KR20240062975A - 유기 금속 착체, 발광 디바이스 - Google Patents

유기 금속 착체, 발광 디바이스 Download PDF

Info

Publication number
KR20240062975A
KR20240062975A KR1020230142369A KR20230142369A KR20240062975A KR 20240062975 A KR20240062975 A KR 20240062975A KR 1020230142369 A KR1020230142369 A KR 1020230142369A KR 20230142369 A KR20230142369 A KR 20230142369A KR 20240062975 A KR20240062975 A KR 20240062975A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
layer
light
emitting device
conductive layer
organic compound
Prior art date
Application number
KR1020230142369A
Other languages
English (en)
Inventor
도모야 야마구치
히데코 요시즈미
유이 요시야스
마사토시 다카바타케
히로키 무라카미
노부하루 오사와
히로미쓰 기도
사토시 세오
Original Assignee
가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 filed Critical 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼
Publication of KR20240062975A publication Critical patent/KR20240062975A/ko

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07F—ACYCLIC, CARBOCYCLIC OR HETEROCYCLIC COMPOUNDS CONTAINING ELEMENTS OTHER THAN CARBON, HYDROGEN, HALOGEN, OXYGEN, NITROGEN, SULFUR, SELENIUM OR TELLURIUM
    • C07F15/00—Compounds containing elements of Groups 8, 9, 10 or 18 of the Periodic Table
    • C07F15/0006—Compounds containing elements of Groups 8, 9, 10 or 18 of the Periodic Table compounds of the platinum group
    • C07F15/0086—Platinum compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/06—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing organic luminescent materials
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K50/00—Organic light-emitting devices
    • H10K50/10—OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED]
    • H10K50/11—OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED] characterised by the electroluminescent [EL] layers
    • H10K50/12—OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED] characterised by the electroluminescent [EL] layers comprising dopants
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/30—Coordination compounds
    • H10K85/341—Transition metal complexes, e.g. Ru(II)polypyridine complexes
    • H10K85/346—Transition metal complexes, e.g. Ru(II)polypyridine complexes comprising platinum
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/60—Organic compounds having low molecular weight
    • H10K85/649—Aromatic compounds comprising a hetero atom
    • H10K85/654—Aromatic compounds comprising a hetero atom comprising only nitrogen as heteroatom
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/60—Organic compounds having low molecular weight
    • H10K85/649—Aromatic compounds comprising a hetero atom
    • H10K85/657—Polycyclic condensed heteroaromatic hydrocarbons
    • H10K85/6572—Polycyclic condensed heteroaromatic hydrocarbons comprising only nitrogen in the heteroaromatic polycondensed ring system, e.g. phenanthroline or carbazole
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K2211/00—Chemical nature of organic luminescent or tenebrescent compounds
    • C09K2211/18—Metal complexes
    • C09K2211/185—Metal complexes of the platinum group, i.e. Os, Ir, Pt, Ru, Rh or Pd

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Electroluminescent Light Sources (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)

Abstract

본 발명은 편리성, 유용성, 또는 신뢰성이 우수한 신규 유기 금속 착체 및 발광 디바이스를 제공한다.
일반식(G2)으로 나타내어지는 유기 금속 착체이다. 다만 식에서 R1 내지 R6, R8 내지 R 22, 및 R31 내지 R34는 각각 독립적으로 수소(중수소를 포함함), 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 혹은 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 18의 아릴기를 나타내고, R31 내지 R34 중 적어도 하나는 탄소수 1 내지 10의 알킬기 혹은 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 18의 아릴기를 나타내고, n은 1 내지 4의 정수를 나타낸다.

Description

유기 금속 착체, 발광 디바이스{ORGANOMETALLIC COMPLEX AND LIGHT-EMITTING DEVICE}
본 발명의 일 형태는 유기 금속 착체, 유기 화합물, 발광 디바이스, 수광 디바이스, 수발광 디바이스, 발광 장치, 수발광 장치, 표시 장치, 전자 기기, 조명 장치, 및 전자 디바이스에 관한 것이다. 또한 본 발명의 일 형태는 상기 기술분야에 한정되지 않는다. 본 명세서 등에 개시(開示)되는 발명의 일 형태의 기술분야는 물건, 방법, 또는 제조 방법에 관한 것이다. 또는 본 발명의 일 형태는 공정(process), 기계(machine), 제품(manufacture), 또는 조성물(composition of matter)에 관한 것이다. 따라서 본 명세서에 개시되는 본 발명의 일 형태가 속하는 기술분야의 더 구체적인 예로서는 반도체 장치, 표시 장치, 액정 표시 장치, 발광 장치, 조명 장치, 축전 장치, 기억 장치, 촬상 장치, 이들의 구동 방법, 또는 이들의 제조 방법을 들 수 있다.
유기 금속 착체 등의 유기 화합물을 사용한 일렉트로루미네선스(EL: Electroluminescence)를 이용하는 발광 디바이스, 수광 디바이스, 및 수발광 디바이스로 대표되는 유기 EL 디바이스(유기 EL 소자)의 실용화가 진행되고 있다.
예를 들어 발광 디바이스의 기본적인 구성은 한 쌍의 전극 사이에 발광 재료를 포함한 유기 화합물층(EL층)을 끼운 것이다. 이 디바이스에 전압을 인가하여 캐리어를 주입하고, 상기 캐리어의 재결합 에너지를 이용함으로써 발광 재료로부터의 발광을 얻을 수 있다.
또한 수광 디바이스의 기본적인 구성은 한 쌍의 전극 사이에 광전 변환 재료를 포함한 유기 화합물층(활성층)을 끼운 것이다. 이 디바이스가 광 에너지를 흡수하고 캐리어를 생성함으로써 광전 변환 재료로부터 전자를 얻을 수 있다.
예를 들어, 표시 영역에 제공된 화소가 발광 소자(발광 디바이스)와 광전 변환 소자(수광 디바이스)를 포함하는 기능 패널이 알려져 있다(특허문헌 1 참조).
이와 같이 유기 EL 디바이스를 사용한 디스플레이 또는 조명 장치는 다양한 전자 기기에 적합하게 적용되지만, 효율이 더 높고 수명이 더 긴 유기 EL 디바이스를 위하여 연구 개발이 진행되고 있다.
유기 EL 디바이스의 특성은 현저하게 향상되어 왔지만, 다양한 특성에 대한 고도의 요구를 감안하면 효율 또는 내구성 등은 아직 불충분하다. 특히 유기 EL 디바이스 특유의 문제인 잔상(burn-in) 등을 해결하기 위해서는 열화로 인한 효율 저하는 작으면 작을수록 바람직하다.
열화에 관해서는 발광 중심 물질 및 그 주변의 재료에 크게 좌우되기 때문에 특성이 양호한 유기 금속 착체를 포함한 유기 화합물 재료의 개발이 활발히 진행되고 있다.
국제공개공보 WO2020/152556호
본 발명의 일 형태는 신규 유기 금속 착체를 제공하는 것을 과제로 한다. 또한 본 발명의 일 형태는 들뜬 상태가 안정된 유기 금속 착체를 제공하는 것을 과제로 한다. 또한 본 발명의 일 형태는 발광 재료로서 사용할 수 있는 유기 금속 착체를 제공하는 것을 과제로 한다. 또한 본 발명의 일 형태는 합성이 용이한 유기 금속 착체를 제공하는 것을 과제로 한다. 또한 본 발명의 일 형태는 구동 수명이 긴 발광 디바이스를 제공하는 것을 과제로 한다. 또한 본 발명의 일 형태는 구동 시의 전압 변화가 작은 발광 디바이스를 제공하는 것을 과제로 한다. 또한 본 발명의 일 형태는 신규 발광 디바이스를 제공하는 것을 과제로 한다. 또한 본 발명의 일 형태는 발광 디바이스의 제조 비용을 절감하는 것을 과제로 한다. 또한 본 발명의 일 형태는 소비 전력이 낮은 발광 장치, 전자 기기, 또는 조명 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.
또한 본 발명의 일 형태는 구조의 일부분을 선택적으로 중수소화한 유기 금속 착체를 제공하는 것을 과제로 한다. 또한 본 발명의 일 형태는 합성 경로의 복잡함, 합성 시의 고온 고압화 등을 경감할 수 있는 분자 설계를 수행하는 것, 또한 이와 같이 분자 설계된 유기 금속 착체를 합성하는 것을 과제로 한다.
또한 이들 과제의 기재는 다른 과제의 존재를 방해하는 것이 아니다. 또한 본 발명의 일 형태는 이들 과제 모두를 해결할 필요는 없는 것으로 한다. 또한 이들 이외의 과제는 명세서, 도면, 청구항 등의 기재에서 저절로 명백해지는 것이며, 명세서, 도면, 청구항 등의 기재에서 이들 이외의 과제를 추출할 수 있다.
본 발명의 일 형태는 하기 일반식(G1)으로 나타내어지는 유기 금속 착체이다.
[화학식 1]
일반식(G1)에서 R1 내지 R22는 각각 독립적으로 수소(중수소를 포함함), 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 혹은 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 18의 아릴기를 나타내고, R5 내지 R21 중 적어도 하나는 하기 일반식(R-1)을 나타낸다.
[화학식 2]
일반식(R-1)에서 R31 내지 R34는 각각 독립적으로 수소(중수소를 포함함), 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 혹은 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 18의 아릴기를 나타내고, R31 내지 R34 중 적어도 하나는 탄소수 1 내지 10의 알킬기 혹은 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 18의 아릴기를 나타내고, n은 1 내지 4의 정수를 나타낸다.
또한 본 발명의 일 형태는 하기 일반식(G2)으로 나타내어지는 유기 금속 착체이다.
[화학식 3]
일반식(G2)에서 R1 내지 R6, R8 내지 R22, 및 R31 내지 R34는 각각 독립적으로 수소(중수소를 포함함), 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 혹은 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 18의 아릴기를 나타내고, R31 내지 R34 중 적어도 하나는 탄소수 1 내지 10의 알킬기 혹은 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 18의 아릴기를 나타내고, n은 1 내지 4의 정수를 나타낸다.
또한 본 발명의 일 형태는 하기 일반식(G3)으로 나타내어지는 유기 금속 착체이다.
[화학식 4]
일반식(G3)에서 R1, R2, R4 내지 R6, R8 내지 R18, R20, R22, 및 R31 내지 R34는 각각 독립적으로 수소(중수소를 포함함), 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 혹은 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 18의 아릴기를 나타내고, R31 내지 R34 중 적어도 하나는 탄소수 1 내지 10의 알킬기 혹은 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 18의 아릴기를 나타내고, n은 1 내지 4의 정수를 나타낸다.
본 발명의 일 형태는 하기 구조식(201)으로 나타내어지는 유기 금속 착체이다.
[화학식 5]
본 발명의 일 형태는 상기 유기 금속 착체를 사용한 발광 디바이스이다. 또한 상기 유기 금속 착체를 사용한 수광 디바이스이다.
또한 본 발명의 일 형태는 상기 구성의 발광 디바이스와, 트랜지스터 또는 기판을 갖는 발광 장치이다.
또한 본 발명의 일 형태는 상기 구성의 발광 장치와, 검지부, 입력부, 또는 통신부를 갖는 전자 기기이다.
또한 본 발명의 일 형태는 상기 구성의 발광 장치와 하우징을 갖는 조명 장치이다.
본 발명의 일 형태에 의하여 신규 유기 금속 착체를 제공할 수 있다. 또한 본 발명의 일 형태에 의하여 합성이 용이한 유기 금속 착체를 제공할 수 있다. 또한 본 발명의 일 형태에 의하여 신규 발광 디바이스를 제공할 수 있다. 또한 본 발명의 일 형태에 의하여 구동 수명이 긴 발광 디바이스를 제공할 수 있다. 또한 본 발명의 일 형태에 의하여 구동 시의 전압 변화가 작은 발광 디바이스를 제공할 수 있다. 또한 본 발명의 일 형태에 의하여 발광 디바이스의 제조 비용을 절감할 수 있다. 또한 본 발명의 일 형태에 의하여 소비 전력이 낮은 발광 장치, 전자 기기, 또는 조명 장치를 제공할 수 있다.
또한 이들 효과의 기재는 다른 효과의 존재를 방해하는 것이 아니다. 또한 본 발명의 일 형태는 이들 효과 모두를 반드시 가질 필요는 없다. 또한 이들 이외의 효과는 명세서, 도면, 청구항 등의 기재에서 저절로 명백해지는 것이며, 명세서, 도면, 청구항 등의 기재에서 이들 이외의 효과를 추출할 수 있다.
도 1의 (A) 및 (B)는 실시형태에 따른 발광 디바이스의 구성을 설명하는 도면이다.
도 2는 실시형태에 따른 유기 금속 착체를 설명하는 도면이다.
도 3은 비교하는 유기 금속 착체를 설명하는 도면이다.
도 4의 (A) 내지 (E)는 실시형태에 따른 발광 디바이스의 구성을 설명하는 도면이다.
도 5의 (A) 및 (B)는 발광 장치의 상면도 및 단면도이다.
도 6의 (A) 내지 (D)는 발광 디바이스를 나타낸 도면이다.
도 7의 (A) 내지 (E)는 발광 장치의 제작 방법의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 8의 (A) 내지 (E)는 발광 장치의 제작 방법의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 9의 (A) 내지 (C)는 발광 장치의 제작 방법의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 10의 (A) 내지 (C)는 발광 장치의 제작 방법의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 11의 (A) 내지 (C)는 발광 장치의 제작 방법의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 12의 (A) 내지 (C)는 발광 장치의 제작 방법의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 13의 (A) 내지 (C)는 발광 장치의 제작 방법의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 14의 (A) 내지 (G)는 화소의 구성예를 나타낸 상면도이다.
도 15의 (A) 내지 (I)는 화소의 구성예를 나타낸 상면도이다.
도 16의 (A) 및 (B)는 표시 모듈의 구성예를 나타낸 사시도이다.
도 17의 (A) 및 (B)는 발광 장치의 구성예를 나타낸 단면도이다.
도 18은 발광 장치의 구성예를 나타낸 사시도이다.
도 19의 (A)는 발광 장치의 구성예를 나타낸 단면도이다. 도 19의 (B) 및 (C)는 트랜지스터의 구성예를 나타낸 단면도이다.
도 20은 발광 장치의 구성예를 나타낸 단면도이다.
도 21의 (A) 내지 (D)는 발광 장치의 구성예를 나타낸 단면도이다.
도 22의 (A) 내지 (D)는 전자 기기의 일례를 나타낸 도면이다.
도 23의 (A) 내지 (F)는 전자 기기의 일례를 나타낸 도면이다.
도 24의 (A) 내지 (G)는 전자 기기의 일례를 나타낸 도면이다.
도 25의 (A) 및 (B)는 실시예에서 제작한 유기 금속 착체의 다이클로로메테인 용액의 흡수 스펙트럼과 발광 스펙트럼을 설명하는 도면이다.
도 26은 실시예에서 제작한 유기 금속 착체의 1H NMR 스펙트럼이다.
도 27은 실시예에 따른 디바이스의 구성을 설명하는 도면이다.
도 28은 실시예에 따른 디바이스의 휘도-전류 밀도 특성을 설명하는 도면이다.
도 29는 실시예에 따른 디바이스의 휘도-전압 특성을 설명하는 도면이다.
도 30은 실시예에 따른 디바이스의 전류 효율-전류 밀도 특성을 설명하는 도면이다.
도 31은 실시예에 따른 디바이스의 전류 밀도-전압 특성을 설명하는 도면이다.
도 32는 실시예에 따른 디바이스의 블루 인덱스-전류 밀도 특성을 설명하는 도면이다.
도 33은 실시예에 따른 디바이스의 외부 양자 효율-전류 밀도 특성을 설명하는 도면이다.
도 34는 실시예에 따른 디바이스의 발광 스펙트럼을 설명하는 도면이다.
(실시형태 1)
본 실시형태에서는, 본 발명의 일 형태인 유기 금속 착체 및 이 유기 금속 착체를 사용한 발광 디바이스에 대하여 설명한다.
<발광 디바이스의 구성예>
먼저, 본 발명의 일 형태의 발광 디바이스의 구성에 대하여 도 1의 (A) 및 (B)를 사용하여 이하에서 설명한다.
도 1의 (A)는 본 발명의 일 형태의 발광 디바이스(10)의 단면 모식도이다.
발광 디바이스(10)는 한 쌍의 전극(제 1 전극(101) 및 제 2 전극(102))과, 상기 한 쌍의 전극 사이에 제공된 유기 화합물층(103)을 갖는다. 유기 화합물층(103)은 적어도 발광층(113)을 갖는다.
또한 도 1의 (A)에 나타낸 유기 화합물층(103)은 발광층(113)에 더하여 정공 주입층(111), 정공 수송층(112), 전자 수송층(114), 및 전자 주입층(115) 등의 기능층을 갖는다.
또한 본 실시형태에서는 한 쌍의 전극 중 제 1 전극(101)이 양극이고 제 2 전극(102)이 음극인 것으로 가정하여 설명하지만, 발광 디바이스(10)의 구성은 이에 한정되지 않는다. 즉 제 1 전극(101)을 음극으로 하고 제 2 전극(102)을 양극으로 하고 이들 전극 사이의 각 층의 적층을 반대의 순서로 하여도 좋다. 즉 양극 측으로부터 정공 주입층(111), 정공 수송층(112), 발광층(113), 전자 수송층(114), 및 전자 주입층(115)이 순차적으로 적층되면 좋다.
또한 유기 화합물층(103)의 구성은, 도 1의 (A)에 나타낸 구성에 한정되지 않고, 정공 주입층(111), 정공 수송층(112), 전자 수송층(114), 및 전자 주입층(115) 중에서 선택된 적어도 하나를 갖는 구성으로 하면 좋다. 또는 유기 화합물층(103)은 정공 주입 장벽 또는 전자 주입 장벽의 저감, 정공 수송성 또는 전자 수송성의 향상, 정공 수송성 또는 전자 수송성의 저해, 또는 전극에 의한 소광 현상의 억제 등의 기능을 갖는 기능층을 갖는 구성으로 하여도 좋다. 또한 기능층은 각각 단층이어도 좋고 복수의 층이 적층된 구성이어도 좋다.
도 1의 (B)는 도 1의 (A)에 나타낸 발광층(113)의 일례를 나타낸 단면 모식도이다. 도 1의 (B)에 나타낸 발광층(113)은 호스트 재료(118)(유기 화합물(118_1) 및 유기 화합물(118_2))와 게스트 재료(119)를 갖는다.
또한 게스트 재료(119)로서는 발광성 유기 금속 착체를 사용하면 좋고, 이 발광성 유기 금속 착체는 인광을 발할 수 있는 물질(이하, 인광성 화합물이라고도 함)인 것이 적합하다. 이하의 설명에서는, 게스트 재료(119)로서 유기 금속 착체를 사용하는 구성에 대하여 설명한다.
본 발명에서는, 게스트 재료(119)로서 중심 금속에 백금(Pt)을 갖는 유기 금속 착체를 사용한다. 또한 본 발명에 사용하는 유기 금속 착체는 호스트 재료 등의 다른 종류의 유기 분자와의 조합으로 이루어지는 들뜬 복합체(이하, 엑시플렉스라고도 함)의 형성을 억제하기 위하여, HOMO 준위에 영향을 주는 배위자에 사이아노기 및 알킬기를 도입함으로써 HOMO 준위 및 LUMO 준위를 낮게 한 분자 구조를 갖는다. 또한 이 유기 금속 착체의 스태킹을 억제하기 위하여 HOMO 준위, LUMO 준위에 주는 영향이 작은 배위자에 t-Bu페닐기 등 부피가 큰 치환기를 배치하는 것이 바람직하다.
<<각 금속 착체의 HOMO 준위, LUMO 준위의 계산 결과>>
여기서, 다음 방법을 사용하여, 하기 구조식(201)으로 나타내어지는 본 발명의 일 형태인 금속 착체와, 비교예인 (2-{3-[3-(3,5-다이-tert-뷰틸페닐)벤즈이미다졸-1-일-2-일리덴-κC2]페녹시-κC2}-9-(4-tert-뷰틸-2-피리딘일-κN)카바졸-2,1-다이일-κC)백금(II)(약칭: PtON-TBBI)의 HOMO 준위 및 LUMO 준위를 계산하였다.
[화학식 6]
[화학식 7]
또한 양자 화학 계산에는, Jaguar11.5를 사용하고, 단일항 기저 상태에서 가장 안정된 구조를 밀도 범함수법(DFT)으로 계산하였다. 기저 함수로서는 LACVP**를 사용하고, 범함수로서는 B3PW91을 사용하였다. 용매 모델로서는 Poisson-Boltzmann 연속 용매 모델을 사용하고, 용매로서는 클로로폼을 사용하였다. 양자 화학 계산을 수행하는 구조는, Schrodinger Inc. 제조의 Maestro GUI를 사용하여, Mixed torsional/Low-mode sampling에서 입체 배좌 해석을 수행함으로써 샘플링하였다.
계산에 사용한 구조식(201)으로 나타내어지는 유기 금속 착체의 입체 배좌 구조 및 LUMO 궤도의 분포를 도 2에 나타내었다. 또한 파선으로 둘러싼 영역이 사이아노기 및 알킬기가 결합된 페닐기이다. 또한 계산에 사용한, 비교예인 PtON-TBBI의 입체 배좌 구조 및 LUMO 궤도의 분포를 도 3에 나타내었다.
계산으로 산출된 각 유기 금속 착체의 HOMO 준위, LUMO 준위를 아래 표에 나타낸다.
[표 1]
사이아노기를 갖지 않는 비교 재료인 PtON-TBBI에 비하여, 사이아노기 및 알킬기를 갖는 구조식(201)으로 나타내어지는 금속 착체는 HOMO 준위 및 LUMO 준위가 낮은 경향을 보였다.
특히 페닐기에 사이아노기가 결합되는 경우, 사이아노기와 대각이 되는 위치에 메틸기 등의 알킬기를 도입함으로써 입체 장애의 효과에 의하여 페닐기에 비틀림이 생기기 때문에, 게스트 재료의 부피가 더 크게 되어, 게스트 재료와 호스트 재료의 들뜬 복합체(엑시플렉스)의 형성이 억제된다. 또한 페닐기 등의 치환기가 비틀리면 최저 삼중항(들뜬) 상태의 에너지 준위의 저하가 억제될 가능성이 높은 것을 알 수 있었다. 또한 알킬기가 갖는 수소를 중수소로 함으로써, 결합 해리가 억제되어 발광 디바이스의 구동 수명을 길게 할 수 있다.
즉 게스트 재료로서 사용하는 유기 금속 착체의 HOMO 준위가 낮아지면, 게스트 재료와 호스트 재료의 들뜬 복합체(엑시플렉스)의 발생이 억제된다. 따라서 본 발명의 일 형태의 유기 금속 착체를 사용하여 제작한 발광 디바이스는 발광 효율이 향상되고, 고휘도 측에서도 효율 저하(roll-off)를 억제할 수 있다. 또한 사이아노기를 갖는 페닐기에 알킬기가 결합됨으로써 치환기에 비틀림을 생기게 하여 공액 결합의 확대를 억제할 수 있기 때문에, 발광 파장이 길어지는 것을 방지할 수 있고 색 순도를 향상시킬 수 있다.
따라서 계산에 의하여 산출되는 본 발명의 일 형태의 유기 금속 착체의 HOMO 준위는 -5.50eV 이상 -5.20eV 이하, 바람직하게는 -5.35eV 이상 -5.20eV 이하이다.
또한 발광층(113)이 갖는 호스트 재료는 LUMO 준위가 낮을수록 분자 구조가 안정되기 때문에, 발광 효율 저하(roll-off)가 억제되고 신뢰성이 높은 발광 디바이스를 얻기 위해서는 호스트 재료의 LUMO 준위가 -2.80eV 이하 -3.30eV 이상인 것이 바람직하다. 그러므로, 엑시플렉스의 형성을 억제하고 신뢰성이 높은 발광 디바이스를 얻기 위해서는, 발광층(113)이 갖는 호스트 재료의 LUMO 준위와 게스트 재료의 HOMO 준위의 에너지 차가 2.5eV 이상 3.0eV 이하, 바람직하게는 2.55eV 이상 2.8eV 이하인 것이 좋다.
또한 사이아노기를 도입함으로써, 사이아노기의 전자 흡인성에 의하여 분자 궤도의 준위가 전체적으로 안정화되는 경향을 보였다. 즉 HOMO 준위의 안정화에 의하여 정공 내성이 향상되고, LUMO 준위의 안정화에 의하여 전자 내성이 향상되는 효과를 갖기 때문에, 발광 디바이스의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한 유기 금속 착체의 배위자의 일부를 중수소화시켜도 좋다. 특히 사이아노기를 도입한 배위자의 일부를 중수소화시키는 것이 바람직하다. 중수소가 결합됨으로써 들뜬 상태에서의 분자가 안정화될 수 있다. 즉 배위자의 일부를 중수소화시킨 유기 금속 착체를 발광 디바이스에 사용한 경우, 발광 디바이스의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
<유기 금속 착체의 예 1>
본 발명의 일 형태에 사용할 수 있는 유기 화합물은 하기 일반식으로 나타내어지는, 중심 금속에 백금(Pt)을 갖는 유기 금속 착체이다. 백금(Pt)을 갖는 유기 금속 착체는 발광 디바이스의 재료로서 매우 적합하게 사용할 수 있는 물질이다.
본 발명의 일 형태는 일반식(G1)으로 나타내어지는 유기 금속 착체이다.
[화학식 8]
상기 일반식(G1)에서 R1 내지 R22는 각각 독립적으로 수소(중수소를 포함함), 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 혹은 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 18의 아릴기를 나타내고, R5 내지 R21 중 적어도 하나는 하기 일반식(R-1)을 나타낸다.
[화학식 9]
상기 일반식(R-1)에서 R31 내지 R34는 각각 독립적으로 수소(중수소를 포함함), 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 혹은 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 18의 아릴기를 나타내고, R31 내지 R34 중 적어도 하나는 탄소수 1 내지 10의 알킬기를 나타내고, n은 1 내지 4의 정수를 나타낸다.
또한 상기 일반식(G1) 또는 일반식(R-1)에서 R1, R2, R4 내지 R6, R8 내지 R18, R20, R22, 및 R31 내지 R34로 나타내어지는 알킬기로서는, 예를 들어 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, sec-뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, 펜틸기, 아이소펜틸기, sec-펜틸기, tert-펜틸기, 네오펜틸기, 헥실기, 아이소헥실기, 3-메틸펜틸기, 2-메틸펜틸기, 2-에틸뷰틸기, 1,2-다이메틸뷰틸기, 2,3-다이메틸뷰틸기 등이 있다.
또한 R1, R2, R4 내지 R6, R8 내지 R18, R20, R22, 및 R31 내지 R34로 나타내어지는 사이클로알킬기로서는, 예를 들어 사이클로프로필기, 사이클로뷰틸기, 사이클로펜틸기, 사이클로헥실기, 1-메틸사이클로헥실기, 사이클로헵틸기, 아다만틸기, 안트릴기 등이 있다.
또한 R1, R2, R4 내지 R6, R8 내지 R18, R20, R22, 및 R31 내지 R34로 나타내어지는 아릴기로서는, 예를 들어 페닐기, 바이페닐기, 나프틸기, 플루오렌일기, 페난트렌일기, 안트릴기, 테트라센-일기, 벤즈안트라센일기, 트라이페닐렌일기, 피렌-일기, 스파이로바이[9H-플루오렌]-일기 등이 있다.
또한 R1, R2, R4 내지 R6, R8 내지 R18, R20, R22, 및 R31 내지 R34로 나타내어지는 헤테로아릴기로서는, 예를 들어 피리딘-일기, 피리미딘-일기, 트라이아진-일기, 페난트롤린-일기, 카바졸-일기, 피롤-일기, 싸이오펜-일기, 퓨란-일기, 이미다졸-일기, 바이피리딘-일기, 바이피리미딘-일기, 피라진-일기, 바이피라진-일기, 퀴놀린-일기, 아이소퀴놀린-일기, 벤조퀴놀린-일기, 퀴녹살린-일기, 벤조퀴녹살린-일기, 다이벤조퀴녹살린-일기, 아조플루오렌-일기, 다이아조플루오렌-일기, 벤조카바졸-일기, 다이벤조카바졸-일기, 다이벤조퓨란-일기, 벤조나프토퓨란-일기, 다이나프토퓨란-일기, 다이벤조싸이오펜-일기, 벤조나프토싸이오펜-일기, 다이나프토싸이오펜-일기, 벤조퓨로피리딘-일기, 벤조퓨로피리미딘-일기, 벤조싸이오피리딘-일기, 벤조싸이오피리미딘-일기, 나프토퓨로피리딘-일기, 나프토퓨로피리미딘-일기, 나프토싸이오피리딘-일기, 나프토싸이오피리미딘-일기, 다이벤조퀴녹살린-일기, 아크리딘-일기, 크산텐-일기, 페노싸이아진-일기, 페녹사진-일기, 페나진-일기, 트라이아졸-일기, 옥사졸-일기, 옥사다이아졸-일기, 싸이아졸-일기, 싸이아다이아졸-일기, 벤즈이미다졸-일기, 또는 피라졸-일기가 있다.
또한 R1, R2, R4 내지 R6, R8 내지 R18, R20, R22, 및 R31 내지 R34가 치환기를 갖는 경우, 상기 치환기는 탄소수 1 내지 4의 알킬기, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기, 또는 탄소수 6 내지 13의 아릴기로 한다.
<유기 금속 착체의 예 2>
본 발명의 일 형태는 일반식(G2)으로 나타내어지는 유기 금속 착체이다.
[화학식 10]
상기 일반식(G2)에서 R1 내지 R6, R8 내지 R22, 및 R31 내지 R34는 각각 독립적으로 수소(중수소를 포함함), 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 혹은 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 18의 아릴기를 나타내고, R31 내지 R34 중 적어도 하나는 탄소수 1 내지 10의 알킬기 혹은 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 18의 아릴기를 나타내고, n은 1 내지 4의 정수를 나타낸다.
<유기 금속 착체의 예 3>
본 발명의 일 형태는 일반식(G3)으로 나타내어지는 유기 금속 착체이다.
[화학식 11]
상기 일반식(G3)에서 R1, R2, R4 내지 R6, R8 내지 R18, R20, R22, 및 R31 내지 R34는 각각 독립적으로 수소(중수소를 포함함), 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 혹은 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 18의 아릴기를 나타내고, R31 내지 R34 중 적어도 하나는 탄소수 1 내지 10의 알킬기 혹은 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 18의 아릴기를 나타내고, n은 1 내지 4의 정수를 나타낸다.
여기서, 상기 일반식(G2) 및 상기 일반식(G3)에서 R1 내지 R6, R8 내지 R22, 및 R31 내지 R34에 대해서는 <유기 금속 착체의 예 1>에서의 같은 부호에 대한 기재를 참조할 수 있다.
상기 일반식(G1), 일반식(G2), 및 일반식(G3)으로 나타내어지는 구성을 갖는 본 발명의 일 형태의 유기 금속 착체를 발광 디바이스에 사용하는 경우, 발광층, 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층, 또는 캡층에 사용할 수 있다. 발광 디바이스의 발광층에 사용하는 것이 특히 바람직하다.
<구체적인 예>
다음으로 상기 일반식(G1), 일반식(G2), 및 일반식(G3)으로 나타내어지는 구성을 갖는 본 발명의 일 형태의 유기 금속 착체의 구체적인 예를 이하에 나타낸다.
[화학식 12]
[화학식 13]
상기 구조식(201) 내지 구조식(214)으로 나타내어지는 유기 금속 착체는 상기 일반식(G1)으로 나타내어지는 유기 금속 착체의 일례이지만, 본 발명의 일 형태의 유기 금속 착체는 이에 한정되지 않는다.
<유기 금속 착체의 합성 방법>
앞의 <유기 금속 착체의 예 1>에서 설명한 일반식(G1)으로 나타내어지는 유기 금속 착체의 합성 방법에 대하여 설명한다. 상기 유기 금속 착체의 합성 방법에는 각종 반응을 적용할 수 있다. 예를 들어 다음과 같은 간편한 합성 스킴에 의하여 하기 일반식(G1)으로 나타내어지는 유기 금속 착체를 합성할 수 있다.
[화학식 14]
상기 일반식(G1)에서 R1 내지 R22는 각각 독립적으로 수소(중수소를 포함함), 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 혹은 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 18의 아릴기를 나타내고, R5 내지 R21 중 적어도 하나는 하기 일반식(R-1)을 나타낸다.
<<합성 방법 1>>
먼저, 일반식(G1)으로 나타내어지는 유기 금속 착체의 출발 재료인 (A1)로 나타내어지는 피리딜카바졸 유도체는 하기 스킴(s1-1)과 같이 합성할 수 있다. 페닐벤즈이미다졸이 에터로 가교된 피리딜카바졸 유도체(A'1)와 초원자가 아이오딘 시약(A'2)을 반응시킴으로써, 피리딜카바졸 유도체(A1)를 얻을 수 있다.
[화학식 15]
합성 스킴(s1-1)에서 R1 내지 R22는 각각 독립적으로 수소(중수소를 포함함), 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 혹은 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 18의 아릴기를 나타내고, R5 내지 R21 중 적어도 하나는 하기 일반식(R-1)을 나타낸다.
[화학식 16]
일반식(R-1)에서 R31 내지 R34는 각각 독립적으로 수소(중수소를 포함함), 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 혹은 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 18의 아릴기를 나타내고, R31 내지 R34 중 적어도 하나는 탄소수 1 내지 10의 알킬기 혹은 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 18의 아릴기를 나타내고, n은 1 내지 4의 정수를 나타낸다.
다음으로, 일반식(G1)으로 나타내어지는 유기 금속 착체는, 합성 스킴(s1-2)에 나타낸 바와 같이, 상기 스킴(s1-1)에서 얻어진 피리딜카바졸 유도체(A1)와 할로젠을 포함한 백금 화합물(다이클로로(1,5-사이클로옥타다이엔)백금(II) 등)을 반응시킴으로써 얻을 수 있다.
[화학식 17]
합성 스킴(s1-2)에서 R1 내지 R22는 각각 독립적으로 수소(중수소를 포함함), 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 혹은 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 18의 아릴기를 나타내고, R5 내지 R21 중 적어도 하나는 상기 일반식(R-1)을 나타낸다.
<<합성 방법 2>>
또한 예를 들어 다음과 같은 간편한 합성 스킴에 의하여 일반식(G1)으로 나타내어지는 유기 금속 착체를 합성할 수 있다.
먼저, 일반식(G1)으로 나타내어지는 유기 금속 착체의 출발 재료인 (B1)로 나타내어지는 피리딜카바졸 유도체는 하기 스킴(s2-1)과 같이 합성할 수 있다. 다이아민 화합물이 에터로 가교된 피리딜카바졸 유도체(B'1)와 오쏘 폼산 트라이에틸을 반응시킴으로써 고리화시켜 (B'2)로 나타내어지는 화합물로 한 후, 헥사플루오로인산 암모늄을 사용하여 이온 교환함으로써, 피리딜카바졸 유도체(B1)를 얻을 수 있다.
[화학식 18]
합성 스킴(s2-1)에서 R1 내지 R22는 각각 독립적으로 수소(중수소를 포함함), 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 혹은 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 18의 아릴기를 나타내고, R5 내지 R21 중 적어도 하나는 상기 일반식(R-1)을 나타낸다.
다음으로, 일반식(G1)으로 나타내어지는 유기 금속 착체는, 합성 스킴(s2-2)에 나타낸 바와 같이, 상기 스킴(s2-1)에서 얻어진 피리딜카바졸 유도체(B1)와 할로젠을 포함한 백금 화합물(다이클로로(1,5-사이클로옥타다이엔)백금(II) 등)을 반응시킴으로써 얻을 수 있다.
[화학식 19]
합성 스킴(s2-2)에서 R1 내지 R22는 각각 독립적으로 수소(중수소를 포함함), 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 혹은 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 18의 아릴기를 나타내고, R5 내지 R21 중 적어도 하나는 상기 일반식(R-1)을 나타낸다.
상술한 화합물 (A'1), (A'2), (B'1), 및 (B'2)는 다양한 종류의 합성이 가능하기 때문에, 일반식(G1)으로 나타내어지는 유기 금속 착체도 수많은 종류를 합성할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 형태의 유기 금속 착체는 베리에이션이 풍부하다는 특징이 있다.
앞에서는, 본 발명의 일 형태의 화합물인 유기 금속 착체의 합성 방법의 일례에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고 다른 어떤 합성 방법에 의하여 합성되어도 좋다.
또한 본 실시형태에서 설명한 화합물은 다른 실시형태에서 설명하는 구성과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시형태 2)
본 실시형태에서는, 실시형태 1에서 설명한 유기 금속 착체를 사용한 발광 디바이스의 구성에 대하여 도 4의 (A) 내지 (E)를 참조하여 설명한다.
<발광 디바이스의 기본적인 구조>
발광 디바이스의 기본적인 구조에 대하여 설명한다. 도 4의 (A)에는 한 쌍의 전극 사이에 발광층을 포함한 유기 화합물층을 갖는 구조(싱글 구조)의 발광 디바이스를 나타내었다. 구체적으로는 제 1 전극(101)과 제 2 전극(102) 사이에 유기 화합물층(103)이 끼워진 구조를 갖는다.
또한 도 4의 (B)에는 한 쌍의 전극 사이에 복수(도 4의 (B)에서는 2층)의 유기 화합물층(103a, 103b)을 갖고, 유기 화합물층 사이에 전하 발생층(106)을 갖는 적층 구조(탠덤 구조)의 발광 디바이스를 나타내었다. 탠덤 구조의 발광 디바이스는 전류량을 변경하지 않고 고효율의 발광 장치를 실현할 수 있다.
전하 발생층(106)은 제 1 전극(101)과 제 2 전극(102) 사이에 전위차가 생겼을 때, 한쪽의 유기 화합물층(103a 또는 103b)에 전자를 주입하고, 다른 쪽의 유기 화합물층(103b 또는 103a)에 정공을 주입하는 기능을 갖는다. 따라서, 도 4의 (B)에서 제 1 전극(101)의 전위가 제 2 전극(102)의 전위보다 높아지도록 전압을 인가하면, 전하 발생층(106)으로부터 유기 화합물층(103a)에 전자가 주입되고, 유기 화합물층(103b)에 정공이 주입된다.
또한 광 추출 효율의 관점에서 전하 발생층(106)은 가시광에 대하여 투과성을 갖는(구체적으로는, 전하 발생층(106)에 대한 가시광의 투과율이 40% 이상인) 것이 바람직하다. 또한 전하 발생층(106)은 제 1 전극(101) 및 제 2 전극(102)보다 도전율이 낮아도 기능한다.
또한 도 4의 (C)에는 본 발명의 일 형태인 발광 디바이스의 유기 화합물층(103)의 적층 구조를 도시하였다. 다만 이 경우, 제 1 전극(101)은 양극으로서 기능하고, 제 2 전극(102)은 음극으로서 기능하는 것으로 한다. 유기 화합물층(103)은 제 1 전극(101) 위에 정공(홀) 주입층(111), 정공(홀) 수송층(112), 발광층(113), 전자 수송층(114), 전자 주입층(115)이 순차적으로 적층된 구조를 갖는다. 또한 발광층(113)은 발광색이 상이한 복수의 발광층이 적층된 구성을 가져도 좋다. 예를 들어 적색을 나타내는 발광 물질을 포함한 발광층과, 녹색을 나타내는 발광 물질을 포함한 발광층과, 청색을 나타내는 발광 물질을 포함한 발광층이 적층된 구조, 또는 이들이 캐리어 수송성 재료를 포함한 층을 개재(介在)하여 적층된 구조이어도 좋다. 또는 황색을 나타내는 발광 물질을 포함한 발광층과, 청색을 나타내는 발광 물질을 포함한 발광층의 조합이어도 좋다. 다만, 발광층(113)의 적층 구조는 상술한 것에 한정되지 않는다. 예를 들어, 발광층(113)은 발광색이 같은 복수의 발광층이 적층된 구성을 가져도 좋다. 예를 들어, 청색을 나타내는 발광 물질을 포함한 제 1 발광층과 청색을 나타내는 발광 물질을 포함한 제 2 발광층이 적층된 구조, 또는 이들이 캐리어 수송성 재료를 포함한 층을 개재하여 적층된 구조이어도 좋다. 발광색이 같은 복수의 발광층이 적층된 구성의 경우, 단층의 구성보다 신뢰성을 높일 수 있는 경우가 있다. 또한 도 4의 (B)에 나타낸 탠덤 구조와 같이 복수의 유기 화합물층을 갖는 경우에도, 각 유기 화합물층이 양극 측으로부터 상술한 바와 같이 순차적으로 적층되는 구조로 한다. 또한 제 1 전극(101)이 음극이고, 제 2 전극(102)이 양극인 경우에는 유기 화합물층(103)의 적층 순서는 반대가 된다. 구체적으로는, 음극인 제 1 전극(101) 위의 111이 전자 주입층이고, 112가 전자 수송층이고, 113이 발광층이고, 114가 정공(홀) 수송층이고, 115가 정공(홀) 주입층이라는 구성을 갖는다.
유기 화합물층(103, 103a, 103b)에 포함되는 발광층(113)은 각각 발광 물질 및 복수의 물질을 적절히 조합하여 갖기 때문에, 원하는 발광색을 나타내는 형광 발광 또는 인광 발광이 얻어지는 구성으로 할 수 있다. 또한 발광층(113)을 발광색이 다른 층의 적층 구조로 하여도 좋다. 또한 이 경우 적층된 각 발광층에 사용하는 발광 물질 및 그 이외의 물질에는 각각 다른 재료를 사용하면 좋다. 또한 도 4의 (B)에 나타낸 복수의 유기 화합물층(103a, 103b)으로부터 각각 다른 발광색이 얻어지는 구성으로 하여도 좋다. 이 경우에도 각 발광층에 사용하는 발광 물질 및 그 이외의 물질에는 각각 다른 재료를 사용하면 좋다.
또한 본 발명의 일 형태인 발광 디바이스에서, 예를 들어 도 4의 (C)에 나타낸 제 1 전극(101)을 반사 전극으로 하고, 제 2 전극(102)을 반투과·반반사 전극으로 하여 미소 광공진기(마이크로캐비티) 구조로 함으로써, 유기 화합물층(103)에 포함되는 발광층(113)으로부터 얻어지는 발광을 양쪽 전극 사이에서 공진시켜 제 2 전극(102)으로부터 사출되는 발광을 강하게 할 수 있다. 따라서 고정세화(高精細化)를 실현하기 쉽다. 또한 특정 파장을 갖는 정면 방향에서의 발광 강도를 높일 수 있기 때문에 저소비 전력화를 도모할 수 있다.
또한 발광 디바이스의 제 1 전극(101)이 반사성을 갖는 도전성 재료와 투광성을 갖는 도전성 재료(투명 도전막)의 적층 구조로 이루어지는 반사 전극인 경우, 투명 도전막의 막 두께를 제어함으로써 광학 조정을 수행할 수 있다. 구체적으로는, 발광층(113)으로부터 얻어지는 광의 파장 λ에 대하여 제 1 전극(101)과 제 2 전극(102) 사이의 광학 거리(막 두께와 굴절률의 곱)가 mλ/2(다만, m은 1 이상의 정수) 또는 그 근방이 되도록 조정하는 것이 바람직하다.
또한 발광층(113)으로부터 얻어지는 원하는 광(파장: λ)을 증폭시키기 위하여, 제 1 전극(101)으로부터 발광층(113)에서 원하는 광이 얻어지는 영역(발광 영역)까지의 광학 거리와, 제 2 전극(102)으로부터 발광층(113)에서 원하는 광이 얻어지는 영역(발광 영역)까지의 광학 거리를 각각 (2m'+1)λ/4(다만, m'은 1 이상의 정수) 또는 그 근방이 되도록 조정하는 것이 바람직하다. 또한 여기서 발광 영역이란 발광층(113)에서의 정공(홀)과 전자의 재결합 영역을 가리킨다.
이러한 광학 조정을 수행함으로써, 발광층(113)으로부터 얻어지는 특정의 단색광의 스펙트럼을 좁혀 색 순도가 높은 발광을 얻을 수 있다.
다만, 상술한 경우, 제 1 전극(101)과 제 2 전극(102) 사이의 광학 거리는, 엄밀하게 말하면, 제 1 전극(101)에서의 반사 영역으로부터 제 2 전극(102)에서의 반사 영역까지의 총두께이다. 그러나 제 1 전극(101) 및 제 2 전극(102)에서의 반사 영역을 엄밀하게 결정하는 것은 어렵기 때문에, 제 1 전극(101)과 제 2 전극(102)의 임의의 위치를 반사 영역으로 가정함으로써 상술한 효과를 충분히 얻을 수 있는 것으로 한다. 또한 제 1 전극(101)과 원하는 광이 얻어지는 발광층 사이의 광학 거리는, 엄밀하게 말하면, 제 1 전극(101)에서의 반사 영역과 원하는 광이 얻어지는 발광층에서의 발광 영역 사이의 광학 거리이다. 그러나 제 1 전극(101)에서의 반사 영역 및 원하는 광이 얻어지는 발광층에서의 발광 영역을 엄밀하게 결정하는 것은 어렵기 때문에, 제 1 전극(101)의 임의의 위치를 반사 영역으로, 원하는 광이 얻어지는 발광층의 임의의 위치를 발광 영역으로 가정함으로써 상술한 효과를 충분히 얻을 수 있는 것으로 한다.
도 4의 (D)에 나타낸 발광 디바이스는 탠덤 구조를 갖는 발광 디바이스이다. 탠덤 구조로 함으로써, 고휘도 발광이 가능한 발광 디바이스로 할 수 있다. 또한 탠덤 구조는 싱글 구조에 비하여 같은 휘도를 얻기 위하여 필요한 전류를 저감할 수 있기 때문에 신뢰성을 높일 수 있다. 또한 소비 전력을 절감할 수 있다.
도 4의 (E)에 나타낸 발광 디바이스는, 도 4의 (B)에 나타낸 탠덤 구조의 발광 디바이스의 일례이고, 도면에 나타낸 바와 같이, 3개의 유기 화합물층(103a, 103b, 103c)이 전하 발생층(106a, 106b)을 개재하여 적층되는 구조를 갖는다. 또한 3개의 유기 화합물층(103a, 103b, 103c)은 각각 발광층(113a, 113b, 113c)을 갖고, 각 발광층의 발광색은 자유로이 조합할 수 있다. 예를 들어, 발광층(113a)을 청색으로, 발광층(113b)을 적색, 녹색, 및 황색 중 어느 색으로, 발광층(113c)을 청색으로 할 수 있고, 발광층(113a)을 적색으로, 발광층(113b)을 청색, 녹색, 및 황색 중 어느 색으로, 발광층(113c)을 적색으로 할 수도 있다.
또한 상술한 본 발명의 일 형태인 발광 디바이스에서는, 제 1 전극(101) 및 제 2 전극(102) 중 적어도 한쪽을 투광성을 갖는 전극(투명 전극, 반투과·반반사 전극 등)으로 한다. 투광성을 갖는 전극이 투명 전극인 경우, 투명 전극의 가시광 투과율은 40% 이상으로 한다. 또한 반투과·반반사 전극인 경우, 반투과·반반사 전극의 가시광 반사율은 20% 이상 80% 이하, 바람직하게는 40% 이상 70% 이하로 한다. 또한 이들 전극은 저항률을 1×10-2Ωcm 이하로 하는 것이 바람직하다.
또한 상술한 본 발명의 일 형태인 발광 디바이스에서는, 제 1 전극(101) 및 제 2 전극(102) 중 한쪽이 반사성을 갖는 전극(반사 전극)인 경우, 반사성을 갖는 전극의 가시광 반사율은 40% 이상 100% 이하로 하고, 바람직하게는 70% 이상 100% 이하로 한다. 또한 이 전극은 저항률을 1×10-2Ωcm 이하로 하는 것이 바람직하다.
<발광 디바이스의 구체적인 구조>
다음으로 본 발명의 일 형태인 발광 디바이스의 구체적인 구조에 대하여 설명한다. 또한 여기서는 탠덤 구조를 갖는 도 4의 (D)를 사용하여 설명한다. 또한 도 4의 (A) 및 (C)에 나타낸 싱글 구조의 발광 디바이스도 유기 화합물층의 구성은 같은 것으로 한다. 또한 도 4의 (D)에 나타낸 발광 디바이스가 마이크로캐비티 구조를 갖는 경우에는, 제 1 전극(101)을 반사 전극으로서 형성하고, 제 2 전극(102)을 반투과·반반사 전극으로서 형성한다. 따라서, 원하는 전극 재료를 하나 또는 복수 사용하여 단층으로 또는 적층하여 형성할 수 있다. 또한 제 2 전극(102)은 유기 화합물층(103b)을 형성한 후에 재료를 적절히 선택하여 형성한다.
<발광 디바이스의 재료>
<<발광층>>
발광층(113, 113a, 113b)은 발광 물질을 포함한 층이다. 또한 발광층(113, 113a, 113b)에 사용할 수 있는 발광 물질로서는, 청색, 자색, 청자색, 녹색, 황록색, 황색, 주황색, 적색 등의 발광색을 나타내는 물질을 적절히 사용할 수 있다. 또한 복수의 발광층을 포함하는 경우에는, 각 발광층에 상이한 발광 물질을 사용함으로써, 상이한 발광색을 나타내는 구성(예를 들어, 보색 관계에 있는 발광색을 조합하여 얻어지는 백색 발광)으로 할 수 있다. 또한 하나의 발광층이 상이한 발광 물질을 포함하는 적층 구조로 하여도 좋다.
또한 발광층(113, 113a, 113b)은 발광 물질(게스트 재료)에 더하여 1종류 또는 복수 종류의 유기 화합물(호스트 재료 등)을 가져도 좋다.
구체적으로는 발광층(113)에는, 실시형태 1에서 도 1의 (B)를 사용하여 설명한 구조를 사용할 수 있다. 발광층(113)에서는, 호스트 재료(118)의 중량비가 가장 높고, 게스트 재료(119)(인광성 화합물)는 호스트 재료(118) 중에 분산된다. 발광층(113)에서의 호스트 재료(118)(유기 화합물(118_1) 및 유기 화합물(118_2))의 T1 준위는 발광층(113)에서의 게스트 재료(게스트 재료(119))의 T1 준위보다 높은 것이 바람직하다.
유기 화합물(118_1)로서는, 정공 수송성보다 전자 수송성이 높은 재료를 사용할 수 있고, 전자 이동도가 1×10-6cm2/Vs 이상인 재료가 바람직하다. 전자를 받기 쉬운 재료(전자 수송성을 갖는 재료)로서는, 질소 함유 헤테로 방향족 화합물 등의 π전자 부족형 헤테로 방향족 고리 골격을 갖는 화합물, 및 아연계 또는 알루미늄계 금속 착체 등을 사용할 수 있다. π전자 부족형 헤테로 방향족 고리 골격을 갖는 화합물의 예로서는, 옥사다이아졸 유도체, 트라이아졸 유도체, 벤즈이미다졸 유도체, 퀴녹살린 유도체, 다이벤조퀴녹살린 유도체, 페난트롤린 유도체, 피리딘 유도체, 바이피리딘 유도체, 피리미딘 유도체, 트라이아진 유도체 등의 화합물을 들 수 있다. 아연계 또는 알루미늄계 금속 착체의 예로서는 퀴놀린 배위자를 갖는 금속 착체, 벤조퀴놀린 배위자를 갖는 금속 착체, 옥사졸 배위자를 갖는 금속 착체, 또는 싸이아졸 배위자를 갖는 금속 착체를 들 수 있다.
구체적으로는, 예를 들어 트리스(8-퀴놀리놀레이토)알루미늄(III)(약칭: Alq), 트리스(4-메틸-8-퀴놀리놀레이토)알루미늄(III)(약칭: Almq3), 비스(10-하이드록시벤조[h]퀴놀리네이토)베릴륨(II)(약칭: BeBq2), 비스(2-메틸-8-퀴놀리놀레이토)(4-페닐페놀레이토)알루미늄(III)(약칭: BAlq), 및 비스(8-퀴놀리놀레이토)아연(II)(약칭: Znq) 등 퀴놀린 골격 또는 벤조퀴놀린 골격을 갖는 금속 착체 등이 있다. 또한 이 외에 비스[2-(2-벤즈옥사졸릴)페놀레이토]아연(II)(약칭: ZnPBO), 비스[2-(2-벤조싸이아졸릴)페놀레이토]아연(II)(약칭: ZnBTZ) 등의 옥사졸계 또는 싸이아졸계 배위자를 갖는 금속 착체 등도 사용할 수 있다. 또한 금속 착체 이외에도 2-(4-바이페닐릴)-5-(4-tert-뷰틸페닐)-1,3,4-옥사다이아졸(약칭: PBD), 1,3-비스[5-(p-tert-뷰틸페닐)-1,3,4-옥사다이아졸-2-일]벤젠(약칭: OXD-7), 9-[4-(5-페닐-1,3,4-옥사다이아졸-2-일)페닐]-9H-카바졸(약칭: CO11), 3-(4-바이페닐릴)-4-페닐-5-(4-tert-뷰틸페닐)-1,2,4-트라이아졸(약칭: TAZ), 9-[4-(4,5-다이페닐-4H-1,2,4-트라이아졸-3-일)페닐]-9H-카바졸(약칭: CzTAZ1), 2,2',2''-(1,3,5-벤젠트라이일)트리스(1-페닐-1H-벤즈이미다졸)(약칭: TPBI), 2-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]-1-페닐-1H-벤즈이미다졸(약칭: mDBTBIm-II), 바소페난트롤린(약칭: BPhen), 바소큐프로인(약칭: BCP) 등의 헤테로고리 화합물, 2-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mDBTPDBq-II), 2-[3'-(다이벤조싸이오펜-4-일)바이페닐-3-일]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mDBTBPDBq-II), 2-[3'-(9H-카바졸-9-일)바이페닐-3-일]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mCzBPDBq), 2-[4-(3,6-다이페닐-9H-카바졸-9-일)페닐]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2CzPDBq-III), 7-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 7mDBTPDBq-II), 6-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 6mDBTPDBq-II), 2-[3-(3,9'-바이-9H-카바졸-9-일)페닐]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mCzCzPDBq), 4,6-비스[3-(페난트렌-9-일)페닐]피리미딘(약칭: 4,6mPnP2Pm), 4,6-비스[3-(4-다이벤조싸이엔일)페닐]피리미딘(약칭: 4,6mDBTP2Pm-II), 4,6-비스[3-(9H-카바졸-9-일)페닐]피리미딘(약칭: 4,6mCzP2Pm) 등의 다이아진 골격을 갖는 헤테로고리 화합물, 2-{4-[3-(N-페닐-9H-카바졸-3-일)-9H-카바졸-9-일]페닐}-4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진(약칭: PCCzPTzn) 등의 트라이아진 골격을 갖는 헤테로고리 화합물, 3,5-비스[3-(9H-카바졸-9-일)페닐]피리딘(약칭: 35DCzPPy), 1,3,5-트라이[3-(3-피리딜)페닐]벤젠(약칭: TmPyPB) 등의 피리딘 골격을 갖는 헤테로고리 화합물, 4,4'-비스(5-메틸벤즈옥사졸-2-일)스틸벤(약칭: BzOs) 등의 헤테로 방향족 화합물도 사용할 수 있다. 상술한 헤테로고리 화합물 중, 트라이아진 골격, 다이아진 골격(피리미딘, 피라진, 피리다진), 또는 피리딘 골격을 갖는 헤테로고리 화합물은 안정적이고 신뢰성이 높으므로 바람직하다. 또한 상기 골격을 갖는 헤테로고리 화합물은 전자 수송성이 높고 구동 전압의 저감에도 기여한다. 또한 폴리(2,5-피리딘다이일)(약칭: PPy), 폴리[(9,9-다이헥실플루오렌-2,7-다이일)-co-(피리딘-3,5-다이일)](약칭: PF-Py), 또는 폴리[(9,9-다이옥틸플루오렌-2,7-다이일)-co-(2,2'-바이피리딘-6,6'-다이일)](약칭: PF-BPy) 등의 고분자 화합물을 사용할 수도 있다. 여기에 기재된 물질은 주로 전자 이동도가 1×10-6cm2/Vs 이상인 물질이다. 또한 정공 수송성보다 전자 수송성이 높은 물질이면, 상기 이외의 물질을 사용하여도 좋다.
유기 화합물(118_2)로서는, 유기 화합물(118_1)과 들뜬 복합체를 형성할 수 있는 물질을 사용하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, π전자 과잉형 헤테로 방향족 고리 골격 또는 방향족 아민 골격 등, 도너성이 높은 골격을 갖는 것이 바람직하다. π전자 과잉형 헤테로 방향족 고리 골격을 갖는 화합물로서는, 다이벤조싸이오펜 유도체, 다이벤조퓨란 유도체, 카바졸 유도체 등의 헤테로 방향족 화합물을 들 수 있다. 이 경우, 유기 화합물(118_1)과 유기 화합물(118_2)로 형성되는 들뜬 복합체의 발광 피크가 게스트 재료(119)(인광성 화합물)의 삼중항 MLCT(Metal to Ligand Charge Transfer) 전이의 흡수대, 더 구체적으로는 가장 장파장에 위치하는 흡수대와 겹치도록 유기 화합물(118_1), 유기 화합물(118_2), 및 게스트 재료(119)(인광성 화합물)를 선택하는 것이 바람직하다. 이에 의하여 발광 효율이 비약적으로 향상된 발광 디바이스로 할 수 있다. 다만 인광성 화합물 대신 열 활성화 지연 형광 재료를 사용하는 경우에는, 가장 장파장에 위치하는 흡수대가 단일항의 흡수대인 것이 바람직하다.
또한 유기 화합물(118_2)로서는, 이하의 정공 수송성 재료를 사용할 수 있다.
정공 수송성 재료로서는 전자 수송성보다 정공 수송성이 높은 재료를 사용할 수 있고, 정공 이동도가 1×10-6cm2/Vs 이상인 재료가 바람직하다. 구체적으로는 방향족 아민, 카바졸 유도체, 방향족 탄화수소, 스틸벤 유도체 등을 사용할 수 있다. 또한 상기 정공 수송성 재료는 고분자 화합물이어도 좋다.
이들 정공 수송성이 높은 재료, 구체적으로는 방향족 아민 화합물로서는, N,N'-다이(p-톨릴)-N,N'-다이페닐-p-페닐렌다이아민(약칭: DTDPPA), 4,4'-비스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: DPAB), N,N'-비스[4-비스(3-메틸페닐)아미노페닐]-N,N'-다이페닐-4,4'-다이아미노바이페닐(약칭: DNTPD), 1,3,5-트리스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]벤젠(약칭: DPA3B) 등을 들 수 있다.
또한 카바졸 유도체로서는, 구체적으로는 3-[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzDPA1), 3,6-비스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzDPA2), 3,6-비스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-(1-나프틸)아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzTPN2), 3-[N-(9-페닐카바졸-3-일)-N-페닐아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzPCA1), 3,6-비스[N-(9-페닐카바졸-3-일)-N-페닐아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzPCA2), 3-[N-(1-나프틸)-N-(9-페닐카바졸-3-일)아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzPCN1) 등을 들 수 있다.
또한 카바졸 유도체로서는, 상술한 것 외에, 4,4'-다이(N-카바졸릴)바이페닐(약칭: CBP), 1,3,5-트리스[4-(N-카바졸릴)페닐]벤젠(약칭: TCPB), 9-[4-(10-페닐-9-안트라센일)페닐]-9H-카바졸(약칭: CzPA), 1,4-비스[4-(N-카바졸릴)페닐]-2,3,5,6-테트라페닐벤젠 등을 사용할 수도 있다.
또한 방향족 탄화수소로서는 예를 들어 2-tert-뷰틸-9,10-다이(2-나프틸)안트라센(약칭: t-BuDNA), 2-tert-뷰틸-9,10-다이(1-나프틸)안트라센, 9,10-비스(3,5-다이페닐페닐)안트라센(약칭: DPPA), 2-tert-뷰틸-9,10-비스(4-페닐페닐)안트라센(약칭: t-BuDBA), 9,10-다이(2-나프틸)안트라센(약칭: DNA), 9,10-다이페닐안트라센(약칭: DPAnth), 2-tert-뷰틸안트라센(약칭: t-BuAnth), 9,10-비스(4-메틸-1-나프틸)안트라센(약칭: DMNA), 2-tert-뷰틸-9,10-비스[2-(1-나프틸)페닐]안트라센, 9,10-비스[2-(1-나프틸)페닐]안트라센, 2,3,6,7-테트라메틸-9,10-다이(1-나프틸)안트라센, 2,3,6,7-테트라메틸-9,10-다이(2-나프틸)안트라센, 9,9'-바이안트릴, 10,10'-다이페닐-9,9'-바이안트릴, 10,10'-비스(2-페닐페닐)-9,9'-바이안트릴, 10,10'-비스[(2,3,4,5,6-펜타페닐)페닐]-9,9'-바이안트릴, 안트라센, 테트라센, 루브렌, 페릴렌, 2,5,8,11-테트라(tert-뷰틸)페릴렌 등이 있다. 또한 이 외에, 펜타센, 코로넨 등도 사용할 수 있다. 이와 같이 정공 이동도가 1×10-6cm2/Vs 이상이며 탄소수 14 이상 42 이하의 방향족 탄화수소를 사용하는 것이 더 바람직하다.
또한 방향족 탄화수소는 바이닐 골격을 가져도 좋다. 바이닐 골격을 갖는 방향족 탄화수소로서는, 예를 들어 4,4'-비스(2,2-다이페닐바이닐)바이페닐(약칭: DPVBi), 9,10-비스[4-(2,2-다이페닐바이닐)페닐]안트라센(약칭: DPVPA) 등이 있다.
또한 폴리(N-바이닐카바졸)(약칭: PVK), 폴리(4-바이닐트라이페닐아민)(약칭: PVTPA), 폴리[N-(4-{N'-[4-(4-다이페닐아미노)페닐]페닐-N'-페닐아미노}페닐)메타크릴아마이드](약칭: PTPDMA), 또는 폴리[N,N'-비스(4-뷰틸페닐)-N,N'-비스(페닐)벤지딘](약칭: Poly-TPD) 등의 고분자 화합물을 사용할 수도 있다.
또한 정공 수송성이 높은 재료로서는, 예를 들어 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: NPB 또는 α-NPD), N,N'-다이페닐-N,N'-비스(3-메틸페닐)-4,4'-다이아미노바이페닐(약칭: TPD), 4,4',4''-트리스(카바졸-9-일)트라이페닐아민(약칭: TCTA), 4,4',4''-트리스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]트라이페닐아민(약칭: 1'-TNATA), 4,4',4''-트리스(N,N-다이페닐아미노)트라이페닐아민(약칭: TDATA), 4,4',4''-트리스[N-(3-메틸페닐)-N-페닐아미노]트라이페닐아민(약칭: m-MTDATA), N,N'-비스(9,9'-스파이로바이[9H-플루오렌]-2-일)-N,N'-다이페닐-4,4'-다이아미노바이페닐(약칭: BSPB), 4-페닐-4'-(9-페닐플루오렌-9-일)트라이페닐아민(약칭: BPAFLP), 4-페닐-3'-(9-페닐플루오렌-9-일)트라이페닐아민(약칭: mBPAFLP), N-(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)-N-{9,9-다이메틸-2-[N'-페닐-N'-(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)아미노]-9H-플루오렌-7-일}페닐아민(약칭: DFLADFL), N-(9,9-다이메틸-2-다이페닐아미노-9H-플루오렌-7-일)다이페닐아민(약칭: DPNF), N-(9,9-스파이로바이[9H-플루오렌]-2-일)-N,N'N'-트라이페닐-1,4-페닐렌다이아민(약칭: DPASF), 4-페닐-4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBA1BP), 4,4'-다이페닐-4''-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBBi1BP), 4-(1-나프틸)-4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBANB), 4,4'-다이(1-나프틸)-4''-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBNBB), 4-페닐다이페닐-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)아민(약칭: PCA1BP), N,N'-비스(9-페닐카바졸-3-일)-N,N'-다이페닐벤젠-1,3-다이아민(약칭: PCA2B), N,N',N''-트라이페닐-N,N',N''-트리스(9-페닐카바졸-3-일)벤젠-1,3,5-트라이아민(약칭: PCA3B), N-(9,9-다이페닐-9H-플루오렌-2-일)-N,9-다이페닐-9H-카바졸-3-아민(약칭: PCAFLP(2)), N-(9,9-다이페닐-9H-플루오렌-2-일)-N,9-다이페닐-9H-카바졸-2-아민(약칭: PCAFLP(2)-02), N-(4-바이페닐)-N-(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)-9-페닐-9H-카바졸-3-아민(약칭: PCBiF), N-(바이페닐-4-일)-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: PCBBiF), 9,9-다이메틸-N-페닐-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]플루오렌-2-아민(약칭: PCBAF), N-페닐-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-9,9'-스파이로바이[9H-플루오렌]-2-아민(약칭: PCBASF), N-(9,9-스파이로바이[9H-플루오렌]-2-일)-N,9-다이페닐카바졸-3-아민(약칭: PCASF), N,N'-다이페닐-N,N'-비스(4-다이페닐아미노페닐)스파이로바이[9H-플루오렌]-2,7-다이아민(약칭: DPA2SF), N-[4-(9H-카바졸-9-일)페닐]-N-(4-페닐)페닐아닐린(약칭: YGA1BP), N,N'-비스[4-(카바졸-9-일)페닐]-N,N'-다이페닐-9,9-다이메틸플루오렌-2,7-다이아민(약칭: YGA2F) 등의 방향족 아민 화합물 등을 사용할 수 있다. 또한 3-[4-(1-나프틸)페닐]-9-페닐-9H-카바졸(약칭: PCPN), 9-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]페난트렌(약칭: PCPPn), 3,3'-비스(9-페닐-9H-카바졸)(약칭: PCCP), 1,3-비스(N-카바졸릴)벤젠(약칭: mCP), 3,6-비스(3,5-다이페닐페닐)-9-페닐카바졸(약칭: CzTP), 3,6-다이(9H-카바졸-9-일)-9-페닐-9H-카바졸(약칭: PhCzGI), 2,8-다이(9H-카바졸-9-일)다이벤조싸이오펜(약칭: Cz2DBT), 4-{3-[3-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]페닐}다이벤조퓨란(약칭: mmDBFFLBi-II), 4,4',4''-(벤젠-1,3,5-트라이일)트라이(다이벤조퓨란)(약칭: DBF3P-II), 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), 4-[3-(트라이페닐렌-2-일)페닐]다이벤조싸이오펜(약칭: mDBTPTp-II) 등의 아민 화합물, 카바졸 화합물, 싸이오펜 화합물, 퓨란 화합물, 플루오렌 화합물, 트라이페닐렌 화합물, 페난트렌 화합물 등을 사용할 수 있다. 상술한 화합물 중, 피롤 골격, 퓨란 골격, 싸이오펜 골격, 방향족 아민 골격을 갖는 화합물은 안정적이고 신뢰성이 높으므로 바람직하다. 또한 이러한 골격을 갖는 화합물은 정공 수송성이 높아 구동 전압 저감에도 기여한다.
또한 발광층에는 형광 발광을 나타내는 물질(형광 발광 물질)을 더 사용할 수 있다. 이 경우, 발광층에서 인광 발광 물질의 들뜬 에너지가 형광 발광 물질로 이동함으로써 발광이 이루어진다. 형광 발광 물질은 단일항 들뜬 상태로부터 단일항 기저 상태로의 전이가 허용 전이이기 때문에 여기 수명(발광 수명)이 인광 발광 물질보다 짧다. 그러므로, 발광층에 형광 발광 물질을 더 사용함으로써, 안정적이고 신뢰성이 높은 발광 디바이스를 제작할 수 있다.
형광 발광 물질로서는 예를 들어 피렌 유도체, 안트라센 유도체, 트라이페닐렌 유도체, 플루오렌 유도체, 카바졸 유도체, 다이벤조싸이오펜 유도체, 다이벤조퓨란 유도체, 다이벤조퀴녹살린 유도체, 퀴녹살린 유도체, 피리딘 유도체, 피리미딘 유도체, 페난트렌 유도체, 나프탈렌 유도체 등이 있다. 단일항 들뜬 에너지 준위 및 삼중항 들뜬 에너지 준위가 인광 발광 물질의 삼중항 들뜬 에너지 준위보다 낮은 형광 발광 물질을 사용할 수 있다.
구체적인 예로서는, 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,N,N',N',N'',N'',N''',N'''-옥타페닐다이벤조[g,p]크리센-2,7,10,15-테트라아민(약칭: DBC1), 쿠마린 30, N,N'-다이페닐-N,N'-(1,6-피렌-다이일)비스[(6-페닐벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란)-8-아민](약칭: 1,6BnfAPrn-03), 3,10-비스[N-(9-페닐-9H-카바졸-2-일)-N-페닐아미노]나프토[2,3-b;6,7-b']비스벤조퓨란(약칭: 3,10PCA2Nbf(IV)-02), 3,10-비스[N-(다이벤조퓨란-3-일)-N-페닐아미노]나프토[2,3-b;6,7-b']비스벤조퓨란(약칭: 3,10FrA2Nbf(IV)-02) 등을 들 수 있다.
또한 5,9-다이페닐-5,9-다이아자-13b-보라나프토[3,2,1-de]안트라센(약칭: DABNA1), 9-[(1,1'-다이페닐)-3-일]-N,N,5,11-테트라페닐-5,9-다이하이드로-5,9-다이아자-13b-보라나프토[3,2,1-de]안트라센-3-아민(약칭: DABNA2), 2,12-다이(tert-뷰틸)-5,9-다이(4-tert-뷰틸페닐)-N,N-다이페닐-5H,9H-[1,4]벤즈아자보리노[2,3,4-kl]페나자보린-7-아민(약칭: DPhA-tBu4DABNA), 2,12-다이(tert-뷰틸)-N,N,5,9-테트라(4-tert-뷰틸페닐)-5H,9H-[1,4]벤즈아자보리노[2,3,4-kl]페나자보린-7-아민(약칭: tBuDPhA-tBu4DABNA), 2,12-다이(tert-뷰틸)-5,9-다이(4-tert-뷰틸페닐)-7-메틸-5H,9H-[1,4]벤즈아자보리노[2,3,4-kl]페나자보린(약칭: Me-tBu4DABNA), N7,N7,N13,N13,5,9,11,15-옥타페닐-5H,9H,11H,15H-[1,4]벤즈아자보리노[2,3,4-kl][1,4]벤즈아자보리노[4',3',2':4,5][1,4]벤즈아자보리노[3,2-b]페나자보린-7,13-다이아민(약칭: ν-DABNA), 2-(4-tert-뷰틸페닐)벤즈[5,6]인돌로[3,2,1-jk]벤조[b]카바졸(약칭: tBuPBibc) 등 질소와 붕소를 포함하는 축합 헤테로 방향족 화합물, 특히 다이아자-보라나프토-안트라센 골격을 갖는 화합물은 발광 스펙트럼의 폭이 좁고 색 순도가 높은 청색 발광을 얻을 수 있으므로 적합하게 사용할 수 있다.
또한 이들 외에, 9,10,11-트리스[3,6-비스(1,1-다이메틸에틸)-9H-카바졸-9-일]-2,5,15,18-테트라키스(1,1-다이메틸에틸)-인돌로[3,2,1-de]인돌로[3',2',1':8,1][1,4]벤즈아자보리노[2,3,4-kl]페나자보린(약칭: BBCz-G), 9,11-비스[3,6-비스(1,1-다이메틸에틸)-9H-카바졸-9-일]-2,5,15,18-테트라키스(1,1-다이메틸에틸)인돌로[3,2,1-de]인돌로[3',2',1':8,1][1,4]벤즈아자보리노[2,3,4-kl]페나자보린(약칭: BBCz-Y) 등을 적합하게 사용할 수 있다.
또한 발광층에 포함되는 발광 재료로서는, 열 활성화 지연 형광(Thermally activated delayed fluorescence: TADF) 재료를 사용할 수 있다. 열 활성화 지연 형광 재료로서는, π전자 과잉형 헤테로 방향족 고리 및 π전자 부족형 헤테로 방향족 고리를 갖는 헤테로고리 화합물을 사용할 수 있다. 구체적인 예로서는 2-(바이페닐-4-일)-4,6-비스(12-페닐인돌로[2,3-a]카바졸-11-일)-1,3,5-트라이아진(약칭: PIC-TRZ), 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) 등을 들 수 있다. 상기 헤테로고리 화합물은, π전자 과잉형 헤테로 방향족 고리 및 π전자 부족형 헤테로 방향족 고리를 가지므로, 전자 수송성 및 정공 수송성이 높아 바람직하다. 이들 중에서도, π전자 부족형 헤테로 방향족 고리를 갖는 골격 중, 다이아진 골격(피리미딘 골격, 피라진 골격, 피리다진 골격) 또는 트라이아진 골격은 안정적이고 신뢰성이 높으므로 바람직하다. 또한 π전자 과잉형 헤테로 방향족 고리를 갖는 골격 중에서도, 아크리딘 골격, 페녹사진 골격, 싸이오펜 골격, 퓨란 골격, 및 피롤 골격은 안정적이고 신뢰성이 높기 때문에, 상기 골격 중에서 선택되는 어느 하나 또는 복수를 갖는 것이 바람직하다. 또한 피롤 골격으로서는, 인돌 골격, 카바졸 골격, 및 3-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)-9H-카바졸 골격이 특히 바람직하다. 또한 π전자 과잉형 헤테로 방향족 고리와 π전자 부족형 헤테로 방향족 고리가 직접 결합된 물질은 π전자 과잉형 헤테로 방향족 고리의 도너성과 π전자 부족형 헤테로 방향족 고리의 억셉터성이 모두 강하고, 단일항 들뜬 에너지 준위와 삼중항 들뜬 에너지 준위의 차가 작으므로 특히 바람직하다. 또한 상술한 다이아자-보라나프토-안트라센 골격을 갖는 화합물은 열 활성화 지연 형광 재료로서의 기능도 갖고 색 순도가 높은 청색 발광을 얻을 수 있기 때문에 적합하다.
또한 인광 발광 물질 대신 열 활성화 지연 형광 재료를 사용하여도 좋다. 열 활성화 지연 형광 재료는 삼중항 들뜬 에너지 준위와 단일항 들뜬 에너지 준위의 차가 작고, 역항간 교차에 의하여 삼중항 들뜬 상태로부터 단일항 들뜬 상태로 에너지를 변환하는 기능을 갖는 재료이다. 그러므로, 삼중항 들뜬 상태를 미소한 열 에너지에 의하여 단일항 들뜬 상태로 역항간 교차(up-convert)할 수 있고, 단일항 들뜬 상태로부터의 발광(형광)을 효율적으로 나타낼 수 있다. 또한 열 활성화 지연 형광을 효율적으로 얻을 수 있는 조건으로서는, 삼중항 들뜬 에너지 준위와 단일항 들뜬 에너지 준위의 에너지 차가 바람직하게는 0eV보다 크고 0.2eV 이하, 더 바람직하게는 0eV보다 크고 0.1eV 이하인 것을 들 수 있다.
게스트 재료(119)(인광성 화합물)로서는, 이리듐, 로듐, 또는 백금계의 유기 금속 착체, 혹은 금속 착체를 들 수 있고, 이들 중에서도 금속 착체로서는 사이아노기를 갖는 백금 착체가 바람직하다. 또한 질소 함유 헤테로고리 카벤을 갖는 백금 착체 등도 들 수 있다. 또한 유기 이리듐 착체, 예를 들어 이리듐계 오쏘 메탈 착체를 사용하여도 좋다. 오쏘 메탈화하는 배위자로서는 4H-트라이아졸 배위자, 1H-트라이아졸 배위자, 이미다졸 배위자, 피리딘 배위자, 피리미딘 배위자, 피라진 배위자, 또는 아이소퀴놀린 배위자 등을 들 수 있다.
또한 게스트 재료(119)(인광성 화합물)로서는, 유기 화합물(118_1)의 LUMO 준위보다 높은 LUMO 준위를 갖고, 유기 화합물(118_2)의 HOMO 준위보다 낮은 HOMO 준위를 갖도록 유기 화합물(118_1), 유기 화합물(118_2), 및 게스트 재료(119)(인광성 화합물)를 선택하는 것이 바람직하다. 이에 의하여 발광 효율이 높고, 낮은 전압으로 구동하는 발광 디바이스로 할 수 있다.
또한 게스트 재료(119)(인광성 화합물)로서는, 유기 화합물(118_1)의 LUMO 준위보다 높은 LUMO 준위를 갖고, 유기 화합물(118_2)의 HOMO 준위보다 높은 HOMO 준위를 갖도록 유기 화합물(118_1), 유기 화합물(118_2), 및 게스트 재료(119)(인광성 화합물)를 선택하는 것이 바람직하다. 이에 의하여 발광 효율이 높고, 낮은 전압으로 구동하는 발광 디바이스로 할 수 있다.
또한 유기 화합물(118_1)의 LUMO 준위와 게스트 재료(119)(인광성 화합물)의 HOMO 준위의 에너지 차가 게스트 재료(119)(인광성 화합물)의 흡수 스펙트럼에서의 흡수단 중 가장 장파장에 위치하는 흡수단으로부터 산출되는 에너지 이상이 되도록, 유기 화합물(118_1) 및 게스트 재료(119)(인광성 화합물)를 선택하는 것이 바람직하다. 이에 의하여 발광 효율이 높고, 낮은 전압으로 구동하는 발광 디바이스로 할 수 있다.
또한 흡수 스펙트럼에서 가장 장파장에 위치하는 흡수단은, 박막 상태 또는 매트릭스 재료 중에 대상 물질을 도핑한 박막에서의 대상 물질의 흡수 스펙트럼을 측정하고, 직접 전이를 가정한 Tauc 플롯으로부터 산출할 수 있다. 또는 흡수단은 용액의 흡수 스펙트럼을 측정하고, 흡수 스펙트럼의 가장 장파장에서 관측되는 피크 또는 숄더 피크의 장파장 측의 반치에서 접선을 긋고, 그 접선과 가로축(파장) 또는 베이스라인의 교점으로부터 산출하여도 좋다. 용액의 용매는 특별히 제한되지 않지만, 톨루엔 및 클로로폼 등 극성이 비교적 작은 용매가 바람직하다.
또한 본 명세서에서 사용하는 HOMO 준위 및 LUMO 준위는 전기 화학 측정에 의하여 산출할 수 있다. 전기 화학 측정의 대표적인 예로서는 사이클릭 볼타메트리(CV) 측정, 미분 펄스 볼타메트리(DPV) 측정 등을 들 수 있다.
사이클릭 볼타메트리(CV) 측정에 있어서, HOMO 준위 및 LUMO 준위의 값(E)은 참조 전극에 대한 작용 전극의 전위를 변화시킴으로써 얻어지는 산화 피크 전위(Epa) 및 환원 피크 전위(Epc)를 바탕으로 산출할 수 있다. 측정에서는, 양의 방향으로 전위를 주사하여 HOMO 준위를 산출하고, 음의 방향으로 전위를 주사하여 LUMO 준위를 산출한다. 또한 측정에서의 스캔 속도는 0.1V/s로 한다.
구체적인 HOMO 준위 및 LUMO 준위의 산출 방법에 대하여 설명한다. 재료의 사이클릭 볼타모그램에 의하여 얻어지는 산화 피크 전위(Epa) 및 환원 피크 전위(Epc)로부터 표준 산화 환원 전위(Eo)(=(Epa+Epc)/2)를 구하고, 참조 전극의 진공 준위에 대한 퍼텐셜 에너지(Ex)에서 뺌으로써, HOMO 준위 및 LUMO 준위의 값(E)(=Ex-Eo)을 각각 구할 수 있다.
또한 앞에서 가역적인 산화 환원파가 얻어지는 경우에 대하여 나타내었지만, 비가역적인 산화 환원파가 얻어지는 경우에는, HOMO 준위는 산화 피크 전위(Epa)에서 일정값(0.1eV)을 뺀 값을 환원 피크 전위(Epc)로 가정하고, 표준 산화 환원 전위(Eo)를 소수점 이하 첫째 자리까지 구하여 산출한다. 또한 LUMO 준위는 환원 피크 전위(Epc)에 일정값(0.1eV)을 더한 값을 산화 피크 전위(Epa)로 가정하고, 표준 산화 환원 전위(Eo)를 소수점 이하 첫째 자리까지 구하여 산출한다.
청색 또는 녹색의 파장 영역에 발광 피크를 갖는 물질로서는, 예를 들어 트리스{2-[5-(2-메틸페닐)-4-(2,6-다이메틸페닐)-4H-1,2,4-트라이아졸-3-일-κN2]페닐-κC}이리듐(III)(약칭: Ir(mpptz-dmp)3), 트리스(5-메틸-3,4-다이페닐-4H-1,2,4-트라이아졸레이토)이리듐(III)(약칭: Ir(Mptz)3), 트리스[4-(3-바이페닐)-5-아이소프로필-3-페닐-4H-1,2,4-트라이아졸레이토]이리듐(III)(약칭: Ir(iPrptz-3b)3), 트리스[3-(5-바이페닐)-5-아이소프로필-4-페닐-4H-1,2,4-트라이아졸레이토]이리듐(III)(약칭: Ir(iPr5btz)3)과 같은 4H-트라이아졸 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체, 트리스[3-메틸-1-(2-메틸페닐)-5-페닐-1H-1,2,4-트라이아졸레이토]이리듐(III)(약칭: Ir(Mptz1-mp)3), 트리스(1-메틸-5-페닐-3-프로필-1H-1,2,4-트라이아졸레이토)이리듐(III)(약칭: Ir(Prptz1-Me)3)과 같은 1H-트라이아졸 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체, fac-트리스[1-(2,6-다이아이소프로필페닐)-2-페닐-1H-이미다졸]이리듐(III)(약칭: Ir(iPrpim)3), 트리스[3-(2,6-다이메틸페닐)-7-메틸이미다조[1,2-f]페난트리디네이토]이리듐(III)(약칭: Ir(dmpimpt-Me)3)과 같은 이미다졸 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체, 비스[2-(4',6'-다이플루오로페닐)피리디네이토-N,C2']이리듐(III)테트라키스(1-피라졸릴)보레이트(약칭: FIr6), 비스[2-(4',6'-다이플루오로페닐)피리디네이토-N,C2']이리듐(III)피콜리네이트(약칭: FIrpic), 비스{2-[3',5'-비스(트라이플루오로메틸)페닐]피리디네이토-N,C2'}이리듐(III)피콜리네이트(약칭: Ir(CF3ppy)2(pic)), 비스[2-(4',6'-다이플루오로페닐)피리디네이토-N,C2']이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: FIr(acac))와 같은 전자 흡인기를 갖는 페닐피리딘 유도체를 배위자로 하는 유기 금속 이리듐 착체가 있다. 상술한 것 중에서도, 4H-트라이아졸 골격, 1H-트라이아졸 골격 및 이미다졸 골격과 같은 질소 함유 5원 헤테로고리 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체는 높은 삼중항 들뜬 에너지를 갖고 신뢰성 또는 발광 효율이 우수하기 때문에 특히 바람직하다.
또한 녹색 또는 황색의 파장 영역에 발광 피크를 갖는 물질로서는, 예를 들어 트리스(4-메틸-6-페닐피리미디네이토)이리듐(III)(약칭: Ir(mppm)3), 트리스(4-t-뷰틸-6-페닐피리미디네이토)이리듐(III)(약칭: Ir(tBuppm)3), (아세틸아세토네이토)비스(6-메틸-4-페닐피리미디네이토)이리듐(III)(약칭: Ir(mppm)2(acac)), (아세틸아세토네이토)비스(6-tert-뷰틸-4-페닐피리미디네이토)이리듐(III)(약칭: Ir(tBuppm)2(acac)), (아세틸아세토네이토)비스[4-(2-노보닐)-6-페닐피리미디네이토]이리듐(III)(약칭: Ir(nbppm)2(acac)), (아세틸아세토네이토)비스[5-메틸-6-(2-메틸페닐)-4-페닐피리미디네이토]이리듐(III)(약칭: Ir(mpmppm)2(acac)), (아세틸아세토네이토)비스{4,6-다이메틸-2-[6-(2,6-다이메틸페닐)-4-피리미딘일-κN3]페닐-κC}이리듐(III)(약칭: Ir(dmppm-dmp)2(acac)), (아세틸아세토네이토)비스(4,6-다이페닐피리미디네이토)이리듐(III)(약칭: Ir(dppm)2(acac))과 같은 피리미딘 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체, (아세틸아세토네이토)비스(3,5-다이메틸-2-페닐피라지네이토)이리듐(III)(약칭: Ir(mppr-Me)2(acac)), (아세틸아세토네이토)비스(5-아이소프로필-3-메틸-2-페닐피라지네이토)이리듐(III)(약칭: Ir(mppr-iPr)2(acac))과 같은 피라진 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체, 트리스(2-페닐피리디네이토-N,C2')이리듐(III)(약칭: Ir(ppy)3), 비스(2-페닐피리디네이토-N,C2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(ppy)2(acac)), 비스(벤조[h]퀴놀리네이토)이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(bzq)2(acac)), 트리스(벤조[h]퀴놀리네이토)이리듐(III)(약칭: Ir(bzq)3), 트리스(2-페닐퀴놀리네이토-N,C2')이리듐(III)(약칭: Ir(pq)3), 비스(2-페닐퀴놀리네이토-N,C2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(pq)2(acac))과 같은 피리딘 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체, 비스(2,4-다이페닐-1,3-옥사졸레이토-N,C2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(dpo)2(acac)), 비스{2-[4'-(퍼플루오로페닐)페닐]피리디네이토-N,C2'}이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(p-PF-ph)2(acac)), 비스(2-페닐벤조싸이아졸레이토-N,C2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(bt)2(acac))와 같은 유기 금속 이리듐 착체 외에, 트리스(아세틸아세토네이토)(모노페난트롤린)터븀(III)(약칭: Tb(acac)3(Phen))과 같은 희토류 금속 착체가 있다. 상술한 것 중에서, 피리미딘 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체는 신뢰성 또는 발광 효율이 매우 높으므로 특히 바람직하다.
또한 황색 또는 적색의 파장 영역에 발광 피크를 갖는 물질로서는, 예를 들어 (다이아이소뷰티릴메타네이토)비스[4,6-비스(3-메틸페닐)피리미디네이토]이리듐(III)(약칭: Ir(5mdppm)2(dibm)), 비스[4,6-비스(3-메틸페닐)피리미디네이토](다이피발로일메타네이토)이리듐(III)(약칭: Ir(5mdppm)2(dpm)), 비스[4,6-다이(나프탈렌-1-일)피리미디네이토](다이피발로일메타네이토)이리듐(III)(약칭: Ir(d1npm)2(dpm))과 같은 피리미딘 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체, (아세틸아세토네이토)비스(2,3,5-트라이페닐피라지네이토)이리듐(III)(약칭: Ir(tppr)2(acac)), 비스(2,3,5-트라이페닐피라지네이토)(다이피발로일메타네이토)이리듐(III)(약칭: Ir(tppr)2(dpm)), (아세틸아세토네이토)비스[2,3-비스(4-플루오로페닐)퀴녹살리네이토]이리듐(III)(약칭: Ir(Fdpq)2(acac))과 같은 피라진 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체, 트리스(1-페닐아이소퀴놀리네이토-N,C2')이리듐(III)(약칭: Ir(piq)3), 비스(1-페닐아이소퀴놀리네이토-N,C2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(piq)2(acac))와 같은 피리딘 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체 외에, 2,3,7,8,12,13,17,18-옥타에틸-21H,23H-포르피린 백금(II)(약칭: PtOEP)과 같은 백금 착체, 트리스(1,3-다이페닐-1,3-프로페인다이오네이토)(모노페난트롤린)유로퓸(III)(약칭: Eu(DBM)3(Phen)), 트리스[1-(2-테노일)-3,3,3-트라이플루오로아세토네이토](모노페난트롤린)유로퓸(III)(약칭: Eu(TTA)3(Phen))과 같은 희토류 금속 착체가 있다. 상술한 것 중에서, 피리미딘 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체는 신뢰성 또는 발광 효율이 매우 높으므로 특히 바람직하다. 또한 피라진 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체로부터는 색도가 좋은 적색 발광을 얻을 수 있다.
발광층(113)에 포함되는 발광 재료는 삼중항 들뜬 에너지를 발광으로 변환할 수 있는 재료이면 좋다. 상기 삼중항 들뜬 에너지를 발광으로 변환할 수 있는 재료로서는 인광성 화합물 외에, 열 활성화 지연 형광(Thermally activated delayed fluorescence: TADF) 재료를 들 수 있다. 따라서, 인광성 화합물이라고 기재한 부분에 관해서는 열 활성화 지연 형광 재료라고 바꿔 읽어도 좋다. 또한 열 활성화 지연 형광 재료는 삼중항 들뜬 에너지 준위와 단일항 들뜬 에너지 준위의 차가 작고, 역항간 교차에 의하여 삼중항 들뜬 상태로부터 단일항 들뜬 상태로 에너지를 변환하는 기능을 갖는 재료이다. 그러므로, 삼중항 들뜬 상태를 미소한 열 에너지에 의하여 단일항 들뜬 상태로 역항간 교차(up-convert)할 수 있고, 단일항 들뜬 상태로부터의 발광(형광)을 효율적으로 나타낼 수 있다. 또한 열 활성화 지연 형광을 효율적으로 얻을 수 있는 조건으로서는, 삼중항 들뜬 에너지 준위와 단일항 들뜬 에너지 준위의 에너지 차가 바람직하게는 0eV보다 크고 0.2eV 이하, 더 바람직하게는 0eV보다 크고 0.1eV 이하인 것을 들 수 있다.
열 활성화 지연 형광 재료가 1종류의 재료로 구성되는 경우, 예를 들어 이하의 재료를 사용할 수 있다.
먼저, 풀러렌 등의 유도체, 프로플라빈 등의 아크리딘 유도체, 에오신 등을 들 수 있다. 또한 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 카드뮴(Cd), 주석(Sn), 백금(Pt), 인듐(In), 또는 팔라듐(Pd) 등을 포함한 금속 함유 포르피린을 들 수 있다. 상기 금속 함유 포르피린으로서는, 예를 들어 프로토포르피린-플루오린화 주석 착체(SnF2(Proto IX)), 메소포르피린-플루오린화 주석 착체(SnF2(Meso IX)), 헤마토포르피린-플루오린화 주석 착체(SnF2(Hemato IX)), 코프로포르피린 테트라메틸에스터-플루오린화 주석 착체(SnF2(Copro III-4Me)), 옥타에틸포르피린-플루오린화 주석 착체(SnF2(OEP)), 에티오포르피린-플루오린화 주석 착체(SnF2(Etio I)), 옥타에틸포르피린-염화 백금 착체(PtCl2(OEP)) 등이 있다.
또한 1종류의 재료로 구성되는 열 활성화 지연 형광 재료로서는, π전자 과잉형 헤테로 방향족 고리 및 π전자 부족형 헤테로 방향족 고리를 갖는 헤테로고리 화합물도 사용할 수 있다. 구체적으로는, 2-(바이페닐-4-일)-4,6-비스(12-페닐인돌로[2,3-a]카바졸-11-일)-1,3,5-트라이아진(약칭: PIC-TRZ), 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) 등을 들 수 있다. 상기 헤테로고리 화합물은, π전자 과잉형 헤테로 방향족 고리 및 π전자 부족형 헤테로 방향족 고리를 가지므로, 전자 수송성 및 정공 수송성이 높아 바람직하다. 이들 중에서도, π전자 부족형 헤테로 방향족 고리를 갖는 골격 중, 다이아진 골격(피리미딘 골격, 피라진 골격, 피리다진 골격) 또는 트라이아진 골격은 안정적이고 신뢰성이 높으므로 바람직하다. 또한 π전자 과잉형 헤테로 방향족 고리를 갖는 골격 중에서도, 아크리딘 골격, 페녹사진 골격, 싸이오펜 골격, 퓨란 골격, 및 피롤 골격은 안정적이고 신뢰성이 높기 때문에, 상기 골격 중에서 선택되는 어느 하나 또는 복수를 갖는 것이 바람직하다. 또한 피롤 골격으로서는, 인돌 골격, 카바졸 골격, 및 3-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)-9H-카바졸 골격이 특히 바람직하다. 또한 π전자 과잉형 헤테로 방향족 고리와 π전자 부족형 헤테로 방향족 고리가 직접 결합된 물질은 π전자 과잉형 헤테로 방향족 고리의 도너성과 π전자 부족형 헤테로 방향족 고리의 억셉터성이 모두 강하고, 단일항 들뜬 에너지 준위와 삼중항 들뜬 에너지 준위의 차가 작으므로 특히 바람직하다.
또한 발광층(113)을 2층 이상의 층으로 구성할 수도 있다. 예를 들어 제 1 발광층과 제 2 발광층을 정공 수송층 측으로부터 순차적으로 적층시켜 발광층(113)으로 하는 경우, 제 1 발광층의 호스트 재료로서 정공 수송성을 갖는 물질을 사용하고, 제 2 발광층의 호스트 재료로서 전자 수송성을 갖는 물질을 사용하는 구성 등이 있다. 또한 제 1 발광층과 제 2 발광층이 갖는 발광 재료는 같은 재료이어도 좋고 상이한 재료이어도 좋고, 같은 색의 발광을 나타내는 기능을 갖는 재료이어도 좋고 상이한 색의 발광을 나타내는 기능을 갖는 재료이어도 좋다. 2층의 발광층에 상이한 색의 발광을 나타내는 기능을 갖는 발광 재료를 각각 사용함으로써 복수의 발광을 동시에 얻을 수 있다. 특히 2층의 발광층이 나타내는 발광에 의하여 백색이 되도록 각 발광층에 사용하는 발광 재료를 선택하는 것이 바람직하다.
또한 발광층(113)은 호스트 재료(118) 및 게스트 재료(119) 외의 재료를 가져도 좋다.
또한 발광층(113)은 증착법(진공 증착법을 포함함), 잉크젯법, 도포법, 그라비어 인쇄 등의 방법으로 형성할 수 있다. 또한 상술한 재료 외에, 퀀텀닷(quantum dot) 등의 무기 화합물 또는 고분자 화합물(올리고머, 덴드리머, 폴리머 등)을 가져도 좋다.
<<정공 주입층>>
정공 주입층(111, 111a, 111b)은 양극인 제 1 전극(101) 및 전하 발생층(106, 106a, 106b)으로부터 유기 화합물층(103, 103a, 103b)에 정공(홀)을 주입하는 층이고, 유기 억셉터 재료 및 정공 주입성이 높은 재료를 포함한 층이다.
정공 주입층(111, 111a, 111b)은 한 쌍의 전극 중 한쪽(제 1 전극(101) 또는 제 2 전극(102))으로부터의 정공 주입의 장벽을 저감하여 정공 주입을 촉진하는 기능을 갖고, 예를 들어 전이 금속 산화물, 프탈로사이아닌 유도체, 또는 방향족 아민 등을 사용하여 형성된다. 전이 금속 산화물로서는 몰리브데넘 산화물, 바나듐 산화물, 루테늄 산화물, 텅스텐 산화물, 망가니즈 산화물 등을 들 수 있다. 프탈로사이아닌 유도체로서는, 프탈로사이아닌 또는 금속 프탈로사이아닌 등을 들 수 있다. 방향족 아민으로서는, 벤지딘 유도체 또는 페닐렌다이아민 유도체 등을 들 수 있다. 폴리싸이오펜 또는 폴리아닐린 등의 고분자 화합물을 사용할 수도 있고, 그 대표적인 예로서는 자기 도핑된 폴리싸이오펜인 폴리(에틸렌다이옥시싸이오펜)/폴리(스타이렌설폰산) 등을 들 수 있다.
정공 주입층(111, 111a, 111b)으로서, 정공 수송성 재료와 이에 대하여 전자 수용성을 나타내는 재료의 복합 재료를 갖는 층을 사용할 수도 있다. 또는 전자 수용성을 나타내는 재료를 포함한 층과 정공 수송성 재료를 포함한 층의 적층을 사용하여도 좋다. 이들 재료 사이에서는 정상(定常) 상태 또는 전계 존재하에서 전하를 주고받을 수 있다. 전자 수용성을 나타내는 재료로서는, 퀴노다이메테인 유도체, 클로라닐 유도체, 또는 헥사아자트라이페닐렌 유도체 등의 유기 억셉터를 들 수 있다. 구체적으로는 7,7,8,8-테트라사이아노-2,3,5,6-테트라플루오로퀴노다이메테인(약칭: F4-TCNQ), 클로라닐, 또는 2,3,6,7,10,11-헥사사이아노-1,4,5,8,9,12-헥사아자트라이페닐렌(약칭: HAT-CN) 등의 전자 흡인기(할로젠기 또는 사이아노기)를 갖는 화합물이다. 또한 전이 금속 산화물, 예를 들어 4족 내지 8족 금속의 산화물을 사용할 수 있다. 구체적으로는 산화 바나듐, 산화 나이오븀, 산화 탄탈럼, 산화 크로뮴, 산화 몰리브데넘, 산화 텅스텐, 산화 망가니즈, 산화 레늄 등이다. 이들 중에서도 산화 몰리브데넘은 대기 중에서도 안정적이고 흡습성이 낮으며 취급하기 쉬워 바람직하다.
정공 수송성 재료로서는 전자 수송성보다 정공 수송성이 높은 재료를 사용할 수 있고, 정공 이동도가 1×10-6cm2/Vs 이상인 재료가 바람직하다. 구체적으로는, 발광층(113)에 사용할 수 있는 정공 수송성 재료로서 든 방향족 아민, 카바졸 유도체, 방향족 탄화수소, 스틸벤 유도체 등을 사용할 수 있다. 또한 상기 정공 수송성 재료는 고분자 화합물이어도 좋다.
<<정공 수송층>>
정공 수송층(112, 112a, 112b)은 정공 수송성 재료를 포함한 층이며 정공 주입층(111, 111a, 111b)의 재료로서 예시한 정공 수송성 재료를 사용할 수 있다. 정공 수송층(112, 112a, 112b)은 정공 주입층(111, 111a, 111b)에 주입된 정공을 발광층(113, 113a, 113b)으로 수송하는 기능을 갖기 위하여 정공 주입층(111, 111a, 111b)의 HOMO 준위와 같거나 또는 가까운 HOMO 준위를 갖는 것이 바람직하다.
또한 상기 정공 수송성 재료로서는 정공 이동도가 1×10-6cm2/Vs 이상인 물질이 바람직하다. 다만, 전자 수송성보다 정공 수송성이 높은 물질이면, 이들 이외의 물질을 사용하여도 좋다. 또한 정공 수송성이 높은 물질을 포함한 층은 단층에 한정되지 않고, 상기 물질로 이루어진 층이 2층 이상 적층되어도 좋다.
<<전자 수송층>>
전자 수송층(114, 114a, 114b)은, 전자 주입층(115, 115a, 115b)을 통하여 한 쌍의 전극 중 다른 쪽(제 1 전극(101) 또는 제 2 전극(102))으로부터 주입된 전자를 발광층(113)으로 수송하는 기능을 갖는다. 전자 수송성 재료로서는 정공 수송성보다 전자 수송성이 높은 재료를 사용할 수 있고, 전자 이동도가 1×10-6cm2/Vs 이상인 재료가 바람직하다. 전자를 받기 쉬운 화합물(전자 수송성을 갖는 재료)로서는, 질소 함유 헤테로 방향족 화합물 등의 π전자 부족형 헤테로 방향족 고리 골격을 갖는 화합물 또는 금속 착체 등을 사용할 수 있다. 구체적으로는, 발광층(113)에 사용할 수 있는 전자 수송성 재료로서 든 퀴놀린 배위자, 벤조퀴놀린 배위자, 옥사졸 배위자, 또는 싸이아졸 배위자를 갖는 금속 착체를 들 수 있다. 또한 옥사다이아졸 유도체, 트라이아졸 유도체, 벤즈이미다졸 유도체, 퀴녹살린 유도체, 다이벤조퀴녹살린 유도체, 페난트롤린 유도체, 피리딘 유도체, 바이피리딘 유도체, 피리미딘 유도체, 트라이아진 유도체를 들 수 있다. 또한 전자 이동도가 1×10-6cm2/Vs 이상인 물질이 바람직하다. 또한 정공 수송성보다 전자 수송성이 높은 물질이면, 상기 이외의 물질을 전자 수송층에 사용하여도 좋다. 또한 전자 수송층(114, 114a, 114b)은 단층에 한정되지 않고, 상기 물질로 이루어진 층이 2층 이상 적층되어도 좋다.
또한 전자 수송층(114, 114a, 114b)과 발광층(113, 113a, 113b) 사이에, 전자 캐리어의 이동을 제어하는 층을 제공하여도 좋다. 이는 상술한 전자 수송성이 높은 재료에 전자 트랩성이 높은 물질을 소량 첨가한 층이고, 전자 캐리어의 이동을 억제함으로써 캐리어 밸런스를 조절할 수 있다. 이러한 구성은 발광층을 전자가 통과하는 것으로 인하여 발생되는 문제(예를 들어 소자 수명의 저하)를 억제하는 데 큰 효과를 발휘한다.
<<전자 주입층>>
전자 주입층(115, 115a, 115b)은 제 2 전극(102)으로부터의 전자 주입의 장벽을 저감하여 전자 주입을 촉진하는 기능을 갖고, 예를 들어 1족 금속, 2족 금속, 또는 이들의 산화물, 할로젠화물, 탄산염 등을 사용할 수 있다. 또한 상술한 전자 수송성 재료와 이에 대하여 전자 공여성을 나타내는 재료의 복합 재료를 사용할 수도 있다. 전자 공여성을 나타내는 재료로서는 1족 금속, 2족 금속, 또는 이들의 산화물 등을 들 수 있다. 구체적으로는, 플루오린화 리튬(LiF), 플루오린화 소듐(NaF), 플루오린화 세슘(CsF), 플루오린화 칼슘(CaF2), 리튬 산화물(LiOx) 등의 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 또는 이들의 화합물을 사용할 수 있다. 또한 플루오린화 어븀(ErF3) 등의 희토류 금속 화합물을 사용할 수 있다. 또한 전자 주입층(115)에 전자화물(electride)을 사용하여도 좋다. 상기 전자화물로서는, 예를 들어 칼슘과 알루미늄의 혼합 산화물에 전자를 고농도로 첨가한 물질 등이 있다. 또한 전자 수송층(114, 114a, 114b)에 사용할 수 있는 물질을 전자 주입층(115, 115a, 115b)에 사용하여도 좋다.
또한 유기 화합물과 전자 공여체(도너)를 혼합한 복합 재료를 전자 주입층(115, 115a, 115b)에 사용하여도 좋다. 이러한 복합 재료는 전자 공여체에 의하여 유기 화합물에서 전자가 발생하기 때문에, 전자 주입성 및 전자 수송성이 우수하다. 이 경우 유기 화합물은, 발생한 전자에 대한 수송성이 우수한 재료인 것이 바람직하고, 구체적으로는 예를 들어, 상술한 전자 수송층(114)을 구성하는 물질(금속 착체 또는 헤테로 방향족 화합물 등)을 사용할 수 있다. 전자 공여체로서는, 유기 화합물에 대하여 전자 공여성을 나타내는 물질이면 좋다. 구체적으로는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 또는 희토류 금속이 바람직하고, 리튬, 소듐, 세슘, 마그네슘, 칼슘, 어븀, 이터븀 등을 들 수 있다. 또한 알칼리 금속 산화물 또는 알칼리 토금속 산화물이 바람직하고, 리튬 산화물, 칼슘 산화물, 바륨 산화물 등을 들 수 있다. 또한 산화 마그네슘 등의 루이스 염기를 사용할 수도 있다. 또한 테트라싸이아풀발렌(약칭: TTF) 등의 유기 화합물을 사용할 수도 있다.
또한 상술한 발광층, 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층, 및 전자 주입층은 각각 증착법(진공 증착법을 포함함), 잉크젯법, 도포법, 그라비어 인쇄 등의 방법으로 형성할 수 있다. 또한 상술한 발광층, 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층, 및 전자 주입층에는 상술한 재료 외에, 퀀텀닷 등의 무기 화합물 또는 고분자 화합물(올리고머, 덴드리머, 폴리머 등)을 사용하여도 좋다.
또한 퀀텀닷으로서는 콜로이드상 퀀텀닷, 합금형 퀀텀닷, 코어셸형 퀀텀닷, 코어형 퀀텀닷 등을 사용하여도 좋다. 또한 2족과 16족, 13족과 15족, 13족과 17족, 11족과 17족, 또는 14족과 15족의 원소 그룹을 포함하는 퀀텀닷을 사용하여도 좋다. 또는 카드뮴(Cd), 셀레늄(Se), 아연(Zn), 황(S), 인(P), 인듐(In), 텔루륨(Te), 납(Pb), 갈륨(Ga), 비소(As), 알루미늄(Al) 등의 원소를 갖는 퀀텀닷을 사용하여도 좋다.
<<한 쌍의 전극>>
제 1 전극(101) 및 제 2 전극(102)은 발광 디바이스의 양극 및 음극으로서 기능한다. 제 1 전극(101) 및 제 2 전극(102)은 금속, 합금, 도전성 화합물, 및 이들의 혼합물 또는 적층체 등을 사용하여 형성할 수 있다.
제 1 전극(101) 및 제 2 전극(102) 중 한쪽은 광을 반사하는 기능을 갖는 도전성 재료를 사용하여 형성하는 것이 바람직하다. 상기 도전성 재료로서는 알루미늄(Al) 또는 Al을 포함한 합금 등을 들 수 있다. Al을 포함한 합금으로서는 Al과 L(L은 타이타늄(Ti), 네오디뮴(Nd), 니켈(Ni), 및 란타넘(La) 중 하나 또는 복수를 나타냄)을 포함한 합금 등을 들 수 있고, 예를 들어 Al과 Ti를 포함한 합금 또는 Al, Ni, 및 La를 포함한 합금 등이다. 알루미늄은 저항이 낮고 광 반사율이 높다. 또한 알루미늄은 지각(地殼)에 대량으로 존재하고 저렴하기 때문에 알루미늄을 사용함으로써 발광 디바이스의 제작 비용을 절감할 수 있다. 또한 은(Ag), 또는 Ag와 N(N은 이트륨(Y), Nd, 마그네슘(Mg), 이터븀(Yb), Al, Ti, 갈륨(Ga), 아연(Zn), 인듐(In), 텅스텐(W), 망가니즈(Mn), 주석(Sn), 철(Fe), Ni, 구리(Cu), 팔라듐(Pd), 이리듐(Ir), 및 금(Au) 중 하나 또는 복수를 나타냄)을 포함한 합금 등을 사용하여도 좋다. 은을 포함한 합금으로서는 예를 들어 은, 팔라듐, 및 구리를 포함한 합금, 은 및 구리를 포함한 합금, 은 및 마그네슘을 포함한 합금, 은 및 니켈을 포함한 합금, 은 및 금을 포함한 합금, 은 및 이터븀을 포함한 합금 등이 있다. 그 외에 텅스텐, 크로뮴(Cr), 몰리브데넘(Mo), 구리, 타이타늄 등의 전이 금속을 사용할 수 있다.
또한 발광층으로부터 방출되는 광은 제 1 전극(101) 및 제 2 전극(102) 중 한쪽 또는 양쪽을 통하여 추출된다. 그러므로, 제 1 전극(101) 및 제 2 전극(102) 중 적어도 하나는 광을 투과시키는 기능을 갖는 도전성 재료를 사용하여 형성되는 것이 바람직하다. 상기 도전성 재료로서는, 가시광 투과율이 40% 이상 100% 이하, 바람직하게는 60% 이상 100% 이하이고, 저항률이 1×10-2Ω·cm 이하인 도전성 재료를 들 수 있다.
또한 제 1 전극(101) 및 제 2 전극(102)은 광을 투과시키는 기능과 광을 반사하는 기능을 갖는 도전성 재료를 사용하여 형성되어도 좋다. 상기 도전성 재료로서는, 가시광 반사율이 20% 이상 80% 이하, 바람직하게는 40% 이상 70% 이하이고, 저항률이 1×10-2Ω·cm 이하인 도전성 재료를 들 수 있다. 예를 들어 도전성을 갖는 금속, 합금, 도전성 화합물 등을 1종류 또는 복수 종류 사용하여 형성할 수 있다. 구체적으로는, 예를 들어 인듐 주석 산화물(Indium Tin Oxide, 이하에서는 ITO), 실리콘 또는 산화 실리콘을 포함한 인듐 주석 산화물(ITSO), 산화 인듐-산화 아연(Indium Zinc Oxide), 타이타늄을 포함한 산화 인듐-주석 산화물, 인듐-타이타늄 산화물, 또는 산화 텅스텐 및 산화 아연을 포함한 산화 인듐 등의 금속 산화물을 사용할 수 있다. 또한 광이 투과할 정도(바람직하게는 1nm 이상 30nm 이하의 두께)의 금속 박막을 사용할 수 있다. 금속으로서는 예를 들어 Ag, Ag와 Al의 합금, Ag와 Mg의 합금, Ag와 Au의 합금, Ag와 Yb의 합금 등을 사용할 수 있다.
또한 본 명세서 등에서 광을 투과시키는 기능을 갖는 재료는 가시광을 투과시키는 기능을 갖고 또한 도전성을 갖는 재료이면 좋고, 예를 들어 상술한 바와 같은 ITO로 대표되는 산화물 도전체에 더하여, 산화물 반도체, 또는 유기물을 포함한 유기 도전체를 포함한다. 유기물을 포함한 유기 도전체로서는 예를 들어 유기 화합물과 전자 공여체(도너)를 혼합하여 이루어지는 복합 재료, 유기 화합물과 전자 수용체(억셉터)를 혼합하여 이루어지는 복합 재료 등이 있다. 또는 그래핀 등의 무기 탄소계 재료를 사용하여도 좋다. 또한 상기 재료의 저항률은 바람직하게는 1×105Ω·cm 이하, 더 바람직하게는 1×104Ω·cm 이하이다.
또한 상술한 재료를 복수 적층함으로써 제 1 전극(101) 및 제 2 전극(102) 중 한쪽 또는 양쪽을 형성하여도 좋다.
또한 광 추출 효율을 향상시키기 위하여, 상기 전극보다 굴절률이 높은 재료를 광을 투과시키는 기능을 갖는 전극과 접하여 형성하여도 좋다. 이러한 재료로서는 가시광을 투과시키는 기능을 갖는 재료이면 좋고, 도전성을 갖는 재료이어도 좋고 갖지 않는 재료이어도 좋다. 예를 들어, 상술한 바와 같은 산화물 도전체에 더하여 산화물 반도체, 유기물이 있다. 유기물의 예로서는 발광층, 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층, 또는 전자 주입층에 사용할 수 있는 재료로서 예시한 재료를 들 수 있다. 또한 무기 탄소계 재료 또는 광이 투과할 정도의 금속 박막도 사용할 수 있고, 수nm 내지 수십nm의 층을 복수 적층시켜도 좋다.
제 1 전극(101) 또는 제 2 전극(102)이 음극으로서 기능하는 경우, 일함수가 작은(3.8eV 이하) 재료를 갖는 것이 바람직하다. 예를 들어, 원소 주기율표의 1족 또는 2족에 속하는 원소(리튬, 소듐, 세슘 등의 알칼리 금속, 칼슘, 스트론튬 등의 알칼리 토금속, 마그네슘 등), 이들 원소를 포함한 합금(예를 들어 Ag와 Mg, Al과 Li), 유로퓸(Eu), Yb 등의 희토류 금속, 이들 희토류 금속을 포함한 합금, 알루미늄, 은을 포함한 합금 등을 사용할 수 있다.
또한 제 1 전극(101) 또는 제 2 전극(102)을 양극으로서 사용하는 경우, 일함수가 큰(4.0eV 이상) 재료를 사용하는 것이 바람직하다.
또한 제 1 전극(101) 및 제 2 전극(102)은 광을 반사하는 기능을 갖는 도전성 재료와 광을 투과시키는 기능을 갖는 도전성 재료의 적층이어도 좋다. 이 경우, 제 1 전극(101) 및 제 2 전극(102)은 각 발광층으로부터의 원하는 파장의 광을 공진시켜 그 파장의 광을 강하게 할 수 있도록, 광학 거리를 조정하는 기능을 가질 수 있기 때문에 바람직하다.
제 1 전극(101) 및 제 2 전극(102)의 성막 방법으로서는 스퍼터링법, 증착법, 인쇄법, 도포법, MBE(Molecular Beam Epitaxy)법, CVD법, 펄스 레이저 퇴적법, ALD(Atomic Layer Deposition)법 등을 적절히 사용할 수 있다.
<<전하 발생층>>
전하 발생층(106)은, 제 1 전극(양극)(101)과 제 2 전극(음극)(102) 사이에 전압을 인가하였을 때, 유기 화합물층(103a)에 전자를 주입하고, 유기 화합물층(103b)에 정공을 주입하는 기능을 갖는다. 또한 전하 발생층(106)은 정공 수송성 재료에 전자 수용체(억셉터)가 첨가된 구성(P형층이라고도 함)이어도 좋고, 전자 수송성 재료에 전자 공여체(도너)가 첨가된 구성(전자 주입 버퍼층이라고도 함)이어도 좋다. 또한 이들 양쪽 구성이 적층되어도 좋다. 또한 P형층과 전자 주입 버퍼층 사이에 전자 릴레이층이 제공되어도 좋다. 또한 상술한 재료를 사용하여 전하 발생층(106)을 형성함으로써, 유기 화합물층이 적층된 경우의 구동 전압의 상승을 억제할 수 있다.
전하 발생층(106)에서, 유기 화합물인 정공 수송성 재료에 전자 수용체가 첨가된 구성(P형층)으로 하는 경우, 정공 수송성 재료로서는 본 실시형태에서 설명한 재료를 사용할 수 있다. 또한 전자 수용체로서는 7,7,8,8-테트라사이아노-2,3,5,6-테트라플루오로퀴노다이메테인(약칭: F4-TCNQ), 클로라닐 등을 들 수 있다. 또한 원소 주기율표의 4족 내지 8족에 속하는 금속의 산화물을 들 수 있다. 구체적으로는 산화 바나듐, 산화 나이오븀, 산화 탄탈럼, 산화 크로뮴, 산화 몰리브데넘, 산화 텅스텐, 산화 망가니즈, 산화 레늄 등을 들 수 있다. 또한 상술한 억셉터 재료를 사용하여도 좋다. 또한 P형층을 구성하는 재료를 혼합하여 이루어지는 혼합막으로 하여도 좋고, 각 재료를 포함하는 단일막을 적층시켜도 좋다.
또한 전하 발생층(106)에서, 전자 수송성 재료에 전자 공여체가 첨가된 구성(전자 주입 버퍼층)으로 하는 경우, 전자 수송성 재료로서는 본 실시형태에서 설명한 재료를 사용할 수 있다. 또한 전자 공여체로서는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 희토류 금속, 원소 주기율표의 2족, 13족에 속하는 금속, 또는 이들의 산화물, 탄산염을 사용할 수 있다. 구체적으로는 리튬(Li), 세슘(Cs), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 이터븀(Yb), 인듐(In), 산화 리튬(Li2O), 탄산 세슘 등을 사용하는 것이 바람직하다. 또한 테트라싸이아나프타센 등의 유기 화합물을 전자 공여체로서 사용하여도 좋다.
전하 발생층(106)에서, P형층과 전자 주입 버퍼층 사이에 전자 릴레이층을 제공하는 경우, 전자 릴레이층은 적어도 전자 수송성을 갖는 물질을 포함하고, 전자 주입 버퍼층과 P형층의 상호 작용을 방지하여 전자를 원활하게 수송하는 기능을 갖는다. 전자 릴레이층에 포함되는 전자 수송성을 갖는 물질의 LUMO 준위는, P형층에서의 억셉터성 물질의 LUMO 준위와, 전하 발생층(106)과 접촉하는 전자 수송층에 포함되는 전자 수송성을 갖는 물질의 LUMO 준위 사이인 것이 바람직하다. 전자 릴레이층에 사용하는 전자 수송성을 갖는 물질에서의 LUMO 준위의 구체적인 에너지 준위는 -5.0eV 이상, 바람직하게는 -5.0eV 이상 -3.0eV 이하로 하는 것이 좋다. 또한 전자 릴레이층에 사용하는 전자 수송성을 갖는 물질로서는 프탈로사이아닌계 재료 또는 금속-산소 결합과 방향족 배위자를 갖는 금속 착체를 사용하는 것이 바람직하다.
또한 도 4의 (D)에는 유기 화합물층(103)이 2층 적층된 구성을 도시하였지만, 상이한 유기 화합물층들 사이에 전하 발생층을 제공하여 3층 이상의 유기 화합물층의 적층 구조로 하여도 좋다.
<<캡층>>
또한 도 4의 (A) 내지 (E)에서는 도시하지 않았지만, 발광 디바이스의 제 2 전극(102) 위에 캡층을 제공하여도 좋다. 캡층에는 예를 들어 굴절률이 높은 재료를 사용할 수 있다. 캡층을 제 2 전극(102) 위에 제공함으로써, 제 2 전극(102)으로부터 사출되는 광의 추출 효율을 향상시킬 수 있다.
캡층에 사용할 수 있는 재료의 구체적인 예로서, 5,5'-다이페닐-2,2'-다이-5H-[1]벤조티에노[3,2-c]카바졸(약칭: BisBTc), 4,4',4''-(벤젠-1,3,5-트라이일)트라이(다이벤조싸이오펜)(약칭: DBT3P-II) 등을 들 수 있다.
<<기판>>
또한 본 발명의 일 형태에 따른 발광 디바이스는 유리, 플라스틱 등으로 이루어지는 기판 위에 제작하면 좋다. 기판 위에 제작하는 순서로서는, 제 1 전극(101) 측으로부터 순차적으로 적층하여도 좋고, 제 2 전극(102) 측으로부터 순차적으로 적층하여도 좋다.
또한 본 발명의 일 형태에 따른 발광 디바이스를 형성할 수 있는 기판으로서는 예를 들어 유리, 석영, 또는 플라스틱 등을 사용할 수 있다. 또한 가요성 기판을 사용하여도 좋다. 가요성 기판이란 휠 수 있는(플렉시블) 기판을 가리키고, 예를 들어 폴리카보네이트, 폴리아릴레이트로 이루어지는 플라스틱 기판 등이 있다. 또한 필름, 무기 증착 필름 등을 사용할 수도 있다. 또한 발광 디바이스 및 광학 소자의 제작 공정에서 지지체로서 기능한다면 이들 이외의 것이어도 좋다. 또는 발광 디바이스 및 광학 소자를 보호하는 기능을 갖는 것이라면 좋다.
예를 들어 본 명세서 등에서는 다양한 기판을 사용하여 발광 디바이스를 형성할 수 있다. 기판의 종류는 특별히 한정되지 않는다. 그 기판의 일례로서는 반도체 기판(예를 들어 단결정 기판 또는 실리콘 기판), SOI 기판, 유리 기판, 석영 기판, 플라스틱 기판, 금속 기판, 스테인리스·스틸 기판, 스테인리스·스틸·포일을 포함한 기판, 텅스텐 기판, 텅스텐·포일을 포함한 기판, 가요성 기판, 접합 필름, 섬유상의 재료를 포함한 셀룰로스 나노 섬유(CNF), 종이, 또는 기재 필름 등이 있다. 유리 기판의 일례로서는 바륨보로실리케이트 유리, 알루미노보로실리케이트 유리, 또는 소다 석회 유리 등이 있다. 가요성 기판, 접합 필름, 기재 필름 등의 일례로서는 다음과 같은 것을 들 수 있다. 예를 들어 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리에터설폰(PES), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)으로 대표되는 플라스틱이 있다. 또는 일례로서는 아크릴 수지 등이 있다. 또는 일례로서 폴리프로필렌, 폴리에스터, 폴리플루오린화 바이닐, 또는 폴리염화 바이닐 등이 있다. 또는 일례로서는 폴리아마이드 수지, 폴리이미드 수지, 아라미드 수지, 또는 에폭시 수지 등의 수지, 무기 증착 필름, 혹은 종이류 등이 있다.
또한 기판으로서 가요성 기판을 사용하고, 가요성 기판 위에 발광 디바이스를 직접 형성하여도 좋다. 또는 기판과 발광 디바이스 사이에 분리층을 제공하여도 좋다. 박리층은 그 위에 발광 디바이스의 일부 또는 전부를 완성시킨 후, 기판으로부터 분리하여, 다른 기판으로 전재(轉載)하기 위하여 사용할 수 있다. 이때, 내열성이 떨어지는 기판 또는 가요성 기판에도 발광 디바이스를 전재할 수 있다. 또한 상술한 박리층에는, 예를 들어 텅스텐막과 산화 실리콘막의 무기막의 적층 구조의 구성, 및 기판 위에 폴리이미드 등의 수지막이 형성된 구성 등을 사용할 수 있다.
즉, 어떤 기판을 사용하여 발광 디바이스를 형성한 후에, 다른 기판으로 발광 디바이스를 전치하여 다른 기판 위에 발광 디바이스를 배치하여도 좋다. 발광 디바이스를 전치하는 기판의 일례로서는, 상술한 기판에 더하여 셀로판 기판, 석재 기판, 목재 기판, 직물 기판(천연 섬유(견(silk), 솜(cotton), 삼(hemp)), 합성 섬유(나일론, 폴리우레탄, 폴리에스터), 또는 재생 섬유(아세테이트, 큐프라, 레이온, 재생 폴리에스터) 등을 포함함), 피혁 기판, 또는 고무 기판 등이 있다. 이들 기판을 사용하면, 내구성이 높은 발광 디바이스, 내열성이 높은 발광 디바이스, 경량화된 발광 디바이스, 또는 박형화된 발광 디바이스를 제작할 수 있다.
또한 상술한 기판 위에 예를 들어 전계 효과 트랜지스터(FET)를 형성하고, FET와 전기적으로 접속된 전극 위에 발광 디바이스를 제작하여도 좋다. 이로써, FET에 의하여 발광 디바이스의 구동을 제어하는 액티브 매트릭스형 표시 장치를 제작할 수 있다.
또한 본 실시형태에서 본 발명의 일 형태에 대하여 설명하였다. 또는 다른 실시형태에서 본 발명의 일 형태에 대하여 설명한다. 다만 본 발명의 일 형태는 이들에 한정되지 않는다. 즉 본 실시형태 및 다른 실시형태에는 다양한 발명의 형태가 기재되어 있기 때문에, 본 발명의 일 형태는 특정 형태에 한정되지 않는다. 예를 들어, 본 발명의 일 형태를 발광 디바이스에 적용한 경우의 예를 나타내었지만, 본 발명의 일 형태는 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 경우 또는 상황에 따라 본 발명의 일 형태는 발광 디바이스에 적용되지 않아도 된다. 또는 예를 들어 본 발명의 일 형태에서는, 제 1 유기 화합물과, 제 2 유기 화합물과, 삼중항 들뜬 에너지를 발광으로 변환할 수 있는 기능을 갖는 게스트 재료를 갖고, 제 1 유기 화합물의 LUMO 준위가 제 2 유기 화합물의 LUMO 준위보다 낮고, 제 1 유기 화합물의 HOMO 준위가 제 2 유기 화합물의 HOMO 준위보다 낮은 경우의 예를 나타내었지만, 본 발명의 일 형태는 이에 한정되지 않는다. 경우 또는 상황에 따라, 본 발명의 일 형태에서는 예를 들어 제 1 유기 화합물의 LUMO 준위가 제 2 유기 화합물의 LUMO 준위보다 낮지 않아도 된다. 또는 제 1 유기 화합물의 HOMO 준위가 제 2 유기 화합물의 HOMO 준위보다 낮지 않아도 된다. 또는 예를 들어 본 발명의 일 형태에서는 제 1 유기 화합물과 제 2 유기 화합물이 들뜬 복합체를 형성하는 경우의 예를 나타내었지만, 본 발명의 일 형태는 이에 한정되지 않는다. 경우 또는 상황에 따라, 본 발명의 일 형태에서는 예를 들어 제 1 유기 화합물과 제 2 유기 화합물이 들뜬 복합체를 형성하지 않아도 된다. 또는 예를 들어 본 발명의 일 형태에서는 게스트 재료의 LUMO 준위가 제 1 유기 화합물의 LUMO 준위보다 높고, 게스트 재료의 HOMO 준위가 제 2 유기 화합물의 HOMO 준위보다 낮은 경우의 예를 나타내었지만, 본 발명의 일 형태는 이에 한정되지 않는다. 경우 또는 상황에 따라, 본 발명의 일 형태에서는 예를 들어 게스트 재료의 LUMO 준위가 제 1 유기 화합물의 LUMO 준위보다 높지 않아도 된다. 또는 게스트 재료의 HOMO 준위가 제 2 유기 화합물의 HOMO 준위보다 낮지 않아도 된다.
본 실시형태에서 설명한 구성은 다른 실시형태에서 설명하는 구성과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시형태 3)
도 5의 (A) 및 (B)에서 예시한 바와 같이, 앞의 실시형태에서 설명한 발광 디바이스를 절연층(175) 위에 복수 개 형성함으로써 발광 장치가 구성된다. 본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태의 발광 장치에 대하여 자세히 설명한다.
발광 장치(1000)는 복수의 화소(178)가 매트릭스로 배열된 화소부(177)를 갖는다. 화소(178)는 부화소(110R), 부화소(110G), 및 부화소(110B)를 갖는다.
본 명세서 등에서 예를 들어 부화소(110R), 부화소(110G), 및 부화소(110B)에 공통되는 사항에 대해서는 부화소(110)라고 통틀어 설명하는 경우가 있다. 또한 알파벳으로 구별하는 구성 요소에서 이들에 공통되는 사항에 대해서는 알파벳을 생략한 부호를 사용하여 설명하는 경우가 있다.
부화소(110R)는 적색의 광을 나타내고, 부화소(110G)는 녹색의 광을 나타내고, 부화소(110B)는 청색의 광을 나타낸다. 따라서 화소부(177)에 화상을 표시할 수 있다. 또한 본 실시형태에서는 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 3색의 부화소를 예로 들어 설명하지만 본 발명은 이 구성에 한정되지 않는다. 즉 이들 외의 색의 부화소를 조합하여 사용하여도 좋다. 예를 들어 부화소의 개수는 3개에 한정되지 않고, 4개 이상의 부화소를 사용하여도 좋다. 4개의 부화소로서는 예를 들어 R, G, B, 백색(W)의 4색의 부화소, R, G, B, 황색(Y)의 4색의 부화소, 및 R, G, B, 적외광(IR)의 4개의 부화소 등이 있다.
본 명세서 등에서는 행 방향을 X 방향이라고 하고, 열 방향을 Y 방향이라고 하는 경우가 있다. X 방향과 Y 방향은 교차하고, 예를 들어 수직으로 교차한다.
도 5의 (A)에는 서로 다른 색의 부화소가 X 방향으로 나란히 배치되고, 같은 색의 부화소가 Y 방향으로 나란히 배치된 예를 나타내었다. 또한 서로 다른 색의 부화소가 Y 방향으로 나란히 배치되고, 같은 색의 부화소가 X 방향으로 나란히 배치되어도 좋다.
화소부(177)의 외측에는 접속부(140) 및 영역(141)을 제공하여도 좋다. 예를 들어 영역(141)은 화소부(177)와 접속부(140) 사이에 제공되는 것이 좋다. 영역(141)에는 유기 화합물층(103)을 제공한다. 또한 접속부(140)에는 도전층(151C)을 제공한다.
도 5의 (A)에는 영역(141) 및 접속부(140)가 화소부(177)의 오른쪽에 위치하는 예를 나타내었지만, 영역(141) 및 접속부(140)의 위치는 특별히 한정되지 않는다. 또한 영역(141) 및 접속부(140)의 개수는 하나이어도 좋고 복수이어도 좋다.
도 5의 (B)는 도 5의 (A)에서의 일점쇄선 A1-A2를 따르는 단면도의 예이다. 도 5의 (B)에 나타낸 바와 같이, 발광 장치(1000)는 절연층(171)과, 절연층(171) 위의 도전층(172)과, 절연층(171) 위 및 도전층(172) 위의 절연층(173)과, 절연층(173) 위의 절연층(174)과, 절연층(174) 위의 절연층(175)을 갖는다. 절연층(171)은 기판(도시하지 않았음) 위에 제공되는 것이 좋다. 절연층(175), 절연층(174), 및 절연층(173)에는 도전층(172)에 도달하는 개구가 제공되고, 상기 개구를 매립하도록 플러그(176)가 제공된다.
화소부(177)에서 절연층(175) 및 플러그(176) 위에 발광 디바이스(130)가 제공된다. 또한 발광 디바이스(130)를 덮도록 보호층(131)이 제공되어 있다. 보호층(131) 위에는 수지층(122)에 의하여 기판(120)이 접합되어 있다. 또한 인접한 발광 디바이스(130) 사이에는 무기 절연층(125)과, 무기 절연층(125) 위의 절연층(127)이 제공되어도 좋다.
도 5의 (B)에서는 무기 절연층(125) 및 절연층(127)의 단면이 복수 개 도시되어 있지만, 발광 장치(1000)를 상면에서 보았을 때 무기 절연층(125) 및 절연층(127)은 각각 하나로 연결되어 있는 것이 바람직하다. 즉 무기 절연층(125) 및 절연층(127)은 제 1 전극 위에 개구부를 갖는 것이 좋다.
도 5의 (B)에서는 발광 디바이스(130)로서 발광 디바이스(130R), 발광 디바이스(130G), 및 발광 디바이스(130B)를 나타내었다. 발광 디바이스(130R), 발광 디바이스(130G), 및 발광 디바이스(130B)는 서로 다른 색의 광을 방출한다. 예를 들어 발광 디바이스(130R)는 적색의 광을 방출하고, 발광 디바이스(130G)는 녹색의 광을 방출하고, 발광 디바이스(130B)는 청색의 광을 방출할 수 있다. 또한 발광 디바이스(130R), 발광 디바이스(130G), 또는 발광 디바이스(130B)는 다른 색의 가시광 또는 적외광을 방출하여도 좋다.
또한 유기 화합물층(103)은 적어도 발광층을 갖고, 이 외의 기능층(정공 주입층, 정공 수송층, 정공 차단층, 전자 차단층, 전자 수송층, 및 전자 주입층 등)을 가질 수 있다. 또한 유기 화합물층(103)과 공통층(104)을 합쳐, 발광 디바이스에 포함되는 기능층(정공 주입층, 정공 수송층, 정공 차단층, 발광층, 전자 차단층, 전자 수송층, 및 전자 주입층 등)을 형성하여도 좋다.
본 발명의 일 형태의 발광 장치는 예를 들어 발광 디바이스가 형성된 기판과는 반대 방향으로 광이 방출되는 전면 발광형 구조(톱 이미션(top-emission) 구조)를 가질 수 있다. 또한 본 발명의 일 형태의 발광 장치는 배면 발광형 구조(보텀 이미션(bottom-emission) 구조)를 가져도 좋다.
발광 디바이스(130R)는 실시형태 1에서 설명한 바와 같은 구성을 갖는다. 도전층(151R)과 도전층(152R)으로 이루어진 제 1 전극(화소 전극)과, 제 1 전극 위의 유기 화합물층(103R)과, 유기 화합물층(103R) 위의 공통층(104)과, 공통층(104) 위의 제 2 전극(공통 전극)(102)을 갖는다.
또한 공통층(104)을 반드시 제공할 필요는 없다. 공통층(104)을 제공함으로써 나중에 수행되는 공정에 기인한 유기 화합물층(103R)에 대한 대미지를 저감할 수 있다. 또한 공통층(104)이 제공되어 있는 경우, 공통층(104)은 전자 주입층으로서의 기능을 가져도 좋다. 공통층(104)이 전자 주입층으로서 기능하는 경우, 유기 화합물층(103R)과 공통층(104)의 적층은 실시형태 1에서의 유기 화합물층(103)에 상당한다.
여기서, 발광 디바이스(130)는 실시형태 1에서 설명한 바와 같은 구성을 갖는다. 도전층(151)과 도전층(152)으로 이루어진 제 1 전극(화소 전극)과, 제 1 전극 위의 유기 화합물층(103)과, 유기 화합물층(103) 위의 공통층(104)과, 공통층(104) 위의 제 2 전극(공통 전극)(102)을 갖는다.
발광 디바이스에서는 화소 전극 및 공통 전극 중 한쪽이 양극으로서 기능하고, 다른 쪽이 음극으로서 기능한다. 이하에서는 특별히 언급되지 않는 한, 화소 전극이 양극으로서 기능하고, 공통 전극이 음극으로서 기능하는 것으로 가정하여 설명한다.
유기 화합물층(103R), 유기 화합물층(103G), 및 유기 화합물층(103B)은 서로 섬 형상으로 독립되어 있거나 발광색마다 섬 형상으로 독립되어 있다. 유기 화합물층(103)을 발광 디바이스(130)마다 섬 형상으로 제공함으로써, 고정세 발광 장치에서도 인접한 발광 디바이스(130) 사이의 누설 전류를 억제할 수 있다. 이에 의하여, 크로스토크를 방지할 수 있어 콘트라스트가 매우 높은 발광 장치를 실현할 수 있다. 특히 저휘도에서의 전류 효율이 높은 발광 장치를 실현할 수 있다.
유기 화합물층(103)은 발광 디바이스(130)의 제 1 전극(화소 전극)의 상면 및 측면을 덮도록 제공되어도 좋다. 이로써, 유기 화합물층(103)의 단부가 화소 전극의 단부보다 내측에 위치하는 구성에 비하여 발광 장치(1000)의 개구율을 쉽게 높일 수 있다. 또한 발광 디바이스(130)의 화소 전극의 측면을 유기 화합물층(103)으로 덮음으로써, 화소 전극과 제 2 전극(102)이 접하는 것을 억제할 수 있기 때문에, 발광 디바이스(130)의 단락을 억제할 수 있다. 또한 유기 화합물층(103)의 발광 영역(즉 화소 전극과 중첩된 영역)과 유기 화합물층(103)의 단부의 거리를 크게 할 수 있다. 또한 유기 화합물층(103)의 단부는 가공에 의하여 대미지를 받았을 가능성이 있기 때문에, 유기 화합물층(103)의 단부로부터 떨어진 영역을 발광 영역으로서 사용함으로써, 발광 디바이스(130)의 신뢰성을 높일 수 있다.
또한 본 발명의 일 형태의 발광 장치에서는, 발광 디바이스의 제 1 전극(화소 전극)이 적층 구조를 가져도 좋다. 예를 들어 도 5의 (B)에 나타낸 예에서 발광 디바이스(130)의 제 1 전극은 도전층(151)과 도전층(152)의 적층이다.
예를 들어 발광 장치(1000)가 톱 이미션 구조를 갖는 경우, 발광 디바이스(130)의 화소 전극에서 도전층(151)은 가시광 반사율이 높고, 도전층(152)은 가시광 투과성을 가지며 일함수가 큰 것이 바람직하다. 화소 전극의 가시광 반사율이 높을수록 유기 화합물층(103)으로부터 방출되는 광의 추출 효율을 높일 수 있다. 또한 화소 전극이 양극으로서 기능하는 경우에는, 화소 전극의 일함수가 클수록 유기 화합물층(103)에 대한 정공 주입이 용이해진다. 따라서 발광 디바이스(130)의 화소 전극이 가시광 반사율이 높은 도전층(151)과 일함수가 큰 도전층(152)의 적층이면, 광 추출 효율이 높고 구동 전압이 낮은 발광 디바이스(130)로 할 수 있다.
구체적으로는, 도전층(151)의 가시광 반사율은 예를 들어 40% 이상 100% 이하로 하는 것이 바람직하고, 70% 이상 100% 이하로 하는 것이 더 바람직하다. 또한 도전층(152)을 가시광 투과성을 갖는 전극으로서 사용하는 경우, 가시광 투과율을 예를 들어 40% 이상으로 하는 것이 바람직하다.
또한 적층 구조를 갖는 화소 전극의 형성 후에 성막한 막을 웨트 에칭법 등에 의하여 제거할 때, 에칭에 사용하는 약액이 구조체에 함침(含浸)되는 경우가 있다. 함침된 약액이 화소 전극에 접촉되면, 화소 전극을 구성하는 복수의 층 사이에서 갈바닉 부식 등이 발생하여 화소 전극이 변질되는 경우가 있다.
그래서 도전층(151)의 상면 및 측면을 덮도록 도전층(152)을 형성하는 것이 바람직하다. 도전층(152)으로 도전층(151)을 덮으면 함침된 약액이 도전층(151)에 접촉되지 않기 때문에 화소 전극에서 갈바닉 부식이 발생하는 것을 억제할 수 있다. 따라서 수율이 높은 방법으로 발광 장치(1000)를 제작할 수 있기 때문에, 가격을 저렴하게 할 수 있다. 또한 발광 장치(1000)에 불량이 발생하는 것을 억제할 수 있기 때문에 신뢰성이 높은 발광 장치(1000)로 할 수 있다.
도전층(151)에는 예를 들어 금속 재료를 사용할 수 있다. 구체적으로는, 예를 들어 알루미늄(Al), 타이타늄(Ti), 크로뮴(Cr), 망가니즈(Mn), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu), 갈륨(Ga), 아연(Zn), 인듐(In), 주석(Sn), 몰리브데넘(Mo), 탄탈럼(Ta), 텅스텐(W), 팔라듐(Pd), 금(Au), 백금(Pt), 은(Ag), 이트륨(Y), 네오디뮴(Nd) 등의 금속, 및 이들을 적절히 조합하여 포함하는 합금을 사용할 수도 있다.
도전층(152)에는 인듐, 주석, 아연, 갈륨, 타이타늄, 알루미늄, 및 실리콘 중에서 선택되는 어느 하나 또는 복수를 포함한 산화물을 사용할 수 있다. 예를 들어 산화 인듐, 인듐 주석 산화물, 인듐 아연 산화물, 산화 아연, 갈륨을 포함한 산화 아연, 산화 타이타늄, 갈륨을 포함한 인듐 아연 산화물, 알루미늄을 포함한 인듐 아연 산화물, 실리콘을 포함한 인듐 주석 산화물, 및 실리콘을 포함한 인듐 아연 산화물 등 중 어느 하나 또는 복수를 포함한 도전성 산화물을 사용하는 것이 바람직하다. 특히 실리콘을 포함한 인듐 주석 산화물은 일함수가 예를 들어 4.0eV 이상으로 크기 때문에, 도전층(152)에 적합하게 사용할 수 있다.
또한 도전층(151)과 도전층(152)은 서로 다른 재료를 갖는 복수의 층의 적층이어도 좋다. 이 경우, 도전층(151)은 도전성 산화물 등 도전층(152)에 사용할 수 있는 재료를 사용한 층을 가져도 좋고, 도전층(152)은 금속 재료 등 도전층(151)에 사용할 수 있는 재료를 사용한 층을 가져도 좋다. 예를 들어 도전층(151)이 2층 이상의 적층인 경우에는, 도전층(152)과 접하는 층은 도전층(152)에서 도전층(151)과 접하는 층과 같은 재료를 가질 수 있다.
또한 도전층(151)의 단부는 테이퍼 형상을 갖는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 도전층(151)의 단부는 90° 미만의 테이퍼 각을 갖는 테이퍼 형상을 갖는 것이 바람직하다. 이 경우, 도전층(151)의 측면을 따라 제공되는 도전층(152)도 테이퍼 형상을 갖는다. 도전층(152)의 단부를 테이퍼 형상으로 함으로써, 도전층(152)의 측면을 따라 제공되는 유기 화합물층(103)의 피복성을 높일 수 있다.
또한 도전층(151) 또는 도전층(152)이 적층 구조를 갖는 경우, 적어도 하나의 측면이 테이퍼 형상을 갖는 것이 바람직하다. 또한 각 도전층을 구성하는 적층 구조에서 층들이 서로 다른 테이퍼 형상을 가져도 좋다.
도 6의 (A)에는 도전층(151)이 서로 다른 재료를 포함한 복수의 층의 적층인 경우를 나타내었다. 도 6의 (A)에 나타낸 바와 같이, 도전층(151)은 도전층(151_1)과, 도전층(151_1) 위의 도전층(151_2)과, 도전층(151_2) 위의 도전층(151_3)을 갖는다. 즉 도 6의 (A)에 나타낸 도전층(151)은 3층 구조를 갖는다. 이와 같이 도전층(151)이 복수의 층의 적층인 경우에는, 도전층(151)을 구성하는 층 중 적어도 하나의 층의 가시광 반사율을 도전층(152)의 가시광 반사율보다 높게 하면 좋다.
도 6의 (A)에 나타낸 예에서는 도전층(151_2)이 도전층(151_1)과 도전층(151_3) 사이에 끼워져 있다. 도전층(151_1) 및 도전층(151_3)에는 도전층(151_2)보다 변질되기 어려운 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어 도전층(151_1)에는 절연층(175)과의 접촉에 기인한 마이그레이션이 도전층(151_2)보다 발생하기 어려운 재료를 사용할 수 있다. 또한 도전층(151_3)에는 도전층(151_2)보다 산화되기 어렵고, 또한 산화물의 전기 저항률이 도전층(151_2)에 사용하는 재료의 산화물보다 낮은 재료를 사용할 수 있다.
이러한 식으로 도전층(151_2)을 도전층(151_1)과 도전층(151_3) 사이에 끼우는 구성으로 함으로써, 도전층(151_2)의 재료 선택의 폭을 넓힐 수 있다. 따라서 예를 들어 도전층(151_2)을, 도전층(151_1) 및 도전층(151_3) 중 적어도 한쪽보다 가시광 반사율이 높은 층으로 할 수 있다. 예를 들어 도전층(151_2)에 알루미늄을 사용할 수 있다. 또한 도전층(151_2)에는 알루미늄을 포함한 합금을 사용하여도 좋다. 또한 도전층(151_1)에는, 가시광 반사율이 알루미늄보다 낮지만, 절연층(175)과 접하여도 마이그레이션이 알루미늄보다 발생하기 어려운 재료인 타이타늄을 사용할 수 있다. 또한 도전층(151_3)에는, 가시광 반사율이 알루미늄보다 낮지만, 알루미늄보다 산화되기 어렵고, 또한 산화물의 전기 저항률이 산화 알루미늄의 전기 저항률보다 낮은 재료인 타이타늄을 사용할 수 있다.
또한 도전층(151_3)에는 은 또는 은을 포함한 합금을 사용하여도 좋다. 은은 가시광 반사율이 타이타늄보다 높다는 특성을 갖는다. 또한 은은 알루미늄보다 산화되기 어렵고, 또한 산화 은의 전기 저항률은 산화 알루미늄의 전기 저항률보다 낮다는 특성을 갖는다. 따라서 도전층(151_3)에 은 또는 은을 포함한 합금을 사용하면, 도전층(151)의 가시광 반사율을 적합하게 높이면서, 도전층(151_2)의 산화로 인한 화소 전극의 전기 저항의 상승을 억제할 수 있다. 여기서, 은을 포함한 합금으로서는 예를 들어 은과 팔라듐과 구리의 합금(Ag-Pd-Cu, APC라고도 표기함)을 적용할 수 있다. 또한 도전층(151_3)에 은 또는 은을 포함한 합금을 사용하고, 도전층(151_2)에 알루미늄을 사용하면, 도전층(151_3)의 가시광 반사율을 도전층(151_2)의 가시광 반사율보다 높게 할 수 있다. 여기서, 도전층(151_2)에 은 또는 은을 포함한 합금을 사용하여도 좋다. 또한 도전층(151_1)에 은 또는 은을 포함한 합금을 사용하여도 좋다.
한편, 타이타늄을 사용한 막은 은을 사용한 막보다 에칭 가공성이 우수하다. 따라서 도전층(151_3)에 타이타늄을 사용함으로써 도전층(151_3)을 용이하게 형성할 수 있다. 또한 알루미늄을 사용한 막도 은을 사용한 막보다 에칭 가공성이 우수하다.
상술한 바와 같이, 도전층(151)을 복수의 층의 적층 구조로 함으로써, 발광 장치의 특성을 향상시킬 수 있다. 예를 들어 광 추출 효율이 높고 신뢰성이 높은 발광 장치(1000)로 할 수 있다.
여기서, 발광 디바이스(130)에 마이크로캐비티 구조가 적용되어 있는 경우에는, 도전층(151_3)에 가시광 반사율이 높은 재료인 은 또는 은을 포함한 합금을 사용하면, 발광 장치(1000)의 광 추출 효율을 적합하게 높일 수 있다.
또한 도전층(151)의 재료 선택 또는 가공 방법에 따라서는, 도 6의 (A)에 나타낸 바와 같이 도전층(151_2)의 측면이 도전층(151_1) 및 도전층(151_3)의 측면보다 내측에 위치되어 돌출부가 형성되는 경우가 있다. 이 경우, 도전층(151)에 대한 도전층(152)의 피복성이 저하되어, 도전층(152)에서 단절이 발생할 우려가 있다.
그래서 도 6의 (A)와 같이 절연층(156)을 제공하는 것이 바람직하다. 도 6의 (A)에는 도전층(151_2)의 측면과 중첩되는 영역을 갖도록 도전층(151_1) 위에 절연층(156)이 제공된 예를 나타내었다. 이 경우, 돌출부에 기인한 도전층(152)의 단절 또는 박막화의 발생을 억제할 수 있기 때문에, 접속 불량 또는 구동 전압의 상승을 억제할 수 있다.
또한 도 6의 (A)에는 도전층(151_2)의 측면이 절연층(156)으로 전체적으로 덮인 구조를 나타내었지만, 도전층(151_2)의 측면의 일부가 절연층(156)으로 덮이지 않아도 된다. 이하에서 설명하는 구성의 화소 전극에서도 마찬가지로 도전층(151_2)의 측면의 일부가 절연층(156)으로 덮이지 않아도 된다.
또한 도 6의 (A)에 나타낸 바와 같이, 절연층(156)은 만곡면을 갖는 것이 바람직하다. 이 경우, 예를 들어 절연층(156)의 측면이 수직(Z 방향에 대하여 평행)인 경우보다, 절연층(156)을 덮는 도전층(152)의 단절의 발생을 억제할 수 있다. 또한 절연층(156)의 측면이 테이퍼 형상, 구체적으로는 90° 미만의 테이퍼 각을 갖는 테이퍼 형상을 갖는 경우에도, 예를 들어 절연층(156)의 측면이 수직인 경우보다 절연층(156)을 덮는 도전층(152)의 단절의 발생을 억제할 수 있다. 상술한 바와 같이, 발광 장치(1000)를 수율이 높은 방법으로 제작할 수 있다. 또한 불량의 발생이 억제되어 신뢰성이 높은 발광 장치(1000)로 할 수 있다.
또한 본 발명의 일 형태는 이에 한정되지 않는다. 예를 들어 도 6의 (B) 내지 (D)에 다른 구성을 갖는 제 1 전극(101)을 나타내었다.
도 6의 (B)는 도 6의 (A)의 제 1 전극(101)에서 절연층(156)이 도전층(151_2)의 측면만이 아니라, 도전층(151_1), 도전층(151_2), 및 도전층(151_3)의 측면을 덮는 구성을 나타낸 것이다.
도 6의 (C)는 도 6의 (A)의 제 1 전극(101)에서 절연층(156)이 제공되지 않은 구성을 나타낸 것이다.
도 6의 (D)는 도 6의 (A)의 제 1 전극(101)에서 도전층(151)이 적층 구조를 갖지 않고, 도전층(152)이 적층 구조를 갖는 구성을 나타낸 것이다.
도전층(152_1)은 도전층(152_2)에 대한 밀착성이 예를 들어 절연층(175)보다 높다. 도전층(152_1)에는 예를 들어 인듐, 주석, 아연, 갈륨, 타이타늄, 알루미늄, 및 실리콘 중에서 선택되는 어느 하나 또는 복수를 포함한 산화물을 사용할 수 있다. 예를 들어 산화 인듐, 인듐 주석 산화물, 인듐 아연 산화물, 산화 아연, 갈륨을 포함한 산화 아연, 산화 타이타늄, 인듐 타이타늄 산화물, 타이타늄산 아연, 알루미늄 아연 산화물, 갈륨을 포함한 인듐 아연 산화물, 알루미늄을 포함한 인듐 아연 산화물, 실리콘을 포함한 인듐 주석 산화물, 및 실리콘을 포함한 인듐 아연 산화물 등 중 어느 하나 또는 복수를 포함한 도전성 산화물을 사용하는 것이 바람직하다. 이로써, 도전층(152_2)의 박리를 억제할 수 있다. 또한 도전층(152_2)이 절연층(175)과 접하지 않는다.
도전층(152_2)은 가시광 반사율(예를 들어 400nm 이상 750nm 미만의 범위 내에서의 소정의 파장의 광에 대한 반사율)이 도전층(151), 도전층(152_1), 및 도전층(152_3)보다 높다. 도전층(152_2)의 가시광 반사율은 예를 들어 70% 이상 100% 이하로 할 수 있고, 80% 이상 100% 이하로 하는 것이 바람직하고, 90% 이상 100% 이하로 하는 것이 더 바람직하다. 또한 도전층(152_2)에는 예를 들어 은 또는 은을 포함한 합금을 사용할 수 있다. 은을 포함한 합금으로서는 예를 들어 은, 팔라듐, 및 구리의 합금(APC)이 있다. 이로써, 광 추출 효율이 높은 발광 장치(1000)로 할 수 있다. 또한 도전층(152_2)에는 은 이외의 금속을 사용하여도 좋다.
도전층(151) 및 도전층(152)이 양극으로서 기능하는 경우, 도전층(152_3)은 일함수가 큰 것이 바람직하다. 도전층(152_3)은 예를 들어 도전층(152_2)보다 일함수가 크다. 도전층(152_3)에는 예를 들어 도전층(152_1)에 사용할 수 있는 재료와 같은 재료를 사용할 수 있다. 예를 들어 도전층(152_1)과 도전층(152_3)에는 동일한 종류의 재료를 사용할 수 있다.
또한 도전층(151) 및 도전층(152)이 음극으로서 기능하는 경우, 도전층(152_3)은 일함수가 작은 것이 바람직하다. 도전층(152_3)은 예를 들어 도전층(152_2)보다 일함수가 작다.
또한 도전층(152_3)은 가시광 투과율(예를 들어 400nm 이상 750nm 미만의 범위 내에서의 소정의 파장의 광에 대한 투과율)이 높은 것이 바람직하다. 예를 들어 도전층(152_3)의 가시광 투과율은 도전층(151) 및 도전층(152_2)의 가시광 투과율보다 높은 것이 바람직하다. 도전층(152_3)의 가시광 투과율은 예를 들어 60% 이상 100% 이하로 할 수 있고, 70% 이상 100% 이하로 하는 것이 바람직하고, 80% 이상 100% 이하로 하는 것이 더 바람직하다. 이로써, 유기 화합물층(103)으로부터 방출되는 광 중 도전층(152_3)에 의하여 흡수되는 광을 줄일 수 있다. 또한 상술한 바와 같이, 도전층(152_3) 아래의 도전층(152_2)을 가시광 반사율이 높은 층으로 할 수 있다. 따라서 광 추출 효율이 높은 발광 장치(1000)로 할 수 있다.
다음으로 도 5에 나타낸 구성을 갖는 발광 장치(1000)의 제작 방법의 예에 대하여 도 7 내지 도 13을 사용하여 설명한다.
[제작 방법예]
발광 장치를 구성하는 박막(절연막, 반도체막, 및 도전막 등)은 스퍼터링법, 화학 기상 퇴적(CVD: Chemical Vapor Deposition)법, 진공 증착법, 펄스 레이저 퇴적(PLD: Pulsed Laser Deposition)법, 또는 ALD법 등을 사용하여 형성할 수 있다. CVD법으로서는 플라스마 화학 기상 퇴적(PECVD: Plasma Enhanced CVD)법 및 열 CVD법 등이 있다. 또한 열 CVD법의 하나로서 유기 금속 화학 기상 퇴적(MOCVD: Metal Organic CVD)법이 있다.
또한 발광 장치를 구성하는 박막(절연막, 반도체막, 및 도전막 등)은 스핀 코팅, 디핑(dipping), 스프레이 코팅, 잉크젯, 디스펜싱, 스크린 인쇄, 오프셋 인쇄, 닥터 나이프법, 슬릿 코팅, 롤 코팅, 커튼 코팅, 또는 나이프 코팅 등의 습식의 성막 방법에 의하여 형성할 수 있다.
특히 발광 디바이스의 제작에는 증착법 등의 진공 프로세스 및 스핀 코팅법, 잉크젯법 등의 용액 프로세스를 사용할 수 있다. 증착법으로서는 스퍼터링법, 이온 플레이팅법, 이온 빔 증착법, 분자선 증착법, 진공 증착법 등의 물리적 기상 증착법(PVD법) 및 화학적 기상 증착법(CVD법) 등을 들 수 있다. 특히 유기 화합물층에 포함되는 기능층(정공 주입층, 정공 수송층, 정공 차단층, 발광층, 전자 차단층, 전자 수송층, 및 전자 주입층 등)은 증착법(진공 증착법 등), 도포법(딥 코팅법, 다이 코팅법, 바 코팅법, 스핀 코팅법, 스프레이 코팅법 등), 인쇄법(잉크젯법, 스크린(공판 인쇄)법, 오프셋(평판 인쇄)법, 플렉소 인쇄(철판 인쇄)법, 그라비어법, 또는 마이크로 콘택트법 등) 등의 방법에 의하여 형성할 수 있다.
또한 발광 장치를 구성하는 박막은 예를 들어 포토리소그래피법을 사용하여 가공할 수 있다. 또는 나노 임프린트법, 샌드블라스트법(sandblasting method), 리프트 오프법 등에 의하여 박막을 가공하여도 좋다. 또한 메탈 마스크 등의 차폐 마스크를 사용한 성막 방법에 의하여 섬 형상의 박막을 직접 형성하여도 좋다.
포토리소그래피법에는 대표적으로는 다음 두 가지 방법이 있다. 하나는 가공하려고 하는 박막 위에 레지스트 마스크를 형성하고, 예를 들어 에칭에 의하여 상기 박막을 가공하고, 레지스트 마스크를 제거하는 방법이다. 다른 하나는 감광성을 갖는 박막을 성막한 후에, 노광, 현상을 수행하여 상기 박막을 원하는 형상으로 가공하는 방법이다.
박막의 에칭에는 드라이 에칭법, 웨트 에칭법, 또는 샌드블라스트법 등을 사용할 수 있다.
먼저, 도 7의 (A)에 나타낸 바와 같이, 기판(도시하지 않았음) 위에 절연층(171)을 형성한다. 다음으로 절연층(171) 위에 도전층(172) 및 도전층(179)을 형성하고, 도전층(172) 및 도전층(179)을 덮도록 절연층(171) 위에 절연층(173)을 형성한다. 그리고 절연층(173) 위에 절연층(174)을 형성하고, 절연층(174) 위에 절연층(175)을 형성한다.
기판으로서는 적어도 나중에 수행되는 열처리에 견딜 수 있을 정도의 내열성을 갖는 기판을 사용할 수 있다. 기판으로서 절연성 기판을 사용하는 경우에는 유리 기판, 석영 기판, 사파이어 기판, 세라믹 기판, 또는 유기 수지 기판 등을 사용할 수 있다. 또한 실리콘 또는 탄소화 실리콘 등을 재료로서 사용한 단결정 반도체 기판 또는 다결정 반도체 기판, 실리콘 저마늄 등으로 이루어지는 화합물 반도체 기판, SOI 기판 등의 반도체 기판을 사용할 수 있다.
다음으로 도 7의 (A)에 나타낸 바와 같이, 도전층(172)에 도달하는 개구를 절연층(175), 절연층(174), 및 절연층(173)에 형성한다. 그 후, 상기 개구를 매립하도록 플러그(176)를 형성한다.
다음으로 도 7의 (A)에 나타낸 바와 같이, 플러그(176) 위 및 절연층(175) 위에, 나중에 도전층(151R), 도전층(151G), 도전층(151B), 및 도전층(151C)이 되는 도전막(151f)을 형성한다. 도전막(151f)의 형성에는 예를 들어 스퍼터링법 또는 진공 증착법을 사용할 수 있다. 또한 도전막(151f)에는 예를 들어 금속 재료를 사용할 수 있다.
이어서, 도 7의 (A)에 나타낸 바와 같이, 예를 들어 도전막(151f) 위에 레지스트 마스크(191)를 형성한다. 레지스트 마스크(191)는 감광성 재료(포토레지스트)를 도포하고 노광 및 현상을 수행함으로써 형성할 수 있다.
그리고 도 7의 (B)에 나타낸 바와 같이, 예를 들어 레지스트 마스크(191)와 중첩되지 않은 영역의 도전막(151f)을, 예를 들어 에칭법, 구체적으로는 예를 들어 드라이 에칭법을 사용하여 제거한다. 또한 도전막(151f)이 예를 들어 인듐 주석 산화물 등의 도전성 산화물을 사용한 층을 포함하는 경우에는, 웨트 에칭법을 사용하여 상기 층을 제거하여도 좋다. 이에 의하여 도전층(151)이 형성된다. 또한 예를 들어 도전막(151f)의 일부를 드라이 에칭법에 의하여 제거하는 경우, 절연층(175)에서 도전층(151)과 중첩되지 않은 영역에 오목부(파인 부분이라고도 함)가 형성되는 경우가 있다.
다음으로 도 7의 (C)에 나타낸 바와 같이, 레지스트 마스크(191)를 제거한다. 레지스트 마스크(191)는 예를 들어 산소 플라스마를 사용한 애싱에 의하여 제거할 수 있다. 또는 산소 가스와, CF4, C4F8, SF6, CHF3, Cl2, H2O, BCl3, 또는 He 등의 18족 원소를 사용하여도 좋다. 또는 웨트 에칭에 의하여 레지스트 마스크(191)를 제거하여도 좋다.
이어서, 도 7의 (D)에 나타낸 바와 같이, 도전층(151R) 위, 도전층(151G) 위, 도전층(151B) 위, 도전층(151C) 위, 및 절연층(175) 위에, 나중에 절연층(156R), 절연층(156G), 절연층(156B), 및 절연층(156C)이 되는 절연막(156f)을 형성한다. 절연막(156f)의 형성에는 예를 들어 CVD법, ALD법, 스퍼터링법, 또는 진공 증착법을 사용할 수 있다.
절연막(156f)에는 무기 재료를 사용할 수 있다. 절연막(156f)으로서는 예를 들어 산화 절연막, 질화 절연막, 산화질화 절연막, 또는 질화산화 절연막 등의 무기 절연막을 사용할 수 있다. 예를 들어 절연막(156f)으로서, 실리콘을 포함한 산화 절연막, 질화 절연막, 산화질화 절연막, 또는 질화산화 절연막 등을 사용할 수 있다. 예를 들어 절연막(156f)에는 산화질화 실리콘을 사용할 수 있다.
다음으로 도 7의 (E)에 나타낸 바와 같이, 절연막(156f)을 가공함으로써 절연층(156R), 절연층(156G), 절연층(156B), 및 절연층(156C)을 형성한다. 예를 들어 절연막(156f)의 상면에 대하여 실질적으로 균일하게 에칭을 실시함으로써 절연층(156)을 형성할 수 있다. 이와 같이 균일하게 에칭하여 평탄화시키는 것을 에치 백(etch back) 처리라고도 한다. 또한 절연층(156)을 포토리소그래피법을 사용하여 형성하여도 좋다.
이어서, 도 8의 (A)에 나타낸 바와 같이, 도전층(151R) 위, 도전층(151G) 위, 도전층(151B) 위, 도전층(151C) 위, 절연층(156R) 위, 절연층(156G) 위, 절연층(156B) 위, 절연층(156C) 위, 및 절연층(175) 위에, 나중에 도전층(152R), 도전층(152G), 도전층(152B), 및 도전층(152C)이 되는 도전막(152f)을 형성한다. 구체적으로는, 예를 들어 도전층(151R), 도전층(151G), 도전층(151B), 도전층(151C), 절연층(156R), 절연층(156G), 절연층(156B), 및 절연층(156C)을 덮도록 도전막(152f)을 형성한다.
도전막(152f)의 형성에는 예를 들어 스퍼터링법 또는 진공 증착법을 사용할 수 있다. 또한 도전막(152f)의 형성에는 ALD법을 사용할 수 있다. 또한 도전막(152f)에는 예를 들어 도전성 산화물을 사용할 수 있다. 또는 도전막(152f)을, 금속 재료를 사용한 막과, 상기 막 위의 도전성 산화물을 사용한 막의 적층으로 할 수 있다. 예를 들어 도전막(152f)을, 타이타늄, 은, 또는 은을 포함한 합금을 사용한 막과, 상기 막 위의 도전성 산화물을 사용한 막의 적층으로 할 수 있다.
이어서, 도 8의 (B)에 나타낸 바와 같이, 예를 들어 포토리소그래피법을 사용하여 도전막(152f)을 가공하여, 도전층(152R), 도전층(152G), 도전층(152B), 및 도전층(152C)을 형성한다. 구체적으로는, 예를 들어 레지스트 마스크를 형성한 후에 에칭법에 의하여 도전막(152f)의 일부를 제거한다. 도전막(152f)은 예를 들어 웨트 에칭법에 의하여 제거할 수 있다. 또한 도전막(152f)은 드라이 에칭법에 의하여 제거하여도 좋다. 이로써, 도전층(151)과 도전층(152)을 갖는 화소 전극이 형성된다.
그리고 도전층(152)에 대하여 소수화 처리를 수행하는 것이 바람직하다. 소수화 처리는 처리되는 표면을 친수성으로부터 소수성으로 변화시키거나, 처리되는 표면의 소수성을 높일 수 있다. 도전층(152)에 대하여 소수화 처리를 수행함으로써, 도전층(152)과, 나중의 공정에서 형성되는 유기 화합물층(103)의 밀착성을 높여 이들이 박리되는 것을 억제할 수 있다. 또한 소수화 처리는 수행하지 않아도 된다.
다음으로 도 8의 (C)에 나타낸 바와 같이, 나중에 유기 화합물층(103B)이 되는 유기 화합물막(103Bf)을 도전층(152B) 위, 도전층(152G) 위, 도전층(152R) 위, 및 절연층(175) 위에 형성한다.
또한 본 발명에서 유기 화합물막(103Bf)은 적어도 하나의 발광층을 갖는 복수의 유기 화합물층을 갖는다. 구체적으로는, 실시형태 2에서 설명한 발광 디바이스의 구조를 참조할 수 있다. 또한 적어도 하나의 발광층을 갖는 복수의 유기 화합물층이 중간층을 개재하여 적층된 구조를 가져도 좋다.
도 8의 (C)에 나타낸 바와 같이, 도전층(152C) 위에는 유기 화합물막(103Bf)이 형성되지 않는다. 예를 들어 성막 영역을 규정하기 위한 마스크(파인 메탈 마스크와 구별하여 에어리어 마스크 또는 러프 메탈 마스크 등이라고도 함)를 사용함으로써 유기 화합물막(103Bf)을 원하는 영역에만 성막할 수 있다. 에어리어 마스크를 사용한 성막 공정과 레지스트 마스크를 사용한 가공 공정을 채용함으로써 비교적 간단한 공정으로 발광 디바이스를 제작할 수 있다.
유기 화합물막(103Bf)은 예를 들어 증착법, 구체적으로는 진공 증착법에 의하여 형성할 수 있다. 또한 유기 화합물막(103Bf)은 전사법, 인쇄법, 잉크젯법, 또는 도포법 등의 방법에 의하여 형성하여도 좋다.
다음으로 도 8의 (D)에 나타낸 바와 같이, 유기 화합물막(103Bf) 위에, 나중에 희생층(158B)이 되는 희생막(158Bf)과 나중에 마스크층(159B)이 되는 마스크막(159Bf)을 순차적으로 형성한다.
희생막(158Bf) 및 마스크막(159Bf)의 형성에는 예를 들어 스퍼터링법, ALD법(열 ALD법, PEALD법), CVD법, 진공 증착법을 사용할 수 있다. 또한 상술한 습식의 성막 방법을 사용하여 형성하여도 좋다.
또한 희생막(158Bf) 및 마스크막(159Bf)은 유기 화합물막(103Bf)의 내열 온도보다 낮은 온도에서 형성한다. 희생막(158Bf) 및 마스크막(159Bf)을 형성할 때의 기판 온도는 각각 대표적으로는 200℃ 이하, 바람직하게는 150℃ 이하, 더 바람직하게는 120℃ 이하, 더욱 바람직하게는 100℃ 이하, 더욱더 바람직하게는 80℃ 이하이다.
또한 본 실시형태에서는 마스크막이 희생막(158Bf)과 마스크막(159Bf)의 2층 구조를 갖는 예에 대하여 설명하지만, 마스크막은 단층 구조를 가져도 좋고, 3층 이상의 적층 구조를 가져도 좋다.
유기 화합물막(103Bf) 위에 희생막을 제공함으로써, 발광 장치의 제작 공정 중에 유기 화합물막(103Bf)이 받는 대미지를 저감하여, 발광 디바이스의 신뢰성을 높일 수 있다.
희생막(158Bf)으로서는, 유기 화합물막(103Bf)의 가공 조건에 대한 내성이 높은 막, 구체적으로는 유기 화합물막(103Bf)에 대한 에칭 선택비가 높은 막을 사용한다. 마스크막(159Bf)으로서는 희생막(158Bf)에 대한 에칭 선택비가 높은 막을 사용한다.
희생막(158Bf) 및 마스크막(159Bf)으로서는 웨트 에칭법에 의하여 제거할 수 이는 막을 사용하는 것이 바람직하다. 웨트 에칭법을 사용하면, 드라이 에칭법을 사용하는 경우에 비하여 희생막(158Bf) 및 마스크막(159Bf)의 가공 시에 유기 화합물막(103Bf)에 가해지는 대미지를 저감할 수 있다.
웨트 에칭법을 사용하는 경우, 특히 산성의 약액을 사용하는 것이 바람직하다. 산성의 약액으로서는 인산, 플루오린화 수소산, 질산, 아세트산, 옥살산, 및 황산 등 중 어느 하나를 포함한 약액 또는 2종류 이상의 산의 혼합 약액(혼산이라고도 함)을 사용하는 것이 좋다.
희생막(158Bf) 및 마스크막(159Bf)으로서는, 각각 예를 들어 금속막, 합금막, 금속 산화물막, 반도체막, 유기 절연막, 및 무기 절연막 등 중 1종류 또는 복수 종류를 사용할 수 있다.
또한 희생막(158Bf) 및 마스크막(159Bf)으로서, 자외선에 대하여 차광성을 갖는 재료를 포함한 막을 사용함으로써, 예를 들어 노광 공정에서 유기 화합물층에 자외선이 조사되는 것을 억제할 수 있다. 유기 화합물층이 자외선으로 인하여 대미지를 받는 것을 억제함으로써, 발광 디바이스의 신뢰성을 높일 수 있다.
또한 자외선에 대하여 차광성을 갖는 재료를 포함한 막을 후술하는 무기 절연막(125f)에 사용하는 경우에도 같은 효과가 발휘된다.
희생막(158Bf) 및 마스크막(159Bf)에는 각각 예를 들어 금, 은, 백금, 마그네슘, 니켈, 텅스텐, 크로뮴, 몰리브데넘, 철, 코발트, 구리, 팔라듐, 타이타늄, 알루미늄, 이트륨, 지르코늄, 및 탄탈럼 등의 금속 재료 또는 상기 금속 재료를 포함한 합금 재료를 사용할 수 있다. 특히 알루미늄 또는 은 등의 저융점 재료를 사용하는 것이 바람직하다.
또한 희생막(158Bf) 및 마스크막(159Bf)에는 각각 In-Ga-Zn 산화물, 산화 인듐, In-Zn 산화물, In-Sn 산화물, 인듐 타이타늄 산화물(In-Ti 산화물), 인듐 주석 아연 산화물(In-Sn-Zn 산화물), 인듐 타이타늄 아연 산화물(In-Ti-Zn 산화물), 인듐 갈륨 주석 아연 산화물(In-Ga-Sn-Zn 산화물), 실리콘을 포함한 인듐 주석 산화물 등의 금속 산화물을 사용할 수 있다.
또한 상기 갈륨 대신에 원소 M(M은 알루미늄, 실리콘, 붕소, 이트륨, 구리, 바나듐, 베릴륨, 타이타늄, 철, 니켈, 저마늄, 지르코늄, 몰리브데넘, 란타넘, 세륨, 네오디뮴, 하프늄, 탄탈럼, 텅스텐, 및 마그네슘 중에서 선택된 1종류 또는 복수 종류)을 사용하여도 좋다.
또한 희생막(158Bf) 및 마스크막(159Bf)에 예를 들어 실리콘 또는 저마늄 등의 반도체 재료를 사용하는 것은 반도체의 제조 공정과의 친화성이 높다는 이유로 바람직하다. 또한 상기 반도체 재료의 산화물 또는 질화물을 사용할 수 있다. 또는 탄소 등의 비금속 재료 또는 그 화합물을 사용할 수 있다. 또는 타이타늄, 탄탈럼, 텅스텐, 크로뮴, 알루미늄 등의 금속 또는 이들 중 하나 이상을 포함한 합금을 사용할 수 있다. 또는 산화 타이타늄 또는 산화 크로뮴 등 상기 금속을 포함한 산화물, 혹은 질화 타이타늄, 질화 크로뮴, 또는 질화 탄탈럼 등의 질화물을 사용할 수 있다.
또한 희생막(158Bf) 및 마스크막(159Bf)으로서는 각각 각종 무기 절연막을 사용할 수 있다. 특히 산화 절연막은 질화 절연막에 비하여 유기 화합물막(103Bf)과의 밀착성이 높기 때문에 바람직하다. 예를 들어 희생막(158Bf) 및 마스크막(159Bf)에는 각각 산화 알루미늄, 산화 하프늄, 산화 실리콘 등의 무기 절연 재료를 사용할 수 있다. 희생막(158Bf) 및 마스크막(159Bf)으로서는 예를 들어 ALD법을 사용하여 산화 알루미늄막을 형성할 수 있다. ALD법을 사용하면 하지(특히 유기 화합물층)에 대한 대미지를 저감할 수 있기 때문에 바람직하다.
또한 희생막(158Bf) 및 마스크막(159Bf) 중 한쪽 또는 양쪽에 유기 재료를 사용하여도 좋다. 예를 들어 유기 재료로서, 적어도 유기 화합물막(103Bf)의 최상부에 위치하는 막에 대하여 화학적으로 안정된 용매에 용해될 수 있는 재료를 사용하여도 좋다. 특히 물 또는 알코올에 용해되는 재료를 적합하게 사용할 수 있다. 이러한 재료의 성막 시에는, 물 또는 알코올 등의 용매에 용해된 재료를 습식의 성막 방법에 의하여 도포한 후에, 용매를 증발시키기 위한 가열 처리를 수행하는 것이 바람직하다. 이때, 감압 분위기하에서 가열 처리를 수행하면, 저온에서 용매를 단시간에 제거할 수 있기 때문에, 유기 화합물막(103Bf)에 대한 열적 대미지를 저감할 수 있어 바람직하다.
희생막(158Bf) 및 마스크막(159Bf)에는 각각 폴리바이닐알코올(PVA), 폴리바이닐뷰티랄, 폴리바이닐피롤리돈, 폴리에틸렌글라이콜, 폴리글리세린, 풀루란, 수용성 셀룰로스, 알코올 가용성 폴리아마이드 수지, 또는 퍼플루오로폴리머 등의 플루오린 수지 등의 유기 수지를 사용하여도 좋다.
예를 들어 희생막(158Bf)으로서 증착법 및 상기 습식의 성막 방법 중 어느 것을 사용하여 형성한 유기막(예를 들어 PVA막)을 사용하고, 마스크막(159Bf)으로서 스퍼터링법을 사용하여 형성한 무기막(예를 들어 질화 실리콘막)을 사용할 수 있다.
다음으로 도 8의 (D)에 나타낸 바와 같이, 마스크막(159Bf) 위에 레지스트 마스크(190B)를 형성한다. 레지스트 마스크(190B)는 감광성 재료(포토레지스트)를 도포하고 노광 및 현상을 수행함으로써 형성할 수 있다.
레지스트 마스크(190B)는 포지티브형 레지스트 재료를 사용하여 제작되어도 좋고, 네거티브형 레지스트 재료를 사용하여 제작되어도 좋다.
레지스트 마스크(190B)는 도전층(152B)과 중첩되는 위치에 제공한다. 레지스트 마스크(190B)는 도전층(152C)과 중첩되는 위치에도 제공하는 것이 바람직하다. 이에 의하여, 도전층(152C)이 발광 장치의 제작 공정 중에 대미지를 받는 것을 억제할 수 있다. 또한 도전층(152C) 위에 레지스트 마스크(190B)를 제공하지 않아도 된다. 또한 도 8의 (C)에서의 B1-B2를 따르는 단면도에 나타낸 바와 같이, 레지스트 마스크(190B)는 유기 화합물막(103Bf)의 단부로부터 도전층(152C)의 단부(유기 화합물막(103Bf) 측의 단부)를 덮도록 제공되는 것이 바람직하다.
다음으로 도 8의 (E)에 나타낸 바와 같이, 레지스트 마스크(190B)를 사용하여 마스크막(159Bf)의 일부를 제거함으로써 마스크층(159B)을 형성한다. 마스크층(159B)은 도전층(152B) 및 도전층(152C) 위에 잔존한다. 그 후, 레지스트 마스크(190B)를 제거한다. 다음으로 마스크층(159B)을 마스크(하드 마스크라고도 함)로서 사용하여 희생막(158Bf)의 일부를 제거함으로써 희생층(158B)을 형성한다.
희생막(158Bf) 및 마스크막(159Bf)은 각각 웨트 에칭법 또는 드라이 에칭법에 의하여 가공될 수 있다. 희생막(158Bf) 및 마스크막(159Bf)의 가공은 웨트 에칭에 의하여 수행되는 것이 바람직하다.
웨트 에칭법을 사용하면, 드라이 에칭법을 사용하는 경우에 비하여 희생막(158Bf) 및 마스크막(159Bf)의 가공 시에 유기 화합물막(103Bf)에 가해지는 대미지를 저감할 수 있다. 웨트 에칭법을 사용하는 경우, 예를 들어 현상액, 수산화 테트라메틸암모늄 수용액(TMAH), 희석된 플루오린화 수소산, 옥살산, 인산, 아세트산, 질산, 또는 이들의 혼합 액체를 사용한 약액 등을 사용하는 것이 바람직하다.
마스크막(159Bf)을 가공할 때 유기 화합물막(103Bf)은 노출되지 않기 때문에, 마스크막(159Bf)은 희생막(158Bf)보다 가공 방법의 선택의 폭이 넓다. 구체적으로는, 마스크막(159Bf)을 가공할 때 에칭 가스로서 산소를 포함한 가스를 사용한 경우에도, 유기 화합물막(103Bf)의 열화를 억제할 수 있다.
웨트 에칭법을 사용하는 경우, 특히 산성의 약액을 사용하는 것이 바람직하다. 산성의 약액으로서는 인산, 플루오린화 수소산, 질산, 아세트산, 옥살산, 및 황산 등 중 어느 하나를 포함한 약액 또는 2종류 이상의 산의 혼합 약액(혼산이라고도 함)을 사용하는 것이 좋다.
또한 희생막(158Bf)을 가공할 때 드라이 에칭법을 사용하는 경우에는, 에칭 가스로서 산소를 포함한 가스를 사용하지 않으면 유기 화합물막(103Bf)의 열화를 억제할 수 있다. 드라이 에칭법을 사용하는 경우, 예를 들어 CF4, C4F8, SF6, CHF3, Cl2, H2O, BCl3, 또는 He 등의 18족 원소를 포함한 가스를 에칭 가스로서 사용하는 것이 바람직하다.
레지스트 마스크(190B)는 레지스트 마스크(191)와 같은 방법에 의하여 제거할 수 있다. 이때 희생막(158Bf)이 가장 바깥쪽 면에 위치하고, 유기 화합물막(103Bf)은 노출되지 않기 때문에, 레지스트 마스크(190B)의 제거 공정에서 유기 화합물막(103Bf)이 대미지를 받는 것을 억제할 수 있다. 또한 레지스트 마스크(190B)의 제거 방법의 선택의 폭을 넓힐 수 있다.
다음으로 도 8의 (E)에 나타낸 바와 같이, 유기 화합물막(103Bf)을 가공하여 유기 화합물층(103B)을 형성한다. 예를 들어 마스크층(159B) 및 희생층(158B)을 하드 마스크로서 사용하여 유기 화합물막(103Bf)의 일부를 제거함으로써 유기 화합물층(103B)을 형성한다.
이에 의하여, 도 8의 (E)에 나타낸 바와 같이, 도전층(152B) 위에 유기 화합물층(103B), 희생층(158B), 및 마스크층(159B)의 적층 구조가 잔존한다. 또한 도전층(152G) 및 도전층(152R)이 노출된다.
유기 화합물막(103Bf)의 가공에는 드라이 에칭법 또는 웨트 에칭법을 사용할 수 있다. 예를 들어 드라이 에칭법에 의하여 가공을 수행하는 경우에는, 산소를 포함한 에칭 가스를 사용할 수 있다. 에칭 가스가 산소를 포함하면, 에칭 속도를 늘릴 수 있다. 따라서 충분히 빠른 에칭 속도를 유지하면서 낮은 파워로 에칭을 수행할 수 있다. 그러므로 유기 화합물막(103Bf)에 가해지는 대미지를 억제할 수 있다. 또한 에칭 시에 생기는 반응 생성물의 부착 등의 문제를 억제할 수 있다.
또한 산소를 포함하지 않는 에칭 가스를 사용하여도 좋다. 예를 들어 산소를 포함하지 않는 에칭 가스를 사용함으로써 유기 화합물막(103Bf)의 열화를 억제할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 형태에서는 마스크막(159Bf) 위에 레지스트 마스크(190B)를 형성하고, 레지스트 마스크(190B)를 사용하여 마스크막(159Bf)의 일부를 제거함으로써 마스크층(159B)을 형성한다. 그 후, 마스크층(159B)을 하드 마스크로서 사용하여 유기 화합물막(103Bf)의 일부를 제거함으로써 유기 화합물층(103B)을 형성한다. 따라서 포토리소그래피법을 사용하여 유기 화합물막(103Bf)을 가공함으로써 유기 화합물층(103B)이 형성된다고 할 수 있다. 또한 레지스트 마스크(190B)를 사용하여 유기 화합물막(103Bf)의 일부를 제거하여도 좋다. 그 후, 레지스트 마스크(190B)를 제거하여도 좋다.
여기서, 필요에 따라 도전층(152G)에 대하여 소수화 처리를 수행하여도 좋다. 유기 화합물막(103Bf)의 가공 시에 예를 들어 도전층(152G)의 표면 상태가 친수성으로 변화되는 경우가 있다. 도전층(152G)에 대하여 소수화 처리를 수행함으로써, 예를 들어 도전층(152G)과, 나중의 공정에서 형성되는 층(여기서는 유기 화합물층(103G))의 밀착성을 높여 이들이 박리되는 것을 억제할 수 있다.
다음으로 도 9의 (A)에 나타낸 바와 같이, 나중에 유기 화합물층(103G)이 되는 유기 화합물막(103Gf)을 도전층(152G) 위, 도전층(152R) 위, 마스크층(159B) 위, 및 절연층(175) 위에 형성한다.
유기 화합물막(103Gf)은 유기 화합물막(103Bf)의 형성에 사용할 수 있는 방법과 같은 방법으로 형성할 수 있다. 또한 유기 화합물막(103Bf)은 유기 화합물막(103Gf)과 같은 구성을 가질 수 있다.
다음으로 도 9의 (B)에 나타낸 바와 같이, 유기 화합물막(103Gf) 위 및 마스크층(159B) 위에, 나중에 희생층(158G)이 되는 희생막(158Gf)과 나중에 마스크층(159G)이 되는 마스크막(159Gf)을 순차적으로 형성한다. 그 후, 레지스트 마스크(190G)를 형성한다. 희생막(158Gf) 및 마스크막(159Gf)의 재료 및 형성 방법은 희생막(158Bf) 및 마스크막(159Bf)의 재료 및 형성 방법과 같다. 레지스트 마스크(190G)의 재료 및 형성 방법은 레지스트 마스크(190B)의 재료 및 형성 방법과 같다.
레지스트 마스크(190G)는 도전층(152G)과 중첩되는 위치에 제공한다.
다음으로 도 9의 (C)에 나타낸 바와 같이, 레지스트 마스크(190G)를 사용하여 마스크막(159Gf)의 일부를 제거함으로써 마스크층(159G)을 형성한다. 마스크층(159G)은 도전층(152G) 위에 잔존한다. 그 후, 레지스트 마스크(190G)를 제거한다. 다음으로 마스크층(159G)을 마스크로서 사용하여 희생막(158Gf)의 일부를 제거함으로써 희생층(158G)을 형성한다. 이어서, 유기 화합물막(103Gf)을 가공하여 유기 화합물층(103G)을 형성한다. 예를 들어 마스크층(159G) 및 희생층(158G)을 하드 마스크로서 사용하여 유기 화합물막(103Gf)의 일부를 제거함으로써 유기 화합물층(103G)을 형성한다.
이에 의하여, 도 9의 (C)에 나타낸 바와 같이, 도전층(152G) 위에 유기 화합물층(103G), 희생층(158G), 및 마스크층(159G)의 적층 구조가 잔존한다. 또한 마스크층(159B) 및 도전층(152R)이 노출된다.
또한 예를 들어 도전층(152R)에 대하여 소수화 처리를 수행하여도 좋다.
다음으로 도 10의 (A)에 나타낸 바와 같이, 나중에 유기 화합물층(103R)이 되는 유기 화합물막(103Rf)을 도전층(152R) 위, 마스크층(159G) 위, 마스크층(159B) 위, 및 절연층(175) 위에 형성한다.
유기 화합물막(103Rf)은 유기 화합물막(103Gf)의 형성에 사용할 수 있는 방법과 같은 방법으로 형성할 수 있다. 또한 유기 화합물막(103Rf)은 유기 화합물막(103Gf)과 같은 구성으로 할 수 있다.
이어서, 도 10의 (B) 및 (C)에 나타낸 바와 같이, 레지스트 마스크(190R)를 사용하여, 희생막(158Rf)으로부터 희생층(158R)을, 마스크막(159Rf)으로부터 마스크층(159R)을, 유기 화합물막(103Rf)으로부터 유기 화합물층(103R)을 형성한다. 희생층(158R), 마스크층(159R), 유기 화합물층(103R)의 형성 방법에 대해서는 유기 화합물층(103G)에 대한 기재를 참조할 수 있다.
또한 유기 화합물층(103B), 유기 화합물층(103G), 유기 화합물층(103R)의 측면은 각각 피형성면에 대하여 수직 또는 실질적으로 수직인 것이 바람직하다. 예를 들어 피형성면과 이들 측면이 이루는 각도를 60° 이상 90° 이하로 하는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이, 포토리소그래피법을 사용하여 형성한 유기 화합물층(103B), 유기 화합물층(103G), 및 유기 화합물층(103R) 중 인접한 2개 사이의 거리는 8μm 이하, 5μm 이하, 3μm 이하, 2μm 이하, 또는 1μm 이하까지 좁힐 수 있다. 여기서, 상기 거리는 예를 들어 유기 화합물층(103B), 유기 화합물층(103G), 및 유기 화합물층(103R) 중 인접한 2개의 대향하는 단부 사이의 거리로 규정할 수 있다. 이와 같이, 섬 형상의 유기 화합물층들 사이의 거리를 좁힘으로써, 정세도가 높고 개구율이 높은 발광 장치를 제공할 수 있다. 또한 인접한 발광 디바이스의 제 1 전극들 사이의 거리도 좁힐 수 있고, 예를 들어 10μm 이하, 8μm 이하, 5μm 이하, 3μm 이하, 2μm 이하로 할 수 있다. 또한 인접한 발광 디바이스의 제 1 전극들 사이의 거리는 2μm 이상 5μm 이하인 것이 바람직하다.
다음으로 도 11의 (A)에 나타낸 바와 같이, 마스크층(159B), 마스크층(159G), 및 마스크층(159R)을 제거한다.
또한 본 실시형태에서는 마스크층(159B), 마스크층(159G), 및 마스크층(159R)을 제거하는 경우를 예로 들어 설명하지만, 마스크층(159B), 마스크층(159G), 및 마스크층(159R)은 제거하지 않아도 된다. 예를 들어 마스크층(159B), 마스크층(159G), 및 마스크층(159R)이 자외선에 대하여 차광성을 갖는 상술한 재료를 포함하는 경우에는, 이들을 제거하지 않고 다음 공정으로 넘어감으로써, 유기 화합물층을 광 조사(조명광을 포함함)로부터 보호할 수 있다.
마스크층의 제거 공정은 마스크층의 가공 공정과 같은 방법을 사용하여 수행할 수 있다. 특히 웨트 에칭법을 사용하면, 드라이 에칭법을 사용하는 경우에 비하여 마스크층의 제거 시에 유기 화합물층(103B), 유기 화합물층(103G), 및 유기 화합물층(103R)에 가해지는 대미지를 저감할 수 있다.
또한 마스크층은 물 또는 알코올 등의 용매에 용해됨으로써 제거되어도 좋다. 알코올로서는 에틸 알코올, 메틸 알코올, 아이소프로필 알코올(IPA), 또는 글리세린 등을 들 수 있다.
마스크층을 제거한 후, 유기 화합물층(103B), 유기 화합물층(103G), 및 유기 화합물층(103R)에 포함되는 물, 그리고 유기 화합물층(103B), 유기 화합물층(103G), 및 유기 화합물층(103R)의 표면에 흡착된 물을 제거하기 위하여 건조 처리를 수행하여도 좋다. 예를 들어 비활성 기체 분위기 또는 감압 분위기하에서의 가열 처리를 수행할 수 있다. 가열 처리는 50℃ 이상 200℃ 이하, 바람직하게는 60℃ 이상 150℃ 이하, 더 바람직하게는 70℃ 이상 120℃ 이하의 기판 온도에서 수행할 수 있다. 감압 분위기하에서 수행하면, 더 낮은 온도에서 건조를 수행할 수 있기 때문에 바람직하다.
다음으로 도 11의 (B)에 나타낸 바와 같이, 유기 화합물층(103B), 유기 화합물층(103G), 유기 화합물층(103R), 희생층(158B), 희생층(158G), 및 희생층(158R)을 덮도록, 나중에 무기 절연층(125)이 되는 무기 절연막(125f)을 형성한다.
후술하는 바와 같이, 무기 절연막(125f)의 상면과 접하여, 나중에 절연층(127)이 되는 절연막이 형성된다. 그러므로 무기 절연막(125f)의 상면은 절연층(127)이 되는 절연막에 사용하는 재료(예를 들어 아크릴 수지를 포함한 감광성 수지 조성물)와의 친화성이 높은 것이 바람직하다. 상기 친화성을 향상시키기 위하여, 무기 절연막(125f)의 상면에 표면 처리를 수행하여도 좋다. 구체적으로는, 무기 절연막(125f)의 표면을 소수화하는 것(또는 소수성을 높이는 것)이 바람직하다. 예를 들어 헥사메틸다이실라잔(HMDS) 등의 실릴화제를 사용하여 처리를 수행하는 것이 바람직하다. 이와 같이 무기 절연막(125f)의 상면을 소수화함으로써, 절연막(127f)을 높은 밀착성으로 형성할 수 있다.
다음으로 도 11의 (C)에 나타낸 바와 같이, 무기 절연막(125f) 위에, 나중에 절연층(127)이 되는 절연막(127f)을 형성한다.
무기 절연막(125f) 및 절연막(127f)은 유기 화합물층(103B), 유기 화합물층(103G), 및 유기 화합물층(103R)에 대한 대미지가 적은 형성 방법으로 성막되는 것이 바람직하다. 특히 무기 절연막(125f)은 유기 화합물층(103B), 유기 화합물층(103G), 및 유기 화합물층(103R)의 측면과 접하여 형성되기 때문에, 절연막(127f)보다 유기 화합물층(103B), 유기 화합물층(103G), 및 유기 화합물층(103R)에 대한 대미지가 적은 형성 방법으로 성막되는 것이 바람직하다.
또한 무기 절연막(125f) 및 절연막(127f)은 각각 유기 화합물층(103B), 유기 화합물층(103G), 및 유기 화합물층(103R)의 내열 온도보다 낮은 온도에서 형성한다. 또한 무기 절연막(125f)은 성막 시의 기판 온도를 높게 함으로써, 막 두께가 얇아도 불순물 농도가 낮고 물 및 산소 중 적어도 한쪽에 대한 배리어성이 높은 막으로 할 수 있다.
무기 절연막(125f) 및 절연막(127f)을 형성할 때의 기판 온도는 각각 60℃ 이상, 80℃ 이상, 100℃ 이상, 또는 120℃ 이상이고 200℃ 이하, 180℃ 이하, 160℃ 이하, 150℃ 이하, 또는 140℃ 이하인 것이 바람직하다.
무기 절연막(125f)으로서는, 두께가 3nm 이상, 5nm 이상, 또는 10nm 이상이고 200nm 이하, 150nm 이하, 100nm 이하, 또는 50nm 이하인 절연막을 상기 기판 온도의 범위에서 형성하는 것이 바람직하다.
무기 절연막(125f)은 예를 들어 ALD법을 사용하여 형성하는 것이 바람직하다. ALD법을 사용하면, 성막 대미지를 저감할 수 있고, 피복성이 높은 막을 성막할 수 있기 때문에 바람직하다. 무기 절연막(125f)으로서는 예를 들어 ALD법을 사용하여 산화 알루미늄막을 형성하는 것이 바람직하다.
이 외에, 무기 절연막(125f)은 ALD법보다 성막 속도가 빠른 스퍼터링법, CVD법, 또는 PECVD법을 사용하여 형성하여도 좋다. 이 경우, 신뢰성이 높은 발광 장치를 높은 생산성으로 제작할 수 있다.
절연막(127f)은 상술한 습식의 성막 방법을 사용하여 형성하는 것이 바람직하다. 절연막(127f)은 예를 들어 감광성 재료를 사용하여 스핀 코팅에 의하여 형성하는 것이 바람직하고, 더 구체적으로는 아크릴 수지를 포함한 감광성 수지 조성물을 사용하여 형성하는 것이 바람직하다.
절연막(127f)은 예를 들어 중합체, 산 발생제, 및 용매를 포함한 수지 조성물을 사용하여 형성되는 것이 바람직하다. 중합체는 1종류 또는 복수 종류의 단량체를 사용하여 형성되고, 1종류 또는 복수 종류의 구조 단위(구성 단위라고도 함)가 규칙적으로 또는 불규칙적으로 반복된 구조를 갖는다. 산 발생제로서는 광 조사에 의하여 산을 발생시키는 화합물 및 가열에 의하여 산을 발생시키는 화합물 중 한쪽 또는 양쪽을 사용할 수 있다. 수지 조성물은 감광제, 증감제, 촉매, 접착 보조제, 계면 활성제, 산화 방지제 중 하나 또는 복수를 더 포함하여도 좋다.
또한 절연막(127f)의 형성 후에 가열 처리(프리베이킹이라고도 함)를 수행하는 것이 바람직하다. 상기 가열 처리는 유기 화합물층(103B), 유기 화합물층(103G), 및 유기 화합물층(103R)의 내열 온도보다 낮은 온도에서 수행한다. 가열 처리 시의 기판 온도는 50℃ 이상 200℃ 이하가 바람직하고, 60℃ 이상 150℃ 이하가 더 바람직하고, 70℃ 이상 120℃ 이하가 더욱 바람직하다. 이로써, 절연막(127f)에 포함되는 용매를 제거할 수 있다.
다음으로 노광을 수행하여 절연막(127f)의 일부에 가시광선 또는 자외선을 감광시킨다. 여기서, 절연막(127f)에 아크릴 수지를 포함한 포지티브형 감광성 수지 조성물을 사용하는 경우, 나중의 공정에서 절연층(127)이 형성되지 않는 영역에 가시광선 또는 자외선을 조사한다. 절연층(127)은 도전층(152B), 도전층(152G), 및 도전층(152R) 중 어느 2개 사이에 끼워지는 영역, 및 도전층(152C)의 주위에 형성된다. 그러므로 도전층(152B) 위, 도전층(152G) 위, 도전층(152R) 위, 및 도전층(152C) 위에 가시광선 또는 자외선을 조사한다. 또한 절연막(127f)에 네거티브형 감광성 재료를 사용하는 경우, 절연층(127)이 형성되는 영역에 가시광선 또는 자외선을 조사한다.
나중에 형성되는 절연층(127)의 폭은 절연막(127f)의 노광 영역에 따라 제어할 수 있다. 본 실시형태에서는, 절연층(127)이 도전층(151)의 상면과 중첩되는 부분을 갖도록 가공을 수행한다.
여기서, 희생층(158)(희생층(158B), 희생층(158G), 및 희생층(158R)) 및 무기 절연막(125f) 중 한쪽 또는 양쪽으로서 산소에 대한 배리어 절연층(예를 들어 산화 알루미늄막 등)을 제공함으로써, 유기 화합물층(103B), 유기 화합물층(103G), 및 유기 화합물층(103R)으로 산소가 확산되는 것을 저감할 수 있다. 유기 화합물층에 광(가시광선 또는 자외선)이 조사되면, 상기 유기 화합물층에 포함되는 유기 화합물이 들뜬 상태가 되어, 분위기 중의 산소와의 반응이 촉진되는 경우가 있다. 더 구체적으로는, 산소를 포함하는 분위기하에서 광(가시광선 또는 자외선)이 유기 화합물층에 조사되면, 상기 유기 화합물층에 포함되는 유기 화합물에 산소가 결합될 가능성이 있다. 희생층(158) 및 무기 절연막(125f)을 섬 형상의 유기 화합물층 위에 제공함으로써, 상기 유기 화합물층에 포함되는 유기 화합물에 분위기 중의 산소가 결합되는 것을 저감할 수 있다.
이어서, 도 12의 (A)에 나타낸 바와 같이, 현상을 수행하여 절연막(127f) 중 노광된 영역을 제거함으로써 절연층(127a)을 형성한다. 절연층(127a)은 도전층(152B), 도전층(152G), 및 도전층(152R) 중 어느 2개 사이에 끼워지는 영역, 및 도전층(152C)을 둘러싸는 영역에 형성된다. 여기서, 절연막(127f)에 아크릴 수지를 사용하는 경우, 현상액으로서 알칼리성 용액을 사용할 수 있고, 예를 들어 TMAH를 사용할 수 있다.
다음으로 도 12의 (B)에 나타낸 바와 같이, 절연층(127a)을 마스크로서 사용하여 에칭 처리를 수행함으로써, 무기 절연막(125f)의 일부를 제거하여, 희생층(158B), 희생층(158G), 및 희생층(158R)의 일부의 두께를 얇게 한다. 이에 의하여, 절연층(127a) 아래에 무기 절연층(125)이 형성된다. 또한 이하에서는, 절연층(127a)을 마스크로서 사용하여 무기 절연막(125f)을 가공하는 에칭 처리를 제 1 에칭 처리라고 하는 경우가 있다.
즉 제 1 에칭 처리에서는 희생층(158B), 희생층(158G), 및 희생층(158R)을 완전히 제거하지는 않고, 이들의 두께가 얇아진 상태에서 에칭 처리를 정지한다. 이와 같이, 유기 화합물층(103B), 유기 화합물층(103G), 및 유기 화합물층(103R) 위에, 대응하는 희생층(158B), 희생층(158G), 및 희생층(158R)을 잔존시킴으로써, 나중의 공정에서의 처리에 의하여 유기 화합물층(103B), 유기 화합물층(103G), 및 유기 화합물층(103R)에 대미지가 가해지는 것을 방지할 수 있다.
제 1 에칭 처리는 드라이 에칭 또는 웨트 에칭에 의하여 수행할 수 있다. 또한 무기 절연막(125f)을 희생층(158B), 희생층(158G), 및 희생층(158R)과 같은 재료를 사용하여 성막한 경우, 무기 절연막(125f)의 가공 및 노출된 희생층(158)의 박막화를 제 1 에칭 처리에 의하여 동시에 수행할 수 있기 때문에 바람직하다.
측면이 테이퍼 형상을 갖는 절연층(127a)을 마스크로서 사용하여 에칭을 수행함으로써, 무기 절연층(125)의 측면, 그리고 희생층(158B), 희생층(158G), 및 희생층(158R)의 측면의 상단부를 비교적 용이하게 테이퍼 형상으로 가공할 수 있다.
예를 들어 제 1 에칭 처리를 드라이 에칭에 의하여 수행하는 경우, 염소계 가스를 사용할 수 있다. 염소계 가스로서는 Cl2, BCl3, SiCl4, 및 CCl4 등 중 하나 또는 이들 중 2개 이상의 혼합물을 사용할 수 있다. 또한 산소 가스, 수소 가스, 헬륨 가스, 및 아르곤 가스 등 중 하나 또는 이들 중 2개 이상의 혼합물을 상기 염소계 가스에 적절히 첨가할 수 있다. 드라이 에칭을 수행함으로써, 희생층(158B), 희생층(158G), 및 희생층(158R)의 두께가 얇은 영역을 양호한 면 내 균일성으로 형성할 수 있다.
또한 예를 들어 제 1 에칭 처리는 웨트 에칭에 의하여 수행할 수 있다. 웨트 에칭법을 사용하면, 드라이 에칭법을 사용하는 경우에 비하여 유기 화합물층(103B), 유기 화합물층(103G), 및 유기 화합물층(103R)에 가해지는 대미지를 저감할 수 있다.
웨트 에칭에서는 산성의 약액을 사용하는 것이 바람직하다. 산성의 약액으로서는 인산, 플루오린화 수소산, 질산, 아세트산, 옥살산, 및 황산 등 중 어느 하나를 포함한 약액 또는 2종류 이상의 산의 혼합 약액(혼산이라고도 함)을 사용하는 것이 좋다.
또한 알칼리 용액을 사용하여 웨트 에칭을 수행할 수 있다. 예를 들어 산화 알루미늄막의 웨트 에칭에는 알칼리 용액인 TMAH를 사용할 수 있다. 이 경우, 패들(puddle) 방식으로 웨트 에칭을 수행할 수 있다.
다음으로 가열 처리(포스트 베이킹(post-baking)이라고도 함)를 수행한다. 가열 처리를 수행함으로써, 절연층(127a)을, 측면이 테이퍼 형상을 갖는 절연층(127)으로 변형시킬 수 있다(도 12의 (C) 참조). 상기 가열 처리는 유기 화합물층의 내열 온도보다 낮은 온도에서 수행한다. 가열 처리는 50℃ 이상 200℃ 이하, 바람직하게는 60℃ 이상 150℃ 이하, 더 바람직하게는 70℃ 이상 130℃ 이하의 기판 온도에서 수행할 수 있다. 가열 분위기는 대기 분위기이어도 좋고, 비활성 기체 분위기이어도 좋다. 또한 가열 분위기는 대기압 분위기이어도 좋고, 감압 분위기이어도 좋다. 본 공정의 가열 처리는 절연막(127f) 형성 후의 가열 처리(프리베이킹)보다 높은 기판 온도에서 수행하는 것이 바람직하다.
가열 처리에 의하여, 절연층(127)과 무기 절연층(125)의 밀착성을 향상시키고, 절연층(127)의 내식성도 향상시킬 수 있다. 또한 절연층(127a)이 변형되면, 무기 절연층(125)의 단부를 절연층(127)으로 덮을 수 있다.
제 1 에칭 처리에서 희생층(158B), 희생층(158G), 및 희생층(158R)을 완전히 제거하지는 않고, 이들을 두께가 얇아진 상태에서 잔존시킴으로써, 상기 가열 처리에 의하여 유기 화합물층(103B), 유기 화합물층(103G), 및 유기 화합물층(103R)에 대미지가 가해져 열화되는 것을 방지할 수 있다. 따라서 발광 디바이스의 신뢰성을 높일 수 있다.
다음으로 도 13의 (A)에 나타낸 바와 같이, 절연층(127)을 마스크로서 사용하여 에칭 처리를 수행함으로써 희생층(158B), 희생층(158G), 및 희생층(158R)의 일부를 제거한다. 또한 이때 무기 절연층(125)의 일부도 제거되는 경우가 있다. 상기 에칭 처리에 의하여, 희생층(158B), 희생층(158G), 및 희생층(158R)에 개구가 형성되고, 상기 개구에서 유기 화합물층(103B), 유기 화합물층(103G), 유기 화합물층(103R), 및 도전층(152C)의 상면이 노출된다. 또한 이하에서는 절연층(127)을 마스크로서 사용하여 유기 화합물층(103B), 유기 화합물층(103G), 및 유기 화합물층(103R)을 노출시키는 에칭 처리를 제 2 에칭 처리라고 하는 경우가 있다.
제 2 에칭 처리는 웨트 에칭에 의하여 수행한다. 웨트 에칭법을 사용하면, 드라이 에칭법을 사용하는 경우에 비하여 유기 화합물층(103B), 유기 화합물층(103G), 및 유기 화합물층(103R)에 가해지는 대미지를 저감할 수 있다. 웨트 에칭은 제 1 에칭 처리와 마찬가지로 산성의 약액 또는 알칼리 용액을 사용하여 수행할 수 있다.
또한 유기 화합물층(103B), 유기 화합물층(103G), 및 유기 화합물층(103R)의 일부를 노출시킨 후, 가열 처리를 더 수행하여도 좋다. 상기 가열 처리에 의하여, 유기 화합물층에 포함되는 물 및 유기 화합물층의 표면에 흡착된 물 등을 제거할 수 있다. 또한 상기 가열 처리에 의하여 절연층(127)이 변형되는 경우가 있다. 구체적으로는, 절연층(127)이 무기 절연층(125)의 단부, 희생층(158B), 희생층(158G), 및 희생층(158R)의 단부, 그리고 유기 화합물층(103B), 유기 화합물층(103G), 및 유기 화합물층(103R)의 상면 중 적어도 하나를 덮도록 넓어지는 경우가 있다.
또한 도 13의 (A)에는 희생층(158G)의 단부의 일부(구체적으로는, 제 1 에칭 처리에 의하여 형성된 테이퍼 형상 부분)가 절연층(127)으로 덮이고, 제 2 에칭 처리에 의하여 형성된 테이퍼 형상 부분은 노출된 예를 나타내었다(도 6의 (A) 참조).
또한 절연층(127)은 희생층(158G)의 단부 전체를 덮어도 좋다. 예를 들어 절연층(127)의 단부가 늘어져 희생층(158G)의 단부를 덮는 경우가 있다. 또한 예를 들어 절연층(127)의 단부가 유기 화합물층(103B), 유기 화합물층(103G), 및 유기 화합물층(103R) 중 적어도 하나의 상면과 접하는 경우가 있다.
그리고 도 13의 (B)에 나타낸 바와 같이, 유기 화합물층(103B) 위, 유기 화합물층(103G) 위, 유기 화합물층(103R) 위, 도전층(152C) 위, 및 절연층(127) 위에 공통 전극(155)을 형성한다. 공통 전극(155)은 스퍼터링법 또는 진공 증착법 등의 방법에 의하여 형성할 수 있다. 또는 증착법에 의하여 형성한 막과 스퍼터링법에 의하여 형성한 막을 적층하여 공통 전극(155)을 형성하여도 좋다.
다음으로 도 13의 (C)에 나타낸 바와 같이, 공통 전극(155) 위에 보호층(131)을 형성한다. 보호층(131)은 진공 증착법, 스퍼터링법, CVD법, 또는 ALD법 등의 방법에 의하여 형성할 수 있다.
이어서, 수지층(122)을 사용하여 보호층(131) 위에 기판(120)을 접합함으로써 발광 장치를 제작할 수 있다. 상술한 바와 같이, 본 발명의 일 형태의 발광 장치의 제작 방법에서는, 도전층(151)의 측면과 중첩된 영역을 갖도록 절연층(156)을 제공하고, 또한 도전층(151) 및 절연층(156)을 덮도록 도전층(152)을 형성한다. 이에 의하여, 발광 장치의 수율을 높이고, 또한 불량의 발생을 억제할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 형태의 발광 장치의 제작 방법에서는, 섬 형상의 유기 화합물층(103B), 섬 형상의 유기 화합물층(103G), 및 섬 형상의 유기 화합물층(103R)은 파인 메탈 마스크를 사용하여 형성되는 것이 아니라, 면 전체에 성막한 후에 가공함으로써 형성되기 때문에, 섬 형상의 층을 균일한 두께로 형성할 수 있다. 그리고 고정세 발광 장치 또는 고개구율 발광 장치를 실현할 수 있다. 또한 정세도 또는 개구율이 높고 부화소 사이의 거리가 매우 짧은 경우에도, 인접한 부화소 사이에서 유기 화합물층(103B), 유기 화합물층(103G), 및 유기 화합물층(103R)이 서로 접하는 것을 억제할 수 있다. 따라서 부화소 사이에서 누설 전류가 발생하는 것을 억제할 수 있다. 이에 의하여, 크로스토크를 방지할 수 있어 콘트라스트가 매우 높은 발광 장치를 실현할 수 있다. 또한 포토리소그래피법을 사용하여 제작된 탠덤형 발광 디바이스를 포함하는 발광 장치의 경우에도 양호한 특성을 가질 수 있다.
(실시형태 4)
본 실시형태에서는, 본 발명의 일 형태의 발광 장치에 대하여 도 14의 (A) 내지 (G) 및 도 15의 (A) 내지 (I)를 사용하여 설명한다.
[화소의 레이아웃]
본 실시형태에서는, 도 5와는 다른 화소 레이아웃에 대하여 주로 설명한다. 부화소의 배열은 특별히 한정되지 않고, 다양한 방법을 적용할 수 있다. 부화소의 배열로서는 예를 들어 스트라이프 배열, S 스트라이프 배열, 매트릭스 배열, 델타 배열, 베이어 배열, 및 펜타일 배열이 있다.
본 실시형태에서 도면에 나타낸 부화소의 상면 형상은 발광 영역의 상면 형상에 상당한다.
또한 부화소의 상면 형상으로서는, 예를 들어 삼각형, 사각형(직사각형, 정사각형을 포함함), 오각형 등의 다각형, 이들 모서리가 둥근 다각형의 형상, 타원형, 또는 원형 등이 있다.
또한 부화소를 구성하는 회로 레이아웃은 도면에 나타낸 부화소의 범위에 한정되지 않고, 그 외측에 배치되어도 좋다.
도 14의 (A)에 나타낸 화소(178)에는 S 스트라이프 배열이 적용되어 있다. 도 14의 (A)에 나타낸 화소(178)는 부화소(110R), 부화소(110G), 및 부화소(110B)의 3개의 부화소로 구성된다.
도 14의 (B)에 나타낸 화소(178)는 모서리가 둥근 대략 사다리꼴형의 상면 형상을 갖는 부화소(110R)와, 모서리가 둥근 대략 삼각형의 상면 형상을 갖는 부화소(110G)와, 모서리가 둥근 대략 사각형 또는 대략 육각형의 상면 형상을 갖는 부화소(110B)를 갖는다. 또한 부화소(110R)는 부화소(110G)보다 발광 면적이 넓다. 이와 같이, 각 부화소의 형상 및 크기는 각각 독립적으로 결정할 수 있다. 예를 들어 신뢰성이 높은 발광 디바이스를 갖는 부화소일수록 크기를 작게 할 수 있다.
도 14의 (C)에 나타낸 화소(124a) 및 화소(124b)에는 펜타일 배열이 적용되어 있다. 도 14의 (C)에는 부화소(110R) 및 부화소(110G)를 갖는 화소(124a)와 부화소(110G) 및 부화소(110B)를 갖는 화소(124b)가 번갈아 배치된 예를 나타내었다.
도 14의 (D) 내지 (F)에 나타낸 화소(124a) 및 화소(124b)에는 델타 배열이 적용되어 있다. 화소(124a)는 위쪽 행(제 1 행)에 2개의 부화소(부화소(110R) 및 부화소(110G))를 갖고, 아래쪽 행(제 2 행)에 하나의 부화소(부화소(110B))를 갖는다. 화소(124b)는 위쪽 행(제 1 행)에 하나의 부화소(부화소(110B))를 갖고, 아래쪽 행(제 2 행)에 2개의 부화소(부화소(110R) 및 부화소(110G))를 갖는다.
도 14의 (D)는 각 부화소가 모서리가 둥근 대략 사각형의 상면 형상을 갖는 예를 나타낸 것이고, 도 14의 (E)는 각 부화소가 원형의 상면 형상을 갖는 예를 나타낸 것이고, 도 14의 (F)는 각 부화소가 모서리가 둥근 대략 육각형의 상면 형상을 갖는 예를 나타낸 것이다.
도 14의 (F)에서는, 각 부화소가 최대한 조밀하게 배열된 육각형의 영역의 내측에 배치되어 있다. 각 부화소는 그 하나의 부화소에 주목하였을 때, 6개의 부화소로 둘러싸이도록 배치되어 있다. 또한 같은 색의 광을 나타내는 부화소가 인접하지 않도록 제공되어 있다. 예를 들어 부화소(110R)에 주목하였을 때, 이를 둘러싸도록 3개의 부화소(110G)와 3개의 부화소(110B)가 번갈아 배치되도록 각 부화소가 제공되어 있다.
도 14의 (G)는 각 색의 부화소가 지그재그로 배치된 예를 나타낸 것이다. 구체적으로는, 상면에서 보았을 때, 열 방향으로 배치된 2개의 부화소(예를 들어 부화소(110R)와 부화소(110G) 또는 부화소(110G)와 부화소(110B))의 상변의 위치가 어긋나 있다.
도 14의 (A) 내지 (G)에 나타낸 각 화소에서, 예를 들어 부화소(110R)를 적색의 광을 나타내는 부화소 R로 하고, 부화소(110G)를 녹색의 광을 나타내는 부화소 G로 하고, 부화소(110B)를 청색의 광을 나타내는 부화소 B로 하는 것이 바람직하다. 또한 부화소의 구성은 이에 한정되지 않고, 부화소가 나타내는 색과 부화소의 배치 순서는 적절히 결정할 수 있다. 예를 들어 부화소(110G)를 적색의 광을 나타내는 부화소 R로 하고, 부화소(110R)를 녹색의 광을 나타내는 부화소 G로 하여도 좋다.
포토리소그래피법에서는, 가공하는 패턴이 미세해질수록 광의 회절의 영향을 무시할 수 없게 되기 때문에, 노광에 의하여 포토마스크의 패턴을 전사할 때의 충실성(fidelity)이 저하되어, 레지스트 마스크를 원하는 형상으로 가공하기 어려워진다. 그러므로 포토마스크의 패턴이 직사각형이어도 모서리가 둥근 패턴이 형성되기 쉽다. 따라서 부화소의 상면 형상이 모서리가 둥근 다각형의 형상, 타원형, 또는 원형 등이 되는 경우가 있다.
또한 본 발명의 일 형태의 발광 장치의 제작 방법에서는, 레지스트 마스크를 사용하여 유기 화합물층을 섬 형상으로 가공한다. 유기 화합물층 위에 형성한 레지스트막은 유기 화합물층의 내열 온도보다 낮은 온도에서 경화될 필요가 있다. 그러므로 유기 화합물층의 재료의 내열 온도 및 레지스트 재료의 경화 온도에 따라서는 레지스트막의 경화가 불충분한 경우가 있다. 경화가 불충분한 레지스트막은 가공에 의하여 원하는 형상과는 다른 형상이 될 수 있다. 그 결과, 유기 화합물층의 상면 형상이 모서리가 둥근 다각형의 형상, 타원형, 또는 원형 등이 되는 경우가 있다. 예를 들어 상면 형상이 정사각형인 레지스트 마스크를 형성하는 경우에, 원형의 상면 형상을 갖는 레지스트 마스크가 형성되어 유기 화합물층의 상면 형상이 원형이 되는 경우가 있다.
또한 유기 화합물층의 상면 형상을 원하는 형상으로 하기 위하여, 설계 패턴과 전사 패턴이 일치하도록 마스크 패턴을 미리 보정하는 기술(OPC(Optical Proximity Correction: 광 근접 효과 보정) 기술)을 사용하여도 좋다. 구체적으로는, OPC 기술에서는 예를 들어 마스크 패턴 상의 도형의 코너부에 보정용 패턴을 추가한다.
도 15의 (A) 내지 (I)에 나타낸 바와 같이, 화소는 4종류의 부화소를 가질 수 있다.
도 15의 (A) 내지 (C)에 나타낸 화소(178)에는 스트라이프 배열이 적용되어 있다.
도 15의 (A)는 각 부화소가 직사각형의 상면 형상을 갖는 예를 나타낸 것이고, 도 15의 (B)는 각 부화소가 2개의 반원과 직사각형이 결합된 상면 형상을 갖는 예를 나타낸 것이고, 도 15의 (C)는 각 부화소가 타원형의 상면 형상을 갖는 예를 나타낸 것이다.
도 15의 (D) 내지 (F)에 나타낸 화소(178)에는 매트릭스 배열이 적용되어 있다.
도 15의 (D)는 각 부화소가 정사각형의 상면 형상을 갖는 예를 나타낸 것이고, 도 15의 (E)는 각 부화소가 모서리가 둥근 대략 정사각형의 상면 형상을 갖는 예를 나타낸 것이고, 도 15의 (F)는 각 부화소가 원형의 상면 형상을 갖는 예를 나타낸 것이다.
도 15의 (G) 및 (H)에는 하나의 화소(178)가 2행 3열로 구성된 예를 나타내었다.
도 15의 (G)에 나타낸 화소(178)는 위쪽 행(제 1 행)에 3개의 부화소(부화소(110R), 부화소(110G), 및 부화소(110B))를 갖고, 아래쪽 행(제 2 행)에 하나의 부화소(부화소(110W))를 갖는다. 바꿔 말하면, 화소(178)는 왼쪽 열(제 1 열)에 부화소(110R)를 갖고, 중앙의 열(제 2 열)에 부화소(110G)를 갖고, 오른쪽 열(제 3 열)에 부화소(110B)를 갖고, 또한 이 3열에 걸쳐 부화소(110W)를 갖는다.
도 15의 (H)에 나타낸 화소(178)는 위쪽 행(제 1 행)에 3개의 부화소(부화소(110R), 부화소(110G), 및 부화소(110B))를 갖고, 아래쪽 행(제 2 행)에 3개의 부화소(110W)를 갖는다. 바꿔 말하면, 화소(178)는 왼쪽 열(제 1 열)에 부화소(110R) 및 부화소(110W)를 갖고, 중앙의 열(제 2 열)에 부화소(110G) 및 부화소(110W)를 갖고, 오른쪽 열(제 3 열)에 부화소(110B) 및 부화소(110W)를 갖는다. 도 15의 (H)에 나타낸 바와 같이, 위쪽 행과 아래쪽 행의 부화소의 배치를 일치시키는 구성으로 함으로써, 예를 들어 제조 공정에서 발생할 수 있는 먼지를 효율적으로 제거할 수 있다. 따라서 표시 품질이 높은 발광 장치를 제공할 수 있다.
도 15의 (G) 및 (H)에 나타낸 화소(178)에서는 부화소(110R), 부화소(110G), 및 부화소(110B)에 스트라이프 배열이 적용되어 있기 때문에, 표시 품질을 높일 수 있다.
도 15의 (I)에는 하나의 화소(178)가 3행 2열로 구성된 예를 나타내었다.
도 15의 (I)에 나타낸 화소(178)는 위쪽 행(제 1 행)에 부화소(110R)를 갖고, 중앙의 행(제 2 행)에 부화소(110G)를 갖고, 제 1 행에서 제 2 행에 걸쳐 부화소(110B)를 갖고, 아래쪽 행(제 3 행)에 하나의 부화소(부화소(110W))를 갖는다. 바꿔 말하면, 화소(178)는 왼쪽 열(제 1 열)에 부화소(110R) 및 부화소(110G)를 갖고, 오른쪽 열(제 2 열)에 부화소(110B)를 갖고, 또한 이 2열에 걸쳐 부화소(110W)를 갖는다.
도 15의 (I)에 나타낸 화소(178)에서는 부화소(110R), 부화소(110G), 및 부화소(110B)에 소위 S 스트라이프 배열이 적용되어 있기 때문에, 표시 품질을 높일 수 있다.
도 15의 (A) 내지 (I)에 나타낸 화소(178)는 부화소(110R), 부화소(110G), 부화소(110B), 및 부화소(110W)의 4개의 부화소로 구성된다. 예를 들어 부화소(110R)를 적색의 광을 나타내는 부화소로 하고, 부화소(110G)를 녹색의 광을 나타내는 부화소로 하고, 부화소(110B)를 청색의 광을 나타내는 부화소로 하고, 부화소(110W)를 백색의 광을 나타내는 부화소로 할 수 있다. 또한 부화소(110R), 부화소(110G), 부화소(110B), 및 부화소(110W) 중 적어도 하나를 시안의 광을 나타내는 부화소, 마젠타의 광을 나타내는 부화소, 황색의 광을 나타내는 부화소, 또는 근적외광을 나타내는 부화소로 하여도 좋다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 형태의 발광 장치에서는, 발광 디바이스를 포함한 부화소로 이루어지는 화소에 다양한 레이아웃을 적용할 수 있다.
본 실시형태는 다른 실시형태 또는 실시예와 적절히 조합할 수 있다. 또한 본 명세서에서 하나의 실시형태에 복수의 구성예가 제시되는 경우에는, 구성예를 적절히 조합할 수 있다.
(실시형태 5)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태의 발광 장치에 대하여 설명한다.
본 실시형태의 발광 장치는 고정세 발광 장치로 할 수 있다. 따라서 본 실시형태의 발광 장치는 예를 들어 손목시계형 및 팔찌형 등의 정보 단말기(웨어러블 기기)의 표시부, 그리고 헤드 마운트 디스플레이(HMD) 등의 VR용 기기 및 안경형 AR용 기기 등 머리에 장착할 수 있는 웨어러블 기기의 표시부에 사용할 수 있다.
또한 본 실시형태의 발광 장치는 고해상도 발광 장치 또는 대형 발광 장치로 할 수 있다. 따라서 본 실시형태의 발광 장치는 예를 들어 텔레비전 장치, 데스크톱형 또는 노트북형 퍼스널 컴퓨터, 컴퓨터용 등의 모니터, 디지털 사이니지, 및 파친코기 등의 대형 게임기 등 비교적 큰 화면을 갖는 전자 기기 외에, 디지털 카메라, 디지털 비디오 카메라, 디지털 액자, 휴대 전화기, 휴대용 게임기, 휴대 정보 단말기, 및 음향 재생 장치의 표시부에 사용할 수 있다.
[표시 모듈]
도 16의 (A)는 표시 모듈(280)의 사시도이다. 표시 모듈(280)은 발광 장치(100A)와 FPC(290)를 갖는다. 또한 표시 모듈(280)에 포함되는 발광 장치는 발광 장치(100A)에 한정되지 않고, 후술하는 발광 장치(100B) 및 발광 장치(100C) 중 어느 것이어도 좋다.
표시 모듈(280)은 기판(291) 및 기판(292)을 갖는다. 표시 모듈(280)은 표시부(281)를 갖는다. 표시부(281)는 표시 모듈(280)에서의 화상을 표시하는 영역이고, 후술하는 화소부(284)에 제공되는 각 화소로부터의 광을 시인할 수 있는 영역이다.
도 16의 (B)는 기판(291) 측의 구성을 모식적으로 나타낸 사시도이다. 기판(291) 위에는 회로부(282)와, 회로부(282) 위의 화소 회로부(283)와, 화소 회로부(283) 위의 화소부(284)가 적층되어 있다. 또한 기판(291) 위에서 화소부(284)와 중첩되지 않은 부분에 FPC(290)에 접속하기 위한 단자부(285)가 제공되어 있다. 단자부(285)와 회로부(282)는 복수의 배선으로 구성되는 배선부(286)를 통하여 전기적으로 접속되어 있다.
화소부(284)는 주기적으로 배열된 복수의 화소(284a)를 갖는다. 도 16의 (B)의 오른쪽에 하나의 화소(284a)의 확대도를 나타내었다. 화소(284a)에는 앞의 실시형태에서 설명한 각종 구성을 적용할 수 있다. 도 16의 (B)에는, 화소(284a)가 도 5에 나타낸 화소(178)와 같은 구성을 갖는 경우의 예를 나타내었다.
화소 회로부(283)는 주기적으로 배열된 복수의 화소 회로(283a)를 갖는다.
하나의 화소 회로(283a)는 하나의 화소(284a)에 포함되는 복수의 소자의 구동을 제어하는 회로이다. 하나의 화소 회로(283a)에는 하나의 발광 디바이스의 발광을 제어하는 회로가 3개 제공될 수 있다. 예를 들어 화소 회로(283a)는 하나의 발광 디바이스에 하나의 선택 트랜지스터와, 하나의 전류 제어용 트랜지스터(구동 트랜지스터)와, 용량 소자를 적어도 가질 수 있다. 이때, 선택 트랜지스터의 게이트에는 게이트 신호가 입력되고, 소스 또는 드레인에는 영상 신호가 입력된다. 이에 의하여 액티브 매트릭스형 발광 장치가 실현된다.
회로부(282)는 화소 회로부(283)의 각 화소 회로(283a)를 구동하는 회로를 갖는다. 예를 들어 게이트선 구동 회로 및 소스선 구동 회로 중 한쪽 또는 양쪽을 갖는 것이 바람직하다. 이들 외에 연산 회로, 메모리 회로, 및 전원 회로 등 중 적어도 하나를 가져도 좋다.
FPC(290)는 외부로부터 회로부(282)에 영상 신호 또는 전원 전위 등을 공급하기 위한 배선으로서 기능한다. 또한 FPC(290) 위에 IC가 실장되어도 좋다.
표시 모듈(280)은 화소부(284)의 아래쪽에 화소 회로부(283) 및 회로부(282) 중 한쪽 또는 양쪽이 적층된 구성을 가질 수 있기 때문에, 표시부(281)의 개구율(유효 표시 면적비)을 매우 높게 할 수 있다. 예를 들어 표시부(281)의 개구율은 40% 이상 100% 미만, 바람직하게는 50% 이상 95% 이하, 더 바람직하게는 60% 이상 95% 이하로 할 수 있다. 또한 화소(284a)를 매우 높은 밀도로 배치할 수 있어, 표시부(281)의 정세도를 매우 높게 할 수 있다. 예를 들어 표시부(281)에는 2000ppi 이상, 바람직하게는 3000ppi 이상, 더 바람직하게는 5000ppi 이상, 더욱 바람직하게는 6000ppi 이상이고 20000ppi 이하 또는 30000ppi 이하의 정세도로 화소(284a)가 배치되는 것이 바람직하다.
이러한 표시 모듈(280)은 정세도가 매우 높기 때문에, HMD 등의 VR용 기기 또는 안경형 AR용 기기에 적합하게 사용할 수 있다. 예를 들어 렌즈를 통하여 표시 모듈(280)의 표시부를 시인하는 구성의 경우에도, 표시 모듈(280)에는 정세도가 매우 높은 표시부(281)가 포함되기 때문에 렌즈로 표시부를 확대하여도 화소가 시인되지 않아, 몰입감이 높은 표시를 수행할 수 있다. 또한 표시 모듈(280)은 이에 한정되지 않고, 비교적 소형의 표시부를 포함한 전자 기기에 적합하게 사용할 수 있다. 예를 들어 손목시계 등의 장착형 전자 기기의 표시부에 적합하게 사용할 수 있다.
[발광 장치(100A)]
도 17의 (A)에 나타낸 발광 장치(100A)는 기판(301), 발광 디바이스(130R), 발광 디바이스(130G), 발광 디바이스(130B), 용량 소자(240), 및 트랜지스터(310)를 갖는다.
기판(301)은 도 16의 (A) 및 (B)에서의 기판(291)에 상당한다. 트랜지스터(310)는 기판(301)에 채널 형성 영역을 갖는 트랜지스터이다. 기판(301)으로서는, 예를 들어 단결정 실리콘 기판 등의 반도체 기판을 사용할 수 있다. 트랜지스터(310)는 기판(301)의 일부, 도전층(311), 저저항 영역(312), 절연층(313), 및 절연층(314)을 갖는다. 도전층(311)은 게이트 전극으로서 기능한다. 절연층(313)은 기판(301)과 도전층(311) 사이에 위치하고 게이트 절연층으로서 기능한다. 저저항 영역(312)은 기판(301)에 불순물이 도핑된 영역이고 소스 또는 드레인으로서 기능한다. 절연층(314)은 도전층(311)의 측면을 덮어 제공된다.
또한 기판(301)에 매립되도록, 인접한 2개의 트랜지스터(310)들 사이에 소자 분리층(315)이 제공되어 있다.
또한 트랜지스터(310)를 덮어 절연층(261)이 제공되고, 절연층(261) 위에 용량 소자(240)가 제공되어 있다.
용량 소자(240)는 도전층(241)과, 도전층(245)과, 이들 사이에 위치하는 절연층(243)을 갖는다. 도전층(241)은 용량 소자(240)의 한쪽 전극으로서 기능하고, 도전층(245)은 용량 소자(240)의 다른 쪽 전극으로서 기능하고, 절연층(243)은 용량 소자(240)의 유전체로서 기능한다.
도전층(241)은 절연층(261) 위에 제공되고 절연층(254)에 매립되어 있다. 도전층(241)은 절연층(261)에 매립된 플러그(271)를 통하여 트랜지스터(310)의 소스 및 드레인 중 한쪽에 전기적으로 접속되어 있다. 절연층(243)은 도전층(241)을 덮어 제공된다. 도전층(245)은 절연층(243)을 개재하여 도전층(241)과 중첩되는 영역에 제공되어 있다.
용량 소자(240)를 덮어 절연층(255)이 제공되고, 절연층(255) 위에 절연층(174)이 제공되고, 절연층(174) 위에 절연층(175)이 제공되어 있다. 절연층(175) 위에 발광 디바이스(130R), 발광 디바이스(130G), 및 발광 디바이스(130B)가 제공되어 있다. 도 17의 (A)에는 발광 디바이스(130R), 발광 디바이스(130G), 및 발광 디바이스(130B)가 도 6의 (A)에 나타낸 적층 구조를 갖는 예를 나타내었다. 인접한 발광 디바이스들 사이의 영역에는 절연물이 제공된다. 예를 들어 도 17의 (A)에서는 상기 영역에 무기 절연층(125)과, 무기 절연층(125) 위의 절연층(127)이 제공되어 있다.
발광 디바이스(130R)의 도전층(151R)의 측면과 중첩되는 영역을 갖도록 절연층(156R)이 제공되고, 발광 디바이스(130G)의 도전층(151G)의 측면과 중첩되는 영역을 갖도록 절연층(156G)이 제공되고, 발광 디바이스(130B)의 도전층(151B)의 측면과 중첩되는 영역을 갖도록 절연층(156B)이 제공된다. 또한 도전층(151R) 및 절연층(156R)을 덮도록 도전층(152R)이 제공되고, 도전층(151G) 및 절연층(156G)을 덮도록 도전층(152G)이 제공되고, 도전층(151B) 및 절연층(156B)을 덮도록 도전층(152B)이 제공된다. 또한 발광 디바이스(130R)의 유기 화합물층(103R) 위에는 희생층(158R)이 위치하고, 발광 디바이스(130G)의 유기 화합물층(103G) 위에는 희생층(158G)이 위치하고, 발광 디바이스(130B)의 유기 화합물층(103B) 위에는 희생층(158B)이 위치한다.
도전층(151R), 도전층(151G), 및 도전층(151B)은 절연층(243), 절연층(255), 절연층(174), 및 절연층(175)에 매립된 플러그(256), 절연층(254)에 매립된 도전층(241), 및 절연층(261)에 매립된 플러그(271)를 통하여 트랜지스터(310)의 소스 및 드레인 중 한쪽에 전기적으로 접속되어 있다. 절연층(175)의 상면의 높이와 플러그(256)의 상면의 높이는 일치 또는 실질적으로 일치한다. 플러그에는 각종 도전 재료를 사용할 수 있다.
또한 발광 디바이스(130R), 발광 디바이스(130G), 및 발광 디바이스(130B) 위에는 보호층(131)이 제공되어 있다. 보호층(131) 위에는 수지층(122)에 의하여 기판(120)이 접합되어 있다. 발광 디바이스(130)부터 기판(120)까지의 구성 요소의 자세한 내용에 대해서는 실시형태 2를 참조할 수 있다. 기판(120)은 도 16의 (A)에서의 기판(292)에 상당한다.
도 17의 (B)는 도 17의 (A)에 나타낸 발광 장치(100A)의 변형예를 나타낸 것이다. 도 17의 (B)에 나타낸 발광 장치는 착색층(132R), 착색층(132G), 및 착색층(132B)을 갖고, 발광 디바이스(130)는 착색층(132R), 착색층(132G), 및 착색층(132B) 중 하나와 중첩된 영역을 갖는다. 도 17의 (B)에 나타낸 발광 장치에서, 발광 디바이스(130)는 예를 들어 백색의 광을 방출할 수 있다. 또한 예를 들어 착색층(132R)은 적색의 광을 투과시키고, 착색층(132G)은 녹색의 광을 투과시키고, 착색층(132B)은 청색의 광을 투과시킬 수 있다.
[발광 장치(100B)]
도 18은 발광 장치(100B)의 사시도이고, 도 19의 (A)는 발광 장치(100B)의 단면도이다.
발광 장치(100B)는 기판(352)과 기판(351)이 접합된 구성을 갖는다. 도 18에서는 기판(352)을 파선으로 명시하였다.
발광 장치(100B)는 화소부(177), 접속부(140), 회로(356), 및 배선(355) 등을 갖는다. 도 18에서는 발광 장치(100B)에 IC(354) 및 FPC(353)가 실장된 예를 나타내었다. 그러므로 도 18에 나타낸 구성은 발광 장치(100B)와, IC(집적 회로)와, FPC를 포함하는 표시 모듈이라고도 할 수 있다. 여기서, 발광 장치의 기판에 FPC 등의 커넥터가 장착된 것 또는 상기 기판에 IC가 실장된 것을 표시 모듈이라고 부른다.
접속부(140)는 화소부(177)의 외측에 제공된다. 접속부(140)는 화소부(177)의 하나의 변 또는 복수의 변을 따라 제공될 수 있다. 접속부(140)는 하나이어도 좋고 복수이어도 좋다. 도 18에는 화소부(177)의 4개의 변을 둘러싸도록 접속부(140)가 제공된 예를 나타내었다. 접속부(140)에서는 발광 디바이스의 공통 전극과 도전층이 전기적으로 접속되어 있어 공통 전극에 전위를 공급할 수 있다.
회로(356)로서는 예를 들어 주사선 구동 회로를 사용할 수 있다.
배선(355)은 화소부(177) 및 회로(356)에 신호 및 전력을 공급하는 기능을 갖는다. 상기 신호 및 전력은 FPC(353)를 통하여 외부로부터 또는 IC(354)로부터 배선(355)에 입력된다.
도 18에는 COG(Chip On Glass) 방식 또는 COF(Chip On Film) 방식 등으로 기판(351)에 IC(354)가 제공된 예를 나타내었다. IC(354)에는 예를 들어 주사선 구동 회로 또는 신호선 구동 회로 등을 포함한 IC를 적용할 수 있다. 또한 발광 장치(100B) 및 표시 모듈에는 IC를 제공하지 않아도 된다. 또한 IC를 예를 들어 COF 방식으로 FPC에 실장하여도 좋다.
도 19의 (A)는 발광 장치(100B) 중 FPC(353)를 포함한 영역의 일부, 회로(356)의 일부, 화소부(177)의 일부, 접속부(140)의 일부, 및 단부를 포함한 영역의 일부를 각각 절단한 경우의 단면의 일례를 나타낸 것이다.
도 19의 (A)에 나타낸 발광 장치(100B)는 기판(351)과 기판(352) 사이에 트랜지스터(201), 트랜지스터(205), 적색의 광을 방출하는 발광 디바이스(130R), 녹색의 광을 방출하는 발광 디바이스(130G), 및 청색의 광을 방출하는 발광 디바이스(130B) 등을 갖는다.
발광 디바이스(130R), 발광 디바이스(130G), 및 발광 디바이스(130B)는 화소 전극의 구성을 제외하고는 각각 도 1의 (A)에 나타낸 적층 구조를 갖는다. 발광 디바이스의 자세한 내용에 대해서는 상술한 실시형태를 참조할 수 있다.
발광 디바이스(130R)는 도전층(224R)과, 도전층(224R) 위의 도전층(151R)과, 도전층(151R) 위의 도전층(152R)을 갖는다. 발광 디바이스(130G)는 도전층(224G)과, 도전층(224G) 위의 도전층(151G)과, 도전층(151G) 위의 도전층(152G)을 갖는다. 발광 디바이스(130B)는 도전층(224B)과, 도전층(224B) 위의 도전층(151B)과, 도전층(151B) 위의 도전층(152B)을 갖는다. 여기서, 도전층(224R), 도전층(151R), 및 도전층(152R)을 통틀어 발광 디바이스(130R)의 화소 전극이라고 할 수도 있고, 도전층(224R)을 제외한 도전층(151R) 및 도전층(152R)을 발광 디바이스(130R)의 화소 전극이라고 할 수도 있다. 마찬가지로, 도전층(224G), 도전층(151G), 및 도전층(152G)을 통틀어 발광 디바이스(130G)의 화소 전극이라고 할 수도 있고, 도전층(224G)을 제외한 도전층(151G) 및 도전층(152G)을 발광 디바이스(130G)의 화소 전극이라고 할 수도 있다. 또한 도전층(224B), 도전층(151B), 및 도전층(152B)을 통틀어 발광 디바이스(130B)의 화소 전극이라고 할 수도 있고, 도전층(224B)을 제외한 도전층(151B) 및 도전층(152B)을 발광 디바이스(130B)의 화소 전극이라고 할 수도 있다.
도전층(224R)은 절연층(214)에 제공된 개구를 통하여 트랜지스터(205)에 포함되는 도전층(222b)에 접속되어 있다. 도전층(224R)의 단부보다 외측에 도전층(151R)의 단부가 위치한다. 도전층(151R)의 측면과 접하는 영역을 갖도록 절연층(156R)이 제공되고, 도전층(151R) 및 절연층(156R)을 덮도록 도전층(152R)이 제공된다.
발광 디바이스(130G)에서의 도전층(224G), 도전층(151G), 도전층(152G), 절연층(156G), 그리고 발광 디바이스(130B)에서의 도전층(224B), 도전층(151B), 도전층(152B), 절연층(156B)은 발광 디바이스(130R)에서의 도전층(224R), 도전층(151R), 도전층(152R), 절연층(156R)과 같기 때문에 자세한 설명은 생략한다.
도전층(224R), 도전층(224G), 및 도전층(224B)에는, 절연층(214)에 제공된 개구를 덮도록 오목부가 형성된다. 상기 오목부에는 층(128)이 매립되어 있다.
층(128)은 도전층(224R), 도전층(224G), 및 도전층(224B)의 오목부를 평탄화시키는 기능을 갖는다. 도전층(224R), 도전층(224G), 도전층(224B), 및 층(128) 위에는 도전층(224R), 도전층(224G), 및 도전층(224B)에 전기적으로 접속되는 도전층(151R), 도전층(151G), 및 도전층(151B)이 제공되어 있다. 따라서 도전층(224R), 도전층(224G), 및 도전층(224B)의 오목부와 중첩되는 영역도 발광 영역으로서 사용할 수 있어 화소의 개구율을 높일 수 있다.
층(128)은 절연층이어도 좋고, 도전층이어도 좋다. 층(128)에는 각종 무기 절연 재료, 유기 절연 재료, 및 도전 재료를 적절히 사용할 수 있다. 특히 층(128)은 절연 재료를 사용하여 형성되는 것이 바람직하고, 유기 절연 재료를 사용하여 형성되는 것이 특히 바람직하다. 층(128)에는 예를 들어 상술한 절연층(127)에 사용할 수 있는 유기 절연 재료를 적용할 수 있다.
발광 디바이스(130R), 발광 디바이스(130G), 및 발광 디바이스(130B) 위에는 보호층(131)이 제공되어 있다. 보호층(131)과 기판(352)은 접착층(142)에 의하여 접착되어 있다. 기판(352)에는 차광층(157)이 제공되어 있다. 발광 디바이스(130)의 밀봉에는 고체 밀봉 구조 또는 중공 밀봉 구조 등을 적용할 수 있다. 도 19의 (A)에서는 기판(352)과 기판(351) 사이의 공간이 접착층(142)으로 충전되는, 고체 밀봉 구조가 적용되어 있다. 또는 상기 공간이 비활성 기체(질소 또는 아르곤 등)로 충전되는 중공 밀봉 구조를 적용하여도 좋다. 이때 접착층(142)은 발광 디바이스와 중첩되지 않도록 제공되어도 좋다. 또한 상기 공간은 테두리 형상으로 제공된 접착층(142)과는 다른 수지로 충전되어도 좋다.
도 19의 (A)에는 접속부(140)가 도전층(224R), 도전층(224G), 및 도전층(224B)과 동일한 도전막을 가공하여 얻어진 도전층(224C)과, 도전층(151R), 도전층(151G), 및 도전층(151B)과 동일한 도전막을 가공하여 얻어진 도전층(151C)과, 도전층(152R), 도전층(152G), 및 도전층(152B)과 동일한 도전막을 가공하여 얻어진 도전층(152C)을 포함하는 예를 나타내었다. 또한 도 19의 (A)에는 도전층(151C)의 측면과 중첩되는 영역을 갖도록 절연층(156C)이 제공된 예를 나타내었다.
발광 장치(100B)는 톱 이미션 구조를 갖는다. 발광 디바이스로부터 방출되는 광은 기판(352) 측에 방출된다. 기판(352)에는 가시광 투과성이 높은 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 화소 전극은 가시광을 반사하는 재료를 포함하고, 대향 전극(공통 전극(155))은 가시광을 투과시키는 재료를 포함한다.
트랜지스터(201) 및 트랜지스터(205)는 모두 기판(351) 위에 형성되어 있다. 이들 트랜지스터는 동일한 재료를 사용하여 동일한 공정으로 제작할 수 있다.
기판(351) 위에는 절연층(211), 절연층(213), 절연층(215), 및 절연층(214)이 이 순서대로 제공되어 있다. 절연층(211)은 그 일부가 각 트랜지스터의 게이트 절연층으로서 기능한다. 절연층(213)은 그 일부가 각 트랜지스터의 게이트 절연층으로서 기능한다. 절연층(215)은 트랜지스터를 덮어 제공된다. 절연층(214)은 트랜지스터를 덮어 제공되고, 평탄화층으로서의 기능을 갖는다. 또한 게이트 절연층의 개수 및 트랜지스터를 덮는 절연층의 개수는 한정되지 않고, 각각 하나이어도 좋고 2개 이상이어도 좋다.
트랜지스터를 덮는 절연층 중 적어도 하나에 물 및 수소 등의 불순물이 확산되기 어려운 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 이에 의하여, 절연층을 배리어층으로서 기능시킬 수 있다. 이러한 구성으로 함으로써, 외부로부터 트랜지스터로 불순물이 확산되는 것을 효과적으로 억제할 수 있어 발광 장치의 신뢰성을 높일 수 있다.
절연층(211), 절연층(213), 및 절연층(215)으로서는 각각 무기 절연막을 사용하는 것이 바람직하다. 무기 절연막으로서는 예를 들어 질화 실리콘막, 산화질화 실리콘막, 산화 실리콘막, 질화산화 실리콘막, 산화 알루미늄막, 또는 질화 알루미늄막 등을 사용할 수 있다. 또한 산화 하프늄막, 산화 이트륨막, 산화 지르코늄막, 산화 갈륨막, 산화 탄탈럼막, 산화 마그네슘막, 산화 란타넘막, 산화 세륨막, 및 산화 네오디뮴막 등을 사용하여도 좋다. 또한 상술한 절연막을 2개 이상 적층하여 사용하여도 좋다.
평탄화층으로서 기능하는 절연층(214)으로서는 유기 절연층이 적합하다. 유기 절연층에 사용할 수 있는 재료로서는 아크릴 수지, 폴리이미드 수지, 에폭시 수지, 폴리아마이드 수지, 폴리이미드아마이드 수지, 실록산 수지, 벤조사이클로뷰텐계 수지, 페놀 수지, 및 이들 수지의 전구체 등을 들 수 있다. 또한 절연층(214)은 유기 절연층과 무기 절연층의 적층 구조를 가져도 좋다. 절연층(214)의 가장 바깥쪽 층은 에칭 보호층으로서의 기능을 갖는 것이 바람직하다. 이에 의하여, 도전층(224R), 도전층(151R), 또는 도전층(152R) 등의 가공 시에 절연층(214)에 오목부가 형성되는 것을 억제할 수 있다. 또는 도전층(224R), 도전층(151R), 또는 도전층(152R) 등의 가공 시에 절연층(214)에 오목부가 제공되어도 좋다.
트랜지스터(201) 및 트랜지스터(205)는 게이트로서 기능하는 도전층(221), 게이트 절연층으로서 기능하는 절연층(211), 소스 및 드레인으로서 기능하는 도전층(222a) 및 도전층(222b), 반도체층(231), 게이트 절연층으로서 기능하는 절연층(213), 그리고 게이트로서 기능하는 도전층(223)을 갖는다. 여기서는, 동일한 도전막을 가공하여 얻어지는 복수의 층을 같은 해치 패턴으로 표시하였다. 절연층(211)은 도전층(221)과 반도체층(231) 사이에 위치한다. 절연층(213)은 도전층(223)과 반도체층(231) 사이에 위치한다.
본 실시형태의 발광 장치에 포함되는 트랜지스터의 구조는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어 플레이너형 트랜지스터, 스태거형 트랜지스터, 또는 역스태거형 트랜지스터 등을 사용할 수 있다. 또한 톱 게이트형 트랜지스터로 하여도 좋고, 보텀 게이트형 트랜지스터로 하여도 좋다. 또는 채널이 형성되는 반도체층의 상하에 게이트가 제공되어도 좋다.
트랜지스터(201) 및 트랜지스터(205)에는 채널이 형성되는 반도체층을 2개의 게이트 사이에 제공하는 구성이 적용되어 있다. 2개의 게이트를 접속하고, 이들에 동일한 신호를 공급함으로써 트랜지스터를 구동하여도 좋다. 또는 2개의 게이트 중 한쪽에 문턱 전압을 제어하기 위한 전위를 공급하고, 다른 쪽에 구동을 위한 전위를 공급함으로써, 트랜지스터의 문턱 전압을 제어하여도 좋다.
트랜지스터에 사용하는 반도체 재료의 결정성에 대해서도 특별히 한정되지 않고, 비정질 반도체, 결정성을 갖는 반도체(미결정 반도체, 다결정 반도체, 단결정 반도체, 또는 일부에 결정 영역을 갖는 반도체) 중 어느 것을 사용하여도 좋다. 결정성을 갖는 반도체를 사용하면, 트랜지스터 특성의 열화를 억제할 수 있기 때문에 바람직하다.
트랜지스터의 반도체층은 금속 산화물을 포함하는 것이 바람직하다. 즉 본 실시형태의 발광 장치에서는 금속 산화물을 채널 형성 영역에 사용한 트랜지스터(이하, OS 트랜지스터)를 사용하는 것이 바람직하다.
결정성을 갖는 산화물 반도체로서는 CAAC(c-axis-aligned crystalline)-OS 또는 nc(nanocrystalline)-OS 등을 들 수 있다.
또는 실리콘을 채널 형성 영역에 사용한 트랜지스터(Si 트랜지스터)를 사용하여도 좋다. 실리콘으로서는 단결정 실리콘, 다결정 실리콘, 또는 비정질 실리콘 등을 들 수 있다. 특히 반도체층에 저온 폴리실리콘(LTPS: Low Temperature Poly Silicon)을 포함한 트랜지스터(이하, LTPS 트랜지스터라고도 함)를 사용할 수 있다. LTPS 트랜지스터는 전계 효과 이동도가 높고 주파수 특성이 양호하다.
LTPS 트랜지스터 등의 Si 트랜지스터를 적용함으로써, 고주파수로 구동할 필요가 있는 회로(예를 들어 소스 드라이버 회로)를 표시부와 동일 기판 위에 형성할 수 있다. 이에 의하여, 발광 장치에 실장되는 외부 회로를 간략화할 수 있어 부품 비용 및 실장 비용을 절감할 수 있다.
OS 트랜지스터는 비정질 실리콘을 사용한 트랜지스터보다 전계 효과 이동도가 매우 높다. 또한 OS 트랜지스터는 오프 상태에서의 소스와 드레인 사이의 누설 전류(이하, 오프 전류라고도 함)가 매우 낮기 때문에, 상기 트랜지스터에 직렬로 접속된 용량 소자에 축적된 전하는 장기간에 걸쳐 유지될 수 있다. 또한 OS 트랜지스터를 적용함으로써 발광 장치의 소비 전력을 절감할 수 있다.
또한 화소 회로에 포함되는 발광 디바이스의 발광 휘도를 높이는 경우, 발광 디바이스에 흘리는 전류의 양을 크게 할 필요가 있다. 이를 위해서는, 화소 회로에 포함되어 있는 구동 트랜지스터의 소스와 드레인 사이의 전압을 높일 필요가 있다. OS 트랜지스터는 Si 트랜지스터보다 소스와 드레인 사이에서의 내압이 높기 때문에, OS 트랜지스터의 소스와 드레인 사이에는 높은 전압을 인가할 수 있다. 따라서 화소 회로에 포함되는 구동 트랜지스터를 OS 트랜지스터로 함으로써, 발광 디바이스에 흐르는 전류의 양을 크게 하여 발광 디바이스의 발광 휘도를 높일 수 있다.
또한 트랜지스터가 포화 영역에서 동작하는 경우, OS 트랜지스터에서는 Si 트랜지스터에서보다 게이트와 소스 사이의 전압의 변화에 대한 소스와 드레인 사이의 전류의 변화를 작게 할 수 있다. 그러므로 화소 회로에 포함되는 구동 트랜지스터로서 OS 트랜지스터를 적용함으로써, 게이트와 소스 사이의 전압의 변화에 의하여 소스와 드레인 사이에 흐르는 전류를 정밀하게 결정할 수 있기 때문에, 발광 디바이스에 흐르는 전류의 양을 제어할 수 있다. 따라서 화소 회로에서의 계조 수를 늘릴 수 있다.
또한 트랜지스터가 포화 영역에서 동작하는 경우에 흐르는 전류의 포화 특성에 관하여, OS 트랜지스터는 소스와 드레인 사이의 전압이 서서히 높아진 경우에도 Si 트랜지스터보다 안정적인 전류(포화 전류)를 흘릴 수 있다. 그러므로 OS 트랜지스터를 구동 트랜지스터로서 사용함으로써, 예를 들어 발광 디바이스의 전류-전압 특성에 편차가 생긴 경우에도 발광 디바이스에 안정적인 전류를 흘릴 수 있다. 즉 OS 트랜지스터가 포화 영역에서 동작하는 경우, 소스와 드레인 사이의 전압을 높여도 소스와 드레인 사이의 전류는 거의 변화되지 않기 때문에, 발광 디바이스의 발광 휘도를 안정적으로 할 수 있다.
상술한 바와 같이, 화소 회로에 포함되는 구동 트랜지스터로서 OS 트랜지스터를 사용함으로써, 예를 들어 흑색 표시 부분이 밝게 표시되는 것을 억제하거나, 발광 휘도를 상승시키거나, 계조 수를 늘리거나, 발광 디바이스의 편차를 억제할 수 있다.
반도체층은 예를 들어 인듐과, M(M은 갈륨, 알루미늄, 실리콘, 붕소, 이트륨, 주석, 구리, 바나듐, 베릴륨, 타이타늄, 철, 니켈, 저마늄, 지르코늄, 몰리브데넘, 란타넘, 세륨, 네오디뮴, 하프늄, 탄탈럼, 텅스텐, 및 마그네슘 중에서 선택된 1종류 또는 복수 종류)과, 아연을 포함하는 것이 바람직하다. 특히 M은 알루미늄, 갈륨, 이트륨, 및 주석 중에서 선택된 1종류 또는 복수 종류인 것이 바람직하다.
특히 반도체층에 인듐(In), 갈륨(Ga), 및 아연(Zn)을 포함한 산화물(IGZO라고도 표기함)을 사용하는 것이 바람직하다. 또는 인듐, 주석, 및 아연을 포함한 산화물을 사용하는 것이 바람직하다. 또는 인듐, 갈륨, 주석, 및 아연을 포함한 산화물을 사용하는 것이 바람직하다. 또는 인듐(In), 알루미늄(Al), 및 아연(Zn)을 포함한 산화물(IAZO라고도 표기함)을 사용하는 것이 바람직하다. 또는 인듐(In), 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 및 아연(Zn)을 포함한 산화물(IAGZO라고도 표기함)을 사용하는 것이 바람직하다.
반도체층이 In-M-Zn 산화물인 경우, 상기 In-M-Zn 산화물에서의 In의 원자수비는 M의 원자수비 이상인 것이 바람직하다. 이러한 In-M-Zn 산화물의 금속 원소의 원자수비로서는 In:M:Zn=1:1:1 또는 그 근방의 조성, In:M:Zn=1:1:1.2 또는 그 근방의 조성, In:M:Zn=2:1:3 또는 그 근방의 조성, In:M:Zn=3:1:2 또는 그 근방의 조성, In:M:Zn=4:2:3 또는 그 근방의 조성, In:M:Zn=4:2:4.1 또는 그 근방의 조성, In:M:Zn=5:1:3 또는 그 근방의 조성, In:M:Zn=5:1:6 또는 그 근방의 조성, In:M:Zn=5:1:7 또는 그 근방의 조성, In:M:Zn=5:1:8 또는 그 근방의 조성, In:M:Zn=6:1:6 또는 그 근방의 조성, In:M:Zn=5:2:5 또는 그 근방의 조성 등을 들 수 있다. 또한 근방의 조성이란, 원하는 원자수비의 ±30%의 범위를 포함한 것이다.
예를 들어 원자수비가 In:Ga:Zn=4:2:3 또는 그 근방의 조성이라고 기재된 경우, In의 원자수비를 4로 하였을 때, Ga의 원자수비가 1 이상 3 이하이고, Zn의 원자수비가 2 이상 4 이하인 경우를 포함한다. 또한 원자수비가 In:Ga:Zn=5:1:6 또는 그 근방의 조성이라고 기재된 경우, In의 원자수비를 5로 하였을 때, Ga의 원자수비가 0.1보다 크고 2 이하이고, Zn의 원자수비가 5 이상 7 이하인 경우를 포함한다. 또한 원자수비가 In:Ga:Zn=1:1:1 또는 그 근방의 조성이라고 기재된 경우, In의 원자수비를 1로 하였을 때, Ga의 원자수비가 0.1보다 크고 2 이하이고, Zn의 원자수비가 0.1보다 크고 2 이하인 경우를 포함한다.
회로(356)에 포함되는 트랜지스터와 화소부(177)에 포함되는 트랜지스터는 같은 구조를 가져도 좋고, 다른 구조를 가져도 좋다. 회로(356)에 포함되는 복수의 트랜지스터에는 하나의 구조를 채용하여도 좋고, 2종류 이상의 구조를 채용하여도 좋다. 마찬가지로, 화소부(177)에 포함되는 복수의 트랜지스터에는 하나의 구조를 채용하여도 좋고, 2종류 이상의 구조를 채용하여도 좋다.
화소부(177)에 포함되는 모든 트랜지스터를 OS 트랜지스터로 하여도 좋고, 화소부(177)에 포함되는 모든 트랜지스터를 Si 트랜지스터로 하여도 좋고, 화소부(177)에 포함되는 트랜지스터의 일부를 OS 트랜지스터로 하고 나머지를 Si 트랜지스터로 하여도 좋다.
예를 들어 화소부(177)에 LTPS 트랜지스터와 OS 트랜지스터의 양쪽을 사용함으로써, 소비 전력이 낮고 구동 능력이 높은 발광 장치를 실현할 수 있다. 또한 LTPS 트랜지스터와 OS 트랜지스터를 조합한 구성을 LTPO라고 부르는 경우가 있다. 또한 예를 들어 배선의 도통, 비도통을 제어하기 위한 스위치로서 기능하는 트랜지스터로서 OS 트랜지스터를 적용하고, 전류를 제어하는 트랜지스터로서 LTPS 트랜지스터를 적용하는 것이 바람직하다.
예를 들어 화소부(177)에 포함되는 트랜지스터 중 하나는 발광 디바이스에 흐르는 전류를 제어하기 위한 트랜지스터로서 기능하고, 구동 트랜지스터라고 부를 수 있다. 구동 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 한쪽은 발광 디바이스의 화소 전극에 전기적으로 접속된다. 상기 구동 트랜지스터로서는 LTPS 트랜지스터를 사용하는 것이 바람직하다. 이에 의하여, 화소 회로에서 발광 디바이스에 흐르는 전류를 크게 할 수 있다.
한편, 화소부(177)에 포함되는 트랜지스터 중 다른 하나는 화소의 선택, 비선택을 제어하기 위한 스위치로서 기능하고, 선택 트랜지스터라고 부를 수도 있다. 선택 트랜지스터의 게이트는 게이트선에 전기적으로 접속되고, 소스 및 드레인 중 한쪽은 소스선(신호선)에 전기적으로 접속된다. 선택 트랜지스터로서는 OS 트랜지스터를 적용하는 것이 바람직하다. 이에 의하여, 프레임 주파수를 매우 작게(예를 들어 1fps 이하) 하여도 화소의 계조를 유지할 수 있기 때문에, 정지 화상을 표시하는 경우에 드라이버를 정지함으로써 소비 전력을 절감할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 형태의 발광 장치는 높은 개구율과, 높은 정세도와, 높은 표시 품질과, 낮은 소비 전력을 모두 가질 수 있다.
또한 본 발명의 일 형태의 발광 장치는 OS 트랜지스터와, MML(metal maskless) 구조를 갖는 발광 디바이스를 포함한 구성을 갖는다. 상기 구성으로 함으로써, 트랜지스터에 흐를 수 있는 누설 전류 및 인접한 발광 디바이스 사이에 흐를 수 있는 누설 전류(가로 방향 누설 전류, 가로 누설 전류, 또는 래터럴 누설 전류라고 하는 경우가 있음)를 매우 낮게 할 수 있다. 또한 상기 구성으로 하면, 발광 장치에 화상을 표시한 경우에 관찰자가 화상의 선명함, 화상의 날카로움, 높은 채도, 및 높은 콘트라스트비 중 어느 하나 또는 복수를 느낄 수 있다. 또한 트랜지스터에 흐를 수 있는 누설 전류 및 발광 디바이스 사이의 가로 누설 전류가 매우 낮은 구성으로 함으로써, 흑색 표시 시에 발생할 수 있는 광 누설(소위 흑색 표시 부분이 밝게 표시되는 현상) 등이 최대한 억제된 표시로 할 수 있다.
특히 MML 구조의 발광 디바이스 중에서도 앞에서 설명한, 발광층을 따로따로 형성하거나 개별 도포하는 구조인 SBS(Side By Side) 구조를 적용하면, 발광 디바이스 사이에 제공되는 층(예를 들어 발광 디바이스 사이에서 공통적으로 사용되는 유기층, 공통층이라고도 함)이 분단된 구성이 되기 때문에, 가로 누설을 없애거나 가로 누설을 매우 적게 할 수 있다.
도 19의 (B) 및 (C)에 트랜지스터의 다른 구성예를 나타내었다.
트랜지스터(209) 및 트랜지스터(210)는 게이트로서 기능하는 도전층(221), 게이트 절연층으로서 기능하는 절연층(211), 채널 형성 영역(231i) 및 한 쌍의 저저항 영역(231n)을 포함한 반도체층(231), 한 쌍의 저저항 영역(231n) 중 한쪽에 접속되는 도전층(222a), 한 쌍의 저저항 영역(231n) 중 다른 쪽에 접속되는 도전층(222b), 게이트 절연층으로서 기능하는 절연층(225), 게이트로서 기능하는 도전층(223), 그리고 도전층(223)을 덮는 절연층(215)을 갖는다. 절연층(211)은 도전층(221)과 채널 형성 영역(231i) 사이에 위치한다. 절연층(225)은 적어도 도전층(223)과 채널 형성 영역(231i) 사이에 위치한다. 또한 트랜지스터를 덮는 절연층(218)을 제공하여도 좋다.
도 19의 (B)에는, 절연층(225)이 반도체층(231)의 상면 및 측면을 덮는 트랜지스터(209)의 예를 나타내었다. 도전층(222a) 및 도전층(222b)은 각각 절연층(225) 및 절연층(215)에 제공된 개구를 통하여 저저항 영역(231n)에 접속된다. 도전층(222a) 및 도전층(222b) 중 한쪽은 소스로서 기능하고, 다른 쪽은 드레인으로서 기능한다.
한편, 도 19의 (C)에 나타낸 트랜지스터(210)에서는 절연층(225)은 반도체층(231)의 채널 형성 영역(231i)과 중첩되고, 저저항 영역(231n)과는 중첩되지 않는다. 예를 들어 도전층(223)을 마스크로서 사용하여 절연층(225)을 가공함으로써, 도 19의 (C)에 나타낸 구조를 제작할 수 있다. 도 19의 (C)에서는 절연층(225) 및 도전층(223)을 덮어 절연층(215)이 제공되고, 절연층(215)의 개구를 통하여 도전층(222a) 및 도전층(222b)이 각각 저저항 영역(231n)에 접속되어 있다.
기판(351)에서 기판(352)이 중첩되지 않은 영역에는 접속부(204)가 제공되어 있다. 접속부(204)에서는 배선(355)이 도전층(166) 및 접속층(242)을 통하여 FPC(353)에 전기적으로 접속되어 있다. 도전층(166)이 도전층(224R), 도전층(224G), 및 도전층(224B)과 동일한 도전막을 가공하여 얻어진 도전막과, 도전층(151R), 도전층(151G), 및 도전층(151B)과 동일한 도전막을 가공하여 얻어진 도전막과, 도전층(152R), 도전층(152G), 및 도전층(152B)과 동일한 도전막을 가공하여 얻어진 도전막의 적층 구조를 갖는 예를 나타내었다. 접속부(204)의 상면에서는 도전층(166)이 노출되어 있다. 이에 의하여, 접속부(204)와 FPC(353)를 접속층(242)을 통하여 전기적으로 접속할 수 있다.
기판(352) 중 기판(351) 측의 면에는 차광층(157)을 제공하는 것이 바람직하다. 차광층(157)은 인접한 발광 디바이스 사이, 접속부(140), 및 회로(356) 등에 제공될 수 있다. 또한 기판(352)의 외측에는 각종 광학 부재를 배치할 수 있다.
기판(351) 및 기판(352)에는 각각 기판(120)에 사용할 수 있는 재료를 적용할 수 있다.
접착층(142)에는 수지층(122)에 사용할 수 있는 재료를 적용할 수 있다.
접속층(242)으로서는 이방성 도전 필름(ACF: Anisotropic Conductive Film) 또는 이방성 도전 페이스트(ACP: Anisotropic Conductive Paste) 등을 사용할 수 있다.
[발광 장치(100H)]
도 20에 나타낸 발광 장치(100H)는 보텀 이미션 구조를 갖는 점이 도 19의 (A)에 나타낸 발광 장치(100B)와 주로 다르다.
발광 디바이스로부터 방출되는 광은 기판(351) 측에 방출된다. 기판(351)에는 가시광 투과성이 높은 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 한편, 기판(352)에 사용하는 재료의 광 투과성은 한정되지 않는다.
기판(351)과 트랜지스터(201) 사이, 기판(351)과 트랜지스터(205) 사이에는 차광층(157)을 형성하는 것이 바람직하다. 도 20에는 기판(351) 위에 차광층(157)이 제공되고, 차광층(157) 위에 절연층(153)이 제공되고, 절연층(153) 위에 트랜지스터(201, 205) 등이 제공된 예를 나타내었다.
발광 디바이스(130R)는 도전층(112R)과, 도전층(112R) 위의 도전층(126R)과, 도전층(126R) 위의 도전층(129R)을 갖는다.
발광 디바이스(130B)는 도전층(112B)과, 도전층(112B) 위의 도전층(126B)과, 도전층(126B) 위의 도전층(129B)을 갖는다.
도전층(112R, 112B, 126R, 126B, 129R, 129B)에는 각각 가시광 투과성이 높은 재료를 사용한다. 공통 전극(155)에는 가시광을 반사하는 재료를 사용하는 것이 바람직하다.
또한 도 20에서는 발광 디바이스(130G)를 도시하지 않았지만, 발광 디바이스(130G)도 제공되어 있다.
또한 도 20 등에는, 층(128)의 상면이 평탄부를 갖는 예를 나타내었지만, 층(128)의 형상은 특별히 한정되지 않는다.
[발광 장치(100C)]
도 21의 (A)에 나타낸 발광 장치(100C)는 도 19의 (A)에 나타낸 발광 장치(100B)의 변형예이고, 착색층(132R), 착색층(132G), 및 착색층(132B)을 포함하는 점이 발광 장치(100B)와 주로 다르다.
발광 장치(100C)에서 발광 디바이스(130)는 착색층(132R), 착색층(132G), 및 착색층(132B) 중 하나와 중첩된 영역을 갖는다. 착색층(132R), 착색층(132G), 및 착색층(132B)은 기판(352)에서의 기판(351) 측의 면에 제공될 수 있다. 착색층(132R)의 단부, 착색층(132G)의 단부, 및 착색층(132B)의 단부는 차광층(157)과 중첩될 수 있다.
발광 장치(100C)에서 발광 디바이스(130)는 예를 들어 백색의 광을 방출할 수 있다. 또한 예를 들어 착색층(132R)은 적색의 광을 투과시키고, 착색층(132G)은 녹색의 광을 투과시키고, 착색층(132B)은 청색의 광을 투과시킬 수 있다. 또한 발광 장치(100C)에서는 보호층(131)과 접착층(142) 사이에 착색층(132R), 착색층(132G), 및 착색층(132B)이 제공되어도 좋다.
도 19의 (A) 및 도 21의 (A) 등에는, 층(128)의 상면이 평탄부를 갖는 예를 나타내었지만, 층(128)의 형상은 특별히 한정되지 않는다. 도 21의 (B) 내지 (D)에 층(128)의 변형예를 나타내었다.
도 21의 (B) 및 (D)에 나타낸 바와 같이, 층(128)의 상면은 단면에서 보았을 때, 중앙 및 그 근방이 오목한 형상, 즉 오목 곡면을 갖는 형상을 가질 수 있다.
또한 도 21의 (C)에 나타낸 바와 같이, 층(128)의 상면은 단면에서 보았을 때, 중앙 및 그 근방이 볼록한 형상, 즉 볼록 곡면을 갖는 형상을 가질 수 있다.
또한 층(128)의 상면은 볼록 곡면 및 오목 곡면 중 한쪽 또는 양쪽을 가져도 좋다. 또한 층(128)의 상면이 갖는 볼록 곡면 및 오목 곡면의 개수는 각각 한정되지 않고, 하나 또는 복수로 할 수 있다.
또한 층(128)의 상면의 높이와 도전층(224R)의 상면의 높이는 일치 또는 실질적으로 일치하여도 좋고, 서로 달라도 좋다. 예를 들어 층(128)의 상면의 높이는 도전층(224R)의 상면의 높이보다 낮아도 좋고 높아도 좋다.
또한 도 21의 (B)는 도전층(224R)에 형성된 오목부의 내부에 층(128)이 꼭 맞는 예를 나타낸 것이라고도 할 수 있다. 한편, 도 21의 (D)에 나타낸 바와 같이, 층(128)이 도전층(224R)에 형성된 오목부의 외측에 존재, 즉 층(128)의 상면이 상기 오목부를 넘어 형성되어도 좋다.
본 실시형태는 다른 실시형태 또는 실시예와 적절히 조합할 수 있다. 또한 본 명세서에서 하나의 실시형태에 복수의 구성예가 제시되는 경우에는, 구성예를 적절히 조합할 수 있다.
(실시형태 6)
본 실시형태에서는, 본 발명의 일 형태의 전자 기기에 대하여 설명한다.
본 실시형태의 전자 기기는 표시부에 본 발명의 일 형태의 발광 장치를 갖는다. 본 발명의 일 형태의 발광 장치는 신뢰성이 높고, 또한 정세도 및 해상도를 쉽게 높일 수 있다. 따라서 다양한 전자 기기의 표시부에 사용할 수 있다.
전자 기기로서는, 예를 들어 텔레비전 장치, 데스크톱형 또는 노트북형 퍼스널 컴퓨터, 컴퓨터용 등의 모니터, 디지털 사이니지, 파친코기 등의 대형 게임기 등 비교적 큰 화면을 갖는 전자 기기 외에, 디지털 카메라, 디지털 비디오 카메라, 디지털 액자, 휴대 전화기, 휴대용 게임기, 휴대 정보 단말기, 음향 재생 장치 등이 있다.
특히 본 발명의 일 형태의 발광 장치는 정세도를 높일 수 있기 때문에, 비교적 작은 표시부를 갖는 전자 기기에 적합하게 사용할 수 있다. 이러한 전자 기기로서는 예를 들어 손목시계형 및 팔찌형 정보 단말기(웨어러블 기기), 그리고 헤드 마운트 디스플레이 등의 VR용 기기, 안경형 AR용 기기, 및 MR용 기기 등 머리에 장착할 수 있는 웨어러블 기기 등이 있다.
본 발명의 일 형태의 발광 장치는 HD(화소수 1280×720), FHD(화소수 1920×1080), WQHD(화소수 2560×1440), WQXGA(화소수 2560×1600), 4K(화소수 3840×2160), 8K(화소수 7680×4320) 등으로 해상도가 매우 높은 것이 바람직하다. 특히 4K, 8K, 또는 이들 이상의 해상도로 하는 것이 바람직하다. 또한 본 발명의 일 형태의 발광 장치에서의 화소 밀도(정세도)는 100ppi 이상이 바람직하고, 300ppi 이상이 더 바람직하고, 500ppi 이상이 더 바람직하고, 1000ppi 이상이 더 바람직하고, 2000ppi 이상이 더 바람직하고, 3000ppi 이상이 더 바람직하고, 5000ppi 이상이 더 바람직하고, 7000ppi 이상이 더 바람직하다. 이와 같이 높은 해상도 및 높은 정세도 중 한쪽 또는 양쪽을 갖는 발광 장치를 사용함으로써, 휴대용 또는 가정용 등의 개인적 사용을 위한 전자 기기에서 임장감 및 깊이감 등을 더 높일 수 있다. 또한 본 발명의 일 형태의 발광 장치의 화면 비율(종횡비)은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어 발광 장치는 1:1(정사각형), 4:3, 16:9, 및 16:10 등 다양한 화면 비율에 대응할 수 있다.
본 실시형태의 전자 기기는 센서(힘, 변위, 위치, 속도, 가속도, 각속도, 회전수, 거리, 광, 액체, 자기, 온도, 화학 물질, 음성, 시간, 경도(硬度), 전기장, 전류, 전압, 전력, 방사선, 유량, 습도, 경사도, 진동, 냄새, 또는 적외선을 측정하는 기능을 갖는 것)를 포함하여도 좋다.
본 실시형태의 전자 기기는 다양한 기능을 가질 수 있다. 예를 들어 다양한 정보(정지 화상, 동영상, 텍스트 화상 등)를 표시부에 표시하는 기능, 터치 패널 기능, 달력, 날짜, 또는 시각 등을 표시하는 기능, 다양한 소프트웨어(프로그램)를 실행하는 기능, 무선 통신 기능, 기록 매체에 저장된 프로그램 또는 데이터를 판독하는 기능 등을 가질 수 있다.
도 22의 (A) 내지 (D)를 사용하여, 머리에 장착할 수 있는 웨어러블 기기의 일례에 대하여 설명한다. 이들 웨어러블 기기는 AR의 콘텐츠를 표시하는 기능, VR의 콘텐츠를 표시하는 기능, SR의 콘텐츠를 표시하는 기능, 및 MR의 콘텐츠를 표시하는 기능 중 적어도 하나를 갖는다. 전자 기기가 AR, VR, SR, 및 MR 등 중 적어도 하나의 콘텐츠를 표시하는 기능을 가짐으로써, 사용자의 몰입감을 높일 수 있다.
도 22의 (A)에 나타낸 전자 기기(700A) 및 도 22의 (B)에 나타낸 전자 기기(700B)는 각각 한 쌍의 표시 패널(751)과, 한 쌍의 하우징(721)과, 통신부(도시하지 않았음)와, 한 쌍의 장착부(723)와, 제어부(도시하지 않았음)와, 촬상부(도시하지 않았음)와, 한 쌍의 광학 부재(753)와, 프레임(757)과, 한 쌍의 코 받침(758)을 갖는다.
표시 패널(751)에는 본 발명의 일 형태의 발광 장치를 적용할 수 있다. 따라서 신뢰성이 높은 전자 기기로 할 수 있다.
전자 기기(700A) 및 전자 기기(700B)는 각각 광학 부재(753)의 표시 영역(756)에, 표시 패널(751)에 표시한 화상을 투영할 수 있다. 광학 부재(753)는 광 투과성을 갖기 때문에, 사용자는 광학 부재(753)를 통하여 시인되는 투과 이미지에 겹쳐, 표시 영역에 표시된 화상을 볼 수 있다. 따라서 전자 기기(700A) 및 전자 기기(700B)는 각각 AR 표시가 가능한 전자 기기이다.
전자 기기(700A) 및 전자 기기(700B)에는 촬상부로서 앞쪽 방향을 촬상할 수 있는 카메라가 제공되어도 좋다. 또한 전자 기기(700A) 및 전자 기기(700B)는 각각 자이로 센서 등의 가속도 센서를 가짐으로써, 사용자의 머리의 방향을 검지하고, 그 방향에 따른 화상을 표시 영역(756)에 표시할 수도 있다.
통신부는 무선 통신기를 갖고, 상기 무선 통신기에 의하여 예를 들어 영상 신호를 공급할 수 있다. 또한 무선 통신기 대신 또는 무선 통신기에 더하여 영상 신호 및 전원 전위가 공급되는 케이블을 접속 가능한 커넥터를 포함하여도 좋다.
또한 전자 기기(700A) 및 전자 기기(700B)에는 배터리가 제공되어 있기 때문에, 무선 및 유선 중 한쪽 또는 양쪽으로 충전할 수 있다.
하우징(721)에는 터치 센서 모듈이 제공되어도 좋다. 터치 센서 모듈은 하우징(721)의 외측 면이 터치되는 것을 검출하는 기능을 갖는다. 터치 센서 모듈에 의하여 사용자의 탭 조작 또는 슬라이드 조작 등을 검출하여 다양한 처리를 실행할 수 있다. 예를 들어 탭 조작에 의하여 동영상의 일시 정지 또는 재개 등의 처리를 실행할 수 있고, 슬라이드 조작에 의하여 빨리 감기 또는 빨리 되감기의 처리를 실행할 수 있다. 또한 2개의 하우징(721)의 각각에 터치 센서 모듈을 제공함으로써 조작의 폭을 넓힐 수 있다.
터치 센서 모듈에는 다양한 터치 센서를 적용할 수 있다. 예를 들어 정전 용량 방식, 저항막 방식, 적외선 방식, 전자기 유도 방식, 표면 탄성파 방식, 또는 광학 방식 등 다양한 방식을 채용할 수 있다. 특히 정전 용량 방식 또는 광학 방식의 센서를 터치 센서 모듈에 적용하는 것이 바람직하다.
광학 방식의 터치 센서를 사용하는 경우에는, 수광 소자로서 광전 변환 디바이스(광전 변환 소자라고도 함)를 사용할 수 있다. 광전 변환 디바이스의 활성층에는 무기 반도체 및 유기 반도체 중 한쪽 또는 양쪽을 사용할 수 있다.
도 22의 (C)에 나타낸 전자 기기(800A) 및 도 22의 (D)에 나타낸 전자 기기(800B)는 각각 한 쌍의 표시부(820)와, 하우징(821)과, 통신부(822)와, 한 쌍의 장착부(823)와, 제어부(824)와, 한 쌍의 촬상부(825)와, 한 쌍의 렌즈(832)를 갖는다.
표시부(820)에는 본 발명의 일 형태의 발광 장치를 적용할 수 있다. 따라서 신뢰성이 높은 전자 기기로 할 수 있다.
표시부(820)는 하우징(821)의 내부의 렌즈(832)를 통하여 시인할 수 있는 위치에 제공된다. 또한 한 쌍의 표시부(820)에 서로 다른 화상을 표시함으로써, 시차를 사용한 3차원 표시를 할 수도 있다.
전자 기기(800A) 및 전자 기기(800B)는 각각 VR용 전자 기기라고 할 수 있다. 전자 기기(800A) 또는 전자 기기(800B)를 장착한 사용자는 렌즈(832)를 통하여 표시부(820)에 표시되는 화상을 시인할 수 있다.
전자 기기(800A) 및 전자 기기(800B)는 각각 렌즈(832) 및 표시부(820)가 사용자의 눈 위치에 따라 최적으로 배치되도록 이들의 좌우의 위치를 조정 가능한 기구를 갖는 것이 바람직하다. 또한 렌즈(832)와 표시부(820) 사이의 거리를 변경함으로써 초점을 조정하는 기구를 갖는 것이 바람직하다.
장착부(823)에 의하여 사용자는 전자 기기(800A) 또는 전자 기기(800B)를 머리에 장착할 수 있다. 또한 예를 들어 도 22의 (C)에서는 장착부(823)가 안경다리(조인트 또는 템플 등이라고도 함)와 같은 형상을 갖는 예를 나타내었지만, 이에 한정되지 않는다. 장착부(823)는 사용자가 장착할 수 있으면 좋고, 예를 들어 헬멧형 또는 밴드형이어도 좋다.
촬상부(825)는 외부의 정보를 취득하는 기능을 갖는다. 촬상부(825)가 취득한 데이터는 표시부(820)에 출력할 수 있다. 촬상부(825)에는 이미지 센서를 사용할 수 있다. 또한 망원 및 광각 등 복수의 화각에 대응할 수 있도록 복수의 카메라를 제공하여도 좋다.
또한 여기서는 촬상부(825)가 제공되는 예를 나타내었지만, 사용자와 대상물 사이의 거리를 측정할 수 있는 측거 센서(이하, 검지부라고도 함)가 제공되면 좋다. 즉 촬상부(825)는 검지부의 일 형태이다. 검지부로서는 예를 들어 이미지 센서 또는 LIDAR(Light Detection and Ranging) 등의 거리 화상 센서를 사용할 수 있다. 카메라에 의하여 얻어진 화상과, 거리 화상 센서에 의하여 얻어진 화상을 사용함으로써, 더 많은 정보를 취득할 수 있어, 더 정밀도가 높은 제스처 조작이 가능해진다.
전자 기기(800A)는 골전도 이어폰으로서 기능하는 진동 기구를 가져도 좋다. 예를 들어 표시부(820), 하우징(821), 및 장착부(823) 중 어느 하나 또는 복수에 상기 진동 기구를 갖는 구성을 적용할 수 있다. 이에 의하여, 헤드폰, 이어폰, 또는 스피커 등의 음향 기기가 별도로 필요하지 않아, 전자 기기(800A)를 장착하기만 하면 영상과 음성을 즐길 수 있다.
전자 기기(800A) 및 전자 기기(800B)는 각각 입력 단자를 포함하여도 좋다. 입력 단자에는 영상 출력 기기 등으로부터의 영상 신호 및 전자 기기 내에 제공되는 배터리를 충전하기 위한 전력 등을 공급하는 케이블을 접속할 수 있다.
본 발명의 일 형태의 전자 기기는 이어폰(750)과 무선 통신을 하는 기능을 가져도 좋다. 이어폰(750)은 통신부(도시하지 않았음)를 갖고, 무선 통신 기능을 갖는다. 이어폰(750)은 무선 통신 기능에 의하여 전자 기기로부터 정보(예를 들어 음성 데이터)를 수신할 수 있다. 예를 들어 도 22의 (A)에 나타낸 전자 기기(700A)는 무선 통신 기능에 의하여 이어폰(750)에 정보를 송신하는 기능을 갖는다. 또한 예를 들어 도 22의 (C)에 나타낸 전자 기기(800A)는 무선 통신 기능에 의하여 이어폰(750)에 정보를 송신하는 기능을 갖는다.
또한 전자 기기가 이어폰부를 가져도 좋다. 도 22의 (B)에 나타낸 전자 기기(700B)는 이어폰부(727)를 갖는다. 예를 들어 이어폰부(727)는 제어부에 유선으로 접속될 수 있다. 이어폰부(727)와 제어부를 접속하는 배선의 일부는 하우징(721) 또는 장착부(723)의 내부에 배치되어도 좋다.
마찬가지로, 도 22의 (D)에 나타낸 전자 기기(800B)는 이어폰부(827)를 갖는다. 예를 들어 이어폰부(827)는 제어부(824)에 유선으로 접속될 수 있다. 이어폰부(827)와 제어부(824)를 접속하는 배선의 일부는 하우징(821) 또는 장착부(823)의 내부에 배치되어도 좋다. 또한 이어폰부(827)와 장착부(823)가 자석을 포함하여도 좋다. 이에 의하여, 이어폰부(827)를 장착부(823)에 자기력으로 고정할 수 있어, 수납이 용이해지기 때문에 바람직하다.
또한 전자 기기는 이어폰 또는 헤드폰 등을 접속할 수 있는 음성 출력 단자를 포함하여도 좋다. 또한 전자 기기는 음성 입력 단자 및 음성 입력 기구 중 한쪽 또는 양쪽을 포함하여도 좋다. 음성 입력 기구로서는 예를 들어 마이크로폰 등의 집음 장치를 사용할 수 있다. 전자 기기가 음성 입력 기구를 가짐으로써, 전자 기기에 소위 헤드셋으로서의 기능을 부여하여도 좋다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 형태의 전자 기기로서는, 안경형(전자 기기(700A) 및 전자 기기(700B) 등) 및 고글형(전자 기기(800A) 및 전자 기기(800B) 등) 모두 적합하다.
또한 본 발명의 일 형태의 전자 기기는 유선 또는 무선으로 이어폰에 정보를 송신할 수 있다.
도 23의 (A)에 나타낸 전자 기기(6500)는 스마트폰으로서 사용할 수 있는 휴대 정보 단말기이다.
전자 기기(6500)는 하우징(6501), 표시부(6502), 전원 버튼(6503), 버튼(6504), 스피커(6505), 마이크로폰(6506), 카메라(6507), 및 광원(6508) 등을 갖는다. 표시부(6502)는 터치 패널 기능을 갖는다.
표시부(6502)에 본 발명의 일 형태의 발광 장치를 적용할 수 있다. 따라서 신뢰성이 높은 전자 기기로 할 수 있다.
도 23의 (B)는 하우징(6501)의 마이크로폰(6506) 측의 단부를 포함한 단면 개략도이다.
하우징(6501)의 표시면 측에는 광 투과성을 갖는 보호 부재(6510)가 제공되고, 하우징(6501)과 보호 부재(6510)로 둘러싸인 공간 내에 표시 패널(6511), 광학 부재(6512), 터치 센서 패널(6513), 인쇄 기판(6517), 및 배터리(6518) 등이 배치되어 있다.
보호 부재(6510)에는 표시 패널(6511), 광학 부재(6512), 및 터치 센서 패널(6513)이 접착층(도시하지 않았음)에 의하여 고정되어 있다.
표시부(6502)보다 외측의 영역에서 표시 패널(6511)의 일부가 접혀 있고, 이 접힌 부분에 FPC(6515)가 접속되어 있다. FPC(6515)에는 IC(6516)가 실장되어 있다. FPC(6515)는 인쇄 기판(6517)에 제공된 단자에 접속되어 있다.
표시 패널(6511)에는 본 발명의 일 형태의 발광 장치를 적용할 수 있다. 그러므로 매우 가벼운 전자 기기를 실현할 수 있다. 또한 표시 패널(6511)이 매우 얇기 때문에, 전자 기기의 두께를 억제하면서 대용량 배터리(6518)를 탑재할 수도 있다. 또한 표시 패널(6511)의 일부를 접어 화소부의 이면 측에 FPC(6515)와의 접속부를 배치함으로써 슬림 베젤의 전자 기기를 실현할 수 있다.
도 23의 (C)에 텔레비전 장치의 일례를 나타내었다. 텔레비전 장치(7100)에서는, 하우징(7171)에 표시부(7000)가 포함되어 있다. 여기서는, 스탠드(7173)에 의하여 하우징(7171)을 지지한 구성을 나타내었다.
표시부(7000)에 본 발명의 일 형태의 발광 장치를 적용할 수 있다. 따라서 신뢰성이 높은 전자 기기로 할 수 있다.
도 23의 (C)에 나타낸 텔레비전 장치(7100)의 조작은 하우징(7171)이 갖는 조작 스위치 및 별체의 리모트 컨트롤러(7151)에 의하여 수행할 수 있다. 또는 표시부(7000)에 터치 센서를 포함하여도 좋고, 손가락 등으로 표시부(7000)를 터치함으로써 텔레비전 장치(7100)를 조작하여도 좋다. 리모트 컨트롤러(7151)는 상기 리모트 컨트롤러(7151)로부터 출력되는 정보를 표시하는 표시부를 가져도 좋다. 리모트 컨트롤러(7151)가 갖는 조작 키 또는 터치 패널에 의하여 채널 및 음량을 조작할 수 있고, 표시부(7000)에 표시되는 영상을 조작할 수 있다.
또한 텔레비전 장치(7100)는 수신기 및 모뎀 등을 갖는다. 수신기에 의하여 일반적인 텔레비전 방송을 수신할 수 있다. 또한 모뎀을 통하여 유선 또는 무선으로 통신 네트워크에 접속함으로써, 한 방향(송신자로부터 수신자) 또는 쌍방향(송신자와 수신자 사이, 또는 수신자끼리 등)의 정보 통신을 수행할 수도 있다.
도 23의 (D)에 노트북형 퍼스널 컴퓨터의 일례를 나타내었다. 노트북형 퍼스널 컴퓨터(7200)는 하우징(7211), 키보드(7212), 포인팅 디바이스(7213), 및 외부 접속 포트(7214) 등을 갖는다. 하우징(7211)에 표시부(7000)가 포함되어 있다.
표시부(7000)에 본 발명의 일 형태의 발광 장치를 적용할 수 있다. 따라서 신뢰성이 높은 전자 기기로 할 수 있다.
도 23의 (E) 및 (F)에 디지털 사이니지의 일례를 나타내었다.
도 23의 (E)에 나타낸 디지털 사이니지(7300)는 하우징(7301), 표시부(7000), 및 스피커(7303) 등을 갖는다. 또한 LED 램프, 조작 키(전원 스위치 또는 조작 스위치를 포함함), 접속 단자, 각종 센서, 마이크로폰 등을 가질 수 있다.
도 23의 (F)는 원기둥 모양의 기둥(7401)에 장착된 디지털 사이니지(7400)를 나타낸 것이다. 디지털 사이니지(7400)는 기둥(7401)의 곡면을 따라 제공된 표시부(7000)를 갖는다.
도 23의 (E) 및 (F)에서는, 표시부(7000)에 본 발명의 일 형태의 발광 장치를 적용할 수 있다. 따라서 신뢰성이 높은 전자 기기로 할 수 있다.
표시부(7000)가 넓을수록 한번에 제공할 수 있는 정보량을 늘릴 수 있다. 또한 표시부(7000)가 넓을수록 사람의 눈에 띄기 쉽기 때문에, 예를 들어 광고의 홍보 효과를 높일 수 있다.
표시부(7000)에 터치 패널을 적용함으로써, 표시부(7000)에 화상 또는 동영상을 표시할 뿐만 아니라, 사용자가 직관적으로 조작할 수도 있어 바람직하다. 또한 노선 정보 또는 교통 정보 등의 정보를 제공하기 위한 용도로 사용하는 경우에는, 직관적인 조작에 의하여 사용성을 높일 수 있다.
또한 도 23의 (E) 및 (F)에 나타낸 바와 같이, 디지털 사이니지(7300) 또는 디지털 사이니지(7400)는 사용자가 소유하는 스마트폰 등의 정보 단말기(7311) 또는 정보 단말기(7411)와 무선 통신에 의하여 연계 가능한 것이 바람직하다. 예를 들어 표시부(7000)에 표시되는 광고의 정보를 정보 단말기(7311) 또는 정보 단말기(7411)의 화면에 표시할 수 있다. 또한 정보 단말기(7311) 또는 정보 단말기(7411)를 조작함으로써, 표시부(7000)의 표시를 전환할 수 있다.
또한 디지털 사이니지(7300) 또는 디지털 사이니지(7400)에 정보 단말기(7311) 또는 정보 단말기(7411)의 화면을 조작 수단(컨트롤러)으로서 사용한 게임을 실행시킬 수도 있다. 이에 의하여, 불특정 다수의 사용자가 동시에 게임에 참가하여 즐길 수 있다.
도 24의 (A) 내지 (G)에 나타낸 전자 기기는 하우징(9000), 표시부(9001), 스피커(9003), 조작 키(9005)(전원 스위치 또는 조작 스위치를 포함함), 접속 단자(9006), 센서(9007)(힘, 변위, 위치, 속도, 가속도, 각속도, 회전수, 거리, 광, 액체, 자기, 온도, 화학 물질, 음성, 시간, 경도, 전기장, 전류, 전압, 전력, 방사선, 유량, 습도, 경사도, 진동, 냄새, 또는 적외선을 측정하는 기능을 갖는 것), 마이크로폰(9008) 등을 갖는다.
도 24의 (A) 내지 (G)에 나타낸 전자 기기는 다양한 기능을 갖는다. 예를 들어 다양한 정보(정지 화상, 동영상, 텍스트 화상 등)를 표시부에 표시하는 기능, 터치 패널 기능, 달력, 날짜, 또는 시각 등을 표시하는 기능, 다양한 소프트웨어(프로그램)에 의하여 처리를 제어하는 기능, 무선 통신 기능, 기록 매체에 저장된 프로그램 또는 데이터를 판독하여 처리하는 기능 등을 가질 수 있다. 또한 전자 기기의 기능은 이들에 한정되지 않고, 다양한 기능을 가질 수 있다. 전자 기기는 복수의 표시부를 가져도 좋다. 또한 전자 기기는 카메라 등이 제공되고, 정지 화상 또는 동영상을 촬영하고 기록 매체(외부 기록 매체 또는 카메라에 내장된 기록 매체)에 저장하는 기능, 촬영한 화상을 표시부에 표시하는 기능 등을 가져도 좋다.
도 24의 (A) 내지 (G)에 나타낸 전자 기기의 자세한 사항에 대하여 이하에서 설명한다.
도 24의 (A)는 휴대 정보 단말기(9171)를 나타낸 사시도이다. 휴대 정보 단말기(9171)는 예를 들어 스마트폰으로서 사용할 수 있다. 또한 휴대 정보 단말기(9171)에는 스피커(9003), 접속 단자(9006), 또는 센서(9007) 등을 제공하여도 좋다. 또한 휴대 정보 단말기(9171)는 문자 및 화상 정보를 그 복수의 면에 표시할 수 있다. 도 24의 (A)에는 3개의 아이콘(9050)을 표시한 예를 나타내었다. 또한 파선의 직사각형으로 나타낸 정보(9051)를 표시부(9001)의 다른 면에 표시할 수도 있다. 정보(9051)의 예로서는 전자 메일, SNS, 전화 등의 착신의 알림, 전자 메일 또는 SNS 등의 제목, 송신자명, 일시, 시각, 배터리의 잔량, 전파 강도 등이 있다. 또는 정보(9051)가 표시되는 위치에는 아이콘(9050) 등을 표시하여도 좋다.
도 24의 (B)는 휴대 정보 단말기(9172)를 나타낸 사시도이다. 휴대 정보 단말기(9172)는 표시부(9001)의 3면 이상에 정보를 표시하는 기능을 갖는다. 여기서는 정보(9052), 정보(9053), 정보(9054)가 각각 다른 면에 표시되어 있는 예를 나타내었다. 예를 들어 사용자는 옷의 가슴 포켓에 휴대 정보 단말기(9172)를 수납한 상태에서, 휴대 정보 단말기(9172) 위쪽에서 볼 수 있는 위치에 표시된 정보(9053)를 확인할 수도 있다. 사용자는 휴대 정보 단말기(9172)를 포켓에서 꺼내지 않고 표시를 확인하고, 예를 들어 전화를 받을지 여부를 판단할 수 있다.
도 24의 (C)는 태블릿 단말기(9173)를 나타낸 사시도이다. 태블릿 단말기(9173)는 일례로서 이동 전화, 전자 메일, 문장 열람 및 작성, 음악 재생, 인터넷 통신, 컴퓨터 게임 등의 각종 애플리케이션을 실행할 수 있다. 태블릿 단말기(9173)는 하우징(9000)의 전면(前面)에 표시부(9001), 카메라(9002), 마이크로폰(9008), 스피커(9003)를 갖고, 하우징(9000)의 왼쪽 측면에는 조작용 버튼으로서 조작 키(9005)를 갖고, 바닥면에는 접속 단자(9006)를 갖는다.
도 24의 (D)는 손목시계형 휴대 정보 단말기(9200)를 나타낸 사시도이다. 휴대 정보 단말기(9200)는 예를 들어 스마트워치(등록 상표)로서 사용할 수 있다. 또한 표시부(9001)는 그 표시면이 만곡되어 제공되고, 만곡된 표시면을 따라 표시를 할 수 있다. 또한 휴대 정보 단말기(9200)가, 예를 들어 무선 통신이 가능한 헤드셋과 상호 통신함으로써, 핸즈프리로 통화를 할 수도 있다. 또한 휴대 정보 단말기(9200)는 접속 단자(9006)에 의하여 다른 정보 단말기와 상호로 데이터를 주고받거나 충전을 할 수도 있다. 또한 충전 동작은 무선 급전에 의하여 수행하여도 좋다.
도 24의 (E) 내지 (G)는 접을 수 있는 휴대 정보 단말기(9201)를 나타낸 사시도이다. 또한 도 24의 (E)는 펼친 상태의 휴대 정보 단말기(9201)를 나타낸 사시도이고, 도 24의 (G)는 접은 상태의 휴대 정보 단말기(9201)를 나타낸 사시도이고, 도 24의 (F)는 도 24의 (E) 및 (G)에 나타낸 상태 중 한쪽으로부터 다른 쪽으로 변화되는 도중의 상태의 휴대 정보 단말기(9201)를 나타낸 사시도이다. 휴대 정보 단말기(9201)는 접은 상태에서는 휴대성이 뛰어나고, 펼친 상태에서는 이음매가 없고 넓은 표시 영역을 가지므로 표시의 일람성(一覽性)이 뛰어나다. 휴대 정보 단말기(9201)의 표시부(9001)는 힌지(9055)에 의하여 연결된 3개의 하우징(9000)으로 지지되어 있다. 예를 들어 표시부(9001)는 곡률 반경 0.1mm 이상 150mm 이하로 구부릴 수 있다.
본 실시형태는 다른 실시형태 또는 실시예와 적절히 조합할 수 있다. 또한 본 명세서에서 하나의 실시형태에 복수의 구성예가 제시되는 경우에는, 구성예를 적절히 조합할 수 있다.
(실시예 1)
<<합성예 1>>
본 합성예 1에서는 하기 구조식(201)으로 나타내어지는 본 발명의 유기 금속 착체 (2-{3-[3-(3,5-다이-tert-뷰틸페닐)벤즈이미다졸-1-일-2-일리덴-κC2]페녹시-κC2}-9-(4-tert-뷰틸-2-피리딘일-κN)-6-(5-사이아노-2-메틸페닐)카바졸-2,1-다이일-κC)백금(II)(약칭: Pt(mmtBubOm5CPcztBupy))의 합성예를 구체적으로 예시한다.
[화학식 20]
<단계 1; 4-브로모-2-(4-메톡시페닐)-1-나이트로벤젠의 합성>
먼저 4-브로모-2-아이오도-1-나이트로벤젠 5.0g, 4-메톡시페닐보론산 2.4g, 톨루엔 28mL, 에탄올 14mL, 2M 탄산소듐 수용액 14mL를 환류관이 제공된 3구 플라스크에 넣고 내부를 질소 치환하였다. 플라스크 내를 감압하에서 교반함으로써 탈기한 후, 테트라키스(트라이페닐포스핀)팔라듐(0)(약칭: Pd(PPh3)4) 0.70g을 첨가하고, 90℃에서 14시간 동안 교반함으로써 반응시켰다.
소정 시간이 경과한 후, 톨루엔을 사용하여 추출을 수행하였다. 얻어진 잔사를 헥세인:톨루엔=1:2를 전개 용매로 한 실리카 겔 칼럼 크로마토그래피에 의하여 정제하여 목적물을 얻었다(황색 고체, 수량 3.9g, 수율 84%). 단계 1의 합성 스킴을 하기 식(b-1)에 나타낸다.
[화학식 21]
<단계 2; 6-브로모-2-메톡시카바졸의 합성>
다음으로, 상기 단계 1에서 얻은 4-브로모-2-(4-메톡시페닐)-1-나이트로벤젠 3.9g, 트라이페닐포스핀 8.3g, 1,2-다이클로로벤젠 51mL를 환류관이 제공된 3구 플라스크에 넣고 내부를 질소 치환하였다. 그 후 190℃에서 7시간 반 동안 교반함으로써 반응시켰다.
소정 시간이 경과한 후, 다이클로로메테인을 사용하여 추출을 수행하였다. 얻어진 잔사를 헥세인:다이클로로메테인=1:1을 전개 용매로 한 실리카 겔 칼럼 크로마토그래피에 의하여 정제하여 목적물을 얻었다(백색 고체, 수량 2.8g, 수율 79%). 단계 2의 합성 스킴을 하기 식(b-2)에 나타낸다.
[화학식 22]
<단계 3; 6-브로모-9-(4-tert-뷰틸피리딘-2-일)-2-메톡시카바졸의 합성>
다음으로, 상기 단계 2에서 얻은 6-브로모-2-메톡시카바졸 12g, 2-브로모-4-tert-뷰틸피리딘 14g, 인산 삼포타슘 13g, 탈수 1,4-다이옥세인 160mL를 환류관이 제공된 3구 플라스크에 넣고 내부를 질소 치환하였다. 여기서 아이오딘화 구리(I) 2.4g, trans-1,2-사이클로헥세인다이아민 4.8g을 넣고, 120℃에서 13시간 동안 교반함으로써 반응시켰다.
소정 시간이 경과한 후, 아세트산 에틸을 사용하여 추출을 수행하였다. 얻어진 잔사를 헥세인:아세트산 에틸=7:1을 전개 용매로 한 실리카 겔 칼럼 크로마토그래피에 의하여 정제하여 목적물을 얻었다(황색 오일, 수량 16g, 수율 94%). 단계 3의 합성 스킴을 하기 식(b-3)에 나타낸다.
[화학식 23]
<단계 4; 6-브로모-9-(4-tert-뷰틸피리딘-2-일)-2-하이드록시카바졸의 합성>
다음으로, 상기 단계 3에서 얻은 6-브로모-9-(4-tert-뷰틸피리딘-2-일)-2-메톡시카바졸 16g, 피리딘염산 염 46g을 환류관이 제공된 가지형 플라스크에 넣고 내부를 질소 치환하였다. 그 후 180℃에서 7시간 반 동안 교반함으로써 반응시켰다.
소정 시간이 경과한 후, 다이클로로메테인을 사용하여 추출을 수행하였다. 얻어진 잔사를 톨루엔:아세트산 에틸=10:1을 전개 용매로 한 실리카 겔 칼럼 크로마토그래피에 의하여 정제하여 목적물을 얻었다(백색 고체, 수량 7.8g, 수율 49%). 단계 4의 합성 스킴을 하기 식(b-4)에 나타낸다.
[화학식 24]
<단계 5; 9-(4-tert-뷰틸피리딘-2-일)-6-(5-사이아노-2-메틸페닐)-2-하이드록시카바졸의 합성>
다음으로, 상기 단계 4에서 얻은 6-브로모-9-(4-tert-뷰틸피리딘-2-일)-2-하이드록시카바졸 3.8g, 5-사이아노-2-메틸페닐보론산 1.8g, 인산 삼포타슘 7.8g, 톨루엔 48mL, 물 4.8mL를 환류관이 제공된 3구 플라스크에 넣고 내부를 질소 치환하였다. 플라스크 내를 감압하에서 교반함으로써 탈기한 후, 트리스(다이벤질리덴아세톤)다이팔라듐(0)(약칭: Pd2(dba)3) 0.87g, 2-다이사이클로헥실포스피노-2',6'-다이메톡시바이페닐(약칭: S-Phos) 1.56g을 넣고 110℃에서 5시간 동안 교반함으로써 반응시켰다.
소정 시간이 경과한 후, 톨루엔을 사용하여 추출을 수행하였다. 얻어진 잔사를 톨루엔:아세트산 에틸=10:1을 전개 용매로 한 실리카 겔 칼럼 크로마토그래피에 의하여 정제하여 목적물을 얻었다(황색 고체, 수량 3.7g, 수율 91%). 단계 5의 합성 스킴을 하기 식(b-5)에 나타낸다.
[화학식 25]
<단계 6; 2-[3-(벤즈이미다졸-1-일)페녹시]-9-(4-tert-뷰틸피리딘-2-일)-6-(5-사이아노-2-메틸페닐)카바졸의 합성>
다음으로, 상기 단계 5에서 얻은 9-(4-tert-뷰틸피리딘-2-일)-6-(5-사이아노-2-메틸페닐)-2-하이드록시카바졸 3.7g, 1-(3-브로모페닐)벤즈이미다졸 3.5g, 인산 삼포타슘 3.7g, 다이메틸설폭사이드 86mL를 환류관이 제공된 3구 플라스크에 넣고 내부를 질소 치환하였다. 여기에 아이오딘화 구리(I) 0.16g, 피콜린산 0.11g을 첨가하고, 160℃에서 7시간 동안 교반함으로써 반응시켰다.
소정 시간이 경과한 후, 아세트산 에틸을 사용하여 추출을 수행하였다. 얻어진 잔사를 톨루엔:아세트산 에틸=10:1을 전개 용매로 한 실리카 겔 칼럼 크로마토그래피에 의하여 정제하였다. 그 후 클로로폼을 전개 용매로 한 고속 액체 크로마토그래피에 의하여 정제하여 목적물을 얻었다(갈색 고체, 수량 2.9g, 수율 54%). 단계 6의 합성 스킴을 하기 식(b-6)에 나타낸다.
[화학식 26]
<단계 7; 1-(3,5-다이-tert-뷰틸페닐)-3-(3-{[6-(5-사이아노-2-메틸페닐)-9-(4-tert-뷰틸피리딘-2-일)카바졸-2-일]옥시}페닐)벤즈이미다졸륨-1,1,1-트라이플루오로메테인설폰산의 합성>
다음으로, 상기 단계 6에서 얻은 2-[3-(벤즈이미다졸-1-일)페녹시]-9-(4-tert-뷰틸피리딘-2-일)-6-(5-사이아노-2-메틸페닐)카바졸 2.9g, (3,5-다이-tert-뷰틸페닐)(메시틸)아이오도늄트라이플루오로메테인설폰산 4.0g, N,N-다이메틸폼아마이드 23mL를 환류관이 제공된 3구 플라스크에 넣고 내부를 질소 치환하였다. 여기에 아세트산 구리(II) 0.13g을 첨가하고, 100℃에서 7시간 동안 교반함으로써 반응시켰다.
소정 시간이 경과한 후, 용매를 증류하여 제거하고, 얻어진 전사를 다이클로로메테인:아세톤=9:1을 전개 용매로 한 실리카 겔 칼럼 크로마토그래피에 의하여 정제하여 목적물을 얻었다(갈색 고체, 수량 2.1g, 수율 46%). 단계 7의 합성 스킴을 하기 식(b-7)에 나타낸다.
[화학식 27]
<단계 8; Pt(mmtBubOm5CPcztBupy)의 합성>
다음으로, 상기 단계 7에서 얻은 1-(3,5-다이-tert-뷰틸페닐)-3-(3-{[6-(5-사이아노-2-메틸페닐)-9-(4-tert-뷰틸피리딘-2-일)카바졸-2-일]옥시}페닐)벤즈이미다졸륨-1,1,1-트라이플루오로메테인설폰산 2.1g, 다이클로로(1,5-사이클로옥타다이엔)백금(II) 0.96g, 아세트산 소듐 0.53g, N,N-다이메틸폼아마이드 97mL를 환류관이 제공된 3구 플라스크에 넣고 내부를 질소 치환하였다. 그 후 160℃에서 1시간 동안 교반함으로써 반응시켰다.
소정 시간이 경과한 후, 용매를 증류하고 제거하고, 다이클로로메테인을 사용하여 추출을 수행하였다. 얻어진 전사를 톨루엔을 전개 용매로 한 실리카 겔 칼럼 크로마토그래피에 의하여 정제한 후, 톨루엔과 에탄올의 혼합 용매를 사용하여 재결정함으로써 정제하여 목적물을 얻었다(황색 고체, 수량 0.60g, 수율 28%).
얻어진 황색 고체 0.54g을 트레인 서블리메이션법에 의하여 승화 정제하였다. 승화 정제 조건으로서는 압력 7.1×10-3Pa, 360℃에서 고체를 가열하였다. 승화 정제 후, 목적물인 황색 고체를 수량 0.12g, 수율 22%로 얻었다. 단계 8의 합성 스킴을 하기 식(b-8)에 나타낸다.
[화학식 28]
또한 상기 단계 8에서 얻은 황색 고체의 핵자기 공명 분광법(1H-NMR)에 의한 분석 결과를 아래에 나타낸다. 또한 1H-NMR 차트를 도 26에 나타내었다. 이 결과로부터, 본 합성예 1에서 상기 구조식(201)으로 나타내어지는 본 발명의 일 형태인 유기 금속 착체 Pt(mmtBubOm5CPcztBupy)가 얻어진 것을 알 수 있었다.
1H-NMR.δ(CD2Cl2): 1.19-1.49(m, 27H), 2.47(s, 3H), 6.16(d, 1H), 7.11(d, 1H), 7.32-7.48(m, 7H), 7.52(t, 1H), 7.58-7.71(m, 5H), 7.81-7.85(m, 2H), 7.92(s, 1H), 8.75(d, 1H), 8.25(d, 1H), 8.75(d, 1H).
다음으로 Pt(mmtBubOm5CPcztBupy)의 다이클로로메테인 용액의 자외 가시 흡수 스펙트럼(이하, 단순히 '흡수 스펙트럼'이라고 함) 및 발광 스펙트럼을 측정하였다. 흡수 스펙트럼의 측정에는 자외 가시 분광 광도계(JASCO Corporation 제조, V550형)를 사용하였다. 또한 발광 스펙트럼의 측정에는 분광 형광 광도계(JASCO Corporation 제조, FP8600)를 사용하였다. 얻어진 다이클로로메테인 용액의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼의 측정 결과를 도 25의 (A)에 나타내었다. 가로축은 파장을 나타내고, 세로축은 흡수 강도 및 발광 강도를 나타낸다. 또한 도 25의 (B)에는 흡수 스펙트럼의 450nm 부근을 확대한 측정 결과를 나타내었다.
도 25의 결과로부터, Pt(mmtBubOm5CPcztBupy)의 다이클로로메테인 용액에서는 415nm 및 446nm 부근에 흡수 피크가 관찰되고, 456nm 부근에 발광 피크가 관찰되었다.
(실시예 2)
본 실시예에서는 본 발명의 일 형태인, 페닐기 및 중수소를 포함한 알킬기를 갖는 유기 금속 착체 (2-{3-[3-(3,5-다이-tert-뷰틸페닐)벤즈이미다졸-1-일-2-일리덴-κC2]페녹시-κC2}-9-(4-tert-뷰틸-2-피리딘일-κN)-6-(5-사이아노-2-메틸페닐)카바졸-2,1-다이일-κC)백금(II)(약칭: Pt(mmtBubOm5CPcztBupy))(201)을 사용한 발광 디바이스 A, 및 비교용 유기 금속 착체 PtON-TBBI를 사용한 비교 디바이스를 제작하였다.
발광 디바이스 A 및 비교 디바이스에 사용한 유기 금속 착체의 구조식을 이하에 나타낸다.
[화학식 29]
또한 각 발광 디바이스는 도 27에 나타낸 바와 같이, 유리 기판(900) 위에 형성된 제 1 전극(901) 위에 정공 주입층(911), 정공 수송층(912), 발광층(913), 전자 수송층(914), 및 전자 주입층(915)이 순차적으로 적층되고, 전자 주입층(915) 위에 제 2 전극(902)이 적층된 구조를 갖는다.
<발광 디바이스 A의 제작 방법>
유리 기판(900) 위에 투명 전극으로서, 산화 실리콘을 포함한 인듐 주석 산화물(ITSO)을 스퍼터링법에 의하여 막 두께 70nm가 되도록 성막하여 제 1 전극(901)을 형성하였다. 또한 전극 면적은 4mm2(2mm×2mm)로 하였다.
다음으로 기판 위에 발광 디바이스를 형성하기 위한 전처리로서, 기판 표면을 물로 세정하고, 200℃에서 1시간 동안 소성하였다. 그 후, 약 1×10-4Pa까지 내부가 감압된 진공 증착 장치에 기판을 도입하고, 진공 증착 장치 내의 가열실에서 170℃에서 30분 동안 진공 소성을 수행하였다. 그 후, 30℃ 이하가 될 때까지 자연 냉각시켰다.
다음으로 제 1 전극(901)이 형성된 면이 아래쪽이 되도록, 제 1 전극(901)이 형성된 기판을 진공 증착 장치 내에 제공된 기판 홀더에 고정하고, 제 1 전극(901) 위에 N-(바이페닐-4-일)-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: PCBBiF)과, 분자량이 672이고 플루오린을 포함하는 전자 억셉터 재료(OCHD-003)를 PCBBiF:OCHD-003=1:0.03(중량비)이 되도록 10nm 공증착하여 정공 주입층(911)을 형성하였다.
다음으로 정공 주입층(911) 위에 PCBBiF를 막 두께 30nm가 되도록 증착하고, 이어서 9-[3-(트라이페닐실릴)페닐]-3,9'-바이-9H-카바졸(약칭: PSiCzCz)을 막 두께 5nm가 되도록 증착함으로써 정공 수송층(912)을 형성하였다.
다음으로 정공 수송층(912) 위에 저항 가열을 사용한 증착법에 의하여 9,9'-{6-[3-(트라이페닐실릴)페닐]-1,3,5-트라이아진-2,4-다이일}비스(9H-카바졸)(약칭: SiTrzCz2)과, 9-[3-(트라이페닐실릴)페닐]-3,9'-바이-9H-카바졸(약칭: PSiCzCz)과, Pt(mmtBubOm5CPcztBupy)를 SiTrzCz2:PSiCzCz:Pt(mmtBubOm5CPcztBupy)=0.435:0.435:0.13(중량비)으로 막 두께 35nm가 되도록 공증착하여 발광층(913)을 형성하였다. 또한 SiTrzCz2와 PSiCzCz의 조합은 들뜬 복합체를 형성하는 조합이다.
다음으로 발광층(913) 위에 2-페닐-4,6-비스[3-(트라이페닐실릴)페닐]-1,3,5-트라이아진(약칭: mSiTrz)을 막 두께 5nm가 되도록 증착하고, 이어서 2,2'-(1,3-페닐렌)비스(9-페닐-1,10-페난트롤린)(약칭: mPPhen2P)을 막 두께 20nm가 되도록 증착함으로써 전자 수송층(914)을 형성하였다.
다음으로 전자 수송층(914) 위에 플루오린화 리튬(LiF)을 막 두께 1nm가 되도록 증착하여 전자 주입층(915)을 형성하였다.
다음으로 전자 주입층(915) 위에 알루미늄(Al)을 막 두께 200nm가 되도록 증착하여 제 2 전극(902)을 형성하였다.
<비교 디바이스의 제작 방법>
다음으로, 비교 디바이스의 제작 방법에 대하여 설명한다.
비교 디바이스는 발광층(913)의 구성이 디바이스 A와 다르다. 즉 비교 디바이스에서는 저항 가열을 사용한 증착법에 의하여 SiTrzCz2, PSiCzCz, 및 PtON-TBBI를 SiTrzCz2:PSiCzCz:PtON-TBBI=0.435:0.435:0.13(중량비)으로 막 두께 35nm가 되도록 공증착하여 발광층(913)을 형성하였다.
또한 다른 구성은 발광 디바이스 A와 같은 식으로 제작하였다.
상기 발광 디바이스 A 및 비교 디바이스의 소자 구조를 아래 표에 정리하였다. 또한 표에서 X는 Pt(mmtBubOm5CPcztBupy) 또는 PtON-TBBI를 나타낸다.
[표 2]
<디바이스의 특성>
상기 발광 디바이스를 질소 분위기의 글로브 박스 내에서, 대기에 노출되지 않도록 유리 기판으로 밀봉하는 작업(실재를 소자의 주위에 도포하고, 밀봉 시에 UV 처리 및 80℃에서의 1시간의 열처리를 수행함)을 수행한 후, 발광 디바이스의 특성을 측정하였다.
발광 디바이스의 휘도-전류 밀도 특성을 도 28에, 휘도-전압 특성을 도 29에, 전류 효율-전류 밀도 특성을 도 30에, 전류 밀도-전압 특성을 도 31에, 블루 인덱스-전류 밀도 특성을 도 32에, 외부 양자 효율-전류 밀도 특성을 도 33에, 발광 스펙트럼을 도 34에 나타내었다.
또한 발광 디바이스의 10mA/cm2에서의 주요한 특성을 아래 표에 나타낸다. 또한 휘도, CIE 색도, 발광 스펙트럼의 측정에는 분광 방사계(Topcon Technohouse Corporation 제조, SR-UL1R)를 사용하였다. 또한 외부 양자 효율은 분광 방사계를 사용하여 측정한 휘도와 발광 스펙트럼을 사용하고, 배광 특성이 램버시안형인 것으로 가정하여 산출하였다.
[표 3]
도 28 내지 도 33으로부터, 발광 디바이스 A는 고효율로 구동하는 발광 디바이스인 것을 알 수 있었다. 따라서 발광 디바이스 A에서는 사이아노기를 갖는 백금(Pt)의 유기 금속 착체를 발광 디바이스에 사용함으로써, 고효율 발광 디바이스를 제공할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.
특히 도 34로부터, 발광 디바이스 A의 파장 피크는 463nm이고, 반치전폭 FWHM(nm)은 26nm이었다. 한편, 비교 디바이스의 파장 피크는 463nm이고, 반치전폭 FWHM(nm)은 41nm이었다. 즉 사이아노기를 갖는 백금(Pt)의 유기 금속 착체를 발광 디바이스에 사용함으로써, 청색 파장을 좁혀 색 순도가 높은 발광을 얻을 수 있다. 색 순도가 높은 청색 발광은 넓은 범위의 청색을 표현할 수 있고, 청색을 표현하기 위하여 필요한 휘도가 저하되기 때문에 소비 전력의 저감 효과가 얻어진다.
여기서 Pt(mmtBubOm5CPcztBupy)의 HOMO 준위 및 LUMO 준위를 사이클릭 볼타메트리(CV) 측정으로 산출하였다. 측정에는 전기 화학 애널라이저(BAS Inc. 제조, 형식 번호: ALS 모델 600A 또는 600C)를 사용하였다. 측정에 사용하는 용액의 용매로서는 탈수 다이메틸폼아마이드(DMF)를 사용하였다. 측정에서는 참조 전극에 대한 작용 전극의 전위를 적절한 범위 내에서 변화시켜 각각 산화 피크 전위 및 환원 피크 전위를 얻었다. 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 참조 전극의 산화 환원 전위(Redox potential)가 -4.94eV로 추산되어 있기 때문에, 이 수치와 얻어진 피크 전위로부터 화합물의 HOMO 준위 및 LUMO 준위를 산출하였다. 그 결과, Pt(mmtBubOm5CPcztBupy)의 HOMO 준위는 -5.5eV이고, LUMO 준위는 -2.33eV이었다. 따라서 Pt(mmtBubOm5CPcztBupy)는 낮은 HOMO 준위와 LUMO 준위를 갖는 것을 알 수 있었다. 한편, PtON-TBBI의 LUMO 준위는 -2.30eV이었다. 이 결과로부터, Pt(mmtBubOm5CPcztBupy)는 낮은 LUMO 준위를 갖고 안정성이 높은 유기 금속 착체라고 할 수 있다.
또한 SiTrzCz2의 LUMO 준위 및 PSiCzCz의 HOMO 준위를 사이클릭 볼타메트리(CV) 측정으로 산출하였다. 그 결과, SiTrzCz2의 LUMO 준위는 -2.98eV이고, PSiCzCz의 HOMO 준위는 -5.7eV이었다. 또한 Pt(mmtBubOm5CPcztBupy)의 HOMO 준위와 호스트인 SiTrzCz2의 LUMO 준위의 차이는 2.57eV이었다.
이상으로부터, 발광 디바이스 A는 백금(Pt)의 유기 금속 착체와 호스트의 들뜬 복합체 형성이 억제된 양호한 특성을 나타내는 발광 디바이스인 것을 알 수 있었다.
따라서 본 발명의 일 형태를 사용함으로써, 신뢰성이 높은 디바이스를 제작할 수 있는 것을 알 수 있었다.
10: 발광 디바이스
100A: 발광 장치
100B: 발광 장치
100C: 발광 장치
100H: 발광 장치
101: 제 1 전극
102: 제 2 전극
103a: 유기 화합물층
103B: 유기 화합물층
103b: 유기 화합물층
103Bf: 유기 화합물막
103G: 유기 화합물층
103Gf: 유기 화합물막
103R: 유기 화합물층
103Rf: 유기 화합물막
103: 유기 화합물층
104: 공통층
106a: 전하 발생층
106b: 전하 발생층
106: 전하 발생층
110B: 부화소
110G: 부화소
110R: 부화소
110W: 부화소
110: 부화소
111: 정공 주입층
112B: 도전층
112R: 도전층
112: 정공 수송층
113a: 발광층
113b: 발광층
113c: 발광층
113: 발광층
114: 전자 수송층
115: 전자 주입층
118_1: 유기 화합물
118_2: 유기 화합물
118: 호스트 재료
119: 게스트 재료
120: 기판
122: 수지층
124a: 화소
124b: 화소
125f: 무기 절연막
125: 무기 절연층
126B: 도전층
126R: 도전층
127a: 절연층
127f: 절연막
127: 절연층
128: 층
129B: 도전층
129R: 도전층
130B: 발광 디바이스
130G: 발광 디바이스
130R: 발광 디바이스
130: 발광 디바이스
131: 보호층
132B: 착색층
132G: 착색층
132R: 착색층
140: 접속부
141: 영역
142: 접착층
151_1: 도전층
151_2: 도전층
151_3: 도전층
151B: 도전층
151C: 도전층
151f: 도전막
151G: 도전층
151R: 도전층
151: 도전층
152_1: 도전층
152_2: 도전층
152_3: 도전층
152B: 도전층
152C: 도전층
152f: 도전막
152G: 도전층
152R: 도전층
152: 도전층
153: 절연층
155: 공통 전극
156B: 절연층
156C: 절연층
156f: 절연막
156G: 절연층
156R: 절연층
156: 절연층
157: 차광층
158B: 희생층
158Bf: 희생막
158G: 희생층
158Gf: 희생막
158R: 희생층
158Rf: 희생막
158: 희생층
159B: 마스크층
159Bf: 마스크막
159G: 마스크층
159Gf: 마스크막
159R: 마스크층
159Rf: 마스크막
166: 도전층
171: 절연층
172: 도전층
173: 절연층
174: 절연층
175: 절연층
176: 플러그
177: 화소부
178: 화소
179: 도전층
190B: 레지스트 마스크
190G: 레지스트 마스크
190R: 레지스트 마스크
191: 레지스트 마스크
201: 트랜지스터
204: 접속부
205: 트랜지스터
209: 트랜지스터
210: 트랜지스터
211: 절연층
213: 절연층
214: 절연층
215: 절연층
218: 절연층
221: 도전층
222a: 도전층
222b: 도전층
223: 도전층
224B: 도전층
224C: 도전층
224G: 도전층
224R: 도전층
225: 절연층
231i: 채널 형성 영역
231n: 저저항 영역
231: 반도체층
240: 용량
241: 도전층
242: 접속층
243: 절연층
245: 도전층
254: 절연층
255: 절연층
256: 플러그
261: 절연층
271: 플러그
280: 표시 모듈
281: 표시부
282: 회로부
283a: 화소 회로
283: 화소 회로부
284a: 화소
284: 화소부
285: 단자부
286: 배선부
290: FPC
291: 기판
292: 기판
301: 기판
310: 트랜지스터
311: 도전층
312: 저저항 영역
313: 절연층
314: 절연층
315: 소자 분리층
351: 기판
352: 기판
353: FPC
354: IC
355: 배선
356: 회로
700A: 전자 기기
700B: 전자 기기
721: 하우징
723: 장착부
727: 이어폰부
750: 이어폰
751: 표시 패널
753: 광학 부재
756: 표시 영역
757: 프레임
758: 코 받침
800A: 전자 기기
800B: 전자 기기
820: 표시부
821: 하우징
822: 통신부
823: 장착부
824: 제어부
825: 촬상부
827: 이어폰부
832: 렌즈
900: 유리 기판
901: 제 1 전극
902: 제 2 전극
911: 정공 주입층
912: 정공 수송층
913: 발광층
914: 전자 수송층
915: 전자 주입층
1000: 발광 장치
6500: 전자 기기
6501: 하우징
6502: 표시부
6503: 전원 버튼
6504: 버튼
6505: 스피커
6506: 마이크로폰
6507: 카메라
6508: 광원
6510: 보호 부재
6511: 표시 패널
6512: 광학 부재
6513: 터치 센서 패널
6515: FPC
6516: IC
6517: 인쇄 기판
6518: 배터리
7000: 표시부
7100: 텔레비전 장치
7151: 리모트 컨트롤러
7171: 하우징
7173: 스탠드
7200: 노트북형 퍼스널 컴퓨터
7211: 하우징
7212: 키보드
7213: 포인팅 디바이스
7214: 외부 접속 포트
7300: 디지털 사이니지
7301: 하우징
7303: 스피커
7311: 정보 단말기
7400: 디지털 사이니지
7401: 기둥
7411: 정보 단말기
9000: 하우징
9001: 표시부
9002: 카메라
9003: 스피커
9005: 조작 키
9006: 접속 단자
9007: 센서
9008: 마이크로폰
9050: 아이콘
9051: 정보
9052: 정보
9053: 정보
9054: 정보
9055: 힌지
9171: 휴대 정보 단말기
9172: 휴대 정보 단말기
9173: 태블릿 단말기
9200: 휴대 정보 단말기
9201: 휴대 정보 단말기

Claims (7)

  1. 일반식(G1)으로 나타내어지는 유기 금속 착체로서,

    상기 일반식(G1)에서 R1 내지 R22는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 혹은 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 18의 아릴기를 나타내고, R5 내지 R21 중 적어도 하나는 일반식(R-1)을 나타낸다.

    상기 일반식(R-1)에서 R31 내지 R34는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 혹은 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 18의 아릴기를 나타내고, R31 내지 R34 중 적어도 하나는 탄소수 1 내지 10의 알킬기 혹은 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 18의 아릴기를 나타내고, n은 1 내지 4의 정수를 나타내는, 유기 금속 착체.
  2. 발광 디바이스로서,
    발광층을 포함하고,
    상기 발광층은 제 1 항에 따른 유기 금속 착체를 포함하는, 발광 디바이스.
  3. 일반식(G2)으로 나타내어지는 유기 금속 착체로서,

    상기 일반식(G2)에서 R1 내지 R6, R8 내지 R22, 및 R31 내지 R34는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 혹은 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 18의 아릴기를 나타내고, R31 내지 R34 중 적어도 하나는 탄소수 1 내지 10의 알킬기 혹은 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 18의 아릴기를 나타내고, n은 1 내지 4의 정수를 나타내는, 유기 금속 착체.
  4. 발광 디바이스로서,
    발광층을 포함하고,
    상기 발광층은 제 3 항에 따른 유기 금속 착체를 포함하는, 발광 디바이스.
  5. 일반식(G3)으로 나타내어지는 유기 금속 착체로서,

    상기 일반식(G3)에서 R1, R2, R4 내지 R6, R8 내지 R18, R20, R22, 및 R31 내지 R34는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 혹은 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 18의 아릴기를 나타내고, R31 내지 R34 중 적어도 하나는 탄소수 1 내지 10의 알킬기 혹은 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 18의 아릴기를 나타내고, n은 1 내지 4의 정수를 나타내는, 유기 금속 착체.
  6. 제 5 항에 있어서,
    구조식(201)으로 나타내어지는, 유기 금속 착체.
  7. 발광 디바이스로서,
    발광층을 포함하고,
    상기 발광층은 제 5 항에 따른 유기 금속 착체를 포함하는, 발광 디바이스.
KR1020230142369A 2022-10-28 2023-10-23 유기 금속 착체, 발광 디바이스 KR20240062975A (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JPJP-P-2022-173323 2022-10-28
JP2022173323 2022-10-28

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20240062975A true KR20240062975A (ko) 2024-05-09

Family

ID=90795065

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020230142369A KR20240062975A (ko) 2022-10-28 2023-10-23 유기 금속 착체, 발광 디바이스

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20240174706A1 (ko)
JP (1) JP2024065055A (ko)
KR (1) KR20240062975A (ko)
CN (1) CN117946176A (ko)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020152556A1 (ja) 2019-01-25 2020-07-30 株式会社半導体エネルギー研究所 機能パネル、表示装置、入出力装置、情報処理装置、情報処理装置の駆動方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020152556A1 (ja) 2019-01-25 2020-07-30 株式会社半導体エネルギー研究所 機能パネル、表示装置、入出力装置、情報処理装置、情報処理装置の駆動方法

Also Published As

Publication number Publication date
US20240174706A1 (en) 2024-05-30
CN117946176A (zh) 2024-04-30
JP2024065055A (ja) 2024-05-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111183709B (zh) 发光元件、发光装置、电子设备及照明装置
KR20160103932A (ko) 발광 소자, 표시 소자, 표시 장치, 전자 기기, 및 조명 장치
KR20180074582A (ko) 유기 화합물, 발광 소자, 발광 장치, 전자 기기, 및 조명 장치
KR20210109566A (ko) 발광 장치, 조명 장치, 표시 장치, 모듈, 및 전자 기기
WO2018122677A1 (en) Light-emitting element, light-emitting device, electronic device, and lighting device
KR20240062975A (ko) 유기 금속 착체, 발광 디바이스
US20240147835A1 (en) Organometallic complex and light-emitting device
US20240190907A1 (en) Organometallic Complex and Light-Emitting Device
KR20240056424A (ko) 유기 금속 착체, 발광 디바이스
KR20240081372A (ko) 유기 화합물 및 발광 디바이스
WO2024116032A1 (ja) 発光デバイス
JP2024079637A (ja) 有機化合物、および発光デバイス
WO2023131854A1 (ja) 表示装置
CN118119255A (zh) 有机化合物及发光器件
US20230200104A1 (en) Light-emitting element, display device, and method for manufacturing the light-emitting element
US20230200198A1 (en) Light-emitting element, display device, and method for manufacturing the light-emitting element
CN117917422A (zh) 有机金属配合物、发光器件
KR20230170588A (ko) 유기 화합물, 발광 디바이스, 및 수광 디바이스
KR20230148108A (ko) 발광 디바이스 및 그 제작 방법
KR20240004107A (ko) 발광 디바이스의 제작 방법
KR20240021115A (ko) 발광 디바이스
KR20240081363A (ko) 발광 디바이스
KR20230153948A (ko) 유기 화합물, 발광 디바이스, 발광 장치
KR20230153949A (ko) 유기 화합물, 발광 디바이스, 발광 장치, 및 전자 기기
JP2024079628A (ja) 発光デバイス