KR20240021115A - 발광 디바이스 - Google Patents

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도시키 사사키
노부하루 오사와
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가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼
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Abstract

본 발명은 정세도가 높고 효율이 높은 발광 디바이스를 제공한다.
제 1 전극과 제 2 전극 사이에 제 1 EL층, 중간층, 및 제 2 EL층을 포함하고, 제 1 전극과 중간층 사이에 제 1 EL층을 포함하고, 제 2 전극과 중간층 사이에 제 2 EL층을 포함하고, 제 1 EL층의 측면, 중간층의 측면, 및 제 2 EL층의 측면은 실질적으로 동일한 표면을 갖고, 제 1 EL층은 전자 수송성을 갖는 층을 포함하고, 중간층은 전자 수송성을 갖는 층과 접하여 제공되고, 중간층은 제 1 유기 화합물과 알칼리 금속 또는 알칼리 금속의 화합물을 포함하고, 전자 수송성을 갖는 층은 제 2 유기 화합물을 포함하고, 제 2 유기 화합물은 제 1 유기 화합물보다 유리 전이 온도가 높은 발광 디바이스이다.

Description

발광 디바이스{LIGHT-EMITTING DEVICE}
본 발명의 일 형태는 발광 디바이스, 표시 모듈, 전자 기기, 및 이들의 제작 방법에 관한 것이다.
또한 본 발명의 일 형태는 상기 기술분야에 한정되지 않는다. 본 발명의 일 형태의 기술분야로서는, 반도체 장치, 발광 장치, 축전 장치, 기억 장치, 전자 기기, 조명 장치, 입력 장치(예를 들어 터치 센서), 입출력 장치(예를 들어 터치 패널), 이들의 구동 방법, 또는 이들의 제조 방법을 일례로서 들 수 있다.
유기 화합물을 사용한 일렉트로루미네선스(EL: Electroluminescence)를 이용하는 발광 디바이스(발광 소자라고도 함)의 실용화가 진행되고 있다. 이들 유기 EL 디바이스의 기본적인 구성은 발광 재료를 포함한 유기 화합물층을 한 쌍의 전극 사이에 끼운 것이다. 이 디바이스에 전압을 인가하여 캐리어를 주입하고, 상기 캐리어의 재결합 에너지를 이용함으로써, 발광 재료로부터의 발광을 얻을 수 있다.
예를 들어 발광 디바이스를 포함한 발광 장치가 개발되고 있다. 일렉트로루미네선스 현상을 이용한 발광 디바이스(EL 디바이스, EL 소자라고도 함)는 박형 경량화가 용이하고, 입력 신호에 대한 고속 응답이 가능하고, 직류 정전압 전원을 사용한 구동이 가능하다는 등의 특징을 갖고, 발광 장치에 응용되고 있다.
또한 근년, 발광 장치는 다양한 용도로 응용되는 것이 기대되고 있다. 예를 들어 대형 발광 장치의 용도로서는 가정용 텔레비전 장치(텔레비전 또는 텔레비전 수신기라고도 함), 디지털 사이니지(Digital Signage: 전자 간판), 및 PID(Public Information Display) 등이 있다. 또한 휴대 정보 단말기로서, 터치 패널을 포함한 스마트폰 및 태블릿 단말기 등이 개발되고 있다.
또한 발광 장치의 고정세(高精細)화가 요구되고 있다. 고정세 발광 장치가 요구되는 기기로서 예를 들어 가상 현실(VR: Virtual Reality), 증강 현실(AR: Augmented Reality), 대체 현실(SR: Substitutional Reality), 및 혼합 현실(MR: Mixed Reality)용 기기가 활발하게 개발되고 있다.
특허문헌 1에는 유기 EL 디바이스(유기 EL 소자라고도 함)를 사용한 VR용 발광 장치가 개시(開示)되어 있다. 또한 특허문헌 2에는 전이 금속과 비공유 전자쌍을 갖는 유기 화합물의 혼합막을 전자 주입층에 사용한, 구동 전압이 낮고 신뢰성이 양호한 발광 디바이스가 개시되어 있다.
국제공개공보 WO2018/087625호 일본 공개특허공보 특개2018-201012호
본 발명의 일 형태는 설계 자유도가 높은 반도체 장치를 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다. 본 발명의 일 형태는 표시 품질이 높은 발광 장치를 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다. 또는 본 발명의 일 형태는 고정세 발광 장치를 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다. 또는 본 발명의 일 형태는 고해상도 발광 장치를 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다. 또는 본 발명의 일 형태는 신뢰성이 높은 발광 장치를 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다. 또는 본 발명의 일 형태는 편의성, 유용성, 또는 신뢰성이 우수한 신규 발광 장치를 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다. 또는 본 발명의 일 형태는 편의성, 유용성, 또는 신뢰성이 우수한 신규 표시 모듈을 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다. 또는 본 발명의 일 형태는 편의성, 유용성, 또는 신뢰성이 우수한 신규 전자 기기를 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다. 또는 본 발명의 일 형태는 신규 발광 장치, 신규 표시 모듈, 신규 전자 기기, 또는 신규 반도체 장치를 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다.
또한 이들 과제의 기재는 다른 과제의 존재를 방해하는 것이 아니다. 본 발명의 일 형태는 이들 과제 모두를 반드시 해결할 필요는 없는 것으로 한다. 명세서, 도면, 청구항의 기재에서 이들 이외의 과제를 추출할 수 있다.
본 발명의 일 형태는 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 제 1 EL층, 중간층, 및 제 2 EL층을 포함하고, 제 1 전극과 중간층 사이에 제 1 EL층을 포함하고, 제 2 전극과 중간층 사이에 제 2 EL층을 포함하고, 제 1 EL층의 측면, 중간층의 측면, 및 제 2 EL층의 측면은 실질적으로 정렬되고, 제 1 EL층은 전자 수송성을 갖는 층을 포함하고, 중간층은 전자 수송성을 갖는 층과 접하여 제공되고, 중간층은 제 1 유기 화합물과 알칼리 금속 또는 알칼리 금속의 화합물을 포함하고, 전자 수송성을 갖는 층은 제 2 유기 화합물을 포함하고, 제 2 유기 화합물은 제 1 유기 화합물보다 유리 전이 온도가 높은 발광 디바이스이다.
또한 본 발명의 일 형태는 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 제 1 EL층, 중간층, 및 제 2 EL층을 포함하고, 제 1 전극과 중간층 사이에 제 1 EL층을 포함하고, 제 2 전극과 중간층 사이에 제 2 EL층을 포함하고, 제 1 EL층의 측면, 중간층의 측면, 및 제 2 EL층의 측면은 실질적으로 정렬되고, 제 2 EL층은 제 1 층 및 전자 수송성을 갖는 층을 포함하고, 제 1 층은 전자 수송성을 갖는 층과 제 2 전극 사이에 위치하고, 제 1 층은 전자 수송성을 갖는 층과 접하여 제공되고, 제 1 층은 제 1 유기 화합물과 알칼리 금속 또는 알칼리 금속의 화합물을 포함하고, 전자 수송성을 갖는 층은 제 2 유기 화합물을 포함하고, 제 2 유기 화합물은 제 1 유기 화합물보다 유리 전이 온도가 높은 발광 디바이스이다.
또한 본 발명의 일 형태는 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 제 1 EL층, 중간층, 및 제 2 EL층을 포함하고, 제 1 전극과 중간층 사이에 제 1 EL층을 포함하고, 제 2 전극과 중간층 사이에 제 2 EL층을 포함하고, 제 1 EL층의 측면, 중간층의 측면, 및 제 2 EL층의 측면은 실질적으로 정렬되고, 제 1 EL층은 제 1 전자 수송성을 갖는 층을 포함하고, 중간층은 제 1 전자 수송성을 갖는 층과 접하여 제공되고, 중간층은 제 1 유기 화합물과 알칼리 금속 또는 알칼리 금속의 화합물을 포함하고, 제 1 전자 수송성을 갖는 층은 제 2 유기 화합물을 포함하고, 제 2 유기 화합물은 제 1 유기 화합물보다 유리 전이 온도가 높고, 제 2 EL층은 제 1 층 및 제 2 전자 수송성을 갖는 층을 포함하고, 제 1 층은 제 2 전자 수송성을 갖는 층과 제 2 전극 사이에 위치하고, 제 1 층은 제 2 전자 수송성을 갖는 층과 접하여 제공되고, 제 1 층은 제 3 유기 화합물과 알칼리 금속 또는 알칼리 금속의 화합물을 포함하고, 제 2 전자 수송성을 갖는 층은 제 4 유기 화합물을 포함하고, 제 4 유기 화합물은 제 3 유기 화합물보다 유리 전이 온도가 높은 발광 디바이스이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성을 갖는 발광 디바이스에서 제 4 유기 화합물의 유리 전이 온도가 제 3 유기 화합물의 유리 전이 온도보다 15℃ 이상 높다.
본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성을 갖는 발광 디바이스에서 제 2 유기 화합물의 유리 전이 온도가 제 1 유기 화합물의 유리 전이 온도보다 15℃ 이상 높다.
본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성을 갖는 발광 디바이스에서 제 4 유기 화합물의 굴절률이 제 3 유기 화합물의 굴절률보다 높다.
본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성을 갖는 발광 디바이스에서 제 2 유기 화합물의 굴절률이 제 1 유기 화합물의 굴절률보다 높다.
본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성을 갖는 발광 디바이스에서 제 3 유기 화합물이 제 1 헤테로 방향족 고리를 갖고, 제 4 유기 화합물이 제 1 다환식 헤테로 방향족 고리를 갖고, 제 1 다환식 헤테로 방향족 고리를 구성하는 고리의 수가 제 1 헤테로 방향족 고리를 구성하는 고리의 수 이상이다.
본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성을 갖는 발광 디바이스에서 제 1 유기 화합물이 제 2 헤테로 방향족 고리를 갖고, 제 2 유기 화합물이 제 2 다환식 헤테로 방향족 고리를 갖고, 제 2 다환식 헤테로 방향족 고리를 구성하는 고리의 수가 제 2 헤테로 방향족 고리를 구성하는 고리의 수 이상이다.
본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성을 갖는 발광 디바이스에서 제 1 헤테로 방향족 고리가 페난트롤린 골격을 갖는다.
본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성을 갖는 발광 디바이스에서 제 2 헤테로 방향족 고리가 페난트롤린 골격을 갖는다.
본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성을 갖는 발광 디바이스에서 제 1 다환식 헤테로 방향족 고리가 2개 이상의 질소를 포함한다.
본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성을 갖는 발광 디바이스에서 제 2 다환식 헤테로 방향족 고리가 2개 이상의 질소를 포함한다.
본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성을 갖는 발광 디바이스에서 제 4 유기 화합물의 LUMO(lowest unoccupied molecular orbital) 준위가 제 3 유기 화합물의 LUMO 준위보다 0.2eV 이상 낮다.
본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성을 갖는 발광 디바이스에서 제 2 유기 화합물의 LUMO 준위가 제 1 유기 화합물의 LUMO 준위보다 0.2eV 이상 낮다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성에서의 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 제 2 중간층 및 제 3 EL층을 포함하는 발광 디바이스이다.
본 발명의 일 형태는 설계 자유도가 높은 반도체 장치를 제공할 수 있다. 본 발명의 일 형태는 표시 품질이 높은 발광 장치를 제공할 수 있다. 또는 본 발명의 일 형태는 고정세 발광 장치를 제공할 수 있다. 또는 본 발명의 일 형태는 고해상도 발광 장치를 제공할 수 있다. 또는 본 발명의 일 형태는 신뢰성이 높은 발광 장치를 제공할 수 있다. 또는 본 발명의 일 형태는 편의성, 유용성, 또는 신뢰성이 우수한 신규 발광 장치를 제공할 수 있다. 또는 본 발명의 일 형태는 편의성, 유용성, 또는 신뢰성이 우수한 신규 표시 모듈을 제공할 수 있다. 또는 본 발명의 일 형태는 편의성, 유용성, 또는 신뢰성이 우수한 신규 전자 기기를 제공할 수 있다. 또는 본 발명의 일 형태는 신규 발광 장치, 신규 표시 모듈, 신규 전자 기기, 또는 신규 반도체 장치를 제공할 수 있다.
또한 이들 효과의 기재는 다른 효과의 존재를 방해하는 것이 아니다. 본 발명의 일 형태는 이들 효과 모두를 반드시 가질 필요는 없다. 명세서, 도면, 청구항의 기재에서 이들 이외의 효과를 추출할 수 있다.
도 1은 발광 디바이스를 나타낸 도면이다.
도 2의 (A) 내지 (C)는 본 발명을 설명하는 개념도이다.
도 3의 (A) 및 (B)는 발광 장치의 상면도 및 단면도이다.
도 4의 (A) 내지 (D)는 발광 디바이스를 나타낸 도면이다.
도 5의 (A) 내지 (E)는 발광 장치의 제작 방법의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 6의 (A) 내지 (D)는 발광 장치의 제작 방법의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 7의 (A) 내지 (D)는 발광 장치의 제작 방법의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 8의 (A) 내지 (C)는 발광 장치의 제작 방법의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 9의 (A) 내지 (C)는 발광 장치의 제작 방법의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 10의 (A) 내지 (C)는 발광 장치의 제작 방법의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 11의 (A) 내지 (G)는 화소의 구성예를 나타낸 상면도이다.
도 12의 (A) 내지 (I)는 화소의 구성예를 나타낸 상면도이다.
도 13의 (A) 및 (B)는 표시 모듈의 구성예를 나타낸 사시도이다.
도 14의 (A) 및 (B)는 발광 장치의 구성예를 나타낸 단면도이다.
도 15는 발광 장치의 구성예를 나타낸 사시도이다.
도 16의 (A)는 발광 장치의 구성예를 나타낸 단면도이다. 도 16의 (B) 및 (C)는 트랜지스터의 구성예를 나타낸 단면도이다.
도 17은 발광 장치의 구성예를 나타낸 단면도이다.
도 18의 (A) 내지 (D)는 발광 장치의 구성예를 나타낸 단면도이다.
도 19의 (A) 내지 (D)는 전자 기기의 일례를 나타낸 도면이다.
도 20의 (A) 내지 (F)는 전자 기기의 일례를 나타낸 도면이다.
도 21의 (A) 내지 (G)는 전자 기기의 일례를 나타낸 도면이다.
도 22는 실시예에 따른 시료의 구조를 설명하는 도면이다.
도 23은 실시예에 따른 시료의 전류 효율-휘도 특성을 나타낸 도면이다.
도 24는 실시예에 따른 시료의 휘도-전압 특성을 나타낸 도면이다.
도 25는 실시예에 따른 시료의 전류 효율-전류 밀도 특성을 나타낸 도면이다.
도 26은 실시예에 따른 시료의 전류 밀도-전압 특성을 나타낸 도면이다.
도 27은 실시예에 따른 시료의 휘도-전류 밀도 특성을 나타낸 도면이다.
도 28은 실시예에 따른 시료의 전류 밀도-전압 특성을 나타낸 도면이다.
도 29는 실시예에 따른 시료의 전계 발광 스펙트럼을 나타낸 도면이다.
도 30은 실시예에 따른 시료의 구동 시간에 따른 휘도 변화를 나타낸 도면이다.
도 31은 실시예에 따른 시료의 전류 효율-휘도 특성을 나타낸 도면이다.
도 32는 실시예에 따른 시료의 휘도-전압 특성을 나타낸 도면이다.
도 33은 실시예에 따른 시료의 전류 효율-전류 밀도 특성을 나타낸 도면이다.
도 34는 실시예에 따른 시료의 전류 밀도-전압 특성을 나타낸 도면이다.
도 35는 실시예에 따른 시료의 휘도-전류 밀도 특성을 나타낸 도면이다.
도 36은 실시예에 따른 시료의 전류 밀도-전압 특성을 나타낸 도면이다.
도 37은 실시예에 따른 시료의 전계 발광 스펙트럼을 나타낸 도면이다.
도 38은 실시예에 따른 시료의 구동 시간에 따른 휘도 변화를 나타낸 도면이다.
도 39는 실시예에 따른 시료의 휘도-전류 밀도 특성을 나타낸 도면이다.
도 40은 실시예에 따른 시료의 휘도-전압 특성을 나타낸 도면이다.
도 41은 실시예에 따른 시료의 전류 효율-전류 밀도 특성을 나타낸 도면이다.
도 42는 실시예에 따른 시료의 전류 밀도-전압 특성을 나타낸 도면이다.
도 43은 실시예에 따른 시료의 전계 발광 스펙트럼을 나타낸 도면이다.
도 44는 실시예에 따른 시료의 구동 시간에 따른 휘도 변화를 나타낸 도면이다.
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 용이하게 이해할 수 있다. 따라서 본 발명은 이하의 실시형태의 기재 내용에 한정하여 해석되는 것이 아니다.
또한 이하에서 설명하는 발명의 구성에서, 동일한 부분 또는 같은 기능을 갖는 부분에는 동일한 부호를 다른 도면 간에서 공통적으로 사용하고, 그 반복적인 설명은 생략한다. 또한 같은 기능을 갖는 부분을 가리키는 경우에는, 해치 패턴을 동일하게 하고, 특별히 부호를 붙이지 않는 경우가 있다.
또한 도면에 나타낸 각 구성의 위치, 크기, 및 범위 등은 이해를 쉽게 하기 위하여 실제의 위치, 크기, 및 범위 등을 나타내지 않는 경우가 있다. 그러므로 개시된 발명은 반드시 도면에 개시된 위치, 크기, 및 범위 등에 한정되지 않는다.
또한 "막"이라는 용어와 "층"이라는 용어는 경우 또는 상황에 따라 서로 바꿀 수 있다. 예를 들어 "도전층"이라는 용어를 "도전막"이라는 용어로 변경할 수 있다. 또는 예를 들어 "절연막"이라는 용어를 "절연층"이라는 용어로 변경할 수 있다.
또한 본 명세서 등에서, 메탈 마스크 또는 FMM(파인 메탈 마스크, 고정세 메탈 마스크)을 사용하여 제작되는 디바이스를 MM(메탈 마스크) 구조의 디바이스라고 부르는 경우가 있다. 또한 본 명세서 등에서, 메탈 마스크 또는 FMM을 사용하지 않고 제작되는 디바이스를 MML(메탈 마스크리스) 구조의 디바이스라고 부르는 경우가 있다.
본 명세서 등에서 정공 또는 전자를 "캐리어"라고 하는 경우가 있다. 구체적으로는, 정공 주입층 또는 전자 주입층을 "캐리어 주입층"이라고 하고, 정공 수송층 또는 전자 수송층을 "캐리어 수송층"이라고 하고, 정공 차단층 또는 전자 차단층을 "캐리어 차단층"이라고 하는 경우가 있다. 또한 상술한 캐리어 주입층, 캐리어 수송층, 및 캐리어 차단층은 각각 단면 형상 또는 특성 등에 따라 명확하게 구별할 수 없는 경우가 있다. 또한 하나의 층이 캐리어 주입층, 캐리어 수송층, 및 캐리어 차단층 중 2개 또는 3개의 기능을 갖는 경우가 있다.
본 명세서 등에서, 발광 디바이스(발광 소자라고도 함)는 한 쌍의 전극 사이에 EL층을 포함한다. EL층은 적어도 발광층을 포함한다. 본 명세서 등에서, 수광 디바이스(수광 소자라고도 함)는 한 쌍의 전극 사이에 적어도 광전 변환층으로서 기능하는 활성층을 포함한다. 본 명세서 등에서는, 한 쌍의 전극 중 한쪽을 화소 전극이라고 기재하고, 다른 쪽을 공통 전극이라고 기재하는 경우가 있다.
또한 본 명세서 등에서 테이퍼 형상이란, 구조의 측면의 적어도 일부가 기판면에 대하여 경사져 있는 형상을 말한다. 예를 들어 경사진 측면과 기판면이 이루는 각(테이퍼 각이라고도 함)이 90° 미만인 영역을 갖는 것이 바람직하다. 또한 구조의 측면 및 기판면은 반드시 완전히 평탄할 필요는 없고, 미소한 곡률을 갖는 대략 평면 형상 또는 미세한 요철을 갖는 대략 평면 형상을 가져도 좋다.
또한 본 명세서에서 발광 장치는 유기 EL 디바이스를 사용한 화상 표시 디바이스를 포함한다. 또한 유기 EL 디바이스에 커넥터, 예를 들어 이방 도전성 필름 또는 TCP(Tape Carrier Package)가 장착된 모듈, TCP 끝에 인쇄 배선 기판이 제공된 모듈, 또는 COG(Chip On Glass) 방식으로 유기 EL 디바이스에 IC(집적 회로)가 직접 실장된 모듈도 발광 장치에 포함되는 경우가 있다. 또한 조명 기구 등은 발광 장치를 포함하는 경우가 있다.
(실시형태 1)
유기 EL 소자(이하, 발광 디바이스라고도 함)는 전극 사이(제 1 전극과 제 2 전극 사이)에 발광 물질을 포함한 유기 화합물층(유기 반도체막에 상당함)을 포함하고, 전극으로부터 상기 유기 화합물층에 주입된 캐리어(정공 및 전자)를 재결합함으로써 발생한 에너지로 발광을 얻는다.
도 1의 (A)에 본 발명의 일 형태의 발광 디바이스(130)를 나타내었다. 본 발명의 일 형태의 발광 디바이스는 양극을 포함한 제 1 전극(101)과 음극을 포함한 제 2 전극(102) 사이에, 제 1 발광층(113_1)을 포함한 제 1 발광 유닛(501)과, 제 2 발광층(113_2)을 포함한 제 2 발광 유닛(502)과, 중간층(116)을 포함하는 유기 화합물층(103)을 포함하는 탠덤형 발광 디바이스이다(또한 발광 유닛은 EL층이라고도 함).
또한 본 실시형태에서는 하나의 중간층(116)과 2개의 발광 유닛을 포함한 발광 디바이스를 예로 들어 설명하지만, n(n은 1 이상의 정수(整數))층의 중간층(이하, 전하 발생층이라고도 함)과 n+1층의 발광 유닛을 포함한 발광 디바이스이어도 좋다.
예를 들어 도 1의 (B)에 나타낸 발광 디바이스(130)는 제 1 발광 유닛(501), 제 1 중간층(116_1), 제 2 발광 유닛(502), 제 2 중간층(116_2), 및 제 3 발광 유닛(503)을 포함한, n이 2인 탠덤형 발광 디바이스의 예이다. 또한 중간층(116)은 적어도 P형층(117)(이하, 전하 발생 영역이라고도 함) 및 N형층(119)(이하, 전자 주입 버퍼 영역이라고도 함)을 포함한다. 또한 N형층(119)과 P형층(117) 사이에는 이 2층 사이에서 전자를 원활하게 주고받기 위한 전자 릴레이층(118)(이하, 전자 릴레이 영역이라고도 함)이 제공되어도 좋다.
또한 각 발광 유닛에서의 발광층이 나타내는 광의 색 영역은 같아도 좋고 달라도 좋다. 또한 상기 발광층은 단층 구조를 가져도 좋고 적층 구조를 가져도 좋다. 예를 들어 제 1 발광 유닛 및 제 3 발광 유닛에서 발광층이 청색 영역의 발광을 나타내고, 제 2 발광 유닛에서 적층 구조의 발광층이 적색 영역의 발광 및 녹색 영역의 발광을 나타내는 구성으로 함으로써, 백색 발광을 얻을 수 있다.
또한 본 발명의 일 형태의 발광 디바이스는 예를 들어 포토리소그래피법 등의 리소그래피법에 의하여 제작된 발광 디바이스이어도 좋다. 포토리소그래피법에 의하여 제작된 경우, 적어도 제 2 발광층(113_2) 및 이보다 제 1 전극(101) 측에 위치하는 유기 화합물층은 동시에 가공되기 때문에, 이들의 단부는 기판에 대하여 수직 방향으로 실질적으로 정렬된다.
발광 디바이스에서는, 기본적으로 전기가 흐르기 어려운 유기 화합물층에 캐리어를, 특히 전자를 주입하는 데 있어서는 에너지 장벽이 크다는 이유로 높은 전압을 필요로 하였다. 따라서 현재는 중간층의 N형층 또는 전자 주입층에는 예를 들어 리튬(Li) 등의 알칼리 금속 또는 상기 알칼리 금속의 화합물을 사용함으로써 전압 감소를 실현하고 있다.
그러나 발광 디바이스가 제작 공정 중에 대기에 노출되면, 상기 알칼리 금속 또는 그 화합물이 인접한 층으로 확산되어 발광 디바이스의 구동 전압이 상승되거나 발광 효율이 저하되는 문제가 발생한다.
특히 탠덤형 발광 디바이스는 중간층을 사이에 두고 복수의 발광층이 직렬로 적층된 구조를 갖고 있으며, 상기 중간층은 양극 측과 접하는 발광 유닛에 전자를 주입하기 위하여 알칼리 금속 또는 상기 알칼리 금속의 화합물의 층이 포함되는 구조를 갖는다. 즉 탠덤형 발광 디바이스는 싱글형 발광 디바이스에 비하여 알칼리 금속 또는 상기 알칼리 금속의 화합물의 층이 물 또는 산소 등의 대기 성분과 반응할 가능성이 높다.
또한 근년, 유기 반도체막을 소정의 형상으로 형성하는 방법 중 하나로서, 메탈 마스크를 사용한 진공 증착법(마스크 증착)이 널리 사용되고 있다. 그러나 고밀도화, 고정세화가 진행되는 요즘, 정렬 정밀도나 기판과 마스크의 배치 간격 등으로 대표되는 각종 이유로, 마스크 증착으로 정세도를 더 높이는 것은 거의 한계에 다다르고 있다. 한편, 포토리소그래피법을 사용하여 유기 반도체막의 형상을 가공하는 경우, 더 치밀한 패턴을 형성할 수 있다. 또한 이 방법은 대면적 가공도 용이하기 때문에, 포토리소그래피법을 사용한 유기 반도체막의 가공에 관한 연구도 진행되고 있다.
그러나 탠덤형 발광 디바이스를 포토리소그래피법에 의하여 제작하는 경우에는, 중간층이 가공 공정 중에 대기, 레지스트 수지, 물, 약액 등에 노출되기 때문에, 알칼리 금속 또는 상기 알칼리 금속의 화합물의 층에 기인한 특성의 악화가 발생한다. 즉 중간층에서의 알칼리 금속 또는 상기 알칼리 금속의 화합물의 층이 대기 성분 및 포토리소그래피 공정에 노출됨으로써, 전자 주입층이 대기 성분 및 포토리소그래피 공정에 노출된 경우와 마찬가지로 구동 전압이 대폭적으로 상승되거나 발광 효율이 현저하게 저하된다.
그래서 중간층의 N형층 또는 전자 주입층과 같은 Li 등의 알칼리 금속 또는 상기 알칼리 금속의 화합물의 층과 접하여 제공되는 층에, Li 등의 알칼리 금속 또는 상기 알칼리 금속의 화합물의 확산을 억제하는 재료를 사용하는 것이 좋다.
예를 들어 발광 디바이스(130)는 도 2의 (A)에 나타낸 바와 같이 유기 화합물층(10) 위에 리튬(14)을 포함한 유기 화합물층(12)이 접하여 제공되는 구조를 갖는다. 또한 유기 화합물층(10)은 도 1의 (A)에 나타낸 제 1 전자 수송층(114_1) 및 제 2 전자 수송층(114_2) 등에 상당한다. 또한 리튬(14)을 포함한 유기 화합물층(12)은 도 1의 (A)에 나타낸 N형층(119) 및 전자 주입층(115) 등에 상당한다.
유기 화합물층(10)이 유기 화합물층(12)과 같은 정도 이상으로 리튬이 확산되기 쉬운 층인 경우, 도 2의 (A)에 나타낸 구조를 형성한 후에 대기에 노출시키거나 포토리소그래피 공정을 수행함으로써, 도 2의 (C)에 나타낸 바와 같이 유기 화합물층(12)에 포함되는 리튬(14)이 유기 화합물층(10)으로 확산된다.
한편, 유기 화합물층(10)으로서 리튬이 확산되기 어려운 층을 사용하는 경우에는, 도 2의 (B)에 나타낸 바와 같이, 대기 노출 또는 포토리소그래피 공정을 수행하여도 리튬(14)이 유기 화합물층(10)으로 확산되는 것이 억제될 수 있다.
Li 등의 알칼리 금속 또는 상기 알칼리 금속의 화합물이 확산되기 어려운 층에 사용하는 유기 화합물은 분자량이 크고, 밀도가 높고, 튼튼한 것이 바람직하다. 그러므로 유기 화합물층(10)에 사용하는 유기 화합물은 알칼리 금속 또는 상기 알칼리 금속의 화합물을 포함한 유기 화합물층(12)에 사용하는 유기 화합물보다 유리 전이 온도(Tg)가 높은 것이 바람직하다.
예를 들어 유기 화합물층(10)에 사용하는 유기 화합물은 유기 화합물층(12)에 사용하는 유기 화합물보다 유리 전이 온도(Tg)가 15℃ 이상 높은 것이 바람직하고, 20℃ 이상 높은 것이 더 바람직하고, 25℃ 이상 높은 것이 더욱 바람직하다. 구체적으로는, 예를 들어 유기 화합물층(10)에 사용하는 유기 화합물의 유리 전이 온도(Tg)는 바람직하게는 120℃ 이상, 더 바람직하게는 140℃ 이상, 더욱 바람직하게는 160℃ 이상이다.
또한 유기 화합물의 유리 전이 온도(Tg)는 예를 들어 시차 주사 열량 측정(DSC 측정)을 사용하여 측정할 수 있다. 또한 포토리소그래피법에 의하여 가공을 수행하는 경우에는, 유리 전이 온도가 높은 유기 화합물은 공정 중의 온도, 공정 중에 노출되는 대기, 레지스트 수지, 물, 약액 등으로 인한 영향이 적기 때문에, 설계 자유도가 높은 디바이스를 제작할 수 있다.
또한 굴절률이 높은 유기 화합물은 밀도가 높고 튼튼하기 때문에, 유기 화합물층(10)에 사용하는 유기 화합물로서 적합하다. 그러므로 유기 화합물층(10)에 사용하는 유기 화합물은 알칼리 금속 또는 상기 알칼리 금속의 화합물을 포함한 유기 화합물층(12)에 사용하는 유기 화합물보다 굴절률이 높은 것이 바람직하다.
예를 들어 유기 화합물층(10)에 사용하는 유기 화합물은 유기 화합물층(12)에 사용하는 유기 화합물보다 굴절률이 0.03 이상 높은 것이 바람직하고, 0.06 이상 높은 것이 더 바람직하고, 0.1 이상 높은 것이 더욱 바람직하다. 구체적으로는, 예를 들어 유기 화합물층(10)에 사용하는 유기 화합물의 파장이 633nm일 때의 정상 굴절률은 바람직하게는 1.80 이상, 더 바람직하게는 1.84 이상, 더욱 바람직하게는 1.88 이상이다. 유기 화합물의 굴절률은 예를 들어 분광 엘립소미터를 사용하여 측정할 수 있다.
또한 Li 등의 알칼리 금속 또는 상기 알칼리 금속의 화합물이 확산되기 어려운 층에 사용하는 유기 화합물은, 발광 디바이스의 전압 특성 및 신뢰성을 양호하게 하기 위하여 전자 수송성이 우수하고 화학적 안정성이 높은 것이 바람직하다. 그러므로 유기 화합물층(10)에 사용하는 유기 화합물로서는, 알칼리 금속 또는 상기 알칼리 금속의 화합물을 포함한 유기 화합물층(12)에 사용하는 유기 화합물보다 LUMO 준위가 낮은 유기 화합물을 사용하는 것이 바람직하다.
예를 들어 유기 화합물층(10)에 사용하는 유기 화합물은 유기 화합물층(12)에 사용하는 유기 화합물보다 LUMO 준위가 0.2eV 이상 낮은 것이 바람직하다. 구체적으로는, 예를 들어 유기 화합물층(10)에 사용하는 유기 화합물의 LUMO 준위는 바람직하게는 -2.8eV 이하, 더 바람직하게는 -2.9eV 이하, 더욱 바람직하게는 -3.0eV 이하이고 -3.2eV 이상인 것이 바람직하다. 유기 화합물의 LUMO 준위는 예를 들어 사이클릭 볼타메트리(CV) 측정에 의하여 측정되는 상기 화합물의 전기 화학 특성(환원 전위)으로부터 도출할 수 있다.
또한 유기 화합물층(10)에 적합한 유기 화합물로서는 양호한 전자 수송성을 갖는 π전자 부족형 헤테로 방향족 고리를 갖는 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 또한 높은 전자 수송성 및 높은 견뢰성을 갖기 위해서는, 유기 화합물층(10)에 사용하는 유기 화합물은 다환식 헤테로 방향족 고리를 갖는 것이 바람직하고, 헤테로 방향족 고리를 구성하는 고리의 수가 알칼리 금속 또는 상기 알칼리 금속의 화합물을 포함한 유기 화합물층(12)에 사용하는 유기 화합물과 동등 이상인 것이 바람직하다.
유기 화합물층(10)에 적합한 유기 화합물로서는, 구체적으로는 예를 들어 피리딘 골격을 갖는 헤테로 방향족 고리를 갖는 유기 화합물, 다이아진 골격을 갖는 헤테로 방향족 고리를 갖는 유기 화합물, 트라이아진 골격을 갖는 헤테로 방향족 고리를 갖는 유기 화합물을 사용할 수 있다. 또한 높은 화학적 안정성 및 높은 전자 수송성을 갖기 위해서는, 6원 고리로 구성되는 헤테로 방향족 고리를 갖고 2개 이상의 질소 원자를 포함하는 것이 바람직하다. 예를 들어 퀴녹살린 골격, 퀴나졸린 골격, 벤조퀴녹살린 골격, 벤조퀴나졸린 골격 등의 다이아진 골격을 갖는 질소 함유 다환식 헤테로 방향족 고리를 갖는 유기 화합물을 사용할 수 있다.
유기 화합물층(12)에는, 유기 화합물층(10)에 적합한 유기 화합물보다 Li 등의 알칼리 금속 또는 상기 알칼리 금속의 화합물을 더 확산시키는 재료를 사용한다. 또한 유기 화합물층(12)에 적합한 유기 화합물로서는 양호한 전자 수송성을 갖는 π전자 부족형 헤테로 방향족 고리를 갖는 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 예를 들어 피리딘 골격을 갖는 헤테로 방향족 고리를 갖는 유기 화합물, 다이아진 골격을 갖는 헤테로 방향족 고리를 갖는 유기 화합물, 트라이아진 골격을 갖는 헤테로 방향족 고리를 갖는 유기 화합물을 사용할 수 있다. 또한 페난트롤린 골격 등의 다환식 헤테로 방향족 고리를 갖는 유기 화합물을 사용할 수 있다.
특히 mTpPPhen, PnNPhen, 및 mPPhen2P 등의 페난트롤린 골격을 갖는 유기 화합물이 바람직하고, mPPhen2P 등의 페난트롤린 이량체 구조를 갖는 유기 화합물이 안정성이 우수하므로 더 바람직하다. 또한 다이아진(피리미딘 또는 피라진) 골격을 갖는 헤테로 방향족 고리를 갖는 유기 화합물, 트라이아진 골격을 갖는 헤테로 방향족 고리를 갖는 유기 화합물은 전자 수송성이 높아 발광 디바이스의 구동 전압 감소에도 기여하기 때문에 바람직하다.
<발광 디바이스의 구체적인 구성>
이하에서는, 발광 디바이스(130)의 상술한 구성 이외의 구체적인 구성에 대하여 설명한다.
제 1 발광 유닛(501)과 제 2 발광 유닛(502)에는 발광층에 더하여 다른 기능층이 포함되어도 좋다. 도 1의 (A)에는, 제 1 발광 유닛(501)에 제 1 발광층(113_1)에 더하여 정공 주입층(111), 제 1 정공 수송층(112_1), 및 제 1 전자 수송층(114_1)이 제공되고, 제 2 발광 유닛(502)에 제 2 발광층(113_2)에 더하여 제 2 정공 수송층(112_2), 제 2 전자 수송층(114_2), 및 전자 주입층(115)이 제공된 구성을 나타내었지만, 본 발명의 유기 화합물층(103)의 구성은 이에 한정되지 않고, 어느 층이 제공되지 않아도 되고, 기타 층이 제공되어도 좋다. 또한 기타 층으로서는, 대표적으로는 캐리어 차단층, 여기자 차단층 등이 있다.
또한 중간층(116)이 N형층(119)을 포함하기 때문에, 상기 N형층(119)은 양극 측의 발광 유닛에서의 전자 주입층으로서 기능하므로, 양극 측의 발광 유닛(도 1의 (A)에서는 제 1 발광 유닛(501))에는 전자 주입층을 필요에 따라 제공하는 것이 좋다. 또한 마찬가지로, 중간층(116)이 P형층(117)을 포함하기 때문에, 상기 P형층(117)은 음극 측의 발광 유닛에서의 정공 주입층으로서 기능하므로, 음극 측의 발광 유닛(도 1의 (A)에서는 제 2 발광 유닛(502))에는 정공 주입층을 필요에 따라 제공하는 것이 좋다.
여기서, N형층(119)은 상술한 바와 같이 알칼리 금속 또는 상기 알칼리 금속의 화합물을 포함한 층이지만, 상기 층에는 금속, 금속 화합물, 및 금속 착체 중 어느 것 또는 복수가 혼합되어도 좋다.
또한 전하 발생층인 P형층(117)은 억셉터성을 갖는 재료와 정공 수송성을 갖는 유기 화합물을 포함한 복합 재료를 사용하여 형성되는 것이 바람직하다. 복합 재료에 사용되는 정공 수송성을 갖는 유기 화합물로서는 방향족 아민 화합물, 헤테로 방향족 화합물, 방향족 탄화수소, 고분자 화합물(올리고머, 덴드리머, 폴리머 등) 등 다양한 유기 화합물을 사용할 수 있다. 또한 복합 재료에 사용되는 정공 수송성을 갖는 유기 화합물은 정공 이동도가 1×10-6cm2/Vs 이상인 것이 바람직하다. 복합 재료에 사용되는 정공 수송성을 갖는 유기 화합물은 축합 방향족 탄화수소 고리 또는 π전자 과잉형 헤테로 방향족 고리를 갖는 화합물인 것이 바람직하다. 축합 방향족 탄화수소 고리로서는 안트라센 고리, 나프탈렌 고리 등이 바람직하다. 또한 π전자 과잉형 헤테로 방향족 고리로서는 피롤 골격, 퓨란 골격, 싸이오펜 골격 중 적어도 어느 하나를 고리에 갖는 축합 방향족 고리가 바람직하고, 구체적으로는 카바졸 고리, 다이벤조싸이오펜 고리, 또는 이들에 방향족 고리 또는 헤테로 방향족 고리가 더 축합된 고리가 바람직하다.
이러한 정공 수송성을 갖는 유기 화합물은 카바졸 골격, 다이벤조퓨란 골격, 다이벤조싸이오펜 골격, 및 안트라센 골격 중 어느 것을 갖는 것이 더 바람직하다. 특히 다이벤조퓨란 고리 또는 다이벤조싸이오펜 고리를 갖는 치환기를 갖는 방향족 아민, 나프탈렌 고리를 갖는 방향족 모노아민, 또는 9-플루오렌일기가 아릴렌기를 통하여 아민의 질소와 결합된 방향족 모노아민이어도 좋다. 또한 이들 정공 수송성을 갖는 유기 화합물이 N,N-비스(4-바이페닐)아미노기를 갖는 물질이면 수명이 양호한 발광 디바이스를 제작할 수 있기 때문에 바람직하다.
상기와 같은 정공 수송성을 갖는 유기 화합물로서는, 구체적으로는 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 정공 수송성을 갖는 재료로서는, 그 외의 방향족 아민 화합물로서 N,N'-다이(p-톨릴)-N,N'-다이페닐-p-페닐렌다이아민(약칭: DTDPPA), 4,4'-비스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: DPAB), 4,4'-비스(N-{4-[N'-(3-메틸페닐)-N'-페닐아미노]페닐}-N-페닐아미노)바이페닐(약칭: DNTPD), 1,3,5-트리스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]벤젠(약칭: DPA3B) 등을 사용할 수도 있다.
또한 P형층(117)에 포함되는 억셉터성을 갖는 물질로서는 전자 흡인기(할로젠기, 사이아노기 등)를 갖는 유기 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 복수의 헤테로 원자를 포함한 축합 방향족 고리에 전자 흡인기가 결합된 화합물은 열적으로 안정적이기 때문에 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 등의 전이 금속 산화물을 사용할 수 있다.
전자 릴레이층(118)은 전자 수송성을 갖는 물질을 포함하고, N형층(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, 제 1 전극(101) 측의 발광 유닛에서의 중간층(116)과 접하는 층(도 1의 (A)에서는 제 1 발광 유닛(501)에서의 제 1 전자 수송층(114_1))에 포함되는 유기 화합물의 LUMO 준위 사이에 있는 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 리간드를 포함하는 금속 착체를 사용하는 것이 바람직하다.
이러한 중간층(116)을 포함한 탠덤형 발광 디바이스는, 유기 화합물층(103)을 포토리소그래피법에 의하여 가공하여도, 구동 전압이 대폭적으로 상승되거나 발광 효율이 현저하게 저하되지 않기 때문에, 양호한 특성을 가질 수 있다.
다음으로, 상기 발광 디바이스(130)의 중간층(116) 이외의 구성에 대하여 설명한다.
제 1 전극(101)은 양극을 포함하는 전극이다. 제 1 전극(101)은 적층 구조를 가져도 좋고, 이 경우 유기 화합물층(103)과 접하는 층이 양극으로서 기능한다. 양극은 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 포함한 산화 인듐-산화 주석, 산화 인듐-산화 아연, 산화 텅스텐 및 산화 아연을 포함한 산화 인듐(IWZO) 등이 있다. 이들 도전성 금속 산화물막은 일반적으로 스퍼터링법에 의하여 형성되지만, 졸 겔법 등을 응용하여 형성되어도 좋다. 형성 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% 포함된 타깃을 사용한 스퍼터링법에 의하여, 산화 텅스텐 및 산화 아연이 포함된 산화 인듐(IWZO)을 형성할 수도 있다. 이 외에, 양극에 사용되는 재료로서는, 예를 들어 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) 등이 있다. 또는 양극에 사용되는 재료로서 그래핀을 사용할 수도 있다. 또한 상기 중간층(116)에서의 P형층(117)을 구성하는 복합 재료를 양극과 접하는 층(대표적으로는 정공 주입층)에 사용함으로써, 일함수에 상관없이 전극 재료를 선택할 수 있다.
유기 화합물층(103)은 적층 구조를 갖는다. 도 1의 (A)에는, 상기 적층 구조로서 제 1 발광층(113_1)을 포함한 제 1 발광 유닛(501), 중간층(116), 및 제 2 발광층(113_2)을 포함한 제 2 발광 유닛(502)을 포함하는 구조를 나타내었다. 또한 여기서는 중간층을 사이에 두고 2개의 발광 유닛이 적층된 구조를 나타내었지만, 3개 이상의 발광 유닛이 적층된 구조이어도 좋다. 이 경우에도, 발광 유닛과 발광 유닛 사이에는 중간층이 제공된다. 또한 각 발광 유닛도 적층 구조를 갖는다. 발광 유닛은 도 1의 (A)에 나타낸 구성에 한정되지 않고, 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층, 전자 주입층, 캐리어 차단층(정공 차단층, 전자 차단층), 여기자 차단층 등 다양한 기능층을 적절히 사용하여 구성할 수 있다.
정공 주입층(111)은 양극과 접하여 제공되고, 정공을 유기 화합물층(103)(제 1 발광 유닛(501))에 주입하기 쉽게 하는 기능을 갖는다. 정공 주입층(111)은 프탈로사이아닌(약칭: H2Pc) 등의 포르피린계의 화합물, 구리 프탈로사이아닌(약칭: CuPc) 등의 프탈로사이아닌계의 착체 화합물, 4,4'-비스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: DPAB), 4,4'-비스(N-{4-[N'-(3-메틸페닐)-N'-페닐아미노]페닐}-N-페닐아미노)바이페닐(약칭: DNTPD) 등의 방향족 아민 화합물, 또는 폴리(3,4-에틸렌다이옥시싸이오펜)/(폴리스타이렌설폰산)(약칭: PEDOT/PSS) 등의 고분자 등을 사용하여 형성될 수 있다.
또한 정공 주입층(111)은 전자 억셉터성을 갖는 물질을 사용하여 형성되어도 좋다. 억셉터성을 갖는 물질로서는, 상기 중간층(116)에서의 P형층(117)을 구성하는 복합 재료에 사용되는 억셉터성 물질로서 예를 든 물질을 마찬가지로 사용할 수 있다.
또한 정공 주입층(111)은 상기 중간층(116)에서의 P형층(117)을 구성하는 복합 재료를 마찬가지로 사용하여 형성되어도 좋다.
또한 정공 주입층(111)에서는 복합 재료에 사용되는 정공 수송성을 갖는 유기 화합물은 HOMO(highest occupied molecular orbital) 준위가 -5.7eV 이상 -5.4eV 이하로 비교적 깊은 물질인 것이 더 바람직하다. 복합 재료에 사용되는 정공 수송성을 갖는 유기 화합물의 HOMO 준위가 비교적 깊으면, 정공 수송층에 대한 정공 주입이 용이해지고, 또한 수명이 양호한 발광 디바이스를 얻기 용이해진다. 또한 복합 재료에 사용되는 정공 수송성을 갖는 유기 화합물의 HOMO 준위가 비교적 깊으면, 정공의 유발이 적절히 억제되어 수명이 더 양호한 발광 디바이스로 할 수 있다.
정공 주입층(111)을 형성함으로써, 정공 주입성이 양호해져 구동 전압이 낮은 발광 디바이스를 얻을 수 있다.
또한 억셉터성을 갖는 물질 중에서도 억셉터성을 갖는 유기 화합물은 증착이 용이하고 성막이 쉽기 때문에 사용하기 쉬운 재료이다.
또한 중간층(116)에서의 P형층(117)이 정공 주입층으로서 기능하기 때문에 제 2 발광 유닛(502)에는 정공 주입층을 제공하지 않았지만, 제 2 발광 유닛(502)에는 정공 주입층을 제공하여도 좋다.
정공 수송층(제 1 정공 수송층(112_1), 제 2 정공 수송층(112_2))은 정공 수송성을 갖는 유기 화합물을 포함하여 형성된다. 정공 수송성을 갖는 유기 화합물은 정공 이동도가 1×10-6cm2/Vs 이상인 것이 바람직하다.
상기 정공 수송성을 갖는 재료로서는, 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), 9,9'-비스(바이페닐-4-일)-3,3'-바이-9H-카바졸(약칭: BisBPCz), 9,9'-비스(바이페닐-3-일)-3,3'-바이-9H-카바졸(약칭: BismBPCz), 9-(바이페닐-3-일)-9'-(바이페닐-4-일)-9H,9'H-3,3'-바이카바졸(약칭: mBPCCBP), 9-(2-나프틸)-9'-페닐-9H,9'H-3,3'-바이카바졸(약칭: βNCCP), 9-(3-바이페닐)-9'-(2-나프틸)-3,3'-바이-9H-카바졸(약칭: βNCCmBP), 9-(4-바이페닐)-9'-(2-나프틸)-3,3'-바이-9H-카바졸(약칭: βNCCBP), 9,9'-다이-2-나프틸-3,3'-9H,9'H-바이카바졸(약칭: BisβNCz), 9-(2-나프틸)-9'-[1,1':4',1''-터페닐]-3-일-3,3'-9H,9'H-바이카바졸, 9-(2-나프틸)-9'-[1,1':3',1''-터페닐]-3-일-3,3'-9H,9'H-바이카바졸, 9-(2-나프틸)-9'-[1,1':3',1''-터페닐]-5'-일-3,3'-9H,9'H-바이카바졸, 9-(2-나프틸)-9'-[1,1':4',1''-터페닐]-4-일-3,3'-9H,9'H-바이카바졸, 9-(2-나프틸)-9'-[1,1':3',1''-터페닐]-4-일-3,3'-9H,9'H-바이카바졸, 9-(2-나프틸)-9'-(트라이페닐렌-2-일)-3,3'-9H,9'H-바이카바졸, 9-페닐-9'-(트라이페닐렌-2-일)-3,3'-9H,9'H-바이카바졸(약칭: PCCzTp), 9,9'-비스(트라이페닐렌-2-일)-3,3'-9H,9'H-바이카바졸, 9-(4-바이페닐)-9'-(트라이페닐렌-2-일)-3,3'-9H,9'H-바이카바졸, 9-(트라이페닐렌-2-일)-9'-[1,1':3',1''-터페닐]-4-일-3,3'-9H,9'H-바이카바졸 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, 또는 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 것들 중에서도, 방향족 아민 골격을 갖는 화합물 또는 카바졸 골격을 갖는 화합물은 신뢰성과 정공 수송성이 높아 구동 전압 감소에도 기여하기 때문에 바람직하다. 또한 정공 주입층(111)의 복합 재료에 사용되는 정공 수송성을 갖는 재료로서 예를 든 물질도 정공 수송층(112)을 구성하는 재료로서 적합하게 사용할 수 있다.
발광층(제 1 발광층(113_1), 제 2 발광층(113_2))은 발광 물질과 호스트 재료를 포함하는 것이 바람직하다. 또한 발광층은 그 외의 재료를 함께 포함하여도 좋다. 또한 발광층은 조성이 서로 다른 2층의 적층이어도 좋다.
발광 물질은 형광 발광 물질이어도 좋고, 인광 발광 물질이어도 좋고, 열 활성화 지연 형광(TADF)을 나타내는 물질이어도 좋고, 그 외의 발광 물질이어도 좋다.
발광층에서 형광 발광 물질로서 사용할 수 있는 재료의 예로서는, 다음과 같은 것을 들 수 있다. 또한 이들 외의 형광 발광 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, 및 1,6BnfAPrn-03과 같은 피렌다이아민 화합물로 대표되는 축합 방향족 다이아민 화합물은 정공 트랩성이 높고, 발광 효율 또는 신뢰성이 우수하기 때문에 바람직하다.
발광층에서 발광 물질로서 인광 발광 물질을 사용하는 경우, 사용할 수 있는 재료의 예로서는, 다음과 같은 것을 들 수 있다.
트리스{2-[5-(2-메틸페닐)-4-(2,6-다이메틸페닐)-4H-1,2,4-트라이아졸-3-일-κN2]페닐-κC}이리듐(III)(약칭: [Ir(mpptz-dmp)3]), 트리스(5-메틸-3,4-다이페닐-4H-1,2,4-트라이아졸레이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(Mptz)3]), 트리스[4-(3-바이페닐)-5-아이소프로필-3-페닐-4H-1,2,4-트라이아졸레이토]이리듐(III)(약칭: [Ir(iPrptz-3b)3])과 같은 4H-트라이아졸 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체, 트리스[3-메틸-1-(2-메틸페닐)-5-페닐-1H-1,2,4-트라이아졸레이토]이리듐(III)(약칭: [Ir(Mptz1-mp)3]), 트리스(1-메틸-5-페닐-3-프로필-1H-1,2,4-트라이아졸레이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(Prptz1-Me)3])과 같은 1H-트라이아졸 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체, fac-트리스[1-(2,6-다이아이소프로필페닐)-2-페닐-1H-이미다졸]이리듐(III)(약칭: [Ir(iPrpim)3]), 트리스[3-(2,6-다이메틸페닐)-7-메틸이미다조[1,2-f]페난트리디네이토]이리듐(III)(약칭: [Ir(dmpimpt-Me)3])과 같은 이미다졸 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체, 비스[2-(4',6'-다이플루오로페닐)피리디네이토-N,C2']이리듐(III)테트라키스(1-피라졸릴)보레이트(약칭: FIr6), 비스[2-(4',6'-다이플루오로페닐)피리디네이토-N,C2']이리듐(III)피콜리네이트(약칭: FIrpic), 비스{2-[3',5'-비스(트라이플루오로메틸)페닐]피리디네이토-N,C2'}이리듐(III)피콜리네이트(약칭: [Ir(CF3ppy)2(pic)]), 비스[2-(4',6'-다이플루오로페닐)피리디네이토-N,C2']이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: FIracac)와 같은 전자 흡인기를 갖는 페닐피리딘 유도체를 리간드로서 포함하는 유기 금속 이리듐 착체를 들 수 있다. 이들은 청색 인광 발광을 나타내는 화합물이고, 450nm 내지 520nm의 파장 영역에 발광 피크를 갖는다.
또한 트리스(4-메틸-6-페닐피리미디네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(mppm)3]), 트리스(4-t-뷰틸-6-페닐피리미디네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(tBuppm)3]), (아세틸아세토네이토)비스(6-메틸-4-페닐피리미디네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(mppm)2(acac)]), (아세틸아세토네이토)비스(6-tert-뷰틸-4-페닐피리미디네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(tBuppm)2(acac)]), (아세틸아세토네이토)비스[6-(2-노보닐)-4-페닐피리미디네이토]이리듐(III)(약칭: [Ir(nbppm)2(acac)]), (아세틸아세토네이토)비스[5-메틸-6-(2-메틸페닐)-4-페닐피리미디네이토]이리듐(III)(약칭: [Ir(mpmppm)2(acac)]), (아세틸아세토네이토)비스(4,6-다이페닐피리미디네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(dppm)2(acac)])과 같은 피리미딘 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체, (아세틸아세토네이토)비스(3,5-다이메틸-2-페닐피라지네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(mppr-Me)2(acac)]), (아세틸아세토네이토)비스(5-아이소프로필-3-메틸-2-페닐피라지네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(mppr-iPr)2(acac)])과 같은 피라진 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체, 트리스(2-페닐피리디네이토-N,C2')이리듐(III)(약칭: [Ir(ppy)3]), 비스(2-페닐피리디네이토-N,C2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: [Ir(ppy)2(acac)]), 비스(벤조[h]퀴놀리네이토)이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: [Ir(bzq)2(acac)]), 트리스(벤조[h]퀴놀리네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(bzq)3]), 트리스(2-페닐퀴놀리네이토-N,C2')이리듐(III)(약칭: [Ir(pq)3]), 비스(2-페닐퀴놀리네이토-N,C2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: [Ir(pq)2(acac)]), [2-d3-메틸-8-(2-피리딘일-κN)벤조퓨로[2,3-b]피리딘-κC]비스[2-(5-d3-메틸-2-피리딘일-κN2)페닐-κC]이리듐(III)(약칭: Ir(5mppy-d3)2(mbfpypy-d3)), {2-(메틸-d3)-8-[4-(1-메틸에틸-1-d)-2-피리딘일-κN]벤조퓨로[2,3-b]피리딘-7-일-κC}비스{5-(메틸-d3)-2-[5-(메틸-d3)-2-피리딘일-κN]페닐-κC}이리듐(III)(약칭: Ir(5mtpy-d6)2(mbfpypy-iPr-d4)), [2-d3-메틸-(2-피리딘일-κN)벤조퓨로[2,3-b]피리딘-κC]비스[2-(2-피리딘일-κN)페닐-κC]이리듐(III)(약칭: Ir(ppy)2(mbfpypy-d3)), [2-(4-메틸-5-페닐-2-피리딘일-κN)페닐-κC]비스[2-(2-피리딘일-κN)페닐-κC]이리듐(III)(약칭: Ir(ppy)2(mdppy))과 같은 피리딘 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체 외에, 트리스(아세틸아세토네이토)(모노페난트롤린)터븀(III)(약칭: [Tb(acac)3(Phen)])과 같은 희토류 금속 착체를 들 수 있다. 이들은 주로 녹색 인광 발광을 나타내는 화합물이고, 500nm 내지 600nm의 파장 영역에 발광 피크를 갖는다. 또한 피리미딘 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체는 신뢰성 또는 발광 효율도 매우 우수하기 때문에 특히 바람직하다.
또한 (다이아이소뷰티릴메타네이토)비스[4,6-비스(3-메틸페닐)피리미디네이토]이리듐(III)(약칭: [Ir(5mdppm)2(dibm)]), 비스[4,6-비스(3-메틸페닐)피리미디네이토](다이피발로일메타네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(5mdppm)2(dpm)]), 비스[4,6-다이(나프탈렌-1-일)피리미디네이토](다이피발로일메타네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(d1npm)2(dpm)])과 같은 피리미딘 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체, (아세틸아세토네이토)비스(2,3,5-트라이페닐피라지네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(tppr)2(acac)]), 비스(2,3,5-트라이페닐피라지네이토)(다이피발로일메타네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(tppr)2(dpm)]), (아세틸아세토네이토)비스[2,3-비스(4-플루오로페닐)퀴녹살리네이토]이리듐(III)(약칭: [Ir(Fdpq)2(acac)])과 같은 피라진 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체, 트리스(1-페닐아이소퀴놀리네이토-N,C2')이리듐(III)(약칭: [Ir(piq)3]), 비스(1-페닐아이소퀴놀리네이토-N,C2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: [Ir(piq)2(acac)])와 같은 피리딘 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체 외에, 2,3,7,8,12,13,17,18-옥타에틸-21H,23H-포르피린 백금(II)(약칭: PtOEP)과 같은 백금 착체, 트리스(1,3-다이페닐-1,3-프로페인다이오네이토)(모노페난트롤린)유로퓸(III)(약칭: [Eu(DBM)3(Phen)]), 트리스[1-(2-테노일)-3,3,3-트라이플루오로아세토네이토](모노페난트롤린)유로퓸(III)(약칭: [Eu(TTA)3(Phen)])과 같은 희토류 금속 착체를 들 수 있다. 이들은 적색 인광 발광을 나타내는 화합물이고, 600nm 내지 700nm의 파장 영역에 발광 피크를 갖는다. 또한 피라진 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체로부터는 색도가 좋은 적색 발광을 얻을 수 있다.
또한 상술한 인광성 화합물 외에, 공지의 인광성 화합물을 선택하여 사용하여도 좋다.
TADF 재료로서는 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 포함한 금속 함유 포르피린을 들 수 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 1]
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), 2-{4-[3-(N-페닐-9H-카바졸-3-일)-9H-카바졸-9-일]페닐}-4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진(약칭: PCCzPTzn), 2-[4-(10H-페녹사진-10-일)페닐]-4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진(약칭: PXZ-TRZ), 3-[4-(5-페닐-5,10-다이하이드로페나진-10-일)페닐]-4,5-다이페닐-1,2,4-트라이아졸(약칭: PPZ-3TPT), 3-(9,9-다이메틸-9H-아크리딘-10-일)-9H-크산텐-9-온(약칭: ACRXTN), 비스[4-(9,9-다이메틸-9,10-다이하이드로아크리딘)페닐]설폰(약칭: DMAC-DPS), 10-페닐-10H,10'H-스파이로[아크리딘-9,9'-안트라센]-10'-온(약칭: ACRSA) 등의 π전자 과잉형 헤테로 방향족 고리 및 π전자 부족형 헤테로 방향족 고리 중 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 갖기 때문에, 전자 수송성 및 정공 수송성이 모두 높아 바람직하다. 이들 중에서도, π전자 부족형 헤테로 방향족 고리를 갖는 골격 중, 피리딘 골격, 다이아진 골격(피리미딘 골격, 피라진 골격, 피리다진 골격), 및 트라이아진 골격은 안정적이고 신뢰성이 양호하므로 바람직하다. 특히, 벤조퓨로피리미딘 골격, 벤조티에노피리미딘 골격, 벤조퓨로피라진 골격, 벤조티에노피라진 골격은 억셉터성이 높고 신뢰성이 양호하므로 바람직하다. 또한 π전자 과잉형 헤테로 방향족 고리를 갖는 골격 중에서도, 아크리딘 골격, 페녹사진 골격, 페노싸이아진 골격, 퓨란 골격, 싸이오펜 골격, 및 피롤 골격은 안정적이고 신뢰성이 양호하므로, 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, 인돌로 카바졸 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 차이가 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 고리 중 적어도 한쪽 대신에 π전자 부족형 골격 및 π전자 과잉형 골격을 사용할 수 있다.
[화학식 2]
또한 TADF 재료로서는, 단일항 여기 상태와 삼중항 여기 상태 사이가 열평형 상태에 있는 TADF 재료를 사용하여도 좋다. 이와 같은 TADF 재료는 발광 수명(여기 수명)이 짧아지기 때문에, 발광 디바이스의 고휘도 영역에서의 효율 저하를 억제할 수 있다. 구체적으로는, 이하의 분자 구조를 갖는 재료를 사용할 수 있다.
[화학식 3]
또한 TADF 재료는, S1 준위와 T1 준위의 차이가 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 2종류의 물질로 여기 상태를 형성하는 들뜬 복합체(엑사이플렉스, 엑시플렉스, 또는 Exciplex라고도 함)는 S1 준위와 T1 준위의 차이가 매우 작고, 삼중항 여기 에너지를 단일항 여기 에너지로 변환할 수 있는 TADF 재료로서의 기능을 갖는다.
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 차이가 0.3eV 이하인 것이 바람직하고, 0.2eV 이하인 것이 더 바람직하다.
또한 TADF 재료를 발광 물질로서 사용하는 경우, 호스트 재료의 S1 준위는 TADF 재료의 S1 준위보다 높은 것이 바람직하다. 또한 호스트 재료의 T1 준위는 TADF 재료의 T1 준위보다 높은 것이 바람직하다.
발광층의 호스트 재료로서는, 전자 수송성을 갖는 재료 및/또는 정공 수송성을 갖는 재료, 상기 TADF 재료 등 다양한 캐리어 수송 재료를 사용할 수 있다.
정공 수송성을 갖는 재료로서는 아민 골격, π전자 과잉형 헤테로 방향족 고리 골격 등을 갖는 유기 화합물이 바람직하다. 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) 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 것들 중에서도, 방향족 아민 골격을 갖는 화합물 또는 카바졸 골격을 갖는 화합물은 신뢰성과 정공 수송성이 높아 구동 전압 감소에도 기여하기 때문에 바람직하다. 또한 정공 수송층에서의 정공 수송성을 갖는 재료의 예로서 든 유기 화합물도 사용할 수 있다.
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 고리를 갖는 유기 화합물이 바람직하다. π전자 부족형 헤테로 방향족 고리를 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), 4,4'-비스(5-메틸벤즈옥사졸-2-일)스틸벤(약칭: BzOs) 등의 아졸 골격을 갖는 유기 화합물, 3,5-비스[3-(9H-카바졸-9-일)페닐]피리딘(약칭: 35DCzPPy), 1,3,5-트라이[3-(3-피리딜)페닐]벤젠(약칭: TmPyPB), 바소페난트롤린(약칭: Bphen), 바소큐프로인(약칭: BCP), 2,9-다이(나프탈렌-2-일)-4,7-다이페닐-1,10-페난트롤린(약칭: NBphen), 2,2'-(1,3-페닐렌)비스(9-페닐-1,10-페난트롤린)(약칭: mPPhen2P), 2,2'-바이페닐-4,4'-다이일비스(1,10-페난트롤린)(약칭: Phen2BP) 등의 피리딘 골격을 갖는 헤테로 방향족 고리를 갖는 유기 화합물, 2-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mDBTPDBq-II), 2-[3-(3'-다이벤조싸이오펜-4-일)바이페닐]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mDBTBPDBq-II), 2-[3'-(9H-카바졸-9-일)바이페닐-3-일]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mCzBPDBq), 2-[4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)-3,1'-바이페닐-1-일]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mpPCBPDBq), 2-[4-(3,6-다이페닐-9H-카바졸-9-일)페닐]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2CzPDBq-III), 7-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 7mDBTPDBq-II), 6-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 6mDBTPDBq-II), 9-[3'-(다이벤조싸이오펜-4-일)바이페닐-3-일]나프토[1',2':4,5]퓨로[2,3-b]피라진(약칭: 9mDBtBPNfpr), 9-[(3'-다이벤조싸이오펜-4-일)바이페닐-4-일]나프토[1',2':4,5]퓨로[2,3-b]피라진(약칭: 9pmDBtBPNfpr), 4,6-비스[3-(페난트렌-9-일)페닐]피리미딘(약칭: 4,6mPnP2Pm), 4,6-비스[3-(4-다이벤조싸이엔일)페닐]피리미딘(약칭: 4,6mDBTP2Pm-II), 4,6-비스[3-(9H-카바졸-9-일)페닐]피리미딘(약칭: 4,6mCzP2Pm), 9,9'-[피리미딘-4,6-다이일비스(바이페닐-3,3'-다이일)]비스(9H-카바졸)(약칭: 4,6mCzBP2Pm), 8-(바이페닐-4-일)-4-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]-[1]벤조퓨로[3,2-d]피리미딘(약칭: 8BP-4mDBtPBfpm), 3,8-비스[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]벤조퓨로[2,3-b]피라진(약칭: 3,8mDBtP2Bfpr), 4,8-비스[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]-[1]벤조퓨로[3,2-d]피리미딘(약칭: 4,8mDBtP2Bfpm), 8-[3'-(다이벤조싸이오펜-4-일)바이페닐-3-일]나프토[1',2':4,5]퓨로[3,2-d]피리미딘(약칭: 8mDBtBPNfpm), 8-[(2,2'-바이나프탈렌)-6-일]-4-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]-[1]벤조퓨로[3,2-d]피리미딘(약칭: 8(βN2)-4mDBtPBfpm), 2,2'-(피리딘-2,6-다이일)비스(4-페닐벤조[h]퀴나졸린)(약칭: 2,6(P-Bqn)2Py), 2,2'-(피리딘-2,6-다이일)비스{4-[4-(2-나프틸)페닐]-6-페닐피리미딘}(약칭: 2,6(NP-PPm)2Py), 6-(바이페닐-3-일)-4-[3,5-비스(9H-카바졸-9-일)페닐]-2-페닐피리미딘(약칭: 6mBP-4Cz2PPm), 2,6-비스(4-나프탈렌-1-일페닐)-4-[4-(3-피리딜)페닐]피리미딘(약칭: 2,4NP-6PyPPm), 4-[3,5-비스(9H-카바졸-9-일)페닐]-2-페닐-6-(바이페닐-4-일)피리미딘(약칭: 6BP-4Cz2PPm), 7-[4-(9-페닐-9H-카바졸-2-일)퀴나졸린-2-일]-7H-다이벤조[c,g]카바졸(약칭: PC-cgDBCzQz) 등의 다이아진 골격을 갖는 유기 화합물, 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-{4-[3-(N-페닐-9H-카바졸-3-일)-9H-카바졸-9-일]페닐}-4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진(약칭: PCCzPTzn), 9-[3-(4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진-2-일)페닐]-9'-페닐-2,3'-바이-9H-카바졸(약칭: mPCCzPTzn-02), 2-[3'-(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)바이페닐-3-일]-4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진(약칭: mFBPTzn), 5-[3-(4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진-2-일)페닐]-7,7-다이메틸-5H,7H-인데노[2,1-b]카바졸(약칭: mINc(II)PTzn), 2-{3-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]페닐}-4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진(약칭: mDBtBPTzn), 2,4,6-트리스[3'-(피리딘-3-일)바이페닐-3-일]-1,3,5-트라이아진(약칭: TmPPPyTz), 2-[3-(2,6-다이메틸-3-피리딘일)-5-(9-페난트렌일)페닐]-4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진(약칭: mPn-mDMePyPTzn), 11-[4-(바이페닐-4-일)-6-페닐-1,3,5-트라이아진-2-일]-11,12-다이하이드로-12-페닐인돌로[2,3-a]카바졸(약칭: BP-Icz(II)Tzn), 2-[3'-(트라이페닐렌-2-일)바이페닐-3-일]-4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진(약칭: mTpBPTzn), 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) 등의 트라이아진 골격을 갖는 헤테로 방향족 고리를 갖는 유기 화합물이 있다. 상술한 것들 중에서도, 다이아진 골격을 갖는 헤테로 방향족 고리를 갖는 유기 화합물, 피리딘 골격을 갖는 헤테로 방향족 고리를 갖는 유기 화합물, 또는 트라이아진 골격을 갖는 헤테로 방향족 고리를 갖는 유기 화합물은 신뢰성이 양호하므로 바람직하다. 특히, 다이아진(피리미딘 또는 피라진) 골격을 갖는 헤테로 방향족 고리를 갖는 유기 화합물, 트라이아진 골격을 갖는 헤테로 방향족 고리를 갖는 유기 화합물은 전자 수송성이 높아 구동 전압 감소에도 기여한다.
호스트 재료로서 사용할 수 있는 TADF 재료로서는, 앞에서 TADF 재료로서 예를 든 것을 마찬가지로 사용할 수 있다. TADF 재료를 호스트 재료로서 사용하면, TADF 재료에서 생성된 삼중항 여기 에너지가 역 항간 교차에 의하여 단일항 여기 에너지로 변환되고, 발광 물질로 에너지 이동함으로써, 발광 디바이스의 발광 효율을 높일 수 있다. 이때 TADF 재료가 에너지 도너로서 기능하고, 발광 물질이 에너지 억셉터로서 기능한다.
이것은 상기 발광 물질이 형광 발광 물질인 경우에 매우 유효하다. 또한 이때 높은 발광 효율을 얻기 위해서는, TADF 재료의 S1 준위가 형광 발광 물질의 S1 준위보다 높은 것이 바람직하다. 또한 TADF 재료의 T1 준위가 형광 발광 물질의 S1 준위보다 높은 것이 바람직하다. 따라서 TADF 재료의 T1 준위는 형광 발광 물질의 T1 준위보다 높은 것이 바람직하다.
또한 형광 발광 물질의 가장 낮은 에너지 측의 흡수대의 파장과 중첩되는 발광을 나타내는 TADF 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 이로써, TADF 재료로부터 형광 발광 물질로의 여기 에너지의 이동이 원활하게 되어, 발광을 효율적으로 얻을 수 있기 때문에 바람직하다.
또한 역 항간 교차에 의하여 삼중항 여기 에너지로부터 단일항 여기 에너지가 효율적으로 생성되기 위해서는, TADF 재료에서 캐리어 재결합이 일어나는 것이 바람직하다. 또한 TADF 재료에서 생성된 삼중항 여기 에너지가 형광 발광 물질의 삼중항 여기 에너지로 이동하지 않는 것이 바람직하다. 이러한 이유로, 형광 발광 물질은 형광 발광 물질에 포함되는 발광단(발광을 일으키는 골격)의 주위에 보호기를 갖는 것이 바람직하다. 상기 보호기로서는, π결합을 갖지 않는 치환기 및 포화 탄화수소가 바람직하고, 구체적으로는 탄소수 3 이상 10 이하의 알킬기, 탄소수 3 이상 10 이하의 치환 또는 비치환된 사이클로알킬기, 탄소수 3 이상 10 이하의 트라이알킬실릴기를 들 수 있고, 복수의 보호기를 갖는 것이 더 바람직하다. π결합을 갖지 않는 치환기는 캐리어를 수송하는 기능이 부족하기 때문에, 캐리어 수송 또는 캐리어 재결합에 영향을 거의 미치지 않고 TADF 재료와 형광 발광 물질의 발광단의 거리를 멀어지게 할 수 있다. 여기서, 발광단이란 형광 발광 물질에서 발광을 일으키는 원자단(골격)을 말한다. 발광단은 π결합을 갖는 골격인 것이 바람직하고, 방향족 고리를 갖는 것이 더 바람직하고, 축합 방향족 고리 또는 축합 헤테로 방향족 고리를 갖는 것이 더욱 바람직하다. 축합 방향족 고리 또는 축합 헤테로 방향족 고리로서는, 페난트렌 골격, 스틸벤 골격, 아크리돈 골격, 페녹사진 골격, 페노싸이아진 골격 등을 들 수 있다. 특히, 나프탈렌 골격, 안트라센 골격, 플루오렌 골격, 크리센 골격, 트라이페닐렌 골격, 테트라센 골격, 피렌 골격, 페릴렌 골격, 쿠마린 골격, 퀴나크리돈 골격, 나프토비스벤조퓨란 골격을 갖는 형광 발광 물질은 형광 양자 수율이 높기 때문에 바람직하다.
형광 발광 물질을 발광 물질로서 사용하는 경우, 호스트 재료로서는 안트라센 골격을 갖는 재료가 적합하다. 안트라센 골격을 갖는 물질을 형광 발광 물질의 호스트 재료로서 사용하면, 발광 효율 및 내구성 모두가 양호한 발광층을 실현할 수 있다. 호스트 재료로서 사용하는 안트라센 골격을 갖는 물질로서는 다이페닐안트라센 골격, 특히 9,10-다이페닐안트라센 골격을 갖는 물질이 화학적으로 안정적이기 때문에 바람직하다. 또한 호스트 재료가 카바졸 골격을 갖는 경우, 정공 주입성·수송성이 높아지기 때문에 바람직하지만, 카바졸에 벤젠 고리가 더 축합된 벤조카바졸 골격을 갖는 경우에는, 카바졸보다 HOMO 준위가 0.1eV 정도 얕아져 정공이 들어가기 쉬워지기 때문에 더 바람직하다. 특히, 호스트 재료가 다이벤조카바졸 골격을 갖는 경우, 카바졸보다 HOMO 준위가 0.1eV 정도 얕아져 정공이 들어가기 쉬워질 뿐만 아니라, 정공 수송성도 우수하고 내열성도 높아지므로 바람직하다. 따라서 호스트 재료로서 더 바람직한 것은, 9,10-다이페닐안트라센 골격 및 카바졸 골격(또는 벤조카바졸 골격 또는 다이벤조카바졸 골격)을 동시에 갖는 물질이다. 또한 상기 정공 주입성·수송성의 관점에서, 카바졸 골격 대신에 벤조플루오렌 골격 또는 다이벤조플루오렌 골격을 사용하여도 좋다. 이러한 물질의 예로서는, 9-페닐-3-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸(약칭: PCzPA), 3-[4-(1-나프틸)페닐]-9-페닐-9H-카바졸(약칭: PCPN), 9-[4-(10-페닐-9-안트라센일)페닐]-9H-카바졸(약칭: CzPA), 7-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-7H-다이벤조[c,g]카바졸(약칭: cgDBCzPA), 6-[3-(9,10-다이페닐-2-안트릴)페닐]벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란(약칭: 2mBnfPPA), 9-페닐-10-[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)바이페닐-4'-일]안트라센(약칭: FLPPA), 9-(1-나프틸)-10-[4-(2-나프틸)페닐]안트라센(약칭: αN-βNPAnth), 9-(1-나프틸)-10-(2-나프틸)안트라센(약칭: α,βADN), 2-(10-페닐안트라센-9-일)다이벤조퓨란, 2-(10-페닐-9-안트라센일)벤조[b]나프토[2,3-d]퓨란(약칭: Bnf(II)PhA), 9-(2-나프틸)-10-[3-(2-나프틸)페닐]안트라센(약칭: βN-mβNPAnth), 1-{4-[10-(바이페닐-4-일)-9-안트라센일]페닐}-2-에틸-1H-벤즈이미다졸(약칭: EtBImPBPhA) 등을 들 수 있다. 특히 CzPA, cgDBCzPA, 2mBnfPPA, PCzPA는 특성이 매우 양호하기 때문에 바람직하다.
또한 호스트 재료는 복수 종류의 물질이 혼합된 재료이어도 좋고, 혼합된 호스트 재료를 사용하는 경우에는 전자 수송성을 갖는 재료와 정공 수송성을 갖는 재료를 혼합하는 것이 바람직하다. 전자 수송성을 갖는 재료와 정공 수송성을 갖는 재료를 혼합함으로써, 발광층(113)의 수송성을 쉽게 조정할 수 있어 재결합 영역을 쉽게 제어할 수도 있다. 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 상기 혼합된 재료의 일부로서는, 인광 발광 물질을 사용할 수 있다. 인광 발광 물질은, 발광 물질로서 형광 발광 물질을 사용하는 경우에 형광 발광 물질에 여기 에너지를 공여하는 에너지 도너로서 사용할 수 있다.
또한 이들 혼합된 재료들로 들뜬 복합체를 형성하여도 좋다. 상기 들뜬 복합체로서 발광 물질의 가장 낮은 에너지 측의 흡수대의 파장과 겹치는 발광을 나타내는 들뜬 복합체를 형성하는 조합을 선택함으로써, 에너지 이동이 더 원활하게 수행되어 발광을 효율적으로 얻을 수 있기 때문에 바람직하다. 또한 상기 구성을 사용함으로써, 구동 전압도 감소되기 때문에 바람직하다.
또한 들뜬 복합체를 형성하는 재료의 적어도 하나는 인광 발광 물질이어도 좋다. 이 경우, 역 항간 교차에 의하여 삼중항 여기 에너지를 단일항 여기 에너지로 효율적으로 변환할 수 있다.
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.
본 명세서에서 사용하는 HOMO 준위 및 LUMO 준위는 사이클릭 볼타메트리(CV) 측정에서 참조 전극에 대한 작용 전극의 전위를 적절한 범위 내에서 변화시킴으로써 얻어지는 산화 피크 전위(Epa) 및 환원 피크 전위(Epc)를 바탕으로 산출할 수 있다. 측정에서는, 양의 방향으로 전위를 주사하여 HOMO 준위를 산출하고, 음의 방향으로 전위를 주사하여 LUMO 준위를 산출한다.
구체적인 HOMO 준위 및 LUMO 준위의 산출 절차에 대하여 설명한다. 재료의 사이클릭 볼타모그램에 의하여 얻어지는 산화 피크 전위(Epa) 및 환원 피크 전위(Epc)로부터 표준 산화 환원 전위(Eo)(=(Epa+Epc)/2)를 산출하고, 참조 전극의 진공 준위에 대한 퍼텐셜 에너지(Ex)를 감산함으로써 HOMO 준위 및 LUMO 준위를 각각 산출할 수 있다.
또한 앞에서는 가역적인 산화 환원파가 얻어지는 경우에 대하여 설명하였지만, 비가역적인 산화 환원파가 얻어지는 경우에는, 산화 피크 전위(Epa)에서 일정한 값(예를 들어 0.1eV)을 감산한 값을 환원 피크 전위(Epc)로 가정하고, 표준 산화 환원 전위(Eo)를 소수점 이하 첫째 자리까지 산출함으로써 HOMO 준위를 산출한다. 또한 환원 피크 전위(Epc)에 일정한 값(예를 들어 0.1eV)을 가산한 값을 산화 피크 전위(Epa)로 가정하고, 표준 산화 환원 전위(Eo)를 소수점 이하 첫째 자리까지 산출함으로써 LUMO 준위를 산출한다. 다만 비가역적인 산화 환원파가 얻어지는 경우의 상기 HOMO 준위 및 LUMO 준위는 참고값이다.
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(제 1 전자 수송층(114_1), 제 2 전자 수송층(114_2))은 전자 수송성을 갖는 물질을 포함하는 층이다. 전자 수송성을 갖는 물질은 전계 강도[V/cm]의 제곱근이 600일 때의 전자 이동도가 1×10-7cm2/Vs 이상, 바람직하게는 1×10-6cm2/Vs 이상인 것이 바람직하다. 또한 정공 수송성보다 전자 수송성이 높은 물질이면, 이들 이외의 물질을 사용할 수도 있다. 또한 상기 유기 화합물로서는 π전자 부족형 헤테로 방향족 고리를 갖는 유기 화합물이 바람직하다. π전자 부족형 헤테로 방향족 고리를 갖는 유기 화합물은 예를 들어 폴리아졸 골격을 갖는 헤테로 방향족 고리를 갖는 유기 화합물, 피리딘 골격을 갖는 헤테로 방향족 고리를 갖는 유기 화합물, 다이아진 골격을 갖는 헤테로 방향족 고리를 갖는 유기 화합물, 및 트라이아진 골격을 갖는 헤테로 방향족 고리를 갖는 유기 화합물 중 어느 것 또는 복수인 것이 바람직하다.
상기 전자 수송층에 사용할 수 있는 전자 수송성을 갖는 유기 화합물로서는, 상기 중간층(116)에서의 N형층의 전자 수송성을 갖는 유기 화합물로서 사용할 수 있는 유기 화합물을 마찬가지로 사용할 수 있다. 상술한 것들 중에서도, 다이아진 골격을 갖는 헤테로 방향족 고리를 갖는 유기 화합물, 피리딘 골격을 갖는 헤테로 방향족 고리를 갖는 유기 화합물, 또는 트라이아진 골격을 갖는 헤테로 방향족 고리를 갖는 유기 화합물은 신뢰성이 양호하므로 바람직하다. 특히, 다이아진(피리미딘 또는 피라진) 골격을 갖는 헤테로 방향족 고리를 갖는 유기 화합물, 트라이아진 골격을 갖는 헤테로 방향족 고리를 갖는 유기 화합물은 전자 수송성이 높아 구동 전압 감소에도 기여한다.
또한 전자 수송층은 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, 발광층에 대한 전자의 주입량을 제어할 수 있기 때문에, 발광층이 전자 과다 상태가 되는 것을 방지할 수 있다. 이 구성은, 정공 주입층을 복합 재료로 형성하고, 상기 복합 재료에 사용되는 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.
전자 주입층(115)으로서는, 상술한 염기성 골격을 갖는 유기 화합물 외에, 플루오린화 리튬(LiF), 플루오린화 세슘(CsF), 플루오린화 칼슘(CaF2), 8-하이드록시퀴놀리네이토-리튬(약칭: Liq), 이터븀(Yb)과 같은 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 희토류 금속, 또는 이들의 화합물 또는 착체를 포함하는 층을 사용할 수 있다. 전자 주입층(115)으로서는, 전자 수송성을 갖는 물질로 이루어지는 층 내에 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 또는 이들의 화합물을 포함시킨 것, 혹은 전자화물(electride)을 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 양호한 발광 디바이스를 제공할 수 있다.
제 2 전극(102)은 음극을 포함하는 전극이다. 제 2 전극(102)은 적층 구조를 가져도 좋고, 이 경우 유기 화합물층(103)과 접하는 층이 음극으로서 기능한다. 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) 또는 세슘(Cs) 등의 알칼리 금속, 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 및 스트론튬(Sr) 등의 주기율표의 1족 또는 2족에 속하는 원소, 이들을 포함한 합금(MgAg, AlLi), 유로퓸(Eu), 이터븀(Yb) 등의 희토류 금속, 및 이들을 포함한 합금 등을 들 수 있다. 다만 제 2 전극(102)과 전자 수송층 사이에 전자 주입층을 제공함으로써, 일함수의 크기에 상관없이 Al, Ag, ITO, 실리콘 또는 산화 실리콘을 포함한 산화 인듐-산화 주석 등 다양한 도전성 재료를 음극에 사용할 수 있다.
또한 가시광 투과성을 갖는 재료로 제 2 전극(102)을 형성한 경우, 제 2 전극(102) 측으로부터 광을 방출하는 발광 디바이스로 할 수 있다.
이들 도전성 재료는 진공 증착법 또는 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.
도 1의 (C)에는 본 발명의 일 형태의 발광 장치에 포함되는 인접한 2개의 발광 디바이스(발광 디바이스(130a), 발광 디바이스(130b))를 나타내었다.
발광 디바이스(130a)는 절연층(175) 위의 제 1 전극(101a)과 제 2 전극(102) 사이에 유기 화합물층(103a)을 포함한다. 유기 화합물층(103a)은 제 1 발광 유닛(501a)과 제 2 발광 유닛(502a)이 중간층(116a)을 사이에 두고 적층된 구조를 갖는다. 또한 도 1의 (C)에는 2개의 발광 유닛이 적층된 예를 나타내었지만, 3개 이상의 발광 유닛이 적층된 구조이어도 좋다. 제 1 발광 유닛(501a)은 정공 주입층(111a), 제 1 정공 수송층(112a_1), 제 1 발광층(113a_1), 제 1 전자 수송층(114a_1)을 포함한다. 중간층(116a)은 P형층(117a), 전자 릴레이층(118a), N형층(119a)을 포함한다. 전자 릴레이층(118a)의 유무는 불문한다. 제 2 발광 유닛(502a)은 제 2 정공 수송층(112a_2), 제 2 발광층(113a_2), 제 2 전자 수송층(114a_2), 전자 주입층(115)을 포함한다.
발광 디바이스(130b)는 절연층(175) 위의 제 1 전극(101b)과 제 2 전극(102) 사이에 유기 화합물층(103b)을 포함한다. 유기 화합물층(103b)은 제 1 발광 유닛(501b)과 제 2 발광 유닛(502b)이 중간층(116b)을 사이에 두고 적층된 구조를 갖는다. 또한 도 1의 (C)에는 2개의 발광 유닛이 적층된 예를 나타내었지만, 3개 이상의 발광 유닛이 적층된 구조이어도 좋다. 제 1 발광 유닛(501b)은 정공 주입층(111b), 제 1 정공 수송층(112b_1), 제 1 발광층(113b_1), 제 1 전자 수송층(114b_1)을 포함한다. 중간층(116b)은 P형층(117b), 전자 릴레이층(118b), N형층(119b)을 포함한다. 전자 릴레이층(118b)의 유무는 불문한다. 제 2 발광 유닛(502b)은 제 2 정공 수송층(112b_2), 제 2 발광층(113b_2), 제 2 전자 수송층(114b_2), 전자 주입층(115)을 포함한다.
또한 전자 주입층(115) 및 제 2 전극(102)은 발광 디바이스(130a)와 발광 디바이스(130b)에서 공유되는 하나의 연속적인 층인 것이 바람직하다. 또한 전자 주입층(115)을 제외하고는, 유기 화합물층(103a)과 유기 화합물층(103b)은 제 2 전자 수송층(114a_2)이 되는 층이 형성된 후와 제 2 전자 수송층(114b_2)이 되는 층이 형성된 후에 각각 포토리소그래피법에 의하여 가공되어 있기 때문에 서로 독립되어 있다. 또한 전자 주입층(115) 이외의 유기 화합물층(103a)의 단부(윤곽)는 포토리소그래피법에 의하여 가공되어 있기 때문에, 이들의 단부는 기판에 대하여 수직 방향으로 실질적으로 정렬된다. 또한 전자 주입층(115) 이외의 유기 화합물층(103b)의 단부(윤곽)는 포토리소그래피법에 의하여 가공되어 있기 때문에, 이들의 단부는 기판에 대하여 수직 방향으로 실질적으로 정렬된다.
또한 유기 화합물층을 포토리소그래피법에 의하여 가공하기 때문에 제 1 전극(101a)과 제 1 전극(101b) 사이의 거리 d는 마스크 증착을 수행하는 경우보다 작게 할 수 있고, 2μm 이상 5μm 이하로 할 수 있다.
본 실시형태의 구성은 다른 구성과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시형태 2)
도 3의 (A) 및 (B)에서 예시한 바와 같이, 앞의 실시형태에서 설명한 발광 디바이스(130)를 복수 개 절연층(175) 위에 형성함으로써 발광 장치가 구성된다. 본 실시형태에서는, 본 발명의 일 형태의 발광 장치에 대하여 자세히 설명한다.
발광 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 공통되는 사항에 대해서는 부화소(110)라고 통틀어 설명하는 경우가 있다. 또한 알파벳으로 구별하는 구성 요소에서 이들에 공통되는 사항에 대해서는 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. 따라서 화소부(177)에 화상을 표시할 수 있다. 또한 본 실시형태에서는 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 3색의 부화소를 예로 들어 설명하지만 본 발명은 상기 구성에 한정되지 않는다. 즉 이들 외의 색의 부화소를 조합하여 사용하여도 좋다. 예를 들어 부화소의 개수는 3개에 한정되지 않고, 4개 이상의 부화소를 사용하여도 좋다. 4개의 부화소로서는 예를 들어 R, G, B, 백색(W)의 4색의 부화소, R, G, B, 황색(Y)의 4색의 부화소, 및 R, G, B, 적외광(IR)의 4개의 부화소 등이 있다.
본 명세서 등에서는 행 방향을 X 방향이라고 하고, 열 방향을 Y 방향이라고 하는 경우가 있다. X 방향과 Y 방향은 교차하고, 예를 들어 수직으로 교차한다.
도 3의 (A)에는 서로 다른 색의 부화소가 X 방향으로 나란히 배치되고, 같은 색의 부화소가 Y 방향으로 나란히 배치된 예를 나타내었다. 또한 서로 다른 색의 부화소가 Y 방향으로 나란히 배치되고, 같은 색의 부화소가 X 방향으로 나란히 배치되어도 좋다.
화소부(177)의 외측에는 접속부(140) 및 영역(141)을 제공하여도 좋다. 예를 들어 영역(141)은 화소부(177)와 접속부(140) 사이에 제공되는 것이 좋다. 영역(141)에는 유기 화합물층(103)을 제공한다. 또한 접속부(140)에는 도전층(151C)을 제공한다.
도 3의 (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)의 개수는 하나이어도 좋고 복수이어도 좋다.
도 3의 (B)는 도 3의 (A)에서의 일점쇄선 A1-A2를 따르는 단면도의 예이다. 도 3의 (B)에 나타낸 바와 같이, 발광 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 제공되는 것이 좋다. 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 제공되어도 좋다.
도 3의 (B)에서는 무기 절연층(125) 및 절연층(127)의 단면이 복수 개 도시되어 있지만, 발광 장치(100)를 상면에서 보았을 때 무기 절연층(125) 및 절연층(127)은 각각 하나로 연결되어 있는 것이 바람직하다. 즉 무기 절연층(125) 및 절연층(127)은 제 1 전극 위에 개구부를 갖는 것이 좋다.
도 3의 (B)에서는 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 색의 광을 방출한다. 예를 들어 발광 디바이스(130R)는 적색의 광을 방출하고, 발광 디바이스(130G)는 녹색의 광을 방출하고, 발광 디바이스(130B)는 청색의 광을 방출할 수 있다. 또한 발광 디바이스(130R), 발광 디바이스(130G), 또는 발광 디바이스(130B)는 다른 색의 가시광 또는 적외광을 방출하여도 좋다.
또한 유기 화합물층(103)은 적어도 발광층을 포함하고, 이 외의 기능층(정공 주입층, 정공 수송층, 정공 차단층, 전자 차단층, 전자 수송층, 및 전자 주입층 등)을 포함할 수 있다. 또한 유기 화합물층(103)과 공통층(104)은 발광을 나타내는 EL층에 포함되는 기능층(정공 주입층, 정공 수송층, 정공 차단층, 발광층, 전자 차단층, 전자 수송층, 및 전자 주입층 등)을 공유하여도 좋다.
본 발명의 일 형태의 발광 장치는 예를 들어 발광 디바이스가 형성된 기판과는 반대 방향으로 광이 방출되는 상면 방출형 구조(톱 이미션(top-emission) 구조)를 가질 수 있다. 또한 본 발명의 일 형태의 발광 장치는 하면 방출형 구조(보텀 이미션(bottom-emission) 구조)를 가져도 좋다.
발광 디바이스(130R)는 실시형태 1에서 설명한 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)을 반드시 제공할 필요는 없다. 공통층(104)을 제공함으로써 나중에 수행되는 공정에 기인한 유기 화합물층(103R)에 대한 대미지를 저감할 수 있다. 또한 공통층(104)이 제공되어 있는 경우, 공통층(104)은 전자 주입층으로서의 기능을 가져도 좋다. 공통층(104)이 전자 주입층으로서 기능하는 경우, 유기 화합물층(103R)과 공통층(104)의 적층은 실시형태 1에서의 유기 화합물층(103)에 상당한다.
여기서, 발광 디바이스(130)는 실시형태 1에서 설명한 바와 같은 구성을 갖는다. 도전층(151)과 도전층(152)으로 이루어진 제 1 전극(화소 전극)과, 제 1 전극 위의 유기 화합물층(103)과, 유기 화합물층(103) 위의 공통층(104)과, 공통층(104) 위의 제 2 전극(공통 전극)(102)을 포함한다.
발광 디바이스에서는 화소 전극 및 공통 전극 중 한쪽이 양극으로서 기능하고, 다른 쪽이 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 발광색마다 섬 형상으로 독립되어 있다. 유기 화합물층(103)을 발광 디바이스(130)마다 섬 형상으로 제공함으로써, 고정세 발광 장치에서도 인접한 발광 디바이스(130) 사이의 누설 전류를 억제할 수 있다. 이에 의하여, 크로스토크를 방지할 수 있어 콘트라스트가 매우 높은 발광 장치를 실현할 수 있다. 특히 저휘도에서의 전류 효율이 높은 발광 장치를 실현할 수 있다.
유기 화합물층(103)은 발광 디바이스(130)의 제 1 전극(화소 전극)의 상면 및 측면을 덮도록 제공되어도 좋다. 이로써, 유기 화합물층(103)의 단부가 화소 전극의 단부보다 내측에 위치하는 구성에 비하여 발광 장치(100)의 개구율을 쉽게 높일 수 있다. 또한 발광 디바이스(130)의 화소 전극의 측면을 유기 화합물층(103)으로 덮음으로써, 화소 전극과 제 2 전극(102)이 접하는 것을 억제할 수 있기 때문에, 발광 디바이스(130)의 단락을 억제할 수 있다. 또한 유기 화합물층(103)의 발광 영역(즉 화소 전극과 중첩된 영역)과 유기 화합물층(103)의 단부의 거리를 크게 할 수 있다. 또한 유기 화합물층(103)의 단부는 가공에 의하여 대미지를 받았을 가능성이 있기 때문에, 유기 화합물층(103)의 단부로부터 떨어진 영역을 발광 영역으로서 사용함으로써, 발광 디바이스(130)의 신뢰성을 높일 수 있다.
또한 본 발명의 일 형태의 발광 장치에서는, 발광 디바이스의 제 1 전극(화소 전극)이 적층 구조를 가져도 좋다. 예를 들어 도 3의 (B)에 나타낸 예에서 발광 디바이스(130)의 제 1 전극은 도전층(151)과 도전층(152)의 적층이다.
예를 들어 발광 장치(100)가 톱 이미션 구조를 갖는 경우, 발광 디바이스(130)의 화소 전극에서 도전층(151)은 가시광 반사율이 높고, 도전층(152)은 가시광 투과성을 갖고, 또한 일함수가 큰 것이 바람직하다. 화소 전극의 가시광 반사율이 높을수록 유기 화합물층(103)으로부터 방출되는 광의 추출 효율을 높일 수 있다. 또한 화소 전극이 양극으로서 기능하는 경우에는, 화소 전극의 일함수가 클수록 유기 화합물층(103)에 대한 정공 주입이 용이해진다. 따라서 발광 디바이스(130)의 화소 전극이 가시광 반사율이 높은 도전층(151)과 일함수가 큰 도전층(152)의 적층이면, 광 추출 효율이 높고 구동 전압이 낮은 발광 디바이스(130)로 할 수 있다.
구체적으로는, 도전층(151)의 가시광 반사율은 예를 들어 40% 이상 100% 이하로 하는 것이 바람직하고, 70% 이상 100% 이하로 하는 것이 더 바람직하다. 또한 도전층(152)을 가시광 투과성을 갖는 전극으로서 사용하는 경우, 가시광 투과율을 예를 들어 40% 이상으로 하는 것이 바람직하다.
또한 적층 구조를 갖는 화소 전극의 형성 후에 성막한 막을 웨트 에칭법 등에 의하여 제거할 때, 에칭에 사용하는 약액이 구조체에 함침(含浸)되는 경우가 있다. 함침된 약액이 화소 전극에 접촉되면, 화소 전극을 구성하는 복수의 층 사이에서 갈바닉 부식 등이 발생하여 화소 전극이 변질되는 경우가 있다.
그래서 도전층(151)의 상면 및 측면을 덮도록 도전층(152)을 형성하는 것이 바람직하다. 도전층(152)으로 도전층(151)을 덮으면 함침된 약액이 도전층(151)에 접촉되지 않기 때문에 화소 전극에서 갈바닉 부식이 발생하는 것을 억제할 수 있다. 따라서 수율이 높은 방법으로 발광 장치(100)를 제작할 수 있기 때문에, 가격을 저렴하게 할 수 있다. 또한 발광 장치(100)에 불량이 발생하는 것을 억제할 수 있기 때문에, 신뢰성이 높은 발광 장치(100)로 할 수 있다.
도전층(151)에는 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)에는 인듐, 주석, 아연, 갈륨, 타이타늄, 알루미늄, 및 실리콘 중에서 선택되는 어느 하나 또는 복수를 포함한 산화물을 사용할 수 있다. 예를 들어 산화 인듐, 인듐 주석 산화물, 인듐 아연 산화물, 산화 아연, 갈륨을 포함한 산화 아연, 산화 타이타늄, 갈륨을 포함한 인듐 아연 산화물, 알루미늄을 포함한 인듐 아연 산화물, 실리콘을 포함한 인듐 주석 산화물, 및 실리콘을 포함한 인듐 아연 산화물 등 중 어느 하나 또는 복수를 포함한 도전성 산화물을 사용하는 것이 바람직하다. 특히 실리콘을 포함한 인듐 주석 산화물은 일함수가 예를 들어 4.0eV 이상으로 크기 때문에, 도전층(152)에 적합하게 사용할 수 있다.
또한 도전층(151)과 도전층(152)은 서로 다른 재료를 포함한 복수의 층의 적층이어도 좋다. 이 경우, 도전층(151)은 도전성 산화물 등의 도전층(152)에 사용할 수 있는 재료를 사용한 층을 포함하여도 좋고, 도전층(152)은 금속 재료 등의 도전층(151)에 사용할 수 있는 재료를 사용한 층을 포함하여도 좋다. 예를 들어 도전층(151)이 2층 이상의 적층인 경우에는, 도전층(152)과 접하는 층은 도전층(152)에서 도전층(151)과 접하는 층과 같은 재료를 포함할 수 있다.
또한 도전층(151)의 단부는 테이퍼 형상을 갖는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 도전층(151)의 단부는 90° 미만의 테이퍼 각을 갖는 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.
또한 도전층(151) 또는 도전층(152)이 적층 구조를 갖는 경우, 적어도 하나의 측면이 테이퍼 형상을 갖는 것이 바람직하다. 또한 각 도전층을 구성하는 적층 구조에서 층들이 서로 다른 테이퍼 형상을 가져도 좋다.
도 4의 (A)에는 도전층(151)이 서로 다른 재료를 포함한 복수의 층의 적층인 경우를 나타내었다. 도 4의 (A)에 나타낸 바와 같이, 도전층(151)은 도전층(151_1)과, 도전층(151_1) 위의 도전층(151_2)과, 도전층(151_2) 위의 도전층(151_3)을 포함한다. 즉 도 4의 (A)에 나타낸 도전층(151)은 3층 구조를 갖는다. 이와 같이 도전층(151)이 복수의 층의 적층인 경우에는, 도전층(151)을 구성하는 층 중 적어도 하나의 층의 가시광 반사율을 도전층(152)의 가시광 반사율보다 높게 하면 좋다.
도 4의 (A)에 나타낸 예에서는 도전층(151_2)이 도전층(151_1)과 도전층(151_3) 사이에 끼워져 있다. 도전층(151_1) 및 도전층(151_3)에는 도전층(151_2)보다 변질되기 어려운 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어 도전층(151_1)에는 절연층(175)과의 접촉에 기인한 마이그레이션이 도전층(151_2)보다 발생하기 어려운 재료를 사용할 수 있다. 또한 도전층(151_3)에는 도전층(151_2)보다 산화되기 어렵고, 또한 산화물의 전기 저항률이 도전층(151_2)에 사용하는 재료의 산화물보다 낮은 재료를 사용할 수 있다.
이러한 식으로 도전층(151_2)을 도전층(151_1)과 도전층(151_3) 사이에 끼우는 구성으로 함으로써, 도전층(151_2)의 재료 선택의 폭을 넓힐 수 있다. 따라서 예를 들어 도전층(151_2)을, 도전층(151_1) 및 도전층(151_3) 중 적어도 한쪽보다 가시광 반사율이 높은 층으로 할 수 있다. 예를 들어 도전층(151_2)에 알루미늄을 사용할 수 있다. 또한 도전층(151_2)에는 알루미늄을 포함한 합금을 사용하여도 좋다. 또한 도전층(151_1)에는, 가시광 반사율이 알루미늄보다 낮지만, 절연층(175)과 접하여도 마이그레이션이 알루미늄보다 발생하기 어려운 재료인 타이타늄을 사용할 수 있다. 또한 도전층(151_3)에는, 가시광 반사율이 알루미늄보다 낮지만, 알루미늄보다 산화되기 어렵고, 또한 산화물의 전기 저항률이 산화 알루미늄의 전기 저항률보다 낮은 재료인 타이타늄을 사용할 수 있다.
또한 도전층(151_3)에는 은 또는 은을 포함한 합금을 사용하여도 좋다. 은은 가시광 반사율이 타이타늄보다 높다는 특성을 갖는다. 또한 은은 알루미늄보다 산화되기 어렵고, 또한 산화 은의 전기 저항률은 산화 알루미늄의 전기 저항률보다 낮다는 특성을 갖는다. 따라서 도전층(151_3)에 은 또는 은을 포함한 합금을 사용하면, 도전층(151)의 가시광 반사율을 적합하게 높이면서, 도전층(151_2)의 산화로 인한 화소 전극의 전기 저항의 상승을 억제할 수 있다. 여기서, 은을 포함한 합금으로서는 예를 들어 은과 팔라듐과 구리의 합금(Ag-Pd-Cu, APC라고도 표기함)을 적용할 수 있다. 또한 도전층(151_3)에 은 또는 은을 포함한 합금을 사용하고, 도전층(151_2)에 알루미늄을 사용하면, 도전층(151_3)의 가시광 반사율을 도전층(151_2)의 가시광 반사율보다 높게 할 수 있다. 여기서, 도전층(151_2)에 은 또는 은을 포함한 합금을 사용하여도 좋다. 또한 도전층(151_1)에 은 또는 은을 포함한 합금을 사용하여도 좋다.
한편, 타이타늄을 사용한 막은 은을 사용한 막보다 에칭에서의 가공성이 우수하다. 따라서 도전층(151_3)에 타이타늄을 사용함으로써 도전층(151_3)을 용이하게 형성할 수 있다. 또한 알루미늄을 사용한 막도 은을 사용한 막보다 에칭에서의 가공성이 우수하다.
상술한 바와 같이, 도전층(151)이 복수의 층의 적층이면, 발광 장치의 특성을 향상시킬 수 있다. 예를 들어 광 추출 효율이 높고 신뢰성이 높은 발광 장치(100)로 할 수 있다.
여기서, 발광 디바이스(130)에 마이크로캐비티 구조가 적용되어 있는 경우에는, 도전층(151_3)에 가시광 반사율이 높은 재료인 은 또는 은을 포함한 합금을 사용하면, 발광 장치(100)의 광 추출 효율을 적합하게 높일 수 있다.
또한 도전층(151)의 재료 선택 또는 가공 방법에 따라서는, 도 4의 (A)에 나타낸 바와 같이 도전층(151_2)의 측면이 도전층(151_1) 또는 도전층(151_3)의 측면보다 내측에 위치되어 돌출부가 형성되는 경우가 있다. 이 경우, 도전층(151)에 대한 도전층(152)의 피복성이 저하되어, 도전층(152)에서 단절이 발생할 우려가 있다.
그래서 도 4의 (A)와 같이 절연층(156)을 제공하는 것이 바람직하다. 도 4의 (A)에는 도전층(151_2)의 측면과 중첩되는 영역을 갖도록 도전층(151_1) 위에 절연층(156)이 제공된 예를 나타내었다. 이 경우, 돌출부에 기인한 도전층(152)의 단절 또는 박막화의 발생을 억제할 수 있기 때문에, 접속 불량 또는 구동 전압의 상승을 억제할 수 있다.
또한 도 4의 (A)에는 도전층(151_2)의 측면이 절연층(156)으로 전체적으로 덮인 구조를 나타내었지만, 도전층(151_2)의 측면의 일부가 절연층(156)으로 덮이지 않아도 된다. 이하에서 설명하는 구성의 화소 전극에서도 마찬가지로 도전층(151_2)의 측면의 일부가 절연층(156)으로 덮이지 않아도 된다.
또한 도 4의 (A)에 나타낸 바와 같이, 절연층(156)은 만곡면을 갖는 것이 바람직하다. 이 경우, 예를 들어 절연층(156)의 측면이 수직(Z 방향에 대하여 평행)인 경우보다, 절연층(156)을 덮는 도전층(152)에서의 단절의 발생을 억제할 수 있다. 또한 절연층(156)의 측면이 테이퍼 형상, 구체적으로는 90° 미만의 테이퍼 각을 갖는 테이퍼 형상을 갖는 경우에도, 예를 들어 절연층(156)의 측면이 수직인 경우보다 절연층(156)을 덮는 도전층(152)에서의 단절의 발생을 억제할 수 있다. 상술한 바와 같이, 발광 장치(100)를 수율이 높은 방법으로 제작할 수 있다. 또한 불량의 발생이 억제되어 신뢰성이 높은 발광 장치(100)로 할 수 있다.
또한 본 발명의 일 형태는 이에 한정되지 않는다. 예를 들어 도 4의 (B) 내지 (D)에 제 1 전극(101)의 구성의 다른 예를 나타내었다.
도 4의 (B)는 도 1의 제 1 전극(101)에서 절연층(156)이 도전층(151_2)의 측면뿐만 아니라 도전층(151_1), 도전층(151_2), 및 도전층(151_3)의 측면도 덮는 구성을 나타낸 것이다.
도 4의 (C)는 도 1의 제 1 전극(101)에서 절연층(156)이 제공되지 않은 구성을 나타낸 것이다.
도 4의 (D)는 도 1의 제 1 전극(101)에서 도전층(151)이 적층 구조를 갖지 않고, 도전층(152)이 적층 구조를 갖는 구성을 나타낸 것이다.
도전층(152_1)은 도전층(152_2)에 대한 밀착성이 예를 들어 절연층(175)보다 높다. 도전층(152_1)에는 예를 들어 인듐, 주석, 아연, 갈륨, 타이타늄, 알루미늄, 및 실리콘 중에서 선택되는 어느 하나 또는 복수를 포함한 산화물을 사용할 수 있다. 예를 들어 산화 인듐, 인듐 주석 산화물, 인듐 아연 산화물, 산화 아연, 갈륨을 포함한 산화 아연, 산화 타이타늄, 인듐 타이타늄 산화물, 타이타늄산 아연, 알루미늄 아연 산화물, 갈륨을 포함한 인듐 아연 산화물, 알루미늄을 포함한 인듐 아연 산화물, 실리콘을 포함한 인듐 주석 산화물, 및 실리콘을 포함한 인듐 아연 산화물 등 중 어느 하나 또는 복수를 포함한 도전성 산화물을 사용하는 것이 바람직하다. 이로써, 도전층(152_2)의 박리를 억제할 수 있다. 또한 도전층(152_2)이 절연층(175)과 접하지 않는다.
도전층(152_2)은 가시광 반사율(예를 들어 400nm 이상 750nm 미만의 범위 내에서의 소정의 파장의 광에 대한 반사율)이 도전층(151), 도전층(152_1), 및 도전층(152_3)보다 높다. 도전층(152_2)의 가시광 반사율은 예를 들어 70% 이상 100% 이하로 할 수 있고, 80% 이상 100% 이하로 하는 것이 바람직하고, 90% 이상 100% 이하로 하는 것이 더 바람직하다. 또한 도전층(152_2)에는 예를 들어 은 또는 은을 포함한 합금을 사용할 수 있다. 은을 포함한 합금으로서는 예를 들어 은, 팔라듐, 및 구리의 합금(APC)이 있다. 이로써, 광 추출 효율이 높은 발광 장치(100)로 할 수 있다. 또한 도전층(152_2)에는 은 이외의 금속을 사용하여도 좋다.
도전층(151) 및 도전층(152)이 양극으로서 기능하는 경우, 도전층(152_3)은 일함수가 큰 것이 바람직하다. 도전층(152_3)은 예를 들어 도전층(152_2)보다 일함수가 크다. 도전층(152_3)에는 예를 들어 도전층(152_1)에 사용할 수 있는 재료와 같은 재료를 사용할 수 있다. 예를 들어 도전층(152_1)과 도전층(152_3)에는 동일한 종류의 재료를 사용할 수 있다.
또한 도전층(151) 및 도전층(152)이 음극으로서 기능하는 경우, 도전층(152_3)은 일함수가 작은 것이 바람직하다. 도전층(152_3)은 예를 들어 도전층(152_2)보다 일함수가 작다.
또한 도전층(152_3)은 가시광 투과율(예를 들어 400nm 이상 750nm 미만의 범위 내에서의 소정의 파장의 광에 대한 투과율)이 높은 것이 바람직하다. 예를 들어 도전층(152_3)의 가시광 투과율은 도전층(151) 및 도전층(152_2)의 가시광 투과율보다 높은 것이 바람직하다. 도전층(152_3)의 가시광 투과율은 예를 들어 60% 이상 100% 이하로 할 수 있고, 70% 이상 100% 이하로 하는 것이 바람직하고, 80% 이상 100% 이하로 하는 것이 더 바람직하다. 이로써, 유기 화합물층(103)으로부터 방출되는 광 중 도전층(152_3)에 의하여 흡수되는 광을 줄일 수 있다. 또한 상술한 바와 같이, 도전층(152_3) 아래의 도전층(152_2)을 가시광 반사율이 높은 층으로 할 수 있다. 따라서 광 추출 효율이 높은 발광 장치(100)로 할 수 있다.
다음으로, 도 3에 나타낸 구성을 갖는 발광 장치(100)의 제작 방법의 예에 대하여 도 5 내지 도 10을 사용하여 설명한다.
[제작 방법의 예]
발광 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. CVD법으로서는 플라스마 화학 기상 퇴적(PECVD: Plasma Enhanced CVD)법 및 열 CVD법 등이 있다. 또한 열 CVD법의 하나로서 유기 금속 화학 기상 퇴적(MOCVD: Metal Organic CVD)법이 있다.
또한 발광 장치를 구성하는 박막(절연막, 반도체막, 및 도전막 등)은 스핀 코팅, 디핑(dipping), 스프레이 코팅, 잉크젯, 디스펜싱, 스크린 인쇄, 오프셋 인쇄, 닥터 나이프법, 슬릿 코팅, 롤 코팅, 커튼 코팅, 또는 나이프 코팅 등의 습식의 성막 방법에 의하여 형성할 수 있다.
특히 발광 디바이스의 제작에는 증착법 등의 진공 프로세스 및 스핀 코팅법, 잉크젯법 등의 용액 프로세스를 사용할 수 있다. 증착법으로서는 스퍼터링법, 이온 플레이팅법, 이온 빔 증착법, 분자선 증착법, 진공 증착법 등의 물리 증착법(PVD법) 및 화학 증착법(CVD법) 등을 들 수 있다. 특히 유기 화합물층에 포함되는 기능층(정공 주입층, 정공 수송층, 정공 차단층, 발광층, 전자 차단층, 전자 수송층, 및 전자 주입층 등)은 증착법(진공 증착법 등), 도포법(딥 코팅법, 다이 코팅법, 바 코팅법, 스핀 코팅법, 스프레이 코팅법 등), 인쇄법(잉크젯법, 스크린(공판 인쇄)법, 오프셋(평판 인쇄)법, 플렉소 인쇄(철판 인쇄)법, 그라비어법, 또는 마이크로 콘택트법 등) 등의 방법에 의하여 형성할 수 있다.
또한 발광 장치를 구성하는 박막은 예를 들어 포토리소그래피법을 사용하여 가공할 수 있다. 또는 나노 임프린트법, 샌드블라스트법(sandblasting method), 리프트 오프법 등에 의하여 박막을 가공하여도 좋다. 또한 메탈 마스크 등의 차폐 마스크를 사용한 성막 방법에 의하여 섬 형상의 박막을 직접 형성하여도 좋다.
포토리소그래피법에는 대표적으로는 다음 두 가지 방법이 있다. 하나는 가공하려고 하는 박막 위에 레지스트 마스크를 형성하고, 예를 들어 에칭에 의하여 상기 박막을 가공하고, 레지스트 마스크를 제거하는 방법이다. 다른 하나는 감광성을 갖는 박막을 성막한 후에, 노광, 현상을 수행하여 상기 박막을 원하는 형상으로 가공하는 방법이다.
박막의 에칭에는 드라이 에칭법, 웨트 에칭법, 또는 샌드블라스트법 등을 사용할 수 있다.
먼저, 도 5의 (A)에 나타낸 바와 같이, 기판(도시하지 않았음) 위에 절연층(171)을 형성한다. 다음으로, 절연층(171) 위에 도전층(172) 및 도전층(179)을 형성하고, 도전층(172) 및 도전층(179)을 덮도록 절연층(171) 위에 절연층(173)을 형성한다. 그리고 절연층(173) 위에 절연층(174)을 형성하고, 절연층(174) 위에 절연층(175)을 형성한다.
기판으로서는 적어도 나중에 수행되는 가열 처리에 견딜 수 있을 정도의 내열성을 갖는 기판을 사용할 수 있다. 기판으로서 절연성 기판을 사용하는 경우에는 유리 기판, 석영 기판, 사파이어 기판, 세라믹 기판, 또는 유기 수지 기판 등을 사용할 수 있다. 또한 실리콘 또는 탄소화 실리콘 등을 재료로서 사용한 단결정 반도체 기판, 다결정 반도체 기판, 실리콘 저마늄 등으로 이루어지는 화합물 반도체 기판, SOI 기판 등의 반도체 기판을 사용할 수 있다.
다음으로, 도 5의 (A)에 나타낸 바와 같이, 도전층(172)에 도달하는 개구를 절연층(175), 절연층(174), 및 절연층(173)에 형성한다. 그 후, 상기 개구를 매립하도록 플러그(176)를 형성한다.
다음으로, 도 5의 (A)에 나타낸 바와 같이, 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)의 형성에는 예를 들어 스퍼터링법 또는 진공 증착법을 사용할 수 있다. 또한 도전막(151f)에는 예를 들어 금속 재료를 사용할 수 있다.
이어서, 도 5의 (A)에 나타낸 바와 같이, 예를 들어 도전막(151f) 위에 레지스트 마스크(191)를 형성한다. 레지스트 마스크(191)는 감광성 재료(포토레지스트)를 도포하고 노광 및 현상을 수행함으로써 형성할 수 있다.
그리고 도 5의 (B)에 나타낸 바와 같이, 예를 들어 레지스트 마스크(191)와 중첩되지 않은 영역의 도전막(151f)을, 예를 들어 에칭법, 구체적으로는 예를 들어 드라이 에칭법을 사용하여 제거한다. 또한 도전막(151f)이 예를 들어 인듐 주석 산화물 등의 도전성 산화물을 사용한 층을 포함하는 경우에는, 상기 층을 웨트 에칭법을 사용하여 제거하여도 좋다. 이에 의하여, 도전층(151)이 형성된다. 또한 예를 들어 도전막(151f)의 일부를 드라이 에칭법에 의하여 제거하는 경우, 절연층(175)에서 도전층(151)과 중첩되지 않은 영역에 오목부(파인 부분이라고도 함)가 형성되는 경우가 있다.
다음으로, 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. 또는 산소 가스와, CF4, C4F8, SF6, CHF3, Cl2, H2O, BCl3, 또는 He 등의 18족 원소를 사용하여도 좋다. 또는 웨트 에칭에 의하여 레지스트 마스크(191)를 제거하여도 좋다.
이어서, 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)의 형성에는 예를 들어 CVD법, ALD법, 스퍼터링법, 또는 진공 증착법을 사용할 수 있다.
절연막(156f)에는 무기 재료를 사용할 수 있다. 절연막(156f)으로서는 예를 들어 산화 절연막, 질화 절연막, 산화질화 절연막, 또는 질화산화 절연막 등의 무기 절연막을 사용할 수 있다. 예를 들어 절연막(156f)으로서, 실리콘을 포함한 산화 절연막, 질화 절연막, 산화질화 절연막, 또는 질화산화 절연막 등을 사용할 수 있다. 예를 들어 절연막(156f)에는 산화질화 실리콘을 사용할 수 있다.
다음으로, 도 5의 (E)에 나타낸 바와 같이, 절연막(156f)을 가공함으로써 절연층(156R), 절연층(156G), 절연층(156B), 및 절연층(156C)을 형성한다. 예를 들어 절연막(156f)의 상면에 대하여 실질적으로 균일하게 에칭을 실시함으로써 절연층(156)을 형성할 수 있다. 이와 같이 균일하게 에칭하여 평탄화시키는 것을 에치 백(etch back) 처리라고도 한다. 또한 절연층(156)을 포토리소그래피법을 사용하여 형성하여도 좋다.
이어서, 도 6의 (A)에 나타낸 바와 같이, 도전층(151R) 위, 도전층(151G) 위, 도전층(151B) 위, 도전층(151C) 위, 절연층(156R) 위, 절연층(156G) 위, 절연층(156B) 위, 절연층(156C) 위, 및 절연층(175) 위에, 나중에 도전층(152R), 도전층(152G), 도전층(152B), 및 도전층(152C)이 되는 도전막(152f)을 형성한다. 구체적으로는, 예를 들어 도전층(151R), 도전층(151G), 도전층(151B), 도전층(151C), 절연층(156R), 절연층(156G), 절연층(156B), 및 절연층(156C)을 덮도록 도전막(152f)을 형성한다.
도전막(152f)의 형성에는 예를 들어 스퍼터링법 또는 진공 증착법을 사용할 수 있다. 또한 도전막(152f)의 형성에는 ALD법을 사용할 수 있다. 또한 도전막(152f)에는 예를 들어 도전성 산화물을 사용할 수 있다. 또는 도전막(152f)을, 금속 재료를 사용한 막과, 상기 막 위의 도전성 산화물을 사용한 막의 적층으로 할 수 있다. 예를 들어 도전막(152f)을, 타이타늄, 은, 또는 은을 포함한 합금을 사용한 막과, 상기 막 위의 도전성 산화물을 사용한 막의 적층으로 할 수 있다.
이어서, 도 6의 (B)에 나타낸 바와 같이, 예를 들어 포토리소그래피법을 사용하여 도전막(152f)을 가공하여, 도전층(152R), 도전층(152G), 도전층(152B), 및 도전층(152C)을 형성한다. 구체적으로는, 예를 들어 레지스트 마스크를 형성한 후에, 에칭법에 의하여 도전막(152f)의 일부를 제거한다. 도전막(152f)은 예를 들어 웨트 에칭법에 의하여 제거할 수 있다. 또한 도전막(152f)은 드라이 에칭법에 의하여 제거하여도 좋다. 이로써, 도전층(151)과 도전층(152)을 포함한 화소 전극이 형성된다.
그리고 도전층(152)에 대하여 소수화 처리를 수행하는 것이 바람직하다. 소수화 처리는 처리되는 표면을 친수성에서 소수성으로 변화시키거나, 처리되는 표면의 소수성을 높일 수 있다. 도전층(152)에 대하여 소수화 처리를 수행함으로써, 도전층(152)과, 나중의 공정에서 형성되는 유기 화합물층(103)의 밀착성을 높여 이들이 박리되는 것을 억제할 수 있다. 또한 소수화 처리는 수행하지 않아도 된다.
다음으로, 도 6의 (C)에 나타낸 바와 같이, 나중에 유기 화합물층(103R)이 되는 유기 화합물막(103Rf)을 도전층(152R) 위, 도전층(152G) 위, 도전층(152B) 위, 및 절연층(175) 위에 형성한다.
또한 본 발명에서 유기 화합물막(103Rf)은 적어도 하나의 발광층을 포함한 복수의 유기 화합물층이 중간층을 개재(介在)하여 적층된 구조를 갖는다. 구체적으로는, 실시형태 1에서 설명한 발광 디바이스(130)의 구조를 참조할 수 있다.
도 6의 (C)에 나타낸 바와 같이, 도전층(152C) 위에는 유기 화합물막(103Rf)이 형성되지 않는다. 예를 들어 성막 영역을 규정하기 위한 마스크(파인 메탈 마스크와 구별하여 에어리어 마스크 또는 러프 메탈 마스크 등이라고도 함)를 사용함으로써 유기 화합물막(103Rf)을 원하는 영역에만 성막할 수 있다. 에어리어 마스크를 사용한 성막 공정과 레지스트 마스크를 사용한 가공 공정을 채용함으로써 비교적 간단한 공정으로 발광 디바이스를 제작할 수 있다.
유기 화합물막(103Rf)은 예를 들어 증착법, 구체적으로는 진공 증착법에 의하여 형성할 수 있다. 또한 유기 화합물막(103Rf)은 전사법, 인쇄법, 잉크젯법, 또는 도포법 등의 방법에 의하여 형성하여도 좋다.
다음으로, 도 6의 (C)에 나타낸 바와 같이, 유기 화합물막(103Rf) 위, 도전층(152C) 위, 및 절연층(175) 위에, 나중에 희생층(158R)이 되는 희생막(158Rf)과 나중에 마스크층(159R)이 되는 마스크막(159Rf)을 순차적으로 형성한다.
희생막(158Rf) 및 마스크막(159Rf)의 형성에는 예를 들어 스퍼터링법, ALD법(열 ALD법, PEALD법), CVD법, 진공 증착법을 사용할 수 있다. 또한 상술한 습식의 성막 방법을 사용하여 형성하여도 좋다.
또한 희생막(158Rf) 및 마스크막(159Rf)은 유기 화합물막(103Rf)의 내열 온도보다 낮은 온도에서 형성한다. 희생막(158Rf) 및 마스크막(159Rf)을 형성할 때의 기판 온도는 각각 대표적으로는 200℃ 이하, 바람직하게는 150℃ 이하, 더 바람직하게는 120℃ 이하, 더욱 바람직하게는 100℃ 이하, 더욱더 바람직하게는 80℃ 이하이다.
또한 본 실시형태에서는 마스크막이 희생막(158Rf)과 마스크막(159Rf)의 2층 구조를 갖는 예에 대하여 설명하지만, 마스크막은 단층 구조를 가져도 좋고, 3층 이상의 적층 구조를 가져도 좋다.
유기 화합물막(103Rf) 위에 희생층을 제공함으로써, 발광 장치의 제작 공정 중에 유기 화합물막(103Rf)이 받는 대미지를 저감하여, 발광 디바이스의 신뢰성을 높일 수 있다.
희생막(158Rf)으로서는, 유기 화합물막(103Rf)의 가공 조건에 대한 내성이 높은 막, 구체적으로는 유기 화합물막(103Rf)에 대한 에칭 선택비가 높은 막을 사용한다. 마스크막(159Rf)으로서는 희생막(158Rf)에 대한 에칭 선택비가 높은 막을 사용한다.
희생막(158Rf) 및 마스크막(159Rf)으로서는 웨트 에칭법에 의하여 제거할 수 이는 막을 사용하는 것이 바람직하다. 웨트 에칭법을 사용하면, 드라이 에칭법을 사용하는 경우에 비하여 희생막(158Rf) 및 마스크막(159Rf)의 가공 시에 유기 화합물막(103Rf)에 가해지는 대미지를 저감할 수 있다.
웨트 에칭법을 사용하는 경우, 특히 산성의 약액을 사용하는 것이 바람직하다. 산성의 약액으로서는 인산, 플루오린화 수소산, 질산, 아세트산, 옥살산, 및 황산 등 중 어느 하나를 포함한 약액 또는 2종류 이상의 산의 혼합 약액(혼산이라고도 함)을 사용하는 것이 좋다.
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.
또한 희생막 및 마스크막으로서, 자외선에 대하여 차광성을 갖는 재료를 포함한 막을 사용함으로써, 예를 들어 노광 공정에서 유기 화합물층에 자외선이 조사되는 것을 억제할 수 있다. 유기 화합물층이 자외선으로 인하여 대미지를 받는 것을 억제함으로써, 발광 디바이스의 신뢰성을 높일 수 있다.
또한 자외선에 대하여 차광성을 갖는 재료를 포함한 막을 후술하는 무기 절연막(125f)에 사용하는 경우에도 같은 효과가 발휘된다.
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 포함한 합금 재료를 사용할 수 있다. 특히 알루미늄 또는 은 등의 저융점 재료를 사용하는 것이 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 포함한 인듐 주석 산화물 등의 금속 산화물을 사용할 수 있다.
또한 상기 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.
또한 희생막(158Rf) 및 마스크막(159Rf)에 예를 들어 실리콘 또는 저마늄 등의 반도체 재료를 사용하는 것은 반도체의 제조 공정과의 친화성이 높다는 이유로 바람직하다. 또한 상기 반도체 재료의 산화물 또는 질화물을 사용할 수 있다. 또는 탄소 등의 비금속 재료 또는 그 화합물을 사용할 수 있다. 또는 타이타늄, 탄탈럼, 텅스텐, 크로뮴, 알루미늄 등의 금속 또는 이들 중 하나 이상을 포함한 합금을 사용할 수 있다. 또는 산화 타이타늄 또는 산화 크로뮴 등 상기 금속을 포함한 산화물, 혹은 질화 타이타늄, 질화 크로뮴, 또는 질화 탄탈럼 등의 질화물을 사용할 수 있다.
또한 희생막(158Rf) 및 마스크막(159Rf)으로서는 각각 각종 무기 절연막을 사용할 수 있다. 특히 산화 절연막은 질화 절연막에 비하여 유기 화합물막(103Rf)과의 밀착성이 높기 때문에 바람직하다. 예를 들어 희생막(158Rf) 및 마스크막(159Rf)에는 각각 산화 알루미늄, 산화 하프늄, 산화 실리콘 등의 무기 절연 재료를 사용할 수 있다. 희생막(158Rf) 및 마스크막(159Rf)으로서는 예를 들어 ALD법을 사용하여 산화 알루미늄막을 형성할 수 있다. ALD법을 사용하면 하지(특히 유기 화합물층)에 대한 대미지를 저감할 수 있기 때문에 바람직하다.
또한 희생막(158Rf) 및 마스크막(159Rf) 중 한쪽 또는 양쪽에 유기 재료를 사용하여도 좋다. 예를 들어 유기 재료로서, 적어도 유기 화합물막(103Rf)의 최상부에 위치하는 막에 대하여 화학적으로 안정된 용매에 용해될 수 있는 재료를 사용하여도 좋다. 특히 물 또는 알코올에 용해되는 재료를 적합하게 사용할 수 있다. 이러한 재료의 성막 시에는, 물 또는 알코올 등의 용매에 용해된 재료를 습식의 성막 방법에 의하여 도포한 후에, 용매를 증발시키기 위한 가열 처리를 수행하는 것이 바람직하다. 이때, 감압 분위기하에서 가열 처리를 수행하면, 저온에서 용매를 단시간에 제거할 수 있기 때문에, 유기 화합물막(103Rf)에 대한 열적 대미지를 저감할 수 있어 바람직하다.
희생막(158Rf) 및 마스크막(159Rf)에는 각각 폴리바이닐알코올(PVA), 폴리바이닐뷰티랄, 폴리바이닐피롤리돈, 폴리에틸렌글라이콜, 폴리글리세린, 풀루란, 수용성 셀룰로스, 알코올 가용성 폴리아마이드 수지, 또는 퍼플루오로폴리머 등의 플루오린 수지 등의 유기 수지를 사용하여도 좋다.
예를 들어 희생막(158Rf)으로서 증착법 또는 상기 습식의 성막 방법 중 어느 것을 사용하여 형성한 유기막(예를 들어 PVA막)을 사용하고, 마스크막(159Rf)으로서 스퍼터링법을 사용하여 형성한 무기막(예를 들어 질화 실리콘막)을 사용할 수 있다.
다음으로, 도 6의 (C)에 나타낸 바와 같이, 마스크막(159Rf) 위에 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 포지티브형 레지스트 재료를 사용하여 제작되어도 좋고, 네거티브형 레지스트 재료를 사용하여 제작되어도 좋다.
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 발광 장치의 제작 공정 중에 대미지를 받는 것을 억제할 수 있다. 또한 도전층(152C) 위에 레지스트 마스크(190R)를 제공하지 않아도 된다. 또한 도 6의 (C)에서의 B1-B2를 따르는 단면도에 나타낸 바와 같이, 레지스트 마스크(190R)는 유기 화합물막(103Rf)의 단부로부터 도전층(152C)의 단부(유기 화합물막(103Rf) 측의 단부)를 덮도록 제공되는 것이 바람직하다.
다음으로, 도 6의 (D)에 나타낸 바와 같이, 레지스트 마스크(190R)를 사용하여 마스크막(159Rf)의 일부를 제거함으로써 마스크층(159R)을 형성한다. 마스크층(159R)은 도전층(152R) 및 도전층(152C) 위에 잔존한다. 그 후, 레지스트 마스크(190R)를 제거한다. 다음으로, 마스크층(159R)을 마스크(하드 마스크라고도 함)로서 사용하여 희생막(158Rf)의 일부를 제거함으로써 희생층(158R)을 형성한다.
희생막(158Rf) 및 마스크막(159Rf)은 각각 웨트 에칭법 또는 드라이 에칭법에 의하여 가공될 수 있다. 희생막(158Rf) 및 마스크막(159Rf)의 가공은 웨트 에칭에 의하여 수행되는 것이 바람직하다.
웨트 에칭법을 사용하면, 드라이 에칭법을 사용하는 경우에 비하여 희생막(158Rf) 및 마스크막(159Rf)의 가공 시에 유기 화합물막(103Rf)에 가해지는 대미지를 저감할 수 있다. 웨트 에칭법을 사용하는 경우, 예를 들어 현상액, 수산화 테트라메틸암모늄(TMAH) 수용액, 희석된 플루오린화 수소산, 옥살산, 인산, 아세트산, 질산, 또는 이들의 혼합 액체를 사용한 약액 등을 사용하는 것이 바람직하다.
마스크막(159Rf)을 가공할 때 유기 화합물막(103Rf)은 노출되지 않기 때문에, 마스크막(159Rf)은 희생막(158Rf)보다 가공 방법의 선택의 폭이 넓다. 구체적으로는, 마스크막(159Rf)을 가공할 때 에칭 가스로서 산소를 포함한 가스를 사용한 경우에도, 유기 화합물막(103Rf)의 열화를 억제할 수 있다.
웨트 에칭법을 사용하는 경우, 특히 산성의 약액을 사용하는 것이 바람직하다. 산성의 약액으로서는 인산, 플루오린화 수소산, 질산, 아세트산, 옥살산, 및 황산 등 중 어느 하나를 포함한 약액 또는 2종류 이상의 산의 혼합 약액(혼산이라고도 함)을 사용하는 것이 좋다.
또한 희생막(158Rf)을 가공할 때 드라이 에칭법을 사용하는 경우에는, 에칭 가스로서 산소를 포함한 가스를 사용하지 않으면 유기 화합물막(103Rf)의 열화를 억제할 수 있다. 드라이 에칭법을 사용하는 경우, 예를 들어 CF4, C4F8, SF6, CHF3, Cl2, H2O, BCl3, 또는 He 등의 18족 원소를 포함한 가스를 에칭 가스로서 사용하는 것이 바람직하다.
레지스트 마스크(190R)는 레지스트 마스크(191)와 같은 방법에 의하여 제거할 수 있다. 이때 희생막(158Rf)이 가장 바깥쪽 면에 위치하고, 유기 화합물막(103Rf)은 노출되지 않기 때문에, 레지스트 마스크(190R)의 제거 공정에서 유기 화합물막(103Rf)이 대미지를 받는 것을 억제할 수 있다. 또한 레지스트 마스크(190R)의 제거 방법의 선택의 폭을 넓힐 수 있다.
다음으로, 도 6의 (D)에 나타낸 바와 같이, 유기 화합물막(103Rf)을 가공하여 유기 화합물층(103R)을 형성한다. 예를 들어 마스크층(159R) 및 희생층(158R)을 하드 마스크로서 사용하여 유기 화합물막(103Rf)의 일부를 제거함으로써 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.
유기 화합물막(103Rf)의 가공에는 드라이 에칭법 또는 웨트 에칭법을 사용할 수 있다. 예를 들어 드라이 에칭법에 의하여 가공을 수행하는 경우에는, 산소를 포함한 에칭 가스를 사용할 수 있다. 에칭 가스가 산소를 포함하면, 에칭 속도를 늘릴 수 있다. 따라서 충분히 빠른 에칭 속도를 유지하면서 낮은 파워로 에칭을 수행할 수 있다. 그러므로 유기 화합물막(103Rf)에 가해지는 대미지를 억제할 수 있다. 또한 에칭 시에 생기는 반응 생성물의 부착 등의 문제를 억제할 수 있다.
또한 산소를 포함하지 않는 에칭 가스를 사용하여도 좋다. 예를 들어 산소를 포함하지 않는 에칭 가스를 사용함으로써 유기 화합물막(103Rf)의 열화를 억제할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 형태에서는 마스크막(159Rf) 위에 레지스트 마스크(190R)를 형성하고, 레지스트 마스크(190R)를 사용하여 마스크막(159Rf)의 일부를 제거함으로써 마스크층(159R)을 형성한다. 그 후, 마스크층(159R)을 하드 마스크로서 사용하여 유기 화합물막(103Rf)의 일부를 제거함으로써 유기 화합물층(103R)을 형성한다. 따라서 포토리소그래피법을 사용하여 유기 화합물막(103Rf)을 가공함으로써 유기 화합물층(103R)이 형성된다고 할 수 있다. 또한 레지스트 마스크(190R)를 사용하여 유기 화합물막(103Rf)의 일부를 제거하여도 좋다. 그 후, 레지스트 마스크(190R)를 제거하여도 좋다.
여기서, 필요에 따라 도전층(152G)에 대하여 소수화 처리를 수행하여도 좋다. 유기 화합물막(103Rf)의 가공 시에 예를 들어 도전층(152G)의 표면 상태가 친수성으로 변화되는 경우가 있다. 도전층(152G)에 대하여 소수화 처리를 수행함으로써, 예를 들어 도전층(152G)과, 나중의 공정에서 형성되는 층(여기서는 유기 화합물층(103G))의 밀착성을 높여 이들이 박리되는 것을 억제할 수 있다.
다음으로, 도 7의 (A)에 나타낸 바와 같이, 나중에 유기 화합물층(103G)이 되는 유기 화합물막(103Gf)을 도전층(152G) 위, 도전층(152B) 위, 마스크층(159R) 위, 및 절연층(175) 위에 형성한다.
유기 화합물막(103Gf)은 유기 화합물막(103Rf)의 형성에 사용할 수 있는 방법과 같은 방법으로 형성할 수 있다. 또한 유기 화합물막(103Gf)은 유기 화합물막(103Rf)과 같은 구성을 가질 수 있다.
다음으로, 도 7의 (A)에 나타낸 바와 같이, 유기 화합물막(103Gf) 위 및 마스크층(159R) 위에, 나중에 희생층(158G)이 되는 희생막(158Gf)과 나중에 마스크층(159G)이 되는 마스크막(159Gf)을 순차적으로 형성한다. 그 후, 레지스트 마스크(190G)를 형성한다. 희생막(158Gf) 및 마스크막(159Gf)의 재료 및 형성 방법은 희생막(158Rf) 및 마스크막(159Rf)의 재료 및 형성 방법과 같다. 레지스트 마스크(190G)의 재료 및 형성 방법은 레지스트 마스크(190R)의 재료 및 형성 방법과 같다.
레지스트 마스크(190G)는 도전층(152G)과 중첩되는 위치에 제공한다.
다음으로, 도 7의 (B)에 나타낸 바와 같이, 레지스트 마스크(190G)를 사용하여 마스크막(159Gf)의 일부를 제거함으로써 마스크층(159G)을 형성한다. 마스크층(159G)은 도전층(152G) 위에 잔존한다. 그 후, 레지스트 마스크(190G)를 제거한다. 다음으로, 마스크층(159G)을 마스크로서 사용하여 희생막(158Gf)의 일부를 제거함으로써 희생층(158G)을 형성한다. 이어서, 유기 화합물막(103Gf)을 가공하여 유기 화합물층(103G)을 형성한다. 예를 들어 마스크층(159G) 및 희생층(158G)을 하드 마스크로서 사용하여 유기 화합물막(103Gf)의 일부를 제거함으로써 유기 화합물층(103G)을 형성한다.
이에 의하여, 도 7의 (B)에 나타낸 바와 같이, 도전층(152G) 위에 유기 화합물층(103G), 희생층(158G), 및 마스크층(159G)의 적층 구조가 잔존한다. 또한 마스크층(159R) 및 도전층(152B)이 노출된다.
또한 예를 들어 도전층(152B)에 대하여 소수화 처리를 수행하여도 좋다.
이어서, 도 7의 (C) 및 (D)에 나타낸 바와 같이, 레지스트 마스크(190B)를 사용하여, 희생막(158Bf)으로부터 희생층(158)을, 마스크막(159Bf)으로부터 마스크층(159B)을, 유기 화합물막(103Bf)으로부터 유기 화합물층(103B)을 형성한다. 희생층(158B), 마스크층(159B), 유기 화합물층(103B)의 형성 방법에 대해서는 유기 화합물층(103G)에 대한 기재를 참조할 수 있다.
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 60° 이상 90° 이하로 하는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이, 포토리소그래피법을 사용하여 형성한 유기 화합물층(103R), 유기 화합물층(103G), 및 유기 화합물층(103B) 중 인접한 2개 사이의 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 사이의 거리로 규정할 수 있다. 이와 같이, 섬 형상의 유기 화합물층들 사이의 거리를 좁힘으로써, 정세도가 높고 개구율이 높은 발광 장치를 제공할 수 있다. 또한 인접한 발광 디바이스의 제 1 전극들 사이의 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 사이의 거리는 2μm 이상 5μm 이하인 것이 바람직하다.
다음으로, 도 8의 (A)에 나타낸 바와 같이, 마스크층(159R), 마스크층(159G), 및 마스크층(159B)을 제거한다.
또한 본 실시형태에서는 마스크층(159R), 마스크층(159G), 및 마스크층(159B)을 제거하는 경우를 예로 들어 설명하지만, 마스크층(159R), 마스크층(159G), 및 마스크층(159B)은 제거하지 않아도 된다. 예를 들어 마스크층(159R), 마스크층(159G), 및 마스크층(159B)이 자외선에 대하여 차광성을 갖는 상술한 재료를 포함하는 경우에는, 이들을 제거하지 않고 다음 공정으로 넘어감으로써, 유기 화합물층을 자외선으로부터 보호할 수 있다.
마스크층의 제거 공정은 마스크층의 가공 공정과 같은 방법을 사용하여 수행할 수 있다. 특히 웨트 에칭법을 사용하면, 드라이 에칭법을 사용하는 경우에 비하여 마스크층의 제거 시에 유기 화합물층(103R), 유기 화합물층(103G), 및 유기 화합물층(103B)에 가해지는 대미지를 저감할 수 있다.
또한 마스크층은 물 또는 알코올 등의 용매에 용해됨으로써 제거되어도 좋다. 알코올로서는 에틸 알코올, 메틸 알코올, 아이소프로필 알코올(IPA), 또는 글리세린 등을 들 수 있다.
마스크층을 제거한 후, 유기 화합물층(103R), 유기 화합물층(103G), 및 유기 화합물층(103B)에 포함되는 물, 그리고 유기 화합물층(103R), 유기 화합물층(103G), 및 유기 화합물층(103B)의 표면에 흡착된 물을 제거하기 위하여 건조 처리를 수행하여도 좋다. 예를 들어 불활성 가스 분위기 또는 감압 분위기하에서의 가열 처리를 수행할 수 있다. 가열 처리는 50℃ 이상 200℃ 이하, 바람직하게는 60℃ 이상 150℃ 이하, 더 바람직하게는 70℃ 이상 120℃ 이하의 기판 온도에서 수행할 수 있다. 감압 분위기하에서 수행하면, 더 낮은 온도에서 건조를 수행할 수 있기 때문에 바람직하다.
다음으로, 도 8의 (B)에 나타낸 바와 같이, 유기 화합물층(103R), 유기 화합물층(103G), 유기 화합물층(103B), 희생층(158R), 희생층(158G), 및 희생층(158B)을 덮도록, 나중에 무기 절연층(125)이 되는 무기 절연막(125f)을 형성한다.
후술하는 바와 같이, 무기 절연막(125f)의 상면과 접하여, 나중에 절연층(127)이 되는 절연막이 형성된다. 그러므로 무기 절연막(125f)의 상면은 절연층(127)이 되는 절연막에 사용하는 재료(예를 들어 아크릴 수지를 포함한 감광성 수지 조성물)와의 친화성이 높은 것이 바람직하다. 상기 친화성을 향상시키기 위하여, 무기 절연막(125f)의 상면에 표면 처리를 수행하여도 좋다. 구체적으로는, 무기 절연막(125f)의 표면을 소수화하는 것(또는 소수성을 높이는 것)이 바람직하다. 예를 들어 헥사메틸다이실라잔(HMDS) 등의 실릴화제를 사용하여 처리를 수행하는 것이 바람직하다. 이와 같이 무기 절연막(125f)의 상면을 소수화함으로써, 절연막(127f)을 높은 밀착성으로 형성할 수 있다.
다음으로, 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)은 유기 화합물층(103R), 유기 화합물층(103G), 및 유기 화합물층(103B)에 대한 대미지가 적은 형성 방법으로 성막되는 것이 바람직하다. 특히 무기 절연막(125f)은 유기 화합물층(103R), 유기 화합물층(103G), 및 유기 화합물층(103B)의 측면과 접하여 형성되기 때문에, 절연막(127f)보다 유기 화합물층(103R), 유기 화합물층(103G), 및 유기 화합물층(103B)에 대한 대미지가 적은 형성 방법으로 성막되는 것이 바람직하다.
또한 무기 절연막(125f) 및 절연막(127f)은 각각 유기 화합물층(103R), 유기 화합물층(103G), 및 유기 화합물층(103B)의 내열 온도보다 낮은 온도에서 형성한다. 또한 무기 절연막(125f)은 성막 시의 기판 온도를 높게 함으로써, 막 두께가 얇아도 불순물 농도가 낮고 물 및 산소 중 적어도 한쪽에 대한 배리어성이 높은 막으로 할 수 있다.
무기 절연막(125f) 및 절연막(127f)을 형성할 때의 기판 온도는 각각 60℃ 이상, 80℃ 이상, 100℃ 이상, 또는 120℃ 이상이고 200℃ 이하, 180℃ 이하, 160℃ 이하, 150℃ 이하, 또는 140℃ 이하인 것이 바람직하다.
무기 절연막(125f)으로서는, 두께가 3nm 이상, 5nm 이상, 또는 10nm 이상이고 200nm 이하, 150nm 이하, 100nm 이하, 또는 50nm 이하인 절연막을 상기 기판 온도의 범위에서 형성하는 것이 바람직하다.
무기 절연막(125f)은 예를 들어 ALD법을 사용하여 형성하는 것이 바람직하다. ALD법을 사용하면, 성막 대미지를 저감할 수 있고, 피복성이 높은 막을 성막할 수 있기 때문에 바람직하다. 무기 절연막(125f)으로서는 예를 들어 ALD법을 사용하여 산화 알루미늄막을 형성하는 것이 바람직하다.
이 외에, 무기 절연막(125f)은 ALD법보다 성막 속도가 빠른 스퍼터링법, CVD법, 또는 PECVD법을 사용하여 형성하여도 좋다. 이 경우, 신뢰성이 높은 발광 장치를 높은 생산성으로 제작할 수 있다.
절연막(127f)은 상술한 습식의 성막 방법을 사용하여 형성하는 것이 바람직하다. 절연막(127f)은 예를 들어 감광성 재료를 사용하여 스핀 코팅에 의하여 형성하는 것이 바람직하고, 더 구체적으로는 아크릴 수지를 포함한 감광성 수지 조성물을 사용하여 형성하는 것이 바람직하다.
절연막(127f)은 예를 들어 중합체, 산 발생제, 및 용매를 포함한 수지 조성물을 사용하여 형성되는 것이 바람직하다. 중합체는 1종류 또는 복수 종류의 단량체를 사용하여 형성되고, 1종류 또는 복수 종류의 구조 단위(구성 단위라고도 함)가 규칙적으로 또는 불규칙적으로 반복된 구조를 갖는다. 산 발생제로서는 광 조사에 의하여 산을 발생시키는 화합물 및 가열에 의하여 산을 발생시키는 화합물 중 한쪽 또는 양쪽을 사용할 수 있다. 수지 조성물은 감광제, 증감제, 촉매, 접착 보조제, 계면 활성제, 산화 방지제 중 하나 또는 복수를 더 포함하여도 좋다.
또한 절연막(127f)의 형성 후에 가열 처리(프리베이킹이라고도 함)를 수행하는 것이 바람직하다. 상기 가열 처리는 유기 화합물층(103R), 유기 화합물층(103G), 및 유기 화합물층(103B)의 내열 온도보다 낮은 온도에서 수행한다. 가열 처리 시의 기판 온도는 50℃ 이상 200℃ 이하가 바람직하고, 60℃ 이상 150℃ 이하가 더 바람직하고, 70℃ 이상 120℃ 이하가 더욱 바람직하다. 이로써, 절연막(127f)에 포함되는 용매를 제거할 수 있다.
다음으로, 노광을 수행하여 절연막(127f)의 일부에 가시광선 또는 자외선을 감광시킨다. 여기서, 절연막(127f)에 아크릴 수지를 포함한 포지티브형 감광성 수지 조성물을 사용하는 경우, 나중의 공정에서 절연층(127)이 형성되지 않는 영역에 가시광선 또는 자외선을 조사한다. 절연층(127)은 도전층(152R), 도전층(152G), 및 도전층(152B) 중 어느 2개 사이에 끼워지는 영역, 및 도전층(152C)의 주위에 형성된다. 그러므로 도전층(152R) 위, 도전층(152G) 위, 도전층(152B) 위, 및 도전층(152C) 위에 가시광선 또는 자외선을 조사한다. 또한 절연막(127f)에 네거티브형 감광성 재료를 사용하는 경우, 절연층(127)이 형성되는 영역에 가시광선 또는 자외선을 조사한다.
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.
여기서, 희생층(158)(희생층(158R), 희생층(158G), 및 희생층(158B)) 및 무기 절연막(125f) 중 한쪽 또는 양쪽으로서 산소에 대한 배리어 절연층(예를 들어 산화 알루미늄막 등)을 제공함으로써, 유기 화합물층(103R), 유기 화합물층(103G), 및 유기 화합물층(103B)으로 산소가 확산되는 것을 억제할 수 있다. 유기 화합물층에 광(가시광선 또는 자외선)이 조사되면, 상기 유기 화합물층에 포함되는 유기 화합물이 들뜬 상태가 되어, 분위기 중의 산소와의 반응이 촉진되는 경우가 있다. 더 구체적으로는, 산소를 포함하는 분위기하에서 광(가시광선 또는 자외선)이 유기 화합물층에 조사되면, 상기 유기 화합물층에 포함되는 유기 화합물에 산소가 결합될 가능성이 있다. 희생층(158) 및 무기 절연막(125f)을 섬 형상의 유기 화합물층 위에 제공함으로써, 상기 유기 화합물층에 포함되는 유기 화합물에 분위기 중의 산소가 결합되는 것을 저감할 수 있다.
이어서, 도 9의 (A)에 나타낸 바와 같이, 현상을 수행하여 절연막(127f) 중 노광된 영역을 제거함으로써 절연층(127a)을 형성한다. 절연층(127a)은 도전층(152R), 도전층(152G), 및 도전층(152B) 중 어느 2개 사이에 끼워지는 영역, 및 도전층(152C)을 둘러싸는 영역에 형성된다. 여기서, 절연막(127f)에 아크릴 수지를 사용하는 경우, 현상액으로서 알칼리성 용액을 사용할 수 있고, 예를 들어 TMAH를 사용할 수 있다.
다음으로, 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 두께를 얇게 한다. 이에 의하여, 절연층(127a) 아래에 무기 절연층(125)이 형성된다. 또한 이하에서는, 절연층(127a)을 마스크로서 사용하여 무기 절연막(125f)을 가공하는 에칭 처리를 제 1 에칭 처리라고 하는 경우가 있다.
즉 제 1 에칭 처리에서는 희생층(158R), 희생층(158G), 및 희생층(158B)을 완전히 제거하지는 않고, 이들의 두께가 얇아진 상태에서 에칭 처리를 정지한다. 이와 같이, 유기 화합물층(103R), 유기 화합물층(103G), 및 유기 화합물층(103B) 위에, 대응하는 희생층(158R), 희생층(158G), 및 희생층(158B)을 잔존시킴으로써, 나중의 공정에서의 처리에 의하여 유기 화합물층(103R), 유기 화합물층(103G), 및 유기 화합물층(103B)에 대미지가 가해지는 것을 방지할 수 있다.
제 1 에칭 처리는 드라이 에칭 또는 웨트 에칭에 의하여 수행할 수 있다. 또한 무기 절연막(125f)을 희생층(158R), 희생층(158G), 및 희생층(158B)과 같은 재료를 사용하여 성막한 경우, 무기 절연막(125f)의 가공 및 노출된 희생층(158)의 박막화를 제 1 에칭 처리에 의하여 동시에 수행할 수 있기 때문에 바람직하다.
측면이 테이퍼 형상을 갖는 절연층(127a)을 마스크로서 사용하여 에칭을 수행함으로써, 무기 절연층(125)의 측면, 그리고 희생층(158R), 희생층(158G), 및 희생층(158B)의 측면의 상단부를 비교적 용이하게 테이퍼 형상으로 가공할 수 있다.
예를 들어 제 1 에칭 처리를 드라이 에칭에 의하여 수행하는 경우, 염소계 가스를 사용할 수 있다. 염소계 가스로서는 Cl2, BCl3, SiCl4, 및 CCl4 등 중 하나 또는 이들 중 2개 이상의 혼합물을 사용할 수 있다. 또한 산소 가스, 수소 가스, 헬륨 가스, 및 아르곤 가스 등 중 하나 또는 이들 중 2개 이상의 혼합물을 상기 염소계 가스에 적절히 첨가할 수 있다. 드라이 에칭을 수행함으로써, 희생층(158R), 희생층(158G), 및 희생층(158B)의 두께가 얇은 영역을 양호한 면 내 균일성을 갖도록 형성할 수 있다.
또한 예를 들어 제 1 에칭 처리는 웨트 에칭에 의하여 수행할 수 있다. 웨트 에칭법을 사용하면, 드라이 에칭법을 사용하는 경우에 비하여 유기 화합물층(103R), 유기 화합물층(103G), 및 유기 화합물층(103B)에 가해지는 대미지를 저감할 수 있다.
웨트 에칭에서는 산성의 약액을 사용하는 것이 바람직하다. 산성의 약액으로서는 인산, 플루오린화 수소산, 질산, 아세트산, 옥살산, 및 황산 등 중 어느 하나를 포함한 약액 또는 2종류 이상의 산의 혼합 약액(혼산이라고도 함)을 사용하는 것이 좋다.
또한 알칼리 용액을 사용하여 웨트 에칭을 수행할 수 있다. 예를 들어 산화 알루미늄막의 웨트 에칭에는 알칼리 용액인 TMAH를 사용할 수 있다. 이 경우, 패들(puddle) 방식으로 웨트 에칭을 수행할 수 있다.
다음으로, 가열 처리(포스트 베이킹(post-baking)이라고도 함)를 수행한다. 가열 처리를 수행함으로써, 절연층(127a)을, 측면이 테이퍼 형상을 갖는 절연층(127)으로 변형시킬 수 있다(도 9의 (C) 참조). 상기 가열 처리는 유기 화합물층의 내열 온도보다 낮은 온도에서 수행한다. 가열 처리는 50℃ 이상 200℃ 이하, 바람직하게는 60℃ 이상 150℃ 이하, 더 바람직하게는 70℃ 이상 130℃ 이하의 기판 온도에서 수행할 수 있다. 가열 분위기는 대기 분위기이어도 좋고, 불활성 가스 분위기이어도 좋다. 또한 가열 분위기는 대기압 분위기이어도 좋고, 감압 분위기이어도 좋다. 본 공정의 가열 처리는 절연막(127f) 형성 후의 가열 처리(프리베이킹)보다 높은 기판 온도에서 수행하는 것이 바람직하다.
가열 처리에 의하여, 절연층(127)과 무기 절연층(125)의 밀착성을 향상시키고, 절연층(127)의 내식성도 향상시킬 수 있다. 또한 절연층(127a)이 변형되면, 무기 절연층(125)의 단부를 절연층(127)으로 덮을 수 있다.
제 1 에칭 처리에서 희생층(158R), 희생층(158G), 및 희생층(158B)을 완전히 제거하지는 않고, 이들을 두께가 얇아진 상태에서 잔존시킴으로써, 상기 가열 처리에 의하여 유기 화합물층(103R), 유기 화합물층(103G), 및 유기 화합물층(103B)에 대미지가 가해져 열화되는 것을 방지할 수 있다. 따라서 발광 디바이스의 신뢰성을 높일 수 있다.
다음으로, 도 10의 (A)에 나타낸 바와 같이, 절연층(127)을 마스크로서 사용하여 에칭 처리를 수행함으로써 희생층(158R), 희생층(158G), 및 희생층(158B)의 일부를 제거한다. 또한 이때 무기 절연층(125)의 일부도 제거되는 경우가 있다. 상기 에칭 처리에 의하여, 희생층(158R), 희생층(158G), 및 희생층(158B)에 개구가 형성되고, 상기 개구에서 유기 화합물층(103R), 유기 화합물층(103G), 유기 화합물층(103B), 및 도전층(152C)의 상면이 노출된다. 또한 이하에서는 절연층(127)을 마스크로서 사용하여 유기 화합물층(103R), 유기 화합물층(103G), 및 유기 화합물층(103B)을 노출시키는 에칭 처리를 제 2 에칭 처리라고 하는 경우가 있다.
제 2 에칭 처리는 웨트 에칭에 의하여 수행한다. 웨트 에칭법을 사용하면, 드라이 에칭법을 사용하는 경우에 비하여 유기 화합물층(103R), 유기 화합물층(103G), 및 유기 화합물층(103B)에 가해지는 대미지를 저감할 수 있다. 웨트 에칭은 제 1 에칭 처리와 마찬가지로 산성의 약액 또는 알칼리 용액을 사용하여 수행할 수 있다.
또한 유기 화합물층(103R), 유기 화합물층(103G), 및 유기 화합물층(103B)의 일부를 노출시킨 후, 가열 처리를 더 수행하여도 좋다. 상기 가열 처리에 의하여, 유기 화합물층에 포함되는 물 및 유기 화합물층의 표면에 흡착된 물 등을 제거할 수 있다. 또한 상기 가열 처리에 의하여 절연층(127)이 변형되는 경우가 있다. 구체적으로는, 절연층(127)이 무기 절연층(125)의 단부, 희생층(158R), 희생층(158G), 및 희생층(158B)의 단부, 그리고 유기 화합물층(103R), 유기 화합물층(103G), 및 유기 화합물층(103B)의 상면 중 적어도 하나를 덮도록 넓어지는 경우가 있다.
또한 도 10의 (A)에는 희생층(158G)의 단부의 일부(구체적으로는, 제 1 에칭 처리에 의하여 형성된 테이퍼 형상 부분)가 절연층(127)으로 덮이고, 제 2 에칭 처리에 의하여 형성된 테이퍼 형상 부분은 노출된 예를 나타내었다(도 4의 (A) 참조).
또한 절연층(127)은 희생층(158G)의 단부 전체를 덮어도 좋다. 예를 들어 절연층(127)의 단부가 늘어져 희생층(158G)의 단부를 덮는 경우가 있다. 또한 예를 들어 절연층(127)의 단부가 유기 화합물층(103R), 유기 화합물층(103G), 및 유기 화합물층(103B) 중 적어도 하나의 상면과 접하는 경우가 있다.
그리고 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 공통 전극(155)을 형성한다. 공통 전극(155)은 스퍼터링법 또는 진공 증착법 등의 방법에 의하여 형성할 수 있다. 또는 증착법에 의하여 형성한 막과 스퍼터링법에 의하여 형성한 막을 적층하여 공통 전극(155)을 형성하여도 좋다.
다음으로, 도 10의 (C)에 나타낸 바와 같이, 공통 전극(155) 위에 보호층(131)을 형성한다. 보호층(131)은 진공 증착법, 스퍼터링법, CVD법, 또는 ALD법 등의 방법에 의하여 형성할 수 있다.
이어서, 수지층(122)을 사용하여 보호층(131) 위에 기판(120)을 접합함으로써 발광 장치를 제작할 수 있다. 상술한 바와 같이, 본 발명의 일 형태의 발광 장치의 제작 방법에서는, 도전층(151)의 측면과 중첩된 영역을 갖도록 절연층(156)을 제공하고, 또한 도전층(151) 및 절연층(156)을 덮도록 도전층(152)을 형성한다. 이에 의하여, 발광 장치의 수율을 높이고, 또한 불량의 발생을 억제할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 형태의 발광 장치의 제작 방법에서는, 섬 형상의 유기 화합물층(103R), 섬 형상의 유기 화합물층(103G), 및 섬 형상의 유기 화합물층(103B)은 파인 메탈 마스크를 사용하여 형성되는 것이 아니라, 면 전체에 성막한 후에 가공함으로써 형성되기 때문에, 섬 형상의 층을 균일한 두께로 형성할 수 있다. 그리고 고정세 발광 장치 또는 고개구율 발광 장치를 실현할 수 있다. 또한 정세도 또는 개구율이 높고, 부화소 사이의 거리가 매우 짧은 경우에도, 인접한 부화소 사이에서 유기 화합물층(103R), 유기 화합물층(103G), 및 유기 화합물층(103B)이 서로 접하는 것을 억제할 수 있다. 따라서 부화소 사이에서 누설 전류가 발생하는 것을 억제할 수 있다. 이에 의하여, 크로스토크를 방지할 수 있어 콘트라스트가 매우 높은 발광 장치를 실현할 수 있다. 또한 포토리소그래피법을 사용하여 제작된 탠덤형 발광 디바이스를 포함하는 발광 장치의 경우에도 양호한 특성을 가질 수 있다.
(실시형태 3)
본 실시형태에서는, 본 발명의 일 형태의 발광 장치에 대하여 도 11의 (A) 내지 (G) 및 도 12의 (A) 내지 (I)를 사용하여 설명한다.
[화소의 레이아웃]
본 실시형태에서는, 도 3과는 다른 화소 레이아웃에 대하여 주로 설명한다. 부화소의 배열은 특별히 한정되지 않고, 다양한 방법을 적용할 수 있다. 부화소의 배열로서는, 예를 들어 스트라이프 배열, S 스트라이프 배열, 매트릭스 배열, 델타 배열, 베이어 배열, 및 펜타일 배열이 있다.
본 실시형태에서 도면에 나타낸 부화소의 상면 형상은 발광 영역의 상면 형상에 상당한다.
또한 부화소의 상면 형상으로서는, 예를 들어 삼각형, 사각형(직사각형, 정사각형을 포함함), 오각형 등의 다각형, 이들 다각형의 모서리가 둥근 형상, 타원형, 또는 원형 등이 있다.
또한 부화소를 구성하는 회로 레이아웃은 도면에 나타낸 부화소의 범위에 한정되지 않고, 그 외측에 배치되어도 좋다.
도 11의 (A)에 나타낸 화소(178)에는 S 스트라이프 배열이 적용되어 있다. 도 11의 (A)에 나타낸 화소(178)는 부화소(110R), 부화소(110G), 및 부화소(110B)의 3개의 부화소로 구성된다.
도 11의 (B)에 나타낸 화소(178)는 모서리가 둥근 대략 사다리꼴형의 상면 형상을 갖는 부화소(110R)와, 모서리가 둥근 대략 삼각형의 상면 형상을 갖는 부화소(110G)와, 모서리가 둥근 대략 사각형 또는 대략 육각형의 상면 형상을 갖는 부화소(110B)를 포함한다. 또한 부화소(110R)는 부화소(110G)보다 발광 면적이 넓다. 이와 같이, 각 부화소의 형상 및 크기는 각각 독립적으로 결정할 수 있다. 예를 들어 신뢰성이 높은 발광 디바이스를 포함한 부화소일수록 크기를 작게 할 수 있다.
도 11의 (C)에 나타낸 화소(124a) 및 화소(124b)에는 펜타일 배열이 적용되어 있다. 도 11의 (C)에는 부화소(110R) 및 부화소(110G)를 포함한 화소(124a)와 부화소(110G) 및 부화소(110B)를 포함한 화소(124b)가 번갈아 배치된 예를 나타내었다.
도 11의 (D) 내지 (F)에 나타낸 화소(124a) 및 화소(124b)에는 델타 배열이 적용되어 있다. 화소(124a)는 위쪽 행(제 1 행)에 2개의 부화소(부화소(110R) 및 부화소(110G))를 포함하고, 아래쪽 행(제 2 행)에 하나의 부화소(부화소(110B))를 포함한다. 화소(124b)는 위쪽 행(제 1 행)에 하나의 부화소(부화소(110B))를 포함하고, 아래쪽 행(제 2 행)에 2개의 부화소(부화소(110R) 및 부화소(110G))를 포함한다.
도 11의 (D)는 각 부화소가 모서리가 둥근 대략 사각형의 상면 형상을 갖는 예를 나타낸 것이고, 도 11의 (E)는 각 부화소가 원형의 상면 형상을 갖는 예를 나타낸 것이고, 도 11의 (F)는 각 부화소가 모서리가 둥근 대략 육각형의 상면 형상을 갖는 예를 나타낸 것이다.
도 11의 (F)에서는, 각 부화소가 최대한 조밀하게 배열된 육각형의 영역의 내측에 배치되어 있다. 각 부화소는 그 하나의 부화소에 주목하였을 때, 6개의 부화소로 둘러싸이도록 배치되어 있다. 또한 같은 색의 광을 나타내는 부화소가 인접하지 않도록 제공되어 있다. 예를 들어 부화소(110R)에 주목하였을 때, 이를 둘러싸도록 3개의 부화소(110G)와 3개의 부화소(110B)가 번갈아 배치되도록 각 부화소가 제공되어 있다.
도 11의 (G)는 각 색의 부화소가 지그재그로 배치된 예를 나타낸 것이다. 구체적으로는, 상면에서 보았을 때, 열 방향으로 배치된 2개의 부화소(예를 들어 부화소(110R)와 부화소(110G) 또는 부화소(110G)와 부화소(110B))의 상변의 위치가 어긋나 있다.
도 11의 (A) 내지 (G)에 나타낸 각 화소에서, 예를 들어 부화소(110R)를 적색의 광을 나타내는 부화소 R로 하고, 부화소(110G)를 녹색의 광을 나타내는 부화소 G로 하고, 부화소(110B)를 청색의 광을 나타내는 부화소 B로 하는 것이 바람직하다. 또한 부화소의 구성은 이에 한정되지 않고, 부화소가 나타내는 색과 부화소의 배치 순서는 적절히 결정할 수 있다. 예를 들어 부화소(110G)를 적색의 광을 나타내는 부화소 R로 하고, 부화소(110R)를 녹색의 광을 나타내는 부화소 G로 하여도 좋다.
포토리소그래피법에서는, 가공하는 패턴이 미세해질수록 광의 회절의 영향을 무시할 수 없게 되기 때문에, 노광에 의하여 포토마스크의 패턴을 전사할 때의 충실성(fidelity)이 저하되어, 레지스트 마스크를 원하는 형상으로 가공하기 어려워진다. 그러므로 포토마스크의 패턴이 직사각형이어도 모서리가 둥근 패턴이 형성되기 쉽다. 따라서 부화소의 상면 형상이 다각형의 모서리가 둥근 형상, 타원형, 또는 원형 등이 되는 경우가 있다.
또한 본 발명의 일 형태의 발광 장치의 제작 방법에서는, 레지스트 마스크를 사용하여 유기 화합물층을 섬 형상으로 가공한다. 유기 화합물층 위에 형성한 레지스트막은 유기 화합물층의 내열 온도보다 낮은 온도에서 경화될 필요가 있다. 그러므로 유기 화합물층의 재료의 내열 온도 및 레지스트 재료의 경화 온도에 따라서는 레지스트막의 경화가 불충분한 경우가 있다. 경화가 불충분한 레지스트막은 가공에 의하여 원하는 형상과는 다른 형상이 될 수 있다. 그 결과, 유기 화합물층의 상면 형상이 다각형의 모서리가 둥근 형상, 타원형, 또는 원형 등이 되는 경우가 있다. 예를 들어 상면 형상이 정사각형인 레지스트 마스크를 형성하는 경우에, 원형의 상면 형상을 갖는 레지스트 마스크가 형성되어 유기 화합물층의 상면 형상이 원형이 되는 경우가 있다.
또한 유기 화합물층의 상면 형상을 원하는 형상으로 하기 위하여, 설계 패턴과 전사 패턴이 일치하도록 마스크 패턴을 미리 보정하는 기술(OPC(Optical Proximity Correction: 광 근접 효과 보정) 기술)을 사용하여도 좋다. 구체적으로는, OPC 기술에서는 예를 들어 마스크 패턴 상의 도형의 코너부에 보정용 패턴을 추가한다.
도 12의 (A) 내지 (I)에 나타낸 바와 같이, 화소는 4종류의 부화소를 포함할 수 있다.
도 12의 (A) 내지 (C)에 나타낸 화소(178)에는 스트라이프 배열이 적용되어 있다.
도 12의 (A)는 각 부화소가 직사각형의 상면 형상을 갖는 예를 나타낸 것이고, 도 12의 (B)는 각 부화소가 2개의 반원과 직사각형이 결합된 상면 형상을 갖는 예를 나타낸 것이고, 도 12의 (C)는 각 부화소가 타원형의 상면 형상을 갖는 예를 나타낸 것이다.
도 12의 (D) 내지 (F)에 나타낸 화소(178)에는 매트릭스 배열이 적용되어 있다.
도 12의 (D)는 각 부화소가 정사각형의 상면 형상을 갖는 예를 나타낸 것이고, 도 12의 (E)는 각 부화소가 모서리가 둥근 대략 정사각형의 상면 형상을 갖는 예를 나타낸 것이고, 도 12의 (F)는 각 부화소가 원형의 상면 형상을 갖는 예를 나타낸 것이다.
도 12의 (G) 및 (H)에는 하나의 화소(178)가 2행 3열로 구성된 예를 나타내었다.
도 12의 (G)에 나타낸 화소(178)는 위쪽 행(제 1 행)에 3개의 부화소(부화소(110R), 부화소(110G), 및 부화소(110B))를 포함하고, 아래쪽 행(제 2 행)에 하나의 부화소(부화소(110W))를 포함한다. 바꿔 말하면, 화소(178)는 왼쪽 열(제 1 열)에 부화소(110R)를 포함하고, 중앙의 열(제 2 열)에 부화소(110G)를 포함하고, 오른쪽 열(제 3 열)에 부화소(110B)를 포함하고, 또한 이 3열에 걸쳐 부화소(110W)를 포함한다.
도 12의 (H)에 나타낸 화소(178)는 위쪽 행(제 1 행)에 3개의 부화소(부화소(110R), 부화소(110G), 및 부화소(110B))를 포함하고, 아래쪽 행(제 2 행)에 3개의 부화소(110W)를 포함한다. 바꿔 말하면, 화소(178)는 왼쪽 열(제 1 열)에 부화소(110R) 및 부화소(110W)를 포함하고, 중앙의 열(제 2 열)에 부화소(110G) 및 부화소(110W)를 포함하고, 오른쪽 열(제 3 열)에 부화소(110B) 및 부화소(110W)를 포함한다. 도 12의 (H)에 나타낸 바와 같이, 위쪽 행과 아래쪽 행의 부화소의 배치를 일치시키는 구성으로 함으로써, 예를 들어 제조 공정에서 발생할 수 있는 먼지를 효율적으로 제거할 수 있다. 따라서 표시 품질이 높은 발광 장치를 제공할 수 있다.
도 12의 (G) 및 (H)에 나타낸 화소(178)에서는 부화소(110R), 부화소(110G), 및 부화소(110B)에 스트라이프 배열이 적용되어 있기 때문에, 표시 품질을 높일 수 있다.
도 12의 (I)에는 하나의 화소(178)가 3행 2열로 구성된 예를 나타내었다.
도 12의 (I)에 나타낸 화소(178)는 위쪽 행(제 1 행)에 부화소(110R)를 포함하고, 중앙의 행(제 2 행)에 부화소(110G)를 포함하고, 제 1 행에서 제 2 행에 걸쳐 부화소(110B)를 포함하고, 아래쪽 행(제 3 행)에 하나의 부화소(부화소(110W))를 포함한다. 바꿔 말하면, 화소(178)는 왼쪽 열(제 1 열)에 부화소(110R) 및 부화소(110G)를 포함하고, 오른쪽 열(제 2 열)에 부화소(110B)를 포함하고, 또한 이 2열에 걸쳐 부화소(110W)를 포함한다.
도 12의 (I)에 나타낸 화소(178)에서는 부화소(110R), 부화소(110G), 및 부화소(110B)에 소위 S 스트라이프 배열이 적용되어 있기 때문에, 표시 품질을 높일 수 있다.
도 12의 (A) 내지 (I)에 나타낸 화소(178)는 부화소(110R), 부화소(110G), 부화소(110B), 및 부화소(110W)의 4개의 부화소로 구성된다. 예를 들어 부화소(110R)를 적색의 광을 나타내는 부화소로 하고, 부화소(110G)를 녹색의 광을 나타내는 부화소로 하고, 부화소(110B)를 청색의 광을 나타내는 부화소로 하고, 부화소(110W)를 백색의 광을 나타내는 부화소로 할 수 있다. 또한 부화소(110R), 부화소(110G), 부화소(110B), 및 부화소(110W) 중 적어도 하나를 시안의 광을 나타내는 부화소, 마젠타의 광을 나타내는 부화소, 황색의 광을 나타내는 부화소, 또는 근적외광을 나타내는 부화소로 하여도 좋다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 형태의 발광 장치에서는, 발광 디바이스를 포함한 부화소로 이루어지는 화소에 다양한 레이아웃을 적용할 수 있다.
본 실시형태는 다른 실시형태 또는 실시예와 적절히 조합할 수 있다. 또한 본 명세서에서 하나의 실시형태에 복수의 구성예가 제시되는 경우에는, 구성예를 적절히 조합할 수 있다.
(실시형태 4)
본 실시형태에서는, 본 발명의 일 형태의 발광 장치에 대하여 설명한다.
본 실시형태의 발광 장치는 고정세 발광 장치로 할 수 있다. 따라서 본 실시형태의 발광 장치는 예를 들어 손목시계형 및 팔찌형 등의 정보 단말기(웨어러블 기기)의 표시부, 그리고 헤드 마운트 디스플레이(HMD) 등의 VR용 기기 및 안경형 AR용 기기 등 머리에 장착할 수 있는 웨어러블 기기의 표시부에 사용할 수 있다.
또한 본 실시형태의 발광 장치는 고해상도 발광 장치 또는 대형 발광 장치로 할 수 있다. 따라서 본 실시형태의 발광 장치는 예를 들어 텔레비전 장치, 데스크톱형 또는 노트북형 퍼스널 컴퓨터, 컴퓨터용 등의 모니터, 디지털 사이니지, 및 파친코기 등의 대형 게임기 등 비교적 큰 화면을 갖는 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 13의 (A)는 표시 모듈(280)의 사시도이다. 표시 모듈(280)은 발광 장치(100A)와 FPC(290)를 포함한다. 또한 표시 모듈(280)에 포함되는 발광 장치는 발광 장치(100A)에 한정되지 않고, 후술하는 발광 장치(100B) 및 발광 장치(100C) 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 13의 (B)는 기판(291) 측의 구성을 모식적으로 나타낸 사시도이다. 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)에 접속하기 위한 단자부(285)가 제공되어 있다. 단자부(285)와 회로부(282)는 복수의 배선으로 구성되는 배선부(286)를 통하여 전기적으로 접속되어 있다.
화소부(284)는 주기적으로 배열된 복수의 화소(284a)를 포함한다. 도 13의 (B)의 오른쪽에 하나의 화소(284a)의 확대도를 나타내었다. 화소(284a)에는 앞의 실시형태에서 설명한 각종 구성을 적용할 수 있다. 도 13의 (B)에는, 화소(284a)가 도 3에 나타낸 화소(178)와 같은 구성을 갖는 경우의 예를 나타내었다.
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. 하나의 화소 회로(283a)에는 하나의 발광 디바이스의 발광을 제어하는 회로가 3개 제공될 수 있다. 예를 들어 화소 회로(283a)는 하나의 발광 디바이스에 하나의 선택 트랜지스터와, 하나의 전류 제어용 트랜지스터(구동 트랜지스터)와, 용량 소자를 적어도 포함할 수 있다. 이때, 선택 트랜지스터의 게이트에는 게이트 신호가 입력되고, 소스 또는 드레인에는 영상 신호가 입력된다. 이에 의하여, 액티브 매트릭스형 발광 장치가 실현된다.
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. 이들 외에, 연산 회로, 메모리 회로, 및 전원 회로 등 중 적어도 하나를 포함하여도 좋다.
FPC(290)는 외부로부터 회로부(282)에 영상 신호 또는 전원 전위 등을 공급하기 위한 배선으로서 기능한다. 또한 FPC(290) 위에 IC가 실장되어도 좋다.
표시 모듈(280)은 화소부(284)의 아래쪽에 화소 회로부(283) 및 회로부(282) 중 한쪽 또는 양쪽이 적층된 구성을 가질 수 있기 때문에, 표시부(281)의 개구율(유효 표시 면적비)을 매우 높게 할 수 있다. 예를 들어 표시부(281)의 개구율은 40% 이상 100% 미만, 바람직하게는 50% 이상 95% 이하, 더 바람직하게는 60% 이상 95% 이하로 할 수 있다. 또한 화소(284a)를 매우 높은 밀도로 배치할 수 있어, 표시부(281)의 정세도를 매우 높게 할 수 있다. 예를 들어 표시부(281)에는 2000ppi 이상, 바람직하게는 3000ppi 이상, 더 바람직하게는 5000ppi 이상, 더욱 바람직하게는 6000ppi 이상이고 20000ppi 이하 또는 30000ppi 이하의 정세도로 화소(284a)가 배치되는 것이 바람직하다.
이러한 표시 모듈(280)은 정세도가 매우 높기 때문에, HMD 등의 VR용 기기 또는 안경형 AR용 기기에 적합하게 사용할 수 있다. 예를 들어 렌즈를 통하여 표시 모듈(280)의 표시부를 시인하는 구성의 경우에도, 표시 모듈(280)에는 정세도가 매우 높은 표시부(281)가 포함되기 때문에 렌즈로 표시부를 확대하여도 화소가 시인되지 않아, 몰입감이 높은 표시를 수행할 수 있다. 또한 표시 모듈(280)은 이에 한정되지 않고, 비교적 소형의 표시부를 포함한 전자 기기에 적합하게 사용할 수 있다. 예를 들어 손목시계 등의 장착형 전자 기기의 표시부에 적합하게 사용할 수 있다.
[발광 장치(100A)]
도 14의 (A)에 나타낸 발광 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 13의 (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 기판(301)에 매립되도록, 인접한 2개의 트랜지스터들(310) 사이에 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)를 통하여 트랜지스터(310)의 소스 및 드레인 중 한쪽에 전기적으로 접속되어 있다. 절연층(243)은 도전층(241)을 덮어 제공된다. 도전층(245)은 절연층(243)을 개재하여 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. 도 14의 (A)에는 발광 디바이스(130R), 발광 디바이스(130G), 및 발광 디바이스(130B)가 도 6의 (A)에 나타낸 적층 구조를 갖는 예를 나타내었다. 인접한 발광 디바이스들 사이의 영역에는 절연물이 제공된다. 예를 들어 도 14의 (A)에서는 상기 영역에 무기 절연층(125)과, 무기 절연층(125) 위의 절연층(127)이 제공되어 있다.
발광 디바이스(130R)의 도전층(151R)의 측면과 중첩되는 영역을 갖도록 절연층(156R)이 제공되고, 발광 디바이스(130G)의 도전층(151G)의 측면과 중첩되는 영역을 갖도록 절연층(156G)이 제공되고, 발광 디바이스(130B)의 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. 또한 발광 디바이스(130R)의 유기 화합물층(103R) 위에는 희생층(158R)이 위치하고, 발광 디바이스(130G)의 유기 화합물층(103G) 위에는 희생층(158G)이 위치하고, 발광 디바이스(130B)의 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)를 통하여 트랜지스터(310)의 소스 및 드레인 중 한쪽에 전기적으로 접속되어 있다. 절연층(175)의 상면의 높이와 플러그(256)의 상면의 높이는 일치 또는 실질적으로 일치한다. 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 2를 참조할 수 있다. 기판(120)은 도 13의 (A)에서의 기판(292)에 상당한다.
도 14의 (B)는 도 14의 (A)에 나타낸 발광 장치(100A)의 변형예를 나타낸 것이다. 도 14의 (B)에 나타낸 발광 장치는 착색층(132R), 착색층(132G), 및 착색층(132B)을 포함하고, 발광 디바이스(130)는 착색층(132R), 착색층(132G), 및 착색층(132B) 중 하나와 중첩된 영역을 갖는다. 도 14의 (B)에 나타낸 발광 장치에서, 발광 디바이스(130)는 예를 들어 백색의 광을 방출할 수 있다. 또한 예를 들어 착색층(132R)은 적색의 광을 투과시키고, 착색층(132G)은 녹색의 광을 투과시키고, 착색층(132B)은 청색의 광을 투과시킬 수 있다.
[발광 장치(100B)]
도 15는 발광 장치(100B)의 사시도이고, 도 16의 (A)는 발광 장치(100B)의 단면도이다.
발광 장치(100B)는 기판(352)과 기판(351)이 접합된 구성을 갖는다. 도 15에서는 기판(352)을 파선으로 명시하였다.
발광 장치(100B)는 화소부(177), 접속부(140), 회로(356), 및 배선(355) 등을 포함한다. 도 15에서는 발광 장치(100B)에 IC(집적 회로)(354) 및 FPC(353)가 실장된 예를 나타내었다. 그러므로 도 15에 나타낸 구성은 발광 장치(100B)와, IC와, FPC를 포함하는 표시 모듈이라고도 할 수 있다. 여기서, 발광 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 화소부(177)의 하나의 변 또는 복수의 변을 따라 제공될 수 있다. 접속부(140)는 하나이어도 좋고 복수이어도 좋다. 도 15에는 표시부의 4개의 변을 둘러싸도록 접속부(140)가 제공된 예를 나타내었다. 접속부(140)에서는 발광 디바이스의 공통 전극과 도전층이 전기적으로 접속되어 있어, 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 15에는 COG(Chip On Glass) 방식 또는 COF(Chip On Film) 방식 등으로 기판(351)에 IC(354)가 제공된 예를 나타내었다. IC(354)에는 예를 들어 주사선 구동 회로 또는 신호선 구동 회로 등을 포함한 IC를 적용할 수 있다. 또한 발광 장치(100B) 및 표시 모듈에는 IC를 제공하지 않아도 된다. 또한 IC를 예를 들어 COF 방식으로 FPC에 실장하여도 좋다.
도 16의 (A)는 발광 장치(100B) 중 FPC(353)를 포함한 영역의 일부, 회로(356)의 일부, 화소부(177)의 일부, 접속부(140)의 일부, 및 단부를 포함한 영역의 일부를 각각 절단한 경우의 단면의 일례를 나타낸 것이다.
도 16의 (A)에 나타낸 발광 장치(100B)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)는 화소 전극의 구성을 제외하고는 각각 도 6의 (A)에 나타낸 적층 구조를 갖는다. 발광 디바이스의 자세한 내용에 대해서는 실시형태 1 및 실시형태 2를 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. 여기서, 도전층(224R), 도전층(151R), 및 도전층(152R)을 통틀어 발광 디바이스(130R)의 화소 전극이라고 할 수도 있고, 도전층(224R)을 제외한 도전층(151R) 및 도전층(152R)을 발광 디바이스(130R)의 화소 전극이라고 할 수도 있다. 마찬가지로, 도전층(224G), 도전층(151G), 및 도전층(152G)을 통틀어 발광 디바이스(130G)의 화소 전극이라고 할 수도 있고, 도전층(224G)을 제외한 도전층(151G) 및 도전층(152G)을 발광 디바이스(130G)의 화소 전극이라고 할 수도 있다. 또한 도전층(224B), 도전층(151B), 및 도전층(152B)을 통틀어 발광 디바이스(130B)의 화소 전극이라고 할 수도 있고, 도전층(224B)을 제외한 도전층(151B) 및 도전층(152B)을 발광 디바이스(130B)의 화소 전극이라고 할 수도 있다.
도전층(224R)은 절연층(214)에 제공된 개구를 통하여 트랜지스터(205)에 포함되는 도전층(222b)에 접속되어 있다. 도전층(224R)의 단부보다 외측에 도전층(151R)의 단부가 위치한다. 도전층(151R)의 측면과 접하는 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)은 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. 상기 오목부에는 층(128)이 매립되어 있다.
층(128)은 도전층(224R), 도전층(224G), 및 도전층(224B)의 오목부를 평탄화시키는 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, 유기 절연 재료를 사용하여 형성되는 것이 특히 바람직하다. 층(128)에는 예를 들어 상술한 절연층(127)에 사용할 수 있는 유기 절연 재료를 적용할 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 16의 (A)에서는 기판(352)과 기판(351) 사이의 공간이 접착층(142)으로 충전되는, 고체 밀봉 구조가 적용되어 있다. 또는 상기 공간이 불활성 가스(질소 또는 아르곤 등)로 충전되는, 중공 밀봉 구조를 적용하여도 좋다. 이때, 접착층(142)은 발광 디바이스와 중첩되지 않도록 제공되어도 좋다. 또한 상기 공간은 테두리 형상으로 제공된 접착층(142)과는 다른 수지로 충전되어도 좋다.
도 16의 (A)에는 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 포함하는 예를 나타내었다. 또한 도 16의 (A)에는 도전층(151C)의 측면과 중첩되는 영역을 갖도록 절연층(156C)이 제공된 예를 나타내었다.
발광 장치(100B)는 톱 이미션 구조를 갖는다. 발광 디바이스로부터 방출되는 광은 기판(352) 측에 방출된다. 기판(352)에는 가시광 투과성이 높은 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 화소 전극은 가시광을 반사하는 재료를 포함하고, 대향 전극(공통 전극(155))은 가시광을 투과시키는 재료를 포함한다.
트랜지스터(201) 및 트랜지스터(205)는 모두 기판(351) 위에 형성되어 있다. 이들 트랜지스터는 동일한 재료를 사용하여 동일한 공정으로 제작할 수 있다.
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 하나이어도 좋고 2개 이상이어도 좋다.
트랜지스터를 덮는 절연층 중 적어도 하나에 물 및 수소 등의 불순물이 확산되기 어려운 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 이에 의하여, 절연층을 배리어층으로서 기능시킬 수 있다. 이러한 구성으로 함으로써, 외부로부터 트랜지스터로 불순물이 확산되는 것을 효과적으로 억제할 수 있어, 발광 장치의 신뢰성을 높일 수 있다.
절연층(211), 절연층(213), 및 절연층(215)으로서는 각각 무기 절연막을 사용하는 것이 바람직하다. 무기 절연막으로서는 예를 들어 질화 실리콘막, 산화질화 실리콘막, 산화 실리콘막, 질화산화 실리콘막, 산화 알루미늄막, 또는 질화 알루미늄막 등을 사용할 수 있다. 또한 산화 하프늄막, 산화 이트륨막, 산화 지르코늄막, 산화 갈륨막, 산화 탄탈럼막, 산화 마그네슘막, 산화 란타넘막, 산화 세륨막, 및 산화 네오디뮴막 등을 사용하여도 좋다. 또한 상술한 절연막을 2개 이상 적층하여 사용하여도 좋다.
평탄화층으로서 기능하는 절연층(214)으로서는 유기 절연층이 적합하다. 유기 절연층에 사용할 수 있는 재료로서는 아크릴 수지, 폴리이미드 수지, 에폭시 수지, 폴리아마이드 수지, 폴리이미드아마이드 수지, 실록산 수지, 벤조사이클로뷰텐계 수지, 페놀 수지, 및 이들 수지의 전구체 등을 들 수 있다. 또한 절연층(214)은 유기 절연층과 무기 절연층의 적층 구조를 가져도 좋다. 절연층(214)의 가장 바깥쪽 층은 에칭 보호층으로서의 기능을 갖는 것이 바람직하다. 이에 의하여, 도전층(224R), 도전층(151R), 또는 도전층(152R) 등의 가공 시에 절연층(214)에 오목부가 형성되는 것을 억제할 수 있다. 또는 도전층(224R), 도전층(151R), 또는 도전층(152R) 등의 가공 시에 절연층(214)에 오목부가 제공되어도 좋다.
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. 여기서는, 동일한 도전막을 가공하여 얻어지는 복수의 층을 같은 해치 패턴으로 표시하였다. 절연층(211)은 도전층(221)과 반도체층(231) 사이에 위치한다. 절연층(213)은 도전층(223)과 반도체층(231) 사이에 위치한다.
본 실시형태의 발광 장치에 포함되는 트랜지스터의 구조는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어 플레이너형 트랜지스터, 스태거형 트랜지스터, 또는 역스태거형 트랜지스터 등을 사용할 수 있다. 또한 톱 게이트형 트랜지스터로 하여도 좋고, 보텀 게이트형 트랜지스터로 하여도 좋다. 또는 채널이 형성되는 반도체층의 상하에 게이트가 제공되어도 좋다.
트랜지스터(201) 및 트랜지스터(205)에는 채널이 형성되는 반도체층을 2개의 게이트 사이에 제공하는 구성이 적용되어 있다. 2개의 게이트를 접속하고, 이들에 동일한 신호를 공급함으로써 트랜지스터를 구동하여도 좋다. 또는 2개의 게이트 중 한쪽에 문턱 전압을 제어하기 위한 전위를 공급하고, 다른 쪽에 구동을 위한 전위를 공급함으로써, 트랜지스터의 문턱 전압을 제어하여도 좋다.
트랜지스터에 사용하는 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 있기 때문에 바람직하다.
트랜지스터의 반도체층은 금속 산화물을 포함하는 것이 바람직하다. 즉 본 실시형태의 발광 장치에서는 금속 산화물을 채널 형성 영역에 사용한 트랜지스터(이하, OS 트랜지스터)를 사용하는 것이 바람직하다.
결정성을 갖는 산화물 반도체로서는 CAAC(c-axis-aligned crystalline)-OS 또는 nc(nanocrystalline)-OS 등을 들 수 있다.
또는 실리콘을 채널 형성 영역에 사용한 트랜지스터(Si 트랜지스터)를 사용하여도 좋다. 실리콘으로서는 단결정 실리콘, 다결정 실리콘, 또는 비정질 실리콘 등을 들 수 있다. 특히 반도체층에 저온 폴리실리콘(LTPS: Low Temperature Poly Silicon)을 포함한 트랜지스터(이하, LTPS 트랜지스터라고도 함)를 사용할 수 있다. LTPS 트랜지스터는 전계 효과 이동도가 높고 주파수 특성이 양호하다.
LTPS 트랜지스터 등의 Si 트랜지스터를 적용함으로써, 고주파수로 구동할 필요가 있는 회로(예를 들어 소스 드라이버 회로)를 표시부와 동일 기판 위에 형성할 수 있다. 이에 의하여, 발광 장치에 실장되는 외부 회로를 간략화할 수 있어, 부품 비용 및 실장 비용을 절감할 수 있다.
OS 트랜지스터는 비정질 실리콘을 사용한 트랜지스터보다 전계 효과 이동도가 매우 높다. 또한 OS 트랜지스터는 오프 상태에서의 소스와 드레인 사이의 누설 전류(오프 전류라고도 함)가 매우 낮기 때문에, 상기 트랜지스터에 직렬로 접속된 용량 소자에 축적된 전하는 장기간에 걸쳐 유지될 수 있다. 또한 OS 트랜지스터를 적용함으로써, 발광 장치의 소비 전력을 절감할 수 있다.
또한 화소 회로에 포함되는 발광 디바이스의 발광 휘도를 높이는 경우, 발광 디바이스에 흘리는 전류의 양을 크게 할 필요가 있다. 이를 위해서는, 화소 회로에 포함되어 있는 구동 트랜지스터의 소스와 드레인 사이의 전압을 높일 필요가 있다. OS 트랜지스터는 Si 트랜지스터보다 소스와 드레인 사이에서의 내압이 높기 때문에, OS 트랜지스터의 소스와 드레인 사이에는 높은 전압을 인가할 수 있다. 따라서 화소 회로에 포함되는 구동 트랜지스터를 OS 트랜지스터로 함으로써, 발광 디바이스에 흐르는 전류의 양을 크게 하여, 발광 디바이스의 발광 휘도를 높일 수 있다.
또한 트랜지스터가 포화 영역에서 동작하는 경우, OS 트랜지스터에서는 Si 트랜지스터에서보다 게이트와 소스 사이의 전압의 변화에 대한 소스와 드레인 사이의 전류의 변화를 작게 할 수 있다. 그러므로 화소 회로에 포함되는 구동 트랜지스터로서 OS 트랜지스터를 적용함으로써, 게이트와 소스 사이의 전압의 변화에 의하여 소스와 드레인 사이에 흐르는 전류를 정밀하게 결정할 수 있기 때문에, 발광 디바이스에 흐르는 전류의 양을 제어할 수 있다. 따라서 화소 회로에서의 계조 수를 늘릴 수 있다.
또한 트랜지스터가 포화 영역에서 동작하는 경우에 흐르는 전류의 포화 특성에 관하여, OS 트랜지스터는 소스와 드레인 사이의 전압이 서서히 높아진 경우에도 Si 트랜지스터보다 안정적인 전류(포화 전류)를 흘릴 수 있다. 그러므로 OS 트랜지스터를 구동 트랜지스터로서 사용함으로써, 예를 들어 발광 디바이스의 전류-전압 특성에 편차가 생긴 경우에도 발광 디바이스에 안정적인 전류를 흘릴 수 있다. 즉 OS 트랜지스터가 포화 영역에서 동작하는 경우, 소스와 드레인 사이의 전압을 높여도 소스와 드레인 사이의 전류는 거의 변화되지 않기 때문에, 발광 디바이스의 발광 휘도를 안정적으로 할 수 있다.
상술한 바와 같이, 화소 회로에 포함되는 구동 트랜지스터로서 OS 트랜지스터를 사용함으로써, 예를 들어 흑색 표시 부분이 밝게 표시되는 것을 억제하거나, 발광 휘도를 상승시키거나, 계조 수를 늘리거나, 발광 디바이스의 편차를 억제할 수 있다.
반도체층은 예를 들어 인듐과, M(M은 갈륨, 알루미늄, 실리콘, 붕소, 이트륨, 주석, 구리, 바나듐, 베릴륨, 타이타늄, 철, 니켈, 저마늄, 지르코늄, 몰리브데넘, 란타넘, 세륨, 네오디뮴, 하프늄, 탄탈럼, 텅스텐, 및 마그네슘 중에서 선택된 1종류 또는 복수 종류)과, 아연을 포함하는 것이 바람직하다. 특히 M은 알루미늄, 갈륨, 이트륨, 및 주석 중에서 선택된 1종류 또는 복수 종류인 것이 바람직하다.
특히 반도체층에 인듐(In), 갈륨(Ga), 및 아연(Zn)을 포함한 산화물(IGZO라고도 표기함)을 사용하는 것이 바람직하다. 또는 인듐, 주석, 및 아연을 포함한 산화물을 사용하는 것이 바람직하다. 또는 인듐, 갈륨, 주석, 및 아연을 포함한 산화물을 사용하는 것이 바람직하다. 또는 인듐(In), 알루미늄(Al), 및 아연(Zn)을 포함한 산화물(IAZO라고도 표기함)을 사용하는 것이 바람직하다. 또는 인듐(In), 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 및 아연(Zn)을 포함한 산화물(IAGZO라고도 표기함)을 사용하는 것이 바람직하다.
반도체층이 In-M-Zn 산화물인 경우, 상기 In-M-Zn 산화물에서의 In의 원자수비는 M의 원자수비 이상인 것이 바람직하다. 이러한 In-M-Zn 산화물의 금속 원소의 원자수비로서는 In:M:Zn=1:1:1 또는 그 근방의 조성, In:M:Zn=1:1:1.2 또는 그 근방의 조성, In:M:Zn=2:1:3 또는 그 근방의 조성, In:M:Zn=3:1:2 또는 그 근방의 조성, In:M:Zn=4:2:3 또는 그 근방의 조성, In:M:Zn=4:2:4.1 또는 그 근방의 조성, In:M:Zn=5:1:3 또는 그 근방의 조성, In:M:Zn=5:1:6 또는 그 근방의 조성, In:M:Zn=5:1:7 또는 그 근방의 조성, In:M:Zn=5:1:8 또는 그 근방의 조성, In:M:Zn=6:1:6 또는 그 근방의 조성, In:M:Zn=5:2:5 또는 그 근방의 조성 등을 들 수 있다. 또한 근방의 조성이란, 원하는 원자수비의 ±30%의 범위를 포함한 것이다.
예를 들어 원자수비가 In:Ga:Zn=4:2:3 또는 그 근방의 조성이라고 기재된 경우, In의 원자수비를 4로 하였을 때, Ga의 원자수비가 1 이상 3 이하이고, Zn의 원자수비가 2 이상 4 이하인 경우를 포함한다. 또한 원자수비가 In:Ga:Zn=5:1:6 또는 그 근방의 조성이라고 기재된 경우, In의 원자수비를 5로 하였을 때, Ga의 원자수비가 0.1보다 크고 2 이하이고, Zn의 원자수비가 5 이상 7 이하인 경우를 포함한다. 또한 원자수비가 In:Ga:Zn=1:1:1 또는 그 근방의 조성이라고 기재된 경우, In의 원자수비를 1로 하였을 때, Ga의 원자수비가 0.1보다 크고 2 이하이고, Zn의 원자수비가 0.1보다 크고 2 이하인 경우를 포함한다.
회로(356)에 포함되는 트랜지스터와 화소부(177)에 포함되는 트랜지스터는 같은 구조를 가져도 좋고, 다른 구조를 가져도 좋다. 회로(356)에 포함되는 복수의 트랜지스터에는 하나의 구조를 채용하여도 좋고, 2종류 이상의 구조를 채용하여도 좋다. 마찬가지로, 화소부(177)에 포함되는 복수의 트랜지스터에는 하나의 구조를 채용하여도 좋고, 2종류 이상의 구조를 채용하여도 좋다.
화소부(177)에 포함되는 모든 트랜지스터를 OS 트랜지스터로 하여도 좋고, 화소부(177)에 포함되는 모든 트랜지스터를 Si 트랜지스터로 하여도 좋고, 화소부(177)에 포함되는 트랜지스터의 일부를 OS 트랜지스터로 하고 나머지를 Si 트랜지스터로 하여도 좋다.
예를 들어 화소부(177)에 LTPS 트랜지스터와 OS 트랜지스터의 양쪽을 사용함으로써, 소비 전력이 낮고 구동 능력이 높은 발광 장치를 실현할 수 있다. 또한 LTPS 트랜지스터와 OS 트랜지스터를 조합한 구성을 LTPO라고 부르는 경우가 있다. 또한 예를 들어 배선의 도통, 비도통을 제어하기 위한 스위치로서 기능하는 트랜지스터로서 OS 트랜지스터를 적용하고, 전류를 제어하는 트랜지스터로서 LTPS 트랜지스터를 적용하는 것이 바람직하다.
예를 들어 화소부(177)에 포함되는 트랜지스터 중 하나는 발광 디바이스에 흐르는 전류를 제어하기 위한 트랜지스터로서 기능하고, 구동 트랜지스터라고 부를 수 있다. 구동 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 한쪽은 발광 디바이스의 화소 전극에 전기적으로 접속된다. 상기 구동 트랜지스터로서는 LTPS 트랜지스터를 사용하는 것이 바람직하다. 이에 의하여, 화소 회로에서 발광 디바이스에 흐르는 전류를 크게 할 수 있다.
한편, 화소부(177)에 포함되는 트랜지스터 중 다른 하나는 화소의 선택, 비선택을 제어하기 위한 스위치로서 기능하고, 선택 트랜지스터라고 부를 수도 있다. 선택 트랜지스터의 게이트는 게이트선에 전기적으로 접속되고, 소스 및 드레인 중 한쪽은 소스선(신호선)에 전기적으로 접속된다. 선택 트랜지스터로서는 OS 트랜지스터를 적용하는 것이 바람직하다. 이에 의하여, 프레임 주파수를 매우 작게(예를 들어 1fps 이하) 하여도 화소의 계조를 유지할 수 있기 때문에, 정지 화상을 표시하는 경우에 드라이버를 정지함으로써, 소비 전력을 절감할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 형태의 발광 장치는 높은 개구율과, 높은 정세도와, 높은 표시 품질과, 낮은 소비 전력을 모두 가질 수 있다.
또한 본 발명의 일 형태의 발광 장치는 OS 트랜지스터와, MML(metal maskless) 구조를 갖는 발광 디바이스를 포함한 구성을 갖는다. 상기 구성으로 함으로써, 트랜지스터에 흐를 수 있는 누설 전류 및 인접한 발광 디바이스 사이에 흐를 수 있는 누설 전류(가로 방향 누설 전류, 가로 누설 전류, 또는 래터럴 누설 전류라고 하는 경우가 있음)를 매우 낮게 할 수 있다. 또한 상기 구성으로 하면, 발광 장치에 화상을 표시한 경우에 관찰자가 화상의 선명함, 화상의 날카로움, 높은 채도, 및 높은 콘트라스트비 중 어느 하나 또는 복수를 느낄 수 있다. 또한 트랜지스터에 흐를 수 있는 누설 전류 및 발광 디바이스 사이의 가로 누설 전류가 매우 낮은 구성으로 함으로써, 흑색 표시 시에 발생할 수 있는 광 누설(소위 흑색 표시 부분이 밝게 표시되는 현상) 등이 최대한 억제된 표시로 할 수 있다.
특히 MML 구조를 갖는 발광 디바이스에 상술한 SBS 구조를 적용하면, 발광 디바이스 사이에 제공되는 층(예를 들어 발광 디바이스 사이에서 공통적으로 사용되는 유기층, 공통층이라고도 함)이 분단된 구성이 되기 때문에, 가로 누설을 없애거나 가로 누설을 매우 적게 할 수 있다.
도 16의 (B) 및 (C)에 트랜지스터의 다른 구성예를 나타내었다.
트랜지스터(209) 및 트랜지스터(210)는 게이트로서 기능하는 도전층(221), 게이트 절연층으로서 기능하는 절연층(211), 채널 형성 영역(231i) 및 한 쌍의 저저항 영역(231n)을 포함한 반도체층(231), 한 쌍의 저저항 영역(231n) 중 한쪽에 접속되는 도전층(222a), 한 쌍의 저저항 영역(231n) 중 다른 쪽에 접속되는 도전층(222b), 게이트 절연층으로서 기능하는 절연층(225), 게이트로서 기능하는 도전층(223), 그리고 도전층(223)을 덮는 절연층(215)을 포함한다. 절연층(211)은 도전층(221)과 채널 형성 영역(231i) 사이에 위치한다. 절연층(225)은 적어도 도전층(223)과 채널 형성 영역(231i) 사이에 위치한다. 또한 트랜지스터를 덮는 절연층(218)을 제공하여도 좋다.
도 16의 (B)에는, 절연층(225)이 반도체층(231)의 상면 및 측면을 덮는 트랜지스터(209)의 예를 나타내었다. 도전층(222a) 및 도전층(222b)은 각각 절연층(225) 및 절연층(215)에 제공된 개구를 통하여 저저항 영역(231n)에 접속된다. 도전층(222a) 및 도전층(222b) 중 한쪽은 소스로서 기능하고, 다른 쪽은 드레인으로서 기능한다.
한편, 도 16의 (C)에 나타낸 트랜지스터(210)에서는 절연층(225)은 반도체층(231)의 채널 형성 영역(231i)과 중첩되고, 저저항 영역(231n)과는 중첩되지 않는다. 예를 들어 도전층(223)을 마스크로서 사용하여 절연층(225)을 가공함으로써, 도 16의 (C)에 나타낸 구조를 제작할 수 있다. 도 16의 (C)에서는 절연층(225) 및 도전층(223)을 덮어 절연층(215)이 제공되고, 절연층(215)의 개구를 통하여 도전층(222a) 및 도전층(222b)이 각각 저저항 영역(231n)에 접속되어 있다.
기판(351)에서 기판(352)이 중첩되지 않은 영역에는 접속부(204)가 제공되어 있다. 접속부(204)에서는 배선(355)이 도전층(166) 및 접속층(242)을 통하여 FPC(353)에 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) 중 기판(351) 측의 면에는 차광층(157)을 제공하는 것이 바람직하다. 차광층(157)은 인접한 발광 디바이스 사이, 접속부(140), 및 회로(356) 등에 제공될 수 있다. 또한 기판(352)의 외측에는 각종 광학 부재를 배치할 수 있다.
기판(351) 및 기판(352)에는 각각 기판(120)에 사용할 수 있는 재료를 적용할 수 있다.
접착층(142)에는 수지층(122)에 사용할 수 있는 재료를 적용할 수 있다.
접속층(242)으로서는 이방성 도전 필름(ACF: Anisotropic Conductive Film) 또는 이방성 도전 페이스트(ACP: Anisotropic Conductive Paste) 등을 사용할 수 있다.
[발광 장치(100H)]
도 17에 나타낸 발광 장치(100H)는 보텀 이미션 구조를 갖는 점이 도 16의 (A)에 나타낸 발광 장치(100B)와 주로 다르다.
발광 디바이스로부터 방출되는 광은 기판(351) 측에 방출된다. 기판(351)에는 가시광 투과성이 높은 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 한편, 기판(352)에 사용하는 재료의 광 투과성은 한정되지 않는다.
기판(351)과 트랜지스터(201) 사이, 기판(351)과 트랜지스터(205) 사이에는 차광층(157)을 형성하는 것이 바람직하다. 도 17에는 기판(351) 위에 차광층(157)이 제공되고, 차광층(157) 위에 절연층(153)이 제공되고, 절연층(153) 위에 트랜지스터(201, 205) 등이 제공된 예를 나타내었다.
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 가시광 투과성이 높은 재료를 사용한다. 공통 전극(155)에는 가시광을 반사하는 재료를 사용하는 것이 바람직하다.
또한 도 17에서는 발광 디바이스(130G)를 도시하지 않았지만, 발광 디바이스(130G)도 제공되어 있다.
또한 도 17 등에는, 층(128)의 상면이 평탄부를 갖는 예를 나타내었지만, 층(128)의 형상은 특별히 한정되지 않는다.
[발광 장치(100C)]
도 18의 (A)에 나타낸 발광 장치(100C)는 도 16의 (A)에 나타낸 발광 장치(100B)의 변형예이고, 착색층(132R), 착색층(132G), 및 착색층(132B)을 포함하는 점이 발광 장치(100B)와 주로 다르다.
발광 장치(100C)에서 발광 디바이스(130)는 착색층(132R), 착색층(132G), 및 착색층(132B) 중 하나와 중첩된 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.
발광 장치(100C)에서 발광 디바이스(130)는 예를 들어 백색의 광을 방출할 수 있다. 또한 예를 들어 착색층(132R)은 적색의 광을 투과시키고, 착색층(132G)은 녹색의 광을 투과시키고, 착색층(132B)은 청색의 광을 투과시킬 수 있다. 또한 발광 장치(100C)에서는 보호층(131)과 접착층(142) 사이에 착색층(132R), 착색층(132G), 및 착색층(132B)이 제공되어도 좋다.
도 16의 (A) 및 도 18의 (A) 등에는, 층(128)의 상면이 평탄부를 갖는 예를 나타내었지만, 층(128)의 형상은 특별히 한정되지 않는다. 도 18의 (B) 내지 (D)에 층(128)의 변형예를 나타내었다.
도 18의 (B) 및 (D)에 나타낸 바와 같이, 층(128)의 상면은 단면에서 보았을 때, 중앙 및 그 근방이 오목한 형상, 즉 오목 곡면을 갖는 형상을 가질 수 있다.
또한 도 18의 (C)에 나타낸 바와 같이, 층(128)의 상면은 단면에서 보았을 때, 중앙 및 그 근방이 볼록한 형상, 즉 볼록 곡면을 갖는 형상을 가질 수 있다.
또한 층(128)의 상면은 볼록 곡면 및 오목 곡면 중 한쪽 또는 양쪽을 가져도 좋다. 또한 층(128)의 상면이 갖는 볼록 곡면 및 오목 곡면의 개수는 각각 한정되지 않고, 하나 또는 복수로 할 수 있다.
또한 층(128)의 상면의 높이와 도전층(224R)의 상면의 높이는 일치 또는 실질적으로 일치하여도 좋고, 서로 달라도 좋다. 예를 들어 층(128)의 상면의 높이는 도전층(224R)의 상면의 높이보다 낮아도 좋고 높아도 좋다.
또한 도 18의 (B)는 도전층(224R)의 오목부의 내부에 층(128)이 꼭 맞는 예를 나타낸 것이라고도 할 수 있다. 한편, 도 18의 (D)에 나타낸 바와 같이, 층(128)이 도전층(224R)의 오목부의 외측에 존재, 즉 층(128)의 상면이 상기 오목부를 넘어 형성되어도 좋다.
본 실시형태는 다른 실시형태 또는 실시예와 적절히 조합할 수 있다. 또한 본 명세서에서 하나의 실시형태에 복수의 구성예가 제시되는 경우에는, 구성예를 적절히 조합할 수 있다.
(실시형태 5)
본 실시형태에서는, 본 발명의 일 형태의 전자 기기에 대하여 설명한다.
본 실시형태의 전자 기기는 표시부에 본 발명의 일 형태의 발광 장치를 포함한다. 본 발명의 일 형태의 발광 장치는 신뢰성이 높고, 또한 정세도 및 해상도를 쉽게 높일 수 있다. 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 갖는 전자 기기 외에, 디지털 카메라, 디지털 비디오 카메라, 디지털 액자, 휴대 전화기, 휴대용 게임기, 휴대 정보 단말기, 음향 재생 장치 등이 있다.
특히 본 발명의 일 형태의 발광 장치는 정세도를 높일 수 있기 때문에, 비교적 작은 표시부를 갖는 전자 기기에 적합하게 사용할 수 있다. 이러한 전자 기기로서는 예를 들어 손목시계형 및 팔찌형 정보 단말기(웨어러블 기기), 그리고 헤드 마운트 디스플레이 등의 VR용 기기, 안경형 AR용 기기, 및 MR용 기기 등 머리에 장착할 수 있는 웨어러블 기기 등이 있다.
본 발명의 일 형태의 발광 장치는 HD(화소수 1280×720), FHD(화소수 1920×1080), WQHD(화소수 2560×1440), WQXGA(화소수 2560×1600), 4K(화소수 3840×2160), 8K(화소수 7680×4320) 등으로 해상도가 매우 높은 것이 바람직하다. 특히 4K, 8K, 또는 이들 이상의 해상도로 하는 것이 바람직하다. 또한 본 발명의 일 형태의 발광 장치에서의 화소 밀도(정세도)는 100ppi 이상이 바람직하고, 300ppi 이상이 더 바람직하고, 500ppi 이상이 더 바람직하고, 1000ppi 이상이 더 바람직하고, 2000ppi 이상이 더 바람직하고, 3000ppi 이상이 더 바람직하고, 5000ppi 이상이 더 바람직하고, 7000ppi 이상이 더 바람직하다. 이와 같이 높은 해상도 및 높은 정세도 중 한쪽 또는 양쪽을 갖는 발광 장치를 사용함으로써, 휴대용 또는 가정용 등의 개인적 사용을 위한 전자 기기에서 임장감 및 깊이감 등을 더 높일 수 있다. 또한 본 발명의 일 형태의 발광 장치의 화면 비율(종횡비)은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어 발광 장치는 1:1(정사각형), 4:3, 16:9, 및 16:10 등 다양한 화면 비율에 대응할 수 있다.
본 실시형태의 전자 기기는 센서(힘, 변위, 위치, 속도, 가속도, 각속도, 회전수, 거리, 광, 액체, 자기, 온도, 화학 물질, 음성, 시간, 경도(硬度), 전기장, 전류, 전압, 전력, 방사선, 유량, 습도, 경사도, 진동, 냄새, 또는 적외선을 측정하는 기능을 갖는 것)를 포함하여도 좋다.
본 실시형태의 전자 기기는 다양한 기능을 가질 수 있다. 예를 들어 다양한 정보(정지 화상, 동영상, 텍스트 화상 등)를 표시부에 표시하는 기능, 터치 패널 기능, 달력, 날짜, 또는 시각 등을 표시하는 기능, 다양한 소프트웨어(프로그램)를 실행하는 기능, 무선 통신 기능, 기록 매체에 저장된 프로그램 또는 데이터를 판독하는 기능 등을 가질 수 있다.
도 19의 (A) 내지 (D)를 사용하여, 머리에 장착할 수 있는 웨어러블 기기의 일례에 대하여 설명한다. 이들 웨어러블 기기는 AR의 콘텐츠를 표시하는 기능, VR의 콘텐츠를 표시하는 기능, SR의 콘텐츠를 표시하는 기능, 및 MR의 콘텐츠를 표시하는 기능 중 적어도 하나를 갖는다. 전자 기기가 AR, VR, SR, 및 MR 등 중 적어도 하나의 콘텐츠를 표시하는 기능을 가짐으로써, 사용자의 몰입감을 높일 수 있다.
도 19의 (A)에 나타낸 전자 기기(700A) 및 도 19의 (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 발광 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 광 투과성을 갖기 때문에, 사용자는 광학 부재(753)를 통하여 시인되는 투과 이미지에 겹쳐, 표시 영역에 표시된 화상을 볼 수 있다. 따라서 전자 기기(700A) 및 전자 기기(700B)는 각각 AR 표시가 가능한 전자 기기이다.
전자 기기(700A) 및 전자 기기(700B)에는 촬상부로서 앞쪽 방향을 촬상할 수 있는 카메라가 제공되어도 좋다. 또한 전자 기기(700A) 및 전자 기기(700B)는 각각 자이로 센서 등의 가속도 센서를 가짐으로써, 사용자의 머리의 방향을 검지하고, 그 방향에 따른 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 대신 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 제공되어 있기 때문에, 무선 및 유선 중 한쪽 또는 양쪽으로 충전할 수 있다.
하우징(721)에는 터치 센서 모듈이 제공되어도 좋다. 터치 센서 모듈은 하우징(721)의 외측 면이 터치되는 것을 검출하는 기능을 갖는다. 터치 센서 모듈에 의하여 사용자의 탭 조작 또는 슬라이드 조작 등을 검출하여, 다양한 처리를 실행할 수 있다. 예를 들어 탭 조작에 의하여 동영상의 일시 정지 또는 재개 등의 처리를 실행할 수 있고, 슬라이드 조작에 의하여 빨리 감기 또는 빨리 되감기의 처리를 실행할 수 있다. 또한 2개의 하우징(721)의 각각에 터치 센서 모듈을 제공함으로써, 조작의 폭을 넓힐 수 있다.
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.
광학 방식의 터치 센서를 사용하는 경우에는, 수광 소자로서 광전 변환 디바이스(광전 변환 소자라고도 함)를 사용할 수 있다. 광전 변환 디바이스의 활성층에는 무기 반도체 및 유기 반도체 중 한쪽 또는 양쪽을 사용할 수 있다.
도 19의 (C)에 나타낸 전자 기기(800A) 및 도 19의 (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 발광 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 서로 다른 화상을 표시함으로써, 시차를 사용한 3차원 표시를 할 수도 있다.
전자 기기(800A) 및 전자 기기(800B)는 각각 VR용 전자 기기라고 할 수 있다. 전자 기기(800A) 또는 전자 기기(800B)를 장착한 사용자는 렌즈(832)를 통하여 표시부(820)에 표시되는 화상을 시인할 수 있다.
전자 기기(800A) 및 전자 기기(800B)는 각각 렌즈(832) 및 표시부(820)가 사용자의 눈의 위치에 따라 최적으로 배치되도록 이들의 좌우의 위치를 조정 가능한 기구를 갖는 것이 바람직하다. 또한 렌즈(832)와 표시부(820) 사이의 거리를 변경함으로써, 초점을 조정하는 기구를 갖는 것이 바람직하다.
장착부(823)에 의하여 사용자는 전자 기기(800A) 또는 전자 기기(800B)를 머리에 장착할 수 있다. 또한 예를 들어 도 19의 (C)에서는 장착부(823)가 안경다리(템플 등이라고도 함)와 같은 형상을 갖는 예를 나타내었지만, 이에 한정되지 않는다. 장착부(823)는 사용자가 장착할 수 있으면 좋고, 예를 들어 헬멧형 또는 밴드형이어도 좋다.
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.
또한 여기서는 촬상부(825)가 제공되는 예를 나타내었지만, 사용자와 대상물 사이의 거리를 측정할 수 있는 측거 센서(이하, 검지부라고도 함)가 제공되면 좋다. 즉 촬상부(825)는 검지부의 일 형태이다. 검지부로서는 예를 들어 이미지 센서 또는 LIDAR(Light Detection and Ranging) 등의 거리 화상 센서를 사용할 수 있다. 카메라에 의하여 얻어진 화상과, 거리 화상 센서에 의하여 얻어진 화상을 사용함으로써, 더 많은 정보를 취득할 수 있어, 더 정밀도가 높은 제스처 조작이 가능해진다.
전자 기기(800A)는 골전도 이어폰으로서 기능하는 진동 기구를 가져도 좋다. 예를 들어 표시부(820), 하우징(821), 및 장착부(823) 중 어느 하나 또는 복수에 상기 진동 기구를 갖는 구성을 적용할 수 있다. 이에 의하여, 헤드폰, 이어폰, 또는 스피커 등의 음향 기기가 별도로 필요하지 않아, 전자 기기(800A)를 장착하기만 하면 영상과 음성을 즐길 수 있다.
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. 이어폰(750)은 통신부(도시하지 않았음)를 갖고, 무선 통신 기능을 갖는다. 이어폰(750)은 무선 통신 기능에 의하여 전자 기기로부터 정보(예를 들어 음성 데이터)를 수신할 수 있다. 예를 들어 도 19의 (A)에 나타낸 전자 기기(700A)는 무선 통신 기능에 의하여 이어폰(750)에 정보를 송신하는 기능을 갖는다. 또한 예를 들어 도 19의 (C)에 나타낸 전자 기기(800A)는 무선 통신 기능에 의하여 이어폰(750)에 정보를 송신하는 기능을 갖는다.
또한 전자 기기가 이어폰부를 가져도 좋다. 도 19의 (B)에 나타낸 전자 기기(700B)는 이어폰부(727)를 갖는다. 예를 들어 이어폰부(727)는 제어부에 유선으로 접속될 수 있다. 이어폰부(727)와 제어부를 접속하는 배선의 일부는 하우징(721) 또는 장착부(723)의 내부에 배치되어도 좋다.
마찬가지로, 도 19의 (D)에 나타낸 전자 기기(800B)는 이어폰부(827)를 갖는다. 예를 들어 이어폰부(827)는 제어부(824)에 유선으로 접속될 수 있다. 이어폰부(827)와 제어부(824)를 접속하는 배선의 일부는 하우징(821) 또는 장착부(823)의 내부에 배치되어도 좋다. 또한 이어폰부(827)와 장착부(823)가 자석을 포함하여도 좋다. 이에 의하여, 이어폰부(827)를 장착부(823)에 자기력으로 고정할 수 있어, 수납이 용이해지기 때문에 바람직하다.
또한 전자 기기는 이어폰 또는 헤드폰 등을 접속할 수 있는 음성 출력 단자를 포함하여도 좋다. 또한 전자 기기는 음성 입력 단자 및 음성 입력 기구 중 한쪽 또는 양쪽을 포함하여도 좋다. 음성 입력 기구로서는 예를 들어 마이크로폰 등의 집음 장치를 사용할 수 있다. 전자 기기가 음성 입력 기구를 가짐으로써, 전자 기기에 소위 헤드셋으로서의 기능을 부여하여도 좋다.
상술한 바와 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.
또한 본 발명의 일 형태의 전자 기기는 유선 또는 무선으로 이어폰에 정보를 송신할 수 있다.
도 20의 (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 발광 장치를 적용할 수 있다. 따라서 신뢰성이 높은 전자 기기로 할 수 있다.
도 20의 (B)는 하우징(6501)의 마이크로폰(6506) 측의 단부를 포함한 단면 개략도이다.
하우징(6501)의 표시면 측에는 광 투과성을 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 발광 장치를 적용할 수 있다. 그러므로 매우 가벼운 전자 기기를 실현할 수 있다. 또한 표시 패널(6511)이 매우 얇기 때문에, 전자 기기의 두께를 억제하면서 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 20의 (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 발광 장치를 적용할 수 있다. 따라서 신뢰성이 높은 전자 기기로 할 수 있다.
도 20의 (C)에 나타낸 텔레비전 장치(7100)의 조작은 하우징(7171)이 갖는 조작 스위치 및 별체의 리모트 컨트롤러(7151)에 의하여 수행할 수 있다. 또는 표시부(7000)에 터치 센서를 포함하여도 좋고, 손가락 등으로 표시부(7000)를 터치함으로써 텔레비전 장치(7100)를 조작하여도 좋다. 리모트 컨트롤러(7151)는 상기 리모트 컨트롤러(7151)로부터 출력되는 정보를 표시하는 표시부를 가져도 좋다. 리모트 컨트롤러(7151)가 갖는 조작 키 또는 터치 패널에 의하여 채널 및 음량을 조작할 수 있고, 표시부(7000)에 표시되는 영상을 조작할 수 있다.
또한 텔레비전 장치(7100)는 수신기 및 모뎀 등을 포함한다. 수신기에 의하여 일반적인 텔레비전 방송을 수신할 수 있다. 또한 모뎀을 통하여 유선 또는 무선으로 통신 네트워크에 접속함으로써, 한 방향(송신자로부터 수신자) 또는 쌍방향(송신자와 수신자 사이, 또는 수신자끼리 등)의 정보 통신을 수행할 수도 있다.
도 20의 (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 발광 장치를 적용할 수 있다. 따라서 신뢰성이 높은 전자 기기로 할 수 있다.
도 20의 (E) 및 (F)에 디지털 사이니지의 일례를 나타내었다.
도 20의 (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 20의 (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 20의 (E) 및 (F)에서는, 표시부(7000)에 본 발명의 일 형태의 발광 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.
표시부(7000)에 터치 패널을 적용함으로써, 표시부(7000)에 화상 또는 동영상을 표시할 뿐만 아니라, 사용자가 직관적으로 조작할 수도 있어 바람직하다. 또한 노선 정보 또는 교통 정보 등의 정보를 제공하기 위한 용도로 사용하는 경우에는, 직관적인 조작에 의하여 사용성을 높일 수 있다.
또한 도 20의 (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. 예를 들어 표시부(7000)에 표시되는 광고의 정보를 정보 단말기(7311) 또는 정보 단말기(7411)의 화면에 표시할 수 있다. 또한 정보 단말기(7311) 또는 정보 단말기(7411)를 조작함으로써, 표시부(7000)의 표시를 전환할 수 있다.
또한 디지털 사이니지(7300) 또는 디지털 사이니지(7400)에 정보 단말기(7311) 또는 정보 단말기(7411)의 화면을 조작 수단(컨트롤러)으로서 사용한 게임을 실행시킬 수도 있다. 이에 의하여, 불특정 다수의 사용자가 동시에 게임에 참가하여 즐길 수 있다.
도 21의 (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 21의 (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 저장된 프로그램 또는 데이터를 판독하여 처리하는 기능 등을 가질 수 있다. 또한 전자 기기의 기능은 이들에 한정되지 않고, 다양한 기능을 가질 수 있다. 전자 기기는 복수의 표시부를 가져도 좋다. 또한 전자 기기는 카메라 등이 제공되고, 정지 화상 또는 동영상을 촬영하고 기록 매체(외부 기록 매체 또는 카메라에 내장된 기록 매체)에 저장하는 기능, 촬영한 화상을 표시부에 표시하는 기능 등을 가져도 좋다.
도 21의 (A) 내지 (G)에 나타낸 전자 기기의 자세한 사항에 대하여 이하에서 설명한다.
도 21의 (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 21의 (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 21의 (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 다른 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. 사용자는 휴대 정보 단말기(9172)를 포켓에서 꺼내지 않고 표시를 확인하고, 예를 들어 전화를 받을지 여부를 판단할 수 있다.
도 21의 (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 각종 애플리케이션을 실행할 수 있다. 태블릿 단말기(9173)는 하우징(9000)의 전면(前面)에 표시부(9001), 카메라(9002), 마이크로폰(9008), 스피커(9003)를 포함하고, 하우징(9000)의 왼쪽 측면에는 조작용 버튼으로서 조작 키(9005)를 포함하고, 바닥면에는 접속 단자(9006)를 포함한다.
도 21의 (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 충전을 할 수도 있다. 또한 충전 동작은 무선 급전에 의하여 수행하여도 좋다.
도 21의 (E) 내지 (G)는 접을 수 있는 휴대 정보 단말기(9201)를 나타낸 사시도이다. 또한 도 21의 (E)는 펼친 상태의 휴대 정보 단말기(9201)를 나타낸 사시도이고, 도 21의 (G)는 접은 상태의 휴대 정보 단말기(9201)를 나타낸 사시도이고, 도 21의 (F)는 도 21의 (E) 및 (G)에 나타낸 상태 중 한쪽으로부터 다른 쪽으로 변화되는 도중의 상태의 휴대 정보 단말기(9201)를 나타낸 사시도이다. 휴대 정보 단말기(9201)는 접은 상태에서는 휴대성이 뛰어나고, 펼친 상태에서는 이음매가 없고 넓은 표시 영역을 가지므로 표시의 일람성(一覽性)이 뛰어나다. 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 제시되는 경우에는, 구성예를 적절히 조합할 수 있다.
(실시예 1)
본 실시예에서는, 실시형태에서 설명한 본 발명의 일 형태의 디바이스 1A, 디바이스 2A, 및 비교를 위한 디바이스 3A를 MML 공정으로 제작하고, 이들의 특성을 평가한 결과에 대하여 설명한다. 또한 참고를 위하여, 이들 디바이스와 같은 재료를 사용하여 진공 일관 공정으로 디바이스 1B, 디바이스 2B, 및 디바이스 3B를 제작하였다.
디바이스 1A, 디바이스 2A, 및 디바이스 3A에 사용한 유기 화합물의 구조식을 이하에 나타낸다.
[화학식 4]
또한 도 22에 나타낸 바와 같이, 각 디바이스는 유리 기판(900) 위에 형성된 제 1 전극(901) 위에, 제 1 EL층(903), 중간층(905), 제 2 EL층(904), 제 2 전극(902)이 적층된 탠덤 구조를 갖는다.
제 1 EL층(903)은 정공 주입층(910), 제 1 정공 수송층(911), 제 1 발광층(912), 및 제 1 전자 수송층(913)이 순차적으로 적층된 구조를 갖는다. 중간층(905)은 전자 주입 버퍼 영역(914)과, 전자 릴레이 영역 및 전하 발생 영역을 갖는 층(915)을 포함한다. 또한 제 2 EL층(904)은 제 2 정공 수송층(916), 제 2 발광층(917), 및 제 2 전자 수송층(918), 및 전자 주입층(919)이 순차적으로 적층된 구조를 갖는다.
<각 디바이스의 제작 방법>
이하에서는 디바이스 1A, 디바이스 2A, 디바이스 3A, 디바이스 1B, 디바이스 2B, 및 디바이스 3B의 제작 방법에 대하여 설명한다.
<<디바이스 1A의 제작 방법>>
먼저, 유리 기판(900) 위에 반사 전극으로서 은(Ag), 팔라듐(Pd), 구리(Cu)를 포함한 합금(약칭: APC)을 스퍼터링법에 의하여 두께 100nm가 되도록 성막한 후, 투명 전극으로서 산화 실리콘을 포함한 인듐 주석 산화물(ITSO)을 스퍼터링법에 의하여 두께 100nm가 되도록 성막함으로써 제 1 전극(901)을 형성하였다. 또한 그 전극 면적은 4mm2(2mm×2mm)로 하였다. 또한 상기 반사 전극과 투명 전극을 합쳐서 제 1 전극(901)으로 간주할 수 있다.
다음으로, 제 1 EL층(903)을 제공하였다. 먼저, 기판 위에 디바이스 1A를 형성하기 위한 전처리로서 기판 표면을 물로 세정하고, 200℃에서 1시간 소성하였다. 그 후, 1×10-4Pa 정도까지 내부가 감압된 진공 증착 장치에 기판을 도입하고, 진공 증착 장치 내의 가열실에 있어서 170℃에서 30분 동안 진공 소성을 수행하였다. 그 후, 30분 정도 자연 냉각시켰다.
다음으로, 제 1 전극(901)이 형성된 면이 아래쪽을 향하도록, 제 1 전극(901)이 형성된 기판을 진공 증착 장치 내에 제공된 기판 홀더에 고정하고, 제 1 전극(901) 위에, 저항 가열을 사용한 증착법에 의하여 N-(바이페닐-4-일)-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: PCBBiF)과, 분자량이 672이고 플루오린을 포함하는 전자 억셉터 재료(OCHD-003)를 중량비 PCBBiF:OCHD-003=1:0.03에서 두께 10nm가 되도록 공증착함으로써 정공 주입층(910)을 형성하였다.
다음으로, 정공 주입층(910) 위에 PCBBiF를 두께 60nm가 되도록 증착함으로써 제 1 정공 수송층(911)을 형성하였다.
다음으로, 제 1 정공 수송층(911) 위에 제 1 발광층(912)을 형성하였다. 저항 가열을 사용한 증착법에 의하여, 4,8-비스[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]-[1]벤조퓨로[3,2-d]피리미딘(약칭: 4,8mDBtP2Bfpm)과, 9-(2-나프틸)-9'-페닐-9H,9'H-3,3'-바이카바졸(약칭: βNCCP)과, [2-d3-메틸-(2-피리딘일-κN)벤조퓨로[2,3-b]피리딘-κC]비스[2-(2-피리딘일-κN)페닐-κC]이리듐(III)(약칭: Ir(ppy)2(mbfpypy-d3))을 중량비 4,8mDBtP2Bfpm:βNCCP:Ir(ppy)2(mbfpypy-d3)=5:5:1에서 두께 40nm가 되도록 공증착함으로써 제 1 발광층(912)을 형성하였다.
다음으로, 제 1 발광층(912) 위에 2-{3-[3-(N-페닐-9H-카바졸-3-일)-9H-카바졸-9-일]페닐}다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mPCCzPDBq)을 두께 25nm가 되도록 증착함으로써 제 1 전자 수송층(913)을 형성하였다.
다음으로, 중간층(905)을 제공하였다. 먼저, 제 1 전자 수송층(913) 위에 저항 가열을 사용한 증착법에 의하여, 2,2'-(1,3-페닐렌)비스(9-페닐-1,10-페난트롤린)(약칭: mPPhen2P)과 산화 리튬(Li2O)을 중량비 mPPhen2P:Li2O=1:0.01에서 두께 5nm가 되도록 공증착함으로써 전자 주입 버퍼 영역(914)이 되는 층을 형성하였다.
이어서, 전자 릴레이 영역으로서 구리 프탈로사이아닌(약칭: CuPc)을 두께 2nm가 되도록 성막하였다. 다음으로, 전하 발생 영역으로서 저항 가열을 사용한 증착법에 의하여 N-(바이페닐-4-일)-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: PCBBiF)과, 분자량이 672이고 플루오린을 포함하는 전자 억셉터 재료(OCHD-003)를 중량비 PCBBiF:OCHD-003=1:0.3에서 두께 10nm가 되도록 공증착함으로써 전자 릴레이 영역 및 전하 발생 영역을 포함한 층(915)을 형성하였다.
다음으로, 제 2 EL층(904)을 제공하였다. 먼저, PCBBiF를 두께 40nm가 되도록 증착함으로써 제 2 정공 수송층(916)을 형성하였다.
다음으로, 저항 가열을 사용한 증착법에 의하여, 4,8-비스[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]-[1]벤조퓨로[3,2-d]피리미딘(약칭: 4,8mDBtP2Bfpm)과, 9-(2-나프틸)-9'-페닐-9H,9'H-3,3'-바이카바졸(약칭: βNCCP)과, [2-d3-메틸-(2-피리딘일-κN)벤조퓨로[2,3-b]피리딘-κC]비스[2-(2-피리딘일-κN)페닐-κC]이리듐(III)(약칭: Ir(ppy)2(mbfpypy-d3))을 중량비 4,8mDBtP2Bfpm:βNCCP:Ir(ppy)2(mbfpypy-d3)=5:5:1에서 두께 40nm가 되도록 공증착함으로써 제 2 발광층(917)을 형성하였다.
다음으로, 제 2 발광층(917) 위에 2,2'-(1,3-페닐렌)비스(9-페닐-1,10-페난트롤린)(약칭: mPPhen2P)을 두께 30nm가 되도록 증착한 후, mPPhen2P와 산화 리튬(Li2O)을 중량비 mPPhen2P:Li2O=1:0.01에서 두께 10nm가 되도록 공증착함으로써 제 2 전자 수송층(918)을 형성하였다.
여기서, 대기에 노출시킨 후, 산화 알루미늄(약칭: AlOx)막을 ALD법에 의하여 두께 30nm가 되도록 성막하였다. 그 후, 인듐, 갈륨, 아연, 산소를 포함한 산화물(약칭: IGZO)을 스퍼터링법에 의하여 두께 30nm가 되도록 성막하였다. 그 후, 포토레지스트를 사용하여 레지스트를 형성하고, 리소그래피법에 의하여 상기 IGZO를 소정의 형상으로 가공하였다.
다음으로, 상기 IGZO를 마스크로서 사용하여 산화 알루미늄막, 제 1 EL층(903), 중간층(905), 제 2 정공 수송층(916), 제 2 발광층(917), 및 제 2 전자 수송층(918)으로 이루어진 적층 구조를 소정의 형상으로 가공한 후, IGZO 및 산화 알루미늄막을 제거하였다. 상기 IGZO 및 산화 알루미늄막은 산성의 약액을 사용한 웨트 에칭에 의하여 제거하였다. 또한 소정의 형상으로서는, 제 1 전극(901)의 단부로부터 3.5μm 떨어진 위치에 폭이 3μm인 슬릿을 형성하였다. 이에 의하여, 제 1 EL층(903)의 측면, 중간층(905)의 측면, 제 2 정공 수송층(916)의 측면, 제 2 발광층(917)의 측면, 및 제 2 전자 수송층(918)의 측면이 실질적으로 정렬된다.
이어서, 진공하에 있어서 110℃에서 가열 처리를 1시간 수행하였다. 상기 가열 처리에 의하여, 상술한 가공 처리 또는 대기 노출 등에 의하여 부착된 수분 등을 제거할 수 있다.
다음으로, 제 2 전자 수송층(918) 위에 플루오린화 리튬(LiF)과 이터븀(Yb)을 체적비 LiF:Yb=2:1에서 두께 1.5nm가 되도록 공증착함으로써 전자 주입층(919)을 형성하였다.
다음으로, 전자 주입층(919) 위에 Ag과 Mg을 체적비 Ag:Mg=1:0.1에서 두께 15nm가 되도록 공증착함으로써 제 2 전극(902)을 형성하였다. 또한 제 2 전극(902)은 광을 반사하는 기능과 광을 투과시키는 기능을 갖는 반투과·반반사 전극이다.
그 후, 캡층으로서 4,4',4''-(벤젠-1,3,5-트라이일)트라이(다이벤조싸이오펜)(약칭: DBT3P-II)을 두께 70nm가 되도록 증착하였다.
상술한 공정을 통하여 디바이스 1A를 제작하였다.
<<디바이스 2A의 제작 방법>>
이어서, 디바이스 2A의 제작 방법에 대하여 설명한다. 디바이스 2A는 제 1 전자 수송층(913)의 구성이 디바이스 1A와 다르다.
즉 디바이스 2A에서는, 제 1 발광층(912) 위에 저항 가열을 사용한 증착법에 의하여 2-{3-[3-(N-페닐-9H-카바졸-3-일)-9H-카바졸-9-일]페닐}다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mPCCzPDBq)을 두께 10nm가 되도록 증착한 후, 2,2'-(1,3-페닐렌)비스(9-페닐-1,10-페난트롤린)(약칭: mPPhen2P)을 두께 15nm가 되도록 증착함으로써 제 1 전자 수송층(913)을 형성하였다.
또한 다른 구성은 디바이스 1A와 같은 식으로 제작하였다.
<<디바이스 3A의 제작 방법>>
또한 디바이스 3A의 제작 방법에 대하여 설명한다. 디바이스 3A는 제 1 전자 수송층(913)의 구성 및 제 2 전자 수송층(918)의 구성이 디바이스 1A와 다르다.
디바이스 3A에서는, 디바이스 2A와 마찬가지로, 제 1 발광층(912) 위에 저항 가열을 사용한 증착법에 의하여 2-{3-[3-(N-페닐-9H-카바졸-3-일)-9H-카바졸-9-일]페닐}다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mPCCzPDBq)을 두께 10nm가 되도록 증착한 후, 2,2'-(1,3-페닐렌)비스(9-페닐-1,10-페난트롤린)(약칭: mPPhen2P)을 두께 15nm가 되도록 증착함으로써 제 1 전자 수송층(913)을 형성하였다.
또한 디바이스 3A에서는, 제 2 발광층(917) 위에 저항 가열을 사용한 증착법에 의하여 2mPCCzPDBq를 두께 20nm가 되도록 증착한 후, mPPhen2P를 두께 15nm가 되도록 증착하고, 또한 mPPhen2P와 산화 리튬(Li2O)을 중량비 mPPhen2P:Li2O=1:0.02에서 두께 5nm가 되도록 공증착함으로써 제 2 전자 수송층(918)을 형성하였다.
또한 다른 구성은 디바이스 1A와 같은 식으로 제작하였다.
<<디바이스 1B 내지 디바이스 3B의 제작 방법>>
이어서, 디바이스 1B 내지 디바이스 3B의 제작 방법에 대하여 설명한다. 디바이스 1B 내지 디바이스 3B는 각각 디바이스 1A 내지 디바이스 3A와 같은 재료를 사용하여 진공 일관 공정으로 제작하였다.
구체적으로는, 디바이스 1B, 디바이스 2B, 및 디바이스 3B는 제 2 전자 수송층(918)을 형성하는 단계까지 디바이스 1A, 디바이스 2A, 및 디바이스 3A와 같은 식으로 제작하였다.
여기서, 대기에 노출시키지 않고 진공 상태를 유지하면서 제 2 전자 수송층(918) 위에 플루오린화 리튬(LiF)과 이터븀(Yb)을 체적비 LiF:Yb=2:1에서 두께 1.5nm가 되도록 공증착함으로써 전자 주입층(919)을 형성하였다.
이어서, 대기에 노출시키지 않고, 전자 주입층(919) 위에 Ag과 Mg을 체적비 Ag:Mg=1:0.1에서 두께 15nm가 되도록 공증착함으로써 제 2 전극(902)을 형성하였다. 또한 제 2 전극(902)은 광을 반사하는 기능과 광을 투과시키는 기능을 갖는 반투과·반반사 전극이다.
그 후, 캡층으로서 4,4',4''-(벤젠-1,3,5-트라이일)트라이(다이벤조싸이오펜)(약칭: DBT3P-II)을 두께 70nm가 되도록 증착하였다.
상술한 공정을 통하여 디바이스 1B, 디바이스 2B, 및 디바이스 3B를 제작하였다.
각 디바이스(디바이스 1A, 디바이스 1B, 디바이스 2A, 디바이스 2B, 디바이스 3A, 및 디바이스 3B)의 소자 구조를 아래의 표에 정리하였다.
[표 1]
이러한 식으로 각 디바이스를 제작하였다.
<디바이스의 특성>
상기 각 디바이스를 질소 분위기의 글로브 박스 내에서 대기에 노출되지 않도록 유리 기판으로 밀봉하는 작업(실재를 소자의 주위에 도포하고, 밀봉 시에 UV 처리 및 80℃에서 1시간의 가열 처리를 수행함)을 수행한 후, 각 디바이스의 특성을 측정하였다.
각 디바이스의 전류 효율-휘도 특성을 도 23에, 휘도-전압 특성을 도 24에, 전류 효율-전류 밀도 특성을 도 25에, 전류 밀도-전압 특성을 도 26에, 휘도-전류 밀도 특성을 도 27에, 전류 밀도-전압 특성을 도 28에, 발광 스펙트럼을 도 29에 나타내었다.
또한 전류 밀도가 50mA/cm2일 때의 각 디바이스의 주요한 특성을 아래의 표에 나타낸다. 또한 휘도, CIE 색도, 발광 스펙트럼의 측정에는 분광 방사계(Topcon Technohouse Corporation 제조, SR-UL1R)를 사용하였다.
[표 2]
전류 밀도가 50mA/cm2일 때의 전압의 차이는 디바이스 1A와 디바이스 1B 사이에서는 0.26V로 차이가 작고, 디바이스 2A와 디바이스 2B 사이에서는 1.47V이었지만, 비교를 위한 디바이스 3A와 디바이스 3B 사이에서는 1.86V로 차이가 컸다.
또한 전류 밀도가 50mA/cm2일 때의 전류 효율의 차이는 디바이스 1A와 디바이스 1B 사이 및 디바이스 2A와 디바이스 2B 사이에서는 2cd/A로 차이가 작았지만, 비교를 위한 디바이스 3A와 디바이스 3B 사이에서는 7cd/A로 차이가 컸다.
도 23 내지 도 28 및 표 2로부터, 디바이스 1A 및 디바이스 2A는 제작 중에 대기 및 약액에 노출되는 공정, 그리고 에칭 공정(소위 MML 공정)을 거쳐도 양호한 소자 특성을 나타내고, 특히 디바이스 1A는 진공 일관 공정으로 제작한 디바이스 1B와 동등한 양호한 디바이스 특성을 나타내는 것을 알 수 있었다. 즉 디바이스 1A는 대기 및 약액에 노출되는 공정, 그리고 에칭 공정에 대한 내성이 높은 것을 알 수 있었다.
한편, 리튬이 확산되기 쉬운 층(mPPhen2P)이 리튬(Li)을 포함한 층과 접하여 제공된, MML 공정으로 제작된 디바이스 3A는, 진공 일관 공정으로 제작된 디바이스 3B보다 전압이 증가되고 전류 효율이 저하되었다. 디바이스 3A는 Li을 포함한 층과 리튬이 확산되기 쉬운 층(mPPhen2P)이 접하는 구성을 2개 이상 갖고, Li을 포함한 층과 리튬이 확산되기 쉬운 층(mPPhen2P)이 접하는 구성을 하나 갖는 디바이스 2A보다 전압이 증가되기 쉽고, 전류 효율이 크게 저하되는 것을 알 수 있었다.
각 디바이스의 제 1 전자 수송층 및 제 2 전자 수송층에 사용한 유기 화합물의 유리 전이 온도(Tg)를 시차 주사 열량 측정(DSC 측정)을 사용하여 측정하였다. DSC 측정에는 Pyris1DSC(PerkinElmer, Inc. 제조)를 사용하였다. DSC 측정에서는, 40℃/min의 승온(昇溫) 속도로 -10℃에서 300℃까지 승온한 후, 같은 온도에서 1분 유지한 다음, 40℃/min의 강온(降溫) 속도로 -10℃까지 냉각하는 조작을 2번 연속으로 수행하였다. DSC 측정의 결과, mPPhen2P의 유리 전이 온도는 135℃고, 2mPCCzPDBq의 유리 전이 온도는 160℃인 것을 알 수 있었다. 2mPCCzPDBq는 mPPhen2P보다 유리 전이 온도가 25℃ 높고, 내열성이 높은 것을 알 수 있었다.
또한 각 디바이스의 제 1 전자 수송층 및 제 2 전자 수송층에 사용한 유기 화합물의 LUMO 준위를 측정하였다. LUMO 준위는 전기 화학 애널라이저(BAS Inc. 제조, ALS 모델 600A 또는 600C)를 사용하여 측정하고, 사이클릭 볼타메트리(CV) 측정에 의하여 얻어진 산화 전위 및 환원 전위로부터 산출하였다. CV 측정의 결과, mPPhen2P의 LUMO 준위는 -2.71eV이고, 2mPCCzPDBq의 LUMO 준위는 -2.98eV인 것을 알 수 있었다. 2mPCCzPDBq는 mPPhen2P보다 LUMO 준위가 0.27eV 낮은 것을 알 수 있었다.
각 유기 화합물의 가시광 영역에서의 굴절률을 측정하였다. 측정은 분광 엘립소미터(J.A. Woollam Japan Corp. 제조, M-2000U)를 사용하여 수행하였다. 측정용 시료로서는 석영 기판 위에 각 유기 화합물을 진공 증착법에 의하여 두께 약 50nm가 되도록 성막한 막을 사용하였다. 파장이 633nm일 때의 정상 굴절률은 mPPhen2P에서 1.80이고, 2mPCCzPDBq에서 1.88이었다. 2mPCCzPDBq는 mPPhen2P보다 굴절률이 0.08 높은 것을 알 수 있었다.
또한 mPPhen2P는 페난트롤린 골격(질소의 수가 2개이며 헤테로 방향족 고리를 구성하는 고리의 수가 3개)을 갖고, 2mPCCzPDBq는 다이벤조퀴녹살린 골격(질소의 수가 2개이며 헤테로 방향족 고리를 구성하는 고리의 수가 4개)을 갖는다. 즉 2mPCCzPDBq는 2개의 질소 원자를 포함한 다환식 헤테로 방향족 고리를 갖고, mPPhen2P보다 헤테로 방향족 고리를 구성하는 고리의 수가 많다. 또한 각 유기 화합물의 분자량은 mPPhen2P에서 586.68이고, 2mPCCzPDBq에서 712.84이다. 2mPCCzPDBq는 mPPhen2P보다 분자량이 크다.
따라서 중간층에 Li을 포함한 층을 제공하는 경우, Li을 포함한 상기 층과 접하는 층에 포함되는 유기 화합물은 Li을 포함한 층에 포함되는 유기 화합물보다 분자량이 크거나, LUMO 준위가 낮거나, 굴절률이 높거나, 유리 전이 온도(Tg)가 높은 것이 바람직하다. 또한 Li을 포함한 층과 접하는 층에 포함되는 유기 화합물은 질소 함유 다환식 헤테로 방향족 고리를 갖고, 구성하는 고리의 수가 많은 것이 바람직하다.
구체적으로는, Li을 포함한 층에 페난트롤린 골격을 갖는 유기 화합물을 사용한 경우, Li을 포함한 상기 층과 접하는 층에 페난트롤린보다 분자량이 크거나, LUMO 준위가 낮거나, 굴절률이 높거나, 유리 전이 온도(Tg)가 높은 유기 화합물을 사용하는 것이 좋다.
상술한 내용으로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 일 형태를 사용함으로써, 대기 및 약액에 노출되는 공정, 그리고 에칭 공정에 대한 내성이 높고, 양호한 디바이스 특성을 나타내는 발광 디바이스를 제공할 수 있다.
<신뢰성 시험 결과>
상기 디바이스 1A, 디바이스 2A, 및 디바이스 3A에 대하여 신뢰성 시험을 수행하였다. 도 30에는, 발광을 시작한 시점의 휘도를 100%로 가정하여, 50mA/cm2의 정전류 밀도에서 구동시킨 경우의 시간에 따른 휘도(%)의 변화를 나타내었다.
또한 도 30에 따르면, 본 발명의 일 형태를 사용하여 제작한 각 디바이스에서는, 측정 휘도가 초기 휘도의 80%로 저하될 때까지의 시간인 LT80(h)는 약 140시간이었다.
도 30으로부터, 디바이스 1A, 디바이스 2A, 및 디바이스 3A는 제작 중에 대기 및 약액에 노출되는 공정, 그리고 에칭 공정(소위 MML 공정)을 거쳐도 신뢰성이 높은 소자 특성을 갖는 것을 알 수 있었다.
따라서 디바이스 1A는 대기 및 약액에 노출되는 공정, 그리고 에칭 공정에 대한 내성이 높은 것을 알 수 있었다. 즉 본 발명의 일 형태를 사용함으로써, 대기 및 약액에 노출되는 공정, 그리고 에칭 공정을 거쳐도 소자 특성이 양호한 디바이스를 제작할 수 있는 것을 알 수 있었다.
(실시예 2)
본 실시예에서는, 실시형태에서 설명한 본 발명의 일 형태의 디바이스 4A, 디바이스 5A, 그리고 비교를 위한 디바이스 6A, 디바이스 7A를 MML 공정으로 제작하고, 이들의 특성을 평가한 결과에 대하여 설명한다. 또한 참고를 위하여, 이들 디바이스와 같은 재료를 사용하여 진공 일관 공정으로 디바이스 4B, 디바이스 5B, 디바이스 6B, 및 디바이스 7B를 제작하였다.
디바이스 4A, 디바이스 5A, 디바이스 6A, 및 디바이스 7A에 사용한 유기 화합물의 구조식을 이하에 나타낸다.
[화학식 5]
또한 도 22에 나타낸 바와 같이, 각 디바이스(디바이스 4A, 디바이스 5A, 디바이스 6A, 디바이스 7A, 디바이스 4B, 디바이스 5B, 디바이스 6B, 및 디바이스 7B)는 유리 기판(900) 위에 형성된 제 1 전극(901) 위에, 제 1 EL층(903), 중간층(905), 제 2 EL층(904), 제 2 전극(902)이 적층된 탠덤 구조를 갖는다.
제 1 EL층(903)은 정공 주입층(910), 제 1 정공 수송층(911), 제 1 발광층(912), 및 제 1 전자 수송층(913)이 순차적으로 적층된 구조를 갖는다. 중간층(905)은 전자 주입 버퍼 영역(914)과, 전자 릴레이 영역 및 전하 발생 영역을 갖는 층(915)을 포함한다. 또한 제 2 EL층(904)은 제 2 정공 수송층(916), 제 2 발광층(917), 제 2 전자 수송층(918), 및 전자 주입층(919)이 순차적으로 적층된 구조를 갖는다.
<각 디바이스의 제작 방법>
이하에서는 디바이스 4A, 디바이스 5A, 디바이스 6A, 디바이스 7A, 디바이스 4B, 디바이스 5B, 디바이스 6B, 및 디바이스 7B의 제작 방법에 대하여 설명한다.
<<디바이스 4A의 제작 방법>>
먼저, 유리 기판(900) 위에 반사 전극으로서 은(Ag), 팔라듐(Pd), 구리(Cu)를 포함한 합금(약칭: APC)을 스퍼터링법에 의하여 두께 100nm가 되도록 성막한 후, 투명 전극으로서 산화 실리콘을 포함한 인듐 주석 산화물(ITSO)을 스퍼터링법에 의하여 두께 100nm가 되도록 성막함으로써 제 1 전극(901)을 형성하였다. 또한 그 전극 면적은 4mm2(2mm×2mm)로 하였다. 또한 상기 반사 전극과 투명 전극을 합쳐서 제 1 전극(901)으로 간주할 수 있다.
다음으로, 제 1 EL층(903)을 제공하였다. 먼저, 기판 위에 디바이스 1A를 형성하기 위한 전처리로서 기판 표면을 물로 세정하고, 200℃에서 1시간 소성하였다. 그 후, 1×10-4Pa 정도까지 내부가 감압된 진공 증착 장치에 기판을 도입하고, 진공 증착 장치 내의 가열실에 있어서 170℃에서 30분 동안 진공 소성을 수행하였다. 그 후, 30분 정도 자연 냉각시켰다.
다음으로, 제 1 전극(901)이 형성된 면이 아래쪽을 향하도록, 제 1 전극(901)이 형성된 기판을 진공 증착 장치 내에 제공된 기판 홀더에 고정하고, 제 1 전극(901) 위에, 저항 가열을 사용한 증착법에 의하여 N-(바이페닐-4-일)-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: PCBBiF)과, 분자량이 672이고 플루오린을 포함하는 전자 억셉터 재료(OCHD-003)를 중량비 PCBBiF:OCHD-003=1:0.03에서 두께 10nm가 되도록 공증착함으로써 정공 주입층(910)을 형성하였다.
다음으로, 정공 주입층(910) 위에 PCBBiF를 두께 60nm가 되도록 증착함으로써 제 1 정공 수송층(911)을 형성하였다.
다음으로, 제 1 정공 수송층(911) 위에 제 1 발광층(912)을 형성하였다. 저항 가열을 사용한 증착법에 의하여, 4,8-비스[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]-[1]벤조퓨로[3,2-d]피리미딘(약칭: 4,8mDBtP2Bfpm)과, 9-(2-나프틸)-9'-페닐-9H,9'H-3,3'-바이카바졸(약칭: βNCCP)과, [2-d3-메틸-(2-피리딘일-κN)벤조퓨로[2,3-b]피리딘-κC]비스[2-(2-피리딘일-κN)페닐-κC]이리듐(III)(약칭: Ir(ppy)2(mbfpypy-d3))을 중량비 4,8mDBtP2Bfpm:βNCCP:Ir(ppy)2(mbfpypy-d3)=5:5:1에서 두께 40nm가 되도록 공증착함으로써 제 1 발광층(912)을 형성하였다.
다음으로, 제 1 발광층(912) 위에 2-{3-[3-(N-페닐-9H-카바졸-3-일)-9H-카바졸-9-일]페닐}다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mPCCzPDBq)을 두께 25nm가 되도록 증착함으로써 제 1 전자 수송층(913)을 형성하였다.
다음으로, 중간층(905)을 제공하였다. 먼저, 제 1 전자 수송층(913) 위에 저항 가열을 사용한 증착법에 의하여, 2,2'-(1,3-페닐렌)비스(9-페닐-1,10-페난트롤린)(약칭: mPPhen2P)과 산화 리튬(Li2O)을 중량비 mPPhen2P:Li2O=1:0.01에서 두께 5nm가 되도록 공증착함으로써 전자 주입 버퍼 영역(914)이 되는 층을 형성하였다.
이어서, 전자 릴레이 영역으로서 구리 프탈로사이아닌(약칭: CuPc)을 두께 2nm가 되도록 성막하였다. 다음으로, 전하 발생 영역으로서 저항 가열을 사용한 증착법에 의하여 N-(바이페닐-4-일)-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: PCBBiF)과, 분자량이 672이고 플루오린을 포함하는 전자 억셉터 재료(OCHD-003)를 중량비 PCBBiF:OCHD-003=1:0.3에서 두께 10nm가 되도록 공증착함으로써 전자 릴레이 영역 및 전하 발생 영역을 포함한 층(915)을 형성하였다.
다음으로, 제 2 EL층(904)을 제공하였다. 먼저, PCBBiF를 두께 40nm가 되도록 증착함으로써 제 2 정공 수송층(916)을 형성하였다.
다음으로, 저항 가열을 사용한 증착법에 의하여, 4,8mDBtP2Bfpm과, βNCCP와, Ir(ppy)2(mbfpypy-d3)을 중량비 4,8mDBtP2Bfpm:βNCCP:Ir(ppy)2(mbfpypy-d3)=5:5:1에서 두께 40nm가 되도록 공증착함으로써 제 2 발광층(917)을 형성하였다.
다음으로, 제 2 발광층(917) 위에 2mPCCzPDBq를 두께 20nm가 되도록 증착한 후, mPPhen2P를 두께 20nm가 되도록 증착함으로써 제 2 전자 수송층(918)을 형성하였다.
여기서, 대기에 노출시킨 후, 산화 알루미늄(약칭: AlOx)막을 ALD법에 의하여 두께 30nm가 되도록 성막하였다. 그 후, 인듐, 갈륨, 아연, 산소를 포함한 산화물(약칭: IGZO)을 스퍼터링법에 의하여 두께 30nm가 되도록 성막하였다. 그 후, 포토레지스트를 사용하여 레지스트를 형성하고, 리소그래피법에 의하여 상기 IGZO를 소정의 형상으로 가공하였다.
다음으로, 상기 IGZO를 마스크로서 사용하여 산화 알루미늄, 제 1 EL층(903), 중간층(905), 제 2 정공 수송층(916), 제 2 발광층(917), 및 제 2 전자 수송층(918)으로 이루어진 적층 구조를 소정의 형상으로 가공한 후, IGZO 및 산화 알루미늄막을 제거하였다. 상기 IGZO 및 산화 알루미늄막은 산성의 약액을 사용한 웨트 에칭에 의하여 제거하였다. 또한 소정의 형상으로서는, 제 1 전극(901)의 단부로부터 3.5μm 떨어진 위치에 폭이 3μm인 슬릿을 형성하였다. 이에 의하여, 제 1 EL층(903)의 측면, 중간층(905)의 측면, 제 2 정공 수송층(916)의 측면, 제 2 발광층(917)의 측면, 및 제 2 전자 수송층(918)의 측면이 실질적으로 정렬된다.
이어서, 진공하에 있어서 110℃에서 가열 처리를 1시간 수행하였다. 상기 가열 처리에 의하여, 상술한 가공 처리 또는 대기 노출 등에 의하여 부착된 수분 등을 제거할 수 있다.
다음으로, 제 2 전자 수송층(918) 위에 플루오린화 리튬(LiF)과 이터븀(Yb)을 체적비 LiF:Yb=2:1에서 두께 1.5nm가 되도록 공증착함으로써 전자 주입층(919)을 형성하였다.
다음으로, 전자 주입층(919) 위에 Ag과 Mg을 체적비 Ag:Mg=1:0.1에서 두께 15nm가 되도록 공증착함으로써 제 2 전극(902)을 형성하였다. 또한 제 2 전극(902)은 광을 반사하는 기능과 광을 투과시키는 기능을 갖는 반투과·반반사 전극이다.
그 후, 캡층으로서 4,4',4''-(벤젠-1,3,5-트라이일)트라이(다이벤조싸이오펜)(약칭: DBT3P-II)을 두께 70nm가 되도록 증착하였다.
상술한 공정을 통하여 디바이스 4A를 제작하였다.
<<디바이스 5A의 제작 방법>>
이어서, 디바이스 5A의 제작 방법에 대하여 설명한다. 디바이스 5A는 제 1 전자 수송층(913)의 구성이 디바이스 4A와 다르다.
즉 디바이스 5A에서는, 제 1 발광층(912) 위에 저항 가열을 사용한 증착법에 의하여 2mPCCzPDBq를 두께 10nm가 되도록 증착하였다. 그 후에, 저항 가열을 사용한 증착법에 의하여 2,2'-(2,2'-바이피리딘-6,6'-다이일)비스(4-페닐벤조[h]퀴나졸린)(약칭: 6,6'(P-Bqn)2BPy)을 두께 15nm가 되도록 증착함으로써 제 1 전자 수송층(913)을 형성하였다.
또한 다른 구성은 디바이스 4A와 같은 식으로 제작하였다.
<<디바이스 6A의 제작 방법>>
이어서, 디바이스 6A의 제작 방법에 대하여 설명한다. 디바이스 6A는 제 1 전자 수송층(913)의 구성이 디바이스 4A와 다르다.
즉 디바이스 6A에서는, 제 1 발광층(912) 위에 저항 가열을 사용한 증착법에 의하여 2mPCCzPDBq를 두께 10nm가 되도록 증착하였다. 그 후에, 저항 가열을 사용한 증착법에 의하여 2-[3-(2,6-다이메틸-3-피리딘일)-5-(9-페난트렌일)페닐]-4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진(약칭: mPn-mDMePyPTzn)을 두께 15nm가 되도록 증착함으로써 제 1 전자 수송층(913)을 형성하였다.
또한 다른 구성은 디바이스 4A와 같은 식으로 제작하였다.
<<디바이스 7A의 제작 방법>>
이어서, 디바이스 7A의 제작 방법에 대하여 설명한다. 디바이스 7A는 제 1 전자 수송층(913)의 구성이 디바이스 4A와 다르다.
즉 디바이스 7A에서는, 제 1 발광층(912) 위에 저항 가열을 사용한 증착법에 의하여 2mPCCzPDBq를 두께 10nm가 되도록 증착하였다. 그 후에, 저항 가열을 사용한 증착법에 의하여 2,4,6-트리스[3'-(피리딘-3-일)바이페닐-3-일]-1,3,5-트라이아진(약칭: TmPPPyTz)을 두께 15nm가 되도록 증착함으로써 제 1 전자 수송층(913)을 형성하였다.
또한 다른 구성은 디바이스 4A와 같은 식으로 제작하였다.
<<디바이스 4B 내지 디바이스 7B의 제작 방법>>
이어서, 디바이스 4B 내지 디바이스 7B의 제작 방법에 대하여 설명한다. 디바이스 4B, 디바이스 5B, 디바이스 6B, 및 디바이스 7B는 디바이스 4A, 디바이스 5A, 디바이스 6A, 및 디바이스 7A와 같은 재료를 사용하여 진공 일관 공정으로 제작하였다.
디바이스 4B, 디바이스 5B, 디바이스 6B, 및 디바이스 7B는 제 2 전자 수송층(918)을 형성하는 단계까지 각각 디바이스 4A, 디바이스 5A, 디바이스 6A, 및 디바이스 7A와 같은 식으로 제작하였다.
여기서, 대기에 노출시키지 않고 진공 상태를 유지하면서 제 2 전자 수송층(918) 위에 플루오린화 리튬(LiF)과 이터븀(Yb)을 체적비 LiF:Yb=2:1에서 두께 1.5nm가 되도록 공증착함으로써 전자 주입층(919)을 형성하였다.
다음으로, 대기에 노출시키지 않고, 전자 주입층(919) 위에 Ag과 Mg을 체적비 Ag:Mg=1:0.1에서 두께 15nm가 되도록 공증착함으로써 제 2 전극(902)을 형성하였다. 또한 제 2 전극(902)은 광을 반사하는 기능과 광을 투과시키는 기능을 갖는 반투과·반반사 전극이다.
그 후, 캡층으로서 4,4',4''-(벤젠-1,3,5-트라이일)트라이(다이벤조싸이오펜)(약칭: DBT3P-II)을 두께 70nm가 되도록 증착하였다.
상술한 공정을 통하여 디바이스 4B 내지 디바이스 7B를 제작하였다.
각 디바이스(디바이스 4A, 디바이스 5A, 디바이스 6A, 디바이스 7A, 디바이스 4B, 디바이스 5B, 디바이스 6B, 및 디바이스 7B)의 소자 구조를 아래의 표에 정리하였다.
[표 3]
이러한 식으로 각 디바이스를 제작하였다.
<디바이스의 특성>
각 디바이스를 질소 분위기의 글로브 박스 내에서 대기에 노출되지 않도록 유리 기판으로 밀봉하는 작업(실재를 소자의 주위에 도포하고, 밀봉 시에 UV 처리 및 80℃에서 1시간의 가열 처리를 수행함)을 수행한 후, 각 디바이스의 특성을 측정하였다.
각 디바이스의 전류 효율-휘도 특성을 도 31에, 휘도-전압 특성을 도 32에, 전류 효율-전류 밀도 특성을 도 33에, 전류 밀도-전압 특성을 도 34에, 휘도-전류 밀도 특성을 도 35에, 전류 밀도-전압 특성을 도 36에, 발광 스펙트럼을 도 37에 나타내었다.
또한 전류 밀도가 50mA/cm2일 때의 각 디바이스의 주요한 특성을 아래의 표에 나타낸다. 또한 휘도, CIE 색도, 발광 스펙트럼의 측정에는 분광 방사계(Topcon Technohouse Corporation 제조, SR-UL1R)를 사용하였다.
[표 4]
전류 밀도가 50mA/cm2일 때의 전압의 차이는 디바이스 4A와 디바이스 4B 사이에서는 0.97V이고 디바이스 5A와 디바이스 5B 사이에서는 1.38V로 차이가 작았지만, 비교를 위한 디바이스 6A와 디바이스 6B 사이에서는 2.21V이고 디바이스 7A와 디바이스 7B 사이에서는 1.99V로 차이가 컸다.
도 31 내지 도 36 및 표 4로부터, 디바이스 4A 및 디바이스 5A는 제작 중에 대기 및 약액에 노출되는 공정, 그리고 에칭 공정(소위 MML 공정)을 거쳐도 진공 일관 공정으로 제작한 디바이스와 구동 시의 전압의 차이가 작은 것을 알 수 있었다. 즉 디바이스 4A 및 디바이스 5A는 대기 및 약액에 노출되는 공정, 그리고 에칭 공정에 대한 내성이 높은 것을 알 수 있었다.
한편, 리튬이 확산되기 쉬운 층(mPn-mDMePyPTzn 또는 TmPPPyTz)이 Li을 포함한 층과 접하여 제공된, MML 공정으로 제작된 비교를 위한 디바이스 6A 및 디바이스 7A는, 진공 일관 공정으로 제작된 경우보다 전압이 대폭으로 증가되었다.
각 디바이스의 제 1 전자 수송층(913)에 사용한 유기 화합물의 유리 전이 온도(Tg)는 mPPhen2P에서 135℃고, 2mPCCzPDBq에서 160℃고, 6,6'(P-Bqn)2BPy에서 153℃고, mPn-mDMePyPTzn에서 120℃고, TmPPPyTz에서 83℃이었다. 2mPCCzPDBq 및 6,6'(P-Bqn)2BPy는 mPPhen2P보다 유리 전이 온도가 각각 25℃ 및 18℃ 높고, 내열성이 높은 것을 알 수 있었다. 한편, mPn-mDMePyPTzn 및 TmPPPyTz는 mPPhen2P보다 유리 전이 온도가 낮은 것을 알 수 있었다.
또한 각 유기 화합물의 LUMO 준위는 mPPhen2P에서 -2.71eV이고, 2mPCCzPDBq에서 -2.98eV이고, 6,6'(P-Bqn)2BPy에서 -2.92eV이고, mPn-mDMePyPTzn에서 -2.98eV이고, TmPPPyTz에서 -3.00eV이었다. 2mPCCzPDBq 및 6,6'(P-Bqn)2BPy는 mPPhen2P보다 LUMO 준위가 각각 0.27eV 및 0.21eV 낮은 것을 알 수 있었다.
또한 각 유기 화합물의 파장이 633nm일 때의 정상 굴절률은 mPPhen2P에서 1.80이고, 2mPCCzPDBq에서 1.88이고, 6,6'(P-Bqn)2BPy에서 1.84이고, mPn-mDMePyPTzn에서 1.74이고, TmPPPyTz에서 1.79이었다. 2mPCCzPDBq 및 6,6'(P-Bqn)2BPy는 mPPhen2P보다 굴절률이 각각 0.08 및 0.04 높은 것을 알 수 있었다. 한편, mPn-mDMePyPTzn 및 TmPPPyTz는 mPPhen2P보다 굴절률이 낮은 것을 알 수 있었다.
또한 mPPhen2P는 페난트롤린 골격(질소의 수가 2개이며 헤테로 방향족 고리를 구성하는 고리의 수가 3개)을 갖고, 2mPCCzPDBq는 다이벤조퀴녹살린 골격(질소의 수가 2개이며 헤테로 방향족 고리를 구성하는 고리의 수가 4개)을 갖고, 6,6'(P-Bqn)2BPy는 벤조퀴나졸린 골격(질소의 수가 2개이며 헤테로 방향족 고리를 구성하는 고리의 수가 3개)을 갖는다. 즉 2mPCCzPDBq 및 6,6'(P-Bqn)2BPy는 2개의 질소 원자를 포함한 다환식 헤테로 방향족 고리를 갖고, 헤테로 방향족 고리를 구성하는 고리의 수가 mPPhen2P와 동등하거나 그 이상이다. 한편, mPn-mDMePyPTzn 및 TmPPPyTz는 트라이아진 골격(질소의 수가 3개이며 헤테로 방향족 고리를 구성하는 고리의 수가 1개)과 피리딘 골격(질소의 수가 1개이며 헤테로 방향족 고리를 구성하는 고리의 수가 1개)을 갖고, 다환식 헤테로 방향족 고리를 갖지 않는다. 또한 각 유기 화합물의 분자량은 mPPhen2P에서 586.68이고, 2mPCCzPDBq에서 712.84이고, 6,6'(P-Bqn)2BPy에서 664.75이다. 2mPCCzPDBq 및 6,6'(P-Bqn)2BPy는 mPPhen2P보다 분자량이 크다.
따라서 중간층에 Li을 포함한 층을 제공하는 경우, Li을 포함한 상기 층과 접하는 층에 포함되는 유기 화합물은 Li을 포함한 층에 포함되는 유기 화합물보다 분자량이 크거나, LUMO 준위가 낮거나, 굴절률이 높거나, 유리 전이 온도(Tg)가 높은 것이 바람직하다. 또한 Li을 포함한 층과 접하는 층에 포함되는 유기 화합물은 질소 함유 다환식 헤테로 방향족 고리를 갖고, 구성하는 고리의 수가 많은 것이 바람직하다.
상술한 내용으로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 일 형태를 사용함으로써, 대기 및 약액에 노출되는 공정, 그리고 에칭 공정에 대한 내성이 높고, 양호한 디바이스 특성을 나타내는 발광 디바이스를 제공할 수 있다.
<신뢰성 시험 결과>
디바이스 4A, 디바이스 5A, 디바이스 6A, 및 디바이스 7A에 대하여 신뢰성 시험을 수행하였다. 도 38에는, 발광을 시작한 시점의 휘도를 100%로 가정하여, 50mA/cm2의 정전류 밀도에서 구동시킨 경우의 시간에 따른 휘도(%)의 변화를 나타내었다.
또한 도 38에 따르면, 본 발명의 일 형태를 사용하여 제작한 각 디바이스에서는, 측정 휘도가 초기 휘도의 90%로 저하될 때까지의 시간인 LT90(h)는 디바이스 4A에서 94시간, 디바이스 5A에서 119시간이므로, 이들 디바이스의 안정성이 높은 것을 알 수 있었다. 한편, 비교를 위한 디바이스 6A에서는 LT90이 132시간이지만 구동 초기의 휘도 상승이 크고, 디바이스 7A에서는 LT90이 7시간이고 휘도 열화 시간이 짧으므로, 이들 디바이스가 불안정한 것을 알 수 있었다.
따라서 본 발명의 일 형태를 사용함으로써, 대기 및 약액에 노출되는 공정, 그리고 에칭 공정을 거쳐도 신뢰성이 높은 디바이스를 제작할 수 있는 것을 알 수 있었다.
(실시예 3)
본 실시예에서는, 실시형태에서 설명한 본 발명의 일 형태의 디바이스 8A 및 비교를 위한 디바이스 9A를 MML 공정으로 제작하고, 이들의 특성을 평가한 결과에 대하여 설명한다. 또한 참고를 위하여, 이들 디바이스와 같은 재료를 사용하여 진공 일관 공정으로 디바이스 8B 및 디바이스 9B를 제작하였다.
디바이스 8A 및 디바이스 9A에 사용한 유기 화합물의 구조식을 이하에 나타낸다.
[화학식 6]
또한 도 22에 나타낸 바와 같이, 각 디바이스는 유리 기판(900) 위에 형성된 제 1 전극(901) 위에, 제 1 EL층(903), 중간층(905), 제 2 EL층(904), 제 2 전극(902)이 적층된 탠덤 구조를 갖는다.
제 1 EL층(903)은 정공 주입층(910), 제 1 정공 수송층(911), 제 1 발광층(912), 및 제 1 전자 수송층(913)이 순차적으로 적층된 구조를 갖는다. 중간층(905)은 전자 주입 버퍼 영역(914)과, 전자 릴레이 영역 및 전하 발생 영역을 갖는 층(915)을 포함한다. 또한 제 2 EL층(904)은 제 2 정공 수송층(916), 제 2 발광층(917), 및 제 2 전자 수송층(918), 및 전자 주입층(919)이 순차적으로 적층된 구조를 갖는다.
<각 디바이스의 제작 방법>
이하에서는 디바이스 8A, 디바이스 9A, 디바이스 8B, 및 디바이스 9B의 제작 방법에 대하여 설명한다.
<<디바이스 8A의 제작 방법>>
먼저, 유리 기판(900) 위에 반사 전극으로서 은(Ag), 팔라듐(Pd), 구리(Cu)를 포함한 합금(약칭: APC)을 스퍼터링법에 의하여 두께 100nm가 되도록 성막한 후, 투명 전극으로서 산화 실리콘을 포함한 인듐 주석 산화물(ITSO)을 스퍼터링법에 의하여 두께 100nm가 되도록 성막함으로써 제 1 전극(901)을 형성하였다. 또한 그 전극 면적은 4mm2(2mm×2mm)로 하였다. 또한 상기 반사 전극과 투명 전극을 합쳐서 제 1 전극(901)으로 간주할 수 있다.
다음으로, 제 1 EL층(903)을 제공하였다. 먼저, 기판 위에 디바이스 1A를 형성하기 위한 전처리로서 기판 표면을 물로 세정하고, 200℃에서 1시간 소성하였다. 그 후, 1×10-4Pa 정도까지 내부가 감압된 진공 증착 장치에 기판을 도입하고, 진공 증착 장치 내의 가열실에 있어서 170℃에서 30분 동안 진공 소성을 수행하였다. 그 후, 30분 정도 자연 냉각시켰다.
다음으로, 제 1 전극(901)이 형성된 면이 아래쪽을 향하도록, 제 1 전극(901)이 형성된 기판을 진공 증착 장치 내에 제공된 기판 홀더에 고정하고, 제 1 전극(901) 위에, 저항 가열을 사용한 증착법에 의하여 N-(바이페닐-4-일)-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: PCBBiF)과, 분자량이 672이고 플루오린을 포함하는 전자 억셉터 재료(OCHD-003)를 중량비 PCBBiF:OCHD-003=1:0.03에서 두께 10nm가 되도록 공증착함으로써 정공 주입층(910)을 형성하였다.
다음으로, 정공 주입층(910) 위에 PCBBiF를 두께 60nm가 되도록 증착함으로써 제 1 정공 수송층(911)을 형성하였다.
다음으로, 제 1 정공 수송층(911) 위에 제 1 발광층(912)을 형성하였다. 저항 가열을 사용한 증착법에 의하여, 8-(1,1':4',1''-터페닐-3-일)-4-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]-[1]벤조퓨로[3,2-d]피리미딘(약칭: 8mpTP-4mDBtPBfpm)과, 9-(2-나프틸)-9'-페닐-9H,9'H-3,3'-바이카바졸(약칭: βNCCP)과, [2-d3-메틸-8-(2-피리딘일-κN)벤조퓨로[2,3-b]피리딘-κC]비스[2-(5-d3-메틸-2-피리딘일-κN2)페닐-κC]이리듐(III)(약칭: Ir(5mppy-d3)2(mbfpypy-d3))을 중량비 8mpTP-4mDBtPBfpm:βNCCP:Ir(5mppy-d3)2(mbfpypy-d3)=5:5:1에서 두께 40nm가 되도록 공증착함으로써 제 1 발광층(912)을 형성하였다.
다음으로, 제 1 발광층(912) 위에 2-{3-[3-(N-페닐-9H-카바졸-3-일)-9H-카바졸-9-일]페닐}다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mPCCzPDBq)을 두께 25nm가 되도록 증착함으로써 제 1 전자 수송층(913)을 형성하였다.
다음으로, 중간층(905)을 제공하였다. 먼저, 제 1 전자 수송층(913) 위에 저항 가열을 사용한 증착법에 의하여, 2,2'-(1,3-페닐렌)비스(9-페닐-1,10-페난트롤린)(약칭: mPPhen2P)과 산화 리튬(Li2O)을 중량비 mPPhen2P:Li2O=1:0.01에서 두께 5nm가 되도록 공증착함으로써 전자 주입 버퍼 영역(914)이 되는 층을 형성하였다.
이어서, 전자 릴레이 영역으로서 구리 프탈로사이아닌(약칭: CuPc)을 두께 2nm가 되도록 성막하였다. 다음으로, 전하 발생 영역으로서 저항 가열을 사용한 증착법에 의하여 N-(바이페닐-4-일)-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: PCBBiF)과, 분자량이 672이고 플루오린을 포함하는 전자 억셉터 재료(OCHD-003)를 중량비 PCBBiF:OCHD-003=1:0.3에서 두께 10nm가 되도록 공증착함으로써 전자 릴레이 영역 및 전하 발생 영역을 포함한 층(915)을 형성하였다.
다음으로, 제 2 EL층(904)을 제공하였다. 먼저, PCBBiF를 두께 40nm가 되도록 증착함으로써 제 2 정공 수송층(916)을 형성하였다.
다음으로, 저항 가열을 사용한 증착법에 의하여, 8-(1,1':4',1''-터페닐-3-일)-4-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]-[1]벤조퓨로[3,2-d]피리미딘(약칭: 8mpTP-4mDBtPBfpm)과, 9-(2-나프틸)-9'-페닐-9H,9'H-3,3'-바이카바졸(약칭: βNCCP)과, [2-d3-메틸-8-(2-피리딘일-κN)벤조퓨로[2,3-b]피리딘-κC]비스[2-(5-d3-메틸-2-피리딘일-κN2)페닐-κC]이리듐(III)(약칭: Ir(5mppy-d3)2(mbfpypy-d3))을 중량비 8mpTP-4mDBtPBfpm:βNCCP:Ir(5mppy-d3)2(mbfpypy-d3)=5:5:1에서 두께 40nm가 되도록 공증착함으로써 제 2 발광층(917)을 형성하였다.
다음으로, 제 2 발광층(917) 위에 2mPCCzPDBq를 두께 20nm가 되도록 증착한 후, mPPhen2P를 두께 20nm가 되도록 증착함으로써 제 2 전자 수송층(918)을 형성하였다.
여기서, 대기에 노출시킨 후, 산화 알루미늄(약칭: AlOx)막을 ALD법에 의하여 두께 30nm가 되도록 성막하였다. 그 후, 인듐, 갈륨, 아연, 산소를 포함한 산화물(약칭: IGZO)을 스퍼터링법에 의하여 두께 30nm가 되도록 성막하였다. 그 후, 포토레지스트를 사용하여 레지스트를 형성하고, 리소그래피법에 의하여 상기 IGZO를 소정의 형상으로 가공하였다.
다음으로, 상기 IGZO를 마스크로서 사용하여 산화 알루미늄, 제 1 EL층(903), 중간층(905), 제 2 정공 수송층(916), 제 2 발광층(917), 및 제 2 전자 수송층(918)으로 이루어진 적층 구조를 소정의 형상으로 가공한 후, IGZO 및 산화 알루미늄막을 제거하였다. 상기 IGZO 및 산화 알루미늄막은 산성의 약액을 사용한 웨트 에칭에 의하여 제거하였다. 또한 소정의 형상으로서는, 제 1 전극(901)의 단부로부터 3.5μm 떨어진 위치에 폭이 3μm인 슬릿을 형성하였다. 이에 의하여, 제 1 EL층(903)의 측면, 중간층(905)의 측면, 제 2 정공 수송층(916)의 측면, 제 2 발광층(917)의 측면, 및 제 2 전자 수송층(918)의 측면이 실질적으로 정렬된다.
이어서, 진공하에 있어서 110℃에서 가열 처리를 1시간 수행하였다. 상기 가열 처리에 의하여, 상술한 가공 처리 또는 대기 노출 등에 의하여 부착된 수분 등을 제거할 수 있다.
다음으로, 제 2 전자 수송층(918) 위에 플루오린화 리튬(LiF)과 이터븀(Yb)을 체적비 LiF:Yb=2:1에서 두께 1.5nm가 되도록 공증착함으로써 전자 주입층(919)을 형성하였다.
다음으로, 전자 주입층(919) 위에 Ag과 Mg을 체적비 Ag:Mg=1:0.1에서 두께 15nm가 되도록 공증착함으로써 제 2 전극(902)을 형성하였다. 또한 제 2 전극(902)은 광을 반사하는 기능과 광을 투과시키는 기능을 갖는 반투과·반반사 전극이다.
그 후, 캡층으로서 4,4',4''-(벤젠-1,3,5-트라이일)트라이(다이벤조싸이오펜)(약칭: DBT3P-II)을 두께 70nm가 되도록 증착하였다.
상술한 공정을 통하여 디바이스 8A를 제작하였다.
<<디바이스 9A의 제작 방법>>
이어서, 디바이스 9A의 제작 방법에 대하여 설명한다. 디바이스 9A는 제 1 전자 수송층(913)의 구성이 디바이스 8A와 다르다.
즉 디바이스 9A에서는, 제 1 발광층(912) 위에 저항 가열을 사용한 증착법에 의하여 2mPCCzPDBq를 두께 10nm가 되도록 증착한 후, mPPhen2P를 두께 15nm가 되도록 증착함으로써 제 1 전자 수송층(913)을 형성하였다.
또한 다른 구성은 디바이스 8A와 같은 식으로 제작하였다.
<<디바이스 8B 및 디바이스 9B의 제작 방법>>
이어서, 디바이스 8B 및 디바이스 9B의 제작 방법에 대하여 설명한다. 디바이스 8B 및 디바이스 9B는 각각 디바이스 8A 및 디바이스 9A와 같은 재료를 사용하여 진공 일관 공정으로 제작하였다.
구체적으로는, 디바이스 8B 및 디바이스 9B는 제 2 전자 수송층(918)을 형성하는 단계까지 디바이스 8A 및 디바이스 9A와 같은 식으로 제작하였다.
여기서, 대기에 노출시키지 않고 진공 상태를 유지하면서 제 2 전자 수송층(918) 위에 플루오린화 리튬(LiF)과 이터븀(Yb)을 체적비 LiF:Yb=2:1에서 두께 1.5nm가 되도록 공증착함으로써 전자 주입층(919)을 형성하였다.
이어서, 대기에 노출시키지 않고, 전자 주입층(919) 위에 Ag과 Mg을 체적비 Ag:Mg=1:0.1에서 두께 15nm가 되도록 공증착함으로써 제 2 전극(902)을 형성하였다. 또한 제 2 전극(902)은 광을 반사하는 기능과 광을 투과시키는 기능을 갖는 반투과·반반사 전극이다.
그 후, 캡층으로서 4,4',4''-(벤젠-1,3,5-트라이일)트라이(다이벤조싸이오펜)(약칭: DBT3P-II)을 두께 70nm가 되도록 증착하였다.
상술한 공정을 통하여 디바이스 8B 및 디바이스 9B를 제작하였다.
각 디바이스(디바이스 8A, 디바이스 8B, 디바이스 9A, 및 디바이스 9B)의 소자 구조를 아래의 표에 정리하였다.
[표 5]
이러한 식으로 각 디바이스를 제작하였다.
<디바이스의 특성>
상기 각 디바이스를 질소 분위기의 글로브 박스 내에서 대기에 노출되지 않도록 유리 기판으로 밀봉하는 작업(실재를 소자의 주위에 도포하고, 밀봉 시에 UV 처리 및 80℃에서 1시간의 가열 처리를 수행함)을 수행한 후, 각 디바이스의 특성을 측정하였다.
각 디바이스의 휘도-전류 밀도 특성을 도 39에, 휘도-전압 특성을 도 40에, 전류 효율-전류 밀도 특성을 도 41에, 전류 밀도-전압 특성을 도 42에, 전계 발광 스펙트럼을 도 43에 나타내었다.
또한 전류 밀도가 50mA/cm2일 때의 각 디바이스의 주요한 특성을 아래의 표에 나타낸다. 또한 휘도, CIE 색도, 전계 발광 스펙트럼의 측정에는 분광 방사계(Topcon Technohouse Corporation 제조, SR-UL1R)를 사용하였다.
[표 6]
전류 밀도가 50mA/cm2일 때의 전압의 차이는 디바이스 8A와 디바이스 8B 사이에서는 거의 없었다. 한편, 디바이스 9A와 디바이스 9B 사이에서는 2.5V로 그 차이가 컸다.
도 39 내지 도 42 및 표 6으로부터, 디바이스 8A는 제작 중에 대기 및 약액에 노출되는 공정, 그리고 에칭 공정(소위 MML 공정)을 거쳐도 양호한 소자 특성을 나타내고, 진공 일관 공정으로 제작한 디바이스 8B와 동등한 양호한 디바이스 특성을 나타내는 것을 알 수 있었다. 따라서 본 발명의 일 형태의 디바이스 8A는 대기 및 약액에 노출되는 공정, 그리고 에칭 공정에 대한 내성이 높은 것을 알 수 있었다.
상술한 내용으로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 일 형태를 사용함으로써, 대기 및 약액에 노출되는 공정, 그리고 에칭 공정에 대한 내성이 높고, 양호한 디바이스 특성을 나타내는 발광 디바이스를 제공할 수 있다.
<신뢰성 시험 결과>
상기 디바이스 8A 및 디바이스 9A에 대하여 신뢰성 시험을 수행하였다. 도 44에는, 발광을 시작한 시점의 휘도를 100%로 가정하여, 50mA/cm2의 정전류 밀도에서 구동시킨 경우의 시간에 따른 휘도(%)의 변화를 나타내었다.
또한 도 44에 따르면, 본 발명의 일 형태를 사용하여 제작한 디바이스 8A에서는, 측정 휘도가 초기 휘도의 90%로 저하될 때까지의 시간인 LT90(h)는 110시간이었다. 또한 디바이스 9A의 LT90(h)는 87시간이었다.
도 44로부터, 디바이스 8A는 제작 중에 대기 및 약액에 노출되는 공정, 그리고 에칭 공정(소위 MML 공정)을 거쳐도 신뢰성이 높은 소자 특성을 갖는 것을 알 수 있었다. 즉 본 발명의 일 형태의 디바이스 8A는 대기 및 약액에 노출되는 공정, 그리고 에칭 공정에 대한 내성이 높은 것을 알 수 있었다.
따라서 본 발명의 일 형태를 사용함으로써, 대기 및 약액에 노출되는 공정, 그리고 에칭 공정을 거쳐도 신뢰성이 높은 디바이스를 제작할 수 있는 것을 알 수 있었다.
100A: 발광 장치
100B: 발광 장치
100C: 발광 장치
100H: 발광 장치
100: 발광 장치
101a: 제 1 전극
101b: 제 1 전극
101: 제 1 전극
102: 제 2 전극
103a: 유기 화합물층
103B: 유기 화합물층
103b: 유기 화합물층
103Bf: 유기 화합물막
103G: 유기 화합물층
103Gf: 유기 화합물막
103R: 유기 화합물층
103Rf: 유기 화합물막
103: 유기 화합물층
104: 공통층
110B: 부화소
110G: 부화소
110R: 부화소
110W: 부화소
110: 부화소
111a: 정공 주입층
111b: 정공 주입층
111: 정공 주입층
112_1: 제 1 정공 수송층
112_2: 제 2 정공 수송층
112a_1: 제 1 정공 수송층
112a_2: 제 2 정공 수송층
112B: 도전층
112b_1: 제 1 정공 수송층
112b_2: 제 2 정공 수송층
112R: 도전층
112: 정공 수송층
113_1: 제 1 발광층
113_2: 제 2 발광층
113a_1: 제 1 발광층
113a_2: 제 2 발광층
113b_1: 제 1 발광층
113b_2: 제 2 발광층
113: 발광층
114_1: 제 1 전자 수송층
114_2: 제 2 전자 수송층
114a_1: 제 1 전자 수송층
114a_2: 제 2 전자 수송층
114b_1: 제 1 전자 수송층
114b_2: 제 2 전자 수송층
114: 전자 수송층
115: 전자 주입층
116_1: 제 1 중간층
116_2: 제 2 중간층
116a: 중간층
116b: 중간층
116: 중간층
117a: P형층
117b: P형층
117: P형층
118a: 전자 릴레이층
118b: 전자 릴레이층
118: 전자 릴레이층
119a: N형층
119b: N형층
119: N형층
120: 기판
122: 수지층
124a: 화소
124b: 화소
125f: 무기 절연막
125: 무기 절연층
126B: 도전층
126R: 도전층
127a: 절연층
127f: 절연막
127: 절연층
128: 층
129B: 도전층
129R: 도전층
130a: 발광 디바이스
130B: 발광 디바이스
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
151_1: 도전층
151_2: 도전층
151_3: 도전층
151B: 도전층
151C: 도전층
151f: 도전막
151G: 도전층
151R: 도전층
151: 도전층
152_1: 도전층
152_2: 도전층
152_3: 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
158G: 희생층
158Gf: 희생막
158R: 희생층
158Rf: 희생막
158: 희생층
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
209: 트랜지스터
210: 트랜지스터
211: 절연층
213: 절연층
214: 절연층
215: 절연층
218: 절연층
221: 도전층
222a: 도전층
222b: 도전층
223: 도전층
224B: 도전층
224C: 도전층
224G: 도전층
224R: 도전층
225: 절연층
231i: 채널 형성 영역
231n: 저저항 영역
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
351: 기판
352: 기판
353: FPC
354: IC(집적 회로)
355: 배선
356: 회로
501a: 제 1 발광 유닛
501b: 제 1 발광 유닛
501: 제 1 발광 유닛
502a: 제 2 발광 유닛
502b: 제 2 발광 유닛
502: 제 2 발광 유닛
503: 제 3 발광 유닛
700A: 전자 기기
700B: 전자 기기
721: 하우징
723: 장착부
727: 이어폰부
750: 이어폰
751: 표시 패널
753: 광학 부재
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
900: 유리 기판
901: 제 1 전극
902: 제 2 전극
903: 제 1 EL층
904: 제 2 EL층
905: 중간층
910: 정공 주입층
911: 제 1 정공 수송층
912: 제 1 발광층
913: 제 1 전자 수송층
914: 전자 주입 버퍼 영역
915: 층
916: 제 2 정공 수송층
917: 제 2 발광층
918: 제 2 전자 수송층
919: 전자 주입층
6500: 전자 기기
6501: 하우징
6502: 표시부
6503: 전원 버튼
6504: 버튼
6505: 스피커
6506: 마이크로폰
6507: 카메라
6508: 광원
6510: 보호 부재
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 단말기
7400: 디지털 사이니지
7401: 기둥
7411: 정보 단말기
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 (23)

  1. 발광 디바이스로서,
    제 1 전극과 제 2 전극 사이에 제 1 EL층, 중간층, 및 제 2 EL층을 포함하고,
    상기 제 1 EL층은 상기 제 1 전극과 상기 중간층 사이에 있고,
    상기 제 2 EL층은 상기 제 2 전극과 상기 중간층 사이에 있고,
    상기 제 1 EL층의 측면, 상기 중간층의 측면, 및 상기 제 2 EL층의 측면이 정렬되거나 실질적으로 정렬되고,
    상기 제 1 EL층은 전자 수송성을 갖는 층을 포함하고,
    상기 중간층은 전자 수송성을 갖는 상기 층과 접하고,
    상기 중간층은 제 1 유기 화합물과 알칼리 금속 및 알칼리 금속의 화합물 중 한쪽을 포함하고,
    전자 수송성을 갖는 상기 층은 제 2 유기 화합물을 포함하고,
    상기 제 2 유기 화합물의 유리 전이 온도가 상기 제 1 유기 화합물의 유리 전이 온도보다 높은, 발광 디바이스.
  2. 발광 디바이스로서,
    제 1 전극과 제 2 전극 사이에 제 1 EL층, 중간층, 및 제 2 EL층을 포함하고,
    상기 제 1 EL층은 상기 제 1 전극과 상기 중간층 사이에 있고,
    상기 제 2 EL층은 상기 제 2 전극과 상기 중간층 사이에 있고,
    상기 제 1 EL층의 측면, 상기 중간층의 측면, 및 상기 제 2 EL층의 측면이 정렬되거나 실질적으로 정렬되고,
    상기 제 2 EL층은 제 1 층 및 전자 수송성을 갖는 층을 포함하고,
    상기 제 1 층은 전자 수송성을 갖는 상기 층과 상기 제 2 전극 사이에 있고,
    상기 제 1 층은 전자 수송성을 갖는 상기 층과 접하고,
    상기 제 1 층은 제 1 유기 화합물과 알칼리 금속 및 알칼리 금속의 화합물 중 한쪽을 포함하고,
    전자 수송성을 갖는 상기 층은 제 2 유기 화합물을 포함하고,
    상기 제 2 유기 화합물의 유리 전이 온도가 상기 제 1 유기 화합물의 유리 전이 온도보다 높은, 발광 디바이스.
  3. 발광 디바이스로서,
    제 1 전극과 제 2 전극 사이에 제 1 EL층, 중간층, 및 제 2 EL층을 포함하고,
    상기 제 1 EL층은 상기 제 1 전극과 상기 중간층 사이에 있고,
    상기 제 2 EL층은 상기 제 2 전극과 상기 중간층 사이에 있고,
    상기 제 1 EL층의 측면, 상기 중간층의 측면, 및 상기 제 2 EL층의 측면이 정렬되거나 실질적으로 정렬되고,
    상기 제 1 EL층은 전자 수송성을 갖는 제 1 층을 포함하고,
    상기 중간층은 전자 수송성을 갖는 상기 제 1 층과 접하고,
    상기 중간층은 제 1 유기 화합물과 알칼리 금속 및 알칼리 금속의 화합물 중 한쪽을 포함하고,
    전자 수송성을 갖는 상기 제 1 층은 제 2 유기 화합물을 포함하고,
    상기 제 2 유기 화합물의 유리 전이 온도가 상기 제 1 유기 화합물의 유리 전이 온도보다 높고,
    상기 제 2 EL층은 제 2 층 및 전자 수송성을 갖는 제 3 층을 포함하고,
    상기 제 2 층은 전자 수송성을 갖는 상기 제 3 층과 상기 제 2 전극 사이에 있고,
    상기 제 2 층은 전자 수송성을 갖는 상기 제 3 층과 접하고,
    상기 제 2 층은 제 3 유기 화합물과 알칼리 금속 및 알칼리 금속의 화합물 중 한쪽을 포함하고,
    전자 수송성을 갖는 상기 제 3 층은 제 4 유기 화합물을 포함하고,
    상기 제 4 유기 화합물의 유리 전이 온도가 상기 제 3 유기 화합물의 유리 전이 온도보다 높은, 발광 디바이스.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 4 유기 화합물의 유리 전이 온도는 상기 제 3 유기 화합물의 유리 전이 온도보다 15℃ 이상 높은, 발광 디바이스.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 유기 화합물의 유리 전이 온도는 상기 제 1 유기 화합물의 유리 전이 온도보다 15℃ 이상 높은, 발광 디바이스.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 4 유기 화합물의 굴절률이 상기 제 3 유기 화합물의 굴절률보다 높은, 발광 디바이스.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 유기 화합물의 굴절률이 상기 제 1 유기 화합물의 굴절률보다 높은, 발광 디바이스.
  8. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 3 유기 화합물은 제 1 헤테로 방향족 고리를 갖고,
    상기 제 4 유기 화합물은 제 1 다환식 헤테로 방향족 고리를 갖고,
    상기 제 1 다환식 헤테로 방향족 고리를 구성하는 고리의 수가 상기 제 1 헤테로 방향족 고리를 구성하는 고리의 수 이상인, 발광 디바이스.
  9. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 유기 화합물은 제 2 헤테로 방향족 고리를 갖고,
    상기 제 2 유기 화합물은 제 2 다환식 헤테로 방향족 고리를 갖고,
    상기 제 2 다환식 헤테로 방향족 고리를 구성하는 고리의 수가 상기 제 2 헤테로 방향족 고리를 구성하는 고리의 수 이상인, 발광 디바이스.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 헤테로 방향족 고리는 페난트롤린 골격을 갖는, 발광 디바이스.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 2 헤테로 방향족 고리는 페난트롤린 골격을 갖는, 발광 디바이스.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 다환식 헤테로 방향족 고리는 2개 이상의 질소를 포함하는, 발광 디바이스.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 2 다환식 헤테로 방향족 고리는 2개 이상의 질소를 포함하는, 발광 디바이스.
  14. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 4 유기 화합물의 LUMO(lowest unoccupied molecular orbital) 준위가 상기 제 3 유기 화합물의 LUMO 준위보다 0.2eV 이상 낮은, 발광 디바이스.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 유기 화합물의 LUMO 준위가 상기 제 1 유기 화합물의 LUMO 준위보다 0.2eV 이상 낮은, 발광 디바이스.
  16. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 유기 화합물의 유리 전이 온도는 상기 제 1 유기 화합물의 유리 전이 온도보다 15℃ 이상 높은, 발광 디바이스.
  17. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 2 유기 화합물의 유리 전이 온도는 상기 제 1 유기 화합물의 유리 전이 온도보다 15℃ 이상 높은, 발광 디바이스.
  18. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 유기 화합물의 굴절률이 상기 제 1 유기 화합물의 굴절률보다 높은, 발광 디바이스.
  19. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 유기 화합물은 제 1 헤테로 방향족 고리를 갖고,
    상기 제 2 유기 화합물은 제 1 다환식 헤테로 방향족 고리를 갖고,
    상기 제 1 다환식 헤테로 방향족 고리를 구성하는 고리의 수가 상기 제 1 헤테로 방향족 고리를 구성하는 고리의 수 이상인, 발광 디바이스.
  20. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 유기 화합물은 제 1 헤테로 방향족 고리를 갖고,
    상기 제 2 유기 화합물은 제 1 다환식 헤테로 방향족 고리를 갖고,
    상기 제 1 다환식 헤테로 방향족 고리를 구성하는 고리의 수가 상기 제 1 헤테로 방향족 고리를 구성하는 고리의 수 이상인, 발광 디바이스.
  21. 제 19 항에 있어서,
    상기 제 1 헤테로 방향족 고리는 페난트롤린 골격을 갖는, 발광 디바이스.
  22. 제 20 항에 있어서,
    상기 제 1 헤테로 방향족 고리는 페난트롤린 골격을 갖는, 발광 디바이스.
  23. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 유기 화합물의 LUMO 준위가 상기 제 1 유기 화합물의 LUMO 준위보다 0.2eV 이상 낮은, 발광 디바이스.
KR1020230099552A 2022-08-09 2023-07-31 발광 디바이스 KR20240021115A (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2018087625A1 (en) 2016-11-10 2018-05-17 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Display device and driving method of display device
JP2018201012A (ja) 2017-04-07 2018-12-20 株式会社半導体エネルギー研究所 発光素子、表示装置、電子機器、及び照明装置

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