KR20240049258A - 발광 소자, 발광 장치, 전자 기기, 및 조명 장치 - Google Patents

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

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KR20240049258A
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사토시 세오
쓰네노리 스즈키
유스케 다키타
나오아키 하시모토
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가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼
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Abstract

본 발명은 신규 발광 소자를 제공한다. 또는, 수명이 양호한 발광 소자를 제공한다. 또는, 발광 효율이 양호한 발광 소자를 제공한다.
EL층이 정공 주입층, 제 1 정공 수송층, 제 2 정공 수송층, 제 3 정공 수송층, 발광층, 제 1 전자 수송층, 및 제 2 전자 수송층을 이 순서대로 갖고, 정공 주입층은 유기 억셉터를 갖고, 각 층의 HOMO 준위는, 제 1 정공 수송층보다 제 2 정공 수송층이 깊고, 제 2 정공 수송층보다 호스트 재료가 깊고, 제 3 정공 수송층은 호스트 재료와 같거나 또는 그것보다 깊고, 제 2 정공 수송층과 제 3 정공 수송층의 차이가 0.3eV 이하이고, 각 층의 LUMO 준위는, 호스트 재료가 제 1 전자 수송층보다 높고, 제 2 전자 수송층이 제 1 전자 수송층보다 높고, 호스트 재료는 축합 방향족 고리 골격을 포함하는 물질이고, 제 1 전자 수송층 및 제 2 전자 수송층은 헤테로 방향족 고리 골격을 포함하는 물질을 포함하는 발광 소자를 제공한다.

Description

발광 소자, 발광 장치, 전자 기기, 및 조명 장치{LIGHT-EMITTING ELEMENT, LIGHT-EMITTING DEVICE, ELECTRONIC DEVICE, AND LIGHTING DEVICE}
본 발명의 일 형태는 발광 소자, 디스플레이 모듈, 조명 모듈, 표시 장치, 발광 장치, 전자 기기, 및 조명 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명의 일 형태는 상기 기술분야에 한정되지 않는다. 본 명세서 등에서 개시(開示)하는 발명의 일 형태가 속하는 기술분야는 물건, 방법, 또는 제조 방법에 관한 것이다. 또는, 본 발명의 일 형태는 공정(process), 기계(machine), 제품(manufacture), 또는 조성물(composition of matter)에 관한 것이다. 따라서, 본 명세서에서 개시하는 본 발명의 일 형태가 속하는 기술분야의 더 구체적인 예로서는, 반도체 장치, 표시 장치, 액정 표시 장치, 발광 장치, 조명 장치, 축전 장치, 기억 장치, 촬상 장치, 이들의 구동 방법, 또는 이들의 제조 방법을 들 수 있다.
유기 화합물을 사용한 일렉트로루미네선스(EL: Electroluminescence)를 이용하는 발광 소자(유기 EL 소자)의 실용화가 진행되고 있다. 이들 발광 소자의 기본적인 구성은 한 쌍의 전극들 사이에 발광 재료를 포함하는 유기 화합물층(EL층)을 끼운 것이다. 이 소자에 전압을 인가하여 캐리어를 주입하고, 상기 캐리어의 재결합 에너지를 이용함으로써, 발광 재료로부터의 발광을 얻을 수 있다.
이러한 발광 소자는 자발광형이기 때문에, 디스플레이의 화소로서 사용하면, 액정에 비하여 시인성이 높고 백라이트가 불필요하다는 등의 장점이 있어, 플랫 패널 디스플레이 소자로서 적합하다. 또한, 이러한 발광 소자를 사용한 디스플레이는 얇고 가볍게 제작할 수 있다는 것도 큰 장점이다. 또한, 응답 속도가 매우 빠르다는 것도 특징 중 하나이다.
또한, 이들 발광 소자는 발광층을 이차원으로 연속하여 형성할 수 있기 때문에, 면발광을 얻을 수 있다. 이것은, 백열 전구나 LED로 대표되는 점광원, 또는 형광등으로 대표되는 선광원으로는 얻기 어려운 특색이기 때문에, 조명 등에 응용할 수 있는 면광원으로서의 이용 가치도 높다.
이와 같이 발광 소자를 사용한 디스플레이나 조명 장치는 다양한 전자 기기에 적합하게 적용되지만, 효율이나 수명이 더 양호한 발광 소자를 위하여 연구 개발이 진행되고 있다.
EL층에 대한 캐리어의 주입, 특히 정공의 주입을 용이하게 하기 위하여 사용되는 정공 주입층의 재료로서 유기 억셉터가 있다. 유기 억셉터는 증착에 의하여 용이하게 성막할 수 있기 때문에, 대량 생산에 적합하여 널리 이용되어지고 있다. 그러나, 유기 억셉터의 LUMO 준위와, 정공 수송층을 구성하는 유기 화합물의 HOMO 준위가 떨어져 있으면 EL층에 대하여 정공을 주입하기 어렵다. 이러한 이유로 유기 억셉터의 LUMO 준위와 정공 수송층을 구성하는 유기 화합물의 HOMO 준위를 가깝게 하기 위하여 정공 수송층을 구성하는 유기 화합물로서 HOMO 준위가 얕은 물질을 사용하면, 이번에는 발광층에 사용되는 호스트 재료의 HOMO 준위와 정공 수송층을 구성하는 유기 화합물의 HOMO 준위의 차이가 커진다. 따라서, EL층에 정공을 주입할 수 있더라도 정공 수송층으로부터 발광층에 대하여 호스트 재료를 주입하기가 어려워진다는 문제가 있었다.
또한, 유기 억셉터는 정공 주입 능력이 낮기 때문에, 수명이 저하되거나 고휘도 측에서의 롤 오프(roll-off) 현상이 일어나는 경우도 있었다.
특허문헌 1에는, 제 1 정공 주입층의 HOMO 준위와 호스트 재료의 HOMO 준위 사이의 HOMO 준위를 갖는 정공 수송 재료를, 정공 주입층과 접촉하는 제 1 정공 수송층과, 발광층 사이에 제공하는 구성에 대하여 개시되어 있다.
또한, 특허문헌 2에는, 전자 트랩성을 갖는 물질이 첨가된 전자 수송층을 사용함으로써 장수명화가 구현된 발광 소자에 대하여 개시되어 있다.
이와 같이, 발광 소자의 특성은 현저하게 향상되어지고 있지만, 효율이나 내구성을 비롯하여 다양한 특성에 대한 고도한 요구에 대응하기에는 아직 불충분하다고 말할 수 밖에 없다.
국제공개공보 WO2011/065136호 팸플릿 일본 공개특허공보 특개2009-177157호
그래서, 본 발명의 일 형태에서는, 신규 발광 소자를 제공하는 것을 과제로 한다. 또는, 수명이 양호한 발광 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또는, 발광 효율이 양호한 발광 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또는, 본 발명의 다른 일 형태에서는, 신뢰성이 높은 발광 장치, 전자 기기, 및 표시 장치를 각각 제공하는 것을 목적으로 한다. 또는, 본 발명의 다른 일 형태에서는, 소비전력이 낮은 발광 장치, 전자 기기, 및 표시 장치를 각각 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상술한 과제 중 어느 하나를 해결하면 좋은 것으로 한다.
본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자는 제 1 전극, 제 2 전극, 및 EL층을 갖고, 상기 EL층은 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 위치하고, 상기 EL층은 정공 주입층, 제 1 정공 수송층, 제 2 정공 수송층, 제 3 정공 수송층, 발광층, 제 1 전자 수송층, 및 제 2 전자 수송층을 갖고, 상기 정공 주입층, 상기 제 1 정공 수송층, 상기 제 2 정공 수송층, 및 상기 제 3 정공 수송층은 상기 제 1 전극과 상기 발광층 사이에 위치하고, 상기 제 1 전극과 상기 정공 주입층은 접촉하고, 상기 정공 주입층과 상기 제 1 정공 수송층은 접촉하고, 상기 제 3 정공 수송층과 상기 발광층은 접촉하고, 상기 제 2 정공 수송층은 상기 제 1 정공 수송층과 상기 제 3 정공 수송층 사이에 위치하고, 상기 제 1 전자 수송층과 상기 제 2 전자 수송층은 상기 발광층과 상기 제 2 전극 사이에 위치하고, 상기 발광층과 상기 제 1 전자 수송층은 접촉하고, 상기 제 1 전자 수송층과 상기 제 2 전자 수송층은 접촉하고, 상기 정공 주입층은 유기 억셉터를 갖고, 상기 제 1 정공 수송층은 제 1 정공 수송 재료를 갖고, 상기 제 2 정공 수송층은 제 2 정공 수송 재료를 갖고, 상기 제 3 정공 수송층은 제 3 정공 수송 재료를 갖고, 상기 발광층은 호스트 재료 및 발광 재료를 갖고, 상기 제 1 전자 수송층은 제 1 전자 수송 재료를 갖고, 상기 제 2 전자 수송층은 제 2 전자 수송 재료를 갖고, 상기 제 2 정공 수송 재료의 HOMO 준위는 상기 제 1 정공 수송 재료의 HOMO 준위보다 깊고, 상기 호스트 재료의 HOMO 준위는 상기 제 2 정공 수송 재료의 HOMO 준위보다 깊고, 상기 제 3 정공 수송 재료의 HOMO 준위는 상기 호스트 재료의 HOMO 준위와 같거나 또는 그것보다 깊고, 상기 제 2 정공 수송 재료의 HOMO 준위와 상기 제 3 정공 수송 재료의 HOMO 준위의 차이가 0.3eV 이하이고, 상기 호스트 재료의 LUMO 준위는 상기 제 1 전자 수송 재료의 LUMO 준위보다 높고, 상기 제 2 전자 수송 재료의 LUMO 준위는 상기 제 1 전자 수송 재료의 LUMO 준위보다 높고, 상기 호스트 재료는 3고리 이상 6고리 이하의 축합 방향족 고리 골격을 포함하는 물질이고, 상기 제 1 전자 수송 재료는 제 1 헤테로 방향족 고리 골격을 포함하는 물질이고, 상기 제 2 전자 수송 재료는 제 2 헤테로 방향족 고리 골격을 포함하는 물질이고, 상기 제 1 헤테로 방향족 고리 골격을 포함하는 물질 및 상기 제 2 헤테로 방향족 고리 골격을 포함하는 물질은 상이한 물질인 발광 소자이다.
또한, 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성을 갖는 발광 소자에서, 상기 발광 재료가 형광 발광 재료인 발광 소자이다.
또한, 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성을 갖는 발광 소자에서, 상기 발광 재료가 발하는 광이 청색 발광인 발광 소자이다.
또한, 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성을 갖는 발광 소자에서, 상기 발광 재료가 축합 방향족 다이아민 화합물인 발광 소자이다.
또한, 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성을 갖는 발광 소자에서, 상기 발광 재료가 피렌다이아민 화합물인 발광 소자이다.
또한, 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성을 갖는 발광 소자에서, 상기 유기 억셉터가 2,3,6,7,10,11-헥사사이아노-1,4,5,8,9,12-헥사아자트라이페닐렌인 발광 소자이다.
또한, 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성을 갖는 발광 소자에서, 상기 제 1 정공 수송 재료의 HOMO 준위가 -5.4eV 이상인 발광 소자이다.
또한, 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성을 갖는 발광 소자에서, 상기 제 1 정공 수송 재료의 HOMO 준위와 상기 제 2 정공 수송 재료의 HOMO 준위의 차이가 0.3eV 이하인 발광 소자이다.
또한, 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성을 갖는 발광 소자에서, 상기 제 2 정공 수송 재료의 HOMO 준위와 상기 제 3 정공 수송 재료의 HOMO 준위의 차이가 0.2eV 이하인 발광 소자이다.
또한, 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성을 갖는 발광 소자에서, 상기 제 1 정공 수송 재료의 HOMO 준위와 상기 제 2 정공 수송 재료의 HOMO 준위의 차이가 0.2eV 이하인 발광 소자이다.
또한, 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성을 갖는 발광 소자에서, 상기 발광 재료의 HOMO 준위가 상기 호스트 재료의 HOMO 준위보다 높은 발광 소자이다.
또한, 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성을 갖는 발광 소자에서, 상기 제 1 정공 수송 재료가 트라이아릴아민이고, 또한 플루오렌일아민 골격을 갖는 물질인 발광 소자이다.
또한, 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성을 갖는 발광 소자에서, 상기 제 2 정공 수송 재료가 트라이아릴아민이고, 또한 트라이페닐아민 골격을 갖는 물질인 발광 소자이다.
또한, 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성을 갖는 발광 소자에서, 상기 제 3 정공 수송 재료가 아민을 포함하지 않는 물질인 발광 소자이다.
또한, 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성을 갖는 발광 소자에서, 상기 제 3 정공 수송 재료가 카바졸 골격을 포함하는 발광 소자이다.
또한, 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성을 갖는 발광 소자에서, 상기 카바졸 골격이 페닐카바졸 골격인 발광 소자이다.
또한, 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성을 갖는 발광 소자에서, 상기 제 3 정공 수송 재료가 트라이페닐렌 골격을 포함하는 발광 소자이다.
또한, 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성을 갖는 발광 소자에서, 상기 제 3 정공 수송 재료가 나프탈렌 골격을 포함하는 발광 소자이다.
또한, 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성을 갖는 발광 소자에서, 상기 호스트 재료가 안트라센 골격을 포함하는 발광 소자이다.
또한, 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성을 갖는 발광 소자에서, 상기 호스트 재료가 다이페닐안트라센 골격을 포함하는 발광 소자이다.
또한, 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성을 갖는 발광 소자에서, 상기 호스트 재료가 카바졸 골격을 포함하는 발광 소자이다.
또한, 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성을 갖는 발광 소자에서, 상기 카바졸 골격이 벤조카바졸 골격을 포함하는 발광 소자이다.
또한, 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성을 갖는 발광 소자에서, 상기 카바졸 골격이 다이벤조카바졸 골격인 발광 소자이다.
또한, 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성을 갖는 발광 소자에서, 상기 제 1 헤테로 방향족 고리 골격을 갖는 물질 및 상기 제 2 헤테로 방향족 고리 골격을 갖는 물질이 함질소 6원 헤테로 방향족 고리 골격을 포함하는 물질인 발광 소자이다.
또한, 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성을 갖는 발광 소자에서, 상기 제 1 헤테로 방향족 고리 골격을 포함하는 물질이 축합 헤테로 방향족 고리 골격을 포함하는 물질인 발광 소자이다.
또한, 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성을 갖는 발광 소자에서, 상기 제 1 헤테로 방향족 고리 골격을 포함하는 물질이 다이아진 골격 또는 트라이아진 골격을 갖는 축합 헤테로 방향족 고리 골격을 포함하는 물질인 발광 소자이다.
또한, 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성을 갖는 발광 소자에서, 상기 제 1 헤테로 방향족 고리 골격을 포함하는 물질이 피라진 골격 또는 피리미딘 골격을 갖는 물질인 발광 소자이다.
또한, 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성을 갖는 발광 소자에서, 상기 제 1 헤테로 방향족 고리 골격을 포함하는 물질이 다이벤조퀴녹살린 골격을 갖는 물질인 발광 소자이다.
또한, 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성을 갖는 발광 소자에서, 상기 제 2 전자 수송층이 상기 제 2 전극과 접촉하는 발광 소자이다.
또한, 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성을 갖는 발광 소자와, 트랜지스터 또는 기판을 갖는 발광 장치이다.
또한, 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성을 갖는 발광 장치와, 센서, 조작 버튼, 스피커, 또는 마이크로폰을 갖는 전자 기기이다.
또한, 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성을 갖는 발광 장치와, 하우징을 갖는 조명 장치이다.
또한, 본 명세서에서 발광 장치란, 발광 소자를 사용한 화상 표시 디바이스를 포함한다. 또한, 발광 소자에 커넥터, 예를 들어, 이방 도전성 필름 또는 TCP(Tape Carrier Package)가 장착된 모듈, TCP 끝에 인쇄 배선판이 제공된 모듈, 또는 COG(Chip On Glass) 방식에 의하여 발광 소자에 IC(집적 회로)가 직접 실장된 모듈은 발광 장치를 갖는 경우가 있다. 또한, 조명 기구 등은 발광 장치를 갖는 경우가 있다.
본 발명의 일 형태에서는, 신규 발광 소자를 제공할 수 있다. 또는, 수명이 양호한 발광 소자를 제공할 수 있다. 또는, 발광 효율이 양호한 발광 소자를 제공할 수 있다.
또는, 본 발명의 다른 일 형태에서는, 신뢰성이 높은 발광 장치, 전자 기기, 및 표시 장치를 각각 제공할 수 있다. 또는, 본 발명의 다른 일 형태에서는, 소비전력이 낮은 발광 장치, 전자 기기, 및 표시 장치를 각각 제공할 수 있다.
또한, 이들 효과의 기재는 다른 효과의 존재를 방해하는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 일 형태는 이들 효과 모두를 반드시 가질 필요는 없다. 또한, 이들 외의 효과는 명세서, 도면, 청구항 등의 기재로부터 저절로 명백해지는 것이며, 명세서, 도면, 청구항 등의 기재로부터 이들 외의 효과를 추출할 수 있다.
도 1은 발광 소자의 개념도.
도 2는 발광 소자의 제작 방법의 일례를 나타낸 도면.
도 3은 발광 소자의 제작 장치의 일례를 나타낸 도면.
도 4는 액티브 매트릭스형 발광 장치의 개념도.
도 5는 액티브 매트릭스형 발광 장치의 개념도.
도 6은 액티브 매트릭스형 발광 장치의 개념도.
도 7은 패시브 매트릭스형 발광 장치의 개념도.
도 8은 조명 장치를 도시한 도면.
도 9는 전자 기기를 도시한 도면.
도 10은 광원 장치를 도시한 도면.
도 11은 조명 장치를 도시한 도면.
도 12는 조명 장치를 도시한 도면.
도 13은 차재용 표시 장치 및 조명 장치를 도시한 도면.
도 14는 전자 기기를 도시한 도면.
도 15는 전자 기기를 도시한 도면.
도 16은 표시 패널의 구성예를 설명하기 위한 도면.
도 17은 표시 패널의 구성예를 설명하기 위한 도면.
도 18은 발광 소자 1 내지 발광 소자 3의 휘도-전류 밀도 특성.
도 19는 발광 소자 1 내지 발광 소자 3의 전류 효율-휘도 특성.
도 20은 발광 소자 1 내지 발광 소자 3의 휘도-전압 특성.
도 21은 발광 소자 1 내지 발광 소자 3의 전류-전압 특성.
도 22는 발광 소자 1 내지 발광 소자 3의 외부 양자 효율-휘도 특성.
도 23은 발광 소자 1 내지 발광 소자 3의 발광 스펙트럼.
도 24는 발광 소자 1 내지 발광 소자 3의 정규화 휘도-시간 변화 특성.
도 25는 발광 소자 4의 휘도-전류 밀도 특성.
도 26은 발광 소자 4의 전류 효율-휘도 특성.
도 27은 발광 소자 4의 휘도-전압 특성.
도 28은 발광 소자 4의 전류-전압 특성.
도 29는 발광 소자 4의 외부 양자 효율-휘도 특성.
도 30은 발광 소자 4의 발광 스펙트럼.
도 31은 발광 소자 4의 정규화 휘도-시간 변화 특성.
도 32는 BBAβNB의 1H-NMR 차트.
도 33은 βNP2PC의 1H-NMR 차트.
도 34는 BBAαNB의 1H-NMR 차트.
도 35는 BBAβNBi의 1H-NMR 차트.
도 36은 βNPβNC의 1H-NMR 차트.
도 37은 발광 소자 5의 휘도-전류 밀도 특성.
도 38은 발광 소자 5의 전류 효율-휘도 특성.
도 39는 발광 소자 5의 휘도-전압 특성.
도 40은 발광 소자 5의 전류-전압 특성.
도 41은 발광 소자 5의 외부 양자 효율-휘도 특성.
도 42는 발광 소자 5의 발광 스펙트럼.
도 43은 발광 소자 5의 정규화 휘도-시간 변화 특성.
이하, 본 발명의 실시형태에 대하여 도면을 참조하여 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 이하에 기재하는 실시형태의 내용에 한정하여 해석되는 것은 아니다.
도 1의 (A)는 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자를 도시한 도면이다. 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자는 제 1 전극(101), 제 2 전극(102), 및 EL층(103)을 갖고, EL층(103)은 제 1 전극(101) 측으로부터 정공 주입층(111), 제 1 정공 수송층(112-1), 제 2 정공 수송층(112-2), 제 3 정공 수송층(112-3), 발광층(113), 제 1 전자 수송층(114-1), 및 제 2 전자 수송층(114-2)을 갖는다. 또한, 기타 기능층을 가져도 좋다.
본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자에서, 발광층(113)은 호스트 재료 및 발광 재료를 갖고, 정공 주입층(111)은 유기 억셉터를 갖고, 제 1 정공 수송층(112-1)은 제 1 정공 수송 재료를 갖고, 제 2 정공 수송층(112-2)은 제 2 정공 수송 재료를 갖고, 제 3 정공 수송층(112-3)은 제 3 정공 수송 재료를 갖고, 제 1 전자 수송층(114-1)은 제 1 전자 수송 재료를 갖고, 제 2 전자 수송층(114-2)은 제 2 전자 수송 재료를 갖는다. 또한, 제 1 정공 수송 재료, 제 2 정공 수송 재료, 제 3 정공 수송 재료, 제 1 전자 수송 재료, 및 제 2 전자 수송 재료는 각각 상이한 물질이다.
또한, 상기 호스트 재료의 HOMO 준위는 제 2 정공 수송 재료의 HOMO 준위보다 깊은 위치에 존재하고, 제 2 정공 수송 재료의 HOMO 준위는 제 1 정공 수송 재료의 HOMO 준위보다 깊은 위치에 존재한다. 또한, 제 3 정공 수송 재료의 HOMO 준위는 호스트 재료의 HOMO 준위와 같거나 또는 그것보다 깊은 위치에 위치한다. 다만, 제 2 정공 수송 재료의 HOMO 준위와 제 3 정공 수송 재료의 HOMO 준위의 차이는 0.3eV 이하로 한다(유효 숫자 1자리).
또한, 호스트 재료는 3고리 이상 6고리 이하의 축합 방향족 고리 골격을 포함하는 물질이고, 제 1 전자 수송 재료 및 제 2 전자 수송 재료는 헤테로 방향족 고리 골격을 포함하는 물질이다. 여기서, 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자에서, 호스트 재료 및 제 2 전자 수송 재료의 LUMO 준위는 양쪽 모두 제 1 전자 수송 재료보다 높은(얕은) 위치에 있는 것으로 한다. 다만, 호스트 재료와 제 1 전자 수송 재료의 LUMO 준위의 차이는 0.3eV 이하(유효 숫자 1자리)인 것이 바람직하다. 이 차이가 0.3eV 이하임으로써 구동 전압의 상승을 억제할 수 있다.
일반적으로 발광 소자를 설계하는 경우에는, 각 층들 사이의 캐리어 주입 장벽을 저감시켜 구동 전압의 저감이나 수명의 향상을 도모하기 위하여, 정공 수송층 측에서는 양극인 제 1 전극(101) 측으로부터 발광층(113)으로 그 HOMO 준위가 순차적으로 낮아지도록(깊어지도록) 설계하고, 전자 수송층 측에서는 음극인 제 2 전극(102) 측으로부터 발광층(113)으로 그 LUMO 준위가 순차적으로 높아지도록(얕아지도록) 설계한다.
그러나, 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자에서는, 호스트 재료와 정공 수송층을 구성하는 재료의 HOMO 준위의 관계, 및 호스트 재료와 전자 수송층을 구성하는 재료의 LUMO 준위의 관계를 상술한 것으로 하고, 또한 호스트 재료 및 전자 수송층을 구성하는 재료를 특정한 골격을 갖는 물질로 함으로써, 종래의 구성을 갖는 발광 소자보다 양호한 수명, 효율, 발광 특성을 갖는 발광 소자를 제공할 수 있다.
호스트 재료는 3고리 이상 6고리 이하의 축합 방향족 고리 골격을 갖는 재료인 것이 바람직하다. 이것은, 이들 축합 방향족 고리는 가시광 영역 부근에서의 에너지 갭을 유지하면서 전기 화학적인 안정성을 확보할 수 있기 때문이다. 특히, 안트라센 골격은 청색의 형광 재료를 유도하는 데 충분한 에너지 갭을 얻을 수 있고, 정공 및 전자 양쪽을 수송할 수 있어 적합하다. 또한, 안트라센 유도체는 그 LUMO 준위를 -2.7eV 전후로 하기 쉽고, 상술한 전자 수송층과의 LUMO 준위의 관계를 구축하기에도 적합하다.
한편, 제 1 전자 수송 재료 및 제 2 전자 수송 재료는 각각 상이한 헤테로 방향족 고리 골격을 포함하는 재료인 것이 바람직하다. 이와 같이, 제 1 전자 수송 재료 및 제 2 전자 수송 재료가 갖는 헤테로 방향족 고리 골격을 상이하게 함으로써, 제 1 전자 수송 재료의 LUMO 준위를 호스트 재료 및 제 2 전자 수송 재료의 LUMO 준위보다 낮은(깊은) 위치로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자는 정공 주입층(111)을 갖고, 상기 정공 주입층(111)을 구성하는 재료로서 유기 억셉터 재료가 사용되어 있기 때문에, 종래보다 장수명화시킬 수 있을 뿐만 아니라, 고휘도 영역의 효율 저하, 소위 롤 오프 현상을 저감시킬 수 있어, 휘도 및 효율이 높은 발광 소자를 구현할 수 있다.
유기 억셉터란, LUMO 준위가 깊은 유기 화합물이다. 상기 유기 억셉터는 그 LUMO 준위의 값과 HOMO 준위의 값이 가까운 다른 유기 화합물과의 사이에서 전하 분리를 일으킴으로써, 상기 유기 화합물에 정공을 발생시킬 수 있다. 즉, 본 실시형태에 따른 발광 소자에서는 유기 억셉터와 접촉하는 제 1 정공 수송 재료에 정공이 발생된다. 유기 억셉터는 전자 흡인기(할로젠기나 사이아노기)를 갖는 화합물, 예를 들어, 7,7,8,8-테트라사이아노-2,3,5,6-테트라플루오로퀴노다이메테인(약칭: F4-TCNQ), 3,6-다이플루오로-2,5,7,7,8,8-헥사사이아노퀴노다이메테인, 클로라닐, 2,3,6,7,10,11-헥사사이아노-1,4,5,8,9,12-헥사아자트라이페닐렌(약칭: HAT-CN) 등을 사용하면 좋다. 특히, HAT-CN는 억셉터성이 높고 막질도 안정적이기 때문에 바람직하다.
유기 억셉터의 LUMO 준위와 제 1 정공 수송 재료의 HOMO 준위의 차이는 유기 억셉터의 억셉터성의 강도에 따라 달라지기 때문에 특별히 한정되지 않지만, 준위의 차이가 대략 1eV 이하 정도이면 정공을 주입할 수 있다. HAT-CN을 유기 억셉터로서 사용하는 경우, HAT-CN의 LUMO 준위는 사이클릭 볼타메트리 측정에 의하여 -4.41eV로 산출되기 때문에, 제 1 정공 수송 재료의 HOMO 준위는 -5.4eV 이상인 것이 바람직하다. 다만, 제 1 정공 수송 재료의 HOMO 준위가 지나치게 높아지면, 이번에는 제 2 정공 수송 재료에 대한 정공 주입성이 악화된다. 또한, ITO와 같은 양극의 일함수는 -5eV 전후이기 때문에, 그것보다 HOMO 준위가 높은 제 1 정공 수송 재료를 사용하면 불리하게 작용된다. 따라서, 제 1 정공 수송 재료의 HOMO 준위는 -5.0eV 이하인 것이 바람직하다.
제 1 정공 수송 재료에서 발생한 정공은 전계에 의하여 제 2 전극(102) 측으로 이동하고 제 2 정공 수송층(112-2)에 주입된다. 제 2 정공 수송층(112-2)을 구성하는 제 2 정공 수송 재료의 HOMO 준위는, 제 1 정공 수송 재료의 HOMO 준위와 호스트 재료의 HOMO 준위 사이에 위치하기 때문에, 제 1 정공 수송층(112-1)으로부터 제 2 정공 수송층(112-2)으로 정공을 쉽게 주입할 수 있다. 또한, 제 1 정공 수송 재료와 제 2 정공 수송 재료의 HOMO 준위의 차이는 정공을 원활하게 주입하기 위하여 0.3eV 이하인 것이 바람직하고, 정공을 더 쉽게 주입하기 위해서는 그 차이가 0.2eV 이하인 것이 더 바람직하다.
제 2 정공 수송층(112-2)에 주입된 정공은 전계에 의하여 제 2 전극(102) 측으로 더 이동하고, 제 3 정공 수송층(112-3)에 주입된다. 제 3 정공 수송층(112-3)에 포함되는 제 3 정공 수송 재료는 그 HOMO 준위가 호스트 재료의 HOMO 준위와 같거나 또는 그것보다 깊고, 또한 제 2 정공 수송 재료의 HOMO 준위와의 차이가 0.35eV 미만(유효 숫자 1자리로 표현하여 0.3eV 이하)인 재료이다. 제 2 정공 수송 재료의 HOMO 준위와 제 3 정공 수송 재료의 HOMO 준위의 차이가 0.3eV 이하이기 때문에, 제 2 정공 수송층(112-2)으로부터 제 3 정공 수송층(112-3)에 대한 정공의 주입은 원활하게 수행된다. 또한, 정공을 더 원활하게 주입하기 위하여 제 3 정공 수송 재료의 HOMO 준위와 제 2 정공 수송 재료의 HOMO 준위의 차이는 0.25eV 미만(유효 숫자 1자리로 표현하여 0.2eV 이하)인 것이 바람직하다.
제 3 정공 수송 재료의 HOMO 준위는 호스트 재료의 HOMO 준위와 같거나 또는 그것보다 깊기 때문에, 제 3 정공 수송층(112-3)으로부터 발광층(113)에 대한 정공의 주입 장벽은 없다. 또한, 제 3 정공 수송 재료의 HOMO 준위가 호스트 재료의 HOMO 준위와 같거나 또는 그것보다 깊기 때문에, 정공은 발광 재료에 직접 주입될 뿐만 아니라 호스트 재료에 대해서도 직접 주입되기 쉬워진다. 발광 재료에 우선적으로 정공이 들어가면, 발광층 내에서 정공이 극히 이동하기 어려워지고, 발광 영역이 정공 수송층과 발광층 계면에서 매우 국재화(局在化)된다. 결과적으로, 소자의 수명에 악영향을 미친다. 그러나, 본 발명의 일 형태와 같이 호스트 재료에도 정공이 들어가면, 정공은 발광층 내에서는 주로 호스트를 전도하면서 발광 재료의 정공 트랩의 영향을 적절히 받기 때문에, 발광 영역을 적절히 확대시킬 수 있어 고효율과 장수명을 달성할 수 있다. 발광 영역이 적절히 확대된다는 것은 정공이 발광층 내에서 어느 정도 수송되면서도 발광층을 관통하는 일이 없는 상태를 의미한다. 또한, 이로부터 호스트 재료는 정공 수송성을 갖는 것이 바람직하고, 구체적으로는 안트라센 골격이나 카바졸 골격을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 호스트 재료는 전자 수송성도 갖는 것이 바람직하기 때문에, 안트라센 골격은 특히 적합하다. 즉, 호스트 재료는 안트라센 골격과 카바졸 골격을 동시에 갖는 것이 더 바람직하다. 또한, 카바졸 골격은 벤조카바졸 골격 또는 다이벤조카바졸 골격인 것이 바람직하다. 이것은, 이들 구조가 카바졸에 비하여 HOMO가 0.1eV 정도 높으므로, 정공이 들어가기 쉬워지기(이에 의하여 상기 발광 영역의 적절한 확대를 형성하기 쉬워지기) 때문이다. 이와 같이, 이 제 3 정공 수송층(112-3)을 갖는 것이 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자의 특징 중 하나이다.
여기서, 발광 재료의 HOMO 준위가 호스트 재료의 HOMO 준위보다 얕은 경우, HOMO 준위가 호스트 재료보다 얕은 정공 수송 재료로부터 발광층에 정공이 주입되면, 호스트 재료보다 발광 재료에 우선적으로 정공이 주입된다. HOMO 준위가 얕은 발광 재료에 정공이 주입되면, 정공이 트랩된다. 정공이 트랩되어 정공의 흐름이 막히면, 전하의 축적, 재결합 영역의 집중으로 인한 발광층의 열화 촉진, 발광 효율의 저하 등의 문제가 발생된다.
한편, 본 실시형태에 따른 발광 소자와 같이, 제 3 정공 수송층(112-3)을 갖고, 그 HOMO 준위가 호스트 재료의 HOMO 준위와 같거나 또는 그것보다 깊은 구성을 갖는 발광 소자에서는, 정공이 먼저 발광 재료가 아니라 호스트 재료에 우선적으로 주입된다. 결과적으로, 정공의 흐름이 막히지 않고, 발광 재료에도 정공이 적절히 트랩되며, 재결합 영역도 분산되기 때문에, 신뢰성의 향상, 발광 효율의 향상과 같은 다양한 효과가 초래된다.
다음으로, 상술한 발광 소자의 자세한 구조나 재료의 예에 대하여 설명한다. 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자는 상술한 바와 같이 제 1 전극(101)과 제 2 전극(102)으로 이루어지는 한 쌍의 전극들 사이에 복수의 층으로 이루어지는 EL층(103)을 갖는다. EL층(103)은 적어도 정공 주입층(111), 제 1 정공 수송층(112-1), 제 2 정공 수송층(112-2), 제 3 정공 수송층(112-3), 발광층(113), 제 1 전자 수송층(114-1), 및 제 2 전자 수송층(114-2)을 갖는다. 또한, 이들 층은 이 순서대로 제 1 전극(101) 측으로부터 접촉하여 제공되어 있다.
제 1 전극(101)은 일함수가 큰(구체적으로는 4.0eV 이상) 금속, 합금, 도전성 화합물, 및 이들의 혼합물 등을 사용하여 형성되는 것이 바람직하다. 구체적으로는 예를 들어, 산화 인듐-산화 주석(ITO: Indium Tin Oxide), 실리콘 또는 산화 실리콘을 함유한 산화 인듐-산화 주석, 산화 인듐-산화 아연, 산화 텅스텐 및 산화 아연을 함유한 산화 인듐(IWZO) 등이 있다. 이들 도전성 금속 산화물막은 일반적으로 스퍼터링법에 의하여 형성되지만, 졸-겔법 등을 응용하여 제작하여도 좋다. 제작 방법의 예로서는 산화 인듐에 대하여 1wt% 내지 20wt%의 산화 아연이 첨가된 타깃을 사용한 스퍼터링법에 의하여, 산화 인듐-산화 아연을 형성하는 방법 등이 있다. 또한, 산화 인듐에 대하여 산화 텅스텐이 0.5wt% 내지 5wt%, 산화 아연이 0.1wt% 내지 1wt% 함유된 타깃을 사용한 스퍼터링법에 의하여, 산화 텅스텐 및 산화 아연이 함유된 산화 인듐(IWZO)을 형성할 수도 있다. 이 외에, 금(Au), 백금(Pt), 니켈(Ni), 텅스텐(W), 크로뮴(Cr), 몰리브데넘(Mo), 철(Fe), 코발트(Co), 구리(Cu), 팔라듐(Pd), 또는 금속 재료의 질화물(예를 들어, 질화 타이타늄) 등을 들 수 있다. 그래핀을 사용할 수도 있다. 또한, 후술하는 복합 재료를 EL층(103)에서 제 1 전극(101)과 접촉하는 층에 사용함으로써, 일함수에 상관없이 전극 재료를 선택할 수 있다.
EL층(103)의 적층 구조에 대해서는 본 실시형태에서는 도 1의 (A)에 도시된 바와 같이 정공 주입층(111), 제 1 정공 수송층(112-1), 제 2 정공 수송층(112-2), 제 3 정공 수송층(112-3), 발광층(113), 제 1 전자 수송층(114-1), 및 제 2 전자 수송층(114-2)을 갖는 구성, 그리고 도 1의 (B)에 도시된 바와 같이 정공 주입층(111), 제 1 정공 수송층(112-1), 제 2 정공 수송층(112-2), 제 3 정공 수송층(112-3), 발광층(113), 제 1 전자 수송층(114-1), 및 제 2 전자 수송층(114-2)에 더하여 전하 발생층(116)을 갖는 구성의 2가지 구성에 대하여 설명한다. 각 층을 구성하는 재료에 대하여 이하에 구체적으로 설명한다.
정공 주입층(111)은 유기 억셉터를 포함하는 층이다. 유기 억셉터로서는 전자 흡인기(할로젠기나 사이아노기)를 갖는 화합물을 사용할 수 있고, 7,7,8,8-테트라사이아노-2,3,5,6-테트라플루오로퀴노다이메테인(약칭: F4-TCNQ), 3,6-다이플루오로-2,5,7,7,8,8-헥사사이아노퀴노다이메테인, 클로라닐, 2,3,6,7,10,11-헥사사이아노-1,4,5,8,9,12-헥사아자트라이페닐렌(약칭: HAT-CN) 등을 사용할 수 있다. 유기 억셉터는 HAT-CN과 같이 헤테로 원자를 복수로 갖는 축합 방향족 고리에 전자 흡인기가 결합되어 있는 화합물이, 열적으로 안정적이므로 바람직하다. 유기 억셉터는 적어도 전계가 인가됨으로써, 인접한 정공 수송층(또는 정공 수송 재료)으로부터 전자를 추출할 수 있다.
정공 주입층(111)을 형성함으로써, 정공 주입성이 양호해져 구동 전압이 작은 발광 소자를 얻을 수 있다. 또한, 유기 억셉터는 증착이 쉽고 성막하기 쉽기 때문에, 사용하기 쉬운 재료이다.
정공 수송층은 제 1 정공 수송층(112-1), 제 2 정공 수송층(112-2), 및 제 3 정공 수송층(112-3)으로 구성되어 있다. 제 1 정공 수송층(112-1) 내지 제 3 정공 수송층(112-3)에는 모두 정공 수송성을 갖는 정공 수송 재료가 포함되고, 제 1 정공 수송층(112-1)에는 제 1 정공 수송 재료가, 제 2 정공 수송층(112-2)에는 제 2 정공 수송 재료가, 제 3 정공 수송층(112-3)에는 제 3 정공 수송 재료가 포함되어 있다. 정공 수송 재료는 1×10-6cm2/Vs 이상의 정공 이동도를 갖는 것이 바람직하다. 또한, 각 재료 사이에는, 제 2 정공 수송 재료의 HOMO 준위는 제 1 정공 수송 재료의 HOMO 준위보다 깊고, 발광층(113)에 포함되는 호스트 재료의 HOMO 준위는 제 2 정공 수송 재료의 HOMO 준위보다 깊고, 제 3 정공 수송 재료의 HOMO 준위는 호스트 재료의 HOMO 준위와 같거나 또는 그것보다 깊고, 제 2 정공 수송 재료의 HOMO 준위와 제 3 정공 수송 재료의 HOMO 준위의 차이는 0.3eV 이하라는 관계가 존재한다. 또한, 제 2 정공 수송 재료의 HOMO 준위와 제 3 정공 수송 재료의 HOMO 준위의 차이는 0.2eV 이하인 것이 바람직하다.
제 1 정공 수송 재료로서는 HOMO 준위가 비교적 얕은 정공 수송 재료를 사용하는 것이 바람직하고, 이와 같은 유기 화합물로서는 트라이아릴아민이고 플루오렌일아민 골격을 갖는 물질이 바람직하다.
제 3 정공 수송 재료로서는 HOMO 준위가 비교적 깊은 정공 수송 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 아민을 포함하는 유기 화합물은 HOMO 준위가 얕아지는 경향이 있기 때문에, 아민을 포함하지 않는 정공 수송 재료가 바람직하다. 또한, 이러한 정공 수송 재료로서는 카바졸 골격을 포함하는 정공 수송 재료가 바람직하다. 카바졸 골격과 트라이페닐렌 골격을 포함하는 유기 화합물이나, 카바졸 골격과 나프탈렌 골격을 포함하는 유기 화합물 등을 적합하게 사용할 수 있다.
제 2 정공 수송 재료로서는, 제 1 정공 수송 재료와 제 3 정공 수송 재료 사이의 HOMO 준위를 갖는 정공 수송 재료가 바람직하다. 구체적으로는, 트라이아릴아민이고 트라이페닐아민 골격을 포함하는 정공 수송 재료가 바람직하다. 또한, 상기 트라이페닐아민 골격에서의 페닐기는 축환(縮環)되지 않는 것이 바람직하다.
발광층(113)은 호스트 재료와 발광 재료를 포함하는 층이다. 발광 재료는 형광 발광 물질, 인광 발광 물질, 및 열활성화 지연 형광(TADF)을 나타내는 물질 중 어느 것이어도 좋다. 또한, 단층이어도 좋고, 상이한 발광 재료가 포함되는 복수의 층으로 이루어져도 좋다. 또한, 본 발명의 일 형태에서, 발광층(113)은 형광 발광을 나타내는 층, 특히 청색 형광 발광을 나타내는 층인 경우에 더 적합하게 적용될 수 있다.
발광층(113)에서 형광 발광 물질로서 사용할 수 있는 재료는 예를 들어 이하와 같다. 또한, 이들 외의 형광 발광 물질도 사용할 수 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), 쿠마린30, N-(9,10-다이페닐-2-안트릴)-N,9-다이페닐-9H-카바졸-3-아민(약칭: 2PCAPA), N-[9,10-비스(1,1'-바이페닐-2-일)-2-안트릴]-N,9-다이페닐-9H-카바졸-3-아민(약칭: 2PCABPhA), N-(9,10-다이페닐-2-안트릴)-N,N',N'-트라이페닐-1,4-페닐렌다이아민(약칭: 2DPAPA), N-[9,10-비스(1,1'-바이페닐-2-일)-2-안트릴]-N,N',N'-트라이페닐-1,4-페닐렌다이아민(약칭: 2DPABPhA), 9,10-비스(1,1'-바이페닐-2-일)-N-[4-(9H-카바졸-9-일)페닐]-N-페닐안트라센-2-아민(약칭: 2YGABPhA), N,N,9-트라이페닐안트라센-9-아민(약칭: DPhAPhA), 쿠마린545T, 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) 등을 들 수 있다. 특히, 1,6FLPAPrn이나 1,6mMemFLPAPrn과 같은 피렌다이아민 화합물로 대표되는 축합 방향족 다이아민 화합물은 정공 트랩성이 높고, 발광 효율이나 신뢰성이 우수하므로 바람직하다.
발광층(113)에서 인광 발광 물질로서 사용할 수 있는 재료의 예로서는, 이하와 같은 재료를 들 수 있다.
트리스{2-[5-(2-메틸페닐)-4-(2,6-다이메틸페닐)-4H-1,2,4-트라이아졸-3-일-κN2]페닐-κC}이리듐(III)(약칭: [Ir(mpptz-dmp)3]), 트리스(5-메틸-3,4-다이페닐-4H-1,2,4-트라이아졸레이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(Mptz)3]), 트리스[4-(3-바이페닐)-5-아이소프로필-3-페닐-4H-1,2,4-트라이아졸레이토]이리듐(III)(약칭: [Ir(iPrptz-3b)3])과 같은 4H-트라이아졸 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체나, 트리스[3-메틸-1-(2-메틸페닐)-5-페닐-1H-1,2,4-트라이아졸레이토]이리듐(III)(약칭: [Ir(Mptz1-mp)3]), 트리스(1-메틸-5-페닐-3-프로필-1H-1,2,4-트라이아졸레이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(Prptz1-Me)3])과 같은 1H-트라이아졸 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체나, fac-트리스[1-(2,6-다이아이소프로필페닐)-2-페닐-1H-이미다졸]이리듐(III)(약칭: [Ir(iPrpmi)3]), 트리스[3-(2,6-다이메틸페닐)-7-메틸이미다조[1,2-f]페난트리디네이토]이리듐(III)(약칭: [Ir(dmpimpt-Me)3])과 같은 이미다졸 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체나, 비스[2-(4',6'-다이플루오로페닐)피리디네이토-N,C2']이리듐(III)테트라키스(1-피라졸릴)보레이트(약칭: FIr6), 비스[2-(4',6'-다이플루오로페닐)피리디네이토-N,C2']이리듐(III)피콜리네이트(약칭: FIrpic), 비스{2-[3',5'-비스(트라이플루오로메틸)페닐]피리디네이토-N,C2'}이리듐(III)피콜리네이트(약칭: [Ir(CF3ppy)2(pic)]), 비스[2-(4',6'-다이플루오로페닐)피리디네이토-N,C2']이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: FIr(acac))와 같은 전자 흡인기를 갖는 페닐피리딘 유도체를 리간드로 하는 유기 금속 이리듐 착체를 들 수 있다. 이들은 청색의 인광 발광을 나타내는 화합물이고, 440nm 내지 520nm에 발광의 피크를 갖는 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)])과 같은 피리미딘 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체나, (아세틸아세토네이토)비스(3,5-다이메틸-2-페닐피라지네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(mppr-Me)2(acac)]), (아세틸아세토네이토)비스(5-아이소프로필-3-메틸-2-페닐피라지네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(mppr-iPr)2(acac)])과 같은 피라진 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체나, 트리스(2-페닐피리디네이토-N,C2')이리듐(III)(약칭: [Ir(ppy)3]), 비스(2-페닐피리디네이토-N,C2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: [Ir(ppy)2(acac)]), 비스(벤조[h]퀴놀리네이토)이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: [Ir(bzq)2(acac)]), 트리스(벤조[h]퀴놀리네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(bzq)3]), 트리스(2-페닐퀴놀리네이토-N,C2')이리듐(III)(약칭: [Ir(pq)3]), 비스(2-페닐퀴놀리네이토-N,C2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: [Ir(pq)2(acac)])와 같은 피리딘 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체 외에, 트리스(아세틸아세토네이토)(모노페난트롤린)터븀(III)(약칭: [Tb(acac)3(Phen)])과 같은 희토류 금속 착체를 들 수 있다. 이들은 주로 녹색 인광 발광을 나타내는 화합물이고, 500nm 내지 600nm에서 발광 피크를 갖는다. 또한, 피리미딘 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체는, 신뢰성이나 발광 효율도 매우 우수하기 때문에, 특히 바람직하다.
또한, (다이아이소뷰틸메타네이토)비스[4,6-비스(3-메틸페닐)피리미디네이토]이리듐(III)(약칭: [Ir(5mdppm)2(dibm)]), 비스[4,6-비스(3-메틸페닐)피리미디네이토](다이피발로일메타네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(5mdppm)2(dpm)]), 비스[4,6-다이(나프탈렌-1-일)피리미디네이토](다이피발로일메타네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(d1npm)2(dpm)])과 같은 피리미딘 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체나, (아세틸아세토네이토)비스(2,3,5-트라이페닐피라지네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(tppr)2(acac)]), 비스(2,3,5-트라이페닐피라지네이토)(다이피발로일메타네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(tppr)2(dpm)]), (아세틸아세토네이토)비스[2,3-비스(4-플루오로페닐)퀴녹살리네이토)]이리듐(III)(약칭: [Ir(Fdpq)2(acac)])과 같은 피라진 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체나, 트리스(1-페닐아이소퀴놀리네이토-N,C2')이리듐(III)(약칭: [Ir(piq)3]), 비스(1-페닐아이소퀴놀리네이토-N,C2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: [Ir(piq)2(acac)])와 같은 피리딘 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체 외에, 2,3,7,8,12,13,17,18-옥타에틸-21H,23H-포르피린백금(II)(약칭: PtOEP)과 같은 백금 착체나, 트리스(1,3-다이페닐-1,3-프로페인다이오네이토)(모노페난트롤린)유로퓸(III)(약칭: [Eu(DBM)3(Phen)]), 트리스[1-(2-테노일)-3,3,3-트라이플루오로아세토네이토](모노페난트롤린)유로퓸(III)(약칭: [Eu(TTA)3(Phen)])과 같은 희토류 금속 착체를 들 수 있다. 이들은 적색 인광 발광을 나타내는 화합물이며, 600nm 내지 700nm에서 발광 피크를 갖는다. 또한, 피라진 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체는, 색도가 좋은 적색 발광이 얻어진다.
또한, 상술한 인광성 화합물 외에, 공지의 인광성 발광 재료를 선택하여 사용하여도 좋다.
TADF 재료로서는 풀러렌 및 그 유도체, 프로플라빈 등의 아크리딘 유도체, 에오신 등을 사용할 수 있다. 또한, 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 카드뮴(Cd), 주석(Sn), 백금(Pt), 인듐(In), 또는 팔라듐(Pd) 등을 포함하는 금속 함유 포르피린을 사용할 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 들 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00001
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)이나, 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 고리 양쪽을 갖는 헤테로 고리 화합물도 사용할 수 있다. 상기 헤테로 고리 화합물은 π전자 과잉형 헤테로 방향족 고리 및 π전자 부족형 헤테로 방향족 고리를 갖기 때문에, 전자 수송성 및 정공 수송성이 둘 다 높아 바람직하다. 또한, π전자 과잉형 헤테로 방향족 고리와 π전자 부족형 헤테로 방향족 고리가 직접 결합된 물질은, π전자 과잉형 헤테로 방향족 고리의 도너성(donor property) 및 π전자 부족형 헤테로 방향족 고리의 억셉터성이 둘 다 증가되어 S1 준위와 T1 준위의 에너지 차이가 작아지기 때문에 열활성화 지연 형광을 효율적으로 얻을 수 있어 특히 바람직하다. 또한, π전자 부족형 헤테로 방향족 고리 대신에 사이아노기와 같은 전자 흡인기가 결합된 방향족 고리를 사용하여도 좋다.
[화학식 2]
Figure pat00002
발광층의 호스트 재료로서는, 전자 수송성을 갖는 재료나 정공 수송성을 갖는 재료 등, 다양한 캐리어 수송 재료를 사용할 수 있다.
다음으로, 발광층의 호스트 재료로서는 다양한 캐리어 수송 재료를 사용할 수 있다. 상기 캐리어 수송 재료로서는, 예를 들어 이하에서 기재하는 바와 같은 정공 수송성을 갖는 물질이나, 전자 수송성을 갖는 물질 등을 사용할 수 있다. 물론, 이하에서 기재하는 물질 외의 정공 수송성을 갖는 재료나, 전자 수송성을 갖는 재료, 바이폴러성을 갖는 재료도 사용할 수 있다.
정공 수송성을 갖는 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 방향족 아민 골격을 갖는 화합물이나, 1,3-비스(N-카바졸릴)벤젠(약칭: mCP), 4,4'-다이(N-카바졸릴)바이페닐(약칭: CBP), 3,6-비스(3,5-다이페닐페닐)-9-페닐카바졸(약칭: CzTP), 3,3'-비스(9-페닐-9H-카바졸)(약칭: PCCP) 등의 카바졸 골격을 갖는 화합물이나, 4,4',4''-(벤젠-1,3,5-트라이일)트라이(다이벤조싸이오펜)(약칭: DBT3P-II), 2,8-다이페닐-4-[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]다이벤조싸이오펜(약칭: DBTFLP-III), 4-[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]-6-페닐다이벤조싸이오펜(약칭: DBTFLP-IV) 등의 싸이오펜 골격을 갖는 화합물이나, 4,4',4''-(벤젠-1,3,5-트라이일)트라이(다이벤조퓨란)(약칭: DBF3P-II), 4-{3-[3-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]페닐}다이벤조퓨란(약칭: mmDBFFLBi-II) 등의 퓨란 골격을 갖는 화합물을 들 수 있다. 상술한 것 중에서도 방향족 아민 골격을 갖는 화합물이나 카바졸 골격을 갖는 화합물은 신뢰성이 양호하고, 또한 정공 수송성이 높고, 구동 전압 저감에도 기여하기 때문에 바람직하다.
전자 수송성을 갖는 재료로서는, 예를 들어, 비스(10-하이드록시벤조[h]퀴놀리네이토)베릴륨(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 착체나, 2-(4-바이페닐일)-5-(4-tert-뷰틸페닐)-1,3,4-옥사다이아졸(약칭: PBD), 3-(4-바이페닐일)-4-페닐-5-(4-tert-뷰틸페닐)-1,2,4-트라이아졸(약칭: TAZ), 1,3-비스[5-(p-tert-뷰틸페닐)-1,3,4-옥사다이아졸-2-일]벤젠(약칭: OXD-7), 9-[4-(5-페닐-1,3,4-옥사다이아졸-2-일)페닐]-9H-카바졸(약칭: CO11), 2,2',2''-(1,3,5-벤젠트라이일)트리스(1-페닐-1H-벤즈이미다졸)(약칭: TPBI), 2-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]-1-페닐-1H-벤즈이미다졸(약칭: mDBTBIm-II) 등의 폴리아졸 골격을 갖는 헤테로 고리 화합물이나 2-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mDBTPDBq-II), 2-[3'-(다이벤조싸이오펜-4-일)바이페닐-3-일]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mDBTBPDBq-II), 2-[3'-(9H-카바졸-9-일)바이페닐-3-일]다이벤조[f, h]퀴녹살린(약칭: 2mCzBPDBq), 4,6-비스[3-(페난트렌-9-일)페닐]피리미딘(약칭: 4,6mPnP2Pm), 4,6-비스[3-(4-다이벤조싸이엔일)페닐]피리미딘(약칭: 4,6mDBTP2Pm-II) 등의 다이아진 골격을 갖는 헤테로 고리 화합물이나, 3,5-비스[3-(9H-카바졸-9-일)페닐]피리딘(약칭: 35DCzPPy), 1,3,5-트라이[3-(3-피리딜)페닐]벤젠(약칭: TmPyPB) 등의 피리딘 골격을 갖는 헤테로 고리 화합물을 들 수 있다. 상술한 것 중에서도 다이아진 골격을 갖는 헤테로 고리 화합물이나 피리딘 골격을 갖는 헤테로 고리 화합물은 신뢰성이 양호하기 때문에 바람직하다. 특히, 다이아진(피리미딘이나 피라진) 골격을 갖는 헤테로 고리 화합물은 전자 수송성이 높고, 구동 전압 저감에도 기여한다.
또한, 호스트 재료는 복수 종류의 물질이 혼합된 재료이어도 좋고, 혼합된 호스트 재료를 사용하는 경우에는 전자 수송성을 갖는 재료와 정공 수송성을 갖는 재료를 혼합하는 것이 바람직하다. 전자 수송성을 갖는 재료와 정공 수송성을 갖는 재료를 혼합함으로써, 발광층(113)의 수송성을 쉽게 조정할 수 있어 재결합 영역의 제어도 쉽게 수행할 수 있다. 정공 수송성을 갖는 재료와 전자 수송성을 갖는 재료의 함유량의 비율은 정공 수송성을 갖는 재료:전자 수송성을 갖는 재료=1:9 내지 9:1로 하면 좋다.
또한, 이들 혼합된 재료로 들뜬 복합체를 형성하여도 좋다. 상기 들뜬 복합체는 발광 재료의 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, 구동 전압도 저하되기 때문에 바람직하다.
본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자에서, 호스트 재료는 3고리 이상 6고리 이하의 축합 방향족 고리 골격을 포함하는 물질인 것이 바람직하다. 3고리 이상 6고리 이하의 축합 방향족 고리 골격을 포함하는 물질로서는, 예를 들어, CzPA, 7-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-7H-다이벤조[c,g]카바졸(약칭: cgDBCzPA), 9-페닐-3-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸(약칭: PCzPA), 4-[3-(9,10-다이페닐-2-안트릴)페닐]다이벤조퓨란(약칭: 2mDBFPPA-II), t-BuDNA, 9-(2-나프틸)-10-[4-(1-나프틸)페닐]안트라센(약칭: BH-1)과 같은 안트라센 골격을 갖는 물질이나, 5,12-다이페닐테트라센(약칭: DPT), 루브렌, 2,8-다이-tert-뷰틸-5,11-비스(4-tert-뷰틸페닐)-6,12-다이페닐테트라센(약칭: TBRb)과 같은 테트라센 골격을 갖는 물질이나, 1,3,5-트라이(1-피렌일)벤젠(약칭: TPB3), 9,9-비스[4-(1-피렌일)페닐]-9H-플루오렌(약칭: BPPF), 2,7-비스(1-피렌일)-스파이로-9,9'-바이플루오렌(약칭: Spyro-pye)과 같은 피렌 골격을 갖는 물질이나, 2,5,8,11-테트라(tert-뷰틸)페릴렌(약칭: TBP)과 같은 페릴렌 골격을 갖는 물질, 플루오란텐 골격을 갖는 물질, 다이벤조크리센 골격을 갖는 물질 등이 있다. 이 중에서도 상술한 바와 같이, 안트라센 골격을 갖는 물질이 특히 바람직하다.
또한, 제 1 전자 수송 재료 및 제 2 전자 수송 재료는 함질소 6원 헤테로 방향족 고리 골격을 갖는 물질인 것이 바람직하다. 함질소 6원 헤테로 방향족 고리 골격을 갖는 물질은 함질소 5원 헤테로 고리 골격(피롤, 인돌, 카바졸, 이미다졸, 벤즈이미다졸, 트라이아졸, 벤조트라이아졸 등)을 갖는 물질보다 전자 수용체로서의 신뢰성이 높기 때문에, 신뢰성이 양호한 발광 소자를 얻을 수 있다. 또한, 함질소 6원 헤테로 방향족 고리 골격을 갖는 물질은 함질소 5원 헤테로 고리 골격을 갖는 물질보다 LUMO 준위가 깊어지는 경향이 있기 때문에, 제 1 전자 수송 재료로서 특히 바람직하다.
따라서, 제 1 전자 수송 재료는 트라이아진 골격이나 다이아진 골격(특히 피라진 골격 또는 피리미딘 골격)을 포함하는 것이 바람직하고, 그 중에서도 축합 헤테로 방향족 고리 골격을 포함하는 물질이 적합하다. 다이아진 골격을 갖는 축합 헤테로 방향족 고리 골격을 포함하는 물질의 바람직한 예로서는, 신뢰성이 우수한 벤조퀴나졸린 골격이나 다이벤조퀴녹살린 골격을 포함하는 물질을 들 수 있고, 특히 다이벤조퀴녹살린 골격은 LUMO 준위가 깊어지기 쉽기 때문에 바람직하다. 이와 같은 구성을 갖는 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자는, 구동 시간의 축적에 따른 휘도 열화가 작은, 수명이 긴 발광 소자로 할 수 있다.
제 2 전자 수송 재료는 음극과 접촉하는 경우를 고려하면, 피리딘 골격이나 바이피리딘 골격을 갖는 물질이 적합하다. 또한, 제 1 전자 수송 재료가 트라이아진 골격이나 다이아진 골격(특히 피라진 골격 또는 피리미딘 골격)을 포함하는 경우, 피리딘 골격이나 바이피리딘 골격은 그 트라이아진 골격이나 다이아진 골격보다 LUMO 준위가 높기 때문에, 이 조합이 바람직하다. 피리딘 골격이나 바이피리딘 골격은 축합 고리를 형성하여도 좋고, 예를 들어 페난트롤린 골격을 형성하여도 좋다.
제 1 전자 수송 재료 및 제 2 전자 수송 재료로서는, 2mDBTPDBq-II, 2mDBTBPDBq-II, 2-{3-[3-(2,8-다이페닐다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]페닐}다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mDBTBPDBq-III), 2-{3-[3-(6-페닐다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]페닐}다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mDBTBPDBq-IV), 2-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: PCPDBq), 2-[3-(3,6-다이페닐-9H-카바졸-9-일)페닐]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mCzPDBq-III), 2-[3'-(9H-카바졸-9-일)바이페닐-3-일]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mCzBPDBq), 7-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 7mDBTPDBq-II), 7-[3'-(다이벤조싸이오펜-4-일)바이페닐-3-일]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 7mDBTBPDBq-II)과 같은 다이벤조퀴녹살린 골격을 갖는 물질, 2,2'-(피리딘-2,6-다이일)비스(4-페닐벤조[h]퀴나졸린)(약칭: 2,6(P-Bqn)2Py)과 같은 벤조퀴나졸린 골격을 갖는 물질, 4,6mDBTP2Pm-II, 4,6-비스[3-(9H-카바졸-9-일)페닐]피리미딘(약칭: 4,6mCzP2Pm), 4-[3'-(다이벤조싸이오펜-4-일)바이페닐-3-일]벤조퓨로[3,2-d]피리미딘(약칭: 4mDBTBPBfpm-II), 4-{3-[3'-(9H-카바졸-9-일)]바이페닐-3-일}벤조퓨로[3,2-d]피리미딘(약칭: 4mCzBPBfPm), 4,6-비스(3,5-다이(피리딘-3-일)페닐)-2-메틸피리미딘(약칭: B3PYMPM), 2,2'-(피리딘-2,6-다이일)비스(4,6-다이페닐피리미딘)(약칭: 2,6(P2Pm)2Py)과 같은 피리미딘 골격을 갖는 물질, 피라지노[2,3-f][1,10]페난트롤린-2,3-다이카보나이트릴(약칭: PPDN), 2,3-다이페닐피리도[2,3-b]피라진(약칭: 2PYPR), 2,3-다이페닐피리도[3,4-b]피라진(약칭: 3PYPR)과 같은 피라진 골격을 갖는 물질, 2,4,6-트리스(2-피리딜)-1,3,5-트라이아진(약칭: 2Py3Tzn), 2,4,6-트리스(3'-(피리딘-3-일)바이페닐-3-일)-1,3,5-트라이아진(약칭: TmPPPyTz), 3-(4-(9H-카바졸-9-일)페닐)-9-(4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진-2-일)-9H-카바졸(약칭: CPCBPTz)과 같은 트라이아진 골격을 갖는 물질, 바소큐프로인(약칭: BCP), 바소페난트롤린(약칭: BPhen), 2,9-비스(나프탈렌-2-일)-4,7-다이페닐-1,10-페난트롤린(약칭: NBPhen), 4,4'-다이(1,10-페난트롤린-2-일)바이페닐(약칭: Phen2BP)과 같은 페난트롤린 골격을 갖는 물질, 4,4'-비스[3-(9H-카바졸-9-일)페닐]-2,2'-바이피리딘(약칭: 4,4'mCzP2BPy), 4,4'-비스[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]-2,2'-바이피리딘(약칭: 4,4'mDBTP2BPy-II), 4,4'-비스[3-(다이벤조퓨란-4-일)페닐]-2,2'-바이피리딘(약칭: 4,4'DBfP2BPy-II)과 같은 바이피리딘 골격을 갖는 물질, 트리스[2,4,6-트라이메틸-3-(3-피리딜)페닐]보레인(약칭: 3TPYMB), 1,3,5-트라이[3-(3-피리딜)페닐]벤젠(약칭: TmPyPB), 3,3',5,5'-테트라[(m-피리딜)-펜-3-일]바이페닐(약칭: BP4mPy), 1,3-비스[3,5-다이(피리딘-3-일)페닐]벤젠(약칭: BmPyPhB)과 같은 피리딘 골격을 갖는 물질 등을 들 수 있다. 이 중에서, 및 상술한 호스트 재료로서 사용할 수 있는 3고리 이상 6고리 이하의 축합 방향족 고리 골격을 포함하는 물질로서 예를 든 물질 중에서, 호스트 재료를 구성하는 재료의 LUMO 준위 및 제 2 전자 수송 재료의 LUMO 준위가 제 1 전자 수송 재료의 LUMO 준위보다 높은(얕은) 준위에 위치하도록 재료를 선택하면 좋다.
또한, 전하 발생층(116)을 더 제공하여도 좋다(도 1의 (B) 참조). 전하 발생층(116)은, 전위를 인가함으로써 상기 층의 음극 측에 접촉하는 층에 정공을, 양극 측에 접촉하는 층에 전자를 주입할 수 있는 층이다. 전하 발생층(116)에는 적어도 P형층(117)이 포함된다. P형층(117)은 상술한 정공 주입층(111)을 구성할 수 있는 재료로서 예를 든 복합 재료를 사용하여 형성되는 것이 바람직하다. 또한, P형층(117)은, 복합 재료를 구성하는 재료로서 상술한 억셉터 재료를 포함하는 막과 정공 수송 재료를 포함하는 막을 적층하여 구성하여도 좋다. P형층(117)에 전위를 인가함으로써, 제 2 전자 수송층(114-2)에 전자가, 제 2 전극(102)에 정공이 주입되어 발광 소자가 동작한다.
또한, 전하 발생층(116)에는 P형층(117) 외에, 전자 릴레이층(118) 및 전자 주입 버퍼층(119) 중 어느 한쪽 또는 양쪽 모두가 제공되는 것이 바람직하다.
전자 릴레이층(118)은 적어도 전자 수송성을 갖는 물질을 포함하고, 전자 주입 버퍼층(119)과 P형층(117)의 상호 작용을 방지하여 전자가 원활하게 이동하게 하는 기능을 갖는다. 전자 릴레이층(118)에 포함되는 전자 수송성을 갖는 물질의 LUMO 준위는 P형층(117)에서의 억셉터성 물질의 LUMO 준위와, 전자 수송층(114)에서의 전하 발생층(116)에 접촉되는 층에 포함되는 물질의 LUMO 준위 사이인 것이 바람직하다. 전자 릴레이층(118)에 사용되는 전자 수송성을 갖는 물질에서의 LUMO 준위의 구체적인 에너지 준위는 -5.0eV 이상, 바람직하게는 -5.0eV 이상 -3.0eV 이하인 것이 바람직하다. 또한, 전자 릴레이층(118)에 사용되는 전자 수송성을 갖는 물질로서는 프탈로사이아닌계의 재료 또는 금속-산소 결합과 방향족 리간드를 갖는 금속 착체를 사용하는 것이 바람직하다.
전자 주입 버퍼층(119)에는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 희토류 금속, 및 이들의 화합물(알칼리 금속 화합물(산화 리튬 등의 산화물, 할로젠화물, 탄산 리튬이나 탄산 세슘 등의 탄산염을 포함함), 알칼리 토금속 화합물(산화물, 할로젠화물, 탄산염을 포함함), 또는 희토류 금속의 화합물(산화물, 할로젠화물, 탄산염을 포함함)) 등의 전자 주입성이 높은 물질을 사용할 수 있다.
또한, 전자 주입 버퍼층(119)이 전자 수송성을 갖는 물질과 도너성 물질을 포함하여 형성되는 경우에는, 도너성 물질로서 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 희토류 금속, 및 이들의 화합물(알칼리 금속 화합물(산화 리튬 등의 산화물, 할로젠화물, 탄산 리튬이나 탄산 세슘 등의 탄산염을 포함함), 알칼리 토금속 화합물(산화물, 할로젠화물, 탄산염을 포함함), 또는 희토류 금속의 화합물(산화물, 할로젠화물, 탄산염을 포함함))을 사용할 수 있고, 이 외에도 테트라싸이아나프타센(약칭: TTN), 니켈로센, 데카메틸니켈로센 등의 유기 화합물을 사용할 수도 있다. 또한, 전자 수송성을 갖는 물질로서는, 상술한 전자 수송층(114)을 구성하는 재료와 비슷한 재료를 사용하여 형성할 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)이나 세슘(Cs) 등의 알칼리 금속, 및 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr) 등의 원소 주기율표에서의 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 대소에 상관없이 Al, Ag, ITO, 실리콘 또는 산화 실리콘을 포함하는 산화 인듐-산화 주석 등 다양한 도전성 재료를 음극에 사용할 수 있다. 이들 도전성 재료는 진공 증착법이나 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.
여기서, 액적 토출법을 사용하여 EL층(786)을 형성하는 방법에 대하여 도 2를 참조하여 설명한다. 도 2의 (A) 내지 (D)는 EL층(786)의 제작 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
우선, 평탄화 절연막(770) 위에 도전막(772)이 형성되고, 도전막(772)의 일부를 덮도록 절연막(730)이 형성된다(도 2의 (A) 참조).
다음으로, 액적 토출 장치(783)에 의하여 절연막(730)의 개구인 도전막(772)의 노출 부분에 액적(784)을 토출하여, 조성물을 포함하는 층(785)을 형성한다. 액적(784)은 용매를 포함하는 조성물이고, 도전막(772) 위에 부착된다(도 2의 (B) 참조).
또한, 액적(784)을 토출하는 공정을 감압하에서 수행하여도 좋다.
다음으로, 조성물을 포함하는 층(785)으로부터 용매를 제거하고 고체화함으로써 EL층(786)을 형성한다(도 2의 (C) 참조).
또한, 용매의 제거 방법으로서는 건조 공정 또는 가열 공정을 수행하면 좋다.
다음으로, EL층(786) 위에 도전막(788)을 형성하여 발광 소자(782)를 형성한다(도 2의 (D) 참조).
이와 같이, EL층(786)의 형성을 액적 토출법으로 수행하면 선택적으로 조성물을 토출할 수 있기 때문에, 재료의 낭비를 삭감할 수 있다. 또한, 형상을 가공하기 위한 리소그래피 공정 등도 필요하지 않기 때문에, 공정도 간략화할 수 있어 저비용화를 달성할 수 있다.
또한, 상술한 액적 토출법이란, 조성물의 토출구를 갖는 노즐, 또는 하나 또는 복수의 노즐을 갖는 헤드 등 액적을 토출하는 수단을 갖는 것의 총칭으로 한다.
다음으로, 액적 토출법에 사용하는 액적 토출 장치에 대하여 도 3을 참조하여 설명한다. 도 3은 액적 토출 장치(1400)를 설명하기 위한 개념도이다.
액적 토출 장치(1400)는 액적 토출 수단(1403)을 갖는다. 또한, 액적 토출 수단(1403)은 헤드(1405), 헤드(1412), 및 헤드(1416)를 갖는다.
헤드(1405) 및 헤드(1412)는 제어 수단(1407)에 접속되고, 이 제어 수단(1407)이 컴퓨터(1410)에 의하여 제어됨으로써, 미리 프로그래밍된 패턴으로 묘화할 수 있다.
또한, 묘화하는 타이밍은, 예를 들어 기판(1402) 위에 형성된 마커(1411)를 기준으로 하면 좋다. 또는, 기판(1402)의 가장자리를 기준으로 하여 기준점을 확정하여도 좋다. 여기서는, 마커(1411)를 촬상 수단(1404)으로 검출하여 화상 처리 수단(1409)으로 디지털 신호로 변환하고 나서, 이를 컴퓨터(1410)로 인식하고 제어 신호를 발생시켜 제어 수단(1407)에 보낸다.
촬상 수단(1404)으로서는, 전하 결합 소자(CCD)나 상보형 금속 산화물 반도체(CMOS)를 이용한 이미지 센서 등을 사용할 수 있다. 또한, 기판(1402) 위에 형성되어야 할 패턴의 정보는 기억 매체(1408)에 저장된 것이며, 이 정보에 의거하여 제어 수단(1407)에 제어 신호를 보냄으로써, 액적 토출 수단(1403)의 헤드(1405), 헤드(1412), 헤드(1416) 각각을 개별적으로 제어할 수 있다. 토출되는 재료는 재료 공급원(1413), 재료 공급원(1414), 재료 공급원(1415)으로부터 배관을 통하여 헤드(1405), 헤드(1412), 헤드(1416)에 각각 공급된다.
헤드(1405), 헤드(1412), 헤드(1416) 내부는 점선(1406)으로 나타내는 바와 같이 액상의 재료를 충전하는 공간과, 토출구인 노즐을 갖는 구조가 되어 있다. 도시되지 않았지만, 헤드(1412)도 헤드(1405)와 같은 내부 구조를 갖는다. 헤드(1405) 및 헤드(1412)의 노즐을 상이한 사이즈로 제공하면, 상이한 재료를 상이한 폭으로 동시에 묘화할 수 있다. 하나의 헤드로 복수 종류의 발광 재료 등을 각각 토출하여 묘화할 수 있고, 광범위에 묘화하는 경우에는, 스루풋을 향상시키기 위하여 복수의 노즐로부터 같은 재료를 동시에 토출하여 묘화할 수 있다. 대형 기판을 사용하는 경우, 헤드(1405), 헤드(1412), 헤드(1416)는 기판 위를, 도 3의 X, Y, Z의 화살표 방향으로 자유롭게 주사하여, 묘화하는 영역을 자유롭게 설정할 수 있기 때문에, 같은 패턴을 하나의 기판에 복수 묘화할 수 있다.
또한, 조성물을 토출하는 공정을 감압하에서 수행하여도 좋다. 토출 시에 기판을 가열하여도 좋다. 조성물을 토출한 후, 건조 및 소성 중 한쪽 또는 양쪽 공정을 수행한다. 건조와 소성은 양쪽 모두 가열 처리 공정이지만, 그 목적, 온도, 시간이 상이하다. 건조 공정 및 소성 공정은 상압하 또는 감압하에서 레이저 광 조사나 순간 열 어닐, 가열로를 사용한 가열 등에 의하여 수행된다. 또한, 이 가열 처리를 수행하는 타이밍, 가열 처리 횟수는 특별히 한정되지 않는다. 건조 공정과 소성 공정을 양호하게 수행하기 위한 온도는 기판의 재질 및 조성물의 성질에 의존한다.
상술한 바와 같이 하여, 액적 토출 장치를 사용하여 EL층(786)을 제작할 수 있다.
액적 토출 장치를 사용하여 EL층(786)을 제작할 때, 유기 화합물을 용매에 용해시킨 조성물을 사용하여 습식법에 의하여 EL층(786)을 제작하는 경우, 다양한 유기 용제를 사용함으로써 도포용 조성물을 형성할 수 있다. 상기 조성물로서 사용할 수 있는 유기 용제로서는 벤젠, 톨루엔, 자일렌, 메시틸렌, 테트라하이드로퓨란, 다이옥세인, 에탄올, 메탄올, n-프로판올, 아이소프로판올, n-뷰탄올, t-뷰탄올, 아세토나이트릴, 다이메틸설폭사이드, 다이메틸폼아마이드, 클로로폼,메틸렌클로라이드, 사염화 탄소, 아세트산 에틸, 헥세인, 사이클로헥세인 등 다양한 유기 용제가 있다. 특히, 벤젠, 톨루엔, 자일렌, 메시틸렌 등의 저극성 벤젠 유도체를 사용하면 적합한 농도의 용액을 만들 수 있고, 또한 잉크 내에 포함되는 유기 화합물이 산화 등으로 인하여 열화되는 것을 방지할 수 있어 바람직하다. 또한, 제작 후의 막의 균일성이나 막 두께의 균일성 등을 고려하면 비점이 100℃ 이상인 것이 바람직하고, 톨루엔, 자일렌, 메시틸렌을 사용하는 것이 더 바람직하다.
또한, 상기 구성은 본 실시형태에서의 다른 구성과 적절히 조합할 수 있다.
전극에 대해서도, 졸-겔법을 사용하여 습식법으로 형성하여도 좋고, 금속 재료의 페이스트를 사용하여 습식법으로 형성하여도 좋다. 또한, 스퍼터링법이나 진공 증착법 등의 건식법을 사용하여 형성하여도 좋다.
상기 발광 소자의 발광은, 제 1 전극(101) 및 제 2 전극(102) 중 어느 한쪽 또는 양쪽 모두를 통과하여 외부로 추출된다. 따라서, 제 1 전극(101) 및 제 2 전극(102) 중 어느 한쪽 또는 양쪽 모두를 투광성을 갖는 전극으로 형성한다.
또한, 발광층(113)과 접촉하는 정공 수송층이나 전자 수송층, 특히 발광층(113)에서의 재결합 영역에 가까운 캐리어 수송층은, 발광층에서 생성된 여기자로부터의 에너지 이동을 억제하기 위하여, 발광층을 구성하는 발광 물질 또는 발광층에 포함되는 발광 중심 물질이 갖는 밴드갭보다 큰 밴드갭을 갖는 물질로 구성되는 것이 바람직하다.
다음으로, 복수의 발광 유닛이 적층된 구성을 갖는 발광 소자(적층형 소자, 탠덤형 소자라고도 함)의 형태에 대하여, 도 1의 (C)를 참조하여 설명한다. 이 발광 소자는 양극과 음극 사이에 복수의 발광 유닛을 갖는 발광 소자이다. 하나의 발광 유닛은 도 1의 (A) 또는 (B)에 도시된 EL층(103)과 비슷한 구성을 갖는다. 즉, 도 1의 (C)에 도시된 발광 소자는 복수의 발광 유닛을 갖는 발광 소자이고, 도 1의 (A) 또는 (B)에 도시된 발광 소자는 하나의 발광 유닛을 갖는 발광 소자이라고 할 수 있다.
도 1의 (C)에서, 제 1 전극(501)과 제 2 전극(502) 사이에는, 제 1 발광 유닛(511)과 제 2 발광 유닛(512)이 적층되어 있고, 제 1 발광 유닛(511)과 제 2 발광 유닛(512) 사이에는 전하 발생층(513)이 제공되어 있다. 제 1 전극(501)과 제 2 전극(502)은 각각 도 1의 (A)에서의 제 1 전극(101)과 제 2 전극(102)에 상당하고, 도 1의 (A)의 설명에서 기재한 것과 같은 것을 적용할 수 있다. 또한, 제 1 발광 유닛(511)과 제 2 발광 유닛(512)은 같은 구성을 가져도 좋고 상이한 구성을 가져도 좋다.
전하 발생층(513)은, 제 1 전극(501)과 제 2 전극(502)에 전압이 인가되었을 때 한쪽 발광 유닛에 전자를 주입하고 다른 쪽 발광 유닛에 정공을 주입하는 기능을 갖는다. 즉, 도 1의 (C)에서, 제 1 전극의 전위가 제 2 전극의 전위보다 높아지도록 전압을 인가한 경우, 전하 발생층(513)은 제 1 발광 유닛(511)에 전자를 주입하고 제 2 발광 유닛(512)에 정공을 주입하는 것이면 좋다.
전하 발생층(513)은 도 1의 (B)에서 설명한 전하 발생층(116)과 비슷한 구성으로 형성되는 것이 바람직하다. 유기 화합물과 금속 산화물의 복합 재료는 캐리어 주입성, 캐리어 수송성이 우수하기 때문에, 저전압 구동, 저전류 구동을 구현할 수 있다. 또한, 발광 유닛의 양극 측의 면이 전하 발생층(513)과 접촉되는 경우에는, 전하 발생층(513)이 발광 유닛의 정공 주입층으로서의 역할도 할 수 있기 때문에, 발광 유닛에 정공 주입층을 제공하지 않아도 된다.
또한, 전자 주입 버퍼층(119)을 제공하는 경우에는, 이 전자 주입 버퍼층(119)이 양극 측의 발광 유닛에서의 전자 주입층으로서의 역할을 하기 때문에, 양극 측의 발광 유닛에는 전자 주입층을 반드시 형성할 필요는 없다.
도 1의 (C)에서는 2개의 발광 유닛을 갖는 발광 소자에 대하여 설명하였지만, 3개 이상의 발광 유닛을 적층한 발광 소자에 대해서도, 마찬가지로 적용하는 것이 가능하다. 본 실시형태에 따른 발광 소자와 같이, 한 쌍의 전극 사이에 복수의 발광 유닛을 전하 발생층(513)으로 칸막이하여 배치함으로써, 전류 밀도를 낮게 유지하면서 고휘도 발광을 가능하게 하고 수명이 더 긴 소자를 구현할 수 있다. 또한, 저전압 구동이 가능하고 소비전력이 낮은 발광 장치를 구현할 수 있다.
또한, 각 발광 유닛의 발광색을 다르게 함으로써, 발광 소자 전체로 원하는 색의 발광을 얻을 수 있다. 예를 들어, 2개의 발광 유닛을 갖는 발광 소자에서, 제 1 발광 유닛으로 적색과 녹색의 발광색을, 제 2 발광 유닛으로 청색의 발광색을 얻음으로써, 발광 소자 전체로 백색 발광하는 발광 소자를 얻을 수도 있다.
또한, 상기 구성은 본 실시형태에서의 다른 구성과 적절히 조합할 수 있다.
<<미소광 공진기(마이크로캐비티) 구조>>
마이크로캐비티 구조를 갖는 발광 소자는 상기 한 쌍의 전극을, 반사 전극과 반투과ㆍ반반사 전극으로 구성함으로써 얻어진다. 반사 전극과 반투과ㆍ반반사 전극은 상술한 제 1 전극과 제 2 전극에 상당한다. 반사 전극과 반투과ㆍ반반사 전극 사이에는 적어도 EL층을 갖고, EL층은 적어도 발광 영역이 되는 발광층을 갖는다.
EL층에 포함되는 발광층으로부터 사출되는 발광은, 반사 전극과 반투과ㆍ반반사 전극에 의하여 반사되어 공진한다. 또한, 반사 전극은 가시광의 반사율이 40% 내지 100%, 바람직하게는 70% 내지 100%이고, 또한 그 저항률이 1×10-2Ωcm 이하인 것으로 한다. 또한, 반투과ㆍ반반사 전극은 가시광의 반사율이 20% 내지 80%, 바람직하게는 40% 내지 70%이고, 또한 그 저항률이 1×10-2Ωcm 이하이다.
또한, 상기 발광 소자는 투명 도전막이나 상술한 복합 재료, 캐리어 수송 재료 등의 두께를 변경함으로써 반사 전극과 반투과ㆍ반반사 전극 사이의 광학적 거리를 변경할 수 있다. 이에 의하여, 반사 전극과 반투과ㆍ반반사 전극 사이에서, 공진하는 파장의 광을 강하게 하고, 공진하지 않는 파장의 광을 감쇠시킬 수 있다.
또한, 발광층이 발하는 광 중, 반사 전극에 의하여 반사되어 되돌아온 광(제 1 반사광)은, 발광층으로부터 반투과ㆍ반반사 전극에 직접 입사되는 광(제 1 입사광)과 큰 간섭을 일으키기 때문에, 반사 전극과 발광층의 광학적 거리를 (2n-1)λ/4(다만, n은 1 이상의 자연수, λ는 증폭하고자 하는 색의 파장)로 조절하는 것이 바람직하다. 이로써, 제 1 반사광과 제 1 입사광의 위상을 맞춰 발광층으로부터의 발광을 더 증폭시킬 수 있다.
또한, 상기 구성에서, EL층은 복수의 발광층을 갖는 구조이어도 좋고, 단일의 발광층을 갖는 구조이어도 좋다. 예를 들어, 상술한 탠덤형 발광 소자의 구성과 조합하여, 하나의 발광 소자에 전하 발생층을 끼우는 복수의 EL층을 제공하고, EL층 각각이 하나 또는 복수의 발광층으로 형성되는 구성으로 하여도 좋다.
<<발광 장치>>
본 발명의 일 형태에 따른 발광 장치에 대하여 도 4를 참조하여 설명한다. 또한, 도 4의 (A)는 발광 장치를 도시한 상면도이고, 도 4의 (B)는 도 4의 (A)를 A-B 및 C-D를 따라 절단한 단면도이다. 이 발광 장치는, 점선으로 나타내어진 구동 회로부(소스선 구동 회로)(601), 화소부(602), 구동 회로부(게이트선 구동 회로)(603)를 발광 소자의 발광을 제어하는 것으로서 포함한다. 또한, 도면에서 604는 밀봉 기판, 605는 실재(sealing material)를 나타내고, 실재(605)로 둘러싸인 내측은 공간(607)이 되어 있다.
또한, 리드 배선(608)은 소스선 구동 회로(601) 및 게이트선 구동 회로(603)에 입력되는 신호를 전송하기 위한 배선이며, 외부 입력 단자가 되는 FPC(flexible printed circuit)(609)로부터 비디오 신호, 클럭 신호, 스타트 신호, 리셋 신호 등을 받는다. 또한, 여기서는 FPC만을 도시하였지만, 이 FPC에 인쇄 배선 기판(PWB)이 장착되어도 좋다. 본 명세서에서는, 발광 장치 본체뿐만 아니라, 이에 FPC 또는 PWB가 장착된 상태도 발광 장치에 포함되는 것으로 한다.
다음으로, 단면 구조에 대하여 도 4의 (B)를 참조하여 설명한다. 소자 기판(610) 위에는 구동 회로부 및 화소부가 형성되어 있지만, 여기서는 구동 회로부인 소스선 구동 회로(601)와, 화소부(602)에서의 하나의 화소를 도시하였다.
또한, 소스선 구동 회로(601)는 n채널형 FET(623)와 p채널형 FET(624)를 조합한 CMOS 회로로 형성된다. 또한, 구동 회로를 다양한 CMOS 회로, PMOS 회로, 또는 NMOS 회로로 형성하여도 좋다. 또한, 본 실시형태에서는, 기판 위에 구동 회로를 형성한 드라이버 일체형에 대하여 설명하지만, 반드시 그렇게 할 필요는 없고 구동 회로를 기판 위가 아니라 외부에 형성할 수도 있다.
또한, 화소부(602)는 스위칭용 FET(611), 전류 제어용 FET(612), 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.
FET에 사용하는 반도체의 종류 및 결정성은 특별히 한정되지 않고, 비정질 반도체를 사용하여도 좋고, 결정성 반도체를 사용하여도 좋다. FET에 사용하는 반도체의 예로서는, 13족 반도체, 14족 반도체, 화합물 반도체, 산화물 반도체, 유기 반도체 재료를 사용할 수 있지만, 산화물 반도체를 사용하는 것이 특히 바람직하다. 상기 산화물 반도체로서는 예를 들어, In-Ga 산화물, In-M-Zn 산화물(M은 Al, Ga, Y, Zr, La, Ce, 또는 Nd) 등이 있다. 또한, 에너지 갭이 2eV 이상, 바람직하게는 2.5eV 이상, 더 바람직하게는 3eV 이상인 산화물 반도체 재료를 사용하면, 트랜지스터의 오프 전류를 저감할 수 있으므로 바람직한 구성이 된다.
또한, 제 1 전극(613)의 단부를 덮어 절연물(614)이 형성되어 있다. 여기서는, 포지티브형 감광성 아크릴 수지막을 사용함으로써 형성할 수 있다.
또한, 피복성을 양호하게 하기 위하여, 절연물(614)의 상단부 또는 하단부에 곡률을 갖는 곡면이 형성되도록 한다. 예를 들어, 절연물(614)의 재료로서 포지티브형 감광성 아크릴을 사용하는 경우, 절연물(614)의 상단부만이 곡률 반경(0.2㎛ 내지 3㎛)을 갖는 곡면을 갖도록 하는 것이 바람직하다. 또한, 절연물(614)로서, 네거티브형 감광성 수지 및 포지티브형 감광성 수지 중 어느 쪽이든 사용할 수 있다.
제 1 전극(613) 위에는 EL층(616) 및 제 2 전극(617)이 각각 형성되어 있다. 이들은 각각 도 1의 (A) 또는 (B)에서의 제 1 전극(101), EL층(103), 및 제 2 전극(102), 또는 도 1의 (C)에서의 제 1 전극(501), EL층(503), 및 제 2 전극(502)에 상당한다.
EL층(616)에는 유기 금속 착체가 포함되는 것이 바람직하다. 상기 유기 금속 착체는 발광층에서의 발광 중심 물질로서 사용되는 것이 바람직하다.
또한, 실재(605)로 밀봉 기판(604)을 소자 기판(610)과 접합함으로써, 소자 기판(610), 밀봉 기판(604), 및 실재(605)로 둘러싸인 공간(607)에 발광 소자(618)가 제공된 구조가 되어 있다. 또한, 공간(607)에는 충전재가 충전되어 있고, 불활성 기체(질소나 아르곤 등)가 충전되는 경우뿐만 아니라 실재(605)로 충전되는 경우도 있다. 밀봉 기판(604)에는 오목부를 형성하고, 거기에 건조제를 제공하면 수분의 영향으로 인한 열화를 억제할 수 있으므로 바람직한 구성이 된다.
실재(605)에는 에폭시계 수지나 유리 프릿을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 이들 재료는 가능한 한 수분이나 산소를 투과시키지 않는 재료인 것이 바람직하다. 또한, 소자 기판(610) 및 밀봉 기판(604)에 사용하는 재료로서는 유리 기판이나 석영 기판 외에, FRP(Fiber Reinforced Plastics), PVF(Polyvinyl Fluoride), 폴리에스터, 또는 아크릴 등으로 이루어지는 플라스틱 기판을 사용할 수 있다.
예를 들어, 본 명세서 등에서, 다양한 기판을 사용하여 트랜지스터나 발광 소자를 형성할 수 있다. 기판의 종류는 특정한 것에 한정되지 않는다. 그 기판의 일례로서는, 반도체 기판(예를 들어 단결정 기판 또는 실리콘 기판), SOI 기판, 유리 기판, 석영 기판, 플라스틱 기판, 금속 기판, 스테인리스강 기판, 스테인리스강 포일을 갖는 기판, 텅스텐 기판, 텅스텐 포일을 갖는 기판, 가요성 기판, 접합 필름, 섬유상의 재료를 포함하는 종이, 또는 기재(base) 필름 등이 있다. 유리 기판의 일례로서는, 바륨보로실리케이트 유리, 알루미노보로실리케이트 유리, 또는 소다 석회 유리 등이 있다. 가요성 기판, 접합 필름, 기재 필름 등의 예는 이하와 같다. 예를 들어, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리에터설폰(PES)으로 대표되는 플라스틱이 있다. 또는, 일례로서는, 아크릴 등의 합성 수지 등이 있다. 또는, 일례로서는, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리프로필렌, 폴리에스터, 폴리플루오린화바이닐, 또는 폴리염화바이닐 등이 있다. 또는, 일례로서는, 폴리아마이드, 폴리이미드, 아라미드, 에폭시, 무기 증착 필름, 또는 종이류 등이 있다. 특히, 반도체 기판, 단결정 기판, 또는 SOI 기판 등을 사용하여 트랜지스터를 제조함으로써, 특성, 크기, 또는 형상 등의 편차가 적고, 전류 능력이 높고, 크기가 작은 트랜지스터를 제조할 수 있다. 이러한 트랜지스터로 회로를 구성하면, 회로의 저소비전력화 또는 회로의 고집적화를 도모할 수 있다.
또한, 기판으로서 가요성 기판을 사용하고, 가요성 기판 위에 트랜지스터나 발광 소자를 직접 형성하여도 좋다. 또는, 기판과 트랜지스터 사이나, 기판과 발광 소자 사이에 박리층을 제공하여도 좋다. 박리층은 그 위에 반도체 장치의 일부 또는 전부를 완성시킨 후, 기판으로부터 분리하여, 다른 기판으로 전재(轉載)하기 위하여 사용할 수 있다. 이때, 트랜지스터는 내열성이 낮은 기판이나 가요성 기판에도 전재될 수 있다. 또한, 상술한 박리층에는 예를 들어, 텅스텐막과 산화 실리콘막의 무기막의 적층 구조의 구성이나, 기판 위에 폴리이미드 등의 유기 수지막이 형성된 구성 등을 사용할 수 있다.
즉, 어떤 기판을 사용하여 트랜지스터나 발광 소자를 형성한 후, 트랜지스터나 발광 소자를 다른 기판으로 전재함으로써, 다른 기판 위에 트랜지스터나 발광 소자를 배치하여도 좋다. 트랜지스터나 발광 소자가 전재되는 기판의 일례로서는, 상술한 트랜지스터를 형성할 수 있는 기판에 더하여, 종이 기판, 셀로판 기판, 아라미드 필름 기판, 폴리이미드 필름 기판, 석재 기판, 목재 기판, 천 기판(천연 섬유(견(絹), 면(綿), 마(麻)), 합성 섬유(나일론, 폴리우레탄, 폴리에스터), 또는 재생 섬유(아세테이트, 큐프라, 레이온, 재생 폴리에스터) 등을 포함함), 피혁 기판, 또는 고무 기판 등이 있다. 이들 기판을 사용함으로써, 특성이 좋은 트랜지스터의 형성, 소비전력이 낮은 트랜지스터의 형성, 파괴되기 어려운 장치의 제조, 내열성의 부여, 경량화, 또는 박형화를 도모할 수 있다.
도 5에는, 백색 발광을 나타내는 발광 소자를 형성하고, 착색층(컬러 필터) 등을 제공함으로써 풀 컬러화한 발광 장치의 예를 도시하였다. 도 5의 (A)에는 기판(1001), 하지 절연막(1002), 게이트 절연막(1003), 게이트 전극(1006, 1007, 1008), 제 1 층간 절연막(1020), 제 2 층간 절연막(1021), 주변부(1042), 화소부(1040), 구동 회로부(1041), 발광 소자의 제 1 전극(1024W, 1024R, 1024G, 1024B), 격벽(1025), EL층(1028), 발광 소자의 제 2 전극(1029), 밀봉 기판(1031), 실재(1032) 등을 도시하였다.
또한, 도 5의 (A)에서는 착색층(적색의 착색층(1034R), 녹색의 착색층(1034G), 청색의 착색층(1034B))이 투명한 기재(1033)에 제공되어 있다. 또한, 흑색층(블랙 매트릭스)(1035)을 더 제공하여도 좋다. 착색층 및 흑색층이 제공된 투명한 기재(1033)는, 위치를 맞추고 기판(1001)에 고정된다. 또한, 착색층 및 흑색층은 오버코트층으로 덮여 있다. 또한, 도 5의 (A)에서는, 광이 착색층을 투과하지 않고 외부로 나가는 발광층과, 광이 각 색의 착색층을 투과하여 외부로 나가는 발광층이 있고, 착색층을 투과하지 않는 광이 백색, 착색층을 투과하는 광이 적색, 청색, 녹색이 되기 때문에, 4색의 화소로 영상을 표현할 수 있다.
도 5의 (B)에는 착색층(적색의 착색층(1034R), 녹색의 착색층(1034G), 청색의 착색층(1034B))을 게이트 절연막(1003)과 제 1 층간 절연막(1020) 사이에 형성하는 경우의 예를 도시하였다. 이와 같이, 착색층은 기판(1001)과 밀봉 기판(1031) 사이에 제공되어도 좋다.
또한, 상술한 발광 장치는, FET가 형성되어 있는 기판(1001) 측으로 광이 추출되는 구조(보텀 이미션형)의 발광 장치로 하였지만, 밀봉 기판(1031) 측으로 광이 추출되는 구조(톱 이미션형)의 발광 장치로 하여도 좋다. 톱 이미션형 발광 장치의 단면도를 도 6에 도시하였다. 이 경우, 기판(1001)으로서는 광을 투과시키지 않는 기판을 사용할 수 있다. FET와 발광 소자의 양극을 접속하는 접속 전극을 제작하는 단계까지는 보텀 이미션형 발광 장치와 마찬가지로 형성한다. 그 후, 제 3 층간 절연막(1037)을 전극(1022)을 덮도록 형성한다. 이 절연막이 평탄화의 역할을 하여도 좋다. 제 3 층간 절연막(1037)은 제 2 층간 절연막과 같은 재료 외에도, 다양한 재료를 사용하여 형성할 수 있다.
여기서는 발광 소자의 제 1 전극(1024W, 1024R, 1024G, 1024B)이 양극인 것으로 하지만, 음극이어도 좋다. 또한, 도 6과 같은 톱 이미션형 발광 장치의 경우, 제 1 전극을 반사 전극으로 하는 것이 바람직하다. EL층(1028)의 구성은 도 1의 (A) 또는 (B)에서의 EL층(103) 또는 도 1의 (C)에서의 EL층(503)과 같은 구성으로 하고, 백색의 발광이 얻어지는 소자 구조로 한다.
도 6과 같은 톱 이미션 구조의 경우, 착색층(적색의 착색층(1034R), 녹색의 착색층(1034G), 청색의 착색층(1034B))을 제공한 밀봉 기판(1031)에 의하여 밀봉할 수 있다. 밀봉 기판(1031)에는 화소와 화소 사이에 위치하도록 흑색층(블랙 매트릭스)(1035)을 제공하여도 좋다. 착색층(적색의 착색층(1034R), 녹색의 착색층(1034G), 청색의 착색층(1034B))이나 흑색층은 오버코트층에 의하여 덮여 있어도 좋다. 또한, 밀봉 기판(1031)에는 투광성을 갖는 기판을 사용한다.
또한, 여기서는 적색, 녹색, 청색, 백색의 4색으로 풀 컬러 표시를 하는 경우를 예시하였지만 이에 특별히 한정되지 않고, 적색, 녹색, 청색의 3색이나 적색, 녹색, 청색, 황색의 4색으로 풀 컬러 표시를 하여도 좋다.
도 7에는 본 발명의 일 형태에 따른 패시브 매트릭스형 발광 장치를 도시하였다. 또한, 도 7의 (A)는 발광 장치를 도시한 사시도이고, 도 7의 (B)는 도 7의 (A)를 X-Y를 따라 절단한 단면도이다. 도 7에서, 기판(951) 위에는 전극(952)과 전극(956) 사이에 EL층(955)이 제공되어 있다. 전극(952)의 단부는 절연층(953)으로 덮여 있다. 그리고, 절연층(953) 위에는 격벽층(954)이 제공되어 있다. 격벽층(954)의 측벽은, 기판 면에 가까워짐에 따라 한쪽 측벽과 다른 쪽 측벽의 간격이 좁아지는 경사를 갖는다. 즉, 격벽층(954)의 단변 방향의 단면은 사다리꼴 형상이고, 밑변(절연층(953)의 면 방향과 같은 방향을 향하고, 절연층(953)과 접촉되는 변)이 윗변(절연층(953)의 면 방향과 같은 방향을 향하고, 절연층(953)과 접촉되지 않는 변)보다 짧다. 이와 같이 격벽층(954)을 제공함으로써 정전기 등에 기인한 발광 소자의 불량을 방지할 수 있다.
상술한 발광 장치는, 매트릭스로 배치된 많은 미소한 발광 소자를 화소부에 형성된 FET로 각각 제어할 수 있기 때문에, 화상을 표현하는 표시 장치로서 바람직하게 이용할 수 있는 발광 장치이다.
<<조명 장치>>
본 발명의 일 형태에 따른 조명 장치에 대하여 도 8을 참조하여 설명한다. 도 8의 (B)는 조명 장치의 상면도이고, 도 8의 (A)는 도 8의 (B)의 e-f를 따르는 단면도이다.
상기 조명 장치는, 지지체인 투광성을 갖는 기판(400) 위에 제 1 전극(401)이 형성되어 있다. 제 1 전극(401)은 도 1의 (A) 및 (B)에서의 제 1 전극(101)에 상당한다. 제 1 전극(401) 측으로부터 발광을 추출하는 경우, 투광성을 갖는 재료로 제 1 전극(401)을 형성한다.
제 2 전극(404)에 전압을 공급하기 위한 패드(412)가 기판(400) 위에 형성된다.
제 1 전극(401) 위에는 EL층(403)이 형성되어 있다. EL층(403)은 도 1의 (A) 및 (B)에서의 EL층(103) 등에 상당한다. 또한, 이들의 구성에 대해서는 상술한 기재를 참조하기 바란다.
EL층(403)을 덮도록 제 2 전극(404)을 형성한다. 제 2 전극(404)은 도 1의 (A), (B)에서의 제 2 전극(102)에 상당한다. 발광을 제 1 전극(401) 측으로부터 추출하는 경우, 반사율이 높은 재료를 포함하도록 제 2 전극(404)을 형성한다. 제 2 전극(404)은 패드(412)와 접속됨으로써 전압이 공급된다.
제 1 전극(401), EL층(403), 및 제 2 전극(404)으로 발광 소자가 형성된다. 실재(405) 및 실재(406)를 사용하여 상기 발광 소자를 밀봉 기판(407)에 고착하여 밀봉함으로써 조명 장치가 완성된다. 실재(405) 및 실재(406) 중 어느 한쪽만을 사용하여도 좋다. 또한, 내측의 실재(406)(도 8의 (B)에 미도시)에는 건조제를 혼합시킬 수도 있고, 이로써 수분을 흡착할 수 있어 신뢰성의 향상으로 이어진다.
또한, 패드(412)와 제 1 전극(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.
<<표시 장치>>
여기서는, 본 발명의 일 형태에 따른 반도체 장치를 사용한 표시 장치의 표시부 등에 사용할 수 있는 표시 패널의 일례에 대하여 도 16 및 도 17을 참조하여 설명한다. 이하에서 예시하는 표시 패널은 반사형 액정 소자 및 발광 소자 양쪽을 갖고, 투과 모드 및 반사 모드 양쪽의 표시를 수행할 수 있는 표시 패널이다.
<6-1. 표시 패널의 구성예>
도 16은 본 발명의 일 형태에 따른 표시 패널(688)의 사시 개략도이다. 표시 패널(688)은 기판(651)과 기판(661)이 접합된 구성을 갖는다. 도 16에서는 기판(661)을 파선으로 명시하였다.
표시 패널(688)은 표시부(662), 회로(659), 배선(666) 등을 갖는다. 기판(651)에는 예를 들어, 회로(659), 배선(666), 및 화소 전극으로서 기능하는 도전막(663) 등이 제공된다. 또한, 도 16에는 기판(651) 위에 IC(673)와 FPC(672)가 실장되어 있는 예를 도시하였다. 따라서, 도 16에 도시된 구성은 표시 패널(688), FPC(672), 및 IC(673)를 갖는 표시 모듈이라고 할 수도 있다.
회로(659)에는 예를 들어, 주사선 구동 회로로서 기능하는 회로를 사용할 수 있다.
배선(666)은 표시부(662)나 회로(659)에 신호나 전력을 공급하는 기능을 갖는다. 상기 신호나 전력은 FPC(672)를 통하여 외부로부터, 또는 IC(673)로부터 배선(666)에 입력된다.
또한, 도 16에는 COG(Chip On Glass) 방식 등에 의하여 기판(651)에 IC(673)가 제공되는 예를 도시하였다. IC(673)에는 예를 들어, 주사선 구동 회로 또는 신호선 구동 회로 등으로서의 기능을 갖는 IC를 적용할 수 있다. 또한, 표시 패널(688)이 주사선 구동 회로 및 신호선 구동 회로로서 기능하는 회로를 갖는 경우나, 주사선 구동 회로나 신호선 구동 회로로서의 기능을 갖는 회로를 외부에 제공하고, 표시 패널(688)을 구동하기 위한 신호를 FPC(672)를 통하여 입력하는 경우 등에는, IC(673)를 제공하지 않는 구성으로 하여도 좋다. 또한, COF(Chip On Film) 방식 등에 의하여 IC(673)를 FPC(672)에 실장하여도 좋다.
도 16에는 표시부(662)의 일부의 확대도를 도시하였다. 표시부(662)에는 복수의 표시 소자가 갖는 도전막(663)이 매트릭스로 배치되어 있다. 도전막(663)은 가시광을 반사하는 기능을 갖고, 후술하는 액정 소자(640)의 반사 전극으로서 기능한다.
또한, 도 16에 도시된 바와 같이, 도전막(663)은 개구를 갖는다. 또한, 도전막(663)보다 기판(651) 측에 발광 소자(660)를 갖는다. 발광 소자(660)로부터의 광은 도전막(663)의 개구를 통하여 기판(661) 측에 사출된다. 발광 소자(660)로서 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자를 사용함으로써, 수명이 양호한 표시 패널을 제공할 수 있다. 또는, 발광 효율이 양호한 발광 소자를 갖는 표시 패널을 제공할 수 있다. 또한, 발광 소자(660)로서 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자를 사용함으로써, 발광 효율이 양호한 청색의 발광 소자를 갖는 표시 패널을 제공할 수 있다.
<6-2. 단면 구성예>
도 17에는, 도 16에서 예시한 표시 패널에서의 FPC(672)를 포함하는 영역의 일부, 회로(659)를 포함하는 영역의 일부, 및 표시부(662)를 포함하는 영역의 일부를 각각 절단하였을 때의 단면의 일례를 나타내었다.
표시 패널은 기판(651)과 기판(661) 사이에 절연막(697)을 갖는다. 또한, 기판(651)과 절연막(697) 사이에 발광 소자(660), 트랜지스터(689), 트랜지스터(691), 트랜지스터(692), 착색층(634) 등을 갖는다. 또한, 절연막(697)과 기판(661) 사이에 액정 소자(640), 착색층(631) 등을 갖는다. 또한, 기판(661)과 절연막(697)은 접착층(641)을 개재(介在)하여 접착되고, 기판(651)과 절연막(697)은 접착층(642)을 개재하여 접착되어 있다.
트랜지스터(692)는 액정 소자(640)와 전기적으로 접속되고, 트랜지스터(691)는 발광 소자(660)와 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(691) 및 트랜지스터(692)는 양쪽 모두 절연막(697)의 기판(651) 측의 면 위에 형성되어 있기 때문에, 이들을 동일한 공정에 의하여 제작할 수 있다.
기판(661)에는 착색층(631), 차광막(632), 절연막(698), 및 액정 소자(640)의 공통 전극으로서 기능하는 도전막(695), 배향막(633b), 절연막(696) 등이 제공되어 있다. 절연막(696)은 액정 소자(640)의 셀 갭을 유지하기 위한 스페이서로서 기능한다.
절연막(697)의 기판(651) 측에는 절연막(681), 절연막(682), 절연막(683), 절연막(684), 절연막(685) 등의 절연층이 제공되어 있다. 절연막(681)은 그 일부가 각 트랜지스터의 게이트 절연층으로서 기능한다. 절연막(682), 절연막(683), 및 절연막(684)은 각 트랜지스터를 덮어 제공되어 있다. 또한, 절연막(684)을 덮어 절연막(685)이 제공되어 있다. 절연막(684) 및 절연막(685)은 평탄화층으로서의 기능을 갖는다. 또한, 여기서는 트랜지스터 등을 덮는 절연층으로서 절연막(682), 절연막(683), 절연막(684)의 3층을 갖는 경우를 제시하였지만, 이에 한정되지 않고 4층 이상이어도 좋고, 단층 또는 2층이어도 좋다. 또한, 평탄화층으로서 기능하는 절연막(684)은 불필요하면 제공하지 않아도 된다.
또한, 트랜지스터(689), 트랜지스터(691), 및 트랜지스터(692)는 일부가 게이트로서 기능하는 도전막(654), 일부가 소스 또는 드레인으로서 기능하는 도전막(652), 및 반도체막(653)을 갖는다. 여기서는, 동일한 도전막을 가공하여 얻어지는 복수의 층에 동일한 해칭 패턴을 부여하였다.
액정 소자(640)는 반사형 액정 소자이다. 액정 소자(640)는 도전막(635), 액정층(694), 도전막(695)이 적층된 적층 구조를 갖는다. 또한, 도전막(635)의 기판(651) 측과 접촉하여 가시광을 반사하는 도전막(663)이 제공되어 있다. 도전막(663)은 개구(655)를 갖는다. 또한, 도전막(635) 및 도전막(695)은 가시광을 투과시키는 재료를 포함한다. 또한, 액정층(694)과 도전막(635) 사이에 배향막(633a)이 제공되고, 액정층(694)과 도전막(695) 사이에 배향막(633b)이 제공되어 있다. 또한, 기판(661)의 바깥쪽 면에 편광판(656)을 갖는다.
액정 소자(640)에서, 도전막(663)은 가시광을 반사하는 기능을 갖고, 도전막(695)은 가시광을 투과시키는 기능을 갖는다. 기판(661) 측으로부터 입사한 광은 편광판(656)에 의하여 편광되고, 도전막(695), 액정층(694)을 투과하여 도전막(663)에 의하여 반사된다. 그리고, 액정층(694) 및 도전막(695)을 다시 투과하여 편광판(656)에 도달한다. 이때, 도전막(663)과 도전막(695) 사이에 인가되는 전압에 의하여 액정의 배향을 제어함으로써, 광의 광학 변조를 제어할 수 있다. 즉, 편광판(656)을 통하여 사출되는 광의 강도를 제어할 수 있다. 또한, 착색층(631)에 의하여 특정한 파장 영역 외의 광이 흡수됨으로써, 추출되는 광은 예를 들어, 적색을 나타내는 광이 된다.
발광 소자(660)는 보텀 이미션형 발광 소자이다. 발광 소자(660)는 절연막(697) 측으로부터 도전막(643), EL층(644), 및 도전막(645b)이 이 순서대로 적층된 적층 구조를 갖는다. 또한, 도전막(645b)을 덮어 도전막(645a)이 제공되어 있다. 도전막(645b)은 가시광을 반사하는 재료를 포함하고, 도전막(643) 및 도전막(645a)은 가시광을 투과하는 재료를 포함한다. 발광 소자(660)가 발하는 광은 착색층(634), 절연막(697), 개구(655), 도전막(695) 등을 통하여 기판(661) 측에 사출된다.
여기서, 도 17에 도시된 바와 같이, 개구(655)에는 가시광을 투과하는 도전막(635)이 제공되어 있는 것이 바람직하다. 이로써, 개구(655)와 중첩되는 영역에서도 그 외의 영역과 마찬가지로 액정층(694)이 배향되기 때문에, 이들 영역의 경계 부분에서 액정의 배향 불량이 발생하여, 의도하지 않은 광이 누설되는 것을 억제할 수 있다.
여기서, 기판(661) 외측 면에 배치하는 편광판(656)으로서 직선 편광판을 사용하여도 좋지만, 원 편광판을 사용할 수도 있다. 원 편광판으로서는 예를 들어, 직선 편광판과 1/4 파장 위상차판을 적층한 것을 사용할 수 있다. 이로써, 외광 반사를 억제할 수 있다. 또한, 편광판의 종류에 따라, 액정 소자(640)에 사용하는 액정 소자의 셀 갭, 배향, 구동 전압 등을 조정함으로써, 원하는 콘트라스트가 구현되도록 하면 좋다.
또한, 도전막(643)의 단부를 덮는 절연막(646) 위에는 절연막(647)이 제공되어 있다. 절연막(647)은 절연막(697)과 기판(651)이 필요 이상으로 접근하는 것을 억제하는 스페이서로서의 기능을 갖는다. 또한, EL층(644)이나 도전막(645a)을 차폐 마스크(메탈 마스크)를 사용하여 형성하는 경우에는, 상기 차폐 마스크가 피형성면과 접촉되는 것을 억제하기 위한 기능을 가져도 좋다. 또한, 절연막(647)은 불필요하면 제공하지 않아도 된다.
트랜지스터(691)의 소스 및 드레인 중 한쪽은 도전막(648)을 통하여 발광 소자(660)의 도전막(643)과 전기적으로 접속되어 있다.
트랜지스터(692)의 소스 및 드레인 중 한쪽은 접속부(693)를 통하여 도전막(663)과 전기적으로 접속되어 있다. 도전막(663)과 도전막(635)은 접촉하여 제공되고, 이들은 전기적으로 접속되어 있다. 여기서, 접속부(693)는, 절연막(697)의 양쪽 면에 제공되는 도전층끼리를 절연막(697)에 제공된 개구를 통하여 접속하는 부분이다.
기판(651)과 기판(661)이 중첩되지 않는 영역에는 접속부(690)가 제공되어 있다. 접속부(690)는 접속층(649)을 통하여 FPC(672)와 전기적으로 접속되어 있다. 접속부(690)는 접속부(693)와 같은 구성을 갖는다. 접속부(690) 상면에서는, 도전막(635)과 동일한 도전막을 가공하여 얻어진 도전층이 노출되어 있다. 이로써, 접속부(690)와 FPC(672)를 접속층(649)을 통하여 전기적으로 접속시킬 수 있다.
접착층(641)이 제공되는 일부 영역에는 접속부(687)가 제공되어 있다. 접속부(687)에서는, 도전막(635)과 동일한 도전막을 가공하여 얻어진 도전층과, 도전막(695)의 일부가 접속체(686)에 의하여 전기적으로 접속되어 있다. 따라서, 기판(651) 측에 접속된 FPC(672)로부터 입력되는 신호 또는 전위를, 접속부(687)를 통하여, 기판(661) 측에 형성된 도전막(695)에 공급할 수 있다.
접속체(686)로서는 예를 들어, 도전성 입자를 사용할 수 있다. 도전성 입자로서는 유기 수지 또는 실리카 등의 입자의 표면을 금속 재료로 피복한 것을 사용할 수 있다. 금속 재료로서 니켈이나 금을 사용하면 접촉 저항을 저감시킬 수 있어 바람직하다. 또한, 니켈을 금으로 더 피복하는 등, 2종류 이상의 금속 재료를 층상으로 피복시킨 입자를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 접속체(686)로서 탄성 변형 또는 소성 변형하는 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 이때, 도전성 입자인 접속체(686)는 도 17에 도시된 바와 같이 상하 방향으로 찌부러진 형상을 갖는 경우가 있다. 이로써, 접속체(686)와, 이와 전기적으로 접속되는 도전층과의 접촉 면적이 증대되기 때문에, 접촉 저항을 저감시킬 수 있을 뿐만 아니라, 접속 불량 등의 문제 발생을 억제할 수 있다.
접속체(686)는 접착층(641)으로 덮이도록 배치되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 경화 전의 접착층(641)에 접속체(686)를 분산시켜 두면 좋다.
도 17에는 회로(659)의 예로서 트랜지스터(689)가 제공되어 있는 예를 나타내었다.
도 17에서는 트랜지스터(689) 및 트랜지스터(691)의 예로서, 채널이 형성되는 반도체막(653)을 2개의 게이트로 개재하는 구성이 적용되어 있다. 한쪽 게이트는 도전막(654)에 의하여 구성되고, 다른 쪽 게이트는 절연막(682)을 개재하여 반도체막(653)과 중첩되는 도전막(699)에 의하여 구성되어 있다. 이러한 구성으로 함으로써, 트랜지스터의 문턱 전압을 제어할 수 있다. 이때, 2개의 게이트를 접속시키고 이들에 동일한 신호를 공급함으로써, 트랜지스터를 구동시켜도 좋다. 이러한 트랜지스터는 다른 트랜지스터에 비하여 전계 효과 이동도를 높일 수 있어, 온 전류를 증대시킬 수 있다. 결과적으로, 고속 구동이 가능한 회로를 제작할 수 있다. 또한, 회로부의 점유 면적을 축소할 수 있다. 온 전류가 큰 트랜지스터를 적용함으로써, 표시 패널을 대형화하거나 또는 고정세(高精細)화하였을 때에 배선 수가 증가되더라도, 각 배선에서의 신호 지연을 저감시킬 수 있고, 표시 불균일을 억제할 수 있다.
또한, 회로(659)가 갖는 트랜지스터와 표시부(662)가 갖는 트랜지스터는 같은 구조이어도 좋다. 또한, 회로(659)가 갖는 복수의 트랜지스터는 모두 같은 구조이어도 좋고, 상이한 구조의 트랜지스터를 조합하여 사용하여도 좋다. 또한, 표시부(662)가 갖는 복수의 트랜지스터는 모두 같은 구조이어도 좋고, 상이한 구조의 트랜지스터를 조합하여 사용하여도 좋다.
각 트랜지스터를 덮는 절연막(682) 및 절연막(683) 중 적어도 한쪽에는 물이나 수소 등의 불순물이 확산되기 어려운 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 즉, 절연막(682) 또는 절연막(683)을 배리어막으로서 기능시킬 수 있다. 이러한 구성으로 함으로써, 트랜지스터에 대하여 외부로부터 불순물이 확산되는 것을 효과적으로 억제할 수 있어, 신뢰성이 높은 표시 패널을 구현할 수 있다.
기판(661) 측에서는, 착색층(631), 차광막(632)을 덮어 절연막(698)이 제공되어 있다. 절연막(698)은 평탄화층으로서의 기능을 가져도 좋다. 절연막(698)에 의하여 도전막(695)의 표면을 실질적으로 평탄하게 할 수 있기 때문에, 액정층(694)의 배향 상태를 균일하게 할 수 있다.
표시 패널(688)을 제작하는 방법의 일례에 대하여 설명한다. 예를 들어, 박리층을 갖는 지지 기판 위에 도전막(635), 도전막(663), 절연막(697)을 이 순서대로 형성하고, 그 후에 트랜지스터(691), 트랜지스터(692), 발광 소자(660) 등을 형성하고 나서, 접착층(642)을 사용하여 기판(651)과 지지 기판을 접합시킨다. 그 후, 박리층과 절연막(697), 및 박리층과 도전막(635)의 각 계면에서 박리함으로써, 지지 기판 및 박리층을 제거한다. 또한, 이와 별도로 착색층(631), 차광막(632), 도전막(695) 등을 미리 형성한 기판(661)을 준비한다. 그리고, 기판(651) 또는 기판(661)에 액정을 적하하고, 접착층(641)에 의하여 기판(651)과 기판(661)을 접합시킴으로써, 표시 패널(688)을 제작할 수 있다.
박리층으로서는 절연막(697) 및 도전막(635)과의 계면에서 박리가 발생하는 재료를 적절히 선택할 수 있다. 특히, 박리층으로서 텅스텐 등의 고융점 금속 재료를 포함하는 층과 상기 금속 재료의 산화물을 포함하는 층을 적층하여 사용하고, 박리층 위의 절연막(697)으로서 질화 실리콘, 산화 질화 실리콘, 질화 산화 실리콘 등을 복수로 적층한 층을 사용하는 것이 바람직하다. 박리층에 고융점 금속 재료를 사용하면, 이보다 나중에 형성되는 층의 형성 온도를 높일 수 있어, 불순물 농도가 저감되고 신뢰성이 높은 표시 패널을 구현할 수 있다.
도전막(635)으로서는, 금속 산화물, 금속 질화물, 또는 저저항화된 산화물 반도체 등의 산화물 또는 질화물을 사용하는 것이 바람직하다. 산화물 반도체를 사용하는 경우에는, 수소, 붕소, 인, 질소, 및 그 외의 불순물 농도, 및 산소 결손량 중 적어도 하나가 트랜지스터에 사용되는 반도체층에 비하여 높여진 재료를 도전막(635)에 사용하면 좋다.
<6-3. 각 구성 요소에 대하여>
이하에서는, 상술한 각 구성 요소에 대하여 설명한다. 또한, 상술한 기능과 같은 기능을 갖는 구성에 대한 설명은 생략한다.
[접착층]
접착층으로서는, 자외선 경화형 등의 광 경화형 접착제, 반응 경화형 접착제, 열 경화형 접착제, 및 혐기형 접착제 등 각종 경화형 접착제를 사용할 수 있다. 이들 접착제로서는, 에폭시 수지, 아크릴 수지, 실리콘(silicone) 수지, 페놀 수지, 폴리이미드 수지, 이미드 수지, PVC(폴리바이닐클로라이드) 수지, PVB(폴리바이닐뷰티랄) 수지, 및 EVA(에틸렌바이닐아세테이트) 수지 등을 들 수 있다. 특히, 에폭시 수지 등의 투습성(透濕性)이 낮은 재료가 바람직하다. 또한, 2액 혼합형 수지를 사용하여도 좋다. 또한, 접착 시트 등을 사용하여도 좋다.
또한, 상기 수지에 건조제가 포함되어도 좋다. 예를 들어, 알칼리 토금속의 산화물(산화 칼슘이나 산화 바륨 등)과 같이, 화학 흡착에 의하여 수분이 흡착되는 물질을 사용할 수 있다. 또는, 제올라이트나 실리카 겔 등 물리 흡착에 의하여 수분을 흡착하는 물질을 사용하여도 좋다. 건조제가 포함되면, 수분 등의 불순물이 소자에 침입되는 것을 억제할 수 있기 때문에, 표시 패널의 신뢰성이 향상되어 바람직하다.
또한, 상기 수지에 굴절률이 높은 필러나 광 산란 부재를 혼합시킴으로써, 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 산화 타이타늄, 산화 바륨, 제올라이트, 또는 지르코늄 등을 사용할 수 있다.
[접속층]
접속층에는, 이방성 도전 필름(ACF: Anisotropic Conductive Film)이나 이방성 도전 페이스트(ACP: Anisotropic Conductive Paste) 등을 사용할 수 있다.
[착색층]
착색층에 사용할 수 있는 재료로서는, 금속 재료, 수지 재료, 안료 또는 염료가 포함된 수지 재료 등을 들 수 있다.
[차광층]
차광층에 사용할 수 있는 재료로서는, 카본 블랙, 타이타늄 블랙, 금속, 금속 산화물, 복수의 금속 산화물의 고용체를 포함하는 복합 산화물 등을 들 수 있다. 차광층은 수지 재료를 포함하는 막이어도 좋고, 금속 등 무기 재료의 박막이어도 좋다. 또한, 차광층에 착색층의 재료를 포함하는 막의 적층막을 사용할 수도 있다. 예를 들어, 어떤 색의 광을 투과하는 착색층에 사용되는 재료를 포함하는 막과, 다른 색의 광을 투과하는 착색층에 사용되는 재료를 포함하는 막의 적층 구조를 사용할 수 있다. 착색층과 차광층의 재료를 공통화함으로써, 장치를 공통화할 수 있을 뿐만 아니라 공정도 간략화할 수 있기 때문에 바람직하다.
이상이, 각 구성 요소에 대한 설명이다.
<6-4. 제작 방법의 예>
여기서는, 가요성을 갖는 기판을 사용한 표시 패널의 제작 방법의 예에 대하여 설명한다.
여기서는, 표시 소자, 회로, 배선, 전극, 착색층이나 차광층 등의 광학 부재, 및 절연층 등이 포함되는 층을 통틀어 소자층이라고 부르기로 한다. 예를 들어, 소자층은 표시 소자를 포함하고, 표시 소자 외에도 표시 소자와 전기적으로 접속되는 배선, 화소나 회로에 사용되는 트랜지스터 등의 소자를 가져도 좋다.
또한, 여기서는, 표시 소자가 완성된(제작 공정이 종료된) 단계에서의, 소자층을 지지하는 가요성 부재를 기판이라고 부르기로 한다. 예를 들어, 기판에는 두께가 10nm 이상 300㎛ 이하의 매우 얇은 필름 등도 포함된다.
가요성을 갖고, 절연 표면을 갖는 기판 위에 소자층을 형성하는 방법으로서는, 대표적으로 이하에 드는 2가지 방법이 있다. 하나는 기판 위에 직접 소자층을 형성하는 방법이다. 또 하나는 기판과는 상이한 지지 기판 위에 소자층을 형성한 후, 소자층과 지지 기판을 박리하고, 소자층을 기판으로 전치하는 방법이다. 또한, 여기서는 자세히 설명하지 않지만, 상기 2가지 방법에 더하여, 가요성을 갖지 않는 기판 위에 소자층을 형성하고, 상기 기판을 연마 등에 의하여 얇게 함으로써 가요성을 갖게 하는 방법도 있다.
기판을 구성하는 재료가, 소자층의 형성 공정에서 가해지는 열에 대하여 내열성을 갖는 경우에는, 기판 위에 직접 소자층을 형성하면 공정이 간략화되기 때문에 바람직하다. 이때, 기판을 지지 기판에 고정한 상태로 소자층을 형성하면, 장치 내 및 장치 간에서의 반송이 쉬워지기 때문에 바람직하다.
또한, 소자층을 지지 기판 위에 형성한 후에 기판으로 전치하는 방법을 사용하는 경우에는, 먼저 지지 기판 위에 박리층과 절연층을 적층하고, 상기 절연층 위에 소자층을 형성한다. 다음으로, 지지 기판과 소자층 사이에서 박리하고, 소자층을 기판으로 전치한다. 이때, 지지 기판과 박리층의 계면, 박리층과 절연층의 계면, 또는 박리층 내에서 박리가 발생되도록 재료를 선택하면 좋다. 이 방법에서는, 지지 기판이나 박리층에 내열성이 높은 재료를 사용함으로써, 소자층을 형성할 때 가해지는 온도의 상한을 높일 수 있고, 신뢰성이 더 높은 소자를 갖는 소자층을 형성할 수 있기 때문에 바람직하다.
예를 들어, 박리층으로서 텅스텐 등의 고융점 금속 재료를 포함하는 층과 상기 금속 재료의 산화물을 포함하는 층을 적층하여 사용하고, 박리층 위의 절연층으로서 산화 실리콘, 질화 실리콘, 산화 질화 실리콘, 질화 산화 실리콘 등을 복수로 적층한 층을 사용하는 것이 바람직하다.
소자층과 지지 기판을 박리하는 방법으로서는, 기계적인 힘을 가하는 것, 박리층을 에칭하는 것, 또는 박리 계면에 액체를 침투시키는 것 등을 일례로서 들 수 있다. 또는, 박리 계면을 형성하는 2층의 열 팽창 계수의 차이를 이용하여 가열 또는 냉각함으로써 박리를 수행하여도 좋다.
또한, 지지 기판과 절연층의 계면에서 박리가 가능한 경우에는, 박리층을 제공하지 않아도 된다.
예를 들어, 지지 기판으로서 유리를 사용하고, 절연층으로서 폴리이미드 등의 유기 수지를 사용할 수 있다. 이때, 레이저 광 등으로 유기 수지의 일부를 국소적으로 가열하는 것이나, 또는 예리한 부재로 유기 수지의 일부를 물리적으로 절단 또는 관통하는 것 등에 의하여 박리의 기점을 형성하고, 유리와 유기 수지의 계면에서 박리를 수행하여도 좋다. 또한, 상기 유기 수지로서는, 감광성 재료를 사용하면, 개구부 등의 형상을 용이하게 제작할 수 있기 때문에 적합하다. 또한, 상기 레이저 광으로서는 예를 들어, 가시광선에서 자외선까지의 파장 영역의 광인 것이 바람직하다. 예를 들어, 파장이 200nm 이상 400nm 이하의 광, 바람직하게는 파장이 250nm 이상 350nm 이하의 광을 사용할 수 있다. 특히, 파장 308nm의 엑시머 레이저를 사용하면 생산성이 우수하기 때문에 바람직하다. 또한, Nd:YAG 레이저의 제 3 고조파인 파장 355nm의 UV 레이저 등의 고체 UV 레이저(반도체 UV 레이저라고도 함)를 사용하여도 좋다.
또는, 지지 판과, 유기 수지로 이루어지는 절연층 사이에 발열층을 제공하고, 상기 발열층을 가열함으로써 상기 발열층과 절연층의 계면에서 박리를 수행하여도 좋다. 발열층으로서는 전류를 흘림으로써 발열하는 재료, 광을 흡수함으로써 발열하는 재료, 자기장을 인가함으로써 발열하는 재료 등, 다양한 재료를 사용할 수 있다. 예를 들어, 발열층에는 반도체, 금속, 절연체로부터 선택하여 사용할 수 있다.
또한, 상술한 방법에서, 유기 수지로 이루어지는 절연층은 박리 후에 기판으로서 사용할 수 있다.
이상이 가요성을 갖는 표시 패널을 제작하는 방법에 대한 설명이다.
본 실시형태는 적어도 그 일부를 본 명세서에 기재되는 다른 구성과 적절히 조합하여 실시할 수 있다.
<<전자 기기>>
본 발명의 일 형태에 따른 전자 기기의 예에 대하여 설명한다. 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 단말, 음향 재생 장치, 파친코기 등의 대형 게임기 등이 있다. 이들 전자 기기의 구체적인 예를 이하에 설명한다.
도 9의 (A)는 텔레비전 장치의 일례를 도시한 것이다. 텔레비전 장치는 하우징(7101)에 표시부(7103)가 제공되어 있다. 또한, 여기서는 스탠드(7105)에 의하여 하우징(7101)을 지지한 구성을 나타내고 있다. 표시부(7103)에 영상을 표시할 수 있고, 표시부(7103)는 매트릭스로 배열된 발광 소자로 구성되어 있다.
텔레비전 장치는 하우징(7101)에 구비된 조작 스위치나, 별체의 리모트 컨트롤러(7110)로 조작할 수 있다. 리모트 컨트롤러(7110)에 구비된 조작 키(7109)에 의하여, 채널이나 음량을 조작할 수 있고, 표시부(7103)에 표시되는 영상을 조작할 수 있다. 또한, 리모트 컨트롤러(7110)에, 상기 리모트 컨트롤러(7110)로부터 출력되는 정보를 표시하는 표시부(7107)를 제공하는 구성으로 하여도 좋다.
또한, 텔레비전 장치는 수신기나 모뎀 등을 구비한 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 하는 것도 가능하다.
도 9의 (B1)에 도시된 컴퓨터는, 본체(7201), 하우징(7202), 표시부(7203), 키보드(7204), 외부 접속 포트(7205), 포인팅 디바이스(7206) 등을 포함한다. 또한, 이 컴퓨터는 매트릭스로 배열된 발광 소자를 표시부(7203)에 사용하여 제작된다. 도 9의 (B1)의 컴퓨터는 도 9의 (B2)에 도시된 바와 같은 형태이어도 좋다. 도 9의 (B2)의 컴퓨터에는, 키보드(7204) 및 포인팅 디바이스(7206) 대신에 제 2 표시부(7210)가 제공되어 있다. 제 2 표시부(7210)는 터치 패널식이기 때문에, 제 2 표시부(7210)에 표시된 입력용 표시를 손가락이나 전용 펜으로 조작함으로써 입력을 할 수 있다. 또한, 제 2 표시부(7210)는 입력용 표시뿐만 아니라, 기타 화상을 표시할 수도 있다. 또한, 표시부(7203)도 터치 패널이어도 좋다. 2개의 화면이 힌지로 연결되어 있음으로써, 수납하거나 운반할 때에 화면을 손상시키거나 파손시키는 등의 문제 발생도 방지할 수 있다.
도 9의 (C), (D)는 휴대 정보 단말의 일례를 도시한 것이다. 휴대 정보 단말은 하우징(7401)에 제공된 표시부(7402)와, 조작 버튼(7403), 외부 접속 포트(7404), 스피커(7405), 마이크로폰(7406) 등을 구비한다. 또한, 휴대 정보 단말은 발광 소자를 매트릭스로 배열하여 제작된 표시부(7402)를 갖는다.
도 9의 (C) 및 (D)에 도시된 휴대 정보 단말은 표시부(7402)를 손가락 등으로 터치함으로써 정보를 입력할 수 있는 구성으로 할 수도 있다. 이 경우, 전화를 걸거나 또는 메일을 작성하는 등의 조작은, 표시부(7402)를 손가락 등으로 터치하여 수행할 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 혼합한 표시+입력 모드이다.
예를 들어, 전화를 걸거나 또는 메일을 작성하는 경우에는, 표시부(7402)를 문자의 입력을 주로 하는 문자 입력 모드로 하고, 화면에 표시된 문자의 입력 조작을 수행하면 좋다. 이 경우, 표시부(7402)의 화면의 대부분에 키보드 또는 번호 버튼을 표시시키는 것이 바람직하다.
또한, 자이로스코프, 가속도 센서 등 기울기를 검출하는 센서를 갖는 검출 장치를 휴대 정보 단말 내부에 제공함으로써, 휴대 정보 단말의 방향(세로인지 가로인지)을 판단하여, 표시부(7402)의 화면 표시가 자동적으로 전환되도록 할 수 있다.
또한, 화면 모드는 표시부(7402)를 터치하거나 또는 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 전환한다.
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 기능시킬 수도 있다. 예를 들어, 표시부(7402)를 손바닥이나 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.
또한, 상기 전자 기기는 본 명세서에 기재된 구성을 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
또한, 표시부에 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 발광 소자는 발광 효율이 양호한 발광 소자로 할 수 있다. 또한, 구동 전압이 작은 발광 소자로 할 수 있다. 그러므로, 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자를 포함하는 전자 기기를 소비전력이 낮은 전자 기기로 할 수 있다.
도 10은 발광 소자를 백라이트에 적용한 액정 표시 장치의 일례이다. 도 10에 도시된 액정 표시 장치는 하우징(901), 액정층(902), 백라이트 유닛(903), 하우징(904)을 갖고, 액정층(902)은 드라이버 IC(905)와 접속되어 있다. 백라이트 유닛(903)에는 발광 소자가 제공되어 있고, 단자(906)에 의하여 전류가 공급된다.
발광 소자에는 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자를 사용하는 것이 바람직하고, 상기 발광 소자를 액정 표시 장치의 백라이트에 적용함으로써, 소비전력이 저감된 백라이트를 얻을 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 형태에 따른 전기 스탠드의 예이다. 도 11에 도시된 전기 스탠드는 하우징(2001) 및 광원(2002)을 갖고, 광원(2002)으로서 발광 소자를 사용한 조명 장치가 제공되어 있다.
도 12는 실내의 조명 장치(3001)의 예이다. 상기 조명 장치(3001)에는 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자를 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 형태에 따른 자동차를 도 13에 도시하였다. 상기 자동차는 앞유리나 대시보드에 발광 소자가 탑재되어 있다. 표시 영역(5000) 내지 표시 영역(5005)은 발광 소자를 사용하여 제공된 표시 영역이다. 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자를 사용하는 것이 바람직하고, 이에 의하여 표시 영역(5000) 내지 표시 영역(5005)의 소비전력을 억제할 수 있으므로 차재용으로서 적합하다.
표시 영역(5000)과 표시 영역(5001)은 자동차의 앞유리에 제공된, 발광 소자를 사용한 표시 장치이다. 발광 소자의 제 1 전극과 제 2 전극을 투광성을 갖는 전극으로 제작함으로써, 반대편이 비쳐 보이는 소위 시스루 상태의 표시 장치로 할 수 있다. 시스루 상태의 표시이면, 자동차의 앞유리에도 시계를 방해하지 않고 설치할 수 있다. 또한, 구동을 위한 트랜지스터 등을 제공하는 경우에는 유기 반도체 재료를 사용한 유기 트랜지스터나, 산화물 반도체를 사용한 트랜지스터 등, 투광성을 갖는 트랜지스터를 사용하면 좋다.
표시 영역(5002)은 필러 부분에 제공된 발광 소자를 사용한 표시 장치이다. 차체에 제공된 촬상 수단으로부터의 영상을 표시 영역(5002)에 표시함으로써, 필러로 차단되는 시계를 보완할 수 있다. 또한, 마찬가지로, 대시보드 부분에 제공된 표시 영역(5003)은 자동차의 외측에 제공된 촬상 수단으로부터의 영상을 표시함으로써 차체로 차단되는 시계를 보완하여, 사각을 보완하고 안전성을 높일 수 있다. 보이지 않는 부분을 보완하도록 영상을 표시함으로써, 더 자연스럽게 위화감 없이 안전을 확인할 수 있다.
표시 영역(5004)이나 표시 영역(5005)은 내비게이션 정보, 속도계나 회전수, 주행 거리, 급유량, 기어 상태, 에어컨디셔너의 설정 등, 기타 다양한 정보를 제공할 수 있다. 표시 항목이나 레이아웃은 사용자의 취향에 맞춰 적절히 변경할 수 있다. 또한, 이들 정보는 표시 영역(5000) 내지 표시 영역(5003)에도 표시될 수 있다. 또한, 표시 영역(5000) 내지 표시 영역(5005)을 조명 장치로서 사용할 수도 있다.
도 14 (A) 및 (B)는 반으로 접을 수 있는 태블릿형 단말의 일례이다. 도 14의 (A)는 펼친 상태를 도시한 것이고, 태블릿형 단말은 하우징(9630), 표시부(9631a), 표시부(9631b), 표시 모드 전환 스위치(9034), 전원 스위치(9035), 절전 모드 전환 스위치(9036), 잠금부(9033), 및 조작 스위치(9038)를 갖는다. 또한, 상기 태블릿형 단말은 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자를 구비한 발광 장치를 표시부(9631a) 및 표시부(9631b) 중 한쪽 또는 양쪽 모두에 사용하여 제작된다.
표시부(9631a)의 일부를 터치 패널 영역(9632a)으로 할 수 있고, 표시된 조작 키(9637)를 터치함으로써 데이터를 입력할 수 있다. 또한, 표시부(9631a)의 일례로서, 절반 영역이 표시 기능만을 갖는 구성, 나머지 절반 영역이 터치 패널의 기능을 갖는 구성을 도시하였지만 이 구성에 한정되지 않는다. 표시부(9631a)의 전체 영역이 터치 패널의 기능을 갖는 구성으로 하여도 좋다. 예를 들어, 표시부(9631a)의 전체 면에 키보드 버튼을 표시시켜 터치 패널로 하고, 표시부(9631b)를 표시 화면으로서 사용할 수 있다.
또한, 표시부(9631b)도 표시부(9631a)와 마찬가지로, 표시부(9631b)의 일부를 터치 패널 영역(9632b)으로 할 수 있다. 또한, 터치 패널에서 키보드 표시 전환 버튼(9639)이 표시되어 있는 위치를 손가락이나 스타일러스 등으로 터치함으로써 표시부(9631b)에 키보드 버튼을 표시시킬 수 있다.
또한, 터치 패널 영역(9632a)과 터치 패널 영역(9632b)에 동시에 터치 입력을 할 수도 있다.
또한, 세로 표시 또는 가로 표시 등의 표시 방향의 전환, 흑백 표시나 컬러 표시의 전환 등을 표시 모드 전환 스위치(9034)로 선택할 수 있다. 절전 모드 전환 스위치(9036)에 의하여, 태블릿형 단말에 내장된 광 센서로 검출되는 사용 시의 외광의 광량에 따라 표시의 휘도를 최적화할 수 있다. 태블릿형 단말에는 광 센서뿐만 아니라 자이로스코프, 가속도 센서 등 기울기를 검출하는 센서 등 다른 검출 장치가 내장되어도 좋다.
또한, 도 14의 (A)에는 표시부(9631b)와 표시부(9631a)의 표시 면적이 같은 경우의 예를 도시하였지만 이에 특별히 한정되지 않고, 한쪽의 크기와 다른 한쪽의 크기가 달라도 좋고, 표시의 품질도 달라도 좋다. 예를 들어, 한쪽이 다른 쪽보다 고정세한 표시를 할 수 있는 표시 패널이어도 좋다.
도 14의 (B)는 닫은 상태를 도시한 것이고, 본 실시형태에서의 태블릿형 단말이 하우징(9630), 태양 전지(9633), 충방전 제어 회로(9634), 배터리(9635), DCDC 컨버터(9636)를 구비한 경우의 예를 도시하였다. 또한, 도 14의 (B)에는 충방전 제어 회로(9634)의 일례로서 배터리(9635), DCDC 컨버터(9636)를 갖는 구성을 도시하였다.
또한, 태블릿형 단말은 반으로 접을 수 있기 때문에, 사용하지 않을 때에 하우징(9630)을 닫은 상태로 할 수 있다. 따라서, 표시부(9631a) 및 표시부(9631b)를 보호할 수 있어, 내구성이 우수하고 장기 사용의 관점에서도 신뢰성이 우수한 태블릿형 단말을 제공할 수 있다.
또한, 이 외에도 도 14의 (A) 및 (B)에 도시된 태블릿형 단말은 다양한 정보(정지 화상, 동영상, 텍스트 화상 등)를 표시하는 기능, 달력, 날짜, 또는 시각 등을 표시부에 표시하는 기능, 표시부에 표시된 정보를 터치 입력 조작하거나 또는 편집하는 터치 입력 기능, 다양한 소프트웨어(프로그램)에 의하여 처리를 제어하는 기능 등을 가질 수 있다.
태블릿형 단말의 표면에 장착된 태양 전지(9633)에 의하여, 전력을 터치 패널, 표시부, 또는 영상 신호 처리부 등에 공급할 수 있다. 또한, 태양 전지(9633)가 하우징(9630)의 하나의 면 또는 2개의 면에 제공되어 있으면 배터리(9635)의 충전을 효율적으로 수행하는 구성으로 할 수 있으므로 적합하다.
또한, 도 14의 (B)에 도시된 충방전 제어 회로(9634)의 구성, 및 동작에 대해서 도 14의 (C)의 블록도를 참조하여 설명한다. 도 14의 (C)에는 태양 전지(9633), 배터리(9635), DCDC 컨버터(9636), 컨버터(9638), 스위치(SW1) 내지 스위치(SW3), 표시부(9631)를 도시하였고, 배터리(9635), DCDC 컨버터(9636), 컨버터(9638), 스위치(SW1) 내지 스위치(SW3)가, 도 14의 (B)에 도시된 충방전 제어 회로(9634)에 대응하는 부분이다.
먼저, 외광에 의하여 태양 전지(9633)가 발전하는 경우의 동작의 예에 대하여 설명한다. 태양 전지로 발전된 전력은 배터리(9635)를 충전하기 위한 전압이 되도록 DCDC 컨버터(9636)에 의하여 승압 또는 강압된다. 그리고, 표시부(9631)의 동작에 태양 전지(9633)에 의하여 충전된 전력이 사용될 때에는 스위치(SW1)를 온으로 하여, 컨버터(9638)에 의하여 표시부(9631)에 필요한 전압으로 승압 또는 강압하게 된다. 또한, 표시부(9631)에서 표시를 하지 않을 때에는, 스위치(SW1)를 오프로 하고 스위치(SW2)를 온으로 하여 배터리(9635)를 충전하는 구성으로 하면 좋다.
또한, 태양 전지(9633)에 대해서는, 발전 수단의 일례로서 설명하였지만, 발전 수단은 특별히 한정되지 않고 압전 소자(피에조 소자)나 열전 변환 소자(펠티어 소자) 등 다른 발전 수단으로 배터리(9635)를 충전하는 구성이어도 좋다. 무선(비접촉)으로 전력을 송수신하여 충전하는 무접점 전력 전송 모듈이나, 또 다른 충전 수단을 조합하여 충전하는 구성으로 하여도 좋고, 발전 수단을 갖지 않아도 된다.
또한, 상술한 표시부(9631)를 구비하기만 하면, 도 14에 도시된 형상의 태블릿형 단말에 한정되지 않는다.
또한, 도 15의 (A) 내지 (C)에 접을 수 있는 휴대 정보 단말(9310)을 도시하였다. 도 15의 (A)는 펼친 상태의 휴대 정보 단말(9310)을 도시한 것이다. 도 15의 (B)는 펼친 상태와 접은 상태의 한쪽으로부터 다른 쪽으로 변화하는 도중의 상태의 휴대 정보 단말(9310)을 도시한 것이다. 도 15의 (C)는 접은 상태의 휴대 정보 단말(9310)을 도시한 것이다. 접은 상태의 휴대 정보 단말(9310)은 가반성(可搬性)이 우수하고, 펼친 상태의 휴대 정보 단말(9310)은 이음매가 없는 넓은 표시 영역을 가지므로 표시의 일람성(一覽性)이 우수하다.
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 굴곡시켜, 휴대 정보 단말(9310)을 펼친 상태로부터 접은 상태로 가역적으로 변형할 수 있다. 본 발명의 일 형태에 따른 발광 장치를 표시 패널(9311)에 사용할 수 있다. 표시 패널(9311)의 표시 영역(9312)은, 휴대 정보 단말(9310)을 접은 상태로 하였을 때에 측면에 위치하는 표시 영역이다. 표시 영역(9312)에는 정보 아이콘이나 사용 빈도가 높은 애플리케이션 및 프로그램의 바로가기 등을 표시할 수 있고, 정보의 확인이나 애플리케이션 등의 기동을 원활하게 할 수 있다.
(실시예 1)
본 실시예에서는, 실시형태에서 설명한 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자 1, 발광 소자 2, 및 발광 소자 3에 대하여 설명한다. 발광 소자 1 내지 발광 소자 3에 사용한 유기 화합물의 구조식은 이하와 같다.
[화학식 3]
Figure pat00003
(발광 소자 1의 제작 방법)
우선, 유리 기판 위에 산화 실리콘을 포함하는 인듐 주석 산화물(ITSO)을 스퍼터링법에 의하여 성막하고, 제 1 전극(101)을 형성하였다. 또한, 그 막 두께는 70nm로 하고, 전극 면적은 4mm2(2mm×2mm)로 하였다.
다음으로, 기판 위에 발광 소자를 형성하기 위한 전(前)처리로서 기판 표면을 물로 세정하고 200℃에서 1시간 동안 소성한 후, UV 오존 처리를 370초 동안 수행하였다.
그 후, 내부 압력이 약 10-4Pa까지 감압된 진공 증착 장치에 기판을 도입하고, 진공 증착 장치 내의 가열실에서 170℃에서 30분 동안 진공 소성한 후, 기판을 약 30분 동안 방랭(放冷)하였다.
다음으로, 제 1 전극(101)이 형성된 면이 아래쪽이 되도록, 제 1 전극(101)이 형성된 기판을 진공 증착 장치 내에 제공된 기판 홀더에 고정하고, 제 1 전극(101) 위에, 상기 구조식(i)으로 나타내어지는 2,3,6,7,10,11-헥사사이아노-1,4,5,8,9,12-헥사아자트라이페닐렌(약칭: HAT-CN)을 저항 가열을 사용한 증착법에 의하여 막 두께가 5nm가 되도록 증착하여 정공 주입층(111)을 형성하였다.
다음으로, 정공 주입층(111) 위에, 상기 구조식(ii)으로 나타내어지는 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: NPB)을 막 두께가 10nm이 되도록 증착하여 제 1 정공 수송층(112-1)을 형성하고, 제 1 정공 수송층(112-1) 위에, 상기 구조식(iii)으로 나타내어지는 4-(2-나프틸)-4',4''-다이페닐트라이페닐아민(약칭: BBAβNB)을 막 두께가 10nm이 되도록 증착하여 제 2 정공 수송층(112-2)을 형성하고, 제 2 정공 수송층(112-2) 위에, 상기 구조식(iv)으로 나타내어지는 3,6-비스[4-(2-나프틸)페닐]-9-페닐-9H-카바졸(약칭: βNP2PC)을 막 두께가 10nm이 되도록 증착하여 제 3 정공 수송층(112-3)을 형성하였다.
다음으로, 중량비가 1:0.03(=cgDBCzPA:1,6mMemFLPAPrn)이 되도록, 상기 구조식(v)으로 나타내어지는 7-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-7H-다이벤조[c,g]카바졸(약칭: cgDBCzPA)과, 상기 구조식(vi)으로 나타내어지는 N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-비스[3-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]-피렌-1,6-다이아민(약칭: 1,6mMemFLPAPrn)을 막 두께가 25nm이 되도록 공증착하여 발광층(113)을 형성하였다.
그 후, 발광층(113) 위에, 상기 구조식(vii)으로 나타내어지는 2-[3'-(다이벤조싸이오펜-4-일)바이페닐-3-일]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mDBTBPDBq-II)을 막 두께가 10nm이 되도록 증착한 후, 상기 구조식(viii)으로 나타내어지는 2,9-비스(나프타렌-2-일)-4,7-다이페닐-1,10-페난트롤린(약칭: NBPhen)을 막 두께가 15nm이 되도록 증착하여 전자 수송층(114)을 형성하였다.
전자 수송층(114)을 형성한 후, 플루오린화 리튬(LiF)을 막 두께가 1nm이 되도록 증착하여 전자 주입층(115)을 형성하고, 이어서 알루미늄을 막 두께가 200nm이 되도록 증착하여 제 2 전극(102)을 형성함으로써, 본 실시예에 따른 발광 소자 1을 제작하였다.
(발광 소자 2의 제작 방법)
발광 소자 2는, 발광 소자 1에서의 제 2 정공 수송층(112-2)의 재료로서 BBAβNB 대신 상기 구조식(ix)으로 나타내어지는 4-(1-나프틸)-4',4''-다이페닐트라이페닐아민(약칭: BBAαNB)을 사용한 것을 제외하면, 발광 소자 1과 마찬가지로 제작되었다.
(발광 소자 3의 제작 방법)
발광 소자 3은, 발광 소자 1에서의 제 2 정공 수송층(112-2)의 재료로서 BBAβNB 대신 상기 구조식(x)으로 나타내어지는 4-[4-(2-나프틸)페닐]-4',4''-다이페닐트라이페닐아민(약칭: BBAβNBi)을 사용한 것을 제외하면, 발광 소자 1과 마찬가지로 제작되었다.
발광 소자 1 내지 발광 소자 3의 소자 구조에 대하여 이하의 표에 나타내었다.
Figure pat00004
발광 소자 1 내지 발광 소자 3을, 질소 분위기의 글로브 박스 내에서, 발광 소자가 대기에 노출되지 않도록 유리 기판으로 밀봉하는 작업(실재를 소자의 주위에 도포하고, 밀봉 시에 UV 처리 및 80℃에서 1시간 동안 열 처리를 수행함)을 수행한 후, 이들 발광 소자의 초기 특성 및 신뢰성을 측정하였다. 또한, 측정은 실온(25℃로 유지된 분위기)에서 수행하였다.
발광 소자 1 내지 발광 소자 3의 휘도-전류 밀도 특성을 도 18에, 전류 효율-휘도 특성을 도 19에, 휘도-전압 특성을 도 20에, 전류-전압 특성을 도 21에, 외부 양자 효율-휘도 특성을 도 22에, 발광 스펙트럼을 도 23에 나타내었다. 또한, 각 발광 소자의 1000cd/m2 부근에서의 주요 특성을 표 2에 나타내었다.
Figure pat00005
도 18 내지 도 23, 및 표 2로부터, 발광 소자 1 내지 발광 소자 3은 양호한 특성을 갖는 청색 발광 소자인 것을 알았다.
또한, 도 24의 그래프는 전류값을 2mA로 하고, 전류 밀도가 일정한 조건에서의 구동 시간에 대한 휘도의 변화를 나타낸 것이다. 도 24에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자인 발광 소자 1 내지 발광 소자 3은 구동 시간의 축적에 따른 휘도 저하가 작고, 수명이 양호한 발광 소자인 것을 알았다.
또한, 이들 발광 소자는 고휘도 영역에서의 휘도 저하가 작다는 것도 알았다. 즉, 본 실시예에 따른 발광 소자는 고휘도 측의 효율의 롤 오프를 저감시킬 수 있고, 높은 휘도로 발광시킨 경우에도 높은 효율을 유지할 수 있는 구성이라고 할 수 있다.
본 실시예에 따른 발광 소자에서, 제 1 정공 수송 재료 내지 제 3 정공 수송 재료, 호스트 재료, 및 발광 재료의 HOMO 준위는 각각 이하의 표에 나타낸 바와 같다. 또한, HOMO 준위 및 LUMO 준위는 사이클릭 볼타메트리(CV) 측정을 바탕으로 산출하였다. 산출 방법은 이하와 같다.
측정 장치에는 전기 화학 애널라이저(BAS Inc. 제조, 형식 번호: ALS 모델 600A 또는 600C)를 사용하였다. CV 측정에 사용되는 용액은, 용매로서 탈수 다이메틸폼아마이드(DMF)(Sigma-Aldrich Inc. 제조, 99.8%, 카탈로그 번호; 22705-6)를 사용하여, 지지 전해질인 과염소산 테트라-n-뷰틸암모늄(n-Bu4NClO4)((주)도쿄카세이 제조, 카탈로그 번호; T0836)을 100mmol/L의 농도가 되도록 용해시키고, 또한 측정 대상을 2mmol/L의 농도가 되도록 용해시켜 조제(調製)하였다. 또한, 작용 전극으로서는 백금 전극(BAS Inc. 제조, PTE 백금 전극)을, 보조 전극으로서는 백금 전극(BAS Inc. 제조, VC-3용 Pt카운터 전극(5cm))을, 참조 전극으로서는 Ag/Ag+전극(BAS Inc. 제조, RE7 비수 용매계 참조 전극)을 각각 사용하였다. 또한, 측정은 실온(20℃ 내지 25℃)에서 수행하였다. 또한, CV 측정 시의 스캔 속도는 0.1V/sec로 통일하고, 참조 전극에 대한 산화 전위 Ea[V] 및 환원 전위 Ec[V]를 측정하였다. Ea는 산화-환원파의 중간 전위로 하고, Ec는 환원-산화파의 중간 전위로 하였다. 여기서, 본 실시예에서 사용하는 참조 전극의 진공 준위에 대한 퍼텐셜 에너지는 -4.94[eV]인 것이 알려져 있기 때문에, HOMO 준위[eV]=-4.94-Ea, LUMO 준위[eV]=-4.94-Ec이라는 식으로부터 HOMO 준위 및 LUMO 준위를 각각 산출할 수 있다.
Figure pat00006
Figure pat00007
Figure pat00008
표에 나타낸 바와 같이, 발광 소자 1 내지 발광 소자 3에 사용된 재료에서, 제 2 정공 수송 재료의 HOMO 준위는 제 1 정공 수송 재료의 HOMO 준위보다 깊고, 호스트 재료의 HOMO 준위는 제 2 정공 수송 재료의 HOMO 준위보다 깊고, 제 3 정공 수송 재료의 HOMO 준위는 호스트 재료의 HOMO 준위보다 깊다. 또한, 발광 재료의 HOMO 준위는 호스트 재료의 HOMO 준위보다 얕다.
제 1 정공 수송 재료의 NPB의 HOMO 준위는 -5.38eV로 얕고, HAT-CN의 LUMO 준위 -4.41eV와 상호로 작용하여 전하 분리를 쉽게 일으킬 수 있다.
여기서, 호스트 재료인 cgDBCzPA의 HOMO 준위는 -5.69eV이고, NPB의 HOMO 준위와 0.31eV만큼 차이가 있다. 한편, 발광 재료인 1,6mMemFLPAPrn의 HOMO 준위는 -5.40eV이기 때문에, 그 차이는 0.02eV이다. 발광 재료와 제 1 정공 수송 재료의 HOMO 준위의 차이가 작기 때문에, 제 1 정공 수송층(112-1)과 발광층(113)이 접촉하여 형성된 구조를 갖는 발광 소자를 상정한 경우, 발광 재료에 대한 정공 주입이 일어나기 쉽다고 생각된다. 그러나, 발광 재료에 정공이 직접 주입되면, 발광 재료에 의하여 제 1 정공 수송층(112-1)과 발광층의 계면에서 정공이 트랩되어, 발광 영역이 집중되어 열화가 촉진될 우려가 있다. 또한, 제 1 정공 수송층(112-1)의 정공 수송 재료로부터 발광층의 호스트 재료로 정공이 들어가기 어렵기 때문에, 상기 정공 수송 재료에는 정공이, 호스트 재료에는 전자가 각각 축적된다. 그러면, 상기 정공 수송 재료와 호스트 재료 사이에서 발광 재료보다 에너지가 낮은 엑시플렉스가 형성될 우려가 있어, 발광 효율이 저하되는 문제가 일어나기 쉽다.
발광 소자 1 내지 발광 소자 3에서는, 호스트 재료보다 HOMO 준위가 얕지만 제 1 정공 수송 재료보다 HOMO 준위가 깊은 제 2 정공 수송 재료를 사용하여 제 2 정공 수송층(112-2)을 형성함으로써, 우선 제 1 정공 수송층(112-1)으로부터 제 2 정공 수송층(112-2)으로 정공을 주입한다. 제 2 정공 수송 재료인 BBAβNB(발광 소자 1), BBAαNB(발광 소자 2), BBAβNBi(발광 소자 3)의 HOMO 준위는 각각 -5.47eV, -5.49eV, -5.47eV이고, 제 1 정공 수송 재료인 NPB와의 차이는 각각 0.09eV, 0.11eV, 0.09eV로 작다. 따라서, 제 1 정공 수송층(112-1)으로부터 제 2 정공 수송층(112-2)에는 정공이 원활하게 주입된다.
여기서, 제 2 정공 수송층(112-2)으로부터 발광층(113)으로 정공이 주입되는 경우에 대하여 생각하면, 제 2 정공 수송 재료와 호스트 재료 사이에는 각각 0.22eV, 0.20eV, 0.22eV 정도의 장벽이 존재한다. 평소에는 문제 없이 정공이 주입될 정도의 차이이지만, 발광층(113)에 포함되는 발광 재료의 HOMO 준위는 -5.40eV이고, 제 2 정공 수송 재료로부터 발광 재료로 정공을 주입하기 위한 장벽이 존재하지 않는다. 따라서, 정공은 결국 호스트 재료보다 발광 재료로 우선적으로 주입된다. 발광 재료로 정공이 직접 주입되면, 상술한 바와 같이, 열화가 촉진되거나 발광 효율이 저하되는 등의 문제가 일어나기 쉽다.
그래서, 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자인 발광 소자 1 내지 발광 소자 3에서는, 제 2 정공 수송층(112-2)과 발광층(113) 사이에 제 3 정공 수송층(112-3)을 더 제공하였다. 제 3 정공 수송층(112-3)에 포함되는 제 3 정공 수송 재료인 βNP2PC의 HOMO 준위는 -5.79eV로 호스트 재료보다 깊은 위치에 있다. 따라서, 제 2 정공 수송 재료로부터 제 3 정공 수송 재료로 문제 없이 정공이 주입되고, 또한 호스트 재료에 대한 정공 주입에 장벽이 없다는 점과 호스트 재료와 발광 재료의 혼합비에 의해서도 호스트 재료에 대한 정공의 주입이 우선된다. 또한, 제 2 정공 수송 재료와의 HOMO 준위의 차이는 0.30eV 내지 0.32eV(유효 숫자 1자리로 표현하여 0.3eV 이하)이고, 제 2 정공 수송 재료로부터 제 3 정공 수송 재료에 대해서는 문제 없이 정공이 주입된다.
호스트 재료에 주입된 정공은 일부가 발광 재료에 트랩되지만, 적절히 트랩되면서 제 2 전극 방향으로 이동할 수 있을 뿐만 아니라, 호스트 재료가 전자 수송성도 갖는 안트라센 화합물이기 때문에, 구동 전압이 상승될 일이 없다. 또한, 발광 영역이 일부에 집중될 일 없이 발광층(113)으로 확장되기 때문에, 열화가 촉진되지 않는다.
또한, 본 실시예에 따른 발광 소자에서 호스트 재료인 cgDBCzPA, 제 1 전자 수송 재료인 2mDBTBPDBq-II, 및 제 2 전자 수송 재료인 NBPhen의 LUMO 준위는 각각 -2.74eV, -2.94eV, 및 -2.83eV로 산출되어 있다. 이 구성을 가짐으로써, 전자 과다의 디바이스가 되기 어렵고, 수명이나 외부 양자 효율이 더 양호한 발광 소자로 할 수 있었다.
상술한 것으로부터, 본 실시예에 따른 발광 소자 1 내지 발광 소자 3은 수명이나 발광 효율이 양호하고, 고휘도 측의 효율 저하가 적은 매우 양호한 특성을 갖는 발광 소자가 되었다.
(실시예 2)
본 실시예에서는, 실시형태에서 설명한 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자 4에 대하여 설명한다. 발광 소자 4에 사용한 유기 화합물의 구조식은 이하와 같다.
[화학식 4]
Figure pat00009
(발광 소자 4의 제작 방법)
우선, 유리 기판 위에 산화 실리콘을 포함하는 인듐 주석 산화물(ITSO)을 스퍼터링법에 의하여 성막하고, 제 1 전극(101)을 형성하였다. 또한, 그 막 두께는 70nm로 하고, 전극 면적은 4mm2(2mm×2mm)로 하였다.
다음으로, 기판 위에 발광 소자를 형성하기 위한 전처리로서 기판 표면을 물로 세정하고 200℃에서 1시간 동안 소성한 후, UV 오존 처리를 370초 동안 수행하였다.
그 후, 내부 압력이 약 10-4Pa까지 감압된 진공 증착 장치에 기판을 도입하고, 진공 증착 장치 내의 가열실에서 170℃에서 30분 동안 진공 소성한 후, 기판을 약 30분 동안 방랭하였다.
다음으로, 제 1 전극(101)이 형성된 면이 아래쪽이 되도록, 제 1 전극(101)이 형성된 기판을 진공 증착 장치 내에 제공된 기판 홀더에 고정하고, 제 1 전극(101) 위에, 상기 구조식(i)으로 나타내어지는 2,3,6,7,10,11-헥사사이아노-1,4,5,8,9,12-헥사아자트라이페닐렌(약칭: HAT-CN)을 저항 가열을 사용한 증착법에 의하여 막 두께가 5nm이 되도록 증착하여 정공 주입층(111)을 형성하였다.
다음으로, 정공 주입층(111) 위에, 상기 구조식(ii)으로 나타내어지는 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: NPB)을 막 두께가 10nm이 되도록 증착하여 제 1 정공 수송층(112-1)을 형성하고, 제 1 정공 수송층(112-1) 위에, 상기 구조식(iii)으로 나타내어지는 4-(2-나프틸)-4',4''-다이페닐트라이페닐아민(약칭: BBAβNB)을 막 두께가 10nm이 되도록 증착하여 제 2 정공 수송층(112-2)을 형성하고, 제 2 정공 수송층(112-2) 위에, 상기 구조식(xi)으로 나타내어지는 3-[4-(2-나프틸)페닐]-9-(2-나프틸)-9H-카바졸(약칭: βNPβNC)을 막 두께가 10nm이 되도록 증착하여 제 3 정공 수송층(112-3)을 형성하였다.
다음으로, 중량비가 1:0.03(=cgDBCzPA:1,6mMemFLPAPrn)이 되도록, 상기 구조식(v)으로 나타내어지는 7-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-7H-다이벤조[c,g]카바졸(약칭: cgDBCzPA)과, 상기 구조식(vi)으로 나타내어지는 N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-비스[3-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]-피렌-1,6-다이아민(약칭: 1,6mMemFLPAPrn)을 막 두께가 25nm이 되도록 공증착하여 발광층(113)을 형성하였다.
그 후, 발광층(113) 위에, 상기 구조식(vii)으로 나타내어지는 2-[3'-(다이벤조싸이오펜-4-일)바이페닐-3-일]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mDBTBPDBq-II)을 막 두께가 10nm이 되도록 증착한 후, 상기 구조식(viii)으로 나타내어지는 2,9-비스(나프타렌-2-일)-4,7-다이페닐-1,10-페난트롤린(약칭: NBPhen)을 막 두께가 15nm이 되도록 증착하여 전자 수송층(114)을 형성하였다.
전자 수송층(114)을 형성한 후, 플루오린화 리튬(LiF)을 막 두께가 1nm이 되도록 증착하여 전자 주입층(115)을 형성하고, 이어서 알루미늄을 막 두께가 200nm이 되도록 증착하여 제 2 전극(102)을 형성함으로써, 본 실시예에 따른 발광 소자 4를 제작하였다.
발광 소자 4의 소자 구조에 대하여 이하의 표에 나타내었다.
Figure pat00010
발광 소자 4를, 질소 분위기의 글로브 박스 내에서, 발광 소자가 대기에 노출되지 않도록 유리 기판으로 밀봉하는 작업(실재를 소자의 주위에 도포하고, 밀봉 시에 UV 처리 및 80℃에서 1시간 동안 열 처리를 수행함)을 수행한 후, 이들 발광 소자의 초기 특성 및 신뢰성을 측정하였다. 또한, 측정은 실온(25℃로 유지된 분위기)에서 수행하였다.
발광 소자 4의 휘도-전류 밀도 특성을 도 25에, 전류 효율-휘도 특성을 도 26에, 휘도-전압 특성을 도 27에, 전류-전압 특성을 도 28에, 외부 양자 효율-휘도 특성을 도 29에, 발광 스펙트럼을 도 30에 도시하였다. 또한, 발광 소자 4의 1000cd/m2 부근에서의 주요 특성을 표 7에 나타내었다.
Figure pat00011
도 25 내지 도 30 및 표 7로부터, 발광 소자 4는 양호한 특성을 갖는 청색 발광 소자인 것을 알았다.
또한, 도 31의 그래프는, 전류값을 2mA로 하고, 전류 밀도가 일정한 조건에서의 구동 시간에 대한 휘도의 변화를 나타낸 것이다. 도 31에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자인 발광 소자 4는 구동 시간의 축적에 따른 휘도 저하가 작고, 수명이 양호한 발광 소자인 것을 알았다.
또한, 이 발광 소자는 고휘도 영역에서의 휘도 저하가 작다는 것도 알았다. 즉, 본 실시예에 따른 발광 소자는 고휘도 측의 효율의 롤 오프를 저감시킬 수 있고, 높은 휘도로 발광시킨 경우에도 높은 효율을 유지할 수 있는 구성이라고 할 수 있다.
본 실시예에 따른 발광 소자 4에서, 제 1 정공 수송 재료 내지 제 3 정공 수송 재료, 호스트 재료, 및 발광 재료의 HOMO 준위는 표 8에 나타낸 바와 같다. 또한, HOMO 준위 및 LUMO 준위는 사이클릭 볼타메트리(CV) 측정을 바탕으로 산출하였다. 산출 방법은 실시예 1과 마찬가지이다.
Figure pat00012
표에 나타낸 바와 같이, 발광 소자 4에 사용된 재료에서, 제 2 정공 수송 재료의 HOMO 준위는 제 1 정공 수송 재료의 HOMO 준위보다 깊고, 호스트 재료의 HOMO 준위는 제 2 정공 수송 재료의 HOMO 준위보다 깊고, 제 3 정공 수송 재료의 HOMO 준위는 호스트 재료의 HOMO 준위보다 깊다. 또한, 발광 재료의 HOMO 준위는 호스트 재료의 HOMO 준위보다 얕다.
제 1 정공 수송 재료의 NPB의 HOMO 준위는 -5.38eV로 얕고, HAT-CN의 LUMO 준위 -4.41eV와 상호로 작용하여 전하 분리를 쉽게 일으킬 수 있다.
여기서, 호스트 재료인 cgDBCzPA의 HOMO 준위는 -5.69eV이고, NPB의 HOMO 준위와 0.31eV만큼 차이가 있다. 한편, 발광 재료인 1,6mMemFLPAPrn의 HOMO 준위는 -5.40eV이기 때문에, 그 차이는 0.02eV이다. 발광 재료와 제 1 정공 수송 재료의 HOMO 준위의 차이가 작기 때문에, 제 1 정공 수송층(112-1)과 발광층(113)이 접촉하여 형성된 구조를 갖는 발광 소자를 상정한 경우, 발광 재료에 대한 정공 주입이 일어나기 쉽다고 생각된다. 그러나, 발광 재료에 정공이 직접 주입되면, 발광 재료에 의하여 제 1 정공 수송층(112-1)과 발광층의 계면에서 정공이 트랩되어, 발광 영역이 집중되어 열화가 촉진될 우려가 있다. 또한, 제 1 정공 수송층(112-1)의 정공 수송 재료로부터 발광층의 호스트 재료로 정공이 들어가기 어렵기 때문에, 상기 정공 수송 재료에는 정공이, 호스트 재료에는 전자가 각각 축적된다. 그러면, 상기 정공 수송 재료와 호스트 재료 사이에서 발광 재료보다 에너지가 낮은 엑시플렉스가 형성될 우려가 있어, 발광 효율이 저하되는 문제가 일어나기 쉽다.
발광 소자 4에서는, 호스트 재료보다 HOMO 준위가 얕지만 제 1 정공 수송 재료보다 HOMO 준위가 깊은 제 2 정공 수송 재료를 사용하여 제 2 정공 수송층(112-2)을 형성함으로써, 우선 제 1 정공 수송층(112-1)으로부터 제 2 정공 수송층(112-2)으로 정공을 주입한다. 제 2 정공 수송 재료인 BBAβNB의 HOMO 준위는 -5.47eV이고, 제 1 정공 수송 재료인 NPB와의 차이는 0.09eV로 작다. 따라서, 제 1 정공 수송층(112-1)으로부터 제 2 정공 수송층(112-2)에는 정공이 원활하게 주입된다.
여기서, 제 2 정공 수송층(112-2)과 발광층(113)이 접촉한 구조를 갖는 발광 소자를 상정하여, 제 2 정공 수송층(112-2)으로부터 발광층(113)으로 정공이 주입되는 경우에 대하여 생각하면, 제 2 정공 수송 재료와 호스트 재료 사이에는 각각 0.22eV 정도의 장벽이 존재한다. 평소에는 문제 없이 정공이 주입될 정도의 차이이지만, 발광층(113)에 포함되는 발광 재료의 HOMO 준위는 -5.40eV이고, 제 2 정공 수송 재료로부터 발광 재료로 정공을 주입하기 위한 장벽이 존재하지 않는다. 따라서, 정공은 결국 호스트 재료보다 발광 재료로 우선적으로 주입된다. 발광 재료로 정공이 직접 주입되면, 상술한 바와 같이, 열화가 촉진되거나 발광 효율이 저하되는 등의 문제가 일어나기 쉽다.
그래서, 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자인 발광 소자 4에서는, 제 2 정공 수송층(112-2)과 발광층(113) 사이에 제 3 정공 수송층(112-3)을 더 제공하였다. 제 3 정공 수송층(112-3)에 포함되는 제 3 정공 수송 재료인 βNPβNC의 HOMO 준위는 -5.77eV로 호스트 재료보다 깊은 위치에 있다. 따라서, 제 2 정공 수송 재료로부터 제 3 정공 수송 재료로 문제 없이 정공이 주입된다. 또한, 제 3 정공 수송 재료로부터 호스트 재료에 대한 정공 주입에 장벽이 없다는 점과 호스트 재료와 발광 재료의 혼합비에 의해서도 호스트 재료에 대한 정공의 주입이 우선되기 때문에, 발광 재료에 정공이 직접 주입될 일도 적다. 또한, 제 2 정공 수송 재료와 제 3 정공 수송 재료의 HOMO 준위의 차이는 0.30eV(유효 숫자 1자리로 표현하여 0.3eV 이하)이고, 제 2 정공 수송 재료로부터 제 3 정공 수송 재료에 대해서는 문제 없이 정공이 주입된다.
호스트 재료에 주입된 정공은 일부가 발광 재료에 트랩되지만, 적절히 트랩되면서 제 2 전극 방향으로 이동할 수 있을 뿐만 아니라, 호스트 재료가 전자 수송성도 갖는 안트라센 화합물이기 때문에, 구동 전압이 상승될 일이 없다. 또한, 발광 영역이 일부에 집중될 일 없이 발광층(113)으로 확장되기 때문에, 열화가 촉진되지 않는다.
또한, 본 실시예에 따른 발광 소자에서 호스트 재료인 cgDBCzPA, 제 1 전자 수송 재료인 2mDBTBPDBq-II, 및 제 2 전자 수송 재료인 NBPhen의 LUMO 준위는 각각 -2.74eV, -2.94eV, 및 -2.83eV로 산출되어 있다. 이 구성을 가짐으로써, 전자 과다의 디바이스가 되기 어렵고, 수명이나 외부 양자 효율이 더 양호한 발광 소자로 할 수 있었다.
상술한 것으로부터, 본 실시예에 따른 발광 소자 4는 수명이나 발광 효율이 양호하고, 고휘도 측의 효율 저하가 적은 매우 양호한 특성을 갖는 발광 소자가 되었다.
(실시예 3)
본 실시예에서는, 실시형태에서 설명한 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자 5에 대하여 설명한다. 발광 소자 5에 사용한 유기 화합물의 구조식은 이하와 같다.
[화학식 5]
Figure pat00013
(발광 소자 5의 제작 방법)
우선, 유리 기판 위에 산화 실리콘을 포함하는 인듐 주석 산화물(ITSO)을 스퍼터링법에 의하여 성막하고, 제 1 전극(101)을 형성하였다. 또한, 그 막 두께는 70nm로 하고, 전극 면적은 4mm2(2mm×2mm)로 하였다.
다음으로, 기판 위에 발광 소자를 형성하기 위한 전처리로서 기판 표면을 물로 세정하고 200℃에서 1시간 동안 소성한 후, UV 오존 처리를 370초 동안 수행하였다.
그 후, 내부 압력이 약 10-4Pa까지 감압된 진공 증착 장치에 기판을 도입하고, 진공 증착 장치 내의 가열실에서 170℃에서 30분 동안 진공 소성한 후, 기판을 약 30분 동안 방랭하였다.
다음으로, 제 1 전극(101)이 형성된 면이 아래쪽이 되도록, 제 1 전극(101)이 형성된 기판을 진공 증착 장치 내에 제공된 기판 홀더에 고정하고, 제 1 전극(101) 위에, 상기 구조식(i)으로 나타내어지는 2,3,6,7,10,11-헥사사이아노-1,4,5,8,9,12-헥사아자트라이페닐렌(약칭: HAT-CN)을 저항 가열을 사용한 증착법에 의하여 5nm 증착하여 정공 주입층(111)을 형성하였다.
다음으로, 정공 주입층(111) 위에, 상기 구조식(ii)으로 나타내어지는 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: NPB)을 막 두께가 10nm이 되도록 증착하여 제 1 정공 수송층(112-1)을 형성하고, 제 1 정공 수송층(112-1) 위에, 상기 구조식(iii)으로 나타내어지는 4-(2-나프틸)-4',4''-다이페닐트라이페닐아민(약칭: BBAβNB)을 막 두께가 10nm이 되도록 증착하여 제 2 정공 수송층(112-2)을 형성하고, 제 2 정공 수송층(112-2) 위에, 상기 구조식(xii)으로 나타내어지는 3,3'-(나프탈렌-1,4-다이일)비스(9-페닐-9H-카바졸)(약칭: PCzN2)을 막 두께가 10nm이 되도록 증착하여 제 3 정공 수송층(112-3)을 형성하였다.
다음으로, 중량비가 1:0.03(=cgDBCzPA:1,6mMemFLPAPrn)이 되도록, 상기 구조식(v)으로 나타내어지는 7-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-7H-다이벤조[c,g]카바졸(약칭: cgDBCzPA)과, 상기 구조식(vi)으로 나타내어지는 N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-비스[3-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]-피렌-1,6-다이아민(약칭: 1,6mMemFLPAPrn)을 막 두께가 25nm이 되도록 공증착하여 발광층(113)을 형성하였다.
그 후, 발광층(113) 위에, 상기 구조식(vii)으로 나타내어지는 2-[3'-(다이벤조싸이오펜-4-일)바이페닐-3-일]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mDBTBPDBq-II)을 막 두께가 10nm이 되도록 증착한 후, 상기 구조식(viii)으로 나타내어지는 2,9-비스(나프타렌-2-일)-4,7-다이페닐-1,10-페난트롤린(약칭: NBPhen)을 막 두께가 15nm이 되도록 증착하여 전자 수송층(114)을 형성하였다.
전자 수송층(114)을 형성한 후, 플루오린화 리튬(LiF)을 막 두께가 1nm이 되도록 증착하여 전자 주입층(115)을 형성하고, 이어서 알루미늄을 막 두께가 200nm이 되도록 증착하여 제 2 전극(102)을 형성함으로써, 본 실시예에 따른 발광 소자 5를 제작하였다.
발광 소자 5의 소자 구조에 대하여 이하의 표에 나타내었다.
Figure pat00014
발광 소자 5를, 질소 분위기의 글로브 박스 내에서, 발광 소자가 대기에 노출되지 않도록 유리 기판으로 밀봉하는 작업(실재를 소자의 주위에 도포하고, 밀봉 시에 UV 처리 및 80℃에서 1시간 동안 열 처리를 수행함)을 수행한 후, 이들 발광 소자의 초기 특성 및 신뢰성을 측정하였다. 또한, 측정은 실온(25℃로 유지된 분위기)에서 수행하였다.
발광 소자 5의 휘도-전류 밀도 특성을 도 37에, 전류 효율-휘도 특성을 도 38에, 휘도-전압 특성을 도 39에, 전류-전압 특성을 도 40에, 외부 양자 효율-휘도 특성을 도 41에, 발광 스펙트럼을 도 42에 나타내었다. 또한, 발광 소자 5의 1000cd/m2 부근에서의 주요 특성을 표 10에 나타내었다.
Figure pat00015
도 37 내지 도 42 및 표 10으로부터, 발광 소자 5는 양호한 특성을 갖는 청색 발광 소자인 것을 알았다.
또한, 도 43의 그래프는, 전류값을 2mA로 하고, 전류 밀도가 일정한 조건에서의 구동 시간에 대한 휘도의 변화를 나타낸 것이다. 도 43에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자인 발광 소자 5는 구동 시간의 축적에 따른 휘도 저하가 작고, 수명이 양호한 발광 소자인 것을 알았다.
또한, 이 발광 소자는 고휘도 영역에서의 휘도 저하가 작다는 것도 알았다. 즉, 본 실시예에 따른 발광 소자는 고휘도 측의 효율의 롤 오프를 저감시킬 수 있고, 높은 휘도로 발광시킨 경우에도 높은 효율을 유지할 수 있는 구성이라고 할 수 있다.
본 실시예에 따른 발광 소자 5에서, 제 1 정공 수송 재료 내지 제 3 정공 수송 재료, 호스트 재료, 및 발광 재료의 HOMO 준위는 표 11에 나타낸 바와 같다. 또한, HOMO 준위 및 LUMO 준위는 사이클릭 볼타메트리(CV) 측정을 바탕으로 산출하였다. 산출 방법은 실시예 1과 마찬가지이다.
Figure pat00016
표에 나타낸 바와 같이, 발광 소자 5에 사용된 재료에서, 제 2 정공 수송 재료의 HOMO 준위는 제 1 정공 수송 재료의 HOMO 준위보다 깊고, 호스트 재료의 HOMO 준위는 제 2 정공 수송 재료의 HOMO 준위보다 깊고, 제 3 정공 수송 재료의 HOMO 준위는 호스트 재료의 HOMO 준위보다 깊다. 또한, 발광 재료의 HOMO 준위는 호스트 재료의 HOMO 준위보다 얕다.
제 1 정공 수송 재료의 NPB의 HOMO 준위는 -5.38eV로 얕고, HAT-CN의 LUMO 준위 -4.41eV와 상호로 작용하여 전하 분리를 쉽게 일으킬 수 있다.
여기서, 호스트 재료인 cgDBCzPA의 HOMO 준위는 -5.69eV이고, NPB의 HOMO 준위와 0.31eV만큼 차이가 있다. 한편, 발광 재료인 1,6mMemFLPAPrn의 HOMO 준위는 -5.40eV이기 때문에, 그 차이는 0.02eV이다. 발광 재료와 제 1 정공 수송 재료의 HOMO 준위의 차이가 작기 때문에, 제 1 정공 수송층(112-1)과 발광층(113)이 접촉하여 형성된 구조를 갖는 발광 소자를 상정한 경우, 발광 재료에 대한 정공 주입이 일어나기 쉽다고 생각된다. 그러나, 발광 재료에 정공이 직접 주입되면, 발광 재료에 의하여 제 1 정공 수송층(112-1)과 발광층의 계면에서 정공이 트랩되어, 발광 영역이 집중되어 열화가 촉진될 우려가 있다. 또한, 제 1 정공 수송층(112-1)의 정공 수송 재료로부터 발광층의 호스트 재료로 정공이 들어가기 어렵기 때문에, 상기 정공 수송 재료에는 정공이, 호스트 재료에는 전자가 각각 축적된다. 그러면, 상기 정공 수송 재료와 호스트 재료 사이에서 발광 재료보다 에너지가 낮은 엑시플렉스가 형성될 우려가 있어, 발광 효율이 저하되는 문제가 일어나기 쉽다.
발광 소자 5에서는, 호스트 재료보다 HOMO 준위가 얕지만 제 1 정공 수송 재료보다 HOMO 준위가 깊은 제 2 정공 수송 재료를 사용하여 제 2 정공 수송층(112-2)을 형성함으로써, 우선 제 1 정공 수송층(112-1)으로부터 제 2 정공 수송층(112-2)으로 정공을 주입한다. 제 2 정공 수송 재료인 BBAβNB의 HOMO 준위는 -5.47eV이고, 제 1 정공 수송 재료인 NPB와의 차이는 0.09eV로 작다. 따라서, 제 1 정공 수송층(112-1)으로부터 제 2 정공 수송층(112-2)에는 정공이 원활하게 주입된다.
여기서, 제 2 정공 수송층(112-2)과 발광층(113)이 접촉한 구조를 갖는 발광 소자를 상정하여, 제 2 정공 수송층(112-2)으로부터 발광층(113)으로 정공이 주입되는 경우에 대하여 생각하면, 제 2 정공 수송 재료와 호스트 재료 사이에는 각각 0.22eV 정도의 장벽이 존재한다. 평소에는 문제 없이 정공이 주입될 정도의 차이이지만, 발광층(113)에 포함되는 발광 재료의 HOMO 준위는 -5.40eV이고, 제 2 정공 수송 재료로부터 발광 재료로 정공을 주입하기 위한 장벽이 존재하지 않는다. 따라서, 정공은 결국 호스트 재료보다 발광 재료로 우선적으로 주입된다. 발광 재료로 정공이 직접 주입되면, 상술한 바와 같이, 열화가 촉진되거나 발광 효율이 저하되는 등의 문제가 일어나기 쉽다.
그래서, 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자인 발광 소자 5에서는, 제 2 정공 수송층(112-2)과 발광층(113) 사이에 제 3 정공 수송층(112-3)을 더 제공하였다. 제 3 정공 수송층(112-3)에 포함되는 제 3 정공 수송 재료인 PCzN2의 HOMO 준위는 -5.71eV로 호스트 재료와 마찬가지이고 약간 깊은 위치에 있다. 따라서, 제 2 정공 수송 재료로부터 제 3 정공 수송 재료로 문제 없이 정공이 주입된다. 또한, 제 3 정공 수송 재료로부터 호스트 재료에 대한 정공 주입에는 장벽이 없다는 점과 호스트 재료와 발광 재료의 혼합비에 의해서도 호스트 재료에 정공이 주입될 확률이 높으므로, 발광 재료에 정공이 직접 주입될 일도 적다. 또한, 제 2 정공 수송 재료와 제 3 정공 수송 재료의 HOMO 준위의 차이는 0.24eV(유효 숫자 1자리로 표현하여 0.3eV 이하)이고, 제 2 정공 수송 재료로부터 제 3 정공 수송 재료에 대해서는 문제 없이 정공이 주입된다.
호스트 재료에 주입된 정공은 일부가 발광 재료에 트랩되지만, 적절히 트랩되면서 제 2 전극 방향으로 이동할 수 있을 뿐만 아니라, 호스트 재료가 전자 수송성도 갖는 안트라센 화합물이기 때문에, 구동 전압이 상승될 일이 없다. 또한, 발광 영역이 일부에 집중될 일 없이 발광층(113)으로 확장되기 때문에, 열화가 촉진되지 않는다.
또한, 본 실시예에 따른 발광 소자에서 호스트 재료인 cgDBCzPA, 제 1 전자 수송 재료인 2mDBTBPDBq-II, 및 제 2 전자 수송 재료인 NBPhen의 LUMO 준위는 각각 -2.74eV, -2.94eV, 및 -2.83eV로 산출되어 있다. 이 구성을 가짐으로써, 전자 과다의 디바이스가 되기 어렵고, 수명이나 외부 양자 효율이 더 양호한 발광 소자로 할 수 있었다.
상술한 것으로부터, 본 실시예에 따른 발광 소자 5는 수명이나 발광 효율이 양호하고, 고휘도 측의 효율 저하가 적은 매우 양호한 특성을 갖는 발광 소자가 되었다.
(참고예 1)
본 참고예에서는, 상기 발광 소자 1 및 발광 소자 4에 사용한 4-나프틸-4',4''-다이페닐트라이페닐아민(약칭: BBAβNB)의 합성 방법에 대하여 설명한다. BBAβNB의 구조식은 이하와 같다.
[화학식 6]
Figure pat00017
200mL 3구 플라스크에 2.3g(7.1mmol)의 비스(4-바이페닐)아민, 2.0g(7.1mmol)의 2-(4-브로모페닐)나프탈렌, 1.5g(15mmol)의 소듐-tert-뷰톡사이드(약칭: tert-BuONa), 0.16g(0.40mmol)의 2-다이사이클로헥실포스피노-2'-6'-다이메톡시-1,1'-바이페닐(약칭: Sphos)을 넣고, 플라스크 내를 질소 치환한 후, 35mL의 자일렌을 첨가하였다. 이 혼합물을 감압으로 탈기한 후, 질소 기류하에서 60℃로 교반하고, 0.12g(0.20mmol)의 비스(다이벤질리덴아세톤)팔라듐(0)을 첨가하고, 이 혼합물을 120℃에서 7시간 동안 교반하였다. 교반 후, 얻어진 혼합물을 물, 포화 식염수로 세정하고, 유기층을 황산 마그네슘으로 세정하였다. 자연 여과에 의하여 황산 마그네슘을 제거한 후, 얻어진 여과액을 농축하여 얻은 갈색 고체를 고속 액체 크로마토그래피(이동상 클로로폼)로 정제함으로써, 목적물인 담황색 고체를 3.5g, 수율 93%로 얻었다. 본 반응의 합성 스킴을 이하와 같다.
[화학식 7]
Figure pat00018
얻어진 백색 고체의 1H NMR은 이하와 같다. 1H NMR(다이클로로메테인-d2, 500MHz):δ=7.24(d, J=9.0Hz, 4H), 7.26(d, J=8.5Hz, 2H), 7.31(d, J=7.5Hz, 2H), 7.42(d, J=7.5Hz, 4H), 7.45-7.50(m, 2H), 7.55(d, J=8.5Hz, 4H), 7.60(d, J=7.5Hz, 4H), 7.68(d, J=8.5Hz, 2H), 7.76(dd, J1=2.0Hz, J2=8.5Hz, 1H), 7.85(d, J=8.0Hz, 1H), 7.90(t, J=8.05Hz, 2H), 8.05(s, 1H)
또한, 1H-NMR 차트를 도 32에 나타내었다. 또한, 도 32의 (B)는 도 32의 (A)에서의 7.00ppm 내지 8.20ppm의 범위를 확대하여 나타낸 차트이다. 이로부터, 본 합성 반응에 의하여 BBAβNB가 얻어진 것을 알았다.
얻어진 3.5g의 백색 고체(BBAβNB)를 트레인 서블리메이션법에 의하여 승화 정제하였다. 승화 정제는 3.4Pa의 압력하에서, 아르곤 유속 15mL/min으로, 265℃의 가열 온도에서, 16시간 동안 수행하였다. 승화 정제 후, 목적물인 담황색 유리 형상 고체를 2.8g, 회수율 81%로 얻었다.
BBAβNB의 HOMO 준위 및 LUMO 준위를 사이클릭 볼타메트리(CV) 측정을 바탕으로 산출하였다. 산출 방법은 이하와 같다.
측정 장치에는 전기 화학 애널라이저(BAS Inc. 제조, 형식 번호: ALS 모델 600A 또는 600C)를 사용하였다. CV 측정에 사용되는 용액은, 용매로서 탈수 다이메틸폼아마이드(DMF)(Sigma-Aldrich Inc. 제조, 99.8%, 카탈로그 번호; 22705-6)를 사용하여, 지지 전해질인 과염소산 테트라-n-뷰틸암모늄(n-Bu4NClO4)((주)도쿄카세이 제조, 카탈로그 번호; T0836)을 100mmol/L의 농도가 되도록 용해시키고, 또한 측정 대상을 2mmol/L의 농도가 되도록 용해시켜 조제하였다. 또한, 작용 전극으로서는 백금 전극(BAS Inc. 제조, PTE 백금 전극)을, 보조 전극으로서는 백금 전극(BAS Inc. 제조, VC-3용 Pt카운터 전극(5cm))을, 참조 전극으로서는 Ag/Ag+전극(BAS Inc. 제조, RE7 비수 용매계 참조 전극)을 각각 사용하였다. 또한, 측정은 실온(20℃ 내지 25℃)에서 수행하였다. 또한, CV 측정 시의 스캔 속도는 0.1V/sec로 통일하고, 참조 전극에 대한 산화 전위 Ea[V] 및 환원 전위 Ec[V]를 측정하였다. Ea는 산화-환원파의 중간 전위로 하고, Ec는 환원-산화파의 중간 전위로 하였다. 여기서, 본 실시예에서 사용하는 참조 전극의 진공 준위에 대한 퍼텐셜 에너지는 -4.94[eV]인 것이 알려져 있기 때문에, HOMO 준위[eV]=-4.94-Ea, LUMO 준위[eV]=-4.94-Ec이라는 식으로부터 HOMO 준위 및 LUMO 준위를 각각 산출할 수 있다. 또한, 측정을 100회 반복적으로 수행하고, 100사이클째 측정에서의 산화-환원파와, 1사이클째 측정에서의 산화-환원파를 비교하여 화합물의 전기적 안정성을 조사하였다.
이 결과, BBAβNB의 HOMO 준위는 -5.47eV인 것을 알았다. 한편, LUMO 준위는 -2.28eV인 것을 알았다. 또한, 산화-환원파를 반복적으로 측정하였을 때 1사이클째와 100사이클 후의 파형을 비교한 결과, Ea 측정에서는 83%, Ec 측정에서는 92%의 피크 강도를 유지한 것을 알았고, 이로부터 BBAβNB는 산화 및 환원에 대한 내성이 매우 양호하다는 것이 확인되었다.
또한, PerkinElmer, Inc. 제조의 Pyris 1 DSC를 사용하여 BBAβNB의 시차 주사 열량 측정(DSC 측정)을 수행하였다. 시차 주사 열량 측정에서는, 승온 속도 40℃/min으로 -10℃로부터 300℃까지 승온한 후, 같은 온도에서 1분 동안 유지한 다음에 강온(降溫) 속도 40℃/min으로 -10℃까지 냉각하는 조작을 2회 연속으로 수행하였다. 2사이클째 DSC 측정 결과로부터, BBAβNB의 유리 전이점이 81℃인 것을 알았다. 또한, 1사이클째 결과로부터, 융점이 241℃인 것을 알았다.
또한, BBAβNB의 열 중량 측정-시차 열 분석(TG-DTA:Thermogravimetry-Differential Thermal Analysis)을 수행하였다. 측정에는 고진공 차동형 시차 열 천칭(Bruker AXS K.K. 제조, TG-DTA2410SA)을 사용하였다. 측정은 대기압, 승온 속도 10℃/min, 질소 기류하(유속 200mL/min)의 조건으로 수행하였다. 열 중량 측정-시차 열 분석에서, 열 중량 측정에 의하여 산출된 중량이 측정을 시작하였을 때의 -5%가 되는 온도(분해 온도)는 412℃인 것을 알았고, BBAβNB가 높은 내열성을 갖는 물질인 것이 시사되었다.
(참고예 2)
본 참고예에서는, 상기 발광 소자 1 내지 발광 소자 3에 사용한 3,6-비스[4-(2-나프틸)페닐]-9-페닐-9H-카바졸(약칭: βNP2PC)의 합성 방법에 대하여 설명한다. βNP2PC의 구조식은 이하와 같다.
[화학식 8]
Figure pat00019
200mL 3구 플라스크에 1.9g(4.8mmol)의 3,6-다이브로모-9-페닐-9H-카바졸, 2.4g(9.7mol)의 4-(2-나프틸)페닐보론산, 0.12g(0.40mmol)의 트라이(o-톨릴)포스핀, 2.7g(19mmol)의 탄산 포타슘을 넣었다. 플라스크 내를 질소 치환하고, 이 혼합물에 40mL의 톨루엔, 10mL의 에탄올, 10mL의 물을 첨가하였다. 이 혼합물을 감압하면서 교반함으로써 탈기하였다. 탈기 후, 이 혼합물에 22mg(0.10mmol)의 아세트산 팔라듐(II)을 첨가하였다. 이 혼합물을 질소 기류하에서 80℃에서 4시간 동안 교반함으로써 고체가 석출되었다. 석출된 고체를 흡인 여과에 의하여 회수하였다. 회수한 고체를 가열된 약 750mL의 톨루엔에 용해시키고, 이 용액을 셀라이트(Wako Pure Chemical Industries, Ltd., 카탈로그 번호: 537-02305), 알루미나, 플로리실(Wako Pure Chemical Industries, Ltd., 카탈로그 번호: 066-05265)을 통하여 흡인 여과하였다. 얻어진 여과액을 농축하여 얻은 고체를 톨루엔으로 세정함으로써, 목적물인 백색 분말을 2.6g, 수율 99%로 얻었다. 본 반응의 합성 스킴은 이하와 같다.
[화학식 9]
Figure pat00020
얻어진 2.6g의 백색 분말을 트레인 서블리메이션법에 의하여 승화 정제하였다. 승화 정제는 3.0Pa의 압력하에서, 아르곤 가스를 유속 5.0mL/min으로 흘리면서, 백색 분말을 350℃에서 가열함으로써 수행하였다. 승화 정제 후, 백색 고체를 2.0g, 회수율 77%로 얻었다.
얻어진 물질의 1H NMR을 측정하였다. 측정 데이터는 이하와 같다. 1H NMR(CDCl3, 300MHz):δ=7.47-7.55(m, 7H), 7.65(s, 2H), 7.67(d, J=2.4Hz, 2H), 7.76(dd, J1=8.4Hz, J2=1.8Hz, 2H), 7.75-7.97(m, 16H), 8.14(d, J=1.8Hz, 2H), 8.51(d, J=1.5Hz, 2H)
또한, 1H-NMR 차트를 도 33에 나타내었다. 또한, 도 33의 (B)는 도 33의 (A)에서의 7.20ppm 내지 8.60ppm의 범위를 확대하여 나타낸 차트이다. 이로부터, 본 합성 반응에 의하여 βNP2PC가 얻어진 것을 알았다.
또한, βNP2PC의 열 중량 측정-시차 열 분석(TG-DTA:Thermogravimetry-Differential Thermal Analysis)을 수행하였다. 측정에는 고진공 차동형 시차 열 천칭(Bruker AXS K.K. 제조, TG-DTA2410SA)을 사용하였다. 상압, 승온 속도 10℃/min, 질소 기류하(유속 200mL/min)의 조건으로 측정한 결과, 중량과 온도의 관계(열 중량 측정)로부터, βNP2PC의 5% 중량 감소 온도는 500℃ 이상이었다. 이에 의하여, βNP2PC의 내열성이 양호하다는 것이 시사되었다.
(참고예 3)
본 참고예에서는, 발광 소자 2에 사용한 4-(1-나프틸)-4',4''-다이페닐트라이페닐아민(약칭: BBAαNB)의 합성 방법에 대하여 설명한다. BBAαNB의 구조식은 이하와 같다.
[화학식 10]
Figure pat00021
200mL 3구 플라스크에 4.8g(10mmol)의 4-브로모-4',4''-다이페닐트라이페닐아민, 1.8g(10mmol)의 2-나프틸보론산, 0.31g(1.0mmol)의 트리스(2-메틸페닐)포스핀, 40mL의 톨루엔, 10mL의 에탄올, 10mL의 탄산 포타슘 수용액(2.0mol/L)을 넣고, 플라스크 내를 감압하면서 교반하고, 이 혼합물을 탈기하였다. 탈기 후, 시스템 내의 분위기를 질소로 치환하고, 혼합물을 60℃까지 가열하였다. 가열 후, 0.12g(0.5mmol)의 아세트산 팔라듐(II)을 첨가하고, 이 혼합물을 80℃에서 1.5시간 동안 교반하였다. 교반 후, 혼합물을 실온까지 방랭하고 나서, 이 혼합물의 유기층을 물로 세정하여, 얻어진 수성층에 대하여 톨루엔으로 추출하였다. 추출된 용액과 유기층을 혼합하고, 포화 식염수로 세정하고 나서, 황산 마그네슘을 첨가하여 건조시켰다. 이 혼합물을 자연 여과하여 얻어진 여과액을 농축함으로써, 목적물인 갈색 고체를 얻었다. 얻어진 고체를 클로로폼에 용해시키고, 이 용액을 고속 액체 크로마토그래피(Japan Analytical Industry Co., LTD. 제조 리사이클 분취 HPLC LC-SakuraNEXT, 이동상: 클로로폼)에 의하여 정제함으로써, 목적물인 백색 고체를 3.9g, 수율 75%로 얻었다. 상기 반응의 합성 스킴은 이하와 같다.
[화학식 11]
Figure pat00022
얻어진 담황색 고체의 1H NMR을 측정하였다. 데이터는 이하와 같다. 1H NMR(다이클로로메테인-d2, 500MHz):δ=7.26-7.29(m, 6H), 7.31(t, J=7.0Hz, 2H), 7.41-7.54(m, 10H), 7.56(d, J=8.5Hz, 4H), 7.60(d, J=7.0Hz, 4H), 7.84(d, J=8.0Hz, 1H), 7.90(d, J=7.0Hz, 1H), 8.03(d, J=9.0Hz, 1H)
또한, 1H-NMR 차트를 도 34에 나타내었다. 또한, 도 34의 (B)는 도 34의 (A)에서의 7.0ppm 내지 8.5ppm의 범위를 확대하여 나타낸 차트이다. 이로부터, 본 합성 반응에 의하여 BBAαNB가 얻어진 것을 알았다.
얻어진 3.9g의 고체(BBAαNB)를 트레인 서블리메이션법에 의하여 승화 정제하였다. 승화 정제는 3.4Pa의 압력하에서, 아르곤을 유속 15mL/min으로 흘리면서, 고체를 250℃에서 16시간 동안 가열함으로써 수행하였고, 이에 의하여 목적물인 고체를 2.4g, 회수율 62%로 얻었다.
BBAαNB의 HOMO 준위 및 LUMO 준위를 사이클릭 볼타메트리(CV) 측정을 바탕으로 산출하였다. 산출 방법은 이하와 같다.
측정 장치에는 전기 화학 애널라이저(BAS Inc. 제조, 형식 번호: ALS 모델 600A 또는 600C)를 사용하였다. CV 측정에 사용되는 용액은, 용매로서 탈수 다이메틸폼아마이드(DMF)(Sigma-Aldrich Inc. 제조, 99.8%, 카탈로그 번호; 22705-6)를 사용하여, 지지 전해질인 과염소산 테트라-n-뷰틸암모늄(n-Bu4NClO4)((주)도쿄카세이 제조, 카탈로그 번호; T0836)을 100mmol/L의 농도가 되도록 용해시키고, 또한 측정 대상을 2mmol/L의 농도가 되도록 용해시켜 조제하였다. 또한, 작용 전극으로서는 백금 전극(BAS Inc. 제조, PTE 백금 전극)을, 보조 전극으로서는 백금 전극(BAS Inc. 제조, VC-3용 Pt카운터 전극(5cm))을, 참조 전극으로서는 Ag/Ag+전극(BAS Inc. 제조, RE7 비수 용매계 참조 전극)을 각각 사용하였다. 또한, 측정은 실온(20℃ 내지 25℃)에서 수행하였다. 또한, CV 측정 시의 스캔 속도는 0.1V/sec로 통일하고, 참조 전극에 대한 산화 전위 Ea[V] 및 환원 전위 Ec[V]를 측정하였다. Ea는 산화-환원파의 중간 전위로 하고, Ec는 환원-산화파의 중간 전위로 하였다. 여기서, 본 실시예에서 사용하는 참조 전극의 진공 준위에 대한 퍼텐셜 에너지는 -4.94[eV]인 것이 알려져 있기 때문에, HOMO 준위[eV]=-4.94-Ea, LUMO 준위[eV]=-4.94-Ec이라는 식으로부터 HOMO 준위 및 LUMO 준위를 각각 산출할 수 있다. 또한, CV 측정을 100회 반복적으로 수행하고, 100사이클째 측정에서의 산화-환원파와, 1사이클째 산화-환원파를 비교하여 화합물의 전기적 안정성을 조사하였다.
이 결과, BBAαNB의 산화 전위 Ea[V]의 측정에서, HOMO 준위는 -5.49eV인 것을 알았다. 한편, LUMO 준위는 -2.24eV인 것을 알았다. 또한, 산화-환원파를 반복적으로 측정하였을 때 1사이클째와 100사이클 후의 파형을 비교한 결과, Ea 측정에서는 93%, Ec 측정에서는 92%의 피크 강도를 유지한 것을 알았고, 이로부터 BBAαNB는 산화 및 환원에 대한 내성이 매우 양호하다는 것이 확인되었다.
또한, PerkinElmer, Inc. 제조의 Pyris 1 DSC를 사용하여 BBAαNB의 시차 주사 열량 측정(DSC 측정)을 수행하였다. 시차 주사 열량 측정에서는, 승온 속도 40℃/min으로 -10℃로부터 270℃까지 승온한 후, 같은 온도에서 1분 동안 유지한 다음에 강온 속도 40℃/min으로 -10℃까지 냉각하는 조작을 2회 연속으로 수행하고, 2번째 측정 결과를 채용하였다. DSC 측정 결과로부터, BBAαNB의 유리 전이점은 84℃인 것을 알았다.
(참고예 4)
본 참고예에서는, 발광 소자 3에 사용한 4-[4-(2-나프틸)페닐]-4',4''-다이페닐트라이페닐아민(약칭: BBAβNBi)의 합성 방법에 대하여 설명한다. BBAβNBi의 구조식은 이하와 같다.
[화학식 12]
Figure pat00023
200mL 3구 플라스크에 4.8g(10mmol)의 4-브로모-4',4''-다이페닐트라이페닐아민, 2.5g(10mmol)의 4-(2-나프틸)페닐보론산, 0.31g(0.50mmol)의 트리스(2-메틸페닐)포스핀, 40mL의 톨루엔, 10mL의 에탄올, 10mL의 탄산 포타슘 수용액(2.0mol/L)을 넣고, 플라스크 내를 감압하면서 교반하고, 이 혼합물을 탈기하였다. 탈기 후, 시스템 내의 분위기를 질소로 치환하고, 혼합물을 60℃까지 가열하였다. 가열 후, 0.11g(0.5mmol)의 아세트산 팔라듐(II)을 첨가하고, 이 혼합물을 80℃에서 1.5시간 동안 교반하였다. 교반 후, 혼합물을 실온까지 방랭하고 나서, 석출된 고체를 흡인 여과에 의하여 회수하고 톨루엔, 에탄올, 물을 사용하여 세정하였다. 얻어진 고체를 클로로폼으로 세정하고 흡인 여과에 의하여 회수함으로써, 목적물인 갈색 고체를 2.9g, 수율 49%로 얻었다. 상기 합성 반응의 반응 스킴은 이하와 같다.
[화학식 13]
Figure pat00024
얻어진 담황색 고체의 1H NMR을 측정하였다. 데이터는 이하와 같다. 1H NMR(다이클로로메테인-d2, 500MHz, 500MHz):δ=7.22-7.25(m, 6H), 7.31(t, J=7.3Hz, 2H), 7.42(t, J=7.8Hz, 4H), 7.46-7.52(m, 2H), 7.55(d, J=7.5Hz, 4H), 7.59-7.63(m, 6H), 7.74(d, J=8.0Hz, 2H), 7.18-7.83(m, 3H), 7.87(d, J=7.5Hz, 1H), 7.93(t, J=8.7, 2H), 8.11(s, 1H)
또한, 1H-NMR 차트를 도 35에 나타내었다. 또한, 도 35의 (B)는 도 35의 (A)에서의 7.0ppm 내지 8.3ppm의 범위를 확대하여 나타낸 차트이다. 이로부터, 본 합성 반응에 의하여 BBAβNBi가 얻어진 것을 알았다.
얻어진 2.9g의 고체(BBAβNBi)를 트레인 서블리메이션법에 의하여 승화 정제하였다. 승화 정제는 4.0Pa의 압력하에서, 아르곤을 유속 15mL/min으로 흘리면서, 고체를 300℃에서 16시간 동안 가열함으로써 수행하였고, 이에 의하여 목적물인 백색 고체를 1.9g, 회수율 65%로 얻었다.
BBAβNBi의 HOMO 준위 및 LUMO 준위를 사이클릭 볼타메트리(CV) 측정을 바탕으로 산출하였다. 산출 방법은 참고예 3과 마찬가지이다.
이 결과, BBAβNBi의 산화 전위 Ea[V]의 측정에서, HOMO 준위는 -5.47eV인 것을 알았다. 한편, LUMO 준위는 -2.38eV인 것을 알았다. 또한, 산화-환원파를 반복적으로 측정하였을 때 1사이클째와 100사이클 후의 파형을 비교한 결과, Ea 측정에서는 82%, Ec 측정에서는 67%의 피크 강도를 유지한 것을 알았고, 이로부터 BBAβNBi는 산화 및 환원에 대한 내성이 매우 양호하다는 것이 확인되었다.
또한, PerkinElmer, Inc. 제조, Pyris 1 DSC를 사용하여 BBAβNBi의 시차 주사 열량 측정(DSC 측정)을 수행하였다. 시차 주사 열량 측정에서는, 승온 속도 40℃/min으로 -10℃로부터 270℃까지 승온한 후, 같은 온도에서 1분 동안 유지한 다음에 강온 속도 40℃/min으로 -10℃까지 냉각하는 조작을 2회 연속으로 수행하고, 2번째 측정 결과를 채용하였다. DSC 측정 결과로부터, BBAβNBi의 유리 전이점은 97℃인 것을 알았고, 양호한 내열성을 갖는 화합물인 것이 명백해졌다.
(참고예 5)
본 참조예에서는, 발광 소자 4에 사용한 3-[4-(2-나프틸)페닐]-9-(2-나프틸)-9H-카바졸(약칭: βNPβNC)의 합성 방법에 대하여 설명한다. βNPβNC의 구조식은 이하와 같다.
[화학식 14]
Figure pat00025
200mL 3구 플라스크에 2.3g(8.1mmol)의 2-(4-브로모페닐)나프타렌, 3.4g(8.1mmol)의 4,4,5,5-테트라메틸-2-[9-(2-나프틸)-9H-카바졸-3-일]-1,3,2-다이옥사보롤레인, 50mg(0.16mmol)의 트라이(o-톨릴)포스핀, 2.2g(16mmol)의 탄산 포타슘을 넣었다. 플라스크 내를 질소 치환하고, 이 혼합물에 30mL의 톨루엔, 10mL의 에탄올, 8.0mL의 물을 첨가하였다. 이 혼합물을 감압하면서 교반함으로써 탈기하였다. 탈기 후, 이 혼합물에 18mg(0.081mmol)의 아세트산 팔라듐(II)을 첨가하였다. 이 혼합물을 질소 기류하에서 80℃에서 4시간 동안 교반함으로써 고체가 석출되었다. 석출된 고체를 흡인 여과에 의하여 회수하였다. 여과액의 수성층에 대하여 톨루엔으로 추출하고, 추출된 용액과 유기층을 혼합하고, 포화 식염수로 세정하였다. 유기층을 황산 마그네슘에 의하여 건조시키고, 이 혼합물을 자연 여과하였다. 얻어진 여과액을 농축하여 얻은 고체와 회수한 고체를 가열된 약 200mL의 톨루엔에 용해시키고, 이 용액을 셀라이트(Wako Pure Chemical Industries, Ltd., 카탈로그 번호: 537-02305), 알루미나, 플로리실(Wako Pure Chemical Industries, Ltd., 카탈로그 번호: 066-05265)을 통하여 흡인 여과하였다. 얻어진 여과액을 농축하여 얻은 고체를 톨루엔을 사용하여 재결정화시킴으로써, 목적물인 백색 분말을 2.9g, 수율 72%로 얻었다. 본 반응의 합성 스킴은 이하와 같다.
[화학식 15]
Figure pat00026
얻어진 2.9g의 백색 분말을 트레인 서블리메이션법에 의하여 승화 정제하였다. 승화 정제는 3.9Pa의 압력하에서, 아르곤 가스를 유속 5.0mL/min으로 흘리면서, 백색 분말을 280℃에서 가열함으로써 수행하였다. 승화 정제 후, βNPβNC의 백색 고체를 2.1g, 회수율 72%로 얻었다.
얻어진 물질의 1H NMR을 측정하였다. 측정 데이터는 이하와 같다. 1H NMR(CDCl3, 300MHz):δ=7.35(ddd, J1=6.6Hz, J2=1.2Hz, 1H), 7.42-7.63(m, 5H), 7.60(dd, J1=9.6Hz, J2=6.3Hz, 2H), 7.69-7.76(m, 2H), 7.82-8.01(m, 10H), 8.08-8.13(m, 3H), 8.25(d, J=7.8Hz, 1H), 8.46(d, J=1.5Hz, 1H)
또한, 1H-NMR 차트를 도 36에 나타내었다. 또한, 도 36의 (B)는 도 36의 (A)에서의 7.20ppm 내지 8.60ppm의 범위를 확대하여 나타낸 차트이다. 이로부터, 본 합성 반응에 의하여 βNPβNC가 얻어진 것을 알았다.
또한, βNPβNC의 열 중량 측정-시차 열 분석(TG-DTA:Thermogravimetry-Differential Thermal Analysis)을 수행하였다. 측정에는 고진공 차동형 시차 열 천칭(Bruker AXS K.K. 제조, TG-DTA2410SA)을 사용하였다. 상압, 승온 속도 10℃/min, 질소 기류하(유속 200mL/min)의 조건으로 측정한 결과, 중량과 온도의 관계(열 중량 측정)로부터, βNPβNC의 5% 중량 감소 온도는 431℃이었다. 이에 의하여, βNPβNC의 내열성이 양호하다는 것이 시사되었다.
101: 제 1 전극
102: 제 2 전극
103: EL층
111: 정공 주입층
112-1: 정공 수송층
112-2: 정공 수송층
112-3: 정공 수송층
113: 발광층
114: 전자 수송층
114-1: 전자 수송층
114-2: 전자 수송층
115: 전자 주입층
116: 전하 발생층
117: P형층
118: 전자 릴레이층
119: 전자 주입 버퍼층
400: 기판
401: 제 1 전극
403: EL층
404: 제 2 전극
405: 실재
406: 실재
407: 밀봉 기판
412: 패드
420: IC칩
501: 제 1 전극
502: 제 2 전극
503: EL층
511: 제 1 발광 유닛
512: 제 2 발광 유닛
513: 전하 발생층
601: 구동 회로부(소스선 구동 회로)
602: 화소부
603: 구동 회로부(게이트선 구동 회로)
604: 밀봉 기판
605: 실재
607: 공간
608: 배선
609: FPC(flexible printed circuit)
610: 소자 기판
611: 스위칭용 FET
612: 전류 제어용 FET
613: 제 1 전극
614: 절연물
616: EL층
617: 제 2 전극
618: 발광 소자
623: n채널형 FET
624: p채널형 FET
631: 착색층
632: 차광막
633a: 배향막
633b: 배향막
634: 착색층
635: 도전막
640: 액정 소자
641: 접착층
642: 접착층
643: 도전막
644: EL층
645a: 도전막
645b: 도전막
646: 절연막
647: 절연막
648: 도전막
649: 접속층
651: 기판
652: 도전막
653: 반도체막
654: 도전막
655: 개구
656: 편광판
659: 회로
660: 발광 소자
661: 기판
662: 표시부
663: 도전막
666: 배선
672: FPC
673: IC
681: 절연막
682: 절연막
683: 절연막
684: 절연막
685: 절연막
686: 접속체
687: 접속부
688: 표시 패널
689: 트랜지스터
690: 접속부
691: 트랜지스터
692: 트랜지스터
693: 접속부
694: 액정층
695: 도전막
696: 절연막
697: 절연막
698: 절연막
699: 도전막
730: 절연막
770: 평탄화 절연막
772: 도전막
782: 발광 소자
783: 액적 토출 장치
784: 액적
785: 층
786: EL층
788: 도전막
901: 하우징
902: 액정층
903: 백라이트 유닛
904: 하우징
905: 드라이버 IC
906: 단자
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
1024W: 발광 소자의 제 1 전극
1024R: 발광 소자의 제 1 전극
1024G: 발광 소자의 제 1 전극
1024B: 발광 소자의 제 1 전극
1025: 격벽
1028: EL층
1029: 발광 소자의 제 2 전극
1031: 밀봉 기판
1032: 실재
1033: 투명한 기재
1034R: 적색의 착색층
1034G: 녹색의 착색층
1034B: 청색의 착색층
1035: 흑색층(블랙 매트릭스)
1037: 제 3 층간 절연막
1040: 화소부
1041: 구동 회로부
1042: 주변부
1400: 액적 토출 장치
1402: 기판
1403: 액적 토출 수단
1404: 촬상 수단
1405: 헤드
1406: 점선
1407: 제어 수단
1408: 기억 매체
1409: 화상 처리 수단
1410: 컴퓨터
1411: 마커
1412: 헤드
1413: 재료 공급원
1414: 재료 공급원
1415: 재료 공급원
1416: 헤드
2001: 하우징
2002: 광원
3001: 조명 장치
5000: 표시 영역
5001: 표시 영역
5002: 표시 영역
5003: 표시 영역
5004: 표시 영역
5005: 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: 제 2 표시부
7401: 하우징
7402: 표시부
7403: 조작 버튼
7404: 외부 접속 포트
7405: 스피커
7406: 마이크로폰
9033: 잠금부
9034: 스위치
9035: 전원 스위치
9036: 스위치
9038: 조작 스위치
9310: 휴대 정보 단말
9311: 표시 패널
9312: 표시영역
9313: 힌지
9315: 하우징
9630: 하우징
9631: 표시부
9631a: 표시부
9631b: 표시부
9632a: 터치 패널 영역
9632b: 터치 패널 영역
9633: 태양 전지
9634: 충방전 제어 회로
9635: 배터리
9636: DCDC 컨버터
9637: 조작 키
9638: 컨버터
9639: 버튼

Claims (1)

  1. 발광 소자로서,
    제 1 전극;
    상기 제 1 전극 위의 EL층; 및
    상기 EL층 위의 제 2 전극을 포함하고,
    상기 EL층은
    상기 제 1 전극과 접촉하는 정공 주입층;
    상기 정공 주입층과 접촉하는 제 1 정공 수송층;
    상기 제 1 정공 수송층 위의 제 2 정공 수송층;
    제 3 정공 수송층;
    상기 제 3 정공 수송층과 접촉하는 발광층;
    상기 발광층 위에서 상기 발광층과 접촉하는 제 1 전자 수송층; 및
    상기 제 1 전자 수송층과 접촉하는 제 2 전자 수송층을 포함하고,
    상기 정공 주입층, 상기 제 1 정공 수송층, 상기 제 2 정공 수송층, 및 상기 제 3 정공 수송층은 상기 제 1 전극과 상기 발광층 사이에 위치하고,
    상기 제 2 정공 수송층은 상기 제 1 정공 수송층과 상기 제 3 정공 수송층 사이에 위치하고,
    상기 제 1 전자 수송층 및 상기 제 2 전자 수송층은 상기 발광층과 상기 제 2 전극 사이에 위치하고,
    상기 정공 주입층은 유기 억셉터를 포함하고,
    상기 제 1 정공 수송층은 제 1 정공 수송 재료를 포함하고,
    상기 제 2 정공 수송층은 제 2 정공 수송 재료를 포함하고,
    상기 제 3 정공 수송층은 제 3 정공 수송 재료를 포함하고,
    상기 발광층은 호스트 재료 및 발광 재료를 포함하고,
    상기 제 1 전자 수송층은 제 1 전자 수송 재료를 포함하고,
    상기 제 2 전자 수송층은 제 2 전자 수송 재료를 포함하고,
    상기 제 2 정공 수송 재료의 HOMO 준위는 상기 제 1 정공 수송 재료의 HOMO 준위보다 낮고,
    상기 호스트 재료의 HOMO 준위는 상기 제 2 정공 수송 재료의 HOMO 준위보다 낮고,
    상기 제 3 정공 수송 재료의 HOMO 준위는 상기 호스트 재료의 HOMO 준위 이하이고,
    상기 제 2 정공 수송 재료의 HOMO 준위와 상기 제 3 정공 수송 재료의 HOMO 준위의 차이는 0.3eV 이하이고,
    상기 호스트 재료의 LUMO 준위는 상기 제 1 전자 수송 재료의 LUMO 준위보다 높고,
    상기 제 2 전자 수송 재료의 LUMO 준위는 상기 제 1 전자 수송 재료의 LUMO 준위보다 높고,
    상기 호스트 재료는 3고리 내지 6고리를 포함하는 축합 방향족 고리 골격을 포함하는 물질이고,
    상기 제 1 전자 수송 재료는 제 1 헤테로 방향족 고리 골격을 갖는 물질이고,
    상기 제 2 전자 수송 재료는 제 2 헤테로 방향족 고리 골격을 갖는 물질이고,
    상기 제 1 헤테로 방향족 고리 골격을 갖는 물질과 상기 제 2 헤테로 방향족 고리 골격을 갖는 물질은 상이한 물질인, 발광 소자.
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