나, QD는 그 입경에 편차가 있으면 발광의 반값폭이 넓어지므로, 상술한 규격을 만족할 만한 색순도를 실현하지 못하고 있다는 것이 현상이다. 또한, QD는 가전자대(VB)의 상단이 통상의 유기 EL 소자에서 사용되는 발광 재료의 HOMO(Highest Occupied Molecular Orbital, 최고 피점 궤도라고도 함) 준위에 비하여 매우 깊은 위치에 있다. 그러므로, 통상의 유기 EL 소자와 같은 구성으로는 발광층으로 정공을 주입하는 것이 어렵고, 아직 충분한 고효율화가 달성되지 않았다.
특허문헌 1에는, 텅스텐 산화물을 정공 주입층으로서 사용하고, 발광 물질로서 퀀텀닷을 사용한 발광 소자에 대하여 개시되어 있다.
국제공개공보 WO2012/013272호 팸플릿
그래서, 본 발명의 일 형태에서는 날카로운 스펙트럼을 가지면서 효율이 양호한 발광 소자를 제공하는 것을 과제로 한다.
그래서, 본 발명의 일 형태에서는, 신규 발광 소자를 제공하는 것을 과제로 한다. 또는, 발광 효율이 양호한 발광 소자를 제공하는 것을 과제로 한다. 또는, 색순도가 양호한 발광 소자를 제공하는 것을 과제로 한다.
또는, 본 발명의 다른 일 형태에서는, 소비전력이 낮은 발광 장치, 전자 기기, 및 표시 장치를 각각 제공하는 것을 과제로 한다. 또는, 본 발명의 다른 일 형태에서는 표시 품질이 양호한 발광 장치, 전자 기기, 및 표시 장치를 각각 제공하는 것을 과제로 한다.
본 발명은 상술한 과제 중 어느 하나를 해결하면 되는 것으로 한다.
본 발명의 일 형태는 양극, 음극, 및 양극과 음극 사이에 형성된 발광 물질을 포함하는 층을 갖고, 발광 물질을 포함하는 층은 발광층, 제 1 전자 수송층, 및 제 2 전자 수송층을 갖고, 발광층과 제 1 수송층은 접촉되어 형성되고, 제 1 전자 수송층과 제 2 전자 수송층은 접촉되어 형성되고, 제 1 전자 수송층 및 제 2 전자 수송층은 발광층과 음극 사이에 위치하고, 발광층은 금속 할로젠화물 페로브스카이트(perovskite)류를 갖고, 제 1 전자 수송층은 제 1 전자 수송 재료를 갖고, 제 2 전자 수송층은 제 2 전자 수송 재료를 갖는 발광 소자이다.
또한, 본 발명의 일 형태는 양극, 음극, 및 양극과 음극 사이에 형성된 발광 물질을 포함하는 층을 갖고, 발광 물질을 포함하는 층은 발광층, 제 1 전자 수송층, 및 제 2 전자 수송층을 갖고, 발광층과 제 1 전자 수송층은 접촉되어 형성되고, 제 1 전자 수송층과 제 2 전자 수송층은 접촉되어 형성되고, 제 1 전자 수송층 및 제 2 전자 수송층은 발광층과 음극 사이에 위치하고, 발광층은 일반식 (SA)MX3, 일반식 (LA)2(SA)n-1MnX3n+1, 또는 일반식 (PA)(SA)n- 1MnX3n +1로 표기되는 금속 할로젠화물 페로브스카이트류를 갖고, 제 1 전자 수송층은 제 1 전자 수송 재료를 갖고, 제 2 전자 수송층은 제 2 전자 수송 재료를 갖는 발광 소자이다.
다만, 상기 일반식에서는 M은 2가의 금속 이온을 나타내고, X는 할로젠 이온을 나타내고, n은 1 이상 10 이하의 정수를 나타낸다. 또한, LA는 R1-NH3 +로 표기되는 암모늄 이온을 나타낸다. 또한, 상기 식 중 R1은 탄소수 2 내지 20의 알킬기, 탄소수 6 내지 20의 아릴기, 및 탄소수 4 내지 20의 헤테로아릴기 중 어느 하나 또는 복수이고, 복수인 경우는 같은 종류의 기가 복수로 사용되어도 좋다. 또한, PA는 NH3 +-R2-NH3 + 또는 NH3 +-R3-R4-R5-NH3 +, 또는 암모늄 양이온을 갖는 폴리머의 일부 또는 전체를 나타내고, 이 부분의 가수는 +2이다. 또한, R2는 단결합 또는 탄소수 1 내지 12의 알킬렌기를 나타내고, R3, R5는 각각 독립적으로 단결합 또는 탄소수 1 내지 12의 알킬렌기를 나타내고, R4는 사이클로헥실렌기, 탄소수 6 내지 14의 아릴렌기 중 어느 1개 또는 2개이고, 2개의 경우에는 같은 종류의 기가 복수로 사용되어도 좋다. 또한, SA는 1가의 금속 이온 또는 R6-NH3 +로 표기되고, R6이 탄소수 1 내지 6의 알킬기인 암모늄 이온을 나타낸다.
본 발명의 다른 구성은 상기 구성을 갖는 발광 소자에서, LA가 하기 일반식(A-1) 내지 일반식(A-12), 일반식(B-1) 내지 일반식(B-6), PA가 하기 일반식(C-1), 일반식(C-2), 및 일반식(D) 및 암모늄 양이온을 갖는 분기 폴리에틸렌이민 중 어느 것인 발광 소자이다.
[화학식 1]
Figure pat00001
[화학식 2]
Figure pat00002
[화학식 3]
Figure pat00003
[화학식 4]
Figure pat00004
[화학식 5]
Figure pat00005
다만, 상기 일반식에서 R11은 탄소수 2 내지 18의 알킬기를 나타내고, R12, R13, 및 R14는 수소 또는 탄소수 1 내지 18의 알킬기를 나타내고, R15는 상기 구조식 및 일반식(R15-1) 내지 일반식(R15-14)을 나타낸다. 또한, R16 및 R17은 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 6의 알킬기를 나타낸다. 또한, X는 상기 (D-1) 내지 (D-6) 중 어느 쌍으로 나타내어지는 모노머 유닛 A 및 B의 조합을 갖고, A가 u개, B가 v개 포함되는 구조를 나타낸다. 또한, A 및 B의 배열 순서는 한정되지 않는다. 또한, m 및 l은 각각 독립적으로 0 내지 12의 정수이고, t는 1 내지 18의 정수이다. 또한, u는 0 내지 17의 정수, v는 1 내지 18의 정수이고, u+v는 1 내지 18의 정수이다.
본 발명의 다른 구성은 상기 구성을 갖는 발광 소자에 있어서 제 2 전자 수송층과 음극 사이에 전자 주입 버퍼층이 존재하는 발광 소자이다.
본 발명의 다른 구성은 상기 구성을 갖는 발광 소자에 있어서 전자 주입 버퍼층이 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속을 포함하는 발광 소자이다.
본 발명의 다른 구성은 상기 구성을 갖는 발광 소자에 있어서, 제 2 전자 수송 재료가 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속과 상호 작용함으로써 음극으로부터 발광 물질을 포함하는 층으로의 전자의 주입을 용이하게 하는 상태를 형성하는 물질인 발광 소자이다.
본 발명의 다른 구성은 상기 구성을 갖는 발광 소자에 있어서 제 1 전자 수송 재료가 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속을 발광층으로 확산시키는 것을 억제하는 물질인 발광 소자이다.
본 발명의 다른 구성은 상기 구성을 갖는 발광 소자에 있어서 제 2 전자 수송 재료는 질소를 포함하는 6원 헤테로 방향족 고리를 갖는 물질인 발광 소자이다.
본 발명의 다른 구성은 상기 구성을 갖는 발광 소자에 있어서 제 2 전자 수송 재료가 2,2'-바이피리딘 골격을 포함하는 물질인 발광 소자이다.
본 발명의 다른 구성은 상기 구성을 갖는 발광 소자에 있어서 제 2 전자 수송 재료는 페난트롤린 유도체인 발광 소자이다.
본 발명의 다른 구성은 상기 구성을 갖는 발광 소자에 있어서 제 1 전자 수송 재료의 전자 이동도는 제 2 전자 수송 재료의 전자 이동도보다 큰 발광 소자이다.
본 발명의 다른 구성은 상기 구성을 갖는 발광 소자에 있어서 제 1 전자 수송 재료의 형광 양자 수율이 0.5 이상인 발광 소자이다.
본 발명의 다른 구성은 상기 구성을 갖는 발광 소자에 있어서 제 1 전자 수송 재료는 축합 방향족 탄화수소 고리를 갖는 물질인 발광 소자이다.
본 발명의 다른 구성은 상기 구성을 갖는 발광 소자에 있어서 제 1 전자 수송 재료는 안트라센 유도체인 발광 소자이다.
본 발명의 다른 구성은 상기 구성을 갖는 발광 소자에 있어서 금속 할로젠화물 페로브스카이트류는 가장 긴 부분이 1μm 이하의 입자인 발광 소자이다.
본 발명의 다른 구성은 상기 구성을 갖는 발광 소자에 있어서 금속 할로젠화물 페로브스카이트류가 페로브스카이트층과 유기층이 중첩되는 층상 구조를 갖는 발광 소자이다.
본 발명의 다른 구성은 상술한 구성을 갖는 발광 소자에서 외부 양자 효율이 5% 이상인 발광 소자이다.
또는, 본 발명의 다른 구성은 상술한 구성을 갖는 발광 소자, 기판, 및 트랜지스터를 갖는 발광 장치이다.
또는, 본 발명의 다른 구성은 상술한 구성을 갖는 발광 장치, 센서, 조작 버튼, 스피커, 또는 마이크로폰을 갖는 전자 기기이다.
또는, 본 발명의 다른 구성은 상술한 구성을 갖는 발광 장치 및 하우징을 갖는 조명 장치이다.
또한, 본 명세서에서 발광 장치란, 발광 소자를 사용한 화상 표시 디바이스를 포함한다. 또한, 발광 소자에 커넥터, 예를 들어 이방 도전성 필름 또는 TCP(Tape Carrier Package)가 장착된 모듈, TCP 끝에 프린트 배선판이 제공된 모듈, 또는 COG(Chip On Glass) 방식에 의하여 발광 소자에 IC(집적 회로)가 직접 실장된 모듈도 발광 장치에 포함되는 경우가 있다. 또한, 조명 기구 등은 발광 장치를 갖는 경우가 있다.
본 발명의 일 형태에 따르면, 신규 발광 소자를 제공할 수 있다. 또는, 수명이 긴 발광 소자를 제공할 수 있다. 또는, 발광 효율이 양호한 발광 소자를 제공할 수 있다.
또는, 본 발명의 다른 일 형태에 따르면, 신뢰성이 높은 발광 장치, 전자 기기, 및 표시 장치를 각각 제공할 수 있다. 또는, 본 발명의 다른 일 형태에 따르면, 소비전력이 낮은 발광 장치, 전자 기기, 및 표시 장치를 각각 제공할 수 있다.
또한 이들 효과의 기재는 다른 효과의 존재를 방해하는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 일 형태는 이들 효과 모두를 반드시 가질 필요는 없다. 또한, 이들 외의 효과는 명세서, 도면, 청구항 등의 기재로부터 저절로 명백해지는 것이며 명세서, 도면, 청구항 등의 기재로부터 이들 외의 효과를 추출할 수 있다.
도 1은 발광 소자의 개략도.
도 2는 발광 소자의 제작 방법의 일례를 나타낸 도면.
도 3은 발광 소자의 제작 방법의 일례를 나타낸 도면.
도 4는 액티브 매트릭스형 발광 장치의 개념도.
도 5는 액티브 매트릭스형 발광 장치의 개념도.
도 6은 액티브 매트릭스형 발광 장치의 개념도.
도 7은 패시브 매트릭스형 발광 장치의 개념도.
도 8은 조명 장치를 도시한 도면.
도 9는 전자 기기를 도시한 도면.
도 10은 광원 장치를 도시한 도면.
도 11은 조명 장치를 도시한 도면.
도 12는 조명 장치를 도시한 도면.
도 13은 차재용 표시 장치 및 조명 장치를 도시한 도면.
도 14는 전자 기기를 도시한 도면.
도 15는 전자 기기를 도시한 도면.
도 16은 표시 패널의 구성예를 설명하기 위한 도면.
도 17은 표시 패널의 구성예를 설명하기 위한 도면.
도 18은 발광 소자 1 내지 발광 소자 3의 발광 스펙트럼.
도 19는 발광 소자 1 내지 발광 소자 3의 색도 좌표도.
도 20은 발광 소자 1 내지 발광 소자 3의 외부 양자 효율-휘도 특성.
이하에서, 본 발명의 실시형태에 대하여 도면을 참조하여 자세히 설명한다. 다만, 본 발명은 이하의 설명에 한정되지 않고, 본 발명의 취지 및 그 범위에서 벗어남이 없이 그 형태 및 자세한 사항을 다양하게 변경할 수 있다는 것은 통상의 기술자라면 용이하게 이해할 수 있다. 따라서, 본 발명은 이하에서 나타내는 실시형태의 기재 내용에 한정하여 해석되는 것은 아니다.
(실시형태 1)
금속 할로젠화물 페로브스카이트류는 유기 재료와 무기 재료가 복합된 재료, 또는 무기 재료만으로 이루어지는 재료이고, 여기자 발광이나, 캐리어의 고이동도 등 흥미로운 특성을 갖는다. 특히 무기층(페로브스카이트층이라고도 함)과 유기층이 교대로 적층된 초격자 구조를 형성하는 금속 할로젠화물 페로브스카이트류는 그것이 양자 우물 구조가 되어 있으므로 여기자 속박 에너지가 매우 크고, 여기자가 안정적으로 존재할 수 있다. 또한, 이 금속 할로젠화물 페로브스카이트류는 반값폭이 좁고, 스토크스 이동이 작은 여기자 발광을 나타내기 때문에 발광 소자로서의 응용도 기대되고 있다. 또한, 금속 할로젠화물 페로브스카이트류의 퀀텀닷도 매우 반값폭이 좁은 색순도가 양호한 발광을 나타내는 것으로 알려져 있다.
또한, 금속 할로젠화물 페로브스카이트류는 우수한 자기 조직성을 가지므로, 원료를 혼합시킨 용액을 도포할 뿐만인 웨트 프로세스로 박막 시료나 단결정 시료를 쉽게 제작할 수 있다. 또한, 수십nm에서 수백nm 정도의 금속 할로젠화물 페로브스카이트류의 퀀텀닷을 사용함으로써도 양호한 발광층을 형성할 수 있다.
이에 더하여, 금속 할로젠화물 페로브스카이트류를 발광 물질로서 사용한 발광 소자는 유기 화합물을 발광 물질로서 사용한 유기 EL 소자(이하, OLED 소자라고도 함)와 마찬가지로 박형 경량으로 제작할 수 있다, 면 광원의 제작이 용이하다, 미세한 화소의 형성이 가능하다, 휠 수 있다는 특징을 구비한다. 이에 더하여, 금속 할로젠화물 페로브스카이트류를 발광 물질로서 사용한 발광 소자는 OLED 소자와 비교하여 색순도, 수명, 효율 및 발광 파장의 선택 용이성 등의 점에서 동등, 또는 유리하게 될 가능성을 갖는다.
금속 할로젠화물 페로브스카이트류를 발광 물질로서 사용한 발광 소자는 OLED 소자와 마찬가지로 양극과 음극 사이에 발광 물질인 금속 할로젠화물 페로브스카이트류를 포함하는 발광층을 갖는 EL층을 개재(介在)하고 상기 EL층에 전류를 흘림으로써 발광을 얻을 수 있다. EL층은 발광층 외에 정공 주입 수송층, 전자 주입 수송층, 버퍼층의 각 기능층, 및 기타 기능층을 가져도 좋다. 정공 주입 수송층 및 전자 주입 수송층은 전극으로부터 주입된 캐리어를 수송하고, 발광층에 주입하는 기능을 갖는다.
금속 할로젠화물 페로브스카이트류의 VB 상단의 준위 및 전도대 하단의 준위는 OLED 소자에서의 발광 물질인 유기 화합물의 HOMO 준위 및 LUMO(Lowest Unoccupied Molecular Orbital, 최저공궤도라고도 함) 준위와 가까운 위치에 형성되기 때문에, 상술한 각 기능층은 OLED 소자와 같은 재료를 사용할 수 있다.
그러나, 금속 할로젠화물 페로브스카이트류를 발광 물질로서 사용한 발광 소자는 원래, 양호한 효율로 발광시킬 수 없었다. 본 발명자들의 검토 결과에 의하면, 전자의 주입이 어려운 점, 금속 할로젠화물 페로브스카이트류 자체의 정공 수송성이 높기 때문에 캐리어 밸런스의 무너짐이 심각한 점, 정공 주입을 위하여 사용되는 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속에 민감하게 반응하여 소광되는 점 등이 그 이유로 생각된다.
그래서, 본 실시형태의 발광 소자는 도 1의 (A) 및 (B)에 도시된 바와 같이, 양극(101)과 음극(102)에 끼워진 발광 물질을 포함하는 층(103)에 발광층(113), 제 1 전자 수송층(114-1), 제 2 전자 수송층(114-2)을 갖는 구조로 한다. 발광층(113)에는 금속 할로젠화물 페브로스카이트류가 포함되어 있으며, 제 1 전자 수송층(114-1)에는 제 1 전자 수송 재료가 포함되고, 제 2 전자 수송층(114-2)에는 제 2 전자 수송 재료가 포함되고, 제 1 전자 수송 재료와 제 2 전자 수송 재료는 상이한 재료이다.
발광 물질을 포함하는 층(103)은 이들 층 외에 정공 주입층(111), 정공 수송층(112), 전자 주입 버퍼층(115)이나, 그 외의 층을 가져도 좋다. 또한, 제 1 전자 수송층(114-1)은 발광층(113)에 접촉하여 형성되고, 제 2 전자 수송층(114-2)은 제 1 전자 수송층(114-1)에 접촉하여 형성되고, 제 2 전자 수송층(114-2)은 제 1 전자 수송층(114-1)과 음극(102) 사이에 형성된다.
발광층(113)에 포함되는 금속 할로젠화물 페로브스카이트류는 일반식(G1) 내지 일반식(G3) 중 어느 하나로 표기할 수 있다.
(SA)MX3 …(G1)
(LA)2(SA)n- 1MnX3n +1 …(G2)
(PA)(SA)n- 1MnX3n +1 …(G3)
상기 일반식에서 M은 2가의 금속 이온을 나타내고, X는 할로젠 이온을 나타낸다.
2가의 금속 이온으로서는 구체적으로 납, 주석 등의 2가의 양이온이 사용된다.
할로젠 이온으로서는 구체적으로 염소, 브로민, 아이오딘, 플루오린 등의 음이온 등이 사용된다.
또한, n은 1 내지 10의 정수를 나타내지만, 일반식(G2) 또는 일반식(G3)에서, n은 10보다 큰 경우, 그 성질은 일반식(G1)으로 표기되는 금속 할로젠화물 페로브스카이트류에 가까운 것이 된다.
또한, LA는 R1-NH3 +로 표기되는 암모늄 이온을 나타낸다.
일반식 R1-NH3 +로 표기되는 암모늄 이온에서, R1은 탄소수 2 내지 20의 알킬기, 탄소수 6 내지 20의 아릴기 및 탄소수 4 내지 20의 헤테로아릴기 중 어느 하나 또는 탄소수 2 내지 20의 알킬기, 탄소수 6 내지 20의 아릴기 또는 탄소수 4 내지 20의 헤테로아릴기와, 탄소수 1 내지 12의 알킬렌기, 바이닐렌기, 탄소수 6 내지 13의 아릴렌기 및 헤테로아릴렌기의 조합으로 이루어지는 기이고, 후자의 경우는 알킬렌기, 바이닐렌기, 아릴렌기 및 헤테로아릴렌기는 복수로 이어져 있어도 좋고, 같은 종류의 기가 복수로 사용되어도 좋다. 또한, 상기 알킬렌기, 바이닐렌기, 아릴렌기 및 헤테로아릴렌기가 복수로 이어져 있는 경우, 알킬렌기, 바이닐렌기, 아릴렌기 및 헤테로아릴렌기의 총수는 35 이하인 것이 바람직하다.
또한, SA는 1가의 금속 이온 또는 R6-NH3 +로 표기되고, R6이 탄소수 1 내지 6의 알킬기인 암모늄 이온을 나타낸다.
또한, PA는 NH3 +-R2-NH3 + 또는 NH3 +-R3-R4-R5-NH3 +, 또는 암모늄 양이온을 갖는 분기 폴리에틸렌이민의 일부 또는 전체를 나타내고, 이 부분의 가수는 +2이다. 또한, 일반식 중의 전하는 거의 균형이 잡혀져 있다.
여기서, 금속 할로젠화물 페로브스카이트류의 전하는 상기 식에서 재료 중 모든 부분이 엄밀히 균형이 잡혀져 있는 것이 아니라, 재료 전체의 중성이 대략 유지되어 있으면 된다. 재료 중에는 국소적으로 유리(遊離)의 암모늄 이온이나 유리의 할로젠 이온, 불순물 이온 등의 기타의 이온 등이 존재하는 경우가 있어, 그들이 전하를 중화하는 경우가 있다. 또한, 입자나 막의 표면, 결정의 그레인 경계 등에서도 국소적으로 중성이 유지되어 있지 않은 경우가 있어 반드시 모든 곳에서 중성이 유지되어 있지 않아도 된다.
또한, 상기 식(G2)에서의 (LA)에는 예를 들어 하기 일반식(A-1) 내지 일반식(A-11), 일반식(B-1) 내지 일반식(B-6)으로 표기되는 물질 등을 사용할 수 있다.
[화학식 6]
Figure pat00006
[화학식 7]
Figure pat00007
또한, 상기 일반식(G3)에서의 (PA)는 대표적으로 하기 일반식(C-1), 일반식(C-2) 및 일반식(D) 중 어느 것으로 표기되는 물질 및 암모늄 양이온을 갖는 분기 폴리에틸렌이민 등의 일부분 또는 모두를 나타내고 있으며, +2가의 전하를 갖는다. 이들 폴리머는 복수의 단위 격자에 걸쳐 전하를 중화하는 경우가 있고, 또한 상이한 2개의 폴리머 분자가 각각 갖는 전하 하나에 의하여 하나의 단위 격자의 전하가 중화되어 있는 경우도 있다.
[화학식 8]
Figure pat00008
[화학식 9]
Figure pat00009
다만, 상기 일반식에서 R11은 탄소수 2 내지 18의 알킬기를 나타내고, R12, R13, 및 R14는 수소 또는 탄소수 1 내지 18의 알킬기를 나타내고, R15는 하기 구조식 및 일반식(R15-1) 내지 일반식(R15-14)을 나타낸다. 또한, R16 및 R17은 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 6의 알킬기를 나타낸다. 또한, X는 상기 (D-1) 내지 (D-6) 중 어느 쌍으로 나타내어지는 모노머 유닛 A 및 B의 조합을 갖고, A가 u개, B가 v개 포함되는 구조를 나타낸다. 또한, A 및 B의 배열 순서는 한정되지 않는다. 또한, m 및 l은 각각 독립적으로 0 내지 12의 정수이고, t는 1 내지 18의 정수이다. 또한, u는 0 내지 17의 정수, v는 1 내지 18의 정수이고, u+v는 1 내지 18의 정수이다.
[화학식 10]
Figure pat00010
또한, 이들은 예시이고, (LA), (PA)로서 사용할 수 있는 물질은 이들에 한정되는 것은 아니다.
일반식(G1)으로 표기되는 (SA)MX3의 조성을 갖는 3차원 구조의 금속 할로젠화물 페로브스카이트류에서는, 중심에 금속 원자 M을 두고 6개의 정점에 할로젠 원자를 배치한 정팔면체 구조가 각 정점의 할로젠 원자를 공유하여 3차원으로 배열함으로써 골격을 형성하고 있다. 이 각 정점에 할로젠 원자를 갖는 팔면체의 구조 유닛을 페로브스카이트 유닛이라고 부른다. 이 페로브스카이트 유닛이 고립하여 존재하는 제로차원 구조체, 정점의 할로젠 원자를 개재하여 1차원적으로 연결된 선상 구조체, 2차원적으로 연결된 시트상 구조체, 3차원적으로 연결된 구조체가 있고, 이에 더하여 페로브스카이트 유닛이 2차원적으로 연결한 시트상 구조체가 복수층 적층되어 형성되는 복잡한 2차원 구조체도 있다. 이보다 더 복잡한 구조체도 있다. 이들 페로브스카이트 유닛을 갖는 모든 구조체의 총칭을 금속 할로젠화물 페로브스카이트류로 정의하여 사용한다.
모든 페로브스카이트 유닛의 할로젠 원자가 3차원적으로 연결되어 있는 3차원 구조체에서는 각각의 페로브스카이트 유닛은 1가의 마이너스 전하를 갖고 있으며, 연결된 페로브스카이트 유닛의 간격에 이를 중화시키는 1가의 SA 양이온이 존재하지만, 그 외의 구조체에서는 팔면체를 구성하는 할로젠 원자의 일부는 팔면체의 정점을 공유하지 않기 때문에 페로브스카이트 유닛의 마이너스 전하는 1가가 아니다. 따라서, 페로브스카이트 유닛의 마이너스 전하를 상쇄하는 양이온의 함유 비율도 페로브스카이트 유닛의 연결 양식에 의존하여 변화된다. 또한, 3차원 페로브스카이트에서는 양이온은 연결된 페로브스카이트 골격의 간격의 크기에 제한되어 그 크기가 한정되지만, 그 외의 구조체에서는 반대로 양이온의 크기와 형상이 페로브스카이트 유닛의 연결 양식을 지배하기 때문에 유기 아민류인 양이온종의 크기와 형상의 분자 설계에 의하여 다양한 페로브스카이트 구조체가 생산된다는 재료 설계상의 유연성이 생긴다.
상술한 금속 할로젠화물 페로브스카이트류 중, 2차원 구조체(페로브스카이트층, 무기층이라고도 함)를 복수층 중첩하고 그것을 다양한 크기와 형상의 유기 이온(상기 식에서는 (LA), (PA)에 상당함)에 의하여 격리한 구조는, 특별한 2차원 페로브스카이트류이고, 상기 일반식(G2) 또는 일반식(G3)으로 표기되는 것이다.
발광층(113)의 막 두께는 3nm 내지 1000nm, 바람직하게는 10nm 내지 100nm로 하고, 발광층 중의 금속 할로젠화물 페로브스카이트류의 함유율은 1volume% 내지 100volume%로 한다. 다만, 금속 할로젠화물 페로브스카이트류만으로 발광층을 형성하는 것이 바람직하다. 금속 할로젠화물 페로브스카이트류를 포함하는 발광층은 대표적으로는, 웨트 프로세스(스핀코팅법, 캐스트법, 다이코팅법, 블레이드코팅법, 롤코팅법, 잉크젯법, 인쇄법, 스프레이코팅법, 커튼코팅법, 랭뮤어 블라젯 법 등)나 진공 증착법에 의하여 형성할 수 있다.
구체적으로는 웨트 프로세스를 사용하는 경우에는 상기 일반식에서의 M, X에 상당하는 메탈할라이드와, (SA), (LA), (PA)에 상당하는 유기 암모늄을 액상 매체에 용해시킨 것을 도포하고, 건조시킴으로써, 또는 금속 할로젠화물 페로브스카이트류의 퀀텀닷을 액상 매체에 분산시켜 도포, 건조시킴으로써 발광층(113)을 형성할 수 있다. 또한, 증착법을 사용하는 경우에는 금속 할로젠화물 페로브스카이트류를 진공 증착법으로 증착하는 방법, 메탈하라이드와 유기 암모늄을 공증착하는 방법 등의 방법을 사용할 수 있다. 또한, 이 외의 방법으로 성막하여도 좋다.
또한, 금속 할로젠화물 페로브스카이트류의 퀀텀닷을 발광 재료로서 호스트에 분산시킨 발광층을 형성하기 위해서는, 호스트 재료에 퀀텀닷을 분산시키거나, 또는 호스트 재료와 퀀텀닷을 적절한 액상 매체에 용해 또는 분산시키고 나서, 웨트 프로세스(스핀코팅법, 캐스트법, 다이코팅법, 블레이드코팅법, 롤코팅법, 잉크젯법, 인쇄법, 스프레이코팅법, 커튼코팅법, 랭뮤어 블라젯 법 등)나, 진공 증착법을 사용한 공증착에 의하여 형성하면 좋다. 금속 할로젠화물 페로브스카이트류를 포함하는 발광층은 상기 웨트 프로세스 외, 진공 증착법도 적합하게 이용할 수 있다.
웨트 프로세스에 사용하는 액상 매체로서는, 예를 들어, 메틸에틸케톤, 사이클로헥사논 등의 케톤류, 아세트산에틸 등의 지방산 에스터류, 다이클로로벤젠 등의 할로젠화 탄화수소류, 톨루엔, 자일렌, 메시틸렌, 사이클로헥실벤젠 등의 방향족 탄화수소류, 사이클로헥세인, 데카린, 도데케인 등의 지방족 탄화수소류, 다이메틸폼아마이드(DMF), 다이메틸설폭사이드(DMSO) 등의 유기 용매를 사용할 수 있다.
금속 할로젠화물 페로브스카이트류의 퀀텀닷은 입방체 형상인 것 외에, 막대(rod) 형상, 플레이트 형상, 구상 등, 다양한 형상을 취할 수 있다. 그 크기는 1μm 이하, 바람직하게는 500nm 이하인 것이 바람직하다.
제 1 전자 수송층(114-1)에 포함되는 제 1 전자 수송 재료는 전자 수송성이 양호한 물질인 것이 바람직하다. 이는 금속 할로젠화물 페로브스카이트류가 양호한 정공 수송성을 갖기 때문에 캐리어 밸런스를 잡는 것을 목적으로 한다. 금속 할로젠화물 페로브스카이트류의 정공 수송성이 높아 캐리어 밸런스가 무너지면, 발광 영역의 편향이나 정공의 전자 수송층으로의 관통에 의하여 발광 효율의 저하나 수명의 저하를 일으킬 우려가 있기 때문이다. 구체적으로는 10-6cm2/Vs 이상의 전자 이동도를 갖는 물질인 것이 바람직하다.
또한, 금속 할로젠화물 페로브스카이트류는 리튬 등, 알칼리 금속이나 알칼리 토금속에 민감하게 반응하여 소광된다. 알칼리 금속이나 알칼리 토금속은 음극(102)으로부터의 주입을 돕기 위한 목적으로 전자 주입 버퍼층(115)의 재료로서 사용되는 경우가 많다. 그러므로, 제 1 전자 수송 재료는 알칼리 금속이나 알칼리 토금속, 특히 리튬의 확산을 억제하는 기능을 갖는 화합물인 것이 바람직하다. 이와 같은 재료로서는 안트라센 유도체가 특히 적합하다. 안트라센 유도체는 알칼리 금속이나 알칼리 토금속의 확산을 효과적으로 억제하고, 또한 전자 수송성이 양호한 물질이다.
제 1 전자 수송 재료로서는, 예를 들어, 비스(10-하이드록시벤조[h]퀴놀리네이토)베릴륨(II)(약칭: BeBq2), 비스(2-메틸-8-퀴놀리놀레이토)(4-페닐페놀레이토)알루미늄(III)(약칭: BAlq), 비스(8-퀴놀리놀레이토)아연(II)(약칭: Znq), 비스[2-(2-벤즈옥사졸릴)페놀레이토]아연(II)(약칭: ZnPBO), 비스[2-(2-벤조싸이아졸릴)페놀레이토]아연(II)(약칭: ZnBTZ) 등의 금속 착체를 들 수 있다. 또한, 폴리아졸 골격을 갖는 헤테로 고리 화합물을 사용할 수도 있고, 예를 들어 2-(4-바이페닐일)-5-(4-tert-뷰틸페닐)-1,3,4-옥사다이아졸(약칭: PBD), 1,3-비스[5-(p-tert-뷰틸페닐)-1,3,4-옥사다이아졸-2-일]벤젠(약칭: OXD-7), 9-[4-(5-페닐-1,3,4-옥사다이아졸-2-일)페닐]-9H-카바졸(약칭: CO11)과 같은 옥사다이아졸 유도체나, 3-(4-바이페닐일)-4-페닐-5-(4-tert-뷰틸페닐)-1,2,4-트라이아졸(약칭: TAZ)과 같은 트라이아졸 유도체나, 2,2',2''-(1,3,5-벤젠트라이일)트리스(1-페닐-1H-벤즈이미다졸)(약칭: TPBI), 2-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]-1-페닐-1H-벤즈이미다졸(약칭: mDBTBIm-II) 등의 벤즈이미다졸 유도체를 들 수 있다. 또한, 2-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mDBTPDBq-II), 2-[3'-(다이벤조싸이오펜-4-일)바이페닐-3-일]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mDBTBPDBq-II), 2-[3'-(9H-카바졸-9-일)바이페닐-3-일]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mCzBPDBq), 4,6-비스[3-(페난트렌-9-일)페닐]피리미딘(약칭: 4,6mPnP2Pm), 4,6-비스[3-(4-다이벤조싸이엔일)페닐]피리미딘(약칭: 4,6mDBTP2Pm-II) 등의 다이아진 골격을 갖는 헤테로 고리 화합물이나, 2,4,6-트리스(바이페닐-3-일)-1,3,5-트라이아진(약칭: T2T), 2,4,6-트리스[3'-(피리딘-3-일)바이페닐-3-일]-1,3,5-트라이아진(약칭: TmPPPyTz), 9-(4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진-2-일)-9'-페닐-9H,9'H-3,3'-바이카바졸(약칭: CzT), 2-{3-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]페닐}-4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진(약칭: mDBtBPTzn) 등의 트라이아진 골격을 갖는 헤테로 고리 화합물이나, 3,5-비스[3-(9H-카바졸-9-일)페닐]피리딘(약칭: 35DCzPPy), 1,3,5-트라이[3-(3-피리딜)-페닐]벤젠(약칭: TmPyPB) 등의 피리딘 골격을 갖는 헤테로 고리 화합물을 들 수 있다. 상술한 것 중에서도, 다이아진 골격을 갖는 헤테로 고리 화합물이나 트라이아진 골격을 갖는 헤테로 고리 화합물이나 피리딘 골격을 갖는 헤테로 고리 화합물은 신뢰성이 양호하여 바람직하다. 특히, 다이아진(피리미딘이나 피라진) 골격을 갖는 헤테로 고리 화합물이나 트라이아진 골격을 갖는 헤테로 고리 화합물은 전자 수송성이 높아 구동 전압의 저감에도 기여한다.
또한, n형의 화합물 반도체를 사용하여도 좋고, 예를 들어, 산화 타이타늄(TiO2), 산화 아연(ZnO), 산화 실리콘(SiO2), 산화 주석(SnO2), 산화 텅스텐(WO3), 산화 탄탈럼(Ta2O3), 타이타늄산 바륨(BaTiO3), 지르콘산 바륨(BaZrO3), 산화 지르코늄(ZrO2), 산화 하프늄(HfO2), 산화 알루미늄(Al2O3), 산화 이트륨(Y2O3), 지르코늄 실리케이트(ZrSiO4) 등의 산화물, 질화 실리콘(Si3N4)과 같은 질화물, 황화 카드뮴(CdS), 셀레늄화 아연(ZnSe) 및 황화 아연(ZnS) 등을 사용할 수도 있다.
또한, 폴리(2,5-피리딘-다이일)(약칭: PPy), 폴리[(9,9-다이헥실플루오렌-2,7-다이일)-co-(피리딘-3,5-다이일)](약칭: PF-Py), 폴리[(9,9-다이옥틸플루오렌-2,7-다이일)-co-(2,2'-바이피리딘-6,6'-다이일)](약칭: PF-BPy), 폴리(9,9-다이옥틸플루오렌-2,7-다이일)(약칭: F8), 폴리[(9,9-다이옥틸플루오렌-2,7-다이일)-alt-(벤조[2,1,3]싸이아다이아졸-4,8-다이일)](약칭: F8BT) 등의 고분자 화합물을 사용할 수도 있다.
또한, 9-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸(약칭: CzPA), 7-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-7H-다이벤조[c,g] 카바졸(약칭: cgDBCzPA), 9-페닐-3-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸(약칭: PCzPA), 4-[3-(9,10-다이페닐-2-안트릴)페닐]다이벤조퓨란(약칭: 2mDBFPPA-II), t-BuDNA, 9-(2-나프틸)-10-[4-(1-나프틸)페닐] 안트라센(약칭: BH-1)과 같은 축합 방향족 탄화수소 고리를 갖는 물질, 특히 안트라센 골격을 갖는 물질은 전자 수송성도 높고, 알칼리 금속 및 알칼리 토금속의 확산을 억제하므로 바람직한 선택이다. 또한, 제 1 전자 수송 재료의 전자 이동도는 제 2 전자 수송 재료의 전자 이동도보다 큰 것이 바람직하다.
또한, 제 1 전자 수송 재료는 그 형광 양자 수율이 0.5 이상인 것이 바람직하다. 이것은 정공 수송성이 높은 금속 할로젠화물 페로브스카이트류를 포함하는 발광층(113)으로부터 제 1 전자 수송층(114-1)으로 정공이 누설되어, 제 1 전자 수송 재료의 여기 상태가 형성된 경우, 푀르스터 기구에 의한 에너지 이동을 이용함으로써 금속 할로젠화물 페로브스카이트류에 여기 에너지를 환원하고, 발광층(113)의 발광 효율의 향상을 도모할 수 있기 때문이다. 이와 같은 관점에서는, 제 1 전자 수송 재료로서는, 에너지 갭이 비교적 크며 형광 양자 수율이 높은 안트라센 골격을 갖는 물질이 유용하다.
제 2 전자 수송 재료로서는, 음극(102)으로부터의 전자의 주입을 용이하게 하는 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 특히, 전자 주입 버퍼층(115)으로서 제공된 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속과 상호 작용함으로써 전자의 주입이 용이하게 되는 물질을 제 2 전자 수송 재료로서 사용하는 것은, 발광 물질을 포함하는 층(103)으로의 전자의 주입을 더 용이하게 할 수 있기 때문에, 바람직한 구성이다.
제 2 전자 수송 재료로서는, 바소큐프로인(약칭: BCP), 2,9-비스(나프탈렌-2-일)-4,7-다이페닐-1,10-페난트롤린(약칭: NBPhen), 4,4'-다이(1,10-페난트롤린-2-일)바이페닐(약칭: Phen2BP), 2,2'-(3,3'-페닐렌)비스(9-페닐-1,10-페난트롤린)(약칭: mPPhen2P), 2,2'-[2,2'-바이피리딘-5,6-다이일비스(바이페닐-4,4'-다이일)]비스벤즈옥사졸(약칭: BOxP2BPy), 2,2'-[2-(바이피리딘-2-일)피리딘-5,6-다이일비스(바이페닐-4,4'-다이일)]비스벤즈옥사졸(약칭: BOxP2PyPm), 1,3,5-트라이[3-(3-피리딜)페닐]벤젠(약칭: TmPyPB), 1,3-비스[3,5-다이(피리딘-3-일)페닐]벤젠(약칭: BmPyPhB), 3,3',5,5'-테트라[(m-피리딜)-페닐-3-일]바이페닐(약칭: BP4mPy), 2-(나프탈렌-2-일)-4,7-다이페닐-1,10-페난트롤린(약칭: HNBPhen), 3,3'-5,5'-테트라[(메타-피리딜)-펜-3-일]바이페닐, 2,9-다이페닐-1,10-페난트롤린(약칭: 2,9DPPhen), 3,4,7,8-테트라메틸-1,10-페난트롤린(약칭: TMePhen)과 같은, 질소를 포함하는 6원 헤테로 방향족 고리를 갖는 물질이 바람직하다. 특히 2, 2'-바이피리딘 골격을 포함하는 물질은 음극으로부터의 전자 주입이 용이하고, 그 중에서도 페난트롤린 유도체는 전자 수송성도 높아 더 바람직하다.
전자 주입 버퍼층(115)으로서는, 플루오린화 리튬(LiF), 플루오린화 세슘(CsF), 플루오린화 칼슘(CaF2) 등과 같은 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 또는 그들의 화합물을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 전자 수송성을 갖는 물질로 이루어지는 층 중에 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 또는 그들의 화합물을 함유시킨 것이나, 전자화물(electride)을 사용하여도 좋다. 이 전자화물로서는, 예를 들어, 칼슘과 알루미늄의 혼합 산화물에 전자를 고농도 첨가한 물질 등을 들 수 있다.
제 1 전자 수송층(114-1), 제 2 전자 수송층(114-2) 및 전자 주입 버퍼층(115)은 진공 증착법으로 형성하는 것이 가능하지만, 다른 방법에 의하여 형성되어도 좋다.
이상, 발광층(113)으로부터 음극(102) 측에서의 발광 물질을 포함하는 층(103)의 적층 구조 및 그 구성에 대하여 설명하였다. 이어서, 발광층(113)으로부터 양극(101) 측에서의 발광 물질을 포함하는 층(103)의 적층 구조 및 그 구성에 대하여 설명한다.
금속 할로젠화물 페로브스카이트류를 발광 물질로서 사용한 발광층에 있어서는, OLED 소자와 같은 정공 주입층(111) 및 정공 수송층(112)을 사용할 수 있다. 그러나, 금속 할로젠화물 페로브스카이트류는 스핀코팅이나 블레이드코팅 등, 습식법에 의하여 성막하는 것이 가능하기 때문에, 이 경우, 정공 주입층(111)이나 정공 수송층(112)도 습식법으로 형성하는 것이 바람직하다.
습식법으로 정공 수송층(112)을 형성하는 경우는 폴리(N-바이닐카바졸)(약칭: PVK)이나 폴리(4-바이닐트라이페닐아민)(약칭: PVTPA), 폴리[N-(4-{N'-[4-(4-다이페닐아미노)페닐]페닐-N'-페닐아미노}페닐)메타크릴아마이드](약칭: PTPDMA), 폴리[N,N'-비스(4-뷰틸페닐)-N,N'-비스(페닐)벤지딘](약칭: Poly-TPD) 등의 고분자 화합물을 사용할 수 있다.
또한, 습식법으로 정공 주입층(111)을 형성하는 경우는 폴리(에틸렌다이옥시싸이오펜)/폴리(스타이렌설폰산)수용액(PEDOT/PSS), 폴리아닐린/장뇌설폰산 수용액(PANI/CSA), PTPDES, Et-PTPDEK, 또는 PPBA, 폴리아닐린/폴리(스타이렌설폰산)(PANI/PSS) 등의 산을 첨가한 도전성 고분자 화합물 등을 사용할 수 있다.
정공 수송층(112)이나 정공 주입층(111)은 습식법이 아니어도 형성할 수 있다.
이 경우, 정공 주입층(111)은 억셉터성이 비교적 높은 제 1 물질로 형성하면 좋다. 또한, 억셉터성을 갖는 제 1 물질과, 정공 수송성을 갖는 제 2 물질이 혼합된 복합 재료로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 제 1 물질은 제 2 물질에 대하여 억셉터성을 갖는 물질을 사용한다. 제 1 물질이 제 2 물질로부터 전자를 뽑아냄으로써 제 1 물질에 전자가 발생되어, 전자가 뽑힌 제 2 물질에는 정공이 발생한다. 뽑힌 전자와 발생한 정공은 전계에 의하여 전자가 양극(101)으로 흘리고, 정공이 정공 수송층(112)을 통하여 발광층(113)으로 주입된다.
제 1 물질은 전이 금속 산화물 또는 원소 주기율표에서의 4족 내지 8족에 속하는 금속의 산화물, 전자 구인성기(할로젠기나 사이아노기)를 갖는 유기 화합물 등이 바람직하다.
상술한 전이 금속 산화물, 원소 주기율표에서의 4족 내지 8족에 속하는 금속의 산화물로서는, 바나듐 산화물, 나이오븀 산화물, 탄탈럼 산화물, 크로뮴 산화물, 몰리브데넘 산화물, 텅스텐 산화물, 망가니즈 산화물, 레늄 산화물, 타이타늄 산화물, 루테늄 산화물, 지르코늄 산화물, 하프늄 산화물, 및 은 산화물이 억셉터성이 높으므로 바람직하다. 이 중에서도 몰리브데넘 산화물은 대기 중에서도 안정적이고, 흡습성이 낮으며, 취급하기 쉽기 때문에 특히 적합하다.
상기 전자 구인성기(할로젠기나 사이아노기)를 갖는 화합물로서는, 7,7,8,8-테트라사이아노-2,3,5,6-테트라플루오로퀴노다이메테인(약칭: F4-TCNQ), 클로라닐, 2,3,6,7,10,11-헥사사이아노-1,4,5,8,9,12-헥사아자트라이페닐렌(약칭: HAT-CN), 1,3,4,5,7,8-헥사플루오로테트라사이아노-나프트퀴노다이메테인(약칭: F6-TCNNQ) 등을 들 수 있다. 특히, HAT-CN과 같이 헤테로 원자를 복수로 갖는 축합 방향족 고리에 전자 구인성기가 결합된 화합물이, 열적으로 안정적이기 때문에 바람직하다.
제 2 물질은 정공 수송성을 갖는 물질이고, 10-6cm2/Vs 이상의 정공 이동도를 갖는 것이 바람직하다. 제 2 물질로서 사용할 수 있는 재료에는, N,N'-다이(p-톨릴)-N,N'-다이페닐-p-페닐렌다이아민(약칭: DTDPPA), 4,4'-비스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: DPAB), N,N'-비스{4-[비스(3-메틸페닐)아미노]페닐}-N,N'-다이페닐-(1,1'-바이페닐)-4,4'-다이아민(약칭: DNTPD), 1,3,5-트리스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]벤젠(약칭: DPA3B) 등의 방향족 아민, 3-[N-(9-페닐카바졸-3-일)-N-페닐아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzPCA1), 3,6-비스[N-(9-페닐카바졸-3-일)-N-페닐아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzPCA2), 3-[N-(1-나프틸)-N-(9-페닐카바졸-3-일)아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzPCN1), 4,4'-다이(N-카바졸릴)바이페닐(약칭: CBP), 1,3,5-트리스[4-(N-카바졸릴)페닐]벤젠(약칭: TCPB), 9-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸(약칭: CzPA), 1,4-비스[4-(N-카바졸릴)페닐]-2,3,5,6-테트라페닐벤젠 등의 카바졸 유도체, 2-tert-뷰틸-9,10-다이(2-나프틸)안트라센(약칭: t-BuDNA), 2-tert-뷰틸-9,10-다이(1-나프틸)안트라센, 9,10-비스(3,5-다이페닐페닐)안트라센(약칭: DPPA), 2-tert-뷰틸-9,10-비스(4-페닐페닐)안트라센(약칭: t-BuDBA), 9,10-다이(2-나프틸)안트라센(약칭: DNA), 9,10-다이페닐안트라센(약칭: DPAnth), 2-tert-뷰틸안트라센(약칭: t-BuAnth), 9,10-비스(4-메틸-1-나프틸)안트라센(약칭: DMNA), 2-tert-뷰틸-9,10-비스[2-(1-나프틸)페닐]안트라센, 9,10-비스[2-(1-나프틸)페닐]안트라센, 2,3,6,7-테트라메틸-9,10-다이(1-나프틸)안트라센, 2,3,6,7-테트라메틸-9,10-다이(2-나프틸)안트라센, 9,9'-바이안트릴, 10,10'-다이페닐-9,9'-바이안트릴, 10,10'-비스(2-페닐페닐)-9,9'-바이안트릴, 10,10'-비스[(2,3,4,5,6-펜타페닐)페닐]-9,9'-바이안트릴, 안트라센, 테트라센, 펜타센, 코로넨, 루브렌, 페릴렌, 2,5,8,11-테트라(tert-뷰틸)페릴렌 등의 방향족 탄화수소가 있다. 방향족 탄화수소는 바이닐 골격을 가져도 좋다. 바이닐기를 갖는 방향족 탄화수소로서는, 예를 들어, 4,4'-비스(2,2-다이페닐바이닐)바이페닐(약칭: DPVBi), 9,10-비스[4-(2,2-다이페닐바이닐)페닐]안트라센(약칭: DPVPA) 등을 들 수 있다. 또한 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: NPB), N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-다이페닐-[1,1'-바이페닐]-4,4'-다이아민(약칭: TPD), 4,4'-비스[N-(스파이로-9,9'-바이플루오렌-2-일)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: BSPB), 4-페닐-4'-(9-페닐플루오렌-9-일)트라이페닐아민(약칭: BPAFLP), 4-페닐-3'-(9-페닐플루오렌-9-일)트라이페닐아민(약칭: mBPAFLP), 4-페닐-4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBA1BP), 4,4'-다이페닐-4''-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBBi1BP), 4-(1-나프틸)-4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBANB), 4,4'-다이(1-나프틸)-4''-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBNBB), 9,9-다이메틸-N-페닐-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-플루오렌-2-아민(약칭: PCBAF), N-페닐-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]스파이로-9,9'-바이플루오렌-2-아민(약칭: PCBASF) 등의 방향족 아민 골격을 갖는 화합물, 1,3-비스(N-카바졸릴)벤젠(약칭: mCP), 4,4'-다이(N-카바졸릴)바이페닐(약칭: CBP), 3,6-비스(3,5-다이페닐페닐)-9-페닐카바졸(약칭: CzTP), 3,3'-비스(9-페닐-9H-카바졸)(약칭: PCCP) 등의 카바졸 골격을 갖는 화합물이나, 4,4',4''-(벤젠-1,3,5-트라이일)트라이(다이벤조싸이오펜)(약칭: DBT3P-II), 2,8-다이페닐-4-[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]다이벤조싸이오펜(약칭: DBTFLP-III), 4-[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]-6-페닐다이벤조싸이오펜(약칭: DBTFLP-IV) 등의 싸이오펜 골격을 갖는 화합물이나, 4,4',4''-(벤젠-1,3,5-트라이일)트라이(다이벤조퓨란)(약칭: DBF3P-II), 4-{3-[3-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]페닐}다이벤조퓨란(약칭: mmDBFFLBi-II) 등의 퓨란 골격을 갖는 화합물을 사용할 수 있다. 상술한 것 중에서도 방향족 아민 골격을 갖는 화합물이나 카바졸 골격을 갖는 화합물은 신뢰성이 양호하고, 또한 정공 수송성이 높아, 구동 전압 저감에도 기여하기 때문에 바람직하다.
정공 수송층(112)을 형성하는 경우는 상기 제 2 물질로서 든 재료를 사용하여 형성할 수 있다.
양극(101)은 일함수가 큰(구체적으로는 4.0eV 이상) 금속, 합금, 도전성 화합물, 및 이들의 혼합물 등을 사용하여 형성하는 것이 바람직하다. 구체적으로는 예를 들어, 산화 인듐-산화 주석(ITO: Indium Tin Oxide), 실리콘 또는 산화 실리콘을 함유한 산화 인듐-산화 주석, 산화 인듐-산화 아연, 산화 텅스텐 및 산화 아연을 함유한 산화 인듐(IWZO) 등을 들 수 있다. 이들 도전성 금속 산화물막은 일반적으로 스퍼터링법에 의하여 형성되지만, 졸-겔법 등을 응용하여 제작하여도 좋다. 제작 방법의 예에는, 산화 인듐-산화 아연의 경우, 산화 인듐에 대하여 1wt% 이상 20wt% 이하의 산화 아연을 첨가한 타깃을 사용하여 스퍼터링법에 의하여 형성하는 방법 등이 있다. 또한, 산화 텅스텐 및 산화 아연을 함유하는 산화 인듐(IWZO)의 경우, 산화 인듐에 대하여 산화 텅스텐을 0.5wt% 이상 5wt% 이하로, 산화 아연을 0.1wt% 이상 1wt% 이하로 함유하는 타깃을 사용하여 스퍼터링법에 의하여 형성할 수도 있다. 이 외에, 금(Au), 백금(Pt), 니켈(Ni), 텅스텐(W), 크로뮴(Cr), 몰리브데넘(Mo), 철(Fe), 코발트(Co), 구리(Cu), 팔라듐(Pd), 알루미늄(Al), 또는 금속 재료의 질화물(예를 들어, 질화 타이타늄) 등을 들 수 있다. 또한, 그래핀도 사용할 수 있다. 또한, 정공 주입층(111)에 제 1 물질과 제 2 물질을 포함하는 복합 재료를 사용하는 경우에는 일함수에 상관없이 상술한 것 외의 전극 재료를 선택할 수도 있다.
음극(102)을 형성하는 물질로서는, 리튬(Li)이나 세슘(Cs) 등의 알칼리 금속, 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr) 등의 원소 주기율표 1족 또는 2족에 속하는 원소, 및 이들 원소를 포함하는 합금(MgAg, AlLi)과, 유로퓸(Eu), 이터븀(Yb) 등의 희토류 금속 및 이들 금속을 포함하는 합금과, ITO와, 실리콘 또는 산화 실리콘을 함유하는 산화 인듐-산화 주석과, 산화 인듐-산화 아연과, 산화 텅스텐 및 산화 아연을 함유하는 산화 인듐(IWZO) 등을 들 수 있다. 또한, 알루미늄(Al), 은(Ag), 인듐 주석 산화물(ITO), 실리콘 또는 산화 실리콘을 함유하는 산화 인듐-산화 주석 등 다양한 도전성 재료를 음극(102)으로서 사용할 수 있다. 이들 도전성 재료는 진공 증착법이나 스퍼터링법 등의 건식법, 잉크젯법, 스핀코팅법 등을 사용하여 성막할 수 있다. 또한, 졸-겔법을 이용하여 습식법으로 형성하여도 좋고, 금속 재료의 페이스트를 사용하여 습식법으로 형성하여도 좋다.
또한, 전자 주입 버퍼층(115) 대신에 전하 발생층(116)을 제공하여도 좋다(도 1의 (B) 참조). 전하 발생층(116)은 전위의 인가에 의하여 상기 층의 음극 측에 접촉하는 층에 정공을, 양극 측에 접촉하는 층에 전자를 주입할 수 있는 층을 말한다. 전하 발생층(116)에는 적어도 P형층(117)이 포함된다. P형층(117)은 상술한 정공 주입층(111)을 구성할 수 있는 재료, 특히 복합 재료를 사용하여 형성하는 것이 바람직하다. 또한, P형층(117)은 복합 재료를 구성하는 재료로서 상술한 억셉터 재료를 포함하는 막과 정공 수송 재료를 포함하는 막을 적층하여 구성하여도 좋다. P형층(117)에 전위를 인가함으로써, 제 2 전자 수송층(114-2)에 전자가, 음극(102)에 정공이 주입되어, 발광 소자가 동작한다.
또한, 전하 발생층(116)에는 P형층(117) 외에, 전자 릴레이층(118) 및 전자 주입 버퍼층(119) 중 어느 한쪽 또는 양쪽 모두가 제공되는 것이 바람직하다.
전자 릴레이층(118)은 적어도 전자 수송성을 갖는 물질을 포함하고, 전자 주입 버퍼층(119)과 P형층(117)의 상호 작용을 방지하여 전자를 원활하게 이동시키는 기능을 갖는다. 전자 릴레이층(118)에 포함되는 전자 수송성을 갖는 물질의 LUMO 준위는 P형층(117)에서의 억셉터성 물질의 LUMO 준위와, 제 2 전자 수송층(114-2)에서의 전하 발생층(116)에 접촉하는 층에 포함되는 물질의 LUMO 준위 사이인 것이 바람직하다. 전자 릴레이층(118)에 사용되는 전자 수송성을 갖는 물질에서의 LUMO 준위의 구체적인 에너지 준위는 -5.0eV 이상, 바람직하게는 -5.0eV 이상 -3.0eV 이하로 하면 좋다. 또한, 전자 릴레이층(118)에 사용되는 전자 수송성을 갖는 물질로서는 프탈로사이아닌계 재료 또는 금속-산소 결합과 방향족 배위자를 갖는 금속 착체를 사용하는 것이 바람직하다.
전자 주입 버퍼층(119)에는, 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 희토류 금속, 및 이들의 화합물(알칼리 금속 화합물(산화 리튬 등의 산화물, 할로젠화물, 탄산 리튬이나 탄산 세슘 등의 탄산염을 포함함), 알칼리 토금속 화합물(산화물, 할로젠화물, 탄산염을 포함함), 또는 희토류 금속의 화합물(산화물, 할로젠화물, 탄산염을 포함함)) 등 전자 주입성이 높은 물질을 사용할 수 있다.
또한, 전자 주입 버퍼층(119)이 전자 수송성을 갖는 물질과 도너성 물질을 포함하여 형성되는 경우에는, 도너성 물질로서 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 희토류 금속, 및 이들의 화합물(알칼리 금속 화합물(산화 리튬 등의 산화물, 할로젠화물, 탄산 리튬이나 탄산 세슘 등의 탄산염을 포함함), 알칼리 토금속 화합물(산화물, 할로젠화물, 탄산염을 포함함), 또는 희토류 금속의 화합물(산화물, 할로젠화물, 탄산염을 포함함))을 사용할 수 있고, 이 외에도 테트라싸이아나프타센(약칭: TTN), 니켈로센, 데카메틸니켈로센 등의 유기 화합물을 사용할 수도 있다. 또한, 전자 수송성을 갖는 물질로서는, 상술한 제 1 전자 수송층(114-1)이나 제 2 전자 수송층(114-2)을 구성하는 재료와 비슷한 재료를 사용하여 형성할 수 있다.
발광 물질을 포함하는 층(103)의 형성 방법으로서는, 건식법, 습식법을 불문하고 다양한 방법을 사용할 수 있다. 예를 들어, 진공 증착법이나 웨트 프로세스법(스핀코팅법, 캐스트법, 다이코팅법, 블레이드코팅법, 롤코팅법, 잉크젯법, 인쇄법(그라비어 인쇄법, 오프셋 인쇄법, 스크린 인쇄법 등), 스프레이 코팅법, 커튼 코팅법, 랭뮤어 블라젯 법 등) 등을 사용하여도 좋다.
또한 상술한 각 전극 또는 각 층을 상이한 성막 방법을 사용하여 형성하여도 상관없다.
여기서, 액적 토출법을 사용하여 발광 물질을 포함하는 층(786)을 형성하는 방법에 대하여 도 2를 참조하여 설명한다. 도 2의 (A) 내지 (D)는 발광 물질을 포함하는 층(786)의 제작 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
우선, 평탄화 절연막(770) 위에 도전막(772)이 형성되고, 도전막(772)의 일부를 덮도록 절연막(730)이 형성된다(도 2의 (A) 참조).
다음으로, 절연막(730)의 개구인 도전막(772)의 노출 부분에 액적 토출 장치(783)로부터 액적(784)을 토출하여, 조성물을 포함하는 층(785)을 형성한다. 액적(784)은 용매를 포함하는 조성물이며 도전막(772) 위에 부착된다(도 2의 (B) 참조).
또한, 액적(784)을 토출하는 공정을 감압하에서 수행하여도 좋다.
다음으로, 조성물을 포함하는 층(785)으로부터 용매를 제거하여 고체화함으로써 발광 물질을 포함하는 층(786)을 형성한다(도 2의 (C) 참조).
또한, 용매의 제거 방법으로서는 건조 공정 또는 가열 공정을 수행하면 좋다.
다음으로, 발광 물질을 포함하는 층(786) 위에 도전막(788)을 형성하여 발광 소자(782)를 형성한다(도 2의 (D) 참조).
이와 같이, 발광 물질을 포함하는 층(786)의 형성을 액적 토출법으로 수행하면 선택적으로 조성물을 토출할 수 있기 때문에, 재료의 낭비를 삭감할 수 있다. 또한, 형상을 가공하기 위한 리소그래피 공정 등도 필요하지 않아, 공정도 간략화할 수 있으므로 저비용화를 달성할 수 있다.
또한, 상술한 액적 토출법이란, 조성물의 토출구를 갖는 노즐, 또는 하나 또는 복수의 노즐을 갖는 헤드 등 액적을 토출하는 수단을 갖는 것의 총칭으로 한다.
다음으로, 액적 토출법에 사용하는 액적 토출 장치에 대하여 도 3을 참조하여 설명한다. 도 3은 액적 토출 장치(1400)를 설명하기 위한 개념도이다.
액적 토출 장치(1400)는 액적 토출 수단(1403)을 갖는다. 또한, 액적 토출 수단(1403)은 헤드(1405), 헤드(1412), 및 헤드(1416)를 갖는다.
헤드(1405) 및 헤드(1412)는 제어 수단(1407)에 접속되고, 이 제어 수단이 컴퓨터(1410)에 의하여 제어됨으로써, 미리 프로그래밍된 패턴으로 묘화할 수 있다.
또한, 묘화하는 타이밍으로서는, 예를 들어 기판(1402) 위에 형성된 마커(1411)를 기준으로 수행하면 좋다. 또는, 기판(1402)의 가장자리를 기준으로 하여 기준점을 확정시켜도 좋다. 여기서는, 마커(1411)를 촬상 수단(1404)으로 검출하여, 화상 처리 수단(1409)에 의하여 디지털 신호로 변환한 것을 컴퓨터(1410)로 인식한 후, 제어 신호를 발생시켜 제어 수단(1407)에 보낸다.
촬상 수단(1404)으로서는, 전하 결합 소자(CCD)나 상보형 금속-산화물-반도체(CMOS)를 이용한 이미지 센서 등을 사용할 수 있다. 또한, 기판(1402) 위에 형성되어야 할 패턴의 정보는 기억 매체(1408)에 저장된 것이며, 이 정보에 의거하여 제어 수단(1407)에 제어 신호를 보냄으로써, 액적 토출 수단(1403)의 헤드(1405), 헤드(1412), 및 헤드(1416) 각각을 개별로 제어할 수 있다. 토출되는 재료는 재료 공급원(1413), 재료 공급원(1414), 및 재료 공급원(1415)으로부터 배관을 통하여 헤드(1405), 헤드(1412), 및 헤드(1416)에 각각 공급된다.
헤드(1405), 헤드(1412), 헤드(1416) 내부는 점선(1406)으로 나타낸 바와 같이 액체상의 재료를 충전하는 공간과, 토출구인 노즐을 갖는 구조가 되어 있다. 도시되지 않았지만, 헤드(1412)도 헤드(1405)와 같은 내부 구조를 갖는다. 헤드(1405) 및 헤드(1412)의 노즐을 상이한 크기로 제공하면, 상이한 재료를 상이한 폭으로 동시에 묘화할 수 있다. 하나의 헤드로 복수 종류의 발광 재료 등을 각각 토출하여 묘화할 수 있고, 넓은 범위에 묘화하는 경우에는, 스루풋을 향상시키기 위하여 복수의 노즐로부터 같은 재료를 동시에 토출하여 묘화할 수 있다. 대형 기판을 사용하는 경우, 헤드(1405), 헤드(1412), 헤드(1416)는 기판 위를, 도 3의 X, Y, Z의 화살표 방향으로 자유롭게 주사하여, 묘화하는 영역을 자유롭게 설정할 수 있기 때문에, 같은 패턴을 하나의 기판에 복수 묘화할 수 있다.
또한, 조성물을 토출하는 공정을 감압하에서 수행하여도 좋다. 토출 시에 기판을 가열하여도 좋다. 조성물을 토출한 후, 건조 및 소성 중 한쪽 또는 양쪽 공정을 수행한다. 건조와 소성은 양쪽 모두 가열 처리 공정이지만, 그 목적, 온도, 및 시간이 상이하다. 건조 공정 및 소성 공정은 상압하 또는 감압하에서 레이저 광 조사나 순간 열 어닐, 가열로를 사용한 가열 등에 의하여 수행된다. 또한, 이 가열 처리를 수행하는 타이밍, 가열 처리 횟수는 특별히 한정되지 않는다. 건조 공정과 소성 공정을 양호하게 수행하기 위한 온도는 기판의 재질 및 조성물의 성질에 의존한다.
상술한 바와 같이 하여, 액적 토출 장치를 사용하여 발광 물질을 포함하는 층(786)을 제작할 수 있다.
액적 토출 장치를 사용하여 발광 물질을 포함하는 층(786)을 제작하는 경우에 있어서, 각종 유기 재료나 금속 할로젠화물 페로브스카이트류를 용매에 용해 또는 분산시킨 조성물을 사용하여 습식법에 의하여 제작하는 경우, 다양한 유기 용제를 사용함으로써 도포용 조성물을 형성할 수 있다. 상기 조성물로서 사용할 수 있는 유기 용제로서는 벤젠, 톨루엔, 자일렌, 메시틸렌, 테트라하이드로퓨란, 다이옥세인, 에탄올, 메탄올, n-프로판올, 아이소프로판올, n-뷰탄올, t-뷰탄올, 아세토나이트릴, 다이메틸설폭사이드, 다이메틸폼아마이드, 클로로폼, 메틸렌클로라이드, 사염화 탄소, 아세트산 에틸, 헥세인, 사이클로헥세인 등 다양한 유기 용제가 있다. 특히, 벤젠, 톨루엔, 자일렌, 메시틸렌 등의 저극성 벤젠 유도체를 사용하면 적합한 농도의 용액을 만들 수 있고, 또한 잉크 내에 포함되는 재료가 산화 등으로 인하여 열화되는 것을 방지할 수 있어 바람직하다. 또한, 제작 후의 막의 균일성이나 막 두께의 균일성 등을 고려하면 비점이 100℃ 이상인 것이 바람직하고, 톨루엔, 자일렌, 메시틸렌을 사용하는 것이 더 바람직하다.
또한, 상기 구성은 다른 실시형태나 본 실시형태 중의 다른 구성과 적절히 조합할 수 있다.
이와 같은 구성을 갖는 금속 할로젠화물 페로브스카이트류를 발광 재료로 한 본 발명의 일 형태의 발광 소자는 전자 수송층이 2층인 것에 의하여, 캐리어 밸런스를 향상시킬 수 있다. 결과적으로, 상기 발광 소자는 양호한 발광 효율을 나타내는 발광 소자로 할 수 있다. 또한, 전자 수송층으로서 알칼리 금속이나 알칼리 토금속의 확산을 억제하는 재료를 사용하여 형성함으로써, 발광 재료의 발광에 악영향을 미치는 알칼리 금속이나 알칼리 토금속의 확산을 억제함으로써, 높은 발광 효율을 유지할 수 있다. 이와 같은 구조를 갖는 발광 소자는 밴드간 전이에서 유래하는 금속 할로젠화물 페로브스카이트류의 퀀텀닷의 발광을 효과적으로 추출할 수 있어, 형광 발광 물질을 사용한 OLED의 외부 양자 효율에서의 이론적 한계 5%를 넘은 매우 높은 외부 양자 효율을 나타내는 발광 소자로 할 수 있다.
이어서, 복수의 발광 유닛을 적층한 구성의 발광 소자(적층형 소자라고도 함)의 형태에 대하여 도 1의 (C)를 참조하여 설명한다. 이 발광 소자는 양극과 음극 사이에 복수의 발광 유닛을 갖는 발광 소자이다. 하나의 발광 유닛은 도 1의 (A)에 도시된 층(103)과 같은 구성을 갖는다. 즉, 도 1의 (A) 또는 (B)에 도시된 발광 소자는 하나의 발광 유닛을 갖는 발광 소자이고, 도 1의 (C)에 도시된 발광 소자는 복수의 발광 유닛을 갖는 발광 소자라고 할 수 있다.
도 1의 (C)에서, 제 1 전극(501)과 제 2 전극(502) 사이에는, 제 1 발광 유닛(511)과 제 2 발광 유닛(512)이 적층되어 있고, 제 1 발광 유닛(511)과 제 2 발광 유닛(512) 사이에는 전하 발생층(513)이 제공되어 있다. 제 1 전극(501)과 제 2 전극(502)은 각각 도 1의 (A)에서의 양극(101)과 음극(102)에 상당하고, 도 1의 (A)의 설명에서 기재한 것과 같은 것을 적용할 수 있다. 또한, 제 1 발광 유닛(511)과 제 2 발광 유닛(512)의 구성은 같아도 좋고 달라도 좋다.
전하 발생층(513)은 제 1 전극(501)과 제 2 전극(502)에 전압이 인가되었을 때 한쪽 발광 유닛에 전자를 주입하고 다른 쪽 발광 유닛에 정공을 주입하는 기능을 갖는다. 즉, 도 1의 (C)에서, 제 1 전극의 전위가 제 2 전극의 전위보다 높아지도록 전압을 인가한 경우, 전하 발생층(513)은 제 1 발광 유닛(511)에 전자를 주입하고 제 2 발광 유닛(512)에 정공을 주입하는 것이면 좋다.
전하 발생층(513)은 도 1의 (B)에서 설명한 전하 발생층(116)과 비슷한 구성으로 형성되는 것이 바람직하다. 유기 화합물과 금속 산화물의 복합 재료는 캐리어 주입성, 캐리어 수송성이 우수하기 때문에, 저전압 구동, 저전류 구동을 구현할 수 있다. 또한, 발광 유닛의 양극 측의 면이 전하 발생층(513)과 접촉되는 경우에는, 전하 발생층(513)이 발광 유닛의 정공 주입층으로서의 역할도 할 수 있기 때문에, 이 발광 유닛에는 정공 주입층을 제공하지 않아도 된다.
또한, 전하 발생층(513)에 전자 주입 버퍼층(119)을 제공하는 경우에는, 이 층이 양극 측의 발광 유닛에서의 전자 주입층의 역할을 갖기 때문에 상기 발광 유닛에 전자 주입층이 더 형성될 필요는 없다.
도 1의 (C)에서는 2개의 발광 유닛을 갖는 발광 소자에 대하여 설명하였지만, 3개 이상의 발광 유닛을 적층한 발광 소자에 대해서도, 마찬가지로 적용하는 것이 가능하다. 본 실시형태에 따른 발광 소자와 같이, 한 쌍의 전극 사이에 복수의 발광 유닛을 전하 발생층(513)으로 칸막이하여 배치함으로써, 전류 밀도를 낮게 유지하면서 고휘도 발광을 가능하게 하고 수명이 더 긴 소자를 구현할 수 있다. 또한, 저전압 구동이 가능하고 소비전력이 낮은 발광 장치를 구현할 수 있다.
또한, 각 발광 유닛의 발광색을 다르게 함으로써, 발광 소자 전체로 원하는 색의 발광을 얻을 수 있다.
(실시형태 2)
본 실시형태에서는 실시형태 1에 기재된 발광 소자를 사용한 발광 장치에 대하여 설명한다.
본 발명의 일 형태에 따른 발광 장치에 대하여 도 4를 참조하여 설명한다. 또한, 도 4의 (A)는 발광 장치를 도시한 상면도이고, 도 4의 (B)는 도 4의 (A)를 A-B 및 C-D를 따라 절단한 단면도이다. 이 발광 장치는, 점선으로 나타낸 구동 회로부(소스선 구동 회로)(601), 화소부(602), 구동 회로부(게이트선 구동 회로)(603)를 발광 소자의 발광을 제어하는 것으로서 포함한다. 또한, 도면에서 604는 밀봉 기판, 605는 실재(sealing material)를 나타내고, 실재(605)로 둘러싸인 내측은 공간(607)이 되어 있다.
또한, 리드 배선(608)은 소스선 구동 회로(601) 및 게이트선 구동 회로(603)에 입력되는 신호를 전송하기 위한 배선이며, 외부 입력 단자가 되는 FPC(flexible printed circuit)(609)로부터 비디오 신호, 클럭 신호, 스타트 신호, 리셋 신호 등을 받는다. 또한, 여기서는 FPC만을 도시하였지만, 이 FPC에 프린트 배선판(PWB)이 장착되어도 좋다. 본 명세서에서는, 발광 장치 본체뿐만 아니라, 이에 FPC 또는 PWB가 장착된 상태도 발광 장치에 포함되는 것으로 한다.
다음으로, 단면 구조에 대하여 도 4의 (B)를 참조하여 설명한다. 소자 기판(610) 위에는 구동 회로부 및 화소부가 형성되어 있지만, 여기서는 구동 회로부인 소스선 구동 회로(601)와, 화소부(602) 중 하나의 화소를 도시하였다.
또한, 소스선 구동 회로(601)에는 n채널형 FET(623)와 p채널형 FET(624)를 조합한 CMOS 회로가 형성된다. 또한, 구동 회로를 다양한 CMOS 회로, PMOS 회로, 또는 NMOS 회로로 형성하여도 좋다. 또한, 본 실시형태에서는, 기판 위에 구동 회로를 형성한 드라이버 일체형에 대하여 설명하지만, 반드시 그렇게 할 필요는 없고 구동 회로를 기판 위가 아니라 외부에 형성할 수도 있다.
또한, 화소부(602)는 스위칭용 FET(611), 전류 제어용 FET(612), 전류 제어용 FET(612)의 드레인에 전기적으로 접속된 제 1 전극(613)을 포함하는 복수의 화소로 형성되어 있지만, 이에 한정되지 않고 3개 이상의 FET와, 용량 소자를 조합한 화소부로 하여도 좋다.
FET에 사용하는 반도체의 종류 및 결정성은 특별히 한정되지 않고, 비정질 반도체를 사용하여도 좋고, 결정성 반도체를 사용하여도 좋다. FET에 사용하는 반도체의 예로서는, 13족 반도체, 14족 반도체, 화합물 반도체, 산화물 반도체, 유기 반도체 재료를 사용할 수 있지만, 산화물 반도체를 사용하는 것이 특히 바람직하다. 이 산화물 반도체로서는 예를 들어, In-Ga 산화물, In-M-Zn 산화물(M은 Al, Ga, Y, Zr, La, Ce, 또는 Nd) 등이 있다. 또한, 에너지 갭이 2eV 이상, 바람직하게는 2.5eV 이상, 더 바람직하게는 3eV 이상인 산화물 반도체 재료를 사용하면, 트랜지스터의 오프 전류를 저감할 수 있으므로 바람직한 구성이 된다.
또한, 제 1 전극(613)의 단부를 덮어 절연물(614)이 형성되어 있다. 여기서는, 포지티브형 감광성 아크릴 수지막을 사용함으로써 형성할 수 있다.
또한, 피복성을 양호하게 하기 위하여, 절연물(614)의 상단부 또는 하단부에 곡률을 갖는 곡면이 형성되도록 한다. 예를 들어, 절연물(614)의 재료로서 포지티브형 감광성 아크릴을 사용하는 경우, 절연물(614)의 상단부만이 곡률 반경(0.2μm 내지 3μm)을 갖는 곡면을 갖도록 하는 것이 바람직하다. 또한, 절연물(614)로서, 네거티브형 감광성 수지 및 포지티브형 감광성 수지 중 어느 쪽이든 사용할 수 있다.
제 1 전극(613) 위에는 EL층(616) 및 제 2 전극(617)이 각각 형성되어 있다. 이들은 각각 도 1의 (A) 또는 (B)에서 설명한 양극(101), 발광 물질을 포함하는 층(103), 및 음극(102)에 상당한다.
EL층(616)에는 유기 금속 착체가 포함되는 것이 바람직하다. 상기 유기 금속 착체는 발광층에서의 발광 중심 물질로서 사용되는 것이 바람직하다.
또한, 실재(605)로 밀봉 기판(604)을 소자 기판(610)과 접합함으로써, 소자 기판(610), 밀봉 기판(604), 및 실재(605)로 둘러싸인 공간(607)에 발광 소자(618)가 제공된 구조가 되어 있다. 또한, 공간(607)에는 충전재가 충전되어 있고, 불활성 기체(질소나 아르곤 등)가 충전되는 경우뿐만 아니라 실재(605)로 충전되는 경우도 있다. 밀봉 기판에는 오목부를 형성하고, 거기에 건조재를 제공하면 수분의 영향으로 인한 열화를 억제할 수 있으므로 바람직한 구성이 된다.
실재(605)에는 에폭시계 수지나 유리 프릿을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 이들 재료는 가능한 한 수분이나 산소를 투과시키지 않는 재료인 것이 바람직하다. 또한, 소자 기판(610) 및 밀봉 기판(604)에 사용하는 재료로서는 유리 기판이나 석영 기판 외에, FRP(Fiber Reinforced Plastics), PVF(Polyvinyl Fluoride), 폴리에스터, 또는 아크릴 등으로 이루어지는 플라스틱 기판을 사용할 수 있다.
예를 들어, 본 명세서 등에서, 다양한 기판을 사용하여 트랜지스터나 발광 소자를 형성할 수 있다. 기판의 종류는 특정한 것에 한정되지 않는다. 그 기판의 일례로서는, 반도체 기판(예를 들어, 단결정 기판 또는 실리콘 기판), SOI 기판, 유리 기판, 석영 기판, 플라스틱 기판, 금속 기판, 스테인리스강 기판, 스테인리스강 포일을 갖는 기판, 텅스텐 기판, 텅스텐 포일을 갖는 기판, 가요성 기판, 접합 필름, 섬유상의 재료를 포함하는 종이, 또는 기재(base) 필름 등이 있다. 유리 기판의 일례로서는, 바륨보로실리케이트 유리, 알루미노보로실리케이트 유리, 또는 소다 석회 유리 등이 있다. 가요성 기판, 접합 필름, 기재 필름 등의 예는 이하와 같다. 예를 들어, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리에터설폰(PES)으로 대표되는 플라스틱이 있다. 또는, 일례로서는, 아크릴 등의 합성 수지 등이 있다. 또는, 일례로서는, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리프로필렌, 폴리에스터, 폴리플루오린화바이닐, 또는 폴리염화바이닐 등이 있다. 또는, 일례로서는, 폴리아마이드, 폴리이미드, 아라미드, 에폭시, 무기 증착 필름, 또는 종이류 등이 있다. 특히, 반도체 기판, 단결정 기판, 또는 SOI 기판 등을 사용하여 트랜지스터를 제작함으로써, 특성, 크기, 또는 형상 등의 편차가 적고, 전류 능력이 높고, 크기가 작은 트랜지스터를 제작할 수 있다. 이러한 트랜지스터로 회로를 구성하면, 회로의 저소비전력화 또는 회로의 고집적화를 도모할 수 있다.
또한, 기판으로서 가요성 기판을 사용하고, 가요성 기판 위에 트랜지스터나 발광 소자를 직접 형성하여도 좋다. 또는, 기판과 트랜지스터 사이나, 기판과 발광 소자 사이에 박리층을 제공하여도 좋다. 박리층은 그 위에 반도체 장치의 일부 또는 전부를 완성시킨 후, 기판으로부터 분리하고, 다른 기판으로 전재(轉載)하기 위하여 사용할 수 있다. 이때, 트랜지스터는 내열성이 낮은 기판이나 가요성 기판에도 전재될 수 있다. 또한, 상술한 박리층에는 예를 들어, 텅스텐막과 산화 실리콘막의 무기막의 적층 구조의 구성이나, 기판 위에 폴리이미드 등의 유기 수지막이 형성된 구성 등을 사용할 수 있다.
즉, 어떤 기판을 사용하여 트랜지스터나 발광 소자를 형성한 후, 트랜지스터나 발광 소자를 다른 기판으로 전재함으로써, 다른 기판 위에 트랜지스터나 발광 소자를 배치하여도 좋다. 트랜지스터나 발광 소자가 전재되는 기판의 일례로서는, 상술한 트랜지스터를 형성할 수 있는 기판에 더하여, 종이 기판, 셀로판 기판, 아라미드 필름 기판, 폴리이미드 필름 기판, 석재 기판, 목재 기판, 천 기판(천연 섬유(견(絹), 면(綿), 마(麻)), 합성 섬유(나일론, 폴리우레탄, 폴리에스터), 또는 재생 섬유(아세테이트, 큐프라, 레이온, 재생 폴리에스터) 등을 포함함), 피혁 기판, 또는 고무 기판 등이 있다. 이들 기판을 사용함으로써, 특성이 좋은 트랜지스터의 형성, 소비전력이 낮은 트랜지스터의 형성, 파괴되기 어려운 장치의 제작, 내열성의 부여, 경량화, 또는 박형화를 도모할 수 있다.
도 5에는, 백색 발광을 나타내는 발광 소자를 형성하고, 착색층(컬러 필터) 등을 제공함으로써 풀 컬러화한 발광 장치의 예를 도시하였다. 도 5의 (A)에는 기판(1001), 하지 절연막(1002), 게이트 절연막(1003), 게이트 전극(1006, 1007, 1008), 제 1 층간 절연막(1020), 제 2 층간 절연막(1021), 주변부(1042), 화소부(1040), 구동 회로부(1041), 발광 소자의 제 1 전극(1024W, 1024R, 1024G, 1024B), 격벽(1025), EL층(1028), 발광 소자의 음극(1029), 밀봉 기판(1031), 실재(1032) 등을 도시하였다.
또한, 도 5의 (A)에서는 착색층(적색 착색층(1034R), 녹색 착색층(1034G), 청색 착색층(1034B))이 투명한 기재(1033)에 제공되어 있다. 또한, 흑색층(블랙 매트릭스)(1035)을 더 제공하여도 좋다. 착색층 및 흑색층이 제공된 투명한 기재(1033)는 위치를 맞추고 기판(1001)에 고정된다. 또한, 착색층 및 흑색층은 오버코트층으로 덮여 있다. 또한, 도 5의 (A)에서는, 광이 착색층을 투과하지 않고 외부로 나가는 발광층과, 광이 각 색의 착색층을 투과하여 외부로 나가는 발광층이 있고, 착색층을 투과하지 않는 광이 백색, 착색층을 투과하는 광이 적색, 청색, 녹색이 되기 때문에, 4색의 화소로 영상을 표현할 수 있다.
도 5의 (B)에는 착색층(적색 착색층(1034R), 녹색 착색층(1034G), 청색 착색층(1034B))을 게이트 절연막(1003)과 제 1 층간 절연막(1020) 사이에 형성하는 경우의 예를 도시하였다. 이와 같이, 착색층은 기판(1001)과 밀봉 기판(1031) 사이에 제공되어도 좋다.
또한, 상술한 발광 장치는, FET가 형성되어 있는 기판(1001) 측으로 광이 추출되는 구조(보텀 이미션형)의 발광 장치로 하였지만, 밀봉 기판(1031) 측으로 광이 추출되는 구조(톱 이미션형)의 발광 장치로 하여도 좋다. 톱 이미션형 발광 장치의 단면도를 도 6에 도시하였다. 이 경우, 기판(1001)으로서는 광을 투과시키지 않는 기판을 사용할 수 있다. FET와 발광 소자의 양극을 접속하는 접속 전극을 제작하는 단계까지는 보텀 이미션형 발광 장치와 마찬가지로 형성한다. 그 후, 제 3 층간 절연막(1037)을 전극(1022)을 덮도록 형성한다. 이 절연막이 평탄화의 역할을 하여도 좋다. 제 3 층간 절연막(1037)은 제 2 층간 절연막과 같은 재료 외에도, 다양한 재료를 사용하여 형성할 수 있다.
여기서는 발광 소자의 제 1 전극(1024W, 1024R, 1024G, 1024B)이 양극인 것으로 하지만, 음극이어도 좋다. 또한, 도 6과 같은 톱 이미션형 발광 장치의 경우, 제 1 전극을 반사 전극으로 하는 것이 바람직하다. EL층(1028)의 구성은 도 1의 (A) 또는 도 1의 (B)의 발광 물질을 포함하는 층(103)으로서 설명한 바와 같은 구성으로 하며, 백색의 발광이 얻어지는, 그런 소자 구조로 한다.
도 6과 같은 톱 이미션 구조의 경우, 착색층(적색 착색층(1034R), 녹색 착색층(1034G), 청색 착색층(1034B))을 제공한 밀봉 기판(1031)에 의하여 밀봉할 수 있다. 밀봉 기판(1031)에는 화소와 화소 사이에 위치하도록 흑색층(블랙 매트릭스)(1035)을 제공하여도 좋다. 착색층(적색 착색층(1034R), 녹색 착색층(1034G), 청색 착색층(1034B))이나 흑색층은 오버코트층에 의하여 덮여 있어도 좋다. 또한, 밀봉 기판(1031)에는 투광성을 갖는 기판을 사용하는 것으로 한다.
또한, 여기서는 적색, 녹색, 청색, 백색의 4색으로 풀 컬러 표시를 하는 경우를 예시하였지만 이에 특별히 한정되지 않고, 적색, 녹색, 청색의 3색이나 적색, 녹색, 청색, 황색의 4색으로 풀 컬러 표시를 하여도 좋다.
도 7에는 본 발명의 일 형태에 따른 패시브 매트릭스형 발광 장치를 도시하였다. 또한, 도 7의 (A)는 발광 장치를 도시한 사시도이고, 도 7의 (B)는 도 7의 (A)를 X-Y를 따라 절단한 단면도이다. 도 7에서, 기판(951) 위에는 전극(952)과 전극(956) 사이에 EL층(955)이 제공되어 있다. 전극(952)의 단부는 절연층(953)으로 덮여 있다. 그리고, 절연층(953) 위에는 격벽층(954)이 제공되어 있다. 격벽층(954)의 측벽은, 기판 면에 가까워짐에 따라 한쪽 측벽과 다른 쪽 측벽의 간격이 좁아지는, 그런 경사를 갖는다. 즉, 격벽층(954)의 짧은 변 방향의 단면은 사다리꼴 형상이고, 밑변(절연층(953)의 면 방향과 같은 방향을 향하고, 절연층(953)과 접촉되는 변)이 윗변(절연층(953)의 면 방향과 같은 방향을 향하고, 절연층(953)과 접촉되지 않는 변)보다 짧다. 이와 같이 격벽층(954)을 제공함으로써 정전기 등에 기인한 발광 소자의 불량을 방지할 수 있다.
이상, 설명한 발광 장치는 매트릭스 형태로 배치된 많은 미소한 발광 소자를, 화소부에 형성된 FET로 각각 제어할 수 있기 때문에, 화상을 표현하는 표시 장치로서 적합하게 이용할 수 있는 발광 장치이다.
<<조명 장치>>
본 발명의 일 형태에 따른 조명 장치에 대하여 도 8을 참조하여 설명한다. 도 8의 (B)는 조명 장치의 상면도이고, 도 8의 (A)는 도 8의 (B)의 e-f를 따르는 단면도이다.
상기 조명 장치는, 지지체인 투광성을 갖는 기판(400) 위에 제 1 전극(401)이 형성되어 있다. 제 1 전극(401)은 도 1의 (A) 및 (B)에서의 양극(101)에 상당한다. 제 1 전극(401) 측으로부터 발광을 추출하는 경우, 투광성을 갖는 재료로 제 1 전극(401)을 형성한다.
제 2 전극(404)에 전압을 공급하기 위한 패드(412)가 기판(400) 위에 형성된다.
제 1 전극(401) 위에는 EL층(403)이 형성되어 있다. EL층(403)은 도 1의 (A) 및 (B)에서의 발광 물질을 포함하는 층(103) 등에 상당한다. 또한, 이들의 구성에 대해서는 상술한 기재를 참조하기 바란다.
EL층(403)을 덮도록 제 2 전극(404)을 형성한다. 제 2 전극(404)은 도 1의 (A)에서의 음극(102)에 상당한다. 발광을 제 1 전극(401) 측으로부터 추출하는 경우, 제 2 전극(404)은 반사율이 높은 재료를 포함하여 형성된다. 제 2 전극(404)은 패드(412)와 접속됨으로써 전압이 공급된다.
제 1 전극(401), EL층(403), 및 제 2 전극(404)으로 발광 소자가 형성된다. 실재(405) 및 실재(406)를 사용하여 상기 발광 소자를 밀봉 기판(407)에 고착시켜 밀봉함으로써 조명 장치가 완성된다. 실재(405) 및 실재(406) 중 어느 한쪽만을 사용하여도 좋다. 또한, 내측의 실재(406)(도 8의 (B)에서는 도시하지 않았음)에는 건조제를 혼합시킬 수도 있고, 이로써 수분을 흡착할 수 있어 신뢰성의 향상으로 이어진다.
또한, 패드(412)와 제 1 전극(401)의 일부를 실재(405, 406) 밖으로 연장시켜 제공함으로써, 외부 입력 단자로 할 수 있다. 또한, 그 위에 컨버터 등을 탑재한 IC칩(420) 등을 제공하여도 좋다.
<<표시 장치>>
여기서는, 본 발명의 일 형태에 따른 반도체 장치를 사용한 표시 장치의 표시부 등에 사용할 수 있는 표시 패널의 일례에 대하여 도 16 및 도 17을 참조하여 설명한다. 이하에서 예시하는 표시 패널은 반사형 액정 소자 및 발광 소자 양쪽을 갖고, 투과 모드 및 반사 모드 양쪽의 표시를 수행할 수 있는 표시 패널이다.
도 16은 본 발명의 일 형태에 따른 표시 패널(688)의 사시 개략도이다. 표시 패널(688)은 기판(651)과 기판(661)이 접합된 구성을 갖는다. 도 16에서는 기판(661)을 파선으로 명시하였다.
표시 패널(688)은 표시부(662), 회로(659), 배선(666) 등을 갖는다. 기판(651)에는 예를 들어, 회로(659), 배선(666), 및 화소 전극으로서 기능하는 도전막(663) 등이 제공된다. 또한, 도 16에는 기판(651) 위에 IC(673)와 FPC(672)가 실장되어 있는 예를 도시하였다. 따라서, 도 16에 도시된 구성을 표시 패널(688), FPC(672), 및 IC(673)를 갖는 표시 모듈이라고 할 수도 있다.
회로(659)에는 예를 들어, 주사선 구동 회로로서 기능하는 회로를 사용할 수 있다.
배선(666)은 표시부나 회로(659)에 신호나 전력을 공급하는 기능을 갖는다. 상기 신호나 전력은 FPC(672)를 통하여 외부로부터, 또는 IC(673)로부터 배선(666)에 입력된다.
또한, 도 16에는 COG(Chip On Glass) 방식 등에 의하여 기판(651)에 IC(673)가 제공되는 예를 도시하였다. IC(673)에는 예를 들어, 주사선 구동 회로 또는 신호선 구동 회로 등으로서의 기능을 갖는 IC를 적용할 수 있다. 또한, 표시 패널(688)이 주사선 구동 회로 및 신호선 구동 회로로서 기능하는 회로를 갖는 경우나, 주사선 구동 회로나 신호선 구동 회로로서 기능하는 회로를 외부에 제공하고, 표시 패널(688)을 구동하기 위한 신호를 FPC(672)를 통하여 입력하는 경우 등에는, IC(673)를 제공하지 않는 구성으로 하여도 좋다. 또한, COF(Chip On Film) 방식 등에 의하여 IC(673)를 FPC(672)에 실장하여도 좋다.
도 16에는 표시부(662)의 일부의 확대도를 도시하였다. 표시부(662)에는 복수의 표시 소자가 갖는 도전막(663)이 매트릭스 형태로 배치되어 있다. 도전막(663)은 가시광을 반사하는 기능을 갖고, 후술하는 액정 소자(640)의 반사 전극으로서 기능한다.
또한, 도 16에 도시된 바와 같이, 도전막(663)은 개구를 갖는다. 또한, 도전막(663)보다 기판(651) 측에 발광 소자(660)를 갖는다. 발광 소자(660)로부터의 광은 도전막(663)의 개구를 통하여 기판(661) 측에 사출된다. 또한, 발광 소자(660)로서 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자를 사용함으로써, 발광 효율이 양호한 발광 소자를 갖는 표시 패널을 제공할 수 있다. 또한, 발광 소자(660)로서 본 발명의 일 형태의 발광 소자를 사용함으로써 색순도가 양호한 발광 소자를 갖는 표시 패널을 제공할 수 있다.
<단면 구성예>
도 17에는, 도 16에서 예시한 표시 패널에서의 FPC(672)를 포함하는 영역의 일부, 회로(659)를 포함하는 영역의 일부, 및 표시부(662)를 포함하는 영역의 일부를 각각 절단하였을 때의 단면의 일례를 나타내었다.
표시 패널은 기판(651)과 기판(661) 사이에 절연막(697)을 갖는다. 또한, 기판(651)과 절연막(697) 사이에 발광 소자(660), 트랜지스터(689), 트랜지스터(691), 트랜지스터(692), 착색층(634) 등을 갖는다. 또한, 절연막(697)과 기판(661) 사이에 액정 소자(640), 착색층(631) 등을 갖는다. 또한, 기판(661)과 절연막(697)은 접착층(641)을 개재하여 접착되고, 기판(651)과 절연막(697)은 접착층(642)을 개재하여 접착되어 있다.
트랜지스터(692)는 액정 소자(640)와 전기적으로 접속되고, 트랜지스터(691)는 발광 소자(660)와 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(691) 및 트랜지스터(692)는 양쪽 모두 절연막(697)의 기판(651) 측의 면 위에 형성되어 있기 때문에, 이들을 동일한 공정에 의하여 제작할 수 있다.
기판(661)에는 착색층(631), 차광막(632), 절연막(698), 및 액정 소자(640)의 공통 전극으로서 기능하는 도전막(695), 배향막(633b), 절연막(696) 등이 제공되어 있다. 절연막(696)은 액정 소자(640)의 셀 갭을 유지하기 위한 스페이서로서 기능한다.
절연막(697)의 기판(651) 측에는 절연막(681), 절연막(682), 절연막(683), 절연막(684), 절연막(685) 등의 절연층이 제공되어 있다. 절연막(681)은 그 일부가 각 트랜지스터의 게이트 절연층으로서 기능한다. 절연막(682), 절연막(683), 및 절연막(684)은 각 트랜지스터를 덮어 제공되어 있다. 또한, 절연막(684)을 덮어 절연막(685)이 제공되어 있다. 절연막(684) 및 절연막(685)은 평탄화층으로서의 기능을 갖는다. 또한, 여기서는 트랜지스터 등을 덮는 절연층으로서, 절연막(682), 절연막(683), 절연막(684)의 3층을 갖는 경우를 제시하였지만, 이에 한정되지 않고 4층 이상이어도 좋고, 단층 또는 2층이어도 좋다. 또한, 평탄화층으로서 기능하는 절연막(684)은 불필요하면 제공하지 않아도 된다.
또한, 트랜지스터(689), 트랜지스터(691), 및 트랜지스터(692)는 일부가 게이트로서 기능하는 도전막(654), 일부가 소스 또는 드레인으로서 기능하는 도전막(652), 및 반도체막(653)을 갖는다. 여기서는, 동일한 도전막을 가공하여 얻어지는 복수의 층에 같은 해칭 패턴을 부여하였다.
액정 소자(640)는 반사형 액정 소자이다. 액정 소자(640)는 도전막(635), 액정층(694), 도전막(695)이 적층된 적층 구조를 갖는다. 또한, 도전막(635)의 기판(651) 측과 접촉하여, 가시광을 반사하는 도전막(663)이 제공되어 있다. 도전막(663)은 개구(655)를 갖는다. 또한, 도전막(635) 및 도전막(695)은 가시광을 투과시키는 재료를 포함한다. 또한, 액정층(694)과 도전막(635) 사이에 배향막(633a)이 제공되고, 액정층(694)과 도전막(695) 사이에 배향막(633b)이 제공되어 있다. 또한, 기판(661)의 바깥쪽 면에 편광판(656)을 갖는다.
액정 소자(640)에서, 도전막(663)은 가시광을 반사하는 기능을 갖고, 도전막(695)은 가시광을 투과시키는 기능을 갖는다. 기판(661) 측으로부터 입사한 광은 편광판(656)에 의하여 편광되고, 도전막(695), 액정층(694)을 투과하고 도전막(663)에서 반사된다. 그리고, 액정층(694) 및 도전막(695)을 다시 투과하고 편광판(656)에 도달한다. 이때, 도전막(663)과 도전막(695) 사이에 인가되는 전압에 의하여 액정의 배향을 제어함으로써, 광의 광학 변조를 제어할 수 있다. 즉, 편광판(656)을 통하여 사출되는 광의 강도를 제어할 수 있다. 또한, 착색층(631)에 의하여 특정한 파장 영역 외의 광이 흡수됨으로써, 추출되는 광은 예를 들어, 적색을 나타내는 광이 된다.
발광 소자(660)는 보텀 이미션형 발광 소자이다. 발광 소자(660)는 절연막(697) 측으로부터 도전막(643), EL층(644), 및 도전막(645b)이 이 순서대로 적층된 적층 구조를 갖는다. 또한, 도전막(645b)을 덮어 도전막(645a)이 제공되어 있다. 도전막(645b)은 가시광을 반사하는 재료를 포함하고, 도전막(643) 및 도전막(645a)은 가시광을 투과하는 재료를 포함한다. 발광 소자(660)가 발하는 광은 착색층(634), 절연막(697), 개구(655), 도전막(695) 등을 통하여 기판(661) 측에 사출된다.
여기서, 도 17에 도시된 바와 같이, 개구(655)에는 가시광을 투과하는 도전막(635)이 제공되어 있는 것이 바람직하다. 이로써, 개구(655)와 중첩되는 영역에서도 그 외의 영역과 마찬가지로 액정층(694)이 배향되기 때문에, 이들 영역의 경계 부분에서 액정의 배향 불량이 발생하여, 의도하지 않은 광이 누설되는 것을 억제할 수 있다.
여기서, 기판(661)의 바깥쪽 면에 배치하는 편광판(656)으로서 직선 편광판을 사용하여도 좋지만, 원 편광판을 사용할 수도 있다. 원 편광판으로서는 예를 들어, 직선 편광판과 1/4 파장 위상차판을 적층한 것을 사용할 수 있다. 이로써, 외광 반사를 억제할 수 있다. 또한, 편광판의 종류에 따라, 액정 소자(640)에 사용하는 액정 소자의 셀 갭, 배향, 구동 전압 등을 조정함으로써, 원하는 콘트라스트가 구현되도록 하면 좋다.
또한, 도전막(643)의 단부를 덮는 절연막(646) 위에는 절연막(647)이 제공되어 있다. 절연막(647)은 절연막(697)과 기판(651)이 필요 이상으로 접근하는 것을 억제하는 스페이서로서의 기능을 갖는다. 또한, EL층(644)이나 도전막(645a)을 차폐 마스크(메탈 마스크)를 사용하여 형성하는 경우에는, 상기 차폐 마스크가 피형성면과 접촉되는 것을 억제하기 위한 기능을 가져도 좋다. 또한, 절연막(647)은 불필요하면 제공하지 않아도 된다.
트랜지스터(691)의 소스 및 드레인 중 한쪽은 도전막(648)을 통하여 발광 소자(660)의 도전막(643)과 전기적으로 접속되어 있다.
트랜지스터(692)의 소스 및 드레인 중 한쪽은 접속부(693)를 통하여 도전막(663)과 전기적으로 접속되어 있다. 도전막(663)과 도전막(635)은 접촉하여 제공되고, 이들은 전기적으로 접속되어 있다. 여기서, 접속부(693)는, 절연막(697)의 양면에 제공되는 도전층끼리를, 절연막(697)에 제공된 개구를 통하여 접속하는 부분이다.
기판(651)과 기판(661)이 중첩되지 않는 영역에는 접속부(690)가 제공되어 있다. 접속부(690)는 접속층(649)을 통하여 FPC(672)와 전기적으로 접속되어 있다. 접속부(690)는 접속부(693)와 같은 구성을 갖는다. 접속부(690) 상면에서는, 도전막(635)과 동일한 도전막을 가공하여 얻어진 도전층이 노출되어 있다. 이로써, 접속부(690)와 FPC(672)를 접속층(649)을 통하여 전기적으로 접속시킬 수 있다.
접착층(641)이 제공되는 일부 영역에는 접속부(687)가 제공되어 있다. 접속부(687)에서는, 도전막(635)과 동일한 도전막을 가공하여 얻어진 도전층과, 도전막(695)의 일부가 접속체(686)에 의하여 전기적으로 접속되어 있다. 따라서, 기판(651) 측에 접속된 FPC(672)로부터 입력되는 신호 또는 전위를, 접속부(687)를 통하여, 기판(661) 측에 형성된 도전막(695)에 공급할 수 있다.
접속체(686)로서는 예를 들어, 도전성 입자를 사용할 수 있다. 도전성 입자로서는 유기 수지 또는 실리카 등의 입자의 표면을 금속 재료로 피복한 것을 사용할 수 있다. 금속 재료로서 니켈이나 금을 사용하면 접촉 저항을 저감시킬 수 있어 바람직하다. 또한, 니켈을 금으로 피복하는 등, 2종류 이상의 금속 재료를 층상으로 피복시킨 입자를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 접속체(686)로서 탄성 변형 또는 소성(塑性) 변형하는 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 이때, 도전성 입자인 접속체(686)는 도 17에 도시된 바와 같이 상하 방향으로 찌부러진 형상을 갖는 경우가 있다. 이로써, 접속체(686)와, 이와 전기적으로 접속되는 도전층과의 접촉 면적이 증대되기 때문에, 접촉 저항을 저감시킬 수 있을 뿐만 아니라, 접속 불량 등의 문제 발생을 억제할 수 있다.
접속체(686)는 접착층(641)으로 덮이도록 배치되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 경화 전의 접착층(641)에 접속체(686)를 분산시켜 두면 좋다.
도 17에는 회로(659)의 예로서 트랜지스터(689)가 제공되어 있는 예를 나타내었다.
도 17에서는 트랜지스터(689) 및 트랜지스터(691)의 예로서, 채널이 형성되는 반도체막(653)이 2개의 게이트 사이에 개재되는 구성이 적용되어 있다. 한쪽 게이트는 도전막(654)으로 구성되고, 다른 쪽 게이트는 절연막(682)을 개재하여 반도체막(653)과 중첩되는 도전막(699)으로 구성되어 있다. 이러한 구성으로 함으로써, 트랜지스터의 문턱 전압을 제어할 수 있다. 이때, 2개의 게이트를 접속시키고 이들에 동일한 신호를 공급함으로써, 트랜지스터를 구동시켜도 좋다. 이러한 트랜지스터는 다른 트랜지스터에 비하여 전계 효과 이동도를 높일 수 있어, 온 전류를 증대시킬 수 있다. 결과적으로, 고속 구동이 가능한 회로를 제작할 수 있다. 또한, 회로부의 점유 면적을 축소할 수 있다. 온 전류가 큰 트랜지스터를 적용함으로써, 표시 패널을 대형화하거나 또는 고정세(高精細)화하였을 때에 배선 수가 증가되더라도, 각 배선에서의 신호 지연을 저감시킬 수 있고, 표시 불균일을 억제할 수 있다.
또한, 회로(659)가 갖는 트랜지스터와 표시부(662)가 갖는 트랜지스터는 같은 구조이어도 좋다. 또한, 회로(659)가 갖는 복수의 트랜지스터는 모두 같은 구조이어도 좋고, 상이한 구조의 트랜지스터를 조합하여 사용하여도 좋다. 또한, 표시부(662)가 갖는 복수의 트랜지스터는 모두 같은 구조이어도 좋고, 상이한 구조의 트랜지스터를 조합하여 사용하여도 좋다.
각 트랜지스터를 덮는 절연막(682) 및 절연막(683) 중 적어도 한쪽에는 물이나 수소 등의 불순물이 확산되기 어려운 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 즉, 절연막(682) 또는 절연막(683)을 배리어막으로서 기능시킬 수 있다. 이러한 구성으로 함으로써, 트랜지스터에 대하여 외부로부터 불순물이 확산되는 것을 효과적으로 억제할 수 있어, 신뢰성이 높은 표시 패널을 구현할 수 있다.
기판(661) 측에서는, 착색층(631), 차광막(632)을 덮어 절연막(698)이 제공되어 있다. 절연막(698)은 평탄화층으로서의 기능을 가져도 좋다. 절연막(698)에 의하여 도전막(695)의 표면을 실질적으로 평탄하게 할 수 있기 때문에, 액정층(694)의 배향 상태를 균일하게 할 수 있다.
표시 패널(688)을 제작하는 방법의 일례에 대하여 설명한다. 예를 들어, 박리층을 갖는 지지 기판 위에 도전막(635), 도전막(663), 절연막(697)을 이 순서대로 형성하고, 그 후에 트랜지스터(691), 트랜지스터(692), 발광 소자(660) 등을 형성하고 나서, 접착층(642)을 사용하여 기판(651)과 지지 기판을 접합시킨다. 그 후, 박리층과 절연막(697), 및 박리층과 도전막(635)의 각 계면에서 박리함으로써, 지지 기판 및 박리층을 제거한다. 또한, 이와 별도로 착색층(631), 차광막(632), 도전막(695) 등을 미리 형성한 기판(661)을 준비한다. 그리고, 기판(651) 또는 기판(661)에 액정을 적하하고, 접착층(641)에 의하여 기판(651)과 기판(661)을 접합시킴으로써, 표시 패널(688)을 제작할 수 있다.
박리층으로서는 절연막(697) 및 도전막(635)과의 계면에서 박리가 발생하는 재료를 적절히 선택할 수 있다. 특히, 박리층으로서 텅스텐 등의 고융점 금속 재료를 포함하는 층과 상기 금속 재료의 산화물을 포함하는 층을 적층한 것을 사용하고, 박리층 위의 절연막(697)으로서 질화 실리콘, 산화질화 실리콘, 질화산화 실리콘 등을 복수로 적층한 층을 사용하는 것이 바람직하다. 박리층에 고융점 금속 재료를 사용하면, 이보다 나중에 형성되는 층의 형성 온도를 높일 수 있어, 불순물 농도가 저감되고 신뢰성이 높은 표시 패널을 구현할 수 있다.
도전막(635)으로서는, 금속 산화물, 금속 질화물, 또는 저저항화된 산화물 반도체 등의 산화물 또는 질화물을 사용하는 것이 바람직하다. 산화물 반도체를 사용하는 경우에는, 수소, 붕소, 인, 질소, 및 그 외의 불순물 농도, 및 산소 결손량 중 적어도 하나가 트랜지스터에 사용되는 반도체층에 비하여 높여진 재료를 도전막(635)에 사용하면 좋다.
이하에서는, 상술한 각 구성 요소에 대하여 설명한다. 또한, 상술한 기능과 같은 기능을 갖는 구성에 대한 설명은 생략한다.
[접착층]
접착층으로서는, 자외선 경화형 등의 광 경화형 접착제, 반응 경화형 접착제, 열 경화형 접착제, 및 혐기형 접착제 등 각종 경화형 접착제를 사용할 수 있다. 이들 접착제로서는, 에폭시 수지, 아크릴 수지, 실리콘(silicone) 수지, 페놀 수지, 폴리이미드 수지, 이미드 수지, PVC(폴리바이닐클로라이드) 수지, PVB(폴리바이닐뷰티랄) 수지, 및 EVA(에틸렌바이닐아세테이트) 수지 등을 들 수 있다. 특히, 에폭시 수지 등의 투습성(透濕性)이 낮은 재료가 바람직하다. 또한, 2액 혼합형 수지를 사용하여도 좋다. 또한, 접착 시트 등을 사용하여도 좋다.
또한, 상기 수지에 건조제가 포함되어도 좋다. 예를 들어, 알칼리 토금속의 산화물(산화 칼슘이나 산화 바륨 등)과 같이, 화학 흡착에 의하여 수분이 흡착되는 물질을 사용할 수 있다. 또는, 제올라이트나 실리카 겔 등과 같이, 물리 흡착에 의하여 수분을 흡착하는 물질을 사용하여도 좋다. 건조제가 포함되면, 수분 등의 불순물이 소자에 침입되는 것을 억제할 수 있기 때문에, 표시 패널의 신뢰성이 향상되어 바람직하다.
또한, 상기 수지에 굴절률이 높은 필러나 광 산란 부재를 혼합시킴으로써, 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 산화 타이타늄, 산화 바륨, 제올라이트, 지르코늄 등을 사용할 수 있다.
[접속층]
접속층에는, 이방성 도전 필름(ACF: Anisotropic Conductive Film)이나 이방성 도전 페이스트(ACP: Anisotropic Conductive Paste) 등을 사용할 수 있다.
[착색층]
착색층에 사용할 수 있는 재료로서는, 금속 재료, 수지 재료, 안료 또는 염료가 포함된 수지 재료 등을 들 수 있다.
[차광층]
차광층에 사용할 수 있는 재료로서는, 카본 블랙, 타이타늄 블랙, 금속, 금속 산화물, 복수의 금속 산화물의 고용체를 포함하는 복합 산화물 등을 들 수 있다. 차광층은 수지 재료를 포함하는 막이어도 좋고, 금속 등 무기 재료의 박막이어도 좋다. 또한, 차광층에, 착색층의 재료를 포함하는 막의 적층막을 사용할 수도 있다. 예를 들어, 어떤 색의 광을 투과하는 착색층에 사용되는 재료를 포함하는 막과, 다른 색의 광을 투과하는 착색층에 사용되는 재료를 포함하는 막의 적층 구조를 사용할 수 있다. 착색층과 차광층의 재료를 공통화함으로써, 장치를 공통화할 수 있을 뿐만 아니라 공정도 간략화할 수 있기 때문에 바람직하다.
이상이, 각 구성 요소에 대한 설명이다.
이어서, 가요성을 갖는 기판을 사용한 표시 패널의 제작 방법의 예에 대하여 설명한다.
여기서는, 표시 소자, 회로, 배선, 전극, 착색층이나 차광층 등의 광학 부재, 및 절연층 등이 포함되는 층을 통틀어 소자층이라고 부르기로 한다. 예를 들어, 소자층은 표시 소자를 포함하고, 표시 소자 외에도 표시 소자와 전기적으로 접속되는 배선, 화소나 회로에 사용되는 트랜지스터 등의 소자를 가져도 좋다.
또한, 여기서는, 표시 소자가 완성된(제작 공정이 종료된) 단계에서의, 소자층을 지지하는 가요성 부재를 기판이라고 부르기로 한다. 예를 들어, 기판에는 두께가 10nm 이상 300μm 이하의 매우 얇은 필름 등도 포함된다.
가요성을 갖고, 절연 표면을 갖는 기판 위에 소자층을 형성하는 방법으로서는, 대표적으로 이하에 드는 2가지 방법이 있다. 하나는 기판 위에 직접 소자층을 형성하는 방법이다. 또 하나는 기판과는 상이한 지지 기판 위에 소자층을 형성한 후, 소자층과 지지 기재를 박리하고, 소자층을 기판으로 전치(轉置)하는 방법이다. 또한, 여기서는 자세히 설명하지 않지만, 상기 2가지 방법에 더하여, 가요성을 갖지 않는 기판 위에 소자층을 형성하고, 상기 기판을 연마 등에 의하여 얇게 함으로써 가요성을 부여하는 방법도 있다.
기판을 구성하는 재료가, 소자층의 형성 공정에서 가해지는 열에 대하여 내열성을 갖는 경우에는, 기판 위에 직접 소자층을 형성하면 공정이 간략화되기 때문에 바람직하다. 이때, 기판을 지지 기재에 고정한 상태에서 소자층을 형성하면, 장치 내 및 장치 간에서의 반송이 쉬워지기 때문에 바람직하다.
또한, 소자층을 지지 기재 위에 형성한 후에 기판으로 전치하는 방법을 사용하는 경우에는, 먼저 지지 기재 위에 박리층과 절연층을 적층하고, 상기 절연층 위에 소자층을 형성한다. 다음으로, 지지 기재와 소자층 사이에서 박리하고, 소자층을 기판으로 전치한다. 이때, 지지 기재와 박리층의 계면, 박리층과 절연층의 계면, 또는 박리층 내에서 박리가 발생되는, 그런 재료를 선택하면 좋다. 이 방법으로는, 지지 기재나 박리층에 내열성이 높은 재료를 사용함으로써, 소자층을 형성할 때의 온도의 상한을 높일 수 있어, 신뢰성이 더 높은 소자를 갖는 소자층을 형성할 수 있기 때문에 바람직하다.
예를 들어, 박리층으로서 텅스텐 등의 고융점 금속 재료를 포함하는 층과 상기 금속 재료의 산화물을 포함하는 층을 적층하여 사용하고, 박리층 위의 절연층으로서 산화 실리콘, 질화 실리콘, 산화질화 실리콘, 질화산화 실리콘 등을 복수로 적층한 층을 사용하는 것이 바람직하다.
소자층과 지지 기재를 박리하는 방법으로서는, 기계적인 힘을 가하는 것, 박리층을 에칭하는 것, 또는 박리 계면에 액체를 침투시키는 것 등을 일례로서 들 수 있다. 또는, 박리 계면을 형성하는 2층의 열 팽창률의 차이를 이용하여 가열 또는 냉각함으로써 박리를 수행하여도 좋다.
또한, 지지 기재와 절연층의 계면에서 박리가 가능한 경우에는, 박리층을 제공하지 않아도 된다.
예를 들어, 지지 기재로서 유리를 사용하고, 절연층으로서 폴리이미드 등의 유기 수지를 사용할 수 있다. 이때, 레이저 광 등을 사용하여 유기 수지의 일부를 국소적으로 가열하는 것이나, 또는 예리한 부재에 의하여 유기 수지의 일부를 물리적으로 절단 또는 관통하는 것 등에 의하여 박리의 기점을 형성하고, 유리와 유기 수지의 계면에서 박리를 수행하여도 좋다. 또한, 상기 유기 수지로서는, 감광성 재료를 사용하면, 개구부 등의 형상을 용이하게 제작할 수 있기 때문에 적합하다. 또한, 상기 레이저 광으로서는 예를 들어, 가시광선에서 자외선까지의 파장 영역의 광인 것이 바람직하다. 예를 들어, 파장이 200nm 이상 400nm 이하의 광, 바람직하게는 파장이 250nm 이상 350nm 이하의 광을 사용할 수 있다. 특히, 파장 308nm의 엑시머 레이저를 사용하면 생산성이 우수하기 때문에 바람직하다. 또한, Nd:YAG 레이저의 제 3 고조파인 파장 355nm의 UV 레이저 등의 고체 UV 레이저(반도체 UV 레이저라고도 함)를 사용하여도 좋다.
또는, 지지 기재와, 유기 수지로 이루어진 절연층 사이에 발열층을 제공하고, 상기 발열층을 가열함으로써 상기 발열층과 절연층의 계면에서 박리를 수행하여도 좋다. 발열층으로서는, 전류를 흘림으로써 발열하는 재료, 광을 흡수함으로써 발열하는 재료, 자기장을 인가함으로써 발열하는 재료 등, 다양한 재료를 사용할 수 있다. 예를 들어, 발열층으로서는 반도체, 금속, 절연체로부터 선택하여 사용할 수 있다.
또한, 상술한 방법에서, 유기 수지로 이루어진 절연층은 박리 후에 기판으로서 사용할 수 있다.
이상이 가요성을 갖는 표시 패널을 제작하는 방법에 대한 설명이다.
본 실시형태는 적어도 그 일부를 본 명세서 중에 기재되는 다른 구성과 적절히 조합하여 실시할 수 있다.
<<전자 기기>>
본 발명의 일 형태에 따른 전자 기기의 예에 대하여 설명한다. 전자 기기로서는 예를 들어, 텔레비전 장치(텔레비전 또는 텔레비전 수신기라고도 함), 컴퓨터용 등의 모니터, 디지털 카메라, 디지털 비디오 카메라, 디지털 포토 프레임, 휴대 전화기(휴대 전화, 휴대 전화 장치라고도 함), 휴대용 게임기, 휴대 정보 단말, 음향 재생 장치, 파친코기 등의 대형 게임기 등이 있다. 이들 전자 기기의 구체적인 예에 대하여 이하에 설명한다.
도 9의 (A)는 텔레비전 장치의 일례를 도시한 것이다. 텔레비전 장치는 하우징(7101)에 표시부(7103)가 제공되어 있다. 또한, 여기서는 스탠드(7105)에 의하여 하우징(7101)을 지지한 구성을 나타내고 있다. 표시부(7103)에 영상을 표시할 수 있고, 표시부(7103)는 발광 소자를 매트릭스 형태로 배열하여 구성되어 있다.
텔레비전 장치는 하우징(7101)이 구비하는 조작 스위치나, 별체의 리모트 컨트롤러(7110)로 조작할 수 있다. 리모트 컨트롤러(7110)가 구비하는 조작 키(7109)에 의하여, 채널이나 음량을 조작할 수 있고, 표시부(7103)에 표시되는 영상을 조작할 수 있다. 또한, 리모트 컨트롤러(7110)에, 상기 리모트 컨트롤러(7110)로부터 출력되는 정보를 표시하는 표시부(7107)를 제공하는 구성으로 하여도 좋다.
또한, 텔레비전 장치는 수신기나 모뎀 등을 구비하는 구성으로 한다. 수신기에 의하여 일반 텔레비전 방송을 수신할 수 있고, 모뎀을 통하여 유선 또는 무선 통신 네트워크에 접속함으로써, 단방향(송신자로부터 수신자로) 또는 쌍방향(송신자와 수신자 간, 또는 수신자들끼리 등)의 정보 통신을 하는 것도 가능하다.
도 9의 (B1)에 도시된 컴퓨터이고, 본체(7201), 하우징(7202), 표시부(7203), 키보드(7204), 외부 접속 포트(7205), 포인팅 디바이스(7206) 등을 포함한다. 또한, 이 컴퓨터는 매트릭스 형태로 배열된 발광 소자를 표시부(7203)에 사용하여 제작된다. 도 9의 (B1)의 컴퓨터는 도 9의 (B2)에 도시된 바와 같은 형태를 가져도 좋다. 도 9의 (B2)의 컴퓨터에는, 키보드(7204) 및 포인팅 디바이스(7206) 대신에 제 2 표시부(7210)가 제공되어 있다. 제 2 표시부(7210)는 터치 패널식이기 때문에, 제 2 표시부(7210)에 표시된 입력용 표시를 손가락이나 전용 펜으로 조작함으로써 입력할 수 있다. 또한, 제 2 표시부(7210)는 입력용 표시뿐만 아니라, 기타 화상을 표시할 수도 있다. 또한, 표시부(7203)도 터치 패널이어도 좋다. 2개의 화면이 힌지로 연결되어 있음으로써, 수납하거나 운반할 때에 화면을 손상시키거나 파손시키는 등의 문제가 발생하는 것도 방지할 수 있다.
도 9의 (C) 및 (D)는 휴대 정보 단말의 일례를 도시한 것이다. 휴대 정보 단말은 하우징(7401)에 제공된 표시부(7402)와, 조작 버튼(7403), 외부 접속 포트(7404), 스피커(7405), 마이크로폰(7406) 등을 갖는다. 또한, 휴대 정보 단말은 발광 소자를 매트릭스 형태로 배열하여 제작된 표시부(7402)를 갖는다.
도 9의 (C) 및 (D)에 도시된 휴대 정보 단말은 표시부(7402)를 손가락 등으로 터치함으로써 정보를 입력할 수 있는 구성으로 할 수도 있다. 이 경우, 전화를 걸거나 또는 메일을 작성하는 등의 조작은 표시부(7402)를 손가락 등으로 터치하여 수행할 수 있다.
표시부(7402)의 화면에는 주로 3가지 모드가 있다. 첫 번째 모드는 화상의 표시를 주로 하는 표시 모드이고, 두 번째 모드는 문자 등의 정보의 입력을 주로 하는 입력 모드이다. 세 번째 모드는 표시 모드와 입력 모드의 2가지 모드가 혼합된 표시+입력 모드이다.
예를 들어, 전화를 걸거나 또는 메일을 작성하는 경우에는, 표시부(7402)를 문자의 입력을 주로 하는 문자 입력 모드로 하고, 화면에 표시된 문자의 입력 조작을 수행하면 좋다. 이 경우, 표시부(7402)의 화면의 대부분에 키보드 또는 번호 버튼을 표시시키는 것이 바람직하다.
또한, 자이로스코프, 가속도 센서 등 기울기를 검출하는 센서를 갖는 검출 장치를 휴대 정보 단말 내부에 제공함으로써, 휴대 정보 단말의 방향(세로인지 가로인지)을 판단하여, 표시부(7402)의 화면 표시가 자동적으로 전환되도록 할 수 있다.
또한, 화면 모드는 표시부(7402)를 터치하거나 또는 하우징(7401)의 조작 버튼(7403)을 조작함으로써 전환된다. 또한, 표시부(7402)에 표시되는 화상의 종류에 따라 전환되도록 할 수도 있다. 예를 들어, 표시부에 표시되는 화상 신호가 동영상의 데이터이면 표시 모드로, 텍스트 데이터이면 입력 모드로 전환된다.
또한, 입력 모드에서 표시부(7402)의 광 센서로 검출되는 신호를 검지하여, 표시부(7402)의 터치 조작에 의한 입력이 일정 기간 없는 경우에는, 화면의 모드를 입력 모드로부터 표시 모드로 전환하도록 제어하여도 좋다.
표시부(7402)는 이미지 센서로서 기능할 수도 있다. 예를 들어, 표시부(7402)를 손바닥이나 손가락으로 터치하여 장문, 지문 등을 촬상함으로써, 본인 인증을 할 수 있다. 또한, 표시부에 근적외광을 발하는 백라이트 또는 근적외광을 발하는 센싱용 광원을 사용하면, 손가락 정맥, 손바닥 정맥 등을 촬상할 수도 있다.
또한, 상기 전자 기기는 본 명세서 중에 기재된 구성을 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
또한, 표시부에 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 발광 소자는 발광 효율이 양호한 발광 소자로 할 수 있다. 또한, 구동 전압이 작은 발광 소자로 할 수 있다. 그러므로, 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자를 포함하는 전자 기기를 소비전력이 낮은 전자 기기로 할 수 있다.
도 10은 발광 소자를 백라이트에 적용한 액정 표시 장치의 일례이다. 도 10에 도시된 액정 표시 장치는 하우징(901), 액정층(902), 백라이트 유닛(903), 하우징(904)을 갖고, 액정층(902)은 드라이버 IC(905)와 접속되어 있다. 백라이트 유닛(903)에는 발광 소자가 제공되어 있고, 단자(906)에 의하여 전류가 공급된다.
발광 소자에는 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자를 사용하는 것이 바람직하고, 상기 발광 소자를 액정 표시 장치의 백라이트에 적용함으로써, 소비전력이 저감된 백라이트를 얻을 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 형태에 따른 전기 스탠드의 예이다. 도 11에 도시된 전기 스탠드는 하우징(2001) 및 광원(2002)을 갖고, 광원(2002)으로서 발광 소자를 사용한 조명 장치가 제공되어 있다.
도 12는 실내의 조명 장치(3001)의 예이다. 상기 조명 장치(3001)에는 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자를 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 형태에 따른 자동차를 도 13에 도시하였다. 상기 자동차는 앞유리나 대시보드에 발광 소자가 탑재되어 있다. 표시 영역(5000) 내지 표시 영역(5005)은 발광 소자를 사용하여 제공된 표시 영역이다. 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자를 사용하는 것이 바람직하고, 이에 의하여 표시 영역(5000) 내지 표시 영역(5005)의 소비전력을 억제할 수 있으므로 차량용으로서 적합하다.
표시 영역(5000)과 표시 영역(5001)은 자동차의 앞유리에 제공된, 발광 소자를 사용한 표시 장치이다. 이 발광 소자의 제 1 전극과 제 2 전극을 투광성을 갖는 전극으로 제작함으로써, 반대편이 비쳐 보이는 소위 시스루 상태의 표시 장치로 할 수 있다. 시스루 상태의 표시이면, 자동차의 앞유리에도 시야를 가리지 않고 설치할 수 있다. 또한, 구동을 위한 트랜지스터 등을 제공하는 경우에는 유기 반도체 재료를 사용한 유기 트랜지스터나, 산화물 반도체를 사용한 트랜지스터 등, 투광성을 갖는 트랜지스터를 사용하면 좋다.
표시 영역(5002)은 필러 부분에 제공된 발광 소자를 사용한 표시 장치이다. 차체에 제공된 촬상 수단으로부터의 영상을 표시 영역(5002)에 표시함으로써, 필러로 가려진 시야를 보완할 수 있다. 또한, 마찬가지로, 대시보드 부분에 제공된 표시 영역(5003)은 자동차의 외측에 제공된 촬상 수단으로부터의 영상을 표시함으로써 차체로 가려진 시야를 보완하여, 사각을 보완하고 안전성을 높일 수 있다. 보이지 않는 부분을 보완하도록 영상을 표시함으로써, 더 자연스럽게 위화감 없이 안전을 확인할 수 있다.
표시 영역(5004)이나 표시 영역(5005)은 내비게이션 정보, 속도계나 회전수, 주행 거리, 급유량, 기어 상태, 에어컨디셔너의 설정 등, 기타 다양한 정보를 제공할 수 있다. 표시 항목이나 레이아웃은 사용자의 취향에 맞춰 적절히 변경할 수 있다. 또한, 이들 정보는 표시 영역(5000) 내지 표시 영역(5003)에도 표시할 수 있다. 또한, 표시 영역(5000) 내지 표시 영역(5005)을 조명 장치로서 사용할 수도 있다.
도 14 (A) 및 (B)는 둘로 접을 수 있는 태블릿형 단말의 일례이다. 도 14의 (A)는 펼친 상태를 도시한 것이고, 태블릿형 단말은 하우징(9630), 표시부(9631a), 표시부(9631b), 표시 모드 전환 스위치(9034), 전원 스위치(9035), 절전 모드 전환 스위치(9036), 잠금부(9033)를 갖는다. 또한, 상기 태블릿형 단말은 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자를 포함하는 발광 장치를 표시부(9631a) 및 표시부(9631b) 중 한쪽 또는 양쪽 모두에 사용하여 제작된다.
표시부(9631a)의 일부를 터치 패널 영역(9632a)으로 할 수 있고, 표시된 조작 키(9637)를 터치함으로써 데이터를 입력할 수 있다. 또한, 표시부(9631a)의 일례로서, 절반 영역이 표시 기능만을 갖는 구성, 나머지 절반 영역이 터치 패널의 기능을 갖는 구성을 도시하였지만 이 구성에 한정되지 않는다. 표시부(9631a)의 전체 영역이 터치 패널의 기능을 갖는 구성으로 하여도 좋다. 예를 들어, 표시부(9631a)의 전체 면에 키보드 버튼을 표시시켜 터치 패널로 하고, 표시부(9631b)를 표시 화면으로서 사용할 수 있다.
또한, 표시부(9631b)도 표시부(9631a)와 마찬가지로, 표시부(9631b)의 일부를 터치 패널 영역(9632b)으로 할 수 있다. 또한, 터치 패널에서 키보드 표시 전환 버튼(9639)이 표시되어 있는 위치를 손가락이나 스타일러스 등으로 터치함으로써 표시부(9631b)에 키보드 버튼을 표시시킬 수 있다.
또한, 터치 패널 영역(9632a)과 터치 패널 영역(9632b)에 동시에 터치 입력을 할 수도 있다.
또한, 세로 표시 또는 가로 표시 등의 표시 방향의 전환, 흑백 표시나 컬러 표시의 전환 등을 표시 모드 전환 스위치(9034)로 선택할 수 있다. 절전 모드 전환 스위치(9036)에 의하여, 태블릿형 단말에 내장된 광 센서로 검출되는 사용 시의 외광의 광량에 따라 표시의 휘도를 최적화할 수 있다. 태블릿형 단말에는 광 센서뿐만 아니라 자이로스코프, 가속도 센서 등 기울기를 검출하는 센서 등 다른 검출 장치가 내장되어도 좋다.
또한, 도 14의 (A)에는 표시부(9631b)와 표시부(9631a)의 표시 면적이 같은 경우의 예를 도시하였지만 이에 특별히 한정되지 않고, 한쪽 크기와 다른 쪽 크기가 달라도 좋고, 표시의 품질도 달라도 좋다. 예를 들어, 한쪽이 다른 쪽보다 고정세한 표시를 할 수 있는 표시 패널로 하여도 좋다.
도 14의 (B)는 닫은 상태를 도시한 것이고, 본 실시형태에서의 태블릿형 단말이 하우징(9630), 태양 전지(9633), 충방전 제어 회로(9634), 배터리(9635), DCDC 컨버터(9636)를 갖는 경우의 예를 도시한 것이다. 또한, 도 14의 (B)에는 충방전 제어 회로(9634)의 일례로서 배터리(9635), DCDC 컨버터(9636)를 갖는 구성을 도시하였다.
또한, 태블릿형 단말은 반으로 접을 수 있기 때문에, 사용하지 않을 때에 하우징(9630)을 닫은 상태로 할 수 있다. 따라서, 표시부(9631a) 및 표시부(9631b)를 보호할 수 있어, 내구성이 우수하고 장기 사용의 관점에서도 신뢰성이 우수한 태블릿형 단말을 제공할 수 있다.
또한, 이 외에도 도 14의 (A) 및 (B)에 도시된 태블릿형 단말은 다양한 정보(정지 화상, 동영상, 텍스트 화상 등)를 표시하는 기능, 달력, 날짜, 또는 시각 등을 표시부에 표시하는 기능, 표시부에 표시된 정보를 터치 입력 조작하거나 편집하는 터치 입력 기능, 다양한 소프트웨어(프로그램)에 의하여 처리를 제어하는 기능 등을 가질 수 있다.
태블릿형 단말의 표면에 장착된 태양 전지(9633)에 의하여, 터치 패널, 표시부, 또는 영상 신호 처리부 등에 전력을 공급할 수 있다. 또한, 태양 전지(9633)가 하우징(9630)의 하나의 면 또는 2개의 면에 제공되어 있으면 배터리(9635)의 충전을 효율적으로 수행하는 구성으로 할 수 있으므로 적합하다.
또한, 도 14의 (B)에 도시된 충방전 제어 회로(9634)의 구성, 및 동작에 대하여 도 14의 (C)의 블록도를 참조하여 설명한다. 도 14의 (C)에는 태양 전지(9633), 배터리(9635), DCDC 컨버터(9636), 컨버터(9638), 스위치(SW1) 내지 스위치(SW3), 표시부(9631)에 대하여 도시하였고, 배터리(9635), DCDC 컨버터(9636), 컨버터(9638), 스위치(SW1) 내지 스위치(SW3)가, 도 14의 (B)에 도시된 충방전 제어 회로(9634)에 대응하는 부분이다.
먼저, 외광에 의하여 태양 전지(9633)로 발전하는 경우의 동작의 예에 대하여 설명한다. 태양 전지로 발전된 전력은 배터리(9635)를 충전하기 위한 전압이 되도록 DCDC 컨버터(9636)에 의하여 승압 또는 강압된다. 그리고, 표시부(9631)의 동작에 태양 전지(9633)에 의하여 충전된 전력이 사용될 때에는 스위치(SW1)를 온으로 하여 컨버터(9638)에 의하여 표시부(9631)에 필요한 전압으로 승압 또는 강압한다. 또한, 표시부(9631)에서 표시를 하지 않을 때에는, 스위치(SW1)를 오프로 하고 스위치(SW2)를 온으로 하여 배터리(9635)를 충전하는 구성으로 하면 좋다.
또한, 발전 수단의 일례로서 태양 전지(9633)에 대하여 설명하였지만, 발전 수단은 특별히 한정되지 않고 압전 소자(피에조 소자)나 열전 변환 소자(펠티어 소자) 등 다른 발전 수단으로 배터리(9635)를 충전하는 구성이어도 좋다. 무선(비접촉)으로 전력을 송수신하여 충전하는 무접점 전력 전송 모듈이나, 또 다른 충전 수단을 조합하여 충전하는 구성으로 하여도 좋고, 발전 수단을 갖지 않아도 된다.
또한, 상술한 표시부(9631)를 갖기만 하면, 도 14에 도시된 형상의 태블릿형 단말에 한정되지 않는다.
또한, 도 15의 (A) 내지 (C)에 접을 수 있는 휴대 정보 단말(9310)을 도시하였다. 도 15의 (A)는 펼친 상태의 휴대 정보 단말(9310)을 도시한 것이다. 도 15의 (B)는 펼친 상태로부터 접은 상태로 또는 그 반대로 변화되는 도중의 상태의 휴대 정보 단말(9310)을 도시한 것이다. 도 15의 (C)는 접은 상태의 휴대 정보 단말(9310)을 도시한 것이다. 접은 상태의 휴대 정보 단말(9310)은 가반성(可搬性)이 우수하고, 펼친 상태에서는 이음매가 없는 넓은 표시 영역을 가지므로 표시의 일람성(一覽性)이 우수하다.
표시 패널(9311)은 힌지(9313)로 연결된 3개의 하우징(9315)에 의하여 지지되어 있다. 또한, 표시 패널(9311)은 터치 센서(입력 장치)가 탑재된 터치 패널(입출력 장치)이어도 좋다. 또한, 표시 패널(9311)은, 힌지(9313)를 이용하여 2개의 하우징(9315) 사이를 굴곡시켜, 휴대 정보 단말(9310)을 펼친 상태로부터 접은 상태로 가역적으로 변형시킬 수 있다. 본 발명의 일 형태에 따른 발광 장치를 표시 패널(9311)에 사용할 수 있다. 표시 패널(9311)의 표시 영역(9312)은, 휴대 정보 단말(9310)을 접은 상태로 하였을 때에 측면에 위치하는 표시 영역이다. 표시 영역(9312)에는 정보 아이콘이나 사용 빈도가 높은 애플리케이션 및 프로그램의 바로가기 등을 표시할 수 있어, 정보의 확인이나 애플리케이션 등의 기동을 원활하게 할 수 있다.
(실시예 1)
본 실시예에서는, 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자 및 비교 발광 소자에 대한 제작 방법 및 특성에 대하여 자세히 설명한다.
(발광 소자 1의 제작 방법)
우선, 유리 기판 위에, 산화 실리콘을 포함하는 인듐 주석 산화물(ITSO)을 스퍼터링법으로 성막하여, 양극(101)을 형성하였다. 또한, 그 막 두께는 70nm로 하고, 전극 면적은 2mm×2mm로 하였다.
다음으로, 기판 위에 발광 소자를 형성하기 위한 전(前)처리로서 기판 표면을 물로 세정하고 200℃에서 1시간 동안 소성한 후, UV 오존 처리를 370초 동안 수행하였다.
그 후, 양극(101)이 형성된 면이 위쪽이 되도록 스핀코터의 기판 홀더에 고정하고, 양극(101) 위에 폴리(3,4-에틸렌다이옥시싸이오펜)/폴리(스타일렌설폰산)(PEDOT/PSS) 용액(구입처: H.C. Starck Inc., 제품 번호: CREVIOS P VP AI 4083)을 도포하고, 4000rpm에서 60초 동안 회전시켰다. 이 기판을 체임버 압력 1Pa 내지 10Pa의 체임버에서 130℃로 15분 동안의 진공 소성을 수행한 후, 기판을 30분 정도 방랭하여 정공 주입층(111)을 형성하였다.
다음으로, 정공 주입층(111)이 형성된 기판을 질소 분위기의 글로브 박스 내에 도입하고, 정공 주입층(111) 위에 10mg/mL의 폴리[N,N'-비스(4-뷰틸페닐)-N,N'-비스(페닐)벤지딘](약칭: Poly-TPD)(구입처: LUMINESCENCE TECHNOLOGY, 제품 번호: LT-N149)의 오쏘다이클로로벤젠 용액을 도포하고, 4000rpm로 60초 동안 회전시켰다. 이 기판을 체임버 압력 1Pa 내지 10Pa의 체임버에서 130℃로 15분 동안 진공 소성을 수행한 후, 기판을 30분 정도 방랭하여 정공 주입 수송층(112)을 형성하였다.
다음에, 정공 수송층(112) 위에 10mg/mL의 금속 할로젠화물 페로브스카이트류의 퀀텀닷(구입처: PLASMACHEM, 제품 번호: PL-QD-PSK-515, 로트 번호: AA150715d)의 톨루엔 용액을 도포하고, 500rpm로 60초 동안 회전시켰다. 이 기판을 체임버 압력이 1Pa 내지 10Pa인 체임버에서 80℃로 30분 동안 진공 소성을 수행한 후, 기판을 30분 정도 방랭하여 발광층(113)을 형성하였다.
그 후, 10-4Pa 정도까지 내부가 감압된 진공 증착 장치에 기판을 도입하고, 발광층(113)이 형성된 면이 아래쪽이 되도록 발광층(113)이 형성된 기판을 진공 증착 장치 내에 제공된 기판 홀더에 고정하고, 발광층(113) 위에 저항 가열을 사용한 증착법에 의하여 2,2',2''-(1,3,5-벤젠트라이-일)-트리스[1-페닐-1H-벤즈이미다졸](약칭: TPBI)을 25nm가 되도록 증착하여 전자 수송층(114)을 형성하였다.
다음에, 전자 주입 버퍼층(115)으로서, 플루오린화 리튬(LiF)을 두께가 1nm가 되도록 전자 수송층(114) 위에 증착하였다.
다음에 음극(102)으로서 알루미늄(Al)을 두께 200nm가 되도록 전자 주입 버퍼층(115) 위에 형성하였다.
다음에, 질소 분위기의 글로브 박스 내에서, 유기 EL용 밀봉재를 사용하여 밀봉하기 위한 대향 유리 기판을 유기 재료를 형성한 유리 기판에 고정함으로써 발광 소자 1을 밀봉하였다. 구체적으로는, 건조제를 붙이고, 상대하는 유기 재료의 형성 범위 주변에 밀봉재를 도포한 대향 유리 기판과 유기 재료를 형성한 유리 기판과 접합하고, 파장이 365nm의 자외광을 6J/cm2 조사하고, 80℃에서 1시간 열처리하였다. 상술한 공정으로 발광 소자 1을 얻었다.
(발광 소자 2의 제작 방법)
발광 소자 2는 발광 소자 1의 전자 수송층(114)을 TPBI뿐만 아니라 TPBI와 2,9-비스(나프탈렌-2-일)-4,7-다이페닐-1,10-페난트롤린(약칭: NBPhen)의 2층으로 형성한 것 외는 발광 소자 1과 마찬가지로 형성하였다. NBPhen의 층은 TPBI의 층을 발광 소자 1과 마찬가지로 형성한 후, 막 두께 15nm가 되도록 증착하여 형성하였다.
(발광 소자 3의 제작 방법)
발광 소자 3은 발광 소자 2의 전자 수송층(114)에서의 TPBI를 7-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-7H-다이벤조[c,g]카바졸(약칭: cgDBCzPA)로 대신하여 형성한 것 외는 발광 소자 2와 마찬가지로 형성하였다.
발광 소자 1 내지 발광 소자 3을, 질소 분위기의 글로브 박스 내에서, 발광 소자가 대기에 노출되지 않도록 유리 기판으로 밀봉하는 작업(실재를 소자의 주위에 도포하고, 밀봉 시에 UV 처리 및 80℃에서 1시간 열처리를 수행함)을 수행한 후, 이들 발광 소자의 초기 특성을 측정하였다. 또한, 측정은 실온(25℃로 유지된 분위기)에서 수행하였다.
발광 소자 1 내지 발광 소자 3의 소자 구조에 대하여 이하의 표에 나타내었다.
[표 1]
Figure pat00011
<발광 소자의 특성>
다음에, 상기 제작한 발광 소자 1, 발광 소자 2, 발광 소자 3의 특성을 측정하였다. 휘도 및 CIE 색도의 측정에는 색채 휘도계(Topcon Technohouse Corporation제, BM-5AS)를 사용하고, 전계 발광 스펙트럼의 측정에는 멀티채널 분광기(Hamamatsu Photonics K.K.제, PMA-11)를 사용하였다.
도 18에 발광 소자 1 내지 발광 소자 3의 발광 스펙트럼을 나타내고, 도 19에 CIE 색도 좌표를 나타내고, 도 20에 외부 양자 효율-휘도 특성을 나타내었다.
도 18 및 도 19로부터, 발광 소자 1 내지 발광 소자 3 중 모두가 반값폭이 매우 작고, 색순도가 높은 녹색의 발광이 얻어지는 것을 알았다. 또한, 그 색도는 NTSC 규격, BT2020 규격을 크게 커버하는 색도인 것도 알았다.
또한, 도 20으로부터 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자인 발광 소자 2 및 발광 소자 3은 외부 양자 효율 4% 이상, 발광 소자 3에 있어서는 외부 양자 효율 6.2%로, 매우 특성이 양호한 발광 소자였다. 이것은 본 발명의 발광 소자인 발광 소자 2 및 발광 소자 3은 전자 수송층을 2층으로 함으로써 전자 주입층에 가까운 제 2 전자 수송층이 발광 물질을 포함하는 층으로의 전자의 주입을 용이하게 한 것이 요인이라고 생각된다. 제 2 전자 수송층에 사용된 NBPhen은 전자 주입층인 LiF의 리튬과 상호 작용함으로써 유기층으로의 전자의 주입을 쉽게 할 수 있다.
또한, 금속 할로젠화물 페로브스카이트류는 정공의 수송성이 양호하기 때문에 그것을 발광 물질로서 사용한 발광 소자는 정공 과다가 되기 쉽다. 그러나, 발광 소자 3은 제 1 전자 수송층의 전자 수송성이 양호하므로, 발광층에서의 캐리어 밸런스가 양호하게 되어 발광 효율의 향상에 이어졌다.
또한, 발광 소자 3은 제 1 전자 수송층으로서 안트라센 유도체인 cgDBCzPA를 사용한다. 전자 수송성이 높으며, 금속 할로젠화물 페로브스카이트류의 발광에 영향을 미치는 리튬의 확산을 효과적으로 억제하는 안트라센 유도체를 제 1 전자 수송층으로서 사용함으로써 발광 소자 3은 매우 양호한 발광 효율의 발광 소자로 할 수 있었다.
여기서, 일반적으로 형광 발광 물질을 사용한 유기 EL 소자에 있어서는 광 추출 효율을 20%로 가정한 경우, 스핀 선택 법칙에 의하여 외부 양자 효율은 5%가 이론적 한계라고 알려져 있다. 이것은 이하의 이론식에서의 여기자 생성 효율이 25%가 최대이기 때문이다.
EQE=γ×α×Φ×χ
다만, 상기 식 중 γ: 캐리어 밸런스 인자, α: 여기자 생성 효율, Φ: 발광 양자 효율, χ: 광 추출 효율로 한다.
이번에 사용한 금속 할로젠화물 페로브스카이트류의 퀀텀닷의 PL 양자 수율이 56%인 것으로부터, 캐리어 밸런스 인자 γ를 100%, 광 추출 효율 χ를 20%로 가정하면, 외부 양자 효율 6.2%를 나타낸 발광 소자 3에서의 여기자 생성 효율 α는 55%라고 산출할 수 있으며, 형광 발광의 스핀 선택 법칙의 한계를 넘은 것을 알 수 있다. 이것은 금속 할로젠화물 페브로스카이트류의 퀀텀닷의 발광이 밴드간 전이에서 유래하며, 발광 소자 3이 본 발명의 일 형태에 따른 구성을 갖는 2층의 전자 수송층을 구비하므로, 그 효율을 효과적으로 얻을 수 있었기 때문이라고 생각된다.
101: 양극
102: 음극
103: 발광물질을 포함하는 층
111: 정공 주입층
112: 정공 수송층
113: 발광층
114: 전자 수송층
114-1: 제 1 전자 수송층
114-2: 제 2 전자 수송층
115: 전자 주입 버퍼층
116: 전하 발생층
117: P형층
118: 전자 릴레이층
119: 전자 주입 버퍼층
400: 기판
401: 제 1 전극
403: EL층
404: 제 2 전극
405: 실재
406: 실재
407: 밀봉 기판
412: 패드
420: IC 칩
501: 제 1 전극
502: 제 2 전극
503: EL층
511: 제 1 발광 유닛
512: 제 2 발광 유닛
513: 전하 발생층
601: 구동 회로부(소스선 구동 회로)
602: 화소부
603: 구동 회로부(게이트선 구동 회로)
604: 밀봉 기판
605: 실재
607: 공간
608: 배선
609: FPC(플렉시블 프린트 서킷)
610: 소자 기판
611: 스위칭용 FET
612: 전류 제어용 FET
613: 제 1 전극
614: 절연물
616: EL층
617: 제 2 전극
618: 발광 소자
623: n채널형 FET
624: p채널형 FET
631: 착색층
632: 차광막
633a: 배향막
633b: 배향막
634: 착색층
635: 도전막
640: 액정 소자
641: 접착층
642: 접착층
643: 도전막
644: EL층
645a: 도전막
645b: 도전막
646: 절연막
647: 절연막
648: 도전막
649: 접속층
651: 기판
652: 도전막
653: 반도체막
654: 도전막
655: 개구
656: 편광판
659: 회로
660: 발광 소자
661: 기판
662: 표시부
663: 도전막
666: 배선
672: FPC
673: IC
681: 절연막
682: 절연막
683: 절연막
684: 절연막
685: 절연막
686: 접속체
687: 접속부
688: 표시 패널
689: 트랜지스터
690: 접속부
691: 트랜지스터
692: 트랜지스터
693: 접속부
694: 액정층
695: 도전막
696: 절연막
697: 절연막
698: 절연막
699: 도전막
730: 절연막
770: 평탄화 절연막
772: 도전막
782: 발광 소자
783: 액적 토출 장치
784: 액滴
785: 층
786: 발광물질을 포함하는 층
788: 도전막
901: 하우징
902: 액정층
903: 백라이트 유닛
904: 하우징
905: 드라이버 IC
906: 단자
951: 기판
952: 전극
953: 절연층
954: 격벽층
955: EL층
956: 전극
1001: 기판
1002: 하지 절연막
1003: 게이트 절연막
1006: 게이트 전극
1007: 게이트 전극
1008: 게이트 전극
1020: 제 1 층간 절연막
1021: 제 2 층간 절연막
1022: 전극
1024W: 발광 소자의 제 1 전극
1024R: 발광 소자의 제 1 전극
1024G: 발광 소자의 제 1 전극
1024B: 발광 소자의 제 1 전극
1025: 격벽
1028: EL층
1029: 발광 소자의 제 2 전극
1031: 밀봉 기판
1032: 실재
1033: 투명한 기재
1034R: 적색의 착색층
1034G: 녹색의 착색층
1034B: 청색의 착색층
1035: 흑색층(블랙 매트릭스)
1037: 제 3 층간 절연막
1040: 화소부
1041: 구동 회로부
1042: 주변부
1400: 액적 토출 장치
1402: 기판
1403: 액적 토출 수단
1404: 촬상 수단
1405: 헤드
1406: 점선
1407: 제어 수단
1408: 기억 매체
1409: 화상 처리 수단
1410: 컴퓨터
1411: 마커
1412: 헤드
1413: 재료 공급원
1414: 재료 공급원
1415: 재료 공급원
1416: 헤드
2001: 하우징
2002: 광원
3001: 조명 장치
5000: 표시 영역
5001: 표시 영역
5002: 표시 영역
5003: 표시 영역
5004: 표시 영역
5005: 표시 영역
7101: 하우징
7103: 표시부
7105: 스탠드
7107: 표시부
7109: 조작 키
7110: 리모트 컨트롤러
7201: 본체
7202: 하우징
7203: 표시부
7204: 키보드
7205: 외부 접속 포트
7206: 포인팅 디바이스
7210: 제 2 표시부
7401: 하우징
7402: 표시부
7403: 조작 버튼
7404: 외부 접속 포트
7405: 스피커
7406: 마이크로폰
9033: 잠금부
9034: 스위치
9035: 전원 스위치
9036: 스위치
9038: 조작 스위치
9310: 휴대 정보 단말
9311: 표시 패널
9312: 표시 영역
9313: 힌지
9315: 하우징
9630: 하우징
9631: 표시부
9631a: 표시부
9631b: 표시부
9632a: 터치 패널 영역
9632b: 터치 패널 영역
9633: 태양 전지
9634: 충방전 제어 회로
9635: 배터리
9636: DCDC 컨버터
9637: 조작 키
9638: 컨버터
9639: 버튼

Claims (23)

  1. 발광 소자로서,
    양극;
    음극; 및
    상기 양극과 상기 음극 사이의 발광 물질을 포함하는 층
    을 포함하고,
    상기 발광 물질을 포함하는 층은 발광층, 제 1 전자 수송층, 및 제 2 전자 수송층을 포함하고,
    상기 발광층 및 상기 제 1 전자 수송층은 서로 접촉되고,
    상기 제 1 전자 수송층 및 상기 제 2 전자 수송층은 서로 접촉되고,
    상기 제 1 전자 수송층 및 상기 제 2 전자 수송층은 상기 발광층과 상기 음극 사이에 위치하고,
    상기 발광층은 금속 할로젠화물 페로브스카이트류를 포함하고,
    상기 제 1 전자 수송층은 제 1 전자 수송 재료를 포함하고,
    상기 제 2 전자 수송층은 제 2 전자 수송 재료를 포함하는, 발광 소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 전자 수송층과 상기 음극 사이에 전자 주입 버퍼층을 더 포함하는, 발광 소자.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 전자 주입 버퍼층은 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속을 포함하는, 발광 소자.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 전자 수송 재료는 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속과 상호 작용하여 상기 음극으로부터 상기 발광 물질을 포함하는 층으로의 전자의 주입을 용이하게 하는 상태를 형성하는, 발광 소자.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 전자 수송 재료는 질소를 포함하는 6원 헤테로 방향족 고리를 포함하는, 발광 소자.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 전자 수송 재료는 2,2'-바이피리딘 골격을 포함하는, 발광 소자.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 전자 수송 재료는 페난트롤린 유도체를 포함하는, 발광 소자.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전자 수송 재료는 축합 방향족 탄화수소 고리를 포함하는, 발광 소자.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전자 수송 재료는 안트라센 유도체를 포함하는, 발광 소자.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속 할로젠화물 페로브스카이트류는 가장 긴 부분이 1μm 이하의 입자인, 발광 소자.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속 할로젠화물 페로브스카이트류는 페로브스카이트층과 유기층이 적층된 층상 구조를 갖는, 발광 소자.
  12. 발광 소자로서,
    양극;
    음극; 및
    상기 양극과 상기 음극 사이의 발광 물질을 포함하는 층
    을 포함하고,
    상기 발광 물질을 포함하는 층은 발광층, 제 1 전자 수송층, 및 제 2 전자 수송층을 포함하고,
    상기 발광층 및 상기 제 1 전자 수송층은 서로 접촉되고,
    상기 제 1 전자 수송층 및 상기 제 2 전자 수송층은 서로 접촉되고,
    상기 제 1 전자 수송층 및 상기 제 2 전자 수송층은 상기 발광층과 상기 음극 사이에 위치하고,
    상기 발광층은 일반식(SA)MX3, 일반식(LA)2(SA)n - 1MnX3n +1, 또는 일반식(PA)(SA)n -1MnX3n+1로 표기되는 금속 할로젠화물 페로브스카이트류를 포함하고,
    상기 제 1 전자 수송층은 제 1 전자 수송 재료를 포함하고,
    상기 제 2 전자 수송층은 제 2 전자 수송 재료를 포함하고,
    M은 2가의 금속 이온을 나타내고, X는 할로젠 이온을 나타내고, n은 1 내지 10의 정수를 나타내고,
    LA는 R1-NH3 +로 표기되는 암모늄 이온이고,
    R1은 탄소수 2 내지 20의 알킬기, 탄소수 6 내지 20의 아릴기, 및 탄소수 4 내지 20의 헤테로아릴기 중 어느 하나 또는 복수를 나타내고,
    R1이 탄소수 2 내지 20의 상기 알킬기, 탄소수 6 내지 20의 상기 아릴기, 및 탄소수 4 내지 20의 상기 헤테로아릴기 중 2개 이상을 나타내는 경우, 같은 종류의 복수의 기 또는 상이한 종류의 복수의 기가 R1로서 사용되고,
    PA는 NH3 +-R2-NH3 +, NH3 +-R3-R4-R5-NH3 +, 또는 암모늄 양이온을 포함하는 폴리머의 일부 또는 전체를 나타내고, PA의 가수는 +2이고,
    R2는 단결합 또는 탄소수 1 내지 12의 알킬렌기를 나타내고, R3 및 R5는 각각 독립적으로 단결합 또는 탄소수 1 내지 12의 알킬렌기를 나타내고, R4는 사이클로헥실렌기 및 탄소수 6 내지 14의 아릴렌기 중 어느 1개 또는 2개를 나타내고,
    R4가 상기 사이클로헥실렌기 및 탄소수 6 내지 14의 상기 아릴렌기 중 2개를 나타내는 경우, 같은 종류의 복수의 기 또는 상이한 종류의 복수의 기가 R4로서 사용되고,
    SA는 1가의 금속 이온 또는 R6이 탄소수 1 내지 6의 알킬기인 R6-NH3 +로 표기되는 암모늄 이온을 나타내는, 발광 소자.
  13. 제 12 항에 있어서,
    LA가 일반식(A-1) 내지 일반식(A-11) 및 일반식(B-1) 내지 일반식(B-6) 중 어느 것으로 표기되고,
    Figure pat00012

    Figure pat00013

    PA는 일반식(C-1), 일반식(C-2), 및 일반식(D)로 표기되고, 암모늄 양이온을 포함하는 분기 폴리에틸렌이민이고,
    Figure pat00014

    Figure pat00015

    R11은 탄소수 2 내지 18의 알킬기를 나타내고,
    R12, R13, 및 R14는 수소 또는 탄소수 1 내지 18의 알킬기를 나타내고,
    R15는 구조식 및 일반식(R15-1) 내지 일반식(R15-14) 중 어느 것을 나타내고,
    Figure pat00016

    R16 및 R17은 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 6의 알킬기를 나타내고,
    X는 일반식(D-1) 내지 일반식(D-6) 중 어느 것으로 나타내어지는 모노머 유닛 A 및 모노머 유닛 B의 조합을 나타내며, u개의 모노머 유닛 A 및 v개의 모노머 유닛 B가 포함되는 구조를 갖고,
    m 및 l은 각각 독립적으로 0 내지 12의 정수이고, t는 1 내지 18의 정수이고,
    u는 0 내지 17의 정수이고,
    v는 1 내지 18의 정수이고,
    u+v는 1 내지 18의 정수인, 발광 소자.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 2 전자 수송층과 상기 음극 사이에 전자 주입 버퍼층을 더 포함하는, 발광 소자.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 전자 주입 버퍼층은 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속을 포함하는, 발광 소자.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 2 전자 수송 재료는 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속과 상호 작용하여 상기 음극으로부터 상기 발광 물질을 포함하는 층으로의 전자의 주입을 용이하게 하는 상태를 형성하는, 발광 소자.
  17. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 2 전자 수송 재료는 질소를 포함하는 6원 헤테로 방향족 고리를 포함하는, 발광 소자.
  18. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 2 전자 수송 재료는 2,2'-바이피리딘 골격을 포함하는, 발광 소자.
  19. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 2 전자 수송 재료는 페난트롤린 유도체를 포함하는, 발광 소자.
  20. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 전자 수송 재료는 축합 방향족 탄화수소 고리를 포함하는, 발광 소자.
  21. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 전자 수송 재료는 안트라센 유도체를 포함하는, 발광 소자.
  22. 제 12 항에 있어서,
    상기 금속 할로젠화물 페로브스카이트류는 가장 긴 부분이 1μm 이하의 입자인, 발광 소자.
  23. 제 12 항에 있어서,
    상기 금속 할로젠화물 페로브스카이트류는 페로브스카이트층과 유기층이 적층된 층상 구조를 갖는, 발광 소자.
KR1020170156961A 2016-11-30 2017-11-23 발광 소자, 발광 장치, 전자 기기, 표시 장치, 및 조명 장치 KR102452189B1 (ko)

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