KR20220003140A - 전자 디바이스, 발광 장치, 전자 기기, 및 조명 장치 - Google Patents

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

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KR20220003140A
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다케요시 와타베
사토시 세오
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가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼
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Abstract

광 추출 효율 또는 광 가둠 효과가 높은 전자 디바이스를 제공한다. 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 제 1 층 및 제 2 층을 가지고, 제 1 전극과 제 2 층 사이에 제 1 층을 가지고, 제 1 층은 제 1 유기 화합물과 제 1 물질을 가지고, 제 1 유기 화합물의 박막의 굴절률은 1 이상 1.75 이하이고, 제 1 물질은 전자 수용성을 가지고, 제 2 층은 광을 발하거나, 또는 흡수하는 기능을 가지는, 전자 디바이스이다.

Description

전자 디바이스, 발광 장치, 전자 기기, 및 조명 장치{ELECTRONIC DEVICE, LIGHT-EMITTING DEVICE, ELECTRONIC APPARATUS, AND ILLUMINATION DEVICE}
본 발명의 일 형태는 신규 전자 디바이스에 관한 것이다. 또는 굴절률이 낮은 유기 화합물을 사용한 전자 디바이스에 관한 것이다. 또는 상기 전자 디바이스를 가진 발광 장치, 전자 기기, 및 조명 장치에 관한 것이다.
또한, 본 발명의 일 형태는 상기 기술분야에 한정되지 않는다. 본 발명의 일 형태는 물건, 방법, 또는 제작 방법에 관한 것이다. 또는, 본 발명은 공정(process), 기계(machine), 제품(manufacture), 또는 조성물(composition of matter)에 관한 것이다. 특히, 본 발명의 일 형태는 전자 디바이스, 반도체 장치, 발광 장치, 표시 장치, 조명 장치, 발광 소자, 및 이들의 제작 방법에 관한 것이다.
유기 화합물을 사용한 일렉트로루미네선스(EL: Electroluminescence)를 이용하는 발광 소자(유기 EL 소자)나 유기 태양 전지 등의 전자 디바이스의 실용화가 진행되고 있다. 이들 전자 디바이스의 기본적인 구성은 한 쌍의 전극 사이에 유기 화합물을 포함하는 반도체층을 끼운 것이다.
이와 같은 전자 디바이스는 가볍고 플렉시블하고 의장성(意匠性)이 높다. 도포 프로세스가 가능하다는 등, 다양한 장점이 있기 때문에 연구 개발이 활발하게 진행되고 있다. 특히, 발광 소자는 자발광형이므로 디스플레이의 화소로서 사용하면 시인성이 높고 백라이트가 불필요하다는 등의 장점이 있어, 플랫 패널 디스플레이 소자로서 적합하다.
이와 같은 전자 디바이스에는 주로 유기 화합물을 박막화한 유기 반도체층이 형성되어, 유기 화합물 및 층 구조가 유기 반도체 소자에 큰 영향을 미치기 때문에, 유기 화합물 및 층 구조의 선택이 중요하다. 또한 유기 태양 전지나 유기 EL 소자와 같이, 광을 발하거나, 또는 흡수하는 전자 디바이스에서는, 광 추출 효율이나 광 가둠 효과가 높은 구조가 중요하다.
유기 EL 소자의 광 추출 효율 향상에는 다양한 방법이 제안되고 있다. 예를 들어, 특허문헌 1에서는 전극이나 EL층의 일부에 요철 형상을 제작함으로써 광 추출 효율을 향상시켰다.
일본 공개특허공보 특개2013-033706호
유기 EL 소자와 같은 발광 소자에서는, 광 추출 효율을 향상시키는 방법으로서, 기판과 전극 사이 및또는 전극과 EL층 사이의 굴절률을 조절하는 방법이 있다. 그러나, 유기 EL 소자에 굴절률을 조절하는 층을 도입하는 경우, 프로세스가 복잡해지는 문제가 있다. 그러므로, EL층의 기능을 가지면서, 굴절률을 제어할 수 있는 층 및 층 구조의 개발이 요구되고 있다. 또한, 유기 태양 전지에서도 광 가둠 효과가 높은 층 및 층 구조의 개발이 요구되고 있다.
상술한 과제를 고려하여, 본 발명의 일 형태는 광 추출 효율이 높은 전자 디바이스를 제공하는 것을 과제로 한다. 또는, 본 발명의 일 형태에서는 굴절률이 낮은 층을 포함하는 전자 디바이스를 제공하는 것을 과제로 한다. 또는, 본 발명의 일 형태에서는 구동 전압이 낮은 전자 디바이스를 제공하는 것을 과제로 한다. 또는, 본 발명의 일 형태에서는 소비전력이 저감된 전자 디바이스를 제공하는 것을 과제로 한다. 또는, 본 발명의 일 형태에서는 신뢰성이 높은 전자 디바이스를 제공하는 것을 과제로 한다. 또한, 본 발명의 일 형태에서는 발광 효율이 높은 전자 디바이스를 제공하는 것을 과제로 한다. 또는, 본 발명의 일 형태에서는 신규 전자 디바이스를 제공하는 것을 과제로 한다. 또는, 본 발명의 일 형태에서는 광 가둠 효과가 높은 전자 디바이스를 제공하는 것을 과제로 한다. 또는, 본 발명의 일 형태에서는 신규 반도체 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.
또한, 상술한 과제의 기재는 다른 과제의 존재를 방해하지 않는다. 또한, 본 발명의 일 형태는 이들 과제 모두를 반드시 해결할 필요는 없다. 상술한 것 외의 과제는 명세서 등의 기재로부터 저절로 명백해지는 것이며, 명세서 등의 기재로부터 상술한 것 외의 과제를 추출할 수 있다.
본 발명의 일 형태는, 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 제 1 층 및 제 2 층을 가지고, 제 1 전극과 제 2 층 사이에 제 1 층을 가지고, 제 1 층은 제 1 유기 화합물과 제 1 물질을 가지고, 제 1 유기 화합물의 박막의 굴절률은 1 이상 1.75 이하이고, 제 1 물질은 전자 수용성을 가지고, 제 2 층은 광을 발하거나, 또는 흡수하는 기능을 가지는 전자 디바이스이다.
또한, 본 발명의 다른 일 형태는 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 제 1 층을 가지고, 제 1 층은 제 1 유기 화합물 및 제 1 물질을 가지고, 제 1 유기 화합물은 제 1 골격과 전자 공여성 골격을 가지고, 제 1 골격은 테트라아릴메테인 골격 또는 테트라아릴실레인 골격인 전자 디바이스이다.
상기 구성에서, 제 1 층의 굴절률은 1 이상 1.75 이하인 것이 바람직하다. 상기 구성으로 함으로써, 전자 디바이스의 광 추출 효율이나 광 가둠 효과를 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 구성에서 테트라아릴메테인 골격 및 테트라아릴실레인 골격이 가지는 아릴기는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 13의 아릴기인 것이 바람직하다. 또한 상기 아릴기가 치환 또는 비치환된 페닐기인 것이 더 바람직하다. 상기 구성으로 함으로써, 굴절률이 낮고 캐리어 수송성이 양호한 유기 화합물을 얻을 수 있다. 또한, 상기 아릴기 또는 페닐기끼리는 서로 결합하여 고리를 형성하여도 좋다.
또한, 상기 구성에서 전자 공여성 골격은 피롤 골격, 방향족 아민 골격, 아크리딘 골격, 및 아제핀 골격 중 어느 하나를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 구성으로 함으로써, 전자 디바이스의 구동 전압을 저감할 수 있다.
또한, 상기 구성에서 제 1 유기 화합물의 유리 전이점(Tg)은 100℃ 이상인 것이 바람직하다. 상기 구성으로 함으로써, 내열성이 우수한 전자 디바이스를 얻을 수 있다.
또한, 상기 구성에서 제 1 층의 굴절률은 제 2 층의 굴절률보다 낮은 것이 바람직하다. 상기 구성으로 함으로써, 전자 디바이스의 광 추출 효율이나 광 가둠 효과를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 형태는 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 제 1 층, 제 2 층, 및 제 3 층을 가지고, 제 1 전극과 제 2 층 사이에 제 1 층을 가지고, 제 1 층과 제 3 층 사이에 제 2 층을 가지고, 제 1 층은 제 1 유기 화합물과 제 1 물질을 가지고, 제 1 유기 화합물의 박막의 굴절률은 1 이상 1.75 이하이고, 제 1 물질은 전자 수용성을 가지고, 제 3 층은 광을 발하거나, 또는 흡수하는 기능을 가지고, 제 1 층의 굴절률은 제 2 층의 굴절률보다 낮고, 제 1 층의 굴절률은 제 3 층의 굴절률보다 낮은 전자 디바이스이다.
또한, 상기 구성에서 제 1 유기 화합물은 전자 공여성을 가지는 것이 바람직하다. 상기 구성으로 함으로써, 캐리어 수송성이 양호한 전자 디바이스를 얻을 수 있다.
또한, 상기 구성에서 제 1 층과 제 2 층이 접하는 것이 바람직하고, 제 2 층과 제 3 층이 접하는 것이 더 바람직하다. 상기 구성으로 함으로써, 각 층의 굴절률 단차를 억제할 수 있어, 전자 디바이스의 광 추출 효율이나 광 가둠 효과를 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 구성에서 제 1 층의 굴절률은 제 1 전극의 굴절률보다 낮은 것이 바람직하다. 상기 구성으로 함으로써, 전자 디바이스의 광 추출 효율이나 광 가둠 효과를 향상시킬 수 있다.
또한 상기 구성에서는, 제 1 층에서 제 1 물질의 체적 비율이 제 1 유기 화합물에 대하여 0.01 이상 0.3 이하인 것이 바람직하다. 상기 구성으로 함으로써, 전자 디바이스의 광 추출 효율이나 광 가둠 효과를 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 구성에서 제 1 물질이 타이타늄 산화물, 바나듐 산화물, 탄탈럼 산화물, 몰리브데넘 산화물, 텅스텐 산화물, 레늄 산화물, 루테늄 산화물, 크로뮴 산화물, 지르코늄 산화물, 하프늄 산화물, 은 산화물 중 어느 하나를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 구성으로 함으로써, 캐리어 수송성이 양호한 전자 디바이스를 얻을 수 있다.
또한, 상기 구성에서 제 1 물질은 7,7,8,8-테트라사이아노퀴노다이메테인(약칭: TCNQ), 7,7,8,8-테트라사이아노-2,3,5,6-테트라플루오로-퀴노다이메테인(약칭: F4TCNQ), 및 1,3,4,5,7,8-헥사플루오로테트라사이아노-나프토퀴노다이메테인(약칭: F6TCNNQ) 중 어느 하나인 것이 바람직하다. 상기 구성으로 함으로써, 캐리어 수송성이 양호한 전자 디바이스를 얻을 수 있다.
또한, 상기 구성에서 전자 디바이스가 유기 EL 소자 또는 태양 전지인 것이 바람직하다.
또한 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성의 발광 소자와, 하우징 및 터치 센서 중 적어도 하나를 가지는 전자 기기이다. 또한 본 발명의 다른 일 형태는 상기 각 구성의 전자 디바이스와, 하우징, 접속 단자, 및 보호 커버 중 적어도 하나를 가지는 조명 장치이다. 또한 본 발명의 일 형태는 전자 디바이스를 가지는 발광 장치뿐만 아니라, 발광 장치를 가지는 전자 기기도 그 범주에 포함한다. 따라서, 본 명세서 중의 발광 장치란 화상 표시 디바이스 또는 광원(조명 장치를 포함함)을 가리킨다. 또한 발광 소자에 커넥터, 예를 들어 FPC(Flexible Printed Circuit), TCP(Tape Carrier Package)가 장착된 표시 모듈, TCP의 끝에 프린트 배선판이 제공된 표시 모듈, 또는 전자 디바이스에 COG(Chip On Glass) 방식에 의하여 IC(집적 회로)가 직접 실장된 표시 모듈도 본 발명의 일 형태이다.
본 발명의 일 형태에 의하여, 광 추출 효율이 높은 전자 디바이스를 제공할 수 있다. 또는, 본 발명의 일 형태에 의하여, 굴절률이 낮은 층을 포함하는 전자 디바이스를 제공할 수 있다. 또는, 본 발명의 일 형태에 의하여, 구동 전압이 낮은 전자 디바이스를 제공할 수 있다. 또는, 본 발명의 일 형태에 의하여, 소비전력이 저감된 전자 디바이스를 제공할 수 있다. 또는, 본 발명의 일 형태에 의하여, 신뢰성이 높은 전자 디바이스를 제공할 수 있다. 또는, 본 발명의 일 형태에 의하여, 발광 효율이 높은 전자 디바이스를 제공할 수 있다. 또는, 본 발명의 일 형태에 의하여, 신규 전자 디바이스를 제공할 수 있다. 또는, 본 발명의 일 형태에 의하여, 광 가둠 효과가 높은 전자 디바이스를 제공할 수 있다. 또는, 본 발명의 일 형태에 의하여, 신규 반도체 장치를 제공할 수 있다.
또한, 이들 효과의 기재는 다른 효과의 존재를 방해하지 않는다. 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 본 발명의 일 형태의 전자 디바이스의 단면 모식도.
도 2는 본 발명의 일 형태의 발광 소자의 단면 모식도와 광로 길이를 설명하는 도면.
도 3은 본 발명의 일 형태의 발광 소자의 단면 모식도 및 발광층에 따른 에너지 준위의 상관을 설명하는 도면.
도 4는 본 발명의 일 형태의 발광 소자의 단면 모식도 및 발광층에 따른 에너지 준위의 상관을 설명하는 도면.
도 5는 본 발명의 일 형태에 따른 액티브 매트릭스형 발광 장치의 개념도.
도 6은 본 발명의 일 형태에 따른 액티브 매트릭스형 발광 장치의 개념도.
도 7은 본 발명의 일 형태에 따른 액티브 매트릭스형 발광 장치의 개념도.
도 8은 본 발명의 일 형태에 따른 전자 기기의 개략도.
도 9는 본 발명의 일 형태에 따른 전자 기기의 개략도.
도 10은 본 발명의 일 형태에 따른 조명 장치를 도시한 도면.
도 11은 본 발명의 일 형태에 따른 조명 장치를 도시한 도면.
도 12는 실시예에 따른 굴절률을 설명하는 도면.
도 13은 실시예에 따른 발광 소자의 전류 효율-휘도 특성을 설명하는 도면.
도 14는 실시예에 따른 발광 소자의 전류 밀도-전압 특성을 설명하는 도면.
도 15는 실시예에 따른 발광 소자의 외부 양자 효율-휘도 특성을 설명하는 도면.
도 16은 실시예에 따른 발광 스펙트럼을 설명하는 도면.
도 17은 실시예에 따른 발광 소자의 외부 양자 효율-색도 x 특성을 설명하는 도면.
도 18은 실시예에 따른 외부 양자 효율과 MoO3의 체적 비율의 관계를 설명하는 도면.
도 19는 실시예에 따른 굴절률을 설명하는 도면.
도 20은 실시예에 따른 발광 소자의 전류 효율-휘도 특성을 설명하는 도면.
도 21은 실시예에 따른 발광 소자의 전류 밀도-전압 특성을 설명하는 도면.
도 22는 실시예에 따른 발광 소자의 외부 양자 효율-휘도 특성을 설명하는 도면.
도 23은 실시예에 따른 발광 스펙트럼을 설명하는 도면.
도 24는 실시예에 따른 발광 소자의 외부 양자 효율-색도 x 특성을 설명하는 도면.
도 25는 실시예에 따른 굴절률을 설명하는 도면.
도 26은 실시예에 따른 발광 소자의 전류 효율-휘도 특성을 설명하는 도면.
도 27은 실시예에 따른 발광 소자의 전류 밀도-전압 특성을 설명하는 도면.
도 28은 실시예에 따른 발광 소자의 외부 양자 효율-휘도 특성을 설명하는 도면.
도 29는 실시예에 따른 발광 스펙트럼을 설명하는 도면.
도 30은 실시예에 따른 신뢰성 시험 결과를 설명하는 도면.
도 31은 실시예에 따른 발광 소자의 외부 양자 효율-색도 x 특성을 설명하는 도면.
도 32는 실시예에 따른 발광 소자의 외부 양자 효율-색도 y 특성을 설명하기 위한 도면.
이하, 본 발명의 실시형태에 대하여 도면을 사용하여 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 있다. 따라서, 본 발명은 이하에 나타낸 실시형태의 기재 내용에 한정하여 해석되는 것은 아니다.
또한, 도면 등에 나타낸 각 구성의 위치, 크기, 범위 등은 이해하기 쉽게 하기 위하여 실제의 위치, 크기, 범위 등을 나타내지 않은 경우가 있다. 따라서, 개시(開示)하는 발명은 도면 등에 개시된 위치, 크기, 범위 등에 반드시 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 명세서 등에서, 제 1, 제 2 등으로 붙여지는 서수사는 편의상 사용되는 것이며, 공정 순서 또는 적층 순서를 나타내지 않는 경우가 있다. 그러므로, 예를 들어 '제 1'을 '제 2' 또는 '제 3' 등으로 적절히 바꾸어 설명할 수 있다. 또한, 본 명세서 등에 기재되어 있는 서수사와, 본 발명의 일 형태를 특정하기 위하여 사용되는 서수사는 일치하지 않는 경우가 있다.
또한, 본 명세서 등에서, 도면을 사용하여 발명의 구성을 설명하는 데 있어서, 같은 것을 가리키는 부호는 상이한 도면 간에서도 공통적으로 사용하는 경우가 있다.
또한, 본 명세서 등에서, '막'이라는 용어와 '층'이라는 용어는 서로 바꿀 수 있다. 예를 들어, '도전층'이라는 용어를 '도전막'이라는 용어로 변경할 수 있는 경우가 있다. 또는, 예를 들어, '절연막'이라는 용어를 '절연층'이라는 용어로 변경할 수 있는 경우가 있다.
또한, 굴절률 n에는 정상 광선의 굴절률인 n Ordinary와, 이상 광선의 굴절률인 n Extraordinary와, 양쪽의 평균값인 n average가 있다. 본 명세서 등에서 단순히 "굴절률"이라고 기재한 경우, 이방성 해석을 수행하지 않았을 때는 n average, 이방성 해석을 수행하였을 때는 n Ordinary로 바꿔 읽어도 좋다. 또한 이방성이란, n Ordinary와 n Extraordinary의 차이로 나타내어진다. 또한, n Ordinary의 값에 2를 곱한 값과 n Extraordinary의 값의 합을 3으로 나눈 값이 n average이다.
또한, 본 명세서 등에서 실온이란, 0℃ 이상 40℃ 이하의 범위의 온도를 말한다.
(실시형태 1)
본 실시형태에서는, 본 발명의 일 형태의 전자 디바이스에 대하여 도 1을 사용하여 이하에서 설명한다.
<전자 디바이스의 구성예 1>
전자 디바이스(50)는, 한 쌍의 기판(기판(10) 및 기판(15)) 사이에 한 쌍의 전극(전극(11) 및 전극(12))과 유기 반도체층(20)을 가진다. 유기 반도체층(20)은 적어도 캐리어 수송층(30)과 기능층(40)을 가진다. 또한 유기 반도체층(20)은 기능층을 복수 가져도 좋다.
전자 디바이스(50)의 기능층(40)은 광을 흡수하거나, 또는 발하는 기능을 가지는 것이 바람직하다. 전극(11) 측으로부터, 기능층(40)에서 발생한 광이 추출되는 경우, 기판(10)을 통과한 광은 전극(11) 및 캐리어 수송층(30)을 통과한다. 또는, 전극(11) 측으로부터 유기 반도체층(20)에 진입한 광이 기능층(40)에서 흡수되는 경우, 기판(10)을 통과한 광은 전극(11) 및 캐리어 수송층(30)을 통과한다. 기능층(40)에서 발생한 광이 효율적으로 추출되거나, 또는 기능층(40)에서 효율적으로 광이 흡수되기 위해서는, 전극(11) 및 캐리어 수송층(30)에서 감쇠하는 광이 적은 것이 바람직하다.
그러나, 전자 디바이스(50)에서는 에버네센트 모드라고 불리는 감쇠 모드에 의하여, 유기 반도체층(20) 중에서 광이 감쇠되는 것이 알려져 있다. 예를 들어, 기능층(40)에서 발광이 일어나는 경우에는, 기능층(40)에서 발생한 광이 전극(11)을 통과하거나, 또는 반사될 때, 에버네센트 모드에 의하여 감쇠된다.
여기서 광이 통과하는 층에 굴절률이 낮은 층이 존재하면 감쇠하는 광이 감소되는 것이 알려져 있다. 도 1에서는, 캐리어 수송층(30)으로서 굴절률이 낮은 층을 사용함으로써, 감쇠하는 광을 억제할 수 있다.
그러나, 캐리어 수송층(30)에는 캐리어 수송성 또는 캐리어 주입 특성이 요구되는 경우가 많다. 그러므로, 캐리어 수송층(30)에는 캐리어 수용성 또는 캐리어 공여성의 물질을 사용한다. 상기 캐리어 수용성 또는 캐리어 공여성의 물질은 굴절률이 높은 재료가 많기 때문에, 캐리어 수송층(30)은 굴절률이 높아진다. 즉, 캐리어 수송성을 가지면서, 굴절률이 낮은 층을 얻는 것이 어려웠다. 또한, 캐리어 수용성 또는 캐리어 공여성의 물질이 유기 화합물인 경우, 상기 유기 화합물의 구조 중에 사이클로헥세인 골격과 같은 포화 환식 화합물을 가지면 굴절률이 저하되는 것이 알려져 있지만, 내열성에 문제가 있었다.
여기서 본 발명자들은, 굴절률이 낮은 유기 화합물을 캐리어 수송층(30)과 혼합시킴으로써, 굴절률이 높은, 전자 수용성을 가지는 물질을 사용하여도, 캐리어 수송성을 가지면서 굴절률이 낮은 층을 제작할 수 있다는 것을 발견하였다. 또한 테트라아릴메테인 골격 및 테트라아릴실레인 골격 중 어느 한쪽, 및 전자 공여성의 기를 가지는 유기 화합물을 캐리어 수송층(30)과 혼합시킴으로써, 굴절률이 높은, 전자 수용성을 가지는 물질을 사용하여도, 캐리어 수송성을 가지면서 굴절률이 낮은 층을 제작할 수 있다는 것을 발견하였다. 또한 상기 유기 화합물은 내열성도 우수하다는 것을 발견하였다.
상기 굴절률이 낮은 유기 화합물의 굴절률은 1 이상 1.75 이하인 것이 바람직하고, 더 바람직하게는 1 이상 1.73 이하, 더욱 바람직하게는 1.70 이하이다. 상기 구성으로 함으로써, 감쇠하는 광이 저감된 양호한 전자 디바이스를 얻을 수 있다.
상기 테트라아릴메테인 골격 및 테트라아릴실레인 골격 중 어느 한쪽, 및 전자 공여성의 기를 가지는 유기 화합물의 굴절률은 1 이상 1.75 이하인 것이 바람직하고, 더 바람직하게는 1 이상 1.73 이하, 더욱 바람직하게는 1.70 이하이다. 상기 구성으로 함으로써, 감쇠하는 광이 저감된 광 추출 효율이 양호한 전자 디바이스를 얻을 수 있다.
<전자 디바이스의 구성예 2>
이하에서는, 본 발명의 일 형태의 전자 디바이스의 일례인 발광 소자에 대하여, 도 2를 사용하여 이하에서 설명한다.
도 2의 (A)는 본 발명의 일 형태의 발광 소자(150)의 단면 모식도이다.
발광 소자(150)는 기판(200) 및 기판(210)을 가지고, 기판(200) 및 기판(210) 사이에 한 쌍의 전극(전극(101) 및 전극(102))을 가지고, 상기 한 쌍의 전극 사이에 제공된 EL층(100)을 가진다. EL층(100)은 적어도 발광층(130)을 가진다.
또한, 도 2의 (A)에 도시된 EL층(100)은, 발광층(130) 외에, 정공 주입층(111), 정공 수송층(112), 전자 수송층(118), 및 전자 주입층(119) 등의 기능층을 가진다.
또한, 본 실시형태에서는, 한 쌍의 전극 중, 전극(101)을 양극으로서, 전극(102)을 음극으로서 설명하지만, 발광 소자(150)의 구성은 이에 한정되지 않는다. 즉, 전극(101)을 음극으로 하고 전극(102)을 양극으로 하고, 이 전극들 사이의 각 층의 적층을 반대의 순서로 하여도 좋다. 즉, 양극 측으로부터, 정공 주입층(111)과, 정공 수송층(112)과, 발광층(130)과, 전자 수송층(118)과, 전자 주입층(119)이 적층되는 순서로 하면 좋다.
또한, 본 실시형태에서는, 도 2의 (A)에서, 전극(101)(양극) 측을 광을 추출하는 측으로서 설명하지만, 발광 소자(150)의 구성은 이에 한정되지 않는다. 즉, 광을 추출하는 측을 전극(102)(음극) 측으로 하여도 좋고, 또한 전극(101), 전극(102)의 양쪽으로부터 광을 추출하여도 좋다.
또한 EL층(100)의 구성은 도 2의 (A)에 도시된 구성에 한정되지 않고, 적어도 발광층(130)을 가지고, 정공 주입층(111), 정공 수송층(112), 전자 수송층(118), 및 전자 주입층(119)은 각각 가져도 되고, 가지지 않아도 된다. 또한 EL층(100)은, 정공 또는 전자의 주입 장벽을 저감시키거나, 정공 또는 전자의 수송성을 향상시키거나, 정공 또는 전자의 수송성을 저해하거나, 전극에 의한 소광 현상을 억제하거나, 또는 여기자의 확산을 억제할 수 있는 등의 기능을 가진 기능층을 가지는 구성으로 하여도 된다. 또한 기능층은 각각 단층이어도 좋고, 복수의 층이 적층된 구성이어도 좋다.
도 2의 (B)는, 도 2의 (A)에 도시된 발광층(130)의 일례를 나타낸 단면 모식도이다. 도 2의 (B)에 도시된 발광층(130)은, 게스트 재료(131)와 호스트 재료(132)를 가져도 좋다.
발광 소자(150)로부터 효율적으로 발광을 얻기 위해서는, 발광 소자(150)의 광 추출 효율이 높은 것이 바람직하다. 그러나, 상술한 바와 같이 유기 EL 소자는 에버네센트 모드라고 불리는 감쇠 모드에 의하여, 광 추출 효율이 감소되는 것이 알려져 있다. 예를 들어, 발광 소자(150)에서는 발광층(130)에서 발생한 광이 전극(101)을 통과하거나, 또는 반사될 때, 에버네센트 모드에 의하여 감쇠된다.
에버네센트 모드에 의한 광의 감쇠를 저감시키기 위해서는, 발광층(130)과 전극(101) 사이의 층, 예를 들어 정공 주입층(111)이나 정공 수송층(112)의 막 두께를 두껍게 하는 방법이 있지만, 상기 구성으로 한 경우, 구동 전압이 상승되는 경우나, 제조 비용이 증가하는 등의 문제가 있다.
여기서, 발광 소자(150)에서는 발광층(130)에서 발생한 광이 외부로 추출되지만, 발광층(130)에서 발생한 광이 기판(200)을 통과할 때까지 굴절률이 낮은 층이 존재하면 광 추출 효율이 향상되는 것이 알려져 있다.
발광층(130)에서 발생한 광은 외부로 추출될 때까지, 정공 주입층(111), 정공 수송층(112), 전극(101), 및 기판(200)을 통과한다. 그러므로, 정공 주입층(111) 또는 정공 수송층(112)의 굴절률은 낮은 것이 바람직하다. 특히, 전극(101)과 접하는 정공 주입층(111)의 굴절률이 낮은 것이 바람직하다.
그러나 정공 주입층(111)에는, 정공 주입 특성을 얻기 위하여, 전자 수용성을 가지는 물질을, 전자 공여성을 가지는 유기 화합물과 혼합시키는 경우가 많다. 상기 전자 수용성을 가지는 물질은 굴절률이 높은 재료가 많기 때문에, 정공 주입층(111)은 굴절률이 높아진다. 즉, 정공 주입성을 가지면서, 굴절률이 낮은 층을 얻는 것이 어려웠다. 또한, 전자 수용성 또는 전자 공여성의 물질이 유기 화합물인 경우, 상기 유기 화합물의 구조 중에 사이클로헥세인 골격과 같은 포화 환식 화합물을 가지면 굴절률이 저하되는 것이 알려져 있지만, 내열성에 문제가 있었다.
여기서 본 발명자들은, 굴절률이 낮은 유기 화합물을 전자 주입층(111)에 사용함으로써, 굴절률이 높은, 전자 수용성을 가지는 물질을 사용하여도, 정공 주입 특성을 가지면서 굴절률이 낮은 층을 제작할 수 있다는 것을 발견하였다. 또한 본 발명자들은, 테트라아릴메테인 골격 및 테트라아릴실레인 골격 중 적어도 어느 한쪽, 및 전자 공여성의 기를 가지는 유기 화합물을 전자 주입층(111)과 혼합시킴으로써, 굴절률이 높은, 전자 수용성을 가지는 물질을 사용하여도, 캐리어 수송성을 가지면서 굴절률이 낮은 층을 제작할 수 있다는 것을 발견하였다. 또한 상기 유기 화합물은 내열성도 우수하다는 것을 발견하였다. 상기 유기 화합물의 유리 전이점(Tg)은 100℃ 이상인 것이 바람직하다.
상기 굴절률이 낮은 유기 화합물의 굴절률은 1 이상 1.75 이하인 것이 바람직하고, 더 바람직하게는 1 이상 1.73 이하, 더욱 바람직하게는 1.70 이하이다. 상기 구성으로 함으로써, 광 추출 효율이 양호한 발광 소자를 얻을 수 있다.
상기 테트라아릴메테인 골격 및 테트라아릴실레인 골격 중 어느 한쪽, 및 전자 공여성의 기를 가지는 유기 화합물은 굴절률이 1 이상 1.75 이하인 것이 바람직하고, 더 바람직하게는 1 이상 1.73 이하, 더욱 바람직하게는 1.70 이하이다. 상기 구성으로 함으로써, 광 추출 효율이 양호한 발광 소자를 얻을 수 있다.
상술한 바와 같이, 발광층(130)과 기판(200) 사이에 굴절률이 낮은 층이 존재하면 광 추출 효율이 향상되지만, 정공 주입층(111), 정공 수송층(112)에 더하여 굴절률이 낮은 층을 도입하면, 제작하는 층의 수가 증가하기 때문에 발광 소자의 제작 프로세스가 복잡해진다. 그러나 본 발명의 일 형태에서는, 굴절률이 낮으며 정공 주입 특성을 가지는 층을 제작할 수 있기 때문에, 기존의 제작 프로세스를 사용하여, 즉, 제작하는 층의 수를 유지하면서 발광 소자의 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다.
마찬가지로, 본 발명의 일 형태에서는, 테트라아릴메테인 골격 및 테트라아릴실레인 골격 중 어느 한쪽, 및 전자 공여성의 기를 가지는 유기 화합물을 사용함으로써, 굴절률이 낮으며, 정공 주입 특성을 가지는 층을 제작할 수 있기 때문에, 기존의 제작 프로세스를 사용하여, 즉, 제작하는 층의 수를 증가시키지 않고, 발광 소자의 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 형태는 양극과 음극 사이의 EL층에 관한 것이다. 그러므로, 기판에 요철을 형성하는 등, 다른 광 추출 향상 기술과 조합할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 형태는 굴절률이 낮은 유기 화합물에 전자 공여성을 가지는 유기 화합물을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 구성으로 함으로써, 정공 주입층(111)의 굴절률을 저하시키면서 정공 주입 특성을 높일 수 있기 때문에, 양호한 광 추출 효율을 가지면서 구동 전압이 낮은 발광 소자를 제공할 수 있다. 상기 유기 화합물이 테트라아릴메테인 골격 또는 테트라아릴실레인 골격을 가지는 것이 더 바람직하다.
또한, 정공 주입층(111)의 굴절률은 발광층(130)의 굴절률보다 낮은 것이 바람직하다. 상기 구성으로 함으로써, 발광층(130)으로부터의 발광의 에버네센트파에 의한 감쇠를 저감할 수 있다. 또한, 정공 주입층(111)의 굴절률은 정공 수송층(112)의 굴절률보다 낮고, 정공 수송층(112)의 굴절률은 발광층(130)의 굴절률보다 낮은 것이 바람직하다. 상기 구성으로 함으로써, 발광층(130)과 정공 주입층(111)의 굴절률 단차를 저감할 수 있기 때문에, 광 추출 효율을 더 향상시킬 수 있다.
또한, EL층의 도파 모드를 억제하기 위해서는, 발광층(130)에서 발생한 광이 통과하는 층의 수가 적은 것이 바람직하다. 그러므로, 발광층(130)이 전극(101)에 접하는 것이 광 추출 효율을 고려하였을 때 바람직한 구성이지만, 상기 구성으로 함으로써, 캐리어 밸런스의 영향이나 플라스몬 효과의 영향에 의하여 발광층(130)의 발광 효율이 저하되는 경우가 있다. 따라서, 정공 주입층(111) 및 정공 수송층(112)은 EL층을 효율적으로 기능시키는 데 필요한 층이다. 그러므로, 정공 주입층(111)과 정공 수송층(112)은 접하는 것이 바람직하고, 정공 수송층(112)과 발광층(130)이 접하는 것이 더 바람직하다.
또한, 정공 주입층(111)의 굴절률은 전극(101)의 굴절률보다 낮은 것이 바람직하다. 상기 구성으로 함으로써, 정공 주입층(111)의 굴절률 n HIL과 전극(101)의 굴절률 n cat.의 관계가 n cat./n HIL>1이 되기 때문에, 정공 주입층(111)으로부터 전극(101)으로 광이 통과할 때의 전반사를 억제할 수 있다. 즉, 도파 모드를 억제할 수 있다. 또한, 반사에 의하여 일어나는 에버네센트 모드에 의한 광의 감쇠도 억제할 수 있다.
또한, 정공 주입층(111)의 굴절률은 1 이상 1.80 이하인 것이 바람직하다. 더 바람직하게는 1 이상 1.78 이하, 더욱 바람직하게는 1 이상 1.75 이하이다. 상기 구성으로 함으로써, 양호한 광 추출 효율을 얻을 수 있다.
또한, 정공 주입층(111)에서는 전자 공여성을 가지는 유기 화합물과 전자 수용성을 가지는 물질을 혼합시키는 것이 바람직하다. 상기 구성으로 함으로써, 양호한 정공 주입 특성을 얻을 수 있다.
여기서, 상술한 유기 화합물과, 전자 수용성을 가지는 물질의 혼합비는 상기 전자 수용성을 가지는 물질의 체적 비율이 상기 유기 화합물에 대하여 0.01 이상 0.3 이하인 것이 바람직하다. 이 구성으로 함으로써, 전자 수용성을 가지는 물질에 굴절률이 높은 물질을 사용하여도, 상기 유기 화합물에 굴절률이 낮은 유기 화합물을 사용함으로써, 굴절률이 낮은 정공 주입층(111)을 제작할 수 있다는 것을 본 발명자들은 발견하였다.
상술한 에버네센트파에 의한 광의 감쇠는 전자 디바이스에 입사한 광에 대해서도 일어날 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 형태에 따른 전자 디바이스를 태양 전지에 적용한 경우, 에버네센트파에 의한 광의 감쇠를 억제할 수 있기 때문에, 상기 태양 전지의 광 가둠 효과를 향상시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 형태에 따른 전자 디바이스는 태양 전지에 적합하게 사용할 수 있다. 이 경우, 도 1에 도시된 전자 디바이스(50)에서의 기능층(40)은 활성층, 광 흡수 층, 또는 광 발전층으로 바꿔 읽어도 좋다.
<정공 주입층(111)에 사용하는 유기 화합물>
여기서, 정공 주입층(111)에 적합하게 사용할 수 있는 유기 화합물에 대하여 설명한다.
정공 주입층(111)에는 굴절률이 작은 유기 화합물을 사용하는 것이 바람직하다. 여기서, 고분자의 굴절률은 이하에 나타내는 로런츠-로렌츠(Lorentz-Lorenz)의 식(수학식(1))으로 나타내어진다.
[수학식 1]
Figure pat00001
수학식(1)을 변형시킴으로써 수학식(2)이 얻어진다.
[수학식 2]
Figure pat00002
수학식(1), 수학식(2) 중에서, n은 굴절률, α는 분극률, N은 단위 체적 중의 분자 수, ρ는 밀도, NA는 아보가드로수, M은 분자량, V0은 몰 부피, [R]는 원자 굴절을 나타낸다.
수학식(2)보다 굴절률 n을 작게 하기 위해서는 φ를 작게 하면 좋고, 수학식(1)보다 φ를 작게 하기 위해서는 원자 굴절 [R]를 작게 하면 좋다. 즉, 굴절률 n을 작게 하기 위해서는, 원자 굴절 [R]가 작아지는 유기 화합물을 선택하면 좋다.
상술한 식은 고분자에서의 식이기 때문에, 저분자 화합물에 적용한 경우, 산출되는 값에 약간의 차이가 생기는 것이 예상되지만, 경향은 거의 같다고 생각되기 때문에, 정공 주입층(111)에 사용하는 유기 화합물에는 원자 굴절 [R]가 작아지는 유기 화합물을 선택하는 것이 바람직하다. 또한 정공 주입층(111)은 정공 주입 특성을 가지는 것이 바람직하다. 그러므로, 정공 주입층(111)에 사용되는 유기 화합물은 추가로, 방향족 화합물과 같이, 분자 중에 π공액을 가지며, 전자 공여성을 가지는 것이 더 바람직하다. 이와 같은 유기 화합물을 선택함으로써, 굴절률이 낮고 정공 주입 특성이 우수한 정공 주입층(111)을 제작할 수 있다.
플루오로기나 트라이플루오로메틸기 등의 플루오린을 포함하는 치환기, 사이클로헥실기, 방향 고리를 개재(介在)한 결합에, sp3 혼성 궤도로 대표되는 방향 고리 간의 공액이 절단된 구조를 가지면, 원자 굴절 [R]는 작아지는 경향이 있다. 또한, 비교대 탄화수소를 가지는 유기 화합물은 분자 전체에 공액계가 확장되어 있지 않기 때문에, 원자 굴절 [R]가 작은 경향이 있다. 그러므로, 정공 주입층(111)에 사용되는 유기 화합물은, 상기 치환기나 결합을 가지는 유기 화합물이 바람직하다.
정공 주입층(111)에 사용되는 유기 화합물에는, 방향족 아민 골격, 피롤 골격, 싸이오펜 골격을 가지는 유기 화합물이나, 메틸기나 t-뷰틸기, 아이소프로필기와 같은 부피가 큰 치환기를 가진 방향 고리를 가지는 유기 화합물도 적합하게 사용할 수 있다. 상기 유기 화합물은 분자 중에 π공액계를 가지며, 굴절률도 낮은 경향이 있다.
상술한 방향 고리를 개재한 결합에는, 방향 고리 간의 공액이 절단된 구조의 일례로서는 하기 일반식(100)으로 나타내어지는 테트라아릴메테인 골격, 일반식(101)으로 나타내어지는 테트라아릴실레인 골격 또는 사이클로헥실 골격을 들 수 있다. 테트라아릴메테인 골격이나 테트라아릴실레인 골격은 굴절률이 낮고, 사이클로헥실 골격과 비교하여 내열성도 양호하기 때문에, 정공 주입층(111)에 적합하게 사용할 수 있다. 또한, 진공 증착에 의하여 박막을 쉽게 형성할 수 있기 때문에, 유기 EL 등의 전자 디바이스에 적합하게 사용할 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00003
또한, 정공 주입층(111)에 사용되는 유기 화합물은 전자 공여성을 가지는 것이 바람직하다. 전자 공여성을 가지는 골격으로서는, 예를 들어 하기 일반식(200 내지 220)에 나타내는 방향족 아민 골격이나 π전자 과잉형 복소 방향 고리 골격을 들 수 있다. 일반식(210 내지 213) 중의 X는 산소 또는 황을 나타낸다.
[화학식 2]
Figure pat00004
상술한 방향족 아민 골격(구체적으로는 예를 들어 트라이아릴아민 골격), π전자 과잉형 복소 방향 고리 골격(구체적으로는 예를 들어 퓨란 골격, 싸이오펜 골격, 피롤 골격, 아제핀 골격, 또는 아크리딘 골격을 가지는 고리)은, 치환기를 가져도 좋다. 상기 치환기로서는 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기, 또는 탄소수 6 내지 12의 치환 또는 비치환된 아릴기도 선택할 수 있다. 탄소수 1 내지 6의 알킬기로서 구체적으로는, 예를 들어 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, n-헥실기 등을 들 수 있다. 또한, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기로서 구체적으로는, 예를 들어 사이클로프로필기, 사이클로뷰틸기, 사이클로펜틸기, 사이클로헥실기 등을 들 수 있다. 또한, 탄소수 6 내지 12의 아릴기로서는, 예를 들어 페닐기, 나프틸기, 바이페닐기 등을 구체적인 예로서 들 수 있다. 또한, 상기 치환기는 서로 결합하여 고리를 형성하여도 좋다. 이와 같은 예로서는, 예를 들어, 플루오렌 골격에서의 9위치의 탄소가 치환기로서 페닐기를 2개 가지는 경우, 상기 페닐기들이 서로 결합함으로써 스파이로플루오렌 골격을 형성하는 경우를 들 수 있다. 또한, 비치환의 경우, 합성의 용이성이나 원료의 가격 면에서 유리하다.
상기, 전자 공여성을 가지는 골격은 상술한 바와 같이 방향족 아민 골격, 피롤 골격, 아제핀 골격 등의 홀수 원 고리 골격, 아크리딘 골격인 것이 바람직하다. 이들 골격은 전자 공여성이 양호하고, 원자 굴절 [R]도 낮기 때문에, 이들 골격을 분자 중에 가짐으로써 전자 공여성이 우수한 굴절률이 낮은 유기 화합물을 얻을 수 있다.
또한, Ar1 내지 Ar8은 각각 독립적으로, 탄소수 6 내지 13의 아릴기, 상술한 일반식(200 내지 220)으로 나타내어지는 방향족 아민 골격, 또는 π전자 과잉 복소 방향족 골격을 나타낸다. 상기 아릴기는 치환기를 가져도 좋고, 상기 치환기는 결합하여 고리를 형성하여도 좋다. 이와 같은 예로서는, 예를 들어 플루오렌일기의 9위치의 탄소가 치환기로서 페닐기를 2개 가지고, 상기 페닐기들이 서로 결합함으로써 스파이로플루오렌 골격을 형성하는 경우를 들 수 있다. 탄소수 6 내지 13의 아릴기로서는 예를 들어 페닐기, 나프탈렌일기, 플루오렌일기 등을 구체적인 예로서 들 수 있다. 또한, 상기 아릴기가 치환기를 가지는 경우, 상기 치환기로서는, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기, 또는 탄소수 6 내지 12의 아릴기도 선택할 수 있다. 탄소수 1 내지 6의 알킬기로서 구체적으로는, 예를 들어 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, n-헥실기 등을 들 수 있다. 또한, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기로서 구체적으로는, 예를 들어 사이클로프로필기, 사이클로뷰틸기, 사이클로펜틸기, 사이클로헥실기 등을 들 수 있다. 또한, 탄소수 6 내지 12의 아릴기로서는, 예를 들어 페닐기, 나프틸기 등을 구체적인 예로서 들 수 있다.
또한, Ar1 내지 Ar8로 나타내어지는 아릴기는, 예를 들어 하기 구조식으로 나타내어지는 기를 적용할 수 있다. 또한, 아릴기로서 사용할 수 있는 기는 이들에 한정되지 않는다.
[화학식 3]
Figure pat00005
또한, Ar1 내지 Ar8이 아릴기인 경우, 상기 아릴기는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 13의 아릴기와 같이, 비교적 π공액계의 확장이 작은 치환기인 것이 바람직하고, 치환 또는 비치환된 페닐기인 것이 더 바람직하다. π공액계가 작은 치환기는 원자 굴절 [R]가 작은 경향이 있다. 한편, 알켄 등 π공액계가 작은 유기 화합물에서는, 캐리어 수송성이 부족하기 때문에, 전자 디바이스에는 적합하지 않다. 그러므로, 탄소수 6 내지 13의 아릴기, 특히 페닐기와 같은 캐리어 수송성을 가지며 π공액계가 작은 유기 화합물이, 정공 주입층(111)에 사용하는 유기 화합물로서 바람직하다. 또한, 홀수 원 고리의 치환기는 원자 굴절 [R]가 작기 때문에 바람직하다.
또한, 일반식(200 내지 220) 중, R1 내지 R11은 각각 독립적으로, 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기, 또는 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기 중 임의의 것을 나타낸다. 탄소수 1 내지 6의 알킬기로서 구체적으로는, 예를 들어 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, n-헥실기 등을 들 수 있다. 또한, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기로서 구체적으로는, 예를 들어 사이클로프로필기, 사이클로뷰틸기, 사이클로펜틸기, 사이클로헥실기 등을 들 수 있다. 또한, 탄소수 6 내지 13의 아릴기로서는, 예를 들어 페닐기, 나프틸기, 바이페닐기, 플루오렌일기 등을 구체적인 예로서 들 수 있다. 또한 상술한 아릴기나 페닐기는 치환기를 가져도 좋고, 상기 치환기는 서로 결합하여 고리를 형성하여도 좋다. 상기 치환기로서는 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기, 또는 탄소수 6 내지 12의 아릴기도 선택할 수 있다. 탄소수 1 내지 6의 알킬기로서 구체적으로는, 예를 들어 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, n-헥실기 등을 들 수 있다. 또한, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기로서 구체적으로는, 예를 들어 사이클로프로필기, 사이클로뷰틸기, 사이클로펜틸기, 사이클로헥실기 등을 들 수 있다. 또한, 탄소수 6 내지 12의 아릴기로서는, 예를 들어 페닐기, 나프틸기, 바이페닐기 등을 구체적인 예로서 들 수 있다.
또한, R1 내지 R11로 나타내어지는 수소, 알킬기, 또는 아릴기는 예를 들어, 하기 일반식(R-1 내지 R-27)으로 나타내어지는 기를 적용할 수 있다. 또한, 알킬기 또는 아릴기로서 사용할 수 있는 기는 이들에 한정되지 않는다.
[화학식 4]
Figure pat00006
또한, 일반식(200 내지 220) 중, Ar9 내지 Ar13은 탄소수 6 내지 13의 아릴렌기를 나타내고, 상기 아릴렌기는 치환기를 가져도 좋고, 상기 치환기는 서로 결합하여 고리를 형성하여도 좋다. 이와 같은 예로서는, 예를 들어 플루오렌일기의 9위치의 탄소가 치환기로서 페닐기를 2개 가지고, 상기 페닐기들이 서로 결합함으로써 스파이로플루오렌 골격을 형성하는 경우를 들 수 있다. 탄소수 6 내지 13의 아릴렌기로서는, 예를 들어 페닐렌기, 나프탈렌다이일기, 바이페닐렌기, 플루오렌다이일기 등을 구체적인 예로서 들 수 있다. 또한 상기 아릴렌기가 치환기를 가지는 경우, 상기 치환기로서는 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기, 또는 탄소수 6 내지 12의 아릴기도 선택할 수 있다. 탄소수 1 내지 6의 알킬기로서 구체적으로는, 예를 들어 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, n-헥실기 등을 들 수 있다. 또한, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기로서 구체적으로는, 예를 들어 사이클로프로필기, 사이클로뷰틸기, 사이클로펜틸기, 사이클로헥실기 등을 들 수 있다. 또한, 탄소수 6 내지 12의 아릴기로서는, 예를 들어 페닐기, 나프틸기, 바이페닐기 등을 구체적인 예로서 들 수 있다.
또한, Ar9 내지 Ar13으로 나타내어지는 아릴렌기는 예를 들어, 하기 구조식(Ar-12 내지 Ar-25)으로 나타내어지는 기를 적용할 수 있다. 또한 Ar9 내지 Ar13으로서 사용할 수 있는 기는 이들에 한정되지 않는다.
[화학식 5]
Figure pat00007
상술한 바와 같이, 정공 주입층(111)에 사용되는 유기 화합물은 테트라아릴메테인 골격 또는 테트라아릴실레인 골격, 및 전자 공여성을 가지는 유기 화합물인 것이 바람직하다. 상기 유기 화합물의 일례로서는, 9-(4-t-뷰틸페닐)-3,4-다이트라이틸-9H-카바졸(약칭: CzC), 9-(4-t-뷰틸페닐)-3,4-다이트라이페닐실릴-9H-카바졸(약칭: CzSi), 4,4,8,8,-12,12-헥사-p-톨루일-4H-8H-12H-12C-아자-다이벤조[cd,mn]피렌(약칭: FATPA), 4,4'-비스(다이벤조-아제핀-1-일)-바이페닐(약칭: BazBP), 4,4'-비스(다이하이드로-다이벤조-아제핀-1-일)-바이페닐(약칭: HBazBP), 4,4'-(다이페닐메틸렌)비스(N,N-다이페닐아민)(약칭: TCBPA), 4,4'-(다이페닐실레인다이일)비스(N,N-다이페닐아민)(약칭: TSBPA) 등을 들 수 있다. 이들의 구조식을 하기에 나타낸다. 또한, 상기 테트라아릴메테인 골격 또는 테트라아릴실레인 골격, 및 전자 공여성을 가지는 유기 화합물은 이에 한정되지 않는다. 이들의 구조식을 하기에 나타낸다.
[화학식 6]
Figure pat00008
또한, 본 발명의 일 형태에 따른 전자 디바이스에는 저분자 유기 화합물을 적합하게 사용할 수 있다. 저분자 유기 화합물을 사용함으로써, EL층(100)에 포함되는 모든 층을 진공 증착에 의하여 성막할 수 있기 때문에, 제조 공정을 간략화할 수 있다.
<<광로 길이 조정에 의한 광 추출 효율의 향상>>
또한, 본 발명의 일 형태인 전자 디바이스에서, 광로 길이를 제어함으로써, 광 추출 효율을 더 향상시킬 수 있다. 발광층(130)으로부터 얻어지는 발광 중, 소망의 파장의 광을 효율적으로 추출할 수 있다.
예를 들어, 발광층(130)으로부터 얻어지는 소망의 파장의 광(파장: λ)을 효율적으로 추출하기 위하여, 전극(101)과 정공 주입층(111)의 계면부터, 발광층(130) 중 소망의 파장의 광이 얻어지는 영역(발광 영역(134))까지의 광학 거리를 (2m'-1)λ4(다만, m'은 자연수) 근방이 되도록 조절하는 것이 바람직하다. 또한, 여기서 말하는 발광 영역이란, 발광층(130)에서의 정공(홀)과 전자의 재결합 영역을 나타낸다.
이와 같은 광학 조정을 수행함으로써, 에버네센트 모드에 의한 광의 감쇠를 감소시킬 수 있어, 발광층(130)으로부터의 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 기판(200)과 전극(101)의 계면부터, 발광층(130) 중 소망의 파장의 광이 얻어지는 영역(발광 영역(134))까지의 광학 거리를 mλ2(다만, m은 자연수) 근방이 되도록 조절하는 것이 바람직하다. 이와 같은 광학 조정을 수행함으로써, 에버네센트 모드에 의한 광의 감쇠를 감소시킬 수 있어, 발광층(130)으로부터의 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다.
상기 광학 조정을 수행하기 위해서는, 정공 주입층(111) 또는 정공 수송층(112)의 막 두께를 조정할 필요가 있지만, 정공 주입층(111)의 굴절률이 높은 경우에는 광로 길이가 길어지는 경향이 있기 때문에, 광로 길이의 조정이 어려운 경우나, 정공 주입층(111)의 막 두께가 두꺼워져 구동 전압이 상승되는 경우가 있다. 그러나, 본 발명의 일 형태에서는, 정공 주입층(111)은 굴절률이 낮기 때문에 광로 길이의 제어가 용이하여, 막 두께를 얇게 할 수 있다. 그러므로, 발광층(130)으로부터의 광 추출 효율 향상뿐만 아니라, 발광 소자의 제작 공정의 간략화나, 낮은 구동전압을 가지는 발광 소자를 실현할 수 있다.
상술한 에버네센트파에 의한 광의 감쇠는 전자 디바이스에 입사한 광에 대해서도 일어날 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 형태에 따른 전자 디바이스를 태양 전지에 적용한 경우, 에버네센트파에 의한 광의 감쇠를 억제할 수 있기 때문에, 상기 유기 태양 전지의 광 가둠 효과를 향상시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 형태에 따른 전자 디바이스는 태양 전지에 적합하게 사용할 수 있다. 이 경우, 도 1에 도시된 전자 디바이스(50)에서의 기능층(40)은 활성층으로 바꿔 읽어도 좋다.
또한, 상술한 구조에서는 소망의 광의 파장 λ로 발광 소자의 광로 길이를 조정함으로써 광을 효율적으로 추출하는 구성에 대하여 설명하였지만, 도 1을 사용하여 태양 전지에 적용되는 경우의 예에 대하여 설명한다. 전자 디바이스(50)에 입사하는 광의 파장 λ'와 상이한 광로 길이가 되도록, 한 쌍의 전극 사이의 막 두께를, 도 1 중에서는 유기 반도체층(20)의 막 두께를 조정하는 것이 바람직하다. 상기 구성으로 함으로써, 전자 디바이스(50)에 입사한 광을 효율적으로 전자 디바이스(50) 중에 가둘 수 있다. 또한, 본 발명의 일 형태의 전자 디바이스에서는 에버네센트파에 의한 광의 감쇠를 억제할 수 있어, 더 효율적으로 광 가둠 효과를 얻을 수 있다.
<재료>
다음으로 본 발명의 일 형태에 따른 전자 디바이스의 일례인 발광 소자의 구성 요소의 자세한 사항에 대하여 이하에서 설명한다.
<<발광층>>
발광층(130)은 적어도 호스트 재료(131)를 가지고, 게스트 재료(132)를 더 가지는 것이 바람직하다. 또한, 후술하는 바와 같이 호스트 재료(131)는 유기 화합물(131_1) 및 유기 화합물(131_2)을 가져도 좋다. 발광층(130) 중에서는, 호스트 재료(131)가 중량비로 가장 많이 존재하고, 게스트 재료(132)는 호스트 재료(131) 중에 분산된다. 게스트 재료(132)가 형광성 화합물인 경우, 발광층(130)의 호스트 재료(131)(유기 화합물(131_1) 및 유기 화합물(131_2))의 S1 준위는 발광층(130)의 게스트 재료(게스트 재료(132))의 S1 준위보다 낮은 것이 바람직하다. 또한, 게스트 재료(132)가 인광성 화합물인 경우, 발광층(130)의 호스트 재료(131)(유기 화합물(131_1) 및 유기 화합물(131_2))의 T1 준위는 발광층(130)의 게스트 재료(게스트 재료(132))의 T1 준위보다 높은 것이 바람직하다.
유기 화합물(131_1)로서는, 질소를 2개 이상 포함하는 탄소수 1 내지 20의 복소 방향족 골격을 가지는 것이 바람직하다. 특히, 피리미딘 골격 및 트라이아진 골격을 가지는 화합물인 것이 바람직하다. 유기 화합물(131_1)로서는, 정공보다 전자의 수송성이 높은 재료(전자 수송성 재료)를 사용할 수 있고, 1×10-6cm2/Vs 이상의 전자 이동도를 가지는 재료인 것이 바람직하다.
구체적으로는, 예를 들어 4,6-비스[3-(페난트렌-9-일)페닐]피리미딘(약칭: 4,6mPnP2Pm), 4,6-비스[3-(4-다이벤조싸이엔일)페닐]피리미딘(약칭: 4,6mDBTP2Pm-II), 4,6-비스[3-(9H-카바졸-9-일)페닐]피리미딘(약칭: 4,6mCzP2Pm) 등의 다이아진 골격을 가지는 복소 고리 화합물이나, 2-{4-[3-(N-페닐-9H-카바졸-3-일)-9H-카바졸-9-일]페닐}-4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진(약칭: PCCzPTzn), 2-{3-[3-(벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란-8-일)페닐]페닐}-4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진(약칭: mBnfBPTzn), 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-(3,5-다이페닐-1H-1,2,4-트라이아졸-1-일)]페닐-9H-카바졸(약칭: CzTAZ(1H)) 등의 트라이아진 골격, 피리미딘 골격, 트라이아졸 골격을 가지는 복소 고리 화합물은 안정적이며 신뢰성이 양호하기 때문에 바람직하다. 또한 상기 골격을 가지는 복소 고리 화합물은 전자 수송성이 높고, 구동 전압 저감에도 기여한다. 여기서 설명한 물질은 주로 1×10-6cm2/Vs 이상의 전자 이동도를 가지는 물질이다. 또한 정공보다 전자의 수송성이 높은 물질이라면 상기 이외의 물질을 사용하여도 좋다.
또한, 유기 화합물(131_1)로서는, 피리딘 유도체나 피라진 유도체, 피리다진유도체, 바이피리딘 유도체, 퀴녹살린 유도체, 다이벤조퀴녹살린 유도체, 페난트롤린 유도체, 푸린 유도체 등의 화합물도 사용할 수 있다. 이와 같은 유기 화합물은 1×10-6cm2/Vs 이상의 전자 이동도를 가지는 재료인 것이 바람직하다.
구체적으로는, 예를 들어 바소페난트롤린(약칭: BPhen), 바소큐프로인(약칭: BCP) 등의 피리딘 골격을 가지는 복소 고리 화합물이나, 2-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mDBTPDBq-II), 2-[3'-(다이벤조싸이오펜-4-일)바이페닐-3-일]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mDBTBPDBq-II), 2-[3'-(9H-카바졸-9-일)바이페닐-3-일]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mCzBPDBq), 2-[4-(3,6-다이페닐-9H-카바졸-9-일)페닐]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2CzPDBq-III), 7-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 7mDBTPDBq-II), 및 6-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 6mDBTPDBq-II), 2-[3-(3,9'-바이-9H-카바졸-9-일)페닐]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mCzCzPDBq) 등의 피라진 골격을 가지는 복소 방향 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 가지는 복소 고리 화합물도 사용할 수 있다. 또한, 폴리(2,5-피리딘다이일)(약칭: PPy), 폴리[(9,9-다이헥실플루오렌-2,7-다이일)-co-(피리딘-3,5-다이일)](약칭: PF-Py), 폴리[(9,9-다이옥틸플루오렌-2,7-다이일)-co-(2,2'-바이피리딘-6,6'-다이일)](약칭: PF-BPy) 등의 고분자 화합물을 사용할 수도 있다. 또한 정공보다 전자의 수송성이 높은 물질이라면 상기 이외의 물질을 사용하여도 좋다.
유기 화합물(131_2)로서는, 질소를 2개 이상 포함하는 탄소수 1 내지 20의 복소 방향족 골격을 가지는 것이 바람직하다. 특히, 질소 함유 복소 5원 고리 골격이 바람직하다. 예를 들어, 이미다졸 골격, 트라이아졸 골격, 및 테트라졸 골격을 들 수 있다. 또한 유기 화합물(131_2)로서는, 전자보다 정공의 수송성이 높은 재료(정공 수송성 재료)를 사용할 수 있고, 1×10-6cm2/Vs 이상의 정공 이동도를 가지는 재료인 것이 바람직하다. 또한 상기 정공 수송성 재료는 고분자 화합물이어도 좋다.
구체적으로는 예를 들어, 3-(4-바이페닐릴)-4-페닐-5-(4-tert-뷰틸페닐)-1,2,4-트라이아졸(약칭: TAZ), 9-[4-(4,5-다이페닐-4H-1,2,4-트라이아졸-3-일)페닐]-9H-카바졸(약칭: CzTAZ1), 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) 등을 사용할 수 있다.
유기 화합물(131_2)로서는, 그 외의 질소 함유 복소 5원 고리 골격 또는 3급 아민 골격을 가지는 화합물도 적합하게 사용할 수 있다. 구체적으로, 피롤 골격 또는 방향족 아민 골격을 들 수 있다. 예를 들어, 인돌 유도체, 카바졸 유도체, 트라이아릴아민 유도체 등을 들 수 있다. 또한 유기 화합물(131_2)로서는, 전자보다 정공의 수송성이 높은 재료(정공 수송성 재료)를 사용할 수 있고, 1×10-6cm2/Vs 이상의 정공 이동도를 가지는 재료인 것이 바람직하다. 또한 상기 정공 수송성 재료는 고분자 화합물이어도 좋다.
이들 정공 수송성이 높은 재료로서 구체적으로는, 방향족 아민 화합물로서는, N,N'-다이(p-톨릴)-N,N'-다이페닐-p-페닐렌다이아민(약칭: DTDPPA), 4,4'-비스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: DPAB), N,N'-비스{4-[비스(3-메틸페닐)아미노]페닐}-N,N'-다이페닐-(1,1'-바이페닐)-4,4'-다이아민(약칭: DNTPD), 1,3,5-트리스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]벤젠(약칭: DPA3B) 등을 들 수 있다.
또한 카바졸 유도체로서는, 구체적으로 3-[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzDPA1), 3,6-비스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzDPA2), 3,6-비스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-(1-나프틸)아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzTPN2), 3-[N-(9-페닐카바졸-3-일)-N-페닐아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzPCA1), 3,6-비스[N-(9-페닐카바졸-3-일)-N-페닐아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzPCA2), 3-[N-(1-나프틸)-N-(9-페닐카바졸-3-일)아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzPCN1), 4,4'-비스(9-카바졸릴)-2,2'-다이메틸-바이페닐(약칭: dmCBP) 등을 들 수 있다.
또한 카바졸 유도체로서는, 이 외에, 4,4'-다이(N-카바졸릴)바이페닐(약칭: CBP), 1,3,5-트리스[4-(N-카바졸릴)페닐]벤젠(약칭: TCPB), 9-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸(약칭: CzPA), 1,4-비스[4-(N-카바졸릴)페닐]-2,3,5,6-테트라페닐벤젠 등을 사용할 수 있다.
또한, N,N-다이페닐-9-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸-3-아민(약칭: CzA1PA), 4-(10-페닐-9-안트릴)트라이페닐아민(약칭: DPhPA), 4-(9H-카바졸-9-일)-4'-(10-페닐-9-안트릴)트라이페닐아민(약칭: YGAPA), N,9-다이페닐-N-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸-3-아민(약칭: PCAPA), N,9-다이페닐-N-{4-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]페닐}-9H-카바졸-3-아민(약칭: PCAPBA), N,9-다이페닐-N-(9,10-다이페닐-2-안트릴)-9H-카바졸-3-아민(약칭: 2PCAPA), 9-페닐-3-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸(약칭: PCzPA), 3,6-다이페닐-9-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸(약칭: DPCzPA), N,N,N',N',N'',N'',N''',N'''-옥타페닐다이벤조[g,p]크리센-2,7,10,15-테트라아민(약칭: DBC1), 1,1-비스-(4-비스(4-메틸-페닐)-아미노-페닐)-사이클로헥세인(약칭: TAPC) 등을 사용할 수 있다.
또한 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 수도 있다.
또한 정공 수송성이 높은 재료로서는, 예를 들어, 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: NPB 또는 α-NPD)이나 N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-다이페닐-[1,1'-바이페닐]-4,4'-다이아민(약칭: TPD), 4,4',4''-트리스(카바졸-9-일)트라이페닐아민(약칭: TCTA), 4,4',4''-트리스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]트라이페닐아민(약칭: 1'-TNATA), 4,4',4''-트리스(N,N-다이페닐아미노)트라이페닐아민(약칭: TDATA), 4,4',4''-트리스[N-(3-메틸페닐)-N-페닐아미노]트라이페닐아민(약칭: MTDATA), 4,4'-비스[N-(스파이로-9,9'-바이플루오렌-2-일)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: BSPB), 4-페닐-4'-(9-페닐플루오렌-9-일)트라이페닐아민(약칭: BPAFLP), 4-페닐-3'-(9-페닐플루오렌-9-일)트라이페닐아민(약칭: mBPAFLP), N-(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)-N-{9,9-다이메틸-2-[N'-페닐-N'-(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)아미노]-9H-플루오렌-7-일}페닐아민(약칭: DFLADFL), N-(9,9-다이메틸-2-다이페닐아미노-9H-플루오렌-7-일)다이페닐아민(약칭: DPNF), 2-[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]스파이로-9,9'-바이플루오렌(약칭: DPASF), 4-페닐-4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBA1BP), 4,4'-다이페닐-4''-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBBi1BP), 4-(1-나프틸)-4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBANB), 4,4'-다이(1-나프틸)-4''-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBNBB), 4-페닐다이페닐-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)아민(약칭: PCA1BP), N,N'-비스(9-페닐카바졸-3-일)-N,N'-다이페닐벤젠-1,3-다이아민(약칭: PCA2B), N,N',N''-트라이페닐-N,N',N''-트리스(9-페닐카바졸-3-일)벤젠-1,3,5-트라이아민(약칭: PCA3B), N-(4-바이페닐)-N-(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)-9-페닐-9H-카바졸-3-아민(약칭: PCBiF), N-(1,1'-바이페닐-4-일)-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: PCBBiF), 9,9-다이메틸-N-페닐-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]플루오렌-2-아민(약칭: PCBAF), N-페닐-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]스파이로-9,9'-바이플루오렌-2-아민(약칭: PCBASF), 2-[N-(9-페닐카바졸-3-일)-N-페닐아미노]스파이로-9,9'-바이플루오렌(약칭: PCASF), 2,7-비스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]스파이로-9,9'-바이플루오렌(약칭: DPA2SF), N-[4-(9H-카바졸-9-일)페닐]-N-(4-페닐)페닐아닐린(약칭: YGA1BP), N,N'-비스[4-(카바졸-9-일)페닐]-N,N'-다이페닐-9,9-다이메틸플루오렌-2,7-다이아민(약칭: YGA2F) 등의 방향족 아민 화합물 등을 사용할 수 있다. 또한, 3-[4-(1-나프틸)-페닐]-9-페닐-9H-카바졸(약칭: PCPN), 3-[4-(9-페난트릴)-페닐]-9-페닐-9H-카바졸(약칭: PCPPn), 3,3'-비스(9-페닐-9H-카바졸)(약칭: PCCP), 1,3-비스(N-카바졸릴)벤젠(약칭: mCP), 3,6-비스(3,5-다이페닐페닐)-9-페닐카바졸(약칭: CzTP), 3,6-다이(9H-카바졸-9-일)-9-페닐-9H-카바졸(약칭: PhCzGI), 2,8-다이(9H-카바졸-9-일)-다이벤조싸이오펜(약칭: Cz2DBT) 등의 아민 화합물, 카바졸 화합물 등을 사용할 수 있다. 상술한 화합물 중에서도 피롤 골격, 방향족 아민 골격을 가지는 화합물은 안정적이며 신뢰성이 양호하기 때문에 바람직하다. 또한 상기 골격을 가지는 화합물은 정공 수송성이 높아 구동 전압 저감에도 기여한다.
또한 발광층(130)에서, 게스트 재료(132)로서는 특별한 한정은 없지만, 형광성 화합물로서는 안트라센 유도체, 테트라센 유도체, 크리센 유도체, 페난트렌 유도체, 피렌 유도체, 페릴렌 유도체, 스틸벤 유도체, 아크리돈 유도체, 쿠마린 유도체, 페녹사진 유도체, 페노싸이아진 유도체 등이 바람직하며, 예를 들어 이하의 물질을 사용할 수 있다.
구체적으로는, 5,6-비스[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-2,2'-바이피리딘(약칭: PAP2BPy), 5,6-비스[4'-(10-페닐-9-안트릴)바이페닐-4-일]-2,2'-바이피리딘(약칭: PAPP2BPy), N,N'-다이페닐-N,N'-비스[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]피렌-1,6-다이아민(약칭: 1,6FLPAPrn), N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-비스[3-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]피렌-1,6-다이아민(약칭: 1,6mMemFLPAPrn), N,N'-비스[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]-N,N'-비스(4-tert-뷰틸페닐)피렌-1,6-다이아민(약칭: 1,6tBu-FLPAPrn), N,N'-다이페닐-N,N'-비스[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]-3,8-다이사이클로헥실피렌-1,6-다이아민(약칭: ch-1,6FLPAPrn), N,N'-비스[4-(9H-카바졸-9-일)페닐]-N,N'-다이페닐스틸벤-4,4'-다이아민(약칭: YGA2S), 4-(9H-카바졸-9-일)-4'-(10-페닐-9-안트릴)트라이페닐아민(약칭: YGAPA), 4-(9H-카바졸-9-일)-4'-(9,10-다이페닐-2-안트릴)트라이페닐아민(약칭: 2YGAPPA), N,9-다이페닐-N-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸-3-아민(약칭: PCAPA), 페릴렌, 2,5,8,11-테트라(tert-뷰틸)페릴렌(약칭: TBP), 4-(10-페닐-9-안트릴)-4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBAPA), N,N''-(2-tert-뷰틸안트라센-9,10-다이일다이-4,1-페닐렌)비스[N,N',N'-트라이페닐-1,4-페닐렌다이아민](약칭: DPABPA), N,9-다이페닐-N-[4-(9,10-다이페닐-2-안트릴)페닐]-9H-카바졸-3-아민(약칭: 2PCAPPA), N-[4-(9,10-다이페닐-2-안트릴)페닐]-N,N',N'-트라이페닐-1,4-페닐렌다이아민(약칭: 2DPAPPA), N,N,N',N',N'',N'',N''',N'''-옥타페닐다이벤조[g,p]크리센-2,7,10,15-테트라아민(약칭: DBC1), 쿠마린30, N-(9,10-다이페닐-2-안트릴)-N,9-다이페닐-9H-카바졸-3-아민(약칭: 2PCAPA), N-[9,10-비스(1,1'-바이페닐-2-일)-2-안트릴]-N,9-다이페닐-9H-카바졸-3-아민(약칭: 2PCABPhA), N-(9,10-다이페닐-2-안트릴)-N,N',N'-트라이페닐-1,4-페닐렌다이아민(약칭: 2DPAPA), N-[9,10-비스(1,1'-바이페닐-2-일)-2-안트릴]-N,N',N'-트라이페닐-1,4-페닐렌다이아민(약칭: 2DPABPhA), 9,10-비스(1,1'-바이페닐-2-일)-N-[4-(9H-카바졸-9-일)페닐]-N-페닐안트라센-2-아민(약칭: 2YGABPhA), N,N,9-트라이페닐안트라센-9-아민(약칭: DPhAPhA), 쿠마린6, 쿠마린545T, N,N'-다이페닐퀴나크리돈(약칭: DPQd), 루브렌, 2,8-다이-tert-뷰틸-5,11-비스(4-tert-뷰틸페닐)-6,12-다이페닐테트라센(약칭: TBRb), 나일레드, 5,12-비스(1,1'-바이페닐-4-일)-6,11-다이페닐테트라센(약칭: BPT), 2-(2-{2-[4-(다이메틸아미노)페닐]에텐일}-6-메틸-4H-피란-4-일리덴)프로페인다이나이트릴(약칭: DCM1), 2-{2-메틸-6-[2-(2,3,6,7-테트라하이드로-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에텐일]-4H-피란-4-일리덴}프로페인다이나이트릴(약칭: DCM2), N,N,N',N'-테트라키스(4-메틸페닐)테트라센-5,11-다이아민(약칭: p-mPhTD), 7,14-다이페닐-N,N,N',N'-테트라키스(4-메틸페닐)아세나프토[1,2-a]플루오란텐-3,10-다이아민(약칭: p-mPhAFD), 2-{2-아이소프로필-6-[2-(1,1,7,7-테트라메틸-2,3,6,7-테트라하이드로-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에텐일]-4H-피란-4-일리덴}프로페인다이나이트릴(약칭: DCJTI), 2-{2-tert-뷰틸-6-[2-(1,1,7,7-테트라메틸-2,3,6,7-테트라하이드로-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에텐일]-4H-피란-4-일리덴}프로페인다이나이트릴(약칭: DCJTB), 2-(2,6-비스{2-[4-(다이메틸아미노)페닐]에텐일}-4H-피란-4-일리덴)프로페인다이나이트릴(약칭: BisDCM), 2-{2,6-비스[2-(8-메톡시-1,1,7,7-테트라메틸-2,3,6,7-테트라하이드로-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에텐일]-4H-피란-4-일리덴}프로페인다이나이트릴(약칭: BisDCJTM), 5,10,15,20-테트라페닐비스벤조[5,6]인데노[1,2,3-cd:1',2',3'-lm]페릴렌 등을 들 수 있다.
게스트 재료(132)(인광성 화합물)로서는 이리듐, 로듐, 또는 백금계 유기 금속 착체, 혹은 금속 착체를 들 수 있고, 그 중에서도 유기 이리듐 착체, 예를 들어 이리듐계 오쏘 금속 착체가 바람직하다. 오쏘 금속화하는 배위자로서는 4H-트라이아졸 배위자, 1H-트라이아졸 배위자, 이미다졸 배위자, 피리딘 배위자, 피리미딘 배위자, 피라진 배위자, 또는 아이소퀴놀린 배위자 등을 들 수 있다. 금속 착체로서는 포르피린 배위자를 가지는 백금 착체 등을 들 수 있다.
청색 또는 녹색에 발광 피크를 가지는 물질로서는, 예를 들어 트리스{2-[5-(2-메틸페닐)-4-(2,6-다이메틸페닐)-4H-1,2,4-트라이아졸-3-일-κN2]페닐-κC}이리듐(III)(약칭: Ir(mpptz-dmp)3), 트리스(5-메틸-3,4-다이페닐-4H-1,2,4-트라이아졸레이토)이리듐(III)(약칭: Ir(Mptz)3), 트리스[4-(3-바이페닐)-5-아이소프로필-3-페닐-4H-1,2,4-트라이아졸레이토]이리듐(III)(약칭: Ir(iPrptz-3b)3), 트리스[3-(5-바이페닐)-5-아이소프로필-4-페닐-4H-1,2,4-트라이아졸레이토]이리듐(III)(약칭: Ir(iPr5btz)3) 등의 4H-트라이아졸 골격을 가지는 유기 금속 이리듐 착체나, 트리스[3-메틸-1-(2-메틸페닐)-5-페닐-1H-1,2,4-트라이아졸레이토]이리듐(III)(약칭: Ir(Mptz1-mp)3), 트리스(1-메틸-5-페닐-3-프로필-1H-1,2,4-트라이아졸레이토)이리듐(III)(약칭: Ir(Prptz1-Me)3) 등의 1H-트라이아졸 골격을 가지는 유기 금속 이리듐 착체나, fac-트리스[1-(2,6-다이아이소프로필페닐)-2-페닐-1H-이미다졸]이리듐(III)(약칭: Ir(iPrpmi)3), 트리스[3-(2,6-다이메틸페닐)-7-메틸이미다조[1,2-f]페난트리디네이토]이리듐(III)(약칭: Ir(dmpimpt-Me)3), 트리스{2-[1-(4-사이아노-2,6-다이아이소뷰틸페닐)-1H-벤즈이미다졸-2-일-кN 3]페닐-кC}이리듐(III)(Ir(pbi-diBuCNp)3)과 같은 이미다졸 골격을 가지는 유기 금속 이리듐 착체나, 비스[2-(4',6'-다이플루오로페닐)피리디네이토-N,C2']이리듐(III)테트라키스(1-피라졸릴)보레이트(약칭: FIr6), 비스[2-(4',6'-다이플루오로페닐)피리디네이토-N,C2']이리듐(III)피콜리네이트(약칭: FIrpic), 비스{2-[3',5'-비스(트라이플루오로메틸)페닐]피리디네이토-N,C2'}이리듐(III)피콜리네이트(약칭: Ir(CF3ppy)2(pic)), 비스[2-(4',6'-다이플루오로페닐)피리디네이토-N,C2']이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: FIr(acac))와 같은 전자 흡인기를 가지는 페닐피리딘 유도체를 배위자로 하는 유기 금속 이리듐 착체를 들 수 있다. 상술한 것 중에서도, 4H-트라이아졸 골격, 1H-트라이아졸 골격 및 이미다졸 골격 등의 질소 함유 5원 복소 고리 골격을 가지는 유기 금속 이리듐 착체는 높은 삼중항 들뜬 에너지를 가지고 신뢰성이나 발광 효율이 우수하기 때문에 특히 바람직하다.
또한 녹색 또는 황색에 발광 피크를 가지는 물질로서는, 예를 들어, 트리스(4-메틸-6-페닐피리미디네이토)이리듐(III)(약칭: Ir(mppm)3), 트리스(4-t-뷰틸-6-페닐피리미디네이토)이리듐(III)(약칭: Ir(tBuppm)3), (아세틸아세토네이토)비스(6-메틸-4-페닐피리미디네이토)이리듐(III)(약칭: Ir(mppm)2(acac)), (아세틸아세토네이토)비스(6-tert-뷰틸-4-페닐피리미디네이토)이리듐(III)(약칭: Ir(tBuppm)2(acac)), (아세틸아세토네이토)비스[4-(2-노보닐)-6-페닐피리미디네이토]이리듐(III)(약칭: Ir(nbppm)2(acac)), (아세틸아세토네이토)비스[5-메틸-6-(2-메틸페닐)-4-페닐피리미디네이토]이리듐(III)(약칭: Ir(mpmppm)2(acac)), (아세틸아세토네이토)비스{4,6-다이메틸-2-[6-(2,6-다이메틸페닐)-4-피리미딘일-κN3]페닐-κC}이리듐(III)(약칭: Ir(dmppm-dmp)2(acac)), (아세틸아세토네이토)비스(4,6-다이페닐피리미디네이토)이리듐(III)(약칭: Ir(dppm)2(acac))과 같은 피리미딘 골격을 가지는 유기 금속 이리듐 착체나, (아세틸아세토네이토)비스(3,5-다이메틸-2-페닐피라지네이토)이리듐(III)(약칭: Ir(mppr-Me)2(acac)), (아세틸아세토네이토)비스(5-아이소프로필-3-메틸-2-페닐피라지네이토)이리듐(III)(약칭: Ir(mppr-iPr)2(acac))과 같은 피라진 골격을 가지는 유기 금속 이리듐 착체나, 트리스(2-페닐피리디네이토-N,C2')이리듐(III)(약칭: Ir(ppy)3), 비스(2-페닐피리디네이토-N,C2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(ppy)2(acac)), 비스(벤조[h]퀴놀리네이토)이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(bzq)2(acac)), 트리스(벤조[h]퀴놀리네이토)이리듐(III)(약칭: Ir(bzq)3), 트리스(2-페닐퀴놀리네이토-N,C2')이리듐(III)(약칭: Ir(pq)3), 비스(2-페닐퀴놀리네이토-N,C2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(pq)2(acac))와 같은 피리딘 골격을 가지는 유기 금속 이리듐 착체나, 비스(2,4-다이페닐-1,3-옥사졸레이토-N,C2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(dpo)2(acac)), 비스{2-[4'-(퍼플루오로페닐)페닐]피리디네이토-N,C2'}이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(p-PF-ph)2(acac)), 비스(2-페닐벤조싸이아졸레이토-N,C2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(bt)2(acac))와 같은 유기 금속 이리듐 착체 외에, 트리스(아세틸아세토네이토)(모노페난트롤린)터븀(III)(약칭: Tb(acac)3(Phen))과 같은 희토류 금속 착체를 들 수 있다. 상술한 것 중에서도, 피리미딘 골격을 가지는 유기 금속 이리듐 착체는 신뢰성이나 발광 효율도 눈에 띄게 우수하여 특히 바람직하다.
또한, 황색 또는 적색에 발광 피크를 가지는 물질로서는, 예를 들어 (다이아이소뷰티릴메타네이토)비스[4,6-비스(3-메틸페닐)피리미디네이토]이리듐(III)(약칭: Ir(5mdppm)2(dibm)), 비스[4,6-비스(3-메틸페닐)피리미디네이토](다이피발로일메타네이토)이리듐(III)(약칭: Ir(5mdppm)2(dpm)), 비스[4,6-다이(나프탈렌-1-일)피리미디네이토](다이피발로일메타네이토)이리듐(III)(약칭: Ir(d1npm)2(dpm))과 같은 피리미딘 골격을 가지는 유기 금속 이리듐 착체나, (아세틸아세토네이토)비스(2,3,5-트라이페닐피라지네이토)이리듐(III)(약칭: Ir(tppr)2(acac)), 비스(2,3,5-트라이페닐피라지네이토)(다이피발로일메타네이토)이리듐(III)(약칭: Ir(tppr)2(dpm)), (아세틸아세토네이토)비스[2,3-비스(4-플루오로페닐)퀴녹살리네이토]이리듐(III)(약칭: Ir(Fdpq)2(acac))과 같은 피라진 골격을 가지는 유기 금속 이리듐 착체나, 트리스(1-페닐아이소퀴놀리네이토-N,C2')이리듐(III)(약칭: Ir(piq)3), 비스(1-페닐아이소퀴놀리네이토-N,C2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(piq)2(acac))와 같은 피리딘 골격을 가지는 유기 금속 이리듐 착체 외에, 2,3,7,8,12,13,17,18-옥타에틸-21H,23H-포르피린백금(II)(약칭: PtOEP)과 같은 백금 착체나, 트리스(1,3-다이페닐-1,3-프로페인다이오네이토)(모노페난트롤린)유로퓸(III)(약칭: Eu(DBM)3(Phen)), 트리스[1-(2-테노일)-3,3,3-트라이플루오로아세토네이토](모노페난트롤린)유로퓸(III)(약칭: Eu(TTA)3(Phen))과 같은 희토류 금속 착체를 들 수 있다. 상술한 것 중에서도, 피리미딘 골격을 가지는 유기 금속 이리듐 착체는 신뢰성이나 발광 효율도 눈에 띄게 우수하여 특히 바람직하다. 또한, 피라진 골격을 가지는 유기 금속 이리듐 착체는, 색도가 양호한 적색 발광이 얻어진다.
발광층(130)에 포함되는 발광 재료로서는, 삼중항 들뜬 에너지를 발광으로 변환할 수 있는 재료인 것이 바람직하다. 상기 삼중항 들뜬 에너지를 발광으로 변환할 수 있는 재료로서는 인광성 화합물 외에, 열 활성화 지연 형광(Thermally activated delayed fluorescence: TADF) 재료를 들 수 있다. 따라서, 인광성 화합물이라고 기재한 부분에 관해서는 열 활성화 지연 형광 재료라고 바꿔 읽어도 좋다. 또한, 열 활성화 지연 형광 재료는 삼중항 들뜬 에너지 준위와 단일항 들뜬 에너지 준위의 차이가 작고, 역항간 교차에 의하여 삼중항 들뜬 상태로부터 단일항 들뜬 상태로 에너지를 변환하는 기능을 가지는 재료이다. 그러므로, 삼중항 들뜬 상태를 미소한 열 에너지에 의하여 단일항 들뜬 상태로 역항간 교차(up-convert)할 수 있고, 단일항 들뜬 상태로부터의 발광(형광)을 효율적으로 나타낼 수 있다. 또한 열 활성화 지연 형광을 효율적으로 얻을 수 있는 조건으로서는, 삼중항 들뜬 에너지 준위와 단일항 들뜬 에너지 준위의 에너지 차이가 바람직하게는 0eV보다 크고 0.2eV 이하, 더 바람직하게는 0eV보다 크고 0.1eV 이하인 것을 들 수 있다.
열 활성화 지연 형광 재료가 1종류의 재료로 구성되는 경우, 예를 들어 이하의 재료를 사용할 수 있다.
우선, 풀러렌이나 그 유도체, 프로플라빈 등의 아크리딘 유도체, 에오신 등을 들 수 있다. 또한, 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 카드뮴(Cd), 주석(Sn), 백금(Pt), 인듐(In), 또는 팔라듐(Pd) 등을 포함하는 금속 함유 포르피린을 들 수 있다. 이 금속 함유 포르피린으로서는, 예를 들어 프로토포르피린-플루오린화 주석 착체(SnF2(Proto IX)), 메소포르피린-플루오린화 주석 착체(SnF2(Meso IX)), 헤마토포르피린-플루오린화 주석 착체(SnF2(Hemato IX)), 코프로포르피린테트라메틸에스터-플루오린화 주석 착체(SnF2(Copro III-4Me)), 옥타에틸포르피린-플루오린화 주석 착체(SnF2(OEP)), 에티오포르피린-플루오린화 주석 착체(SnF2(Etio I)), 옥타에틸포르피린-염화 백금 착체(PtCl2OEP) 등을 들 수 있다.
또한 1종류의 재료로 구성되는 열 활성화 지연 형광 재료로서는, π전자 과잉형 헤테로 방향 고리 및 π전자 부족형 복소 방향 고리를 가지는 복소 고리 화합물을 사용할 수도 있다. 구체적으로는, 2-(바이페닐-4-일)-4,6-비스(12-페닐인돌로[2,3-a]카바졸-11-일)-1,3,5-트라이아진(약칭: PIC-TRZ), 2-{4-[3-(N-페닐-9H-카바졸-3-일)-9H-카바졸-9-일]페닐}-4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진(약칭: PCCzPTzn), 2-[4-(10H-페녹사진-10-일)페닐]-4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진(약칭: PXZ-TRZ), 3-[4-(5-페닐-5,10-다이하이드로페나진-10-일)페닐]-4,5-다이페닐-1,2,4-트라이아졸(약칭: PPZ-3TPT), 3-(9,9-다이메틸-9H-아크리딘-10-일)-9H-크산텐-9-온(약칭: ACRXTN), 비스[4-(9,9-다이메틸-9,10-다이하이드로아크리딘)페닐]설폰(약칭: DMAC-DPS), 10-페닐-10H,10'H-스파이로[아크리딘-9,9'-안트라센]-10'-온(약칭: ACRSA) 등을 들 수 있다. 상기 복소 고리 화합물은, π전자 과잉형 복소 방향 고리 및 π전자 부족형 복소 방향 고리를 가지므로, 전자 수송성 및 정공 수송성이 높아 바람직하다. 이들 중에서도, π전자 부족형 복소 방향 고리를 가지는 골격 중, 다이아진 골격(피리미딘 골격, 피라진 골격, 피리다진 골격) 또는 트라이아진 골격은 안정적이고 신뢰성이 양호하여 바람직하다. 또한, π전자 과잉형 복소 방향 고리를 가지는 골격 중에서도, 아크리딘 골격, 페녹사진 골격, 싸이오펜 골격, 퓨란 골격, 및 피롤 골격은 안정적이고 신뢰성이 양호하기 때문에, 상기 골격 중에서 선택되는 어느 하나 또는 복수를 가지는 것이 바람직하다. 또한 피롤 골격으로서는, 인돌 골격, 카바졸 골격, 및 3-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)-9H-카바졸 골격이 특히 바람직하다. 또한 ð전자 과잉형 복소 방향 고리와 ð전자 부족형 복소 방향 고리가 직접 결합한 물질은, ð전자 과잉형 복소 방향 고리의 도너성과 ð전자 부족형 복소 방향 고리의 억셉터성이 모두 강하고 단일항 들뜬 상태의 에너지 준위와 삼중항 들뜬 상태의 에너지 준위의 차이가 작아지기 때문에 특히 바람직하다.
또한, 발광층(130)에서 호스트 재료(131) 및 게스트 재료(132) 이외의 재료를 가져도 좋다.
발광층(130)에 사용할 수 있는 재료로서는, 특별히 한정은 없지만, 예를 들어 안트라센 유도체, 페난트렌 유도체, 피렌 유도체, 크리센 유도체, 다이벤조[g,p]크리센 유도체 등의 축합 다환 방향족 화합물을 들 수 있고, 구체적으로는 9,10-다이페닐안트라센(약칭: DPAnth), 6,12-다이메톡시-5,11-다이페닐크리센, 9,10-비스(3,5-다이페닐페닐)안트라센(약칭: DPPA), 9,10-다이(2-나프틸)안트라센(약칭: DNA), 2-tert-뷰틸-9,10-다이(2-나프틸)안트라센(약칭: t-BuDNA), 9,9'-바이안트릴(약칭: BANT), 9,9'-(스틸벤-3,3'-다이일)다이페난트렌(약칭: DPNS), 9,9'-(스틸벤-4,4'-다이일)다이페난트렌(약칭: DPNS2), 1,3,5-트라이(1-피렌일)벤젠(약칭: TPB3) 등을 들 수 있다. 또한, 이들 물질 및 공지의 물질 중에서, 상기 게스트 재료(132)의 들뜬 에너지 준위보다 높은 단일항 들뜬 에너지 준위 또는 삼중항 들뜬 에너지 준위를 가지는 물질을 1종류 또는 복수 종류 선택하여 사용하면 좋다.
또한 예를 들어, 옥사다이아졸 유도체 등의 복소 방향족 골격을 가지는 화합물을 발광층(130)에 사용할 수 있다. 구체적으로는, 예를 들어 2-(4-바이페닐릴)-5-(4-tert-뷰틸페닐)-1,3,4-옥사다이아졸(약칭: PBD)이나, 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), 4,4'-비스(5-메틸벤즈옥사졸-2-일)스틸벤(약칭: BzOs) 등의 복소 고리 화합물을 들 수 있다.
또한, 복소 고리를 가지는 금속 착체(예를 들어 아연 및 알루미늄계 금속 착체) 등을 발광층(130)에 사용할 수 있다. 예를 들어, 퀴놀린 배위자, 벤조퀴놀린 배위자, 옥사졸 배위자, 또는 싸이아졸 배위자를 가지는 금속 착체를 들 수 있다. 구체적으로는 예를 들어, 트리스(8-퀴놀리놀레이토)알루미늄(III)(약칭: Alq), 트리스(4-메틸-8-퀴놀리놀레이토)알루미늄(III)(약칭: Almq3), 비스(10-하이드록시벤조[h]퀴놀리네이토)베릴륨(II)(약칭: BeBq2), 비스(2-메틸-8-퀴놀리놀레이토)(4-페닐페놀레이토)알루미늄(III)(약칭: BAlq), 비스(8-퀴놀리놀레이토)아연(II)(약칭: Znq) 등, 퀴놀린 골격 또는 벤조퀴놀린 골격을 가지는 금속 착체 등을 들 수 있다. 또한, 이 외에 비스[2-(2-벤즈옥사졸릴)페놀레이토]아연(II)(약칭: ZnPBO), 비스[2-(2-벤조싸이아졸릴)페놀레이토]아연(II)(약칭: ZnBTZ) 등의 옥사졸계 또는 싸이아졸계 배위자를 가지는 금속 착체 등도 사용할 수 있다.
또한 발광층(130)은 2층 이상의 복수 층으로 구성할 수도 있다. 예를 들어 제 1 발광층과 제 2 발광층을 정공 수송층 측으로부터 순차적으로 적층하여 발광층(130)으로 하는 경우, 제 1 발광층의 호스트 재료로서 정공 수송성을 가지는 물질을 사용하고, 제 2 발광층의 호스트 재료로서 전자 수송성을 가지는 물질을 사용하는 구성 등이 있다. 또한, 제 1 발광층과 제 2 발광층이 가지는 발광 재료는 같은 재료이어도 좋고 상이한 재료이어도 좋고, 같은 색의 발광을 나타내는 기능을 가지는 재료이어도 좋고, 상이한 색의 발광을 나타내는 기능을 가지는 재료이어도 좋다. 2층의 발광층에 서로 상이한 색의 발광을 나타내는 기능을 가지는 발광 재료를 각각 사용함으로써, 복수의 발광을 동시에 얻을 수 있다. 특히 2층의 발광층이 나타내는 발광에 의하여 백색이 되도록, 각 발광층에 사용하는 발광 재료를 선택하는 것이 바람직하다.
또한 발광층(130)은 증착법(진공 증착법을 포함함), 잉크젯법, 도포법, 그라비어 인쇄 등의 방법으로 형성할 수 있다. 또한 상술한 재료 외에, 퀀텀닷(quantum dot) 등의 무기 화합물 또는 고분자 화합물(올리고머, 덴드리머, 폴리머 등)을 가져도 좋다.
<<정공 주입층>>
정공 주입층(111)은, 한 쌍의 전극 중 한쪽(전극(101) 또는 전극(102))으로부터의 정공 주입의 장벽을 저감시킴으로써 정공 주입을 촉진하는 기능을 가지고, 예를 들어 전자 수용성을 가지는 전이 금속 산화물, 프탈로사이아닌 유도체, 방향족 아민, 헤테로폴리산 등으로 형성된다. 전이 금속 산화물로서는, 타이타늄 산화물, 바나듐 산화물, 탄탈럼 산화물, 몰리브데넘 산화물, 텅스텐 산화물, 레늄 산화물, 루테늄 산화물, 크로뮴 산화물, 지르코늄 산화물, 하프늄 산화물, 은 산화물 등을 들 수 있고, 상기 전이 금속 산화물은 전자 수용성이 우수하고, 진공 증착법이나 습식법에 의하여 쉽게 성막할 수 있어 바람직하다. 또한 프탈로사이아닌 유도체로서는 프탈로사이아닌이나 금속 프탈로사이아닌 등을 들 수 있다. 방향족 아민으로서는 벤지딘 유도체나 페닐렌다이아민 유도체 등을 들 수 있다. 폴리싸이오펜이나 폴리아닐린 등의 고분자 화합물을 사용할 수도 있고, 예를 들어 스스로 도핑된 폴리싸이오펜인 폴리(에틸렌다이옥시싸이오펜)/폴리(스타이렌설폰산) 등이 그 대표적인 예이다. 또한 헤테로폴리산으로서는, 인 몰리브데넘산, 인 텅스텐산, 실리콘 몰리브데넘산, 실리콘 텅스텐산 등을 들 수 있다. 헤테로폴리산이나 고분자 화합물은 습식법에 의하여 쉽게 성막할 수 있어 바람직하다.
정공 주입층(111)으로서, 상술한 바와 같은 굴절률이 낮은 정공 수송성 재료와, 상술한 전자 수용성을 나타내는 재료의 복합 재료를 가지는 층을 사용하는 것이 바람직하다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 정공 주입성 및 정공 수송성을 가지면서, 굴절률이 낮은 층을 형성할 수 있다. 전자 수용성을 가지는 유기 재료로서는, TCNQ, F4TCNQ, F6TCNNQ를 적합하게 사용할 수 있다. 또한, 전자 수용성을 나타내는 재료를 포함하는 층과 정공 수송성 재료를 포함하는 층의 적층을 사용하여도 좋다. 이들 재료 간에서는 정상(定常) 상태 또는 전계 존재하에서 전하를 주고받을 수 있다. 전자 수용성을 나타내는 유기 재료로서는 상술한 TCNQ, F4TCNQ, F6TCNNQ에 더하여 퀴노다이메테인 유도체나 클로라닐 유도체, 헥사아자트라이페닐렌 유도체 등의 유기 억셉터를 들 수 있다. 구체적으로는, 클로라닐, 2,3,6,7,10,11-헥사사이아노-1,4,5,8,9,12-헥사아자트라이페닐렌(약칭: HAT-CN) 등의 전자 흡인기(할로젠기나 사이아노기)를 가지는 화합물이다. 또한, 전이 금속, 예를 들어 타이타늄, 바나듐, 탄탈럼, 몰리브데넘, 텅스텐, 레늄, 루테늄, 크로뮴, 지르코늄, 하프늄, 은 등과 산소를 포함하는 물질을 사용할 수 있다. 구체적으로는, 타이타늄 산화물, 바나듐 산화물, 탄탈럼 산화물, 몰리브데넘 산화물, 텅스텐 산화물, 레늄 산화물, 루테늄 산화물, 크로뮴 산화물, 지르코늄 산화물, 하프늄 산화물, 은 산화물, 인 몰리브데넘산, 몰리브데넘 브론즈, 텅스텐 브론즈 등이다. 그 중에서도 산화 몰리브데넘은 대기 중에서도 안정적이고 흡습성이 낮으며 취급하기 쉬워 바람직하다.
또한 정공 주입층(111)에 사용하는 굴절률이 낮은 정공 수송성 재료는, 상술한 바와 같이, sp3 결합으로 대표되는, 방향 고리 사이의 공액이 절단된 구조를 가지는 유기 화합물이나, 부피가 큰 치환기를 가지는 방향 고리를 가지는 유기 화합물을 적합하게 사용할 수 있다. 방향 고리 사이의 공액이 절단된 구조를 가지는 골격으로서는, 예를 들어 상술한 테트라아릴메테인 골격이나 테트라아릴실레인 골격을 들 수 있다. 그러나 한편, 이와 같은 화합물은 캐리어 수송성이 부족한 경향이 있고, 기존의 정공 주입층에는 적합하지 않다. 한편, 상술한 바와 같은 전이 금속과 산소를 포함하는 물질 단독으로는, 정공 주입성을 높이는 효과가 매우 높지만, 굴절률이 높다는 문제가 있다. 그러나, 상술한 바와 같은 전이 금속과 산소를 포함하는 물질을 전자 수용성을 나타내는 재료로서, 굴절률이 낮은 정공 수송성 재료와 조합하여 정공 주입층(111)에 사용하면, 정공 주입층(111)의 굴절률을 낮게 유지하면서, 정공 주입성 및 정공 수송성도 확보할 수 있다는 것을 알 수 있었다. 즉, 이 구성은 양쪽의 단점을 상쇄하고, 장점만을 발현시킬 수 있다. 이는, 전이 금속 산화물을 포함하는 물질의 전자 수용성이 높고, 소량의 첨가로 정공 주입성을 확보할 수 있다는 것이 요인으로 생각된다.
정공 수송성 재료로서는 전자보다 정공의 수송성이 높은 재료를 사용할 수 있고, 1×10-6cm2/Vs 이상의 정공 이동도를 가지는 재료인 것이 바람직하다. 또한, 상술한 바와 같이, 상기 정공 수송성 재료로서는 굴절률이 1 이상 1.75 이하인 것이 바람직하고, 더 바람직하게는 1 이상 1.73 이하, 더욱 바람직하게는 1 이상 1.70 이하이다. 구체적으로는, 발광층(130)에 사용할 수 있는 정공 수송성 재료로서 든 방향족 아민, 카바졸 유도체, 방향족 탄화수소, 스틸벤 유도체 등을 사용할 수 있지만, 질소를 2개 이상 포함하는 탄소수 1 내지 20의 복소 방향족 골격을 가지는 것이 특히 바람직하다. 특히, 질소 함유 복소 5원 고리 골격이 바람직하다. 또한 상기 정공 수송성 재료는 고분자 화합물이어도 좋다.
또한 정공 수송성 재료로서, 이 와에 방향족 탄화수소를 들 수 있고, 예를 들어 2-tert-뷰틸-9,10-다이(2-나프틸)안트라센(약칭: t-BuDNA), 2-tert-뷰틸-9,10-다이(1-나프틸)안트라센, 9,10-비스(3,5-다이페닐페닐)안트라센(약칭: DPPA), 2-tert-뷰틸-9,10-비스(4-페닐페닐)안트라센(약칭: t-BuDBA), 9,10-다이(2-나프틸)안트라센(약칭: DNA), 9,10-다이페닐안트라센(약칭: DPAnth), 2-tert-뷰틸안트라센(약칭: t-BuAnth), 9,10-비스(4-메틸-1-나프틸)안트라센(약칭: DMNA), 2-tert-뷰틸-9,10-비스[2-(1-나프틸)페닐]안트라센, 9,10-비스[2-(1-나프틸)페닐]안트라센, 2,3,6,7-테트라메틸-9,10-다이(1-나프틸)안트라센, 2,3,6,7-테트라메틸-9,10-다이(2-나프틸)안트라센, 9,9'-바이안트릴, 10,10'-다이페닐-9,9'-바이안트릴, 10,10'-비스(2-페닐페닐)-9,9'-바이안트릴, 10,10'-비스[(2,3,4,5,6-펜타페닐)페닐]-9,9'-바이안트릴, 안트라센, 테트라센, 루브렌, 페릴렌, 2,5,8,11-테트라(tert-뷰틸)페릴렌 등을 들 수 있다. 또한 이 외에, 펜타센, 코로넨 등도 사용할 수 있다. 이와 같이 1×10-6cm2/Vs 이상의 정공 이동도를 가지고, 탄소수 14 내지 42의 방향족 탄화수소를 사용하는 것이 더 바람직하다.
또한 방향족 탄화수소는 바이닐 골격을 가져도 좋다. 바이닐기를 가지는 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-{3-[3-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]페닐}다이벤조퓨란(약칭: mmDBFFLBi-II), 4,4',4''-(벤젠-1,3,5-트라이일)트라이(다이벤조퓨란)(약칭: DBF3P-II), 1,3,5-트라이(다이벤조싸이오펜-4-일)벤젠(약칭: DBT3P-II), 2,8-다이페닐-4-[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]다이벤조싸이오펜(약칭: DBTFLP-III), 4-[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]-6-페닐다이벤조싸이오펜(약칭: DBTFLP-IV), 4-[3-(트라이페닐렌-2-일)페닐]다이벤조싸이오펜(약칭: mDBTPTp-II) 등의 싸이오펜 화합물, 퓨란 화합물, 플루오렌 화합물, 트라이페닐렌 화합물, 페난트렌 화합물 등을 사용할 수 있다. 상술한 화합물 중에서도 피롤 골격, 퓨란 골격, 싸이오펜 골격, 방향족 아민 골격을 가지는 화합물은 안정적이고 신뢰성이 양호하기 때문에 바람직하다. 또한 상기 골격을 가지는 화합물은 정공 수송성이 높아 구동 전압 저감에도 기여한다.
<<정공 수송층>>
정공 수송층(112)은 정공 수송성 재료를 포함하는 층이고, 정공 주입층(111)의 재료로서 예시한 정공 수송성 재료를 사용할 수 있다. 정공 수송층(112)은 정공 주입층(111)에 주입된 정공을 발광층(130)으로 수송하는 기능을 가지므로 정공 주입층(111)의 HOMO(Highest Occupied Molecular Orbital, 최고 피점유 분자 궤도라고도 함) 준위와 같거나, 또는 가까운 HOMO 준위를 가지는 것이 바람직하다.
또한 1×10-6cm2/Vs 이상의 정공 이동도를 가지는 물질인 것이 바람직하다. 다만, 전자보다 정공의 수송성이 높은 물질이라면 이들 이외의 물질을 사용하여도 좋다. 또한 정공 수송성이 높은 물질을 포함하는 층은 단층뿐만 아니라 상기 물질로 이루어지는 층이 2층 이상 적층되어도 좋다.
<<전자 수송층>>
전자 수송층(118)은 전자 주입층(119)을 통하여 한 쌍의 전극 중 다른 쪽(전극(101) 또는 전극(102))으로부터 주입된 전자를 발광층(130)으로 수송하는 기능을 가진다. 전자 수송성 재료로서는 정공보다 전자의 수송성이 높은 재료를 사용할 수 있고, 1×10-6cm2/Vs 이상의 전자 이동도를 가지는 재료인 것이 바람직하다. 전자를 받기 쉬운 화합물(전자 수송성을 가지는 재료)로서는 질소 함유 복소 방향족 화합물과 같은 π전자 부족형 복소 방향족이나 금속 착체 등을 사용할 수 있다. 구체적으로는, 발광층(130)에 사용할 수 있는 전자 수송성 재료로서 든 피리딘 유도체, 바이피리딘 유도체, 피리미딘 유도체, 트라이아진 유도체, 퀴녹살린 유도체, 다이벤조퀴녹살린 유도체, 페난트롤린 유도체, 트라이아졸 유도체, 벤즈이미다졸 유도체, 옥사다이아졸 유도체 등을 들 수 있지만, 질소를 2개 이상 포함하는 탄소수 1 내지 20의 복소 방향족 골격을 가지는 것이 바람직하다. 특히, 피리미딘 골격 및 트라이아진 골격을 가지는 화합물인 것이 바람직하다. 또한 1×10-6cm2/Vs 이상의 전자 이동도를 가지는 물질인 것이 바람직하다. 또한 정공보다 전자의 수송성이 높은 물질이라면 상기 이외의 물질을 전자 수송층(118)으로서 사용하여도 좋다. 또한 전자 수송층(118)은 단층뿐만 아니라 상기 물질로 이루어지는 층이 2층 이상 적층되어도 좋다.
또한 복소 고리를 가지는 금속 착체를 들 수 있고, 예를 들어 퀴놀린 배위자, 벤조퀴놀린 배위자, 옥사졸 배위자, 또는 싸이아졸 배위자를 가지는 금속 착체를 들 수 있다. 구체적으로는 예를 들어, 트리스(8-퀴놀리놀레이토)알루미늄(III)(약칭: Alq), 트리스(4-메틸-8-퀴놀리놀레이토)알루미늄(III)(약칭: Almq3), 비스(10-하이드록시벤조[h]퀴놀리네이토)베릴륨(II)(약칭: BeBq2), 비스(2-메틸-8-퀴놀리놀레이토)(4-페닐페놀레이토)알루미늄(III)(약칭: BAlq), 비스(8-퀴놀리놀레이토)아연(II)(약칭: Znq) 등, 퀴놀린 골격 또는 벤조퀴놀린 골격을 가지는 금속 착체 등을 들 수 있다. 또한, 이 외에 비스[2-(2-벤즈옥사졸릴)페놀레이토]아연(II)(약칭: ZnPBO), 비스[2-(2-벤조싸이아졸릴)페놀레이토]아연(II)(약칭: ZnBTZ) 등의 옥사졸계 또는 싸이아졸계 배위자를 가지는 금속 착체 등도 사용할 수 있다.
또한 전자 수송층(118)과 발광층(130) 사이에 전자 캐리어의 이동을 제어하는 층을 제공하여도 좋다. 이는 상술한 전자 수송성이 높은 재료에 전자 트랩성이 높은 물질을 소량 첨가한 층이고, 전자 캐리어의 이동을 억제함으로써, 캐리어 밸런스를 조절할 수 있다. 이와 같은 구성은, 전자 수송성 재료의 전자 수송성이 정공 수송성 재료의 정공 수송성과 비교하여 매우 높은 경우에 발생하는 문제(예를 들어 소자 수명의 저하)의 억제에 큰 효과를 발휘한다.
<<전자 주입층>>
전자 주입층(119)은 전극(102)으로부터의 전자 주입의 장벽을 저감시킴으로써 전자 주입을 촉진하는 기능을 가지고, 예를 들어 1족 금속, 2족 금속, 또는 이들의 산화물, 할로젠화물, 탄산염 등을 사용할 수 있다. 또한 상술한 전자 수송성 재료와 이에 대하여 전자 공여성을 나타내는 재료의 복합 재료를 사용할 수도 있다. 전자 공여성을 나타내는 재료로서는 1족 금속, 2족 금속, 또는 이들의 산화물 등을 들 수 있다. 구체적으로는, 플루오린화 리튬(LiF), 플루오린화 소듐(NaF), 플루오린화 세슘(CsF), 플루오린화 칼슘(CaF2), 리튬 산화물(LiOx) 등의 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 또는 이들의 화합물을 사용할 수 있다. 또한 플루오린화 어븀(ErF3)과 같은 희토류 금속 화합물을 사용할 수 있다. 또한 전자 주입층(119)에 전자화물(electride)을 사용하여도 좋다. 상기 전자화물로서는 예를 들어 칼슘과 알루미늄의 혼합 산화물에 전자를 고농도로 첨가한 물질 등을 들 수 있다. 또한 전자 수송층(118)에 사용할 수 있는 물질을 전자 주입층(119)에 사용하여도 좋다.
또한 유기 화합물과 전자 공여체(도너)를 혼합하여 이루어지는 복합 재료를 전자 주입층(119)에 사용하여도 좋다. 이와 같은 복합 재료는 전자 공여체에 의하여 유기 화합물에 전자가 발생하므로 전자 주입성 및 전자 수송성이 우수하다. 이 경우, 유기 화합물로서는 발생한 전자의 수송에 뛰어난 재료인 것이 바람직하고, 구체적으로는 예를 들어 상술한 전자 수송층(118)을 구성하는 물질(금속 착체나 복소 방향족 화합물 등)을 사용할 수 있다. 전자 공여체로서는 유기 화합물에 대하여 전자 공여성을 나타내는 물질이라면 좋다. 구체적으로는 알칼리 금속이나 알칼리 토금속이나 희토류 금속이 바람직하고, 리튬, 소듐, 세슘, 마그네슘, 칼슘, 어븀, 이터븀 등을 들 수 있다. 또한 알칼리 금속 산화물이나 알칼리 토금속 산화물이 바람직하고, 리튬 산화물, 칼슘 산화물, 바륨 산화물 등을 들 수 있다. 또한 산화 마그네슘과 같은 루이스 염기를 사용할 수도 있다. 또한 테트라싸이아풀발렌(약칭: TTF) 등의 유기 화합물을 사용할 수도 있다.
또한 상술한 발광층, 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층, 및 전자 주입층은 각각 증착법(진공 증착법을 포함함), 잉크젯법, 도포법, 그라비어 인쇄 등의 방법으로 형성할 수 있다. 또한 상술한 발광층, 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층, 및 전자 주입층에는 상술한 재료 외에, 퀀텀닷 등의 무기 화합물이나, 고분자 화합물(올리고머, 덴드리머, 폴리머 등)을 사용하여도 좋다.
<<퀀텀닷>>
퀀텀닷은, 수nm 내지 수십nm 사이즈의 반도체 나노 결정이고, 1×103개 내지 1×106개 정도의 원자로 구성되어 있다. 퀀텀닷은 사이즈에 의존하여 에너지 시프트하기 때문에, 같은 물질로 구성되는 퀀텀닷이어도, 사이즈에 따라 발광 파장이 상이하다. 그러므로, 사용하는 퀀텀닷의 사이즈를 변경함으로써 쉽게 발광 파장을 변경할 수 있다.
또한, 퀀텀닷은, 발광 스펙트럼의 피크 폭이 좁기 때문에, 색 순도가 좋은 발광을 얻을 수 있다. 또한 퀀텀닷의 이론적 내부 양자 효율은 거의 100%라고 알려져 있고, 형광 발광을 나타내는 유기 화합물의 25%를 크게 웃돌고, 인광 발광을 나타내는 유기 화합물과 동등하다. 따라서, 퀀텀닷을 발광 재료로서 사용함으로써 발광 효율이 높은 발광 소자를 얻을 수 있다. 이에 더하여, 무기 재료인 퀀텀닷은 그 본질적인 안정성도 우수하기 때문에 수명의 관점에서도 바람직한 발광 소자를 얻을 수 있다.
퀀텀닷을 구성하는 재료로서는, 14족 원소, 15족 원소, 16족 원소, 복수의 14족 원소로 이루어지는 화합물, 4족 내지 14족에 속하는 원소와 16족 원소의 화합물, 2족 원소와 16족 원소의 화합물, 13족 원소와 15족 원소의 화합물, 13족 원소와 17족 원소의 화합물, 14족 원소와 15족 원소의 화합물, 11족 원소와 17족 원소의 화합물, 산화 철류, 산화 타이타늄류, 칼코게나이드스피넬류, 반도체 클러스터 등을 들 수 있다.
구체적으로는, 셀레늄화 카드뮴, 황화 카드뮴, 텔루륨화 카드뮴, 셀레늄화 아연, 산화 아연, 황화 아연, 텔루륨화 아연, 황화 수은, 셀레늄화 수은, 텔루륨화 수은, 비소화 인듐, 인화 인듐, 비소화 갈륨, 인화 갈륨, 질화 인듐, 질화 갈륨, 안티모니화 인듐, 안티모니화 갈륨, 인화 알루미늄, 비소화 알루미늄, 안티모니화 알루미늄, 셀레늄화 납, 텔루륨화 납, 황화 납, 셀레늄화 인듐, 텔루륨화 인듐, 황화 인듐, 셀레늄화 갈륨, 황화 비소, 셀레늄화 비소, 텔루륨화 비소, 황화 안티모니, 셀레늄화 안티모니, 텔루륨화 안티모니, 황화 비스무트, 셀레늄화 비스무트, 텔루륨화 비스무트, 실리콘, 탄소화 실리콘, 저마늄, 주석, 셀레늄, 텔루륨, 붕소, 탄소, 인, 질화 붕소, 인화 붕소, 비소화 붕소, 질화 알루미늄, 황화 알루미늄, 황화 바륨, 셀레늄화 바륨, 텔루륨화 바륨, 황화 칼슘, 셀레늄화 칼슘, 텔루륨화 칼슘, 황화 베릴륨, 셀레늄화 베릴륨, 텔루륨화 베릴륨, 황화 마그네슘, 셀레늄화 마그네슘, 황화 저마늄, 셀레늄화 저마늄, 텔루륨화 저마늄, 황화 주석, 셀레늄화 주석, 텔루륨화 주석, 산화 납, 플루오린화 구리, 염화 구리, 브로민화 구리, 아이오딘화 구리, 산화 구리, 셀레늄화 구리, 산화 니켈, 산화 코발트, 황화 코발트, 산화 철, 황화 철, 산화 망가니즈, 황화 몰리브데넘, 산화 바나듐, 산화 텅스텐, 산화 탄탈럼, 산화 타이타늄, 산화 지르코늄, 질화 실리콘, 질화 저마늄, 산화 알루미늄, 타이타늄산 바륨, 셀레늄과 아연과 카드뮴의 화합물, 인듐과 비소와 인의 화합물, 카드뮴과 셀레늄과 황의 화합물, 카드뮴과 셀레늄과 텔루륨의 화합물, 인듐과 갈륨과 비소의 화합물, 인듐과 갈륨과 셀레늄의 화합물, 인듐과 셀레늄과 황의 화합물, 구리와 인듐과 황의 화합물, 및 이들의 조합 등을 들 수 있지만, 이들에 한정되지 않는다. 또한, 조성이 임의의 비율로 나타내어지는, 소위 합금형 퀀텀닷을 사용하여도 좋다. 예를 들어, 카드뮴과 셀레늄과 황의 합금형 퀀텀닷은, 원소의 함유 비율을 변화시킴으로써 발광 파장을 바꿀 수 있기 때문에, 청색 발광을 얻기 위하여 유효한 수단 중 하나이다.
퀀텀닷의 구조로서는, 코어형, 코어-셸형, 코어-멀티셸형 등이 있고, 그 중 어느 것을 사용하여도 좋지만, 코어를 덮어 더 넓은 밴드 갭을 가지는 다른 무기 재료로 셸을 형성함으로써, 나노 결정 표면에 존재하는 결함이나 댕글링 본드의 영향을 저감할 수 있다. 이에 의하여 발광의 양자 효율이 크게 개선되므로 코어-셸형이나 코어-멀티셸형의 퀀텀닷을 사용하는 것이 바람직하다. 셸의 재료의 예로서는, 황화 아연이나 산화 아연을 들 수 있다.
또한, 퀀텀닷은 표면 원자의 비율이 높으므로 반응성이 높고, 응집이 일어나기 쉽다. 그러므로, 퀀텀닷의 표면에는 보호제가 부착되어 있거나, 또는 보호기가 제공되어 있는 것이 바람직하다. 상기 보호제가 부착되어 있거나, 또는 보호기가 제공되어 있으면 응집을 방지할 수 있고, 용매의 용해성을 높일 수 있다. 또한, 반응성을 저감시켜 전기적 안정성을 향상시킬 수도 있다. 보호제(또는 보호기)로서는, 예를 들어 폴리옥시에틸렌라우릴에터, 폴리옥시에틸렌스테아릴에터, 폴리옥시에틸렌올레일에터 등의 폴리옥시에틸렌알킬에터류, 트라이프로필포스핀, 트라이뷰틸포스핀, 트라이헥실포스핀, 트라이옥틸포스핀 등의 트라이알킬포스핀류, 폴리옥시에틸렌n-옥틸페닐에터, 폴리옥시에틸렌n-노닐페닐에터 등의 폴리옥시에틸렌알킬페닐에터류, 트라이(n-헥실)아민, 트라이(n-옥틸)아민, 트라이(n-데실)아민 등의 3급 아민류, 트라이프로필포스핀옥사이드, 트라이뷰틸포스핀옥사이드, 트라이헥실포스핀옥사이드, 트라이옥틸포스핀옥사이드, 트라이데실포스핀옥사이드 등의 유기 인 화합물, 폴리에틸렌글라이콜다이라우레이트, 폴리에틸렌글라이콜다이스테아레이트 등의 폴리에틸렌글라이콜다이에스터류, 또한 피리딘, 루티딘, 콜리딘, 퀴놀린류 등의 질소 함유 방향족 화합물 등의 유기 질소 화합물, 헥실아민, 옥틸아민, 데실아민, 도데실아민, 테트라데실아민, 헥사데실아민, 옥타데실아민 등의 아미노알케인류, 다이뷰틸설파이드 등의 다이알킬설파이드류, 다이메틸설폭사이드나 다이뷰틸설폭사이드 등의 다이알킬설폭사이드류, 싸이오펜 등의 황 함유 방향족 화합물 등의 유기 황 화합물, 팔미틴산, 스테아르산, 올레산 등의 고급 지방산, 알코올류, 소르비탄 지방산 에스터류, 지방산 변성 폴리에스터류, 3급 아민 변성 폴리우레탄류, 폴리에틸렌이민류 등을 들 수 있다.
퀀텀닷은 사이즈가 작아질수록 밴드 갭이 커지기 때문에, 소망의 파장의 광이 얻어지도록 그 사이즈를 적절히 조정한다. 결정의 사이즈가 작아질수록, 퀀텀닷의 발광은 청색 쪽으로, 즉, 고에너지 쪽으로 시프트하기 때문에, 퀀텀닷의 사이즈를 변경시킴으로써, 자외 영역, 가시 영역, 적외 영역의 스펙트럼의 파장 영역에 걸쳐, 그 발광 파장을 조정할 수 있다. 퀀텀닷의 사이즈(직경)는 0.5nm 내지 20nm, 바람직하게는 1nm 내지 10nm의 범위에 있는 것이 보통 자주 사용된다. 또한, 퀀텀닷은 그 사이즈 분포가 좁을수록, 발광 스펙트럼이 더 협선화(狹線化)하여, 색 순도가 양호한 발광을 얻을 수 있다. 또한, 퀀텀닷의 형상은 특별히 한정되지 않고, 구상, 막대기상, 원반상, 그 외의 형상이어도 좋다. 또한, 막대기상 퀀텀닷인 퀀텀 로드는 지향성을 가지는 광을 나타내는 기능을 가지기 때문에 퀀텀 로드를 발광 재료로서 사용함으로써 외부 양자 효율이 더 양호한 발광 소자를 얻을 수 있다.
그런데, 유기 EL 소자에서는 대부분의 경우, 발광 재료를 호스트 재료로 분산시켜 발광 재료의 농도 소광을 억제함으로써 발광 효율을 높이고 있다. 호스트 재료는 발광 재료 이상의 단일항 들뜬 에너지 준위 또는 삼중항 들뜬 에너지 준위를 가지는 재료인 것이 필요하다. 특히, 청색 인광 재료를 발광 재료에 사용하는 경우, 그 이상의 삼중항 들뜬 에너지 준위를 가지며 수명의 관점에서 우수한 호스트 재료가 필요하기 때문에 그 개발은 더없이 어렵다. 여기서, 퀀텀닷은 호스트 재료를 사용하지 않고 퀀텀닷만으로 발광층을 구성하여도 발광 효율을 유지할 수 있기 때문에 이 점에서도 수명의 관점에서 바람직한 발광 소자를 얻을 수 있다. 퀀텀닷만으로 발광층을 형성하는 경우에는 퀀텀닷은 코어-셸 구조(코어-멀티셸 구조를 포함함)인 것이 바람직하다.
발광층의 발광 재료에 퀀텀닷을 사용하는 경우, 상기 발광층의 막 두께는 3nm 내지 100nm, 바람직하게는 10nm 내지 100nm로 하고, 발광층 중의 퀀텀닷의 함유율은 1volume% 내지 100volume%로 한다. 다만, 퀀텀닷만으로 발광층을 형성하는 것이 바람직하다. 또한 상기 퀀텀닷을 발광 재료로서 호스트로 분산시킨 발광층을 형성하는 경우에는, 호스트 재료에 퀀텀닷을 분산시키커나, 또는 호스트 재료와 퀀텀닷을 적당한 액상 매체에 용해 또는 분산시켜 웨트 프로세스(스핀 코팅법, 캐스팅법, 다이 코팅법, 블레이드 코팅법, 롤 코팅법, 잉크젯법, 인쇄법, 스프레이 코팅법, 커튼 코팅법, 랭뮤어·블로젯법 등)에 의하여 형성하면 좋다. 인광성 발광 재료를 사용한 발광층에 대해서는, 상기 웨트 프로세스 외에, 진공 증착법도 바람직하게 이용할 수 있다.
웨트 프로세스에 사용하는 액상 매체로서는, 예를 들어, 메틸에틸케톤, 사이클로헥사논 등의 케톤류, 아세트산 에틸 등의 지방산 에스터류, 다이클로로벤젠 등의 할로젠화 탄화수소류, 톨루엔, 자일렌, 메시틸렌, 사이클로헥실벤젠 등의 방향족 탄화수소류, 사이클로헥세인, 데칼린, 도데케인 등의 지방족 탄화수소류, 다이메틸폼아마이드(DMF), 다이메틸설폭사이드(DMSO) 등의 유기 용매를 사용할 수 있다.
<<한 쌍의 전극>>
전극(101) 및 전극(102)은 발광 소자의 양극 또는 음극으로서의 기능을 가진다. 전극(101) 및 전극(102)은 금속, 합금, 도전성 화합물, 및 이들의 혼합물이나 적층체 등을 사용하여 형성할 수 있다.
전극(101) 및 전극(102) 중 한쪽은 광을 반사하는 기능을 가지는 도전성 재료로 형성되는 것이 바람직하다. 상기 도전성 재료로서는 알루미늄(Al) 또는 Al을 포함하는 합금 등을 들 수 있다. Al을 포함하는 합금으로서는 Al과 L(L은 타이타늄(Ti), 네오디뮴(Nd), 니켈(Ni), 및 란타넘(La) 중 하나 또는 복수를 나타냄)을 포함하는 합금 등을 들 수 있고, 예를 들어 Al과 Ti, 또는 Al과 Ni와 La를 포함하는 합금 등이다. 알루미늄은 저항값이 낮고 광의 반사율이 높다. 또한 알루미늄은 지각(地殼)에서의 존재량이 많고 저렴하므로, 알루미늄을 사용함으로써 발광 소자의 제작 비용을 저감할 수 있다. 또한 은(Ag) 또는 Ag와 N(N은 이트륨(Y), Nd, 마그네슘(Mg), 이터븀(Yb), Al, Ti, 갈륨(Ga), 아연(Zn), 인듐(In), 텅스텐(W), 망가니즈(Mn), 주석(Sn), 철(Fe), Ni, 구리(Cu), 팔라듐(Pd), 이리듐(Ir), 및 금(Au) 중 하나 또는 복수를 가리킴)을 포함하는 합금 등을 사용하여도 좋다. 은을 포함하는 합금으로서는, 은과 팔라듐과 구리를 포함하는 합금, 은과 구리를 포함하는 합금, 은과 마그네슘을 포함하는 합금, 은과 니켈을 포함하는 합금, 은과 금을 포함하는 합금, 은과 이터븀을 포함하는 합금 등을 예로 들 수 있다. 그 외에, 텅스텐, 크로뮴(Cr), 몰리브데넘(Mo), 구리, 타이타늄 등의 전이 금속을 사용할 수 있다.
또한 발광층으로부터 얻어지는 발광은 전극(101) 및 전극(102) 중 한쪽 또는 양쪽을 통하여 추출된다. 따라서, 전극(101) 및 전극(102) 중 적어도 한쪽은, 광을 투과시키는 기능을 가지는 도전성 재료로 형성되는 것이 바람직하다. 상기 도전성 재료로서는 가시광의 투과율이 40% 이상 100% 이하, 바람직하게는 60% 이상 100% 이하이고, 또한 그 저항률이 1×10-2Ω·cm 이하인 도전성 재료를 들 수 있다.
또한 전극(101) 및 전극(102)은 광을 투과시키는 기능과 광을 반사하는 기능을 가지는 도전성 재료로 형성되어도 좋다. 상기 도전성 재료로서는 가시광의 반사율이 20% 이상 80% 이하, 바람직하게는 40% 이상 70% 이하이고, 또한 그 저항률이 1×10-2Ω·cm 이하인 도전성 재료를 들 수 있다. 예를 들어 도전성을 가지는 금속, 합금, 도전성 화합물 등을 1종류 또는 복수 종류 사용하여 형성할 수 있다. 구체적으로는 예를 들어 인듐 주석 산화물(Indium Tin Oxide, 이하 ITO), 실리콘 또는 산화 실리콘을 포함하는 인듐 주석 산화물(약칭: ITSO), 산화 인듐-산화 아연(Indium Zinc Oxide), 타이타늄을 함유한 산화 인듐-주석 산화물, 인듐-타이타늄 산화물, 산화 텅스텐 및 산화 아연을 함유한 산화 인듐 등의 금속 산화물을 사용할 수 있다. 또한 광을 투과시킬 정도(바람직하게는 1nm 이상 30nm 이하의 두께)의 금속 박막을 사용할 수 있다. 금속으로서는 예를 들어 Ag, 또는 Ag와 Al, Ag와 Mg, Ag와 Au, Ag와 Yb 등의 합금 등을 사용할 수 있다.
또한 본 명세서 등에서 광을 투과시키는 기능을 가지는 재료는 가시광을 투과시키는 기능을 가지고, 또한 도전성을 가지는 재료이면 좋고, 예를 들어 상술한 바와 같은 ITO로 대표되는 산화물 도전체에 더하여, 산화물 반도체, 또는 유기물을 포함하는 유기 도전체를 포함한다. 유기물을 포함하는 유기 도전체로서는 유기 화합물과 전자 공여체(도너)를 혼합하여 이루어지는 복합 재료, 유기 화합물과 전자 수용체(억셉터)를 혼합하여 이루어지는 복합 재료 등을 예로 들 수 있다. 또한 그래핀 등의 무기 탄소계 재료를 사용하여도 좋다. 또한 상기 재료의 저항률은 바람직하게는 1×105Ω·cm 이하, 더 바람직하게는 1×104Ω·cm 이하이다.
또한 상술한 재료를 복수 적층함으로써 전극(101) 및 전극(102) 중 한쪽 또는 양쪽을 형성하여도 좋다.
또한 광 추출 효율을 향상시키기 위하여, 상기 전극보다 굴절률이 높은 재료를 광을 투과시키는 기능을 가지는 전극과 접하여 형성하여도 좋다. 이와 같은 재료로서는 가시광을 투과시키는 기능을 가지는 재료이면 좋고, 도전성을 가지는 재료이어도 좋고 가지지 않는 재료이어도 좋다. 예를 들어 상술한 바와 같은 산화물 도전체에 더하여 산화물 반도체나 유기물을 들 수 있다. 유기물로서는 예를 들어 발광층, 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층, 또는 전자 주입층에 예시한 재료를 예로 들 수 있다. 또한, 무기 탄소계 재료나 광이 투과될 정도의 금속 박막도 사용할 수 있어, 수nm 내지 수십nm의 층을 복수 적층시켜도 좋다.
전극(101) 또는 전극(102)이 음극으로서의 기능을 가지는 경우에는 일함수가 작은(3.8eV 이하) 재료를 가지는 것이 바람직하다. 예를 들어 원소 주기율표의 1족 또는 2족에 속하는 원소(리튬, 소듐, 세슘 등의 알칼리 금속, 칼슘, 스트론튬 등의 알칼리 토금속, 마그네슘 등), 이들 원소를 포함하는 합금(예를 들어 Ag와 Mg, Al과 Li), 유로퓸(Eu), Yb 등의 희토류 금속, 이들 희토류 금속을 포함하는 합금, 알루미늄, 은을 포함하는 합금 등을 사용할 수 있다.
또한 전극(101) 또는 전극(102)을 양극으로서 사용하는 경우, 일함수가 큰(4.0eV 이상) 재료를 사용하는 것이 바람직하다.
또한 전극(101) 및 전극(102)은 광을 반사하는 기능을 가지는 도전성 재료와, 광을 투과시키는 기능을 가지는 도전성 재료의 적층이어도 좋다. 이 경우, 전극(101) 및 전극(102)은, 각 발광층으로부터의 소망의 파장의 광을 공진시켜 소망의 파장의 광을 강하게 할 수 있도록, 광학 거리를 조정하는 기능을 가질 수 있기 때문에 바람직하다.
전극(101) 및 전극(102)의 성막 방법은 스퍼터링법, 증착법, 인쇄법, 도포법, MBE(Molecular Beam Epitaxy)법, CVD법, 펄스레이저 퇴적법, ALD(Atomic Layer Deposition)법 등을 적절히 사용할 수 있다.
<<기판>>
또한 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자는 유리, 플라스틱 등으로 이루어지는 기판 위에 제작하면 좋다. 기판 위에 제작하는 순서는 전극(101) 측으로부터 순차적으로 적층하여도 좋고, 전극(102) 측으로부터 순차적으로 적층하여도 좋다.
또한 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자를 형성할 수 있는 기판으로서는 예를 들어 유리, 석영, 또는 플라스틱 등을 사용할 수 있다. 또한 가요성 기판을 사용하여도 좋다. 가요성 기판이란 휠 수 있는(플렉시블) 기판을 가리키고, 예를 들어 폴리카보네이트, 폴리아릴레이트로 이루어지는 플라스틱 기판 등을 들 수 있다. 또한 필름, 무기 증착 필름 등을 사용할 수도 있다. 또한 발광 소자 및 광학 소자의 제작 공정에서 지지체로서 기능한다면 이들 이외의 것이어도 좋다. 또는 발광 소자 및 광학 소자를 보호하는 기능을 가지는 것이라면 좋다.
예를 들어 본 발명 등에서는 다양한 기판을 사용하여 발광 소자를 형성할 수 있다. 기판의 종류는 특별히 한정되지 않는다. 그 기판의 일례로서는 반도체 기판(예를 들어 단결정 기판 또는 실리콘 기판), SOI 기판, 유리 기판, 석영 기판, 플라스틱 기판, 금속 기판, 스테인리스·스틸 기판, 스테인리스·스틸·포일을 가지는 기판, 텅스텐 기판, 텅스텐·포일을 가지는 기판, 가요성 기판, 접합 필름, 섬유상의 재료를 포함하는 종이, 또는 기재 필름 등이 있다. 유리 기판의 일례로서는 바륨보로실리케이트 유리, 알루미노보로실리케이트 유리, 또는 소다 석회 유리 등이 있다. 가요성 기판, 접합 필름, 기재 필름 등의 일례로서는 이하의 것을 들 수 있다. 예를 들어 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리에터설폰(PES), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)으로 대표되는 플라스틱이 있다. 또는 일례로서는 아크릴 등의 수지 등이 있다. 또는 일례로서 폴리프로필렌, 폴리에스터, 폴리플루오린화 바이닐, 또는 폴리염화 바이닐 등이 있다. 또는 일례로서 폴리아마이드, 폴리이미드, 아라미드, 에폭시, 무기 증착 필름, 또는 종이류 등이 있다.
또한 기판으로서 가요성 기판을 사용하고, 가요성 기판 위에 발광 소자를 직접 형성하여도 좋다. 또는 기판과 발광 소자 사이에 박리층을 제공하여도 좋다. 박리층은 그 위에 발광 소자의 일부 또는 전부를 완성시킨 후, 기판으로부터 분리하여, 다른 기판으로 전재(轉載)하기 위하여 사용할 수 있다. 이때, 내열성이 떨어지는 기판이나 가요성 기판에도 발광 소자를 전재할 수 있다. 또한 상술한 박리층에는 예를 들어 텅스텐막과 산화 실리콘막의 무기막을 적층한 구성이나, 기판 위에 폴리이미드 등의 수지막이 형성된 구성 등을 사용할 수 있다.
즉, 어떤 기판을 사용하여 발광 소자를 형성하고, 그 후에 다른 기판으로 발광 소자를 전치하여 다른 기판 위에 발광 소자를 배치하여도 좋다. 발광 소자를 전치하는 기판의 일례로서는, 상술한 기판에 더하여 셀로판 기판, 석재 기판, 목재 기판, 직물 기판(천연 섬유(견(silk), 솜(cotton), 삼(hemp)), 합성 섬유(나일론, 폴리우레탄, 폴리에스터), 또는 재생 섬유(아세테이트, 큐프라, 레이온, 재생 폴리에스터) 등을 포함함), 피혁 기판, 또는 고무 기판 등이 있다. 이들 기판을 사용함으로써, 깨지기 어려운 발광 소자, 내열성이 높은 발광 소자, 경량화된 발광 소자, 또는 박형화된 발광 소자로 할 수 있다.
또한 상술한 기판 위에 예를 들어 전계 효과 트랜지스터(FET)를 형성하고, FET와 전기적으로 접속된 전극 위에 발광 소자(150)를 제작하여도 좋다. 이에 따라, FET에 의하여 발광 소자(150)의 구동을 제어하는 액티브 매트릭스형 표시 장치를 제작할 수 있다.
본 발명의 일 형태에 따른 전자 디바이스의 일례인 태양 전지의 구성 요소에 대하여 이하에서 설명한다.
태양 전지에는 상술한 발광 소자에 사용할 수 있는 재료를 원용할 수 있다. 태양 전지의 캐리어 수송층에는 상술한 정공 수송성 재료 및 전자 수송성 재료를 사용할 수 있고, 광 발전층으로서는 상술한 정공 수송성 재료 및 전자 수송성 재료나, 발광 재료 및 실리콘이나, CH3NH3PbI3으로 대표되는 페로브스카이트 결정 등을 사용할 수 있다. 또한, 기판이나 전극에 관해서도, 상술한 발광 소자에 사용할 수 있는 재료를 원용할 수 있다.
이상, 본 실시형태에 나타낸 구성은 다른 실시형태와 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시형태 2)
본 실시형태에서는, 실시형태 1에 나타낸 발광 소자의 구성과 상이한 구성의 발광 소자, 및 상기 발광 소자의 발광 기구에 대하여, 도 3 및 도 4를 사용하여 이하에서 설명한다. 또한, 도 3 및 도 4에서, 도 2의 (A)에 나타낸 부호와 같은 기능을 가지는 개소는 같은 해치 패턴으로 하고, 부호를 생략하는 경우가 있다. 또한, 같은 기능을 가지는 개소에는, 같은 부호를 붙이고, 그 자세한 설명을 생략하는 경우가 있다.
<발광 소자의 구성예 1>
도 3의 (A)는 발광 소자(250)의 단면 모식도이다.
도 3의 (A)에 도시된 발광 소자(250)는 한 쌍의 전극(전극(101) 및 전극(102)) 사이에 복수의 발광 유닛(도 3의 (A)에서는, 발광 유닛(106) 및 발광 유닛(108))을 가진다. 또한, 발광 소자(250)에서 전극(101)이 양극으로서 기능하고, 전극(102)이 음극으로서 기능하는 것으로 하여 이하에서 설명하지만, 발광 소자(250)의 구성은 반대이어도 좋다.
또한, 도 3의 (A)에 도시된 발광 소자(250)에서, 발광 유닛(106)과 발광 유닛(108)이 적층되어 있고, 발광 유닛(106)과 발광 유닛(108) 사이에는 전하 발생층(115)이 제공된다. 또한, 발광 유닛(106)과 발광 유닛(108)은 같은 구성이어도 좋고 상이한 구성이어도 좋다.
또한, 발광 소자(250)는 발광층(120)과 발광층(170)을 가진다. 또한, 발광 유닛(106)은, 발광층(170) 외에 정공 주입층(111), 정공 수송층(112), 전자 수송층(113), 및 전자 주입층(114)을 가진다. 또한, 발광 유닛(108)은, 발광층(120) 외에 정공 주입층(116), 정공 수송층(117), 전자 수송층(118), 및 전자 주입층(119)을 가진다.
전하 발생층(115)은, 정공 수송성 재료에 전자 수용체인 억셉터성 물질이 첨가된 구성이어도 좋고, 전자 수송성 재료에 전자 공여체인 도너성 물질이 첨가된 구성이어도 좋다. 또한, 이들 양쪽의 구성이 적층되어 있어도 좋다.
전하 발생층(115)에, 유기 화합물과 억셉터성 물질의 복합 재료가 포함되는 경우, 상기 복합 재료에는 실시형태 1에 나타낸 정공 주입층(111)에 사용할 수 있는 복합 재료를 사용하면 좋다. 유기 화합물로서는, 방향족 아민 화합물, 카바졸 화합물, 방향족 탄화수소, 고분자 화합물(올리고머, 덴드리머, 폴리머 등) 등, 다양한 화합물을 사용할 수 있다. 또한, 유기 화합물로서는, 정공 이동도가 1×10-6cm2/Vs 이상인 물질을 적용하는 것이 바람직하다. 다만, 전자보다 정공의 수송성이 높은 물질이라면, 이들 외의 물질을 사용하여도 좋다. 유기 화합물과 억셉터성 물질의 복합 재료는 캐리어 주입성, 캐리어 수송성이 우수하기 때문에, 저전압 구동, 저전류 구동을 실현할 수 있다. 또한, 발광 유닛의 양극 쪽의 면이 전하 발생층(115)에 접촉되는 경우에는, 전하 발생층(115)이 상기 발광 유닛의 정공 주입층 또는 정공 수송층의 역할도 할 수 있기 때문에, 상기 발광 유닛에는 정공 주입층 또는 정공 수송층을 제공하지 않는 구성이어도 좋다. 또는, 발광 유닛의 음극 쪽의 면이 전하 발생층(115)과 접촉되는 경우에는 전하 발생층(115)이 상기 발광 유닛의 전자 주입층 또는 전자 수송층의 역할도 할 수 있기 때문에, 상기 발광 유닛에 전자 주입층 또는 전자 수송층을 제공하지 않는 구성이어도 좋다.
또한, 전하 발생층(115)은, 유기 화합물과 억셉터성 물질의 복합 재료를 포함하는 층과 다른 재료로 구성되는 층을 조합한 적층 구조로서 형성하여도 좋다. 예를 들어, 유기 화합물과 억셉터성 물질의 복합 재료를 포함하는 층과, 전자 공여성 물질 중에서 선택된 하나의 화합물과 전자 수송성이 높은 화합물을 포함하는 층을 조합하여 형성하여도 좋다. 또한, 유기 화합물과 억셉터성 물질의 복합 재료를 포함하는 층과, 투명 도전막을 포함하는 층을 조합하여 형성하여도 좋다.
또한, 발광 유닛(106)과 발광 유닛(108) 사이에 끼워진 전하 발생층(115)은 전극(101)과 전극(102)에 전압을 인가하였을 때, 한쪽 발광 유닛에 전자를 주입하고, 다른 쪽 발광 유닛에 정공을 주입하는 것이라면 좋다. 예를 들어, 도 3의 (A)에서, 전극(101)의 전위가 전극(102)의 전위보다 높아지도록 전압을 인가한 경우, 전하 발생층(115)은 발광 유닛(106)에 전자를 주입하고 발광 유닛(108)에 정공을 주입한다.
또한, 전하 발생층(115)은, 광 추출 효율의 관점에서, 가시광에 대하여 투광성(구체적으로는, 전하 발생층(115)에 대한 가시광의 투과율이 40% 이상)을 가지는 것이 바람직하다. 또한, 전하 발생층(115)은 한 쌍의 전극(전극(101) 및 전극(102))보다 낮은 도전율이어도 기능한다.
상술한 재료를 사용하여 전하 발생층(115)을 형성함으로써 발광층이 적층된 경우에서의 구동 전압의 상승을 억제할 수 있다.
또한, 도 3의 (A)에서는, 2개의 발광 유닛을 가지는 발광 소자에 대하여 설명하였지만, 3개 이상의 발광 유닛을 적층한 발광 소자에 대하여도 마찬가지로 적용할 수 있다. 발광 소자(250)에 나타낸 바와 같이 한 쌍의 전극 사이에 복수의 발광 유닛을 전하 발생층으로 구획하여 배치함으로써, 전류 밀도를 낮게 유지하면서 고휘도 발광을 가능하게 하고, 더 긴 수명의 발광 소자를 실현할 수 있다. 또한, 소비전력이 낮은 발광 소자를 실현할 수 있다.
또한 상기 각 구성에서 발광 유닛(106) 및 발광 유닛(108)에 사용하는 게스트 재료가 나타내는 발광색으로서는, 서로 같아도 좋고 상이하여도 좋다. 발광 유닛(106) 및 발광 유닛(108)에서 서로 같은 색의 발광을 나타내는 기능을 가지는 게스트 재료를 가지는 경우, 발광 소자(250)는 적은 전류값으로 높은 발광 휘도를 나타내는 발광 소자가 되어 바람직하다. 또한 발광 유닛(106) 및 발광 유닛(108)에서 서로 상이한 색의 발광을 나타내는 기능을 가지는 게스트 재료를 가지는 경우, 발광 소자(250)는 다색 발광을 나타내는 발광 소자가 되어 바람직하다. 이 경우, 발광층(120) 및 발광층(170) 중 어느 한쪽 또는 양쪽에 발광 파장이 상이한 복수의 발광 재료를 사용함으로써, 발광 소자(250)가 나타내는 발광 스펙트럼은 상이한 발광 피크를 가지는 발광이 합성된 광이 되므로, 적어도 2개의 극대값을 가지는 발광 스펙트럼이 된다.
상기 구성은 백색 발광을 얻기 위해서도 적합하다. 발광층(120) 및 발광층(170)의 광을 서로 보색의 관계로 함으로써 백색 발광을 얻을 수 있다. 특히, 연색성이 높은 백색 발광 또는 적어도 적색과 녹색과 청색을 가지는 발광이 되도록 게스트 재료를 선택하는 것이 바람직하다.
또한 3개 이상의 발광 유닛을 적층한 발광 소자의 경우, 각 발광 유닛에 사용하는 게스트 재료가 나타내는 발광색은 서로 같아도 좋고 상이하여도 좋다. 같은 색의 발광을 나타내는 발광 유닛을 복수로 가지는 경우, 이 복수의 발광 유닛이 나타내는 발광색은 그 외의 색과 비교하여 작은 전류값으로 높은 발광 휘도를 얻을 수 있다. 이와 같은 구성은 발광색의 조정에 적합하게 사용할 수 있다. 특히, 발광 효율이 상이하고, 또한 상이한 발광색을 나타내는 게스트 재료를 사용하는 경우에 적합하다. 예를 들어 3층의 발광 유닛을 가지는 경우, 같은 색의 형광 재료를 가지는 발광 유닛을 2층, 상기 형광 재료와 상이한 발광색을 나타내는 인광 재료를 가지는 발광 유닛을 1층으로 함으로써, 형광 발광과 인광 발광의 발광 강도를 조정할 수 있다. 즉, 발광 유닛의 수에 따라 발광색의 강도를 조정할 수 있다.
이와 같은 형광 발광 유닛을 2층, 인광 발광 유닛을 1층 가지는 발광 소자의 경우, 청색 형광 재료를 포함하는 발광 유닛을 2층과 황색 인광 재료를 포함하는 발광 유닛을 1층 포함하는 발광 소자, 청색 형광 재료를 포함하는 발광 유닛을 2층과 적색 인광 재료 및 녹색 인광 재료를 포함하는 발광층 유닛을 1층 가지는 발광 소자, 또는 청색 형광 재료를 포함하는 발광 유닛을 2층과 적색 인광 재료, 황색 인광 재료, 녹색 인광 재료를 포함하는 발광층 유닛을 1층 가지는 발광 소자이면 효율적으로 백색 발광이 얻어지기 때문에 바람직하다.
또한, 발광층(120) 및 발광층(170) 중 적어도 하나를 층상으로 더 분할하여, 이 분할한 층마다 상이한 발광 재료를 포함하도록 하여도 좋다. 즉, 발광층(120) 및 발광층(170) 중 적어도 하나는 2층 이상의 복수 층으로 구성될 수도 있다. 예를 들어, 제 1 발광층과 제 2 발광층을 정공 수송층 측으로부터 순차적으로 적층하여 발광층으로 하는 경우, 제 1 발광층의 호스트 재료로서 정공 수송성을 가지는 재료를 사용하고, 제 2 발광층의 호스트 재료로서 전자 수송성을 가지는 재료를 사용하는 구성 등이 있다. 이 경우, 제 1 발광층과 제 2 발광층이 가지는 발광 재료는 같은 재료이어도 좋고 상이한 재료이어도 좋고, 같은 색의 발광을 나타내는 기능을 가지는 재료이어도 좋고, 상이한 색의 발광을 나타내는 기능을 가지는 재료이어도 좋다. 서로 상이한 색의 발광을 나타내는 기능을 가지는 복수의 발광 재료를 가지는 구성에 의하여, 3원색이나 4색 이상의 발광색으로 이루어진 연색성이 높은 백색 발광을 얻을 수도 있다.
또한, 복수의 유닛 중 적어도 하나의 유닛에, 실시형태 1에서 나타낸 구성을 적용함으로써 광 추출 효율이 양호하고, 구동 전압이 저감된 발광 소자를 제공할 수 있다.
또한, 발광 유닛(108)이 가지는 발광층(120)은, 도 3의 (B)에 도시된 바와 같이 게스트 재료(121)와 호스트 재료(122)를 가진다. 또한, 게스트 재료(121)는 형광 재료로서 이하에서 설명한다.
<<발광층(120)의 발광 기구>>
발광층(120)의 발광 기구에 대하여 이하에서 설명한다.
한 쌍의 전극(전극(101) 및 전극(102)) 또는 전하 발생층(115)으로부터 주입된 전자 및 정공이 발광층(120)에서 재결합함으로써 여기자가 생성된다. 게스트 재료(121)와 비교하여 호스트 재료(122)는 많이 존재하므로, 여기자의 생성에 의하여, 거의 호스트 재료(122)의 들뜬 상태가 형성된다. 또한, 여기자는 캐리어(전자 및 정공) 쌍을 말한다.
형성된 호스트 재료(122)의 들뜬 상태가 단일항 들뜬 상태인 경우, 호스트 재료(122)의 S1 준위로부터 게스트 재료(121)의 S1 준위로 단일항 들뜬 에너지가 에너지 이동하여, 게스트 재료(121)의 단일항 들뜬 상태가 형성된다.
게스트 재료(121)는 형광 재료이므로, 게스트 재료(121)에서 단일항 들뜬 상태가 형성되면, 게스트 재료(121)는 신속히 발광한다. 이때, 높은 발광 효율을 얻기 위해서는 게스트 재료(121)의 형광 양자 수율이 높은 것이 바람직하다. 또한, 게스트 재료(121)에서, 캐리어가 재결합하여, 생성한 들뜬 상태가 단일항 들뜬 상태인 경우도 마찬가지이다.
다음으로, 캐리어의 재결합에 의하여 호스트 재료(122)의 삼중항 들뜬 상태가 형성되는 경우에 대하여 설명한다. 이 경우의 호스트 재료(122) 및 게스트 재료(121)의 에너지 준위의 상관을 도 3의 (C)에 나타내었다. 또한, 도 3의 (C)에서의 표기 및 부호는 이하와 같다. 또한, 호스트 재료(122)의 T1 준위가 게스트 재료(121)의 T1 준위보다 낮은 것이 바람직하기 때문에, 도 3의 (C)에서는 이 경우를 도시하였지만, 호스트 재료(122)의 T1 준위가 게스트 재료(121)의 T1 준위보다 높아도 좋다.
· Guest(121): 게스트 재료(121)(형광 재료)
· Host(122): 호스트 재료(122)
· SFG: 게스트 재료(121)(형광 재료)의 S1 준위
· TFG: 게스트 재료(121)(형광 재료)의 T1 준위
· SFH: 호스트 재료(122)의 S1 준위
· TFH: 호스트 재료(122)의 T1 준위
도 3의 (C)에 나타낸 바와 같이, 삼중항-삼중항 소멸(TTA: Triplet-Triplet Annihilation)에 의하여, 캐리어의 재결합에 의하여 생성한 삼중항 여기자들이 상호 작용하여, 서로 들뜬 에너지를 주고받고, 스핀 각운동량의 교환을 수행함으로써, 결과적으로 호스트 재료(122)의 S1 준위(SFH)의 에너지를 가지는 단일항 여기자로 변환되는 반응이 일어난다(도 3의 (C)의 TTA 참조). 호스트 재료(122)의 단일항 들뜬 에너지는, SFH로부터, 그보다 에너지가 낮은 게스트 재료(121)의 S1 준위(SFG)로 에너지 이동이 일어나고(도 3의 (C)의 경로(E1) 참조), 게스트 재료(121)의 단일항 들뜬 상태가 형성되어, 게스트 재료(121)가 발광한다.
또한, 발광층(120)에서의 삼중항 여기자의 밀도가 충분히 높은 경우(예를 들어, 1×1012cm-3 이상)에는, 삼중항 여기자 단독의 실활을 무시하고, 2개의 근접한 삼중항 여기자에 의한 반응만을 생각할 수 있다.
또한, 게스트 재료(121)에서 캐리어가 재결합하여 삼중항 들뜬 상태가 형성될 때, 게스트 재료(121)의 삼중항 들뜬 상태는 열 실활하기 때문에 발광에 이용하기 어려워진다. 그러나, 호스트 재료(122)의 T1 준위(TFH)가 게스트 재료(121)의 T1 준위(TFG)보다 낮은 경우, 게스트 재료(121)의 삼중항 들뜬 에너지는 게스트 재료(121)의 T1 준위(TFG)로부터 호스트 재료(122)의 T1 준위(TFH)로 에너지 이동할 수 있고(도 3의 (C)에서의 경로(E2) 참조), 그 후 TTA에 이용된다.
즉, 호스트 재료(122)는, 삼중항 들뜬 에너지를 TTA에 의하여 단일항 들뜬 에너지로 변환하는 기능을 가지는 것이 바람직하다. 그렇게 함으로써, 발광층(120)에서 생성한 삼중항 들뜬 에너지의 일부를, 호스트 재료(122)에서의 TTA에 의하여 단일항 들뜬 에너지로 변환하고, 상기 단일항 들뜬 에너지를 게스트 재료(121)로 이동시킴으로써, 형광 발광으로서 추출할 수 있다. 그러기 위해서는, 호스트 재료(122)의 S1 준위(SFH)는 게스트 재료(121)의 S1 준위(SFG)보다 높은 것이 바람직하다. 또한, 호스트 재료(122)의 T1 준위(TFH)는 게스트 재료(121)의 T1 준위(TFG)보다 낮은 것이 바람직하다.
또한, 특히 게스트 재료(121)의 T1 준위(TFG)가 호스트 재료(122)의 T1 준위(TFH)보다 낮은 경우에는, 호스트 재료(122)와 게스트 재료(121)의 중량비는 게스트 재료(121)의 중량비가 낮은 것이 바람직하다. 구체적으로는, 호스트 재료(122)를 1로 하였을 때의 게스트 재료(121)의 중량비는 0보다 크고 0.05 이하가 바람직하다. 그렇게 함으로써, 게스트 재료(121)에서 캐리어가 재결합하는 확률을 저감시킬 수 있다. 또한, 호스트 재료(122)의 T1 준위(TFH)로부터 게스트 재료(121)의 T1 준위(TFG)로의 에너지 이동이 일어날 확률을 저감시킬 수 있다.
또한, 호스트 재료(122)는 단일 화합물로 구성되어도 좋고, 복수의 화합물로 구성되어도 좋다.
또한, 발광 유닛(106)과 발광 유닛(108)에서 발광색이 상이한 게스트 재료를 가지는 경우, 발광층(120)으로부터의 발광이, 발광층(170)으로부터의 발광보다 단파장 쪽에 발광의 피크를 가지는 구성으로 하는 것이 바람직하다. 높은 삼중항 들뜬 에너지 준위를 가지는 재료를 사용한 발광 소자는 휘도 열화가 빠른 경향이 있다. 그러므로, 단파장의 발광을 나타내는 발광층에 TTA를 사용함으로써 휘도 열화가 작은 발광 소자를 제공할 수 있다.
<발광 소자의 구성예 2>
도 4의 (A)는 발광 소자(252)의 단면 모식도이다.
도 4의 (A)에 도시된 발광 소자(252)는, 상술한 발광 소자(250)와 마찬가지로 한 쌍의 전극(전극(101) 및 전극(102)) 사이에, 복수의 발광 유닛(도 4의 (A)에서는, 발광 유닛(106) 및 발광 유닛(110))을 가진다. 적어도 하나의 발광 유닛은, EL층(100)과 마찬가지의 구성을 가진다. 또한, 발광 유닛(106)과 발광 유닛(110)은 같은 구성이어도 좋고 상이한 구성이어도 좋다.
또한, 도 4의 (A)에 도시된 발광 소자(252)에서, 발광 유닛(106)과 발광 유닛(110)이 적층되고, 발광 유닛(106)과 발광 유닛(110) 사이에는 전하 발생층(115)이 제공된다. 예를 들어, 발광 유닛(106)에 EL층(100)을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 발광 소자(252)는, 발광층(140)과, 발광층(170)을 가진다. 또한, 발광 유닛(106)은, 발광층(170) 외에 정공 주입층(111), 정공 수송층(112), 전자 수송층(113), 및 전자 주입층(114)을 가진다. 또한, 발광 유닛(110)은, 발광층(140) 외에 정공 주입층(116), 정공 수송층(117), 전자 수송층(118), 및 전자 주입층(119)을 가진다.
또한, 복수의 유닛 중 적어도 하나의 유닛에, 실시형태 1에서 나타낸 구성을 적용함으로써 광 추출 효율이 양호하고, 구동 전압이 저감된 발광 소자를 제공할 수 있다.
발광 유닛(110)이 가지는 발광층(140)은, 도 4의 (B)에 도시된 바와 같이 게스트 재료(141)와 호스트 재료(142)를 가진다. 또한, 호스트 재료(142)는, 유기 화합물(142_1)과 유기 화합물(142_2)을 가진다. 또한, 발광층(140)이 가지는 게스트 재료(141)를 인광 재료로서 이하에서 설명한다.
<<발광층(140)의 발광 기구>>
다음으로, 발광층(140)의 발광 기구에 대하여 이하에서 설명한다.
발광층(140)이 가지는, 유기 화합물(142_1)과 유기 화합물(142_2)은 들뜬 복합체를 형성한다.
유기 화합물(142_1)과 유기 화합물(142_2)의 조합은, 서로 들뜬 복합체를 형성할 수 있는 조합이라면 좋지만, 한쪽이 정공 수송성을 가지는 화합물이며, 다른 쪽이 전자 수송성을 가지는 화합물인 것이 더 바람직하다.
발광층(140)에서의 유기 화합물(142_1)과, 유기 화합물(142_2)과, 게스트 재료(141)의 에너지 준위의 상관을 도 4의 (C)에 나타내었다. 또한, 도 4의 (C)에서의 표기 및 부호는 이하와 같다.
· Guest(141): 게스트 재료(141)(인광 재료)
· Host(142_1): 유기 화합물(142_1)(호스트 재료)
· Host(142_2): 유기 화합물(142_2)(호스트 재료)
· TPG: 게스트 재료(141)(인광 재료)의 T1 준위
· SPH1: 유기 화합물(142_1)(호스트 재료)의 S1 준위
· TPH1: 유기 화합물(142_1)(호스트 재료)의 T1 준위
· SPH2: 유기 화합물(142_2)(호스트 재료)의 S1 준위
· TPH2: 유기 화합물(142_2)(호스트 재료)의 T1 준위
· SPE: 들뜬 복합체의 S1 준위
· TPE: 들뜬 복합체의 T1 준위
유기 화합물(142_1)과 유기 화합물(142_2)은 들뜬 복합체를 형성하고 상기 들뜬 복합체의 S1 준위(SPE)와 T1 준위(TPE)는 서로 인접하는 에너지가 된다(도 4의 (C)에서의 경로(E3) 참조).
유기 화합물(142_1) 및 유기 화합물(142_2)은 한쪽이 홀을 받고, 다른 쪽이 전자를 받음으로써 신속히 들뜬 복합체를 형성한다. 또는, 한쪽이 들뜬 상태가 되면, 신속히 다른 쪽과 상호 작용함으로써 들뜬 복합체를 형성한다. 따라서, 발광층(140)에서의 여기자의 대부분이 들뜬 복합체로서 존재한다. 들뜬 복합체의 들뜬 에너지 준위(SPE 또는 TPE)는 들뜬 복합체를 형성하는 호스트 재료(유기 화합물(142_1) 및 유기 화합물(142_2))의 S1 준위(SPH1 및 SPH2)보다 낮아지기 때문에 더 낮은 들뜬 에너지에서 호스트 재료(142)의 들뜬 상태를 형성할 수 있다. 이에 의하여, 발광 소자의 구동 전압을 낮출 수 있다.
그리고, 들뜬 복합체의 SPE와 TPE 양쪽의 에너지를, 게스트 재료(141)(인광 재료)의 T1 준위로 이동시켜 발광이 얻어진다(도 4의 (C)에서의 경로(E4) 및 경로(E5) 참조).
또한, 들뜬 복합체의 T1 준위(TPE)는 게스트 재료(141)의 T1 준위(TPG)보다 큰 것이 바람직하다. 그렇게 함으로써, 생성된 들뜬 복합체의 단일항 들뜬 에너지 및 삼중항 들뜬 에너지를, 들뜬 복합체의 S1 준위(SPE) 및 T1 준위(TPE)로부터 게스트 재료(141)의 T1 준위(TPG)로 에너지 이동할 수 있다.
또한, 들뜬 복합체로부터 게스트 재료(141)로 효율적으로 들뜬 에너지를 이동시키기 위해서는, 들뜬 복합체의 T1 준위(TPE)가 들뜬 복합체를 형성하는 각 유기 화합물(유기 화합물(142_1) 및 유기 화합물(142_2))의 T1 준위(TPH1 및 TPH2)와 동등하거나, 더 작은 것이 바람직하다. 이에 의하여, 각 유기 화합물(유기 화합물(142_1) 및 유기 화합물(142_2))로 인한 들뜬 복합체의 삼중항 들뜬 에너지의 퀀치가 생기기 어려워져, 효율적으로 들뜬 복합체로부터 게스트 재료(141)로 에너지 이동이 발생한다.
또한, 유기 화합물(142_1)과 유기 화합물(142_2)이, 효율적으로 들뜬 복합체를 형성하기 위해서는, 유기 화합물(142_1) 및 유기 화합물(142_2) 중 한쪽의 HOMO 준위가 다른 쪽의 HOMO 준위보다 높고, 한쪽의 LUMO 준위가 다른 쪽의 LUMO 준위보다 높은 것이 바람직하다. 예를 들어, 유기 화합물(142_1)이 정공 수송성을 가지고, 유기 화합물(142_2)이 전자 수송성을 가지는 경우, 유기 화합물(142_1)의 HOMO 준위가 유기 화합물(142_2)의 HOMO 준위보다 높은 것이 바람직하고, 유기 화합물(142_1)의 LUMO 준위가 유기 화합물(142_2)의 LUMO 준위보다 높은 것이 바람직하다. 또는, 유기 화합물(142_2)이 정공 수송성을 가지고, 유기 화합물(142_1)이 전자 수송성을 가지는 경우, 유기 화합물(142_2)의 HOMO 준위가 유기 화합물(142_1)의 HOMO 준위보다 높은 것이 바람직하고, 유기 화합물(142_2)의 LUMO 준위가 유기 화합물(142_1)의 LUMO 준위보다 높은 것이 바람직하다. 구체적으로는, 유기 화합물(142_1)의 HOMO 준위와 유기 화합물(142_2)의 HOMO 준위의 에너지 차이는 바람직하게는 0.05eV 이상이며, 더 바람직하게는 0.1eV 이상이며, 더욱 바람직하게는 0.2eV 이상이다. 또한, 유기 화합물(142_1)의 LUMO 준위와 유기 화합물(142_2)의 LUMO 준위의 에너지 차이는 바람직하게는 0.05eV 이상이며, 더 바람직하게는 0.1eV 이상이며, 더욱 바람직하게는 0.2eV 이상이다.
또한, 유기 화합물(142_1)과 유기 화합물(142_2)의 조합이 정공 수송성을 가지는 화합물과 전자 수송성을 가지는 화합물의 조합인 경우, 그 혼합비에 따라 캐리어 밸런스를 쉽게 제어할 수 있다. 구체적으로는, 정공 수송성을 가지는 화합물:전자 수송성을 가지는 화합물=1:9 내지 9:1(중량비)의 범위인 것이 바람직하다. 또한, 이 구성을 가짐으로써, 캐리어 밸런스를 쉽게 제어할 수 있으므로, 캐리어 재결합 영역의 제어도 쉽게 수행할 수 있다.
발광층(140)을 상술한 구성으로 함으로써, 발광층(140)의 게스트 재료(141)(인광 재료)로부터의 발광을 효율적으로 얻을 수 있다.
또한, 상술한 경로(E3) 내지 경로(E5)의 과정을, 본 명세서 등에서 ExTET(Exciplex-Triplet Energy Transfer)라고 호칭하는 경우가 있다. 바꿔 말하면 발광층(140)은, 들뜬 복합체로부터 게스트 재료(141)로의 들뜬 에너지의 공여가 있다. 또한, 이 경우, TPE로부터 SPE로의 역항간 교차 효율이 반드시 높을 필요는 없고, SPE로부터의 발광 양자 수율이 높을 필요도 없기 때문에, 재료를 폭넓게 선택할 수 있다.
또한, 발광층(170)으로부터의 발광이 발광층(140)으로부터의 발광보다 단파장 쪽에 발광의 피크를 가지는 구성으로 하는 것이 바람직하다. 단파장의 발광을 나타내는 인광 재료를 사용한 발광 소자는 휘도 열화가 빠른 경향이 있다. 그러므로, 단파장의 발광을 형광 발광으로 함으로써 휘도 열화가 작은 발광 소자를 제공할 수 있다.
<발광층에 사용할 수 있는 재료의 예>
다음으로, 발광층(120), 발광층(140), 및 발광층(170)에 사용할 수 있는 재료에 대하여, 이하에서 설명한다.
<<발광층(120)에 사용할 수 있는 재료>>
발광층(120) 중에서는 호스트 재료(122)가 중량비로 가장 많이 존재하고, 게스트 재료(121)(형광 재료)는, 호스트 재료(122) 중으로 분산된다. 호스트 재료(122)의 S1 준위는 게스트 재료(121)(형광 재료)의 S1 준위보다 높고, 호스트 재료(122)의 T1 준위는 게스트 재료(121)(형광 재료)의 T1 준위보다 낮은 것이 바람직하다.
발광층(120)에서, 게스트 재료(121)로서는 특별한 한정은 없지만, 안트라센 유도체, 테트라센 유도체, 크리센 유도체, 페난트렌 유도체, 피렌 유도체, 페릴렌 유도체, 스틸벤 유도체, 아크리돈 유도체, 쿠마린 유도체, 페녹사진 유도체, 페노싸이아진 유도체 등이 바람직하고, 실시형태 1에 나타낸 형광성 화합물을 적합하게 사용할 수 있다.
또한, 발광층(120)에서, 호스트 재료(122)에 사용할 수 있는 재료로서는 특별한 한정은 없지만, 예를 들어, 트리스(8-퀴놀리놀레이토)알루미늄(III)(약칭: Alq), 트리스(4-메틸-8-퀴놀리놀레이토)알루미늄(III)(약칭: Almq3), 비스(10-하이드록시벤조[h]퀴놀리네이토)베릴륨(II)(약칭: BeBq2), 비스(2-메틸-8-퀴놀리놀레이토)(4-페닐페놀레이토)알루미늄(III)(약칭: BAlq), 비스(8-퀴놀리놀레이토)아연(II)(약칭: Znq), 비스[2-(2-벤즈옥사졸릴)페놀레이토]아연(II)(약칭: ZnPBO), 비스[2-(2-벤조싸이아졸릴)페놀레이토]아연(II)(약칭: ZnBTZ) 등의 금속 착체, 2-(4-바이페닐릴)-5-(4-tert-뷰틸페닐)-1,3,4-옥사다이아졸(약칭: PBD), 1,3-비스[5-(p-tert-뷰틸페닐)-1,3,4-옥사다이아졸-2-일]벤젠(약칭: OXD-7), 3-(4-바이페닐릴)-4-페닐-5-(4-tert-뷰틸페닐)-1,2,4-트라이아졸(약칭: TAZ), 2,2',2''-(1,3,5-벤젠트라이일)트리스(1-페닐-1H-벤즈이미다졸)(약칭: TPBI), 바소페난트롤린(약칭: BPhen), 바소큐프로인(약칭: BCP), 9-[4-(5-페닐-1,3,4-옥사다이아졸-2-일)페닐]-9H-카바졸(약칭: CO11) 등의 복소 고리 화합물, 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: NPB 또는 α-NPD), N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-다이페닐-[1,1'-바이페닐]-4,4'-다이아민(약칭: TPD), 4,4'-비스[N-(스파이로-9,9'-바이플루오렌-2-일)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: BSPB) 등의 방향족 아민 화합물을 들 수 있다. 또한, 안트라센 유도체, 페난트렌 유도체, 피렌 유도체, 크리센 유도체, 다이벤조[g,p]크리센 유도체 등의 축합 다환 방향족 화합물을 들 수 있고, 구체적으로는, 9,10-다이페닐안트라센(약칭: DPAnth), N,N-다이페닐-9-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸-3-아민(약칭: CzA1PA), 4-(10-페닐-9-안트릴)트라이페닐아민(약칭: DPhPA), 4-(9H-카바졸-9-일)-4'-(10-페닐-9-안트릴)트라이페닐아민(약칭: YGAPA), N,9-다이페닐-N-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸-3-아민(약칭: PCAPA), N,9-다이페닐-N-{4-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]페닐}-9H-카바졸-3-아민(약칭: PCAPBA), N,9-다이페닐-N-(9,10-다이페닐-2-안트릴)-9H-카바졸-3-아민(약칭: 2PCAPA), 6,12-다이메톡시-5,11-다이페닐크리센, N,N,N',N',N'',N'',N''',N'''-옥타페닐다이벤조[g,p]크리센-2,7,10,15-테트라아민(약칭: DBC1), 9-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸(약칭: CzPA), 3,6-다이페닐-9-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸(약칭: DPCzPA), 9,10-비스(3,5-다이페닐페닐)안트라센(약칭: DPPA), 9,10-다이(2-나프틸)안트라센(약칭: DNA), 2-tert-뷰틸-9,10-다이(2-나프틸)안트라센(약칭: t-BuDNA), 9,9'-바이안트릴(약칭: BANT), 9,9'-(스틸벤-3,3'-다이일)다이페난트렌(약칭: DPNS), 9,9'-(스틸벤-4,4'-다이일)다이페난트렌(약칭: DPNS2), 3,3',3''-(벤젠-1,3,5-트라이일)트라이피렌(약칭: TPB3) 등을 들 수 있다. 또한, 이들 물질 및 공지의 물질 중에서, 상기 게스트 재료(121)의 에너지 갭보다 큰 에너지 갭을 가지는 물질을 1종류 또는 복수 종류 선택하여 사용하면 좋다.
또한, 발광층(120)은 2층 이상의 복수 층으로 구성될 수도 있다. 예를 들어, 제 1 발광층과 제 2 발광층을 정공 수송층 측으로부터 순차적으로 적층하여 발광층(120)으로 하는 경우, 제 1 발광층의 호스트 재료로서 정공 수송성을 가지는 물질을 사용하고, 제 2 발광층의 호스트 재료로서 전자 수송성을 가지는 물질을 사용하는 구성 등이 있다.
또한, 발광층(120)에서 호스트 재료(122)는 1종류의 화합물로 구성되어도 좋고, 복수의 화합물로 구성되어도 좋다. 또는, 발광층(120)에서, 호스트 재료(122) 및 게스트 재료(121) 외의 재료를 가져도 좋다.
<<발광층(140)에 사용할 수 있는 재료>>
발광층(140) 중에서 호스트 재료(142)가 중량비로 가장 많이 존재하고, 게스트 재료(141)(인광 재료)는 호스트 재료(142) 중으로 분산된다. 발광층(140)의 호스트 재료(142)(유기 화합물(142_1) 및 유기 화합물(142_2))의 T1 준위는 게스트 재료(141)의 T1 준위보다 높은 것이 바람직하다.
유기 화합물(142_1)로서는, 아연이나 알루미늄계 금속 착체 외에, 옥사다이아졸 유도체, 트라이아졸 유도체, 벤즈이미다졸 유도체, 퀴녹살린 유도체, 다이벤조퀴녹살린 유도체, 다이벤조싸이오펜 유도체, 다이벤조퓨란 유도체, 피리미딘 유도체, 트라이아진 유도체, 피리딘 유도체, 바이피리딘 유도체, 페난트롤린 유도체 등을 들 수 있다. 다른 예로서는, 방향족 아민이나 카바졸 유도체 등을 들 수 있다. 구체적으로는, 실시형태 1에 나타낸 전자 수송성 재료 및 정공 수송성 재료를 사용할 수 있다.
유기 화합물(142_2)로서는, 유기 화합물(142_1)과 들뜬 복합체를 형성할 수 있는 조합이 바람직하다. 구체적으로는, 실시형태 1에서 설명한 전자 수송성 재료 및 정공 수송성 재료를 사용할 수 있다. 이 경우, 유기 화합물(142_1)과 유기 화합물(142_2)로 형성되는 들뜬 복합체의 발광 피크가 게스트 재료(141)(인광 재료)의 삼중항 MLCT(Metal to Ligand Charge Transfer) 전이의 흡수대, 더 구체적으로는, 가장 긴 파장 쪽의 흡수대와 중첩되도록 유기 화합물(142_1), 유기 화합물(142_2), 및 게스트 재료(141)(인광 재료)를 선택하는 것이 바람직하다. 이에 의하여, 발광 효율이 비약적으로 향상된 발광 소자로 할 수 있다. 다만, 인광 재료 대신에 열 활성화 지연 형광 재료를 사용하는 경우에는, 가장 긴 파장 쪽의 흡수대는 단일항의 흡수대인 것이 바람직하다.
게스트 재료(141)(인광 재료)로서는, 이리듐, 로듐, 또는 백금계의 유기 금속 착체, 또는 금속 착체를 들 수 있고, 이들 중에서 유기 이리듐 착체, 예를 들어 이리듐계 오쏘 금속 착체가 바람직하다. 오쏘 금속화하는 배위자로서는 4H-트라이아졸 배위자, 1H-트라이아졸 배위자, 이미다졸 배위자, 피리딘 배위자, 피리미딘 배위자, 피라진 배위자, 또는 아이소퀴놀린 배위자 등을 들 수 있다. 금속 착체로서는, 포르피린 배위자를 가지는 백금 착체 등을 들 수 있다. 구체적으로는, 실시형태 1에 나타낸 게스트 재료(132)로서 예시한 재료를 사용할 수 있다.
발광층(140)에 포함되는 발광 재료로서는, 삼중항 들뜬 에너지를 발광으로 변환할 수 있는 재료라면 좋다. 상기 삼중항 들뜬 에너지를 발광으로 변환할 수 있는 재료로서는, 인광 재료 외에 열 활성화 지연 형광 재료를 들 수 있다. 따라서, 인광 재료라고 기재한 부분에 관해서는 열 활성화 지연 형광 재료라고 바꿔 읽어도 좋다.
또한, 열 활성화 지연 형광을 나타내는 재료는 단독으로 역항간 교차에 의하여 삼중항 들뜬 상태로부터 단일항 들뜬 상태를 생성할 수 있는 재료이어도 좋고, 들뜬 복합체(엑시플렉스 또는 Exciplex라고도 함)를 형성하는 복수의 재료로 구성되어도 좋다.
열 활성화 지연 형광 재료가 1종류의 재료로 구성되는 경우, 구체적으로는 실시형태 1에 나타낸 열 활성화 지연 형광 재료를 사용할 수 있다.
또한, 열 활성화 지연 형광 재료를 호스트 재료로서 사용하는 경우, 들뜬 복합체를 형성하는 2종류의 화합물을 조합하여 사용하는 것이 바람직하다. 이 경우, 상술한 들뜬 복합체를 형성하는 조합인 전자를 받기 쉬운 화합물과, 정공을 받기 쉬운 화합물을 사용하는 것이 특히 바람직하다.
<<발광층(170)에 사용할 수 있는 재료>>
발광층(170)에 사용할 수 있는 재료로서는, 실시형태 1에 나타낸 발광층에 사용할 수 있는 재료를 원용하면 좋고, 그렇게 함으로써, 발광 효율이 높은 발광 소자를 제작할 수 있다.
또한, 발광층(120), 발광층(140), 및 발광층(170)에 포함되는 발광 재료의 발광색에 한정은 없고, 각각 같아도 좋고 상이하여도 좋다. 각각으로부터 얻어지는 발광이 혼합되어 소자 밖으로 추출되기 때문에, 예를 들어 양쪽의 발광색이 서로 보색 관계에 있는 경우, 발광 소자는 백색의 광을 제공할 수 있다. 발광 소자의 신뢰성을 고려하면, 발광층(120)에 포함되는 발광 재료의 발광 피크 파장은 발광층(170)에 포함되는 발광 재료보다 짧은 것이 바람직하다.
또한, 발광 유닛(106), 발광 유닛(108), 발광 유닛(110), 및 전하 발생층(115)은, 증착법(진공 증착법을 포함함), 잉크젯법, 도포법, 그라비어 인쇄 등의 방법으로 형성할 수 있다.
이상, 본 실시형태에 나타낸 구성은, 다른 실시형태에 나타낸 구성과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시형태 3)
도 5의 (A)는 발광 장치를 도시한 상면도이고, 도 5의 (B)는 도 5의 (A)를 A-B 및 C-D를 따라 절단한 단면도이다. 이 발광 장치는 발광 소자의 발광을 제어하는 것으로서, 점선으로 나타낸 구동 회로부(소스 측 구동 회로)(601), 화소부(602), 구동 회로부(게이트 측 구동 회로)(603)를 포함한다. 또한 604는 밀봉 기판, 625는 건조재, 605는 실재(sealing material)이고, 실재(605)로 둘러싸인 내측은 공간(607)이다.
또한 리드 배선(608)은 소스 측 구동 회로(601) 및 게이트 측 구동 회로(603)에 입력되는 신호를 전송하기 위한 배선이며, 외부 입력 단자가 되는 FPC(Flexible Printed Circuit)(609)로부터 비디오 신호, 클록 신호, 스타트 신호, 리셋 신호 등을 받는다. 또한 여기서는 FPC만을 도시하였지만, 이 FPC에는 인쇄 배선 기판(PWB:Printed Wiring Board)이 장착되어도 좋다. 본 명세서에서의 발광 장치에는 발광 장치 본체뿐만 아니라 이에 FPC 또는 PWB가 장착된 상태를 포함하는 것으로 한다.
다음으로 상기 발광 장치의 단면 구조에 대하여 도 5의 (B)를 사용하여 설명한다. 소자 기판(610) 위에 구동 회로부 및 화소부가 형성되어 있지만 여기서는 구동 회로부인 소스 측 구동 회로(601)와 화소부(602) 내의 하나의 화소가 도시되어 있다.
또한 소스 측 구동 회로(601)에는 n채널형 TFT(623)와 p채널형 TFT(624)를 조합한 CMOS 회로가 형성된다. 또한 구동 회로는 각종 CMOS 회로, PMOS 회로, NMOS 회로로 형성하여도 좋다. 또한 본 실시형태에서는 기판 위에 구동 회로를 형성한 드라이버 일체형을 나타내지만 반드시 그렇게 할 필요는 없고, 기판 위가 아니라 외부에 구동 회로를 형성할 수도 있다.
또한 화소부(602)는 스위칭용 TFT(611)와 전류 제어용 TFT(612)와 그 드레인에 전기적으로 접속된 제 1 전극(613)을 포함하는 화소에 의하여 형성된다. 또한 제 1 전극(613)의 단부를 덮어 절연물(614)이 형성된다. 절연물(614)은 포지티브형의 감광성 수지막을 사용함으로써 형성할 수 있다.
또한 절연물(614) 위에 형성되는 막의 피복성을 양호하게 하기 위하여 절연물(614)의 상단부 또는 하단부에 곡률을 가지는 면이 형성되도록 한다. 예를 들어 절연물(614)의 재료로서 감광성 아크릴을 사용한 경우, 절연물(614)의 상단부에만 곡면을 가지게 하는 것이 바람직하다. 상기 곡면의 곡률 반경은 0.2μm 이상 0.3μm 이하인 것이 바람직하다. 또한, 절연물(614)로서 네거티브형의 감광 재료, 또는 포지티브형의 감광 재료를 모두 사용할 수 있다.
제 1 전극(613) 위에는 EL층(616) 및 제 2 전극(617)이 각각 형성된다. 여기서 양극으로서 기능하는 제 1 전극(613)에 사용되는 재료로서는 일함수가 큰 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어 ITO막, 또는 실리콘을 함유한 인듐 주석 산화물막, 2wt% 이상 20wt% 이하의 산화 아연을 포함하는 산화 인듐막, 질화 타이타늄막, 크로뮴막, 텅스텐막, Zn막, Pt막 등의 단층막 외에, 질화 타이타늄막과 알루미늄을 주성분으로 하는 막의 적층, 질화 타이타늄막과 알루미늄을 주성분으로 하는 막과 질화 타이타늄막의 3층 구조 등을 사용할 수 있다. 또한 적층 구조로 하면 배선으로서의 저항도 낮고, 양호한 옴 접촉(ohmic contact)이 얻어지고, 또한 양극으로서 기능시킬 수 있다.
또한 EL층(616)은 증착 마스크를 사용한 증착법, 잉크젯법, 스핀 코팅법 등 다양한 방법으로 형성된다. EL층(616)을 구성하는 재료로서는 저분자 화합물 또는 고분자 화합물(올리고머, 덴드리머를 포함함)이어도 좋다.
또한 EL층(616) 위에 형성되고, 음극으로서 기능하는 제 2 전극(617)에 사용하는 재료로서는 일함수가 작은 재료(Al, Mg, Li, Ca, 또는 이들의 합금이나 화합물, MgAg, MgIn, AlLi 등)를 사용하는 것이 바람직하다. 또한 EL층(616)에서 생긴 광이 제 2 전극(617)을 투과하는 경우에는, 막 두께를 얇게 한 금속 박막과, 투명 도전막(ITO, 2wt% 이상 20wt% 이하의 산화 아연을 포함하는 산화 인듐, 실리콘을 함유한 인듐 주석 산화물, 산화 아연(ZnO) 등)의 적층을 제 2 전극(617)으로서 사용하는 것이 바람직하다.
또한 제 1 전극(613), EL층(616), 제 2 전극(617)에 의하여 발광 소자(618)가 형성된다. 발광 소자(618)는 실시형태 1 및 실시형태 2의 구성을 가지는 발광 소자인 것이 바람직하다. 또한 화소부는 복수의 발광 소자가 형성되어 이루어져 있지만, 본 실시형태에서의 발광 장치는 실시형태 1 및 실시형태 2에서 설명한 구성을 가지는 발광 소자와, 그 외의 구성을 가지는 발광 소자 중 양쪽 모두를 포함하여도 좋다.
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 경우 외에, 수지 또는 건조재, 혹은 그 양쪽 모두로 충전되는 경우도 있다.
또한 실재(605)에는 에폭시계 수지나 글라스 프릿(glass frit)을 사용하는 것이 바람직하다. 또한 이들 재료는 가능한 한 수분이나 산소를 투과시키지 않는 재료인 것이 바람직하다. 또한 밀봉 기판(604)에 사용하는 재료로서 유리 기판이나 석영 기판 외에, FRP(Fiber Reinforced Plastics), PVF(폴리바이닐플루오라이드), 폴리에스터 또는 아크릴 등으로 이루어지는 플라스틱 기판을 사용할 수 있다.
상술한 바와 같이 실시형태 1 및 실시형태 2에서 설명한 발광 소자를 사용한 발광 장치를 얻을 수 있다.
<발광 장치의 구성예 1>
도 6에는 발광 장치의 일례로서 백색 발광을 나타내는 발광 소자를 형성하고 착색층(컬러 필터)을 형성한 발광 장치의 예를 도시하였다.
도 6의 (A)에는 기판(1001), 하지 절연막(1002), 게이트 절연막(1003), 게이트 전극(1006), 게이트 전극(1007), 게이트 전극(1008), 제 1 층간 절연막(1020), 제 2 층간 절연막(1021), 주변부(1042), 화소부(1040), 구동 회로부(1041), 발광 소자의 제 1 전극(1024W), 제 1 전극(1024R), 제 1 전극(1024G), 제 1 전극(1024B), 격벽(1026), EL층(1028), 발광 소자의 제 2 전극(1029), 밀봉 기판(1031), 실재(1032) 등이 도시되어 있다.
또한 도 6의 (A), (B)에서는 착색층(적색의 착색층(1034R), 녹색의 착색층(1034G), 청색의 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 오버코트층(1036)으로 덮여 있다. 또한 도 6의 (A)에서는 광이 착색층을 투과하지 않고 외부로 나가는 발광층과, 광이 각 색의 착색층을 투과하여 외부로 나가는 발광층이 있고, 착색층을 투과하지 않는 광이 백색이 되고, 착색층을 투과하는 광이 적색, 청색, 녹색이 되므로 4색의 화소로 영상을 표현할 수 있다.
도 6의 (B)에서는 적색의 착색층(1034R), 녹색의 착색층(1034G), 청색의 착색층(1034B)을 게이트 절연막(1003)과 제 1 층간 절연막(1020) 사이에 형성하는 예를 도시하였다. 도 6의 (B)에 도시된 바와 같이 착색층은 기판(1001)과 밀봉 기판(1031) 사이에 제공되어도 좋다.
또한 이상에서 설명한 발광 장치는 TFT가 형성되어 있는 기판(1001) 측으로 광을 추출하는 구조(보텀 이미션형)의 발광 장치로 하였지만, 밀봉 기판(1031) 측으로 광을 추출하는 구조(톱 이미션형)의 발광 장치로 하여도 좋다.
<발광 장치의 구성예 2>
톱 이미션형 발광 장치의 단면도를 도 7에 도시하였다. 이 경우, 기판(1001)에는 광을 투과시키지 않는 기판을 사용할 수 있다. TFT와 발광 소자의 양극을 접속하는 접속 전극을 제작할 때까지는 보텀 이미션형 발광 장치와 마찬가지로 형성한다. 그 후, 제 3 층간 절연막(1037)을 전극(1022)을 덮어 형성한다. 이 절연막은 평탄화하는 역할을 하여도 좋다. 제 3 층간 절연막(1037)은 제 2 층간 절연막(1021)과 같은 재료 외에, 다양한 다른 재료를 사용하여 형성할 수 있다.
발광 소자의 제 1 하부 전극(1025W), 하부 전극(1025R), 하부 전극(1025G), 하부 전극(1025B)은 여기서는 양극으로 하지만 음극이어도 좋다. 또한 도 7과 같은 톱 이미션형 발광 장치인 경우, 하부 전극(1025W), 하부 전극(1025R), 하부 전극(1025G), 하부 전극(1025B)을 반사 전극으로 하는 것이 바람직하다. 또한 제 2 전극(1029)은 광을 반사하는 기능과 광을 투과시키는 기능을 가지는 것이 바람직하다. 또한 제 2 전극(1029)과 하부 전극(1025W), 하부 전극(1025R), 하부 전극(1025G), 하부 전극(1025B) 사이에서 마이크로캐비티 구조를 적용하여 특정 파장의 광을 증폭하는 기능을 가지는 것이 바람직하다. EL층(1028)의 구성은 실시형태 2에서 설명한 바와 같은 구성으로 하고, 백색 발광을 얻을 수 있는 소자 구조로 한다.
도 6의 (A), (B), 도 7에서, 백색 발광을 얻을 수 있는 EL층의 구성으로서는 발광층을 복수 층 사용하는 것, 복수의 발광 유닛을 사용하는 것 등에 의하여 실현하면 좋다. 또한 백색 발광을 얻는 구성은 이에 한정되지 않는다.
도 7과 같은 톱 이미션 구조에서는, 착색층(적색의 착색층(1034R), 녹색의 착색층(1034G), 청색의 착색층(1034B))을 제공한 밀봉 기판(1031)으로 밀봉할 수 있다. 밀봉 기판(1031)에는 화소와 화소 사이에 위치하도록 흑색층(블랙 매트릭스)(1035)을 제공하여도 좋다. 착색층(적색의 착색층(1034R), 녹색의 착색층(1034G), 청색의 착색층(1034B))이나 흑색층(블랙 매트릭스)은 오버코트층으로 덮여 있어도 좋다. 또한 밀봉 기판(1031)은 투광성을 가지는 기판을 사용한다.
또한 여기서는 적색, 녹색, 청색, 백색의 4색으로 풀 컬러 표시를 수행하는 예를 나타내었지만 특별히 한정되는 것은 아니고, 적색, 녹색, 청색의 3색으로 풀 컬러 표시를 수행하여도 좋다. 또한 적색, 녹색, 청색, 황색의 4색으로 풀 컬러 표시를 수행하여도 좋다.
상술한 바와 같이 실시형태 1 및 실시형태 2에서 설명한 발광 소자를 사용한 발광 장치를 얻을 수 있다.
또한 본 실시형태는 다른 실시형태와 적절히 조합할 수 있다.
(실시형태 4)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태의 전자 기기에 대하여 설명한다.
본 발명의 일 형태는 유기 EL을 사용한 발광 소자이기 때문에, 평면을 가지고 발광 효율이 양호한 신뢰성이 높은 전자 기기를 제작할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 형태에 의하여, 곡면을 가지고 발광 효율이 양호한 신뢰성이 높은 전자 기기를 제작할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 형태에 의하여, 가요성을 가지고 발광 효율이 양호한 신뢰성이 높은 전자 기기를 제작할 수 있다.
전자 기기로서는 예를 들어 텔레비전 장치, 데스크톱형 또는 노트북형의 퍼스널 컴퓨터, 컴퓨터용 등의 모니터, 디지털 카메라, 디지털 비디오 카메라, 디지털 포토 프레임, 휴대 전화기, 휴대용 게임기, 휴대 정보 단말, 음향 재생 장치, 파친코기 등의 대형 게임기 등을 들 수 있다.
또한 본 발명의 일 형태의 발광 장치는 외광의 강도에 상관없이 높은 시인성을 실현할 수 있다. 그러므로 휴대형 전자 기기, 장착형 전자 기기(웨어러블 기기), 및 전자 서적 단말 등에 적합하게 사용할 수 있다.
도 8의 (A), (B)에 도시된 휴대 정보 단말(900)은 하우징(901), 하우징(902), 표시부(903), 및 힌지부(905) 등을 가진다.
하우징(901)과 하우징(902)은 힌지부(905)로 연결된다. 휴대 정보 단말(900)은 접힌 상태(도 8의 (A))에서 도 8의 (B)에 도시된 바와 같이 펼칠 수 있다. 이에 의하여 휴대할 때는 가반성이 우수하고, 사용할 때는 큰 표시 영역에 의하여 시인성이 우수하다.
휴대 정보 단말(900)에는 힌지부(905)로 연결된 하우징(901)과 하우징(902)에 걸쳐 플렉시블한 표시부(903)가 제공되어 있다.
본 발명의 일 형태를 사용하여 제작된 발광 장치를 표시부(903)에 사용할 수 있다. 이에 의하여 높은 수율로 휴대 정보 단말을 제작할 수 있다.
표시부(903)는 문서 정보, 정지 화상, 및 동영상 등 중 적어도 하나를 표시할 수 있다. 표시부에 문서 정보를 표시시킬 경우, 휴대 정보 단말(900)을 전자 서적 단말로서 사용할 수 있다.
휴대 정보 단말(900)을 펼치면 표시부(903)가 크게 만곡한 형태로 유지된다. 예를 들어 곡률 반경 1mm 이상 50mm 이하, 바람직하게는 5mm 이상 30mm 이하로 만곡한 부분을 포함하여 표시부(903)가 유지된다. 표시부(903)의 일부는 하우징(901)에서 하우징(902)에 걸쳐 연속적으로 화소가 배치되어 있어 곡면 형상의 표시를 수행할 수 있다.
표시부(903)는 터치 패널로서 기능하고 손가락이나 스타일러스 등으로 조작할 수 있다.
표시부(903)는 하나의 플렉시블 디스플레이로 구성되어 있는 것이 바람직하다. 이에 의하여 하우징(901)과 하우징(902) 사이에서 끊기지 않는 연속한 표시를 수행할 수 있다. 또한 하우징(901)과 하우징(902) 각각에 디스플레이가 제공되는 구성으로 하여도 좋다.
힌지부(905)는 휴대 정보 단말(900)을 펼쳤을 때, 하우징(901)과 하우징(902) 사이의 각도가 소정의 각도보다 큰 각도가 되지 않도록, 잠금 기구를 가지는 것이 바람직하다. 예를 들어 잠금이 걸리는(그 이상으로 펼쳐지지 않는) 각도는 90도 이상 180도 미만인 것이 바람직하고, 대표적으로는 90도, 120도, 135도, 150도, 또는 175도 등으로 할 수 있다. 이에 의하여 휴대 정보 단말(900)의 편리성, 안전성, 및 신뢰성을 높일 수 있다.
힌지부(905)가 잠금 기구를 가지면 표시부(903)에 무리한 힘이 가해지는 일이 없으므로 표시부(903)가 파손되는 것을 방지할 수 있다. 그러므로 신뢰성이 높은 휴대 정보 단말을 실현할 수 있다.
하우징(901) 및 하우징(902)은 전원 버튼, 조작 버튼, 외부 접속 포트, 스피커, 마이크로폰 등을 가져도 좋다.
하우징(901) 및 하우징(902) 중 어느 한쪽에는 무선 통신 모듈이 제공되어 인터넷이나 LAN(Local Area Network), Wi-Fi(등록 상표) 등의 컴퓨터 네트워크를 통하여 데이터를 송수신할 수 있다.
도 8의 (C)에 도시된 휴대 정보 단말(910)은 하우징(911), 표시부(912), 조작 버튼(913), 외부 접속 포트(914), 스피커(915), 마이크로폰(916), 카메라(917) 등을 가진다.
본 발명의 일 형태를 사용하여 제작된 발광 장치를 표시부(912)에 사용할 수 있다. 이에 의하여 높은 수율로 휴대 정보 단말을 제작할 수 있다.
휴대 정보 단말(910)은 표시부(912)에 터치 센서가 제공된다. 전화를 걸거나 또는 문자를 입력하는 등의 각종 조작은 손가락이다 스타일러스 등으로 표시부(912)를 터치함으로써 수행할 수 있다.
또한 조작 버튼(913)의 조작에 의하여 전원의 ON, OFF 동작이나 표시부(912)에 표시되는 화상의 종류를 전환할 수 있다. 예를 들어 메일 작성 화면에서 메인 메뉴 화면으로 전환할 수 있다.
또한 휴대 정보 단말(910) 내부에 자이로 센서 또는 가속도 센서 등의 검출 장치를 제공함으로써 휴대 정보 단말(910)의 방향(세로인지 가로인지)을 판단하여 표시부(912)의 화면 표시의 방향을 자동적으로 전환할 수 있다. 또한 화면 표시의 방향의 전환은 표시부(912)를 터치하는 것, 조작 버튼(913)의 조작, 또는 마이크로폰(916)을 사용한 음성 입력 등에 의하여 수행할 수도 있다.
휴대 정보 단말(910)은 예를 들어 전화기, 수첩, 및 정보 열람 장치 등 중에서 선택된 하나 또는 복수의 기능을 가진다. 구체적으로는 스마트폰으로서 사용할 수 있다. 휴대 정보 단말(910)은 예를 들어 이동 전화, 전자 메일, 문장 열람 및 작성, 음악 재생, 동영상 재생, 인터넷 통신, 게임 등의 다양한 애플리케이션을 실행할 수 있다.
도 8의 (D)에 도시된 카메라(920)는 하우징(921), 표시부(922), 조작 버튼(923), 셔터 버튼(924) 등을 가진다. 또한 카메라(920)에는 탈착 가능한 렌즈(926)가 장착되어 있다.
본 발명의 일 형태를 사용하여 제작된 발광 장치를 표시부(922)에 사용할 수 있다. 이에 의하여 높은 수율로 카메라를 제작할 수 있다.
여기서는 카메라(920)를, 렌즈(926)를 하우징(921)으로부터 떼어 교환할 수 있는 구성으로 하였지만, 렌즈(926)와 하우징(921)이 일체가 되어 있어도 좋다.
카메라(920)는 셔터 버튼(924)을 누름으로써 정지 화상 또는 동영상을 촬상할 수 있다. 또한 표시부(922)는 터치 패널로서의 기능을 가지고, 표시부(922)를 터치함으로써 촬상할 수도 있다.
또한 카메라(920)는 스트로브 장치나 뷰파인더 등을 별도로 장착할 수 있다. 또는 이들이 하우징(921)에 포함되어 있어도 좋다.
도 9의 (A) 내지 (E)는 전자 기기를 나타낸 도면이다. 이들 전자 기기는 하우징(9000), 표시부(9001), 스피커(9003), 조작 키(9005)(전원 스위치 또는 조작 스위치를 포함함), 접속 단자(9006), 센서(9007)(힘, 변위, 위치, 속도, 가속도, 각속도, 회전수, 거리, 광, 액체, 자기, 온도, 화학 물질, 음성, 시간, 경도, 전기장, 전류, 전압, 전력, 방사선, 유량, 습도, 경사도, 진동, 냄새, 또는 적외선을 측정하는 기능을 포함하는 것), 마이크로폰(9008) 등을 가진다.
본 발명의 일 형태를 사용하여 제작된 발광 장치를 표시부(9001)에 적합하게 사용할 수 있다. 이에 의하여 높은 수율로 전자 기기를 제작할 수 있다.
도 9의 (A) 내지 (E)에 도시된 전자 기기는 다양한 기능을 가질 수 있다. 예를 들어 다양한 정보(정지 화상, 동영상, 텍스트 화상 등)를 표시부에 표시하는 기능, 터치 패널 기능, 달력, 날짜, 또는 시각 등을 표시하는 기능, 다양한 소프트웨어(프로그램)에 의하여 처리를 제어하는 기능, 무선 통신 기능, 무선 통신 기능을 사용하여 다양한 컴퓨터 네트워크에 접속하는 기능, 무선 통신 기능을 사용하여 다양한 데이터의 송신 또는 수신을 수행하는 기능, 기록 매체에 기록되어 있는 프로그램 또는 데이터를 판독하여 표시부에 표시하는 기능 등을 가질 수 있다. 또한 도 9의 (A) 내지 (E)에 도시된 전자 기기가 가지는 기능은 이들에 한정되지 않고, 이들 외의 기능을 가져도 좋다.
도 9의 (A)는 손목시계형 휴대 정보 단말(9200)을 도시한 사시도이고, 도 9의 (B)는 손목시계형 휴대 정보 단말(9201)을 도시한 사시도이다.
도 9의 (A)에 도시된 휴대 정보 단말(9200)은 이동 전화, 전자 메일, 문장 열람 및 작성, 음악 재생, 인터넷 통신, 컴퓨터 게임 등 다양한 애플리케이션을 실행할 수 있다. 또한 표시부(9001)는 그 표시면이 만곡되어 제공되고, 만곡된 표시면을 따라 표시를 수행할 수 있다. 또한 휴대 정보 단말(9200)은 통신 규격된 근거리 무선 통신을 실행할 수 있다. 예를 들어 무선 통신 가능한 헤드세트와 상호 통신함으로써 핸즈프리 통화를 할 수 있다. 또한 휴대 정보 단말(9200)은 접속 단자(9006)를 가지고, 커넥터를 통하여 다른 정보 단말과 직접 데이터를 주고받을 수 있다. 또한 접속 단자(9006)를 통하여 충전을 수행할 수도 있다. 또한 충전 동작은 접속 단자(9006)를 통하지 않고, 무선 급전에 의하여 수행하여도 좋다.
도 9의 (B)에 도시된 휴대 정보 단말(9201)은 도 9의 (A)에 도시된 휴대 정보 단말과 달리 표시부(9001)의 표시면이 만곡되어 있지 않다. 또한 휴대 정보 단말(9201)의 표시부의 외형이 비직사각형(도 9의 (B)에서는 원형)이다.
도 9의 (C) 내지 (E)는 접을 수 있는 휴대 정보 단말(9202)을 도시한 사시도이다. 또한 도 9의 (C)가 휴대 정보 단말(9202)을 펼친 상태의 사시도이고, 도 9의 (D)가 휴대 정보 단말(9202)을 펼친 상태 또는 접은 상태의 한쪽으로부터 다른 쪽으로 변화하는 도중의 상태의 사시도이고, 도 9의 (E)가 휴대 정보 단말(9202)을 접은 상태의 사시도이다.
휴대 정보 단말(9202)은 접은 상태에서는 가반성이 우수하고, 펼친 상태에서는 이음매가 없는 넓은 표시 영역에 의하여 표시의 일람성이 우수하다. 휴대 정보 단말(9202)이 가지는 표시부(9001)는 힌지(9055)로 연결된 3개의 하우징(9000)으로 지지되어 있다. 힌지(9055)를 이용하여 2개의 하우징(9000) 사이를 굴곡시킴으로써 휴대 정보 단말(9202)을 펼친 상태로부터 접은 상태로 가역적으로 변형시킬 수 있다. 예를 들어 휴대 정보 단말(9202)은 곡률 반경 1mm 이상 150mm 이하로 구부릴 수 있다.
본 실시형태는 다른 실시형태와 적절히 조합할 수 있다.
(실시형태 5)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태의 발광 소자를 다양한 조명 장치에 적용하는 일례에 대하여 도 10 및 도 11을 사용하여 설명한다. 본 발명의 일 형태인 발광 소자를 사용함으로써, 발광 효율이 양호한 신뢰성이 높은 조명 장치를 제작할 수 있다.
본 발명의 일 형태의 발광 소자를 가요성을 가지는 기판 위에 제작함으로써 곡면을 가지는 발광 영역을 가지는 전자 기기나 조명 장치를 실현할 수 있다.
또한 본 발명의 일 형태의 발광 소자를 적용한 발광 장치는 자동차의 조명에도 적용할 수 있고, 예를 들어 앞유리, 천장 등에 조명을 설치할 수도 있다.
도 10의 (A)는 다기능 단말(3500)의 한쪽 면의 사시도를 나타낸 것이고, 도 10의 (B)는 다기능 단말(3500)의 다른 쪽 면의 사시도를 나타낸 것이다. 다기능 단말(3500)은 하우징(3502)에 표시부(3504), 카메라(3506), 조명(3508) 등이 포함되어 있다. 본 발명의 일 형태의 발광 장치를 조명(3508)에 사용할 수 있다.
조명(3508)은 본 발명의 일 형태의 발광 장치를 사용함으로써 면광원으로서 기능한다. 따라서, LED(Light Emitting Diode)로 대표되는 점광원과 달리 지향성이 적은 발광을 얻을 수 있다. 예를 들어 조명(3508)과 카메라(3506)를 조합하여 사용하는 경우, 조명(3508)을 점등 또는 점멸시켜 카메라(3506)에 의하여 촬상할 수 있다. 조명(3508)은 면광원으로서의 기능을 가지므로 자연광 아래에서 촬영한 것 같은 사진을 촬영할 수 있다.
또한 도 10의 (A), (B)에 도시된 다기능 단말(3500)은 도 9의 (A) 내지 (C)에 도시된 전자 기기와 마찬가지로 다양한 기능을 가질 수 있다.
또한 하우징(3502)의 내부에 스피커, 센서(힘, 변위, 위치, 속도, 가속도, 각속도, 회전수, 거리, 광, 액체, 자기, 온도, 화학 물질, 음성, 시간, 경도, 전기장, 전류, 전압, 전력, 방사선, 유량, 습도, 경사도, 진동, 냄새, 또는 적외선을 측정하는 기능을 포함하는 것), 마이크로폰 등을 가질 수 있다. 또한 다기능 단말(3500)의 내부에, 자이로 센서, 가속도 센서 등의 기울기를 검출하는 센서를 가지는 검출 장치를 제공함으로써 다기능 단말(3500)의 방향(세로인지 가로인지)을 판단하여 표시부(3504)의 화면 표시를 자동적으로 전환하도록 할 수 있다.
표시부(3504)는 이미지 센서로서 기능시킬 수도 있다. 예를 들어 표시부(3504)를 손바닥이나 손가락으로 터치하여 장문(掌紋), 지문(指紋) 등을 촬상함으로써 본인 인증을 할 수 있다. 또한 표시부(3504)에 근적외광을 발광하는 백라이트 또는 근적외광을 발광하는 센싱용 광원을 사용하면 손가락 정맥, 손바닥 정맥 등을 촬상할 수도 있다. 또한 표시부(3504)에 본 발명의 일 형태의 발광 장치를 적용하여도 좋다.
도 10의 (C)는 방범용 라이트(3600)의 사시도를 나타낸 것이다. 라이트(3600)는 하우징(3602)의 외측에 조명(3608)을 가지고, 하우징(3602)에는 스피커(3610) 등이 포함되어 있다. 본 발명의 일 형태의 발광 소자를 조명(3608)에 사용할 수 있다.
라이트(3600)는 예를 들어 조명(3608)을 쥐거나, 잡거나, 또는 유지함으로써 발광할 수 있다. 또한 하우징(3602)의 내부에, 라이트(3600)로부터의 발광 방법을 제어할 수 있는 전자 회로가 제공되어도 좋다. 상기 전자 회로로서는 예를 들어 한 번 또는 간헐적으로 여러 번의 발광을 가능하게 하는 회로로 하여도 좋고, 발광의 전류값을 제어함으로써 발광의 광량을 조정할 수 있는 회로로 하여도 좋다. 또한 조명(3608)의 발광과 동시에, 스피커(3610)로부터 대음량의 경보음이 출력되는 회로를 포함시켜도 좋다.
라이트(3600)는 다양한 방향으로 발광할 수 있으므로 예를 들어 폭한(暴漢) 등에게 돌려 광 또는 광과 소리로 위협할 수 있다. 또한 라이트(3600)에 디지털 스틸 카메라 등의 카메라를 제공함으로써, 촬영 기능을 가지는 기능을 제공하여도 좋다.
도 11은 발광 소자를 실내의 조명 장치(8501)로서 사용한 예이다. 또한 발광 소자는 대면적화도 가능하므로 대면적의 조명 장치를 형성할 수도 있다. 그 외에, 곡면을 가지는 하우징을 사용함으로써 발광 영역이 곡면을 가지는 조명 장치(8502)를 형성할 수도 있다. 본 실시형태에서 나타내는 발광 소자는 박막 형상이고, 하우징의 디자인 자유도가 높다. 따라서, 다양하게 디자인된 조명 장치를 형성할 수 있다. 또한 실내의 벽면에 대형의 조명 장치(8503)를 제공하여도 좋다. 또한 조명 장치(8501), 조명 장치(8502), 조명 장치(8503)에 터치 센서를 제공하고, 전원의 온 또는 오프를 수행하여도 좋다.
또한 발광 소자를 테이블의 표면 측에 사용함으로써 테이블로서의 기능을 구비한 조명 장치(8504)로 할 수 있다. 또한 그 외의 가구의 일부에 발광 소자를 사용함으로써 가구로서의 기능을 구비한 조명 장치로 할 수 있다.
상술한 바와 같이 함으로써 본 발명의 일 형태의 발광 장치를 적용하여 조명 장치 및 전자 기기를 얻을 수 있다. 또한 적용할 수 있는 조명 장치 및 전자 기기는 본 실시형태에 나타낸 것에 한정되지 않고, 다양한 분야의 전자 기기에 적용할 수 있다.
또한 본 실시형태에 나타낸 구성은 다른 실시형태에 나타낸 구성과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시예 1)
본 실시예에서는, 본 발명의 일 형태에 따른 전자 디바이스의 일종인 발광 소자의 제작예와, 상기 발광 소자의 특성에 대하여 설명한다. 또한, 정공 주입층에 사용한 유기 화합물의 굴절률 및 정공 주입층의 굴절률에 대하여 설명한다. 본 실시예에서 제작한 소자 구조의 단면도를 도 2의 (A)에 도시하였다. 또한 소자 구조의 자세한 사항을 표 1에 나타낸다. 또한 사용한 화합물의 구조와 약칭을 이하에 나타낸다.
[화학식 7]
(fac 이성질체와 mer 이성질체의 혼합물)
Figure pat00009
[표 1]
Figure pat00010
[표 2]
Figure pat00011
[표 3]
Figure pat00012
<굴절률의 측정>
비교 발광 소자 1 내지 비교 발광 소자 4, 발광 소자 5 내지 발광 소자 8, 및 발광 소자 9 내지 발광 소자 12의 정공 주입층(111)에 사용한 유기 화합물과 정공 주입층(111)의 굴절률을 측정하였다. 굴절률은 J.A.Woolam사 제조의 회전 보상자형 다입사각 고속 분광 엘립소미터(M-2000U)를 사용하여 실온에서 측정하였다. 측정 시료는 석영 기판 위에 진공 증착법에 의하여 제작하였다. n Ordinary 및 n Extraordinary를 측정하여, n average를 산출하였다.
파장이 532nm인 광에서의 각 막의 굴절률 측정 결과를 도 12에 나타내었다. 도 12로부터, 비교 발광 소자 1 내지 비교 발광 소자 4에 사용한 DBT3P-II가 가장 높은 굴절률을 가진다는 것을 알 수 있었다. 발광 소자 5 내지 발광 소자 8에 사용한 dmCBP는, n Ordinary가 1.75 이하인 굴절률이 낮은 유기 화합물인 것을 알 수 있었다. 또한, 발광 소자 9 내지 발광 소자 12에 사용한 TAPC는 n Ordinary가 1.70 이하인 굴절률이 매우 낮은 유기 화합물인 것을 알 수 있었다.
또한, 정공 주입층(111)에는 정공 주입성이 요구되기 때문에 전자 공여성 재료를 가지는 것이 바람직하다. 전자 공여성 재료로서 굴절률이 높은 MoO3을 사용한 각 발광 소자의 정공 주입층(111)은, 굴절률이 높다고 예상된다. 그러나, 도 12로부터, 각 발광 소자의 정공 주입층(111)인 MoO3을 각각의 유기 화합물에 첨가한 막의 굴절률은 각각의 유기 화합물의 굴절률보다 약간 상승될 정도인 것을 알 수 있었다. 즉, 정공 주입층(111)에 굴절률이 낮은 유기 화합물을 사용함으로써, 전자 공여성을 가지는 재료에 굴절률이 높은 재료를 사용하여도 굴절률이 낮은 정공 주입층(111)을 얻을 수 있다는 것을 알 수 있었다.
또한 도 12로부터, 각 발광 소자의 정공 주입층(111)은 각각의 유기 화합물의 막보다 n Ordinary와 n Extraordinary의 차이가 작다는 것을 알 수 있었다. 즉, 전자 수용성 재료인 MoO3과 유기 화합물의 혼합막은, 유기 화합물막과 비교하여 이방성이 저하된다는 것을 알 수 있었다.
<발광 소자의 제작>
<<비교 발광 소자 1 내지 비교 발광 소자 4의 제작>> 유리 기판 위에 전극(101)으로서 ITSO막을 두께 70nm가 되도록 형성하였다. 또한 전극(101)의 전극 면적은 4mm2(2mm×2mm)로 하였다. 또한 ITSO막의 파장이 532nm인 광에서의 굴절률(n Ordinary)은 2.07이다.
다음으로 전극(101) 위에 정공 주입층(111)으로서, 1,3,5-트라이-(4-다이벤조싸이오페닐)-벤젠(약칭: DBT3P-II)과 MoO3을 중량비(DBT3P-II:MoO3)가 2:0.5가 되도록, 또한 두께가 x1nm가 되도록 공증착하였다. 또한 x1의 값은 각 발광 소자마다 상이하고, 각 발광 소자에서의 x1의 값은 표 2에 나타낸 값이다.
다음으로, 정공 주입층(111) 위에 정공 수송층(112)으로서, PCCP를 두께가 20nm가 되도록 증착하였다.
다음으로, 정공 수송층(112) 위에 발광층(130(1))으로서, 4,6mCzP2Pm과, PCCP와, Ir(pbi-diBuCNp)3(fac 이성질체:mer 이성질체=3:2의 혼합물)을 중량비(4,6mCzP2Pm:PCCP:Ir(pbi-diBuCNp)3)가 0.5:0.5:0.1이 되도록, 또한 두께가 20nm가 되도록 공증착하여, 이어서 발광층(130(2))으로서, 중량비(4,6mCzP2Pm:PCCP:Ir(pbi-diBuCNp)3)가 0.8:0.2:0.1이 되도록, 또한 두께가 20nm가 되도록 공증착하였다. 또한 발광층(130(1)) 및 발광층(130(2))에서, Ir(pbi-diBuCNp)3은 인광 발광을 나타내는 게스트 재료이다.
다음으로, 발광층(130(2)) 위에, 제 1 전자 수송층(118(1))으로서, 4,6mCzP2Pm을 두께가 20nm가 되도록 공증착하였다. 이어서, 제 1 전자 수송층(118(1)) 위에 제 2 전자 수송층(118(2))으로서, 바소페난트롤린(약칭: BPhen)을 막 두께가 10nm가 되도록 증착하였다.
다음으로 제 2 전자 수송층(118(2)) 위에 전자 주입층(119)으로서, 플루오린화 리튬(LiF)을 두께가 1nm가 되도록 증착하였다.
다음으로, 전자 주입층(119) 위에 전극(102)으로서 알루미늄(Al)을 두께가 200nm가 되도록 형성하였다.
다음으로, 질소 분위기의 글로브 박스 내에서, 유기 EL용 밀봉재를 사용하여 밀봉하기 위한 유리 기판을 유기 재료를 형성한 유리 기판에 고정함으로써 비교 발광 소자 1 내지 비교 발광 소자 4를 밀봉하였다. 구체적으로는, 유기 재료를 형성한 유리 기판 위의 유기 재료의 주위에 밀봉재를 도포하고, 이 기판과, 밀봉하기 위한 유리 기판을 접합시켜, 파장이 365nm인 자외광을 6J/cm2 조사하고 80℃에서 1시간 동안 가열 처리하였다. 상술한 공정에 의하여 비교 발광 소자 1 내지 비교 발광 소자 4를 얻었다.
<<발광 소자 5 내지 발광 소자 8의 제작>>
발광 소자 5 내지 발광 소자 8의 제작 공정은 상기 비교 발광 소자 1 내지 비교 발광 소자 4의 제작 공정과 정공 주입층(111)의 제작 공정만 상이하고, 그 외의 공정은 비교 발광 소자 1 내지 비교 발광 소자 4와 마찬가지로 수행하였다.
전극(101) 위에 정공 주입층(111(1))으로서, dmCBP와 MoO3을 중량비(dmCBP:MoO3)가 2:0.5가 되도록, 또한 두께가 35nm가 되도록 공증착하고, 이어서 DBT3P-II와 MoO3을 중량비(DBT3P-II:MoO3)가 2:0.5가 되도록, 또한 두께가 x2nm가 되도록 공증착하였다. 또한 x2의 값은 각 발광 소자마다 상이하고, 각 발광 소자에서의 x2의 값은 표 3에 나타낸 값이다.
<<발광 소자 9 내지 발광 소자 12의 제작>>
발광 소자 9 내지 발광 소자 12의 제작 공정은 상기 비교 발광 소자 1 내지 비교 발광 소자 4의 제작 공정과 정공 주입층(111)의 제작 공정만 상이하고, 그 외의 공정은 비교 발광 소자 1 내지 비교 발광 소자 4와 마찬가지로 수행하였다.
전극(101) 위에 정공 주입층(111(1))으로서, TAPC와 MoO3을 중량비(TAPC:MoO3)가 2:0.5가 되도록, 또한 두께가 35nm가 되도록 공증착하고, 이어서 DBT3P-II와 MoO3을 중량비(DBT3P-II:MoO3)가 2:0.5가 되도록, 또한 두께가 x2nm가 되도록 공증착하였다. 또한 x2의 값은 각 발광 소자마다 상이하고, 각 발광 소자에서의 x2의 값은 표 3에 나타낸 값이다.
<발광 소자의 특성>
다음으로, 상기 제작한 비교 발광 소자 1 내지 비교 발광 소자 4, 및 발광 소자 5 내지 발광 소자 12의 특성을 측정하였다. 휘도 및 CIE 색도의 측정에는 색채 휘도계(Topcon Technohouse Corporation 제조, BM-5A)를 사용하고, 전계 발광 스펙트럼의 측정에는 멀티채널 분광기(Hamamatsu Photonics K.K. 제조, PMA-11)를 사용하였다. 또한 각 발광 소자의 측정은 실온(23℃로 유지된 분위기)에서 수행하였다.
제작한 발광 소자 중, 비교 발광 소자 1, 발광 소자 5, 발광 소자 9의 전류 효율-휘도 특성을 도 13에 나타내었다. 또한 전류 밀도-전압 특성을 도 14에 나타내었다. 또한 외부 양자 효율-휘도 특성을 도 15에 나타내었다. 또한 도 15에 나타낸 외부 양자 효율의 값은, 시야각 보정이 수행되지 않은, 발광 소자에 대하여 정면 방향으로부터 측정한 경우의 외부 양자 효율이다. 또한, 정공 주입층(111)의 유기 화합물로서, 비교 발광 소자 1은 DBT3P-II를 사용하고, 발광 소자 5는 dmCBP를 사용하고, 발광 소자 9는 TAPC를 사용한 소자이고, 정공 주입층(111) 이외의 부분은 모두 같은 소자 구조이다.
도 14로부터, 비교 발광 소자 1, 발광 소자 5, 발광 소자 9는 동등한 전류 밀도-전압 특성을 가진다는 것을 알 수 있었다. 따라서, 정공 주입층(111)에 굴절률이 낮은 유기 화합물을 사용하여도, 양호한 정공 주입 특성을 가진다는 것을 알 수 있었다.
또한, 도 13 및 도 15로부터, 비교 발광 소자 1, 발광 소자 5, 발광 소자 9는 100cd/A를 초과하는 높은 전류 효율 및 30%를 초과하는 높은 외부 양자 효율을 가진다는 것을 알 수 있었다. 또한, 굴절률이 낮은 유기 화합물인 dmCBP와 TAPC를 정공 주입층(111)에 사용한 발광 소자 5, 발광 소자 9는, 굴절률이 높은 재료인 DBT3P-II를 사용한 비교 발광 소자 1보다 높은 효율을 나타내었다.
또한, 비교 발광 소자 1, 발광 소자 5, 및 발광 소자 9에 25mA/cm2의 전류 밀도로 전류를 흘린 경우의 발광 스펙트럼을 도 16에 나타내었다. 도 16에 나타낸 바와 같이, 비교 발광 소자 1, 발광 소자 5, 발광 소자 9의 발광 스펙트럼은, 515nm 및 550nm 부근에 피크를 가지며, 발광층(130)에 포함되는 게스트 재료인 Ir(pbi-diBuCNp)3의 발광에서 유래된다는 것을 알 수 있었다.
또한, 비교 발광 소자 1 내지 비교 발광 소자 4, 및 발광 소자 5 내지 발광 소자 12의 1000cd/m2 부근에서의 소자 특성을 표 4에 나타낸다. 표 4에 나타내는 외부 양자 효율은 시야각 보정을 수행한 후의 외부 양자 효율을 나타낸다.
[표 4]
Figure pat00013
상기 결과로부터, 본 실시예에서 제작한 비교 발광 소자 1 내지 비교 발광 소자 4, 및 발광 소자 5 내지 발광 소자 12는, 정공 주입층(111)의 구조에 상관없이, 양호한 구동 전압, 발광 효율을 나타낸다는 것을 알 수 있다.
<정공 주입층(111)의 굴절률과 외부 양자 효율의 관계>
도 17에, 표 4에 나타낸 각 소자의 값을 사용하여, 각 정공 주입층(111)에 사용한 유기 재료에 따른, 색도 x와 외부 양자 효율의 관계를 나타내었다. 도 17 중에서, "DBT3P-II"의 곡선의 데이터에는 비교 발광 소자 1 내지 비교 발광 소자 4의 값을 사용하고, "dmCBP"의 곡선의 데이터에는 발광 소자 5 내지 발광 소자 8의 값을 사용하고, "TAPC"의 곡선의 데이터에는 발광 소자 9 내지 발광 소자 12의 값을 사용하였다. 여기서, 비교 발광 소자 1 내지 비교 발광 소자 4, 및 발광 소자 5 내지 발광 소자 12에서, 정공 주입층(111)의 막 두께가 동일한 경우에도, 사용하는 유기 화합물에 따라 굴절률이 상이하기 때문에, 각 발광 소자의 발광 영역부터 기판까지의 광로 길이가 변화된다. 광로 길이가 변화되면, 외부 양자 효율도 변화되기 때문에 정공 주입층(111)의 굴절률과 외부 양자 효율의 관계를 평가할 때, 각 발광 소자에서 광로 길이를 조정할 필요가 있지만, 발광 소자 제작에 의한 EL층의 막 두께의 미조정은 어렵다.
같은 발광 재료를 사용한 발광 소자에서, 각 발광 소자의 발광 영역부터 기판까지의 광로 길이가 상이한 경우, 상기 발광 소자로부터 얻어지는 발광 스펙트럼 및 색도에도 차이가 생긴다. 한편, 각 발광 소자로부터 동일한 색도가 얻어진 경우, 각 발광 소자로부터 추출되는 발광 스펙트럼은 동일하다고 생각된다. 즉, 각 발광 소자로부터 동일한 색도가 얻어진 경우, 각 발광 소자의 발광 영역부터 기판까지의 광로 길이는 동일하다고 할 수 있다. 따라서, 외부 양자 효율과, 색도 x 또는 색도 y의 관계를 고려함으로써, 정공 주입층(111)의 굴절률과 외부 양자 효율의 관계를 평가할 수 있다.
도 12로부터, 정공 주입층(111)에 사용한 유기 화합물은 DBT3P-II>dmCBP>TAPC의 순서로 굴절률이 높다. 도 17로부터, 정공 주입층(111)에 사용한 유기 화합물의 굴절률이 낮을수록 외부 양자 효율이 높다는 것을 알 수 있었다. 이는, 에버네센트 모드로 인한 광의 감쇠가 저감되고, 광 추출 효율이 향상되었기 때문이다.
이상, 정공 주입층(111)에 굴절률이 낮은 유기 화합물을 사용함으로써, 정공 주입 특성을 유지하면서 광 추출 효율이 양호한 발광 소자가 얻어진다는 것을 알 수 있었다.
<정공 주입층(111)에서의 전자 공여성 물질과 전자 수용성 물질의 체적 비율과 외부 양자 효율의 관계>
여기서, 정공 주입층(111)에서의 전자 공여성 물질에 대한 전자 수용성 물질(MoO3)의 체적 비율(이하, MoO3의 체적 비율이라고 나타냄)과 외부 양자 효율의 관계를 조사하였다. 또한 소자 구조의 자세한 사항을 표 5에 나타낸다. 또한 사용한 화합물의 구조와 약칭을 이하에 나타낸다. 또한 다른 유기 화합물에 대해서는 상술한 화합물을 참조하면 좋다.
[화학식 8]
Figure pat00014
[표 5]
Figure pat00015
[표 6]
Figure pat00016
<<발광 소자 13 내지 발광 소자 18의 제작>>
발광 소자 13 내지 발광 소자 18의 제작 공정은 상기 비교 발광 소자 1 내지 비교 발광 소자 4의 제작 공정과, 정공 주입층(111)과 발광층(130)의 제작 공정만 상이하고, 그 외의 공정은 비교 발광 소자 1 내지 비교 발광 소자 4와 마찬가지로 수행하였다.
전극(101) 위에 정공 주입층(111)으로서, DBT3P-II와 MoO3을 중량비(DBT3P-II:MoO3)가 3-y:y가 되도록, 또한 두께가 40nm가 되도록 공증착하였다. 또한 y의 값은 각 발광 소자마다 상이하고, 각 발광 소자에서의 y의 값은 표 6에 나타낸 값이다. 또한 표 6에, 중량비를 MoO3의 체적 비율로 환산한 결과도 동시에 나타낸다.
다음으로, 정공 수송층(112) 위에 발광층(130(1))으로서, 4,6mCzP2Pm과 PCCP와 Ir(tBuppm)3을 중량비(4,6mCzP2Pm:PCCP:Ir(tBuppm)3)가 0.5:0.5:0.075가 되도록, 또한 두께가 20nm가 되도록 공증착하여, 이어서 발광층(130(2))으로서, 중량비(4,6mCzP2Pm:PCCP:Ir(tBuppm)3)가 0.8:0.2:0.075가 되도록, 또한 두께가 20nm가 되도록 공증착하였다. 또한 발광층(130(1)) 및 발광층(130(2))에서, Ir(tBuppm)3은 인광 발광을 나타내는 게스트 재료이다.
<발광 소자의 특성>
다음으로, 상기 제작한 발광 소자(13) 내지 발광 소자(18)의 휘도-외부 양자 효율 특성을 측정하였다. 측정은 상술한 방법으로 수행하였다.
도 18에, 각 소자의 10000cd/m2 부근에서의 외부 양자 효율과 정공 주입층(111)에서의 MoO3의 체적 비율의 관계를 나타내었다. 도 18로부터, MoO3의 체적 비율이 전자 공여성 물질에 대하여 0보다 크고 0.3 이하의 영역에서는 외부 양자 효율이 24% 내지 26%라는 높은 효율을 나타내었지만, 0.3보다 큰 영역에서는 효율이 저하된다는 것을 알 수 있다. 이는, MoO3의 체적 비율이 0.3보다 큰 영역에서는, 굴절률이 큰 전자 수용성 물질(MoO3)의 영향을 받아 정공 주입층(111)의 굴절률이 커졌기 때문에, 광 추출 효율이 저하되었다는 것을 시사한다. 한편, MoO3의 체적 비율이 0보다 크고 0.3 이하의 영역에서는, 굴절률이 큰 전자 수용성 물질(MoO3)의 영향이 작아, 전자 수용성 물질(MoO3)보다 굴절률이 작은 전자 공여성 물질이 가지는 굴절률이, 정공 주입층(111)의 굴절률에 대하여 강하게 영향을 주기 때문에, 광 추출 효율이 양호하다는 것이 시사된다. 즉, 정공 주입층(111)의 MoO3의 체적 비율이 0보다 크고 0.3 이하의 농도로 사용됨으로써, 광 추출 효율이 양호한 발광 소자를 제작할 수 있다.
(실시예 2)
본 실시예에서는, 본 발명의 일 형태에 따른 전자 디바이스로서, 실시예 1과 상이한 발광 소자의 제작예와, 상기 발광 소자의 특성에 대하여 설명한다. 또한, 정공 주입층(111)에 사용한 유기 화합물의 굴절률 및 정공 주입층의 굴절률에 대하여 설명한다. 또한 소자 구조의 자세한 사항을 표 7에 나타낸다. 사용한 화합물의 구조와 약칭을 이하에 나타낸다. 또한 다른 유기 화합물에 대해서는 상술한 실시예 1을 참조하면 좋다.
[화학식 9]
Figure pat00017
[표 7]
Figure pat00018
[표 8]
Figure pat00019
[표 9]
Figure pat00020
<굴절률의 측정>
비교 발광 소자 19 내지 비교 발광 소자 22, 발광 소자 23 내지 발광 소자 26, 및 발광 소자 27 내지 발광 소자 30의 정공 주입층(111)에 사용한 유기 화합물의 굴절률을 측정하였다. 굴절률의 측정은 실시예 1과 마찬가지로 수행하였다.
파장이 532nm인 광에서의 각 막의 굴절률 측정 결과를 도 19에 나타내었다. 도 19로부터, 비교 발광 소자 19 내지 비교 발광 소자 22에 사용한 DBT3P-II가 가장 높은 굴절률을 가진다는 것을 알 수 있었다. 발광 소자 23 내지 발광 소자 26에 사용한 9-[3-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]-9H-카바졸(약칭: mCzFLP)은, n Ordinary가 1.75 이하인 굴절률이 낮은 유기 화합물인 것을 알 수 있었다. 또한, 발광 소자 27 내지 발광 소자 30에 사용한 4,4'-[비스(9-페닐플루오렌-9-일)]-트라이페닐아민(약칭: FLP2A)은 n Ordinary가 1.75 이하인 굴절률이 낮은 유기 화합물인 것을 알 수 있었다.
또한, 실시예 1의 결과로부터, 발광 소자 23 내지 발광 소자 30의 정공 주입층(111)인, mCzFLP 또는 FLP2A와 MoO3의 혼합막은 각각의 유기 화합물과 마찬가지의 굴절률을 가지고, 비교 발광 소자 19 내지 비교 발광 소자 22의 정공 주입층(111)인, DBT3P-II와 MoO3의 혼합막보다 굴절률이 낮다고 예상된다.
<발광 소자의 제작>
<<비교 발광 소자 19 내지 비교 발광 소자 22의 제작>>
비교 발광 소자 19 내지 비교 발광 소자 22의 제작 공정은 상기 비교 발광 소자 1 내지 비교 발광 소자 4의 제작 공정과, 정공 주입층(111)과 발광층(130)의 제작 공정만 상이하고, 그 외의 공정은 비교 발광 소자 1 내지 비교 발광 소자 4와 마찬가지로 수행하였다.
전극(101) 위에 정공 주입층(111)으로서, DBT3P-II와 MoO3을 중량비(DBT3P-II:MoO3)가 2:0.5가 되도록, 또한 두께가 z1nm가 되도록 공증착하였다. 또한 z1의 값은 각 발광 소자마다 상이하고, 각 발광 소자에서의 z1의 값은 표 8에 나타낸 값이다.
다음으로, 정공 수송층(112) 위에 발광층(130(1))으로서, 4,6mCzP2Pm과 PCCP와 Ir(ppy)3을 중량비(4,6mCzP2Pm:PCCP:Ir(ppy)3)가 0.5:0.5:0.1이 되도록, 또한 두께가 20nm가 되도록 공증착하여, 이어서 발광층(130(2))으로서, 중량비(4,6mCzP2Pm:PCCP:Ir(ppy)3)가 0.8:0.2:0.1이 되도록, 또한 두께가 20nm가 되도록 공증착하였다. 또한 발광층(130(1)) 및 발광층(130(2))에서, Ir(ppy)3은 인광 발광을 나타내는 게스트 재료이다.
<<발광 소자 23 내지 발광 소자 26의 제작>>
발광 소자 23 내지 발광 소자 26의 제작 공정은 상기 비교 발광 소자 19 내지 비교 발광 소자 22의 제작 공정과, 정공 주입층(111)의 제작 공정만 상이하고, 그 외의 공정은 비교 발광 소자 19 내지 비교 발광 소자 22와 마찬가지로 수행하였다.
전극(101) 위에 정공 주입층(111(1))으로서, mCzFLP와 MoO3을 중량비(mCzFLP:MoO3)가 2:0.5가 되도록, 또한 두께가 35nm가 되도록 공증착하고, 이어서 DBT3P-II와 MoO3을 중량비(DBT3P-II:MoO3)가 2:0.5가 되도록, 또한 두께가 z2nm가 되도록 공증착하였다. 또한 z2의 값은 각 발광 소자마다 상이하고, 각 발광 소자에서의 z2의 값은 표 9에 나타낸 값이다.
<<발광 소자 27 내지 발광 소자 30의 제작>>
발광 소자 27 내지 발광 소자 30의 제작 공정은 상기 비교 발광 소자 19 내지 비교 발광 소자 22의 제작 공정과 정공 주입층(111)의 제작 공정만 상이하고, 그 외의 공정은 비교 발광 소자 19 내지 비교 발광 소자 22와 마찬가지로 수행하였다.
전극(101) 위에 정공 주입층(111(1))으로서, FLP2A와 MoO3을 중량비(FLP2A:MoO3)가 2:0.5가 되도록, 또한 두께가 35nm가 되도록 공증착하고, 이어서 DBT3P-II와 MoO3을 중량비(DBT3P-II:MoO3)가 2:0.5가 되도록, 또한 두께가 z2nm가 되도록 공증착하였다. 또한 z2의 값은 각 발광 소자마다 상이하고, 각 발광 소자에서의 z2의 값은 표 9에 나타낸 값이다.
<발광 소자의 특성>
다음으로, 상기 제작한 비교 발광 소자 19 내지 비교 발광 소자 22, 및 발광 소자 23 내지 발광 소자 30의 특성을 측정하였다. 측정은 실시예 1과 마찬가지로 수행하였다.
제작한 발광 소자 중, 비교 발광 소자 19, 발광 소자 23, 발광 소자 27의 전류 효율-휘도 특성을 도 20에 나타내었다. 또한 전류 밀도-전압 특성을 도 21에 나타내었다. 또한 외부 양자 효율-휘도 특성을 도 22에 나타내었다. 또한 도 22에 나타낸 외부 양자 효율의 값은, 시야각 보정이 수행되지 않은, 발광 소자에 대하여 정면 방향으로부터 측정한 경우의 외부 양자 효율이다. 또한, 정공 주입층(111)의 유기 화합물로서, 비교 발광 소자 19는 DBT3P-II를 사용하고, 발광 소자 23은 mCzFLP를 사용하고, 발광 소자 27은 FLP2A를 사용한 소자이고, 정공 주입층(111) 이외의 부분은 모두 같은 소자 구조이다.
도 21로부터, 비교 발광 소자 19, 발광 소자 23, 발광 소자 27은 동등한 전류 밀도-전압 특성을 가진다는 것을 알 수 있었다. 따라서, 실시예 1과 마찬가지로 정공 주입층(111)에 굴절률이 낮은 유기 화합물을 사용하여도, 양호한 정공 주입 특성을 가진다는 것을 알 수 있었다.
또한, 도 20 및 도 22로부터, 비교 발광 소자 19, 발광 소자 23, 발광 소자 27은 100cd/A 전후의 높은 전류 효율 및 25%를 초과하는 높은 외부 양자 효율을 가진다는 것을 알 수 있었다. 또한, 굴절률이 낮은 유기 화합물인 mCzFLP와 FLP2A를 정공 주입층(111)에 사용한 발광 소자 23, 발광 소자 27은, 굴절률이 높은 재료인 DBT3P-II를 사용한 비교 발광 소자 19보다 높은 효율을 나타내었다.
또한, 비교 발광 소자 19, 발광 소자 23, 및 발광 소자 27에 25mA/cm2의 전류 밀도로 전류를 흘린 경우의 발광 스펙트럼을 도 23에 나타내었다. 도 23에 나타낸 바와 같이, 비교 발광 소자 19, 발광 소자 23, 발광 소자 27의 발광 스펙트럼은, 518nm 부근에 피크를 가지며, 발광층(130)에 포함되는 게스트 재료인 Ir(ppy)3의 발광에서 유래된다는 것을 알 수 있었다.
또한, 비교 발광 소자 19 내지 비교 발광 소자 22, 및 발광 소자 23 내지 발광 소자 30의 1000cd/m2 부근에서의 소자 특성을 표 10에 나타낸다.
[표 10]
Figure pat00021
상기 결과로부터, 본 실시예에서 제작한 비교 발광 소자 19 내지 비교 발광 소자 22, 및 발광 소자 23 내지 발광 소자 30은, 정공 주입층(111)의 구조에 상관없이, 양호한 구동 전압, 발광 효율을 나타낸다는 것을 알 수 있다.
<정공 주입층(111)의 굴절률과 외부 양자 효율의 관계>
도 24에, 표 10에 나타낸 각 소자의 값을 사용하여, 각 정공 주입층(111)에 사용한 유기 재료에 따른, 색도 x와 외부 양자 효율의 관계를 나타내었다. 도 24 중에서, "DBT3P-II"의 곡선의 데이터에는 비교 발광 소자 19 내지 비교 발광 소자 22의 값을 사용하고, "mCzFLP"의 곡선의 데이터에는 발광 소자 23 내지 발광 소자 26의 값을 사용하고, "FLP2A"의 곡선의 데이터에는 발광 소자 27 내지 발광 소자 30의 값을 사용하였다.
도 19로부터, 정공 주입층(111)에 사용한 유기 화합물은 DBT3P-II>mCzFLP>FLP2A의 순서로 굴절률이 높다. 도 24로부터, 실시예 1과 마찬가지로 정공 주입층(111)에 사용한 유기 화합물의 굴절률이 낮을수록 외부 양자 효율이 높다는 것을 알 수 있었다. 이는, 에버네센트 모드로 인한 광의 감쇠가 저감되고, 광 추출 효율이 향상되었기 때문이다.
이상, 정공 주입층(111)에 굴절률이 낮은 유기 화합물을 사용함으로써, 정공 주입 특성을 유지하면서 광 추출 효율이 양호한 발광 소자가 얻어진다는 것을 알 수 있었다.
(실시예 3)
본 실시예에서는, 본 발명의 일 형태에 따른 전자 디바이스의 일종인 발광 소자의 제작예와, 상기 발광 소자의 특성에 대하여 설명한다. 또한, 정공 주입층에 사용한 유기 화합물의 굴절률 및 정공 주입층의 굴절률에 대하여 설명한다. 본 실시예에서 제작한 소자 구조의 단면도를 도 2의 (A)에 도시하였다. 또한 소자 구조의 자세한 사항을 표 11 내지 표 14에 나타낸다. 또한 사용한 화합물의 구조와 약칭은 상술한 실시형태 및 실시예를 참작하면 좋다.
[표 11]
Figure pat00022
[표 12]
Figure pat00023
[표 13]
Figure pat00024
[표 14]
Figure pat00025
<굴절률의 측정>
비교 발광 소자 31 내지 비교 발광 소자 34, 발광 소자 35 내지 발광 소자 38, 발광 소자 39 내지 발광 소자 42, 발광 소자 43 내지 발광 소자 46, 비교 발광 소자 47 내지 비교 발광 소자 50의 정공 주입층(111)에 사용한 유기 화합물, 그리고 비교 발광 소자 31 내지 비교 발광 소자 34, 발광 소자 35 내지 발광 소자 38, 발광 소자 39 내지 발광 소자 42, 발광 소자 43 내지 발광 소자 46, 및 비교 발광 소자 47 내지 비교 발광 소자 50에 사용한 정공 주입층(111)의 굴절률을 측정하였다. 굴절률의 측정은 실시예 1에 기재된 방법과 마찬가지로 수행하였다.
파장이 532nm인 광에서의 각 막의 굴절률 측정 결과를 도 25에 나타내었다. 도 25로부터, 비교 발광 소자 31 내지 비교 발광 소자 34에 사용한 DBT3P-II가 가장 높은 굴절률을 가진다는 것을 알 수 있었다. 발광 소자 35 내지 발광 소자 38에 사용한 CzC, 발광 소자 39 내지 발광 소자 42에 사용한 CzSi, 발광 소자 43 내지 발광 소자 46에 사용한 FATPA, 비교 발광 소자 47 내지 비교 발광 소자 50에 사용한 1,4-다이(트라이페닐실릴)벤젠(약칭: UGH-2)은 모두, n Ordinary가 1.70 이하인 굴절률이 매우 낮은 유기 화합물인 것을 알 수 있었다.
또한, 정공 주입층(111)에는 정공 주입성이 요구되기 때문에 전자 공여성 재료를 가지는 것이 바람직하다. 전자 공여성 재료로서 굴절률이 높은 MoO3을 사용한 각 발광 소자의 정공 주입층(111)은, 굴절률이 높다고 예상된다. 그러나, 도 25로부터, 각 발광 소자의 정공 주입층(111)인 MoO3을 각각의 유기 화합물에 첨가한 막의 굴절률은 각각의 유기 화합물의 굴절률보다 약간 상승될 정도인 것을 알 수 있었다. 즉, 정공 주입층(111)에 굴절률이 낮은 전자 공여성을 가지는 재료를 사용함으로써, 상기 전자 공여성을 가지는 재료에 굴절률이 높은 재료를 혼합시켜도 굴절률이 낮은 정공 주입층(111)을 얻을 수 있다는 것을 알 수 있었다.
또한 도 25로부터, 각 발광 소자의 정공 주입층(111)은 각각의 유기 화합물의 막보다 n Ordinary와 n Extraordinary의 차이가 작다는 것을 알 수 있었다. 즉, 전자 공여성 재료인 MoO3과 유기 화합물의 혼합막은, 유기 화합물막과 비교하여, 이방성이 저하된다는 것을 알 수 있었다.
또한, 발광 소자 39 내지 발광 소자 42의 정공 주입층(111)에 사용한 유기 화합물인 CzSi, 그리고 비교 발광 소자 47 내지 비교 발광 소자 50의 정공 주입층(111)에 사용한 유기 화합물인 UGH-2와, MoO3의 혼합막은 각각의 유기 화합물과 마찬가지의 굴절률을 가지고, 비교 발광 소자 1 내지 비교 발광 소자 4의 정공 주입층(111)인 DBT3P-II와 MoO3의 혼합막보다 굴절률이 낮다고 예상된다.
<발광 소자의 제작>
<<비교 발광 소자 31 내지 비교 발광 소자 34의 제작>> 유리 기판 위에 전극(101)으로서 ITSO막을 두께 70nm가 되도록 형성하였다. 또한 전극(101)의 전극 면적은 4mm2(2mm×2mm)로 하였다.
다음으로 전극(101) 위에 정공 주입층(111)으로서, 1,3,5-트라이-(4-다이벤조싸이오페닐)-벤젠(약칭: DBT3P-II)과 MoO3을 중량비(DBT3P-II:MoO3)가 2:0.5가 되도록, 또한 두께가 x3nm가 되도록 공증착하였다. 또한 x3의 값은 각 발광 소자마다 상이하고, 각 발광 소자에서의 x3의 값은 표 13에 나타낸 값이다.
다음으로, 정공 수송층(112)으로서 PCCP를 두께가 20nm가 되도록 정공 주입층(111) 위에 증착하였다.
다음으로, 정공 수송층(112) 위에 발광층(130(1))으로서, 4,6mCzP2Pm과 PCCP와 Ir(ppy)3을 중량비(4,6mCzP2Pm:PCCP:Ir(ppy)3)가 0.5:0.5:0.1이 되도록, 또한 두께가 20nm가 되도록 공증착하여, 이어서 발광층(130(2))으로서, 중량비(4,6mCzP2Pm:PCCP:Ir(ppy)3)가 0.8:0.2:0.1이 되도록, 또한 두께가 20nm가 되도록 공증착하였다. 또한 발광층(130(1)) 및 발광층(130(2))에서, Ir(ppy)3은 인광 발광을 나타내는 게스트 재료이다.
다음으로, 발광층(130(2)) 위에, 제 1 전자 수송층(118(1))으로서, 4,6mCzP2Pm을 두께가 20nm가 되도록 공증착하였다. 이어서, 제 1 전자 수송층(118(1)) 위에 제 2 전자 수송층(118(2))으로서, 바소페난트롤린(약칭: BPhen)을 막 두께가 10nm가 되도록 증착하였다.
다음으로 제 2 전자 수송층(118(2)) 위에 전자 주입층(119)으로서, 플루오린화 리튬(LiF)을 두께가 1nm가 되도록 증착하였다.
다음으로, 전자 주입층(119) 위에 전극(102)으로서 알루미늄(Al)을 두께가 200nm가 되도록 형성하였다.
다음으로, 질소 분위기의 글로브 박스 내에서, 유기 EL용 밀봉재를 사용하여 밀봉하기 위한 유리 기판을 유기 재료를 형성한 유리 기판에 고정함으로써 비교 발광 소자 31 내지 비교 발광 소자 34를 밀봉하였다. 구체적으로는, 유기 재료를 형성한 유리 기판 위의 유기 재료의 주위에 밀봉재를 도포하고, 이 기판과, 밀봉하기 위한 유리 기판을 접합시켜, 파장이 365nm인 자외광을 6J/cm2 조사하고 80℃에서 1시간 동안 가열 처리하였다. 상술한 공정에 의하여 비교 발광 소자 31 내지 비교 발광 소자 34를 얻었다.
<<발광 소자 35 내지 발광 소자 46 및 비교 발광 소자 47 내지 비교 발광 소자 50의 제작>>
발광 소자 35 내지 발광 소자 46 및 비교 발광 소자 47 내지 비교 발광 소자 50의 제작 공정은 상기 비교 발광 소자 31 내지 비교 발광 소자 34의 제작 공정과 정공 주입층(111)의 제작 공정만 상이하고, 그 외의 공정은 비교 발광 소자 31 내지 비교 발광 소자 34와 마찬가지로 수행하였다. 소자 구조의 자세한 사항은 표 11 내지 표 14에 나타낸 바와 같기 때문에, 제작 방법의 자세한 사항에 대해서는 생략한다.
<발광 소자의 특성>
다음으로, 상기 제작한 비교 발광 소자 31 내지 비교 발광 소자 34, 발광 소자 35 내지 발광 소자 46, 및 비교 발광 소자 47 내지 비교 발광 소자 50의 특성을 측정하였다. 측정은 실시예 1과 마찬가지로 수행하였다.
제작한 발광 소자 중, 비교 발광 소자 31, 발광 소자 35, 발광 소자 39, 발광 소자 43, 및 비교 발광 소자 47의 전류 효율-휘도 특성을 도 26에 나타내었다. 또한 전류 밀도-전압 특성을 도 27에 나타내었다. 또한 외부 양자 효율-휘도 특성을 도 28에 나타내었다. 또한 도 28에 나타낸 외부 양자 효율의 값은, 시야각 보정이 수행되지 않은, 발광 소자에 대하여 정면 방향으로부터 측정한 경우의 외부 양자 효율이다. 또한, 정공 주입층(111)의 유기 화합물로서, 비교 발광 소자 31은 DBT3P-II를 사용하고, 발광 소자 35는 CzC를 사용하고, 발광 소자 39는 CzSi를 사용하고, 발광 소자 43은 FATPA를 사용하고, 비교 발광 소자 47은 UGH-2를 사용한 소자이고, 정공 주입층(111) 이외의 부분은 모두 같은 소자 구조이다.
도 26 및 도 28로부터, 비교 발광 소자 31, 발광 소자 35, 발광 소자 39, 발광 소자 43, 및 비교 발광 소자 47은 90cd/A를 초과하는 높은 전류 효율 및 25%를 초과하는 높은 외부 양자 효율을 가진다는 것을 알 수 있었다. 또한, 굴절률이 낮은 유기 화합물을 정공 주입층(111)에 사용한 발광 소자 35, 발광 소자 39, 발광 소자 43, 및 비교 발광 소자 47은 굴절률이 높은 재료인 DBT3P-II를 사용한 비교 발광 소자 31보다 높은 효율을 나타내었다. 이는, 정공 주입층(111)에 굴절률이 작은 유기 화합물을 사용함으로써 에버네센트파로 인한 광의 감쇠가 억제되어 있다는 것을 시사한다.
또한, 도 27로부터, 비교 발광 소자 31, 발광 소자 35, 발광 소자 39, 및 발광 소자 43은 동등한 양호한 전류 밀도-전압 특성을 가진다는 것을 알 수 있었다. 한편, 비교 발광 소자 47은 비교 발광 소자 31, 발광 소자 35, 발광 소자 39, 및 발광 소자 43과 비교하여, 전류 밀도-전압 특성이 저하되어 있고, 정공 주입성이 낮다는 것을 알 수 있었다. 이는, UGH-2가 분자 중에 전자 공여성의 기를 가지지 않기 때문이다. 따라서, 분자 중에 전자 공여성의 기를 가지면, 굴절률이 작은 재료를 정공 주입층(111)에 사용하여도, 양호한 정공 주입 특성을 가지는 정공 주입층(111)을 제작할 수 있다는 것을 알 수 있었다.
또한, 비교 발광 소자 31, 발광 소자 35, 발광 소자 39, 발광 소자 43, 및 비교 발광 소자 47에 25mA/cm2의 전류 밀도로 전류를 흘린 경우의 발광 스펙트럼을 도 29에 나타내었다. 도 29에 나타낸 바와 같이, 비교 발광 소자 31, 발광 소자 35, 발광 소자 39, 발광 소자 43, 및 비교 발광 소자 47의 발광 스펙트럼은, 518nm 부근에 피크를 가지며, 발광층(130)에 포함되는 게스트 재료인 Ir(ppy)3의 발광에서 유래된다는 것을 알 수 있었다.
또한, 비교 발광 소자 31 내지 비교 발광 소자 34, 발광 소자 35 내지 발광 소자 46, 및 비교 발광 소자 47 내지 비교 발광 소자 50의 1000cd/m2 부근에서의 소자 특성을 표 15에 나타낸다. 표 15에 나타내는 외부 양자 효율은 시야각 보정을 수행한 후의 외부 양자 효율을 나타낸다.
[표 15]
Figure pat00026
상기 결과로부터, 본 실시예에서 제작한 비교 발광 소자 31 내지 비교 발광 소자 34, 발광 소자 35 내지 발광 소자 46, 및 비교 발광 소자 47 내지 비교 발광 소자 50은, 정공 주입층(111)의 구조에 상관없이, 양호한 구동 전압, 발광 효율을 나타낸다는 것을 알 수 있다.
<발광 소자의 신뢰성>
다음으로, 비교 발광 소자 31, 발광 소자 35, 발광 소자 39, 발광 소자 43, 및 비교 발광 소자 47의 2mA에서의 정전류 구동 시험을 수행하였다. 그 결과를 도 30에 나타내었다. 도 30으로부터, 비교 발광 소자 31, 발광 소자 35, 발광 소자 39, 발광 소자 43의 신뢰성은, 비교 발광 소자 47과 비교하여 신뢰성이 양호하다는 것을 알 수 있었다. 특히, 발광 소자 43의 신뢰성은 양호하다는 것을 알 수 있었다. 상술한 바와 같이, 비교 발광 소자 31, 발광 소자 35, 발광 소자 39, 발광 소자 43의 정공 주입층(111)에 사용한 유기 화합물은 분자 내에 전자 공여성의 기를 가지므로, 비교 발광 소자 47에 사용한 UGH-2와 비교하여, 정공 주입성이 양호하기 때문이라고 생각된다. 따라서, 정공 주입층(111)의 정공 주입성이 양호하면 발광 소자의 신뢰성이 더 양호하다는 것을 알 수 있었다. 또한 도 30에서, 비교 발광 소자 31, 발광 소자 35, 및 발광 소자 39의 신뢰성 시험 결과는 겹쳐 있다.
<정공 주입층(111)의 굴절률과 외부 양자 효율의 관계>
도 31에, 표 15에 나타낸 각 소자의 값을 사용하여, 각 정공 주입층(111)에 사용한 유기 재료에 따른, 색도 x와 외부 양자 효율의 관계를 나타내었다. 도 31 중에서, "DBT3P-II"의 곡선의 데이터에는 비교 발광 소자 31 내지 비교 발광 소자 34의 값을 사용하고, "CzC"의 곡선의 데이터에는 발광 소자 35 내지 발광 소자 38의 값을 사용하고, "CzSi"의 곡선의 데이터에는 발광 소자 39 내지 발광 소자 42의 값을 사용하고, "FATPA"의 곡선의 데이터에는 발광 소자 43 내지 발광 소자 46의 값을 사용하고, "UGH-2"의 곡선의 데이터에는 비교 발광 소자 47 내지 비교 발광 소자 50의 값을 사용하였다.
도 25로부터, 정공 주입층(111)에 사용한 유기 화합물인 DBT3P-II는 굴절률이 1.80을 초과하는 높은 굴절률을 가지지만, CzC, CzSi, FATPA, UGH-2는 굴절률이 1.70 이하인 굴절률이 낮은 유기 화합물이다. 도 31로부터, DBT3P-II를 정공 주입층(111)에 사용한 발광 소자보다, 정공 주입층(111)에 굴절률이 낮은 유기 화합물을 사용한 발광 소자가 더 높은 외부 양자 효율을 가진다는 것을 알 수 있었다. 이는, 에버네센트 모드로 인한 광의 감쇠가 저감되고, 광 추출 효율이 향상되었기 때문이다.
이상, 정공 주입층(111)에 테트라아릴메테인 골격 및 테트라아릴실레인 골격 중 어느 한쪽, 및 전자 공여성의 기를 가지는 유기 화합물을 사용함으로써, 정공 주입 특성을 유지하면서 광 추출 효율이 양호하며 신뢰성이 양호한 발광 소자가 얻어진다는 것을 알 수 있었다.
(실시예 4)
본 실시예에서는, 본 발명의 일 형태에 따른 전자 디바이스의 일종인 발광 소자의 제작예와, 상기 발광 소자의 특성에 대하여 설명한다. 또한, 정공 주입층에 사용한 유기 화합물의 굴절률 및 정공 주입층의 굴절률에 대하여 설명한다. 본 실시예에서 제작한 소자 구조의 단면도를 도 2의 (A)에 도시하였다. 또한 소자 구조의 자세한 사항을 표 16 및 표 17에 나타낸다. 사용한 화합물의 구조와 약칭을 이하에 나타낸다. 또한 다른 유기 화합물에 대해서는 상술한 실시예 및 실시형태를 참조하면 좋다. 또한 본 실시예에 나타내는 발광 소자는, 정공 주입층(111)에 금속 산화물을 사용하지 않고, 유기 화합물만으로 구성하였다.
[화학식 10]
Figure pat00027
[표 16]
Figure pat00028
[표 17]
Figure pat00029
<굴절률의 측정>
비교 발광 소자 51 내지 비교 발광 소자 54, 비교 발광 소자 55 내지 비교 발광 소자 58, 발광 소자 59 내지 발광 소자 62, 발광 소자 63 내지 발광 소자 66의 정공 주입층(111)의 굴절률을 측정하였다. 굴절률의 측정은 실시예 1에 기재된 방법과 마찬가지로 수행하였다. 파장이 633nm인 광에서의 각 막의 굴절률(n Ordinary)의 값을 표 18에 나타낸다.
[표 18]
Figure pat00030
표 18로부터, 비교 발광 소자 51 내지 비교 발광 소자 54에 사용한, N,N,N',N'-테트라-나프탈렌-2-일-벤지딘(약칭: β-TNB)과 p-dopant(Analysis Atelier Corporation에게서 구입)의 혼합막, 및 비교 발광 소자 55 내지 비교 발광 소자 58에 사용한 NPB와 p-dopant의 혼합막은 굴절률이 1.75보다 크고, 높은 굴절률을 가진다는 것을 알 수 있었다. 한편, 발광 소자 59 내지 발광 소자 62에 사용한 BPAFLP와 p-dopant의 혼합막, 및 발광 소자 63 내지 발광 소자 66에 사용한 TAPC와 p-dopant의 혼합막의 굴절률은 굴절률이 1.75보다 낮고, 낮은 굴절률을 가진다는 것을 알 수 있었다.
<발광 소자의 제작>
<<비교 발광 소자 51 내지 비교 발광 소자 54의 제작>> 유리 기판 위에 전극(101)으로서 ITSO막을 두께가 70nm가 되도록 형성하였다. 또한 전극(101)의 전극 면적은 4mm2(2mm×2mm)로 하였다.
다음으로, 전극(101) 위에 정공 주입층(111)으로서, β-TNB와 p-dopant를 중량비(β-TNB:p-dopant)가 1:0.01이 되도록, 또한 두께가 60nm가 되도록 공증착하였다.
다음으로, 정공 주입층(111) 위에 정공 수송층(112)으로서, PCBBiF를 두께가 z1nm가 되도록 증착하였다. 또한 z1의 값은 각 발광 소자마다 상이하고, 각 발광 소자에서의 z1의 값은 표 17에 나타낸 값이다.
다음으로, 정공 수송층(112) 위에 발광층(130(1))으로서, 2mDBTBPDBq-II와 PCBBiF와 Ir(dppm)2(acac)를 중량비(2mDBTBPDBq-II:PCBBiF:Ir(dppm)2(acac))가 0.7:0.3:0.06이 되도록, 또한 두께가 20nm가 되도록 공증착하고, 이어서 발광층(130(2))으로서, 중량비(2mDBTBPDBq-II:PCBBiF:Ir(dppm)2(acac))가 0.8:0.2:0.06이 되도록, 또한 두께가 20nm가 되도록 공증착하였다. 또한 발광층(130(1)) 및 발광층(130(2))에서, Ir(dppm)2(acac)는 인광 발광을 나타내는 게스트 재료이다.
다음으로, 발광층(130(2)) 위에, 제 1 전자 수송층(118(1))으로서, 2mDBTBPDBq-II를 두께가 20nm가 되도록 공증착하였다. 이어서, 제 1 전자 수송층(118(1)) 위에 제 2 전자 수송층(118(2))으로서, 2,9-비스(나프탈렌-2-일)-4,7-다이페닐-1,10-페난트롤린(약칭: NBPhen)을 막 두께가 20nm가 되도록 증착하였다.
다음으로 제 2 전자 수송층(118(2)) 위에 전자 주입층(119)으로서, 플루오린화 리튬(LiF)을 두께가 1nm가 되도록 증착하였다.
다음으로, 전자 주입층(119) 위에 전극(102)으로서 알루미늄(Al)을 두께가 200nm가 되도록 형성하였다.
다음으로, 질소 분위기의 글로브 박스 내에서, 유기 EL용 밀봉재를 사용하여 밀봉하기 위한 유리 기판을 유기 재료를 형성한 유리 기판에 고정함으로써 비교 발광 소자 51 내지 비교 발광 소자 54를 밀봉하였다. 구체적으로는, 유기 재료를 형성한 유리 기판 위의 유기 재료의 주위에 밀봉재를 도포하고, 이 기판과, 밀봉하기 위한 유리 기판을 접합시켜, 파장이 365nm인 자외광을 6J/cm2 조사하고 80℃에서 1시간 동안 가열 처리하였다. 상술한 공정에 의하여 비교 발광 소자 51 내지 비교 발광 소자 54를 얻었다.
<<비교 발광 소자 55 내지 비교 발광 소자 58 및 발광 소자 59 내지 발광 소자 66의 제작>>
비교 발광 소자 55 내지 비교 발광 소자 58 및 발광 소자 59 내지 발광 소자 66의 제작 공정은 상기 비교 발광 소자 51 내지 비교 발광 소자 54의 제작 공정과 정공 주입층(111)의 제작 공정만 상이하고, 그 외의 공정은 비교 발광 소자 51 내지 비교 발광 소자 54와 마찬가지로 수행하였다. 소자 구조의 자세한 사항은 표 16 및 표 17에 나타낸 바와 같기 때문에, 제작 방법의 자세한 사항에 대해서는 생략한다.
<발광 소자의 특성>
다음으로, 상기 제작한 비교 발광 소자 51 내지 비교 발광 소자 58, 및 발광 소자 59 내지 발광 소자 66의 특성을 측정하였다. 측정은 실시예 1과 마찬가지로 수행하였다. 1000cd/m2 부근에서의 각 소자의 특성을 표 19에 나타낸다. 표 19에 나타내는 외부 양자 효율은 시야각 보정을 수행하기 전의 외부 양자 효율을 나타낸다.
[표 19]
Figure pat00031
상기 결과로부터, 본 실시예에서 제작한 비교 발광 소자 51 내지 비교 발광 소자 58, 및 발광 소자 59 내지 발광 소자 66은, 정공 주입층(111)의 구조에 상관없이, 양호한 구동 전압, 발광 효율을 나타낸다는 것을 알 수 있다.
<정공 주입층(111)의 굴절률과 외부 양자 효율의 관계>
도 32에, 표 19에 나타낸 각 소자의 값을 사용하여, 각 정공 주입층(111)에 사용한 유기 재료에 따른, 색도 y와 외부 양자 효율의 관계를 나타내었다. 도 32 중에서, "β-TNB"의 곡선의 데이터에는 비교 발광 소자 51 내지 비교 발광 소자 54의 값을 사용하고, "NPB"의 곡선의 데이터에는 비교 발광 소자 55 내지 비교 발광 소자 58의 값을 사용하고, "BPAFLP"의 곡선의 데이터에는 발광 소자 59 내지 발광 소자 62의 값을 사용하고, "TAPC"의 곡선의 데이터에는 발광 소자 63 내지 발광 소자 66의 값을 사용하였다.
표 18로부터, β-TNB 및 NPB를 정공 주입층(111)에 사용한 경우, 정공 주입층(111)의 굴절률은 1.75를 초과하는 높은 굴절률이지만, BPAFLP 및 TAPC를 사용한 경우에는, 정공 주입층(111)의 굴절률은 1.75 이하의 낮은 굴절률이다. 도 32로부터, 예를 들어 y 색도 0.435 부근의 각 발광 소자의 외부 양자 효율을 비교하면, 굴절률이 낮은 정공 주입층(111)을 가지는 발광 소자가 더 높은 외부 양자 효율을 가진다는 것을 알 수 있었다. 따라서, 동일한 색도에서, 굴절률이 낮은 정공 주입층(111)을 가지는 발광 소자가 더 양호한 발광 효율을 가진다는 것을 알 수 있었다. 이는, 에버네센트 모드로 인한 광의 감쇠가 저감되고, 광 추출 효율이 향상되었기 때문이다.
(참고예 1)
본 참고예에서는 실시예 1에서 사용한 Ir(pbi-diBuCNp)3의 합성 방법에 대하여 설명한다.
<단계 1; 4-아미노-3,5-다이아이소뷰틸벤조나이트릴의 합성>
4-아미노-3,5-다이클로로벤조나이트릴 52g(280mmol), 아이소뷰틸보론산 125g(1226mmol), 인산 삼포타슘 260g(1226mmol), 2-다이사이클로헥실포스피노-2',6'-다이메톡시바이페닐(S-phos) 5.4g(13.1mmol), 톨루엔 1500mL를 3000mL의 삼구 플라스크에 넣고, 플라스크 내를 질소 치환하고, 플라스크 내를 감압하면서 교반하여, 이 혼합물을 탈기시켰다. 탈기 후, 트리스(다이벤질리덴아세톤)다이팔라듐(0) 4.8g(5.2mmol)을 첨가하여, 질소 기류하, 130℃에서 12시간 교반하였다. 얻어진 반응액에 톨루엔을 첨가하여, 셀라이트(Wako Pure Chemical Industries, Ltd., 카탈로그 번호: 531-16855)플로리실(Wako Pure Chemical Industries, Ltd., 카탈로그 번호: 540-00135)산화 알루미늄의 순서로 적층한 여과 보조제를 통하여 흡인 여과하였다. 얻어진 여과액을 농축하여 유상(油狀) 물질을 얻었다. 얻어진 유상 물질을 실리카 칼럼 크로마토그래피에 의하여 정제하였다. 전개 용매로서는 톨루엔을 사용하였다. 얻어진 프랙션을 농축하여 황색 유상 물질을 61g, 수율 95%로 얻었다. 핵자기 공명법(NMR)에 의하여 얻어진 황색 유상 물질이 4-아미노-3,5-다이아이소뷰틸벤조나이트릴인 것을 확인하였다. 단계 1의 합성 스킴을 하기 식(a-1)에 나타낸다.
[화학식 11]
톨루엔
Figure pat00032
<단계 2; 4-[N-(2-나이트로페닐)아미노]-3,5-다이아이소뷰틸벤조나이트릴의 합성>
단계 1에서 합성한 4-아미노-3,5-다이아이소뷰틸벤조나이트릴 30g(131mmol), 탄산 세슘 86g(263mmol), 다이메틸설폭사이드(DMSO) 380mL, 2-플루오로나이트로벤젠 19g(131mmol)을 1000mL의 삼구 플라스크에 넣고, 질소 기류하, 120℃에서 20시간 교반하였다. 소정의 시간이 경과한 후의 반응 용액을, 클로로폼을 사용하여 추출하여 조생성물(crude product)을 얻었다. 얻어진 조생성물을 실리카 칼럼 크로마토그래피에 의하여 정제하였다. 전개 용매로서는, 헥세인:아세트산 에틸=7:1을 사용하였다. 얻어진 프랙션을 농축하여, 주황색 고체를 얻었다. 얻어진 고체에 헥세인을 첨가하여 흡인 여과하여, 황색 고체를 16g, 수율 35%로 얻었다. 핵자기 공명법(NMR)에 의하여 얻어진 황색 고체가 4-[N-(2-나이트로페닐)아미노]-3,5-다이아이소뷰틸벤조나이트릴인 것을 확인하였다. 단계 2의 합성 스킴을 하기 식(a-2)에 나타낸다.
[화학식 12]
Figure pat00033
<단계 3; 4-[N-(2-아미노페닐)아미노]-3,5-다이아이소뷰틸벤조나이트릴의 합성>
단계 2에서 합성한 4-[N-(2-나이트로페닐)아미노]-3,5-다이아이소뷰틸벤조나이트릴 21g(60.0mmol), 물 11mL(0.6mol), 에탄올 780mL를 2000mL의 삼구 플라스크에 넣고 교반하였다. 이 혼합물에 염화 주석(II) 57g(0.3mol)을 첨가하여, 질소 기류하, 80℃에서 7.5시간 교반하였다. 소정의 시간이 경과한 후, 이 혼합물을 2M 수산화 소듐 수용액 400mL에 따르고, 16시간 실온에서 교반하였다. 석출된 침전물을 흡인 여과함으로써 제거하여, 클로로폼을 사용하여 세정함으로써 여과액을 얻었다. 얻어진 여과액을 클로로폼을 사용하여 추출하였다. 그 후, 추출한 용액을 농축하여 백색 고체를 20g, 수율 100%로 얻었다. 핵자기 공명법(NMR)에 의하여 얻어진 백색 고체가 4-[N-(2-아미노페닐)아미노]-3,5-다이아이소뷰틸벤조나이트릴인 것을 확인하였다. 단계 3의 합성 스킴을 하기 식(a-3)에 나타낸다.
[화학식 13]
Figure pat00034
<단계 4; 1-(4-사이아노-2,6-다이아이소뷰틸페닐)-2-페닐-1H-벤즈이미다졸(약칭: Hpbi-diBuCNp)의 합성>
단계 3에서 합성한 4-[N-(2-아미노페닐)아미노]-3,5-다이아이소뷰틸벤조나이트릴 20g(60.0mmol), 아세토나이트릴 200mL, 벤즈알데하이드 6.4g(60.0mmol)을 1000mL의 가지형 플라스크에 넣고, 100℃에서 1시간 교반하였다. 이 혼합물에 염화 철(III) 100mg(0.60mmol)을 첨가하여, 100℃에서 24시간 교반하였다. 소정의 시간이 경과한 후의 반응 용액을 클로로폼을 사용하여 추출하여, 유상 물질을 얻었다. 얻어진 유상 물질에 톨루엔을 첨가하여, 셀라이트/플로리실/산화 알루미늄의 순서로 적층한 여과 보조제를 통하여 흡인 여과하였다. 얻어진 여과액을 농축하여 유상 물질을 얻었다. 얻어진 유상 물질을 실리카 칼럼 크로마토그래피에 의하여 정제하였다. 전개 용매로서는 톨루엔을 사용하였다. 얻어진 프랙션을 농축하여 고체를 얻었다. 이 고체를 아세트산 에틸헥세인을 사용하여 재결정한 결과, 목적물인 백색 고체를 4.3g, 수율 18%로 얻었다. 핵자기 공명법(NMR)에 의하여 얻어진 백색 고체가 1-(4-사이아노-2,6-다이아이소뷰틸페닐)-2-페닐-1H-벤즈이미다졸(약칭: Hpbi-diBuCNp)인 것을 확인하였다. 단계 4의 합성 스킴을 하기 식(a-4)에 나타낸다.
[화학식 14]
Figure pat00035
<단계 5; 트리스{2-[1-(4-사이아노-2,6-다이아이소뷰틸페닐)-1H-벤즈이미다졸-2-일-κN 3]페닐-κC}이리듐(III)(약칭: Ir(pbi-diBuCNp)3)의 합성>
단계 4에서 합성한 1-(4-사이아노-2,6-다이아이소뷰틸페닐)-2-페닐-1H-벤즈이미다졸(약칭: Hpbi-diBuCNp) 1.8g(4.4mmol), 트리스(아세틸아세토네이토)이리듐(III) 0.43g(0.88mmol)을 3방 콕이 장착된 반응 용기에 넣고, 250℃에서 39시간 가열하였다. 얻어진 반응 혼합물에 톨루엔을 첨가하여 불용물(不溶物)을 제거하였다. 얻어진 여과액을 농축하여 고체를 얻었다. 얻어진 고체를 실리카 칼럼 크로마토그래피(중성 실리카)에 의하여 정제하였다. 전개 용매로서는 톨루엔을 사용하였다. 얻어진 프랙션을 농축하여 고체를 얻었다. 얻어진 고체를 아세트산 에틸헥세인을 사용하여 재결정하여, 황색 고체를 0.26g, 수율 21%로 얻었다. 합성 스킴을 하기 식(a-5)에 나타낸다.
[화학식 15]
(fac 이성질체와 mer 이성질체의 혼합물)
Figure pat00036
상기에서 얻어진 황색 고체의 프로톤(1H)을 핵자기 공명법(NMR)에 의하여 측정하였다. 측정 결과로부터, 본 참고예에서 Ir(pbi-diBuCNp)3(fac 이성질체와 mer 이성질체의 혼합물)이 얻어졌다는 것을 알 수 있었다. 또한 1H-NMR로부터, fac 이성질체와 mer 이성질체의 이성질체 혼합물인 것이 확인되었다. 이성질체의 비율은 fac 이성질체:mer 이성질체=3:2의 비율인 것을 알 수 있었다.
10: 기판, 11: 전극, 12: 전극, 15: 기판, 20: 유기 반도체층, 30: 캐리어 수송층, 40: 기능층, 50: 전자 디바이스, 100: EL층, 101: 전극, 102: 전극, 106: 발광 유닛, 108: 발광 유닛, 110: 발광 유닛, 111: 정공 주입층, 112: 정공 수송층, 113: 전자 수송층, 114: 전자 주입층, 115: 전하 발생층, 116: 정공 주입층, 117: 정공 수송층, 118: 전자 수송층, 119: 전자 주입층, 120: 발광층, 121: 게스트 재료, 122: 호스트 재료, 130: 발광층, 131: 게스트 재료, 131_1: 유기 화합물, 131_2: 유기 화합물, 132: 호스트 재료, 134: 발광 영역, 140: 발광층, 141: 게스트 재료, 142: 호스트 재료, 142_1: 유기 화합물, 142_2: 유기 화합물, 150: 발광 소자, 170: 발광층, 200: 기판, 250: 발광 소자, 252: 발광 소자, 601: 소스 측 구동 회로, 602: 화소부, 603: 게이트 측 구동 회로, 604: 밀봉 기판, 605: 실재(sealing material), 607: 공간, 608: 배선, 610: 소자 기판, 611: 스위칭용 TFT, 612: 전류 제어용 TFT, 613: 전극, 614: 절연물, 616: EL층, 617: 전극, 618: 발광 소자, 623: n채널형 TFT, 624: p채널형 TFT, 900: 휴대 정보 단말, 901: 하우징, 902: 하우징, 903: 표시부, 905: 힌지부, 910: 휴대 정보 단말, 911: 하우징, 912: 표시부, 913: 조작 버튼, 914: 외부 접속 포트, 915: 스피커, 916: 마이크로폰, 917: 카메라, 920: 카메라, 921: 하우징, 922: 표시부, 923: 조작 버튼, 924: 셔터 버튼, 926: 렌즈, 1001: 기판, 1002: 하지 절연막, 1003: 게이트 절연막, 1006: 게이트 전극, 1007: 게이트 전극, 1008: 게이트 전극, 1020: 층간 절연막, 1021: 층간 절연막, 1022: 전극, 1024B: 전극, 1024G: 전극, 1024R: 전극, 1024W: 전극, 1025B: 하부 전극, 1025G: 하부 전극, 1025R: 하부 전극, 1025W: 하부 전극, 1026: 격벽, 1028: EL층, 1029: 전극, 1031: 밀봉 기판, 1032: 실재, 1033: 기재, 1034B: 착색층, 1034G: 착색층, 1034R: 착색층, 1036: 오버 코트층, 1037: 층간 절연막, 1040: 화소부, 1041: 구동 회로부, 1042: 주변부, 3054: 표시부, 3500: 다기능 단말, 3502: 하우징, 3504: 표시부, 3506: 카메라, 3508: 조명, 3600: 라이트, 3602: 하우징, 3608: 조명, 3610: 스피커, 8501: 조명 장치, 8502: 조명 장치, 8503: 조명 장치, 8504: 조명 장치, 9000: 하우징, 9001: 표시부, 9003: 스피커, 9005: 조작 키, 9006: 접속 단자, 9007: 센서, 9008: 마이크로폰, 9055: 힌지, 9200: 휴대 정보 단말, 9201: 휴대 정보 단말, 9202: 휴대 정보 단말

Claims (10)

  1. 발광 장치로서,
    제 1 전극;
    제 2 전극;
    제 1 층; 및
    제 2 층을 포함하고,
    상기 제 1 층은 상기 제 1 전극과 상기 제 2 층 사이에 있고,
    상기 제 2 층은 상기 제 1 층과 상기 제 2 전극 사이에 있고,
    상기 제 1 층은 제 1 물질과 제 1 유기 화합물을 포함하고,
    상기 제 1 물질은 전자 흡인기(electron-withdrawing group)를 포함하는 물질이고,
    상기 제 1 유기 화합물은 sp3 결합과 결합하는 치환기를 포함하고,
    파장이 532nm인 광에서의 상기 제 1 유기 화합물의 박막의 정상 광선의 굴절률은 1 이상 1.75 이하인, 발광 장치.
  2. 발광 장치로서,
    제 1 전극;
    제 2 전극;
    제 1 층; 및
    제 2 층을 포함하고,
    상기 제 1 층은 상기 제 1 전극과 상기 제 2 층 사이에 있고,
    상기 제 2 층은 상기 제 1 층과 상기 제 2 전극 사이에 있고,
    상기 제 1 층은 제 1 물질과 제 1 유기 화합물을 포함하고,
    상기 제 1 물질은 산소 및 전이 금속을 포함하는 물질이고,
    상기 제 1 유기 화합물은 sp3 결합과 결합하는 치환기를 포함하고,
    파장이 532nm인 광에서의 상기 제 1 유기 화합물의 박막의 정상 광선의 굴절률은 1 이상 1.75 이하인, 발광 장치.
  3. 발광 장치로서,
    제 1 전극;
    제 2 전극;
    제 1 층; 및
    제 2 층을 포함하고,
    상기 제 1 층은 상기 제 1 전극과 상기 제 2 층 사이에 있고,
    상기 제 2 층은 상기 제 1 층과 상기 제 2 전극 사이에 있고,
    상기 제 1 층은 제 1 물질과 제 1 유기 화합물을 포함하고,
    상기 제 1 물질은 전자 흡인기를 포함하는 물질이고,
    상기 제 1 유기 화합물은 sp3 결합과 결합하는 치환기를 포함하고,
    파장이 633nm인 광에서의 상기 제 1 유기 화합물의 박막의 정상 광선의 굴절률은 1 이상 1.75 이하인, 발광 장치.
  4. 발광 장치로서,
    제 1 전극;
    제 2 전극;
    제 1 층; 및
    제 2 층을 포함하고,
    상기 제 1 층은 상기 제 1 전극과 상기 제 2 층 사이에 있고,
    상기 제 2 층은 상기 제 1 층과 상기 제 2 전극 사이에 있고,
    상기 제 1 층은 제 1 물질과 제 1 유기 화합물을 포함하고,
    상기 제 1 물질은 산소 및 전이 금속을 포함하는 물질이고,
    상기 제 1 유기 화합물은 sp3 결합과 결합하는 치환기를 포함하고,
    파장이 633nm인 광에서의 상기 제 1 유기 화합물의 박막의 정상 광선의 굴절률은 1 이상 1.75 이하인, 발광 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 층은 발광 재료를 포함하는, 발광 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 층의 정상 광선의 굴절률은 상기 제 2 층의 정상 광선의 굴절률보다 낮은, 발광 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 층과 상기 제 2 층 사이에 있는 제 3 층을 더 포함하는, 발광 장치.
  8. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 전자 흡인기는 할로젠기 또는 사이아노기인, 발광 장치.
  9. 제 2 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 전이 금속은 타이타늄, 바나듐, 탄탈럼, 몰리브데넘, 텅스텐, 레늄, 루테늄, 크로뮴, 지르코늄, 하프늄, 및 은 중 어느 하나를 포함하는, 발광 장치.
  10. 전자 디바이스로서,
    제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 기재된 발광 장치; 및
    하우징 및 터치 센서 중 적어도 한쪽을 포함하는, 전자 디바이스.
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