KR20230002177A - 발광 소자, 표시 장치, 전자 기기, 및 조명 장치 - Google Patents

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

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가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼
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Abstract

본 발명은 발광 효율이 높은 발광 소자를 제공한다.
본 발명은 제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물을 갖는 발광 소자이다. 제 1 유기 화합물과 제 2 유기 화합물이 들뜬 착체를 형성하는 조합이다. 제 1 유기 화합물은 저온에서 상온의 범위의 어느 온도에서 형광을 나타내지 않고 인광을 나타내는 화합물이고, 제 1 유기 화합물의 발광 양자 수율은 실온에서 0% 이상 40% 이하이다. 발광 소자가 나타내는 발광은 제 1 유기 화합물과 제 2 유기 화합물로 형성하는 들뜬 착체가 나타내는 발광이다.

Description

발광 소자, 표시 장치, 전자 기기, 및 조명 장치{LIGHT-EMITTING ELEMENT, DISPLAY DEVICE, ELECTRONIC DEVICE, AND LIGHTING DEVICE}
본 발명의 일 형태는 발광 소자, 또는 상기 발광 소자를 갖는 표시 장치, 전자 기기, 및 조명 장치에 관한 것이다.
또한, 본 발명의 일 형태는 상기 기술분야에 한정되지 않는다. 본 명세서 등에 개시(開示)되는 발명의 일 형태의 기술분야는 물건, 방법, 또는 제작 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 형태는 공정(process), 기계(machine), 제품(manufacture), 또는 조성물(composition of matter)에 관한 것이다. 따라서, 본 명세서에 개시되는 본 발명의 일 형태의 더 구체적인 기술분야의 일례로서는, 반도체 장치, 표시 장치, 액정 표시 장치, 발광 장치, 조명 장치, 축전 장치, 기억 장치, 이들의 구동 방법, 또는 이들의 제작 방법을 들 수 있다.
근년에 들어, 일렉트로루미네선스(Electroluminescence: EL)를 이용한 발광 소자의 연구 개발이 활발히 행해지고 있다. 이들 발광 소자의 기본적인 구성은 한 쌍의 전극 사이에 발광성 물질을 포함하는 층(EL층)을 끼운 구성이다. 이 소자의 전극 사이에 전압을 인가함으로써, 발광성 물질로부터 발광이 얻어진다.
상술한 발광 소자는 자발광형이기 때문에, 이것을 사용한 표시 장치는 시인성이 우수하고, 백라이트가 불필요하며, 소비전력이 적다는 등의 이점을 갖는다. 또한, 박형 경량으로 제작할 수 있고, 응답 속도가 빠른 등의 이점도 갖는다.
발광성 물질에 유기 화합물을 사용하고, 한 쌍의 전극 사이에 상기 발광성 유기 화합물을 포함하는 EL층을 제공한 발광 소자(예를 들어, 유기 EL 소자)의 경우, 한 쌍의 전극 사이에 전압을 인가함으로써 음극으로부터 전자가, 또한 양극으로부터 정공(홀)이 각각 발광성 EL층으로 주입되어 전류가 흐른다. 그리고, 주입된 전자 및 정공이 재결합함으로써 발광성 유기 화합물이 들뜬 상태가 되어, 여기된 발광성 유기 화합물로부터 발광을 얻을 수 있다.
유기 화합물이 형성하는 들뜬 상태의 종류로서는 단일항 들뜬 상태(S*)와 삼중항 들뜬 상태(T*)가 있으며, 단일항 들뜬 상태로부터의 발광이 형광, 삼중항 들뜬 상태로부터의 발광이 인광이라고 불리고 있다. 또한, 발광 소자에 있어서 이들의 통계적인 생성 비율은 S*:T*=1:3이다. 따라서, 인광을 발하는 화합물(인광성 화합물)을 사용한 발광 소자가 형광을 발하는 화합물(형광성 화합물)을 사용한 발광 소자보다 높은 발광 효율을 얻을 수 있다. 따라서, 삼중항 들뜬 상태의 에너지를 발광으로 변환할 수 있는 인광성 화합물을 사용한 발광 소자의 개발이 근년에 활발히 수행되고 있다. 예를 들어, 비특허문헌 1에서는, 인광성 화합물인 Ir 착체의 발광 양자 수율의 온도 의존성에 대하여 저세하게 조사하고 Ir 착체의 분자 구조와 발광 양자 수율의 관계 및 그 원인에 대하여 기재되어 있다.
또한, 삼중항 들뜬 상태의 에너지의 일부를 발광으로 변환할 수 있는 재료로서, 인광성 화합물 외에 열 활성화 지연 형광(Thermally Activated Delayed Fluorescence: TADF) 재료가 알려져 있다. 열 활성화 지연 형광 재료의 경우, 삼중항 들뜬 상태로부터 역항간 교차에 의하여 단일항 들뜬 상태가 생성되고, 단일항 들뜬 상태로부터 발광으로 변환된다.
2종류의 유기 화합물로 형성되는 들뜬 착체는 단일항 들뜬 상태와 삼중항 들뜬 상태의 에너지 차이가 작게 되므로, 이 들뜬 착체를 열 활성화 지연 형광 재료로서 사용하는 방법이 제안되고 있다(예를 들어 특허문헌 1 참조).
일본국 특개 2014-45184호 공보
T. sajoto and five others, Journal of American Chemical Society, vol. 131, 9813 (2009).
열 활성화 지연 형광 재료를 갖는 발광 소자에서, 발광 효율을 높이기 위해서는 삼중항 들뜬 상태로부터 단일항 들뜬 상태가 효율적으로 생성되는 것이 바람직하지만, 열 활성화 지연 형광 재료로서 들뜬 착체를 사용한 발광 소자에 대해서는 삼중항 들뜬 상태로부터 단일항 들뜬 상태를 효율적으로 생성시켜 발광 소자의 발광 효율을 더 향상시키는 방법의 개발이 요구되고 있다.
따라서, 본 발명의 일 형태에서는 발광 효율이 높은 발광 소자를 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다. 또는, 본 발명의 일 형태에서는 구동 전압이 낮은 발광 소자를 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다. 또는, 본 발명의 일 형태에서는 소비전력이 저감된 발광 소자를 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다. 또는, 신뢰성이 양호한 발광 소자를 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다. 또는, 본 발명의 일 형태에서는 신규 발광 소자를 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다. 또는, 본 발명의 일 형태에서는 신규 발광 장치를 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다. 또는, 본 발명의 일 형태에서는 신규 표시 장치를 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다.
또한, 상술한 과제의 기재는 다른 과제의 존재를 방해하는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 일 형태는 이들 과제를 모두 반드시 해결할 필요는 없다. 상술한 것 외의 과제는 명세서 등의 기재로부터 저절로 명확해지는 것이며, 명세서 등의 기재로부터 상술한 것 외의 과제를 추출할 수 있다.
본 발명의 일 형태는 들뜬 착체를 형성하는 조합으로서 2종류의 유기 화합물을 갖는 발광 소자이며, 한쪽의 유기 화합물이 삼중항 들뜬 에너지를 발광으로 변환할 수 있는 기능을 갖는 발광 소자이다.
또한, 본 발명의 일 형태는 발광층을 갖는 발광 소자이며, 발광층은 제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물을 갖고, 제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물 중 한쪽의 LUMO 준위는 제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물 중 다른 쪽의 LUMO 준위 이상이고, 제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물 중 한쪽의 HOMO 준위는 제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물 중 다른 쪽의 HOMO 준위 이상이고, 제 1 유기 화합물과 제 2 유기 화합물이 들뜬 착체를 형성할 수 있는 조합이고, 제 1 유기 화합물은 77K 이상 313K 이하의 어느 온도에서 삼중항 들뜬 에너지를 발광으로 변환할 수 있는 기능을 갖고, 제 1 유기 화합물은 실온에서 0% 이상 40% 이하의 발광 양자 수율을 갖고, 발광층이 나타내는 발광은 들뜬 착체가 나타내는 발광을 갖는 발광 소자이다.
또한, 본 발명의 일 형태는 발광층을 갖는 발광 소자이며, 발광층은 제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물을 갖고, 제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물 중 한쪽의 LUMO 준위는 제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물 중 다른 쪽의 LUMO 준위 이상이고, 제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물 중 한쪽의 HOMO 준위는 제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물 중 다른 쪽의 HOMO 준위 이상이고, 제 1 유기 화합물과 제 2 유기 화합물이 들뜬 착체를 형성할 수 있는 조합이고, 제 1 유기 화합물은 77K 이상 313K 이하의 어느 온도에서 형광을 나타내지 않으며 인광을 나타낼 수 있는 기능을 갖고, 제 1 유기 화합물은 실온에서 0% 이상 40% 이하의 발광 양자 수율을 갖고, 발광층이 나타내는 발광은 들뜬 착체가 나타내는 발광을 갖는 발광 소자이다.
또한, 본 발명의 다른 일 형태는 발광층을 갖는 발광 소자이며, 발광층은 제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물을 갖고, 제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물 중 한쪽의 LUMO 준위는 제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물 중 다른 쪽의 LUMO 준위 이상이고, 제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물 중 한쪽의 HOMO 준위는 제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물 중 다른 쪽의 HOMO 준위 이상이고, 제 1 유기 화합물과 제 2 유기 화합물이 들뜬 착체를 형성할 수 있는 조합이고, 제 1 유기 화합물은 Ru, Rh, Pd, Os, Ir, 또는 Pt를 갖고, 제 1 유기 화합물은 실온에서 0% 이상 40% 이하의 발광 양자 수율을 갖고, 발광층이 나타내는 발광은 들뜬 착체가 나타내는 발광을 갖는 발광 소자이다.
상기 각 구성에서 제 1 유기 화합물의 최저 삼중항 들뜬 에너지 준위는 제 2 유기 화합물의 최저 삼중항 들뜬 에너지 준위 이상이면 바람직하다.
또한, 상기 각 구성에서 제 1 유기 화합물은 Ir을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 제 1 유기 화합물은 Ir에 배위하는 배위자를 갖고, 배위자는 함질소 5원 복소 고리 골격을 갖는 것이 바람직하다.
또한, 상기 각 구성에서, 제 2 유기 화합물은 전자를 수송할 수 있는 기능을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 제 2 유기 화합물은 π전자 부족형 복소 방향족 골격을 갖는 것이 바람직하다.
또한, 상기 각 구성에서, 들뜬 착체는 제 1 유기 화합물이 나타내는 발광의 발광 효율보다 높은 발광 효율을 갖는 발광을 나타내는 기능을 갖는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 다른 일 형태는 컬러 필터 및 트랜지스터 중 적어도 하나 및 상기 각 구성의 발광 소자를 갖는 표시 장치이다. 또한, 본 발명의 다른 일 형태는 하우징 및 터치 센서 중 적어도 하나 및 상기 표시 장치를 갖는 전자 기기이다. 또한, 본 발명의 다른 일 형태는 하우징 및 터치 센서 중 적어도 하나 및 상기 각 구성의 발광 소자를 갖는 조명 장치이다. 또한, 본 발명의 일 형태는 발광 소자를 갖는 발광 장치뿐만 아니라, 발광 장치를 갖는 전자 기기도 그 범주에 포함된다. 따라서, 본 명세서에서의 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 부착된 표시 모듈, TCP 끝에 프린트 배선판이 제공된 표시 모듈, 또는 발광 소자에 COG(Chip On Glass) 방식에 의하여 IC(집적 회로)가 직접 실장된 표시 모듈도 발광 장치에 포함하는 경우가 있다.
본 발명의 일 형태에 의하여, 발광 효율이 높은 발광 소자를 제공할 수 있다. 또는, 본 발명의 일 형태에 의하여, 구동 전압이 낮은 발광 소자를 제공할 수 있다. 또는, 본 발명의 일 형태에 의하여, 소비전력이 저감된 발광 소자를 제공할 수 있다. 또는, 본 발명의 일 형태에 의하여, 신뢰성이 양호한 발광 소자를 제공할 수 있다. 본 발명의 일 형태에 의하여, 신규 발광 소자를 제공할 수 있다. 또는, 본 발명의 일 형태에 의하여 신규 발광 장치를 제공할 수 있다. 또는, 본 발명의 일 형태에 의하여, 신규 표시 장치를 제공할 수 있다.
또한, 이들 효과의 기재는 다른 효과의 존재를 방해하는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 일 형태는 이들 효과를 모두 반드시 가질 필요는 없다. 또한, 상술한 것 외의 효과는 명세서, 도면, 청구항 등의 기재로부터 저절로 명확해지는 것이며, 명세서, 도면, 청구항 등의 기재로부터 상술한 것 외의 효과를 추출할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 형태의 발광 소자의 단면 모식도.
도 2는 본 발명의 일 형태의 발광 소자의 발광층의 단면 모식도 및 에너지 준위의 상관을 설명한 모식도.
도 3은 본 발명의 일 형태의 발광 소자의 발광층의 단면 모식도 및 에너지 준위의 상관을 설명한 모식도.
도 4는 본 발명의 일 형태의 발광 소자의 발광층의 에너지 준위의 상관을 설명한 도면.
도 5는 본 발명의 일 형태의 발광 소자의 단면 모식도.
도 6은 본 발명의 일 형태의 발광 소자의 단면 모식도.
도 7은 본 발명의 일 형태의 발광 소자의 단면 모식도.
도 8은 본 발명의 일 형태의 표시 장치를 설명한 상면도 및 단면 모식도.
도 9는 본 발명의 일 형태의 표시 장치를 설명한 단면 모식도.
도 10은 본 발명의 일 형태의 표시 장치를 설명한 단면 모식도.
도 11은 본 발명의 일 형태의 표시 모듈을 설명한 사시도.
도 12는 본 발명의 일 형태의 전자 기기에 대하여 설명한 도면.
도 13은 본 발명의 일 형태의 표시 장치를 설명한 도면.
도 14는 본 발명의 일 형태의 조명 장치에 대하여 설명한 도면.
도 15는 실시예에 따른 발광 소자의 휘도-전류 밀도 특성을 설명한 도면.
도 16은 실시예에 따른 발광 소자의 휘도-전압 특성을 설명한 도면.
도 17은 실시예에 따른 발광 소자의 전류 효율-휘도 특성을 설명한 도면.
도 18은 실시예에 따른 발광 소자의 전력 효율-휘도 특성을 설명한 도면.
도 19는 실시예에 따른 발광 소자의 외부 양자 효율-휘도 특성을 설명한 도면.
도 20은 실시예에 따른 발광 소자의 전계 발광 스펙트럼을 설명한 도면.
도 21은 실시예에 따른 박막의 발광 스펙트럼을 설명한 도면.
도 22는 실시예에 따른 박막의 발광 스펙트럼을 설명한 도면.
도 23은 실시예에 따른 화합물의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼을 설명한 도면.
도 24는 실시예에 따른 발광 소자의 휘도-전류 밀도 특성을 설명한 도면.
도 25는 실시예에 따른 발광 소자의 휘도-전압 특성을 설명한 도면.
도 26은 실시예에 따른 발광 소자의 전류 효율-휘도 특성을 설명한 도면.
도 27은 실시예에 따른 발광 소자의 전력 효율-휘도 특성을 설명한 도면.
도 28은 실시예에 따른 발광 소자의 외부 양자 효율-휘도 특성을 설명한 도면.
도 29는 실시예에 따른 발광 소자의 전계 발광 스펙트럼을 설명한 도면.
도 30은 실시예에 따른 화합물의 흡수 스펙트럼을 설명한 도면.
도 31은 실시예에 따른 발광 소자의 휘도-전류 밀도 특성을 설명한 도면.
도 32는 실시예에 따른 발광 소자의 휘도-전압 특성을 설명한 도면.
도 33은 실시예에 따른 발광 소자의 전류 효율-휘도 특성을 설명한 도면.
도 34는 실시예에 따른 발광 소자의 전력 효율-휘도 특성을 설명한 도면.
도 35는 실시예에 따른 발광 소자의 외부 양자 효율-휘도 특성을 설명한 도면.
도 36은 실시예에 따른 발광 소자의 전계 발광 스펙트럼을 설명한 도면.
도 37은 실시예에 따른 박막의 발광 스펙트럼을 설명한 도면.
도 38은 실시예에 따른 박막의 발광 스펙트럼을 설명한 도면.
도 39는 실시예에 따른 박막의 발광 스펙트럼을 설명한 도면.
도 40은 실시예에 따른 발광 소자의 휘도-전류 밀도 특성을 설명한 도면.
도 41은 실시예에 따른 발광 소자의 휘도-전압 특성을 설명한 도면.
도 42는 실시예에 따른 발광 소자의 전류 효율-휘도 특성을 설명한 도면.
도 43은 실시예에 따른 발광 소자의 전력 효율-휘도 특성을 설명한 도면.
도 44는 실시예에 따른 발광 소자의 외부 양자 효율-휘도 특성을 설명한 도면.
도 45는 실시예에 따른 발광 소자의 전계 발광 스펙트럼을 설명한 도면.
도 46은 실시예에 따른 화합물의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼을 설명한 도면.
도 47은 실시예에 따른 발광 소자의 외부 양자 효율-휘도 특성을 설명한 도면.
도 48은 실시예에 따른 발광 소자의 전계 발광 스펙트럼을 설명한 도면.
도 49는 실시예에 따른 발광 소자의 과도 EL 곡선을 설명한 도면.
이하에서, 본 발명의 실시형태에 대하여 도면을 사용하여 자세하게 설명한다. 다만, 본 발명은 이하의 설명에 한정되지 않고, 본 발명의 취지 및 그 범위로부터 일탈하지 않고 그 형태 및 상세를 다양하게 변경할 수 있다. 따라서, 본 발명은 이하의 실시형태 및 실시예의 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 않는 경우가 있다. 그러므로, 개시된 발명은 도면 등에 개시된 위치, 크기, 범위 등에 반드시 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 명세서 등에서 부여되는 "제 1", "제 2" 등의 서수사는 편의성을 위하여 사용되고, 공정 순서 또는 적층 순서를 제시하지 않은 경우가 있다. 그러므로 예를 들어, "제 1"을 "제 2" 또는 "제 3" 등으로 적절히 바꿔 설명할 수 있다. 또한, 본 명세서 등에 기재되는 서수사와 본 발명의 일 형태를 특정하기 위하여 사용되는 서수사는 일치되지 않는 경우가 있다.
또한, 본 명세서 등에 있어서, 도면을 사용하여 발명의 구성을 설명하는 데 있어서, 동일한 것을 가리키는 부호는 상이한 도면 사이에서도 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 바꿀 수 있는 경우가 있다. 또는 예를 들어 "절연막"이라는 용어를 "절연층"이라는 용어로 바꿀 수 있는 경우가 있다.
또한, 본 명세서 등에서, 단일항 들뜬 상태(S*)란, 들뜬 에너지를 갖는 단일항 상태를 말한다. 또한, S1 준위는 단일항 들뜬 에너지 준위의 가장 낮은 준위이며, 가장 낮은 단일항 들뜬 상태(S1 상태)의 들뜬 에너지 준위를 말한다. 또한, 삼중항 들뜬 상태(T*)는 들뜬 에너지를 갖는 삼중항 상태를 말한다. 또한, T1 준위는 삼중항 들뜬 에너지 준위의 가장 낮은 준위이며, 가장 낮은 삼중항 들뜬 상태(T1 상태)의 들뜬 에너지 준위를 말한다. 또한, 본 명세서 등에서, 단순히 단일항 들뜬 상태 및 단일항 들뜬 에너지 준위라고 표기한 경우에도, S1 상태 및 S1 준위를 나타내는 경우가 있다. 또한, 삼중항 들뜬 상태 및 삼중항 들뜬 에너지 준위라고 표기한 경우에도, T1 상태 및 T1 준위를 나타내는 경우가 있다.
또한, 본 명세서 등에서 형광성 화합물이란, 단일항 들뜬 상태로부터 기저 상태로 완화될 때 가시광 영역에 발광을 주는 화합물이다. 인광성 화합물이란, 삼중항 들뜬 상태로부터 기저 상태로 완화될 때, 실온에서 가시광 영역에 발광을 주는 화합물이다. 바꿔 말하면, 인광성 화합물이란, 삼중항 들뜬 에너지를 가시광으로 변환할 수 있는 화합물 중 하나이다.
또한, 본 명세서 등에서 실온이란, 0℃ 이상 40℃ 이하의 범위의 온도를 뜻한다.
또한, 본 명세서 등에서 청색 파장 영역이란, 400nm 이상 490nm 미만이며, 청색 발광은 그 파장 영역에 적어도 하나의 발광 스펙트럼 피크를 갖는다. 또한, 녹색 파장 영역이란, 490nm 이상 580nm 미만이며, 녹색 발광은 그 파장 영역에 적어도 하나의 발광 스펙트럼 피크를 갖는다. 또한, 적색 파장 영역이란, 580nm 이상 680nm 이하이며, 적색 발광은 그 파장 영역에 적어도 하나의 발광 스펙트럼 피크를 갖는다.
(실시형태 1)
본 실시형태에서는, 본 발명의 일 형태의 발광 소자에 대하여 도 1 내지 도 4를 사용하여 이하에서 설명한다.
<발광 소자의 구성예 1>
우선, 본 발명의 일 형태의 발광 소자의 구성에 대하여 도 1을 사용하여 이하에서 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 형태의 발광 소자(150)의 단면 모식도이다.
발광 소자(150)는 한 쌍의 전극(전극(101) 및 전극(102))을 갖고, 상기 한 쌍의 전극 사이에 제공된 EL층(100)을 갖는다. EL층(100)은 적어도 발광층(130)을 갖는다.
또한, 도 1에 도시된 EL층(100)은 발광층(130) 이외에, 정공 주입층(111), 정공 수송층(112), 전자 수송층(118), 및 전자 주입층(119) 등의 기능층을 갖는다.
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 전극 사이의 각 층의 적층 순서를 거꾸로 하여도 좋다. 즉, 양극 측으로부터 정공 주입층(111), 정공 수송층(112), 발광층(130), 전자 수송층(118), 및 전자 주입층(119)이 순차적으로 적층되면 좋다.
또한, EL층(100)의 구성은 도 1에 도시된 구성에 한정되지 않으며, 정공 주입층(111), 정공 수송층(112), 전자 수송층(118), 및 전자 주입층(119) 중에서 선택된 적어도 하나를 갖는 구성으로 하면 좋다. 또는, EL층(100)은 정공 또는 전자 주입 장벽의 저감, 정공 또는 전자 수송성의 향상, 정공 또는 전자 수송성의 저해, 또는 전극에 의한 소광 현상의 억제 등의 기능을 갖는 기능층을 갖는 구성으로 하여도 좋다. 또한, 기능층은 각각 단층이어도 좋고, 복수의 층이 적층된 구성이어도 좋다.
<발광 소자의 발광 기구 1>
다음에 발광층(130)의 발광 기구에 대하여 이하에서 설명한다.
본 발명의 일 형태의 발광 소자(150)에서는, 한 쌍의 전극(전극(101) 및 전극(102)) 사이에 전압을 인가함으로써, 음극으로부터 전자가, 양극으로부터 정공(홀)이 각각 EL층(100)에 주입되어 전류가 흐른다. 그리고, 주입된 전자와 정공이 재결합함으로써 여기자가 형성된다. 캐리어(전자 및 정공)의 재결합에 의하여 생성되는 여기자 중 단일항 여기자와 삼중항 여기자의 비율(이하 여기자의 생성 확률이라고도 함)은 통계적 확률에 따라 1:3이 된다. 즉, 단일항 여기자가 생성되는 비율은 25%이고, 삼중항 여기자가 생성되는 비율은 75%이므로, 삼중항 여기자를 발광에 기여시키는 것이 발광 소자의 발광 효율을 향상시키는 데 중요하다. 따라서, 발광층(130)에 사용하는 발광 재료로서는, 삼중항 들뜬 에너지를 발광으로 변환할 수 있는 기능을 갖는 재료이면 바람직하다.
삼중항 들뜬 에너지를 발광으로 변환할 수 있는 기능을 갖는 재료로서, 인광을 발할 수 있는 화합물(이하 인광성 화합물이라고도 함)을 들 수 있다. 본 명세서 등에서 인광성 화합물이란, 저온(예를 들어 77K) 이상 실온 이하의 온도 범위(즉, 77K 이상 313K 이하)의 어느 온도에서 인광을 나타내며 형광을 나타내지 않는 화합물을 말한다. 인광성 화합물이 삼중항 들뜬 에너지를 효율적으로 발광으로 변환하기 위해서는 중원자를 가지면 바람직하다. 인광성 화합물이 중원자를 갖는 경우, 스핀 궤도 상호 작용(전자의 스핀각 운동량과 궤도각 운동량의 상호 작용)에 의하여, 단일항 상태와 삼중항 상태의 항간 교차가 촉진되기 때문에, 인광성 화합물에서 단일항 기저 상태와 삼중항 들뜬 상태 사이의 전이가 허용된다. 즉, 인광성 화합물의 단일항 기저 상태와 삼중항 들뜬 상태 사이의 전이 확률이 높아지므로 상기 전이에 따른 발광의 효율 및 흡수의 확률을 높일 수 있다. 그러므로, 인광성 화합물이 스핀 궤도 상호 작용이 큰 금속 원소를 갖는 것이 바람직하고, 구체적으로는 전이 금속 원소가 바람직하고, 특히 백금족 원소(루테늄(Ru), 로듐(Rh), 팔라듐(Pd), 오스뮴(Os), 이리듐(Ir), 또는 백금(Pt))를 갖는 것이 바람직하고, 이들 중에서도 이리듐을 가짐으로써, 단일항 기저 상태와 삼중항 들뜬 상태 사이의 직접 전이에 따른 전이 확률을 높일 수 있어, 바람직하다.
또한, 삼중항 들뜬 에너지를 발광으로 변환할 수 있는 기능을 갖는 재료로서는, 열활성화 지연 형광(TADF) 재료를 들 수 있다. 또한, 열활성화 지연 형광 재료란, S1 준위와 T1 준위의 차이가 작고, 역항간 교차에 의하여 삼중항 들뜬 에너지로부터 단일항 들뜬 에너지로 에너지를 변환할 수 있는 기능을 갖는 재료이다. 그러므로, 삼중항 들뜬 에너지를 미량의 열 에너지에 의하여 단일항 들뜬 에너지로 업컨버트(역항간 교차)가 가능하고, 단일항 들뜬 상태로부터의 발광(형광)을 효율적으로 나타낼 수 있다. 들뜬 착체(엑사이플렉스, 엑시플렉스, 또는 Exciplex라고도 함)는 S1 준위와 T1 준위의 차이가 매우 작고, 삼중항 들뜬 에너지의 일부를 발광으로 변환하는 것이 가능한 열활성화 지연 형광 재료로서의 기능을 갖는다.
따라서, 본 발명의 일 형태는 발광층(130)에 사용하는 발광 재료로서, 2종류의 물질로 형성되는 들뜬 착체를 사용한다. 또한, 2종류의 물질 중 한쪽의 물질에 단체(單體)로 삼중항 들뜬 에너지를 발광으로 변환할 수 있는 기능을 갖는 화합물을 사용한다.
또한 들뜬 착체를 형성하는 한쪽의 화합물에 발광 양자 수율이 낮은 화합물을 사용한 경우에 있어서도, 상기 한쪽의 화합물에 단체로 삼중항 들뜬 에너지를 발광으로 변환할 수 있는 기능을 갖는 화합물을 사용하는 경우에는 높은 발광 효율을 갖는 들뜬 착체를 형성하는 것이 가능한 것을 본 발명자들이 찾아내었다. 들뜬 착체를 형성하는 한쪽의 화합물에 중원자를 갖는 화합물을 사용하면, 스핀 궤도 상호 작용(전자의 스핀각 운동량과 궤도각 운동량의 상호 작용)에 의하여, 단일항 상태와 삼중항 상태 사이의 항간 교차가 촉진된다. 즉, 들뜬 착체에서 삼중항 들뜬 상태로부터 단일항 들뜬 상태로 역항간 교차가 촉진되므로, 들뜬 착체에서 단일항 들뜬 상태의 생성 확률을 높일 수 있다. 따라서, 들뜬 착체가 단일항 들뜬 상태로부터 발광하는 경우에, 효율적으로 발광하는 들뜬 착체를 형성할 수 있다. 또한, 삼중항 들뜬 상태로부터 단일항 기저 상태로 전이 확률을 향상시킬 수도 있기 때문에, 들뜬 착체가 삼중항 들뜬 상태로부터 발광하는 경우에도 효율적으로 발광하는 들뜬 착체를 형성할 수 있다. 들뜬 착체가 어느 들뜬 상태로부터 발광하는지에 대해서는 반드시 한정되지는 않지만(들뜬 착체의 단일항, 삼중항의 에너지는 근접하기 때문에 어느 쪽이라도 좋음), 들뜬 착체의 여기(발광) 수명은 통상의 열활성화 지연 형광 재료의 발광 수명과 비교하면 대폭으로 감소된다. 이것은 들뜬 상태로부터의 열화의 억제로 이어지기 때문에 본질적으로 구동 수명이 긴 발광 소자를 얻을 수 있다. 이러한 상태를 형성하기 위해서는, 들뜬 착체를 형성하는 한쪽의 화합물이 스핀 궤도 상호 작용이 큰 금속 원소를 갖는 것이 바람직하고, 구체적으로는 전이 금속 원소가 바람직하고, 특히 백금족 원소(루테늄(Ru), 로듐(Rh), 팔라듐(Pd), 오스뮴(Os), 이리듐(Ir), 또는 백금(Pt))를 갖는 것이 바람직하고, 이들 중에서도 이리듐을 가짐으로써, 들뜬 착체의 단일항 들뜬 상태와 삼중항 들뜬 상태 사이의 항간 교차를 촉진시킬 수 있어 바람직하다.
상기 구성에서는 들뜬 착체를 형성하는 재료에 발광 양자 수율이 높은 재료를 사용할 필요가 없기 때문에 재료 설계가 용이해지고 재료 선택의 폭이 넓어진다. 구체적으로는, 들뜬 착체를 형성하는 적어도 하나의 화합물이 단체로 삼중항 들뜬 에너지를 발광으로 변환할 수 있는 기능을 갖는 경우 또는 백금족 원소(Ru, Rh, Pd, Os, Ir, 또는 Pt)를 갖는 경우에 상기 화합물의 발광 양자 수율은 실온 또는 상온에서 0% 이상 50% 이하이어도 좋고, 0% 이상 40% 이하이어도 좋고, 0% 이상 25% 이하이어도 좋고, 0% 이상 10% 이하이어도 좋고, 또한 0% 이상 1% 이하이어도 좋다.
또한, 인광성 화합물을 사용한 호스트-게스트계의 일반적인 발광 소자에서는, 원하는 발광색을 만족시키며 효율이 높은 발광 소자를 얻는 것이 어렵다. 한편, 본 발명의 일 형태에서는, 들뜬 착체를 발광 재료로 사용하기 때문에 원하는 발광색을 만족시키며 효율을 높이는 것이 가능하게 된다.
도 2의 (A)는 도 1에 도시된 발광층(130)의 일례를 도시한 단면 모식도이다. 도 2의 (A)에 도시된 발광층(130)은 화합물(131) 및 화합물(132)을 갖는다. 본 발명의 일 형태에 있어서, 화합물(131)은 인광성 화합물이면 바람직하다. 이하의 설명에 있어서는 화합물(131)로서 인광성 화합물을 사용하는 구성에 대하여 설명하지만, 백금족 원소를 갖는 화합물이면 실온에서 발광을 나타내지 않는 화합물이어도 좋다.
또한, 발광층(130)이 갖는 화합물(131) 및 화합물(132)은 들뜬 착체를 형성하는 조합인 것이 바람직하다.
화합물(131)과 화합물(132)의 조합은 들뜬 착체를 형성할 수 있는 조합이면 좋지만, 한쪽이 정공을 수송하는 기능(정공 수송성)을 갖는 화합물이고, 다른 쪽이 전자를 수송하는 기능(전자 수송성)을 갖는 화합물인 것이 더 바람직하다. 이 경우, 도너-억셉터(donor-acceptor)형 들뜬 착체를 형성하기 쉬워져, 들뜬 착체를 효율적으로 형성할 수 있다. 또한, 화합물(131)과 화합물(132)의 조합이 정공 수송성을 갖는 화합물과 전자 수송성을 갖는 화합물의 조합인 경우, 그 혼합비에 따라 캐리어 밸런스를 쉽게 제어할 수 있다. 구체적으로는, 정공 수송성을 갖는 화합물:전자 수송성을 갖는 화합물=1:9 내지 9:1(중량비)의 범위가 바람직하다. 또한, 상기 구성을 가지면 캐리어 밸런스를 용이하게 제어할 수 있기 때문에, 캐리어 재결합 영역의 제어도 쉽게 할 수 있다.
또한, 들뜬 착체를 효율적으로 형성하는 화합물(131) 및 화합물(132)로서는, 화합물(131) 및 화합물(132) 중 한쪽의 HOMO(Highest Occupied Molecular Orbital: 최고 피점 궤도라고도 함) 준위가 다른 쪽의 HOMO 준위보다 높고, 한쪽의 LUMO(Lowest Unoccupied Molecular Orbital: 최저 공궤도라고도 함) 준위가 다른 쪽의 LUMO 준위보다 높은 것이 바람직하다. 또한, 화합물(131)의 HOMO 준위가 화합물(132)의 HOMO 준위와 같거나, 또는 화합물(131)의 LUMO 준위가 화합물(132)의 LUMO 준위와 같아도 좋다.
또한, 화합물의 LUMO 준위 및 HOMO 준위는 사이클릭 볼타메트리(CV) 측정에 의하여 측정되는 화합물의 전기 화학 특성(환원 전위 및 산화 전위)으로부터 도출할 수 있다.
예를 들어, 화합물(131)이 정공 수송성을 갖고, 화합물(132)이 전자 수송성을 갖는 경우, 도 2의 (B)에 도시된 에너지 밴드도와 같이 화합물(131)의 HOMO 준위가 화합물(132)의 HOMO 준위보다 높은 것이 바람직하고, 화합물(131)의 LUMO 준위가 화합물(132)의 LUMO 준위보다 높은 것이 바람직하다. 이와 같은 에너지 준위의 상관으로 함으로써, 한 쌍의 전극(전극(101) 및 전극(102))으로부터 주입된 캐리어인 정공 및 전자가, 화합물(131) 및 화합물(132)에 각각 주입되기 쉬워져 바람직하다.
또한, 도 2의 (B)에 있어서, Comp(131)는 화합물(131)을 나타내고, Comp(132)는 화합물(132)을 나타내고 ΔEC1은 화합물(131)의 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차를 나타내고, ΔEC2는 화합물(132)의 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차를 나타내고, ΔEEx는 화합물(132)의 LUMO 준위와 화합물(131)의 HOMO 준위의 에너지 차를 나타내는 표기 및 부호이다.
또한, 화합물(131)과 화합물(132)이 형성하는 들뜬 착체는 화합물(131)에 HOMO의 분자 궤도를 갖고 화합물(132)에 LUMO의 분자 궤도를 갖는 들뜬 착체이다. 또한, 상기 들뜬 착체의 들뜬 에너지는 화합물(132)의 LUMO 준위와 화합물(131)의 HOMO 준위의 에너지 차(ΔEEx)에 실질적으로 상당하고, 화합물(131)의 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차(ΔEC1) 및 화합물(132)의 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차(ΔEC2)보다 작게 된다. 따라서, 화합물(131)과 화합물(132)로 들뜬 착체를 형성함으로써, 더 낮은 들뜬 에너지로 들뜬 상태를 형성할 수 있다. 또한, 더 낮은 들뜬 에너지를 갖기 때문에, 상기 들뜬 착체는 안정된 들뜬 상태를 형성할 수 있다.
또한, 발광층(130)에서의 화합물(131)과 화합물(132)의 에너지 준위의 상관을 도 2의 (C)에 도시하였다. 또한, 도 2의 (C)에 나타낸 표기 및 부호는 다음과 같다.
·Comp(131): 화합물(131)(인광성 화합물)
·Comp(132): 화합물(132)
·SC1: 화합물(131)의 S1 준위
·TC1: 화합물(131)의 T1 준위
·SC2: 화합물(132)의 S1 준위
·TC2: 화합물(132)의 T1 준위
·SEx: 들뜬 착체의 S1 준위
·TEx: 들뜬 착체의 T1 준위
본 발명의 일 형태의 발광 소자에서, 발광층(130)이 갖는 화합물(131)과 화합물(132)로 들뜬 착체를 형성한다. 들뜬 착체의 S1 준위(SEx)와 들뜬 착체의 T1 준위(TEx)는 서로 인접한 에너지 준위가 된다(도 2의 (C)의 루트 A1 참조).
들뜬 착체는 2종류의 물질로 이루어지는 들뜬 상태이며 그 형성 과정에는 주로 이하 2개의 과정이 있다.
하나는 일렉트로플렉스(Electroplex)의 형성 과정이다. 본 명세서 등에 있어서 일렉트로플렉스란, 캐리어가 주입되고 이온화한(양이온 상태 또는 음이온 상태의) 화합물(131)과 화합물(132)이 상호 작용함으로써 들뜬 착체를 형성한 것을 말한다. 또한, 일렉트로플렉스의 형성 과정은 전기 여기에 있어서 발생되는 현상이다. 본 실시형태에서는, 화합물(131) 또는 화합물(132)의 한쪽이 정공을 받고 다른 쪽이 전자를 받고 서로 상호 작용함으로써 들뜬 착체가 빠르게 형성되는 과정이 일렉트로플렉스 형성 과정에 상당한다. 또한, 일렉트로플렉스 형성 과정에 있어서, 화합물(131) 및 화합물(132)의 양쪽이 각각 단체로 들뜬 상태를 형성하지 않고 들뜬 착체가 신속히 형성된다. 그러므로, 들뜬 착체를 형성하는 각 화합물(화합물(131) 및 화합물(132))의 여기 수명이나 발광 양자 수율은 들뜬 착체의 형성 과정에 영향을 미치지 않는다. 즉, 들뜬 착체를 형성하는 각 화합물(화합물(131) 및 화합물(132))의 발광 양자 수율이 낮은 경우에도, 본 발명의 일 형태라면 효율적으로 들뜬 착체를 형성할 수 있다. 또한, 상기 과정에 있어서, 화합물(131)의 S1 준위(SC1)는 화합물(132)의 S1 준위(SC2)보다 높아도 좋고 낮아도 좋다. 또한, 화합물(131)의 T1 준위(TC1)는 화합물(132)의 T1 준위(TC2)보다 높아도 좋고 낮아도 좋다.
또 하나는, 들뜬 에너지를 받아 들뜬 상태가 된 한쪽의 화합물이, 다른 쪽의 기저 상태인 화합물과 상호 작용하는 것에 의하여 들뜬 착체를 형성하는 과정이다. 이 들뜬 착체 형성 과정은 광 여기 및 전기 여기에 있어서 발생될 수 있는 현상이다. 본 실시형태에서는 화합물(131) 및 화합물(132) 중 한쪽이 광 또는 전기 에너지를 받고 들뜬 상태가 되고, 기저 상태인 다른 쪽의 화합물과 빠르게 상호 작용함으로써 들뜬 착체가 형성되는 과정이 상술한 들뜬 착체 형성 과정에 상당한다. 또한, 이 들뜬 착체 형성 과정에 있어서는, 화합물(131)의 들뜬 상태가 생성되고 그 들뜬 상태의 실활 속도가 빠른 경우에도, 화합물(131)의 T1 준위(TC1)가 화합물(132)의 T1 준위(TC2) 이상이면, 화합물(131)의 T1 준위(TC1)로부터 화합물(132)의 T1 준위(TC2)로 들뜬 에너지가 이동할 수 있다. 또한, 화합물(131)의 T1 준위(TC1)로부터 화합물(132)의 T1 준위(TC2)로 들뜬 에너지가 이동하고 나서, 화합물(131)과 화합물(132)로 들뜬 착체를 형성할 수 있다. 그러므로, 화합물(131)의 들뜬 상태의 실활 속도가 빠르고 화합물(131)의 발광 양자 수율이 낮은 경우에도, 본 발명의 일 형태라면 효율적으로 들뜬 착체를 형성할 수 있다. 또한, 상기 과정에 있어서는 화합물(131)의 S1 준위(SC1)는 화합물(132)의 S1 준위(SC2)보다 높아도 좋고 낮아도 좋다.
상기 과정에 의하여 생성한 들뜬 착체는 광을 발하는 등 들뜬 에너지를 실활함으로써 기저 상태가 되면 들뜬 착체를 형성한 2종류의 물질은 또 다른 물질로서 작용한다.
들뜬 착체의 들뜬 에너지 준위(SEx 및 TEx)는 들뜬 착체를 형성하는 각 물질(화합물(131) 및 화합물(132))의 S1 준위(SC1 및 SC2)보다 낮게 되므로, 더 낮은 들뜬 에너지로 들뜬 상태를 형성하는 것이 가능하게 된다. 이에 의하여, 발광 소자(150)의 구동 전압을 저감할 수 있다.
들뜬 착체의 S1 준위(SEx)와 T1 준위(TEx)는 서로 인접된 에너지 준위이므로 열 활성화 지연 형광을 나타내는 기능을 갖는다. 즉, 들뜬 착체는 역항간 교차(upconversion)에 의하여 삼중항 들뜬 에너지를 단일항 들뜬 에너지로 변환하는 기능을 갖는다. 따라서, 발광층(130)에서 생성된 삼중항 들뜬 에너지의 일부는 들뜬 착체에 의하여 단일항 들뜬 에너지로 변환된다. 그 위해서는, 들뜬 착체의 S1 준위(SEx)와 T1 준위(TEx)의 에너지 차는 바람직하게는 0eV보다 크고 0.2eV 이하, 더 바람직하게는 0eV보다 크고 0.1eV 이하이다. 또한, 역항간 교차를 효율적으로 발생시키기 위해서는 들뜬 착체의 T1(TEx) 준위가 들뜬 착체를 형성하는 각 물질(화합물(131) 및 화합물(132))의 T1 준위(TC1 및 TC2)보다 낮은 것이 바람직하다. 따라서, 화합물(131) 및 화합물(132)에 의한 들뜬 착체의 삼중항 들뜬 에너지의 퀀칭이 발생되기 어려워져, 들뜬 착체에 의하여 삼중항 들뜬 에너지로부터 단일항 들뜬 에너지로의 역항간 교차, 및 이에 따른 단일항 들뜬 에너지로부터의 발광을 효율적으로 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 일 형태에서는 들뜬 착체를 형성하는 한쪽의 화합물에 중원자를 갖는 화합물을 사용하기 때문에 단일항 상태와 삼중항 상태 사이의 항간 교차가 촉진된다. 따라서, 삼중항 들뜬 에너지로부터의 발광(인광)을 나타내는 들뜬 착체를 형성할 수 있다. 또한, 들뜬 착체의 S1 준위(SEx)와 T1 준위(TEx)는 서로 인접한 에너지 준위이므로 발광 스펙트럼에서 형광과 인광을 명확하게 구별하기 어려운 경우가 있다. 이 경우, 발광 수명에 따라 형광 또는 인광을 구별할 수 있는 경우가 있다.
상기 일렉트로플렉스 형성 과정을 우세하게 발생시키기 위해서는, 예를 들어 화합물(131)이 정공 수송성을 갖고 화합물(132)이 전자 수송성을 갖는 경우, 화합물(131)의 HOMO 준위가 화합물(132)의 HOMO 준위보다 높은 것이 바람직하고, 화합물(131)의 LUMO 준위가 화합물(132)의 LUMO 준위보다 높은 것이 바람직하다. 구체적으로는 화합물(131)의 HOMO 준위와 화합물(132)의 HOMO 준위의 에너지 차이는 바람직하게는 0.1eV 이상, 더 바람직하게는 0.2eV 이상, 더욱 바람직하게는 0.3eV 이상이다. 또한, 화합물(131)의 LUMO 준위와 화합물(132)의 LUMO 준위의 에너지 차이는 바람직하게는 0.1eV 이상, 더 바람직하게는 0.2eV 이상, 더 바람직하게는 0.3eV 이상이다. 이 에너지 차이를 가짐으로써, 한 쌍의 전극(전극(101) 및 전극(102))으로부터 주입된 캐리어인 정공 및 전자가 화합물(131) 및 화합물(132)에 각각 주입되기 쉬워져 바람직하다.
또한, 화합물(131)이 전자 수송성을 갖고 화합물(132)이 정공 수송성을 갖는 구성이어도 좋다. 이 경우, 도 4의 (A)에 도시된 에너지 밴드의 도면과 같이, 화합물(132)의 HOMO 준위가 화합물(131)의 HOMO 준위보다 높은 것이 바람직하고, 화합물(132)의 LUMO 준위가 화합물(131)의 LUMO 준위보다 높은 것이 바람직하다.
또한, 화합물(131)과 화합물(132)의 중량비는 화합물(131)의 중량비가 낮은 것이 바람직하고, 구체적으로는 화합물(132)에 대한 화합물(131)의 중량비가 바람직하게는 0.01 이상 0.5 이하이고, 더 바람직하게는 0.05 이상 0.3 이하이다. 이와 같은 범위의 중량비로 함으로써 한쪽의 화합물의 캐리어의 직접 재결합 과정에 의하여 일렉트로플렉스 형성 과정을 우세하게 할 수 있어 바람직하다.
<발광 소자의 발광 기구 2>
다음에, 도 2의 (A)에 도시된 발광층과 다른 구성예에 대하여 도 3의 (A)를 사용하여 이하에서 설명한다.
도 3의 (A)는 도 1에 도시된 발광층(130)의 일례를 도시한 단면 모식도이다. 도 3의 (A)에 도시된 발광층(130)은 화합물(131), 화합물(132), 및 화합물(133)을 갖는다.
발광층(130) 중에서 화합물(132) 또는 화합물(133)이 중량비로 가장 많이 존재하고 화합물(131)은 화합물(132) 및 화합물(133) 중에 분산된다. 여기서, 화합물(131)은 인광성 화합물이면 바람직하지만, 백금족 원소를 갖는 화합물인 경우에는 실온에서 발광을 나타내지 않는 화합물이어도 좋다. 또한, 화합물(131) 및 화합물(132)은 들뜬 착체를 형성하는 조합인 것이 바람직하다.
또한, 들뜬 착체를 효율적으로 형성하는 화합물의 조합으로서, 화합물(131) 및 화합물(132) 중 한쪽의 HOMO 준위가 발광층(130)의 재료 중에서 가장 높은 HOMO 준위를 갖고 다른 쪽의 LUMO 준위가 발광층(130) 내의 재료 중에서 가장 낮은 LUMO 준위를 갖는 것이 바람직하다. 즉, 화합물(131) 및 화합물(132) 중 한쪽의 HOMO 준위가 다른 쪽의 HOMO 준위 및 화합물(133)의 HOMO 준위보다 높고 다른 쪽의 LUMO 준위가 한쪽의 LUMO 준위 및 화합물(133)의 LUMO 준위보다 낮은 것이 바람직하다. 이와 같은 에너지 준위의 상관으로 함으로써 화합물(132)과 화합물(133)로 들뜬 착체를 형성하는 반응을 억제할 수 있다.
예를 들어 화합물(131)이 정공 수송성을 갖고 화합물(132)이 전자 수송성을 갖는 경우, 도 3의 (B)에 도시된 에너지 밴드의 도면과 같이 화합물(131)의 HOMO 준위가 화합물(132)의 HOMO 준위 및 화합물(133)의 HOMO 준위보다 높은 것이 바람직하고, 화합물(132)의 LUMO 준위가 화합물(131)의 LUMO 준위 및 화합물(133)의 LUMO 준위보다 낮은 것이 바람직하다. 또한, 화합물(133)의 LUMO 준위는 화합물(131)의 LUMO 준위보다 높아도 좋고 낮아도 좋다. 또한, 화합물(133)의 HOMO 준위는 화합물(132)의 HOMO 준위보다 높아도 좋고 낮아도 좋다.
또한 도 3의 (B)에서, Comp(131)는 화합물(131)을 나타내고, Comp(132)는 화합물(132)을 나타내고, Comp(133)는 화합물(133)을 나타내고, ΔEC1은 화합물(131)의 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이를 나타내고, ΔEC2는 화합물(132)의 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이를 나타내고, ΔEC3은 화합물(133)의 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이를 나타내고, ΔEEx는 화합물(132)의 LUMO 준위와 화합물(131)의 HOMO 준위의 에너지 차이를 나타내는 표기 및 부호이다.
또한, 화합물(131)과 화합물(132)이 형성하는 들뜬 착체의 들뜬 에너지는 화합물(132)의 LUMO 준위와 화합물(131)의 HOMO 준위의 에너지 차이(ΔEEx)에 실질적으로 상당하고 화합물(133)의 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이(ΔEC3)보다 작은 것이 바람직하다.
도 3의 (A)에 도시된 발광층(130)에서의 화합물(131), 화합물(132), 및 화합물(133)의 에너지 준위의 상관을 도 3의 (C)에 도시하였다. 또한, 도 3의 (C)의 표기 및 부호는 다음과 같다.
·Comp(131): 화합물(131)(인광성 화합물)
·Comp(132): 화합물(132)
·Comp(133): 화합물(133)
·SC1: 화합물(131)의 S1 준위
·TC1: 화합물(131)의 T1 준위
·SC2: 화합물(132)의 S1 준위
·TC2: 화합물(132)의 T1 준위
·SC3: 화합물(133)의 S1 준위
·TC3: 화합물(133)의 T1 준위
·SEx: 들뜬 착체의 S1 준위
·TEx: 들뜬 착체의 T1 준위
본 발명의 일 형태의 발광 소자에서, 발광층(130)이 갖는 화합물(131)과 화합물(132)로 들뜬 착체를 형성한다. 들뜬 착체의 S1 준위(SEx)와 들뜬 착체의 T1 준위(TEx)는 서로 인접한 에너지 준위가 된다(도 3의 (C)의 루트 A1 참조).
화합물(133)의 T1 준위(TC3)는 화합물(131)의 T1 준위(TC1) 이상인 것이 바람직하다. 또한, 화합물(131)의 T1 준위(TC1)는 화합물(131)과 화합물(132)로 형성하는 들뜬 착체의 T1 준위(TEx) 이상인 것이 바람직하다. 이와 같은 에너지 준위의 상관으로 함으로써 화합물(131)과 화합물(132)로 형성하는 들뜬 착체의 들뜬 에너지의 퀀칭이 발생되기 어려워져, 들뜬 착체에 의하여 삼중항 들뜬 에너지로부터의 발광, 또는 삼중항 들뜬 에너지로부터 단일항 들뜬 에너지로의 역항간 교차 및 이에 따른 단일항 들뜬 에너지로부터의 발광을 효율적으로 얻을 수 있다.
또한, 일렉트로플렉스 형성 과정에서 우세하게 발생시키기 위해서는, 화합물(131)에서 캐리어의 직접 재결합 과정이 발생되기 어려워지도록 발광층(130)에 화합물(131) 및 화합물(132) 외의 재료를 첨가하는 것이 바람직하다. 즉, 발광층(130)에 화합물(131)과 화합물(132)뿐만 아니라 화합물(133)을 사용함으로써 화합물(131)과 화합물(132)로 일렉트로플렉스를 형성하기 쉽게 할 수 있다. 또한, 화합물(132)과 화합물(133)의 총량과 화합물(131)의 중량비는 화합물(131)의 중량비가 낮은 것이 바람직하고, 구체적으로는 화합물(132)과 화합물(133)의 총량에 대한 화합물(131)의 중량비가 바람직하게는 0.01 이상 0.5 이하이고, 더 바람직하게는 0.05 이상 0.3 이하이다.
또한, 화합물(131)이 전자 수송성을 갖고 화합물(132)이 정공 수송성을 갖는 구성이어도 좋다. 이 경우, 도 4의 (B)에 도시된 에너지 밴드의 도면과 같이, 화합물(132)의 HOMO 준위가 화합물(131)의 HOMO 준위 및 화합물(133)의 HOMO 준위보다 높은 것이 바람직하고, 화합물(131)의 LUMO 준위가 화합물(132)의 LUMO 준위 및 화합물(133)의 LUMO 준위보다 낮은 것이 바람직하다. 또한, 화합물(133)의 LUMO 준위는 화합물(132)의 LUMO 준위보다 높아도 좋고 낮아도 좋다. 또한, 화합물(133)의 HOMO 준위는 화합물(131)의 HOMO 준위보다 높아도 좋고 낮아도 좋다.
<재료>
다음에, 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자의 구성 요소의 자세한 사항에 대하여 아래에서 설명한다.
《발광층》
발광층(130)에 사용할 수 있는 재료에 대하여 아래에서 각각 설명한다.
화합물(131) 및 화합물(132)의 조합이 서로 들뜬 착체를 형성하는 경우 특별히 한정은 없지만, 한쪽이 전자를 수송하는 기능을 갖고 다른 쪽이 정공을 수송하는 기능을 가지면 바람직하다.
화합물(132)이 정공을 수송하는 기능을 갖는 경우, 화합물(132)은 π전자 과잉형 복소 방향족 골격 및 방향족 아민 골격 중 적어도 하나를 갖는 것이 바람직하다.
화합물(132)이 갖는 π전자 과잉형 복소 방향족 골격으로서는 퓨란 골격, 싸이오펜 골격, 및 피롤 골격은 안정적이고 신뢰성이 양호하기 때문에, 이 골격 중에서 선택되는 어느 하나 또는 복수를 갖는 것이 바람직하다. 또한, 퓨란 골격으로서는 다이벤조퓨란 골격이 바람직하고, 싸이오펜 골격으로서는 다이벤조싸이오펜 골격이 바람직하다. 또한 피롤 골격으로서는, 인돌 골격, 카바졸 골격, 및 3-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)-9H-카바졸 골격이 바람직하다. 또한, 이들 골격은 치환기를 가져도 좋다.
또한, 화합물(132)이 갖는 방향족 아민 골격으로서는, NH 결합을 갖지 않는 소위 3급 아민이 바람직하고, 특히 트라이아릴아민 골격이 바람직하다. 트라이아릴아민 골격의 아릴기로서는, 고리를 형성하는 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 무치환의 아릴기인 것이 바람직하고, 페닐기, 나프틸기, 플루오렌일기 등을 예로 들 수 있다.
π전자 과잉형 복소 방향족 골격 및 방향족 아민 골격을 갖는 구조는 정공 수송성이 뛰어나고 안정적이며 신뢰성이 양호하므로 특히 바람직하고, 카바졸 골격 및 아릴아민 골격을 갖는 구조를 예로 들 수 있다.
상기 π전자 과잉형 복소 방향족 골격 및 방향족 아민 골격으로서 하기 일반식(101) 내지 일반식(117)으로 나타내어지는 골격을 예로 들 수 있다. 또한, 일반식(115) 내지 일반식(117) 중의 X는 산소 원자 또는 황 원자를 나타낸다.
Figure pat00001
또는 화합물(132)이 전자를 수송하는 기능을 갖는 경우, 화합물(132)은 π전자 부족형 복소 방향족 골격을 갖는 것이 바람직하다. π전자 부족형 복소 방향족 골격으로서는, 피리딘 골격, 다이아진 골격(피리미딘 골격, 피라진 골격, 피리다진 골격), 및 트라이아진 골격이 바람직하고, 이 중에서도 다이아진 골격 또는 트라이아진 골격은 안정적이며 신뢰성이 양호하기 때문에 바람직하다.
상기 π전자 부족형 복소 방향족 골격으로서는 하기 일반식(201) 내지 일반식(218)으로 나타내어지는 골격을 예로 들 수 있다. 또한, 일반식(209) 내지 일반식(211) 중의 X는 산소 원자 또는 황 원자를 나타낸다.
Figure pat00002
또한, 정공 수송성을 갖는 골격(구체적으로는 π전자 과잉형 복소 방향족 골격 및 방향족 아민 골격 중 적어도 하나)과 전자 수송성을 갖는 골격(구체적으로는 π전자 부족형 복소 방향족 골격)이 직접 결합된 화합물 또는 아릴렌기를 통하여 결합된 화합물을 사용하여도 좋다. 또한, 상기 아릴렌기로서는, 페닐렌기, 바이페닐다이일기, 나프탈렌다이일기, 플루오렌다이일기 등을 예로 들 수 있다.
상기 정공 수송성을 갖는 골격과 전자 수송성을 갖는 골격을 결합하는 결합기로서 하기 일반식(301) 내지 일반식(315)으로 나타내어지는 기를 예로 들 수 있다.
Figure pat00003
상술한 방향족 아민 골격(구체적으로는 예를 들어 트라이아릴아민 골격), π전자 과잉형 복소 방향족 골격(구체적으로는 예를 들어 퓨란 골격, 싸이오펜 골격, 피롤 골격을 갖는 고리), π전자 부족형 복소 방향족 골격(구체적으로는 예를 들어 다이아진 골격 또는 트라이아진 골격을 갖는 고리), 또는 상기 일반식(101) 내지 일반식(117), 일반식(201) 내지 일반식(218), 및 일반식(301) 내지 일반식(315)은 치환기를 가져도 좋다. 상기 치환기로서는 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기, 또는 탄소수 6 내지 12의 치환 또는 무치환의 아릴기도 치환기로서 선택할 수 있다. 탄소수 1 내지 6의 알킬기로서는 구체적으로, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, n-헥실기 등을 예로 들 수 있다. 또한, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기로서는 구체적으로, 사이클로프로필기, 사이클로뷰틸기, 사이클로펜틸기, 사이클로헥실기 등을 예로 들 수 있다. 또한, 탄소수 6 내지 12의 아릴기로서는, 페닐기, 나프틸기, 바이페닐기 등을 구체적인 예로 들 수 있다. 또한, 상기 치환기는 서로 결합하여 고리를 형성하여도 좋다. 이와 같은 예로서는, 플루오렌기의 9위치의 탄소가 치환기로서 2개의 페닐기를 갖는 경우, 이 페닐기들이 서로 결합함으로써 스파이로플루오렌 골격을 형성하는 바와 같은 경우를 들 수 있다. 또한, 무치환의 경우, 합성의 용이함이나 원료의 가격 면에서 유리하다.
또한, Ar은 단결합 또는 탄소수 6 내지 13의 아릴렌기를 나타내고 상기 아릴렌기는 치환기를 가져도 좋고, 상기 치환기는 서로 결합하여 고리를 형성하여도 좋다. 이와 같은 예로서는, 플루오렌일기의 9위치의 탄소가 치환기로서 2개의 페닐기를 갖고, 이 페닐기들이 결합함으로써 스파이로플루오렌 골격을 형성하는 바와 같은 경우를 들 수 있다. 탄소수 6 내지 13의 아릴렌기로서는, 페닐렌기, 나프타렌다이일기, 바이페닐다이일기, 플루오렌다이일기 등을 구체적인 예로서 들 수 있다. 또한, 상기 아릴렌기가 치환기를 갖는 경우, 상기 치환기로서는, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기, 또는 탄소수 6 내지 12의 아릴기도 치환기로서 선택할 수 있다. 탄소수 1 내지 6의 알킬기로서는 구체적으로, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, n-헥실기 등을 예로서 들 수 있다. 또한, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기로서 구체적으로는 사이클로프로필기, 사이클로뷰틸기, 사이클로펜틸기, 사이클로헥실기 등을 예로서 들 수 있다. 또한 탄소수 6 내지 12의 아릴기로서는, 페닐기, 나프틸기, 바이페닐기 등을 구체적인 예로서 들 수 있다.
또한, Ar로 나타내어지는 아릴렌기는 예를 들어, 하기 구조식(Ar-1) 내지 구조식(Ar-18)으로 나타내어지는 기를 적용할 수 있다. 또한 Ar로서 사용될 수 있는 기는 이에 한정되지 않는다.
Figure pat00004
또한, R1 및 R2는 각각 독립적으로, 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기, 또는 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 무치환의 아릴기 중 어느 것을 나타낸다. 탄소수 1 내지 6의 알킬기로서 구체적으로는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, n-헥실기 등을 예로서 들 수 있다. 또한, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기로서 구체적으로는 사이클로프로필기, 사이클로뷰틸기, 사이클로펜틸기, 사이클로헥실기 등을 예로서 들 수 있다. 또한, 탄소수 6 내지 13의 아릴기로서는 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 치환기로서 선택할 수 있다. 탄소수 1 내지 6의 알킬기로서는 구체적으로는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, n-헥실기 등을 예로서 들 수 있다. 또한, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기로서 구체적으로는, 사이클로프로필기, 사이클로뷰틸기, 사이클로펜틸기, 사이클로헥실기 등을 예로서 들 수 있다. 또한, 탄소수 6 내지 12의 아릴기로서는, 페닐기, 나프틸기, 바이페닐기 등을 구체적인 예로서 들 수 있다.
또한, R1 및 R2로 나타내어지는 알킬기 또는 아릴기로서는 예를 들어 하기 구조식(R-1) 내지 구조식(R-29)으로 나타내어지는 기를 적용할 수 있다. 또한, 알킬기 또는 아릴기로서 사용할 수 있는 기는 이들에 한정되지 않는다.
Figure pat00005
또한, 일반식(101) 내지 일반식(117), 일반식(201) 내지 일반식(218), 일반식(301) 내지 일반식(315), Ar, R1, 및 R2를 가질 수 있는 치환기는 예를 들어, 상기 구조식(R-1) 내지 구조식(R-24)으로 나타내어지는 알킬기 또는 아릴기를 적용할 수 있다. 또한, 알킬기 또는 아릴기로서 사용할 수 있는 기는 이들에 한정되지 않는다.
화합물(132)로서는 예를 들어 이하의 정공 수송성 재료 및 전자 수송성 재료를 사용할 수 있다.
정공 수송성 재료로서는 전자보다 정공의 수송성이 높은 재료를 사용할 수 있고, 1×10-6cm2/Vs 이상의 정공 이동도를 갖는 재료인 것이 바람직하다. 구체적으로는, 방향족 아민, 카바졸 유도체 등을 사용할 수 있다. 또한, 상기 정공 수송성 재료는 고분자 화합물이어도 좋다.
이들 정공 수송성이 높은 재료로서, 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 예로서 들 수 있다.
또한, 카바졸 유도체로서, 구체적으로는 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) 등을 들 수 있다.
또한 카바졸 유도체로서는 이 외에, 4,4'-다이(N-카바졸일)바이페닐(약칭: CBP), 1,3,5-트리스[4-(N-카바졸일)페닐]벤젠(약칭: TCPB), 1,4-비스[4-(N-카바졸일)페닐]-2,3,5,6-테트라페닐벤젠 등을 사용할 수 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: m-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-카바졸일)벤젠(약칭: mCP), 3,6-비스(3,5-다이페닐페닐)-9-페닐카바졸(약칭: CzTP), 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 아민 화합물, 카바졸 화합물, 싸이오펜 화합물, 퓨란 화합물, 플루오렌 화합물, 트라이페닐렌 화합물, 페난트렌 화합물 등을 사용할 수 있다. 여기서 설명한 물질은 주로 1×10-6cm2/Vs 이상의 정공 이동도를 갖는 물질이다. 다만, 전자보다 정공의 수송성이 높은 물질이면 이들 이외의 물질을 사용하여도 좋다.
전자 수송성 재료로서는 정공보다 전자의 수송성이 높은 재료를 사용할 수 있고, 1×10-6cm2/Vs 이상의 전자 이동도를 갖는 재료인 것이 바람직하다. 전자를 받기 쉬운 재료(전자 수송성을 갖는 재료)로서는 아연이나 알루미늄을 갖는 금속 착체나 함질소 복소 방향족 화합물 등의 π전자 부족형 복소 방향족 화합물 등을 사용할 수 있다. 금속 착체로서는, 퀴놀린 배위자, 벤조퀴놀린 배위자, 옥사졸 배위자, 또는 싸이아졸 배위자를 갖는 금속 착체를 들 수 있다. 또한, π전자 부족형 복소 방향족 화합물로서는 옥사다이아졸 유도체, 트라이아졸 유도체, 페난트롤린 유도체, 피리딘 유도체, 바이피리딘 유도체, 피리미딘 유도체, 트라이아진 유도체 등을 들 수 있다.
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 갖는 금속 착체 등이다. 또한, 이 외에 비스[2-(2-벤즈옥사졸일)페놀레이토]아연(II)(약칭: ZnPBO), 비스[2-(2-벤조싸이아졸일)페놀레이토]아연(II)(약칭: ZnBTZ) 등의 옥사졸계, 싸이아졸계 배위자를 갖는 금속 착체 등도 사용할 수 있다. 또한 금속 착체 이외에도, 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), 9-[4-(5-페닐-1,3,4-옥사다이아졸-2-일)페닐]-9H-카바졸(약칭: CO11), 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), 2-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]-1-페닐-1H-벤즈이미다졸(약칭: mDBTBIm-II), 바소페난트롤린(약칭: BPhen), 바소큐프로인(약칭: BCP), 2,9-비스(나프탈렌-2-일)-4,7-다이페닐-1,10-페난트롤린(약칭: NBPhen) 등의 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), 6-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 6mDBTPDBq-II), 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 갖는 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) 등의 트라이아진 골격을 갖는 복소 고리 화합물이나, 3,5-비스[3-(9H-카바졸-9-일)페닐]피리딘(약칭: 35DCzPPy), 1,3,5-트라이[3-(3-피리딜)페닐]벤젠(약칭: TmPyPB) 등의 피리딘 골격을 갖는 복소 고리 화합물, 4,4'-비스(5-메틸벤즈옥사졸-2-일)스틸벤(약칭: BzOs) 등의 복소 방향족 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. 여기서 설명한 물질은 주로 1×10-6cm2/Vs 이상의 전자 이동도를 갖는 물질이다. 또한, 정공보다 전자의 수송성이 높은 물질이라면, 상기 이외의 물질을 사용하여도 상관없다.
또한, 화합물(131)(인광성 화합물)로서는 이리듐, 로듐, 또는 백금계의 유기 금속 착체, 또는 금속 착체를 들 수 있다. 또한, 포르피린 배위자를 갖는 백금 착체나 유기 이리듐 착체를 들 수 있고, 이 중에서도 예를 들어 이리듐계 오쏘 메탈 착체 등의 유기 이리듐 착체가 바람직하다. 오쏘 메탈화하는 배위자로서는 4H-트라이아졸 배위자, 1H-트라이아졸 배위자, 이미다졸 배위자, 피리딘 배위자, 피리미딘 배위자, 피라진 배위자, 또는 아이소퀴놀린 배위자 등을 들 수 있다. 이 경우, 화합물(131)(인광성 화합물)은 삼중항 MLCT(Metal to Ligand Charge Transfer) 전이의 흡수대를 갖는다.
청색 또는 녹색에 발광 피크를 갖는 물질로서는, 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 갖는 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 갖는 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) 등의 이미다졸 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체나, 비스[2-(4',6'-다이플루오로페닐)피리디네이토-N,C2']이리듐(III)테트라키스(1-피라졸일)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)) 등의 전자 흡인기를 갖는 페닐피리딘 유도체를 배위자로 하는 유기 금속 이리듐 착체를 예로서 들 수 있다. 상술한 것 중에서, 4H-트라이아졸 골격, 1H-트라이아졸 골격 및 이미다졸 골격 등의 함질소 5원 복소 고리 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체는 높은 삼중항 들뜬 에너지를 갖고 신뢰성이나 발광 효율이 우수하기 때문에 특히 바람직하다.
또한, 녹색 또는 황색에 발광 피크를 갖는 물질로서는, 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)(endo-,exo-혼합물)(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-피리미디닐-κN3]페닐-κC}이리듐(III)(약칭: Ir(dmppm-dmp)2(acac)), (아세틸아세토네이토)비스(4,6-다이페닐피리미디네이토)이리듐(III)(약칭: Ir(dppm)2(acac)) 등의 피리미딘 골격을 갖는 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)) 등의 피라진 골격을 갖는 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)) 등의 피리딘 골격을 갖는 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)) 등 유기 금속 착체 외에, 트리스(아세틸아세토네이토)(모노페난트롤린)터븀(III)(약칭: Tb(acac)3(Phen)) 등의 희토류 금속 착체를 예로서 들 수 있다. 상술한 것 중에서도, 피리미딘 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체는 신뢰성이나 발광 효율도 눈에 띄게 우수하기 때문에 특히 바람직하다.
또한, 황색 또는 적색에 발광 피크를 갖는 물질로서는, (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)) 등의 피리미딘 골격을 갖는 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)) 등의 피라진 골격을 갖는 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)) 등의 피리딘 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체에 더하여 2,3,7,8,12,13,17,18-옥타에틸-21H,23H-포르피린백금(II)(약칭: PtOEP) 등의 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)) 등의 희토류 금속 착체를 예로서 들 수 있다. 상술한 것 중에서도, 피리미딘 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체는 신뢰성이나 발광 효율도 눈에 띄게 우수하기 때문에, 특히 바람직하다. 또한, 피라진 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체는 색도가 좋은 적색 발광이 얻어진다.
또한, 발광층(130)에서, 화합물(133)에 사용할 수 있는 재료로서 특별한 한정은 없지만, 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-벤즈옥사졸일)페놀레이토]아연(II)(약칭: ZnPBO), 비스[2-(2-벤조싸이아졸일)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 예로서 들 수 있다. 또한, 안트라센 유도체, 페난트렌 유도체, 피렌 유도체, 크리센 유도체, 및 다이벤조[g,p]크리센 유도체 등의 축합 다고리 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), 1,3,5-트라이(1-피렌일)벤젠(약칭: TPB3) 등을 들 수 있다. 또한, 이들 및 공지의 물질 중에서, 상기 화합물(131)의 에너지갭보다 큰 에너지갭을 갖는 물질을 일종 또는 복수 종류 선택하여 사용하면 좋다.
또한, 발광층(130)은 2층 이상의 복수 층으로 구성될 수도 있다. 예를 들어, 제 1 발광층과 제 2 발광층을 정공 수송층 측에서 순차적으로 적층하여 발광층(130)으로 하는 경우, 제 1 발광층의 호스트 재료로서 정공 수송성을 갖는 물질을 사용하고, 제 2 발광층의 호스트 재료로서 전자 수송성을 갖는 물질을 사용하는 구성 등이 있다.
또한, 발광층(130)에서, 화합물(131), 화합물(132), 및 화합물(133) 외의 재료를 가져도 좋다.
《한 쌍의 전극》
전극(101) 및 전극(102)은 발광층(130)에 정공과 전자를 주입하는 기능을 갖는다. 전극(101) 및 전극(102)은 금속, 합금, 도전성 화합물, 및 이들의 혼합물이나 적층체 등을 사용하여 형성할 수 있다. 금속으로서는 알루미늄(Al)이 전형적인 예이며, 그 외에 은(Ag), 텅스텐, 크로뮴, 몰리브데넘, 구리, 타이타늄 등의 전이 금속, 리튬(Li)이나 세슘 등의 알칼리 금속, 칼슘, 마그네슘(Mg) 등의 제 2족 금속을 사용할 수 있다. 전이 금속으로서는 이터븀(Yb) 등의 희토류 금속을 사용하여도 좋다. 합금으로서는, 상기 금속을 포함하는 합금을 사용할 수 있고, 예로서 MgAg, AlLi 등을 들 수 있다. 도전성 화합물로서는, 예로서 인듐 주석 산화물(Indium Tin Oxide, 아래에서는 ITO), 실리콘 또는 산화 실리콘을 포함하는 인듐 주석 산화물(약칭: ITSO), 인듐 아연 산화물(Indium Zinc Oxide), 텅스텐 및 아연을 포함한 인듐 산화물 등의 금속 산화물을 들 수 있다. 도전성 화합물로서 그래핀 등의 무기 탄소계 재료를 사용하여도 좋다. 상술한 바와 같이, 이들 재료의 복수를 적층함으로써 전극(101) 및 전극(102) 중 한쪽 또는 양쪽을 형성하여도 좋다.
또한, 발광층(130)으로부터 얻어지는 발광은 전극(101) 및 전극(102) 중 한쪽 또는 양쪽을 통하여 추출된다. 따라서, 전극(101) 및 전극(102) 중 적어도 하나는 가시광을 투과시키는 기능을 갖는다. 광을 투과시키는 기능을 갖는 도전성 재료로서는 가시광의 투과율이 40% 이상 100% 이하, 바람직하게는 60% 이상 100% 이하이며 그 저항률이 1×10-2Ω·cm 이하인 도전성 재료를 들 수 있다. 또한, 광을 추출하는 측의 전극은 광을 투과시키는 기능과 광을 반사하는 기능을 갖는 도전성 재료로 형성되어도 좋다. 상기 도전성 재료로서는, 가시광의 반사율이 20% 이상 80% 이하, 바람직하게는 40% 이상 70% 이하이며 그 저항률이 1×10-2Ω·cm 이하인 도전성 재료를 들 수 있다. 광을 추출하는 측의 전극에 금속이나 합금 등 광 투과성이 낮은 재료를 사용하는 경우에는, 가시광을 투과시킬 수 있을 정도의 두께(예를 들어, 두께 1nm 내지 10nm)로 전극(101) 및 전극(102) 중 한쪽 또는 양쪽을 형성하면 좋다.
또한, 본 명세서 등에서, 광을 투과시키는 기능을 갖는 전극에는 가시광을 투과시키는 기능을 가지며 도전성을 갖는 재료를 사용하면 좋고, 예를 들어 상기와 같은 ITO로 대표되는 산화물 도전체층에 더하여, 산화물 반도체층, 또는 유기물을 포함하는 유기 도전체층이 포하된다. 유기물을 포함하는 유기 도전체층으로서는, 예로서 유기 화합물과 전자 공여체(도너)를 혼합하여 이루어진 복합 재료를 포함하는 층, 유기 화합물과 전자 수용체(억셉터)를 혼합하여 이루어진 복합 재료를 포함하는 층 등을 들 수 있다. 또한, 투명 도전층의 저항률은 바람직하게는 1×105Ω·cm 이하, 더 바람직하게는 1×104Ω·cm 이하이다.
또한 전극(101) 및 전극(102)의 성막 방법은 스퍼터링법, 증착법, 인쇄법, 도포법, MBE(Molecular Beam Epitaxy)법, CVD법, 펄스 레이저 퇴적법, ALD(Atomic Layer Deposition)법 등을 적절히 이용할 수 있다.
《정공 주입층》
정공 주입층(111)은 한 쌍의 전극 중 한쪽(전극(101) 또는 전극(102))으로부터의 정공 주입 장벽을 저감시킴으로써 정공 주입을 촉진하는 기능을 갖고, 예를 들어 전이 금속 산화물, 프탈로사이아닌 유도체, 또는 방향족 아민 등으로 형성된다. 전이 금속 산화물로서는, 몰리브데넘 산화물이나 바나듐 산화물, 루테늄 산화물, 텅스텐 산화물, 망가니즈 산화물 등을 들 수 있다. 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, 그 대표적인 예로서는 자기 도핑된 폴리싸이오펜인 폴리(에틸렌다이옥시싸이오펜)/폴리(스타이렌설폰산) 등을 들 수 있다.
정공 주입층(111)으로서는, 정공 수송성 재료와 이에 대하여 전자 수용성을 나타내는 재료의 복합 재료를 갖는 층을 사용할 수도 있다. 또는, 전자 수용성을 나타내는 재료를 포함하는 층과 정공 수송성 재료를 포함하는 층의 적층을 사용하여도 좋다. 이들 재료 간에서는 정상(定常) 상태 또는 전계 존재 하에서 전하를 주고 받을 수 있다. 전자 수용성을 나타내는 재료로서는 퀴노다이메테인 유도체나 클로라닐 유도체, 헥사아자트라이페닐렌 유도체 등의 유기 억셉터를 들 수 있다. 구체적으로는, 7,7,8,8-테트라사이아노-2,3,5,6-테트라플루오로퀴노다이메테인(약칭: F4-TCNQ), 클로라닐, 2,3,6,7,10,11-헥사사이아노-1,4,5,8,9,12-헥사아자트라이페닐렌(약칭: HAT-CN) 등의 전자 흡인기(할로젠기나 사이아노기)를 갖는 화합물이다. 또한, 전이 금속 산화물, 예를 들어 제 4족 내지 제 8족 금속의 산화물을 사용할 수 있다. 구체적으로는, 산화 바나듐, 산화 나이오븀, 산화 탄탈럼, 산화 크로뮴, 산화 몰리브데넘, 산화 텅스텐, 산화 망가니즈, 산화 레늄 등이 있다. 이들 중에서도 산화 몰리브데넘은 대기 중에서도 안정적이고 흡습성이 낮으며 취급하기 쉬우므로 바람직하다.
정공 수송성 재료로서는 전자 수송성보다 정공 수송성이 높은 재료를 사용할 수 있고, 1×10-6cm2/Vs 이상의 정공 이동도를 갖는 재료인 것이 바람직하다. 구체적으로는, 발광층(130)에 사용할 수 있는 정공 수송성 재료로서 든 방향족 아민 및 카바졸 유도체를 사용할 수 있다. 또한, 방향족 탄화수소 및 스틸벤 유도체 등을 사용할 수 있다. 또한, 상기 정공 수송성 재료는 고분자 화합물이라도 좋다.
또한, 방향족 탄화수소의 예로서는, 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 이외에 펜타센, 코로넨 등도 사용할 수 있다. 이와 같이 정공 이동도가 1×10-6cm2/Vs 이상이며 탄소수 14 이상 42 이하의 방향족 탄화수소를 사용하는 것이 더 바람직하다.
또한, 방향족 탄화수소는 바이닐 골격을 가져도 좋다. 바이닐기를 갖는 방향족 탄화수소의 예로서는 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, 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.
《정공 수송층》
정공 수송층(112)은 정공 수송성 재료를 포함하는 층이고, 정공 주입층(111)의 재료로서 예시한 재료를 사용할 수 있다. 정공 수송층(112)은 정공 주입층(111)에 주입된 정공을 발광층(130)으로 수송하는 기능을 갖기 때문에, 정공 주입층(111)의 HOMO 준위와 같거나 또는 가까운 HOMO 준위를 갖는 것이 바람직하다.
상기 정공 수송성 재료로서, 정공 주입층(111)의 재료로서 예시한 재료를 사용할 수 있다. 또한, 1×10-6cm2/Vs 이상의 정공 이동도를 갖는 물질인 것이 바람직하다. 다만, 전자 수송성보다 정공 수송성이 높은 물질이라면, 이들 이외의 물질을 사용하여도 좋다. 또한, 정공 수송성이 높은 물질을 포함하는 층은 단층뿐만 아니라 상기 물질로 이루어진 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 갖는다. 전자 수송성 재료로서는 정공 수송성보다 전자 수송성이 높은 재료를 사용할 수 있고 1×10-6cm2/Vs 이상의 전자 이동도를 갖는 재료인 것이 바람직하다. 전자를 받기 쉬운 화합물(전자 수송성을 갖는 재료)로서는 함질소 복소 방향족 화합물 등의 π전자 부족형 복소 방향족 화합물이나 금속 착체 등을 사용할 수 있다. 구체적으로는, 발광층(130)에 사용할 수 있는 전자 수송성 재료로서 든 퀴놀린 배위자, 벤조퀴놀린 배위자, 옥사졸 배위자, 또는 싸이아졸 배위자를 갖는 금속 착체를 들 수 있다. 또한, 옥사다이아졸 유도체, 트라이아졸 유도체, 페난트롤린 유도체, 피리딘 유도체, 바이피리딘 유도체, 피리미딘 유도체 등을 들 수 있다. 또한, 1×10-6cm2/Vs 이상의 전자 이동도를 갖는 물질인 것이 바람직하다. 또한, 정공 수송성보다 전자 수송성이 높은 물질이라면, 이들 이외의 물질을 전자 수송층에 사용하여도 좋다. 또한, 전자 수송층(118)은 단층뿐만 아니라 상기 물질로 이루어진 층이 2층 이상 적층되어도 좋다.
또한, 전자 수송층(118)과 발광층(130) 사이에 전자 캐리어의 이동을 제어하는 층을 제공하여도 좋다. 전자 캐리어의 이동을 제어하는 층은 상술한 바와 같은 전자 수송성이 높은 재료에 소량의 전자 트랩성이 높은 물질을 첨가한 층이며, 전자 캐리어의 이동을 억제함으로써 캐리어 밸런스를 조정할 수 있다. 이러한 구성은 발광층을 전자가 통과함으로써 발생되는 문제(예를 들어 소자 수명의 저하)를 억제하는 데 큰 효과를 발휘한다.
《전자 주입층》
전자 주입층(119)은 전극(102)으로부터의 전자 주입 장벽을 저감시킴으로써 전자 주입을 촉진하는 기능을 가지며, 예를 들어 제 1족 금속, 제 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 제 1족 금속, 제 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) 등의 희토류 금속 화합물을 사용할 수 있다. 또한, 전자 주입층(119)에 전자화물(electride)을 사용하여도 좋다. 상기 전자화물로서는, 예로서 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. 이러한 복합 재료는 전자 공여체에 의하여 유기 화합물에 전자가 발생되기 때문에 전자 주입성 및 전자 수송성이 우수하다. 이 경우, 유기 화합물로서는, 발생된 전자의 수송이 우수한 재료인 것이 바람직하며, 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 물질이면 좋다. 구체적으로는, 알칼리 금속이나 알칼리 토금속이나 희토류 금속이 바람직하고, 리튬, 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 마그네슘 등의 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, 노즐인쇄법, 그라비어 인쇄 등의 방법으로 형성할 수 있다. 또한, 상술한 발광층, 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층, 및 전자 주입층에는 상술한 재료 외에, 퀀텀닷(quantum dot) 등의 무기 화합물 또는 고분자 화합물(올리고머, 덴드리머, 폴리머 등)을 사용하여도 좋다.
또한, 퀀텀닷으로서는 콜로이드 퀀텀닷, 합금형 퀀텀닷, 코어 쉘 퀀텀닷, 코어 퀀텀닷 등을 사용하여도 좋다. 또한, 제 2족과 제 16족, 제 13족과 제 15족, 제 13족과 제 17족, 제 11족과 제 17족, 또는 제 14족과 제 15족의 원소군을 포함하는 퀀텀닷을 사용하여도 좋다. 또는, 카드뮴(Cd), 셀레늄(Se), 아연(Zn), 황(S), 인(P), 인듐(In), 텔루륨(Te), 납(Pb), 갈륨(Ga), 비소(As), 알루미늄(Al) 등의 원소를 갖는 퀀텀닷을 사용하여도 좋다.
웨트 프로세스에 사용하는 액상 매체로서는, 예를 들어, 메틸에틸케톤, 사이클로헥사논 등의 케톤류, 아세트산에틸 등의 지방산 에스터류, 다이클로로벤젠 등의 할로젠화 탄화수소류, 톨루엔, 자일렌, 메시틸렌, 사이클로헥실벤젠 등의 방향족 탄화수소류, 사이클로헥세인, 데카린, 도데케인 등의 지방족 탄화수소류, 다이메틸폼아마이드(DMF), 다이메틸설폭사이드(DMSO) 등의 유기 용매를 사용할 수 있다.
또한, 발광층에 사용할 수 있는 고분자 화합물로서는 예로서, 폴리[2-메톡시-5-(2-에틸헥실옥시)-1,4-페닐렌바이닐렌](약칭: MEH-PPV), 폴리(2,5-다이옥틸-1,4-페닐렌바이닐렌) 등의 폴리페닐렌바이닐렌(PPV) 유도체, 폴리(9,9-다이-n-옥틸플루오렌일-2,7-다이일)(약칭: PF8), 폴리[(9,9-다이-n-옥틸플루오렌일-2,7-다이일)-alt-(벤조[2,1,3]싸이아다이아졸-4,8-다이일)](약칭: F8BT), 폴리[(9,9-다이-n-옥틸플루오렌일-2,7-다이일)-alt-(2,2'-바이싸이오펜-5,5'-다이일)](약칭: F8T2), 폴리[(9,9-다이옥틸-2,7-다이바이닐렌플루오렌일렌)-alt-(9,10-안트라센)], 폴리[(9,9-다이헥실플루오렌-2,7-다이일)-alt-(2,5-다이메틸-1,4-페닐렌)] 등의 폴리플루오렌 유도체, 폴리(3-헥실싸이오펜-2,5-다이일)(약칭: P3HT) 등의 폴리알킬싸이오펜(PAT) 유도체, 폴리페닐렌 유도체 등을 들 수 있다. 또한, 이들의 고분자 화합물이나, 폴리(9-바이닐카바졸)(약칭: PVK), 폴리(2-바이닐나프탈렌), 폴리[비스(4-페닐)(2,4,6-트라이메틸페닐)아민](약칭: PTAA) 등의 고분자 화합물은 발광성의 화합물에 도프되어, 발광층에 사용되어도 좋다. 발광성의 화합물로서는, 상술한 발광성의 화합물을 사용할 수 있다.
《기판》
또한, 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자는 유리, 플라스틱 등으로 이루어진 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 것이라도 좋다. 또는, 발광 소자 및 광학 소자를 보호하는 기능을 갖는 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, 스테인리스스틸 기판, 스테인리스스틸 포일을 갖는 기판, 텅스텐 기판, 텅스텐 포일을 갖는 기판, 가요성 기판, 접합 필름, 섬유상 재료를 포함하는 셀룰로스나노파이버(CNF)나 종이, 또는 기재(基材) 필름 등이 있다. 유리 기판의 일례로서는 바륨보로실리케이트 유리, 알루미노보로실리케이트 유리, 또는 소다 석회 유리 등이 있다. 가요성 기판, 접합 필름, 기재 필름 등의 일례로서는 다음을 들 수 있다. 예를 들어, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리에터설폰(PES), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)으로 대표되는 플라스틱이 있다. 또는, 일례로서는 아크릴 등의 수지 등을 들 수 있다. 또는, 일례로서는 폴리프로필렌, 폴리에스터, 폴리플루오린화바이닐, 또는 폴리염화바이닐 등이 있다. 또는 일례로서는, 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 소자를 부분적으로 또는 전체적으로 완성된 후에 기판으로부터 분리하고 다른 기판으로 전재(轉載)하기 위하여 사용할 수 있다. 이때, 내열성이 떨어진 기판이나 가요성 기판에도 발광 소자를 전재할 수 있다. 또한, 상술한 박리층은 예를 들어, 텅스텐막과 산화 실리콘막의 무기막을 적층한 구성이나, 기판 위에 폴리이미드 등의 수지막이 형성된 구성 등을 가질 수 있다.
즉, 어떠한 기판을 사용하여 발광 소자를 형성하고 나서, 다른 기판에 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 등을 들 수 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. 이로써, FET에 의하여 발광 소자의 구동을 제어하는 액티브 매트릭스형 표시 장치를 제작할 수 있다.
이상, 본 실시형태에 제시되는 구성은 다른 실시형태와 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시형태 2)
본 실시형태에 있어서는, 실시형태 1에 제시된 구성과 다른 구성을 갖는 발광 소자, 및 상기 발광 소자의 발광 기구에 대하여 도 5를 사용하여 이하에서 설명한다. 또한, 도 5에서, 도 1에 도시된 부호와 같은 기능을 갖는 개소에서는 동일한 해치 패턴으로 하고 부호를 생략하는 경우가 있다. 또한, 같은 기능을 갖는 부분에는 같은 부호를 붙이고 그 자세한 설명은 생략하는 경우가 있다.
<발광 소자의 구성예>
도 5는 발광 소자(250)의 단면 모식도다.
도 5에 도시된 발광 소자(250)는 한 쌍의 전극(전극(101)과 전극(102)) 사이에 복수의 발광 유닛(도 5에서는 발광 유닛(106) 및 발광 유닛(108))을 갖는다. 하나의 발광 유닛은 도 1에 도시된 EL층(100)과 같은 구성을 갖는다. 즉, 도 1에 도시된 발광 소자(150)는 하나의 발광 유닛을 갖고, 발광 소자(250)는 복수의 발광 유닛을 갖는다. 또한, 발광 소자(250)에서 전극(101)이 양극으로서 기능하고 전극(102)이 음극으로서 기능하는 것으로 하여 아래에서 설명하지만, 발광 소자(250)에서는 이것이 반대의 구성이어도 좋다.
또한, 도 5에 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 구성을 가져도 좋고 다른 구성을 가져도 좋다. 예를 들어, 발광 유닛(106)에 도 1에 도시된 EL층(100)과 같은 구성을 사용하면 바람직하다.
또한, 발광 소자(250)는 발광층(130) 및 발광층(140)을 갖는다. 또한, 발광 유닛(106)은 발광층(130) 외에, 정공 주입층(111), 정공 수송층(112), 전자 수송층(113), 및 전자 주입층(114)을 갖는다. 또한, 발광 유닛(108)은 발광층(140) 외에, 정공 주입층(116), 정공 수송층(117), 전자 수송층(118), 및 전자 주입층(119)을 갖는다.
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, 이 두 가지 구성이 적층되어 있어도 좋다.
전하 발생층(115)에 유기 화합물과 억셉터성 물질의 복합 재료가 포함되는 경우, 상기 복합 재료에는 실시형태 1에서 설명한 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, 전자 수송성보다 정공 수송성이 높은 물질이면 이들 이외의 물질을 사용하여도 좋다. 유기 화합물과 억셉터성 물질의 복합 재료는 캐리어 주입성, 캐리어 수송성이 우수하므로, 저전압 구동, 저전류 구동을 실현할 수 있다. 또한, 발광 유닛(108)과 같이, 발광 유닛의 양극 측의 면이 전하 발생층(115)에 접촉되는 경우에는 전하 발생층(115)이 발광 유닛의 정공 주입층 또는 정공 수송층의 역할도 할 수 있기 때문에, 상기 발광 유닛에는 정공 주입층 또는 정공 수송층을 제공하지 않아도 된다.
또한, 전하 발생층(115)은 유기 화합물과 억셉터성 물질의 복합 재료를 포함하는 층과 다른 재료로 구성되는 층을 조합한 적층 구조로 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 도전성 재료를 포함하는 층을 조합하여 형성하여도 좋다.
또한, 발광 유닛(106)과 발광 유닛(108) 사이에 끼워지는 전하 발생층(115)은 전극(101)과 전극(102) 사이에 전압을 인가하였을 때, 한쪽 발광 유닛에 전자를 주입하고, 다른 쪽 발광 유닛에 정공을 주입하는 것이라면 좋다. 예를 들어, 도 5에서, 전극(101)의 전위가 전극(102)의 전위보다 높게 되도록 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 갖는 것이 바람직하다. 또한, 전하 발생층(115)은 한 쌍의 전극(전극(101)과 전극(102))보다 낮은 도전율을 가지더라도 기능한다. 전하 발생층(115)의 도전율이 한 쌍의 전극과 같은 정도로 높은 경우, 전하 발생층(115)에 의하여 발생한 캐리어가 막의 면 방향으로 흐름으로써, 전극(101)과 전극(102)이 중첩되지 않은 영역에서 발광하는 경우가 있다. 이러한 불량을 억제하기 위해서는 전하 발생층(115)은 한 쌍의 전극보다 도전율이 낮은 재료로 형성되면 바람직하다.
상술한 재료를 사용하여 전하 발생층(115)을 형성함으로써, 발광층이 적층된 경우의 구동 전압의 상승을 억제할 수 있다.
또한, 도 5에서는 2개의 발광 유닛을 갖는 발광 소자에 대하여 설명하였지만, 3개 이상의 발광 유닛을 적층한 발광 소자를 마찬가지로 적용할 수 있다. 발광 소자(250)와 같이, 복수의 발광 유닛을 한 쌍의 전극 사이에 전하 발생층으로 칸을 막아 배치함으로써, 전류 밀도를 낮게 유지한 채 고휘도 발광을 가능하게 하고 장수명의 발광 소자를 실현할 수 있다. 또한, 소비전력이 낮은 발광 소자를 실현할 수 있다.
또한, 복수의 유닛 중 적어도 하나의 유닛에 도 1에 도시된 EL층(100)의 구성을 적용함으로써, 발광 효율이 높은 발광 소자를 제공할 수 있다.
또한, 발광 유닛(106)이 갖는 발광층(130)은 실시형태 1에서 설명한 구성을 갖는 것이 바람직하다. 발광 유닛(106)이 갖는 발광층(130)이 실시형태 1에서 제시한 구성을 가짐으로써 발광 소자(250)는 발광 효율이 높은 발광 소자가 되므로 바람직하다.
또한, 발광 유닛(106) 및 발광 유닛(108)에 사용하는 게스트 재료는 같아도 좋고 달라도 좋다. 발광 유닛(106)과 발광 유닛(108)이 같은 게스트 재료를 포함하는 경우, 발광 소자(250)는 적은 전류값으로 높은 발광 휘도를 나타내는 발광 소자가 되므로 바람직하다. 또한, 발광 유닛(106)과 발광 유닛(108)이 다른 게스트 재료를 포함하는 경우, 발광 소자(250)는 다색 발광을 나타내는 발광 소자가 되어 바람직하다. 특히 연색성이 높은 백색 발광, 또는 적어도 적색과 녹색과 청색을 갖는 발광이 되도록 게스트 재료를 선택하는 것이 바람직하다.
또한, 발광 유닛(106), 발광 유닛(108), 및 전하 발생층(115)은 증착법(진공 증착법을 포함함), 잉크젯법, 도포법, 그라비어 인쇄 등의 방법으로 형성할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 제시된 구성은 다른 실시형태에 제시된 구성과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시형태 3)
본 실시형태에서는 실시형태 1 및 실시형태 2에 제시된 구성과 다른 구성의 발광 소자의 예에 대하여 도 6 및 도 7을 사용하여 아래에서 설명한다.
<발광 소자의 구성예 1>
도 6은 본 발명의 일 형태의 발광 소자를 도시한 단면도이다. 또한, 도 6에서 도 1에 도시된 부호와 같은 기능을 갖는 개소에는 같은 해치 패턴을 부여하고 부호를 생략하는 경우가 있다. 또한, 같은 기능을 갖는 부분에는 같은 부호를 붙이고 그 자세한 설명은 생략하는 경우가 있다.
도 6에 도시된 발광 소자(260)는 기판(200) 측에 광을 추출하는 하면 사출(보텀 이미션)형 발광 소자이어도 좋고, 기판(200)과 반대 방향으로 광을 추출하는 상면 사출(톱 이미션)형 발광 소자이어도 좋다. 또한, 본 발명의 일 형태는 이에 한정되지 않으며, 발광 소자가 나타내는 광을 기판(200)의 위쪽 및 아래쪽의 양쪽으로 추출하는 양면 사출(듀얼 이미션)형 발광 소자이어도 좋다.
발광 소자(260)가 보텀 이미션형인 경우, 전극(101)은 광을 투과시키는 기능을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 전극(102)은 광을 반사하는 기능을 갖는 것이 바람직하다. 또는, 발광 소자(260)가 톱 이미션형인 경우, 전극(101)은 광을 반사하는 기능을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 전극(102)은 광을 투과시키는 기능을 갖는 것이 바람직하다.
발광 소자(260)는 기판(200) 위에 전극(101)과 전극(102)을 갖는다. 또한, 전극(101)과 전극(102) 사이에 발광층(123B), 발광층(123G), 및 발광층(123R)을 갖는다. 또한, 정공 주입층(111), 정공 수송층(112), 전극 수송층(118), 및 전자 주입층(119)을 갖는다.
*또한, 전극(101)은 복수의 도전층으로 형성되어도 좋다. 이 경우, 광을 반사하는 기능을 갖는 도전층과 광을 투과하는 기능을 갖는 도전층이 적층하는 구성이면 바람직하다.
또한, 전극(101)이 실시형태 1에서 설명한 전극(101) 또는 전극(102)과 같은 구성 및 재료를 사용할 수 있다.
도 6에서는, 전극(101)과 전극(102)으로 끼워진 영역(221B), 영역(221G), 및 영역(221R)의 사이에 격벽(145)을 갖는다. 격벽(145)은 절연성을 갖는다. 격벽(145)은 전극(101)의 단부를 덮고 상기 전극과 중첩되는 개구부를 갖는다. 격벽(145)을 제공함으로써, 각 영역의 기판(200) 위의 전극(101)을 각각 섬 형상으로 분리할 수 있다.
또한, 발광층(123B)과 발광층(123G)은 격벽(145)과 중첩되는 영역에서 서로 중첩되는 영역을 가져도 좋다. 또한, 발광층(123G)과 발광층(123R)은 격벽(145)과 중첩는 영역에서 서로 중첩되는 영역을 가져도 좋다. 또한, 발광층(123R)과 발광층(123B)은 격벽(145)과 중첩되는 영역에서 서로 중첩되는 영역을 가져도 좋다.
격벽(145)은 절연성이면 좋고, 무기 재료 또는 유기 재료를 사용하여 형성된다. 상기 무기 재료로서는 산화 실리콘, 산화질화 실리콘, 질화산화 실리콘, 질화 실리콘, 산화 알루미늄, 질화 알루미늄 등을 들 수 있다. 그 유기 재료로서는, 예로서 아크릴 수지, 또는 폴리이미드 수지 등의 감광성의 수지 재료를 들 수 있다.
또한, 발광층(123R), 발광층(123G), 및 발광층(123B)은 각각 상이한 색을 나타내는 기능을 갖는 발광 재료를 갖는 것이 바람직하다. 예를 들어, 발광층(123R)이 적색을 나타내는 기능을 갖는 발광 재료를 가짐으로써 영역(221R)은 적색 발광을 나타내고, 발광층(123G)이 녹색을 나타내는 기능을 갖는 발광 재료를 가짐으로써 영역(221G)은 녹색 발광을 나타내고, 발광층(123B)이 청색을 나타내는 기능을 갖는 발광 재료를 가짐으로써 영역(221B)은 청색 발광을 나타낸다. 이러한 구성을 갖는 발광 소자(260)를 표시 장치의 화소에 사용함으로써, 풀컬러 표시가 가능한 표시 장치를 제작할 수 있다. 또한, 각 발광층의 두께는 같아도 좋고 달라도 좋다.
또한, 발광층(123B), 발광층(123G), 및 발광층(123R) 중 어느 하나 또는 복수의 발광층은 실시형태 1에서 설명한 발광층(130)과 같은 구성을 갖는 것이 바람직하다. 발광층(123B), 발광층(123G), 및 발광층(123R) 중 어느 하나 또는 복수의 발광층은 실시형태 1에서 설명한 발광층(130)과 같은 구성을 가짐으로써 발광 효율이 양호한 발광 소자를 제작할 수 있다.
또한, 발광층(123B), 발광층(123G), 및 발광층(123R) 중 어느 하나 또는 복수의 발광층은 2층 이상이 적층된 구성으로 하여도 좋다.
이상과 같이, 적어도 하나의 발광층이 실시형태 1에서 설명한 발광층을 갖고, 상기 발광층을 갖는 발광 소자(260)를 표시 장치의 화소에 사용함으로써, 발광 효율이 높은 표시 장치를 제작할 수 있다. 즉, 발광 소자(260)를 갖는 표시 장치는 소비전력을 저감시킬 수 있다.
또한, 광을 추출하는 전극 위에 컬러 필터를 제공함으로써, 발광 소자(260)의 색 순도를 향상시킬 수 있다. 따라서, 발광 소자(260)를 갖는 표시 장치의 색 순도를 높일 수 있다.
또한, 광을 추출하는 전극 위에 편광판을 제공함으로써, 발광 소자(260)의 외광 반사를 저감시킬 수 있다. 따라서, 발광 소자(260)를 갖는 표시 장치의 명암비를 높일 수 있다.
또한, 발광 소자(260)에서의 다른 구성에 대해서는 실시형태 1에서의 발광 소자의 구성을 참조하면 좋다.
<발광 소자의 구성예 2>
다음에, 도 6에 도시된 발광 소자와 다른 구성예에 대하여 도 7의 (A) 및 (B)를 사용하여 이하에서 설명한다.
도 7의 (A) 및 (B)는 본 발명의 일 형태의 발광 소자를 도시한 단면도이다. 또한, 도 7의 (A) 및 (B)에서 도 6에 도시된 부호와 같은 기능을 갖는 개소에서는 같은 해치 패턴으로 하고 부호를 생략하는 경우가 있다. 또한, 같은 기능을 갖는 개소에는 같은 부호를 붙이고 그 자세한 설명은 생략하는 경우가 있다.
도 7의 (A) 및 (B)는 한 쌍의 전극 사이에 발광층을 갖는 발광 소자의 구성예이다. 도 7의 (A)에 도시된 발광 소자(262a)는 기판(200)과 반대의 방향으로 광을 추출하는 상면 사출(톱 이미션)형 발광 소자, 도 7의 (B)에 도시된 발광 소자(262b)는 기판(200) 측에 광을 추출하는 하면 사출(보텀 이미션)형의 발광 소자이다. 다만, 본 발명의 일 형태는 이에 한정되지 않으며, 발광 소자가 나타내는 광을, 발광 소자가 형성되는 기판(200)의 위쪽 및 아래쪽의 양쪽으로 추출하는 양면 사출(듀얼 에미션)형이라도 좋다.
발광 소자(262a) 및 발광 소자(262b)는 기판(200) 위에 전극(101)과, 전극(102)과, 전극(103)과, 전극(104)을 갖는다. 또한, 전극(101)과 전극(102) 사이, 및 전극(102)과 전극(103) 사이, 및 전극(102)과 전극(104) 사이에, 적어도 발광층(130) 및 전하 발생층(115)을 갖는다. 또한, 정공 주입층(111), 정공 수송층(112), 발광층(140), 전자 수송층(113), 전자 주입층(114), 정공 주입층(116), 정공 수송층(117), 전자 수송층(118), 및 전자 주입층(119)을 갖는다.
또한, 전극(101)은 도전층(101a), 및 도전층(101a) 위에 접촉되는 도전층(101b)을 갖는다. 또한, 전극(103)은 도전층(103a), 및 도전층(103a) 위에 접촉되는 도전층(103b)을 갖는다. 전극(104)은 도전층(104a), 및 도전층(104a) 위에 접촉되는 도전층(104b)을 갖는다.
도 7의 (A)에 도시된 발광 소자(262a) 및 도 7의 (B)에 도시된 발광 소자(262b)는 전극(101)과 전극(102)으로 끼워진 영역(222B), 전극(102)과 전극(103)으로 끼워진 영역(222G), 및 전극(102)과 전극(104)으로 끼워진 영역(222R) 사이에 격벽(145)을 갖는다. 격벽(145)은 절연성을 갖는다. 격벽(145)은 전극(101), 전극(103), 및 전극(104)의 단부를 덮고, 상기 전극과 중첩되는 개구부를 갖는다. 격벽(145)을 제공함으로써, 각 영역의 기판(200) 위의 상기 전극을 각각 섬 형상으로 분리할 수 있다.
또한, 발광 소자(262a) 및 발광 소자(262b)는 영역(222B), 영역(222G), 및 영역(222R)으로부터 나타내어지는 광이 추출되는 방향으로, 각각 광학 소자(224B), 광학 소자(224G), 및 광학 소자(224R)를 갖는 기판(220)을 갖는다. 각 영역으로부터 나타내어지는 광은 각 광학 소자를 통하여 발광 소자 외부로 사출된다. 즉, 영역(222B)으로부터 나타내어지는 광은 광학 소자(224B)를 통하여 사출되고, 영역(222G)으로부터 나타내어지는 광은 광학 소자(224G)를 통하여 사출되고, 영역(222R)으로부터 나타내어지는 광은 광학 소자(224R)를 통하여 사출된다.
또한, 광학 소자(224B), 광학 소자(224G), 및 광학 소자(224R)는 입사된 광에서 특정 색을 나타내는 광을 선택적으로 투과시키는 기능을 갖는다. 예를 들어, 광학 소자(224B)를 통하여 사출되는 영역(222B)으로부터 나타내어지는 광은 청색을 나타내는 광이 되고, 광학 소자(224G)를 통하여 사출되는 영역(222G)으로부터 나타내어지는 광은 녹색을 나타내는 광이 되고, 광학 소자(224R)를 통하여 사출되는 영역(222R)으로부터 나타내어지는 광은 적색을 나타내는 광이 된다.
광학 소자(224R), 광학 소자(224G), 및 광학 소자(224B)에는, 예를 들어 착색층(컬러 필터라고도 함), 밴드 패스 필터, 다층막 필터 등을 적용할 수 있다. 또한, 광학 소자에 색 변환 소자를 적용할 수 있다. 색 변환 소자는 입사된 광을 이 광의 파장보다 긴 파장의 광으로 변환하는 광학 소자이다. 색 변환 소자로서 퀀텀닷을 사용하는 소자이면 바람직하다. 퀀텀닷을 사용함으로써, 표시 장치의 색 재현성을 높일 수 있다.
또한, 광학 소자(224R), 광학 소자(224G), 및 광학 소자(224B) 위에 복수의 광학 소자를 중첩시켜 제공하여도 좋다. 다른 광학 소자로서는, 예를 들어 원편광판이나 반사 방지막 등을 제공할 수 있다. 표시 장치의 발광 소자가 발하는 광이 추출되는 측에 원편광판을 제공하면, 표시 장치의 외부로부터 입사한 광이 표시 장치 내부에서 반사되어 외부로 사출되는 현상을 방지할 수 있다. 또한, 반사 방지막을 제공하면, 표시 장치의 표면에서 반사되는 외광을 약화시킬 수 있다. 이로써, 표시 장치가 발하는 광을 선명하게 관찰할 수 있다.
또한, 도 7의 (A) 및 (B)에서, 각 광학 소자를 통하여 각 영역으로부터 사출되는 광을, 청색(B)을 나타내는 광, 녹색(G)을 나타내는 광, 적색(R)을 나타내는 광으로서 각각 파선 화살표로 모식적으로 도시하였다.
또한, 각 광학 소자 사이에 차광층(223)을 갖는다. 차광층(223)은 인접되는 영역으로부터 발해진 광을 차광하는 기능을 갖는다. 또한, 차광층(223)을 제공하지 않는 구성으로 하여도 좋다.
차광층(223)은 외광 반사를 억제하는 기능을 갖는다. 또는, 차광층(223)은 인접되는 발광 소자로부터 발해진 광의 혼색을 방지하는 기능을 갖는다. 차광층(223)에는, 금속, 흑색 안료를 포함한 수지, 카본 블랙, 금속 산화물, 복수의 금속 산화물의 고용체를 포함하는 복합 산화물 등을 사용할 수 있다.
또한, 기판(200), 및 광학 소자를 갖는 기판(220)으로서는 실시형태 1을 참조하면 좋다.
또한, 발광 소자(262a) 및 발광 소자(262b)는 마이크로캐비티 구조를 갖는다.
*《마이크로캐비티 구조》
발광층(130) 및 발광층(140)으로부터 사출되는 광은 한 쌍의 전극(예를 들어, 전극(101)과 전극(102)) 사이에서 공진된다. 또한, 발광층(130) 및 발광층(140)은 사출되는 광 중 원하는 파장의 광이 강화되는 위치에 형성된다. 예를 들어, 전극(101)의 반사 영역으로부터 발광층(130)의 발광 영역까지의 광학 거리와, 전극(102)의 반사 영역으로부터 발광층(130)의 발광 영역까지의 광학 거리를 조정함으로써, 발광층(130)으로부터 사출되는 광 중 원하는 파장의 광을 강화시킬 수 있다. 또한, 전극(101)의 반사 영역으로부터 발광층(140)의 발광 영역까지의 광학 거리와, 전극(102)의 반사 영역으로부터 발광층(140)의 발광 영역까지의 광학 거리를 조정함으로써, 발광층(140)으로부터 사출되는 광 중 원하는 파장의 광을 강화시킬 수 있다. 즉, 복수의 발광층(여기서는 발광층(130) 및 발광층(140))을 적층하는 발광 소자의 경우, 발광층(130) 및 발광층(140) 각각의 광학 거리를 최적화하는 것이 바람직하다.
또한, 발광 소자(262a) 및 발광 소자(262b)에서는, 각 영역에서 도전층(도전층(101b), 도전층(103b), 및 도전층(104b))의 두께를 조정함으로써 발광층(130) 및 발광층(140)으로부터 나타내어지는 광 중 원하는 파장의 광을 강화시킬 수 있다. 또한, 각 영역에서 정공 주입층(111) 및 정공 수송층(112) 중 적어도 하나의 두께를 다르게 함으로써, 발광층(130) 및 발광층(140)으로부터 나타내어지는 광을 강화시켜도 좋다.
예를 들어, 전극(101) 내지 전극(104)에서, 광을 반사하는 기능을 갖는 도전성 재료의 굴절률이 발광층(130) 또는 발광층(140)의 굴절률보다 작은 경우에는 전극(101)이 갖는 도전층(101b)의 막 두께를, 전극(101)과 전극(102) 사이의 광학 거리가 mBλB/2(mB는 자연수, λB는 영역(222B)에서 강화되는 광의 파장을 각각 나타냄)가 되도록 조정한다. 마찬가지로, 전극(103)이 갖는 도전층(103b)의 막 두께를, 전극(103)과 전극(102) 사이의 광학 거리가 mGλG/2(mG는 자연수, λG는 영역(222G)에서 강화되는 광의 파장을 각각 나타냄)가 되도록 조정한다. 또한, 전극(104)이 갖는 도전층(104b)의 막 두께를, 전극(104)과 전극(102) 사이의 광학 거리가 mRλR/2(mR은 자연수, λR은 영역(222R)에서 강화되는 광의 파장을 각각 나타냄)가 되도록 조정한다.
이와 같이 마이크로캐비티 구조를 제공하고, 각 영역의 한 쌍의 전극 사이의 광학 거리를 조정함으로써, 각 전극 근방의 광 산란 및 광 흡수를 억제하고, 높은 광 추출 효율을 실현할 수 있다. 또한, 상기 구성에 있어서, 도전층(101b), 도전층(103b), 도전층(104b)은 광을 투과시키는 기능을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 도전층(101b), 도전층(103b), 도전층(104b)을 구성하는 재료는 서로 같아도 좋고 달라도 좋다. 또한, 도전층(101b), 도전층(103b), 도전층(104b)은 각각 2층 이상의 층이 적층된 구성이어도 좋다.
또한, 도 7의 (A)에 도시된 발광 소자(262a)는 상면 사출형 발광 소자이므로, 도전층(101a), 도전층(103a), 및 도전층(104a)은 광을 반사하는 기능을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 전극(102)은 광을 투과시키는 기능과 광을 반사하는 기능을 갖는 것이 바람직하다.
또한, 도 7의 (B)에 도시된 발광 소자(262b)는 하면 사출형 발광 소자이므로, 도전층(101a), 도전층(103a), 도전층(104a)은 광을 투과시키는 기능과 광을 반사하는 기능을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 전극(102)은 광을 반사하는 기능을 갖는 것이 바람직하다.
또한, 발광 소자(262a) 및 발광 소자(262b)에서, 도전층(101a), 도전층(103a), 또는 도전층(104a)에 같은 재료를 사용하여도 좋고 다른 재료를 사용하여도 좋다. 도전층(101a), 도전층(103a), 도전층(104a)에 같은 재료를 사용하는 경우, 발광 소자(262a) 및 발광 소자(262b)의 제조 비용을 저감시킬 수 있다. 또한, 도전층(101a), 도전층(103a), 도전층(104a)은 각각 2층 이상의 층이 적층된 구성이어도 좋다.
또한, 발광 소자(262a) 및 발광 소자(262b)에서의 발광층(130)은 실시형태 1에서 제시한 구성을 갖는 것이 바람직하다. 발광 소자(262a) 및 발광 소자(262b)에서의 발광층(130)이 실시형태 1에서 제시한 구성을 가짐으로써, 높은 발광 효율을 나타내는 발광 소자를 제작할 수 있다.
또한, 발광층(130) 및 발광층(140) 중 한쪽 또는 양쪽은 예를 들어 발광층(140a) 및 발광층(140b)과 같이 2층이 적층된 구성이어도 좋다. 2층의 발광층에, 다른 색을 나타내는 기능을 갖는 2종류의 발광 재료(제 1 발광 재료 및 제 2 발광 재료)를 각각 사용함으로써, 복수의 색을 포함하는 발광을 얻을 수 있다. 특히 발광층(130)과 발광층(140)이 나타내는 발광에 의하여 백색이 되도록 각 발광층에 사용하는 발광 재료를 선택하면 바람직하다.
또한, 발광층(130) 및 발광층(140) 중 한쪽 또는 양쪽은 3층 이상이 적층된 구성이라도 좋고, 발광 재료를 갖지 않는 층이 포함되어 있어도 좋다.
상술한 바와 같이, 실시형태 1에 제시된 발광층의 구성을 갖는 발광 소자(262a) 또는 발광 소자(262b)를 표시 장치의 화소에 사용함으로써, 발광 효율이 높은 표시 장치를 제작할 수 있다. 즉, 발광 소자(262a) 또는 발광 소자(262b)를 갖는 표시 장치는 소비전력을 저감시킬 수 있다.
또한, 발광 소자(262a) 및 발광 소자(262b)의 기타 구성에 대해서는 발광 소자(260), 또는 실시형태 1 및 실시형태 2에 제시된 발광 소자의 구성을 참조하면 좋다.
또한, 본 실시형태에 제시된 구성은 다른 실시형태에 제시된 구성과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시형태 4)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태의 발광 소자를 갖는 표시 장치에 대하여 도 8 내지 도 10을 참조하여 설명한다.
<표시 장치의 구성예 1>
도 8의 (A)는 표시 장치(600)의 상면도, 도 8의 (B)는 도 8의 (A)의 일점쇄선 A-B 및 일점쇄선 C-D를 따라 절단한 단면도이다. 표시 장치(600)는 구동 회로부(신호선 구동 회로부(601) 및 주사선 구동 회로부(603)), 및 화소부(602)를 갖는다. 또한, 신호선 구동 회로부(601), 주사선 구동 회로부(603), 및 화소부(602)는 발광 소자의 발광을 제어하는 기능을 갖는다.
또한, 표시 장치(600)는 소자 기판(610), 밀봉 기판(604), 밀봉재(605), 밀봉재(605)로 둘러싸인 영역(607), 리드 배선(608), 및 FPC(609)를 갖는다.
또한, 리드 배선(608)은 신호선 구동 회로부(601) 및 주사선 구동 회로부(603)에 입력되는 신호를 전송하기 위한 배선이며, 외부 입력 단자가 되는 FPC(609)로부터 비디오 신호, 클록 신호, 스타트 신호, 리셋 신호 등을 받는다. 또한, 여기서는 FPC(609)만 도시되어 있지만, FPC(609)에는 프린트 배선판(PWB: Printed Wiring Board)이 장착되어 있어도 좋다.
또한, 신호선 구동 회로부(601)는 N채널형 트랜지스터(623)와 P채널형 트랜지스터(624)를 조합한 CMOS 회로가 형성된다. 또한, 신호선 구동 회로부(601) 또는 주사선 구동 회로부(603)에는 다양한 CMOS 회로, PMOS 회로, 또는 NMOS 회로를 사용할 수 있다. 또한, 본 실시형태에서는 기판 위에 구동 회로부를 형성한 드라이버와 화소를 기판의 동일한 표면 위에 제공한 표시 장치를 제시하지만, 반드시 그 필요는 없으며, 구동 회로부를 기판 위가 아니라 외부에 형성할 수도 있다.
또한, 화소부(602)는 스위칭용 트랜지스터(611), 전류 제어용 트랜지스터(612), 전류 제어용 트랜지스터(612)의 드레인에 전기적으로 접속된 하부 전극(613)을 갖는다. 또한, 하부 전극(613)의 단부를 덮도록 격벽(614)이 형성된다. 격벽(614)으로서는 포지티브형 감광성 아크릴 수지막을 사용할 수 있다.
또한, 피복성을 양호하게 하기 위하여, 격벽(614)의 상단부(上端部) 또는 하단부(下端部)에 곡률을 갖는 곡면이 형성되도록 한다. 예를 들어, 격벽(614)의 재료로서 포지티브형 감광성 아크릴을 사용한 경우, 격벽(614)의 상단부에만 곡률 반경(0.2μm 이상 3μm 이하)을 갖는 곡면을 가지게 하는 것이 바람직하다. 또한, 격벽(614)으로서 네거티브형 감광성 수지 및 포지티브형 감광성 수지 중 어느 쪽이든 사용할 수 있다.
또한, 트랜지스터(트랜지스터(611, 612, 623, 624))의 구조는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 스태거형 트랜지스터를 사용하여도 좋다. 또한, 트랜지스터의 극성에 대해서도 특별한 한정은 없으며, N채널형 트랜지스터 및 P채널형 트랜지스터를 갖는 구조, 및 N채널형 트랜지스터 및 P채널형 트랜지스터 중 어느 한쪽만으로 이루어진 구조를 사용하여도 좋다. 또한, 트랜지스터에 사용되는 반도체막의 결정성에 대해서도 특별한 한정은 없다. 예를 들어, 비정질 반도체막, 결정성 반도체막을 사용할 수 있다. 또한, 반도체 재료로서는 14족(실리콘 등) 반도체, 화합물 반도체(산화물 반도체를 포함함), 유기 반도체 등을 사용할 수 있다. 트랜지스터로서는, 예를 들어, 에너지갭이 2eV 이상, 바람직하게는 2.5eV 이상, 더 바람직하게는 3eV 이상의 산화물 반도체를 사용함으로써 트랜지스터의 오프 전류를 저감시킬 수 있으므로 바람직하다. 상기 산화물 반도체로서는, In-Ga 산화물, In-M-Zn 산화물(M은 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 이트륨(Y), 지르코늄(Zr), 란타넘(La), 세륨(Ce), 주석(Sn), 하프늄(Hf), 또는 네오디뮴(Nd)을 나타냄) 등을 들 수 있다.
하부 전극(613) 위에는 EL층(616) 및 상부 전극(617)이 각각 형성된다. 또한, 하부 전극(613)은 양극으로서 기능하고, 상부 전극(617)은 음극으로서 기능한다.
또한, EL층(616)은 증착 마스크를 사용한 증착법(진공 증착법을 포함함), 액적 토출법(잉크젯법이라고도 함), 스핀 코팅법 등의 도포법, 그라비어 인쇄법 등 각종 방법으로 형성된다. 또한, EL층(616)을 구성하는 재료로서는 저분자 화합물 또는 고분자 화합물(올리고머, 덴드리머를 포함함)이어도 좋다.
또한, 하부 전극(613), EL층(616), 및 상부 전극(617)으로 발광 소자(618)가 형성된다. 상기 발광 소자(618)는 실시형태 1 내지 실시형태 3의 구성을 갖는 발광 소자이면 바람직하다. 또한, 화소부에 복수의 발광 소자가 형성되는 경우, 실시형태 1 내지 실시형태 3에 기재된 발광 소자와, 그 이외의 구성을 갖는 발광 소자의 양쪽이 포함되어도 좋다.
또한, 밀봉재(605)를 사용하여 밀봉 기판(604)을 소자 기판(610)과 접합함으로써, 소자 기판(610), 밀봉 기판(604), 및 밀봉재(605)로 둘러싸인 영역(607)에 발광 소자(618)가 제공된 구조가 된다. 또한, 영역(607)에는 충전재가 충전되어 있고, 불활성 가스(질소나 아르곤 등)가 충전되는 경우 외에, 밀봉재(605)에 사용할 수 있는 자외선 경화 수지 또는 열 경화 수지로 충전되는 경우도 있고, 예를 들어, PVC(폴리바이닐클로라이드)계 수지, 아크릴계 수지, 폴리이미드계 수지, 에폭시계 수지, 실리콘(silicone)계 수지, PVB(폴리바이닐뷰티랄)계 수지, 또는 EVA(에틸렌바이닐아세테이트)계 수지를 사용할 수 있다. 밀봉 기판에는 오목부를 형성하고 거기에 건조제를 제공하면 수분의 영향으로 인한 열화를 억제할 수 있어 바람직한 구성이 된다.
또한, 발광 소자(618)와 서로 중첩도록 광학 소자(621)가 밀봉 기판(604) 아래에 제공된다. 또한, 밀봉 기판(604) 아래에는 차광층(622)이 제공된다. 광학 소자(621) 및 차광층(622)은 각각 실시형태 3에 기재된 광학 소자, 및 차광층과 같은 구성으로 하면 좋다.
또한, 밀봉재(605)에는 에폭시계 수지나 글라스 프릿(glass frit)을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 이들 재료는 가능한 한 수분이나 산소를 투과시키기 어려운 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 하여, 실시형태 1 내지 실시형태 3에 기재된 발광 소자 및 광학 소자를 갖는 표시 장치를 얻을 수 있다.
<표시 장치의 구성예 2>
다음에, 표시 장치의 다른 일례에 대하여 도 9의 (A) 및 (B)를 사용하여 설명한다. 또한, 도 9의 (A) 및 (B)는 본 발명의 일 형태의 표시 장치의 단면도이다.
도 9의 (A)에는 기판(1001), 하지 절연막(1002), 게이트 절연막(1003), 게이트 전극(1006, 1007, 1008), 제 1 층간 절연막(1020), 제 2 층간 절연막(1021), 주변부(1042), 화소부(1040), 구동 회로부(1041), 발광 소자의 하부 전극(1024R, 1024G, 1024B), 격벽(1025), EL층(1028), 발광 소자의 상부 전극(1026), 밀봉층(1029), 밀봉 기판(1031), 밀봉재(1032) 등이 도시되어 있다.
또한, 도 9의 (A)는 광학 소자의 일례로서, 착색층(적색 착색층(1034R), 녹색 착색층(1034G), 및 청색 착색층(1034B))을 투명한 기재(1033)에 제공하는 예이다. 또한, 차광층(1035)을 더 제공하여도 좋다. 착색층 및 차광층이 제공된 투명한 기재(1033)는 위치 맞춤을 수행하여 기판(1001)에 고정한다. 또한, 착색층 및 차광층은 오버코트층(1036)으로 덮여 있다. 또한, 도 9의 (A)에서는, 착색층을 투과하는 광은 적색, 녹색, 청색이므로, 3색의 화소로 영상을 표현할 수 있다.
도 9의 (B)에는, 광학 소자의 일례로서, 착색층(적색 착색층(1034R), 녹색 착색층(1034G), 청색 착색층(1034B))을 게이트 절연막(1003)과 제 1 층간 절연막(1020) 사이에 형성하는 예를 도시하였다. 이와 같이, 착색층은 기판(1001)과 밀봉 기판(1031) 사이에 제공되어도 좋다.
또한, 광학 소자의 일례로서, 착색층(적색 착색층(1034R), 녹색 착색층(1034G), 청색 착색층(1034B))을 제 1 층간 절연막(1020)과 제 2 층간 절연막(1021) 사이에 형성하여도 좋다.
또한, 상술한 표시 장치에서는, 트랜지스터가 형성된 기판(1001) 측에 광을 추출하는 구조(보텀 이미션형)의 표시 장치로 하였지만, 밀봉 기판(1031) 측에 광을 추출하는 구조(톱 이미션형)의 표시 장치로 하여도 좋다.
<표시 장치의 구성예 3>
톱 이미션형 표시 장치의 단면도의 일례를 도 10의 (A) 및 (B)에 도시하였다. 도 10의 (A) 및 (B)는 본 발명의 일 형태의 표시 장치를 설명한 단면도이고, 도 9의 (A) 및 (B)에 도시된 구동 회로부(1041), 주변부(1042) 등을 생략하여 예시하였다.
이 경우, 기판(1001)으로서는 광을 투과시키지 않는 기판을 사용할 수 있다. 트랜지스터와 발광 소자의 양극을 접속시키는 접속 전극을 제작할 때까지는 보텀 이미션형 표시 장치와 마찬가지로 형성한다. 그 후, 전극(1022)을 덮도록 제 3 층간 절연막(1037)을 형성한다. 이 절연막은 평탄화의 역할을 가져도 좋다. 제 3 층간 절연막(1037)은 제 2 층간 절연막과 같은 재료 외에, 다른 다양한 재료를 사용하여 형성할 수 있다.
여기서 발광 소자의 하부 전극(1024R, 1024G, 1024B)을 양극으로 하지만, 음극이라도 좋다. 또한, 도 10의 (A) 및 (B)와 같은 톱 이미션형 표시 장치의 경우, 하부 전극(1024R, 1024G, 1024B)은 광을 반사하는 기능을 갖는 것이 바람직하다. 또한, EL층(1028) 위에 상부 전극(1026)이 제공된다. 상부 전극(1026)이 광을 반사하는 기능과 광을 투과시키는 기능을 갖고, 하부 전극(1024R, 1024G, 1024B)과 상부 전극(1026) 사이에 마이크로캐비티 구조를 채용함으로써, 특정 파장의 광의 강도를 증가시키는 것이 바람직하다.
도 10의 (A)와 같은 톱 이미션 구조에서는 착색층(적색 착색층(1034R), 녹색 착색층(1034G), 및 청색 착색층(1034B))을 제공한 밀봉 기판(1031)으로 밀봉할 수 있다. 밀봉 기판(1031)에는 화소와 화소 사이에 위치하도록 차광층(1035)을 제공하여도 좋다. 또한, 밀봉 기판(1031)으로서는 투광성을 갖는 기판을 사용하는 것이 적합하다.
또한, 도 10의 (A)에서는 복수의 발광 소자와, 이 복수의 발광 소자에 각각 착색층을 제공하는 구성을 예시하였지만, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 도 10의 (B)에 도시된 바와 같이, 녹색 착색층을 제공하지 않고, 적색 착색층(1034R) 및 청색 착색층(1034B)을 제공하여, 적색, 녹색, 청색의 3색으로 풀 컬러 표시를 수행하는 구성으로 하여도 좋다. 도 10의 (A)에 도시된 바와 같이, 발광 소자와, 상기 발광 소자에 각각 착색층을 제공하는 구성으로 한 경우, 외광 반사를 억제할 수 있다는 효과를 나타낸다. 한편, 도 10의 (B)에 도시된 바와 같이 발광 소자에 녹색 착색층을 제공하지 않고, 적색 착색층 및 청색 착색층을 제공하는 구성으로 한 경우, 녹색 발광 소자로부터 사출된 광의 에너지 손실이 적기 때문에 소비전력을 낮게 할 수 있다는 효과를 나타낸다.
상술한 표시 장치는 3색(적색, 녹색, 및 청색)의 부화소를 갖는 구성을 제시하였지만, 4색(적색, 녹색, 청색, 및 황색, 또는 적색, 녹색, 청색, 및 백색)의 부화소를 갖는 구성으로 하여도 좋다. 이 경우, 황색의 광을 투과시키는 기능 또는 청색, 녹색, 황색, 적색 중에서 선택되는 복수의 광을 투과시키는 기능을 갖는 착색층을 사용할 수 있다. 상기 착색층이 청색, 녹색, 황색, 및 적색 중에서 선택된 복수의 광을 투과시키는 기능을 가질 때, 상기 착색층을 투과한 광은 백색이라도 좋다. 황색 또는 백색의 발광을 나타내는 발광 소자는 발광 효율이 높기 때문에, 이러한 구성을 갖는 표시 장치는 소비전력을 저감시킬 수 있다.
또한, 도 8에 도시된 표시 장치(600)는 소자 기판(610), 밀봉 기판(604), 및 밀봉재(605)로 둘러싸인 영역(607)에 밀봉층을 형성하여도 좋다. 상기 밀봉층에는, 예를 들어, PVC(폴리바이닐클로라이드)계 수지, 아크릴계 수지, 폴리이미드계 수지, 에폭시계 수지, 실리콘(silicone)계 수지, PVB(폴리바이닐뷰티랄)계 수지, 또는 EVA(에틸렌바이닐아세테이트)계 수지 등의 수지를 사용할 수 있다. 또한, 산화 실리콘, 산화질화 실리콘, 질화산화 실리콘, 질화 실리콘, 산화 알루미늄, 질화 알루미늄 등의 무기 재료를 사용하여도 좋다. 영역(607)에 밀봉층을 형성함으로써, 물 등의 불순물로 인한 발광 소자(618)의 열화를 억제할 수 있어 바람직하다. 또한, 밀봉층을 형성하는 경우, 밀봉재(605)를 제공하지 않아도 된다.
또한, 밀봉층을 다층으로 함으로써, 물 등의 불순물이 표시 장치(600)의 외부로부터 표시 장치 내부의 발광 소자(618)까지 침입하는 것을 효과적으로 방지할 수 있어 바람직하다. 또한, 밀봉층을 다층으로 하는 경우, 수지와 무기 재료를 적층시키면 바람직한 구성이 된다.
또한, 본 실시형태에 제시된 구성은 다른 실시형태나 본 실시형태 중의 다른 구성과 적절히 조합할 수 있다.
(실시형태 5)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태의 발광 소자를 갖는 표시 모듈, 전자 기기, 발광 장치, 및 조명 장치에 대하여 도 11 내지 도 14를 사용하여 설명한다.
<표시 모듈에 관한 설명>
도 11에 도시된 표시 모듈(8000)은 상부 커버(8001)와 하부 커버(8002) 사이에, FPC(8003)에 접속된 터치 센서(8004), FPC(8005)에 접속된 표시 장치(8006), 프레임(8009), 프린트 기판(8010), 배터리(8011)를 갖는다.
본 발명의 일 형태의 발광 소자는 예를 들어 표시 장치(8006)에 사용할 수 있다.
상부 커버(8001) 및 하부 커버(8002)는 터치 센서(8004) 및 표시 장치(8006)의 크기에 맞춰 형상이나 치수를 적절히 변경할 수 있다.
터치 센서(8004)는 저항막 방식 또는 정전 용량 방식의 터치 센서를 표시 장치(8006)에 중첩시켜 사용할 수 있다. 또한, 표시 장치(8006)의 대향 기판(밀봉 기판)이 터치 센서 기능을 가지도록 할 수도 있다. 또한, 표시 장치(8006)의 각 화소 내에 광 센서를 제공하여 광학식 터치 센서로 할 수도 있다.
프레임(8009)은 표시 장치(8006)의 보호 기능에 더하여, 프린트 기판(8010)의 동작에 의하여 발생하는 전자기파를 차단하기 위한 전자 실드로서의 기능을 갖는다. 또한, 프레임(8009)은 방열판으로서의 기능을 가져도 좋다.
프린트 기판(8010)은 전원 회로, 비디오 신호 및 클록 신호를 출력하기 위한 신호 처리 회로를 갖는다. 전원 회로에 전력을 공급하는 전원은 외부의 상용 전원이어도 좋고, 별도 제공한 배터리(8011)에 의한 전원이어도 좋다. 상용 전원을 사용하는 경우, 배터리(8011)는 생략할 수 있다.
또한, 표시 모듈(8000)에는 편광판, 위상차판, 프리즘 시트 등의 부재를 추가로 제공하여도 좋다.
<전자 기기에 관한 설명>
도 12의 (A) 내지 (G)는 전자 기기의 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 가질 수 있다. 또한, 센서(9007)는 맥박 센서나 지문 센서 등의 생체 정보를 측정하는 기능을 가져도 좋다.
도 12의 (A) 내지 (G)에 도시된 전자 기기는 다양한 기능을 가질 수 있다. 예를 들어, 다양한 정보(정지 화상, 동영상, 텍스트 화상 등)를 표시부에 표시하는 기능, 터치 센서 기능, 달력, 날짜, 또는 시각 등을 표시하는 기능, 다양한 소프트웨어(프로그램)에 의하여 처리를 제어하는 기능, 무선 통신 기능, 무선 통신 기능을 이용하여 다양한 컴퓨터 네트워크에 접속되는 기능, 무선 통신 기능을 이용하여 다양한 데이터의 송신 또는 수신을 수행하는 기능, 기록 매체에 기록되어 있는 프로그램 또는 데이터를 판독하여 표시부에 표시하는 기능 등을 가질 수 있다. 또한, 도 12의 (A) 내지 (G)에 도시된 전자 기기가 가질 수 있는 기능은 이들에 한정되지 않으며 다양한 기능을 가질 수 있다. 또한, 도 12의 (A) 내지 (G)에는 도시하지 않았지만, 전자 기기는 복수의 표시부를 갖는 구성으로 하여도 좋다. 또한, 이 전자 기기에 카메라 등을 제공하여 정지 화상을 촬영하는 기능, 동영상을 촬영하는 기능, 촬영한 화상을 기록 매체(외부 또는 카메라에 내장)에 저장하는 기능, 촬영한 화상을 표시부에 표시하는 기능 등을 가져도 좋다.
도 12의 (A) 내지 (G)에 도시된 전자 기기의 자세한 사항에 대하여 아래에서 설명한다.
도 12의 (A)는 휴대 정보 단말(9100)을 도시한 사시도이다. 휴대 정보 단말(9100)이 갖는 표시부(9001)는 가요성을 갖는다. 따라서, 만곡된 하우징(9000)의 만곡면을 따라 표시부(9001)를 제공할 수 있다. 또한, 표시부(9001)에는 터치 센서가 제공되고, 손가락이나 스타일러스 등으로 화면을 터치함으로써 조작할 수 있다. 예를 들어, 표시부(9001)에 표시된 아이콘을 터치함으로써, 애플리케이션을 기동할 수 있다.
도 12의 (B)는 휴대 정보 단말(9101)을 도시한 사시도이다. 휴대 정보 단말(9101)은 예를 들어 전화기, 수첩, 또는 정보 열람 장치 등 중에서 선택된 하나 또는 복수의 기능을 갖는다. 구체적으로는, 스마트폰으로서 사용할 수 있다. 또한, 휴대 정보 단말(9101)은 스피커(9003), 접속 단자(9006), 센서(9007) 등을 생략하여 도시하였지만, 도 12의 (A)에 도시된 휴대 정보 단말(9100)과 같은 위치에 제공할 수 있다. 또한, 휴대 정보 단말(9101)은 문자나 화상 정보를 그 복수의 면에 표시할 수 있다. 예를 들어, 3개의 조작 버튼(9050)(조작 아이콘 또는 단순히 아이콘이라고도 함)을 표시부(9001) 중 한 면에 표시할 수 있다. 또한, 파선의 직사각형으로 나타낸 정보(9051)를 표시부(9001)의 다른 면에 표시할 수 있다. 또한, 정보(9051)의 일례로서는 전자 메일이나 SNS(Social Networking Service)나 전화 등의 착신을 알리는 표시, 전자 메일이나 SNS 등의 제목, 전자 메일이나 SNS 등의 송신자명, 날짜, 시각, 배터리의 잔량, 전파 등의 수신 신호의 강도를 나타내는 표시 등이 있다. 또는, 정보(9051)가 표시되는 위치에 정보(9051) 대신에 조작 버튼(9050) 등을 표시하여도 좋다.
하우징(9000)의 재료로서는, 예를 들어 합금, 플라스틱, 세라믹 등을 사용할 수 있다. 플라스틱으로서는 강화 플라스틱을 사용할 수도 있다. 강화 플라스틱의 일종인 탄소 섬유 강화 수지 복합재(Carbon Fiber Reinforced Plastics: CFRP)는 경량이며 부식하지 않는 이점이 있다. 또한, 다른 강화 플라스틱으로서는 유리 섬유를 사용한 강화 플라스틱, 아라미드 섬유를 사용한 강화 플라스틱을 들 수 있다. 합금으로서는, 알루미늄 합금이나 마그네슘 합금을 들 수 있지만, 이 중에도 지르코늄과 구리와 니켈과 타이타늄을 포함하는 비정질 합금(금속 유리라고도 불림)이 탄성 강도의 점에서 우수하다. 이 비정질 합금은 실온에서 유리 전이 영역을 갖는 비정질 합금이며, 벌크 응고 비정질 합금이라고도 불리고, 실질적으로 비정질 원자 구조를 갖는 합금이다. 응고 주조법에 의하여, 적어도 일부의 하우징의 주형(鑄型) 내에 합금 재료를 부어 놓어, 응고시켜 일부의 하우징을 벌크 응고 비정질 합금으로 형성한다. 비정질 합금은 지르코늄, 구리, 니켈, 타이타늄 외에도 베릴륨, 실리콘, 나이오븀, 붕소, 갈륨, 몰리브데넘, 텅스텐, 망가니즈, 철, 코발트, 이트륨, 바나듐, 인, 탄소 등을 포함하여도 좋다. 또한, 비정질 합금은 응고 주조법에 한정되지 않고 진공 증착법, 스퍼터링법, 전해 도금법, 무전해 도금법 등에 의하여 형성되어도 좋다. 또한, 비정질 합금은 전체로서 긴 거리 질서(주기 구조)를 갖지 않는 상태를 유지하면, 미결정 또는 나노 결정을 포함하여도 좋다. 또한, 합금이란 단일 고체상 구조를 갖는 완전 고용체 합금 및 2개 이상의 상을 갖는 부분 용체의 양쪽을 포함하는 것으로 한다. 하우징(9000)에 비정질 합금을 사용함으로써 높은 탄성을 갖는 하우징을 실현할 수 있다. 따라서, 휴대 정보 단말(9101)을 낙하시키더라도, 하우징(9000)이 비정질 합금이라면 충격이 가해진 순간에 일시적으로 변형하여도 원래의 형태로 되돌아오기 때문에, 휴대 정보 단말(9101)의 내충격성을 향상시킬 수 있다.
도 12의 (C)는 휴대 정보 단말(9102)을 도시한 사시도이다. 휴대 정보 단말(9102)은 표시부(9001)의 3면 이상에 정보를 표시하는 기능을 갖는다. 여기서는 정보(9052), 정보(9053), 정보(9054)가 각각 다른 면에 표시되어 있는 예를 나타낸다. 예를 들어, 휴대 정보 단말(9102)의 사용자는 양복의 가슴 포켓에 휴대 정보 단말(9102)을 수납한 상태로, 그 표시(여기서는 정보(9053))를 확인할 수 있다. 구체적으로는, 착신한 전화의 발신자의 전화 번호 또는 이름 등을 휴대 정보 단말(9102) 위로부터 관찰할 수 있는 위치에 표시한다. 사용자는 휴대 정보 단말(9102)을 포켓에서 꺼내지 않고, 표시를 확인하고, 전화를 받을지 여부를 판단할 수 있다.
도 12의 (D)는 손목시계형 휴대 정보 단말(9200)의 사시도이다. 휴대 정보 단말(9200)은 이동 전화, 전자 메일, 문장 열람 및 작성, 음악 재생, 인터넷 통신, 컴퓨터 게임 등의 여러 가지 애플리케이션을 실행할 수 있다. 또한, 표시부(9001)는 그 표시면이 만곡되어 제공되고, 만곡된 표시면을 따라 표시를 할 수 있다. 또한, 휴대 정보 단말(9200)은 통신 규격된 근거리 무선 통신을 실행할 수 있다. 예를 들어, 무선 통신 가능한 헤드 세트와 상호 통신함으로써, 핸즈 프리 통화도 가능하다. 또한, 휴대 정보 단말(9200)은 접속 단자(9006)를 갖고, 커넥터를 통하여 다른 정보 단말과 직접 데이터를 교환할 수 있다. 또한, 접속 단자(9006)를 통하여 충전할 수도 있다. 또한, 충전 동작은 접속 단자(9006)를 통하지 않고, 무선 급전에 의하여 수행하여도 좋다.
도 12의 (E), (F), 및 (G)는 접을 수 있는 휴대 정보 단말(9201)의 사시도이다. 또한, 도 12의 (E)는 휴대 정보 단말(9201)을 펼친 상태의 사시도이고, 도 12의 (F)는 휴대 정보 단말(9201)을 펼친 상태 및 접은 상태 중 어느 한쪽에서 다른 쪽으로 변화되는 도중의 상태의 사시도이고, 도 12의 (G)는 휴대 정보 단말(9201)을 접은 상태의 사시도이다. 휴대 정보 단말(9201)은 접은 상태에서는 가반성이 우수하고, 펼친 상태에서는 이음매가 없는 넓은 표시 영역 때문에 표시의 일람성이 우수하다. 휴대 정보 단말(9201)이 갖는 표시부(9001)는 힌지(9055)에 의하여 연결된 3개의 하우징(9000)에 지탱된다. 힌지(9055)를 통하여 2개의 하우징(9000) 사이를 굴곡시킴으로써, 휴대 정보 단말(9201)을 펼친 상태로부터 접은 상태로 가역적으로 변형시킬 수 있다. 예를 들어, 휴대 정보 단말(9201)은 곡률 반경 1mm 이상 150mm 이하로 구부릴 수 있다.
또한, 전자 기기로서는, 예로서, 텔레비전 장치(텔레비전, 또는 텔레비전 수신기라고도 함), 컴퓨터용 등의 모니터, 디지털 카메라, 디지털 비디오 카메라, 디지털 액자, 휴대 전화기(휴대 전화, 휴대 전화 장치라고도 함), 고글형 디스플레이(헤드 마운트 디스플레이), 휴대형 게임기, 휴대 정보 단말, 음향 재생 장치, 파친코기 등의 대형 게임기 등을 들 수 있다.
또한, 본 발명의 일 형태의 전자 기기는, 이차 전지를 가져도 좋고, 비접촉 전력 전송을 사용하여, 이차 전지를 충전할 수 있다면 바람직하다.
이차 전지로서는, 예로서, 겔상 전해질을 사용하는 리튬 폴리머 전지(리튬 이온 폴리머 전지) 등의 리튬 이온 이차 전지, 리튬 이온 전지, 니켈 수소 전지, 니카드 전지, 유기 라디칼 전지, 납 축전지, 공기 이차 전지, 니켈 아연 전지, 은 아연 전지 등을 들 수 있다.
본 발명의 일 형태의 전자 기기는, 안테나를 갖고 있어도 좋다. 안테나에서 신호를 수신함으로써 표시부에서 영상이나 정보 등을 표시할 수 있다. 또한, 전자 기기가 이차 전지를 갖는 경우, 안테나를 비접촉 전력 전송에 사용하여도 좋다.
또한, 본 발명의 일 형태의 전자 기기 또는 조명 장치는 가요성을 갖기 때문에, 가옥이나 빌딩의 내벽 또는 외벽의 곡면, 또는 자동차의 내장 또는 외장의 곡면을 따라 제공할 수도 있다. 예를 들어 자동차의 대시보드, 프런트 유리, 천장 등에 조명을 설치할 수 있다.
<발광 장치에 관한 설명>
본 실시형태에서 제시하는 발광 장치(3000)의 사시도를 도 13의 (A)에 도시하고, 도 13의 (A)에 도시된 일점쇄선 E-F에 상당하는 단면도를 도 13의 (B)에 각각 도시하였다. 또한, 도 13의 (A)에서, 도면의 복잡화를 피하기 위하여 구성 요소의 일부를 파선으로 도시하였다.
도 13의 (A) 및 (B)에 도시된 발광 장치(3000)는 기판(3001), 기판(3001) 위의 발광 소자(3005), 발광 소자(3005)의 외주에 제공된 제 1 밀봉 영역(3007), 및 제 1 밀봉 영역(3007)의 외주에 제공된 제 2 밀봉 영역(3009)을 갖는다.
또한, 발광 소자(3005)로부터의 발광은 기판(3001) 및 기판(3003) 중 어느 한쪽 또는 양쪽으로부터 사출된다. 도 13의 (A) 및 (B)에서는, 발광 소자(3005)로부터의 발광이 아래쪽(기판(3001) 측)으로 사출되는 구성에 대하여 설명한다.
또한, 도 13의 (A) 및 (B)에 도시된 바와 같이, 발광 장치(3000)는 발광 소자(3005)가 제 1 밀봉 영역(3007)과 제 2 밀봉 영역(3009)에 의하여 둘러싸여 배치되는 이중 밀봉 구조이다. 이중 밀봉 구조로 함으로써, 발광 소자(3005) 측에 들어가는 외부의 불순물(예를 들어, 물, 산소 등)을 적합하게 억제할 수 있다. 다만, 제 1 밀봉 영역(3007) 및 제 2 밀봉 영역(3009)을 반드시 제공할 필요는 없다. 예를 들어, 제 1 밀봉 영역(3007)만 제공되는 구성으로 하여도 좋다.
또한, 도 13의 (B)에서, 제 1 밀봉 영역(3007) 및 제 2 밀봉 영역(3009)은 기판(3001) 및 기판(3003)과 접촉하여 제공된다. 다만, 이에 한정되지 않으며, 예를 들어, 제 1 밀봉 영역(3007) 및 제 2 밀봉 영역(3009) 중 한쪽 또는 양쪽은 기판(3001) 위에 형성되는 절연막, 또는 도전막과 접촉하여 제공되는 구성으로 하여도 좋다. 또는, 제 1 밀봉 영역(3007) 및 제 2 밀봉 영역(3009) 중 한쪽 또는 양쪽은 기판(3003) 아래에 형성되는 절연막, 또는 도전막과 접촉하여 제공되는 구성으로 하여도 좋다.
기판(3001) 및 기판(3003)은 각각 상술한 실시형태의 기판(200) 및 기판(220)과 같은 구성으로 하면 좋다. 발광 소자(3005)는 상술한 실시형태에 제시된 발광 소자와 같은 구성으로 하면 좋다.
제 1 밀봉 영역(3007)으로서는, 유리를 포함하는 재료(예를 들어, 글라스 프릿, 글라스 리본 등)를 사용하면 좋다. 또한, 제 2 밀봉 영역(3009)으로서는 수지를 포함하는 재료를 사용하면 좋다. 제 1 밀봉 영역(3007)으로서 유리를 포함하는 재료를 사용함으로써, 생산성이나 밀봉성을 높일 수 있다. 또한, 제 2 밀봉 영역(3009)으로서 수지를 포함하는 재료를 사용함으로써, 내충격성이나 내열성을 높일 수 있다. 다만, 제 1 밀봉 영역(3007)과 제 2 밀봉 영역(3009)은 이에 한정되지 않으며, 제 1 밀봉 영역(3007)이 수지를 포함한 재료로 형성되고, 제 2 밀봉 영역(3009)이 유리를 포함한 재료로 형성되어도 좋다.
또한, 상술한 글라스 프릿은 예를 들어, 산화 마그네슘, 산화 칼슘, 산화 스트론튬, 산화 바륨, 산화 세슘, 산화 소듐, 산화 포타슘, 산화 붕소, 산화 바나듐, 산화 아연, 산화 텔루륨, 산화 알루미늄, 이산화 실리콘, 산화 납, 산화 주석, 산화 인, 산화 루테늄, 산화 로듐, 산화 철, 산화 구리, 이산화 망가니즈, 산화 몰리브데넘, 산화 나이오븀, 산화 타이타늄, 산화 텅스텐, 산화 비스무트, 산화 지르코늄, 산화 리튬, 산화 안티모니, 납 붕산염 유리, 인산 주석 유리, 바나듐산염 유리 또는 보로실리케이트 유리 등을 포함한다. 적외광을 흡수시키기 위해서는 한 종류 이상의 전이 금속을 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상술한 글라스 프릿으로서는, 예를 들어, 기판 위에 프릿 페이스트를 도포하고, 이것에 가열 처리 또는 레이저 조사 등을 수행한다. 프릿 페이스트에는 상기 글라스 프릿과 유기 용매로 희석한 수지(바인더라고도 함)가 포함된다. 또한, 글라스 프릿에 레이저 광의 파장의 광을 흡수하는 흡수제를 첨가한 것을 사용하여도 좋다. 또한, 레이저로서, 예를 들어 Nd:YAG 레이저나 반도체 레이저 등을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 레이저 조사 시의 레이저 형상은 원형이나 사각형이라도 좋다.
또한, 상술한 수지를 포함하는 재료로서는, 예를 들어, 폴리에스터, 폴리올레핀, 폴리아마이드(나일론, 아라미드 등), 폴리이미드, 폴리카보네이트, 또는 아크릴 수지, 폴리우레탄, 에폭시 수지를 사용할 수 있다. 또는, 실리콘(silicone) 등의 실록산 결합을 갖는 수지를 포함하는 재료를 사용할 수 있다.
또한, 제 1 밀봉 영역(3007) 및 제 2 밀봉 영역(3009) 중 어느 한쪽 또는 양쪽에 유리를 포함하는 재료를 사용하는 경우, 상기 유리를 포함하는 재료와 기판(3001)과의 열 팽창률이 가까운 것이 바람직하다. 상기 구성으로 함으로써, 열 응력에 의하여 유리를 포함하는 재료 또는 기판(3001)에 크랙이 생기는 것을 억제할 수 있다.
예를 들어, 제 1 밀봉 영역(3007)에 유리를 포함하는 재료를 사용하고, 제 2 밀봉 영역(3009)에 수지를 포함하는 재료를 사용하는 경우, 아래와 같은 우수한 효과를 갖는다.
제 2 밀봉 영역(3009)은 제 1 밀봉 영역(3007)보다 발광 장치(3000)의 외주부에 가까운 측에 제공된다. 발광 장치(3000)는 외주부로 향함에 따라 외력 등에 의한 변형이 커진다. 따라서, 변형이 커지는 발광 장치(3000)의 외주부 측, 즉 제 2 밀봉 영역(3009)에 수지를 포함하는 재료를 사용하여 밀봉하고, 제 2 밀봉 영역(3009)보다 안쪽에 제공되는 제 1 밀봉 영역(3007)에 유리를 포함하는 재료를 사용하여 밀봉함으로써, 외력 등의 변형이 생겨도 발광 장치(3000)가 파손되기 어려워진다.
또한, 도 13의 (B)에 도시된 바와 같이, 기판(3001), 기판(3003), 제 1 밀봉 영역(3007), 및 제 2 밀봉 영역(3009)으로 둘러싸인 영역에는 제 1 영역(3011)이 형성된다. 또한, 기판(3001), 기판(3003), 발광 소자(3005), 및 제 1 밀봉 영역(3007)으로 둘러싸인 영역에 제 2 영역(3013)이 형성된다.
제 1 영역(3011) 및 제 2 영역(3013)으로서는, 예를 들어, 희가스 또는 질소 가스 등의 불활성 가스가 충전되어 있으면 바람직하다. 또는, 아크릴이나 에폭시 등의 수지가 충전되면 바람직하다. 또한, 제 1 영역(3011) 및 제 2 영역(3013)은 대기압 상태보다 감압 상태이면 바람직하다.
또한, 도 13의 (B)에 도시된 구성의 변형예를 도 13의 (C)에 도시하였다. 도 13의 (C)는 발광 장치(3000)의 변형예를 도시한 단면도이다.
도 13의 (C)는 기판(3003)의 일부에 오목부를 제공하고 이 오목부에 건조제(3018)를 제공하는 구성이다. 그 이외의 구성에 대해서는 도 13의 (B)에 도시된 구성과 마찬가지이다.
건조제(3018)로서는, 화학 흡착에 의하여 수분 등을 흡착하는 물질, 또는 물리 흡착에 의하여 수분 등을 흡착하는 물질을 사용할 수 있다. 예를 들어, 건조제(3018)로서 사용할 수 있는 물질로서는, 알칼리 금속의 산화물, 알칼리 토금속의 산화물(산화 칼슘이나 산화 바륨 등), 황산염, 금속 할로젠화물, 과염소산염, 제올라이트, 실리카 겔 등을 들 수 있다.
<조명 장치에 관한 설명>
도 14는 발광 소자를 실내의 조명 장치(8501)로서 사용한 예이다. 또한, 발광 소자는 대면적화도 가능하기 때문에, 대면적의 조명 장치를 형성할 수도 있다. 그 외에도, 곡면을 갖는 하우징을 사용함으로써 발광 영역이 곡면을 갖는 조명 장치(8502)를 형성할 수도 있다. 본 실시형태에서 제시하는 발광 소자는 박막 형상이며, 하우징의 디자인 자유도가 높다. 따라서, 여러 가지 디자인을 고안한 조명 장치를 형성할 수 있다. 또한, 실내의 벽면에 대형의 조명 장치(8503)를 구비하여도 좋다. 또한, 조명 장치(8501, 8502, 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, 기타 가구의 일부에 발광 소자를 사용함으로써, 가구로서의 기능을 구비한 조명 장치로 할 수 있다.
상술한 바와 같이 하여 본 발명의 일 형태의 발광 소자를 적용하여 표시 모듈, 발광 장치, 전자 기기, 및 조명 장치를 얻을 수 있다. 또한, 적용할 수 있는 조명 장치 및 전자 기기는 본 실시형태에 제시된 것에 한정하지 않고, 모든 분야의 전자 기기에 적용하는 것이 가능하다.
또한, 본 실시형태에 제시되는 구성은 다른 실시형태에 제시된 구성과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시예 1)
본 실시예에서는 본 발명의 일 형태의 발광 소자와 비교 발광 소자의 제작예에 대하여 설명한다. 본 실시예에서 제작한 발광 소자의 구성은 도 1과 같다. 소자 구조의 자세한 사항을 표 1에 나타낸다. 또한, 사용한 화합물의 구조와 약칭을 이하에 나타낸다.
Figure pat00006
[표 1]
Figure pat00007
<발광 소자의 제작>
이하에 본 실시예에서 제작한 발광 소자의 제작 방법을 제시한다.
《발광 소자 1의 제작》
*전극(101)으로서 ITSO막을 두께 70nm가 되도록 유리 기판 위에 형성하였다. 또한, 전극(101)의 전극 면적은 4mm2(2mm×2mm)로 하였다.
다음에, 정공 주입층(111)으로서 DBT3P-II와 산화 몰리브데넘(MoO3)을 중량비(DBT3P-II:MoO3) 1:0.5가 되고 두께 60nm가 되도록 전극(101) 위에 공증착하였다.
다음에 정공 수송층(112)으로서 9-[3-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]-9H-카바졸(약칭: mCzFLP)을 두께 20nm가 되도록 정공 주입층(111) 위에 증착하였다.
다음에 발광층(130)으로서, 4,6mCzP2Pm과 Ir(dmpimpt-Me)3을 중량비(4,6mCzP2Pm:Ir(dmpimpt-Me)3) 1:0.1이 되고 두께 40nm가 되도록 정공 수송층(112) 위에 공증착하였다. 발광층(130)에서 Ir(dmpimpt-Me)3은 제 1 유기 화합물이 되는 인광성 화합물이고 4,6mCzP2Pm은 제 2 유기 화합물이다.
다음에 전자 수송층(118)으로서, 4,6mCzP2Pm을 두께 20nm가 되고 BPhen을 두께 10nm가 되도록 순서대로 발광층(130) 위에 증착하였다. 다음에 전자 주입층(119)으로서 LiF를 두께 1nm가 되도록 전자 수송층(118) 위에 증착하였다.
다음에 전극(102)으로서 알루미늄(Al)을 두께 200nm가 되도록 전자 주입층(119) 위에 형성하였다.
다음에 질소 분위기의 글로브 박스 내에서, 밀봉하기 위한 유리 기판을, 유기 EL용 밀봉재를 사용하여, 유기 재료를 형성한 유리 기판에 고정함으로써 전극 및 EL층을 밀봉하였다. 구체적으로는 유리 기판에 형성된 유기 재료의 주위에 밀봉재를 도포하고 상기 유리 기판과 밀봉하기 위한 유리 기판을 접합시켜 파장이 365nm인 자외광을 6J/cm2 조사하고, 80℃에서 1시간 동안 가열 처리를 수행하였다. 상술한 공정으로 발광 소자 1을 얻었다.
《비교 발광 소자 1의 제작》
유리 기판 위에 전극(101)으로서 ITSO막을 두께 110nm가 되도록 형성하였다. 또한, 전극(101)의 전극 면적은 4mm2(2mm×2mm)로 하였다.
다음에, 정공 주입층(111)으로서 DBT3P-II와 산화 몰리브데넘(MoO3)을 중량비(DBT3P-II:MoO3) 1:0.5가 되고 두께 60nm가 되도록 전극(101) 위에 공증착하였다.
다음에 정공 주입층(111) 위에 정공 수송층(112)으로서 mCP를 두께 20nm가 되도록 증착하였다.
다음에 발광층(130)으로서 mCP와 Ir(dmpimpt-Me)3을 중량비(mCP:Ir(dmpimpt-Me)3) 1:0.08이 되고 두께 30nm가 되도록 정공 수송층(112) 위에 공증착하였다. 발광층(130)에서, Ir(dmpimpt-Me)3은 게스트 재료가 되는 인광성 화합물이고 mCP는 호스트 재료이다.
다음에 발광층(130) 위에, 전자 수송층(118)으로서 mDBTBIm-II와 Ir(dmpimpt-Me)3을 중량비(mDBTBIm-II:Ir(dmpimpt-Me)3) 1:0.08이 되고 두께 10nm가 되도록 공증착하고, 다음에 BPhen을 두께 15nm가 되도록 증착하였다. 다음에 전자 주입층(119)으로서 LiF를 두께 1nm가 되도록 전자 수송층(118) 위에 증착하였다.
다음에 전극(102)으로서 알루미늄(Al)을 두께 200nm가 되도록 전자 주입층(119) 위에 형성하였다.
다음에 질소 분위기의 글로브 박스 내에서, 밀봉하기 위한 유리 기판을 유기 EL용 밀봉재를 사용하여, 유기 재료를 형성한 유리 기판에 고정함으로써 전극 및 EL층을 밀봉하였다. 구체적인 방법은 발광 소자 1과 마찬가지이다. 상술한 공정으로 비교 발광 소자 1을 얻었다.
<발광 소자의 특성>
다음에 상기 제작된 발광 소자 1 및 비교 발광 소자 1의 특성을 측정하였다. 휘도 및 CIE 색도의 측정에는 색채 휘도계(Topcon Technohouse Corporation제, BM-5A)를 사용하고, 전계 발광 스펙트럼의 측정에는 멀티채널 분광기(Hamamatsu Photonics K.K.제, PMA-11)를 사용하였다.
발광 소자 1 및 비교 발광 소자 1의 휘도-전류 밀도 특성을 도 15에, 휘도-전압 특성을 도 16에, 전류 효율-휘도 특성을 도 17에, 전력 효율-휘도 특성을 도 18에, 외부 양자 효율-휘도 특성을 도 19에 각각 나타내었다. 또한, 발광 소자 1 및 비교 발광 소자 1에 각각 2.5mA/cm2의 전류 밀도로 전류를 흘렸을 때의 전계 발광 스펙트럼을 도 20에 나타내었다. 또한, 각 발광 소자의 측정은 실온(23℃로 유지된 분위기)에서 수행하였다.
또한, 500cd/m2 부근에서의 발광 소자 1 및 비교 발광 소자 1의 소자 특성을 표 2에 나타내었다.
[표 2]
Figure pat00008
도 20에 나타낸 바와 같이, 발광 소자 1의 전계 발광 스펙트럼은 피크 파장이 545nm이며 반값 전폭이 105nm로 폭이 넓은 황색의 발광을 나타내었다. 한편, 비교 발광 소자 1의 전계 발광 스펙트럼은 피크 파장이 460nm이며 반값 전폭이 52nm로 폭이 좁은 청색의 발광을 나타내었다. 비교 발광 소자 1의 발광은 인광성 화합물인 Ir(dmpimpt-Me)3에서 유래하는 발광이지만, 발광 소자 1의 발광은 인광성 화합물인 Ir(dmpimpt-Me)3에서 유래하는 발광이 관측되지 않았다.
또한, 도 15 내지 도 19, 및 표 2에 나타낸 바와 같이, 발광 소자 1은 비교 발광 소자 1보다 낮은 구동 전압으로 구동한다. 또한, 발광 소자 1은 비교 발광 소자 1보다 발광 효율(전류 효율, 전력 효율, 및 외부 양자 효율)이 높다. 따라서, 제 1 유기 화합물(Ir(dmpimpt-Me)3)과 제 2 유기 화합물(4,6mCzP2Pm)을 갖는 본 발명의 일 형태의 발광 소자는, 구동 전압이 낮고 발광 효율이 높으며 소비전력이 낮은 발광 소자이다.
<CV 측정 결과>
다음에, 상기 화합물의 전기 화학적 특성(산화 반응 특성 및 환원 반응 특성)을 사이클릭 볼타메트리(CV) 측정에 의하여 측정하였다. 또한 측정에는, 전기 화학 애널라이저(BAS Inc. 제조, 형식 번호: ALS 모델 600A 또는 600C)를 사용하고, 각 화합물을 N,N-다이메틸폼아마이드(약칭: DMF)로 용해시킨 용액을 측정하였다. 측정에서는, 참조 전극에 대한 작용 전극의 전위를 적절한 범위 내에서 변화시켜 각각 산화 피크 전위 및 환원 피크 전위를 얻었다. 또한, 참조 전극의 산화 환원 전위가 -4.94eV인 것을 어림잡았기 때문에, 이 값과 얻어진 피크 전위로부터 각 화합물의 HOMO 준위 및 LUMO 준위를 산출하였다.
CV 측정의 결과, 4,6mCzP2Pm의 산화 전위는 0.95V, 환원 전위는 -2.06V이었다. 또한, CV 측정으로 산출한 4,6mCzP2Pm의 HOMO 준위는 -5.89eV, LUMO 준위는 -2.88eV이었다. 따라서, 4,6mCzP2Pm은 낮은 LUMO 준위를 갖는 것을 알았다. 또한, Ir(dmpimpt-Me)3의 산화 전위는 0.24V, 환원 전위는 -2.67V이었다. 또한, CV 측정으로 산출한 Ir(dmpimpt-Me)3의 HOMO 준위는 -5.18eV, LUMO 준위는 -2.27eV이었다. 따라서, Ir(dmpimpt-Me)3은 높은 HOMO 준위를 갖는 것을 알았다. 또한, mCP의 산화 전위는 0.97V이었다. 또한, CV 측정으로 산출한 mCP의 HOMO 준위는 -5.91eV이었다. 또한, mCP의 환원 전위는 낮아 명확한 환원 피크를 관측하지 못했기 때문에, mCP는 높은 LUMO 준위를 갖는다고 추정된다.
이상과 같이, 제 2 유기 화합물인 4,6mCzP2Pm의 LUMO 준위는 제 1 유기 화합물인 Ir(dmpimpt-Me)3의 LUMO 준위보다 낮고, 제 2 유기 화합물인4,6mCzP2Pm의 HOMO 준위는 제 1 유기 화합물인 Ir(dmpimpt-Me)3의 HOMO 준위보다 낮다. 그러므로, 발광 소자 1과 같이, 발광층에 상기 화합물을 사용한 경우, 한 쌍의 전극으로부터 주입된 캐리어인 전자 및 정공이 4,6mCzP2Pm(제 2 유기 화합물)과 Ir(dmpimpt-Me)3(제 1 유기 화합물)에 각각 효율적으로 주입되고, 4,6mCzP2Pm(제 2 유기 화합물)과 Ir(dmpimpt-Me)3(제 1 유기 화합물)로 들뜬 착체를 형성할 수 있다.
또한, 4,6mCzP2Pm과 Ir(dmpimpt-Me)3으로 형성하는 들뜬 착체는 4,6mCzP2Pm에 LUMO 준위를 갖고, Ir(dmpimpt-Me)3에 HOMO 준위를 갖는 들뜬 착체가 된다. 또한, 4,6mCzP2Pm의 LUMO 준위와 Ir(dmpimpt-Me)3의 HOMO 준위의 에너지 차이는 2.30eV이다. 이 값은 도 20에 나타낸 발광 소자 1의 전계 발광 스펙트럼의 피크 파장으로부터 산출한 발광 에너지(2.28eV)와 실질적으로 일치한다. 따라서, 발광 소자 1의 전계 발광 스펙트럼은 4,6mCzP2Pm 및 Ir(dmpimpt-Me)3으로 형성하는 들뜬 착체에 기초한 발광이라고 할 수 있다. 또한, 들뜬 착체는 S1 준위와 T1 준위의 차이가 작기 때문에 상기 발광 에너지가 들뜬 착체의 S1 준위 및 T1 준위의 에너지(2.28eV)로 할 수 있다.
한편, CV 측정의 결과에 따라, Ir(dmpimpt-Me)3의 HOMO 준위는 mCP의 HOMO 준위보다 높지만, mCP의 LUMO 준위는 Ir(dmpimpt-Me)3보다 높다고 추정된다. 따라서, 비교 발광 소자 1과 같이 발광층에 상기 화합물을 사용한 경우, 한 쌍의 전극으로부터 주입된 캐리어인 전자 및 정공의 양쪽이 Ir(dmpimpt-Me)3에 주입되어, Ir(dmpimpt-Me)3이 발광한다.
발광 소자 1은 4,6mCzP2Pm과 Ir(dmpimpt-Me)3으로 형성하는 들뜬 착체가 발광하므로 4,6mCzP2Pm의 LUMO 준위와 Ir(dmpimpt-Me)3의 HOMO 준위의 차이(2.30eV)에 상당하는 에너지로 상기 들뜬 착체를 형성할 수 있다. 한편, 비교 발광 소자 1은 Ir(dmpimpt-Me)3이 여기하고 발광하므로, 적어도 Ir(dmpimpt-Me)3의 LUMO 준위와 HOMO 준위의 차이(2.91eV)에 상당하는 에너지가 여기에 필요하다. 따라서, 발광 소자 1은 비교 발광 소자 1보다 낮은 구동 전압으로 발광할 수 있다.
또한, 4,6mCzP2Pm과 Ir(dmpimpt-Me)3으로 형성하는 들뜬 착체의 들뜬 에너지 준위는 4,6mCzP2Pm의 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이(3.01eV)보다 작기 때문에, 상기 들뜬 착체를 형성함으로써, 구동 전압이 낮은 발광 소자를 얻을 수 있다.
<T1 준위의 측정>
다음에, 발광층(130)에 사용한 화합물의 T1 준위를 산출하기 위하여, 석영 기판 위에 진공 증착법에 의하여 4,6mCzP2Pm 및 mCP의 박막을 각각 제작하고, 이 박막의 발광 스펙트럼을 저온(10K)에서 측정하였다.
측정에는, 현미 PL 장치 LabRAM HR-PL(HORIBA, Ltd.제)을 사용하고, 측정 온도는 10K, 여기광으로서 파장이 325nm인 He-Cd 레이저를 사용하고, 검출기에는 CCD 검출기를 사용하였다.
또한, 상기 발광 스펙트럼의 측정은 통상의 발광 스펙트럼의 측정에 더하여, 발광 수명이 긴 발광에 주목한 시간 분해 발광 스펙트럼의 측정도 수행하였다. 본 발광 스펙트럼의 측정은 저온(10K)에서 수행하였기 때문에, 통상의 발광 스펙트럼의 측정으로는 주된 발광 성분인 형광에 더하여, 일부 인광도 관측되었다. 또한, 발광 수명이 긴 발광에 주목한 시간 분해 발광 스펙트럼의 측정으로 주로 인광이 관측되었다. 저온에서 측정한 4,6mCzP2Pm 및 mCP의 시간 분해 발광 스펙트럼을 도 21 및 도 22에 각각 나타내었다.
상기 측정한 발광 스펙트럼의 결과로부터, 4,6mCzP2Pm의 발광 스펙트럼의 인광 성분의 가장 단파장 측의 피크(숄더를 포함함)의 파장은 459nm이었다. 또한, mCP의 발광 스펙트럼의 인광 성분의 가장 단파장 측의 피크(숄더를 포함함)의 파장은 421nm이었다.
따라서, 상기 피크 파장으로부터, 4,6mCzP2Pm의 T1 준위는 2.70eV이고, mCP의 T1 준위는 2.95eV로 산출되었다.
<화합물의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼>
다음에, Ir(dmpimpt-Me)3의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼의 측정 결과를 도 23에 나타내었다.
흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼을 측정하기 위하여, Ir(dmpimpt-Me)3을 용해시킨 다이클로로메테인 용액을 제작하고, 석영 셀을 사용하여 흡수 스펙트럼을 측정하였다. 흡수 스펙트럼의 측정에는 자외 가시 분광 광도계(JASCO Corporation제, V550형)를 사용하였다. 측정한 상기 용액의 스펙트럼으로부터 석영 셀 및 용매의 흡수 스펙트럼을 뺐다. 발광 스펙트럼의 측정은 PL-EL 측정 장치(Hamamatsu Photonics K.K.제)를 사용하여 상기 용액을 측정하였다. 측정은 실온(23℃로 유지된 분위기)에서 수행하였다.
도 23에 나타낸 바와 같이 Ir(dmpimpt-Me)3의 흡수 스펙트럼에서의 가장 저에너지 측(장파장 측)의 흡수단은 450nm 부근이다. 또한, 흡수 스펙트럼의 데이터로부터 흡수단을 산출하고, 직접 전이를 가정한 전이 에너지를 어림잡은 결과, Ir(dmpimpt-Me)3의 전이 에너지는 2.71eV로 산출되었다. Ir(dmpimpt-Me)3은 인광성 화합물이기 때문에, 가장 저에너지 측의 흡수대는 삼중항 들뜬 상태로의 전이에 기초한 흡수대이다. 따라서, Ir(dmpimpt-Me)3의 T1 준위는 2.71eV로 산출된다.
이상의 측정 결과로부터, 4,6mCzP2Pm의 T1 준위(2.70eV)는 Ir(dmpimpt-Me)3의 T1 준위(2.71eV)와 동등하고, Ir(dmpimpt-Me)3의 T1 준위(2.71eV)는 4,6mCzP2Pm과 Ir(dmpimpt-Me)3으로 형성하는 들뜬 착체의 T1 준위(2.28eV)보다 크고, 또한 4,6mCzP2Pm의 LUMO 준위와 Ir(dmpimpt-Me)3의 HOMO 준위의 차이(2.30eV)보다 크다. 따라서, 4,6mCzP2Pm과 Ir(dmpimpt-Me)3으로 형성하는 들뜬 착체가 효율적으로 발광할 수 있다.
<화합물의 발광 양자 수율>
다음에, Ir(dmpimpt-Me)3의 발광 양자 수율을 측정하였다. 발광 양자 수율의 측정은 Ir(dmpimpt-Me)3을 용해시킨 1×10-5M의 톨루엔 용액을 사용하고, 절대 양자 수율 측정 장치(Hamamatsu Photonics K.K.제 C9920-02)로 측정하였다. 여기 파장은 350nm 내지 550nm의 범위에서 측정하였다.
측정의 결과, Ir(dmpimpt-Me)3의 발광 양자 수율은 7%이었다. 따라서, Ir(dmpimpt-Me)3은 인광성 재료로서 발광 양자 수율이 낮은 재료인 것을 알 수 있다.
한편, 발광 소자 1은 4,6mCzP2Pm과 Ir(dmpimpt-Me)3으로 형성하는 들뜬 착체에서 유래하는 발광을 나타내는 발광 소자이고, Ir(dmpimpt-Me)3에서 유래하는 발광을 나타내는 발광 소자인 비교 발광 소자 1보다 높은 발광 효율을 갖는다. 또한, 한 쌍의 전극으로부터 주입된 캐리어(정공 및 전자)의 재결합에 의하여 생성하는 단일항 여기자의 생성 확률이 최대 25%이므로, 외부로의 광 추출 효율을 30%로 한 경우의 외부 양자 효율은 최대 7.5%이다. 발광 소자 1에 있어서는 외부 양자 효율이 7.5%를 초과하는 높은 효율이 얻어진다. 발광 소자 1의 외부 양자 효율이 높은 이유는 발광 소자 1에 있어서, 한 쌍의 전극으로부터 주입된 캐리어(정공 및 전자)의 재결합에 의하여 생성한 단일항 여기자에서 유래하는 발광에 더하여, 삼중항 여기자에서 유래하는 발광, 또는 들뜬 착체에서의 역항간 교차에 의하여 삼중항 여기자로부터 생성한 단일항 여기자에서 유래하는 발광이 얻어지기 때문이다. 즉, 본 발명의 일 형태에 의하여, 발광 양자 수율이 낮은 화합물을 사용하는 경우에도 높은 발광 효율을 갖는 발광 소자를 얻을 수 있다.
이상, 본 발명의 일 형태에 의하여 발광 효율이 높은 발광 소자를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 형태에 의하여 발광 스펙트럼의 폭이 넓은 발광을 나타내는 발광 소자를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 형태에 의하여 구동 전압이 낮으며 소비전력이 낮은 발광 소자를 제공할 수 있다.
(실시예 2)
본 실시예에서는 본 발명의 일 형태의 발광 소자의 제작예에 대하여 설명한다. 본 실시예에서 제작한 발광 소자의 구성은 도 1과 같다. 소자 구조의 자세한 사항을 표 3에 나타낸다. 또한, 사용한 화합물의 구조와 약칭을 이하에 나타낸다. 또한, 다른 화합물의 구조와 약칭은 실시예 1을 참작하면 좋다.
Figure pat00009
[표 3]
Figure pat00010
<발광 소자 2의 제작>
이하에 본 실시예에서 제작한 발광 소자 2의 제작 방법을 제시한다. 또한, 발광 소자 2는 앞에 기재된 발광 소자 1 및 발광층(130)의 형성 공정만 다르고, 그 외의 공정은 발광 소자 1과 동일한 제작 방법으로 하였다.
발광 소자 2의 발광층(130)으로서 4,6mCzP2Pm과, 트리스[2-(1H-피라졸-1-일-κN2)페닐-κC]이리듐(III)(약칭: Ir(ppz)3)을 중량비(4,6mCzP2Pm:Ir(ppz)3) 1:0.2가 되고 두께 40nm가 되도록 공증착하였다. 발광층(130)에 있어서, Ir(ppz)3이 제 1 유기 화합물이고, 4,6mCzP2Pm이 제 2 유기 화합물이다.
<발광 소자의 특성>
다음에, 상기 제작된 발광 소자 2의 특성을 측정하였다. 또한, 측정 방법은 실시예 1과 마찬가지이다.
발광 소자 2의 휘도-전류 밀도 특성을 도 24에, 휘도-전압 특성을 도 25에, 전류 효율-휘도 특성을 도 26에, 전력 효율-휘도 특성을 도 27에, 외부 양자 효율-휘도 특성을 도 28에 각각 나타내었다. 또한, 발광 소자 2에 2.5mA/cm2의 전류 밀도로 전류를 흘렸을 때의 전계 발광 스펙트럼을 도 29에 나타내었다. 또한, 발광 소자의 측정은 실온(23℃로 유지된 분위기)에서 수행하였다.
또한, 1000cd/m2 부근에서의 발광 소자 2의 소자 특성을 표 4에 나타낸다.
[표 4]
Figure pat00011
도 29에 나타낸 바와 같이, 발광 소자 2의 전계 발광 스펙트럼은 피크 파장이 537nm이며 반값 전폭이 84nm인 황색의 발광을 나타내었다. 또한, 발광 소자 2에 사용한 Ir(ppz)3은 저온에서 청색으로 발광하는 화합물인 것이 알려져 있지만 Ir(ppz)3에서 유래하는 발광은 관측되지 않았다.
또한, 도 24 내지 도 28, 및 표 4에 나타낸 바와 같이, 발광 소자 2는 낮은 구동 전압으로 구동한다. 또한, 발광 소자 2는 높은 발광 효율(전류 효율, 전력 효율, 및 외부 양자 효율)을 나타낸다. 따라서, 제 1 유기 화합물(Ir(ppz)3)과 제 2 유기 화합물(4,6mCzP2Pm)을 갖는 본 발명의 일 형태의 발광 소자는 구동 전압이 낮고 발광 효율이 높고 소비전력이 낮은 발광 소자이다.
<CV 측정 결과>
다음에, 상기 화합물의 전기 화학적 특성(산화 반응 특성 및 환원 반응 특성)을 사이클릭 볼타메트리(CV) 측정에 의하여 측정하였다. 또한 측정 방법은 실시예 1과 마찬가지이다. 또한, 4,6mCzP2Pm의 측정 결과는 실시예 1을 참작하면 좋다.
CV 측정의 결과, Ir(ppz)3의 산화 전위는 0.45V, 환원 전위는 -3.17V이었다. 또한, CV 측정으로 산출한 Ir(ppz)3의 HOMO 준위는 -5.39eV, LUMO 준위는 -1.77eV이었다. 따라서 Ir(ppz)3은 높은 HOMO 준위를 갖는 것을 알 수 있다.
이상과 같이, 제 2 유기 화합물인 4,6mCzP2Pm의 LUMO 준위는 제 1 유기 화합물인 Ir(ppz)3의 LUMO 준위보다 낮고, 제 2 유기 화합물인 4,6mCzP2Pm의 HOMO 준위는 제 1 유기 화합물인 Ir(ppz)3의 HOMO 준위보다 낮다. 그러므로, 발광 소자 2와 같이, 발광층에 상기 화합물을 사용한 경우, 한 쌍의 전극으로부터 주입된 캐리어인 전자 및 정공이 4,6mCzP2Pm(제 2 유기 화합물)과 Ir(ppz)3(제 1 유기 화합물)에 각각 효율적으로 주입되고, 4,6mCzP2Pm(제 2 유기 화합물)과 Ir(ppz)3(제 1 유기 화합물)으로 들뜬 착체를 형성할 수 있다.
또한, 4,6mCzP2Pm의 LUMO 준위와 Ir(ppz)3의 HOMO 준위의 차이는 2.51eV이다. 이 값은 도 29에 나타낸 발광 소자 2의 전계 발광 스펙트럼의 피크 파장으로부터 산출한 발광 에너지(2.31eV)와 실질적으로 일치한다. 따라서, 발광 소자 2의 전계 발광 스펙트럼은 4,6mCzP2Pm 및 Ir(ppz)3으로 형성하는 들뜬 착체에 기초한 발광이라고 할 수 있다. 또한, 들뜬 착체는 S1 준위와 T1 준위의 차이가 작기 때문에 상기 발광 에너지가 들뜬 착체의 S1 준위 및 T1 준위의 에너지(2.31eV)로 할 수 있다.
또한, 4,6mCzP2Pm과 Ir(ppz)3으로 형성하는 들뜬 착체의 들뜬 에너지 준위는 4,6mCzP2Pm의 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이(3.01eV)보다 작기 때문에, 상기 들뜬 착체를 형성함으로써, 구동 전압이 낮은 발광 소자를 얻을 수 있다.
<화합물의 흡수 스펙트럼>
다음에, Ir(ppz)3의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼의 측정 결과를 도 30에 나타내었다.
흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼을 측정하기 위하여, Ir(ppz)3을 용해시킨 다이클로로메테인 용액을 제작하고, 석영 셀을 사용하여 흡수 스펙트럼을 측정하였다. 흡수 스펙트럼의 측정에는 자외 가시 분광 광도계(일본 분광 주식회사(JASCO Corporation)제, V550형)를 사용하였다. 측정한 시료의 스펙트럼으로부터 석영 셀 및 용매의 흡수 스펙트럼을 뺐다. 측정은 실온(23℃로 유지된 분위기)에서 수행하였다.
도 30에 나타낸 바와 같이 Ir(ppz)3의 흡수 스펙트럼에서의 가장 저에너지 측(장파장 측)의 흡수단은 370nm 부근이다. 또한, 흡수 스펙트럼의 데이터로부터 흡수단을 산출하고, 직접 전이를 가정한 전이 에너지를 어림잡은 결과, Ir(ppz)3의 전이 에너지는 3.27eV로 산출되었다. Ir(ppz)3은 인광성 화합물이기 때문에, 가장 저에너지 측의 흡수단은 삼중항 들뜬 상태로의 전이에 기초한 흡수대이다. 따라서, Ir(ppz)3의 T1 준위는 상기 흡수단보다 3.27eV로 산출된다.
이상의 측정 결과로부터, 4,6mCzP2Pm의 T1 준위(2.70eV)는 Ir(ppz)3의 T1 준위(3.27eV)보다 작고, 4,6mCzP2Pm의 T1 준위(2.70eV)는 4,6mCzP2Pm과 Ir(ppz)3으로 형성하는 들뜬 착체의 T1 준위(2.31eV)보다 크고, 또한 4,6mCzP2Pm의 LUMO 준위와 Ir(ppz)3의 HOMO 준위의 차이(2.51eV)보다 크다. 그러므로, 4,6mCzP2Pm과 Ir(ppz)3으로 형성하는 들뜬 착체가 효율적으로 발광할 수 있다.
또한, Ir(ppz)3의 발광 스펙트럼을 실온에서 시험한 결과, Ir(ppz)3의 발광은 관측되지 않았다. 비특허문헌 1에는, Ir(ppz)3의 발광 양자 수율이 실온에서 1% 미만인 것이 기재되어 있다. 따라서, Ir(ppz)3은 실온에서 발광하지 않는 재료인 것을 알 수 있다.
한편, 발광 소자 2는 4,6mCzP2Pm과 Ir(ppz)3으로 형성하는 들뜬 착체에서 유래하는 발광을 나타내는 발광 소자이고, 외부 양자 효율이 20%를 초과하는 높은 효율을 나타낸다. 발광 소자 2의 외부 양자 효율이 높은 이유는, 발광 소자 2에 있어서, 한 쌍의 전극으로부터 주입된 캐리어(정공 및 전자)의 재결합에 의하여 생성된 단일항 여기자에서 유래하는 발광뿐만 아니라, 삼중항 여기자에서 유래하는 발광, 또는 들뜬 착체에서의 역항간 교차에 의하여 삼중항 여기자로부터 생성된 단일항 여기자에서 유래하는 발광이 얻어지기 때문이다. 즉, 본 발명의 일 형태에 의하여, 발광 양자 수율이 1% 미만으로 낮은 화합물을 사용하는 경우에도 발광 효율이 높은 발광 소자를 얻을 수 있다.
이상, 본 발명의 일 형태에 의하여, 발광 효율이 높은 발광 소자를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 형태에 의하여 구동 전압이 낮으며 소비전력이 낮은 발광 소자를 제공할 수 있다.
(실시예 3)
본 실시예에서는 본 발명의 일 형태의 발광 소자의 제작예에 대하여 설명한다. 본 실시예에서 제작한 발광 소자의 구성은 도 1과 같다. 소자 구조의 자세한 사항을 표 5에 나타낸다. 또한, 이하에서 사용한 화합물의 구조 및 약칭을 나타낸다. 또한, 다른 화합물의 구조 및 약칭에 대해서는 앞의 실시예를 참작하면 좋다.
Figure pat00012
[표 5]
Figure pat00013
<발광 소자 3 내지 발광 소자 6의 제작>
이하에 본 실시예에서 제작한 발광 소자 3 내지 발광 소자 6의 제작 방법을 제시한다. 또한, 발광 소자 3 내지 발광 소자 6의 제작 방법은 발광층(130) 및 전자 수송층(118)의 형성 공정만 앞에 기재된 발광 소자 1과 다르고, 그 외의 공정은 발광 소자 1과 같다.
발광 소자 3의 발광층(130)으로서 4,6mCzP2Pm과 Ir(ppz)3을 중량비(4,6mCzP2Pm:Ir(ppz)3)가 1:0.1이 되고 두께 40nm가 되도록 공증착하였다. 발광층(130)에 있어서, Ir(ppz)3이 제 1 유기 화합물이고, 4,6mCzP2Pm이 제 2 유기 화합물이다. 다음에 발광층(130) 위에 전자 수송층(118)으로서 4,6mCzP2Pm을 두께 20nm가 되도록 그리고 BPhen의 두께가 10nm가 되도록 순서대로 증착하였다.
발광 소자 4의 발광층(130)으로서 9,9'-[피리미딘-4,6-다이일비스(바이페닐-3,3'-다이일)]비스(9H-카바졸)(약칭: 4,6mCzBP2Pm)과 Ir(ppz)3을 중량비(4,6mCzBP2Pm:Ir(ppz)3)가 1:0.1이 되고 두께 40nm가 되도록 공증착하였다. 발광층(130)에서, Ir(ppz)3이 제 1 유기 화합물이고 4,6mCzBP2Pm이 제 2 유기 화합물이다. 또한, 발광층(130) 위에, 전자 수송층(118)으로서 4,6mCzBP2Pm의 두께가 20nm가 되도록 그리고 BPhen의 두께가 10nm가 되도록 순서대로 증착하였다.
발광 소자 5의 발광층(130)으로서 5-메틸-4,6-비스[3-(9H-카바졸-9-일)페닐]피리미딘(약칭: 5Me-4,6mCzP2Pm)과 Ir(ppz)3을 중량비(5Me-4,6mCzP2Pm:Ir(ppz)3)가 1:0.1이 되고 두께 40nm가 되도록 공증착하였다. 발광층(130)에서, Ir(ppz)3이 제 1 유기 화합물이고 5Me-4,6mCzP2Pm이 제 2 유기 화합물이다. 다음에, 발광층(130) 위에, 전자 수송층(118)으로서 5Me-4,6mCzP2Pm의 두께가 20nm가 되도록 그리고 BPhen의 두께가 10nm가 되도록 순서대로 증착하였다.
발광 소자 6의 발광층(130)으로서 4,4'-비스[3-(9H-카바졸-9-일)페닐]-2,2'-바이피리딘(약칭: 4,4'mCzP2BPy)과 Ir(ppz)3을 중량비(4,4'mCzP2BPy:Ir(ppz)3)가 1:0.1이 되고 두께 40nm가 되도록 공증착하였다. 발광층(130)에서, Ir(ppz)3이 제 1 유기 화합물이고 4,4'mCzP2BPy가 제 2 유기 화합물이다. 또한, 발광층(130) 위에, 전자 수송층(118)으로서 4,4'mCzP2BPy를 두께가 20nm가 되도록 그리고 BPhen의 두께가 10nm가 되도록 순서대로 증착하였다.
<발광 소자의 특성>
다음에, 상기 제작된 발광 소자 3 내지 발광 소자 6의 특성을 측정하였다. 또한, 측정 방법은 실시예 1과 마찬가지이다.
발광 소자 3 내지 발광 소자 6의 휘도-전류 밀도 특성을 도 31에, 휘도-전압 특성을 도 32에, 전류 효율-휘도 특성을 도 33에, 전력 효율-휘도 특성을 도 34에, 외부 양자 효율-휘도 특성을 도 35에 각각 나타내었다. 또한, 발광 소자 3 내지 발광 소자 6에 2.5mA/cm2의 전류 밀도로 전류를 흘렸을 때의 전계 발광 스펙트럼을 도 36에 나타내었다. 또한, 각 발광 소자는 실온(23℃로 유지된 분위기)에서 측정하였다.
또한, 1000cd/m2 부근에 있어서의 발광 소자 3 내지 발광 소자 6의 소자 특성을 표 6에 나타낸다.
[표 6]
Figure pat00014
도 36에 나타낸 바와 같이 발광 소자 3, 발광 소자 4, 발광 소자 5, 발광 소자 6의 전계 발광 스펙트럼은 피크 파장이 각각 526nm, 521nm, 517nm, 및 508nm이고, 반값 전폭이 각각 95nm, 96nm, 100nm, 및 94nm의 황색 발광을 나타내었다. 또한, 발광 소자 3 내지 발광 소자 6에 사용한 Ir(ppz)3은 저온에서 청색으로 발광하는 화합물인 것이 알려져 있지만 Ir(ppz)3에서 유래하는 발광은 관측되지 않았다.
또한, 도 31 내지 도 35 및 표 6에 나타낸 바와 같이 발광 소자 3은 저전압 구동하고, 발광 소자 3, 발광 소자 4, 발광 소자 5, 발광 소자 6 차례로 구동 전압이 낮다. 또한, 발광 소자 3은 발광 효율(전류 효율, 전력 효율, 및 외부 양자 효율)이 높고 발광 소자 3, 발광 소자 4, 발광 소자 5, 발광 소자 6 차례로 발광 효율이 높다.
<CV 측정 결과>
다음에, 상기 화합물의 전기 화학적 특성(산화 반응 특성 및 환원 반응 특성)을 사이클릭 볼타메트리(CV) 측정에 의하여 측정하였다. 또한 측정 방법은 실시예 1과 마찬가지이다. 또한, 4,6mCzP2Pm 및 Ir(ppz)3의 측정 결과는 앞의 실시예를 참작하면 좋다.
CV 측정의 결과, 4,6mCzBP2Pm의 산화 전위는 0.95V, 환원 전위는 -2.14V이었다. 또한, CV 측정으로 산출한 4,6mCzBP2Pm의 HOMO 준위는 -5.89eV, LUMO 준위는 -2.80eV이었다. 따라서, 4,6mCzBP2Pm은 낮은 LUMO 준위를 갖는 것을 알았다.
CV 측정의 결과, 5Me-4,6mCzP2Pm의 산화 전위는 0.97V, 환원 전위는 -2.22V이었다. 또한, CV 측정으로 산출한 5Me-4,6mCzP2Pm의 HOMO 준위는 -5.91eV, LUMO 준위는 -2.73eV이었다. 따라서, 5Me-4,6mCzP2Pm은 낮은 LUMO 준위를 갖는 것을 알았다.
CV 측정의 결과, 4,4'mCzP2BPy의 산화 전위는 1.00V, 환원 전위는 -2.29V이었다. 또한, CV 측정으로 산출한 4,4'mCzP2BPy의 HOMO 준위는 -5.94eV, LUMO 준위는 -2.66eV이었다. 따라서, 4,4'mCzP2BPy는 낮은 LUMO 준위를 갖는 것을 알았다.
이상과 같이, 제 2 유기 화합물인 4,6mCzP2Pm, 4,6mCzBP2Pm, 5Me-4,6mCzP2Pm, 및 4,4'mCzP2BPy의 LUMO 준위는 제 1 유기 화합물인Ir(ppz)3의 LUMO 준위보다 낮고 제 2 유기 화합물인 4,6mCzP2Pm, 4,6mCzBP2Pm, 5Me-4,6mCzP2Pm, 및 4,4'mCzP2BPy의 HOMO 준위는 제 1 유기 화합물인 Ir(ppz)3의 HOMO 준위보다 낮다. 따라서 발광 소자 3 내지 발광 소자 6과 같이 발광층에 이들 화합물을 사용한 경우, 한 쌍의 전극으로부터 주입된 캐리어인 전자 및 정공이 제 2 유기 화합물(4,6mCzP2Pm, 4,6mCzBP2Pm, 5Me-4,6mCzP2Pm, 또는 4,4'mCzP2BPy)과 제 1 유기 화합물(Ir(ppz)3)에 각각 효율적으로 주입되고, 제 2 유기 화합물(4,6mCzP2Pm, 4,6mCzBP2Pm, 5Me-4,6mCzP2Pm, 또는 4,4'mCzP2BPy)과 제 1 유기 화합물(Ir(ppz)3)로 들뜬 착체를 형성할 수 있다.
또한, 제 2 유기 화합물(4,6mCzP2Pm, 4,6mCzBP2Pm, 5Me-4,6mCzP2Pm, 또는 4,4'mCzP2BPy)과 제 1 유기 화합물(Ir(ppz)3)로 형성하는 들뜬 착체는 제 2 유기 화합물(4,6mCzP2Pm, 4,6mCzBP2Pm, 5Me-4,6mCzP2Pm, 또는 4,4'mCzP2BPy)에 LUMO 준위를 갖고 제 1 유기 화합물(Ir(ppz)3)에 HOMO 준위를 갖는 들뜬 착체가 된다.
4,6mCzBP2Pm의 LUMO 준위와 Ir(ppz)3의 HOMO 준위의 에너지 차이는 2.59eV이다. 이 값은 도 36에 나타낸 발광 소자 4의 전계 발광 스펙트럼의 피크 파장으로부터 산출한 발광 에너지(2.38eV)와 실질적으로 일치한다. 따라서, 발광 소자 4의 전계 발광 스펙트럼은 4,6mCzBP2Pm 및 Ir(ppz)3으로 형성하는 들뜬 착체에 기초한 발광이라고 할 수 있다. 또한, 들뜬 착체는 S1 준위와 T1 준위의 차이가 작기 때문에 상기 발광 에너지를 들뜬 착체의 S1 준위 및 T1 준위의 에너지(2.38eV)로 할 수 있다. 또한, 4,6mCzBP2Pm과 Ir(ppz)3으로 형성하는 들뜬 착체의 들뜬 에너지 준위는 4,6mCzBP2Pm의 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이(3.09eV)보다 작기 때문에, 상기 들뜬 착체를 형성함으로써, 구동 전압이 낮은 발광 소자를 얻을 수 있다.
또한, 5Me-4,6mCzP2Pm의 LUMO 준위와 Ir(ppz)3의 HOMO 준위의 에너지 차이는 2.66eV이다. 이 값은 도 36에 나타낸 발광 소자 5의 전계 발광 스펙트럼의 피크 파장으로부터 산출한 발광 에너지(2.40eV)와 실질적으로 일치한다. 따라서, 발광 소자 5의 전계 발광 스펙트럼은 5Me-4,6mCzP2Pm 및 Ir(ppz)3으로 형성하는 들뜬 착체에 기초한 발광이라고 할 수 있다. 또한, 들뜬 착체는 S1 준위와 T1 준위의 차이가 작기 때문에 상기 발광 에너지를 들뜬 착체의 S1 준위 및 T1 준위의 에너지(2.40eV)로 할 수 있다. 또한, 5Me-4,6mCzP2Pm과 Ir(ppz)3으로 형성하는 들뜬 착체의 들뜬 에너지 준위는 5Me-4,6mCzP2Pm의 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이(3.18eV)보다 작다. 따라서, 상기 들뜬 착체를 형성함으로써, 구동 전압이 낮은 발광 소자를 얻을 수 있다.
4,4'mCzP2BPy의 LUMO 준위와 Ir(ppz)3의 HOMO 준위의 에너지 차이는 2.73eV이다. 이 값은 도 36에 나타낸 발광 소자 6의 전계 발광 스펙트럼의 피크 파장으로부터 산출한 발광 에너지(2.44eV)와 실질적으로 일치한다. 따라서, 발광 소자 6의 전계 발광 스펙트럼은 4,4'mCzP2BPy 및 Ir(ppz)3으로 형성하는 들뜬 착체에 기초한 발광이라고 할 수 있다. 또한, 들뜬 착체는 S1 준위와 T1 준위의 차이가 작기 때문에 상기 발광 에너지를 들뜬 착체의 S1 준위 및 T1 준위의 에너지(2.44eV)로 할 수 있다. 또한, 4,4'mCzP2BPy과 Ir(ppz)3으로 형성하는 들뜬 착체의 들뜬 에너지 준위는 4,4'mCzP2BPy의 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이(3.28eV)보다 작다. 따라서, 상기 들뜬 착체를 형성함으로써, 구동 전압이 낮은 발광 소자를 얻을 수 있다.
또한, 발광 소자3에 사용한 화합물은 실시예 2에서 제시한 발광 소자 2와 마찬가지이다. 따라서, 발광 소자 3의 전계 발광 스펙트럼은 4,6mCzP2Pm 및 Ir(ppz)3으로 형성하는 들뜬 착체에 기초한 발광이라고 할 수 있다. 또한, 상기 발광 에너지를 들뜬 착체의 S1 준위 및 T1 준위의 에너지로 할 수 있다.
<T1 준위의 측정>
다음에, 발광층(130)에 사용한 화합물의 T1 준위를 산출하기 위하여, 석영 기판 위에 진공 증착법에 의하여 4,6mCzBP2Pm 및 5Me-4,6mCzP2Pm, 및 4,4'mCzP2BPy의 박막을 각각 제작하고, 이 박막의 발광 스펙트럼을 저온(10K)에서 측정하였다. 또한 측정 방법은 실시예 1과 마찬가지이다.
저온에서 측정한 4,6mCzBP2Pm, 5Me-4,6mCzP2Pm, 및 4,4'mCzP2BPy의 시간 분해 스펙트럼을 도 37, 도 38, 및 도 39에 각각 나타내었다.
상기 측정한 발광 스펙트럼의 결과로부터, 4,6mCzBP2Pm의 발광 스펙트럼의 인광 성분의 가장 단파장 측의 피크(숄더를 포함함) 파장은 452nm이었다. 또한, 5Me-4,6mCzP2Pm의 발광 스펙트럼의 인광 성분의 가장 단파장 측의 피크(숄더를 포함함) 파장은 446nm이었다. 또한, 4,4'mCzP2BPy의 발광 스펙트럼의 인광 성분의 가장 단파장 측의 피크(숄더를 포함함) 파장은 447nm이었다.
따라서, 상기 피크 파장에 따라, 4,6mCzBP2Pm의 T1 준위는 2.74eV이고, 5Me-4,6mCzP2Pm의 T1 준위는 2.78eV이고, 4,4'mCzP2BPy의 T1 준위는 2.77eV로 산출되었다.
이상의 측정 결과로부터, 4,6mCzBP2Pm의 T1 준위(2.74eV)는 Ir(ppz)3의 T1 준위(3.27eV)보다 작고, 4,6mCzBP2Pm의 T1 준위(2.74eV)는 4,6mCzBP2Pm과 Ir(ppz)3으로 형성하는 들뜬 착체의 T1 준위(2.38eV)보다 크고, 또한 4,6mCzBP2Pm의 LUMO 준위와 Ir(ppz)3의 HOMO 준위의 차이(2.59eV)보다 크다. 따라서, 4,6mCzBP2Pm과 Ir(ppz)3으로 형성하는 들뜬 착체가 효율적으로 발광할 수 있다.
또한, 5Me-4,6mCzP2Pm의 T1 준위(2.78eV)는 Ir(ppz)3의 T1 준위(3.27eV)보다 작고, 5Me-4,6mCzP2Pm의 T1 준위(2.78eV)는 5Me-4,6mCzP2Pm과 Ir(ppz)3으로 형성하는 들뜬 착체의 T1 준위(2.40eV)보다 크고, 또한 5Me-4,6mCzP2Pm의 LUMO 준위와 Ir(ppz)3의 HOMO 준위의 차이(2.66eV)보다 크다. 따라서, 5Me-4,6mCzP2Pm과 Ir(ppz)3으로 형성하는 들뜬 착체가 효율적으로 발광할 수 있다.
또한, 4,4'mCzP2BPy의 T1 준위(2.77eV)는 Ir(ppz)3의 T1 준위(3.27eV)보다 작고, 4,4'mCzP2BPy의 T1 준위(2.77eV)는 4,4'mCzP2BPy와 Ir(ppz)3으로 형성하는 들뜬 착체의 T1 준위(2.44eV)보다 크지만, 4,4'mCzP2BPy의 LUMO 준위와 Ir(ppz)3의 HOMO 준위의 차이(2.73eV)와 같은 정도이다. 그러므로, 4,4'mCzP2BPy와 Ir(ppz)3으로 형성하는 들뜬 착체의 삼중항 들뜬 에너지는 4,4'mCzP2BPy의 T1 준위에 에너지 이동하기 쉽고, 상기 들뜬 착체는 효율적으로 발광하기 어렵다. 또한, 도 36에 나타낸 발광 소자 6의 전계 발광 스펙트럼의 단파장 측의 상승의 파장은 4,4'mCzP2BPy의 T1 준위(2.77eV)에 상당하는 파장(448nm)보다 단파장이다. 따라서, 들뜬 착체가 효율적으로 발광하기 위해서는 들뜬 착체를 형성하는 화합물의 T1 준위가 들뜬 착체의 발광 스펙트럼의 단파장 측의 상승의 파장으로 환산되는 에너지보다 높은 것이 바람직하다고 할 수 있다.
또한, 이상의 결과로부터 제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물의 T1 준위 중 낮은 쪽의 T1 준위와 제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물로 형성하는 들뜬 착체의 T1 준위의 에너지 차이는 큰 것이 바람직하고, 구체적으로는, 제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물의 T1 준위 중 낮은 쪽의 T1 준위는 제 1 유기 화합물과 제 2 유기 화합물로 형성하는 들뜬 착체의 T1 준위보다 0.35eV 이상 큰 것이 바람직하다고 할 수 있다. 또한, 제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물의 T1 준위 중 낮은 쪽의 T1 준위와, 제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물 중 낮은 쪽의 LUMO 준위와 높은 쪽의 HOMO 준위의 차이의 에너지 차이는 큰 것이 바람직하고, 구체적으로는 제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물의 T1 준위 중 낮은 쪽의 T1 준위는 제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물 중 낮은 쪽의 LUMO 준위와 높은 쪽의 HOMO 준위의 차이보다 0.1eV 이상 큰 것이 바람직하다고 할 수 있다.
또한, Ir(ppz)3의 발광 스펙트럼을 실온에서 측정한 결과, Ir(ppz)3의 발광은 관측되지 않았다. 비특허문헌 1에는 Ir(ppz)3의 발광 양자 수율이 실온에서 1% 미만인 것으로 기재되어 있다. 따라서, Ir(ppz)3은 실온에서 발광하지 않는 재료인 것을 알 수 있다.
한편, 발광 소자 3 내지 발광 소자 6은 제 2 유기 화합물(4,6mCzP2Pm, 4,6mCzBP2Pm, 5Me-4,6mCzP2Pm, 또는 4,4'mCzP2BPy)과 제 1 유기 화합물(Ir(ppz)3)로 형성하는 들뜬 착체에서 유래하는 발광을 나타내는 발광 소자이다. 발광 소자 3 내지 발광 소자 6에서 발광을 얻을 수 있는 이유는, 한 쌍의 전극으로부터 주입된 캐리어(정공 및 전자)의 재결합에 의하여 생성한 단일항 여기자에서 유래하는 발광에 더하여, 삼중항 여기자에서 유래하는 발광, 또는 들뜬 착체의 역항간 교차에 의하여 삼중항 여기자로부터 생성한 단일항 여기자에서 유래하는 발광을 얻을 수 있기 때문이다. 즉, 본 발명의 일 형태에 의하여, 발광 양자 수율이 1% 미만인 낮은 화합물을 사용하는 경우에도, 높은 발광 효율을 갖는 발광 소자를 얻을 수 있다.
이상, 본 발명의 일 형태에 의하여 발광 효율이 높은 발광 소자를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 형태에 의하여 구동 전압이 낮으며 소비전력이 낮은 발광 소자를 제공할 수 있다.
(실시예 4)
본 실시예에서는 본 발명의 일 형태의 발광 소자의 제작예에 대하여 설명한다. 본 실시예에서 제작한 발광 소자의 구성은 도 1과 같다. 소자 구조의 자세한 사항을 표 7에 나타낸다. 또한, 사용한 화합물의 구조 및 약칭을 이하에 나타낸다. 또한, 다른 화합물의 구조 및 약칭에 대해서는 앞의 실시예 2를 참작하면 좋다.
Figure pat00015
[표 7]
Figure pat00016
<발광 소자 7 및 발광 소자 8의 제작>
이하에서 본 실시예에서 제작한 발광 소자 7 및 발광 소자 8의 제작 방법을 기재한다. 또한, 발광 소자 7 및 발광 소자 8의 제작 방법은 발광층(130)의 형성 공정만 앞에 기재된 발광 소자 1과 다르고, 그 외의 공정은 발광 소자 1과 같다.
발광 소자 7의 발광층(130)으로서 4,6mCzP2Pm과, fac-트리스(1-페닐-3-메틸벤즈이미다졸린-2-일리덴-C,C2')이리듐(III)(약칭: fac-Ir(pmb)3)을 중량비(4,6mCzP2Pm:fac-Ir(pmb)3)가 1:0.1이 되고 또한 두께 40nm가 되도록 공증착하였다. 발광층(130)에서, fac-Ir(pmb)3이 제 1 유기 화합물이고 4,6mCzP2Pm이 제 2 유기 화합물이다.
발광 소자 8의 발광층(130)으로서 4,6mCzP2Pm과, mer-트리스(1-페닐-3-메틸벤즈이미다졸린-2-일리덴-C,C2')이리듐(III)(약칭: mer-Ir(pmb)3)을 중량비(4,6mCzP2Pm:mer-Ir(pmb)3)가 1:0.1이 되고 또한 두께 40nm가 되도록 공증착하였다. 발광층(130)에서, mer-Ir(pmb)3이 제 1 유기 화합물이고 4,6mCzP2Pm이 제 2 유기 화합물이다.
<발광 소자의 특성>
다음에, 상기 제작된 발광 소자 7 및 발광 소자 8의 특성을 측정하였다. 또한, 측정 방법은 실시예 1과 마찬가지이다.
발광 소자 7 및 발광 소자 8의 휘도-전류 밀도 특성을 도 40에, 휘도-전압 특성을 도 41에, 전류 효율-휘도 특성을 도 42에, 전력 효율-휘도 특성을 도 43에, 외부 양자 효율-휘도 특성을 도 44에 각각 나타내었다. 또한, 발광 소자 7 및 발광 소자 8에 각각 2.5mA/cm2의 전류 밀도로 전류를 흘렸을 때의 전계 발광 스펙트럼을 도 45에 나타내었다. 또한, 각 발광 소자는 실온(23℃로 유지된 분위기)에서 측정하였다.
또한, 1000cd/m2 부근에 있어서의 발광 소자 7 및 발광 소자 8의 소자 특성을 표 8에 나타낸다.
[표 8]
Figure pat00017
도 45에 나타낸 바와 같이 발광 소자 7 및 발광 소자 8의 전계 발광 스펙트럼은 피크 파장이 각각 536nm 및 551nm이고, 반값 전폭이 각각 106nm 및 109nm인 폭이 넓은 황색 발광을 나타내었다. 또한, 발광 소자 7 및 발광 소자 8에 사용한 fac-Ir(pmb)3 및 mer-Ir(pmb)3은 나중에 설명하는 바와 같이 청색으로 발광하는 화합물이지만 발광 소자 7 및 발광 소자 8에서는 fac-Ir(pmb)3 및 mer-Ir(pmb)3에서 유래하는 발광은 관측되지 않았다.
또한, 도 40 내지 도 44 및 표 8에 나타낸 바와 같이 발광 소자 7 및 발광 소자 8은 저전압 구동한다. 또한, 발광 소자 7 및 발광 소자 8은 발광 효율(전류 효율, 전력 효율, 및 외부 양자 효율)이 높다. 따라서, 제 1 유기 화합물(fac-Ir(pmb)3 또는 mer-Ir(pmb)3)과 제 2 유기 화합물(4,6mCzP2Pm)을 갖는 본 발명의 일 형태의 발광 소자는 구동 전압이 낮고, 발광 효율이 높으며, 소비전력이 낮은 발광 소자이다.
<CV 측정 결과>
다음에, 상기 화합물의 전기 화학적 특성(산화 반응 특성 및 환원 반응 특성)을 사이클릭 볼타메트리(CV) 측정에 의하여 측정하였다. 또한 측정 방법은 실시예 1과 마찬가지이다.
CV 측정의 결과, fac-Ir(pmb)3의 산화 전위는 0.55V이었다. 또한, CV 측정으로 산출한 fac-Ir(pmb)3의 HOMO 준위는 -5.49eV이었다. 따라서, fac-Ir(pmb)3은 높은 HOMO 준위를 갖는 것을 알았다. 또한, mer-Ir(pmb)3의 산화 전위는 0.38V이었다. 또한, CV 측정으로 산출한 mer-Ir(pmb)3의 HOMO 준위는 -5.32eV이었다. 따라서, mer-Ir(pmb)3은 높은 HOMO 준위를 갖는 것을 알았다. 또한, fac-Ir(pmb)3 및 mer-Ir(pmb)3의 환원 전위는 낮기 때문에 명확한 환원 피크를 관찰하지 못하므로, fac-Ir(pmb)3 및 mer-Ir(pmb)3은 높은 LUMO 준위를 갖는 것으로 추정된다.
이상과 같이, 제 2 유기 화합물인 4,6mCzP2Pm의 LUMO 준위는 제 1 유기 화합물인 fac-Ir(pmb)3 및 mer-Ir(pmb)3의 LUMO 준위보다 낮고 제 2 유기 화합물인 4,6mCzP2Pm의 HOMO 준위는 제 1 유기 화합물인 fac-Ir(pmb)3 및 mer-Ir(pmb)3의 HOMO 준위보다 낮다. 따라서 발광 소자 7 및 발광 소자 8과 같이 발광층에 이들 화합물을 사용한 경우, 한 쌍의 전극으로부터 주입된 캐리어인 전자 및 정공이 제 2 유기 화합물(4,6mCzP2Pm)과 제 1 유기 화합물(fac-Ir(pmb)3 또는 mer-Ir(pmb)3)에 각각 효율적으로 주입되고, 제 2 유기 화합물(4,6mCzP2Pm)과 제 1 유기 화합물(fac-Ir(pmb)3 또는 mer-Ir(pmb)3)로 들뜬 착체를 형성할 수 있다.
또한, 제 2 유기 화합물(4,6mCzP2Pm)과 제 1 유기 화합물(fac-Ir(pmb)3 또는 mer-Ir(pmb)3)로 형성하는 들뜬 착체는 제 2 유기 화합물(4,6mCzP2Pm)에 LUMO 준위를 갖고 제 1 유기 화합물(fac-Ir(pmb)3 또는 mer-Ir(pmb)3)에 HOMO 준위를 갖는 들뜬 착체가 된다.
4,6mCzP2Pm의 LUMO 준위와 fac-Ir(pmb)3의 HOMO 준위의 에너지 차이는 2.61eV이다. 이 값은 도 45에 나타낸 발광 소자 7의 전계 발광 스펙트럼의 피크 파장으로부터 산출한 발광 에너지(2.31eV)와 실질적으로 일치한다. 따라서, 발광 소자 7의 전계 발광 스펙트럼은 4,6mCzP2Pm 및 fac-Ir(pmb)3으로 형성하는 들뜬 착체에 기초한 발광이라고 할 수 있다. 또한, 들뜬 착체는 S1 준위와 T1 준위의 차이가 작기 때문에 상기 발광 에너지를 들뜬 착체의 S1 준위 및 T1 준위의 에너지(2.31eV)로 할 수 있다. 또한, 4,6mCzP2Pm과 fac-Ir(pmb)3으로 형성하는 들뜬 착체의 들뜬 에너지 준위는 4,6mCzP2Pm의 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이(3.01eV)보다 작다. 따라서, 상기 들뜬 착체를 형성함으로써, 구동 전압이 낮은 발광 소자를 얻을 수 있다.
또한, 4,6mCzP2Pm의 LUMO 준위와 mer-Ir(pmb)3의 HOMO 준위의 에너지 차이는 2.44eV이다. 이 값은 도 45에 나타낸 발광 소자 8의 전계 발광 스펙트럼의 피크 파장으로부터 산출한 발광 에너지(2.25eV)와 실질적으로 일치한다. 따라서, 발광 소자 8의 전계 발광 스펙트럼은 4,6mCzP2Pm 및 mer-Ir(pmb)3으로 형성하는 들뜬 착체에 기초한 발광이라고 할 수 있다. 또한, 들뜬 착체는 S1 준위와 T1 준위의 차이가 작기 때문에 상기 발광 에너지를 들뜬 착체의 S1 준위 및 T1 준위의 에너지(2.25eV)로 할 수 있다. 또한, 4,6mCzP2Pm과 mer-Ir(pmb)3으로 형성하는 들뜬 착체의 들뜬 에너지 준위는 4,6mCzP2Pm의 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이(3.01eV)보다 작다. 따라서, 상기 들뜬 착체를 형성함으로써, 구동 전압이 낮은 발광 소자를 얻을 수 있다.
<화합물의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼>
다음에, fac-Ir(pmb)3 및 mer-Ir(pmb)3의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼의 측정 결과를 도 46에 나타내었다.
흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼을 측정하기 위하여, fac-Ir(pmb)3 또는 mer-Ir(pmb)3을 용해시킨 다이클로로메테인 용액을 제작하고, 석영 셀을 사용하여 흡수 스펙트럼을 측정하였다. 흡수 스펙트럼의 측정에는 자외 가시 분광 광도계(일본 분광 주식회사(JASCO Corporation)제, V550형)를 사용하였다. 측정한 상기 용액의 스펙트럼으로부터 석영 셀 및 다이클로로메테인의 흡수 스펙트럼을 뺐다. 발광 스펙트럼의 측정은 PL-EL 측정 장치(Hamamatsu Photonics K.K.제)를 사용하여 상기 용액을 측정하였다. 측정은 실온(23℃로 유지된 분위기)에서 수행하였다.
도 46에 나타낸 바와 같이 fac-Ir(pmb)3 및 mer-Ir(pmb)3의 흡수 스펙트럼에서의 가장 저에너지 측(장파장 측)의 흡수단은 380nm 부근이다. 또한, 흡수 스펙트럼의 데이터로부터 흡수단을 산출하고, 직접 전이를 가정한 전이 에너지를 어림잡은 결과, fac-Ir(pmb)3 및 mer-Ir(pmb)3의 전이 에너지는 3.20eV 및 3.15eV로 산출되었다. fac-Ir(pmb)3 및 mer-Ir(pmb)3은 인광성 화합물이기 때문에, 가장 저에너지 측의 흡수대는 삼중항 들뜬 상태로의 전이에 기초한 흡수대이다. 따라서, fac-Ir(pmb)3 및 mer-Ir(pmb)3의 T1 준위는 3.20eV 및 3.15eV로 산출된다.
이상의 측정 결과로부터, 4,6mCzP2Pm의 T1 준위(2.70eV)는 fac-Ir(pmb)3의 T1 준위(3.20eV)보다 작고, 4,6mCzP2Pm의 T1 준위(2.70eV)는 4,6mCzP2Pm과 fac-Ir(pmb)3으로 형성하는 들뜬 착체의 T1 준위(2.31eV)보다 크고, 또한 4,6mCzP2Pm의 LUMO 준위와 fac-Ir(pmb)3의 HOMO 준위의 차이(2.61eV)보다 크다. 따라서, 4,6mCzP2Pm과 fac-Ir(pmb)3으로 형성하는 들뜬 착체가 효율적으로 발광할 수 있다.
또한, 4,6mCzP2Pm의 T1 준위(2.70eV)는 mer-Ir(pmb)3의 T1 준위(3.15eV)보다 작고, 4,6mCzP2Pm의 T1 준위(2.70eV)는 4,6mCzP2Pm과 mer-Ir(pmb)3으로 형성하는 들뜬 착체의 T1 준위(2.25eV)보다 크고, 또한 4,6mCzP2Pm의 LUMO 준위와 mer-Ir(pmb)3의 HOMO 준위의 차이(2.44eV)보다 크다. 따라서, 4,6mCzP2Pm과 mer-Ir(pmb)3으로 형성하는 들뜬 착체가 효율적으로 발광할 수 있다.
또한, 발광 소자 8은 발광 소자 7보다 효율이 높고, 저구동 전압으로 구동한다. 따라서, 제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물의 T1 준위 중 낮은 쪽의 T1 준위와 제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물로 형성하는 들뜬 착체의 T1 준위의 에너지 차이는 큰 것이 바람직하고, 구체적으로는, 제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물의 T1 준위 중 낮은 쪽의 T1 준위는 제 1 유기 화합물과 제 2 유기 화합물로 형성하는 들뜬 착체의 T1 준위보다 0.35eV 이상 큰 것이 바람직하다고 할 수 있다. 또한, 제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물의 T1 준위 중 낮은 쪽의 T1 준위와, 제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물 중 낮은 쪽의 LUMO 준위와 높은 쪽의 HOMO 준위의 차이의 에너지 차이는 큰 것이 바람직하고, 구체적으로는 제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물의 T1 준위 중 낮은 쪽의 T1 준위는 제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물 중 낮은 쪽의 LUMO 준위와 높은 쪽의 HOMO 준위의 차이보다 0.1eV 이상 큰 것이 바람직하다고 할 수 있다.
또한, 비특허문헌 1에는, fac-Ir(pmb)3의 발광 양자 수율이 실온에서 37%인 것이 기재되어 있다. 따라서, fac-Ir(pmb)3은 발광 재료로서 발광 양자 수율이 낮은 재료인 것을 알 수 있다.
한편, 발광 소자 7 및 발광 소자 8은 제 2 유기 화합물(4,6mCzP2Pm)과 제 1 유기 화합물(fac-Ir(pmb)3 또는 mer-Ir(pmb)3)로 형성하는 들뜬 착체에서 유래하는 발광을 나타내는 발광 소자이다. 발광 소자 7 및 발광 소자 8에서 양호한 소자 특성을 얻을 수 있는 이유는, 발광 소자 7 및 발광 소자 8에서 한 쌍의 전극으로부터 주입된 캐리어(정공 및 전자)의 재결합에 의하여 생성한 단일항 여기자에서 유래하는 발광에 더하여, 삼중항 여기자에서 유래하는 발광, 또는 들뜬 착체의 역항간 교차에 의하여 삼중항 여기자로부터 생성한 단일항 여기자에서 유래하는 발광을 얻을 수 있기 때문이다. 즉, 본 발명의 일 형태에 의하여, 발광 양자 수율이 낮은 화합물을 사용하는 경우에도 높은 발광 효율을 갖는 발광 소자를 얻을 수 있다.
이상, 본 발명의 일 형태에 의하여, 발광 효율이 높은 발광 소자를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 형태에 의하여 구동 전압이 낮으며 소비전력이 낮은 발광 소자를 제공할 수 있다.
(실시예 5)
본 실시예에서는 본 발명의 일 형태의 발광 소자인 발광 소자 3과 비교 발광 소자 9의 제작예에 대하여 설명한다. 비교 발광 소자 9는 발광층의 들뜬 착체를 형성하는 조합으로서, 삼중항 들뜬 에너지를 발광으로 변환하는 기능을 갖지 않는, 호스트 재료의 조합을 사용하였다. 본 실시예에서 제작한 발광 소자의 구성은 도 1과 같다. 소자 구조의 자세한 사항을 표 9에 나타낸다. 또한, 사용한 화합물의 구조와 약칭을 이하에 나타낸다. 또한, 다른 화합물의 구조 및 약칭에 대해서는 앞의 실시예를 참작하면 좋다.
Figure pat00018
[표 9]
Figure pat00019
<비교 발광 소자 9의 제작>
전극(101)으로서 ITSO막을 두께가 70nm가 되도록 유리 기판 위에 형성하였다. 또한, 전극(101)의 전극 면적은 4mm2(2mm×2mm)로 하였다.
다음에, 정공 주입층(111)으로서, DBT3P-II와 산화 몰리브데넘(MoO3)을 중량비(DBT3P-II:MoO3)가 1:0.5이며 두께가 40nm가 되도록 전극(101) 위에 공증착하였다.
다음에, 정공 수송층(112)으로서, 4-페닐-4'-(9-페닐플루오렌-9-일)트라이페닐아민(약칭: BPAFLP)을 두께가 20nm가 되도록 정공 주입층(111) 위에 증착하였다.
발광층(130)으로서, 4,6mCzP2Pm과 N-(4-바이페닐)-N-(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)-9-페닐-9H-카바졸-3-아민(약칭: PCBiF)을 중량비 (4,6mCzP2Pm:PCBiF)가 0.8:0.2가 되며 두께가 40nm가 되도록 정공 수송층(112) 위에 공증착하였다.
다음에, 전자 수송층(118)으로서, 4,6mCzP2Pm을 두께 20nm가 되도록 그리고 2,9-비스(나프탈렌-2-일)-4,7-다이페닐-1,10-페난트롤린(약칭: NBPhen)의 두께가 15nm가 되도록 순서대로 발광층(130) 위에 증착하였다. 다음에, 전자 주입층(119)으로서 LiF를 두께 1nm가 되도록 전자 수송층(118) 위에 증착하였다.
다음에, 전극(102)으로서 알루미늄(Al)을 두께가 200nm가 되도록 전자 주입층(119) 위에 형성하였다.
다음에, 질소 분위기의 글로브 박스 내에서, 유기 EL용 밀봉재를 사용하여 밀봉하기 위한 기판을, 유기 재료를 형성한 유리 기판에 고정함으로써, 전극 및 EL층을 밀봉하였다. 구체적으로는, 유리 기판에 형성한 유기 재료의 주위에 밀봉재를 도포하고, 상기 유리 기판과 밀봉하기 위한 유리 기판을 접합하고, 파장이 365nm인 자외광을 6J/cm2 조사하고, 80℃로 1시간 가열 처리를 수행하였다. 상술한 공정을 거쳐 비교 발광 소자 9를 얻었다.
<발광 소자의 특성>
다음에, 상기 제작된 발광 소자 3 및 비교 발광 소자 9의 특성을 측정하였다. 또한, 측정 방법은 실시예 1과 마찬가지이다.
발광 소자 3 및 비교 발광 소자 9의 외부 양자 효율-휘도 특성을 도 47에 나타내었다. 또한, 발광 소자 3 및 비교 발광 소자 9에 각각 2.5mA/cm2의 전류 밀도로 전류를 흘렸을 때의 전계 발광 스펙트럼을 도 48에 나타내었다. 또한, 각 발광 소자는 실온(23℃로 유지된 분위기)에서 측정되었다.
또한, 1000cd/m2 부근에서의 발광 소자 3 및 비교 발광 소자 9의 소자 특성을 표 10에 나타낸다.
[표 10]
Figure pat00020
도 48에 나타낸 바와 같이 발광 소자 3 및 비교 발광 소자 9의 전계 발광 스펙트럼은 피크 파장이 각각 526nm 및 548nm이고, 반값 전폭이 95nm 및 91nm의 폭이 넓은 황색 발광을 나타내었다. 발광 소자 3에서 얻어지는 발광은 상술한 바와 같이, 4,6mCzP2Pm과 Ir(ppz)3의 들뜬 착체로부터의 발광이다.
비교 발광 소자 9로부터 얻어지는 발광의 피크 파장으로부터 산출되는 발광 에너지는 2.26eV이다. 이것은, 실시예 1에 기재된 방법을 이용하여 CV 측정으로 산출한, 4,6mCzP2Pm의 LUMO 준위 -2.88eV와 PCBiF의 HOMO 준위 -5.26eV의 에너지 차이인 2.38eV와 실질적으로 일치한다. 즉, 비교 발광 소자 9로부터 얻어지는 발광은 발광층 내의 4,6mCzP2Pm과 PCBiF로 형성되는 들뜬 착체에서 유래하는 발광이라고 할 수 있다.
또한, 도 47 및 표 10에서, 발광 소자 3이 비교 발광 소자 9보다 높은 외부 양자 효율을 갖는 것을 알 수 있다. 이것은, 발광 소자 3이 들뜬 착체를 형성하는 한쪽의 화합물에 중원자를 갖는 화합물을 사용하기 때문이다. 따라서, 본 발명의 일 형태에 의하여, 발광 효율이 높은 발광 소자를 제공할 수 있다.
<박막의 양자 수율 측정>
다음에 발광 소자 3의 발광층에 사용한 4,6mCzP2Pm과 Ir(ppz)3의 혼합막의 양자 수율을 측정하였다. 측정 시료는 석영 기판에 4,6mCzP2Pm과 Ir(ppz)3을 중량비(4,6mCzP2Pm:Ir(ppz)3)가 1:0.1이 되며 두께 40nm가 되도록 증착하고, 대기에 노출되지 않도록 질소 분위기화의 글로브 박스 내에서 밀봉하였다. 측정은 절대 PL 양자 수율 측정 장치(Hamamatsu Photonics K.K.제 C11347-01)를 사용하고 실온에서 측정하였다.
그 결과, 4,6mCzP2Pm과 Ir(ppz)3의 혼합막의 양자 수율은 64%이었다. 유리의 광 추출 효율을 30% 정도로 고려하면, 발광 소자 3의 외부 양자 효율은 19% 정도로 어림잡을 수 있다. 여기서, 도 47에서, 발광 소자 3의 외부 양자 효율의 최대값은 19.7%이고, 4,6mCzP2Pm과 Ir(ppz)3의 혼합막의 양자 수율 측정 결과로부터 어림잡은 것과 실질적으로 일치한다. 이것은, 발광 소자 내부에서 생성한 여기자의 손실의 대부분이 4,6mCzP2Pm과 Ir(ppz)3의 혼합막의 양자 효율에서 유래함을 나타낸다. 따라서, 생성한 여기자는 단일항 여기자뿐만 아니라 삼중항 여기자도 모두 발광에 기여한다고 생각된다. 이것은, 들뜬 착체를 형성하는 한쪽의 화합물에 중원자를 갖는 화합물을 사용하기 때문이라고 추측된다.
<박막의 과도 EL 측정>
다음에, 발광 소자 3 및 비교 발광 소자 9의 과도 EL 측정을 수행하였다. 측정에는 피코초 형광 수명 측정 시스템(Hamamatsu Photonics K.K.제)을 사용하였다. 본 측정에서는 발광 소자의 형광 발광의 수명을 측정하기 위하여, 발광 소자에 구형(矩形) 펄스 전압을 인가하고, 그 전압의 하강으로부터 감쇠(減衰)하는 발광을 스트리크(streak) 카메라를 사용하여 시간 분해 측정하였다. 펄스 전압은 10Hz 주기로 인가하고, 반복적으로 측정한 데이터를 적산하여 S/N비가 높은 데이터를 얻었다. 또한, 측정은 실온(300K)에서, 인가 펄스 전압이 3V 전후, 인가 펄스 시간 폭이 100μsec, 부 바이어스 전압이 -5V, 측정 시간 범위는 발광 소자 3은 20μsec, 비교 발광 소자 9는 50μsec의 조건하에서 수행하였다. 얻어진 결과를 도 49에 나타내었다.
도 49에서, 비교 발광 소자 9는 지연 형광 성분이 많고, 또한 발광 수명이 매우 길다. 한편, 발광 소자 3은 지연 성분이 많지는 않지만, 도 47에 나타낸 바와 같이 외부 양자 효율은 비교 발광 소자 9보다 높은 효율을 나타낸다. 또한, 도 49에서 발광 수명이 매우 짧다. 이것은, 짧은 시간 안에 들뜬 상태로부터 기저 상태로 실활하는 것을 제시한다. 이와 같은 발광 수명이 짧은 발광 소자는 신뢰성이 양호하므로 바람직하다.
상기, 발광 소자 3은 들뜬 착체를 형성하는 재료로서 중원자인 Ir을 가지므로, 통상의 호스트 재료를 사용한 들뜬 착체나 TADF 재료와 다른 작용을 나타내는 것으로 생각된다.
이상, 본 발명의 일 형태에 의하여, 발광 효율이 높은 발광 소자를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 형태에 의하여, 신뢰성이 양호한 발광 소자를 제공할 수 있다.
100: EL층
101: 전극
101a: 도전층
101b: 도전층
102: 전극
103: 전극
103a: 도전층
103b: 도전층
104: 전극
104a: 도전층
104b: 도전층
106: 발광 유닛
108: 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
123B: 발광층
123G: 발광층
123R: 발광층
130: 발광층
131: 화합물
132: 화합물
133: 화합물
140: 발광층
140a: 발광층
140b: 발광층
145: 격벽
150: 발광 소자
200: 기판
220: 기판
221B: 영역
221G: 영역
221R: 영역
222B: 영역
222G: 영역
222R: 영역
223: 차광층
224B: 광학 소자
224G: 광학 소자
224R: 광학 소자
250: 발광 소자
260: 발광 소자
262a: 발광 소자
262b: 발광 소자
600: 표시 장치
601: 신호선 구동 회로부
602: 화소부
603: 주사선 구동 회로부
604: 밀봉 기판
605: 밀봉재
607: 영역
608: 배선
609: FPC
610: 소자 기판
611: 트랜지스터
612: 트랜지스터
613: 하부 전극
614: 격벽
616: EL층
617: 상부 전극
618: 발광 소자
621: 광학 소자
622: 차광층
623: 트랜지스터
624: 트랜지스터
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: 하부 전극
1024G: 하부 전극
1024R: 하부 전극
1025: 격벽
1026: 상부 전극
1028: EL층
1029: 밀봉층
1031: 밀봉 기판
1032: 밀봉재
1033: 기재
1034B: 착색층
1034G: 착색층
1034R: 착색층
1035: 차광층
1036: 오버 코트층
1037: 층간 절연막
1040: 화소부
1041: 구동 회로부
1042: 주변부
3000: 발광 장치
3001: 기판
3003: 기판
3005: 발광 소자
3007: 밀봉 영역
3009: 밀봉 영역
3011: 영역
3013: 영역
3018: 건조제
8000: 표시 모듈
8001: 상부 커버
8002: 하부 커버
8003: FPC
8004: 터치 센서
8005: FPC
8006: 표시 장치
8009: 프레임
8010: 프린트 기판
8011: 배터리
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
9050: 조작 버튼
9051: 정보
9052: 정보
9053: 정보
9054: 정보
9055: 힌지
9100: 휴대 정보 단말
9101: 휴대 정보 단말
9102: 휴대 정보 단말
9200: 휴대 정보 단말
9201: 휴대 정보 단말

Claims (13)

  1. 발광 장치로서,
    제 1 전극;
    상기 제 1 전극 위에 있고, 제 1 유기 화합물, 제 2 유기 화합물, 및 제 3 유기 화합물을 포함하는 발광층; 및
    상기 발광층 위의 제 2 전극을 포함하고,
    상기 제 1 유기 화합물과 상기 제 2 유기 화합물의 조합은 들뜬 착체(exciplex)를 형성할 수 있고,
    상기 제 1 유기 화합물은 단일 물질에 의해 삼중항 들뜬 에너지를 발광으로 변환할 수 있고,
    상기 제 3 유기 화합물의 HOMO 준위는 상기 제 1 유기 화합물의 HOMO 준위와 상기 제 2 유기 화합물의 HOMO 준위 사이이며,
    상기 제 3 유기 화합물의 LUMO 준위는 상기 제 1 유기 화합물의 LUMO 준위보다 높은, 발광 장치.
  2. 발광 장치로서,
    제 1 전극;
    상기 제 1 전극 위에 있고, 제 1 유기 화합물, 제 2 유기 화합물, 및 제 3 유기 화합물을 포함하는 발광층; 및
    상기 발광층 위의 제 2 전극을 포함하고,
    상기 제 1 유기 화합물 및 상기 제 2 유기 화합물의 조합은 들뜬 착체를 형성할 수 있고,
    상기 제 1 유기 화합물은 삼중항 들뜬 에너지를 발광으로 변환할 수 있고,
    상기 제 3 유기 화합물의 HOMO 준위는 상기 제 1 유기 화합물의 HOMO 준위보다 높고,
    상기 제 3 유기 화합물의 HOMO 준위는 상기 제 2 유기 화합물의 HOMO 준위보다 낮으며,
    상기 제 3 유기 화합물의 LUMO 준위는 상기 제 1 유기 화합물의 LUMO 준위보다 높은, 발광 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 3 유기 화합물의 최저 삼중항 들뜬 에너지 준위는 상기 제 1 유기 화합물의 최저 삼중항 들뜬 에너지 준위 및 상기 제 2 유기 화합물의 최저 삼중항 들뜬 에너지 준위 둘 다 이상인, 발광 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 유기 화합물은 Ir에 배위하는 배위자를 포함하는, 발광 장치.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 유기 화합물은 열 활성화 지연 형광 재료인, 발광 장치.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 유기 화합물 및 상기 제 3 유기 화합물의 각각은 형광 재료인, 발광 장치.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 유기 화합물은 전자를 수송할 수 있으며,
    상기 제 2 유기 화합물은 π전자 부족형 복소 방향족 골격을 포함하는, 발광 장치.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 들뜬 착체는 상기 제 1 유기 화합물보다 높은 발광 양자 수율을 갖는, 발광 장치.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 발광층의 상기 제 3 유기 화합물의 중량비는 상기 제 1 유기 화합물 및 상기 제 2 유기 화합물 중 한쪽의 중량비보다 높은, 발광 장치.
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 발광층은 제 1 물질을 더 포함하는, 발광 장치.
  11. 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 발광 장치를 포함하는, 표시 장치.
  12. 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 발광 장치를 포함하는, 조명 장치.
  13. 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 발광 장치를 포함하는, 전자 기기.
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