KR20240037309A - 발광 장치 - Google Patents

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KR20240037309A
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노부하루 오사와
도시키 사사키
츠네노리 스즈키
나오아키 하시모토
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가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼
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Abstract

고정세 발광 장치에서 블루 인덱스가 양호한 청색 발광을 나타내는 발광 장치를 제공한다. 화소 전극 A와, 상기 화소 전극 A에 인접하여 배치된 화소 전극 B와, 공통 전극과, 상기 화소 전극 A와 상기 공통 전극에 끼워진 EL층 A와, 상기 화소 전극 B와 상기 공통 전극에 끼워진 EL층 B와, 상기 공통 전극과 상기 EL층 A 및 상기 EL층 B 사이에 위치하는 절연층을 포함하고, 상기 절연층은 상기 화소 전극 A와 중첩되어 제공된 개구부 A와, 상기 화소 전극 B와 중첩되어 제공된 개구부 B를 포함하고, 상기 EL층 A는 발광층 A를 포함하고, 상기 발광층 A는 발광 물질 A를 포함하고, 상기 발광 물질 A는 청색 발광을 나타내고, 상기 EL층 A는 상기 화소 전극 A에 접하고, 상기 EL층 B는 상기 화소 전극 B에 접하고, 상기 EL층 A는 상기 개구부 A를 통하여 상기 공통 전극과 접하고, 상기 EL층 B는 상기 개구부 B를 통하여 상기 공통 전극과 접하는 발광 장치를 제공한다.

Description

발광 장치
본 발명의 일 형태는 유기 화합물, 발광 디바이스, 디스플레이 모듈, 조명 모듈, 표시 장치, 발광 장치, 전자 기기, 조명 장치, 및 전자 디바이스에 관한 것이다. 또한 본 발명의 일 형태는 상기 기술분야에 한정되지 않는다. 본 명세서 등에서 개시(開示)하는 발명의 일 형태의 기술분야는 물건, 방법, 또는 제조 방법에 관한 것이다. 또는 본 발명의 일 형태는 공정(process), 기계(machine), 제품(manufacture), 또는 조성물(composition of matter)에 관한 것이다. 그러므로 더 구체적으로 본 명세서에서 개시하는 본 발명의 일 형태의 기술분야로서는 반도체 장치, 표시 장치, 액정 표시 장치, 발광 장치, 조명 장치, 축전 장치, 기억 장치, 촬상 장치, 이들의 구동 방법, 또는 이들의 제조 방법을 일례로서 들 수 있다.
유기 화합물을 사용한 일렉트로루미네선스(EL: Electroluminescence)를 이용하는 발광 디바이스(유기 EL 디바이스)의 실용화가 진행되고 있다. 이들 발광 디바이스의 기본적인 구성은 발광 재료를 포함한 유기 화합물층(EL층)을 한 쌍의 전극 사이에 끼운 것이다. 이 디바이스에 전압을 인가하여 캐리어를 주입하고, 상기 캐리어의 재결합 에너지를 이용함으로써, 발광 재료로부터의 발광을 얻을 수 있다.
이러한 발광 디바이스는 자발광형이기 때문에, 디스플레이의 화소로서 사용하면 액정보다 시인성이 높고, 액정과 달리 백라이트가 불필요하다는 등의 장점이 있어, 플랫 패널 디스플레이에는 특히 적합하다. 또한 이러한 발광 디바이스를 사용한 디스플레이는 얇고 가볍게 제작할 수 있다는 것도 큰 장점이다. 또한 응답 속도가 매우 빠르다는 것도 특징 중 하나이다.
또한 이들 발광 디바이스는 발광층을 이차원으로 연속하여 형성할 수 있기 때문에, 면발광을 얻을 수 있다. 이것은 백열전구 또는 LED로 대표되는 점광원, 또는 형광등으로 대표되는 선광원으로는 얻기 어려운 특색이기 때문에, 조명 등에 응용할 수 있는 면광원으로서의 이용 가치도 높다.
이와 같이 발광 디바이스를 사용한 발광 장치는 다양한 전자 기기에 적합하지만, 특성이 더 양호한 발광 디바이스를 위하여 연구 개발이 진행되고 있다.
유기 EL 디바이스를 사용한 더 고정세(高精細)의 발광 장치를 얻기 위하여, 메탈 마스크를 사용한 증착법 대신에 포토레지스트 등을 사용한 포토리소그래피법에 의한 유기층의 패터닝이 연구되고 있다. 포토리소그래피법을 사용함으로써 EL층 사이의 간격이 수μm라는 고정세의 발광 장치를 얻을 수 있다(예를 들어 특허문헌 1 참조).
일본 공표특허공보 특표2018-521459호
EL층의 간격이 수μm라는 고정세 발광 장치에서는 화소 면적이 작기 때문에 화소 전극의 주변부의 구조에 기인하는 영향이 커지는 경향이 있다. 예를 들어 누설 전류에 의하여 의도치 않게 상이한 광로 길이의 마이크로캐비티 구조를 거쳐 사출된 발광이 화소 전극의 주변부에서 발생하면 발광 스펙트럼이 넓어져, 색 순도가 저하된다. 또한 그것은 마이크로캐비티 구조에서의 광로 길이가 원래 짧은 청색 발광 디바이스에 있어서 현저하고, 블루 인덱스가 크게 저하된다.
그러므로 본 발명의 일 형태에서는 고정세 발광 장치에 있어서, 블루 인덱스가 양호한 청색 발광을 나타내는 발광 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
따라서 본 발명의 일 형태에서는 화소 전극 A와, 상기 화소 전극 A에 인접하여 배치된 화소 전극 B와, 공통 전극과, 상기 화소 전극 A와 상기 공통 전극에 끼워진 EL층 A와, 상기 화소 전극 B 및 상기 공통 전극에 끼워진 EL층 B와, 상기 공통 전극과 상기 EL층 A 및 상기 EL층 B 사이에 위치하는 절연층을 포함하고, 상기 절연층은 상기 화소 전극 A와 중첩되어 제공된 개구부 A와, 상기 화소 전극 B와 중첩되어 제공된 개구부 B를 포함하고, 상기 EL층 A는 발광층 A를 포함하고, 상기 발광층 A는 발광 물질 A를 포함하고, 상기 발광 물질 A는 청색 발광을 나타내고, 상기 EL층 A는 상기 화소 전극 A에 접하고, 상기 EL층 B는 상기 화소 전극 B에 접하고, 상기 EL층 A는 상기 개구부 A를 통하여 상기 공통 전극과 접하고, 상기 EL층 B는 상기 개구부 B를 통하여 상기 공통 전극과 접하는 발광 장치이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성에 있어서, 상기 화소 전극 A의 단부는 상기 EL층 A로 덮여 있고, 상기 화소 전극 B의 단부는 상기 EL층 B로 덮여 있는 발광 장치이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성에 있어서, 상기 EL층 A의 단부는 상기 절연층으로 덮여 있고, 상기 EL층 B의 단부는 상기 절연층으로 덮여 있는 발광 장치이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 화소 전극 A와, 상기 화소 전극 A에 인접하여 배치된 화소 전극 B와, 공통 전극과, 상기 화소 전극 A와 상기 공통 전극에 끼워진 EL층 A와, 상기 화소 전극 B와 상기 공통 전극에 끼워진 EL층 B와, 상기 공통 전극과 상기 EL층 A 사이 및 상기 공통 전극과 상기 EL층 B 사이에 위치하는 절연층을 포함하고, 상기 절연층은 상기 화소 전극 A와 중첩되어 제공된 개구부 A와, 상기 화소 전극 B와 중첩되어 제공된 개구부 B를 포함하고, 상기 EL층 A는 발광층 A를 포함하는 제 1 EL층 A와, 상기 제 1 EL층 A와 상기 공통 전극 사이에 위치하는 제 2 EL층을 포함하고, 상기 EL층 B는 발광층 B를 포함하는 제 1 EL층 B와, 상기 제 1 EL층 B와 상기 공통 전극 사이에 위치하는 제 2 EL층을 포함하고, 상기 발광층 A는 발광 물질 A를 포함하고, 상기 발광 물질 A는 청색 발광을 나타내고, 상기 제 1 EL층 A는 상기 화소 전극 A에 접하고, 상기 제 1 EL층 B는 상기 화소 전극 B에 접하고, 상기 제 2 EL층 A는 상기 개구부 A를 통하여 상기 제 1 EL층 A와 접하고, 상기 제 2 EL층 B는 상기 개구부 B를 통하여 상기 제 1 EL층 B와 접하는 발광 장치이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성에 있어서, 상기 화소 전극 A 및 상기 화소 전극 B와 중첩되지 않는 영역에 있어서, 상기 제 2 EL층이 상기 절연층과 상기 공통 전극에 접하여 끼워져 있는 발광 장치이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성에 있어서, 상기 화소 전극 A의 단부는 상기 제 1 EL층 A로 덮여 있고, 상기 화소 전극 B의 단부는 상기 제 1 EL층 B로 덮여 있는 발광 장치이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성에 있어서, 상기 제 1 EL층 A의 단부는 상기 절연층으로 덮여 있고, 상기 제 1 EL층 B의 단부는 상기 절연층으로 덮여 있는 발광 장치이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성에 있어서, 상기 절연층이 유기 화합물을 포함하는 발광 장치이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성에 있어서, 상기 개구부 A 및 상기 개구부 B는 측면에 테이퍼 형상을 가지고, 상기 테이퍼각은 90° 미만인 발광 장치이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성에 있어서, 상기 화소 전극 A와 상기 화소 전극 B의 대향하는 단부의 간격은 0.5μm 이상 5μm 이하인 발광 장치이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성에 있어서, 상기 화소 전극 A와 EL층 A와 공통 전극이 접하여 중첩되는 부분의 면적이 5μm2 이상 15μm2 이하인 발광 장치이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성에 있어서, 상기 EL층 A가 상기 개구부 A로부터 나타내는 광의 발광 스펙트럼의 반치 폭이 20nm 이하인 발광 장치이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성에 있어서, 상기 발광 물질 A의 발광 스펙트럼의 반치 폭이 30nm 이하인 발광 장치이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상술한 것 중 어느 것에 기재된 발광 장치와, 센서와, 조작 버튼과, 스피커 또는 마이크로폰을 포함하는 전자 기기이다.
또한 본 명세서에서 발광 장치는, 발광 디바이스를 사용한 화상 표시 디바이스를 포함한다. 또한 발광 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) 방식에 의하여 발광 디바이스에 IC(집적 회로)가 직접 실장된 모듈도 발광 장치에 포함되는 경우가 있다. 또한 조명 기구 등은 발광 장치를 포함하는 경우가 있다.
본 발명의 일 형태에서는 고정세 발광 장치에 있어서, 블루 인덱스가 양호한 청색 발광을 나타내는 발광 장치를 제공할 수 있다.
또한 이 효과의 기재는 다른 효과의 존재를 방해하는 것이 아니다. 또한 본 발명의 일 형태는 이들 효과 모두를 반드시 가질 필요는 없다. 또한 이들 외의 효과는 명세서, 도면, 청구항 등의 기재에서 저절로 명백해지는 것이며 명세서, 도면, 청구항 등의 기재에서 이들 외의 효과를 추출할 수 있다.
도 1의 (A), (B), 및 (C)는 발광 디바이스의 개략도이다.
도 2의 (A), (B)는 발광 디바이스의 개략도이다.
도 3의 (A) 및 (B)는 액티브 매트릭스형 발광 장치를 나타낸 도면이다.
도 4의 (A) 및 (B)는 액티브 매트릭스형 발광 장치를 나타낸 도면이다.
도 5는 액티브 매트릭스형 발광 장치를 나타낸 도면이다.
도 6의 (A) 및 (B)는 패시브 매트릭스형 발광 장치를 나타낸 도면이다.
도 7의 (A) 내지 (D)는 표시 장치의 구성예를 나타낸 도면이다.
도 8의 (A) 내지 (F)는 표시 장치의 제작 방법의 예를 나타낸 도면이다.
도 9의 (A) 내지 (F)는 표시 장치의 제작 방법의 예를 나타낸 도면이다.
도 10의 (A) 및 (B)는 조명 장치를 나타낸 도면이다.
도 11의 (A), (B1), (B2), 및 (C)는 전자 기기를 나타낸 도면이다.
도 12의 (A), (B), 및 (C)는 전자 기기를 나타낸 도면이다.
도 13은 조명 장치를 나타낸 도면이다.
도 14는 조명 장치를 나타낸 도면이다.
도 15는 차량용 표시 장치 및 조명 장치를 나타낸 도면이다.
도 16의 (A) 및 (B)는 전자 기기를 나타낸 도면이다.
도 17의 (A), (B), 및 (C)는 전자 기기를 나타낸 도면이다.
도 18은 표시 장치의 구성예를 나타낸 도면이다.
도 19는 발광 디바이스 1, 발광 디바이스 2, 및 비교 발광 디바이스 1의 전류 효율-휘도 특성을 나타낸 도면이다.
도 20은 발광 디바이스 1, 발광 디바이스 2, 및 비교 발광 디바이스 1의 블루 인덱스-전류 밀도 특성을 나타낸 도면이다.
도 21은 발광 디바이스 1, 발광 디바이스 2, 및 비교 발광 디바이스 1의 발광 스펙트럼을 나타낸 도면이다.
도 22는 실시예에서의 2D 분광 방사계 측정 결과를 나타낸 것이다.
도 23은 실시예에서의 2D 분광 방사계 측정 결과를 나타낸 것이다.
도 24의 (A) 및 (B)는 2D 분광 방사계 측정에서의 EL 강도를 측정한 도면이다.
도 25의 (A) 및 (B)는 2D 분광 방사계 측정에서의 EL 강도를 측정한 도면이다.
도 26의 (A)는 실시예에서의 발광 디바이스를 설명하는 도면이고, 도 26의 (B)는 실시예에서의 발광 메커니즘을 설명하는 단면 STEM 이미지 및 2D 분광 방사계 화상을 설명하는 도면이다.
본 발명의 실시형태에 대하여 도면을 사용하여 이하에서 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 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 제작된 디바이스를 MML(메탈 마스크리스) 구조의 디바이스라고 부르는 경우가 있다.
(실시형태 1)
도 1의 (A)에 본 발명의 일 형태의 발광 장치에서의 발광 디바이스를 나타내었다. 상기 발광 디바이스는 한 쌍의 전극(화소 전극(양극)(101) 및 공통 전극(음극)(102)) 사이에 EL층(103)을 포함한다. EL층(103)은 화소 전극(101) 및 공통 전극(102)에 접하고, 화소 전극(101)과 공통 전극(102) 사이에 전압이 인가되고, 전류가 흐름으로써 발광한다. 본 발명의 일 형태의 발광 장치에는 이와 같은 발광 디바이스가 복수 제공되어 있다.
또한 도 1의 (B)에 나타낸 바와 같이 EL층(103)은 발광층을 포함하는 제 1 EL층(103(1))과, 제 1 EL층(103(1))과 공통 전극(102) 사이에 위치하고 제 1 EL층(103(1)) 및 공통 전극(102)에 접하는 제 2 EL층(103(2))으로 구성되어 있어도 좋다. 또한 제 2 EL층(103(2))으로서는 발광층보다 음극 측의 층(정공 차단층, 전자 수송층, 및 전자 주입층)을 적용할 수 있지만 그것이 전자 주입층인 것이 바람직하다.
각 발광 디바이스에서의 EL층(103)(EL층(103(2))이 제공되어 있는 경우에는 EL층(103(1)))은 적어도 하나의 방향에서 인접한 발광 디바이스와 분리되어 있다. 또한 EL층(103)(EL층(103(1)))은 도 1의 (A), (B)에 나타낸 바와 같이 화소 전극(101)의 적어도 한 쌍의 변을 덮어 제공되어도 좋고, 도 1의 (C)에 나타낸 바와 같이 EL층(103)(EL층(103(1)))의 단부가 화소 전극(101)의 단부보다 내측에 제공되어도 좋다.
또한 EL층(103)(EL층(103(2))이 제공되어 있는 경우에는 EL층(103(1)))의 적어도 한 쌍의 대향 단부는 유기 화합물을 포함하는 절연층(125)으로 덮여 있다. 절연층(125)에는 화소 전극(101)과 중첩되는 개구부(128)가 형성되어 있다.
공통 전극(102)은 개구부(128)에서 EL층(103)과 접한다(EL층(103(2))이 제공되어 있는 경우에는 EL층(103(2))과 접한다).
또한 EL층(103)(EL층(103(1)))과 절연층(125) 사이에 절연층(126)이 제공되어도 좋다. 절연층(126)은 무기 화합물을 포함하는 것이 바람직하고, 산화 알루미늄이면 더 바람직하다. 또한 EL층(103)(EL층(103(1)))은 상부에서는 2층 구조이고, 측면에서는 1층 구조이고, 상면이 측면보다 두꺼운 구조를 가지는 것이 바람직하다.
EL층(103)은 도 2의 (B)에 나타낸 바와 같은 적층 구조를 가지는 것이 바람직하고, 적어도 발광층(113)을 포함한다. 그 외에 정공 주입층(111), 정공 수송층(112), 발광층(113), 전자 수송층(114), 전자 주입층(115) 등을 포함하여도 좋다. 또한 이 외에 정공 차단층, 전자 차단층, 여기자 차단층, 중간층(전하 발생층) 등을 포함하여도 좋다. 또한 이들은 예시이며, 발광층(113) 이외는 제공되지 않아도 되고, 이 대신에 복수의 기능을 겸하는 층을 형성하여도 좋다.
발광층(113)은 발광 물질을 포함한다. 본 실시형태에서 상기 발광 물질이 청색 발광(발광 피크 파장이 440nm 이상 480nm 이하, 바람직하게는 455nm 이상 465nm 이하)을 나타내는 물질이면 그 효과가 현저하기 때문에 바람직하다. 상기 발광 물질로서 청색 발광 물질을 사용하는 경우, 그 발광 스펙트럼의 반치 폭이 30nm 이하인 것을 사용하는 것이 바람직하다.
도 2의 (A)는 도 1과는 상이한 구성을 가지는 발광 디바이스 구조를 나타낸 것이다. 도 2의 (A)에 나타낸 발광 디바이스는 도 1에 나타낸 발광 디바이스에서의 절연층(125)이 제공되지 않고, 화소 전극(101)의 단부를 덮는 절연층(129)이 형성되고, 절연층(129)에 제공된 개구부(128)를 통하여 EL층(103)과 화소 전극이 접한다. 또한 EL층(103)이 연속적으로 제공되고, 공통 전극(102)이 화소 전극보다 넓은 범위에서 EL층(103)의 상면에 접한다.
도 2의 (A)에 나타낸 바와 같은 구성을 가지는 발광 디바이스는 특히 화소 전극(양극)(101) 측에 위치하는 정공 주입층의 도전성이 높은 경우, 절연막의 개구부와 중첩되는 위치에 있는 공통 전극과의 사이에 전류가 흐를 뿐만 아니라 그 주변부에 위치하는 공통 전극과의 사이에도 의도치 않게 전류가 흐르는 경우가 있다. 상기 전류(누설 전류)에 의하여 여기된 광은 발광 위치가 상정된 위치와 다르기 때문에 일부의 광은 발광 디바이스 내부로부터 디바이스 외부로 사출할 때의 광로 길이가 상정된 파장 영역에서 벗어나는 경우가 있다.
또한 절연층(129)의 요철에 기인하여 공통 전극의 각도도 위치에 따라 변화하기 때문에 이와 같은 광이 발광 디바이스의 외부로 사출되기 쉬운 구성이 되어 있다.
이러한 이유로 도 2의 (A)에 나타낸 바와 같은 구성을 가지는 발광 디바이스는 발광 중에 상정된 파장의 광보다 파장이 긴 광이 혼재됨으로써, 발광 스펙트럼이 넓어지고, 또한 발광 피크가 장파장 측으로 시프트된다. 결과로서 색 순도가 저하되고, 특히 블루 인덱스가 현저하게 저하된다.
여기서 블루 인덱스(BI)란, 전류 효율(cd/A)을 y 색도로 더 나눈 값이고, 청색 발광의 발광 특성을 나타내는 지표 중 하나이다. 청색 발광은 y색도가 작을수록 색 순도가 높은 발광이 되는 경향이 있다. 색 순도가 높은 청색 발광은 휘도 성분이 작아도 넓은 범위의 청색을 표현할 수 있기 때문에, 색 순도가 높은 청색 발광을 사용함으로써, 청색을 표현하기 위하여 필요한 휘도가 저하하므로 소비 전력의 저감 효과가 얻어진다. 그러므로 청색 순도의 지표 중 하나인 y색도를 고려한 BI가 청색 발광의 효율을 나타내는 수단으로서 적합하게 사용되고, 발광 디바이스의 BI가 높을수록 디스플레이에 사용되는 청색 발광 디바이스로서의 효율이 양호하다고 할 수 있다.
한편으로 도 1의 (A) 내지 (C)에 나타낸 바와 같은 본 발명의 일 형태의 발광 디바이스는 공통 전극(102)이 절연층(126)의 개구부(128)를 통하여 EL층(103)(EL층(103(1)))과 중첩된다. 그러므로 공통 전극(102)의 주변부에 누설 전류가 흐르기 어렵고, 파장이 상이한 발광이 혼재되기 어려우므로 색 순도가 양호한 발광을 얻을 수 있고, 블루 인덱스가 양호한 발광 디바이스를 얻을 수 있다. 이와 같은 청색 발광 디바이스에서 개구부(128)로부터 얻어지는 광의 발광 스펙트럼의 반치 폭은 20nm 이하로 할 수 있다.
또한 이 현상은 발광 디바이스의 주변부(화소 전극과, EL층과, 공통 전극이 접하여 중첩되어 있는 부분의 주위)에서 발생하므로 고정세 발광 장치일수록 뚜렷하게 나타난다. 그러므로 본 발명의 일 형태의 구성은 특히 고정세 발광 장치에 있어서 매우 적합하다고 할 수 있다. 고정세 발광 장치란, 예를 들어 인접한 화소 전극들의 간격이 0.5μm 이상 5μm 이하, 바람직하게는 0.5μm 이상 1μm 이하 정도의 매우 좁은 간격으로 나란히 배치된 발광 장치가 해당한다. 또는 하나의 발광 디바이스에서의 발광 면적(화소 전극과 EL층, 공통 전극이 접하여 중첩되는(절연층을 사이에 끼우지 않고 중첩되는) 부분의 면적)이 5μm2 이상 15μm2 이하, 바람직하게는 5μm2 이상 10μm2 이하인 발광 장치가 해당한다.
또한 본 발명의 일 형태의 발광 디바이스는 인접한 발광 디바이스 사이에서 발생될 수 있는 누설 전류(가로 방향 누설 전류, 가로 누설 전류, 또는 래터랄(lateral) 누설 전류라고 하는 경우가 있음)를 저감할 수도 있다. 예를 들어 인접한 부화소 사이에서 정공 주입층을 공통적으로 사용하는 경우, 상기 정공 주입층에 기인하여 가로 누설 전류가 발생될 수 있다. 한편으로 본 발명의 일 형태의 발광 디바이스에서는 적어도 한쪽의 방향에 있어서 인접한 발광 디바이스와 EL층(103)(EL층(103(1)))이 분리되어 있으므로 가로 누설 전류는 실질적으로 발생하지 않거나, 가로 누설 전류를 매우 작게 할 수 있다.
또한 본 발명의 일 형태의 발광 디바이스는 도 3에 나타낸 발광 디바이스와 비교하여 상이한 패터닝 간에서의 정렬 정확도(alignment accuracy)에 대하여 넓은 마진을 가지고, 편차가 적은 표시 장치를 제공할 수 있다.
본 실시형태의 구성은 다른 구성과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시형태 2)
이어서 본 발명의 일 형태의 발광 디바이스의 다른 구조 및 재료의 예에 대하여 설명한다. 본 발명의 일 형태의 발광 디바이스는 상술한 바와 같이 화소 전극(양극)(101)과 공통 전극(음극)(102)의 한 쌍의 전극 사이에 복수의 층으로 이루어지는 EL층(103)을 포함하고, 상기 EL층(103)은 적어도 발광 재료와 제 1 유기 화합물(및 제 2 유기 화합물)을 포함하는 발광층(113)을 포함하고, 제 3 유기 화합물을 포함하는 정공 차단층을 포함하는 것이 바람직하다.
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 포함하는 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 성막되지만, 졸-겔법 등을 응용하여 제작되어도 좋다. 제작 방법의 예로서는, 산화 인듐에 대하여 1wt% 내지 20wt%의 산화 아연이 첨가된 타깃을 사용한 스퍼터링법에 의하여, 산화 인듐-산화 아연을 형성하는 방법 등이 있다. 또한 산화 인듐에 대하여 산화 텅스텐이 0.5wt% 내지 5wt%, 산화 아연이 0.1wt% 내지 1wt% 포함된 타깃을 사용한 스퍼터링법에 의하여, 산화 텅스텐 및 산화 아연이 포함된 산화 인듐(IWZO)을 형성할 수도 있다. 이 외에, 양극에 사용할 수 있는 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 사용할 수 있는 재료로서는 그래핀도 들 수 있다. 또한 후술하는 복합 재료를 EL층(103)에서의 양극과 접하는 층에 사용함으로써, 일함수에 상관없이 전극 재료를 선택할 수 있다.
EL층(103)은 적층 구조를 가지는 것이 바람직하지만, 상기 적층 구조는 특별히 한정되지 않고, 정공 주입층, 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층, 전자 주입층, 캐리어 차단층(정공 차단층, 전자 차단층), 여기자 차단층, 전하 발생층 등의 다양한 층 구조를 적용할 수 있다. 또한 이들 층 중 어느 것이 제공되지 않아도 된다. 본 실시형태에서는 도 2의 (B)에 나타낸 바와 같이 정공 주입층(111), 정공 수송층(112), 발광층(113), 정공 차단층, 전자 수송층(114), 및 전자 주입층(115)을 포함하는 구성에 대하여 이하에서 구체적으로 설명한다.
정공 주입층(111)은 억셉터성을 가지는 물질을 포함하는 층이다. 억셉터성을 가지는 물질로서는 유기 화합물 및 무기 화합물 중 어느 쪽이든 사용할 수 있다.
억셉터성을 가지는 물질로서는 전자 흡인기(할로젠기 또는 사이아노기)를 포함하는 화합물을 사용할 수 있고, 7,7,8,8-테트라사이아노-2,3,5,6-테트라플루오로퀴노다이메테인(약칭: F4-TCNQ), 클로라닐, 2,3,6,7,10,11-헥사사이아노-1,4,5,8,9,12-헥사아자트라이페닐렌(약칭: HAT-CN), 1,3,4,5,7,8-헥사플루오로테트라사이아노-나프토퀴노다이메테인(약칭: F6-TCNNQ), 2-(7-다이사이아노메틸렌-1,3,4,5,6,8,9,10-옥타플루오로-7H-피렌-2-일리덴)말로노나이트릴 등을 들 수 있다. 특히 HAT-CN과 같이 헤테로 원자를 복수로 포함하는 축합 방향족 고리에 전자 흡인기가 결합된 화합물은 열적으로 안정적이므로 바람직하다. 또한 전자 흡인기(특히 플루오로기와 같은 할로젠기 또는 사이아노기)를 포함하는 [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 가지는 물질로서는 상술한 유기 화합물 외에도 몰리브데넘 산화물 또는 바나듐 산화물, 루테늄 산화물, 텅스텐 산화물, 망가니즈 산화물 등을 사용할 수 있다. 이 외에, 프탈로사이아닌(약칭: H2Pc) 또는 구리 프탈로사이아닌(CuPc) 등의 프탈로사이아닌계의 착체 화합물, 4,4'-비스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: DPAB), N, N'-비스{4-[비스(3-메틸페닐)아미노]페닐}-N, N'-다이페닐-(1,1'-바이페닐)-4,4'-다이아민(약칭: DNTPD) 등의 방향족 아민 화합물, 또는 폴리(3, 4-에틸렌다이옥시싸이오펜)/폴리(스타이렌설폰산)(PEDOT/PSS) 등의 고분자 등을 사용하여 정공 주입층(111)을 형성할 수도 있다. 억셉터성을 가지는 물질은, 전계를 인가함으로써, 인접한 정공 수송층(또는 정공 수송 재료)으로부터 전자를 추출할 수 있다.
또한 억셉터성을 가지는 물질 중에서도, 억셉터성을 가지는 유기 화합물은 증착이 용이하여 성막하기 쉬우므로 사용하기 쉬운 재료이다.
또한 정공 주입층(111)으로서, 정공 수송성을 가지는 재료에 상기 억셉터성 물질을 함유시킨 복합 재료를 사용할 수도 있다. 또한 정공 수송성을 가지는 재료에 억셉터성 물질을 함유시킨 복합 재료를 사용함으로써, 일함수에 상관없이 전극을 형성하는 재료를 선택할 수 있다. 즉, 양극으로서 일함수가 큰 재료뿐만 아니라, 일함수가 작은 재료도 사용할 수 있다.
복합 재료에 사용하는 정공 수송성을 가지는 재료로서는 방향족 아민 화합물, 카바졸 유도체, 방향족 탄화수소, 고분자 화합물(올리고머, 덴드리머, 폴리머 등) 등, 각종 유기 화합물을 사용할 수 있다. 또한 복합 재료에 사용하는 정공 수송성을 가지는 재료는 1×10-6cm2/Vs 이상의 정공 이동도를 가지는 물질인 것이 바람직하다. 이하에서는, 복합 재료에서 정공 수송성을 가지는 재료로서 사용할 수 있는 유기 화합물을 구체적으로 열거한다.
복합 재료에 사용할 수 있는 방향족 아민 화합물로서는 N, N'-다이(p-톨릴)-N, N'-다이페닐-p-페닐렌다이아민(약칭: DTDPPA), 4,4'-비스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: DPAB), N, N'-비스{4-[비스(3-메틸페닐)아미노]페닐}-N, N'-다이페닐-(1,1'-바이페닐)-4,4'-다이아민(약칭: DNTPD), 1,3,5-트리스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]벤젠(약칭: DPA3B) 등을 들 수 있다. 카바졸 유도체로서는, 구체적으로 3-[N-(9-페닐카바졸-3-일)-N-페닐아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzPCA1), 3,6-비스[N-(9-페닐카바졸-3-일)-N-페닐아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzPCA2), 3-[N-(1-나프틸)-N-(9-페닐카바졸-3-일)아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzPCN1), 4,4'-다이(N-카바졸릴)바이페닐(약칭: CBP), 1,3, 5-트리스[4-(N-카바졸릴)페닐]벤젠(약칭: TCPB), 9-[4-(10-페닐-9-안트라센일)페닐]-9H-카바졸(약칭: CzPA), 1,4-비스[4-(N-카바졸릴)페닐]-2,3,5,6-테트라페닐벤젠 등을 사용할 수 있다. 방향족 탄화수소로서는, 예를 들어 2-tert-뷰틸-9,10-다이(2-나프틸)안트라센(약칭: t-BuDNA), 2-tert-뷰틸-9,10-다이(1-나프틸)안트라센, 9, 10-비스(3,5-다이페닐페닐)안트라센(약칭: DPPA), 2-tert-뷰틸-9,10-비스(4-페닐페닐)안트라센(약칭: t-BuDBA), 9,10-다이(2-나프틸)안트라센(약칭: DNA), 9,10-다이페닐안트라센(약칭: DPAnth), 2-tert-뷰틸안트라센(약칭: t-BuAnth), 9,10-비스(4-메틸-1-나프틸)안트라센(약칭: DMNA), 2-tert-뷰틸-9,10-비스[2-(1-나프틸)페닐]안트라센, 9,10-비스[2-(1-나프틸)페닐]안트라센, 2,3,6,7-테트라메틸-9,10-다이(1-나프틸)안트라센, 2,3,6,7-테트라메틸-9,10-다이(2-나프틸)안트라센, 9,9'-바이안트릴, 10,10'-다이페닐-9,9'-바이안트릴, 10,10'-비스(2-페닐페닐)-9,9'-바이안트릴, 10,10'-비스[(2,3,4,5,6-펜타페닐)페닐]-9,9'-바이안트릴, 안트라센, 테트라센, 루브렌, 페릴렌, 2,5,8,11-테트라(tert-뷰틸)페릴렌 등이 있다. 또한 이 외에 펜타센, 코로넨 등을 사용할 수도 있다. 또한 바이닐 골격을 포함하여도 좋다. 바이닐기를 포함하는 방향족 탄화수소로서는 예를 들어 4,4'-비스(2, 2-다이페닐바이닐)바이페닐(약칭: DPVBi), 9,10-비스[4-(2,2-다이페닐바이닐)페닐]안트라센(약칭: DPVPA) 등이 있다. 또한 본 발명의 일 형태의 유기 화합물을 사용할 수도 있다.
또한 폴리(N-바이닐카바졸)(약칭: PVK) 또는 폴리(4-바이닐트라이페닐아민)(약칭: PVTPA), 폴리[N-(4-{N'-[4-(4-다이페닐아미노)페닐]페닐-N'-페닐아미노}페닐)메타크릴아마이드](약칭: PTPDMA), 폴리[N, N'-비스(4-뷰틸페닐)-N, N'-비스(페닐)벤지딘](약칭: Poly-TPD) 등의 고분자 화합물을 사용할 수도 있다.
복합 재료에 사용되는 정공 수송성을 가지는 재료는 카바졸 골격, 다이벤조퓨란 골격, 다이벤조싸이오펜 골격, 및 안트라센 골격 중 어느 것을 포함하는 것이 더 바람직하다. 특히, 다이벤조퓨란 고리 또는 다이벤조싸이오펜 고리를 포함하는 치환기를 포함하는 방향족 아민, 나프탈렌 고리를 포함하는 방향족 모노아민, 또는 9-플루오렌일기가 아릴렌기를 통하여 아민의 질소와 결합되는 방향족 모노아민이어도 좋다. 또한 이들 유기 화합물이 N,N-비스(4-바이페닐)아미노기를 포함하는 물질이면, 수명이 양호한 발광 디바이스를 제작할 수 있기 때문에 바람직하다. 상술한 유기 화합물로서는 구체적으로 N-(4-바이페닐)-6,N-다이페닐벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란-8-아민(약칭: BnfABP), N,N-비스(4-바이페닐)-6-페닐벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란-8-아민(약칭: BBABnf), 4,4'-비스(6-페닐벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란-8-일)-4''-페닐트라이페닐아민(약칭: BnfBB1BP), N,N-비스(4-바이페닐)벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란-6-아민(약칭: BBABnf(6)), N,N-비스(4-바이페닐)벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란-8-아민(약칭: BBABnf(8)), N,N-비스(4-바이페닐)벤조[b]나프토[2,3-d]퓨란-4-아민(약칭: BBABnf(II)(4)), N,N-비스[4-(다이벤조퓨란-4-일)페닐]-4-아미노-p-터페닐(약칭: DBfBB1TP), N-[4-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]-N-페닐-4-바이페닐아민(약칭: ThBA1BP), 4-(2-나프틸)-4',4''-다이페닐트라이페닐아민(약칭: BBAβNB), 4-[4-(2-나프틸)페닐]-4',4''-다이페닐트라이페닐아민(약칭: BBAβNBi), 4,4'-다이페닐-4''-(6;1'-바이나프틸-2-일)트라이페닐아민(약칭: BBAαNβNB), 4,4'-다이페닐-4''-(7;1'-바이나프틸-2-일)트라이페닐아민(약칭: BBAαNβNB-03), 4,4'-다이페닐-4''-(7-페닐)나프틸-2-일트라이페닐아민(약칭: BBAPβNB-03), 4,4'-다이페닐-4''-(6;2'-바이나프틸-2-일)트라이페닐아민(약칭: BBA(βN2)B), 4,4'-다이페닐-4''-(7;2'-바이나프틸-2-일)트라이페닐아민(약칭: BBA(βN2)B-03), 4,4'-다이페닐-4''-(4;2'-바이나프틸-1-일)트라이페닐아민(약칭: BBAβNαNB), 4,4'-다이페닐-4''-(5;2'-바이나프틸-1-일)트라이페닐아민(약칭: BBAβNαNB-02), 4-(4-바이페닐릴)-4'-(2-나프틸)-4''-페닐트라이페닐아민(약칭: TPBiAβNB), 4-(3-바이페닐릴)-4'-[4-(2-나프틸)페닐]-4''-페닐트라이페닐아민(약칭: mTPBiAβNBi), 4-(4-바이페닐릴)-4'-[4-(2-나프틸)페닐]-4''-페닐트라이페닐아민(약칭: TPBiAβNBi), 4-페닐-4'-(1-나프틸)트라이페닐아민(약칭: αNBA1BP), 4,4'-비스(1-나프틸)트라이페닐아민(약칭: αNBB1BP), 4,4'-다이페닐-4''-[4'-(카바졸-9-일)바이페닐-4-일]트라이페닐아민(약칭: YGTBi1BP), 4'-[4-(3-페닐-9H-카바졸-9-일)페닐]트리스(1,1'-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(4-바이페닐릴)-9,9'-스파이로바이[9H-플루오렌]-2-아민(약칭: BBASF), N,N-비스(1,1'-바이페닐-4-일)-9,9'-스파이로바이[9H-플루오렌]-4-아민(약칭: BBASF(4)), N-(1,1'-바이페닐-2-일)-N-(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)-9,9'-스파이로바이[9H-플루오렌]-4-아민(약칭: oFBiSF), N-(4-바이페닐)-N-(다이벤조퓨란-4-일)-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-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]스파이로-9,9'-바이플루오렌-2-아민(약칭: PCBASF), N-(1,1'-바이페닐-4-일)-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: PCBBiF), N,N-비스(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)-9,9'-스파이로바이-9H-플루오렌-4-아민, N,N-비스(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)-9,9'-스파이로바이-9H-플루오렌-3-아민, N,N-비스(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)-9,9'-스파이로바이-9H-플루오렌-2-아민, N,N-비스(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)-9,9'-스파이로바이-9H-플루오렌-1-아민 등을 들 수 있다.
또한 복합 재료에 사용되는 정공 수송성을 가지는 재료는 HOMO 준위가 -5.7eV 이상 -5.4eV 이하로 비교적 깊은 물질인 것이 더 바람직하다. 복합 재료에 사용되는 정공 수송성을 가지는 재료의 HOMO 준위가 비교적 깊으면, 정공 수송층(112)에 정공을 주입하기 쉬워지고, 또한 수명이 긴 발광 디바이스를 얻기 쉬워진다. 또한 복합 재료에 사용되는 정공 수송성을 가지는 재료가 HOMO 준위가 비교적 깊은 물질이면, 정공의 유발이 적절히 억제되어 수명이 더 긴 발광 디바이스로 할 수 있다.
또한 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속의 플루오린화물을 상기 복합 재료에 더 혼합(상기 층 내의 플루오린 원자의 원자 비율은 20% 이상인 것이 바람직함)시킴으로써, 상기 층의 굴절률을 저감할 수 있다. 이와 같이 함으로써도 굴절률이 낮은 층을 EL층(103) 내부에 형성할 수 있어, 발광 디바이스의 외부 양자 효율을 향상시킬 수 있다.
정공 주입층(111)을 형성함으로써, 정공 주입성이 양호해져 구동 전압이 작은 발광 디바이스를 얻을 수 있다.
정공 수송층(112)은 정공 수송성을 가지는 재료를 포함하여 형성된다. 정공 수송성을 가지는 재료는 정공 이동도가 1×10-6cm2/Vs 이상인 것이 바람직하다.
상기 정공 수송성을 가지는 재료로서는 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: NPB), N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-다이페닐-[1,1'-바이페닐]-4,4'-다이아민(약칭: TPD), 4,4'-비스[N-(스파이로-9,9'-바이플루오렌-2-일)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: BSPB), 4-페닐-4'-(9-페닐플루오렌-9-일)트라이페닐아민(약칭: BPAFLP), 4-페닐-3'-(9-페닐플루오렌-9-일)트라이페닐아민(약칭: mBPAFLP), 4-페닐-4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBA1BP), 4,4'-다이페닐-4''-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBBi1BP), 4-(1-나프틸)-4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBANB), 4,4'-다이(1-나프틸)-4''-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBNBB), 9,9-다이메틸-N-페닐-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]플루오렌-2-아민(약칭: PCBAF), N-페닐-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]스파이로-9,9'-바이플루오렌-2-아민(약칭: PCBASF) 등의 방향족아민 골격을 포함하는 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(1,1'-바이페닐-3-일)-3,3'-바이-9H-카바졸(약칭: BismBPCz), 9-(1,1'-바이페닐-3-일)-9'-(1,1'-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 포함하는 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 포함하는 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 포함하는 화합물을 들 수 있다. 상술한 것 중에서도 방향족 아민 골격을 포함하는 화합물 또는 카바졸 골격을 포함하는 화합물은 신뢰성이 높고 정공 수송성이 높아 구동 전압의 저감에도 기여하기 때문에 바람직하다. 또한 정공 주입층(111)의 복합 재료에 사용되는 정공 수송성을 가지는 재료의 예로서 든 물질도 정공 수송층(112)을 구성하는 재료로서 적합하게 사용할 수 있다.
발광층(113)은 발광 물질과 제 1 유기 화합물을 포함하는 것이 바람직하다. 또한 제 2 유기 화합물을 더 포함하여도 좋다. 또한 발광층(113)은 그 외의 재료를 동시에 포함하여도 좋다. 또한 조성이 다른 2층의 적층이어도 좋다. 제 1 유기 화합물은 전자 수송성을 가지는 유기 화합물이고, 제 2 유기 화합물은 정공 수송성을 가지는 유기 화합물인 것이 바람직하다.
또한 발광 물질은 형광 물질이어도 좋고, 인광 물질이어도 좋고, 열 활성화 지연 형광(TADF)을 나타내는 물질이어도 좋다.
발광층(113)에서 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(1,1'-바이페닐-2-일)-2-안트릴]-N,9-다이페닐-9H-카바졸-3-아민(약칭: 2PCABPhA), N-(9,10-다이페닐-2-안트릴)-N,N',N'-트라이페닐-1,4-페닐렌다이아민(약칭: 2DPAPA), N-[9,10-비스(1,1'-바이페닐-2-일)-2-안트릴]-N,N',N'-트라이페닐-1,4-페닐렌다이아민(약칭: 2DPABPhA), 9,10-비스(1,1'-바이페닐-2-일)-N-[4-(9H-카바졸-9-일)페닐]-N-페닐안트라센-2-아민(약칭: 2YGABPhA), N,N,9-트라이페닐안트라센-9-아민(약칭: DPhAPhA), 쿠마린 545T, N,N'-다이페닐퀴나크리돈(약칭: DPQd), 루브렌, 5,12-비스(1,1'-바이페닐-4-일)-6,11-다이페닐테트라센(약칭: BPT), 2-(2-{2-[4-(다이메틸아미노)페닐]에텐일}-6-메틸-4H-피란-4-일리덴)프로페인다이나이트릴(약칭: DCM1), 2-{2-메틸-6-[2-(2, 3, 6, 7-테트라하이드로-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에텐일]-4H-피란-4-일리덴}프로페인다이나이트릴(약칭: DCM2), N,N,N',N'-테트라키스(4-메틸페닐)테트라센-5,11-다이아민(약칭: p-mPhTD), 7,14-다이페닐-N,N,N',N'-테트라키스(4-메틸페닐)아세나프토[1,2-a]플루오란텐-3,10-다이아민(약칭: p-mPhAFD), 2-{2-아이소프로필-6-[2-(1,1,7,7-테트라메틸-2,3,6,7-테트라하이드로-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에텐일]-4H-피란-4-일리덴}프로페인다이나이트릴(약칭: DCJTI), 2-{2-tert-뷰틸-6-[2-(1,1,7,7-테트라메틸-2,3,6,7-테트라하이드로-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에텐일]-4H-피란-4-일리덴}프로페인다이나이트릴(약칭: DCJTB), 2-(2,6-비스{2-[4-(다이메틸아미노)페닐]에텐일}-4H-피란-4-일리덴)프로페인다이나이트릴(약칭: BisDCM), 2-{2, 6-비스[2-(8-메톡시-1,1,7,7-테트라메틸-2, 3,6,7-테트라하이드로-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에텐일]-4H-피란-4-일리덴}프로페인다이나이트릴(약칭: BisDCJTM), 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, 또는 1,6BnfAPrn-03과 같은 피렌다이아민 화합물로 대표되는 축합 방향족 다이아민 화합물은 정공 트랩성이 높고, 발광 효율 또는 신뢰성이 우수하기 때문에 바람직하다.
발광층(113)에서 발광 물질로서 인광 발광 물질을 사용하는 경우, 사용할 수 있는 재료의 예로서는, 다음과 같은 것을 들 수 있다.
(다이아이소뷰티릴메타네이토)비스[4,6-비스(3-메틸페닐)피리미디네이토]이리듐(III)(약칭: Ir(5mdppm)2(dibm)), 비스[4,6-비스(3-메틸페닐)피리미디네이토](다이피발로일메타네이토)이리듐(III)(약칭: Ir(5mdppm)2(dpm)), 비스[4,6-다이(나프탈렌-1-일)피리미디네이토](다이피발로일메타네이토)이리듐(III)(약칭: Ir(d1npm)2(dpm)) 등의 피리미딘 골격을 포함하는 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)]) 등의 피라진 골격을 포함하는 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)]), (3,7-다이에틸-4,6-노네인다이오네이토-κO4,κO6)비스[2,4-다이메틸-6-[7-(1-메틸에틸)-1-아이소퀴놀린일-κN]페닐-κC]이리듐(III), (3,7-다이에틸-4,6-노네인다이오네이토-κO4,κO6)비스[2,4-다이메틸-6-[5-(1-메틸에틸)-2-퀴놀린일-κN]페닐-κC]이리듐(III) 등의 피리딘 골격을 포함하는 유기 금속 이리듐 착체 외에, 2,3,7,8,12,13,17,18-옥타에틸-21H,23H-포르피린 백금(II)(약칭: PtOEP) 등의 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)) 등의 희토류 금속 착체를 들 수 있다. 이들은 600nm에서 700nm까지의 파장 대역에서 발광의 피크를 가진다. 또한 피라진 골격을 포함하는 유기 금속 이리듐 착체로부터는 색도가 좋은 적색 발광을 얻을 수 있다. 또한 기타 공지의 적색 인광 발광을 나타내는 물질을 사용할 수도 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]) 등의 4H-트라이아졸 골격을 포함하는 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]) 등의 1H-트라이아졸 골격을 포함하는 유기 금속 이리듐 착체, fac-트리스[1-(2,6-다이아이소프로필페닐)-2-페닐-1H-이미다졸]이리듐(III)(약칭: [Ir(iPrpmi)3]), 트리스[3-(2,6-다이메틸페닐)-7-메틸이미다조[1,2-f]페난트리디네이토]이리듐(III)(약칭: [Ir(dmpimpt-Me)3]), 트리스(2-[1-{2,6-비스(1-메틸에틸)페닐}-1H-이미다졸-2-일-κN3]-4-사이아노페닐-κC)(약칭: CNImIr) 등의 이미다졸 골격을 포함하는 유기 금속 이리듐 착체, 트리스[(6-tert-뷰틸-3-페닐-2H-이미다조[4,5-b]피라진-1-일-κC2)페닐-κC]이리듐(III)(약칭: [Ir(cb)3]) 등의 벤즈이미다졸리덴 골격을 포함하는 유기 금속 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) 등의 전자 흡인기를 가지는 페닐피리딘 유도체를 배위자로 하는 유기 금속이리듐 착체를 들 수 있다. 이들은 청색 인광 발광을 나타내는 화합물이고, 440nm 내지 520nm의 파장 영역에서 발광 피크를 가지는 화합물이다.
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)) 등의 피리미딘 골격을 포함하는 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)]) 등의 피라진 골격을 포함하는 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)), [2-(4-d3-메틸-5-페닐-2-피리딘일-κN2)페닐-κC]비스[2-(5-d3-메틸-2-피리딘일-κN2)페닐-κC]이리듐(III)(약칭: [Ir(5mppy-d3)2(mdppy-d3)]), [2-메틸-(2-피리딘일-κN)벤조퓨로[2,3-b]피리딘-κC]비스[2-(2-피리딘일-κN)페닐-κC]이리듐(III)(약칭: [Ir(ppy)2(mbfpypy)]), [2-(4-메틸-5-페닐-2-피리딘일-κN)페닐-κC]비스[2-(2-피리딘일-κN)페닐-κC]이리듐(III)(약칭: Ir(ppy)2(mdppy)) 등의 피리딘 골격을 포함하는 유기 금속 이리듐 착체 외에, 트리스(아세틸아세토네이토)(모노페난트롤린)터븀(III)(약칭: [Tb(acac)3(Phen)]) 등의 희토류 금속 착체를 들 수 있다. 이들은 주로 녹색 인광 발광을 나타내는 화합물이고, 500nm 내지 600nm의 파장 영역에서 발광 피크를 가진다. 또한 피리미딘 골격을 포함하는 유기 금속 이리듐 착체는, 신뢰성 또는 발광 효율도 매우 우수하기 때문에 특히 바람직하다.
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.
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 고리와 π전자 부족형 헤테로 방향족 고리의 한쪽 또는 양쪽을 포함하는 헤테로 고리 화합물도 사용할 수 있다. 상기 헤테로 고리 화합물은 π전자 과잉형 헤테로 방향족 고리 및 π전자 부족형 헤테로 방향족 고리를 포함하기 때문에, 전자 수송성 및 정공 수송성이 모두 높아 바람직하다. 이들 중에서도, π전자 부족형 헤테로 방향족 고리를 포함하는 골격 중, 피리딘 골격, 다이아진 골격(피리미딘 골격, 피라진 골격, 피리다진 골격), 및 트라이아진 골격은 안정적이고 신뢰성이 양호하므로 바람직하다. 특히, 벤조퓨로피리미딘 골격, 벤조티에노피리미딘 골격, 벤조퓨로피라진 골격, 벤조티에노피라진 골격은 억셉터성이 높고 신뢰성이 양호하므로 바람직하다. 또한 π전자 과잉형 헤테로 방향족 고리를 포함하는 골격 중에서도, 아크리딘 골격, 페녹사진 골격, 페노싸이아진 골격, 퓨란 골격, 싸이오펜 골격, 및 피롤 골격은 안정적이고 신뢰성이 양호하므로, 상기 골격 중 적어도 하나를 포함하는 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 또는 보레인트렌 등의 붕소 함유 골격, 벤조나이트릴 또는 사이아노벤젠 등의 나이트릴기 또는 사이아노기를 포함하는 방향족 고리 또는 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.
또한 매우 고속이면서, 가역적인 항간 교차가 가능하고, 단일항 여기 상태와 삼중항 여기 상태 사이의 열 평형 모델에 따라 발광하는 TADF 재료를 사용하여도 좋다. 이와 같은 TADF 재료는 극히 짧은 발광 수명(여기 수명)을 가지고, 발광 소자의 고휘도 영역에서의 효율 저하를 억제할 수 있다. 구체적으로는 이하에 나타내는 분자 구조를 가지는 재료를 들 수 있다.
또한 TADF 재료는, S1 준위와 T1 준위의 차이가 작고, 역 항간 교차에 의하여 에너지를 삼중항 여기 에너지로부터 단일항 여기 에너지로 변환하는 기능을 가지는 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 가진다.
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.
또한 본 발명의 일 형태의 발광 디바이스에서는 발광 물질이 청색 발광을 나타내는 물질인 경우에 현저한 효과가 얻어지기 때문에 본 발명의 일 형태는 청색 발광을 나타내는 발광 물질을 포함하는 발광 디바이스에 적용되는 것이 바람직하다.
호스트 재료에 사용되는 전자 수송 재료로서는 예를 들어 비스(10-하이드록시벤조[h]퀴놀리네이토)베릴륨(II)(약칭: BeBq2), 비스(2-메틸-8-퀴놀리놀레이토)(4-페닐페놀레이토)알루미늄(III)(약칭: BAlq), 비스(8-퀴놀리놀레이토) 아연(II)(약칭: Znq), 비스[2-(2-벤즈옥사졸릴)페놀레이토]아연(II)(약칭: ZnPBO), 비스[2-(2-벤조싸이아졸릴)페놀레이토]아연(II)(약칭: ZnBTZ) 등의 금속 착체, π전자 부족형 헤테로 방향족 고리를 포함하는 유기 화합물을 사용할 수 있다. π 전자 부족형 헤테로 방향족 고리를 포함하는 유기 화합물로서는 예를 들어 2-(4-바이페닐릴)-5-(4-tert-뷰틸페닐)-1,3,4-옥사다이아졸(약칭: PBD), 3-(4-바이페닐릴)-4-페닐-5-(4-tert-뷰틸페닐)-1,2,4-트라이아졸(약칭: TAZ), 1,3-비스[5-(p-tert-뷰틸페닐)-1,3,4-옥사다이아졸-2-일]벤젠(약칭: OXD-7), 9-[4-(5-페닐-1,3,4-옥사다이아졸-2-일)페닐]-9H-카바졸(약칭: CO11), 2,2',2''-(1,3,5-벤젠트라이일)트리스(1-페닐-1H-벤즈이미다졸)(약칭: TPBI), 2-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]-1-페닐-1H-벤즈이미다졸(약칭: mDBTBIm-II) 등의 폴리아졸 골격을 포함하는 헤테로 방향족 고리를 포함하는 유기 화합물, 2-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mDBTPDBq-II), 2-[3'-(다이벤조싸이오펜-4-일)바이페닐-3-일]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mDBTBPDBq-II), 2-[3'-(9H-카바졸-9-일)바이페닐-3-일]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mCzBPDBq), 4,6-비스[3-(페난트렌-9-일)페닐]피리미딘(약칭: 4,6mPnP2Pm), 4,6-비스[3-(4-다이벤조싸이엔일)페닐]피리미딘(약칭: 4,6mDBTP2Pm-II), 2,6-비스(4-나프탈렌-1-일페닐)-4-[4-(3-피리딜)페닐]피리미딘(약칭: 2,4NP-6PyPPm), 6-(1,1'-바이페닐-3-일)-4-[3,5-비스(9H-카바졸-9-일)페닐]-2-페닐피리미딘(약칭: 6mBP-4Cz2PPm), 4-[3,5-비스(9H-카바졸-9-일)페닐]-2-페닐-6-(1,1'-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), 11-[(3'-다이벤조싸이오펜-4-일)바이페닐-3-일]페난트로[9',10':4,5]퓨로[2,3-b]피라진(약칭: 11mDBtBPPnfpr), 11-[(3'-다이벤조싸이오펜-4-일)바이페닐-4-일]페난트로[9',10':4,5]퓨로[2,3-b]피라진,11-[(3'-(9H-카바졸-9-일)바이페닐-3-일]페난트로[9',10':4,5]퓨로[2,3-b]피라진,12-(9'-페닐-3,3'-바이-9H-카바졸-9-일)페난트로[9',10':4,5]퓨로[2,3-b]피라진(약칭: 12PCCzPnfpr), 9-[(3'-9-페닐-9H-카바졸-3-일)바이페닐-4-일]나프토[1',2':4,5]퓨로[2,3-b]피라진(약칭: 9pmPCBPNfpr), 9-(9'-페닐-3,3'-바이-9H-카바졸-9-일)나프토[1',2':4,5]퓨로[2,3-b]피라진(약칭: 9PCCzNfpr), 10-(9'-페닐-3,3'-바이-9H-카바졸-9-일)나프토[1',2':4,5]퓨로[2,3-b]피라진(약칭: 10PCCzNfpr), 9-[3'-(6-페닐벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란-8-일)바이페닐-3-일]나프토[1',2':4,5]퓨로[2,3-b]피라진(약칭: 9mBnfBPNfpr), 9-{3-[6-(9,9-다이메틸플루오렌-2-일)다이벤조싸이오펜-4-일]페닐}나프토[1',2':4,5]퓨로[2,3-b]피라진(약칭: 9mFDBtPNfpr), 9-[3'-(6-페닐다이벤조싸이오펜-4-일)바이페닐-3-일]나프토[1',2':4,5]퓨로[2,3-b]피라진(약칭: 9mDBtBPNfpr-02), 9-[3-(9'-페닐-3,3'-바이-9H-카바졸-9-일)페닐]나프토[1',2':4,5]퓨로[2,3-b]피라진(약칭: 9mPCCzPNfpr), 9-{3'-[2,8-다이페닐다이벤조싸이오펜-4-일]바이페닐-3-일}나프토[1',2':4,5]퓨로[2,3-b]피라진,11-{3'-[2,8-다이페닐다이벤조싸이오펜-4-일]바이페닐-3-일}페난트로[9',10':4,5]퓨로[2,3-b]피라진 등의 다이아진 골격을 포함하는 헤테로 방향족 고리를 포함하는 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) 등의 피리딘 골격을 포함하는 헤테로 방향족 고리를 포함하는 유기 화합물, 2-[3'-(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)-1,1'-바이페닐-3-일]-4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진(약칭: mFBPTzn), 2-[(1,1'-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), 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'-(트라이페닐렌-2-일)-1,1'-바이페닐-3-일]-4,6-다이페닐'1,3,5-트라이아진(약칭: mTpBPTzn), 9-[4-(4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진-2-일)-2-다이벤조싸이오페닐]-2-페닐-9H-카바졸(약칭: PCDBfTzn), 2-[1,1'-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 포함하는 헤테로 방향족 고리를 포함하는 유기 화합물이 있다. 상술한 것 중에서도, 다이아진 골격을 포함하는 헤테로 방향족 고리를 포함하는 유기 화합물, 피리딘 골격을 포함하는 헤테로 방향족 고리를 포함하는 유기 화합물, 또는 트라이아진 골격을 포함하는 헤테로 방향족 고리를 포함하는 유기 화합물은 신뢰성이 높아 바람직하다. 특히 다이아진(피리미딘 또는 피라진) 골격을 포함하는 헤테로 방향족 고리를 포함하는 유기 화합물, 트라이아진 골격을 포함하는 헤테로 방향족 고리를 포함하는 유기 화합물은 전자 수송성이 높고 구동 전압 저감에도 기여한다
호스트 재료에 사용되는 정공 수송 재료로서는 아민 골격 또는 π 전자 과잉형 헤테로 방향족 고리를 포함하는 유기 화합물을 사용할 수 있다. 상기 아민 골격 또는 π 전자 과잉형 헤테로 방향족 고리를 포함하는 유기 화합물로서는 예를 들어 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: NPB), N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-다이페닐-[1,1'-바이페닐]-4,4'-다이아민(약칭: TPD), 4,4'-비스[N-(스파이로-9,9'-바이플루오렌-2-일)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: BSPB), 4-페닐-4'-(9-페닐플루오렌-9-일)트라이페닐아민(약칭: BPAFLP), 4-페닐-3'-(9-페닐플루오렌-9-일)트라이페닐아민(약칭: mBPAFLP), 4-페닐-4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBA1BP), 4,4'-다이페닐-4''-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBBi1BP), 4-(1-나프틸)-4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBANB), 4,4'-다이(1-나프틸)-4''-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBNBB), 9,9-다이메틸-N-페닐-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]플루오렌-2-아민(약칭: PCBAF), N-페닐-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]스파이로-9,9'-바이플루오렌-2-아민(약칭: PCBASF) 등의 방향족 아민 골격을 포함하는 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), N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-비스(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)아민(약칭: PCBFF), N-(1,1'-바이페닐-4-일)-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-4-아민, N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-4-아민, N-(1,1'-바이페닐-4-일)-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-9,9-다이페닐-9H-플루오렌-2-아민, N-(1,1'-바이페닐-4-일)-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-9,9-다이페닐-9H-플루오렌-4-아민, N-(1,1'-바이페닐-4-일)-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-9,9'-스파이로바이(9H-플루오렌)-2-아민(약칭: PCBBiSF), N-(1,1'-바이페닐-4-일)-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐] -9,9'-스파이로바이(9H-플루오렌)-4-아민, N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-N-(1,1':3',1''-터페닐-4-일)-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민, N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-N-(1,1':4',1''-터페닐-4-일)-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민, N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-N-(1,1':3',1''-터페닐-4-일)-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-4-아민, N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-N-(1,1':4',1''-터페닐-4-일)-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-4-아민 등의 카바졸 골격을 포함하는 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 포함하는 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 포함하는 화합물이 있다. 상술한 것 중에서도 방향족 아민 골격을 포함하는 화합물 또는 카바졸 골격을 포함하는 화합물은 신뢰성이 높고 정공 수송성이 높아 구동 전압의 저감에도 기여하기 때문에 바람직하다. 또한 정공 수송층(112)에서의 정공 수송성을 가지는 재료의 예로서 든 유기 화합물도 호스트의 정공 수송 재료로서 사용할 수 있다.
또한 전자 수송성 재료와 정공 수송성 재료를 혼합함으로써, 발광층(113)의 수송성을 용이하게 조정할 수 있어 재결합 영역의 제어를 간편하게 수행할 수 있다. 또한 TADF 재료에 대해서도 전자 수송 재료 또는 정공 수송 재료로서 사용할 수 있다.
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 더 높일 수도 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 포함하는 것이 바람직하다. 상기 보호기로서는, π결합을 포함하지 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 포함하는 것이 더 바람직하다. π결합을 포함하지 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 포함하는 골격인 것이 바람직하고, 방향족 고리를 포함하는 것이 더 바람직하고, 축합 방향족 고리 또는 축합 헤테로 방향족 고리를 포함하는 것이 더 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 포함하는 형광 발광 물질은 형광 양자 수율이 높기 때문에 바람직하다.
형광 발광 물질을 발광 물질로서 사용하는 경우, 호스트 재료로서는 안트라센 골격을 포함하는 재료가 적합하다. 안트라센 골격을 포함하는 물질을 형광 발광 물질의 호스트 재료로서 사용하면, 발광 효율 및 내구성 모두가 양호한 발광층을 실현할 수 있다. 호스트 재료로서 사용하는 안트라센 골격을 포함하는 물질로서는 다이페닐안트라센 골격, 특히 9,10-다이페닐안트라센 골격을 포함하는 물질이 화학적으로 안정적이기 때문에 바람직하다. 또한 호스트 재료가 카바졸 골격을 포함하는 경우, 정공의 주입성·수송성이 높아지기 때문에 바람직하지만, 카바졸에 벤젠 고리가 더 축합된 벤조카바졸 골격을 포함하는 경우에는, 카바졸보다 HOMO가 0.1eV 정도 얕아져 정공이 들어가기 쉬워지기 때문에 더 바람직하다. 특히, 호스트 재료가 다이벤조카바졸 골격을 포함하는 경우, 카바졸보다 HOMO가 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 포함하는 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-페닐 안트라센-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-[,1,1'-바이페닐]-4-일-9-안트라센일)페닐]-2-에틸-1H-벤즈이미다졸(약칭: EtBImPBPhA), 2,9-다이(1-나프틸)-10-페닐안트라센(약칭: 2αN-αNPhA), 9-(1-나프틸)-10-[3-(1-나프틸)페닐] 안트라센(약칭: αN-mαNPAnth), 9-(2-나프틸)-10-[3-(1-나프틸)페닐]안트라센(약칭: βN-mαNPAnth), 9-(1-나프틸)-10-[4-(1-나프틸)페닐]안트라센(약칭: αN-αNPAnth), 9-(2-나프틸)-10-[4-(2-나프틸)페닐]안트라센(약칭: βN-βNPAnth), 2-(1-나프틸)-9-(2-나프틸)-10-페닐 안트라센(약칭: 2αN-βNPh) 등을 들 수 있다. 특히 CzPA, cgDBCzPA, 2mBnfPPA, PCzPA는 매우 양호한 특성을 나타내기 때문에 바람직하다.
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 상기 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 가지는 재료의 HOMO 준위가 전자 수송성을 가지는 재료의 HOMO 준위 이상인 것이 바람직하다. 또한 정공 수송성을 가지는 재료의 LUMO 준위가 전자 수송성을 가지는 재료의 LUMO 준위 이상인 것이 바람직하다. 또한 재료의 LUMO 준위 및 HOMO 준위는 사이클릭 볼타메트리(CV) 측정에 의하여 측정되는 재료의 전기 화학 특성(환원 전위 및 산화 전위)에서 도출할 수 있다.
또한 들뜬 복합체의 형성은, 예를 들어 정공 수송성을 가지는 재료의 발광 스펙트럼, 전자 수송성을 가지는 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 가지는) 현상을 관측함으로써 확인할 수 있다. 또는 정공 수송성을 가지는 재료의 과도 포토루미네선스(PL), 전자 수송성을 가지는 재료의 과도 PL, 및 이들 재료를 혼합한 혼합막의 과도 PL을 비교하여, 혼합막의 과도 PL 수명이 각 재료의 과도 PL 수명보다 장수명 성분을 가지거나 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 가지는 재료의 과도 EL, 전자 수송성을 가지는 재료의 과도 EL, 및 이들 혼합막의 과도 EL을 비교하여 과도 응답의 차이를 관측하는 것에 의해서도 들뜬 복합체의 형성을 확인할 수 있다.
정공 차단층을 제공하는 경우, 정공 차단층은 발광층(113)에 접하고, 전자 수송성을 가지며, 정공을 차단할 수 있는 유기 화합물을 포함하여 형성된다. 정공 차단층을 구성하는 유기 화합물로서는 전자 수송성이 우수하고, 정공 수송성이 낮으며, HOMO 준위가 깊은 재료를 사용하는 것이 적합하다. 구체적으로는 발광층(113)에 포함되는 재료의 HOMO 준위보다 0.5eV 이상 깊은 HOMO 준위를 포함하고, 전계 강도[V/cm]의 제곱근이 600일 때 1×10-6cm2/Vs 이상의 전자 이동도를 가지는 물질인 것이 바람직하다.
특히, 2-{3-[3-(N-페닐-9H-카바졸-3-일)-9H-카바졸-9-일]페닐}다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mPCCzPDBq), 2-{3-[2-(N-페닐-9H-카바졸-3-일)-9H-카바졸-9-일]페닐}다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mPCCzPDBq-02), 2-{3-[3-(N-페닐-9H-카바졸-2-일)-9H-카바졸-9-일]페닐}다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mPCCzPDBq-03), 2-{3-[3-(N-(3,5-다이-tert-뷰틸페닐-9H-카바졸-3-일)-9H-카바졸-9-일]페닐}다이벤조[f,h]퀴녹살린, 9-[3-(4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진-2-일)페닐]-9'-페닐-3,3'-바이-9H-카바졸(약칭: mPCCzPTzn), 9-[3-(4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진-2-일)페닐]-9'-페닐-2,3'-바이-9H-카바졸(약칭: mPCCzPTzn-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-(4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진-2-일)-9'-페닐-3,3'-바이-9H-카바졸(약칭: PCCzTzn(CzT)), 9-[3-(4,6-다이페닐-피리미딘-2-일)페닐]-9'-페닐-3,3'-바이-9H-카바졸(약칭: 2PCCzPPm), 9-(4,6-다이페닐-피리미딘-2-일)-9'-페닐-3,3'-바이-9H-카바졸(약칭: 2PCCzPm), 4-[2-(N-페닐-9H-카바졸-3-일)-9H-카바졸-9-일]벤조퓨로[3,2-d]피리미딘(약칭: 4PCCzBfpm-02), 4-{3-[3-(N-페닐-9H-카바졸-3-일)-9H-카바졸-9-일]페닐}벤조[h]퀴나졸린, 9-[3-(2,6-다이페닐-피리딘-4-일)페닐]-9'-페닐-3,3'-바이-9H-카바졸이 내열성이 양호하므로 바람직하다.
정공 차단층으로서 기타 재료를 사용하는 경우에는, 후술하는 정공 수송층에 사용할 수 있는 재료 중에서, 발광층(113)에 포함된 재료의 HOMO 준위보다 깊은 HOMO 준위를 포함하는 유기 화합물을 사용하면 좋다.
전자 수송층(114)은 전자 수송성을 가지는 유기 화합물이고, 전계 강도[V/cm]의 제곱근이 600일 때 1×10-6cm2/Vs 이상의 전자 이동도를 포함하는 물질인 것이 바람직하다. 또한 정공 수송성보다 전자 수송성이 높은 물질이면 이들 외의 물질을 사용할 수 있다. 또한 상기 유기 화합물로서는 π전자 부족형 헤테로 방향족 고리를 포함하는 유기 화합물이 바람직하다. π전자 부족형 헤테로 방향족 고리를 포함하는 유기 화합물로서는, 예를 들어 폴리아졸 골격을 포함하는 헤테로 방향족 고리를 포함하는 유기 화합물, 피리딘 골격을 포함하는 헤테로 방향족 고리를 포함하는 유기 화합물, 다이아진 골격을 포함하는 헤테로 방향족 고리를 포함하는 유기 화합물 및 트라이아진 골격을 포함하는 헤테로 방향족 고리를 포함하는 유기 화합물 중 어느 것 또는 이들 중 복수인 것이 바람직하다.
상기 전자 수송층에 사용할 수 있는 π전자 부족형 헤테로 방향족 고리를 포함하는 유기 화합물로서는, 구체적으로 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 포함하는 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), 3,5-비스[3-(9H-카바졸-9-일)페닐]피리딘(약칭: 35DCzPPy), 바소페난트롤린(약칭: Bphen), 바소큐프로인(약칭: BCP), 2,9-다이(나프탈렌-2-일)-4,7-다이페닐-1,10-페난트롤린(약칭: NBphen) 등의 피리딘 골격을 포함하는 헤테로 방향족 고리를 포함하는 유기 화합물, 2-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mDBTPDBq-II), 2-[3'-(다이벤조싸이오펜-4-일)바이페닐-3-일]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mDBTBPDBq-II), 2-[3'-(9H-카바졸-9-일)바이페닐-3-일]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mCzBPDBq), 2-[4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)-3,1'-바이페닐-1-일]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mpPCBPDBq), 2-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mDBTPDBq-II), 2-[3'-(다이벤조싸이오펜-4-일)바이페닐-3-일]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mDBTBPDBq-II), 2-[3'-(9H-카바졸-9-일)바이페닐-3-일]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mCzBPDBq), 2-[4-(3,6-다이페닐-9H-카바졸-9-일)페닐]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2CzPDBq-III), 7-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 7mDBTPDBq-II), 및 6-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 6mDBTPDBq-II), 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-(1,1'-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)(1,1'-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-(1,1'-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-(1,1'-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), 8-(1,1':4',1''-터페닐-3-일)-4-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]-벤조퓨로[3,2-d]피리미딘(약칭: 8mpTP-4mDBtPBfpm), 4,8-비스[3-(다이벤조퓨란-4-일)페닐]벤조퓨로[3,2-d]피리미딘, 8-(1,1':4',1''-터페닐-3-일)-4-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)바이페닐-4-일]-벤조퓨로[3,2-d]피리미딘, 4,8-비스[3-(9H-카바졸-9-일)페닐]-[1]벤조퓨로[3,2-d]피리미딘(약칭: 4,8mCzP2Bfpm), 8-(1,1':4',1''-터페닐-3-일)-4-[3-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-벤조퓨로[3,2-d]피리미딘, 8-(1,1'-바이페닐-4-일)-4-[3-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)바이페닐-3-일]-벤조퓨로[3,2-d]피리미딘, 8-(1,1'-바이페닐-4-일)-4-{3-[2-(N-페닐-9H-카바졸-3-일)-9H-카바졸-9-일]페닐}벤조퓨로[3,2-d]피리미딘, 8-페닐-4-{3-[2-(N-페닐-9H-카바졸-3-일)-9H-카바졸-9-일]페닐}벤조퓨로[3,2-d]피리미딘, 8-(1,1'-바이페닐-4-일)-4-(3,5-다이-9H-카바졸-9-일-페닐)벤조퓨로[3,2-d]피리미딘 등의 다이아진 골격을 포함하는 유기 화합물, 2-[3'-(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)-1,1'-바이페닐-3-일]-4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진(약칭: mFBPTzn), 2-[(1,1'-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)-1,1'-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-피리딜)-5-(9-페난트톨릴)페닐]-4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진(약칭: mPn-mDMePyPTzn), 11-(4-[1,1'-바이페닐]-4-일-6-페닐-1,3,5-트라이아진-2-일)-11,12-다이하이드로-12-페닐-인돌로[2,3-a]카바졸(약칭: BP-Icz(II)Tzn), 2-[3'-(트라이페닐렌-2-일)-1,1'-바이페닐-3-일]-4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진(약칭: mTpBPTzn), 9-[4-(4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진-2-일)-2-다이벤조싸이오페닐]-2-페닐-9H-카바졸(약칭: PCDBfTzn), 2-[1,1'-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 포함하는 유기 화합물을 들 수 있다. 상술한 것 중에서도, 다이아진 골격을 포함하는 헤테로 방향족 고리를 포함하는 유기 화합물 또는 피리딘 골격을 포함하는 헤테로 방향족 고리를 포함하는 유기 화합물, 트라이아진 골격을 포함하는 헤테로 방향족 고리를 포함하는 유기 화합물은 신뢰성이 높아 바람직하다. 특히 다이아진(피리미딘 또는 피라진) 골격을 포함하는 헤테로 방향족 고리를 포함하는 유기 화합물, 트라이아진 골격을 포함하는 헤테로 방향족 고리를 포함하는 유기 화합물은 전자 수송성이 높고 구동 전압 저감에도 기여한다.
또한 본 구성을 가지는 전자 수송층(114)은 전자 주입층(115)을 겸하는 경우가 있다.
전자 수송층(114)과 공통 전극(음극)(102) 사이에는 전자 주입층(115)으로서 플루오린화 리튬(LiF), 플루오린화 세슘(CsF), 플루오린화 칼슘(CaF2), 8-하이드록시퀴놀리네이토-리튬(약칭: Liq) 등의 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 또는 이들의 화합물 또는 착체를 포함하는 층을 제공하는 것이 바람직하다. 또한 이터븀(Yb)과 리튬의 공증착막도 바람직하다. 전자 주입층(115)으로서는 전자 수송성을 가지는 물질로 이루어지는 층 내에 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 또는 이들의 화합물을 함유시킨 것, 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 가지는 물질(바람직하게는 바이피리딘 골격을 포함하는 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.
음극을 형성하는 물질로서는 일함수가 작은(구체적으로는 3.8eV 이하인) 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, 및 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr) 등의 주기율표의 1족 또는 2족에 속하는 원소, 및 이들을 포함하는 합금(MgAg, AlLi), 유로퓸(Eu), 이터븀(Yb) 등의 희토류 금속, 및 이들을 포함하는 합금 등을 들 수 있다. 다만 음극과 전자 수송층 사이에 전자 주입층을 제공함으로써, 일함수의 크기에 상관없이 Al, Ag, ITO, 실리콘, 또는 산화 실리콘을 함유하는 산화 인듐-산화 주석 등 다양한 도전성 재료를 음극에 사용할 수 있다.
이들 도전성 재료는 진공 증착법 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 EL층(103)의 형성 방법으로서는 건식법, 습식법을 불문하고 다양한 방법을 사용할 수 있다. 예를 들어 진공 증착법, 그라비어 인쇄법, 오프셋 인쇄법, 스크린 인쇄법, 잉크젯법, 또는 스핀 코팅법 등을 사용하여도 좋다.
또한 상술한 각 전극 또는 각 층을 상이한 성막 방법에 의하여 형성하여도 좋다.
또한 양극과 음극 사이에 제공되는 층의 구성은 상술한 것에 한정되지 않는다. 그러나 발광 영역과 전극 또는 캐리어 주입층에 사용되는 금속이 근접하여 일어나는 소광이 억제되도록, 양극 및 음극에서 떨어진 곳에 정공과 전자가 재결합되는 발광 영역을 제공한 구성이 바람직하다.
또한 발광층(113)과 접하는 정공 수송층 또는 전자 수송층, 특히 발광층(113)에서의 재결합 영역에 가까운 캐리어 수송층은 발광층에서 생성된 여기자로부터의 에너지 이동을 억제하기 위하여, 발광층을 구성하는 발광 재료 또는 발광층에 포함되는 발광 재료에 포함되는 밴드 갭보다 넓은 밴드 갭을 포함하는 물질로 구성되는 것이 바람직하다.
또한 본 실시형태의 구성은 다른 실시형태의 구성과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시형태 3)
본 실시형태에서는, 실시형태 1 및 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스를 사용하여 제작한 발광 장치에 대하여 도 3의 (A) 및 (B)를 사용하여 설명한다. 또한 도 3의 (A)는 발광 장치를 나타낸 상면도이고, 도 3의 (B)는 도 3의 (A)에 나타낸 일점쇄선 A-B 및 일점쇄선 C-D에서 절단한 단면도이다. 이 발광 장치는 발광 디바이스의 발광을 제어하는 것으로서, 점선으로 나타낸 구동 회로부(소스선 구동 회로)(601), 화소부(602), 구동 회로부(게이트선 구동 회로)(603)를 포함한다. 또한 604는 밀봉 기판을 나타내고, 605는 실재(sealing material)를 나타내고, 실재(605)로 둘러싸인 내측은 공간(607)이다.
또한 리드 배선(608)은 소스선 구동 회로(601) 및 게이트선 구동 회로(603)에 입력되는 신호를 전송(傳送)하기 위한 배선이고, 외부 입력 단자로서 기능하는 FPC(flexible printed circuit)(609)로부터 비디오 신호, 클럭 신호, 스타트 신호, 리셋 신호 등을 받는다. 또한 여기서는 FPC만을 도시하였지만, 이 FPC에 인쇄 배선 기판(PWB)이 장착되어도 좋다. 본 명세서에서는, 발광 장치 본체뿐만 아니라, 이에 FPC 또는 PWB가 장착된 것도 발광 장치의 범주에 포함하는 것으로 한다.
다음으로 단면 구조에 대하여 도 3의 (B)를 사용하여 설명한다. 소자 기판(610) 위에는 구동 회로부 및 화소부가 형성되어 있지만, 여기서는 구동 회로부인 소스선 구동 회로(601)와, 화소부(602) 내의 하나의 화소를 나타내었다.
소자 기판(610)은 유리, 석영, 유기 수지, 금속, 합금, 반도체 등으로 이루어지는 기판 외에, FRP(Fiber Reinforced Plastics), PVF(폴리바이닐플루오라이드), 폴리에스터, 또는 아크릴 수지 등으로 이루어지는 플라스틱 기판을 사용하여 제작하면 좋다.
화소 또는 구동 회로에 사용되는 트랜지스터의 구조는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어 역 스태거형 트랜지스터로 하여도 좋고, 스태거형 트랜지스터로 하여도 좋다. 또한 톱 게이트형 트랜지스터로 하여도 좋고, 보텀 게이트형 트랜지스터로 하여도 좋다. 트랜지스터에 사용되는 반도체 재료는 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 실리콘, 저마늄, 탄소화 실리콘, 질화 갈륨 등을 사용할 수 있다. 또는 In-Ga-Zn계 금속 산화물 등 인듐, 갈륨, 및 아연 중 적어도 하나를 포함한 산화물 반도체를 사용하여도 좋다.
트랜지스터에 사용되는 반도체 재료의 결정성에 대해서도 특별히 한정되지 않고, 비정질 반도체, 결정성을 가지는 반도체(미결정 반도체, 다결정 반도체, 단결정 반도체, 또는 일부에 결정 영역을 포함하는 반도체) 중 어느 것을 사용하여도 좋다. 결정성을 가지는 반도체를 사용하면, 트랜지스터 특성의 열화를 억제할 수 있으므로 바람직하다.
여기서, 상기 화소 또는 구동 회로에 제공되는 트랜지스터 외에, 후술하는 터치 센서 등에 사용되는 트랜지스터 등의 반도체 장치에는 산화물 반도체를 적용하는 것이 바람직하다. 특히 실리콘보다 밴드 갭이 넓은 산화물 반도체를 적용하는 것이 바람직하다. 실리콘보다 밴드 갭이 넓은 산화물 반도체를 사용함으로써, 트랜지스터의 오프 상태에서의 전류를 저감할 수 있다.
상기 산화물 반도체는 적어도 인듐(In) 또는 아연(Zn)을 포함하는 것이 바람직하다. 또한 In-M-Zn계 산화물(M은 Al, Ti, Ga, Ge, Y, Zr, Sn, La, Ce, 또는 Hf 등의 금속)로 표기되는 산화물을 포함하는 산화물 반도체인 것이 더 바람직하다.
특히, 반도체층으로서는, 복수의 결정부를 포함하고, 상기 결정부는 c축이 반도체층의 피형성면 또는 반도체층의 상면에 대하여 수직으로 배향되고, 또한 인접한 결정부들 사이에 입계를 가지지 않는 산화물 반도체막을 사용하는 것이 바람직하다.
반도체층에 이러한 재료를 사용함으로써, 전기 특성의 변동이 억제되어 신뢰성이 높은 트랜지스터를 실현할 수 있다.
또한 상술한 반도체층을 포함하는 트랜지스터는 오프 전류가 낮기 때문에, 트랜지스터를 통하여 용량 소자에 축적된 전하가 장기간에 걸쳐 유지될 수 있다. 이와 같은 트랜지스터를 화소에 적용함으로써, 각 표시 영역에 표시된 화상의 계조를 유지하면서 구동 회로를 정지할 수도 있다. 이 결과, 소비 전력이 매우 저감된 전자 기기를 실현할 수 있다.
트랜지스터의 특성 안정화 등을 위하여 하지막을 제공하는 것이 바람직하다. 하지막으로서는 산화 실리콘막, 질화 실리콘막, 산화질화 실리콘막, 질화산화 실리콘막 등의 무기 절연막을 사용하고, 단층으로 또는 적층하여 제작할 수 있다. 하지막은 스퍼터링법, CVD(Chemical Vapor Deposition)법(플라스마 CVD법, 열 CVD법, MOCVD(Metal Organic CVD)법 등), ALD(Atomic Layer Deposition)법, 도포법, 인쇄법 등을 사용하여 형성할 수 있다. 또한 하지막은 필요에 따라 제공하면 된다.
또한 FET(623)는 구동 회로부(601)에 형성되는 트랜지스터 중 하나를 나타낸 것이다. 또한 구동 회로는 다양한 CMOS 회로, PMOS 회로, 또는 NMOS 회로로 형성되면 좋다. 또한 본 실시형태에서는, 기판 위에 구동 회로를 형성한 드라이버 일체형에 대하여 설명하지만, 반드시 그럴 필요는 없고 구동 회로를 기판 위가 아니라 외부에 형성할 수도 있다.
또한 화소부(602)는 스위칭용 FET(611), 전류 제어용 FET(612), 및 전류 제어용 FET(612)의 드레인에 전기적으로 접속된 제 1 전극(613)을 포함하는 복수의 화소로 형성되어 있지만, 이에 한정되지 않고 3개 이상의 FET와, 용량 소자를 조합한 화소부로 하여도 좋다.
또한 제 1 전극(613)의 단부를 덮어 절연물(614)이 형성되어 있다. 여기서는, 포지티브형 감광성 아크릴 수지막을 사용함으로써 절연물(614)을 형성할 수 있다.
또한 나중에 형성하는 EL층 등의 피복성을 양호하게 하기 위하여, 절연물(614)의 상단부 또는 하단부에 곡률을 가지는 곡면이 형성되도록 한다. 예를 들어 절연물(614)의 재료로서 포지티브형 감광성 아크릴 수지를 사용한 경우에는, 절연물(614)의 상단부에만 곡률 반경(0.2μm 내지 3μm)을 가지는 곡면을 가지도록 하는 것이 바람직하다. 또한 절연물(614)로서는 네거티브형 감광성 수지 및 포지티브형 감광성 수지 중 어느 쪽을 사용할 수도 있다.
제 1 전극(613) 위에는 EL층(616) 및 제 2 전극(617)이 각각 형성되어 있다. 여기서 제 1 전극(613)은 양극으로서 기능한다. 양극에 사용할 수 있는 재료로서는 일함수가 큰 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어 ITO막 또는 실리콘을 포함한 산화 인듐-산화 주석막, 2wt% 내지 20wt%의 산화 아연을 포함한 산화 인듐막, 질화 타이타늄막, 크로뮴막, 텅스텐막, Zn막, Pt막 등의 단층막 외에, 은을 주성분으로 하는 막과의 적층, 질화 타이타늄막과 알루미늄을 주성분으로서 포함하는 막의 적층, 질화 타이타늄막과 알루미늄을 주성분으로서 포함하는 막과 질화 타이타늄막의 3층 구조 등을 사용할 수 있다. 또한 적층 구조로 하면, 배선으로서의 저항도 낮고, 양호한 옴 접촉(ohmic contact)이 얻어지며, 양극으로서 기능시킬 수 있다.
또한 EL층(616)은 증착 마스크를 사용한 증착법, 잉크젯법, 스핀 코팅법 등의 다양한 방법으로 형성된다. EL층(616)은 실시형태 1 및 실시형태 2에서 설명한 것과 같은 구성을 포함한다.
또한 EL층(616) 위에 형성되고 제 2 전극(617)에 사용되는 재료로서는, 일함수가 작은 재료(Al, Mg, Li, Ca, 또는 이들의 합금 또는 화합물(MgAg, MgIn, AlLi 등) 등)를 사용하는 것이 바람직하다. 또한 EL층(616)에서 발생된 광이 제 2 전극(617)을 투과하는 경우에는, 제 2 전극(617)으로서 막 두께가 얇은 금속 또는 합금의 박막과, 투명 도전막(ITO, 2wt% 내지 20wt%의 산화 아연을 포함한 산화 인듐, 실리콘을 포함한 산화 인듐-산화 주석, 산화 아연(ZnO) 등)의 적층을 사용하는 것이 바람직하다.
또한 제 1 전극(613), EL층(616), 제 2 전극(617)으로 발광 디바이스가 형성되어 있다. 이 발광 디바이스는 실시형태 1 및 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스이다. 또한 화소부에는 복수의 발광 디바이스가 형성되어 있지만, 본 실시형태의 발광 장치에는, 실시형태 1 및 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스와, 이와 다른 구성을 가지는 발광 디바이스의 양쪽이 혼재되어도 좋다. 이때, 본 발명의 일 형태의 발광 장치에서는 파장이 상이한 광을 발하는 발광 디바이스 사이에서 공통의 정공 수송층을 사용할 수 있기 때문에, 제조 공정이 간편하고 비용 면에서 유리한 발광 장치로 할 수 있다.
또한 실재(605)로 밀봉 기판(604)과 소자 기판(610)을 접합함으로써, 소자 기판(610), 밀봉 기판(604), 및 실재(605)로 둘러싸인 공간(607)에 발광 디바이스(618)가 제공된 구조가 된다. 또한 공간(607)에는 충전재가 충전되어 있고, 불활성 기체(질소 또는 아르곤 등)가 충전되는 경우 외에, 실재로 충전되는 경우도 있다. 밀봉 기판에 오목부를 형성하고 거기에 건조제를 제공함으로써, 수분의 영향으로 인한 열화를 억제할 수 있어 바람직하다.
또한 실재(605)에는 에폭시계 수지 또는 유리 프릿(glass frit)을 사용하는 것이 바람직하다. 또한 이들 재료는 수분 또는 산소를 가능한 한 투과시키지 않는 재료인 것이 바람직하다. 또한 밀봉 기판(604)에 사용하는 재료로서는 유리 기판 또는 석영 기판 외에, FRP(Fiber Reinforced Plastics), PVF(폴리바이닐플루오라이드), 폴리에스터, 또는 아크릴 수지 등으로 이루어지는 플라스틱 기판을 사용할 수 있다.
도 3의 (A) 및 (B)에는 나타내지 않았지만, 음극 위에 보호막을 제공하여도 좋다. 보호막은 유기 수지막 또는 무기 절연막으로 형성하면 좋다. 또한 실재(605)의 노출된 부분을 덮도록 보호막이 형성되어도 좋다. 또한 보호막은 한 쌍의 기판의 표면 및 측면, 밀봉층, 절연층 등의 노출된 측면을 덮어 제공할 수 있다.
보호막에는 물 등의 불순물을 투과시키기 어려운 재료를 사용할 수 있다. 따라서 물 등의 불순물이 외부로부터 내부로 확산되는 것을 효과적으로 억제할 수 있다.
보호막을 구성하는 재료로서는 산화물, 질화물, 플루오린화물, 황화물, 삼원 화합물, 금속, 또는 폴리머 등을 사용할 수 있고, 예를 들어 산화 알루미늄, 산화 하프늄, 하프늄실리케이트, 산화 란타넘, 산화 실리콘, 타이타늄산 스트론튬, 산화 탄탈럼, 산화 타이타늄, 산화 아연, 산화 나이오븀, 산화 지르코늄, 산화 주석, 산화 이트륨, 산화 세륨, 산화 스칸듐, 산화 어븀, 산화 바나듐, 또는 산화 인듐 등을 포함하는 재료, 질화 알루미늄, 질화 하프늄, 질화 실리콘, 질화 탄탈럼, 질화 타이타늄, 질화 나이오븀, 질화 몰리브데넘, 질화 지르코늄, 또는 질화 갈륨 등을 포함하는 재료, 타이타늄 및 알루미늄을 포함하는 질화물, 타이타늄 및 알루미늄을 포함하는 산화물, 알루미늄 및 아연을 포함하는 산화물, 망가니즈 및 아연을 포함하는 황화물, 세륨 및 스트론튬을 포함하는 황화물, 어븀 및 알루미늄을 포함하는 산화물, 이트륨 및 지르코늄을 포함하는 산화물 등을 포함하는 재료를 사용할 수 있다.
보호막은 단차 피복성(step coverage)이 양호한 성막 방법을 사용하여 형성되는 것이 바람직하다. 이러한 방법 중 하나에 원자층 퇴적(ALD: Atomic Layer Deposition)법이 있다. ALD법을 사용하여 형성할 수 있는 재료를 보호막에 사용하는 것이 바람직하다. ALD법을 사용함으로써, 크랙 또는 핀홀 등의 결함이 저감되거나 두께가 균일한, 치밀한 보호막을 형성할 수 있다. 또한 보호막의 형성 시에 가공 부재에 가해지는 손상을 저감할 수 있다.
예를 들어 ALD법을 사용함으로써, 복잡한 요철 형상을 가지는 표면, 터치 패널의 상면, 측면, 및 뒷면에도 균일하고 결함이 적은 보호막을 형성할 수 있다.
상술한 바와 같이 하여, 실시형태 1 및 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스를 사용하여 제작된 발광 장치를 얻을 수 있다.
본 실시형태에서의 발광 장치에는 실시형태 1 및 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스를 사용하기 때문에, 특성이 양호한 발광 장치를 얻을 수 있다. 구체적으로는 실시형태 1 및 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스는 발광 효율이 좋기 때문에, 소비 전력이 낮은 발광 장치로 할 수 있다. 또한 표시 품질이 양호한 발광 장치로 할 수 있다.
도 4의 (A) 및 (B)에는 착색층(컬러 필터) 등을 제공함으로써 색 순도를 향상시킨 발광 장치의 예를 나타내었다. 도 4의 (A)에는 기판(1001), 하지 절연막(1002), 게이트 절연막(1003), 게이트 전극(1006), 게이트 전극(1007), 게이트 전극(1008), 제 1 층간 절연막(1020), 제 2 층간 절연막(1021), 주변부(1042), 화소부(1040), 구동 회로부(1041), 발광 디바이스의 양극(1024R), 양극(1024G), 양극(1024B), 격벽(1025), EL층(1028), 발광 디바이스의 공통 전극(음극)(1029), 밀봉 기판(1031), 실재(1032) 등을 나타내었다.
또한 도 4의 (A)에서는 착색층(적색 착색층(1034R), 녹색 착색층(1034G), 청색 착색층(1034B))이 투명한 기재(1033)에 제공되어 있다. 또한 블랙 매트릭스(1035)를 더 제공하여도 좋다. 착색층 및 블랙 매트릭스가 제공된 투명한 기재(1033)는 위치를 맞추어 기판(1001)에 고정된다. 또한 착색층 및 블랙 매트릭스(1035)는 오버 코트층(1036)으로 덮여 있다.
도 4의 (B)에는 착색층(적색 착색층(1034R), 녹색 착색층(1034G), 청색 착색층(1034B))을 게이트 절연막(1003)과 제 1 층간 절연막(1020) 사이에 형성하는 예를 나타내었다. 이와 같이, 착색층은 기판(1001)과 밀봉 기판(1031) 사이에 제공되어도 좋다.
또한 상술한 발광 장치는, FET가 형성된 기판(1001) 측으로 광이 추출되는 구조(보텀 이미션형)의 발광 장치이지만, 밀봉 기판(1031) 측으로 광이 추출되는 구조(톱 이미션형)의 발광 장치이어도 좋다. 톱 이미션형 발광 장치의 단면도를 도 5에 나타내었다. 이 경우, 기판(1001)으로서는 광을 투과시키지 않는 기판을 사용할 수 있다. FET와 발광 디바이스의 양극을 접속하는 접속 전극을 제작하는 단계까지는 보텀 이미션형 발광 장치와 같은 식으로 형성한다. 그 후, 전극(1022)을 덮어 제 3 층간 절연막(1037)을 형성한다. 이 절연막은 평탄화 기능을 가져도 좋다. 제 3 층간 절연막(1037)은 제 2 층간 절연막과 같은 재료를 사용하여 형성할 수 있고, 다른 공지의 재료를 사용하여 형성할 수도 있다.
여기서는 발광 디바이스의 양극(1024R), 양극(1024G), 양극(1024B)을 양극으로 하지만, 음극으로 하여도 좋다. 또한 도 5와 같은 톱 이미션형 발광 장치의 경우, 양극을 반사 전극으로 하는 것이 바람직하다. EL층(1028)의 구성은 실시형태 1에서 EL층(103)으로서 설명한 구성으로 한다.
도 5와 같은 톱 이미션 구조에서는, 착색층(적색 착색층(1034R), 녹색 착색층(1034G), 청색 착색층(1034B))을 제공한 밀봉 기판(1031)으로 밀봉할 수 있다. 밀봉 기판(1031)에는 화소들 사이에 위치하도록 블랙 매트릭스(1035)를 제공하여도 좋다. 착색층(적색 착색층(1034R), 녹색 착색층(1034G), 청색 착색층(1034B)) 또는 블랙 매트릭스는 오버코트층(도시하지 않았음)으로 덮여 있어도 좋다. 또한 밀봉 기판(1031)으로서는 광 투과성을 가지는 기판을 사용한다.
톱 이미션형 발광 장치에서는 마이크로캐비티 구조를 바람직하게 적용할 수 있다. 마이크로캐비티 구조를 포함하는 발광 디바이스는, 한쪽 전극을 반사 전극을 포함하는 전극으로 하고, 다른 쪽 전극을 반투과·반반사 전극으로 함으로써 얻을 수 있다. 반사 전극과 반투과·반반사 전극 사이에는 적어도 EL층을 포함하고, 적어도 발광 영역이 되는 발광층을 포함한다.
또한 반사 전극은 가시광의 반사율이 40% 내지 100%, 바람직하게는 70% 내지 100%이고, 또한 저항률이 1×10-2Ωcm 이하인 막이다. 또한 반투과·반반사 전극은 가시광의 반사율이 20% 내지 80%, 바람직하게는 40% 내지 70%이고, 또한 저항률이 1×10-2Ωcm 이하인 막이다.
EL층에 포함되는 발광층으로부터 방출되는 발광은 반사 전극과 반투과·반반사 전극에 의하여 반사되어 공진된다.
상기 발광 디바이스에서는, 투명 도전막 또는 상술한 복합 재료, 캐리어 수송 재료 등의 두께를 바꿈으로써 반사 전극과 반투과·반반사 전극 사이의 광학 거리를 변경할 수 있다. 이에 의하여, 반사 전극과 반투과·반반사 전극 사이에서, 공진하는 파장의 광을 강하게 하고, 공진하지 않는 파장의 광을 감쇠시킬 수 있다.
또한 반사 전극에 의하여 반사되어 되돌아온 광(제 1 반사광)은 발광층으로부터 반투과·반반사 전극에 직접 입사하는 광(제 1 입사광)과의 큰 간섭을 일으키기 때문에, 반사 전극과 발광층의 광학 거리를 (2n-1)λ/4(다만 n은 1 이상의 자연수이고, λ는 증폭하고자 하는 발광의 파장임)로 조절하는 것이 바람직하다. 상기 광학 거리를 조절함으로써, 제 1 반사광과 제 1 입사광의 위상을 맞추어 발광층으로부터의 발광을 더 증폭시킬 수 있다.
또한 상기 구성에서, EL층은 복수의 발광층을 포함하는 구조이어도 좋고, 하나의 발광층을 포함하는 구조이어도 좋고, 예를 들어 상술한 탠덤형 발광 디바이스의 구성과 조합하여, 하나의 발광 디바이스에 전하 발생층을 끼우는 복수의 EL층을 제공하고, 각 EL층이 하나 또는 복수의 발광층으로 형성되는 구성으로 하여도 좋다.
마이크로캐비티 구조를 가짐으로써 정면 방향에서의 특정 파장의 발광 강도를 높일 수 있기 때문에, 저소비 전력화를 도모할 수 있다. 또한 적색, 황색, 녹색, 청색의 4색의 부화소로 영상을 표시하는 발광 장치의 경우, 황색 발광에 의하여 휘도를 높이고, 모든 부화소에서 각 색의 파장에 맞춘 마이크로캐비티 구조를 적용할 수 있기 때문에, 특성이 양호한 발광 장치로 할 수 있다.
실시형태에서의 발광 장치에는 실시형태 1 및 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스를 사용하기 때문에, 특성이 양호한 발광 장치를 얻을 수 있다. 구체적으로는 실시형태 1 및 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스는 발광 효율이 좋기 때문에, 소비 전력이 낮은 발광 장치로 할 수 있다. 또한 표시 품질이 양호한 발광 장치로 할 수 있다.
여기까지는 액티브 매트릭스형 발광 장치에 대하여 설명하였지만, 이하에서는 패시브 매트릭스형 발광 장치에 대하여 설명한다. 도 6의 (A) 및 (B)에는 본 발명을 적용하여 제작한 패시브 매트릭스형 발광 장치를 나타내었다. 또한 도 6의 (A)는 발광 장치를 나타낸 사시도이고, 도 6의 (B)는 도 6의 (A)를 일점쇄선 X-Y에서 절단한 단면도이다. 도 6에서는 기판(951) 위에서 전극(952)과 전극(956) 사이에 EL층(955)이 제공된다. 전극(952)의 단부는 절연층(953)으로 덮여 있다. 그리고 절연층(953) 위에는 격벽층(954)이 제공되어 있다. 격벽층(954)의 측벽은, 기판면에 가까워짐에 따라, 한쪽 측벽과 다른 쪽 측벽 사이의 간격이 좁아지는 경사를 가진다. 즉 격벽층(954)의 짧은 변 방향의 단면은 사다리꼴 형상이고, 저변(절연층(953)의 면 방향과 같은 방향을 향하고 절연층(953)과 접하는 변)이 상변(절연층(953)의 면 방향과 같은 방향을 향하고 절연층(953)과 접하지 않는 변)보다 짧다. 이와 같이 격벽층(954)을 제공함으로써, 정전기 등에 기인한 발광 디바이스의 불량을 방지할 수 있다. 또한 패시브 매트릭스형 발광 장치에서도 실시형태 1 및 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스를 사용하기 때문에, 표시 품질이 양호한 발광 장치 또는 소비 전력이 낮은 발광 장치로 할 수 있다.
상술한 발광 장치는 매트릭스 형태로 배치된 다수의 미소한 발광 디바이스를 각각 제어할 수 있기 때문에, 화상을 표현하는 표시 장치로서 적합하게 이용할 수 있다.
또한 본 실시형태는 다른 실시형태와 자유로이 조합될 수 있다.
(실시형태 4)
[발광 장치]
이하에서는 상기 실시형태 1 및 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스를 사용한 본 발명의 일 형태의 발광 장치의 다른 일례 및 제작 방법에 대하여 설명한다.
도 7의 (A)는 본 발명의 일 형태의 발광 장치(450)의 상면 개략도이다. 발광 장치(450)는 적색을 나타내는 발광 디바이스(110R), 녹색을 나타내는 발광 디바이스(110G), 및 청색을 나타내는 발광 디바이스(110B)를 각각 복수로 포함한다. 도 7의 (A)에서는 각 발광 디바이스를 쉽게 구별하기 위하여, 각 발광 디바이스의 발광 영역 내에 R, G, B의 부호를 붙였다.
발광 디바이스(110R), 발광 디바이스(110G), 및 발광 디바이스(110B)는 각각 매트릭스 형태로 배열된다. 도 7의 (A)에는 한 방향으로 같은 색의 발광 디바이스가 배열된, 소위 스트라이프 배열을 나타내었다. 또한 발광 디바이스의 배열 방법은 이에 한정되지 않고, 델타 배열, 지그재그 배열 등의 배열 방법을 적용하여도 좋고, 펜타일 배열을 사용할 수도 있다.
발광 디바이스(110R), 발광 디바이스(110G), 및 발광 디바이스(110B)는 X방향으로 배열된다. 또한 X방향과 교차하는 Y방향에는 같은 색의 발광 디바이스가 배열된다.
발광 디바이스(110R), 발광 디바이스(110G), 및 발광 디바이스(110B)는 상기 구성을 가지는 발광 디바이스이다.
도 7의 (B)는 도 7의 (A)에서의 일점쇄선 A1-A2에 대응하는 단면 개략도이고, 도 7의 (C)는 일점쇄선 B1-B2에 대응하는 단면 개략도이다.
도 7의 (B)에는 발광 디바이스(110R), 발광 디바이스(110G), 및 발광 디바이스(110B)의 단면을 나타내었다. 발광 디바이스(110R)는 화소 전극(양극)(101R), 제 1 EL층(120R), 제 2 EL층(121), 및 공통 전극(102)을 포함한다. 발광 디바이스(110G)는 화소 전극(양극)(101G), 제 1 EL층(120G), 제 2 EL층(전자 주입층(121)), 및 공통 전극(102)을 포함한다. 발광 디바이스(110B)는 화소 전극(양극)(101B), 제 1 EL층(120B), 제 2 EL층(121), 및 공통 전극(102)을 포함한다. 제 2 EL층(121)과 공통 전극(102)은 발광 디바이스(110R), 발광 디바이스(110G), 및 발광 디바이스(110B)에 공통적으로 제공된다. 제 2 EL층(121)은 공통층이라고 할 수도 있다.
발광 디바이스(110R)에 포함되는 제 1 EL층(120R)은 적어도 적색의 파장 영역에 강도를 가지는 광을 방출하는 발광성의 유기 화합물을 포함한다. 발광 디바이스(110G)에 포함되는 제 1 EL층(120G)은 적어도 녹색의 파장 영역에 강도를 가지는 광을 방출하는 발광성의 유기 화합물을 포함한다. 발광 디바이스(110B)에 포함되는 제 1 EL층(120B)은 적어도 청색의 파장 영역에 강도를 가지는 광을 방출하는 발광성의 유기 화합물을 포함한다. 발광 디바이스(110R), 발광 디바이스(110G), 및 발광 디바이스(110B) 중 적어도 발광 디바이스(110R)는 본 발명의 일 형태의 발광 디바이스이다.
제 1 EL층(120R), 제 1 EL층(120G), 및 제 1 EL층(120B)은 각각 적어도 발광층을 포함하고, 그 외에 정공 차단층, 전자 주입층, 전자 수송층, 정공 수송층, 정공 주입층, 전자 차단층, 여기자 차단층 등 중 하나 이상을 포함하여도 좋다. 제 2 EL층(121)은 발광층을 포함하지 않는 구성으로 한다. 제 2 EL층(121)은 전자 주입층인 것이 바람직하다. 또한 제 1 EL층(120R), 제 1 EL층(120G), 및 제 1 EL층(120B)의 제 2 전극 측의 표면이 전자 주입층의 역할도 가지는 경우, 제 2 EL층(121)은 제공되지 않아도 된다.
화소 전극(양극)(101R), 화소 전극(양극)(101G), 및 화소 전극(양극)(101B)은 각각 발광 디바이스마다 제공되어 있다. 또한 공통 전극(102) 및 제 2 EL층(121)은 각 발광 디바이스에 공통되며 연속된 층으로서 제공되어 있는 것이 바람직하다. 또한 제 1 EL층(120)에서의 정공 수송층은 발광색이 상이한 발광 디바이스 사이에서 끊기지만, 같은 구성을 가지는 것이 바람직하다.
화소 전극(101) 및 공통 전극(102) 중 어느 한쪽에, 가시광에 대한 투광성을 가지는 도전막을 사용하고, 다른 쪽에 반사성을 가지는 도전막을 사용한다. 화소 전극(101)에 투광성으로 하고 공통 전극(102)에 반사성으로 함으로써, 하면 사출형(보텀 이미션형) 표시 장치로 할 수 있고, 그 반대로 각 화소 전극에 반사성으로 하고 공통 전극(102)에 투광성으로 함으로써, 상면 사출형(톱 이미션형) 표시 장치로 할 수 있다. 또한 각 화소 전극과 공통 전극(102)의 양쪽에 투광성을 부여함으로써 양면 발광형(듀얼 이미션형) 표시 장치로 할 수도 있다. 본 발명의 일 형태의 발광 디바이스는 톱 이미션형 발광 디바이스에 적합하다.
화소 전극(101R), 화소 전극(101G), 및 화소 전극(101B)의 단부를 덮어 제 1 EL층(120R), 제 1 EL층(120G), 및 제 1 EL층(120B)이 각각 제공되어 있다. 또한 제 1 EL층(120R), 제 1 EL층(120G), 및 제 1 EL층(120B)의 단부를 덮어 절연층(125)이 제공되어 있다. 바꿔 말하면 절연층(125)은 화소 전극(101R), 화소 전극(101G), 및 화소 전극(101B)과 제 1 EL층(120R), 제 1 EL층(120G), 및 제 1 EL층(120B)과 중첩되는 개구부를 가진다. 절연층(125)의 개구부에서의 단부는 테이퍼 형상인 것이 바람직하다. 또한 화소 전극(101R), 화소 전극(101G), 및 화소 전극(101B)의 단부는 제 1 EL층(120R), 제 1 EL층(120G), 및 제 1 EL층(120B)에 각각 덮이지 않아도 된다.
제 1 EL층(120R), 제 1 EL층(120G), 및 제 1 EL층(120B)은 각각 화소 전극(101R), 화소 전극(101G), 및 화소 전극(101B)의 상면에 접하는 영역을 포함한다. 또한 제 1 EL층(120R), 제 1 EL층(120G), 및 제 1 EL층(120B)의 단부는 절연층(125) 아래에 위치한다. 제 1 EL층(120R), 제 1 EL층(120G), 및 제 1 EL층(120B)의 상면은 절연층(125)에 접하는 영역과, 제 2 EL층(121)(제 2 EL층을 제공하지 않는 구성의 경우에는 공통 전극(102))에 접하는 영역을 포함한다.
도 18은 도 7의 (B)의 변형예이다. 도 18에서 화소 전극(101R), 화소 전극(101G), 및 화소 전극(101B)의 단부는 기판 측을 향하여 넓어지는 테이퍼 형상을 가지고, 상부에 형성되는 막의 피복성이 향상되어 있다. 또한 화소 전극(101R), 화소 전극(101G), 및 화소 전극(101B)의 단부는 제 1 EL층(120R), 제 1 EL층(120G), 및 제 1 EL층(120B)으로 각각 덮여 있다. EL층을 덮어 마스크층(107)이 형성되어 있다. 이는 포토리소그래피법에 의하여 에칭할 때 EL층이 대미지를 받는 것을 억제하는 작용이 있다. 발광 디바이스(110R), 발광 디바이스(110G), 및 발광 디바이스(110B) 사이에는 절연층(108)이 제공된다. 절연층(108)의 단부는 완만한 테이퍼 형상을 가지고, 나중에 형성되는 제 2 EL층(121) 및 공통 전극(102)의 단절을 억제할 수 있다.
도 7의 (B), 도 18에 나타낸 바와 같이 상이한 색의 발광 디바이스 간에서 2개의 EL층 사이에는 틈이 제공되어 있다. 이와 같이, 제 1 EL층(120R), 제 1 EL층(120G), 및 제 1 EL층(120B)이 서로 접하지 않도록 제공되어 있는 것이 바람직하다. 이로써, 인접한 2개의 EL층을 통하여 전류가 흘러, 의도치 않은 발광이 발생되는 것을 유효하게 방지할 수 있다. 그러므로 콘트라스트를 높일 수 있고, 표시 품질이 높은 표시 장치를 실현할 수 있다. 또한 인접한 발광 디바이스(예를 들어 발광 디바이스(110R)와 발광 디바이스(110G))에서의 마주 보는 EL층의 단부들의 간격은 포토리소그래피법에 의하여 제작함으로써 2μm 이상 5μm 이하로 할 수 있다. 또한 이는 EL층에 포함된 발광층들의 간격이라고 바꿔 말할 수도 있다. 메탈 마스크를 사용하여 형성하는 경우에는 10μm 미만으로 하는 것이 어렵다.
이와 같이 포토리소그래피법에 의하여 발광 장치를 제작함으로써, 2개의 발광 디바이스 사이에 존재될 수 있는 비발광 영역의 면적을 크게 축소할 수 있고, 개구율을 크게 확대시킬 수 있게 된다. 예를 들어 본 발명의 일 형태의 표시 장치에서는 개구율 40% 이상, 50% 이상, 60% 이상, 70% 이상, 80% 이상, 또는 90% 이상이며, 100% 미만을 실현할 수도 있다.
또한 표시 장치의 개구율을 높게 함으로써, 표시 장치의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 더 구체적으로는 유기 EL 디바이스를 사용하고, 개구율 10%의 표시 장치의 수명을 기준으로 한 경우, 개구율 20%(즉, 기준에 대하여 개구율이 2배)의 표시 장치의 수명은 약 3.25배이고, 개구율 40%(즉, 기준에 대하여 개구율이 4배)의 표시 장치의 수명은 약 10.6배이다. 이와 같이 개구율의 향상에 따라 유기 EL 디바이스에 흐르는 전류 밀도를 낮게 할 수 있어, 표시 장치의 수명을 향상시킬 수 있게 된다. 본 발명의 일 형태의 표시 장치에서는 개구율을 향상시킬 수 있기 때문에 표시 장치의 표시 품질을 향상시킬 수 있다. 또한 표시 장치의 개구율의 향상에 따라, 표시 장치의 신뢰성(특히 수명)을 현격히 향상시킨다는 우수한 효과를 나타낸다.
도 7의 (C)에서는 Y 방향에서 EL층(120R)이 발광 디바이스마다 분리되도록 형성되어 있는 예를 나타내었다. 또한 도 7의 (C)에서는 일례로서 발광 디바이스(110R)의 단면을 나타내었지만, 발광 디바이스(110G) 및 발광 디바이스(110B)에 대해서도 마찬가지의 형상으로 할 수 있다. 또한 EL층은 Y 방향에서 연속되고, EL층(120R)이 띠 형상으로 형성되어 있어도 좋다. EL층(120R) 등을 띠 형상으로 형성함으로써, 이들을 분단하기 위한 공간이 불필요해져 발광 디바이스 사이의 비발광 영역의 면적을 축소할 수 있기 때문에, 개구율을 높일 수 있다.
공통 전극(102) 위에는 발광 디바이스(110R), 발광 디바이스(110G), 및 발광 디바이스(110B)를 덮어 보호층(131)이 제공된다. 보호층(131)은 위쪽으로부터 각 발광 디바이스로 물 등의 불순물이 확산되는 것을 방지하는 기능을 가진다.
보호층(131)은 예를 들어 적어도 무기 절연막을 포함하는 단층 구조 또는 적층 구조를 가질 수 있다. 무기 절연막으로서는 예를 들어 산화 실리콘막, 산화질화 실리콘막, 질화산화 실리콘막, 질화 실리콘막, 산화 알루미늄막, 산화질화 알루미늄막, 산화 하프늄막 등의 산화물막 또는 질화물막이 있다. 또는 보호층(131)에 인듐 갈륨 산화물, 인듐 갈륨 아연 산화물 등의 반도체 재료를 사용하여도 좋다.
또한 보호층(131)으로서 무기 절연막과 유기 절연막의 적층막을 사용할 수도 있다. 예를 들어, 한 쌍의 무기 절연막 사이에 유기 절연막을 끼운 구성으로 하는 것이 바람직하다. 또한 유기 절연막이 평탄화막으로서 기능하는 것이 바람직하다. 이에 의하여, 유기 절연막의 상면을 평탄하게 할 수 있기 때문에, 그 위의 무기 절연막의 피복성이 향상되어, 배리어성을 높일 수 있다. 또한 보호층(131)의 상면이 평탄하게 되기 때문에, 보호층(131)의 위쪽에 구조물(예를 들어 컬러 필터, 터치 센서의 전극, 또는 렌즈 어레이 등)을 제공하는 경우에 아래쪽의 구조에 기인하는 요철 형상의 영향을 경감할 수 있어 바람직하다.
또한 도 7의 (A)에는 공통 전극(102)과 전기적으로 접속되는 접속 전극(101C)을 나타내었다. 접속 전극(101C)은 공통 전극(102)에 공급하기 위한 전위(예를 들어 애노드 전위 또는 캐소드 전위)가 공급된다. 접속 전극(101C)은 발광 디바이스(110R) 등이 배열되는 표시 영역의 외측에 제공된다. 또한 도 7의 (A)에서는 공통 전극(102)을 파선으로 나타내었다.
접속 전극(101C)은 표시 영역의 외주를 따라 제공할 수 있다. 예를 들어, 표시 영역의 외주의 한 변을 따라 제공되어 있어도 좋고, 표시 영역의 외주의 두 변 이상을 따라 제공되어 있어도 좋다. 즉, 표시 영역의 상면 형상이 직사각형인 경우에는 접속 전극(101C)의 상면 형상은 띠 형상, L자 형상, 디귿자 형상(대괄호 형상), 또는 사각형 등으로 할 수 있다.
도 7의 (D)는 도 7의 (A)에서의 일점쇄선 C1-C2에 대응하는 단면 개략도이다. 도 7의 (D)에는 접속 전극(101C)과 공통 전극(102)이 전기적으로 접속되는 접속부(130)를 나타내었다. 접속부(130)에서는 접속 전극(101C) 위에 공통 전극(102)이 접하여 제공되고, 공통 전극(102)을 덮어 보호층(131)이 제공된다. 또한 접속 전극(101C)의 단부를 덮어 절연층(124)이 제공되어 있다.
[제작 방법의 예 1]
이하에서는, 본 발명의 일 형태의 표시 장치의 제작 방법의 일례에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 여기서는 상기 구성예에 나타낸 발광 장치(450)를 예로 들어 설명한다. 도 8의 (A) 내지 도 9의 (F)는 이하에서 예시하는 표시 장치의 제작 방법의 각 공정에서의 단면 개략도이다. 또한 도 8의 (A) 등에서는 오른쪽에 접속부(130) 및 그 근방의 단면 개략도를 함께 나타내었다.
또한 표시 장치를 구성하는 박막(절연막, 반도체막, 도전막 등)은 스퍼터링법, 화학 기상 퇴적(CVD)법, 진공 증착법, 펄스 레이저 퇴적(PLD: Pulsed Laser Deposition)법, 원자층 퇴적(ALD)법 등을 사용하여 형성할 수 있다. CVD법으로서는 플라스마 화학 기상 퇴적(PECVD: Plasma Enhanced CVD)법 또는 열 CVD법 등이 있다. 또한 열 CVD법 중 하나에 유기 금속 화학 기상 퇴적(MOCVD)법이 있다.
또한 표시 장치를 구성하는 박막(절연막, 반도체막, 도전막 등)은 스핀 코팅, 디핑(dipping), 스프레이 도포, 잉크젯, 디스펜싱, 스크린 인쇄, 오프셋 인쇄, 닥터 나이프법, 슬릿 코팅, 롤 코팅, 커튼 코팅, 나이프 코팅 등의 방법에 의하여 형성할 수 있다.
또한 표시 장치를 구성하는 박막을 가공할 때에는, 포토리소그래피법 등을 사용할 수 있다. 그 외에 나노임프린트법, 샌드 블라스트법, 리프트 오프법 등에 의하여 박막을 가공하여도 좋다. 또한 메탈 마스크 등의 차폐 마스크를 사용한 성막 방법에 의하여 섬 형상의 박막을 직접 형성하여도 좋다.
포토리소그래피법으로서는 대표적으로 다음 2가지 방법이 있다. 하나는 가공하고자 하는 박막 위에 레지스트 마스크를 형성하고, 에칭 등에 의하여 상기 박막을 가공하고, 레지스트 마스크를 제거하는 방법이다. 다른 하나는 감광성을 가지는 박막을 형성한 후에, 노광, 현상을 수행하여 상기 박막을 원하는 형상으로 가공하는 방법이다.
포토리소그래피법에서 노광에 사용하는 광으로서는 예를 들어 i선(파장 365nm), g선(파장 436nm), h선(파장 405nm), 또는 이들을 혼합시킨 광을 사용할 수 있다. 그 외에, 자외선, KrF 레이저 광, 또는 ArF 레이저 광 등을 사용할 수도 있다. 또한 액침 노광 기술에 의하여 노광을 수행하여도 좋다. 또한 노광에 극단 자외(EUV: Extreme Ultra-violet)광, X선 등의 광을 사용하여도 좋다. 또한 노광에 사용되는 광 대신에 전자 빔을 사용할 수도 있다. 극단 자외광, X선, 또는 전자 빔을 사용하면, 매우 미세한 가공을 수행할 수 있어 바람직하다. 또한 전자 빔 등의 빔을 주사하여 노광을 수행하는 경우에는 포토마스크가 필요하지 않다.
박막의 에칭에는 드라이 에칭법, 웨트 에칭법, 샌드 블라스트법 등을 사용할 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 제작된 디바이스를 MML(메탈 마스크리스) 구조의 디바이스라고 부르는 경우가 있다.
[기판(100)의 준비]
기판(100)으로서는 적어도 나중의 열처리에 견딜 수 있을 정도의 내열성을 가지는 기판을 사용할 수 있다. 기판(100)으로서 절연성 기판을 사용하는 경우에는 유리 기판, 석영 기판, 사파이어 기판, 세라믹 기판, 유기 수지 기판 등을 사용할 수 있다. 또한 실리콘, 탄소화 실리콘 등을 재료로 한 단결정 반도체 기판, 다결정 반도체 기판, 실리콘 저마늄 등으로 이루어지는 화합물 반도체 기판, SOI 기판 등의 반도체 기판을 사용할 수 있다.
특히 기판(100)으로서 상기 반도체 기판 또는 절연성 기판 위에 트랜지스터 등의 반도체 소자를 포함하는 반도체 회로가 형성된 기판을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 반도체 회로는 예를 들어 화소 회로, 게이트선 구동 회로(게이트 드라이버), 소스선 구동 회로(소스 드라이버) 등을 구성하는 것이 바람직하다. 또한 상기에 더하여 연산 회로, 기억 회로 등이 구성되어 있어도 좋다.
[화소 전극(101R), 화소 전극(101G), 화소 전극(101B) 접속 전극(101C)의 형성]
이어서 기판(100) 위에 화소 전극(101R), 화소 전극(101G), 화소 전극(101B), 및 접속 전극(101C)을 형성한다. 우선 화소 전극(양극)이 되는 도전막을 성막하고, 포토리소그래피법으로 레지스트 마스크를 형성하고, 도전막의 불필요한 부분을 에칭으로 제거한다. 그 후, 레지스트 마스크를 제거함으로써, 화소 전극(101R), 화소 전극(101G), 및 화소 전극(101B)을 형성할 수 있다.
각 화소 전극으로서 가시광에 대하여 반사성을 가지는 도전막을 사용하는 경우, 가시광의 파장 대역 전체에서 반사율이 가능한 한 높은 재료(예를 들어 은 또는 알루미늄 등)를 적용하는 것이 바람직하다. 이에 의하여, 발광 디바이스의 광 추출 효율을 높일 수 있을 뿐만 아니라, 색 재현성을 높일 수 있다. 각 화소 전극으로서 가시광에 대한 반사성을 가지는 도전막을 사용한 경우, 기판의 반대 방향으로 발광을 추출하는 소위 톱 이미션의 발광 장치로 할 수 있다. 각 화소 전극으로서 투광성을 가지는 도전막을 사용하는 경우, 기판 방향으로 발광을 추출하는 소위 보텀 이미션의 발광 장치로 할 수 있다.
[EL막(120Rb)의 형성]
다음으로 화소 전극(101R), 화소 전극(101G), 및 화소 전극(101B) 위에, 나중에 EL층(120R)이 되는 EL막(120Rb)을 성막한다.
EL막(120Rb)은 적어도 발광 재료를 포함하는 발광층과, 정공 수송층을 포함한다. 이 외에 전자 주입층, 전자 수송층, 전하 발생층, 또는 정공 주입층으로서 기능하는 막 중 하나 이상이 적층된 구성으로 하여도 좋다. EL막(120Rb)은 예를 들어 증착법, 스퍼터링법, 또는 잉크젯법 등에 의하여 형성할 수 있다. 또한 이에 한정되지 않고 상술한 성막 방법을 적절히 사용할 수 있다.
일례로서는 EL막(120Rb)을, 정공 주입층, 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층이, 이 순서대로 적층된 적층막으로 하는 것이 바람직하다. 이때, 나중에 형성하는 EL층(121)으로서는 전자 주입층을 포함하는 막을 사용할 수 있다.
EL막(120Rb)은 접속 전극(101C) 위에 제공되지 않도록 형성하는 것이 바람직하다. 예를 들어 EL막(120Rb)을 증착법(또는 스퍼터링법)에 의하여 형성하는 경우, 접속 전극(101C)에 EL막(120Rb)이 성막되지 않도록 차폐 마스크를 사용하여 형성하거나 또는 나중의 에칭 공정으로 제거하는 것이 바람직하다.
[마스크막(144a)의 형성]
이어서 EL막(120Rb)을 덮어 마스크막(144a)을 형성한다. 또한 마스크막(144a)은 접속 전극(101C)의 상면에 접하여 제공된다.
마스크막(144a)으로서는 EL막(120Rb) 등의 각 EL막의 에칭 처리에 대한 내성이 높은 막, 즉 에칭 선택비가 높은 막을 사용할 수 있다. 또한 마스크막(144a)으로서는 후술하는 보호막(146a) 등의 보호막과의 에칭 선택비가 높은 막을 사용할 수 있다. 또한 마스크막(144a)으로서는 각 EL막에 대한 대미지가 적은 웨트 에칭법에 의하여 제거할 수 있는 막을 사용할 수 있다.
마스크막(144a)으로서는 예를 들어 금속막, 합금막, 금속 산화물막, 반도체막, 무기 절연막 등의 무기막을 사용할 수 있다. 마스크막(144a)은 스퍼터링법, 증착법, CVD법, ALD법 등의 각종 성막 방법에 의하여 형성할 수 있다.
마스크막(144a)으로서는 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 재료가 포함되는 합금 재료를 사용할 수 있다. 특히 알루미늄 또는 은 등의 저융점 재료를 사용하는 것이 바람직하다.
또한 마스크막(144a)으로서는 인듐 갈륨 아연 산화물(In-Ga-Zn 산화물, IGZO라고도 표기함) 등의 금속 산화물을 사용할 수 있다. 또한 산화 인듐, 인듐 아연 산화물(In-Zn 산화물), 산화 인듐-산화 주석(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) 등을 사용할 수 있다. 또는 실리콘을 포함하는 산화 인듐-산화 주석 등을 사용할 수도 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 마그네슘에서 선택된 1종류 또는 복수 종류)을 사용한 경우에도 적용할 수 있다. 특히 M은 갈륨, 알루미늄, 또는 이트륨에서 선택된 1종류 또는 복수 종류로 하는 것이 바람직하다.
또한 마스크막(144a)으로서는 산화 알루미늄, 산화 하프늄, 산화 실리콘 등의 무기 절연 재료를 사용할 수 있다. 그 중에서도 특히 산화 알루미늄이 바람직하다.
또한 마스크막(144a)으로서, 적어도 EL막(120Rb)의 최상부에 위치하는 막에 대하여 화학적으로 안정된 용매에 용해될 수 있는 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 특히 물 또는 알코올에 용해되는 재료를 마스크막(144a)에 적합하게 사용할 수 있다. 마스크막(144a)은 재료를 물 또는 알코올 등의 용매에 용해시킨 상태에서 습식의 성막 방법으로 도포한 후에, 용매를 증발시키기 위한 가열 처리를 수행함으로써 성막하는 것이 바람직하다. 이때, 감압 분위기하에서의 가열 처리를 수행하면 저온 및 단시간으로 용매를 제거할 수 있기 때문에, EL막(120Rb)에 대한 열적인 대미지를 저감할 수 있어 바람직하다.
마스크막(144a)의 형성에 사용할 수 있는 습식의 성막 방법으로서는 스핀 코팅, 딥, 스프레이 도포, 잉크젯, 디스펜싱, 스크린 인쇄, 오프셋 인쇄, 닥터 나이프법, 슬릿 코팅, 롤 코팅, 커튼 코팅, 나이프 코팅 등이 있다.
마스크막(144a)으로서는 폴리바이닐알코올(PVA), 폴리바이닐뷰티랄, 폴리바이닐피롤리돈, 폴리에틸렌 글라이콜, 폴리글리세린, 풀루란, 수용성 셀룰로스, 또는 알코올 가용성 폴리아마이드 수지 등의 유기 재료를 사용할 수 있다.
여기서 특히 ALD법에 의하여 제작된 막은 치밀하고 EL층을 보호하는 기능이 높으므로 마스크막으로서 적합하게 이용할 수 있다. 특히 산화 알루미늄막은 적합하다.
[보호막(146a)의 형성]
다음으로 마스크막(144a) 위에 보호막(146a)을 형성한다(도 8의 (B)).
보호막(146a)은 나중에 마스크막(144a)을 에칭할 때 하드 마스크로서 사용되는 막이다. 또한 나중의 보호막(146a)의 가공 시에는 마스크막(144a)이 노출된다. 따라서 마스크막(144a)과 보호막(146a)은 서로 에칭 선택비가 큰 막의 조합을 선택한다. 그러므로 마스크막(144a)의 에칭 조건, 및 보호막(146a)의 에칭 조건에 따라 보호막(146a)에 사용할 수 있는 막을 선택할 수 있다.
예를 들어 보호막(146a)의 에칭에 플루오린을 포함하는 가스(플루오린계 가스라고도 함)를 사용한 드라이 에칭을 사용하는 경우에는, 실리콘, 질화 실리콘, 산화 실리콘, 텅스텐, 타이타늄, 몰리브데넘, 탄탈럼, 질화 탄탈럼, 몰리브데넘과 나이오븀을 포함하는 합금, 또는 몰리브데넘과 텅스텐을 포함하는 합금 등을 보호막(146a)에 사용할 수 있다. 여기서 상기 플루오린계 가스를 사용한 드라이 에칭에 대하여 에칭 선택비가 높은(즉, 에칭 속도를 느리게 할 수 있는) 막으로서는 IGZO, ITO 등의 금속 산화물막 등이 있고, 이를 마스크막(144a)으로서 사용할 수 있다.
또한 이에 한정되지 않고, 보호막(146a)은 다양한 재료 중에서 마스크막(144a)의 에칭 조건 및 보호막(146a)의 에칭 조건에 따라 선택할 수 있다. 예를 들어, 상기 마스크막(144a)에 사용할 수 있는 막 중에서 선택할 수도 있다.
또한 보호막(146a)으로서는 예를 들어 질화물막을 사용할 수 있다. 구체적으로는 질화 실리콘, 질화 알루미늄, 질화 하프늄, 질화 타이타늄, 질화 탄탈럼, 질화 텅스텐, 질화 갈륨, 질화 저마늄 등의 질화물을 사용할 수도 있다.
또는 보호막(146a)으로서 산화물막을 사용할 수 있다. 대표적으로는 산화 실리콘, 산화질화 실리콘, 산화 알루미늄, 산화질화 알루미늄, 산화 하프늄, 산화질화 하프늄 등의 산화물막 또는 산질화물막을 사용할 수도 있다.
또한 보호막(146a)으로서 EL막(120Rb) 등에 사용할 수 있는 유기막을 사용하여도 좋다. 예를 들어 EL막(120Rb), EL막(120Gb), 또는 EL막(120Bb)에 사용하는 유기막과 동일한 막을 보호막(146a)에 사용할 수 있다. 이와 같은 유기막을 사용함으로써, EL막(120Rb) 등의 형성에 사용하는 성막 장치와 같은 성막 장치를 사용할 수 있기 때문에 바람직하다.
[레지스트 마스크(143a)의 형성]
이어서 보호막(146a) 위에서, 화소 전극(101R)과 중첩되는 위치 및 접속 전극(101C)과 중첩되는 위치에 각각 레지스트 마스크(143a)를 형성한다(도 8의 (C)).
레지스트 마스크(143a)에는 포지티브형 레지스트 재료 또는 네거티브형 레지스트 재료 등, 감광성의 수지를 포함하는 레지스트 재료를 사용할 수 있다.
여기서 보호막(146a)을 포함하지 않고, 마스크막(144a) 위에 레지스트 마스크(143a)를 형성하는 경우, 마스크막(144a)에 핀홀 등의 결함이 존재하면 레지스트 재료의 용매에 의하여 EL막(120Rb)이 용해될 우려가 있다. 보호막(146a)을 사용함으로써, 이와 같은 문제가 생기는 것을 방지할 수 있다.
또한 마스크막(144a)으로서 핀홀 등의 결함이 발생되기 어려운 막을 사용하는 경우에는, 보호막(146a)을 사용하지 않고, 마스크막(144a) 위에 레지스트 마스크(143a)를 직접 형성하여도 좋다.
[보호막(146a)의 에칭]
다음으로, 보호막(146a)에서 레지스트 마스크(143a)로 덮이지 않는 일부를 에칭으로 제거하여 띠 형상의 보호층(147a)을 형성한다. 이때 동시에 접속 전극(101C) 위에도 보호층(147a)이 형성된다.
보호막(146a)을 에칭할 때, 마스크막(144a)이 상기 에칭으로 제거되지 않도록 선택비가 높은 에칭 조건을 사용하는 것이 바람직하다. 보호막(146a)의 에칭은 웨트 에칭 또는 드라이 에칭으로 수행할 수 있지만, 드라이 에칭을 사용함으로써 보호막(146a)의 패턴이 축소되는 것을 억제할 수 있다.
[레지스트 마스크(143a)의 제거]
다음으로 레지스트 마스크(143a)를 제거한다(도 8의 (D)).
레지스트 마스크(143a)는 웨트 에칭 또는 드라이 에칭으로 제거할 수 있다. 특히 산소 가스를 에칭 가스로서 사용한 드라이 에칭(플라스마 애싱이라고도 함)에 의하여 레지스트 마스크(143a)를 제거하는 것이 바람직하다.
이때, 레지스트 마스크(143a)의 제거는 EL막(120Rb)이 마스크막(144a)으로 덮인 상태로 수행되기 때문에 EL막(120Rb)에 대한 영향이 억제된다. 특히, EL막(120Rb)이 산소에 노출되면 전기 특성에 악영향을 미치는 경우가 있어, 플라스마 애싱 등의 산소 가스를 사용한 에칭을 수행하는 경우에는 적합하다.
[마스크막(144a)의 에칭]
다음으로 보호층(147a)을 마스크로서 사용하여, 보호층(147a)으로 덮이지 않은 마스크막(144a)의 일부를 에칭으로 제거하여 띠 형상의 마스크층(145a)을 형성한다(도 8의 (E)). 이때 동시에 접속 전극(101C) 위에도 마스크층(145a)이 형성된다.
마스크막(144a)의 에칭은 웨트 에칭 또는 드라이 에칭으로 수행할 수 있지만, 드라이 에칭법을 사용하면 패턴의 축소를 억제할 수 있어 바람직하다.
[EL막(120Rb), 보호층(147a)의 에칭]
다음으로 보호층(147a)의 에칭과 동시에 마스크층(145a)으로 덮이지 않은 EL막(120Rb)의 일부를 에칭으로 제거하여 띠 형상의 EL층(120R)을 형성한다(도 8의 (F)). 이때 동시에 접속 전극(101C) 위의 보호층(147a)도 제거된다.
EL막(120Rb)과 보호층(147a)을 동일한 처리에 의하여 에칭함으로써 공정을 간략화할 수 있기 때문에, 표시 장치의 제작 비용을 삭감할 수 있어 바람직하다.
특히 EL막(120Rb)의 에칭으로서는, 산소를 주성분으로서 포함하지 않는 에칭 가스를 사용한 드라이 에칭을 사용하는 것이 바람직하다. 이에 의하여 EL막(120Rb)의 변질을 억제하고, 신뢰성이 높은 표시 장치를 실현할 수 있다. 산소를 주성분으로서 포함하지 않는 에칭 가스로서는 예를 들어 CF4, C4F8, SF6, CHF3, Cl2, H2O, BCl3, H2, 또는 He 등의 비활성 기체가 있다. 또한 상기 가스와, 산소를 포함하지 않는 희석 가스의 혼합 가스를 에칭 가스로서 사용할 수 있다.
또한 EL막(120Rb)의 에칭과 보호층(147a)의 에칭을 따로따로 수행하여도 좋다. 이때, EL막(120Rb)을 먼저 에칭하여도 좋고, 보호층(147a)을 먼저 에칭하여도 좋다.
이 시점에서 EL층(120R)과 접속 전극(101C)은 마스크층(145a)으로 덮인 상태가 된다.
[EL층(120G), EL층(120B)의 형성]
마찬가지의 공정을 반복함으로써 섬 형상의 EL층(120G), EL층(120B)과, 섬 형상의 마스크층(145b), 마스크층(145c)을 형성할 수 있다(도 9의 (A)).
[마스크층의 제거]
다음으로 마스크층(145a), 마스크층(145b), 및 마스크층(145c) 위에 절연층(126b)을 형성한다. 절연층(126b)은 마스크층(145a), 마스크층(145b), 및 마스크층(145c)과 마찬가지로 제작할 수 있다.
[절연층(125b)의 형성]
그 후, 절연층(126b)을 덮어 절연층(125b)을 형성한다. 절연층(125b)은 감광성을 가지는 유기 수지를 사용하여 형성하면 좋다. 상기 유기 재료로서는 예를 들어 아크릴 수지, 폴리이미드 수지, 에폭시 수지, 이미드 수지, 폴리아마이드 수지, 폴리이미드아마이드 수지, 실리콘(silicone) 수지, 실록세인 수지, 벤조사이클로뷰텐계 수지, 페놀 수지, 및 이들 수지의 전구체 등을 적용할 수 있다. 또한 절연층(125b)으로서 폴리바이닐알코올(PVA), 폴리바이닐뷰티랄, 폴리바이닐피롤리돈, 폴리에틸렌글라이콜, 폴리글리세린, 풀루란, 수용성 셀룰로스, 또는 알코올 가용성 폴리아마이드 수지 등의 유기 재료를 적용할 수 있는 경우가 있다. 또한 감광성 수지로서는 포토레지스트를 사용할 수 있는 경우가 있다. 감광성 수지는 포지티브형 재료, 또는 네거티브형 재료를 사용할 수 있는 경우가 있다.
절연층(125b)은 도포 후에 가열 처리를 수행하는 것이 바람직하다. 상기 가열 처리는 EL층의 내열 온도보다 낮은 온도에서 수행한다. 가열 처리 시의 기판 온도로서는 50℃ 이상 200℃ 이하, 바람직하게는 60℃ 이상 150℃ 이하, 더 바람직하게는 70℃ 이상 120℃ 이하로 하면 좋다. 이에 의하여 절연층(125b) 내에 포함되는 용매를 제거할 수 있다.
다음으로 도 7의 (C)에 나타낸 바와 같이 노광, 현상을 수행하여, 절연층(125b)의 화소 전극 및 제 1 EL층과 중첩되는 영역에 개구부(128)를 형성하고, 절연층(125)을 형성한다. 절연층(125b)에 포지티브형 아크릴 수지를 사용하는 경우, 절연층(125b)을 제거하는 영역에 마스크를 사용하여 가시광선 또는 자외선을 조사하면 좋다.
또한 노광에 가시광선을 사용하는 경우, 이 가시광선은 i선(파장365nm)을 포함하는 것이 바람직하다. 또한 g선(파장436nm) 또는 h선(파장405nm) 등을 포함하는 가시광선을 사용하여도 좋다.
현상은 절연층(125b)에 아크릴 수지를 사용하는 경우, 현상액으로서 알칼리성 용액을 사용하는 것이 바람직하고, 예를 들어, 수산화 테트라메틸 암모늄 수용액(TMAH)을 사용하면 좋다.
또한 이 후, 기판 전체에 노광을 수행하여 가시광선 또는 자외광선을 절연층(125)에 조사하는 것이 바람직하다. 상기 노광의 에너지 밀도는 0mJ/cm2보다 크고 800mJ/cm2　이하로 하면 좋고, 0mJ/cm2보다 크고 500mJ/cm2　이하로 하는 것이 바람직하다. 현상 후에 이와 같은 노광을 수행함으로써 절연층(125)의 투명도를 향상시킬 수 있는 경우가 있다. 또한 나중의 공정에서의 절연층(125)의 단부를 테이퍼 형상으로 변형시키는 가열 처리에 필요한 기판 온도를 저하시킬 수 있는 경우가 있다.
다음으로 가열 처리를 수행함으로써 절연층(125b)을 측면에 테이퍼 형상을 가지는 절연층(125)으로 변형시킬 수 있다. 상기 가열 처리는 EL층의 내열 온도보다 낮은 온도에서 수행한다. 가열 처리 시의 기판 온도로서는 50℃ 이상 200℃ 이하, 바람직하게는 60℃ 이상 150℃ 이하, 더 바람직하게는 70℃ 이상 130℃ 이하로 하면 좋다. 본 공정의 가열 처리는 절연층(125)의 도포 후의 가열 처리보다 기판 온도를 높게 하는 것이 바람직하다. 이에 의하여 절연층(125)의 내식성도 향상시킬 수 있다.
이어서 노출된 마스크층(145a), 마스크층(145b), 및 마스크층(145c)을 제거한다. 마스크층(145a), 마스크층(145b), 및 마스크층(145c)은 웨트 에칭 또는 드라이 에칭으로 제거할 수 있다. 이때, EL층(120R), EL층(120G), 및 EL층(120B)에 가능한 한 대미지를 주지 않는 방법을 사용하는 것이 바람직하다. 특히 웨트 에칭법을 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 수산화 테트라메틸 암모늄 수용액(TMAH: Tetra Methyl Ammonium Hydroxide, 테트라메틸 암모늄 하이드로자이드), 희석된 수소산, 옥살산, 인산, 아세트산, 질산, 또는 이들의 혼합 액체를 사용한 웨트 에칭을 사용하는 것이 바람직하다.
또는 마스크층(145a), 마스크층(145b), 및 마스크층(145c)을 물 또는 알코올 등의 용매에 용해시킴으로써 제거하는 것이 바람직하다. 여기서 마스크층(145a), 마스크층(145b), 및 마스크층(145c)을 용해시킬 수 있는 알코올로서는 에틸알코올, 메틸알코올, 아이소프로필알코올(IPA), 또는 글리세린 등 다양한 알코올을 사용할 수 있다.
마스크층(145a), 마스크층(145b), 및 마스크층(145c)을 제거한 후에 EL층(120R), EL층(120G), 및 EL층(120B)의 내부에 포함되는 물 및 EL층(120R), EL층(120G), 및 EL층(120B)의 표면에 흡착된 물을 제거하기 위하여 건조 처리를 수행하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 불활성 가스 분위기 또는 감압 분위기하에서 가열 처리를 수행하는 것이 바람직하다. 가열 처리는 기판 온도로서 50℃ 이상 200℃ 이하, 바람직하게는 60℃ 이상 150℃ 이하, 더 바람직하게는 70℃ 이상 120℃ 이하의 온도에서 수행할 수 있다. 감압 분위기로 함으로써, 더 낮은 온도에서 건조할 수 있어 바람직하다.
이와 같이 하여, EL층(120R), EL층(120G), 및 EL층(120B)을 따로따로 형성할 수 있다.
[EL층(121)의 형성]
이어서 EL층(120R), EL층(120G), EL층(120B), 및 절연층(125)을 덮어 EL층(121)을 형성한다.
EL층(121)은 EL막(120Rb) 등과 같은 방법으로 성막할 수 있다. 증착법에 의하여 EL층(121)을 성막하는 경우에는, EL층(121)이 접속 전극(101C) 위에 성막되지 않도록 차폐 마스크를 사용하여 성막하는 것이 바람직하다.
[공통 전극(102)의 형성]
이어서 EL층(121) 및 접속 전극(101C)을 덮어 공통 전극(102)을 형성한다(도 9의 (F)).
공통 전극(102)은 증착법 또는 스퍼터링법 등의 성막 방법으로 형성할 수 있다. 또는 증착법으로 형성한 막과 스퍼터링법으로 형성한 막을 적층시켜도 좋다. 이때, 전자 주입층(115)이 성막되는 영역을 덮도록 공통 전극(102)을 형성하는 것이 바람직하다. 즉, 전자 주입층(115)의 단부가 공통 전극(102)과 중첩되는 구성으로 할 수 있다. 공통 전극(102)은 차폐 마스크를 사용하여 형성되는 것이 바람직하다.
공통 전극(102)은 표시 영역의 외부에서 접속 전극(101C)과 전기적으로 접속된다.
[보호층의 형성]
다음으로 공통 전극(102) 위에 보호층을 형성한다. 보호층에 사용하는 무기 절연막의 성막에는 스퍼터링법, PECVD법, 또는 ALD법을 사용하는 것이 바람직하다. 특히 ALD법은 단차 피복성이 우수하고, 핀홀 등의 결함이 생기기 어렵기 때문에 바람직하다. 또한 유기 절연막의 성막에 잉크젯법을 사용하면 원하는 영역에 균일한 막을 형성할 수 있어 바람직하다.
상술한 공정을 거쳐, 본 발명의 일 형태의 발광 장치를 제작할 수 있다.
또한 상기에서는 공통 전극(102)과 제 2 EL층(121)을, 상면 형상이 상이하게 되도록 형성한 경우에 대하여 나타내었지만, 이들을 같은 영역에 형성하여도 좋다.
(실시형태 5)
본 실시형태에서는 실시형태 1 및 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스를 조명 장치로서 사용하는 예에 대하여 도 10을 참조하면서 설명한다. 도 10의 (B)는 조명 장치의 상면도이고, 도 10의 (A)는 도 10의 (B)에 나타낸 선분 e-f에서의 단면도이다.
본 실시형태의 조명 장치에서는, 지지체인 광 투과성을 가지는 기판(400) 위에 양극(401)이 형성되어 있다. 양극(401)은 실시형태 1에서의 화소 전극(101)에 상당한다. 양극(401) 측으로부터 발광을 추출하는 경우, 양극(401)을 광 투과성을 가지는 재료로 형성한다.
음극(404)에 전압을 공급하기 위한 패드(412)가 기판(400) 위에 형성된다.
양극(401) 위에는 EL층(403)이 형성되어 있다. EL층(403)은 실시형태 1 및 실시형태 2에서의 EL층(103)의 구성 등에 상당한다. 또한 이들 구성에 대해서는 앞의 기재를 참조할 수 있다.
EL층(403)을 덮어 음극(404)을 형성한다. 음극(404)은 실시형태 1에서의 공통 전극(102)에 상당한다. 발광을 양극(401) 측으로부터 추출하는 경우, 음극(404)은 반사율이 높은 재료로 형성된다. 음극(404)은 패드(412)와 접속됨으로써 전압이 공급된다.
상술한 바와 같이, 본 실시형태에 기재된 조명 장치는 양극(401), EL층(403), 및 음극(404)을 포함한 발광 디바이스를 포함한다. 이 발광 디바이스는 발광 효율이 높기 때문에, 본 실시형태의 조명 장치를 소비 전력이 낮은 조명 장치로 할 수 있다.
상기 구성을 가지는 발광 디바이스가 형성된 기판(400)을 실재(405), 실재(406)를 사용하여 밀봉 기판(407)에 고착하고 밀봉함으로써, 조명 장치가 완성된다. 실재(405) 및 실재(406) 중 어느 한쪽만을 사용하여도 좋다. 또한 내측의 실재(406)(도 10의 (B)에는 도시하지 않았음)에는 건조제를 섞을 수도 있고, 이로써 수분을 흡착시킬 수 있기 때문에 신뢰성의 향상으로 이어진다.
또한 패드(412)와 양극(401)의 일부를 실재(405, 406) 밖으로 연장시켜 제공함으로써 외부 입력 단자로 할 수 있다. 또한 그 위에 컨버터 등을 탑재한 IC칩(420) 등을 제공하여도 좋다.
상술한 바와 같이, 본 실시형태에 기재된 조명 장치에는 EL 소자에 실시형태 1 및 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스가 사용되기 때문에, 발광 효율이 양호하므로 소비 전력이 낮은 발광 장치로 할 수 있다.
또한 본 실시형태는 다른 실시형태와 자유로이 조합될 수 있다.
(실시형태 6)
본 실시형태에서는 실시형태 1 및 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스를 그 일부에 포함하는 전자 기기의 예에 대하여 설명한다. 실시형태 1 및 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스는 발광 효율(특히 BI)이 높은 발광 디바이스이다. 그 결과, 본 실시형태에 기재된 전자 기기는 발광 디바이스의 발광 효율이 양호하므로 소비 전력이 낮은 전자 기기로 할 수 있다.
상기 발광 디바이스를 적용한 전자 기기로서는, 예를 들어 텔레비전 장치(텔레비전 또는 텔레비전 수신기라고도 함), 컴퓨터용 등의 모니터, 디지털 카메라, 디지털 비디오 카메라, 디지털 액자, 휴대 전화기(휴대 전화, 휴대 전화 장치라고도 함), 휴대용 게임기, 휴대 정보 단말기, 음향 재생 장치, 파친코기 등의 대형 게임기 등이 있다. 이들 전자 기기의 구체적인 예를 이하에서 제시한다.
도 11의 (A)는 텔레비전 장치의 일례를 나타낸 것이다. 텔레비전 장치는 하우징(7101)에 표시부(7103)가 제공되어 있다. 또한 여기서는 스탠드(7105)에 의하여 하우징(7101)을 지지한 구성을 나타내었다. 표시부(7103)에 영상을 표시할 수 있고, 표시부(7103)는 실시형태 1 및 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스를 매트릭스 형태로 배열하여 구성되어 있다.
텔레비전 장치는 하우징(7101)에 포함되는 조작 스위치 또는 별체의 리모트 컨트롤러(7110)로 조작할 수 있다. 리모트 컨트롤러(7110)의 조작 키(7109)에 의하여, 채널 또는 음량을 조작할 수 있고, 표시부(7103)에 표시되는 영상을 조작할 수 있다. 또한 리모트 컨트롤러(7110)로부터 출력되는 정보를 표시하는 표시부(7107)를 상기 리모트 컨트롤러(7110)에 제공하는 구성으로 하여도 좋다. 또한 표시부(7107)에도 매트릭스 형태로 배열된, 실시형태 1 및 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스를 적용할 수 있다.
또한 텔레비전 장치는 수신기 또는 모뎀 등을 포함하는 구성으로 한다. 수신기에 의하여 일반 텔레비전 방송을 수신할 수 있고, 모뎀을 통하여 유선 또는 무선 통신 네트워크에 접속함으로써, 단방향(송신자로부터 수신자로) 또는 쌍방향(송신자와 수신자 간, 또는 수신자들끼리 등)의 정보 통신을 할 수도 있다.
도 11의 (B1)에 나타낸 컴퓨터는 본체(7201), 하우징(7202), 표시부(7203), 키보드(7204), 외부 접속 포트(7205), 포인팅 디바이스(7206) 등을 포함한다. 또한 이 컴퓨터는 실시형태 1 및 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스를 매트릭스 형태로 배열하여 표시부(7203)에 사용함으로써 제작된다. 도 11의 (B1)에 나타낸 컴퓨터는 도 11의 (B2)에 나타낸 구조를 가져도 좋다. 도 11의 (B2)에 나타낸 컴퓨터에는 키보드(7204) 및 포인팅 디바이스(7206) 대신에 표시부(7210)가 제공되어 있다. 표시부(7210)는 터치 패널식이므로, 표시부(7210)에 표시된 입력용 표시를 손가락 또는 전용 펜으로 조작함으로써 입력할 수 있다. 또한 표시부(7210)는 입력용 표시뿐만 아니라 기타 화상을 표시할 수도 있다. 또한 표시부(7203)도 터치 패널이어도 좋다. 2개의 화면이 힌지로 연결되어 있으면, 수납하거나 운반할 때에 화면을 손상시키거나 파손시키는 등의 문제의 발생도 방지할 수 있다.
도 11의 (C)는 휴대 단말기의 일례를 나타낸 것이다. 휴대 전화기는 하우징(7401)에 제공된 표시부(7402) 외에 조작 버튼(7403), 외부 접속 포트(7404), 스피커(7405), 마이크로폰(7406) 등을 포함한다. 또한 휴대 전화기는 실시형태 1 및 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스를 매트릭스 형태로 배열하여 제작한 표시부(7402)를 포함한다.
도 11의 (C)에 나타낸 휴대 단말기는 표시부(7402)를 손가락 등으로 터치함으로써 정보를 입력할 수 있는 구성으로 할 수도 있다. 이 경우, 표시부(7402)를 손가락 등으로 터치함으로써, 전화를 걸거나 메일을 작성하는 등의 조작을 할 수 있다.
표시부(7402)의 화면에는 주로 3가지 모드가 있다. 첫 번째 모드는 화상의 표시를 주로 하는 표시 모드이고, 두 번째 모드는 문자 등의 정보의 입력을 주로 하는 입력 모드이다. 세 번째 모드는 표시 모드와 입력 모드의 2가지 모드가 혼합된 표시+입력 모드이다.
예를 들어 전화를 걸거나 메일을 작성하는 경우에는, 표시부(7402)의 모드를 문자의 입력을 주로 하는 문자 입력 모드로 하여, 화면에 표시된 문자를 입력하면 좋다. 이 경우, 표시부(7402)의 화면의 대부분에 키보드 또는 번호 버튼이 표시되는 것이 바람직하다.
또한 자이로스코프, 가속도 센서 등 기울기를 검출하는 센서를 포함하는 검출 장치를 휴대 단말기 내부에 제공함으로써, 휴대 단말기의 방향(세로인지 가로인지)을 판단하여, 표시부(7402)의 화면 표시가 자동적으로 전환되도록 할 수 있다.
또한 화면 모드는 표시부(7402)를 터치하거나 하우징(7401)의 조작 버튼(7403)을 조작함으로써 전환된다. 또한 표시부(7402)에 표시되는 화상의 종류에 따라 전환되도록 할 수도 있다. 예를 들어 표시부에 표시되는 화상 신호가 동영상의 데이터이면 표시 모드로, 텍스트 데이터이면 입력 모드로 전환된다.
또한 입력 모드에서 표시부(7402)의 광 센서로 검출되는 신호를 검지하고, 표시부(7402)의 터치 조작에 의한 입력이 일정 기간 없는 경우에는, 화면의 모드를 입력 모드로부터 표시 모드로 전환하도록 제어하여도 좋다.
표시부(7402)는 이미지 센서로서 기능할 수도 있다. 예를 들어, 표시부(7402)를 손바닥 또는 손가락으로 터치하여 장문, 지문 등을 촬상함으로써, 본인 인증을 할 수 있다. 또한 표시부에 근적외광을 발하는 백라이트 또는 근적외광을 발하는 센싱용 광원을 사용하면, 손가락 정맥, 손바닥 정맥 등을 촬상할 수도 있다.
상술한 바와 같이, 실시형태 1 및 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스를 포함하는 발광 장치의 적용 범위는 매우 넓고, 이 발광 장치는 다양한 분야의 전자 기기에 적용될 수 있다. 실시형태 1 및 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스를 사용함으로써, 소비 전력이 낮은 전자 기기를 얻을 수 있다.
도 12의 (A)는 로봇 청소기의 일례를 나타낸 모식도이다.
로봇 청소기(5100)는 상면에 배치된 디스플레이(5101), 측면에 배치된 복수의 카메라(5102), 브러시(5103), 조작 버튼(5104)을 포함한다. 또한 도시되지 않았지만, 로봇 청소기(5100)의 하면에는 바퀴, 흡입구 등이 제공되어 있다. 로봇 청소기(5100)는 그 외에 적외선 센서, 초음파 센서, 가속도 센서, 피에조 센서, 광 센서, 자이로 센서 등의 각종 센서를 포함한다. 또한 로봇 청소기(5100)는 무선 통신 수단을 가진다.
로봇 청소기(5100)는 자율 주행하고, 먼지(5120)를 검지하고, 하면에 제공된 흡입구로부터 먼지를 흡입할 수 있다.
또한 로봇 청소기(5100)는 카메라(5102)가 촬영한 화상을 해석하여 벽, 가구, 또는 단차 등의 장애물의 유무를 판단할 수 있다. 또한 화상을 해석함으로써 배선 등 브러시(5103)에 얽히기 쉬운 물체를 검지한 경우에는, 브러시(5103)의 회전을 멈출 수 있다.
디스플레이(5101)에는 배터리 잔량, 흡입한 먼지의 양 등을 표시할 수 있다. 로봇 청소기(5100)가 주행한 경로를 디스플레이(5101)에 표시하여도 좋다. 또한 디스플레이(5101)를 터치 패널로 하고, 조작 버튼(5104)을 디스플레이(5101)에 제공하여도 좋다.
로봇 청소기(5100)는 스마트폰 등의 휴대 전자 기기(5140)와 통신할 수 있다. 카메라(5102)가 촬영한 화상을 휴대 전자 기기(5140)에 표시할 수 있다. 그러므로 로봇 청소기(5100)의 소유자는 외출 시에도 방의 상황을 알 수 있다. 또한 디스플레이(5101)의 표시를 스마트폰 등의 휴대 전자 기기로 확인할 수도 있다.
본 발명의 일 형태의 발광 장치는 디스플레이(5101)에 사용할 수 있다.
도 12의 (B)에 나타낸 로봇(2100)은 연산 장치(2110), 조도 센서(2101), 마이크로폰(2102), 상부 카메라(2103), 스피커(2104), 디스플레이(2105), 하부 카메라(2106), 장애물 센서(2107), 및 이동 기구(2108)를 포함한다.
마이크로폰(2102)은 사용자의 목소리 및 환경음 등을 검지하는 기능을 가진다. 또한 스피커(2104)는 음성을 출력하는 기능을 가진다. 로봇(2100)은 마이크로폰(2102) 및 스피커(2104)를 사용하여 사용자와 의사소통을 할 수 있다.
디스플레이(2105)는 각종 정보를 표시하는 기능을 가진다. 로봇(2100)은 사용자가 원하는 정보를 디스플레이(2105)에 표시할 수 있다. 디스플레이(2105)에는 터치 패널을 탑재하여도 좋다. 또한 디스플레이(2105)는 탈착 가능한 정보 단말기이어도 좋고, 로봇(2100)의 정위치에 설치되면 충전 및 데이터 통신을 할 수 있다.
상부 카메라(2103) 및 하부 카메라(2106)는 로봇(2100)의 주위를 촬상하는 기능을 가진다. 또한 장애물 센서(2107)는 이동 기구(2108)를 사용하여 로봇(2100)이 앞으로 가는 진행 방향에서의 장애물의 유무를 감지할 수 있다. 로봇(2100)은 상부 카메라(2103), 하부 카메라(2106), 및 장애물 센서(2107)를 사용하여 주위의 환경을 인식함으로써 안전하게 이동할 수 있다. 본 발명의 일 형태의 발광 장치는 디스플레이(2105)에 사용할 수 있다.
도 12의 (C)는 고글형 디스플레이의 일례를 나타낸 것이다. 고글형 디스플레이는 예를 들어 하우징(5000), 표시부(5001), 스피커(5003), LED 램프(5004), (전원 스위치, 또는 조작 스위치를 포함함), 접속 단자(5006), 센서(5007)(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 가지는 것), 마이크로폰(5008), 제 2 표시부(5002), 지지부(5012), 이어폰(5013) 등을 포함한다.
본 발명의 일 형태의 발광 장치는 표시부(5001) 및 제 2 표시부(5002)에 사용할 수 있다.
도 13은 실시형태 1 및 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스를 조명 장치인 전기 스탠드에 사용한 예를 나타낸 것이다. 도 13에 나타낸 전기 스탠드는 하우징(2001)과 광원(2002)을 포함한다.
도 14는 실시형태 1 및 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스를 실내의 조명 장치(3001)로서 사용한 예를 나타낸 것이다. 실시형태 1 및 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스는 발광 효율이 높은 발광 디바이스이기 때문에, 소비 전력이 낮은 조명 장치로 할 수 있다. 또한 실시형태 1 및 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스는 얇기 때문에, 박형화된 조명 장치로서 사용할 수 있다.
실시형태 1 및 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스는 자동차의 앞 유리 또는 대시 보드(dashboard)에도 탑재될 수 있다. 실시형태 1 및 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스를 자동차의 앞 유리 또는 대시 보드에 사용하는 일 형태를 도 15에 나타내었다 표시 영역(5200) 내지 표시 영역(5203)은 실시형태 1 및 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스를 사용하여 제공된 표시 영역이다.
표시 영역(5200)과 표시 영역(5201)은 자동차의 앞유리에 제공되고, 실시형태 1 및 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스가 탑재된 표시 장치이다. 실시형태 1 및 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스는 양극과 음극의 양쪽을, 투광성을 가지는 전극으로 제작함으로써, 반대편이 비쳐 보이는 소위 시스루 상태의 표시 장치로 할 수 있다. 시스루 상태의 표시 장치이면, 자동차의 앞유리에 설치하여도 시야를 가리지 않는다. 또한 구동을 위한 트랜지스터 등을 제공하는 경우에는, 유기 반도체 재료를 사용한 유기 트랜지스터, 산화물 반도체를 사용한 트랜지스터 등 투광성을 가지는 트랜지스터를 사용하면 좋다.
표시 영역(5202)은 필러 부분에 제공되고, 실시형태 1 및 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스가 탑재된 표시 장치이다. 표시 영역(5202)은 차체에 제공된 촬상 수단으로 촬영된 영상을 표시함으로써, 필러로 가려진 시야를 보완할 수 있다. 또한 마찬가지로, 대시 보드 부분에 제공된 표시 영역(5203)은 차체로 가려진 시야를, 자동차의 외부에 제공된 촬상 수단으로 촬영된 영상을 표시함으로써 보완할 수 있고, 이에 의하여 안전성이 향상될 수 있다. 보이지 않는 부분을 보완하도록 영상을 표시함으로써, 더 자연스럽고 위화감 없이 안전을 확인할 수 있다.
표시 영역(5203)은 내비게이션 정보, 속도 또는 회전수, 에어컨디셔너의 설정 등, 그리고 이 외에도 다양한 정보를 제공할 수 있다. 표시 항목 또는 레이아웃은 사용자의 취향에 맞추어 적절히 변경할 수 있다. 또한 이들 정보는 표시 영역(5200) 내지 표시 영역(5202)에도 표시할 수 있다. 또한 표시 영역(5200) 내지 표시 영역(5203)을 조명 장치로서 사용할 수도 있다.
또한 도 16의 (A) 및 (B)에 접을 수 있는 휴대 정보 단말기(5150)를 나타내었다. 접을 수 있는 휴대 정보 단말기(5150)는 하우징(5151), 표시 영역(5152), 및 굴곡부(5153)를 포함한다. 도 16의 (A)는 펼친 상태의 휴대 정보 단말기(5150)를 나타낸 것이다. 도 16의 (B)는 접은 상태의 휴대 정보 단말기를 나타낸 것이다. 휴대 정보 단말기(5150)는 큰 표시 영역(5152)을 가짐에도 불구하고, 접으면 작고 가반성(可搬性)이 우수하다.
표시 영역(5152)은 굴곡부(5153)에 의하여 반으로 접을 수 있다. 굴곡부(5153)는 신축 가능한 부재와 복수의 지지 부재로 구성되어 있고, 접을 때는 신축 가능한 부재가 신장된다. 굴곡부(5153)는 2mm 이상, 바람직하게는 3mm 이상의 곡률 반경을 가지도록 접힌다.
또한 표시 영역(5152)은 터치 센서(입력 장치)가 탑재된 터치 패널(입출력 장치)이어도 좋다. 본 발명의 일 형태의 발광 장치를 표시 영역(5152)에 사용할 수 있다.
또한 도 17의 (A) 내지 (C)에 접을 수 있는 휴대 정보 단말기(9310)를 나타내었다. 도 17의 (A)는 펼친 상태의 휴대 정보 단말기(9310)를 나타낸 것이다. 도 17의 (B)는 펼친 상태에서 접은 상태로, 또는 접은 상태에서 펼친 상태로 변화하는 도중의 휴대 정보 단말기(9310)를 나타낸 것이다. 도 17의 (C)는 접은 상태의 휴대 정보 단말기(9310)를 나타낸 것이다. 접은 상태의 휴대 정보 단말기(9310)는 가반성이 우수하고, 펼친 상태의 휴대 정보 단말기(9310)는 이음매가 없는 넓은 표시 영역을 포함하므로 표시의 일람성(一覽性)이 높다.
표시 패널(9311)은 힌지(9313)로 연결된 3개의 하우징(9315)에 의하여 지지되어 있다. 또한 표시 패널(9311)은 터치 센서(입력 장치)가 탑재된 터치 패널(입출력 장치)이어도 좋다. 또한 표시 패널(9311)은 힌지(9313)를 이용하여 2개의 하우징(9315) 사이를 굴곡시킴으로써, 휴대 정보 단말기(9310)를 펼친 상태로부터 접은 상태로 가역적으로 변형시킬 수 있다. 본 발명의 일 형태의 발광 장치를 표시 패널(9311)에 사용할 수 있다.
본 실시형태에서 예시한 구성예 및 이들에 대응하는 도면 등은, 적어도 그 일부를 다른 구성예 또는 도면 등과 적절히 조합할 수 있다.
본 실시형태는 적어도 그 일부를 본 명세서 중에 기재하는 다른 실시형태와 적절히 조합하여 실시할 수 있다.
(실시예 1)
본 실시예에서는 본 발명의 일 형태의 발광 디바이스 1, 발광 디바이스 2, 및 비교 발광 디바이스 1에 대하여 설명한다. 본 실시예에서 사용한 유기 화합물의 구조식을 이하에 나타낸다.
(발광 디바이스 1의 제작 방법)
우선 CVD법에 의하여 실리콘 기판 위에 절연막으로서 산화 실리콘을 400nm 성막한 후, 질소 분위기하 350℃에서 1시간 가열하였다. 이 후, 스퍼터링법에 의하여 타이타늄을 50nm, 알루미늄을 70nm 성막하고, 스퍼터링법에 의하여 타이타늄을 6nm 성막한 후, 300℃에서 1시간 가열하여 반사 전극을 형성하였다. 이 후, 스퍼터링법에 의하여 투명 전극으로서 산화 실리콘을 포함하는 산화 인듐-산화 주석(ITSO)을 막 두께 10nm가 되도록 성막하였다. 이어서 포토리소그래피법에 의하여 포토 마스크를 제작한 후, 웨트 에칭으로 ITSO를 패터닝하고, 드라이 에칭으로 타이타늄, 알루미늄, 타이타늄의 적층을 패터닝하여 폭 3μm의 화소 전극(101)을 형성하였다. 또한 투명 전극은 양극으로서 기능하고, 상기 반사 전극과 통틀어 화소 전극(양극)(101)으로 간주할 수 있다.
다음으로 O2 애싱 처리(기판 온도 40℃, 압력 0.67Pa, O2 유량 200sccm, ICP 전력 2000W, 기판 바이어스 50W, 30초) 후, 포토 마스크를 제거하였다.
그 후, 내부 압력이 1×10-4Pa 정도까지 감소된 진공 증착 장치에 기판을 도입하고, 진공 증착 장치 내의 가열실에서 170℃에서 60분 동안 진공 소성한 후, 기판을 약 30분 동안 방랭하였다.
다음으로 화소 전극(101)이 형성된 면이 아래쪽이 되도록 화소 전극(101)이 형성된 기판을 진공 증착 장치 내에 제공된 기판 홀더에 고정하고, 화소 전극(101) 위에 저항 가열을 사용한 증착법에 의하여 상기 구조식(i)으로 나타내어지는 N-(1,1'-바이페닐-4-일)-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: PCBBiF)과, 분자량 672이며 플루오린을 포함하는 전자 억셉터 재료(OCHD-003)를, 중량비 1:0.03(=PCBBiF:OCHD-003)이 되도록 10nm 공증착하여 정공 주입층(111)을 형성하였다.
다음으로 정공 주입층(111) 위에 PCBBiF를 막 두께 96nm가 되도록 증착하여 정공 수송층(112)을 형성하였다.
다음으로 상기 구조식(ii)으로 나타내어지는 N,N-비스[4-(다이벤조퓨란-4-일)페닐]-4-아미노-p-터페닐(약칭: DBfBB1TP)을 막 두께 10nm가 되도록 전자 차단층을 형성하였다.
그 후, 상기 구조식(iii)으로 나타내어지는 9-(1-나프틸)-10-[4-(2-나프틸)페닐]안트라센(약칭: αN-βNPAnth)과, 상기 구조식(ix)으로 나타내어지는 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)을 중량비 1:0.015(=αN-βNPAnth:3,10PCA2Nbf(IV)-02)가 되도록 25nm 공증착하여 발광층(113)을 형성하였다.
그 후 발광층(113) 위에 상기 구조식(v)으로 나타내어지는 2-{3-[3-(N-페닐-9H-카바졸-3-일)-9H-카바졸-9-일]페닐}다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mPCCzPDBq)을 막 두께 20nm가 되도록 증착하여 정공 차단층을 형성한 후, 상기 구조식(vi)으로 나타내어지는 2, 9-다이(2-나프틸)-4,7-다이페닐-1,10-페난트롤린(약칭: NBPhen)을 막 두께 15nm가 되도록 증착하여 전자 수송층(114)을 형성하였다.
이어서 전자 수송층(114)까지 형성한 발광 디바이스 1에, ALD(Atomic Layer Deposition)법에 의하여 트라이메틸 알루미늄(약칭: TMA)을 전구체로서 사용하고, 수증기를 산화제로서 사용하여, 80℃에서 산화 알루미늄막을 30nm가 되도록 성막하였다. 다음으로 스퍼터링법을 사용하여 아르곤 기류하, 압력 2.1Pa, 기판 온도 50℃에서 텅스텐(W)을 50nm가 되도록 성막하였다.
이 후, 포지티브형 포토레지스트를 막 두께 700nm가 되도록 도포하고, 노광, 현상을 수행하여 포토 마스크를 화소 전극(101)보다 한단계 크게 형성하였다.
이어서 형성된 포토 마스크를 마스크로서 사용하여 에칭 가스로서 SF6을 사용하여 드라이 에칭법에 의하여 텅스텐막을 제거하였다. 이어서 O2 애싱(기판 온도 10℃, 압력 5.00Pa, O2 유량 80sccm, ICP 전력 800W, 기판 바이어스 10W, 15초)을 수행함으로써 포토 마스크를 제거하였다. 그 후, 텅스텐막을 마스크로서 사용하여 산화 알루미늄막을 드라이 에칭으로 제거하고, 텅스텐막 및 산화 알루미늄막을 마스크로서 사용하여 정공 주입층(111)부터 전자 수송층(114)(제 1 EL층)까지를 드라이 에칭으로 패터닝하였다.
그 후, SF6을 사용하여 드라이 에칭으로 텅스텐막을 제거하고, 노출된 산화 알루미늄의 상면 및 측면, 제 1 EL층의 측면을 덮어 ALD법에 의하여 트라이메틸 알루미늄(약칭: TMA)을 전구체로 하고 수증기를 산화제에 사용하여 80℃에서 산화 알루미늄막을 10nm가 되도록 성막하였다.
다음으로 감광성 유기 수지를 막 두께 400nm가 되도록 도포하고, 노광, 현상을 수행하고, 화소 전극(101)과 중첩되는 개구부를 가지는 절연층을 개구 면적이 7.32μm2가 되도록 형성하였다. O2 애싱 후, 감압하, 100℃에서 1시간 소성한 후, 개구부로부터 노출된 산화 알루미늄막을 현상액에 의한 웨트 에칭으로 253초 처리하여 제거하였다.
그 후, 내부 압력이 1×10-4Pa 정도까지 감소된 진공 증착 장치에 기판을 도입하고, 진공 증착 장치 내의 가열실에서 70℃에서 90분간의 진공 소성을 수행한 후, 플루오린화 리튬(LiF)과 이터븀(Yb)을 체적비 1:1, 막 두께 2nm가 되도록 공증착하여 전자 주입층(115)을 형성하고, 마지막에 은(Ag)과 마그네슘(Mg)을 체적비 1:0.1, 막 두께 25nm가 되도록 공증착하고, 산화 인듐-산화 주석(ITO)을 70nm 성막함으로써 음극(공통 전극)(102)을 형성하여 발광 디바이스 1을 제작하였다. 또한 공통 전극(102)은 광을 반사하는 기능과 광을 투과시키는 기능을 가지는 반투과·반반사 전극이고, 발광 디바이스 1은 공통 전극(102)으로부터 광을 추출하는 톱 이미션형 소자이다.
(발광 디바이스 2의 제작 방법)
발광 디바이스 2는 발광 디바이스 1과 거의 같은 공정, 레이아웃으로 제작하였지만, 상이한 감광성 유기 수지를 사용하고 도포 성막한 후 90℃에서 90초 소성하고, 노광, 현상을 수행하여 화소 전극(101)과 중첩되는 개구부를 가지는 절연층을 형성하였다. 이 후, 초고압 수은 램프로 86초 광을 조사하고, 100℃에서 600초 소성한 점이 발광 디바이스 1과 다르다. 이에 의하여, 절연층 개구부의 내측 측면이 테이퍼 형상이 되고, 나중에 형성하는 막의 피복성이 양호해진다.
(비교 발광 디바이스 1의 제작 방법)
비교 발광 디바이스 1은 발광 디바이스 1과 마찬가지로 화소 전극(101)까지 형성한 후, 1×10-4Pa 정도의 감압하, 기판 온도 250℃에서 5분간 가열하고, 스퍼터링법에 의하여 산화 실리콘을 150nm 성막하여, 무기 절연층을 형성하였다.
이 후, 포토리소그래피법에 의하여 상기 무기 절연층을 드라이 에칭하고, 화소 전극과 중첩되는 개구부를 개구 면적이 7.32μm2가 되도록 형성하였다. O2 애싱 후, 레지스트를 제거하였다.
그 후, 내부 압력이 1×10-4Pa 정도까지 감소된 진공 증착 장치에 기판을 도입하고, 진공 증착 장치 내의 가열실에서 170℃에서 60분간의 진공 소성을 수행한 후, 기판을 30분 정도 방랭하였다.
이어서 정공 주입층(111)에서 전자 수송층(114)까지는 발광 디바이스 1과 마찬가지로 형성하고, 전자 수송층을 형성한 후, 이어서 플루오린화 리튬(LiF)과 이터븀(Yb)을 체적비 1:1, 막 두께 2nm가 되도록 공증착하여 전자 주입층(115)을 형성하였다. 마지막에 은(Ag)과 마그네슘(Mg)을 체적비 1:0.1, 막 두께 25nm가 되도록 공증착하여 산화 인듐-산화 주석(ITO)을 70nm 성막함으로써 음극(공통 전극)(102)을 형성하여 비교 발광 디바이스 1을 제작하였다. 또한 공통 전극(102)은 광을 반사하는 기능과 광을 투과시키는 기능을 가지는 반투과·반반사 전극이고, 비교 발광 디바이스 1은 공통 전극(102)으로부터 광을 추출하는 톱 이미션형 소자이다.
상기 발광 디바이스 1, 발광 디바이스 2, 및 비교 발광 디바이스 1의 적층 구조를 아래의 표에 정리한다.
[표 1]
상술한 발광 디바이스 1, 발광 디바이스 2, 및 비교 발광 디바이스 1을 질소 분위기의 글로브 박스 내에서 대기에 노출되지 않도록 유리 기판에 의하여 밀봉하는 작업(실재를 소자 주위에 도포하고, 밀봉 시에 UV 처리, 80℃에서 1시간 열처리)을 수행하였다. 이 후, 발광 디바이스 1, 발광 디바이스 2, 및 비교 발광 디바이스 1의 초기 특성에 대하여 측정을 수행하였다.
발광 디바이스 1, 발광 디바이스 2, 및 비교 발광 디바이스 1의 전류 효율-휘도 특성을 도 19에 나타내고, 블루 인덱스-전류 밀도 특성을 도 20에 나타내고, 발광 스펙트럼을 도 21에 나타내었다.
또한 1000cd/m2 부근에서의 주요 특성을 아래의 표에 정리한다. 또한 휘도, CIE색도, 및 발광 스펙트럼의 측정에는 분광 방사계(Technohouse Corporation 제조, SR-UL1R)를 사용하였다. 또한 각 발광 디바이스의 측정은 실온(23℃로 유지된 분위기)에서 수행하였다.
[표 2]
도 19에서 발광 디바이스 1 및 발광 디바이스 2의 전류 효율은 비교 발광 디바이스보다 낮은 결과를 나타내었다. 그러나 발광 디바이스 1 및 발광 디바이스 2는 비교 발광 디바이스 1보다 색도 y가 작고, 깊은 청색 발광을 나타내었다. 그러므로 도 20에서 발광 디바이스 1 및 발광 디바이스 2는 비교 발광 디바이스 1보다 양호한 블루 인덱스를 나타내었다.
여기서 블루 인덱스(BI)란, 전류 효율(cd/A)을 y 색도로 더 나눈 값이고, 청색 발광의 발광 특성을 나타내는 지표 중 하나이다. 청색 발광은 y색도가 작을수록 색 순도가 높은 발광이 되는 경향이 있다. 색 순도가 높은 청색 발광은 휘도 성분이 작아도 넓은 범위의 청색을 표현할 수 있기 때문에, 색 순도가 높은 청색 발광을 사용함으로써, 청색을 표현하기 위하여 필요한 휘도가 저하하므로 소비 전력의 저감 효과가 얻어진다. 그러므로 청색 순도의 지표 중 하나인 y색도를 고려한 BI가 청색 발광의 효율을 나타내는 수단으로서 적합하게 사용되고, 발광 디바이스의 BI가 높을수록 디스플레이에 사용되는 청색 발광 디바이스로서의 효율이 양호하다고 할 수 있다.
즉, 발광 디바이스 1 및 발광 디바이스 2로서는 전류 효율이 비교 발광 디바이스 1보다 낮은 특성을 나타내지만, 깊은 청색 발광을 나타내기 때문에, 청색의 발광 디바이스로서는 우수한 특성을 가지는 발광 디바이스인 것을 알 수 있다.
여기서, 도 21의 발광 스펙트럼을 참조하면 비교 발광 디바이스 1의 발광 스펙트럼은 피크 파장이 장파장으로 시프트되고, 스펙트럼에서의 피크의 반치 폭도 커지는 것을 알 수 있다. 또한 표를 보면 색도 y도 발광 디바이스 1 및 발광 디바이스 2의 2배 또는 2배에 가까운 값이 되는 것을 알 수 있다.
결과적으로 발광 디바이스 1 및 발광 디바이스 2는 비교 발광 디바이스 1보다 청색 발광 디바이스로서 우수한 특성을 가지는 발광 디바이스인 것을 알 수 있었다.
또한 이 결과는, 비교 발광 디바이스 1의 누설 전류에 의한 발광 파장의 변화가 원인에 기인한 것이다. 도 2의 (A)에 나타낸 바와 같이, 비교 발광 디바이스 1에서는 공통 전극(음극)(102)이 화소 전극(101)보다 넓은 면적으로 EL층과 접한다. 그러므로 무기 절연막의 개구부와 중첩되는 위치에 있는 공통 전극과의 사이에 전류가 흐를 뿐만 아니라 그 주변부에 위치하는 공통 전극과의 사이에도 전류가 흐른다. 이와 같은 누설 전류에 의하여 여기된 광은, 발광 위치가 상정된 위치와 다르기 때문에 일부의 광은 발광 디바이스 내부로부터 디바이스 외부로 사출할 때의 광로 길이가 상정된 파장 영역에서 벗어나는 경우가 있다. 또한 화소 전극(101)이 없는 영역에서 발광한 광은 화소 전극(101)과 공통 전극(음극)(102) 사이에서 공진하지 않기 때문에, 스펙트럼 형상이 넓은 광으로서 외부로 사출된다. 또한 무기 절연막의 요철에 기인하여 공통 전극의 각도도 위치에 따라 변화되기 때문에 이와 같은 광이 발광 디바이스의 외부로 사출하기 쉬운 구성이 되기도 한다. 이들의 이유로 비교 발광 디바이스 1로부터의 광에는 상정된 파장의 광보다 파장이 긴 광 및 스펙트럼의 반치 폭이 큰(넓은) 광이 혼재되고, 발광 스펙트럼이 변화된다.
한편으로 발광 디바이스 1과 발광 디바이스 2에서는 공통 전극(102)은 절연층의 개구부를 통하여 EL층과 중첩되어 있다. 이에 의하여 공통 전극(102)의 주변부에 누설 전류는 흐르기 어렵고, 파장이 상이한 발광이 혼재되기 어려우므로, 색 순도가 양호한 발광을 얻을 수 있고, 블루 인덱스가 양호한 발광 디바이스를 얻을 수 있다. 또한 발광 디바이스 1 및 발광 디바이스 2와 같이 정공 주입층(111)으로부터 전자 수송층(114)이 에칭되고, 산화 알루미늄이 EL층의 상부, 및 공통 전극(전자 주입층)으로 덮이지 않는 부분에는 40nm 형성되고, 측면에는 10nm 형성되어 있다. 이에 따라서도 EL층을 통한 누설 전류가 흐르기 어려워진다. 또한 광로 길이가 상이한 발광이 외부로 사출되는 것을 억제할 수 있으므로 더 양호한 특성을 가지는 발광 디바이스로 할 수 있다.
다음으로 발광 디바이스 2 및 비교 발광 디바이스 1의 측정 위치와 발광 강도 및 스펙트럼 형상의 관계에 대하여 2D 분광 방사계(Topcon Technohouse Corporation 제조, SR-5100HM)를 사용하여 조사를 수행한 결과를 나타낸다.
또한 발광 디바이스 2의 구조는 실시형태 1에서의 도 1의 (A)에 나타낸 구조에 상당하고, 비교 발광 디바이스 1의 구조는 도 26의 (A)에 나타낸 구조에 상당한다. 또한 도 26의 (A)에 나타낸 구조는 절연층(127)과, 절연층(127) 위의 화소 전극(양극)(101)과, 화소 전극(양극)(101)의 측면 및 상면의 일부를 덮는 절연층(125c)과, 화소 전극(양극)(101) 및 절연층(125c)을 덮도록 제공되는 EL층(103)과, EL층(103) 위의 전자 주입층(104)과, 전자 주입층(104) 위에 제공되는 공통 전극(음극)(102)을 포함한다.
도 1의 (A)에 나타낸 구조에 상당하는 발광 디바이스 2는 화소 전극(양극)(101)의 측면 및 상면의 일부를 덮는 절연층(125c)이 제공되지 않는 점, 및 EL층(103)이 분단되어 있는 점이 도 26의 (A)에 나타낸 비교 발광 디바이스 1과 크게 다르다.
도 22 및 도 23은 전류 밀도 10mA/cm2로 발광시킨 발광 디바이스 2 및 비교 발광 디바이스 1을 2D 분광 방사계로 측정한 결과를 나타낸 것이다. 도 22 및 도 23의 화상의 색은 발광 강도와 관련지어 있다.
도 22(발광 디바이스 2)에서는 화상 중앙부에 폭 1.1μm의 밝은 영역과, 그 외측에 있고 1.6μm까지의 폭이며, 휘도가 약간 낮은 영역이 확인되고, 그 외측의 영역은 거의 발광되지 않은 것을 알 수 있다. 발광 디바이스 2의 감광성 유기 수지에 제공된 개구부의 폭은 1.14μm이기 때문에, 화상 중앙부의 폭 1.1μm의 영역이 화소 전극과 EL층이 접하는 영역인 것을 알 수 있다.
한편으로 도 23(비교 발광 디바이스 1)에서는 화상 중앙부에 폭 1.1μm의 밝은 영역과, 그 외측에 있고 2.2μm까지의 폭이며, 휘도가 약간 낮은 영역이 확인되고, 또한 그 외측의 영역에도 발광이 퍼지는 것을 알 수 있다. 비교 발광 디바이스 1의 무기 절연막의 개구부의 폭은 설곗값이 1.14μm이기 때문에, 화상 중앙부의 폭 1.1μm의 영역이 화소 전극과 EL층이 접하는 영역인 것을 알 수 있다. 비교 발광 디바이스 1에서는 발광 디바이스 2와 비교하여, 넓은 범위에 발광이 퍼지는 것을 알 수 있다.
이 발광의 퍼짐이 무엇에 기인하는 것인지 조사하기 위하여, 비교 발광 디바이스 1의 구조를 바탕으로 정공 주입층에서의 억셉터성 물질의 농도가 상이한 발광 디바이스를 몇 가지 제작하고, 같은 측정을 수행한 결과, 억셉터성 물질의 양이 많고, 정공 주입층의 저항이 작은 발광 디바이스일수록 개구부의 외측으로 퍼지는 발광부의 폭이 넓고 밝게 되는 것을 알 수 있다. 즉, 비교 발광 디바이스 1의 개구부 외측으로 퍼지는 발광은 정공 주입층을 통한 누설 전류에 의한 개구부 주변에서의 발광인 것으로 시사된다.
다음으로 각 발광 디바이스에서의 각 측정 지점의 발광 스펙트럼을 측정한 결과에 대하여 도 24의 (A), (B) 및 도 25의 (A), (B)에 나타내었다. 도 24는 발광 디바이스 2의 각 측정 지점의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이고, 도 25는 비교 발광 디바이스 1의 각 측정 지점의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이다. 각 측정 지점은 도 22 및 도 23에서 1, 2, 3, 4, 5로 하여 동그라미로 나타낸 위치에 대응한다.
도 24의 (A), 도 25의 (A)를 보면 개구부에 대응한 측정 지점 3, 4, 5에서는 스펙트럼 강도 및 스펙트럼 형상에 큰 차이가 없고, 측정 지점 2, 측정 지점 1은 개구부에서 떨어질수록 최대 발광 강도가 저하되는 것을 알 수 있다.
도 24의 (B) 및 도 25의 (B)는 도 24의 (A) 및 도 25의 (A)의 스펙트럼을 최대 발광 강도로 정규화한 것이다. 도 24의 (B)를 보면, 발광 디바이스 2는 측정 위치에 따른 발광 스펙트럼의 변화가 거의 없는 것을 알 수 있다. 한편으로 도 25의 (B)를 보면, 비교 발광 디바이스 1에서는 개구부에 대응한 측정 지점 3, 4, 5에서의 발광 스펙트럼의 형상에 큰 변화는 없지만, 개구부에서 벗어난 측정 지점 2 및 측정 지점 1에서는 500nm 부근에 피크가 나타나고, 스펙트럼 형상이 현저히 변화되어 있는 것을 알 수 있다. 이것은 정공 주입층을 통한 누설 전류에 의하여 상정된 위치와 다른 위치에서 발광이 발생함으로써 상이한 광로 길이의 캐비티를 통하여, 또는 캐비티를 통하지 않고 발광이 사출되는 것이 원인이다.
이와 같이 비교 발광 디바이스 1에서는, 개구부의 주변에서 스펙트럼의 형상이 상이한 발광이 혼재됨으로써 발광 디바이스 전체에서의 발광 스펙트럼의 형상이 변화되어, 색도의 편차가 발생되는 것을 알 수 있었다. 디스플레이에 사용되는 청색 발광 디바이스의 필요 휘도에는 색도와 밀접한 관계가 있다. 이상의 결과로부터, 비교 발광 디바이스 1에서는 주변 영역의 발광에 장파장 영역의 발광이 혼재됨으로써 색도 y가 커지고, BI가 크게 저하되는 것을 알 수 있었다.
여기서, 상술한 비교 발광 디바이스 1의 색도가 저하되고, BI가 크게 저하된 메커니즘을 조사하기 위하여, 비교 발광 디바이스 1의 단면 STEM(Scanning Transmission Electron Microscope) 관찰을 수행하였다. 비교 발광 디바이스 1의 단면 STEM 이미지의 결과 및 2D 분광 방사계 측정 화상의 결과를 도 26의 (B)에 나타내었다.
도 26의 (B)에서 영역(150)은 2D 분광 방사계 측정 화상의 일부를 나타낸 것이고, 영역(152)은 단면 STEM 이미지의 결과를 나타낸 것이다. 즉, 도 26의 (B)는 2D 분광 방사 측정 화상의 일부와, 단면 STEM 이미지를 합성한 도면이다. 또한 영역(150)은 도 23에 나타낸 2D 분광 방사 측정 화상의 일부를 추출하고, 단면 STEM 이미지의 대응과 일치하도록 확대한 것이다. 또한 영역(150) 위에 위치하는 동그라미로 둘러싸인 측정 지점 2의 영역은 도 23에 나타낸 측정 지점 2에 대응한다.
도 26의 (B)에 나타낸 바와 같이, 비교 발광 디바이스 1에서는 개구부의 주변에서 EL층(103)에 흐르는 전류가 파선의 화살표에 나타낸 바와 같이 절연층(125c)의 상면까지 영향을 미치기 때문에 EL층(103), 특히 EL층(103)의 아래층에 형성되는 정공 주입층을 통하여 가로 방향으로 누설 전류가 발생될 수 있다. 그 결과, 절연층(125c)의 상부에서도 EL층(103)으로부터의 발광이 확인되고, 광로 길이가 변화되어 공진 파장이 변화된다. 그러므로 절연층(125c)과 중첩되는 영역으로부터의 EL층(103)의 발광이 넓어져 도 25의 (A) 및 (B)에 나타낸 바와 같은 스펙트럼 형상이 변화된 것이 시사된다.
한편으로 본 발명의 일 형태의 발광 디바이스에서는 이러한 스펙트럼의 변화는 발생되지 않고, BI가 양호한 발광 디바이스를 제공할 수 있는 것을 알 수 있다. 또한 본 발명 일 형태의 발광 디바이스에서는 도 1의 (A)에 나타낸 바와 같이 화소 전극(양극)의 측면 및 상면의 일부를 덮는 절연층(구조체 또는 둑이라고도 함)이 제공되지 않는 구조이다. 따라서 본 발명의 일 형태에서는 화소 전극(양극)의 측면 및 상면의 일부를 덮는 절연층이 제공되어 있는 구조와 비교하여, 발광 스펙트럼이 날카로워지고, 또한 BI가 양호한 발광 디바이스를 제공할 수 있는 것이 확인되었다.
또한 이들 현상은 발광 디바이스의 주변부(화소 전극과, EL층과, 공통 전극이 중첩되는 부분의 주위)에서 발생함으로써, 고정세 발광 장치일수록 뚜렷하게 나타난다. 그러므로 본 발명의 일 형태의 구성은 특히 고정세 발광 장치에서 매우 적합하다고 할 수 있다.
100: 기판, 101B: 화소 전극, 101C: 접속 전극, 101G: 화소 전극, 101R: 화소 전극, 101: 화소 전극, 102: 공통 전극, 103: EL층, 103(1): 제 1 EL층, 103(2): 제 2 EL층, 104: 전자 주입층, 107: 마스크층, 108: 절연층, 110B: 발광 디바이스, 110G: 발광 디바이스, 110R: 발광 디바이스, 111: 정공 주입층, 112: 정공 수송층, 113: 발광층, 114: 전자 수송층, 115: 전자 주입층, 121: 제 2 EL층, 120B: EL층, 120Bb: EL막, 120G: EL층, 120Gb: EL막, 120R: EL층, 120Rb: EL막, 120: 제 1 EL층, 121: EL층, 124: 절연층, 125: 절연층, 125b: 절연층, 125c: 절연층, 126: 절연층, 126b: 절연층, 127: 절연층, 127a: 절연층, 128: 개구부, 129: 절연층, 130: 접속부, 131: 보호층, 143a: 레지스트 마스크, 144a: 마스크막, 145a: 마스크층, 145b: 마스크층, 145c: 마스크층, 146a: 보호막, 146b: 보호막, 146c: 보호막, 147a: 보호층, 150: 영역, 152: 영역, 400: 기판, 401: 양극, 403: EL층, 404: 음극, 405: 실재, 406: 실재, 407: 밀봉 기판, 412: 패드, 420: IC 칩, 450: 발광 장치, 601: 소스선 구동 회로, 602: 화소부, 603: 게이트선 구동 회로, 604: 밀봉 기판, 605: 실재, 607: 공간, 608: 리드 배선, 610: 소자 기판, 611: 스위칭용 FET, 612: 전류 제어용 FET, 613: 제 1 전극, 614: 절연물, 616: EL층, 617: 제 2 전극, 618: 발광 디바이스, 623: FET, 951: 기판, 952: 전극, 953: 절연층, 954: 격벽층, 955: EL층, 956: 전극, 1001: 기판, 1002: 하지 절연막, 1003: 게이트 절연막, 1006: 게이트 전극, 1007: 게이트 전극, 1008: 게이트 전극, 1020: 제 1 층간 절연막, 1021: 제 2 층간 절연막, 1022: 전극, 1024B: 양극, 1024G: 양극, 1024R: 양극, 1025: 격벽, 1028: EL층, 1029: 음극, 1031: 밀봉 기판, 1032: 실재, 1033: 기재, 1034B: 착색층, 1034G: 착색층, 1034R: 착색층, 1035: 블랙 매트릭스, 1036: 오버 코트층, 1037: 제 3 층간 절연막, 1040: 화소부, 1041: 구동 회로부, 1042: 주변부, 2001: 하우징, 2002: 광원, 2100: 로봇, 2101: 조도 센서, 2102: 마이크로폰, 2103: 상부 카메라, 2104: 스피커, 2105: 디스플레이, 2106: 하부 카메라, 2107: 장해물 센서, 2108: 이동 기구, 2110: 연산 장치, 3001: 조명 장치, 5000: 하우징, 5001: 표시부, 5002: 제 2 표시부, 5003: 스피커, 5004: LED 램프, 5006: 접속 단자, 5007: 센서, 5008: 마이크로폰, 5012: 지지부, 5013: 이어폰, 5100: 로봇 청소기, 5101: 디스플레이, 5102: 카메라, 5103: 브러시, 5104: 조작 버튼, 5120: 먼지, 5140: 휴대 전자 기기, 5150: 휴대 정보 단말기, 5151: 하우징, 5152: 표시 영역, 5153: 굴곡부, 5200: 표시 영역, 5201: 표시 영역, 5202: 표시 영역, 5203: 표시 영역, 7101: 하우징, 7103: 표시부, 7105: 스탠드, 7107: 표시부, 7109: 조작 키, 7110: 리모트 컨트롤러, 7201: 본체, 7202: 하우징, 7203: 표시부, 7204: 키보드, 7205: 외부 접속 포트, 7206: 포인팅 디바이스, 7210: 표시부, 7401: 하우징, 7402: 표시부, 7403: 조작 버튼, 7404: 외부 접속 포트, 7405: 스피커, 7406: 마이크로폰, 9310: 휴대 정보 단말기, 9311: 표시 패널, 9313: 힌지, 9315: 하우징

Claims (12)

  1. 제 1 화소 전극과,
    상기 제 1 화소 전극에 인접하여 배치된 제 2 화소 전극과,
    공통 전극과,
    상기 제 1 화소 전극과 상기 공통 전극에 끼워진 제 1 EL층과,
    상기 제 2 화소 전극과 상기 공통 전극에 끼워진 제 2 EL층과,
    상기 공통 전극과 상기 제 1 EL층 및 상기 제 2 EL층 사이에 위치하는 절연층을 포함하고,
    상기 절연층은 상기 제 1 화소 전극과 중첩되어 제공된 제 1 개구부와, 상기 제 2 화소 전극과 중첩되어 제공된 제 2 개구부를 가지고,
    상기 제 1 EL층은 제 1 발광층을 포함하고,
    상기 제 1 발광층은 제 1 발광 물질을 포함하고,
    상기 제 1 발광 물질은 청색 발광을 나타내고,
    상기 제 1 EL층은 상기 제 1 화소 전극에 접하고,
    상기 제 2 EL층은 상기 제 2 화소 전극에 접하고,
    상기 제 1 EL층은 상기 제 1 개구부를 통하여 상기 공통 전극과 접하고,
    상기 제 2 EL층은 상기 제 2 개구부를 통하여 상기 공통 전극과 접하는, 발광 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 화소 전극의 단부는 상기 제 1 EL층으로 덮여 있고,
    상기 제 2 화소 전극의 단부는 상기 제 2 EL층으로 덮여 있는, 발광 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 EL층의 단부는 상기 절연층으로 덮여 있고,
    상기 제 2 EL층의 단부는 상기 절연층으로 덮여 있는, 발광 장치.
  4. 발광 장치로서,
    제 1 화소 전극과,
    상기 제 1 화소 전극에 인접하여 배치된 제 2 화소 전극과,
    공통 전극과,
    상기 제 1 화소 전극과 상기 공통 전극에 끼워진 제 1 EL층과,
    상기 제 2 화소 전극과 상기 공통 전극에 끼워진 제 2 EL층과,
    상기 공통 전극과 상기 제 1 EL층 및 상기 제 2 EL층 사이에 위치하는 절연층을 포함하고,
    상기 절연층은 상기 제 1 화소 전극과 중첩되어 제공된 제 1 개구부와, 상기 제 2 화소 전극과 중첩되어 제공된 제 2 개구부를 가지고,
    상기 제 1 EL층은 제 1 발광층을 포함하는 제 3 EL층과, 상기 제 3 EL층과 상기 공통 전극 사이에 위치하는 제 4 EL층을 포함하고,
    상기 제 2 EL층은 제 2 발광층을 포함하는 제 5 EL층과, 상기 제 5 EL층과 상기 공통 전극 사이에 위치하는 상기 제 4 EL층을 포함하고,
    상기 제 1 발광층은 제 1 발광 물질을 포함하고,
    상기 제 1 발광 물질은 청색 발광을 나타내고,
    상기 제 3 EL층은 상기 제 1 화소 전극에 접하고,
    상기 제 5 EL층은 상기 제 2 화소 전극에 접하고,
    상기 제 4 EL층은 상기 제 1 개구부를 통하여 상기 제 3 EL층과 접하고,
    상기 제 4 EL층은 상기 제 2 개구부를 통하여 상기 제 5 EL층과 접하는, 발광 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 화소 전극 및 상기 제 2 화소 전극과 중첩되지 않는 영역에 있어서,
    상기 제 4 EL층이 상기 절연층과 상기 공통 전극에 접하여 끼워져 있는, 발광 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 화소 전극의 단부는 상기 제 3 EL층으로 덮여 있고,
    상기 제 2 화소 전극의 단부는 상기 제 5 EL층으로 덮여 있는, 발광 장치.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 3 EL층의 단부는 상기 절연층으로 덮여 있고,
    상기 제 5 EL층의 단부는 상기 절연층으로 덮여 있는, 발광 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 절연층이 유기 화합물을 포함하는, 발광 장치.
  9. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 개구부 및 상기 제 2 개구부는 측면에 테이퍼 형상을 가지고,
    상기 테이퍼각은 90° 미만인, 발광 장치.
  10. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 화소 전극과 상기 제 2 화소 전극의 대향하는 단부의 간격은 0.5μm 이상 5μm 이하인, 발광 장치.
  11. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 화소 전극과 상기 제 1 EL층과 상기 공통 전극이 접하여 중첩되는 부분의 면적이 5μm2 이상 15μm2 이하인, 발광 장치.
  12. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 EL층이 상기 제 1 개구부로부터 나타내는 발광 스펙트럼의 반치 폭이 20nm 이하인, 발광 장치.
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