KR20240081373A - 발광 디바이스 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고정세 표시 장치에 적용할 수 있는 탠덤형 발광 디바이스를 제공한다.
제 1 전극과, 제 2 전극과, 유기 화합물층을 가지고, 유기 화합물층은 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 위치하고, 유기 화합물층은 제 1 발광 유닛과, 제 2 발광 유닛과, 중간층을 가지고, 중간층은 제 1 발광 유닛과 제 2 발광 유닛 사이에 위치하고, 제 1 발광 유닛은 제 1 전극과 중간층 사이에 위치하고, 제 1 발광 유닛은 제 1 발광층과 제 1 전자 수송층을 가지고, 제 1 전자 수송층은 중간층과 접하고, 중간층은 제 1 전극 측으로부터 제 2 전극 측으로 이동하는 정공을 차단하는 기능을 가지고, 제 1 전자 수송층이 양극성을 가지는 층인 발광 디바이스를 제공한다.
제 1 전극과, 제 2 전극과, 유기 화합물층을 가지고, 유기 화합물층은 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 위치하고, 유기 화합물층은 제 1 발광 유닛과, 제 2 발광 유닛과, 중간층을 가지고, 중간층은 제 1 발광 유닛과 제 2 발광 유닛 사이에 위치하고, 제 1 발광 유닛은 제 1 전극과 중간층 사이에 위치하고, 제 1 발광 유닛은 제 1 발광층과 제 1 전자 수송층을 가지고, 제 1 전자 수송층은 중간층과 접하고, 중간층은 제 1 전극 측으로부터 제 2 전극 측으로 이동하는 정공을 차단하는 기능을 가지고, 제 1 전자 수송층이 양극성을 가지는 층인 발광 디바이스를 제공한다.
Description
본 발명의 일 형태는 발광 디바이스에 관한 것이다.
또한 본 발명의 일 형태는 상기 기술분야에 한정되지 않는다. 본 발명의 일 형태의 기술분야의 일례로서는, 반도체 장치, 표시 장치, 발광 장치, 축전 장치, 기억 장치, 전자 기기, 조명 장치, 입력 장치(예를 들어 터치 센서), 입출력 장치(예를 들어 터치 패널), 이들의 구동 방법, 또는 이들의 제조 방법을 들 수 있다.
표시 장치는 다양한 용도로 전개되고 있다. 예를 들어 대형 표시 장치의 용도로서는 가정용 텔레비전 장치(텔레비전 또는 텔레비전 수신기라고도 함), 디지털 사이니지(Digital Signage: 전자 간판), 및 PID(Public Information Display) 등이 개발되고 있고, 소형 표시 장치의 용도로서는 터치 패널을 가지는 스마트폰 및 태블릿 단말기 등이 개발되고 있다.
이와 함께, 표시 장치의 고정세화(高精細化)도 진행되고 있다. 고정세의 표시 장치가 요구되는 기기로서는, 예를 들어 가상 현실(VR: Virtual Reality), 증강 현실(AR: Augmented Reality), 대체 현실(SR: Substitutional Reality), 및 혼합 현실(MR: Mixed Reality)용 기기가 개발되고 있다.
표시 장치에 사용되는 표시 소자로서는 발광 디바이스(발광 소자라고도 함)가 활발히 개발되고 있다. 일렉트로루미네선스(Electroluminescence, 이하 EL이라고 기재함) 현상을 이용한 발광 디바이스(EL 디바이스, EL 소자라고도 함), 특히 주로 유기 화합물을 사용한 유기 EL 디바이스는, 박형 경량화가 용이한 점, 입력 신호에 대한 고속 응답이 가능한 점, 직류 정전압 전원을 사용하여 구동이 가능한 점 등의 특징을 가지고, 표시 장치에 접합하다.
유기 EL 디바이스를 사용하여 더 고정세의 발광 장치를 얻기 위하여, 메탈 마스크를 사용한 증착법 대신에, 포토레지스트 등을 사용한 포토리소그래피법에 의한 유기층의 패터닝이 연구되고 있다. 포토리소그래피법을 사용함으로써 EL층 사이의 간격이 수μm라는 고정세의 표시 장치를 얻을 수 있다(예를 들어 특허문헌 1 참조).
이전부터 유기 EL 디바이스의 EL층은 물, 산소 등의 대기 성분에 노출되면, 초기 특성이나 신뢰성이 영향을 받는 것이 알려져 있고, EL층은 진공에 가까운 분위기에서 취급되는 것이 상식이었다. 특히 전자 주입층, 또는 탠덤 구조를 가지는 발광 디바이스의 중간층의 전하 발생층에는, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 혹은 이들의 화합물이 사용되지만, 이들의 금속 및 화합물은 물 또는 산소와의 반응성이 매우 높고, EL층의 표면이 대기에 노출되면, 순식간에 열화되어, 전자 주입층 또는 전하 발생층으로서의 기능을 잃는다.
그러나 상술한 바와 같이 포토리소그래피법으로 가공하는 과정에서는, EL층의 표면이 대기에 노출될 수 밖에 없다.
여기서 상기 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 혹은 이들의 화합물 대신에, 전자 주입층에 사용할 수 있는 유기 화합물로서, 1,1'-피리딘-2,6-다이일-비스(1,3,4,6,7,8-헥사하이드로-2H-피리미도[1,2-a]피리미딘)(약칭: hpp2Py)이 알려져 있다(예를 들어 특허문헌 2 참조). hpp2Py는 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 혹은 이들의 화합물과 같이, 대기에 노출되어도 열화되기 어렵기 때문에, 공정 중에 대기에 노출되는 포토리소그래피법으로 가공하는 공정을 거쳐 제작된 발광 디바이스에 사용하여도, hpp2Py는 열화되기 어렵다.
그러나 hpp2Py는 알루미늄 등의 금속과 접촉되면 전자 주입성이 유발되기 때문에, 금속 오염 또는 광 투과의 관계상 탠덤 구조를 가지는 발광 디바이스의 중간층에는 사용하기 불편하였다.
그래서 본 발명의 일 형태는 탠덤 구조를 가지는 신규 발광 디바이스를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또는 본 발명의 다른 일 형태는 효율이 양호하고 탠덤 구조를 가지는 신규 발광 디바이스를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또는 본 발명의 일 형태는 신뢰성이 양호하고 탠덤 구조를 가지는 신규 발광 디바이스를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또는 본 발명의 다른 일 형태는 효율 및 신뢰성이 양호하고 탠덤 구조를 가지는 신규 발광 디바이스를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또는 본 발명의 일 형태는 포토리소그래피 공정을 거쳐 제작된 탠덤 구조를 가지는 신규 발광 디바이스를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또는 본 발명의 다른 일 형태는 포토리소그래피 공정을 거쳐 제작되며, 효율이 양호하고 탠덤 구조를 가지는 신규 발광 디바이스를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또는 본 발명의 일 형태는 포토리소그래피 공정을 거쳐 제작되며, 신뢰성이 양호하고 탠덤 구조를 가지는 신규 발광 디바이스를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또는 본 발명의 다른 일 형태는 포토리소그래피 공정을 거쳐 제작되며, 발광 효율 및 신뢰성이 양호하고 탠덤 구조를 가지는 신규 발광 디바이스를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또는 본 발명의 일 형태는 고정세의 표시 장치에 사용할 수 있고 탠덤 구조를 가지는 신규 발광 디바이스를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또는 본 발명의 다른 일 형태는 고정세 표시 장치에 사용할 수 있으며, 효율이 양호하고 탠덤 구조를 가지는 신규 발광 디바이스는 제공하는 것을 목적으로 한다. 또는 본 발명의 일 형태는 고정세 표시 장치에 사용할 수 있으며, 신뢰성이 양호하고 탠덤 구조를 가지는 신규 발광 디바이스를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또는 본 발명의 다른 일 형태는 고정세 표시 장치에 사용할 수 있으며, 발광 효율 및 신뢰성이 양호하고 탠덤 구조를 가지는 신규 발광 디바이스를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 신뢰성이 높은 표시 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또는 본 발명의 다른 일 형태는 고정세의 표시 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또는 본 발명의 다른 일 형태는 고정세이며 신뢰성이 양호한 표시 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또는 신규 유기 화합물, 신규 발광 디바이스, 신규 표시 장치, 신규 표시 모듈, 신규 전자 기기를 각각 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 이들 과제의 기재는 다른 과제의 존재를 방해하는 것이 아니다. 본 발명의 일 형태는 반드시 이들 과제 모두를 해결할 필요는 없는 것으로 한다. 명세서, 도면, 청구범위의 기재로부터 이들 이외의 과제를 추출할 수 있다.
본 발명의 일 형태는 제 1 전극과, 제 2 전극과, 유기 화합물층을 가지고, 상기 유기 화합물층은 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 위치하고, 상기 유기 화합물층은 제 1 발광 유닛과, 제 2 발광 유닛과, 중간층을 가지고, 상기 중간층은 상기 제 1 발광 유닛과 상기 제 2 발광 유닛 사이에 위치하고, 상기 제 1 발광 유닛은 상기 제 1 전극과 상기 중간층 사이에 위치하고, 상기 제 1 발광 유닛은 제 1 발광층과, 제 1 전자 수송층을 가지고, 상기 제 1 전자 수송층은 상기 중간층에 접하고, 상기 중간층은 상기 제 1 전극 측으로부터 상기 제 2 전극 측으로 이동하는 정공을 차단하는 기능을 가지고, 상기 제 1 전자 수송층이 양극성을 가지는 층인 발광 디바이스이다. 또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성에서 제 2 발광 유닛이 제 2 발광층을 가지는 발광 디바이스이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 제 1 전극과, 제 2 전극과, 유기 화합물층을 가지고, 상기 유기 화합물층은 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 위치하고, 상기 유기 화합물층은 제 1 발광 유닛과, 제 2 발광 유닛과, 중간층을 가지고, 상기 중간층은 상기 제 1 발광 유닛과 상기 제 2 발광 유닛 사이에 위치하고, 상기 제 1 발광 유닛은 상기 제 1 전극과 상기 중간층 사이에 위치하고, 상기 제 1 발광 유닛은 제 1 발광층과 제 1 전자 수송층을 가지고, 상기 제 1 전자 수송층은 상기 중간층에 접하고, 상기 중간층은 상기 제 1 전극 측으로부터 상기 제 2 전극 측으로 이동하는 정공을 차단하는 기능을 가지고, 상기 제 1 전자 수송층에 포함되는 유기 화합물 중 가장 높은 HOMO 준위를 가지는 유기 화합물의 HOMO 준위가 -5.90eV 이상 -5.00eV 이하인 발광 디바이스이다. 또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성에서 제 2 발광 유닛이 제 2 발광층을 가지는 발광 디바이스이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 제 1 전극과, 제 2 전극과, 유기 화합물층을 가지고, 상기 유기 화합물층은 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 위치하고, 상기 유기 화합물층은 제 1 발광 유닛과, 제 2 발광 유닛과, 중간층을 가지고, 상기 중간층은 상기 제 1 발광 유닛과 상기 제 2 발광 유닛 사이에 위치하고, 상기 제 1 발광 유닛은 상기 제 1 전극과 상기 중간층 사이에 위치하고, 상기 제 1 발광 유닛은 제 1 발광층과 제 1 전자 수송층을 가지고, 상기 제 1 전자 수송층은 상기 중간층에 접하고, 상기 중간층은 산 해리 상수 pKa가 8 이상의 강염기성을 가지는 유기 화합물을 포함하고, 상기 제 1 전자 수송층에 포함되는 유기 화합물 중 가장 높은 HOMO 준위를 가지는 유기 화합물의 HOMO 준위가 -5.90eV 이상 -5.00eV 이하인 발광 디바이스이다. 또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성에서 제 2 발광 유닛이 제 2 발광층을 가지는 발광 디바이스이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 제 1 전극과, 제 2 전극과, 유기 화합물층을 가지고, 상기 유기 화합물층은 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 위치하고, 상기 유기 화합물층은 제 1 발광 유닛과, 제 2 발광 유닛과, 중간층을 가지고, 상기 중간층은 상기 제 1 발광 유닛과 상기 제 2 발광 유닛 사이에 위치하고, 상기 제 1 발광 유닛은 상기 제 1 전극과 상기 중간층 사이에 위치하고, 상기 제 1 발광 유닛은 제 1 발광층과 제 1 전자 수송층을 가지고, 상기 중간층은 제 1 층과 제 2 층을 가지고, 상기 제 1 층은 상기 제 1 전자 수송층에 접하고, 상기 제 1 층은 산 해리 상수 pKa가 8 이상의 강염기성을 가지는 유기 화합물을 포함하고, 상기 제 2 층은 정공 수송성을 가지는 유기 화합물과, 상기 정공 수송성을 가지는 유기 화합물에 대한 억셉터성을 가지는 물질을 포함하고, 상기 제 1 전자 수송층에 포함되는 유기 화합물 중 가장 높은 HOMO 준위를 가지는 유기 화합물의 HOMO 준위가 -5.90eV 이상 -5.00eV 이하인 발광 디바이스이다. 또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성에서 제 2 발광 유닛이 제 2 발광층을 가지는 발광 디바이스이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성에서 상기 제 1 층에 포함되는 유기 화합물 중 가장 낮은 LUMO 준위를 가지는 유기 화합물의 LUMO 준위가, 상기 정공 수송성을 가지는 유기 화합물에 대한 억셉터성을 가지는 물질의 LUMO 준위보다 1.0eV 이상 높은 발광 디바이스이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성에서 상기 발광층이 발광 재료와 호스트 재료를 가지고, 상기 제 1 전자 수송층에 포함되는 유기 화합물 중 가장 높은 HOMO 준위를 가지는 유기 화합물의 HOMO 준위가 상기 호스트 재료의 HOMO 준위와 상기 산 해리 상수 pKa가 8 이상의 강염기성을 가지는 유기 화합물의 HOMO 준위 사이에 위치하는 발광 디바이스이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성에서 상기 제 1 전자 수송층에 포함되는 유기 화합물 중 가장 낮은 LUMO 준위를 가지는 유기 화합물의 LUMO 준위가 -3.15eV 이상 -2.50eV 이하인 발광 디바이스이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성에서 상기 제 1 전자 수송층이 전자 수송성의 골격을 가지는 유기 화합물과, 정공 수송성의 골격을 가지는 유기 화합물을 포함하는 발광 디바이스이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성에서 전자 수송성의 골격이 π전자 부족형 헤테로 방향족 고리이고, 정공 수송성의 골격이 π전자 과잉형 헤테로 방향족 고리인 발광 디바이스이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성에서 상기 제 1 전자 수송층이 전자 수송성의 골격과 정공 수송성의 골격을 가지는 유기 화합물을 포함하는 발광 디바이스이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성에서 전자 수송성의 골격이 π전자 부족형 헤테로 방향족 고리이고, 정공 수송성의 골격이 π전자 과잉형 헤테로 방향족 고리인 발광 디바이스이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성에서 정공 수송성의 골격이 카바졸 골격 또는 아민 골격인 발광 디바이스이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성에서, 상기 제 1 전자 수송층의 막 두께가 2nm 이상 13nm 이하인 발광 디바이스이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성에서, 상기 제 1 전자 수송층의 막 두께가 5nm 이상 10nm 이하인 발광 디바이스이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성에서 상기 산 해리 상수 pKa가 8 이상의 강염기성을 가지는 유기 화합물이 전자 수송성의 골격을 가지지 않는 발광 디바이스이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성에서 상기 산 해리 상수 pKa가 8 이상의 강염기성을 가지는 유기 화합물이 π전자 부족형 헤테로 방향족 고리를 가지지 않는 발광 디바이스이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성에서 상기 산 해리 상수 pKa가 8 이상의 강염기성을 가지는 유기 화합물이 피롤리딘 골격, 피페리딘 골격, 또는 헥사하이드로피리미도피리미딘 골격을 가지는 발광 디바이스이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성에서 상기 산 해리 상수 pKa가 8 이상의 강염기성을 가지는 유기 화합물이 구아니딘 골격을 가지는 발광 디바이스이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성에서 상기 산 해리 상수 pKa가 8 이상의 강염기성을 가지는 유기 화합물이 1,3,4,6,7,8-헥사하이드로-2H-피리미도[1,2-a]피리미딘 골격을 가지는 발광 디바이스이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성에서 상기 제 1 층이 산 해리 상수 pKa가 8 이상의 강염기성을 가지는 유기 화합물과, 전자 수송성을 가지는 유기 화합물을 가지는 발광 디바이스이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성에서 상기 산 해리 상수 pKa가 8 이상의 강염기성을 가지는 유기 화합물은 상기 전자 수송성을 가지는 유기 화합물에 대하여 전자 공여성을 가지지 않는 발광 디바이스이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성에서 상기 제 1 층은, 전자 스핀 공명법으로 측정되는 스핀 밀도가 1×1017spins/cm3 이하, 바람직하게는 1×1016spins/cm3 미만인 발광 디바이스이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성에서, 상기 제 2 층은 전하 발생층인 발광 디바이스이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성에서, 전자 수송성을 가지는 유기 화합물이 π전자 부족형 헤테로 방향족 고리를 가지는 발광 디바이스이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성에서 전자 수송성을 가지는 유기 화합물의 LUMO 준위가 -3.0eV 이상 -2.0eV 이하인 발광 디바이스이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 발광 디바이스와, 커넥터 및 집적 회로 중 적어도 한쪽을 가지는 표시 모듈이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 발광 디바이스와, 하우징, 배터리, 카메라, 스피커, 및 마이크로폰 중 적어도 하나를 가지는 전자 기기이다.
본 발명의 일 형태에 의하여, 탠덤 구조를 가지는 신규 발광 디바이스를 제공할 수 있다. 또는 본 발명의 다른 일 형태에 의하여, 효율이 양호하고 탠덤 구조를 가지는 신규 발광 디바이스를 제공할 수 있다. 또는 본 발명의 일 형태에 의하여, 신뢰성이 양호하고 탠덤 구조를 가지는 신규 발광 디바이스를 제공할 수 있다. 또는 본 발명의 다른 일 형태에 의하여, 신뢰성 및 효율이 양호하고 탠덤 구조를 가지는 신규 발광 디바이스를 제공할 수 있다.
또는 본 발명의 일 형태에 의하여, 포토리소그래피 공정을 거쳐 제작된, 탠덤 구조를 가지는 신규 발광 디바이스를 제공할 수 있다. 또는 본 발명의 다른 일 형태에 의하여, 포토리소그래피 공정을 거쳐 제작되며, 효율이 양호하고 탠덤 구조를 가지는 신규 발광 디바이스를 제공할 수 있다. 또는 본 발명의 일 형태에 의하여, 포토리소그래피 공정을 거쳐 제작된, 신뢰성이 양호하고 탠덤 구조를 가지는 신규 발광 디바이스를 제공할 수 있다. 또는 본 발명의 다른 일 형태에 의하여, 포토리소그래피 공정을 거쳐 제작되며, 양호한 신뢰성 및 발광 효율을 가지고 탠덤 구조를 가지는 신규 발광 디바이스를 제공할 수 있다.
또는 본 발명의 일 형태에 의하여, 고정세 표시 장치에 사용할 수 있고 탠덤 구조를 가지는 신규 발광 디바이스를 제공할 수 있다. 또는 본 발명의 다른 일 형태에 의하여, 고정세 표시 장치에 사용할 수 있으며, 효율이 양호하고 탠덤 구조를 가지는 신규 발광 디바이스를 제공할 수 있다. 또는 본 발명의 일 형태에 의하여, 고정세 표시 장치에 사용할 수 있으며, 신뢰성이 양호하고 탠덤 구조를 가지는 신규 발광 디바이스를 제공할 수 있다. 또는 본 발명의 다른 일 형태에 의하여, 고정세 표시 장치에 사용할 수 있으며, 효율 및 신뢰성이 양호하고 탠덤 구조를 가지는 신규 발광 디바이스를 제공할 수 있다.
또한 본 발명의 일 형태에 의하여, 고정세이며 발광 효율이 높은 표시 장치를 제공할 수 있다. 또한 본 발명의 일 형태에 의하여, 해상도가 높으며 표시 성능이 양호한 표시 장치를 제공할 수 있다. 또한 본 발명의 일 형태에 의하여, 표시 품질 및 표시 성능이 양호한 표시 장치를 제공할 수 있다. 또한 본 발명의 일 형태에 의하여, 고정세이며 발광 효율 및 신뢰성이 높은 표시 장치를 제공할 수 있다. 또한 본 발명의 일 형태에 의하여, 고해상도이며 표시 성능 및 신뢰성이 양호한 표시 장치를 제공할 수 있다. 또한 본 발명의 일 형태에 의하여, 표시 품질이 양호하며 표시 성능 및 신뢰성이 양호한 표시 장치를 제공할 수 있다.
또는 신규 표시 장치, 신규 표시 모듈, 신규 전자 기기를 제공할 수 있다.
또한 이들 효과의 기재는 다른 효과의 존재를 방해하는 것이 아니다. 본 발명의 일 형태는 이들 효과 모두를 반드시 가질 필요는 없다. 명세서, 도면, 청구항의 기재로부터 이들 이외의 효과를 추출할 수 있다.
도 1의 (A) 및 (B)는 본 발명의 발광 디바이스의 구동 메커니즘을 설명하는 밴드도이다.
도 2는 발광 디바이스에 대하여 나타낸 도면이다.
도 3은 발광 디바이스에 대하여 나타낸 도면이다.
도 4의 (A) 및 (B)는 발광 장치의 상면도 및 단면도이다.
도 5의 (A) 내지 (E)는 표시 장치의 제작 방법의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 6의 (A) 내지 (D)는 표시 장치의 제작 방법의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 7의 (A) 내지 (D)는 표시 장치의 제작 방법의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 8의 (A) 내지 (C)는 표시 장치의 제작 방법의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 9의 (A) 내지 (C)는 표시 장치의 제작 방법의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 10의 (A) 내지 (C)는 표시 장치의 제작 방법의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 11의 (A) 및 (B)는 표시 모듈의 구성예를 나타낸 사시도이다.
도 12의 (A) 및 (B)는 표시 장치의 구성예를 나타낸 단면도이다.
도 13은 표시 장치의 구성예를 나타낸 사시도이다.
도 14는 표시 장치의 구성예를 나타낸 단면도이다.
도 15는 표시 장치의 구성예를 나타낸 단면도이다.
도 16은 표시 장치의 구성예를 나타낸 단면도이다.
도 17의 (A) 내지 (D)는 전자 기기의 일례를 나타낸 도면이다.
도 18의 (A) 내지 (F)는 전자 기기의 일례를 나타낸 도면이다.
도 19의 (A) 내지 (G)는 전자 기기의 일례를 나타낸 도면이다.
도 20은 전류 밀도-전압 특성을 나타낸 도면이다.
도 21은 발광 디바이스 1-1, 발광 디바이스 1-2, 및 발광 디바이스 1-3의 휘도-전류 밀도 특성을 나타낸 도면이다.
도 22는 발광 디바이스 1-1, 발광 디바이스 1-2, 및 발광 디바이스 1-3의 전류 효율-휘도 특성을 나타낸 도면이다.
도 23은 발광 디바이스 1-1, 발광 디바이스 1-2, 및 발광 디바이스 1-3의 휘도-전압 특성을 나타낸 도면이다.
도 24는 발광 디바이스 1-1, 발광 디바이스 1-2, 및 발광 디바이스 1-3의 전류 밀도-전압 특성을 나타낸 도면이다.
도 25는 발광 디바이스 1-1, 발광 디바이스 1-2, 및 발광 디바이스 1-3의 외부 양자 효율-휘도 특성을 나타낸 도면이다.
도 26은 발광 디바이스 1-1, 발광 디바이스 1-2, 및 발광 디바이스 1-3의 전계 발광 스펙트럼을 나타낸 도면이다.
도 27은 발광 디바이스 2-1 내지 발광 디바이스 2-6의 휘도-전류 밀도 특성을 나타낸 도면이다.
도 28은 발광 디바이스 2-1 내지 발광 디바이스 2-6의 전류 효율-휘도 특성을 나타낸 도면이다.
도 29는 발광 디바이스 2-1 내지 발광 디바이스 2-6의 휘도-전압 특성을 나타낸 도면이다.
도 30은 발광 디바이스 2-1 내지 발광 디바이스 2-6의 전류 밀도-전압 특성을 나타낸 도면이다.
도 31은 발광 디바이스 2-1 내지 발광 디바이스 2-6의 외부 양자 효율-휘도 특성을 나타낸 도면이다.
도 32는 발광 디바이스 2-1 내지 발광 디바이스 2-6의 전계 발광 스펙트럼을 나타낸 도면이다.
도 33은 발광 디바이스 3-1 및 발광 디바이스 3-2의 휘도-전류 밀도 특성을 나타낸 도면이다.
도 34는 발광 디바이스 3-1 및 발광 디바이스 3-2의 전류 효율-휘도 특성을 나타낸 도면이다.
도 35는 발광 디바이스 3-1 및 발광 디바이스 3-2의 휘도-전압 특성을 나타낸 도면이다.
도 36은 발광 디바이스 3-1 및 발광 디바이스 3-2의 전류 밀도-전압 특성을 나타낸 도면이다.
도 37은 발광 디바이스 3-1 및 발광 디바이스 3-2의 외부 양자 효율-휘도 특성을 나타낸 도면이다.
도 38은 발광 디바이스 3-1 및 발광 디바이스 3-2의 전계 발광 스펙트럼을 나타낸 도면이다.
도 39는 발광 디바이스 3-1 및 발광 디바이스 3-2의 정규화 휘도-시간 변화 특성을 나타낸 도면이다.
도 40은 각 발광 디바이스의 구성예를 나타낸 단면도이다.
도 41은 각 발광 디바이스에 사용한 유기 화합물의 산 해리 상수 pKa에 대한 발광 디바이스의 발광 효율을 설명하는 도면이다.
도 42는 각 디바이스의 전류 밀도-전압 특성을 나타낸 도면이다.
도 43은 발광 디바이스 4의 전류 효율-휘도 특성을 나타낸 도면이다.
도 44는 발광 디바이스 4의 휘도-전압 특성을 나타낸 도면이다.
도 45는 발광 디바이스 4의 전류 효율-전류 밀도 특성을 나타낸 도면이다.
도 46은 발광 디바이스 4의 전류 밀도-전압 특성을 나타낸 도면이다.
도 47은 발광 디바이스 4의 휘도-전류 밀도 특성을 나타낸 도면이다.
도 48은 발광 디바이스 4의 전계 발광 스펙트럼을 나타낸 도면이다.
도 49는 발광 디바이스 4의 ESR 측정 결과를 나타낸 도면이다.
도 50은 시료 1의 ESR 측정 결과를 나타낸 도면이다.
도 2는 발광 디바이스에 대하여 나타낸 도면이다.
도 3은 발광 디바이스에 대하여 나타낸 도면이다.
도 4의 (A) 및 (B)는 발광 장치의 상면도 및 단면도이다.
도 5의 (A) 내지 (E)는 표시 장치의 제작 방법의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 6의 (A) 내지 (D)는 표시 장치의 제작 방법의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 7의 (A) 내지 (D)는 표시 장치의 제작 방법의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 8의 (A) 내지 (C)는 표시 장치의 제작 방법의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 9의 (A) 내지 (C)는 표시 장치의 제작 방법의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 10의 (A) 내지 (C)는 표시 장치의 제작 방법의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 11의 (A) 및 (B)는 표시 모듈의 구성예를 나타낸 사시도이다.
도 12의 (A) 및 (B)는 표시 장치의 구성예를 나타낸 단면도이다.
도 13은 표시 장치의 구성예를 나타낸 사시도이다.
도 14는 표시 장치의 구성예를 나타낸 단면도이다.
도 15는 표시 장치의 구성예를 나타낸 단면도이다.
도 16은 표시 장치의 구성예를 나타낸 단면도이다.
도 17의 (A) 내지 (D)는 전자 기기의 일례를 나타낸 도면이다.
도 18의 (A) 내지 (F)는 전자 기기의 일례를 나타낸 도면이다.
도 19의 (A) 내지 (G)는 전자 기기의 일례를 나타낸 도면이다.
도 20은 전류 밀도-전압 특성을 나타낸 도면이다.
도 21은 발광 디바이스 1-1, 발광 디바이스 1-2, 및 발광 디바이스 1-3의 휘도-전류 밀도 특성을 나타낸 도면이다.
도 22는 발광 디바이스 1-1, 발광 디바이스 1-2, 및 발광 디바이스 1-3의 전류 효율-휘도 특성을 나타낸 도면이다.
도 23은 발광 디바이스 1-1, 발광 디바이스 1-2, 및 발광 디바이스 1-3의 휘도-전압 특성을 나타낸 도면이다.
도 24는 발광 디바이스 1-1, 발광 디바이스 1-2, 및 발광 디바이스 1-3의 전류 밀도-전압 특성을 나타낸 도면이다.
도 25는 발광 디바이스 1-1, 발광 디바이스 1-2, 및 발광 디바이스 1-3의 외부 양자 효율-휘도 특성을 나타낸 도면이다.
도 26은 발광 디바이스 1-1, 발광 디바이스 1-2, 및 발광 디바이스 1-3의 전계 발광 스펙트럼을 나타낸 도면이다.
도 27은 발광 디바이스 2-1 내지 발광 디바이스 2-6의 휘도-전류 밀도 특성을 나타낸 도면이다.
도 28은 발광 디바이스 2-1 내지 발광 디바이스 2-6의 전류 효율-휘도 특성을 나타낸 도면이다.
도 29는 발광 디바이스 2-1 내지 발광 디바이스 2-6의 휘도-전압 특성을 나타낸 도면이다.
도 30은 발광 디바이스 2-1 내지 발광 디바이스 2-6의 전류 밀도-전압 특성을 나타낸 도면이다.
도 31은 발광 디바이스 2-1 내지 발광 디바이스 2-6의 외부 양자 효율-휘도 특성을 나타낸 도면이다.
도 32는 발광 디바이스 2-1 내지 발광 디바이스 2-6의 전계 발광 스펙트럼을 나타낸 도면이다.
도 33은 발광 디바이스 3-1 및 발광 디바이스 3-2의 휘도-전류 밀도 특성을 나타낸 도면이다.
도 34는 발광 디바이스 3-1 및 발광 디바이스 3-2의 전류 효율-휘도 특성을 나타낸 도면이다.
도 35는 발광 디바이스 3-1 및 발광 디바이스 3-2의 휘도-전압 특성을 나타낸 도면이다.
도 36은 발광 디바이스 3-1 및 발광 디바이스 3-2의 전류 밀도-전압 특성을 나타낸 도면이다.
도 37은 발광 디바이스 3-1 및 발광 디바이스 3-2의 외부 양자 효율-휘도 특성을 나타낸 도면이다.
도 38은 발광 디바이스 3-1 및 발광 디바이스 3-2의 전계 발광 스펙트럼을 나타낸 도면이다.
도 39는 발광 디바이스 3-1 및 발광 디바이스 3-2의 정규화 휘도-시간 변화 특성을 나타낸 도면이다.
도 40은 각 발광 디바이스의 구성예를 나타낸 단면도이다.
도 41은 각 발광 디바이스에 사용한 유기 화합물의 산 해리 상수 pKa에 대한 발광 디바이스의 발광 효율을 설명하는 도면이다.
도 42는 각 디바이스의 전류 밀도-전압 특성을 나타낸 도면이다.
도 43은 발광 디바이스 4의 전류 효율-휘도 특성을 나타낸 도면이다.
도 44는 발광 디바이스 4의 휘도-전압 특성을 나타낸 도면이다.
도 45는 발광 디바이스 4의 전류 효율-전류 밀도 특성을 나타낸 도면이다.
도 46은 발광 디바이스 4의 전류 밀도-전압 특성을 나타낸 도면이다.
도 47은 발광 디바이스 4의 휘도-전류 밀도 특성을 나타낸 도면이다.
도 48은 발광 디바이스 4의 전계 발광 스펙트럼을 나타낸 도면이다.
도 49는 발광 디바이스 4의 ESR 측정 결과를 나타낸 도면이다.
도 50은 시료 1의 ESR 측정 결과를 나타낸 도면이다.
실시형태에 대하여 도면을 사용하여 자세히 설명한다. 다만 본 발명은 이하의 설명에 한정되지 않고, 본 발명의 취지 및 그 범위에서 벗어남이 없이 그 형태 및 자세한 사항을 다양하게 변경할 수 있다는 것은 통상의 기술자라면 용이하게 이해할 수 있다. 따라서 본 발명은 이하의 실시형태의 기재 내용에 한정하여 해석되는 것이 아니다.
또한 본 명세서 등에서, 메탈 마스크 또는 FMM(파인 메탈 마스크, 고정세 메탈 마스크)을 사용하여 제작되는 디바이스를 MM(메탈 마스크) 구조의 디바이스라고 부르는 경우가 있다. 또한 본 명세서 등에서, 메탈 마스크 또는 FMM을 사용하지 않고 제작되는 디바이스를 MML(메탈 마스크리스) 구조의 디바이스라고 부르는 경우가 있다.
(실시형태 1)
일반적으로 탠덤형 발광 디바이스에는 전극 사이에 각각 발광층을 가지는 복수의 발광 유닛과, 발광 유닛에 끼워진 중간층이 제공되어 있다. 이 중간층에는 전하 발생층(Carrier Generation Layer: CGL)이 포함되어 있다. CGL이란 전압이 인가됨으로써 전하 분리에 의하여 전자와 정공이 생성되는 층을 가리키고, 캐리어 수송성을 가지는 재료와 억셉터성을 가지는 재료를 혼합한 층 또는 캐리어 수송성을 가지는 재료와 도너성을 가지는 재료를 혼합한 층이 사용되는 것이 일반적이다. 예를 들어 CGL로서는 정공 수송성을 가지는 재료와 억셉터성을 가지는 재료를 포함하는 층, 전자 수송성을 가지는 재료와 도너성을 가지는 재료를 포함하는 층 등이 사용된다.
또한 CGL로서는 정공 수송성을 가지는 재료와 억셉터성을 가지는 재료를 포함하는 층(CGL1)과, 전자 수송성을 가지는 재료와 도너성을 가지는 재료를 포함하는 층(CGL2)을 적층하여 사용하면, 정공 또는 전자를 각 발광 유닛에 주입하기 쉬워져 구동 전압이 저하되기 때문에 바람직하다. 또한 CGL1은 음극 측, CGL2는 양극 측에 형성한다. 이것은 CGL1에서 발생한 정공은 CGL1이 가지는 정공 수송성을 가지는 재료를 통하여 음극 측의 발광 유닛의 정공 수송층에 주입되고, CGL2에서 발생한 전자가 CGL2가 가지는 전자 수송성을 가지는 재료를 통하여 양극 측의 발광 유닛의 전자 수송층에 주입됨으로써 캐리어의 주입 장벽이 낮아지기 때문이다. 또한 CGL2는 도너성을 가지는 재료의 단막이어도 좋다. 이때 상기 도너성을 가지는 재료는 양극 측의 발광 유닛에서의 전자 수송 재료와의 사이에서 전하 분리하기 때문에, 전하 분리한 시점에서 전자는 발광 유닛에 주입되어 있다고 간주할 수 있다. 또한 CGL1과 CGL2 사이에서는 터널 전류가 흐르고 있거나 층이 혼합되어 캐리어가 재결합하고 있을 가능성이 있다.
또한 유기 반도체막을 소정의 형상으로 형성하는 방법 중 하나로서 메탈 마스크를 사용한 진공 증착법(마스크 증착)이 널리 사용되고 있다. 그러나 고밀도화, 고정세화가 진행되는 요즘에 마스크 증착은 위치 맞춤 정밀도의 문제, 기판과의 배치 간격의 문제로 대표되는 여러 가지 이유로 더 이상의 고정세화에는 한계가 있다. 한편으로 포토리소그래피법으로 유기 반도체막의 형상을 가공함으로써 보다 치밀한 패턴을 가지는 유기 반도체 디바이스의 실현이 기대되고 있다. 또한 포토리소그래피법은 마스크 증착보다 대면적화도 용이하므로 포토리소그래피법을 사용한 유기 반도체막의 가공에 관한 연구가 이루어지고 있다.
한편으로, 이전부터 유기 화합물을 주로 사용한 발광 디바이스에서의 EL층은 물, 산소 등의 대기 성분에 노출되면 초기 특성 또는 신뢰성에 영향이 미치는 것이 알려져 있고, 이는 진공에 가까운 분위기에서 취급되는 것이 상식이었다.
특히 발광 디바이스의 전자 주입층, 및 탠덤 구조를 가지는 발광 디바이스에 사용되는 중간층에는 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속, 혹은 이들의 화합물(이하 Li 화합물 등이라고도 함)이 사용되는 경우가 많지만, 이들 Li 화합물 등은 물 또는 산소와의 반응성이 높고, 직접 대기에 노출되었을 때는 물론, EL층의 표면이 대기 중에 노출되기만 하면 순식간에 열화되어, 전자 주입층 및 전하 발생층으로서 기능하지 않게 된다.
그러나 상술한 바와 같은 포토리소그래피법으로 가공하는 과정에서는 반드시 EL층의 표면을 대기 중에 노출시킬 필요가 있기 때문에, Li 화합물 등을 사용한 전자 주입층 및 중간층의 전자 주입성은 대폭 저감된다. 전자 수송층이면 가공한 후에 형성할 수 있지만, 중간층은 가공에 노출되기 때문에, Li 화합물 등을 사용한 중간층을 사용한 탠덤형 발광 디바이스는 포토리소그래피법으로 가공하기 어려웠다.
여기서 본 발명자들은 예를 들어 1-(9,9'-스파이로바이[9H-플루오렌]-2-일)-1,3,4,6,7,8-헥사하이드로-2H-피리미도[1,2-a]피리미딘(약칭: 2hppSF) 등의 강염기성을 가지는 유기 화합물을 Li 화합물 등 대신에 중간층에 사용한 발광 디바이스가 탠덤형 발광 디바이스로서 정상적으로 기능하는 구성도 있는 것을 확인하였다.
강염기성을 가지는 유기 화합물은, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 혹은 이들의 화합물과 같이, 대기 노출로 인한 열화가 일어나기 어렵기 때문에, 공정 중에 대기에 노출되는 포토리소그래피법으로 가공하는 공정을 거쳐 제작된 발광 디바이스에 사용하여도, 강염기성을 가지는 유기 화합물 자체의 열화로 인한 발광 디바이스의 열화는 일어나기 어렵다.
다만 한편으로 강염기성을 가지는 유기 화합물을 중간층에 사용하여 제작한 탠덤형 발광 디바이스는 진공 일관 공정으로 제작한 디바이스끼리 비교하였을 때, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 혹은 이들의 화합물을 중간층에 사용한 디바이스보다 구동 전압이 높아진다.
이들 사실 및 각종 추가 실험으로부터, 본 발명자들은 강염기성을 가지는 유기 화합물을 중간층에 사용한 탠덤형 발광 디바이스에서, 양극 측의 발광 유닛에 포함되는 전자 수송층을 양극성으로 함으로써, 대기 중에서의 가공에 강하고 신뢰성이 양호하며 구동 전압이 낮은 신규 탠덤형 발광 디바이스를 제작할 수 있는 것을 발견하였다.
이하에서, 강염기성을 가지는 유기 화합물을 중간층에 사용한 탠덤형 발광 디바이스의 메커니즘 및 본 발명의 일 형태의 발광 디바이스에 대하여 설명한다.
Li 화합물로 대표되는 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 혹은 이들의 화합물 대신에 강염기성을 가지는 유기 화합물을 사용하면, 강염기성을 가지는 유기 화합물은 도너로서 기능하지 않기 때문에, 강염기성을 가지는 유기 화합물을 포함하는 층에서 전하 분리가 일어나지 않아, 양극 측의 발광 유닛에 공급하는 전자가 발생하지 않는(전하가 발생하지 않으므로 CGL이 아니기 때문에, 강염기성을 가지는 유기 화합물을 포함하는 층은 도너를 포함하지 않는 층(Donor-less layer: DLL)이라고 부르기로 함).
또한 이 경우에도 CGL1에서는 도 1의 (A)에 나타낸 바와 같이 정공과 전자가 발생하지만, 일반적으로 전자 수송성을 가지는 재료의 최저 비점유 궤도(LUMO: Lowest Unoccupied Molecular Orbital) 준위(LUMOETM)와 억셉터성을 가지는 재료의 LUMO 준위(LUMOAC)의 차이는 크기 때문에, CGL1의 억셉터성을 가지는 재료와 DLL의 전자 수송성을 가지는 재료의 LUMO 준위의 전위차가 크고, CGL1에서 발생한 전자를 DLL에 주입할 수 없고, 양극 측의 발광 유닛에 대한 전자 주입은 어렵다.
이와 같이, 강염기성을 가지는 유기 화합물을 CGL2의 Li 화합물 대신에 사용한 탠덤형 발광 디바이스는 DLL이 전하 발생층으로서 기능하지 않기 때문에, 탠덤형 발광 디바이스로서 기능하더라도 구동 전압의 상승이 현저하였다.
그래서 본 발명자들은 양극 측의 발광 유닛(이하 제 1 발광 유닛이라고도 함)에서의 전자 수송층(이하 제 1 전자 수송층이라고도 함)을 양극성의 층으로 함으로써, 강염기성을 가지는 유기 화합물을 CGL2의 Li 화합물 대신에 사용한 탠덤형 발광 디바이스를, 구동 전압을 대폭 상승시키지 않고 탠덤형 발광 디바이스로서 기능시킬 수 있는 것을 발견하였다.
이것은 강염기성을 가지는 유기 화합물이 포함되는 유기 화합물층(DLL)이 전자를 흘리지만 정공을 차단한다(흘리지 않는다)는 새로운 지견과, 전하의 축적에 의한 전기 쌍극자의 발생, 그것에 의한 진공 준위의 시프트라는, 탠덤형 발광 디바이스의 구동 메커니즘으로 설명할 수 있다.
우선, 강염기성을 가지는 유기 화합물을 포함하는 DLL을 CGL2 대신에 사용한 탠덤형 발광 디바이스는, 상술한 바와 같이 전압이 인가되어도 DLL이 CGL로서 기능하지 않기 때문에 전자가 발생하지 않는다. 한편으로, 양극으로부터 제 1 발광 유닛에 주입된 정공은 도 1의 (B)의 400과 같이 DLL의 제 1 전자 수송층 측의 계면에 조속히 축적된다. 이는, 본 발명의 일 형태의 발광 디바이스에서는 DLL이 산 해리 상수 pKa가 8 이상의 강염기성을 가지는 유기 화합물을 포함함으로써 정공을 포착하여 차단하고, 또한 제 1 전자 수송층이 양극성을 가지기 때문이다.
전압의 인가, 및 DLL에서의 제 1 전자 수송층 측의 계면에 대한 정공의 축적에 의하여, CGL1에서 전자가 유발되지만, CGL1에서 유발된 전자는, 초기 상태에서는 CGL1에 포함되는 억셉터성을 가지는 재료와 DLL에 포함되는 전자 수송성을 가지는 재료의 LUMO 준위의 차이가 크기 때문에, CGL1의 DLL 측의 계면에 축적된다(도 1의 (B)의 401)(또한 DLL이 전자 수송성을 가지는 재료를 포함하지 않는 경우, 즉 강염기성을 가지는 유기 화합물의 단막인 경우에는, CGL1에서 발생한 전자는 강염기성을 가지는 유기 화합물의 단막 측에 축적됨). 축적된 전자는 DLL에서의 제 1 전자 수송층 측의 계면에 축적된 정공과 함께 전기 이중층을 형성하고, 전기 쌍극자가 발생한다(도 1의 (B)의 402).
이 결과, 진공 준위가 시프트되고(도 1의 (B)의 403), CGL1에 포함되는 억셉터성을 가지는 재료와 DLL의 전자 수송성을 가지는 재료의 LUMO 준위가 가까워지고, CGL1에서 발생한 전자가 DLL에 주입되게 된다(도 1의 (B)의 404). 그 후, DLL에 주입된 전자가 제 1 발광 유닛에 더 주입되고, 제 1 발광층에 도달하고 재결합함으로써 제 1 발광 유닛에서 발광이 얻어지고, 강염기성을 가지는 유기 화합물을 포함하는 DLL을 CGL2 대신에 사용한 본 발명의 일 형태의 발광 디바이스는 탠덤형 발광 디바이스로서 기능할 수 있게 된다.
또한 일반적으로 발광 효율 및 신뢰성의 관점에서 발광층을 통과한 정공이 전자 수송층을 흐르는 현상은 피하려고 하는 경우가 많다. 그러므로 전자 수송층을 구성하는 재료로서는 정공 수송성이 낮은 재료가 선택되고, 또한 발광층과 전자 수송층 사이에 발광층에 접하여 정공 차단층이 제공되는 경우도 잦다. 그러나 이와 반대로, 본 발명의 일 형태의 발광 디바이스에서는 전자 수송층을 양극성으로 함으로써 양호한 특성을 가지는 탠덤형 발광 디바이스를 제공할 수 있다.
또한 제 1 전자 수송층이 양극성을 가지지 않는(제 1 전자 수송층이 정공을 수송하지 않거나 차단하는) 통상의 구성의 발광 디바이스에서는, 제 1 발광층에서의 제 1 전자 수송층 측의 계면에 정공이 축적되기 때문에, 정공과 전자의 축적 위치가 멀어진다. 이에 의하여, 같은 양의 전하가 축적된 경우로 비교하면 통상의 구성을 가지는 발광 디바이스는 전기 쌍극자에 의한 전계가 약하고, 이것이 구동 전압의 상승으로 이어진다.
제 1 전자 수송층은 상술한 바와 같이 양극성을 가지는, 즉 비교적 높은 정공 수송성을 가지는 전자 수송성의 층인 것이 바람직하다. 이것으로부터, 제 1 전자 수송층에 포함되는 유기 화합물의 최고 피점유 궤도(Highest Occupied Molecular Orbital: HOMO) 준위는 -5.90eV 이상 -5.00eV 이하, 바람직하게는 -5.80eV 이상 -5.00eV 이하, 더 바람직하게는 -5.70eV 이상 -5.15eV 이하인 것이 바람직하다. 또한 제 1 전자 수송층에는 양호한 전자 수송성도 필요하기 때문에, 제 1 전자 수송층에 포함되는 유기 화합물의 LUMO 준위는 -3.15eV 이상 -2.50eV 이하, 바람직하게는 -3.00eV 이상 -2.70eV 이하인 것이 바람직하다.
제 1 전자 수송층은 복수의 유기 화합물로 구성되는 층이어도 좋다. 제 1 전자 수송층에 복수의 유기 화합물이 포함되는 경우에는, 그 중에서 가장 높은 HOMO 준위를 가지는 유기 화합물의 HOMO 준위가 상술한 바와 같은 범위에 포함되는 것이 바람직하다. 또한 제 1 전자 수송층에 복수의 유기 화합물이 포함되는 경우에는, 그 중에서 가장 낮은 LUMO 준위를 가지는 유기 화합물의 LUMO 준위가 상술한 바와 같은 범위에 포함되는 것이 바람직하다. 또한 제 1 전자 수송층이 복수의 유기 화합물로 구성되는 경우, 이들 중 적어도 하나가 전자 수송성을 가지는 유기 화합물이고, 적어도 하나가 정공 수송성을 가지는 유기 화합물인 것이 바람직하다.
또한 전자 수송성의 유기 화합물과 정공 수송성의 유기 화합물은 하나의 유기 화합물인 것이 바람직하다. 즉 제 1 전자 수송층이 전자 수송성과 정공 수송성을 모두 가지는 유기 화합물을 포함하면, 특성이 양호한 발광 디바이스를 얻기 쉬워 바람직하다.
전자 수송성의 유기 화합물, 또는 전자 수송성과 정공 수송성을 모두 가지는 유기 화합물은, 전계 강도 [V/cm]의 제곱근이 600일 때의 전자 이동도가 1×10-7cm2/Vs 이상인 것이 바람직하고, 1×10-6cm2/Vs 이상인 것이 더 바람직하다. 또한 정공 수송성의 유기 화합물 또는 전자 수송성과 정공 수송성을 모두 가지는 유기 화합물은, 전계 강도 [V/cm]의 제곱근이 600일 때의 정공 이동도가 1×10-7cm2/Vs 이상인 것이 바람직하고, 1×10-6cm2/Vs 이상인 것이 더 바람직하다.
또한 제 1 전자 수송층은 산 해리 상수 pKa가 4 이하의 전자 수송성을 가지는 유기 화합물을 포함하는 것이 바람직하다.
또한 제 1 전자 수송층은 전자 수송성의 골격을 가지는 유기 화합물과, 정공 수송성의 골격을 가지는 유기 화합물을 포함하는 것이 바람직하다. 또한 전자 수송성의 골격을 가지는 유기 화합물과 정공 수송성의 골격을 가지는 유기 화합물은 하나의 유기 화합물인 것이 바람직하다. 즉 제 1 전자 수송층이 전자 수송성의 골격과 정공 수송성의 골격을 모두 가지는 유기 화합물을 포함하면, 특성이 양호한 발광 디바이스를 얻기 쉬워 더 바람직하다.
또한 전자 수송성의 골격은 π전자 부족형 헤테로 방향족 고리를 가지는 것이 바람직하다. π전자 부족형 헤테로 방향족 고리를 가지는 골격으로서는, 예를 들어 폴리아졸 골격, 피리딘 골격, 다이아진 골격, 및 트라이아진 골격 중 적어도 어느 하나를 고리에 포함하는 골격인 것이 바람직하다. 구체적으로는, 피리미딘 골격, 피라진 골격, 피리다진 골격, 피리딘 골격, 트라이아진 골격, 벤조퓨로피리미딘 골격, 벤조티에노피리미딘 골격, 벤조퓨로피라진 골격, 벤조티에노피라진 골격 등이 바람직하다. 그 중에서도 피리미딘 골격, 피라진 골격, 트라이아진 골격, 벤조퓨로피리미딘 골격이 바람직하다. 또한 정공 수송성의 골격은 π전자 과잉형 헤테로 방향족 고리를 가지는 것이 바람직하다. π전자 과잉형 헤테로 방향족 고리로서는, 예를 들어 피롤 골격, 퓨란 골격, 및 싸이오펜 골격 중 적어도 어느 하나를 고리에 포함하는 축합 방향족 고리가 바람직하다. 구체적으로는 카바졸 골격, 다이벤조싸이오펜 골격, 또는 이들에 방향족 고리 또는 헤테로 방향족 고리가 더 축합된 골격이 바람직하다. 그 중에서도 카바졸 골격, 비스카바졸 골격, 인돌로카바졸 골격이 바람직하다. 또한 아민 골격, 특히 트라이페닐아민 골격도 바람직하다.
제 1 전자 수송층을 구성하는 유기 화합물로서는, 전자 수송성의 골격과 정공 수송성의 골격을 모두 가지는 유기 화합물이 바람직하다. 상기 유기 화합물로서 구체적으로는 3,6-비스(다이페닐아미노)-9-[4-(4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진-2-일)페닐]-9H-카바졸(약칭: DACT-II), 2-{3-[3-(N-페닐-9H-카바졸-3-일)-9H-카바졸-9-일]페닐}다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mPCCzPDBq), 9-[3-(4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진-2-일)페닐]-9'-페닐-2,3'-바이-9H-카바졸(약칭: mPCCzPTzn-02), 11-[4-(바이페닐-4-일)-6-페닐-1,3,5-트라이아진-2-일]-11,12-다이하이드로-12-페닐인돌로[2,3-a]카바졸(약칭: BP-Icz(II)Tzn) 등을 들 수 있다.
또한 제 1 전자 수송층을 구성하는 유기 화합물은 열 활성화 지연 형광(TADF)을 방출하는(TADF성을 가지는) 것이 바람직하다. TADF성을 가지는 유기 화합물은 HOMO 준위가 높고, LUMO 준위가 낮고, 또한 단일항도 삼중항도 여기 수명이 짧기 때문에, 제 1 전자 수송층에서 재결합이 일어난 경우에 들뜬 상태를 조속히 실활시킬 수 있고, 신뢰성이 양호한 발광 디바이스를 제공할 수 있다. 제 1 전자 수송층을 구성하기 위하여 바람직한 유기 화합물 중에서, TADF성을 더 가지는 유기 화합물로서는 DACT-II를 들 수 있다.
또한 제 1 전자 수송층을 복수 종류의 유기 화합물로 구성하는 경우, 전자 수송성을 가지는 유기 화합물의 예로서는 2-(4-바이페닐릴)-5-(4-tert-뷰틸페닐)-1,3,4-옥사다이아졸(약칭: PBD), 3-(4-바이페닐릴)-4-페닐-5-(4-tert-뷰틸페닐)-1,2,4-트라이아졸(약칭: TAZ), 1,3-비스[5-(p-tert-뷰틸페닐)-1,3,4-옥사다이아졸-2-일]벤젠(약칭: OXD-7), 9-[4-(5-페닐-1,3,4-옥사다이아졸-2-일)페닐]-9H-카바졸(약칭: CO11), 2,2',2''-(1,3,5-벤젠트라이일)트리스(1-페닐-1H-벤즈이미다졸)(약칭: TPBI), 2-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]-1-페닐-1H-벤즈이미다졸(약칭: mDBTBIm-II), 4,4'-비스(5-메틸벤즈옥사졸-2-일)스틸벤(약칭: BzOs) 등의 아졸 골격을 가지는 유기 화합물, 3,5-비스[3-(9H-카바졸-9-일)페닐]피리딘(약칭: 35DCzPPy), 1,3,5-트라이[3-(3-피리딜)페닐]벤젠(약칭: TmPyPB), 바소페난트롤린(약칭: Bphen), 바소큐프로인(약칭: BCP), 2,9-다이(나프탈렌-2-일)-4,7-다이페닐-1,10-페난트롤린(약칭: NBphen), 2,2'-(1,3-페닐렌)비스(9-페닐-1,10-페난트롤린)(약칭: mPPhen2P), 2-[3-(2-트라이페닐렌일)페닐]-1,10-페난트롤린(약칭: mTpPPhen), 2-페닐-9-(2-트라이페닐렌일)-1,10-페난트롤린(약칭: Ph-TpPhen), 2-[4-(9-페난트렌일)-1-나프탈렌일]-1,10-페난트롤린(약칭: PnNPhen), 2-[4-(2-트라이페닐렌일)페닐]-1,10-페난트롤린(약칭: pTpPPhen) 등의 피리딘 골격을 가지는 헤테로 방향족 고리를 포함하는 유기 화합물, 2-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mDBTPDBq-II), 2-[3-(3'-다이벤조싸이오펜-4-일)바이페닐]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mDBTBPDBq-II), 2-[3'-(9H-카바졸-9-일)바이페닐-3-일]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mCzBPDBq), 2-[4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)-3,1'-바이페닐-1-일]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mpPCBPDBq), 2-[4-(3,6-다이페닐-9H-카바졸-9-일)페닐]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2CzPDBq-III), 7-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 7mDBTPDBq-II), 및 6-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 6mDBTPDBq-II), 9-[3'-(다이벤조싸이오펜-4-일)바이페닐-3-일]나프토[1',2':4,5]퓨로[2,3-b]피라진(약칭: 9mDBtBPNfpr), 9-[(3'-다이벤조싸이오펜-4-일)바이페닐-4-일]나프토[1',2':4,5]퓨로[2,3-b]피라진(약칭: 9pmDBtBPNfpr), 4,6-비스[3-(페난트렌-9-일)페닐]피리미딘(약칭: 4,6mPnP2Pm), 4,6-비스[3-(4-다이벤조싸이엔일)페닐]피리미딘(약칭: 4,6mDBTP2Pm-II), 4,6-비스[3-(9H-카바졸-9-일)페닐]피리미딘(약칭: 4,6mCzP2Pm), 9,9'-[피리미딘-4,6-다이일비스(바이페닐-3,3'-다이일)]비스(9H-카바졸)(약칭: 4,6mCzBP2Pm), 8-(바이페닐-4-일)-4-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]-[1]벤조퓨로[3,2-d]피리미딘(약칭: 8BP-4mDBtPBfpm), 3,8-비스[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]벤조퓨로[2,3-b]피라진(약칭: 3,8mDBtP2Bfpr), 4,8-비스[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]-[1]벤조퓨로[3,2-d]피리미딘(약칭: 4,8mDBtP2Bfpm), 8-[3'-(다이벤조싸이오펜-4-일)(바이페닐-3-일)]나프토[1',2':4,5]퓨로[3,2-d]피리미딘(약칭: 8mDBtBPNfpm), 8-[(2,2'-바이나프탈렌)-6-일]-4-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]-[1]벤조퓨로[3,2-d]피리미딘(약칭: 8(βN2)-4mDBtPBfpm), 2,2'-(피리딘-2,6-다이일)비스(4-페닐벤조[h]퀴나졸린)(약칭: 2,6(P-Bqn)2Py), 2,2'-(피리딘-2,6-다이일)비스{4-[4-(2-나프틸)페닐]-6-페닐피리미딘}(약칭: 2,6(NP-PPm)2Py), 6-(바이페닐-3-일)-4-[3,5-비스(9H-카바졸-9-일)페닐]-2-페닐피리미딘(약칭: 6mBP-4Cz2PPm), 2,6-비스(4-나프탈렌-1-일페닐)-4-[4-(3-피리딜)페닐]피리미딘(약칭: 2,4NP-6PyPPm), 4-[3,5-비스(9H-카바졸-9-일)페닐]-2-페닐-6-(바이페닐-4-일)피리미딘(약칭: 6BP-4Cz2PPm), 7-[4-(9-페닐-9H-카바졸-2-일)퀴나졸린-2-일]-7H-다이벤조[c,g]카바졸(약칭: PC-cgDBCzQz) 등의 다이아진 골격을 가지는 유기 화합물, 2-(바이페닐-4-일)-4-페닐-6-(9,9'-스파이로바이[9H-플루오렌]-2-일)-1,3,5-트라이아진(약칭: BP-SFTzn), 2-{3-[3-(벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란-8-일)페닐]페닐}-4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진(약칭: mBnfBPTzn), 2-{3-[3-(벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란-6-일)페닐]페닐}-4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진(약칭: mBnfBPTzn-02), 2-{4-[3-(N-페닐-9H-카바졸-3-일)-9H-카바졸-9-일]페닐}-4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진(약칭: PCCzPTzn), 9-[3-(4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진-2-일)페닐]-9'-페닐-2,3'-바이-9H-카바졸(약칭: mPCCzPTzn-02), 2-[3'-(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)바이페닐-3-일]-4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진(약칭: mFBPTzn), 5-[3-(4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진-2-일)페닐]-7,7-다이메틸-5H,7H-인데노[2,1-b]카바졸(약칭: mINc(II)PTzn), 2-{3-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]페닐}-4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진(약칭: mDBtBPTzn), 2,4,6-트리스[3'-(피리딘-3-일)바이페닐-3-일]-1,3,5-트라이아진(약칭: TmPPPyTz), 2-[3-(2,6-다이메틸-3-피리딘일)-5-(9-페난트렌일)페닐]-4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진(약칭: mPn-mDMePyPTzn), 11-[4-(바이페닐-4-일)-6-페닐-1,3,5-트라이아진-2-일]-11,12-다이하이드로-12-페닐인돌로[2,3-a]카바졸(약칭: BP-Icz(II)Tzn), 2-[3'-(트라이페닐렌-2-일)바이페닐-3-일]-4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진(약칭: mTpBPTzn), 3-[9-(4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진-2-일)-2-다이벤조퓨란일]-9-페닐-9H-카바졸(약칭: PCDBfTzn), 2-(바이페닐-3-일)-4-페닐-6-{8-[(1,1':4',1''-터페닐)-4-일]-1-다이벤조퓨란일}-1,3,5-트라이아진(약칭: mBP-TPDBfTzn) 등의 트라이아진 골격을 가지는 헤테로 방향족 고리를 포함하는 유기 화합물을 들 수 있다. 또한 다이아진 골격을 가지는 헤테로 방향족 고리를 포함하는 유기 화합물 또는 피리딘 골격을 가지는 헤테로 방향족 고리를 포함하는 유기 화합물, 트라이아진 골격을 가지는 헤테로 방향족 고리를 포함하는 유기 화합물은 신뢰성이 양호하므로 바람직하다. 특히 다이아진(피리미딘 또는 피라진) 골격을 가지는 헤테로 방향족 고리를 포함하는 유기 화합물, 트라이아진 골격을 가지는 헤테로 방향족 고리를 포함하는 유기 화합물은 전자 수송성이 높고 구동 전압 저감에도 기여한다.
또한 제 1 전자 수송층을 복수 종류의 유기 화합물로 구성하는 경우, 정공 수송성을 가지는 유기 화합물의 예로서는 N-(4-바이페닐)-6,N-다이페닐벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란-8-아민(약칭: BnfABP), N,N-비스(4-바이페닐)-6-페닐벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란-8-아민(약칭: BBABnf), 4,4'-비스(6-페닐벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란-8-일)-4''-페닐트라이페닐아민(약칭: BnfBB1BP), N,N-비스(4-바이페닐)벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란-6-아민(약칭: BBABnf(6)), N,N-비스(4-바이페닐)벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란-8-아민(약칭: BBABnf(8)), N,N-비스(4-바이페닐)벤조[b]나프토[2,3-d]퓨란-4-아민(약칭: BBABnf(II)(4)), N,N-비스[4-(다이벤조퓨란-4-일)페닐]-4-아미노-p-터페닐(약칭: DBfBB1TP), N-[4-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]-N-페닐-4-바이페닐아민(약칭: ThBA1BP), 4-(2-나프틸)-4',4''-다이페닐트라이페닐아민(약칭: BBAβNB), 4-[4-(2-나프틸)페닐]-4',4''-다이페닐트라이페닐아민(약칭: BBAβNBi), 4,4'-다이페닐-4''-(6;1'-바이나프틸-2-일)트라이페닐아민(약칭: BBAαNβNB), 4,4'-다이페닐-4''-(7;1'-바이나프틸-2-일)트라이페닐아민(약칭: BBAαNβNB-03), 4,4'-다이페닐-4''-(7-페닐)나프틸-2-일트라이페닐아민(약칭: BBAPβNB-03), 4,4'-다이페닐-4''-(6;2'-바이나프틸-2-일)트라이페닐아민(약칭: BBA(βN2)B), 4,4'-다이페닐-4''-(7;2'-바이나프틸-2-일)트라이페닐아민(약칭: BBA(βN2)B-03), 4,4'-다이페닐-4''-(4;2'-바이나프틸-1-일)트라이페닐아민(약칭: BBAβNαNB), 4,4'-다이페닐-4''-(5;2'-바이나프틸-1-일)트라이페닐아민(약칭: BBAβNαNB-02), 4-(4-바이페닐릴)-4'-(2-나프틸)-4''-페닐트라이페닐아민(약칭: TPBiAβNB), 4-(3-바이페닐릴)-4'-[4-(2-나프틸)페닐]-4''-페닐트라이페닐아민(약칭: mTPBiAβNBi), 4-(4-바이페닐릴)-4'-[4-(2-나프틸)페닐]-4''-페닐트라이페닐아민(약칭: TPBiAβNBi), 4-페닐-4'-(1-나프틸)트라이페닐아민(약칭: αNBA1BP), 4,4'-비스(1-나프틸)트라이페닐아민(약칭: αNBB1BP), 4,4'-다이페닐-4''-[4'-(카바졸-9-일)바이페닐-4-일]트라이페닐아민(약칭: YGTBi1BP), 4'-[4-(3-페닐-9H-카바졸-9-일)페닐]트리스(바이페닐-4-일)아민(약칭: YGTBi1BP-02), 4-[4'-(카바졸-9-일)바이페닐-4-일]-4'-(2-나프틸)-4''-페닐트라이페닐아민(약칭: YGTBiβNB), N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-N-[4-(1-나프틸)페닐]-9,9'-스파이로바이[9H-플루오렌]-2-아민(약칭: PCBNBSF), N,N-비스(바이페닐-4-일)-9,9'-스파이로바이[9H-플루오렌]-2-아민(약칭: BBASF), N,N-비스(바이페닐-4-일)-9,9'-스파이로바이[9H-플루오렌]-4-아민(약칭: BBASF(4)), N-(바이페닐-2-일)-N-(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)-9,9'-스파이로바이[9H-플루오렌]-4-아민(약칭: oFBiSF), N-(바이페닐-4-일)-N-(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)다이벤조퓨란-4-아민(약칭: FrBiF), N-[4-(1-나프틸)페닐]-N-[3-(6-페닐다이벤조퓨란-4-일)페닐]-1-나프틸아민(약칭: mPDBfBNBN), 4-페닐-4'-(9-페닐플루오렌-9-일)트라이페닐아민(약칭: BPAFLP), 4-페닐-3'-(9-페닐플루오렌-9-일)트라이페닐아민(약칭: mBPAFLP), 4-페닐-4'-[4-(9-페닐플루오렌-9-일)페닐]트라이페닐아민(약칭: BPAFLBi), 4-페닐-4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBA1BP), 4,4'-다이페닐-4''-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBBi1BP), 4-(1-나프틸)-4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBANB), 4,4'-다이(1-나프틸)-4''-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBNBB), N-페닐-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-9,9'-스파이로바이[9H-플루오렌]-2-아민(약칭: PCBASF), N-(바이페닐-4-일)-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: PCBBiF), N,N-비스(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)-9,9'-스파이로바이-9H-플루오렌-4-아민, N,N-비스(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)-9,9'-스파이로바이-9H-플루오렌-3-아민, N,N-비스(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)-9,9'-스파이로바이-9H-플루오렌-2-아민, N,N-비스(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)-9,9'-스파이로바이-9H-플루오렌-1-아민, N,N'-다이(p-톨릴)-N,N'-다이페닐-p-페닐렌다이아민(약칭: DTDPPA), 4,4'-비스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: DPAB), 4,4'-비스(N-{4-[N'-(3-메틸페닐)-N'-페닐아미노]페닐}-N-페닐아미노)바이페닐(약칭: DNTPD), 1,3,5-트리스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]벤젠(약칭: DPA3B) 등을 들 수 있다.
또한 제 1 전자 수송층의 막 두께는 얇은 것이 바람직하지만, 5nm 내지 10nm이면 신뢰성이 양호한 발광 디바이스를 제작할 수 있어 바람직하다.
DLL은 양극으로부터 주입된 정공을 축적하기 때문에, 정공을 차단하는 기능을 가지는 층 또는 정공을 수송하지 않는 층이다. 또한 DLL은 CGL1로부터 주입된 전자를 제 1 발광 유닛까지 수송하고 주입할 필요가 있기 때문에, 전자 수송성을 가지는 층이다.
DLL이 정공을 차단하는지 여부는, 정공만 흘리는 전자 디바이스(이하 홀 온리 디바이스라고도 부름)를 제작하고 전류 밀도와 전압의 관계를 측정함으로써 판단할 수 있다. 예를 들어 표 1에서 나타내는 바와 같은 홀 온리 디바이스에서 대상 층을 끼운 경우에 전류 밀도가 대폭 작아지는 경우, 구체적으로는 표 1에서 나타내는 측정용 디바이스에 대상 층을 끼워 측정한 경우, 10V에서 전류 밀도가 0.01mA/cm2 이하가 되는 경우에 대상 층을 정공을 차단하는 층으로 간주할 수 있다.
[표 1]
또한 표에서 ITSO는 산화 실리콘을 포함하는 인듐 주석 산화물, PCBBiF는 N-(바이페닐-4-일)-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민, OCHD-003은 분자량 672이며 플루오린을 포함하는 전자 억셉터 재료를 나타낸다.
이와 같은 디바이스를 사용하여, 층 3을 형성하지 않을 때의 전류 밀도와 전압의 관계와, 대상 층을 층 3에 10nm 형성한 경우의 전류 밀도와 전압의 관계를 비교하면 좋다. 10nm의 대상이 되는 층을 층 3에 끼워 측정한 경우, 10V에서 전류 밀도가 0.01mA/cm2 이하가 되는 층을 정공을 차단하는 층으로 간주할 수 있다.
이와 같은 디바이스를 사용하여 측정한 예를 도 20에 나타내었다. 도 20은 상기 측정용 홀 온리 디바이스의 층 3에 N-(바이페닐-4-일)-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: PCBBiF), 9-(2-나프틸)-9'-페닐-9H,9'H-3,3'-바이카바졸(약칭: βNCCP), 1-(2',7'-다이-tert-뷰틸-9,9'-스파이로바이[9H-플루오렌]-2-일)-1,3,4,6,7,8-헥사하이드로-2H-피리미도[1,2-a]피리미딘(약칭: 2',7'tBu-2hppSF), 2,2'-(1,3-페닐렌)비스(9-페닐-1,10-페난트롤린)(약칭: mPPhen2P), mPPhen2P:PCBBiF(1:1, 중량비), mPPhen2P:βNCCP(1:1, 중량비), 및 mPPhen2P:2',7'tBu-2hppSF(1:1, 중량비)의 막을 각각 형성한 디바이스의 측정 결과이다.
이 도면으로부터, PCBBiF, βNCCP, mPPhen2P, mPPhen2P:PCBBiF(1:1, 중량비), 및 mPPhen2P:βNCCP(1:1, 중량비)로 형성한 층은 정공을 차단하지 않는 층, mPPhen2P:2',7'tBu-hppSF(1:1, 중량비)로 형성한 층, 및 2',7'tBu-2hppSF로 형성한 층은 정공을 차단하는 층이라고 할 수 있다.
또한 측정하고자 하는 층이 재료 A와 재료 B의 혼합층인 경우, 상기 홀 온리 디바이스의 측정 대상 층으로서 상기 혼합층을 설치한 디바이스(디바이스 X)와, 재료 A 및 재료 B 중 HOMO 준위가 더 깊은 재료의 단층을 측정 대상 층으로서 설치한 디바이스(디바이스 Y)를 제작하고, 1mA/cm2에서의 전압이 디바이스 X에서 1V 이상 더 고전압 시프트하는 경우, 상기 층은 정공을 차단하는 층이라고 할 수 있다.
DLL은 산 해리 상수 pKa가 8 이상의 강염기성을 가지는 유기 화합물을 가지는 것이 바람직하다. pKa가 8 이상의 강염기성을 가지는 유기 화합물을 가짐으로써, DLL은 정공을 차단하고 제 1 전자 수송층 측의 계면에 정공을 축적할 수 있게 된다. 또한 산 해리 상수 pKa가 8 이상, 바람직하게는 pKa가 10 이상, 더 바람직하게는 pKa가 12 이상의 강염기성을 가지는 물질은 DLL에서 전자와 재결합될 확률을 낮추기 위하여 전자 수송성의 골격을 가지지 않는 것이 바람직하다. 또한 2hppSF는 산 해리 상수 pKa가 13.95의 강염기성을 가지는 물질이고, 2',7'tBu-2hppSF는 산 해리 상수 pKa가 14.18의 강염기성을 가지는 물질이다.
산 해리 상수 pKa가 큰 재료가 정공을 차단하는 것은, pKa가 큰 재료가 큰 쌍극자 모멘트를 가지는 것에서 유래한다. 이 쌍극자 모멘트가 정공과 서로 작용함으로써, 산 해리 상수 pKa가 큰 재료를 포함하는 DLL이 정공을 차단할 수 있다.
또한 산 해리 상수 pKa가 큰 재료의 친핵성이 높은 것도 정공을 차단하는 이유 중 하나이다. 친핵성이 높은 재료는 정공을 받아 양이온 라디칼이 된 분자와 반응하고, 새로운 분자 또는 중간 상태를 생성하는 경우가 있다. 이 반응에 의하여 정공이 소비되고, DLL에서의 정공 수송성이 대폭 저감되는 경우도 있다.
또한 상기 pKa가 8 이상의 강염기성을 가지는 물질은 전자 수송성의 골격을 가지지 않는 것이 바람직하다. 이것은 DLL에 주입된 전자와, 산 해리 상수 pKa가 큰 재료에 트랩된 정공이 재결합되는 것을 억제하고, 제 1 발광 유닛에 효율적으로 주입하기 위한 것이다.
또한 상기 산 해리 상수 pKa가 8 이상의 물질은 염기성 골격을 가지는 유기 화합물이고, 상기 염기성 골격의 산 해리 상수 pKa가 10 이상의 유기 화합물인 것이 바람직하다. 또한 상기 염기성 골격의 산 해리 상수 pKa가 12 이상의 유기 화합물인 것이 더 바람직하다.
또한 염기성 골격의 산 해리 상수 pKa로서는 상기 골격의 일부를 수소로 치환한 유기 화합물의 값을 사용할 수 있다. 또한 염기성 골격을 가지는 유기 화합물의 산성도의 지표로서 상기 염기성 골격의 산 해리 상수 pKa를 사용할 수 있다. 또한 복수의 염기성 골격을 가지는 유기 화합물의 산성도의 지표로서는, 산 해리 상수 pKa가 가장 높은 염기성 골격의 산 해리 상수 pKa를 사용할 수 있다. 산 해리 상수 pKa로서는, 용매로서 물을 사용하여 측정한 값을 채용하는 것이 바람직하다.
또는 유기 화합물의 산 해리 상수 pKa는 다음과 같은 계산에 의하여 구하여도 좋다.
우선 계산 모델이 되는 각 분자에서의 분자 구조의 초기 구조는 제일 원리 계산에 의하여 얻어진 가장 안정된 구조(단일항 바닥 상태)로 한다.
상기 제일 원리 계산으로서는 Schrodinger Inc. 제조의 양자 화학 계산 소프트웨어 Jaguar를 사용하고, 단일항 바닥 상태에서의 가장 안정된 구조를 밀도 범함수법(DFT)으로 계산한다. 바닥 함수로서는 6-31G**를 사용하고, 범함수로서는 B3LYP-D3을 사용하였다. 양자 화학 계산을 수행하는 구조에 대해서는, Schrodinger Inc. 제조의 Maestro GUI를 사용하고 Mixed torsional/Low-mode sampling으로 입체 배좌 해석을 수행함으로써 샘플링하였다.
pKa 계산에서는 각 분자의 하나 이상의 원자를 염기성 사이트로서 지정하고, 양성자가 된 분자의 물속에서의 안정 구조를 탐색하기 위하여 Macro Model을 사용하고, OPLS2005 역장을 사용한 배좌 탐색을 수행하고, 가장 에너지가 낮은 배좌 이성질체를 사용한다. Jaguar의 pKa 계산 모듈을 사용하고, B3LYP/6-31G*로 구조 최적화한 후, cc-pVTZ(+)로 일점 계산하고, 관능기에 대한 경험적 보정을 사용하여 pKa값을 산출한다. 하나 이상의 원자를 염기성 사이트로서 지정한 분자에서는, 얻어진 결과 중 가장 큰 값을 pKa값으로서 채용한다.
산 해리 상수 pKa가 높은 유기 화합물로서는, 피롤리딘 골격, 피페리딘 골격, 또는 헥사하이드로피리미도피리미딘 골격을 가지는 유기 화합물이 바람직하다. 또한 구아니딘 골격을 가지는 유기 화합물이 바람직하다. 구체적인 예로서는 하기 구조식(120) 내지 구조식(123)으로 나타내어지는 염기성 골격을 가지는 유기 화합물을 들 수 있다.
[화학식 1]
또한 상기 산 해리 상수 pKa가 8 이상인 유기 화합물은, 구체적으로는 고리를 구성하는 원자에 2개 이상의 질소를 가지는 바이사이클로 고리 구조와, 고리를 구성하는 탄소의 수가 2 내지 30의 헤테로 방향족 탄화수소 고리 또는 고리를 구성하는 탄소의 수가 6 내지 30의 방향족 탄화수소 고리를 가지는 유기 화합물, 더 구체적으로는 1,3,4,6,7,8-헥사하이드로-2H-피리미도[1,2-a]피리미딘 골격과, 고리를 구성하는 탄소의 수가 2 내지 30의 헤테로 방향족 탄화수소 고리, 또는 고리를 구성하는 탄소의 수가 6 내지 30의 방향족 탄화수소 고리를 가지는 유기 화합물인 것이 바람직하다. 또한 고리를 구성하는 원자에 2개 이상의 질소를 가지는 바이사이클로 고리 구조와, 고리를 구성하는 탄소의 수가 2 내지 30의 헤테로 방향족 탄화수소 고리를 가지는 유기 화합물, 더 구체적으로는 1,3,4,6,7,8-헥사하이드로-2H-피리미도[1,2-a]피리미딘 골격과, 고리를 구성하는 탄소의 수가 2 내지 30의 헤테로 방향족 탄화수소 고리를 가지는 유기 화합물이 더 바람직하다.
또한 더 구체적으로는, 하기 일반식(G1)으로 나타내어지는 유기 화합물인 것이 바람직하다.
[화학식 2]
다만 상기 일반식(G1)으로 나타내어지는 유기 화합물에서, X는 하기 일반식(G1-1)으로 나타내어지는 기, Y는 하기 일반식(G1-2)으로 나타내어지는 기이다. 또한 R1 및 R2는 각각 독립적으로 수소 또는 중수소를 나타내고, h는 1 내지 6의 정수를 나타내고, Ar는 치환 또는 비치환된 고리를 구성하는 탄소의 수가 2 내지 30의 헤테로 방향족 탄화수소 고리, 또는 고리를 구성하는 탄소의 수가 6 내지 30의 방향족 탄화수소 고리를 나타낸다. 또한 Ar는 치환 또는 비치환된 고리를 구성하는 탄소의 수가 2 내지 30의 헤테로 방향족 탄화수소 고리가 바람직하다.
[화학식 3]
다만 상기 일반식(G1-1) 및 일반식(G1-2)에서, R3 내지 R6은 각각 독립적으로 수소 또는 중수소를 나타내고, m은 0 내지 4의 정수를 나타내고, n은 1 내지 5의 정수를 나타내고, 또한 m+1≥n(m+1은 n 이상)이다. 또한 m 또는 n이 2 이상인 경우, 복수의 R3 내지 R6은 각각 같아도 좋고 달라도 좋다.
또한 상기 일반식(G1)으로 나타내어지는 유기 화합물은 하기 일반식(G2-1) 내지 일반식(G2-6) 중 어느 하나인 것이 바람직하다.
[화학식 4]
다만 R11 내지 R26은 각각 독립적으로 수소 또는 중수소를 나타내고, h는 1 내지 6의 정수를 나타내고, Ar는 치환 또는 비치환된 고리를 구성하는 탄소의 수가 2 내지 30의 헤테로 방향족 탄화수소 고리, 또는 치환 또는 비치환된 고리를 구성하는 탄소의 수가 6 내지 30의 방향족 탄화수소 고리를 나타낸다. 또한 Ar는 치환 또는 비치환된 고리를 구성하는 탄소의 수가 2 내지 30의 헤테로 방향족 탄화수소 고리가 바람직하다.
또한 상기 일반식(G1) 및 일반식(G2-1) 내지 일반식(G2-6)에서, Ar로 나타내어지는 치환 또는 비치환된 고리를 구성하는 탄소의 수가 2 내지 30의 헤테로 방향족 탄화수소 고리, 또는 고리를 구성하는 탄소의 수가 6 내지 30의 방향족 탄화수소 고리로서 구체적으로는 피리딘 고리, 바이피리딘 고리, 피리미딘 고리, 바이피리미딘 고리, 피라진 고리, 바이피라진 고리, 트라이아진 고리, 퀴놀린 고리, 아이소퀴놀린 고리, 벤조퀴놀린 고리, 페난트롤린 고리, 퀴녹살린 고리, 벤조퀴녹살린 고리, 다이벤조퀴녹살린 고리, 아조플루오렌 고리, 다이아조플루오렌 고리, 카바졸 고리, 벤조카바졸 고리, 다이벤조카바졸 고리, 다이벤조퓨란 고리, 벤조나프토퓨란 고리, 다이나프토퓨란 고리, 다이벤조싸이오펜 고리, 벤조나프토싸이오펜 고리, 다이나프토싸이오펜 고리, 벤조퓨로피리딘 고리, 벤조퓨로피리미딘 고리, 벤조싸이오피리딘 고리, 벤조싸이오피리미딘 고리, 나프토퓨로피리딘 고리, 나프토퓨로피리미딘 고리, 나프토싸이오피리딘 고리, 나프토싸이오피리미딘 고리, 아크리딘 고리, 크산텐 고리, 페노싸이아진 고리, 페녹사진 고리, 페나진 고리, 트라이아졸 고리, 옥사졸 고리, 옥사다이아졸 고리, 싸이아졸 고리, 싸이아다이아졸 고리, 이미다졸 고리, 벤즈이미다졸 고리, 피라졸 고리, 피롤 고리 등을 들 수 있다. 또한 상기 일반식(G1) 및 일반식(G2-1) 내지 일반식(G2-6)에서, Ar로 나타내어지는 치환 또는 비치환된 고리를 구성하는 탄소의 수가 6 내지 30의 헤테로 방향족 탄화수소 고리로서 구체적으로는 벤젠 고리, 나프탈렌 고리, 플루오렌 고리, 다이메틸플루오렌 고리, 다이페닐플루오렌 고리, 스파이로플루오렌 고리, 안트라센 고리, 페난트렌 고리, 트라이페닐렌 고리, 피렌 고리, 테트라센 고리, 크리센 고리, 벤조[a]안트라센 고리 등을 들 수 있다. 또한 그 중에서도, 하기 구조식(Ar-1) 내지 구조식(Ar-27) 중 어느 하나인 것이 바람직하다.
[화학식 5]
또한 상기 Ar가 고리를 구성하는 원자로서 질소를 포함하고, 상기 Ar는 상기 질소 또는 상기 질소에 인접하는 탄소의 결합손에 의하여 상기 일반식(G1)에서의 괄호 내의 골격에 결합하는 것이 바람직하다.
상기 일반식(G1) 및 상기 일반식(G2-1) 내지 일반식(G2-6)으로 나타내어지는 유기 금속 화합물로서 구체적으로는 1,1'-(9,9'-스파이로바이[9H-플루오렌]-2,7-다이일)비스(1,3,4,6,7,8-헥사하이드로-2H-피리미도[1,2-a]피리미딘)(약칭: 2,7hpp2SF)(구조식(108)), 1-(9,9'-스파이로바이[9H-플루오렌]-2-일)-1,3,4,6,7,8-헥사하이드로-2H-피리미도[1,2-a]피리미딘(약칭: 2hppSF)(구조식(109)), 및 1-(2',7'-다이-tert-뷰틸-9,9'-스파이로바이[9H-플루오렌]-2-일)-1,3,4,6,7,8-헥사하이드로-2H-피리미도[1,2-a]피리미딘(약칭: 2',7'tBu-2hppSF) 등을 비롯하여, 하기 구조식(101) 내지 구조식(117)으로 나타내어지는 유기 화합물을 예로서 들 수 있다.
[화학식 6]
이와 같은 유기 화합물은 안정된 것 외에 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속, 혹은 이들의 화합물과 달리 제조 라인의 금속 오염을 일으킬 우려가 적은 것, 증착이 용이한 것 등으로부터, 포토리소그래피 공정을 사용하여 제작되는 발광 디바이스에 더 적합하게 사용할 수 있다. 물론, 포토리소그래피를 사용하지 않는 공정으로 제작되는 발광 디바이스에도 적합하다.
또한 pKa가 8 이상의 강염기성을 가지는 물질은 주입된 전자와 차단된 정공이 pKa가 8 이상의 강염기성을 가지는 물질 내에서 재결합되는 것을 억제하는 관점에서, 전자 수송성 골격을 가지지 않는 것이 바람직하다. pKa가 8 이상의 강염기성을 가지는 물질로서 구체적으로는 1-(9,9'-스파이로바이[9H-플루오렌]-2-일)-1,3,4,6,7,8-헥사하이드로-2H-피리미도[1,2-a]피리미딘(약칭: 2hppSF), 1-(2',7'-다이-tert-뷰틸-9,9’-스파이로바이[9H-플루오렌]-2-일)-1,3,4,6,7,8-헥사하이드로-2H-피리미도[1,2-a]피리미딘(약칭: 2',7'tBu-2hppSF), 2,9-비스(1,3,4,6,7,8-헥사하이드로-2H-피리미도[1,2-a]피리미딘-1-일)-1,10-페난트롤린(약칭: 2,9hpp2Phen), 4,7-다이-1-피롤리딘일-1,10-페난트롤린(약칭: Pyrrd-Phen), 또는 8,8'-피리딘-2,6-다이일-비스(5,6,7,8-테트라하이드로이미다조[1,2-a]피리미딘)(약칭: 2,6tip2Py) 등의 유기 화합물 등을 사용할 수 있다.
또한 DLL에는 pKa가 8 이상의 강염기성을 가지는 물질 외에 전자 수송성을 가지는 재료가 포함되어 있는 것이 바람직하다. 전자 수송성을 가지는 재료로서 예를 들어 비스(10-하이드록시벤조[h]퀴놀리네이토)베릴륨(II)(약칭: BeBq2), 비스(2-메틸-8-퀴놀리놀레이토)(4-페닐페놀레이토)알루미늄(III)(약칭: BAlq), 비스(8-퀴놀리놀레이토)아연(II)(약칭: Znq), 비스[2-(2-벤즈옥사졸릴)페놀레이토]아연(II)(약칭: ZnPBO), 비스[2-(2-벤조싸이아졸릴)페놀레이토]아연(II)(약칭: ZnBTZ) 등의 금속 착체, π전자 부족형 헤테로 방향족 고리를 가지는 유기 화합물이 바람직하다. π전자 부족형 헤테로 방향족 고리 골격을 가지는 유기 화합물로서는, 예를 들어 폴리아졸 골격을 가지는 헤테로 방향족 고리를 포함하는 유기 화합물, 피리딘 골격을 가지는 헤테로 방향족 고리를 포함하는 유기 화합물, 다이아진 골격을 가지는 헤테로 방향족 고리를 포함하는 유기 화합물, 및 트라이아진 골격을 가지는 헤테로 방향족 고리를 포함하는 유기 화합물이 있다.
그 중에서도, 다이아진 골격(피리미딘 골격, 피라진 골격, 피리다진 골격)을 가지는 헤테로 방향족 고리를 포함하는 유기 화합물 또는 피리딘 골격을 가지는 헤테로 방향족 고리를 포함하는 유기 화합물, 트라이아진 골격을 가지는 헤테로 방향족 고리를 포함하는 유기 화합물은 신뢰성이 양호하므로 바람직하다. 특히 다이아진(피리미딘 또는 피라진) 골격을 가지는 헤테로 방향족 고리를 포함하는 유기 화합물, 트라이아진 골격을 가지는 헤테로 방향족 고리를 포함하는 유기 화합물은 전자 수송성이 높고 구동 전압 저감에도 기여한다. 또한 벤조퓨로피리미딘 골격, 벤조티에노피리미딘 골격, 벤조퓨로피라진 골격, 벤조티에노피라진 골격은 신뢰성이 양호하므로 바람직하다.
π전자 부족형 헤테로 방향족 고리 골격을 가지는 유기 화합물로서는, 상기 제 1 전자 수송층에서의 전자 수송성을 가지는 유기 화합물로서 든 재료를 사용할 수 있다. 특히 다이아진 골격을 가지는 헤테로 방향족 고리를 포함하는 유기 화합물 또는 피리딘 골격을 가지는 헤테로 방향족 고리를 포함하는 유기 화합물, 트라이아진 골격을 가지는 헤테로 방향족 고리를 포함하는 유기 화합물은 신뢰성이 양호하므로 바람직하다. 특히 다이아진(피리미딘 또는 피라진) 골격을 가지는 헤테로 방향족 고리를 포함하는 유기 화합물, 트라이아진 골격을 가지는 헤테로 방향족 고리를 포함하는 유기 화합물은 전자 수송성이 높고 구동 전압 저감에도 기여한다. 그 중에서도, mTpPPhen, PnNPhen, 및 mPPhen2P 등의 페난트롤린 골격을 가지는 유기 화합물이 바람직하고, mPPhen2P 등의 페난트롤린 이량체 구조를 가지는 유기 화합물은 안정성이 우수하여 더 바람직하다. 또한 피리딘 골격 또는 페난트롤린 골격을 가지는 재료는 pKa가 높기 때문에, 정공 차단성이 높고, 특히 본 발명의 일 형태의 발광 디바이스의 DLL에 사용하는 전자 수송성 재료로서 바람직하다.
또한 DLL에서의 전자 수송성을 가지는 재료의 LUMO 준위는 -3.00eV 이상 -2.00eV 이하이면, 발광층에 대한 전자 주입 장벽이 저하되기 때문에 바람직하다.
또한 DLL의 막 두께는 얇은 것이 바람직하고, 지나치게 두꺼우면 구동 전압이 높아지고, 지나치게 얇으면 특성, 특히 신뢰성이 악화되기 때문에 2nm 이상 13nm 이하, 바람직하게는 5nm 이상 10nm 이하인 것이 바람직하다.
또한 DLL에서의 강염기성을 가지는 물질은 전자 공여성을 가지지 않는 것이 바람직하다. 또한 강염기성을 가지는 물질은 전자 수송성을 가지는 재료에 대한 전자 공여성을 가지지 않는 것이 바람직하다. 강염기성을 가지는 물질이 전자 공여성을 가지는 경우, 물 및 산소 등의 대기 성분에 의하여 쉽게 반응하므로 안정성이 떨어진다. 강염기성을 가지는 물질과 전자 수송성을 가지는 재료를 가짐으로써, DLL의 정공 수송성을 대폭 저하시킬 수 있기 때문에, 강염기성을 가지는 물질이 전자 공여성을 가지지 않아도, 탠덤 구조의 중간층으로서 기능할 수 있다. 그러므로 물 및 산소 등의 대기 성분에 대하여 안정된 중간층 및 탠덤형 발광 디바이스를 제작할 수 있다. 또한 DLL은 전자 스핀 공명(ESR: Electron Spin Resonance)으로 관측되는 시그널이 작거나, 시그널이 관측되지 않는 것이 바람직하다. 예를 들어 g값 2.00 부근에 관측되는 시그널에 기인하는 스핀 밀도가 1×1017spins/cm3 이하인 것이 바람직하고, 1×1016spins/cm3 미만인 것이 더 바람직하다.
또한 CGL1은 전자 억셉터성을 가지는 재료와, 정공 수송성을 가지는 유기 화합물을 포함하는 복합 재료로 형성되는 것이 바람직하다.
또한 CGL1에서의 전자 억셉터성을 가지는 재료는 전자 수용성을 가지는 것이 바람직하다. 또한 전자 억셉터성을 가지는 재료는 정공 수송성을 가지는 유기 화합물에 대한 전자 수용성을 가지는 것이 바람직하다. 전자 억셉터성을 가지는 재료가 전자 수용성을 가짐으로써, CGL1에서 전하 분리가 일어나 전하 발생층으로서 기능할 수 있기 때문에, 탠덤 구조의 중간층으로서 기능할 수 있다. 또한 CGL1은 전자 스핀 공명으로 시그널이 관측되는 것이 바람직하다. 예를 들어 g값 2.00 부근에 관측되는 시그널에 기인하는 스핀 밀도가 1×1017spins/cm3 이상인 것이 바람직하고, 1×1018spins/cm3 이상인 것이 더 바람직하고, 1×1019spins/cm3 이상인 것이 더 바람직하다.
억셉터성을 가지는 물질로서는 전자 흡인기(할로젠기, 사이아노기 등)를 가지는 유기 화합물을 사용할 수 있고, 7,7,8,8-테트라사이아노-2,3,5,6-테트라플루오로퀴노다이메테인(약칭: F4-TCNQ), 클로라닐, 2,3,6,7,10,11-헥사사이아노-1,4,5,8,9,12-헥사아자트라이페닐렌(약칭: HAT-CN), 1,3,4,5,7,8-헥사플루오로테트라사이아노-나프토퀴노다이메테인(약칭: F6-TCNNQ), 2-(7-다이사이아노메틸렌-1,3,4,5,6,8,9,10-옥타플루오로-7H-피렌-2-일리덴)말로노나이트릴 등을 들 수 있다. 특히 HAT-CN과 같이 헤테로 원자를 복수로 가지는 축합 방향족 고리에 전자 흡인기가 결합된 화합물은 열적으로 안정적이므로 바람직하다. 또한 전자 흡인기(특히 플루오로기와 같은 할로젠기, 사이아노기 등)를 가지는 [3]라디알렌 유도체는 전자 수용성이 매우 높기 때문에 바람직하고, 구체적으로는 α,α',α''-1,2,3-사이클로프로페인트라이일리덴트리스[4-사이아노-2,3,5,6-테트라플루오로벤젠아세토나이트릴], α,α',α''-1,2,3-사이클로프로페인트라이일리덴트리스[2,6-다이클로로-3,5-다이플루오로-4-(트라이플루오로메틸)벤젠아세토나이트릴], α,α',α''-1,2,3-사이클로프로페인트라이일리덴트리스[2,3,4,5,6-펜타플루오로벤젠아세토나이트릴] 등을 들 수 있다. 억셉터성을 가지는 물질로서는 상술한 유기 화합물 외에도 몰리브데넘 산화물, 바나듐 산화물, 루테늄 산화물, 텅스텐 산화물, 망가니즈 산화물 등의 전이 금속의 산화물을 사용할 수 있다.
복합 재료에 사용되는 정공 수송성을 가지는 유기 화합물로서는 방향족 아민 화합물, 헤테로 방향족 화합물, 방향족 탄화수소, 고분자 화합물(올리고머, 덴드리머, 폴리머 등) 등의 각종 유기 화합물을 사용할 수 있다. 또한 복합 재료에 사용하는 정공 수송성을 가지는 유기 화합물로서는 1×10-6cm2/Vs 이상의 정공 이동도를 가지는 유기 화합물이 바람직하다. 복합 재료에 사용되는 정공 수송성을 가지는 유기 화합물은 축합 방향족 탄화수소 고리 또는 π전자 과잉형 헤테로 방향족 고리를 가지는 유기 화합물인 것이 바람직하다. 축합 방향족 탄화수소 고리로서는 안트라센 고리, 나프탈렌 고리 등이 바람직하다. 또한 π전자 과잉형 헤테로 방향족 고리로서는 피롤 골격, 퓨란 골격, 싸이오펜 골격 중 적어도 어느 하나를 고리에 포함하는 축합 방향족 고리가 바람직하고, 구체적으로는 카바졸 고리, 다이벤조싸이오펜 고리, 또는 이들에 방향족 고리 또는 헤테로 방향족 고리가 더 축합된 고리가 바람직하다.
이와 같은 정공 수송성을 가지는 유기 화합물로서는 카바졸 골격, 다이벤조퓨란 골격, 다이벤조싸이오펜 골격, 및 안트라센 골격 중 어느 것을 가지는 것이 더 바람직하다. 특히 다이벤조퓨란 고리 또는 다이벤조싸이오펜 고리를 포함하는 치환기를 가지는 방향족 아민, 나프탈렌 고리를 가지는 방향족 모노아민, 또는 9-플루오렌일기가 아릴렌기를 개재(介在)하여 아민의 질소와 결합되는 방향족 모노아민이어도 좋다. 또한 이들 정공 수송성을 가지는 유기 화합물이 N,N-비스(4-바이페닐)아미노기를 가지는 물질이면, 수명이 양호한 발광 디바이스를 제작할 수 있어 바람직하다.
이상과 같은 정공 수송성을 가지는 유기 화합물로서 구체적으로는 N-(4-바이페닐)-6,N-다이페닐벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란-8-아민(약칭: BnfABP), N,N-비스(4-바이페닐)-6-페닐벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란-8-아민(약칭: BBABnf), 4,4'-비스(6-페닐벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란-8-일)-4''-페닐트라이페닐아민(약칭: BnfBB1BP), N,N-비스(4-바이페닐)벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란-6-아민(약칭: BBABnf(6)), N,N-비스(4-바이페닐)벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란-8-아민(약칭: BBABnf(8)), N,N-비스(4-바이페닐)벤조[b]나프토[2,3-d]퓨란-4-아민(약칭: BBABnf(II)(4)), N,N-비스[4-(다이벤조퓨란-4-일)페닐]-4-아미노-p-터페닐(약칭: DBfBB1TP), N-[4-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]-N-페닐-4-바이페닐아민(약칭: ThBA1BP), 4-(2-나프틸)-4',4''-다이페닐트라이페닐아민(약칭: BBAβNB), 4-[4-(2-나프틸)페닐]-4',4''-다이페닐트라이페닐아민(약칭: BBAβNBi), 4,4'-다이페닐-4''-(6;1'-바이나프틸-2-일)트라이페닐아민(약칭: BBAαNβNB), 4,4'-다이페닐-4''-(7;1'-바이나프틸-2-일)트라이페닐아민(약칭: BBAαNβNB-03), 4,4'-다이페닐-4''-(7-페닐)나프틸-2-일트라이페닐아민(약칭: BBAPβNB-03), 4,4'-다이페닐-4''-(6;2'-바이나프틸-2-일)트라이페닐아민(약칭: BBA(βN2)B), 4,4'-다이페닐-4''-(7;2'-바이나프틸-2-일)트라이페닐아민(약칭: BBA(βN2)B-03), 4,4'-다이페닐-4''-(4;2'-바이나프틸-1-일)트라이페닐아민(약칭: BBAβNαNB), 4,4'-다이페닐-4''-(5;2'-바이나프틸-1-일)트라이페닐아민(약칭: BBAβNαNB-02), 4-(4-바이페닐릴)-4'-(2-나프틸)-4''-페닐트라이페닐아민(약칭: TPBiAβNB), 4-(3-바이페닐릴)-4'-[4-(2-나프틸)페닐]-4''-페닐트라이페닐아민(약칭: mTPBiAβNBi), 4-(4-바이페닐릴)-4'-[4-(2-나프틸)페닐]-4''-페닐트라이페닐아민(약칭: TPBiAβNBi), 4-페닐-4'-(1-나프틸)트라이페닐아민(약칭: αNBA1BP), 4,4'-비스(1-나프틸)트라이페닐아민(약칭: αNBB1BP), 4,4'-다이페닐-4''-[4'-(카바졸-9-일)바이페닐-4-일]트라이페닐아민(약칭: YGTBi1BP), 4'-[4-(3-페닐-9H-카바졸-9-일)페닐]트리스(바이페닐-4-일)아민(약칭: YGTBi1BP-02), 4-[4'-(카바졸-9-일)바이페닐-4-일]-4'-(2-나프틸)-4''-페닐트라이페닐아민(약칭: YGTBiβNB), N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-N-[4-(1-나프틸)페닐]-9,9'-스파이로바이[9H-플루오렌]-2-아민(약칭: PCBNBSF), N,N-비스(바이페닐-4-일)-9,9'-스파이로바이[9H-플루오렌]-2-아민(약칭: BBASF), N,N-비스(바이페닐-4-일)-9,9'-스파이로바이[9H-플루오렌]-4-아민(약칭: BBASF(4)), N-(바이페닐-2-일)-N-(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)-9,9'-스파이로바이[9H-플루오렌]-4-아민(약칭: oFBiSF), N-(바이페닐-4-일)-N-(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)다이벤조퓨란-4-아민(약칭: FrBiF), N-[4-(1-나프틸)페닐]-N-[3-(6-페닐다이벤조퓨란-4-일)페닐]-1-나프틸아민(약칭: mPDBfBNBN), 4-페닐-4'-(9-페닐플루오렌-9-일)트라이페닐아민(약칭: BPAFLP), 4-페닐-3'-(9-페닐플루오렌-9-일)트라이페닐아민(약칭: mBPAFLP), 4-페닐-4'-[4-(9-페닐플루오렌-9-일)페닐]트라이페닐아민(약칭: BPAFLBi), 4-페닐-4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBA1BP), 4,4'-다이페닐-4''-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBBi1BP), 4-(1-나프틸)-4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBANB), 4,4'-다이(1-나프틸)-4''-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBNBB), N-페닐-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-9,9'-스파이로바이[9H-플루오렌]-2-아민(약칭: PCBASF), N-(바이페닐-4-일)-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: PCBBiF), N,N-비스(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)-9,9'-스파이로바이-9H-플루오렌-4-아민, N,N-비스(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)-9,9'-스파이로바이-9H-플루오렌-3-아민, N,N-비스(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)-9,9'-스파이로바이-9H-플루오렌-2-아민, N,N-비스(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)-9,9'-스파이로바이-9H-플루오렌-1-아민 등을 들 수 있다.
또한 정공 수송성을 가지는 재료로서는, 기타 방향족 아민 화합물로서 N,N'-다이(p-톨릴)-N,N'-다이페닐-p-페닐렌다이아민(약칭: DTDPPA), 4,4'-비스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: DPAB), 4,4'-비스(N-{4-[N'-(3-메틸페닐)-N'-페닐아미노]페닐}-N-페닐아미노)바이페닐(약칭: DNTPD), 1,3,5-트리스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]벤젠(약칭: DPA3B) 등을 사용할 수 있다.
또한 CGL1과 DLL 사이에 전자 릴레이층이 제공되어 있는 것이 바람직하다. 전자 릴레이층은 적어도 전자 수송성을 가지고, CGL1과 DLL의 상호 작용을 방지하여 전자를 원활하게 주고받는 기능을 가진다. 전자 릴레이층에 포함되는 전자 수송성을 가지는 물질의 LUMO 준위는 CGL1에서의 억셉터성 물질의 LUMO 준위와, DLL에 포함되는 전자 수송성을 가지는 물질의 LUMO 준위 사이에 위치하는 것이 바람직하다. 전자 릴레이층에 사용되는 전자 수송성을 가지는 물질에서의 LUMO 준위의 구체적인 에너지 준위는 -5.00eV 이상, 바람직하게는 -5.00eV 이상 -3.00eV 이하, 더 바람직하게는 -5.00eV 이상 -3.25eV 이하이다. 또한 전자 릴레이층에 사용되는 전자 수송성을 가지는 물질로서는 프탈로사이아닌계 재료 또는 금속-산소 결합과 방향족 리간드를 가지는 금속 착체를 사용하는 것이 바람직하다.
이상과 같은 구성을 가지는 본 발명의 일 형태의 발광 디바이스는 전류 효율이 높고 구동 전압의 상승이 억제된 발광 디바이스로 할 수 있다.
또한 본 발명의 일 형태의 발광 디바이스는 특히 포토리소그래피 공정을 거쳐 제작되는 것에 적합하지만, 포토리소그래피 공정을 거치지 않고 제작되어도 대기에 대한 안정성이 높기 때문에 수율이 향상되고, 또한 제작 공정 중에 분위기 관리를 필요 이상으로 엄밀하게 하지 않아도 되어 비용 절감에 공헌한다.
(실시형태 2)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태의 발광 디바이스에 대하여 자세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 형태의 발광 디바이스의 모식도이다. 발광 디바이스는 절연체(100) 위에 제 1 전극(101)이 제공되어 있고, 제 1 전극(101)과 제 2 전극(102) 사이에 유기 화합물층(103)을 가진다. 유기 화합물층(103)에는 실시형태 1에서 설명한 바와 같이 복수의 발광 유닛(도 2에서는 제 1 발광 유닛(501) 및 제 2 발광 유닛(502)이라고 하였음)과 중간층(116)이 포함되어 있다.
제 1 발광 유닛(501)은 적어도 제 1 발광층(113_1) 및 제 1 전자 수송층(114_1)을 가지고, 제 2 발광 유닛(502)은 적어도 제 2 발광층(113_2)을 가진다. 제 1 발광층(113_1) 및 제 2 발광층(113_2)은 발광 물질을 포함하는 층이고, 제 1 전극(101)과 제 2 전극(102) 사이에 전압을 가함으로써 발광한다.
제 1 발광 유닛(501)은 도 2에 나타낸 바와 같이 상술한 층 외에 정공 주입층(111), 제 1 정공 수송층(112_1) 등의 기능층을 가지는 것이 바람직하다. 또한 이 외에 전자 차단층, 여기자 차단층 등 상술한 기능층 이외의 기능층이 포함되어 있어도 좋다. 또한 반대로 상술한 층 중 어느 층이 제공되어 있지 않아도 된다.
제 2 발광 유닛(502)은 도 2에 나타낸 바와 같이 상술한 층 외에 제 2 정공 수송층(112_2), 제 2 전자 수송층(114_2), 전자 주입층(115) 등의 기능층을 가지는 것이 바람직하다. 또한 이 외에 정공 차단층, 전자 차단층, 여기자 차단층 등 상술한 기능층 이외의 기능층이 포함되어 있어도 좋다. 또한 반대로 상술한 층 중 어느 층이 제공되어 있지 않아도 된다.
또한 중간층(116)은 적어도 양극(도 2에서는 제 1 전극(101)) 측에서부터 제 1 층(119)(실시형태 1의 DLL)과 제 2 층(117)(실시형태 1에서의 CGL1)을 가지고, 제 3 층(118)을 가져도 좋다. 제 1 층(119)은 실시형태 1에서 설명한 바와 같은 강염기성을 가지는 유기 화합물을 포함하는 층이다. 제 1 층(119)은 전자 수송성을 가지는 유기 화합물을 더 가져도 좋다. 또한 제 2 층(117)은 전압이 인가됨으로써 전하를 발생시키는 층이다. 제 2 층(117)은 정공 수송성을 가지는 유기 화합물과, 상기 유기 화합물에 대한 억셉터성을 가지는 물질을 포함하는 층인 것이 바람직하다. 제 3 층(118)은 제 1 층(119)과 제 2 층(117) 사이의 전자의 주입이 원활하게 되도록 제공되는 층이다.
제 1 층(119), 제 2 층(117), 및 제 3 층(118)의 구체적인 구성은 실시형태 1에서 DLL, CGL1, 및 전자 릴레이층의 구성으로서 자세히 설명하였기 때문에 반복되는 설명은 생략한다.
또한 본 실시형태에서는 제 1 전극(101)은 양극을 포함하는 전극이고, 제 2 전극(102)은 음극을 포함하는 전극이다. 또한 제 1 전극(101) 및 제 2 전극(102)은 단층 구조 또는 적층 구조로서 형성되어도 좋고, 적층 구조를 가지는 경우, 유기 화합물층(103)에 접촉되는 층이 양극 또는 음극으로서 기능한다. 전극이 적층 구조인 경우, 유기 화합물층(103)에 접촉되는 층 이외의 층의 일함수에 관한 제약은 없고, 저항값, 가공 편의성, 반사율, 투광성, 및 안정성 등 요구되는 특성에 따라 재료를 선택하면 좋다.
양극은 일함수가 큰(구체적으로는 4.0eV 이상) 금속, 합금, 도전성 화합물, 및 이들의 혼합물 등을 사용하여 형성되는 것이 바람직하다. 구체적으로는 예를 들어 산화 인듐-산화 주석(ITO: Indium Tin Oxide), 실리콘 또는 산화 실리콘을 함유한 산화 인듐-산화 주석(ITSO: Indium Tin Silicon Oxide), 산화 인듐-산화 아연, 산화 텅스텐 및 산화 아연을 함유한 산화 인듐(IWZO) 등이 있다. 이들 도전성 금속 산화물막은 일반적으로 스퍼터링법으로 성막되지만, 졸-겔법 등을 응용하여 제작되어도 좋다. 제작 방법의 예로서는 산화 인듐에 대하여 1wt% 내지 20wt%의 산화 아연이 첨가된 타깃을 사용한 스퍼터링법으로 산화 인듐-산화 아연을 형성하는 방법 등이 있다. 또한 산화 인듐에 대하여 산화 텅스텐이 0.5wt% 내지 5wt%, 산화 아연이 0.1wt% 내지 1wt% 함유된 타깃을 사용한 스퍼터링법으로 산화 텅스텐 및 산화 아연이 함유된 산화 인듐(IWZO)을 형성할 수도 있다. 이 외에, 양극에 사용할 수 있는 재료로서는 예를 들어 금(Au), 백금(Pt), 니켈(Ni), 텅스텐(W), 크로뮴(Cr), 몰리브데넘(Mo), 철(Fe), 코발트(Co), 구리(Cu), 팔라듐(Pd), 타이타늄(Ti), 알루미늄(Al), 또는 금속 재료의 질화물(예를 들어 질화 타이타늄) 등이 있다. 또한 이들을 적층한 층을 양극으로 하여도 좋다. 예를 들어 Ti 위에 Al, Ti, ITSO의 순서로 적층한 막은 반사율이 양호하기 때문에 효율이 높고, 수천 ppi로 고정세화할 수 있어 바람직하다. 또는 양극에 사용할 수 있는 재료로서는 그래핀도 들 수 있다. 또한 후술하는 정공 주입층(111)을 구성할 수 있는 복합 재료를 양극과 접촉되는 층(대표적으로는 정공 주입층)으로서 사용함으로써, 일함수에 상관없이 전극 재료를 선택할 수 있다.
정공 주입층(111)은 양극에 접하여 제공되고, 정공을 유기 화합물층(103)에 주입하기 쉽게 하는 기능을 가진다. 프탈로사이아닌(약칭: H2Pc), 구리 프탈로사이아닌(약칭: CuPc) 등의 프탈로사이아닌계의 화합물 및 착체 화합물, 4,4'-비스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: DPAB), 4,4'-비스(N-{4-[N'-(3-메틸페닐)-N'-페닐아미노]페닐}-N-페닐아미노)바이페닐(약칭: DNTPD) 등의 방향족 아민 화합물, 또는 폴리(3,4-에틸렌다이옥시싸이오펜)/(폴리스타이렌설폰산)(약칭: PEDOT/PSS) 등의 고분자 등에 의하여 정공 주입층(111)을 형성할 수 있다.
또한 정공 주입층(111)은 전자 억셉터성을 가지는 물질로 형성하여도 좋다. 억셉터성을 가지는 물질로서는 전자 흡인기(할로젠기, 사이아노기 등)를 가지는 유기 화합물을 사용할 수 있고, 7,7,8,8-테트라사이아노-2,3,5,6-테트라플루오로퀴노다이메테인(약칭: F4-TCNQ), 클로라닐, 2,3,6,7,10,11-헥사사이아노-1,4,5,8,9,12-헥사아자트라이페닐렌(약칭: HAT-CN), 1,3,4,5,7,8-헥사플루오로테트라사이아노-나프토퀴노다이메테인(약칭: F6-TCNNQ), 2-(7-다이사이아노메틸렌-1,3,4,5,6,8,9,10-옥타플루오로-7H-피렌-2-일리덴)말로노나이트릴 등을 들 수 있다. 특히 HAT-CN과 같이 헤테로 원자를 복수로 가지는 축합 방향족 고리에 전자 흡인기가 결합된 화합물은 열적으로 안정적이므로 바람직하다. 또한 전자 흡인기(특히 플루오로기와 같은 할로젠기, 사이아노기 등)를 가지는 [3]라디알렌 유도체는 전자 수용성이 매우 높기 때문에 바람직하고, 구체적으로는 α,α',α''-1,2,3-사이클로프로페인트라이일리덴트리스[4-사이아노-2,3,5,6-테트라플루오로벤젠아세토나이트릴], α,α',α''-1,2,3-사이클로프로페인트라이일리덴트리스[2,6-다이클로로-3,5-다이플루오로-4-(트라이플루오로메틸)벤젠아세토나이트릴], α,α',α''-1,2,3-사이클로프로페인트라이일리덴트리스[2,3,4,5,6-펜타플루오로벤젠아세토나이트릴] 등을 들 수 있다. 억셉터성을 가지는 물질로서는 상술한 유기 화합물 외에도 몰리브데넘 산화물, 바나듐 산화물, 루테늄 산화물, 텅스텐 산화물, 망가니즈 산화물 등의 전이 금속의 산화물을 사용할 수 있다.
또한 정공 주입층(111)은 상기 억셉터성을 가지는 재료와, 정공 수송성을 가지는 유기 화합물을 포함하는 복합 재료로 형성되는 것이 바람직하다.
복합 재료에 사용되는 정공 수송성을 가지는 유기 화합물로서는 방향족 아민 화합물, 헤테로 방향족 화합물, 방향족 탄화수소, 고분자 화합물(올리고머, 덴드리머, 폴리머 등) 등의 각종 유기 화합물을 사용할 수 있다. 또한 복합 재료에 사용하는 정공 수송성을 가지는 유기 화합물로서는 1×10-6cm2/Vs 이상의 정공 이동도를 가지는 유기 화합물이 바람직하다. 복합 재료에 사용되는 정공 수송성을 가지는 유기 화합물은 축합 방향족 탄화수소 고리 또는 π전자 과잉형 헤테로 방향족 고리를 가지는 유기 화합물인 것이 바람직하다. 축합 방향족 탄화수소 고리로서는 안트라센 고리, 나프탈렌 고리 등이 바람직하다. 또한 π전자 과잉형 헤테로 방향족 고리로서는 피롤 골격, 퓨란 골격, 싸이오펜 골격 중 적어도 어느 하나를 포함하는 축합 방향족 고리가 바람직하고, 구체적으로는 카바졸 고리, 다이벤조싸이오펜 고리, 또는 이들에 방향족 고리 또는 헤테로 방향족 고리가 더 축합된 고리가 바람직하다.
이와 같은 정공 수송성을 가지는 유기 화합물로서는 카바졸 골격, 다이벤조퓨란 골격, 다이벤조싸이오펜 골격, 및 안트라센 골격 중 어느 것을 가지는 것이 더 바람직하다. 특히 다이벤조퓨란 고리 또는 다이벤조싸이오펜 고리를 포함하는 치환기를 가지는 방향족 아민, 나프탈렌 고리를 가지는 방향족 모노아민, 또는 9-플루오렌일기가 아릴렌기를 개재하여 아민의 질소와 결합되는 방향족 모노아민이어도 좋다. 또한 이들 정공 수송성을 가지는 유기 화합물이 N,N-비스(4-바이페닐)아미노기를 가지는 물질이면, 수명이 양호한 발광 디바이스를 제작할 수 있어 바람직하다.
이상과 같은 정공 수송성을 가지는 유기 화합물로서 구체적으로는 N-(4-바이페닐)-6,N-다이페닐벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란-8-아민(약칭: BnfABP), N,N-비스(4-바이페닐)-6-페닐벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란-8-아민(약칭: BBABnf), 4,4'-비스(6-페닐벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란-8-일)-4''-페닐트라이페닐아민(약칭: BnfBB1BP), N,N-비스(4-바이페닐)벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란-6-아민(약칭: BBABnf(6)), N,N-비스(4-바이페닐)벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란-8-아민(약칭: BBABnf(8)), N,N-비스(4-바이페닐)벤조[b]나프토[2,3-d]퓨란-4-아민(약칭: BBABnf(II)(4)), N,N-비스[4-(다이벤조퓨란-4-일)페닐]-4-아미노-p-터페닐(약칭: DBfBB1TP), N-[4-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]-N-페닐-4-바이페닐아민(약칭: ThBA1BP), 4-(2-나프틸)-4',4''-다이페닐트라이페닐아민(약칭: BBAβNB), 4-[4-(2-나프틸)페닐]-4',4''-다이페닐트라이페닐아민(약칭: BBAβNBi), 4,4'-다이페닐-4''-(6;1'-바이나프틸-2-일)트라이페닐아민(약칭: BBAαNβNB), 4,4'-다이페닐-4''-(7;1'-바이나프틸-2-일)트라이페닐아민(약칭: BBAαNβNB-03), 4,4'-다이페닐-4''-(7-페닐)나프틸-2-일트라이페닐아민(약칭: BBAPβNB-03), 4,4'-다이페닐-4''-(6;2'-바이나프틸-2-일)트라이페닐아민(약칭: BBA(βN2)B), 4,4'-다이페닐-4''-(7;2'-바이나프틸-2-일)트라이페닐아민(약칭: BBA(βN2)B-03), 4,4'-다이페닐-4''-(4;2'-바이나프틸-1-일)트라이페닐아민(약칭: BBAβNαNB), 4,4'-다이페닐-4''-(5;2'-바이나프틸-1-일)트라이페닐아민(약칭: BBAβNαNB-02), 4-(4-바이페닐릴)-4'-(2-나프틸)-4''-페닐트라이페닐아민(약칭: TPBiAβNB), 4-(3-바이페닐릴)-4'-[4-(2-나프틸)페닐]-4''-페닐트라이페닐아민(약칭: mTPBiAβNBi), 4-(4-바이페닐릴)-4'-[4-(2-나프틸)페닐]-4''-페닐트라이페닐아민(약칭: TPBiAβNBi), 4-페닐-4'-(1-나프틸)트라이페닐아민(약칭: αNBA1BP), 4,4'-비스(1-나프틸)트라이페닐아민(약칭: αNBB1BP), 4,4'-다이페닐-4''-[4'-(카바졸-9-일)바이페닐-4-일]트라이페닐아민(약칭: YGTBi1BP), 4'-[4-(3-페닐-9H-카바졸-9-일)페닐]트리스(바이페닐-4-일)아민(약칭: YGTBi1BP-02), 4-[4'-(카바졸-9-일)바이페닐-4-일]-4'-(2-나프틸)-4''-페닐트라이페닐아민(약칭: YGTBiβNB), N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-N-[4-(1-나프틸)페닐]-9,9'-스파이로바이[9H-플루오렌]-2-아민(약칭: PCBNBSF), N,N-비스(바이페닐-4-일)-9,9'-스파이로바이[9H-플루오렌]-2-아민(약칭: BBASF), N,N-비스(바이페닐-4-일)-9,9'-스파이로바이[9H-플루오렌]-4-아민(약칭: BBASF(4)), N-(바이페닐-2-일)-N-(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)-9,9'-스파이로바이[9H-플루오렌]-4-아민(약칭: oFBiSF), N-(바이페닐-4-일)-N-(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)다이벤조퓨란-4-아민(약칭: FrBiF), N-[4-(1-나프틸)페닐]-N-[3-(6-페닐다이벤조퓨란-4-일)페닐]-1-나프틸아민(약칭: mPDBfBNBN), 4-페닐-4'-(9-페닐플루오렌-9-일)트라이페닐아민(약칭: BPAFLP), 4-페닐-3'-(9-페닐플루오렌-9-일)트라이페닐아민(약칭: mBPAFLP), 4-페닐-4'-[4-(9-페닐플루오렌-9-일)페닐]트라이페닐아민(약칭: BPAFLBi), 4-페닐-4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBA1BP), 4,4'-다이페닐-4''-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBBi1BP), 4-(1-나프틸)-4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBANB), 4,4'-다이(1-나프틸)-4''-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBNBB), N-페닐-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-9,9'-스파이로바이[9H-플루오렌]-2-아민(약칭: PCBASF), N-(바이페닐-4-일)-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: PCBBiF), N,N-비스(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)-9,9'-스파이로바이-9H-플루오렌-4-아민, N,N-비스(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)-9,9'-스파이로바이-9H-플루오렌-3-아민, N,N-비스(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)-9,9'-스파이로바이-9H-플루오렌-2-아민, N,N-비스(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)-9,9'-스파이로바이-9H-플루오렌-1-아민 등을 들 수 있다.
또한 정공 수송성을 가지는 재료로서는, 기타 방향족 아민 화합물로서 N,N'-다이(p-톨릴)-N,N'-다이페닐-p-페닐렌다이아민(약칭: DTDPPA), 4,4'-비스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: DPAB), 4,4'-비스(N-{4-[N'-(3-메틸페닐)-N'-페닐아미노]페닐}-N-페닐아미노)바이페닐(약칭: DNTPD), 1,3,5-트리스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]벤젠(약칭: DPA3B) 등을 사용할 수도 있다.
정공 주입층(111)을 형성함으로써, 정공 주입성이 양호해져 구동 전압이 낮은 발광 디바이스를 얻을 수 있다.
또한 억셉터성을 가지는 물질 중에서도, 억셉터성을 가지는 유기 화합물은 증착이 용이하여 성막하기 쉬우므로 사용하기 쉬운 재료이다.
정공 수송층(112)은 정공 수송성을 가지는 유기 화합물을 포함하여 형성된다. 정공 수송성을 가지는 유기 화합물은 1×10-6cm2/Vs 이상의 정공 이동도를 가지는 것이 바람직하다.
상술한 정공 수송성을 가지는 재료로서는, 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: NPB), N,N'-다이페닐-N,N'-비스(3-메틸페닐)-4,4'-다이아미노바이페닐(약칭: TPD), N,N'-비스(9,9'-스파이로바이[9H-플루오렌]-2-일)-N,N'-다이페닐-4,4'-다이아미노바이페닐(약칭: BSPB), 4-페닐-4'-(9-페닐플루오렌-9-일)트라이페닐아민(약칭: BPAFLP), 4-페닐-3'-(9-페닐플루오렌-9-일)트라이페닐아민(약칭: mBPAFLP), 4-페닐-4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBA1BP), 4,4'-다이페닐-4''-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBBi1BP), 4-(1-나프틸)-4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBANB), 4,4'-다이(1-나프틸)-4''-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBNBB), 9,9-다이메틸-N-페닐-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]플루오렌-2-아민(약칭: PCBAF), N-페닐-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-9,9'-스파이로바이[9H-플루오렌]-2-아민(약칭: PCBASF) 등의 방향족 아민 골격을 가지는 화합물, 1,3-비스(N-카바졸릴)벤젠(약칭: mCP), 4,4'-다이(N-카바졸릴)바이페닐(약칭: CBP), 3,6-비스(3,5-다이페닐페닐)-9-페닐카바졸(약칭: CzTP), 9,9'-다이페닐-9H,9'H-3,3’-바이카바졸(약칭: PCCP), 9,9'-비스(바이페닐-4-일)-3,3'-바이-9H-카바졸(약칭: BisBPCz), 9,9'-비스(바이페닐-3-일)-3,3'-바이-9H-카바졸(약칭: BismBPCz), 9-(바이페닐-3-일)-9'-(바이페닐-4-일)-9H,9'H-3,3'-바이카바졸(약칭: mBPCCBP), 9-(2-나프틸)-9'-페닐-9H,9'H-3,3'-바이카바졸(약칭: βNCCP), 9-(3-바이페닐)-9'-(2-나프틸)-3,3'-바이-9H-카바졸(약칭: βNCCmBP), 9-(4-바이페닐)-9'-(2-나프틸)-3,3'-바이-9H-카바졸(약칭: βNCCBP), 9,9'-다이-2-나프틸-3,3'-9H,9'H-바이카바졸(약칭: BisβNCz), 9-(2-나프틸)-9'-[1,1':4',1''-터페닐]-3-일-3,3'-9H,9'H-바이카바졸, 9-(2-나프틸)-9'-[1,1':3',1''-터페닐]-3-일-3,3'-9H,9'H-바이카바졸, 9-(2-나프틸)-9'-[1,1':3',1''-터페닐]-5'-일-3,3'-9H,9'H-바이카바졸, 9-(2-나프틸)-9'-[1,1':4',1''-터페닐]-4-일-3,3'-9H,9'H-바이카바졸, 9-(2-나프틸)-9'-[1,1':3',1''-터페닐]-4-일-3,3'-9H,9'H-바이카바졸, 9-(2-나프틸)-9'-(트라이페닐렌-2-일)-3,3'-9H,9'H-바이카바졸, 9-페닐-9'-(트라이페닐렌-2-일)-3,3'-9H,9'H-바이카바졸(약칭: PCCzTp), 9,9'-비스(트라이페닐렌-2-일)-3,3'-9H,9'H-바이카바졸, 9-(4-바이페닐)-9'-(트라이페닐렌-2-일)-3,3'-9H,9'H-바이카바졸, 9-(트라이페닐렌-2-일)-9'-[1,1':3',1''-터페닐]-4-일-3,3'-9H,9'H-바이카바졸, 9-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]페난트렌(약칭: PCPPn) 등의 카바졸 골격을 가지는 화합물, 4,4',4''-(벤젠-1,3,5-트라이일)트라이(다이벤조싸이오펜)(약칭: DBT3P-II), 2,8-다이페닐-4-[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]다이벤조싸이오펜(약칭: DBTFLP-III), 4-[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]-6-페닐다이벤조싸이오펜(약칭: DBTFLP-IV) 등의 싸이오펜 골격을 가지는 화합물, 4,4',4''-(벤젠-1,3,5-트라이일)트라이(다이벤조퓨란)(약칭: DBF3P-II), 4-{3-[3-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]페닐}다이벤조퓨란(약칭: mmDBFFLBi-II) 등의 퓨란 골격을 가지는 화합물을 들 수 있다. 상술한 것 중에서도 방향족 아민 골격을 가지는 화합물, 카바졸 골격을 가지는 화합물은 신뢰성이 양호하고 정공 수송성이 높아 구동 전압 저감에도 기여하기 때문에 바람직하다. 또한 정공 주입층(111)의 복합 재료에 사용되는 정공 수송성을 가지는 재료로서 든 물질도 정공 수송층(112)을 구성하는 재료로서 적합하게 사용할 수 있다.
발광층(113)은 발광 물질을 가지는 층이고, 발광 물질과 호스트 재료를 가지는 것이 바람직하다. 또한 발광층은 기타 재료를 동시에 포함하여도 좋다. 또한 조성이 다른 2층의 적층이어도 좋다.
발광 물질은 형광 발광 물질이어도 좋고, 인광 발광 물질이어도 좋고, 열 활성화 지연 형광(TADF)을 나타내는 물질이어도 좋고, 기타 발광 물질이어도 좋다.
발광층에서 형광 발광 물질로서 사용할 수 있는 재료의 예로서는 다음과 같은 것을 들 수 있다. 또한 이들 이외의 형광 발광 물질을 사용할 수도 있다.
5,6-비스[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-2,2'-바이피리딘(약칭: PAP2BPy), 5,6-비스[4'-(10-페닐-9-안트릴)바이페닐-4-일]-2,2'-바이피리딘(약칭: PAPP2BPy), N,N'-다이페닐-N,N'-비스[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]피렌-1,6-다이아민(약칭: 1,6FLPAPrn), N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-비스[3-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]피렌-1,6-다이아민(약칭: 1,6mMemFLPAPrn), N,N'-비스[4-(9H-카바졸-9-일)페닐]-N,N'-다이페닐스틸벤-4,4'-다이아민(약칭: YGA2S), 4-(9H-카바졸-9-일)-4'-(10-페닐-9-안트릴)트라이페닐아민(약칭: YGAPA), 4-(9H-카바졸-9-일)-4'-(9,10-다이페닐-2-안트릴)트라이페닐아민(약칭: 2YGAPPA), N,9-다이페닐-N-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸-3-아민(약칭: PCAPA), 페릴렌, 2,5,8,11-테트라-tert-뷰틸페릴렌(약칭: TBP), 4-(10-페닐-9-안트릴)-4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBAPA), N,N''-(2-tert-뷰틸안트라센-9,10-다이일다이-4,1-페닐렌)비스(N,N',N'-트라이페닐-1,4-페닐렌다이아민)(약칭: DPABPA), N,9-다이페닐-N-[4-(9,10-다이페닐-2-안트릴)페닐]-9H-카바졸-3-아민(약칭: 2PCAPPA), N-[4-(9,10-다이페닐-2-안트릴)페닐]-N,N',N'-트라이페닐-1,4-페닐렌다이아민(약칭: 2DPAPPA), N,N,N',N',N'',N'',N''',N'''-옥타페닐다이벤조[g,p]크리센-2,7,10,15-테트라아민(약칭: DBC1), 쿠마린30, N-(9,10-다이페닐-2-안트릴)-N,9-다이페닐-9H-카바졸-3-아민(약칭: 2PCAPA), N-[9,10-비스(바이페닐-2-일)-2-안트릴]-N,9-다이페닐-9H-카바졸-3-아민(약칭: 2PCABPhA), N-(9,10-다이페닐-2-안트릴)-N,N',N'-트라이페닐-1,4-페닐렌다이아민(약칭: 2DPAPA), N-[9,10-비스(바이페닐-2-일)-2-안트릴]-N,N',N'-트라이페닐-1,4-페닐렌다이아민(약칭: 2DPABPhA), 9,10-비스(바이페닐-2-일)-N-[4-(9H-카바졸-9-일)페닐]-N-페닐안트라센-2-아민(약칭: 2YGABPhA), N,N,9-트라이페닐안트라센-9-아민(약칭: DPhAPhA), 쿠마린545T, N,N'-다이페닐퀴나크리돈(약칭: DPQd), 루브렌, 5,12-비스(바이페닐-4-일)-6,11-다이페닐테트라센(약칭: BPT), 2-(2-{2-[4-(다이메틸아미노)페닐]에텐일}-6-메틸-4H-피란-4-일리덴)프로페인다이나이트릴(약칭: DCM1), 2-{2-메틸-6-[2-(2,3,6,7-테트라하이드로-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에텐일]-4H-피란-4-일리덴}프로페인다이나이트릴(약칭: DCM2), N,N,N',N'-테트라키스(4-메틸페닐)테트라센-5,11-다이아민(약칭: p-mPhTD), 7,14-다이페닐-N,N,N',N'-테트라키스(4-메틸페닐)아세나프토[1,2-a]플루오란텐-3,10-다이아민(약칭: p-mPhAFD), 2-{2-아이소프로필-6-[2-(1,1,7,7-테트라메틸-2,3,6,7-테트라하이드로-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에텐일]-4H-피란-4-일리덴}프로페인다이나이트릴(약칭: DCJTI), 2-{2-tert-뷰틸-6-[2-(1,1,7,7-테트라메틸-2,3,6,7-테트라하이드로-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에텐일]-4H-피란-4-일리덴}프로페인다이나이트릴(약칭: DCJTB), 2-(2,6-비스{2-[4-(다이메틸아미노)페닐]에텐일}-4H-피란-4-일리덴)프로페인다이나이트릴(약칭: BisDCM), 2-{2,6-비스[2-(8-메톡시-1,1,7,7-테트라메틸-2,3,6,7-테트라하이드로-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에텐일]-4H-피란-4-일리덴}프로페인다이나이트릴(약칭: BisDCJTM), N,N'-다이페닐-N,N'-(1,6-피렌-다이일)비스[(6-페닐벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란)-8-아민](약칭: 1,6BnfAPrn-03), 3,10-비스[N-(9-페닐-9H-카바졸-2-일)-N-페닐아미노]나프토[2,3-b;6,7-b']비스벤조퓨란(약칭: 3,10PCA2Nbf(IV)-02), 3,10-비스[N-(다이벤조퓨란-3-일)-N-페닐아미노]나프토[2,3-b;6,7-b']비스벤조퓨란(약칭: 3,10FrA2Nbf(IV)-02) 등을 들 수 있다. 특히 1,6FLPAPrn, 1,6mMemFLPAPrn, 및 1,6BnfAPrn-03 등의 피렌다이아민 화합물로 대표되는 축합 방향족 다이아민 화합물은 정공 트랩성이 높고, 발광 효율 또는 신뢰성이 우수하므로 바람직하다.
또한 5,9-다이페닐-5,9-다이아자-13b-보라나프토[3,2,1-de]안트라센(약칭: DABNA1), 9-(바이페닐-3-일)-N,N,5,11-테트라페닐-5,9-다이하이드로-5,9-다이아자-13b-보라나프토[3,2,1-de]안트라센-3-아민(약칭: DABNA2), 2,12-다이(tert-뷰틸)-5,9-다이(4-tert-뷰틸페닐)-N,N-다이페닐-5H,9H-[1,4]벤즈아자보리노[2,3,4-kl]페나자보린-7-아민(약칭: DPhA-tBu4DABNA), 2,12-다이(tert-뷰틸)-N,N,5,9-테트라(4-tert-뷰틸페닐)-5H,9H-[1,4]벤즈아자보리노[2,3,4-kl]페나자보린-7-아민(약칭: tBuDPhA-tBu4DABNA), 2,12-다이(tert-뷰틸)-5,9-다이(4-tert-뷰틸페닐)-7-메틸-5H,9H-[1,4]벤즈아자보리노[2,3,4-kl]페나자보린(약칭: Me-tBu4DABNA), N7,N7,N13,N13,5,9,11,15-옥타페닐-5H,9H,11H,15H-[1,4]벤즈아자보리노[2,3,4-kl][1,4]벤즈아자보리노[4',3',2':4,5][1,4]벤즈아자보리노[3,2-b]페나자보린-7,13-다이아민(약칭: ν-DABNA), 2-(4-tert-뷰틸페닐)벤즈[5,6]인돌로[3,2,1-jk]벤조[b]카바졸(약칭: tBuPBibc) 등 질소와 붕소를 포함하는 축합 헤테로 방향족 화합물, 특히 다이아자-보라나프토-안트라센 골격을 가지는 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-카바졸릴-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-카바졸릴-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.
발광층에서 발광 물질로서 인광 발광 물질을 사용하는 경우, 사용할 수 있는 재료의 예로서는 다음과 같은 것을 들 수 있다.
트리스{2-[5-(2-메틸페닐)-4-(2,6-다이메틸페닐)-4H-1,2,4-트라이아졸-3-일-κN2]페닐-κC}이리듐(III)(약칭: [Ir(mpptz-dmp)3]), 트리스(5-메틸-3,4-다이페닐-4H-1,2,4-트라이아졸레이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(Mptz)3]) 등의 4H-트라이아졸 골격을 가지는 유기 금속 이리듐 착체, 트리스[3-메틸-1-(2-메틸페닐)-5-페닐-1H-1,2,4-트라이아졸레이토]이리듐(III)(약칭: [Ir(Mptz1-mp)3]), 트리스(1-메틸-5-페닐-3-프로필-1H-1,2,4-트라이아졸레이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(Prptz1-Me)3]) 등의 1H-트라이아졸 골격을 가지는 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]), 트리스(2-{1-[2,6-비스(1-메틸에틸)페닐]-1H-이미다졸-2-일-κN3}-4-사이아노페닐-κC)(약칭: CNImIr) 등의 이미다졸 골격을 가지는 유기 금속 이리듐 착체, 트리스[(6-tert-뷰틸-3-페닐-2H-이미다조[4,5-b]피라진-1-일-κC2)페닐-κC]이리듐(III)(약칭: [Ir(cb)3]) 등의 벤즈이미다졸리덴 골격을 가지는 유기 금속 착체, 비스[2-(4',6'-다이플루오로페닐)피리디네이토-N,C2']이리듐(III)테트라키스(1-피라졸릴)보레이트(약칭: FIr6), 비스[2-(4',6'-다이플루오로페닐)피리디네이토-N,C2']이리듐(III)피콜리네이트(약칭: FIrpic), 비스{2-[3',5'-비스(트라이플루오로메틸)페닐]피리디네이토-N,C2'}이리듐(III)피콜리네이트(약칭: [Ir(CF3ppy)2(pic)]), 비스[2-(4',6'-다이플루오로페닐)피리디네이토-N,C2']이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: FIracac) 등의 전자 흡인기를 가지는 페닐피리딘 유도체를 리간드로 하는 유기 금속 이리듐 착체를 들 수 있다. 이들은 청색 인광 발광을 나타내는 화합물이고, 450nm 내지 520nm의 파장 영역에 발광 피크를 가지는 화합물이다.
또한 트리스(4-메틸-6-페닐피리미디네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(mppm)3]), 트리스(4-t-뷰틸-6-페닐피리미디네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(tBuppm)3]), (아세틸아세토네이토)비스(6-메틸-4-페닐피리미디네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(mppm)2(acac)]), (아세틸아세토네이토)비스(6-tert-뷰틸-4-페닐피리미디네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(tBuppm)2(acac)]), (아세틸아세토네이토)비스[6-(2-노보닐)-4-페닐피리미디네이토]이리듐(III)(약칭: [Ir(nbppm)2(acac)]), (아세틸아세토네이토)비스[5-메틸-6-(2-메틸페닐)-4-페닐피리미디네이토]이리듐(III)(약칭: [Ir(mpmppm)2(acac)]), (아세틸아세토네이토)비스(4,6-다이페닐피리미디네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(dppm)2(acac)]) 등의 피리미딘 골격을 가지는 유기 금속 이리듐 착체, (아세틸아세토네이토)비스(3,5-다이메틸-2-페닐피라지네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(mppr-Me)2(acac)]), (아세틸아세토네이토)비스(5-아이소프로필-3-메틸-2-페닐피라지네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(mppr-iPr)2(acac)]) 등의 피라진 골격을 가지는 유기 금속 이리듐 착체, 트리스(2-페닐피리디네이토-N,C2')이리듐(III)(약칭: [Ir(ppy)3]), 비스(2-페닐피리디네이토-N,C2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: [Ir(ppy)2(acac)]), 비스(벤조[h]퀴놀리네이토)이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: [Ir(bzq)2(acac)]), 트리스(벤조[h]퀴놀리네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(bzq)3]), 트리스(2-페닐퀴놀리네이토-N,C2')이리듐(III)(약칭: [Ir(pq)3]), 비스(2-페닐퀴놀리네이토-N,C2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: [Ir(pq)2(acac)]), [2-d3-메틸-8-(2-피리딘일-κN)벤조퓨로[2,3-b]피리딘-κC]비스[2-(5-d3-메틸-2-피리딘일-κN2)페닐-κC]이리듐(III)(약칭: Ir(5mppy-d3)2(mbfpypy-d3)), [2-d3-메틸-(2-피리딘일-κN)벤조퓨로[2,3-b]피리딘-κC]비스[2-(2-피리딘일-κN)페닐-κC]이리듐(III)(약칭: [Ir(ppy)2(mbfpypy-d3)]), [2-(4-d3-메틸-5-페닐-2-피리딘일-κN2)페닐-κC]비스[2-(5-d3-메틸-2-피리딘일-κN2)페닐-κC]이리듐(III)(약칭: [Ir(5mppy-d3)2(mdppy-d3)]), [2-메틸-(2-피리딘일-κN)벤조퓨로[2,3-b]피리딘-κC]비스[2-(2-피리딘일-κN)페닐-κC]이리듐(III)(약칭: [Ir(ppy)2(mbfpypy)]), [2-(4-메틸-5-페닐-2-피리딘일-κN)페닐-κC]비스[2-(2-피리딘일-κN)페닐-κC]이리듐(약칭: [Ir(ppy)2(mdppy)]) 등의 피리딘 골격을 가지는 유기 금속 이리듐 착체 외에, 트리스(아세틸아세토네이토)(모노페난트롤린)터븀(III)(약칭: [Tb(acac)3(Phen)]) 등의 희토류 금속 착체를 들 수 있다. 이들은 주로 녹색 인광 발광을 나타내는 화합물이고, 500nm 내지 600nm의 파장 영역에 발광 피크를 가진다. 또한 피리미딘 골격을 가지는 유기 금속 이리듐 착체는, 신뢰성 또는 발광 효율도 매우 우수하기 때문에 특히 바람직하다.
또한 (다이아이소뷰티릴메타네이토)비스[4,6-비스(3-메틸페닐)피리미디네이토]이리듐(III)(약칭: [Ir(5mdppm)2(dibm)]), 비스[4,6-비스(3-메틸페닐)피리미디네이토](다이피발로일메타네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(5mdppm)2(dpm)]), 비스[4,6-다이(나프탈렌-1-일)피리미디네이토](다이피발로일메타네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(d1npm)2(dpm)]) 등의 피리미딘 골격을 가지는 유기 금속 이리듐 착체, (아세틸아세토네이토)비스(2,3,5-트라이페닐피라지네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(tppr)2(acac)]), 비스(2,3,5-트라이페닐피라지네이토)(다이피발로일메타네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(tppr)2(dpm)]), (아세틸아세토네이토)비스[2,3-비스(4-플루오로페닐)퀴녹살리네이토]이리듐(III)(약칭: [Ir(Fdpq)2(acac)]) 등의 피라진 골격을 가지는 유기 금속 이리듐 착체, 트리스(1-페닐아이소퀴놀리네이토-N,C2')이리듐(III)(약칭: [Ir(piq)3]), 비스(1-페닐아이소퀴놀리네이토-N,C2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: [Ir(piq)2(acac)]), (3,7-다이에틸-4,6-노네인다이오네이토-κO4,κO6)비스[2,4-다이메틸-6-[7-(1-메틸에틸)-1-아이소퀴놀린일-κN]페닐-κC]이리듐(III), (3,7-다이에틸-4,6-노네인다이오네이토-κO4,κO6)비스[2,4-다이메틸-6-[5-(1-메틸에틸)-2-퀴놀린일-κN]페닐-κC]이리듐(III) 등의 피리딘 골격을 가지는 유기 금속 이리듐 착체 외에, 2,3,7,8,12,13,17,18-옥타에틸-21H,23H-포르피린백금(II)(약칭: PtOEP) 등의 백금 착체, 트리스(1,3-다이페닐-1,3-프로페인다이오네이토)(모노페난트롤린)유로퓸(III)(약칭: [Eu(DBM)3(Phen)]), 트리스[1-(2-테노일)-3,3,3-트라이플루오로아세토네이토](모노페난트롤린)유로퓸(III)(약칭: [Eu(TTA)3(Phen)]) 등의 희토류 금속 착체를 들 수 있다. 이들은 적색 인광 발광을 나타내는 화합물이고, 600nm 내지 700nm의 파장 영역에 발광 피크를 가진다. 또한 피라진 골격을 가지는 유기 금속 이리듐 착체는 색도가 좋은 적색 발광이 얻어진다.
또한 상술한 인광성 화합물 외에, 공지의 인광성 화합물을 선택하여 사용하여도 좋다.
TADF 재료로서는 풀러렌 및 그 유도체, 아크리딘 및 그 유도체, 에오신 유도체 등을 사용할 수 있다. 또한 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 카드뮴(Cd), 주석(Sn), 백금(Pt), 인듐(In), 또는 팔라듐(Pd) 등을 포함하는 금속 함유 포르피린을 들 수 있다. 상기 금속 함유 포르피린으로서는 예를 들어 이하의 구조식으로 나타내어지는 프로토포르피린-플루오린화 주석 착체(SnF2(Proto IX)), 메소포르피린-플루오린화 주석 착체(SnF2(Meso IX)), 헤마토포르피린-플루오린화 주석 착체(SnF2(Hemato IX)), 코프로포르피린테트라메틸에스터-플루오린화 주석 착체(SnF2(Copro III-4Me)), 옥타에틸포르피린-플루오린화 주석 착체(SnF2(OEP)), 에티오포르피린-플루오린화 주석 착체(SnF2(Etio I)), 옥타에틸포르피린-염화 백금 착체(PtCl2OEP) 등도 있다.
[화학식 7]
또한 이하의 구조식으로 나타내어지는 2-(바이페닐-4-일)-4,6-비스(12-페닐인돌로[2,3-a]카바졸-11-일)-1,3,5-트라이아진(약칭: PIC-TRZ), 9-(4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진-2-일)-9'-페닐-9H,9'H-3,3'-바이카바졸(약칭: PCCzTzn), 2-{4-[3-(N-페닐-9H-카바졸-3-일)-9H-카바졸-9-일]페닐}-4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진(약칭: PCCzPTzn), 2-[4-(10H-페녹사진-10-일)페닐]-4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진(약칭: PXZ-TRZ), 3-[4-(5-페닐-5,10-다이하이드로페나진-10-일)페닐]-4,5-다이페닐-1,2,4-트라이아졸(약칭: PPZ-3TPT), 3-(9,9-다이메틸-9H-아크리딘-10-일)-9H-크산텐-9-온(약칭: ACRXTN), 비스[4-(9,9-다이메틸-9,10-다이하이드로아크리딘)페닐]설폰(약칭: DMAC-DPS), 10-페닐-10H,10'H-스파이로[아크리딘-9,9'-안트라센]-10'-온(약칭: ACRSA) 등의 π전자 과잉형 헤테로 방향족 고리와 π전자 부족형 헤테로 방향족 고리의 한쪽 또는 양쪽을 가지는 헤테로 고리 화합물도 사용할 수 있다. 상기 헤테로 고리 화합물은 π전자 과잉형 헤테로 방향족 고리 및 π전자 부족형 헤테로 방향족 고리를 가지기 때문에, 전자 수송성 및 정공 수송성이 모두 높아 바람직하다. 그 중에서도, π전자 부족형 헤테로 방향족 고리를 가지는 골격 중, 피리딘 골격, 다이아진 골격(피리미딘 골격, 피라진 골격, 피리다진 골격), 및 트라이아진 골격은 안정적이고 신뢰성이 양호하므로 바람직하다. 특히 벤조퓨로피리미딘 골격, 벤조티에노피리미딘 골격, 벤조퓨로피라진 골격, 벤조티에노피라진 골격은 억셉터성이 높고 신뢰성이 양호하므로 바람직하다. 또한 π전자 과잉형 헤테로 방향족 고리를 가지는 골격 중에서도, 아크리딘 골격, 페녹사진 골격, 페노싸이아진 골격, 퓨란 골격, 싸이오펜 골격, 및 피롤 골격은 안정적이고 신뢰성이 양호하므로, 상기 골격 중 적어도 하나를 가지는 것이 바람직하다. 또한 퓨란 골격으로서는 다이벤조퓨란 골격이 바람직하고, 싸이오펜 골격으로서는 다이벤조싸이오펜 골격이 바람직하다. 또한 피롤 골격으로서는 인돌 골격, 카바졸 골격, 인돌로카바졸 골격, 바이카바졸 골격, 3-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)-9H-카바졸 골격이 특히 바람직하다. 또한 π전자 과잉형 헤테로 방향족 고리와 π전자 부족형 헤테로 방향족 고리가 직접 결합된 물질은, π전자 과잉형 헤테로 방향족 고리의 전자 공여성과 π전자 부족형 헤테로 방향족 고리의 전자 수용성이 모두 높아지고, S1 준위와 T1 준위의 에너지 차가 작아지기 때문에, 열 활성화 지연 형광을 효율적으로 얻을 수 있어 특히 바람직하다. 또한 π전자 부족형 헤테로 방향족 고리 대신에, 사이아노기와 같은 전자 흡인기가 결합된 방향족 고리를 사용하여도 좋다. 또한 π전자 과잉형 골격으로서 방향족 아민 골격, 페나진 골격 등을 사용할 수 있다. 또한 π전자 부족형 골격으로서 크산텐 골격, 싸이오크산텐다이옥사이드 골격, 옥사다이아졸 골격, 트라이아졸 골격, 이미다졸 골격, 안트라퀴논 골격, 페닐보레인, 보레인트렌 등의 붕소 함유 골격, 벤조나이트릴 또는 사이아노벤젠 등의 나이트릴기 또는 사이아노기를 가지는 방향족 고리, 헤테로 방향족 고리, 벤조페논 등의 카보닐 골격, 포스핀옥사이드 골격, 설폰 골격 등을 사용할 수 있다. 이와 같이, π전자 부족형 헤테로 방향족 고리 및 π전자 과잉형 헤테로 방향족 고리 중 적어도 한쪽 대신에 π전자 부족형 골격 및 π전자 과잉형 골격을 사용할 수 있다.
[화학식 8]
또한 TADF 재료란, S1 준위와 T1 준위의 차가 작고, 역 항간 교차에 의하여 에너지를 삼중항 들뜬 에너지로부터 단일항 들뜬 에너지로 변환하는 기능을 가지는 재료이다. 그러므로 삼중항 들뜬 에너지를 미량의 열 에너지에 의하여 단일항 들뜬 에너지로 업컨버트(역 항간 교차)할 수 있고, 단일항 들뜬 상태를 효율적으로 생성할 수 있다. 또한 삼중항 들뜬 에너지를 발광으로 변환할 수 있다.
또한 2종류의 물질로 들뜬 상태를 형성하는 들뜬 복합체(엑사이플렉스, 엑시플렉스, 또는 Exciplex라고도 함)는 S1 준위와 T1 준위의 차가 매우 작고, 삼중항 들뜬 에너지를 단일항 들뜬 에너지로 변환할 수 있는 TADF 재료로서의 기능을 가진다.
또한 T1 준위의 지표로서는 저온(예를 들어 10K 내지 77K)에서 관측되는 인광 스펙트럼을 사용하면 좋다. TADF 재료는 그 형광 스펙트럼의 단파장 측의 꼬리(tail)에서 접선을 긋고, 그 외삽선의 파장의 에너지를 S1 준위로 하고, 인광 스펙트럼의 단파장 측의 꼬리에서 접선을 긋고, 그 외삽선의 파장의 에너지를 T1 준위로 한 경우에 그 S1과 T1의 차이가 0.3eV 이하인 것이 바람직하고, 0.2eV 이하인 것이 더 바람직하다.
또한 TADF 재료를 발광 물질로서 사용하는 경우, 호스트 재료의 S1 준위는 TADF 재료의 S1 준위보다 높은 것이 바람직하다. 또한 호스트 재료의 T1 준위는 TADF 재료의 T1 준위보다 높은 것이 바람직하다.
발광층의 호스트 재료로서는, 전자 수송성을 가지는 재료 및/또는 정공 수송성을 가지는 재료, 상기 TADF 재료 등 다양한 캐리어 수송 재료를 사용할 수 있다.
정공 수송성을 가지는 재료로서는 아민 골격, π전자 과잉형 헤테로 방향족 고리 골격을 가지는 유기 화합물 등이 바람직하다. π전자 과잉형 헤테로 방향족 고리로서는, 아크리딘 골격, 페녹사진 골격, 페노싸이아진 골격, 퓨란 골격, 싸이오펜 골격, 및 피롤 골격 중 적어도 어느 하나를 고리에 포함하는 축합 방향족 고리가 바람직하고, 구체적으로는 카바졸 고리, 다이벤조싸이오펜 고리, 또는 이들에 방향족 고리 또는 헤테로 방향족 고리가 더 축합된 고리가 바람직하다.
이와 같은 정공 수송성을 가지는 유기 화합물로서는 카바졸 골격, 다이벤조퓨란 골격, 다이벤조싸이오펜 골격, 및 안트라센 골격 중 어느 것을 가지는 것이 더 바람직하다. 특히 다이벤조퓨란 고리 또는 다이벤조싸이오펜 고리를 포함하는 치환기를 가지는 방향족 아민, 나프탈렌 고리를 가지는 방향족 모노아민, 또는 9-플루오렌일기가 아릴렌기를 개재하여 아민의 질소와 결합되는 방향족 모노아민이어도 좋다. 또한 이들 정공 수송성을 가지는 유기 화합물이 N,N-비스(4-바이페닐)아미노기를 가지는 물질이면, 수명이 양호한 발광 디바이스를 제작할 수 있어 바람직하다.
이와 같은 유기 화합물의 예로서는 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: NPB), N,N'-다이페닐-N,N'-비스(3-메틸페닐)-4,4'-다이아미노바이페닐(약칭: TPD), N,N'-비스(9,9'-스파이로바이[9H-플루오렌]-2-일)-N,N'-다이페닐-4,4'-다이아미노바이페닐(약칭: BSPB), 4-페닐-4'-(9-페닐플루오렌-9-일)트라이페닐아민(약칭: BPAFLP), 4-페닐-3'-(9-페닐플루오렌-9-일)트라이페닐아민(약칭: mBPAFLP), 4-페닐-4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBA1BP), 4,4'-다이페닐-4''-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBBi1BP), 4-(1-나프틸)-4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBANB), 4,4'-다이(1-나프틸)-4''-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBNBB), 9,9-다이메틸-N-페닐-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]플루오렌-2-아민(약칭: PCBAF), N-페닐-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-9,9'-스파이로바이[9H-플루오렌]-2-아민(약칭: PCBASF) 등의 방향족 아민 골격을 가지는 화합물, 1,3-비스(N-카바졸릴)벤젠(약칭: mCP), 4,4'-다이(N-카바졸릴)바이페닐(약칭: CBP), 3,6-비스(3,5-다이페닐페닐)-9-페닐카바졸(약칭: CzTP), 9,9'-다이페닐-9H,9'H-3,3'-바이카바졸(약칭: PCCP) 등의 카바졸 골격을 가지는 화합물, 4,4',4''-(벤젠-1,3,5-트라이일)트라이(다이벤조싸이오펜)(약칭: DBT3P-II), 2,8-다이페닐-4-[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]다이벤조싸이오펜(약칭: DBTFLP-III), 4-[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]-6-페닐다이벤조싸이오펜(약칭: DBTFLP-IV) 등의 싸이오펜 골격을 가지는 화합물, 4,4',4''-(벤젠-1,3,5-트라이일)트라이(다이벤조퓨란)(약칭: DBF3P-II), 4-{3-[3-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]페닐}다이벤조퓨란(약칭: mmDBFFLBi-II) 등의 퓨란 골격을 가지는 화합물을 들 수 있다. 상술한 것 중에서도 방향족 아민 골격을 가지는 화합물 또는 카바졸 골격을 가지는 화합물은 신뢰성이 양호하고 정공 수송성이 높아 구동 전압 저감에도 기여하기 때문에 바람직하다. 또한 정공 수송층에서의 정공 수송성을 가지는 재료의 예로서 상술한 유기 화합물도 사용할 수 있다.
전자 수송성을 가지는 재료로서 예를 들어 비스(10-하이드록시벤조[h]퀴놀리네이토)베릴륨(II)(약칭: BeBq2), 비스(2-메틸-8-퀴놀리놀레이토)(4-페닐페놀레이토)알루미늄(III)(약칭: BAlq), 비스(8-퀴놀리놀레이토)아연(II)(약칭: Znq), 비스[2-(2-벤즈옥사졸릴)페놀레이토]아연(II)(약칭: ZnPBO), 비스[2-(2-벤조싸이아졸릴)페놀레이토]아연(II)(약칭: ZnBTZ) 등의 금속 착체, π전자 부족형 헤테로 방향족 고리를 가지는 유기 화합물이 바람직하다. π전자 부족형 헤테로 방향족 고리 골격을 가지는 유기 화합물로서는 예를 들어 폴리아졸 골격을 가지는 헤테로 방향족 고리를 포함하는 유기 화합물, 피리딘 골격을 가지는 헤테로 방향족 고리를 포함하는 유기 화합물, 다이아진 골격을 가지는 헤테로 방향족 고리를 포함하는 유기 화합물 및 트라이아진 골격을 가지는 헤테로 방향족 고리를 포함하는 유기 화합물이 있다.
그 중에서도 다이아진 골격(피리미딘 골격, 피라진 골격, 피리다진 골격)을 가지는 헤테로 방향족 고리를 포함하는 유기 화합물 또는 피리딘 골격을 가지는 헤테로 방향족 고리를 포함하는 유기 화합물, 트라이아진 골격을 가지는 헤테로 방향족 고리를 포함하는 유기 화합물은 신뢰성이 양호하므로 바람직하다. 특히 다이아진(피리미딘 또는 피라진) 골격을 가지는 헤테로 방향족 고리를 포함하는 유기 화합물, 트라이아진 골격을 가지는 헤테로 방향족 고리를 포함하는 유기 화합물은 전자 수송성이 높고, 구동 전압 저감에도 기여한다. 또한 벤조퓨로피리미딘 골격, 벤조티에노피리미딘 골격, 벤조퓨로피라진 골격, 벤조티에노피라진 골격은 억셉터성이 높고 신뢰성이 양호하므로 바람직하다.
π전자 부족형 헤테로 방향족 고리 골격을 가지는 유기 화합물의 예로서는 2-(4-바이페닐릴)-5-(4-tert-뷰틸페닐)-1,3,4-옥사다이아졸(약칭: PBD), 3-(4-바이페닐릴)-4-페닐-5-(4-tert-뷰틸페닐)-1,2,4-트라이아졸(약칭: TAZ), 1,3-비스[5-(p-tert-뷰틸페닐)-1,3,4-옥사다이아졸-2-일]벤젠(약칭: OXD-7), 9-[4-(5-페닐-1,3,4-옥사다이아졸-2-일)페닐]-9H-카바졸(약칭: CO11), 2,2',2''-(1,3,5-벤젠트라이일)트리스(1-페닐-1H-벤즈이미다졸)(약칭: TPBI), 2-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]-1-페닐-1H-벤즈이미다졸(약칭: mDBTBIm-II), 4,4'-비스(5-메틸벤즈옥사졸-2-일)스틸벤(약칭: BzOs) 등의 아졸 골격을 가지는 유기 화합물, 3,5-비스[3-(9H-카바졸-9-일)페닐]피리딘(약칭: 35DCzPPy), 1,3,5-트라이[3-(3-피리딜)페닐]벤젠(약칭: TmPyPB), 바소페난트롤린(약칭: Bphen), 바소큐프로인(약칭: BCP), 2,9-다이(나프탈렌-2-일)-4,7-다이페닐-1,10-페난트롤린(약칭: NBphen), 2,2'-(1,3-페닐렌)비스(9-페닐-1,10-페난트롤린)(약칭: mPPhen2P), 2-[3-(2-트라이페닐렌일)페닐]-1,10-페난트롤린(약칭: mTpPPhen), 2-페닐-9-(2-트라이페닐렌일)-1,10-페난트롤린(약칭: Ph-TpPhen), 2-[4-(9-페난트렌일)-1-나프탈렌일]-1,10-페난트롤린(약칭: PnNPhen), 2-[4-(2-트라이페닐렌일)페닐]-1,10-페난트롤린(약칭: pTpPPhen) 등의 피리딘 골격을 가지는 헤테로 방향족 고리를 포함하는 유기 화합물, 2-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mDBTPDBq-II), 2-[3-(3'-다이벤조싸이오펜-4-일)바이페닐]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mDBTBPDBq-II), 2-[3'-(9H-카바졸-9-일)바이페닐-3-일]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mCzBPDBq), 2-[4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)-3,1'-바이페닐-1-일]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mpPCBPDBq), 2-[4-(3,6-다이페닐-9H-카바졸-9-일)페닐]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2CzPDBq-III), 7-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 7mDBTPDBq-II), 6-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 6mDBTPDBq-II), 9-[3'-(다이벤조싸이오펜-4-일)바이페닐-3-일]나프토[1',2':4,5]퓨로[2,3-b]피라진(약칭: 9mDBtBPNfpr), 9-[(3'-다이벤조싸이오펜-4-일)바이페닐-4-일]나프토[1',2':4,5]퓨로[2,3-b]피라진(약칭: 9pmDBtBPNfpr), 4,6-비스[3-(페난트렌-9-일)페닐]피리미딘(약칭: 4,6mPnP2Pm), 4,6-비스[3-(4-다이벤조싸이엔일)페닐]피리미딘(약칭: 4,6mDBTP2Pm-II), 4,6-비스[3-(9H-카바졸-9-일)페닐]피리미딘(약칭: 4,6mCzP2Pm), 9,9'-[피리미딘-4,6-다이일비스(바이페닐-3,3'-다이일)]비스(9H-카바졸)(약칭: 4,6mCzBP2Pm), 8-(바이페닐-4-일)-4-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]-[1]벤조퓨로[3,2-d]피리미딘(약칭: 8BP-4mDBtPBfpm), 3,8-비스[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]벤조퓨로[2,3-b]피라진(약칭: 3,8mDBtP2Bfpr), 4,8-비스[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]-[1]벤조퓨로[3,2-d]피리미딘(약칭: 4,8mDBtP2Bfpm), 8-[3'-(다이벤조싸이오펜-4-일)(바이페닐-3-일)]나프토[1',2':4,5]퓨로[3,2-d]피리미딘(약칭: 8mDBtBPNfpm), 8-[(2,2'-바이나프탈렌)-6-일]-4-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]-[1]벤조퓨로[3,2-d]피리미딘(약칭: 8(βN2)-4mDBtPBfpm), 2,2'-(피리딘-2,6-다이일)비스(4-페닐벤조[h]퀴나졸린)(약칭: 2,6(P-Bqn)2Py), 2,2'-(피리딘-2,6-다이일)비스{4-[4-(2-나프틸)페닐]-6-페닐피리미딘}(약칭: 2,6(NP-PPm)2Py), 6-(바이페닐-3-일)-4-[3,5-비스(9H-카바졸-9-일)페닐]-2-페닐피리미딘(약칭: 6mBP-4Cz2PPm), 2,6-비스(4-나프탈렌-1-일페닐)-4-[4-(3-피리딜)페닐]피리미딘(약칭: 2,4NP-6PyPPm), 4-[3,5-비스(9H-카바졸-9-일)페닐]-2-페닐-6-(바이페닐-4-일)피리미딘(약칭: 6BP-4Cz2PPm), 7-[4-(9-페닐-9H-카바졸-2-일)퀴나졸린-2-일]-7H-다이벤조[c,g]카바졸(약칭: PC-cgDBCzQz) 등의 다이아진 골격을 가지는 유기 화합물, 2-(바이페닐-4-일)-4-페닐-6-(9,9'-스파이로바이[9H-플루오렌]-2-일)-1,3,5-트라이아진(약칭: BP-SFTzn), 2-{3-[3-(벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란-8-일)페닐]페닐}-4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진(약칭: mBnfBPTzn), 2-{3-[3-(벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란-6-일)페닐]페닐}-4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진(약칭: mBnfBPTzn-02), 2-{4-[3-(N-페닐-9H-카바졸-3-일)-9H-카바졸-9-일]페닐}-4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진(약칭: PCCzPTzn), 9-[3-(4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진-2-일)페닐]-9'-페닐-2,3'-바이-9H-카바졸(약칭: mPCCzPTzn-02), 2-[3'-(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)바이페닐-3-일]-4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진(약칭: mFBPTzn), 5-[3-(4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진-2-일)페닐]-7,7-다이메틸-5H,7H-인데노[2,1-b]카바졸(약칭: mINc(II)PTzn), 2-{3-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]페닐}-4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진(약칭: mDBtBPTzn), 2,4,6-트리스[3'-(피리딘-3-일)바이페닐-3-일]-1,3,5-트라이아진(약칭: TmPPPyTz), 2-[3-(2,6-다이메틸-3-피리딘일)-5-(9-페난트렌일)페닐]-4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진(약칭: mPn-mDMePyPTzn), 11-[4-(바이페닐-4-일)-6-페닐-1,3,5-트라이아진-2-일]-11,12-다이하이드로-12-페닐인돌로[2,3-a]카바졸(약칭: BP-Icz(II)Tzn), 2-[3'-(트라이페닐렌-2-일)바이페닐-3-일]-4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진(약칭: mTpBPTzn), 3-[9-(4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진-2-일)-2-다이벤조퓨란일]-9-페닐-9H-카바졸(약칭: PCDBfTzn), 2-(바이페닐-3-일)-4-페닐-6-{8-[(1,1':4',1''-터페닐)-4-일]-1-다이벤조퓨란일}-1,3,5-트라이아진(약칭: mBP-TPDBfTzn) 등의 트라이아진 골격을 가지는 헤테로 방향족 고리를 포함하는 유기 화합물을 들 수 있다. 또한 다이아진 골격을 가지는 헤테로 방향족 고리를 포함하는 유기 화합물 또는 피리딘 골격을 가지는 헤테로 방향족 고리를 포함하는 유기 화합물, 트라이아진 골격을 가지는 헤테로 방향족 고리를 포함하는 유기 화합물은 신뢰성이 양호하므로 바람직하다. 특히 다이아진(피리미딘 또는 피라진) 골격을 가지는 헤테로 방향족 고리를 포함하는 유기 화합물, 트라이아진 골격을 가지는 헤테로 방향족 고리를 포함하는 유기 화합물은 전자 수송성이 높고 구동 전압 저감에도 기여한다.
호스트 재료로서 사용할 수 있는 TADF 재료로서는 TADF 재료로서 상술한 것을 마찬가지로 사용할 수 있다. TADF 재료를 호스트 재료로서 사용하면, TADF 재료에서 생성된 삼중항 들뜬 에너지가 역 항간 교차에 의하여 단일항 들뜬 에너지로 변환되고, 발광 물질로 에너지 이동함으로써, 발광 디바이스의 발광 효율을 높일 수 있다. 이때 TADF 재료가 에너지 도너로서 기능하고, 발광 물질이 에너지 억셉터로서 기능한다.
이는 상기 발광 물질이 형광 발광 물질인 경우에 매우 유효하다. 또한 이때 높은 발광 효율을 얻기 위해서는, TADF 재료의 S1 준위가 형광 발광 물질의 S1 준위보다 높은 것이 바람직하다. 또한 TADF 재료의 T1 준위가 형광 발광 물질의 S1 준위보다 높은 것이 바람직하다. 따라서 TADF 재료의 T1 준위는 형광 발광 물질의 T1 준위보다 높은 것이 바람직하다.
또한 형광 발광 물질의 가장 낮은 에너지 측의 흡수대의 파장과 중첩되는 파장의 발광을 나타내는 TADF 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 이로써, TADF 재료로부터 형광 발광 물질로의 들뜬 에너지의 이동이 원활하게 되어, 발광을 효율적으로 얻을 수 있어 바람직하다.
또한 역 항간 교차에 의하여 삼중항 들뜬 에너지로부터 단일항 들뜬 에너지가 효율적으로 생성되기 위해서는, TADF 재료에서 캐리어 재결합이 일어나는 것이 바람직하다. 또한 TADF 재료에서 생성된 삼중항 들뜬 에너지가 형광 발광 물질의 삼중항 들뜬 에너지로 이동하지 않는 것이 바람직하다. 그러기 위해서는 형광 발광 물질은 형광 발광 물질에 가지는 발광단(발광의 원인이 되는 골격)의 주위에 보호기를 가지는 것이 바람직하다. 상기 보호기로서는, π결합을 가지지 않는 치환기 및 포화 탄화수소가 바람직하고, 구체적으로는 탄소수 3 이상 10 이하의 알킬기, 탄소수 3 이상 10 이하의 치환 또는 비치환된 사이클로알킬기, 탄소수 3 이상 10 이하의 트라이알킬실릴기를 들 수 있고, 복수의 보호기를 가지는 것이 더 바람직하다. π결합을 가지지 않는 치환기는 캐리어를 수송하는 기능이 부족하기 때문에, 캐리어 수송 및 캐리어 재결합에 영향을 거의 미치지 않고 TADF 재료와 형광 발광 물질의 발광단의 거리를 멀어지게 할 수 있다. 여기서 발광단이란 형광 발광 물질에서 발광을 일으키는 원자단(골격)을 말한다. 발광단은 π결합을 가지는 골격을 가지는 것이 바람직하고, 방향족 고리를 포함하는 것이 바람직하고, 축합 방향족 고리 또는 축합 헤테로 방향족 고리를 가지는 것이 바람직하다. 이와 같은 발광단의 예로서는 페난트렌 골격, 스틸벤 골격, 아크리돈 골격, 페녹사진 골격, 페노싸이아진 골격, 나프탈렌 골격, 안트라센 골격, 플루오렌 골격, 크리센 골격, 트라이페닐렌 골격, 테트라센 골격, 피렌 골격, 페릴렌 골격, 쿠마린 골격, 퀴나크리돈 골격, 나프토비스벤조퓨란 골격 등을 들 수 있다. 특히 나프탈렌 골격, 안트라센 골격, 플루오렌 골격, 크리센 골격, 트라이페닐렌 골격, 테트라센 골격, 피렌 골격, 페릴렌 골격, 쿠마린 골격, 퀴나크리돈 골격, 나프토비스벤조퓨란 골격을 가지는 형광 발광 물질은 형광 양자 수율이 높기 때문에 바람직하다.
형광 발광 물질을 발광 물질로서 사용하는 경우, 호스트 재료로서는 안트라센 골격을 가지는 재료가 적합하다. 안트라센 골격을 가지는 물질을 형광 발광 물질의 호스트 재료로서 사용하면, 발광 효율 및 내구성 모두가 양호한 발광층을 실현할 수 있다. 호스트 재료로서 사용하는 안트라센 골격을 가지는 물질로서는 다이페닐안트라센 골격, 특히 9,10-다이페닐안트라센 골격을 가지는 물질이 화학적으로 안정적이기 때문에 바람직하다. 또한 호스트 재료가 카바졸 골격을 가지는 경우, 정공 주입성·정공 수송성이 높아지기 때문에 바람직하지만, 카바졸 골격에 벤젠 고리가 더 축합된 벤조카바졸 골격을 포함하는 경우, 카바졸 골격을 가지는 호스트 재료보다 HOMO 준위가 0.1eV 정도 얕아져 정공이 들어가기 쉬워지기 때문에 더 바람직하다. 특히 호스트 재료가 다이벤조카바졸 골격을 포함하는 경우, 카바졸 골격을 가지는 호스트 재료보다 HOMO 준위가 0.1eV 정도 얕아져 정공이 들어가기 쉬워질 뿐만 아니라, 정공 수송성도 향상되고 내열성도 높아지므로 바람직하다. 따라서 호스트 재료로서 더 바람직한 것은, 9,10-다이페닐안트라센 골격 및 카바졸 골격(또는 벤조카바졸 골격 또는 다이벤조카바졸 골격)을 동시에 가지는 물질이다. 또한 상기 정공 주입성·정공 수송성의 관점에서, 카바졸 골격 대신에 벤조플루오렌 골격 또는 다이벤조플루오렌 골격을 사용하여도 좋다. 이와 같은 물질의 예로서는 9-페닐-3-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸(약칭: PCzPA), 3-[4-(1-나프틸)페닐]-9-페닐-9H-카바졸(약칭: PCPN), 9-[4-(10-페닐-9-안트라센일)페닐]-9H-카바졸(약칭: CzPA), 7-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-7H-다이벤조[c,g]카바졸(약칭: cgDBCzPA), 6-[3-(9,10-다이페닐-2-안트릴)페닐]벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란(약칭: 2mBnfPPA), 9-페닐-10-[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)바이페닐-4'-일]안트라센(약칭: FLPPA), 9-(1-나프틸)-10-[4-(2-나프틸)페닐]안트라센(약칭: αN-βNPAnth), 9-(1-나프틸)-10-(2-나프틸)안트라센(약칭: α,βADN), 2-(10-페닐안트라센-9-일)다이벤조퓨란, 2-(10-페닐-9-안트라센일)벤조[b]나프토[2,3-d]퓨란(약칭: Bnf(II)PhA), 9-(2-나프틸)-10-[3-(2-나프틸)페닐]안트라센(약칭: βN-mβNPAnth), 1-{4-[10-(바이페닐-4-일)-9-안트라센일]페닐}-2-에틸-1H-벤즈이미다졸(약칭: EtBImPBPhA) 등을 들 수 있다. 특히 CzPA, cgDBCzPA, 2mBnfPPA, PCzPA는 매우 양호한 특성을 나타내기 때문에 선택되는 것이 바람직하다.
또한 호스트 재료는 복수 종류의 물질이 혼합된 재료이어도 좋고, 혼합된 호스트 재료를 사용하는 경우에는 전자 수송성을 가지는 재료와 정공 수송성을 가지는 재료가 혼합되는 것이 바람직하다. 전자 수송성을 가지는 재료와 정공 수송성을 가지는 재료가 혼합됨으로써, 발광층(113)의 수송성을 쉽게 조정할 수 있어 재결합 영역을 쉽게 제어할 수도 있다. 정공 수송성을 가지는 재료와 전자 수송성을 가지는 재료의 함유량의 중량비는 정공 수송성을 가지는 재료:전자 수송성을 가지는 재료=1:19 내지 19:1로 하면 좋다.
또한 상기 혼합된 재료의 일부로서는 인광 발광 물질을 사용할 수 있다. 인광 발광 물질은 발광 물질로서 형광 발광 물질을 사용하는 경우에 형광 발광 물질에 들뜬 에너지를 공여하는 에너지 도너로서 사용할 수 있다.
또한 이들 혼합된 재료들로 들뜬 복합체를 형성하여도 좋다. 상기 들뜬 복합체는 발광 물질의 가장 낮은 에너지 측의 흡수대의 파장과 중첩되는 발광을 나타내는 들뜬 복합체를 형성하는 조합을 선택함으로써, 에너지 이동이 원활하게 수행되어 발광을 효율적으로 얻을 수 있어 바람직하다. 또한 상기 구성을 사용함으로써, 구동 전압도 저하되기 때문에 바람직하다.
또한 들뜬 복합체를 형성하는 재료 중 적어도 한쪽은 인광 발광 물질이어도 좋다. 이로써, 역 항간 교차에 의하여 삼중항 들뜬 에너지를 단일항 들뜬 에너지로 효율적으로 변환할 수 있다.
들뜬 복합체를 효율적으로 형성하는 재료의 조합으로서는, 정공 수송성을 가지는 재료의 HOMO 준위가 전자 수송성을 가지는 재료의 HOMO 준위 이상인 것이 바람직하다. 또한 정공 수송성을 가지는 재료의 LUMO 준위가 전자 수송성을 가지는 재료의 LUMO 준위 이상인 것이 바람직하다. 또한 재료의 LUMO 준위 및 HOMO 준위는 사이클릭 볼타메트리(CV) 측정에 의하여 측정되는 재료의 전기 화학 특성(환원 전위 및 산화 전위)으로부터 도출할 수 있다.
또한 들뜬 복합체의 형성은, 예를 들어 정공 수송성을 가지는 재료의 발광 스펙트럼, 전자 수송성을 가지는 재료의 발광 스펙트럼, 및 이들 재료가 혼합된 혼합막의 발광 스펙트럼을 비교하여, 혼합막의 발광 스펙트럼이 각 재료의 발광 스펙트럼보다 장파장 측으로 시프트되는(또는 장파장 측에 새로운 피크를 가지는) 현상을 관측함으로써 확인할 수 있다. 또는 정공 수송성을 가지는 재료의 과도 포토루미네선스(PL), 전자 수송성을 가지는 재료의 과도 PL, 및 이들 재료가 혼합된 혼합막의 과도 PL을 비교하여, 혼합막의 과도 PL 수명이 각 재료의 과도 PL 수명보다 장수명 성분을 가지거나 지연 성분의 비율이 커지는 등의 과도 응답의 차를 관측함으로써 확인할 수 있다. 또한 상술한 과도 PL을 과도 일렉트로루미네선스(EL)라고 바꿔 읽어도 좋다. 즉, 정공 수송성을 가지는 재료의 과도 EL, 전자 수송성을 가지는 재료의 과도 EL, 및 이들 혼합막의 과도 EL을 비교하여 과도 응답의 차를 관측하는 것에 의해서도 들뜬 복합체의 형성을 확인할 수 있다.
제 1 전자 수송층(114_1)의 구성은 실시형태 1에서 자세히 설명하였기 때문에, 반복되는 설명은 생략한다. 제 2 전자 수송층(114_2)은 전자 수송성을 가지는 재료를 포함하는 층이다. 전자 수송성을 가지는 재료로서는 전계 강도 [V/cm]의 제곱근이 600일 때의 전자 이동도가 1×10-7cm2/Vs 이상인 물질이 바람직하고, 1×10-6cm2/Vs 이상인 물질이 더 바람직하다. 또한 정공 수송성보다 전자 수송성이 높은 물질이면 이들 이외의 물질을 사용할 수 있다. 또한 상기 유기 화합물로서는 π전자 부족형 헤테로 방향족 고리를 가지는 유기 화합물이 바람직하다. π전자 부족형 헤테로 방향족 고리를 가지는 유기 화합물로서는, 예를 들어 폴리아졸 골격을 가지는 헤테로 방향족 고리를 포함하는 유기 화합물, 피리딘 골격을 가지는 헤테로 방향족 고리를 포함하는 유기 화합물, 다이아진 골격을 가지는 헤테로 방향족 고리를 포함하는 유기 화합물, 및 트라이아진 골격을 가지는 헤테로 방향족 고리를 포함하는 유기 화합물 중 어느 것 또는 이들 중 복수인 것이 바람직하다.
상기 제 2 전자 수송층(114_2)에 사용할 수 있는 전자 수송성을 가지는 유기 화합물로서는 상기 제 1 발광층(113_1) 및 제 2 발광층(113_2)에서의 전자 수송성을 가지는 유기 화합물로서 사용할 수 있는 유기 화합물을 마찬가지로 사용할 수 있다. 그 중에서도 다이아진 골격을 가지는 헤테로 방향족 고리를 포함하는 유기 화합물, 또는 피리딘 골격을 가지는 헤테로 방향족 고리를 포함하는 유기 화합물, 트라이아진 골격을 가지는 헤테로 방향족 고리를 포함하는 유기 화합물은 신뢰성이 양호하므로 바람직하다. 특히 다이아진(피리미딘 또는 피라진) 골격을 가지는 헤테로 방향족 고리를 포함하는 유기 화합물, 트라이아진 골격을 가지는 헤테로 방향족 고리를 포함하는 유기 화합물은 전자 수송성이 높고 구동 전압 저감에도 기여한다. 그 중에서도, mTpPPhen, PnNPhen, 및 mPPhen2P 등의 페난트롤린 골격을 가지는 유기 화합물이 바람직하고, mPPhen2P 등의 페난트롤린 이량체 구조를 가지는 유기 화합물은 안정성이 우수하여 더 바람직하다.
또한 제 1 전자 수송층(114_1) 및 제 2 전자 수송층(114_2)은 적층 구조를 가져도 좋다. 제 1 전자 수송층(114_1)이 적층 구조를 가지는 경우, 적층된 층이 모두 실시형태 1에 나타낸 바와 같은 구성을 가지는 것이 바람직하다. 또한 제 2 전자 수송층(114_2)이 적층 구조를 가지는 경우, 제 2 발광층(113_2)에 접촉되는 층은 정공 차단층으로서 기능하여도 좋다. 발광층에 접촉되는 전자 수송층을 정공 차단층으로서 기능시키는 경우에는, 그 HOMO 준위가 발광층에 포함되는 재료의 HOMO 준위보다 0.5eV 이상 깊은 재료를 사용하는 것이 바람직하다.
제 2 전자 수송층(114_2)과 제 2 전극(102) 사이에 전자 주입층(115)으로서 산화 리튬(Li2O), 플루오린화 리튬(LiF), 플루오린화 세슘(CsF), 플루오린화 칼슘(CaF2), 8-하이드록시퀴놀리네이토-리튬(약칭: Liq) 등의 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속, 혹은 이들의 화합물을 포함하는 층을 제공하여도 좋다. 전자 주입층(115)으로서는 전자 수송성을 가지는 물질로 이루어지는 층 내에 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속, 혹은 이들의 화합물을 함유시킨 것, 혹은 전자화물(electride)을 사용하여도 좋다. 전자화물로서는 예를 들어 칼슘과 알루미늄의 혼합 산화물에 전자를 고농도로 첨가한 물질 등이 있다. 또한 실시형태 1에서 염기성이 강한 유기 화합물로서 든 유기 화합물을 사용할 수도 있다.
전자 주입층(115)으로서는 상기 물질이 단독으로 사용된 것을 사용하여도 좋고, 전자 수송성을 가지는 물질로 이루어지는 층 내에 상기 물질을 함유시킨 것을 사용하여도 좋다.
또한 전자 주입층(115)으로서, 전자 수송성을 가지는 물질(바람직하게는 바이피리딘 골격을 가지는 유기 화합물)에 상기 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속의 플루오린화물을 미결정 상태가 되는 농도 이상(50wt% 이상) 포함시킨 층을 사용할 수도 있다. 상기 층은 굴절률이 낮은 층이기 때문에, 외부 양자 효율이 더 양호한 발광 디바이스를 제공할 수 있다.
제 2 전극(102)은 음극을 포함하는 전극이다. 제 2 전극(102)은 적층 구조를 가져도 좋고, 이 경우, 유기 화합물층(103)과 접촉하는 층이 음극으로서 기능한다. 음극을 형성하는 물질로서는 일함수가 작은(구체적으로는 3.8eV 이하) 금속, 합금, 전기 전도성 화합물, 및 이들의 혼합물 등을 사용할 수 있다. 이와 같은 음극 재료의 구체적인 예로서는 리튬(Li) 또는 세슘(Cs) 등의 알칼리 금속, 및 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr) 등의 원소 주기율표의 1족 또는 2족에 속하는 원소, 및 이들을 포함하는 합금(MgAg, AlLi), 화합물(플루오린화 리튬(LiF), 플루오린화 세슘(CsF), 플루오린화 칼슘(CaF2) 등), 유로퓸(Eu), 이터븀(Yb) 등의 희토류 금속 및 이들을 포함하는 합금 등을 들 수 있다. 다만 제 2 전극(102)과 전자 수송층 사이에 전자 주입층(115) 또는 상술한 일함수가 작은 재료의 박막을 제공함으로써, 일함수의 크기에 상관없이 Al, Ag, ITO, 실리콘, 또는 산화 실리콘을 함유한 산화 인듐-산화 주석 등 다양한 도전성 재료를 음극에 사용할 수 있다.
또한 제 2 전극(102)을 가시광에 대하여 투과성을 가지는 재료로 형성한 경우, 제 2 전극(102) 측으로부터 광을 방출하는 발광 디바이스로 할 수 있고, 제 1 전극(101)을 가시광에 대하여 투과성을 가지는 재료로 형성한 경우, 제 1 전극(101) 측으로부터 광을 방출하는 발광 디바이스로 할 수 있다.
이들 도전성 재료는 진공 증착법 또는 스퍼터링법 등의 건식법, 잉크젯법, 스핀 코팅법 등을 사용하여 성막하는 것이 가능하다. 또한 졸-겔법을 사용하여 습식법으로 형성하여도 좋고, 금속 재료의 페이스트를 사용하여 습식법으로 형성하여도 좋다.
또한 유기 화합물층(103)의 형성 방법으로서는 건식법, 습식법을 불문하고 다양한 방법을 사용할 수 있다. 예를 들어 진공 증착법, 그라비어 인쇄법, 오프셋 인쇄법, 스크린 인쇄법, 잉크젯법, 또는 스핀 코팅법 등을 사용하여도 좋다.
또한 상술한 각 전극 또는 각 층을 상이한 성막 방법으로 형성하여도 좋다.
도 2에서는 2개의 발광 유닛을 가지는 발광 디바이스에 대하여 설명하였지만, 3개 이상의 발광 유닛을 적층한 발광 디바이스에 대해서도 마찬가지로 적용할 수 있다. 본 실시형태에 따른 발광 디바이스와 같이, 한 쌍의 전극 사이에 복수의 발광 유닛을 중간층(116)으로 칸막이하여 배치함으로써, 전류 밀도를 낮게 유지하면서 고휘도 발광을 가능하게 하고 수명이 더 긴 소자를 실현할 수 있다. 또한 저전압 구동이 가능하고 소비 전력이 낮은 발광 장치를 실현할 수 있다.
또한 각 발광 유닛의 발광색을 상이하게 함으로써, 발광 디바이스 전체로 원하는 색의 발광을 얻을 수 있다. 예를 들어 2개의 발광 유닛을 가지는 발광 디바이스에서, 제 1 발광 유닛으로 적색과 녹색의 발광색을 얻고, 제 2 발광 유닛으로 청색의 발광색을 얻음으로써, 발광 디바이스 전체로 백색 발광하는 발광 디바이스를 얻을 수도 있다.
또한 상술한 유기 화합물층(103), 제 1 발광 유닛(501), 제 2 발광 유닛(502), 및 전하 발생층 등의 각 층 및 전극은 예를 들어 증착법(진공 증착법을 포함함), 액적 토출법(잉크젯법이라고도 함), 도포법, 그라비어 인쇄법 등의 방법으로 형성할 수 있다. 또한 이들은 저분자 재료, 중분자 재료(올리고머, 덴드리머를 포함함), 또는 고분자 재료를 포함하여도 좋다.
도 3에는 포토리소그래피법으로 제작한 인접한 2개의 탠덤형 발광 디바이스(발광 디바이스(130c), 발광 디바이스(130d))를 나타내었다.
발광 디바이스(130c)는 절연층(175) 위에서 제 1 전극(101c)과 제 2 전극(102) 사이에 유기 화합물층(103c)을 가진다. 유기 화합물층(103c)은 제 1 발광 유닛(501c)과 제 2 발광 유닛(502c)이 중간층(116c)을 끼워 적층된 구성을 가진다. 또한 도 3에서는 2개의 발광 유닛이 적층되는 예를 나타내었지만, 3개 이상의 발광 유닛이 적층된 구성이어도 좋다. 제 1 발광 유닛(501c)은 정공 주입층(111c), 제 1 정공 수송층(112c_1), 제 1 발광층(113c_1), 제 1 전자 수송층(114c_1)을 가진다. 중간층(116c)은 제 2 층(117c), 제 3 층(118c), 제 1 층(119c)을 가진다. 제 3 층(118c)은 있어도 좋고 없어도 된다. 제 2 발광 유닛(502c)은 제 2 정공 수송층(112c_2), 제 2 발광층(113c_2), 제 2 전자 수송층(114c_2), 전자 주입층(115)을 가진다.
발광 디바이스(130d)는 절연층(175) 위에서 제 1 전극(101d)과 제 2 전극(102) 사이에 유기 화합물층(103d)을 가진다. 유기 화합물층(103d)은 제 1 발광 유닛(501d)과 제 2 발광 유닛(502d)이 중간층(116d)을 끼워 적층된 구성을 가진다. 또한 도 3에서는 2개의 발광 유닛이 적층되는 예를 나타내었지만, 3개 이상의 발광 유닛이 적층된 구성이어도 좋다. 제 1 발광 유닛(501d)은 정공 주입층(111d), 제 1 정공 수송층(112d_1), 제 1 발광층(113d_1), 제 1 전자 수송층(114d_1)을 가진다. 중간층(116d)은 제 2 층(117d), 제 3 층(118d), 제 1 층(119d)을 가진다. 제 3 층(118d)은 있어도 좋고 없어도 된다. 제 2 발광 유닛(502d)은 제 2 정공 수송층(112d_2), 제 2 발광층(113d_2), 제 2 전자 수송층(114d_2), 전자 주입층(115)을 가진다.
발광 디바이스(130c) 및 발광 디바이스(130d)에서, 중간층(116c) 및 중간층(116d), 그리고 제 1 전자 수송층(114c_1) 및 제 1 전자 수송층(114d_1)은 실시형태 1에서 설명한 바와 같은 구성을 가지는 것이 바람직하다.
또한 전자 주입층(115) 및 제 2 전극(102)은 발광 디바이스(130c) 및 발광 디바이스(130d)에서 공유되는 하나의 층인 것이 바람직하다. 또한 전자 주입층(115) 이외의 유기 화합물층(103c)과 유기 화합물층(103d)은 제 2 전자 수송층(114c_2)이 형성된 후와, 제 2 전자 수송층(114d_2)이 형성된 후에, 각각 포토리소그래피법으로 가공되기 때문에 서로 독립되어 있다. 또한 전자 주입층(115) 이외의 유기 화합물층(103c)의 단부(윤곽)는 포토리소그래피법으로 가공되기 때문에, 기판에 대하여 수직 방향에서 대략 일치한다. 또한 전자 주입층(115) 이외의 유기 화합물층(103d)의 단부(윤곽)는 포토리소그래피법으로 가공되기 때문에, 기판에 대하여 수직 방향에서 대략 일치한다.
또한 포토리소그래피법으로 가공되기 때문에, 유기 화합물층(103c)과 유기 화합물층(103d) 사이에는 간격(d)이 존재한다. 또한 유기 화합물층은 포토리소그래피법으로 가공되기 때문에, 제 1 전극(101c)과 제 1 전극(101d) 사이의 거리는 마스크 증착을 수행할 때보다 작게 할 수 있고, 2μm 이상 5μm 이하로 할 수 있다.
(실시형태 3)
본 실시형태에서는, 본 발명의 일 형태의 발광 디바이스를 표시 장치의 표시 소자로서 사용하는 형태에 대하여 설명한다.
도 4의 (A) 및 (B)에 예시한 바와 같이, 발광 디바이스(130)가 절연층(175) 위에 복수로 형성되어 표시 장치가 구성된다.
표시 장치는 복수의 화소(178)가 매트릭스로 배열된 화소부(177)를 가진다. 화소(178)는 부화소(110R), 부화소(110G), 및 부화소(110B)를 가진다.
본 명세서 등에서, 예를 들어 부화소(110R), 부화소(110G), 및 부화소(110B)에 공통된 사항을 설명하는 경우에는, 부화소(110)라고 나타내는 경우가 있다. 알파벳으로 구별되는 다른 구성요소에 대해서도, 이들에 공통된 사항을 설명하는 경우에는 알파벳을 생략한 부호를 사용하여 설명하는 경우가 있다.
부화소(110R)는 적색광을 나타내고, 부화소(110G)는 녹색광을 나타내고, 부화소(110B)는 청색광을 나타낸다. 이에 의하여, 화소부(177)에 화상을 표시할 수 있다. 또한 실시형태에서는 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 3색의 부화소를 예로 들어 설명하지만, 이 외의 색의 부화소의 조합을 사용하여도 좋다. 또한 부화소는 3개에 한정되지 않고 4개 이상으로 하여도 좋다. 4개의 부화소로서는, 예를 들어 R, G, B, 백색(W)의 4색의 부화소, R, G, B, 황색(Y)의 4색의 부화소, 및 R, G, B, 적외광(IR)의 4개의 부화소 등이 있다.
본 명세서 등에서, 행 방향을 X 방향, 열 방향을 Y 방향이라고 하는 경우가 있다. X 방향과 Y 방향은 교차되고, 예를 들어 수직으로 교차된다.
도 4의 (A)에는, 상이한 색의 부화소가 X 방향으로 나란히 배치되고, 같은 색의 부화소가 Y 방향으로 나란히 배치된 예를 나타내었다. 또한 상이한 색의 부화소가 Y 방향으로 나란히 배치되고, 같은 색의 부화소가 X 방향으로 나란히 배치되어도 좋다.
화소부(177)의 외측에는 접속부(140)가 제공되고, 영역(141)이 제공되어도 좋다. 영역(141)은 화소부(177)와 접속부(140) 사이에 제공된다. 영역(141)에는 유기 화합물층(103)이 제공된다. 또한 접속부(140)에는 도전층(151C)이 제공된다.
도 4의 (A)에는, 영역(141) 및 접속부(140)가 화소부(177)의 오른쪽에 위치하는 예를 나타내었지만, 영역(141) 및 접속부(140)의 위치는 특별히 한정되지 않는다. 또한 영역(141) 및 접속부(140)는 단수이어도 좋고 복수이어도 좋다.
도 4의 (B)는 도 4의 (A)에서의 일점쇄선 A1-A2를 따른 단면도의 예를 나타낸 것이다. 도 4의 (B)에 나타낸 바와 같이, 표시 장치는 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 가진다. 절연층(171)은 기판(도시하지 않았음) 위에 제공된다. 절연층(175), 절연층(174), 및 절연층(173)에는 도전층(172)에 도달하는 개구가 제공되고, 상기 개구를 매립하도록 플러그(176)가 제공된다.
화소부(177)에서 절연층(175) 및 플러그(176) 위에 발광 디바이스(130)가 제공된다. 또한 발광 디바이스(130)를 덮도록 보호층(131)이 제공되어 있다. 보호층(131) 위에는 수지층(122)에 의하여 기판(120)이 접합되어 있다. 또한 인접한 발광 디바이스(130) 사이에는 무기 절연층(125)과, 무기 절연층(125) 위의 절연층(127)이 제공되어 있는 것이 바람직하다.
도 4의 (B)에는 무기 절연층(125) 및 절연층(127)의 단면을 복수 나타내었지만, 표시 장치를 상면에서 보았을 때, 무기 절연층(125) 및 절연층(127)은 하나로 연결되어 있는 것이 바람직하다. 즉 절연층(127)은 제 1 전극 위에 개구부가 제공된 절연층인 것이 바람직하다.
도 4의 (B)에는, 발광 디바이스(130)로서 발광 디바이스(130R), 발광 디바이스(130G), 및 발광 디바이스(130B)를 나타내었다. 발광 디바이스(130R), 발광 디바이스(130G), 및 발광 디바이스(130B)는 서로 다른 색의 광을 방출하는 것으로 한다. 예를 들어 발광 디바이스(130R)는 적색광을 방출할 수 있고, 발광 디바이스(130G)는 녹색광을 방출할 수 있고, 발광 디바이스(130B)는 청색광을 방출할 수 있다. 또한 발광 디바이스(130R), 발광 디바이스(130G), 또는 발광 디바이스(130B)는 다른 가시광 또는 적외광을 방출하여도 좋다.
본 발명의 일 형태의 표시 장치는 예를 들어 발광 디바이스가 형성된 기판과는 반대 방향으로 광을 사출하는 상면 사출형(톱 이미션형)으로 할 수 있다. 또한 본 발명의 일 형태의 표시 장치는 하면 사출형(보텀 이미션형)이어도 좋다.
발광 디바이스(130R)는 실시형태 1 및 실시형태 2에 나타낸 바와 같은 구성을 가진다. 도전층(151R)과 도전층(152R)으로 이루어지는 제 1 전극(101R)(화소 전극)과, 제 1 전극(101R) 위의 제 1 EL층(104R)과, 유기 화합물층(제 1 EL층(104R) 위의 제 2 EL층(105))과, 제 2 EL층(105) 위의 제 2 전극(102)(공통 전극)을 가진다. 제 2 EL층(105)은 발광층보다 제 2 전극(102)(공통 전극) 측에 있는 것이 바람직하고, 정공 차단층, 제 2 전자 수송층 또는 전자 주입층, 혹은 이들의 적층인 것이 바람직하다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 포토리소그래피 공정에서 발광층 또는 활성층에 가해지는 대미지를 억제할 수 있어, 양호한 막질 및 전기 특성을 기대할 수 있다. 또한 제 2 전극(102)(공통 전극)과 접촉하는 공통층으로서 전자 주입층 등 몇 개의 층이 있어도 좋다.
발광 디바이스(130G)는 실시형태 1 및 실시형태 2에 나타낸 바와 같은 구성을 가진다. 도전층(151G)과 도전층(152G)으로 이루어지는 제 1 전극(101G)(화소 전극)과, 제 1 전극(101G) 위의 제 1 EL층(104G)과, 제 1 EL층(104G) 위의 제 2 EL층(105)과, 제 2 EL층(105) 위의 제 2 전극(102)(공통 전극)을 가진다. 제 2 EL층(105)은 정공 차단층, 제 2 전자 수송층 또는 전자 주입층, 혹은 이들의 적층인 것이 바람직하다.
발광 디바이스(130B)는 실시형태 1 및 실시형태 2에 나타낸 바와 같은 구성을 가진다. 도전층(151B)과 도전층(152B)으로 이루어지는 제 1 전극(101B)(화소 전극)과, 제 1 전극(101B) 위의 제 1 EL층(104B)과, 제 1 EL층(104B) 위의 제 2 EL층(105)과, 제 2 EL층(105) 위의 제 2 전극(102)(공통 전극)을 가진다. 제 2 EL층(105)은 정공 차단층, 제 2 전자 수송층 또는 전자 주입층, 혹은 이들의 적층인 것이 바람직하다.
발광 디바이스가 가지는 화소 전극(제 1 전극) 및 공통 전극(제 2 전극) 중 한쪽은 양극으로서 기능하고, 다른 쪽은 음극으로서 기능한다. 본 실시형태에서는, 특별히 언급되지 않는 한, 화소 전극이 양극으로서 기능하고, 공통 전극이 음극으로서 기능하는 것으로 하여 설명한다.
제 1 EL층(104R), 제 1 EL층(104G), 및 제 1 EL층(104B)은 서로 섬 형상으로 독립되어 있거나 발광색마다 섬 형상으로 독립되어 있다. 또한 제 1 EL층(104R), 제 1 EL층(104G), 및 제 1 EL층(104B)은 서로 중첩되지 않는 것이 바람직하다. 제 1 EL층(104)을 발광 디바이스(130)마다 섬 형상으로 제공함으로써, 고정세의 표시 장치에서도 인접한 발광 디바이스(130) 간의 누설 전류를 억제할 수 있다. 이에 의하여, 크로스토크를 방지할 수 있어 콘트라스트가 매우 높은 표시 장치를 실현할 수 있다. 특히 휘도가 낮을 때 전류 효율이 높은 표시 장치를 실현할 수 있다.
EL막을 형성하고, 이 EL막을 포토리소그래피법으로 가공함으로써 섬 형상의 제 1 EL층(104)을 형성한다.
제 1 EL층(104)은 발광 디바이스(130)의 제 1 전극(101)(화소 전극)의 상면 및 측면을 덮도록 제공되는 것이 바람직하다. 이에 의하여, 제 1 EL층(104)의 단부가 화소 전극의 단부보다 내측에 위치하는 구성에 비하여 표시 장치의 개구율을 높이기 용이해진다. 또한 발광 디바이스(130)의 화소 전극의 측면을 제 1 EL층(104)으로 덮음으로써, 화소 전극과 제 2 전극(102)이 접촉하는 것을 억제할 수 있기 때문에, 발광 디바이스(130)의 단락을 억제할 수 있다.
또한 본 발명의 일 형태의 표시 장치에서는, 발광 디바이스의 제 1 전극(101)(화소 전극)을 적층 구성으로 하는 것이 바람직하다. 예를 들어 도 4의 (B)에 나타낸 예에서는, 발광 디바이스(130)의 제 1 전극(101)은, 절연층(171) 측에 제공된 도전층(151)과 유기 화합물층 측에 제공된 도전층(152)의 적층 구성을 가진다.
도전층(151)으로서 예를 들어 금속 재료를 사용할 수 있다. 구체적으로는, 예를 들어 알루미늄(Al), 타이타늄(Ti), 크로뮴(Cr), 망가니즈(Mn), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu), 갈륨(Ga), 아연(Zn), 인듐(In), 주석(Sn), 몰리브데넘(Mo), 탄탈럼(Ta), 텅스텐(W), 팔라듐(Pd), 금(Au), 백금(Pt), 은(Ag), 이트륨(Y), 네오디뮴(Nd) 등의 금속, 및 이들을 적절히 조합하여 포함하는 합금을 사용할 수도 있다.
도전층(152)으로서, 인듐, 주석, 아연, 갈륨, 타이타늄, 알루미늄, 및 실리콘 중에서 선택되는 어느 하나 또는 복수를 가지는 산화물을 사용할 수 있다. 예를 들어 산화 인듐, 인듐 주석 산화물, 인듐 아연 산화물, 산화 아연, 갈륨을 포함하는 산화 아연, 산화 타이타늄, 갈륨을 포함하는 인듐 아연 산화물, 알루미늄을 포함하는 인듐 아연 산화물, 실리콘을 포함하는 인듐 주석 산화물, 및 실리콘을 포함하는 인듐 아연 산화물 등 중 어느 하나 또는 복수를 포함하는 도전성 산화물을 사용하는 것이 바람직하다. 특히 실리콘을 포함하는 인듐 주석 산화물은 일함수가 크고, 예를 들어 4.0eV 이상이기 때문에 도전층(152)으로서 적합하게 사용할 수 있다.
도전층(151)은 상이한 재료를 가지는 복수의 층의 적층 구성을 가져도 좋고, 도전층(152)은 상이한 재료를 가지는 복수의 층의 적층 구성을 가져도 좋다. 이 경우, 도전층(151)이 도전성 산화물 등의 도전층(152)에 사용할 수 있는 재료를 사용한 층을 가져도 좋고, 또한 도전층(152)이 금속 재료 등의 도전층(151)에 사용할 수 있는 재료를 사용한 층을 가져도 좋다. 예를 들어 도전층(151)이 2층 이상의 적층 구성을 가지는 경우에는, 도전층(152)과 접촉되는 층은 도전층(152)에 사용할 수 있는 재료를 사용한 층으로 할 수 있다.
또한 도전층(151)의 단부는 테이퍼 형상을 가지는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 도전층(151)의 단부는 테이퍼 각이 90° 미만인 테이퍼 형상을 가지는 것이 바람직하다. 이 경우, 도전층(151)의 측면을 따라 제공되는 도전층(152)도 테이퍼 형상을 가진다. 도전층(152)의 측면을 테이퍼 형상으로 함으로써, 도전층(152)의 측면을 따라 제공되는 제 1 EL층(104)의 피복성을 높일 수 있다.
본 발명의 일 형태의 표시 장치는 발광 디바이스(130)가 실시형태 1 및 실시형태 2에 나타낸 구성을 가지기 때문에 신뢰성이 양호한 표시 장치로 할 수 있다.
이어서 도 4의 (A)에 나타낸 구성을 가지는 표시 장치의 제작 방법의 예를 도 5 내지 도 10을 사용하여 설명한다.
[제작 방법의 예 1]
표시 장치를 구성하는 박막(절연막, 반도체막, 및 도전막 등)은 스퍼터링법, 화학 기상 퇴적(CVD: Chemical Vapor Deposition)법, 진공 증착법, 펄스 레이저 퇴적(PLD: Pulsed Laser Deposition)법, 또는 ALD(Atomic Layer Deposition)법 등을 사용하여 형성할 수 있다.
또한 표시 장치를 구성하는 박막(절연막, 반도체막, 및 도전막 등)은, 스핀 코팅, 디핑, 스프레이 도포, 잉크젯, 디스펜스, 스크린 인쇄, 오프셋 인쇄, 닥터 나이프법, 슬릿 코팅, 롤 코팅, 커튼 코팅, 또는 나이프 코팅 등의 습식의 성막 방법으로 형성할 수 있다.
또한 표시 장치를 구성하는 박막은 예를 들어 포토리소그래피법으로 가공할 수 있다.
포토리소그래피법에서 노광에 사용하는 광으로서는 예를 들어 i선(파장 365nm), g선(파장 436nm), h선(파장 405nm), 또는 이들을 혼합한 광을 사용할 수 있다. 그 외에, 자외선, KrF 레이저 광, 또는 ArF 레이저 광 등을 사용할 수도 있다. 또한 액침 노광 기술에 의하여 노광을 수행하여도 좋다. 또한 노광에 사용되는 광으로서 극단 자외(EUV: Extreme Ultra-violet)광 또는 X선을 사용하여도 좋다. 또한 노광에 사용되는 광 대신에 전자 빔을 사용할 수도 있다.
박막의 에칭에는 드라이 에칭법, 웨트 에칭법, 또는 샌드 블라스트법 등을 사용할 수 있다.
우선 도 5의 (A)에 나타낸 바와 같이, 기판(도시하지 않았음) 위에 절연층(171)을 형성한다. 이어서 절연층(171) 위에 도전층(172) 및 도전층(179)을 형성하고, 도전층(172) 및 도전층(179)을 덮도록 절연층(171) 위에 절연층(173)을 형성한다. 이어서 절연층(173) 위에 절연층(174)을 형성하고, 절연층(174) 위에 절연층(175)을 형성한다.
기판으로서는 적어도 추후의 열처리에 견딜 수 있을 정도의 내열성을 가지는 기판을 사용할 수 있다. 예를 들어 유리 기판, 석영 기판, 사파이어 기판, 세라믹 기판, 유기 수지 기판, 실리콘 또는 탄소화 실리콘 등을 재료로 한 단결정 반도체 기판 또는 다결정 반도체 기판, 실리콘 저마늄 등으로 이루어지는 화합물 반도체 기판, SOI 기판 등의 반도체 기판을 사용할 수 있다.
이어서 도 5의 (A)에 나타낸 바와 같이, 도전층(172)에 도달하는 개구를 절연층(175), 절연층(174), 및 절연층(173)에 형성한다. 이어서 이 개구를 매립하도록 플러그(176)를 형성한다.
이어서 도 5의 (A)에 나타낸 바와 같이, 플러그(176) 위 및 절연층(175) 위에, 나중에 도전층(151R), 도전층(151G), 도전층(151B), 및 도전층(151C)이 되는 도전막(151f)을 형성한다. 도전막(151f)으로서 예를 들어 금속 재료를 사용할 수 있다.
이어서 도 5의 (A)에 나타낸 바와 같이, 도전막(151f) 위에 레지스트 마스크(191)를 형성한다. 레지스트 마스크(191)는 감광성 재료(포토레지스트)를 도포하고 노광 및 현상을 수행함으로써 형성할 수 있다.
이어서 도 5의 (B)에 나타낸 바와 같이, 예를 들어 레지스트 마스크(191)와 중첩되지 않는 영역의 도전막(151f)을 제거한다. 이에 의하여, 도전층(151)이 형성된다.
이어서 도 5의 (C)에 나타낸 바와 같이, 레지스트 마스크(191)를 제거한다. 레지스트 마스크(191)는 예를 들어 산소 플라스마를 사용한 애싱에 의하여 제거할 수 있다.
이어서 도 5의 (D)에 나타낸 바와 같이, 도전층(151R) 위, 도전층(151G) 위, 도전층(151B) 위, 도전층(151C) 위, 및 절연층(175) 위에, 나중에 절연층(156R), 절연층(156G), 절연층(156B), 및 절연층(156C)이 되는 절연막(156f)을 형성한다.
절연막(156f)에는, 산화 절연막, 질화 절연막, 산화질화 절연막, 또는 질화산화 절연막 등의 무기 절연막, 예를 들어 산화질화 실리콘을 사용할 수 있다.
이어서 도 5의 (E)에 나타낸 바와 같이, 절연막(156f)을 가공함으로써, 절연층(156R), 절연층(156G), 절연층(156B), 및 절연층(156C)을 형성한다.
이어서 도 6의 (A)에 나타낸 바와 같이, 도전층(151R) 위, 도전층(151G) 위, 도전층(151B) 위, 도전층(151C) 위, 절연층(156R) 위, 절연층(156G) 위, 절연층(156B) 위, 절연층(156C) 위, 및 절연층(175) 위에 도전막(152f)을 형성한다.
도전막(152f)으로서, 예를 들어 도전성 산화물을 사용할 수 있다. 도전막(152f)은 적층이어도 좋다.
이어서 도 6의 (B)에 나타낸 바와 같이, 도전막(152f)을 가공하여, 도전층(152R), 도전층(152G), 도전층(152B), 및 도전층(152C)을 형성한다.
이어서 도 6의 (C)에 나타낸 바와 같이, 유기 화합물막(103Rf)을 도전층(152R) 위, 도전층(152G) 위, 도전층(152B) 위, 및 절연층(175) 위에 형성한다. 또한 도 6의 (C)에 나타낸 바와 같이, 도전층(152C) 위에는 유기 화합물막(103Rf)을 형성하지 않았다.
이어서 도 6의 (C)에 나타낸 바와 같이, 희생막(158Rf), 마스크막(159Rf)을 형성한다.
유기 화합물막(103Rf) 위에 희생막(158Rf)을 제공함으로써, 표시 장치의 제작 공정 중에 유기 화합물막(103Rf)이 받는 대미지를 저감하여, 발광 디바이스의 신뢰성을 높일 수 있다.
희생막(158Rf)에는, 유기 화합물막(103Rf)의 가공 조건에 대한 내성이 높은 막, 구체적으로는 유기 화합물막(103Rf)에 대한 에칭 선택비가 큰 막을 사용한다. 마스크막(159Rf)에는, 희생막(158Rf)에 대한 에칭 선택비가 큰 막을 사용한다.
또한 희생막(158Rf) 및 마스크막(159Rf)은 유기 화합물막(103Rf)의 내열 온도보다 낮은 온도에서 형성한다. 희생막(158Rf) 및 마스크막(159Rf)을 형성할 때의 기판 온도로서는, 각각 대표적으로 100℃ 이상 200℃ 이하, 바람직하게는 100℃ 이상 150℃ 이하, 더 바람직하게는 100℃ 이상 120℃ 이하이다.
희생막(158Rf) 및 마스크막(159Rf)에는 웨트 에칭법 또는 드라이 에칭법으로 제거할 수 있는 막을 사용하는 것이 바람직하다.
또한 유기 화합물막(103Rf) 위에 접촉하여 형성되는 희생막(158Rf)은 마스크막(159Rf)보다 유기 화합물막(103Rf)에 가해지는 대미지가 적은 형성 방법으로 형성되는 것이 바람직하다. 예를 들어 스퍼터링법보다 ALD법 또는 진공 증착법이 바람직하다.
희생막(158Rf) 및 마스크막(159Rf)으로서는, 각각 예를 들어 금속막, 합금막, 금속 산화물막, 반도체막, 유기 절연막, 및 무기 절연막 등 중 1종류 또는 복수 종류를 사용할 수 있다.
희생막(158Rf) 및 마스크막(159Rf)에는 각각 예를 들어 금, 은, 백금, 마그네슘, 니켈, 텅스텐, 크로뮴, 몰리브데넘, 철, 코발트, 구리, 팔라듐, 타이타늄, 알루미늄, 이트륨, 지르코늄, 및 탄탈럼 등의 금속 재료 또는 상기 금속 재료를 포함하는 합금 재료를 사용할 수 있다. 특히 알루미늄 또는 은 등의 저융점 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 희생막(158Rf) 및 마스크막(159Rf) 중 한쪽 또는 양쪽에 자외선을 차단할 수 있는 금속 재료를 사용함으로써, 유기 화합물막(103Rf)에 패턴 노광 시의 자외선이 조사되는 것을 억제할 수 있기 때문에 유기 화합물막(103Rf)의 열화를 억제할 수 있어 바람직하다.
또한 희생막(158Rf) 및 마스크막(159Rf)에는, 각각 In-Ga-Zn 산화물, 산화 인듐, In-Zn 산화물, In-Sn 산화물, 인듐 타이타늄 산화물(In-Ti 산화물), 인듐 주석 아연 산화물(In-Sn-Zn 산화물), 인듐 타이타늄 아연 산화물(In-Ti-Zn 산화물), 인듐 갈륨 주석 아연 산화물(In-Ga-Sn-Zn 산화물), 실리콘을 포함하는 인듐 주석 산화물 등의 금속 산화물을 사용할 수 있다.
또한 상기 금속 산화물에서, 갈륨 대신에 원소 M(M은 알루미늄, 실리콘, 붕소, 이트륨, 구리, 바나듐, 베릴륨, 타이타늄, 철, 니켈, 저마늄, 지르코늄, 몰리브데넘, 란타넘, 세륨, 네오디뮴, 하프늄, 탄탈럼, 텅스텐, 및 마그네슘 중에서 선택된 1종류 또는 복수 종류)을 사용하여도 좋다.
희생막(158Rf) 및 마스크막(159Rf)으로서, 예를 들어 실리콘 또는 저마늄 등의 반도체 재료를 사용하면, 반도체의 제조 공정과 친화성이 높으므로 바람직하다. 또는 상기 반도체 재료를 포함하는 화합물을 사용할 수 있다.
또한 희생막(158Rf) 및 마스크막(159Rf)으로서는 각각 각종 무기 절연막을 사용할 수 있다. 특히 산화 절연막은 질화 절연막에 비하여 유기 화합물막(103Rf)과의 밀착성이 높아 바람직하다.
이어서 도 6의 (C)에 나타낸 바와 같이, 레지스트 마스크(190R)를 형성한다. 레지스트 마스크(190R)는 감광성 재료(포토레지스트)를 도포하고 노광 및 현상을 수행함으로써 형성할 수 있다.
레지스트 마스크(190R)는 도전층(152R)과 중첩되는 위치에 제공한다. 레지스트 마스크(190R)는 도전층(152C)과 중첩되는 위치에도 제공하는 것이 바람직하다. 이에 의하여, 도전층(152C)이 표시 장치의 제작 공정 중에 대미지를 받는 것을 억제할 수 있다.
이어서 도 6의 (D)에 나타낸 바와 같이, 레지스트 마스크(190R)를 사용하여 마스크막(159Rf)의 일부를 제거하여 마스크층(159R)을 형성한다. 마스크층(159R)은 도전층(152R) 위와 도전층(152C) 위에 잔존한다. 그 후, 레지스트 마스크(190R)를 제거한다. 이어서 마스크층(159R)을 마스크(하드 마스크라고도 함)로서 사용하여 희생막(158Rf)의 일부를 제거하여 희생층(158R)을 형성한다.
웨트 에칭법을 사용함으로써, 드라이 에칭법을 사용하는 경우보다, 희생막(158Rf) 및 마스크막(159Rf)의 가공 시에 유기 화합물막(103Rf)에 가해지는 대미지를 저감할 수 있다. 웨트 에칭법을 사용하는 경우, 예를 들어 현상액, 수산화 테트라메틸 암모늄(TMAH) 수용액 등의 알칼리 수용액, 희석된 플루오린화 수소산, 옥살산, 인산, 아세트산, 질산, 또는 이들의 혼합 액체를 사용한 약액 등의 산수용액을 사용하는 것이 바람직하다.
또한 희생막(158Rf)의 가공에 드라이 에칭법을 사용하는 경우에는, 에칭 가스에 산소를 포함하는 가스를 사용하지 않음으로써, 유기 화합물막(103Rf)의 열화를 억제할 수 있다.
레지스트 마스크(190R)는 레지스트 마스크(191)와 같은 방법으로 제거할 수 있다.
이어서 도 6의 (D)에 나타낸 바와 같이, 유기 화합물막(103Rf)을 가공하여 유기 화합물층(103R)을 형성한다. 예를 들어 마스크층(159R) 및 희생층(158R)을 하드 마스크로서 사용하여 유기 화합물막(103Rf)의 일부를 제거하여 유기 화합물층(103R)을 형성한다.
이에 의하여, 도 6의 (D)에 나타낸 바와 같이, 도전층(152R) 위에 유기 화합물층(103R), 희생층(158R), 및 마스크층(159R)의 적층 구조가 잔존한다. 또한 도전층(152G) 및 도전층(152B)이 노출된다.
유기 화합물막(103Rf)의 가공은 이방성 에칭에 의하여 수행하는 것이 바람직하다. 특히 이방성 드라이 에칭이 바람직하다. 또는 웨트 에칭을 사용하여도 좋다.
드라이 에칭법을 사용하는 경우에는, 에칭 가스에 산소를 포함하는 가스를 사용하지 않음으로써, 유기 화합물막(103Rf)의 열화를 억제할 수 있다.
또한 에칭 가스에 산소를 포함하는 가스를 사용하여도 좋다. 에칭 가스가 산소를 포함함으로써, 에칭 속도를 빠르게 할 수 있다. 따라서 에칭 속도를 충분한 속도로 유지하면서, 낮은 파워 조건으로 에칭을 수행할 수 있다. 따라서 유기 화합물막(103Rf)에 가해지는 대미지를 억제할 수 있다. 또한 에칭 시에 생기는 반응 생성물이 부착되는 등의 문제를 억제할 수 있다.
드라이 에칭법을 사용하는 경우, 예를 들어 H2, CF4, C4F8, SF6, CHF3, Cl2, H2O, BCl3, 또는 He, Ar 등의 18족 원소 중 1종류 이상을 포함하는 가스를 에칭 가스로서 사용하는 것이 바람직하다. 또는 이들 중 1종류 이상과 산소를 포함하는 가스를 에칭 가스로서 사용하는 것이 바람직하다. 또는 산소 가스를 에칭 가스로서 사용하여도 좋다.
이어서 도 7의 (A)에 나타낸 바와 같이, 나중에 유기 화합물층(103G)이 되는 유기 화합물막(103Gf)을 형성한다.
유기 화합물막(103Gf)은 유기 화합물막(103Rf)의 형성에 사용할 수 있는 방법과 같은 방법으로 형성할 수 있다. 또한 유기 화합물막(103Gf)은 유기 화합물막(103Rf)과 같은 구성으로 할 수 있다.
이어서 도 7의 (A)에 나타낸 바와 같이, 희생막(158Gf)과 마스크막(159Gf)을 순차적으로 형성한다. 그 후, 레지스트 마스크(190G)를 형성한다. 희생막(158Gf) 및 마스크막(159Gf)의 재료 및 형성 방법은 희생막(158Rf) 및 마스크막(159Rf)에 적용할 수 있는 조건과 같다. 레지스트 마스크(190G)의 재료 및 형성 방법은 레지스트 마스크(190R)에 적용할 수 있는 조건과 같다.
레지스트 마스크(190G)는 도전층(152G)과 중첩되는 위치에 제공한다.
이어서 도 7의 (B)에 나타낸 바와 같이, 레지스트 마스크(190G)를 사용하여 마스크막(159Gf)의 일부를 제거하여 마스크층(159G)을 형성한다. 마스크층(159G)은 도전층(152G) 위에 잔존한다. 그 후, 레지스트 마스크(190G)를 제거한다. 이어서 마스크층(159G)을 마스크로서 사용하여 희생막(158Gf)의 일부를 제거하여 희생층(158G)을 형성한다. 이어서 유기 화합물막(103Gf)을 가공하여 유기 화합물층(103G)을 형성한다. 이에 의하여, 도 7의 (B)에 나타낸 바와 같이 도전층(152G) 위에 유기 화합물층(103G), 희생층(158G), 및 마스크층(159G)의 적층 구조가 잔존한다. 또한 마스크층(159R) 및 도전층(152B)은 노출된다.
이어서 도 7의 (C)에 나타낸 바와 같이, 유기 화합물막(103Bf)을 형성한다.
유기 화합물막(103Bf)은 유기 화합물막(103Rf)의 형성에 사용할 수 있는 방법과 같은 방법으로 형성할 수 있다. 또한 유기 화합물막(103Bf)은 유기 화합물막(103Rf)과 같은 구성으로 할 수 있다.
이어서 도 7의 (C)에 나타낸 바와 같이, 희생막(158Bf)과 마스크막(159Bf)을 순차적으로 형성한다. 그 후, 레지스트 마스크(190B)를 형성한다. 희생막(158Bf) 및 마스크막(159Bf)의 재료 및 형성 방법은 희생막(158Rf) 및 마스크막(159Rf)에 적용할 수 있는 조건과 같다. 레지스트 마스크(190B)의 재료 및 형성 방법은 레지스트 마스크(190R)에 적용할 수 있는 조건과 같다.
레지스트 마스크(190B)는 도전층(152B)과 중첩되는 위치에 제공한다.
이어서 도 7의 (D)에 나타낸 바와 같이, 레지스트 마스크(190B)를 사용하여 마스크막(159Bf)의 일부를 제거하여 마스크층(159B)을 형성한다. 마스크층(159B)은 도전층(152B) 위에 잔존한다. 그 후, 레지스트 마스크(190B)를 제거한다. 이어서 마스크층(159B)을 마스크로서 사용하여 희생막(158Bf)의 일부를 제거하여 희생층(158B)을 형성한다. 이어서 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 제거하여 유기 화합물층(103B)을 형성한다.
이에 의하여, 도 7의 (D)에 나타낸 바와 같이, 도전층(152B) 위에 유기 화합물층(103B), 희생층(158B), 및 마스크층(159B)의 적층 구조가 잔존한다. 또한 마스크층(159R) 및 마스크층(159G)이 노출된다.
또한 유기 화합물층(103R), 유기 화합물층(103G), 유기 화합물층(103B)의 측면은 각각 피형성면에 대하여 수직 또는 실질적으로 수직인 것이 바람직하다. 예를 들어 피형성면과 이들 측면이 이루는 각도를 60° 이상 90° 이하로 하는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이, 포토리소그래피법으로 형성한 유기 화합물층(103R), 유기 화합물층(103G), 및 유기 화합물층(103B) 중 인접한 2개 간의 거리는 8μm 이하, 5μm 이하, 3μm 이하, 2μm 이하, 또는 1μm 이하까지 좁힐 수 있다. 여기서 상기 거리는 예를 들어 유기 화합물층(103R), 유기 화합물층(103G), 및 유기 화합물층(103B) 중 인접한 2개의 대향하는 단부 간의 거리로 규정할 수 있다. 이와 같이, 섬 형상의 유기 화합물층들 간의 거리를 좁힘으로써, 높은 정세도와 큰 개구율을 가지는 표시 장치를 제공할 수 있다. 또한 인접한 발광 디바이스의 제 1 전극들 간의 거리도 좁힐 수 있고, 예를 들어 10μm 이하, 8μm 이하, 5μm 이하, 3μm 이하, 2μm 이하로 할 수 있다. 또한 인접한 발광 디바이스의 제 1 전극들 간의 거리는 2μm 이상 5μm 이하인 것이 바람직하다.
이어서 도 8의 (A)에 나타낸 바와 같이, 마스크층(159R), 마스크층(159G), 및 마스크층(159B)을 제거하는 것이 바람직하다.
마스크층의 제거 공정은 마스크층의 가공 공정과 같은 방법으로 수행할 수 있다. 특히 웨트 에칭법을 사용함으로써, 드라이 에칭법을 사용하는 경우보다, 마스크층의 제거 시 유기 화합물층(103)에 가해지는 대미지를 저감할 수 있다.
또한 마스크층을 물 또는 알코올 등의 극성 용매에 용해시킴으로써 제거하여도 좋다. 알코올로서는, 에틸알코올, 메틸알코올, 아이소프로필알코올(IPA), 또는 글리세린 등이 있다.
마스크층을 제거한 후, 표면에 흡착된 물을 제거하기 위하여 건조 처리를 수행하여도 좋다. 예를 들어 불활성 가스 분위기 또는 감압 분위기하에서 가열 처리를 수행할 수 있다. 가열 처리는 기판 온도로서 50℃ 이상 200℃ 이하, 바람직하게는 60℃ 이상 150℃ 이하, 더 바람직하게는 70℃ 이상 120℃ 이하의 온도에서 수행할 수 있다. 감압 분위기로 함으로써, 더 낮은 온도에서 건조할 수 있어 바람직하다.
이어서 도 8의 (B)에 나타낸 바와 같이, 무기 절연막(125f)을 형성한다.
이어서 도 8의 (C)에 나타낸 바와 같이, 무기 절연막(125f) 위에 나중에 절연층(127)이 되는 절연막(127f)을 형성한다.
무기 절연막(125f) 및 절연막(127f)을 형성할 때의 기판 온도로서는, 각각 60℃ 이상, 80℃ 이상, 100℃ 이상, 또는 120℃ 이상이며, 200℃ 이하, 180℃ 이하, 160℃ 이하, 150℃ 이하, 또는 140℃ 이하인 것이 바람직하다.
무기 절연막(125f)으로서는, 상술한 기판 온도 범위에서, 3nm 이상, 5nm 이상, 또는 10nm 이상이며, 200nm 이하, 150nm 이하, 100nm 이하, 또는 50nm 이하의 두께의 절연막을 형성하는 것이 바람직하다.
무기 절연막(125f)은 예를 들어 ALD법으로 형성하는 것이 바람직하다. ALD법을 사용함으로써, 성막 대미지를 작게 할 수 있고, 또한 피복성이 높은 막을 형성할 수 있어 바람직하다. 무기 절연막(125f)으로서, 예를 들어 ALD법으로 산화 알루미늄막을 형성하는 것이 바람직하다.
절연막(127f)은 상술한 습식의 성막 방법으로 형성하는 것이 바람직하다. 절연막(127f)은 예를 들어 스핀 코팅에 의하여, 감광성 재료를 사용하여 형성하는 것이 바람직하고, 더 구체적으로는 아크릴 수지를 포함하는 감광성 수지 조성물을 사용하여 형성하는 것이 바람직하다.
이어서 노광을 수행하여, 절연막(127f)의 일부에 가시광선 또는 자외선을 감광시킨다. 절연층(127)은 도전층(152R), 도전층(152G), 및 도전층(152B) 중 어느 2개 사이에 끼워진 영역, 및 도전층(152C) 주위에 형성된다.
절연막(127f)에 대한 노광 영역을 바꿈으로써 나중에 형성되는 절연층(127)의 폭을 제어할 수 있다. 본 실시형태에서는, 절연층(127)이 도전층(151)의 상면과 중첩되는 부분을 가지도록 가공한다.
노광에 사용되는 광은 i선(파장 365nm)을 포함하는 것이 바람직하다. 또한 노광에 사용되는 광은 g선(파장 436nm) 및 h선(파장 405nm) 중 적어도 한쪽을 포함하여도 좋다.
이어서 도 9의 (A)에 나타낸 바와 같이, 현상을 수행하여 절연막(127f)의 노광된 영역을 제거함으로써, 절연층(127a)을 형성한다.
이어서 도 9의 (B)에 나타낸 바와 같이, 절연층(127a)을 마스크로서 사용하여 에칭 처리를 수행함으로써, 무기 절연막(125f)의 일부를 제거하여, 희생층(158R), 희생층(158G), 및 희생층(158B)의 일부의 막 두께를 얇게 한다. 이에 의하여, 절연층(127a) 아래에 무기 절연층(125)이 형성된다. 또한 희생층(158R), 희생층(158G), 및 희생층(158B)의 막 두께가 얇은 부분의 표면이 노출된다. 또한 이하에서는, 절연층(127a)을 마스크로서 사용한 에칭 처리를 제 1 에칭 처리라고 하는 경우가 있다.
제 1 에칭 처리는 드라이 에칭법 또는 웨트 에칭법으로 수행할 수 있다. 또한 무기 절연막(125f)을 희생층(158R), 희생층(158G), 및 희생층(158B)과 같은 재료를 사용하여 성막한 경우, 제 1 에칭 처리를 한번에 수행할 수 있어 바람직하다.
드라이 에칭을 수행하는 경우, 염소계 가스를 사용하는 것이 바람직하다. 염소계 가스로서는, Cl2, BCl3, SiCl4, 및 CCl4 등 중 1종류 또는 2종류 이상을 혼합한 것을 사용할 수 있다. 또한 상기 염소계 가스에는, 산소 가스, 수소 가스, 헬륨 가스, 및 아르곤 가스 등 중 1종류 또는 2종류 이상을 혼합한 것을 적절히 첨가할 수 있다. 드라이 에칭법을 사용함으로써, 희생층(158R), 희생층(158G), 및 희생층(158B)의 막 두께가 얇은 영역을 양호한 면내 균일성을 가지도록 형성할 수 있다.
드라이 에칭 장치로서는, 고밀도 플라스마원을 가지는 드라이 에칭 장치를 사용할 수 있다. 고밀도 플라스마원을 가지는 드라이 에칭 장치로서는 예를 들어 유도 결합형 플라스마(ICP: Inductively Coupled Plasma) 에칭 장치를 사용할 수 있다. 또는 평행 평판형 전극을 가지는 용량 결합형 플라스마(CCP: Capacitively Coupled Plasma) 에칭 장치를 사용할 수 있다.
또한 제 1 에칭 처리를 웨트 에칭법으로 수행하는 것이 바람직하다. 웨트 에칭법을 사용함으로써, 드라이 에칭법을 사용하는 경우보다, 유기 화합물층(103R), 유기 화합물층(103G), 및 유기 화합물층(103B)에 가해지는 대미지를 저감할 수 있다. 웨트 에칭은 예를 들어 알칼리 용액을 사용하여 수행할 수 있다. 예를 들어 산화 알루미늄막의 웨트 에칭에는 알칼리 용액인 TMAH를 사용할 수 있다. 또한 플루오린화물을 포함하는 산 용액을 사용할 수도 있다. 이 경우, 패들식 웨트 에칭을 수행할 수 있다. 또한 무기 절연막(125f)을 희생층(158R), 희생층(158G), 및 희생층(158B)과 같은 재료를 사용하여 성막한 경우, 상기 에칭 처리를 한번에 수행할 수 있어 바람직하다.
제 1 에칭 처리에서는, 희생층(158R), 희생층(158G), 및 희생층(158B)을 완전히 제거하지는 않고, 막 두께가 얇아진 상태에서 에칭 처리를 정지한다. 이와 같이, 유기 화합물층(103R), 유기 화합물층(103G), 및 유기 화합물층(103B) 위에, 대응하는 희생층(158R), 희생층(158G), 및 희생층(158B)을 잔존시킴으로써, 추후의 공정에서의 처리에 의하여 유기 화합물층(103R), 유기 화합물층(103G), 및 유기 화합물층(103B)이 손상되는 것을 방지할 수 있다.
이어서 기판 전체에 노광을 수행하여 가시광선 또는 자외선을 절연층(127a)에 조사하는 것이 바람직하다. 상기 노광의 에너지 밀도는 0mJ/cm2보다 크고 800mJ/cm2 이하로 하는 것이 바람직하고, 0mJ/cm2보다 크고 500mJ/cm2 이하로 하는 것이 더 바람직하다. 현상 후에 이와 같은 노광을 수행함으로써, 절연층(127a)의 투명도를 향상시킬 수 있는 경우가 있다. 또한 추후의 공정에서의, 절연층(127a)을 테이퍼 형상으로 변형시키는 가열 처리에 필요한 기판 온도를 저하시킬 수 있는 경우가 있다.
여기서 희생층(158R), 희생층(158G), 및 희생층(158B)으로서, 산소에 대한 배리어 절연층(예를 들어 산화 알루미늄막 등)이 존재하면, 유기 화합물층(103R), 유기 화합물층(103G), 및 유기 화합물층(103B)으로 산소가 확산되는 것을 저감할 수 있다.
이어서 가열 처리(포스트 베이킹 처리라고도 함)를 수행한다. 가열 처리를 수행함으로써, 절연층(127a)을, 측면에 테이퍼 형상을 가지는 절연층(127)으로 변형시킬 수 있다(도 9의 (C) 참조). 이 가열 처리는 유기 화합물층의 내열 온도보다 낮은 온도에서 수행한다. 가열 처리는 기판 온도로서 50℃ 이상 200℃ 이하, 바람직하게는 60℃ 이상 150℃ 이하, 더 바람직하게는 70℃ 이상 130℃ 이하의 온도에서 수행할 수 있다. 가열 분위기는 대기 분위기이어도 좋고, 불활성 가스 분위기이어도 좋다. 또한 가열 분위기는 대기압 분위기이어도 좋고, 감압 분위기이어도 좋다. 이에 의하여, 절연층(127)과 무기 절연층(125)의 밀착성을 향상시킬 수 있고, 또한 절연층(127)의 내식성을 향상시킬 수 있다.
제 1 에칭 처리에서, 희생층(158R), 희생층(158G), 및 희생층(158B)을 완전히 제거하지는 않고, 막 두께가 얇아진 상태의 희생층(158R), 희생층(158G), 및 희생층(158B)을 잔존시킴으로써, 이 가열 처리에서 유기 화합물층(103R), 유기 화합물층(103G), 및 유기 화합물층(103B)이 대미지를 받아 열화되는 것을 방지할 수 있다. 따라서 발광 디바이스의 신뢰성을 높일 수 있다.
이어서 도 10의 (A)에 나타낸 바와 같이, 절연층(127)을 마스크로서 사용하여 에칭 처리를 수행함으로써, 희생층(158R), 희생층(158G), 및 희생층(158B)의 일 부를 제거한다. 이에 의하여, 희생층(158R), 희생층(158G), 및 희생층(158B) 각각에 개구가 형성되고, 유기 화합물층(103R), 유기 화합물층(103G), 유기 화합물층(103B), 및 도전층(152C)의 상면이 노출된다. 또한 이하에서는, 이 에칭 처리를 제 2 에칭 처리라고 하는 경우가 있다.
무기 절연층(125)의 단부는 절연층(127)으로 덮인다. 또한 도 10의 (A)의 예에서는, 희생층(158G)의 단부의 일부(구체적으로는, 제 1 에칭 처리에 의하여 형성된 테이퍼 형상의 부분)가 절연층(127)으로 덮이고, 제 2 에칭 처리에 의하여 형성된 테이퍼 형상의 부분은 노출되어 있다.
제 2 에칭 처리는 웨트 에칭으로 수행한다. 웨트 에칭법을 사용함으로써, 드라이 에칭법을 사용하는 경우보다, 유기 화합물층(103R), 유기 화합물층(103G), 및 유기 화합물층(103B)에 가해지는 대미지를 저감할 수 있다. 웨트 에칭은 예를 들어 알칼리 용액 또는 산성 용액을 사용하여 수행할 수 있다. 유기 화합물층(103)이 녹지 않도록 수용액을 사용하는 것이 바람직하다.
이어서 도 10의 (B)에 나타낸 바와 같이, 유기 화합물층(103R) 위, 유기 화합물층(103G) 위, 유기 화합물층(103B) 위, 도전층(152C) 위, 및 절연층(127) 위에 공통 전극(155)을 형성한다. 공통 전극(155)은 스퍼터링법 또는 진공 증착법 등의 방법으로 형성할 수 있다. 이때 도 4의 (B)에 나타낸 바와 같이, 유기 화합물층(103)을 제 1 EL층(104)과 제 2 EL층(105)의 적층 구조로서 형성하고, 그 위에 공통 전극(155)을 형성하여도 좋다.
이어서 도 10의 (C)에 나타낸 바와 같이, 공통 전극(155) 위에 보호층(131)을 형성한다. 보호층(131)은 진공 증착법, 스퍼터링법, CVD법, 또는 ALD법 등의 방법으로 형성할 수 있다.
이어서 수지층(122)을 사용하여 보호층(131) 위에 기판(120)을 접합함으로써, 표시 장치를 제작할 수 있다. 상술한 바와 같이, 본 발명의 일 형태의 표시 장치의 제작 방법에서는, 도전층(151)의 측면과 중첩되는 영역을 가지도록 절연층(156)을 제공하고, 또한 도전층(151) 및 절연층(156)을 덮도록 도전층(152)을 형성한다. 이에 의하여, 표시 장치의 수율을 높일 수 있고, 또한 불량의 발생을 억제할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 형태의 표시 장치의 제작 방법에서는, 섬 형상의 제 1 EL층(104R), 섬 형상의 제 1 EL층(104G), 및 섬 형상의 제 1 EL층(104B)은 파인 메탈 마스크를 사용하여 형성되지 않고, 면 전체에 성막을 한 후에 가공함으로써 형성되기 때문에, 섬 형상의 층을 균일한 두께로 형성할 수 있다. 또한 고정세의 표시 장치 또는 고개구율의 표시 장치를 실현할 수 있다. 또한 정세도 또는 개구율이 높고, 부화소 간의 거리가 매우 짧아도, 인접한 부화소에서 유기 화합물층(103R), 유기 화합물층(103G), 및 유기 화합물층(103B)이 서로 접촉하는 것을 억제할 수 있다. 따라서 부화소 간에 누설 전류가 발생하는 것을 억제할 수 있다. 이에 의하여, 크로스토크를 방지할 수 있어 콘트라스트가 매우 높은 표시 장치를 실현할 수 있다. 또한 표시 장치는 포토리소그래피법으로 제작된 탠덤형 발광 디바이스를 가져도 양호한 특성을 가질 수 있다.
(실시형태 4)
본 실시형태에서는, 본 발명의 일 형태의 표시 장치에 대하여 설명한다.
본 실시형태의 표시 장치는 고정세의 표시 장치로 할 수 있다. 따라서 본 실시형태의 표시 장치는 예를 들어 손목시계형 및 팔찌형 등의 정보 단말기(웨어러블 기기)의 표시부, 그리고 헤드마운트 디스플레이(HMD) 등의 VR용 기기 및 안경형 AR용 기기 등 머리에 장착할 수 있는 웨어러블 기기의 표시부에 사용할 수 있다.
또한 본 실시형태의 표시 장치는 고해상도의 표시 장치 또는 대형 표시 장치로 할 수 있다. 따라서 본 실시형태의 표시 장치는 예를 들어 텔레비전 장치, 데스크톱형 또는 노트북형 퍼스널 컴퓨터, 컴퓨터용 등의 모니터, 디지털 사이니지, 및 파칭코기 등의 대형 게임기 등 비교적 큰 화면을 가지는 전자 기기 외에, 디지털 카메라, 디지털 비디오 카메라, 디지털 액자, 휴대 전화기, 휴대용 게임기, 휴대 정보 단말기, 및 음향 재생 장치의 표시부에 사용할 수 있다.
[표시 모듈]
도 11의 (A)에 표시 모듈(280)의 사시도를 나타내었다. 표시 모듈(280)은 표시 장치(100A)와 FPC(290)를 가진다. 또한 표시 모듈(280)이 가지는 표시 장치는 표시 장치(100A)에 한정되지 않고 후술하는 표시 장치(100B) 및 표시 장치(100E) 중 어느 것이어도 좋다.
표시 모듈(280)은 기판(291) 및 기판(292)을 가진다. 표시 모듈(280)은 표시부(281)를 가진다. 표시부(281)는 표시 모듈(280)에서의 화상을 표시하는 영역이고, 후술하는 화소부(284)에 제공되는 각 화소로부터의 광을 시인할 수 있는 영역이다.
도 11의 (B)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)와 접속하기 위한 단자부(285)가 제공되어 있다. 단자부(285)와 회로부(282)는 복수의 배선으로 구성되는 배선부(286)에 의하여 전기적으로 접속되어 있다.
화소부(284)는 주기적으로 배열된 복수의 화소(284a)를 가진다. 도 11의 (B)의 오른쪽에 하나의 화소(284a)의 확대도를 나타내었다. 화소(284a)에는 앞의 실시형태에서 설명한 각종 구성을 적용할 수 있다. 도 11의 (B)에는, 화소(284a)가 도 4에 나타낸 화소(178)와 같은 구성을 가지는 경우의 예를 나타내었다.
화소 회로부(283)는 주기적으로 배열된 복수의 화소 회로(283a)를 가진다.
하나의 화소 회로(283a)는 하나의 화소(284a)가 가지는 복수의 소자의 구동을 제어하는 회로이다.
회로부(282)는 화소 회로부(283)의 각 화소 회로(283a)를 구동하는 회로를 가진다. 예를 들어 게이트선 구동 회로 및 소스선 구동 회로 중 한쪽 또는 양쪽을 가지는 것이 바람직하다. 이 이외에, 연산 회로, 메모리 회로, 및 전원 회로 등 중 적어도 하나를 가져도 좋다.
FPC(290)는 외부로부터 회로부(282)에 비디오 신호 또는 전원 전위 등을 공급하기 위한 배선으로서 기능한다. 또한 FPC(290) 위에 IC가 실장되어 있어도 좋다.
표시 모듈(280)은 화소부(284)의 아래쪽에 화소 회로부(283) 및 회로부(282) 중 한쪽 또는 양쪽이 적층된 구성으로 할 수 있기 때문에, 표시부(281)의 개구율(유효 표시 면적비)을 매우 높게 할 수 있다.
이와 같은 표시 모듈(280)은 매우 고정세하기 때문에, HMD 등의 VR용 기기, 또는 안경형 AR용 기기에 적합하게 사용할 수 있다. 예를 들어 렌즈를 통하여 표시 모듈(280)의 표시부를 시인하는 구성이어도, 표시 모듈(280)은 매우 고정세의 표시부(281)를 가지기 때문에, 렌즈로 표시부가 확대되어도 화소가 시인되지 않고, 몰입감이 높은 표시를 수행할 수 있다. 또한 표시 모듈(280)은 이에 한정되지 않고, 비교적 소형의 표시부를 가지는 전자 기기에 적합하게 사용할 수 있다.
[표시 장치(100A)]
도 12의 (A)에 나타낸 표시 장치(100A)는 기판(301), 발광 디바이스(130R), 발광 디바이스(130G), 발광 디바이스(130B), 용량 소자(240), 및 트랜지스터(310)를 가진다.
기판(301)은 도 11의 (A) 및 (B)에서의 기판(291)에 상당한다. 트랜지스터(310)는 기판(301)에 채널 형성 영역을 가지는 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 가진다. 도전층(311)은 게이트 전극으로서 기능한다. 절연층(313)은 기판(301)과 도전층(311) 사이에 위치하고, 게이트 절연층으로서 기능한다. 저저항 영역(312)은 기판(301)에 불순물이 도핑된 영역이고, 소스 또는 드레인으로서 기능한다. 절연층(314)은 도전층(311)의 측면을 덮어 제공된다.
또한 인접한 2개의 트랜지스터(310) 사이에, 기판(301)에 매립되도록 소자 분리층(315)이 제공되어 있다.
또한 트랜지스터(310)를 덮어 절연층(261)이 제공되고, 절연층(261) 위에 용량 소자(240)가 제공되어 있다.
용량 소자(240)는 도전층(241)과, 도전층(245)과, 이들 사이에 위치하는 절연층(243)을 가진다. 도전층(241)은 용량 소자(240)의 한쪽 전극으로서 기능하고, 도전층(245)은 용량 소자(240)의 다른 쪽 전극으로서 기능하고, 절연층(243)은 용량 소자(240)의 유전체로서 기능한다.
도전층(241)은 절연층(261) 위에 제공되고, 절연층(254)에 매립되어 있다. 도전층(241)은 절연층(261)에 매립된 플러그(271)에 의하여 트랜지스터(310)의 소스 및 드레인 중 한쪽과 전기적으로 접속된다. 절연층(243)은 도전층(241)을 덮어 제공된다. 도전층(245)은 절연층(243)을 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. 인접한 발광 디바이스 사이의 영역에는 절연물이 제공된다.
도전층(151R)의 측면과 중첩되는 영역을 가지도록 절연층(156R)이 제공되고, 도전층(151G)의 측면과 중첩되는 영역을 가지도록 절연층(156G)이 제공되고, 도전층(151B)의 측면과 중첩되는 영역을 가지도록 절연층(156B)이 제공된다. 또한 도전층(151R) 및 절연층(156R)을 덮도록 도전층(152R)이 제공되고, 도전층(151G) 및 절연층(156G)을 덮도록 도전층(152G)이 제공되고, 도전층(151B) 및 절연층(156B)을 덮도록 도전층(152B)이 제공된다. 유기 화합물층(103R) 위에는 희생층(158R)이 위치하고, 유기 화합물층(103G) 위에는 희생층(158G)이 위치하고, 유기 화합물층(103B) 위에는 희생층(158B)이 위치한다.
도전층(151R), 도전층(151G), 및 도전층(151B)은 절연층(243), 절연층(255), 절연층(174), 및 절연층(175)에 매립된 플러그(256), 절연층(254)에 매립된 도전층(241), 및 절연층(261)에 매립된 플러그(271)에 의하여 트랜지스터(310)의 소스 및 드레인 중 한쪽에 전기적으로 접속되어 있다. 플러그에는 각종 도전 재료를 사용할 수 있다.
또한 발광 디바이스(130R), 발광 디바이스(130G), 및 발광 디바이스(130B) 위에는 보호층(131)이 제공되어 있다. 보호층(131) 위에는 수지층(122)에 의하여 기판(120)이 접합되어 있다. 발광 디바이스(130)부터 기판(120)까지의 구성 요소의 자세한 내용에 대해서는 실시형태 3을 참조할 수 있다. 기판(120)은 도 11의 (A)에서의 기판(292)에 상당한다.
도 12의 (B)는 도 12의 (A)에 나타낸 표시 장치(100A)의 변형예를 나타낸 것이다. 도 12의 (B)에 나타낸 표시 장치는 착색층(132R), 착색층(132G), 및 착색층(132B)을 가지고, 발광 디바이스(130)가 착색층(132R), 착색층(132G), 및 착색층(132B) 중 하나와 중첩되는 영역을 가진다. 도 12의 (B)에 나타낸 표시 장치에서, 발광 디바이스(130)는 예를 들어 백색광을 방출할 수 있다. 또한 예를 들어 착색층(132R)은 적색광을 투과시킬 수 있고, 착색층(132G)은 녹색광을 투과시킬 수 있고, 착색층(132B)은 청색광을 투과시킬 수 있다.
[표시 장치(100B)]
도 13은 표시 장치(100B)의 사시도이고, 도 14는 표시 장치(100B)의 단면도이다.
표시 장치(100B)는 기판(352)과 기판(351)이 접합된 구성을 가진다. 도 13에서는 기판(352)을 파선으로 나타내었다.
표시 장치(100B)는 화소부(177), 접속부(140), 회로(356), 및 배선(355) 등을 가진다. 도 13에서는 표시 장치(100B)에 IC(354) 및 FPC(353)가 실장되어 있는 예를 나타내었다. 그러므로 도 13에 나타낸 구성은 표시 장치(100B)와, IC(집적 회로)와, FPC를 가지는 표시 모듈이라고도 할 수 있다. 여기서 표시 장치의 기판에 FPC 등의 커넥터가 장착된 것, 또는 상기 기판에 IC가 실장된 것을 표시 모듈이라고 부른다.
접속부(140)는 화소부(177)의 외측에 제공된다. 접속부(140)는 단수이어도 좋고 복수이어도 좋다. 접속부(140)에서는 발광 디바이스의 공통 전극과 도전층이 전기적으로 접속되고 공통 전극에 전위를 공급할 수 있다.
회로(356)로서는 예를 들어 주사선 구동 회로를 사용할 수 있다.
배선(355)은 화소부(177) 및 회로(356)에 신호 및 전력을 공급하는 기능을 가진다. 상기 신호 및 전력은 FPC(353)를 통하여 외부로부터 또는 IC(354)로부터 배선(355)에 입력된다.
도 13에는 COG(Chip On Glass) 방식 또는 COF(Chip on Film) 방식 등에 의하여 기판(351)에 IC(354)가 제공되어 있는 예를 나타내었다. IC(354)로서는, 예를 들어 주사선 구동 회로 또는 신호선 구동 회로 등을 가지는 IC를 적용할 수 있다. 또한 표시 장치(100B) 및 표시 모듈은 IC를 제공하지 않는 구성으로 하여도 좋다. 또한 IC를 예를 들어 COF 방식에 의하여 FPC에 실장하여도 좋다.
도 14에, 표시 장치(100B)에서 FPC(353)를 포함하는 영역의 일부, 회로(356)의 일부, 화소부(177)의 일부, 접속부(140)의 일부, 및 단부를 포함하는 영역의 일부를 각각 절단한 경우의 단면의 일례를 나타내었다.
[표시 장치(100C)]
도 14에 나타낸 표시 장치(100C)는, 기판(351)과 기판(352) 사이에, 트랜지스터(201), 트랜지스터(205), 적색광을 방출하는 발광 디바이스(130R), 녹색광을 방출하는 발광 디바이스(130G), 및 청색광을 방출하는 발광 디바이스(130B) 등을 가진다.
발광 디바이스(130R), 발광 디바이스(130G), 및 발광 디바이스(130B)의 자세한 내용에 대해서는 실시형태 1 내지 실시형태 3을 참조할 수 있다.
발광 디바이스(130R)는 도전층(224R)과, 도전층(224R) 위의 도전층(151R)과, 도전층(151R) 위의 도전층(152R)을 가진다. 발광 디바이스(130G)는 도전층(224G)과, 도전층(224G) 위의 도전층(151G)과, 도전층(151G) 위의 도전층(152G)을 가진다. 발광 디바이스(130B)는 도전층(224B)과, 도전층(224B) 위의 도전층(151B)과, 도전층(151B) 위의 도전층(152B)을 가진다.
도전층(224R)은 절연층(214)에 제공된 개구를 통하여 트랜지스터(205)의 도전층(222b)과 접속되어 있다. 도전층(224R)의 단부보다 외측에 도전층(151R)의 단부가 위치한다. 도전층(151R)의 측면과 접촉하는 영역을 가지도록 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), 및 발광 디바이스(130B)에서의 도전층(224B), 도전층(151B), 도전층(152B), 절연층(156B)에 대해서는, 발광 디바이스(130R)에서의 도전층(224R), 도전층(151R), 도전층(152R), 절연층(156R)과 같기 때문에 자세한 설명은 생략한다.
도전층(224R), 도전층(224G), 및 도전층(224B)에는, 절연층(214)에 제공된 개구를 덮도록 오목부가 형성된다. 이 오목부에는 층(128)이 매립되어 있다.
층(128)은 도전층(224R), 도전층(224G), 및 도전층(224B)의 오목부를 평탄하게 하는 기능을 가진다. 도전층(224R), 도전층(224G), 도전층(224B), 및 층(128) 위에는 도전층(224R), 도전층(224G), 및 도전층(224B)에 전기적으로 접속되는 도전층(151R), 도전층(151G), 및 도전층(151B)이 제공되어 있다. 따라서 도전층(224R), 도전층(224G), 및 도전층(224B)의 오목부와 중첩되는 영역도 발광 영역으로서 사용할 수 있어, 화소의 개구율을 높일 수 있다.
층(128)은 절연층이어도 좋고, 도전층이어도 좋다. 층(128)에는 각종 무기 절연 재료, 유기 절연 재료, 및 도전 재료를 적절히 사용할 수 있다. 특히 층(128)은 절연 재료를 사용하여 형성되는 것이 바람직하고, 특히 유기 절연 재료를 사용하여 형성되는 것이 바람직하다. 층(128)은 예를 들어 상술한 절연층(127)에 사용할 수 있는 유기 절연 재료를 사용하여 형성할 수 있다.
발광 디바이스(130R), 발광 디바이스(130G), 및 발광 디바이스(130B) 위에는 보호층(131)이 제공되어 있다. 보호층(131)과 기판(352)은 접착층(142)에 의하여 접착되어 있다. 기판(352)에는 차광층(157)이 제공되어 있다. 발광 디바이스(130)의 밀봉에는 고체 밀봉 구조 또는 중공 밀봉 구조 등을 적용할 수 있다. 도 14에서는, 기판(352)과 기판(351) 사이의 공간이 접착층(142)으로 충전되어 있고, 고체 밀봉 구조가 적용되어 있다. 또는 상기 공간을 불활성 가스(질소 또는 아르곤 등)로 충전하고, 중공 밀봉 구조를 적용하여도 좋다. 이때, 접착층(142)은 발광 디바이스와 중첩되지 않도록 제공되어 있어도 좋다. 또한 상기 공간을 테두리 형상으로 제공된 접착층(142)과는 다른 수지로 충전하여도 좋다.
도 14의 예에서는, 접속부(140)가 도전층(224R), 도전층(224G), 및 도전층(224B)과 동일한 도전막을 가공하여 얻어진 도전층(224C)과, 도전층(151R), 도전층(151G), 및 도전층(151B)과 동일한 도전막을 가공하여 얻어진 도전층(151C)과, 도전층(152R), 도전층(152G), 및 도전층(152B)과 동일한 도전막을 가공하여 얻어진 도전층(152C)을 가진다. 또한 도 14의 예에서는, 도전층(151C)의 측면과 중첩되는 영역을 가지도록 절연층(156C)이 제공되어 있다.
표시 장치(100B)는 톱 이미션형이다. 발광 디바이스가 방출하는 광은 기판(352) 측으로 방출된다. 기판(352)에는 가시광에 대한 투과성이 높은 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 발광 디바이스가 적외광 또는 근적외광을 방출하는 경우에는, 이들에 대한 투과성이 높은 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 화소 전극은 가시광을 반사하는 재료를 포함하고, 대향 전극(공통 전극(155))은 가시광을 투과시키는 재료를 포함한다.
기판(351) 위에는 절연층(211), 절연층(213), 절연층(215), 및 절연층(214)이 이 순서대로 제공되어 있다. 절연층(211)은 그 일부가 각 트랜지스터의 게이트 절연층으로서 기능한다. 절연층(213)은 그 일부가 각 트랜지스터의 게이트 절연층으로서 기능한다. 절연층(215)은 트랜지스터를 덮어 제공된다. 절연층(214)은 트랜지스터를 덮어 제공되고, 평탄화층으로서의 기능을 가진다. 또한 게이트 절연층의 개수 및 트랜지스터를 덮는 절연층의 개수는 한정되지 않고, 각각 단층이어도 좋고 2층 이상이어도 좋다.
절연층(211), 절연층(213), 및 절연층(215)으로서는 각각 무기 절연막을 사용하는 것이 바람직하다.
평탄화층으로서 기능하는 절연층(214)에는 유기 절연층이 적합하다.
트랜지스터(201) 및 트랜지스터(205)는 게이트로서 기능하는 도전층(221), 게이트 절연층으로서 기능하는 절연층(211), 소스 및 드레인으로서 기능하는 도전층(222a) 및 도전층(222b), 반도체층(231), 게이트 절연층으로서 기능하는 절연층(213), 그리고 게이트로서 기능하는 도전층(223)을 가진다.
기판(351)에서 기판(352)이 중첩되지 않은 영역에는 접속부(204)가 제공되어 있다. 접속부(204)에서는, 트랜지스터(201)의 소스 전극 또는 드레인 전극이 도전층(166) 및 접속층(242)을 통하여 FPC(572)와 전기적으로 접속되어 있다. 도전층(166)이 도전층(224R), 도전층(224G), 및 도전층(224B)과 동일한 도전막을 가공하여 얻어진 도전막과, 도전층(151R), 도전층(151G), 및 도전층(151B)과 동일한 도전막을 가공하여 얻어진 도전막과, 도전층(152R), 도전층(152G), 및 도전층(152B)과 동일한 도전막을 가공하여 얻어진 도전막의 적층 구조를 가지는 예를 나타내었다. 접속부(204)의 상면에서는 도전층(166)이 노출되어 있다. 이에 의하여, 접속부(204)와 FPC(353)를 접속층(242)을 통하여 전기적으로 접속할 수 있다.
기판(352)의 기판(351) 측의 면에는 차광층(157)을 제공하는 것이 바람직하다. 차광층(157)은 인접한 발광 디바이스 사이, 접속부(140), 및 회로(356) 등에 제공할 수 있다. 또한 기판(352)의 외측에는 각종 광학 부재를 배치할 수 있다.
기판(351) 및 기판(352) 각각에는, 기판(120)에 사용할 수 있는 재료를 사용할 수 있다.
접착층(142)에는, 수지층(122)에 사용할 수 있는 재료를 사용할 수 있다.
접속층(242)으로서는 이방성 도전 필름(ACF: Anisotropic Conductive Film), 또는 이방성 도전 페이스트(ACP: Anisotropic Conductive Paste) 등을 사용할 수 있다.
[표시 장치(100D)]
도 15에 나타낸 표시 장치(100D)는 보텀 이미션형 표시 장치인 점에서 도 14에 나타낸 표시 장치(100C)와 주로 다르다.
발광 디바이스가 방출하는 광은 기판(351) 측으로 방출된다. 기판(351)에는 가시광에 대한 투과성이 높은 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 한편으로, 기판(352)에 사용하는 재료의 투광성은 불문한다.
기판(351)과 트랜지스터(201) 사이, 기판(351)과 트랜지스터(205) 사이에는, 차광층을 형성하는 것이 바람직하다. 도 15의 예에서는, 기판(351) 위에 차광층(157)이 제공되고, 차광층 위에 절연층(153)이 제공되고, 절연층(153) 위에 트랜지스터(201), 트랜지스터(205) 등이 제공되어 있다.
발광 디바이스(130R)는 도전층(112R)과, 도전층(112R) 위의 도전층(126R)과, 도전층(126R) 위의 도전층(129R)을 가진다.
발광 디바이스(130B)는 도전층(112B)과, 도전층(112B) 위의 도전층(126B)과, 도전층(126B) 위의 도전층(129B)을 가진다.
도전층(112R, 112B, 126R, 126B, 129R, 129B)에는 각각 가시광에 대한 투과성이 높은 재료를 사용한다. 공통 전극(155)에는 가시광을 반사하는 재료를 사용하는 것이 바람직하다.
또한 도 15에서는 발광 디바이스(130G)를 도시하지 않았지만, 발광 디바이스(130G)도 제공되어 있다.
또한 도 15 등에는, 층(128)의 상면이 평탄부를 가지는 예를 나타내었지만, 층(128)의 형상은 특별히 한정되지 않는다.
[표시 장치(100E)]
도 16에 나타낸 표시 장치(100E)는 도 14에 나타낸 표시 장치(100C)의 변형예이고, 착색층(132R), 착색층(132G), 및 착색층(132B)을 가지는 점에서 표시 장치(100C)와 주로 다르다.
표시 장치(100E)에서, 발광 디바이스(130)는 착색층(132R), 착색층(132G), 및 착색층(132B) 중 하나와 중첩되는 영역을 가진다. 착색층(132R), 착색층(132G), 및 착색층(132B)은 기판(352)의 기판(351) 측의 면에 제공될 수 있다. 착색층(132R)의 단부, 착색층(132G)의 단부, 및 착색층(132B)의 단부는 차광층(157)과 중첩될 수 있다.
표시 장치(100E)에서, 발광 디바이스(130)는 예를 들어 백색광을 방출할 수 있다. 또한 예를 들어 착색층(132R)은 적색광을 투과시킬 수 있고, 착색층(132G)은 녹색광을 투과시킬 수 있고, 착색층(132B)은 청색광을 투과시킬 수 있다. 또한 표시 장치(100E)는 보호층(131)과 접착층(142) 사이에 착색층(132R), 착색층(132G), 및 착색층(132B)이 제공되는 구성을 가져도 좋다.
도 14 및 도 16 등에는, 층(128)의 상면이 평탄부를 가지는 예를 나타내었지만, 층(128)의 형상은 특별히 한정되지 않는다.
본 실시형태는 다른 실시형태 또는 실시예와 적절히 조합할 수 있다. 또한 본 명세서에서 하나의 실시형태에 복수의 구성예가 기재된 경우에는 구성예를 적절히 조합할 수 있다.
(실시형태 5)
본 실시형태에서는, 본 발명의 일 형태의 전자 기기에 대하여 설명한다.
본 실시형태의 전자 기기는 표시부에 본 발명의 일 형태의 표시 장치를 가진다. 본 발명의 일 형태의 표시 장치는 표시 성능이 높고, 또한 고정세화 및 고해상도화가 용이하다. 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 가지는 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 표시 장치는 정세도를 높일 수 있기 때문에, 비교적 작은 표시부를 가지는 전자 기기에 적합하게 사용할 수 있다. 이와 같은 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 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 포함하는 것)를 가져도 좋다.
도 17의 (A) 내지 (D)를 사용하여 머리에 장착할 수 있는 웨어러블 기기의 일례에 대하여 설명한다.
도 17의 (A)에 나타낸 전자 기기(700A) 및 도 17의 (B)에 나타낸 전자 기기(700B)는 각각 한 쌍의 표시 패널(751)과, 한 쌍의 하우징(721)과, 통신부(도시하지 않았음)와, 한 쌍의 장착부(723)와, 제어부(도시하지 않았음)와, 촬상부(도시하지 않았음)와, 한 쌍의 광학 부재(753)와, 프레임(757)과, 한 쌍의 코 받침(758)을 가진다.
표시 패널(751)에는 본 발명의 일 형태의 표시 장치를 적용할 수 있다. 따라서 신뢰성이 높은 전자 기기로 할 수 있다.
전자 기기(700A) 및 전자 기기(700B)는 각각 광학 부재(753)의 표시 영역(756)에, 표시 패널(751)에 표시한 화상을 투영할 수 있다. 광학 부재(753)는 투광성을 가지기 때문에, 사용자는 광학 부재(753)를 통하여 시인되는 투과 이미지에 겹쳐, 표시 영역에 표시된 화상을 볼 수 있다.
전자 기기(700A) 및 전자 기기(700B)에는 촬상부로서, 앞쪽 방향을 촬상할 수 있는 카메라가 제공되어 있어도 좋다. 또한 전자 기기(700A) 및 전자 기기(700B)는 각각 자이로 센서 등의 가속도 센서를 가짐으로써, 사용자의 머리의 방향을 검지하여 그 방향에 대응한 화상을 표시 영역(756)에 표시할 수도 있다.
통신부는 무선 통신기를 가지고, 상기 무선 통신기에 의하여 예를 들어 영상 신호를 공급할 수 있다. 또한 무선 통신기 대신에, 또는 무선 통신기에 더하여 영상 신호 및 전원 전위가 공급되는 케이블을 접속 가능한 커넥터를 가져도 좋다.
또한 전자 기기(700A) 및 전자 기기(700B)에는 배터리가 제공되고, 무선 및 유선 중 한쪽 또는 양쪽으로 충전할 수 있다.
하우징(721)에는 터치 센서 모듈이 제공되어 있어도 좋다.
터치 센서 모듈에는 다양한 터치 센서를 적용할 수 있다. 예를 들어 정전 용량 방식, 저항막 방식, 적외선 방식, 전자기 유도 방식, 표면 탄성파 방식, 또는 광학 방식 등, 다양한 방식을 채용할 수 있다. 특히 정전 용량 방식 또는 광학 방식의 센서를 터치 센서 모듈에 적용하는 것이 바람직하다.
도 17의 (C)에 나타낸 전자 기기(800A) 및 도 17의 (D)에 나타낸 전자 기기(800B)는 각각 한 쌍의 표시부(820)와, 하우징(821)과, 통신부(822)와, 한 쌍의 장착부(823)와, 제어부(824)와, 한 쌍의 촬상부(825)와, 한 쌍의 렌즈(832)를 가진다.
표시부(820)에는 본 발명의 일 형태의 표시 장치를 적용할 수 있다. 따라서 신뢰성이 높은 전자 기기로 할 수 있다.
표시부(820)는 하우징(821)의 내부의 렌즈(832)를 통하여 시인할 수 있는 위치에 제공된다. 또한 한 쌍의 표시부(820)에 상이한 화상을 표시함으로써, 시차를 이용한 3차원 표시도 가능하다.
전자 기기(800A) 및 전자 기기(800B)는 각각 렌즈(832) 및 표시부(820)가 사용자의 눈의 위치에 따라 최적의 위치가 되도록, 이들의 좌우의 위치를 조정 가능한 기구를 가지는 것이 바람직하다.
장착부(823)에 의하여, 사용자는 전자 기기(800A) 또는 전자 기기(800B)를 머리에 장착할 수 있다.
촬상부(825)는 외부의 정보를 취득하는 기능을 가진다. 촬상부(825)가 취득한 데이터는 표시부(820)에 출력할 수 있다. 촬상부(825)에는 이미지 센서를 사용할 수 있다. 또한 망원 및 광각 등 복수의 화각에 대응할 수 있도록 복수의 카메라를 제공하여도 좋다.
전자 기기(800A)는 골전도 이어폰으로서 기능하는 진동 기구를 가져도 좋다.
전자 기기(800A) 및 전자 기기(800B)는 각각 입력 단자를 가져도 좋다. 입력 단자에는 영상 출력 기기 등으로부터의 영상 신호, 및 전자 기기 내에 제공되는 배터리를 충전하기 위한 전력 등을 공급하는 케이블을 접속할 수 있다.
본 발명의 일 형태의 전자 기기는 이어폰(750)과 무선 통신을 하는 기능을 가져도 좋다.
또한 전자 기기가 이어폰부를 가져도 좋다. 도 17의 (B)에 나타낸 전자 기기(700B)는 이어폰부(727)를 가진다. 이어폰부(727)와 제어부를 연결하는 배선의 일부는 하우징(721) 또는 장착부(723)의 내부에 배치되어도 좋다.
마찬가지로, 도 17의 (D)에 나타낸 전자 기기(800B)는 이어폰부(827)를 가진다. 예를 들어 이어폰부(827)와 제어부(824)는 서로 유선으로 접속되는 구성으로 할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 형태의 전자 기기로서는, 안경형(전자 기기(700A) 및 전자 기기(700B) 등) 및 고글형(전자 기기(800A) 및 전자 기기(800B) 등) 모두 적합하다.
도 18의 (A)에 나타낸 전자 기기(6500)는 스마트폰으로서 사용할 수 있는 휴대 정보 단말기이다.
전자 기기(6500)는 하우징(6501), 표시부(6502), 전원 버튼(6503), 버튼(6504), 스피커(6505), 마이크로폰(6506), 카메라(6507), 및 광원(6508) 등을 가진다. 표시부(6502)는 터치 패널 기능을 가진다.
표시부(6502)에 본 발명의 일 형태의 표시 장치를 적용할 수 있다. 따라서 신뢰성이 높은 전자 기기로 할 수 있다.
도 18의 (B)는 하우징(6501)의 마이크로폰(6506) 측의 단부를 포함하는 단면 개략도이다.
하우징(6501)의 표시면 측에는 투광성을 가지는 보호 부재(6510)가 제공되고, 하우징(6501)과 보호 부재(6510)로 둘러싸인 공간 내에 표시 패널(6511), 광학 부재(6512), 터치 센서 패널(6513), 인쇄 기판(6517), 및 배터리(6518) 등이 배치되어 있다.
보호 부재(6510)에는 표시 패널(6511), 광학 부재(6512), 및 터치 센서 패널(6513)이 접착층(도시하지 않았음)에 의하여 고정되어 있다.
표시부(6502)보다 외측의 영역에서 표시 패널(6511)의 일부가 접혀 있고, 이 접힌 부분에 FPC(6515)가 접속되어 있다. FPC(6515)에는 IC(6516)가 실장되어 있다. FPC(6515)는 인쇄 기판(6517)에 제공된 단자에 접속되어 있다.
표시 패널(6511)에는 본 발명의 일 형태의 표시 장치를 적용할 수 있다. 그러므로 매우 가벼운 전자 기기를 실현할 수 있다. 또한 표시 패널(6511)이 매우 얇기 때문에, 전자 기기의 두께를 늘리지 않고 대용량 배터리(6518)를 탑재할 수도 있다. 또한 표시 패널(6511)의 일부를 접어 화소부의 이면 측에 FPC(6515)와의 접속부를 배치함으로써, 슬림 베젤의 전자 기기를 실현할 수 있다.
도 18의 (C)에 텔레비전 장치의 일례를 나타내었다. 텔레비전 장치(7100)에서는, 하우징(7171)에 표시부(7000)가 제공되어 있다. 여기서는, 스탠드(7173)에 의하여 하우징(7171)을 지지한 구성을 나타내었다.
표시부(7000)에 본 발명의 일 형태의 표시 장치를 적용할 수 있다. 따라서 신뢰성이 높은 전자 기기로 할 수 있다.
도 18의 (C)에 나타낸 텔레비전 장치(7100)의 조작은 하우징(7171)의 조작 스위치 및 별체의 리모트 컨트롤러(7151)에 의하여 수행할 수 있다.
도 18의 (D)에 노트북형 퍼스널 컴퓨터의 일례를 나타내었다. 노트북형 퍼스널 컴퓨터(7200)는 하우징(7211), 키보드(7212), 포인팅 디바이스(7213), 및 외부 접속 포트(7214) 등을 가진다. 하우징(7211)에 표시부(7000)가 제공되어 있다.
표시부(7000)에 본 발명의 일 형태의 표시 장치를 적용할 수 있다. 따라서 신뢰성이 높은 전자 기기로 할 수 있다.
도 18의 (E) 및 (F)에 디지털 사이니지의 일례를 나타내었다.
도 18의 (E)에 나타낸 디지털 사이니지(7300)는 하우징(7301), 표시부(7000), 및 스피커(7303) 등을 가진다. 또한 LED 램프, 조작 키(전원 스위치 또는 조작 스위치를 포함함), 접속 단자, 각종 센서, 마이크로폰 등을 가질 수 있다.
도 18의 (F)는 원기둥 형상의 기둥(7401)에 장착된 디지털 사이니지(7400)를 나타낸 것이다. 디지털 사이니지(7400)는 기둥(7401)의 곡면을 따라 제공된 표시부(7000)를 가진다.
도 18의 (E) 및 (F)에서, 표시부(7000)에 본 발명의 일 형태의 표시 장치를 적용할 수 있다. 따라서 신뢰성이 높은 전자 기기로 할 수 있다.
표시부(7000)가 넓을수록 한번에 제공할 수 있는 정보량을 늘릴 수 있다. 또한 표시부(7000)가 넓을수록 사람의 눈에 띄기 쉽기 때문에, 예를 들어 광고의 홍보 효과를 높일 수 있다.
또한 도 18의 (E) 및 (F)에 나타낸 바와 같이, 디지털 사이니지(7300) 또는 디지털 사이니지(7400)는 사용자가 소유하는 스마트폰 등의 정보 단말기(7311) 또는 정보 단말기(7411)와 무선 통신에 의하여 연계 가능한 것이 바람직하다.
도 19의 (A) 내지 (G)에 나타낸 전자 기기는 하우징(9000), 표시부(9001), 스피커(9003), 조작 키(9005)(전원 스위치 또는 조작 스위치를 포함함), 접속 단자(9006), 센서(9007)(힘, 변위, 위치, 속도, 가속도, 각속도, 회전수, 거리, 광, 액체, 자기, 온도, 화학 물질, 음성, 시간, 경도, 전기장, 전류, 전압, 전력, 방사선, 유량, 습도, 경사도, 진동, 냄새, 또는 적외선을 측정하는 기능을 포함하는 것), 마이크로폰(9008) 등을 가진다.
도 19의 (A) 내지 (G)에 나타낸 전자 기기는 다양한 기능을 가진다. 예를 들어 다양한 정보(정지 화상, 동영상, 텍스트 화상 등)를 표시부에 표시하는 기능, 터치 패널 기능, 달력, 날짜, 또는 시각 등을 표시하는 기능, 다양한 소프트웨어(프로그램)에 의하여 처리를 제어하는 기능, 무선 통신 기능, 기록 매체에 기록된 프로그램 또는 데이터를 판독하여 처리하는 기능 등을 가질 수 있다.
도 19의 (A) 내지 (G)에 나타낸 전자 기기의 자세한 사항에 대하여 이하에서 설명한다.
도 19의 (A)는 휴대 정보 단말기(9171)를 나타낸 사시도이다. 휴대 정보 단말기(9171)는 예를 들어 스마트폰으로서 사용할 수 있다. 또한 휴대 정보 단말기(9171)에는 스피커(9003), 접속 단자(9006), 또는 센서(9007) 등을 제공하여도 좋다. 또한 휴대 정보 단말기(9171)는 문자 및 화상 정보를 그 복수의 면에 표시할 수 있다. 도 19의 (A)에는 3개의 아이콘(9050)을 표시한 예를 나타내었다. 또한 파선의 직사각형으로 나타낸 정보(9051)를 표시부(9001)의 다른 면에 표시할 수도 있다. 정보(9051)의 예로서는 전자 메일, SNS, 전화 등의 착신의 알림, 전자 메일 또는 SNS 등의 제목, 송신자명, 일시, 시각, 배터리의 잔량, 전파 강도 등이 있다. 또는 정보(9051)가 표시되는 위치에는 아이콘(9050) 등을 표시하여도 좋다.
도 19의 (B)는 휴대 정보 단말기(9172)를 나타낸 사시도이다. 휴대 정보 단말기(9172)는 표시부(9001)의 3면 이상에 정보를 표시하는 기능을 가진다. 여기서는 정보(9052), 정보(9053), 정보(9054)가 각각 상이한 면에 표시되어 있는 예를 나타내었다. 예를 들어 사용자는 옷의 가슴 포켓에 휴대 정보 단말기(9172)를 수납한 상태에서, 휴대 정보 단말기(9172) 위쪽에서 볼 수 있는 위치에 표시된 정보(9053)를 확인할 수도 있다.
도 19의 (C)는 태블릿 단말기(9173)를 나타낸 사시도이다. 태블릿 단말기(9173)는 일례로서, 이동 전화, 전자 메일, 문장 열람 및 작성, 음악 재생, 인터넷 통신, 컴퓨터 게임 등의 다양한 애플리케이션의 실행이 가능하다. 태블릿 단말기(9173)는 하우징(9000)의 앞면에 표시부(9001), 카메라(9002), 마이크로폰(9008), 스피커(9003)를 가지고, 하우징(9000)의 왼쪽 면에 조작용 버튼으로서의 조작 키(9005)를 가지고, 바닥면에 접속 단자(9006)를 가진다.
도 19의 (D)는 손목시계형 휴대 정보 단말기(9200)를 나타낸 사시도이다. 휴대 정보 단말기(9200)는 예를 들어 스마트워치(등록 상표)로서 사용할 수 있다. 또한 표시부(9001)는 그 표시면이 만곡되어 제공되고, 만곡된 표시면을 따라 표시를 할 수 있다. 또한 휴대 정보 단말기(9200)가, 예를 들어 무선 통신이 가능한 헤드셋과 상호 통신함으로써 핸즈프리로 통화를 할 수도 있다. 또한 휴대 정보 단말기(9200)는 접속 단자(9006)에 의하여 다른 정보 단말기와 상호로 데이터를 주고받거나 충전할 수도 있다. 또한 충전 동작은 무선 급전에 의하여 수행하여도 좋다.
도 19의 (E) 내지 (G)는 접을 수 있는 휴대 정보 단말기(9201)를 나타낸 사시도이다. 또한 도 19의 (E)는 휴대 정보 단말기(9201)를 펼친 상태의 사시도이고, 도 19의 (G)는 접은 상태의 사시도이고, 도 19의 (F)는 도 19의 (E) 및 (G) 중 한쪽으로부터 다른 쪽으로 변화되는 도중의 상태의 사시도이다. 휴대 정보 단말기(9201)는 접은 상태에서는 가반성이 우수하고, 펼친 상태에서는 이음매가 없고 넓은 표시 영역을 가지므로 표시의 일람성(一覽性)이 우수하다. 휴대 정보 단말기(9201)의 표시부(9001)는 힌지(9055)에 의하여 연결된 3개의 하우징(9000)으로 지지되어 있다. 예를 들어 표시부(9001)는 곡률 반경 0.1mm 이상 150mm 이하로 구부릴 수 있다.
본 실시형태는 다른 실시형태 또는 실시예와 적절히 조합할 수 있다. 또한 본 명세서에서 하나의 실시형태에 복수의 구성예가 기재된 경우에는 구성예를 적절히 조합할 수 있다.
(실시예 1)
본 실시예에서는, 본 발명의 일 형태의 발광 디바이스 1-1, 발광 디바이스 1-2, 비교용 발광 디바이스인 비교 발광 디바이스 1-3의 자세한 제작 방법 및 특성에 대하여 설명한다.
본 실시예에서 사용한 주된 화합물의 구조식을 아래에 나타낸다.
[화학식 9]
(발광 디바이스 1-1의 제작 방법)
우선 유리 기판 위에, 반사 전극으로서 기판 측으로부터 은(Ag)을 100nm, 투명 전극으로서 산화 실리콘을 포함하는 인듐 주석 산화물(ITSO)을 10nm 스퍼터링법으로 순차적으로 적층하여, 2mm×2mm의 크기로 제 1 전극(101)을 형성하였다. 또한 투명 전극은 양극으로서 기능하고 상기 반사 전극과 함께 제 1 전극(101)에 포함된다.
다음으로 기판 위에 발광 디바이스를 형성하기 위한 전처리로서 기판 표면을 물로 세정하고 200℃에서 1시간 동안 소성한 후, UV 오존 처리를 370초 동안 수행하였다.
그 후, 약 1×10-4Pa까지 내부가 감압된 진공 증착 장치에 기판을 도입하고, 진공 증착 장치 내의 가열실에서 170℃에서 30분 동안의 진공 소성을 수행한 후, 기판을 약 30분 동안 방랭하였다.
다음으로 제 1 전극(101)이 형성된 면이 아래쪽을 향하도록 기판을 진공 증착 장치 내에 제공된 홀더에 고정하고, 제 1 전극(101) 위에 증착법으로 상기 구조식(i)으로 나타내어지는 N-(바이페닐-4-일)-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: PCBBiF)과, 분자량 672이며 플루오린을 포함하는 전자 억셉터 재료(OCHD-003)를 중량비 1:0.03(=PCBBiF:OCHD-003)이 되도록 10nm 공증착하여, 정공 주입층(111)을 형성하였다.
정공 주입층(111) 위에, PCBBiF를 20nm 증착하여, 제 1 정공 수송층을 형성하였다.
이어서 제 1 정공 수송층 위에, 상기 구조식(ii)으로 나타내어지는 4,8-비스[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]-[1]벤조퓨로[3,2-d]피리미딘(약칭: 4,8mDBtP2Bfpm)과, 상기 구조식(iii)으로 나타내어지는 9-(2-나프틸)-9'-페닐-9H,9'H-3,3'-바이카바졸(약칭: βNCCP)과, 상기 구조식(iv)으로 나타내어지는 [2-d3-메틸-(2-피리딘일-κN)벤조퓨로[2,3-b]피리딘-κC]비스[2-(2-피리딘일-κN)페닐-κC]이리듐(III)(약칭: Ir(ppy)2(mbfpypy-d3))을 중량비 0.5:0.5:0.1(=4,8mDBtP2Bfpm:βNCCP:Ir(ppy)2(mbfpypy-d3))이 되도록 40nm 공증착하여, 제 1 발광층을 형성하였다.
그 후, 상기 구조식(v)으로 나타내어지는 2-{3-[3-(N-페닐-9H-카바졸-3-일)-9H-카바졸-9-일]페닐}다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mPCCzPDBq)을 25nm 증착하여, 제 1 전자 수송층을 형성하였다.
제 1 전자 수송층을 형성한 후, 상기 구조식(vi)으로 나타내어지는 2,2'-(1,3-페닐렌)비스(9-페닐-1,10-페난트롤린)(약칭: mPPhen2P)과, 상기 구조식(vii)으로 나타내어지는 1-(9,9'-스파이로바이[9H-플루오렌]-2-일)-1,3,4,6,7,8-헥사하이드로-2H-피리미도[1,2-a]피리미딘(약칭: 2hppSF)을 중량비 1:1(=mPPhen2P: 2hppSF)이 되도록 5nm 공증착하고, 상기 구조식(viii)으로 나타내어지는 구리 프탈로사이아닌(약칭: CuPc)을 2nm 증착하고, 그리고 PCBBiF와 OCHD-003을 중량비 1:0.15(=PCBBiF:OCHD-003)가 되도록 10nm 공증착함으로써, 중간층을 형성하였다.
중간층 위에, PCBBiF를 40nm 증착하여, 제 2 정공 수송층을 형성하였다.
제 2 정공 수송층 위에, 4,8mDBtP2Bfpm과, βNCCP와, Ir(ppy)2(mbfpypy-d3)을 중량비 0.5:0.5:0.1(=4,8mDBtP2Bfpm:βNCCP:Ir(ppy)2(mbfpypy-d3))이 되도록 40nm 공증착하여, 제 2 발광층을 형성하였다.
그 후, 2mPCCzPDBq를 20nm 증착하고, 그리고 mPPhen2P를 20nm 증착하여, 제 2 전자 수송층을 형성하였다.
제 2 전자 수송층 위에 플루오린화 리튬(LiF)과 이터븀(Yb)을 체적비 2:1(=LiF:Yb)로 막 두께 1.5nm가 되도록 공증착한 후, 은(Ag)과 마그네슘(Mg)을 체적비 1:0.1로 막 두께 15nm가 되도록 공증착하여 제 2 전극(102)을 형성함으로써, 본 발명의 일 형태의 발광 디바이스를 제작하였다. 또한 제 2 전극(102) 위에는, 캡층으로서 상기 구조식(ix)으로 나타내어지는 4,4',4''-(벤젠-1,3,5-트라이일)트라이(다이벤조싸이오펜)(약칭: DBT3P-II)을 70nm 성막함으로써, 광 추출 효율을 향상시켰다.
이어서 질소 분위기의 글로브 박스 내에서 발광 디바이스가 대기에 노출되지 않도록 유리 기판에 의하여 밀봉하는 작업(UV 경화성 밀봉재를 소자의 주위에 도포하고, UV를 발광 디바이스에는 조사하지 않고 밀봉재에만 조사하는 처리를 하고, 대기압하, 80℃에서 1시간의 열처리를 하였음)을 수행함으로써, 발광 디바이스 1-1을 형성하였다.
(발광 디바이스 1-2의 제작 방법)
발광 디바이스 1-2는 발광 디바이스 1-1에서의 제 1 전자 수송층을 상기 구조식(x)으로 나타내어지는 2-[4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)-3,1'-바이페닐-1-일]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mpPCBPDBq)으로 바꾼 점 이외는 발광 디바이스 1-1과 같은 식으로 제작하였다.
(발광 디바이스 1-3의 제작 방법)
발광 디바이스 1-3은 발광 디바이스 1-1에서의 제 1 전자 수송층을 상기 구조식(xi)으로 나타내어지는 2-[3-(3'-다이벤조싸이오펜-4-일)바이페닐]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mDBTBPDBq-II)으로 바꾼 점 이외는 발광 디바이스 1-1과 같은 식으로 제작하였다.
발광 디바이스 1-1 내지 발광 디바이스 1-3의 디바이스 구조, 및 제 1 발광층 및 제 1 전자 수송층에 사용한 유기 화합물의 HOMO 준위 및 LUMO 준위를 아래에 나타낸다.
또한 HOMO 준위 및 LUMO 준위의 값은 사이클릭 볼타메트리(CV) 측정에 의하여 구하였다.
사이클릭 볼타메트리(CV) 측정에서, 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 산출하였다. 측정에서, 양방향의 전위 주사에 의하여 HOMO 준위를 구하고, 음방향의 전위 주사에 의하여 LUMO 준위를 구하였다. 또한 측정에서의 스캔 속도는 0.1V/s로 하였다.
구체적으로는, 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)로부터 감산함으로써 HOMO 준위 및 LUMO 준위의 값(E)(=Ex-Eo)을 각각 구하였다.
또한 앞에서는 가역 산화 환원파가 얻어지는 경우를 나타내었지만, 불가역 산화 환원파가 얻어지는 경우에는 HOMO 준위의 산출에서는 산화 피크 전위(Epa)에서 일정한 값(0.1eV)을 감산한 값을 환원 피크 전위(Epc)로 가정하고, 표준 산화 환원 전위(Eo)를 소수점 이하 1자릿수까지 구하였다. 또한 LUMO 준위의 산출에서는 환원 피크 전위(Epc)에 일정한 값(0.1eV)을 가산한 값을 산화 피크 전위(Epa)로 가정하고, 표준 산화 환원 전위(Eo)를 소수점 이하 1자릿수까지 구하였다.
[표 2]
[표 3]
[표 4]
이와 같이, 발광 디바이스 1-1 및 발광 디바이스 1-2에서는 제 1 전자 수송층에 HOMO 준위가 -5.9eV 이상 -5.0eV 이하인 유기 화합물이 사용되어 있다. 또한 중간층에는 mPPhen2P:2hppSF=1:1인 제 1 층이 형성되어 있고, 이 막은 정공을 차단하는 막이다. 또한 2hppSF는 그 산 해리 상수 pKa가 13.95이고, pKa가 8 이상의 강염기성을 가지는 유기 화합물이다. 또한 제 1 층에는 LUMO 준위가 -3.0eV 이상 -2.0eV 이하의 전자 수송성을 가지는 유기 화합물인 mPPhen2P가 사용되어 있다.
여기서 석영 기판 위에 mPPhen2P와 2hppSF를 중량비 1:1(=mPPhen2P:2hppSF), 막 두께 50nm가 되도록 공증착한 박막의 전자 스핀 공명 스펙트럼을 실온에서 측정한 결과, g값 2.00 부근에 시그널이 거의 관측되지 않고, 스핀 밀도는 검출 한계인 8×1016spins/cm3 미만인 것을 알 수 있었다. 또한 ESR법에 의한 전자 스핀 공명 스펙트럼의 측정은 전자 스핀 공명 측정 장치 E500형(Bruker Corporation 제조)을 사용하여 수행하였다. 상기 측정은 공진 주파수 9.56GHz, 출력 1mW, 변조 자기장 50mT, 변조폭 0.5mT, 시간 상수 0.04s, 소인 시간 1min, 실온에서 수행하였다. 이로부터, 2hppSF는 mPPhen2P에 대하여 전자 공여성을 나타내지 않는다고 할 수 있다.
또한 제 2 층은 정공 수송성을 가지는 유기 화합물인 PCBBiF와, 전자 억셉터성을 나타내는 OCHD-003을 포함하는 층이고, 전압이 인가됨으로써 전하 분리하는 전하 발생층이다.
여기서 석영 기판 위에 PCBBiF와 OCHD-003을 중량비 1:0.1(PCBBiF:OCHD-003), 막 두께 100nm가 되도록 공증착한 박막의 전자 스핀 공명 스펙트럼을 실온에서 측정한 결과, g값 2.00 부근에 시그널이 관측되고, 스핀 밀도는 5×1019spins/cm3인 것을 알 수 있었다. 또한 ESR법에 의한 전자 스핀 공명 스펙트럼의 측정은 전자 스핀 공명 측정 장치 JES FA300형(JEOL Ltd. 제조)을 사용하여 수행하였다. 상기 측정은 공진 주파수 9.18GHz, 출력 1mW, 변조 자기장 50mT, 변조폭 0.5mT, 시간 상수 0.03s, 소인 시간 1min, 실온에서 수행하였다. 이것으로부터 OCHD-003은 PCBBiF에 대하여 전자 수용성을 나타내고, PCBBiF와 OCHD-003을 가지는 층은 전하 발생층으로서의 기능을 가진다고 할 수 있다.
발광 디바이스 1-1 내지 발광 디바이스 1-3의 휘도-전류 밀도 특성을 도 21에 나타내고, 전류 효율-휘도 특성을 도 22에 나타내고, 휘도-전압 특성을 도 23에 나타내고, 전류 밀도-전압 특성을 도 24에 나타내고, 외부 양자 효율-휘도 특성을 도 25에 나타내고, 전계 발광 스펙트럼을 도 26에 나타내었다. 또한 1000cd/m2 부근에서의 주요 특성을 표 5에 나타낸다. 또한 휘도, CIE 색도, 및 발광 스펙트럼의 측정에는 분광 방사계(Topcon Technohouse Corporation 제조, SR-UL1R)를 사용하여, 상온에서 측정하였다. 또한 외부 양자 효율은 분광 방사계를 사용하여 측정한 휘도와 발광 스펙트럼을 사용하고, 배광 특성이 램버시안형인 것으로 가정하여 산출한 값이다.
[표 5]
도 26(스펙트럼)으로부터, 발광 디바이스 1-1 내지 발광 디바이스 1-3은 모두 Ir(ppy)2(mbfpypy-d3)에서 유래하는 녹색의 발광을 나타내는 것을 알 수 있었다. 또한 도 22(전류 효율) 또는 도 25(외부 양자 효율)로부터, 발광 디바이스 1-1 내지 발광 디바이스 1-3은 모두 탠덤형 발광 디바이스로서 기능하고 있는 것을 알 수 있었다.
그러나 한편으로, 도 23(휘도-전압 특성) 및 도 24(전류 밀도-전압 특성)로부터 제 1 전자 수송층의 구성이 본 발명의 구성과 다른 발광 디바이스 1-3의 구동 전압은 높고, 본 발명의 일 형태의 발광 디바이스인 발광 디바이스 1-1 및 발광 디바이스 1-2는 구동 전압이 낮고 양호한 특성을 가지는 발광 디바이스인 것을 알 수 있었다.
이와 같이, 본 발명의 구성을 사용함으로써 발광 효율이 높고 구동 전압이 낮은, 양호한 특성을 가지는 발광 디바이스를 제공할 수 있다.
(실시예 2)
본 실시예에서는 본 발명의 일 형태의 발광 디바이스 2-1 내지 발광 디바이스 2-5, 비교 발광 디바이스인 발광 디바이스 2-6의 자세한 제작 방법 및 특성에 대하여 설명한다.
본 실시예에서 사용한 주된 화합물의 구조식을 아래에 나타낸다.
[화학식 10]
[화학식 11]
(발광 디바이스 2-1의 제작 방법)
우선 유리 기판 위에, 반사 전극으로서 기판 측으로부터 은(Ag)을 100nm, 투명 전극으로서 산화 실리콘을 포함하는 인듐 주석 산화물(ITSO)을 10nm 스퍼터링법으로 순차적으로 적층하여, 2mm×2mm의 크기로 제 1 전극(101)을 형성하였다. 또한 투명 전극은 양극으로서 기능하고 상기 반사 전극과 함께 제 1 전극(101)에 포함된다.
다음으로 기판 위에 발광 디바이스를 형성하기 위한 전처리로서 기판 표면을 물로 세정하고 200℃에서 1시간 동안 소성한 후, UV 오존 처리를 370초 동안 수행하였다.
그 후, 약 1×10-4Pa까지 내부가 감압된 진공 증착 장치에 기판을 도입하고, 진공 증착 장치 내의 가열실에서 170℃에서 30분 동안의 진공 소성을 수행한 후, 기판을 약 30분 동안 방랭하였다.
다음으로 제 1 전극(101)이 형성된 면이 아래쪽을 향하도록 기판을 진공 증착 장치 내에 제공된 홀더에 고정하고, 제 1 전극(101) 위에, 증착법으로 상기 구조식(i)으로 나타내어지는 N-(바이페닐-4-일)-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: PCBBiF)과, 분자량 672이며 플루오린을 포함하는 전자 억셉터 재료(OCHD-003)를 중량비 1:0.03(=PCBBiF:OCHD-003)이 되도록 10nm 공증착하여, 정공 주입층(111)을 형성하였다.
정공 주입층(111) 위에, PCBBiF를 20nm 증착하여, 제 1 정공 수송층을 형성하였다.
이어서 제 1 정공 수송층 위에 상기 구조식(ii)으로 나타내어지는 4,8-비스[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]-[1]벤조퓨로[3,2-d]피리미딘(약칭: 4,8mDBtP2Bfpm)과, 상기 구조식(iii)으로 나타내어지는 9-(2-나프틸)-9'-페닐-9H,9'H-3,3'-바이카바졸(약칭: βNCCP)과, 상기 구조식(iv)으로 나타내어지는 [2-d3-메틸-(2-피리딘일-κN)벤조퓨로[2,3-b]피리딘-κC]비스[2-(2-피리딘일-κN)페닐-κC]이리듐(III)(약칭: Ir(ppy)2(mbfpypy-d3))을 중량비 0.5:0.5:0.1(=4,8mDBtP2Bfpm:βNCCP:Ir(ppy)2(mbfpypy-d3))이 되도록 40nm 공증착하여 제 1 발광층을 형성하였다.
그 후, 상기 구조식(v)으로 나타내어지는 2-{3-[3-(N-페닐-9H-카바졸-3-일)-9H-카바졸-9-일]페닐}다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mPCCzPDBq)을 20nm 증착하여 제 1 전자 수송층을 형성하였다.
제 1 전자 수송층을 형성한 후, 상기 구조식(vi)으로 나타내어지는 2,2'-(1,3-페닐렌)비스(9-페닐-1,10-페난트롤린)(약칭: mPPhen2P)과 상기 구조식(vii)으로 나타내어지는 1-(9,9'-스파이로바이[9H-플루오렌]-2-일)-1,3,4,6,7,8-헥사하이드로-2H-피리미도[1,2-a]피리미딘(약칭: 2hppSF)을 중량비 1:1(=mPPhen2P:2hppSF)이 되도록 10nm 공증착하고, 상기 구조식(viii)으로 나타내어지는 구리프탈로사이아닌(약칭: CuPc)을 2nm 증착하고, PCBBiF와 OCHD-003을 중량비 1:0.15(=PCBBiF:OCHD-003)가 되도록 10nm 더 공증착하고 중간층을 형성하였다.
중간층 위에, PCBBiF를 40nm 증착하여, 제 2 정공 수송층을 형성하였다.
제 2 정공 수송층 위에, 4,8mDBtP2Bfpm과, βNCCP와, Ir(ppy)2(mbfpypy-d3)을 중량비 0.5:0.5:0.1(=4,8mDBtP2Bfpm:βNCCP:Ir(ppy)2(mbfpypy-d3))이 되도록 40nm 공증착하여, 제 2 발광층을 형성하였다.
그 후, 2mPCCzPDBq를 20nm 증착하고, 그리고 mPPhen2P를 20nm 증착하여, 제 2 전자 수송층을 형성하였다.
제 2 전자 수송층 위에 플루오린화 리튬(LiF)과 이터븀(Yb)을 체적비 2:1(=LiF:Yb)로 막 두께 1.5nm가 되도록 공증착한 후, 은(Ag)과 마그네슘(Mg)을 체적비 1:0.1로 막 두께 15nm가 되도록 공증착하여 제 2 전극(102)을 형성함으로써, 본 발명의 일 형태의 발광 디바이스를 제작하였다. 또한 제 2 전극(102) 위에는, 캡층으로서 상기 구조식(ix)으로 나타내어지는 4,4',4''-(벤젠-1,3,5-트라이일)트라이(다이벤조싸이오펜)(약칭: DBT3P-II)을 70nm 성막함으로써, 광 추출 효율을 향상시켰다.
이어서 질소 분위기의 글로브 박스 내에서 발광 디바이스가 대기에 노출되지 않도록 유리 기판으로 밀봉하는 작업(UV 경화성 밀봉재를 소자의 주위에 도포하고, UV를 발광 디바이스에는 조사하지 않고 밀봉재에만 조사하는 처리를 하고, 대기압하, 80℃에서 1시간의 열처리를 하였음)을 수행한 후, 발광 디바이스의 2-1을 형성하였다.
(발광 디바이스 2-2의 제작 방법)
발광 디바이스 2-2는 발광 디바이스 2-1에서의 제 1 전자 수송층을 상기 구조식(xi)으로 나타내어지는 2-[3-(3'-다이벤조싸이오펜-4-일)바이페닐]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mDBTBPDBq-II)과 상기 구조식(xii)으로 나타내어지는 N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]비스(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)아민(약칭: PCBFF)을, 중량비 1:1이 되도록 20nm 공증착하여 형성한 점 이외는 발광 디바이스 2-1과 같은 식으로 제작하였다.
(발광 디바이스 2-3의 제작 방법)
발광 디바이스 2-3은 발광 디바이스 2-1에서의 제 1 전자 수송층을 2mDBTBPDBq-II와 상기 구조식(xiii)으로 나타내어지는 4,4'-다이페닐-4''-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBBi1BP)을 중량비 1:1이 되도록 20nm 공증착하여 형성한 점 이외는 발광 디바이스 2-1과 같은 식으로 제작하였다.
(발광 디바이스 2-4의 제작 방법)
발광 디바이스 2-4는 발광 디바이스 2-1에서의 제 1 전자 수송층을 2mDBTBPDBq-II와 상기 구조식(xiv)으로 나타내어지는 9,9'-다이페닐-9H,9’H-3,3'-바이카바졸(약칭: PCCP)을 중량비 1:1이 되도록 20nm 공증착하여 형성한 점 이외는 발광 디바이스 2-1과 같은 식으로 제작하였다.
(발광 디바이스 2-5의 제작 방법)
발광 디바이스 2-5는 발광 디바이스 2-1에서의 제 1 전자 수송층을 2mDBTBPDBq-II와 상기 구조식(xv)으로 나타내어지는 9-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]페난트렌(약칭: PCPPn)을 중량비 1:1이 되도록 20nm 공증착하여 형성한 점 이외는 발광 디바이스 2-1과 같은 식으로 제작하였다.
(발광 디바이스 2-6의 제작 방법)
발광 디바이스 2-6은 발광 디바이스 2-1의 제 1 전자 수송층에서의 2mPCCzPDBq를 2mDBTBPDBq-II로 바꾼 점 이외는 발광 디바이스 2-1과 같은 식으로 제작하였다.
발광 디바이스 2-1 내지 발광 디바이스 2-6의 디바이스 구조, 및 사용한 주된 유기 화합물의 HOMO 준위 및 LUMO 준위를 아래에 나타낸다. 또한 HOMO 준위 및 LUMO 준위의 값은 실시예 1과 마찬가지로 사이클릭 볼타메트리(CV) 측정에 의하여 구하였다.
[표 6]
[표 7]
[표 8]
이와 같이, 발광 디바이스 2-1 및 발광 디바이스 2-6은 제 1 전자 수송층에 단독의 재료를 사용한 발광 디바이스, 발광 디바이스 2-2 내지 발광 디바이스 2-5는 제 1 전자 수송층에 2종류의 유기 화합물을 사용한 발광 디바이스이다.
발광 디바이스 2-1에서는 제 1 전자 수송층에 HOMO 준위가 -5.9eV 이상 -5.0eV 이하인 유기 화합물이 사용되어 있다. 또한 발광 디바이스 2-2 내지 발광 디바이스 2-5에서는 제 1 전자 수송층에 포함되는 2종류의 유기 화합물 중 가장 HOMO 준위가 높은 유기 화합물의 HOMO 준위가 -5.9eV 이상 -5.0eV 이하이다. 한편으로, 발광 디바이스 2-6은 제 1 전자 수송층에 사용되어 있는 유기 화합물의 HOMO 준위가 -6.22eV이기 때문에, -5.9eV 이상 -5.0eV 이하의 범위 외이다.
또한 중간층에서의 제 1 층에는 2hppSF가 사용되어 있고, 그 산 해리 상수 pKa는 13.95이기 때문에, 상기 발광 디바이스 2-1 내지 발광 디바이스 2-6에서는 중간층에 pKa가 8 이상의 강염기성을 가지는 유기 화합물이 사용되어 있다. 또한 제 1 층에는 LUMO 준위가 -3.0eV 이상 -2.0eV 이하의 전자 수송성을 가지는 유기 화합물인 mPPhen2P가 사용되어 있다. 또한 제 1 층으로서 mPPhen2P:2hppSF=1:1인 층이 형성되어 있고, 이 막은 정공을 차단하는 막이다.
여기서 석영 기판 위에 mPPhen2P와 2hppSF를 중량비 1:1(=mPPhen2P:2hppSF), 막 두께 50nm가 되도록 공증착한 박막의 전자 스핀 공명 스펙트럼을 실온에서 측정한 결과, g값 2.00 부근에 시그널이 거의 관측되지 않고, 스핀 밀도는 검출 한계인 8×1016spins/cm3 미만인 것을 알 수 있었다. 또한 ESR법에 의한 전자 스핀 공명 스펙트럼의 측정은 실시예 1과 마찬가지로 전자 스핀 공명 측정 장치 E500형(Bruker Corporation 제조)을 사용하여 수행하였다. 이것으로부터, 2hppSF는 mPPhen2P에 대하여 전자 공여성을 나타내지 않는다고 할 수 있다.
또한 제 2 층은 정공 수송성을 가지는 유기 화합물인 PCBBiF와, 전자 억셉터성을 나타내는 OCHD-003을 포함하는 층이고, 전압이 인가됨으로써 전하 분리하는 전하 발생층이다.
여기서 석영 기판 위에 PCBBiF와 OCHD-003을 중량비 1:0.1(PCBBiF:OCHD-003), 막 두께 100nm가 되도록 공증착한 박막의 전자 스핀 공명 스펙트럼을 실온에서 측정한 결과, g값 2.00 부근에 시그널이 관측되고, 스핀 밀도는 5×1019spins/cm3인 것을 알 수 있었다. 또한 ESR법에 의한 전자 스핀 공명 스펙트럼의 측정은 실시예 1과 마찬가지로 전자 스핀 공명 측정 장치 JES FA300형(JEOL Ltd. 제조)을 사용하여 수행하였다. 이것으로부터 OCHD-003은 PCBBiF에 대하여 전자 수용성을 나타내고, PCBBiF와 OCHD-003을 가지는 층은 전하 발생층으로서의 기능을 가진다고 할 수 있다.
발광 디바이스 2-1 내지 발광 디바이스 2-6의 휘도-전류 밀도 특성을 도 27에 나타내고, 전류 효율-휘도 특성을 도 28에 나타내고, 휘도-전압 특성을 도 29에 나타내고, 전류 밀도-전압 특성을 도 30에 나타내고, 외부 양자 효율-휘도 특성을 도 31에 나타내고, 전계 발광 스펙트럼을 도 32에 나타내었다. 또한 1000cd/m2 부근에서의 주요 특성을 표 9에 나타낸다. 또한 휘도, CIE 색도, 및 발광 스펙트럼의 측정에는 분광 방사계(Topcon Technohouse Corporation 제조, SR-UL1R)를 사용하여, 상온에서 측정하였다. 또한 외부 양자 효율은 분광 방사계를 사용하여 측정한 휘도와 발광 스펙트럼을 사용하고, 배광 특성이 램버시안형인 것으로 가정하여 산출한 값이다.
[표 9]
도 32(스펙트럼)로부터, 발광 디바이스 2-1 내지 발광 디바이스 2-6은 모두 Ir(ppy)2(mbfpypy-d3)에서 유래하는 녹색의 발광을 나타내는 것을 알 수 있었다. 또한 도 28(전류 효율) 또는 도 31(외부 양자 효율)로부터, 발광 디바이스 2-1 내지 발광 디바이스 2-6은 모두 탠덤형 발광 디바이스로서 기능하고 있는 것을 알 수 있었다.
그러나 한편으로, 도 29(휘도-전압 특성) 및 도 30(전류 밀도-전압 특성)으로부터, 제 1 전자 수송층의 구성이 본 발명의 구성과 다른 발광 디바이스 2-6의 구동 전압은 높고, 본 발명의 일 형태의 발광 디바이스인 발광 디바이스 2-1 내지 발광 디바이스 2-5는 구동 전압이 낮고 양호한 특성을 가지는 발광 디바이스인 것을 알 수 있었다. 또한 제 1 전자 수송층이 전자 수송성을 가지는 재료와 정공 수송성을 가지는 재료의 2종류의 재료로 구성되어 있는 발광 디바이스 2-2 내지 발광 디바이스 2-5는, 제 1 전자 수송층에 포함되는 2종류의 유기 화합물 중 가장 HOMO 준위가 높은 유기 화합물의 HOMO 준위가 높을수록 양호한 구동 전압 특성을 나타내었다. 이것은 제 1 층이 정공을 차단하는 층인 탠덤형 발광 디바이스의 특징적인 거동이다.
그러나 제 1 전자 수송층이 전자 수송성과 정공 수송성을 모두 가지는 하나의 재료인 발광 디바이스 2-1은 HOMO 준위가 -5.63eV 정도임에도 불구하고 제 1 전자 수송층이 복수의 재료로 구성된 어느 발광 디바이스보다 양호한 구동 전압 특성을 나타내었다. 이것으로부터 제 1 전자 수송층을 구성하는 재료는 전자 수송성과 정공 수송성을 모두 가지는 하나의 재료인 것이 바람직하다.
이와 같이, 본 발명의 구성을 사용함으로써 발광 효율이 높고 구동 전압이 낮은, 양호한 특성을 가지는 발광 디바이스를 제공할 수 있다.
(실시예 3)
본 실시예에서는 본 발명의 일 형태의 발광 디바이스 3-1 및 발광 디바이스 3-2의 자세한 제작 방법, 특성에 대하여 설명한다.
본 실시예에서 사용한 주된 화합물의 구조식을 아래에 나타낸다.
[화학식 12]
(발광 디바이스 3-1의 제작 방법)
우선 유리 기판 위에, 반사 전극으로서 기판 측으로부터 은(Ag)을 100nm, 투명 전극으로서 산화 실리콘을 포함하는 인듐 주석 산화물(ITSO)을 10nm 스퍼터링법으로 순차적으로 적층하여, 2mm×2mm의 크기로 제 1 전극(101)을 형성하였다. 또한 투명 전극은 양극으로서 기능하고 상기 반사 전극과 함께 제 1 전극(101)에 포함된다.
다음으로 기판 위에 발광 디바이스를 형성하기 위한 전처리로서 기판 표면을 물로 세정하고 200℃에서 1시간 동안 소성한 후, UV 오존 처리를 370초 동안 수행하였다.
그 후, 약 1×10-4Pa까지 내부가 감압된 진공 증착 장치에 기판을 도입하고, 진공 증착 장치 내의 가열실에서 170℃에서 30분 동안의 진공 소성을 수행한 후, 기판을 약 30분 동안 방랭하였다.
다음으로 제 1 전극(101)이 형성된 면이 아래쪽을 향하도록 기판을 진공 증착 장치 내에 제공된 홀더에 고정하고, 제 1 전극(101) 위에, 증착법으로 상기 구조식(i)으로 나타내어지는 N-(바이페닐-4-일)-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: PCBBiF)과, 분자량 672이며 플루오린을 포함하는 전자 억셉터 재료(OCHD-003)를 중량비 1:0.03(=PCBBiF:OCHD-003)이 되도록 10nm 공증착하여, 정공 주입층(111)을 형성하였다.
정공 주입층(111) 위에, PCBBiF를 20nm 증착하여, 제 1 정공 수송층을 형성하였다.
이어서 제 1 정공 수송층 위에 상기 구조식(ii)으로 나타내어지는 4,8-비스[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]-[1]벤조퓨로[3,2-d]피리미딘(약칭: 4,8mDBtP2Bfpm)과, 상기 구조식(iii)으로 나타내어지는 9-(2-나프틸)-9'-페닐-9H,9'H-3,3'-바이카바졸(약칭: βNCCP)과, 상기 구조식(iv)으로 나타내어지는 [2-d3-메틸-(2-피리딘일-κN)벤조퓨로[2,3-b]피리딘-κC]비스[2-(2-피리딘일-κN)페닐-κC]이리듐(III)(약칭: Ir(ppy)2(mbfpypy-d3))을 중량비 0.5:0.5:0.1(=4,8mDBtP2Bfpm:βNCCP:Ir(ppy)2(mbfpypy-d3))이 되도록 40nm 공증착하여 제 1 발광층을 형성하였다.
그 후, 상기 구조식(v)으로 나타내어지는 2-{3-[3-(N-페닐-9H-카바졸-3-일)-9H-카바졸-9-일]페닐}다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mPCCzPDBq)을 25nm 증착하여, 제 1 전자 수송층을 형성하였다.
제 1 전자 수송층을 형성한 후, 상기 구조식(vi)으로 나타내어지는 2,2'-(1,3-페닐렌)비스(9-페닐-1,10-페난트롤린)(약칭: mPPhen2P)과, 상기 구조식(vii)으로 나타내어지는 1-(9,9'-스파이로바이[9H-플루오렌]-2-일)-1,3,4,6,7,8-헥사하이드로-2H-피리미도[1,2-a]피리미딘(약칭: 2hppSF)을 중량비 1:1(=mPPhen2P: 2hppSF)이 되도록 5nm 공증착하고, 상기 구조식(viii)으로 나타내어지는 구리 프탈로사이아닌(약칭: CuPc)을 2nm 증착하고, 그리고 PCBBiF와 OCHD-003을 중량비 1:0.15(=PCBBiF:OCHD-003)가 되도록 10nm 공증착함으로써, 중간층을 형성하였다.
중간층 위에, PCBBiF를 40nm 증착하여, 제 2 정공 수송층을 형성하였다.
제 2 정공 수송층 위에, 4,8mDBtP2Bfpm과, βNCCP와, Ir(ppy)2(mbfpypy-d3)을 중량비 0.5:0.5:0.1(=4,8mDBtP2Bfpm:βNCCP:Ir(ppy)2(mbfpypy-d3))이 되도록 40nm 공증착하여, 제 2 발광층을 형성하였다.
그 후, 2mPCCzPDBq를 20nm 증착하고, 그리고 mPPhen2P를 20nm 증착하여, 제 2 전자 수송층을 형성하였다.
제 2 전자 수송층 위에 플루오린화 리튬(LiF)과 이터븀(Yb)을 체적비 2:1(=LiF:Yb)로 막 두께 1.5nm 공증착한 후, 은(Ag)과 마그네슘(Mg)을 체적비 1:0.1로 막 두께 15nm가 되도록 공증착하여 제 2 전극(102)을 형성함으로써, 본 발명의 일 형태의 발광 디바이스를 제작하였다. 또한 제 2 전극(102) 위에는, 캡층으로서 상기 구조식(ix)으로 나타내어지는 4,4',4''-(벤젠-1,3,5-트라이일)트라이(다이벤조싸이오펜)(약칭: DBT3P-II)을 70nm 성막함으로써, 광 추출 효율을 향상시켰다.
이어서 질소 분위기의 글로브 박스 내에서 발광 디바이스가 대기에 노출되지 않도록 유리 기판으로 밀봉하는 작업(UV 경화성 밀봉재를 소자의 주위에 도포하고, UV를 발광 디바이스에는 조사하지 않고 밀봉재에만 조사하는 처리를 하고, 대기압하, 80℃에서 1시간의 열처리를 하였음)을 수행하여 발광 디바이스 3-1을 형성하였다.
(발광 디바이스 3-2의 제작 방법)
발광 디바이스 3-2는 발광 디바이스 3-1에서의 제 1 전자 수송층을 상기 구조식(xvi)으로 나타내어지는 3,6-비스(다이페닐아미노)-9-[4-(4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진-2-일)페닐]-9H-카바졸(약칭: DACT-II)로 바꾼 점 이외는 발광 디바이스 3-1과 같은 식으로 제작하였다.
발광 디바이스 3-1 및 발광 디바이스 3-2의 디바이스 구조, 및 사용한 주된 유기 화합물의 HOMO 준위 및 LUMO 준위를 아래에 나타낸다. 또한 HOMO 준위 및 LUMO 준위의 값은 실시예 1과 마찬가지로 사이클릭 볼타메트리(CV) 측정에 의하여 구하였다.
[표 10]
[표 11]
이와 같이, 발광 디바이스 3-1 및 발광 디바이스 3-2에서는 제 1 전자 수송층에 HOMO 준위가 -5.9eV 이상 -5.0eV 이하인 유기 화합물이 사용되어 있다. 또한 중간층에는 mPPhen2P:2hppSF=1:1인 제 1 층이 형성되어 있고, 이 막은 정공을 차단하는 막이다. 또한 2hppSF는 그 산 해리 상수 pKa가 13.95이고, pKa가 8 이상의 강염기성을 가지는 유기 화합물이다. 또한 제 1 층에는 LUMO 준위가 -3.0eV 이상 -2.0eV 이하의 전자 수송성을 가지는 유기 화합물인 mPPhen2P가 사용되어 있다.
여기서, 석영 기판 위에 mPPhen2P와 2hppSF를 중량비 1:1(=mPPhen2P:2hppSF), 막 두께 50nm가 되도록 공증착한 박막의 전자 스핀 공명 스펙트럼을 실온에서 측정한 결과, g값 2.00 부근에 시그널이 거의 관측되지 않고, 스핀 밀도는 6.6×1016spins/cm3인 것을 알 수 있었다. 이것으로부터, 2hppSF는 mPPhen2P에 대하여 전자 공여성을 거의 나타내지 않는다고 할 수 있다.
또한 제 2 층은 정공 수송성을 가지는 유기 화합물인 PCBBiF와, 전자 억셉터성을 나타내는 OCHD-003을 포함하는 층이고, 전압이 인가됨으로써 전하 분리하는 전하 발생층이다.
여기서 석영 기판 위에 PCBBiF와 OCHD-003을 중량비 1:0.1(PCBBiF:OCHD-003), 막 두께 100nm가 되도록 공증착한 박막의 전자 스핀 공명 스펙트럼을 실온에서 측정한 결과, g값 2.00 부근에 시그널이 관측되고, 스핀 밀도는 5×1019spins/cm3인 것을 알 수 있었다. 이것으로부터 OCHD-003은 PCBBiF에 대하여 전자 수용성을 나타내고, PCBBiF와 OCHD-003을 가지는 층은 전하 발생층으로서의 기능을 가진다고 할 수 있다.
발광 디바이스 3-1 및 발광 디바이스 3-2의 휘도-전류 밀도 특성을 도 33에 나타내고, 전류 효율-휘도 특성을 도 34에 나타내고, 휘도-전압 특성을 도 35에 나타내고, 전류 밀도-전압 특성을 도 36에 나타내고, 외부 양자 효율-휘도 특성을 도 37에 나타내고, 전계 발광 스펙트럼을 도 38에 나타내었다. 또한 1000cd/m2 부근에서의 주요 특성을 표 12에 나타낸다. 또한 휘도, CIE 색도, 및 발광 스펙트럼의 측정에는 분광 방사계(Topcon Technohouse Corporation 제조, SR-UL1R)를 사용하여, 상온에서 측정하였다. 또한 외부 양자 효율은 분광 방사계를 사용하여 측정한 휘도와 발광 스펙트럼을 사용하고, 배광 특성이 램버시안형인 것으로 가정하여 산출한값이다.
[표 12]
도 38(스펙트럼)로부터, 발광 디바이스 3-1 및 발광 디바이스 3-2는 모두 Ir(ppy)2(mbfpypy-d3)에서 유래하는 녹색의 발광을 나타내는 것을 알 수 있었다. 또한 도 33(휘도-전류 밀도 특성), 도 34(전류 효율), 및 도 37(외부 양자 효율)로부터, 발광 디바이스 3-1 및 발광 디바이스 3-2는 모두 탠덤형 발광 디바이스로서 기능하고 있는 것을 알 수 있었다. 또한 본 발명의 일 형태의 발광 디바이스인, 발광 디바이스 3-1 및 발광 디바이스 3-2는 발광 효율이 높고 구동 전압이 낮은, 양호한 특성을 가지는 발광 디바이스인 것을 알 수 있었다.
이와 같이, 본 발명의 구성을 사용함으로써 구동 전압이 낮고 양호한 특성을 가지는 발광 디바이스를 제공할 수 있다.
이어서 발광 디바이스 3-1 및 발광 디바이스 3-2를 전류 밀도 50mA/cm2로 정전류 구동하였을 때의 구동 시간에 대한 휘도의 변화를 측정한 결과를 도 39에 나타내었다. 도 39로부터, 발광 디바이스 3-1 및 발광 디바이스 3-2는 모두 양호한 신뢰성을 나타내었지만, 제 1 전자 수송층에 DACT-II를 사용한 발광 디바이스 3-2가 더 양호한 신뢰성을 나타내었다.
이는 DACT-II가 TADF성을 나타내므로, 제 1 전자 수송층에서의 캐리어 재결합에 의하여 생성된 여기자의 영향을 저감할 수 있었기 때문이라고 생각된다.
(실시예 4)
본 실시예에서는 본 발명의 일 형태의 발광 디바이스 4의 자세한 제작 방법, 특성에 대하여 설명한다. 본 실시예에서 사용한 주된 화합물의 구조식을 아래에 나타낸다.
[화학식 13]
(발광 디바이스 4의 제작 방법)
우선 유리 기판 위에 반사 전극으로서 기판 측으로부터 은(Ag)을 100nm, 투명 전극으로서 산화 실리콘을 포함하는 인듐 주석 산화물(ITSO)을 85nm 스퍼터링법으로 순차적으로 적층하여, 2mm×2mm의 크기로 제 1 전극(101)을 형성하였다. 또한 투명 전극은 양극으로서 기능하고 상기 반사 전극과 함께 제 1 전극(101)에 포함된다.
다음으로 기판 위에 발광 디바이스를 형성하기 위한 전처리로서 기판 표면을 물로 세정하고 200℃에서 1시간 동안 소성한 후, UV 오존 처리를 370초 동안 수행하였다.
그 후, 약 1×10-4Pa까지 내부가 감압된 진공 증착 장치에 기판을 도입하고, 진공 증착 장치 내의 가열실에서 170℃에서 30분 동안의 진공 소성을 수행한 후, 기판을 약 30분 동안 방랭하였다.
다음으로 제 1 전극(101)이 형성된 면이 아래쪽을 향하도록 기판을 진공 증착 장치 내에 제공된 홀더에 고정하고, 제 1 전극(101) 위에, 증착법으로 상기 구조식(i)으로 나타내어지는 N-(바이페닐-4-일)-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: PCBBiF)과, 분자량 672이며 플루오린을 포함하는 전자 억셉터 재료(OCHD-003)를 중량비 1:0.03(=PCBBiF:OCHD-003)이 되도록 10nm 공증착하여, 정공 주입층(111)을 형성하였다.
정공 주입층(111) 위에 PCBBiF를 90nm 증착하여, 제 1 정공 수송층을 형성하였다.
이어서 제 1 정공 수송층 위에 상기 구조식(xvii)으로 나타내어지는 8-(1,1':4',1''-터페닐-3-일)-4-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]-[1]벤조퓨로[3,2-d]피리미딘(약칭: 8mpTP-4mDBtPBfpm)과, 상기 구조식(iii)으로 나타내어지는 9-(2-나프틸)-9'-페닐-9H,9'H-3,3'-바이카바졸(약칭: βNCCP)과, 상기 구조식(xviii)으로 나타내어지는 [2-d3-메틸-8-(2-피리딘일-κN)벤조퓨로[2,3-b]피리딘-κC]비스[2-(5-d3-메틸-2-피리딘일-κN2)페닐-κC]이리듐(III)(약칭: Ir(5mppy-d3)2(mbfpypy-d3))을 중량비 0.5:0.5:0.1(=8mpTP-4mDBtPBfpm:βNCCP:Ir(5mppy-d3)2(mbfpypy-d3))이 되도록 40nm 공증착하여 제 1 발광층을 형성하였다.
그 후, 상기 구조식(xvi)으로 나타내어지는 3,6-비스(다이페닐아미노)-9-[4-(4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진-2-일)페닐]-9H-카바졸(약칭: DACT-II)을 10nm 증착하여 제 1 전자 수송층을 형성하였다.
제 1 전자 수송층을 형성한 후, 상기 구조식(vi)으로 나타내어지는 2,2'-(1,3-페닐렌)비스(9-페닐-1,10-페난트롤린)(약칭: mPPhen2P)과 상기 구조식(xix)으로 나타내어지는 1-(2',7'-다이-tert-뷰틸-9,9'-스파이로바이[9H-플루오렌]-2-일)-1,3,4,6,7,8-헥사하이드로-2H-피리미도[1,2-a]피리미딘(약칭: 2',7'tBu-2hppSF)을 중량비 1:1(=mPPhen2P:2',7'tBu-2hppSF)이 되도록 5nm 공증착하고, 상기 구조식(viii)으로 나타내어지는 구리 프탈로사이아닌(약칭: CuPc)을 2nm 증착하고, 또한 PCBBiF와 OCHD-003을 중량비 1:0.15(=PCBBiF:OCHD-003)가 되도록 10nm 공증착하여 중간층을 형성하였다.
중간층 위에 PCBBiF를 55nm 증착하여, 제 2 정공 수송층을 형성하였다.
제 2 정공 수송층 위에 8mpTP-4mDBtPBfpm과, βNCCP와, Ir(5mppy-d3)2(mbfpypy-d3)을 중량비 0.5:0.5:0.1(=8mpTP-4mDBtPBfpm:βNCCP:Ir(5mppy-d3)2(mbfpypy-d3))이 되도록 40nm 공증착하여 제 2 발광층을 형성하였다.
그 후, 상기 구조식(v)으로 나타내어지는 2-{3-[3-(N-페닐-9H-카바졸-3-일)-9H-카바졸-9-일]페닐}다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mPCCzPDBq)을 20nm 증착하고, 또한 mPPhen2P을 20nm 증착하여 제 2 전자 수송층을 형성하였다.
제 2 전자 수송층 위에 플루오린화 리튬(LiF)과 이터븀(Yb)을 체적비 2:1(=LiF:Yb)로 막 두께 1.5nm가 되도록 공증착한 후, 은(Ag)과 마그네슘(Mg)을 체적비 1:0.1로 막 두께 15nm가 되도록 공증착하여 제 2 전극(102)을 형성함으로써, 본 발명의 일 형태의 발광 디바이스를 제작하였다. 또한 제 2 전극(102) 위에는, 캡층으로서 상기 구조식(ix)으로 나타내어지는 4,4',4''-(벤젠-1,3,5-트라이일)트라이(다이벤조싸이오펜)(약칭: DBT3P-II)을 70nm 성막함으로써, 광 추출 효율을 향상시켰다.
이어서 질소 분위기의 글로브 박스 내에서 발광 디바이스가 대기에 노출되지 않도록 유리 기판에 의하여 밀봉하는 작업(UV 경화성 밀봉재를 소자의 주위에 도포하고, UV를 발광 디바이스에는 조사하지 않고 밀봉재에만 조사하는 처리를 하고, 대기압하, 80℃에서 1시간의 열처리를 하였음)을 수행함으로써, 발광 디바이스 4를 형성하였다.
발광 디바이스 4의 디바이스 구조 및 사용한 주된 유기 화합물의 HOMO 준위 및 LUMO 준위를 아래에 나타낸다. 또한 HOMO 준위 및 LUMO 준위의 값은 실시예 1과 마찬가지로 사이클릭 볼타메트리(CV) 측정에 의하여 구하였다.
[표 13]
[표 14]
발광 디바이스 4의 전류 효율-휘도 특성을 도 43에 나타내고, 휘도-전압 특성을 도 44에 나타내고, 전류 효율-전류 밀도 특성을 도 45에 나타내고, 전류 밀도-전압 특성을 도 46에 나타내고, 휘도-전류 밀도 특성을 도 47에 나타내고, 전계 발광 스펙트럼을 도 48에 나타내었다. 또한 1000cd/m2 부근에서의 주요 특성을 표 15에 나타낸다. 또한 휘도, CIE 색도, 및 발광 스펙트럼의 측정에는 분광 방사계(Topcon Technohouse Corporation 제조, SR-UL1R)를 사용하여, 상온에서 측정하였다.
[표 15]
도 48(스펙트럼)로부터, 발광 디바이스 4는 Ir(5mppy-d3)2(mbfpypy-d3)에서 유래하는 녹색의 발광을 나타내는 것을 알 수 있었다. 또한 도 43 내지 도 47로부터, 발광 디바이스 4는 탠덤형 발광 디바이스로서 기능하고 있는 것을 알 수 있었다. 또한 본 발명의 일 형태의 발광 디바이스인 발광 디바이스 4는 발광 효율이 높고 구동 전압이 낮은 양호한 특성을 가지는 발광 디바이스인 것을 알 수 있었다.
이와 같이, 본 발명의 구성을 사용함으로써 구동 전압이 낮고 양호한 특성을 가지는 발광 디바이스를 제공할 수 있다.
여기서, 발광 디바이스 4는 제 1 전자 수송층에 HOMO 준위가 -5.9eV 이상 -5.0eV 이하인 유기 화합물이 사용되어 있다. 또한 중간층에는 mPPhen2P:2',7'tBu-2hppSF=1:1인 제 1 층이 형성되어 있고, 이 막은 정공을 차단하는 막이다. 또한 2',7'tBu-2hppSF는 그 산 해리 상수 pKa가 14.18이고, pKa가 8 이상의 강염기성을 가지는 유기 화합물이다. 또한 제 1 층에는 LUMO 준위가 -3.0eV 이상 -2.0eV 이하의 전자 수송성을 가지는 유기 화합물인 mPPhen2P가 사용되어 있다.
또한 석영 기판 위에 mPPhen2P와 2',7'tBu-2hppSF를 중량비 1:1(=mPPhen2P:2',7'tBu-2hppSF)로 막 두께 100nm가 되도록 공증착한 박막의 전자 스핀 공명 스펙트럼을 실온에서 측정한 결과, g값 2.00 부근에 시그널이 관측되지 않고, 스핀 밀도는 검출 한계인 1×1016spins/cm3 미만인 것을 알 수 있었다. 또한 ESR법에 의한 전자 스핀 공명 스펙트럼의 측정은 전자 스핀 공명 측정 장치 E500형(Bruker Corporation 제조)을 사용하여 수행하였다. 상기 측정은 공진 주파수 9.56GHz, 출력 1mW, 변조 자기장 50mT, 변조폭 0.5mT, 시간 상수 0.04s, 소인 시간 1min, 실온에서 수행하였다. 그 결과로부터, 2',7'tBu-2hppSF는 mPPhen2P에 대하여 전자 공여성을 나타내지 않는다고 할 수 있다.
또한 마찬가지로 2',7'tBu-2hppSF를 막 두께 100nm가 되도록 증착한 박막의 전자 스핀 공명 스펙트럼을 실온에서 측정한 결과, g값 2.00 부근에 시그널이 관측되지 않고, 스핀양은 검출 하한인 4×1011spins 미만인 것을 알 수 있었다.
또한 석영 기판 위에 PCBBiF와 OCHD-003을 중량비 1:0.1(PCBBiF:OCHD-003), 막 두께 100nm가 되도록 공증착한 박막의 전자 스핀 공명 스펙트럼을 마찬가지로 측정한 결과, g값 2.00 부근에 시그널이 관측되고, 스핀 밀도는 5×1019spins/cm3인 것을 알 수 있었다. 또한 ESR법에 의한 전자 스핀 공명 스펙트럼의 측정은 실시예 1과 마찬가지로 전자 스핀 공명 측정 장치 JES FA300형(JEOL Ltd. 제조)을 사용하여 수행하였다. 이것으로부터 OCHD-003은 PCBBiF에 대하여 전자 수용성을 나타내고, PCBBiF와 OCHD-003을 가지는 층은 전하 발생층으로서의 기능을 가지는 것을 알 수 있었다. 제 2 층은 PCBBiF와 OCHD-003을 포함하는 층이고, 전압이 인가됨으로써 전하 분리하는 전하 발생층인 것을 알 수 있었다.
이어서 발광 디바이스 4의 전자 스핀 공명 스펙트럼을 구동 전, 구동 중(전압 10V), 구동 후의 3종류의 조건에서 측정하였다. 구동 전, 구동 중, 구동 후의 ESR법에 의한 전자 스핀 공명 스펙트럼의 측정은 전자 스핀 공명 측정 장치 E500형(Bruker Corporation 제조)을 사용하여 수행하였다. 상기 측정은 공진 주파수 9.56GHz, 출력 1mW, 변조 자기장 50mT, 변조폭 0.5mT, 시간 상수 0.04s, 소인 시간 1min, 실온의 질소 분위기에서 수행하였다. 또한 구동 중의 인가 전압은 10V이고, 49000cd/m2로 발광하는 전압이다. 결과를 도 49에 나타내었다.
도 49로부터, 발광 디바이스 4는 구동 전, 구동 중, 구동 후 모두에서 g값 2.00 부근에 시그널이 관측되고, 스핀양은 2.0×1012spins인 것을 알 수 있었다. 즉 발광 디바이스 4는 구동 전, 구동 중, 및 구동 후에서 스핀양이 변화되지 않는 것을 알 수 있었다.
다음으로 유리 기판 위에 형성된 발광 디바이스 4와 같은 구성을 가지는 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 2',7'tBu-2hppSF만 100nm 증착한 시료 1에 대하여, 발광 디바이스 4와 마찬가지로 구동 전, 구동 중(전압 10V), 구동 후의 3종류의 조건에서 전자 스핀 공명 스펙트럼을 측정하였다. 또한 구동 중의 인가 전압은 10V로 하였다. 결과를 도 50에 나타내었다.
도 50으로부터, 시료 1은 구동 전, 구동 중, 구동 후 모두에서 g값 2.00 부근에 시그널이 관측되지 않고, 스핀양은 검출 하한인 1.0×1012spins 미만인 것을 알 수 있었다. 즉 시료 1은 구동 전, 구동 중, 및 구동 후에서 스핀양이 변화되지 않는 것을 알 수 있었다.
이 결과로부터, 발광 디바이스 4의 측정에서 검출된 스핀은 정공 주입층, 중간층의 제 2 층, 전자 주입층에서 유래하는 것이고, 중간층의 제 1 층에서 유래하는 것이 아닐 개연성이 높다.
(참고예 1)
본 참고예에서는 중간층에서의 제 1 전자 수송층 측의 층에 산 해리 상수 pKa가 다른 재료를 사용하고, 그 특성을 평가한 결과에 대하여 설명한다.
또한 발광 디바이스 A 내지 발광 디바이스 E는 도 40에 나타낸 바와 같이 유리 기판인 기판(800) 위에 형성된 제 1 전극(801) 위에 제 1 발광 유닛층(803), 중간층(805), 제 2 발광 유닛층(804), 제 2 전극(802)이 적층된 탠덤 구조를 가진다. 또한 중간층(805)은 제 1 층(814), 전자 릴레이 영역(815), 및 제 2 층(816)을 가진다.
발광 디바이스 A 내지 발광 디바이스 E는 제 1 층(814)에 사용한 재료 이외는 같은 구성을 가지는 발광 디바이스이다. 제 1 층(814)은 같은 전자 수송성을 가지는 유기 화합물과, 산 해리 상수 pKa의 값이 각각 다른 유기 화합물을 중량비 1:1이 되도록 공증착함으로써 제작하였다. 또한 발광 디바이스 A 내지 발광 디바이스 E에서, 제 1 층(814)에 사용한 산 해리 상수 pKa의 값이 각각 다른 유기 화합물을 각각 유기 화합물 A 내지 유기 화합물 E로 한다.
또한 발광 디바이스 A 내지 발광 디바이스 E와 동등의 구성을 가지는 발광 디바이스에서, 제 1 층(814)의 산 해리 상수 pKa의 값이 다른 유기 화합물 대신에 산화 리튬(Li2O)을 사용하여 비교용 발광 디바이스를 제작하였다.
<디바이스의 특성>
상기 발광 디바이스 A 내지 발광 디바이스 E의 발광 특성을 측정하였다. 또한 비교용 발광 디바이스의 외부 양자 효율을 100%로 하고, 전류 밀도 50mA/cm2에서의 각 디바이스의 외부 양자 효율의 비를 산출하였다. 상기 결과를 도 41 및 아래의 표에 나타내었다. 또한 아래의 표에는 유기 화합물 A 내지 유기 화합물 E의 산 해리 상수 pKa의 값을 병기하였다.
[표 16]
도 41 및 상기 표로부터, 제 1 층(814)에 산 해리 상수 pKa가 8 이하의 유기 화합물을 사용한 발광 디바이스의 효율비는 제 1 층(814)에 산화 리튬(Li2O)을 사용한 비교용 발광 디바이스의 효율비의 절반 이하이고, 한쪽 발광 유닛만이 발광을 나타내고 있는 것이 시사된다. 한편으로, 산 해리 상수 pKa가 8 이상의 유기 화합물을 사용한 발광 디바이스 A 내지 발광 디바이스 D는 80% 이상의 발광 효율을 나타내고, 2개의 발광 유닛이 발광을 나타내고 있는 것을 알 수 있었다. 특히 제 1 층(814)에 산 해리 상수 pKa가 12 이상인 유기 화합물을 사용한 발광 디바이스 A 및 발광 디바이스 B에서는 제 1 층(814)에 산화 리튬(Li2O)을 사용한 비교 발광 디바이스와 동등의 효율을 얻을 수 있었다.
(참고예 2)
본 참고예에서는 DLL에 사용한 재료의 전자 수송성에 대하여 검증한 결과를 나타낸다. 참고예 2에서 사용한 유기 화합물의 구조식을 아래에 나타낸다.
[화학식 14]
DLL에 사용한 재료의 전자 수송성은, 전자만 흘리는 전자 디바이스(이하 전자 온리 디바이스라고 함)를 제작하고, 전류 밀도와 전압의 관계를 측정하여 검증하였다.
(전자 온리 디바이스(EOD) 1의 제작 방법)
우선 스퍼터링법으로 유리 기판 위에 은(Ag)을 100nm, 산화 실리콘을 포함하는 인듐 주석 산화물(ITSO)을 85nm 적층하였다.
다음으로 기판 위에 발광 디바이스를 형성하기 위한 전처리로서 기판 표면을 물로 세정하고 200℃에서 1시간 동안 소성한 후, UV 오존 처리를 370초 동안 수행하였다.
그 후, 약 10-4Pa까지 내부가 감압된 진공 증착 장치에 기판을 도입하고, 진공 증착 장치 내의 가열실에서, 170℃에서 60분 동안의 진공 소성을 수행한 후, 기판을 약 30분 동안 방랭하였다.
다음으로 Ag 및 ITSO가 형성된 면이 아래쪽을 향하도록 기판을 진공 증착 장치 내에 제공된 홀더에 고정한 후, 알루미늄(Al)을 증착하고, 2mm×2mm의 크기로 제 1 전극을 형성하였다. 제 1 전극 위에, 증착법으로 상기 구조식(xvii)으로 나타내어지는 4,7-다이-1-피롤리딘일-1,10-페난트롤린(약칭: Pyrrd-Phen)과 알루미늄(Al)을 중량비 1:0.03(=Pyrrd-Phen:Al)이 되도록 1nm 공증착하여 층 1을 형성하였다.
층 1 위에 상기 구조식(v)으로 나타내어지는 2-{3-[3-(N-페닐-9H-카바졸-3-일)-9H-카바졸-9-일]페닐}다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mPCCzPDBq)을 50nm 증착하여 층 2를 형성하였다.
이어서 층 2 위에 상기 구조식(vi)으로 나타내어지는 2,2'-(1,3-페닐렌)비스(9-페닐-1,10-페난트롤린)(약칭: mPPhen2P)을 10nm 증착하여 층 3을 형성하였다.
층 3 위에 플루오린화 리튬(LiF)과 이터븀(Yb)을 체적비 2:1(=LiF:Yb)로 막 두께 1.5nm가 되도록 공증착하여 층 4를 형성하고, 층 4 위에 알루미늄을 100nm 증착하여 제 2 전극을 형성함으로써 EOD 1을 제작하였다.
(EOD 2의 제작 방법)
EOD 2는 EOD 1에서의 제 3 층을, mPPhen2P와 산화 리튬(Li2O)을 체적비 1:0.01(=mPPhen2P:Li2O)로 막 두께 10nm가 되도록 공증착하여 형성한 점 이외는 EOD 1과 같은 식으로 제작하였다.
(EOD 3의 제작 방법)
EOD 3은 EOD 1에서의 제 3 층을, mPPhen2P와 상기 구조식(vii)으로 나타내어지는 1-(9,9'-스파이로바이[9H-플루오렌]-2-일)-1,3,4,6,7,8-헥사하이드로-2H-피리미도[1,2-a]피리미딘(약칭: 2hppSF)을 체적비 1:1이 되도록 10nm 공증착하여 형성한 점 이외는 EOD 1과 같은 식으로 제작하였다.
EOD 1 내지 EOD 3의 소자 구조를 아래의 표에 나타낸다.
[표 17]
도 42에, EOD 1 내지 EOD 3의 전류 밀도-전압 특성의 측정 결과를 나타내었다. 도 42로부터, EOD 1 내지 EOD 3의 전류 밀도-전압 특성에 큰 차이는 없고, EOD 1 내지 EOD 3의 층 3은 모두 양호한 전자 수송성을 가지는 것을 알 수 있었다.
특히 EOD 3의 층 3은 정공을 차단하는 층이면서 전자 수송성이 높고, DLL에 적합하게 사용할 수 있는 재료로 구성된 층인 것을 알 수 있었다.
100A: 표시 장치
100B: 표시 장치
100C: 표시 장치
100E: 표시 장치
100D: 표시 장치
100: 절연체
101c: 제 1 전극
101d: 제 1 전극
101B: 제 1 전극
101G: 제 1 전극
101R: 제 1 전극
101: 제 1 전극
102: 제 2 전극
103c: 유기 화합물층
103d: 유기 화합물층
103B: 유기 화합물층
103Bf: 유기 화합물막
103G: 유기 화합물층
103Gf: 유기 화합물막
103R: 유기 화합물층
103Rf: 유기 화합물막
103: 유기 화합물층
104: 제 1 EL층
104R: 제 1 EL층
104G: 제 1 EL층
104B: 제 1 EL층
105: 제 2 EL층
110B: 부화소
110G: 부화소
110R: 부화소
110: 부화소
111: 정공 주입층
111c: 정공 주입층
111d: 정공 주입층
112: 정공 수송층
112c_1: 정공 수송층
112c_2: 정공 수송층
112d_1: 정공 수송층
112d_2: 정공 수송층
112R: 도전층
112B: 도전층
113: 발광층
113a: 발광층
113b: 발광층
113c_1: 발광층
113c_2: 발광층
113d_1: 발광층
113d_2: 발광층
114: 전자 수송층
114c_1: 전자 수송층
114c_2: 전자 수송층
114d_1: 전자 수송층
114d_2: 전자 수송층
115: 전자 주입층
116: 중간층
116c: 중간층
116d: 중간층
117: 제 2 층
117c: 제 2 층
117d: 제 2 층
118: 제 3 층
118c: 제 3 층
118d: 제 3 층
119: 제 1 층
119c: 제 1 층
119d: 제 1 층
120: 기판
122: 수지층
125f: 무기 절연막
125: 무기 절연층
126R: 도전층
126B: 도전층
127a: 절연층
127f: 절연막
127: 절연층
128: 층
129R: 도전층
129B: 도전층
130B: 발광 디바이스
130c: 발광 디바이스
130d: 발광 디바이스
130G: 발광 디바이스
130R: 발광 디바이스
130: 발광 디바이스
131: 보호층
132B: 착색층
132G: 착색층
132R: 착색층
140: 접속부
141: 영역
142: 접착층
151B: 도전층
151C: 도전층
151f: 도전막
151G: 도전층
151R: 도전층
151: 도전층
152B: 도전층
152C: 도전층
152f: 도전막
152G: 도전층
152R: 도전층
152: 도전층
153: 절연층
155: 공통 전극
156B: 절연층
156C: 절연층
156f: 절연막
156G: 절연층
156R: 절연층
156: 절연층
157: 차광층
158B: 희생층
158Bf: 희생막
158G: 희생층
158Gf: 희생막
158R: 희생층
158Rf: 희생막
159B: 마스크층
159Bf: 마스크막
159G: 마스크층
159Gf: 마스크막
159R: 마스크층
159Rf: 마스크막
166: 도전층
171: 절연층
172: 도전층
173: 절연층
174: 절연층
175: 절연층
176: 플러그
177: 화소부
178: 화소
179: 도전층
190B: 레지스트 마스크
190G: 레지스트 마스크
190R: 레지스트 마스크
191: 레지스트 마스크
201: 트랜지스터
204: 접속부
205: 트랜지스터
211: 절연층
213: 절연층
214: 절연층
215: 절연층
221: 도전층
222a: 도전층
222b: 도전층
223: 도전층
224B: 도전층
224C: 도전층
224G: 도전층
224R: 도전층
231: 반도체층
240: 용량 소자
241: 도전층
242: 접속층
243: 절연층
245: 도전층
254: 절연층
255: 절연층
256: 플러그
261: 절연층
271: 플러그
280: 표시 모듈
281: 표시부
282: 회로부
283a: 화소 회로
283: 화소 회로부
284a: 화소
284: 화소부
285: 단자부
286: 배선부
290: FPC
291: 기판
292: 기판
301: 기판
310: 트랜지스터
311: 도전층
312: 저저항 영역
313: 절연층
314: 절연층
315: 소자 분리층
351: 기판
352: 기판
353: FPC
354: IC
355: 배선
356: 회로
501: 제 1 발광 유닛
501c: 제 1 발광 유닛
501d: 제 1 발광 유닛
502: 제 2 발광 유닛
502c: 제 2 발광 유닛
502d: 제 2 발광 유닛
513: 중간층
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
800: 기판
800A: 전자 기기
800B: 전자 기기
801: 제 1 전극
802: 제 2 전극
814: 제 1 층
816: 제 2 층
820: 표시부
821: 하우징
822: 통신부
823: 장착부
824: 제어부
825: 촬상부
827: 이어폰부
832: 렌즈
6500: 전자 기기
6501: 하우징
6502: 표시부
6503: 전원 버튼
6504: 버튼
6505: 스피커
6506: 마이크로폰
6507: 카메라
6508: 광원
6510: 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
100B: 표시 장치
100C: 표시 장치
100E: 표시 장치
100D: 표시 장치
100: 절연체
101c: 제 1 전극
101d: 제 1 전극
101B: 제 1 전극
101G: 제 1 전극
101R: 제 1 전극
101: 제 1 전극
102: 제 2 전극
103c: 유기 화합물층
103d: 유기 화합물층
103B: 유기 화합물층
103Bf: 유기 화합물막
103G: 유기 화합물층
103Gf: 유기 화합물막
103R: 유기 화합물층
103Rf: 유기 화합물막
103: 유기 화합물층
104: 제 1 EL층
104R: 제 1 EL층
104G: 제 1 EL층
104B: 제 1 EL층
105: 제 2 EL층
110B: 부화소
110G: 부화소
110R: 부화소
110: 부화소
111: 정공 주입층
111c: 정공 주입층
111d: 정공 주입층
112: 정공 수송층
112c_1: 정공 수송층
112c_2: 정공 수송층
112d_1: 정공 수송층
112d_2: 정공 수송층
112R: 도전층
112B: 도전층
113: 발광층
113a: 발광층
113b: 발광층
113c_1: 발광층
113c_2: 발광층
113d_1: 발광층
113d_2: 발광층
114: 전자 수송층
114c_1: 전자 수송층
114c_2: 전자 수송층
114d_1: 전자 수송층
114d_2: 전자 수송층
115: 전자 주입층
116: 중간층
116c: 중간층
116d: 중간층
117: 제 2 층
117c: 제 2 층
117d: 제 2 층
118: 제 3 층
118c: 제 3 층
118d: 제 3 층
119: 제 1 층
119c: 제 1 층
119d: 제 1 층
120: 기판
122: 수지층
125f: 무기 절연막
125: 무기 절연층
126R: 도전층
126B: 도전층
127a: 절연층
127f: 절연막
127: 절연층
128: 층
129R: 도전층
129B: 도전층
130B: 발광 디바이스
130c: 발광 디바이스
130d: 발광 디바이스
130G: 발광 디바이스
130R: 발광 디바이스
130: 발광 디바이스
131: 보호층
132B: 착색층
132G: 착색층
132R: 착색층
140: 접속부
141: 영역
142: 접착층
151B: 도전층
151C: 도전층
151f: 도전막
151G: 도전층
151R: 도전층
151: 도전층
152B: 도전층
152C: 도전층
152f: 도전막
152G: 도전층
152R: 도전층
152: 도전층
153: 절연층
155: 공통 전극
156B: 절연층
156C: 절연층
156f: 절연막
156G: 절연층
156R: 절연층
156: 절연층
157: 차광층
158B: 희생층
158Bf: 희생막
158G: 희생층
158Gf: 희생막
158R: 희생층
158Rf: 희생막
159B: 마스크층
159Bf: 마스크막
159G: 마스크층
159Gf: 마스크막
159R: 마스크층
159Rf: 마스크막
166: 도전층
171: 절연층
172: 도전층
173: 절연층
174: 절연층
175: 절연층
176: 플러그
177: 화소부
178: 화소
179: 도전층
190B: 레지스트 마스크
190G: 레지스트 마스크
190R: 레지스트 마스크
191: 레지스트 마스크
201: 트랜지스터
204: 접속부
205: 트랜지스터
211: 절연층
213: 절연층
214: 절연층
215: 절연층
221: 도전층
222a: 도전층
222b: 도전층
223: 도전층
224B: 도전층
224C: 도전층
224G: 도전층
224R: 도전층
231: 반도체층
240: 용량 소자
241: 도전층
242: 접속층
243: 절연층
245: 도전층
254: 절연층
255: 절연층
256: 플러그
261: 절연층
271: 플러그
280: 표시 모듈
281: 표시부
282: 회로부
283a: 화소 회로
283: 화소 회로부
284a: 화소
284: 화소부
285: 단자부
286: 배선부
290: FPC
291: 기판
292: 기판
301: 기판
310: 트랜지스터
311: 도전층
312: 저저항 영역
313: 절연층
314: 절연층
315: 소자 분리층
351: 기판
352: 기판
353: FPC
354: IC
355: 배선
356: 회로
501: 제 1 발광 유닛
501c: 제 1 발광 유닛
501d: 제 1 발광 유닛
502: 제 2 발광 유닛
502c: 제 2 발광 유닛
502d: 제 2 발광 유닛
513: 중간층
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
800: 기판
800A: 전자 기기
800B: 전자 기기
801: 제 1 전극
802: 제 2 전극
814: 제 1 층
816: 제 2 층
820: 표시부
821: 하우징
822: 통신부
823: 장착부
824: 제어부
825: 촬상부
827: 이어폰부
832: 렌즈
6500: 전자 기기
6501: 하우징
6502: 표시부
6503: 전원 버튼
6504: 버튼
6505: 스피커
6506: 마이크로폰
6507: 카메라
6508: 광원
6510: 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 (14)
- 발광 디바이스로서,
제 1 전극;
제 2 전극; 및
유기 화합물층을 포함하고,
상기 유기 화합물층은 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 위치하고,
상기 유기 화합물층은 제 1 발광 유닛, 제 2 발광 유닛, 및 중간층을 포함하고,
상기 중간층은 상기 제 1 발광 유닛과 상기 제 2 발광 유닛 사이에 위치하고,
상기 제 1 발광 유닛은 상기 제 1 전극과 상기 중간층 사이에 위치하고,
상기 제 1 발광 유닛은 제 1 발광층과 제 1 전자 수송층을 포함하고,
상기 제 1 전자 수송층은 상기 중간층에 접하고,
상기 중간층은 상기 제 1 전극 측으로부터 상기 제 2 전극 측으로 이동하는 정공을 차단하고,
상기 제 1 전자 수송층이 양극성을 가지는 층인, 발광 디바이스. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 전자 수송층은 전자 수송성 골격과 정공 수송성 골격을 가지는 유기 화합물을 포함하는, 발광 디바이스. - 제 2 항에 있어서,
상기 전자 수송성 골격은 π전자 부족형 헤테로 방향족 고리이고,
상기 정공 수송성 골격은 π전자 과잉형 헤테로 방향족 고리인, 발광 디바이스. - 발광 디바이스로서,
제 1 전극;
제 2 전극; 및
유기 화합물층을 포함하고,
상기 유기 화합물층은 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 위치하고,
상기 유기 화합물층은 제 1 발광 유닛, 제 2 발광 유닛, 및 중간층을 포함하고,
상기 중간층은 상기 제 1 발광 유닛과 상기 제 2 발광 유닛 사이에 위치하고,
상기 제 1 발광 유닛은 상기 제 1 전극과 상기 중간층 사이에 위치하고,
상기 제 1 발광 유닛은 제 1 발광층과 제 1 전자 수송층을 포함하고,
상기 제 1 전자 수송층은 상기 중간층에 접하고,
상기 중간층은 상기 제 1 전극 측으로부터 상기 제 2 전극 측으로 이동하는 정공을 차단하고,
상기 제 1 전자 수송층에 포함되는 유기 화합물 중 가장 높은 HOMO 준위를 가지는 유기 화합물의 HOMO 준위가 -5.90eV 이상 -5.00eV 이하인, 발광 디바이스. - 제 4 항에 있어서,
상기 제 1 전자 수송층에 포함되는 유기 화합물 중 가장 낮은 LUMO 준위를 가지는 유기 화합물의 LUMO 준위가 -3.15eV 이상 -2.50eV 이하인, 발광 디바이스. - 제 4 항에 있어서,
상기 제 1 전자 수송층은 전자 수송성 골격과 정공 수송성 골격을 가지는 유기 화합물을 포함하는, 발광 디바이스. - 제 6 항에 있어서,
상기 전자 수송성 골격은 π전자 부족형 헤테로 방향족 고리이고,
상기 정공 수송성 골격은 π전자 과잉형 헤테로 방향족 고리인, 발광 디바이스. - 발광 디바이스로서,
제 1 전극;
제 2 전극; 및
유기 화합물층을 포함하고,
상기 유기 화합물층은 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 위치하고,
상기 유기 화합물층은 제 1 발광 유닛, 제 2 발광 유닛, 및 중간층을 포함하고,
상기 중간층은 상기 제 1 발광 유닛과 상기 제 2 발광 유닛 사이에 위치하고,
상기 제 1 발광 유닛은 상기 제 1 전극과 상기 중간층 사이에 위치하고,
상기 제 1 발광 유닛은 제 1 발광층과 제 1 전자 수송층을 포함하고,
상기 제 1 전자 수송층은 상기 중간층에 접하고,
상기 중간층은 산 해리 상수 pKa가 8 이상의 염기성을 가지는 유기 화합물을 포함하고,
상기 제 1 전자 수송층에 포함되는 유기 화합물 중 가장 높은 HOMO 준위를 가지는 유기 화합물의 HOMO 준위가 -5.90eV 이상 -5.00eV 이하인, 발광 디바이스. - 제 8 항에 있어서,
상기 제 1 전자 수송층에 포함되는 유기 화합물 중 가장 낮은 LUMO 준위를 가지는 유기 화합물의 LUMO 준위가 -3.15eV 이상 -2.50eV 이하인, 발광 디바이스. - 제 8 항에 있어서,
상기 제 1 전자 수송층은 전자 수송성 골격과 정공 수송성 골격을 가지는 유기 화합물을 포함하는, 발광 디바이스. - 제 10 항에 있어서,
상기 전자 수송성 골격은 π전자 부족형 헤테로 방향족 고리이고,
상기 정공 수송성 골격은 π전자 과잉형 헤테로 방향족 고리인, 발광 디바이스. - 제 8 항에 있어서,
산 해리 상수 pKa가 8 이상의 염기성을 가지는 상기 유기 화합물이 전자 수송성 골격을 가지지 않는, 발광 디바이스. - 제 8 항에 있어서,
산 해리 상수 pKa가 8 이상의 염기성을 가지는 상기 유기 화합물이 구아니딘 골격을 가지는, 발광 디바이스. - 제 8 항에 있어서,
산 해리 상수 pKa가 8 이상의 염기성을 가지는 상기 유기 화합물이 1,3,4,6,7,8-헥사하이드로-2H-피리미도[1,2-a]피리미딘 골격을 가지는, 발광 디바이스.
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