KR20230131123A - 발광 디바이스 - Google Patents
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Abstract
발광 효율 및 신뢰성이 높은 발광 디바이스를 제공한다.
발광층에 f-d 전이에 기초한 이중항 여기 상태로부터의 발광을 나타내는 제 1 물질과, 형광 물질인 제 2 물질을 포함하고, 제 1 물질의 흡수 스펙트럼에서의 흡수단 중 가장 장파장에 위치하는 흡수단이 제 2 물질의 흡수 스펙트럼에서의 흡수단 중 가장 장파장에 위치하는 흡수단보다 단파장에 위치하는 발광 디바이스를 제공한다. 제 1 물질은 여기자 수명이 짧고 여기자 생성 효율이 높은 점, 그리고 제 1 물질과 제 2 물질의 에너지 이동이 효율적인 점으로부터, 발광 효율 및 신뢰성이 높은 발광 디바이스를 얻을 수 있다.
발광층에 f-d 전이에 기초한 이중항 여기 상태로부터의 발광을 나타내는 제 1 물질과, 형광 물질인 제 2 물질을 포함하고, 제 1 물질의 흡수 스펙트럼에서의 흡수단 중 가장 장파장에 위치하는 흡수단이 제 2 물질의 흡수 스펙트럼에서의 흡수단 중 가장 장파장에 위치하는 흡수단보다 단파장에 위치하는 발광 디바이스를 제공한다. 제 1 물질은 여기자 수명이 짧고 여기자 생성 효율이 높은 점, 그리고 제 1 물질과 제 2 물질의 에너지 이동이 효율적인 점으로부터, 발광 효율 및 신뢰성이 높은 발광 디바이스를 얻을 수 있다.
Description
본 발명의 일 형태는 유기 화합물, 유기 반도체 소자, 발광 디바이스, 포토다이오드 센서, 디스플레이 모듈, 조명 모듈, 표시 장치, 전자 기기, 조명 장치, 및 전자 디바이스에 관한 것이다. 또한 본 발명의 일 형태는 상기 기술분야에 한정되지 않는다. 본 명세서 등에서 개시(開示)하는 발명의 일 형태가 속하는 기술분야는 물건, 방법, 또는 제조 방법에 관한 것이다. 또는 본 발명의 일 형태는 공정(process), 기계(machine), 제품(manufacture), 또는 조성물(composition of matter)에 관한 것이다. 따라서 본 명세서에 개시되는 본 발명의 일 형태가 속하는 기술분야의 더 구체적인 예로서는, 반도체 장치, 표시 장치, 액정 표시 장치, 조명 장치, 축전 장치, 기억 장치, 촬상 장치, 이들의 구동 방법, 또는 이들의 제조 방법을 들 수 있다.
유기 화합물을 사용한 일렉트로루미네선스(EL: Electroluminescence)를 이용하는 발광 디바이스(유기 EL 디바이스라고도 함)의 실용화가 진행되고 있다. 이들 발광 디바이스의 기본적인 구성은 발광 물질을 포함하는 유기 화합물층을 한 쌍의 전극 사이에 끼운 것이다. 이 디바이스에 전압을 인가하여 캐리어를 주입하고, 이 캐리어의 재결합 에너지를 이용함으로써, 발광 물질로부터의 발광을 얻을 수 있다.
발광 디바이스는 자발광형이기 때문에, 이 발광 디바이스를 화소로서 사용한 표시 장치는 액정 표시 장치보다 시인성이 높고 또한 백라이트가 불필요하다. 또한 이러한 발광 디바이스를 사용한 표시 장치는 얇고 가볍게 할 수 있다는 것도 큰 이점이다. 또한 응답 속도가 매우 빠르다는 것도 특징 중 하나이다.
또한 이들 발광 디바이스는 발광층을 평면 형상으로 연속하여 형성할 수 있기 때문에 면발광을 얻을 수 있다. 이는 백열전구, LED로 대표되는 점광원, 또는 형광등으로 대표되는 선광원으로는 얻기 어려운 특색이기 때문에, 조명 등에 응용할 수 있는 면광원으로서의 이용 가치도 높다.
이와 같이 발광 디바이스를 사용한 표시 장치, 조명 장치는 다양한 전자 기기에 적합하고, 특성이 더 양호한 발광 디바이스를 위하여 연구 개발이 진행되고 있다.
예를 들어 비특허문헌 1에서는, 발광 도펀트로서 란타노이드 착체를 사용한 발광 디바이스에 관하여 보고되어 있다.
Liding Wang, 외 6명, "Review on the Electroluminescence Study of Lanthanide Complexes", Advanced Optical Materials, 2019년, 7,1801256
본 발명의 일 형태에서는 발광 효율이 높은 발광 디바이스를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또는 본 발명의 일 형태에서는 신뢰성이 높은 발광 디바이스를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또는 본 발명의 일 형태에서는, 구동 전압이 낮은 발광 디바이스를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또는 본 발명의 일 형태에서는 색 순도가 높은 발광 디바이스를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또는 소비 전력이 낮은 표시 장치, 전자 기기, 및 조명 장치 중 어느 것을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또는 신뢰성이 높은 표시 장치, 전자 기기, 및 조명 장치 중 어느 것을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또는 색 순도가 높은 표시 장치, 전자 기기, 및 조명 장치 중 어느 것을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상술한 과제 중 어느 하나를 해결하면 되는 것으로 한다.
본 발명의 일 형태에서는, f-d 전이에 기초한 여기 상태로부터의 발광을 나타내는 물질로부터 형광 물질로의 에너지 이동을 거쳐 발광하는 발광 디바이스를 제공한다. f-d 전이는, 패리티 허용 전이이므로, 발광의 전이 속도가 비교적 빠르고 여기자 수명이 짧기 때문에, 에너지 억셉터(즉 형광 물질)로의 에너지 이동 속도가 빠르게 된다. 또한 형광 물질의 발광 과정은, 단일항 여기 상태로부터 단일항 기저 상태로의 스핀 허용 전이에 기초하기 때문에, 그 전이 속도가 빠르다. 그 결과, 발광 디바이스 내의 여기자가 형광 물질의 발광에 신속히 소비되기 때문에, 신뢰성이 높은 발광 디바이스를 얻을 수 있다.
또한 본 발명의 일 형태에서는, 특정의 f-d 전이에서 관찰되는 이중항 여기 상태로부터의 발광을 나타내는 물질로부터 형광 물질로의 에너지 이동을 거쳐 발광하는 발광 디바이스를 제공한다. 이중항 여기 상태로부터의 발광을 나타내는 물질의 발광 과정은 이중항 여기 상태로부터 이중항 기저 상태로의 전이에 기초하기 때문에 스핀 허용 전이이다. 따라서 그 전이 속도가 매우 빠르고, 상술한 바와 같은 형광 물질로의 에너지 이동 속도의 관점에서 바람직한 구성이다. 또한 이중항 여기 상태가 f-d 전이에 기초하는 경우에는 패리티 허용 전이이기도 하므로 더 바람직하다. 또한 이중항 상태로부터 삼중항 상태로의 에너지 이동은 금지되기 때문에, 발광에 기여하지 못하는 형광 물질의 삼중항 여기 상태로의 에너지 이동이 억제되므로, 에너지 손실이 적은 발광 디바이스를 얻을 수 있다는 점도 큰 특징이다. 그 결과, 신뢰성뿐만 아니라 효율도 높은 발광 디바이스를 얻을 수 있다.
또한 f-d 전이에 기초한 여기 상태로부터의 발광은, 이중항 여기 상태로부터의 발광도 포함하여, d궤도의 관여에 의하여 발광 스펙트럼이 넓어지기 쉽기 때문에, 색 순도가 저하되기 쉽다. 따라서 상술한 바와 같은 에너지 이동을 이용하여 형광 물질을 발광시킴으로써, 그 결점을 극복하여, 발광 스펙트럼이 더 좁아지고 색 순도가 높은 발광을 나타내는 발광 디바이스를 얻을 수 있다.
즉 본 발명의 일 형태는 제 1 전극과, 제 2 전극과, 유기 화합물층을 포함하고, 유기 화합물층은 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 위치하고, 유기 화합물층은 발광층을 포함하고, 발광층은 제 1 물질과 제 2 물질을 포함하고, 제 1 물질은 f-d 전이에 기초한 여기 상태를 형성하는 물질이고, 제 2 물질은 단일항 여기 상태로부터의 발광을 나타내는 물질이고, 제 1 물질의 흡수 스펙트럼에서의 흡수단 중 가장 장파장에 위치하는 흡수단이 제 2 물질의 흡수 스펙트럼에서의 흡수단 중 가장 장파장에 위치하는 흡수단보다 단파장에 위치하는 발광 디바이스이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 제 1 전극과, 제 2 전극과, 유기 화합물층을 포함하고, 유기 화합물층은 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 위치하고, 유기 화합물층은 발광층을 포함하고, 발광층은 제 1 물질과 제 2 물질을 포함하고, 제 1 물질은 f-d 전이에 기초한 여기 상태를 형성하는 물질이고, 제 2 물질은 단일항 여기 상태로부터의 발광을 나타내는 물질이고, 제 1 물질의 밴드 갭이 제 2 물질의 밴드 갭보다 큰 발광 디바이스이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 제 1 전극과, 제 2 전극과, 유기 화합물층을 포함하고, 유기 화합물층은 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 위치하고, 유기 화합물층은 발광층을 포함하고, 발광층은 제 1 물질과 제 2 물질을 포함하고, 제 1 물질은 f-d 전이에 기초한 여기 상태를 형성하는 물질이고, 제 2 물질은 단일항 여기 상태로부터의 발광을 나타내는 물질이고, 제 2 물질로부터의 발광을 나타내는 발광 디바이스이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 제 1 전극과, 제 2 전극과, 유기 화합물층을 포함하고, 유기 화합물층은 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 위치하고, 유기 화합물층은 발광층을 포함하고, 발광층은 제 1 물질과 제 2 물질을 포함하고, 제 1 물질은 f-d 전이에 기초한 여기 상태를 형성하는 물질이고, 제 2 물질은 단일항 여기 상태로부터의 발광을 나타내는 물질이고, 발광층에서 제 1 물질의 비율이 제 2 물질의 비율보다 높은 발광 디바이스이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성에서 제 1 물질이 f-d 전이에 기초한 여기 상태로부터의 발광을 나타내는 물질인 발광 디바이스이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 제 1 전극과, 제 2 전극과, 유기 화합물층을 포함하고, 유기 화합물층은 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 위치하고, 유기 화합물층은 발광층을 포함하고, 발광층은 제 1 물질과 제 2 물질을 포함하고, 제 1 물질은 이중항 여기 상태로부터의 발광을 나타내는 물질이고, 제 2 물질은 단일항 여기 상태로부터의 발광을 나타내는 물질이고, 제 1 물질의 흡수 스펙트럼에서의 흡수단 중 가장 장파장에 위치하는 흡수단이 제 2 물질의 흡수 스펙트럼에서의 흡수단 중 가장 장파장에 위치하는 흡수단보다 단파장에 위치하는 발광 디바이스이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 제 1 전극과, 제 2 전극과, 유기 화합물층을 포함하고, 유기 화합물층은 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 위치하고, 유기 화합물층은 발광층을 포함하고, 발광층은 제 1 물질과 제 2 물질을 포함하고, 제 1 물질은 이중항 여기 상태로부터의 발광을 나타내는 물질이고, 제 2 물질은 단일항 여기 상태로부터의 발광을 나타내는 물질이고, 제 1 물질의 밴드 갭이 제 2 물질의 밴드 갭보다 큰 발광 디바이스이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 제 1 전극과, 제 2 전극과, 유기 화합물층을 포함하고, 유기 화합물층은 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 위치하고, 유기 화합물층은 발광층을 포함하고, 발광층은 제 1 물질과 제 2 물질을 포함하고, 제 1 물질은 이중항 여기 상태로부터의 발광을 나타내는 물질이고, 제 2 물질은 단일항 여기 상태로부터의 발광을 나타내는 물질이고, 제 2 물질로부터의 발광을 나타내는 발광 디바이스이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 제 1 전극과, 제 2 전극과, 유기 화합물층을 포함하고, 유기 화합물층은 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 위치하고, 유기 화합물층은 발광층을 포함하고, 발광층은 제 1 물질과 제 2 물질을 포함하고, 제 1 물질은 이중항 여기 상태로부터의 발광을 나타내는 물질이고, 제 2 물질은 단일항 여기 상태로부터의 발광을 나타내는 물질이고, 발광층에서 제 1 물질의 비율이 제 2 물질의 비율보다 높은 발광 디바이스이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 제 1 전극과, 제 2 전극과, 유기 화합물층을 포함하고, 유기 화합물층은 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 위치하고, 유기 화합물층은 발광층을 포함하고, 발광층은 제 1 물질과 제 2 물질을 포함하고, 제 1 물질은 f-d 전이에 기초한 이중항 여기 상태로부터의 발광을 나타내는 물질이고, 제 2 물질은 단일항 여기 상태로부터의 발광을 나타내는 물질이고, 제 1 물질의 흡수 스펙트럼에서의 흡수단 중 가장 장파장에 위치하는 흡수단이 제 2 물질의 흡수 스펙트럼에서의 흡수단 중 가장 장파장에 위치하는 흡수단보다 단파장에 위치하는 발광 디바이스이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 제 1 전극과, 제 2 전극과, 유기 화합물층을 포함하고, 유기 화합물층은 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 위치하고, 유기 화합물층은 발광층을 포함하고, 발광층은 제 1 물질과 제 2 물질을 포함하고, 제 1 물질은 f-d 전이에 기초한 이중항 여기 상태로부터의 발광을 나타내는 물질이고, 제 2 물질은 단일항 여기 상태로부터의 발광을 나타내는 물질이고, 제 1 물질의 밴드 갭이 제 2 물질의 밴드 갭보다 큰 발광 디바이스이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 제 1 전극과, 제 2 전극과, 유기 화합물층을 포함하고, 유기 화합물층은 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 위치하고, 유기 화합물층은 발광층을 포함하고, 발광층은 제 1 물질과 제 2 물질을 포함하고, 제 1 물질은 f-d 전이에 기초한 이중항 여기 상태로부터의 발광을 나타내는 물질이고, 제 2 물질은 단일항 여기 상태로부터의 발광을 나타내는 물질이고, 제 2 물질로부터의 발광을 나타내는 발광 디바이스이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 제 1 전극과, 제 2 전극과, 유기 화합물층을 포함하고, 유기 화합물층은 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 위치하고, 유기 화합물층은 발광층을 포함하고, 발광층은 제 1 물질과 제 2 물질을 포함하고, 제 1 물질은 f-d 전이에 기초한 이중항 여기 상태로부터의 발광을 나타내는 물질이고, 제 2 물질은 단일항 여기 상태로부터의 발광을 나타내는 물질이고, 발광층에서의 제 1 물질의 비율이 제 2 물질의 비율보다 높은 발광 디바이스이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성에서 제 1 물질이 희토류 원소를 포함하는 유기 착체인 발광 디바이스이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성에서 제 1 물질이 3가의 세륨을 포함하는 유기 착체인 발광 디바이스이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성에서 제 1 물질의 발광 스펙트럼의 반치 폭보다 제 2 물질의 발광 스펙트럼의 반치 폭이 작은 발광 디바이스이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성에서 발광층은 제 3 물질을 더 포함하고, 발광층에서 제 3 물질의 비율이 가장 높은 발광 디바이스이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성에서 발광층은 제 3 물질을 더 포함하고, 제 3 물질의 밴드 갭이 가장 큰 발광 디바이스이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성에서 제 3 물질이 열 활성화 지연 형광을 나타내는 물질인 발광 디바이스이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성에서 발광층은 제 3 물질 및 제 4 물질을 더 포함하고, 발광층에서 제 3 물질의 비율과 제 4 물질의 비율의 합이 제 1 물질의 비율 및 제 2 물질의 비율의 각각보다 높은 발광 디바이스이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성에서 발광층은 제 3 물질 및 제 4 물질을 더 포함하고, 제 3 물질의 밴드 갭 및 제 4 물질의 밴드 갭이 제 1 물질의 밴드 갭 및 제 2 물질의 밴드 갭보다 큰 발광 디바이스이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성에서 제 3 물질과 제 4 물질이 들뜬 복합체를 형성하는 발광 디바이스이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성에서 제 3 물질이 정공 수송성을 갖는 유기 화합물이고, 제 4 물질이 전자 수송성을 갖는 유기 화합물인 발광 디바이스이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성에서 제 3 물질이 π전자 과잉형 헤테로 방향족 고리 또는 방향족 아민 골격을 갖는 유기 화합물이고, 제 4 물질이 π전자 부족형 헤테로 방향족 고리를 갖는 유기 화합물인 발광 디바이스이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 발광 디바이스와, 센서, 조작 버튼, 스피커, 또는 마이크로폰을 포함하는 전자 기기이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 발광 디바이스와, 하우징을 포함하는 조명 장치이다.
본 발명의 일 형태에 의하여, 발광 효율이 높은 발광 디바이스를 제공할 수 있다. 또는 본 발명의 일 형태에 의하여, 신뢰성이 높은 발광 디바이스를 제공할 수 있다. 또는 본 발명의 일 형태에 의하여, 구동 전압이 낮은 발광 디바이스를 제공할 수 있다. 또는 본 발명의 일 형태에 의하여, 소비 전력이 낮은 표시 장치, 전자 기기, 및 조명 장치 중 어느 것을 제공할 수 있다. 또는 본 발명의 일 형태에 의하여, 신뢰성이 높은 표시 장치, 전자 기기, 및 조명 장치 중 어느 것을 제공할 수 있다.
또한 이들 효과의 기재는 다른 효과의 존재를 방해하는 것이 아니다. 또한 본 발명의 일 형태는 이들 효과 모두를 반드시 가질 필요는 없다. 또한 이들 외의 효과는 명세서, 도면, 청구항 등의 기재에서 저절로 명백해지는 것이고, 명세서, 도면, 청구항 등의 기재에서 이들 외의 효과를 추출할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 형태의 발광 디바이스의 에너지 밴드도이다.
도 2의 (A) 내지 (C)는 본 발명의 일 형태의 발광 디바이스의 모식도이다.
도 3의 (A) 및 (B)는 본 발명의 일 형태의 표시 장치를 나타낸 도면이다.
도 4의 (A) 및 (B)는 본 발명의 일 형태의 표시 장치를 나타낸 도면이다.
도 5의 (A) 내지 (E)는 표시 장치의 제작 방법의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 6의 (A) 내지 (D)는 표시 장치의 제작 방법의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 7의 (A) 내지 (D)는 표시 장치의 제작 방법의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 8의 (A) 내지 (C)는 표시 장치의 제작 방법의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 9의 (A) 내지 (C)는 표시 장치의 제작 방법의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 10의 (A) 내지 (C)는 표시 장치의 제작 방법의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 11의 (A) 및 (B)는 표시 모듈의 구성예를 나타낸 사시도이다.
도 12의 (A) 및 (B)는 표시 장치의 구성예를 나타낸 단면도이다.
도 13은 표시 장치의 구성예를 나타낸 사시도이다.
도 14는 표시 장치의 구성예를 나타낸 단면도이다.
도 15는 표시 장치의 구성예를 나타낸 단면도이다.
도 16은 표시 장치의 구성예를 나타낸 단면도이다.
도 17의 (A) 내지 (D)는 전자 기기의 일례를 나타낸 도면이다.
도 18의 (A) 내지 (F)는 전자 기기의 일례를 나타낸 도면이다.
도 19의 (A) 내지 (G)는 전자 기기의 일례를 나타낸 도면이다.
도 20은 발광 디바이스 1, 발광 디바이스 2, 및 비교 발광 디바이스 1의 휘도-전류 밀도 특성을 나타낸 도면이다.
도 21은 발광 디바이스 1, 발광 디바이스 2, 및 비교 발광 디바이스 1의 휘도-전압 특성을 나타낸 도면이다.
도 22는 발광 디바이스 1, 발광 디바이스 2, 및 비교 발광 디바이스 1의 전류 효율-전류 밀도 특성을 나타낸 도면이다.
도 23은 발광 디바이스 1, 발광 디바이스 2, 및 비교 발광 디바이스 1의 전류 밀도-전압 특성을 나타낸 도면이다.
도 24는 발광 디바이스 1, 발광 디바이스 2, 및 비교 발광 디바이스 1의 블루 인덱스(BI)-전류 밀도 특성을 나타낸 도면이다.
도 25는 발광 디바이스 1, 발광 디바이스 2, 및 비교 발광 디바이스 1의 외부 양자 효율-전류 밀도 특성을 나타낸 도면이다.
도 26은 발광 디바이스 1, 발광 디바이스 2, 및 비교 발광 디바이스 1의 전계 발광 스펙트럼을 나타낸 도면이다.
도 27은 발광 디바이스 1, 발광 디바이스 2, 및 비교 발광 디바이스 1의 정규화 휘도-시간 변화 특성을 나타낸 도면이다.
도 28은 1,6mmtBuTMSDPhAPrn-02와 [Ce(bmpz3)(bmpz2)O]2의 흡수 스펙트럼을 나타낸 도면이다.
도 29는 DPhANbna와 [Ce(bmpz3)(bmpz2)O]2의 흡수 스펙트럼을 나타낸 도면이다.
도 30은 1,6mmtBuTMSDPhAPrn-02, DPhANbna, 및 [Ce(bmpz3)(bmpz2)O]2의 전계 발광 스펙트럼을 나타낸 도면이다.
도 31은 흡수단을 산출하기 위한 접선을 긋는 법을 나타낸 도면이다.
도 2의 (A) 내지 (C)는 본 발명의 일 형태의 발광 디바이스의 모식도이다.
도 3의 (A) 및 (B)는 본 발명의 일 형태의 표시 장치를 나타낸 도면이다.
도 4의 (A) 및 (B)는 본 발명의 일 형태의 표시 장치를 나타낸 도면이다.
도 5의 (A) 내지 (E)는 표시 장치의 제작 방법의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 6의 (A) 내지 (D)는 표시 장치의 제작 방법의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 7의 (A) 내지 (D)는 표시 장치의 제작 방법의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 8의 (A) 내지 (C)는 표시 장치의 제작 방법의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 9의 (A) 내지 (C)는 표시 장치의 제작 방법의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 10의 (A) 내지 (C)는 표시 장치의 제작 방법의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 11의 (A) 및 (B)는 표시 모듈의 구성예를 나타낸 사시도이다.
도 12의 (A) 및 (B)는 표시 장치의 구성예를 나타낸 단면도이다.
도 13은 표시 장치의 구성예를 나타낸 사시도이다.
도 14는 표시 장치의 구성예를 나타낸 단면도이다.
도 15는 표시 장치의 구성예를 나타낸 단면도이다.
도 16은 표시 장치의 구성예를 나타낸 단면도이다.
도 17의 (A) 내지 (D)는 전자 기기의 일례를 나타낸 도면이다.
도 18의 (A) 내지 (F)는 전자 기기의 일례를 나타낸 도면이다.
도 19의 (A) 내지 (G)는 전자 기기의 일례를 나타낸 도면이다.
도 20은 발광 디바이스 1, 발광 디바이스 2, 및 비교 발광 디바이스 1의 휘도-전류 밀도 특성을 나타낸 도면이다.
도 21은 발광 디바이스 1, 발광 디바이스 2, 및 비교 발광 디바이스 1의 휘도-전압 특성을 나타낸 도면이다.
도 22는 발광 디바이스 1, 발광 디바이스 2, 및 비교 발광 디바이스 1의 전류 효율-전류 밀도 특성을 나타낸 도면이다.
도 23은 발광 디바이스 1, 발광 디바이스 2, 및 비교 발광 디바이스 1의 전류 밀도-전압 특성을 나타낸 도면이다.
도 24는 발광 디바이스 1, 발광 디바이스 2, 및 비교 발광 디바이스 1의 블루 인덱스(BI)-전류 밀도 특성을 나타낸 도면이다.
도 25는 발광 디바이스 1, 발광 디바이스 2, 및 비교 발광 디바이스 1의 외부 양자 효율-전류 밀도 특성을 나타낸 도면이다.
도 26은 발광 디바이스 1, 발광 디바이스 2, 및 비교 발광 디바이스 1의 전계 발광 스펙트럼을 나타낸 도면이다.
도 27은 발광 디바이스 1, 발광 디바이스 2, 및 비교 발광 디바이스 1의 정규화 휘도-시간 변화 특성을 나타낸 도면이다.
도 28은 1,6mmtBuTMSDPhAPrn-02와 [Ce(bmpz3)(bmpz2)O]2의 흡수 스펙트럼을 나타낸 도면이다.
도 29는 DPhANbna와 [Ce(bmpz3)(bmpz2)O]2의 흡수 스펙트럼을 나타낸 도면이다.
도 30은 1,6mmtBuTMSDPhAPrn-02, DPhANbna, 및 [Ce(bmpz3)(bmpz2)O]2의 전계 발광 스펙트럼을 나타낸 도면이다.
도 31은 흡수단을 산출하기 위한 접선을 긋는 법을 나타낸 도면이다.
이하에서, 본 발명의 실시형태에 대하여 도면을 사용하여 자세히 설명한다. 다만, 본 발명은 이하의 설명에 한정되지 않고, 본 발명의 취지 및 그 범위에서 벗어남이 없이 그 형태 및 자세한 사항을 다양하게 변경할 수 있다는 것은 통상의 기술자라면 쉽게 이해할 수 있다. 따라서 본 발명은 이하에 나타내는 실시형태의 기재 내용에 한정하여 해석되는 것은 아니다.
또한 본 명세서 등에서, 메탈 마스크 또는 FMM(파인 메탈 마스크, 고정세(高精細) 메탈 마스크)을 사용하여 제작되는 디바이스를 MM(메탈 마스크) 구조의 디바이스라고 부르는 경우가 있다. 또한 본 명세서 등에서 메탈 마스크 또는 FMM을 사용하지 않고 제작된 디바이스를 MML(메탈 마스크리스) 구조의 디바이스라고 부르는 경우가 있다.
(실시형태 1)
유기 EL 디바이스(이하, 발광 디바이스라고도 함)를 표시 소자로서 사용한 디스플레이(유기 EL 디스플레이)가 실용화된지 오래이다. 이 디스플레이는 풀 컬러 표시를 실현하기 위하여 일반적으로 적색, 녹색, 청색의 적어도 3색의 광을 나타내는 화소를 포함한다.
상기 화소에는 각 발광색마다 발광 디바이스가 제공되고, Side by Side 방식, 소위 구분 형상 방식의 디스플레이에서는, 발광 디바이스는 각각의 발광색에 대응하는 발광 도펀트를 포함한다.
이와 같은 발광 디바이스에 사용되는 발광 도펀트로서는, 단일항 여기 상태로부터 광을 방출하는 형광 물질, 열 활성화 지연 형광(Thermally Activated Delayed Fluorescence: TADF)을 방출하는 물질, 삼중항 여기 상태로부터 광을 방출하는 인광 물질 등이 주로 사용되고, 이들에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다(또한 어느 경우든 일반적으로 기저 상태는 단일항임).
여기서, 전류로 여기되는 유기 EL 디바이스에서는, 단일항 여기 상태와 삼중항 여기 상태의 생성 확률의 비는 1:3이므로, 단일항 여기 상태밖에 발광에 사용할 수 없는 형광 물질의 내부 양자 효율의 이론 한계는 25%인 것이 알려져 있다. 한편, 인광 물질은 항간 교차에 의하여 단일항 여기 상태를 삼중항 여기 상태로 변환할 수 있으므로 이론상 100%의 내부 양자 효율을 실현할 수 있어, 발광 효율이 높은 발광 디바이스를 얻을 수 있다. 그러므로 현재 실용화되어 있는 유기 EL 디스플레이에서 적색 및 녹색의 발광을 나타내는 대부분의 발광 디바이스에는 인광 물질이 사용되고 있다.
그러나 적색 및 녹색의 발광을 나타내는 발광 디바이스의 발광 도펀트로서 인광 물질이 사용되는 디스플레이에서도, 청색의 발광을 나타내는 발광 디바이스의 발광 도펀트로서는 효율이 떨어지는 형광 물질이 사용되고 있는 경우가 많다. 이 이유는 주로 신뢰성에 있다. 청색 발광 도펀트로서 인광 물질을 사용한 발광 디바이스는 대체로 수명이 짧고 높은 신뢰성을 얻기 어렵다. 그러므로 현재 시판 중인 유기 EL 디스플레이에 사용되고 있는 청색 발광 디바이스의 대부분은 형광 디바이스이다.
수명 문제가 해결되면, 발광 효율이 높은 청색 인광 물질을 청색 발광 디바이스에 사용함으로써, 유기 EL 디스플레이의 성능을 대폭 향상시킬 수 있지만, 청색 인광 디바이스의 수명이 짧은 본질적 요인에는 2가지가 있다.
첫 번째 요인으로서는, 통상의 물질에서, 삼중항 상태의 에너지가 단일항 상태의 에너지보다 낮은 점을 들 수 있다. 청색의 발광은 적색 및 녹색의 발광보다 에너지가 높은 발광이기 때문에, 삼중항 여기 상태로부터 청색의 발광을 얻으려고 하면(청색 인광을 얻으려고 하면), 적색 인광 물질 및 녹색 인광 물질보다 높은 삼중항 여기 준위를 갖는 물질이 필요하게 된다. 상술한 바와 같이, 일반적으로 삼중항 상태의 에너지는 단일항 상태의 에너지보다 낮기 때문에, 청색 인광 물질의 단일항 여기 준위는 이미 높은 위치에 존재하는 삼중항 여기 준위보다 더 높은 위치에 존재한다. 높은 여기 준위를 갖는 물질은 낮은 여기 준위를 갖는 물질보다 불안정적이므로 청색 인광 디바이스는 적색 또는 녹색의 인광 디바이스 및 형광 디바이스보다 높은 신뢰성을 얻기 어려워진다. 또한 발광층에 청색 인광 물질을 분산하기 위한 호스트 재료를 사용하는 경우에는 사태는 더 심각해진다. 발광층 내의 에너지 이동 경로를 고려하면, 상기 호스트 재료는 청색 인광 물질보다 높은 에너지 레벨에 위치하는 삼중항 여기 준위 및 단일항 여기 준위를 각각 갖는 물질일 필요가 있기 때문이다.
두 번째 요인으로서는, 인광 물질의 발광 수명(인광 수명, 여기자 수명이라고도 함)이 긴 점을 들 수 있다. 삼중항 여기 상태로부터 단일항 기저 상태로의 전이는 스핀 금지 전이이고, 단일항 여기 상태로부터 단일항 기저 상태로의 전이는 스핀 허용 전이이므로, 인광은 형광보다 매우 긴 발광 수명을 갖는다(인광 수명: ~μs, 형광 수명: ~ns). 인광 수명이 길다는 것은 삼중항 여기자의 수명이 긴 것을 뜻한다. 그러므로 인광 발광 디바이스에서는, 발광 도펀트는 에너지가 높은 여기 상태에 오래 있게 되므로, 발광 도펀트 자체의 열화 또는 주변 물질의 열화가 촉진된다.
상술한 바와 같이, 청색 인광 물질은 적색 또는 녹색 인광 물질보다 삼중항 여기 상태의 에너지가 높기 때문에, 청색 인광 디바이스에서는 긴 여기자 수명의 영향이 현저하게 나타나, 여전히 실용화에 충분한 신뢰성을 얻기 어려운 상황이다.
또한 앞에서 기재한 TADF를 방출하는 물질은, 단일항 여기 상태로부터 발광하기 때문에 형광 물질의 한 종류이지만, 역항간 교차가 가능하다. 이에 의하여, 삼중항 여기 에너지를 단일항 여기 에너지로 변화할 수 있고, 인광 물질과 같이 이론상 100%의 내부 양자 효율을 실현한다. 그러므로 TADF를 방출하는 물질을 발광 도펀트로서 사용한 발광 디바이스가 제안되고 있고, 외부 양자 효율이 25%를 넘는다는 결과도 나왔다. 그러나 TADF를 방출하는 물질을 사용한 청색 발광 디바이스에서는, 인광 물질과 같이 삼중항 여기 준위가 높고, 또한 역 항간 교차가 금지되므로 여기자 수명이 길다는 문제가 있기 때문에, 청색 인광 디바이스와 같이 현재로서는 신뢰성의 확보가 어렵다.
여기서, f궤도와 d궤도 사이의 전이인 4f-5d 전이를 통하여 발광하는 희토류 원소의 유기 착체가 알려져 있다. 희토류 원소의 대부분은 4f-4f 전이를 통하여 여기 상태를 형성하고, 4f-4f 전이는 패리티 금지 전이이므로, 여기자 수명이 길다(~ms). 그러나 희토류 원소의 일부에도 유기 착체의 발광이 4f-5d 전이에 기초하는 Ce3+, Sm2+, Eu2+, Tm2+, Yb2+ 등의 이온이 존재한다. f-d 전이는 패리티 허용 전이이므로 전이가 비교적 빠르기 때문에, 이들 이온을 포함한 유기 착체의 여기자 수명은 비교적 짧다(~μs).
이들 이온을 포함한 유기 착체를 단순히 발광 도펀트로서 사용하는 경우에는, 여기자 수명의 관점에서는 현재 사용되고 있는 인광 물질과 큰 차이는 없다. 그러나 본 발명의 일 형태는 이들 이온을 포함한 유기 착체로부터 형광 물질로 에너지 이동시키는 구성을 갖는다. 이에 의하여, 상기 유기 착체의 여기자 수명은 유기 착체를 발광시키는 경우의 수명(~μs)보다 대폭 저하되기 때문에, 상술한 긴 여기자 수명에 기인하는 열화의 영향을 저감할 수 있게 된다. 또한 이들 f-d 전이에 기초한 여기 상태를 형성하는 물질 중에서, 얻어지는 발광 파장을 감안하면, 특히 Ce3+ 및 Eu2+를 가시광 영역의 발광 디바이스에 적합하게 사용할 수 있다. 특히 청색 발광을 전제로 하면, 비교적 큰 여기 에너지가 얻어지는 Ce3+ 및 Eu2+의 유기 착체가 바람직하다.
이와 같이, f-d 전이에 기초한 여기 상태로부터 발광하는 Ce3+(4f1) 또는 Eu2+(4f7)의 유기 착체로부터 형광 물질로의 에너지 이동을 이용한 본 발명의 일 형태의 발광 디바이스는, 여기자 수명 및 여기 에너지의 관점에서, 높은 신뢰성이 얻어지는 것이 기대된다. 또한 이들 중 Ce3+(4f1)의 유기 착체는 그 기저 상태 및 여기 상태의 양쪽 모두가 이중항 상태이고, 이중항 여기 상태로부터 발광하는 물질이다. 즉 Ce3+(4f1)의 유기 착체의 기저 상태-여기 상태 간의 전이는 패리티 허용 전이일 뿐만 아니라 스핀 허용 전이이기도 하므로 여기자 수명이 더 짧다(~ns). 이것은 본 발명의 일 형태에서 Ce3+(4f1)의 유기 착체로부터 형광 물질로 에너지 이동시킬 때 그 유기 착체의 여기자 수명은 더 저하되어 매우 짧아진다는 것을 뜻하기 때문에, 여기자 수명의 저감의 관점에서 매우 유용하다.
또한 상술한 바와 같이, 전류 여기의 경우, 단일항 여기 상태와 삼중항 여기 상태가 1:3의 비율로 생성되지만, Ce3+(4f1)의 유기 착체는 여기 상태가 이중항 상태밖에 존재하지 않으므로 스핀 선택 법칙에 의한 제약을 받지 않고, 이중항 여기 상태가 이론상 100% 생성된다. 이것은 본 발명의 일 형태에서는 에너지 이동하기 전에 발광층 내에서 생성되는 여기자를 모두 이중항 여기 상태로 집약하고, 그 여기 에너지를 형광 물질에 전달할 수 있다는 것을 뜻한다. 즉 이중항 여기 상태로부터 발광하는 물질(대표적으로는 Ce3+(4f1)의 유기 착체))로부터 형광 물질로의 에너지 이동을 이용하는 본 발명의 일 형태는 스핀 선택 법칙을 타파하여 100%의 내부 양자 효율을 실현 가능하다.
따라서 이중항 여기 상태로부터 발광하는 물질(대표적으로는 Ce3+(4f1)의 유기 착체)로부터 형광 물질로의 에너지 이동을 이용한 본 발명의 일 형태의 발광 디바이스는 높은 효율 및 높은 신뢰성을 가질 수 있다.
또한 비특허문헌 1에 기재된 바와 같이, f-d 전이에 기초한 여기 상태로부터의 발광을 나타내는 유기 착체를 발광 디바이스의 발광 도펀트로서 적용한 사례는 있긴 하지만, 사례 수는 매우 적고 아직 충분히 검토되지 않았다. 그러므로 이들 유기 착체는 색도 또는 색 순도 등의 표시 품질에 관한 성능은 개량의 여지가 크다. 예를 들어 f-d 전이에 기초한 여기 상태로부터의 발광은 d궤도의 관여에 의하여 발광 스펙트럼이 넓어지기 쉽기 때문에 색 순도가 낮은 경우가 많다. 또한 이들 유기 착체를 발광 도펀트로서 사용하고 일반적으로 사용되는 호스트 재료에 분산시킨 발광 디바이스의 경우, 호스트 재료의 삼중항 여기 에너지를 발광에 이용할 수 없어, 이중항 여기 상태로부터 발광하는 물질의 퍼텐셜을 충분히 발휘하지 못하는 경우가 있다.
한편, 단일항 여기 상태로부터 단일항 기저 상태로 전이할 때 발광하는 형광 물질은 오래 사용되어 왔고, 디스플레이 용도에 적합한 색도 및 색 순도를 갖는 광을 방출하는 유기 화합물이 많이 개발되어 왔다. 실제로, f-d 전이에 기초한 여기 상태로부터의 발광의 발광 스펙트럼보다 반치 폭이 좁은 발광 스펙트럼을 갖는 형광 물질은 풍부하게 존재한다. 또한 기본적으로 형광 물질은, 에너지가 높은 청색 발광 물질이어도, 단일항 여기 상태로부터 발광하기 때문에 비교적 안정적이다. 따라서 최종적으로 발광하는 물질로서는 형광 물질이 바람직하다.
그러므로 본 발명자들은 f-d 전이에 기초한 여기 상태로부터 발광하는 물질을 에너지 도너로서 사용하고, 형광 물질을 발광 도펀트(에너지 억셉터)로서 사용한 발광 디바이스에 착안하여, 상기 발광 디바이스가 높은 발광 효율 및 높은 신뢰성의 양쪽을 가질 수 있는 발광 디바이스인 것을 찾아내었다.
상술한 바와 같이, f-d 전이에 기초한 여기 상태로부터 발광하는 물질은 f-d 전이가 패리티 허용 전이이기 때문에 여기자 수명이 비교적 짧다. 그러므로 f-d 전이에 기초한 여기 상태로부터 발광하는 물질을 에너지 도너로서 사용하였을 때 에너지 도너의 여기자에 기인하는 열화는 일어나기 어려운 것을 알 수 있다.
여기서 중요한 것은 에너지 도너의 여기자로부터 발광 도펀트인 형광 물질로의 에너지 이동이다.
분자 간의 에너지 이동 기구에는 크게 나누어 푀르스터 기구와 덱스터 기구의 2종류가 있다. 이들 중 푀르스터 기구에 의한 에너지 이동은 여기 상태의 에너지 도너가 기저 상태로 되돌아갈 때의 전자 전이(electron transition)와, 기정 상태의 에너지 억셉터가 여기 상태로 변화할 때의 전자 전이가 모두 허용 전이일 때 허용된다. 그러므로 형광 물질로의 푀르스터 기구에 의한 에너지 이동은 단일항 여기 상태로의 에너지 이동만 허용되므로, 삼중항 여기 상태로의 에너지 이동은 일어나지 않는다. 왜냐하면, 형광 물질은 일반적으로 삼중항 여기 상태에 대응하는 흡수 스펙트럼이 없거나 또는 매우 미약하기 때문이다.
한편, 덱스터 기구에 의한 에너지 이동의 허용 조건은 에너지 이동 전후에 모든 스핀의 다중도의 합이 일치하는 것이다. Ce3+의 유기 착체의 경우, 여기 상태도 기저 상태도 이중항이다(여기 상태: D*, 기저 상태: D0). 또한 형광 물질의 기저 상태는 단일항이다(S0). 따라서 이중항 여기 상태의 Ce3+의 유기 착체(에너지 도너)로부터 단일항 기저 상태의 형광 물질(에너지 억셉터)로 덱스터 기구에 의하여 에너지가 이동하는 경우, 이동이 허용되는 것은 형광 물질의 단일항 여기 상태(S1)만이다(수학식 1). 즉 덱스터 기구에 의한 에너지 이동에서도, 이중항 여기자로부터 형광 물질로의 에너지 이동 시, 형광 물질의 삼중항 여기 상태(T1)로의 에너지 이동은 금지되므로 일어나지 않는다(수학식 2). 또한 여기서는 형광 물질의 최저 여기 상태(S1 및 T1)로의 에너지 이동을 상정하였지만, 보다 상위의 여기 상태로의 에너지 이동을 생각하는 경우에도 마찬가지이다.
[수학식 1]
[수학식 2]
또한 Eu2+의 경우에는, 여기 상태는 팔중항 또는 육중항이고, 기저 상태는 팔중항이므로, 상기와 마찬가지로, 형광 물질로의 에너지 이동 시 삼중항 여기 상태로의 에너지 이동은 금지되므로 일어나지 않는다.
상술한 바와 같이, f-d 전이에 기초한 여기 상태로부터 발광하는 물질인 에너지 도너(Ce3+ 또는 Eu2+의 유기 착체 등)로부터 형광 물질로의 에너지 이동은, 분자 간의 주된 에너지 이동 기구인 푀르스터 기구 및 덱스터 기구의 어느 쪽이든, 형광 물질의 단일항 여기 상태로의 에너지 이동만이 허용되고, 형광 물질의 삼중항 여기 상태로의 에너지 이동은 금지된다.
상술한 바와 같이, 삼중항 여기 상태로의 에너지 이동이 일어나지 않고, 단일항 여기 상태로의 에너지 이동만이 일어나는 본 발명의 일 형태의 발광 디바이스에서는, 형광 물질에서 발광에 기여하지 않는 삼중항 여기 상태로의 에너지 이동이 일어나지 않고, 발광으로 변환할 수 있는 단일항 여기 상태로의 에너지 이동만이 일어나기 때문에, 여기 에너지를 효율적으로 발광으로 변환할 수 있다.
어떤 에너지 도너로부터 형광 물질로의 에너지 이동이라는 관점에서, TADF 물질 또는 인광 물질로부터 형광 물질로의 에너지 이동이 다양하게 검토되고 있다. 그러나 이들에서는, 바람직하지 않은 형광 물질의 삼중항 여기 상태로의 에너지 이동이 본질적으로 발생한다는 문제가 있다. 즉 TADF 물질의 삼중항 여기 상태로부터 형광 물질의 삼중항 여기 상태로의 덱스터 이동이 허용되고, 인광 물질의 삼중항 여기 상태로부터 형광 물질의 삼중항 여기 상태로의 덱스터 이동도 허용된다. 한편, 예를 들어 상술한 바와 같은 f-d 전이에 기초한 여기 상태로부터 발광하는 물질(대표적으로는 Ce3+(4f1) 또는 Eu2+(4f7)의 유기 착체)로부터 형광 물질로의 에너지 이동에서는, 바람직하지 않은 형광 물질의 삼중항 여기 상태로의 에너지 이동이 억제되기 때문에, 이와 같은 형태의 에너지 이동은 특필할 만한 특징을 갖는다고 할 수 있다.
또한 특히 f-d 전이에 기초한 이중항 여기 상태로부터 발광하는 물질인 Ce3+(4f1)의 유기 착체는 전류로 여기되어도 스핀 선택 법치에 의한 제약을 받지 않고 이중항 여기 상태를 100% 생성할 수 있으므로, 발광 효율이 매우 높은 발광 디바이스가 제작될 수 있다.
상술한 바와 같이, f-d 전이에 기초한 여기 상태로부터 발광하는 물질은 f-d 전이가 패리티 허용 전이이기 때문에 여기자 수명이 비교적 짧고, 열화가 촉진되지 않는다. 또한 여기 상태의 에너지 도너로부터 형광 물질의 단일항 상태로의 에너지 이동은 상술한 메커니즘에 의하여 효율적으로 일어난다(이 결과, 에너지 도너의 여기자 수명은 더 짧아진다). 게다가, 형광 물질의 여기자 수명도 충분히 짧다(~ns). 따라서 본 발명의 일 형태의 발광 디바이스는 높은 신뢰성을 갖고 또한 높은 효율로 발광할 수 있다.
이에 더하여, 상술한 바와 같은 에너지 이동을 이용하여 형광 물질을 발광시킴으로써, f-d 전이에 기초한 여기 상태로부터 발광하는 물질의 발광 스펙트럼이 넓어지기 쉽고 색 순도가 저하하기 쉬운 결점을 극복하여, 발광 스펙트럼이 더 좁아지고 색 순도가 높은 발광 디바이스를 얻을 수 있다. 이것은 f-d 전이에 기초한 여기 상태로부터 발광하는 물질의 발광 스펙트럼의 반치 폭보다 형광 물질의 발광 스펙트럼의 반치 폭을 작게 함으로써 달성된다. 따라서 본 발명의 일 형태는 f-d 전이에 기초한 여기 상태로부터 발광하는 물질, 특히 이중항 여기 상태로부터 발광하는 물질(대표적으로는 Ce3+(4f1)의 유기 착체)의 발광 스펙트럼의 반치 폭보다 형광 물질의 발광 스펙트럼의 반치 폭이 작은 발광 디바이스이다. 또한 반치 폭을 비교하는 발광 스펙트럼으로서는, 각 물질의 포토루미네선스(PL) 스펙트럼을 사용하면 좋다. PL 스펙트럼은 측정 및 비교할 때의 시료 형태는 박막과 용액의 어느 쪽이든 좋지만, 고립 분자의 상태를 검증하는 관점에서 용액이 바람직하다. 상기 용액의 용매로서는, 같은 용매를 사용하여 비교한다면 특별한 제한은 없지만, 톨루엔 또는 클로로폼 등 극성이 비교적 작은 용매가 바람직하다.
또한 f-d 전이에 기초한 이중항 여기 상태로부터 발광하는 물질인 Ce3+의 유기 착체는 전류로 여기되어도 스핀 선택 법치에 의한 제약을 받지 않고 이중항 여기 상태를 100% 생성할 수 있으므로, 더 높은 발광 효율을 갖는 발광 디바이스를 얻을 수 있게 된다.
또한 f-d 전이에 기초한 여기 상태는 수명이 짧고, 열화가 촉진되기 어려우므로, 상기 발광 디바이스는 특히 발광 및 여기자의 에너지가 높은 청색 발광 디바이스에 유효하게 적용할 수 있다.
도 1에, 본 발명의 일 형태의 발광 디바이스에서, f-d 전이에 기초한 이중항 여기 상태로부터 발광하는 물질(DE)로부터 형광 물질(FL)로 에너지 이동하고 발광할 때의 에너지 이동도를 나타내었다.
먼저, 캐리어가 재결합하여 발생한 에너지에 의하여, f-d 전이에 기초한 이중항 여기 상태로부터 발광하는 물질(DE)의 기저 상태(D0)에 있는 4f 전자가 5d 궤도로 여기되어, 이중항 여기 상태(D*)를 형성한다(루트 Ex).
이어서, 푀르스터 기구 및 덱스터 기구에 의하여, f-d 전이에 기초한 이중항 여기 상태로부터 발광하는 물질(DE)의 이중항 여기 준위(D* 준위)로부터 형광 물질(FL)의 단일항 여기 준위(S1 준위)로 여기 에너지가 이동한다(루트 ETS). 이때, f-d 전이에 기초한 이중항 여기 상태로부터 발광하는 물질(DE)의 이중항 여기 준위(D* 준위)로부터 형광 물질(FL)의 삼중항 여기 준위(T1 준위)로의 에너지 이동(루트 ETT)은 금지되므로 일어나지 않는다.
루트 ETS에 의하여 형광 물질(FL)의 단일항 여기 준위(S1 준위)로 이동한 여기 에너지는 형광으로서 발광한다(루트 EMFL). 이때, 형광 물질(FL)의 단일항 여기 준위(S1 준위)로부터 형광 물질(FL)의 삼중항 여기 준위(T1 준위)로의 에너지 이동(루트 IC)은 금지되므로 일어나지 않는다.
여기서, 형광 물질(FL)의 삼중항 여기 에너지는 비방사성 불활성화하여(루트 DA), 에너지 손실이 발생하지만, 형광 물질(FL)의 삼중항 여기 준위(T1 준위)로의 에너지 이동은 루트(ETT)와 루트(IC)의 양쪽에서 금지되어 일어나지 않는다. 그러므로 이중항 여기 상태로부터 발광하는 물질(DE)에서 캐리어가 재결합하였을 때, 형광 물질(FL)의 삼중항 여기 준위(T1 준위)는 아예 생성되지 않으므로, 루트 DA에 의한 에너지 손실은 발생하지 않고, f-d 전이에 기초한 이중항 여기 상태로부터 발광하는 물질(DE)에서 생성된 여기 에너지는 그 대부분이 형광 물질(FL)의 단일항 여기 준위(S1 준위)로 이동하고 발광으로 변환된다.
또한 전류 여기에 의한 이중항 기저 상태(D0)로부터 이중항 여기 상태(D*)의 생성은 이론상 100% 가능하고, 형광 물질(FL)로서는 다양한 색에서 매우 높은 형광 양자 수율(100% 가까이)을 나타내는 물질이 많이 개발되고 있다. 그러므로 본 발명의 일 형태의 발광 디바이스는 원하는 색의 광을 매우 효율적으로 발광할 수 있다. 또한 상술한 바와 같이 색 순도의 관점에서 유익하다.
또한 f-d 전이에 기초한 이중항 여기 상태로부터 발광하는 물질(DE)의 이중항 여기 상태(D*)와, 형광 물질(FL)의 단일항 여기 상태(S1)의 양쪽 모두가 수명이 짧고, 신속히 에너지 이동 또는 발광하여 기저 상태로 되돌아가기 때문에, 에너지가 높은 여기자가 열화를 촉진하는 것을 억제할 수 있다. 그러므로 본 발명의 일 형태의 발광 디바이스는 높은 신뢰성을 가질 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 형태의 발광 디바이스는 f-d 전이에 기초한 여기 상태로부터 발광하는 물질로부터 형광 물질(단일항 여기 상태로부터 단일항 기저 상태로의 전이에 기초하여 발광을 나타내는 물질)로의 에너지 이동을 통하여 형광 물질이 발광한다. 그러므로 도 1에 나타낸 바와 같이, f-d 전이에 기초한 여기 상태로부터 발광하는 물질의 이중항 여기 에너지가 형광 물질의 단일항 여기 에너지보다 클 필요가 있다.
여기서, f-d 전이에 기초한 여기 상태로부터 발광하는 물질의 흡수 스펙트럼에서 가장 장파장에 위치하는 흡수단은 상기 물질이 기저 상태로부터 f-d 전이에 기초한 최저 여기 상태로 여기될 때의 전이에 기초한 흡수대의 흡수단이다. 또한 형광 물질의 흡수 스펙트럼에서 가장 장파장에 위치하는 흡수단은 상기 형광 물질이 기저 상태로부터 단일항 최저 여기 상태로 여기될 때의 전이에 기초한 흡수대의 흡수단이다. 따라서 본 발명의 일 형태의 발광 디바이스는 발광층에 f-d 전이에 기초한 여기 상태로부터 발광하는 물질과 형광 물질을 포함하고, f-d 전이에 기초한 여기 상태로부터 발광하는 물질의 흡수 스펙트럼에서의 가장 장파장에 위치하는 흡수단이 형광 물질의 흡수 스펙트럼에서의 가장 장파장에 위치하는 흡수단보다 단파장에 위치하는 구성을 갖는다.
또한 흡수 스펙트럼에서 가장 장파장에 위치하는 흡수단은, 대상 물질의 박막 또는 매트릭스 재료 중에 대상 물질을 도핑한 박막에서의 대상 물질의 흡수 스펙트럼을 측정하고, 직접 전이를 가정한 Tauc 플롯으로부터 산출할 수 있다. 매트릭스 재료 중에 대상 물질을 도핑한 박막을 사용하는 경우에는, 폴리메타크릴산메틸(약칭: PMMA)과 같은 폴리머 재료, 1,3-비스(N-카바졸릴)벤젠(약칭: mCP)과 같은 저분자 와이드 갭 호스트 재료 중에 대상 물질을 도핑하여 측정하여도 좋다.
또는 용액의 흡수 스펙트럼을 측정하고, 흡수 스펙트럼의 가장 장파장에 관측되는 피크 또는 숄더 피크의 장파장 측의 반치 또는 가울기가 가장 큰 점에 접선을 긋고, 그 접선과 가로축(파장) 또는 베이스 라인의 교점으로부터 흡수단을 산출하여도 좋다. 어쨌든 흡수단의 비교는 같은 방법으로 취득한 흡수 스펙트럼을 사용하면 되지만, 용액의 흡수 스펙트럼을 사용하면 정밀도가 높아 바람직하다. 또한 상기 용액의 용매로서는, 같은 용매를 사용하여 비교한다면 특별한 제한은 없지만, 톨루엔 또는 클로로폼 등 극성이 비교적 작은 용매가 바람직하다.
또한 f-d 전이에 기초한 여기 상태로부터 발광하는 물질의 여기 에너지가 형광 물질의 단일항 여기 에너지보다 크다는 것은, f-d 전이에 기초한 여기 상태로부터 발광하는 물질의 밴드 갭이 형광 물질의 밴드 갭보다 크다고도 바꿔 말할 수 있다. 따라서 본 발명의 일 형태의 발광 디바이스는 발광층에 f-d 전이에 기초한 여기 상태로부터 발광하는 물질과 형광 물질을 포함하고, 상기 f-d 전이에 기초한 여기 상태로부터 발광하는 물질의 밴드 갭이 형광 물질의 밴드 갭보다 큰 구성을 갖는다.
또한 상기 대상 물질의 HOMO 준위와 LUMO 준위의 에너지 차가 밴드 갭이고, HOMO 준위 및 LUMO 준위는 사이클릭 볼타메트리(CV) 측정에 의하여 측정되는 상기 대상 물질의 전기 화학 특성(환원 전위 및 산화 전위)으로부터 도출할 수 있다. 또는 상술한 방법으로 산출한 가장 장파장에 위치하는 흡수단의 에너지가 광학적 밴드 갭이므로, 이를 밴드 갭으로 볼 수도 있다.
또한 발광 디바이스의 구동 전압을 저감하거나, 발광 디바이스에서의 여기종의 여기 에너지를 가능한 한 작게 하여 발광 디바이스를 장수명화시키기 위해서는, 상기 밴드 갭을 최대한 서로 가깝게 하는 것이 바람직하다. 구체적으로, 상기 f-d 전이에 기초한 여기 상태로부터 발광하는 물질의 밴드 갭과, 형광 물질의 밴드 갭의 차는 바람직하게는 0.20eV 이내, 더 바람직하게는 0.15eV 이내, 더욱 바람직하게는 0.10eV 이내이다.
또한 같은 효과를 얻기 위하여, 상기 f-d 전이에 기초한 여기 상태로부터 발광하는 물질의 발광 스펙트럼(PL 스펙트럼)이 상기 형광 물질의 가장 장파장에 위치하는 흡수대(즉 최저 단일항 여기 상태에 상당하는 흡수대)와 겹치는 것이 바람직하다. 즉 상기 f-d 전이에 기초한 여기 상태로부터 발광하는 물질의 발광 스펙트럼(PL 스펙트럼)의 최대 피크가 상기 형광 물질의 가장 장파장에 위치하는 흡수대(즉 최저 단일항 여기 상태에 상당하는 흡수대)의 피크와 겹치는 것이 바람직하다. 이 흡수대의 피크는 상기 형광 물질의 흡수 스펙트럼의 가장 장파장에 나타나는 피크 또는 숄더 피크로서 관측된다. 따라서 본 발명의 일 형태에서는, 상기 f-d 전이에 기초한 여기 상태로부터 발광하는 물질의 발광 스펙트럼(PL 스펙트럼)의 최대 피크와, 상기 형광 물질의 흡수 스펙트럼의 가장 장파장에 위치하는 피크 또는 숄더 피크의 에너지 차가 0.20eV 이내이고, 더 바람직하게는 0.15eV 이내이고, 더 바람직하게는 0.10eV 이내이다. 또한 발광 스펙트럼(PL 스펙트럼) 및 흡수 스펙트럼의 비교에는 용액을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 용액의 용매로서는, 같은 용매를 사용하여 비교한다면 특별한 제한은 없지만, 톨루엔 및 클로로폼 등 극성이 비교적 작은 용매가 바람직하다.
여기서, 상술한 바와 같이, f-d 전이에 기초한 여기 상태로부터 발광하는 물질(예를 들어 이중항 여기 상태로부터 발광하는 Ce3+(4f1)의 유기 착체)은 발광 스펙트럼이 넓어지기 쉽다. 이를 발광 도펀트로서 사용하는 경우에는 색 순도의 관점에서 결점이 되는 한편으로, 에너지 이동의 매체로서는 이점이 된다. 즉 상기 f-d 전이에 기초한 여기 상태로부터 발광하는 물질의 발광 스펙트럼(PL 스펙트럼)의 최대 피크가 상기 형광 물질의 가장 장파장에 위치하는 흡수대의 피크(흡수 스펙트럼의 가장 장파장에 위치하는 피크 또는 숄더 피크)보다 장파장에 위치하여도, 스펙트럼이 넓기 때문에 상기 발광 스펙트럼이 충분히 그 흡수대와 겹쳐, 효율적인 에너지 이동이 가능하게 된다. 이와 같은 상태에서는, 구동 전압을 더 저감할 수 있는 효과가 있다. 따라서 본 발명의 일 형태에서는, 상기 f-d 전이에 기초한 여기 상태로부터 발광하는 물질의 발광 스펙트럼(PL 스펙트럼)의 최대 피크가 상기 형광 물질의 흡수 스펙트럼의 가장 장파장에 위치하는 피크 또는 숄더 피크보다 장파장에 위치하는 것이 바람직하다. 이에 의하여, 구동 전압을 저감할 수 있고, 또한 청색 발광과 같이 에너지가 높은 발광을 얻을 때에도 발광 디바이스를 장수명화시킬 수 있다.
같은 관점에서, 본 발명의 일 형태에서는, 상기 f-d 전이에 기초한 여기 상태로부터 발광하는 물질의 발광 스펙트럼(PL 스펙트럼)의 최대 피크가 상기 형광 물질의 발광 스펙트럼(PL 스펙트럼)의 최대 피크보다 장파장에 위치하는 것이 더 바람직하다. 이에 의하여, 구동 전압을 대폭 저감할 수 있고, 또한 청색 발광과 같이 에너지가 높은 발광을 얻을 때에도 발광 디바이스를 장수명화시킬 수 있다. 또한 이때 상기 f-d 전이에 기초한 여기 상태로부터 발광하는 물질의 발광 스펙트럼(PL 스펙트럼)이 지나치게 장파장 측에 위치하면, 에너지 이동을 할 수 없게 되므로, 상기 f-d 전이에 기초한 여기 상태로부터 발광하는 물질의 발광 스펙트럼(PL 스펙트럼)은 상기 형광 물질의 흡수 스펙트럼과 겹치는 것이 바람직하다. 상기 PL 스펙트럼, 흡수 스펙트럼으로서는, 용액을 사용하여 측정된 것을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 용액의 용매로서는, 같은 용매를 사용하여 비교한다면 특별한 제한은 없지만, 톨루엔 및 클로로폼 등 극성이 비교적 작은 용매가 바람직하다. 또한 박막의 스펙트럼을 사용하여도 좋고, 이 경우에는, PMMA와 같은 폴리머 재료, mCP와 같은 저분자 와이드 갭 호스트 재료 중에 대상의 재료를 도핑하고, 흡수 스펙트럼 또는 PL 스펙트럼을 측정하여도 좋다.
또한 먼저 형광 물질에서 여기자가 형성되면, 상기 발광 디바이스에서 발광에 이용할 수 없는 삼중항 여기 상태가 생성되기 때문에, 본 발명의 일 형태의 발광 디바이스에서는, 형광 물질에 앞서, f-d 전이에 기초한 여기 상태로부터 발광하는 물질에서 여기자가 형성되는 것이 바람직하다. 이 때문에, 본 발명의 일 형태의 발광 디바이스에서는, 발광층에서 f-d 전이에 기초한 여기 상태로부터 발광하는 물질의 비율이 형광 물질의 비율보다 높은 것이 바람직하다. 구체적으로는, f-d 전이에 기초하는 여기 상태로부터 발광하는 물질이 형광 물질에 대하여 질량비로 2배 이상, 바람직하게는 5배 이상, 더 바람직하게는 10배 이상, 더욱 바람직하게는 20배 이상 포함된다.
본 발명의 일 형태의 발광 디바이스는 발광층에 f-d 전이에 기초한 여기 상태로부터 발광하는 물질과, 형광 물질 외에 제 3 물질을 포함하여도 좋다. 제 3 물질은 f-d 전이에 기초한 여기 상태로부터 발광하는 물질보다 밴드 갭이 큰 재료인 것이 바람직하다. 또한 제 3 물질은 캐리어 수송성을 갖는 재료인 것이 바람직하고, f-d 전이에 기초한 여기 상태로부터 발광하는 물질보다 캐리어 수송성이 높은 재료인 것이 더 바람직하다.
또한 제 3 물질의 캐리어 수송성은 정공 수송성과 전자 수송성의 어느 쪽이든 좋지만, f-d 전이에 기초한 여기 상태로부터 발광하는 물질에서 수송성이 우세한 캐리어와는 다른 캐리어의 수송성이 높은 물질인 것이 바람직하다. 예를 들어 f-d 전이에 기초한 여기 상태로부터 발광하는 물질이 정공 수송성보다 전자 수송성이 우세한 물질인 경우, 제 3 물질은 정공 수송성이 높은 물질인 것이 바람직하다. 또는 제 3 물질은 전자 수송성과 정공 수송성의 모두가 높은 바이폴러성을 갖는 물질인 것이 바람직하다.
또한 제 3 물질이 TADF 재료이면, 바이폴러성을 갖고, 또한 제 3 물질의 삼중항 여기 에너지도 이용될 수 있으므로 바람직하다.
또한 본 발명의 일 형태의 발광 디바이스는 발광층에 상기 제 3 물질에 더하여 제 4 물질을 포함하여도 좋다. 제 4 물질은 제 3 물질과 마찬가지로 f-d 전이에 기초한 여기 상태로부터 발광하는 물질보다 밴드 갭이 큰 재료인 것이 바람직하다. 또한 제 4 물질은 캐리어 수송성을 갖는 재료인 것이 바람직하고, f-d 전이에 기초한 여기 상태로부터 발광하는 물질보다 캐리어 수송성이 높은 재료인 것이 더 바람직하다.
또한 제 4 물질은 제 3 물질에서 수송성이 우세한 캐리어와는 다른 캐리어의 수송성이 높은 물질인 것이 바람직하다. 예를 들어 제 3 물질이 전자 수송성보다 정공 수송성이 우세한 물질인 경우, 제 4 물질은 전자 수송성이 높은 물질인 것이 바람직하다. 이와 같이, 제 3 물질과 제 4 물질은 한쪽이 정공 수송성을 갖는 재료이고, 다른 쪽이 전자 수송성을 갖는 재료인 것이 바람직하고, 또한 한쪽이 π전자 과잉형 헤테로 방향족 고리 또는 방향족 아민 골격을 갖는 유기 화합물이고, 다른 쪽이 π전자 부족형 헤테로 방향족 고리를 갖는 유기 화합물인 것이 더 바람직하다.
또한 제 3 물질과 제 4 물질은 들뜬 복합체를 형성할 수 있는 조합인 것이 바람직하고, 상기 들뜬 복합체로부터 f-d 전이에 기초한 여기 상태로부터 발광하는 물질로 에너지 이동이 가능한 구성인 것이 더 바람직하다. 들뜬 복합체로부터 f-d 전이에 기초한 여기 상태로부터 발광하는 물질로의 에너지 이동은, 제 3 물질과 제 4 물질이 형성하는 들뜬 복합체의 발광 스펙트럼이 f-d 전이에 기초한 여기 상태로부터 발광하는 물질의 흡수 스펙트럼의 가장 장파장에 위치하는 흡수단과 겹치는 구성으로 함으로써, 효율적으로 실현된다.
f-d 전이에 기초한 여기 상태로부터 발광하는 물질로서는, 특히 Ce3+(4f1) 및 Eu2+(4f7)의 유기 착체를 들 수 있다. 청색부터 녹색까지의 발광을 얻기 위해서는, 배위자로서 삼중항 여기 에너지 준위가 높은 분자 구조가 바람직하고, 예를 들어 헤테로 6원자 고리, 헤테로 5원자 고리를 갖는 유기 화합물을 사용할 수 있고, 특히 이미다졸 고리, 피라졸 고리, 트라이아졸 고리, 피라진 고리, 또는 트라이아진 고리를 갖는 유기 화합물인 것이 바람직하고, 이미다졸 고리 또는 피라졸 고리를 갖는 붕소 화합물인 것이 더 바람직하다. 이와 같은 물질로서는, 예를 들어 아래와 같은 것이 있다.
[화학식 1]
[화학식 2]
또한 일반식(G1)으로 나타내어지는 유기 착체도 사용할 수 있다.
[화학식 3]
일반식(G1)에서, X는 탄소 또는 질소를 나타내고, 탄소는 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 10의 사이클로알킬기, 및 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기 중 어느 하나와 결합된다. 또한 R1 내지 R3은 각각 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 10의 사이클로알킬기, 및 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기 중 어느 하나를 나타낸다. 또한 n은 1 이상 4 이하의 정수를 나타낸다. 또한 각각의 보레이트 배위자는 서로 같아도 좋고 달라도 좋다. 또한 각각의 보레이트 배위자의 n은 서로 같아도 좋고 달라도 좋다. 또한 n이 2 이상인 경우, 각각의 보레이트 배위자의 X는 서로 같아도 좋고 달라도 좋고, 각각의 보레이트 배위자의 R1은 서로 같아도 좋고 달라도 좋고, 각각의 보레이트 배위자의 R2는 서로 같아도 좋고 달라도 좋다. 또한 n이 2 이하인 경우, 각각의 보레이트 배위자의 R3은 서로 같아도 좋고 달라도 좋다.
또한 상기 일반식(G1)에서, X는 질소인 것이 바람직하다.
또한 상기 일반식(G1)에서, 3개의 n의 합이 7 이상 9 이하인 것이 바람직하고, 8인 것이 더 바람직하다.
또한 하기 일반식(G3)으로 나타내어지는 금속 착체도 사용할 수 있다.
[화학식 4]
일반식(G3)에서, X1 내지 X3은 각각 독립적으로 탄소 또는 질소를 나타내고, 탄소는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 10의 사이클로알킬기, 및 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기 중 어느 하나와 결합된다. 또한 R11 내지 R13, R21 내지 R23, 및 R31 내지 R33은 각각 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 10의 사이클로알킬기, 및 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기 중 어느 하나를 나타낸다. 또한 j, k, 및 p는 각각 독립적으로 1 이상 4 이하의 정수를 나타낸다. 또한 j가 2 이상인 경우, 각각의 X1은 서로 같아도 좋고 달라도 좋고, 각각의 R11은 서로 같아도 좋고 달라도 좋고, 각각의 R12는 서로 같아도 좋고 달라도 좋다. 또한 k가 2 이상인 경우, 각각의 X2는 서로 같아도 좋고 달라도 좋고, 각각의 R21은 서로 같아도 좋고 달라도 좋고, 각각의 R22는 서로 같아도 좋고 달라도 좋다. 또한 p가 2 이상인 경우, 각각의 X3은 서로 같아도 좋고 달라도 좋고, 각각의 R31은 서로 같아도 좋고 달라도 좋고, 각각의 R32는 서로 같아도 좋고 달라도 좋다. 또한 j가 2 이하인 경우, 각각의 R13은 서로 같아도 좋고 달라도 좋다. 또한 k가 2 이하인 경우, 각각의 R23은 서로 같아도 좋고 달라도 좋다. 또한 p가 2 이하인 경우, 각각의 R33은 서로 같아도 좋고 달라도 좋다.
또한 상기 일반식(G3)에서, j는 1 이상 3 이하의 정수인 것이 바람직하다.
또한 상기 일반식(G3)에서, X1은 질소인 것이 바람직하다.
또한 일반식(G5)으로 나타내어지는 유기 착체를 사용할 수 있다.
[화학식 5]
일반식(G5)에서, X11 내지 X13, X21 내지 X23, X24 및 X25는 각각 독립적으로 탄소 또는 질소를 나타내고, 탄소는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 10의 사이클로알킬기, 및 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기 중 어느 하나와 결합된다. 또한 R41 내지 R47, R51 내지 R57, 및 R61 내지 R66은 각각 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 10의 사이클로알킬기, 및 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기 중 어느 하나를 나타낸다.
또한 상기 일반식(G1), 일반식(G3), 및 일반식(G5)에서, 탄소수 1 내지 10의 알킬기의 구체적인 예로서는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, sec-뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, 펜틸기, 아이소펜틸기, sec-펜틸기, tert-펜틸기, 네오펜틸기, 헥실기, 아이소헥실기, sec-헥실기, tert-헥실기, 네오헥실기, 3-메틸펜틸기, 2-메틸펜틸기, 2-에틸뷰틸기, 1,2-다이메틸뷰틸기, 2,3-다이메틸뷰틸기 등을 들 수 있다. 또한 탄소수 1 내지 10의 알킬기가 치환기를 갖는 경우, 상기 치환기는 탄소수 1 내지 4의 알킬기, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기, 또는 탄소수 6 내지 13의 아릴기로 한다.
또한 상기 일반식(G1), 일반식(G3), 및 일반식(G5)에서, 탄소수 3 내지 10의 사이클로알킬기의 구체적인 예로서는, 사이클로프로필기, 사이클로뷰틸기, 메틸사이클로뷰틸기, 사이클로펜틸기, 메틸사이클로펜틸기, 아이소프로필사이클로펜틸기, tert-뷰틸사이클로프로필기, 사이클로헥실기, 메틸사이클로헥실기, 아이소프로필사이클로헥실기, tert-뷰틸사이클로헥실기, 사이클로헵틸기, 메틸사이클로헵틸기, 아이소프로필사이클로헵틸기, 사이클로옥틸기, 메틸사이클로옥틸기, 사이클로노닐기, 메틸사이클로노닐기, 사이클로데실기 등을 들 수 있다. 또한 탄소수 3 내지 10의 사이클로알킬기가 치환기를 갖는 경우, 상기 치환기는 탄소수 1 내지 4의 알킬기, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기, 또는 탄소수 6 내지 13의 아릴기로 한다.
또한 상기 일반식(G1), 일반식(G3), 및 일반식(G5)에서, 탄소수 6 내지 30의 아릴기로서는 페닐기, o-톨릴기, m-톨릴기, p-톨릴기, 메시틸기, o-바이페닐기, m-바이페닐기, p-바이페닐기, 1-나프틸기, 2-나프틸기, 플루오렌일기, 9,9-다이메틸플루오렌일기, 9,9-다이페닐플루오렌일기, 스파이로플루오렌일기, 페난트렌일기, 터페닐기, 안트라센일기, 플루오란텐일기 등을 들 수 있다. 또한 탄소수 6 내지 30의 아릴기가 치환기를 갖는 경우, 상기 치환기는 탄소수 1 내지 4의 알킬기, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기, 또는 탄소수 6 내지 13의 아릴기로 한다.
또한 상기 일반식(G1), 일반식(G3), 및 일반식(G5)으로 나타내어지는 유기 착체 중 아래의 구조식으로 나타내어지는 화합물이 더 바람직하다.
[화학식 6]
본 실시형태는 다른 실시형태와 임의로 조합하여 사용할 수 있다.
(실시형태 2)
본 실시형태에서는, 본 발명의 일 형태의 발광 디바이스에 대하여 자세히 설명한다. 도 2의 (A)는 본 발명의 일 형태의 발광 디바이스를 나타낸 것이다. 본 발명의 일 형태의 발광 디바이스는 제 1 전극(101)과 제 2 전극(102) 사이에 유기 화합물층(103)을 포함한다. 유기 화합물층(103)은 적어도 발광층(113)을 포함한다. 유기 화합물층(103)은 발광층(113) 외의 다른 기능층을 더 포함하여도 좋다. 도 2의 (A)에는, 정공 주입층(111), 정공 수송층(112), 전자 수송층(114), 및 전자 주입층(115)이 더 포함된 예를 나타내었지만, 캐리어 차단층, 여기자 차단층, 전하 발생층 등을 포함하여도 좋다.
본 실시형태에서는 제 1 전극(101)이 양극으로서 기능하는 전극이고 제 2 전극(102)이 음극으로서 기능하는 전극인 경우를 나타내었지만, 그 반대가 되어도 좋다.
양극인 제 1 전극(101)은 일함수가 큰(구체적으로는 4.0eV 이상) 금속, 합금, 도전성 화합물, 및 이들의 혼합물 등을 사용하여 형성되는 것이 바람직하다. 구체적으로는 예를 들어 산화 인듐-산화 주석(ITO: Indium Tin Oxide), 실리콘 또는 산화 실리콘을 함유한 산화 인듐-산화 주석, 산화 인듐-산화 아연, 산화 텅스텐 및 산화 아연을 함유한 산화 인듐(IWZO) 등이 있다. 이들 도전성 금속 산화물막은 일반적으로 스퍼터링법에 의하여 형성되지만, 졸-겔법 등을 응용하여 제작하여도 좋다. 제작 방법의 예로서는 산화 인듐에 대하여 1wt% 내지 20wt%의 산화 아연이 첨가된 타깃을 사용한 스퍼터링법에 의하여, 산화 인듐-산화 아연을 형성하는 방법 등이 있다. 또한 산화 인듐에 대하여 산화 텅스텐이 0.5wt% 내지 5wt%, 산화 아연이 0.1wt% 내지 1wt% 함유된 타깃을 사용한 스퍼터링법에 의하여, 산화 텅스텐 및 산화 아연이 함유된 산화 인듐(IWZO)을 형성할 수도 있다. 이 외에, 금(Au), 백금(Pt), 니켈(Ni), 텅스텐(W), 크로뮴(Cr), 몰리브데넘(Mo), 철(Fe), 코발트(Co), 구리(Cu), 팔라듐(Pd), 또는 금속 재료의 질화물(예를 들어 질화 타이타늄) 등을 들 수 있다. 그래핀을 사용할 수도 있다. 또한 후술하는 복합 재료를 양극과 접촉하는 층에 사용하면, 일함수에 상관없이 전극 재료를 선택할 수 있게 된다.
정공 주입층(111)은 억셉터성을 갖는 물질을 포함하는 층이다. 억셉터성을 갖는 물질로서는, 유기 화합물 및 무기 화합물 중 어느 쪽이든 사용할 수 있다.
억셉터성을 갖는 물질로서는 전자 흡인기(할로젠기, 사이아노기 등)를 갖는 화합물을 사용할 수 있고, 7,7,8,8-테트라사이아노-2,3,5,6-테트라플루오로퀴노다이메테인(약칭: F4-TCNQ), 클로라닐, 2,3,6,7,10,11-헥사사이아노-1,4,5,8,9,12-헥사아자트라이페닐렌(약칭: HAT-CN), 1,3,4,5,7,8-헥사플루오로테트라사이아노-나프토퀴노다이메테인(약칭: F6-TCNNQ), 2-(7-다이사이아노메틸렌-1,3,4,5,6,8,9,10-옥타플루오로-7H-피렌-2-일리덴)말로노나이트릴 등을 들 수 있다. 특히 HAT-CN과 같이 헤테로 원자를 복수로 갖는 축합 방향족 고리에 전자 흡인기가 결합된 화합물은 열적으로 안정적이므로 바람직하다. 또한 전자 흡인기(특히 플루오로기와 같은 할로젠기, 사이아노기 등)를 갖는 [3]라디알렌 유도체는 전자 수용성이 매우 높기 때문에 바람직하고, 구체적으로는 α,α',α"-1,2,3-사이클로프로페인트라이일리덴트리스[4-사이아노-2,3,5,6-테트라플루오로벤젠아세토나이트릴], α,α',α"-1,2,3-사이클로프로페인트라이일리덴트리스[2,6-다이클로로-3,5-다이플루오로-4-(트라이플루오로메틸)벤젠아세토나이트릴], α,α',α"-1,2,3-사이클로프로페인트라이일리덴트리스[2,3,4,5,6-펜타플루오로벤젠아세토나이트릴] 등을 들 수 있다. 억셉터성을 갖는 물질로서는 상술한 유기 화합물 외에도 몰리브데넘 산화물, 바나듐 산화물, 루테늄 산화물, 텅스텐 산화물, 망가니즈 산화물 등을 사용할 수 있다. 이 외에 프탈로사이아닌(약칭: H2Pc), 구리 프탈로사이아닌(약칭: CuPc) 등의 프탈로사이아닌계 화합물 또는 착체 화합물, 4,4'-비스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: DPAB), N,N'-비스[4-비스(3-메틸페닐)아미노페닐]-N,N'-다이페닐-4,4'-다이아미노바이페닐(약칭: DNTPD) 등의 방향족 아민 화합물, 또는 폴리(3,4-에틸렌다이옥시싸이오펜)/폴리스타이렌설폰산(약칭: PEDOT/PSS) 등의 고분자 화합물 등에 의해서도 정공 주입층(111)을 형성할 수 있다. 억셉터성을 갖는 물질은, 전계를 인가함으로써, 인접한 정공 수송층(또는 정공 수송 재료)으로부터 전자를 추출할 수 있다.
또한 정공 주입층(111)으로서, 정공 수송성을 갖는 재료에 상기 억셉터성 물질을 포함시킨 복합 재료를 사용할 수도 있다. 또한 정공 수송성을 갖는 재료에 억셉터성 물질을 포함시킨 복합 재료를 사용함으로써, 일함수에 상관없이 전극을 형성하는 재료를 선택할 수 있다. 즉, 양극으로서, 일함수가 큰 재료뿐만 아니라, 일함수가 작은 재료도 사용할 수 있게 된다.
복합 재료에 사용하는 정공 수송성을 갖는 재료로서는 방향족 아민 화합물, 카바졸 유도체, 방향족 탄화수소, 고분자 화합물(올리고머, 덴드리머, 폴리머 등) 등, 각종 유기 화합물을 사용할 수 있다. 또한 복합 재료에 사용하는 정공 수송성을 갖는 재료는 1×10-6cm2/Vs 이상의 정공 이동도를 갖는 물질인 것이 바람직하다. 이하에서는, 복합 재료에서 정공 수송성을 갖는 재료로서 사용할 수 있는 유기 화합물을 구체적으로 열거한다.
복합 재료에 사용할 수 있는 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)아미노페닐]-N,N'-다이페닐-4,4'-다이아미노바이페닐(약칭: DNTPD), 1,3,5-트리스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]벤젠(약칭: DPA3B) 등을 들 수 있다. 카바졸 유도체로서는 구체적으로, 3-[N-(9-페닐카바졸-3-일)-N-페닐아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzPCA1), 3,6-비스[N-(9-페닐카바졸-3-일)-N-페닐아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzPCA2), 3-[N-(1-나프틸)-N-(9-페닐카바졸-3-일)아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzPCN1), 4,4'-다이(N-카바졸릴)바이페닐(약칭: CBP), 1,3,5-트리스[4-(N-카바졸릴)페닐]벤젠(약칭: TCPB), 9-[4-(10-페닐-9-안트라센일)페닐]-9H-카바졸(약칭: CzPA), 1,4-비스[4-(N-카바졸릴)페닐]-2,3,5,6-테트라페닐벤젠 등을 사용할 수 있다. 방향족 탄화수소로서는 예를 들어, 2-tert-뷰틸-9,10-다이(2-나프틸)안트라센(약칭: t-BuDNA), 2-tert-뷰틸-9,10-다이(1-나프틸)안트라센, 9,10-비스(3,5-다이페닐페닐)안트라센(약칭: DPPA), 2-tert-뷰틸-9,10-비스(4-페닐페닐)안트라센(약칭: t-BuDBA), 9,10-다이(2-나프틸)안트라센(약칭: DNA), 9,10-다이페닐안트라센(약칭: DPAnth), 2-tert-뷰틸안트라센(약칭: t-BuAnth), 9,10-비스(4-메틸-1-나프틸)안트라센(약칭: DMNA), 2-tert-뷰틸-9,10-비스[2-(1-나프틸)페닐]안트라센, 9,10-비스[2-(1-나프틸)페닐]안트라센, 2,3,6,7-테트라메틸-9,10-다이(1-나프틸)안트라센, 2,3,6,7-테트라메틸-9,10-다이(2-나프틸)안트라센, 9,9'-바이안트릴, 10,10'-다이페닐-9,9'-바이안트릴, 10,10'-비스(2-페닐페닐)-9,9'-바이안트릴, 10,10'-비스[(2,3,4,5,6-펜타페닐)페닐]-9,9'-바이안트릴, 안트라센, 테트라센, 루브렌, 페릴렌, 2,5,8,11-테트라(tert-뷰틸)페릴렌 등이 있다. 또한 이 외에 펜타센, 코로넨 등을 사용할 수도 있다. 바이닐 골격을 가져도 좋다. 바이닐기를 갖는 방향족 탄화수소로서는 예를 들어 4,4'-비스(2,2-다이페닐바이닐)바이페닐(약칭: DPVBi), 9,10-비스[4-(2,2-다이페닐바이닐)페닐]안트라센(약칭: DPVPA) 등이 있다.
또한 폴리(N-바이닐카바졸)(약칭: PVK), 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.
복합 재료에 사용되는 정공 수송성을 갖는 재료는 카바졸 골격, 다이벤조퓨란 골격, 다이벤조싸이오펜 골격, 및 안트라센 골격 중 어느 것을 갖는 것이 더 바람직하다. 특히, 다이벤조퓨란 고리 또는 다이벤조싸이오펜 고리를 포함하는 치환기를 갖는 방향족 아민, 나프탈렌 고리를 포함하는 방향족 모노아민, 또는 9-플루오렌일기가 아릴렌기를 통하여 아민의 질소와 결합되는 방향족 모노아민이어도 좋다. 또한 이들 정공 수송성을 갖는 재료가 N,N-비스(4-바이페닐)아미노기를 갖는 물질이면, 수명이 긴 발광 디바이스를 제작할 수 있기 때문에 바람직하다. 상술한 바와 같은 정공 수송성을 갖는 재료로서는 구체적으로, N-(4-바이페닐)-6,N-다이페닐벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란-8-아민(약칭: BnfABP), N,N-비스(4-바이페닐)-6-페닐벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란-8-아민(약칭: BBABnf), 4,4'-비스(6-페닐벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란-8-일)-4''-페닐트라이페닐아민(약칭: BnfBB1BP), N,N-비스(4-바이페닐)벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란-6-아민(약칭: BBABnf(6)), N,N-비스(4-바이페닐)벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란-8-아민(약칭: BBABnf(8)), N,N-비스(4-바이페닐)벤조[b]나프토[2,3-d]퓨란-4-아민(약칭: BBABnf(II)(4)), N,N-비스[4-(다이벤조퓨란-4-일)페닐]-4-아미노-p-터페닐(약칭: DBfBB1TP), N-[4-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]-N-페닐-4-바이페닐아민(약칭: ThBA1BP), 4-(2-나프틸)-4',4''-다이페닐트라이페닐아민(약칭: BBAβNB), 4-[4-(2-나프틸)페닐]-4',4''-다이페닐트라이페닐아민(약칭: BBAβNBi), 4,4'-다이페닐-4''-(6;1'-바이나프틸-2-일)트라이페닐아민(약칭: BBAαNβNB), 4,4'-다이페닐-4''-(7;1'-바이나프틸-2-일)트라이페닐아민(약칭: BBAαNβNB-03), 4,4'-다이페닐-4''-(7-페닐)나프틸-2-일트라이페닐아민(약칭: BBAPβNB-03), 4,4'-다이페닐-4''-(6;2'-바이나프틸-2-일)트라이페닐아민(약칭: BBA(βN2)B), 4,4'-다이페닐-4''-(7;2'-바이나프틸-2-일)트라이페닐아민(약칭: BBA(βN2)B-03), 4,4'-다이페닐-4''-(4;2'-바이나프틸-1-일)트라이페닐아민(약칭: BBAβNαNB), 4,4'-다이페닐-4''-(5;2'-바이나프틸-1-일)트라이페닐아민(약칭: BBAβNαNB-02), 4-(4-바이페닐릴)-4'-(2-나프틸)-4''-페닐트라이페닐아민(약칭: TPBiAβNB), 4-(3-바이페닐릴)-4'-[4-(2-나프틸)페닐]-4''-페닐트라이페닐아민(약칭: mTPBiAβNBi), 4-(4-바이페닐릴)-4'-[4-(2-나프틸)페닐]-4''-페닐트라이페닐아민(약칭: TPBiAβNBi), 4-페닐-4'-(1-나프틸)트라이페닐아민(약칭: αNBA1BP), 4,4'-비스(1-나프틸)트라이페닐아민(약칭: αNBB1BP), 4,4'-다이페닐-4''-[4'-(카바졸-9-일)바이페닐-4-일]트라이페닐아민(약칭: YGTBi1BP), 4'-[4-(3-페닐-9H-카바졸-9-일)페닐]트리스(바이페닐-4-일)아민(약칭: YGTBi1BP-02), 4-[4'-(카바졸-9-일)바이페닐-4-일]-4'-(2-나프틸)-4''-페닐트라이페닐아민(약칭: YGTBiβNB), N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-N-[4-(1-나프틸)페닐]-9,9'-스파이로바이[9H-플루오렌]-2-아민(약칭: PCBNBSF), N,N-비스(바이페닐-4-일)-9,9'-스파이로바이[9H-플루오렌]-2-아민(약칭: BBASF), N,N-비스(바이페닐-4-일)-9,9'-스파이로바이[9H-플루오렌]-4-아민(약칭: BBASF(4)), N-(바이페닐-2-일)-N-(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)-9,9'-스파이로바이[9H-플루오렌]-4-아민(약칭: oFBiSF), N-(바이페닐-4-일)-N-(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)다이벤조퓨란-4-아민(약칭: FrBiF), N-[4-(1-나프틸)페닐]-N-[3-(6-페닐다이벤조퓨란-4-일)페닐]-1-나프틸아민(약칭: mPDBfBNBN), 4-페닐-4'-(9-페닐플루오렌-9-일)트라이페닐아민(약칭: BPAFLP), 4-페닐-3'-(9-페닐플루오렌-9-일)트라이페닐아민(약칭: mBPAFLP), 4-페닐-4'-[4-(9-페닐플루오렌-9-일)페닐]트라이페닐아민(약칭: BPAFLBi), 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), N-페닐-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-9,9'-스파이로바이[9H-플루오렌]-2-아민(약칭: PCBASF), N-(바이페닐-4-일)-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: PCBBiF), N,N-비스(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)-9,9'-스파이로바이-9H-플루오렌-4-아민, N,N-비스(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)-9,9'-스파이로바이-9H-플루오렌-3-아민, N,N-비스(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)-9,9'-스파이로바이-9H-플루오렌-2-아민, N,N-비스(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)-9,9'-스파이로바이-9H-플루오렌-1-아민 등을 들 수 있다.
또한 복합 재료에 사용되는 정공 수송성을 갖는 재료는 HOMO 준위가 -5.7eV 이상 -5.4eV 이하로 비교적 깊은 물질인 것이 더 바람직하다. 복합 재료에 사용되는 정공 수송성을 갖는 재료의 HOMO 준위가 비교적 깊으면, 정공 수송층(112)으로의 정공의 주입이 용이해지고, 또한 수명이 긴 발광 디바이스를 얻기 용이해진다.
또한 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속의 플루오린화물을 상기 복합 재료에 더 혼합(상기 층 내의 플루오린 원자의 원자 비율은 20% 이상인 것이 바람직함)시킴으로써, 상기 층의 굴절률을 저감할 수 있다. 이에 의해서도, 굴절률이 낮은 층을 유기 화합물층(103) 내부에 형성할 수 있어, 발광 디바이스의 외부 양자 효율을 향상시킬 수 있다.
정공 주입층(111)을 형성함으로써, 정공 주입성이 높아져 구동 전압이 낮은 발광 디바이스를 얻을 수 있다. 또한 억셉터성을 갖는 유기 화합물은 증착에 의한 성막이 쉽기 때문에 취급하기 쉬운 재료이다.
정공 수송층(112)은 정공 수송성을 갖는 재료를 포함하여 형성된다. 정공 수송성을 갖는 재료로서는 1×10-6cm2/Vs 이상의 정공 이동도를 갖는 것이 바람직하다.
정공 수송층(112)에 사용할 수 있는 유기 화합물로서는, 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: NPB), N,N'-다이페닐-N,N'-비스(3-메틸페닐)-4,4'-다이아미노바이페닐(약칭: TPD), N,N'-비스(9,9'-스파이로바이[9H-플루오렌]-2-일)-N,N'-다이페닐-4,4'-다이아미노바이페닐(약칭: BSPB), 4-페닐-4'-(9-페닐플루오렌-9-일)트라이페닐아민(약칭: BPAFLP), 4-페닐-3'-(9-페닐플루오렌-9-일)트라이페닐아민(약칭: mBPAFLP), 4-페닐-4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBA1BP), 4,4'-다이페닐-4''-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBBi1BP), 4-(1-나프틸)-4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBANB), 4,4'-다이(1-나프틸)-4''-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBNBB), 9,9-다이메틸-N-페닐-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]플루오렌-2-아민(약칭: PCBAF), N-페닐-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-9,9'-스파이로바이[9H-플루오렌]-2-아민(약칭: PCBASF) 등의 방향족 아민 골격을 갖는 화합물, 1,3-비스(N-카바졸릴)벤젠(약칭: mCP), 4,4'-다이(N-카바졸릴)바이페닐(약칭: CBP), 3,6-비스(3,5-다이페닐페닐)-9-페닐카바졸(약칭: CzTP), 3,3'-비스(9-페닐-9H-카바졸)(약칭: PCCP), 9-[3-(트라이페닐실릴)페닐]-3,9'-바이-9H-카바졸(약칭: PSiCzCz), 9'-페닐-9'H-9,3':6',9''-터카바졸(약칭: PhCzGI), 12-[3-(9H-카바졸-9-일)페닐]-5,12-다이하이드로-5-페닐-인돌로[3,2-a]카바졸(약칭: mCzPICz) 등의 카바졸 골격을 갖는 화합물, 4,4',4''-(벤젠-1,3,5-트라이일)트라이(다이벤조싸이오펜)(약칭: DBT3P-II), 2,8-다이페닐-4-[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]다이벤조싸이오펜(약칭: DBTFLP-III), 4-[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]-6-페닐다이벤조싸이오펜(약칭: DBTFLP-IV) 등의 싸이오펜 골격을 갖는 화합물, 4,4',4''-(벤젠-1,3,5-트라이일)트라이(다이벤조퓨란)(약칭: DBF3P-II), 4-{3-[3-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]페닐}다이벤조퓨란(약칭: mmDBFFLBi-II) 등의 퓨란 골격을 갖는 화합물을 들 수 있다. 상술한 것 중에서도, 방향족 아민 골격을 갖는 화합물, 카바졸 골격을 갖는 화합물은 신뢰성과 정공 수송성이 높아 구동 전압 저감에도 기여하기 때문에 바람직하다. 또한 정공 주입층(111)의 복합 재료에 사용할 수 있는 유기 화합물로서 열거한 물질도 정공 수송층(112)을 구성하는 재료로서 적합하게 사용할 수 있다.
또한 정공 수송층(112)에 사용되는 유기 화합물은 알킬기를 갖는 방향족 아민이면, 정공 수송층(112)의 굴절률을 저하시킬 수 있고 광 추출 효율을 향상시킬 수 있기 때문에 바람직하다. 또한 하나의 분자 내에 상기 알킬기가 복수 개 있는 유기 화합물이 더 바람직하다. 이와 같은 재료로서는 예를 들어 N,N-비스(4-사이클로헥실페닐)-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: dchPAF), N-[(4'-사이클로헥실)바이페닐-4-일]-N-(4-사이클로헥실페닐)-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: chBichPAF), N,N-비스(4-사이클로헥실페닐)-N-(스파이로[사이클로헥세인-1,9'-[9H]플루오렌]-2'-일)아민(약칭: dchPASchF), N-[(4'-사이클로헥실)바이페닐-4-일]-N-(4-사이클로헥실페닐)-N-(스파이로[사이클로헥세인-1,9'-[9H]-플루오렌]-2'-일)-아민(약칭: chBichPASchF), N-(4-사이클로헥실페닐)비스(스파이로[사이클로헥세인-1,9'-[9H]플루오렌]-2'-일)아민(약칭: SchFB1chP), N-[(3',5'-다이삼차뷰틸)바이페닐-4-일]-N-(4-사이클로헥실페닐)-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: mmtBuBichPAF), N,N-비스(3',5'-다이삼차뷰틸바이페닐-4-일)-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: dmmtBuBiAF), N-(3,5-다이삼차뷰틸페닐)-N-(3',5',-다이삼차뷰틸바이페닐-4-일)-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: mmtBuBimmtBuPAF), N,N-비스(4-사이클로헥실페닐)-9,9-다이프로필-9H-플루오렌-2-아민(약칭: dchPAPrF), N-[(3',5'-다이사이클로헥실)바이페닐-4-일]-N-(4-사이클로헥실페닐)-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: mmchBichPAF), N-(3,3'',5,5''-테트라-t-뷰틸-1,1':3',1''-터페닐-5'-일)-N-(4-사이클로헥실페닐)-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: mmtBumTPchPAF), N-(4-사이클로도데실페닐)-N-(4-사이클로헥실페닐)-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: CdoPchPAF), N-(3,3'',5,5''-테트라-t-뷰틸-1,1':3',1''-터페닐-5'-일)-N-페닐-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: mmtBumTPFA), N-(바이페닐-4-일)-N-(3,3'',5,5''-테트라-t-뷰틸-1,1':3',1''-터페닐-5'-일)-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: mmtBumTPFBi), N-(바이페닐-2-일)-N-(3,3'',5,5''-테트라-t-뷰틸-1,1':3',1''-터페닐-5'-일)-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: mmtBumTPoFBi), N-[(3,3',5'-트라이-t-뷰틸)바이페닐-5-일]-N-(4-사이클로헥실페닐)-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: mmtBumBichPAF), N-(바이페닐-2-일)-N-[(3,3',5'-트라이-t-뷰틸)바이페닐-5-일]-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: mmtBumBioFBi), N-(4-tert-뷰틸페닐)-N-(3,3'',5,5''-테트라-t-뷰틸-1,1':3',1''-터페닐-5'-일)-9,9,-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: mmtBumTPtBuPAF), N-(3,3'',5',5''-테트라-tert-뷰틸-1,1':3',1''-터페닐-5-일)-N-페닐-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: mmtBumTPFA-02), N-(바이페닐-4-일)-N-(3,3'',5',5''-테트라-tert-뷰틸-1,1':3',1''-터페닐-5-일)-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: mmtBumTPFBi-02), N-(바이페닐-2-일)-N-(3,3'',5',5''-테트라-tert-뷰틸-1,1':3',1''-터페닐-5-일)-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: mmtBumTPoFBi-02), N-(4-사이클로헥실페닐)-N-(3,3'',5',5''-테트라-tert-뷰틸-1,1':3',1''-터페닐-5-일)-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: mmtBumTPchPAF-02), N-(바이페닐-2-일)-N-(3'',5',5''-트라이-tert-뷰틸-1,1':3',1''-터페닐-5-일)-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: mmtBumTPoFBi-03), N-(4-사이클로헥실페닐)-N-(3'',5',5''-트라이-tert-뷰틸-1,1':3',1''-터페닐-5-일)-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: mmtBumTPchPAF-03), N-(바이페닐-2-일)-N-(3'',5',5''-트라이-tert-뷰틸-1,1':3',1''-터페닐-4-일)-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: mmtBumTPoFBi-04), N-(4-사이클로헥실페닐)-N-(3'',5',5''-트라이-tert-뷰틸-1,1':3',1''-터페닐-4-일)-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: mmtBumTPchPAF-04), N-(바이페닐-2-일)-N-(3,3'',5''-트라이-tert-뷰틸-1,1':4',1''-터페닐-5-일)-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: mmtBumTPoFBi-05), N-(4-사이클로헥실페닐)-N-(3,3'',5''-트라이-tert-뷰틸-1,1':4',1''-터페닐-5-일)-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: mmtBumTPchPAF-05), N-(3',5'-다이삼차뷰틸바이페닐-4-일)-N-(바이페닐-2-일)-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: mmtBuBioFBi) 등이 바람직하다.
또한 정공 수송층(112)에 사용되는 유기 화합물은 플루오렌 골격 또는 스파이로플루오렌 골격을 갖는 유기 화합물인 것이 바람직하다.
또한 정공 수송층(112)에 사용되는 유기 화합물은 카바졸 골격을 갖는 유기 화합물인 것이 바람직하다.
또한 정공 수송층(112)을 구성하는 유기 화합물의 HOMO 준위가 -5.45eV 내지 -5.20eV의 범위에 있으면, 정공 주입층 또는 양극으로부터의 정공 주입성이 높아지기 때문에 바람직하다. 이에 의하여, 상기 발광 디바이스는 저전압에서도 구동할 수 있다.
발광층(113)은 발광 도펀트와 호스트 재료를 포함한다. 또한 발광층(113)은 기타 재료를 함께 포함하여도 좋다. 또한 조성이 다른 2층의 적층이어도 좋다.
또한 발광 도펀트는 형광 물질인 것이 바람직하다. 발광층(113)에서 발광 도펀트로서 사용할 수 있는 재료의 예로서는, 아래와 같은 형광 물질을 들 수 있다. 또한 이 외의 형광 물질을 사용할 수도 있다.
5,6-비스[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-2,2'-바이피리딘(약칭: PAP2BPy), 5,6-비스[4'-(10-페닐-9-안트릴)바이페닐-4-일]-2,2'-바이피리딘(약칭: PAPP2BPy), N,N'-다이페닐-N,N'-비스[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]피렌-1,6-다이아민(약칭: 1,6FLPAPrn), N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-비스[3-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]피렌-1,6-다이아민(약칭: 1,6mMemFLPAPrn), N,N'-비스[4-(9H-카바졸-9-일)페닐]-N,N'-다이페닐스틸벤-4,4'-다이아민(약칭: YGA2S), 4-(9H-카바졸-9-일)-4'-(10-페닐-9-안트릴)트라이페닐아민(약칭: YGAPA), 4-(9H-카바졸-9-일)-4'-(9,10-다이페닐-2-안트릴)트라이페닐아민(약칭: 2YGAPPA), N,9-다이페닐-N-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸-3-아민(약칭: PCAPA), 페릴렌, 2,5,8,11-테트라-tert-뷰틸페릴렌(약칭: TBP), 4-(10-페닐-9-안트릴)-4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBAPA), N,N''-(2-tert-뷰틸안트라센-9,10-다이일다이-4,1-페닐렌)비스(N,N',N'-트라이페닐-1,4-페닐렌다이아민)(약칭: DPABPA), N,9-다이페닐-N-[4-(9,10-다이페닐-2-안트릴)페닐]-9H-카바졸-3-아민(약칭: 2PCAPPA), N-[4-(9,10-다이페닐-2-안트릴)페닐]-N,N',N'-트라이페닐-1,4-페닐렌다이아민(약칭: 2DPAPPA), N,N,N',N',N'',N'',N''',N'''-옥타페닐다이벤조[g,p]크리센-2,7,10,15-테트라아민(약칭: DBC1), 쿠마린 30, N-(9,10-다이페닐-2-안트릴)-N,9-다이페닐-9H-카바졸-3-아민(약칭: 2PCAPA), N-[9,10-비스(바이페닐-2-일)-2-안트릴]-N,9-다이페닐-9H-카바졸-3-아민(약칭: 2PCABPhA), N-(9,10-다이페닐-2-안트릴)-N,N',N'-트라이페닐-1,4-페닐렌다이아민(약칭: 2DPAPA), N-[9,10-비스(바이페닐-2-일)-2-안트릴]-N,N',N'-트라이페닐-1,4-페닐렌다이아민(약칭: 2DPABPhA), 9,10-비스(바이페닐-2-일)-N-[4-(9H-카바졸-9-일)페닐]-N-페닐안트라센-2-아민(약칭: 2YGABPhA), N,N,9-트라이페닐안트라센-9-아민(약칭: DPhAPhA), 쿠마린 545T, N,N'-다이페닐퀴나크리돈(약칭: DPQd), 루브렌, 5,12-비스(바이페닐-4-일)-6,11-다이페닐테트라센(약칭: BPT), 2-(2-{2-[4-(다이메틸아미노)페닐]에텐일}-6-메틸-4H-피란-4-일리덴)프로페인다이나이트릴(약칭: DCM1), 2-{2-메틸-6-[2-(2,3,6,7-테트라하이드로-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에텐일]-4H-피란-4-일리덴}프로페인다이나이트릴(약칭: DCM2), N,N,N',N'-테트라키스(4-메틸페닐)테트라센-5,11-다이아민(약칭: p-mPhTD), 7,14-다이페닐-N,N,N',N'-테트라키스(4-메틸페닐)아세나프토[1,2-a]플루오란텐-3,10-다이아민(약칭: p-mPhAFD), 2-{2-아이소프로필-6-[2-(1,1,7,7-테트라메틸-2,3,6,7-테트라하이드로-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에텐일]-4H-피란-4-일리덴}프로페인다이나이트릴(약칭: DCJTI), 2-{2-tert-뷰틸-6-[2-(1,1,7,7-테트라메틸-2,3,6,7-테트라하이드로-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에텐일]-4H-피란-4-일리덴}프로페인다이나이트릴(약칭: DCJTB), 2-(2,6-비스{2-[4-(다이메틸아미노)페닐]에텐일}-4H-피란-4-일리덴)프로페인다이나이트릴(약칭: BisDCM), 2-{2,6-비스[2-(8-메톡시-1,1,7,7-테트라메틸-2,3,6,7-테트라하이드로-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에텐일]-4H-피란-4-일리덴}프로페인다이나이트릴(약칭: BisDCJTM), N,N'-다이페닐-N,N'-(1,6-피렌-다이일)비스[(6-페닐벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란)-8-아민](약칭: 1,6BnfAPrn-03), 3,10-비스[N-(9-페닐-9H-카바졸-2-일)-N-페닐아미노]나프토[2,3-b;6,7-b']비스벤조퓨란(약칭: 3,10PCA2Nbf(IV)-02), 3,10-비스[N-(다이벤조퓨란-3-일)-N-페닐아미노]나프토[2,3-b;6,7-b']비스벤조퓨란(약칭: 3,10FrA2Nbf(IV)-02) 등을 들 수 있다. 특히, 1,6FLPAPrn, 1,6mMemFLPAPrn, 1,6BnfAPrn-03과 같은 피렌다이아민 화합물로 대표되는 축합 방향족 다이아민 화합물은 정공 트랩성이 높고, 발광 효율, 신뢰성이 높기 때문에 바람직하다.
또한 5,9-다이페닐-5,9-다이아자-13b-보라나프토[3,2,1-de]안트라센(약칭: DABNA1), 9-[(1,1'-바이페닐)-3-일]-N,N,5,11-테트라페닐-5,9-다이하이드로-5,9-다이아자-13b-보라나프토[3,2,1-de]안트라센-3-아민(약칭: DABNA2), 2,12-다이(tert-뷰틸)-5,9-다이(4-tert-뷰틸페닐)-N,N-다이페닐-5H,9H-[1,4]벤즈아자보리노[2,3,4-kl]페나자보린-7-아민(약칭: DPhA-tBu4DABNA), 2,12-다이(tert-뷰틸)-N,N,5,9-테트라(4-tert-뷰틸페닐)-5H,9H-[1,4]벤즈아자보리노[2,3,4-kl]페나자보린-7-아민(약칭: tBuDPhA-tBu4DABNA), 2,12-다이(tert-뷰틸)-5,9-다이(4-tert-뷰틸페닐)-7-메틸-5H,9H-[1,4]벤즈아자보리노[2,3,4-kl]페나자보린(약칭: Me-tBu4DABNA), N7,N7,N13,N13,5,9,11,15-옥타페닐-5H,9H,11H,15H-[1,4]벤즈아자보리노[2,3,4-kl][1,4]벤즈아자보리노[4',3',2':4,5][1,4]벤즈아자보리노[3,2-b]페나자보린-7,13-다이아민(약칭: ν-DABNA), 2-(4-tert-뷰틸페닐)벤즈[5,6]인돌로[3,2,1-jk]벤조[b]카바졸(약칭: tBuPBibc) 등 질소와 붕소를 포함하는 축합 헤테로 방향족 화합물, 특히 다이아자-보라나프토-안트라센 골격을 갖는 화합물은 발광 스펙트럼의 폭이 좁고 색 순도가 높은 청색 발광을 얻을 수 있으므로 적합하게 사용할 수 있다.
또한 이들 외에, 9,10,11-트리스[3,6-비스(1,1-다이메틸에틸)-9H-카바졸-9-일]-2,5,15,18-테트라키스(1,1-다이메틸에틸)인돌로[3,2,1-de]인돌로[3',2',1':8,1][1,4]벤즈아자보리노[2,3,4-kl]페나자보린(약칭: BBCz-G), 9,11-비스[3,6-비스(1,1-다이메틸에틸)-9H-카바졸-9-일]-2,5,15,18-테트라키스(1,1-다이메틸에틸)인돌로[3,2,1-de]인돌로[3',2',1':8,1][1,4]벤즈아자보리노[2,3,4-kl]페나자보린(약칭: BBCz-Y) 등을 적합하게 사용할 수 있다.
발광층의 호스트 재료로서는, 실시형태 1에서 설명한 바와 같은 f-d 전이에 기초한 여기 상태로부터 발광하는 물질을 사용하면, f-d 전이가 패리티 허용 전이이기 때문에 여기자 수명이 짧고 열화가 촉진되지 않기 때문에 바람직하다. 또한 f-d 전이에 기초한 이중 여기 상태로부터 발광하는 물질을 사용하는 것이 더 바람직하다. 상술한 바와 같이, f-d 전이에 기초한 이중항 여기 상태로부터 발광하는 물질은 전류로 여기되어도 스핀 선택 법칙에 의한 제약을 받지 않고 이중항 여기 상태를 100% 생성할 수 있다. 또한 이중항 여기 상태의 에너지 도너로부터 형광 물질로의 에너지 이동은 매우 효율적으로 일어나 단일항 여기자가 생성된다. 게다가, 이 형광 물질의 여기자 수명도 짧다. 상술한 바와 같이, 본 발명의 일 형태의 발광 디바이스는 신뢰성이 높고, 높은 효율로 발광하는 발광 디바이스로 할 수 있다. 또한 이에 더하여, 형광 물질로부터 발광을 얻기 때문에, 색도 및 색 순도가 높은 발광 디바이스를 얻을 수 있다.
또한 f-d 전이에 기초한 여기 상태, 특히 f-d 전이에 기초한 이중항 여기 상태는 수명이 짧고, 열화가 촉진되기 어려우므로, 상기 발광 디바이스는, 특히, 발광 및 여기자의 에너지가 높은 청색 발광 디바이스에 유효하게 적용할 수 있다.
발광 디바이스가 발광 도펀트와 f-d 전이에 기초한 여기 상태로부터 발광하는 물질 이외의 제 3 물질을 포함하는 경우, 이 제 3 물질은 f-d 전이에 기초한 여기 상태로부터 발광하는 물질보다 밴드 갭이 큰 재료인 것이 바람직하다. 또한 제 3 물질은 캐리어 수송성을 갖는 재료인 것이 바람직하고, f-d 전이에 기초한 여기 상태로부터 발광하는 물질보다 캐리어 수송성이 높은 재료인 것이 더 바람직하다.
또한 제 3 물질의 캐리어 수송성은 정공 수송성과 전자 수송성의 어느 쪽이든 좋지만, f-d 전이에 기초한 여기 상태로부터 발광하는 물질에서 수송성이 우세한 캐리어와는 다른 캐리어의 수송성이 높은 물질인 것이 바람직하다. 예를 들어 f-d 전이에 기초한 여기 상태로부터 발광하는 물질이, 정공 수송성보다 전자 수송성이 우세한 물질인 경우, 제 3 물질은 정공 수송성이 높은 물질인 것이 바람직하다. 또는 제 3 물질은 전자 수송성과 정공 수송성이 모두 높은 바이폴러성을 갖는 물질인 것이 바람직하다.
또한 TADF 재료는 바이폴러성이 높은 경우가 많아, 제 3 물질로서 단독으로 사용하면, 전자와 정공의 양쪽을 양호하게 수송할 수 있어 적합하다. 또한 TADF 재료를 사용하면, 삼중항 여기 에너지도 이용할 수 있으므로 바람직하다. 제 3 물질로서 사용할 수 있는 TADF 재료로서는, 예를 들어 풀러렌 및 그 유도체, 아크리딘 및 그 유도체, 에오신 유도체 등을 사용할 수 있다. 또한 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 카드뮴(Cd), 주석(Sn), 백금(Pt), 인듐(In), 또는 팔라듐(Pd) 등을 포함하는 금속 함유 포르피린이 있다. 상기 금속 함유 포르피린으로서는, 예를 들어 이하의 구조식으로 나타내어지는 프로토포르피린-플루오린화 주석 착체(SnF2(Proto IX)), 메소포르피린-플루오린화 주석 착체(SnF2(Meso IX)), 헤마토포르피린-플루오린화 주석 착체(SnF2(Hemato IX)), 코프로포르피린테트라메틸에스터-플루오린화 주석 착체(SnF2(Copro III-4Me)), 옥타에틸포르피린-플루오린화 주석 착체(SnF2(OEP)), 에티오포르피린-플루오린화 주석 착체(SnF2(Etio I)), 옥타에틸포르피린-염화 백금 착체(PtCl2OEP) 등도 있다.
[화학식 7]
또한 이하의 구조식으로 나타내어지는 2-(바이페닐-4-일)-4,6-비스(12-페닐인돌로[2,3-a]카바졸-11-일)-1,3,5-트라이아진(약칭: PIC-TRZ), 9-(4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진-2-일)-9'-페닐-9H,9'H-3,3'-바이카바졸(약칭: PCCzTzn), 9-[4-(4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진-2-일)페닐]-9'-페닐-9H,9'H-3,3'-바이카바졸(약칭: PCCzPTzn), 2-[4-(10H-페녹사진-10-일)페닐]-4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진(약칭: PXZ-TRZ), 3-[4-(5-페닐-5,10-다이하이드로페나진-10-일)페닐]-4,5-다이페닐-1,2,4-트라이아졸(약칭: PPZ-3TPT), 3-(9,9-다이메틸-9H-아크리딘-10-일)-9H-크산텐-9-온(약칭: ACRXTN), 비스[4-(9,9-다이메틸-9,10-다이하이드로아크리딘)페닐]설폰(약칭: DMAC-DPS), 10-페닐-10H,10'H-스파이로[아크리딘-9,9'-안트라센]-10'-온(약칭: ACRSA) 등의 π전자 과잉형 헤테로 방향족 고리와 π전자 부족형 헤테로 방향족 고리의 한쪽 또는 양쪽을 갖는 헤테로 고리 화합물도 사용할 수 있다. 상기 헤테로 고리 화합물은 π전자 과잉형 헤테로 방향족 고리 및 π전자 부족형 헤테로 방향족 고리를 포함하기 때문에, 전자 수송성 및 정공 수송성이 모두 높아 바람직하다. 이들 중에서도, π전자 부족형 헤테로 방향족 고리를 포함하는 골격 중, 피리딘 골격, 다이아진 골격(피리미딘 골격, 피라진 골격, 피리다진 골격), 및 트라이아진 골격은 안정적이고 신뢰성이 높으므로 바람직하다. 특히, 벤조퓨로피리미딘 골격, 벤조티에노피리미딘 골격, 벤조퓨로피라진 골격, 벤조티에노피라진 골격은 억셉터성이 높고 신뢰성이 높으므로 바람직하다. 또한 π전자 과잉형 헤테로 방향족 고리를 포함하는 골격 중에서도, 아크리딘 골격, 페녹사진 골격, 페노싸이아진 골격, 퓨란 골격, 싸이오펜 골격, 및 피롤 골격은 안정적이고 신뢰성이 높으므로, 상기 골격 중 적어도 하나를 갖는 것이 바람직하다. 또한 퓨란 골격으로서는 다이벤조퓨란 골격이 바람직하고, 싸이오펜 골격으로서는 다이벤조싸이오펜 골격이 바람직하다. 또한 피롤 골격으로서는 인돌 골격, 카바졸 골격, 인돌로카바졸 골격, 바이카바졸 골격, 3-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)-9H-카바졸 골격이 특히 바람직하다. 또한 π전자 과잉형 헤테로 방향족 고리와 π전자 부족형 헤테로 방향족 고리가 직접 결합된 물질은, π전자 과잉형 헤테로 방향족 고리의 전자 공여성과 π전자 부족형 헤테로 방향족 고리의 전자 수용성이 모두 강해지고, S1 준위와 T1 준위의 에너지 차가 작아지기 때문에, 열 활성화 지연 형광을 효율적으로 얻을 수 있어 특히 바람직하다. 또한 π전자 부족형 헤테로 방향족 고리 대신에, 사이아노기와 같은 전자 흡인기가 결합된 방향족 고리를 사용하여도 좋다. 또한 π전자 과잉형 골격으로서 방향족 아민 골격, 페나진 골격 등을 사용할 수 있다. 또한 π전자 부족형 골격으로서 크산텐 골격, 싸이오크산텐다이옥사이드 골격, 옥사다이아졸 골격, 트라이아졸 골격, 이미다졸 골격, 안트라퀴논 골격, 페닐보레인, 보레인트렌 등의 붕소를 포함하는 골격, 벤조나이트릴 또는 사이아노벤젠 등의 나이트릴기 또는 사이아노기를 갖는 방향족 고리, 헤테로 방향족 고리, 벤조페논 등의 카보닐 골격, 포스핀옥사이드 골격, 설폰 골격 등을 사용할 수 있다. 이와 같이, π전자 부족형 헤테로 방향족 고리 및 π전자 과잉형 헤테로 방향족 고리의 적어도 한쪽 대신에 π전자 부족형 골격 및 π전자 과잉형 골격을 사용할 수 있다.
[화학식 8]
또한 TADF 재료는, S1 준위와 T1 준위의 차가 작고, 역 항간 교차에 의하여 에너지를 삼중항 여기 에너지로부터 단일항 여기 에너지로 변환하는 기능을 갖는 재료이다. 그러므로 삼중항 여기 에너지를 미량의 열 에너지에 의하여 단일항 여기 에너지로 업컨버트(역 항간 교차)할 수 있고, 단일항 여기 상태를 효율적으로 생성할 수 있다. 또한 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환할 수 있다.
또한 T1 준위의 지표로서는, 저온(예를 들어 77K 내지 10K)에서 관측되는 인광 스펙트럼을 사용하면 좋다. TADF 재료는, 그 형광 스펙트럼의 단파장 측의 꼬리(tail)에서 접선을 긋고, 그 외삽선의 파장의 에너지를 S1 준위로 하고, 인광 스펙트럼의 단파장 측의 꼬리에서 접선을 긋고, 그 외삽선의 파장의 에너지를 T1 준위로 한 경우에 그 S1과 T1의 차가 0.3eV 이하인 것이 바람직하고, 0.2eV 이하인 것이 더 바람직하다.
또한 본 발명의 일 형태의 발광 디바이스는 발광층에 상기 제 3 물질에 더하여 제 4 물질을 포함하여도 좋다. 제 4 물질은 제 3 물질과 마찬가지로 f-d 전이에 기초한 여기 상태로부터 발광하는 물질보다 밴드 갭이 큰 재료인 것이 바람직하다. 또한 제 4 물질은 캐리어 수송성을 갖는 재료인 것이 바람직하고, f-d 전이에 기초한 여기 상태로부터 발광하는 물질보다 캐리어 수송성이 높은 재료인 것이 더 바람직하다.
또한 제 4 물질은 제 3 물질에서 수송성이 우세한 캐리어와는 다른 캐리어의 수송성이 높은 물질인 것이 바람직하다. 예를 들어 제 3 물질이 전자 수송성보다 정공 수송성이 우세한 물질인 경우, 제 4 물질은 전자 수송성이 높은 물질인 것이 바람직하다. 이와 같이, 제 3 물질과 제 4 물질은 한쪽이 정공 수송성을 갖는 재료이고, 다른 쪽이 전자 수송성을 갖는 재료인 것이 바람직하고, 또한 한쪽이 π전자 과잉형 헤테로 방향족 고리 또는 방향족 아민 골격을 갖는 유기 화합물이고, 다른 쪽이 π전자 부족형 헤테로 방향족 고리를 갖는 유기 화합물인 것이 더 바람직하다.
제 3 물질 및 제 4 물질을 사용하면, 발광층(113)의 수송성의 조정이 용이해지고, 재결합 영역의 제어도 간편해진다. 정공 수송성을 갖는 재료와 전자 수송성을 갖는 재료의 함유량의 중량비는 정공 수송성을 갖는 재료:전자 수송성을 갖는 재료=1:19 내지 19:1로 하면 좋다.
또한 제 3 물질과 제 4 물질은 들뜬 복합체를 형성할 수 있는 조합인 것이 바람직하고, 상기 들뜬 복합체로부터 f-d 전이에 기초한 여기 상태로부터 발광하는 물질로 에너지 이동이 가능한 구성인 것이 더 바람직하다. 들뜬 복합체로부터 f-d 전이에 기초한 여기 상태로부터 발광하는 물질로의 에너지 이동은 제 3 물질과 제 4 물질이 형성하는 들뜬 복합체의 발광 스펙트럼이 f-d 전이에 기초한 여기 상태로부터 발광하는 물질의 흡수 스펙트럼의 가장 장파장에 위치하는 흡수단과 겹치는 구성으로 함으로써, 효율적으로 실현된다.
상기 제 3 물질 또는 제 4 물질로서 사용할 수 있는 정공 수송성을 갖는 재료 및 전자 수송성을 갖는 재료로서는, 예를 들어 아래와 같은 것이 있다.
정공 수송성을 갖는 재료로서는 아민 골격, π전자 과잉형 헤테로 방향족 고리 골격을 갖는 유기 화합물 등이 바람직하다. π전자 과잉형 헤테로 방향족 고리로서는, 아크리딘 골격, 페녹사진 골격, 페노싸이아진 골격, 퓨란 골격, 싸이오펜 골격, 및 피롤 골격 중 적어도 어느 하나를 고리에 포함하는 축합 방향족 고리가 바람직하고, 구체적으로는 카바졸 고리, 다이벤조싸이오펜 고리, 또는 이들에 방향족 고리 또는 헤테로 방향족 고리가 더 축합한 고리가 바람직하다.
이와 같은 정공 수송성을 갖는 유기 화합물로서는, 카바졸 골격, 다이벤조퓨란 골격, 다이벤조싸이오펜 골격, 및 안트라센 골격 중 어느 것을 포함하는 것이 더 바람직하다. 특히 다이벤조퓨란 고리 또는 다이벤조싸이오펜 고리를 포함하는 치환기를 갖는 방향족 아민, 나프탈렌 고리를 포함하는 방향족 모노아민, 또는 9-플루오렌일기가 아릴렌기를 통하여 아민의 질소와 결합되는 방향족 모노아민이어도 좋다. 또한 이들 정공 수송성을 갖는 유기 화합물이 N,N-비스(4-바이페닐)아미노기를 갖는 물질이면, 수명이 긴 발광 디바이스를 제작할 수 있어 바람직하다.
이와 같은 유기 화합물로서는, 예를 들어 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: NPB), N,N'-다이페닐-N,N'-비스(3-메틸페닐)-4,4'-다이아미노바이페닐(약칭: TPD), N,N'-비스(9,9'-스파이로바이[9H-플루오렌]-2-일)-N,N'-다이페닐-4,4'-다이아미노바이페닐(약칭: BSPB), 4-페닐-4'-(9-페닐플루오렌-9-일)트라이페닐아민(약칭: BPAFLP), 4-페닐-3'-(9-페닐플루오렌-9-일)트라이페닐아민(약칭: mBPAFLP), 4-페닐-4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBA1BP), 4,4'-다이페닐-4''-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBBi1BP), 4-(1-나프틸)-4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBANB), 4,4'-다이(1-나프틸)-4''-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBNBB), 9,9-다이메틸-N-페닐-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]플루오렌-2-아민(약칭: PCBAF), N-페닐-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-9,9'-스파이로바이[9H-플루오렌]-2-아민(약칭: PCBASF) 등의 방향족 아민 골격을 갖는 화합물, 1,3-비스(N-카바졸릴)벤젠(약칭: mCP), 4,4'-다이(N-카바졸릴)바이페닐(약칭: CBP), 3,6-비스(3,5-다이페닐페닐)-9-페닐카바졸(약칭: CzTP), 3,3'-비스(9-페닐-9H-카바졸)(약칭: PCCP), 9-[3-(트라이페닐실릴)페닐]-3,9'-바이-9H-카바졸(약칭: PSiCzCz), 9'-페닐-9'H-9,3':6',9''-터카바졸(약칭: PhCzGI), 12-[3-(9H-카바졸-9-일)페닐]-5,12-다이하이드로-5-페닐-인돌로[3,2-a]카바졸(약칭: mCzPICz) 등의 카바졸 골격을 갖는 화합물, 4,4',4''-(벤젠-1,3,5-트라이일)트라이(다이벤조싸이오펜)(약칭: DBT3P-II), 2,8-다이페닐-4-[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]다이벤조싸이오펜(약칭: DBTFLP-III), 4-[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]-6-페닐다이벤조싸이오펜(약칭: DBTFLP-IV) 등의 싸이오펜 골격을 갖는 화합물, 4,4',4''-(벤젠-1,3,5-트라이일)트라이(다이벤조퓨란)(약칭: DBF3P-II), 4-{3-[3-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]페닐}다이벤조퓨란(약칭: mmDBFFLBi-II) 등의 퓨란 골격을 갖는 화합물이 있다. 상술한 것 중에서도 방향족 아민 골격을 갖는 화합물, 카바졸 골격을 갖는 화합물은, 신뢰성이 높고 정공 수송성이 높아 구동 전압 저감에도 기여하기 때문에 바람직하다.
전자 수송성을 갖는 재료로서는 예를 들어 비스(10-하이드록시벤조[h]퀴놀리네이토)베릴륨(II)(약칭: BeBq2), 비스(2-메틸-8-퀴놀리놀레이토)(4-페닐페놀레이토)알루미늄(III)(약칭: BAlq), 비스(8-퀴놀리놀레이토)아연(II)(약칭: Znq), 비스[2-(2-벤즈옥사졸릴)페놀레이토]아연(II)(약칭: ZnPBO), 비스[2-(2-벤조싸이아졸릴)페놀레이토]아연(II)(약칭: ZnBTZ) 등의 금속 착체, π전자 부족형 헤테로 방향족 고리 골격을 갖는 유기 화합물이 바람직하다. π전자 부족형 헤테로 방향족 고리 골격을 갖는 유기 화합물로서는 예를 들어, 폴리아졸 골격을 갖는 헤테로 방향족 고리를 포함하는 유기 화합물, 피리딘 골격을 갖는 헤테로 방향족 고리를 포함하는 유기 화합물, 다이아진 골격을 갖는 헤테로 방향족 고리를 포함하는 유기 화합물 및 트라이아진 골격을 갖는 헤테로 방향족 고리를 포함하는 유기 화합물이 있다.
상술한 것 중에서도 다이아진 골격(피리미딘 골격, 피라진 골격, 피리다진 골격)을 갖는 헤테로 방향족 고리를 포함하는 유기 화합물, 피리딘 골격을 갖는 헤테로 방향족 고리를 포함하는 유기 화합물, 트라이아진 골격을 갖는 헤테로 방향족 고리를 포함하는 유기 화합물은 신뢰성이 높기 때문에 바람직하다. 특히, 다이아진(피리미딘 또는 피라진) 골격을 갖는 헤테로 방향족 고리를 포함하는 유기 화합물, 트라이아진 골격을 갖는 헤테로 방향족 고리를 포함하는 유기 화합물은 전자 수송성이 높고, 구동 전압 저감에도 기여한다. 또한 벤조퓨로피리미딘 골격, 벤조티에노피리미딘 골격, 벤조퓨로피라진 골격, 벤조티에노피라진 골격은 억셉터성이 높고 신뢰성이 높으므로 바람직하다.
π전자 부족형 헤테로 방향족 고리 골격을 갖는 유기 화합물로서는 예를 들어, 2-(4-바이페닐릴)-5-(4-tert-뷰틸페닐)-1,3,4-옥사다이아졸(약칭: PBD), 3-(4-바이페닐릴)-4-페닐-5-(4-tert-뷰틸페닐)-1,2,4-트라이아졸(약칭: TAZ), 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), 2,2',2''-(1,3,5-벤젠트라이일)트리스(1-페닐-1H-벤즈이미다졸)(약칭: TPBI), 2-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]-1-페닐-1H-벤즈이미다졸(약칭: mDBTBIm-II) 등의 폴리아졸 골격을 갖는 헤테로 고리 화합물, 2-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mDBTPDBq-II), 2-[3'-(다이벤조싸이오펜-4-일)바이페닐-3-일]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mDBTBPDBq-II), 2-[3'-(9H-카바졸-9-일)바이페닐-3-일]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mCzBPDBq), 4,6-비스[3-(페난트렌-9-일)페닐]피리미딘(약칭: 4,6mPnP2Pm), 4,6-비스[3-(4-다이벤조싸이엔일)페닐]피리미딘(약칭: 4,6mDBTP2Pm-II), 9,9'-[피리미딘-4,6-다이일비스(바이페닐-3,3'-다이일)]비스(9H-카바졸)(약칭: 4,6mCzBP2Pm), 6-(바이페닐-3-일)-4-[3,5-비스(9H-카바졸-9-일)페닐]-2-페닐피리미딘(약칭: 6mBP-4Cz2PPm), 4-[3,5-비스(9H-카바졸-9-일)페닐]-2-페닐-6-(바이페닐-4-일)피리미딘(약칭: 6BP-4Cz2PPm) 등의 다이아진 골격을 갖는 헤테로 고리 화합물, 2-[3'-(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)바이페닐-3-일]-4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진(약칭: mFBPTzn), 2-(바이페닐-4-일)-4-페닐-6-(9,9'-스파이로바이[9H-플루오렌]-2-일)-1,3,5-트라이아진(약칭: BP-SFTzn), 2-{3-[3-(벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란-8-일)페닐]페닐}-4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진(약칭: mBnfBPTzn), 2-{3-[3-(벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란-6-일)페닐]페닐}-4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진(약칭: mBnfBPTzn-02), 2-(바이페닐-4-일)-4-페닐-6-(9,9'-스파이로바이[9H-플루오렌]-2-일)-1,3,5-트라이아진(약칭: BPSFTzn), 3-[9-(4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진-2-일)-2-다이벤조퓨란일]-9-페닐-9H-카바졸(약칭: PCDBfTzn), 2-(바이페닐-3-일-4-페닐-6-{8-[(1,1':4',1''-터페닐)-4-일]-1-다이벤조퓨란일}-1,3,5-트라이아진(약칭: mBP-TPDBfTzn), 2-{3-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]페닐}-4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진(약칭: mDBtBPTzn), 9,9'-{6-[3-(트라이페닐실릴)페닐]-1,3,5-트라이아진-2,4-다이일}비스(9H-카바졸)(약칭: SiTrzCz2), 2,4,6-트리스(9H-카바졸-9-일)-1,3,5-트라이아진(약칭: CzT), 9-{3-[3-(4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진-2-일)페닐]페닐}-9H-카바졸(약칭: mCzBPTzn), 9'-[4-(4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진-2-일)페닐]-9,3':6',9''-트라이-9H-카바졸(약칭: BCC-TPTA), 9,9'-[5-(4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진-2-일)-1,3-페닐렌]비스(9H-카바졸)(약칭: DCzTrz), 3,6-비스(다이페닐아미노)-9-[4-(4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진-2-일)페닐]-9H-카바졸(약칭: DACT-II), 9-[5'-(4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진-2-일)(1,1':3',1''-터페닐)-2'-일]-3,6-다이페닐-9H-카바졸(약칭: DPhCzmTPTzn) 등의 트라이아진 골격을 갖는 헤테로 고리 화합물, 3,5-비스[3-(9H-카바졸-9-일)페닐]피리딘(약칭: 35DCzPPy), 1,3,5-트라이[(3-피리딜)-페닐-3-일]벤젠(약칭: TmPyPB) 등의 피리딘 골격을 갖는 헤테로 고리 화합물이 있다. 상술한 것 중에서도 다이아진 골격을 갖는 헤테로 고리 화합물, 트라이아진 골격을 갖는 헤테로 고리 화합물, 피리딘 골격을 갖는 헤테로 고리 화합물은 신뢰성이 높으므로 바람직하다. 특히, 다이아진(피리미딘, 피라진 등) 골격을 갖는 헤테로 고리 화합물은 전자 수송성이 높아 구동 전압 저감에도 기여한다.
또한 제 3 물질 또는 제 4 물질로서 TADF 재료도 사용할 수 있다.
또한 제 3 물질 및 제 4 물질이 들뜬 복합체를 형성하여도 좋다. 상기 들뜬 복합체는 발광 도펀트의 가장 낮은 에너지 측의 흡수대의 파장과 겹치는 발광을 나타내는 들뜬 복합체를 형성하는 조합을 선택함으로써, 에너지 이동이 원활하게 수행되어 발광을 효율적으로 얻을 수 있어 바람직하다. 또한 상기 구성을 사용함으로써, 구동 전압도 저하되기 때문에 바람직하다.
또한 들뜬 복합체는 S1 준위와 T1 준위의 차가 매우 작고, 삼중항 여기 에너지를 단일항 여기 에너지로 변환할 수 있는 TADF 재료로서의 기능도 갖는다.
들뜬 복합체를 효율적으로 형성하는 재료의 조합으로서는, 정공 수송성을 갖는 재료의 HOMO 준위가 전자 수송성을 갖는 재료의 HOMO 준위 이상인 것이 바람직하다. 또한 정공 수송성을 갖는 재료의 LUMO 준위가 전자 수송성을 갖는 재료의 LUMO 준위 이상인 것이 바람직하다. 또한 재료의 LUMO 준위 및 HOMO 준위는 사이클릭 볼타메트리(CV) 측정에 의하여 측정되는 재료의 전기 화학 특성(환원 전위 및 산화 전위)에서 도출할 수 있다.
또한 들뜬 복합체의 형성은, 예를 들어 정공 수송성을 갖는 재료의 발광 스펙트럼, 전자 수송성을 갖는 재료의 발광 스펙트럼, 및 이들 재료를 혼합한 혼합막의 발광 스펙트럼을 비교하여, 혼합막의 발광 스펙트럼이 각 재료의 발광 스펙트럼보다 장파장 측으로 시프트하는(또는 장파장 측에 새로운 피크를 갖는) 현상을 관측함으로써 확인할 수 있다. 또는 정공 수송성을 갖는 재료의 과도 포토루미네선스(PL), 전자 수송성을 갖는 재료의 과도 PL, 및 이들 재료를 혼합한 혼합막의 과도 PL을 비교하여, 혼합막의 과도 PL 수명이 각 재료의 과도 PL 수명보다 장수명 성분을 갖거나 지연 성분의 비율이 커지는 등의 과도 응답의 차이를 관측함으로써 확인할 수 있다. 또한 상술한 과도 PL을 과도 일렉트로루미네선스(EL)로 바꿔 읽어도 된다. 즉, 정공 수송성을 갖는 재료의 과도 EL, 전자 수송성을 갖는 재료의 과도 EL, 및 이들 혼합막의 과도 EL을 비교하여 과도 응답의 차이를 관측하는 것에 의해서도 들뜬 복합체의 형성을 확인할 수 있다.
전자 수송층(114)은 전자 수송성을 갖는 물질을 포함하는 층이다. 전자 수송성을 갖는 물질로서는, 상기 호스트 재료에 사용할 수 있는 전자 수송성을 갖는 물질로서 예를 든 것을 사용할 수 있다.
또한 전자 수송층은 전자 수송성을 갖는 재료와, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속의 단체, 화합물, 또는 착체를 포함하는 것이 바람직하다. 또한 전자 수송층(114)은 전계 강도[V/cm]의 제곱근이 600일 때의 전자 이동도가 1×10-7cm2/Vs 이상 5×10-5cm2/Vs 이하인 것이 바람직하다. 전자 수송층(114)에서의 전자 수송성을 저하시킴으로써, 발광층으로의 전자의 주입량을 제어할 수 있기 때문에, 발광층이 전자 과다 상태가 되는 것을 방지할 수 있다. 이 구성은, 정공 주입층을 복합 재료로서 형성하고, 상기 복합 재료에서의 정공 수송성을 갖는 재료의 HOMO 준위가 -5.7eV 이상 -5.4eV 이하로 비교적 깊은 경우에 수명이 길어지기 때문에 특히 바람직하다. 또한 이 경우, 전자 수송성을 갖는 재료는, HOMO 준위가 -6.0eV 이상인 것이 바람직하다. 또한 상기 전자 수송성을 갖는 재료는 안트라센 골격을 갖는 유기 화합물인 것이 바람직하고, 안트라센 골격과 헤테로 고리 골격의 양쪽을 갖는 유기 화합물인 것이 더 바람직하다. 상기 헤테로 고리 골격으로서는, 질소 함유 5원자 고리 골격 또는 질소 함유 6원자 고리 골격이 바람직하고, 이들 헤테로 고리 골격으로서는 피라졸 고리, 이미다졸 고리, 옥사졸 고리, 싸이아졸 고리, 피라진 고리, 피리미딘 고리, 피리다진 고리 등과 같이 2개의 헤테로 원자를 고리에 포함하는 질소 함유 5원자 고리 골격 또는 질소 함유 6원자 고리 골격이 특히 바람직하다. 또한 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속의 단체, 화합물, 또는 착체는 8-하이드록시퀴놀리네이토 구조를 갖는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 예를 들어 8-하이드록시퀴놀리네이토-리튬(약칭: Liq), 8-하이드록시퀴놀리네이토-소듐(약칭: Naq) 등이 있다. 특히 1가의 금속 이온의 착체, 그 중에서도 리튬의 착체가 바람직하고, Liq가 더 바람직하다. 또한 8-하이드록시퀴놀리네이토 구조를 갖는 경우, 그 메틸 치환체(예를 들어 2-메틸 치환체 또는 5-메틸 치환체) 등을 사용할 수도 있다. 또한 전자 수송층에서 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속의 단체, 화합물, 또는 착체는 그 두께 방향에서 농도의 차이(0인 경우도 포함하는)가 존재하는 것이 바람직하다.
전자 수송층(114)과 음극 사이에는 전자 주입층(115)으로서 플루오린화 리튬(LiF), 플루오린화 세슘(CsF), 플루오린화 칼슘(CaF2), 8-하이드록시퀴놀리네이토-리튬(약칭: Liq) 등의 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속, 혹은 이들의 화합물을 포함한 층을 제공하여도 좋다. 전자 주입층(115)으로서는 전자 수송성을 갖는 물질로 이루어지는 층 내에 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속, 혹은 이들의 화합물을 포함시킨 것, 또는 전자화물을 사용하여도 좋다. 전자화물로서는, 예를 들어 칼슘과 알루미늄의 혼합 산화물에 전자를 고농도로 첨가한 물질 등이 있다.
또한 전자 주입층(115)으로서, 전자 수송성을 갖는 물질(바람직하게는 바이피리딘 골격을 갖는 유기 화합물)에 상기 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속의 플루오린화물을 미결정 상태가 되는 농도 이상(50wt% 이상) 포함시킨 층을 사용할 수도 있다. 상기 층은 굴절률이 낮기 때문에, 외부 양자 효율이 더 높은 발광 디바이스를 제공할 수 있다.
또한 전자 주입층(115) 대신에 전하 발생층(116)을 제공하여도 좋다(도 2의 (B) 참조). 전하 발생층(116)은 전위를 인가함으로써 상기 층의 음극 측과 접하는 층에 정공을, 양극 측과 접하는 층에 전자를 주입할 수 있는 층을 말한다. 전하 발생층(116)에는 적어도 P형층(117)이 포함된다. P형층(117)은 상술한 정공 주입층(111)을 구성할 수 있는 재료로서 열거한 복합 재료를 사용하여 형성되는 것이 바람직하다. 또한 P형층(117)은 복합 재료를 구성하는 재료로서 상술한 억셉터 재료를 포함하는 막과 정공 수송성 재료를 포함하는 막을 적층하여 구성되어도 좋다. P형층(117)에 전위를 인가함으로써, 전자 수송층(114)에 전자가, 음극에 정공이 주입되어, 발광 디바이스가 동작한다.
또한 전하 발생층(116)에는 P형층(117) 외에, 전자 릴레이층(118) 및 전자 주입 버퍼층(119) 중 어느 한쪽 또는 양쪽 모두가 제공되는 것이 바람직하다.
전자 릴레이층(118)은 적어도 전자 수송성을 갖는 물질을 포함하고, 전자 주입 버퍼층(119)과 P형층(117)의 상호 작용을 방지하여 전자를 원활하게 수송하는 기능을 갖는다. 전자 릴레이층(118)에 포함되는 전자 수송성을 갖는 물질의 LUMO 준위는 P형층(117)에서의 억셉터성 물질의 LUMO 준위와, 전자 수송층(114)에서의 전하 발생층(116)과 접하는 층에 포함되는 물질의 LUMO 준위 사이인 것이 바람직하다. 전자 릴레이층(118)에 사용되는 전자 수송성을 갖는 물질에서의 LUMO 준위의 구체적인 에너지 준위는 -5.0eV 이상, 바람직하게는 -5.0eV 이상 -3.0eV 이하인 것이 좋다. 또한 전자 릴레이층(118)에 사용되는 전자 수송성을 갖는 물질로서는 프탈로사이아닌계 재료 또는 금속-산소 결합과 방향족 배위자를 갖는 금속 착체를 사용하는 것이 바람직하다.
전자 주입 버퍼층(119)에는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 희토류 금속, 및 이들의 화합물(알칼리 금속 화합물(산화 리튬 등의 산화물, 할로젠화물, 탄산 리튬, 탄산 세슘 등의 탄산염을 포함함), 알칼리 토금속 화합물(산화물, 할로젠화물, 탄산염을 포함함), 또는 희토류 금속의 화합물(산화물, 할로젠화물, 탄산염을 포함함)) 등 전자 주입성이 높은 물질을 사용할 수 있다.
또한 전자 주입 버퍼층(119)이 전자 수송성을 갖는 물질과 도너성 물질을 포함하여 형성되는 경우에는, 도너성 물질로서 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 희토류 금속, 및 이들의 화합물(알칼리 금속 화합물(산화 리튬 등의 산화물, 할로젠화물, 탄산 리튬, 탄산 세슘 등의 탄산염을 포함함), 알칼리 토금속 화합물(산화물, 할로젠화물, 탄산염을 포함함), 또는 희토류 금속의 화합물(산화물, 할로젠화물, 탄산염을 포함함))을 사용할 수 있고, 이 외에도 테트라싸이아나프타센(약칭: TTN), 니켈로센, 데카메틸니켈로센 등의 유기 화합물을 사용할 수도 있다. 또한 전자 수송성을 갖는 물질로서는, 상술한 전자 수송층(114)을 구성하는 재료와 같은 재료를 사용할 수 있다.
음극을 형성하는 물질로서는, 일함수가 작은(구체적으로는 3.8eV 이하) 금속, 합금, 전기 전도성 화합물, 및 이들의 혼합물 등을 사용할 수 있다. 이와 같은 음극 재료의 구체적인 예로서는, 리튬(Li), 세슘(Cs) 등의 알칼리 금속, 및 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr) 등의 주기율표의 1족 또는 2족에 속하는 원소, 및 이들을 포함하는 합금(MgAg, AlLi), 유로퓸(Eu), 이터븀(Yb) 등의 희토류 금속, 및 이들을 포함하는 합금 등을 들 수 있다. 다만 음극과 전자 수송층 사이에 전자 주입층을 제공함으로써, 일함수의 크기에 상관없이 Al, Ag, ITO, 실리콘, 또는 산화 실리콘을 함유하는 산화 인듐-산화 주석 등 다양한 도전성 재료를 음극에 사용할 수 있다. 이들 도전성 재료는 진공 증착법, 스퍼터링법 등의 건식법, 잉크젯법, 스핀 코팅법 등을 사용하여 성막할 수 있다. 또한 졸-겔법을 사용하여 습식법으로 형성하여도 좋고, 금속 재료의 페이스트를 사용하여 습식법으로 형성하여도 좋다.
또한 유기 화합물층(103)의 형성 방법으로서는 건식법, 습식법을 불문하고 다양한 방법을 사용할 수 있다. 예를 들어 진공 증착법, 그라비어 인쇄법, 오프셋 인쇄법, 스크린 인쇄법, 잉크젯법, 또는 스핀 코팅법 등을 사용하여도 좋다.
또한 상술한 각 전극 또는 각 층을 상이한 성막 방법에 의하여 형성하여도 좋다.
또한 제 1 전극(101)과 제 2 전극(102) 사이에 제공되는 층의 구성은 상술한 것에 한정되지 않는다. 다만 발광 영역과, 전극 또는 캐리어 주입층에 사용되는 금속이 근접하여 일어나는 소광이 억제되도록, 제 1 전극(101) 및 제 2 전극(102)에서 떨어진 곳에 정공과 전자가 재결합되는 발광 영역을 제공하는 구성이 바람직하다.
또한 발광층(113)과 접하는 정공 수송층, 전자 수송층, 특히 발광층(113)에서의 재결합 영역에 가까운 캐리어 수송층은, 발광층에서 생성된 여기자로부터의 에너지 이동을 억제하기 위하여, 발광층을 구성하는 발광 물질 또는 발광층에 포함되는 발광 도펀트가 갖는 밴드 갭보다 큰 밴드 갭을 갖는 물질로 구성되는 것이 바람직하다.
다음으로, 복수의 발광 유닛이 적층된 구성을 갖는 발광 디바이스(적층형 소자, 탠덤형 소자라고도 함)의 형태에 대하여 도 2의 (C)를 참조하여 설명한다. 이 발광 디바이스는 양극과 음극 사이에 복수의 발광 유닛을 포함하는 발광 디바이스이다. 하나의 발광 유닛은 도 2의 (A)에 나타낸 유기 화합물층(103)과 비슷한 구성을 갖는다. 즉, 도 2의 (C)에 나타낸 발광 디바이스는 복수의 발광 유닛을 포함하는 발광 디바이스이고, 도 2의 (A) 또는 (B)에 나타낸 발광 디바이스는 하나의 발광 유닛을 포함하는 발광 디바이스라고 할 수 있다.
도 2의 (C)에서, 제 1 전극(501)과 제 2 전극(502) 사이에는 제 1 발광 유닛(511)과 제 2 발광 유닛(512)이 적층되어 있고, 제 1 발광 유닛(511)과 제 2 발광 유닛(512) 사이에는 전하 발생층(513)이 제공되어 있다. 제 1 전극(501)과 제 2 전극(502)은 각각 도 2의 (A)에서의 제 1 전극(101)과 제 2 전극(102)에 상당하고, 도 2의 (A)의 설명에서 기재한 것과 같은 것을 적용할 수 있다. 또한 제 1 발광 유닛(511)과 제 2 발광 유닛(512)의 구성은 같아도 좋고 달라도 좋다.
전하 발생층(513)은, 제 1 전극(501)과 제 2 전극(502)에 전압이 인가되었을 때 한쪽 발광 유닛에 전자를 주입하고 다른 쪽 발광 유닛에 정공을 주입하는 기능을 갖는다. 즉, 도 2의 (C)에서, 양극의 전위가 음극의 전위보다 높아지도록 전압이 인가된 경우, 전하 발생층(513)은 제 1 발광 유닛(511)에 전자를 주입하고 제 2 발광 유닛(512)에 정공을 주입하는 것이면 좋다.
전하 발생층(513)은 도 2의 (B)에서 설명한 전하 발생층(116)과 같은 구성으로 형성되는 것이 바람직하다. 유기 화합물과 금속 산화물의 복합 재료는 캐리어 주입성, 캐리어 수송성이 높기 때문에, 저전압 구동, 저전류 구동을 실현할 수 있다. 또한 발광 유닛의 양극 측의 면이 전하 발생층(513)과 접하는 경우에는, 전하 발생층(513)이 발광 유닛의 정공 주입층으로서의 역할도 할 수 있기 때문에, 이 발광 유닛에는 정공 주입층을 제공하지 않아도 된다.
또한 전하 발생층(513)에 전자 주입 버퍼층(119)을 제공하는 경우에는, 이 전자 주입 버퍼층(119)이 양극 측의 발광 유닛에서의 전자 주입층으로서의 역할을 하기 때문에, 양극 측의 발광 유닛에는 전자 주입층을 반드시 형성할 필요는 없다.
도 2의 (C)에서는 2개의 발광 유닛을 포함하는 발광 디바이스에 대하여 설명하였지만, 3개 이상의 발광 유닛을 적층한 발광 디바이스에 대해서도 마찬가지로 적용할 수 있다. 본 실시형태에 따른 발광 디바이스와 같이, 한 쌍의 전극 사이에 복수의 발광 유닛을 전하 발생층(513)으로 칸막이하여 배치함으로써, 전류 밀도를 낮게 유지하면서 고휘도 발광을 가능하게 하고 수명이 더 긴 소자를 실현할 수 있다.
또한 각 발광 유닛의 발광색을 다르게 함으로써, 발광 디바이스 전체로 원하는 색의 발광을 얻을 수 있다. 예를 들어, 2개의 발광 유닛을 포함하는 발광 디바이스에서, 제 1 발광 유닛으로 적색과 녹색의 발광색을, 제 2 발광 유닛으로 청색의 발광색을 얻음으로써, 발광 디바이스 전체로 백색 발광하는 발광 디바이스를 얻을 수도 있다.
또한 상술한 유기 화합물층(103), 제 1 발광 유닛(511), 제 2 발광 유닛(512), 전하 발생층 등의 각 층, 및 전극은 예를 들어 증착법(진공 증착법을 포함함), 액적 토출법(잉크젯법이라고도 함), 도포법, 그라비어 인쇄법 등의 방법을 사용하여 형성할 수 있다. 또한 이들은 저분자 재료, 중분자 재료(올리고머, 덴드리머를 포함함), 또는 고분자 재료를 포함하여도 좋다.
(실시형태 3)
본 실시형태에서는, 실시형태 1 및 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스를 사용한 표시 장치에 대하여 설명한다.
본 실시형태에서는, 실시형태 1 및 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스를 사용하여 제작한 표시 장치에 대하여 도 3을 참조하여 설명한다. 또한 도 3의 (A)는 표시 장치를 나타낸 상면도이고, 도 3의 (B)는 도 3의 (A)를 선 A-B 및 선 C-D를 따라 취한 단면도이다. 이 표시 장치는 발광 디바이스의 발광을 제어하는 것으로서, 점선으로 나타낸 구동 회로부(소스선 구동 회로)(601), 화소부(602), 구동 회로부(게이트선 구동 회로)(603)를 포함한다. 또한 604는 밀봉 기판을, 605는 실재를 나타내고, 실재(605)로 둘러싸인 내측은 공간(607)이 되어 있다.
또한 리드 배선(608)은 소스선 구동 회로(601) 및 게이트선 구동 회로(603)에 입력되는 신호를 전송(傳送)하기 위한 배선이고, 외부 입력 단자가 되는 FPC(flexible printed circuit)(609)로부터 비디오 신호, 클럭 신호, 스타트 신호, 리셋 신호 등을 받는다. 또한 여기서는 FPC만을 도시하였지만, 이 FPC에 인쇄 배선 기판(PWB)이 장착되어도 좋다. 본 명세서에서의 표시 장치의 범주에는, 표시 장치 본체뿐만 아니라, 이에 FPC 또는 PWB가 장착된 것도 포함되는 것으로 한다.
다음으로, 단면 구조에 대하여 도 3의 (B)를 참조하여 설명한다. 소자 기판(610) 위에는 구동 회로부 및 화소부가 형성되어 있지만, 여기서는 구동 회로부인 소스선 구동 회로(601)와, 화소부(602) 내의 하나의 화소를 도시하였다.
소자 기판(610)은 유리, 석영, 유기 수지, 금속, 합금, 반도체 등으로 이루어지는 기판 외에, FRP(Fiber Reinforced Plastics), PVF(폴리바이닐플루오라이드), 폴리에스터, 또는 아크릴 수지 등으로 이루어지는 플라스틱 기판을 사용하여 제작하면 좋다.
화소 및 구동 회로에 사용되는 트랜지스터의 구조는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 역 스태거형 트랜지스터로 하여도 좋고, 스태거형 트랜지스터로 하여도 좋다. 또한 톱 게이트형 트랜지스터로 하여도 좋고, 보텀 게이트형 트랜지스터로 하여도 좋다. 트랜지스터에 사용되는 반도체 재료는 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 실리콘, 저마늄, 탄소화 실리콘, 질화 갈륨 등을 사용할 수 있다. 또는 In-Ga-Zn계 금속 산화물 등 인듐, 갈륨, 및 아연 중 적어도 하나를 포함한 산화물 반도체를 사용하여도 좋다.
트랜지스터에 사용되는 반도체 재료의 결정성에 대해서도 특별히 한정되지 않고, 비정질 반도체, 결정성을 갖는 반도체(미결정 반도체, 다결정 반도체, 단결정 반도체, 또는 일부에 결정 영역을 갖는 반도체) 중 어느 것을 사용하여도 좋다. 결정성을 갖는 반도체를 사용하면, 트랜지스터 특성의 열화를 억제할 수 있으므로 바람직하다.
여기서, 상기 화소 및 구동 회로에 제공되는 트랜지스터 외에, 후술하는 터치 센서 등에 사용되는 트랜지스터 등의 반도체 장치에는 산화물 반도체를 적용하는 것이 바람직하다. 특히 실리콘보다 밴드 갭이 넓은 산화물 반도체를 적용하는 것이 바람직하다. 실리콘보다 밴드 갭이 넓은 산화물 반도체를 사용함으로써, 트랜지스터의 오프 상태에서의 전류를 저감할 수 있다.
상기 산화물 반도체는 적어도 인듐(In) 또는 아연(Zn)을 포함하는 것이 바람직하다. 또한 In-M-Zn계 산화물(M은 Al, Ti, Ga, Ge, Y, Zr, Sn, La, Ce, 또는 Hf 등의 금속)로 표기되는 산화물을 포함하는 산화물 반도체인 것이 더 바람직하다.
특히, 반도체층으로서는, 복수의 결정부를 포함하고, 상기 결정부는 c축이 반도체층의 피형성면 또는 반도체층의 상면에 대하여 수직으로 배향되고, 또한 인접한 결정부들 사이에 입계를 갖지 않는 산화물 반도체막을 사용하는 것이 바람직하다.
반도체층으로서 이와 같은 재료를 사용함으로써, 전기 특성의 변동이 억제되어 신뢰성이 높은 트랜지스터를 실현할 수 있다.
또한 상술한 반도체층을 포함하는 트랜지스터는 오프 전류가 낮기 때문에, 트랜지스터를 통하여 용량 소자에 축적된 전하가 장기간에 걸쳐 유지될 수 있다. 이와 같은 트랜지스터를 화소에 적용함으로써, 각 표시 영역에 표시된 화상의 계조를 유지하면서 구동 회로를 정지할 수도 있다. 이 결과, 소비 전력이 매우 저감된 전자 기기를 실현할 수 있다.
트랜지스터의 특성 안정화 등을 위하여 하지막을 제공하는 것이 바람직하다. 하지막으로서는 산화 실리콘막, 질화 실리콘막, 산화질화 실리콘막, 질화산화 실리콘막 등의 무기 절연막을 사용하고, 단층으로 또는 적층하여 제작할 수 있다. 하지막은 스퍼터링법, CVD(Chemical Vapor Deposition)법(플라스마 CVD법, 열 CVD법, MOCVD(Metal Organic CVD)법 등), ALD(Atomic Layer Deposition)법, 도포법, 인쇄법 등을 사용하여 형성할 수 있다. 또한 하지막은 필요에 따라 제공하면 된다.
또한 FET(623)는 구동 회로부(601)에 형성되는 트랜지스터 중 하나를 도시한 것이다. 또한 구동 회로는 다양한 CMOS 회로, PMOS 회로, 또는 NMOS 회로로 형성되면 좋다. 또한 본 실시형태에서는, 기판 위에 구동 회로를 형성한 드라이버 일체형에 대하여 설명하지만, 반드시 그럴 필요는 없고 구동 회로를 기판 위가 아니라 외부에 형성할 수도 있다.
또한 화소부(602)는 스위칭용 FET(611), 전류 제어용 FET(612), 및 전류 제어용 FET(612)의 드레인에 전기적으로 접속된 제 1 전극(613)을 포함하는 복수의 화소로 형성되어 있지만, 이에 한정되지 않고 3개 이상의 FET와, 용량 소자를 조합한 화소부로 하여도 좋다.
또한 제 1 전극(613)의 단부를 덮어 절연물(614)이 형성되어 있다. 여기서는, 포지티브형 감광성 아크릴 수지막을 사용함으로써 절연물(614)을 형성할 수 있다.
또한 나중에 형성하는 유기 화합물층 등의 피복성을 높이기 위하여, 절연물(614)의 상단부 또는 하단부에 곡률을 갖는 곡면이 형성되도록 한다. 예를 들어, 절연물(614)의 재료로서 포지티브형 감광성 아크릴 수지를 사용한 경우에는, 절연물(614)의 상단부에만 곡률 반경(0.2μm 내지 3μm)을 갖는 곡면을 갖도록 하는 것이 바람직하다. 또한 절연물(614)로서는, 네거티브형 감광성 수지 및 포지티브형 감광성 수지 중 어느 쪽을 사용할 수도 있다.
제 1 전극(613) 위에는 유기 화합물층(616) 및 제 2 전극(617)이 각각 형성되어 있다. 여기서, 양극으로서 기능하는 제 1 전극(613)에 사용하는 재료는 일함수가 큰 것이 바람직하다. 예를 들어 ITO막, 실리콘을 포함한 인듐 주석 산화물막, 2wt% 내지 20wt%의 산화 아연을 포함한 산화 인듐막, 질화 타이타늄막, 크로뮴막, 텅스텐막, Zn막, Pt막 등의 단층막 외에, 질화 타이타늄막과 알루미늄을 주성분으로서 포함하는 막의 적층, 질화 타이타늄막과 알루미늄을 주성분으로서 포함하는 막과 질화 타이타늄막의 3층 구조 등을 사용할 수 있다. 또한 적층 구조로 하면, 배선으로서의 저항도 낮고, 양호한 옴 접촉(ohmic contact)이 얻어지며, 양극으로서 기능시킬 수 있다.
또한 유기 화합물층(616)은 증착 마스크를 사용한 증착법, 잉크젯법, 스핀 코팅법 등의 다양한 방법으로 형성된다. 유기 화합물층(616)은 실시형태 1 및 실시형태 2에서 설명한 구성을 갖는다. 또한 유기 화합물층(616)을 구성하는 다른 재료로서는, 저분자 화합물 또는 고분자 화합물(올리고머, 덴드리머를 포함함)을 사용하여도 좋다.
또한 유기 화합물층(616) 위에 형성되고 음극으로서 기능하는 제 2 전극(617)에 사용하는 재료로서는, 일함수가 작은 재료(Al, Mg, Li, Ca, 또는 이들의 합금 및 화합물(MgAg, MgIn, AlLi 등) 등)를 사용하는 것이 바람직하다. 또한 유기 화합물층(616)에서 생긴 광이 제 2 전극(617)을 투과하는 경우에는, 제 2 전극(617)으로서 막 두께가 얇은 금속 박막과, 투명 도전막(ITO, 2wt% 내지 20wt%의 산화 아연을 포함한 산화 인듐, 실리콘을 포함한 인듐 주석 산화물, 산화 아연(ZnO) 등)의 적층을 사용하는 것이 바람직하다.
또한 제 1 전극(613), 유기 화합물층(616), 및 제 2 전극(617)으로 발광 디바이스가 형성되어 있다. 이 발광 디바이스는 실시형태 1 및 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스이다. 또한 화소부는 복수의 발광 디바이스를 포함하지만, 본 실시형태의 표시 장치에서는, 실시형태 1 및 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스와, 이와 다른 구성을 갖는 발광 디바이스의 양쪽이 포함되어도 좋다.
또한 실재(605)로 밀봉 기판(604)과 소자 기판(610)을 접합함으로써, 소자 기판(610), 밀봉 기판(604), 및 실재(605)로 둘러싸인 공간(607)에 발광 디바이스(618)가 제공된 구조가 된다. 또한 공간(607)에는 충전재가 충전되어 있고, 불활성 가스(질소, 아르곤 등)가 충전되는 경우 외에, 실재로 충전되는 경우가 있다. 밀봉 기판에 오목부를 형성하고 거기에 건조제를 제공함으로써, 수분의 영향으로 인한 열화를 억제할 수 있어 바람직하다.
또한 실재(605)에는 에폭시 수지, 유리 프릿(glass frit)을 사용하는 것이 바람직하다. 또한 이들 재료는 수분 및 산소를 가능한 한 투과시키지 않는 것이 바람직하다. 또한 밀봉 기판(604)에 사용하는 재료로서는 유리 기판, 석영 기판 외에, FRP(Fiber Reinforced Plastics), PVF(폴리바이닐플루오라이드), 폴리에스터, 또는 아크릴 수지 등으로 이루어지는 플라스틱 기판을 사용할 수 있다.
도 3에는 도시하지 않았지만, 제 2 전극 위에 보호막을 제공하여도 좋다. 보호막은 유기 수지막, 무기 절연막으로 형성하면 좋다. 또한 실재(605)의 노출된 부분을 덮도록 보호막이 형성되어도 좋다. 또한 보호막은 한 쌍의 기판의 표면 및 측면, 밀봉층, 절연층 등의 노출된 측면을 덮어 제공할 수 있다.
보호막에는 물 등의 불순물을 투과시키기 어려운 재료를 사용할 수 있다. 따라서 물 등의 불순물이 외부로부터 내부로 확산되는 것을 효과적으로 억제할 수 있다.
보호막을 구성하는 재료로서는 산화물, 질화물, 플루오린화물, 황화물, 삼원 화합물, 금속, 또는 폴리머 등을 사용할 수 있고, 예를 들어 산화 알루미늄, 산화 하프늄, 하프늄실리케이트, 산화 란타넘, 산화 실리콘, 타이타늄산 스트론튬, 산화 탄탈럼, 산화 타이타늄, 산화 아연, 산화 나이오븀, 산화 지르코늄, 산화 주석, 산화 이트륨, 산화 세륨, 산화 스칸듐, 산화 어븀, 산화 바나듐, 또는 산화 인듐 등을 포함하는 재료, 질화 알루미늄, 질화 하프늄, 질화 실리콘, 질화 탄탈럼, 질화 타이타늄, 질화 나이오븀, 질화 몰리브데넘, 질화 지르코늄, 또는 질화 갈륨 등을 포함하는 재료, 타이타늄 및 알루미늄을 포함하는 질화물, 타이타늄 및 알루미늄을 포함하는 산화물, 알루미늄 및 아연을 포함하는 산화물, 망가니즈 및 아연을 포함하는 황화물, 세륨 및 스트론튬을 포함하는 황화물, 어븀 및 알루미늄을 포함하는 산화물, 이트륨 및 지르코늄을 포함하는 산화물 등을 포함하는 재료를 사용할 수 있다.
보호막은 단차 피복성(step coverage)이 양호한 성막 방법을 이용하여 형성되는 것이 바람직하다. 이러한 방법 중 하나에 원자층 퇴적(ALD: Atomic Layer Deposition)법이 있다. ALD법을 사용하여 형성할 수 있는 재료를 보호막에 사용하는 것이 바람직하다. ALD법을 사용함으로써, 크랙, 핀홀 등의 결함이 저감되거나 두께가 균일한, 치밀한 보호막을 형성할 수 있다. 또한 보호막의 형성 시에 가공 부재에 가해지는 손상을 저감할 수 있다.
예를 들어 ALD법을 사용함으로써, 복잡한 요철 형상을 갖는 표면, 터치 패널의 상면, 측면, 및 뒷면에도 균일하고 결함이 적은 보호막을 형성할 수 있다.
상술한 바와 같이 하여, 실시형태 1 및 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스를 사용하여 제작된 표시 장치를 얻을 수 있다.
본 실시형태의 표시 장치는 실시형태 1 및 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스를 사용하여 제작되기 때문에, 양호한 특성을 가질 수 있다. 구체적으로는 실시형태 1 및 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스는 발광 효율이 높기 때문에, 소비 전력이 낮은 표시 장치로 할 수 있다. 또한 실시형태 1 및 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스는 신뢰성이 높기 때문에, 신뢰성이 높은 표시 장치로 할 수 있다. 또한 이에 더하여, 실시형태 1 및 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스는 높은 색도 및 색 순도를 가질 수 있기 때문에, 표시 품질이 양호한 표시 장치로 할 수 있다.
또한 본 실시형태는 다른 실시형태와 자유로이 조합할 수 있다.
(실시형태 4)
도 4의 (A) 및 (B)에 예시한 바와 같이, 복수의 발광 디바이스(130)가 절연층(175) 위에 형성되어 표시 장치가 구성된다. 본 실시형태에서는, 본 발명의 다른 일 형태의 표시 장치에 대하여 자세히 설명한다.
표시 장치(100)는 복수의 화소(178)가 매트릭스로 배열된 화소부(177)를 포함한다. 화소(178)는 부화소(110R), 부화소(110G), 및 부화소(110B)를 포함한다.
본 명세서 등에서, 예를 들어 부화소(110R), 부화소(110G), 및 부화소(110B)에 공통된 사항을 설명하는 경우에는, 부화소(110)라고 나타내는 경우가 있다. 알파벳으로 구별되는 다른 구성요소에 대해서도, 이들에 공통된 사항을 설명하는 경우에는 알파벳을 생략한 부호를 사용하여 설명하는 경우가 있다.
부화소(110R)는 적색의 광을 나타내고, 부화소(110G)는 녹색의 광을 나타내고, 부화소(110B)는 청색의 광을 나타낸다. 이에 의하여, 화소부(177)에 화상을 표시할 수 있다. 또한 실시형태에서는 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 3색의 부화소를 예로 들어 설명하지만, 이 외의 색깔의 부화소의 조합을 사용하여도 좋다. 또한 부화소는 3개에 한정되지 않고 4개 이상으로 하여도 좋다. 4개의 부화소로서는, 예를 들어 R, G, B, 백색(W)의 4색의 부화소, R, G, B, Y의 4색의 부화소, 및 R, G, B, 적외광(IR)의 4개의 부화소 등이 있다.
본 명세서 등에서, 행 방향을 X 방향, 열 방향을 Y 방향이라고 하는 경우가 있다. X 방향과 Y 방향은 교차되고, 예를 들어 수직으로 교차된다.
도 4의 (A)에는, 상이한 색깔의 부화소가 X 방향으로 나란히 배치되고, 같은 색깔의 부화소가 Y 방향으로 나란히 배치된 예를 나타내었다. 또한 상이한 색깔의 부화소가 Y 방향으로 나란히 배치되고, 같은 색깔의 부화소가 X 방향으로 나란히 배치되어도 좋다.
화소부(177)의 외측에는 접속부(140)가 제공되고, 영역(141)이 제공되어도 좋다. 영역(141)이 제공되는 경우, 영역(141)은 화소부(177)와 접속부(140) 사이에 제공된다. 영역(141)이 제공되는 경우, 영역(141)에는 유기 화합물층이 제공된다. 또한 접속부(140)에는 도전층(151C)이 제공된다.
도 4의 (A)에는, 영역(141) 및 접속부(140)가 화소부(177)의 오른쪽에 위치하는 예를 나타내었지만, 영역(141) 및 접속부(140)의 위치는 특별히 한정되지 않는다. 또한 영역(141) 및 접속부(140)는 단수이어도 좋고 복수이어도 좋다.
도 4의 (B)는 도 4의 (A)에서의 일점쇄선 A1-A2 간의 단면도의 예를 나타낸 것이다. 도 4의 (B)에 나타낸 바와 같이, 표시 장치(100)는 절연층(171)과, 절연층(171) 위의 도전층(172)과, 절연층(171) 위 및 도전층(172) 위의 절연층(173)과, 절연층(173) 위의 절연층(174)과, 절연층(174) 위의 절연층(175)을 포함한다. 절연층(171)은 기판(도시하지 않았음) 위에 제공된다. 절연층(175), 절연층(174), 및 절연층(173)에는 도전층(172)에 도달하는 개구가 제공되고, 상기 개구를 매립하도록 플러그(176)가 제공된다.
화소부(177)에서 절연층(175) 및 플러그(176) 위에 발광 디바이스(130)가 제공된다. 또한 발광 디바이스(130)를 덮도록 보호층(131)이 제공되어 있다. 보호층(131) 위에는 수지층(122)에 의하여 기판(120)이 접합되어 있다. 또한 인접한 발광 디바이스(130) 사이에는 무기 절연층(125)과, 무기 절연층(125) 위의 절연층(127)이 제공되어 있는 것이 바람직하다.
도 4의 (B)에는, 무기 절연층(125) 및 절연층(127)의 단면이 복수 개 도시되었지만, 표시 장치(100)를 상면에서 봤을 때, 무기 절연층(125) 및 절연층(127) 각각은 하나로 연결되어 있는 것이 바람직하다.
도 4의 (B)에는, 발광 디바이스(130)로서, 발광 디바이스(130R), 발광 디바이스(130G), 및 발광 디바이스(130B)를 나타내었다. 발광 디바이스(130R), 발광 디바이스(130G), 및 발광 디바이스(130B)는 서로 다른 색깔의 광을 방출하는 것으로 한다. 예를 들어 발광 디바이스(130R)는 적색의 광을 방출할 수 있고, 발광 디바이스(130G)는 녹색의 광을 방출할 수 있고, 발광 디바이스(130B)는 청색의 광을 방출할 수 있다. 또한 발광 디바이스(130R), 발광 디바이스(130G), 또는 발광 디바이스(130B)는 다른 가시광 또는 적외광을 방출하여도 좋다.
본 발명의 일 형태의 표시 장치는 예를 들어 발광 디바이스가 형성된 기판과는 반대 방향으로 광을 사출하는 상면 사출형(톱 이미션형)으로 할 수 있다. 또한 본 발명의 일 형태의 표시 장치는 하면 사출형(보텀 이미션형)이어도 좋다.
발광 디바이스(130R)는 실시형태 1 및 실시형태 2에 나타낸 바와 같은 구성을 갖는다. 도전층(151R)과 도전층(152R)으로 이루어진 제 1 전극(화소 전극)과, 제 1 전극 위의 유기 화합물층(103R)과, 유기 화합물층(103R) 위의 공통층(104)과, 공통층(104) 위의 제 2 전극(공통 전극)(102)을 포함한다. 또한 공통층(104)은 제공되어도 되고 제공되지 않아도 되지만, 제공되어 있으면, 가공 시 유기 화합물층(103R)이 받는 대미지를 저감할 수 있어 바람직하다. 공통층(104)이 제공된 경우, 공통층(104)은 전자 주입층인 것이 바람직하다. 또한 공통층(104)이 제공된 경우, 유기 화합물층(103R)과 공통층(104)의 적층 구조가 실시형태 2에서의 유기 화합물층(103)에 상당한다.
발광 디바이스(130G)는 실시형태 1 및 실시형태 2에 나타낸 바와 같은 구성을 갖는다. 도전층(151G)과 도전층(152G)으로 이루어진 제 1 전극(화소 전극)과, 제 1 전극 위의 유기 화합물층(103G)과, 유기 화합물층(103G) 위의 공통층(104)과, 공통층(104) 위의 제 2 전극(공통 전극)(102)을 포함한다. 또한 공통층(104)은 제공되어도 되고 제공되지 않아도 되지만, 제공되어 있으면, 가공 시 유기 화합물층(103G)이 받는 대미지를 저감할 수 있어 바람직하다. 공통층(104)이 제공된 경우, 공통층(104)은 전자 주입층인 것이 바람직하다. 또한 공통층(104)이 제공된 경우, 유기 화합물층(103G)과 공통층(104)의 적층 구조가 실시형태 2에서의 유기 화합물층(103)에 상당한다.
발광 디바이스(130B)는 실시형태 1 및 실시형태 2에 나타낸 바와 같은 구성을 갖는다. 도전층(151B)과 도전층(152B)으로 이루어진 제 1 전극(화소 전극)과, 제 1 전극 위의 유기 화합물층(103B)과, 유기 화합물층(103B) 위의 공통층(104)과, 공통층(104) 위의 제 2 전극(공통 전극)(102)을 포함한다. 또한 공통층(104)은 제공되어도 되고 제공되지 않아도 되지만, 제공되어 있으면, 가공 시 유기 화합물층(103B)이 받는 대미지를 저감할 수 있어 바람직하다. 공통층(104)이 제공된 경우, 공통층(104)은 전자 주입층인 것이 바람직하다. 또한 공통층(104)이 제공된 경우, 유기 화합물층(103B)과 공통층(104)의 적층 구조가 실시형태 2에서의 유기 화합물층(103)에 상당한다.
발광 디바이스에 포함되는 화소 전극과 공통 전극 중 한쪽은 양극으로서 기능하고, 다른 쪽은 음극으로서 기능한다. 이하에서는, 특별히 언급되지 않는 한, 화소 전극이 양극으로서 기능하고, 공통 전극이 음극으로서 기능하는 것으로 가정하여 설명한다.
유기 화합물층(103R), 유기 화합물층(103G), 및 유기 화합물층(103B)은 서로 섬 형상으로 독립되어 있거나 또는 발광색마다 섬 형상으로 독립되어 있다. 유기 화합물층(103)을 발광 디바이스(130)마다 섬 형상으로 제공함으로써, 고정세의 표시 장치에서도 인접한 발광 디바이스(130) 간의 누설 전류를 억제할 수 있다. 이에 의하여, 크로스토크를 방지할 수 있어 콘트라스트가 매우 높은 표시 장치를 실현할 수 있다. 특히, 휘도가 낮을 때 전류 효율이 높은 표시 장치를 실현할 수 있다.
EL막을 성막하고, 이 EL막을 포토리소그래피법을 사용하여 가공함으로써, 섬 형상의 유기 화합물층(103)을 형성한다.
유기 화합물층(103)은 발광 디바이스(130)의 제 1 전극(화소 전극)의 상면 및 측면을 덮도록 제공되는 것이 바람직하다. 이에 의하여, 유기 화합물층(103)의 단부가 화소 전극의 단부보다 내측에 위치하는 구성보다 표시 장치(100)의 개구율을 높이기 용이해진다. 또한 발광 디바이스(130)의 화소 전극의 측면을 유기 화합물층(103)으로 덮음으로써, 화소 전극과 제 2 전극(102)이 접촉하는 것을 억제할 수 있기 때문에, 발광 디바이스(130)의 단락을 억제할 수 있다.
또한 본 발명의 일 형태의 표시 장치에서는, 발광 디바이스의 제 1 전극(화소 전극)을 적층 구성으로 하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 도 4의 (B)에 나타낸 예에서는, 발광 디바이스(130)의 제 1 전극은 도전층(151)과 도전층(152)의 적층이다.
도전층(151)으로서 예를 들어 금속 재료를 사용할 수 있다. 구체적으로는, 예를 들어 알루미늄(Al), 타이타늄(Ti), 크로뮴(Cr), 망가니즈(Mn), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu), 갈륨(Ga), 아연(Zn), 인듐(In), 주석(Sn), 몰리브데넘(Mo), 탄탈럼(Ta), 텅스텐(W), 팔라듐(Pd), 금(Au), 백금(Pt), 은(Ag), 이트륨(Y), 네오디뮴(Nd) 등의 금속, 및 이들을 적절히 조합하여 포함하는 합금을 사용할 수도 있다.
도전층(152)으로서, 인듐, 주석, 아연, 갈륨, 타이타늄, 알루미늄, 및 실리콘 중에서 선택되는 어느 하나 또는 복수를 포함하는 산화물을 사용할 수 있다. 예를 들어 산화 인듐, 인듐 주석 산화물, 인듐 아연 산화물, 산화 아연, 갈륨을 포함하는 산화 아연, 산화 타이타늄, 갈륨을 포함하는 인듐 아연 산화물, 알루미늄을 포함하는 인듐 아연 산화물, 실리콘을 포함하는 인듐 주석 산화물, 및 실리콘을 포함하는 인듐 아연 산화물 등 중 어느 하나 또는 복수를 포함하는 도전성 산화물을 사용하는 것이 바람직하다. 특히 실리콘을 포함하는 인듐 주석 산화물은 일함수가 예를 들어 4.0eV 이상으로 크기 때문에 도전층(152)으로서 적합하게 사용할 수 있다.
도전층(151)은 상이한 재료를 포함하는 복수의 층의 적층이어도 좋고, 도전층(152)은 상이한 재료를 포함하는 복수의 층의 적층이어도 좋다. 이 경우, 도전층(151)이 도전성 산화물 등의 도전층(152)에 사용할 수 있는 재료를 사용한 층을 포함하여도 좋고, 또한 도전층(152)이 금속 재료 등의 도전층(151)에 사용할 수 있는 재료를 사용한 층을 가져도 좋다. 예를 들어 도전층(151)이 2층 이상의 적층인 경우에는, 도전층(152)과 접촉되는 층은 도전층(152)에 사용할 수 있는 재료를 사용한 층으로 할 수 있다.
또한 도전층(151)의 측면은 테이퍼 형상인 것이 바람직하다. 구체적으로는, 도전층(151)의 측면은 테이퍼 각이 90° 미만인 테이퍼 형상을 갖는 것이 바람직하다. 이 경우, 도전층(151)의 측면을 따라 제공되는 도전층(152)도 테이퍼 형상을 갖는다. 도전층(152)의 측면을 테이퍼 형상으로 함으로써, 도전층(152)의 측면을 따라 제공되는 유기 화합물층(103)의 피복성을 높일 수 있다.
이어서, 도 4의 (A)에 나타낸 구성을 갖는 표시 장치(100)의 제작 방법의 예를 도 5 내지 도 10을 사용하여 설명한다.
[제작 방법의 예]
표시 장치를 구성하는 박막(절연막, 반도체막, 및 도전막 등)은 스퍼터링법, 화학 기상 퇴적(CVD: Chemical Vapor Deposition)법, 진공 증착법, 펄스 레이저 퇴적(PLD: Pulsed Laser Deposition)법, 또는 ALD법 등을 사용하여 형성할 수 있다.
또한 표시 장치를 구성하는 박막(절연막, 반도체막, 및 도전막 등)은, 스핀 코팅, 디핑, 스프레이 도포, 잉크젯, 디스펜스, 스크린 인쇄, 오프셋 인쇄, 닥터 나이프법, 슬릿 코팅, 롤 코팅, 커튼 코팅, 또는 나이프 코팅 등의 습식의 성막 방법에 의하여 형성할 수 있다.
또한 표시 장치를 구성하는 박막은 예를 들어 포토리소그래피법을 사용하여 가공할 수 있다.
포토리소그래피법에서 노광에 사용하는 광으로서는 예를 들어 i선(파장 365nm), g선(파장 436nm), h선(파장 405nm), 또는 이들을 혼합한 광을 사용할 수 있다. 그 외에, 자외선, KrF 레이저 광, 또는 ArF 레이저 광 등을 사용할 수도 있다. 또한 액침 노광 기술에 의하여 노광을 수행하여도 좋다. 또한 노광에 사용되는 광으로서 극단 자외(EUV: Extreme Ultra-violet)광 또는 X선을 사용하여도 좋다. 또한 노광에 사용되는 광 대신에 전자 빔을 사용할 수도 있다.
박막의 에칭에는 드라이 에칭법, 웨트 에칭법, 또는 샌드 블라스트법 등을 사용할 수 있다.
먼저, 도 5의 (A)에 나타낸 바와 같이, 기판(도시하지 않았음) 위에 절연층(171)을 형성한다. 그 후, 절연층(171) 위에 도전층(172) 및 도전층(179)을 형성하고, 도전층(172) 및 도전층(179)을 덮도록 절연층(171) 위에 절연층(173)을 형성한다. 그 후, 절연층(173) 위에 절연층(174)을 형성하고, 절연층(174) 위에 절연층(175)을 형성한다.
기판으로서는 적어도 추후의 열처리에 견딜 수 있을 정도의 내열성을 갖는 기판을 사용할 수 있다. 예를 들어 유리 기판, 석영 기판, 사파이어 기판, 세라믹 기판, 유기 수지 기판, 실리콘 또는 탄소화 실리콘 등을 재료로 한 단결정 반도체 기판 또는 다결정 반도체 기판, 실리콘 저마늄 등으로 이루어지는 화합물 반도체 기판, SOI 기판 등의 반도체 기판을 사용할 수 있다.
그 후, 도전층(172)에 도달하는 개구를 절연층(175), 절연층(174), 및 절연층(173)에 형성한다. 그 후, 이 개구를 매립하도록 플러그(176)를 형성한다.
그 후, 플러그(176) 위 및 절연층(175) 위에, 나중에 도전층(151R), 도전층(151G), 도전층(151B), 및 도전층(151C)이 되는 도전막(151f)을 형성한다. 도전막(151f)으로서 예를 들어 금속 재료를 사용할 수 있다.
그 후, 도전막(151f) 위에 레지스트 마스크(191)를 형성한다. 레지스트 마스크(191)는 감광성 재료(포토레지스트)를 도포하고 노광 및 현상을 수행함으로써 형성할 수 있다.
그 후, 도 5의 (B)에 나타낸 바와 같이, 예를 들어 레지스트 마스크(191)와 중첩되지 않는 영역의 도전막(151f)을 제거한다. 이에 의하여, 도전층(151)이 형성된다.
그 후, 도 5의 (C)에 나타낸 바와 같이, 레지스트 마스크(191)를 제거한다. 레지스트 마스크(191)는 예를 들어 산소 플라스마를 사용한 애싱에 의하여 제거할 수 있다.
그 후, 도 5의 (D)에 나타낸 바와 같이, 도전층(151R) 위, 도전층(151G) 위, 도전층(151B) 위, 도전층(151C) 위, 및 절연층(175) 위에, 나중에 절연층(156R), 절연층(156G), 절연층(156B), 및 절연층(156C)이 되는 절연막(156f)을 형성한다.
절연막(156f)에는, 산화 절연막, 질화 절연막, 산화질화 절연막, 또는 질화산화 절연막 등의 무기 절연막, 예를 들어 산화질화 실리콘을 사용할 수 있다.
그 후, 도 5의 (E)에 나타낸 바와 같이, 절연막(156f)을 가공함으로써, 절연층(156R), 절연층(156G), 절연층(156B), 및 절연층(156C)을 형성한다.
그 후, 도 6의 (A)에 나타낸 바와 같이, 도전층(151R) 위, 도전층(151G) 위, 도전층(151B) 위, 도전층(151C) 위, 및 절연층(156R) 위, 절연층(156G) 위, 절연층(156B) 위, 절연층(156C) 위, 및 절연층(175) 위에 도전막(152f)을 형성한다. 도전막(152f)으로서, 예를 들어 도전성 산화물을 사용할 수 있다. 도전막(152f)은 적층이어도 좋다.
그 후, 도 6의 (B)에 나타낸 바와 같이, 도전막(152f)을 가공하여, 도전층(152R), 도전층(152G), 도전층(152B), 및 도전층(152C)을 형성한다.
그 후, 도 6의 (C)에 나타낸 바와 같이, EL막(103Rf)을 도전층(152R) 위, 도전층(152G) 위, 도전층(152B) 위, 및 절연층(175) 위에 형성한다. 또한 도 6의 (C)에 나타낸 바와 같이, 도전층(152C) 위에는 EL막(103Rf)을 형성하지 않는다.
그 후, 도 6의 (C)에 나타낸 바와 같이, 희생막(158Rf), 마스크막(159Rf)을 형성한다.
EL막(103Rf) 위에 희생막(158Rf)을 제공함으로써, 표시 장치의 제작 공정 중에 EL막(103Rf)이 받는 대미지를 저감하여, 발광 디바이스의 신뢰성을 높일 수 있다.
희생막(158Rf)에는, EL막(103Rf)의 가공 조건에 대한 내성이 높은 막, 구체적으로는 EL막(103Rf)에 대한 에칭 선택비가 큰 막을 사용한다. 마스크막(159Rf)에는, 희생막(158Rf)에 대한 에칭 선택비가 큰 막을 사용한다.
또한 희생막(158Rf) 및 마스크막(159Rf)은 EL막(103Rf)의 내열 온도보다 낮은 온도에서 형성한다. 희생막(158Rf) 및 마스크막(159Rf)을 형성할 때의 기판 온도로서는, 각각 대표적으로 200℃ 이하, 바람직하게는 150℃ 이하, 더 바람직하게는 120℃ 이하, 더욱 바람직하게는 100℃ 이하, 더욱더 바람직하게는 80℃ 이하이다.
희생막(158Rf) 및 마스크막(159Rf)에는 웨트 에칭법에 의하여 제거할 수 있는 막을 사용하는 것이 바람직하다.
또한 EL막(103Rf) 위에 접촉하여 형성되는 희생막(158Rf)은 마스크막(159Rf)보다 EL막(103Rf)에 주는 대미지가 적은 형성 방법을 사용하여 형성되는 것이 바람직하다. 예를 들어 스퍼터링법보다 ALD법 또는 진공 증착법이 바람직하다.
희생막(158Rf) 및 마스크막(159Rf)으로서는, 각각 예를 들어 금속막, 합금막, 금속 산화물막, 반도체막, 유기 절연막, 및 무기 절연막 등 중 1종류 또는 복수 종류를 사용할 수 있다.
희생막(158Rf) 및 마스크막(159Rf)에는 각각 예를 들어 금, 은, 백금, 마그네슘, 니켈, 텅스텐, 크로뮴, 몰리브데넘, 철, 코발트, 구리, 팔라듐, 타이타늄, 알루미늄, 이트륨, 지르코늄, 및 탄탈럼 등의 금속 재료 또는 상기 금속 재료를 포함하는 합금 재료를 사용할 수 있다. 특히 알루미늄 또는 은 등의 저융점 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 희생막(158Rf) 및 마스크막(159Rf)의 한쪽 또는 양쪽에 자외선을 차단할 수 있는 금속 재료를 사용함으로써, EL막(103Rf)에 자외선이 조사되는 것을 억제할 수 있어 EL막(103Rf)의 열화를 억제할 수 있으므로 바람직하다.
또한 희생막(158Rf) 및 마스크막(159Rf)에는, 각각 In-Ga-Zn 산화물, 산화 인듐, In-Zn 산화물, In-Sn 산화물, 인듐 타이타늄 산화물(In-Ti 산화물), 인듐 주석 아연 산화물(In-Sn-Zn 산화물), 인듐 타이타늄 아연 산화물(In-Ti-Zn 산화물), 인듐 갈륨 주석 아연 산화물(In-Ga-Sn-Zn 산화물), 실리콘을 포함하는 인듐 주석 산화물 등의 금속 산화물을 사용할 수 있다.
또한 상기 금속 산화물에서, 갈륨 대신에 원소 M(M은 알루미늄, 실리콘, 붕소, 이트륨, 구리, 바나듐, 베릴륨, 타이타늄, 철, 니켈, 저마늄, 지르코늄, 몰리브데넘, 란타넘, 세륨, 네오디뮴, 하프늄, 탄탈럼, 텅스텐, 및 마그네슘 중에서 선택된 1종류 또는 복수 종류)을 사용하여도 좋다.
희생막(158Rf) 및 마스크막(159Rf)으로서, 예를 들어 실리콘 또는 저마늄 등의 반도체 재료를 사용하면, 반도체의 제조 프로세스와 친화성이 높으므로 바람직하다. 또는 상기 반도체 재료를 포함한 화합물을 사용할 수 있다.
또한 희생막(158Rf) 및 마스크막(159Rf)으로서는 각각 각종 무기 절연막을 사용할 수 있다. 특히, 산화 절연막은 질화 절연막에 비하여 EL막(103Rf)과의 밀착성이 높아 바람직하다.
그 후, 도 6의 (C)에 나타낸 바와 같이, 레지스트 마스크(190R)를 형성한다. 레지스트 마스크(190R)는 감광성 재료(포토레지스트)를 도포하고 노광 및 현상을 수행함으로써 형성할 수 있다.
레지스트 마스크(190R)는 도전층(152R)과 중첩되는 위치에 제공한다. 레지스트 마스크(190R)는 도전층(152C)과 중첩되는 위치에도 제공하는 것이 바람직하다. 이에 의하여, 도전층(152C)이 표시 장치의 제작 공정 중에 대미지를 받는 것을 억제할 수 있다.
그 후, 도 6의 (D)에 나타낸 바와 같이, 레지스트 마스크(190R)를 사용하여 마스크막(159Rf)의 일부를 제거하여 마스크층(159R)을 형성한다. 마스크층(159R)은 도전층(152R) 위와 도전층(152C) 위에 잔존한다. 그 후, 레지스트 마스크(190R)를 제거한다. 그 후, 마스크층(159R)을 마스크(하드 마스크라고도 함)로서 사용하여 희생막(158Rf)의 일부를 제거하여 희생층(158R)을 형성한다.
웨트 에칭법을 사용함으로써, 드라이 에칭법을 사용하는 경우보다, 희생막(158Rf) 및 마스크막(159Rf)의 가공 시에 EL막(103Rf)에 주는 대미지를 저감할 수 있다. 웨트 에칭법을 사용하는 경우, 예를 들어 현상액, 수산화 테트라메틸 암모늄 수용액(TMAH), 희플루오린화 수소산, 옥살산, 인산, 아세트산, 질산, 또는 이들 산의 혼합 액체를 사용한 약액 등을 사용하는 것이 바람직하다.
또한 희생막(158Rf)의 가공에 드라이 에칭법을 사용하는 경우에는, 에칭 가스에 산소를 포함한 가스를 사용하지 않음으로써, EL막(103Rf)의 열화를 억제할 수 있다.
레지스트 마스크(190R)는 레지스트 마스크(191)와 같은 방법으로 제거할 수 있다.
그 후, 도 6의 (D)에 나타낸 바와 같이, EL막(103Rf)을 가공하여 유기 화합물층(103R)을 형성한다. 예를 들어, 마스크층(159R) 및 희생층(158R)을 하드 마스크로서 사용하여 EL막(103Rf)의 일부를 제거하여 유기 화합물층(103R)을 형성한다.
이에 의하여, 도 6의 (D)에 나타낸 바와 같이, 도전층(152R) 위에 유기 화합물층(103R), 희생층(158R), 및 마스크층(159R)의 적층 구조가 잔존한다. 또한 도전층(152G) 및 도전층(152B)이 노출된다.
EL막(103Rf)의 가공은 이방성 에칭에 의하여 수행하는 것이 바람직하다. 특히 이방성 드라이 에칭이 바람직하다. 또는 웨트 에칭을 사용하여도 좋다.
드라이 에칭법을 사용하는 경우에는, 에칭 가스에 산소를 포함한 가스를 사용하지 않음으로써, EL막(103Rf)의 열화를 억제할 수 있다.
또한 에칭 가스에 산소를 포함한 가스를 사용하여도 좋다. 에칭 가스가 산소를 포함함으로써, 에칭 속도를 빠르게 할 수 있다. 따라서 에칭 속도를 충분한 속도로 유지하면서, 낮은 파워 조건으로 에칭을 수행할 수 있다. 따라서 EL막(103Rf)이 받는 대미지를 억제할 수 있다. 또한 에칭 시에 생기는 반응 생성물이 부착되는 등의 문제를 억제할 수 있다.
드라이 에칭법을 사용하는 경우, 예를 들어 H2, CF4, C4F8, SF6, CHF3, Cl2, H2O, BCl3, 또는 He, Ar 등의 18족 원소 중 1종류 이상을 포함하는 가스를 에칭 가스로서 사용하는 것이 바람직하다. 또는 이들 중 1종류 이상과 산소를 포함하는 가스를 에칭 가스로서 사용하는 것이 바람직하다. 또는 산소 가스를 에칭 가스로서 사용하여도 좋다.
그 후, 도 7의 (A)에 나타낸 바와 같이, 나중에 유기 화합물층(103G)이 되는 EL막(103Gf)을 형성한다.
EL막(103Gf)은 EL막(103Rf)의 형성에 사용할 수 있는 방법과 같은 방법으로 형성할 수 있다. 또한 EL막(103Gf)은 EL막(103Rf)과 같은 구성으로 할 수 있다.
그 후, 희생막(158Gf)과 마스크막(159Gf)을 순차적으로 형성한다. 그 후, 레지스트 마스크(190G)를 도전층(152G)과 중첩되는 위치에 형성한다. 희생막(158Gf) 및 마스크막(159Gf)의 재료 및 형성 방법은 희생막(158Rf) 및 마스크막(159Rf)에 적용할 수 있는 조건과 같다. 레지스트 마스크(190G)의 재료 및 형성 방법은 레지스트 마스크(190R)에 적용할 수 있는 조건과 같다.
그 후, 도 7의 (B)에 나타낸 바와 같이, 레지스트 마스크(190G)를 사용하여 마스크막(159Gf)의 일부를 제거하여 마스크층(159G)을 형성한다. 마스크층(159G)은 도전층(152G) 위에 잔존한다. 그 후, 레지스트 마스크(190G)를 제거한다. 그 후, 마스크층(159G)을 마스크로서 사용하여 희생막(158Gf)의 일부를 제거하여 희생층(158G)을 형성한다. 그 후, EL막(103Gf)을 가공하여 유기 화합물층(103G)을 형성한다.
그 후, 도 7의 (C)에 나타낸 바와 같이, EL막(103Bf)을 형성한다. EL막(103Bf)은 EL막(103Rf)의 형성에 사용할 수 있는 방법과 같은 방법으로 형성할 수 있다. 또한 EL막(103Bf)은 EL막(103Rf)과 같은 구성으로 할 수 있다.
그 후, 도 7의 (C)에 나타낸 바와 같이, 희생막(158Bf)과 마스크막(159Bf)을 순차적으로 형성한다. 그 후, 레지스트 마스크(190B)를 도전층(152B)과 중첩되는 위치에 형성한다. 희생막(158Bf) 및 마스크막(159Bf)의 재료 및 형성 방법은 희생막(158Rf) 및 마스크막(159Rf)에 적용할 수 있는 조건과 같다. 레지스트 마스크(190B)의 재료 및 형성 방법은 레지스트 마스크(190R)에 적용할 수 있는 조건과 같다.
그 후, 도 7의 (D)에 나타낸 바와 같이, 레지스트 마스크(190B)를 사용하여 마스크막(159Bf)의 일부를 제거하여 마스크층(159B)을 형성한다. 마스크층(159B)은 도전층(152B) 위에 잔존한다. 그 후, 레지스트 마스크(190B)를 제거한다. 그 후, 마스크층(159B)을 마스크로서 사용하여 희생막(158Bf)의 일부를 제거하여 희생층(158B)을 형성한다. 그 후, EL막(103Bf)을 가공하여 유기 화합물층(103B)을 형성한다. 예를 들어, 마스크층(159B) 및 희생층(158B)을 하드 마스크로서 사용하여 EL막(103Bf)의 일부를 제거하여 유기 화합물층(103B)을 형성한다.
이에 의하여, 도전층(152B) 위에 유기 화합물층(103B), 희생층(158B), 및 마스크층(159B)의 적층 구조가 잔존한다. 또한 마스크층(159R) 및 마스크층(159G)이 노출된다.
또한 유기 화합물층(103R), 유기 화합물층(103G), 유기 화합물층(103B)의 측면은 각각 피형성면에 대하여 수직 또는 실질적으로 수직인 것이 바람직하다. 예를 들어, 피형성면과 이들 측면이 이루는 각도를 60도 이상 90도 이하로 하는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이, 포토리소그래피법을 사용하여 형성한 유기 화합물층(103R), 유기 화합물층(103G), 및 유기 화합물층(103B) 중 인접한 2개 간의 거리는 8μm 이하, 5μm 이하, 3μm 이하, 2μm 이하, 또는 1μm 이하까지 좁힐 수 있다. 여기서, 상기 거리는 예를 들어 유기 화합물층(103R), 유기 화합물층(103G), 및 유기 화합물층(103B) 중 인접한 2개의 대향하는 단부 간의 거리로 규정할 수 있다. 이와 같이, 섬 형상의 유기 화합물층들 간의 거리를 좁힘으로써, 높은 정세도와 큰 개구율을 갖는 표시 장치를 제공할 수 있다. 또한 인접한 발광 디바이스의 제 1 전극들 간의 거리도 좁힐 수 있고, 예를 들어 10μm 이하, 8μm 이하, 5μm 이하, 3μm 이하, 2μm 이하로 할 수 있다. 또한 인접한 발광 디바이스의 제 1 전극들 간의 거리는 2μm 이상 5μm 이하인 것이 바람직하다.
그 후, 도 8의 (A)에 나타낸 바와 같이, 마스크층(159R), 마스크층(159G), 및 마스크층(159B)을 제거하는 것이 바람직하다.
마스크층의 제거 공정은 마스크층의 가공 공정과 같은 방법을 사용하여 수행할 수 있다. 특히 웨트 에칭법을 사용함으로써, 드라이 에칭법을 사용하는 경우보다, 마스크층의 제거 시 유기 화합물층(103)에 주는 대미지를 저감할 수 있다.
또한 마스크층을 물 또는 알코올 등의 용매에 용해시킴으로써 제거하여도 좋다. 알코올로서는, 에틸알코올, 메틸알코올, 아이소프로필알코올(IPA), 또는 글리세린 등이 있다.
마스크층을 제거한 후, 표면에 흡착된 물을 제거하기 위하여 건조 처리를 수행하여도 좋다. 예를 들어, 불활성 가스 분위기 또는 감압 분위기하에서 가열 처리를 수행할 수 있다. 가열 처리는 기판 온도로서 50℃ 이상 200℃ 이하, 바람직하게는 60℃ 이상 150℃ 이하, 더 바람직하게는 70℃ 이상 120℃ 이하의 온도에서 수행할 수 있다. 감압 분위기로 함으로써, 더 낮은 온도에서 건조할 수 있어 바람직하다.
그 후, 도 8의 (B)에 나타낸 바와 같이, 무기 절연막(125f)을 형성한다.
그 후, 도 8의 (C)에 나타낸 바와 같이, 무기 절연막(125f) 위에 나중에 절연층(127)이 되는 절연막(127f)을 형성한다.
무기 절연막(125f) 및 절연막(127f)을 형성할 때의 기판 온도로서는, 각각 60℃ 이상, 80℃ 이상, 100℃ 이상, 또는 120℃ 이상이며, 200℃ 이하, 180℃ 이하, 160℃ 이하, 150℃ 이하, 또는 140℃ 이하인 것이 바람직하다.
무기 절연막(125f)으로서는, 상술한 기판 온도 범위에서, 3nm 이상, 5nm 이상, 또는 10nm 이상이며, 200nm 이하, 150nm 이하, 100nm 이하, 또는 50nm 이하의 두께의 절연막을 형성하는 것이 바람직하다.
무기 절연막(125f)은 예를 들어 ALD법을 사용하여 형성하는 것이 바람직하다. ALD법을 사용함으로써, 성막 대미지를 작게 할 수 있고, 또한 피복성이 높은 막을 성막할 수 있으므로 바람직하다. 무기 절연막(125f)으로서, 예를 들어 ALD법을 사용하여 산화 알루미늄막을 형성하는 것이 바람직하다.
절연막(127f)은 상술한 습식의 성막 방법을 사용하여 형성하는 것이 바람직하다. 절연막(127f)은 예를 들어 스핀 코팅에 의하여, 감광성 재료를 사용하여 형성하는 것이 바람직하고, 더 구체적으로는 아크릴 수지를 포함한 감광성 수지 조성물을 사용하여 형성하는 것이 바람직하다.
그 후, 노광을 수행하여, 절연막(127f)의 일부에 가시광선 또는 자외선을 감광시킨다. 절연층(127)은 도전층(152R), 도전층(152G), 및 도전층(152B) 중 어느 2개 사이에 끼워진 영역, 및 도전층(152C) 주위에 형성된다.
나중에 형성되는 절연층(127)의 폭은 절연막(127f)의 노광 영역에 따라 제어할 수 있다. 본 실시형태에서는, 절연층(127)이 도전층(151)의 상면과 중첩되는 부분을 갖도록 가공을 수행한다.
노광에 사용되는 광은 i선(파장 365nm)을 포함하는 것이 바람직하다. 또한 노광에 사용되는 광은 g선(파장 436nm) 및 h선(파장 405nm) 중 적어도 한쪽을 포함하여도 좋다.
이어서, 도 9의 (A)에 나타낸 바와 같이, 현상을 수행하여 절연막(127f)의 노광된 영역을 제거함으로써, 절연층(127a)을 형성한다.
그 후, 도 9의 (B)에 나타낸 바와 같이, 절연층(127a)을 마스크로서 사용하여 에칭 처리를 수행함으로써, 무기 절연막(125f)의 일부를 제거하여, 희생층(158R), 희생층(158G), 및 희생층(158B)의 일부의 막 두께를 얇게 한다. 이에 의하여, 절연층(127a) 아래에 무기 절연층(125)이 형성된다. 또한 희생층(158R), 희생층(158G), 및 희생층(158B)의 막 두께가 얇은 부분의 표면이 노출된다. 또한 이하에서는, 절연층(127a)을 마스크로서 사용한 에칭 처리를 제 1 에칭 처리라고 하는 경우가 있다.
제 1 에칭 처리는 드라이 에칭법 또는 웨트 에칭법에 의하여 수행할 수 있다. 또한 무기 절연막(125f)을 희생층(158R), 희생층(158G), 및 희생층(158B)과 같은 재료를 사용하여 성막한 경우, 제 1 에칭 처리를 한번에 수행할 수 있어 바람직하다.
드라이 에칭을 수행하는 경우, 연소계 가스를 사용하는 것이 바람직하다. 염소계 가스로서는, Cl2, BCl3, SiCl4, 및 CCl4 등 중 하나 또는 2개 이상을 혼합한 것을 사용할 수 있다. 또한 상기 염소계 가스에는, 산소 가스, 수소 가스, 헬륨 가스, 및 아르곤 가스 등 중 하나 또는 2개 이상을 혼합한 것을 적절히 첨가할 수 있다. 드라이 에칭을 사용함으로써, 희생층(158R), 희생층(158G), 및 희생층(158B)의 막 두께가 얇은 영역을 양호한 면 내 균일성을 갖도록 형성할 수 있다.
드라이 에칭 장치로서는, 고밀도 플라스마원을 포함하는 드라이 에칭 장치를 사용할 수 있다. 고밀도 플라스마원을 포함하는 드라이 에칭 장치로서는 예를 들어 유도 결합형 플라스마(ICP: Inductively Coupled Plasma) 에칭 장치를 사용할 수 있다. 또는 평행 평판형 전극을 포함하는 용량 결합형 플라스마(CCP: Capacitively Coupled Plasma) 에칭 장치를 사용할 수 있다.
또한 제 1 에칭 처리를 웨트 에칭에 의하여 수행하는 것이 바람직하다. 웨트 에칭법을 사용함으로써, 드라이 에칭법을 사용하는 경우보다, 유기 화합물층(103R), 유기 화합물층(103G), 및 유기 화합물층(103B)에 주는 대미지를 저감할 수 있다. 웨트 에칭은 예를 들어 알칼리 용액 또는 산성 용액을 사용하여 수행할 수 있다.
제 1 에칭 처리에서는, 희생층(158R), 희생층(158G), 및 희생층(158B)을 완전히 제거하지는 않고, 막 두께가 얇아진 상태에서 에칭 처리를 정지하는 것이 바람직하다. 이와 같이, 유기 화합물층(103R), 유기 화합물층(103G), 및 유기 화합물층(103B) 위에, 대응하는 희생층(158R), 희생층(158G), 및 희생층(158B)을 잔존시킴으로써, 추후의 공정에서의 처리에 의하여 유기 화합물층(103R), 유기 화합물층(103G), 및 유기 화합물층(103B)이 손상되는 것을 방지할 수 있다.
그 후, 기판 전체에 노광을 수행하여 가시광선 또는 자외선을 절연층(127a)에 조사하는 것이 바람직하다. 상기 노광의 에너지 밀도는 0mJ/cm2보다 크고 800mJ/cm2 이하로 하는 것이 바람직하고, 0mJ/cm2보다 크고 500mJ/cm2 이하로 하는 것이 더 바람직하다. 현상 후에 이와 같은 노광을 수행함으로써, 절연층(127a)의 투명도를 향상시킬 수 있는 경우가 있다. 또한 추후의 공정에서의, 절연층(127a)을 테이퍼 형상으로 변형시키는 가열 처리에 필요한 기판 온도를 저하시킬 수 있는 경우가 있다.
여기서, 희생층(158R), 희생층(158G), 및 희생층(158B)으로서, 산소에 대한 배리어 절연층(예를 들어 산화 알루미늄막 등)이 존재하면, 산소가 유기 화합물층(103R), 유기 화합물층(103G), 및 유기 화합물층(103B)으로 확산되는 것을 저감할 수 있다.
그 후, 가열 처리(포스트 베이킹 처리라고도 함)를 수행한다. 가열 처리를 수행함으로써, 절연층(127a)을, 측면에 테이퍼 형상을 갖는 절연층(127)으로 변형시킬 수 있다(도 9의 (C) 참조). 이 가열 처리는 유기 화합물층의 내열 온도보다 낮은 온도에서 수행한다. 가열 처리는 기판 온도로서 50℃ 이상 200℃ 이하, 바람직하게는 60℃ 이상 150℃ 이하, 더 바람직하게는 70℃ 이상 130℃ 이하의 온도에서 수행할 수 있다. 가열 분위기는 대기 분위기이어도 좋고, 불활성 가스 분위기이어도 좋다. 또한 가열 분위기는 대기압 분위기이어도 좋고, 감압 분위기이어도 좋다. 이에 의하여, 절연층(127)과 무기 절연층(125)의 밀착성을 향상시킬 수 있고, 또한 절연층(127)의 내식성을 향상시킬 수 있다.
제 1 에칭 처리에서, 희생층(158R), 희생층(158G), 및 희생층(158B)을 완전히 제거하지는 않고, 막 두께가 얇아진 상태의 희생층(158R), 희생층(158G), 및 희생층(158B)을 잔존시킴으로써, 이 가열 처리에서 유기 화합물층(103R), 유기 화합물층(103G), 및 유기 화합물층(103B)이 대미지를 받아 열화하는 것을 방지할 수 있다. 따라서 발광 디바이스의 신뢰성을 높일 수 있다.
그 후, 도 10의 (A)에 나타낸 바와 같이, 절연층(127)을 마스크로서 사용하여 에칭 처리를 수행함으로써, 희생층(158R), 희생층(158G), 및 희생층(158B)의 일 부를 제거한다. 이에 의하여, 희생층(158R), 희생층(158G), 및 희생층(158B) 각각에 개구가 형성되고, 유기 화합물층(103R), 유기 화합물층(103G), 유기 화합물층(103B), 및 도전층(152C)의 상면이 노출된다. 또한 이하에서는, 이 에칭 처리를 제 2 에칭 처리라고 하는 경우가 있다.
무기 절연층(125)의 단부는 절연층(127)으로 덮인다. 또한 도 10의 (A)의 예에서는, 희생층(158G)의 단부의 일부(구체적으로는, 제 1 에칭 처리에 의하여 형성된 테이퍼 형상의 부분)가 절연층(127)으로 덮이고, 제 2 에칭 처리에 의하여 형성된 테이퍼 형상의 부분은 노출되어 있다.
제 2 에칭 처리는 웨트 에칭에 의하여 수행한다. 웨트 에칭법을 사용함으로써, 드라이 에칭법을 사용하는 경우보다, 유기 화합물층(103R), 유기 화합물층(103G), 및 유기 화합물층(103B)에 주는 대미지를 저감할 수 있다. 웨트 에칭은 예를 들어 알칼리 용액 또는 산성 용액을 사용하여 수행할 수 있다.
그 후, 도 10의 (B)에 나타낸 바와 같이, 유기 화합물층(103R) 위, 유기 화합물층(103G) 위, 유기 화합물층(103B) 위, 도전층(152C) 위, 및 절연층(127) 위에 제 2 전극(공통 전극)(102)을 형성한다. 제 2 전극(공통 전극)(102)은 스퍼터링법 또는 진공 증착법 등의 방법으로 형성할 수 있다.
그 후, 도 10의 (C)에 나타낸 바와 같이, 제 2 전극(공통 전극)(102) 위에 보호층(131)을 형성한다. 보호층(131)은 진공 증착법, 스퍼터링법, CVD법, 또는 ALD법 등의 방법으로 형성할 수 있다.
이어서, 수지층(122)을 사용하여 보호층(131) 위에 기판(120)을 접합함으로써, 표시 장치를 제작할 수 있다. 상술한 바와 같이, 본 발명의 일 형태의 표시 장치의 제작 방법에서는, 도전층(151)의 측면과 중첩되는 영역을 갖도록 절연층(156)을 제공하고, 또한 도전층(151) 및 절연층(156)을 덮도록 도전층(152)을 형성한다. 이에 의하여, 표시 장치의 수율을 높일 수 있고, 또한 불량의 발생을 억제할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 실시형태에서의 표시 장치의 제작 방법에서는, 섬 형상의 유기 화합물층(103R), 섬 형상의 유기 화합물층(103G), 및 섬 형상의 유기 화합물층(103B)은 파인 메탈 마스크를 사용하여 형성되지 않고, 면 전체에 성막을 한 후에 포토리소그래피법에 의하여 가공함으로써 형성되기 때문에, 섬 형상의 층을 균일한 두께로 형성할 수 있다. 또한 고정세의 표시 장치 또는 고개구율의 표시 장치를 실현할 수 있다. 또한 정세도 또는 개구율이 높고, 부화소 간의 거리가 매우 짧아도, 인접한 부화소에서 유기 화합물층(103R), 유기 화합물층(103G), 및 유기 화합물층(103B)이 서로 접촉하는 것을 억제할 수 있다. 따라서 부화소 간에 누설 전류가 발생하는 것을 억제할 수 있다. 이에 의하여, 크로스토크를 방지할 수 있어 콘트라스트가 매우 높은 표시 장치를 실현할 수 있다. 또한 표시 장치는 포토리소그래피법을 사용하여 제작된 탠덤형 발광 디바이스를 포함하여도 양호한 특성을 가질 수 있다.
(실시형태 5)
본 실시형태에서는, 본 발명의 일 형태의 표시 장치에 대하여 설명한다.
본 실시형태의 표시 장치는 고정세의 표시 장치로 할 수 있다. 따라서 본 실시형태의 표시 장치는 예를 들어, 손목시계형 및 팔찌형 등의 정보 단말기(웨어러블 기기)의 표시부, 그리고 헤드마운트 디스플레이(HMD) 등의 VR용 기기 및 안경형 AR용 기기 등 두부(頭部)에 장착할 수 있는 웨어러블 기기의 표시부에 사용할 수 있다.
또한 본 실시형태의 표시 장치는 고해상도의 표시 장치 또는 대형 표시 장치로 할 수 있다. 따라서 본 실시형태의 표시 장치는 예를 들어, 텔레비전 장치, 데스크톱형 또는 노트북형 퍼스널 컴퓨터, 컴퓨터용 등의 모니터, 디지털 사이니지, 및 파칭코기 등의 대형 게임기 등 비교적 큰 화면을 포함하는 전자 기기 외에, 디지털 카메라, 디지털 비디오 카메라, 디지털 액자, 휴대 전화기, 휴대용 게임기, 휴대 정보 단말기, 및 음향 재생 장치의 표시부에 사용할 수 있다.
[표시 모듈]
도 11의 (A)에 표시 모듈(280)의 사시도를 나타내었다. 표시 모듈(280)은 표시 장치(100A)와 FPC(290)를 포함한다. 또한 표시 모듈(280)에 포함되는 표시 장치는 표시 장치(100A)에 한정되지 않고 후술하는 표시 장치(100B) 내지 표시 장치(100E) 중 어느 것이어도 좋다.
표시 모듈(280)은 기판(291) 및 기판(292)을 포함한다. 표시 모듈(280)은 표시부(281)를 포함한다. 표시부(281)는 표시 모듈(280)에서의 화상을 표시하는 영역이고, 후술하는 화소부(284)에 제공되는 각 화소로부터의 광을 시인할 수 있는 영역이다.
도 11의 (B)에 기판(291) 측의 구성을 모식적으로 나타낸 사시도를 나타내었다. 기판(291) 위에는 회로부(282)와, 회로부(282) 위의 화소 회로부(283)와, 화소 회로부(283) 위의 화소부(284)가 적층되어 있다. 또한 기판(291) 위에서 화소부(284)와 중첩되지 않은 부분에 FPC(290)와 접속하기 위한 단자부(285)가 제공되어 있다. 단자부(285)와 회로부(282)는 복수의 배선으로 구성되는 배선부(286)에 의하여 전기적으로 접속되어 있다.
화소부(284)는 주기적으로 배열된 복수의 화소(284a)를 포함한다. 도 11의 (B)의 오른쪽에 하나의 화소(284a)의 확대도를 나타내었다. 화소(284a)에는 앞의 실시형태에서 설명한 각종 구성을 적용할 수 있다.
화소 회로부(283)는 주기적으로 배열된 복수의 화소 회로(283a)를 포함한다.
하나의 화소 회로(283a)는 하나의 화소(284a)에 포함되는 복수의 소자의 구동을 제어하는 회로이다.
회로부(282)는 화소 회로부(283)의 각 화소 회로(283a)를 구동하는 회로를 포함한다. 예를 들어, 게이트선 구동 회로, 및 소스선 구동 회로 중 한쪽 또는 양쪽을 포함하는 것이 바람직하다. 이 이외에, 연산 회로, 메모리 회로, 및 전원 회로 등 중 적어도 하나를 포함하여도 좋다.
FPC(290)는 외부로부터 회로부(282)에 비디오 신호 또는 전원 전위 등을 공급하기 위한 배선으로서 기능한다. 또한 FPC(290) 위에 IC가 실장되어 있어도 좋다.
표시 모듈(280)은 화소부(284)의 아래쪽에 화소 회로부(283) 및 회로부(282) 중 한쪽 또는 양쪽이 적층된 구성으로 할 수 있기 때문에, 표시부(281)의 개구율(유효 표시 면적비)을 매우 높게 할 수 있다.
이와 같은 표시 모듈(280)은 매우 고정세하기 때문에, HMD 등의 VR용 기기, 또는 안경형 AR용 기기에 적합하게 사용할 수 있다. 예를 들어, 렌즈를 통하여 표시 모듈(280)의 표시부를 시인하는 구성이어도, 표시 모듈(280)은 매우 고정세한 표시부(281)를 가지기 때문에, 렌즈로 표시부가 확대되어도 화소가 시인되지 않고, 몰입감이 높은 표시를 수행할 수 있다. 또한 표시 모듈(280)은 이에 한정되지 않고, 비교적 소형의 표시부를 포함하는 전자 기기에 적합하게 사용할 수 있다.
[표시 장치(100A)]
도 12의 (A)에 나타낸 표시 장치(100A)는 기판(301), 발광 디바이스(130R), 발광 디바이스(130G), 발광 디바이스(130B), 용량 소자(240), 및 트랜지스터(310)를 포함한다.
기판(301)은 도 11의 (A) 및 (B)에서의 기판(291)에 상당한다. 트랜지스터(310)는 기판(301)에 채널 형성 영역을 갖는 트랜지스터이다. 기판(301)으로서는 예를 들어 단결정 실리콘 기판 등의 반도체 기판을 사용할 수 있다. 트랜지스터(310)는 기판(301)의 일부, 도전층(311), 저저항 영역(312), 절연층(313), 및 절연층(314)을 포함한다. 도전층(311)은 게이트 전극으로서 기능한다. 절연층(313)은 기판(301)과 도전층(311) 사이에 위치하고, 게이트 절연층으로서 기능한다. 저저항 영역(312)은 기판(301)에 불순물이 도핑된 영역이고, 소스 또는 드레인으로서 기능한다. 절연층(314)은 도전층(311)의 측면을 덮어 제공된다.
또한 인접한 2개의 트랜지스터(310) 사이에, 기판(301)에 매립되도록 소자 분리층(315)이 제공되어 있다.
또한 트랜지스터(310)를 덮어 절연층(261)이 제공되고, 절연층(261) 위에 용량 소자(240)가 제공되어 있다.
용량 소자(240)는 도전층(241)과, 도전층(245)과, 이들 사이에 위치하는 절연층(243)을 포함한다. 도전층(241)은 용량 소자(240)의 한쪽 전극으로서 기능하고, 도전층(245)은 용량 소자(240)의 다른 쪽 전극으로서 기능하고, 절연층(243)은 용량 소자(240)의 유전체로서 기능한다.
도전층(241)은 절연층(261) 위에 제공되고, 절연층(254)에 매립되어 있다. 도전층(241)은 절연층(261)에 매립된 플러그(271)에 의하여 트랜지스터(310)의 소스 및 드레인 중 한쪽과 전기적으로 접속된다. 절연층(243)은 도전층(241)을 덮어 제공된다. 도전층(245)은 절연층(243)을 개재(介在)하여 도전층(241)과 중첩되는 영역에 제공되어 있다.
용량 소자(240)를 덮어 절연층(255)이 제공되고, 절연층(255) 위에 절연층(174)이 제공되고, 절연층(174) 위에 절연층(175)이 제공되어 있다. 절연층(175) 위에 발광 디바이스(130R), 발광 디바이스(130G), 및 발광 디바이스(130B)가 제공되어 있다. 인접한 발광 디바이스 사이의 영역에는 절연물이 제공된다.
도전층(151R)의 측면과 중첩되는 영역을 갖도록 절연층(156R)이 제공되고, 도전층(151G)의 측면과 중첩되는 영역을 갖도록 절연층(156G)이 제공되고, 도전층(151B)의 측면과 중첩되는 영역을 갖도록 절연층(156B)이 제공된다. 또한 도전층(151R) 및 절연층(156R)을 덮도록 도전층(152R)이 제공되고, 도전층(151G) 및 절연층(156G)을 덮도록 도전층(152G)이 제공되고, 도전층(151B) 및 절연층(156B)을 덮도록 도전층(152B)이 제공된다. 유기 화합물층(103R) 위에는 희생층(158R)이 위치하고, 유기 화합물층(103G) 위에는 희생층(158G)이 위치하고, 유기 화합물층(103B) 위에는 희생층(158B)이 위치한다.
도전층(151R), 도전층(151G), 및 도전층(151B)은 절연층(243), 절연층(255), 절연층(174), 및 절연층(175)에 매립된 플러그(256), 절연층(254)에 매립된 도전층(241), 및 절연층(261)에 매립된 플러그(271)에 의하여 트랜지스터(310)의 소스 및 드레인 중 한쪽에 전기적으로 접속되어 있다. 플러그에는 각종 도전 재료를 사용할 수 있다.
또한 발광 디바이스(130R), 발광 디바이스(130G), 및 발광 디바이스(130B) 위에는 보호층(131)이 제공되어 있다. 보호층(131) 위에는 수지층(122)에 의하여 기판(120)이 접합되어 있다. 발광 디바이스(130)부터 기판(120)까지의 구성 요소의 자세한 내용에 대해서는 실시형태 4를 참조할 수 있다. 기판(120)은 도 11의 (A)에서의 기판(292)에 상당한다.
도 12의 (B)는 도 12의 (A)에 나타낸 표시 장치(100A)의 변형예를 나타낸 것이다. 도 12의 (B)에 나타낸 표시 장치는 착색층(132R), 착색층(132G), 및 착색층(132B)을 포함하고, 발광 디바이스(130)가 착색층(132R), 착색층(132G), 및 착색층(132B) 중 하나와 중첩되는 영역을 갖는다. 도 12의 (B)에 나타낸 표시 장치에서, 발광 디바이스(130)는 예를 들어 백색광을 방출할 수 있다. 또한 예를 들어 착색층(132R)은 적색광을, 착색층(132G)은 녹색광을, 착색층(132B)은 청색광을 각각 투과시킬 수 있다.
[표시 장치(100B)]
도 13에 표시 장치(100B)의 사시도를 도시하고, 도 14에 표시 장치(100C)의 단면도를 도시하였다.
표시 장치(100B)는 기판(352)과 기판(351)이 접합된 구성을 갖는다. 도 13에서는 기판(352)을 파선으로 나타내었다.
표시 장치(100B)는 화소부(177), 접속부(140), 회로(356), 및 배선(355) 등을 포함한다. 도 13에서는 표시 장치(100B)에 IC(354) 및 FPC(353)가 실장되어 있는 예를 나타내었다. 그러므로 도 13에 나타낸 구성은 표시 장치(100B)와, IC(집적 회로)와, FPC를 포함하는 표시 모듈이라고도 할 수 있다. 여기서 표시 장치의 기판에 FPC 등의 커넥터가 장착된 것, 또는 상기 기판에 IC가 실장된 것을 표시 모듈이라고 부른다.
접속부(140)는 화소부(177)의 외측에 제공된다. 접속부(140)는 단수이어도 좋고 복수이어도 좋다. 접속부(140)에서는 발광 디바이스의 공통 전극과 도전층이 전기적으로 접속되고 공통 전극에 전위를 공급할 수 있다.
회로(356)로서는 예를 들어 주사선 구동 회로를 사용할 수 있다.
배선(355)은 화소부(177) 및 회로(356)에 신호 및 전력을 공급하는 기능을 갖는다. 상기 신호 및 전력은 FPC(353)를 통하여 외부로부터 또는 IC(354)로부터 배선(355)에 입력된다.
도 13에는 COG(Chip On Glass) 방식 또는 COF(Chip on Film) 방식 등에 의하여 기판(351)에 IC(354)가 제공되어 있는 예를 나타내었다. IC(354)로서는, 예를 들어 주사선 구동 회로 또는 신호선 구동 회로 등을 포함하는 IC를 적용할 수 있다. 또한 표시 장치(100B) 및 표시 모듈은 IC를 제공하지 않는 구성으로 하여도 좋다. 또한 IC를 예를 들어 COF 방식에 의하여 FPC에 실장하여도 좋다.
도 14에, 도 13에서의 표시 장치(100B)에서 FPC(353)를 포함하는 영역의 일부, 회로(356)의 일부, 화소부(177)의 일부, 접속부(140)의 일부, 및 단부를 포함하는 영역의 일부를 각각 절단한 경우의 단면의 일례를 표시 장치(100C)로서 나타내었다.
[표시 장치(100C)]
도 14에 나타낸 표시 장치(100C)는, 기판(351)과 기판(352) 사이에, 트랜지스터(201), 트랜지스터(205), 적색의 광을 방출하는 발광 디바이스(130R), 녹색의 광을 방출하는 발광 디바이스(130G), 및 청색의 광을 방출하는 발광 디바이스(130B) 등을 포함한다.
발광 디바이스(130R), 발광 디바이스(130G), 및 발광 디바이스(130B)의 자세한 내용에 대해서는 실시형태 4를 참조할 수 있다.
발광 디바이스(130R)는 도전층(224R)과, 도전층(224R) 위의 도전층(151R)과, 도전층(151R) 위의 도전층(152R)을 포함한다. 발광 디바이스(130G)는 도전층(224G)과, 도전층(224G) 위의 도전층(151G)과, 도전층(151G) 위의 도전층(152G)을 포함한다. 발광 디바이스(130B)는 도전층(224B)과, 도전층(224B) 위의 도전층(151B)과, 도전층(151B) 위의 도전층(152B)을 포함한다.
도전층(224R)은 절연층(214)에 제공된 개구를 통하여 트랜지스터(205)의 도전층(222b)과 접속되어 있다. 도전층(224R)의 단부보다 외측에 도전층(151R)의 단부가 위치한다. 도전층(151R)의 측면과 접촉하는 영역을 갖도록 절연층(156R)이 제공되고, 도전층(151R) 및 절연층(156R)을 덮도록 도전층(152R)이 제공된다.
발광 디바이스(130G)에서의 도전층(224G), 도전층(151G), 도전층(152G), 절연층(156G), 그리고 발광 디바이스(130B)에서의 도전층(224B), 도전층(151B), 도전층(152B), 절연층(156B)에 대해서는, 발광 디바이스(130R)에서의 도전층(224R), 도전층(151R), 도전층(152R), 절연층(156R)과 같기 때문에 자세한 설명은 생략한다.
도전층(224R), 도전층(224G), 및 도전층(224B)에는, 절연층(214)에 제공된 개구를 덮도록 오목부가 형성된다. 이 오목부에는 층(128)이 매립되어 있다.
층(128)은 도전층(224R), 도전층(224G), 및 도전층(224B)의 오목부를 매립하여 평탄하게 하는 기능을 갖는다. 도전층(224R), 도전층(224G), 도전층(224B), 및 층(128) 위에는 도전층(224R), 도전층(224G), 및 도전층(224B)에 전기적으로 접속되는 도전층(151R), 도전층(151G), 및 도전층(151B)이 제공되어 있다. 따라서 도전층(224R), 도전층(224G), 및 도전층(224B)의 오목부와 중첩되는 영역도 발광 영역으로서 사용할 수 있어, 화소의 개구율을 높일 수 있다.
층(128)은 절연층이어도 좋고, 도전층이어도 좋다. 층(128)에는 각종 무기 절연 재료, 유기 절연 재료, 및 도전 재료를 적절히 사용할 수 있다. 특히, 층(128)은 절연 재료를 사용하여 형성되는 것이 바람직하고, 특히 유기 절연 재료를 사용하여 형성되는 것이 바람직하다. 층(128)은 예를 들어 상술한 절연층(127)에 사용할 수 있는 유기 절연 재료를 사용하여 형성할 수 있다.
발광 디바이스(130R), 발광 디바이스(130G), 및 발광 디바이스(130B) 위에는 보호층(131)이 제공되어 있다. 보호층(131)과 기판(352)은 접착층(142)에 의하여 접착되어 있다. 기판(352)에는 차광층(157)이 제공되어 있다. 발광 디바이스(130)의 밀봉에는 고체 밀봉 구조 또는 중공 밀봉 구조 등을 적용할 수 있다. 도 14에서는, 기판(352)과 기판(351) 사이의 공간이 접착층(142)으로 충전되어 있고, 고체 밀봉 구조가 적용되어 있다. 또는 상기 공간을 불활성 가스(질소 또는 아르곤 등)로 충전하고, 중공 밀봉 구조를 적용하여도 좋다. 이때, 접착층(142)은 발광 디바이스와 중첩되지 않도록 제공되어 있어도 좋다. 또한 상기 공간을 테두리 형상으로 제공된 접착층(142)과는 다른 수지로 충전하여도 좋다.
도 14의 예에서는, 접속부(140)가 도전층(224R), 도전층(224G), 및 도전층(224B)과 동일한 도전막을 가공하여 얻어진 도전층(224C)과, 도전층(151R), 도전층(151G), 및 도전층(151B)과 동일한 도전막을 가공하여 얻어진 도전층(151C)과, 도전층(152R), 도전층(152G), 및 도전층(152B)과 동일한 도전막을 가공하여 얻어진 도전층(152C)을 포함한다. 또한 도 14의 예에서는, 도전층(151C)의 측면과 중첩되는 영역을 갖도록 절연층(156C)이 제공되어 있다.
표시 장치(100C)는 톱 이미션형이다. 발광 디바이스가 방출하는 광은 기판(352) 측으로 사출된다. 기판(352)에는 가시광에 대한 투과성이 높은 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 화소 전극은 가시광을 반사하는 재료를 포함하고, 대향 전극(공통 전극(155))은 가시광을 투과시키는 재료를 포함한다.
기판(351) 위에는 절연층(211), 절연층(213), 절연층(215), 및 절연층(214)이 이 순서대로 제공되어 있다. 절연층(211)은 그 일부가 각 트랜지스터의 게이트 절연층으로서 기능한다. 절연층(213)은 그 일부가 각 트랜지스터의 게이트 절연층으로서 기능한다. 절연층(215)은 트랜지스터를 덮어 제공된다. 절연층(214)은 트랜지스터를 덮어 제공되고, 평탄화층으로서의 기능을 갖는다. 또한 게이트 절연층의 개수 및 트랜지스터를 덮는 절연층의 개수는 한정되지 않고, 각각 단층이어도 좋고 2층 이상이어도 좋다.
절연층(211), 절연층(213), 및 절연층(215)으로서는 각각 무기 절연막을 사용하는 것이 바람직하다.
평탄화층으로서 기능하는 절연층(214)에는 유기 절연층이 적합하다.
트랜지스터(201) 및 트랜지스터(205)는 게이트로서 기능하는 도전층(221), 게이트 절연층으로서 기능하는 절연층(211), 소스 및 드레인으로서 기능하는 도전층(222a) 및 도전층(222b), 반도체층(231), 게이트 절연층으로서 기능하는 절연층(213), 그리고 게이트로서 기능하는 도전층(223)을 포함한다.
기판(351)에서 기판(352)이 중첩되지 않은 영역에는 접속부(204)가 제공되어 있다. 접속부(204)에서는, 트랜지스터(201)의 소스 전극 또는 드레인 전극이 도전층(166) 및 접속층(242)을 통하여 FPC(353)와 전기적으로 접속되어 있다. 도전층(166)이 도전층(224R), 도전층(224G), 및 도전층(224B)과 동일한 도전막을 가공하여 얻어진 도전막과, 도전층(151R), 도전층(151G), 및 도전층(151B)과 동일한 도전막을 가공하여 얻어진 도전막과, 도전층(152R), 도전층(152G), 및 도전층(152B)과 동일한 도전막을 가공하여 얻어진 도전막의 적층 구조를 갖는 예를 나타내었다. 접속부(204)의 상면에서는 도전층(166)이 노출되어 있다. 이에 의하여, 접속부(204)와 FPC(353)를 접속층(242)을 통하여 전기적으로 접속할 수 있다.
기판(352)의 기판(351) 측의 면에는 차광층(157)을 제공하는 것이 바람직하다. 차광층(157)은 인접한 발광 디바이스 사이, 접속부(140), 및 회로(356) 등에 제공할 수 있다. 또한 기판(352)의 외측에는 각종 광학 부재를 배치할 수 있다.
기판(351) 및 기판(352) 각각에는, 기판(120)에 사용할 수 있는 재료를 사용할 수 있다.
접착층(142)에는, 수지층(122)에 사용할 수 있는 재료를 사용할 수 있다.
접속층(242)으로서는 이방성 도전 필름(ACF: Anisotropic Conductive Film), 또는 이방성 도전 페이스트(ACP: Anisotropic Conductive Paste) 등을 사용할 수 있다.
[표시 장치(100D)]
도 15에 나타낸 표시 장치(100D)는 보텀 이미션형 표시 장치인 점에서 도 14에 나타낸 표시 장치(100C)와 주로 다르다.
발광 디바이스가 방출하는 광은 기판(351) 측으로 사출된다. 기판(351)에는 가시광에 대한 투과성이 높은 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 한편, 기판(352)에 사용하는 재료의 투광성은 불문한다.
기판(351)과 트랜지스터(201) 사이, 및 기판(351)과 트랜지스터(205) 사이에는, 차광층(317)을 형성하는 것이 바람직하다. 도 15의 예에서는, 기판(351) 위에 차광층(317)이 제공되고, 차광층(317) 위에 절연층(153)이 제공되고, 절연층(153) 위에 트랜지스터(201, 205) 등이 제공되어 있다.
발광 디바이스(130R)는 도전층(112R)과, 도전층(112R) 위의 도전층(126R)과, 도전층(126R) 위의 도전층(129R)을 포함한다.
발광 디바이스(130B)는 도전층(112B)과, 도전층(112B) 위의 도전층(126B)과, 도전층(126B) 위의 도전층(129B)을 포함한다.
도전층(112R, 112B, 126R, 126B, 129R, 129B)에는 각각 가시광에 대한 투과성이 높은 재료를 사용한다. 제 2 전극(102)에는 가시광을 반사하는 재료를 사용하는 것이 바람직하다.
또한 도 15에서는 발광 디바이스(130G)를 도시하지 않았지만, 발광 디바이스(130G)도 제공되어 있다.
또한 도 15 등에는, 층(128)의 상면이 평탄부를 갖는 예를 나타내었지만, 층(128)의 형상은 특별히 한정되지 않는다.
[표시 장치(100E)]
도 16에 나타낸 표시 장치(100E)는 도 14에 나타낸 표시 장치(100C)의 변형예이고, 착색층(132R), 착색층(132G), 및 착색층(132B)을 포함하는 점에서 표시 장치(100C)와 주로 다르다.
표시 장치(100E)에서, 발광 디바이스(130)는 착색층(132R), 착색층(132G), 및 착색층(132B) 중 하나와 중첩되는 영역을 갖는다. 착색층(132R), 착색층(132G), 및 착색층(132B)은 기판(352)의 기판(351) 측의 면에 제공될 수 있다. 착색층(132R)의 단부, 착색층(132G)의 단부, 및 착색층(132B)의 단부는 차광층(157)과 중첩될 수 있다.
표시 장치(100E)에서, 발광 디바이스(130)는 예를 들어 백색광을 방출할 수 있다. 또한 예를 들어 착색층(132R)은 적색광을, 착색층(132G)은 녹색광을, 착색층(132B)은 청색광을 각각 투과시킬 수 있다. 또한 표시 장치(100E)는 보호층(131)과 접착층(142) 사이에 착색층(132R), 착색층(132G), 및 착색층(132B)이 제공되는 구성을 가져도 좋다.
본 실시형태는 다른 실시형태 또는 실시예와 적절히 조합할 수 있다. 또한 본 명세서에서 하나의 실시형태에 복수의 구성예가 기재된 경우에는 구성예를 적절히 조합할 수 있다.
(실시형태 6)
본 실시형태에서는, 본 발명의 일 형태의 전자 기기에 대하여 설명한다.
본 실시형태의 전자 기기는 표시부에 본 발명의 일 형태의 표시 장치를 포함한다. 본 발명의 일 형태의 표시 장치는 소비 전력이 낮고 신뢰성이 높다. 따라서 다양한 전자 기기의 표시부에 사용할 수 있다.
전자 기기로서는, 예를 들어 텔레비전 장치, 데스크톱형 또는 노트북형 퍼스널 컴퓨터, 컴퓨터용 등의 모니터, 디지털 사이니지, 파친코기 등의 대형 게임기 등 비교적 큰 화면을 포함하는 전자 기기 외에, 디지털 카메라, 디지털 비디오 카메라, 디지털 액자, 휴대 전화기, 휴대용 게임기, 휴대 정보 단말기, 음향 재생 장치 등이 있다.
도 17의 (A) 내지 (D)를 사용하여 머리에 장착할 수 있는 웨어러블 기기의 일례에 대하여 설명한다.
도 17의 (A)에 나타낸 전자 기기(700A) 및 도 17의 (B)에 나타낸 전자 기기(700B)는 각각 한 쌍의 표시 패널(751)과, 한 쌍의 하우징(721)과, 통신부(도시하지 않았음)와, 한 쌍의 장착부(723)와, 제어부(도시하지 않았음)와, 촬상부(도시하지 않았음)와, 한 쌍의 광학 부재(753)와, 프레임(757)과, 한 쌍의 코 받침(758)을 포함한다.
표시 패널(751)에는 본 발명의 일 형태의 표시 장치를 적용할 수 있다. 따라서 신뢰성이 높은 전자 기기로 할 수 있다.
전자 기기(700A) 및 전자 기기(700B)는 각각 광학 부재(753)의 표시 영역(756)에, 표시 패널(751)에 표시한 화상을 투영할 수 있다. 광학 부재(753)는 투광성을 가지기 때문에, 사용자는 광학 부재(753)를 통하여 시인되는 투과 이미지에 겹쳐, 표시 영역에 표시된 화상을 볼 수 있다.
전자 기기(700A) 및 전자 기기(700B)에는 촬상부로서, 앞쪽 방향을 촬상할 수 있는 카메라가 제공되어 있어도 좋다. 또한 전자 기기(700A) 및 전자 기기(700B)는 각각 자이로 센서 등의 가속도 센서를 가짐으로써, 사용자의 머리의 방향을 검지하여 그 방향에 대응한 화상을 표시 영역(756)에 표시할 수도 있다.
통신부는 무선 통신기를 포함하고, 상기 무선 통신기에 의하여 예를 들어 영상 신호를 공급할 수 있다. 또한 무선 통신기 대신에, 또는 무선 통신기에 더하여 영상 신호 및 전원 전위가 공급되는 케이블을 접속 가능한 커넥터를 포함하여도 좋다.
또한 전자 기기(700A) 및 전자 기기(700B)에는 배터리가 제공되고, 무선 및 유선 중 한쪽 또는 양쪽으로 충전할 수 있다.
하우징(721)에는 터치 센서 모듈이 제공되어도 좋다.
터치 센서 모듈에는 다양한 터치 센서를 적용할 수 있다. 예를 들어 정전 용량 방식, 저항막 방식, 적외선 방식, 전자기 유도 방식, 표면 탄성파 방식, 또는 광학 방식 등, 다양한 방식을 채용할 수 있다. 특히, 정전 용량 방식 또는 광학 방식의 센서를 터치 센서 모듈에 적용하는 것이 바람직하다.
도 17의 (C)에 나타낸 전자 기기(800A) 및 도 17의 (D)에 나타낸 전자 기기(800B)는 각각 한 쌍의 표시부(820)와, 하우징(821)과, 통신부(822)와, 한 쌍의 장착부(823)와, 제어부(824)와, 한 쌍의 촬상부(825)와, 한 쌍의 렌즈(832)를 포함한다.
표시부(820)에는 본 발명의 일 형태의 표시 장치를 적용할 수 있다. 따라서 신뢰성이 높은 전자 기기로 할 수 있다.
표시부(820)는 하우징(821)의 내부의 렌즈(832)를 통하여 시인할 수 있는 위치에 제공된다. 또한 한 쌍의 표시부(820)에 상이한 화상을 표시시킴으로써, 시차를 이용한 3차원 표시도 가능하다.
전자 기기(800A) 및 전자 기기(800B)는 각각 렌즈(832) 및 표시부(820)가 사용자의 눈의 위치에 따라 최적의 위치가 되도록, 이들의 좌우의 위치를 조정 가능한 기구를 포함하는 것이 바람직하다.
장착부(823)에 의하여, 사용자는 전자 기기(800A) 또는 전자 기기(800B)를 머리에 장착할 수 있다.
촬상부(825)는 외부의 정보를 취득하는 기능을 갖는다. 촬상부(825)가 취득한 데이터는 표시부(820)에 출력할 수 있다. 촬상부(825)에는 이미지 센서를 사용할 수 있다. 또한 망원 및 광각 등 복수의 화각에 대응할 수 있도록 복수의 카메라를 제공하여도 좋다.
전자 기기(800A)는 골전도 이어폰으로서 기능하는 진동 기구를 포함하여도 좋다.
전자 기기(800A) 및 전자 기기(800B)는 각각 입력 단자를 포함하여도 좋다. 입력 단자에는 영상 출력 기기 등으로부터의 영상 신호, 및 전자 기기 내에 제공되는 배터리를 충전하기 위한 전력 등을 공급하는 케이블을 접속할 수 있다.
본 발명의 일 형태의 전자 기기는 이어폰(750)과 무선 통신을 하는 기능을 가져도 좋다.
또한 전자 기기가 이어폰부를 포함하여도 좋다. 도 17의 (B)에 나타낸 전자 기기(700B)는 이어폰부(727)를 포함한다. 이어폰부(727)와 제어부를 연결하는 배선의 일부는 하우징(721) 또는 장착부(723)의 내부에 배치되어도 좋다.
마찬가지로, 도 17의 (D)에 나타낸 전자 기기(800B)는 이어폰부(827)를 포함한다. 예를 들어 이어폰부(827)와 제어부(824)는 서로 유선으로 접속되는 구성으로 할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 일 형태의 전자 기기로서는, 안경형(전자 기기(700A) 및 전자 기기(700B) 등) 및 고글형(전자 기기(800A) 및 전자 기기(800B) 등) 모두 적합하다.
도 18의 (A)에 나타낸 전자 기기(6500)는 스마트폰으로서 사용할 수 있는 휴대 정보 단말기이다.
전자 기기(6500)는 하우징(6501), 표시부(6502), 전원 버튼(6503), 버튼(6504), 스피커(6505), 마이크로폰(6506), 카메라(6507), 및 광원(6508) 등을 포함한다. 표시부(6502)는 터치 패널 기능을 갖는다.
표시부(6502)에 본 발명의 일 형태의 표시 장치를 적용할 수 있다. 따라서 신뢰성이 높은 전자 기기로 할 수 있다.
도 18의 (B)는 하우징(6501)의 마이크로폰(6506) 측의 단부를 포함한 단면 개략도이다.
하우징(6501)의 표시면 측에는 투광성을 갖는 보호 부재(6510)가 제공되고, 하우징(6501)과 보호 부재(6510)로 둘러싸인 공간 내에 표시 패널(6511), 광학 부재(6512), 터치 센서 패널(6513), 인쇄 기판(6517), 및 배터리(6518) 등이 배치되어 있다.
보호 부재(6510)에는 표시 패널(6511), 광학 부재(6512), 및 터치 센서 패널(6513)이 접착층(도시하지 않았음)에 의하여 고정되어 있다.
표시부(6502)보다 외측의 영역에서 표시 패널(6511)의 일부가 접혀 있고, 이 접힌 부분에 FPC(6515)가 접속되어 있다. FPC(6515)에는 IC(6516)가 실장되어 있다. FPC(6515)는 인쇄 기판(6517)에 제공된 단자에 접속되어 있다.
표시 패널(6511)에는 본 발명의 일 형태의 표시 장치를 적용할 수 있다. 그러므로 매우 가벼운 전자 기기를 실현할 수 있다. 또한 표시 패널(6511)이 매우 얇기 때문에, 전자 기기의 두께를 늘리지 않고 대용량 배터리(6518)를 탑재할 수도 있다. 또한 표시 패널(6511)의 일부를 접어 화소부의 이면 측에 FPC(6515)와의 접속부를 배치함으로써, 슬림 베젤의 전자 기기를 실현할 수 있다.
도 18의 (C)에 텔레비전 장치의 일례를 나타내었다. 텔레비전 장치(7100)에서는, 하우징(7171)에 표시부(7000)가 포함되어 있다. 여기서는, 스탠드(7173)에 의하여 하우징(7171)을 지지한 구성을 나타내었다.
표시부(7000)에 본 발명의 일 형태의 표시 장치를 적용할 수 있다. 따라서 신뢰성이 높은 전자 기기로 할 수 있다.
도 18의 (C)에 나타낸 텔레비전 장치(7100)의 조작은 하우징(7171)의 조작 스위치 및 별체의 리모트 컨트롤러(7151)에 의하여 수행할 수 있다.
도 18의 (D)에 노트북형 퍼스널 컴퓨터의 일례를 나타내었다. 노트북형 퍼스널 컴퓨터(7200)는 하우징(7211), 키보드(7212), 포인팅 디바이스(7213), 및 외부 접속 포트(7214) 등을 포함한다. 하우징(7211)에 표시부(7000)가 포함되어 있다.
표시부(7000)에 본 발명의 일 형태의 표시 장치를 적용할 수 있다. 따라서 신뢰성이 높은 전자 기기로 할 수 있다.
도 18의 (E) 및 (F)에 디지털 사이니지의 일례를 나타내었다.
도 18의 (E)에 나타낸 디지털 사이니지(7300)는 하우징(7301), 표시부(7000), 및 스피커(7303) 등을 포함한다. 또한 LED 램프, 조작 키(전원 스위치 또는 조작 스위치를 포함함), 접속 단자, 각종 센서, 마이크로폰 등을 포함할 수 있다.
도 18의 (F)는 원기둥 모양의 기둥(7401)에 장착된 디지털 사이니지(7400)를 나타낸 것이다. 디지털 사이니지(7400)는 기둥(7401)의 곡면을 따라 제공된 표시부(7000)를 포함한다.
도 18의 (E) 및 (F)에서, 표시부(7000)에 본 발명의 일 형태의 표시 장치를 적용할 수 있다. 따라서 신뢰성이 높은 전자 기기로 할 수 있다.
표시부(7000)가 넓을수록 한번에 제공할 수 있는 정보량을 늘릴 수 있다. 또한 표시부(7000)가 넓을수록 사람의 눈에 띄기 쉽기 때문에, 예를 들어 광고의 홍보 효과를 높일 수 있다.
또한 도 18의 (E) 및 (F)에 나타낸 바와 같이, 디지털 사이니지(7300) 또는 디지털 사이니지(7400)는 사용자가 소유하는 스마트폰 등의 정보 단말기(7311) 또는 정보 단말기(7411)와 무선 통신에 의하여 연계 가능한 것이 바람직하다.
도 19의 (A) 내지 (G)에 나타낸 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 갖는 것), 마이크로폰(9008) 등을 포함한다.
도 19의 (A) 내지 (G)에 나타낸 전자 기기는 다양한 기능을 갖는다. 예를 들어 다양한 정보(정지 화상, 동영상, 텍스트 화상 등)를 표시부에 표시하는 기능, 터치 패널 기능, 달력, 날짜, 또는 시각 등을 표시하는 기능, 다양한 소프트웨어(프로그램)에 의하여 처리를 제어하는 기능, 무선 통신 기능, 기록 매체에 기록된 프로그램 또는 데이터를 판독하여 처리하는 기능 등을 가질 수 있다.
도 19의 (A) 내지 (G)에 나타낸 전자 기기의 자세한 사항에 대하여 이하에서 설명한다.
도 19의 (A)는 휴대 정보 단말기(9171)를 나타낸 사시도이다. 휴대 정보 단말기(9171)는 예를 들어 스마트폰으로서 사용할 수 있다. 또한 휴대 정보 단말기(9171)에는 스피커(9003), 접속 단자(9006), 또는 센서(9007) 등을 제공하여도 좋다. 또한 휴대 정보 단말기(9171)는 문자 및 화상 정보를 그 복수의 면에 표시할 수 있다. 도 19의 (A)에는 3개의 아이콘(9050)을 표시한 예를 나타내었다. 또한 파선의 직사각형으로 나타낸 정보(9051)를 표시부(9001)의 다른 면에 표시할 수도 있다. 정보(9051)의 예로서는 전자 메일, SNS, 전화 등의 착신의 알림, 전자 메일 또는 SNS 등의 제목, 송신자명, 일시, 시각, 배터리의 잔량, 전파 강도 등이 있다. 또는 정보(9051)가 표시되는 위치에는 아이콘(9050) 등을 표시하여도 좋다.
도 19의 (B)는 휴대 정보 단말기(9172)를 나타낸 사시도이다. 휴대 정보 단말기(9172)는 표시부(9001)의 3면 이상에 정보를 표시하는 기능을 갖는다. 여기서는 정보(9052), 정보(9053), 정보(9054)가 각각 상이한 면에 표시되어 있는 예를 나타내었다. 예를 들어 사용자는 옷의 가슴 포켓에 휴대 정보 단말기(9172)를 수납한 상태에서, 휴대 정보 단말기(9172) 위쪽에서 볼 수 있는 위치에 표시된 정보(9053)를 확인할 수도 있다.
도 19의 (C)는 태블릿 단말기(9173)를 나타낸 사시도이다. 태블릿 단말기(9173)는 일례로서, 이동 전화, 전자 메일, 문장 열람 및 작성, 음악 재생, 인터넷 통신, 컴퓨터 게임 등의 다양한 애플리케이션의 실행이 가능하다. 태블릿 단말기(9173)는 하우징(9000)의 앞면에 표시부(9001), 카메라(9002), 마이크로폰(9008), 스피커(9003)를 포함하고, 하우징(9000)의 왼쪽 면에 조작용 버튼으로서의 조작 키(9005)를 포함하고, 바닥면에 접속 단자(9006)를 포함한다.
도 19의 (D)는 손목시계형 휴대 정보 단말기(9200)를 나타낸 사시도이다. 휴대 정보 단말기(9200)는 예를 들어 스마트워치(등록 상표)로서 사용할 수 있다. 또한 표시부(9001)는 그 표시면이 만곡되어 제공되고, 만곡된 표시면을 따라 표시를 할 수 있다. 또한 휴대 정보 단말기(9200)가, 예를 들어 무선 통신이 가능한 헤드셋과 상호 통신함으로써 핸즈프리로 통화를 할 수도 있다. 또한 휴대 정보 단말기(9200)는 접속 단자(9006)에 의하여 다른 정보 단말기와 상호로 데이터를 주고받거나 충전할 수도 있다. 또한 충전 동작은 무선 급전에 의하여 수행하여도 좋다.
도 19의 (E) 내지 (G)는 접을 수 있는 휴대 정보 단말기(9201)를 나타낸 사시도이다. 또한 도 19의 (E)는 휴대 정보 단말기(9201)를 펼친 상태의 사시도이고, 도 19의 (G)는 접은 상태의 사시도이고, 도 19의 (F)는 도 19의 (E) 및 (G) 중 한쪽으로부터 다른 쪽으로 변화되는 도중의 상태의 사시도이다. 휴대 정보 단말기(9201)는 접은 상태에서는 가반성이 우수하고, 펼친 상태에서는 이음매가 없고 넓은 표시 영역을 가지므로 표시의 일람성(一覽性)이 우수하다. 휴대 정보 단말기(9201)의 표시부(9001)는 힌지(9055)에 의하여 연결된 3개의 하우징(9000)으로 지지되어 있다. 예를 들어 표시부(9001)는 곡률 반경 0.1mm 이상 150mm 이하로 구부릴 수 있다.
본 실시형태는 다른 실시형태 또는 실시예와 적절히 조합할 수 있다. 또한 본 명세서에서 하나의 실시형태에 복수의 구성예가 기재된 경우에는 구성예를 적절히 조합할 수 있다.
(실시예)
본 실시예에서는, 이중항 여기 상태로부터 발광하는 유기 화합물을 사용한 발광 디바이스 1, 발광 디바이스 2, 및 비교 발광 디바이스 1에 대하여 설명한다. 본 실시예에서 사용한 화합물의 구조식을 이하에 나타낸다.
[화학식 9]
(발광 디바이스 1의 제작 방법)
먼저 유리 기판 위에 산화 실리콘을 포함한 인듐 주석 산화물(ITSO)을 스퍼터링법으로 70nm의 두께로 형성하여, 크기 2mm×2mm의 제 1 전극(101)을 형성하였다. 또한 ITSO는 양극으로서 기능한다.
다음으로, 기판 위에 발광 디바이스를 형성하기 위한 전처리로서 기판 표면을 물로 세정하였다.
그 후, 내부의 압력이 약 1×10-4Pa까지 감소된 진공 증착 장치에 기판을 도입하고, 진공 증착 장치 내의 가열실에서 170℃에서 30분의 진공 소성을 수행한 후, 기판을 약 30분 방랭하였다.
다음으로, 제 1 전극(101)이 형성된 면이 아래쪽을 향하도록, 기판을 진공 증착 장치 내에 제공된 기판 홀더에 고정하고, 제 1 전극(101) 위에, 증착법에 의하여 상기 구조식(i)으로 나타내어지는 N,N-비스(4-바이페닐)-6-페닐벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란-8-아민(약칭: BBABnf)과, 분자량이 672이고 플루오린을 포함한 전자 억셉터 재료(OCHD-003)를 중량비가 1:0.1(=BBABnf:OCHD-003)이 되도록 10nm의 두께로 공증착함으로써, 정공 주입층(111)을 형성하였다.
정공 주입층(111) 위에 BBABnf를 25nm의 두께로 증착하고, 이어서 상기 구조식(ii)으로 나타내어지는 12-[3-(9H-카바졸-9-일)페닐]-5,12-다이하이드로-5-페닐-인돌로[3,2-a]카바졸(약칭: mCzPICz)을 10nm의 두께로 증착함으로써, 정공 수송층(112)을 형성하였다.
이어서, 정공 수송층 위에, 상기 구조식(iii)으로 나타내어지는 9-[3-(트라이페닐실릴)페닐]-3,9'-바이-9H-카바졸(약칭: PSiCzCz)과, 상기 구조식(iv)으로 나타내어지는 다이-μ-옥소비스[비스(3,5-다이메틸-1H-피라졸레이토-κN1)하이드로보레이트(1-)-κN2, κN2']비스[트리스(3,5-다이메틸-1H-피라졸레이토-κN1)하이드로보레이트(1-)-κN2,κN2',N2'']다이세륨(III)(약칭: [Ce(bmpz3)(bmpz2)O]2)과, 상기 구조식(v)으로 나타내어지는 N,N'-비스(3,5-다이-트라이메틸실릴)-N,N'-비스[3,5-비스(3,5-다이-tert-뷰틸페닐)페닐]피렌-1,6-다이아민(약칭: 1,6mmtBuTMSDPhAPrn-02)을 중량비가 1:0.1:0.01(=PSiCzCz: [Ce(bmpz3)(bmpz2)O]2: 1,6mmtBuTMSDPhAPrn-02)이 되도록 30nm의 두께로 공증착함으로써, 발광층(113)을 형성하였다.
그 후, 상기 구조식(vi)으로 나타내어지는 3,5-비스[3-(9H-카바졸-9-일)페닐]피리딘(약칭: 35DCzPPy)을 10nm의 두께로 증착하고, 이어서 상기 구조식(vii)으로 나타내어지는 1,3,5-트라이[(3-피리딜)-페닐-3-일]벤젠(약칭: TmPyPB)을 15nm의 두께로 증착함으로써, 전자 수송층(114)을 형성하였다.
그 후, 플루오린화 리튬(LiF)을 1nm의 두께로 증착하여 전자 주입층(115)을 형성하고, 알루미늄(Al)을 200nm의 두께로 증착하여 제 2 전극(102)을 형성하였다.
그 후, 질소 분위기의 글로브 박스 내에서 발광 디바이스가 대기에 노출되지 않도록 유리 기판에 의하여 밀봉하는 작업(UV 경화성 실재를 소자의 주위에 도포하고, 발광 디바이스에는 조사되지 않도록 실재에만 UV를 조사하는 처리, 및 대기압하에서 80℃에서 1시간의 열처리)을 수행함으로써, 발광 디바이스 1을 제작하였다.
(발광 디바이스 2의 제작 방법)
발광 디바이스 2는 발광 디바이스 1에서의 1,6mmtBuTMSDPhAPrn-02를 상기 구조식(viii)으로 나타내어지는 N,N,5-트라이페닐-5H-5,8b-다이아자-15b-보라벤조[a]나프토[1,2,3-hi]아세안토릴렌-7-아민(약칭: DPhANbna)으로 변경한 점 이외는 발광 디바이스 1과 같은 식으로 제작하였다.
(비교 발광 디바이스 1의 제작 방법)
비교 발광 디바이스 1은 발광 디바이스 1에서의 1,6mmtBuTMSDPhAPrn-02를 사용하지 않은 점 이외는 발광 디바이스 1과 같은 식으로 제작하였다.
발광 디바이스 1, 발광 디바이스 2, 및 비교 발광 디바이스 1의 디바이스 구조는 다음과 같다.
[표 1]
또한 발광 디바이스 1, 발광 디바이스 2, 및 비교 발광 디바이스 1에서 사용한 [Ce(bmpz3)(bmpz2)O]2는 f-d 전이에 기초한 이중항 여기 상태로부터 발광하는 유기 착체이고, 발광 디바이스 1의 1,6mmtBuTMSDPhAPrn-02 및 발광 디바이스 2의 DPhANbna는 단일항 여기 상태로부터 발광하는 형광 물질이다. 또한 도 28 및 도 29의 흡수 스펙트럼에 나타낸 바와 같이, 발광 디바이스 1 및 발광 디바이스 2의 양쪽 모두에서, f-d 전이에 기초한 이중항 여기 상태로부터 발광하는 유기 착체의 흡수단 중 가장 장파장에 위치하는 흡수단([Ce(bmpz3)(bmpz2)O]2의 흡수단은 432nm임)이 단일항 여기 상태로부터 발광하는 형광 물질의 흡수단 중 가장 장파장에 위치하는 흡수단(1,6mmtBuTMSDPhAPrn-02의 흡수단은 463nm이고, DPhANbna의 흡수단은 460nm임)보다 단파장에 위치한다. 이것으로부터 발광 디바이스 1 및 발광 디바이스 2의 양쪽 모두에서, f-d 전이에 기초한 이중항 여기 상태로부터 발광하는 유기 착체의 밴드 갭([Ce(bmpz3)(bmpz2)O]2의 밴드 갭은 2.87eV임)이 단일항 여기 상태로부터 발광하는 형광 물질의 밴드 갭(1,6mmtBuTMSDPhAPrn-02의 밴드 갭은 2.68eV이고, DPhANbna의 밴드 갭은 2.70eV임)보다 큰 것을 알 수 있다. 또한 흡수 스펙트럼의 측정에서는, [Ce(bmpz3)(bmpz2)O]2는 박막 상태(석영 기판 위의 증착막, 50nm)이고 자외 가시 분광 광도계 U-4100(Hitachi High-Technologies Corporation 제조)을 사용하고, 1,6mmtBuTMSDPhAPrn-02는 톨루엔 용액 상태이고 자외 가시 분광 광도계 V-550DS(JASCO Corporation 제조)를 사용하고, DPhANbna는 톨루엔 용액 상태이고 자외 가시 분광 광도계 V-770DS(JASCO Corporation 제조)를 사용하였다.
발광 디바이스 1, 발광 디바이스 2, 및 비교 발광 디바이스 1의 휘도-전류 밀도 특성을 도 20에, 휘도-전압 특성을 도 21에, 전류 효율-전류 밀도 특성을 도 22에, 전류 밀도-전압 특성을 도 23에, 블루 인덱스(BI)-전류 밀도 특성을 도 24에, 외부 양자 효율-전류 밀도 특성을 도 25에, 전계 발광 스펙트럼(EL 스펙트럼)을 도 26에 각각 나타내었다. 또한 전류 밀도 10mA/cm2에서의 전압, 전류, 휘도, CIE 색도, 전류 효율, 외부 양자 효율, 블루 인덱스의 값을 이하에 나타내었다. 또한 휘도, CIE 색도, 및 전계 발광 스펙트럼은 분광 방사계(TOPCON TECHNOHOUSE CORPORATION 제조, SR-UL1R)를 사용하여 상온에서 측정하였다. 또한 외부 양자 효율은, 분광 방사계를 사용하여 측정한 정면 방향에서의 휘도와 전계 발광 스펙트럼을 사용하여, 등방성(램버시안(Lambertian)형)의 배광 특성을 갖는 것으로 가정하여 산출하였다.
또한 블루 인덱스(BI)(cd/A/y)란 전류 효율(cd/A)을 그 광의 CIE 색도 좌표에서의 xy 색도도의 y의 값으로 더 나눈 값이고, 청색 발광의 발광 특성을 나타내는 지표의 하나이다. 청색 발광은 y의 값이 작을수록 색 순도가 높은 발광이 되는 경향이 있다. 색 순도가 높은 청색 발광은 휘도 성분이 작아도 넓은 범위의 청색을 표현할 수 있기 때문에, 색 순도가 높은 청색 발광을 사용함으로써, 청색을 표현하기 위하여 필요한 휘도가 저하되므로 소비 전력의 저감 효과가 얻어진다. 그러므로 청색 순도의 지표의 하나인 y의 값을 고려한 BI가, 청색 발광의 효율을 나타내는 수단으로서 적합하게 사용되고, 발광 디바이스의 BI가 높을수록 디스플레이에 사용되는 청색 발광 디바이스로서의 효율이 높다고 할 수 있다.
[표 2]
도 20 내지 도 26으로부터, 발광 디바이스 1 및 발광 디바이스 2는 높은 외부 양자 효율 및 블루 인덱스를 유지하면서, 스펙트럼의 반치 폭이 좁고 양호한 색 순도를 갖는 청색 발광을 나타내는 발광 디바이스인 것을 알 수 있었다.
도 30에 [Ce(bmpz3)(bmpz2)O]2, 1,6mmtBuTMSDPhAPrn-02, DPhANbna의 발광 스펙트럼(PL 스펙트럼)을 나타내었다. 또한 측정은 모두 형광 광도계 FP-8600(JASCO Corporation 제조)을 사용하여 수행하였다. 도 30 및 도 26으로부터, 발광 디바이스 1 및 발광 디바이스 2에서는 발광층에 포함되는 형광 물질이 발광하고, 비교 발광 디바이스 1에서는 f-d 전이에 기초한 이중항 여기 상태로부터 발광하는 유기 착체가 발광하는 것을 알 수 있다. 또한 발광 스펙트럼의 측정에서, 박막 상태(석영 기판 위의 증착막, 50nm)의 [Ce(bmpz3)(bmpz2)O]2에는 390nm의 광을, 톨루엔 용액 상태의 1,6mmtBuTMSDPhAPrn-02에는 410nm의 광을, 톨루엔 용액 상태의 DPhANbna에는 421nm의 광을 각각 조사하였다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 형태의 발광 디바이스는 f-d 전이에 기초한 이중항 여기 상태로부터 발광하는 유기 착체로부터 형광 물질로 에너지가 이동함으로써 발광하는 것이고, 전류 밀도 10mA/cm2에서, 15% 이상이라는 매우 높은 외부 양자 효율을 나타내는 것을 알 수 있었다. 또한 모든 디바이스에서, 블루 인덱스는 100cd/A/y 이상이라는 매우 높은 효율을 나타내었다.
이어서, 전류 밀도 10mA/cm2에서의 정전류 구동 시의 구동 시간에 대한 휘도 변화를 측정한 결과를 도 27에 나타내었다. 도 27로부터, 발광 디바이스 1, 발광 디바이스 2, 및 비교 발광 디바이스 1의 모두가 양호한 특성을 나타내는 것을 알 수 있었다.
여기서, 흡수단의 파장(또는 에너지)은, 흡수 스펙트럼에서 가장 장파장에 위치하는 피크보다 장파장 측의 스펙트럼의 기울기가 음수일 때 최대가 되는 점에서의 접선과 베이스라인의 교점으로서 산출할 수 있다. 또한 스펙트럼에 노이즈가 포함되는 경우에는, 평활화한 데이터 또는 피팅한 데이터를 사용하여 산출하여도 좋다.
도 28, 도 29에 나타낸 스펙트럼에서 접선을 긋는 법의 구체적인 예를 도 31에 나타내었다. 흡수 스펙트럼의 흡수단의 파장은, 흡수 스펙트럼에서 가장 장파장에 위치하는 피크 또는 숄더 피크보다 장파장 측의 스펙트럼의 기울기가 음수일 때 최대가 되는 점에서의 접선과 베이스 라인의 교점으로서 산출할 수 있다. 예를 들어 도 31에 나타낸 [Ce(bmpz3)(bmpz2)O]2의 흡수 스펙트럼([Ce(bmpz3)(bmpz2)O]2(흡수))의 경우에는, 가장 장파장에 위치하는 피크(400nm)보다 장파장 측의 스펙트럼에서의 기울기가 음수일 때 최대가 되는 점에서 접선을 긋고, 가로축과 교차되는 점(432nm)을 흡수단으로 하였다.
100A: 표시 장치
100B: 표시 장치
100C: 표시 장치
100D: 표시 장치
100E: 표시 장치
100: 표시 장치
101: 제 1 전극
102: 제 2 전극
103B: 유기 화합물층
103Bf: EL막
103G: 유기 화합물층
103Gf: EL막
103R: 유기 화합물층
103Rf: EL막
103: 유기 화합물층
104: 공통층
110B: 부화소
110G: 부화소
110R: 부화소
110: 부화소
111: 정공 주입층
112B: 도전층
112R: 도전층
112: 정공 수송층
113: 발광층
114: 전자 수송층
115: 전자 주입층
116: 전하 발생층
117: P형층
118: 전자 릴레이층
119: 전자 주입 버퍼층
120: 기판
122: 수지층
125f: 무기 절연막
125: 무기 절연층
126B: 도전층
126R: 도전층
127a: 절연층
127f: 절연막
127: 절연층
128: 층
129B: 도전층
129R: 도전층
130B: 발광 디바이스
130G: 발광 디바이스
130R: 발광 디바이스
130: 발광 디바이스
131: 보호층
132B: 착색층
132G: 착색층
132R: 착색층
140: 접속부
141: 영역
142: 접착층
151B: 도전층
151C: 도전층
151f: 도전막
151G: 도전층
151R: 도전층
151: 도전층
152B: 도전층
152C: 도전층
152f: 도전막
152G: 도전층
152R: 도전층
152: 도전층
153: 절연층
155: 공통 전극
156B: 절연층
156C: 절연층
156f: 절연막
156G: 절연층
156R: 절연층
156: 절연층
157: 차광층
158B: 희생층
158Bf: 희생막
158f: 희생막
158G: 희생층
158Gf: 희생막
158R: 희생층
158Rf: 희생막
159B: 마스크층
159Bf: 마스크막
159G: 마스크층
159Gf: 마스크막
159R: 마스크층
159Rf: 마스크막
166: 도전층
171: 절연층
172: 도전층
173: 절연층
174: 절연층
175: 절연층
176: 플러그
177: 화소부
178: 화소
179: 도전층
190B: 레지스트 마스크
190G: 레지스트 마스크
190R: 레지스트 마스크
191: 레지스트 마스크
201: 트랜지스터
204: 접속부
205: 트랜지스터
211: 절연층
213: 절연층
214: 절연층
215: 절연층
221: 도전층
222a: 도전층
222b: 도전층
223: 도전층
224B: 도전층
224C: 도전층
224G: 도전층
224R: 도전층
231: 반도체층
240: 용량 소자
241: 도전층
242: 접속층
243: 절연층
245: 도전층
254: 절연층
255: 절연층
256: 플러그
261: 절연층
271: 플러그
280: 표시 모듈
281: 표시부
282: 회로부
283a: 화소 회로
283: 화소 회로부
284a: 화소
284: 화소부
285: 단자부
286: 배선부
290: FPC
291: 기판
292: 기판
301: 기판
310: 트랜지스터
311: 도전층
312: 저저항 영역
313: 절연층
314: 절연층
315: 소자 분리층
317: 차광층
351: 기판
352: 기판
353: FPC
354: IC
355: 배선
356: 회로
501: 제 1 전극
502: 제 2 전극
511: 제 1 발광 유닛
512: 제 2 발광 유닛
513: 전하 발생층
601: 소스선 구동 회로, 구동 회로부
602: 화소부
603: 게이트선 구동 회로
604: 밀봉 기판
605: 실재
607: 공간
608: 리드 배선
610: 소자 기판
611: 스위칭용 FET
612: 전류 제어용 FET
613: 제 1 전극
614: 절연물
616: 유기 화합물층
617: 제 2 전극
623: FET
700A: 전자 기기
700B: 전자 기기
721: 하우징
723: 장착부
727: 이어폰부
750: 이어폰
751: 표시 패널
753: 광학부재
756: 표시 영역
757: 프레임
758: 코 받침
800A: 전자 기기
800B: 전자 기기
820: 표시부
821: 하우징
822: 통신부
823: 장착부
824: 제어부
825: 촬상부
827: 이어폰부
832: 렌즈
6500: 전자 기기
6501: 하우징
6502: 표시부
6503: 전원 버튼
6504: 버튼
6505: 스피커
6506: 마이크로폰
6507: 카메라
6508: 광원
6510: 보호부재
6511: 표시 패널
6512: 광학 부재
6513: 터치 센서 패널
6515: FPC
6516: IC
6517: 인쇄 기판
6518: 배터리
7000: 표시부
7100: 텔레비전 장치
7151: 리모트 컨트롤러
7171: 하우징
7173: 스탠드
7200: 노트북형 퍼스널 컴퓨터
7211: 하우징
7212: 키보드
7213: 포인팅 디바이스
7214: 외부 접속 포트
7300: 디지털 사이니지
7301: 하우징
7303: 스피커
7311: 정보 단말기기
7400: 디지털 사이니지
7401: 기둥
7411: 정보 단말기기
9000: 하우징
9001: 표시부
9002: 카메라
9003: 스피커
9005: 조작 키
9006: 접속 단자
9007: 센서
9008: 마이크로폰
9050: 아이콘
9051: 정보
9052: 정보
9053: 정보
9054: 정보
9055: 힌지
9171: 휴대 정보 단말기
9172: 휴대 정보 단말기
9173: 태블릿 단말기
9200: 휴대 정보 단말기
9201: 휴대 정보 단말기
100B: 표시 장치
100C: 표시 장치
100D: 표시 장치
100E: 표시 장치
100: 표시 장치
101: 제 1 전극
102: 제 2 전극
103B: 유기 화합물층
103Bf: EL막
103G: 유기 화합물층
103Gf: EL막
103R: 유기 화합물층
103Rf: EL막
103: 유기 화합물층
104: 공통층
110B: 부화소
110G: 부화소
110R: 부화소
110: 부화소
111: 정공 주입층
112B: 도전층
112R: 도전층
112: 정공 수송층
113: 발광층
114: 전자 수송층
115: 전자 주입층
116: 전하 발생층
117: P형층
118: 전자 릴레이층
119: 전자 주입 버퍼층
120: 기판
122: 수지층
125f: 무기 절연막
125: 무기 절연층
126B: 도전층
126R: 도전층
127a: 절연층
127f: 절연막
127: 절연층
128: 층
129B: 도전층
129R: 도전층
130B: 발광 디바이스
130G: 발광 디바이스
130R: 발광 디바이스
130: 발광 디바이스
131: 보호층
132B: 착색층
132G: 착색층
132R: 착색층
140: 접속부
141: 영역
142: 접착층
151B: 도전층
151C: 도전층
151f: 도전막
151G: 도전층
151R: 도전층
151: 도전층
152B: 도전층
152C: 도전층
152f: 도전막
152G: 도전층
152R: 도전층
152: 도전층
153: 절연층
155: 공통 전극
156B: 절연층
156C: 절연층
156f: 절연막
156G: 절연층
156R: 절연층
156: 절연층
157: 차광층
158B: 희생층
158Bf: 희생막
158f: 희생막
158G: 희생층
158Gf: 희생막
158R: 희생층
158Rf: 희생막
159B: 마스크층
159Bf: 마스크막
159G: 마스크층
159Gf: 마스크막
159R: 마스크층
159Rf: 마스크막
166: 도전층
171: 절연층
172: 도전층
173: 절연층
174: 절연층
175: 절연층
176: 플러그
177: 화소부
178: 화소
179: 도전층
190B: 레지스트 마스크
190G: 레지스트 마스크
190R: 레지스트 마스크
191: 레지스트 마스크
201: 트랜지스터
204: 접속부
205: 트랜지스터
211: 절연층
213: 절연층
214: 절연층
215: 절연층
221: 도전층
222a: 도전층
222b: 도전층
223: 도전층
224B: 도전층
224C: 도전층
224G: 도전층
224R: 도전층
231: 반도체층
240: 용량 소자
241: 도전층
242: 접속층
243: 절연층
245: 도전층
254: 절연층
255: 절연층
256: 플러그
261: 절연층
271: 플러그
280: 표시 모듈
281: 표시부
282: 회로부
283a: 화소 회로
283: 화소 회로부
284a: 화소
284: 화소부
285: 단자부
286: 배선부
290: FPC
291: 기판
292: 기판
301: 기판
310: 트랜지스터
311: 도전층
312: 저저항 영역
313: 절연층
314: 절연층
315: 소자 분리층
317: 차광층
351: 기판
352: 기판
353: FPC
354: IC
355: 배선
356: 회로
501: 제 1 전극
502: 제 2 전극
511: 제 1 발광 유닛
512: 제 2 발광 유닛
513: 전하 발생층
601: 소스선 구동 회로, 구동 회로부
602: 화소부
603: 게이트선 구동 회로
604: 밀봉 기판
605: 실재
607: 공간
608: 리드 배선
610: 소자 기판
611: 스위칭용 FET
612: 전류 제어용 FET
613: 제 1 전극
614: 절연물
616: 유기 화합물층
617: 제 2 전극
623: FET
700A: 전자 기기
700B: 전자 기기
721: 하우징
723: 장착부
727: 이어폰부
750: 이어폰
751: 표시 패널
753: 광학부재
756: 표시 영역
757: 프레임
758: 코 받침
800A: 전자 기기
800B: 전자 기기
820: 표시부
821: 하우징
822: 통신부
823: 장착부
824: 제어부
825: 촬상부
827: 이어폰부
832: 렌즈
6500: 전자 기기
6501: 하우징
6502: 표시부
6503: 전원 버튼
6504: 버튼
6505: 스피커
6506: 마이크로폰
6507: 카메라
6508: 광원
6510: 보호부재
6511: 표시 패널
6512: 광학 부재
6513: 터치 센서 패널
6515: FPC
6516: IC
6517: 인쇄 기판
6518: 배터리
7000: 표시부
7100: 텔레비전 장치
7151: 리모트 컨트롤러
7171: 하우징
7173: 스탠드
7200: 노트북형 퍼스널 컴퓨터
7211: 하우징
7212: 키보드
7213: 포인팅 디바이스
7214: 외부 접속 포트
7300: 디지털 사이니지
7301: 하우징
7303: 스피커
7311: 정보 단말기기
7400: 디지털 사이니지
7401: 기둥
7411: 정보 단말기기
9000: 하우징
9001: 표시부
9002: 카메라
9003: 스피커
9005: 조작 키
9006: 접속 단자
9007: 센서
9008: 마이크로폰
9050: 아이콘
9051: 정보
9052: 정보
9053: 정보
9054: 정보
9055: 힌지
9171: 휴대 정보 단말기
9172: 휴대 정보 단말기
9173: 태블릿 단말기
9200: 휴대 정보 단말기
9201: 휴대 정보 단말기
Claims (13)
- 발광 디바이스로서,
제 1 전극;
제 2 전극; 및
유기 화합물층을 포함하고,
상기 유기 화합물층은 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 있고,
상기 유기 화합물층은 발광층을 포함하고,
상기 발광층은 제 1 물질 및 제 2 물질을 포함하고,
상기 제 1 물질은 f-d 전이에 기초한 여기 상태를 형성하고,
상기 제 2 물질은 단일항 여기 상태로부터의 발광을 나타내고,
상기 제 1 물질의 흡수 스펙트럼에서의 가장 장파장의 흡수단이 상기 제 2 물질의 흡수 스펙트럼에서의 가장 장파장의 흡수단보다 단파장에 있는, 발광 디바이스. - 발광 디바이스로서,
제 1 전극;
제 2 전극; 및
유기 화합물층을 포함하고,
상기 유기 화합물층은 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 있고,
상기 유기 화합물층은 발광층을 포함하고,
상기 발광층은 제 1 물질 및 제 2 물질을 포함하고,
상기 제 1 물질은 f-d 전이에 기초한 여기 상태를 형성하고,
상기 제 2 물질은 단일항 여기 상태로부터의 발광을 나타내고,
상기 제 1 물질의 밴드 갭은 상기 제 2 물질의 밴드 갭보다 큰, 발광 디바이스. - 발광 디바이스로서,
제 1 전극;
제 2 전극; 및
유기 화합물층을 포함하고,
상기 유기 화합물층은 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 있고,
상기 유기 화합물층은 발광층을 포함하고,
상기 발광층은 제 1 물질 및 제 2 물질을 포함하고,
상기 제 1 물질은 이중항 여기 상태로부터의 발광을 나타내고,
상기 제 2 물질은 단일항 여기 상태로부터의 발광을 나타내고,
상기 제 1 물질의 흡수 스펙트럼에서의 가장 장파장의 흡수단이 상기 제 2 물질의 흡수 스펙트럼에서의 가장 장파장의 흡수단보다 단파장에 있는, 발광 디바이스. - 제 1 항에 있어서,
상기 발광 디바이스는 상기 제 2 물질로부터의 발광을 나타내는, 발광 디바이스. - 제 2 항에 있어서,
상기 발광 디바이스는 상기 제 2 물질로부터의 발광을 나타내는, 발광 디바이스. - 제 3 항에 있어서,
상기 발광 디바이스는 상기 제 2 물질로부터의 발광을 나타내는, 발광 디바이스. - 제 3 항에 있어서,
상기 제 1 물질의 밴드 갭은 상기 제 2 물질의 밴드 갭보다 큰, 발광 디바이스. - 제 1 항에 있어서,
상기 발광층에서 상기 제 1 물질의 비율은 상기 제 2 물질의 비율보다 높은, 발광 디바이스. - 제 2 항에 있어서,
상기 발광층에서 상기 제 1 물질의 비율은 상기 제 2 물질의 비율보다 높은, 발광 디바이스. - 제 3 항에 있어서,
상기 발광층에서 상기 제 1 물질의 비율은 상기 제 2 물질의 비율보다 높은, 발광 디바이스. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 물질은 희토류 원소를 포함하는 유기 착체인, 발광 디바이스. - 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 물질은 희토류 원소를 포함하는 유기 착체인, 발광 디바이스. - 제 3 항에 있어서,
상기 제 1 물질은 희토류 원소를 포함하는 유기 착체인, 발광 디바이스.
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